KR20050117186A - The loading unit of the chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자 제조시에 사용되는 씨엠피( CMP; chemical mechanical polishing, 화학적 기계적 연마 )장비의 로딩 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 따른 웨이퍼의 평탄화 공정을 위한 씨엠피 장비의 로딩 유닛은 일정한 외경을 갖는 용기형상의 원통형의 몸체와, 상기 몸체의 내부에 상기 웨이퍼가 장착되기 위한 내부 공간과, 상기 내부 공간에 장착되는 웨이퍼의 완충작용을 위한 적어도 하나 이상의 스프링을 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 멤브레인에 가해지는 압력에 의한 웨이퍼의 눌려짐이나 휘어짐을 방지하고, 또한 균열의 발생을 방지할 수 있는 로딩 유닛을 제공하는 효과를 갖는다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus, and more particularly, to a loading unit of a CMP (Chemical Mechanical Polishing) equipment used in semiconductor device manufacturing. The loading unit of the CMP equipment for the planarization process of the wafer according to the present invention includes a cylindrical body having a container shape having a constant outer diameter, an inner space for mounting the wafer inside the body, and mounted in the inner space. And at least one spring for buffering the wafer. Accordingly, the present invention has the effect of providing a loading unit that can prevent the wafer from being pressed or warped due to the pressure applied to the membrane and can prevent the occurrence of cracking.
Description
본 발명은 반도체 소자 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자 제조시에 사용되는 씨엠피( CMP; chemical mechanical polishing, 화학적 기계적 연마 )장비의 로딩 유닛에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device manufacturing apparatus, and more particularly, to a loading unit of a CMP (Chemical Mechanical Polishing) equipment used in semiconductor device manufacturing.
반도체 웨이퍼 상에 제조되는 반도체 소자의 집적도가 증가됨에 따라서 다층 배선 공정이 실용화되었다. 그 결과, 반도체 웨이퍼 상에 제조되는 다층 배선 사이의 층간 절연막에 대한 단차가 증가하고, 이에 따라 층간 절연막에 대한 평탄화 작업이 중요한 이슈로 부각되고 있다. 이에 반도체 기판 표면을 평탄화하기 위한 제조 기술로서 씨엠피(CMP; chemical mechanical polishing) 방법이 사용되고 있다.As the degree of integration of semiconductor devices fabricated on semiconductor wafers increases, multilayer wiring processes have become practical. As a result, the level difference between the interlayer insulating films between the multilayer wirings fabricated on the semiconductor wafer increases, and accordingly, the planarization work on the interlayer insulating films becomes an important issue. Accordingly, a chemical mechanical polishing (CMP) method is used as a manufacturing technique for planarizing the surface of a semiconductor substrate.
씨엠피 방법은 연마 패드(polishing pad) 위에서 슬러리(slurry) 용액과 함께 웨이퍼의 표면을 기계적 및 화학적으로 연마하는 기술로서, 통상 씨엠피 장비는 하부에 회전하는 원형 평판 테이블에 연마 패드를 부착하고, 연마 패드 상단의 소정 영역에 연마제, 즉 액체 상태의 슬러리(slurry)를 공급하여, 회전하는 원심력에 의해 슬러리를 도포시키는 가운데, 연마 패드의 상부에서 연마 헤드에 고정된 웨이퍼가 연마 패드의 표면에 밀착되어 회전함으로써, 그 마찰효과에 의해 웨이퍼의 표면이 평탄화 되는 원리를 지니고 있다. 즉, 씨엠피 공정은 고속 회전하는 연마 패드의 표면에 슬러리가 균일하게 분포되게 공급하고, 이러한 연마 패드의 표면에 평탄화가 요구되는 웨이퍼의 표면을 근접 위치시켜 슬러리에 의한 화학적인 작용과 고속 회전에 의한 물리적인 힘으로 웨이퍼의 대상 표면을 가공하는 것이다.The CMP method is a technique for mechanically and chemically polishing the surface of a wafer together with a slurry solution on a polishing pad. In general, CMP equipment attaches a polishing pad to a rotating circular flat table, While a slurry, that is, a liquid slurry, is supplied to a predetermined area on the upper surface of the polishing pad and the slurry is applied by rotating centrifugal force, a wafer fixed to the polishing head on the upper portion of the polishing pad adheres closely to the surface of the polishing pad. By rotating, the surface of the wafer is flattened by the friction effect. That is, the CMP process supplies the slurry uniformly distributed on the surface of the polishing pad which rotates at high speed, and places the surface of the wafer requiring planarization close to the surface of the polishing pad for chemical action and high speed rotation by the slurry. By physical force to process the target surface of the wafer.
