KR100583279B1 - 반도체 웨이퍼 연마 장치에 사용하는 탄성 지지대 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼를 평탄화하는 연마 장치의 연마 헤드부에 사용되는 탄성 지지대에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼를 균등하게 가압할 수 있는 탄성 지지대를 제공하는 데 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 실시예는 반도체 웨이퍼 연마 장치에 사용하는 탄성 지지대에 있어서, 균일한 두께를 갖고, 중심부와 주변부를 포함하는 기판; 및 기판 일면의 중심부에 형성되는 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 지지대로서, 보강부는 기판의 중심에 형성되는 제 1 보강부, 기판의 중심에서부터 방사상으로 형성되는 복수개의 제 2 보강부로 이루어지고, 제 1 보강부 및 제 2 보강부는 기판에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 탄성 지지대를 제공한다.

화학적 기계적 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing), 연마 헤드부, 단차, 평탄화, 탄성 지지대, 보강부

Description

반도체 웨이퍼 연마 장치에 사용하는 탄성 지지대{Backing film for semiconductor wafer polishing apparatus}

도 1은 일반적인 CMP 장치의 웨이퍼 연마부를 나타내는 개략도,

도 2는 웨이퍼 연마부의 연마 헤드부를 나타내는 단면도,

도 3은 종래 기술에 따른 탄성 지지대를 구비하는 연마 헤드부를 사용하여 웨이퍼를 연마하는 모습을 나타내는 개략도,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탄성 지지대를 나타내는 평면도,

도 5는 도 4에 도시된 탄성 지지대의 V-V선에 대한 단면도,

도 6은 도 4에 도시된 탄성 지지대의 VI-VI선에 대한 단면도,

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 탄성 지지대를 구비하는 연마 헤드부를 사용하여 웨이퍼를 연마하는 모습을 나타내는 개략도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

10; 웨이퍼 연마부 12; 반도체 웨이퍼

14; 연마 패드 16; 연마액

20; 연마 헤드부 22; 압력실

24; 기공판 26; 기공

30, 100; 탄성 지지대 110; 기판

112, 114, 116; 보강부

본 발명은 반도체 웨이퍼 연마 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 반도체 웨이퍼를 평탄화하는 연마 장치의 연마 헤드부에 사용되는 탄성 지지대에 관한 것이다.

반도체 소자의 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 따라 표면 단차가 증가하여, 반도체 소자의 표면을 평탄화하기 위해서 SOG(Silicon On Glass), 에치 백(Etch Back), 리플로우(Reflow) 등의 평탄화 방법이 개발되었다. 그러나, 이들 방법에는 많은 문제점이 발생되어서 완전 평탄화를 위해 기계적 연마 가공과 화학적 연마 가공을 하나의 연마 방법으로 혼합한 기계적 화학적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 'CMP'라 한다)라는 새로운 연마 공정이 개발되었다.

CMP 기술의 원리는 반도체 웨이퍼를 연마 패드 표면 위에 접촉하도록 한 상태에서 연마액을 공급하여 반도체 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서, 연마 패드와 연마 헤드부를 상대적으로 운동시켜 물리적으로 반도체 웨이퍼 표면의 요철 부분을 평탄화하는 것이다. CMP 기술 자체는 특별히 새로운 기술은 아니며 이미 실리콘 웨이퍼의 경면 연마법 등에서 함께 사용되어 왔다.

일반적으로 CMP 장치는 웨이퍼 카세트 장착 및 탈착부, 웨이퍼 이동부, 웨이퍼 연마부, 웨이퍼 세정부와 이들의 제어부로 이루어진다. 웨이퍼 연마부는 웨이 퍼를 지지하여 웨이퍼를 회전하고 가압하는 연마 헤드부, 연마 패드가 부착된 연마 정반(Platen) 및 구동장치, 연마 패드의 드레싱 기구, 연마액 공급부 등으로 구성된다.

