KR20030066055A - 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 연마헤드 및 이를 구비한씨엠피장치 - Google Patents

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Abstract

반도체소자 제조용 씨엠피장치의 연마헤드 및 이를 구비한 씨엠피장치가 개시되어 있다.
본 발명에 따른 반도체소자 제조용 씨엠피장치의 연마헤드는, 펌핑력이 작용하는 진공홀이 형성된 판, 상기 진공홀과 연통하는 홀이 형성되고, 상기 판 하부에 부착된 다공필름, 상기 다공필름 측부의 상기 판 하측 가장자리에 설치되어 상기 다공필름에 진공 흡착 고정된 웨이퍼가 외부로 이탈하는 것을 방지하고, 상면이 경사진 리테이너링, 상기 리테이너링을 외부에서 압착하며 상기 판 하측 가장자리에 고정된 클램프링 및 상기 판과 리테이너링 사이에 삽입 설치되고, 상기 리테이너링의 상면과 접촉하여 수평을 이루도록 하면이 경사진 상하 조절링 및 상기 상하 조절링의 직경을 확장함으로써 상기 리테이너링 상부에서 유동하여 상기 리테이너링의 높낮이를 조절할 수 있는 상하 조절링 직경확장수단을 구비하여 이루어지고, 본 발명에 따른 씨엠피장치는, 상면에 패드가 구비되고, 소정속도로 회전할 수 있는 연마테이블, 상기 패드 상에 슬러리를 공급할 수 있는 슬러리 공급노즐, 펌핑력이 작용하는 진공홀이 형성된 판과 상기 진공홀과 연통하는 홀이 형성되고, 상기 판 하부에 부착된 다공필름과 상기 다공필름 측부의 상기 판 하측 가장자리에 설치되어 상기 다공필름에 진공 흡착 고정된 웨이퍼가 외부로 이탈하는 것을 방지하고, 상면이 경사진 리테이너링과 상기 리테이너링을 외부에서 압착하며 상기 판 하측 가장자리에 고정된 클램프링을 구비하는 연마헤드, 상기 판과 리테이너링 사이에삽입 설치되고, 상기 리테이너링의 상면과 접촉하여 수평을 이루도록 하면이 경사진 상하 조절링, 상기 상하 조절링의 직경을 확장함으로써 상기 리테이너링 상부에서 유동하여 상기 리테이너링의 높낮이를 조절할 수 있는 상하 조절링 직경확장수단 및 상기 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 측정할 수 있는 단차 측정수단을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
따라서, 리테이너링의 마모정도를 마이크로게이지를 이용하여 정기적으로 검사한 후, 바로 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 조절할 수 있으므로 웨이퍼의 연마 균일도가 떨어지는 것을 조기에 제거할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체소자 제조용 씨엠피장치의 연마헤드 및 이를 구비한 씨엠피장치{Polishing head of chemical mechanical polishing apparatus for manufacturing semiconductor device and chemical mechanical polishing apparatus having it}
본 발명은 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드 및 이를 구비한 CMP장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 측정하여 바로 리테이너링의 높낮이를 조절하여 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 조절할 수 있는 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드 및 이를 구비한 CMP장치에 관한 것이다.
최근에, 반도체소자의 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 따라 반도체기판의 표면에는 큰 단차가 형성되고 있으며, 상기 표면단차를 평탄화하기 위한 평탄화기술의 중요성이 대두고 있다.
상기 반도체기판 표면을 평탄화하는 기술은, 리플로우(Reflow), SOG(Spin On Glass), 에치백(Etch back) 및 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 등이 사용되고 있으며, 상기 CMP는 최근의 엄격한 광역평탄화(Global planarization)의 요구를 만족함으로써 반도체기판의 4층 이상의 금속막 평탄화에 주로 사용되고 있다.
상기 CMP는 연마대상 웨이퍼를 수용하는 연마헤드의 리테이너링 내부에 웨이퍼를 수용하여 흡착한 후, 슬러리가 공급되는 연마용 패드와 접촉하여 회전함으로써 웨이퍼의 소정면을 연마하는 공정이다.
이때, 상기 CMP 과정의 리테이너링은 연마패드와 직접 접촉함으로써 리테이너링의 마모가 발생하고, 상기 리테이너링의 마모에 의해서 리테이너링의 하부표면과 웨이퍼 연마면 표면 사이의 단차가 줄어들어 웨이퍼의 연마 균일도가 떨어지는 문제점이 있었다.
