KR101293485B1 - 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드용 리테이너 링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링에 관한 것으로, 웨이퍼의 판면을 가압하는 바닥판의 가장자리에서 수직으로 절곡 형성된 측면과, 상기 측면의 상단부로부터 반경 외측으로 연장된 제1고정 플립이 구비된 멤브레인을 구비한 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링에 있어서, 상기 리테이너 링은, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되어, 상기 웨이퍼의 연마면이 접하는 연마 패드의 표면에 저면이 접촉한 상태를 유지하고, 상기 멤브레인의 측면과 대향하는 내주면에는 상기 제1고정 플립이 고정되는 요입 홈이 형성되어, 웨이퍼를 가압하는 멤브레인의 측면의 상단부에 연장된 제1고정플립이 리테이너 링에 고정되도록 함으로써, 멤브레인의 측면을 통하여 웨이퍼를 가압할 수 있도록 측면 상부에 가압 챔버를 형성할 수 있도록 함으로써, 가압 챔버의 압력에 의해 도입되는 힘의 일부만이 경사면에 의하여 수직 가압력으로 작용시켰던 종래와 달리, 가압 챔버가 멤브레인의 상측에 위치하여, 가압 챔버의 압력에 의해 도입되는 힘의 전부를 수직 가압력으로 작용시킬 수 있도록 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링을 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드용 리테이너 링{RETAINER RING OF CARRIER HEAD OF CHEMICAL MECHANICAL APPARATUS AND MEMBRANE USED THEREIN}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드용 리테이너링에 관한 것으로, 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 가장자리 부근을 작은 공압을 인가하면서도 정확하게 가압할 수 있도록 보조하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드용 리테이너 링에 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.

도1은 캐리어 헤드(1)의 개략도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(1)는 본체(110)와, 본체(110)와 함께 회전하는 베이스(120)와, 베이스(120)를 둘러싸는 링 형태로 장착되어 베이스(120)와 함께 회전하는 리테이너링(130)과, 베이스(120)에 고정되어 베이스(120)와의 사잇 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하는 탄성 재질의 멤브레인(140)과, 공압 공급로(155)을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)로 공기를 넣거나 빼면서 압력을 조절하는 압력 제어부(150)로 구성된다.

탄성 재질의 멤브레인(140)은 웨이퍼(W)를 가압하는 평탄한 바닥판(141)의 가장자리 끝단에 측면(142)이 절곡 형성된다. 멤브레인(140)의 중앙부 끝단(140a)은 베이스(120)에 고정되어 웨이퍼(W)를 직접 흡입하는 흡입공(77)이 형성된다. 멤브레인(150)의 중앙부에 흡입공이 형성되지 않고 웨이퍼(W)를 가압하는 면으로 형성될 수도 있다. 멤브레인(140)의 중심으로부터 측면(142)의 사이에는 베이스(120)에 고정되는 링 형태의 격벽(143)이 다수 형성되어, 격벽(143)을 기준으로 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 동심원 형태로 배열된다.

멤브레인(140)의 측면(142) 상부에는 측면(142)으로부터 연장된 고정 플립에 의해 둘러싸인 측면 가압 챔버(Cx)가 형성된다. 가압 챔버(Cx)의 공압도 압력 제어부(150)로부터 제어되어, 가압 챔버(Cx)에 공압이 공급되면, 가압 챔버(Cx)의 경사면(Cs)에서 환형 링(160)의 경사면에 힘(Fcx)을 경사지게 전달하고, 환형 링(160)에 전달된 힘(Fcx) 중 상하 방향으로의 힘 성분(Fv)이 측면(142)을 통해 전달되어 웨이퍼(W)의 가장자리를 가압한다. 도면중 미설명 부호인 145는 환형 링(160)을 측면(142)에 위치시키는 거치 돌기이다.

이와 동시에, 압력 제어부(150)로부터 공압 공급로(155)을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 공압이 전달되어, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 압력(...P4, P5)에 의하여 바닥판(141)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)의 판면을 가압한다.

그러나, 상기와 같이 구성된 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(1)는 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 가압하기 위해서는, 압력 제어부(150)로부터 가압 챔버(CX)에 공압을 공급하여, 가압 챔버(CX)의 압력이 높아지면, 가압 챔버(CX)의 압력에 의해 경사면(Cs)이 가압되고, 경사면에(Cs)에 가압되는 힘(Fcx) 중 수평 성분은 사용되지 못하고 수직 성분이 멤브레인(140)의 측면(142)을 통해 수직 가압력(Fv)으로 웨이퍼(W)에 전달된다.

