KR20100074489A - 화학기계적 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학기계적 연마 장치에 관한 것으로, 연마 패드를 구비한 플래튼과, 상기 플래튼을 회전시키기 위한 회전수단과, 상기 연마 패드와 웨이퍼(W)에 압력을 가하며 회전하는 웨이퍼 헤드를 포함하고, 상기 플래튼은 상기 웨이퍼의 중심부를 연마하는 인너 플래튼과, 상기 인너 플래튼의 외주연에 설치되어 상기 웨이퍼의 가장자리를 연마하는 아우터 플래튼을 포함함으로써 웨이퍼의 연마량 차이가 최소화되어 웨이퍼의 가공시 평탄도의 균일화를 구현하는 효과가 있다.
웨이퍼, 플래튼, 연마량, 평탄도

Description

화학기계적 연마 장치{Chemical Mechanical Polishing Device}
본 발명은 화학,기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 연마량 차이가 최소화되어 웨이퍼의 가공시 평탄도의 균일화를 구현하도록 한 화학기계적 연마 장치에 관한 것이다.
화학,기계적 연마 공정은 반도체 에칭 기술의 하나로서, 종래 화학물질을 사용하여 웨이퍼의 불필요한 박막층을 녹여버리는 방법과는 다르게 화학적 요소와 기계적 요소를 결합하여 고효율 및 고평탄도로 웨이퍼를 가공하는 연마 방법이다. 이러한 화학,기계적 연마 공정에서 평탄도를 결정하는 요소는 슬러리(Slurry), 압력(Pressure), RPM의 변수가 존재한다. 이러한 변수들은 웨이퍼의 막을 제거하는 연마량(Removal Rate)과 평탄도(Uniformity)를 결정하는 요소가 된다.
일반적인 화학기계적 연마 장치(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 패드(Polishig pad)(1)가 부착된 플래튼(Platen)(2)과, 상기 플래튼(2)을 회전시키기는 회전수단(3)과, 상기 연마패드(1)와 웨이퍼(W)에 압력을 가하며 회전하는 웨이퍼 헤드(4)와, 상기 연마패드(1)의 연마 상태를 유지하기 위한 패드 컨디셔너(5)와, 연마제인 슬러리를 공급하는 슬러리 공급유닛(6)등을 포함한다.
상기 회전수단(3)은 구동원인 구동모터(31)와, 상기 플래튼(2)의 하부 중앙에 설치된 회전축(2a) 및 상기 구동모터(31)의 구동축(31a)에 설치되는 회전풀리(32)(33) 및 동력전달벨트(34)를 포함한다.
미설명부호 35는 모터 컨트롤러, 36은 기어박스, 37은 엔코더를 나타낸 것이다.
이와 같이 구성되는 종래 화학기계적 연마 장치(10)의 동작을 설명하면, 웨이퍼(W)가 웨이퍼 헤드(4)에 척킹된 상태에서 연마 패드(1)의 상면에 압착된 후에, 웨이퍼 헤드(4)와 플래튼(2)은 상대적으로 회전되면서 웨이퍼(W)의 표면에 연마 작업이 이루어진다. 이때, 상기 슬러리 공급 유닛(6)을 통하여 연마제인 슬러리가 공급되어 웨이퍼의 연마 및 연마율의 정밀도를 향상시킨다.
그리고 웨이퍼(W)의 연마가 종료되면 패드 컨디셔너(5)에 의해 연마 패드(1)의 컨디셔닝 작업이 이루어진다. 이때 슬러리 공급 유닛(6)에서는 초순수(DIW)인 세척수가 공급되면서 연마 패드(1)의 상면에 남아 있는 슬러리 잔존물을 세척하게 된다.
