KR100899336B1

KR100899336B1 - 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드

Info

Publication number: KR100899336B1
Application number: KR1020090008362A
Authority: KR
Inventors: 김형재; 유민종; 박영봉; 안준호; 이명한; 서헌덕; 정해도
Original assignee: 지앤피테크놀로지 주식회사
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2009-05-27

Abstract

본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드는 내부에 적어도 하나의 공기 유로가 형성되어 있는 서포터, 서포터의 측면 둘레부와 결합하는 리테이너, 리테이너의 상부 가장 자리와 결합하는 리테이너 가이드, 서포터의 상부 가장 자리, 리테이너 상부 및 리테이너 가이드의 상부와 각각 결합하는 탄성 부재, 탄성 부재의 상부에 배치되며 탄성 부재를 리테이너에 고정하는 탄성 부재 고정링, 서포터의 상부 및 탄성 부재의 상부와 결합하는 회전축 결합 부재, 그리고 서포터의 하부 및 리테이너의 하부와 결합하여 웨이퍼를 부착 또는 지지하거나 웨이퍼에 압력을 전달하며, 서포터 및 리테이너와 별도로 분리되어 교체 또는 수리되는 템플릿 어셈블리를 포함한다. 이에 의해 서포터가 템플릿 어셈블리를 통해 웨이퍼를 간접적으로 부착, 지지하고 웨이퍼에 압력을 전달함으로써 서포터 내의 공기 유로나 챔버로 슬러리나 연마액의 침투를 막을 수 있어 별도로 서포터를 세정하거나 수리할 필요가 없으며, 슬러리나 연막액의 유입에 따른 고장을 감소시킬 수 있으며, 웨이퍼에 균일한 압력을 전달하여 웨이퍼의 연마 균일도를 향상할 수 있고, 서포터 및 리테이너와 별도로 손쉽게 템플릿 어셈블리만을 교체 또는 수리할 수 있다.

웨이퍼, 화학적 기계적 연마 장치, 연마 헤드, 서포터, 템플릿 어셈블리

Description

화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드{POLISHING HEAD OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING ASSEMBLY}

본 발명은 반도체의 웨이퍼를 제조하는데 사용하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼의 표면을 화학적, 기계적으로 연마하는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드에 관한 것이다.

최근, 반도체 장치가 고집적화 됨에 따라 배선 구조가 다층화되어 반도체 기판 상에 적층된 단위 셀들 사이의 표면 단차가 점점 증가되고 있으며, 이들 단위 셀들 사이의 표면 단차를 줄이기 위하여 다양한 웨이퍼 면의 연마 방법들이 제시되고 있다. 이들 중 웨이퍼를 화학적 기계적인 연마를 동시에 실시하여 웨이퍼의 연마면(공정면)을 평탄화하는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 장치가 널리 사용되고 있다.

통상적으로 사용되는 화학적 기계적 연마 장치는 한국특허출원 2001-001055에 기재된 바와 같이 화학적 기계적 연마 공정시 웨이퍼를 진공 흡착하여 고정하거나 웨이퍼의 전면에 균일한 압력을 전달하기 위한 연마(연마) 헤드를 포함하여 구성된다.

