KR20050024100A - Chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A CMP(Chemical Mechanical Polishing) apparatus is provided to prevent the generation of particles due to abrasion and corrosion of a membrane by using a membrane protecting layer. CONSTITUTION: A CMP apparatus(30) includes a rotatable platen(11), a carrier head body on the platen, a membrane, and a membrane protecting layer. The membrane(25) for buffering a wafer(W) is installed under the carrier head body. The membrane protecting layer(27) for preventing the friction between the membrane and the wafer is installed under the membrane.

Description

화학적ㆍ기계적 연마장치 { CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS }Chemical and mechanical polishing equipment {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 화학적ㆍ기계적 연마장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마 공정이 진행될 때 웨이퍼와 접촉되는 멤브레인(Membrane)을 개선하여 반도체 생산수율을 향상시키는 화학적ㆍ기계적 연마장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical and mechanical polishing apparatus, and more particularly, to a chemical and mechanical polishing apparatus that improves a semiconductor production yield by improving a membrane contacting a wafer when a polishing process is performed.

최근 들어 반도체 디바이스(Device)의 고밀도화, 미세화 및 배선구조의 다층화에 따라 반도체 디바이스의 표면 단차가 점차 증가되고 있는 실정이다.Recently, the surface level of the semiconductor device has been gradually increased according to the increase in density, miniaturization, and multilayer structure of the semiconductor device.

이에 따라 반도체 디바이스의 표면을 평탄화 하기 위해 여러가지 장치들이 개발되고 있으며,상기 반도체 디바이스를 평탄화 하는 기술로는 리플로우, 전면 식각방법 등 다양하게 있으나, 반도체 디바이스의 고집적화에 따라 미세 패턴을 형성하기 위해서는 화학적 연마와 기계적 연마를 한꺼번에 수행하여 반도체 디바이스의 표면을 평탄화하는 화학적ㆍ기계적 연마장치(이하, "연마장치"라 칭함)가 널리 사용되고 있다.Accordingly, various devices have been developed to planarize the surface of the semiconductor device, and various techniques for planarizing the semiconductor device include a reflow method and an entire surface etching method, but in order to form a fine pattern according to the high integration of the semiconductor device, BACKGROUND OF THE INVENTION Chemical and mechanical polishing apparatuses (hereinafter referred to as "polishing apparatuses") for smoothing the surface of a semiconductor device by performing polishing and mechanical polishing all at once are widely used.

상기 연마장치는 회전운동 및 요동운동을 하는 헤드부에 흡착된 웨이퍼가 회전운동을 하는 연마패드 위에 소정 압력으로 접촉한 상태에서 연마액(이하, "슬러리(Slurry)"라 칭함)을 공급하여 웨이퍼를 연마한다. 이때, 웨이퍼는 슬러리 및 헤드부와 연마패드의 상호운동에 의해 화학적 및 기계적으로 동시에 연마된다.The polishing apparatus supplies a wafer by supplying a polishing liquid (hereinafter referred to as "slurry") in a state in which the wafer adsorbed on the head portion that rotates and swings is contacted at a predetermined pressure on the polishing pad that rotates. Polish it. At this time, the wafer is simultaneously polished chemically and mechanically by the mutual movement of the slurry and the head and the polishing pad.

여기서, 상기 헤드부는 내부 공간을 형성하는 본체와 상기 본체와 결합되거나 일체형으로 제작되어 웨이퍼 바깥쪽 폴리싱 면을 가압하는 리테이너 링과 웨이퍼를 가압하거나 흡착시키기 위한 홀이 형성된 척 및 상기 척의 하부면을 덮되, 상기 홀을 노출시키는 개구부를 갖는 멤브레인을 포함한다.Here, the head portion covers the chuck and the lower surface of the chuck formed with a main body forming an inner space and a retainer ring coupled to or integrally formed with the main body to press the polishing surface outside the wafer and a hole for pressing or adsorbing the wafer. And a membrane having an opening that exposes the hole.

