KR20150073334A - Chemical mechanical polishing apparatus which prevents wafer dechuck error and control method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a carrier head for a chemical-mechanical polishing apparatus and a control method thereof. The carrier head for a chemical-mechanical polishing apparatus, which locates a wafer on the lower surface and pressurizes the wafer on a polishing pad, includes: a rotational driving base; a membrane made of a flexible material which is fixed and located on the base and forms a pressure chamber in between to pressurize the wafer located on the lower surface; and a pressurization chamber which is located on the upper side of the base to pressurize the upper side of the pressure chamber. The chemical-mechanical polishing apparatus and the control method thereof can prevent the polishing of the wafer to be unevenly performed by a rebound phenomenon through extruding the base to the lower direction by providing static pressure to the pressurization chamber with the pressurization chamber formed on the upper side of the base. A dechucking process of the wafer can be more accurately performed.

Description

화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드 및 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS WHICH PREVENTS WAFER DECHUCK ERROR AND CONTROL METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, and a control method for the chemical mechanical polishing apparatus. BACKGROUND OF THE INVENTION [0002]

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 다수의 압력 챔버에 인가되는 압력에 의하여 멤브레인과 웨이퍼 사이에 발생되는 에어 리바운드를 최소화하고, 화학 기계적 연마 공정이 종료된 이후에 웨이퍼를 연마 패드로부터 성공정으로 분리하는 것을 보다 확실하게 할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, and more particularly to a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus which minimizes air rebounds generated between a membrane and a wafer by a pressure applied to a plurality of pressure chambers during a chemical mechanical polishing process, The present invention relates to a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus and a control method thereof that can more reliably separate a wafer from a polishing pad after a chemical mechanical polishing process is completed.

반도체 소자는 미세한 회로선이 고밀도로 집적되어 제조됨에 따라, 이에 상응하는 정밀 연마가 웨이퍼 표면에 행해진다. 웨이퍼의 연마를 보다 정밀하게 행하기 위해서는 기계적인 연마 뿐만 아니라 화학적 연마가 병행되는 화학 기계적 연마 공정(CMP공정)이 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 행해진다. As semiconductor devices are fabricated with high density integration of fine circuit lines, corresponding precision polishing is performed on the wafer surface. In order to perform polishing of the wafer more precisely, a chemical mechanical polishing process (CMP process) in which chemical polishing as well as mechanical polishing is performed is performed as shown in Figs. 1 and 2.

즉, 연마 정반(10)의 상면에는 웨이퍼(W)가 가압되면서 맞닿는 연마 패드(11)가 연마 정반(10)과 함께 회전(11d)하도록 설치되어, 화학적 연마를 위해 슬러리 공급 유닛(35)의 슬러리 공급구(36)를 통해 슬러리가 공급되면서, 마찰에 의한 기계적 연마를 웨이퍼(W)에 행한다. 이 때, 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(20)에 의해 정해진 위치에서 회전(20d)하여 정밀하게 평탄화시키는 연마 공정이 행해진다. That is, on the upper surface of the polishing platen 10, the polishing pad 11, which is in contact with the wafer W while being pressed, is provided so as to rotate with the polishing platen 10 (11d) While the slurry is supplied through the slurry feed port 36, the wafer W is mechanically polished by friction. At this time, the wafer W is rotated (20d) at a position determined by the carrier head 20, and a polishing process for precisely flattening the wafer W is performed.

도면부호 40d로 표시된 방향으로 회전하면서 아암(41)이 41d로 표시된 방향으로 선회 운동을 하는 컨디셔너(40)에 의하여, 연마 패드(11)의 표면에 도포된 슬러리는 연마 패드(11) 상에서 골고루 퍼지면서 웨이퍼(W)에 유입된다. 이와 함께, 컨디셔너(40)가 자전(40d)과 선회(41d)하면서 연마 패드(11)를 가압함에 따라, 웨이퍼(W)의 연마 공정에 의하여 연마 패드(11)에 형성되어 있는 미세한 홈(11a)의 입구가 뉘여지는 것을 지속적으로 일으켜세우는 것에 의해 홈(11a)의 깊이와 형상을 유지시켜, 웨이퍼(W)의 연마 공정이 의도한 바에 따라 지속되도록 한다.The slurry applied to the surface of the polishing pad 11 is uniformly spread on the polishing pad 11 by the conditioner 40 in which the arm 41 rotates in the direction indicated by 41d while rotating in the direction indicated by 40d. And flows into the wafer W. At the same time, as the conditioner 40 presses the polishing pad 11 while rotating with the rotation 40d and the turning 41d, the fine grooves 11a (11a) formed in the polishing pad 11 by the polishing process of the wafer W The depth and shape of the groove 11a are maintained by continuously raising the inlet of the wafer W so that the polishing process of the wafer W is continued as intended.

그리고, 화학 기계적 연마 공정가 행해지는 동안에 웨이퍼에 공급되었던 슬러리 등에 의하여, 웨이퍼(W)는 연마 패드(11)에 화학 기계적 연마 공정이 종료된 때에도 슬러리 등의 표면 장력에 의하여 밀착된 상태가 유지되므로, 화학 기계적 연마 공정이 종료되면, 캐리어 헤드(20)에 의해 가압되던 웨이퍼(W)에 캐리어 헤드(20)로부터 흡입압(Po)이 인가되어, 웨이퍼(W)가 연마 패드(11)의 상면으로부터 분리되고 캐리어 헤드(20)에 파지되어 그 다음 공정으로 이동하게 된다. The slurry or the like supplied to the wafer during the chemical mechanical polishing step maintains the wafer W adhered to the polishing pad 11 by the surface tension of the slurry or the like even when the chemical mechanical polishing process is finished, The suction pressure Po is applied from the carrier head 20 to the wafer W pressed by the carrier head 20 and the wafer W is transferred from the upper surface of the polishing pad 11 Separated and gripped by the carrier head 20 to move to the next process.

보다 구체적으로는, 도4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)에 대해 화학 기계적 연마 공정이 종료되면(S101), 멤브레인(24)의 바닥판에 형성된 관통공(25)에 직접 부압을 인가하여 웨이퍼(W)를 멤브레인(24)의 바닥판 저면에 밀착하도록 한 후(S10), 리테이너 챔버(23c)에 부압을 인가하여 리테이너(23)를 연마 패드(11)로부터 들어 올린 후(S20), 연마 정반(10)의 회전을 정지(S30)시키도록 제어되었다.
4, when the chemical mechanical polishing process for the wafer W is completed (S101), negative pressure is directly applied to the through hole 25 formed in the bottom plate of the membrane 24 A negative pressure is applied to the retainer chamber 23c to lift the retainer 23 from the polishing pad 11 (S20) after the wafer W is brought into close contact with the bottom surface of the bottom plate of the membrane 24 And the rotation of the polishing platen 10 was stopped (S30).