웨이퍼 면의 화학적 기계적 연마 과정에서는 연마 헤드의 내부에 형성되어 있는 챔버나 공기 유로 등으로 슬러리 및 연마액이 유입되게 된다. 그런데 유입된 슬러리 및 연마액이 연마 헤드의 내부에 그대로 남아 있으면, 연마 헤드의 웨이퍼를 진공 흡착 능력이 떨어지게 되며, 웨이퍼 면에 균일한 압력을 전달할 수 없어 웨이퍼 면의 연마 균일도가 떨어지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 챔버나 공기 유로 등을 지속적으로 세정해 주어야 하는데 이는 시간 및 비용 증대로 이어져 웨이퍼의 제조 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다. 또한 챔버나 공기 유로의 완벽한 세정은 불가능하므로 이로 인해 장시간 사용시 연마 헤드의 오작동이나 파손이 발생할 수 있으며, 이럴 경우 복잡한 구성 요소들이 상호 조립된 연마 헤드의 교체 및 수리가 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기의 문제점을 해결하여 서포터가 템플릿 어셈블리를 통해 웨이퍼를 간접적으로 부착, 지지하고 웨이퍼에 압력을 전달함으로써 서포터 내의 공기 유로나 챔버로 슬러리나 연마액의 침투를 막을 수 있기 때문에 슬러리나 연막액의 침투로 인해 서포터를 주기적으로 청소하거나 수리할 필요가 없으며, 서포터 내의 슬러리나 연막액의 침투에 따른 고장을 감소시킬 수 있으며, 탬플릿 어셈블리가 웨이퍼에 균일한 압력을 전달하여 웨이퍼의 연마 균일도를 향상할 수 있고, 서포터 및 리테이너와는 별도로 손쉽게 템플릿 어셈블만을 교체 또는 수리할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 제 공하는 것이다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드는 내부에 적어도 하나의 공기 유로가 형성되어 있는 서포터, 상기 서포터의 측면 둘레부와 결합하는 리테이너, 상기 리테이너의 상부 가장 자리와 결합하는 리테이너 가이드, 상기 서포터의 상부 가장 자리, 상기 리테이너 상부 및 상기 리테이너 가이드의 상부와 각각 결합하는 탄성 부재, 상기 탄성 부재의 상부에 배치되며 상기 탄성 부재를 상기 리테이너에 고정하는 탄성 부재 고정링, 상기 서포터의 상부 및 상기 탄성 부재의 상부와 결합하는 회전축 결합 부재, 그리고 상기 서포터의 하부 및 상기 리테이너의 하부와 결합하여 웨이퍼를 부착 또는 지지하거나 상기 웨이퍼에 압력을 전달하며, 상기 서포터 및 상기 리테이너와 별도로 분리되어 교체 또는 수리되는 템플릿 어셈블리를 포함한다.

상기 서포터는 상기 템플릿 어셈블리에 의해 상기 웨이퍼와의 접촉이 차단될 수 있다.

상기 템블릿 어셈블리는, 상기 리테이너와 결합하는 TA 고정링, 상기 TA 고정링의 하부와 적어도 일부가 결합하며, 상기 서포터의 하부면에 배치되는 챔버 형성막, 상기 챔버 형성막의 하부와 결합하는 백킹 부재, 그리고 상기 챔버 형성막의 상부 가장자리를 상기 TA 고정링의 하부의 적어도 일부에 결합시키는 리테이링을 포함할 수 있다.

상기 TA 고정링은 상기 TA 고정링에 결합되어 있는 상기 리테이너링의 일부분을 상기 TA 고정링으로부터 이탈시키기 위한 이탈 부재를 더 포함할 수 있다.

상기 TA 고정링은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 형성될 수 있다.

상기 챔버 형성막은, 폴리에틸렌테레프탈레이트

(polyethyleneterephthalate), 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymethylmethacrylate) 및 폴리카보네이트 (polycarbonate) 재질 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 백킹 부재는 우레탄(urethane) 또는 고무(rubber) 재질로 형성될 수 있다.

상기 백킹 부재는 상기 챔버 형성막과 결합되는 면의 적어도 가장 자리의 일부를 따라서 마련된 양면 테이프를 더 포함할 수 있다.

상기 리테이너링은 두께가 상기 챔버 형성막과 상기 백킹 부재의 두께를 합한 것보다 더 두꺼울 수 있다.

상기 리테이너링은 글라스 에폭시(glass epoxy) 또는 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone) 재질로 형성될 수 있다.

상기 리테이너링은 상기 챔버 형성막 및 상기 TA 고정링과 결합하는 부분에 마련된 양면 테이프를 더 포함할 수 있다.

상기 서포터의 하부면에는 적어도 하나의 함몰부가 형성되어 있을 수 있다.

상기 함몰부는 상기 서포터 공기 유로의 끝단에 연결되어 있을 수 있다.

상기 회전축 결합부는, 상부면에 외부와 연통하는 각각 적어도 하나의 제1홀 및 제2홀이 형성되어 있으며, 내부에는 상기 제1홀과 연통하는 적어도 하나의 제1 공기 유로, 상기 제1 공기 유로와 연통하는 적어도 하나의 제1 챔버 및 상기 제2홀과 상기 서포터 공기 유로를 상호 연통시키는 적어도 하나의 제2 공기 유로가 형성되어 있을 수 있다.

상기 서포터의 하부면과 상기 템블릿 어셈블리 사이에는 제2 챔버가 형성될 수 있다.

