KR101199149B1 - Carrier for chemical mechanical polishing and flexible membrane - Google Patents

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KR101199149B1 KR1020060017961A KR20060017961A KR101199149B1 KR 101199149 B1 KR101199149 B1 KR 101199149B1 KR 1020060017961 A KR1020060017961 A KR 1020060017961A KR 20060017961 A KR20060017961 A KR 20060017961A KR 101199149 B1 KR101199149 B1 KR 101199149B1
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Abstract

본 발명은 화학기계적 연마용 캐리어 및 캐리어에 장착되는 플렉서블 멤브레인에 관한 것이다. 본 발명에 따른 화학기계적 연마용 캐리어는, 베이스와, 상기 베이스 하부에 장착되어 연마공정 중 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이닝 링과, 상기 리테이닝 링 안쪽에 장착되어 연마공정 중 상기 웨이퍼에 전체적인 연마압력을 가하며 접촉배후면 소정의 영역에 돌출구조가 형성된 플렉서블 멤브레인과, 상기 돌출구조에 접촉을 통한 국지적인 연마압력을 인가하는 가압판 및, 상기 가압판과 연결되어 상기 국지적인 연마압력을 발생시키는 블래더를 포함한다. 또한, 상기 캐리어에 장착되는 플렉서블 멤브레인은 연마공정 중 웨이퍼 후면과 접촉하여 상기 웨이퍼에 연마압력을 가하는 대체로 원형의 웨이퍼접촉면과, 상기 웨이퍼접촉면 반대쪽에 위치하는 대체로 원형의 접촉배후면을 포함하며, 상기 접촉배후면 소정의 영역에 높이 0.3mm 내지 3mm의 돌출구조가 형성된 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a carrier for chemical mechanical polishing and to a flexible membrane mounted on the carrier. The chemical mechanical polishing carrier according to the present invention includes a base, a retaining ring mounted on the lower portion of the base to prevent separation of the wafer during the polishing process, and mounted inside the retaining ring to polish the entire wafer on the wafer during the polishing process. A flexible membrane having a protruding structure in a predetermined region on a contact back surface and applying a pressure, a pressure plate applying local polishing pressure through contact with the protruding structure, and a bladder connected to the pressure plate to generate the local polishing pressure It includes. In addition, the flexible membrane mounted on the carrier includes a generally circular wafer contact surface for contacting the wafer back surface to apply polishing pressure to the wafer during the polishing process, and a generally circular contact back surface positioned opposite the wafer contact surface. The contact back surface is characterized in that the projecting structure of a height of 0.3mm to 3mm in a predetermined area.

화학기계적 연마, 캐리어, 멤브레인 Chemical mechanical polishing, carrier, membrane

Description

화학기계적 연마용 캐리어 및 플렉서블 멤브레인{CARRIER FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING AND FLEXIBLE MEMBRANE} Carrier and Flexible Membrane for Chemical Mechanical Polishing {CARRIER FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING AND FLEXIBLE MEMBRANE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마용 캐리어의 단면도,1 is a cross-sectional view of a chemical mechanical polishing carrier according to an embodiment of the present invention,

도 2는 블래더와 가압판의 구조를 설명하기 위한 평면도,2 is a plan view for explaining the structure of the bladder and the pressure plate,

도 3은 블래더의 다른 예를 나타내는 평면도,3 is a plan view showing another example of the bladder;

도 4 및 도 5는 캐리어의 작동을 설명하기 위한 단면도들,4 and 5 are cross-sectional views for explaining the operation of the carrier,

도 6은 플렉서블 멤브레인의 접촉배후면을 나타내는 평면도,6 is a plan view showing the contact back surface of the flexible membrane,

도 7은 돌출구조의 단면도,7 is a cross-sectional view of the protrusion structure,

도 8및 도 9는 돌출구조의 다른 예를 나타내는 단면도들,8 and 9 are cross-sectional views showing another example of the protrusion structure,

도 10은 돌출구조의 또 다른 예를 설명하기 위한 접촉배후면의 평면도,10 is a plan view of a contact back surface for explaining another example of the projecting structure,

도 11 및 도 12는 돌출구조의 또 다른 예를 나타내는 접촉배후면의 평면도들,11 and 12 are plan views of the contact back surface showing another example of the projecting structure,

도 13은 돌출구조의 또 다른 예를 나타내는 접촉배후면의 평면도,13 is a plan view of a contact back surface showing another example of the projecting structure;

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마용 캐리어에서 복수개의 가압판 및 블래더를 구비한 경우를 설명하기 위한 단면도,14 is a cross-sectional view illustrating a case where a plurality of pressure plates and bladders are provided in a chemical mechanical polishing carrier according to an embodiment of the present invention;

도 15는 가압판의 구조를 나타내는 단면도,15 is a cross-sectional view showing the structure of a pressure plate;

도 16 내지 도 18은 캐리어의 작동을 설명하기 위한 단면도들이다.16 to 18 are cross-sectional views for explaining the operation of the carrier.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명><Brief description of the major symbols in the drawings>