가압 챔버(CX)의 경사면(Cs)이 45도인 경우에는, 가압 챔버(CX)에 의해 가압되는 힘(Fcx)의 1/2만 수직 가압력(Fv)으로 사용되므로, 압력 제어부(150)는 가압 챔버(Cx)에 과도하게 높은 공압을 공압 공급로(155X)를 통해 공급해야 하는 비효율성이 유발될 뿐만 아니라, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 비하여 가압 챔버(Cx)에 대략 2배의 압력을 공급하기 위해서는 압력 제어부(150)의 용량을 증대해야 하는 문제도 야기되며, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)와 가압 챔버(Cx)의 압력차이가 크면 이들의 압력을 정확히 제어하는 것이 어려워지는 문제가 야기된다.

이 뿐만 아니라, 수직 가압력(Fv)으로 사용되지 않는 1/2의 수평 성분의 힘이 멤브레인(140)의 측면(142)을 반경 바깥쪽으로 밀어내어, 멤브레인(140)의 측면의 변형에 의하여 최외측 챔버(C5)의 반경 바깥 영역에서는 내부 압력(P5)에도 불구하고 정확한 힘이 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 가압하지 못하는 문제가 야기되었다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 가장자리 부근을 작은 공압을 인가하면서도 정확하게 가압할 수 있도록 보조하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드용 리테이너 링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 압력 챔버에 공압을 공급하는 압력 제어부의 용량을 증대시키지 않더라도, 멤브레인의 측면을 통해 웨이퍼의 가장자리 끝단에 의도한 수직 가압력을 정확히 인가할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 웨이퍼의 가장자리에 대해서도 균일한 연마가 이루어짐에 따라, 웨이퍼의 가장자리에서도 반도체 패키지를 신뢰성있게 제조할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 멤브레인 측면과 리테이너 링의 사이를 멤브레인 측면 상부에서 연장된 제1고정플립으로 연결하여 막음으로써, 화학 기계적 연마 공정을 행하는 동안에 캐리어 헤드의 내부로 연마입자나 슬러리 등의 이물질이 유입되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 웨이퍼의 판면을 가압하는 바닥판의 가장자리에서 수직으로 절곡 형성된 측면과, 상기 측면의 상단부로부터 반경 외측으로 연장된 제1고정 플립이 구비된 멤브레인을 구비한 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링에 있어서, 상기 리테이너 링은, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되어, 상기 웨이퍼의 연마면이 접하는 연마 패드의 표면에 저면이 접촉한 상태를 유지하고, 상기 멤브레인의 측면과 대향하는 내주면에는 상기 제1고정 플립이 고정되는 요입 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링을 제공한다.

이는, 웨이퍼를 가압하는 멤브레인의 측면의 상단부에 연장된 제1고정플립이 리테이너 링에 고정되도록 함으로써, 멤브레인의 측면을 통하여 웨이퍼를 가압할 수 있도록 측면 상부에 가압 챔버를 형성할 수 있도록 함으로써, 가압 챔버의 압력에 의해 도입되는 힘의 일부만이 경사면에 의하여 수직 가압력으로 작용시켰던 종래와 달리, 가압 챔버가 멤브레인의 상측에 위치하여, 가압 챔버의 압력에 의해 도입되는 힘의 전부를 수직 가압력으로 작용시킬 수 있도록 하기 위함이다.

이 때, 상기 요입 홈은 링 형태로 형성될 수 있다.

무엇보다도, 상기 요입 홈에는 상기 제1고정 플립의 끝단 이외에 다른 플립의 끝단이 수용될 수 있는 크기로 형성됨으로써, 가압 챔버의 저면을 형성하는 제1고정플립의 끝단이 결합될 수 있도록 함과 동시에, 가압 챔버의 상면을 형성하는 다른 고정플립의 끝단이 함께 결합될 수 있도록 한다.

이 때, 가압 챔버의 상면 경계를 형성하는 제3고정플립이 상기 요입 홈에 수용되어 고정되고, 상기 요입홈에 끼움 링이 상기 제1고정플립의 끝단과 상기 제3고정플립의 끝단의 사이에 끼워지면서 상기 제1고정플립의 끝단과 상기 제3고정플립의 끝단이 상기 요입홈에 고정되도록 할 수 있다. 이와 같이 끼움 링을 이용함으로써, 2개의 고정 플립을 한꺼번에 요입 홈에 견고하게 고정 결합시킬 수 있게 되므로, 가압 챔버를 형성하는 것이 보다 쉽고 외기와 차단효과도 우수하게 유지할 수 있다.

한편, 가압 챔버의 상면 경계를 형성하는 제3고정플립이 요입 홈에 수용되어 고정되되, 상기 제1고정플립의 끝단과 상기 제3고정플립의 끝단을 하나의 몸체로 연결한 링형 끼움 블록이 상기 요입홈에 끼워져 고정되는 것에 의하여 상기 제1고정플립의 끝단과 상기 제3고정플립의 끝단이 상기 요입홈에 고정되도록 구성될 수도 있다.

