KR100797311B1

KR100797311B1 - 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드

Info

Publication number: KR100797311B1
Application number: KR1020070015551A
Authority: KR
Inventors: 윤대령
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2007-02-14
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2008-01-23

Abstract

본 발명은 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분해 조립에 소요되는 시간을 절감하고 디펙트 발생을 줄일 수 있는 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 관한 것이다.

본 발명의 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드는 연마되는 웨이퍼를 가이드 하도록 상기 웨이퍼의 가장자리를 둘러싸는 고리 형상으로 형성되고 상면에는 내부에 요철이 형성된 다수의 구멍이 일정한 간격으로 배치되는 탄성재질의 리테이너 링; 저면에 상기 웨이퍼가 부착되고 가장자리에 상기 리테이너 링의 다수의 구멍에 대응되는 위치에 관통구멍이 형성된 원통 형상의 헤드 본체부; 및 상기 헤드 본체부의 관통구멍을 통과하여 상기 리테이너 링의 요철이 형성된 다수의 구멍으로 삽입되고 외주면이 상기 요철과 맞물리도록 형성된 탄성재질의 원기둥 형상의 체결구;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 의하면 간편한 체결구조를 구비함으로써 분해 조립에 소요되는 시간을 절감하며 디펙트 발생을 줄이고 안정적인 공정 균일도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

화학적기계적 연마(Chemical Mechanical Polish), 폴리싱 헤드, 리테이너 링

Description

화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드{Polishing head of chemical mechanical polish}

도 1은 종래의 일반적인 CMP 장치의 구성을 보여주는 요부절개 사시도,

도 2는 종래의 리테이너 링이 폴리싱 헤드에 체결되는 상태를 보여주는 단면도,

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 리테이너 링이 폴리싱 헤드로부터 분리된 상태를 보여주는 단면도,

도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 리테이너 링이 폴리싱 헤드에 체결된 상태를 보여주는 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 100 : 폴리싱 헤드 20 : 연마 패드

30 : 연마테이블 40 : 슬러리 주입부

50 : 웨이퍼 11, 110 : 헤드 본체부

12, 120 : 리테이너 링 13, 130 : 체결구

현재 반도체 제조 공정에 있어서 반도체 소자가 고집적화 되어가고 금속배선이 다층화됨에 따라 층간 절연막의 평탄화 정도가 후속 공정에 미치는 영향이 점점 커지고 있어 층간 절연막에 대한 평탄화 공정의 중요성이 증가하고 있다.

이러한 평탄화 공정을 위해 SOG(Spin on Glass), 에치백(ETCH BACK), 리플로우(REFLOW), 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing) 등의 여러 평탄화 방법이 개발되어 반도체 제조 공정에 적용되고 있다.

상기 화학적기계적연마(이하 'CMP'이라 한다) 공정은 슬러리(slurry)에 의한 화학 반응과 연마 패드(polishing pad)에 의한 기계적 가공이 동시에 이루어지는 평탄화 공정으로서, 기존의 평탄화 방식인 리플로우 또는 에치백 공정 등과 비교해서 광역 평탄화(global planarization)을 얻을 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 일반적인 CMP 장치의 구성을 보여주는 요부절개 사시도이다.

첨부된 도 1에 도시한 바와 같이, 종래 반도체 웨이퍼의 CMP 장치는 웨이퍼를 흡착하기 위한 폴리싱 헤드(10), 상기 폴리싱 헤드(10)를 회전시키기 위한 모터(도시되지 않음), 상기 폴리싱 헤드(10)의 하부에 설치되어 상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마 패드(20), 상기 연마 패드(20)가 부착되는 연마테이블(30), 연마 패드(20)로 슬러리를 공급하는 슬러리 주입부(40), 패드 컨디셔닝 디스크(도시되지 않음)로 구성되어져 있다.

상기 폴리싱 헤드(10)는 헤드 본체부(11)와 리테이너 링(retainer ring)(12) 및 상기 리테이너 링(12)을 상기 헤드 본체부(11)에 체결시키는 고정나사(도시되지 않음)로 구성되어 있으며, 상기 리테이너 링(12)은 연마테이블(30)과 폴리싱 헤드(10)의 회전운동이 진행됨에 따라 폴리싱 헤드(10)로부터 웨이퍼(50)의 이탈을 방지해주는 역할을 한다.