900, 910: 캐리어 900, 910 carrier

100: 베이스100: base

120: 리테이닝 링120: retaining ring

200: 멤브레인200: membrane

202: 웨이퍼접촉면202: wafer contact surface

204: 접촉배후면204: contact back surface

220, 222, 224, 226, 228, 230, 232: 돌출구조220, 222, 224, 226, 228, 230, 232: protrusion structure

300, 302: 블래더300, 302: bladder

320, 326: 가압판320, 326: platen

240: 외각영역 돌출구조240: outer area projecting structure

250: 중앙영역 돌출구조 250: center region protrusion structure

400: 제1 블래더400: first bladder

500: 제2 블래더500: second bladder

420: 제1 가압판420: first pressure plate

520: 제2 가압판520: second pressure plate

700: 웨이퍼700: wafer

본 발명은 화학기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연마공정 시 웨이퍼에 연마압력을 인가하는 캐리어 및 캐리어에 장착되는 플렉서블 멤브레인에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus, and more particularly, to a carrier for applying a polishing pressure to a wafer during a polishing process and a flexible membrane mounted on the carrier.

반도체 집적회로의 미세화와 다층화가 요구되면서, 반도체 제조공정 중 소정의 단계에 웨이퍼 표면을 평탄화(planarization) 하거나 웨이퍼 표면에 형성된 도전층을 선택적으로 제거할 필요가 생겼다. 이와 같은 필요성에 의해 최근 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)가 반도체 제조공정에 널리 사용되고 있다. As miniaturization and multilayering of semiconductor integrated circuits are required, there is a need to planarize the wafer surface or selectively remove the conductive layer formed on the wafer surface at a predetermined stage of the semiconductor manufacturing process. Due to such necessity, chemical mechanical polishing (CMP) has been widely used in semiconductor manufacturing processes.

웨이퍼의 화학기계적 연마는 일반적으로 플래튼(platen) 위에 연마패드를 부착하고 캐리어(carrier) 또는 캐리어 헤드(carrier head)라고 불리는 웨이퍼 장착 기구에 웨이퍼를 장착한 후 슬러리를 연마패드에 도포하면서 플래튼과 캐리어를 동시에 회전시켜 연마패드와 웨이퍼 간의 마찰을 일으킴으로써 이루어진다. 이때, 웨이퍼에 적절한 연마압력을 인가하여 연마속도를 조절하는데, 이를 위해 캐리어 내부에 에틸렌프로필렌 고무(ethylene propylene rubber) 또는 실리콘 고무(silicone rubber)로 이루어진 두께 0.3mm 내지 1mm의 플렉서블 멤브레인(flexible membrane)을 장착하여 실링(sealing) 한 후 기압을 인가하면, 멤브레인을 통해 연마압력이 웨이퍼에 가해진다. 이와 같이 플렉서블 멤브레인을 매개로하여 기압을 웨이퍼에 인가하는 경우, 균일한 압력이 웨이퍼 후면에 전달되어 웨이퍼 연마면이 자연스럽게 연마패드와 수평을 유지하며 연마될 수 있다. Chemical mechanical polishing of wafers is generally accomplished by attaching a polishing pad on a platen, mounting the wafer on a wafer mounting mechanism called a carrier or carrier head, and then applying the slurry to the polishing pad. And the carrier at the same time to create a friction between the polishing pad and the wafer. In this case, the polishing rate is controlled by applying an appropriate polishing pressure to the wafer. For this purpose, a flexible membrane having a thickness of 0.3 mm to 1 mm made of ethylene propylene rubber or silicon rubber in the carrier is used. After mounting and sealing and applying air pressure, the polishing pressure is applied to the wafer through the membrane. As such, when air pressure is applied to the wafer through the flexible membrane, a uniform pressure is transmitted to the back surface of the wafer so that the wafer polishing surface may be naturally polished with the polishing pad.

