KR20050069210A

KR20050069210A - 화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드

Info

Publication number: KR20050069210A
Application number: KR1020030101166A
Authority: KR
Inventors: 윤대령
Original assignee: 동부아남반도체 주식회사
Priority date: 2003-12-31
Filing date: 2003-12-31
Publication date: 2005-07-05

Abstract

본 발명의 화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드는 회전축(211)이 관통하는 캐리어 헤드 커버(230)와, 상기 회전축(211)을 통해 공급된 공기를 웨이퍼(W)의 뒷면에 공급하는 에어 브래더(450)와, 상기 에어 브래더(450)의 외측에 끼워져서 웨이퍼(W)를 가이드하는 리테이너링(240)과, 상기 리테이너링(240)에 압력을 전달하여 상기 리테이너링(240)의 균형을 유지하는 탄성수단(500)과, 상기 웨이퍼(W)와 에어 브래더(450)의 형상을 유지하고 고르게 압력을 전달하도록 상기 에어 브래더(450)내에 수용된 브래더 플레이트(550)를 포함한다.

본 발명의 폴리싱 헤드는 공기를 균일하게 웨이퍼의 뒷면에 공급하고, 웨이퍼와 브래더 사이에서 모양을 일정하게 유지하며, 압력이 고르게 전달되므로, 웨이퍼의 가공효과를 극대화시키는 효과를 가진다.

Description

화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드{POLISHING HEAD FOR USE IN A CEMICAL-MECHANICAL POLISHER}

본 발명은 반도체 제조장비의 화학적 기계적 연마장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 가공을 위한 공기를 웨이퍼에 고르게 전달할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 반도체 제조 장비에 있어서, 웨이퍼가 대구경화됨에 따라 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위해서 화학적인 제거가공과 기계적인 제거가공을 하나의 가공방법으로 혼합한 화학적 기계적 연마(Oxide-Chemical-Mechanical Polishing; 이하 "CMP"라 한다) 장비가 이용되고 있다. 이러한 CMP 장비를 사용하는 CMP공정이란 단차를 가진 웨이퍼 표면을 폴리싱 패드위에 밀착시킨후, 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(slurry)를 웨이퍼와 폴리싱 패드사이에 주입시켜 웨이퍼의 표면을 평탄화시키는 방식이다.

종래의 웨이퍼 표면을 평탄화시키는 CMP 장치를 첨부한 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 CMP 장치를 도시하는 도면으로, 도시된 바와 같이, 상부면에 웨이퍼(W)가 연마되는 폴리싱 패드(Polishing pad; 110)가 부착된 폴리싱 플래튼(platen; 100)이 미도시된 본체의 상측에 회전가능하게 설치되고, 하측에 웨이퍼(W)를 장착하여 폴리싱 패드(110) 상부면에 웨이퍼(W)를 일정한 압력으로 밀착시켜서 회전시키는 폴리싱 헤드(Polishign head; 200)가 폴리싱 플래튼(100)의 상측에 설치된다. 또한, 폴리싱 패드(110)의 표면을 미소절삭하여 새로운 미공들이 표면에 나오도록 하는 컨디셔너(300)가 장착된다.

플래튼(100)은 상면에 웨이퍼(W)가 연마되어 지는 폴리싱 패드(110)를 부착하며, 하면에 미도시된 구동수단과 연결된 회전축(120)을 형성하여 구동수단에 의해 단순한 회전운동을 한다.

폴리싱 헤드(200)는 플래튼(100)의 폴리싱 패드(110)의 상면에 위치하며 웨이퍼(W)가 장착된 폴리싱 하우징(210)과, 이 폴리싱 하우징(210)의 상측에 결합되는 회전축(211)을 형성하며 폴리싱 하우징(210)을 회전시킴과 아울러 일정 장소로 이송시키는 폴리싱 아암(220)으로 구성된다.

