KR101672873B1 - 화학기계식 웨이퍼연마장치 - Google Patents

화학기계식 웨이퍼연마장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학기계식 웨이퍼연마장치에 관한 것으로서, 연마패드와, 저면이 상기 연마패드에 대향하도록 상기 연마패드의 상측에 설치된 연마헤드본체와 상기 연마헤드본체의 저면에 결합된 리테이닝링과 원형의 작용판부와 상기 작용판부의 둘레연부로부터 상기 작용판부의 판면에 수직인 방향을 따라 연장 형성된 멤브레인둘레벽부와 상기 작용판부와 상기 멤브레인둘레벽부와의 사이에 형성된 챔버(chamber)를 구비하고 상기 리테이닝링의 내측에서 상기 작용판부의 저면이 상기 연마패드를 향하도록 상기 연마헤드본체의 저면에 결합되는 탄성재질의 멤브레인을 갖는 연마헤드와, 외부로부터의 제어신호에 따라 상기 작용판부를 상기 연마헤드를 향해 흡인하는 흡인력과 상기 작용판부를 상기 연마패드를 향해 가압하는 가압력이 선택적으로 상기 챔버에 작용할 수 있도록 동작하는 챔버압력조절부를 갖는 화학기계식 웨이퍼연마장치에 있어서, 상기 멤브레인은 상기 작용판부의 상면에 형성된 아치(Arch) 단면 형태의 냉각유로부를 포함하고; 상기 냉각유로부의 일단에 연결된 냉각유체공급관과 상기 냉각유로부의 나머지 일단에 연결된 냉각유체회수관을 가지고, 상기 냉각유체공급관을 통해 상기 냉각유로부에 냉각유체를 공급하고 상기 냉각유로부에 공급된 냉각유체를 상기 냉각유체회수관을 통해 회수하는 냉각유체공급부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 웨이퍼의 주변부 영역과 웨이퍼의 중앙영역을 골고루 냉각시킬 수 있다.

Description

화학기계식 웨이퍼연마장치{Apparatus for Chemical-Mechanical Polishing of Wafer}
본 발명은 화학기계식 웨이퍼연마장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마패드의 표면에 슬러리(연마제 포함)를 공급하면서 연마패드와 웨이퍼를 마찰시키는 방법으로 웨이퍼의 표면을 연마하는 장치에 관한 것이다.
집적 회로와 기타 전자 소자를 제조할 때 사용되는 웨이퍼는 전도성 재료, 반전도성(半傳導性) 재료 및 유전성(誘傳性) 재료로 된 다수의 층들을 기판의 표면에 증착하거나 제거하는 공정을 거쳐 제작된다.
이와 같이 제작된 웨이퍼의 표면은 증착이나 제거동작을 거치는 과정에서 평탄하지 않게 되므로 연마(polishing) 공정을 통해 평탄화시키게 된다.
웨이퍼를 연마하기 위한 장치의 하나로 연마패드의 표면에 슬러리(연마제 포함)를 공급하면서 웨이퍼를 연마패드에 마찰시키는 방법으로 웨이퍼의 표면을 연마하는 화학기계식 웨이퍼연마장치가 사용되고 있다.
연마패드를 사용하여 웨이퍼를 연마하는 공정은 웨이퍼를 연마패드에 가압접촉시킨 상태(보통 5~7 psi 정도)에서 회전시키면서 진행되므로 연마공정 중에는 마찰열이 발생하고, 이 마찰열에 의해 웨이퍼의 표면온도는 상승하고 웨이퍼 표면에 온도편차가 유발된다.
웨이퍼의 표면의 연마속도는 웨이프 표면온도와 상관관계를 가지므로(표면온도가 높으면 연마가 빨리 진행됨) 웨이퍼의 평탄도를 안정적으로 유지하기 위해 웨이퍼와 연마패드의 마찰에 의해 발생하는 열을 냉각시키기 위한 냉각유체공급부를 갖는 화학기계식 웨이퍼연마장치가 안출되어 사용되고 있다.
도15는 종래 화학기계식 웨이퍼연마장치의 요부결합사시도이고, 도16은 종래 화학기계식 웨이퍼연마장치의 요부단면도이다.
종래의 화학기계식 웨이퍼연마장치는, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 연마패드(111)와, 연마패드(111)에 대향하도록 연마패드(111)의 상측에 설치된 연마헤드(120)와, 연마패드(111)를 향하도록 연마헤드(120)에 설치되는 탄성재질의 멤브레인(140)과, 연마헤드(120)의 상측에 설치된 질소유체공급라인(113a)을 구비한 챔버압력조절부(113)와, 연마패드(111)를 향해 질소기체를 분사하는 냉각기체공급부(150)를 갖고 있다.
