KR101329028B1 - Polishing head of chemical mechanical polishing assembly - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드는 회전축 결합부재, 상기 회전축 결합부재의 하부 둘레부에 결합되어 있는 리테이너 가이드, 상기 리테이너 가이드의 내경 및 하부 일부에 결합되어 있는 리테이너, 상기 리테이너의 하부 둘레부에 결합되어 있는 리테이너링, 상기 리테이너의 내경에 결합되어 있는 서포터, 상기 서포터의 하부에 배치되어 있는 압력판, 상기 압력판의 하부에 배치되어 있는 팽창부재 고정판, 상기 팽창부재 고정판의 하부에 배치되어 있는 팽창 부재, 상기 팽창부재를 상기 팽창부재 고정판에 고정하는 팽창부재 고정링, 그리고 상기 리테이너링의 내경 및 상기 팽창부재의 하부 둘레부에 결합되어 있는 압력 균일화링을 포함한다.The polishing head of the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention includes a rotary shaft coupling member, a retainer guide coupled to a lower circumference of the rotary shaft coupling member, a retainer coupled to an inner diameter and a lower portion of the retainer guide, and a lower circumference of the retainer. A retainer ring coupled to the portion, a supporter coupled to the inner diameter of the retainer, a pressure plate disposed under the supporter, an expansion member fixing plate disposed under the pressure plate, and a lower portion of the expansion member fixing plate An expansion member, an expansion member fixing ring for fixing the expansion member to the expansion member fixing plate, and a pressure equalization ring coupled to the inner diameter of the retainer ring and the lower periphery of the expansion member.
Description
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.The present invention relates to an apparatus for use in manufacturing a wafer of a semiconductor, and more particularly, to a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus for chemically and mechanically polishing a surface of a semiconductor wafer.
최근, 웨이퍼에 화학적 기계적인 연마를 동시에 실시하여 연마면(공정면)을 평탄화하는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 장치가 널리 사용되고 있다. 통상적으로 사용되는 화학적 기계적 연마 장치는 한국특허출원 제2001-001055호에 기재된 바와 같이 화학적 기계적 연마 공정 시 하부에 웨이퍼를 진공 흡착하여 고정하거나 연마 패드와의 접촉을 통해 연마되는 웨이퍼의 전면에 균일한 압력을 전달하기 위한 연마 헤드를 포함하여 구성된다.In recent years, a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus for simultaneously chemically polishing a wafer to planarize a polishing surface (process surface) has been widely used. The chemical mechanical polishing apparatus which is commonly used is uniformly applied to the front surface of the wafer to be polished by contact with the polishing pad or fixed by vacuum adsorption of the wafer at the bottom during the chemical mechanical polishing process, as described in Korean Patent Application No. 2001-001055. And a polishing head for transmitting pressure.
이 연마 헤드는 공압을 이용하여 팽창을 통해 웨이퍼를 연마 패드와 접촉시키기 위한 챔버형성 팽창부재와 챔버형성 팽창부재의 팽창에 의해 형성된 압력을 웨이퍼에 균일하게 전달하며 챔버형성 팽창부재의 수축에 의해 형성된 진공 흡착력 및 자체가 가지는 표면 장력을 이용하여 웨이퍼를 흡착하는 백킹 부재 및 연마 공정 중에 웨이퍼가 이탈되지 않도록 웨이퍼의 외주를 포위하는 리테이너링을 포함한다.The polishing head uniformly transmits the pressure formed by the expansion of the chamber-forming expansion member and the chamber-forming expansion member to contact the wafer with the polishing pad through expansion using pneumatic pressure, and is formed by the contraction of the chamber-forming expansion member. The backing member which adsorb | sucks a wafer using a vacuum suction force and the surface tension which it has is included, and the retaining ring which surrounds the outer periphery of a wafer so that a wafer may not leave during a grinding | polishing process.
이 리테이너링은 웨이퍼의 이탈 방지를 위해 웨이퍼에 가해지는 압력보다 높은 압력이 연마 패드에 가해지기 때문에 연마 패드의 변형(rebounding)이 발생하여 웨이퍼의 에지(edge)부에 불균일한 응력을 유발시키게 된다. 한편, 공압의 인가에 의해 팽창되는 챔버형성 팽창부재 및 백킹 부재는 리테이너링과의 결합 관계 상 웨이퍼 에지부에서의 변형 현상을 유발하여 연마 시 웨이퍼의 에지 부분에 이상 연마 현상이 발생하여 연마 후 전체적으로 웨이퍼의 연마 프로파일이 균일하지 못한 문제점이 발생한다.Since the retaining ring is applied to the polishing pad with a pressure higher than the pressure applied to the wafer to prevent the wafer from leaving, the rebounding of the polishing pad occurs, causing uneven stress at the edge of the wafer. . On the other hand, the chamber-forming expansion member and the backing member expanded by the application of pneumatic pressure causes deformation at the wafer edge due to the coupling relationship with the retaining ring, so that abnormal polishing occurs at the edge of the wafer during polishing. The problem arises that the polishing profile of the wafer is not uniform.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래 기술로 후기된 특허문헌인 공개특허공보 제2010-0081695호에 개시된‘웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체’가 제안되었다.In order to solve such a problem, the "head assembly for a wafer polishing apparatus" disclosed in the prior-art patent publication 2010-0081695 of the prior art was proposed.
