KR102663950B1 - 기판 연마용 연마패드 및 이를 포함하는 cmp 장치 - Google Patents

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    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Abstract

연마패드 및 이를 포함하는 CMP 장치를 개시한다. 일 실시 예에 따른 기판을 연마하기 위한 연마패드에 있어서, 상기 연마패드의 엣지(Edge)는, 상기 기판을 가압하는 상태에서, 리테이너링과의 충돌시 발생하는 충격을 완화하는 형상으로 형성될 수 있다.

Description

기판 연마용 연마패드 및 이를 포함하는 CMP 장치{POLISHING PAD FOR SUBSTRATE AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
아래의 실시예는 기판 연마용 연마패드 및 이를 포함하는 CMP 장치에 관한 것이다.
기판의 제조에는, 연마와 버핑(buffing) 및 세정을 포함하는 CMP(chemical mechanical polishing) 작업이 필요하다. 기판의 CMP 작업에는, 연마패드를 통해 기판의 피연마면을 연마하는 공정이 요구된다. CMP 장치는 기판의 일면 또는 양면을 연마와 버핑 및 세정하기 위한 구성요소로서, 벨트, 연마패드 또는 브러시를 구비하는 벨트를 구비한다. 슬러리는 CMP 작업을 촉진 및 강화시키기 위해 사용된다.
기판을 연마하는 경우, 일반적으로 연마패드의 크기는 대면적 기판의 크기보다 작게 된다. 따라서, 기판의 피연마면을 연마하기 위해서는, 연마패드가 수평으로 이동하면서 기판을 연마할 필요가 있다.
기존에는, 연마패드보다 큰 크기의 기판을 연마하기 위해서는, 플레튼에 접착 패드등을 사용하여 기판을 고정시킨 후 연마를 수행했다. 그러나, 기판 고정 패드등을 사용하는 경우에는, 기판의 정밀한 연마에 어려움이 있어, 상부 표면이 가요성 막으로 형성되어 기판을 지지하는 멤브레인이 사용되고 있다. 이 경우, 대면적 CMP 장치는 가요성 막 주변에 기판을 가요성 막에서 이탈되는 것을 방지하기 위해서 리테이너 링 등의 구조물이 구비되어야 한다. 이러한 리테이너 링은 기판보다 높은 높이를 갖기 때문에, 연마패드가 리테이너링에 충돌하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 연마패드 옆면과 리테이너의 충돌에 따른 패드 휨 현상, 찢어짐 현상, 리테이너링의 손상과 같은 문제에 따라, 연마 특성이 저하되는 문제가 발생한다. 따라서, CMP 장치에서 기판의 손상 없이 대면적 기판을 연마하기 위한 연마패드가 필요한 실정이다.
이와 관련하여, 공개특허공보 제10-2016-0008836호는 연마패드 및 이를 포함하는 연마 장치를 개시한다.
일 실시 예에 따른 목적은, 리테이너링과의 충돌시 발생하는 충격을 완화하는 기판 연마용 연마패드를 제공하기 위한 것이다.
일 실시 예에 따른 목적은, 리테이너링의 상부로 자연스럽게 이동할 수 있는 기판 연마용 연마패드를 제공하기 위한 것이다.
일 실시 예에 따른 목적은, 연마패드 및 리테이너링의 손상을 방지할 수 있는 CMP 장치를 제공하기 위한 것이다.
일 실시 예에 따른 기판을 연마하기 위한 연마패드에 있어서, 상기 연마패드의 엣지(Edge)는, 상기 기판을 가압하는 상태에서, 리테이너링과의 충돌시 발생하는 충격을 완화하는 형상으로 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 연마패드는, 상기 기판의 피연마면을 상부에서 연마하는 상태에서, 상기 리테이너링과 충돌하는 경우, 상기 기판과 접촉하는 연마면이 상기 리테이너링의 상부로 이동하도록 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 연마패드는, 상기 기판을 연마하는 연마면이, 상기 연마면에 대향하는 지지면보다 좁은 면적을 가지도록 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 연마패드의 엣지(edge)면은, 상기 연마면으로부터 상기 연마패드의 외측으로 상향 경사지게 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 연마패드의 엣지면은 30도 내지 60도의 각도로 상향 경사질 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 연마패드의 측면은, 연마면으로부터 라운드(Round)지게 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따른 CMP 장치는, 기판의 피연마면이 상부를 향하도록 지지하는 멤브레인과, 상기 기판의 둘레를 지지하는 리테이너링을 포함하는 기판 캐리어; 및 상기 기판의 피연마면을 연마하기 위한 연마패드와, 상기 연마패드를 상기 기판 방향으로 가압하기 위한 연마 플레이튼을 포함하는 연마 유닛을 포함하고, 상기 연마패드는, 상기 기판을 연마하는 상태에서 상기 리테이너링에 접촉하는 경우, 상기 리테이너링의 상부로 이동 가능한 형상으로 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 연마패드는, 측면의 형상이 상기 연마면으로부터 외측으로 상향지게 형성될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 연마패드의 측면은, 연마면으로부터 라운드(round)지게 형성되어, 상기 리테이너링과 충돌시 발생하는 충격이 완화될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 연마패드는, 측면의 재질이 탄성재질로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따른 기판 연마용 연마패드는, 리테이너링과 충돌하는 경우, 리테이너링의 상부로 자연스럽게 이동할 수 있다.
일 실시 예에 따른 CMP 장치는, 연마패드 및 리테이너링의 손상을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 기판 연마용 연마패드의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은, 일 실시 예에 따른 기판 CMP 장치의 사시도이다.
도 2는, 일 실시 예에 따른 기판 CMP 장치의 측면도이다.
도 3은, 일 실시 예에 따른 연마유닛의 측면도이다.
도 4는, 일 실시 예에 따른 연마유닛의 측면도이다.
도 5는, 일 실시 예에 따른 CMP 장치의 작동도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 CMP 장치의 사시도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 CMP 장치의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시 예에 따른 CMP 장치(1)는, 대면적 기판(S)을 화학적 기계적으로 연마하는 공정을 수행할 수 있다.
기판(S)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치(flat panel display device, FPD)용 글라스를 포함할 수 있다. 그러나, 기판(S)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 반도체 장치(semiconductor device) 제조용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수도 있다. 또한, 도면에서는 기판(S)이 원형 형상을 가지는 것으로 도시하였으나, 이는 일 예시에 불과하며, 기판(S)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
CMP 장치(1)는, 연마패드(101)보다 큰 크기를 가지는 기판(S)의 피연마면을 연마할 수 있다. CMP 장치(1)는, 기판(S)을 지지하기 위한 기판 캐리어(11) 및 기판(S)을 연마하기 위한 연마 유닛(10)을 포함할 수 있다.
기판 캐리어(11)에는 기판(S)의 피연마면이 연마 유닛을 향하도록, 기판(S)이 안착될 수 있다. 예를 들어, 기판 캐리어(11)는 기판(S)의 피연마면이 상부를 향하도록 기판(S)을 지지할 수 있다. 기판 캐리어(11)는, 플레이튼(113), 멤브레인(111) 및 리테이너링(112)을 포함할 수 있다.
플레이튼(113)은 기판 캐리어(11)에 안착된 기판(S)의 연마가 가능하도록, 기판(S)을 수평으로 지지할 수 있다. 플레이튼(113)은 연마패드(101)에 대한 수평 방향으로 기판(S)을 이송하거나, 고정된 상태에서 기판(S)의 연마가 수행되도록 할 수 있다. 플레이튼(113)은, 기판(S) 연마면에 수직한 축을 중심으로 자전함으로써, 지지된 기판(S)을 수평으로 회전시킬 수 있다.
멤브레인(111)은 기판(S)을 지지할 수 있다. 멤브레인(111)은 플레이튼(113)의 일측, 예를 들어, 플레이튼(113)의 상부에 구비되어, 기판을 지지할 수 있다. 멤브레인(111)은 가요성 재질로 형성될 수 있으나, 멤브레인(111)의 재질이 이에 한정되는 것은 아니다. 멤브레인(111)은 연마 유닛(10)이 기판(S)을 가압하는 경우, 기판(S)의 효율적인 연마가 가능하도록, 기판(S)을 상부로 가압할 수 있다. 예를 들어, 멤브레인(111)은 플레이튼(113)에 의해 기판(S) 방향으로 가압됨으로써, 기판(S)을 연마패드(101) 방향으로 가압할 수 있다.
리테이너링(112)은 기판 캐리어(11)에 안착된 기판(S)을, 멤브레인(111)으로부터 이탈하지 않도록 지지할 수 있다. 리테이너링(112)은, 기판(S)의 외측에 구비되어, 멤브레인(111)에 대한 기판(S)의 상대적인 위치를 고정할 수 있다.
연마 유닛(10)은, 기판 캐리어(11)에 안착된 기판(S)의 피연마면을 연마할 수 있다. 예를 들어, 연마 유닛(10)은 기판 캐리어(11)의 상부에 위치할 수 있다. 연마 유닛(10)은 기판(S)의 피연마면을 연마하기 위한 연마패드(101)와, 연마패드(101)를 기판 방향으로 가압하기 위한 연마 플레이튼(102)을 포함할 수 있다.
이 경우, 연마 유닛(10) 및 기판 캐리어(11)는, 도 1과 같이, 서로 다른 각속도(V1, V2)로 회전하는 오비탈(orbital) 방식을 통해, 기판(S)을 연마할 수 있다. 그러나, 기판 연마 방식이 이에 한정되는 것은 아니며, 롤(roll) 방식, 벨트(belt) 방식, 로터리(rotary) 방식과 같은 다양한 연마 방식이 수행될 수 있다. 다시 말하면, CMP 장치(1)는, 연마패드(101)의 면적보다 큰 기판(S)을 연마하기 위한 다양한 연마 방식이 적용될 수 있다.
도 3은 일 실시 예에 따른 연마 유닛의 측면도이며, 도 4는 일 실시 예에 따른 연마 유닛의 측면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 연마패드(101)는 기판(S)을 연마하는 상태에서, 리테이너링(112)과의 충돌시 발생하는 충격이 완화되는 형상으로 형성될 수 있다.
구체적으로, 연마 유닛(10)이 기판(S)을 가압하게 되면, 기판(S)의 연마 영역은 멤브레인(111)에 의하여 리테이너링(112)보다 상대적인 위치가 낮아지게 된다. 연마 플레이튼(102)의 수평이동에 따라, 연마패드(101)가 기판(S)의 엣지 영역으로 이동하게 되면, 연마패드(101)는 리테이너링(112)과 충돌할 수 있다.
이 경우, 연마패드(101)는 리테이너링(112)과 충돌하는 경우, 리테이너링(112)의 상부로 이동 가능하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 연마패드(101)의 연마면은 연마면에 대응하는 지지면보다 좁은 면적을 가지도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 3과 같이, 리테이너링(112)과 충돌 가능한 연마패드(101)의 엣지(edge)면은, 기판(S)을 연마하는 연마면으로부터 연마패드(101)의 외측으로 상향 경사지게 형성될 수 있다. 예를 들어, 연마패드(101)의 엣지면의 경사는 30도 내지 60도의 각도로 상향 경사질 수 있다. 반면, 연마패드(101)의 측면은, 도 4와 같이, 연마면으로부터 외측으로 라운드(round)지게 형성될 수도 있다.
이와 같은 구조에 의하면, 연마패드(101)가 리테이너링(112)과 충돌하는 경우, 연마패드(101)가 리테이너링(112)의 상부로 자연스럽게 이동함으로써, 리테이너링(112)과의 충돌에 따른 충격 발생을 방지하거나, 최소화 할 수 있다.
다만, 도 3 및 도 4에 도시된 연마패드(101)의 형상은, 일 예시에 불과하며, 연마패드(101)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말하면, 연마패드(101)는 리테이너링(112)과의 충격을 완화할 수 있는 다양한 형상이 적용될 수 있다.
리테이너링(112)과 충돌 가능한, 연마패드(101)의 측면은 탄성재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 연마패드(101)의 측면은, 고무, 우레탄과 같은 부드러운 재질로 형성됨으로써, 리테이너링(112)과 충돌시에 발생하는 충격력을 완화시킴으로써, 리테이너링(112)의 손상을 방지할 수 있다.
도 5는, 일 실시 예에 따른 CMP 장치의 작동도이다.
도 5를 참조하면, 연마 유닛(10)은 연마패드(101)의 면적보다 큰 면적의 기판(S)을 연마할 수 있다. 연마 유닛(10)이 기판(S)을 가압하게 되면, 멤브레인(111)에 의해 지지되는 기판(S)은 리테이너링(112)보다 낮은 위치로 이동하게 된다. 이 경우, 연마 유닛(10)이 기판(S)의 피연마면의 엣지영역으로 이동하면, 연마패드(101)는 리테이너링(112)과 충돌할 수 있다. 연마패드(101)의 측면은, 슬로프(slope) 또는 라운드(round)지게 형성됨으로써, 리테이너링(112)의 상부로 자연스럽게 이동할 수 있다. 따라서, 도 5와 같이, 연마패드(101)가 리테이너링(112)의 측면에 직접 충돌하는 것을 방지함으로써, 연마 유닛(10) 및 리테이너링(112)의 손상을 방지할 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
1: CMP 장치
10: 연마 유닛
101: 연마패드
102: 연마 플레이튼
11: 기판 캐리어
111: 멤브레인
112: 리테이너링
113: 플레이튼

