KR100437089B1 - 화학기계적 연마장치의 연마헤드 - Google Patents

화학기계적 연마장치의 연마헤드 Download PDF

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Abstract

웨이퍼를 균일하게 연마하는 화학 기계적 연마 장치가 개시되어 있다. 공기의 유입과 유출을 안내하는 적어도 하나의 공기 유로를 구비하고, 상,하방으로 이동 가능한 본체를 구비한다. 상기 본체의 하부에 장착되고, 상기 하나의 공기 유로를 통해 제공되는 공기압을 분배하여 공급하기 위한 공기압 분배 수단을 구비한다. 상기 공기압 분배 수단의 하부면을 감싸도록 설치되고, 상기 공기압 분배수단을 통해 제공되는 공기압에 따라 탄력적으로 팽창 또는 수축하고, 하부면에 웨이퍼의 이면이 접촉되는 멤브레인을 구비한다. 상기 멤브레인과 접촉하는 웨이퍼에 가해지는 압력이 상기 웨이퍼의 중심부 및 가장자리부에서 균일하도록 보정하기 위한 압력 보정 수단을 구비한다. 따라서 상기 압력 보정 수단에 의해 상기 웨이퍼의 가장자리부에 가해지는 압력은 상기 웨이퍼의 가장자리 이외의 부위에 가해지는 압력과 동일하도록 보정되어 상기 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있다.

Description

화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드{Polishing head in chamical mechanical polishing apparatus}
본 발명은 화학적 기계적 연마장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연마하기 위한 화학적 기계적 연마장치의 연마헤드에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼 상에 집적회로를 제조하는 과정에서 웨이퍼 전면 또는 배면을 평탄화하기 위하여 통상적으로 화학적 기계적 연마 공정을 거치게 된다. 상기 화학적 기계적 연마 공정을 이용한 평탄화 기술은 종래의 리플로우 공정과는 달리 고온을 요구하지 않으면서 평탄화를 실현할 수 있다. 따라서 최근의 고집적화된 반도체 장치의 제조 공정에서 상기 화학 기계적 연마 공정은 매우 중요한 가공 기술로 취급되고 있다.
웨이퍼 표면을 평탄화하는데 사용되는 화학 기계적 연마 장치는 웨이퍼를 지지하면서 회전 가압하는 연마헤드와, 연마패드가 부착되고 회전 구동하는 플레튼과, 슬러리 공급기구 및 연마 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔너 등으로 구성된다.
상기 화학 기계적 연마 장치를 사용하여 웨이퍼의 연마를 수행할 때, 상기 웨이퍼는 표면의 어느 부위에서도 균일한 연마가 이루어져야 한다. 이를 위해, 상기 웨이퍼의 각 부위에 가해지는 연마 압력, 슬러리의 양과, 웨이퍼에서 연마되는 면과 접촉하는 연마패드의 표면 상태는 연마 공정이 수행되는 중에 균일하게 유지되어야 한다. 상기 인자들 중에서 상기 연마 압력은 연마 헤드에서 가해진다.
도 1은 종래의 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 설명하기 위한 단면도이다. 도 1은 웨이퍼의 연마가 수행되는 상태를 보여준다.
도 1를 참조하면, 웨이퍼(W)의 연마를 수행할 시에 웨이퍼(W)의 표면은 연마 패드(10)와 접촉하고, 상기 웨이퍼(W)의 이면은 연마 헤드(12)와 접촉되어 압력이 가해진다. 이때 상기 연마 패드(10)와 상기 연마 헤드(12)는 각각 동일한 방향 또는 다른 방향으로 회전한다.
연마 헤드(12)를 설명하면, 상기 연마 헤드(12)는 상,하방으로 이동 가능한 본체(14)가 구비된다. 상기 본체(14)에는 공기를 유입하거나 배기하는 공기 유로(16)가 구비되어 있다. 상기 본체(14)는 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하기 위한 리테이너 링(18, Retainer Ring)을 포함한다.