그리고, 상기 요입홈에는, 상기 멤브레인의 측면의 상단부로부터 내측으로 연장되어 베이스에 고정되는 제2고정 플립으로부터 연장 형성된 제3고정 플립이 제1고정플립과 함께 위치 고정될 수도 있다.

이 때, 상기 요입홈의 입구에는 상기 입구의 단면이 내측 단면보다 더 작게 하는 걸림턱이 돌출 형성되어, 상기 요입홈에 삽입되는 제1고정 플립 및 제3고정플립과 링형 끼움 블록이 이탈하는 것을 보다 확실하게 방지함으로써, 장기간 동안 수많은 횟수의 화학 기계적 공정을 행하는 동안에 가압 챔버에 공압이 누수되는 현상이 발생되는 것을 방지한다.

한편, 상기 리테이너 링의 하부에는 상기 측면과의 간격이 더 좁아지도록 내향 돌출된 돌출면이 형성되어, 멤브레인의 측면과 리테이너링 사이의 간극을 통해 가압 챔버로 슬러리 등의 이물질이 침투하는 것을 효과적으로 방지하면서, 웨이퍼가 멤브레인의 저면으로부터 캐리어 헤드의 바깥으로 튀어 나가려는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 캐리어 헤드의 멤브레인 측면 상단부에 연장된 제1고정플립이 리테이너 링에 고정되도록 구성됨으로써, 멤브레인의 측면을 통하여 웨이퍼를 가압할 수 있도록 측면 상부에 가압 챔버를 형성할 수 있도록 함으로써, 가압 챔버의 압력에 의해 도입되는 힘의 일부만이 경사면에 의하여 수직 가압력으로 작용시켰던 종래와 달리, 가압 챔버가 멤브레인의 상측에 위치하여, 가압 챔버의 압력에 의해 도입되는 힘의 전부를 수직 가압력으로 작용시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이를 통해, 본 발명은 압력 챔버에 공압을 공급하는 압력 제어부의 용량을 증대시키지 않더라도, 멤브레인의 측면을 통해 웨이퍼의 가장자리 끝단에 의도한 수직 가압력을 정확히 인가할 수 있게 되므로, 웨이퍼의 가장자리에 대해서도 균일한 연마가 이루어지게 하여, 웨이퍼의 가장자리에서도 반도체 패키지를 신뢰성있게 제조할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 끼움 링을 이용하여 리테이너 링의 요입 홈에 2개의 고정 플립을 서로 이격된 상태로 견고하게 고정할 수 있으므로, 가압 챔버에 도입되는 압력이 보다 신뢰성있게 유지되어, 웨이퍼의 가장자리를 보다 확실하게 가압할 수 있는 잇점이 얻어진다.

또한, 본 발명은 리테이너 링의 내주면 하측에 내향 돌출면이 형성되어, 멤브레인의 측면과 리테이너링 사이의 간극을 통해 가압 챔버로 슬러리 등의 이물질이 침투하는 것을 효과적으로 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 가압 챔버에 도입된 압력에 의한 힘의 전부를 웨이퍼의 가장자리 끝단을 가압하는 수직 가압력으로 사용할 수 있게 됨에 따라, 가압 챔버에 도입되는 압력값과 웨이퍼의 판면을 가압하는 압력 챔버에 도입되는 압력값의 편차가 작아지므로, 이들 챔버에 공압을 공급하는 압력 제어부의 용량을 종래에 비해 줄일 수 있으면서도 공압의 제어 정확성도 향상되는 잇점을 얻을 수 있다.

도1은 종래의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 반단면도,
도2는 웨이퍼 가장자리를 가압하는 원리를 설명하기 위한 도1의 'A'부분의 확대도,
도3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링이 구비된 캐리어 헤드의 분해 사시도,
도3b는 도4a의 'B' 부분의 확대도,
도4는 도3a의 리테이너링에 적용될 수 있는 멤브레인의 구성을 도시한 반단면도,
도5는 도4의 멤브레인이 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너링이 구비된 캐리어 헤드의 가장자리 부분의 확대도,
도6는 다른 형태의 멤브레인이 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너링이 구비된 캐리어 헤드의 가장자리 부분의 확대도,
도7은 도3a의 리테이너링에 적용될 수 있는 또 다른 형태의 멤브레인의 구성을 도시한 반단면도,
도8은 도7의 멤브레인이 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너링이 구비된 캐리어 헤드의 가장자리 부분의 확대도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 사용되는 리테이너 링(230)은 화학 기계적 연마 공정 중에 멤브레인(240, 240', 340)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)가 바깥으로 이탈하는 것을 방지하는 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링(230)의 저면(230s)이 연마 패드 상에 밀착 가압된 상태를 유지하며, 멤브레인(240, 240', 340)의 측면(242, 342)으로부터 연장된 제1고정플립(2421, 3421)을 고정시키는 요입 홈(239)이 형성된다는 점에 그 특징이 있다. (본 발명에 따른 캐리어 헤드(2, 2', 3), 리테이너 링(230) 및 멤브레인(240, 240', 340)은 도면에 도시된 반단면도의 중심선(88)을 기준으로 회전시킨 형상이다.)

