KR102536196B1 - retainer ring for chemical polishing device head wafer polishing head with the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨이퍼 표면을 평탄화하는 장비인 화학연마장치 헤드에 사용되는 리테이너링에 대한 것이며, 구체적으로는 리테이너 링 내부에 내마모성 소재로 된 부재를 구비하도록 하여 웨이퍼와 패드 사이의 깊이(포켓 깊이, pocket depth)를 일정하게 유지하도록 하는 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a retainer ring used in a chemical polishing device head, which is a device for flattening a wafer surface. It is about a technology that keeps the depth) constant.
집적 회로는 일반적으로 도체, 반도체 또는 절연층을 연속 증착함으로써 기판, 특히 실리콘 웨이퍼 상에 형성된다. 각 층이 증착된 이후에, 층은 회로 특성이 발생되도록 에칭된다. 일련의 층들이 연속적으로 증착되고 에칭됨에 따라, 기판의 외부 또는 최상층 표면, 즉 기판의 노출면은 점차 비평면화된다. 이와 같이 비평면인 외부면은 집적 회로 제조자에게 문제가 된다. 기판 외부면이 평면이 아니면, 그 위에 놓이는 포토레지스트 층도 평면이 아니다. Integrated circuits are generally formed on a substrate, particularly a silicon wafer, by successive deposition of conductive, semiconductor or insulating layers. After each layer is deposited, the layer is etched to develop circuit features. As successive layers are deposited and etched, the outer or uppermost surface of the substrate, i.e., the exposed surface of the substrate, becomes increasingly non-planar. These non-planar exterior surfaces are problematic for integrated circuit manufacturers. If the outer surface of the substrate is non-planar, then the photoresist layer overlying it is also non-planar.
포토레지스트 층은 일반적으로 포토레지스트 상에 광 화상을 집중시키는 포토리소그래피 장치(photolithographic devices)에 의해 패턴화된다. 기판의 외부면이 너무 울퉁불퉁하면, 외부면의 피크와 골 사이의 최대 높이 차이는 화상 장치의 포커스 깊이를 초과할 것이며, 기판 외부면에 광 화상을 적절하게 집중시킬 수 없다. 포커스 깊이가 개선된 새로운 포토리소그래피 장치를 설계하는 것은 상당히 비싼 작업이다. 또 집적회로 내에 이용되는 최소배선폭이 더 작아짐에 따라, 보다 단거리의 광 파장이 이용되어야 하며, 이로 인해 이용 가능한 포커스 깊이는 더욱 축소된다. 따라서 실질적인 평면 층 표면을 제공하기 위해 기판 표면을 주기적으로 평탄하게 할 필요가 있다.The photoresist layer is typically patterned by photolithographic devices that focus an image of light onto the photoresist. If the outer surface of the substrate is too rough, the maximum height difference between peaks and valleys of the outer surface will exceed the focus depth of the imaging device, and the light image cannot be properly focused on the outer surface of the substrate. Designing a new photolithography device with improved depth of focus is a fairly expensive task. Also, as the minimum wiring width used in integrated circuits becomes smaller, shorter wavelengths of light must be used, which further reduces the usable depth of focus. It is therefore necessary to periodically planarize the substrate surface to provide a substantially planar layer surface.
화학 기계식 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하 CMP)는 평탄화의 한가지 방법으로서, 상기 화학 기계식 연마는 평탄화시키고자 하는 대상 웨이퍼(기판)가 연마 헤드에 장착되는데, 상기 기판의 연마 헤드 장착은 연마 헤드의 하부면에 장착된 가용성 박막으로서의 멤브레인과 기판의 접촉에 의하여 수행된다. 이후 멤브레인과 접촉함으로써 헤드에 장착된 기판은 멤브레인과의 접촉면에 대향하는 면이 회전하는 연마 패드에 접촉하게 된다. 이때 헤드는 연마 패드에 대해 기판을 가압하게 되며, 또한 헤드는 기판과 연마패드 사이에서 추가의 이동을 제공하도록 회전한다. 연마제 및 적어도 하나의 화학 반응제를 포함하는 연마 슬러리는 연마 패드 상에 분포되어 패드와 기판 사이 계면에서 연마 화학 용액을 제공한다. 이러한 CMP 공정은 상당히 복잡하며, 단순 습식 샌딩(wet sanding)과는 다르다. CMP 공정에서, 슬러리 내의 반응제는 반응 사이트를 형성하기 위해 기판의 외부면과 반응한다. 반응 장소를 갖는 연마 패드와 연마 입자의 상호 작용에 의해 연마가 이루어진다.Chemical Mechanical Polishing (CMP) is one method of planarization. In the chemical mechanical polishing, a target wafer (substrate) to be planarized is mounted on a polishing head. It is carried out by contacting the substrate with the membrane as a soluble thin film mounted on the surface. Thereafter, by contacting the membrane, the surface of the substrate mounted on the head comes into contact with the rotating polishing pad, which is opposite to the contact surface with the membrane. The head then presses the substrate against the polishing pad, and the head rotates to provide additional movement between the substrate and the polishing pad. A polishing slurry comprising an abrasive and at least one chemical reagent is distributed over the polishing pad to provide a polishing chemical solution at the interface between the pad and the substrate. This CMP process is quite complex and differs from simple wet sanding. In the CMP process, reactants in the slurry react with the outer surface of the substrate to form reaction sites. Polishing is achieved by the interaction of the abrasive particles with the polishing pad having a reaction site.
