KR20180129315A

KR20180129315A - 캐리어 헤드용 멤브레인

Info

Publication number: KR20180129315A
Application number: KR1020170065150A
Authority: KR
Inventors: 신광선
Original assignee: 신광선
Priority date: 2017-05-26
Filing date: 2017-05-26
Publication date: 2018-12-05

Abstract

본 발명은 가용성 재질인 멤브레인부재의 하부 둘레에 내마모성이 우수한 엔지니어 플라스틱(Engineer plastic) 재질의 이너링부재를 구비함으로써, 폴리싱 작업시, 리테이너링(Retainer ring)이 연마패드를 가압하는 경우 발생하는 패드 리바운드 현상이 일어나더라도 이너링부재가 멤브레인부재 하부의 내측으로 발생하는 굴곡을 상쇄시켜 패드 리바운드 현상이 감소되어 웨이퍼의 에지부분의 평탄화를 극대화 할 수 있고, 리테이너링(Retainer ring)의 형상변화가 적게 일어나 교체비용절감의 효과를 제공하는 장점이 있다.

Description

캐리어 헤드용 멤브레인{Membrane for carrier head}

본 발명은 캐리어 헤드용 멤브레인에 관한 것으로서, 본체하우징(10)의 하부에 압력챔버(20)가 형성되도록 구비되고, 상기 압력챔버(20)의 압력변화에 따라 그 하부에 위치하는 웨이퍼(30)를 진공흡착하는 캐리어 헤드용 멤브레인(1)에 있어서, 하부에 상기 웨이퍼(30)와 접촉되는 접촉면부(110)가 형성되고, 하부 둘레에 내측방향으로 함몰된 환형형상의 함몰부(120)가 형성되는 가요성 재질의 멤브레인부재(100);와, 상기 함몰부(120)에 결합되는 링형상의 이너링부재(200);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드용 멤브레인에 관한 것이다.

일반적으로, 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing)라 함은 64MD램 등 4세대급 이상의 고집적 반도체 제조공정에 사용되는 공정으로 주로 0.35미크론 이하의 초미세 회로 형성에 사용되며 화학 또는 기계적 방법을 이용하여 불필요한 박막층을 고효율적으로 연마하는 공정을 말한다.

즉, 화학적요소와 기계적 요소를 결합하여 웨이퍼(Wafer)를 연마패드(Pad)의 표면 위에 접촉하도록 한 상태에서 슬러리를 공급하여 웨이퍼(Wafer) 표면을 화학적으로 반응시키면서 플래튼(platen)과 연마헤드(Polishing Head)를 상대운동시켜 기계적으로 웨이퍼(Wafer) 표면의 요철부분을 평탄화하는 기술이다.

이러한 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing)를 가능하게 하는 장비를 CMP장비라 하며, CMP장비에 있어서 특히 캐리어 헤드는 연마공정 전후에 반도체 웨이퍼의 연마 면이 연마용 패드와 마주보게 한 상태로 반도체 웨이퍼(Wafer)를 가압하여 연마 공정을 행하도록 하고, 동시에 연마 공정이 종료되면 웨이퍼(Wafer)를 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 파지한 상태로 그 다음 공정으로 이동시키는 역할을 한다.

이 경우, 캐리어 헤드의 하부에 설치되어 웨이퍼(Wafer)와 직접 접촉하는 멤브레인(membrane)은 그 성능여부에 따라 고품질, 고신뢰성의 제품을 생산할 수 있어 다른 구성요소보다 상대적으로 중요한 역할을 한다.

이와 같은 멤브레인(membrane)은 다양한 실시예를 통해 CMP장비에 적용되고 있으며, 그 중 하기 특허문헌 1의 “연마장치의 멤브레인(대한민국 공개특허공보 제10-2010-0109148호)”가 게시되어 있다.

상기 특허문헌 1의 “연마장치의 멤브레인”은 상면에 연마패드(2)가 구비된 턴테이블(3)과, 탄성연질 소재로 된 멤브레인이 저면에 구비되어 상기 연마패드(2) 위에 피가공물을 픽업하여 올려놓도록 된 캐리어헤드(4)를 포함하는 화학기계적 연마장치에 있어서, 상기 멤브레인(10)은 바닥부(14)와, 상기 바닥부(14)의 둘레부에서 상향으로 연장된 측면부(16)와, 상기 바닥부(14)의 상면에서 동심원형태로 돌출된 다수개의 격벽(18)을 포함하여 이루어지며, 상기 바닥부(14)의 저면에는 엠보싱돌기(12)가 형성된 것이 특징으로서, 저면이 매끄러운 종래의 멤브레인(10)에 비해 피가공물(1)과의 접촉면적이 상대적으로 줄어듬에 따라 연마작업 후에 피가공물(1)이 멤브레인(10)에서 잘 떨어진다는 장점이 있었다.

