KR20050030729A - 화학적 기계적 연마 장치의 암 고정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CMP 장치의 헤드와 CMP 본체를 연결하는 암의 일측 하부에 고정 장치를 삽입하여 CMP 공정시 암을 고정하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 화학적 기계적 연마 장치의 암 고정 방법은 평탄화 공정시 웨이퍼가 암에서 미끄러지는 것을 방지하기 위해 헤드와 본체를 연결해 주는 암의 일측 하부에 고정 수단을 삽입하는 것으로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 화학적 기계적 연마 장치의 암 고정 방법은 멤브렌 압력의 반력에 의한 웨이퍼 슬립 현상이 없고, 암 다운 포스, 리테인 링 압력으로 인하여 캐리어 베이스, 암 스프트 어셈블리에 많은 하중을 주어 발생하는 캐리어 베이스에 잦은 문제점을 해결할 수 있고, 암 다운 포스, 리테인 링 압력의 동시 하중으로 인한 리테인 링 라이프타임이 웨이퍼 1000장 정도의 짧은 라이프타임을 연장시킬 수 있고, 암 다운 포스와 리테인 링 압력의 반발작용에 의하여 멤브렌 압력 헌팅으로 발생하는 불균일성이 순간적으로 증가하는 현상을 억제할 수 있어, 생산성, 원가절감 및 장비 가동률을 향상시키는 효과가 있다.

Description

화학적 기계적 연마 장치의 암 고정 방법{Method for fixing arm of chemical mechanical polish equipment}

일반적으로, 집적 회로는 기판, 특히 실리콘 웨이퍼 상에 도체층, 반도체층, 또는 절연층의 순차적인 증착에 의해 형성된다. 각 층의 증착 후, 에칭하여 회로 구성을 형성한다. 일련의 층이 순차적으로 증착되고 에칭된 후, 기판의 바깥 또는 최상측면, 즉 기판의 노출된 표면은 점차 비평탄화된다. 이 비평탄화 표면은 집적 회로 제조 공정의 포토리소그래피 단계에서 문제점을 나타낸다. 그러므로, 기판 표면을 주기적으로 평탄화할 필요가 있다.

화학 기계 연마(Chemical Mechanical Polish, 이하 CMP)는 평탄화하는 방법 중의 하나이다. 통상적으로, 이 CMP 방법은 기판을 캐리어 또는 연마 헤드 상에 장착할 것을 요구한다. 기판의 노출 표면은 회전 연마 패드를 향하여 배치된다. 연마 패드는 일반적인 또는 연마재를 고정한 패드일 수도 있다. 표준 연마 패드는 내구력 있는 거친 표면을 갖는 반면, 연마재를 고정한 패드는 수용 매체에 유지된 연마 입자를 갖는다. 캐리어 헤드는 연마 패드를 밀기 위해서 제어 가능한 로드, 즉 압력을 기판 상에 제공한다. 일반적인 패드를 사용하는 경우, 하나 이상의 화학적 반응 에이전트와 연마 입자를 함유하는 연마 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다.

CMP 공정의 효율은 기판 표면의 연마율, 결과물의 마무리 상태(소규모의 표면 요철 부재) 및 평탄화(대규모의 토포그래피(topography)의 부재)에 의해 측정할 수도 있다. 연마율, 마무리 상태 및 평탄화는 패드와 슬러리의 결합과, 기판과 패드 사이의 상대속도, 패드에 기판을 가하는 힘에 의해 결정된다.

연마헤드에는 두 가지 타입이 있는데, 플랜트 타입(Platen type)은 연마 중에 암 다운 포스(arm down force), 엔투 백 압력(n2 back pressure)이 사용되어지며 멤브렌 타입(membrane type)에서는 연마중 암 다운 포스(arm down force), 멤브렌 압력(membrane pressure), 리테인 링 압력(retain ring pressure)이 사용되어진다.

