KR101196651B1 - Double layered membrane in carrier head - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드에 관한 것으로, 상세하게는 웨이퍼 흡착면을 제공하는 멤브레인이 이중막으로 구성된 새로운 캐리어 헤드를 제안한다.The present invention relates to a carrier head of a chemical mechanical polishing apparatus, and in particular, proposes a new carrier head in which a membrane providing a wafer adsorption surface is composed of a double membrane.
화학기계적 연마(CMP) 장치는 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.The chemical mechanical polishing (CMP) apparatus is a device for performing a wide-area planarization that removes a height difference between a cell region and a peripheral circuit region due to unevenness of a wafer surface generated by repeatedly performing masking, etching, To improve the surface roughness of the wafer due to contact / wiring film separation and highly integrated elements, and the like.
이러한 CMP 장치에 있어서, 캐리어 헤드는 연마공정 전후에 웨이퍼의 연마 면이 연마 패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 잡아주거나 수용하는 장치로서, 멤브레인(membrane) 타입의 캐리어 헤드가 주로 사용되고 있다. 또한, 웨이퍼의 표면에 단순히 균일한 압력을 가하여 막질을 전체적으로 고르게 연마하는 기술 단계를 넘어서, 단일 웨이퍼의 표면에 국부적으로 상이한 압력을 가하여 웨이퍼의 연마 프로파일을 다양하게 조절할 수 있는 다중영역분할 연마식의 캐리어 헤드 기술이 제안된 바 있다.In such a CMP apparatus, the carrier head is a device of a membrane type carrier that directly or indirectly vacuum-adsorbs or accommodates the wafer with the polishing surface of the wafer facing the polishing pad before and after the polishing process. The head is mainly used. In addition, beyond the technical step of uniformly applying a uniform pressure on the surface of the wafer to evenly polish the film as a whole, a multi-zone division polishing method capable of variously adjusting the polishing profile of the wafer by applying locally different pressures to the surface of a single wafer Carrier head technology has been proposed.
도 1a 및 1b는 종래 기술에 따른 다중영역분할 연마식 멤브레인형 캐리어 헤드(H)의 구조 및 각 분할 챔버(C1)(C2)로 소정의 공기압(P1)(P2)이 부하되었을 때의 작동상태를 각각 개략적으로 도시한 것이다.1A and 1B show the structure of a multi-zone divided abrasive membrane-type carrier head H according to the prior art and an operating state when a predetermined air pressure P1 P2 is loaded into each division chamber C1 C2. Are schematically shown.
상기 캐리어 헤드(H)의 저면부에 설치되는 멤브레인(110)은, 도 1a에 도시된 바와 같이, 그 상면 쪽에 링형의 멤브레인 지지스템(120)이 일체로 형성되어 상기 멤브레인 지지스템(120)에 의해 내측 챔버(C1)와 외측 챔버(C2)가 각각 분리될 수 있도록 된 구조를 이루는 것으로서, 상기 멤브레인(110)의 상부 내측에 적층 설치되는 멤브레인 플레이트(11) 및 멤브레인 클램프(12)와, 그 외주를 감싸는 리테이너링(3)에 의해 고정되는 구조를 이루고 있다.As shown in FIG. 1A, the
상기의 캐리어 헤드(H)의 구조에 있어서, 중앙 공기통로(2) 및 외측 공기통로(24)를 통해 소정의 공기압(P1)(P2)이 각각 부하되면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 공기압 P1은 상기 내측 챔버(C1)에, 그리고 공기압 P2는 상기 외측 챔버(C2)에 각각 소정의 압력을 가하여 각각 팽창되고, 이때 상기 멤브레인 지지스템(120)은 상기 멤브레인 플레이트(11) 및 멤브레인 클램프(12)에 의해 상단부가 고정된 상태를 이뤄 상기 각 챔버(C1)(C2)의 팽창 정도에 맞게 변형되지 않으므로 상기 멤브레인 지지스템(120)의 하단부 외주를 따라 상기 내측 챔버(C1)와 외측 챔버(C2)의 경계부 간에 급격한 원형의 변곡점(121)을 형성하게 된다.In the structure of the carrier head H described above, when predetermined air pressures P1 and P2 are respectively loaded through the
이러한 변곡점(121)은 단일 웨이퍼의 표면에 소정의 영역분할 프로파일을 구현하기 위하여 국부적인 차등 압력부하에 의한 다중연마공정을 수행함에 있어서 악영향을 미치게 되는 바, 즉, 상기 변곡점(121) 부위에서 급격한 형상 및 압력 변화를 이룬 채 웨이퍼의 배면을 불안정하게 가압하게 됨으로써 영역분할 경계부에서의 연마속도 저하를 초래하여 이상연마현상이 발생하고, 이로 인하여 결국 반도체 생산수율을 저하시키게 되는 문제점이 있다.This