상기 제1홀 및 상기 제2 홀은 외부에 마련된 진공 및 공기압 형성 부재와 연결될 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드에 의하면, 서포터가 템플릿 어셈블리를 통해 웨이퍼를 간접적으로 부착, 지지하고 웨이퍼에 압력을 전달함으로써 서포터 내의 공기 유로나 챔버로 슬러리나 연마액의 침투를 막을 수 있다. 따라서 슬러리나 연막액의 침투로 인해 서포터를 주기적으로 청소하거나 수리할 필요가 없으며, 서포터 내의 슬러리나 연막액의 침투에 따른 고장을 감소시킬 수 있으며, 탬플릿 어셈블리가 웨이퍼에 균일한 압력을 전달하여 웨이퍼의 연마 균일도를 향상할 수 있고, 서포터 및 리테이너와는 별도로 손쉽게 템플릿 어셈블리만을 교체 또는 수리할 수 있다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예는 본 발명의 이상적인 개략도인 사시도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드에 관하여 설명한다.

먼저 본 발명의 여러 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 설명하기에 앞서 본 발명의 여러 실시예에 따른 연마 헤드나 일반적인 연마 헤드가 사용되는 일반적인 화학적 기계적 연마 장치를 도 1을 참조로 하여 먼저 설명한다.

도 1은 연마 헤드를 포함하는 일반적인 화학적 기계적 연마 장치를 도시한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 화학적 기계적 연마 장치(100)는 연마 스테이션(110)과 연마 어셈블리(120)를 포함한다.

연마 스테이션(110)은 슬러리 공급 부재(111), 연마 패드 컨디셔닝 부 재(112) 및 상부에 연마 패드(114)가 부착되어 있는 회전 테이블(113)을 포함한다.

슬러리 공급 부재(111)는 웨이퍼의 연마시에 통상의 반응시약(예, 산화 연마용 탈이온수), 마찰 입자(예, 산화 연마용 이산화규소) 및 화학 반응 촉매(예, 산화 연마용 수산화칼륨)를 포함하여 구성된 슬러리를 연마 패드(114)의 표면에 공급한다.

연마 패드 컨디셔닝 부재(112)는 연마 패드(114)의 상부면을 지속적으로 갈아주거나 긁어내 줌으로써 연마 과정을 거침에 따라 줄어드는 연마 패드(114)의 거칠기를 거칠기를 일정하게 유지시켜 준다.

회전 테이블(113)은 회전 수단(미도시됨)에 연결되어 있어 연마 과정에서 회전 수단에 의해 분당 약 50 내지 80 회전수로 회전한다. 물론, 회전 수단은 물론 이보다 낮거나 높은 분당 회전수로 회전 테이블(113)을 회전시키는 것도 가능하다. 연마 패드(114)는 거친 연마 면을 갖는 공지의 재료로 구성될 수 있다.

연마 헤드 어셈블리(120)는 구동 모터(121), 제1 회전축(122), 감속기(123), 제2 회전축(124) 및 연마 헤드(200)를 포함한다.

구동 모터(121)는 외부 에너지 공급 수단(미도시)에 의해 분당 200 내지 2000 회전수로 회전한다. 구동 모터(121)에 연결된 제1 회전축(122)은 구동 모터(121)에 의해 발생된 회전력을 감속기(123)에 전달한다.

감속기(123)는 제1 회전축(122)을 통해 전달되는 구동 모터(121)의 분당 회전 속도를 웨이퍼의 연마 가공에 필요한 분당 회전 속도인 40 내지 200 회전 속도로 감속시켜준다. 감속기(123)에 연결된 제2 회전축(124)은 감속기(123)에 의해 감 속된 회전력을 연마 헤드(200)에 전달한다.

연마 헤드(200)는 연마 패드(114)에 대응해서 연마 공정에서 웨이퍼를 유지하고 웨이퍼의 후면에 균일하게 하향 압력을 제공한다. 이를 위해 연마 헤드(200)에는 웨이퍼를 흡착하기 위한 진공을 제공하거나 웨이퍼를 연마하기 위해 공기압을 제공하는 적어도 2개의 공기 공급 유로(미도시)들이 연결될 수 있다. 물론, 이들 공기 공급 유로들에는 진공 및 공기압 형성 부재로 일반적으로 사용되는 펌프(미도시)들이 각각 연결되어 있을 수 있으며, 이에 대해서는 후술한다.

본 발명은 이 연마 헤드(200)에 관한 것으로서, 이하에서는 본 발명의 여러 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드 및 그 작동 방법에 대해 도 1, 도 2 내지 도 9를 참조하여 상세히 설명한다.