일본 특허공개 평09-025820에는 컨트롤러에 의해서 두께가 조절되는 복수개의 절편(Segment)으로 구성된 압력분배조절판을 연마헤드 하부에 구비하여 연마헤드의 웨이퍼 푸싱압력을 조절함으로써 연마 균일도를 향상하는 것이 개시되어 있다.
그리고, 미국 특허등록 제 5,882,243 호에는 신축성이 있는 하부판(Flexible lower plate)과 하부판과 소정간격 이격된 복수의 절편으로 이루어지는상부판(Smaller upper plate segments)로 이루어지는 커패시터를 포함하는 모듈유닛(Module unit)을 연마헤드에 구성하여 복수의 상부판과 하부판 사이의 커패시턴스를 측정함으로써 연마 웨이퍼의 연마 정도를 지엽적으로 조절하여 연마 균일도를 향상시키는 것이 개시되어 있다.
상기 CMP가 수행되는 CMP장치는, 도1에 도시된 바와 같이 소정의 속도로 회전할 수 있고, 웨이퍼의 연마면과 직접 접촉하는 패드(Pad : 12)가 상부에 설치된 연마테이블(Polishing table : 10)을 구비한다.
그리고, 소정위치의 웨이퍼(2)를 진공 흡착 고정하여 연마테이블(10)의 패드(12)로 이동시킨 후, 상기 연마테이블(10)의 패드(12)와 가압 접촉하며 소정의 속도로 회전할 수 있는 연마헤드(Polishing head : 14)가 연마테이블(10) 상부에 구비되어 있다.
또한, 슬러리공급원(16)에 저장된 슬러리(Slurry)를 연마테이블(10) 상부로 공급할 수 있는 슬러리 공급노즐(18)이 연마테이블(10) 상부에 구비되어 있다.
여기서, 상기 연마헤드(14)는 도2에 도시된 바와 같이 상부에 진공라인(21)이 관통 연결된 상부판(20)을 구비하하고, 상기 상부판(20)의 하부 가장자리에 외부링(22)이 볼트(22a)에 의해서 고정 연결되어 있다.
그리고, 상기 외부링(22) 내측에 내부링(24)이 핀(24a)에 의해서 고정 설치되고, 상기 내부링(24) 내측에 진공라인(21)과 연결된 관통홀(28)이 형성된 내부판(26)이 구비되어 내부링(24)과 내부판(26)이 핀(26a)에 의해서 고정 연결되어 있다.
또한, 하측 가장자리부위가 함몰되어 단차져 있고, 복수의 진공홀(32)이 형성된 하부판(30)이 내부판(26) 하측으로 소정간격 이격되어 내부판(26)과 볼트(30a)에 의해서 고정되어 있다.
그리고, 상기 하부판(30) 하부에 내부판(26)의 진공홀(32)과 대응하는 복수의 홀(36)이 형성된 다공필름(34)이 부착 구비되고, 상기 다공필름(34) 하부에 다공필름(34)의 홀(36)을 통해서 전달되는 펌핑력에 의해서 고정 흡착된 웨이퍼(2)가 위치하여 있다.
또한, 상기 함몰된 하부판(30) 가장자리부위에는 다공필름(34)에 고정된 웨이퍼(2)가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너링(38)이 내부튜브(42)를 사이에 두고 상기 리테이너링(38) 외측의 클램프링(44)에 의해서 압착되어 있으며, 상기 클램프링(44)은 하부판(30)과 볼트(44a)에 의해서 고정되어 있다.
이때, 하부판(30) 가장자리부위와 리테이너링(38) 사이에는 심(Shim : 40)이 삽입 설치되어 다공필름(34)에 고정된 웨이퍼(2)의 하부 표면과 리테이너링(38) 하부 표면 사이의 단차가 조절되어 있다.
따라서, 상기 연마헤드(14)는 소정위치의 웨이퍼(2) 상에 이동하여 웨이퍼(2) 후면을 진공 흡착 고정한다.
이때, 상기 웨이퍼(2)는 연마헤드(14)의 다공필름(34)에 진공 흡착 고정되고, 상기 다공필름(34)은 연마헤드(14)의 진공라인(21), 내부판(26)의 관통홀(28), 하부판(30)의 진공홀(32) 및 다공필름(34)의 홀(36)을 통해서 전달되는 펌핑력에 의해서 웨이퍼(2)를 진공 흡착 고정한다.