전술한 종래의 캐리어 헤드는 저면부에 결합된 멤브레인의 하면에 웨이퍼가 흡착되는데 웨이퍼의 고정을 위하여 간접 흡착 방식을 따르고 있다. 간접 흡착은 웨이퍼에 전달되는 챔버의 진공 압력이 멤브레인에 전달되는 압력에 비해 상대적으로 작기 때문에 웨이퍼의 흡착 오류를 일으킬 수 있으며, 이로 인하여 웨이퍼의 이동 과정이나 웨이퍼의 탈착 과정에서 캐리어 헤드로부터 웨이퍼가 떨어져 손상이 발생되기 쉽다. In the above-described conventional carrier head, the wafer is adsorbed to the lower surface of the membrane bonded to the bottom part, and follows the indirect adsorption method for fixing the wafer. Indirect adsorption can cause wafer adsorption errors because the vacuum pressure in the chamber delivered to the wafer is relatively small compared to the pressure delivered to the membrane, which causes the wafer to move away from the carrier head during wafer movement or wafer desorption. Damage is likely to occur.
한편, 캐리어 헤드에서 멤브레인의 고가의 부품에 해당하는 반면, 연마 과정에서 부분적으로 훼손되거나 연마 공정이 장기간 지속됨에 따라 더 이상 사용할 수 없는 소모성 부품이어서 정기적인 교체가 불가피하다. 멤브레인 클램프와의 결합을 위한 고정부나 다중영역분할 연마를 위한 격벽을 포함하는 복잡한 구조를 갖는 멤브레인의 교체는 캐리어 헤드의 구성 부품의 분해와 결합이 요구되어 캐리어 헤드의 수명을 떨어뜨리고 연마 공정의 효율을 저하시키는 요인이 되고 있다. On the other hand, while it corresponds to an expensive part of the membrane in the carrier head, it is a consumable part that is no longer usable as it is partially damaged in the polishing process or the polishing process lasts for a long time, so regular replacement is inevitable. Replacement of membranes with complex structures, including fixtures for engagement with membrane clamps or bulkheads for multi-zone split polishing, requires disassembly and coupling of the components of the carrier head, reducing the life of the carrier head and increasing the efficiency of the polishing process. It is a factor which lowers.
따라서, 소모된 멤브레인의 손쉬운 교체가 가능하고 교체 과정에서 캐리어 헤드의 구성 부품에 손상을 주지 않는 새로운 멤브레인이 요구된다.Thus, there is a need for a new membrane that allows easy replacement of the spent membrane and does not damage components of the carrier head during the replacement process.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼 흡착 및 탈착이 용이하고 연마 공정 효율이 뛰어난 캐리어 헤드를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under the above technical background, and an object of the present invention is to provide a carrier head which is easy to adsorb and desorb wafers and has excellent polishing process efficiency.
본 발명의 다른 목적은 멤브레인의 교체가 용이하고 다중분할연마가 가능한 새로운 캐리어 헤드를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a new carrier head which is easy to replace the membrane and is capable of multipart polishing.
본 발명의 또 다른 목적은 멤브레인의 정렬이 쉽고 견고한 밀착이 가능한 새로운 이중막 멤브레인을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a new double membrane membrane which is easy to align and firmly adheres to.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 웨이퍼 흡착면을 제공하는 멤브레인에 있어서, 상면에 환형 가압 돌기가 형성되어 있고 하면은 평탄하게 형성되며 중앙에 통과홀이 있는 상부 멤브레인과, 상기 상부 멤브레인의 하면에 밀착되며 웨이퍼 흡착면을 제공하는 하면은 평탄하게 형성되고 중앙에 통과홀이 있는 하부 멤브레인을 포함하는 캐리어 헤드의 이중막 멤브레인을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a membrane for providing a wafer adsorption surface of the carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, the upper surface is formed with an annular pressing projection, the lower surface is formed flat and the upper portion having a through hole in the center The lower surface of the membrane and the lower surface which is in close contact with the lower surface of the upper membrane and provides a wafer adsorption surface is provided to provide a double membrane membrane of the carrier head comprising a lower membrane is formed flat and has a through hole in the center.