이를 위한 씨엠피 장비를 살펴보면, 상면에 연마 패드를 구비하여 고속 회전하는 테이블이 설치되어 있고, 이 테이블의 상부에는 연마 패드의 중심 부위에 슬러리를 공급토록 하는 슬러리 공급노즐과, 폴리싱 공정이 종료된 시점에서 연마 패드 표면에 잔존하는 슬러리 등을 제거하도록 세정액을 공급하는 세정액 공급노즐이 설치된다. 여기서, 슬러리 공급노즐과 세정액 공급노즐을 통해 공급이 이루어진 슬러리 또는 세정액은 테이블의 고속 회전에 의해 폴리싱 패드의 중심 위치에서 점차 가장자리 부위로 이동하다가 결국 연마 패드의 가장자리 부위로부터 이탈한다. 상기 과정에서 연마 패드의 회전 속도가 일정 수준을 유지하는 상태에서 슬러리 또는 세정액 중 어느 하나의 공급을 일정 수준으로 계속하여 공급하면, 이들 슬러리 또는 세정액은 연마 패드의 전면에 대하여 균일한 수준으로 분포된다.Looking at the CMP equipment for this purpose, a table that has a high speed rotation with a polishing pad on the upper surface is installed, the slurry supply nozzle to supply the slurry to the center portion of the polishing pad, the polishing process is finished A cleaning liquid supply nozzle for supplying a cleaning liquid so as to remove a slurry or the like remaining on the surface of the polishing pad at this time is provided. Here, the slurry or the cleaning liquid supplied through the slurry supply nozzle and the cleaning liquid supply nozzle gradually moves from the center position of the polishing pad to the edge portion by the high speed rotation of the table, and eventually leaves the edge portion of the polishing pad. If the supply of any one of the slurry or the cleaning liquid is continuously supplied at a constant level while the rotational speed of the polishing pad is maintained at the predetermined level in the above process, the slurry or the cleaning liquid is distributed at a uniform level with respect to the entire surface of the polishing pad. .
한편, 상기 테이블의 일측에는 웨이퍼(W)를 장착하여 평탄면이 요구되는 웨이퍼(W)의 표면을 상기 연마 패드의 표면에 대향하여 근접 위치시키도록 하는 연마 헤드부가 설치된다. 이때 웨이퍼(W)는 연마 헤드부의 연마 헤드에 장착된 상태로 고속 회전하며 연마 헤드의 승·하강 구동 위치에 의해 근접 또는 가압되어 씨엠피 공정을 수행한다.On the other hand, one side of the table is provided with a polishing head portion for mounting the wafer (W) to position the surface of the wafer (W), the flat surface is required to be adjacent to the surface of the polishing pad. At this time, the wafer W is rotated at a high speed in a state of being mounted on the polishing head of the polishing head, and is approached or pressed by the raising / lowering driving position of the polishing head to perform the CMP process.
상기 구성으로부터 각 구성의 구동 관계를 살펴보면, 연마 패드를 구비한 테이블이, 인가되는 제어신호에 따라 고속 회전한다. 이때 상술한 슬러리 공급노즐은 고속 회전하는 연마 패드의 회전 중심 부위에 대하여 소정 양 수준을 유지하며 계속적으로 슬러리를 공급한다. 이에 따라 연마 패드의 전면에 대하여 슬러리는 균일한 분포 상태를 이룬다. 이러한 상태에서 상술한 연마 헤드부는 헤드 저면에 장착한 웨이퍼(W)의 전면이 고속 회전하는 연마 패드의 표면에 근접하는 정도가 균일하도록 하거나 소정 힘으로 접촉이 유지되게 가압하는 상태로 웨이퍼(W)를 왕복 이동시킨다. 이에 따라 웨이퍼(W)는 그 대상 표면이 연마 헤드 및 연마 헤드부에 의해 연마 패드 또는 연마 패드 상에 분포된 슬러리와 접촉하여 화학적인 작용과 접촉 및 회전에 의한 물리적인 힘을 받는 과정에서 폴리싱이 진행된다.Looking at the drive relationship of each configuration from the above configuration, the table provided with the polishing pad rotates at high speed in accordance with a control signal applied thereto. At this time, the slurry supply nozzle described above continuously supplies a slurry while maintaining a predetermined amount level with respect to the center of rotation of the high speed rotating polishing pad. As a result, the slurry is uniformly distributed over the entire surface of the polishing pad. In such a state, the above-described polishing head portion may be uniform in the extent that the front surface of the wafer W mounted on the bottom of the head is close to the surface of the polishing pad which rotates at high speed, or is pressed in such a manner that the contact is maintained by a predetermined force. To reciprocate. Accordingly, the wafer W is polished in a process in which the target surface is brought into contact with the polishing pad or the slurry distributed on the polishing pad by the polishing head and receives a chemical action and physical force by contact and rotation. Proceed.