상기 본체(14)의 하부에 장착되고, 상기 공기 유로(16)를 통해 제공되는 공기압을 분배하기 위한 천공판(20)이 구비된다. 상기 천공판(20)은 하부면과 상부면이 통하도록 다수개의 관통공(20a)들이 형성되어 있고, 상기 관통공(20a)을 통해 상기 공기압이 분배된다.
상기 천공판(20)의 하부면을 감싸도록 멤브레인(22)이 구비된다.
도 2는 도1에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인을 도시한 도면이다.
상기 멤브레인(22)은 상기 천공판(20)의 하부면을 감싸도록 장착되어 상기 천공판(20)에 형성된 관통공(20a)들을 통해 제공되는 공기압에 따라 탄력적으로 팽창 또는 수축함으로서 웨이퍼(W)의 이면을 흡착하거나 압력을 가한다.
상기 웨이퍼(W)의 연마를 수행하는 방법을 설명하면, 상기 공기 유로(16)를 통해 공기를 배기하여 상기 본체(14)의 내부의 소정 부분에는 진공을 설정한다. 상기 진공에 의해 상기 웨이퍼(W)의 이면은 상기 멤브레인(22)의 하부면에 흡착된다. 상기 멤브레인(22)의 하부면에 흡착되어 있는 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(10)와 접촉되어 연마 공정이 수행된다. 상기 웨이퍼(W)와 상기 연마 패드(10)가 접촉하면, 도시한 바와 같이 상기 공기 유로(16)를 통해 공기를 유입하여 상기 멤브레인(22)을 팽창하고, 상기 팽창된 멤브레인(22)은 상기 웨이퍼(W)의 이면에 압력을 가한다. 그러나 상기 멤브레인(22)이 팽창할 때, 상기 멤브레인(22)은 중심부와 가장자리부가 균일하게 팽창되지 않는다.
도 3은 도1에 도시한 연마 장치에서 팽창되어 있는 멤브레인의 가장자리부를 확대한 확대도이다.
도 3을 참조하면, 상기 멤브레인(22)은 가장자리 부위에 소정의 경사가 생기면서 팽창된다. 따라서 상기 멤브레인(22)이 팽창하였을 때 경사가 생긴 가장자리 부위에는 공간(22a)이 생기게 되고, 상기 멤브레인(22)과 웨이퍼(W)가 접촉되지 않기 때문에 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위에 가해지는 압력이 감소된다.
이에 따라, 상기 연마 헤드(12)를 갖는 연마 장치를 이용하여 웨이퍼(W)의 연마를 수행하면, 상기 웨이퍼(W) 가장자리 부위의 연마 속도가 웨이퍼(W)의 다른부위와 차이가 발생되어 상기 웨이퍼(W) 가장자리 부위의 프로파일(profile)이 불균일해진다.
상기 웨이퍼(W)의 연마를 균일하게 수행하기 위해서 리테이너 링(retaner ring)의 바닥면을 볼록하게 형성된 화학 기계적연마 장치의 일 예가 미 합중국 특허 제 6,116,992호에 개시되어 있다. 그러나 상기 화학 기계적 연마 장치를 사용하더라도 상기 멤브레인의 팽창 정도의 차이에 의해 발생하는 연마의 불균일을 방지하기는 어렵다.
따라서 상기 웨이퍼 가장자리 부위의 연마가 불균일에 의해 상기 웨이퍼 가장자리 부위에 형성된 칩들에는 공정 불량이 발생되고, 수율 저하 및 신뢰성에 악영향을 끼치는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 웨이퍼를 균일하게 연마하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 도1에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인을 도시한 도면이다.
도 3은 도1에 도시한 화학 기계적 연마 장치에서 웨이퍼를 가압하기 위해 팽창되어 있는 멤브레인의 가장자리부를 확대한 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치에 포함되는 연마 헤드를 설명하기 위한 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인의 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인의 평면도이다.
