KR20010060746A - 반도체 웨이퍼 연마장치용 간극조절링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 연마장치(C.M.P.)용 간극조절링에 관한 것이다.

본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치용 간극조절링은 웨이퍼의 평탄화 가공을 위한 씨엠피 시스템의 연마헤드부를 구성하는 캐리어와 리테이너링 사이에 개재되어 상기 리테이너링과 웨이퍼의 각 표면간 높이차이를 조절하기 위한 간극조절링에 있어서, 상기 간극조절링은 슬러리에 대한 내구성이 있고 취급시의 변형 및 손상을 방지할 수 있는 스테인레스 스틸(SUS) 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 웨이퍼를 지지하는 리테이너링의 위치를 미세 조절하기 위하여 개재되는 간극조절링의 재질을 개량하여 외력 및 슬러리의 작용에 의한 변형 또는 손상의 염려가 없고, 웨이퍼의 각부에 균일한 가압력이 작용할 수 있게 함과 아울러 재생 사용이 가능하며, 장치의 안정성을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

반도체 웨이퍼 연마장치용 간극조절링{Shim for controlling position of retainer ring in CMP system}

본 발명은 화학 기계 연마(C.M.P.) 기술을 적용한 반도체 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼를 지지하는 리테이너링의 위치를 미세 조절하기 위하여 개재되는 간극조절링의 재질을 개량하여 외력 및 슬러리의 작용에 의한 변형 또는 손상의 염려가 없고, 웨이퍼의 각부에 균일한 가압력이 작용할 수 있게 함과 아울러 재생 사용이 가능하며, 장치의 안정성을 향상시킬 수 있게 한 반도체 웨이퍼 연마장치용 간극조절링에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼는 1μm 이하의 연마 제거량에 대하여 평탄화 및 잔류막 두께의 균일화를 확보할 수 있어야 하며, 연마 후의 표면 평탄도는 0.01μm 이하가 요구된다.

이와 같이 반도체 웨이퍼의 평탄화 작업을 수행하기 위하여 사용되는 장비가 씨엠피 시스템(반도체 웨이퍼 연마시스템)이며, 여기서 말하는 CMP란 슬러리(케미컬)를 이용한 식각연마공정과, 물리적인 하향 가압력(Down force) 및 회전력(Rotation force)를 이용한 마찰연마공정을 동시에 수행하는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing)를 의미한다.

일반적인 씨엠피 시스템은 웨이퍼를 카셋트에 장, 탈착(Loading & Unloading)하기 위한 웨이퍼 수납부와, 상기 웨이퍼 수납부에 수납된 웨이퍼를 연마 위치로 자동 이송시켜 주는 이동기구부와, 상기 이동기구부의 조작에 의해 웨이퍼가 이송되면 그 웨이퍼를 고정한 상태로 회전하면서 슬러리(Slurry)의 공급과 함께 연마 작업을 수행하는 반도체 웨이퍼 연마장치 및 상기 반도체 웨이퍼 연마장치의 작동에 의해 연마된 웨이퍼 상에 붙어 있는이물질을 세정하기 위한 웨이퍼 세정기구부로 구분하여 볼 수 있다.

상기 반도체 웨이퍼 연마장치는 상부에 패드가 부착되고 모우터에 의해 회전 구동되는 연마정반과, 이동기구부의 로봇 작동에 의해 카셋트에 적재된 웨이퍼를 전달받아 흡착 지지함과 아울러 상기 연마정반의 상부에서 웨이퍼에 회전과 가압을 주는 연마헤드부(캐리어)와, 상기 웨이퍼와 마찰되는 패드 상에 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급부 및 연마 후 상기 패드의 표면에 축적되어 있는 이물질을 제거할 수 있도록 세정시켜 주는 패드드레싱부로 구성되어 있다.

상기 연마정반은 하단부 중앙에 회전구동축이 형성되고, 이 회전구동축이 구동벨트에 의해 상기 모우터의 축과 함께 회전할 수 있도록 연결되어 있다.