연마패드(111)는 소정의 구동부에 의해 회전된다. 구동부의 구성은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
연마헤드(120)는 원형관 형태의 리테이닝링(121)과, 리테이닝링(121)의 내부에서 상하로 배치된 상부링(122) 및 플레이트(123)를 갖고 있다.
상부링(122)과 플레이트(123)에는 각각 기체유입공이 형성되어 있다.
연마헤드(120)는 웨이퍼의 연마공정에 맞추어 소정의 구동부에 의해 회전구동되거나 연마패드(111)에 대하여 접근하고 이반하도록 직선 구동된다. 구동부의 구성은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도면번호 112a는 구동부를 구성하는 회전축이다.
멤브레인(140)은 요형(凹形)으로 형성되어 있다. 멤브레인(140)의 요형(凹形) 공간은 챔버(144)를 형성한다.
질소기체공급라인(113a)은 상부링(122)의 기체유입공에 연결되도록 설치된다.
챔버압력조절부(113)는 종래 널리 알려진 바와 같이 챔버(144) 내부를 양압(陽壓)상태 또는 음압(陰壓) 상태로 만드는 방법으로 멤브레인(140)의 바닥면을 연마헤드(120)를 향해 흡인하는 흡인력과 멤브레인(140)의 바닥면을 연마패드(111)를 향해 가압하는 가압력이 선택적으로 챔버(144)에 작용할 수 있도록 챔버(144)내의 압력을 조절한다. 챔버압력조절부(113)에 의한 압력조절은 웨이퍼의 연마공정에 맞추어 제어된다. 챔버압력조절부(113)의 구성은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
냉각기체공급부(150)는 웨이퍼(201)와 거의 같은 높이에 배치되도록 설치된 분사관(151)과, 분사관(151)과 질소기체공급라인(113a) 사이를 연결하는 연결관(152)을 갖고 있다.
분사관(151)은 리테이닝링(121)을 둘러싸도록 설치되어 있다.
분사관(151)에는 다수의 분사공(151a)이 형성되어 있다.
냉각기체를 공급하고 회수하기 위한 부대구성(전자식 개폐밸브)은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 냉각기체공급부(150)에 의한 냉각기체의 공급시기는 웨이퍼의 다른 연마공정에 맞추어 제어된다.
전술한 구성을 갖는 종래의 화학기계식 웨이퍼연마장치의 냉각기체공급부(150)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위해 연마헤드(120)는 연마패드(111)의 상측에 배치되어 있고 웨이퍼(201)는 멤브레인(140)의 바닥면에 인가된 흡인력에 의해 멤브레인(140)의 바닥면 저면에 흡착된 상태로 연마패드(111)의 상면에 접촉되어 있는 것으로 가정한다.
먼저 제어부는 질소기체공급라인(113a)을 통해 질소기체가 챔버(144)에 공급되도록 챔버압력조절부(113)를 제어한다. 질소기체공급라인(113a)을 통해 질소기체가 공급되면 멤브레인(140)의 바닥면에는 연마패드(111)를 향해 가압하는 가압력이 가해지고, 이에 따라 웨이퍼(201)는 연마패드(111)에 가압접촉된다.
한편 질소기체공급라인(113a)을 통해 공급되는 질소기체는 연결관(152)과 분사관(151)을 순차적으로 거쳐 최종적으로 분사공(151a)을 통해 연마패드(111)를 향해 분사된다.
다음에 연마헤드(120)와 연마패드(111)를 반대방향으로 회전시켜 웨이퍼(201)를 연마한다.
연마패드(111)를 향해 분사된 질소기체에 의해 연마중인 웨이퍼(201)는 냉각된다.
그런데 종래의 화학기계식 웨이퍼연마장치에 따르면, 리테이닝링(121)을 둘러싸도록 설치된 분사관(151)을 통해 연마패드(111)를 향해 분사된 질소기체에 의해 연마공정에 제공된 웨이퍼(201)가 냉각되기 때문에 주로 웨이퍼의 주변부 영역만 냉각되고 웨이퍼의 중앙영역은 냉각이 잘 이루어지지 않는다는 문제점이 있었다.
이와 같이 웨이퍼의 주변부 영역만 냉각되고 웨이퍼의 중앙영역은 냉각이 잘 이루어지지 않게 되면 웨이퍼의 중앙영역의 연마가 빨리 진행되어 웨이퍼의 평탄도를 안정적으로 유지할 수 없다는 2차적인 문제점이 발생한다.
