KR101600767B1 - Chemical mechanical polishing apparatus and polishing table assembly used therein - Google Patents

Chemical mechanical polishing apparatus and polishing table assembly used therein Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus and a polishing plate assembly used therein. As a chemical mechanical polishing apparatus for polishing a surface of a wafer, the chemical mechanical polishing apparatus includes: a carrier head for rotating the wafer while downwardly pressurizing the wafer in a state of locating the wafer at one spot; the polishing plate which is driven while rotating; a first polishing pad which is installed on the polishing plate to contact a part including an edge end of the wafer located on the bottom of the carrier head during a chemical mechanical polishing process; and a second polishing pad which is installed on the polishing plate to contact another part of the wafer located on the bottom of the carrier head during the chemical mechanical polishing process, and is formed with a harder material as compared to the first polishing pad, and can improve a polishing rate per unit hour at the edge of the wafer while the edge of the wafer adheres to the polishing pad. The polishing plate assembly used therein is also provided.

Description

화학 기계적 연마 장치 및 이에 사용되는 연마 정반 조립체 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND POLISHING TABLE ASSEMBLY USED THEREIN}Technical Field [0001] The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus, and a polishing apparatus,

본 발명은 화학 기계적 연마 장치 및 이에 사용되는 연마 정반 조립체로서, 상세하게는 웨이퍼의 가장자리 영역에서 리테이너 링의 눌림에 의한 연마 패드의 리바운드 변형에 의하여 웨이퍼 가장자리가 연마 패드에 밀착된 상태를 유지하지 못하여 단위 시간당 연마량이 불규칙적이고 연마두께의 제어가 곤란한 문제점을 해결한 화학 기계적 연마 장치 및 이에 사용되는 연마정반 조립체이다.
The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus and a polishing platen assembly to be used therefor. More particularly, the present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus and a polishing platen assembly for use in the same, A chemical mechanical polishing apparatus which solves the problem that the polishing amount per unit time is irregular and the control of the polishing thickness is difficult, and a polishing platen assembly used therefor.

화학기계적 연마(CMP) 장치(1)는 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.The chemical mechanical polishing (CMP) apparatus 1 includes a wide-area planarization that removes a height difference between a cell region and a peripheral circuit region due to unevenness of a wafer surface generated while repeating masking, etching, and wiring processes during a semiconductor device fabrication process, And to improve the surface roughness of the wafer due to contact / wiring film separation for circuit formation and highly integrated elements.

이러한 화학 기계적 연마(CMP) 장치(1)는, 도1에 도시된 바와 같이 캐리어 헤드(20)는 연마공정 중에웨이퍼(W)의 연마면이 연마 패드(11)와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼(W)를 가압하면서 회전시키고, 동시에 연마 패드(11)도 자전하면서 기계적 연마 공정을 행하도록 한다. 동시에 연마 패드(11) 상에 슬러리 공급부(30)로부터 슬러리가 연마 패드(11) 상에 공급되면, 슬러리가 웨이퍼(W)로 유입되면서 웨이퍼(W)의 화학적 연마 공정이 행해진다. 1, the carrier head 20 is mounted on the wafer W in such a manner that the polishing surface of the wafer W is opposed to the polishing pad 11 during the polishing process. In this chemical mechanical polishing (CMP) apparatus 1, The polishing pad 11 is rotated while pressurizing the wafer W while the polishing pad 11 is rotating. Simultaneously, when the slurry is supplied onto the polishing pad 11 from the slurry supplying section 30 on the polishing pad 11, the slurry is introduced into the wafer W and the chemical polishing process of the wafer W is performed.

여기서, 캐리어 헤드(20)는 도3에 도시된 바와 같이 외부의 구동 수단에 의하여 회전 구동하는 본체부(21)와, 본체부(21)에 결합하여 그 사이에 압력 챔버(C)를 형성하는 가요성 재질의 멤브레인(23)과, 웨이퍼(W)를 연마 패드(11) 상에 가압하는 멤브레인(23)의 바닥판의 바깥 둘레를 감싸게 형성되어 연마 패드(11)에 접촉한 상태를 유지하여 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(24)으로 구성된다. 3, the carrier head 20 includes a main body 21 rotatably driven by external driving means, and a pressure chamber C formed between the main body 21 and the main body 21 A flexible membrane 23 and an outer periphery of a bottom plate of the membrane 23 for pressing the wafer W onto the polishing pad 11 are formed to be in contact with the polishing pad 11 And a retainer ring 24 for preventing the wafer W from coming off.

여기서, 멤브레인(23)은 링 형태의 격벽(233)이 바닥판(231)으로부터 연장 형성되어 본체부(21)에 결합되므로, 본체부(21)와 바닥판(231)의 사이에 다수로 분할된 압력 챔버(C)를 형성한다. The membrane 23 is divided into a plurality of portions between the main body 21 and the bottom plate 231 because the ring-shaped partition 233 extends from the bottom plate 231 and is coupled to the main body 21. Thereby forming the pressure chamber C that has been formed.

그리고, 컨디셔너(40)는 회전하는 컨디셔닝 디스크(41)로 연마 패드(11)의 표면을 개질하면서 선회 운동을 하여, 연마 패드(11) 상에 공급된 슬러리는 연마 패드(11)의 미세홈을 통해 캐리어 헤드(20)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)로 원활히 공급될 수 있게 된다. The conditioner 40 rotates while modifying the surface of the polishing pad 11 with the rotating conditioning disk 41 so that the slurry supplied onto the polishing pad 11 is transferred to the fine grooves of the polishing pad 11 To the wafer W located on the bottom surface of the carrier head 20. [

연마 패드(11)는 연마 정반(12)의 상면에 입혀진 상태로 회전(11d)하여, 캐리어 헤드(20)에 의하여 가압되면서 회전하는 웨이퍼(W)의 연마층을 기계적으로 연마한다. 즉, 압력 제어부(25)로부터 각 압력 챔버(C)에 공급되는 공압에 의하여 압력 챔버(C)가 팽창하면서, 압력 챔버(C)의 멤브레인 바닥판(231)을 통해 웨이퍼(W)를 가압하고, 본체부(21)의 회전에 따라 웨이퍼(W)를 회전 구동하면서 화학 기계적 연마 공정을 행한다. The polishing pad 11 is rotated 11d while being worn on the upper surface of the polishing platen 12 to mechanically polish the polishing layer of the wafer W rotating while being pressed by the carrier head 20. [ That is, the pressure chamber C is expanded by the air pressure supplied from the pressure control unit 25 to each pressure chamber C, and the wafer W is pressed through the membrane bottom plate 231 of the pressure chamber C , And the chemical mechanical polishing process is performed while rotating the wafer W in accordance with the rotation of the main body 21.

여기서, 웨이퍼(W)는 자전하면서 회전하는 연마 패드(11)에 가압되는 상태로 연마되므로, 마찰에 의하여 캐리어 헤드(20)의 바깥으로 튀어나가려는 힘이 작용하게 된다. 웨이퍼(W)를 하방 가압하는 캐리어 헤드(20)의 가압력에 의하여 웨이퍼(W)가 바깥으로 튀어나가는 것이 방지되지만, 물리적으로는 웨이퍼의 둘레를 감싸는 리테이너 링(24)이 연마 패드(11)를 가압(Pr)한 상태로 함께 회전하여 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(20)로부터 이탈하는 것을 방지한다. Here, since the wafer W is polished in a state in which it is pressed by the rotating polishing pad 11 while rotating, a force to jump out of the carrier head 20 due to friction is applied. The wafer W is prevented from protruding outwardly by the pressing force of the carrier head 20 which presses the wafer W downward but the retainer ring 24 which surrounds the periphery of the wafer physically prevents the polishing pad 11 So that the wafers W are prevented from being separated from the carrier head 20 by rotating together under pressure Pr.