이 때, 도3a에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)는 사용 초기에는 미세 홈(11a)의 깊이(d1)가 깊지만, 도3b에 도시된 바와 같이, 연마 패드(11)의 사용 기간이 길어지면 컨디셔너(40)에 의해 연마 패드(11)의 표면이 개질되더라도 미세 홈(11a)의 깊이(d2)는 점점 낮아지게 된다. At this time, as shown in FIG. 3A, the depth d1 of the fine grooves 11a is deep at the beginning of use of the polishing pad 11, but as shown in FIG. 3B, The depth d2 of the fine grooves 11a is gradually lowered even if the surface of the polishing pad 11 is modified by the conditioner 40. [

이로 인하여, 연마 패드(11)의 사용 초기에는 화학 기계적 연마 공정이 종료되어 웨이퍼(W)를 그 다음 공정으로 이동시키기 위하여 흡입압(Po)을 정해진 인가 시간(So)동안 일정하게 인가하면, 흡입압(Po)이 연마 패드(11)의 표면과 웨이퍼(W)사이의 장력에 의한 반력(R1)보다 크므로 문제없이 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)로부터 분리시킬 수 있지만, 연마 패드(11)의 사용 기간이 길어질수록 연마 패드(11)의 홈(11a)의 깊이가 점점 낮아져, 흡입압(Po)을 인가하더라도, 연마 패드(11)의 표면과 웨이퍼(W) 사이의 장력에 의한 반력(R2)이 점점 커져, 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)로부터 떼어내는 디척(dechuck) 공정에 실패율이 점점 커져, 화학 기계적 연마 공정을 중단시키고 작업자가 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)로부터 빼내야 하는 공정상의 문제가 야기된다. Therefore, if the suction pressure Po is constantly applied for a predetermined application time (So) to move the wafer W to the next process after the chemical mechanical polishing process is completed at the beginning of the use of the polishing pad 11, The wafer W can be separated from the polishing pad 11 without any problem since the pressure Po is larger than the reaction force R1 due to the tension between the surface of the polishing pad 11 and the wafer W. However, The depth of the grooves 11a of the polishing pad 11 gradually decreases as the use period of the polishing pad 11 becomes longer and even when the suction pressure Po is applied, The reaction force R2 gradually increases and the failure rate gradually increases in the dechucking process of detaching the wafer W from the polishing pad 11 and the chemical mechanical polishing process is stopped and the operator moves the wafer W to the polishing pad 11 In order to avoid the problem.

따라서, 화학 기계적 연마 공정이 종료된 시점에서 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)로부터 신뢰성있게 성공적으로 분리시켜, 공정을 중단시키지 않고 연속적으로 화학 기계적 연마 공정을 할 수 있도록 하는 방안의 필요성이 모색되고 있다.
Therefore, when the chemical mechanical polishing process is completed, the wafer W is reliably and reliably separated from the polishing pad 11, and a need for a method for continuously performing the chemical mechanical polishing process without interrupting the process is sought .

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 다수의 압력 챔버에 인가되는 압력에 의하여 멤브레인과 웨이퍼 사이에 발생되는 에어 리바운드를 최소화하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was conceived under the technical background described above and provides a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus that minimizes air rebound generated between a membrane and a wafer by pressure applied to a plurality of pressure chambers during a chemical mechanical polishing process The purpose.

그리고, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정이 종료된 이후에 웨이퍼를 연마 패드로부터 성공정으로 분리하는 것을 보다 확실하게 할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide a method of controlling a chemical mechanical polishing apparatus capable of more surely separating a wafer from a polishing pad after a chemical mechanical polishing process is completed.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 웨이퍼를 저면에 위치시키고 연마 패드상에 가압하며 회전하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드로서, 회전 구동되는 베이스와; 상기 베이스에 위치 고정되어 상기 베이스와의 사이에 압력 챔버를 형성하여 저면에 위치한 웨이퍼를 가압하는 가요성 재질의 멤브레인과; 상기 베이스의 상측에 위치하여 상기 압력 챔버의 상측을 가압하는 가압 챔버를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus for placing a wafer on a bottom surface and pressing and rotating on a polishing pad, comprising: a base rotatably driven; A flexible membrane positioned on the base and forming a pressure chamber between the base and the bottom to press the wafer positioned on the bottom; A pressure chamber located above the base and pressing the upper side of the pressure chamber; And a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus.

이는, 멤브레인과 베이스의 사이에 형성되는 압력 챔버의 압력에 의하여 웨이퍼를 연마 패드를 향해 가압하면서 화학 기계적 연마 공정을 행하는 과정에서, 압력 챔버의 압력이 웨이퍼의 판면에 밀려 오히려 상측으로 튀는 에어 리바운드 현상이 발생되는 데, 베이스의 상측에 가압 챔버를 형성하여 두고 가압 챔버에 정압을 공급하는 것에 의하여, 베이스를 하방으로 밀어 내리는 것에 의하여 리바운드 현상에 의해 웨이퍼의 연마가 불균일하게 이루어지는 문제를 해결하기 위함이다. This is because in the process of performing the chemical mechanical polishing while pressing the wafer toward the polishing pad by the pressure of the pressure chamber formed between the membrane and the base, the pressure of the pressure chamber is pushed by the surface of the wafer, A pressure chamber is formed on the upper side of the base and a positive pressure is supplied to the pressurizing chamber so as to push down the base downward to solve the problem that polishing of the wafer is uneven due to the rebound phenomenon .

이 때, 상기 멤브레인의 저면에 위치하여 화학 기계적 연마 공정 중인 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸고 상기 연마 패드에 저면이 접촉한 상태로 위치하는 리테이너 링과; 상기 리테이너 링의 상측에 위치하고 상기 리테이너 링과 연결되어 상기 리테이너 링을 상하로 이동시키는 리테이너 챔버를; 더 포함하여 구성되어, 상기 리테이너 챔버의 팽창에 의하여 상기 리테이너 링이 하방으로 이동하고 상기 리테이너 챔버의 압축에 의하여 상기 리테이너 링이 상방으로 들리도록 구성될 수 있다.A retainer ring located on the bottom surface of the membrane and surrounding the periphery of the wafer during the chemical mechanical polishing process, the polishing pad being positioned in contact with the bottom surface; A retainer ring located above the retainer ring and connected to the retainer ring to move the retainer ring up and down; Wherein the retainer ring is moved downward by the expansion of the retainer chamber and the retainer ring is compressed so that the retainer ring is lifted upwards.

상기 멤브레인에는 상기 웨이퍼에 직접 정압이나 부압이 인가되는 관통공이 형성될 수 있다. 이를 통해, 화학 기계적 연마 공정 중에는 웨이퍼를 가압하거나 흡입 파지하는 용도로 사용되고, 화학 기계적 연마 공정이 종료되어, 웨이퍼를 그 다음 공정으로 이송하고자 할 때에는 부압을 인가하여 캐리어 헤드의 저면에 흡입 파지할 수 있다. The membrane may be provided with a through hole to which a positive pressure or a negative pressure is directly applied to the wafer. Accordingly, when the chemical mechanical polishing process is finished and the wafer is to be transferred to the next process, a negative pressure can be applied to grip the bottom of the carrier head by suction. have.

이 때, 상기 관통공은 상기 멤브레인 바닥판의 중앙부에 하나 위치할 수도 있지만, 멤브레인 바닥판의 중앙부를 포함하는 다수의 위치에 형성될 수도 있고, 상기 멤브레인 바닥판의 중앙부를 제외하는 다수의 위치에 분포되어 형성될 수도 있다. In this case, the through-hole may be located at a central portion of the membrane bottom plate, but may be formed at a plurality of positions including a central portion of the membrane bottom plate, and may be formed at a plurality of positions except a central portion of the membrane bottom plate May be distributed and formed.