따라서 CMP 공정이 진행되면 상기 폴리싱 헤드(10)는 일정한 압력(F)으로 연마 패드(20)와 밀착되면서 회전(rotation) 및 요동(oscillation) 운동을 하게 되고, 이와 동시에 연마테이블(30)의 회전운동이 진행됨에 따라 평탄화작업이 진행된다.

즉 상기 폴리싱 헤드(10)에 장착된 웨이퍼(50) 표면과 연마 패드(20)가 접촉되고, 이 접촉면 사이의 미세한 틈새로 슬러리가 유동하여 슬러리 내부에 있는 연마입자와 연마 패드의 표면돌기들에 의해 기계적인 제거작용이 이루어지고 슬러리내의 화학성분에 의해 화학적인 제거작용이 동시에 이루어진다.

도 2는 종래의 리테이너 링이 폴리싱 헤드에 체결되는 상태를 보여주는 단면도이다.

첨부된 도 2에 도시한 바와 같이 리테이니 링(12)은 다수의 고정나사(13)에 의하여 헤드 본체부(11)에 체결되는 구조로 이루어져 있다. 이러한 리테이너 링(12)은 라이프 타임(life time)이 짧아서 빈번한 교체가 이루어지며, 이를 위한 분해 및 재조립 과정에서 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.

즉 재조립하는 과정에서 각각의 고정나사(13)에 일정한 토크(torque)를 주어서 조여야 힘이 균형있게 전달되어야 하기 때문에 고도의 숙련자가 진행하더라도 재조립하는데 많은 시간이 소요되며, 만일 고정나사 중 하나라도 느슨한 경우 공정에 영향을 주어 균일도(uniformity)가 불량해지기 때문이다.

또한 리테이너 링(12)과 고정나사(13)가 서로 다른 물질로 이루어져 있기 때문에 파티클이 발생하여, 이로 인해 웨이퍼 스크래치의 요인이 되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 분해 조립에 소요되는 시간을 절감하고 디펙트 발생을 줄이고 안정적인 공정 균일도를 확보할 수 있는 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드는 연마되는 웨이퍼를 가이드 하도록 상기 웨이퍼의 가장자리를 둘러싸는 고리 형상으로 형성되고 상면에는 내부에 요철이 형성된 다수의 구멍이 일정한 간격으로 배치되는 탄성재질의 리테이너 링; 저면에 상기 웨이퍼가 부착되고 가장자리에 상기 리테이너 링의 다수의 구멍에 대응되는 위치에 관통구멍이 형성된 원 통 형상의 헤드 본체부; 및 상기 헤드 본체부의 관통구멍을 통과하여 상기 리테이너 링의 요철이 형성된 다수의 구멍으로 삽입되고 외주면이 상기 요철과 맞물리도록 형성된 탄성재질의 원기둥 형상의 체결구;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리테이너 링 및 상기 체결구는 플루오르 수지로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 체결구에 형성되는 요철은 상기 체결구의 원기둥 축을 중심으로 원형의 돌출부를 형성하고, 상기 리테이너 링의 다수의 구멍의 내부에 형성되는 요철은 상기 원형의 돌출부에 맞물리도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 리테이너 링이 폴리싱 헤드로부터 분리된 상태를 보여주는 단면도이고, 도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 리테이너 링이 폴리싱 헤드에 체결된 상태를 보여주는 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드(100)는 리테이너 링(120), 헤드 본체부(110) 및 체결구(130)를 포함하여 이루어져 있다.

상기 리테이너 링(120)은 연마되는 웨이퍼를 가이드 하도록 상기 웨이퍼의 가장자리를 둘러싸는 고리 형상으로 형성된 것으로서, 상면에는 내부에 요철이 형성된 다수의 구멍(120a)이 일정한 간격으로 배치되고 탄성재질로 이루어진 것이다.

따라서 상기 리테이너 링(120)은 연마 공정시 웨이퍼가 상기 폴리싱 헤드(100)로부터 이탈하는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

그러나 종래의 기술에 의한 내부에 나사산이 형성되어 나사방식으로 체결되는 리테이너 링과는 달리, 본 발명의 일실시예에 따른 폴리싱 헤드의 리테이너 링(120)은 상기 헤드 본체부(110)와 접촉하는 상면에 다수의 구멍(120a)이 일정한 간격으로 배치되고, 상기 다수의 구멍(120a)의 내부에 요철(凹凸)이 형성되어 이루어진 것이다.