그런데, 연마되는 막의 성질, 연마패드, 또는 슬러리에 따라 웨이퍼의 특정 영역이(예컨대 웨이퍼 가장자리 또는 가운데) 늦게 연마되어 연마균일도를 악화시키는 경우, 이러한 특정 영역에 증가된 연마압력을 인가할 필요가 있다. 즉, 웨이퍼 후면 전체에 균일한 연마압력을 인가하고 연마 속도가 늦은 특정 영역에 국지적인 추가 압력을 인가함으로써 웨이퍼 전체의 연마속도를 균일하게 하여야한다. 그러나 플렉서블 멤브레인을 매개로한 기압 인가 방법은 웨이퍼에 전체적으로 균일한 압력을 인가시키기 위해서는 효과적이지만 웨이퍼의 특정 영역에 압력을 인가하는데 어려움이 있다. However, depending on the nature of the film being polished, the polishing pad, or the slurry, if a particular area of the wafer is polished late (e.g., at the edge or in the middle of the wafer) and worsens the polishing uniformity, it is necessary to apply an increased polishing pressure to this particular area. . That is, the polishing rate of the entire wafer must be made uniform by applying a uniform polishing pressure to the entire back surface of the wafer and applying a local additional pressure to a specific region having a slow polishing rate. However, the method of applying pressure through the flexible membrane is effective to apply uniform pressure to the wafer as a whole, but it is difficult to apply pressure to a specific region of the wafer.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화학기계적 연마 시 웨이퍼의 특정 영역에 국지적인 연마압력을 인가할 수 있는 화학기계적 연마용 캐리어 및 플렉서블 멤브레인을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, and to provide a chemical mechanical polishing carrier and a flexible membrane capable of applying a local polishing pressure to a specific region of a wafer during chemical mechanical polishing.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마용 캐리어는, 베이스와, 상기 베이스 하부에 장착되어 연마공정 중 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이닝 링과, 상기 리테이닝 링 안쪽에 장착되어 연마공정 중 상기 웨이퍼에 전체적인 연마압력을 가하며 접촉배후면 소정의 영역에 돌출구조가 형성된 플렉서블 멤브레인과, 상기 돌출구조에 접촉을 통한 국지적인 연마압력을 인가하는 가압판 및, 상기 가압판과 연결되어 상기 국지적인 연마압력을 발생시키는 블래더를 포함한다.A chemical mechanical polishing carrier according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a base, a retaining ring mounted on the lower portion of the base to prevent separation of the wafer during the polishing process, and mounted inside the retaining ring. A flexible membrane having a protruding structure in a predetermined area on a contact back surface while applying an overall polishing pressure to the wafer during a polishing process, a pressing plate for applying a local polishing pressure through contact with the protruding structure, and connected to the pressing plate A bladder for generating a local polishing pressure.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기계적 연마 캐리어용 플렉서블 멤브레인은, 연마공정 중 웨이퍼 후면과 접촉하여 상기 웨이퍼에 연마압력을 가하는 웨이퍼접촉면과, 상기 웨이퍼접촉면 반대쪽에 위치하는 접촉배후면을 포함하며, 상기 접촉배후면 소정의 영역에 높이 0.3mm 내지 3mm의 돌출구조가 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the flexible membrane for a chemical mechanical polishing carrier according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is a wafer contact surface for contacting the wafer back surface to apply a polishing pressure to the wafer during the polishing process, and is located opposite the wafer contact surface It includes a contact back surface, characterized in that the contact back surface is formed with a projecting structure of a height of 0.3mm to 3mm in a predetermined area.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention. However, embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape and the like of the elements in the drawings are exaggerated to emphasize a more clear description, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마용 캐리어의 단면도이다. 화학기계적 연마용 캐리어(900)는 회전축(110)으로부터 동력을 전달받는 베이스(base)(100)를 기초로 구성되어 있다. 먼저, 베이스(100) 하부에 리테이닝 링(retaining ring)(120)이 장착되는데, 리테이닝 링(120)은 연마공정 중 웨이퍼(도시하지 않음)의 이탈을 방지하는 역할을 한다. 리테이닝 링(120) 안쪽에는 플렉서블 멤브레인(flexible membrane)(200)이 장착되는데, 주변으로부터 실링(sealing)되어 내부에 멤브레인 챔버(chamber)(210)를 형성한다. 멤브레인 챔버(210)는 멤브레인 기체통로(212)를 통해 공급되는 기체를 가두어둠으로써 소정의 기체압력을 유지하며, 이와 같이 멤브레인(200)에 의한 기체압력은 연마공정 중 웨이퍼접촉면(202)을 통해 웨이퍼(도시하지 않음)에 연마압력으로 인가된다. 웨이퍼접촉면(202)의 반대쪽에 위치한 접촉배후면(204) 소정의 영역에는(예컨대 도시된 바와 같이 접 촉배후면의 외각영역) 돌출구조(220)가 형성되어 있다. 돌출구조(220) 위에는 가압판(320)이 위치하는데, 가압판(320)은 블래더(bladder)(300)와 연결되어 있다. 가압판(320)은 쉽게 변형이 일어나지 않도록 금속합금 또는 플라스틱으로 이루어지는 것이 바람직하다. 블래더(300)도 주변으로부터 실링되어 블래더 챔버(310)를 형성하며, 고무와 같은 플렉서블 물질로 이루어지는 것이 바람직하다. 블래더 챔버(310)는 블래더 기체통로(312)를 통해 공급되는 기체를 가두어둠으로써 압력을 유지하며, 이와 같이 블래더(300)에 의한 기체압력은 블래더(300)와 연결된 가압판(320)을 아래 방향으로 움직여 가압판(320)을 돌출구조(220)와 접촉시킨다.1 is a cross-sectional view of a chemical mechanical polishing carrier according to an embodiment of the present invention. The chemical mechanical polishing carrier 900 is configured based on a base 100 that receives power from the rotating shaft 110. First, a retaining ring 120 is mounted below the base 100, and the retaining ring 120 serves to prevent separation of a wafer (not shown) during the polishing process. Inside the retaining ring 120, a flexible membrane 200 is mounted, which is sealed from the periphery to form a membrane chamber 210 therein. The membrane chamber 210 maintains a predetermined gas pressure by confining the gas supplied through the membrane gas passage 212, and thus the gas pressure by the membrane 200 is controlled through the wafer contact surface 202 during the polishing process. It is applied at a polishing pressure to a wafer (not shown). A projecting structure 220 is formed in a predetermined region (eg, the outer region of the contact back surface as shown) on the contact back surface 204 located opposite the wafer contact surface 202. The pressure plate 320 is positioned on the protruding structure 220, and the pressure plate 320 is connected to the bladder 300. The pressure plate 320 is preferably made of a metal alloy or plastic so that deformation does not occur easily. Bladder 300 is also sealed from the periphery to form bladder chamber 310, preferably made of a flexible material such as rubber. The bladder chamber 310 maintains the pressure by confining the gas supplied through the bladder gas passage 312, and thus the gas pressure by the bladder 300 is the pressure plate 320 connected to the bladder 300. ) Is moved downward to contact the pressure plate 320 with the protruding structure (220).