한편, 상기 연마 패드 상에서의 상기 화학 기계적 연마 공정이 완료되면, 상기 관통공에 부압을 인가하여 상기 웨이퍼를 상기 멤브레인의 저면에 밀착시킨 후, 상기 관통공에 부압을 인가하는 것과 상기 리테이너 챔버에 부압을 인가하는 것의 사이에 상기 가압 챔버에 부압을 인가하여 웨이퍼를 연마 패드로부터 분리시킬 준비를 한 다음에, 상기 리테이너 챔버에 부압을 인가하여 상기 리테이너 링의 저면을 상기 연마 패드로부터 분리시키는 순서로 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드로부터 분리시키는 제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
When the chemical mechanical polishing process on the polishing pad is completed, a negative pressure is applied to the through-hole to adhere the wafer to the bottom surface of the membrane, and then a negative pressure is applied to the through-hole, A negative pressure is applied to the pressure chamber to prepare to separate the wafer from the polishing pad and then a negative pressure is applied to the retainer chamber to separate the bottom surface of the retainer ring from the polishing pad, And a control unit for separating the wafer from the polishing pad.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 연마 패드가 상면에 입혀진 상태로 회전하는 연마 정반과; 회전 구동되는 베이스와, 상기 베이스에 위치 고정되어 상기 베이스와의 사이에 압력 챔버를 형성하여 저면에 위치한 웨이퍼를 가압하되 바닥판을 관통하는 관통공이 형성되어 상기 웨이퍼에 직접 공압을 공급할 수 있게 형성된 가요성 재질의 멤브레인과, 상기 베이스의 상측에 위치하여 상기 압력 챔버의 상측을 가압하는 가압 챔버와, 상기 멤브레인 바닥판의 둘레를 감싸는 형태로 형성되어 리테이너 챔버 내의 압력에 의하여 상하로 이동하고 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이너 링을 구비한 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법으로서, 상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정이 종료되면, 상기 관통공에 제1부압을 인가하여 상기 웨이퍼를 상기 멤브레인 바닥판에 밀착시키는 제1부압 인가단계와; 상기 가압 챔버에 제2부압을 인가하여 상기 베이스와 상기 압력 챔버를 상측으로 들어올리는 제2부압 인가단계를; 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a polishing apparatus comprising: an abrasive table having a polishing pad rotated on a top surface thereof; And a pressure chamber formed between the base and the base, the through hole being formed in the bottom plate so as to penetrate the bottom plate to pressurize the wafer placed on the bottom surface of the base, A pressure chamber which is located on the upper side of the base and which pressurizes the upper side of the pressure chamber, and a membrane which is formed so as to surround the periphery of the membrane bottom plate and moves up and down by the pressure in the retainer chamber, A method of controlling a chemical mechanical polishing apparatus having a retainer ring for preventing a deviation of a wafer during a process, the method comprising the steps of: applying a first negative pressure to the through- A first negative pressure applying step of bringing the first negative pressure applying member into contact with the first negative pressure applying step A second negative pressure application step of applying a second negative pressure to the pressure chamber to lift the base and the pressure chamber upward; The method comprising the steps of: preparing a chemical mechanical polishing apparatus;

그리고, 상기 제2부압인가단계 이후에, 상기 리테이너 챔버에 제3부압을 인가하여 상기 리테이너 링의 저면이 상기 연마 패드를 가압하던 것을 완화하거나 상기 연마 패드로부터 비접촉되게 상기 리테이너 링을 상측으로 이동시키는 제3부압 인가단계를; 더 포함하여 구성될 수 있다.After the second negative pressure application step, a third negative pressure is applied to the retainer chamber to relieve the bottom surface of the retainer ring from pressing the polishing pad, or to move the retainer ring upward in a non-contact manner from the polishing pad A third negative pressure application step; And the like.

또한, 상기 제1부압인가단계 이후에, 상기 압력 챔버에 인가되어 있던 가했던 공압을 배기하여 상기 판면을 멤브레인을 통해 가압하던 가압력을 제거하는 단계를; 더 포함할 수 있다.The method may further include, after the first negative pressure application step, discharging a pneumatic pressure applied to the pressure chamber to remove the pressing force that presses the plate surface through the membrane; .

그리고, 상기 제1부압인가단계 이후에, 상기 관통공 내의 압력을 측정하여 상기 웨이퍼가 상기 관통공 개구에 밀착된 것을 확인하는 단계를; 더 포함하여, 캐리어 헤드가 연마 패드로부터 멀어지는 이동 시에 웨이퍼가 연마 패드 상에 남아 있는 디척(dechck) 오류가 발생되는 것을 미리 확인할 수 있다.
And after the first negative pressure applying step, measuring the pressure in the through-hole to confirm that the wafer is in close contact with the through-hole opening; In addition, it is possible to confirm in advance that a dechuck error occurs in which the wafer remains on the polishing pad when the carrier head moves away from the polishing pad.

본 발명에 따르면, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 압력 챔버의 상측에 가압 챔버를 위치시키고, 화학 기계적 연마 공정 중에 가압 챔버에 정압을 인가하여 베이스를 통해 압력 챔버를 하방 가압하는 구성이 구비됨에 따라, 웨이퍼를 가압하기 위하여 압력 챔버가 웨이퍼를 누르는 가압력에 대한 반작용으로 압력 챔버가 상측으로 들뜨려고 하는 에어 리바운드 현상을 억제할 수 있으므로, 웨이퍼의 연마면이 국부적 편차 없이 전체적으로 균일하게 연마할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, there is provided a structure in which a pressurizing chamber is positioned above a pressure chamber for pressurizing a wafer during a chemical mechanical polishing process, and a positive pressure is applied to the pressurizing chamber during a chemical mechanical polishing process to press the pressure chamber downward through a base Accordingly, since the pressure chamber can suppress the air rebound phenomenon that the pressure chamber tends to lift upward due to the reaction against the pressing force pressing the wafer to press the wafer, the polishing surface of the wafer can be uniformly polished as a whole without local variations An advantageous effect can be obtained.

또한, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정이 종료된 이후에, 슬러리 등에 의하여 웨이퍼의 판면이 표면 장력에 의해 흡착되어 있는 상태에서, 먼저 웨이퍼에 직접 공압이 인가되는 관통공을 통해 흡입압을 인가하여 멤브레인의 바닥판과 웨이퍼를 확실히 부착해둔 상태에서, 가압 챔버에 부압을 인가하여 베이스와 멤브레인 및 웨이퍼를 들어 올려 연마 패드의 표면으로부터 웨이퍼를 분리시키는 것에 의하여, 화학 기계적 연마 공정을 마친 웨이퍼를 확실하게 연마 패드로부터 떼어낼 수 있게 된다.
Further, in the present invention, after the chemical mechanical polishing process is completed, in a state in which the surface of the wafer is adsorbed by surface tension by slurry or the like, a suction pressure is first applied through a through hole through which air is directly applied to the wafer With the bottom plate of the membrane and the wafer firmly attached, negative pressure is applied to the pressurizing chamber to lift the base, the membrane and the wafer, thereby separating the wafer from the surface of the polishing pad. So that it can be removed from the polishing pad.

