KR20010066158A

KR20010066158A - Wafer carrier of chemical mechanical polishing device

Info

Publication number: KR20010066158A
Application number: KR1019990067743A
Authority: KR
Inventors: 윤대령; 박형열
Original assignee: 황인길; 아남반도체 주식회사
Priority date: 1999-12-31
Filing date: 1999-12-31
Publication date: 2001-07-11
Also published as: KR100552802B1

Abstract

PURPOSE: A wafer carrier for a chemical mechanical polishing(CMP) apparatus is to obtain a uniform wide planarization by preventing an upper plate from being directly contacted with the carrier base. CONSTITUTION: The wafer carrier comprises a carrier base(23), an upper plate(24), an O-ring(26) and a gas layer(27). A groove is formed on an upper portion of the carrier base. A carrier pad(21) for holding the carrier base is formed on a lower portion of the carrier base. The carrier pad has the same diameter as the wafer. A wafer guide(22) formed on the carrier base holds a position of the wafer on an outer side of the carrier pad. The upper plate connected to a driving load is connected to an upper groove of the carrier base. A lower portion of the upper plate is formed evenly. The O-ring is installed on a lower outer circumference of the upper groove. The gas layer is formed between a lower portion of the upper groove and a lower portion of the upper plate.

Description

Wafer Carrier of Chemical Mechanical Abrasive Device {WAFER CARRIER OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING DEVICE}

본 발명은 웨이퍼를 광역 평탄화하는 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정 중 웨이퍼를 홀딩(holding)하여 주는 웨이퍼 캐리어에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus for wide area planarization of a wafer, and more particularly, to a wafer carrier for holding a wafer during a chemical mechanical polishing process of the wafer.

최근 반도체 소자의 고속화 및 고집적화에 따라 다층 배선 구조에 있어서 배선 층수의 증가와 배선 패턴의 미세화에 대한 요구가 갈수록 높아져 다층 배선 기술이 서브 마이크론 공정에서 중요한 과제이다. 0.35㎛ 이하의 공정 시대에 들어서면서 미세 패턴 형성을 실현하기 위한 노광 장치의 촛점 심도에 대한 공정여유가줄어듦에 따라 충분한 촛점 심도를 확보하기 위하여 칩 영역에 걸친 광역 평탄화 기술이 요구된다. 이와 같은 광역 평탄화를 실현하기 위해 현재 화학 기계적 연마라고 하는 기술이, 반도체 소자 제조 공정에 필수적으로 적용되고 있을 뿐만 아니라 차세대 소자에 대해 활발히 연구가 되어지고 있다. 현재, 화학 기계적 연마 기술은 소자의 고속화를 실현하기 위해 다층 배선이 요구되는 논리형 소자에 많이 적용되고 있으며, 또한 기억형 소자에서도 다층화 되어감에 따라 점차적으로 적용을 하고 있는 추세이다.In recent years, with the increase in the speed and the high integration of semiconductor devices, the demand for increasing the number of wiring layers and miniaturization of wiring patterns in the multilayer wiring structure is increasing, so that the multilayer wiring technology is an important problem in the submicron process. As the process margin for the depth of focus of the exposure apparatus for realizing fine pattern formation decreases as the process age of 0.35 μm or less is reduced, a wide area planarization technique is required to secure a sufficient depth of focus. In order to realize such a wide area planarization, a technique called chemical mechanical polishing is not only applied to a semiconductor device manufacturing process but also actively researched next generation devices. At present, chemical mechanical polishing technology has been applied to logic devices that require multi-layer wiring in order to realize high speed of devices, and is increasingly applied to memory devices as they are multilayered.