그런데, 연마 패드(1)의 상면과 웨이퍼 헤드(4)의 하면이 마찰되며 연마되는 웨이퍼(W)의 중앙부(center)와 가장자리(edge)는 전달되는 회전력이 상이하므로 연마량의 차이가 존재한다. 이러한 연마량의 차이에 의해 웨이퍼의 평탄화 차이(Non Uniformity)가 발생된다. 통상적으로 평탄화의 차이는 5% 이내에서 관리되는 것이 정상적이나, 종래에는 최소 8% 이상 10%의 평탄화의 차이가 발생되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 화학,기계적 연마 공정시 연마 패드의 중앙부와 가장자리의 회전력의 차이로 인해 발생되는 연마량의 차이를 줄임으로써 웨이퍼의 가공시 웨이퍼의 중앙부와 가장자리의 평탄도의 차이를 최소화하도록 하려는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연마 패드를 구비한 플래튼과, 상기 플래튼을 회전시키기 위한 회전수단과, 상기 연마 패드와 웨이퍼(W)에 압력을 가하며 회전하는 웨이퍼 헤드를 포함하고, 상기 플래튼은 상기 웨이퍼의 중심부를 연마하는 인너 플래튼과, 상기 인너 플래튼의 외주연에 설치되어 상기 웨이퍼의 가장자리를 연마하는 아우터 플래튼을 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
상기 회전수단은 상기 인너 플래튼의 중앙에 설치되는 회전축과, 상기 회전축의 하단에 설치되는 제1 회전풀리와, 상기 제1 회전풀리와 벨트로 연결되는 제 1 구동풀리와, 상기 제 1 구동풀리를 회전시키기 위한 제 1 구동수단을 포함한다.
또한, 상기 회전수단은 상기 회전축의 상단에 삽입되는 제 2 회전풀리와, 상기 제 2 회전풀리와 벨트로 연결되는 제 2 구동풀리와, 상기 제 2 구동풀리를 회전시키기 위한 제 2 구동수단을 포함한다.
상기 제 2 회전풀리는 상기 아우터 플래튼과 제 2 회전풀리를 연결하는 고정핀이 설치된 것이 바람직하다.
상기 아우터 플래튼과 제 2 회전풀리 사이에 회전 플레이트가 설치된 것이 바람직하다.
상기 제 1 구동수단 및 제 2 구동수단은 각각 구동원인 구동모터와, 구동모터를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 회전축과 구동모터 사이에는 기어 박스가 설치되고, 상기 구동모터와 컨트롤러 사이에는 엔코더가 구비된 것이 바람직하다.
한편, 상기 연마 패드의 연마 상태를 유지하기 위한 패드 컨디셔너와, 연마제인 슬러리를 공급하는 슬러리 공급유닛을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 웨이퍼와 접촉되는 플래튼의 중앙부와 가장자리의 분리형성하여 각각 회전속도를 제어함으로써 연마량의 차이를 최소화할 수 있어 웨이퍼의 평탄도를 균일하게 하는 효과가 있다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학,기계적 연마 장치의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에서 플래튼과 회전축 및 회전풀리가 연결된 상태의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학,기계적 연마 장치(100)는 연마 패드(Polishig pad)(111)(121)가 부착된 플래튼(Platen)(110)(120)과, 상기 플래튼을 회전시키기 위한 회전수단(130)과, 상기 연마패드(111)(121)와 웨이퍼(W)에 압력을 가하며 회전하는 웨이퍼 헤드(140)와, 상기 연마패드(111)(121)의 연마 상태를 유지하기 위한 패드 컨디셔너(미도시)와, 연마제인 슬러리를 공급하는 슬러리 공급유닛(미도시)등을 포함한다.
본 발명은 상기 플래튼은 인너 플래튼(110)과 아우터 플래튼(120)으로 구성한다.
상기 인너 플래튼(110)은 웨이퍼(W)의 중심부와 마찰되는 플래튼에 해당된다. 상기 인너 플래튼(110)의 상면에는 연마 패드(111)가 구비된다.