도 2는 상기 블래더(300)와 가압판(320)의 구조를 설명하기 위한 평면도이다. 블래더(300)는 도시된 바와 같이 링(ring) 모양을 띌 수 있으며 블래더(300) 내부로 기체를 주입할 수 있도록 블래더 기체통로(312')가 형성되어 있다. 블래더(300)와 연결된 가압판(320)은 대체로 원형을 띄며 구멍(322)이 형성되어 있어 기체가 가압판(320) 상하로 자유롭게 이동할 수 있다. 2 is a plan view for explaining the structure of the bladder 300 and the pressure plate 320. The bladder 300 may have a ring shape as shown, and a bladder gas passage 312 ′ is formed to inject gas into the bladder 300. The pressure plate 320 connected to the bladder 300 has a generally circular shape and a hole 322 is formed so that the gas can freely move up and down the pressure plate 320.

도 3은 블래더의 다른 예를 나타내는 평면도인데, 도시된 바와 같이 두개의 블래더(302)가 가압판(326)과 결합할 수 있다. 이때, 블래더(302)는 열려있는 구조이기 때문에 가압판(326)에 상술한 구멍(322)과 같은 기체통로를 형성하지 않아도 기체가 가압판(326) 주위를 자유롭게 이동할 수 있다. 3 is a plan view illustrating another example of the bladder, as shown, two bladders 302 may be coupled to the pressure plate 326. At this time, since the bladder 302 is an open structure, the gas may move freely around the pressure plate 326 without forming a gas passage such as the hole 322 in the pressure plate 326.

도 4 및 도 5는 상기 캐리어(900)의 작동을 설명하기 위한 단면도들이다. 4 and 5 are cross-sectional views illustrating the operation of the carrier 900.

먼저, 도 4를 참조하면, 멤브레인 기체통로(212)를 통해 기압 P1을 인가하면 상기 기압은 멤브레인(200)의 접촉배후면(204)을 포함하여 멤브레인 챔버(210') 내 부에 균일하게 작용한다(작은 화살표로 표현됨). 접촉배후면(204)에 인가된 기압 P1은 멤브레인(200)을 팽창시키는 작용을 하며, 연마공정 중 상기 작용에 의해 멤브레인(200)의 웨이퍼접촉면(202)은 웨이퍼 후면(702)과 접촉하여 웨이퍼에 전체적인 연마압력(global polishing pressure)을 인가한다. First, referring to FIG. 4, when air pressure P1 is applied through the membrane gas passage 212, the air pressure acts uniformly inside the membrane chamber 210 ′ including the contact back surface 204 of the membrane 200. (Represented by a small arrow). Atmospheric pressure P1 applied to the contact back surface 204 serves to expand the membrane 200, and the wafer contact surface 202 of the membrane 200 contacts the wafer back surface 702 by the above action during the polishing process. Apply a global polishing pressure to the

이어서, 도 5를 참조하면, 블래더 기체통로(312)를 통해 블래더 챔버(310')에 기압 P2를 인가하면 블래더(300)는 팽창하고 블래더(300)와 연결된 가압판(320)이 아래쪽으로 움직여 멤브레인(200)의 접촉배후면(204)에 형성된 돌출구조(220)와 접촉하게 된다. 그러면 돌출구조(220)에 상기 기압 P2에 비례하는 압력 P'가 국지적으로 인가되며, 상기 압력은 연마공정 중 돌출구조(220) 아래에 위치한 웨이퍼(700)의 외각영역에 국지적인 연마압력(local polishing pressure)으로 작용하게 된다. 도시하지는 않았지만, 돌출구조가 접촉배후면(204)의 중앙영역에 형성되면, 웨이퍼의 중앙영역이 국지적인 압력을 받게 된다.Subsequently, referring to FIG. 5, when air pressure P2 is applied to the bladder chamber 310 ′ through the bladder gas passage 312, the bladder 300 expands and the pressure plate 320 connected to the bladder 300 is connected. It moves downward to come into contact with the protruding structure 220 formed on the contact back surface 204 of the membrane 200. Then, a pressure P 'proportional to the air pressure P2 is locally applied to the protruding structure 220, and the pressure is locally applied to an outer region of the wafer 700 positioned below the protruding structure 220 during the polishing process. polishing pressure). Although not shown, when the protruding structure is formed in the central region of the contact back surface 204, the central region of the wafer is subjected to local pressure.

