KR101223010B1 - 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드용 멤브레인 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 압력 챔버의 하측에 위치하여, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 팽창 가능하게 설치되고 탄성 소재로 제작되는 멤브레인으로서, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼와 접촉하는 수평부와, 상기 수평부의 가장자리에 상방으로 절곡 형성된 측부가 구비된 제1가요성 소재의 메인 멤브레인과; 상기 메인 멤브레인의 측부의 일부 이상을 감싸는 형태로 일체 성형되고 상기 제1가요성 소재보다 높은 경도를 갖는 제2가요성 소재로 형성되는 보강 멤브레인을; 포함하여 형성되어, 캐리어 헤드의 압력 챔버의 팽창에 의해 웨이퍼를 가압하는 압력이 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 일정하게 유지되도록 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인을 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드용 멤브레인{MEMBRANE OF CARRIER HEAD IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드에 사용되는 멤브레인에 관한 것으로, 상세하게는 캐리어 헤드의 압력 챔버의 팽창에 의해 웨이퍼를 가압하는 압력이 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 일정하게 유지되도록 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인에 관한 것이다.

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.

이러한 CMP 장치에 있어서, 캐리어 헤드는 연마공정 전후에 웨이퍼의 연마 면이 연마 패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 가압하여 연마 공정을 행하도록 하고, 동시에 연마 공정이 종료되면 웨이퍼를 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 파지한 상태로 그 다음 공정으로 이동한다.

이 때, 웨이퍼는 연마 패드에 균일한 압력으로 가압된 상태로 연마 공정이 행해져야 전체 표면에 걸쳐 균일한 연마량으로 평탄화된다. 이를 위하여, 캐리어 헤드에 의해 웨이퍼를 하방으로 가압하는 것은 캐리어 헤드의 챔버의 압력을 높여주어, 챔버의 하측에 위치한 멤브레인을 매개로 웨이퍼를 가압하는데, 가요성 소재의 멤브레인은 웨이퍼와 접하는 평탄부 이외에도 베이스 등의 주변 구조물에 고정될 수 있도록 반경 바깥 둘레에 측부가 수직 방향으로 연장되므로, 챔버의 압력이 높아짐에 따라 멤브레인의 측부도 바깥으로 팽창하려는 성질을 갖게 된다.

이로 인하여, 웨이퍼에 접하는 멤브레인은 가장자리 부분이 들뜨게 되어, 웨이퍼의 가장자리를 충분히 가압하지 못하는 문제가 야기된다. 이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 종래에는 금속링을 멤브레인의 측부부에 끼움으로써 멤브레인의 반경 방향으로의 팽창을 억제하고자 하는 시도가 있었다.

그러나, 멤브레인과 금속링은 재료가 서로 다르고 이물감이 있어서, 금속링을 끼운 상태로 멤브레인을 캐리어 헤드에 장착하는 것이 매우 까다로웠을 뿐만 아니라, 장시간 동안 사용한 금속링은 자체로 휘기가 쉬워, 조금이라도 휜 금속링이 멤브레인에 끼워져 설치되는 경우에는, 금속링에 의하여 웨이퍼의 가장자리를 가압하는 멤브레인의 에지부에서 균일하게 가압하는 것을 오히려 방해하여, 웨이퍼의 가장자리 부분이 균일하게 연마하지 못하게 되는 원인으로 지적되어 왔다.