관련 선행문헌으로는 대한민국 특허공개공보 10-2003-0050105호(공개일자: 2003년 6월 25일, 발명의 명칭 : 화학적 기계적 연마장치)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 위에서 설명한 종래의 화학기계식 웨이퍼연마장치에 관한 기술이 개시되어 있다.
따라서 본 발명의 목적은, 웨이퍼의 주변부 영역과 중앙영역을 골고루 냉각시킬 수 있도록 한 화학기계식 웨이퍼연마장치를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 연마패드와, 저면이 상기 연마패드에 대향하도록 상기 연마패드의 상측에 설치된 연마헤드본체와 상기 연마헤드본체의 저면에 결합된 리테이닝링과 원형의 작용판부와 상기 작용판부의 둘레연부로부터 상기 작용판부의 판면에 수직인 방향을 따라 연장 형성된 멤브레인둘레벽부와 상기 작용판부와 상기 멤브레인둘레벽부와의 사이에 형성된 챔버(chamber)를 구비하고 상기 리테이닝링의 내측에서 상기 작용판부의 저면이 상기 연마패드를 향하도록 상기 연마헤드본체의 저면에 결합되는 탄성재질의 멤브레인을 갖는 연마헤드와, 외부로부터의 제어신호에 따라 상기 작용판부를 상기 연마헤드를 향해 흡인하는 흡인력과 상기 작용판부를 상기 연마패드를 향해 가압하는 가압력이 선택적으로 상기 챔버에 작용할 수 있도록 동작하는 챔버압력조절부를 갖는 화학기계식 웨이퍼연마장치에 있어서, 상기 멤브레인은 상기 작용판부의 상면에 형성된 아치(Arch) 단면 형태의 냉각유로부를 포함하고; 냉각유체공급관을 통해 상기 냉각유로부에 냉각유체를 공급하고 상기 냉각유로부에 공급된 냉각유체를 상기 냉각유체회수관을 통해 회수하는 냉각유체공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계식 웨이퍼연마장치 또는 상기 멤브레인은 상기 작용판부의 저면에 형성된 요형단면형태의 작용판저면구간과 일단은 상기 작용판저면구간에 연결되고 나머지 일단은 상기 작용판부의 상측으로 노출되도록 상기 작용판부를 관통하는 공급관통구간을 갖는 냉각유로부를 포함하는 화학기계식 웨이퍼연마장치 또는 상기 멤브레인은 상기 작용판부의 상면에 형성된 아치(Arch) 단면 형태의 작용판상면구간과 상기 작용판부의 저면에 형성된 요형단면형태의 작용판저면구간과 상기 작용판상면구간의 일단과 상기 작용판저면구간의 일단이 연결되도록 상기 작용판부를 관통하는 하방향관통구간을 갖는 냉각유로부를 포함하는 화학기계식 웨이퍼연마장치 또는 상기 멤브레인은 상기 작용판부의 상면에 형성된 아치(Arch) 단면 형태의 작용판상면구간과 상기 작용판부의 저면에 형성된 요형단면형태의 작용판저면구간과 일단이 상기 작용판저면구간에 연결되고 나머지 일단이 상기 작용판부의 상측으로 노출되도록 상기 작용판부를 관통하는 공급관통구간과 일단이 상기 작용판저면구간에 연결되고 나머지 일단이 상기 작용판상면구간에 연결되도록 상기 작용판부를 관통하는 상방향관통구간을 갖는 냉각유로부를 포함하는 화학기계식 웨이퍼연마장치에 의해 달성된다.
여기서 웨이퍼를 골고루 냉각시킬 수 있도록, 상기 작용판상면구간 또는 상기 작용판저면구간은 상기 챔버 각각을 모두 경유하도록 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 냉각유체를 효율적으로 배출할 수 있도록, 작용판부의 중앙에서 방사상 방향으로 배치된 형태로 작용판저면구간을 형성하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 따르면, 작용판부의 상면에 전부 또는 일부구간을 갖거나 작용판부의 저면에 전부 또는 일부구간을 갖는 냉각유로부에 냉각유체를 통과시키는 방법으로 연마공정 중 웨이퍼와 연마패드의 마찰에 의해 발생하는 열을 냉각시킴으로써, 웨이퍼의 주변부 영역과 웨이퍼의 중앙영역을 골고루 냉각시킬 수 있게 된다.