본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링(230)이 구비된 캐리어 헤드(3)는 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전 구동되는 본체(110a, 110b; 110)와, 본체(110)와 연결되어 함께 회전하는 베이스(320)와, 본체와 베이스(320) 중 어느 하나에 고정되어 함께 회전하는 링 형태의 리테이너 링(230)과, 본체(110)의 내부에 외부의 이물질이 침투하는 것을 방지하는 커버(371, 372; 370)와, 베이스(120)에 고정되어 베이스(320)와의 사이에 압력 챔버(...,C4, C5)를 형성하고 탄성 가요성 소재로 형성되는 멤브레인(340)과, 압력 챔버(...,C4, C5)에 공압을 공급하여 압력을 조절하는 압력 제어부(250)로 구성된다.

여기에 사용되는 멤브레인(340)은 바닥판(341)과, 바닥판(341)의 가장자리 끝단으로부터 절곡되어 상측으로 연장 형성된 측면(342)과, 바닥판(341)의 중심과 측면(342)의 사이에 베이스(320)에 결합되는 다수의 링 형태의 격벽(343, 343')이 형성된다. 링 형태의 격벽(343, 343')이 다수 형성됨에 따라, 베이스(330)와 멤브레인(340)의 사이에는 다수의 분할된 압력 챔버(..., C4, C5)가 형성된다. 그리고, 멤브레인 측면(342)에는 외측 홈(342x)과 내측 돌기(342y)에 멤브레인 바닥판(341)의 경도에 비하여 높은 경도를 갖는 링형 보강재(271, 272)가 일체로 성형될 수 있다. 이에 의해, 측면(342)을 통해 수직 가압력(Fv)을 전달하는 효율이 향상된다. 또한, 최외측 압력 챔버(C5)의 압력(P5)이 높아지더라도, 보다 높은 경도를 갖는 링형 보강재(371, 372)에 의하여 멤브레인 측면(342)이 바깥으로 볼록하게 팽창하여 멤브레인 바닥판(341')의 가장자리 끝단이 들뜨는 현상을 보다 낮출 수 있으며, 장시간 사용하더라도 보강재(271, 272)에 의하여 멤브레인이 뒤틀리는 변형이 거의 발생되지 않도록 한다.

한편, 멤브레인(340)의 중앙부(340a)는 베이스(320)에 결합되어, 중앙부에 웨이퍼(W)를 직접 흡입하는 흡입공(도1의 77)이 마련되지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 멤브레인(340)의 중앙부가 바닥판(341)으로 막힌 구성을 포함한다.

도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 멤브레인 측면(342)의 상부에는 측면(342)으로부터 고정 플립(3421, 3422, 3433)이 연장 형성된다. 그리고, 도5에 도시된 바와 같이, 제1고정플립(3421)은 끝단이 리테이너 링(230)의 요입 홈(239)에 고정되고, 제2고정플립(3422)은 끝단이 베이스(320)에 고정되며, 제3고정플립(3423)의 끝단도 제1고정플립(3421)의 끝단이 고정된 위치보다 더 높은 위치에 있도록 리테이너 링(230)의 요입홈(239)에 고정된다.

이를 위하여, 리테이너 링(230)은 제1고정플립(3421)과 제3고정플립(3423)의 끝단을 각각 서로 다른 높이에서 고정할 수 있도록 요홈부에 삽입 설치되는 끼움 링(235)이 구비된다. 끼움 링(235)은 가요성 탄성 소재로 형성될 수도 있고, 플라스틱이나 금속 소재로 형성될 수도 있다. 즉, 제1고정플립(3421)과 제3고정플립(3423)이 탄성 변형이 큰 가요성 재질로 형성된 경우에는 플라스틱이나 금속 소재로 형성되는 것이 바람직하고, 제1고정플립(3421)과 제3고정플립(3423)이 탄성 변형이 작은 가요성 재질로 형성된 경우에는 제1고정플립(3421)과 제3고정플립(3423)의 끝단을 가압하면서 압축될 수 있도록 끼움링(235) 자체가 우레탄 등의 가요성 재질로 형성될 수 있다.

리테이너 링(230)의 링 형태의 요입 홈(239)에 삽입된 제1고정플립(3421)이 외부로 이탈하는 것을 방지하도록 입구의 단면이 내부 공간에 비하여 더 작아지도록 돌출 형성된 걸림턱(239x)이 형성된다. 이 때, 걸림턱(239x)의 형상은 도면에 도시된 형상에 국한되지 않으며, 제1고정플립(3421)의 끝단이 요입 홈(239)의 바깥으로 빠져나가는 방향으로 간섭되는 방향으로 돌출되어 있는 것은 모두 포함하는 것으로 정의한다.