먼저 도 1, 도 2 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치에 대해 상세히 설명한다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 상부 및 하부에서 바라본 사시도이고, 도 4 및 도 5는 각각 도 2 및 도 3에 도시한 연마 헤드의 분해 사시도이며, 도 6은 도 2의 연마 헤드를 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 연마 헤드(200)는 회전축 결합 부재(210), 탄성 부재 고정링(220), 탄성 부재(230), 리테이너 가이드(240), 리테이너(250), 서포터(260) 및 템플릿 어셈블리(270)를 포함한다.

회전축 결합 부재(210)는 제2 회전축(124) 및 서포터(260)의 상부 및 탄성 부재(230)의 상부와 각각 결합하며, 제2 회전축(124)을 통해 전달되는 회전력을 서포터(230)에 전달한다. 회전축 결합 부재(210)의 상부면에는 외부에 마련된 진공 및 공기압 형성 부재인 펌프(미도시)와 연통하는 각각 적어도 하나의 제1홀(211) 및 제2홀(213)이 형성되어 있으며, 내부에는 제1홀(211)과 연통하는 적어도 하나의 제1 공기 유로(212), 제1 공기 유로(212)와 연통하는 제1 챔버(215) 및 제2홀(213)과 연통하는 적어도 하나의 제2 공기 유로(214)가 형성되어 있다.

탄성 부재 고정링(220)은 탄성 부재(230)의 상부에 배치되어 탄성 부재(230)와 리테이너(250)를 상호 고정 결합한다.

탄성 부재(230)는 서포터(260)의 상부 가장 자리, 리테이너(250)의 상부 및 리테이너 가이드(240)의 상부와 각각 결합한다. 탄성 부재(230)는 회전축 결합 부재(210) 및 탄성 부재 고정링(220)과 함께 완전한 제1 챔버(215)를 형성한다. 탄성 부재(230)는 얇은 탄성막으로 구성되어 있기 때문에 외부로부터 회전축 결합 부재(210)의 제1 챔버(215)로 공급된 공기압에 의해 리테이너(250)를 아래로 밀어내리고, 반대로 진공이 걸리는 경우에는 리테이너(250)를 들어올린다. 이를 위해 탄성 부재(230)는 고무 재질로 이루어지는 것이 통상이나 이외 탄성력을 제공하며 유연한 공지의 다른 재질로 대체 가능함은 물론이다.

리테이너 가이드(240)는 리테이너(250)의 상부 가장 자리와 상호 결합하여 리테이너(250)의 상하 이동시 가이드 역할을 수행하며, 연마 공정 중에 슬러리나 연마액이 제1 챔버내(215)로 유입되는 것을 방지한다.

리테이너(250)는 서포터(260)의 측면 둘레부 및 템플릿 어셈블리(270)의 TA 고정링(272)과 결합하며, 탄성 부재(230)를 통해 전달되는 압력을 템플릿 어셈블리(270)의 리테이너링(276)에 전달하여 리테이너링(276)이 웨이퍼의 측면 둘레부를 지지하도록 함으로써 연마 공정 중에 웨이퍼가 연마 헤드(200)로부터 이탈되는 것을 방지한다.

서포터(260)는 내부에 제2 공기 유로(214)와 연통하는 적어도 하나의 서포터 공기 유로(262)가 형성되어 있으며 하부면에는 서포터 공기 유로(262)에 연결되어 있는 함몰부(261)가 형성되어 있다. 함몰부(261)는 제2 챔버(265)가 진공 및 공기압을 용이하게 형성하도록 서포터 공기 유로(262)보다 단면적이 넓도록 형성되어 있다. 또한 서포터(260)는 템플릿 어셈블리(270)와 함께 제2 챔버(265)를 형성하여 웨이퍼의 연마 공정 시에 서포터 공기 유로(262)를 통해서 제2 챔버(265)로 들어온 공기에 의해 발생한 공기압을 템플릿 어셈블리(270)의 챔버 형성막(274) 및 백킹 부재(278)를 통해 간접적으로 웨이퍼의 후면 전체에 균일하게 전달하며, 서포터 공기 유로(262)를 통해서 공기가 빠져나가 제2 챔버(265)가 진공 상태가 되는 경우 템플릿 어셈블리(270)를 이용하여 웨이퍼를 간접적으로 척킹한다.