도 1은 일반적인 CMP 장치의 웨이퍼 연마부를 나타내는 개략도, 도 2는 웨이퍼 연마부의 연마 헤드부를 나타내는 단면도, 도 3은 종래 기술에 따른 탄성 지지대를 구비하는 연마 헤드부를 사용하여 웨이퍼를 연마하는 모습을 나타내는 개략도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 웨이퍼 연마부(10)에서 반도체 웨이퍼(12)는 연마 패드(14)와 연마액(16)에 의해서 연마된다. 연마 패드(14)는 회전 운동을 하고, 연마 헤드부(20)는 회전 운동과 요동 운동을 동시에 행하며 일정한 압력으로 반도체 웨이퍼(12)를 가압한다. 연마 헤드부(20)의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해서 반도체 웨이퍼(12) 표면과 연마 패드(14)는 접촉하고, 이 접촉면 사이의 미세한 틈, 즉 연마 패드(14)의 기공 부분 사이로 연마액(16)이 유동을 한다.

연마액(16)의 연마 입자와 연마 패드(14)의 표면 돌기에 의해 기계적인 연마 작용이 이루어지고, 연마액(16) 내의 화학 성분에 의해서 화학적인 연마 작용이 이루어진다. 연마 패드(14)와 반도체 웨이퍼(12)간의 가압력에 의해 반도체 웨이퍼(12)의 단차 상부에서부터 접촉이 이루어지고 압력이 집중된다. 따라서, 이 부분이 상대적으로 높은 표면 제거 속도를 가지게 되며, 가공이 진행되어 갈수록 단차는 줄어들어 반도체 웨이퍼(12) 표면은 평탄하게 된다.

연마된 잔류막 두께를 균일하게 하여 평탄화하기 위해서는 반도체 웨이퍼(12) 전면적이 연마 패드(14)에 균등하게 가압되어야 한다. 반도체 웨이퍼(12)를 균등하게 가압하기 위해서 연마 헤드부(20)에서는 압축 공기를 이용하여 압력실(22)을 형성한다. 압력실(22)의 압축 공기는 기공판(Perforate Plate)(24)의 기공(26)을 통해 공급되어 탄성 지지대(30)를 볼록하게 부풀어오르게 한다. 그런데, 탄성 지지대(30)에 가해지는 공기압이 반도체 웨이퍼(12)에 균등하게 전달되지 않는 경우에는 연마 후의 잔류막 두께가 균일하지 않게 된다.

탄성 지지대(30)가 반도체 웨이퍼(12)를 균등하게 가압하지 못하는 원인은 다음과 같다.

첫째, 기공판(24)에 고정되는 탄성 지지대(30)의 가장자리가 충분히 팽창되지 않는다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 반도체 웨이퍼(12) 가장자리는 탄성 지지대(30)에 의해서 가압되지 않게 되므로 반도체 웨이퍼(12) 중심부와 가장자리에 가해지는 압력이 서로 다르게 된다.

