KR20030050105A - 화학적 기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다. 본 발명의 화학적 기계적 연마 장치는 연마를 위한 패드를 구비한 플래튼과 공정을 위한 웨이퍼를 홀딩하는 헤드 및 상기 플래튼을 냉각시키기 위한 냉각 장치로 구성된다. 상기 냉각 장치는 상기 헤드를 둘러싸면서 설치되고, 상기 헤드 내로 공급되는 가스를 사용한다.

Description

화학적 기계적 연마 장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학적 기계적 연마 장치에 관한 것이다.
집적회로의 집적도가 증가하며 동시에 다층 배선 공정이 실용화 됨에 따라 층간 절연막의 글로벌 평탄화가 반드시 필요하다. 상기 글로벌 평탄화를 위해서 개발된 새로운 연마공정이 화학적 기계적 연마(chemical nechanical polishing;CMP)공정이다. 상기 화학적 기계적 연마 공정은 기계적 제거가공과 화학적인 제거공정을 하나의 가공 방법으로 혼합한 연마공정이다.
도 1은 종래의 화학적 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 화학적 기계적 연마 장치(100)는 플래튼(110)과 헤드(120)로 이루어져 있다. 상기 플래튼(110) 상면에는 연마를 위한 패드(112)가 설치되어 있다. 그리고 상기 헤드(120)는 상기 플래튼(110)의 상부에 위치하며, 상기 웨이퍼를 홀딩하고, 회전을 함으로써 상기 웨이퍼의 표면이 연마되도록 한다.
상기 헤드(120)는 회전척(130)에 연결된 상부 링(122)과 상기 상부 링(122)을 감싸면서 설치되는 리테이너 링(124)으로 구성된다. 또한, 상기 리테이너 링(124) 내에는 상기 웨이퍼를 진공에 의해 홀딩하는 다수의 홀들을 구비한 플레이트(126)와 상기 플레이트(126)의 일 부분을 감싸면서 설치되는 멤브레인(128)이 구비되어 있다. 상기 리테이너 링(124)은 공정 중에 웨이퍼가 이탈되는 것을 방지하여 주는 역할을 한다. 상기 상부 링(122)은 외부의 가스 공급 라인(140)과 연결된 다수의 가스 유입구(129)를 가지고 있으며, 상기 가스 유입구(129)를 통하여 공급된 가스는 상기 멤브레인(128)을 팽창시켜서 공정 중에 상기 웨이퍼에 압력을 가하여 상기 웨이퍼가 상기 플래튼(110)에 밀착되도록 한다.
그리고, 상기 플래튼(110) 내에는 공정 중에 발생되는 마찰 열을 냉각시키기 위한 냉각 수단으로 칠러(chiller)(미 도시된)가 설치되어 있다.
그러나 상기한 종래의 화학적 기계적 연마 장치는 냉각 수단으로 상기 칠러를 구비하고 있으나, 상기 플래튼의 일정한 온도 유지를 위한 상기 칠러의 제어가 힘들고, 그 효과 역시 미비하였다. 이로 인해, 웨이퍼의 공정 상태가 불량해지는 문제점이 발생하였다.
본 발명의 목적은 플래튼을 적정 온도로 유지하여서, 열적 특성에 의한 웨이퍼의 공정 불량이 발생하지 않는 화학적 기계적 연마 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 화학적 기계적 연마 장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 냉각 장치를 구비한 화학적 기계적 연마 장치를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 화학적 기계적 연마 장치의 단면도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100,200 : 화학적 기계적 연마 장치
110,210 : 플래튼(platen) 112,212 : 패드(pad)
120,220 : 헤드(head) 122,222 : 상부 링
124,224 : 리테이너 링(retainer ring)
126,226 : 플레이트 128,228 : 멤브레인(membrane)
129,229 : 가스 유입구 130,230 : 회전축
140,240 : 가스 공급 라인 250 : 냉각 장치
252 : 연결관 254 : 분사관
256 : 홀
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 화학적 기계적 연마 장치는 상면에 연마를 위한 패드를 구비하는 플래튼(platen)과 상기 플래튼 상부에 위치하며, 공정을 위한 웨이퍼를 홀딩하는 그리고 회전운동을 하는 헤드 및 상기 플래튼을 냉각시키기 위한 냉각 장치로 구성된다. 또한, 상기 냉각 장치는 상기 헤드를 둘러싸면서 설치된다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 헤드는 회전축에 연결된 상부 링, 상기 상부 링을 둘러싸면서 설치되는 그리고 공정 중에 상기 웨이퍼가 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너 링, 상기 리테이너 링에 수용되는 그리고 진공에 의해 상기 웨이퍼를 홀딩할 수 있도록 복수 개의 홀들을 구비한 플레이트 및 상기 플레이트의 일부분을 감싸고 설치되는 그리고 공정 중에 상기 웨이퍼에 압력을 가하는 멤브레인으로 이루어진다. 그리고 상기 상부 링은 외부의 가스 공급 라인으로부터 공급되는 가스가 상기 헤드 내부로 분사되도록 하는 복수 개의 가스 유입구들을 포함한다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 냉각 장치는 상기 가스 공급 라인과 연결되는 그리고 상기 가스 공급 라인으로부터의 가스가 흐르는 연결관 및 상기 헤드의 상기 리테이너 링을 둘러싸면서 설치되는 그리고 상기 연결관으로부터의 가스를 상기 플래튼 상에 분사하기 위한 복수 개의 홀들을 구비한 분사관으로 이루어진다.
이와 같은 본 발명에서, 상기 가스는 에어(air) 또는 질소(N2) 가스이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다. 또한, 첨부된 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 병기한다.
도 2는 본 발명의 냉각 장치를 갖는 화학적 기계적 연마 장치의 사시도이다.
도 2를 참조하면, 화학적 기계적 연마 장치(200)는 연마를 위한 패드(212)를 상면에 구비하고 있는 플래튼(210)과 상기 플래튼(210) 상부에 위치하는 헤드(220)로 이루어진다. 상기 헤드(220)는 공정을 위한 웨이퍼를 홀딩하며, 상기 웨이퍼의 표면을 연마하기 위하여 회전을 한다. 그리고 상기 헤드(220)의 내부로 가스를 공급하기 위한 가스 공급 라인(240)은 회전축(230)에 장착된 상기 헤드(220)의 상부 링(222)에 형성된 복수 개의 가스 유입구(도 3에 도시됨)와 연결된다. 그리고 냉각 장치(250)는 상기 가스 공급 라인(240)에 연결되며, 상기 가스 공급 라인(240)으로 공급되는 가스가 흐르는 연결관(252)과 상기 연결관(252)으로부터의 가스를 상기플래튼(210) 상에 분사하기 위한 분사관(254)으로 이루어진다. 상기 가스는 에어(air)나 질소(N2) 가스 중 어느 하나이다.
도 3은 본 발명의 화학적 기계적 연마 장치의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 화학적 기계적 연마 장치(200)는 플래튼(210)과 헤드(220) 및 냉각 장치(250)로 구성된다.
상기 플래튼(210) 상부에 위치하는 상기 헤드(220)는 공정을 위한 웨이퍼를 홀딩하고, 회전을 함에 따라 상기 웨이퍼의 표면을 연마한다. 상기 헤드(220)는 회전축(230)에 장착되는 상부 링(222)과 상기 상부 링(222)을 둘러싸면서 설치되는 리테이너 링(224)으로 이루어진다. 또한, 상기 리테이너 링(224)의 내부에는 플레이트(226)와 멤브레인(228)이 설치된다.
상기 상부 링(222)은 상기 헤드(220) 내부에 가스를 공급하는 가스 공급 라인(240)과 연결되는 복수 개의 가스 유입구(229)를 가진다. 상기 가스 유입구(229)로부터 공급된 가스에 의해 상기 멤브레인(228)이 팽창하면서 웨이퍼에 압력을 가한다. 따라서, 상기 헤드(220)에 홀딩된 웨이퍼는 연마 공정을 위하여 상기 플래튼(210)에 밀착되게 된다.
연마 공정은 먼저, 상기 웨이퍼가 진공에 의해 상기 플레이트(226)에 홀딩이 된다. 그런 다음 상기 가스 공급 라인(240)으로부터 공급된 가스에 의해 상기 멤브레인(228)이 팽창하면서 상기 웨이퍼를 상기 플래튼(210)의 패드(212)에 밀착시킨다. 그런 다음 상기 헤드(220)가 상기 회전축(230)에 의해 회전되면서 상기 웨이퍼의 표면이 연마된다. 여기에서 연마를 위하여 상기 플래튼(210)도 회전을 할 수 있다.
상기와 같이 연마 공정을 수행하면서 상기 플래튼(210)에서 발생되는 마찰 열은 상기 냉각 장치(250)에 의해 냉각된다. 상기 냉각 장치(250)는 연결관(252)과 분사관(254)으로 구성된다. 상기 분사관(254)은 가스 분사를 위한 다수의 홀(256)들을 구비하며, 상기 리테이너 링(224)을 둘러싸면서 상기 플래튼(210)과 인접하게 설치된다. 그리고 상기 연결관(252)은 상기 가스 공급 라인(240)과 연결되며, 상기 가스 공급 라인(240)으로 공급되는 가스가 상기 분사관(254)으로 공급될 수 있도록 한다.
본 발명의 범위 및 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 본 발명의 장치에 대한 다양한 변형 및 변화가 가능하다는 것은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 화학적 기계적 연마 장치가 플래튼의 온도를 적정하게 유지할 수 있는 냉각 장치를 구비함으로써, 공정 중에 발생되는 열에 의한 웨이퍼의 공정 불량을 방지할 수 있다.

