KR100725923B1 - 연마헤드용 멤브레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 멤브레인의 조립이 용이하면서도 연마품질이 우수한 연마헤드용 멤브레인에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 상면에 연마패드가 장착된 턴테이블 위에 배치되며 다수의 에어홀이 형성된 연마헤드에 끼워지며, 연질 탄성의 합성수지 또는 고무로 성형되어 반도체기판을 흡착하여 픽업하여 연마패드 위에 올려놓고 공기압을 가하여 연마패드에 밀착시키는 멤브레인에 있어서, 상기 멤브레인은 탄성의 원형시트(12)와, 이 원형시트(12)의 둘레부를 따라 돌출형성되며 연마헤드(2)의 둘레부에 끼워지는 결합부(14)와, 상기 원형시트(12)의 중심으로부터 방사상으로 배치되며 동심원상의 서로 다른 위치에 형성되는 탄성 단관체(21~27)로 구성되며, 상기 단관체에는 상기 연마헤드(2)의 에어홀(4)이 연결되는 연마헤드용 멤브레인이 제공된다.

연마헤드, 멤브레인, 연마패드, 동심원, 공기압

Description

연마헤드용 멤브레인 {Membrane for CMP head}

도 1은 본 발명의 일 실시예의 구성도

도 2는 상기 실시예의 연마헤드에의 결합상태 단면도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2. 연마헤드 3,4. 에어홀

10. 멤브레인 12. 원형시트

14. 결합부 18. 통공

21. 중심부 단관체 22~27. 단관체

본 발명은 연마헤드용 멤브레인에 대한 것으로서, 좀 더 상세히는 기판을 흡착하여 연마패드에 압착시키기 위한 멤브레인의 조립이 용이하면서도 연마품질이 우수한 새로운 구조의 연마헤드용 멤브레인에 관한 것이다.

최근에 반도체 장치가 고집적화됨에 따라 배선구조가 다층화되어, 반도체 기판상에 적층된 단위 셀들 사이의 표면 단차가 점점 증가되고 있다. 단위 셀들의 단차를 줄이기 위해 기판의 표면을 연마하는 방법들이 제시되고 있는데, 이 중에서 기판 표면에 연마제가 함유된 슬러리를 공급하면서 연마패드로 기판 표면을 연마하는 화학기계적 연마방법(CMP)이 주로 사용되고 있다.

이러한 화학기계적 연마장치는 상면에 연마패드가 장착된 턴테이블 위에 에어홀이 형성된 연마헤드에 플렉시블 멤브레인을 장착하여 이 멤브레인에 진공을 가하여 기판을 흡작한 후에, 턴테이블의 연마패드에 기판을 올려놓고 공기압에 의해 기판을 연마패드에 가압접촉시키면서 턴테이블 또는 연마헤드를 회전시키면서 기판을 연마하게 된다. 이러한 멤브레인은 탄성 연질의 합성수지로 제작되며, 연마헤드에 장착한 상태에서 선택적으로 진공이나 공기압을 가하기 위해, 배면부에 대체로 동심원상의 격벽이 구성되고, 이러한 연질 합성수지로 구성된 격벽에 의해 구획된 영역에는 연마헤드의 에어홀이 노출된다.

