KR20050055944A

KR20050055944A - 멤브레인을 사용하는 화학기계연마

Info

Publication number: KR20050055944A
Application number: KR1020030089008A
Authority: KR
Inventors: 김형환
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2005-06-14

Abstract

본 발명은 멤브레인 ( membrane ) 을 사용하는 화학기계연마 ( chemical mechanical polishing, CMP ) 장치에 관한 것으로, CMP 공정의 연마 균일성을 향상시키기 위하여 회전축이 중심에 구비되고 압력이 가해지는 다수의 홀이 구비되는 클램프와, 상기 클램프의 하부에 다수의 존 ( zone )을 원형으로 구획하는 다수의 리브 ( rib ) 가 형성된 멤브레인이 구비되되, 상기 존 전체에 일정한 압력이 가해지도록 상기 존 내의 멤브레인 두께를 달리하거나 재질을 달리함으로써 CMP 공정시 연마 균일성을 향상시켜 후속 공정을 용이하게 실시할 수 있도록 하고 그에 따른 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기술이다.

Description

멤브레인을 사용하는 화학기계연마{A device for chemical mechanical polishing ( CMP ) using membrane}

본 발명은 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치에 관한 것으로, 특히 존 ( zone ) 별 압력을 조절하여 연마 균일성을 증가시키는 멤브레인의 구조를 변경시킴으로써 CMP 공정의 균일성을 개선하는 기술에 관한 것이다.

현재 평탄화공정으로 사용되는 화학기계연마 ( CMP ) 방법은, 균일성이 가장 중요한 공정 변수이다.

최근의 CMP 장비는 웨이퍼를 잡는 헤드 ( head ) 또는 캐리어 ( carrier ) 부분의 멤브레인에 존을 나누어 따로 압력을 조절함으로써 연마 균일성을 개선하는 개념을 도입하고 있다.

이로 인하여 연마 균일성이 어느 정도 개선되고는 있으나, 상기 멤브레인의 주재료로 사용하는 물질이 주로 고무와 같은 탄성계수가 큰 물질이고 현재의 멤브레인은 존 ( zone ) 전체가 동일한 두께를 갖게 설계되어 있다.

이때, 일정한 가스 압력을 불어 넣어주는 존 내에서 중심에서의 거리에 따라 받는 응력 ( stress ) 이 달라지고 그에 따른 스트레인 ( strain ) 정도가 달라짐에 따라 웨이퍼에 전달되는 압력이 달라지게 되는 현상이 유발된다.

따라서, 상기한 CMP 장비를 이용하여 연마된 웨이퍼의 경우 같은 존 내에서도 중심으로부터 멀어짐에 따라 연마량이 확연히 증가하여 균일성이 악화되는 현상이 일어나게 된다.

도 1a, 도 1b 및 도 2 는 종래기술에 따른 CMP 장비를 도시한 단면도와 평면도로서, 상기 도 1b 는 상기 도 1a의 멤브레인을 도시한 평면도이다. 상기 도 2 는 상기 도 1a 의 ⓐ 부분을 확대 도시한 단면도로서, 제1리브(23), 제2존(25) 및 제2리브(27)를 도시한 것이다.

도 1a 및 도 1b 를 참조하면, 회전축(11)이 중심에 구비되는 클램프(13)가 있고, 상기 클램프(13)의 하부에 멤브레인(15)이 구비된다.

이때, 상기 클램프(13)는 다수의 홀이 구비되되, 상기 회전축(11)을 중심으로 원형으로 다수의 홀이 구비되어 상기 홀들을 통해 웨이퍼(17)가 놓인 방향으로 압력을 가할 수 있도록 형성된 것이다. 이때, 상기 압력은 유체(19)를 상기 클램프(13)의 홀을 통하여 멤브레인(15)에 플로우 시킴으로써 웨이퍼(17)에 가해지게 된다.

또한, 상기 멤브레인(15)은 웨이퍼(17)에 닿게 되어 상기 회전축(11)을 회전시키면 상기 웨이퍼(17)에 접촉되어 상기 웨이퍼(17)를 연마하는 역할을 하게 된다.

상기 멤브레인(15)은 상기 회전축(11)이 형성된 부분을 포함하는 중심부로부터 제1존(21), 제2존(25) 및 제3존(29)으로 나뉘어 구비된다. 여기서, 상기 제1존(21), 제2존(25) 및 제3존(29)은 경계부에 제1리브(rib)(23), 제2리브(27)가 구비되고, 상기 제3존(29)의 외부에 제3리브(31)가 구비된다.

상기 멤브레인(15)은 같은 존 내에서 응력과 스트레인이 달라짐을 고려치 않고 멤브레인의 두께나 재질을 전 영역에 동일하게 사용함으로써 같은 존 내에서 균일성에 차이가 나게 된다.

즉, 상기 멤브레인(15)은 회전축(11)에서의 거리에 따라 원주가 차이가 나게 되고 이에 따라 같은 압력 하에서 스트레인 ( strain ) 양이 달라지게 되고, 그로 인하여 웨이퍼(17)에 전달되는 압력에도 차이가 나게 되어 같은 존 내에서도 연마량의 차이가 발생된다.