그런데, 이러한 종래의 연마장치는 회전운동 및 요동운동을 하는 헤드부와 회전운동을 하는 연마패드에 의해 웨이퍼를 흡착하거나 가압하는 멤브레인의 일면과 웨이퍼의 배면이 마찰됨에 따라, 멤브레인의 일면이 마모되거나, 슬러리와 접촉한 멤브레인이 부식되어 표면 재질의 조각들이 떨어져 나와 파티클을 발생시키는 문제점이 있다.However, in the conventional polishing apparatus, as one surface of the membrane adsorbs or pressurizes the wafer and the back surface of the wafer is rubbed by the head which rotates and swings and the polishing pad rotates, one surface of the membrane is worn out. In addition, there is a problem in that the membrane in contact with the slurry is corroded so that pieces of the surface material come off and generate particles.

또한, 상기 파티클은 연마과정에서 연마패드로 이동하여 웨이퍼의 상면에 달라붙게 되므로 웨이퍼의 생산 수율을 저하시키는 문제점을 유발한다.In addition, the particles move to the polishing pad in the polishing process and adhere to the upper surface of the wafer, thereby causing a problem of lowering the yield of the wafer.

그리고, 상기 웨이퍼에 달라붙은 파티클을 제거하기 위해 웨이퍼의 상면을 털어주는 버핑(Buffing)공정을 추가로 진행해야 하는 번거로움이 발생한다.In addition, in order to remove particles adhering to the wafer, it is necessary to additionally perform a buffing process of brushing off an upper surface of the wafer.

한편, 상기 멤브레인이 존 구분형 멤브레인일 경우, 상기 멤브레인은 각 존(Zone)별로 나뉘어 구성되므로 각각 다른 압력을 구분하여 가압할 수 있는데 이때, 일부 존의 경우 각각의 존에 가해지는 압력의 간섭을 방지하기 위해 재질의 두께를 두껍게 구성하므로 실제로 웨이퍼에 가해지는 압력이 제대로 전달되지 않는 문제점이 발생한다.On the other hand, when the membrane is a zone-divided membrane, the membrane is divided into each zone (Zone), so that different pressures can be divided and pressurized, in this case, some zones are the interference of the pressure applied to each zone In order to prevent the thickness of the material is configured thick, the problem is that the pressure applied to the wafer is not properly transmitted.

따라서, 존별로 연마 속도가 달라져 연마공정의 균일성이 떨어지는 문제점이 발생한다.Therefore, the polishing rate varies for each zone, which causes a problem of inferior uniformity of the polishing process.

따라서, 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨이퍼의 배면과 접촉하는 멤브레인의 일면에 멤브레인 보호막을 설치하여 멤브레인의 마모에 따른 파티클 발생을 방지하는 화학적ㆍ기계적 연마장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention for solving the above problems is to provide a chemical and mechanical polishing apparatus for preventing particle generation due to abrasion of the membrane by installing a membrane protective film on one surface of the membrane in contact with the back of the wafer will be.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기 멤브레인의 보호막을 각 존별로 다른 물질로 각각 구분하여 구성함에 따라 연마공정의 균일성을 향상시키는 화학적ㆍ기계적 연마장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a chemical and mechanical polishing apparatus for improving the uniformity of the polishing process by dividing the protective film of the membrane into different materials for each zone.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 회전 가능한 플래튼과 상기 플래튼의 상측에 회전가능하게 설치된 캐리어헤드 본체와 상기 캐리어헤드 본체의 저면에 설치되어 그 저면에 흡착 고정되는 웨이퍼를 완충하는 멤브레인과 상기 멤브레인 저면에 설치되어 흡착 고정되는 웨이퍼와의 마찰을 방지하는 멤브레인 보호막을 포함하는 화학적ㆍ기계적 연마장치를 제공한다.The present invention for achieving the above object is a membrane plate for rotatable platen and the carrier head body rotatably installed on the upper side of the platen and the wafer is installed on the bottom surface of the carrier head body to buffer the wafer adsorbed and fixed to the bottom surface And it provides a chemical and mechanical polishing apparatus including a membrane protective film for preventing friction with the wafer is installed on the bottom surface of the membrane to be fixed by suction.