다음으로, 상기 웨이퍼(2)를 흡착 고정한 연마헤드(14)는 회전하는 연마테이블(10)의 패드(12) 상에 웨이퍼(2)를 이송시킨 후, 상기 웨이퍼(2)를 패드(12) 방향으로 가압하며 회전하게 된다.
이때, 슬러리공급원(16)은 슬러리 공급노즐(18)을 통해서 연마테이블(10) 상부로 슬러리를 공급함으로써 웨이퍼(2)의 전면에 대한 물리적 및 화학적 연마공정이 진행된다.
그리고, 연마공정 과정의 연마헤드(14)는 진공라인(21)을 통한 펌핑력이 제거되나 다공필름(34) 하부의 웨이퍼(2)는 연마헤드(14)의 가압 및 리테이너링(38)의 차단에 의해서 외부로 이탈되지 못하고 고정되어 연마공정이 진행된다.
또한, 연마헤드(14)의 리테이너링(38)은 연마헤드(14)의 가압력 배분의 차이 등의 원인에 의해서 리테이너링(38)이 마모됨으로써 연마된 웨이퍼(2)의 연마 균일도가 떨어지는 문제점이 발생한다.
그리고, 리테이너링(38)을 가압하는 내부튜브(42) 내부의 기체의 내압의 가변에 따라 리테이너링(38)이 마모됨으로써 연마된 웨이퍼(2)의 연마 균일도가 떨어지는 문제점이 발생한다.
이때, 작업자는 볼트(44a)를 풀어 클램프링(44), 내뷰튜브(42) 및 리테이너링(38)을 해체한 후, 리테이너링(38)과 하부판(30) 사이에 심(40)을 추가로 삽입 설치함으로써 리테이너링(38)과 웨이퍼(2) 사이의 단차를 높이게 된다.
그러나, 종래의 CMP장치는 리테이너링의 마모정도를 작업자가 바로 확인할 수 없으므로 CMP불량이 연속적으로 발생하는 문제점이 있었다.
그리고, 리테이너링이 소정 기준치 이상 마모되었을 경우에 작업자가 매뉴얼로 리테이너링 상부에 심을 추가 설치하여 웨이퍼와 리테이너링 사이의 단차를 조절함으로써 심의 추가 작업이 번거롭고 작업의 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 연마헤드의 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 측정할 수 있는 단차측정수단을 더 구비함으로써 CMP 과정에 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 측정할 수 있도록하는 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드 및 이를 구비한 CMP장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 정확하게 조절할 수 있는 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드 및 이를 구비한 CMP장치를 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 반도체소자 제조용 CMP장치의 개략도이다.
도2는 종래의 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드를 나타내는 단면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 제조용 CMP장치를 설명하기 위한 도면이다.
도4는 도3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 연마헤드의 단면도이다.
도5는 도3에 도시된 상하 조절링의 사시도이다.
도6은 도5에 도시된 조절바와 연결된 상하 조절링의 좌우이동의 작용을 설명하기 위한 단면도이다.
도7은 도5에 도시된 조절바의 회전작용을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2, 4 : 웨이퍼 50 ; 연마테이블
52 : 패드 54 : 연마헤드
58 : 슬러리 공급원 60 : 슬러리공급 노즐
62 : 마이크로게이지 64 : 제 1 구동원
66 : 제어부 68 : 제 2 구동원
70 : 상부판 72 : 외부링
74 : 내부링 76 : 내부판
78 : 관통홀 80 ; 하부판
82 : 진공홀 84 : 다공필름
86 : 홀 88 : 레이이너링
90 ; 클램프링 92 : 상하 조절링
94 : 제 1 조절링 96 : 제 1 조절링
98, 100 : 하부 연결대 102, 104 : 상부 연결대
106 : 조절바 108 : 기어
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드는, 펌핑력이 작용하는 진공홀이 형성된 판(Plate); 상기 진공홀과 연통하는 홀이 형성되고, 상기 판 하부에 부착된 다공필름; 상기 다공필름 측부의 상기 판 하측 가장자리에 설치되어 상기 다공필름에 진공 흡착 고정된 웨이퍼가 외부로 이탈하는 것을 방지하고, 상면이 경사진 리테이너링; 상기 리테이너링을 외부에서 압착하며 상기 판 하측 가장자리에 고정된 클램프링; 상기 판과 리테이너링 사이에 삽입 설치되고, 상기 리테이너링의 상면과 접촉하여 수평을 이루도록 하면이 경사진 상하 조절링; 및 상기 상하 조절링의 직경을 확장함으로써 상기 리테이너링 상부에서 유동하여 상기 리테이너링의 높낮이를 조절할 수 있는 상하 조절링 직경확장수단;을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상하 조절링은 단부에 돌출부가 형성된 제 1 조절링과 상기 돌출부가 삽입되는 수용홈이 단부에 형성된 제 2 조절링으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 상하 조절링 직경 확장수단은, 상기 제 1 조절링 및 제 2 조절링의 양측 단부 상면에서 상부로 각각 돌출된 