도 2 는 상기 도 1a 의 ⓐ 부분을 확대 도시한 단면도로서, 제1리브(23), 제2존(25) 및 제2리브(27)를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 상기 제2존(25) 내의 멤브레인(15) 두께가 동일하다. 이는 상기한 내용과 같이 웨이퍼에 전달하는 압력에 차이가 나게 되고 같은 존 내에서도 연마량의 차이를 발생하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 종래기술에 따른 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치는, 연마의 균일성을 향상시키기 위하여 다수의 존으로 구분되는 멤브레인을 사용하였으나 각각 존 내에서 연마량 차이가 발생되어 CMP 공정의 특성을 열화시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 멤브레인을 구성하는 각각의 존 내에서 멤브레인의 두께를 달리하여 상기 멤브레인을 통하여 웨이퍼에 전달되는 압력을 동일하게 함으로써 상기 존 내에서 연마량의 차이가 발생되지 않도록 하는 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 멤브레인을 사용하는 화학기계연마장치는,

회전축이 중심에 구비되고 압력의 인가를 위한 다수의 홀이 구비되는 클램프와,

상기 클램프의 하부에 다수의 존 ( zone )을 구분하는 동심원 형태의 다수의 리브 ( rib ) 가 형성된 멤브레인이 구비되되, 상기 존 전체에 일정한 압력이 가해지도록 상기 존 내의 멤브레인 두께를 달리하는 것과,

상기 존 내의 멤브레인의 두께는 상기 회전축으로부터 멀어질수록 증가하는 형태로 구비되는 것과,

상기 존에 가해지는 압력은 기체나 액체와 같은 유체를 이용하여 인가되는 것을 제1특징으로 한다.

또한, 이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치는,

상기 클램프의 하부에 다수의 존 ( zone )을 구분하는 동심원 형태의 다수의 리브 ( rib ) 가 형성된 멤브레인이 구비되되, 상기 존 전체에 일정한 압력이 가해지도록 상기 존 내의 멤브레인 재질을 달리하는 것을 제2특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치의 일부를 도시한 단면도 및 평면도이다.

도 3a 를 참조하면, 상기 CMP 장치는 회전축(11)이 중심에 구비되는 클램프(13)가 있고, 상기 클램프(13)의 하부에 멤브레인(15)이 구비된다.

이때, 상기 클램프(13)는 다수의 홀이 구비되되, 상기 회전축(11)을 중심으로 원형으로 다수의 홀이 구비되어 상기 홀들을 통해 웨이퍼(17)가 놓인 방향으로 압력을 가할 수 있도록 형성된 것이다.

이때, 상기 멤브레인(15)의 각 존들(21,25,29)은 각각의 존에서 중심부 측으로 갈수록 얇게 형성되어 CMP 장치의 동작시 클램프(13)를 통하여 인가되는 압력이 상기 존들(21,25,29) 내에서 동일하도록 한다. 여기서, 상기 인가되는 압력은 상기 클램프(13)의 홀을 통하여 기체 또는 액체와 같은 유체(19)를 주입하여 발생시킨다.

도 4 는 상기 도 3a 의 ⓑ 부분만을 도시한 단면도로서, 각각의 존들(21,25,29) 중에서 제2존(25) 내에 형성되는 멤브레인의 두께를 명확하게 도시한 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 존 내의 멤브레인 두께를 달리하는 대신 재질을 달리하여 웨이퍼에 인가되는 압력이 동일하도록 하는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치는, 멤브레인을 이루는 각각의 존 내에서 멤브레인의 중심부 측 두께를 바깥쪽 두께보다 얇게 구비되는 경사진 구조로 존 내의 멤브레인을 형성하여 CMP 장치의 동작시 웨이퍼에 인가되는 압력의 크기가 같도록 함으로써 연마량의 차이를 없앨 수 있어 반도체소자의 평탄화 공정을 용이하게 하고 그에 따른 후속 공정의 특성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

도 1a 는 종래기술에 따른 화학기계연마 장치를 도시한 단면도.

도 1b 는 상기 도 1a 의 멤브레인을 도시한 평면도.

도 2 는 상기 도 1a ⓐ 부분의 멤브레인을 도시한 단면도.

도 3a 는 본 발명에 따른 화학기계연마 장치를 도시한 단면도.

도 3b 는 상기 도 3a 의 멤브레인을 도시한 평면도.

도 4 는 상기 도 3a ⓑ 부분의 멤브레인을 도시한 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

11 : 회전축 13 : 클램프

15 : 멤브레인 17 : 웨이퍼

19 : 유체 21 : 제1존

23 : 제1리브 25 : 제2존

27 : 제2리브 29 : 제3존

31 : 제3리브

Claims

회전축이 중심에 구비되고 압력의 인가를 위한 다수의 홀이 구비되는 클램프와,

상기 클램프의 하부에 다수의 존 ( zone )을 구분하는 동심원 형태의 다수의 리브 ( rib ) 가 형성된 멤브레인이 구비되되, 상기 존 전체에 일정한 압력이 가해지도록 상기 존 내의 멤브레인 두께를 달리하는 것을 특징으로 하는 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 존 내의 멤브레인의 두께는 상기 회전축으로부터 멀어질수록 증가하는 것을 특징으로 하는 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 존에 가해지는 압력은 기체나 액체와 같은 유체를 이용하여 인가되는 것을 특징으로 하는 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치.
회전축이 중심에 구비되고 압력의 인가를 위한 다수의 홀이 구비되는 클램프와,

상기 클램프의 하부에 다수의 존 ( zone )을 구분하는 동심원 형태의 다수의 리브 ( rib ) 가 형성된 멤브레인이 구비되되, 상기 존 전체에 일정한 압력이 가해지도록 상기 존 내의 멤브레인 재질을 달리하는 것을 특징으로 하는 멤브레인을 사용하는 화학기계연마 장치.