KR20080061992A - 화학기계적연마 장치 - Google Patents

Abstract

화학기계적연마 패드(CMP pad) 상에 연마 슬러리(slurry)를 공급하는 공급부, 연마될 웨이퍼를 도입하는 연마 헤드(head)부, 및 웨이퍼의 연마에 의해 유발되는 연마 잔류물을 걸러 연마 패드 상으로부터 제거하는 잔류물 걸림판을 포함하는 화학기계적연마 장치를 제시한다.

CMP, 스크래치, 잔류물, 슬러리

Description

화학기계적연마 장치{Chemical mechanical polishing apparatus}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적연마(CMP) 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연마 잔류물 제거부를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.

본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로, 특히, 화학기계적연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)) 장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 집적도가 증가하고 디자인 룰(design rule)이 축소됨에 따라, 화학기계적연마 과정을 도입하여 층을 평탄화하는 과정이 사용되고 있다. 예컨대 반도체 소자와 소자 사이를 절연시키는 절연층의 평탄화나 대상층의 제거에 화학기계적연마가 이용되고 있다. CMP 과정의 수행에 연마된 층의 표면에 스크래치(scratch) 등과 같은 연마 결함의 발생이 수반될 수 있다. 연마 스크래치는 연마에 따른 연마된 막질의 잔존물이나 슬러리 찌꺼기 등과 같은 연마 잔류물(residue)이 연마 패드(pad) 상에 잔류함으로써 유발될 수 있다.

연마 스크래치는 반도체 소자의 동작에 불량을 야기하는 결함으로써, 반도체 소자 제조 과정에 화학기계적연마를 적용하는 데 제한 요소로 작용하고 있다. 따라서, 화학기계적연마(CMP) 스크래치 결함을 억제하거나 감소시키기 위해서, 연마에 제공되는 연마 슬러리의 응집된 입자들을 미리 걸러주거나, 컨디셔너(conditioner)에 의해 연마 패드 표면을 회복(curing)시켜 주는 등의 방법들이 제시되고 있다. 그럼에도 불구하고, 실질적으로 연마 잔류물에 의한 연마 스크래치의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 방법의 개발이 여전히 요구되고 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 반도체 소자가 집적되는 웨이퍼 상의 연마 대상층 표면에 스크래치 결함 발생을 억제시킬 수 있는 화학기계적연마(CMP) 장치를 제시하는 데 있다.

상기 기술 과제를 위한 본 발명의 일 관점은, 화학기계적연마 패드(pad), 상기 패드 상에 연마 슬러리(slurry)를 공급하는 공급부, 상기 패드 상에 연마될 웨이퍼를 도입하는 연마 헤드(head)부, 및 상기 웨이퍼의 연마에 의해 유발되는 연마 잔류물을 걸러 상기 연마 패드 상으로부터 제거하는 잔류물 걸림판을 포함하는 화학기계적연마 장치를 제시한다.

상기 걸림판의 가장자리부가 상기 연마 패드 표면에 닿게 지지하는 지지 몸체, 및 상기 걸림판에 걸러진 상기 연마 잔류물에 세정액을 분사하는 세정액 분사부를 더 포함하는 화학기계적연마 장치를 제시한다.

상기 걸림판의 가장자리부는 연성 재질로 형성되어 상기 연마 패드 표면에 접촉하게 할 수 있다. 상기 걸림판은 상기 슬러리 공급부의 앞쪽에 위치하여 상기 연마 잔류물이 공급되는 상기 슬러리에 도달하지 않게 막게 도입된다.

본 발명에 따르면, 반도체 소자가 집적되는 웨이퍼 상의 연마 대상층 표면에 연마 스크래치 결함을 억제시킬 수 있는 화학기계적연마(CMP) 장치를 제시할 수 있다.

