KR101438334B1 - 씨엠피 장치의 연마헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연마헤드를 이루는 원형 다공판의 재질 및 구조를 개선하여 세라믹 재질의 균열(crack) 발생을 원천적으로 방지함으로써 제품의 수명을 연장함과 동시에 장비의 가동률을 극대화 시켜 생산효율을 크게 향상시킨 한 씨엠피 장치의 연마헤드에 관한 것으로, CMP 공정의 수행 시 펌핑 동작을 수행하는 압력조절장치와, 상기 압력조절장치의 하방에 구비되며 상기 압력조절장치의 펌핑에 의한 진공을 이용하여 웨이퍼를 직접 흡착하는 흡착부와, 상기 압력조절장치의 하부에 구비되며 표면에 다수개의 관통홀 형성되어 상기 압력조절장치에 의한 압력을 상기 흡착부로 전달하는 원형의 다공판과, 상기 웨이퍼를 연마하는 과정에서 상기 웨이퍼가 흡착부에서 이탈되는 것을 방지하는 리테이너링을 포함하는 CMP 장치의 연마헤드에 있어서, 상기 다공판은 원판형태의 본체와, 상기 본체의 상부 중앙에 양측으로 대칭되게 형성되는 한 쌍의 정렬홈과, 상기 본체에 형성되는 다수의 홀과, 상기 본체의 일측에 형성되는 4개의 다공홀과, 상기 본체의 후면 중앙에 형성되는 중앙홈부와, 상기 중앙홈부의 중앙에 일부가 삽입 고정되는 볼과, 상기 중앙홈부의 둘레에 삽입 고정되는 복수개의 밸런스핀과, 상기 본체의 테두리를 감싸도록 고정하는 상부 및 하부테두리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

씨엠피 장치의 연마헤드{POLISHING HEAD OF CMP APPARATUS}

본 발명은 반도체소자 제조용 씨엠피(CMP, Chemical Mechanical Polishing)장치의 연마헤드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연마헤드를 이루는 원형 다공판의 재질 및 구조를 개선하여 세라믹 재질의 균열(crack) 발생을 원천적으로 방지함으로써 제품의 수명을 연장함과 동시에 장비의 가동률을 극대화 시켜 생산효율을 크게 향상시킨 한 씨엠피 장치의 연마헤드에 관한 것이다.

최근 반도체장치가 고집적화 됨에 따라 배선구조가 다층화 되어 반도체 기판 상에 적층된 단위 셀들 사이의 표면단차가 증가됨에 따라, 상기 표면단차를 평탄화하기 위한 기술이 중요하게 모색되고 있다.

상기 반도체기판 표면을 평탄화 하는 기술 중 CMP는 반도체 기판 표면을 물리적 및 화학적으로 연마하는 것으로, 연마헤드가 웨이퍼를 흡착한 후 연마테이블의 상부에 부착된 연마패드와 연마액(슬러리)이 공급되는 상태에서 접촉하며 고속으로 회전함으로서 이루어진다.

종래의 CMP장치의 연마헤드를 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 1에서와 같이 CMP장치는 웨이퍼(W)를 진공 흡착 고정하여 연마테이블(20)의 연마패드(21)로 이동시킨 후, 가압 접촉하며 소정의 속도로 회전시켜 평탄화 작업을 수행하는 연마헤드(10)와, 상부에 연마패드(21)을 구비하고 소정의 속도로 회전하며 웨이퍼(W)의 연마면과 직접 접촉하는 연마테이블(20)을 포함한다.

또한 상기 연마헤드(10)는 CMP공정의 수행 시 펌핑(Pumping) 동작을 수행하는 압력조절장치(11)와, 상기 압력조절장치(11)의 하방에 구비되며 상기 압력조절장치(11)의 펌핑에 의한 진공을 이용하여 웨이퍼(W)를 직접 흡착하는 흡착부(12)와, 상기 웨이퍼(W)를 연마하는 과정에서 상기 웨이퍼(W)가 흡착부(12)에서 이탈되는 것을 방지하는 리테이너링(13)을 포함한다.

또한, 상기 압력조절장치(11)에는 연마하우징(14)이 연결되어 있고, 상기 연마하우징(14)과 고속으로 회전되는 회전축(15)이 연결되어 있다.

또한 상기 압력조절장치(11)의 하부에는 표면에 다수개의 관통홀 형성되는 원형의 다공판(30)이 더 구성되어 상기 압력조절장치(11)에 의한 압력을 흡착부(12)로 전달하는 기능을 수행하게 된다.

