KR100481872B1

KR100481872B1 - 폴리싱 헤드 및 화학적 기계적 연마 장치

Info

Publication number: KR100481872B1
Application number: KR10-2003-0002468A
Authority: KR
Inventors: 문진옥
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2005-04-11
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: KR20040065486A; JP2004221566A; JP4531389B2; US7101271B2; US20040137832A1

Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 사용되는 폴리싱 헤드에 관한 것으로, 상기 장치는 저면에 위치되는 멤브레인 지지체, 각각 독립적으로 가압되는 복수의 영역을 가지는 가압부와 상기 멤브레인을 복수의 영역들로 구획하기 위해 상기 영역들 사이의 경계부에서 상부로 연장된 구획부를 가지며 상기 멤브레인 지지체에 고정되는 멤브레인, 그리고 상기 구획부를 고정하며 상기 멤브레인 지지체에 형성된 가이드 홈 내에서 상기 멤브레인의 가압부와 함께 이동되는 슬라이드 링을 구비한다.

상술한 구조를 가진 본 발명에 의하면, 웨이퍼를 영역에 따라 다른 압력으로 가압하는 경우에도 멤브레인을 각 영역으로 구획하는 구획부가 고정된 슬라이드 링이 멤브레인의 가압부와 함께 이동되므로, 웨이퍼와 맞닿는 멤브레인의 하부면이 평평하게 되며, 이로 인해 연마균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

폴리싱 헤드 및 화학적 기계적 연마 장치{POLISHING HEAD AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 반도체 소자를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학적 기계적 연마 장치 및 이에 사용되는 폴리싱 헤드에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정은 웨이퍼 상에 박막층을 형성하는 증착공정과 그 박막층상에 미세한 회로패턴을 형성하기 위한 식각공정을 포함한다. 웨이퍼상에 요구되는 회로패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되고, 회로패턴이 형성된 후 웨이퍼의 표면에는 매우 많은 굴곡이 생긴다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 웨이퍼 표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차는 증가하고 있다. 그러나 웨이퍼 표면의 비평탄화는 포토리소그래피 공정에서 디포커스등의 문제를 발생하므로 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 연마하어야 한다.

웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있다. 이중 좁은 영역 뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 장치가 주로 사용된다.

화학적 기계적 연마 장치는 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 장치로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다. 기계적 연마는 회전하는 연마용 판인 연마 패드에 웨이퍼를 가압 및 회전시킴으로써 연마 패드와 웨이퍼 표면 간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면을 연마하는 것이고, 화학적 연마는 연마 패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 슬러리(Slurry)라는 화학적 연마제에 의해 웨이퍼 표면을 연마하는 것이다.

이러한 화학적 기계적 연마 장치를 이용하는 평탄화장치는 미국특허 US5,423,716, US6,210,255, 그리고 US6,361,419 등에 개시되어 있다. 이들 장치에서 웨이퍼는 연마면이 연마 패드와 대향되도록 폴리싱 헤드에 장착되고, 웨이퍼의 연마면은 회전하는 연마 패드상에 놓여진다. 폴리싱 헤드는 조절가능한 압력을 웨이퍼의 후면에 제공하여 그것을 연마 패드상으로 가압한다. 이러한 폴리싱 헤드는 웨이퍼를 가압하는 멤브레인과 웨이퍼가 공정진행 중 폴리싱 헤드로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너 링을 구비한다. 폴리싱 헤드 내에는 멤브레인을 팽창시키기 위해 공기가 유입되는 챔버가 형성된다. 웨이퍼에 가해지는 로드는 챔버에 유입되는 공기량에 의해 조절된다.

종종 웨이퍼를 영역별로 다른 압력을 가하는 것이 필요하다. 이를 위해 폴리싱 헤드는 멤브레인을 영역별로 각각 팽창시키기 위해 복수의 챔버를 가진다. 그러나 일반적인 경우 멤브레인을 복수의 영역으로 구획하기 위해 영역간 경계부에서 상부로 연장된 부분이 멤브레인을 지지하는 부분에 고정되어 있다. 따라서 챔버 내로 공기가 유입될 때 멤브레인의 영역간 경계부를 제외한 나머지 부분만 팽창하게 된다. 이로 인해 웨이퍼와 맞닿는 멤브레인의 하부면이 굴곡지고, 멤브레인의 굴곡진 부분 아래에 위치되는 웨이퍼 부분에서 연마균일도가 나쁘게 된다.

