KR200213932Y1 - 화학 기계적 연마 장치의 헤드 리테이너 링 - Google Patents

Abstract

화학 기계적 연마 공정 중 연마 패드와의 충격을 완화시킬 수 있도록 하는 헤드 리테이너 링을 제공하기 위하여, 캐리어 박막에 의해 웨이퍼를 홀딩하며 회전함과 동시에 하중을 가하여 상기 웨이퍼가 슬러리가 공급되는 회전하는 연마 패드에 접촉되도록 하여 광역 평탄화하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드 하부의 상기 캐리어 박막 외측에 형성되어 상기 캐리어 박막에 홀딩된 상기 웨이퍼의 위치를 고정시키는 헤드 리테이너 링에 있어서, 상기 연마 패드와 마찰하는 하부면에 링의 외측 공간에서 내측 공간에 이르는 다수의 홈이 형성되어 있으며, 각 홈의 에지 부분이 라운딩되게 형성한 것으로, 연마 패드와의 마찰시 연마 패드의 그루브와의 충격을 완화시켜 연마 패드의 수명을 연장시킬 수 있으며, 웨이퍼 내 균일한 슬러리 공급으로 품질을 개선시킬 수 있다.

Description

화학 기계적 연마 장치의 헤드 리테이너 링{HEAD RETAINER RING OF CMP POLISHER}

본 고안은 웨이퍼를 광역 평탄화하는 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing) 공정 중 연마 헤드에 홀딩(holding)된 웨이퍼의 위치를 고정시켜주는 화학 기계적 연마 장치의 헤드 리테이너(retainer) 링에 관한 것이다.

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. 특히, 0.35㎛ 이하의 공정 시대에 들어서면서 미세 패턴 형성을 실현하기 위한 노광 장치의 촛점 심도에 대한 공정 여유가 줄어듦에 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. 그리고, 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.

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 웨이퍼(W)를 홀딩한 연마 헤드(20)를 회전하며, 연마 헤드(20)에 일정한 하중을 가하여 연마 헤드(20)에 홀딩된 웨이퍼(W)를 정반(10)의 연마 패드(11)에 밀착시킴과 동시에 슬러리 공급관(S)을 통해 회전하는 웨이퍼(W)와 연마 패드(11) 사이에 액상의 슬러리를 투입하여 연마 패드(11)에 의한 기계적인 연마와 슬러리에 의한 화학적인 연마에 의해 광역 평탄화한다.

그리고, 이러한 화학 기계적 연마 장치에서 광역 평탄화를 위한 웨이퍼를 홀 딩하는 연마 헤드(20)는 도 2에서와 같이, 헤드 본체(21)의 하부에 웨이퍼(W)와 동일 직경을 가지며 웨이퍼(W)를 홀딩하는 캐리어 패드(22)가 설치되어 있고, 캐리어 패드(22) 외측 헤드 본체(21)의 하부에는 캐리어 패드(22)에 의해 홀딩된 웨이퍼(W)의 위치를 고정하는 헤드 리테이너 링(23)이 설치되어 있다.

그리고, 헤드 리테이너 링(23)은 도 3a와 같이 하부면에 링의 외측 공간에서 내측 공간에 이르는 다수의 홈(24)이 형성되어 있는 것으로, 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 중 캐리어 패드(22)에 홀딩된 웨이퍼(W)가 슬립(slip)되는 것을 방지하며, 정반(10)의 연마 패드(11)와 마찰하여 웨이퍼(W)로의 슬러리 공급을 균일하도록 하며, 웨이퍼(W) 내 균일한 연마가 이루어지도록 연마 패드(11) 표면을 조절 (condition)하여 준다.

그러나, 이와 같은 종래의 헤드 리테이너 링(23)은 도 3b의 a 부분에서와 같이 홈(24)의 에지(edge) 부분이 직각 형태로 매우 샤프(sharp)하여 화학 기계적 연마 중 연마 패드(11) 표면의 그루브(groove)와의 충격이 심하여 연마 패드(11)의 수명이 짧아지게 된다.

또한, 화학 기계적 연마 중의 균일도의 불량으로 소모품인 헤드 리테이너 링(23)의 소모량과 화학 기계적 연마되는 웨이퍼의 품질 저하 및 생산성이 저하된다.

본 고안은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 화학 기계적 연마 공정 중 연마 패드와의 충격을 완화시킬 수 있도록 하는 헤드 리테이너 링을 제공하는 데 있다.