도 7은 도4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에서 웨이퍼를 가압하기 위해 팽창되어 있는 멤브레인의 가장자리부를 확대한 확대도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
32 : 연마 헤드 34 : 본체
40 : 리테이너 링 42 : 공기 유로
46 : 천공판 48 : 분할판
52 : 멤브레인 54 : 압력 보정 부재
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드는, 공기의 유입과 유출을 안내하는 적어도 하나의 공기 유로를 구비하고, 상,하방으로 이동 가능한 본체를 구비한다. 상기 본체의 하부에 장착되고, 상기 하나의 공기 유로를 통해 제공되는 공기압을 분배하여 공급하기 위한 공기압 분배 수단을 구비한다. 상기 공기압 분배 수단의 하부면을 감싸도록 설치되고, 상기 공기압 분배수단을 통해 제공되는 공기압에 따라 탄력적으로 팽창 또는 수축하고, 하부면에 웨이퍼의 이면이 접촉되는 멤브레인을 구비한다. 상기 멤브레인과 접촉하는 웨이퍼에 가해지는 압력이 상기 웨이퍼의 중심부 및 가장자리부에서 균일하도록 보정하기 위한 압력 보정 수단을 구비한다.
상기 압력 보정 수단의 상부면 및 하부면은 상기 공기압 분배 수단의 하부면의 가장자리와 이에 대향하는 상기 멤브레인 내부의 하부면의 가장자리부에 각각 고정되도록 설치된다.
상기 압력 보정 수단은 링 형태로 구비되어, 상기 공기압 분배 수단과 상기 멤브레인에 각각 연속하여 부착된다.
상기 압력 보정 수단은 단면을 절단하였을 때 상변과 하변은 수평을 유지하고, 상기 연마 헤드의 중심으로 향하는 내측변은 소정의 경사를 갖고, 이에 대향하는 외측변은 수직 형태를 갖는다.
또한 상기 연마 헤드의 중심으로 향하는 내측변의 경사는 상기 멤브레인이 공기압에 의해 팽창하였을 때 웨이퍼의 가장자리와 멤브레인 간에 생기는 공간을 보정하도록 형성한다.
따라서 상기 압력 보정 수단에 의해 상기 웨이퍼의 가장자리부에 가해지는 압력은 상기 웨이퍼의 가장자리 이외의 부위에 가해지는 압력과 동일하도록 보정되어 상기 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치에 포함되는 연마헤드를 설명하기 위한 구성도이다. 도 4는 웨이퍼의 연마가 수행되는 상태를 보여준다.
도 4를 참조하면, 웨이퍼(W)의 연마를 수행할 시에 웨이퍼(W)의 표면은 연마 패드(30)와 접촉하고, 상기 웨이퍼(W)의 이면은 연마 헤드(32)와 접촉되어 압력이 가해진다. 이때 상기 연마 패드(30)와 상기 연마 헤드(32)는 각각 동일한 방향 또는 다른 방향으로 회전한다.
연마 헤드(32)를 설명하면, 상,하 및 회전 구동을 수행하는 본체(34)가 구비된다.
상기 본체(34)는 하우징(36)과, 상기 하우징(36)을 지지하기 위한 베이스(38) 및 상기 베이스(38)의 하부의 가장자리에 구비되어 웨이퍼(W)가 측방으로 이탈하는 것을 방지하는 리테이너 링(40)을 포함한다.
상기 하우징(36)은 구동부(도시안함)와 연결되고, 상기 구동부에 의해 연마 패드(30)와 수직한 방향으로 상,하 구동을 수행한다. 또한 상기 하우징(36)의 중심부에서 상기 연마 패드(30)와 수직한 방향을 회전축으로 하여 회전 구동을 수행한다.
상기 하우징(36)은 상부면 및 하부면의 형상이 원형이며, 그 상부면에서 하부면까지 그 중심부를 관통하여 형성되는 제1 튜브(42a)를 포함한다. 그리고, 상기 제1 튜브(42a)에서 반경 방향의 외측으로 소정 거리 만큼 떨어진 위치에서 상기 하우징의 상면으로부터 그 하면으로 관통하여 형성된 제2 및 제3 튜브(42b,42c)를 구비한다. 상기 제2 및 제3 튜브(42b,42c)는 서로 대칭되는 위치에 형성할 수있다.상기 제1 내지 제3 튜브(42a,42b,42c)는 공기가 유입 또는 유출되는 압축 공기 유로(42)의 기능을 한다.