따라서, 캐리어 헤드의 챔버 팽창에 의해 멤브레인을 매개로 웨이퍼를 가압하는 데 있어서, 웨이퍼의 에지 부분도 균일하게 가압될 수 있도록 하는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명은 캐리어 헤드의 압력 챔버의 팽창에 의해 웨이퍼를 가압하는 압력이 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 일정하게 유지되도록 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 동시에, 본 발명은 캐리어 헤드의 멤브레인이 다른 영역에 비하여 에지부에서 보다 큰 강성을 가짐에 따라, 에지 끝단에서 수직력이 크게 집중되는 방지하여, 멤브레인이 웨이퍼의 에지부에 밀착한 상태가 유지되더라도 에지부에서 과도하게 연마되는 것을 방지하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 웨이퍼의 연마 상태가 전체적으로 균일하게 이루어져, 웨이퍼의 에지부에서도 반도체 소자의 제작에 활용할 수 있는 화학 기계적 연마 공정을 구현하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 압력 챔버의 하측에 위치하여, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 팽창 가능하게 설치되고 탄성 소재로 제작되는 멤브레인으로서, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼와 접촉하는 수평부와, 상기 수평부의 가장자리에 상방으로 절곡 형성된 측부가 구비된 제1가요성 소재의 메인 멤브레인과; 상기 메인 멤브레인의 측부의 일부 이상을 감싸는 형태로 일체 성형되고 상기 제1가요성 소재보다 높은 경도를 갖는 제2가요성 소재로 형성되는 보강 멤브레인을; 포함하는 캐리어 헤드의 멤브레인을 제공한다.

이와 같이, 제1가요성 소재에 비하여 높은 경도를 갖는 제2가요성 소재의 보강 멤브레인이 메인 멤브레인의 측부의 일부 또는 전부를 감싸도록 형성됨에 따라, 멤브레인의 수평부 아래에 위치한 웨이퍼를 가압하기 위하여 압력 챔버의 압력이 높아지더라도, 멤브레인의 측부가 팽창하여 멤브레인의 수평부의 가장 자리 부분이 들뜨는 현상을 최소화할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 제2가요성 소재의 보강 멤브레인이 제1가요성 소재의 메인 멤브레인에 일체로 성형됨에 따라, 보강 멤브레인은 메인 멤브레인과 이물감없이 일체화되어 함께 변형하므로, 장시간 사용하더라도 보강 멤브레인에 의해 메인 멤브레인이 뒤틀리는 변형이 거의 발생되지 않는다. 따라서, 상기와 같이 구성된 멤브레인은 압력 챔버의 압력을 높여 웨이퍼를 장시간 동안 가압하는 데 사용되더라도, 오랜 시간 동안 웨이퍼의 에지부가 들뜨지 않고 균일한 압력을 웨이퍼의 에지부에도 도입할 수 있다.

이 때, 상기 보강 멤브레인은 상기 메인 멤브레인의 상기 측부의 높이의 1/3보다 길게 형성되어, 메인 멤브레인의 측부가 반경 방향으로 부풀어 오르는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 메인 멤브레인과 상기 보강 멤브레인은 다양한 가요성 소재로 제작될 수 있으며, 예를 들어 실리콘 소재로 일체 성형될 수 있다.

상기 보강 멤브레인은 상기 메인 멤브레인의 상기 측부의 안쪽면에 형성될 수도 있지만, 바깥면에 일체로 형성됨으로써 메인 멤브레인의 측부가 부풀어오르는 것을 억제할 수 있다.

한편, 상기 메인 멤브레인의 상기 측부에는 상기 보강 멤브레인이 위치할 수 있는 요입부와, 상기 보강 멤브레인의 환형 돌기를 수용하는 환형 홈이 반경 반향으로 요입 형성됨으로써, 메인 멤브레인의 변형을 억제하면서도 메인 멤브레인의 변형에도 신뢰성있게 제 자리에 위치할 수 있다.