상기 연마헤드부는 웨이퍼에 연마 압력을 가하는 캐리어와, 상기 캐리어의 중앙에 수직 형성된 회전구동축과, 상기 회전구동축에 회전력을 부여하기 위한 모우터 및 상기 회전구동축과 모우터의 축간을 연결하는 구동벨트로 구성되어 있으며, 상기 캐리어의 내부에는 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼척(가압판(Pressure plate 또는 Backing plate))과, 웨이퍼가 연마 중에 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 가압판의 둘레에 설치된 리테이너링(Retainer ring 또는 Extension ring)이 구비되어 있다.

상기 캐리어와 가압판 및 리테이너링은 각각 체결나사에 의해 고정 설치되며, 상기 캐리어와 리테이너링 사이에는 소정 두께의 간극조절링(Shim)이개재되어 있어 상기 리테이너링의 미세 높낮이를 조절할 수 있도록 되어 있다.

상기 리테이너링은 웨이퍼의 둘레를 감싸면서 웨이퍼의 이탈을 방지함과 아울러 상기 웨이퍼의 중앙 및 가장자리부 위치에서의 가압력 차가 발생하지 않도록 가압력을 균일하게 분산시켜주게 되고, 이때 상기 간극조절링은 캐리어와 리테이너링 사이에 개재되어 상기 리테이너링의 높낮이를 미세 조절하는 기능을 수행하며, 이러한 종래의 간극조절링은 유연성 있는(Flexible) 합성수지(Plastic)로 이루어져 있다.

이와 같은 구성을 갖는 반도체 웨이퍼 연마장치는 캐리어의 저면부에 웨이퍼를 흡착한 상태에서 상기 캐리어가 하강하여 웨이퍼의 표면을 패드의 표면에 가압하게 되고, 상기 패드의 표면에는 슬러리공급부의 관을 통해 슬러리가 공급되며, 이러한 상태에서 상기 캐리어와 연마정반이 상호 회전함으로써 웨이퍼의 표면이 연마되는 것이다.

또한, 연마 완료된 웨이퍼는 웨이퍼 세정기구부로 이송되어 세정이 이루어진 후 카셋트에 적재되며, 상기 패드는 패드드레싱부의 작동에 의해 그 표면에 부착된 이물질을 제거하게 된다.

이때, 상기 리테이너링은 웨이퍼가 캐리어의 패드에 흡착된 상태로 연마될 때 웨이퍼의 중앙 및 가장자리부에 가압되는 힘의 상이함으로 인해 발생하는 각 부위 간의 연마율 차이를 해소할 수 있도록 웨이퍼의 가장자리부에 집중되는 가압력을 분산시킴과 동시에 상기 웨이퍼가 이탈되지 않게고정시켜주는 역할을 수행한다. 상기 리테이너링의 가압력 분산정도는 웨이퍼와 리테이너링의 각 표면 간의 높이차이에 의해 달라질 수 있으므로 이를 조절하기 위해서 캐리어와 리테이너링 사이에 간극조절링을 개재하게 되며, 상기 간극조절링은 미세 높이차이를 조절하기 위한 것이므로 그 두께가 매우 얇다.

그러나, 종래의 간극조절링은 유연성 있는 합성수지 재질이므로 사용시 가해지는 하향력이나 나사 체결에 의한 조립시 가해지는 외력 등에 의해 쉽게 변형 및 손상될 수 있고, 이로 인해 높이의 정확한 수치를 조절하기어려워 작업이 지연되며, 재생 사용이 불가능하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 웨이퍼를 지지하는 리테이너링의 위치를 미세 조절하기 위하여 개재되는 간극조절링의 재질을 개량하여 외력 및 슬러리의 작용에 의한 변형 또는 손상의 염려가 없고, 웨이퍼의 각부에 균일한 가압력이 작용할 수 있게 함과 아울러 재생 사용이 가능하며, 장치의 안정성을 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 연마장치용 간극조절링을 제공하는데 그 목적이 있다.

도1은 일반적인 반도체 웨이퍼 연마장치의 구조를 부분 도시한 개략측면도이다.

도2는 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치용 간극조절링(Shim)이 적용된 구조를 확대 도시한 도1의 A부 확대도이다.