이와 같이 웨이퍼의 주변부 영역과 웨이퍼의 중앙영역이 골고루 냉각되면 웨이퍼의 전체 영역의 연마가 거의 같은 속도록 진행되어 웨이퍼의 평탄도를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 개략적인 구성을 도시한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 연마헤드의 결합사시도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 연마헤드의 분해사시도,
도4 및 도5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 연마헤드를 도시한 단면도,
도6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 롤링시일 영역을 도시한 도면,
도7 및 도8은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 멤브레인을 도시한 도면,
도9는 도8의 "A"영역을 도시한 도면,
도10은 도8의 "B"영역을 도시한 도면,
도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 멤브레인의 저면영역을 도시한 도면,
도12는 도11의 A-A'선 단면도,
도13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치를 도시한 도면,
도14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치를 도시한 도면,
도15는 종래 화학기계식 웨이퍼연마장치의 요부결합사시도,
도16은 종래 화학기계식 웨이퍼연마장치의 요부단면도이다.
이하에서, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이고, 도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 연마헤드의 결합사시도이고, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 연마헤드의 분해사시도이고, 도4 및 도5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 연마헤드를 도시한 단면도이고, 도6은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 롤링시일 영역을 도시한 도면이고, 도7 및 도8은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 멤브레인을 도시한 도면이고, 도9는 도8의 "A"영역을 도시한 도면이고, 도10은 도8의 "B"영역을 도시한 도면이고, 도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 멤브레인의 저면영역을 도시한 도면이고, 도12는 도11의 A-A'선 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치는, 이들 도면에 도시된 바와 같이, 연마패드(11)와, 연마패드(11)에 대향하도록 연마패드(11)의 상측에 설치된 연마헤드(20)와, 후술하는 챔버(44)의 압력을 조절하는 챔버압력조절부(13)와, 후술하는 냉각유로부(45)에 냉각유체를 공급하는 냉각유체공급부(50)를 갖고 있다.
연마패드(11)는 소정의 구동부에 의해 회전된다. 구동부의 구성은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
연마헤드(20)는 연마헤드본체(30)와, 연마헤드본체(30)의 저면에 결합된 리테이닝링(21 retaining ring)과, 연마헤드본체(30)의 저면에 결합되는 탄성재질(실리콘 고무 등)의 멤브레인(40)을 갖고 있다.
연마헤드본체(30)는 중앙에 안내공(31a)이 상하방향을 따라 형성되어 있는 캐리어(31)와, 캐리어(31)의 상면에 결합된 플랜지(32)와, 캐리어(31)의 안내공(31a)을 따라 승강할 수 있도록 설치된 롤링시일(33, rolling seal)과, 롤링시일(33)의 둘레영역에 설치된 지지블럭(34)과, 지지블럭(34)의 상측에 결합된 헤드커버(35)와, 지지블럭(34)의 저면에 결합된 압착링(36)을 갖고 있다.
연마헤드본체(30)에는 압력조절기체유로(37), 냉각유체공급유로(38) 및 냉각유체회수유로(39)가 형성되어 있다.
압력조절기체유로(37)는 각 챔버(44)에 연결되도록 형성되어 있다.
냉각유체공급유로(38)는 롤링시일(33)의 바닥면을 관통하여 후술하는 공급관통구간(45c)에 연결되도록 형성되어 있다.
냉각유체회수유로(39)는 롤링시일(33)의 바닥면을 관통하여 후술하는 작용판상면구간(45a)에 연결되도록 형성되어 있다.
냉각유체공급유로(38)와 냉각유체회수유로(39)의 일부구간은 공급배관(38a)과 회수배관(39a) 및 연결구(71)를 사용하여 형성된다.
롤링시일(33)은 요형의 롤링시일바디부(33a)와, 롤링시일바디부(33a)의 바닥면에 기립 형성된 안내봉(33b)을 갖고 있다.
이러한 구성을 갖는 롤링시일(33)은 안내봉(33b)이 하측으로부터 안내공(31a)에 진입하도록 설치된다.
리테이닝링(21)은 압착링(36)의 저면에 결합된다.
롤링시일(33), 지지블럭(34), 헤드커버(35), 압착링(36) 및 리테이닝링(21)은 캐리어(31)에 대하여 상하방향을 따라 함께 직선이동할 수 있도록 구성되어 있다.
멤브레인(40)은 원형의 작용판부(41)와, 작용판부(41)의 둘레연부로부터 작용판부(41)의 판면에 수직인 방향을 따라 연장 형성되어 있는 원형단면의 멤브레인둘레벽부(42)와, 멤브레인둘레벽부(42)의 내측에서 복수의 챔버(44)를 형성하도록 작용판부(41)의 상면으로부터 연장 형성된 챔버형성부(43)와, 작용판부(41)에 형성된 냉각유로부(45)를 갖고 있다.
