KR20070038693A - Apparatus of chemical mechanical polishing having a spare polishing pad - Google Patents

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Abstract

연마 패드의 교체 회수를 줄이고 운영 효율을 높일 수 있는 화학적기계적연마(CMP) 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 CMP 장치는 상부에 반도체 기판을 연마하기 위한 주 연마 패드를 갖는 제 1 플래튼과, 제 1 플래튼 하부에 배치되고 상부에 반도체 기판을 연마하기 위한 예비 연마 패드를 갖는 제 2 플래튼과, 주 연마 패드 및 예비 연마 패드의 상태를 조절하기 위한 콘디셔너를 포함한다. 제 1 플래튼 및 제 2 플래튼은 서로 교체 배치가 가능하다.A chemical mechanical polishing (CMP) device is provided that can reduce the number of replacement pads and increase operational efficiency. The CMP apparatus according to the present invention has a first platen having a main polishing pad for polishing a semiconductor substrate thereon, and a second platen disposed below the first platen and having a preliminary polishing pad for polishing the semiconductor substrate thereon. And conditioners for adjusting the state of the main polishing pad and the preliminary polishing pad. The first and second platens are interchangeable with each other.

Description

예비 연마 패드를 구비하는 화학적기계적연마(ＣＭＰ) 장치{Apparatus of Chemical Mechanical Polishing Having A Spare Polishing Pad}Apparatus of Chemical Mechanical Polishing Having A Spare Polishing Pad

도 1은 종래 CMP 장치를 보여주는 개략적인 단면도이고;1 is a schematic cross-sectional view showing a conventional CMP apparatus;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치를 보여주는 개략적인 평면도이고; 그리고2 is a schematic plan view showing a CMP apparatus according to an embodiment of the present invention; And

도 3은 도 2의 CMP 장치의 III-III'선에서 절취한 단면도이다.3 is a cross-sectional view taken along the line III-III 'of the CMP apparatus of FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

50...반도체 기판 210...회전 모터50 ... semiconductor board 210 ... rotary motor

230, 235...제 1 및 제 2 플래튼230, 235 ... 1st and 2nd platen

240...주 연마 패드 245...예비 연마 패드240 ... Note polishing pad 245 ... Preliminary polishing pad

250...콘디셔너 260...캐리어250 ... conditioner 260 ... carrier

본 발명은 반도체 기판을 처리하기 위한 반도체 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 기판 또는 그 위의 적층물을 평탄화하기 위한 화학적기계적연마(CMP) 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices for processing semiconductor substrates, and more particularly to chemical mechanical polishing (CMP) devices for planarizing semiconductor substrates or laminates thereon.

반도체 소자가 고집적화 및 고용량화 됨에 따라, 반도체 기판 상에 형성된 물질막, 예컨대 금속 배선의 단차가 심해지고 있다. 이러한 금속 배선의 단차는 이후 금속 배선의 패터닝을 어렵게 할 수 있다. 특히, 메모리 소자에서는 셀영역 및 주변영역의 단차가 커지고 있고, 금속 배선이 높아질수록 이러한 단차 문제는 더욱 심각해진다.As semiconductor devices become more integrated and higher in capacities, a step of a material film formed on a semiconductor substrate, such as a metal wiring, is increasing. This step of the metal wiring may make it difficult to pattern the metal wiring later. In particular, in the memory device, the step difference between the cell region and the peripheral region increases, and the higher the metal wiring, the more serious the step problem.

따라서, 반도체 소자의 제조에 있어서, 물질막 또는 반도체 기판 자체를 평탄화하기 위한 평탄화 기술은 필수적이다. 평탄화 기술의 대표적인 것이 CMP 장치를 이용한 것이다. CMP 장치는 화학적인 방법과 기계적인 방법을 동시에 사용하여 물질막을 평탄하게 할 수 있다.Therefore, in the manufacture of semiconductor devices, planarization techniques for planarizing the material film or the semiconductor substrate itself are essential. A representative example of the planarization technique is the use of a CMP apparatus. The CMP apparatus can flatten the material film by using a chemical method and a mechanical method simultaneously.

도 1은 종래 CMP 장치(100)를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional CMP apparatus 100.