도 1은 반도체 소자 제조용 씨엠피 장비의 연마 헤드를 개략적으로 나타내는 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a polishing head of a CMP device for manufacturing a semiconductor device.
도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 소자 제조용 씨엠피 장비의 연마 헤드(2)는 씨엠피 공정 수행시 웨이퍼(24)를 지지하는 웨이퍼 척(22), 상기 웨이퍼(24)가 연마중에 이탈하는 것을 방지하는 리테이너 링(26) 및 이들 부위를 지지하고 연마압력을 가하는 연마하우징(28)을 구비하여 이루어진다. 이때 리테이너 링의 안쪽에는 유연한 재질의 멤브레인(34)이 있다. 또한 연마 헤드(2)에는 가압과 회전기능이 필요하므로 중심에 회전구동축(30)을 갖고 이 축을 따라 하중을 가하는 방식이 일반적이다. As shown in FIG. 1, the polishing head 2 of the CMP equipment for manufacturing a semiconductor device includes a wafer chuck 22 supporting the wafer 24 during the CMP process, and the wafer 24 is released during polishing. And a retaining ring 26 for preventing and a polishing housing 28 for supporting these portions and applying a polishing pressure. At this time, there is a membrane 34 of a flexible material inside the retainer ring. In addition, since the polishing head 2 requires a pressing and rotating function, a method of applying a load along the axis with the rotation driving shaft 30 at the center is common.
상기 연마 헤드(2)의 리테이너 링(26)은 연마 공정 시 표면장력에 의해 흡착된 웨이퍼(24)가 외부로 이탈하는 것을 방지하고, 연마의 균일성을 확보하며, 웨이퍼의 외주부에 대한 폴리싱 특성을 제어하는 역할을 한다. The retainer ring 26 of the polishing head 2 prevents the wafer 24 adsorbed by the surface tension during the polishing process from escaping to the outside, secures the uniformity of polishing, and polishes the outer periphery of the wafer. Serves to control.
상기 멤브레인(34)은 웨이퍼의 후면과 직접적으로 면 접촉하는 네오프렌(neoprene) 재질의 얇은 고무막으로, 압력을 받으면 팽창하여 웨이퍼의 후면으로 로드를 가하고, 그리하여 웨이퍼를 연마 패드(32)에 접촉시킨 후, 상기 웨이퍼 또는 상기 웨이퍼와 연마 패드를 회전시키는 방식으로 씨엠피 공정이 이루어진다.The membrane 34 is a neoprene thin rubber film that directly contacts the rear surface of the wafer. The membrane 34 expands under pressure to apply a load to the rear surface of the wafer, thereby contacting the wafer with the polishing pad 32. Thereafter, the CMP process is performed by rotating the wafer or the wafer and the polishing pad.
상기 씨엠피 공정은 웨이퍼의 표면을 부드럽고 평탄하게 가공하기 위한 것으로서, 씨엠피 공정이 진행되는 동안, 상기 패드에 공급되는 슬러리는 처리될 웨이퍼의 표면과 화학적으로 반응하며, 상기 웨이퍼에는 하방향으로 공기 압력이 전달되어 폴리싱 효율을 상승시키도록 되어 있다.The CMP process is to smoothly and smoothly process the surface of the wafer. During the CMP process, the slurry supplied to the pad chemically reacts with the surface of the wafer to be processed. The pressure is transmitted to increase the polishing efficiency.
이러한 연마 헤드에 웨이퍼를 로딩 또는 언로딩(Unloading) 시키기 위한 로딩 유닛(Loading Unit)은 필수적인 구성 유닛이다.A loading unit for loading or unloading a wafer into such a polishing head is an essential component unit.