그러나, 상기 특허문헌 1의 “연마장치의 멤브레인”은 폴리싱 작업의 경우, 하강하는 리테이어링이 연마패드를 가압함에 따라 연마패드에 리바운딩현상이 발생하게 되어 멤브레인에 흡착된 웨이퍼의 에지부분에 영향을 주게 됨으로써, 웨이퍼의 에지부분이 평평하고 균일하게 폴리싱되지 않고 과마모가 되어 웨이퍼의 에지부분을 사용할 수 없게 된다는 문제점이 있었다.

특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0109148호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 가용성 재질인 멤브레인부재의 하부 둘레에 내마모성이 우수한 엔지니어 플라스틱(Engineer plastic) 재질의 이너링부재를 구비함으로써, 폴리싱 작업시, 리테이너링(Retainer ring)이 연마패드를 가압하는 경우 발생하는 패드 리바운드 현상이 일어나더라도 이너링부재가 멤브레인부재 하부의 내측으로 발생하는 굴곡을 상쇄시켜 패드 리바운드 현상이 감소되어 웨이퍼의 에지부분의 평탄화를 극대화 할 수 있고, 리테이너링(Retainer ring)의 형상변화가 적게 일어나 교체비용절감의 효과를 가져다 줄 수 있는 캐리어 헤드용 멤브레인를 제공하는 것이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 캐리어 헤드용 멤브레인는, 본체하우징(10)의 하부에 압력챔버(20)가 형성되도록 구비되고, 상기 압력챔버(20)의 압력변화에 따라 그 하부에 위치하는 웨이퍼(30)를 진공흡착하는 캐리어 헤드용 멤브레인(1)에 있어서, 하부에 상기 웨이퍼(30)와 접촉되는 접촉면부(110)가 형성되고, 하부 둘레에 내측방향으로 함몰된 환형형상의 함몰부(120)가 형성되는 가요성 재질의 멤브레인부재(100);와, 상기 함몰부(120)에 결합되는 링형상의 이너링부재(200);으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이너링부재(200)는 상기 접촉면부(110)보다 하방향으로 더 돌출형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이너링부재(200)은 폴리에텔에텔케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 폴리페닐렌 설파이드(Poly phenylene sulfide, PPS) 또는 XL20 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 멤브레인부재(100)과 상기 이너링부재(200)은 이중사출을 통해 일체형으로 제조되는 것을 특징으로 한다.

이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 가용성 재질인 멤브레인부재의 하부 둘레에 내마모성이 우수한 엔지니어 플라스틱(Engineer plastic) 재질의 이너링부재를 구비함으로써, 폴리싱 작업시, 리테이너링(Retainer ring)이 연마패드를 가압하는 경우 발생하는 패드 리바운드 현상이 일어나더라도 이너링부재가 멤브레인부재 하부의 내측으로 발생하는 굴곡을 상쇄시켜 패드 리바운드 현상이 감소되어 웨이퍼의 에지부분의 평탄화를 극대화 할 수 있고, 리테이너링(Retainer ring)의 형상변화가 적게 일어나 교체비용절감의 효과를 제공하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐리어 헤드용 멤브레인이 구비된 캐리어 헤드의 모습을 보인 반단면도
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐리어 헤드용 멤브레인의 전체 모습을 보인 단면도
도 3은 도 1의 “A”를 확대한 확대도
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐리어 헤드용 멤브레인을 통한 폴리싱 작업시의 모습을 보인 개략도

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드용 멤브레인(1)을 상세히 설명한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

도 1 또는 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드용 멤브레인(1)은 크게 멤브레인부재(100) 및 이너링부재(200)로 구성된다.

먼저, 멤브레인부재(100)에 대하여 설명한다. 상기 멤브레인부재(100)는 도 2 또는 도 3에 나타낸 것과 같이, 본체하우징(10)의 하부에 메인챔버(20) 및 제1, 2, 압력챔버(130, 130`, 140, 140`)가 형성되도록 결합되는 가요성 재질의 구성요소로서, 상기 본체하우징(10) 내의 압력변화에 따라 상기 메인챔버(20) 및 상기 제1, 2 압력챔버(130, 130`, 140, 140`)가 수축 또는 팽창하여 웨이퍼(30)를 흡착하거나 탈리하는 역할을 한다.