상기 상부 멤브레인은 상면의 서로 다른 위치에 두 개의 환형 가압 돌기가 형성될 수 있다. 공기압이 멤브레인에 가해지면 환형 가압 돌기가 배치된 지점의 압력 상승으로 인하여 상부 멤브레인과 하부 멤브레인은 상호 밀착되고, 상부 멤브레인 하면과 하부 멤브레인 상면 사이에는 공기나 액체가 침투될 여지가 없으며, 실질적으로 두 멤브레인이 일체화된다. The upper membrane may be formed with two annular pressing protrusions at different positions on the upper surface. When air pressure is applied to the membrane, the pressure rises at the point where the annular pressure protrusion is disposed, the upper membrane and the lower membrane are in close contact with each other, and there is no room for air or liquid to penetrate between the lower and upper membrane surfaces. The membrane is integrated.
상기 하부 멤브레인은 상면에 상기 상부 멤브레인의 중앙 통과홀에 대응하는 위치에 환형 위치 고정 돌기가 더 형성될 수 있다. 위치 고정 돌기는 상부 멤브레인과 하부 멤브레인의 위치 정렬 기준을 제공하며, 웨이퍼의 연마 과정에서 상부 멤브레인과 하부 멤브레인 사이에 틈이 생기거나 상호 위치가 이격되는 것을 방지한다. The lower membrane may further have an annular position fixing protrusion at a position corresponding to the central passage hole of the upper membrane. The positioning protrusions provide a reference for aligning the upper membrane and the lower membrane, and prevent gaps or spaced positions between the upper membrane and the lower membrane during polishing of the wafer.
또한, 상기 하부 멤브레인 에지 부분은 수직 날개가 있고, 이 수직 날개의 내면에는 하방으로 수용홈을 제공하는 돌출부가 형성될 수 있다. 이에 따라, 별도의 복잡한 결합 기구나 접착층을 사용하지 않고도 상부 멤브레인과 하부 멤브레인의 견고한 밀착이 가능하다. In addition, the lower membrane edge portion has a vertical wing, the inner surface of the vertical wing may be formed with a protrusion for providing a receiving groove downward. This enables a firm contact between the upper membrane and the lower membrane without the use of separate complex coupling mechanisms or adhesive layers.
본 발명은 또한, 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 웨이퍼 흡착면을 제공하는 멤브레인에 있어서, 상면에 복수의 압력 인가 구획을 제공하는 격벽이 형성되어 있고, 하면은 평탄하게 형성된 상부 멤브레인과, 상기 상부 멤브레인의 하면에 밀착되며 웨이퍼 흡착면을 제공하는 하면은 평탄하게 형성된 하부 멤브레인을 포함하며, 상기 하부 멤브레인 에지 부분은 수직 날개가 있고, 이 수직 날개의 내면에는 하방으로 수용홈을 제공하는 돌출부가 형성되어 있는 캐리어 헤드의 이중막 멤브레인을 제공한다.The present invention also provides a membrane for providing a wafer adsorption surface of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, wherein a partition wall is provided on the upper surface to provide a plurality of pressure application sections, and the upper surface of the membrane has a flat surface formed thereon, and The lower surface, which is in close contact with the lower surface of the membrane and provides a wafer adsorption surface, includes a lower membrane formed flat, wherein the lower membrane edge portion has a vertical wing, and an inner surface of the vertical wing has a protrusion for providing a receiving groove downward. It provides a double membrane membrane of the carrier head.
이에 따라 상부 멤브레인에 가해지는 공기압을 다중 영역으로 분할하여 다양한 프로파일의 연마가 가능하게 되며, 이 과정에서 각 영역간의 경계부에서 압력 차에 따른 급격한 변화를 하부 멤브레인이 완화시켜 전체적인 연마 공정의 효율을 향상시킨다.Accordingly, by dividing the air pressure applied to the upper membrane into multiple regions, polishing of various profiles is possible.In this process, the lower membrane relaxes abrupt changes due to the pressure difference at the boundary between the regions, improving the efficiency of the overall polishing process. Let's do it.
본 발명에 따르면, 직접 흡착 방식의 캐리어 헤드의 멤브레인을 이중막으로 구성함으로써 멤브레인의 내구성을 증진시키며, 멤브레인에 가해지는 공기압을 다중 영역으로 분할하여 효과적인 연마 공정을 수행할 수 있다. 이중막을 구성하는 상부 멤브레인과 하부 멤브레인은 별도의 결합 수단 없이도 정확한 위치에 정렬시킬 수 있고, 연마 과정에서는 두 멤브레인이 견고하게 밀착되어 접착면에 이 물질의 침투가 방지된다. According to the present invention, by constructing the membrane of the carrier head of the direct adsorption method into a double membrane to improve the durability of the membrane, it is possible to perform an effective polishing process by dividing the air pressure applied to the membrane into multiple regions. The upper membrane and the lower membrane constituting the double membrane can be aligned in the correct position without a separate joining means. In the polishing process, the two membranes are firmly adhered to prevent penetration of the material into the adhesive surface.