위에서, 멤브레인(200)과 블래더(300)에 인가된 기압(P1, P2)이 각각 웨이퍼(700)에 어떻게 작용하는지 살펴보았는데, 멤브레인(200)에 기압 P1 그리고 블래더(300)에 기압 P2를 동시에 인가할 수도 있다. 그러면 웨이퍼(700)는 우선 전체적인 연마압력 P1을 인가 받고 돌출구조(220) 아래에 위치한 영역은 전체적인 연마압력 P1에 블래더 압력 P2에 비례하는 국지적인 연마압력을 더 인가받게 된다.In the above, how the air pressures P1 and P2 applied to the membrane 200 and the bladder 300 respectively act on the wafer 700 is described. May be applied simultaneously. Then, the wafer 700 is first applied with the overall polishing pressure P1, and the area under the protruding structure 220 is further subjected to a local polishing pressure proportional to the bladder pressure P2 to the overall polishing pressure P1.

도 6은 플렉서블 멤브레인(200)의 접촉배후면(204)을 나타내는 평면도인데, 도시된 바와 같이 돌출구조(220)는 대체로 원형을 뛰는 접촉배후면(204)의 중심을 기준으로 하는 링 형태로 형성될 수 있다. FIG. 6 is a plan view showing the contact back surface 204 of the flexible membrane 200. As shown, the protrusion structure 220 is formed in a ring shape based on the center of the contact back surface 204 having a generally circular shape. Can be.

도 7은 돌출구조(220)를 상기 접촉배후면(204)을 한정하는 원의 반지름 방향으로 잘랐을 때의 단면도인데, 돌출구조(220)의 단면은 도시된 바와 같이 반원형태를 띌 수 있으며 돌출구조(220)의 높이(h로 도시됨)는 0.3mm 내지 3mm인 것이 바람직하다. 돌출구조의 폭(w로 도시됨)은 0.5mm 내지 50mm의 값을 가질 수 있다.7 is a cross-sectional view when the protrusion structure 220 is cut in the radial direction of the circle defining the contact back surface 204. The cross section of the protrusion structure 220 may have a semicircular shape as shown, and the protrusion structure. The height (shown in h) of 220 is preferably between 0.3 mm and 3 mm. The width (shown as w) of the protrusion may have a value of 0.5 mm to 50 mm.

돌출구조(220)는, 멤브레인(200)을 제작하기 위한 금형(mold)에 돌출구조(220)에 상응하는 음각구조를 형성한 후, 멤브레인(200) 몰딩(molding) 시 함께 형성할 수 있다. 이때 돌출구조(220)의 재질은 플렉서블 멤브레인(200)의 재질과 동일하게 된다. 돌출구조(220) 형성의 다른 방법은 먼저 멤브레인(220)을 제작한 후 접촉배후면(204)에 돌출구조(220)를 접착하는 하는 것인데, 이때 돌출구조(220)는 플렉서블 멤브레인(220)의 재질과 다를 수 있으며 고무뿐만 아니라 플라스틱과 같이 변형이 쉽지 않은 물질로 이루어 질 수 있다. Protruding structure 220, After forming the intaglio structure corresponding to the protrusion structure 220 in the mold (mold) for manufacturing the membrane 200, it may be formed together when molding the membrane 200. At this time, the material of the protrusion structure 220 is the same as the material of the flexible membrane 200. Another method of forming the protruding structure 220 is to first fabricate the membrane 220 and then to attach the protruding structure 220 to the contact back surface 204, wherein the protruding structure 220 is formed of the flexible membrane 220. It can be different from the material and can be made of materials that are not easily deformed, such as rubber as well as plastic.

도 8및 도 9는 돌출구조(222, 224)의 다른 예를 나타내는 단면도들인데, 도시된 바와 같이 상기 접촉배후면(204)을 한정하는 원의 반지름 방향으로 잘랐을 때 사각형 또는 삼각형의 모양을 띌 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 돌출구조의 단면은 반원, 사각형 및 삼각형의 조합으로 이루어질 수 있다. 8 and 9 are cross-sectional views showing other examples of the protruding structures 222 and 224, which are rectangular or triangular when cut in the radial direction of the circle defining the contact back surface 204 as shown. Can be. In addition, although not shown, the cross section of the protrusion structure may be formed by a combination of semicircles, squares, and triangles.