특히, CMP 공정 상에서 연마 속도, 마무리 정도 및 편평도는 패드 및 슬러리 조합, 기판과 패드 사이의 상대 속도, 및 패드에 대해 기판을 누르는 힘에 의해 결정된다. 편평도 및 마무리 정도가 불충분하면 기판은 결함이 있게 되므로, 연마 패드와 슬러리의 조합은 필요한 마무리 정도 및 편평도에 의해 선택된다. 이러한 조건 하에서, 연마속도에 의해 연마 장치의 최대 작업처리량이 정해진다. 연마 속도는 기판이 패드에 대해 압축되는 힘에 따라 달라진다. 특히, 이러한 힘이 커질수록, 연마 속도도 더 빨라진다. 캐리어 헤드가 불균일한 하중을 가한다면, 즉 캐리어 헤드가 기판의 한 영역에서만 더욱 큰 힘을 받게 된다면, 고압의 영역은 저압의 영역보다 더 신속하게 연마될 것이다. 따라서 하중이 불균일하면 기판은 불균일하게 연마될 것이다. 또환 CMP 공정의 한 가지 문제는 종종 기판의 엣지가 기판 중심과는 다른 속도(일반적으로 더 빠르고, 가끔씩 더 느린)로 연마되는 것이다. In particular, the polishing rate, finish and flatness in a CMP process are determined by the pad and slurry combination, the relative speed between the substrate and the pad, and the force pressing the substrate against the pad. Since the substrate is defective if the flatness and finish are insufficient, the combination of the polishing pad and the slurry is selected according to the required finish and flatness. Under these conditions, the maximum throughput of the polishing machine is determined by the polishing rate. The polishing rate depends on the force with which the substrate is compressed against the pad. In particular, the greater this force, the faster the polishing rate. If the carrier head applies a non-uniform load, i.e., if the carrier head is subjected to a greater force in only one area of the substrate, areas of high pressure will be polished more quickly than areas of lower pressure. Therefore, if the load is non-uniform, the substrate will be polished non-uniformly. Another problem with CMP processes is that often the edge of the substrate is polished at a different rate than the center of the substrate (usually faster, sometimes slower).
"엣지 효과(edge effect)"로 불리는 이 문제는 하중이 기판에 균일하게 적용되는 경우에도 발생한다. 엣지 효과는 기판의 주변부, 예를 들어 기판의 최외곽 5 내지 10 mm에서 일반적으로 발생하는데, 이러한 엣지 효과는 기판의 전체 편평도를 감소시키고, 기판의 주변부를 집적 회로 내에서 이용하기에 부적합하게 하며, 수율을 감소시킨다.This problem, called "edge effect", occurs even when the load is applied uniformly to the substrate. Edge effects commonly occur at the periphery of the substrate, for example in the outermost 5 to 10 mm of the substrate, which reduces the overall flatness of the substrate and renders the periphery of the substrate unsuitable for use in integrated circuits. , reducing the yield.
본 발명의 캐리어헤드가 CMP 장치에 대한 설명은 미국 특허 제 5,738,574호에서 찾아 볼 수 있으며 캐리어 헤드(100)에 대한 설명은 미국 공보 제 2008/0119119호에서 찾아볼 수 있으며, 이들 전체 설명은 본 발명에 참조가 되며, 전체적으로 본 발명과 중첩되는 부분은 이하 생략한다.A description of the carrier head CMP device of the present invention can be found in U.S. Patent No. 5,738,574 and a description of the
또한 웨이퍼에 압력을 가하는 경우 웨이퍼에 압력을 인가하는 탄성 재질의 멤브레인은 엣지 부분에서 과도하게 연마가 되는 문제가 있다. 특히 웨이퍼와 패드 사이의 깊이(포켓 깊이)가 불균일해지는 문제로 인하여 문제가 발생한다. 예를 들어 포켓 깊이가 높은 경우에는 웨이퍼 엣지가 덜 연마 되고, 포켓 깊이가 낮은 경우에는 웨이퍼 엣지가 더 강하게 연마되는 등의 문제가 있다.In addition, when pressure is applied to the wafer, the membrane made of an elastic material that applies pressure to the wafer has a problem of excessive polishing at the edge portion. In particular, a problem arises due to a problem in which the depth (pocket depth) between the wafer and the pad becomes non-uniform. For example, when the pocket depth is high, the wafer edge is less polished, and when the pocket depth is low, the wafer edge is polished more strongly.
그리고, 종래 기술의 경우 리테이너 링으로 연성재질의 리테이너링을 사용하고 있는데, 이 경우 웨이퍼와 패드간의 간격인 포켓 깊이가 연마가 진행됨에 따라 감소하는 문제가 발생한다. And, in the case of the prior art, a retainer ring made of a soft material is used as a retainer ring, but in this case, a pocket depth, which is a gap between a wafer and a pad, decreases as polishing progresses.