그리고, 제3고정플립(3423)이 외부로 이탈하는 것을 물리적인 간섭으로 방지할 수 있도록, 요입 홈(239)의 걸림턱(239x)과 유사하게, 끼움 링(235)에도 상측으로 돌출 형성된 걸림 돌기(235x)가 돌출 형성된다. 이에 따라, 도5에 도시된 바와 같이, 제3고정 플립(3423)의 끝단부가 더 두껍게 형성되므로, 끼움 링(235)의 걸림 돌기(235x)에 의하여 제3고정플립(3423)이 견고하게 요입 홈(239)의 내부에 위치 고정된다.

그리고, 베이스(320)는 멤브레인(340)의 격벽(343, 343')의 끝단과 제2고정플립(3422)을 각각 고정될 수 있도록 순차적으로 결합되는 고정 보조구(3221, 3222)를 구비한다.

따라서, 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 가압하기 위한 가압 챔버(Cx)는 제1고정플립(3421)과 제3고정플립(3423)과 끼움링(235)으로 둘러싸인 영역으로 형성되며, 멤브레인 측면(342)의 바로 상측에 위치할 수 있게 된다. 이 때, 가압 챔버(Cx)는 제1고정플립(3421)에 의하여 리테이너 링(230)과 멤브레인 플립(342)의 사이 틈새(CL)의 상측을 가리는 형태가 되므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드 상에 잔류하는 슬러리나 연마 입자가 틈새(CL)를 통해 캐리어 헤드(3)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있게 되어, 장시간 동안 캐리어 헤드의 오염 없이 신뢰성있게 사용할 수 있다.

더욱이, 상기 리테이너 링(230)의 하부에는 멤브레인(340)의 측면(342)과의 간격이 더 좁아지도록 내향 돌출된 돌출면(231)이 형성됨으로써, 멤브레인(340)의 측면(342)과 리테이너 링(230) 사이의 간극을 통해 가압 챔버(Cx)의 경계를 형성하는 제3고정플립(3421)로 슬러리 등의 이물질이 침투하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 멤브레인 측면(342)의 상단에서 연장 형성되는 제1고정플립(3421)은 외측의 수평 방향으로 연장되기 시작하다가 리테이너 링(230)에 끝단이 고정되도록 굴곡부가 마련되고, 제2고정플립(3422)은 내측의 수평 방향으로 연장 형성되고, 즉, 멤브레인 측면(342)의 상단부로부터 반경 바깥 방향으로 연장 형성된 제1고정플립(3421)의 끝단이 리테이너 링(230)에 견고하게 결합되며, 제1고정플립(3421)과 제2고정플립(3422)이 멤브레인 측면(342)의 상부로부터 서로 다른 수평 방향으로 연장되기 시작하도록 구성됨에 따라, 멤브레인 측면(342)은 평탄한 수평면(342s)으로 형성되고, 이 평탄한 수평면(342s)가 가압 챔버(Cx)의 가압력(Fcx)를 전달하는 매개가 된다. 따라서, 압력 제어부(250)로부터 공압 공급부(255x)를 통해 가압 챔버(Cx) 내에 공압을 전달하여 가압 챔버(Cx)로부터 발생되는 힘(Fcx)의 방향이 멤브레인 측면(342)와 동일선 상에 배열되므로, 가압 챔버(Cx)에 의해 전달되는 힘(Fcx)의 전부를 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 가압하는 수직 가압력(Fv)으로 사용할 수 있게 된다.

이와 같이, 종래에 경사면을 통해 수직 가압력(Fv)을 웨이퍼(W)에 전달함에 따라, 가압 챔버에 과도한 압력을 도입해야 했던 문제를 해소하고, (종래의 가압 챔버의 경사면이 45도의 경사라고 가정하면) 종래에 비하여 1/2의 압력으로 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 가압할 수 있을 뿐만 아니라, 가압 챔버의 가압력(Fcx)의 수평 방향으로의 분력이 0가 되므로, 멤브레인 측면(342)이 바깥으로 볼록해지려는 성향이 훨씬 줄어들게 되어, 멤브레인 바닥판(341)의 가장자리 끝단이 들뜨는 현상도 자연스럽게 제거되는 잇점도 얻을 수 있게 된다.

따라서, 본 발명은 수직 가압력(Fv)을 정확하게 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단에 도입할 수 있게 되고, 웨이퍼(W)의 가장자리에도 연마 품질을 향상시킬 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 가장자리 영역으로부터 반도체 패키지를 신뢰성있게 제조할 수 있게 된다.