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대; 상기 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대의 단부와 체결부에 의해서 수평방향으로 서로 마주보며 체결되고, 외부 표면에 서로 상이한 방향의 나사산이 형성된 제 1 상부 연결대 및 제 2 상부 연결대; 일측부 소정 내면에는 상기 제 1 상부 연결대와 체결되는 나사홈이 형성되고, 타측부 소정 내면에는 상기 제 2 상부 연결대와 체결되는 나사홈이 형성된 조절바; 상기 조절바, 제 1 상부 연결대, 제 2 상부 연결대, 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대를 수용할 수 있도록 상기 판의 저면에 형성된 수용홈;을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조절바 외부 표면에 기어와 체결되어 기어의 회전에 의해서 상기 조절바가 회전할 수 있도록 기어홈이 더 형성될 수 있다.
그리고, 상기 기어와 회전축이 연결되고, 상기 회전축이 외부 구동원의 구동에 의해서 회전할 수 있도록 함이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 CMP장치는, 상면에 패드가 구비되고, 소정속도로 회전할 수 있는 연마테이블; 상기 패드 상에 슬러리를 공급할 수있는 슬러리 공급노즐; 연마대상 웨이퍼가 외부로 이탈하는 것을 방지하는 리테이너링을 구비하고, 상기 웨이퍼를 진공 흡착하여 상기 패드와 접촉하며 회전할 수 있는 연마헤드; 및 상기 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 측정할 수 있는 단차 측정수단;을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 단차측정수단은 신축성이 있는 탑칩의 리테이너링 및 웨이퍼의 접촉 이동에 따라 탑칩의 상하 가변폭에 따라 발생되는 전기신호를 이용하여 상기 단차를 측정하는 마이크로게이지로 이루어질 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 반도체소자 제조용 CMP장치는, 상면에 패드가 구비되고, 소정속도로 회전할 수 있는 연마테이블; 상기 패드 상에 슬러리를 공급할 수 있는 슬러리 공급노즐; 펌핑력이 작용하는 진공홀이 형성된 판과 상기 진공홀과 연통하는 홀이 형성되고, 상기 판 하부에 부착된 다공필름과 상기 다공필름 측부의 상기 판 하측 가장자리에 설치되어 상기 다공필름에 진공 흡착 고정된 웨이퍼가 외부로 이탈하는 것을 방지하고, 상면이 경사진 리테이너링과 상기 리테이너링을 외부에서 압착하며 상기 판 하측 가장자리에 고정된 클램프링을 구비하는 연마헤드; 상기 판과 리테이너링 사이에 삽입 설치되고, 상기 리테이너링의 상면과 접촉하여 수평을 이루도록 하면이 경사진 상하 조절링; 상기 상하 조절링의 직경을 확장함으로써 상기 리테이너링 상부에서 유동하여 상기 리테이너링의 높낮이를 조절할 수 있는 상하 조절링 직경확장수단; 및 상기 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 측정할 수 있는 단차 측정수단;을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 상하 조절링은 단부에 돌출부가 형성된 제 1 조절링과 상기 돌출부가 삽입되는 수용홈이 단부에 형성된 제 2 조절링으로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 상하 조절링 직경 확장수단은, 상기 제 1 조절링 및 제 2 조절링의 양측 단부 상면에서 상부로 각각 돌출된 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대; 상기 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대의 단부와 체결부에 의해서 수평방향으로 서로 마주보며 체결되고, 외부 표면에 서로 상이한 방향의 나사산이 형성된 제 1 상부 연결대 및 제 2 상부 연결대; 일측부 소정 내면에는 상기 제 1 상부 연결대와 체결되는 나사홈이 형성되고, 타측부 소정 내면에는 상기 제 2 상부 연결대와 체결되는 나사홈이 형성된 조절바; 및 상기 조절바, 제 1 상부 연결대, 제 2 상부 연결대, 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대를 수용할 수 있도록 상기 판의 저면에 형성된 수용홈;을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 조절바 외부 표면에 기어와 체결되어 기어의 회전에 의해서 상기 조절바가 회전할 수 있도록 기어홈이 더 형성될 수 있고, 상기 기어와 회전축이 연결되고, 상기 회전축이 외부 구동원의 구동에 의해서 회전할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 상기 단차측정수단은 신축성이 있는 탑칩의 리테이너링 및 웨이퍼의 접촉 이동에 따라 탑칩의 상하 가변폭에 따라 발생되는 전기신호를 이용하여 상기 단차를 측정하는 마이크로게이지로 이루어질 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세히 설명한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체소자 제조용 CMP장치를 설명하기위한 도면이다.