도 1과 도 2는 종래기술에 따른 웨이퍼 연마용 헤드의 일부를 개념적으로 도시한 것이며, 도 1은 연마 작업 초기의 상태를 도시한 것이며, 도 2는 연마 작업 말기의 상태를 도시한 것이다. 1 and 2 conceptually show a part of a wafer polishing head according to the prior art, FIG. 1 shows a polishing operation initial state, and FIG. 2 shows a polishing operation final state.
화학연마용 헤드는 위 선행특허 등에서도 개시되어 있는 바와 같이, 회전운동하는 구동부에 연결되는 중공 형상의 헤드 바디를 가지며, 상기 헤드의 하부에는 연마 패드(P) 상에서 회전하는 웨이퍼(W)의 외주면을 고정하기 위한 리테이너링(R)과 상기 웨이퍼(W)와 접촉하여 웨이퍼에 압력을 인가하기 위한 탄성 소재의 멤브레인(M)과 헤드 내에서 상기 멤브레인을 상기 헤드 상에 결속하는 척 플레이트(C) 등을 구비하고 있다. 그리고, 상기 멤브레인(M)을 웨이퍼를 향하는 방향으로 가압하기 위해 공기 압력을 가하는 멤브레인존(MZ) 등의 구성을 포함한다.As disclosed in the above prior patents, the chemical polishing head has a hollow head body connected to a driving unit that rotates, and the outer circumferential surface of the wafer (W) rotating on the polishing pad (P) is located below the head. A retainer ring (R) for fixing the wafer (W) and a membrane (M) made of an elastic material for applying pressure to the wafer (W) and a chuck plate (C) for binding the membrane on the head within the head. etc. are provided. And, it includes a configuration such as a membrane zone (MZ) for applying air pressure to press the membrane (M) in the direction toward the wafer.
도 1과 도 2를 보면 연마 작업 초기의 포켓 깊이(Pd-1)보다 연마 작업 말기의 포켓 깊이(Pd-2)가 감소한 것을 알 수 있다. 이렇게 포켓 깊이가 감소하는 것은 연마 작업이 진행됨에 따라 연마 패드(P)와 접촉하여 회전하는 리테이너링(R)이 전체적으로 연성재질로 이루어지기 때문에 연마 작업 과정에서 연마 패드와 접촉으로 마소가 되기 때문이다.1 and 2, it can be seen that the pocket depth (Pd-2) at the end of the polishing operation is reduced compared to the pocket depth (Pd-1) at the beginning of the polishing operation. The decrease in the pocket depth is because the retainer ring (R), which rotates in contact with the polishing pad (P) as the polishing process progresses, is entirely made of a soft material, so it becomes abraded by contact with the polishing pad during the polishing process. .
이렇게 리테이너링의 마모로 포겟 깊이가 변경되면, 작업 초기 설정한 웨이퍼와 연마 패드 사이의 압력이 변경하게 되고(압력 증가), 웨이퍼 엣지 부분에서 제거율(R/R, removal rate)이 시간의 경과에 따라 변경(증가)하는 되고(도 3 참조), 그 결과 패드-리바운딩 등에 의한 문제를 야기시키는 등 문제가 있었다.When the forget depth is changed due to wear of the retainer ring, the pressure between the wafer and the polishing pad set at the beginning of the operation changes (pressure increase), and the removal rate (R/R) at the wafer edge part changes over time. It changes (increases) according to (refer to FIG. 3), and as a result, there are problems such as causing problems such as pad-rebounding.
본 발명은 상기 문제를 해결하고자 하기 위한 것으로, 연마 도중에도 일정한 포켓 깊이를 유지하여, 웨이퍼 엣지가 일정한 연마 프로파일을 가지게 하는 기술을 제공하기 위함이다. 또한, 본 발명은 멤브레인과 리테이너링 사이 공간으로 인해 발생하는 웨이퍼 엣지 압력 손실과 헤드 내부로의 슬러리 유입을 개선하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the above problems, and is to provide a technique for maintaining a constant pocket depth even during polishing so that a wafer edge has a constant polishing profile. Another object of the present invention is to provide a technique for improving a wafer edge pressure loss caused by a space between a membrane and a retainer ring and an inflow of slurry into the head.
본 발명은 내부 중공부에서 웨이퍼를 수용하여 연마하는 화학연마장치 헤드용 리테이너링으로서, 링 형상의 제1부재(110);과 상기 제1부재의 내부에서 상하방향으로 구비되고, 상기 제1부재 보다 내마모성 재질로 이루어지는 제2부재(120);를 포함하는 리테이너링을 제공한다.The present invention is a retainer ring for a head of a chemical polishing apparatus that accommodates and polishes a wafer in an inner hollow portion, and is provided with a ring-shaped
상기 제2부재는 상기 제1부재의 내주면의 내부에 구비되어, 상기 웨이퍼는 연마 과정에서 상기 제1부재의 내주면과 접촉하고, 상기 제2부재와는 접촉하지 않으며, 상기 제2부재의 하면은 상기 제1부재의 하면과 동일면에 위치하거나 또는 아래쪽으로 더 돌출되게 형성되어서, 상기 제2부재의 하면은 리테이너링 하면에서 외부로 노출되면, 상기 제2부재는 상기 제1부재의 원주 방향을 따라 복수 개가 소정 간격을 두고 구비되는 원통 또는 다각형 형상일 수 있다.The second member is provided inside the inner circumferential surface of the first member, so that the wafer contacts the inner circumferential surface of the first member during the polishing process and does not contact the second member, and the lower surface of the second member is When positioned on the same surface as the lower surface of the first member or formed to protrude further downward, when the lower surface of the second member is exposed to the outside from the lower surface of the retaining ring, the second member is formed along the circumferential direction of the first member. It may be a cylindrical or polygonal shape provided with a plurality at predetermined intervals.