상기 하우징(36)의 하부면의 소정 부위와 연결되어 상기 하우징(36)을 지지하는 베이스(38)가 구비된다. 상기 베이스(38)는 상부면 및 하부면이 원형의 형상을 갖는다. 그리고, 상기 하우징(36)에 구비되는 제1 튜브(42a)는 상기 베이스(38)의 중심부를 관통하면서 연장되어 있다. 또한 상기 제1 튜브(42a)의 반경 방향의 외측으로 소정 거리만큼 떨어진 위치를 관통하면서 상기 하우징(36)에 구비되는 제2 튜브도 상기 베이스(38)를 관통하면서 연장되어 있다.
상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)는 각각의 가장자리 부위에 형성되어 있는 연결부재(도시안함)에 의해 연결된다. 상기 연결 부재는 하우징의 하부면과 연결 결합되는 외측 클램프, 나사에 의해 상기 베이스(38)의 상면에 고정되는 내측 클램프, 및 일단부는 상기 하우징에 고정되고, 타단부는 상기 베이스(38)에 고정되어 상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)를 연결하는 환형의 탄성재 시트를 포함한다.
상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)를 상기 연결 부재에 의해 연결하면, 상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)사이의 공간인 제1 챔버(44)가 생긴다. 상기 제1 챔버(44)는 상기 하우징(36), 베이스(38) 및 연결부재(도시안됨)에 의해 한정된다. 그리고 상기 하우징(36)을 관통하여 구비되는 제3 튜브(42c)는 상기 제1 챔버(44)와 연통되고, 상기 제3 튜브(42c)에 의해 제1 챔버(44)내로 압축 공기를 유입 또는 유출한다.
따라서, 상기 하우징(36)에 형성된 제3 튜브(42c)를 통해 압축공기가 유입되면, 상기 제1 챔버(44)에 공기압이 가해져 상기 베이스(38)는 상기 압축공기의 힘에 의해 하방으로 하강하게 된다. 반대로, 상기 하우징(36)에 형성된 상기 제3 튜브(42c)를 통해 압축공기가 유출되면, 상기 제1 챔버(44)가 진공 상태가 되어 진공압이 발생하게 되며, 그 결과 상기 베이스(38)가 상기 하우징(36)을 향해 상방으로 이동하게 된다.
상기 베이스(38)의 하부면의 가장자리에 연속적으로 링 형태로 체결되는 리테이너 링(40)을 구비한다. 상기 리테이너 링(40)은 일반적으로 나사 결합에 의해 상기 베이스(38)에 고정된다. 상기 리테이너 링(40)은 연마가 수행되는 동안 웨이퍼(W)가 측방으로 이탈하는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기의 구성을 갖는 본체(34)의 하부에 장착되고, 상기 제1 튜브(42a)를 통해 제공되는 공기압을 분배하여 공급하기 위한 천공판(46, perforated plate)이 구비된다.
구체적으로, 상기 천공판(46)은 상기 베이스(38)의 하부면에 장착된다. 또한 상기 리테이너 링(40)의 내측에 장착된다.
상기 천공판(46)은 소정의 직경을 갖는 원판 형상이고, 그 중심축으로부터 소정의 반경 범위내에는 다수의 관통공(46a)이 형성되어 있다. 상기 관통공(46a)들을 통해 상기 공기압은 하부로 분배한다.
즉, 상기 하우징(36)과 상기 베이스(38)의 중심을 관통하여 연장되는 제1 튜브(42a)를 통해 상기 베이스(38)와 상기 천공판(46)사이로 압축 공기를 유입 또는유출하고, 상기 압축 공기는 상기 천공판(46)의 관통공(46a)들을 통해 하부로 분배된다.
