KR20020090370A - Polishing head in chamical mechanical polishing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화학적 기계적 연마장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연마하기 위한 화학적 기계적 연마장치의 연마헤드에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus, and more particularly, to a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus for polishing.
반도체 웨이퍼 상에 집적회로를 제조하는 과정에서 웨이퍼 전면 또는 배면을 평탄화하기 위하여 통상적으로 화학적 기계적 연마 공정을 거치게 된다. 상기 화학적 기계적 연마 공정을 이용한 평탄화 기술은 종래의 리플로우 공정과는 달리 고온을 요구하지 않으면서 평탄화를 실현할 수 있다. 따라서 최근의 고집적화된 반도체 장치의 제조 공정에서 상기 화학 기계적 연마 공정은 매우 중요한 가공 기술로 취급되고 있다.In the process of fabricating an integrated circuit on a semiconductor wafer, a chemical mechanical polishing process is usually performed to planarize the front or rear surface of the wafer. The planarization technique using the chemical mechanical polishing process can realize planarization without requiring a high temperature unlike a conventional reflow process. Therefore, the chemical mechanical polishing process is a very important processing technology in the manufacturing process of the highly integrated semiconductor device in recent years.
웨이퍼 표면을 평탄화하는데 사용되는 화학 기계적 연마 장치는 웨이퍼를 지지하면서 회전 가압하는 연마헤드와, 연마패드가 부착되고 회전 구동하는 플레튼과, 슬러리 공급기구 및 연마 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 등으로 구성된다.The chemical mechanical polishing apparatus used to planarize the wafer surface is composed of a polishing head for rotationally pressing while supporting the wafer, a platen to which the polishing pad is attached and rotationally driven, a slurry supply mechanism, a conditioner for conditioning the polishing pad, and the like.
상기 화학 기계적 연마 장치를 사용하여 웨이퍼의 연마를 수행할 때, 상기 웨이퍼는 표면의 어느 부위에서도 균일한 연마가 이루어져야 한다. 이를 위해, 상기 웨이퍼의 각 부위에 가해지는 연마 압력, 슬러리의 양과, 웨이퍼에서 연마되는 면과 접촉하는 연마패드의 표면 상태는 연마 공정이 수행되는 중에 균일하게 유지되어야 한다. 상기 인자들 중에서 상기 연마 압력은 연마 헤드에서 가해진다.When polishing the wafer using the chemical mechanical polishing apparatus, the wafer should be uniformly polished at any part of the surface. To this end, the polishing pressure applied to each part of the wafer, the amount of slurry, and the surface state of the polishing pad in contact with the surface polished on the wafer should be kept uniform during the polishing process. Of the factors, the polishing pressure is applied at the polishing head.
도 1은 종래의 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 설명하기 위한 단면도이다. 도 1은 웨이퍼의 연마가 수행되는 상태를 보여준다.1 is a cross-sectional view illustrating a polishing head of a conventional chemical mechanical polishing apparatus. 1 shows a state in which polishing of a wafer is performed.
도 1를 참조하면, 웨이퍼(W)의 연마를 수행할 시에 웨이퍼(W)의 표면은 연마 패드(10)와 접촉하고, 상기 웨이퍼(W)의 이면은 연마 헤드(12)와 접촉되어 압력이 가해진다. 이때 상기 연마 패드(10)와 상기 연마 헤드(12)는 각각 동일한 방향 또는 다른 방향으로 회전한다.Referring to FIG. 1, when polishing the wafer W, the surface of the wafer W is in contact with the polishing pad 10, and the rear surface of the wafer W is in contact with the polishing head 12 to be pressured. This is applied. At this time, the polishing pad 10 and the polishing head 12 rotate in the same direction or different directions, respectively.
연마 헤드(12)를 설명하면, 상기 연마 헤드(12)는 상,하방으로 이동 가능한 본체(14)가 구비된다. 상기 본체(14)에는 공기를 유입하거나 배기하는 공기 유로(16)가 구비되어 있다. 상기 본체(14)는 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하기 위한 리테이너 링(18, Retainer Ring)을 포함한다.Referring to the polishing head 12, the polishing head 12 is provided with a main body 14 that can be moved up and down. The main body 14 is provided with an air passage 16 for introducing or exhausting air. The main body 14 includes a retainer ring 18 for preventing the wafer W from being separated.
상기 본체(14)의 하부에 장착되고, 상기 공기 유로(16)를 통해 제공되는 공기압을 분배하기 위한 천공판(20)이 구비된다. 상기 천공판(20)은 하부면과 상부면이 통하도록 다수개의 관통공(20a)들이 형성되어 있고, 상기 관통공(20a)을 통해 상기 공기압이 분배된다.It is mounted to the lower portion of the main body 14, the perforated plate 20 for distributing the air pressure provided through the air flow path 16 is provided. The perforated plate 20 is formed with a plurality of through holes 20a through which the lower surface and the upper surface pass, and the air pressure is distributed through the through holes 20a.
상기 천공판(20)의 하부면을 감싸도록 멤브레인(22)이 구비된다.The membrane 22 is provided to surround the lower surface of the perforated plate 20.
도 2는 도1에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인을 도시한 도면이다.FIG. 2 shows a membrane mounted on the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG.