또한, 본 발명은 상기 리테이너링 내측에 위치하면서 상기 웨이퍼와 접촉하여 웨이퍼에 압력을 인가하기 위한 탄성 소재의 멤브레인을 포함하는 웨이퍼 연마용 헤드를 제공한다.In addition, the present invention provides a wafer polishing head including an elastic membrane for applying pressure to the wafer while being located inside the retainer ring in contact with the wafer.
본 발명의 웨이퍼 연마용 헤드는, 회전운동하는 구동부에 연결되는 중공 형상의 헤드 바디;와, 상기 리테이너링 내측에 위치하면서 상기 웨이퍼와 접촉하여 웨이퍼에 압력을 인가하는 탄성 소재의 멤브레인;과, 상기 멤브레인을 상기 헤드 바디에 결속하는 척 플레이트;를 포함하고, 상기 리테이너링은, 하부에서 반경 방향 내측으로 돌출된 링 연장부(100-1)을 구비하고, 상기 멤브레인은, 상부에서 상기 웨이퍼 보다 직경이 크게 상기 웨이퍼의 외주면 보다 더 외측으로 연장되고, 상기 링 연장부의 상측에 위치하는 멤브레인 연장부(M-1)와, 상기 멤브레인 연장부에서 아래쪽으로 돌출되는 멤브레인 하향돌기(M-2)를 구비하고, 상기 멤브레인 하향돌기의 하단은 상기 링 연장부의 상면과 맞닿아서, 연마 과정에서 웨이퍼 엣지 압력 손실을 방지하고 슬러리 유입을 방지한다.The wafer polishing head of the present invention includes a hollow head body connected to a rotational driving unit; and an elastic membrane positioned inside the retainer ring and contacting the wafer to apply pressure to the wafer; and and a chuck plate binding the membrane to the head body, wherein the retainer ring includes a ring extension 100-1 protruding inward in a radial direction from a lower portion, and the membrane has a diameter greater than that of the wafer at an upper portion. It has a membrane extension part M-1 extending outward from the outer circumferential surface of the wafer and located above the ring extension part, and a membrane downward protrusion M-2 protruding downward from the membrane extension part. And, the lower end of the membrane downward protrusion comes into contact with the upper surface of the ring extension part to prevent a wafer edge pressure loss and slurry inflow during the polishing process.
상기 리테이너링은, 상기 제2부재가 위치하는 곳에서 상면의 높이가 상대적으로 낮은 저높이 영역을 가지며, 상기 척 플레이트는, 상기 리테이너링의 저높이 영역을 마주보는 곳에서 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 저높이 영역 상측에 위치하는 척 플레이트 연장부를 구비하고, 상기 척 플레이트는 상하 이동 구간 중, 하단에 위치하는 경우 상기 척 플레이트 연장부는 상기 리테이너링의 저높이 영역 상면과 맞닿고, 상단에 위치하는 경우 상기 척 플레이트 연장부는 상기 리테이너링의 저높이 영역 상면과 소정 간격 이격된다.The retainer ring has a low height area where the upper surface is relatively low where the second member is located, and the chuck plate extends outward in a radial direction from a location facing the low height area of the retainer ring. A chuck plate extension part positioned above the low-height region, and when the chuck plate is positioned at a lower end during a vertical movement section, the chuck plate extension part abuts against an upper surface of the low-height region of the retainer ring and is positioned at an upper end. In this case, the chuck plate extension part is spaced apart from the upper surface of the low-height region of the retainer ring by a predetermined distance.
웨이퍼 연마과정에서 상기 척 플레이트 연장부는 상기 리테이너링의 제2부재의 상면과 맞닿아서, 웨이퍼와 패드 사이의 간격인 포켓 깊이가 일정하게 유지되도록 한다.During the wafer polishing process, the chuck plate extension part comes into contact with the upper surface of the second member of the retainer ring so that a pocket depth, which is a distance between the wafer and the pad, is maintained constant.
본 발명은 리테이너링 내부에 내마모성 재질의 부재를 내장하도록 함으로써 웨이퍼 연마 도중에도 웨이퍼와 연마 패드 사이의 간격을 일정하게 유지하도록 하는 효과가 발생한다.The present invention has the effect of maintaining a constant distance between the wafer and the polishing pad even during wafer polishing by embedding a wear-resistant member inside the retainer ring.