도1a는 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도,
도1b는 도1a의 평면도,
도2은 도1a에 사용되는 캐리어 헤드의 개략도,
도3a는 연마 패드의 사용 초기 상태를 도시한 도2의 'A'부분의 확대도,
도3b는 연마 패드의 사용 기간이 오래 경과한 상태를 도시한 도2의 'A'부분의 확대도,
도4는 도1a의 화학 기계적 연마 장치의 디척(dechuck) 공정을 순차적으로 도시한 순서도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 단면도,
도6a는 도5의 저면도,
도6b는 본 발명의 다른 형태의 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 저면도,
도7은 도5의 화학 기계적 연마 장치의 디척(dechuck) 공정을 순차적으로 도시한 순서도이다.Fig. 1A is a front view showing the construction of a general chemical mechanical polishing apparatus,
FIG. 1B is a plan view of FIG. 1A,
Fig. 2 is a schematic view of the carrier head used in Fig.
3A is an enlarged view of a portion "A" of FIG. 2 showing an initial state of use of the polishing pad,
FIG. 3B is an enlarged view of a portion "A" in FIG. 2 showing a state in which the use period of the polishing pad has elapsed,
FIG. 4 is a flowchart showing a dechucking process of the chemical mechanical polishing apparatus of FIG.
5 is a cross-sectional view showing the structure of a carrier head of a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention,
Fig. 6A is a bottom view of Fig. 5,
6B is a bottom view of the carrier head of another chemical mechanical polishing apparatus of the present invention,
7 is a flowchart sequentially showing a dechucking process of the chemical mechanical polishing apparatus of FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 제어 방법을 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, a method of controlling a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are designated by the same or similar reference numerals and the description thereof will be omitted for the sake of clarity of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치의 캐리어 헤드(100)는 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼(W)를 바닥판(111)의 저면으로 가압하는 멤브레인(110)과, 멤브레인(110)의 플랩(112) 끝단을 고정하여 멤브레인(110)과의 사잇 공간에 다수의 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하는 베이스(120)와, 멤브레인(110)의 바닥판을 감싸는 형태로 형성되어 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(11)를 가압하여 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(130)과, 외부의 회전 구동수단에 의하여 회전 구동되며 베이스(120)에 회전 구동력을 전달하며 베이스(120)와의 사이에 밀폐된 가압 챔버(MC)를 형성하는 본체부(140)와, 다수의 챔버(CO, C1, ..., C5, 130c)에 공압을 공급하는 압력 조절부(150)로 이루어진다. The carrier head 100 of the chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention includes a membrane 110 for pressing the wafer W positioned on the bottom face to the bottom face of the bottom plate 111 during the chemical mechanical polishing process, C2, C3, C4, and C5 in a space between the membrane 110 and the membrane 110 by fixing the end of the flap 112 of the membrane 110, A retainer ring 130 formed to surround the bottom plate of the polishing pad 11 to press the polishing pad 11 during the chemical mechanical polishing process to prevent the wafer W from coming off, A main body portion 140 which transmits a rotational driving force to the base 120 and forms a pressure chamber MC which is hermetically sealed with the base 120 and a plurality of chambers CO, C1, ..., C5, And a pressure regulating unit 150 for supplying the pressurized gas.

상기 멤브레인(110)은 폴리우레탄과 같은 가요성 재질로 형성되어, 압력 챔버(C1, C2,...,C5)의 압력이 높아지면 팽창하면서 저면에 위치한 웨이퍼(W)를 연마 패드(11)를 향하여 가압한다. 멤브레인(110)은 원형 형태의 바닥판(111)과, 바닥판(111)의 중심부로부터 링 형태로 돌출되어 베이스(120)에 고정되는 플랩(112)으로 이루어지고, 중앙부에 관통공(113)이 형성된다. 이에 따라, 멤브레인(110)과 베이스(120)의 사이에는 다수의 분할된 압력 챔버(C1,...,C5)가 형성되고, 관통공(113)에는 압력 조절부(150)로부터 직접 정압이나 부압이 인가되는 제0압력챔버(CO)를 형성한다. The membrane 110 is formed of a flexible material such as polyurethane so that when the pressure of the pressure chambers C1, C2, ..., C5 increases, the wafer W, Lt; / RTI > The membrane 110 has a circular bottom plate 111 and a flap 112 protruding in a ring form from the center of the bottom plate 111 and fixed to the base 120. The membrane 110 has a through hole 113 at the center, . A plurality of divided pressure chambers C1 to C5 are formed between the membrane 110 and the base 120 and a pressure regulator (0) pressure chamber (CO) to which a negative pressure is applied.

상기 베이스(120)는 본체부(140)로부터 회전 구동력을 전달받아 본체부(140)와 함께 회전한다. 베이스(120)의 상측에는 본체부(140)와의 사이에 밀폐된 가압 챔버(MC)가 형성된다. 가압 챔버(MC)는 캐리어 헤드의 중앙부로부터 멤브레인 바닥판(111)의 끝단까지는 미치지 못하지만, 좁게 형성되는 최외측 압력챔버(C5)의 내측에 위치한 압력 챔버(C4)를 가압할 수 있는 반경 크기로 형성된다. The base 120 receives the rotational driving force from the main body 140 and rotates together with the main body 140. On the upper side of the base 120, a pressurizing chamber MC which is hermetically sealed with the main body 140 is formed. The pressure chamber MC can not reach the end of the membrane bottom plate 111 from the center portion of the carrier head but can have a radial size that can pressurize the pressure chamber C4 located inside the outermost pressure chamber C5, .

이에 따라, 가압 챔버(MC) 내에 정압이 공급되어 가압 챔버(MC) 내의 압력이 높아지면, 하방으로 베이스(120)를 가압하는 힘(Pm)이 작용한다. 반대로, 가압 챔버(MC) 내에 부압이 공급되어 가압 챔버(MC) 내의 압력이 대기압보다 낮아지면, 베이스(120)를 상방으로 끌어올리는 힘이 작용한다. 여기서, 베이스(120)는 멤브레인(110)과 결합되어 있으므로, 베이스(120)를 상방으로 끌어올리면 베이스(120)와 멤브레인(110)을 함께 끌어올리게 되며, 베이스(120)를 하방으로 밀어내리면 압력 챔버(C1,..., C5)의 압력이 충분하면 베이스(120)와 멤브레인(110)을 하방으로 가압하게 된다. Accordingly, when a positive pressure is supplied into the pressurizing chamber MC to increase the pressure in the pressurizing chamber MC, a force Pm for pressing the base 120 downward acts. Conversely, when a negative pressure is supplied into the pressurizing chamber MC and the pressure in the pressurizing chamber MC becomes lower than the atmospheric pressure, a force for pulling up the base 120 acts. Since the base 120 is coupled with the membrane 110, if the base 120 is pulled upward, the base 120 and the membrane 110 are pulled together. When the base 120 is pushed downward, When the pressures of the chambers C1, ..., C5 are sufficient, the base 120 and the membrane 110 are pressed downward.