그러나, 도4에 도시된 바와 같이, 리테이너 링(24)이 하방으로 가압하는 힘(Pr)이 연마 패드(11)를 가압함에 따라, 리테이너 링(24)이 가압하는 영역(24x)에서는 연마 패드(11)가 눌려 변형되고, 눌려 변형된 가압 영역(24x)의 주변 영역(99x)은 연마 패드(11)의 눌림 변형을 상쇄시키기 위하여 볼록 솟은 리바운드 변형(99)이 발생된다. 4, in the region 24x where the retainer ring 24 is pressed by the pressing force Pr of the retainer ring 24 downwardly pressing the polishing pad 11, The peripheral region 99x of the depressed depressed area 24x is deformed and the depressed rebound deformation 99 is generated in order to cancel the depressed deformation of the polishing pad 11. [

그러나, 연마 패드(11)의 리바운드 변형(99)에 의하여 돌출된 면과 접촉하는 웨이퍼 가장자리 부분은 과도한 가압력이 인가되면서 단위 시간당 연마량이 급증하지만, 연마 패드(11)의 리바운드 변형(99)에 의해 둘출된 부분과 인접한 오목 부분은 웨이퍼와 접촉하지 못하여 단위 시간당 연마량이 감소하여, 웨이퍼 가장자리에서의 연마량이 일정하지 않고 제어가 어려운 문제점이 있었다. However, the edge portion of the wafer contacting the surface protruded by the rebound deformation 99 of the polishing pad 11 is abruptly increased by the application of an excessive pressing force. However, due to the rebound strain 99 of the polishing pad 11, The recessed portion adjacent to the recessed portion can not contact the wafer, and the amount of polishing per unit time is reduced, so that the amount of polishing at the edge of the wafer is not constant and control is difficult.

이와 같은 연마 패드(11)의 리바운드 변형(99)을 해소하기 위하여, 멤브레인 측면(232)의 상측에 가압 챔버(Cx)를 형성하여, 가압 챔버(Cx)의 저면을 형성하는 경사면에 전달되는 힘(Fcx)의 수직 방향 성분을 전달 부재(239)를 통해 하방으로 유도하여 멤브레인 측면(232)을 따라 웨이퍼 가장자리 끝단을 가압하는 시도가 행해지지만, 멤브레인 측면(232)을 따라 가압력(Fv)을 웨이퍼 가장자리 끝단에 도입하더라도, 가압력(Fv)이 연마 패드(11)의 리바운드 변형(99)을 억제할 정도로 크지 못하므로, 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단에서 연마량(removal rate)이 낮아지거나 연마량을 제어하는 것이 곤란해지는 문제가 있었다. In order to solve the rebound strain 99 of the polishing pad 11 as described above, a pressure chamber Cx is formed on the upper side of the membrane side surface 232, and a force transmitted to the inclined surface forming the bottom surface of the pressure chamber Cx An attempt is made to push the vertical edge component of the wafer Fcx downwardly through the transfer member 239 and press the edge of the wafer edge along the membrane side 232 but the pressing force Fv along the membrane side 232, The removal rate at the edge of the wafer W is lowered or the amount of polishing is reduced at the edge of the wafer W because the pressing force Fv is not large enough to suppress the rebound strain 99 of the polishing pad 11 There has been a problem that it becomes difficult to control.

따라서, 웨이퍼(W)의 가장자리 영역에 대해서도 중심부와 동등한 수준의 연마량으로 제어할 수 있는 방안의 필요성이 절실히 대두되고 있다.
Therefore, there is a great need for a method of controlling the edge area of the wafer W to a polishing amount equivalent to the center part.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이너 링이 연마 패드를 가압하여 연마 패드의 눌림 변형이 발생되더라도, 웨이퍼의 가장자리 끝단에서의 연마량을 정확하게 제어할 수 있게 하는 화학 기계적 연마 장치 및 이에 사용되는 연마 정반 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned technical background, and it is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for polishing an abrasive pad, in which a polishing pad is pressed by a retainer ring for preventing separation of a wafer during a chemical mechanical polishing process, And to provide a polishing platen assembly for use therein.

또한, 본 발명은 리테이너 링에 의한 연마 패드의 눌림 변형에도 웨이퍼의 판면 전체에 걸쳐 균일한 가압력이 도입될 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to allow a uniform pressing force to be introduced over the entire surface of a wafer even when the polishing pad is pressed against the retainer ring.

이를 통해, 본 발명은 웨이퍼의 가장자리 끝단에서도 의도한 연마량 만큼 연마되어 연마 두께를 정확히 제어할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
Accordingly, it is an object of the present invention to precisely control the polishing thickness even at the edge of the wafer by an intended polishing amount.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서, 웨이퍼를 하방 가압하면서 회전 구동하는 캐리어 헤드와; 회전 구동되는 연마 정반과; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 가장자리 끝단을 포함하는 부분과 접촉하게 상기 연마 정반에 설치된 제1연마 패드와; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 다른 일부와 접촉하게 상기 연마 정반에 설치되되, 상기 제1연마 패드에 비하여 보다 경질 재질로 형성된 제2연마 패드를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a chemical mechanical polishing apparatus for polishing a surface of a wafer, comprising: a carrier head rotating and driving the wafer under pressure; A polishing platen rotationally driven; A first polishing pad provided on the polishing platen so as to be in contact with a portion including an edge of the wafer positioned on a bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process; A second polishing pad, which is provided on the polishing platen so as to be in contact with another part of the wafer positioned on the bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process, the polishing pad being formed of a harder material than the first polishing pad; The present invention also provides a chemical mechanical polishing apparatus comprising:

이는, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링이 접촉하는 영역에서 연마 패드가 하방으로 눌리는 눌림 변형이 발생되고, 이에 따라 리테이너 링과 인접한 웨이퍼 가장자리에서 리바운드 변형이 발생되어, 리바운드 변형에 의하여 웨이퍼의 가장자리가 연마 패드에 보다 높은 가압력으로 접촉하면서 웨이퍼의 가장자리 영역의 일부분이 단위 시간당 연마량이 중앙부 영역에서의 단위 시간당 연마량에 비하여 급격히 커지는 문제가 발생되는데, 웨이퍼의 가장자리가 접촉하는 연마 패드를 중앙부가 접촉하는 제2연마 패드에 비하여 보다 연질의 제1연마 패드로 형성함에 따라, 리테이너 링에 의한 눌림 변형에 따른 리바운드 변형을 보다 낮추고 연질 패드와 접촉하는 동안에 단위 시간당 연마량을 낮아지면서, 웨이퍼의 가장자리에서의 리바운드 변형에 의하여 웨이퍼 가장자리의 연마량을 일정하게 조절할 수 있도록 하기 위함이다. This is because, during the chemical mechanical polishing process, the polishing pad is pressed downward in the region where the retainer ring comes into contact with the polishing pad, so that a rebound deformation occurs at the edge of the wafer adjacent to the retainer ring, There is a problem that the polishing amount per unit time of the edge area of the wafer is drastically increased as compared with the polishing amount per unit time in the central area while contacting with the pad at a higher pressing force. 2 polishing pad, the rebound deformation due to the pressing deformation by the retainer ring is further lowered, and the amount of polishing per unit time is lowered during the contact with the soft pad, so that the rebound at the edge of the wafer On the deformation So that the polishing amount of the edge of the wafer can be controlled to be constant.

다시 말하면, 웨이퍼의 중앙 영역은 단위 시간당 연마량을 높이기 위하여 종래에 사용하던 재질의 제2연마 패드를 사용하지만, 웨이퍼의 가장자리 영역에는 리바운드 변형을 최소화하기 위하여 중앙 영역에서 사용되는 제2연마 패드에 비하여 낮은 경도를 갖는 연질의 제1연마 패드와도 접촉하게 함으로써, 웨이퍼 가장자리가 제1연마 패드와 접촉하는 동안에 웨이퍼 가장자리와 연마 패드와의 접촉 상태를 보다 밀착되게 유지하여, 웨이퍼 가장자리가 제2연마 패드와 접촉하는 동안에 단위 시간당 연마량이 급격히 상승하는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. In other words, although the second polishing pad of the material used in the past is used for increasing the polishing amount per unit time in the central region of the wafer, in order to minimize the rebound strain in the edge region of the wafer, So that the contact between the edge of the wafer and the polishing pad is maintained more closely while the edge of the wafer is in contact with the first polishing pad so that the edge of the wafer is brought into contact with the second polishing pad It is possible to obtain an effect of preventing a sharp increase in the amount of polishing per unit time during contact with the pad.

이 때, 제1연마 패드와 제2연마 패드는 회전하는 연마정반 상에 입혀지므로, 상기 제1연마 패드는 상기 연마 정반의 동심원을 이루는 형태로 설치된다. At this time, since the first polishing pad and the second polishing pad are coated on a rotating polishing platen, the first polishing pad is provided in a form of a concentric circle of the polishing platen.

그리고, 제1연마 패드가 자전 1바퀴할 때마다 웨이퍼의 가장자리와 접촉하는 웨이퍼의 일부분이 웨이퍼 중심으로부터 반지름의 4/5의 바깥 영역이 되도록 제1연마 패드의 배치가 정해진다.Then, each time the first polishing pad rotates one turn, the arrangement of the first polishing pad is determined such that a portion of the wafer that contacts the edge of the wafer is located outside the center of the wafer from the center of the wafer by 4/5 of the radius.

한편, 상기 캐리어 헤드는 상기 웨이퍼를 가압하는 멤브레인 바닥판의 가장자리에서 절곡 형성된 멤브레인 측면을 따라 가압력을 상기 웨이퍼의 가장자리 끝단부에 인가하도록 구성된다. 이와 같이, 멤브레인 측면을 따라 웨이퍼의 가장자리 영역에 가압력을 인가함에 따라, 웨이퍼 가장자리 영역이 리바운드 변형이 작은 연질의 제1연마 패드와 접촉하면서 연마 패드의 표면과 밀착하게 되면서, 웨이퍼 가장자리 영역이 제2연마 패드가 접촉하는 동안에도 밀착된 상태를 유지할 수 있게 되는데, 이 때 멤브레인 측면 상측의 가압 챔버로부터 멤브레인 측면을 따라 가압력을 웨이퍼 가장자리에 도입함으로써, 웨이퍼와 연마 패드가 밀착된 상태에서 가압력이 도입되어 웨이퍼의 가장자리에서의 연마 효율을 보다 향상시킬 수 있다. On the other hand, the carrier head is configured to apply a pressing force to the edge of the wafer along the side of the membrane bent at the edge of the membrane bottom plate pressing the wafer. Thus, by applying a pressing force to the edge region of the wafer along the side surface of the membrane, the wafer edge region comes into contact with the surface of the polishing pad while being in contact with the soft first polishing pad having a small rebound deformation, The pressing force is introduced in a state in which the wafer and the polishing pad are in close contact with each other by introducing a pressing force along the side of the membrane from the pressing chamber on the upper side of the membrane side to the edge of the wafer The polishing efficiency at the edge of the wafer can be further improved.

즉, 종래와 같이 연마 패드의 리바운드 변형이 발생된 경우에 멤브레인 측면을 따라 가압력을 웨이퍼 가장자리에 인가하더라도, 멤브레인 가장자리는 연마 패드의 리바운드 변형에 의하여 가압력에도 불구하고 밀착된 상태를 지속적으로 유지시키지 못하므로, 멤브레인 가장자리에서의 단위 시간당 연마량이 부분적으로 높아지는 한계를 가지고 있었다. 그러나, 본 발명은 연마 정반이 1회전하면서 리바운드 변형이 적은 연질의 제1연마 패드가 웨이퍼의 가장자리와 접촉하면서 웨이퍼 가장자리가 연마 패드와 밀착된 상태로 유도되므로, 경질의 제1연마 패드가 웨이퍼의 가장자리와 접촉하는 동안에도 밀착된 상태가 조금씩 해제되더라도 밀착 상태의 지속 시간 동안에 멤브레인 측면을 통해 인가되는 가압력으로 웨이퍼 가장자리의 단위 시간당 연마량을 중앙부 영역과 동일한 수준으로 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. That is, even if a pressing force is applied to the edge of the wafer along the side surface of the membrane when the rebound deformation of the polishing pad occurs as in the conventional art, the edge of the membrane does not continuously maintain the close contact state despite the pressing force due to the rebound deformation of the polishing pad So that the amount of polishing per unit time at the edge of the membrane was partially increased. However, since the first edge of the wafer is brought into contact with the edge of the wafer while the first edge of the wafer is in contact with the edge of the wafer, the hard first polishing pad is pressed against the edge of the wafer The polishing amount per unit time of the wafer edge per unit time can be maintained at the same level as the central area by the pressing force applied through the side surface of the membrane during the duration of the close contact state even if the contact state is slightly released during the contact with the edge.

한편, 본 발명은, 캐리어 헤드에 의하여 웨이퍼를 하나의 지점에 위치시킨 상태로 하방 가압하면서 회전시키면서 상기 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학 기계적 연마 장치용 연마정반 조립체로서, 회전 구동되는 연마 정반과; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 가장자리를 포함하는 일부분과 접촉하게 상기 연마 정반에 설치된 제1연마 패드와; 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 다른 일부와 접촉하게 상기 연마 정반에 설치되되, 상기 제1연마 패드와 경도가 다른 재질로 형성된 제2연마 패드를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마정반 조립체를 제공한다. Meanwhile, the present invention relates to a polishing platen assembly for a chemical mechanical polishing apparatus for polishing a surface of a wafer while rotating the wafer while pressing downward while a wafer is positioned at one point by a carrier head, the polishing platen assembly comprising: A first polishing pad installed on the polishing platen to contact a part including the edge of the wafer positioned on the bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process; A second polishing pad provided on the polishing platen so as to be in contact with another portion of the wafer located on the bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process, the second polishing pad being formed of a material having a hardness different from that of the first polishing pad; And a chemical mechanical polishing platen assembly.

이 때, 상기 제1연마 패드는 상기 제2연마 패드에 비하여 보다 연질로 형성되어, 제1연마 패드의 눌림에 의한 리바운드 변형량을 최소화하여, 제1연마 패드가 웨이퍼의 가장자리와 접촉할 때에 연마 패드와 밀착되게 유도함으로써, 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 단위 시간당 연마량이 급격히 상승하는 것을 방지하고 다른 영역과 유사한 단위 시간당 연마량으로 유지할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
At this time, the first polishing pad is formed so as to be softer than the second polishing pad, so that the rebound deformation amount due to the pressing of the first polishing pad is minimized, so that when the first polishing pad comes into contact with the edge of the wafer, It is possible to prevent an abrupt increase in the polishing amount per unit time in the edge region of the wafer and to maintain the abrasive amount per unit time similar to other regions.

본 발명에 따르면, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링이 접촉하는 영역에서 연마 패드의 눌림 변형에 따라 그 주변에서의 리바운드 변형에 의해 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간당 연마량이 급격히 높아지는 종래의 문제점을 해소할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to solve the conventional problem of abruptly increasing the polishing amount per unit time at the edge of the wafer due to the rebound deformation around the polishing pad in the region where the retainer ring comes into contact with the polishing pad during the chemical mechanical polishing process An advantageous effect can be obtained.

즉, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 가장자리 끝단을 포함하는 부분과 접촉하게 상기 연마 정반에 설치된 제1연마 패드를 구비함으로써, 웨이퍼의 1회전 마다 제1연마 패드가 웨이퍼 가장자리의 하측을 통과할 동안에 리바운드 변형이 제거되거나 극소화되어 웨이퍼 가장자리와 연마 패드가 밀착되게 유도함으로써, 웨이퍼 가장자리가 연마 패드와 밀착된 상태에서 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간당 연마량을 일정하게 유지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.That is, the present invention includes the first polishing pad provided on the polishing platen so as to be in contact with a portion including the edge of the wafer positioned on the bottom surface of the carrier head during the chemical mechanical polishing process, The amount of polishing per unit time at the edge of the wafer in the state in which the edge of the wafer is in close contact with the polishing pad is set to be constant It is possible to obtain an advantageous effect.

이와 같이, 본 발명은 웨이퍼 가장자리에서 리테이너 링의 눌림 변형에 의한 리바운드 변형에도 불구하고 연마 패드와의 접촉 상태가 1회전마다 1회 이상 밀착되게 유도됨에 따라, 웨이퍼 가장자리와 연마 패드의 접촉 패턴이 일정하게 제어되면서, 연마 두께를 보다 정교하게 제어할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. As described above, the present invention is directed to bring the contact state of the polishing pad into contact with the polishing pad at least once per rotation, despite the rebound deformation caused by the pressing deformation of the retainer ring at the edge of the wafer, It is possible to obtain an advantageous effect that the polishing thickness can be more precisely controlled.

또한, 본 발명은 멤브레인 측면의 상측에 하방으로 가압하는 가압 챔버를 구비하여, 가압 챔버로부터의 가압력을 웨이퍼 가장자리에 크게 도입할 수 있으므로, 연질의 제1연마 패드에 의하여 웨이퍼 가장자리 저면과 연마 패드와의 밀착 상태가 유도되었을 때에 정해진 가압력이 웨이퍼 가장자리에 도입되어, 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간당 연마량을 조절할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, the present invention has a pressurizing chamber that presses downward on the side of the membrane so that the pressing force from the pressurizing chamber can be largely introduced into the edge of the wafer, so that the soft edge of the wafer edge and the polishing pad A predetermined pressing force is introduced to the edge of the wafer and the polishing amount per unit time at the edge of the wafer can be adjusted.

동시에, 본 발명은 멤브레인 측면의 상측에 위치한 가압 챔버의 압력을 조절하는 것에 의하여 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간당 연마량을 조절할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
At the same time, the present invention can obtain the effect of adjusting the polishing amount per unit time at the edge of the wafer by adjusting the pressure of the pressure chamber located on the upper side of the membrane side.

도1은 종래의 화학 기계적 연마 장치를 도시한 평면도,
도2는 도1의 정면도,
도3은 도1의 캐리어 헤드의 반단면도,
도4는 도3의 'A'부분의 확대도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도,
도6은 도5의 평면도,
도7은 도6의 'B'부분의 캐리어 헤드의 일부 확대 단면도,
도8 내지 도10은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 화학 기계적 연마 장치의 연마 패드의 배치 구조를 도시한 평면도이다.
1 is a plan view showing a conventional chemical mechanical polishing apparatus,
Fig. 2 is a front view of Fig. 1,
Figure 3 is a half sectional view of the carrier head of Figure 1,
4 is an enlarged view of a portion 'A' in FIG. 3,
5 is a front view showing a configuration of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention;
Fig. 6 is a plan view of Fig. 5,
FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view of the carrier head in the portion 'B' of FIG. 6,
8 to 10 are plan views showing the arrangement structure of the polishing pad of the chemical mechanical polishing apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(9) 및 이에 사용되는 연마 정반 조립체(100)을 상술한다. 다만, 본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, the chemical mechanical polishing apparatus 9 according to one embodiment of the present invention and the polishing platen assembly 100 used therefor will be described in detail. However, in describing one embodiment of the present invention, the same or similar reference numerals are given to the same or similar components to the known components, and a detailed description thereof will be omitted.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치(9)는 표면에 연마 패드(120)가 입혀지고 자전하는 연마정반 조립체(100)와, 연마 패드(120) 상에 웨이퍼(W)를 가압하면서 회전시키는 캐리어 헤드(200)를 포함하여 구성된다.
A chemical mechanical polishing apparatus 9 according to an embodiment of the present invention includes a polishing platen assembly 100 on which a polishing pad 120 is wound and rotated by a polishing pad 120 and a polishing pad 120 that presses the wafer W onto the polishing pad 120 And a carrier head 200 for rotating the carrier head 200.

상기 연마정반 조립체(100)는 회전 구동(110d)되고 상면이 평탄하게 형성된 연마 정반(110)과, 웨이퍼(W)의 연마 작용을 위하여 연마 정반(110) 상에 입혀진 연마 패드(120)로 구성된다. The polishing platen assembly 100 includes a polishing platen 110 having a top surface formed with a rotational drive 110d and a polishing pad 120 clad on the polishing platen 110 for polishing the wafer W. [ do.

여기서, 연마 패드(120)는 중심으로부터 웨이퍼(W)의 가장자리 영역까지 연장되며 낮은 경도 및 낮은 강성을 갖는 연질 소재로 이루어진 제1연마 패드(121)와, 제1연마 패드(121)에 비하여 높은 경도 및 높은 강성을 갖는 경질 소재로 이루어진 제2연마 패드(122)로 이루어진다. 제2연마 패드(122)는 종래에 화학 기계적 연마 공정에서 널리 사용되던 패드 소재로 형성되며, 제1연마패드(121)는 제2연마패드(122)에 비하여 연질의 소재로 이루어져, 작은 힘에 의하여 쉽게 변형되지만 한 지점에서의 변형에 의하여 주변의 변형이 작은 특성을 갖는다. The polishing pad 120 has a first polishing pad 121 extending from the center to an edge region of the wafer W and made of a soft material having low hardness and low rigidity and a second polishing pad 121 And a second polishing pad 122 made of a hard material having hardness and high rigidity. The second polishing pad 122 is formed of a pad material conventionally used in a chemical mechanical polishing process. The first polishing pad 121 is made of a soft material as compared with the second polishing pad 122, However, the deformation at one point has a small characteristic of deformation in the periphery.

다만, 본 발명은 제1연마 패드(121)가 제2연마 패드(122)에 비하여 연질 재료로 형성되면 충분하며 이를 통해 웨이퍼 가장자리 영역(e)이 제1연마 패드(121)와 접촉할 때에 제2연마패드(122)와 접촉하는 동안의 패드 리바운드 변형을 줄이는 효과를 얻을 수 있다.However, it is sufficient if the first polishing pad 121 is formed of a soft material as compared with the second polishing pad 122, and when the wafer edge area e contacts the first polishing pad 121, The effect of reducing the pad rebound deformation during contact with the two polishing pads 122 can be obtained.