그리고, 상기 보강 멤브레인의 하측에는 상기 메인 멤브레인의 외주면에는 요입 형성된 환형 그루브가 수평 방향으로 상기 보강 멤브레인의 두께 이상으로 깊게 요입 형성된다. 이를 통해, 보강 멤브레인에 의해 메인 멤브레인의 수평부가 들뜨지 않는 경우에, 상대적으로 강성이 높은 에지부에서 수직 방향으로 높은 하중에 가해지는 것을 분산시킬 수 있다. 이에 의해, 웨이퍼의 에지부가 들떠 가압력이 작용하지 않는 것을 방지하면서, 에지부가 들뜨지 않는 경우에 에지부의 높은 강성에 의해 과도한 힘이 가해지는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 메인 멤브레인의 상기 수평부에 인접한 상기 측부의 내주면에는 외향으로 요입 형성된 환형 수용홈이 형성된다. 이를 통해, 압축 챔버의 압력이 높게 제어되어 챔버의 체적이 팽창할 때에, 상기 환형 수용홈에 의해 메인 멤브레인의 길이가 쉽게 늘어나 챔버의 체적이 팽창하는 것을 일정한 형태로 수용할 수 있다. 이에 의해, 멤브레인의 국부적인 불규칙적인 변형에 의하여 웨이퍼가 균일하게 가압되지 않는 문제점을 해소할 수 있다.

이 때, 상기 수용홈의 하면은 반경 바깥 방향으로 갈수록 상향 경사진 경사면이 형성됨으로써, 에지부에서 압력 변화가 심하게 발생되더라도 이를 원만하게 완화시킬 수 있다.

한편, 상기 메인 멤브레인의 상기 측부 내측에는 상기 보강 멤브레인보다 높은 경도의 지지링이 끼워지고, 상기 링이 끼워지는 공간의 하측에는 상기 측부으로부터 내향 돌출된 지지 돌기가 돌출 형성될 수 있다. 이 때, 상기 지지링은 알루미늄, 스텐레스, 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나의 소재로 형성될 수 있다. 즉, 제2가요성 소재의 보강 멤브레인과 병행하여 지지링이 함께 설치될 수도 있다.

상기 환형 수용홈과 유사하게, 상기 메인 멤브레인은 캐리어 헤드의 베이스에 고정되는 환형 플립이 형성되고, 상기 환형 플립에는 상기 환형 플립의 팽창을 수용하는 굴곡부가 형성되어, 상기 압력 챔버의 팽창에 따른 변위를 수용하도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 챔버의 팽창 형태를 미리 예정된 형태로 유도함으로써, 웨이퍼의 가압 형태를 신뢰성있게 반복할 수 있다.

한편, 본 발명은, 본체와; 상기 본체에 대하여 회전 구동되는 베이스와; 상기 베이스에 위치 고정되고, 상기 베이스와의 사이에 압력 챔버가 형성되어 상기 압력 챔버의 압력 제어에 의해 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼를 하방으로 가압하는 전술한 구성의 멤브레인과; 상기 본체와 상기 베이스 중 어느 하나에 지지되도록 설치되고 상기 멤브레인의 바깥을 둘러싸는 리테이너링을; 포함하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공한다.

본 발명에 따르면, 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 압력 챔버의 하측에 위치하여, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 팽창 가능하게 설치되고 탄성 소재로 제작되는 멤브레인으로서, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼와 접촉하는 수평부와, 상기 수평부의 가장자리에 상방으로 절곡 형성된 측부가 구비된 제1가요성 소재의 메인 멤브레인과; 상기 메인 멤브레인의 측부의 일부 이상을 감싸는 형태로 일체 성형되고 상기 제1가요성 소재보다 높은 경도를 갖는 제2가요성 소재로 형성되는 보강 멤브레인을; 포함하여 구성됨으로써, 멤브레인의 수평부 아래에 위치한 웨이퍼를 가압하기 위하여 압력 챔버의 압력이 높아지더라도, 멤브레인의 측부가 팽창하여 멤브레인의 수평부의 가장 자리 부분이 들뜨는 현상을 최소화할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인을 제공한다.

또한, 본 발명은 제2가요성 소재의 보강 멤브레인이 제1가요성 소재의 메인 멤브레인에 일체로 성형됨에 따라, 장시간 사용하더라도 보강 멤브레인에 의해 메인 멤브레인이 뒤틀리는 변형이 거의 발생되지 않으므로, 오랜 시간 동안 웨이퍼의 에지부가 들뜨지 않고 균일한 압력을 웨이퍼의 에지부에도 도입할 수 있는 유리한 효과를 갖는다.