상기 헤드 본체부(110)는 저면에 상기 웨이퍼가 부착되고 가장자리에 상기 리테이너 링(120)의 다수의 구멍(120a)에 대응되는 위치에 관통구멍이 형성된 원통 형상으로 이루어진 것이다.

상기 헤드 본체부(110)의 내부 공간부에는 가압수단(도시되지 않음)으로부터 압축공기가 공급되고 배출되어 상기 공간부 내의 압축 공기의 압력에 따라서 멤브레인(도시되지 않음)이 상하로 운동하여 웨이퍼를 일정한 압력으로 가압하는 수단이 포함되는 것이 일반적이다. 따라서 CMP 공정이 진행되면 상기 폴리싱 헤드(100)는 일정한 압력으로 웨이퍼를 가압하면서 회전 및 요동 운동을 하게 됨에 따라 평탄화작업이 진행된다.

그러나 종래의 기술에 의한 나사방식으로 체결되는 헤드 본체부와는 달리, 본 발명의 일실시예에 따른 폴리싱 헤드(100)의 헤드 본체부(110)는 상기 리테이너 링(120)의 다수의 구멍(120a)에 대응되는 위치에 단순히 관통구멍이 형성되거나 관통 구멍의 내부에 요철을 형성할 수도 있는 것이다.

상기 체결구(130)는 상기 헤드 본체부(110)의 관통구멍을 통과하여 상기 리테이너 링(120)의 요철이 형성된 다수의 구멍(120a)으로 삽입되고 외주면이 상기 요철과 맞물리도록 형성된 탄성재질의 원기둥 형상으로 이루어진 것이다.

따라서 종래의 나사방식으로 체결되는 것이 아니고, 본 발명의 일실시예에 따른 폴리싱 헤드의 체결구는 원터치 방식(one-touch type)으로 손쉽게 체결할 수 있도록 하기 위해 상기 리테이너 링(120)의 다수의 구멍(120a) 내부에 형성된 요철과 맞물리도록 외주면에 돌출부가 형성되는 것이다.

본 발명의 다른 일실시예에 따른 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드(100)의 리테이너 링(120) 및 상기 체결구(130)는 플루오르 수지(fluororesin)로 이루어진 것이 바람직하다.

따라서 플루오르 수지 또는 테플론(Teflon)과 같은 탄성이 있는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic) 계열의 물질을 리테이너 링(120) 및 상기 체결구(130)에 사용함으로써 웨이퍼 스크래치 발생의 원인이 되는 파티클을 줄일 수 있는 것이다.

본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 화학적기계적 연마장치의 체결구(130)에 형성되는 요철은 상기 체결구(130)의 원기둥 축을 중심으로 원형의 돌출부를 형성하고, 상기 리테이너 링(130)의 다수의 구멍의 내부에 형성되는 요철은 상기 원형의 돌출부에 맞물리도록 형성하는 것이 바람직하다.

따라서 본 발명에 따른 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 의하면 간편한 체결구조를 구비함으로써 분해 조립에 소요되는 시간을 절감하며 디펙트 발생을 줄이고 안정적인 공정 균일도를 확보할 수 있는 것이다.

본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 의하면 간편한 체결구조를 구비함으로써 분해 조립에 소요되는 시간을 절감하며 디펙트 발생을 줄이고 안정적인 공정 균일도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims

연마되는 웨이퍼를 가이드 하도록 상기 웨이퍼의 가장자리를 둘러싸는 고리 형상으로 형성되고 상면에는 내부에 요철이 형성된 다수의 구멍이 일정한 간격으로 배치되는 탄성재질의 리테이너 링; 저면에 상기 웨이퍼가 부착되고 가장자리에 상기 리테이너 링의 다수의 구멍에 대응되는 위치에 관통구멍이 형성된 원통 형상의 헤드 본체부; 및 상기 헤드 본체부의 관통구멍을 통과하여 상기 리테이너 링의 요철이 형성된 다수의 구멍으로 삽입되고 외주면이 상기 요철과 맞물리도록 형성된 탄성재질의 원기둥 형상의 체결구;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드.
제1항에 있어서, 상기 리테이너 링 및 상기 체결구는 플루오르 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드.
제1항에 있어서, 상기 체결구에 형성되는 요철은 상기 체결구의 원기둥 축을 중심으로 원형의 돌출부를 형성하고, 상기 리테이너 링의 다수의 구멍의 내부에 형성되는 요철은 상기 원형의 돌출부에 맞물리도록 형성하는 것을 특징으로 하는 화학적기계적 연마장치의 폴리싱 헤드.