상기 멤브레인(22)은 상기 천공판(20)의 하부면을 감싸도록 장착되어 상기 천공판(20)에 형성된 관통공(20a)들을 통해 제공되는 공기압에 따라 탄력적으로 팽창 또는 수축함으로서 웨이퍼(W)의 이면을 흡착하거나 압력을 가한다.The membrane 22 is mounted to surround the lower surface of the perforated plate 20 and elastically expands or contracts according to the air pressure provided through the through holes 20a formed in the perforated plate 20 so that the back surface of the wafer W Adsorb or apply pressure.
상기 웨이퍼(W)의 연마를 수행하는 방법을 설명하면, 상기 공기 유로(16)를 통해 공기를 배기하여 상기 본체(14)의 내부의 소정 부분에는 진공을 설정한다. 상기 진공에 의해 상기 웨이퍼(W)의 이면은 상기 멤브레인(22)의 하부면에 흡착된다. 상기 멤브레인(22)의 하부면에 흡착되어 있는 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(10)와 접촉되어 연마 공정이 수행된다. 상기 웨이퍼(W)와 상기 연마 패드(10)가 접촉하면, 도시한 바와 같이 상기 공기 유로(16)를 통해 공기를 유입하여 상기 멤브레인(22)을 팽창하고, 상기 팽창된 멤브레인(22)은 상기 웨이퍼(W)의 이면에 압력을 가한다. 그러나 상기 멤브레인(22)이 팽창할 때, 상기 멤브레인(22)은 중심부와 가장자리부가 균일하게 팽창되지 않는다.A method of polishing the wafer W will be described. A vacuum is set in a predetermined portion of the main body 14 by exhausting air through the air flow path 16. The back surface of the wafer W is attracted to the lower surface of the membrane 22 by the vacuum. The wafer W adsorbed on the lower surface of the membrane 22 is in contact with the polishing pad 10 to perform a polishing process. When the wafer W and the polishing pad 10 are in contact with each other, air is introduced through the air flow path 16 to expand the membrane 22, as shown in FIG. Pressure is applied to the back surface of the wafer (W). However, when the membrane 22 expands, the membrane 22 does not uniformly expand in the center and the edges.
도 3은 도1에 도시한 연마 장치에서 팽창되어 있는 멤브레인의 가장자리부를 확대한 확대도이다.FIG. 3 is an enlarged view of an edge of the membrane expanded in the polishing apparatus shown in FIG.
도 3을 참조하면, 상기 멤브레인(22)은 가장자리 부위에 소정의 경사가 생기면서 팽창된다. 따라서 상기 멤브레인(22)이 팽창하였을 때 경사가 생긴 가장자리 부위에는 공간(22a)이 생기게 되고, 상기 멤브레인(22)과 웨이퍼(W)가 접촉되지 않기 때문에 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위에 가해지는 압력이 감소된다.Referring to FIG. 3, the membrane 22 is expanded while a predetermined slope is formed at the edge portion. Accordingly, a space 22a is formed at the edge portion of the membrane 22 that is inclined when the membrane 22 is expanded, and the membrane 22 and the wafer W are not in contact with each other, thereby being applied to the edge portion of the wafer W. The pressure is reduced.
이에 따라, 상기 연마 헤드(12)를 갖는 연마 장치를 이용하여 웨이퍼(W)의 연마를 수행하면, 상기 웨이퍼(W) 가장자리 부위의 연마 속도가 웨이퍼(W)의 다른부위와 차이가 발생되어 상기 웨이퍼(W) 가장자리 부위의 프로파일(profile)이 불균일해진다.Accordingly, when the polishing of the wafer W is performed by using the polishing apparatus having the polishing head 12, the polishing rate of the edge portion of the wafer W is different from that of other portions of the wafer W. The profile of the edge of the wafer W becomes uneven.
상기 웨이퍼(W)의 연마를 균일하게 수행하기 위해서 리테이너 링(retaner ring)의 바닥면을 볼록하게 형성된 화학 기계적연마 장치의 일 예가 미 합중국 특허 제 6,116,992호에 개시되어 있다. 그러나 상기 화학 기계적 연마 장치를 사용하더라도 상기 멤브레인의 팽창 정도의 차이에 의해 발생하는 연마의 불균일을 방지하기는 어렵다.An example of a chemical mechanical polishing apparatus in which a bottom surface of a retainer ring is convex in order to uniformly polish the wafer W is disclosed in US Pat. No. 6,116,992. However, even when the chemical mechanical polishing apparatus is used, it is difficult to prevent the unevenness of polishing caused by the difference in the degree of expansion of the membrane.
따라서 상기 웨이퍼 가장자리 부위의 연마가 불균일에 의해 상기 웨이퍼 가장자리 부위에 형성된 칩들에는 공정 불량이 발생되고, 수율 저하 및 신뢰성에 악영향을 끼치는 문제점이 있다.Therefore, chip defects formed on the wafer edges due to uneven polishing of the wafer edges may cause process defects and adversely affect yields and reliability.
따라서 본 발명의 목적은 웨이퍼를 균일하게 연마하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus for uniformly polishing a wafer.
도 1은 종래의 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 설명하기 위한 단면도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a polishing head of a conventional chemical mechanical polishing apparatus.
도 2는 도1에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인을 도시한 도면이다.FIG. 2 shows a membrane mounted on the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG.
도 3은 도1에 도시한 화학 기계적 연마 장치에서 웨이퍼를 가압하기 위해 팽창되어 있는 멤브레인의 가장자리부를 확대한 확대도이다.3 is an enlarged enlarged view of an edge of a membrane that is expanded to pressurize the wafer in the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치에 포함되는 연마 헤드를 설명하기 위한 구성도이다.4 is a block diagram illustrating a polishing head included in a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인의 사시도이다.FIG. 5 is a perspective view of a membrane mounted to the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG. 4. FIG.