그리고, 본 발명은 보강 멤브레인의 하측의 메인 멤브레인의 측부 외면에는 환형 그루브가 수평 방향으로 요입 형성됨에 따라, 메인 멤브레인의 수평부가 들뜨지 않는 경우에, 멤브레인의 에지부 측부 강성이 상대적으로 높더라도, 타영역에 비하여 높은 강성을 가짐에 따라 수직 방향으로 큰 하중이 작용하는 것을 분산시 켜, 에지부의 높은 강성에 의해 웨이퍼에 과도한 가압력이 작용하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 메인 멤브레인의 수평부와 측부의 사이에 환형 수용홈을 경사면을 갖게 형성하고, 베이스에 고정되는 메인 멤브레인에 팽창을 수용하는 굴곡부를 형성하여, 챔버의 팽창에 따른 변위를 예정된 형태로 유도하도록 함으로써, 웨이퍼의 가압 구성을 신뢰성있게 반복할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 단면도
도2는 도1의 멤브레인의 구성을 도시한 반단면도
도3은 도1의 'A'부분의 확대도
도4는 본 발명의 제2실시예에 따른 멤브레인의 구성을 도시한 반단면도
도5는 도5의 'B'부분의 확대도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 탄성 멤브레인(200)을 구비한 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 멤브레인(200)을 구비한 캐리어 헤드(100)는, 본체부(140)와, 본체부(140)에 대하여 회전 가능하게 장착된 베이스(120)와, 베이스(120)의 원주부에 장착된 리테이너링(130)과, 베이스(120)와 리테이너링(130)에 끝단(210a, 211b, 211b')이 고정 설치되어 웨이퍼(W)와 접촉하는 탄성 재질의 멤브레인(200)으로 구성된다.

도면에 도시된 실시예에서는 베이스(120)와 리테이터링(130)의 사이에 멤브레인(200)의 끝단(210a)이 고정된 구성을 예로 들었지만, 본 발명은 베이스(120)에만 멤브레인(200)의 끝단(210a)이 고정되는 구성을 포함한다.

도2에 도시된 바와 같이, 상기 멤브레인(200)은 캐리어 헤드(100)의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 하측에 위치하여, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 압력에 따라 팽창되면서 웨이퍼(W)를 가압한다. 보다 구체적으로는, 멤브레인(200)은 웨이퍼(W)와 접촉하는 수평부(210B)와 측부(210S)로 이루어지고 제1가요성 소재로 성형된 메인 멤브레인(210)과, 메인 멤브레인(210)의 측부(210S)의 일부를 감싸는 형태로 제1가요성 소재보다 높은 경도의 제2가요성 소재로 메인 멤브레인(210)과 일체 성형된 보강 멤브레인(220)과, 메인 멤브레인(210)의 안쪽에 지지 돌기(116)에 의해 지지되게 설치되는 지지링(230)으로 구성된다.

상기 메인 멤브레인(210)의 수평부(210B)는 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼(W)와 저면에서 접촉하고, 수평부(210B)의 상면으로부터 연장 형성된 플립(211)이 베이스(120)의 결합부(122)에 결합되어 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성한다. 그리고 메인 멤브레인(210)의 수평부(210B)의 반경 끝단과 측부(210S)의 사이의 위치에, 측부(210S)의 내주면에는 외향으로 요입 형성된 환형 수용홈(213)이 형성되어, 최외측 압축 챔버(C5)가 팽창할 때에 수평부(210B)와 측부(210S) 사이의 환형 수용홈(213)이 벌려지는 형태로 수용되도록 한다.

상기 메인 멤브레인(210)의 측부(210S)의 외주면에는 메인 멤브레인(210)의 소재인 제1가요성 소재에 비하여 경도가 높은 제2가요성 소재의 보강 멤브레인(220)이 일체 성형된다. 따라서, 메인 멤브레인(210)과 보강 멤브레인(220)은 모두 가요성 소재이어서 챔버(C5)의 팽창과 수축에도 함께 변형된다. 예를 들어, 메인 멤브레인(210)을 제작하는 제1가요성 소재는 쇼어경도(A) 30~60의 값인 고무 또는 실리콘 소재이고, 보강 멤브레인(220)을 제작하는 제2가요성 소재는 쇼어 경도(A) 70 이상의 값을 갖는 고무 또는 실리콘 소재일 수 있다.

이와 같이, 제1가요성 소재에 비하여 높은 경도를 갖는 제2가요성 소재의 보강 멤브레인(220)이 메인 멤브레인의 측부의 일부 또는 전부를 감싸도록 형성됨에 따라, 메인 멤브레인(200)의 수평부(210B) 아래에 위치한 웨이퍼(W)를 가압하기 위하여 압력 챔버(C5)의 압력이 높아져, 반경 바깥 방향으로 힘(Pr)이 작용하더라도, 최외측 챔버(C5)가 반경 바깥 방향으로 팽창하는 것이 억제되고 원래의 반경을 유지함으로써, 반경 바깥 방향으로 팽창하였더라면 메인 멤브레인(210)의 수평부(210B)의 가장 자리 부분(E)이 들뜨는 현상을 억제할 수 있다. 상기 구성을 통하여, 웨이퍼(W)는 메인 멤브레인(210)의 수평부(210B)에 전체 표면이 밀착된 상태로 가압되는 것이 가능해진다. 이 때, 보강 멤브레인(220)은 메인 멤브레인(210)의 측부(210s) 표면의 1/2 내지 1/3을 덮는 면적으로 형성되는 것이 좋다.

또한, 제2가요성 소재의 보강 멤브레인(220)이 보다 낮은 경도의 제1가요성 소재의 메인 멤브레인(210)에 일체 성형됨에 따라, 보강 멤브레인(220)은 메인 멤브레인(210)과 이물감없이 일체화되어 함께 변형하므로, 장시간 사용하더라도 보강 멤브레인(220)에 의해 메인 멤브레인(210)이 뒤틀리는 변형이 발생되지 않으며, 힘의 전달에 손실이 발생되지 않는다. 따라서, 장시간 동안 웨이퍼(W)의 에지부가 들뜨지 않고 균일한 압력으로 가압된 상태로 CMP공정이 행해질 수 있다.

이 때, 보강 멤브레인(220)은 메인 멤브레인(210)과 보다 견고하게 일체 성형되기 위하여, 메인 멤브레인(210)의 측부(210S)에는 환형 홈(214)이 요입 형성되고, 보강 멤브레인(220)은 내주면에 환형홈(214)에 끼워지는 환형 돌기(220a)가 마련됨으로써, 경도 차이가 있는 상태로 일체로 성형되더라도, 장시간 동안 환형 돌기(220a)와 환형 홈(214)의 끼움 상태에 의해 반영구적으로 보강 멤브레인(220)이 메인 멤브레인(210)으로부터 이탈되지 않는다.

보강 멤브레인(220)에 의하여 메인 멤브레인(210)의 반경 바깥 방향으로의 팽창이 억제되므로, 메인 멤브레인(210)의 수평부(210B)의 에지부(E)가 들뜨지 않고 웨이퍼(W)의 전체 표면을 가압(Pz)할 수 있지만, 보강 멤브레인(220)에 의해 메인 멤브레인(210)의 측부(210S)는 수직 방향의 강성이 높아진 상태이므로, 웨이퍼(W)의 에지부에 보다 큰 힘(217f)으로 가압될 수 있다. 따라서, 메인 멤브레인(210)의 측부(210S) 외주면의 보강 멤브레인(220)의 아랫쪽에는 환형 그루브(217)가 요입 형성되어, 연직 하방향으로 웨이퍼(W)에 작용하는 큰 힘을 고르게 분산시키는 역할을 한다. 환형 그루브(217)는 보강 멤브레인(220)의 폭(d)보다 동일하거나 더 깊게 수평방향으로 요입 형성됨으로써, 힘의 분산 효과를 확실하게 얻을 수 있다.

한편, 메인 멤브레인(210)의 측부(210S) 내주면에는 스텐레스, 알루미늄, 엔지니어링 플라스틱 등 보강 멤브레인(220)보다 높은 경도를 갖는 단단한 소재의 지지링(230)이 끼워질 수 있다. 그러나, 지지링은 보강 멤브레인(220)의 경도가 메인 멤브레인(210)의 경도와 비슷하여, 반경 바깥방향으로 팽창하는 것을 억제하는 것이 부족한 경우에 한하여 행해지는 것이 좋다. 이때, 지지링(230)이 위치하는 공간의 하측에는 지지 돌기(216)가 내향 돌출되어, 지지링(230)은 지지 돌기(216)에 의해 지지되도록 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드용 멤브레인(200)은 웨이퍼(W)를 하방 가압하는 멤브레인(200)이 반경 방향으로의 팽창이 억제되면서 상하 방향으로 팽창하고, 이와 동시에 최외측 에지부(E)에서의 높은 강성에 의해 큰 힘이 집중적으로 작용하는 것도 분산시키므로, 웨이퍼의 최외측부의 연마를 균일하게 행할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도4 및 도5를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드용 멤브레인(300)을 상술한다. 다만, 본 발명의 제2실시예를 설명함에 있어서, 전술한 제1실시예와 동일 또는 유사한 기능 및 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 제2실시예의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 멤브레인(300)은 지지링(320)을 포함하지 아니하고, 그 밖의 세부적인 에지부(E)의 구성이 전술한 제1실시예의 구성과 차이가 있다.

먼저, 메인 멤브레인(310)의 수평부(310B)와 측부(310S)의 사이에 형성된 환형 수용홈(313)은 바닥면이 반경 외측으로 상향 경사진 경사면(313s)으로 형성된다. 이를 통해, 수평부(310B)와 측부(310S)의 에지부 경계에서 압력 변화가 심해지더라도 최외측 챔버(C5)의 모서리 부분의 국부적인 왜곡을 방지하면서 챔버(C5)의 팽창을 원활하게 수용할 수 있다. 그리고, 본 발명의 제2실시예에 따른 멤브레인(300)의 각각의 플립(311)에는 굴곡부(311x)가 형성되어, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 체적이 팽창하더라도, 메인 멤브레인(210)이 늘어나 국부적으로 왜곡 변형되지 않고 굴곡부(311x)가 펼쳐지는 것에 의해 의도된 형태로만 팽창될 수 있도록 유도된다.

이를 통해, 최외측 챔버(C5)의 압력이 높게 제어되어 챔버(C5)의 체적이 팽창할 때에, 환형 수용홈(313)에 의해 메인 멤브레인(310)의 길이가 쉽게 늘어나 챔버(C5)의 체적이 팽창하는 것을 일정한 형태로 제어할 수 있다. 이에 의해, 멤브레인(300)의 국부적인 불규칙적인 변형에 의하여 웨이퍼(W)가 균일하게 가압되지 않는 문제점을 해소할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제2실시예에 따른 탄성 멤브레인(300)도 역시 웨이퍼(W)를 하방 가압하는 멤브레인(300)이 반경 방향으로의 팽창이 억제되면서 상하 방향으로 팽창하도록 유도되고, 이와 동시에 최외측 챔버(C5)의 외측면이 보강 멤브레인(320)에 의해 높은 강성을 갖더라도, 하방으로 작용하는 큰 힘(317f)을 환형 그루부(317)에 의해 균일하게 분산시키므로, 웨이퍼(W)의 에지부(E)에서의 연마가 불균일하게 이루어졌던 종래의 비대칭 연마 문제를 해소할 수 있다.

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. 예컨대, 도면에는, 캐리어 헤드의 중심부(C)에 웨이퍼(W)를 직접 흡입하거나 가압하는 중심부 챔버(77)가 구비된 구성을 예로 들었지만, 중심부 챔버(77)가 구비되지 않은 구성에 대해서도 본 발명의 범주에 속한다.

100:캐리어 헤드 120: 베이스
130: 리테이너링 140: 본체
W: 웨이퍼 200, 300: 멤브레인
210, 310: 메인 멤브레인 211, 311: 플립
220, 320: 보강 멤브레인 230: 지지링

Claims (13)

1. 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 압력 챔버의 하측에 위치하여, 상기 압력 챔버의 압력에 따라 팽창 가능하게 설치되고 탄성 소재로 제작되는 멤브레인으로서,
   화학 기계적 연마 공정이 행해지는 웨이퍼와 접촉하는 수평부와, 상기 수평부의 가장자리에 상방으로 절곡 형성된 측부가 구비된 제1가요성 소재의 메인 멤브레인과;
   상기 메인 멤브레인의 측부의 일부 이상을 감싸는 형태로 일체 성형되고, 상기 제1가요성 소재보다 높은 경도를 갖는 제2가요성 소재로 형성되는 보강 멤브레인을;
   포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 보강 멤브레인은 상기 메인 멤브레인의 상기 측부의 높이의 1/3보다 길게 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 보강 멤브레인은 상기 메인 멤브레인의 상기 측부의 바깥면에 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 메인 멤브레인의 상기 측부에는 상기 보강 멤브레인이 위치할 수 있는 요입부와, 상기 보강 멤브레인의 환형 돌기를 수용하는 환형 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 보강 멤브레인의 하측에는 상기 메인 멤브레인의 외주면에는 요입 형성된 환형 그루브가 요입 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 보강 멤브레인의 하측에는 상기 메인 멤브레인의 외주면에는 요입 형성된 환형 그루브가 수평 방향으로 상기 보강 멤브레인의 두께 이상으로 깊게 요입 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 메인 멤브레인의 상기 수평부에 인접한 상기 측부의 내주면에는 외향으로 요입 형성된 환형 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
8. 제 7항에 있어서,
   상기 수용홈의 하면은 반경 바깥 방향으로 갈수록 상향 경사진 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 메인 멤브레인의 상기 측부 내측에는 상기 보강 멤브레인보다 높은 경도의 지지링이 끼워지고, 상기 링이 끼워지는 공간의 하측에는 상기 측부으로부터 내향 돌출된 지지 돌기가 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
10. 제 9항에 있어서,
    상기 지지링은 알루미늄, 스텐레스, 엔지니어링 플라스틱 중 어느 하나의 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
    
11. 제 1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 멤브레인은 캐리어 헤드의 베이스에 고정되는 환형 플립이 형성되고, 상기 환형 플립에는 상기 환형 플립의 팽창을 수용하는 굴곡부가 형성되어, 상기 압력 챔버의 팽창에 따른 변위를 수용하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
    
12. 제 1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 멤브레인과 상기 보강 멤브레인은 실리콘 소재로 일체 성형되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 멤브레인.
    
13. 본체와;
    상기 본체에 대하여 회전 구동되는 베이스와;
    상기 베이스에 위치 고정되고, 상기 베이스와의 사이에 압력 챔버가 형성되어 상기 압력 챔버의 압력 제어에 의해 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼를 하방으로 가압하는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인과;
    상기 본체와 상기 베이스 중 어느 하나에 지지되도록 설치되고 상기 멤브레인의 바깥을 둘러싸는 리테이너링을;
    포함하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
    
    
    

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