KR20070087965A

KR20070087965A - 플렉서블 멤브레인

Info

Publication number: KR20070087965A
Application number: KR1020060017959A
Authority: KR
Inventors: 강준모
Original assignee: 강준모
Priority date: 2006-02-24
Filing date: 2006-02-24
Publication date: 2007-08-29

Abstract

본 발명은 화학기계적 연마용 캐리어에 장착되는 플렉서블 멤브레인에 관한 것이다. 본 발명에 따른 플렉서블 멤브레인은 웨이퍼 후면과 접촉하여 상기 웨이퍼에 압력을 가하기 위한 대체로 원형의 웨이퍼접촉면과, 상기 웨이퍼접촉면 반대쪽에 위치하는 대체로 원형의 접촉배후면을 포함하며, 상기 접촉배후면의 외각 영역에 높이 0.3mm 내지 3mm의 돌출구조가 상기 접촉배후면 전체 넓이의 0.5% 내지 50%에 형성된 것을 특징으로 한다.

화학기계적 연마, 캐리어, 멤브레인

Description

플렉서블 멤브레인{FLEXIBLE MEMBRANE}

도 1은 플렉서블 멤브레인을 포함하는 화학기계적 연마용 캐리어를 설명하기 위한 단면도,

도 2는 플렉서블 멤브레인의 접촉배후면을 나타내는 평면도,

도 3은 돌출구조의 단면도,

도 4는 돌출구조의 다른 예를 나타내는 단면도,

도 5및 도 6은 돌출구조의 또 다른 예를 나타내는 단면도들,

도 7은 돌출구조의 또 다른 예를 설명하기 위한 평면도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>

100: 캐리어

150: 플렉서블 멤브레인

152: 웨이퍼접촉면

154: 접촉배후면

160, 162, 164, 166: 돌출구조

200: 웨이퍼

본 발명은 화학기계적 연마용 캐리어에 장착되는 멤브레인에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 후면과 접촉하여 웨이퍼에 연마압력을 전달하는 플렉서블 멤브레인에 관한 것이다.

반도체 집적회로의 미세화와 다층화가 요구되면서, 반도체 제조공정 중 소정의 단계에 웨이퍼 표면을 평탄화(planarization) 하거나 웨이퍼 표면에 형성된 도전층을 선택적으로 제거할 필요가 생겼다. 이와 같은 필요성에 의해 최근 화학기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)가 반도체 제조공정에 널리 사용되고 있다.

웨이퍼의 화학기계적 연마는 일반적으로 플래튼(platen) 위에 연마패드를 부착하고 캐리어(carrier) 또는 캐리어 헤드(carrier head)라고 불리는 웨이퍼 장착 기구에 웨이퍼를 장착한 후 슬러리를 연마패드에 도포하면서 플래튼과 캐리어를 동시에 회전시켜 연마패드와 웨이퍼 간의 마찰을 일으킴으로써 이루어진다. 이때, 캐리어에 장착된 웨이퍼에 적절한 연마압력을 인가하여 연마속도를 조절하는데, 이를 위해 캐리어 내부에 플렉서블 멤브레인(flexible membrane)을 장착하여 실링(sealing) 한 후 캐리어 외부에서 기압을 인가시킴으로써 연마압력을 웨이퍼 후면에 인가시킬 수 있다. 플렉서블 멤브레인은 일반적으로 에틸렌프로필렌 고무(ethylene propylene rubber), 실리콘 고무(silicone rubber)등과 같은 고무로 이루어지며 두께는 0.3mm 내지 1mm 정도이다.

웨이퍼의 화학기계적 연마 시 연마압력 인가를 위해 플렉서블 멤브레인과 웨 이퍼 후면이 접촉하게 되는데 웨이퍼가 회전함에 따라 플렉서블 멤브레인 표면은 원주 방향으로 전단응력을 받는다. 특히 웨이퍼의 외각 영역, 즉 웨이퍼 중심에서 멀리 떨어진 영역이 될 수록 전단응력이 커져 이 영역과 접촉하는 플렉서블 멤브레인 부위가 변형되거나 파손되기 쉬워진다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화학기계적 연마 시 웨이퍼와의 마찰에 의한 변형 또는 파손이 적은 플렉서블 멤브레인을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 화학기계적 연마 캐리어용 플렉서블 멤브레인은, 웨이퍼 후면과 접촉하여 상기 웨이퍼에 압력을 가하기 위한 대체로 원형의 웨이퍼접촉면과, 상기 웨이퍼접촉면 반대쪽에 위치하는 대체로 원형의 접촉배후면을 포함하며, 상기 접촉배후면의 외각 영역에 높이 0.3mm 내지 3mm의 돌출구조가 상기 접촉배후면 전체 넓이의 0.5% 내지 50%에 형성된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 1을 참조하면, 캐리어(carrier)(100)는 회전축(110)으로부터 동력을 전달받는 베이스(base)(120), 연마공정 중 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이닝링(retaining ring)(140), 그리고 웨이퍼(200)의 후면(202)에 연마압력을 인가하는 플렉서블 멤브레인(150)을 포함한다. 여기서, 멤브레인(150)은 실링(sealing)되어 챔버(chamber)(130)를 형성하는데 기체통로(136)를 통해 전달되는 기체 압력을 대체로 원형의 웨이퍼접촉면(152)을 통해 웨이퍼후면(202)에 인가한다. 압력 인가에 이용되는 기체는 공기 또는 질소인 것이 바람직하다. 이렇게 인가된 압력은, 도시하지는 않았지만, 웨이퍼전면(204)이 연마패드와 마찰을 일으키며 연마되는데 이용된다. 또한, 연마공정 시 전단응력에 의한 플렉서블 멤브레인(150)의 변형 및 파손을 억제하는 돌출구조(160)를 웨이퍼접촉면(152) 반대쪽 면인 접촉배후면(154) 외각 영역에 형성한다. 돌출구조(160)는 플렉서블 멤브레인(150)을 제작하기 위한 금형(mold)에 돌출구조(160)에 상응하는 음각구조를 형성한 후 멤브레인(150) 몰딩(molding) 시 함께 형성할 수 있다. 이때 돌출구조(160)의 재질은 플렉서블 멤브레인(150)의 재질과 동일하게 된다. 돌출구조(160) 형성의 다른 방법은 먼저 멤브레인(150)을 제작한 후 접촉배후면(154)에 돌출구조(160)를 접착하는 하는 것인데 이때 돌출구조(160)의 재질은 플렉서블 멤브레인(150)의 재질과 다를 수 있으며 고무뿐만 아니라 플라스틱과 같이 변형이 쉽지않은 물질로 이루어질 수 있다.

