KR101410358B1 - 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인 및 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드 - Google Patents

화학적 기계적 연마장치용 멤브레인 및 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드 Download PDF

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Abstract

화학적 기계적 연마장치의 연마헤드 및 이를 포함하는 화학적 기계적 연마장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치의 연마헤드는, 상하방향으로 승강되는 하우징; 하우징의 하부에 연결되어 하우징을 지지하는 베이스 어셈블리; 베이스 어셈블리의 하부에 마련되되, 기판을 흡착 및 가압하는 멤브레인; 및 베이스 어셈블리의 하부에 연결되되, 멤브레인을 감싸는 리테이너 링을 포함하며, 멤브레인은, 기판을 흡착 및 가압하는 가압부; 가압부에 마련되되, 가압부의 테두리부에서 높이방향으로 연장된 제1 격벽; 제1 격벽의 상단부에서 가압부의 중심방향으로 연장된 제1 수평 확장부; 및 제1 격벽의 상단부에서 가압부의 중심방향으로 연장되되, 제1 수평 확장부의 상부에 배치되며, 공기압에 의해 팽창되는 만곡부를 구비한 제2 수평 확장부를 포함한다.

Description

화학적 기계적 연마장치용 멤브레인 및 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드{MEMBRANE OF A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND POLISHING HEAD OF A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은, 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인 및 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 기판을 균일하게 연마할 수 있는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인 및 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드에 관한 것이다.
일반적으로 웨이퍼는 사진, 이온확산, 식각, 화학 기상 증착 및 금속 증착 등의 공정을 반복적으로 수행하여 반도체 소자인 칩으로 제조된다.
상기의 공정들을 거친 웨이퍼 상에는 금속배선이 미세한 패턴을 이루며 형성된다.
최근, 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되고 있다. 즉, 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 웨이퍼 상에는 금속배선과 절연막 및 층간배선 등이 다수의 층을 이루는 다층 배선 구조가 형성된다.
이에 따라 반도체 소자의 제조공정 중에는 웨이퍼의 공정 면을 평탄화하는 기술이 필요하게 되었다.
이는 미세한 패턴의 요철부가 존재하는 웨이퍼 상에 연속하여 다른 미세한 패턴층을 형성하는 경우, 요철부가 존재하는 웨이퍼와 패턴을 형성하도록 웨이퍼 상에 위치하는 마스크 사이의 간격이 불균일하게 되고, 투영렌즈의 초점이 잘 맞지 않게 되어 요구되는 미세한 패턴을 정밀하게 형성할 수 없기 때문이다.
그러므로, 웨이퍼 상에 존재하는 미세한 패턴의 요철부를 평탄화함으로써 미세한 패턴의 정밀도를 향상시키게 되며, 이를 위해서 일반적으로 웨이퍼의 공정 면을 연마(Polishing)하여 웨이퍼의 공정 면에 평탄화 작업을 실시하고 있다.
이러한 연마공정을 수행하기 위한 다양한 연마방법들이 제시되고 있으며, 이들 중 웨이퍼를 화학적, 그리고 기계적인 연마를 동시에 실시할 수 있는 화학적 기계적 연마장치(Chemical Mechanical Polishing; CMP)가 널리 사용되고 있다.
기계적 연마는 회전하는 연마패드 위에 웨이퍼를 위치시킨 상태에서 웨이퍼에 소정의 하중을 가하고 웨이퍼를 회전시킴으로써 연마패드와 웨이퍼 표면 간의 마찰을 이용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 것이고, 화학적 연마는 연마패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 화학적 연마제인 슬러리(slurry)를 이용하여 웨이퍼 표면을 연마하는 것이다.
종래기술에 따른 화학적 기계적 연마장치는, 상부에 연마패드가 설치된 연마 스테이션과, 연마 스테이션의 상부에 위치하며 웨이퍼를 연마패드에 가압하는 연마헤드를 포함한다.
그리고, 연마헤드는, 웨이퍼를 가압하는 멤브레인과 웨이퍼가 공정진행 중에 이탈되는 것을 방지하기 위해 멤브레인을 감싸는 리테이너 링을 구비한다.