본 발명에 따른 반도체소자 제조용 CMP장치는, 도3에 도시된 바와 같이 우레탄 등의 재질로 이루어지는 패드(Pad : 52)가 상부에 설치되고, 소정의 속도로 회전할 수 있는 연마테이블(50)을 구비한다.
그리고, 상기 연마테이블(50) 상부에 슬러리공급원(58)에 저장된 일정량의 슬러리를 연마테이블(50) 상부로 공급할 수 있는 슬러리 공급노즐(60)이 구비되어 있다.
또한, 소정위치의 웨이퍼(4)를 진공 흡착 고정하여 연마테이블(50)의 패드(52)로 이동시킨 후, 상기 연마테이블(50)의 패드(52)와 가압 접촉하여 소정의 속도로 회전할 수 있는 연마헤드(54)가 연마테이블(50) 상부에 구비되어 있다.
그리고, 상기 연마테이블(50) 상부에는 제 1 구동원(64)의 구동에 의해서 연마헤드(54) 하부로 이동하여 연마헤드(54)의 리테이너링(88)과 웨이퍼(4) 사이의 단차를 측정할 수 있는 마이크로게이지(62)가 설치되어 있다.
여기서, 본 실시예에 따른 상기 마이크로게이지(62)는 탄력성이 있는 탐침(62a)이 리테이너링(88) 하면으로부터 다공필름(84)에 흡착 고정된 웨이퍼(4) 표면으로 접촉 이동함으로써 리테이너링(88)과 웨이퍼(4) 사이의 단차에 따른 탐칩(62a)의 상하 가변폭에 따라 발생되는 전기신호를 측정하여 단차를 측정하는 장치이다.
그리고, 상기 마이크로게이지(62)를 대신하여 빔(Beam)을 이용하여 단차를 측정하는 다양한 종류의 변위센서를 이용하여 리테이너링(88)과 웨이퍼(4) 사이의단차를 측정할 수 있음은 당연하다할 것이다.
또한, 상기 마이크로게이지(62)는 상기 단차측정에 따른 측정값을 제어부(66)에 전기신호로 인가할 수 있도록 되어 있고, 상기 제어부(66)는 마이크로게이지(62)에서 수신된 전기신호에 따라 제 2 구동원(68)을 구동시켜 리테이너링(88)을 상하로 조절할 수 있는 기어(108)를 회전하도록 되어 있다.
상기 연마헤드(54)는, 도4에 도시된 바와 같이 상부에 진공라인(71)이 관통연결된 상부판(70)과 상기 상부판(70) 하부 가장자리와 외부링(72)이 볼트(72a)에 의해서 고정 연결되어 있다.
그리고, 상기 외부링(72) 내측에 내부링(74)이 핀(74a)에 의해서 고정 설치되고, 상기 내부링(74) 내측에 진공라인(71)과 연결된 관통홀(78)이 형성된 내부판(76)이 핀(76a)에 의해서 고정 연결되어 있다.
또한, 하측 가장자리부위가 함몰되어 단차져 있고, 복수의 진공홀(82)이 형성된 하부판(80)이 내부판(76)과 소정간격 이격되어 내부판(76)과 볼트(80a)에 의해서 고정되어 있다.
그리고, 상기 하부판(80) 하부에 진공홀(82)과 대응하는 복수의 홀(86)이 형성된 다공필름(84)이 부착 구비되고, 상기 다공필름(84) 하부에 다공필름(84)을 통해서 전달되는 펌핑력에 의해서 고정 흡착된 웨이퍼(4)가 위치하여 있다.
또한, 상기 하부판(80) 가장자리부위에는 다공필름(84)에 고정된 웨이퍼(4)가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너링(88)이 볼트(90a)에 하부판(80)과 체결된 클램프링(90)에 의해서 압착 고정되어 있다.