도5에 도시된 바와 같이 제1연마 패드(121)와 제2연마 패드(122)는 동심원 형태로 형성될 수 있다. 제1연마 패드(121)는 연마 정반(110) 상에서 웨이퍼(W)가 위치하는 영역 중 가장자리 영역(e)까지 연장되도록 그 반경(R1)이 정해진다. 예를 들어, 웨이퍼(W)의 반경(R)의 80%~98%의 바깥 영역(웨이퍼 가장자리 끝단으로부터 2%~20%)이 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(e)으로서 제1연마 패드(121)와 접촉하게 반경(R1)이 정해질 수 있으며, 바람직하게는 가장자리 영역(e)은 웨이퍼(W)의 반경(R)의 3%~10%로 정해진다. As shown in FIG. 5, the first polishing pad 121 and the second polishing pad 122 may be formed in a concentric shape. The radius R1 of the first polishing pad 121 is determined so as to extend to the edge region e of the region where the wafer W is located on the polishing platen 110. [ For example, the outer region (2% to 20% from the edge of the wafer edge) of 80% to 98% of the radius R of the wafer W is the edge region e of the wafer W, And the edge region e is preferably set to 3% to 10% of the radius R of the wafer W. In this case,

도면에는 제1연마 패드(121)와 제2연마 패드(122)가 동심원 형태로 형성되어 웨이퍼(W)의 1회전마다 1번씩 제1연마 패드(121)와 웨이퍼 가장자리 영역(e)이 접촉하는 구성이 예시되어 있지만, 도8 및 도9에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)가 1회전할 때마다 2번 이상 가장자리 영역(e)이 제1연마패드(121)와 접촉하도록 구성될 수도 있다. The first polishing pad 121 and the second polishing pad 122 are formed in a concentric shape so that the first polishing pad 121 and the wafer edge region e are in contact with each other once per rotation of the wafer W 8 and 9, the edge region e may contact the first polishing pad 121 two or more times each time the wafer W makes one revolution.

즉, 도8에 도시된 바와 같이, 제1연마패드(121, 121')는 웨이퍼(W)의 회전 방향을 기준으로 180도 간격을 두고 배치되어, 웨이퍼가 1회전 할때마다 2번씩 연질의 제1연마패드(121, 121')와 접촉한다. 이를 위하여, 제1연마패드 중 하나(121')는 링형 띠 모양 형태로 형성된다. 이와 같이 반경 방향을 따라 2군데에 배치되면, 제1연마 패드(121, 121')가 웨이퍼(W)의 중앙부 판면과 접촉하지 않으면서, 웨이퍼(W)가 1회전할 때마다 연질의 제1연마패드(121, 121')와 180도 회전각마다 1회씩 모두 2회 접촉함에 따라, 웨이퍼 가장자리(e)에서 연마 패드(120)의 리바운드 돌출에 따른 밀착되지 않은 시간을 최소화하고, 웨이퍼 중앙부에서 경질의 제1연마패드(122)와의 접촉 시간을 크게 줄이지 않으므로 전체적인 연마 시간의 지연없이 웨이퍼 가장자리(e)의 연마품질을 높일 수 있다. That is, as shown in FIG. 8, the first polishing pads 121 and 121 'are arranged at an interval of 180 degrees with respect to the rotation direction of the wafer W, and each time the wafer makes one revolution, And contacts the first polishing pad 121, 121 '. To this end, one of the first polishing pads 121 'is formed in a ring-like band shape. The first polishing pad 121 and the second polishing pad 121 'are not in contact with the central portion of the wafer W, and the first and second polishing pads 121 and 121' The contact time of the polishing pad 120 due to the rebound projection of the polishing pad 120 at the wafer edge e can be minimized and the contact angle of the polishing pad 120 at the central portion of the wafer can be minimized by twice contacting the polishing pad 121 and 121 ' The contact time with the hard first polishing pad 122 is not greatly reduced, so that the polishing quality of the wafer edge e can be improved without delaying the entire polishing time.

또한, 도9에 도시된 바와 같이, 제1연마 패드(121, 121")는 웨이퍼(W)의 회전 방향을 기준으로 120도 간격으로 3군데 배치될 수도 있다. 이와 같이 배치된 경우에는, 반경 바깥쪽에 배치된 2개의 제1연마 패드(121")는 웨이퍼(W)의 중앙부 영역의 판면을 통과하게 된다. 이로 인하여, 웨이퍼(W)의 전체 연마 시간은 연장될 수 있지만, 웨이퍼(W)의 가장자리에서의 단위 시간당 연마량(Removal rate) 및 연마 프로파일을 제어하는 것이 보다 용이해진다. 9, the first polishing pads 121 and 121 "may be disposed at three positions at intervals of 120 degrees with respect to the rotating direction of the wafer W. In this arrangement, The two first polishing pads 121 "disposed on the outer side pass through the plate surface of the central region of the wafer W. [ This makes it easier to control the polishing rate and the removal rate per unit time at the edge of the wafer W although the entire polishing time of the wafer W can be extended.

또한, 도10에 도시된 바와 같이, 제1연마 패드(121, 121"') 중 하나(121"')이상은 연마 정반(110)의 반경 방향 성분을 갖도록 길게 뻗은 형태로 형성될 수 있다. 이를 통해, 화학 기계적 연마 공정을 위하여 웨이퍼(W)가 회전하는 동안에 웨이퍼의 가장자리 영역(e)과 제1연마패드(121"')와의 접촉 면적을 늘리면서 웨이퍼의 중앙부 영역과 제1연마패드(121"')와의 접촉 면적을 최소화할 수 있다. 이 때, 반경 방향으로 뻗게 배열된 제1연마패드(121"')의 종횡비는 30:1 내지 3:1의 범위 에서 정해지는 것이 바람직하다.
10, at least one of the first polishing pads 121 and 121 '''may be formed to have a length extending to have a radial component of the polishing platen 110. As shown in FIG. Through this, while the area of contact between the edge area e of the wafer and the first polishing pad 121 '''is increased while the wafer W is rotated for the chemical mechanical polishing process, the central area of the wafer and the first polishing pad 121'Quot;') can be minimized. At this time, it is preferable that the aspect ratio of the first polishing pad 121 "'arranged in the radial direction is set in the range of 30: 1 to 3: 1.

상기 캐리어 헤드(200)는 도7에 도시된 바와 같이 외부의 구동력에 의하여 회전 구동되는 본체부(21, 21')와, 우레탄 등 가요성 소재로 형성되어 본체부(21, 21')에 결합되어 그 사잇 공간에 압력 챔버(..., C4, C5)를 형성하는 멤브레인(23)과, 화학 기계적 연마 공정 중에 멤브레인(23)에 의하여 가압되는 웨이퍼(W)의 둘레를 감싸는 리테이너 링(24)을 포함하여 구성된다.7, the carrier head 200 includes a main body portion 21, 21 'which is rotationally driven by an external driving force, a main body portion 21, 21' which is formed of a flexible material such as urethane and is coupled to the main body portion 21, 21 ' A membrane 23 forming the pressure chambers C4 and C5 in the cavity and a retainer ring 24 surrounding the periphery of the wafer W being pressed by the membrane 23 during the chemical mechanical polishing process ).