또한, 상기 멤브레인 보호막은 내화학성 및 내마모성을 갖는 물질로 제작되어 웨이퍼의 배면과 접촉되는 멤브레인 면이 코팅된 것이 바람직하다.In addition, the membrane protective film is preferably made of a material having a chemical resistance and wear resistance coating the membrane surface in contact with the back surface of the wafer.

그리고, 상기 내화학성 및 내마모성을 갖는 물질은 실리콘, 알루미나, 탄화규소, 폴리에스테르, 폴리텍스, 폴리우레탄 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.In addition, the material having chemical resistance and wear resistance may be any one of silicon, alumina, silicon carbide, polyester, polytex, polyurethane, or a mixture thereof.

한편, 상기 멤브레인 보호막은 연마물질을 함유한 것이 바람직하다.On the other hand, the membrane protective film preferably contains an abrasive material.

상기 연마물질은 알루미나, 실리카 중 어느 하나인 것이 바람직하다.The abrasive material is preferably one of alumina and silica.

상기 캐리어헤드 본체는 그 내부에 복수개로 구획되어 가압영역을 이루며, 상기 멤브레인 보호막은 상기 가압영역 및 구획부에 따라 각각 탄성계수가 다른 재질로 된 것이 바람직하다.The carrier head body may be divided into a plurality of parts therein to form a pressing area, and the membrane protective layer may be made of a material having a different elastic modulus according to the pressing area and the partition.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 역압방지유닛을 갖는 연마장치를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 연마장치의 다른 실시예를 도시한 도면이며, 도 3은 도 2에 설치된 멤브레인을 도시한 도면이다.1 is a view showing a polishing apparatus having a back pressure preventing unit according to the present invention, Figure 2 is a view showing another embodiment of the polishing apparatus according to the present invention, Figure 3 shows a membrane installed in Figure 2 Drawing.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 연마장치(30)는 전체적으로 보아 캐리어헤드 본체(20)와 연마테이블부(10), 슬러리를 공급해주는 슬러리 공급부(미도시)로 구성된다.As shown in these figures, the polishing apparatus 30 is generally composed of a carrier head body 20, a polishing table portion 10, and a slurry supply portion (not shown) for supplying a slurry.

연마테이블부(10)는 후술될 상기 캐리어헤드 본체(20)의 하부에 대응되게 위치하며 그 상면에 웨이퍼(W)의 일면과 접촉할 수 있는 연마패드(13)가 마련된 플래튼(11)으로 구성된다.The polishing table 10 is a platen 11 having a polishing pad 13 positioned on a lower portion of the carrier head main body 20 to be described later and contacting one surface of the wafer W. It is composed.

상기 캐리어헤드 본체(20)는 상측에 도시되지 않은 구동유닛에 의해 구동되는 회전축(29)이 설치되어 웨이퍼(W)의 일면이 아래를 향하도록 하여 웨이퍼(W)를 적재할 수 있는 공간을 형성하며 회전 및 요동 가능하다.The carrier head main body 20 is provided with a rotating shaft 29 driven by a driving unit (not shown) on the upper side so that one surface of the wafer W faces downward to form a space in which the wafer W can be loaded. It can rotate and swing.

