KR20070025716A - 연마헤드 및 이를 이용한 화학적기계적연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 연마헤드 및 이를 이용한 화학적기계적연마장치는 웨이퍼와 접하는 연마헤드의 저면에 웨이퍼 테두리의 절취부 형상에 대응하는 더미부를 형성하여 플랫 타입(flat type) 웨이퍼를 연마할 때 플랫부가 다른 테두리보다 더 빠르게 연마되는 문제점을 방지할 수 있게 되어 대상막질에 대한 화학적기계적연마의 연마 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있어서 수율을 향상시킬 수 있게 되는 이점이 있다.

화학적기계적연마(CMP), 웨이퍼, 연마헤드, 플랫존, 균일성

Description

연마헤드 및 이를 이용한 화학적기계적연마장치{Polishing head and Chemical mechanical polishing apparatus using the same}

도 1은 일반적인 플랫 타입의 웨이퍼를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 2는 종래 화학적기계적연마장치의 연마헤드를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자 제조를 위한 화학적기계적연마 장치를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자 제조를 위한 화학적기계적연마 장치의 연마헤드를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 5는 도 4에 도시한 연마헤드의 저면을 나타내 보인 참고 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 웨이퍼 11: 플랫부

100: 화학적기계적연마장치 110: 연마패드

120: 연마정반 121: 정반회전축

130: 컨디셔닝 140: 슬러리 공급수단

150: 연마헤드 151: 연마헤드 회전축

152: 저면 153: 더비부

본 발명은 반도체소자의 제조과정에서 사용되는 연마헤드 및 이를 이용한 화학적기계적연마장치에 관한 것이다.

최근 반도체소자의 집적도가 증가하고, 다양한 물질들이 도입되면서 평탄화공정에 대한 중요성이 점점 커지고 있다. 이와 같은 평탄화공정 중 기계적인 연마(polishing)방식은 가공변질층을 유발하여 결함의 원인이 되며, 화학적인 연마방식은 변질층을 유발하지는 않지만 정밀한 평탄도를 얻을 수 없다는 한계를 갖고 있다. 따라서 이 두 가지 방식의 장점을 접목한 화학적기계적연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing)장치가 주로 사용되고 있다.

이와 같은 화학적기계적연마장치는 연마대상막질을 갖는 웨이퍼를 연마패드와 슬러리에 의해 연마한다. 패드가 부착되는 연마테이블은 회전운동을 하고, 헤드부는 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정한 압력을 웨이퍼에 가한다. 웨이퍼는 표면장력 또는 진공에 의해 헤드부에 장착된다. 헤드부의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼 표면과 패드는 접촉하게 되고, 이 접촉면 사이의 미세한 틈, 즉 패드의 기공부분에 슬러리가 유동을 한다. 이에 따라 슬러리를 구성하는 연마입자와 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지며, 동시에 슬러 리 내의 화학성분에 의해 화학적인 제거도 함께 이루어진다. 한편 컨디셔너는 연마패드의 연마능력을 유지시키도록 한다.

일반적으로 웨이퍼는 정원형으로 이루어지기 때문에 웨이퍼의 정렬을 맞추기 위하여 테두리의 일부를 절취하여 이를 정렬의 기준으로 삼고 있는데 이 테두리의 일부를 절취한 형태에 따라 구분하는 노치타입(notch type) 웨이퍼와 플랫타입(flat type) 웨이퍼가 가장 널리 사용되고 있다.

그런데 이와 같은 화학적기계적연마장치에서 플랫 타입(flat type)의 웨이퍼를 가공할 경우 웨이퍼의 형상 때문에 균일하게 연마되지 않는다는 문제가 있다.

도 1은 일반적인 플랫 타입의 웨이퍼를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 플랫 타입 웨이퍼(10)는 원형으로 이루어진 테두리의 일부에 플랫한 플랫부(11)(flat zone)를 형성한 것이다.

한편 도 2는 종래 화학적기계적연마장치의 연마헤드를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 종래 화학적기계적연마장치의 연마헤드(20)는 웨이퍼의 형상과는 무관하게 원형으로 형성되어 있다.

이와 같이 종래 화학적기계적연마장치의 헤드는 원형 형상으로 이루어져 있는데 반해서 플랫 타입 웨이퍼(flat type wafer)는 테두리의 일부를 절취하여 가장자리부에 플랫부(11)를 형성하여 헤드에서 균일한 압력으로 가압하여도 다른 테두리 보다 플랫부(11)가 더 많은 압력을 받게 된다. 이는 연마시 다른 테두리 보다 플랫부(11)에 더 빠른 연마속도를 갖게 하므로 화학적기계적연마(CMP: Chemical mechanical polishing)의 균일성(uniformity)이 나빠지는 현상이 발생하는 것이다.