도 6은 도 4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인의 평면도이다.FIG. 6 is a plan view of a membrane mounted to the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG. 4. FIG.
도 7은 도4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에서 웨이퍼를 가압하기 위해 팽창되어 있는 멤브레인의 가장자리부를 확대한 확대도이다.FIG. 7 is an enlarged view of an edge of a membrane expanded to pressurize the wafer in the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
32 : 연마 헤드 34 : 본체32: polishing head 34: main body
40 : 리테이너 링 42 : 공기 유로40: retainer ring 42: air flow path
46 : 천공판 48 : 분할판46: perforated plate 48: partition plate
52 : 멤브레인 54 : 압력 보정 부재52: membrane 54: pressure compensation member
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드는, 공기의 유입과 유출을 안내하는 적어도 하나의 공기 유로를 구비하고, 상,하방으로 이동 가능한 본체를 구비한다. 상기 본체의 하부에 장착되고, 상기 하나의 공기 유로를 통해 제공되는 공기압을 분배하여 공급하기 위한 공기압 분배 수단을 구비한다. 상기 공기압 분배 수단의 하부면을 감싸도록 설치되고, 상기 공기압 분배수단을 통해 제공되는 공기압에 따라 탄력적으로 팽창 또는 수축하고, 하부면에 웨이퍼의 이면이 접촉되는 멤브레인을 구비한다. 상기 멤브레인과 접촉하는 웨이퍼에 가해지는 압력이 상기 웨이퍼의 중심부 및 가장자리부에서 균일하도록 보정하기 위한 압력 보정 수단을 구비한다.In order to achieve the above object, the polishing head of the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention includes at least one air flow path for guiding inflow and outflow of air, and includes a main body movable upward and downward. It is mounted to the lower portion of the main body, and provided with air pressure distribution means for distributing and supplying the air pressure provided through the one air flow path. It is installed to surround the lower surface of the air pressure distribution means, and elastically expands or contracts according to the air pressure provided through the air pressure distribution means, and the lower surface is provided with a membrane contacting the back surface of the wafer. Pressure correction means for correcting the pressure applied to the wafer in contact with the membrane to be uniform at the center and the edge of the wafer.
상기 압력 보정 수단의 상부면 및 하부면은 상기 공기압 분배 수단의 하부면의 가장자리와 이에 대향하는 상기 멤브레인 내부의 하부면의 가장자리부에 각각 고정되도록 설치된다.The upper surface and the lower surface of the pressure correction means are provided to be fixed to the edge of the lower surface of the air pressure distribution means and the edge of the lower surface inside the membrane opposite thereto.
상기 압력 보정 수단은 링 형태로 구비되어, 상기 공기압 분배 수단과 상기 멤브레인에 각각 연속하여 부착된다.The pressure correction means is provided in the form of a ring, and is continuously attached to the air pressure distribution means and the membrane, respectively.
상기 압력 보정 수단은 단면을 절단하였을 때 상변과 하변은 수평을 유지하고, 상기 연마 헤드의 중심으로 향하는 내측변은 소정의 경사를 갖고, 이에 대향하는 외측변은 수직 형태를 갖는다.When the pressure correction means cuts the cross section, the upper side and the lower side remain horizontal, and the inner side toward the center of the polishing head has a predetermined slope, and the outer side opposite thereto has a vertical shape.
또한 상기 연마 헤드의 중심으로 향하는 내측변의 경사는 상기 멤브레인이 공기압에 의해 팽창하였을 때 웨이퍼의 가장자리와 멤브레인 간에 생기는 공간을 보정하도록 형성한다.In addition, the inclination of the inner side toward the center of the polishing head is formed to compensate for the space generated between the edge of the wafer and the membrane when the membrane is expanded by air pressure.
따라서 상기 압력 보정 수단에 의해 상기 웨이퍼의 가장자리부에 가해지는 압력은 상기 웨이퍼의 가장자리 이외의 부위에 가해지는 압력과 동일하도록 보정되어 상기 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있다.Therefore, the pressure applied to the edge portion of the wafer by the pressure correction means is corrected to be equal to the pressure applied to the portion other than the edge of the wafer, so that the wafer can be polished uniformly.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치에 포함되는 연마헤드를 설명하기 위한 구성도이다. 도 4는 웨이퍼의 연마가 수행되는 상태를 보여준다.4 is a block diagram illustrating a polishing head included in a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. 4 shows a state in which polishing of the wafer is performed.
도 4를 참조하면, 웨이퍼(W)의 연마를 수행할 시에 웨이퍼(W)의 표면은 연마 패드(30)와 접촉하고, 상기 웨이퍼(W)의 이면은 연마 헤드(32)와 접촉되어 압력이 가해진다. 이때 상기 연마 패드(30)와 상기 연마 헤드(32)는 각각 동일한 방향 또는 다른 방향으로 회전한다.Referring to FIG. 4, when polishing the wafer W, the surface of the wafer W is in contact with the polishing pad 30, and the back surface of the wafer W is in contact with the polishing head 32 to be pressed. This is applied. At this time, the polishing pad 30 and the polishing head 32 rotate in the same direction or different directions, respectively.
연마 헤드(32)를 설명하면, 상,하 및 회전 구동을 수행하는 본체(34)가 구비된다.Referring to the polishing head 32, a main body 34 that performs up, down, and rotational driving is provided.