도 2는 종래 기술에 의한 로딩 유닛의 단면도이다. 2 is a cross-sectional view of a loading unit according to the prior art.
도 2에 도시된 바와 같이 원통형의 용기형상을 가진 로딩 유닛(50)은 일정한 외경을 갖는 원통형의 몸체(40)와 몸체 내부에 웨이퍼(24)가 장착될 수 있도록 하는 내부 공간(46)으로 구성된다. 몸체의 외주면 벽체(42)는 리테이너 링이 결합되기에 알맞은 크기로 구성된다. As shown in FIG. 2, the loading unit 50 having a cylindrical container shape includes a cylindrical body 40 having a constant outer diameter and an inner space 46 that allows the wafer 24 to be mounted inside the body. do. The outer circumferential wall 42 of the body is sized to fit the retainer ring.
이러한 로딩 유닛에 놓여진 웨이퍼가 연마 헤드로 이동되어 상기 씨엠피 공정이 이루어지는 것이다.The wafer placed in the loading unit is moved to the polishing head to perform the CMP process.
도 3은 종래 기술에 의한 로딩 유닛의 작동방법을 나타낸 개략도이다.3 is a schematic view showing a method of operating a loading unit according to the prior art.
도 3에 도시된 바와 같이 연마 헤드에 웨이퍼를 로드시키기 위하여 연마 헤드와 로딩 유닛(50)의 수직선이 일치된 상태에서 멤브레인(34)을 가압시키고, 멤브레인이 웨이퍼(24)와 접촉한 상태에서 멤브레인에 가해진 압력을 벤트(vent)시켜 웨이퍼를 로딩 유닛(50)에서 연마 헤드로 이동시키는 과정을 거치게 된다. As shown in FIG. 3, in order to load the wafer into the polishing head, the membrane 34 is pressed in a state where the vertical lines of the polishing head and the loading unit 50 coincide with each other, and the membrane is in contact with the wafer 24. The pressure is applied to vent the wafer from the loading unit 50 to the polishing head.
이때, 멤브레인에 가해지는 압력에 의해 웨이퍼가 눌려져 휘어지게 되고, 따라서 일부 약한 웨이퍼에서는 균열이 발생하게 되는 문제가 발생한다. At this time, the wafer is pressed by the pressure applied to the membrane and is bent, thus causing the problem of cracking in some weak wafers.
따라서, 본 발명의 목적은 멤브레인에 가해지는 압력에 의한 웨이퍼의 눌려짐이나 휘어짐을 방지하고, 또한 웨이퍼의 균열 발생을 방지할 수 있는 로딩 유닛을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a loading unit which can prevent the wafer from being pressed or warped due to the pressure applied to the membrane and can also prevent cracking of the wafer.
상기의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상(aspect)에 따라, 본 발명에 따른 웨이퍼의 평탄화 공정을 위한 씨엠피 장비의 로딩 유닛은 일정한 외경을 갖는 용기형상의 원통형의 몸체와 상기 몸체의 내부에 상기 웨이퍼가 장착되기 위한 내부 공간과 상기 내부 공간에 장착되는 웨이퍼의 완충작용을 위한 적어도 하나 이상의 스프링을 구비하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention for achieving the above objects, the loading unit of the CMP equipment for the wafer flattening process according to the present invention is a container-shaped cylindrical body having a constant outer diameter and the interior of the body And an inner space for mounting the wafer and at least one spring for buffering the wafer mounted in the inner space.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다양한 실시예에서의 설명들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명의 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도 없이 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The descriptions in the various embodiments are only shown and limited by way of example and without intention other than the intention to help those having ordinary knowledge in the art to which the present invention pertains more thoroughly, thus limiting the scope of the present invention. It should not be used as a limitation.
도 4는 본 발명에 따른 로딩 유닛에 의하여 연마 헤드에 웨이퍼를 로드시키는 로딩 유닛(150)을 보여주는 단면도이다. 4 is a cross-sectional view showing a loading unit 150 for loading a wafer into a polishing head by a loading unit according to the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 로딩할 경우에 멤브레인(134)에 가해진 압력에 의하여 웨이퍼가 눌려져서 휘거나 균열이 발생하게 되는데, 이러한 문제점을 방지하기 위하여 로딩 유닛의 웨이퍼가 올려지는 부위 아래에 스프링(136)을 양쪽에 2개 설치한다. 이때 스프링은 2개 이상이어도 좋다. As shown in FIG. 4, when the wafer is loaded, the wafer is pressed due to the pressure applied to the membrane 134 to bend or crack. In order to prevent such a problem, under the portion where the wafer of the loading unit is raised, Two springs (136) on each side. At this time, two or more springs may be sufficient.