컨디셔너(300)는 폴리싱 패드(110)의 상면에 위치하여 폴리싱 패드(110)의 표면에 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 폴리싱 패드(110)의 표면을 미소절삭하여 폴리싱 패드(110)의 표면에 미공들을 형성하는 것으로서, 폴리싱 패드(110)의 표면에 접하여 회전함으로서 폴리싱 패드(110)의 표면에 새로운 미공들을 형성하는 컨디셔너 엔드이펙터(310)와, 엔드이펙터(310)의 상측에 연결되는 회전축(321)이 하방으로 형성되고 내측에 회전력을 제공하는 모터(미도시) 및 기어박스(미도시)가 장착되는 컨디셔너 하우징(320)으로 구성된다.

이상과 같은 CMP 장비를 사용하는 공정으로서, w-cmp, oxide-cmp 공정이 있으며, oxide-cmp 공정은 STI(Shallow Trench Isolation) 공정과, IMD(Inter Metal Dielectric) 및 PMD(Pre Metal Dielectric)으로 구분되며, 각각의 공정 특성에 맞게 조건을 조정하여 사용하고 있다.

도 2는 종래의 폴리싱 헤드의 구조를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 종래의 폴리싱 헤드(200)의 폴리싱 하우징(210)은 상부의 캐리어 헤드 커버(220)와 하부의 캐리어(230)로 구성된다.

한편, 상부의 캐리어 헤드 커버(220)는 그 내부에 T-바아(222)가 삽입되어 폴리싱 헤드(200)의 균형을 유지하고, 그 일측에는 나사(224)가 장착되어 T-바아(222)와 폴리싱 헤드(200)의 균형을 유지한다. 캐리어(230)는 그 내부에 중공부가 형성되고, 이 중공부에 서스(SUS)재질의 상부판(232)이 삽입되어 메인 헤드부와 공기의 공간을 만들어 주고, 캐리어(230)의 바닥에는 구멍이 형성되어 이 구멍을 통해 공기의 흐름을 전달한다. 캐리어(230)의 바닥에는 리테이너링(240)이 부착되어 그 사이에 위치되는 웨이퍼(W)를 가이드 한다. 웨이퍼(W)의 상부에는 캐리어 필름(242)이 부착되어 웨이퍼의 이면을 부드럽게 밀어준다.

웨이퍼(W)의 폴리싱시, 회전축(211)을 통해 공기가 공급되어 웨이퍼(W)의 상부에 있는 캐리어 필름(242)을 가압하여 웨이퍼(W)가 폴리싱 패드(110)에 밀착되도록 한다.

하지만, 이와 같이 구성된 종래의 폴리싱 헤드(200)는 서스 재질의 상부판(232)에 의해 메인 헤드부와 공기의 공간이 형성되어 있으므로, 회전축(211)을 통해 공급되는 공기가 웨이퍼(W)에 고르게 전달되지 않게 되어 자주 균형이 흐트러지게 되어 웨이퍼에 손상이 발생되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 이에 따라 안출된 것으로, 그 목적은 웨이퍼의 가공을 위한 공기를 웨이퍼에 고르게 전달할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드는 회전축이 관통하는 상부의 캐리어 헤드 커버와, 상기 회전축을 통해 공급된 공기를 웨이퍼의 뒷면에 공급하는 에어 브래더를 내부에 수용하는 하부의 캐리어와, 상기 캐리어의 바닥에 부착되어 웨이퍼를 가이드하는 리테이너링과, 상기 리테이너링에 압력을 전달하여 상기 리테이너 링의 균형을 유지하는 탄성수단과, 상기 웨이퍼와 에어 브래더의 형상을 유지하고 고르게 압력을 전달하도록 상기 에어 브래더내에 수용된 브래더 플레이트를 포함한다.