상기 리테이너 링(130)은 멤브레인(110)의 바닥판(111)으로부터 미세한 간격을 두게 이격되어, 바닥판(111)의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성된다. 리테이너 링(130)은 그 상측에 위치한 링 형태의 리테이너 챔버(130c)의 압력에 의하여 상하 방향(130d)으로 이동한다. 즉, 리테이너 챔버(130c)의 압력이 높아지면, 리테이너 링(130)은 하방으로 이동하여 연마 패드(11)를 가압하며 밀착된 상태가 되고, 리테이너 챔버(130c)의 압력이 대기압보다 낮아지면, 리테이너 링(130)은 상방으로 이동하여 연마 패드(11)를 가압하지 않거나 들려 비접촉 상태로 된다. The retainer ring 130 is formed in a ring shape surrounding the periphery of the bottom plate 111 so as to be spaced apart from the bottom plate 111 of the membrane 110 with a small space therebetween. The retainer ring 130 moves in the vertical direction 130d by the pressure of the ring-shaped retainer chamber 130c located on the upper side thereof. That is, when the pressure of the retainer chamber 130c becomes higher, the retainer ring 130 moves downward to press the polishing pad 11 tightly. When the pressure of the retainer chamber 130c becomes lower than the atmospheric pressure, The retainer ring 130 moves upward so as not to pressurize the polishing pad 11, or to hear the polishing pad 11 in a noncontact state.

상기 본체부(140)는 외부로부터 회전 구동력을 전달 받아 회전하는 회전 구동부(145)와, 회전 구동부(145)와 가요성 패드(88)를 사이에 두고 끼워져 회전 구동부(145)에 대하여 틸팅 자세가 될 수 있으면서 함께 회전하는 전달 부재(144)와, 전달 부재(144)와 이격되어 베이스(120)에 고정되고 핀(미도시)에 의하여 전달 부재(144)의 회전 구동력을 전달받는 챔버 부재(146)를 포함한다. 챔버 부재(146)와 전달 부재(144)의 사이에 밀폐 공간인 가압 챔버(MC)가 형성된다. The main body part 140 includes a rotation driving part 145 that rotates by receiving a rotational driving force from the outside and a rotation driving part 145 which is inserted between the rotation driving part 145 and the flexible pad 88, A chamber member 146 (not shown) which is fixed to the base 120 and spaced apart from the transmitting member 144 and receives rotational driving force of the transmitting member 144 by a pin (not shown) ). A pressurizing chamber MC which is a closed space is formed between the chamber member 146 and the transmitting member 144. [

상기 압력 조절부(150)는 멤브레인(110)과 베이스(120)의 사이에 형성된 다수의 압력 챔버(C1,.., C5)와, 관통공(113)에 의하여 형성되는 제0압력챔버(C0)와, 베이스(120)의 상측에 형성되는 가압 챔버(MC)와, 리테이너 링(130)의 상측에 형성되는 리테이너 챔버(130c)에 각각 압력 공급관(50-53)이 연통되어, 독립적으로 정압이나 부압을 인가한다. The pressure regulator 150 includes a plurality of pressure chambers C1 to C5 formed between the membrane 110 and the base 120 and a plurality of pressure chambers C1 to C5 formed between the membrane 110 and the base 120, A pressure supply pipe 50-53 communicates with a pressure chamber MC formed on the upper side of the base 120 and a retainer chamber 130c formed on the upper side of the retainer ring 130, Or a negative pressure is applied.

한편, 도5 및 도6a에는 웨이퍼(W)에 직접 정압이나 부압을 인가하는 관통공(113)이 멤브레인 바닥판(111)의 중앙부에 하나 형성된 구성을 예로 들었지만, 도6b에 도시된 바와 같이 멤브레인 바닥판(11)의 중앙부 이외에 다수로 관통공(113')이 형성될 수도 있고, 멤브레인 바닥판(11)의 중앙부와 그 밖에 다수의 위치에 관통공(113, 113')이 배열될 수도 있다.
5 and 6A, a through hole 113 for applying a positive pressure or a negative pressure directly to the wafer W is formed at the center of the membrane bottom plate 111. However, as shown in FIG. 6B, A plurality of through holes 113 'may be formed in the central portion of the bottom plate 11 and through holes 113 and 113' may be arranged at a central portion of the membrane bottom plate 11 and a plurality of other locations .

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드(100)는, 화학 기계적 연마 공정에서 웨이퍼(W)를 연마 패드(11) 상에 가압하기 위하여 멤브레인(110)과 베이스(120)의 사이에 형성되는 압력 챔버(C1,...,C5)와 관통공(113)에 의해 형성되는 제0압력 챔버(C0)에 공압이 공급되면, 압력 챔버(C1, C2,...,C5)가 팽창하면서 멤브레인 바닥판(111)을 통해 웨이퍼(W)의 판면을 하방으로 가압한다. (화학 기계적 연마 공정 중에 제0압력챔버(C0)에는 정압이 인가될 수도 있고 부압이 인가될 수도 있다.) The carrier head 100 of the chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention configured as described above is constructed so that the membrane 110 and the base 110 are pressed to press the wafer W onto the polishing pad 11 in the chemical mechanical polishing process. When the pneumatic pressure is supplied to the 0th pressure chamber C0 formed by the pressure chambers C1, ..., C5 formed between the pressure chambers C1, C2, ..., and the through holes 113, ..., and C5 press down the plate surface of the wafer W through the membrane bottom plate 111 while expanding. (A positive pressure may be applied to the zero pressure chamber C0 during the chemical mechanical polishing process, or a negative pressure may be applied to the zero pressure chamber C0).

여기서, 웨이퍼(W)를 가압하는 힘이 압력 챔버(C1, C2,...,C5) 내의 공압에 의해 가해지므로, 압력 챔버(C1, C2,...,C5)의 압력이 높아져 웨이퍼(W)를 하방으로 가압하면, 웨이퍼(W)의 판면에서 반작용에 의해 압력 챔버(C1, C2,...,C5)가 상측으로 들리려고 하는 에어 리바운드 현상이 발생된다. C2, ..., C5) is increased by the pressure of the pressure in the pressure chambers (C1, C2, ..., C5) W of the pressure chambers C1, C2, ..., and C5 are pressed downward, an air rebound phenomenon occurs in which the pressure chambers C1, C2, ..., C5 are tilted upwards by reaction on the surface of the wafer W.

그러나, 압력 챔버(C1, C2,...,C5)의 상측에 베이스(120)를 너머 위치한 가압 챔버(MC)에도 화학 기계적 연마 공정 중에 정압이 인가되어, 베이스(120) 전체를 하방으로 밀어주는 힘이 작용하게 되므로, 웨이퍼(W)의 판면에서 반작용에 의해 압력 챔버(C1, C2,...,C5)가 상측으로 들리려고 하는 에어 리바운드 현상이 억제된다. However, a positive pressure is applied to the pressurizing chambers MC located above the bases 120 above the pressure chambers C1, C2, ..., C5 to push down the entire base 120 The air rebound phenomenon in which the pressure chambers C1, C2, ..., C5 are supposed to be lifted upward due to the reaction on the plate surface of the wafer W is suppressed.