또한, 장기간 캐리어 헤드를 사용함에 따라 마모 내지 손상이 발생하기 쉬운 멤브레인은 정기적인 교체가 요구되는데 이 경우, 웨이퍼와 맞닿는 하부 멤브레인만 교체하고 상부 멤브레인은 그대로 사용함으로써 멤브레인의 교체에 따른 재료비를 크게 줄일 수 있다. In addition, the membrane that is prone to wear or damage due to long-term use of the carrier head requires periodic replacement. In this case, only the lower membrane which contacts the wafer and the upper membrane are used as it is, thereby greatly reducing the material cost of replacing the membrane. Can be.
도 1a 및 1b는 종래의 캐리어 헤드를 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 캐리어 헤드를 보인 반단면도.
도 3은 본 발명의 캐리어 헤드의 이중막 멤브레인을 보인 단면도.
도 4는 본 발명의 상부 멤브레인을 보인 단면도.
도 5는 본 발명의 하부 멤브레인을 보인 단면도.
도 6a 및 6b는 상부 멤브레인과 하부 멤브레인의 결합 상태를 보인 단면도.
도 7a 및 7b는 도 6b의 A 부분 및 B 부분 확대도.
도 8은 상부 멤브레인에 제공되는 다중분할 챔버를 보인 단면도.
도 9는 상부 멤브레인의 가압돌기에 작용하는 힘을 보인 모식도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
200:캐리어 헤드 210:하부 멤브레인
218:위치 고정 돌기 220:상부 멤브레인
221,223:격벽 225,226:가압 돌기
1A and 1B are cross-sectional views showing a conventional carrier head.
Figure 2 is a half sectional view showing a carrier head of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing a double membrane membrane of the carrier head of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing an upper membrane of the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a lower membrane of the present invention.
6a and 6b are cross-sectional views showing the coupling state of the upper membrane and the lower membrane.
7A and 7B are enlarged portions A and B of FIG. 6B;
8 is a cross-sectional view illustrating a multiparting chamber provided on an upper membrane.
Figure 9 is a schematic diagram showing the force acting on the pressing projection of the upper membrane.
DESCRIPTION OF THE REFERENCE SYMBOLS
200: carrier head 210: lower membrane
218: position fixing projection 220: upper membrane
221,223: bulkhead 225,226: pressure projection
본 발명의 일실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(200)는 도 2의 반단면도에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. Carrier head 200 for a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention has a structure as shown in the cross-sectional view of FIG.
캐리어 헤드는 덮개 또는 하우징 내부에 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하는 구동체(202)를 포함하며, 하부면에는 리테이너링(206) 안쪽으로 웨이퍼(10) 흡착면을 제공하는 멤브레인이 배치된다. 이 멤브레인은 캐리어 헤드 내에서 공기압을 직접 전달받는 상부 멤브레인(220)과, 상부 멤브레인과 밀착되어 간접적으로 압력을 인가받으며 웨이퍼 흡착면을 제공하는 하부 멤브레인(210)을 포함한다. The carrier head includes a
하부 멤브레인과 상부 멤브레인은 각각 캐리어 헤드 내의 다른 부품, 예를 들어 멤브레인 홀더(206)에 고정될 수 있다. The lower membrane and the upper membrane may each be secured to another component in the carrier head, for example the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이중막 멤브레인을 구성하는 상부 멤브레인(220)과 하부 멤브레인(210)의 단면 구조를 보인 것이다. 3 shows a cross-sectional structure of the
상부 멤브레인(220)은 평면적으로 볼 때 얇은 디스크 타입의 구조체로서 중앙에는 웨이퍼의 흡착을 위해 공기압이 가해지는 통과홀(220h)이 형성되어 있다. 하부 멤브레인(210) 역시 평면적으로 볼 때 얇은 디스크 타입의 구조체로서 중앙에는 웨이퍼의 흡착을 위해 공기압이 가해지는 통과홀(210h)이 형성되어 있고 이 통과홀(210h)은 상부 멤브레인의 통과홀(220h) 보다 직경이 작게 형성되어 있다. 이 중앙부에 형성된 통과홀(210h, 220h)을 통해 직접 진공으로 웨이퍼(10)를 파지하거나 파지상태를 해제한다. The
본 발명의 이중막 멤브레인은 중앙의 통과홀을 통해 공기압을 가하여 웨이퍼를 직접적으로 흡착함으로써 작은 압력으로도 웨이퍼의 흡착이 가능하며 웨이퍼 연마 시 웨이퍼 연마면에 균일한 압력을 전달하여 연마 품질을 향상시킬 수 있다. The double membrane membrane of the present invention is capable of adsorbing the wafer at a small pressure by directly adsorbing the wafer by applying air pressure through a through hole in the center and improving the polishing quality by transferring a uniform pressure to the wafer polishing surface during wafer polishing. Can be.