여기서 상기 다공판(30)의 구성을 상세히 살펴본다.

상기 다공판(30)은 도 2 및 도 3에서와 같이, 원판형태의 본체(31)와, 상기 본체(31)의 테두리를 감싸도록 고정하는 테두리부(32)와, 상기 본체(31)의 상부 중앙에 돌출 형성되는 정렬핀(33)과, 상기 본체(31)에 형성되는 다수의 홀(34)과, 상기 본체(31)의 일측에 형성되는 4개의 다공홀(35)과, 상기 본체(31)의 후면 중앙에 형성되는 중앙홈부(36)와, 상기 중앙홈부(37)의 중앙에 일부가 삽입 고정되는 볼(37)과, 상기 중앙홈부(36)의 둘레에 삽입 고정되는 복수개의 밸런스핀(38)을 포함한다.

이와 같이 구성되는 원형의 다공판(30)에 있어서, 상기 본체(31)의 상부 중앙에 돌출 형성된 정렬핀(33)은 중앙정렬을 담당하고 하면의 중앙홈부(36)에 장착된 볼(37)의 터치와 흔들림(Vibration)에 의한 균열을 방지해 주는 역할을 수행하는 것이나, 오히려 상기 정렬핀(33)에 의해 웨이퍼 공정상의 평탄 균일도가 떨어지는 문제점이 발생되었다.

뿐만 아니라 상기 볼(37)과의 상호 흔들림으로 인하여 중앙홈부(36)의 중앙부분과 중앙을 중심으로 비 방향성 균열이 발생되어 공정 진행 시 발생하지 말아야하는 리크(Leak)가 발생되며, 세라믹 가루들이 반도체 웨이퍼(W) 표면에 영향을 주어 심각한 수율(Yield) 저하의 원인이 되어왔다.

이런 이유로 장비의 정지가 비정기적으로 발생, 가동률을 저하시킴은 물론 생산성 저하에 심각한 영향을 초래하고 있는 실정이다.

또한 상기 중앙홈부(36)의 테두리부에 장착된 복수개의 밸런스핀(38)은 연마헤드 전체의 밸런스를 위해 설치된 것으로, 이 6개의 밸런스핀(38)들이 공정 중 한쪽으로 치우치거나 기울기가 틀어지는 것을 방지하는 기능을 수행하게 된다.

그런데, 종래의 밸런스핀(38)은 도 3의 (b)에서와 같이 밸런스핀(38) 하단의 고정부(38a)를 특수 접착제를 통해 중앙홈부(36)에 부착 고정시키게 되는 데, 시간이 경과함에 따라 상기 접착제가 경화되어 가루가 날리게 되는 현상이 발생되었고, 이는 연마공정에 심각한 악영향을 제공하게 되었다.

등록특허공보 10-0416808, 공개특허공보 10-2000-0008534, 등록특허공보 10-04191135, 공개특허공보 10-2010-0079165, 등록특허공보 10-0600231, 등록특허공보 10-0814068

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 연마헤드를 이루는 원형 다공판의 재질 및 구조를 개선하여 세라믹 재질의 균열(crack) 발생을 원천적으로 방지함으로써 제품의 수명을 연장함과 동시에 장비의 가동률을 극대화 시켜 생산효율이 뛰어나도록 한 씨엠피 장치의 연마헤드를 제공하는 것에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 CMP 공정의 수행 시 펌핑 동작을 수행하는 압력조절장치와, 상기 압력조절장치의 하방에 구비되며 상기 압력조절장치의 펌핑에 의한 진공을 이용하여 웨이퍼를 직접 흡착하는 흡착부와, 상기 압력조절장치의 하부에 구비되며 표면에 다수개의 관통홀 형성되어 상기 압력조절장치에 의한 압력을 상기 흡착부로 전달하는 원형의 다공판과, 상기 웨이퍼를 연마하는 과정에서 상기 웨이퍼가 흡착부에서 이탈되는 것을 방지하는 리테이너링을 포함하는 CMP 장치의 연마헤드에 있어서, 상기 다공판은 원판형태의 본체와, 상기 본체의 상부 중앙에 양측으로 대칭되게 형성되는 한 쌍의 정렬홈과, 상기 본체에 형성되는 다수의 홀과, 상기 본체의 일측에 형성되는 4개의 다공홀과, 상기 본체의 후면 중앙에 형성되는 중앙홈부와, 상기 중앙홈부의 중앙에 일부가 삽입 고정되는 볼과, 상기 중앙홈부의 둘레에 삽입 고정되는 복수개의 밸런스핀과, 상기 본체의 테두리를 감싸도록 고정하는 상부 및 하부테두리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르자면, 상기 중앙홈부의 중앙부위에 삽입 고정 설치되며 상기 볼의 일부가 노출되도록 노출공이 형성되는 원형의 금속판이 더 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르자면 상기 금속판은 스테인리스강(SUS) 재질로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르자면 상기 복수개 밸런스핀의 고정부는 나사형태로 구성되어 중앙홈부에 나사체결방식으로 고정되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르자면 상기 본체에 형성된 다공홀을 통해 전달되는 공기 공급 라인은 일체형의 동일 금속재질로 된 것을 특징으로 한다.