도 1을 참조하면, 플래튼(130) 상에 연마 패드(140)가 부착되어 있다. 연마 패드(140)는 반도체 기판(50)과 물리적인 마찰을 높이기 위해서 거친 표면을 가지고 있다. 연마 패드(140) 상에는 반도체 기판(50) 상의 물질막(미도시)과 화학적 반응을 일으킬 수 있는 슬러리(slurry, 미도시)가 공급될 수 있다. 이에 따라, 물질막은 화학적 및 기계적으로 연마될 수 있다.Referring to FIG. 1, a polishing pad 140 is attached to the platen 130. The polishing pad 140 has a rough surface in order to increase physical friction with the semiconductor substrate 50. A slurry (not shown) capable of causing a chemical reaction with a material film (not shown) on the semiconductor substrate 50 may be supplied onto the polishing pad 140. Accordingly, the material film can be polished chemically and mechanically.

플래튼(130)은 회전 모터(110)와 연결된 스핀들(120)에 의해 회전 가능하다. 콘디셔너(150)는 반복적으로 사용되는 연마 패드(140)의 상태, 예컨대 표면의 거칠기를 조절할 수 있다. 예를 들어, 콘디셔너(conditioner, 150)는 디스크(152) 및 암(154)을 포함한다. 반도체 기판(50)은 캐리어(160)에 부착되어 이동될 수 있다.The platen 130 is rotatable by the spindle 120 connected with the rotary motor 110. The conditioner 150 may adjust the state of the polishing pad 140 repeatedly used, for example, the roughness of the surface. For example, conditioner 150 includes disk 152 and arm 154. The semiconductor substrate 50 may be attached to the carrier 160 and moved.

연마 패드(140)는 반도체 기판(50) 상의 물질막의 연마 품질에 크게 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 연마 패드(140)의 상태에 따라, 물질막에 스크래치가 형성될 연마 패드(140)는 일정수의 반도체 기판(50)들을 연마한 후에는 교체되어야 한다. 하지만, 연마 패드(140)를 교체하기 위해서는, CMP 장치(100)의 운행을 중지해야 한다. 특히, 고도의 연마 품질을 요하는 제조 단계에서, 연마 패드(140)의 교체 시간이 더욱 짧아지고 있다. 이에 따라, 연마 패드(140)의 잦은 교체는 CMP 장치(100)의 운영 효율을 떨어뜨리는 요인이 되고 있다.The polishing pad 140 may greatly affect the polishing quality of the material film on the semiconductor substrate 50. For example, depending on the state of the polishing pad 140, the polishing pad 140 to be scratched on the material film should be replaced after polishing a predetermined number of semiconductor substrates 50. However, in order to replace the polishing pad 140, the CMP apparatus 100 must be stopped. In particular, in manufacturing steps requiring high polishing quality, the replacement time of the polishing pad 140 is shorter. Accordingly, frequent replacement of the polishing pad 140 is a factor that lowers the operating efficiency of the CMP apparatus 100.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 연마 패드의 교체 시간을 줄여 운영 효율을 높일 수 있는 CMP 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a CMP device that can increase the operating efficiency by reducing the replacement time of the polishing pad.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 따르면, 상부에 반도체 기판을 연마하기 위한 주 연마 패드를 갖는 제 1 플래튼(platen); 상기 제 1 플래튼 하부에 배치되고 상부에 상기 반도체 기판을 연마하기 위한 예비 연마 패드를 갖는 제 2 플래튼; 및 상기 주 연마 패드 및 상기 예비 연마 패드의 상태를 조절하기 위한 콘디셔너(conditioner)를 포함하는 CMP 장치가 제공된다. 상기 제 1 플래튼 및 상기 제 2 플래튼은 서로 교체 배치가 가능하다.According to an aspect of the present invention for achieving the above technical problem, a first platen having a main polishing pad for polishing a semiconductor substrate thereon; A second platen disposed below the first platen and having a preliminary polishing pad thereon for polishing the semiconductor substrate thereon; And a conditioner for adjusting the states of the main polishing pad and the preliminary polishing pad. The first platen and the second platen are interchangeable with each other.

상기 본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제 1 플래튼 및 상기 제 2 플래튼은 동일한 단면적을 가질 수 있다. 나아가, 상기 주 연마 패드 및 상기 예비 연마 패드는 서로 호환 가능하다.According to an aspect of the present invention, the first platen and the second platen may have the same cross-sectional area. Further, the main polishing pad and the preliminary polishing pad are compatible with each other.

