KR20030095465A - Chemical and mechanical polishing apparatus - Google Patents
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Abstract
개시된 장치는 기판을 연마하기 위해 회전하는 연마 패드 상에 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급부를 구비한다. 슬러리 공급부의 후방에는 연마 패드 상으로 공급된 슬러리를 분산시키기 위한 분산 플레이트가 배치되고, 분산 플레이트는 지지부재에 힌지 결합되어 회전 가능하도록 설치된다. 연마 패드의 회전에 의해 유동하는 슬러리는 분산 플레이트를 부양시키고, 분산 플레이트는 슬러리에 압력을 가하여 슬러리를 지속적으로 균일하게 분산시킨다. 또한, 슬러리는 상기 압력에 의해 연마 패드의 발포 미공들에 효과적으로 수용된다. 따라서, 기판의 연마 효율이 향상되고, 슬러리의 사용량이 절감된다.The disclosed apparatus has a slurry supply for supplying a slurry on a rotating polishing pad for polishing a substrate. A dispersion plate for dispersing the slurry supplied onto the polishing pad is disposed at the rear of the slurry supply unit, and the distribution plate is hingedly coupled to the supporting member to be rotatable. The slurry flowing by the rotation of the polishing pad raises the dispersion plate, which pressurizes the slurry to continuously and uniformly disperse the slurry. In addition, the slurry is effectively accommodated in the foamed pores of the polishing pad by the pressure. Thus, the polishing efficiency of the substrate is improved, and the amount of slurry used is reduced.
Description
본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 슬러리를 제공하여 반도체 기판의 표면을 화학적 기계적으로 연마하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus. More particularly, the present invention relates to an apparatus for providing a slurry to chemically and mechanically polish the surface of a semiconductor substrate.
최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.Recently, the manufacturing technology of semiconductor devices has been developed to improve the degree of integration, reliability, response speed, etc. in order to meet various needs of consumers. Generally, a semiconductor device is manufactured by forming a predetermined film on a silicon wafer used as a semiconductor substrate and forming the film in a pattern having electrical properties.
상기 패턴은 막 형성을 위한 증착, 포토리소그래피, 식각, 이온 주입, 연마, 세정, 건조 등의 다양한 단위 공정들의 순차적 또는 반복적인 공정에 의해 형성된다. 상기와 같은 단위 공정들 중에서 연마 공정은 반도체 장치의 집적도를 향상시키고, 반도체 장치의 구조적, 전기적 신뢰도를 향상시키기 위한 중요한 공정 기술로 대두되고 있다. 최근에는 슬러리(slurry)와 반도체 기판 상에 형성된 막의 화학적 반응 및 연마 패드의 표면에 형성된 발포 융기들과 슬러리에 함유된 연마 입자들 및 반도체 기판 상에 형성된 막 사이의 기계적인 마찰력에 의해 반도체 기판을 평탄화시키는 화학적 기계적 연마 공정이 주로 사용되고 있다.The pattern is formed by a sequential or iterative process of various unit processes such as deposition, photolithography, etching, ion implantation, polishing, cleaning, drying for film formation. Among such unit processes, the polishing process has emerged as an important process technology for improving the integration degree of a semiconductor device and improving the structural and electrical reliability of the semiconductor device. Recently, a semiconductor substrate is formed by chemical reaction between a slurry and a film formed on a semiconductor substrate and a mechanical friction force between foamed bumps formed on the surface of the polishing pad and abrasive particles contained in the slurry and a film formed on the semiconductor substrate. The chemical mechanical polishing process for planarization is mainly used.
상기 화학적 기계적 연마 공정을 수행하기 위한 장치는 일반적으로 회전 정반 상에 부착된 연마 패드, 반도체 기판을 파지하고 회전시키는 연마 헤드, 연마 패드와 반도체 기판 사이에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부, 연마 패드의 표면 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너 등을 구비한다. 또한, 화학적 기계적 연마 공정이 수행되는 도중에 연마 종료 시점을 결정하기 위한 연마 종점 검출 장치를 구비한다.The apparatus for performing the chemical mechanical polishing process generally includes a polishing pad attached on a rotating surface plate, a polishing head for holding and rotating a semiconductor substrate, a slurry supply portion for supplying a slurry between the polishing pad and the semiconductor substrate, and a surface of the polishing pad. A pad conditioner or the like for improving the condition. A polishing end point detection device is also provided for determining the polishing end point during the chemical mechanical polishing process.
상기 슬러리는 피가공물인 반도체 기판의 표면으로부터 또는 표면으로 연마 입자와 화학물질을 전달하는 매개체라고 할 수 있다. 상기 슬러리를 사용하는 화학적 기계적 연마 공정에서는 연마 속도가 중요한 변수이며, 상기 연마 속도는 사용되는 슬러리에 의해 좌우된다. 상기 연마 속도와 슬러리에 대한 일 예로서, 미합중국 특허 제6,114,249호(issued to Canaperi et al.)에는 상기 질화 실리콘층의 연마 속도에 비해 상기 산화 실리콘층의 연마 속도가 28배 정도 빠르게 조정되는 슬러리 조성물이 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제5,938,505호(issued to Morrison et al.)에는 상기 질화 실리콘층의 연마 속도에 비해 상기 산화 실리콘층의 연마 속도가 최대 30배 정도 빠르게 조정되는 슬러리 조성물이 개시되어 있다.The slurry may be referred to as a medium for transferring abrasive particles and chemicals to or from the surface of the semiconductor substrate as a workpiece. In a chemical mechanical polishing process using the slurry, the polishing rate is an important variable, and the polishing rate depends on the slurry used. As an example of the polishing rate and the slurry, US Pat. No. 6,114,249 (issued to Canaperi et al.) Discloses a slurry composition in which the polishing rate of the silicon oxide layer is adjusted about 28 times faster than the polishing rate of the silicon nitride layer. Is disclosed. In addition, US Pat. No. 5,938,505 (issued to Morrison et al.) Discloses a slurry composition in which the polishing rate of the silicon oxide layer is adjusted up to 30 times faster than the polishing rate of the silicon nitride layer.
도 1은 상기와 같은 화학적 기계적 연마 공정을 수행하는 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하여, 화학적 기계적 연마 장치를 설명하면 다음과 같다.1 is a view for explaining an apparatus for performing the chemical mechanical polishing process as described above. Referring to Figure 1, the chemical mechanical polishing apparatus will be described.
연마 패드(102)는 회전 정반(104)의 상부면에 부착되어 있고, 회전 정반(104)의 하부에는 회전력을 제공하는 회전축(106)이 연결되어 있다. 연마 패드(102)의 상부에는 반도체 기판(10)을 흡착하기 위한 연마 헤드(110)가 구비되고, 연마 헤드(110)는 반도체 기판(10)의 연마 도중 회전 및 병진 운동을 하며, 연마 공정의 전후에서 반도체 기판(10)을 상하로 이동시킨다. 연마 패드(102)의 중심을 기준으로 연마 헤드(110)의 반대편에는 연마 패드(102)의 표면 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너(120)가 구비된다. 또한, 연마 패드(102) 상으로 슬러리(130a)를 공급하는 슬러리 공급부(130)가 구비된다.The polishing pad 102 is attached to the upper surface of the rotary table 104, and a rotary shaft 106 that provides rotational force is connected to the lower surface of the rotary table 104. An upper portion of the polishing pad 102 is provided with a polishing head 110 for adsorbing the semiconductor substrate 10, and the polishing head 110 performs rotation and translational movements during polishing of the semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 is moved up and down before and after. A pad conditioner 120 is provided on the opposite side of the polishing head 110 with respect to the center of the polishing pad 102 to improve the surface condition of the polishing pad 102. In addition, a slurry supply unit 130 for supplying a slurry 130a onto the polishing pad 102 is provided.
연마 패드(102) 상으로 공급되는 슬러리(130a)는 연마 패드(102)에 형성되어 있는 수많은 발포 미공들에 수용되며, 연마 패드(102)에 접촉되어 상대 운동하는 반도체 기판(10)의 표면을 화학적 기계적으로 연마한다.The slurry 130a supplied onto the polishing pad 102 is accommodated in a number of foamed pores formed in the polishing pad 102, and contacts the surface of the semiconductor substrate 10 in contact with the polishing pad 102. Polishing chemically and mechanically.
도 2는 도 1에 도시한 연마 헤드 부위를 나타내는 상세도이고, 도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시한 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 평면도이다.FIG. 2 is a detailed view showing the polishing head portion shown in FIG. 1, and FIGS. 3A to 3D are plan views showing the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG.
도 2와 도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 슬러리 공급부(130)로부터 연마 패드(102) 상으로 공급되는 슬러리(130a)는 연마 패드(102)의 회전에 의해 반도체 기판(10)을 흡착하여 회전하는 연마 헤드(110) 방향으로 이동한다. 이때, 슬러리(130a)는 연마 헤드(110)의 리테이너 링(112)에 의해 반도체 기판(10)으로 직접 공급되는 것이 차단되며, 연마 패드(102) 상에 형성된 그루브(102a, groove)들과 발포 미공들을 통해 반도체 기판(10)의 표면에 공급된다. 따라서, 연마패드(102)에 형성되어 있는 그루브(102a)들과 발포 미공들에 슬러리(130a)가 효과적으로 수용되어야만 한다. 그러나, 도 3a와 같이 슬러리 공급부(130)를 통해 공급된 슬러리(130a)는 연마 패드(102) 상에서 회전력에 의해 흐르게 되며, 효과적으로 연마 패드(102)의 표면에 수용되지 못한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 연마 패드(102)의 표면 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너(120)의 요동 운동에 의해 일시적으로 슬러리(130a)가 분산되지만, 이는 일시적인 것이며, 다량의 슬러리(130a)가 연마 패드에 수용되지 못하고 버려지게 된다.2 and 3A to 3D, the slurry 130a supplied from the slurry supply unit 130 onto the polishing pad 102 is rotated by absorbing the semiconductor substrate 10 by the rotation of the polishing pad 102. To the polishing head 110. At this time, the slurry 130a is blocked from being directly supplied to the semiconductor substrate 10 by the retainer ring 112 of the polishing head 110, and the grooves 102a and grooves formed on the polishing pad 102 are foamed. The micropores are supplied to the surface of the semiconductor substrate 10. Therefore, the slurry 130a must be effectively accommodated in the grooves 102a and the foamed pores formed in the polishing pad 102. However, as shown in FIG. 3A, the slurry 130a supplied through the slurry supply unit 130 flows on the polishing pad 102 by rotational force, and is not effectively received on the surface of the polishing pad 102. As shown in FIG. 3B, the slurry 130a is temporarily dispersed by the rocking motion of the pad conditioner 120 to improve the surface condition of the polishing pad 102, but this is temporary, and a large amount of slurry 130a Is not accommodated in the polishing pad and is discarded.
도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 슬러리 공급부(130)가 두 개의 노즐을 구비하는 경우 슬러리(130a)의 분산 효율이 상승하여 적은 양의 슬러리(130a)를 사용하여 효율적으로 반도체 기판(10)을 연마할 수 있으나, 연마 패드(102)의 요동 운동에 따른 것이므로 많은 양의 슬러리(130a)가 그대로 버려지게 된다.As shown in FIGS. 3C and 3D, when the slurry supply unit 130 includes two nozzles, the dispersion efficiency of the slurry 130a is increased, so that the semiconductor substrate 10 can be efficiently used using a small amount of the slurry 130a. ), But due to the rocking motion of the polishing pad 102, a large amount of slurry (130a) is discarded as it is.
상기와 같은 화학적 기계적 연마 장치(100)의 경우 패드 컨디셔너(120)에 의해 연마 패드(102) 표면에 형성되어 있는 수많은 발포 미공들의 막힘을 개선한다고 하더라도 슬러리 공급부(130)로부터 공급되는 슬러리(130a)가 효과적으로 상기 발포 미공들에 수용되지 못하고 버려지므로 슬러리(130a)의 사용 효율이 저하되고, 많은 양의 슬러리(130a)를 공급해야 하는 문제점이 있으며, 반도체 기판(10)의 연마 효율이 저하되는 문제점이 있다.In the case of the chemical mechanical polishing apparatus 100 as described above, the slurry 130a supplied from the slurry supply unit 130 may be improved even if the clogging of numerous foamed pores formed on the surface of the polishing pad 102 by the pad conditioner 120 is improved. Since it cannot be effectively accommodated in the foamed pores and discarded, there is a problem in that the use efficiency of the slurry 130a is lowered and a large amount of the slurry 130a needs to be supplied, and the polishing efficiency of the semiconductor substrate 10 is lowered. There is this.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 일 예로서, 미합중국 특허 제5,709,593호(issued to Guthrie, et al.)에는 고무 또는 테프론 재질로 형성된 와이퍼(wiper)를 사용하여 슬러리를 연마 패드 상에서 분산시키는 장치가 개시되어있다. 상기 장치는 상기 와이퍼가 연마 패드 상에 고정되어 있으므로 와이퍼의 마모에 따른 수명 저하 및 상기 마모에 따라 발생하는 이물질에 의한 반도체 기판 손상과 같은 문제점이 있으며, 와이퍼를 연마 패드의 표면으로부터 소정 간격 이격시켜 배치하므로 와이퍼와 연마 패드의 간격이 변하는 경우 일정한 분산 효율을 갖지 못하는 문제점이 있다.As an example for solving the above problems, US Patent No. 5,709,593 (issued to Guthrie, et al.) Discloses an apparatus for dispersing a slurry on a polishing pad using a wiper formed of rubber or Teflon material. It is. Since the wiper is fixed on the polishing pad, the device has problems such as a decrease in lifespan due to wear of the wiper and damage to the semiconductor substrate due to foreign matters caused by the wear. The wiper is spaced apart from the surface of the polishing pad by a predetermined distance. Because of the arrangement, if the distance between the wiper and the polishing pad changes, there is a problem in that it does not have a constant dispersion efficiency.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 다른 예로서, 미합중국 특허 제6,283,640호(issued to Huey)에는 연마 패드 상에 접촉되도록 설치되며, 슬러리 또는 세정액을 수용하기 위한 암 어셈블리(arm assembly)를 갖는 슬러리 및 세정액 분산 시스템이 개시되어 있다. 상기 암 어셈블리에 수용된 슬러리는 연마 패드에 형성되어 있는 그루브에 수용된 상태로 연마 패드의 회전에 의해 암 어셈블리의 하부를 통해 반도체 기판으로 제공된다. 이때, 상기 암 어셈블리는 지속적으로 연마 패드의 표면에 접촉되어 있는 상태이므로 연마 패드의 회전에 의해 마모되어 이물질을 발생시키게 되며, 상기 이물질은 반도체 기판을 손상시킨다. 또한, 상기 마모에 의해 연마 패드의 수명을 감소시키는 문제점이 발생되며, 연마 공정의 종료 후 암 어셈블리에 수용된 슬러리는 버려지므로 슬러리가 낭비되는 문제점이 있다.As another example for solving the above problems, US Pat. No. 6,283,640 (issued to Huey) is installed to contact on the polishing pad, slurry and cleaning liquid having an arm assembly for receiving the slurry or cleaning liquid Distributed systems are disclosed. The slurry contained in the arm assembly is provided to the semiconductor substrate through the lower portion of the arm assembly by rotation of the polishing pad in a state accommodated in a groove formed in the polishing pad. At this time, since the arm assembly is in a state of continuously contacting the surface of the polishing pad, the arm assembly is worn by the rotation of the polishing pad to generate foreign matter, and the foreign matter damages the semiconductor substrate. In addition, there is a problem of reducing the life of the polishing pad due to the wear, the slurry contained in the arm assembly after the end of the polishing process is discarded, there is a problem that the slurry is wasted.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 반도체 기판의 연마를 위해 연마 패드 상으로 공급되는 슬러리의 분산이 지속적으로 이루어지는 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는데 있다.An object of the present invention for solving the above problems is to provide a chemical mechanical polishing apparatus in which the dispersion of the slurry supplied onto the polishing pad for the polishing of the semiconductor substrate is continuously made.
도 1은 종래의 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.1 is a schematic diagram illustrating a conventional chemical mechanical polishing apparatus.
도 2는 도 1에 도시한 연마 헤드 부위를 나타내는 상세도이다.FIG. 2 is a detailed view showing the polishing head portion shown in FIG. 1. FIG.
도 3a 내지 도 3d는 도 1에 도시한 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 평면도이다.3A to 3D are plan views showing the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG. 1.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.4 is a schematic diagram illustrating a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 도시한 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 평면도이다.FIG. 5 is a plan view of the chemical mechanical polishing apparatus illustrated in FIG. 4.
도 6은 도 4에 도시한 분산 플레이트에 의해 발생하는 슬러리의 압력 분포 변화를 설명하기 위한 도면이다.It is a figure for demonstrating the pressure distribution change of the slurry generate | occur | produced by the dispersion plate shown in FIG.
도 7은 분산 플레이트의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining another example of the dispersion plate.
도 8은 분산 플레이트의 다른 설치 예를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining another installation example of the distribution plate.
도 9a 및 도 9b는 분산 플레이트를 가압하기 위한 장치를 설명하기 위한 도면이다.9A and 9B are views for explaining an apparatus for pressing the distribution plate.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 반도체 기판200 : 화학적 기계적 연마 장치10 semiconductor substrate 200 chemical mechanical polishing apparatus
202 : 연마 패드204 : 회전 정반202: polishing pad 204: rotating platen
206 : 회전축210 : 연마 헤드206: axis of rotation 210: polishing head
220 : 패드 컨디셔너230 : 슬러리 공급부220: pad conditioner 230: slurry supply unit
230a : 슬러리240 : 분산 플레이트230a: slurry 240: dispersion plate
242 : 지지부재242: support member
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판의 표면을 연마하기 위해 회전하는 연마 패드와, 상기 연마 패드의 상부에 구비되고, 상기 기판을 화학적 기계적으로 연마하기 위한 슬러리를 상기 연마 패드 상으로 공급하는 슬러리 공급부와, 상기 연마 패드의 회전 방향에 대하여 상기 슬러리 공급부의 후방에 구비되어 상기 연마 패드 상에 공급되는 상기 슬러리와 접촉되고, 상기 슬러리를 상기 연마 패드 상에 균일하게 분산시키기 위한 분산 플레이트와, 상기 분산 플레이트의 일측 단부에 힌지 결합되어 상기 분산 플레이트가 상기 슬러리에 부양되도록 상기 분산 플레이트를 지지하는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a polishing pad that rotates to polish a surface of a substrate, and a slurry provided on the polishing pad and supplying a slurry for chemically and mechanically polishing the substrate onto the polishing pad. A dispersion plate provided at a rear side of the slurry supply unit with respect to a rotational direction of the polishing pad and in contact with the slurry supplied on the polishing pad, for uniformly dispersing the slurry on the polishing pad; And a support member hinged to one end of the dispersion plate to support the dispersion plate so that the dispersion plate is suspended in the slurry.