화학 기계적 연마는 기존의 희생막의 전면 식각 공정과는 달리 특정 부위의 제거 속도를 조절함으로써 평탄화하는 기술로, 도 1에서와 같이 연마 패드(11)가 상부에 설치된 정반(platen)(10)을 회전하고 헤드(head)에 웨이퍼(W)를 홀딩하는 캐리어 박막(21)이 설치된 웨이퍼 캐리어(20)를 회전하며, 웨이퍼 캐리어(20)에 의해 캐리어 박막(21)에 홀딩된 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)에 일정한 힘으로 밀착시킴과 동시에 슬러리 공급부(미도시)를 통해 회전하는 웨이퍼(W)와 연마 패드(11) 사이에 액상의 슬러리(S)를 투입하여 연마 패드(11)에 의한 기계적인 연마와 슬러리(S)에 의한 화학적인 연마에 의해 광역 평탄화한다.Chemical mechanical polishing is a technique of planarization by controlling the removal rate of a specific region, unlike the conventional front-side etching process of the sacrificial film, as shown in FIG. And rotate the wafer carrier 20 provided with the carrier thin film 21 holding the wafer W in the head, and polish the wafer W held on the carrier thin film 21 by the wafer carrier 20. The liquid slurry S is introduced between the wafer W and the polishing pad 11 which rotates through the slurry supply unit (not shown) while being in close contact with the pad 11 with a constant force. Wide area planarization is performed by mechanical polishing and chemical polishing by slurry (S).

이러한 화학 기계적 연마 장치에서 광역 평탄화를 위한 웨이퍼를 홀딩하며 웨이퍼를 회전 및 일정한 하중으로 누르는 종래 웨이퍼 캐리어를 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.A conventional wafer carrier that holds a wafer for wide area planarization and presses the wafer at a constant load in such a chemical mechanical polishing apparatus will be described in detail with reference to FIG. 2.

도 2에서 알 수 있는 바와 같이 종래 웨이퍼 캐리어는, 상부에 홈을 가지는 캐리어 베이스(base)(23) 하부에 웨이퍼(W)와 동일 직경을 가지며 웨이퍼(W)를 홀딩하는 캐리어 패드(21)가 설치되고, 캐리어 패드(21) 외측 캐리어 베이스(23) 하부에 캐리어 패드(21)에 의해 홀딩된 웨이퍼(W)의 위치를 고정하는 웨이퍼 가이드(22)가 설치되어 있다. 그리고, 캐리어 베이스(23) 상부 홈에는 웨이퍼 캐리어를 회전 및 하중으로 누르는 구동부(미도시) 로드(R)가 상부에 접속되며 하부에 볼록부(25)가 형성된 상부 플레이트(24)가 결합되며, 캐리어 베이스(23) 상부 홈의 하부면 외측 원주상에 O-링(26)이 설치되며 상부 플레이트(24) 하부와 캐리어 베이스(23) 상부 홈의 하부면 사이에 가스층(27)이 형성되어 캐리어 베이스(23)와 상부 플레이트(24)를 분리하고 있다.As can be seen in FIG. 2, the conventional wafer carrier has a carrier pad 21 having the same diameter as the wafer W and holding the wafer W under the carrier base 23 having a groove thereon. The wafer guide 22 which fixes the position of the wafer W hold | maintained by the carrier pad 21 under the carrier pad 21 outer carrier base 23 is provided. In addition, a driving part (not shown) rod R for connecting the wafer carrier with the rotation and the load is connected to the upper part of the carrier base 23, and the upper plate 24 having the convex part 25 formed therein is coupled to the upper part of the carrier base 23. An O-ring 26 is installed on the outer circumference of the lower surface of the upper groove of the carrier base 23, and a gas layer 27 is formed between the lower surface of the upper plate 24 and the lower surface of the upper groove of the carrier base 23. The base 23 and the upper plate 24 are separated.