또한, 가압 챔버(Cx)에 도입되는 압력으로 하방을 향해 미는 힘(Fcx) 전부를 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 가압하는 수직 가압력(Fv)으로 사용함에 따라, 가압 챔버(Cx)가 멤브레인 측면의 상측에 위치하지 않고 내측으로 치우쳐 위치하던 종래의 구성(도2 참조)과 대비할 때, 압력 제어부(250)로부터 공압 공급로(255x)를 통해 가압 챔버(Cx)에 도입되는 압력값과, 웨이퍼의 판면을 가압하기 위해 압력 제어부(250)로부터 공압 공급로(2555)를 통해 압력 챔버(...,C4, C5)에 도입되는 압력값의 편차가 작아지므로, 챔버(Cx,...,C4, C5)에 공압을 공급하는 압력 제어부(250)의 용량을 종래에 비해 작게 할 수 있으면서 공압 제어의 정확성을 향상시킬 수 있는 잇점도 얻어진다.

한편, 도6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링(230)이 장착된 다른 형태의 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(2)를 상술한다. 다만, 전술한 구성과 동일 또는 유사한 구성 및 작용에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 캐리어 헤드(2)는 멤브레인 측면(242)으로부터 이격 배치된 챔버 링(260)에 의하여, 멤브레인(240)의 측면(242) 상측에 가압 챔버(Cx)를 형성한다는 점에서 도5의 구성과 차이가 있다. 즉, 멤브레인 측면(242)의 상부에는 측면(342)으로부터 제1고정플립(2421)과 제2고정플립(2422)이 외측과 내측의 수평 방향으로 각각 연장 형성된다. 제1고정플립(2421)은 끝단은 리테이너 링(230)의 요입홈(239)에 고정되고, 제2고정플립(2422)은 끝단은 베이스(220)와 본체 중 어느 하나에 고정된다. 이와 함께, 멤브레인 측면(242) 상부로부터 상측으로 이격된 위치에, 챔버링(260)의 제3고정플립(2601)이 리테이너 링(230)의 요입홈(239)에 고정되고, 챔버링(260)의 제4고정플랩(2602)은 베이스(220)에 고정하여, 도5의 제3고정플립(2423) 대신에 별도의 챔버 링(260)에 의하여 가압 챔버(Cx)를 형성할 수도 이Tekk.

이 경우에도, 리테이너 링(230)의 요입 홈(239)에 멤브레인 측면(242)으로부터 수평 외측으로 연장 형성된 제1고정플립(2421)과 챔버링(260)의 제3고정플립(2601)이 끼움 링(235)에 의하여 상하로 이격되게 위치 고정됨으로써, 챔버 링(260)의 하측에, 멤브레인의 측면 상부(343s)와, 리테이너 링(230)의 내주면과, 베이스(320)의 외주면에 의해 둘러싸인 공간이 가압 챔버(Cx)를 형성한다.

이와 같이, 멤브레인(240)을 둘러싸는 리테이너 링(230)의 요입 홈(239)에 멤브레인 측면(342)으로부터 연장 형성된 제1고정플립(2421)과 챔버 링(260)의 제3고정플립(2601)을 서로 이격되게 위치 고정시킴으로써, 가압 챔버(Cx)의 중앙부에 멤브레인 측면(242)의 상부에 위치시킬 수 있게 되므로, 가압 챔버(Cx)를 둘러싸는 가요성 탄성 재질인 제1고정플립(2421)과, 제2고정플립(2422)과, 챔버 링(260)이 상,하방으로 휘는 변위가 발생되더라도, 멤브레인 측면(242)의 상부면(342s)은 평탄한 수평면을 유지하게 되어, 가압 챔버(Cx)에 의해 멤브레인 측면(242) 상부를 하방으로 미는 힘(Fcx)의 방향이 항상 수직한 하방을 향하도록 유도할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

그리고, 제1고정플립(2321)의 끝단이 고정되는 리테이너 링(230)의 제1위치와 챔버 링(260)의 외측단이 고정되는 리테이너 링(230)의 제2위치 사이에는 가요성 탄성 재질이거나 플라스틱 또는 금속 재질의 끼움 링(235)이 삽입 설치됨에 따라, 제1고정플립(2421)의 끝단 및 챔버 링(260)의 외측단을 서로 다른 높이에서 리테이너 링(230)에 고정시키는 작업을 보다 쉽게 할 수 있다. 그리고, 리테이너 링(230)의 요입 홈(239)에 걸림턱(239x)이 구비되고, 끼움 링(235)에도 걸림 돌기(235x)를 형성함으로써, 요입 홈(239) 내에서 상하로 이격되게 끼워져 결합되어 있는 제1고정플립(2421) 및 제3고정플립(2601)을 보다 확실하게 위치 고정시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

한편, 멤브레인 측면(342)으로부터 내측으로 연장되는 제2고정플립(2422)과, 챔버 링(260)의 내측단(2602) 및 멤브레인(240)의 최외측 격벽(243')이 베이스(220)에 서로 다른 높이에 고정될 수 있도록, 베이스(220)는 고정 보조구(2221, 2222, 2223; 222)로 결합될 수 있다.