본 발명의 실시예에서는, 연마 패드 상에 잔류하는 연마에 의해 발생되는 부산물 막질 찌꺼기와 슬러리 잔류물을 걸러 제거하는 연마 잔류물 제거부를 도입한 화학기계적연마(CMP) 장치를 제시한다. 연마 잔류물 제거부는 연마 잔류물이 연마 슬러리가 새로이 공급되는 부분에 도달되지 않게 미리 걸러주는 역할을 한다. 연마 잔류물 제거부는 연마 패드 상에 잇대어져 연마 잔류물을 거르는 잔류물 걸림판과, 잔류물 걸림판에 의해 걸러진 연마 잔류물이 연마 패드 상으로부터 제거되도록 하는 탈이온수(DeIonized water)와 같은 세정액을 분사하는 세정액 분사부를 포함하여 구성될 수 있다.

이러한 걸림판 및 세정액 분사부를 포함하는 연마 잔류물 제거부를 도입함에 따라, 연마 패드 표면으로부터 연마 후 발생되는 부산물 또는 슬러리 찌꺼기 등의 연마 잔류물을 제거할 수 있다. 연마 슬러리는 이러한 연마 잔류물이 제거된 연마 패드 상에 공급되어 연마 대상층의 연마를 수행하게 된다. 따라서, 연마 잔류물 등과 같은 스크래치 유발 파티클 소스(particle source)에 의한 연마 스크래치의 발생을 억제하거나 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적연마(CMP) 장치를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연마 잔류물 제거부를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적연마 장치는, 화학기계적연마를 위한 연마 패드(100)가 연마 정반(table) 상에 부착되고, 연마 패드(100) 상에 웨이퍼를 잡아 도입하는 연마 헤드(head)부(200)가 도입된다. 연마 패드(100) 상에 연마 슬러리(slurry)를 공급하는 슬러리 공급부(300) 또는 슬러리 투입구가 도입된다. 또한, 연마 패드(100) 표면의 회복 또는 활성화를 위해서 컨디셔너(400)가 도입된다.

슬러리 공급부(300)에 의해 공급된 슬러리는 연마 테이블의 회전에 의해 회전되는 연마 패드(200) 상에 공급되고, 연마 패드(200)의 회전에 의해 연마 헤드부(200) 아래의 웨이퍼와 연마 패드(200) 표면 사이의 계면 영역에 공급된다. 연마 슬러리 및 연마 패드(200)의 연마 작용에 의해 웨이퍼의 표면에 연마 공정이 수행된다. 연마 공정에 의해 연마 대상층으로부터 떨어져 나오는 막질 물질 입자들과 같은 연마 부산물 또는 연마에 사용된 슬러리 찌꺼기 등을 포함하는 연마 잔류물이 연마 패드(100) 상에 잔존할 수 있다. 이러한 연마 잔류물을 걸러 연마 패드(100) 상으로부터 제거하는 잔류물 걸림판(500)을 연마 패드(100) 상에 접촉하게 도입한다.

도 1과 함께 도 2 및 도 3을 참조하면, 잔류물 걸림판(500)은 연마 패드(100)를 가로질러 표면에 접촉하는 블레이드(blade) 형태로 도입될 수 있다. 잔 류물 걸림판(500)은 연마 패드(100)와 접촉하는 가장자리부(501)가 연성 재질로 구성되어, 연마 패드(100)의 표면에 접촉하여 연마 패드(100) 표면 상에 잔류하는 연마 잔류물(도 2의 101)을 걸러 주는 역할을 한다. 연마 패드(100)는 회전하고 있으므로, 잔류물 걸림판(500)이 연마 패드(100) 표면에 접촉하여 고정되면, 잔류물 걸림판(500)에 연마 잔류물(101)들이 걸리게 된다.