이와 같이 본 발명은 종래 원형 다공판의 상부에 형성된 정렬핀을 제거하고, 양측으로 대칭되게 중앙 정렬에 필요한 한 쌍의 정렬홈을 생성함으로써, 평탄 균일도를 크게 개선한 장점을 제공한다.

또한 본 발명은 다공판 하부의 중앙홈부에 금속판을 부착 고정하여, 종래 세라믹 재질 사용에 따른 크랙을 방지하여 공정불량을 획기적으로 개선함은 물론 장비의 정지를 극소화하여 생산성을 향상시킨 이점을 제공한다.

또한 본 발명은 다공판의 4개 다공홀을 통해 전달되는 공기 공급 라인을 기존의 스크류 체결 방식에서 일체형의 금속재질로 변경함으로서 해당 부분의 균열로 인한 장비 정지 및 이로 인한 비용의 발생을 극소화 시킨 장점을 제공한다.

또한 본 발명은 밸런스핀이 중앙홈부에 나사 결합되어 고정되도록 함으로써, 종래 접착제가 경화되어 가루가 날리게 되는 현상을 방지하는 장점을 제공한다.

도 1은 일반적인 CMP 장치의 개략적인 구성도,
도 2는 종래의 원형 다공판의 측면 구성도,
도 3의 (a)(b)는 종래 원형 다공판의 상면 및 하면 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 원형 다공판의 측면 구성도,
도 5의 (a)(b)는 본 발명 원형 다공판의 상면 및 하면 사시도,
도 6은 본 발명 원형 다공판의 분해 사시도이다.

우선, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하였다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 원형 다공판의 측면 구성도, 도 5의 (a)(b)는 본 발명 원형 다공판의 상면 및 하면 사시도, 도 6은 본 발명 원형 다공판의 분해 사시도이다.

도시된 바와 같이 본 발명은, CMP공정의 수행 시 펌핑 동작을 수행하는 압력조절장치(11)와, 상기 압력조절장치(11)의 하방에 구비되며 상기 압력조절장치(11)의 펌핑에 의한 진공을 이용하여 웨이퍼(W)를 직접 흡착하는 흡착부(12)와, 상기 압력조절장치(11)의 하부에 구비되며 표면에 다수개의 관통홀 형성되어 상기 압력조절장치(11)에 의한 압력을 상기 흡착부(12)로 전달하는 원형의 다공판(100)과, 상기 웨이퍼(W)를 연마하는 과정에서 상기 웨이퍼(W)가 흡착부(12)에서 이탈되는 것을 방지하는 리테이너링(13)을 포함하는 CMP 장치의 연마헤드에 있어서,

상기 다공판(100)은 원판형태의 본체(110)와, 상기 본체(110)의 상부 중앙에 양측으로 대칭되게 형성되는 한 쌍의 정렬홈(111)(111)과, 상기 본체(110)에 형성되는 다수의 홀(112)과, 상기 본체(110)의 일측에 형성되는 4개의 다공홀(113)과, 상기 본체(110)의 후면 중앙에 형성되는 중앙홈부(114)와, 상기 중앙홈부(114)의 중앙에 일부가 삽입 고정되는 볼(115)과, 상기 중앙홈부(114)의 중앙부위에 삽입 고정 설치되며 상기 볼(115)의 일부가 노출되도록 하여주는 원형의 금속판(116)과, 상기 중앙홈부(114)의 둘레에 삽입 고정되는 복수개의 밸런스핀(117)과, 상기 본체(110)의 테두리를 감싸도록 고정하는 상부 및 하부테두리부(120)(130)를 포함한다.

상기 원판형태의 본체(110)는 세라믹 재질로 형성되며, 상기 본체(110)의 테두리를 감싸도록 고정하는 상부 및 하부테두리부(120)(130)는 금속재질로 구성된다.