도 2는 상기 플렉서블 멤브레인(150)의 접촉배후면(154)을 나타내는 평면도인데, 돌출구조(160)는 대체로 원형을 띄는 접촉배후면(154)의 중심을 기준으로 링 형태로 형성되어 있으며 돌출구조(160)가 차지하는 면적은 접촉배후면(154) 전체 면적의 0.5% 내지 50%인 것이 바람직하다. 이와 같이 돌출구조(160)가 접촉배후면(154)에 형성되면, 돌출구조(160)가 웨이퍼와 접촉하지 않게 되어 연마균일도의 저하 없이, 플렉서블 멤브레인(150)이 강화되어 전단응력에 대한 내성이 커질 수 있다. 돌출구조(160)는 접촉배후면을 한정하는 원의 반지름(R로 도시됨)을 기준으로 0.5R 내지 1.0R 영역 내에 형성되는 것이 바람직하다.

도 3은 돌출구조(160)를 상기 접촉배후면(154)을 한정하는 원의 반지름 방향으로 잘랐을 때의 단면도인데, 돌출구조(160)의 단면은 도시된 바와 같이 반원형태를 띌 수 있으며 돌출구조(160)의 높이(h로 도시됨)는 0.3mm 내지 3mm이고 폭(w로 도시됨)은 0.5mm 내지 30mm인 것이 바람직하다.

도 4는 접촉배후면(154) 상에 형성된 돌출구조의 다른 예를 나타내는 단면으로, 도시된 바와 같이 돌출구조들((160, 160', 160'')은 다른 높이 또는 다른 폭을 갖고 형성될 수 있다.

도 5및 도 6은 돌출구조(162, 164)의 또 다른 예를 나타내는 단면인데, 도시된 바와 같이 상기 접촉배후면(154)을 한정하는 원의 반지름 방향으로 잘랐을 때 사각형 또는 삼각형의 모양을 띌 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만, 돌출구조의 단면은 반원, 사각형 및 삼각형의 조합으로 이루어질 수 있다.

도 7은 돌출구조(166)의 또 다른 예를 설명하기 위한 접촉배후면(154)의 평면도인데, 도시된 바와 같이 돌출구조(166)는 접촉배후면(154) 상에 원형의 모양을 갖고 산포될 수 있다. 이와 같이 평면 상에서 원형을 띄기 위해서 돌출구조(166)는 반구, 원기둥, 원뿔 또는 이와 유사한 형태를 갖는 범프(bump) 형태일 수 있다. 돌 출구조는 상기 도형형태뿐만 아니라 다양한 모양의 범프로 이루어져 접촉배후면(154) 상에 산포되어 형성될 수 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 플렉서블 멤브레인에서는 접촉배후면에 돌출구조가 형성되어 있어 연마 균일도의 저하 없이 웨이퍼와 마찰에 의한 변형 또는 파손을 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시 예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주 내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

화학기계적 연마 캐리어용 플렉서블 멤브레인으로서,

웨이퍼 후면과 접촉하여 상기 웨이퍼에 압력을 가하기 위한 대체로 원형의 웨이퍼접촉면과;

상기 웨이퍼접촉면 반대쪽에 위치하는 대체로 원형의 접촉배후면;

을 포함하며,

상기 접촉배후면의 외각 영역에 높이 0.3mm 내지 3mm의 돌출구조가 상기 접촉배후면 전체 면적의 0.5% 내지 50%에 형성된 것을 특징으로 하는 플렉서블 멤브레인.
제 1항에서,

상기 외각 영역은 상기 접촉배후면을 한정하는 원의 반지름을 기준으로 0.5배 내지 1.0배의 영역 내인 것을 특징으로 하는 플렉서블 멤브레인.
제 1항에서,

상기 돌출구조의 폭은 상기 접촉배후면을 한정하는 원의 반지름 방향으로 0.5mm 내지 30mm인 것을 특징으로 하는 플렉서블 멤브레인.
제 1항에서,

상기 돌출구조는 상기 접촉배후면을 한정하는 원의 반지름 방향으로 잘랐을 때 단면이 반원, 사각형, 삼각형 또는 이들의 조합으로 이루어진 도형 모양인 것을 특징으로 하는 플렉서블 멤브레인.
제 1항에서,

상기 돌출구조는 상기 접촉배후면 상에서 대체로 상기 접촉배후면의 중심을 기준으로 하는 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 플렉서블 멤브레인.
제 1항에서,

상기 돌출구조는 상기 접촉배후면 상에서 범프 형태로 산포되어 있는 것을 특징으로 하는 플렉서블 멤브레인.