또한, 본 발명은 멤브레인과 리테이너링 사이를 멤브레인에서 돌출된 돌기를 이용하여 접촉하게 함으로써 웨이퍼 엣지 압력 손실을 개선하고 헤드 내부로의 슬러리 유입을 방지하는 효과가 발휘된다.In addition, the present invention has the effect of improving the wafer edge pressure loss and preventing the inflow of slurry into the head by contacting the membrane and the retainer ring using protrusions protruding from the membrane.
도 1과 도 2는 종래기술에 따른 웨이퍼 연마용 헤드의 일부를 개념적으로 도시한 것으로, 각각 연마 초기와 연마 말기의 포켓 깊이를 보여주며,
도 3은 종래기술에 따른 웨이퍼 연마용 헤드로 웨이퍼를 연마하는 경우에 웨이퍼 엣지 부분의 제거율(R/R, removal rate)이 시간의 경과에 따라 변경되는 모습을 보여준다.
도 4는 본 발명에 따른 화학연마장치 헤드용 리테이너링이 적용된 웨이퍼 연마용 헤드의 일부이며,
도 5는 본 발명에 따른 리테이너링을 소정 시간동안 연마 작업에 사용한 후 모습이며,
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 리테이너링의 일 실시예의 평면도 모습이다.
도 8 내지 도 11는 본 발명의 일부 변형예로서 리테이너링과 멤브레인을 상하에서 오버랩시켜서 압력손실 방지와 슬러리 유입을 방지하는 모습을 보여주고 있으며, 리테이너링과 인접한 부분의 멤버레인과 웨이퍼 일부분을 보여준다.
도 8과 도 9는 화학연마장치 헤드의 척 플레이트가 상단에 위치하는 경우에 리테이너링과 멤브레인의 측단면 모습이며,
도 10과 도 11은 화학연마장치 헤드의 척 플레이트가 하단에 위치하는 경우에 리테이너링과 멤브레인의 측단면 모습이다.1 and 2 conceptually show a part of a wafer polishing head according to the prior art, showing pocket depths at the beginning and end of polishing, respectively,
Figure 3 shows how the removal rate (R / R, removal rate) of the wafer edge portion is changed over time when polishing a wafer with a wafer polishing head according to the prior art.
4 is a part of a head for polishing a wafer to which a retainer ring for a head of a chemical polishing apparatus according to the present invention is applied;
5 is a state after using the retainer ring according to the present invention for a polishing operation for a predetermined time,
6 and 7 are plan views of an embodiment of a retainer ring according to the present invention.
8 to 11 show a state in which pressure loss and slurry inflow are prevented by overlapping the retainer ring and the membrane from the top and bottom as some modified examples of the present invention, and show a member lane and a portion of the wafer adjacent to the retainer ring. .
8 and 9 are side cross-sectional views of the retainer ring and the membrane when the chuck plate of the chemical polishing device head is located at the top,
10 and 11 are side cross-sectional views of the retainer ring and the membrane when the chuck plate of the chemical polishing apparatus head is located at the bottom.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 사용된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In addition, the terms used are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout the present specification.
본 발명은 종래의 문제를 해결하기 위하여, 연마 속도가 상이한 두 개의 부분으로 이루어진 리테이너링을 두고, 그 중 연마 속도가 빠른 부분(이하, 제1부재)은 웨이퍼와 접촉하고, 연마 속도가 느린 타부분(이하, 제2부재)은 마모가 되지 않도록 하여 연마 도중에서 웨이퍼와 패드 사이의 간격(포켓 깊이)을 일정하게 유지한다. In order to solve the conventional problem, the present invention has a retainer ring composed of two parts having different polishing rates, of which a part having a high polishing speed (hereinafter referred to as a first member) contacts the wafer, and another part having a slow polishing speed The portion (hereinafter referred to as the second member) maintains a constant distance (pocket depth) between the wafer and the pad during polishing by preventing wear.