상기 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 플래튼들을 동시에 회전시키기 위한 회전 모터를 더 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, it may further include a rotary motor for rotating the first and second platens simultaneously.

상기 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 반도체 기판을 고정하여 이동시킴으로써 상기 반도체 기판을 상기 주 연마 패드 또는 상기 예비 연마 패드와 접촉시킬 수 있는 캐리어를 더 포함할 수 있다.According to still another aspect of the present invention, the semiconductor substrate may further include a carrier capable of contacting the semiconductor substrate with the main polishing pad or the preliminary polishing pad by fixing and moving the semiconductor substrate.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various forms, and only the present embodiments are intended to complete the disclosure of the present invention and to those skilled in the art to fully understand the scope of the invention. It is provided to inform you. In the drawings, the components may be exaggerated in size for convenience of description.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 장치(200)를 보여주는 개략적인 평면도이고, 도 3은 CMP 장치(200)의 III-III'선에서 절취한 단면도이다. CMP 장치(200)는 반도체 기판을 이용한 반도체 소자의 제조 단계에 이용되며, 반도체 기판 또는 그 위의 물질막을 평탄화하기 위한 용도로 사용될 수 있다.FIG. 2 is a schematic plan view showing a CMP apparatus 200 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III 'of the CMP apparatus 200. The CMP apparatus 200 is used in manufacturing a semiconductor device using a semiconductor substrate, and may be used to planarize a semiconductor substrate or a material film thereon.

도 2 및 도 3을 참조하면, 반도체 기판(50)은 캐리어(270)에 부착되고, 캐리어(270)의 이동에 따라 상하 및 좌우로 이동될 수 있다. 반도체 기판(50) 또는 그 위의 물질막(미도시)의 연마 단계에서, 캐리어(270)는 반도체 기판(50)을 주 연마 패드(240)와 접촉시킨다. 주 연마 패드(240)는 반도체 기판(50)과 기계적인 마찰을 갖도록 거칠기를 가질 수 있다. 주 연마 패드(240) 및 반도체 기판(50) 사이에는 슬러리(미도시)가 공급될 수 있다. 슬러리는 반도체 기판(50) 또는 그 위의 물질막 을 연마하기 쉽도록 화학적으로 변환시킬 수 있다.2 and 3, the semiconductor substrate 50 may be attached to the carrier 270, and may move up, down, left, and right according to the movement of the carrier 270. In the polishing step of the semiconductor substrate 50 or a material film (not shown) thereon, the carrier 270 contacts the semiconductor substrate 50 with the main polishing pad 240. The main polishing pad 240 may have a roughness to have mechanical friction with the semiconductor substrate 50. A slurry (not shown) may be supplied between the main polishing pad 240 and the semiconductor substrate 50. The slurry may be chemically converted to facilitate polishing of the semiconductor substrate 50 or the material film thereon.

주 연마 패드(240)는 제 1 플래튼(230) 상에 탈착 또는 부착될 수 있다. 제 1 플래튼(230) 아래에는 제 2 플래튼(235)이 적층되어 있다. 제 2 플래튼(235) 상에는 예비 연마 패드(245)가 탈착 또는 부착될 수 있다. 도면에서, 주 연마 패드(240)는 제 1 플래튼(230) 상에 부착되어 있고, 예비 연마 패드(245)는 제 2 플래튼(235) 상에 부착되어 있다.The primary polishing pad 240 may be attached or detached on the first platen 230. A second platen 235 is stacked below the first platen 230. The preliminary polishing pad 245 may be attached or detached on the second platen 235. In the figure, the primary polishing pad 240 is attached on the first platen 230 and the preliminary polishing pad 245 is attached on the second platen 235.

제 1 플래튼(230) 및 제 2 플래튼(235)은 동일한 단면적을 가질 수 있고, 이에 따라 서로 교체 배치될 수도 있다. 이 경우, 주 연마 패드(240) 및 예비 연마 패드(245)도 서로 호환 가능할 수 있다. 즉, 주 연마 패드(240) 및 예비 연마 패드(245)는 서로 동일한 또는 비슷한 성능을 갖는 동일한 제품일 수 있다.The first platen 230 and the second platen 235 may have the same cross-sectional area, and thus may be interchanged with each other. In this case, the main polishing pad 240 and the preliminary polishing pad 245 may also be compatible with each other. That is, the main polishing pad 240 and the preliminary polishing pad 245 may be the same product having the same or similar performance to each other.