냉각유로부(45)는 작용판부(41)의 상면에 형성된 작용판상면구간(45a)과, 작용판부(41)의 저면에 형성된 작용판저면구간(45b)과, 작용판부(41)를 관통하여 형성된 공급관통구간(45c) 및 상방향관통구간(45d)을 갖고 있다.
작용판상면구간(45a)은 아치(Arch) 단면 형태로 형성된다.
그리고 작용판상면구간(45a)은 챔버(44) 각각을 모두 경유하도록 형성된다.
작용판저면구간(45b)은 요형(凹形) 단면형태로 형성된다.
그리고 작용판저면구간(45b)은 챔버(44) 각각을 모두 경유하도록 형성된다.
공급관통구간(45c)은 일단이 작용판저면구간(45b)의 자유단에 연결되고, 나머지 일단이 작용판부(41)의 상측으로 노출되도록 형성된다.
상방향관통구간(45d)은 일단이 작용판상면구간(45a)에 연결되고 나머지 일단이 작용판저면구간(45b)에 연결되도록 형성된다.
멤브레인(40)은 리테이닝링(21)의 내측에서 내부지지링(22c), 외부지지링(22d), 지지판(26), 챔버지지링(22a, 22b) 및 고정링(25)의 도움을 받아 연마헤드본체(30)의 저면에 고정된다.
이러한 구성을 갖는 연마헤드(20)는 작용판부(41)가 연마패드(11)에 대향하도록 연마패드(11)의 상측에 설치된다.
그리고 연마헤드(20)는 웨이퍼의 연마공정에 맞추어 소정의 구동부에 의해 회전구동되거나 연마패드(11)에 대하여 접근하고 이반하도록 직선 구동된다. 구동부의 구성은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
챔버압력조절부(13)는 챔버압력조절기체(공기, 질소기체 등)가 저장되어 있는 챔버압력조절기체탱크(13a)와, 챔버압력조절기체탱크(13a)와 연마헤드(20)에 형성된 압력조절기체유로(37)를 연결하는 압력조절기체관(13b)을 갖고 있다.
이러한 구성을 갖는 챔버압력조절부(13)는 챔버(44) 내부를 양압(陽壓)상태 또는 음압(陰壓) 상태로 만드는 방법으로 작용판부(41)를 연마헤드(20)를 향해 흡인하는 흡인력과 작용판부(41)를 연마패드(11)를 향해 가압하는 가압력이 선택적으로 챔버(44)에 작용할 수 있도록 챔버(44)내의 압력을 조절한다. 챔버압력조절부(13)에 의한 압력조절은 웨이퍼의 연마공정에 맞추어 제어된다. 챔버압력조절부(13)의 구성은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
냉각유체공급부(50)는 냉각유체탱크(51)와, 냉각유체탱크(51)와 냉각유로부(45)의 일단에 연결된 냉각유체공급관(53)과, 냉각유체탱크(51)와 냉각유로부(45)의 나머지 일단에 연결된 냉각유체회수관(54)을 갖고 있다.
냉각유체탱크(51)는 챔버압력조절부(13)에 사용되는 압력조절기체가 냉각유체로 사용할 수 있는 경우에는 챔버압력조절부(13)의 탱크를 냉각유체탱크(51)로 사용할 수 있다. 냉각유체로는 DIW(탈이온수, De-Ionized Water) 등의 액체 또는 헬륨기체, 질소기체 등의 기체 또는 액체와 기체의 혼합물을 사용할 수 있다.
냉각유체공급관(53)은 냉각유체탱크(51)와 공급관통구간(45c)의 자유단을 연결한다.
냉각유체회수관(54)은 냉각유체탱크(51)와 작용판상면구간(45a)의 자유단을 연결한다.
전술한 구성을 갖는 냉각유체공급부(50)는 제어부의 제어하에 냉각유체탱크(51)에 저장된 냉각유체를 냉각유체공급관(53)을 통해 냉각유로부(45)에 공급하고 냉각유로부(45)에 공급된 냉각유체를 냉각유체회수관(54)을 통해 냉각유체탱크(51)로 회수하게 된다. 이러한 냉각유체를 공급하고 회수하기 위한 부대구성(냉각유체공급관과 냉각유체회수관을 개폐하기 위한 전자식 개폐밸브)은 종래 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 냉각유체공급부(50)에 의한 냉각유체의 공급시기는 웨이퍼의 다른 연마공정에 맞추어 제어된다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치의 냉각유체공급부(50)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 설명의 편의를 위해 연마헤드(20)는 연마패드(11)의 상측에 배치되어 있고 웨이퍼(201)는 작용판부(41)에 인가된 흡인력에 의해 작용판부(41)의 저면에 흡착된 상태로 연마패드(11)의 상면에 접촉되어 있는 것으로 가정한다.