도 4는 본 발명의 일 실시에에 따른 화학기계연마장치용 캐리어 헤드 구조의 일부 단면도이다. 이를 보면, 회전운동하는 구동부(미도시)에 연결되는 중공 형상의 헤드 바디의 내부 구조로서, 상기 헤드 바디의 하부에 배치된 상태에서, 연마 패드(P) 상에서 회전하는 웨이퍼(W)의 외주면을 고정하기 위한 본 발명의 리테이너링(100)과, 상기 웨이퍼(W)와 접촉하여 웨이퍼에 압력을 인가하기 위한 탄성 소재의 멤브레인(M)과, 헤드 바디 내에서 상기 멤브레인을 상기 헤드 상에 결속하는 척 플레이트(C)와 멤브레인 존(MZ) 등을 구비하고 있다.4 is a partial cross-sectional view of a carrier head structure for a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. Looking at this, as an internal structure of a hollow head body connected to a driving unit (not shown) that rotates, the outer circumferential surface of the wafer W rotating on the polishing pad P in a state disposed below the head body The
본 발명의 상기 리테이너링(100)은 상대적으로 높은 마모속도를 가지는 제1부재(110)와, 상기 상대적으로 낮은 마모 속도를 가지는 제2부재(120)으로 구성되며, 상기 제1부재의 내주면에 웨이퍼가 접촉하면서 연마 작업이 이루어진다.The
즉, 본 발명의 리테이너링은, 링 형상의 제1부재(110)와, 상기 제1부재의 내부에서 상하방향으로 구비되고, 상기 제1부재 보다 내마모성 재질로 이루어지는 제2부재(120)로 이루어진다. 제1부재와 제2부재의 마모성 차이로 인해 연마 작업이 어느정도 이루어진 후에는 제1부재는 하단면이 마모되지만 제2부재의 하단면은 상대적으로 마모가 안되어 도 5에 도시된 바와 같이 외부로 돌출될 수 있을 것이다.That is, the retainer ring of the present invention is composed of a ring-shaped
상기 제2부재는 상기 제1부재의 내주면의 내부에 구비되어, 상기 웨이퍼는 연마 과정에서 상기 제1부재의 내주면과 접촉하고, 상기 제2부재와는 접촉하지 않으며, 상기 제2부재의 하면은 상기 제1부재의 하면과 동일면에 위치하거나 또는 아래쪽으로 더 돌출되게 형성되어서, 상기 제2부재의 하면은 리테이너링 하면에서 외부로 노출된다. 상기 제2부재는, 상기 제1부재의 원주 방향을 따라 복수 개가 소정 간격을 두고 구비되고 있으며, 제1부재의 내부에 매립되는 방식으로 결합될 수 있고 형상에는 특별한 제한없이 다양한 형상이 가능할 것이며, 하나의 예로는 원통 또는 다각형 형상이다.The second member is provided inside the inner circumferential surface of the first member, so that the wafer contacts the inner circumferential surface of the first member during the polishing process and does not contact the second member, and the lower surface of the second member is Located on the same surface as the lower surface of the first member or formed to protrude further downward, the lower surface of the second member is exposed to the outside from the lower surface of the retaining ring. The second member is provided with a plurality of pieces at predetermined intervals along the circumferential direction of the first member, and can be coupled in such a way that it is buried inside the first member, and various shapes are possible without particular limitations on the shape, One example is a cylindrical or polygonal shape.
본 발명은 상대적으로 낮은 마모 속도를 갖는 제2부재는 연마 도중 패드와 계속하여 접하면서, 웨이퍼와 패드 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 기능을 수행한다. 연마 도중 제1부재(110)는 마모되더라도 제2부재(120)는 마모되지 않기 때문에, 상기 패드(P)는 리테이너링의 제2부재(120)와 접하면서 웨이퍼와의 간격인 포켓 깊이가 일정하게 유지하는 것이다. 내주면에서 웨이퍼와 접촉하는 제1부재(110)는 상기 제2부재 대비 상대적인 연성재질로, 연마시 웨이퍼의 이탈을 보호하면서 웨이퍼 이동 충격시 웨이퍼 손상을 막게 된다. In the present invention, the second member having a relatively low wear rate maintains a constant distance between the wafer and the pad while continuously contacting the pad during polishing. Even if the
그 결과 본 발명의 경우, 연마 전과 연마 후에도 높이를 유지하는 리테이너링에 의하여 일정한 포켓 깊이를 유지하게 되고, 도 2에서와 같이 포켓 깊이가 감소하지 않게 된다. 즉, 본 발명에 따른 리테이너링은 연마 작업 과정에서 포켓 깊이가 일정하게 유지되기 때문에, 연마 중에 종래 기술에서 발생하는 패드-리바운딩에 의한 문제를 문제를 감소시킬 수 있다. As a result, in the case of the present invention, a constant pocket depth is maintained by the retainer ring maintaining the height before and after polishing, and the pocket depth does not decrease as shown in FIG. 2. That is, since the retainer ring according to the present invention maintains a constant pocket depth during polishing, problems caused by pad-rebounding occurring in the prior art during polishing can be reduced.
본 발명의 웨이퍼 연마용 헤드는, 멤브레인과 리테이너링 사이에 존재하는 틈으로 인해 발생할 수 있는 웨이퍼 엣지의 압력 손실을 개선하고 헤드 내부로의 연마 과정에서 발생하는 슬러리가 유입되는 것을 방지하는 기술을 제공한다.The wafer polishing head of the present invention improves the pressure loss of the wafer edge that may occur due to the gap between the membrane and the retainer ring and prevents slurry generated during the polishing process from entering the head. Provided do.
도 8 내지 도 11는 본 발명의 일부 변형예로서 리테이너링과 멤브레인을 상하에서 오버랩시켜서 압력손실 방지와 슬러리 유입을 방지하는 모습을 보여주고 있으며, 도 8과 도 9는 화학연마장치 헤드의 척 플레이트가 상단에 위치하는 경우에 리테이너링과 멤브레인의 측단면 모습이며(up state), 도 10과 도 11은 화학연마장치 헤드의 척 플레이트가 하단에 위치하는 경우에 리테이너링과 멤브레인의 측단면 모습이다(down state).8 to 11 show a state in which pressure loss and slurry inflow are prevented by overlapping the retainer ring and the membrane from the top and bottom as some modified examples of the present invention, and FIGS. 8 and 9 show the chuck plate of the chemical polishing device head 10 and 11 are side cross-sectional views of the retainer ring and the membrane when the chuck plate of the chemical polishing device head is located at the bottom. (down state).
