KR100513419B1 - 웨이퍼 폴리싱장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 폴리싱장치는 천공 플레이트의 본체에 내, 외측 링들이 동심원형으로 돌출되되 웨이퍼의 플랫존 근처에서 공기 누설을 방지하도록 웨이퍼의 플랫존에 해당하는 내측 링의 부분이 직선으로 이루어진다. 또한 멤브레인의 형태도 내, 외측 링들을 수용하도록 형성된다. 따라서, 폴리싱된 웨이퍼의 전면이 양호한 평탄도를 나타낸다.

Description

웨이퍼 폴리싱장치

본 발명은 웨이퍼 폴리싱(polishing)장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천공 플레이트와 멤브레인(membrane) 사이의 공기 누설을 방지하여 웨이퍼의 표면 전체를 균일하게 폴리싱하도록 한 웨이퍼 폴리싱장치에 관한 것이다.

일반적으로 알려진 바와 같이, DRAM과 같은 반도체소자의 고집적화에 따라 반도체소자를 구성하는 단위소자의 디자인룰(design rule)도 점차 까다로워지고 있다. 반도체소자의 고집적화가 진행될수록 반도체소자의 제조공정도 복잡해지는데 그 중에서 가장 문제시되는 것이 포토공정이다.

상기 포토공정의 마진(margin)을 크게 유지하면서 미세 패턴을 정확하게 형성하기 위해서는 무엇보다도 포커스 마진을 확보하여야 하는데, 이는 감광막을 코팅할 하지막의 단차에 크게 의존한다.

그래서, DRAM의 경우, 메모리셀부와 주변부 사이의 표면단차가 단면구조상 불가피하게 발생하기 마련인데 이를 극복하고 원하는 포토공정의 마진을 확보하기 위해 하지막의 평탄화를 이루지 않으면 안된다. 평탄화방법으로는 SOG(spin on glass)나 BPSG(borophospho silicate glass)와 같은 평탄화막을 하지막에 적층한 후 에치백(etch back)하는 방법이 있다. 이 방법은 웨이퍼의 전면에 적층된 막의 원하는 평탄화율을 얻기 위해 고온의 리플로우공정을 에치백공정의 후속공정으로 실시하여야 하는데 이는 바람직하지 않게도 웨이퍼에 발생하는 힛 버짓(heat budget)의 증가를 가져왔다.

이를 극복하기 위해 화학적, 물리적인 반응을 통하여 웨이퍼의 전면을 평탄화하는 CMP(chemical mechanical polishing) 기술이 새롭게 소개되었다. CMP기술은 1970년대말 미국의 IBM사에서 처음 사용되기 시작하였고 1988년 일본의 NEC사에서 트렌치(trench) 커패시터에 응용하였으며, 1993년 미국의 Intel사에서 팬티엄 마이크로프로세서의 제조과정에 이용하였다.

종래의 웨이퍼 폴리싱장치에서는 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리싱 헤드(100)의 하면에 천공 플레이트(10)가 설치되고, 천공 플레이트(10)의 하면에 일점쇄선으로 도시된 폴리싱할 웨이퍼(1)를 가압하기 위한 탄성 고무계 재질의 멤브레인(20)이 커버하고, 천공 플레이트(10)의 가장자리부에 멤브레인(20)을 고정하도록 멤브레인 클램프(30)가 설치된다. 천공 플레이트(10)의 본체(11)의 중앙부에 공기의 공급을 위한 천공홀들(12)이 수직 관통한다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 본체(11)의 하면에 내, 외측 링들(11a),(11b)이 동심원의 형태로 돌출된다.

이와 같이 구성되는 폴리싱장치의 경우, 수평 회전운동하는 폴리싱 패드(도시 안됨) 상에 일점쇄선으로 도시된 웨이퍼(1)가 놓여지고 나면, 웨이퍼(1)와 폴리싱 헤드(100)가 얼라인되고 웨이퍼(1)의 가장자리가 천공 플레이트(10)의 외측 링(11b) 상에 위치한다.

웨이퍼의 얼라인이 완료되고 나면, 폴리싱 헤드(100)의 내부 통로와 천공 플레이트(10)의 천공들(12)을 거쳐 공기가 주입되고 본체(11)에 고정된 멤브레인(20)의 중앙부가 주입된 공기의 압력에 의해 하향 팽창하여 웨이퍼(1)의 중앙부를 가압한다. 따라서, 표면 단차가 심한 웨이퍼(1)의 전면이 폴리싱되면서 평탄화된다.

그런데, 종래에는 도 3에 도시된 바와 같이, 천공 플레이트(10)의 본체(11)의 하면에 내, 외측 링(11a),(11b)이 동심원을 이루며 돌출되는데 이는 멤브레인(20)이 웨이퍼(1)를 가압하였을 때 멤브레인(20)과 본체(11) 사이로 공기가 누설되는 것을 방지하기 위함이다.

그러나, 웨이퍼(1)의 플랫존(flat zone)(3)이 직선을 이루므로 내측 링(11a)이 웨이퍼(1)의 가장자리 대부분보다 플랫존(3)에 근접하여 위치한다. 이로 말미암아, 플랫존(3) 근처의 멤브레인(20)과 내측 링(11a) 사이에 틈이 발생하고 그 틈 사이로 공기가 누설되면서 폴랫존(3) 근처에서의 압력이 웨이퍼의 가장자리에서의 압력보다 높아지므로 플랫존(3)에서의 식각율이 다른 영역에서의 식각율에 비하여 높아진다. 그 결과, 웨이퍼(1)의 폴리싱된 표면의 평탄도가 불량한 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 웨이퍼의 플랫존 근처에서 발생된, 멤브레인과 천공 플레이트 사이의 공기 누설을 방지하여 웨이퍼의 균일한 폴리싱을 이룩하도록 한 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱장치는

본체의 중앙부에 천공홀들이 수직 관통하고, 상기 본체의 하면에 내, 외측 링들이 동심원을 이루며 각각 돌출된 천공 플레이트; 상기 내, 외측 링을 수용하고, 상기 천공 플레이트의 하면을 커버하여 상기 천공홀들을 통과하여 주입되는 공기의 누설을 방지하는 탄성 재질의 멤브레인; 그리고 상기 멤브레인을 상기 천공 플레이트에 고정하는 클램프를 갖는 폴리싱 헤드에 있어서, 상기 플랫존 근처에서의 공기의 누설을 방지하기 위해 상기 내측 링의 일부분이 직선을 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내측 링의 일부분이 상기 플랫존과 일직선을 이루어진다.

따라서, 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 플랫존에서 멤브레인과 천공 플레이트 사이에 공기 누설이 방지되고, 웨이퍼의 표면 전체가 균일하게 폴리싱된다.

이하, 본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱장치에 적용된 천공 플레이트와 웨이퍼가 얼라인된 상태를 나타낸 저면도이고, 도 5는 도 4의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절단한 단면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 천공 플레이트(40)는 본체(41)의 하면에 내측 링(41a)이 전체적으로 원형을 이루며 웨이퍼(1)의 플랫존(3)에 해당하는 부분(41c)만이 직선을 이룬다. 외측 링(41b)이 원형을 이루고, 본체(41)의 중앙부에 천공홀들(42)이 수직 관통한다. 또한, 멤브레인(50)이 내, 외측 링(41a),(41b)을 수용하도록 형성된다.

이와 같이 구성된 천공 플레이트를 도 1의 폴리싱 헤드에 적용하는 경우, 수평 회전운동하는 폴리싱 패드(도시 안됨) 상에 일점쇄선으로 도시된 웨이퍼(1)가 놓여지고 나면, 웨이퍼(1)와 폴리싱 헤드(100)가 얼라인된다. 즉, 웨이퍼(1)의 원형 가장자리가 천공 플레이트(10)의 외측 링(11b) 상에 위치하고 웨이퍼(1)의 플랫존(3)이 내측 링(41a)의 직선 부분(41c) 상에 위치한다.

웨이퍼의 얼라인이 완료되고 나면, 폴리싱 헤드(100)의 내부 통로와 천공 플레이트(40)의 천공들(42)을 거쳐 공기가 주입되고 멤브레인(50)의 중앙부가 주입된 공기의 압력에 의해 하향 팽창하여 웨이퍼(1)를 가압한다.

이때, 내측 링(41a)의 부분(41c)이 웨이퍼(1)의 플랫존(3)에 동일 직선상에 있으므로 종래와 달리 플랫존(3) 근처에서 공기의 누설이 방지되고 플랫존(3) 근처에서의 압력이 다른 영역에서보다 높지 않고 거의 동일하다.

따라서, 플랫존(3) 근처에서의 높은 식각율이 그 이외의 다른 영역에서의 식각율보다 높아지는 것이 방지된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱장치는 천공 플레이트의 본체에 내, 외측 링들이 동심원형으로 돌출되되 웨이퍼의 플랫존 근처에서 공기 누설을 방지하도록 웨이퍼의 플랫존에 해당하는 내측 링의 부분이 직선으로 이루어진다. 또한 멤브레인의 형태도 내, 외측 링들을 수용하도록 형성된다. 따라서, 폴리싱된 웨이퍼의 전면이 양호한 평탄도를 나타낸다.

한편, 본 발명은 도시된 도면과 상세한 설명에 기술된 내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형도 가능함은 이 분야에 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 폴리싱장치의 폴리싱 헤드를 나타낸 단면도.

도 2는 종래의 폴리싱 헤드(head)에 적용된 천공 플레이트의 내, 외측 링과 웨이퍼의 얼라인 상태를 나타낸 저면도.

도 3은 도 2의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라 절단한 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 웨이퍼 폴리싱장치에 적용된 천공 플레이트의 내, 외측 링과 웨이퍼의 얼라인 상태를 나타낸 저면도.

도 5는 도 4의 Ⅳ- Ⅳ선을 따라 절단한 단면도.

**** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ****

1: 웨이퍼 3: 플랫존(flat zone)

10: 천공 플레이트 11: 본체

11a: 내측 링 11b: 외측 링

20: 멤브레인(membrane) 30: 멤브레인 클램프

40:천공 플레이트 41: 본체

41a: 내측 링 41b: 외측 링

41c: 내측 링의 직선부분 100: 폴리싱 헤드

Claims (2)

1. 본체의 중앙부에 천공홀들이 수직 관통하고, 상기 본체의 하면에 내, 외측 링들이 동심원을 이루며 각각 돌출된 천공 플레이트;

   상기 내, 외측 링을 수용하고, 상기 천공 플레이트의 하면을 커버하여 상기 천공홀들을 통과하여 주입되는 공기의 누설을 방지하는 탄성 재질의 멤브레인; 그리고

   상기 멤브레인을 상기 천공 플레이트에 고정하는 클램프를 갖는 폴리싱 헤드에 있어서,

   상기 플랫존 근처에서의 공기의 누설을 방지하기 위해 상기 내측 링의 일부분이 직선을 이루는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 내측 링의 일부분이 상기 플랫존과 일직선을 이루는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 폴리싱장치.