상기 본체(34)는 하우징(36)과, 상기 하우징(36)을 지지하기 위한 베이스(38) 및 상기 베이스(38)의 하부의 가장자리에 구비되어 웨이퍼(W)가 측방으로 이탈하는 것을 방지하는 리테이너 링(40)을 포함한다.The main body 34 is provided at a housing 36, a base 38 for supporting the housing 36, and an edge of a lower portion of the base 38 to prevent the wafer W from leaving laterally. Retainer ring 40.
상기 하우징(36)은 구동부(도시안함)와 연결되고, 상기 구동부에 의해 연마 패드(30)와 수직한 방향으로 상,하 구동을 수행한다. 또한 상기 하우징(36)의 중심부에서 상기 연마 패드(30)와 수직한 방향을 회전축으로 하여 회전 구동을 수행한다.The housing 36 is connected to a driving unit (not shown), and performs up and down driving in a direction perpendicular to the polishing pad 30 by the driving unit. In addition, in the center of the housing 36, a rotation drive is performed by using a direction perpendicular to the polishing pad 30 as a rotation axis.
상기 하우징(36)은 상부면 및 하부면의 형상이 원형이며, 그 상부면에서 하부면까지 그 중심부를 관통하여 형성되는 제1 튜브(42a)를 포함한다. 그리고, 상기 제1 튜브(42a)에서 반경 방향의 외측으로 소정 거리 만큼 떨어진 위치에서 상기 하우징의 상면으로부터 그 하면으로 관통하여 형성된 제2 및 제3 튜브(42b,42c)를 구비한다. 상기 제2 및 제3 튜브(42b,42c)는 서로 대칭되는 위치에 형성할 수있다.상기 제1 내지 제3 튜브(42a,42b,42c)는 공기가 유입 또는 유출되는 압축 공기 유로(42)의 기능을 한다.The housing 36 has a circular shape of an upper surface and a lower surface, and includes a first tube 42a formed through the center of the upper surface and the lower surface. The second and third tubes 42b and 42c are formed to penetrate from the upper surface of the housing to the lower surface of the housing at a position separated by a predetermined distance outward from the first tube 42a. The second and third tubes 42b and 42c may be formed at positions symmetrical with each other. The first to third tubes 42a, 42b and 42c may be compressed air passages 42 through which air is introduced or discharged. Function of.
상기 하우징(36)의 하부면의 소정 부위와 연결되어 상기 하우징(36)을 지지하는 베이스(38)가 구비된다. 상기 베이스(38)는 상부면 및 하부면이 원형의 형상을 갖는다. 그리고, 상기 하우징(36)에 구비되는 제1 튜브(42a)는 상기 베이스(38)의 중심부를 관통하면서 연장되어 있다. 또한 상기 제1 튜브(42a)의 반경 방향의 외측으로 소정 거리만큼 떨어진 위치를 관통하면서 상기 하우징(36)에 구비되는 제2 튜브도 상기 베이스(38)를 관통하면서 연장되어 있다.A base 38 is connected to a predetermined portion of the lower surface of the housing 36 to support the housing 36. The base 38 has a circular top and bottom surfaces. In addition, the first tube 42a provided in the housing 36 extends while passing through the central portion of the base 38. In addition, a second tube provided in the housing 36 extends while passing through the base 38 while passing through a position spaced a predetermined distance to the outer side of the first tube 42a by a predetermined distance.
상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)는 각각의 가장자리 부위에 형성되어 있는 연결부재(도시안함)에 의해 연결된다. 상기 연결 부재는 하우징의 하부면과 연결 결합되는 외측 클램프, 나사에 의해 상기 베이스(38)의 상면에 고정되는 내측 클램프, 및 일단부는 상기 하우징에 고정되고, 타단부는 상기 베이스(38)에 고정되어 상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)를 연결하는 환형의 탄성재 시트를 포함한다.The housing 36 and the base 38 are connected by connecting members (not shown) formed at respective edge portions. The connecting member is an outer clamp connected to the lower surface of the housing, an inner clamp fixed to the upper surface of the base 38 by screws, and one end is fixed to the housing, the other end is fixed to the base 38 And an annular elastic sheet which connects the housing 36 and the base 38.
상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)를 상기 연결 부재에 의해 연결하면, 상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)사이의 공간인 제1 챔버(44)가 생긴다. 상기 제1 챔버(44)는 상기 하우징(36), 베이스(38) 및 연결부재(도시안됨)에 의해 한정된다. 그리고 상기 하우징(36)을 관통하여 구비되는 제3 튜브(42c)는 상기 제1 챔버(44)와 연통되고, 상기 제3 튜브(42c)에 의해 제1 챔버(44)내로 압축 공기를 유입 또는 유출한다.When the housing 36 and the base 38 are connected by the connecting member, a first chamber 44 which is a space between the housing 36 and the base 38 is formed. The first chamber 44 is defined by the housing 36, the base 38 and the connecting member (not shown). In addition, the third tube 42c provided through the housing 36 communicates with the first chamber 44, and compressed air is introduced into the first chamber 44 by the third tube 42c. Spills.