이에 따라, 잔류물 걸림판(500)을 지나간 뒤쪽의 연마 패드 부분(103)에는 연마 잔류물(101)이 더 이상 잔류하지 않게 된다. 따라서, 뒤쪽의 연마 패드 부분(103)은 실질적으로 깨끗한 표면 상태를 가지게 되며, 이러한 깨끗한 표면 상태의 연마 패드(100) 부분(103)이, 슬러리 공급부(도 1의 300) 아래로 제공되게 된다. 따라서, 공급되는 슬러리는 깨끗한 표면 상태의 연마 패드(100) 부분(103)에 제공되고, 이러한 슬러리가 연마 헤드부(200) 아래의 웨이퍼의 연마 대상면으로 제공되게 된다. 따라서, 웨이퍼와 연마 패드(100)의 경계면, 즉, 연마면에는 연마 잔류물이 제공되는 것을 실질적으로 억제할 수 있다. 연마 잔류물이 연마면에 원하지 않게 제공되는 것을 방지할 수 있어, 연마 잔류물에 의한 스크래치 결함의 발생을 실질적으로 억제하거나 방지할 수 있다.

잔류물 걸림판(500)의 연마 패드(100)를 가로지르는 각도에 따라 걸린 연마 잔류물(101)이 연마 패드(100)의 외측 바깥으로 밀려 제거될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 잔류물 걸림판(500)에 걸린 연마 잔류물(101)을 보다 효과적으로 제거하기 위해서, 탈이온수와 같은 세정액의 분사를 도입할 수 있다. 예컨대, 잔류물 걸림판(500)은 도 2 및 도 3에 제시된 바와 같이 바(bar) 형태의 지지 몸체(510)에 의 해 지지될 수 있다.

이러한 지지 몸체(510)는 단단한 재질로 형성되며, 오염원을 유발하지 않는 재질로 형성될 수 있다. 몸체(510)에는 걸림판(500)에 걸러진 상기 연마 잔류물에 세정액을 분사하는 세정액 분사부(530)가 설치될 수 있다. 세정액 분사부(530)는 분사 노즐(nozzle) 등을 통해 세정액, 예컨대, 탈이온수나 순수를 걸림판(500)에 걸린 연마 잔류물(101)에 분사한다. 이에 따라, 걸린 연마 잔류물(101)은 세정액의 분사 압력에 의해 연마 패드(100)의 외측으로 밀려 제거되게 된다.

이와 같이 세정액 분사를 도입하는 경우 연마 잔류물(101)이 새로이 공급되는 연마 슬러리에 영향을 미치는 것을 보다 더 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 세정액의 분사에 의해 연마 잔류물(101)이 제거되므로, 화학기계적연마 장치 내외부에서 연마 테이블 주위로 유입될 수 있는 이물질 또한 함께 제거될 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 연마 잔류물에 의한 웨이퍼 또는 연마 대상막의 연마면에 스크래치 결함이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 화학기계적연마 장치에 유입될 수 있는 이물질이 연마면에 영향을 미치는 것을 억제할 수 있다. 스크래치 결함을 유발할 수 있는 파티클 소스를 효과적으로 제거할 수 있어, 보다 안정적인 화학기계적연마 과정을 수행할 수 있으며, 연마 공정의 효율을 개선할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것으로 해석되어지는 것은 바람직하지 않다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능한 것으로 이해될 수 있다.

Claims (4)

1. 화학기계적연마 패드(pad);

   상기 패드 상에 연마 슬러리(slurry)를 공급하는 공급부;

   상기 패드 상에 연마될 웨이퍼를 도입하는 연마 헤드(head)부; 및

   상기 웨이퍼의 연마에 의해 유발되는 연마 잔류물을 걸러 상기 연마 패드 상으로부터 제거하는 잔류물 걸림판을 포함하는 화학기계적연마 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 걸림판의 가장자리부가 상기 연마 패드 표면에 닿게 지지하는 지지 몸체; 및

   상기 걸림판에 걸러진 상기 연마 잔류물에 세정액을 분사하는 세정액 분사부를 더 포함하는 화학기계적연마 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 걸림판의 가장자리부는 연성 재질로 형성되어 상기 연마 패드 표면에 접촉하는 화학기계적연마 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 걸림판은 상기 슬러리 공급부의 앞쪽에 위치하여 상기 연마 잔류물이 공급되는 상기 슬러리에 도달하지 않게 막는 화학기계적연마 장치.

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