상기 ‘웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체’는 팽창 부재(20), 팽창 부재(20)의 하부에 부착되도록 양면 접착제 등과 같은 접착 수단에 의해 러버 척(3)에 부착된 백필름(30), 백필름(30)의 테두리 하단에 부착된 외측 리테이너 링(40) 및 외측 리테이너 링(40) 내주를 따라 백필름(30)에 설치된 내측 리테이너 링(50)을 구비하고 있어, 연마시 내측 리테이너 링(50)이 웨이퍼의 에지(edge)부에 불균일한 응력을 감소시키고 공기압에 의한 팽창 부재(20) 및 백필름(30)의 웨이퍼 에지부에서의 변형 현상을 방지하여 웨이퍼의 연마 프로파일 불균일 문제를 해결하고자 하고 있다. The head assembly for the wafer polishing apparatus includes the
그러나 상기 ‘웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체’는 리테이너 링(40, 50)을 복수개로 구성하여야 할 뿐만 아니라 백필름(30)을 반드시 구비하여야 하며, 지속 사용으로 인해 팽창 부재(20), 백필름(30), 외측 리테이너 링(40) 또는 내측 리테이너 링(50) 중 어느 하나가 파손 또는 고장이 발생한 경우 이들 모두가 하나의 조립 부품으로 러버 척(30)에 접착 수단 등에 의해 부착되어 있는 구조적 특성상 일부 교환 및 수리가 불가능하고 전체로 교환되어야 하는 문제점이 있다.However, the head assembly for the wafer polishing device should not only have a plurality of retainer rings 40 and 50, but also be provided with a back film 30, and due to continuous use, the
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기의 문제점을 해결하여 웨이퍼의 연마 공정 시 리테이너링에 의한 웨이퍼 에지부의 불균일 응력 유발 현상을 감소시키고 팽창 부재의 웨이퍼 에지부에서의 변형 현상을 방지하여 웨이퍼의 연마 프로파일 균일성을 확보할 수 있는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 제공하는 것이다.Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve the above problems by reducing the non-uniform stress induced phenomenon of the wafer edge portion by retaining during the polishing process of the wafer and to prevent the deformation phenomenon at the wafer edge portion of the expansion member to polish the wafer It is to provide a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus capable of ensuring profile uniformity.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 상기의 문제점을 해결하여 백킹 필름의 제거가 가능할 뿐만 아니라 리테이너링 또는 팽창 부재가 고장 또는 파손이 된 경우 분해 및 개별 교체가 용이하게 가능한 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 제공하는 것이다.In addition, another problem to be solved by the present invention is to solve the above problems of the removal of the backing film as well as the chemical mechanical polishing apparatus that can be easily disassembled and replaced separately when the retaining or expansion member is broken or broken It is to provide a polishing head.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드는 회전축 결합부재, 상기 회전축 결합부재의 하부 둘레부에 결합되어 있는 리테이너 가이드, 상기 리테이너 가이드의 내경 및 하부 일부에 결합되어 있는 리테이너, 상기 리테이너의 하부 둘레부에 결합되어 있는 리테이너링, 상기 리테이너의 내경에 결합되어 있는 서포터, 상기 서포터의 하부에 배치되어 있는 압력판, 상기 압력판의 하부에 배치되어 있는 팽창부재 고정판, 상기 팽창부재 고정판의 하부에 배치되어 있는 팽창 부재, 상기 팽창부재를 상기 팽창부재 고정판에 고정하는 팽창부재 고정링, 그리고 상기 리테이너링의 내경 및 상기 팽창부재의 하부 둘레부에 결합되어 있는 압력 균일화링을 포함한다.The polishing head of the chemical mechanical polishing apparatus according to the embodiment of the present invention for solving the above problems is a rotary shaft coupling member, a retainer guide coupled to the lower circumference of the rotary shaft coupling member, the inner diameter and the lower portion of the retainer guide Retainer coupled to the retainer ring is coupled to the lower circumference of the retainer, the supporter coupled to the inner diameter of the retainer, the pressure plate is disposed in the lower portion of the supporter, the expansion member fixing plate disposed in the lower portion of the pressure plate, An expansion member disposed below the expansion member fixing plate, an expansion member fixing ring for fixing the expansion member to the expansion member fixing plate, and an inner diameter of the retainer ring and a pressure equalization ring coupled to the lower circumference of the expansion member. It includes.
상기 리테이너의 상부 적어도 일부에 결합되어 있는 제1 탄성부재 고정링, 그리고, 일측은 상기 서포터 및 상기 회전축 결합 부재 사이에 결합 고정되어 있으며, 타측은 상기 리테이너 가이드 및 상기 회전축 결합부재 사이에 결합 고정되어 있으며, 중앙부는 상기 리테이너 및 상기 제1 탄성부재 고정링 사이에 결합 고정되어 있는 제1 탄성부재를 더 포함하며, 상기 회전축 결합부재와 상기 제1 탄성부재에 의해 폐쇄된 내부 공간부에 제1 챔버가 형성될 수 있다.A first elastic member fixing ring coupled to at least a portion of the retainer, and one side is fixedly coupled between the supporter and the rotary shaft coupling member, and the other side is fixedly coupled between the retainer guide and the rotary shaft coupling member. The central part further includes a first elastic member coupled to and fixed between the retainer and the first elastic member fixing ring, wherein the first chamber is in an inner space closed by the rotation shaft coupling member and the first elastic member. Can be formed.
상기 압력판의 상부 둘레부에 결합되어 있는 제2 탄성부재 제1 고정링, 상기 압력판의 측면 둘레부에 결합되어 있는 제2 탄성부재 제2 고정링, 그리고, 일측은 상기 압력판과 상기 제2 탄성부재 제1 고정링 사이에 결합 고정되어 있으며, 타측은 상기 서포터와 상기 제2 탄성부재 제2 고정링 사이에 결합 고정되어 있는 제2 탄성부재를 더 포함하며, 상기 회전축 결합부재, 상기 서포터, 상기 압력판 및 상기 제2 탄성부재에 의해 폐쇄된 내부 공간에 제2 챔버가 형성될 수 있다.The second elastic member first fixing ring coupled to the upper peripheral portion of the pressure plate, the second elastic member second fixing ring coupled to the side peripheral portion of the pressure plate, and one side of the pressure plate and the second elastic member The first fixing ring is fixedly coupled between the other side, the other side further comprises a second elastic member is fixedly coupled between the supporter and the second elastic member of the second fixing ring, the rotary shaft coupling member, the supporter, the pressure plate And a second chamber in an inner space closed by the second elastic member.
상기 팽창부재 고정링의 상부에 결합되어 있는 제3 탄성부재 고정링, 그리고,A third elastic member fixing ring coupled to an upper portion of the expansion member fixing ring, and
일측은 상기 팽창부재 고정링과 상기 제3 탄성부재 고정링 사이에 결합 고정되어 있으며, 타측은 상기 리테이너와 상기 리테이너링 사이에 결합 고정되어 있는 제3 탄성부재를 더 포함하며, 상기 압력판, 상기 팽창 부재 및 상기 제3 탄성부재에 의해 폐쇄된 내부 공간부에 제3 챔버가 형성될 수 있다.One side is fixedly coupled between the expansion member fixing ring and the third elastic member fixing ring, the other side further comprises a third elastic member is fixedly coupled between the retainer and the retainer ring, the pressure plate, the expansion The third chamber may be formed in the inner space closed by the member and the third elastic member.
상기 회전축 결합부재는, 상기 제1 챔버와 연결된 제1 공기유로를 통해 외부와 연통하는 적어도 하나의 제1홀, 그리고, 상기 제3 챔버와 연결되는 제2 공기유로를 통해 외부와 연통하는 적어도 하나의 제2홀이 각각 형성되어 있을 수 있다.The rotating shaft coupling member may include at least one first hole communicating with the outside through a first air passage connected with the first chamber, and at least one communicating with the outside through a second air passage connected with the third chamber. Each of the second holes may be formed.
상기 제2 공기유로와 상기 제3 챔버를 연결하는 공기유로 튜브를 더 포함할 수 있다.It may further include an air flow path tube connecting the second air flow path and the third chamber.