본 발명의 다른 실시예에서, 이중막 멤브레인을 구성하는 상부 멤브레인과 하부 멤브레인은 중앙의 통과홀을 포함하지 않을 수도 있다. In another embodiment of the present invention, the upper membrane and the lower membrane constituting the double membrane membrane may not include a central through hole.
상부 멤브레인(220)과 하부 멤브레인(210)은 실리콘 고무와 같은 가요성 또는 탄성 재질의 물질로 제조할 수 있으며, 동일 재료 또는 이종 재료로 각각의 멤브레인을 제조할 수도 있다. 상부 멤브레인과 하부 멤브레인은 얇게 형성되는 반면 가혹한 연마 공정에서 내구성을 유지하기 위하여 높은 경도가 요구되며, 각 멤브레인의 경도는 SHORE A 40 ~ 50의 범위인 것이 바람직하다.The
상부 멤브레인과 하부 멤브레인은 상부 멤브레인 하면이 하부 멤브레인의 상면에 밀착된 상태로 이중막 멤브레인을 구성하며, 상호간의 결합 및 위치 고정을 위하여 별도의 결합 수단을 구비할 수 있다. 하부 멤브레인은 상부 멤브레인을 수용하기 위하여 전체 길이가 상부 멤브레인 보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. The upper membrane and the lower membrane constitute a double membrane membrane with the lower surface of the upper membrane closely attached to the upper surface of the lower membrane, and may have separate coupling means for coupling and positioning of the two membranes. The lower membrane is preferably formed to have a larger overall length than the upper membrane to accommodate the upper membrane.
본 발명에 있어서, 캐리어 헤드의 멤브레인을 상부 멤브레인과 하부 멤브레인의 이중막으로 구성하기 때문에 각각의 상부 멤브레인과 하부 멤브레인은 단일막의 멤브레인에 비하여 두께를 크게 낮추는 것이 가능하다. 이 경우, 연마 과정에서 주로 손상을 입기 쉬운 하부 멤브레인만을 교체할 수 있어 재료비를 절감할 수 있고, 멤브레인 교체 작업이 용이하며 교체 시간도 상당히 줄일 수 있다. In the present invention, since the membrane of the carrier head is constituted by the double membrane of the upper membrane and the lower membrane, each of the upper membrane and the lower membrane can be made significantly lower in thickness than the membrane of the single membrane. In this case, it is possible to replace only the lower membrane which is mainly damaged during the polishing process, which can reduce material costs, facilitate membrane replacement, and significantly reduce the replacement time.
본 발명에 따른 이중막 멤브레인에서 상부 멤브레인은 캐리어 헤드 내의 공기 통로를 통해 전달되는 공기압이 직접적으로 가해지며, 하부 멤브레인은 상부 멤브레인을 통하여 간접적으로 공기압을 전달받아 웨이퍼에 압력을 가하는 한편, 공기압에 의해 웨이퍼를 흡착하는 표면을 제공한다. In the double membrane membrane according to the present invention, the upper membrane is directly subjected to air pressure transmitted through an air passage in the carrier head, and the lower membrane is indirectly supplied with air pressure through the upper membrane to pressurize the wafer, while Provide a surface to adsorb the wafer.
상부 멤브레인과 하부 멤브레인은 각각 별도의 수단에 의하여 캐리어 헤드 내부의 다른 부품들에 클램핑될 수 있고, 이와 달리 상부 멤브레인이 하부 멤브레인 상면에 안착된 상태에서 하부 멤브레인만을 클램핑시킬 수도 있다. The upper membrane and the lower membrane may each be clamped to the other parts inside the carrier head by separate means, or alternatively they may clamp only the lower membrane with the upper membrane seated on the lower membrane upper surface.