도3은 본 발명에 따른 간극조절링의 평면도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 ; 웨이퍼 2 ; 연마정반(Polishing table)

3 ; 패드(Pad) 4 ; 키리어(Carrier)

5 ; 가압판(Pressure plate) 6 ; 리테이너링(Retainer ring)

7 ; 간극조절링(Shim) 7a ; 나사체결구멍

8 ; 체결나사

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치용 간극조절링은 웨이퍼의 평탄화 가공을 위한 씨엠피 시스템의 연마헤드부를 구성하는 캐리어와 리테이너링 사이에 개재되어 상기 리테이너링과 웨이퍼의 각 표면간 높이차이를 조절하기 위한 간극조절링에 있어서, 상기 간극조절링은 슬러리에 대한 내구성이 있고 취급시의 변형 및 손상을 방지할 수 있는 스테인레스 스틸 재질로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 씨엠피 시스템은 웨이퍼(1)를 카셋트(미도시)에 장, 탈착하기 위한 웨이퍼 수납부와, 상기 웨이퍼 수납부에 수납된 웨이퍼(1)를 연마 위치로 자동 이송시켜 주는 이동기구부와, 상기 이동기구부의 조작에 의해 웨이퍼(1)가 이송되면 그 웨이퍼(1)를 고정한 상태로 회전하면서 슬러리의 공급과 함께 연마 작업을 수행하는 반도체 웨이퍼 연마장치 및 상기 반도체 웨이퍼 연마장치의 작동에 의해 연마된 웨이퍼 상에 붙어 있는 이물질을 세정하기 위한 웨이퍼 세정기구부로 구분하여 볼 수 있다.

상기 반도체 웨이퍼 연마장치는 상부에 패드(3)가 부착되고 모우터(미도시)에 의해 회전 구동되는 연마정반(2)과, 이동기구부의 로봇 작동에 의해 카셋트에 적재된 웨이퍼(1)를 전달받아 흡착 지지함과 아울러 상기 연마정반(2)의 상부에서 웨이퍼(1)에 회전과 가압을 주는 연마헤드부(캐리어)와, 상기 웨이퍼(1)와 마찰되는 패드(3) 상에 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급부 및 연마 후 상기 패드(3)의 표면에 축적되어 있는 이물질을 제거할 수 있도록 세정시켜 주는 패드드레싱부로 구성되어 있다.

상기 연마정반(2)은 하단부 중앙에 회전구동축이 형성되고, 이 회전구동축이 구동벨트(미도시)에 의해 상기 모우터의 축과 함께 회전할 수 있도록 연결되어 있다.

상기 연마헤드부는 웨이퍼(1)에 연마 압력을 가하는 캐리어(4)와, 상기 캐리어(4)의 중앙에 수직 형성된 회전구동축과, 상기 회전구동축에 회전력을 부여하기 위한 모우터(미도시) 및 상기 회전구동축과 모우터의 축간을 연결하는 구동벨트(미도시)로 구성되어 있으며, 상기 캐리어(4)의 내부에는 웨이퍼(1)를 지지하는 웨이퍼척(가압판(Pressure plate 또는 Backing plate))과, 웨이퍼(1)가 연마 중에 이탈하는 것을 방지하기 위하여 상기 가압판(5)의 둘레에 설치된 리테이너링(Retainer ring 또는 Extension ring)(6)이 구비되어 있다.

상기 캐리어(4)와 가압판(5) 및 리테이너링(6)은 도2 및 도3에 도시한 바와 같이, 각각 체결나사(8)에 의해 고정 설치되며, 상기 캐리어(4)와 리테이너링(6) 사이에는 소정 두께의 간극조절링(Shim)(7)이 개재되어 있어 상기 리테이너링(6)의 미세 높낮이를 조절할 수 있도록 되어 있다.