상기 캐리어헤드 본체(20) 내부에는 웨이퍼(W)를 가압하기 위해 에어를 공급하거나 흡착하기 위해 진공흡입 가능하도록 다수개의 홀(21a)을 형성하는 척(21)을 설치하고, 상기 척(21)의 하부에는 상기 척(21)의 하부면을 덮되, 상기 홀(21a)을 노출시키는 개구부(25a)가 형성되며 탄성을 갖는 재질로 형성된 멤브레인(25)이 설치되며, 상기 멤브레인(25)의 하부에는 상기 척(21)의 홀(21a)을 통해 가압되거나 흡착되는 웨이퍼(W)가 설치된다.Inside the carrier head body 20, a chuck 21 is formed to form a plurality of holes 21a to enable vacuum suction to supply or absorb air to pressurize the wafer W, and the chuck 21 A lower portion of the chuck 21 covers the lower surface of the chuck 21, an opening 25a is formed to expose the hole 21a, and a membrane 25 formed of an elastic material is installed, and a lower portion of the membrane 25 is provided. The wafer W is pressed or adsorbed through the hole 21a of the chuck 21.

여기서, 상기 웨이퍼(W)의 배면과 접촉하는 상기 멤브레인(25)의 일면에는 멤브레인 보호막(27)이 설치된다.Here, the membrane protective film 27 is provided on one surface of the membrane 25 in contact with the back surface of the wafer (W).

상기 멤브레인 보호막(27)은 상기 웨이퍼(W)의 배면과 접촉하는 멤브레인(25)의 일면에 코팅하는 것으로서, 연마에 사용되는 슬러리에 강하고, 장시간 마찰에도 견딜 수 있도록 내화학성 및 내마모성을 갖는 재질로 코팅되는 것이 바람직하며, 상기 내화학성 및 내마모성을 갖는 물질은 실리콘, 알루미나, SiC, 폴리에스테르, 폴리텍스, 폴리우레탄 등 고순도 세라믹 재료중 어느 하나이거나 이들의 혼합물인 것이 바람직하다.The membrane protective layer 27 is coated on one surface of the membrane 25 in contact with the back surface of the wafer W. The membrane protective layer 27 is resistant to a slurry used for polishing and has a chemical resistance and abrasion resistance to withstand prolonged friction. It is preferred to be coated, and the material having chemical and abrasion resistance is preferably any one or a mixture of high purity ceramic materials such as silicon, alumina, SiC, polyester, polytex, polyurethane, and the like.

또한, 상기 멤브레인 보호막(27)을 구성하는 코팅에는 LUMINA, SILICA, CERIA 등의 결정성 물질로 된 연마물질을 추가로 함유시켜 제작하는 것이 바람직하다.In addition, the coating constituting the membrane protective film 27 is preferably prepared by further containing an abrasive material made of a crystalline material such as LUMINA, SILICA, CERIA and the like.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 멤브레인(25)이 존 구분형인 경우, 상기 멤브레인 보호막(27)은 각 존(Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6)별로 서로 다른 특성을 갖는 재질로 구성되는 것이 바람직하다.Meanwhile, as shown in FIG. 3, when the membrane 25 is zone-divided, the membrane protective layer 27 is formed of a material having different characteristics for each zone Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, and Z6. It is preferable that it consists of.

즉, Z2, Z4, Z6의 경우 멤브레인(25)의 두께가 두꺼우므로 이 존의 멤브레인 보호막(27)은 내화학성 및 내마모성과 아울러 탄성이 강화된 재질로 구성되되 각각의 존에 가해지는 압력을 전달할 수 있는 탄성계수를 갖는 재질로 제작되는 것이 바람직하다.That is, in the case of Z2, Z4, and Z6, the thickness of the membrane 25 is thick, so the membrane protective film 27 of this zone is composed of a chemically-resistant and abrasion-resisting material and an elasticity-reinforced material. It is desirable to be made of a material having a modulus of elasticity.

이하에서는 이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 화학적ㆍ기계적 연마장치의 일실시예를 통해 작용 및 효과를 설명한다Hereinafter, by the above configuration, the operation and effect will be described through an embodiment of the chemical and mechanical polishing apparatus according to the present invention.