따라서, 멤브레인(110)과 웨이퍼(W)의 사이에서 발생되는 에어 리바운드 현상이 가압 챔버(MC)에 의하여 최소화되므로, 웨이퍼(W)의 연마면이 국부적 편차 없이 전체적으로 균일하게 연마할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
Therefore, since the air rebound phenomenon generated between the membrane 110 and the wafer W is minimized by the pressurizing chamber MC, the advantageous effect that the polished surface of the wafer W can be uniformly polished as a whole without local variations Can be obtained.

이하, 도6을 참조하여 상기와 같이 구성된 캐리어 헤드(100)를 구비한 화학 기계적 연마 장치의 디척 공정(S100)을 상술한다.
Hereinafter, the step S100 of the chemical mechanical polishing apparatus having the carrier head 100 configured as described above will be described in detail with reference to FIG.

단계 1: 해당 연마 패드(11) 상에서 예정된 화학 기계적 연마 공정을 마친 상태에서(S101), 웨이퍼(W)는 연마 패드(11) 상에 가압된 상태이고, 동시에 연마 패드(11) 상에 잔류하는 슬러리와 순수에 의한 표면 장력에 의해 연마 패드(11)에 밀착된 상태이다. Step 1 : The wafer W is pressed on the polishing pad 11 while remaining on the polishing pad 11 in a state where the predetermined chemical mechanical polishing process on the polishing pad 11 has been completed (S101) And is in close contact with the polishing pad 11 due to the surface tension of the slurry and pure water.

먼저, 캐리어 헤드(100)의 멤브레인 바닥판(111, 111')에 형성된 관통공(113, 113')에 제1부압을 인가한다(S110). 이에 따라, 웨이퍼(W)의 상면은 관통공(113, 113')에 작용하는 부압에 의해 멤브레인 바닥판(111)에 밀착하게 되고, 동시에 관통공(113, 113')의 개구가 웨이퍼(W)에 의해 막힌 밀폐된 상태가 된다.
First, a first negative pressure is applied to the through holes 113 and 113 'formed in the membrane bottom plates 111 and 111' of the carrier head 100 (S110). The upper surface of the wafer W is brought into close contact with the membrane bottom plate 111 by the negative pressure acting on the through holes 113 and 113 'and the openings of the through holes 113 and 113' ) To be closed.

단계 2: 단계 1이 행해진 다음에 또는 동시에, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)를 가압하기 위하여 압력 챔버(C1,...,C5)에 도입하였던 정압을 해제한다(S120). 이에 따라, 멤브레인 바닥판(111)의 저면이 하방으로 볼록하였던 곡면이 평탄해지면서, 관통공(113, 113')의 흡입압에 의해 웨이퍼(W)를 보다 확실하게 멤브레인 바닥판(111)에 밀착시킬 수 있게 된다.
Step 2 : After the step 1 is performed or simultaneously, the static pressure introduced into the pressure chambers C1, ..., C5 for pressing the wafer W during the chemical mechanical polishing process is released (S120). The curved surface of the bottom surface of the membrane bottom plate 111 which is convex downward is flattened so that the suction force of the through holes 113 and 113 'makes the wafer W more reliable to the membrane bottom plate 111 So that it can be brought into close contact.

단계 3: 관통공(113, 113')에 부압을 인가한 상태에서 정해진 시간이 경과할 때까지 대기한다. 이를 통해, 관통공(113, 113')의 개구가 웨이퍼(W)의 판면에 의하여 막힌 밀폐된 상태가 되도록 한다. Step 3 : Wait until a predetermined time has elapsed in a state where negative pressure is applied to the through holes 113 and 113 '. Through which the openings of the through holes 113 and 113 'are closed by the plate surface of the wafer W. [

그리고 나서,관통공(113, 113') 내부 또는 관통공(113, 113')에 공압을 전달하는 공급관(50)에 설치된 압력 센서(50c)의 측정값으로부터, 제0압력챔버(C0)의 압력이 확실하게 부압으로 유지되는지를 확인한다(S130). 이를 통해, 웨이퍼(W)가 관통공(113, 113')의 개구를 확실하게 막았는지, 공급되고 있는 부압이 새고 있는지를 알 수 있다.
From the measurement value of the pressure sensor 50c provided in the supply pipe 50 for transmitting the air pressure to the through holes 113 and 113 'or the through holes 113 and 113' It is checked whether the pressure is reliably maintained at a negative pressure (S130). As a result, it can be seen whether the wafer W has reliably closed the openings of the through holes 113 and 113 'and whether the supplied negative pressure is leaking.

단계 4: 압력 센서(50c)의 측정값이 일정한 부압 상태로 유지되는 것으로 확인되면, 베이스(120)의 상측에 위치한 가압 챔버(MC)에 제2부압을 인가하여, 가압 챔버(MC)가 수축하면서 베이스(120)와 멤브레인(110)을 상측으로 들어올리도록 한다(S140). Step 4 : If it is confirmed that the measured value of the pressure sensor 50c is maintained at a constant negative pressure, a second negative pressure is applied to the pressure chamber MC located on the upper side of the base 120, So that the base 120 and the membrane 110 are lifted upward (S140).

이 때, 관통공(113)에 인가된 제1부압에 의하여 멤브레인(110)의 저면에는 웨이퍼(W)가 흡입 고정되어 있으므로, 베이스(120)와 멤브레인(110)이 상측으로 들려지면서 웨이퍼(W)도 함께 상측으로 들려진다. 이에 따라, 웨이퍼(W)는 연마 패드(11) 상의 액체에서 작용하는 표면 장력을 이겨내고, 연마 패드(11)의 표면으로부터 '분리된 상태'가 된다. 여기서, 웨이퍼(W)가 반드시 연마 패드(11)와 간격을 두고 전부 떨어져있는 상태일 필요는 없으며, 웨이퍼(W)의 일측이 연마 패드(11)로부터 분리되고 타측이 연마 패드(11)에 접촉한 상태이더라도, 연마 패드(11) 상의 액체에 의해 작용하는 표면 장력을 거의 극복한 것이므로 '분리된 상태'로 본다.
At this time, since the wafer W is sucked and fixed to the bottom surface of the membrane 110 by the first negative pressure applied to the through hole 113, the base 120 and the membrane 110 are lifted upward, ) Are also heard upward. Thus, the wafer W overcomes the surface tension acting on the liquid on the polishing pad 11 and becomes " separated " from the surface of the polishing pad 11. The wafer W does not necessarily have to be completely separated from the polishing pad 11 at all and the wafer W is separated from the polishing pad 11 and the other side is in contact with the polishing pad 11 Even if the polishing pad 11 is in a state of being separated from the surface of the polishing pad 11 because it substantially overcomes the surface tension acting by the liquid on the polishing pad 11.