이와 같은 종래의 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 공정시 로드(R)에 접속된 상부 플레이트(24)가 구동부(미도시)에 의해 회전함과 동시에 일정한 하중을 가하게 되며, 상부 플레이트(24)의 회전력에 의해 캐리어 베이스(23)가 히전하고 상부 플레이트(24)의 하중은 O-링(26)을 압착하며 가스층(25)의 가스압 작용에 의해 캐리어 베이스(23)에 균일하게 전달한다. 그러면, 캐리어 베이스(23)는 가스층(27)의 가스압 작용에 의해 균일하게 전달되는 상부 플레이트(24)의 하중을 캐리어 박막(21)과 웨이퍼(W)에 전달함으로써 웨이퍼(W) 전면에서 균일한 광역 평탄화가 이루어지도록 한다.In the conventional wafer carrier, in the chemical mechanical polishing process of the wafer W, the upper plate 24 connected to the rod R rotates by a driving unit (not shown) and simultaneously exerts a constant load. The carrier base 23 is energized by the rotational force of 24 and the load of the upper plate 24 compresses the O-ring 26 and is uniformly transmitted to the carrier base 23 by the gas pressure action of the gas layer 25. . Then, the carrier base 23 transmits the load of the upper plate 24 uniformly transmitted by the gas pressure action of the gas layer 27 to the carrier thin film 21 and the wafer W so as to be uniform across the wafer W. Allow for wide area flattening.

그러나, 이러한 종래 웨이퍼 캐리어는 상부 플레이트(24) 하부에 작업자의 실수로 O-링(26)을 설치하지 않았을 경우 이를 대체하기 위한 볼록부(25)가 형성되어 있어, 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 공정 중 하중에 의해 상부 플레이트(24) 하부의 볼록부(25)가 캐리어 베이스(23)에 직접 접촉하게 되면 캐리어 베이스(23)를 통해 캐리어 박막(21)와 웨이퍼(W)의 가운데 부분에만 집중적으로 하중이 전달되어 압박하게 되며 그에 따라 웨이퍼(W)의 가운데 부분이 외측 부분에 비하여 과도하게 연마되는 문제점이 있다.However, such a conventional wafer carrier has a convex portion 25 formed therein to replace the O-ring 26 when the operator accidentally does not install the lower portion of the upper plate 24, so that the chemical mechanical of the wafer W is formed. When the convex portion 25 under the upper plate 24 comes into direct contact with the carrier base 23 by the load during the polishing process, only the center portion of the carrier thin film 21 and the wafer W is formed through the carrier base 23. There is a problem that the load is intensively transmitted and pressed, so that the center portion of the wafer W is excessively polished compared to the outer portion.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 화학 기계적 연마 공정에서 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일한 연마가 이루어지도록 웨이퍼 전면에 균일한 하중을 가할 수 있도록 한 화학 기계적 연마 장치의 웨이퍼 캐리어를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide a wafer carrier of a chemical mechanical polishing apparatus capable of applying a uniform load to the front surface of a wafer so that uniform polishing is performed over the entire surface of the wafer in a chemical mechanical polishing process. There is.

도 1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 도시한 것이고,1 schematically shows a general chemical mechanical polishing apparatus,