이때, 상기 리테이너링(88)의 상면은 내측에서 외측으로 플러스(+) 경사기울기를 가지도록 경사져 있다.
그리고, 상기 플러스(+) 경사기울기를 가지는 리테이너링(88) 상면과 하부판 사이에는 조절바(106)를 회전시킴으로써 리테이너링(88) 상면에서 소정간격 이동함으로써 리테이너링(88)을 소정간격 상하로 이동 조절할 수 있는 상하 조절링(92)이 삽입 설치되어 있다.
여기서, 상기 상하 조절링(92)은 도5에 도시된 바와 같이 리테이너링(88) 상면과 접촉하여 수평상태를 유지할 수 있도록 하면이 플러스(+) 경사기울기를 가지도록 되어 있다.
그리고, 상기 상하 조절링(92)은 양측 단부에 돌출부가 형성된 제 1 조절링(94)과 양측 단부에 함몰부가 형성된 제 2 조절링(96)이 체결된 구조로 이루어지고, 상기 제 1 조절링(94) 및 제 2 조절링(96) 양측 단부에는 각각 제 1 하부 연결대(98) 및 제 2 하부 연결대(100)가 상부로 돌출되어 있으며, 상기 제 1 하부 연결대(98) 및 제 2 하부 연결대(100)가 제 1 상부 연결대(102) 및 제 2 상부 연결대(104)가 조절바(106)에 의해서 서로 체결되어 있다.
여기서, 상기 제 1 상부 연결대(102) 및 제 2 상부 연결대(104)는 도6에 도시된 바와 같이 제 1 상부 연결대(102) 외부 표면 및 제 2 상부 연결대(104) 표면에는 오른쪽 및 왼쪽 방향 또는 왼쪽 및 오른쪽 방향 즉, 서로 상이한 방향의 나사산이 형성되어 있고, 조절바(106) 내측에는 상기 제 1 상부 연결대(102) 및 제 2 상부 연결대(104) 표면에 형성된 나사산과 체결되도록 조절바(106) 내부중앙을 기준으로 내부 일측 및 타측에 서로 상이한 나사홈이 형성되어 있다.
즉, 상기 조절바(106)의 일측 또는 타측방향으로 회전에 의해서 제 1 상부 연결대(102) 및 제 2 상부 연결대(104)는 조절바(106) 내측으로 이동하거나 외측으로 이동할 수 있도록 되어 있는 것이다.
그리고, 상기 조절바(106)는 도7에 도시된 바와 같이 마이크로게이지(62)의 리테이너링(88)과 웨이퍼(4) 사이의 단차 측정값이 제어부(66)에 인가되면, 상기 제어부(66)의 제어에 의해서 구동되는 제 2 구동원(68)에 의해서 회전하는 회전축(108a)과 연결된 기어(108)와 체결되는 기어홈(108a)이 외부 표면에 형성되어 있다.
따라서, 상기 연마헤드(54)는 소정위치의 웨이퍼(4) 상에 이동하여 웨이퍼(4) 후면을 흡착 고정한다. 이때, 상기 웨이퍼(4)는 연마헤드(54)의 다공필름(84)에 흡착고정되고, 상기 다공필름(84)은 연마헤드(54)의 진공라인(71), 내부판(76)의 관통홀(78), 하부판(80)의 진공홀(82) 및 다공필름(84)의 홀(86)을 통해서 전달되는 펌핑력에 의해서 웨이퍼(4)를 흡착 고정한다.
다음으로, 상기 웨이퍼(4)를 흡착 고정한 연마헤드(54)는 회전하는 연마테이블(50)의 패드(52) 상에 웨이퍼(4)를 이송시킨 후, 상기 웨이퍼(4)를 패드(52)방향으로 가압하며 회전하게 된다.
이때, 슬러리공급원(58)은 슬러리 공급노즐(60)을 통해서 연마테이블(50) 상부로 슬러리를 공급함으로써 웨이퍼(4)의 전면에 대한 물리적 및 화학적 연마공정이 진행된다.
그리고, 연마공정 과정의 연마헤드(54)는 진공라인(71)을 통해 전달되는 펌핑력이 제거되나 다공필름(84) 하부의 웨이퍼(4)는 연마헤드(54)의 가압 및 리테이너링(88)의 차단에 의해서 외부로 이탈되지 못하고 고정되어 연마공정이 진행된다.