이하에서는 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 이중막 멤브레인을 보다 자세하게 설명하며, 전체적으로 대칭인 멤브레인 단면의 1/2에 해당하는 부분 단면도가 도시된다.Hereinafter, the bilayer membrane of the present invention will be described in more detail through specific examples, and a partial cross-sectional view corresponding to one-half of the symmetrical membrane cross section is shown.
도 4는 상부 멤브레인을 도시한 것으로, 멤브레인 상면(221a)에는 복수의 수직 격벽(222, 223)이 형성되어 있고, 하면(221b)은 평탄하게 형성되어 있다. 상기 격벽(222, 223)은 멤브레인에 가해지는 공기압을 여러 영역으로 분할하고 각각의 영역에 대해 서로 다른 공기압을 전달할 수 있는 다중영역 분할 연마를 가능하게 한다. 격벽의 수와 크기 및 위치는 연마 공정과 관련하여 다양하게 변화될 수 있다. 격벽의 끝단에는 수평적으로 연장되는 날개부(224)가 더 형성되어 캐리어 헤드 내의 다른 부품과 상부 멤브레인을 클램핑시킬 수 있다. 격벽의 두께는 공기압에 대해 충분히 견딜 수 있는 물리적인 지지력을 확보하기 위하여 상부 멤브레인 두께 보다 크게 형성될 수 있다. 4 illustrates an upper membrane. A plurality of
상부 멤브레인 상면에는 또한 가압돌기(225, 226)가 형성된다. 이 가압돌기(225, 226)는 평면적으로 볼 때 환(環)상의 구조물로 멤브레인과 일체적으로 형성되며, 상부 멤브레인에 전달되는 공기압이 가해지는 면적을 국부적으로 크게 하며, 이에 대해서는 후술한다. 가압돌기는 상부 멤브레인 상면에 적어도 두 곳에 형성되는 것이 바람직하며, 상부 멤브레인의 중앙 통과홀 근처(226에 해당)와 에지 근처(225에 해당)에 각각 형성함으로써 상부 멤브레인과 하부 멤브레인의 견고한 밀착을 유도할 수 있다. 둘 이상의 가압돌기는 상부 멤브레인 상면에서 실질적으로 동심원상에 배치될 수 있다.Pressing
한편, 도시되지 않았으나 상부 멤브레인 상면에는 다수의 엠보싱이 형성될 수 있다. 이러한 엠보싱은 얇은 막인 상부 멤브레인을 다루기에 용이할 뿐만 아니라, 상부 멤브레인에 가해지는 공기압을 보다 균일하게 분포시킬 수 있다.Meanwhile, although not shown, a plurality of embossing may be formed on the upper membrane upper surface. This embossing is not only easy to handle the upper membrane, which is a thin membrane, but also more evenly distributes the air pressure applied to the upper membrane.
도 5는 하부 멤브레인을 도시한 것으로, 상부 멤브레인이 안착되는 표면을 제공하는 멤브레인 상면(211a)은 평탄하게 형성되어 있고, 캐리어 헤드 내의 다른 부품과 클램핑이 가능하도록 중앙 통과홀 부분과 에지 부분에는 각각 수직 날개(212, 213)가 일체적으로 형성되어 있다. 웨이퍼의 흡착면을 제공하는 멤브레인 하면(211b)은 평탄하게 형성된다. FIG. 5 shows the lower membrane, wherein the membrane
하부 멤브레인은 웨이퍼와 직접 맞닿아 웨이퍼를 흡착할 뿐만 아니라 웨이퍼 연마 과정에서 화학적 물리적 손상을 받기 쉽기 때문에 하부 멤브레인의 두께는 상부 멤브레인 보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. Since the lower membrane is in direct contact with the wafer to adsorb the wafer and is susceptible to chemical and physical damage during wafer polishing, the thickness of the lower membrane is preferably greater than that of the upper membrane.