멤브렌 타입에서는 암의 구조적 문제로 암 다운 포스가 없으면 연마중 웨이퍼 슬립(wafer slip) 현상이 발생한다. 웨이퍼 슬립 방지를 위해서는 암 다운 포스를 계속 사용해야만 한다. 그러나 암 다운 포스의 사용으로 인하여 리테인 링 압력과 멤브렌 압력의 추가 하중이 작용하여 압력 헌팅(pressure hunting)과 리테인 링의 수명 저하라는 치명적 문제점을 가지게 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 암의 일측 하부에 고정 장치를 고정하여 안정화 장치(Stabilizer)를 작동하지 않아도 암이 흔들리지 않도록 하였고, 암의 흔들림이 없기 때문에 멤브렌 압력의 반력에 의한 웨이퍼 슬립 현상이 없게 되도록 하는 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 본 발명은평탄화 공정시 웨이퍼가 암에서 미끄러지는 것을 방지하기 위해 헤드와 본체를 연결해 주는 암의 일측 하부에 고정 수단을 삽입하는 것에 의해 달성된다.

또한, 본 발명의 상기 목적은 암을 고정하기 위하여 암의 일측 하부에 고정 장치가 삽입된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치에 의해서도 달성된다.

기존 플랜트 타입에서는 암 이동시 암의 흔들림을 방지하기 위하여 안정화 장치를 사용한다. 연마중에는 암 다운 포스가 입력(input)되기 때문에 안정화 장치를 작동하지 않아도 암의 흔들림이 없다. 그러나, 멤브렌 타입에서는 멤브렌 압력, 리테인 링 압력으로 충분히 프로세스(process)가 가능하기는 하나 암 다운 포스가 없으면 연마중 암이 흔들려 웨이퍼가 암에서 미그러지는 웨이퍼 슬립 현상이 발생한다. 기존에 사용하던 암 다운 포스를 사용하지 않기 위하여 암의 고정이 필요하다.

고정 방법에는 여러 가지 방법이 있겠으나 본 발명에서는 암의 일측 하부에 고정 장치를 삽입하여 고정함으로써 암이 흔들리지 않도록 한다. 암의 흔들림이 없기 때문에 멤브렌 압력의 반력에 의한 웨이퍼 슬립 현상이 없다. 암 다운 포스, 리테인 링 압력으로 인하여 캐리어 베이스(carrier base), 암 샤프트 어셈블리(arm shaft assembly)에 많은 하중을 주어 캐리어 베이스에 발생하는 문제점을 해결할 수 있고 암 다운 포스, 리테인 링 압력의 동시 하중으로 인한 리테인 링의 웨이퍼 1000장 정도의 짧은 수명을 연장시킬 수 있고, 암 다운 포스와 리테인 링 압력의 반발작용에 의하여 멤브렌 압력 헌팅(membrane pressure hunting)으로 발생하는 불균일성(non-uniformity)이 순간적으로 증가하는 현상을 억제할 수 있어, 생산성(fab yield), 원가절감 및 장비 가동률을 향상시킬 것이다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

<실시예>

아반티 472 시스템(AVANTI 472 SYSTEM)은 CMP기술에 적용되는 시스템(system) 중의 하나이다. 구성은 로드/언로드 스테이션(Load/Unload station), 연마 암 헤드 스테이션(Polish arm head station), 플랜트 스테이션(Platen station), 하이/로우 볼테이지 스테이션(High/low voltage station) 등으로 구성되어져 있다.

먼저, 도 1은 CMP 장치의 연마 헤드 부분을 보여주고 있는 사진이다. 연마 헤드에 웨이퍼를 장착한 다음 원하는 평탄화 작업을 실행하여 공정을 진행한다.

다음, 도 2는 도 1의 연마 헤드 부분에서 발생하는 압력을 나타낸 단면도이다. 연마 축(1)을 중심으로 웨이퍼(2)를 회전(3)시켜서 웨이퍼를 평탄화하고, 웨이퍼의 슬립을 막기 위해 암 다운 포스(4)가 가해지고, 리테인 링(5)에서 리테인 링 압력(6) 및 멤브렌(7)에서 멤브렌 압력(8)이 발생하여 웨이퍼를 고정하여 준다.