그런데, 종래의 이러한 멤브레인은 그 배면부를 구획하는 격벽이 동심원상으로 구성되므로, 이 격벽이 형성된 부분에 의해 기판에 가해지는 압력은 그렇지 않는 부분에 가해지는 압력과 멤브레인의 두께가 서로 다르므로 동일하게 유지되지 않게 된다. 따라서, 연마헤드를 회전시켜면서 멤브레인을 통해 기판을 연마패드에 가압하는 경우에, 동심원상 격벽 부분이 기판을 누르는 힘은 다른 부분이 누르는 힘과 동일하지 못하여 결과적으로 연마헤드의 반경방향을 따라서 균일한 연마가 이루어지지 못하고 기판이 부분적으로 과도하게 연마되어 패이거나 연마되지 않아서 연마품질이 저하되는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 멤브레인은 멤브레인에 흡착된 웨이퍼나 기판을 분리하고자 할 때 잘 떨어지지 않는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 연마헤드용 멤브레인의 문제점에 착안하여 제안된 것으로서, 기판의 연마시에 연마헤드의 반경방향을 따라 균일한 연마가 이루어질 수 있으며, 멤브레인의 착탈이 용이한 새로운 구조의 연마헤드용 멤브레인을 제공하고자 하는 것이다. 아울러, 필요시에 멤브레인에 부착된 웨이퍼나 기판을 용??게 분리할 수 있는 새로운 구조의 연마헤드용 멤브레인을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 상면에 연마패드(7)가 장착된 턴테이블(6) 위에 배치되며 다수의 에어홀(3,4)이 형성된 연마헤드에 끼워지며, 연질 탄성의 합성 수지 또는 고무로 성형되어 반도체기판을 흡착하여 픽업하여 연마패드 위에 올려놓고 공기압을 가하여 연마패드(7)에 밀착시키는 멤브레인(10)에 있어서, 상기 멤브레인(10)은 탄성의 원형시트(12)와, 이 원형시트(12)의 둘레부를 따라 돌출형성되며 연마헤드(2)의 둘레부에 끼워지는 결합부(14)와, 상기 원형시트(12)의 중심으로부터 방사상으로 배치되며 동심원상의 서로 다른 위치에 형성되는 탄성 단관체(21~27)로 구성되며, 상기 단관체에는 상기 연마헤드(2)의 에어홀(4)이 연결되는 것을 특징으로 하는 연마헤드용 멤브레인이 제공된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 단관체(21~27) 중 중심부에 배치된 단관체(21)에는 원형시트(12)의 저면으로 관통되는 통공(18)이 형성된 것을 특징으로 하는 연마헤드용 멤브레인이 제공된다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예의 구성도이고, 도2는 이의 단면도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 연질의 멤브레인(10)은 탄성의 원형시트(12)와, 이 원형시트(12)의 둘레부에 형성되며 단면 채널형상으로 되어 연마헤드(2)의 둘레부에 끼워지는 결합부(14)를 포함한다. 이 멤브레인(10)의 저면은 반도체기판이나 웨이퍼를 흡착하는 흡착면 또는 가압면으로 작용하고, 이 멤브레인(10)의 배면은 진공챔버 또는 가압공기챔버를 형성한다. 이 멤브레인(10)의 배면에는 중심부와, 이 중심부로부터 방사상으로 연장되는 위치에 다수의 탄성 단관체(21~27)가 배치된다. 그런데, 이 탄 성 단관체들은 중심부 단관체(21)와, 이 중심부 단관체(21)로부터 방사상으로 연장되며, 반경방향으로는 서로 다른 위치에 배치되는 다수의 방사상 단관체(22~27)로 이루어진다. 이들 방사상 단관체(22~27)가 반경방향의 서로 다른 위치에 배치되므로, 연마헤드(2)가 중심부를 중심으로 회전하는 경우에 이들 단관체(22~27)의 궤적이 서로 중첩되지 않게 된다. 그리고, 중심부 단관체(21)는 원형시트(12)의 저면으로 관통되는 통공(18)이 형성된다.

그리고. 이들 단관체(21~27)에는 호스(5)가 각각 연결되어 개별적으로 공기압이 조절가능한 에어홀(4)이 접속된다. 물론, 이들 단관체(21~27) 이외의 다른 멤브레인(10)의 배면 영역에도 적어도 하나의 에어홀(3)이 개방됨은 물론이다.

이러한 구성을 가진 멤브레인(10)을 연마헤드(2)에 부착하기 위해서는 멤브레인(10)의 둘레부의 결합부(14)를 연마헤드의 둘레부에 끼우고, 멤브레인(10)을 공급되는 피가공물인 웨이퍼 등에 대고, 도시 안된 진공장치를 이용하여 에어홀(3) 을 통해 멤브레인(10)의 배면을 진공상태로 하면, 웨이퍼가 멤브레인(10)에 진공흡차된다. 이어서 이 연마헤드(2)를 이동하여 턴테이블(6)의 연마패드(7) 위에 내려 놓은 후에 다시 도시안된 공기압장치를 이용하여 에어홀(3)을 통해 공기압을 가함으로써, 웨이퍼를 멤브레인(10)의 적절한 압력에 의해 연마패드에 가압접촉시킴으로써, 연마패드 또는 연마헤드(2)가 회전하면서 화학기계적 연마를 행하게 된다.