도 10은 돌출구조(226)의 또 다른 예를 설명하기 위한 접촉배후면(204)의 평면도인데, 도시된 바와 같이 평면상에서 원형을 띄는 돌출구조(226)들이 접촉 배후면(204)의 중심으로부터 대체로 일정한 거리를 갖고 산포될 수 있다. 이와 같이 평면상에서 원형을 띄기 위해 돌출구조(226)는 반구, 원기둥, 원뿔 또는 이와 유사한 형태를 갖는 범프(bump) 형태일 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만, 돌출구조는 상기 도형형태뿐만 아니라 다면체 모양의 범프로 이루어질 수 있다. FIG. 10 is a plan view of the contact back surface 204 for explaining another example of the protrusion structure 226. As shown, the protrusions 226 having a circular shape in plan view from the center of the contact back surface 204 are shown. It can usually be scattered at a certain distance. As such, the protrusion structure 226 may be in the form of a bump having a hemisphere, a cylinder, a cone, or the like to have a circular shape in a plane. In addition, although not shown, the protruding structure may be formed of a polyhedral bump as well as the figure.

도 11 및 도 12는 돌출구조의 또 다른 예를 나타내는 접촉배후면(204)의 평면도들인데, 도 11에 도시된 바와 같이 돌출구조(228)는 다수의 링형태로 구성될 수 있고, 또한 도 12에 도시된 바와 같이 범프형태의 돌출구조(230)들이 접촉배후면(204)의 중심으로부터 일정 영역에, 예컨대 도시된 바와 같이 R1과 R2 사이의 영역에 산포될 수 있다.11 and 12 are plan views of the contact back surface 204 showing another example of the projecting structure, as shown in FIG. 11, the projecting structure 228 may be configured in the form of a plurality of rings, and also As shown in FIG. 12, bump-shaped protrusions 230 may be distributed in a region from the center of the contact back surface 204, for example, in the region between R1 and R2 as shown.

도 13은 돌출구조의 또 다른 예를 나타내는 접촉배후면(204)의 평면도인데, 도시된 바와 같이 돌출구조(232)는 접촉배후면(204)의 중앙영역에 형성되어 있어 연마공정 시 가압판의 누름에 의해 웨이퍼의 중앙영역에 국지적으로 압력을 인가할 수 있다. 도시하지는 않았지만 접촉배후면 중앙영역에 범프 형태의 돌출구조들을 산포하여 형성할 수 있다.13 is a plan view of a contact back surface 204 showing another example of the protrusion structure, as shown in the protrusion structure 232 is formed in the central region of the contact back surface 204, the pressing plate during the polishing process The pressure can be locally applied to the center region of the wafer. Although not illustrated, bump structures may be formed by scattering bump structures in the central region of the contact back surface.

돌출구조는 상술한 바와 같이 다양한 구조를 가질 수 있으며 웨이퍼의 연마특성에 따라 접촉배후면의 외각영역 또는 중앙영역에 형성될 수 있다. 돌출구조가 차지하는 면적은 접촉배후면 전체 면적의 0.5% 내지 50%인 것이 바람직하다. The protrusion structure may have various structures as described above, and may be formed in the outer region or the central region of the contact back surface according to the polishing characteristics of the wafer. The area occupied by the protruding structure is preferably 0.5% to 50% of the total area of the contact back surface.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마용 캐리어에서 복수개의 가압판 및 블래더를 구비한 경우를 설명하기 위한 단면도이다. 화학기계적 연마용 캐리어(910)는 회전축(110)으로부터 동력을 전달받는 베이스(100)를 기초로 구성되어 있다. 먼저, 베이스(100) 하부에 리테이닝 링(120)이 장착되고 리테이닝 링(120) 안쪽에는 플렉서블 멤브레인(200)이 장착된다. 멤브레인 챔버(210)는 멤브레인 기체통로(212)를 통해 공급되는 기체를 가두어둠으로써 소정의 기체압력을 유지 하며, 이와 같이 멤브레인(200)에 의한 기체압력은 웨이퍼접촉면(202)을 통해 웨이퍼에(도시하지 않음) 전체적인 연마압력으로 인가된다. 웨이퍼접촉면(202)의 반대쪽에 위치한 접촉배후면(204)에는 접촉배후면(204)의 외각영역과 중앙영역에 각각 돌출구조(240, 250)가 형성되어 있다. 외각영역 돌출구조(240) 위에는 제1 블래더(400)와 연결된 제1 가압판(420)이 장착되고 중앙영역 돌출구조(250) 위에는 제2 블래더(500)와 연결된 제2 가압판(520)이 장착된다. 제1 및 제2 블래더(400, 500)는 주변으로부터 실링(sealing)되어 각각 제1 블래더 챔버(410)와 제2 블래더 챔버(510)를 형성한다. 제1 및 제2 블래더 챔버(410, 510)는 각각 제1 블래더 기체통로(412)와 제2 블래더 기체통로(512)를 통해 공급되는 기체를 가두어둠으로써 압력을 유지한다. 제1 블래더(400)에 의한 기체압력은 제1 블래더(400)와 연결된 제1 가압판(420)을 아래 방향으로 움직여 제1 가압판(420)을 외각영역 돌출구조(240)와 접촉시킨다. 마찬가지로, 제2 블래더(500)에 의한 기체압력은 제2 블래더(500)와 연결된 제2 가압판(520)을 아래 방향으로 움직여 제2 가압판(520)을 중앙영역 돌출구조(250)와 접촉시킨다.FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a case in which a plurality of pressure plates and bladders are provided in a chemical mechanical polishing carrier according to an exemplary embodiment of the present invention. The chemical mechanical polishing carrier 910 is configured based on the base 100 that receives power from the rotating shaft 110. First, the retaining ring 120 is mounted below the base 100, and the flexible membrane 200 is mounted inside the retaining ring 120. The membrane chamber 210 maintains a predetermined gas pressure by confining the gas supplied through the membrane gas passage 212, and thus the gas pressure by the membrane 200 is transferred to the wafer through the wafer contact surface 202 ( Not shown) is applied at full polishing pressure. Protruding structures 240 and 250 are formed on the contact back surface 204 opposite to the wafer contact surface 202 in the outer and center regions of the contact back surface 204, respectively. The first pressing plate 420 connected to the first bladder 400 is mounted on the outer region protrusion structure 240, and the second pressing plate 520 connected to the second bladder 500 is mounted on the central region protrusion structure 250. Is mounted. The first and second bladders 400 and 500 are sealed from the periphery to form the first bladder chamber 410 and the second bladder chamber 510, respectively. The first and second bladder chambers 410 and 510 maintain pressure by confining the gas supplied through the first bladder gas passage 412 and the second bladder gas passage 512, respectively. The gas pressure by the first bladder 400 moves the first pressure plate 420 connected to the first bladder 400 downward to contact the first pressure plate 420 with the outer region protruding structure 240. Similarly, the gas pressure by the second bladder 500 moves the second pressure plate 520 connected to the second bladder 500 downward to contact the second pressure plate 520 with the central region projecting structure 250. Let's do it.