둘째, 탄성 지지대(30)가 반복적으로 수축, 팽창함에 따라 노화가 진행되어 탄성 지지대(30)에 국부적인 변형이 발생한다. 국부적인 탄성 지지대(30)의 변형으로 인해서 탄성 지지대(30)는 반도체 웨이퍼(12)에 공기압을 균등하게 전달하지 못하게 된다. 특히, 탄성 지지대(30)는 중심부에서 변형이 심하게 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼를 균등하게 가압할 수 있는 탄성 지지대를 제공하는 데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 실시예는 반도체 웨이퍼 연마 장치에 사용하는 탄성 지지대에 있어서, 균일한 두께를 갖고, 중심부와 주변부를 포함하는 기판; 및 기판 일면의 중심부에 형성되는 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 지지대로서, 보강부는 기판의 중심에 형성되는 제 1 보강부, 기판의 중심에서부터 방사상으로 형성되는 복수개의 제 2 보강부로 이루어지고, 제 1 보강부 및 제 2 보강부는 기판에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 탄성 지지대를 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하고자 한다. 도면 전반에 걸쳐서 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 탄성 지지대를 나타내는 평면도, 도 5는 도 4에 도시된 탄성 지지대의 V-V선에 대한 단면도, 도 6은 도 4에 도시된 탄성 지지대의 VI-VI선에 대한 단면도, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 탄성 지지대를 구비하는 연마 헤드부를 사용하여 웨이퍼를 연마하는 모습을 나타내는 개략도이다.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 탄성 지지대(100)는 원형의 기판(110)에 보강부(112, 114, 116)를 형성하여 변형을 방지한다. 압축 공기에 의한 공기압을 반도체 웨이퍼(12)에 균등하게 전달하기 위해서 기판(110)은 균일한 두께를 갖는다. 보강부(112, 114, 116)는 탄성 지지대(100)의 기판(110) 중심부에 형성되고, 보강부(112, 114, 116)가 형성되지 않은 주변부는 연마 헤드부의 기공판(24)에 고정된다. 보강부(112, 114, 116)가 형성되지 않은 기판(110)의 반대쪽 면은 평평한 상태이다.

탄성 지지대(100)는 중심에서 변형이 심하게 발생하므로, 탄성 지지대(100) 중심에서의 변형을 방지하기 위해서 탄성 지지대(100) 중심에 제 1 보강부(112)를 형성한다. 제 1 보강부(112)는 탄성 지지대(100) 중심에 원형으로 형성되어, 기판(110) 중심의 두께를 두껍게 한다. 또한, 탄성 지지대(100)의 변형을 전체적으로 방지하기 위해서 기판(110) 중심에서 방사상으로 복수개의 제 2 보강부(114)를 형성한다.

또한, 탄성 지지대(100) 중심의 제 1 보강부(112)를 공통 원점으로 하여 동심원을 이루는 복수개의 제 3 보강부(116)를 형성하여 탄성 지지대(100)의 변형을 방지한다. 제 1 보강부(112), 제 2 보강부(114), 제 3 보강부(116)는 기판(110)에서 돌출되므로 탄성 지지대(100)의 두께를 두껍게 한다. 이때, 반도체 웨이퍼(12)에 균일한 압력을 가하기 위해서 제 1 보강부(112), 제 2 보강부(114), 제 3 보강부(116)의 높이는 동일한 것이 바람직하다.

탄성 지지대(100)의 주변부에는 보강부(112, 114, 116)가 형성되지 않으므로, 보강부(112, 114, 116)가 형성된 부분에 비해서 두께가 얇다. 따라서, 탄성 지지대(100)가 연마 헤드부에 장착되어 압축 공기가 인가되면, 탄성 지지대(100)의 주변부가 충분히 팽창하여 반도체 웨이퍼(12)에 균일한 압력을 전달할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 의하면 탄성 지지대의 변형을 방지하여 반도체 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있다.

Claims (3)

1. 반도체 웨이퍼 연마 장치에 사용하는 탄성 지지대에 있어서,

   균일한 두께를 갖고, 중심부와 주변부를 포함하는 기판; 및

   상기 기판 일면의 중심부에 형성되는 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 지지대로서,

   상기 보강부는 상기 기판의 중심에 형성되는 제 1 보강부, 상기 기판의 중심에서부터 방사상으로 형성되는 복수개의 제 2 보강부로 이루어지고, 상기 제 1 보강부 및 상기 제 2 보강부는 상기 기판에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 탄성 지지대.
2. 제 1항에 있어서, 상기 보강부는 상기 기판의 중심을 기준으로 동심원상으로 형성되는 복수개의 제 3 보강부를 더 포함하며, 상기 제 3 보강부는 상기 기판에서 돌출되는 것을 특징으로 하는 탄성 지지대.
3. 제 2항에 있어서, 상기 제 1 보강부, 상기 제 2 보강부 및 상기 제 3 보강부는 동일한 높이로 돌출되는 것을 특징으로 하는 탄성 지지대.

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