하부 멤브레인의 에지 부분 수직 날개(213) 근처에는 하방에 수용홈(216)을 제공하는 돌출부(215)가 형성되어 있고, 이 수용홈에는 상부 멤브레인의 끝단이 삽입될 수 있다. 또한, 하부 멤브레인 상면의 중앙 통과홀의 수직 날개(212) 근처에는 환형 위치고정돌기(218)가 형성될 수 있다. 이 위치고정돌기는 상부 멤브레인이 하부 멤브레인에 안착될 때 상부 멤브레인의 중앙 통과홀과 실질적으로 동일한 위치에 형성되어 상부 멤브레인의 위치를 고정시킨다. A protruding
상부 멤브레인이 하부 멤브레인 상면에 안착되는 과정을 도 6a에 모식적으로 도시하였다. 상부 멤브레인의 끝단은 하부 멤브레인의 돌출부(215) 하방으로 삽입되며, 상부 멤브레인 중앙 통과홀은 하부 멤브레인의 위치고정돌기(218)에 끼워진다. The process of seating the upper membrane on the upper surface of the lower membrane is schematically illustrated in Figure 6a. An end of the upper membrane is inserted below the
결합된 상부 멤브레인과 하부 멤브레인은 도 6b에 도시한 바와 같다. 상부 멤브레인의 중앙 통과홀 부분(A)의 결합 상태를 도 7a의 확대도에 도시하였고, 상부 멤브레인 에지 부분(B)의 결합 상태를 도 7b의 확대도에 도시하였다. 이와 같이, 상부 멤브리엔과 하부 멤브레인이 끼움 결합에 의하여 상호 밀착됨으로써 본 발명에 따른 이중막 멤브레인이 완성된다. 이 과정에서 별도의 접착제나 결합 수단이 필요하지 않으며, 따라서, 연마 공정이 완료된 후에 하부 멤브레인과 상부 멤브레인을 쉽게 분리할 수 있다. 연마 과정에서는 상부 멤브레인에 가해지는 공기압으로 인하여 상부멤브레인과 하부 멤브레인은 실질적으로 일체화되고 접촉면에 공기나 액체가 침투되기 어렵다. The combined upper and lower membranes are as shown in Figure 6b. The engagement state of the central passage hole portion A of the upper membrane is shown in the enlarged view of FIG. 7A, and the engagement state of the upper membrane edge portion B is shown in the enlarged view of FIG. 7B. As such, the double membrane membrane according to the present invention is completed by the upper membrane and the lower membrane are in close contact with each other by fitting coupling. There is no need for a separate adhesive or bonding means in this process, so that the lower membrane and the upper membrane can be easily separated after the polishing process is completed. In the polishing process, the upper membrane and the lower membrane are substantially integrated due to the air pressure applied to the upper membrane, and it is difficult for air or liquid to penetrate the contact surface.
도 8은 본 발명의 이중막 멤브레인이 제공하는 복수의 공기압 챔버를 도시하고 있다. 상부 멤브레인의 수직 격벽에 의하여 멤브레인에 여러 영역의 챔버(C1 ~ C5)가 존재하게 되며, 각각의 챔버에는 서로 다른 압력의 공기압이 인가될 수 있다. 상기 각 챔버의 내부로 적정의 공기압을 공급하여 웨이퍼의 배면에 간접 압력을 가함으로써 정교한 다중 분할 연마가 가능하다. 복수의 챔버를 제공하는 수직 격벽은 평면적으로 볼 때 환형 구조로 형성되며, 각각의 격벽은 상부 멤브레인에서 실질적으로 동심원상으로 배치될 수 있다. Figure 8 illustrates a plurality of pneumatic chambers provided by the bilayer membrane of the present invention. The chambers C1 to C5 of various regions exist in the membrane by the vertical partition wall of the upper membrane, and air pressures having different pressures may be applied to the respective chambers. Sophisticated multi-division polishing is possible by supplying an appropriate air pressure into each of the chambers and applying an indirect pressure to the back surface of the wafer. The vertical bulkheads providing the plurality of chambers are formed in an annular structure in plan view, each partition wall being arranged substantially concentrically in the upper membrane.
한편, 복수의 챔버를 제공하는 상부 멤브레인은 하면에 하부 멤브레인이 밀착됨으로써 연마 공정 중 각각의 챔버에 가해지는 공기압에 따른 영역분할 연마 프로파일의 경계부에서 급격한 변곡점이 형성되는 것을 크게 완화시킨다. 따라서, 챔버 경계부에서 연마 속도 변화 등으로 인한 이상연마현상을 해소하여 원하는 연마 프로파일을 원활히 구현할 수 있고, 모든 영역에 대해 연마 속도를 안정적으로 유지할 수 있다.On the other hand, the upper membrane providing the plurality of chambers greatly reduces the formation of a sharp inflection point at the boundary of the region-divided polishing profile according to the air pressure applied to each chamber during the polishing process by bringing the lower membrane into close contact with the lower surface. Therefore, it is possible to smoothly implement the desired polishing profile by eliminating the abnormal polishing phenomenon due to the change of the polishing rate at the chamber boundary, and to maintain the polishing rate stably for all regions.