도 15는 상기 도 14에서 제1 및 제2 가압판(420, 520)의 AA' 단면도인데, 제1 가압판(420)과 제2 가압판(520) 사이에 틈(450)을 형성하여 상기 가압판들(420, 520)이 캐리어(910)내에서 상하로 움직일 때 서로 방해받지 않도록 한다. 또한, 제2 가압판(520)에 구멍(522)이 형성되어 기체가 제2 가압판(520) 상하로 자유롭게 이동할 수 있도록 한다.FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of the first and second pressure plates 420 and 520 in FIG. 14, and a gap 450 is formed between the first pressure plate 420 and the second pressure plate 520. When the 420 and 520 move up and down in the carrier 910, they are not disturbed. In addition, a hole 522 is formed in the second pressure plate 520 to allow the gas to move freely up and down the second pressure plate 520.

도 16 내지 도 18은 상기 캐리어(910)의 작동을 설명하기 위한 단면도들이 다. 16 to 18 are cross-sectional views for describing the operation of the carrier 910.

도 16을 참조하면, 멤브레인 기체통로(212)를 통해 인가된 기압 P1은 멤브레인(200)의 접촉배후면(204)을 포함하여 멤브레인 챔버(210') 내부에 균일하게 작용하고 멤브레인(200)을 통해 웨이퍼(700)에 전체적인 연마압력으로 작용한다.Referring to FIG. 16, the air pressure P1 applied through the membrane gas passage 212 acts uniformly inside the membrane chamber 210 ′ including the contact back surface 204 of the membrane 200 and moves the membrane 200. It acts as an overall polishing pressure on the wafer 700 through.

도 17을 참조하면, 제1 블래더 기체통로(412)를 통해 제1 블래더 챔버(410')에 기압 P2를 인가하면 제1 블래더(400)는 팽창하고 제1 블래더(400)와 연결된 제1 가압판(420)이 아래쪽으로 움직여 접촉배후면(204) 외각영역에 형성된 돌출구조(240)와 접촉하게 된다. 그러면 외각영역 돌출구조(240)에 상기 기압 P2에 비례하는 압력 P'가 국지적으로 인가되며, 상기 압력은 외각영역 돌출구조(240) 아래에 위치한 웨이퍼(700)의 외각영역에 국지적인 연마압력으로 작용한다. Referring to FIG. 17, when air pressure P2 is applied to the first bladder chamber 410 ′ through the first bladder gas passage 412, the first bladder 400 expands and the first bladder 400 is separated from the first bladder 400. The connected first pressing plate 420 moves downward to come into contact with the protruding structure 240 formed in the outer region of the contact back surface 204. Then, a pressure P 'proportional to the air pressure P2 is locally applied to the outer region projecting structure 240, and the pressure is applied at a polishing pressure local to the outer region of the wafer 700 located below the outer region projecting structure 240. Works.