도5의 구성(3, 340)과 마찬가지로, 도6에 도시된 캐리어 헤드(2)도 역시, 제1고정플립(2421)이 수평으로 연장되어 리테이너링(230)의 요입 홈(239)에 위치 고정됨에 따라, 가압 챔버(Cx)의 바닥면(242s)이 평탄한 수평면으로 형성될 수 있게 된다. 이에 따라, 압력 제어부(250)로부터의 공압 공급부(255x)로부터 가압 챔버(Cx) 내에 공압이 전달되면, 가압 챔버(Cx)의 압력이 높아지면서 수평 바닥면(242s)을 하방으로 미는 힘(Fcx)이 작용하는데, 멤브레인 측면(242)이 연장되는 수직 방향과 가압 챔버(Cx)에 의해 전달되는 힘(Fcx)의 방향이 서로 일치하므로, 가압 챔버(Cx)의 수평 바닥면(242s)을 미는 힘은 전부 멤브레인 측면(242)을 따라 하방으로 전달되면서 웨이퍼의 가장자리 끝단을 가압하는 수직 가압력(Fv)으로 작용하여, 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 확실하게 가압할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

한편, 도8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 리테이너 링(230)이 장착된 다른 형태의 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(2')를 상술한다. 다만, 전술한 구성과 동일 또는 유사한 구성 및 작용에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 캐리어 헤드(2')는 멤브레인(240')이 멤브레인 측면(242)의 상단부로부터 외측으로 연장된 제1고정플립(2421')의 끝단부에는 리테이너 링(도8의 230)에 끼워 고정되는 링형 끼움 블록(248)이 구비되고, 링형 끼움 블록(248)으로부터 연장되어 끝단(2481x)이 베이스(220)에 고정되는 챔버 플립(2481)이 구비된다는 점에서 전술한 도면에 나타난 구성과 차이가 있다.

즉, 도8에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3실시예에 따른 멤브레인(240')이 장착된 캐리어 헤드(3')는 가요성 탄성 재질의 링형 끼움 블록(248)과 챔버 플립(2481)이 일체로 성형되어, 챔버 플립(2481)과 제1고정플립(2431) 및 제2고정플립(2432)의 사잇 공간을 가압 챔버(Cx)로 형성한다.

따라서, 전술한 구성과 대비하면, 도8의 멤브레인(240')은 링형 끼움 블록(248)이 도6의 끼움 링(235)에 대응하고, 챔버 플립(2481)은 도6의 챔버 링(260)에 대응하므로, 도6의 구성을 통해 얻어지는 유리한 효과를 모두 얻으면서, 동시에, 링형 끼움 블록(248)과 챔버 플립(2481)이 멤브레인(240')과 일체로 성형됨에 따라 부품의 관리가 간편해지고, 링형 끼움 블록(248)으로 챔버 플립(2481) 및 제1고정플립(2431)의 위치를 한번의 작업으로 견고하게 위치 고정시킬 수 있으므로, 제2실시예에 비하여 조립이 용이해진다.

이와 동시에, 도면에 도시된 리테이너 링(230)의 요입 홈(239)은 별도의 형상 변경없이도 도7에 도시된 링형 끼움 블록(248)을 견고하게 끼워 고정시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 제1고정플립(2431)이 리테이너 링(230)에 보다 확실하게 위치 고정되므로, 가압 챔버(Cx)에 급작스럽게 큰 공압이 공급되는 등의 이상 현상에 대해서도 견고하게 압력 챔버(Cx)의 형상과 위치를 안정되게 유지할 수 있다. 그리고, 제1고정플립(2431)이 링형 끼움 블록(248)에 의하여 견고하게 리테이너 링(230)에 고정됨에 따라, 리테이너 링(230)과 멤브레인 측면(243)의 사이 틈새(CL)를 통해 연마 입자나 슬러리 등의 이물질이 캐리어 헤드(2')의 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다.

도6의 구성(2, 240)과 마찬가지로, 도8에 도시된 캐리어 헤드(2')도 역시, 제1고정플립(2421)이 수평으로 연장되어 리테이너링(230)의 요입 홈(239)에 위치 고정됨에 따라, 가압 챔버(Cx)의 바닥면(242s)이 평탄한 수평면으로 형성될 수 있게 된다. 이에 따라, 압력 제어부(250)로부터의 공압 공급부(255x)로부터 가압 챔버(Cx) 내에 공압이 전달되면, 가압 챔버(Cx)의 압력이 높아지면서 수평 바닥면(242s)을 하방으로 미는 힘(Fcx)이 작용하는데, 멤브레인 측면(242)이 연장되는 수직 방향과 가압 챔버(Cx)에 의해 전달되는 힘(Fcx)의 방향이 서로 일치하므로, 가압 챔버(Cx)의 수평 바닥면(242s)을 미는 힘은 전부 멤브레인 측면(242)을 따라 하방으로 전달되면서 웨이퍼의 가장자리 끝단을 가압하는 수직 가압력(Fv)으로 작용하여, 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 확실하게 가압한다.