도 2는 종래 화학 기계적 연마 장치의 웨이퍼 캐리어를 개략적으로 도시한 것이고,2 schematically illustrates a wafer carrier of a conventional chemical mechanical polishing apparatus,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 웨이퍼 캐리어를 개략적으로 도시한 것이다.3 schematically illustrates a wafer carrier of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼를 홀딩하며 회전함과 동시에 하중을 가하여 상기 웨이퍼가 슬러리가 공급되는 회전하는 연마 패드에 접촉되도록 하여 광역 평탄화하는 화학 기계적 연마 장치의 웨이퍼 캐리어에 있어서, 상부에 홈이 형성되어 있으며, 하부에 상기 웨이퍼와 동일 직경을 가지며 상기 웨이퍼를 홀딩하는 캐리어 패드와 상기 캐리어 패드 외측에서 상기 웨이퍼의 위치를 고정시키는 웨이퍼 가이드가 설치된 케리어 베이스와, 구동부 로드에 접속되어 상기 캐리어 베이스의 상부 홈에 결함되며, 하부가 편평하게 형성된 상부 플레이트와, 상기 캐리어 베이스 상부 홈의 하부면 외측 원주상에 설치된 O-링과, 상기 캐리어 베이스 상부 홈의 하부면과 상기 상부 플레이트 하부 사이에 형성된 가스층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a wafer carrier of a chemical mechanical polishing apparatus for holding a wafer while rotating and simultaneously applying a load to bring the wafer into contact with a rotating polishing pad supplied with a slurry. A carrier base having a groove formed at an upper portion thereof, the carrier base having a diameter equal to that of the wafer at a lower portion thereof, and a carrier base for holding the wafer and a wafer guide fixing the position of the wafer outside the carrier pad; And an upper plate formed at a lower portion of the carrier base and having a flat bottom, an O-ring disposed on an outer circumference of the lower surface of the carrier base upper groove, the lower surface of the carrier base upper groove and the upper plate. Comprising a gas layer formed between the lower portions It shall be.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 캐리어는, 상부에 홈을 가지는 캐리어 베이스(23) 하부에 웨이퍼(W)와 동일 직경을 가지며 웨이퍼(W)를 홀딩하는 캐리어 패드(21)를 설치하고, 캐리어 패드(21) 외측 캐리어 베이스(23) 하부에 캐리어 패드(21)에 의해 홀딩된 웨이퍼(W)의 위치를 고정하는 웨이퍼 가이드(22)를 설치한다. 그리고, 캐리어 베이스(23) 상부 홈에는 웨이퍼 캐리어를 회전 및 일정한 하중으로 누르는 구동부(미도시) 로드(R)가 상부에 접속되며 하부가 편평한 상부 플레이트(24)를 결합하며, 캐리어 베이스(23) 상부 홈의 하부면 외측 원주상에 O-링(26)을 설치하며 상부 플레이트(24)의 편평한 하부와 캐리어 베이스(23) 상부 홈의 하부면 사이에 가스층(27)을 형성하여 캐리어 베이스(23)와 상부 플레이트(24)를 분리한다.As can be seen in Figure 3, the wafer carrier according to an embodiment of the present invention, the carrier pad having the same diameter as the wafer W in the lower portion of the carrier base 23 having a groove on the top and holding the wafer (W) 21 is provided, and the wafer guide 22 which fixes the position of the wafer W hold | maintained by the carrier pad 21 under the carrier pad 21 outer carrier base 23 is provided. In addition, a driver (not shown) rod R for connecting the wafer carrier to the upper groove of the carrier base 23 by rotation and a constant load is connected to the upper part, and the upper plate 24 which is flat on the lower part is coupled to the carrier base 23. The carrier base 23 is formed by installing an O-ring 26 on the outer circumference of the lower surface of the upper groove and forming a gas layer 27 between the flat lower portion of the upper plate 24 and the lower surface of the upper groove of the carrier base 23. ) And top plate (24).

이와 같이 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 웨이퍼 캐리어를 그 동작 과정에 따라 설명한다.The wafer carrier of the chemical mechanical polishing apparatus according to the embodiment of the present invention thus formed will be described according to the operation process thereof.

도 1에서와 같이 슬러리(S)가 공급되며 상부에 연마 패드(11)가 설치되어 회전하는 정반(10)에 웨이퍼(W)를 홀딩하고 있는 웨이퍼 캐리어(20)를 접촉시키며, 웨이퍼(W)의 광역 평탄화를 위하여 로드(R)에 접속된 웨이퍼 캐리어(20)의 상부 플레이트(24)를 구동부(미도시)에 의해 회전함과 동시에 일정한 하중을 가하여 누른다.As shown in FIG. 1, the slurry S is supplied and a polishing pad 11 is installed on the upper surface thereof to contact the wafer carrier 20 holding the wafer W with the rotating platen 10. The upper plate 24 of the wafer carrier 20 connected to the rod R is rotated by a driving unit (not shown) and pressed under a constant load for wide area planarization.