따라서, 상기 하우징(36)에 형성된 제3 튜브(42c)를 통해 압축공기가 유입되면, 상기 제1 챔버(44)에 공기압이 가해져 상기 베이스(38)는 상기 압축공기의 힘에 의해 하방으로 하강하게 된다. 반대로, 상기 하우징(36)에 형성된 상기 제3 튜브(42c)를 통해 압축공기가 유출되면, 상기 제1 챔버(44)가 진공 상태가 되어 진공압이 발생하게 되며, 그 결과 상기 베이스(38)가 상기 하우징(36)을 향해 상방으로 이동하게 된다.Therefore, when compressed air is introduced through the third tube 42c formed in the housing 36, air pressure is applied to the first chamber 44 so that the base 38 descends downward by the force of the compressed air. Done. On the contrary, when compressed air flows out through the third tube 42c formed in the housing 36, the first chamber 44 is in a vacuum state, and a vacuum pressure is generated. As a result, the base 38 is discharged. Is moved upwards towards the housing 36.
상기 베이스(38)의 하부면의 가장자리에 연속적으로 링 형태로 체결되는 리테이너 링(40)을 구비한다. 상기 리테이너 링(40)은 일반적으로 나사 결합에 의해 상기 베이스(38)에 고정된다. 상기 리테이너 링(40)은 연마가 수행되는 동안 웨이퍼(W)가 측방으로 이탈하는 것을 방지하는 역할을 한다.It has a retainer ring 40 that is continuously fastened in a ring shape to the edge of the lower surface of the base 38. The retainer ring 40 is generally fixed to the base 38 by screwing. The retainer ring 40 serves to prevent the wafer W from leaving laterally during polishing.
상기의 구성을 갖는 본체(34)의 하부에 장착되고, 상기 제1 튜브(42a)를 통해 제공되는 공기압을 분배하여 공급하기 위한 천공판(46, perforated plate)이 구비된다.A perforated plate 46 is provided below the main body 34 having the above configuration and for distributing and supplying the air pressure provided through the first tube 42a.
구체적으로, 상기 천공판(46)은 상기 베이스(38)의 하부면에 장착된다. 또한 상기 리테이너 링(40)의 내측에 장착된다.Specifically, the perforated plate 46 is mounted on the lower surface of the base 38. It is also mounted inside the retainer ring 40.
상기 천공판(46)은 소정의 직경을 갖는 원판 형상이고, 그 중심축으로부터 소정의 반경 범위내에는 다수의 관통공(46a)이 형성되어 있다. 상기 관통공(46a)들을 통해 상기 공기압은 하부로 분배한다.The perforated plate 46 has a disc shape having a predetermined diameter, and a plurality of through holes 46a are formed within a predetermined radius range from the central axis thereof. The air pressure is distributed downward through the through holes 46a.
즉, 상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)의 중심을 관통하여 연장되는 제1 튜브(42a)를 통해 상기 베이스(38)와 상기 천공판(46)사이로 압축 공기를 유입 또는유출하고, 상기 압축 공기는 상기 천공판(46)의 관통공(46a)들을 통해 하부로 분배된다.That is, compressed air is introduced or discharged between the base 38 and the perforated plate 46 through the first tube 42a extending through the center of the housing 36 and the base 38. Air is distributed downward through the through holes 46a of the perforated plate 46.
상기 베이스(38)와 상기 천공판(46) 사이 공간에 상기 베이스(38)의 하부면을 지지하면서 설치되는 분할판(48)을 구비한다. 상기 분할판(48)은 소정의 두께를 갖는 원판 형상으로, 그 중심부에는 중심에 제1 튜브(42a)를 관통시키기 위한 관통부(48a)를 갖는다. 상기 관통부(48a)는 상기 제1 튜브(42a)를 안내하기 위해 상기 분할판(48)을 이루는 원판의 중심부를 관통하면서, 기둥 형상을 갖고 상방으로 연장되는 형상을 갖는다.The partition plate 48 is installed while supporting the lower surface of the base 38 in the space between the base 38 and the perforated plate 46. The partition plate 48 has a disc shape having a predetermined thickness, and has a through portion 48a at the center thereof for penetrating the first tube 42a at the center thereof. The penetrating portion 48a has a columnar shape and extends upward while penetrating through a central portion of the disk constituting the partition plate 48 to guide the first tube 42a.
상기 분할판(48)를 구비함으로서 상기 분할판(48)과 상기 천공판(46)사이의 공간으로 상기 압축 공기를 유입 또는 유출된다. 이로 인해 상기 제1 튜브(42a)를 통해 제공되는 공기압을 분배시키기 위한 공간이 감소되고, 상기 분배되는 공기의 압력은 증가된다.The partition plate 48 allows the compressed air to flow into or out of the space between the partition plate 48 and the perforated plate 46. This reduces the space for distributing the air pressure provided through the first tube 42a, and increases the pressure of the dispensed air.
상기 천공판(46)의 가장자리의 상부에, 상기 하우징(36) 및 베이스(38)와 관통하는 제2 튜브(42b)의 단부를 밀폐하면서 연결되는 공기 쿠션(50, Air Cushion)이 구비된다. 상기 공기 쿠션(50)은 상기 제2 튜브(42b)를 통해 공기압이 유입하거나 유출되고, 이로 인해 탄력적으로 팽창 또는 수축한다. 따라서 상기 공기 쿠션(50)은 공기압의 유입으로 인해 팽창하여 상기 천공판(46)의 가장자리 부위의 상부면을 눌러주어 압력을 가한다.On the upper side of the edge of the perforated plate 46, an air cushion 50 (Air Cushion) is provided which is connected while sealing the end of the second tube 42b penetrating the housing 36 and the base 38. The air cushion 50 enters or exits air pressure through the second tube 42b, thereby elastically expanding or contracting. Therefore, the air cushion 50 expands due to the inflow of air pressure and presses the upper surface of the edge portion of the perforated plate 46 to apply pressure.