템플릿 에셈블리(270)는 TA 고정링(272), 챔버 형성막(274), 리테이너링(276) 및 백킹 부재(278)를 포함하며, 서포터(260)가 웨이퍼와 직접적으로 접촉하지 않도록 서포터(260)의 하부 및 리테이너(250)의 하부와 각각 결합한다. 또한 템플릿 어셈블리(270)는 웨이퍼를 부착 또는 지지하거나 웨이퍼의 전면에 균일한 압력을 전달하며, 파손이나 불량시 서포터(260) 및 리테이너(250)와는 별도로 분리되어 손쉽게 그 자체만 교체 또는 수리될 수 있다.

TA 고정링(272)은 가벼우면서도 일정 정도 강도를 발휘할 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 형성되며, 리테이너(250)와 상호 결합할 뿐만 아니라 챔버 형성막(274)의 둘레부 및 리테이너링(276)의 둘레부와 각각 결합한다. TA 고정링(272)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질 뿐만 아니라 동일한 기능을 수행할 수 있는 다른 금속 재질로 대체될 수 있음은 물론이다.

챔버 형성막(274)은 TA 고정링(272)의 하부 적어도 일부와 결합하며 서포터(260)의 하부면에 배치되어 서포터(260)와의 사이에 직접적으로 서포터 공기 유로(262)와 연통하는 제2 챔버(265)를 형성하는 막이다. 챔버 형성막(274)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리메틸메타아크릴레이트 (polymethylmethacrylate) 및 폴리카보네이트(polycarbonate) 재질 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.

리테이너링(276)은 챔버 형성막(274)의 상부 가장 자리를 TA 고정링(272)의 하부의 적어도 일부에 결합시킨다. 결합을 용이하게 하기 위해 리테이너링(276)은 챔버 형성막(274) 및 TA 고정링(272)과 결합하는 부분에 마련된 양면 테이프를 더 포함할 수 있다. 리테이너링(276)은 리테어너(250)로부터 전달되는 압력에 의해 연마 공정 중에 웨이퍼의 측면 둘레부를 지지함으로써 웨이퍼가 연마 헤드(200)로부터 이탈되는 것을 방지한다. 이을 위해 리테이너링(276)은 웨이퍼의 측면 둘레부를 효과적으로 지지하기 위해 챔버 형성막(274) 및 백킹 부재(278)의 두께를 합한 것보다 더 두꺼게 형성되는 것이 바람직하며, 글라스 에폭시(glass epoxy) 또는 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone) 재질로 형성될 수 있다.

백킹 부재(278)는 챔버 형성막(274)의 하부와 결합하며, 제2 챔버(265)에 형성된 진공에 의한 흡착력 및 자체가 가지는 표면 장력을 이용하여 웨이퍼의 후면을 부착하며 연마시에 제2 챔버(265)에 형성된 압력을 웨이퍼의 후면 전체에 균일하게 전달한다. 백킹 부재(278)는 이를 위해 유연성 및 일정 정도의 탄성을 갖는 우레탄(urethane) 또는 고무(rubber) 재질로 이루어질 수 있다. 또한 백킹 부재(278)는 챔버 형성막(274)과의 원활한 결합을 위해 챔버 형성막(274)과 결합되는 면의 적어도 가장 자리의 일부 또는 전면에 마련된 양면 테이프를 더 포함할 수 있다.

상기에서 설명한 연마 헤드(200)의 각 구성 요소의 조립 방법을 살펴보면 먼저 서포터(260)와 리테이너(250)가 나사 등의 공지의 결합 부재(264)에 의해 상호 결합된다. 그런 다음 리테이너 가이드(240), 탄성 부재(230), 탄성 부재 고정링(220) 및 회전축 결합 부재(210)가 각각 상호 결합되어 있는 서포터(260) 및 리테이너(250)에 순차적으로 각각 결합된다.

한편 TA 고정링(272)의 하부에 챔버 형성막(274)이 리테이너링(276)에 의해 결합되며, 다음으로 백킹 부재(278)가 챔버 형성막(274)의 하부면에 부착되면 템플릿 어셈블리(270)의 조립이 완료된다. 이와 달리 백킹 부재(278)가 먼저 챔버 형성막(274)에 부착된 후 챔버 형성막(274)이 리테이너링(276)에 의해 TA 고정링(272)과 결합하는 것도 가능함은 물론이다.