Claims (10)

  1. CMP 장치에 있어서,
    연마패드를 포함하는 연마 유닛; 및
    상기 연마패드보다 큰 면적을 가지는 기판의 피연마면이 상부를 향하도록 지지하는 멤브레인과, 상기 기판의 둘레를 지지하는 리테이너링을 포함하는 기판 캐리어를 포함하고,
    상기 멤브레인은 상기 연마패드에 의해 상기 기판이 가압되면, 상기 연마패드에 접촉된 기판 영역이 상기 리테이너링에 비해 상대적인 위치가 낮아지도록 구성되고,
    상기 연마패드의 엣지면은 상기 기판에 접촉하는 연마면으로부터 상기 연마패드의 외측을 향해 상향 경사지게 형성되어, 상기 리테이너링과 충돌할 때 발생하는 충격을 완화하는, CMP 장치
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마패드는,
    상기 기판의 피연마면을 상부에서 연마하는 상태에서, 상기 리테이너링과 충돌하는 경우, 상기 기판과 접촉하는 연마면이 상기 리테이너링의 상부로 이동하도록 형성되는, CMP 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마패드는,
    상기 기판을 연마하는 연마면이, 상기 연마면에 대향하는 지지면보다 좁은 면적을 가지도록 형성되는, CMP 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연마패드의 엣지면은 30도 내지 60도의 각도로 상향 경사지는, CMP 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마패드의 측면은,
    연마면으로부터 라운드(Round)지게 형성되는, CMP 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연마패드는,
    측면의 재질이 탄성재질로 형성되는, CMP 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003011066A (ja) * 2000-07-25 2003-01-15 Ebara Corp 研磨工具及びその製造方法
JP2010253646A (ja) * 2009-04-27 2010-11-11 Nitta Haas Inc 研磨パッド

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