연마 과정에서 상부 멤브레인과 하부 멤브레인의 접촉면에는 공기나 연마 슬러리 등의 액체가 침투되지 않도록 견고한 밀착이 필요하다. 본 발명에서는 상부 멤브레인에 형성된 환형 가압돌기가 국부적으로 더 큰 힘을 하부 멤브레인에 작용시킴으로써 이 물질의 침투를 원천적으로 방지한다. In the polishing process, the contact surface between the upper membrane and the lower membrane needs to be firmly adhered to prevent penetration of liquid such as air or polishing slurry. In the present invention, the annular pressurization formed on the upper membrane exerts a locally larger force on the lower membrane to prevent the penetration of this material.
도 9를 참조하면, 상부 멤브레인(220)과 하부 멤브레인(210)이 이중막을 구성하는 상태에서 공기압(P)이 상부 멤브레인에 가해지는 과정을 모식적으로 도시하고 있다. 가압돌기는 상부 멤브레인의 상면 위로 돌출되어 다른 부분과 비교할 때 더 큰 표면적을 제공하고 있다. 따라서, 동일한 압력이 상부 멤브레인에 가해질 때 하부 멤브레인에 전달되는 압력은 가압돌기가 위치한 영역(X)이 다른 곳(N) 보다 크게 작용한다. 그 결과, 가압돌기가 형성된 부분에서 상부 멤브레인과 하부 멤브레인 사이에 더욱 큰 밀착력이 발생하게 되며, 상부 멤브레인과 하부 멤브레인의 접착면에는 다른 이물질이나 공기가 침투될 여지가 없다. 반면, 상부 멤브레인과 하부 멤브레인은 마주보는 표면 간의 접착층이 존재하지 않기 때문에 상부 멤브레인 표면으로 가해지는 공기압이 제거되면 각각 독립적인 멤브레인으로 쉽게 분리할 수 있다. Referring to FIG. 9, a process in which the air pressure P is applied to the upper membrane in a state where the
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. 예를 들어, 하부 멤브레인 에지 부분은 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 그 사이 틈새에 상부 멤브레인이 끼워지는 구성을 예로 들었지만, 상부 멤브레인의 끝단이 절곡되어 하부 멤브레인의 에지 부분과 맞닿는 형태 등 다양하게 변경될 수 있다.The present invention has been exemplarily described through the preferred embodiments, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various forms within the scope of the technical idea presented in the present invention, specifically, the claims. May be modified, changed, or improved. For example, the lower membrane edge portion may be formed in various forms, and the configuration in which the upper membrane is fitted in the gap therebetween has been exemplified, but various modifications such as the end of the upper membrane being bent to contact the edge portion of the lower membrane Can be.
Claims (15)
상면에 환형 가압 돌기가 형성되어 있고 하면은 평탄하게 형성되며 중앙에 통과홀이 있는 상부 멤브레인과,
상기 상부 멤브레인의 하면에 밀착되며 웨이퍼 흡착면을 제공하는 하면은 평탄하게 형성되고 중앙에 통과홀이 있는 하부 멤브레인을 포함하는
캐리어 헤드의 이중막 멤브레인.A membrane providing a wafer adsorptive surface of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, the membrane comprising:
An upper membrane having an annular pressing protrusion formed on an upper surface thereof, and a lower surface thereof being flattened and having a through hole in the center thereof;
The lower surface closely contacting the lower surface of the upper membrane and providing the wafer adsorption surface includes a lower membrane that is flat and has a through hole in the center thereof.
Double membrane membrane of the carrier head.
상면에 복수의 압력 인가 구획을 제공하는 격벽이 형성되어 있고, 하면은 평탄하게 형성된 상부 멤브레인과,
상기 상부 멤브레인의 하면에 밀착되며 웨이퍼 흡착면을 제공하는 하면은 평탄하게 형성된 하부 멤브레인을 포함하며,
상기 하부 멤브레인 에지 부분은 수직 날개가 있고, 이 수직 날개의 내면에는 하방으로 수용홈을 제공하는 돌출부가 형성되어 있는
화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.A membrane providing a wafer adsorptive surface of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, the membrane comprising:
A partition wall is formed on the upper surface to provide a plurality of pressure application sections, and the lower surface is formed with a flat upper membrane;
The lower surface closely contacting the lower surface of the upper membrane and providing the wafer adsorption surface includes a lower membrane formed flat;
The lower membrane edge portion has a vertical vane, and an inner surface of the vertical vane has a protrusion for providing a receiving groove downward.
Carrier head of chemical mechanical polishing device.
15. The carrier head of claim 13, wherein a vacuum for directly holding a wafer is applied to the through hole penetrating the center of the lower membrane and the upper membrane.
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