먼저 제어부는 압력조절기체유로(37)를 통해 챔버압력조절기체가 챔버(44)에 공급되도록 챔버압력조절부(13)를 제어한다. 챔버압력조절기체가 챔버(44)에 공급되면 작용판부(41)에는 연마패드(11)를 향해 가압하는 가압력이 가해지고, 이에 따라 웨이퍼(201)는 연마패드(11)에 가압접촉된다.
다음에 제어부는 냉각유체탱크(51)에 저장된 냉각유체가 냉각유체공급관(53)을 통해 냉각유로부(45)에 공급되도록 냉각유체공급부(50)를 제어한다.
다음에 연마헤드(20)와 연마패드(11)를 같은 방향으로 회전속도를 달리하여 회전시켜 웨이퍼(201)를 연마한다.
냉각유로부(45)에 공급된 냉각유체는 연마중인 웨이퍼(201)의 뒷면에 접촉하고 이에 따라 웨이퍼(201)는 냉각된다.
한편 전술한 실시예에서는 냉각유체를 회수할 수 있도록 구성하고 있으나, 냉각유체를 회수하는 구성을 생략하여 본 발명을 실시할 수 있다(청구항 4).
도13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치를 도시한 도면이다.
도13에 도시된 실시예의 경우 냉각유로부는 작용판상면구간(45a), 작용판저면구간(45b) 및 하방향관통구간(일단은 작용판상면구간의 일단에 연결되고 나머지 일단은 작용판저면구간의 일단에 연결되도록 작용판부를 관통함)을 갖도록 형성할 수 있고, 작용판저면구간(45b)의 종단은 개방된다.
도13에 도시된 실시예의 경우 냉각유체공급관은 작용판상면구간(45a)에 결합되고, 냉각유체는 작용판상면구간(45a)을 통해 작용판저면구간(45b)으로 공급된다. 작용판저면구간으로 공급된 냉각유체는 리테이닝링, 웨이퍼 사이등의 공극을 통해 배출된다.
도13에 도시된 실시예의 경우, 도14에 도시된 바와 같이, 작용판부(41)의 중앙에서 방사상 방향으로 배치된 형태로 작용판저면구간(45'b)을 형성하는 것이 바람직하다.
도14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학기계식 웨이퍼연마장치를 도시한 도면이다.
이와 같이 방사상 방향으로 배치된 형태로 작용판저면구간(45'b)을 형성하는 경우 작용판부(41)의 저면 중앙에 분배홈(49)을 형성한다.
분배홈(49)은 공급관통구간 또는 하방향관통구간에 연통하도록 형성된다.
분배홈(49)에는 분할된 작용판저면구간(45'b)가 하나씩 연결된다.
그리고 도1에 도시된 실시예의 경우 냉각유체가 작용판상면구간보다 먼저 작용판저면구간으로 공급된 후 회수되도록 구성하고 있으나, 작용판부를 관통하는 회수관통구간을 냉각유로부에 추가하고 냉각유체회수관을 냉각유체공급부에 추가하여 냉각유체가 작용판저면구간보다 먼저 작용판상면구간으로 공급된 후 회수관통구간과 냉각유체회수관을 통해 회수하도록 구성할 수 있다(청구항5).
청구항5에 기재된 화학기계식 웨이퍼연마장치의 경우 회수관통구간은 일단이 작용판저면구간의 자유단에 연결되고 나머지 일단이 작용판부의 상측으로 노출되도록 형성된다.
그리고 냉각유체회수관은 회수관통구간의 자유단에 연결된다.
또한 전술한 실시예에서는 작용판상면구간(45a)과 작용판저면구간(45b)을 갖도록 냉각유로부를 형성하고 있으나, 작용판상면구간을 생략하고 작용판저면구간만을 갖도록 냉각유로부를 구성하여 본 발명을 실시할 수 있다(청구항2 및 청구항3).
작용판저면구간만을 갖도록 냉각유로부를 구성하는 경우 작용판저면구간에 공급된 냉각유체는 회수되거나(청구항 3) 또는 회수되지 않을 수 있다(청구항 2).