상기 베이스(38)와 상기 천공판(46) 사이 공간에 상기 베이스(38)의 하부면을 지지하면서 설치되는 분할판(48)을 구비한다. 상기 분할판(48)은 소정의 두께를 갖는 원판 형상으로, 그 중심부에는 중심에 제1 튜브(42a)를 관통시키기 위한 관통부(48a)를 갖는다. 상기 관통부(48a)는 상기 제1 튜브(42a)를 안내하기 위해 상기 분할판(48)을 이루는 원판의 중심부를 관통하면서, 기둥 형상을 갖고 상방으로 연장되는 형상을 갖는다.
상기 분할판(48)를 구비함으로서 상기 분할판(48)과 상기 천공판(46)사이의 공간으로 상기 압축 공기를 유입 또는 유출된다. 이로 인해 상기 제1 튜브(42a)를 통해 제공되는 공기압을 분배시키기 위한 공간이 감소되고, 상기 분배되는 공기의 압력은 증가된다.
상기 천공판(46)의 가장자리의 상부에, 상기 하우징(36) 및 베이스(38)와 관통하는 제2 튜브(42b)의 단부를 밀폐하면서 연결되는 공기 쿠션(50, Air Cushion)이 구비된다. 상기 공기 쿠션(50)은 상기 제2 튜브(42b)를 통해 공기압이 유입하거나 유출되고, 이로 인해 탄력적으로 팽창 또는 수축한다. 따라서 상기 공기 쿠션(50)은 공기압의 유입으로 인해 팽창하여 상기 천공판(46)의 가장자리 부위의 상부면을 눌러주어 압력을 가한다.
상기 천공판(46)의 하부면을 감싸도록 막의 형태를 갖는 멤브레인(52)이 구비된다.
도 5는 도 4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인의 사시도이다.
도 6은 도 4에 도시한 화학 기계적 연마 장치에 장착되는 멤브레인의 평면도이다.
상기 멤브레인(52)은 탄성 재질로 형성되므로 천공판(46)을 통해 제공되는 공기압에 의해 탄력적으로 팽창 또는 수축한다. 그리고 상기 멤브레인(52)의 가장자리의 내측면에는 압력 보정 부재(54)가 구비되어 있다. 상기 압력 보정 부재(54)에 관해서는 후술한다.
상기 멤브레인(52)의 하부면에는 상기 웨이퍼(W)의 이면이 접촉되고, 상기 멤브레인(52)이 팽창함에 따라 상기 웨이퍼(W)의 이면에 압력을 가하면서 상기 웨이퍼(W)의 연마가 수행된다.
상기 멤브레인(52)은 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 원판 형상의 천공판(46)의 하부면과 측면 및 상부면의 가장자리까지 연속하여 감싸도록 형성되고, 상기 천공판(46)의 측면 및 상부면에 상기 멤브레인(52)을 접착하여 고정된다.
따라서 상기 천공판(46)을 통해 압축 공기가 유입되면, 상기 천공판(46)의 하부면을 감싸고 있는 상기 멤브레인(52)은 공기압에 의해 하방으로 팽창된다. 또한 상기 천공판(46)을 통해 압축 공기가 유출되면, 상기 천공판(46)에 형성된 관통공(46a)들 내로 상기 멤브레인(52)의 소정 부위가 빨려들어 간다.
웨이퍼(W)를 연마할 때, 웨이퍼(W)의 이면은 상기 멤브레인(52)과 접촉하고, 연마가 직접 수행되는 부위인 웨이퍼(W)의 표면은 연마 패드(30)에 접촉한다.
상기 웨이퍼(W)가 연마되는 방법을 구체적으로 설명한다. 상기 제1 튜브(42a)로부터 공기를 유출시켜 상기 분할판(48)과 상기 천공판(46)사이의 공간이 진공 상태가 되도록 하고, 상기 진공압에 의해 상기 웨이퍼(W)의 이면을 상기 멤브레인(52)의 하부면에 흡착한다. 그리고 상기 웨이퍼(W)의 표면이 상기 연마 패드(30)와 접촉되도록 상기 본체(34)를 하강한다. 상기 웨이퍼(W)의 표면과 상기 연마 패드(30)가 접촉하면, 상기 제1 튜브(42a)로부터 공기를 유입하여 상기 멤브레인(52)을 팽창시킨다. 상기 멤브레인(52)이 팽창하면서 상기 멤브레인(52)의 하부면에 있는 웨이퍼(W)를 가압한다. 이런 상태에서 상기 연마 패드(30)와 상기 연마 헤드(32)는 각각 회전구동을 수행하여 상기 웨이퍼(W)를 연마한다.