그러면, 상부 플레이트(24)의 하중은 O-링(26)을 압착하며 가스층(25)의 가스압 작용에 의해 캐리어 베이스(23)에 전달되며 상부 플레이트(24)의 회전력 또한 캐리어 베이스(23)에 가해져 캐리어 베이스(23)를 회전시킨다. 이때, 종래와는 달리 상부 플레이트(24)의 하부가 편평하게 형성되어 있으므로 로드(R)를 통해 가해지는 하중에 의해 상부 플레이트(24)의 하부가 캐리어 베이스(23)에 직접 접촉하지 않고 가스층(27)의 가스압 작용에 의해서만 캐리어 베이스(23)에 하중을 균일하게 전달하게 된다.Then, the load of the upper plate 24 compresses the O-ring 26 and is transmitted to the carrier base 23 by the gas pressure action of the gas layer 25, and the rotational force of the upper plate 24 is also applied to the carrier base 23. Is applied to rotate the carrier base 23. At this time, unlike the prior art, since the lower portion of the upper plate 24 is flat, the lower portion of the upper plate 24 is not directly in contact with the carrier base 23 by the load applied through the rod R, and thus the gas layer ( Only by the gas pressure action of 27, the load is uniformly transmitted to the carrier base 23.

그리고, 캐리어 베이스(23)는 가스층(27)의 가스압 작용에 의해 균일하게 전달되는 하중과 상부 플레이트(24)의 회전력에 의해 캐리어 패드(21)에 홀딩된 웨이퍼(W)를 회전함과 동시에 캐리어 패드(21) 및 웨이퍼(W)를 일정한 하중으로 회전하는 정반(10)의 연마 패드(11)의 접촉시킴으로써 연마 패드(11)에 의한 기계적인 연마와 슬러리(S)에 의한 화학적인 연마에 의해 웨이퍼(W)를 전면을 균일하게 광역 평탄화한다.The carrier base 23 rotates the wafer W held on the carrier pad 21 by the load uniformly transmitted by the gas pressure action of the gas layer 27 and the rotational force of the upper plate 24. By contacting the pad 21 and the polishing pad 11 of the surface plate 10 which rotates the wafer W at a constant load, the mechanical polishing by the polishing pad 11 and the chemical polishing by the slurry S are performed. Wide area planarization of the entire surface of the wafer W is uniform.

이와 같이 본 발명은 상부 플레이트의 하부를 편평하게 하여 상부 플레이트가 캐리어 베이스에 직접적으로 접촉하지 않도록 함으로써 가스압 작용에 의해 하중을 캐리어 베이스에 균일하게 전달되도록 하여 웨이퍼 전면에서 균일한 광역 평탄화가 이루어지도록 한다.As described above, the present invention flattens the lower portion of the upper plate so that the upper plate does not directly contact the carrier base so that the load is uniformly transferred to the carrier base by gas pressure so that the uniform wide area planarization is performed at the front surface of the wafer. .

Claims

A wafer carrier of a chemical mechanical polishing apparatus for holding a wafer while rotating and simultaneously applying a load to bring the wafer into contact with a rotating polishing pad to which a slurry is supplied.

A carrier base having a groove formed at an upper portion thereof, the carrier base having a diameter equal to that of the wafer, and having a carrier pad holding the wafer and a wafer guide fixing the position of the wafer outside the carrier pad;

An upper plate connected to a driving rod and defective in an upper groove of the carrier base, the lower plate having a flat bottom surface;

An O-ring disposed on the outer circumference of the lower surface of the carrier base upper groove;

And a gas layer formed between a lower surface of the carrier base upper groove and a lower portion of the upper plate.