다시 말해서, 화학연마장치에서 척 플레이트(C)가 상하로 이동하면서 멤브레인 등을 상하로 이동시키게 되는데, 도 8과 도 9는 척 플레이트가 상단에 위치한 모습이며, 도 8은 리테이너링에서 제1부재(110)만이 존재하는 곳의 단면이며, 도 9는 리테이너링에서 제1부재(110)와 제2부재(120)가 모두 존재하는 곳의 단면 모습이다. 도 9를 보면, 척 플레이트(C)가 상단에 위치한 상태에서 척 플레이트 하면은 상기 제2부재 상면과 소정 간격 이격되어 있음을 알 수 있다. In other words, while the chuck plate (C) moves up and down in the chemical polishing device, the membrane and the like are moved up and down. FIGS. 8 and 9 show the chuck plate located at the top, and FIG. 8 shows the first member in the retainer ring. It is a cross-section where only 110 exists, and FIG. 9 is a cross-sectional view where both the
그리고, 도 10과 도 11은 척 플레이트가 하단에 위치한 모습이며, 도 10은 리테이너링에서 제1부재(110)만이 존재하는 곳의 단면이며, 도 11은 리테이너링에서 제1부재(110)와 제2부재(120)가 모두 존재하는 곳의 단면 모습이다. 도 11을 보면, 척 플레이트(C)가 하단에 위치한 상태에서 척 플레이트 하면은 상기 제2부재 상면과 접하고 있음을 알 수 있다. 10 and 11 show the chuck plate located at the lower end, FIG. 10 is a cross-section of the retainer ring where only the
도 8 내지 도 11을 참조하여 보면, 상기 리테이너링(110)은, 하부에서 반경 방향 내측으로 돌출된 링 연장부(100-1)을 구비한다. 상기 멤브레인은, 상부에서 상기 웨이퍼 보다 직경이 크게 상기 웨이퍼의 외주면 보다 더 외측으로 연장되는 부위가 존재하는데 이를 멤브레인 연장부(M-1)라고 한다. 멤브레인 연장부(M-1)는 상기 링 연장부(100-1)의 상측에 위치하여 상하에서 상호 오버랩되는 구조이다. 그리고, 상기 멤브레인 연장부에서 아래쪽으로 돌출되어 링 연장부와 맞닿는 멤브레인 하향돌기(M-2)를 더 구비한다. 웨이퍼 연마 과정에서, 상기 멤브레인 하향돌기의 하단은 상기 링 연장부의 상면과 맞닿아서, 웨이퍼 엣지 압력 손실을 방지하고 슬러리 유입을 방지한다. Referring to FIGS. 8 to 11 , the
본 발명은 이렇게 멤브레인을 리테이너링 안쪽 일정 지점까지 연장시키고 연장부와 돌기 구조를 이용하여 웨이퍼 엣지 압력 손실(pressure loss)를 개선한 것이며, 연마 과정에서 발생하는 슬러리 등이 연마장치 헤드 내부로 유입되는 것을 방지하는 것이다.In this way, the present invention extends the membrane to a certain point inside the retainer ring and improves wafer edge pressure loss by using an extension and a protruding structure, and slurry generated in the polishing process flows into the inside of the polishing device head. is to prevent
또한, 도 9와 도 11에서 보는 바와 같이, 상기 리테이너링은, 상기 제2부재(120)가 위치하는 곳에서 상면의 높이가 상대적으로 낮은 저높이 영역(예를 들어 도 9와 도 11에서 제2부재의 상면 등)을 가진다. 그리고, 상기 척 플레이트는, 상기 리테이너링의 저높이 영역을 마주보는 곳에서 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 저높이 영역 상측에 위치하는 척 플레이트 연장부(도 9와 도 11에서 제2부재의 상면 위쪽으로 연장된 부분)를 구비한다.In addition, as shown in FIGS. 9 and 11, the retainer ring is a low-height region where the height of the upper surface is relatively low (for example, in FIGS. 9 and 11, the
상기 척 플레이트는 연마작업을 위하여 상하로 이동하게 되는데, 이 중 척 플레이트가 하단에 위치하는 경우에는 상기 척 플레이트 연장부는 상기 리테이너링의 저높이 영역 상면과 맞닿고(도 11), 척 플레이트가 상단에 위치하는 경우에는 상기 척 플레이트 연장부는 상기 리테이너링의 저높이 영역 상면과 소정 간격 이격된다(도 9). The chuck plate moves up and down for polishing. Among them, when the chuck plate is located at the lower end, the chuck plate extension part comes into contact with the upper surface of the low-height region of the retainer ring (FIG. 11), and the chuck plate is positioned at the upper end. When located at , the chuck plate extension part is spaced apart from the upper surface of the low-height region of the retainer ring by a predetermined distance (FIG. 9).