상기 아우터 플래튼(120)은 웨이퍼(W)의 가장자리와 마찰되는 플래튼에 해당되며, 아우터 플래튼(120)의 상면에는 연마 패드(121)가 구비된다.
상기 인너 플래튼(110)과 아우터 플래튼(120)을 구획하는 기준은 연마 장치의 제작 조건이나 사용 조건에 의해 얼마든지 설계 변경이 가능함은 물론이다.
상기 회전수단(130)은 상기 인너 플래튼(110)의 중앙에 설치되는 회전축(131)과, 상기 회전축(131)의 하단에 설치되는 제1 회전풀리(132A)와, 상기 제1 회전풀리(132A)와 벨트(133A)로 연결되는 제 1 구동풀리(134A)와, 상기 제 1 구동풀리(134A)를 회전시키기 위한 제 1 구동수단을 포함한다. 상기 제 1 구동수단은 구동원인 제 1 구동모터(135A)와, 제 1 구동모터(135A)를 제어하는 제 1 컨트롤러(136A), 기어박스(137A), 엔코더(138A) 등을 포함한다.
또한, 상기 회전수단(130)은 상기 회전축(131)의 상단에 삽입되는 제 2 회전풀리(132B)와, 상기 제 2 회전풀리(132B)와 벨트(133B)로 연결되는 제 2 구동풀리(134B)와, 상기 제 2 구동풀리(134B)를 회전시키기 위한 제 2 구동수단을 포함한다. 상기 제 2 구동수단은 구동원인 제 2 구동모터(135B)와, 제 2 구동모터(135B)를 제어하는 제 2 컨트롤러(136B), 기어박스(137B), 엔코더(138B) 등을 포함한다.
상기 제 2 회전풀리(132B)에는 아우터 플래튼(120)과 제 2 회전풀리(132B)를 연결하는 고정핀(139)이 설치된다. 그리고 상기 아우터 플래튼(120)과 제 2 회전풀리(132B) 사이에 회전 플레이트(150)가 설치된다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 화학,기계적 연마 장치의 동작을 설명한다.
웨이퍼(W)가 웨이퍼 헤드(140)에 척킹된 상태에서 연마 패드(111)(121)의 상면에 압착되면, 웨이퍼 헤드(140)와 플래튼(110)(120)은 상대적으로 회전되면서 웨이퍼(W)의 표면에 연마 작업이 이루어진다.
이때, 웨이퍼 헤드(140)의 하면이 마찰되는데, 웨이퍼(W)의 중앙부(center)는 인너 플래튼(110)에 의해 회전되는 연마 패드(111)가 마찰되어 연마되고, 웨이퍼(W)의 가장자리는 아우터 플래튼(120)에 의해 회전되는 연마 패드(121)가 마찰되어 연마된다.
상기 인너 플래튼(110)은 제 1 구동모터(135A)의 구동에 의해 제 1 구동풀리(134A)로 회전력이 전달되고 제 1 구동풀리(134A)는 벨트(133A)에 의해 제 1 회전풀리(132A)로 회전력을 전달하여 회전축(131)이 회전된다. 그리고 상기 회전축(131)의 회전에 의해 상기 인너 플래튼(110)이 회전된다.
상기 아우터 플래튼(120)은 제 2 구동모터(135B)의 구동력이 제 2 구동풀리(134B)로 전달되어 벨트(133B)에 의해 제 2 회전풀리(132B)로 전달된다. 상기 제 2 회전풀리(132B)가 회전되면 제 2 회전풀리(132B)와 고정핀(139)으로 연결고정된 아우터 플래튼(120)이 회전된다.
이와 같이 상기 인너 플래튼(110)은 제 1 구동모터(135A)에 의해 구동되고, 상기 아우터 플래튼(120)은 제 2 구동모터(135B)에 의해 구동된다. 따라서 상기 인너 플래튼(110)과 상기 아우터 플래튼(120) 간의 회전력의 차이가 발생되면 이를 보정할 수 있다.