상기와 같은 방법은 암의 일측에 위치한 안정화 장치를 작동하였을 때, 즉, 암 다운 포스가 주입되었을 때 발생하는 현상으로 상기에서 설명한 바와 같이 리테인 링의 수명이 작다는 등의 단점이 있으나, 상기의 암 다운 포스(4)를 사용하지 않고는 웨이퍼를 정상적으로 연마할 수 없다는 것을 나타내고 있다. 그러나 본 발명에서는 상기의 리테인 링의 수명을 연장할 뿐만 아니라 암 다운 포스를 사용하지 않고 웨이퍼를 정상적으로 연마하는 장치를 제공한다.

다음, 도 3은 아반티 472 시스템의 사시도이다. 도 3에서 보는 바와 같이 아반티 472 시스템은 구성되어 있고, 원으로 표시한 영역이 본 발명에서 설명하고 있는 안정화 장치(9)이다.

다음, 도 4는 도 3의 안정화 장치를 확대한 사진으로서, 안정화 장치 블록 밑부분(10)에 암의 고정 장치로 사용할 수 있는 블록 스페이스를 삽입하여 안정화 장치를 작동하지 않아도 암이 흔들리지 않게 할 수 있다. 이 때 블록 스페이스는 높이가 0.6 내지 0.8cm(바람직하게는 0.7cm)이기만 하면 된다. 즉, 형상, 길이 및 재질은 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

상세히 설명된 본 발명에 의하여 본 발명의 특징부를 포함하는 변화들 및 변형들이 당해 기술 분야에서 숙련된 보통의 사람들에게 명백히 쉬워질 것임이 자명하다. 본 발명의 그러한 변형들의 범위는 본 발명의 특징부를 포함하는 당해 기술 분야에 숙련된 통상의 지식을 가진 자들의 범위 내에 있으며, 그러한 변형들은 본 발명의 청구항의 범위 내에 있는 것으로 간주된다.

따라서, 본 발명의 화학적 기계적 연마 장치의 암 고정 방법은 암의 일측 하부에 고정 장치를 삽입함으로써 멤브렌 압력의 반력에 의한 웨이퍼 슬립 현상이 없고, 암 다운 포스, 리테인 링 압력으로 인하여 캐리어 베이스, 암 샤프트 어셈블리에 많은 하중을 주어 캐리어 베이스에 발생하는 문제점을 해결할 수 있고, 암 다운 포스, 리테인 링 압력의 동시 하중으로 인한 리테인 링의 웨이퍼 1000장 정도의 짧은 수명을 연장시킬 수 있고, 암 다운 포스와 리테인 링 압력의 반발작용에 의하여 멤브렌 압력 헌팅으로 발생하는 불균일성이 순간적으로 증가하는 현상을 억제할 수 있어, 생산성, 원가절감 및 장비 가동률을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 CMP 장치의 헤드의 사진.

도 2는 본 발명에 의한 CMP 장치의 연마 헤드 부분에서 발생하는 압력을 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 실시예의 사시도.

도 4는 암의 일측 하부의 고정 장치가 삽입될 영역을 보여 주는 사진.

Claims (6)

1. 화학적 기계적 연마 장치의 암 고정 방법에 있어서,

   평탄화 공정시 웨이퍼가 암에서 미끄러지는 것을 방지하기 위해 헤드와 본체를 연결해 주는 암의 일측 하부에 고정 수단을 삽입하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치의 암 고정 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 고정 장치는 멤브렌 타입의 화학적 기계적 연마장치에서 암 다운 포스를 주입하지 않고 평탄화 공정을 수행할 때 사용하는 것을 특징으로 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치의 암 고정 방법.
3. 화학적 기계적 연마 장치에 있어서,

   암을 고정하기 위하여 암의 일측 하부에 고정 장치가 삽입된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 고정 장치는 블록 스페이스를 사용함을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 블록 스페이스는 높이가 0.6 내지 0.8cm임을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
6. 제 3항에 있어서,

   상기 고정장치는 멤브렌 타입의 장치의 암에 안정화 장치 대용으로 부착된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.