바람직하게는 상기 상부테두리부(120) 및 하부테두리부(130)는 스테인리스강(SUS) 재질로 구성된다.

또한 상기 본체(110)의 중앙에 형성된 한 쌍의 정렬홈(111)은 연마헤드의 정렬을 위한 구조로, 이러한 정렬홈(111)의 구조에 의해 볼(115)과의 상호 흔들림에 의해 본체(110) 하부의 중앙홈부(114)와 중앙을 중심으로 비 방향성 균열이 발생됨으로써 연마 공정 시 발생되는 리크(leak)가 방지되어진다.

또한 상기 금속판(116)은 중앙에 볼(115)을 고정시킴과 동시에 일부가 노출되도록 하여주는 노출공(116a)이 더 형성되고, 본체(111)의 하부 중앙홈부(114)에 특수 접착제를 통해 접착 고정된다.

상기 금속판(116)은 바람직하게는 스테인리스강(SUS) 재질로 구성된다.

이와 같은 금속판(116)의 구성에 의해 강도를 크게 향상시킴으로써 종래 세라믹 재질 사용에 따른 크랙을 방지하여 공정불량을 획기적으로 개선하게 된다.

또한 상기 복수개, 즉 6개의 밸런스핀(117)은 연마공정 중 연마헤드가 한쪽으로 치우치거나 기울기가 틀어지는 것을 방지하기 위한 것으로, 도 5 (b)에서와 같이 하단의 고정부(117a)를 나사산 처리하여 중앙홈부(114)에 고정 시 나사체결방식으로 고정되도록 구성된다.

따라서 이와 같이 고정되는 6개의 밸런스핀(117)은 종래의 접착제 접착방식에 따라 발생되던 문제점인 접착제가 경화되어 가루가 날리게 되는 현상을 방지하게 된다.

또한 상기 본체(110)에 형성된 다공홀(113)을 통해 전달되는 공기 공급 라인을 기존의 스크류 체결 방식에서 일체형의 동일 재질로 변경함으로서 해당 부분의 균열로 인한 장비 정지 및 이로 인한 비용의 발생을 극소화 시켰다.

10: 연마헤드 11: 압력조절장치
12: 흡착부 13: 리테이너링
100: 다공판 110: 본체
111: 정렬홈 112: 홀
113: 다공홈 114: 중앙홈부
115: 볼 116: 금속판
116a: 노출공 117: 밸런스핀
117a: 고정부 110: 상부테두리부
120: 하부테두리부

Claims (5)

1. CMP 공정의 수행 시 펌핑 동작을 수행하는 압력조절장치(11)와, 상기 압력조절장치(11)의 하방에 구비되며 상기 압력조절장치(11)의 펌핑에 의한 진공을 이용하여 웨이퍼(W)를 직접 흡착하는 흡착부(12)와, 상기 압력조절장치(11)의 하부에 구비되며 표면에 다수개의 관통홀 형성되어 상기 압력조절장치(11)에 의한 압력을 상기 흡착부(12)로 전달하는 원형의 다공판(100)과, 상기 웨이퍼(W)를 연마하는 과정에서 상기 웨이퍼(W)가 흡착부(12)에서 이탈되는 것을 방지하는 리테이너링(13)을 포함하는 CMP 장치의 연마헤드에 있어서,
   상기 다공판(100)은 원판형태의 본체(110)와, 상기 본체(110)의 상부 중앙에 양측으로 대칭되게 형성되는 한 쌍의 정렬홈(111)(111)과, 상기 본체(110)에 형성되는 다수의 홀(112)과, 상기 본체(110)의 일측에 형성되는 4개의 다공홀(113)과, 상기 본체(110)의 후면 중앙에 형성되는 중앙홈부(114)와, 상기 중앙홈부(114)의 중앙에 일부가 삽입 고정되는 볼(115)과, 상기 중앙홈부(114)의 둘레에 삽입 고정되는 복수개의 밸런스핀(117)과, 상기 본체(110)의 테두리를 감싸도록 고정하는 상부 및 하부테두리부(120)(130)를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장치의 연마헤드.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 중앙홈부(114)의 중앙부위에 삽입 고정 설치되며 상기 볼(115)의 일부가 노출되도록 노출공(116a)이 형성되는 원형의 금속판(116)이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장치의 연마헤드.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 금속판(116)은 스테인리스강(SUS) 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 씨엠피 장치의 연마헤드.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수개 밸런스핀(117)의 고정부(117a)는 나사형태로 구성되어 중앙홈부(114)에 나사체결방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 씨엠피 장치의 연마헤드.
   
5. 삭제

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