예를 들어, 웨이퍼(W)의 중앙부 영역에서 연마량이 4000Å이고 웨이퍼의 가장자리 영역에서 연마량이 4500Å인 경우에는 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 마찰되는 양이 크므로 제 2 컨트롤러(136B)에 의하여 제 2 구동모터(135B)의 속도를 감속할 수 있다. 따라서 상기 아우터 플래튼(120)의 회전속도가 감소되어 웨이퍼(W)의 가장자리의 연마량을 웨이퍼(W)의 중앙부 영역의 연마량과 동일하게 조절하거나, 연마량에 의한 웨이퍼의 평탄화 차이(Non Uniformity)가 최대 5% 이내에서 관리되도록 한다.
이와 같이 인너 플래튼(110)과 아우터 플래튼(120) 간의 회전속도의 차이를 줄임으로써 웨이퍼(W)의 중앙부와 가장자리의 연마량의 차이를 최소할 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼(W)의 평탄도가 균일화되는 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 화학,기계적 연마 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학,기계적 연마 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플래튼과 회전축 및 회전풀리의 결합관계를 도시한 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100 ; 화학,기계적 연마 장치
110 ; 인너 플래튼 111 ; 인너 플래튼의 연마 패드
120 ; 아우터 플래튼 121 ; 아우터 플래튼의 연마 패드
130 ; 회전수단 131 ; 회전축
132A,132B ; 제1,2 회전풀리 133A,133B ; 벨트
134A,134B ; 제 1,2 구동풀리 135A,135B ; 제 1,2 구동모터
136A,136B ; 제1,2 컨트롤러 140 ; 웨이퍼 헤드
150 ; 회전 플레이트

Claims (8)

  1. 연마 패드를 구비한 플래튼과,
    상기 플래튼을 회전시키기 위한 회전수단과,
    상기 연마 패드와 웨이퍼(W)에 압력을 가하며 회전하는 웨이퍼 헤드를 포함하고,
    상기 플래튼은 상기 웨이퍼의 중심부를 연마하는 인너 플래튼과, 상기 인너 플래튼의 외주연에 설치되어 상기 웨이퍼의 가장자리를 연마하는 아우터 플래튼을 포함하는 화학기계적 연마 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전수단은 상기 인너 플래튼의 중앙에 설치되는 회전축과, 상기 회전축의 하단에 설치되는 제1 회전풀리와, 상기 제1 회전풀리와 벨트로 연결되는 제 1 구동풀리와, 상기 제 1 구동풀리를 회전시키기 위한 제 1 구동수단을 포함하는 화학기계적 연마 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 회전수단은 상기 회전축의 상단에 삽입되는 제 2 회전풀리와, 상기 제 2 회전풀리와 벨트로 연결되는 제 2 구동풀리와, 상기 제 2 구동풀리를 회전시키기 위한 제 2 구동수단을 포함하는 화학기계적 연마 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 회전풀리는 상기 아우터 플래튼과 제 2 회전풀리를 연결하는 고정핀이 설치되는 화학기계적 연마 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 아우터 플래튼과 제 2 회전풀리 사이에 회전 플레이트가 설치되는 화학기계적 연마 장치.
  6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 구동수단 및 제 2 구동수단은 각각 구동원인 구동모터와, 구동모터를 제어하는 컨트롤러를 포함하는 화학기계적 연마 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 구동수단 또는 상기 제 2 구동수단의 회전축과 상기 구동모터 사이에는 기어 박스가 설치되고, 상기 구동모터와 컨트롤러 사이에는 엔코더가 구비되는 화학기계적 연마 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 패드의 연마 상태를 유지하기 위한 패드 컨디셔너와, 연마제인 슬 러리를 공급하는 슬러리 공급유닛을 더 포함하는 화학기계적 연마 장치.
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