조립이 완료된 템플릿 어셈블리(270)의 TA 고정링(272)이 리테이너(250)와 최종적으로 결합하면 본 발명의 한 실시예에 따른 연마 헤드(200)의 조립이 완료되게 된다.

이하에서는 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드(200)를 이용한 웨이퍼의 연마 과정을 도 1, 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 상세히 설명한다.

도 7a 내지 도 7c는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 이용한 웨이퍼의 연마 과정을 설명하기 위한 연마 헤드의 단면도이다.

통상적으로 진행되는 웨이퍼(1)의 연마 과정을 크게 나누어 보면, 연마 헤드(200)에 웨이퍼(1)를 진공 흡착시키는 진공 흡착 단계와, 진공 흡착된 웨이퍼를 도 1에 도시한 연마 스테이션(110)과 연마 헤드 어셈블리(120)를 이용하여 연마하는 폴리싱 단계와, 폴리싱 완료 후 웨이퍼(1)를 연마 헤드(200)로부터 제거하는 웨이퍼 제거 단계로 이루어진다.

다음 표 1을 참조하면서 각 단계를 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.

[표 1]

	제1 챔버	제2 챔버
진공 흡착 단계	진공	진공
폴리싱 단계	가압	가압
웨이퍼 제거 단계	진공	가압

먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이 진공 흡착 단계에서는 외부 펌프(미도시)의 작동에 의해 제1홀(211) 및 제1 공기 유로(212)를 통해 제1 챔버(215) 내에 진공을 형성하며, 제2홀(213)과 제2 공기 유로(214) 및 서포터 공기 유로(262)를 통해 제2 챔버(265) 내에도 진공을 형성한다.

제1 챔버(215) 내의 진공 형성에 의해 탄성 부재 고정링(220), 탄성 부재(230)의 일부, 리테이너(250) 및 TA 고정링(272)이 차례대로 각각 위로 이동하게 된다. 또한 제2 챔버(265) 내의 진공 형성에 의해 챔버 형성막(274) 및 백킹 부재(278)가 서포터(260)를 향해 위로 이동하게 되며 이 과정에서 웨이퍼(1)는 연마 헤드(200)의 백킹 부재(278)에 진공 흡착되게 된다.

이때 제2 챔버(265) 뿐만 아니라 제1 챔버(215)에도 진공을 형성하는 이유는 진공 흡착력을 증대시켜 웨이퍼(1)의 진공 흡착이 더욱 용이해지도록 하기 위함이나 제1 챔버(215)에 형성된 진공 상태만으로 웨이퍼(1)의 진공 흡착이 가능한 경우라면 제1 챔버(215)는 진공을 형성하지 않고 연마 헤드(200)의 외부 압력과 동일한 상태로 유지하여도 무방하다.

웨이퍼(1)의 진공 흡착이 완료된 후에는 연마 헤드(200)는 제1 챔버(215) 및 제2 챔버(265)가 진공 상태를 유지한 채로 웨이퍼(1)가 연마 패드(114)에 접촉할 때까지 하강한다.

다음, 도 7b에 도시한 바와 같이, 폴리싱 단계에서는 제1홀(211) 및 제1 공기 유로(212)를 통해 제1 챔버(215) 내에 공기 압력을 가하며, 제2홀(213)과 제2 공기 유로(214) 및 서포터 공기 유로(262)를 통해 제2 챔버(265) 내에도 공기 압력을 가한다.

제1 챔버(215) 내에 가해진 공기 압력에 의해 탄성 부재 고정링(220), 탄성 부재(230)의 일부, 리테이너(250) 및 TA 고정링(272)이 차례대로 각각 아래로 이동하게 된다. 이에 따라 TA 고정링(272)에 결합되어 있는 리테이너링(276)도 아래로 이동하기 때문에 웨이퍼(1)의 측면 둘레부가 리테이너링(276)에 의해 포위되게 된다. 따라서 폴리싱 과정에서 웨이퍼(1)가 연마 헤드(200)로부터 이탈되는 것이 방지된다.

또한 제2 챔버(265) 내의 진공 형성에 의해 챔버 형성막(274) 및 백킹 부재(278)도 서포터(260)로부터 멀어지는 방향인 아래로 이동하면서 웨이퍼(1)의 후면 전체에 균일한 압력이 제공된다. 이런 상태에서, 슬러리 공급 부재(111)를 통해 슬러리가 공급되고, 연마 헤드(200) 및 회전 테이블(113)은 상호 반대 방향으로 회전하게 되면서 웨이퍼(1)의 연마가 요구되는 전면이 연마되는 폴리싱 공정이 수행되게 된다.