종래에는 칩(chip) 크기(size)가 많이 작지는 않아서 플랫부(11)의 불균일한 연마가 다이(die)의 생성에 큰 영향을 미치지 않았으나 칩의 크기가 점점 작아지고 있는 현재에는 이와 같은 불균일성이 칩에 큰 영향을 끼칠 수 있게 되었는데 이는 웨이퍼의 테두리 부근에서 불량칩이 발생할 가능성이 크다는 것을 의미하며, 그 원인 중의 하나가 플랫부(11)의 연마속도가 다른 테두리의 연마속도보다 빠르기 때문에 발생하는 화학적기계적연마 공정에서의 대상막질의 불균일성이 된다는 것이다. 이와 같이 종래의 연마헤드 및 화학적기계적연마장치에서의 불균일성으로 전체적인 수율이 감소할 수 있다는 것을 쉽게 알 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 평탄화하고자 하는 대상막질에 대한 제거율을 플랫 타입 웨이퍼의 모든 위치에 걸쳐서 균일하게 함으로써 후속공정에서의 공정불량의 발생을 억제하고 수율을 증가시킬 수 있도록 하는 반도체소자 제조를 위한 연마헤드 및 이를 이용한 화학적기계적연마장치을 제공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 연마헤드는 웨이퍼와 접하는 접면에 웨이퍼 테두리의 절취부 형상에 대응하는 더미부를 형성한 것 을 특징으로 한다.

상기 웨이퍼는 테두리에 플랫부를 갖는 플랫 타입 웨이퍼이고, 상기 더미부는 상기 플랫부 형상에 대응하도록 돌출 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 화학적기계적연마장치는 상면에 부착되는 연마패드를 갖고, 정반회전축에 연결되어 회전가능한 연마정반(platen); 상기 연마패드의 연마력을 유지하기 위한 컨디셔닝(conditioning)수단; 상기 연마패드에 슬러리(slurry)를 공급하는 슬러리 공급수단; 및 연마헤드 회전축에 연결되어 웨이퍼가 연마되도록 지지하는 본 발명에 의해 고안된 연마헤드로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 의해 한정되지 않는다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자 제조를 위한 화학적기계적연마 장치를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 화학적기계적연마장치(100)는 상면에 부착되는 연마패드(110)를 갖고, 정반회전축(121)에 연결되어 회전가능한 연마정반(platen)(120); 상기 연마패드(110)의 연마력을 유지하기 위한 컨디셔닝(conditioning)수단(130); 상기 연마패드(110)에 슬러리(slurry)를 공급하는 슬러리 공급수단(140); 및 연마헤드 회전축(151)에 연결되어 웨이퍼(10)가 연마되도록 지지하는 본발명에 의한 연마헤드(150)로 이루어진다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자 제조를 위한 화학적기계적연마 장치의 연마헤드를 설명하기 위하여 나타내 보인 도면이다.

본 발명의 연마헤드(150)는 테두리에 플랫한 절취부를 형성한 플랫 타입 웨이퍼를 위한 것으로 도 4를 참조하면, 웨이퍼(10)와 접하는 저면(152)에 웨이퍼 테두리의 절취부 형상에 대응하는 더미부(153)를 형성하고, 상기 더미부(153)를 상기 플랫부 형상에 대응하도록 돌출 형성한 것이다.

도 5는 도 4에 도시한 연마헤드의 저면을 나타내 보인 참고 도면으로 플랫 타입 웨이퍼가 장착된 상태를 가상선으로 함께 도시하였다.

도 5를 참조하면, 상기 더미부(153)가 웨이퍼(10)의 플랫부(11)에 정확히 위치하도록 상기 웨이퍼(10)가 연마헤드(150)에 장착된 상태임을 확인 할 수 있다.

이때 상기 더미부(153)는 경질(硬質)의 러버(rubber)로 형성하는 것이 바람직하다.

위와 같은 화학적기계적연마장치를 이용한 웨이퍼 연마공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 도면에는 도시하지 않은 웨이퍼를 적재하고 있는 로드 스테이션(load station)에 웨이퍼가 놓여졌을 때 상기 로드 스테이션의 웨이퍼 적재위치에 설치되어 있는 적외선 센서에 의해 웨이퍼의 플랫부를 설정위치로 맞춘다.