단계 5: 그리고 나서, 리테이너 챔버(130c)에 제3부압을 인가하여, 리테이너 링(130)이 연마 패드(11)로부터 떨어져 상측으로 들리도록 한다(S140). 마찬가지로, 리테이너 링(130)이 반드시 연마 패드(11)와 간격을 두고 전부 떨어져있는 상태일 필요는 없으며, 리테이너 링(130)의 일측이 연마 패드(11)로부터 분리되고 타측이 연마 패드(11)에 접촉한 상태이더라도, 연마 패드(11) 상의 액체에 의해 작용하는 표면 장력을 거의 극복한 것이므로 '분리된 상태'로 본다. 이에 따라, 리테이너 링(130)도 연마 패드(11)와 '분리된 상태'가 된다.
Step 5 : Then, the third negative pressure is applied to the retainer chamber 130c so that the retainer ring 130 is lifted up from the polishing pad 11 (S140). The retainer ring 130 is not necessarily separated from the polishing pad 11 at all and spaced apart from the polishing pad 11 so that one side of the retainer ring 130 is separated from the polishing pad 11 and the other side is separated from the polishing pad 11, Even if the polishing pad 11 is in contact with the surface of the polishing pad 11, the surface tension acting on the polishing pad 11 is substantially overcome. Accordingly, the retainer ring 130 also becomes 'separated' from the polishing pad 11.

단계 6: 캐리어 헤드(100)를 상측으로 들어올리기에 앞서, 가압 챔버(MC) 내의 압력과 리테이너 챔버(130c) 내의 압력을 압력 센서(52c, 53c)로 측정하여, 정해진 압력 범위로 진공(부압 상태의) 압력이 유지되고 있는지를 확인한다. 동시에, 관통공(113, 113') 내의 압력을 압력 센서(50c)로 측정하여, 웨이퍼(W)가 연마 패드(11)의 표면으로부터 '분리된 상태'인지 여부를 중복 확인한다(S160).
Step 6 : Before lifting the carrier head 100 upward, the pressure in the pressure chamber MC and the pressure in the retainer chamber 130c are measured by the pressure sensors 52c and 53c, Lt; / RTI > pressure) is maintained. Simultaneously, the pressure in the through holes 113 and 113 'is measured by the pressure sensor 50c to check whether the wafer W is'separated' from the surface of the polishing pad 11 (S160).

단계 7: 단계 6에서 가압 챔버(MC)의 압력, 리테이너 챔버(130C)의 압력 및 관통공(113, 113')에서의 압력이 모두 예정된 범위 내에 있으면, 연마 정반(10)의 회전 속도를 낮추고 천천히 회전시키다가 정지시키고, 캐리어 헤드(100)를 상측으로 이동하여 그 다음 공정으로 이동한다.
 Step 7 : If the pressure of the pressurizing chamber MC, the pressure of the retainer chamber 130C, and the pressure in the through holes 113 and 113 'are all within the predetermined ranges in step 6, the rotating speed of the polishing platen 10 is lowered Slowly rotates and stops, and moves the carrier head 100 upward to move to the next process.

상기와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 디척 방법(S100)은, 웨이퍼(W)에 직접 공압을 인가하는 관통공(113, 113')과 가압 챔버(MC)를 이용하여, 먼저 관통공(113, 113')에 제1부압을 인가하여 멤브레인 바닥판(111)과 웨이퍼(W)를 확실히 부착해둔 상태에서, 캐리어 헤드(100)를 상방 이동시키지 않고서도, 가압 챔버(MC)에 제2부압을 인가하여 베이스(120)와 멤브레인(110) 및 웨이퍼(W)를 들어올려 연마 패드(11)의 표면으로부터 웨이퍼(W)를 분리시키는 것에 의하여, 화학 기계적 연마 공정을 마친 웨이퍼를 확실하게 연마 패드로부터 떼어내는 디척(dechcuck)공정을 행할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, the method S100 of the chemical mechanical polishing apparatus according to the embodiment of the present invention uses the through holes 113 and 113 'for applying direct air pressure to the wafer W and the pressurizing chamber MC The first negative pressure is first applied to the through holes 113 and 113 'so that the membrane bottom plate 111 and the wafer W are firmly attached to each other without moving the carrier head 100 upward, The second negative pressure is applied to the polishing pad MC to lift the base 120, the membrane 110 and the wafer W to separate the wafer W from the surface of the polishing pad 11, It is possible to obtain a favorable effect that a dechucking process can be performed in which the finished wafer is reliably removed from the polishing pad.

한편, 가압 챔버(MC)에 제2부압을 인가하는 대신에 캐리어 헤드(100)를 상방으로 이동시켜 웨이퍼(W)와 연마 패드(11)를 분리시키는 방안을 모색해볼 수 있다. 그러나, 이 방법은, 천천히 캐리어 헤드(100)를 상방 이동시키더라도 기구적인 이송에 따른 관성에 의해 최소한의 이동 속도가 확보되어야 하므로, 상방 관통공(113, 113')의 흡착력만으로 연마 패드(11) 상의 액체에 의해 작용하는 표면 장력을 이겨내지 못하는 경우가 발생되었다. 이에 반하여, 본 발명은, 가압 챔버(MC)에 부압을 인가하여, 서서히 공압에 의하여 베이스(120)와 멤브레인(110)과 함게 웨이퍼(W)를 들어 올려줌으로써, 연마 패드(11) 상의 액체에 의해 작용하는 표면 장력을 보다 확실하게 극복하고 웨이퍼(W)를 신뢰성있게 떼어낼 수 있다는 것이 실험적으로 확인되었다. On the other hand, instead of applying the second negative pressure to the pressurizing chamber MC, the carrier head 100 may be moved upward to separate the wafer W and the polishing pad 11 from each other. However, even if the carrier head 100 is slowly moved upward, this method requires a minimum moving speed due to inertia resulting from mechanical transfer. Therefore, the polishing pad 11 The surface tension acting by the liquid on the surface of the substrate can not be overcome. On the other hand, in the present invention, a negative pressure is applied to the pressurizing chamber MC to gradually lift the wafer W together with the base 120 and the membrane 110 by air pressure, It is experimentally confirmed that the surface tension acting by the wafer W can be reliably overcome and the wafer W can be reliably removed.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modified, modified, or improved.

100: 캐리어 헤드 110: 멤브레인
111: 멤브레인 바닥판 112: 플랩
113, 113': 관통공 120: 베이스
130: 리테이너 링 130c: 리테이너 챔버,
140: 본체부 150: 압력 조절부
C1, C2, C3, C4, C5: 압력 챔버
W: 웨이퍼 MC: 가압 챔버100: carrier head 110: membrane
111: Membrane bottom plate 112: Flap
113, 113 ': Through hole 120: Base
130: retainer ring 130c: retainer chamber,
140: main body part 150: pressure regulating part
C1, C2, C3, C4, C5: pressure chambers
W: wafer MC: pressure chamber

Claims (12)