종래기술에 따른 멤브레인은 원판 모양의 가압판을 포함한다. 그리고, 가압판의 테두리부에는 측벽이 형성된다. 또한, 가압판의 중심부에는 진공이 인가되는 영역을 한정하는 격벽이 형성된다.
상기와 같은 멤브레인을 이용하여 웨이퍼를 연마패드에 가압하면서 연마공정을 수행하는 경우, 웨이퍼 전체에 균일한 압력이 인가되도록 하는 것이 요구된다.
그러나, 종래기술에 따른 멤브레인은 진공영역과 가압영역만으로 구분되어 있어서, 연마공정을 반복하는 경우에 전체적으로 균일하게 웨이퍼에 압력을 인가하기가 어려운 문제점이 있다.
따라서, 웨이퍼를 연마하는 경우에 웨이퍼 표면의 연마두께의 불균일을 초래하는 문제점이 있다.
[문헌1] 대한민국 공개특허 10-2005-0056340 (주식회사 하이닉스반도체) 2005.06.16.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 기판을 균일하게 연마할 수 있는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인 및 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판을 흡착 및 가압하는 가압부; 상기 가압부의 테두리부에서 높이방향으로 연장된 제1 격벽; 상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장된 제1 수평 확장부; 및 상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되되, 상기 제1 수평 확장부의 상부에 배치되며, 공기압에 의해 팽창되는 만곡부를 구비한 제2 수평 확장부를 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인이 제공될 수 있다.
상기 제1 격벽의 하단부에는, 상기 가압부에 인접하게 형성되되, 상기 제1 격벽의 내측면을 지지하는 클램프의 하단부에 형성된 돌기부가 삽입되도록 상기 가압부의 중심방향으로 개방된 오목홈부가 형성될 수 있다.
상기 제1 격벽의 외측면은, 하단부가 상단부에서 수직되게 연장된 가상선의 내측에 위치되게 경사지게 형성될 수 있다.
상기 가압부에 마련되되, 상기 제1 격벽으로부터 상기 가압부의 중심방향으로 이격되게 배치되며, 상기 가압부에서 높이방향으로 연장된 제2 격벽; 및 상기 제2 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되되, 상기 제1 수평 확장부의 하부에 배치되는 제3 수평 확장부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 내지 제3 수평 확장부의 끝단부에는 각각 걸림돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상하방향으로 승강되는 하우징; 상기 하우징의 하부에 연결되어 상기 하우징을 지지하는 베이스 어셈블리; 상기 베이스 어셈블리의 하부에 마련된 멤브레인: 및 상기 베이스 어셈블리의 하부에 연결되어 상기 멤브레인을 감싸는 리테이너 링을 포함하며, 상기 멤브레인은, 기판을 흡착 및 가압하는 가압부; 상기 가압부의 테두리부에서 높이방향으로 연장된 제1 격벽; 상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장된 제1 수평 확장부; 및 상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되되, 상기 제1 수평 확장부의 상부에 배치되며, 공기압에 의해 팽창되는 만곡부를 구비한 제2 수평 확장부를 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드가 제공될 수 있다.
상기 제1 격벽의 내측면에 접촉되어 상기 제1 격벽의 내측면을 지지하는 제1 클램프를 더 포함하며, 상기 제1 클램프의 하단부는 상기 가압부에 수직되게 접촉될 수 있다.
상기 제1 격벽의 하단부에는, 상기 가압부에 인접하게 형성되되, 상기 가압부의 중심방향으로 개방된 오목홈부가 형성되며, 상기 제1 클램프의 하단부에는, 상기 오목홈부에 삽입되어 상기 제1 격벽의 하단부를 지지하는 돌기부가 형성될 수 있다.
상기 제1 격벽의 외측면에 상기 제1 클램프에 대향되게 배치되되, 상기 제 1격벽의 외측면에 삽입되어 상기 제1 격벽을 지지하는 제2 클램프를 더 포함하며, 상기 제1 격벽의 외측면 하단부가 상단부에서 수직되게 연장된 가상선의 내측에 위치되게 경사지게 형성되며, 상기 제2 클램프의 외측면은 상기 제1 격벽의 외측면에 대응하여 경사지게 형성될 수 있다.