Claims (5)

  1. 상면에 연마를 위한 패드를 구비하는 플래튼(platen);
    상기 플래튼 상부에 위치하며, 공정을 위한 웨이퍼를 홀딩하는 그리고 회전운동을 하는 헤드; 및
    상기 플래튼을 냉각시키기 위한 냉각 장치를 구비하되;
    상기 냉각 장치는 상기 헤드를 둘러싸면서 설치되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 헤드는
    회전축에 연결된 상부 링;
    상기 상부 링을 둘러싸면서 설치되는 그리고 공정 중에 상기 웨이퍼가 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너 링;
    상기 리테이너 링에 수용되는 그리고 진공에 의해 상기 웨이퍼를 홀딩할 수 있도록 복수 개의 홀들을 구비한 플레이트; 및
    상기 플레이트의 일 부분을 감싸고 설치되는 그리고 공정 중에 상기 웨이퍼에 압력을 가하는 멤브레인을 구비하되;
    상기 상부 링은 외부의 가스 공급 라인으로부터 공급되는 가스가 상기 헤드 내부로 분사되도록 하는 복수 개의 가스 유입구들을 포함하는 것을 특징으로 하는화학적 기계적 연마 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 냉각 장치는
    상기 가스 공급 라인과 연결되는 그리고 상기 가스 공급 라인으로부터의 가스가 흐르는 연결관; 및
    상기 헤드의 상기 리테이너 링을 둘러싸면서 설치되는 그리고 상기 연결관으로부터의 가스를 상기 플래튼 상에 분사하기 위한 분사관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 가스는 에어(air) 또는 질소(N2) 가스인 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 분사관은 가스가 분사되는 복수 개의 홀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
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