웨이퍼를 저면에 위치시키고 연마 패드상에 가압하며 회전하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드로서,
회전 구동되는 베이스와;
상기 베이스에 위치 고정되어 상기 베이스와의 사이에 압력 챔버를 형성하여 저면에 위치한 웨이퍼를 가압하는 가요성 재질의 멤브레인과;
상기 베이스의 상측에 위치하여 상기 압력 챔버의 상측을 가압하는 가압 챔버를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
There is provided a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus in which a wafer is placed on a bottom surface and pressed and rotated on a polishing pad,
A base rotatably driven;
A flexible membrane positioned on the base and forming a pressure chamber between the base and the bottom to press the wafer positioned on the bottom;
A pressure chamber located above the base and pressing the upper side of the pressure chamber;
Wherein the carrier head is configured to move the carrier head to a desired position.
제 1항에 있어서,
상기 멤브레인의 저면에 위치하여 화학 기계적 연마 공정 중인 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸고 상기 연마 패드에 저면이 접촉한 상태로 위치하는 리테이너 링과;
상기 리테이너 링의 상측에 위치하고 상기 리테이너 링과 연결되어 상기 리테이너 링을 상하로 이동시키는 리테이너 챔버를;
더 포함하여 구성되어, 상기 리테이너 챔버의 팽창에 의하여 상기 리테이너 링이 하방으로 이동하고 상기 리테이너 챔버의 압축에 의하여 상기 리테이너 링이 상방으로 들리는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
The method according to claim 1,
A retainer ring located on the bottom surface of the membrane and surrounding the periphery of the wafer during the chemical mechanical polishing process, the polishing pad being in contact with the bottom surface;
A retainer ring located above the retainer ring and connected to the retainer ring to move the retainer ring up and down;
Wherein the retainer ring is downwardly moved by the expansion of the retainer chamber and the retainer ring is lifted upward by the compression of the retainer chamber.
제 2항에 있어서,
상기 멤브레인에는 상기 웨이퍼에 직접 정압이나 부압이 인가되는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
3. The method of claim 2,
Wherein the membrane is provided with a through hole to which a positive pressure or a negative pressure is directly applied to the wafer.
제 3항에 있어서,
상기 관통공은 상기 멤브레인 바닥판의 중앙부에 위치한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
The method of claim 3,
And the through hole is located at a central portion of the membrane bottom plate.
제 3항에 있어서,
상기 관통공은 상기 멤브레인 바닥판에 다수 분포되어 위치한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
The method of claim 3,
And the through holes are distributed in a number of positions on the membrane bottom plate.
제 3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연마 패드 상에서의 상기 화학 기계적 연마 공정이 완료되면, 상기 관통공에 부압을 인가하여 상기 웨이퍼를 상기 멤브레인의 저면에 밀착시킨 후, 상기 리테이너 챔버에 부압을 인가하여 상기 리테이너 링의 저면을 상기 연마 패드로부터 분리시키는 순서로 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드로부터 분리시키는 제어부를;
더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
6. The method according to any one of claims 3 to 5,
After the chemical mechanical polishing process on the polishing pad is completed, a negative pressure is applied to the through-hole to bring the wafer into close contact with the bottom surface of the membrane, and then a negative pressure is applied to the retainer chamber, A control unit for separating the wafer from the polishing pad in the order of separation from the polishing pad;
Wherein the carrier head further comprises:
제 6항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 관통공에 부압을 인가하는 것과 상기 리테이너 챔버에 부압을 인가하는 것의 사이에 상기 가압 챔버에 부압을 인가하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
7. The apparatus of claim 6,
Wherein a negative pressure is applied to the pressurizing chamber between applying a negative pressure to the through-hole and applying a negative pressure to the retainer chamber.
연마 패드가 상면에 입혀진 상태로 회전하는 연마 정반과; 회전 구동되는 베이스와, 상기 베이스에 위치 고정되어 상기 베이스와의 사이에 압력 챔버를 형성하여 저면에 위치한 웨이퍼를 가압하되 바닥판을 관통하는 관통공이 형성되어 상기 웨이퍼에 직접 공압을 공급할 수 있게 형성된 가요성 재질의 멤브레인과, 상기 베이스의 상측에 위치하여 상기 압력 챔버의 상측을 가압하는 가압 챔버와, 상기 멤브레인 바닥판의 둘레를 감싸는 형태로 형성되어 리테이너 챔버 내의 압력에 의하여 상하로 이동하고 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이너 링을 구비한 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법으로서,
상기 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정이 종료되면, 상기 관통공에 제1부압을 인가하여 상기 웨이퍼를 상기 멤브레인 바닥판에 밀착시키는 제1부압 인가단계와;
상기 가압 챔버에 제2부압을 인가하여 상기 베이스와 상기 압력 챔버를 상측으로 들어올리는 제2부압 인가단계를;
순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법.
An abrasive platen rotated in a state in which the polishing pad is wound on the upper surface; And a pressure chamber formed between the base and the base, the through hole being formed in the bottom plate so as to penetrate the bottom plate to pressurize the wafer placed on the bottom surface of the base, A pressure chamber which is located on the upper side of the base and which pressurizes the upper side of the pressure chamber, and a membrane which is formed so as to surround the periphery of the membrane bottom plate and moves up and down by the pressure in the retainer chamber, A method of controlling a chemical mechanical polishing apparatus having a retainer ring for preventing a wafer from being released during a process,
A first negative pressure applying step of applying a first negative pressure to the through holes to bring the wafer into close contact with the membrane bottom plate when the chemical mechanical polishing process of the wafer is finished;
A second negative pressure application step of applying a second negative pressure to the pressure chamber to lift the base and the pressure chamber upward;
Wherein the chemical mechanical polishing apparatus comprises a plurality of chemical mechanical polishing apparatuses.
제 8항에 있어서, 상기 제2부압인가단계 이후에,
상기 리테이너 챔버에 제3부압을 인가하여 상기 리테이너 링의 저면이 상기 연마 패드를 가압하던 것을 완화하거나 상기 연마 패드로부터 비접촉되게 상기 리테이너 링을 상측으로 이동시키는 제3부압 인가단계를;
더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법.
9. The method according to claim 8, wherein, after the second negative pressure application step,
A third negative pressure applying step of applying a third negative pressure to the retainer chamber to relieve the bottom surface of the retainer ring from pressing the polishing pad or to move the retainer ring upward from the polishing pad in a non-contact manner;
Further comprising the step of controlling the chemical mechanical polishing apparatus.
제 8항에 있어서, 상기 제1부압인가단계 이후에,
상기 압력 챔버에 인가되어 있던 가했던 공압을 배기하여 상기 판면을 멤브레인을 통해 가압하던 가압력을 제거하는 단계를;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법.
9. The method according to claim 8, wherein after the first negative pressure application step,
Discharging the air pressure applied to the pressure chamber and removing the pressing force that presses the plate surface through the membrane;
Further comprising the step of controlling the chemical mechanical polishing apparatus.
제 8항에 있어서, 상기 제1부압인가단계 이후에,
상기 관통공 내의 압력을 측정하여 상기 웨이퍼가 상기 관통공 개구에 밀착된 것을 확인하는 단계를;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법.
9. The method according to claim 8, wherein after the first negative pressure application step,
Measuring a pressure in the through-hole to confirm that the wafer is in close contact with the through-hole opening;
Further comprising the step of controlling the chemical mechanical polishing apparatus.
제 8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리테이너 링이 상기 연마 패드로부터 분리되면, 상기 연마 정반을 저속으로 회전시키는 단계와;
상기 연마 정반의 회전을 정지시키는 단계를;
더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 제어 방법.

The method according to any one of claims 8 to 11,
Rotating the polishing platen at a low speed when the retainer ring is separated from the polishing pad;
Stopping the rotation of the polishing platen;
Further comprising the step of controlling the chemical mechanical polishing apparatus.

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