따라서, 연마 패드 상으로 공급되는 상기 슬러리는 분산 플레이트에 의해 연마 패드 상에서 균일하게 분산되며, 연마 패드의 발포 미공들에 효과적으로 수용된다. 상기 슬러리의 지속적인 분산은 연마 패드 상으로 공급되는 슬러리의 양을 감소시키고, 슬러리의 사용 효율을 향상시킨다. 또한, 슬러리가 연마 패드 상에서 균일하게 분산되어 연마 패드의 발포 미공들에 효과적으로 수용됨으로서 반도체 기판의 연마 효율이 향상된다.Thus, the slurry supplied onto the polishing pad is uniformly dispersed on the polishing pad by the dispersion plate and effectively received in the foamed pores of the polishing pad. Continuous dispersion of the slurry reduces the amount of slurry fed onto the polishing pad and improves the use efficiency of the slurry. In addition, the slurry is uniformly dispersed on the polishing pad to be effectively accommodated in the foamed pores of the polishing pad, thereby improving the polishing efficiency of the semiconductor substrate.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 5는 도 4에 도시한 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 평면도이다.4 is a schematic configuration diagram illustrating a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a plan view illustrating the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG. 4.
도 4 및 도 5를 참조하면, 도시된 화학적 기계적 연마 장치(200)는 반도체 기판(10)의 표면을 연마하기 위해 회전하는 연마 패드(202)와, 반도체 기판(10)을 파지하고, 반도체 기판(10)을 연마 패드(202)에 접촉시켜 회전시키기 위한 연마 헤드(210)와, 연마 패드(202)의 상부에 구비되고, 반도체 기판(10)을 화학적 기계적으로 연마하기 위한 슬러리(230a)를 연마 패드(202) 상으로 공급하는 슬러리 공급부(230)와, 연마 패드(202)의 회전 방향에 대하여 슬러리 공급부(230)의 후방에 구비되어 연마 패드(202) 상에 공급되는 슬러리(230a)를 분산시키기 위한 분산 플레이트(240)와, 분산 플레이트(240)의 일측 단부에 힌지 결합되어 분산 플레이트(240)를 지지하는 지지부재(242)를 포함한다.4 and 5, the illustrated chemical mechanical polishing apparatus 200 holds a rotating polishing pad 202 and a semiconductor substrate 10 to polish the surface of the semiconductor substrate 10, and the semiconductor substrate. A polishing head 210 for rotating the contact 10 in contact with the polishing pad 202 and a slurry 230a provided on the polishing pad 202 to chemically and mechanically polish the semiconductor substrate 10. The slurry supply unit 230 for supplying the polishing pad 202 and the slurry 230a provided on the polishing pad 202 to the rear of the slurry supply unit 230 with respect to the rotation direction of the polishing pad 202 are provided. Dispersion plate 240 for dispersing, and a support member 242 hinged to one end of the distribution plate 240 to support the distribution plate 240.
연마 패드(202)는 회전 정반(204)의 상부면에 부착되어 있고, 회전 정반(204)의 하부에는 회전력을 전달하는 회전축(206)이 연결되어 있다. 연마 패드(202)의 표면에는 슬러리(230a)의 유동을 위한 다수의 그루브가 동심원 상으로 형성되어 있고, 슬러리를 수용하기 위한 발포 미공들이 형성되어 있다. 연마 패드(202)는 경질 폴리우레탄이나 폴리우레탄이 함침 또는 코팅된 부직 폴리에스테르 펠트로 제조될 수 있다.The polishing pad 202 is attached to the upper surface of the rotating surface plate 204, and a rotating shaft 206 that transmits rotational force is connected to the lower surface of the rotating surface plate 204. On the surface of the polishing pad 202, a plurality of grooves for the flow of the slurry 230a are formed concentrically, and foamed pores for accommodating the slurry are formed. The polishing pad 202 may be made of rigid polyurethane or nonwoven polyester felt impregnated or coated with polyurethane.
슬러리(230a) 내부에 포함되는 연마 입자는 일반적으로 10 내지 1000Å의 크기를 가지며 경도는 반도체 기판(10)과 비슷한 경도를 가지는 것으로 기계적인 연마 작용을 한다. 반도체 기판 상에 형성된 산화막(SiO2)을 연마하는 경우 퓸드 실리카(fumed silica)에 알칼리 수용액을 첨가한 슬러리가 사용될 수 있으며, 금속층의연마에 사용되는 슬러리는 기본적으로 금속을 산화 또는 식각시키는 첨가제와 기계적 가공을 하는 산화알루미늄(Al2O3) 등의 연마 입자로 구성될 수 있다. 폴리 실리콘층의 연마에 사용되는 슬러리는 퓸드 실리카 또는 콜로이드(colloid)상 실리카에 알칼리 수용액을 첨가한 것이 사용될 수 있다.The abrasive particles included in the slurry 230a generally have a size of 10 to 1000 mm and have a hardness similar to that of the semiconductor substrate 10 to perform mechanical polishing. When polishing an oxide film (SiO 2 ) formed on a semiconductor substrate, a slurry in which an alkali aqueous solution is added to fumed silica may be used, and the slurry used for polishing the metal layer is basically an additive that oxidizes or etches the metal. It may be composed of abrasive particles such as aluminum oxide (Al 2 O 3) which is mechanically processed. The slurry used for polishing the polysilicon layer may be one obtained by adding an aqueous alkali solution to fumed silica or colloidal silica.