제 1 및 제 2 플래튼들(230, 235)은 회전 가능할 수 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 플래튼들(230, 235)은 스핀들(220)을 통해서 회전 모터(210)에 연결될 수 있다. 제 1 및 제 2 플래튼들(230, 235)의 회전은 연마 패드들(240, 245)과 반도체 기판(50) 사이에 회전 마찰력을 제공할 수 있다.The first and second platens 230 and 235 may be rotatable. For example, the first and second platens 230, 235 may be connected to the rotary motor 210 via the spindle 220. Rotation of the first and second platens 230 and 235 may provide a rotational friction force between the polishing pads 240 and 245 and the semiconductor substrate 50.

CMP 장치(200)는 주 연마 패드(240) 및 예비 연마 패드(245)의 상태를 조절하기 위한 콘디셔너(250)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 콘디셔너(250)는 연마 패드들(240, 245)의 표면 거칠기가 일정해지도록 유지할 수 있다. 보다 구체적으로 보면, 콘디셔너(250)는 연마 패드(240, 245)들과 직접 접촉하는 디스크(252) 및 디스크(252)를 움직이는 암(254)을 포함할 수 있다.The CMP apparatus 200 may include a conditioner 250 for adjusting the state of the main polishing pad 240 and the preliminary polishing pad 245. For example, the conditioner 250 may maintain the surface roughness of the polishing pads 240 and 245 to be constant. More specifically, the conditioner 250 may include a disk 252 in direct contact with the polishing pads 240 and 245 and an arm 254 moving the disk 252.

나아가, CMP 장치(200)는 주 연마 패드(240) 및 예비 연마 패드(245) 상의 파티클 등을 제거하기 위한 브러시(270)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 브러시(270)는 빗질 작업을 통해서 연마 패드들(240, 245) 상의 파티클을 제거할 수 있다.Furthermore, the CMP apparatus 200 may further include a brush 270 for removing particles on the main polishing pad 240 and the preliminary polishing pad 245. For example, the brush 270 may remove particles on the polishing pads 240 and 245 through a combing operation.

반도체 기판(50)은 1차적으로 제 1 플래튼(230) 상의 주 연마 패드(240)에 의해 연마될 수 있다. 하지만, 주 연마 패드(240)의 교체 시기가 되면, 제 1 플래튼(230) 및 제 2 플래튼(235)이 간단한 작업에 의해 서로 교체 배치될 수 있다. 이에 따라, 반도체 기판(50)은 제 2 플래튼(235) 상의 예비 연마 패드(245)에 의해 계속해서 연마될 수 있다. 이 경우, 콘디셔너(250) 및 브러시(270)의 작업 대상도 주 연마 패드(240)에서 예비 연마 패드(245)로 변경될 수 있다.The semiconductor substrate 50 may be first polished by the main polishing pad 240 on the first platen 230. However, when it is time to replace the main polishing pad 240, the first platen 230 and the second platen 235 may be replaced with each other by a simple operation. Accordingly, the semiconductor substrate 50 can be continuously polished by the preliminary polishing pad 245 on the second platen 235. In this case, an operation target of the conditioner 250 and the brush 270 may also be changed from the main polishing pad 240 to the preliminary polishing pad 245.