상기 압력판은 관통된 압력판 공기유로가 형성되어 있으며, 상기 팽창부재 고정판은 상기 압력판 공기유로와 연통되도록 관통된 고정판 공기유로가 형성되어 있으며, 상기 공기유로 튜브는 상기 제2 공기유로와 상기 압력판 공기유로를 상호 연결하는 것이 바람직하다.The pressure plate has a penetrating pressure plate air flow path, the expansion member holding plate is formed with a fixed plate air flow passage penetrated to communicate with the pressure plate air flow path, the air flow path tube is the second air flow path and the pressure plate air flow path It is desirable to interconnect them.
상기 압력 균일화 링은 폴리에테르에테르(Polyether ether ketone), 폴리메칠메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리에칠렌(Polyethylene), 폴리페닐린솔피이드(Polyphenylene Sulfide), 폴리테트라플루오로에칠렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene Fluoride) 중 적어도 어느 하나의 재질로 만들어질 수 있다.The pressure homogenization ring is made of polyether ether ketone, polymethylmethacrylate, polyethylene, polyphenylene sulfide, polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride. It may be made of at least one material of polyvinylidene fluoride.
상기 에지부 압력 균일화 링은 내경이 웨이퍼의 외경보다 0.1 내지 0.5 % 크며, 외경이 웨이퍼의 외경보다 5 내지 25 % 큰 것이 바람직하다.The edge pressure equalization ring may have an inner diameter of 0.1 to 0.5% larger than the outer diameter of the wafer, and an outer diameter of 5 to 25% larger than the outer diameter of the wafer.
상기 압력 균일화 링의 두께는 웨이퍼의 두께와의 오차 범위가 ± 10% 이내인 것이 바람직하다.The thickness of the pressure equalization ring is preferably within an error range of ± 10% from the thickness of the wafer.
이상과 같이, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드에 의하면, 리테이너링의 내주에 웨이퍼 에지부의 압력 균일화링을 채용함으로써, 웨이퍼의 연마 공정 시 리테이너링에 의한 웨이퍼 에지부의 불균일 응력 유발 현상을 감소시키고 팽창 부재의 웨이퍼 에지부에서의 변형 현상을 방지하여 웨이퍼의 연마 프로파일 균일성을 확보할 수 있는 유리한 효과가 있다.As described above, according to the polishing head of the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention, by adopting a pressure equalization ring at the wafer edge portion in the inner circumference of the retaining ring, the phenomenon of causing uneven stress in the wafer edge portion due to the retaining ring during the polishing process of the wafer is eliminated. There is an advantageous effect of reducing and preventing deformation at the wafer edge of the expansion member to ensure uniformity of the polishing profile of the wafer.
또한, 본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드에 의하면, 리테이너링의 내주에 압력 균일화링을 채용하고 웨이퍼의 진공 흡착력을 증대시킴으로써 잦은 교체를 요하는 백킹 필름의 제거가 가능할 뿐만 아니라, 리테이너링 또는 팽창 부재가 고장 또는 파손된 경우 분해 및 개별 교체가 용이하게 가능한 유리한 효과가 있다.In addition, according to the polishing head of the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention, by employing a pressure equalization ring on the inner circumference of the retainer ring and increasing the vacuum suction force of the wafer, not only the removal of the backing film requiring frequent replacement, but also the retainer ring Alternatively, there is an advantageous effect that disassembly and individual replacement can be easily performed when the expansion member is broken or broken.
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 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드의일 요부인 압력 균일화링의 사시도,
도 7의 연마 헤드를 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 잘라 도시한 단면도,
도 8 내지 도 12는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 이용하여 웨이퍼를 연마하는 공정을 설명하기 위한 연마 헤드의 단면도로서,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드에 웨이퍼를 부착하는 공정을 나타낸 단면도,
도 9 및 도 10은 각각 웨이퍼가 부착된 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드가 연마 패드에 접근하는 공정 및 폴리싱되는 공정을 나타낸 단면도,
도 11은 폴리싱이 완료된 후 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드가 웨이퍼를 흡착하는 공정을 나타낸 단면도, 그리고,
도 12는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드로부터 폴리싱이 완료된 웨이퍼를 제거하는 공정을 나타낸 단면도이다.1 is a perspective view of a general chemical mechanical polishing apparatus including a polishing head,
2 and 3 are respectively a perspective view from above and below of a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention;
4 and 5 are exploded perspective views of the polishing head shown in Figs. 2 and 3, respectively;
6 is a perspective view of a pressure equalization ring which is a main portion of a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention;
Sectional drawing which cut | disconnected the polishing head of FIG. 7 along the VII-VII line,
8 to 12 are cross-sectional views of a polishing head for explaining a process of polishing a wafer by using a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to one embodiment of the present invention, respectively.
8 is a cross-sectional view illustrating a process of attaching a wafer to a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention;
9 and 10 are cross-sectional views illustrating a process in which a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, in which a wafer is attached, approaches a polishing pad and is polished, respectively;
11 is a cross-sectional view showing a process in which a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus adsorbs a wafer after polishing is completed, and
12 is a cross-sectional view illustrating a process of removing a polished wafer from a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus.
발명을 실시하기 위한 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details for carrying out the invention are included in the detailed description and drawings.
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. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent by reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various other forms, and it should be understood that the present embodiment is intended to be illustrative only and is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed, To fully disclose the scope of the invention to a person skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 기술하는 실시예는 본 발명의 이상적인 개략도인 사시도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. Like reference numerals refer to like elements throughout. Embodiments described herein will be described with reference to perspective and cross-sectional views, which are ideal schematic diagrams of the invention.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드에 관하여 설명한다. Hereinafter, a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
먼저 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 설명하기에 앞서 본 발명의 한 실시예에 따른 연마 헤드나 일반적인 연마 헤드가 사용되는 일반적인 화학적 기계적 연마 장치를 도 1을 참조로 하여 간단히 설명한다.First, before describing a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, a general chemical mechanical polishing apparatus using a polishing head or a general polishing head according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1. Briefly explain.
도 1은 연마 헤드를 포함하는 일반적인 화학적 기계적 연마 장치를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view of a general chemical mechanical polishing apparatus including a polishing head.