도 7은 도4에 도시한 연마 장치에서 웨이퍼를 가압하기 위해 팽창되어 있는 멤브레인의 가장자리부를 확대한 확대도이다.
상기 제1 튜브(42a)를 통해 유입되는 공기압은 상기 천공판(46)의 관통공(46a)들을 통해 상기 멤브레인(52)에 가해진다. 그런데 상기 천공판(46)은 원판 형상이고, 상기 원판의 중심축으로부터 소정의 반경 범위내에 다수의 관통공(46a)이 형성되어 있기 때문에 상기 천공판(46)을 통해 상기 멤브레인(52)의 하부면 전체에 균일하게 상기 공기압이 가해지지 않는다. 즉, 상기 천공판(46)에서 관통공(46a)이 형성되어 있지 않는 가장자리 부위는 상기 공기압의 유입이 상대적으로 적어진다.
따라서 상기 멤브레인(52)은 중심 부위가 가장자리 부위에 비해 더 많이 팽창한다. 또한 상기 팽창된 멤브레인(52)은 하부면의 둘레의 가장자리 부위에 소정의 경사가 생기고, 상기 경사면에 대향하는 상기 웨이퍼(W)의 부위는 상기 멤브레인(52)과 접촉되지 않는다. 따라서 상기 웨이퍼(W)와 멤브레인이 접촉되지 않는 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위에는 압력이 가해지지 않는다.
상기 멤브레인(52)에 접촉되어 있는 웨이퍼(W)에 가해지는 압력이 상기 웨이퍼(W)의 중심부 및 가장자리부에서 균일하도록 보정하기 위한 압력 보정 부재(54)를 구비한다.
상기 압력 보정 부재(54)는 상기 멤브레인(52)과 상기 공기압을 분배하기 위한 천공판(46)사이에 구비된다. 구체적으로, 상기 압력 보정 부재(54)의 상부면은 상기 천공판(46)의 하부면의 가장자리에 고정되고, 상기 압력 보정 부재(54)의 하부면은 상기 천공판(46)의 하부면의 가장자리에 대향하는 상기 멤브레인(52) 내부면의 가장자리에 고정되도록 설치한다.
그리고 상기 압력 보정 부재(54)는 링 형태를 갖고 있어서, 상기 천공판(46)과 상기 멤브레인(52)의 가장자리에 상기 압력 보정 부재(54)의 상부면 및 하부면이 각각 연속적으로 부착하여 고정된다.
상기 링 형태의 압력 보정 부재(54)는 단면을 절단하였을 때, 상변과 하변은 서로 평행하도록 수평을 유지한다. 또한 상기 연마 헤드(32)의 중심으로 향하는 내측변은 소정의 경사를 갖고 있으며, 이에 대향하는 외측변은 수직 형태를 갖는다.
상기 압력 보정 부재(54)의 단면에서 연마 헤드(32)의 중심으로 향하는 내측변의 경사는 상기 멤브레인(52)이 공기압에 의해 팽창하였을 때 웨이퍼(W)의 가장자리와 멤브레인(52)간에 생기는 공간을 보정하도록 소정의 경사를 가지면서 형성한다.
자세히 설명하면, 상기 멤브레인(52)은 상기 천공판(46)의 관통공(46a)들을 통해 제공되는 공기압에 의해 팽창할 때 상기 가장자리부에 소정의 경사를 가지면서 팽창하게 된다. 따라서 상기 압력 보정 부재(54)는 상기 웨이퍼(W)의 중심과 가장자리부에서 균일한 연마를 수행하도록 하기 위해 상기 멤브레인(52)이 팽창할 때의 가장자리부의 경사에 따라 상기 웨이퍼(W)와 상기 멤브레인(52)간에 생기는 공간을 채워주는 역할을 한다. 이를 위해 상기 내측변의 경사는 상기 공간을 보상하도록 형성된다.