본 발명은 멤브레인이 그 영역에 따라 각각 다른 압력으로 가압될 때, 웨이퍼와 맞닿는 멤브레인의 하부면이 굴곡지는 것을 최소화할 수 있는 폴리싱 헤드 및 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 멤브레인이 그 영역에 따라 다른 압력으로 가압될 때, 웨이퍼에 가해지는 압력의 분포가 완만하게 이루어지게 하는 폴리싱 헤드 및 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 화학적 기계적 연마 장치는 플레이튼, 상기 플레이튼 상에 위치되는 연마 패드, 상기 연마 패드에 반도체 기판을 가압하여 상기 반도체 기판을 연마하는 폴리싱 헤드를 구비한다. 상기 폴리싱 헤드는 저면에 위치되는 멤브레인 지지체, 각각 독립적으로 가압되는 복수의 영역들을 가지는 가압부와 상기 가압부를 상기 복수의 영역들로 구획하기 위해 상기 복수의 영역들 사이의 경계부에서 상부로 연장된 구획부를 가지며 상기 멤브레인 지지체에 고정되는 멤브레인, 그리고 상기 구획부를 고정하며 상기 멤브레인 지지체에 형성된 가이드 홈 내에서 상기 멤브레인의 가압부와 함께 이동되는 슬라이드부를 구비한다.

상기 슬라이드부의 바닥면은 상기 멤브레인이 수축될 때 상기 가이드 홈의 개방된 하부면과 동일 평면을 이루거나 상기 가이드 홈 내에 위치되고, 상기 멤브레인이 최대로 팽창되었을 때 상기 멤브레인의 가압부가 상기 멤브레인 지지체로부터 이격된 거리보다 높은 높이를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 슬라이드부의 바닥면은 상기 멤브레인의 가압부로부터 일정거리 이격된 것이 바람직하다.

상기 폴리싱 헤드는 상기 슬라이드부가 상기 가이드 홈 내에서 원활하게 이동되도록 상기 가이드 홈의 내벽과 상기 슬라이드부 사이에 위치되는 버퍼부를 더 구비한다. 상기 버퍼부는 테플론(teflon)을 재질로 하여 이루어지거나, 상기 가이드 홈 내벽에 그리스를 코팅하여 이루어진다.

상기 슬라이드부는 상기 구획부를 삽입하는 홈을 가지고, 상기 홈은 그 내부에 삽입된 상기 멤브레인의 구획부가 이탈되는 것을 방지하기 위해 하부와 상기 하부로부터 연장되며 상기 하부보다 넓은 단면적을 가지는 상부로 이루어진다. 그러나 이와 달리 상기 구획부는 고정핀에 의해 상기 가이드 홈에 고정될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 및 도 9를 참조하면서 보다 상세히 설명한다. 상기 도면들에 있어서 동일한 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 병기되어 있다.

본 발명의 실시예는 여러가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing : 이하 CMP) 장치(1)를 보여주는 사시도이다. 도 1을 참조하면 CMP장치(1)는 베이스(base)(10), 플레이튼(platen)(110), 연마 패드(polishing pad)(120), 패드 컨디셔너(pad conditioner)(140), 슬러리 공급 아암(slurry supply arm)(130), 그리고 폴리싱 헤드 어셈블리(polishing head assembly)(20)를 포함한다.

연마 패드(120)는 소정 두께를 갖는 평판으로 웨이퍼와 직접 접촉하여 웨이퍼를 기계적으로 연마하는 부분으로 거친 표면을 가진다. 연마 패드(120)는 플레이튼(110) 상에 설치되며 플레이튼(110)에 의해 지지되고, 공정진행 중 플레이튼(110)과 함께 회전될 수 있다. 플레이튼(110)을 소정속도로 회전시키기 위해 베이스(10) 내에 구동모터(도시되지 않음)가 위치될 수 있다. 연마 패드(120)의 일측에는 연마 패드(120)의 연마조건을 유지하기 위한 패드 컨디셔너(140)와 연마 패드(120)의 표면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 아암(130)이 위치된다.

