KR20080002604A

KR20080002604A - 화학기계적연마 장비

Info

Publication number: KR20080002604A
Application number: KR1020060061507A
Authority: KR
Inventors: 이재홍
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2006-06-30
Publication date: 2008-01-04

Abstract

웨이퍼의 양면을 동시에 연마할 수 있는 화학기계적연마 장비를 제시한다. 본 발명에 따르면, 웨이퍼의 전면 및 후면에 각각 접하게 도입되어 각각 회전하는 하측 및 상측 연마 패드들, 및 하측 연마 패드 상에 도입되어 웨이퍼를 잡아 고정하는 리테이너 링(retainer ring)을 포함하는 화학기계적연마 장비를 제시한다. 리테이너 링은 연마 패드들과 웨이퍼의 전후면에 연마 슬러리(slurry)가 공급되게, 비스듬히 경사진 측면, 및 측방향으로 관통하는 관통 슬러리 통로들을 포함하게 형성될 수 있다.

CMP, 웨이퍼 후면 연마

Description

화학기계적연마 장비{Apparatus for chemical mechanical polishing process}

도 1은 종래의 화학기계적연마(CMP) 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적연마(CMP) 장비를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 도면들이다.

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

반도체 소자가 고집적화됨에 따라 막질 평탄화를 위한 화학기계적연마(CMP) 과정이 활발히 도입되고 있다. 반도체 공정에 사용하는 CMP 공정은, 웨이퍼(wafer)를 연마 패드(polishing pad)와 연마 슬러리(slurry)와 접촉시켜, 웨이퍼 표면 또는 표면 상의 막질을 연마하는 과정으로 이해될 수 있다. 이러한 CMP 과정은 웨이퍼 표면을 평탄화 하거나, 표면의 각기 다른 막질 부분을 분리(isolation)시키기 위한 패터닝 과정에 사용되고 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 CMP 장비는, 도시되지는 않았으나 회전 연마 정반 상에 연마 패드(10)를 부착하고, 연마 패드(10) 상에 웨이퍼(20)의 전면(front side)을 접촉시켜 CMP하도록 구성되고 있다. 이때, 헤드(head: 30)와 같이 웨이퍼(20)의 다른 한 면에 접촉하는 치공구에 통해 압력이 인가되거나, 이를 이용하여 웨이퍼(20)를 이동시키며 연마가 수행되고 있다.

이때, 헤드(30) 아래의 웨이퍼(20)는 헤드(30)에 부착되는 리테이너 링(retainer ring: 40)에 의해 압력과 회전에 의해 헤드(30)로부터 이탈되는 것이 방지된다. 헤드(30)와 웨이퍼(20) 사이에는 멤브레인(membrane: 50)이 도입되는 데, 멤브레인(50)은 헤드(30)와 웨이퍼(20) 중간에서 웨이퍼(20)가 이동할 때 진공(vacuum)을 인가하여 웨이퍼(20)를 헤드(30)에 밀착시키는 통로 역할을 하고, 웨이퍼(20)를 연마할 때는 연마 패드(10)쪽으로 압력을 가하는 중간재 또는 통로 역할을 한다. 헤드(30)와 패드(10)는 각각 조절 가능한 속도로 회전하여 마찰을 일으킴으로써, 웨이퍼(20)의 전면이 연마되도록 하고 있다.

그런데, 이런 CMP 방식으로는 웨이퍼(20)의 어느 한 면만 연마할 수 있으며, 양쪽 면을 동시에 연마하는 것은 불가능하다. 또한, 웨이퍼(20)의 후면(back side)을 별도로 연마하기 위해서는, 웨이퍼(20)의 전면이 헤드(30)의 멤브레인(50) 등과 같은 치공구에 접촉하거나 압력을 받게 된다. 이에 따라, 웨이퍼(20) 전면에 원하지 않는 침해(attack)가 발생될 수 있으므로, 현재 CMP 장비로 웨이퍼(20) 후면을 연마하는 것은 실질적으로 매우 어렵다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 웨이퍼의 전면뿐만 아니라 후면 또한 연마할 수 있는 화학기계적연마 장비를 제시하는 데 있다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 관점은, 웨이퍼의 전면 및 후면에 각각 접하게 도입되어 각각 회전하는 하측 및 상측 연마 패드들, 및 상기 하측 연마 패드 상에 도입되어 상기 웨이퍼를 잡아 고정하는 리테이너 링(retainer ring)을 포함하는 화학기계적연마 장비를 제시한다.

상기 리테이너 링은 상기 연마 패드들과 상기 웨이퍼의 전후면에 연마 슬러리(slurry)가 공급되게, 비스듬히 경사진 측면, 및 측방향으로 관통하는 관통 슬러리 통로들을 포함하게 형성될 수 있다.

상기 리테이너 링의 관통 슬러리 통로는 상기 하측 연마 패드의 상면과 대등한 높이로 형성된 것일 수 있다.

상기 리테이너 링은 상기 하측 연마 패드 상에 고정 체결된 것일 수 있다.

상기 상측 연마 패드가 부착되어 상기 웨이퍼 상에 연마 시 회전 및 압력을 가하는 연마 헤드, 상기 하측 연마 패드가 부착되어 회전하는 연마 정반, 및 상기 연마 헤드가 올라간 상태에서 상기 웨이퍼를 상기 하측 연마 패드 상에 장착시키는 웨이퍼 이동 척(chuck)을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼의 전면뿐만 아니라 후면 또한 연마할 수 있는 화 학기계적연마 장비를 제시할 수 있다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서는, 반도체 웨이퍼의 양면을 함께 연마할 수 있도록 두개의 연마 패드들을 서로 마주보게 배치하여 CMP 장비를 구성한다. 웨이퍼의 후면에 접촉하는 별도의 연마 패드를 도입하여 설치하여, 전면을 CMP할 때 후면 또한 동시에 연마될 수 있게 한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 CMP 장비는, 웨이퍼(300)의 전면 및 후면에 각각 접하게 하측 및 상측 연마 패드들(210, 230)이 도입 배치된다. 이때, 하측 연마 패드(210)와 상측 연마 패드(230)는 서로 다른 형태 또는 재질의 연마 패드들을 사용할 수 있으며, 또한, 서로 다른 회전 속도로 회전 구동될 수 있다.