또한 상기 압력 보정 부재(54)의 단면에서 상기 상변과 하변간의 높이는 상기 멤브레인(52)이 공기압에 의해 팽창하였을 때 상기 멤브레인(52)의 가장자리 이외의 부위와 상기 멤브레인(52)의 가장자리 부위에서 상기 멤브레인(52)이 팽창되는 정도의 차이를 보정하는 높이를 갖는다.
상기 압력 보정 부재(54)는 가해지는 힘에 의해서 탄력적으로 움직이도록 탄성 물질로 이루어진다. 상기 탄성 물질은 고무, 실리콘 수지를 포함한다.
따라서 상기 멤브레인(52)이 팽창하여 웨이퍼를 가압할 때, 상기 압력 보정 부재(54)에 의해 상기 웨이퍼(W)의 가장자리 부위에 생기는 공간을 보상하여 웨이퍼(W)의 중심부와 가장자리부에 가해지는 압력이 균일해진다. 이에 따라 상기 웨이퍼(W)의 중심부와 가장자리부가 균일하게 연마되어 연마 프로파일(profile)이 향상된다. 또한 웨이퍼(W) 가장자리에 빈번히 발생하였던 공정 불량이 감소되어 반도체 장치의 수율 및 신뢰성 향상을 기대할 수 있다.
또한 상기 압력 보정 부재(54)는 상기 웨이퍼(W)의 중심과 가장자리부의 압력을 균일하도록 보정하는 역할 이외에도 상기 웨이퍼(W)를 상기 멤브레인(52)에 흡착할 때 상기 웨이퍼(W)가 하방으로 낙하하는 것을 감소시킨다.
구체적으로 설명하면, 상기 웨이퍼(W)의 연마를 종료하거나 일시 중지할 때, 상기 웨이퍼(W)는 상기 제1 튜브(42a)를 통해 공기압을 유출함으로서 상기 멤브레인(52)에 흡착된다. 그런데 상기 압력 보정 부재(54)가 상기 멤브레인(52)의 가장자리의 내부면으로 형성되어 있기 때문에 상기 웨이퍼(W)는 중심이 약간 휘는 상태로 상기 멤브레인(52)에 흡착하게 된다. 이와 같이 상기 웨이퍼(W)가 휘어지면서 상기 멤브레인(52)에 흡착되면, 상기 웨이퍼(W)는 더욱 견고히 상기 천공판(46)에 형성되어 있는 관통공(46a)들을 막아서 상기 분할판(48)과 상기 천공판(46)사이의 진공도를 증가시킨다. 그러므로 상기 웨이퍼(W)가 상기 멤브레인(52)에 흡착시에, 웨이퍼(W)가 하방으로 낙하하는 등의 불량을 감소시킨다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼의 가장자리 부위와 중심부위의 연마를 균일하게 수행할 수 있다. 이에 따라 상기 웨이퍼의 가장자리에 빈번히 발생하였던 공정 불량들을 감소할 수 있으므로 반도체 장치의 신뢰성 및 수율이 향상되는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (17)

  1. 공기의 유입 유출을 안내하는 적어도 하나의 공기 유로를 구비하고, 상, 하방으로 이동 가능한 본체;
    상기 본체의 하부에 장착되고, 상기 하나의 공기 유로를 통해 제공되는 공기압을 분배하여 공급하기 위한 공기압 분배 수단;
    상기 공기압 분배 수단의 하부면을 감싸도록 설치되고, 상기 공기압 분배 수단을 통해 제공되는 공기압에 따라 탄력적으로 팽창 또는 수축하고, 하부면에 웨이퍼의 이면이 접촉되는 멤브레인; 및
    상기 공기압 분배 수단의 하부면의 가장자리와 이에 대향하는 상기 멤브레인 내부의 가장 자리에 각각 고정되도록 설치되고, 상기 멤브레인이 팽창하였을 때 웨이퍼 가장자리와 멤브레인 간의 공간을 보정하도록 연마 헤드의 중심 방향으로 향하는 내측변은 소정 경사를 갖고 이에 대향하는 외측변은 수직인 형태를 갖고, 상기 멤브레인에 접촉되어 있는 웨이퍼에 가해지는 압력이 웨이퍼의 중심부 및 가장자리부에서의 압력을 균일하게 보정하는 압력 보정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력 보정 수단은 링 형태를 갖고, 상기 공기압 분배 수단과 상기 맴브레인의 가장자리에 연속적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  4. 제3항에 있어서, 상기 링 형태의 압력 보정 수단은 상기 링의 단면을 절단하였을 때 상변과 하변은 수평을 유지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  5. 삭제