일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고, 타단부가 상기 만곡부를 감싸도록 배치되어, 압축공기에 의해 상기 만곡부가 팽창하는 경우에 상기 만곡부의 팽창을 제한하는 제3 클램프를 더 포함할 수 있다.
일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고, 타단부가 상기 제1 수평 확장부와 상기 제2 수평 확장부 사이에 삽입되어 상기 제2 수평 확장부의 끝단부를 지지하는 제4 클램프를 더 포함할 수 있다.
상기 멤브레인은, 상기 가압부에 마련되되, 상기 제1 격벽으로부터 상기 가압부의 중심방향으로 이격되게 배치되며, 상기 가압부에서 높이방향으로 연장된 제2 격벽; 및 상기 제2 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되되, 상기 제1 수평 확장부의 하부에 배치되는 제3 수평 확장부를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 격벽은 상기 가압에서 수직되게 연장될 수 있다.
일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고, 타단부가 상기 제1 수평 확장부와 상기 제3 수평 확장부 사이에 삽입되어 상기 제1 수평 확장부의 끝단부를 지지하는 제5 클램프; 및 일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고, 타단부가 상기 제3 수평 확장부와 상기 가압부 사이에 삽입되어 상기 제3 수평 확장부의 끝단부를 지지하는 제6 클램프를 더 포함할 수 있다.
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본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 베이스 어셈블리; 및 상기 베이스 어셈블리의 하부에 마련된 멤브레인을 포함하며, 상기 멤브레인은, 기판을 가압하는 가압부의 테두리부에 형성된 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장된 제1 수평 확장부와, 상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향을 연장되며 상기 제1 수평 확장부의 상부에 배치된 제2 수평 확장부 사이에 형성된 제1 가압챔버를 포함하며, 상기 제2 수평 확장부는 공기압의 의해 팽창되는 만곡부를 구비하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드가 제공될 수 있다.
상기 멤브레인은, 상기 제1 가압챔버에 공급된 공기압에 의해 상기 만곡부가 팽창되는 경우에, 상기 제2 수평 확장부의 수평방향 이동을 제한하도록 일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고 타단부가 상기 제1 수평 확장부와 상기 제2 수평 확장부 사이에 삽입되어 상기 제2 수평 확장부의 끝단부를 지지하는 클램프를 더 포함할 수 있다.
상기 멤브레인은, 상기 제1 수평 확장부와, 상기 제1 격벽으로부터 상기 가압부의 중심방향으로 이격된 제2 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되며 상기 제1 수평 확장부의 하부에 배치된 제3 수평 확장부 사이에 형성된 제2 가압챔버; 및 상기 가압부와 상기 제3 수평 확장부 사이에 형성된 제3 가압챔버를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스 어셈블리를 관통하여 상기 제1 가압챔버와 상기 제2 가압챔버 및 상기 제3 가압챔버에 각각 연통되되, 상기 제1 가압챔버와 상기 제2 가압챔버 및 상기 제3 가압챔버에 압축공기를 공급하는 복수의 공기유로를 더 포함하며, 상기 제1 가압챔버와 상기 제2 가압챔버 및 상기 제3 가압챔버의 공기압은 상기 복수의 공기유로에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.
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본 발명의 실시예들은, 멤브레인을 이용하여 기판 전체에 압력을 균일하게 인가함으로써, 기판을 전체적으로 균일하게 연마할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마헤드를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2의 A 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인을 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 작동 전 상태를 나타내는 도면이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 작동 후 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 B 부분 확대도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 본 실시예에서 기판은, 반도체 웨이퍼, 플라즈마를 이용한 식각공정이 수행될 수 있는 액정 디스플레이 패널용 기판과 플라즈마 디스플레이 패널용 기판 등의 평면 디스플레이용 패널 기판, 하드 디스크용 기판 등의 전자 디바이스용 기판을 포함한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 식각장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마헤드를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 A 부분 확대도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인을 나타내는 도면이고, 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 작동 전 상태를 나타내는 도면이고, 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 멤브레인의 작동 후 상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 3의 B 부분 확대도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치는, 기판(G)을 연마하기 위한 연마패드(130)를 구비한 연마 스테이션(100)과, 연마 스테이션(100)의 상부에 배치되되 연마패드(130)에 기판(G)을 가압하는 연마헤드(200)를 포함한다.