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 화학적 기계적 연마 장치(1)는 연마 스테이션(110)과 연마 헤드 어셈블리(120)를 포함한다.As shown in FIG. 1, a general chemical
연마 스테이션(110)은 슬러리 공급 부재(111), 연마 패드 컨디셔닝 부재(112) 및 상부에 연마 패드(114)가 부착되어 있는 회전 테이블(113)을 포함한다. The
슬러리 공급 부재(111)는 웨이퍼의 연마 시에 통상의 반응 시약(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.The
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 일정하게 유지시켜 준다. The polishing
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 이보다 낮거나 높은 분당 회전수로 회전 테이블(113)을 회전시키는 것도 가능하다. 연마 패드(114)는 거친 연마면을 갖는 공지의 재료로 구성될 수 있다. The rotary table 113 is connected to a rotating means (not shown) and rotates at about 50 to 80 revolutions per minute by the rotating means in the polishing process. Of course, the rotating means can also rotate the rotary table 113 at lower or higher revolutions per minute. The
연마 헤드 어셈블리(120)는 구동 모터(121), 제1 회전축(122), 감속기(123), 제2 회전축(124) 및 연마 헤드(200)를 포함한다.The polishing
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.The
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 감속된 회전력을 연마 헤드(200)에 전달한다.The
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 형성하거나 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.The polishing
본 발명은 종래보다 개선된 기능을 갖는 이 연마 헤드(200)에 관한 것으로서, 이하에서는 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드 및 그 작동 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. The present invention relates to a polishing head (200) having an improved function than the prior art, hereinafter, in detail with reference to the accompanying drawings for the polishing head and its operating method of the chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. Explain.
먼저 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드에 대해 상세히 설명한다.First, the polishing head of the chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 7.
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 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드의일 요부인 압력 균일화링의 사시도, 그리고, 도 7의 연마 헤드를 Ⅶ-Ⅶ 선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.2 and 3 are perspective views of the polishing head of the chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, respectively, from top and bottom, and FIGS. 4 and 5 are exploded perspective views of the polishing head shown in FIGS. 2 and 3, respectively. 6 is a perspective view of a pressure equalization ring which is a main part of a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, and a cross-sectional view of the polishing head of FIG. 7 taken along the line VII-VII.
본 발명의 한 실시예에 따른 연마 헤드(200)는 회전축 결합 부재(210), 제1 내지 제 3 탄성부재(220, 223, 225), 제1 내지 제3 탄성부재 고정링(230, 233, 234, 235), 리테이너(240), 리테이너 가이드(243), 리테이너링(245), 서포터(250), 압력판(260), 공기유로 튜브(270), 팽창부재(280), 팽창부재 고정판(281), 팽창부재 고정링(285) 및 압력 균일화링(290)을 포함한다.
회전축 결합부재(210)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 제2 회전축(124)을 통해 전달되는 회전력을 서포터(250)에 전달하며, 이를 위해 개구된 결합부(215)의 일부가 외부에 마련된 진공 및 공기압 형성 부재인 펌프(미도시)와 관통홀(미도시)을 통해 연통된 상태로 폐쇄되도록 결합핀(219)에 의해 상부 중앙부가 제2 회전축(124)에 결합되어 있다.The rotation
회전축 결합부재(210)는 상부면에 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(C1)를 형성하는 공간부가 형성되어 있으며, 제2홀(213)과 연통하는 적어도 하나의 제2 공기 유로(214)가 관통 형성되어 있다.The rotating
리테이너 가이드(243)는 회전축 결합부재(210)의 하부 둘레부에 결합되어 있으며, 후술할 리테이너(240)의 상하 방향 이동을 가이드하며, 연마 공정 중에 슬러리나 연마액이 제1 챔버(C1) 내로 유입되는 것을 방지한다.
리테이너(240)는 리테이너 가이드(243)의 내경 및 하부 둘레부에 결합되어 있으며, 후술할 제1 탄성부재(220)를 통해 전달되는 압력을 리테이너링(245)에 전달한다.The
리테이너링(245)은 리테이너(240)의 하부 둘레부에 결합되어 있으며, 리테이너(240)를 통해 전달되는 압력에 의해 하강하여 웨이퍼(10, 도 9 참조)의 측면 둘레부를 지지함으로써 연마 공정 중에 웨이퍼(10)가 연마 헤드(200)로부터 이탈되는 것을 방지한다. 리테이너링(245)의 재질은 글라스 에폭시(glass epoxy) 또는 폴리에테르에테르 케톤 (polyetheretherketone) 등으로 형성될 수 있다.The
서포터(250)는 회전축 결합부재(210)의 하부 및 리테이너(240)의 내경에 결합되어 있으며, 내부에 제2 공기 유로(214) 및 후술할 압력판 공기유로(262)와 연통하는 적어도 하나의 공기유로 튜브(270)를 수용하며 제2 챔버(C2)를 형성하는 공간부가 형성되어 있다.The
압력판(260)은 서포터(250)의 중앙 하부에 배치되어 있으며, 상부면에 형성된 압력판 홀(261)에 연통되도록 수직 방향으로 내부 관통된 제1 압력판 공기유로(262)가 형성되어 있다. 압력판(260)은 제2 회전축(124)으로부터 회전축 결합부재(210)의 관통홀(미도시)을 통하여 제2 챔버(C2)로 공기가 공급되면 아래로 밀려 내려와 후술할 팽창부재 고정판(281)을 아래로 밀어 준다. 이를 통해 후술할 제3 챔버(C3) 공간을 줄여줌으로써, 폴리싱 공정이 완료된 웨이퍼(10)를 다시 연마 헤드(200)가 팽창부재(280)에 용이하게 진공 흡착되도록 한다.The