한편, 상기 멤브레인부재(100)의 하부에는 상기 웨이퍼(30)와 접촉되는 평평한 면의 접촉면부(110)가 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 있어서, 상기 멤브레인부재(100)의 하부 둘레에는 내측방향으로 함몰된 환형형상의 함몰부(120)가 형성되는 것이 특징으로서, 이로 인하여, 후술할 이너링부재(200)가 상기 멤브레인부재(100)와 함께 이중사출되어 일체로 결합되거나, 상기 이너링부재(200)를 별도로 제작하여 상기 함몰부(120)에 상기 이너링부재(200)를 삽입 후 고정시켜 상기 멤브레인부재(100)에 결합되는 것을 가능하게 한다.

다음으로, 이너링부재(200)에 대하여 설명한다. 상기 이너링부재(200)는 도 3 또는 도 4에 나타낸 것과 같이, 상기 함몰부(120)에 결합되는 링형상의 구성요소로서, 그 재질은 내마모성이 우수한 엔지니어 플라스틱(Engineer plastic)류인 폴리에텔에텔케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 폴리페닐렌 설파이드(Poly phenylene sulfide, PPS) 또는 XL20 등으로 이루어진다.

한편, 상기 이너링부재(200)는 상기 접촉면부(110)보다 하방향으로 더 돌출형성됨으로써, 상기 웨이퍼(30)가 상기 접촉면부(110)에 접촉된 상태에서 폴리싱 작업이 이루어지는 경우, 작업공정에 의해 좌, 우로 흔들리는 상기 웨이퍼(30)가 외부로 이탈되는 것을 방지해 준다.

이와 같은 구성을 통해, 폴리싱 작업이 진행되는 경우, 먼저 상기 제1 압력챔버(130, 130`)에 압력 P1이 가압되면, 상기 멤브레인부재(100)가 하향이동되어 흡착된 상기 웨이퍼(30)가 상기 연마패드(50)에 접촉되고, 이후, 상기 제2 압력챔버(140, 140`)에 압력 P2가 가압되면, 상기 멤브레인부재(100)를 더욱 하방향으로 가압함과 동시에 상기 이너링부재(200) 또한 하방향으로 가압하게 됨으로써, 리테이너링(40)이 연마패드(50)를 가압하는 경우 발생하는 패드 리바운드 현상이 일어나더라도 상기 이너링부재(200)가 상기 멤브레인부재(100) 하부의 내측으로 발생하는 굴곡을 상쇄시켜 상기 연마패드(50) 리바운드 현상이 감소되어 상기 웨이퍼(30)의 에지부분에 과마모현상을 방지하여 평탄화 작업을 극대화하고, 상기 리테이너링(40)의 형상변화를 적게 일으켜 상기 리테이너링(40)의 교체비용절감의 효과를 얻을 수 있게 된다.

도면과 명세서에서 최적 실시 예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1: 캐리어 헤드용 멤브레인
10: 본체하우징 20: 메인챔버
30: 웨이퍼 40: 리테이너링
50: 연마패드
100: 맴브레인부재 110: 접촉면부
120: 함몰부 130, 130`: 제1 압력챔버
140, 140`: 제2 압력챔버
200: 이너링부재

Claims

본체하우징(10)의 하부에 메인챔버(20)가 형성되도록 구비되고, 상기 메인챔버(20)의 압력변화에 따라 그 하부에 위치하는 웨이퍼(30)를 진공흡착하는 캐리어 헤드용 멤브레인(1)에 있어서,
하부에 상기 웨이퍼(30)와 접촉되는 접촉면부(110)가 형성되고, 하부 둘레에 내측방향으로 함몰된 환형형상의 함몰부(120)가 형성되는 가요성 재질의 멤브레인부재(100);
상기 함몰부(120)에 결합되는 링형상의 이너링부재(200);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드용 멤브레인(1).
청구항 제1항에 있어서
상기 이너링부재(200)는 상기 접촉면부(110)보다 하방향으로 더 돌출형성되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드용 멤브레인(1).
청구항 제1항에 있어서,
상기 이너링부재(200)은 폴리에텔에텔케톤(Polyetheretherketone, PEEK), 폴리페닐렌 설파이드(Poly phenylene sulfide, PPS) 또는 XL20 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드용 멤브레인(1).
청구항 제1항에 있어서,
상기 멤브레인부재(100)과 상기 이너링부재(200)은 이중사출을 통해 일체형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드용 멤브레인(1).