그런데, 만일 어떠한 이유로 인해(예를 들면 연마패드의 불균일한 마모 등) 웨이퍼가 균일하게 연마되지 못하게 되면, 이 부분에 해당하는 멤브레인(10)의 동심원상에 배치된 단관체의 공기압을 좀 더 증대 또는 감소시키게 된다. 만일 특정 부분의 단관체의 공기압을 증대시키면 이 단관체와 동심원상에 놓이는 웨이퍼는 이 부분이 증가된 압력에 의해 연마패드와 더욱 밀착되면서 이 부분에 대한 연마율 또는 절삭율이 증대된다. 만일, 특정부분의 단관체의 공기압을 낮추면 이 단관체와 동심원상에 놓이는 웨어퍼는 이 부분의 감소된 압력에 의해 연마패드와 상대적으로 느슨하게 접촉되면서 이 부분의 연마율 또는 절삭율이 감소된다.

이와 같이. 웨이퍼의 연마상태에 따라, 불균일한 연마가 이루어지면, 이 부분과 동심원상에 정렬되는 단관체(21~27)을 에어홀(3)을 통해 공기압이 가해지는 다른 멤브레인(10) 부분의 공기압에 비해 적절한 정도로 증대 또는 감소시킴으로써, 불균일한 연마를 억제할 수 있다. 따라서, 고품질의 연마가 가능하게 된다.

그리고, 연마작업이 완료되어 피가공물인 웨이퍼를 연마헤드(2)로부터 분리하고자 하는 경우에는 멤브레인(10)의 중심부 단관체(21)로 공기압을 가하면 통공(18)을 통해 공기가 웨이퍼와 멤브레인(10) 사이로 유입되면서 웨이퍼와 멤브레인(10)이 용이하게 분리되게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 이들 단관체(21~27)가 연마헤드(2)의 에어홀(4)에 정렬되도록 하여, 멤브레인(10)의 둘레부에 형성된 결합부(14)를 연마헤드(2)의 둘레부에 끼우면 멤브레인의 장착이 완료되므로, 종래와 같이, 둘레부의 결합부와 더불어 동심원상의 격벽 부분을 연마헤드의 대응 부분에 정렬하여 끼워야 했던 것에 비해 멤브레인의 탈부착이 용이하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 연마헤드(2)에 끼워지는 탄성 연질의 멤브레인(10)의 배면부에는 동심원상의 서로 다른 위치에 배치되는 복수개의 단관체(21~27)를 구비하고, 이들 단관체(21~27)에는 개별적으로 공기압을 조절할 수 있는 에어홀(4)을 연결함으로써, 동심원상으로 불균일한 연마에 대하여 해당 단관체의 공기압을 적절히 조절함으로써, 피가공물인 웨이퍼 등의 연마패드와의 밀착도 또는 접촉력을 조절할 수 있어서, 불균인한 연마를 효과적으로 해소하여 균일하게 조절할 수 있다.

또한, 멤브레인(10)을 연마헤드(4)에 장착함에 있어서, 각 단관체(21~27)를 해당 에어홀(4)에 맞도록 정렬한 후에, 둘레부의 결합부(14)를 연마헤드(2)의 둘레부에 끼우면 족하므로, 멤브레인의 탈부착이 더욱 용이하게 된다.

또한, 중심부 단관체(21,27)에는 원형시트(12)의 저면으로 관통된 통공(18)을 형성함으로써, 웨이퍼의 연마가 완료된 후에, 공기를 주입하여 웨이퍼와 멤브레인이 용이하게 분리되도록 할 수 있다.

Claims (2)

1. 상면에 연마패드가 장착된 턴테이블 위에 배치되며 다수의 에어홀이 형성된 연마헤드에 끼워지며, 연질 탄성의 합성수지 또는 고무로 성형되어 반도체기판을 흡착하여 픽업하여 연마패드 위에 올려놓고 공기압을 가하여 연마패드에 밀착시키는 멤브레인에 있어서, 상기 멤브레인은 탄성의 원형시트(12)와, 이 원형시트(12)의 둘레부를 따라 돌출형성되며 연마헤드(2)의 둘레부에 끼워지는 결합부(14)와, 상기 원형시트(12)의 중심으로부터 방사상으로 배치되며 동심원상의 서로 다른 위치에 형성되는 탄성 단관체(21~27)로 구성되며, 상기 단관체에는 상기 연마헤드(2)의 에어홀(4)이 연결되는 것을 특징으로 하는 연마헤드용 멤브레인.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단관체(21~27)중 중심부에 배치된 단관체(21)에는 원형시트(12)의 저면으로 관통되는 통공(18)이 형성된 것을 특징으로 하는 연마헤드용 멤브레인.

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