공기유로 튜브(270)는 일측은 제2 공기유로(214)의 끝단에 연결되며, 타측은 압력판 홀(261)을 통해 압력판 공기유로(262)에 연결되어 제2 공기유로(214)와 후술할 제3 챔버(C3)를 상호 연결한다. The
팽창부재 고정판(281)은 압력판(260)의 하부에 배치되어 있으며, 팽창부재 고정링(285)과 상호 결합하여 팽창부재 고정판(281)을 감싸고 있는 팽창 부재(280)를 고정한다. 팽창부재 고정판(281)는 웨이퍼(10)의 연마 공정 시에 공기유로 튜브(270)를 통해서 제3 챔버(C3)로 들어온 공기에 의해 발생한 공기압을 고정판 홀(283) 및 고정판 공기유로(284)를 거쳐 팽창 부재(280)를 통해 간접적으로 웨이퍼(10)의 후면 전체에 균일하게 전달하며, 공기유로 튜브(270)를 통해서 공기가 빠져나가 제3 챔버(341)가 진공 상태가 되는 경우 팽창부재(280)를 이용하여 웨이퍼(10)를 간접적으로 척킹한다. 한편, 팽창부재 고정판(281)의 하부면에는 제3 챔버(C3)가 진공 및 공기압을 용이하게 형성하도록 단면적이 증대된 상태로 고정판 공기유로(284)에 연결된 함몰부(282)가 형성되어 있다.The expansion
팽창부재(280)는 팽창부재 고정판(281)의 하부에서 팽창부재 고정판(281)을 감싸며, 리테이너링(245) 및 압력 균일화링(290)의 내측에 위치하며, 공기유로 튜브(270)와 연통하는 후술할 제3 챔버(341)를 형성하는 막이다. 팽창부재(280)는 고무(rubber) 재질로 이루어지는 것이 통상이나 이외 탄성력을 제공하며 유연한 공지의 다른 재질로 대체 가능함은 물론이다.The
팽창부재 고정링(285)은 팽창부재(280)의 가장 자리를 수용한 상태로 팽창 부재 고정판(281)의 상부 가장 자리와 상호 결합하여 팽창부재(280)를 고정하고 팽창부재 고정판(281)의 상하 이동 시 가이드 역할을 수행한다.The expansion
압력 균일화링(290)은 리테이터링(245)의 내경 및 팽창부재(280)의 하부 둘레부에 결합되어 연마 공정 중 리테이너링(245)이 연마 패드(114)를 웨이퍼(10) 보다 높은 압력으로 눌러 웨이퍼(10)의 에지부 부근에서 발생하는 연마 패드(114) 변형 현상을 방지하여 압력 균일화링(290)의 내측에 위치한 웨이퍼(10)에 연마 패드(114)의 변형 현상에 따른 영향이 미치지 못하도록 한다. 한편, 공압 인가에 의해 팽창되는 팽창부재(280)와 리테이너링(245)의 결합 관계에 의해서 발생하는 웨이퍼(10) 에지부에 주어지는 불균일한 압력 인가는 압력 균일화링(290)으로만 주어지게 되어 압력 균일화링(290)의 내측에 위치하는 웨이퍼(10)는 팽창부재(280)로부터 균일한 압력만 받기 때문에 웨이퍼(10)의 연마 프로파일 균일성 확보가 가능하다. 압력 균일화링(290)은 팽창부재(280)와의 결합의 편의를 위해 결합면에 양면 테이프가 마련될 수 있으나, 팽창 부재(280)와 결합을 위한 대응 요철부 형상이 각각 마련되어 이를 통해 상호 결합을 할 수도 있다.The
압력 균일화링(290)은 폴리에테르에테르(Polyether ether ketone), 폴리메칠메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리에칠렌(Polyethylene), 폴리페닐린솔피이드(Polyphenylene Sulfide), 폴리테트라플루오로에칠렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene Fluoride) 중 적어도 어느 하나의 재질로 만들어질 수 있다. 압력 균일화링(290)은 내경이 웨이퍼(10)의 외경보다 0.1 내지 0.5 % 크게 마련하는 것이 웨이퍼(10)를 수용하기 편할 뿐만 아니라 이탈 방지를 위한 고정력을 증대를 위해 바람직하며, 외경이 웨이퍼(10)의 외경보다 5 내지 25 % 크게 마련하는 것이 웨이퍼(10)의 요구 사이즈 크기를 최대한 확보하면서도 에지부 부근에서 발생하는 연마 패드 변형 현상을 효율적으로 감소시키기 위해 바람직하다. 또한 압력 균일화링(290)의 두께는 연마시 웨이퍼(10)의 단차가 발생하지 않도록 웨이퍼(10)의 두께와의 오차 범위가 ± 10% 이내인 것이 바람직하다.The
제1 탄성부재 고정링(230)은 제1 탄성부재(220)를 사이에 두고 리테이너(240)의 상부 적어도 일부에 결합되어 제1 탄성부재(220)를 고정 결합한다.The first elastic
제1 탄성부재(220)는 내측은 서포터(250) 및 회전축 결합부재(210) 사이에 결합 고정되어 있으며, 외측은 리테이너 가이드(243) 및 회전축 결합부재(210) 사이에 결합 고정되어 있으며, 중앙부는 리테이너(240) 및 제1 탄성부재 고정링(230) 사이에 결합 고정되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 제1 탄성부재(220)는 회전축 결합부재(210)와 함께 폐쇄된 내부 공간부에 제1 챔버(C1)를 형성시킨다. The first
제1 탄성부재(220)는 얇은 탄성막으로 구성되어 있기 때문에 외부로부터 회전축 결합부재(210)의 제1 챔버(C1)로 공급된 공기압에 의해 팽창하여 리테이너(240)를 아래로 밀어 내리고, 반대로 진공이 걸리는 경우에는 수축하여 리테이너(240)를 들어 올린다. 이를 위해 제1 탄성부재(220)는 고무 재질로 이루어지는 것이 통상이나 이외 탄성력을 제공하며 유연한 공지의 다른 재질로 대체 가능함은 물론이다.Since the first
제2 탄성부재 제1 고정링(233)은 제2 탄성부재(223)의 내측 부분을 사이에 두고 압력판(260)의 상부 둘레부에 결합되어 있으며, 제2 탄성부재 제2 고정링(234)은 제2 탄성부재(223)의 외측 부분을 사이에 두고 서포터(250)의 하부에 결합되어 각각 제2 탄성부재(223)를 고정 결합한다.The second elastic member first fixing
제2 탄성부재(223)도 제1 탄성부재(221)와 동일한 재질로 마련되며, 내측은 압력판(260)과 제2 탄성부재 제1 고정링(233) 사이에 결합 고정되어 있으며, 외측은 서포터(250)와 제2 탄성부재 제2 고정링(234) 사이에 결합 고정되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 제2 탄성부재(223)는 회전축 결합부재(210), 서포터(250), 압력판(260)과 함께 폐쇄된 내부 공간부에 제2 챔버(C2)를 형성시킨다.The second
제2 탄성부재(223)는 외부로부터 회전축 결합부재(210)의 관통홀(미도시)을 통하여 제2 챔버(C2)로 공급된 공기압에 의해 팽창하여 압력판(260)를 아래로 밀어내리고, 반대로 진공이 걸리는 경우에는 수축하여 압력판(260)를 들어올린다.The second
제3 탄성부재 고정링(235)는 제3 탄성부재(225)를 내측 부분을 사이에 두고 팽창부재 고정링(281)의 상부에 결합되어 제3 탄성부재(225)를 고정 결합한다.The third elastic
제3 탄성부재(225)도 제1 탄성부재(221)와 동일한 재질로 마련되며, 내측은 팽창부재 고정링(285)에 제3 탄성부재 고정링(235) 사이에 결합 고정되어 있으며, 외측은 리테이너(240)와 리테이너링(245) 사이에 결합 고정되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 제3 탄성부재(225)는 외부로부터 회전축 결합부재(210)의 제2홀(213)을 통하여 공급된 공기압이 외부로 유출되지 않고 팽창부재(280)를 통하여 웨이퍼(10)에 압력이 가해지도록 압력판(260) 및 팽창부재(280)와 함께 제3 챔버(C3)를 형성시킨다.The third