또한, 소정의 연마공정이 진행된 후, 연마헤드(54)가 웨이퍼(4)를 흡착 고정하게 되면, 제 1 구동원(64)의 구동에 의해서 마이크로게이지(62)는 연마헤드(54) 하부로 이동하여 연마헤드(54)의 리테이너링(88)과 웨이퍼(4) 사이의 단차를 측정하게 된다.
이때, 상기 마이크로게이지(62)의 탐침(62a)은 리테이너링(88) 하면으로부터 다공필름(84)에 흡착고정된 웨이퍼(4) 표면으로 접촉 이동함으로써 리테이너링(88)과 웨이퍼(4) 사이의 단차에 따른 탐침(62a)의 가변폭을 이용하여 단차를 측정한다.
그리고, 상기 마이크로게이지(62)에 의해서 측정된 단차 측정값은 제어부(66)에 전기신호로 인가하게 되고, 상기 제어부(66)는 제 2 구동원(68)을 구동시켜 회전축(108a)을 소정각도 일측 또는 타측으로 회전시킴에 따라 연마테이블(50)의 기어(108)는 소정각도 일측 또는 타측으로 회전하게 된다.
따라서, 상기 기어(108)의 회전에 의해서 회전축(108a)과 기호홈(106a)에 의해서 맞물린 조절바(106)는 소정각도 일측 또는 타측으로 회전하게 됨에 따라 조절바(106) 내부에 체결된 제 1 상부 연결대(102) 및 제 2 상부 연결대(104)는 전진 또는 후진하게 된다.
그리고, 상기 제 1 상부 연결대(102) 및 제 2 상부 연결대(104)와 제 1 하부연결대(98) 및 제 2 하부 연결대(100)와 연결된 제 1 조절링(94) 및 제 2 조절링(96)은 플러스(+) 경사기울기를 가지는 리테이너링(88) 상부에서 소정거리 이동하여 상하 조절링(92)의 직경을 확장 또는 축소하게 된다.
즉, 상기 조절바(106)의 회전에 의해서 제 1 조절링(94)의 돌출부와 제 2 조절링(96)의 함몰부 사이의 거리가 확장 또는 축소됨으로써 상하 조절링(92)의 직경이 확장 또는 축소됨으로써 상하 조절링(92)이 리테이너링(88) 상부에서 소정거리 이동하게 되는 것이다.
이후, 웨이퍼(4)를 흡착 고정한 연마헤드(54)가 연마테이블(50)의 패드(52)와 가압 접촉하여 CMP공정을 수행하게 되면, 리테이너링(88) 상부의 상하 조절링(92)이 리테이너링(88)의 경사면과 소정거리 이동된 위치에서 리테이너링(88) 상면과 접촉함으로써 리테이너링(88)의 높이는 소정거리 조절된다.
본 발명에 의하면, 리테이너링의 마모정도를 마이크로게이지를 이용하여 정기적으로 검사한 후, 바로 조절바를 회전시켜 리테이너링 상부의 상하 조절링을 이동시킴으로써 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 조절하여 웨이퍼의 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (13)

  1. 펌핑력이 작용하는 진공홀이 형성된 판(Plate);
    상기 진공홀과 연통하는 홀이 형성되고, 상기 판 하부에 부착된 다공필름;
    상기 다공필름 측부의 상기 판 하측 가장자리에 설치되어 상기 다공필름에 진공 흡착 고정된 웨이퍼가 외부로 이탈하는 것을 방지하고, 상면이 경사진 리테이너링;
    상기 리테이너링을 외부에서 압착하며 상기 판 하측 가장자리에 고정된 클램프링; 및
    상기 판과 리테이너링 사이에 삽입 설치되고, 상기 리테이너링의 상면과 접촉하여 수평을 이루도록 하면이 경사진 상하 조절링; 및
    상기 상하 조절링의 직경을 확장함으로써 상기 리테이너링 상부에서 유동하여 상기 리테이너링의 높낮이를 조절할 수 있는 상하 조절링 직경확장수단;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 상하 조절링은 단부에 돌출부가 형성된 제 1 조절링과 상기 돌출부가 삽입되는 수용홈이 단부에 형성된 제 2 조절링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 상하 조절링 직경 확장수단은,
    상기 제 1 조절링 및 제 2 조절링의 양측 단부 상면에서 상부로 각각 돌출된 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대;
    상기 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대의 단부와 체결부에 의해서 수평방향으로 서로 마주보며 체결되고, 외부 표면에 서로 상이한 방향의 나사산이 형성된 제 1 상부 연결대 및 제 2 상부 연결대;
    일측부 소정 내면에는 상기 제 1 상부 연결대와 체결되는 나사홈이 형성되고, 타측부 소정 내면에는 상기 제 2 상부 연결대와 체결되는 나사홈이 형성된 조절바; 및
    상기 조절바, 제 1 상부 연결대, 제 2 상부 연결대, 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대를 수용할 수 있도록 상기 판의 저면에 형성된 수용홈;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 조절바 외부 표면에 기어와 체결되어 기어의 회전에 의해서 상기 조절바가 회전할 수 있도록 기어홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치의 연마헤드.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 기어와 회전축이 연결되고, 상기 회전축이 외부 구동원의 구동에 의해서 회전할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자제조용 CMP장치의 연마헤드.