여기서, 멤브레인(23)은 웨이퍼의 판면과 접촉하는 바닥판과, 바닥판의 가장자리에서 절곡되어 상측으로 형성된 멤브레인 측면(232)과, 측면(232)의 상단부에서 본체부(21, 21')와 리테이너 링(24)을 향하여 연장된 고정 플랩(235)으로 이루어진다. 압력 챔버(...,C4, C5)의 팽창에 의하여 멤브레인 바닥판의 상하 이동을 허용하는 만곡부(미도시)가 형성될 수 있다. Here, the membrane 23 includes a bottom plate in contact with the plate surface of the wafer, a membrane side 232 bent upward at the edge of the bottom plate, and a main body 21, 21 'at the upper end of the side 232 And a fixing flap 235 extending toward the retainer ring 24. A curved portion (not shown) may be formed to allow the membrane bottom plate to move up and down by the expansion of the pressure chambers (..., C4, C5).

멤브레인 측면(232)의 상단부와 이격된 위치에 링 형상의 덮개 플랩(236)이 리테이너 링(24)과 본체부(21, 21')에 고정되어, 멤브레인 측면(232)의 상부에는 가압 챔버(Cx)가 형성된다. 가압 챔버(Cx)의 바닥면은 멤브레인 측면(232)의 상측에 평탄면으로 형성되어, 가압 챔버(Cx)에 공압 공급로(251)를 통해 정압이 공급되어 팽창하면, 팽창하는 힘(Fcx)이 측면(232)과 동일한 수직 방향으로 작용하여, 웨이퍼 가장자리 끝단에 큰 힘으로 작용할 수 있게 된다.
Shaped cover flap 236 is fixed to the retainer ring 24 and the main body portions 21 and 21 'at a position spaced apart from the upper end of the membrane side surface 232. A pressurizing chamber Cx) are formed. The bottom surface of the pressurizing chamber Cx is formed as a flat surface on the upper side of the membrane side surface 232 so that when a positive pressure is supplied to the pressurizing chamber Cx through the pneumatic supply path 251 and expanded, Acts in the same vertical direction as the side surface 232, and can act on the edge of the wafer at a large force.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치(9)는, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(200)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지하기 위하여 리테이너 링(23)이 웨이퍼(W)의 둘레를 가압(Pr)하면, 리테이너 링(23)에 의하여 눌리는 영역(24x)에서 연마 패드(120)가 하방으로의 눌리는 변형이 발생된다. The chemical mechanical polishing apparatus 9 according to the present invention configured as described above is constructed so that the retainer ring 23 contacts the wafer W to prevent the wafer W from being released to the outside of the carrier head 200 during the chemical mechanical polishing process The pressing down of the polishing pad 120 in the region 24x pressed by the retainer ring 23 is caused.

그리고, 웨이퍼(W)의 가장자리 영역(e)이 경질의 제2연마 패드(122)와 접촉하는 동안에는, 도4에 도시된 종래의 구성과 마찬가지로, 리테이너 링(23)이 접촉하는 영역(24x)에서는 눌림 변형에 의하여 연마 패드(120)의 주변에 되튀어오르는 리바운드 변형(99)이 발생되려는 성질이 나타난다. While the edge region e of the wafer W is in contact with the hard second polishing pad 122, the region 24x in contact with the retainer ring 23, similarly to the conventional structure shown in Fig. 4, A rebound deformation 99 that is caused to bounce back around the polishing pad 120 due to a pressing deformation occurs.

그러나, 웨이퍼(W)가 자전하면서 가장자리 영역(e)이 제1연마패드(121)와의 접촉 구간을 통과할 때에는, 도7에 도시된 바와 같이, 리테이너 링(24)의 가압력(Pr)에도 불구하고 제1연마 패드(121)가 낮은 경도의 제1연마 패드(121)로 이루어짐에 따라, 리테이너 링(24)의 주변(120x)으로 되튀어오르는 리바운드 변형(99a)이 거의 발생되지 않는다. 이에 따라, 웨이퍼의 가장자리 영역(e)은 제1연마패드(122)와 접촉하는 동안에 제1연마패드(122)와 밀착된 상태가 된다. However, when the edge region e passes the contact section with the first polishing pad 121 while the wafer W is rotating, as shown in Fig. 7, the pressing force Pr of the retainer ring 24 And the first polishing pad 121 is made of the first polishing pad 121 having a low hardness so that the rebound strain 99a bouncing around the periphery 120x of the retainer ring 24 is hardly generated. As a result, the edge region e of the wafer is brought into close contact with the first polishing pad 122 while being in contact with the first polishing pad 122.

따라서, 웨이퍼(W)가 자전하여 가장자리 영역(e)이 제1연마패드(121)와 접촉하지 않고 제2연마패드(122)와 접촉하는 동안에도, 제2연마 패드(122)는 제1연마패드(121)와 연속적으로 배치되고, 경우에 따라서는 서로 접착되어 있으므로, 밀착되어 있던 제1연마패드(121)와 연속적으로 접촉하는 제2연마패드(122)의 리바운드 변형량이 작은 상태에서 접촉하기 시작하여, 접촉 시간이 길어짐에 따라 제2연마패드(122)의 리바운드 변형이 점점 커지게 된다. Therefore, even when the wafer W is rotated so that the edge region e is in contact with the second polishing pad 122 without contacting the first polishing pad 121, The amount of rebound deformation of the second polishing pad 122 that is in continuous contact with the first polishing pad 121 which is in close contact with the second polishing pad 122 is small, The rebound deformation of the second polishing pad 122 gradually increases as the contact time becomes longer.

그러나, 웨이퍼(W)가 연마 패드(121, 122; 120)와 접촉된 상태로 자전하고, 적어도 1회전할때마다 연질의 제1연마패드(121)와 접촉하면서 연마패드에 밀착된 상태를 유지하므로, 웨이퍼(W)의 가장자리(e)가 제2연마패드(122)와 접촉하는 동안에도 어느정도 시간동안은 웨이퍼(W)의 가장자리(e)가 제2연마패드(122)와 밀착된 상태를 계속하여 유지하게 된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 가장자리(e)가 제2연마패드(122)와 밀착되는 동안에 웨이퍼의 가장자리(e)에 대한 연마가 정상적으로 이루어지며, 제2연마패드(122)의 리바운드 변형량이 단위 시간당 연마량에 영향을 미칠 정도로 커지는 시점에 다시 제1연마패드(121)가 접촉하여 웨이퍼 가장자리(e)에서의 정상적인 연마를 유지한다. However, the wafer W rotates in contact with the polishing pads 121, 122 (120) and remains in contact with the polishing pad (121) in contact with the polishing pad (121) The edge e of the wafer W is kept in close contact with the second polishing pad 122 for a certain period of time even while the edge e of the wafer W is in contact with the second polishing pad 122 . Therefore, the edge e of the wafer W is normally polished while the edge e of the wafer W is in close contact with the second polishing pad 122, and the rebound deformation amount of the second polishing pad 122 is maintained per unit time The first polishing pad 121 comes into contact again at a point of time when it becomes large enough to affect the amount of polishing to maintain normal polishing at the wafer edge e.