상기에서 설명한 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드(200)의 각 구성 요소의 조립 방법을 살펴보면 먼저 압력판(260)과 제2 탄성부재(223)를 제2 탄성부재 제1 고정링(233)으로 고정한다. 그리고 서포터(250)와 리테이너(240)를 상호 결합시킨 후, 서포터(250)의 하부에 제2 탄성부재 제2 고정링(234)으로 앞서 결합되어 있는 제2 탄성부재(223)의 외측을 결합한다. Looking at the assembly method of each component of the polishing
그런 다음, 리테이너(240)의 바깥쪽 상부에 리테이너 가이드(243)를 위치시키고 리테이너(260)의 상부에 제 1 탄성부재(230)을 두고 제1 탄성부재 고정링(230)으로 리테이너(260)와 제1 탄성부재(220)를 고정 결합한다. 그리고 나서 그 위에 회전축 결합 부재(210)을 두고 나사 등의 공지의 결합 부재(264)에 의해 상호 결합한다.Then, the
또한, 팽창부재 고정판(281)의 하면에 팽창부재(280)를 감싸고 난 후 팽창부재 고정링(285)을 팽창부재 고정판(281)의 상면에 놓고 나사 등의 공지의 결합 부재에 의해 상호 결합한다. 그리고 나서 팽창부재 고정링(285)의 상면에 제3 탄성부재(225)를 놓고 제3 탄성부재 고정링(235)으로 고정한 다음 기 결합된 압력판(260)의 하면에 팽창부재 고정판(281)을 나란히 놓고, 공지의 결합 부재로 상호 결합하여 연마 헤드(200)의 조립이 완료되게 된다.In addition, after the
이하에서는 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드(200)를 이용한 웨이퍼의 연마 과정을 도 1, 도 8 내지 도 12를 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a polishing process of a wafer using the polishing
도 8 내지 도 12는 각각 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 이용하여 웨이퍼를 연마하는 공정을 설명하기 위한 연마 헤드의 단면도로서, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드에 웨이퍼를 부착하는 공정을 나타낸 단면도, 도 9 및 도 10은 각각 웨이퍼가 부착된 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드가 연마 패드에 접근하는 공정 및 폴리싱되는 공정을 나타낸 단면도, 도 11은 폴리싱이 완료된 후 본 발명의 한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드가 웨이퍼를 흡착하는 공정을 나타낸 단면도, 그리고, 도 12는 화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드로부터 폴리싱이 완료된 웨이퍼를 제거하는 공정을 나타낸 단면도이다.8 to 12 are cross-sectional views of a polishing head for explaining a process of polishing a wafer using a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, respectively, and FIG. 8 is an embodiment of the present invention. 9 and 10 are cross-sectional views illustrating a process of attaching a wafer to a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention, in which a polishing head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention is attached to a polishing pad. 11 is a cross-sectional view showing a process and a polishing process, FIG. 11 is a cross-sectional view showing a process in which the polishing head of the chemical mechanical polishing apparatus adsorbs a wafer after polishing is completed, and FIG. 12 is a chemical mechanical polishing apparatus. Is a cross-sectional view showing a process of removing a polished wafer from a polishing head of the present invention.
통상적으로 진행되는 웨이퍼(10)의 연마 과정을 크게 나누어 보면, 연마 헤드(200)의 팽창부재(280)에 웨이퍼(10)를 부착시키는 웨이퍼 부착 단계와, 부착된 웨이퍼(10)를 도 1에 도시한 연마 스테이션(110)과 연마 헤드 어셈블리(120)를 이용하여 연마하는 폴리싱 단계와, 폴리싱 완료 후 웨이퍼(10)를 연마 헤드(200)의 팽창부재(280)에 진공 흡착하는 웨이퍼 흡착 단계 및 연마 헤드(200)로부터 웨이퍼(10)를 제거하는 웨이퍼 제거 단계로 이루어진다. In general, the polishing process of the
다음 표 1을 참조하면서 각 단계를 좀 더 구체적으로 설명하기로 한다.Each step will be described in more detail with reference to Table 1 below.
먼저, 도 8에 도시한 바와 같이 웨이퍼 부착 단계에서는 연마 헤드(200)를 연마 패드(114)와 이격 시킨 상태에서, 외부 펌프(미도시)의 작동에 의해 제1 공기 유로(212)를 통해 제1 챔버(C1) 내에 진공을 형성하며, 관통홀(미도시)을 통해 제2 챔버(C2) 내에도 진공을 형성하며, 제2 공기 유로(214), 공기유로 튜브(270), 압력판 공기유로(262) 및 고정판 공기유로(284)를 통해 제3 챔버(C3) 내에도 진공을 형성한다. 이 상태에서 연마 대상인 웨이퍼(10)를 기계 또는 작업자가 수동으로 팽창 부재(280)에 부착시킨다. First, as shown in FIG. 8, in the wafer attaching step, the polishing
이때 제3 챔버(C3) 뿐만 아니라 제1 챔버(C1) 및 제2 챔버(C2)에도 진공을 형성하는 이유는 진공 흡착력을 증대시켜 웨이퍼(10)의 부착이 더욱 용이해지도록 하기 위함이나 제3 챔버(C3)에 형성된 진공 상태만으로 웨이퍼(10)의 진공 흡착이 가능한 경우라면 제1 챔버(C1) 및 제2 챔버(C2)는 진공을 형성하지 않고 연마 헤드(200)의 외부 압력과 동일한 상태로 유지하여도 무방하다.In this case, the reason why the vacuum is formed not only in the third chamber C3 but also in the first chamber C1 and the second chamber C2 is to increase the vacuum suction force so that the attachment of the
웨이퍼(1)의 부착이 완료된 후에는 웨이퍼(10)가 연마 패드(114)에 접촉할 때까지 연마 헤드(200)가 하강한다.After the attachment of the
다음, 도 9에 도시한 바와 같이, 폴리싱 단계에서는 제2 챔버(C2)는 진공 상태를 유지한 체 제1 챔버(C1) 및 제3 챔버(C3) 내에 공기 압력을 가한다.Next, as shown in FIG. 9, in the polishing step, the second chamber C2 applies air pressure to the sieve first chamber C1 and the third chamber C3 maintaining the vacuum state.