분산 플레이트(240)는 지지부재(242)에 힌지 결합되어 회전 가능하도록 설치되며, 슬러리 공급부(230)로부터 공급되는 슬러리(230a)에 부양된다. 즉, 슬러리 공급부(230)로부터 연마 패드(202) 상으로 공급되는 슬러리(230a)의 유동 폭은 좁게 형성되지만, 슬러리(230a)에 부양되는 분산 플레이트(240)의 자중에 의해 유동 폭이 넓어진다. 이때, 슬러리(230a)의 폭과 두께는 분산 플레이트(240)의 자중과 슬러리(230a)의 공급 유량에 의해 결정된다.Dispersion plate 240 is hinged to the support member 242 is installed to be rotatable, it is supported by the slurry 230a supplied from the slurry supply unit 230. That is, although the flow width of the slurry 230a supplied from the slurry supply part 230 onto the polishing pad 202 is narrow, the flow width is widened by the weight of the dispersion plate 240 supported by the slurry 230a. . At this time, the width and thickness of the slurry 230a is determined by the self-weight of the dispersion plate 240 and the supply flow rate of the slurry 230a.
도 6은 도 4에 도시한 분산 플레이트에 의해 발생하는 슬러리의 압력 분포 변화를 설명하기 위한 도면이다.It is a figure for demonstrating the pressure distribution change of the slurry generate | occur | produced by the dispersion plate shown in FIG.
도 6을 참조하면, 연마 패드(202)의 회전에 의해 유동하는 슬러리(230a)에는 분산 플레이트(240)의 자중에 의해 압력 분포(230b)의 변화가 발생되고, 상기 압력 분포(230b) 변화에 의해 분산 플레이트(240)가 부양된다. 또한, 상기 압력 분포(230b)의 변화에 의해 슬러리(230a)는 효과적으로 연마 패드(202)의 발포 미공들에 수용된다. 분산 플레이트(240)가 슬러리(230a)의 유동에 의해 슬러리(230a)에 부양되므로 분산 플레이트(240)와 연마 패드(202)는 직접적으로 접촉되지 않고, 이에 따라 분산 플레이트(240)에 의해 연마 패드(202)가 마모되지 않는다. 따라서, 분산 플레이트(240)와 연마 패드(202)의 빈번한 교체가 요구되지 않으며, 분산 플레이트(240) 마모에 의해 발생하는 이물질이 반도체 기판(10)을 손상시키는 문제점이 기본적으로 방지된다.Referring to FIG. 6, in the slurry 230a flowing by the rotation of the polishing pad 202, a change in the pressure distribution 230b occurs due to the weight of the dispersion plate 240 and a change in the pressure distribution 230b occurs. The distribution plate 240 is lifted by this. In addition, due to the change in the pressure distribution 230b, the slurry 230a is effectively received in the foamed pores of the polishing pad 202. Since the dispersion plate 240 is buoyed to the slurry 230a by the flow of the slurry 230a, the dispersion plate 240 and the polishing pad 202 are not directly contacted, and thus the polishing pad is caused by the dispersion plate 240. 202 is not worn. Therefore, the frequent replacement of the dispersion plate 240 and the polishing pad 202 is not required, and the problem that the foreign matter caused by the dispersion plate 240 wear damages the semiconductor substrate 10 is basically prevented.
한편, 분산 플레이트(240)는 슬러리(230a)에 부양된 상태에서 지속적으로 슬러리와 접촉되므로, 내구성 및 내화학성이 우수한 수지로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 내구성, 내화학성, 내열성, 성형성이 우수한 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide ; PPS) 수지, 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone ; PEEK) 수지, 폴리프탈아미드(polyphthalamide ; PPA) 수지 및 써모플라스틱 폴리이미드(thermoplastic polyimide ; TPI) 수지 등으로 형성되는 것이 바람직하다.On the other hand, since the dispersion plate 240 is continuously in contact with the slurry in a state supported by the slurry 230a, it is preferable that the dispersion plate 240 is formed of a resin having excellent durability and chemical resistance. Therefore, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, polyphthalamide (PPA) resin, and thermoplastic polyimide having excellent durability, chemical resistance, heat resistance, and moldability It is preferably formed of (thermoplastic polyimide; TPI) resin or the like.