  6. 제4항에 있어서, 상기 압력 보정 부재의 단면에서 상기 상변과 하변간의 높이는 상기 멤브레인이 공기압에 의해 팽창하였을 때 상기 멤브레인의 가장자리 이외의 부위에서와 상기 멤브레인의 가장자리 부위에서 상기 멤브레인이 팽창되는 정도의 차이를 보정하는 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압력 보정 수단은 탄성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 탄성 물질은 고무, 실리콘 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  9. 제1항에 있어서, 상기 공기압 분배 수단은 소정의 직경을 갖는 원판 형상이고, 중심축으로부터 소정의 반경 범위내에는 상기 공기 유로에서 제공되는 공기압을 분배하기 위한 다수의 관통공을 갖는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  10. 공기의 유입 유출을 안내하는 다수개의 공기 유로와, 가장 자리에 웨이퍼의 이탈을 방지하기 위한 리테이너링을 갖고, 상,하방으로 이동 가능하도록 구성된 본체;
    상기 본체의 하부에 장착되고, 상기 하나의 공기 유로를 통해 제공되는 공기압을 분배하여 공급하기 위한 공기압 분배 수단;
    상기 본체에 구비되는 공기 유로중 하나의 단부를 밀폐하면서 연결되어 상기 공기압 분배판의 상부면의 가장자리 부분과 접촉하고, 상기 공기 유로를 통한 공기의 유입과 유출에 의해 탄력적으로 팽창과 수축하여 공기압 분배 수단의 하부면의 가장자리 부분을 가압하는 공기 쿠션;
    상기 공기압 분배 수단의 하부면을 감싸도록 설치되고ㅡ 상기 공기압 분배 수단을 통해 제공되는 공기압에 따라 탄력적으로 움직이고, 하부면에 웨이퍼의 이면이 접촉되는 멤브레인; 및
    상기 공기압 분배 수단의 하부면의 가장자리와 이에 대향하는 상기 멤브레인 내부의 가장 자리에 각각 고정되도록 설치되고, 상기 멤브레인이 팽창하였을 때 웨이퍼 가장자리와 멤브레인 간의 공간을 보정하도록 연마 헤드의 중심 방향으로 향하는 내측변은 소정 경사를 갖고 이에 대향하는 외측변은 수직인 형태를 갖고, 상기 멤브레인에 접촉되어 있는 웨이퍼에 가해지는 압력이 웨이퍼의 중심부 및 가장자리부에서의 압력을 균일하게 보정하는 압력 보정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서, 상기 압력 보정 수단은 링 형태를 갖고, 상기 공기압 분배 수단과 상기 맴브레인의 가장자리에 연속적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  13. 제12항에 있어서, 상기 링 형태의 압력 보정 수단은 상기 링의 단면을 절단하였을 때 상변과 하변은 수평을 유지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  14. 삭제
  15. 제13항에 있어서, 상기 압력 보정 부재의 단면에서 상변과 하변간의 높이는 상기 멤브레인이 공기압에 의해 팽창하였을 때 상기 멤브레인의 가장자리 이외의 부위에서와 상기 멤브레인의 가장자리 부위에서 상기 멤브레인이 팽창되는 정도의 차이를 보정하는 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  16. 제10항에 있어서, 상기 압력 보정 수단은 탄성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
  17. 제16항에 있어서, 상기 탄성 물질은 고무, 실리콘 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 연마 헤드.
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