상기 천공판(46)의 하부면을 감싸도록 막의 형태를 갖는 멤브레인(52)이 구비된다.A membrane 52 having a form of a membrane is provided to surround the lower surface of the perforated plate 46.
도 5는 도 4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인의 사시도이다.FIG. 5 is a perspective view of a membrane mounted to the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG. 4. FIG.
도 6은 도 4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인의 평면도이다.FIG. 6 is a plan view of a membrane mounted to the chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG. 4. FIG.
상기 멤브레인(52)은 탄성 재질로 형성되므로 천공판(46)을 통해 제공되는 공기압에 의해 탄력적으로 팽창 또는 수축한다. 그리고 상기 멤브레인(52)의 가장자리의 내측면에는 압력 보정 부재(54)가 구비되어 있다. 상기 압력 보정 부재(54)에 관해서는 후술한다.Since the membrane 52 is formed of an elastic material, it is elastically expanded or contracted by the air pressure provided through the perforated plate 46. The pressure correction member 54 is provided on the inner side of the edge of the membrane 52. The pressure correction member 54 will be described later.
상기 멤브레인(52)의 하부면에는 상기 웨이퍼(W)의 이면이 접촉되고, 상기 멤브레인(52)이 팽창함에 따라 상기 웨이퍼(W)의 이면에 압력을 가하면서 상기 웨이퍼(W)의 연마가 수행된다.The lower surface of the membrane 52 is in contact with the back surface of the wafer W, and the polishing of the wafer W is performed while applying pressure to the back surface of the wafer W as the membrane 52 expands. do.
상기 멤브레인(52)은 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 원판 형상의 천공판(46)의 하부면과 측면 및 상부면의 가장자리까지 연속하여 감싸도록 형성되고, 상기 천공판(46)의 측면 및 상부면에 상기 멤브레인(52)을 접착하여 고정된다.As shown in FIG. 4, the membrane 52 is formed to continuously wrap to the edges of the lower surface, the side surfaces, and the upper surface of the disk-shaped perforated plate 46, and the side and the upper surface of the perforated plate 46. It is fixed by adhering the membrane 52 to.
따라서 상기 천공판(46)을 통해 압축 공기가 유입되면, 상기 천공판(46)의 하부면을 감싸고 있는 상기 멤브레인(52)은 공기압에 의해 하방으로 팽창된다. 또한 상기 천공판(46)을 통해 압축 공기가 유출되면, 상기 천공판(46)에 형성된 관통공(46a)들 내로 상기 멤브레인(52)의 소정 부위가 빨려들어 간다.Therefore, when compressed air flows through the perforated plate 46, the membrane 52 surrounding the lower surface of the perforated plate 46 is expanded downward by air pressure. In addition, when compressed air flows out through the perforated plate 46, a predetermined portion of the membrane 52 is sucked into the through holes 46a formed in the perforated plate 46.
웨이퍼(W)를 연마할 때, 웨이퍼(W)의 이면은 상기 멤브레인(52)과 접촉하고, 연마가 직접 수행되는 부위인 웨이퍼(W)의 표면은 연마 패드(30)에 접촉한다.When polishing the wafer W, the back surface of the wafer W is in contact with the membrane 52, and the surface of the wafer W, which is the portion where polishing is directly performed, is in contact with the polishing pad 30. FIG.
상기 웨이퍼(W)가 연마되는 방법을 구체적으로 설명한다. 상기 제1 튜브(42a)로부터 공기를 유출시켜 상기 분할판(48)과 상기 천공판(46)사이의 공간이 진공 상태가 되도록 하고, 상기 진공압에 의해 상기 웨이퍼(W)의 이면을 상기 멤브레인(52)의 하부면에 흡착한다. 그리고 상기 웨이퍼(W)의 표면이 상기 연마 패드(30)와 접촉되도록 상기 본체(34)를 하강한다. 상기 웨이퍼(W)의 표면과 상기 연마 패드(30)가 접촉하면, 상기 제1 튜브(42a)로부터 공기를 유입하여 상기 멤브레인(52)을 팽창시킨다. 상기 멤브레인(52)이 팽창하면서 상기 멤브레인(52)의 하부면에 있는 웨이퍼(W)를 가압한다. 이런 상태에서 상기 연마 패드(30)와 상기 연마 헤드(32)는 각각 회전구동을 수행하여 상기 웨이퍼(W)를 연마한다.The method in which the wafer W is polished will be described in detail. Air is discharged from the first tube 42a so that the space between the divider 48 and the perforated plate 46 is in a vacuum state, and the back surface of the wafer W is closed by the vacuum pressure. 52) on the bottom surface. The main body 34 is lowered so that the surface of the wafer W is in contact with the polishing pad 30. When the surface of the wafer W and the polishing pad 30 come into contact with each other, air is introduced from the first tube 42a to expand the membrane 52. The membrane 52 expands and urges the wafer W on the bottom surface of the membrane 52. In this state, the polishing pad 30 and the polishing head 32 each rotate to drive the wafer W.
도 7은 도4에 도시한 연마 장치에서 웨이퍼를 가압하기 위해 팽창되어 있는 멤브레인의 가장자리부를 확대한 확대도이다.FIG. 7 is an enlarged view of an edge of a membrane expanded to press the wafer in the polishing apparatus shown in FIG.