연마 패드(120)의 상부에는 폴리싱 헤드 어셈블리(20)가 위치된다. 폴리싱 헤드 어셈블리(20)는 웨이퍼의 연마면이 연마 패드(120)를 향하도록 웨이퍼를 흡착고정하고 공정진행중에 연마 패드(120)에 대하여 웨이퍼(W)를 가압하는 폴리싱 헤드(polishing head)(200)와 구동축(driving shaft)(202), 그리고 폴리싱 헤드(200)를 구동축(202)에 대해 연마 패드(120)의 회전방향과 반대방향으로 회전시키는 구동모터(driving motor)(204)를 가진다.

도 2와 도 3은 각각 도 1의 폴리싱 헤드(200)의 사시도와 단면도이다. 도 2와 도 3을 참조하면, 폴리싱 헤드(200)는 멤브레인 지지체(membrane supporter)(210), 리테이너 링(retainer ring)(220), 멤브레인(membrane)(230), 제 1챔버(first chamber)(216), 제 2챔버(second chamber)(217), 제 1유체 공급라인(first fluid supply line)(262), 제 2유체 공급라인(second fluid supply line)(264) 그리고 슬라이드 링(slide ring)(240)을 구비한다.

멤브레인 지지체(210)는 멤브레인(230)을 지지하기 위한 부분으로 지지 플레이트(supprot plate)(212)와 클램프 링(clamp ring)(214)을 포함한다. 지지 플레이트(212)와 클램프 링(214) 사이에는 웨이퍼(W)의 가장자리부(W2)를 가압하기 위한 공기가 유입되는 제 1챔버(252)가 형성된다. 클램프 링(214)의 중앙에는 로드(270)가 삽입되며 로드(270)와 지지 플레이트(212) 사이에는 웨이퍼(W)의 웨이퍼(W2)를 가압하기 위한 공기가 유입되는 제 2 챔버(254)가 형성된다. 폴리싱 헤드(200) 내에는 제 1챔버(252)와 제 2챔버(254)로 각각 제공되는 공기의 이동통로인 제 1유체 공급라인(262)와 제 2유체 공급라인(264)가 형성되고, 제 1유체 공급라인(262)과 제 2유체 공급라인(264)에는 각각 진공펌프(도시되지 않음)가 연결된다.

지지 플레이트(212)는 제 1챔버(252)와 제 2챔버(254) 아래에 각각 형성된 제 1홀(216)과 제 2홀(217)을 가진다. 제 1챔버(252)와 제 2챔버(254)로 유입된 공기는 각각 제 1홀(216)과 제 2홀(217)을 통해 멤브레인(230)을 가압하여 멤브레인(230)을 팽창시킨다. 지지 플레이트(212)의 제 1홀(216)과 제 2홀(217) 사이에는 가이드 홈(guide groove)(도 7b의 213)이 형성된다. 가이드 홈(290)은 후술할 슬라이드 링(240)이 삽입되는 부분으로 지지 플레이트(212)에만 형성되거나, 지지 플레이트(212)로부터 연장되어 클램프 링(214)까지 형성될 수 있다.

리테이너 링(220)은 공정진행 중 멤브레인(230)에 흡착된 웨이퍼(W)가 폴리싱 헤드(200)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 것으로, 지지 플레이트(212)로부터 소정거리 이격되며 멤브레인(230)에 흡착된 웨이퍼(W)를 감싸도록 위치된다. 리테이너 링(220)의 상부에는 리테이너 링(220)을 가압하기 위한 공기가 유입되는 제 3챔버(third chamber)(256)와 이들 공기의 이동통로인 제 3유체 공급라인(thrid fluid supply line)(266)이 형성된다.

멤브레인(230)은 원형의 얇은 고무막으로 웨이퍼(W)를 흡착 또는 가압하는 부분이다. 멤브레인(230)의 단면을 보여주는 도 5를 참조하면, 멤브레인(230)은 가압부(pressure portion)(232), 제 1고정부(first fixing portion)(234), 제 2고정부(second fixing portion)(236), 그리고 구획부(partition portion)(238)를 가진다.

멤브레인(230)의 가압부(232)는 지지 플레이트(212)의 아래에 위치되며 웨이퍼(W)의 후면과 직접적으로 면 접촉하여 웨이퍼(W)를 가압하는 부분으로 수평면을 가진다. 멤브레인(230)의 가압부(232)는 각각 다른 압력으로 가압되는 제 1영역(232a)과 제 2영역(232b)을 가진다. 제 1영역(232a)은 제 1챔버(252)로 유입되는 공기에 의해 팽창됨으로써 웨이퍼(W)의 가장자리부(W1)를 가압하는 부분이고 제 2영역(232b)은 제 2챔버(254)로 유입되는 공기에 의해 팽창됨으로써 웨이퍼(W)의 중심부(W2)를 가압하는 부분이다.

멤브레인(230)의 제 1고정부(234)는 지지 플레이트(212)의 측면과 상부면 가장자리를 감싸도록 가압부(232)의 최외곽부분에서 연장된 부분이며 지지 플레이트(212)의 상부에 위치되는 클램프 링(214)에 의해 고정된다. 제 2고정부(236)는 멤브레인(230)의 중앙에 진공홀(239)을 형성하기 위해 가압부(232)의 중앙에서 상부로 연장된 부분이며, 로드(270)에 고정된다. 폴리싱 헤드(200)내의 진공홀(239) 상부에는 웨이퍼(W)의 흡착을 위한 진공라인(268)이 형성되며, 진공라인(268)은 진공펌프(도시되지 않음)와 연결된다.

멤브레인(230)의 구획부(238)는 가압부(232)의 제 1영역(232a)과 제 2영역(232b)이 각각 다른 압력으로 가압될 수 있도록 가압부(232)를 두개의 영역으로 구획하는 부분이다. 멤브레인(230)의 구획부(238)는 제 1영역(232a)과 제 2영역(232b) 사이의 경계가 되는 부분에서 상부로 연장된 부분이다. 멤브레인(230)의 구획부(238)는 슬라이드 링(240)에 의해 고정된다. 슬라이드 링(240)은 가이드 홈(290)에 삽입된 부분으로 후에 상술한다.

상술한 구조에 의해 멤브레인(230)의 제 1영역(232a)은 제 1챔버(252)로 유입된공기에 의해 팽창하여 웨이퍼(W)의 가장자리부(W1)를 가압하고, 제 1챔버(252)로부터 진공펌프에 의해 공기가 유출됨으로써 수축한다. 멤브레인(230)의 제 2영역(232b)은 제 2챔버(254)로 유입된 공기에 의해 팽창하여 웨이퍼(W)의 중심부(W2)를 가압하고, 제 2챔버(254)로부터 진공펌프에 의해 공기가 유출됨으로써 수축한다.

도 5a는 본 발명의 슬라이드 링(240)을 설명하기 위해 도 3의 'A'부분을 확대한 도면이며, 도 5b는 슬라이드 링(240)의 다른 예를 보여주는 도면이다.

도 5a를 참조하면, 슬라이드 링(240)은 멤브레인(230)의 구획부(238)가 삽입되는 홈(246)을 가진다. 슬라이드 링(240)에 형성된 홈(246)은 하부(246a)와 하부(246a)로부터 연장되며 하부(246a)보다 넓은 단면적을 가지도록 형성된 상부(246b)로 이루어진다. 멤브레인(230)의 구획부(238)는 홈의 하부(246a) 및 상부(246b)에 각각 대응되는 폭을 가지는 하부(238a)와 상부(238b)로 이루어진다. 상술한 구조에 의해 멤브레인(230)의 구획부(238)는 슬라이드 링(240)에 고정된다. 그러나 이와 달리 도 5b에서 보는 바와 같이 슬라이드 링(240)의 홈(246)과 멤브레인(230)의 구획부(238)는 모두 동일한 폭을 가지도록 형성되고, 멤브레인(230)의 구획부(238)는 고정핀들(246)에 의해 슬라이드 링(240)에 고정될 수 있다. 바람직하게는 상기 멤브레인(230)의 구획부(238)는 상술한 하부(232a)와 상부(232b)를 가진 슬라이드 링(240)의 홈(246)에 삽입된 상태에서 고정핀들(246)에 의해 고정된다. 슬라이드 링(240)은 서스(SUS)를 재질로 하여 만들어질 수 있으나, 그 무게를 줄이기 위하여 테플론을 재질로 하여 만들어지는 것이 바람직하다.

슬라이드 링(240)은 그 바닥면(242)이 멤브레인(230)의 가압부(232)로부터 일정거리 이격되도록 위치된다. 이것은 슬라이드 링(240)의 바닥면(242)이 멤브레인(230)의 가압부(232)와 밀착되어 접촉된 상태로 위치되면 멤브레인(230)이 수축될 때, 멤브레인(230)이 슬라이드 링(240)의 바닥면(242)에 긁히는 등 손상될 수 있기 때문이다.

또한, 슬라이드 링(240)은 그 바닥면(242)이 지지 플레이트(212)의 하부면(213) 즉, 가이드 홈(290)의 개방된 하부면과 동일평면상에 위치되거나, 그 바닥면(242)이 가이드 홈(290) 내로 삽입되도록 위치된다. 슬라이드 링(240)의 바닥면(242)이 가이드 홈(290) 밖으로 돌출되면 멤브레인(230)이 수축될 때 멤브레인(230)이 슬라이드 링(240)의 돌출된 부분에 의해 긁히는 등 손상될 수 있기 때문이다.

슬라이드 링(240)은 도 6a에서 보는 바와 같이 그 단면이 원형으로 형성되거나, 도 6b, 6c, 그리고 6d에서 보는 바와 같이 정다각형으로 형성될 수 있다. 정다각형으로 형성되는 경우 모서리부분은 라우드진 것이 바람직하다.

도 7a와 도7b는 각각 멤브레인(230)이 팽창된 상태와 수축된 상태를 보여준다. 멤브레인(230)이 팽창되면 슬라이드 링(240)은 가이드 홈(290)을 따라 아래로 이동되며 점차적으로 가이드 홈(290)으로부터 일부분이 이탈된다. 멤브레인(230)이 수축되면 슬라이드 링(240)은 가이드 홈(290)을 따라 위로 이동되며 가이드 홈(290) 내로 완전히 삽입된다. 멤브레인(230)이 팽창될 때 슬라이드 링(240)이 가이드 홈(290)으로부터 완전히 이탈되는 것을 방지하기 위해, 슬라이드 링(240)은 멤브레인(230)이 최대한 팽창될 때 가압부(232)가 지지 플레이트(212)로부터 이격된 거리보다 높은 높이를 가진다. 가이드 홈(290)의 내벽과 슬라이드 링(240) 사이에는 버퍼부(280)가 삽입될 수 있다. 버퍼부(280)는 가이드 홈(290) 내에서 슬라이드 링(240)이 부드럽게 이동될 수 있도록 가이드 홈(290)의 내벽에 그리스(grease)로 코팅된 막으로써 형성되거나 테플론을 재질로 하여 만들어진 후 가이드 홈(290)의 내벽에 부착될 수 있다. 그러나 이와 달리 슬라이드 링(240)이 서스(SUS)를 재질로 하여 만들어진 경우 버퍼부(280)는 슬라이드 링(240)의 외주면에 그리스(grease)로 코팅된 막으로써 형성될 수 있다.

도 8은 일반적인 폴리싱 헤드(200)에서 멤브레인(230)이 팽창된 상태를 보여주는 도면이고, 도 9는 멤브레인(230)의 제 1영역(232a)에 비해 제 2영역(232b)에 높은 압력이 가해질 경우 일반적인 폴리싱 헤드(200)와 본 발명의 폴리싱 헤드(200)에서 웨이퍼(W)의 위치에 따른 제거율을 보여주는 그래프이다.