상기 척 플레이트는 아래쪽으로 이동한 상태에서 웨이퍼 연마가 진행되는데, 웨이퍼 연마과정에서 상기 척 플레이트 연장부는 상기 리테이너링의 제2부재의 상면과 맞닿도록 한다. 이를 통해, 위에서 설명한 바와 같이 웨이퍼와 패드 사이의 간격인 포켓 깊이가 일정하게 유지될 수 있다. 이렇게 포겟 깊이가 일정하게 유지되면, 작업 초기 설정한 웨이퍼와 연마 패드 사이의 압력이 그대로 유지되므로, 웨이퍼 엣지 부분에서 제거율(R/R, removal rate)이 시간의 경과에 따라 변경(증가)하는 되는 문제와 패드-리바운딩 등에 의한 문제를 해결할 수 있게 되는 것이다.Wafer polishing is performed while the chuck plate is moved downward. During the wafer polishing process, the chuck plate extension part comes into contact with the upper surface of the second member of the retainer ring. Through this, as described above, the pocket depth, which is the distance between the wafer and the pad, can be maintained constant. If the forget depth is kept constant, the pressure between the wafer and the polishing pad set at the beginning of the operation is maintained, so that the removal rate (R/R, removal rate) changes (increases) over time at the wafer edge. problems and pad-rebounding.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims below, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (6)
상기 리테이너링은, 링 형상의 제1부재(110)와 상기 제1부재의 내부에서 상하방향으로 구비되고, 상기 제1부재 보다 내마모성 재질로 이루어지는 제2부재(120)로 이루어지고,
상기 리테이너링은, 하부에서 반경 방향 내측으로 돌출된 링 연장부(100-1)을 구비하고,
상기 멤브레인은, 상부에서 상기 웨이퍼의 외주면 보다 더 외측으로 연장되어 상기 링 연장부와 오버랩되는 멤브레인 연장부(M-1)를 구비하고,
상기 멤브레인은, 상기 멤브레인 연장부에서 아래쪽으로 돌출되는 멤브레인 하향돌기(M-2)를 구비하여,
웨이퍼 연마과정에서, 상기 멤브레인 하향돌기의 하단은 상기 링 연장부의 상면과 맞닿아서, 웨이퍼 엣지 압력 손실을 방지하고 슬러리 유입을 방지하며,
상기 리테이너링은, 상기 제2부재가 위치하는 곳에서 상면의 높이가 상대적으로 낮은 저높이 영역을 가지며,
상기 척 플레이트는, 상기 리테이너링의 저높이 영역을 마주보는 곳에서 반경 방향 외측으로 연장되어 상기 저높이 영역 상측에 위치하는 척 플레이트 연장부를 구비하고,
상기 척 플레이트는 상하 이동 구간 중, 하단에 위치하는 경우 상기 척 플레이트 연장부는 상기 리테이너링의 저높이 영역 상면과 맞닿고, 상단에 위치하는 경우 상기 척 플레이트 연장부는 상기 리테이너링의 저높이 영역 상면과 소정 간격 이격되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 헤드.A hollow head body connected to a driving unit that rotates; and a retainer ring provided inside the head body; and a membrane made of an elastic material positioned inside the retainer ring and contacting a wafer to apply pressure to the wafer; and a chuck plate binding the membrane to the head body,
The retainer ring is composed of a ring-shaped first member 110 and a second member 120 provided vertically inside the first member and made of a more wear-resistant material than the first member,
The retainer ring has a ring extension 100-1 protruding inward in the radial direction from the bottom,
The membrane has a membrane extension (M-1) extending outward from an upper portion of the outer circumferential surface of the wafer and overlapping the ring extension,
The membrane has a membrane downward protrusion (M-2) protruding downward from the membrane extension,
During the wafer polishing process, the lower end of the membrane downward protrusion comes into contact with the upper surface of the ring extension part to prevent wafer edge pressure loss and slurry inflow,
The retainer ring has a low height region where the height of the upper surface is relatively low where the second member is located,
The chuck plate includes a chuck plate extension extending radially outward from a position facing the low height region of the retainer ring and positioned above the low height region,
When the chuck plate is positioned at the lower end of the vertical movement section, the chuck plate extension part comes into contact with the upper surface of the low height region of the retainer ring, and when positioned at the upper end, the chuck plate extension part contacts the upper surface of the low height region of the retainer ring. Wafer polishing heads, characterized in that spaced apart at a predetermined interval.
웨이퍼 연마과정에서 상기 척 플레이트 연장부는 상기 리테이너링의 제2부재의 상면과 맞닿아서, 웨이퍼와 패드 사이의 간격인 포켓 깊이가 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마용 헤드.According to claim 1,
The wafer polishing head according to claim 1 , wherein the chuck plate extension part comes into contact with the upper surface of the second member of the retainer ring during the wafer polishing process, so that a pocket depth, which is a gap between the wafer and the pad, is maintained constant.
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| KR20060010887A (en) * | 2004-07-29 | 2006-02-03 | 가부시끼가이샤 도시바 | Retainer and wafer polishing apparatus |
| KR20210008995A (en) * | 2019-07-16 | 2021-01-26 | 주식회사 케이씨텍 | Retainer ring of carrier head for substrate polishing apparatus |
| KR20210045773A (en) * | 2019-10-17 | 2021-04-27 | 부재필 | Carrier head for chemical polishing device with connection structure between membrane and retaining ring |
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