본 발명에 의하면, 공기를 균일하게 웨이퍼의 뒷면에 공급하고, 웨이퍼와 브래더 사이에서 모양을 일정하게 유지하며, 압력이 고르게 전달되므로, 웨이퍼의 가공효과를 극대화시킨다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드를 상세히 설명한다. 도 1 및 도 2에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 병기하고 그 상세한 설명은 생략하였다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드들 도시하는 것으로, 도시된 바와 같이, 본 발명의 폴리싱 헤드는 회전축(211)이 관통하는 상부의 캐리어 헤드 커버(220)와, 하부의 캐리어(230)로 구성된다. 캐리어(230)의 내부에는 상기 회전축(211)을 통해 공급된 공기를 웨이퍼(W)의 뒷면에 공급하는 에어 브래더(Air bladder; 450)를 수용하며, 바닥에는 웨이퍼(W)를 가이드하는 리테이너링(240)을 부착한다. 또한 본 발명의 폴리싱 헤드는 상기 리테이너링(240)에 압력을 전달하여 상기 리테이너링(240)의 균형을 유지하는 탄성수단(500), 즉 스프링과, 상기 웨이퍼(W)와 에어 브래더(450)의 형상을 유지하고 고르게 압력을 전달하도록 상기 에어 브래더(450)내에 수용된 브래더 플레이트(550)를 포함한다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드는 웨이퍼(W)의 폴리싱시, 회전축(211)을 통해 일단 에어 브래더(450)에 공기가 공급되고 회전된다 하더라도, 에어 브래더(450)의 내부에 브래더 플레이트(550)가 수용되어 있으므로, 에어 브래더(450)의 형상을 일정하게 유지하고 균일하게 압력을 전달한다. 회전에 의해 캐리어 헤드가 기울어진다 하더라도, 리테이너링(240)에 압력을 전달하여 리테이너링(240)의 균형을 유지하는 탄성수단(500)에 의해 헤드가 기울어진 방향과 동일한 방향으로 압력이 전달되도록 유지시킴으로서, 웨이퍼(W)의 상부에 있는 캐리어 필름(242)을 가압하여 웨이퍼(W)가 폴리싱 패드(110)에 밀착되도록 한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 폴리싱 헤드는 캐리어의 헤드에 있는 서스재질의 부분을 최대로 제거하고, 에어 브래더를 채용함으로서 공기가 부드럽고, 균일하게 웨이퍼의 뒷면에 공급되어 밀어주므로서, 웨이퍼와 브래더 사이에서 모양을 일정하게 유지하며, 압력이 고르게 전달되므로, 가공후, 웨이퍼의 불균일성(Non Uniformity;N/U)가 12%에서 5%로 감소하는 효과가 있고, 범위(Range) 역시 3000에서 1000이하로의 감소효과가 있고, 제거율(Removal Rate;R/R)이 2400Å에서 2600으로 향상되는 효과를 가진다.

도 1은 반도체 제조 장치의 CMP 장비의 작동을 설명하는 개략도이고,

도 2는 도 1의 폴리싱 헤드의 구성을 나타내는 개략 단면도이고,

도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 CMP 장치의 폴리싱 헤드의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 플래튼 100 : 폴리싱 패드

200 : 폴리싱 헤드 210 : 폴리싱 하우징

211 : 회전축 220 : 캐리어 헤드 커버

222 : T-바아 224 : 나사

230 : 캐리어 232 : 상부판

240 : 리테이너 링 242 : 캐리어 필름

450 : 에어 브래더 500 : 탄성수단

550 : 브래더 플레이트

Claims

화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드에 있어서,

회전축이 관통하는 상부의 캐리어 헤드 커버와,

상기 회전축을 통해 공급된 공기를 웨이퍼의 뒷면에 공급하는 에어 브래더를 내부에 수용하는 하부의 캐리어와,

상기 캐리어의 바닥에 부착되어 웨이퍼를 가이드하는 리테이너링과,

상기 리테이너링에 압력을 전달하여 상기 리테이너 링의 균형을 유지하는 탄성수단과,

상기 웨이퍼와 에어 브래더의 형상을 유지하고 고르게 압력을 전달하도록 상기 에어 브래더내에 수용된 브래더 플레이트를 포함하는 화학적 기계적 연마 장치의 폴리싱 헤드.