도 8에서 보는 바와 같이 멤브레인(230)의 구획부(238)가 직접 지지 플레이트(212)와 클램프 링(214)에 의해 고정된 일반적인 폴리싱 헤드에서는 멤브레인(230)의 구획부(238)가 고정되어 있기 때문에 멤브레인(230)의 제 1영역(232a)과 제 2영역(232b)이 팽창될 때 영역간의 경계부는 함께 팽창되지 않는다. 따라서 웨이퍼(W)와 맞닿는 멤브레인(230)의 가압부(232)는 굴곡진 부분을 가지게 되고, 이로 인해 웨이퍼(W)에 고른 압력을 제공하지 못하게 된다. 도 9에서 일반적인 폴리싱 헤드를 사용했을 때의 그래프인 점선으로 표시된 부분을 살펴보면, 멤브레인의 제 1영역(232a)과 제 2영역(232b)과 사이의 경계부와 맞닿는 웨이퍼(W)의 중심부(W2)와 가장자리부(W1) 사이에 해당되는 부분은 연마율이 크게 감소되는 것을 알 수 있다. 그러나 본 발명에서는 도 7b에서 보는 바와 같이 가압부(232)의 제 1영역(232a)과 제 2영역(232b)이 팽창될 때 멤브레인(230)의 구획부(238)가 고정된 슬라이드 링(240)이 아래로 이동되기 때문에 경계부에서 굴곡이 생기는 것을 최소화할 수 있다. 도 9에서 본 발명의 폴리싱 헤드를 사용할 때의 그래프인 실선으로 표시된 부분을 살펴보면, 웨이퍼(W)의 중심부(W2)와 가장자리부(W1) 사이부분에서 제거율이 전체적으로 완만한 곡선을 이루고 있는 것을 알 수 있다.

본 실시예에서는 멤브레인(230)이 두 개의 영역으로 구획되고 이로 인해 하나의 슬라이드 링이 설치되는 것을 예로 들어 설명하였으나, 멤브레인이 이보다 더 많은 수의 영역들로 구획된 경우에 복수의 슬라이드 링이 설치될 수 있다.

본 발명에 의하면 웨이퍼를 영역에 따라 다른 압력으로 가압하는 경우에도 멤브레인을 각 영역으로 구획하는 구획부가 고정된 슬라이드 링이 멤브레인과 함께 이동되므로, 웨이퍼와 맞닿는 멤브레인의 하부면이 평평하게 되며, 이로 인해 연마균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 화학적 기계적 연마장치를 보여주는 사시도;

도 2는 도 1의 폴리싱 헤드의 사시도;

도 3은 본 발명의 바람직한 일예에 따른 도 2의 폴리싱 헤드의 단면도;

도 4는 도 3의 멤브레인과 웨이퍼의 단면을 보여주는 단면도;

도 5a는 멤브레인의 구획부를 슬라이드 링에 고정하기 위한 일예를 보여주는 도면;

도 5b는 멤브레인의 구획부를 슬라이드 링에 고정하기 위한 다른 예를 보여주는 도면;

도 6a, 도 6b, 도 6c 그리고 도 6d는 각각 슬라이드 링의 다양한 단면을 보여주는 도면;

도 7a와 도 7b는 각각 멤브레인이 팽창된 상태와 수축된 상태를 보여주는 도면;

도 8은 일반적인 폴리싱 헤드에서 멤브레인의 구획부가 멤브레인 지지체에 고정된 상태를 보여주는 도면;그리고

도 9는 본발명의 폴리싱 헤드와 일반적인 폴리싱 헤드를 사용하여 연마공정을 진행할 때, 웨이퍼의 각 부분별 제거율을 보여주는 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 플레이튼 120 : 연마 패드

200 : 폴리싱 헤드 210 : 멤브레인 지지체

212 : 지지 플레이트 213 : 가이드 홈

214 : 클램프 링 220 : 리테이너 링

230 : 멤브레인 232 : 가압부

234 : 제 1고정부 236 : 제 2고정부

238 : 구획부 252, 254 : 제 1, 2챔버

240 : 슬라이드 링 280 : 버퍼부

Claims

반도체 기판을 화학적 기계적으로 연마하기 위한 장치에 사용되는 폴리싱헤드에 있어서,

저면에 위치되는 멤브레인 지지체와;

각각 독립적으로 가압되는 복수의 영역들을 가지는 가압부와 상기 가압부를 상기 복수의 영역들로 구획하기 위해 상기 복수의 영역들 사이의 경계부에서 상부로 연장된 구획부를 가지는, 그리고 상기 멤브레인 지지체에 고정되는 멤브레인과;