즉 로딩 유닛(150)은 원통형의 용기형상으로 일정한 외경을 갖는 원통형의 몸체(140)와 몸체 내부에 웨이퍼(124)가 장착될 수 있도록 하는 내부 공간(146)으로 구성된다. 몸체의 외주면 벽체(142)는 리테이너 링이 결합되기에 알맞은 크기로 구성된다. 이때 상기 내부공간에 장착되는 웨이퍼의 완충작용을 위한 적어도 하나 이상의 스프링(136)을 구비한다.That is, the loading unit 150 is composed of a cylindrical body 140 having a constant outer diameter in the shape of a cylindrical container, and an inner space 146 for mounting the wafer 124 inside the body. The outer circumferential wall 142 of the body is sized to fit the retainer ring. At this time, at least one spring 136 for buffering the wafer mounted in the inner space is provided.
도 5는 본 발명에 의한 로딩 유닛의 작동방법을 나타낸 개략도이다.5 is a schematic view showing a method of operating a loading unit according to the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이 스프링을 사용함으로써 멤브레인(134)이 가압될 때 스프링(136)의 지지와 완충작용에 의해 멤브레인(134)과 웨이퍼(124)가 접촉되어도 웨이퍼가 눌려져서 휘거나 균열이 발생하지 않게 된다. As shown in FIG. 5, even when the membrane 134 and the wafer 124 are contacted by the support and buffering action of the spring 136 when the membrane 134 is pressurized by using the spring, the wafer is pressed and bent or cracked. It does not occur.
이와 같이 본 발명에 의하면, 멤브레인에 과도한 힘이 가해졌을 경우에도 스프링이 밀림으로써, 웨이퍼의 휘어짐을 방지할 수 있으며, 웨이퍼의 균열 또한 방지 할 수 있는 특징이 있다.As described above, according to the present invention, even when an excessive force is applied to the membrane, the spring is pushed, thereby preventing the wafer from bending, and also preventing the wafer from cracking.
본 발명의 실시예에 따른 로딩 유닛은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다. Loading unit according to an embodiment of the present invention is not limited to the above embodiment, it can be variously designed and applied within the scope without departing from the basic principles of the present invention having a common knowledge in the art It will be obvious to one.
상술한 바와 같이, 본 발명은 멤브레인에 가해지는 압력에 의한 웨이퍼의 눌려짐이나 휘어짐을 방지하고, 또한 균열의 발생을 방지할 수 있는 로딩 유닛을 제공하는 효과를 갖는다.As described above, the present invention has the effect of providing a loading unit that can prevent the wafer from being pressed or warped due to the pressure applied to the membrane and can prevent the occurrence of cracking.
도 1은 반도체 소자 제조용 씨엠피 장비의 연마 헤드를 개략적으로 나타내는 구성도1 is a schematic view showing a polishing head of a CMP equipment for manufacturing a semiconductor device
도 2는 종래 기술에 의한 로딩 유닛의 단면도 2 is a cross-sectional view of a loading unit according to the prior art
도 3은 종래 기술에 의한 로딩 유닛의 작동방법을 나타낸 개략도3 is a schematic view showing a method of operating a loading unit according to the prior art
도 4는 본 발명에 의한 로딩 유닛의 단면도 4 is a cross-sectional view of the loading unit according to the present invention.
도 5는 본 발명에 의한 로딩 유닛의 작동방법을 나타낸 개략도 5 is a schematic view showing a method of operating a loading unit according to the present invention;
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
124 : 웨이퍼 136 : 스프링 124: wafer 136: spring
140 : 몸체 142 : 벽체 140: body 142: wall
146 : 내부 공간 150 : 로딩 유닛 146: interior space 150: loading unit
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| KR1020040042422A KR20050117186A (en) | 2004-06-10 | 2004-06-10 | The loading unit of the chemical mechanical polishing apparatus |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20140092118A (en) * | 2013-01-15 | 2014-07-23 | 주식회사 엘지실트론 | Mounting unit |
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2004
- 2004-06-10 KR KR1020040042422A patent/KR20050117186A/en not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20140092118A (en) * | 2013-01-15 | 2014-07-23 | 주식회사 엘지실트론 | Mounting unit |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |