KR100647041B1 - 영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을갖는 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드에 관한 것으로, 웨이퍼를 장착하는 멤브레인이 그 상부에 구비된 멤브레인 홀더부에 밀폐 가능하도록 설치되고, 상기 멤브레인의 내측에는 그 밀폐공간을 동심원상의 다수 챔버로 분할하여 각 공기통로를 통해 소정의 공기압이 각각 부하되도록 밀폐시켜주는 링형의 분리격벽수단이 마련되어 있는 구성에 있어서, 상기 분리격벽수단이, 상기 멤브레인과 독립된 가요성 부재로서 웨이퍼의 착탈여부에 따라 상기 멤브레인의 내측상면에 밀착되거나 이격되는 링형의 지지판부가 형성되고, 상기 지지판부의 상면중앙에는 수직격벽을 이루는 스템부가 그 원주를 따라 일체로 형성되며, 상기 스템부의 상단에는 그 둘레를 따라 고정부가 형성되어 상기 멤브레인 홀더부에 긴밀하게 고정할 수 있도록 된 영역분할 지지링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 것으로서, 이러한 본 발명의 구조에 의하면, 연마공정 중 그 영역분할 연마 프로파일의 경계부에서 급격한 변곡점이 형성됨에 따른 연마속도 변화 등으로 인한 이상연마현상을 해소함으로써 원하는 연마 프로파일을 원활히 구현할 수 있고, 생산수율을 향상시키는 효과가 있다.

웨이퍼, 연마장치(CMP), 캐리어 헤드, 멤브레인, 영역분할 지지링

Description

영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드{Carrier head for chemical mechanical polishing apparatus with controlling abnormal polishing to zone partition polishing profile boundary}

도 1a 및 도 1b는 종래의 CMP 장치에 적용되는 격막분리식 멤브레인형 캐리어 헤드에 대한 공기압 부하 전의 구조 및 각 분할 챔버로 소정의 공기압이 부하되었을 때의 작동상태를 각각 도시한 개략적인 전단면도이다.

도 2a 및 도 2b는 종래의 CMP 장치에 적용되는 이중 멤브레인형 캐리어 헤드에 대한 공기압 부하 전의 구조 및 각 분할 챔버로 소정의 공기압이 부하되었을 때의 작동상태를 각각 도시한 개략적인 전단면도이다.

도 3은 종래의 CMP 장치에 적용되는 격막분리식 멤브레인형 캐리어 헤드에 대한 변형된 종래 구조의 일례로서 그 구조 및 각 분할 챔버로 소정의 공기압이 부하되었을 때의 작동상태를 도시한 개략적인 전단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드의 구조를 도시한 반단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 멤브레인 지지용의 영역분할 지지링이 내장된 캐리어 헤드의 각 분할챔버 내에 여러 형태의 공기압을 차등 부하하여 연마공정을 수행한 후 웨이퍼의 표면에 나타나는 연마량을 각각 측정하고 그 연마 프로파일의 형상들을 도식화하여 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

H ; 캐리어 헤드 C1 ; 내측 챔버

C2 ; 외측 챔버 1 ; 웨이퍼

2 ; 중앙 공기통로 3 ; 리테이너링

10 ; 멤브레인 11 ; 멤브레인 플레이트

12 ; 멤브레인 클램프 13 ; 내측 공기통로

20 ; 영역분할 지지링 21 ; 지지판부

22 ; 스템부 23 ; 고정부

24 ; 외측 공기통로 110, 210, 310 ; 멤브레인

120, 320 ; 멤브레인 지지스템 121, 221 ; 변곡점

220 ; 내측 멤브레인 321 ; 스템가압용 공기통로

본 발명은 반도체 웨이퍼를 화학적 기계적으로 연마(Chemical Mechanical Polishing)하기 위한 연마장치에 장착되는 캐리어 헤드의 멤브레인 지지구조에 관한 것으로, 특히 단일 웨이퍼 상에 다양한 연마 프로파일을 구현하기 위하여 국부적으로 가변되는 공기압을 부하할 수 있도록 분할된 챔버 구조를 이루는 멤브레인 형 캐리어 헤드에 있어서, 연마공정 중 그 영역분할 연마 프로파일의 경계부에서 급격한 변곡점이 형성됨에 따른 연마속도 변화 등으로 인한 이상연마현상을 해소함으로써 원하는 연마 프로파일을 구현할 수 있게 함과 아울러 모든 영역에 대해 연마속도를 안정적으로 유지하여 반도체 생산수율을 향상시킬 수 있게 한 영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드에 관한 것이다.

통상적으로, 화학기계적 연마장치(CMP Apparatus)는, 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀지역과 주변회로지역간 높이차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.

이러한 CMP 장치에 있어서, 캐리어 헤드는, 연마공정 전후에 웨이퍼의 연마면이 연마패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 잡아주거나 수용하는 장치부로서, 현재 멤브레인형(Membrane Type)의 캐리어 헤드가 주로 사용되고 있다. 또한 최근에는, 웨이퍼의 표면에 단순히 균일한 압력을 가하여 막질을 전체적으로 고르게 연마하는 초보적인 기술 단계를 넘어서, 단일 웨이퍼의 표면에 국부적으로 상이한 압력을 가하여 웨이퍼의 연마 프로파일(Profile)을 다양하게 조절할 수 있는 다중영역분할 연마식의 캐리어 헤드 기술에 관한 연구가 집중되고 있다.

도 1a 내지 도 3은 종래 기술에 따른 다양한 형태의 다중영역분할 연마식 멤 브레인형 캐리어 헤드(H)의 구조 및 공기압 부하에 의한 작동상태를 각각 제시하고 있다.

먼저, 도 1a 및 도 1b는 종래의 CMP 장치에 적용되는 격막분리식 멤브레인형 캐리어 헤드(H)에 대한 공기압 부하 전의 구조 및 각 분할 챔버(C1)(C2)로 소정의 공기압(P1)(P2)이 부하되었을 때의 작동상태를 각각 개략적으로 도시한 것이다.

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.

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.

이러한 변곡점(121)은 단일 웨이퍼의 표면에 소정의 영역분할 프로파일을 구 현하기 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 있었다.

한편, 도 2a 및 도 2b는 종래의 CMP 장치에 적용되는 이중 멤브레인형 캐리어 헤드(H)에 대한 공기압 부하 전의 구조 및 각 분할 챔버(C1)(C2)로 소정의 공기압(P1)(P2)이 부하되었을 때의 작동상태를 각각 개략적으로 도시한 것이다.

상기 캐리어 헤드(H)의 저면부에 설치되는 멤브레인(210)은, 도 2a에 도시된 바와 같이, 그 내측에서 별도의 공기 수용공간을 형성하는 대략 원통용기형의 내측 멤브레인(220)이 형성되어 상기 내측 멤브레인(220)에 의해 내측 챔버(C1)와 외측 챔버(C2)가 각각 이중적 형태로 분리될 수 있도록 된 구조를 이루는 것으로서, 상기 멤브레인(210)의 상부 내측에 적층 설치되는 멤브레인 플레이트(11) 및 멤브레인 클램프(12)와, 그 외주를 감싸는 리테이너링(3)에 의해 고정되는 구조를 이루고 있다.

상기의 캐리어 헤드(H)의 구조에 있어서, 중앙 공기통로(2) 및 외측 공기통로(24)를 통해 소정의 공기압(P1)(P2)이 각각 부하되면, 도 2b에 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 내측 멤브레인(220)은 그 외측의 멤브레인(210)의 중앙부를 가압하는 이중적 가압구조를 이루므로 상기 내측 멤브레인(220)의 가장자리 둘레를 따라 상기 멤브레인(210)에 이중 만곡 형태의 급격한 원형 변곡점(221)을 형성하게 된다.

이러한 변곡점(221)도 역시, 단일 웨이퍼의 표면에 소정의 영역분할 프로파일을 구현하기 위하여 국부적인 차등 압력부하에 의한 다중연마공정을 수행함에 있어서 악영향을 미치게 되는 바, 즉, 상기 변곡점(221) 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 있었다.

한편, 도 3은 종래의 CMP 장치에 적용되는 격막분리식 멤브레인형 캐리어 헤드(H)에 대한 변형된 종래 구조의 일례로서 그 구조 및 각 분할 챔버(C1)(C2)로 소정의 공기압(P1)(P2)이 부하되었을 때의 작동상태를 개략적으로 도시하고 있다.

상기 캐리어 헤드(H)의 저면부에 설치되는 멤브레인(310)은, 그 상면 쪽에 링형의 멤브레인 지지스템(320)이 일체로 형성되어 상기 멤브레인 지지스템(320)에 의해 내측 챔버(C1)와 외측 챔버(C2)가 각각 분리될 수 있도록 된 구조를 이루는 것으로서, 상기 멤브레인(310)의 상부 내측에 적층 설치되는 멤브레인 플레이트(11) 및 멤브레인 클램프(12)와, 그 외주를 감싸는 리테이너링(3)에 의해 설치되는 구조를 이루고 있다.

상기의 캐리어 헤드(H)의 구조에 있어서, 중앙 공기통로(2) 및 외측 공기통로(24)를 통해 소정의 공기압(P1)(P2)이 각각 부하되면, 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(320)은 별도의 스템가압용 공기통로(321)를 통해 부하되는 공기압(P3)에 의해 동시에 하강하면서 상기 내측 챔버(C1)와 외측 챔버(C2)의 경계부를 가압해주게 된다.

그러나, 상기의 종래 기술은 상기 멤브레인(310)의 각 분할 챔버(C1)(C2)간 경계부를 상기 멤브레인 지지스템(320)의 벽 두께에 해당하는 소폭의 영역에 대해서만 협소하게 소정 공기압(P3)으로 가압 지지함으로써 이 부분에 대한 연마속도가 오히려 증가하여 이것 역시 이상연마현상을 발생시킬 뿐만 아니라, 완만한 경계 변화에 의한 안정적인 지지구조를 제공하지 못하여 반도체 생산수율을 저하시키게 되는 문제점이 있었다.

또한, 별도의 스템가압용 공기통로(321) 및 압력포트(미도시) 등이 캐리어 헤드(H)에 추가되어야 하므로 그 구조가 복잡하여 장비의 구성을 어렵게 하는 또 다른 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은, 단일 웨이퍼 상에 다양한 연마 프로파일을 구현하기 위하여 국부적으로 가변되는 공기압을 부하할 수 있도록 분할된 챔버 구조를 이루는 멤브레인형 캐리어 헤드에 있어서, 연마공정 중 그 영역분할 연마 프로파일의 경계부에서 급격한 변곡점이 형성됨에 따른 연마속도 변화 등으로 인한 이상연마현상을 해소함으로써 원하는 연마 프로파일을 구현할 수 있게 함과 아울러 모든 영역에 대해 연마속도를 안정적으로 유지하여 반도체 생산수율을 향상시킬 수 있도록 된 영역분할 연마 프 로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드를 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드는, 웨이퍼와 밀착되는 웨이퍼 장착용의 가요성 멤브레인이 그 상부에 구비된 멤브레인 홀더부에 밀폐 가능하도록 설치되고, 상기 멤브레인의 내측에는 그 밀폐공간을 동심원상의 다수 챔버로 분할하여 각각의 공기통로를 통해 소정의 공기압이 각각 부하되도록 밀폐시켜주는 링형의 분리격벽수단이 마련되어 이루어진 구성에 있어서, 상기 분리격벽수단이, 상기 멤브레인과 독립된 가요성 부재로서 웨이퍼의 착탈여부에 따라 내·외측의 각 공기통로를 통해 부하된 각 공기압에 의해 상기 멤브레인의 내측상면에 소정 크기 이상의 면 폭으로 밀착되거나 또는 이격되는 링형의 지지판부가 형성되고, 상기 지지판부의 상면중앙에는 내·외측 챔버를 구분 짓는 수직격벽을 이루는 스템부가 그 원주를 따라 일체로 형성되며, 상기 스템부의 상단에는 그 둘레를 따라 고정부가 형성되어 상기 멤브레인 홀더부에 긴밀하게 고정할 수 있도록 된 영역분할 지지링으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 지지판부는 그 외측 둘레의 반경이 상기 외측 공기통로 단부 위치의 반경 이상을 유지할 수 있는 면 폭으로 형성된 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 CMP 장치용 캐리어 헤드를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 CMP 장치용 캐리어 헤드(H)의 구조 및 특성을 설명하기 위한 것으로서, 도 4는 본 발명에 따른 CMP 장치용 캐리어 헤드(H)의 구조를 도시한 반단면도, 도 5는 본 발명에 따른 멤브레인(10) 지지용의 영역분할 지지링(20)이 내장된 캐리어 헤드(H)의 각 분할 챔버(C1)(C2) 내에 여러 형태의 공기압(P2)(P3)을 차등 부하하여 연마공정을 수행한 후 웨이퍼(1)의 표면에 나타나는 연마량을 각각 측정하고 그 연마 프로파일의 형상들을 도식화하여 나타낸 그래프를 각각 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 CMP 장치용 캐리어 헤드(H)의 구조는 도 4에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 선행기술의 구조와 대체적으로 대응되는 구성을 갖는다. 즉, 공기압(P1)을 공급할 수 있는 중앙 공기통로(2)가 형성된 승강로드(도면부호 미도시)를 중심으로 하여 그 외주 상부에는 구동샤프트(미도시)에 의하여 고정되는 캐리어 홀더와 캐리어 하우징 및 홀더 하우징(도면부호 미도시)이, 상기 승강로드의 외주 하부에는 멤브레인 홀더샤프트와 멤브레인 홀더부(도면부호 미도시)가, 그리고 상기 멤브레인 홀더부의 외측 둘레에는 리테이너링(3)이 각각 결합되고, 상기 멤브레인 홀더부와 리테이너링(3) 사이에는 웨이퍼(1)와 접촉하면서 상기 웨이퍼(1)를 착탈시켜주는 가요성의 멤브레인(10)이 설치된 구조를 이룬다.

상기 멤브레인 홀더부는, 중앙과 그 둘레에 다수의 통공이 형성된 멤브레인 플레이트(11)와, 상기 멤브레인 플레이트(11)의 상측에 적층 배치되어 상기 멤브레 인(10)의 외측 에지부를 고정하기 위한 멤브레인 클램프(12)를 포함하는 구성을 이룬다.

상기 멤브레인(10)은 고강도 실리콘 고무와 같은 가요성 및 탄성재질로 제작된 원판형의 시이트(Sheet)로서 웨이퍼(1)를 장착하기 위한 표면을 제공하고, 그 외측의 에지부 둘레는 상기 멤브레인 플레이트(11)와 멤브레인 클램프(12) 사이에서 고정되며, 내측의 에지부 둘레는 상기 멤브레인 홀더샤프트와 승강로드의 하부에 위치하는 멤브레인 와셔(도면부호 미도시) 사이에서 고정된다.

또한, 상기 멤브레인(10)은, 그 상부의 상기 멤브레인 홀더부 내부에 가압 가능한 상기 내·외측 챔버(C1)(C2)를 형성토록 함과 아울러, 상기 멤브레인(10)을 매개로 하여 상기 각 챔버(C1)(C2)의 내부로 적정의 공기압(P2)(P3)을 조정 및 공급케 함에 의해, 상기 웨이퍼(1)의 배면에 간접압력을 가하거나 또는 흡착할 수 있게 한다.

상기 캐리어 헤드(H)의 본체에는, 상기 멤브레인 플레이트(11)내 공간부인 내측 챔버(C1)로 소정의 공기압(P2)을 공급하기 위한 내측 공기통로(13)와, 상기 내측 챔버(C1)의 외측 둘레에 형성된 공간부인 외측 챔버(C2)로 소정의 공기압(P3)을 공급하기 위한 외측 공기통로(24)가 각각 형성되어 있다.

상기 멤브레인(10)의 상부 내측과 상기 멤브레인 플레이트(11)의 하부 사이에는, 그 밀폐공간을 동심원상의 다수 챔버(C1)(C2)로 분할하여 각각의 공기통로(13)(24)를 통해 소정의 공기압(P2)(P3)이 각각 부하되도록 밀폐시켜주는 링형의 분리격벽수단으로서의 영역분할 지지링(20)이 설치된다.

상기 영역분할 지지링(20)은, 상기 멤브레인(10)과 독립된 가요성 부재로서, 웨이퍼(1)의 착탈여부에 따라 내·외측의 각 공기통로(13)(24)를 통해 부하된 각 공기압(P2)(P3)에 의해 상기 멤브레인(10)의 내측상면에 소정 크기 이상의 면 폭으로 밀착되거나 이격되는 링형의 지지판부(21)가 형성되고, 상기 지지판부(21)의 상면중앙에는 상기 내·외측 챔버(C1)(C2)를 구분 짓는 수직격벽을 이루는 스템부(22)가 그 원주를 따라 일체로 형성되며, 상기 스템부(22)의 상단에는 그 둘레를 따라 고정부(23)가 형성되어 상기 멤브레인 홀더부에 긴밀하게 고정될 수 있도록 되어 있다.

상기 영역분할 지지링(20)은, 웨이퍼(1)가 장착되지 않은 상태에서 상기 각 챔버(C1)(C2) 내에 공기압을 부하할 경우에는 상기 지지판부(21)의 저면이 상기 멤브레인(10)의 상면과 격리되어 영역간 분리가 이루어지지 않게 되지만, 상기 웨이퍼(1)가 상기 멤브레인(10)의 저면에 흡착되어 지지면을 형성하는 경우에는 상기 지지판부(21)의 저면이 상기 멤브레인(10)의 상면과 밀착되어 영역간 분리가 이루어질 수 있도록 되어 있다.

이때, 상기 지지판부(21)는, 도 4의 확대도에 도시된 바와 같이, 그 외측 둘레의 반경 위치가 상기 외측 공기통로(24) 공기토출단부 위치의 반경 이상을 유지할 수 있는 정도의 면 폭으로 형성된 것이 이상적이다. 즉, 상기 중앙 공기통로(2)를 통해 형성된 진공압(P1)에 의해 웨이퍼(1)가 흡착된 후, 상기 외측 공기통로(24)의 단부를 통해 토출되는 공기에 의한 공기압(P3)이 상기 스템부(22) 외측의 상기 지지판부(21) 상면을 직접적으로 가압하여 상기 지지판부(21)의 외측저면이 상기 멤브레인(10)의 내측상면과 긴밀하게 밀착되도록 하는 한편, 상기 내측 공기통로(13)를 통해 공급되는 공기가 상기 멤브레인 플레이트(11) 내측의 공간부로 유입된 후 상기 멤브레인(10) 내측상면과 상기 멤브레인 플레이트(11) 저면 사이의 틈새를 따라 상기 스템부(22) 내측의 상기 지지판부(21) 상면을 직접적으로 가압하는 공기압(P2)으로 작용하여 상기 지지판부(21)의 저면이 상기 멤브레인(10)의 내측상면과 긴밀하게 밀착되도록 함으로써, 상기 지지판부(21)의 전체 저면에 걸쳐 보다 안정적이고도 확고한 광폭의 면 접촉에 의한 균일한 압착상태를 유지할 수 있게 된다.

따라서, 이러한 상기 영역분할 지지링(20)의 지지판부(21)에 의한 균일한 광폭의 가압 원리에 의해, 내측 챔버(C1) 및 외측 챔버(C2)간에 완전 분리상태를 유지할 수 있게 됨과 아울러, 다양한 연마 프로파일을 구현하기 위하여 완전 분리 밀폐된 상태의 상기 내측 챔버(C1) 및 외측 챔버(C2)에 동일 또는 상이한 공기압(P2)(P3)이 각각 부하될 때 그 경계부 위치에서 급격한 변곡점이 발생하는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 캐리어 헤드의 멤브레인 지지구조에 의한 연마성능 실험결과를 첨부도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

도 5는, 단일 웨이퍼(1)의 표면에 증착된 박막을 국부적으로 가공하고자 하는 프로파일에 적합하도록 분할 연마함에 있어서, 본 발명에 따른 멤브레인(10) 지지용의 영역분할 지지링(20)이 내장된 캐리어 헤드(H)의 각 분할 챔버(C1)(C2) 내에 여러 형태의 공기압(P2)(P3)을 차등 부하하여 연마공정을 수행한 후 웨이퍼(1)의 표면에 나타나는 연마량을 각각 측정하고 그 연마 프로파일의 형상들을 도식화하여 나타낸 그래프로서, 도표의 횡축은 웨이퍼 직경상의 위치를 나타낸 측정점을, 도표의 종축은 연마속도(Å/min)를 각각 표시하고 있으며, 내측 챔버(C1)와 외측 챔버(C2)에 각각 부하되는 공기압(P2)(P3)의 차이에 따른 세 가지 유형의 각 실험결과 그래프를 합성하여 상호 비교할 수 있도록 한 것이다.

즉, Test1은 내측 챔버(C1) 및 외측 챔버(C2)에 인가되는 각각의 공기압(P2)(P3)을 동일하게 유지한 경우(P2=P3)의 연마량 변화를, Test2는 내측 챔버(C1)에 인가되는 공기압(P2)이 외측 챔버(C2)에 인가되는 공기압(P3)에 비해 작은 압력을 부하한 경우(P2＜P3)의 연마량 변화를, Test3는 내측 챔버(C1)에 인가되는 공기압(P2)이 외측 챔버(C2)에 인가되는 공기압(P3)에 비해 큰 압력을 부하한 경우(P2＞P3)의 연마량 변화를 각각 나타내고 있다.

상기 그래프에 도시된 바와 같이, 상기 세 가지 유형의 각 실험그래프들은 공기압(P1) 작용점을 기준하여 거의 좌우대칭의 연마상태를 유지하고 있음을 확인할 수 있으며, 이들 세 가지 유형의 실험그래프에 의하면 공기압 P2가 작용하는 Zone1과 공기압 P3가 작용하는 Zone2의 경계에서의 연마량이 급격히 변화하지 않고 유연하게 변화됨을 확인할 수 있는 바, 이는 본 발명의 영역분할 지지링(20)에 따른 각 챔버(C1)(C2)간 확고한 밀폐성 유지 및 안정적이고도 균일한 지지 작용에 의해 나타나는 현저한 효과라 할 수 있다.

따라서, 본 발명은 각 분할 챔버(C1)(C2)간의 완전 분리성능 유지에 의한 기존 구조에서의 간섭 영향으로부터 벗어날 수 있음은 물론, 영역분할 연마 프로파일 의 경계부에서의 연마속도 저하 또는 상승 등에 의한 이상연마현상을 제거하여 반도체 공정의 수율을 현저히 향상시킬 수 있는 조건을 제공하게 됨을 확인할 수 있는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 따른 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드에 의하면, 단일 웨이퍼 상에 다양한 연마 프로파일을 구현하기 위하여 국부적으로 가변되는 공기압을 부하할 수 있도록 분할된 챔버 구조를 이루는 멤브레인형 캐리어 헤드에 있어서, 웨이퍼의 착탈여부에 따라 멤브레인의 내측면에 압착되거나 분리되는 영역분할 지지링을 적용하여, 연마공정 중 그 영역분할 연마 프로파일의 경계부에서 급격한 변곡점이 형성됨에 따른 연마속도 변화 등으로 인한 이상연마현상을 해소함으로써 원하는 연마 프로파일을 원활히 구현할 수 있고, 모든 영역에 대해 연마속도를 안정적으로 유지하여 반도체 생산수율을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함되는 것으로 보아야 함은 극히 당연한 것이다.

Claims (2)

1. 웨이퍼(1)와 밀착되는 웨이퍼 장착용의 가요성 멤브레인(10)이 그 상부에 구비된 멤브레인 홀더부에 밀폐 가능하도록 설치되고, 상기 멤브레인(10)의 내측에는 그 밀폐공간을 동심원상의 다수 챔버(C1)(C2)로 분할하여 각각의 공기통로(13)(24)를 통해 소정의 공기압(P2)(P3)이 각각 부하되도록 밀폐시켜주는 링형의 분리격벽수단이 마련되어 이루어진 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드에 있어서,

   상기 분리격벽수단은, 상기 멤브레인(10)과 독립된 가요성 부재로서 웨이퍼(1)의 착탈여부에 따라 내·외측의 각 공기통로(13)(24)를 통해 부하된 각 공기압(P2)(P3)에 의해 상기 멤브레인(10)의 내측상면에 소정 크기 이상의 면 폭으로 밀착되거나 또는 이격되는 링형의 지지판부(21)가 형성되고, 상기 지지판부(21)의 상면중앙에는 내·외측 챔버(C1)(C2)를 구분 짓는 수직격벽을 이루는 스템부(22)가 그 원주를 따라 일체로 형성되며, 상기 스템부(22)의 상단에는 그 둘레를 따라 고정부(23)가 형성되어 상기 멤브레인 홀더부에 고정할 수 있도록 된 영역분할 지지링(20)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 지지판부는 그 외측 둘레의 반경이 상기 외측 공기통로 단부 위치의 반경 이상을 유지할 수 있는 면 폭으로 형성된 것을 특징으로 하는 영역분할 연마 프로파일의 경계부 이상연마 제어기능을 갖는 화학기계적 연마장치용 캐리어 헤드.

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