폴리싱 공정 단계가 완료되면 연마 헤드(200)는 연마 패드(114)와의 이격을 위해 상부를 향해 이동하게 된다. 이때, 제1 챔버(215) 및 제2 챔버(265)의 상태는 위에서 설명한 진공 흡착 단계와 동일한 상태로 유지된다.

다음, 도 7c에 도시한 바와 같이, 웨어퍼 제거 단계에서는 제1홀(211) 및 제1 공기 유로(212)를 통해 제1 챔버(215) 내에 진공을 형성하며, 제2홀(213)과 제2 공기 유로(214) 및 서포터 공기 유로(262)를 통해 제2 챔버(265) 내에는 공기 압력이 가해진다.

이에 따라 챔버 형성막(274)과 백킹 부재(278)의 중앙부분이 아래로 부풀어 오르기 때문에 웨이퍼(1)의 측면 둘레부가 리테이너링(276)의 포위를 벗어나 아래를 향해 내려오게 되어 웨이퍼(1)를 손쉽게 연마 헤드(200)로부터 제거할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따른 연마 헤드(200)에 의하면, 서포터(260)가 템플 릿 어셈블리(270)를 통해 웨이퍼(1)를 간접적으로 부착, 지지하고 웨이퍼(1)에 균일한 압력을 전달함으로써 공기 유로(212, 214)나 챔버(215, 265)로 슬러리나 연마액이 침투하는 것을 막을 수 있기 때문에 슬러리나 연막액의 침투로 인해 서포터(260)나 회전축 결합 부재(210) 등을 주기적으로 세정하거나 수리할 필요가 없으며, 서포터(260) 내의 슬러리나 연마액의 침투에 따른 고장을 감소시킬 수 있으며, 탬플릿 어셈블리(270)가 웨이퍼(1)에 균일한 압력을 전달하여 웨이퍼(1)의 연마 균일도를 향상할 수 있고, 서포터(260) 및 리테이너(250)와는 별도로 손쉽게 템플릿 어셈블(270)만을 교체 또는 수리할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드와의 차이점을 중심으로 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드의 템플릿 어셈블리를 하부에서 바라본 사시도이고, 도 9는 도 8의 템플릿 어셈블리를 분해하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드는 탬플릿 어셈블리의 수리 및 교체시 챔버 형성막(274), 리테이너링(276) 및 백킹 부재(278)를 TA 고정링(272)으로부터 용이하게 분리하기 위해 TA 고정링(272)이 그 내부에 이탈 부재(273)를 더 포함하고 있는 것을 제외하고는 본 발명의 한 실시예에 따른 연마 헤드와 동일하며 그 효과도 동일하다.

이탈 부재(273)는 돌출 나사(미도시)와 돌출 나사를 수용하는 수용홈(미도 시)으로 구성되거나 이와 동일한 기능을 수행할 수 있는 다른 공지의 수단으로 구성될 수 있으며, 돌출 수단(2)을 이용하여 수용홈에 수용된 돌출 나사를 챔버 형성막(274), 리테이너링(276)을 향해 이동시키면 챔버 형성막(274) 및 리테이너링(276)의 일측이 TA 고정링(272)으로부터 용이하게 분리될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 연마 헤드를 포함하는 일반적인 화학적 기계적 연마 장치를 도시한 사시도,

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 상부 및 하부에서 바라본 사시도,

도 4 및 도 5는 각각 도 2 및 도 3에 도시한 연마 헤드의 분해 사시도,

도 6은 도 2의 연마 헤드를 Ⅵ-Ⅵ 선을 따라 잘라 도시한 단면도,

도 7a 내지 도 7c는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 이용한 웨이퍼의 연마 과정을 설명하기 위한 연마 헤드의 단면도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드의 템플릿 어셈블리를 하부에서 바라본 사시도, 그리고

도 9는 도 8의 템플릿 어셈블리를 분해하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 웨이퍼 2: 돌출 수단