제1 챔버(C1) 내에 가해진 공기 압력에 의해 제1 탄성부재(220), 리테이너(240) 및 리테이너링(245)이 각각 하방으로 이동하게 된다. 또한 제3 챔버(C3) 내에 가해진 공기 압력에 의해 팽창부재(280)가 팽창하게 된다. 이에 따라 도 10에 도시된 바와 같이 웨이퍼(10) 및 리테이너링(245)이 연마 패드(114)에 접촉한 상태에서 슬러리 공급 부재(111)를 통해 슬러리가 공급되고, 연마 헤드(200) 및 회전 테이블(113)은 상호 반대 방향으로 회전하게 되면서 연마가 요구되는 웨이퍼(10)의 전면이 연마되는 폴리싱 공정이 수행되게 된다.The first
이때 도 10에 도시된 바와 같이 리테이너링(245)에 가해진 압력에 의해 웨이퍼(10)의 에지부 부근에서 발생하는 연마 패드(114) 변형 현상을 리테이너링(245)과 웨이퍼(10)의 중간에 게재된 압력 균일화링(290)이 연마 패드(144)를 눌러줌으로써 감소시켜 웨이퍼(10) 연마 프로파일의 균일성을 확보할 수 있게 된다.At this time, as shown in FIG. 10, the deformation of the
폴리싱 공정 단계가 완료되면 도 11에 도시된 바와 같이 연마 헤드(200)는 웨이퍼(10)를 다시 팽창부재(280)에 진공 흡착시킨 후 연마 패드(114)와의 이격을 위해 상부를 향해 이동하게 된다. 이를 위해 제1 챔버(C2)는 가압 상태를 유지하나 제2 챔버(C2)는 가압 상태로 변화되고 제3 챔버(C3)는 반대로 진공 상태로 변화된다.When the polishing process step is completed, as shown in FIG. 11, the polishing
제3 챔버(C3)가 진공 상태가 됨에 따라 팽창부재(280)가 수축하게 되어 팽창부재(280)가 웨이퍼(10)를 진공 흡착하게 된다. 이 때 제2 챔버(C2) 내에 가해진 공기 압력에 의해 압력판(260)이 하방으로 이동하게 되기 때문에 제3 챔버(C3)의 부피가 줄어들어 되어 진공 형성이 용이해지기 때문에 본 실시예에서는 소모품으로 잦은 교체가 요구되는 종래의 백킹 부재를 생략하여도 웨이퍼(10)를 팽창 부재에 용이하게 진공 흡착할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As the third chamber C3 is in a vacuum state, the
다음, 도 12에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 제거 단계에서는 제1 챔버(C1) 및 제2 챔버(C2)는 진공 상태로 변경되며, 제 3 챔버(C3)는 가압 상태로 변경되게 된다.Next, as shown in FIG. 12, in the wafer removing step, the first chamber C1 and the second chamber C2 are changed to a vacuum state, and the third chamber C3 is changed to a pressurized state.
이에 따라 팽창부재(280)가 하방으로 팽창하여 웨이퍼(10)의 측면 둘레부가 리테이너링(245)의 포위를 벗어나 아래를 향해 내려오게 되어 웨이퍼(10)를 손쉽게 연마 헤드(200)로부터 제거할 수 있다.Accordingly, the
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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements of those skilled in the art using the basic concepts of the present invention defined in the following claims are also provided. It belongs to the scope of right.
1: 화학적 기계적 연마 장치 10: 웨이퍼
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 결합부재 211: 제1홀
212: 제1 공기유로 213: 제2홀
214: 제2 공기유로 215: 결합부
219: 결합핀 220, 223, 225: 탄성부재
230, 233, 234, 235: 탄성부재 고정링
240: 리테이너 243: 리테이너 가이드
245: 리테이너링 250: 서포터
260: 압력판 261: 압력판 홀
262: 압력판 공기유로 270: 공기유로 튜브
280: 팽창부재 281: 팽창부재 고정판
282: 함몰부 283: 고정판 홀
284: 고정판 공기유로 285: 팽창부재 고정링
290: 압력 균일화링1: chemical mechanical polishing apparatus 10: wafer
110: polishing station 111: slurry supply member
112: polishing pad conditioning member 114: polishing pad
120: polishing head assembly 121: drive motor
122: first rotating shaft 123: reducer
124: second axis of rotation 200: polishing head
210: rotating shaft coupling member 211: first hole
212: first air passage 213: second hole
214: second air flow path 215: coupling portion
219: coupling pins 220, 223, 225: elastic member
230, 233, 234, 235: elastic member retaining ring
240: retainer 243: retainer guide
245: retaining ring 250: supporter
260: pressure plate 261: pressure plate hole
262: pressure plate air flow path 270: air flow path tube
280: expansion member 281: expansion member fixing plate
282: depression 283: fixing plate hole
284: fixed plate air flow path 285: expansion member fixing ring
290: pressure equalization ring
Claims (10)
상기 회전축 결합부재의 하부 둘레부에 결합되어 있는 리테이너 가이드,
상기 리테이너 가이드의 내경 및 하부 일부에 결합되어 있는 리테이너,
상기 리테이너의 하부 둘레부에 결합되어 있는 리테이너링,
상기 리테이너의 내경에 결합되어 있는 서포터,
상기 서포터의 하부에 배치되어 있는 압력판,
상기 압력판의 하부에 배치되어 있는 팽창부재 고정판,
상기 팽창부재 고정판의 하부에 배치되어 있는 팽창부재,
상기 팽창부재를 상기 팽창부재 고정판에 고정하는 팽창부재 고정링, 그리고,
상기 리테이너링의 내경 및 상기 팽창부재의 하부 둘레부에 결합되어 있는 압력 균일화링
을 포함하며,
상기 리테이너의 상부 적어도 일부에 결합되어 있는 제1 탄성부재 고정링, 그리고,
일측은 상기 서포터 및 상기 회전축 결합 부재 사이에 결합 고정되어 있으며, 타측은 상기 리테이너 가이드 및 상기 회전축 결합부재 사이에 결합 고정되어 있으며, 중앙부는 상기 리테이너 및 상기 제1 탄성부재 고정링 사이에 결합 고정되어 있는 제1 탄성부재,
를 더 포함하며,
상기 회전축 결합부재와 상기 제1 탄성부재에 의해 폐쇄된 내부 공간부에 제1 챔버가 형성되며,
상기 압력판의 상부 둘레부에 결합되어 있는 제2 탄성부재 제1 고정링,
상기 압력판의 측면 둘레부에 결합되어 있는 제2 탄성부재 제2 고정링, 그리고,
일측은 상기 압력판과 상기 제2 탄성부재 제1 고정링 사이에 결합 고정되어 있으며, 타측은 상기 서포터와 상기 제2 탄성부재 제2 고정링 사이에 결합 고정되어 있는 제2 탄성부재
를 더 포함하며,
상기 회전축 결합부재, 상기 서포터, 상기 압력판 및 상기 제2 탄성부재에 의해 폐쇄된 내부 공간에 제2 챔버가 형성되며,
상기 팽창부재 고정링의 상부에 결합되어 있는 제3 탄성부재 고정링, 그리고,
일측은 상기 팽창부재 고정링과 상기 제3 탄성부재 고정링 사이에 결합 고정되어 있으며, 타측은 상기 리테이너와 상기 리테이너링 사이에 결합 고정되어 있는 제3 탄성부재
를 더 포함하며,
상기 압력판, 상기 팽창 부재 및 상기 제3 탄성부재에 의해 폐쇄된 내부 공간부에 제3 챔버가 형성되며,
공압 인가에 의해 팽창되는 상기 팽창부재와 상기 리테이너링의 결합 관계에 의해서 발생하는 웨이퍼 에지부에 주어지는 불균일한 압력 인가는 상기 압력 균일화링으로만 주어지게 되어 상기 압력 균일화링의 내측에 위치하는 웨이퍼는 상기 팽창부재로부터 균일한 압력을 받으며,
폴리싱 공정 완료 후 상기 제2 챔버는 가압 상태가 되며 상기 제3 챔버는 진공 상태가 되는 경우에 상기 제2 챔버 내에 가해진 공기 압력에 의해 상기 압력판이 하방으로 이동하여 상기 제3 챔버의 진공 형성이 용이해지도록 상기 제3 챔버의 부피가 줄어들어 수축되는 상기 팽창부재가 상기 웨이퍼를 용이하게 진공 흡착하는
화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.Rotating shaft coupling member,
Retainer guide is coupled to the lower periphery of the rotating shaft coupling member,
A retainer coupled to the inner diameter and a lower portion of the retainer guide;
A retainer ring coupled to the lower periphery of the retainer,
A supporter coupled to the inner diameter of the retainer,
A pressure plate disposed under the supporter;
Expansion member fixing plate disposed in the lower portion of the pressure plate,
An expansion member disposed below the expansion member fixing plate;
An expansion member fixing ring for fixing the expansion member to the expansion member fixing plate, and
Pressure equalization ring coupled to the inner diameter of the retainer ring and the lower periphery of the expansion member
/ RTI >
A first elastic member fixing ring coupled to at least a portion of the retainer, and
One side is fixedly coupled between the supporter and the rotary shaft coupling member, the other side is fixedly coupled between the retainer guide and the rotary shaft coupling member, the central portion is coupled and fixed between the retainer and the first elastic member fixing ring First elastic member,
More,
A first chamber is formed in the inner space closed by the rotating shaft coupling member and the first elastic member,
A first fixing ring of the second elastic member is coupled to the upper circumference of the pressure plate,
A second fixing member coupled to the side circumference of the pressure plate, and
One side is fixedly coupled between the pressure plate and the second elastic member first fixing ring, the other side is the second elastic member is fixedly coupled between the supporter and the second elastic member second fixing ring.