제 1 및 제 2 플래튼들(230, 235)의 교체 배치는 연마 패드들(240, 245)의 탈착 및 부착 작업에 비해서는 훨씬 간단하게 수행될 수 있다. 따라서, 종래 연마 패드들(240, 245)의 잦은 교체로 인해 작업이 장시간 동안 중단되는 일이 방지될 수 있다. 즉, 주 연마 패드(240)의 연마 진행을 예비 연마 패드(245)의 연마 진행으로 단순히 변경함으로써, 주 연마 패드(240)의 탈착 및 부착 시간을 절약할 수 있다. 즉, 종래보다 연마 패드(240, 245)들의 탈착 및 부착 회수를 반으로 줄일 수 있다. 이에 따라, CMP 장치(200)의 운영 효율이 증가될 수 있다.The replacement arrangement of the first and second platens 230, 235 can be performed much simpler than the removal and attachment of the polishing pads 240, 245. Thus, frequent replacement of the polishing pads 240 and 245 can be prevented from interrupting work for a long time. That is, by simply changing the polishing progress of the main polishing pad 240 to the polishing progress of the preliminary polishing pad 245, it is possible to save the detaching and attaching time of the main polishing pad 240. That is, the number of times of detaching and attaching the polishing pads 240 and 245 can be reduced by half. Accordingly, the operating efficiency of the CMP apparatus 200 may be increased.

발명의 특정 실시예들에 대한 이상의 설명은 예시 및 설명을 목적으로 제공되었다. 본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다.The foregoing description of specific embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications and changes can be made in the technical spirit of the present invention by those having ordinary skill in the art in combination. .

본 발명에 따른 CMP 장치는 종래와 달리, 주 연마 패드 외에 예비 연마 패드를 가지고 있다. 예비 연마 패드는 제 1 및 제 2 플래튼들의 교체 배치에 의해 용이하게 주 연마 패드와 교체 배치될 수 있다.The CMP apparatus according to the present invention, unlike the conventional one, has a preliminary polishing pad in addition to the main polishing pad. The preliminary polishing pad can be easily replaced with the main polishing pad by the replacement arrangement of the first and second platens.

따라서, 종래 연마 패드의 탈착 및 부착에 드는 작업을 단순한 플래튼들의 교체 배치작업으로 대체할 수 있다. 이에 따라, 종래에 비해 연마 패드의 탈착 및 부착 회수를 반 이상으로 줄일 수 있다. 따라서, CMP 장치의 정지 시간을 줄일 수 있고, 그 결과 CMP 장치의 운영 효율이 증가될 수 있다.Therefore, the work for detaching and attaching the conventional polishing pad can be replaced by a simple arrangement of replacement of the platens. Accordingly, the number of times of detachment and adhesion of the polishing pad can be reduced by half or more as compared with the conventional art. Therefore, the down time of the CMP apparatus can be reduced, and as a result, the operating efficiency of the CMP apparatus can be increased.

Claims (5)

상부에 반도체 기판을 연마하기 위한 주 연마 패드를 갖는 제 1 플래튼;A first platen having a main polishing pad thereon for polishing a semiconductor substrate thereon; 상기 제 1 플래튼 하부에 배치되고 상부에 상기 반도체 기판을 연마하기 위한 예비 연마 패드를 갖는 제 2 플래튼; 및 상기 주 연마 패드 및 상기 예비 연마 패드의 상태를 조절하기 위한 콘디셔너를 포함하고, 상기 제 1 플래튼 및 상기 제 2 플래튼은 서로 교체 배치가 가능한 것을 특징으로 하는 화학적기계적연마 장치.A second platen disposed below the first platen and having a preliminary polishing pad thereon for polishing the semiconductor substrate thereon; And a conditioner for adjusting the states of the main polishing pad and the preliminary polishing pad, wherein the first platen and the second platen are interchangeable with each other. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 플래튼 및 상기 제 2 플래튼은 동일한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 화학적기계적연마 장치.2. The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1, wherein the first platen and the second platen have the same cross-sectional area. 제 1 항에 있어서, 상기 주 연마 패드 및 상기 예비 연마 패드는 서로 호환 가능한 것을 특징으로 하는 화학적기계적연마 장치.The apparatus of claim 1, wherein the main polishing pad and the preliminary polishing pad are compatible with each other. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 플래튼들을 동시에 회전시키기 위한 회전 모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적기계적연마 장치.2. The chemical mechanical polishing apparatus of claim 1, further comprising a rotating motor for simultaneously rotating the first and second platens. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 기판을 고정하여 이동시킴으로써 상기 반도체 기판을 상기 주 연마 패드 또는 상기 예비 연마 패드와 접촉시킬 수 있는 캐리어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적기계적연마 장치.2. The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1, further comprising a carrier capable of contacting the semiconductor substrate with the main polishing pad or the preliminary polishing pad by fixing and moving the semiconductor substrate.
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