위와 같이 플랫부(11)가 특정위치로 위치된 상태의 웨이퍼(10)를 본 발명의 연마헤드(150)에 장착한다. 이때 상기 연마헤드(150)는 웨이퍼(10)의 플랫부(11)에 대응되는 더미부(153)가 형성되어 있어서 상기 더미부(153)가 상기 웨이퍼(10)의 플랫부(11)에 대응하도록 하면서 웨이퍼(10)를 장착한다.

이와 같이 장착된 웨이퍼(10)는 본 발명의 화학적기계적연마장치(100)에서 연마된다. 즉, 상기 웨이퍼(10)의 연마대상막질은 연마패드(110)와 슬러리 공급수단(140)에 의해 공급되는 슬러리에 의해 연마된다. 상기 연마패드(110)가 부착된 연마정반(120)은 회전운동을 하고, 상기 연마헤드(150)는 연마헤드 회전축(151)에 연결되어 회전운동과 요동운동을 동시에 행하며 일정한 압력을 상기 웨이퍼(10)에 가하게 될때, 상기 연마헤드(150)의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 웨이퍼(10) 표면이 연마패드(110)에 접촉하게 되고, 이 접촉면 사이의 미세한 틈, 즉 연마패드(110)의 기공부분에 슬러리가 유동을 한다. 이때 슬러리를 구성하는 연마입자와 연마패드(110)의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지며, 동시에 슬러리 내의 화학성분에 의해 화학적인 제거도 함께 이루어진다. 한편 컨디셔너(130)는 상기 연마패드(110)의 연마능력을 유지시키도록 한다.

상기와 같이 웨이퍼(10)가 연마될때 상기 연마헤드(150)의 저면(152)에 웨이퍼 테두리의 절취부 형상에 대응하는 더미부(153)가 형성되어 있어서 상기 더미부(153)가 상기 웨이퍼(10)의 플랫부(11)에 위치함으로 인해 상기 웨이퍼(10)의 플랫부(11)가 다른 테두리부분 보다 더 빠르게 연마되는 것을 방지해 준다.

또한 상기 더미부(153)는 경질(硬質)의 러버(rubber) 재질로 형성되어 이 부분이 연마되어도 슬러리 및 웨이퍼에 스크래치(scratch) 문제가 발생하지 않는다.

따라서 플랫 타입 웨이퍼를 연마할 때에 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있어서 웨이퍼의 플랫부 부근의 다이(die)도 모두 칩으로 사용할 수 있게 되어 높 은 수율을 얻을 수 있게 된다.

본 발명에서는 구체적으로 설명하지는 않겠지만 연마헤드에 웨이퍼를 가압하기 위한 일반적인 가압수단이 설치될 경우 본 발명의 더미부를 가압하는 더미부 가압수단이 별도로 구성될 수 있을 것이다. 이 경우 더미부에 가해지는 압력도 조절하면서 웨이퍼의 표면을 연마할 수 있을 것이다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체소자 제조를 연마헤드와 이를 이용한 화학적기계적연마장치에 의하면, 대상막질에 대한 화학적기계적연마의 연마 균일성(uniformity)을 향상시킬 수 있는 이점이 제공된다. 특히 플랫 타입(flat type) 웨이퍼를 연마할 때 플랫부(flat zone)의 연마속도가 다른 테두리보다 더 빠르게 연마되는 문제점을 방지할 수 있게 되어 다이의 불량을 감소시킬 수 있으므로 칩 사이즈가 작아지는 경우에도 수율을 향상시킬 수 있게 되는 이점이 있다.

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

Claims (4)

1. 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학적기계적연마장치에 설치되는 연마헤드에 있어서,

   웨이퍼와 접하는 상기 연마헤드의 저면에 웨이퍼 테두리의 절취부 형상에 대응하는 더미부를 형성한 것을 특징으로 하는 연마헤드.
2. 제1항에 있어서,

   상기 웨이퍼는 테두리에 플랫부을 갖는 플랫 타입 웨이퍼이고, 상기 더미부는 상기 플랫부 형상에 대응하도록 돌출 형성한 것을 특징으로 하는 연마헤드.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 더미부는 경질(硬質)의 러버(rubber)로 형성하는 것을 특징으로 하는 연마헤드.
4. 반도체 소자를 제조하기 위한 웨이퍼를 연마하는 화학적기계적연마장치에 있어서,

   상면에 부착되는 연마패드를 갖고, 정반회전축에 연결되어 회전가능한 연마정반(platen);

   상기 연마패드의 연마력을 유지하기 위한 컨디셔닝(conditioning)수단;

   상기 연마패드에 슬러리(slurry)를 공급하는 슬러리 공급수단; 및

   연마헤드 회전축에 연결되어 웨이퍼가 연마되도록 지지하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 에 의한 연마헤드를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적기계적연마장치.

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