상기 구획부를 고정하는, 그리고 상기 멤브레인 지지체에 형성된 가이드 홈 내에서 상기 멤브레인의 가압부와 함께 이동되는 슬라이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 슬라이드부의 바닥면은 상기 멤브레인이 수축될 때 상기 가이드 홈의 개방된 하부면과 동일 평면을 이루거나 상기 가이드 홈 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 2항에 있어서,

상기 슬라이드부는 공정진행 중 상기 가이드 홈으로부터 완전히 이탈되는 것을 방지하기 위해 상기 멤브레인이 최대로 팽창되었을 때 상기 멤브레인의 가압부가 상기 멤브레인 지지체으로부터 이격된 거리보다 높은 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 슬라이드부는 그 바닥면이 상기 멤브레인의 가압부로부터 일정거리 이격된 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 폴리싱 헤드는 상기 슬라이드 링이 상기 가이드 홈 내에서 원활하게 이동되도록 상기 멤브레인 지지체의 상기 가이드 홈의 내벽과 상기 슬라이드부 사이에 위치되는 버퍼부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 5항에 있어서,

상기 버퍼부는 테플론(teflon)을 재질로 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 5항에 있어서,

상기 버퍼부는 상기 가이드 홈 내벽에 그리스(grease)를 코팅하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 슬라이드부는 상기 구획부를 삽입하는 홈을 가지고,

상기 홈은 그 내부에 삽입된 상기 멤브레인의 구획부가 이탈되는 것을 방지하기 위해 하부와 상기 하부로부터 연장되며 상기 하부보다 넓은 단면적을 가지는 상부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 슬라이드부는 상기 구획부를 삽입하는 홈을 가지고,

상기 멤브레인의 구획부는 고정핀에 의해 상기 슬라이드부에 고정되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 슬라이드부는 테플론(teflon)을 재질로 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 슬라이드부는 링타입으로 형성된 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
제 1항에 있어서,

상기 멤브레인은 진공에 의해 상기 반도체 기판을 흡착하기 위해 중앙에 형성된 홀을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱 헤드.
화학적 기계적 연마 장치에 있어서,

플레이튼과;

상기 플레이튼 상에 위치되는 연마 패드와;

상기 연마 패드에 반도체 기판을 가압하여 상기 반도체 기판을 연마하는 폴리싱 헤드를 구비하되;

상기 폴리싱 헤드는,

상기 폴리싱 헤드의 저면에 위치되는 멤브레인 지지체와;

각각 독립적으로 가압되는 복수의 영역들을 가지는 가압부와 상기 가압부를 복수의 영역들로 구획하기 위해 상기 복수의 영역들 사이의 경계부에서 상부로 연장된 구획부를 가지는, 그리고 상기 멤브레인 지지체에 고정되는 멤브레인과; 그리고

상기 구획부를 고정하는, 그리고 상기 멤브레인 지지체에 형성된 가이드 홈 내에서 상기 멤브레인의 가압부와 함께 이동되는 슬라이드 링을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
제 13항에 있어서,

상기 슬라이드 링의 바닥면은 상기 멤브레인이 수축될 때 상기 가이드 홈의 개방된 하부면과 동일 평면을 이루거나 상기 가이드 홈 내에 위치되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
제 14항에 있어서,

상기 슬라이드 링은 상기 멤브레인이 최대로 팽창되었을 때 상기 멤브레인의 가압부가 상기 멤브레인 지지체로부터 이격된 거리보다 높은 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
제 15항에 있어서,

상기 폴리싱 헤드는 상기 슬라이드 링이 상기 가이드 홈 내에서 원활하게 이동되도록 상기 멤브레인 지지체의 상기 가이드 홈과 상기 슬라이드 링 사이에 위치되며, 테플론(teflon)을 재질로 한 버퍼부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
제 15항에 있어서,

상기 슬라이드 링은 상기 멤브레인의 구획부가 삽입되는 홈을 가지고,

상기 홈은 그 내부에 삽입된 상기 멤브레인의 구획부가 이탈되는 것을 방지하기 위해 하부와 상기 하부로부터 연장되며 상기 하부보다 넓은 단면적을 가지는 상부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.