한편, 분산 플레이트의 하부면은 도 6에 도시한 바와 같이 평평하게 형성할 수도 있고, 도 7에 도시한 바와 같이 분산 플레이트(340)의 하부면은 곡면으로 형성할 수도 있다.Meanwhile, the lower surface of the distribution plate may be formed flat as shown in FIG. 6, and the lower surface of the distribution plate 340 may be formed as a curved surface as shown in FIG. 7.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 슬러리 공급부(230)로부터 연마 패드(202) 상으로 공급되는 슬러리(230a)는 분산 플레이트(240)의 폭에 해당되는 면적으로 분산된다. 여기서, 도 8에 도시한 바와 같이 분산 플레이트(440)는 두 개 또는 그 이상의 개수로 설치가 가능하다. 도시된 슬러리 공급부(430)는 두 개 또는 그 이상의 슬러리 공급 노즐을 구비하고, 연마 패드(202) 상으로 슬러리(430a)를 공급한다.4 and 5 again, the slurry 230a supplied from the slurry supply unit 230 onto the polishing pad 202 is dispersed in an area corresponding to the width of the distribution plate 240. Here, as shown in FIG. 8, the distribution plates 440 may be installed in two or more numbers. The illustrated slurry supply 430 has two or more slurry supply nozzles and supplies the slurry 430a onto the polishing pad 202.
연마 패드(202) 상으로 공급된 슬러리(230a)가 원심력에 의해 연마 패드(202)의 가장자리 부위로 밀려나게 되므로 분산 플레이트(240)는 소정 각도 경사지게 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 연마 패드(202)의 중심과 슬러리(230a)가 제공되는 부위를 지나는 직선(202a)으로부터 연마 패드(202)의 회전 방향으로 경사지도록 배치되는 것이 바람직하다.Since the slurry 230a supplied onto the polishing pad 202 is pushed to the edge portion of the polishing pad 202 by centrifugal force, the dispersion plate 240 is preferably installed to be inclined at a predetermined angle. That is, it is preferable to arrange | position so that it may incline in the rotation direction of the polishing pad 202 from the straight line 202a which passes through the center of the polishing pad 202 and the site | part provided with the slurry 230a.
분산 플레이트(240)의 하부면을 통해 빠져나가는 슬러리(230a)의 폭과 두께는 분산 플레이트(240)의 폭과 길이, 분산 플레이트(240)의 하부면 형상, 분산 플레이트(240)의 자중, 분산 플레이트(240)의 힌지 결합 부위와 연마 패드(202) 사이의 간격, 슬러리(230a)의 점도, 슬러리(230a)의 유량, 연마 패드(202)의 회전 속도, 분산 플레이트(240)의 설치 각도 등에 의해 결정된다. 상기와 같은 변수들은 실험을 통해 최적화될 수 있으며, 하나 내지 두 가지 정도의 변수를 조정하는 것이 바람직하다.The width and thickness of the slurry 230a exiting through the lower surface of the dispersion plate 240 may include the width and length of the dispersion plate 240, the shape of the lower surface of the dispersion plate 240, the weight of the dispersion plate 240, and the dispersion. The gap between the hinge bonding portion of the plate 240 and the polishing pad 202, the viscosity of the slurry 230a, the flow rate of the slurry 230a, the rotation speed of the polishing pad 202, the installation angle of the dispersion plate 240, and the like. Is determined by Such variables can be optimized through experimentation, and it is desirable to adjust one or two variables.
분산되는 슬러리(230a)의 두께는 분산 플레이트(240)의 자중에 의해 슬러리(230a)에 작용되는 압력을 다른 가압 장치를 이용하여 조절할 수 있다. 도 9a 및 도 9b에는 분산 플레이트를 가압하는 장치가 도시되어 있다.The thickness of the slurry 230a to be dispersed may be controlled by using another pressurizing device to control the pressure applied to the slurry 230a by the weight of the dispersion plate 240. 9a and 9b show an apparatus for pressurizing the dispersion plate.
도 9a를 참조하면, 분산 플레이트(540)의 상부면에는 분산 플레이트(540)를 가압하기 위한 압축 코일 스프링(544)이 구비되어 있고, 압축 코일 스프링(544)의 상부에는 압축 코일 스프링(544)을 지지하기 위한 브라켓(546)이 지지부재(542)의 측면으로부터 돌출되어 있다. 한편, 도 9b를 참조하면, 분산 플레이트(640)의 상부면에는 분산 플레이트(640)를 가압하기 위한 공압 다이어프램(644, diaphragm)이 구비되어 있고, 공압 다이어프램(644)의 상부에는 공압 다이어프램(644)을 지지하기 위한 브라켓(646)이 지지부재(642)의 측면으로부터 돌출되어 있다.Referring to FIG. 9A, a compression coil spring 544 for pressing the distribution plate 540 is provided on an upper surface of the distribution plate 540, and a compression coil spring 544 is provided on the compression coil spring 544. A bracket 546 for supporting the protrusion protrudes from the side of the support member 542. Meanwhile, referring to FIG. 9B, a pneumatic diaphragm 644 and a diaphragm for pressurizing the dispersion plate 640 are provided on an upper surface of the distribution plate 640, and a pneumatic diaphragm 644 is provided on the upper portion of the pneumatic diaphragm 644. Bracket 646 protrudes from the side of the support member 642.