이렇듯, 본 발명은 멤브레인 측면(242, 342)으로부터 수평 외측으로 연장 형성된 제1고정플립의 끝단을 리테이너 링(230)의 요입 홈(239)에 위치 고정하여, 멤브레인 측면의 상측에 수평 바닥면을 갖는 가압 챔버(Cx)를 형성함으로써, 가압 챔버(Cx)의 압력에 의해 하방으로 미는 힘(Fcx)의 방향이 멤브레인 측면(242, 342)의 연장 형성되는 방향과 일치하여, 가압 챔버(Cx)로부터의 힘(Fcx)이 그대로 멤브레인 측면(242, 342)을 거쳐 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단을 가압하도록 구성된다. 이를 통해, 웨이퍼의 가장자리 끝단에 의도한 만큼의 수직 가압력(Fv)을 정확하게 도입하여, 웨이퍼의 가장자리에서의 연마 품질을 보다 향상시킬 수 있으며, 가압 챔버(Cx)와 압력 챔버(C1,...C5)에 도입되는 압력값의 편차가 작아지므로, 이들 챔버(Cx, C1, ... C5) 에 공압을 공급하는 압력 제어부(250)의 용량을 종래에 비해 줄일 수 있으면서도 공압 제어의 정확성도 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 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.

W: 웨이퍼 C1, C2, C3, C4, C5: 압력 챔버
E: 들뜬 영역 F: 평탄 영역
220, 320: 베이스 230, 330: 리테이너 링
235: 끼움 링
240, 340: 멤브레인 241, 341: 바닥판
242, 342: 측면 2421, 3421: 제1고정플립
2422, 3422: 제2고정플립 3423: 제3고정플립
243, 343: 링형 격벽 260: 챔버 링
248: 링형 끼움 블록 2481: 챔버 플립
271, 272: 보강재

Claims (9)

1. 웨이퍼의 판면을 가압하는 바닥판의 가장자리에서 수직으로 절곡 형성된 측면과, 상기 측면의 상단부로부터 반경 외측으로 연장된 제1고정 플립이 구비된 멤브레인을 구비한 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링에 있어서,
   상기 리테이너 링은, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되어, 상기 웨이퍼의 연마면이 접하는 연마 패드의 표면에 저면이 접촉한 상태를 유지하고, 상기 멤브레인의 측면과 대향하는 내주면에는 상기 제1고정 플립이 고정되는 요입 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 요입 홈은 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 요입 홈에는 상기 제1고정 플립의 끝단 이외에 다른 플립의 끝단이 수용될 수 있는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 제1고정플립이 일부를 형성하는 가압 챔버의 다른 경계를 형성하는 제3고정플립이 상기 요입 홈에 수용되어 고정되고, 상기 요입홈에 끼움 부재가 상기 제1고정플립의 끝단과 상기 제3고정플립의 끝단의 사이에 끼워지면서 상기 제1고정플립의 끝단과 상기 제3고정플립의 끝단이 상기 요입홈에 고정되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
   
5. 제 3항에 있어서,
   상기 제1고정플립이 일부를 형성하는 가압 챔버의 다른 경계를 형성하는 제3고정플립이 상기 요입 홈에 수용되어 고정되되, 상기 제1고정플립의 끝단과 상기 제3고정플립의 끝단을 하나의 몸체로 연결한 링형 끼움 블록이 상기 요입홈에 끼워져 고정되는 것에 의하여 상기 제1고정플립의 끝단과 상기 제3고정플립의 끝단이 상기 요입홈에 고정되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
   
6. 제 3항에 있어서,
   상기 요입홈에는, 상기 멤브레인의 측면의 상단부로부터 내측으로 연장되어 베이스에 고정되는 제2고정 플립으로부터 연장 형성된 제3고정 플립이 상기 제1고정플립과 함께 위치 고정되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
   
7. 제 3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 끼움 링은 가요성 탄성 소재, 플라스틱, 금속 소재 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
   
8. 제 3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 요입홈의 입구에는 상기 입구의 단면이 내측 단면보다 더 작게 하는 걸림턱이 돌출 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
   
9. 제 1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 리테이너 링의 하부에는 상기 측면과의 간격이 더 좁아지도록 내향 돌출된 돌출면이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
   

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