작용판저면구간에 공급된 냉각유체가 회수되도록 구성하는 경우 청구항5에 기재된 화학기계식 웨이퍼연마장치와 같이 회수관통구간이 냉각유로부에 추가되고 냉각유체회수관이 냉각유체공급부에 추가된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 작용판부(41)의 상면에 일부구간을 갖거나 작용판부(41)의 저면에 전부 또는 일부구간을 갖는 냉각유로부(45)에 냉각유체를 통과시키는 방법으로 연마공정 중 웨이퍼(201)와 연마패드(11)의 마찰에 의해 발생하는 열을 냉각시킴으로써, 웨이퍼의 주변부 영역과 웨이퍼의 중앙영역을 골고루 냉각시킬 수 있게 된다.
이와 같이 웨이퍼의 주변부 영역과 웨이퍼의 중앙영역이 골고루 냉각되면 웨이퍼의 전체 영역의 연마가 거의 같은 속도록 진행되어 웨이퍼의 평탄도를 안정적으로 유지할 수 있게 된다.
그리고 챔버(44) 각각을 모두 경유하도록 작용판상면구간(45a) 또는 작용판상면구간(45a)을 형성함으로써, 웨이퍼를 골고루 냉각시킬 수 있게 된다.
또한 작용판부(41)의 중앙에서 방사상 방향으로 배치된 형태로 작용판저면구간을 형성함으로써, 냉각유체를 효율적으로 배출할 수 있게 된다.
11, 111 : 연마패드 13, 113 : 챔버압력조절부
20, 120 : 연마헤드 21, 121 : 리테이닝링
30 : 연마헤드본체 31 : 캐리어
32 : 플랜지 33 : 롤링시일
40 : 멤브레인 41 : 작용판부
42 : 멤브레인둘레벽부 43 : 챔버형성부
44 : 챔버 45 : 냉각유로부
50 : 냉각유체공급부 51 : 냉각유체탱크
53 : 냉각유체공급관 150 : 냉각기체공급부

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 연마패드와, 저면이 상기 연마패드에 대향하도록 상기 연마패드의 상측에 설치된 연마헤드본체와 상기 연마헤드본체의 저면에 결합된 리테이닝링과 원형의 작용판부와 상기 작용판부의 둘레연부로부터 상기 작용판부의 판면에 수직인 방향을 따라 연장 형성된 멤브레인둘레벽부와 상기 작용판부와 상기 멤브레인둘레벽부와의 사이에 형성된 챔버(chamber)를 구비하고 상기 리테이닝링의 내측에서 상기 작용판부의 저면이 상기 연마패드를 향하도록 상기 연마헤드본체의 저면에 결합되는 탄성재질의 멤브레인을 갖는 연마헤드와, 외부로부터의 제어신호에 따라 상기 작용판부를 상기 연마헤드를 향해 흡인하는 흡인력과 상기 작용판부를 상기 연마패드를 향해 가압하는 가압력이 선택적으로 상기 챔버에 작용할 수 있도록 동작하는 챔버압력조절부를 갖는 화학기계식 웨이퍼연마장치에 있어서,
    상기 멤브레인은 상기 작용판부의 저면에 형성된 요형단면형태의 작용판저면구간과 일단은 상기 작용판저면구간에 연결되고 나머지 일단은 상기 작용판부의 상측으로 노출되도록 상기 작용판부를 관통하는 공급관통구간을 갖는 냉각유로부를 포함하고;
    상기 공급관통구간의 자유단에 연결된 냉각유체공급관을 가지고, 상기 냉각유체공급관을 통해 상기 냉각유로부에 냉각유체를 제공하는 냉각유체공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계식 웨이퍼연마장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉각유로부는 일단이 상기 작용판저면구간의 자유단에 연결되고 나머지 일단이 상기 작용판부의 상측으로 노출되도록 상기 작용판부를 관통하는 회수관통구간을 더 포함하고;
    상기 냉각유체공급부는 상기 회수관통구간의 자유단에 연결된 냉각유체회수관을 더 포함하고, 상기 냉각유로부에 공급된 냉각유체를 상기 냉각유체회수관을 통해 회수하는 것을 특징으로 하는 화학기계식 웨이퍼연마장치.