도 1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치를 개략적으로 도시한 것이고,

도 2는 일반적인 화학 기계적 연마 장치에서 연마 헤드를 개략적으로 도시한 것이고,

도 3a와 도 3b는 종래 연마 헤드에서 헤드 리테이너 링을 개략적으로 도시한 것이고,

도 4는 본 고안의 일 실시예에서 따른 헤드 리테이너 링을 개략적으로 도시한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 고안은 캐리어 박막에 의해 웨이퍼를 홀딩하며 회전함과 동시에 하중을 가하여 상기 웨이퍼가 슬러리가 공급되는 회전하는 연마 패드에 접촉되도록 하여 광역 평탄화하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드 하부의 상기 캐리어 박막 외측에 형성되어 상기 캐리어 박막에 홀딩된 상기 웨이퍼의 위치를 고정시키는 헤드 리테이너 링에 있어서, 상기 연마 패드와 마찰하는 하부면에 링의 외측 공간에서 내측 공간에 이르는 다수의 홈이 형성되어 있으며, 각 홈의 에지 부분이 라운딩되게 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 일 실시예를 설명한다.

도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 헤드 리테이너 링을 개략적으로 도시한 것으로, 하부면에 링(23)의 외측 공간에서 내측 공간에 이르는 다수의 홈(24)이 형성되어 있으며, 홈(24)의 에지 부분(b)은 종래의 직각 형태와는 달리 라운딩(roun ding)되게 형성되어 있다.

이와 같이 형성된 본 고안의 일 실시예에 따른 헤드 리테이너 링을 이용하여 웨이퍼를 화학 기계적 연마하는 공정을 설명한다.

먼저 도 2에서와 같이, 헤드 본체(21) 하부의 캐리어 박막(22)에 의해 평탄화하고자 하는 웨이퍼(W)를 홀딩하면, 캐리어 박막(22) 외측의 헤드 리테이너 링(23)은 캐리어 박막(22)에 홀딩된 웨이퍼(W)가 화학 기계적 연마 동안 슬립되지 않도록 위치를 고정시켜 준다.

그리고, 도 1에서와 같이 슬러리 공급관(S)을 통해 슬러리가 공급되며 상부에 연마 패드(11)가 설치되어 회전하는 정반(10)에 웨이퍼(W)를 홀딩하고 있는 연마 헤드(20)를 정반(10)과 동일한 방향으로 회전하며 일정한 하중을 가하여 웨이퍼(W)가 연마 패드(11)에 밀착되게 함으로써 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마가 이루어지도록 한다.

이때, 헤드 리테이너 링(23)은 웨이퍼(W)와 연마 패드(11)의 마찰에 의해 웨이퍼(W)가 슬립되는 것을 방지하며, 하부면에 링의 외측 공간에서 내측 공간에 이르는 홈(24)이 형성되어 정반(10)의 연마 패드(11)와 마찰하여 웨이퍼(W)로의 슬러리 공급을 균일하도록 하며, 웨이퍼(W) 내 균일한 연마가 이루어지도록 연마 패드(11) 표면을 조절(condition)하여 준다.

또한, 에지 부분(b)이 라운딩되게 형성된 홈(24)에 의해 헤드 리테이너 링(23)이 연마 패드(11) 표면과 마찰시 연마 패드(11)의 그루브에 충격을 완화시켜 연마 패드(11)의 수명을 증가시킴으로써 생산성을 향상시킬 수 있으며, 슬러리의 공급 균일성으로 품질을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 고안은 화학 기계적 연마 장치의 헤드 리테이너 링의 하부 홈 에지 부분을 라운딩되게 형성하여 연마 패드와의 마찰시 연마 패드의 그루브와의 충격을 완화시켜 연마 패드의 수명을 연장시킬 수 있으며, 웨이퍼 내 균일한 슬러리 공급으로 품질을 개선시킬 수 있다.

Claims (1)

1. 캐리어 박막에 의해 웨이퍼를 홀딩하며 회전함과 동시에 하중을 가하여 상기 웨이퍼가 슬러리가 공급되는 회전하는 연마 패드에 접촉되도록 하여 광역 평탄화하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드 하부의 상기 캐리어 박막 외측에 형성되어 상기 캐리어 박막에 홀딩된 상기 웨이퍼의 위치를 고정시키는 헤드 리테이너 링에 있어서,

   상기 연마 패드와 마찰하는 하부면에 링의 외측 공간에서 내측 공간에 이르는 다수의 홈이 형성되어 있으며, 각 홈의 에지 부분이 라운딩되게 형성된 것을 특징으로 하는 헤드 리테이너 링.