상기 제1 튜브(42a)를 통해 유입되는 공기압은 상기 천공판(46)의 관통공(46a)들을 통해 상기 멤브레인(52)에 가해진다. 그런데 상기 천공판(46)은 원판 형상이고, 상기 원판의 중심축으로부터 소정의 반경 범위내에 다수의 관통공(46a)이 형성되어 있기 때문에 상기 천공판(46)을 통해 상기 멤브레인(52)의 하부면 전체에 균일하게 상기 공기압이 가해지지 않는다. 즉, 상기 천공판(46)에서 관통공(46a)이 형성되어 있지 않는 가장자리 부위는 상기 공기압의 유입이 상대적으로 적어진다.Air pressure flowing through the first tube 42a is applied to the membrane 52 through the through holes 46a of the perforated plate 46. However, since the perforated plate 46 has a disc shape and a plurality of through holes 46a are formed within a predetermined radius from the central axis of the disc, the entire lower surface of the membrane 52 through the perforated plate 46. The air pressure is not applied uniformly to the. In other words, the inflow portion of the perforated plate 46 where the through hole 46a is not formed has a relatively small inflow of air pressure.
따라서 상기 멤브레인(52)은 중심 부위가 가장자리 부위에 비해 더 많이 팽창한다. 또한 상기 팽창된 멤브레인(52)은 하부면의 둘레의 가장자리 부위에 소정의 경사가 생기고, 상기 경사면에 대향하는 상기 웨이퍼(W)의 부위는 상기 멤브레인(52)과 접촉되지 않는다. 따라서 상기 웨이퍼(W)와 멤브레인이 접촉되지 않는 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위에는 압력이 가해지지 않는다.Thus, the membrane 52 expands more at the center portion than at the edge portion. In addition, the expanded membrane 52 has a predetermined inclination at the peripheral portion of the lower surface, and the portion of the wafer W opposite to the inclined surface is not in contact with the membrane 52. Therefore, no pressure is applied to the edge portion of the wafer W, which is not in contact with the wafer W and the membrane.
상기 멤브레인(52)에 접촉되어 있는 웨이퍼(W)에 가해지는 압력이 상기 웨이퍼(W)의 중심부 및 가장자리부에서 균일하도록 보정하기 위한 압력 보정 부재(54)를 구비한다.And a pressure correction member 54 for correcting the pressure applied to the wafer W in contact with the membrane 52 to be uniform at the center and the edge of the wafer W.
상기 압력 보정 부재(54)는 상기 멤브레인(52)과 상기 공기압을 분배하기 위한 천공판(46)사이에 구비된다. 구체적으로, 상기 압력 보정 부재(54)의 상부면은 상기 천공판(46)의 하부면의 가장자리에 고정되고, 상기 압력 보정 부재(54)의 하부면은 상기 천공판(46)의 하부면의 가장자리에 대향하는 상기 멤브레인(52) 내부면의 가장자리에 고정되도록 설치한다.The pressure correction member 54 is provided between the membrane 52 and the perforated plate 46 for distributing the air pressure. Specifically, the upper surface of the pressure correction member 54 is fixed to the edge of the lower surface of the perforated plate 46, the lower surface of the pressure correction member 54 to the edge of the lower surface of the perforated plate 46 It is installed to be fixed to the edge of the inner surface of the membrane 52 opposite.
그리고 상기 압력 보정 부재(54)는 링 형태를 갖고 있어서, 상기 천공판(46)과 상기 멤브레인(52)의 가장자리에 상기 압력 보정 부재(54)의 상부면 및 하부면이 각각 연속적으로 부착하여 고정된다.In addition, the pressure compensating member 54 has a ring shape, and the upper and lower surfaces of the pressure compensating member 54 are continuously attached to and fixed to edges of the perforated plate 46 and the membrane 52. .
상기 링 형태의 압력 보정 부재(54)는 단면을 절단하였을 때, 상변과 하변은 서로 평행하도록 수평을 유지한다. 또한 상기 연마 헤드(32)의 중심으로 향하는 내측변은 소정의 경사를 갖고 있으며, 이에 대향하는 외측변은 수직 형태를 갖는다.When the ring-shaped pressure correction member 54 cuts the cross section, the upper side and the lower side are horizontal to be parallel to each other. In addition, the inner side toward the center of the polishing head 32 has a predetermined inclination, and the outer side opposite thereto has a vertical shape.
상기 압력 보정 부재(54)의 단면에서 연마 헤드(32)의 중심으로 향하는 내측변의 경사는 상기 멤브레인(52)이 공기압에 의해 팽창하였을 때 웨이퍼(W)의 가장자리와 멤브레인(52)간에 생기는 공간을 보정하도록 소정의 경사를 가지면서 형성한다.The inclination of the inner side toward the center of the polishing head 32 in the cross section of the pressure compensating member 54 is a space generated between the edge of the wafer W and the membrane 52 when the membrane 52 is expanded by air pressure. It is formed with a predetermined slope to correct.
자세히 설명하면, 상기 멤브레인(52)은 상기 천공판(46)의 관통공(46a)들을 통해 제공되는 공기압에 의해 팽창할 때 상기 가장자리부에 소정의 경사를 가지면서 팽창하게 된다. 따라서 상기 압력 보정 부재(54)는 상기 웨이퍼(W)의 중심과 가장자리부에서 균일한 연마를 수행하도록 하기 위해 상기 멤브레인(52)이 팽창할 때의 가장자리부의 경사에 따라 상기 웨이퍼(W)와 상기 멤브레인(52)간에 생기는 공간을 채워주는 역할을 한다. 이를 위해 상기 내측변의 경사는 상기 공간을 보상하도록 형성된다.In detail, when the membrane 52 expands by the air pressure provided through the through holes 46a of the perforated plate 46, the membrane 52 expands with a predetermined slope. Accordingly, the pressure correction member 54 may be configured to perform uniform polishing at the center and the edge of the wafer W in accordance with the inclination of the edge when the membrane 52 expands. It serves to fill the space generated between the membrane (52). To this end, the inclination of the inner side is formed to compensate for the space.