하측 연마 패드(210)는 예컨대 회전 정반(100) 상에 부착되어 회전될 수 있으며, 상측 연마 패드(230)는 예컨대 헤드(400)에 부착되어 회전될 수 있다. 이때, 헤드(400)는 연마 시 가압하는 역할을 하는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 상측 연 마 패드(230)는 종래의 멤브레인의 위치에 설치되는 것으로 이해될 수 있다.

또한, 하측 연마 패드(210) 상에 도입되어 웨이퍼(300)를 잡아 고정하는 리테이너 링(retainer ring: 500)을 포함하여 구성된다. 리테이너 링(500)은 연마 시 웨이퍼(300)를 잡아 고정하는 역할을 하기 위해 연마 패드들(210, 230) 영역 외부로 연장되는 도시되지는 않았으나 연결 부재 및 고정 부재에 연결될 수도 있으나, 하측 연마 패드(210)에 나사 등과 같은 고정 체결 수단(505)에 의해서 고정 체결된 것으로 바람직하게 이해될 수 있다. 이러한 리테이너 링(500)은 하측 연마 패드(210) 상에 설치 또는 배치되어 웨이퍼(300)가 패드들(210, 230)의 회전에 이탈을 방지하는 링 형태의 구조로 이해될 수 있다.

리테이너 링(500)은 연마 패드들(210, 230)과 웨이퍼(300)의 전후면 사이의 계면에 연마 슬러리(slurry)가 공급되게, 비스듬히 경사진 측면(501), 및 측방향으로 몸체를 관통하는 관통 슬러리 통로(503)들을 포함하는 구조로 형성될 수 있다.

이에 따라, 하측 연마 패드(210) 상으로 떨어뜨려져 공급되는 연마 슬러리는 경사진 측면(501)을 타고 올라가 상측 연마 패드(230)와 웨이퍼(300)의 계면으로 공급될 수 있다. 또한, 관통 슬러리 통로(503)들로 슬러리가 유입되므로 하측 연마 패드(210)와 웨이퍼(300)의 계면으로 슬러리가 공급될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼(300)의 전면 및 후면이 동시에 상호 독립적인 연마 속도로 연마될 수 있다. 이때, 관통 슬러리 통로(503)는 실질적으로 하측 연마 패드(210) 면과 대등한 높이 수준으로 형성되는 것이 슬러리 유통 흐름을 위해 바람직하다.

한편, 웨이퍼(300)의 이동은 연마 헤드(400)의 상승 시 별도의 웨이퍼 이동 척(chuck: 600) 또는 이동 수단에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 웨이퍼 이동 척(600)은 진공척으로 이해될 수 있으며, 웨이퍼(300)를 하측 연마 패드(210) 상에 장착하고 탈착하는 수단으로 이해될 수 있다. 또한, 상측 연마 패드(230)의 드레싱(dressing)은 연마 공정 후 별도의 공정으로, 즉, 아웃 시튜(out situ)로 수행할 수 있다. 또한, 웨이퍼(300)의 연마가 끝난 후 일정 시간 순수(DI water)나 슬러리를 상측 연마 패드(230)와 웨이퍼(300) 사이 계면에 분사하여 흡착을 방지할 수 있다.

순수나 슬러리를 공급하는 노즐(nozzle: 550)은 연마 패드들(210, 230)의 사이에 도입되게 설치될 수 있으며, 또한, 리테이너 링(300)에 부착되는 형태로, 예컨대, 리테이너 링(300)의 모체를 아래에서 위로 관통하는 형태로 설치할 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면, 동시에 웨이퍼의 양면을 CMP 연마할 수 있다. 이때, 양면의 연마 비율을 조절하여 각각 원하는 연마 속도가 구현되도록 할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

Claims

웨이퍼의 전면 및 후면에 각각 접하게 도입되어 각각 회전하는 하측 및 상측 연마 패드들; 및

상기 하측 연마 패드 상에 도입되어 상기 웨이퍼를 잡아 고정하는 리테이너 링(retainer ring)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적연마 장비.
제1항에 있어서,

상기 리테이너 링은

상기 연마 패드들과 상기 웨이퍼의 전후면에 연마 슬러리(slurry)가 공급되게, 비스듬히 경사진 측면, 및 측방향으로 관통하는 관통 슬러리 통로들을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적연마 장비.
제2항에 있어서,

상기 리테이너 링의 관통 슬러리 통로는 상기 하측 연마 패드의 상면과 대등한 높이로 형성된 것을 특징으로 하는 화학기계적연마 장비.
제1항에 있어서,

상기 리테이너 링은 상기 하측 연마 패드 상에 고정 체결된 것을 특징으로 하는 화학기계적연마 장비.
제1항에 있어서,

상기 상측 연마 패드가 부착되어 상기 웨이퍼 상에 연마 시 회전 및 압력을 가하는 연마 헤드;

상기 하측 연마 패드가 부착되어 회전하는 연마 정반; 및

상기 연마 헤드가 올라간 상태에서 상기 웨이퍼를 상기 하측 연마 패드 상에 장착시키는 웨이퍼 이동 척(chuck)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적연마 장비.