  6. 상면에 패드가 구비되고, 소정속도로 회전할 수 있는 연마테이블;
    상기 패드 상에 슬러리를 공급할 수 있는 슬러리 공급노즐;
    연마대상 웨이퍼가 외부로 이탈하는 것을 방지하는 리테이너링을 구비하고, 상기 웨이퍼를 진공 흡착하여 상기 패드와 접촉하며 회전할 수 있는 연마헤드; 및
    상기 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 측정할 수 있는 단차 측정수단;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 단차측정수단은 신축성이 있는 탑칩의 리테이너링 및 웨이퍼의 접촉 이동에 따라 탑칩의 상하 가변폭에 따라 발생되는 전기신호를 이용하여 상기 단차를 측정하는 마이크로게이지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치.
  8. 상면에 패드가 구비되고, 소정속도로 회전할 수 있는 연마테이블;
    상기 패드 상에 슬러리를 공급할 수 있는 슬러리 공급노즐;
    펌핑력이 작용하는 진공홀이 형성된 판과 상기 진공홀과 연통하는 홀이 형성되고, 상기 판 하부에 부착된 다공필름과 상기 다공필름 측부의 상기 판 하측 가장자리에 설치되어 상기 다공필름에 진공 흡착 고정된 웨이퍼가 외부로 이탈하는 것을 방지하고, 상면이 경사진 리테이너링과 상기 리테이너링을 외부에서 압착하며상기 판 하측 가장자리에 고정된 클램프링을 구비하는 연마헤드;
    상기 판과 리테이너링 사이에 삽입 설치되고, 상기 리테이너링의 상면과 접촉하여 수평을 이루도록 하면이 경사진 상하 조절링;
    상기 상하 조절링의 직경을 확장함으로써 상기 리테이너링 상부에서 유동하여 상기 리테이너링의 높낮이를 조절할 수 있는 상하 조절링 직경확장수단; 및
    상기 리테이너링과 웨이퍼 사이의 단차를 측정할 수 있는 단차 측정수단
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 상하 조절링은 단부에 돌출부가 형성된 제 1 조절링과 상기 돌출부가 삽입되는 수용홈이 단부에 형성된 제 2 조절링으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 상하 조절링 직경 확장수단은,
    상기 제 1 조절링 및 제 2 조절링의 양측 단부 상면에서 상부로 각각 돌출된 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대;
    상기 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대의 단부와 체결부에 의해서 수평방향으로 서로 마주보며 체결되고, 외부 표면에 서로 상이한 방향의 나사산이 형성된 제 1 상부 연결대 및 제 2 상부 연결대;
    일측부 소정 내면에는 상기 제 1 상부 연결대와 체결되는 나사홈이 형성되고, 타측부 소정 내면에는 상기 제 2 상부 연결대와 체결되는 나사홈이 형성된 조절바; 및
    상기 조절바, 제 1 상부 연결대, 제 2 상부 연결대, 제 1 하부 연결대 및 제 2 하부 연결대를 수용할 수 있도록 상기 판의 저면에 형성된 수용홈;
    을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 조절바 외부 표면에 기어와 체결되어 기어의 회전에 의해서 상기 조절바가 회전할 수 있도록 기어홈이 더 형성된 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 기어와 회전축이 연결되고, 상기 회전축이 외부 구동원의 구동에 의해서 회전할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 단차측정수단은 신축성이 있는 탑칩의 리테이너링 및 웨이퍼의 접촉 이동에 따라 탑칩의 상하 가변폭에 따라 발생되는 전기신호를 이용하여 상기 단차를 측정하는 마이크로게이지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 CMP장치.
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