특히, 웨이퍼의 가장자리(e)의 하측에 위치하는 영역(120x)에서 제2연마패드(122)와 밀착된 상태가 지속됨과 동시에, 본 발명의 멤브레인 측면(232)의 상측에 위치한 가압 챔버(Cx)로부터의 가압력(Fv)이 웨이퍼의 가장자리 끝단을 가압하므로, 웨이퍼의 가장자리(e)에 대한 연마 공정이 보다 확실하게 정상적으로 행해진다. 더욱이, 멤브레인 측면(232)의 상측에 위치하는 가압 챔버(Cx)의 바닥면에 가해지는 압력(Fcx)과 측면(232)의 연장 방향이 일치할 경우에는, 가압 챔버(Cx)의 바닥면에 가하는 압력과 바닥면의 면적의 곱에 해당하는 힘이 모두 측면(232)을 통해 하방으로 전달되어 웨이퍼 가장자리 끝단을 가압하여, 웨이퍼 가장자리(e)에서의 연마량을 매우 낮은 값에서 매우 높은 값까지 다양하게 조절할 수 있다. Particularly, the state in which the second polishing pad 122 is in close contact with the second polishing pad 122 is maintained in the region 120x positioned below the edge e of the wafer, and the pressure in the pressurizing chamber Cx ) Presses the edge of the wafer, the polishing process for the edge (e) of the wafer is carried out normally more reliably. When the pressure Fcx applied to the bottom surface of the pressure chamber Cx positioned on the upper side of the membrane side surface 232 coincides with the extending direction of the side surface 232, The force corresponding to the product of the applied pressure and the area of the bottom surface is transmitted downward through the side surface 232 to press the edge of the wafer edge so that the amount of polishing at the wafer edge e changes from a very low value to a very high value It can be adjusted in various ways.

이를 통해, 웨이퍼 가장자리(e)에서 연질인 제1연마 패드(121)와 접촉하는 시간 동안의 단위 시간당 연마량의 감소분을 보상할 수 있다. 다시 말하면, 멤브레인 측면(232)을 통해 웨이퍼 가장자리 끝단을 가압하는 힘을 조절하는 것에 의하여, 웨이퍼 가장자리(e)에서 연질인 제1연마패드(121)와 접촉하는 동안의 단위 시간당 연마량의 감소분이 일정하게 보상된다. 따라서, 웨이퍼 가장자리(e)가 제2연마패드와 밀착 상태가 지속되는 시간 동안에 보다 많은 연마 효율을 구현할 수 있게 되어, 웨이퍼(W)가 1바퀴 자전할때마다 연마되는 회전수 당 연마량은 일정하게 유지시킬 수 있다. This makes it possible to compensate for the reduction in the amount of polishing per unit time during the time of contact with the first polishing pad 121 which is soft at the wafer edge (e). In other words, by adjusting the force pressing the edge of the wafer through the membrane side 232, a reduction in the amount of polishing per unit time during contact with the first polishing pad 121, which is soft at the wafer edge e, It is constantly compensated. Therefore, more polishing efficiency can be realized during the time period in which the wafer edge (e) keeps in close contact with the second polishing pad, so that the amount of polishing per rotation number that is polished each time the wafer (W) Can be maintained.

또한, 웨이퍼(W)가 제1연마패드(121)와 접촉하는 주기(이동 거리)를 1회전당 1회에 국한하지 않고, 도8 내지 도10에 도시된 바와 같이, 2회 이상으로 조절하는 것에 의하여, 웨이퍼의 1회전에 도달하지 않더라도, 제1연마패드(121)와 접촉하는 시점으로부터 그 다음 제1연마패드와 접촉할 때까지의 회전 거리 당 연마량을 일정하게 유지하는 것도 가능해진다. The period (moving distance) at which the wafer W is in contact with the first polishing pad 121 is not limited to once per rotation, but is adjusted to be twice or more as shown in Figs. 8 to 10 It is possible to maintain the amount of polishing per rotation distance from the point of time of contact with the first polishing pad 121 to the point of contact with the next first polishing pad to be constant even if the rotation does not reach one rotation of the wafer.

이와 같이, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 캐리어 헤드(200)의 저면에 위치하는 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 포함하는 일부분과 접촉하게 연질의 제1연마 패드(121, 121', 121", 121"'; 121)를 구비함으로써, 웨이퍼(W)의 1회전 마다 제1연마 패드(121)가 웨이퍼 가장자리(e)의 하측을 통과할 동안에 리바운드 변형(99)이 제거되거나 극소화(99a)되어 웨이퍼 가장자리(e)와 연마 패드(121, 122)가 밀착되게 유도함으로써, 웨이퍼 가장자리(e)가 연마 패드(121, 122)와 밀착된 상태에서 웨이퍼 가장자리(e)에서의 단위 시간당 연마량을 향상시킬 수 있으며, 웨이퍼 가장자리(e)에서 리테이너 링(23)의 눌림 변형에 의한 리바운드 변형에도 불구하고 연마 패드와의 접촉 상태가 1회전마다 일정하게 밀착되게 유도됨에 따라, 웨이퍼 가장자리(e)와 연마 패드(121, 122)의 접촉 패턴이 일정하게 제어되면서, 연마 두께를 보다 정교하게 제어할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. As such, the present invention provides a flexible first polishing pad 121, 121 ', 121 "that is in contact with a portion including the edge of the wafer W positioned at the bottom of the carrier head 200 during the chemical mechanical polishing process. The rebound strain 99 is removed or minimized 99a while the first polishing pad 121 passes under the wafer edge e every one revolution of the wafer W. [ The wafer edge e and the polishing pads 121 and 122 are brought into close contact with each other so that the polishing margin per unit time at the wafer edge e in a state in which the wafer edge e is in close contact with the polishing pads 121 and 122 And the contact state with the polishing pad is induced to be constantly adhered per one revolution despite the rebound deformation caused by the pressing deformation of the retainer ring 23 at the wafer edge e, The contact loses of the polishing pads 121 and 122 With this constant control, it is possible to obtain an advantageous effect capable of more sophisticated control of the grinding thickness.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modified, modified, or improved.

W: 웨이퍼 C4, C5: 압력 챔버
9: 화학 기계적 연마 장치 100: 연마정반 조립체
110: 연마 정반 120: 연마패드
121: 제1연마패드 122: 제2연마패드
e: 웨이퍼 가장자리 영역 200: 캐리어 헤드
23: 멤브레인 24: 리테이너 링
232: 멤브레인 측면 Cx: 가압 챔버
Fv : 가압력W: Wafer C4, C5: Pressure chamber
9: chemical mechanical polishing apparatus 100: polishing platen assembly
110: polishing pad 120: polishing pad
121: first polishing pad 122: second polishing pad
e: Wafer edge area 200: Carrier head
23: Membrane 24: retainer ring
232: membrane side Cx: pressure chamber
Fv: pressing force

Claims (11)