  4. 연마패드와, 저면이 상기 연마패드에 대향하도록 상기 연마패드의 상측에 설치된 연마헤드본체와 상기 연마헤드본체의 저면에 결합된 리테이닝링과 원형의 작용판부와 상기 작용판부의 둘레연부로부터 상기 작용판부의 판면에 수직인 방향을 따라 연장 형성된 멤브레인둘레벽부와 상기 작용판부와 상기 멤브레인둘레벽부와의 사이에 형성된 챔버(chamber)를 구비하고 상기 리테이닝링의 내측에서 상기 작용판부의 저면이 상기 연마패드를 향하도록 상기 연마헤드본체의 저면에 결합되는 탄성재질의 멤브레인을 갖는 연마헤드와, 외부로부터의 제어신호에 따라 상기 작용판부를 상기 연마헤드를 향해 흡인하는 흡인력과 상기 작용판부를 상기 연마패드를 향해 가압하는 가압력이 선택적으로 상기 챔버에 작용할 수 있도록 동작하는 챔버압력조절부를 갖는 화학기계식 웨이퍼연마장치에 있어서,
    상기 멤브레인은 상기 작용판부의 상면에 형성된 아치(Arch) 단면 형태의 작용판상면구간과 상기 작용판부의 저면에 형성된 요형단면형태의 작용판저면구간과 상기 작용판상면구간의 일단과 상기 작용판저면구간의 일단이 연결되도록 상기 작용판부를 관통하는 하방향관통구간을 갖는 냉각유로부를 포함하고;
    상기 작용판상면구간의 자유단에 연결된 냉각유체공급관을 가지고, 상기 냉각유체공급관을 통해 상기 냉각유로부에 냉각유체를 공급하는 냉각유체공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계식 웨이퍼연마장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 냉각유로부는 일단이 상기 작용판저면구간의 자유단에 연결되고 나머지 일단이 상기 작용판부의 상측으로 노출되도록 상기 작용판부를 관통하는 회수관통구간을 더 포함하고;
    상기 냉각유체공급부는 상기 회수관통구간의 자유단에 연결된 냉각유체회수관을 더 포함하고, 상기 냉각유로부에 공급된 냉각유체를 상기 냉각유체회수관을 통해 회수하는 것을 특징으로 하는 화학기계식 웨이퍼연마장치.
  6. 연마패드와, 저면이 상기 연마패드에 대향하도록 상기 연마패드의 상측에 설치된 연마헤드본체와 상기 연마헤드본체의 저면에 결합된 리테이닝링과 원형의 작용판부와 상기 작용판부의 둘레연부로부터 상기 작용판부의 판면에 수직인 방향을 따라 연장 형성된 멤브레인둘레벽부와 상기 작용판부와 상기 멤브레인둘레벽부와의 사이에 형성된 챔버(chamber)를 구비하고 상기 리테이닝링의 내측에서 상기 작용판부의 저면이 상기 연마패드를 향하도록 상기 연마헤드본체의 저면에 결합되는 탄성재질의 멤브레인을 갖는 연마헤드와, 외부로부터의 제어신호에 따라 상기 작용판부를 상기 연마헤드를 향해 흡인하는 흡인력과 상기 작용판부를 상기 연마패드를 향해 가압하는 가압력이 선택적으로 상기 챔버에 작용할 수 있도록 동작하는 챔버압력조절부를 갖는 화학기계식 웨이퍼연마장치에 있어서,
    상기 멤브레인은 상기 작용판부의 상면에 형성된 아치(Arch) 단면 형태의 작용판상면구간과 상기 작용판부의 저면에 형성된 요형단면형태의 작용판저면구간과 일단이 상기 작용판저면구간에 연결되고 나머지 일단이 상기 작용판부의 상측으로 노출되도록 상기 작용판부를 관통하는 공급관통구간과 일단이 상기 작용판저면구간에 연결되고 나머지 일단이 상기 작용판상면구간에 연결되도록 상기 작용판부를 관통하는 상방향관통구간을 갖는 냉각유로부를 포함하고;
    상기 공급관통구간의 자유단에 연결된 냉각유체공급관과 상기 작용판상면구간의 자유단에 연결된 냉각유체회수관을 가지고, 상기 냉각유체공급관을 통해 상기 냉각유로부에 냉각유체를 공급하고 상기 냉각유로부에 공급된 냉각유체를 상기 냉각유체회수관을 통해 회수하는 냉각유체공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계식 웨이퍼연마장치.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 복수개로 형성되고;
    상기 챔버압력조절부는 상기 챔버 각각의 압력을 조절하며;
    상기 작용판상면구간은 상기 챔버 각각을 모두 경유하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기계식 웨이퍼연마장치.
  8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 복수개로 형성되고;
    상기 챔버압력조절부는 상기 챔버 각각의 압력을 조절하며;
    상기 작용판저면구간은 상기 챔버 각각을 모두 경유하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기계식 웨이퍼연마장치.
  9. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 작용판저면구간은 상기 작용판부의 중앙에서 방사상 방향으로 배치된 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학기계식 웨이퍼연마장치.
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