100: 화학적 기계적 연마 장치 110: 연마 스테이션

111: 슬러리 공급 부재 112: 연마 패드 컨디셔닝 부재

114: 연마 패드 120: 연마 헤드 어셈블리

121: 구동 모터 122: 제1 회전축

123: 감속기 124: 제2 회전축

200: 연마 헤드 210: 회전축 결합 부재

211: 제1홀 212: 제1 공기 유로

213: 제2홀 214: 제2 공기 유로

215: 제1 챔버 220: 탄성 부재 고정링

230: 탄성 부재 240: 리테이너 가이드

250: 리테이너 260: 서포터

261: 함몰부 262: 서포터 공기 유로

264: 결합 부재 265: 제2 챔버

270: 템플릿 어셈블리 272: TA 고정링

273: 이탈 부재 274: 챔버 형성막

276: 리테이너링 278: 백킹 부재

Claims

내부에 적어도 하나의 공기 유로가 형성되어 있는 서포터,

상기 서포터의 측면 둘레부와 결합하는 리테이너,

상기 리테이너의 상부 가장 자리와 결합하는 리테이너 가이드,

상기 서포터의 상부 가장 자리, 상기 리테이너 상부 및 상기 리테이너 가이드의 상부와 각각 결합하는 탄성 부재,

상기 탄성 부재의 상부에 배치되며 상기 탄성 부재를 상기 리테이너에 고정하는 탄성 부재 고정링,

상기 서포터의 상부 및 상기 탄성 부재의 상부와 결합하는 회전축 결합 부재, 그리고

상기 서포터의 하부 및 상기 리테이너의 하부와 결합하여 웨이퍼를 부착 또는 지지하거나 상기 웨이퍼에 압력을 전달하며, 상기 서포터 및 상기 리테이너와 별도로 분리되어 교체 또는 수리되는 템플릿 어셈블리

를 포함하며,

상기 서포터는 상기 템플릿 어셈블리에 의해 상기 웨이퍼와의 접촉이 차단되며,

상기 템블릿 어셈블리는,

상기 리테이너와 결합하는 TA 고정링,

상기 TA 고정링의 하부와 적어도 일부가 결합하며, 상기 서포터의 하부면에 배치되는 챔버 형성막,

상기 챔버 형성막의 하부와 결합하는 백킹 부재, 그리고

상기 챔버 형성막의 상부 가장자리를 상기 TA 고정링의 하부의 적어도 일부에 결합시키는 리테이너링

을 포함하는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
삭제
삭제
제1항에서,

상기 TA 고정링은 상기 TA 고정링에 결합되어 있는 상기 리테이너링의 일부분을 상기 TA 고정링으로부터 이탈시키기 위한 이탈 부재를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제4항에서,

상기 TA 고정링은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 형성되어 있는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제1항에서,

상기 챔버 형성막은,

폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate), 폴리메틸메타아크릴레이트(polymethylmethacrylate) 및 폴리카보네이트(polycarbonate) 재질 중 적어도 어느 하나로 형성되는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제1항에서,

상기 백킹 부재는 우레탄(urethane) 또는 고무(rubber) 재질로 형성되는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제7항에서,

상기 백킹 부재는 상기 챔버 형성막과 결합되는 면의 적어도 가장 자리의 일부를 따라서 마련된 양면 테이프를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제1항에서,

상기 리테이너링은 두께가 상기 챔버 형성막과 상기 백킹 부재의 두께를 합한 것보다 더 두꺼운 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제1항에서,

상기 리테이너링은 글라스 에폭시(glass epoxy) 또는 폴리에테르에테르케톤 (polyetheretherketone) 재질로 형성되는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제1항에서,

상기 리테이너링은 상기 챔버 형성막 및 상기 TA 고정링과 결합하는 부분에 마련된 양면 테이프를 더 포함하는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제1항에서,

상기 서포터의 하부면에는 적어도 하나의 함몰부가 형성되어 있는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제12항에서,

상기 함몰부는 상기 서포터 공기 유로의 끝단에 연결되어 있는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제1항에서,

상기 회전축 결합부는,

상부면에 외부와 연통하는 각각 적어도 하나의 제1홀 및 제2홀이 형성되어 있으며,

내부에는 상기 제1홀과 연통하는 적어도 하나의 제1 공기 유로, 상기 제1 공기 유로와 연통하는 적어도 하나의 제1 챔버 및 상기 제2홀과 상기 서포터 공기 유로를 상호 연통시키는 적어도 하나의 제2 공기 유로가 형성되어 있는

화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제14항에서,

상기 서포터의 하부면과 상기 템블릿 어셈블리 사이에는 제2 챔버가 형성되는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
제15항에서,

상기 제1홀 및 상기 제2 홀은 외부에 마련된 진공 및 공기압 형성 부재와 연결되는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.