More,
A second chamber is formed in the inner space closed by the rotating shaft coupling member, the supporter, the pressure plate and the second elastic member,
A third elastic member fixing ring coupled to an upper portion of the expansion member fixing ring, and
One side is fixedly coupled between the expansion member fixing ring and the third elastic member fixing ring, the other side is a third elastic member is fixedly coupled between the retainer and the retainer ring
More,
A third chamber is formed in the inner space closed by the pressure plate, the expansion member and the third elastic member,
The non-uniform pressure applied to the wafer edge portion caused by the coupling relationship between the expansion member and the retainer ring expanded by pneumatic application is given only to the pressure equalization ring so that the wafer located inside the pressure equalization ring Receiving a uniform pressure from the expansion member,
After completion of the polishing process, when the second chamber is in a pressurized state and the third chamber is in a vacuum state, the pressure plate is moved downward by the air pressure applied in the second chamber to easily form a vacuum in the third chamber. The expansion member contracted by shrinking the volume of the third chamber so as to facilitate the vacuum suction of the wafer.
Polishing head of chemical mechanical polishing device.
상기 회전축 결합부재는,
상기 제1 챔버와 연결된 제1 공기유로를 통해 외부와 연통하는 적어도 하나의 제1홀, 그리고,
상기 제3 챔버와 연결되는 제2 공기유로를 통해 외부와 연통하는 적어도 하나의 제2홀
이 각각 형성되어 있는
화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.In claim 1,
The rotating shaft coupling member,
At least one first hole communicating with the outside through a first air passage connected to the first chamber, and
At least one second hole communicating with the outside through a second air passage connected to the third chamber;
Each of which is formed
Polishing head of chemical mechanical polishing device.
상기 제2 공기유로와 상기 제3 챔버를 연결하는 공기유로 튜브
를 더 포함하는
화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.The method of claim 5,
An air passage tube connecting the second air passage and the third chamber
Further comprising
Polishing head of chemical mechanical polishing device.
상기 압력판은 관통된 압력판 공기유로가 형성되어 있으며,
상기 팽창부재 고정판은 상기 압력판 공기유로와 연통되도록 관통된 고정판 공기유로가 형성되어 있으며,
상기 공기유로 튜브는 상기 제2 공기유로와 상기 압력판 공기유로를 상호 연결하는
화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.The method of claim 6,
The pressure plate is formed through the pressure plate air flow path,
The expansion member fixing plate is formed with a fixed plate air passage penetrated so as to communicate with the pressure plate air passage,
The air passage tube interconnects the second air passage and the pressure plate air passage.
Polishing head of chemical mechanical polishing device.
상기 압력 균일화 링은
폴리에테르에테르(Polyether ether ketone), 폴리메칠메타크릴레이트(Polymethylmethacrylate), 폴리에칠렌(Polyethylene), 폴리페닐린솔피이드(Polyphenylene Sulfide), 폴리테트라플루오로에칠렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene Fluoride) 중 적어도 어느 하나의 재질로 만들어진
화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.In claim 1,
The pressure equalization ring
Polyether ether ketone, Polymethylmethacrylate, Polyethylene, Polyphenylene Sulfide, Polytetrafluoroethylene and Polyvinylidene Fluoride Made of at least one of the materials
Polishing head of chemical mechanical polishing device.
상기 에지부 압력 균일화 링은
내경이 웨이퍼의 외경보다 0.1 내지 0.5 % 크며,
외경이 웨이퍼의 외경보다 5 내지 25 % 큰
화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.In claim 1,
The edge pressure equalization ring
The inner diameter is 0.1 to 0.5% larger than the outer diameter of the wafer,
Outer diameter is 5-25% larger than outer diameter of wafer
Polishing head of chemical mechanical polishing device.
상기 압력 균일화 링의 두께는
웨이퍼의 두께와의 오차 범위가 ± 10% 이내인
화학적 기계적 연마 장치의 연마 헤드.In claim 1,
The thickness of the pressure equalization ring
The range of error with the thickness of the wafer is within ± 10%
Polishing head of chemical mechanical polishing device.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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KR1020110119908A KR101329028B1 (en) | 2011-11-17 | 2011-11-17 | Polishing head of chemical mechanical polishing assembly |
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KR20020090370A (en) * | 2001-05-23 | 2002-12-05 | 삼성전자 주식회사 | Polishing head in chamical mechanical polishing apparatus |
KR100899336B1 (en) * | 2009-02-03 | 2009-05-27 | 지앤피테크놀로지 주식회사 | Polishing head of chemical mechanical polishing assembly |
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- 2011-11-17 KR KR1020110119908A patent/KR101329028B1/en active IP Right Grant
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KR20020090370A (en) * | 2001-05-23 | 2002-12-05 | 삼성전자 주식회사 | Polishing head in chamical mechanical polishing apparatus |
KR100899336B1 (en) * | 2009-02-03 | 2009-05-27 | 지앤피테크놀로지 주식회사 | Polishing head of chemical mechanical polishing assembly |
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