웨이퍼의 표면을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서,
웨이퍼를 하방 가압하면서 회전 구동하는 캐리어 헤드와;
회전 구동되는 연마 정반과;
화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 가장자리 끝단을 포함하는 부분과 접촉하게 상기 연마 정반에 설치된 제1연마 패드와;
화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 다른 일부와 접촉하게 상기 연마 정반에 설치되되, 상기 제1연마 패드에 비하여 보다 경질 재질로 형성된 제2연마 패드를;
포함하고, 상기 제1연마 패드는 상기 웨이퍼의 회전 방향을 중심으로 3개 이상 배치되고, 상기 제1연마 패드는 상기 웨이퍼의 가장자리 이외의 영역에서도 상기 웨이퍼의 판면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
A chemical mechanical polishing apparatus for polishing a surface of a wafer,
A carrier head for rotationally driving the wafer while pressing it downward;
A polishing platen rotationally driven;
A first polishing pad provided on the polishing platen so as to be in contact with a portion including an edge of the wafer positioned on a bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process;
A second polishing pad, which is provided on the polishing platen so as to be in contact with another part of the wafer positioned on the bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process, the polishing pad being formed of a harder material than the first polishing pad;
Wherein at least three of the first polishing pads are arranged around the rotational direction of the wafer, and the first polishing pad is in contact with the surface of the wafer in a region other than an edge of the wafer. Abrasive device.
웨이퍼의 표면을 연마하는 화학 기계적 연마 장치로서,
웨이퍼를 하방 가압하면서 회전 구동하는 캐리어 헤드와;
회전 구동되는 연마 정반과;
화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 가장자리 끝단을 포함하는 부분과 접촉하게 상기 연마 정반에 설치된 제1연마 패드와;
화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 다른 일부와 접촉하게 상기 연마 정반에 설치되되, 상기 제1연마 패드에 비하여 보다 경질 재질로 형성된 제2연마 패드를;
포함하고, 상기 제1연마 패드는 상기 연마 정반의 중심으로부터 반경 방향으로 뻗는 방향 성분을 갖고 뻗어 형성되되, 종횡비가 3:1 내지 30:1인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
A chemical mechanical polishing apparatus for polishing a surface of a wafer,
A carrier head for rotationally driving the wafer while pressing it downward;
A polishing platen rotationally driven;
A first polishing pad provided on the polishing platen so as to be in contact with a portion including an edge of the wafer positioned on a bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process;
A second polishing pad, which is provided on the polishing platen so as to be in contact with another part of the wafer positioned on the bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process, the polishing pad being formed of a harder material than the first polishing pad;
Wherein the first polishing pad has an aspect ratio of 3: 1 to 30: 1, extending with a directional component extending radially from the center of the polishing platen.
제 1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1연마 패드는 상기 연마 정반의 동심원을 이루는 형태로 설치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the first polishing pad is provided in a form of a concentric circle of the polishing platen.
제 1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1연마 패드는 상기 웨이퍼의 중심으로부터 반지름의 4/5의 바깥 영역과 접촉하게 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the first polishing pad is disposed in contact with an outer region of a radius of 4/5 from the center of the wafer.
제 1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1연마 패드는 상기 웨이퍼의 회전 방향을 중심으로 180도 간격을 두고 2개 배치되되, 상기 제1연마패드 중 하나는 원형 띠 모양으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the first polishing pad is disposed at two intervals of 180 degrees with respect to a rotating direction of the wafer, and one of the first polishing pads is formed in a circular band shape.
제 1항 또는 제2항에 있어서,
상기 캐리어 헤드는 상기 웨이퍼를 가압하는 멤브레인 바닥판의 가장자리에서 절곡 형성된 멤브레인 측면을 따라 가압력을 상기 웨이퍼의 가장자리 끝단부에 인가하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the carrier head applies a pressing force to the edge of the wafer along a side of the membrane that is bent at the edge of the membrane bottom plate pressing the wafer.
제 6항에 있어서,
상기 멤브레인 측면의 상측에는 가압 챔버가 형성되고,
상기 캐리어 헤드의 본체부 및 리테이너 링으로 각각 연장 형성된 고정 플랩이 상기 멤브레인 측면의 상단에 상기 가압 챔버의 바닥면을 형성하여, 상기 가압 챔버의 압력에 의하여 상기 멤브레인 측면을 통해 가압력이 상기 웨이퍼 가장자리에 도입되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치.
The method according to claim 6,
A pressure chamber is formed on the membrane side surface,
A fixing flap extending from the main body of the carrier head and the retainer ring forms a bottom surface of the pressurizing chamber at the upper end of the membrane side so that a pressing force is applied to the edge of the wafer by the pressure of the pressurizing chamber, And a chemical mechanical polishing apparatus.
캐리어 헤드에 의하여 웨이퍼를 하나의 지점에 위치시킨 상태로 하방 가압하면서 회전시키면서 상기 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학 기계적 연마 장치용 연마정반 조립체로서,
회전 구동되는 연마 정반과;
화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 가장자리를 포함하는 일부분과 접촉하게 상기 연마 정반에 설치된 제1연마 패드와;
화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 다른 일부와 접촉하게 상기 연마 정반에 설치되되, 상기 제1연마 패드와 경도가 다른 재질로 형성된 제2연마 패드를;
포함하고, 상기 제1연마 패드는 상기 웨이퍼의 회전 방향을 중심으로 3개 이상 배치되고, 상기 제1연마 패드는 상기 웨이퍼의 가장자리 이외의 영역에서도 상기 웨이퍼의 판면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마정반 조립체.
There is provided a polishing platen assembly for a chemical mechanical polishing apparatus for polishing a surface of a wafer while being rotated while being pressed downward with a wafer positioned at one point by a carrier head,
A polishing platen rotationally driven;
A first polishing pad installed on the polishing platen to contact a part including the edge of the wafer positioned on the bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process;
A second polishing pad provided on the polishing platen so as to be in contact with another portion of the wafer located on the bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process, the second polishing pad being formed of a material having a hardness different from that of the first polishing pad;
Wherein at least three of the first polishing pads are arranged around the rotational direction of the wafer, and the first polishing pad is in contact with the surface of the wafer in a region other than an edge of the wafer. Abrasive plate assembly.
캐리어 헤드에 의하여 웨이퍼를 하나의 지점에 위치시킨 상태로 하방 가압하면서 회전시키면서 상기 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학 기계적 연마 장치용 연마정반 조립체로서,
회전 구동되는 연마 정반과;
화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 가장자리를 포함하는 일부분과 접촉하게 상기 연마 정반에 설치된 제1연마 패드와;
화학 기계적 연마 공정 중에 상기 캐리어 헤드의 저면에 위치하는 상기 웨이퍼의 다른 일부와 접촉하게 상기 연마 정반에 설치되되, 상기 제1연마 패드와 경도가 다른 재질로 형성된 제2연마 패드를;
포함하고, 상기 제1연마 패드는 상기 연마 정반의 중심으로부터 반경 방향으로 뻗는 방향 성분을 갖고 뻗어 형성되되, 종횡비가 3:1 내지 30:1인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마정반 조립체
There is provided a polishing platen assembly for a chemical mechanical polishing apparatus for polishing a surface of a wafer while being rotated while being pressed downward with a wafer positioned at one point by a carrier head,
A polishing platen rotationally driven;
A first polishing pad installed on the polishing platen to contact a part including the edge of the wafer positioned on the bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process;
A second polishing pad provided on the polishing platen so as to be in contact with another portion of the wafer located on the bottom surface of the carrier head during a chemical mechanical polishing process, the second polishing pad being formed of a material having a hardness different from that of the first polishing pad;
Wherein the first polishing pad has an aspect ratio of 3: 1 to 30: 1, extending with a direction component extending radially from the center of the polishing platen,
제 8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1연마 패드는 상기 제2연마 패드에 비하여 보다 연질인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마정반 조립체.
10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the first polishing pad is softer than the second polishing pad. ≪ RTI ID = 0.0 > 11. < / RTI >
제 8항 또는 제9항에 있어서,
상기 제1연마 패드는 상기 웨이퍼의 회전 방향을 중심으로 180도 간격을 두고 2개 배치되되, 상기 연마 정반의 반경 방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마정반 조립체.
10. The method according to claim 8 or 9,
Wherein the first polishing pad is disposed at two positions spaced 180 degrees apart from each other about the rotational direction of the wafer, and is disposed along the radial direction of the polishing table.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR19980068782A (en) * 1997-02-24 1998-10-26 김광호 Chemical mechanical polishing equipment
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KR101293485B1 (en) * 2013-07-08 2013-08-06 주식회사 케이씨텍 Retainer ring of carrier head of chemical mechanical apparatus and membrane used therein

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