도 18을 참조하면, 제2 블래더 기체통로(512)를 통해 제2 블래더 챔버(510')에 기압 P3를 인가하면 제2 블래더(500)는 팽창하고 제2 블래더(500)와 연결된 제2 가압판(520)이 아래쪽으로 움직여 접촉배후면(204) 중앙영역에 형성된 돌출구조(250)와 접촉하게 된다. 그러면 중앙영역 돌출구조(250)에 상기 기압 P3에 비례하는 압력 P''가 국지적으로 인가되며, 상기 압력은 중앙영역 돌출구조(250) 아래에 위치한 웨이퍼(700)의 중앙영역에 국지적인 연마압력으로 작용한다.Referring to FIG. 18, when air pressure P3 is applied to the second bladder chamber 510 ′ through the second bladder gas passage 512, the second bladder 500 expands and the second bladder 500 The connected second pressure plate 520 moves downward to come into contact with the protruding structure 250 formed in the center area of the contact back surface 204. Then, a pressure P ″ proportional to the air pressure P3 is locally applied to the central region protrusion structure 250, and the pressure is a polishing pressure local to the central region of the wafer 700 located below the center region protrusion structure 250. Acts as.

위에서, 멤브레인(200)과 제1 및 제2 블래더(400, 500)에 인가된 기압이 각각 웨이퍼(700)에 어떻게 작용하는지 살펴보았는데, 멤브레인(200)에 기압 P1 그리고 제1 블래더(400)에 기압 P2를 동시에 인가하거나 멤브레인(200)에 기압 P1 그리고 제2 블래더(500)에 기압 P3를 동시에 인가할 수도 있다. 또는, 멤브레인(200)에 기압 P1, 제1 블래더(400)에 기압 P2 그리고 제2 블래더(500)에 기압 P3를 동시에 인가할 수 있다. 그러면 웨이퍼(700)는 전체적으로 연마압력 P1을 인가 받고 돌출구조(240, 150) 아래에 위치한 영역은 전체적인 연마압력 P1에 제1 블래더 압력 P2 또는 제2 블래더 압력 P3에 비례하는 국지적인 연마압력을 더 인가받게 된다.In the above, the air pressure applied to the membrane 200 and the first and second bladders 400 and 500 is applied to the wafer 700, respectively, and the air pressure P1 and the first bladder 400 are applied to the membrane 200. Atmospheric pressure P2 may be applied simultaneously to the membrane 200, or the atmospheric pressure P1 may be simultaneously applied to the membrane 200 and the pressure P3 may be simultaneously applied to the second bladder 500. Alternatively, air pressure P1 may be applied to the membrane 200, air pressure P2 to the first bladder 400, and air pressure P3 may be simultaneously applied to the second bladder 500. Then, the wafer 700 is applied with the polishing pressure P1 as a whole, and the area under the protruding structures 240 and 150 is a local polishing pressure proportional to the overall polishing pressure P1 in proportion to the first bladder pressure P2 or the second bladder pressure P3. Will be granted more.

상술한 실시예에서는 2개의 가압판 및 이와 연결된 2개의 블래더를 이용하여 웨이퍼에 국지적인 연마압력을 인가하였다. 도시하지는 않았지만, 같은 원리로 3개 이상의 가압판과 3개 이상의 블래더를 이용하여 웨이퍼에 국지적인 연마압력을 인가할 수 있다.In the above embodiment, a local polishing pressure is applied to the wafer by using two pressure plates and two bladders connected thereto. Although not shown, a local polishing pressure may be applied to the wafer using three or more press plates and three or more bladders on the same principle.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 연마용 캐리어 및 플렉서블 멤브레인은 연마공정 시 웨이퍼 특정영역에 국지적인 연마압력을 인가시킴으로써 연마균일도 제어를 용이하게 할 수 있다. As described above, the polishing carrier and the flexible membrane of the present invention can easily control the polishing uniformity by applying a local polishing pressure to the wafer specific region during the polishing process.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described embodiment, various modifications are possible by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention described in the claims to be described later.

Claims (9)

화학기계적 연마용 캐리어로서,As a chemical mechanical polishing carrier, 베이스;Base; 상기 베이스 하부에 장착되어 연마공정 중 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이닝 링;A retaining ring mounted under the base to prevent separation of the wafer during the polishing process; 상기 리테이닝 링 안쪽에 장착되어 연마공정 중 상기 웨이퍼에 전체적인 연마압력을 가하며 접촉배후면 소정의 영역에 돌출구조가 형성된 플렉서블 멤브레인;A flexible membrane mounted inside the retaining ring to apply an overall polishing pressure to the wafer during the polishing process and having a protruding structure in a predetermined area on the contact back surface; 상기 돌출구조에 접촉을 통한 국지적인 압력을 인가하는 가압판; 및A pressure plate applying local pressure to the protruding structure through contact; And 상기 가압판과 연결되어 상기 국지적인 압력을 발생시키는 블래더를 포함하는 캐리어.And a bladder connected with the pressure plate to generate the local pressure. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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