상기 리테이너링(6)은 웨이퍼(1)의 둘레를 감싸면서 웨이퍼(1)의 이탈을 방지함과 아울러 상기 웨이퍼(1)의 중앙 및 가장자리부 위치에서의 가압력 차가 발생하지 않도록 가압력을 균일하게 분산시켜주게 되고, 이때 상기 간극조절링(7)은 캐리어(4)와 리테이너링(6) 사이에 개재되어 상기 리테이너링(6)의 높낮이를 미세 조절하는 기능을 수행하며, 이러한 상기 간극조절링(7)은 슬러리에 대한 내구성이 있고 취급시의 변형 및 손상을 방지할 수 있는 스테인레스 스틸(Stainless Steel ; SUS) 재질로 이루어져 있다.

도면중 미설명 부호 7a는 체결나사(8)를 체결하기 위한 나사체결구멍을 나타낸다.

이와 같은 구성을 갖는 반도체 웨이퍼 연마장치는 캐리어(4)의 저면부에 웨이퍼(1)를 흡착한 상태에서 상기 캐리어(4)가 하강하여 웨이퍼(1)의 표면을 패드(3)의 표면에 가압하게 되고, 상기 패드(3)의 표면에는 슬러리공급부의 관을 통해 슬러리가 공급되며, 이러한 상태에서 상기 캐리어(4)와 연마정반(2)이 상호 회전함으로써 웨이퍼(1)의 표면이 연마되는 것이다.

또한, 연마 완료된 웨이퍼(1)는 웨이퍼 세정기구부로 이송되어 세정이 이루어진 후 카셋트에 적재되며, 상기 패드(3)는 패드드레싱부의 작동에 의해 그 표면에 부착된 이물질을 제거하게 된다.

상기 리테이너링(6)의 가압력 분산정도는 웨이퍼(1)와 리테이너링(6)의 각 표면 간의 높이차이에 의해 달라질 수 있으므로 이를 조절하기 위해서 캐리어(4)와 리테이너링(6) 사이에 간극조절링(7)을 개재하게 되며, 상기 간극조절링(7)은 미세 높이차이를 조절하기 위한 것이므로 그 두께가 매우 얇다.

이때, 상기 리테이너링(6)은 웨이퍼(1)가 캐리어(4)의 패드(3)에 흡착된 상태로 연마될 때 그 형상이 변형되지 않는 스테인레스 스틸 재질의 간극조절링(7)에 의해 정확한 위치에서 지지되므로 웨이퍼(1)의 중앙 및 가장자리부에 가압되는 힘이 균일하게 유지되고, 이로 인해 발생하는 각 부위 간의 연마율 차이를 해소할 수 있으며, 웨이퍼(1)의 가장자리부에 집중되는 가압력을 분산시킴과 동시에 상기 웨이퍼(1)가 이탈되지 않게 고정시켜주는 고유의 기능을 수행할 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 간극조절링(7)은 변형이 쉽게 일어나지 않으므로 초음파 세척 및 재생 사용이 가능하며, 체결나사(8)를 조립하게 되는 경우에도 변형되지 않으므로 작업에 소요되는 시간을 현저히 줄일 수 있다.

이상에서 기술한 바와 같은 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 연마장치에 의하면, 웨이퍼를 지지하는 리테이너링의 위치를 미세 조절하기 위하여 개재되는 간극조절링의 재질을 슬러리에 대한 내구성이 있고 취급시의 변형 및 손상을 방지할 수 있는 스테인레스 스틸로 대체하여 외력 및 슬러리의 작용에 의한 변형 또는 손상의 염려가 없고, 웨이퍼의 각부에 균일한 가압력이 작용할 수 있게 함과 아울러 재생 사용이 가능하며, 장치의 안정성을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명은 하나의 바람직한 구체예에 대해서만 기술하였으나, 상기의 구체예를 바탕으로 한 본 발명의 기술사상 범위 내에서의 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 또한, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (1)

1. 웨이퍼의 평탄화 가공을 위한 씨엠피(화학적 기계적 연마) 시스템의 연마헤드부를 구성하는 캐리어와 리테이너링 사이에 개재되어 상기 리테이너링과 웨이퍼의 각 표면간 높이차이를 조절하기 위한 간극조절링에 있어서,

   상기 간극조절링은 슬러리에 대한 내구성이 있고 취급시의 변형 및 손상을 방지할 수 있는 스테인레스 스틸(SUS) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마장치용 간극조절링.