먼저, 웨이퍼(W)는 캐리어헤드 본체(20)에 내설되어 진공펌핑되는 척(21)의 홀(21a)을 통해 멤브레인(25)에 흡착되어 연마테이블부(10)의 플래튼(11)에 설치된 연마패드(13) 상면으로 이송되면, 진공펌핑은 중단되고, 척(21)의 홀(21a)을 통해 에어를 공급하여 멤브레인(25)을 가압하므로 웨이퍼(W)는 일정한 압력을 받으며 연마패드(13)와 접촉하게 된다.First, the wafer W is adsorbed to the membrane 25 through the holes 21a of the chuck 21 which is built in the carrier head main body 20 and vacuum-pumped to the platen 11 of the polishing table 10. When transferred to the upper surface of the installed polishing pad 13, vacuum pumping is stopped and air is supplied through the holes 21a of the chuck 21 to pressurize the membrane 25 so that the wafer W is subjected to a constant pressure and the polishing pad is pressed. Contact with (13).

상기 본체(20)와 플래튼(11)이 작동하여 회전 및 요동운동을 시작하면, 웨이퍼(W)의 상면은 연마패드(13) 위에 소정의 압력으로 접촉한 상태에서 슬러리가 공급되어 캐리어헤드 본체(20)와 플래튼(11)의 상호 회전에 의해 웨이퍼(W)가 연마된다.When the main body 20 and the platen 11 are operated to start the rotation and rocking motion, the upper surface of the wafer W is supplied with the slurry in contact with the polishing pad 13 at a predetermined pressure, and thus the carrier head main body. The wafer W is polished by the mutual rotation of the 20 and the platen 11.

이때, 상기 웨이퍼(W)의 배면과 접촉하는 멤브레인(25)의 일면에 설치된 내화학성, 내마모성 그리고, 연마물질이 함유된 재질로 코팅된 멤브레인 보호막(27)에 의해 웨이퍼(W)와 접촉하는 멤브레인(25)의 일면이 마모되거나 슬러리에 의해 부식되는 것이 방지되고, 웨이퍼(W)의 배면에 파티클이 유입되더라도, 상기 멤브레인 보호막(27)에 함유된 연마물질에 의해 제거된다.At this time, the membrane in contact with the wafer (W) by the membrane protective film 27 coated with a material containing chemical resistance, wear resistance, and abrasive material provided on one surface of the membrane 25 in contact with the back surface of the wafer (W) One side of the surface 25 is prevented from being worn or corroded by the slurry, and even if particles enter the back surface of the wafer W, they are removed by the abrasive material contained in the membrane protective film 27.

여기서, 상기 맴브레인(25)이 존 구분형일 경우에도 존(Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, Z6)별로 다른 압력이 가해지면, 각 존별로 멤브레인(25)의 두께를 고려하여 각각 다른 탄성계수를 갖도록 설치된 상기 멤브레인 보호막(27)은 상기 멤브레인(25)을 통해 가해지는 압력이 웨이퍼(W)에 원활하게 전달되므로 웨이퍼(W)는 그 중심부나 에지부나 균일하게 연마된다.Here, even when the membrane 25 is zone-divided, if different pressures are applied to each of the zones Z1, Z2, Z3, Z4, Z5, and Z6, each zone has different elastic modulus in consideration of the thickness of the membrane 25. Since the membrane protective film 27 installed to have a pressure applied through the membrane 25 is smoothly transmitted to the wafer W, the wafer W is uniformly polished at its center or edge portion.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기계적ㆍ화학적 연마장치는 멤브레인에 내화학성과 내마모성을 가진 재질로 멤브레인 보호막을 마련함에 따라 멤브레인의 마모 및 부식에 따른 파티클 생성을 방지하는 효과가 있다.As described above, the mechanical and chemical polishing apparatus according to the present invention has an effect of preventing particle generation due to abrasion and corrosion of the membrane by providing a membrane protective film made of a material having chemical resistance and abrasion resistance to the membrane.