따라서, 압축 코일 스프링(544)의 압축 변위 또는 공압 다이어프램(644) 내부에 제공되는 공기의 압력을 조절함으로서, 분산 플레이트(540, 640)에 의해 슬러리(230a)에 작용되는 압력을 조절하여 슬러리(230a)의 두께를 조절할 수 있다.Thus, by adjusting the compression displacement of the compression coil spring 544 or the pressure of the air provided inside the pneumatic diaphragm 644, the pressure applied to the slurry 230a by the distribution plates 540 and 640 is adjusted to adjust the slurry ( 230a) can be adjusted.
도 4 및 도 5를 다시 참조하면, 연마 패드(202)의 회전 방향에 대하여 슬러리 공급부(230)의 전방에는 연마 패드(202)의 표면 상태를 개선시키기 위한 패드 컨디셔너(220)가 배치된다. 패드 컨디셔너(220)는 화학적 기계적 연마 공정 도중에 연마 패드(202)에 형성된 발포 미공들이 연마 부산물에 의해 막히는 것을 방지하기 위해 설치된다. 일반적으로, 연마 패드(202)와 접촉되는 패드 컨디셔너(220)의 일면에는 니켈 도금에 의해 다이아몬드 입자들이 부착되어 있다. 연마 패드(202)의 표면을 다이아몬드 입자들을 이용하여 미세하게 연마함으로서 연마 패드(202)의 발포 미공들을 재생시키는 기능을 한다.Referring again to FIGS. 4 and 5, a pad conditioner 220 is disposed in front of the slurry supply unit 230 with respect to the rotation direction of the polishing pad 202 to improve the surface state of the polishing pad 202. The pad conditioner 220 is installed to prevent foamed pores formed in the polishing pad 202 from being blocked by the polishing by-products during the chemical mechanical polishing process. In general, diamond particles are attached to one surface of the pad conditioner 220 in contact with the polishing pad 202 by nickel plating. Finely polishing the surface of the polishing pad 202 using diamond particles serves to regenerate the foamed pores of the polishing pad 202.
상기와 같이 슬러리 공급부(230)의 전방에서 연마 패드(202)의 발포 미공들을 재생시키고, 슬러리 공급부(230)의 후방에서 분산 플레이트(240)에 의해 슬러리(230a)가 효과적으로 연마 패드(202)의 발포 미공들에 수용되므로 반도체 기판(10)의 연마 효율이 향상된다.As described above, the fine pores of the polishing pad 202 are regenerated in front of the slurry supply unit 230, and the slurry 230a is effectively removed from the polishing pad 202 by the dispersion plate 240 at the rear of the slurry supply unit 230. Since it is accommodated in the foamed micropores, the polishing efficiency of the semiconductor substrate 10 is improved.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 연마 패드 상으로 공급되어 반도체 기판을 화학적 기계적으로 연마하는 슬러리는 슬러리 공급부의 후방에 설치된 분산 플레이트에 의해 지속적으로 균일하게 분산된다. 분산 플레이트는 슬러리에 부양되므로 연마 패드와 직접적으로 접촉되지 않는다.According to the present invention as described above, the slurry supplied onto the polishing pad to chemically and mechanically polish the semiconductor substrate is continuously and uniformly dispersed by a dispersion plate provided at the rear of the slurry supply portion. The dispersion plate is suspended in the slurry so that it is not in direct contact with the polishing pad.
따라서, 슬러리 분산을 위해 설치되는 분산 플레이트가 마모되지 않으므로 분산 플레이트의 잦은 교체가 요구되지 않으며, 분산 플레이트와 연마 패드의 접촉에 의한 이물질이 발생되지 않는다.Therefore, since the dispersion plate installed for slurry dispersion is not worn, frequent replacement of the dispersion plate is not required, and foreign matters due to the contact of the dispersion plate and the polishing pad are not generated.
또한, 분산 플레이트에 의해 슬러리가 지속적으로 분산되고, 분산 플레이트에 의해 작용되는 압력으로 슬러리가 연마 패드의 발포 미공들에 효과적으로 수용되므로, 반도체 기판의 연마 효율이 향상되며, 슬러리 사용량이 절감된다.In addition, since the slurry is continuously dispersed by the dispersion plate and the slurry is effectively accommodated in the foamed pores of the polishing pad by the pressure applied by the dispersion plate, the polishing efficiency of the semiconductor substrate is improved, and the amount of slurry used is reduced.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
Claims (5)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101384259B1 (en) * | 2007-06-13 | 2014-04-11 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | Apparatus for heating or cooling a polishing surface of a polishing apparatus |
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