또한 상기 압력 보정 부재(54)의 단면에서 상기 상변과 하변간의 높이는 상기 멤브레인(52)이 공기압에 의해 팽창하였을 때 상기 멤브레인(52)의 가장자리 이외의 부위와 상기 멤브레인(52)의 가장자리 부위에서 상기 멤브레인(52)이 팽창되는 정도의 차이를 보정하는 높이를 갖는다.In addition, the height between the upper side and the lower side in the cross section of the pressure correction member 54 is the portion at the edge of the membrane 52 and the portion other than the edge of the membrane 52 when the membrane 52 is expanded by air pressure. It has a height that compensates for the difference in the extent to which the membrane 52 is expanded.
상기 압력 보정 부재(54)는 가해지는 힘에 의해서 탄력적으로 움직이도록 탄성 물질로 이루어진다. 상기 탄성 물질은 고무, 실리콘 수지를 포함한다.The pressure correction member 54 is made of an elastic material to move elastically by the applied force. The elastic material includes rubber and silicone resin.
따라서 상기 멤브레인(52)이 팽창하여 웨이퍼를 가압할 때, 상기 압력 보정 부재(54)에 의해 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위에 생기는 공간을 보상하여 웨이퍼(W)의 중심부와 가장자리부에 가해지는 압력이 균일해진다. 이에 따라 상기 웨이퍼(W)의 중심부와 가장자리부가 균일하게 연마되어 연마 프로파일(profile)이 향상된다. 또한 웨이퍼(W) 가장자리에 빈번히 발생하였던 공정 불량이 감소되어 반도체 장치의 수율 및 신뢰성 향상을 기대할 수 있다.Therefore, when the membrane 52 expands and pressurizes the wafer, the pressure correction member 54 compensates for the space generated at the edge of the wafer W and is applied to the center and the edge of the wafer W. The pressure becomes uniform. Accordingly, the central portion and the edge portion of the wafer W are uniformly polished to improve the polishing profile. In addition, process defects, which frequently occur at the edge of the wafer W, are reduced, so that the yield and reliability of the semiconductor device may be improved.
또한 상기 압력 보정 부재(54)는 상기 웨이퍼(W)의 중심과 가장자리부의 압력을 균일하도록 보정하는 역할 이외에도 상기 웨이퍼(W)를 상기 멤브레인(52)에 흡착할 때 상기 웨이퍼(W)가 하방으로 낙하하는 것을 감소시킨다.In addition, the pressure correction member 54 serves to correct the pressure of the center and the edge of the wafer W to be uniform, and when the wafer W is attracted to the membrane 52, the wafer W moves downward. Reduces falling
구체적으로 설명하면, 상기 웨이퍼(W)의 연마를 종료하거나 일시 중지할 때, 상기 웨이퍼(W)는 상기 제1 튜브(42a)를 통해 공기압을 유출함으로서 상기 멤브레인(52)에 흡착된다. 그런데 상기 압력 보정 부재(54)가 상기 멤브레인(52)의 가장자리의 내부면으로 형성되어 있기 때문에 상기 웨이퍼(W)는 중심이 약간 휘는 상태로 상기 멤브레인(52)에 흡착하게 된다. 이와 같이 상기 웨이퍼(W)가 휘어지면서 상기 멤브레인(52)에 흡착되면, 상기 웨이퍼(W)는 더욱 견고히 상기 천공판(46)에 형성되어 있는 관통공(46a)들을 막아서 상기 분할판(48)과 상기 천공판(46)사이의 진공도를 증가시킨다. 그러므로 상기 웨이퍼(W)가 상기 멤브레인(52)에 흡착시에, 웨이퍼(W)가 하방으로 낙하하는 등의 불량을 감소시킨다.Specifically, when the polishing of the wafer W is terminated or paused, the wafer W is adsorbed to the membrane 52 by flowing out air pressure through the first tube 42a. However, since the pressure correction member 54 is formed as an inner surface of the edge of the membrane 52, the wafer W is attracted to the membrane 52 with a slightly curved center. As such, when the wafer W is bent and adsorbed onto the membrane 52, the wafer W more firmly blocks the through-holes 46a formed in the perforated plate 46 and the partition plate 48. The degree of vacuum between the perforated plates 46 is increased. Therefore, when the wafer W is attracted to the membrane 52, defects such as the wafer W falling downward are reduced.
본 발명에 의하면, 웨이퍼의 가장자리 부위와 중심부위의 연마를 균일하게 수행할 수 있다. 이에 따라 상기 웨이퍼의 가장자리에 빈번히 발생하였던 공정 불량들을 감소할 수 있으므로 반도체 장치의 신뢰성 및 수율이 향상되는 효과가 있다.According to the present invention, polishing on the edge portion and the center portion of the wafer can be performed uniformly. As a result, process defects that frequently occur at the edges of the wafer can be reduced, thereby improving reliability and yield of the semiconductor device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described 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 present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
Claims (17)
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