또한, 파티클 유발을 방지하여 버핑공정을 진행하지 않아도 되므로 생산성이 향상되는 효과가 있다.In addition, there is no need to proceed the buffing process by preventing the particle generation has the effect of improving the productivity.

그리고, 멤브레인의 각 영역별로 다른 재질을 사용함에 따라 웨이퍼에 각 영역별로 적정한 압력이 가해지므로 연마공정의 균일성을 향상시키는 효과가 있다.In addition, since a different material is used for each region of the membrane, appropriate pressure is applied to each region of the wafer, thereby improving the uniformity of the polishing process.

도 1은 본 발명에 따른 역압방지유닛을 갖는 연마장치를 도시한 도면,1 is a view showing a polishing apparatus having a back pressure preventing unit according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따른 연마장치의 다른 실시예를 도시한 도면,Figure 2 shows another embodiment of the polishing apparatus according to the present invention,

도 3은 도 2에 설치된 멤브레인을 도시한 도면이다.3 is a view showing the membrane installed in FIG.

* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *Brief description of the main symbols in the drawings

11: 플래튼 13 : 연마패드11: platen 13: polishing pad

20 : 본체 21 : 척20: body 21: chuck

23 : 리테이너 링 25 : 멤브레인23 retainer ring 25 membrane

27 : 멤브레인 보호막 30 : 연마장치27: membrane protective film 30: polishing apparatus

W : 웨이퍼W: Wafer

Claims (6)

회전 가능한 플래튼;Rotatable platen; 상기 플래튼의 상측에 회전가능하게 설치된 캐리어헤드 본체;A carrier head body rotatably installed on an upper side of the platen; 상기 캐리어헤드 본체의 저면에 설치되어 그 저면에 흡착 고정되는 웨이퍼를 완충하는 멤브레인; 및A membrane installed on a bottom surface of the carrier head body to buffer a wafer that is fixed to the bottom surface by suction; And 상기 멤브레인 저면에 설치되어 흡착 고정되는 웨이퍼와의 마찰을 방지하는 멤브레인 보호막을 포함하는 화학적ㆍ기계적 연마장치.And a membrane protective film provided on the bottom surface of the membrane to prevent friction with the wafer fixed to the wafer. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 멤브레인 보호막은 내화학성 및 내마모성을 갖는 물질로 제작되어 웨이퍼의 배면과 접촉되는 멤브레인 면이 코팅된 것을 특징으로 하는 화학적ㆍ기계적 연마장치.The membrane protective film is a chemical and mechanical polishing apparatus, characterized in that the membrane surface in contact with the back surface of the wafer is made of a material having a chemical resistance and wear resistance. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 내화학성 및 내마모성을 갖는 물질은 실리콘, 알루미나, 탄화규소, 폴리에스테르, 폴리텍스, 폴리우레탄 중 어느 하나이거나 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 화학적ㆍ기계적 연마장치.The chemical and mechanical wear resistant material is any one of silicon, alumina, silicon carbide, polyester, polytex, polyurethane, or a mixture thereof. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 멤브레인 보호막은 연마물질을 함유한 것을 특징으로 하는 화학적ㆍ기계적 연마장치.And the membrane protective film contains an abrasive material. 제 4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 연마물질은 알루미나, 실리카 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학적ㆍ기계적 연마장치.The polishing material is a chemical or mechanical polishing apparatus, characterized in that any one of alumina, silica. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 캐리어헤드 본체는 그 내부에 복수개로 구획되어 가압영역을 이루며, 상기 멤브레인 보호막은 상기 가압영역 및 구획부에 따라 각각 탄성계수가 다른 재질로 된 것을 특징으로 하는 화학적ㆍ기계적 연마장치.And a plurality of carrier head bodies formed therein to form a pressing area, and the membrane protective film is made of a material having a different elastic modulus according to the pressing area and the partition part.
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