연마 스테이션(100)은, 기판(G)에 대한 연마공정이 진행되는 스테이지(110)와, 스테이지(110) 상부에 회전 가능하게 설치된 플래이튼(platen,120)과, 플래이튼(120)의 상부에 배치된 연마패드(130)와, 연마패드(130)의 표면에 슬러리(slurry)를 공급하는 슬러리 공급관(140)과, 연마패드(130)의 연마조건을 유지하기 위한 연마패드 조절장치(150)를 포함한다.
플래이튼(120)은 스테이지(110)의 내부에 마련된 구동모터(미도시)와 연결되며, 구동모터에 의해 구동되어 회전된다.
그리고, 플래이튼(120)의 상부에 배치된 연마패드(130)에 기판(G)이 안착되며, 기판(G)에 대한 연마공정을 수행하는 동안 슬러리 공급관(140)으로부터 연마패드(130)의 표면에 슬러리가 공급된다.
또한, 연마공정 중에 연마패드(130)에 묻은 이물질 등은 연마패드 조절장치(150)에 의해 제거된다.
한편, 연마헤드(200)는 플래이튼(120)의 상부에 배치되어, 기판(G)을 흡착한 후, 기판(G)을 연마패드(130)에 가압한다.
예를 들어, 연마헤드(200)는 기판(G)을 진공으로 흡착하여 연마패드(130) 상에 위치시키며, 공기압으로 압착하여 기판(G)을 연마패드(130)에 가압한다.
또한, 연마헤드(200)는 구동모터(300)에 구동축(350)을 매개로 연결되어, 플래이튼(120)의 회전방향 또는 플래이튼(120)의 회전방향과 반대방향으로 회전한다.
연마헤드(200)는 기판(G)을 균일하게 연마하기 위해 공기압으로 기판(G) 전체를 균일하게 가압하여야 한다.
이하에서는, 기판(G)을 균일하게 연마하기 위한 본 실시예에 따른 연마헤드(200)에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 연마헤드(200)는, 구동축(350)에 연결되어 상하방향으로 승강되는 하우징(210)과, 하우징(210)의 하부에 연결되어 하우징(210)을 지지하는 베이스 어셈블리(220)와, 베이스 어셈블리(220)의 하부에 마련되되 기판(G)을 흡착 및 가압하는 멤브레인(membrane,230)과, 베이스 어셈블리(220)의 하부에 연결되되 멤브레인(230)을 감싸는 리테이너 링(retainer ring,270)과, 베이스 어셈블리(220)에 멤브레인(230)을 연결하는 복수의 클램프(280,283,285,287,288,289)를 포함한다.
하우징(210)은 연마될 기판(G)의 형상에 대응되게 형성되며, 본 실시예에서 하우징(210)은 원형 형상으로 형성된다.
하우징(210)은 기판(G)을 연마패드(130)에 접촉 및 접촉해제하도록 연마패드(130)에 수직방향으로 승강된다.
그리고, 하우징(210)은 구동축(350)을 매개로 구동모터(300)에 연결되며, 구동모터(300)에 의해 회전력을 제공받는다.
또한, 하우징(210)에는 상부면에서 하부면을 관통하여 복수의 공기유로(211)가 형성된다. 복수의 공기유로(211)는 압축공기가 유입 또는 유출되는 유로를 형성한다.
압축공기는 복수의 공기유로(211)를 통해 후술할 멤브레인(230)으로 전달되며, 수축 및 팽창에 의해 멤브레인(230)은 기판(G)을 흡착함과 동시에 기판(G)을 연마패드(130)에 가압한다.
그리고, 베이스 어셈블리(220)는 하우징(210)의 하부에 연결되어 하우징(210)을 지지하며, 하우징(210)과 함께 연마패드(130)에 수직방향으로 승강된다.
하우징(210)이 원형 형상으로 형성된 경우에, 베이스 어셈블리(220)도 역시 원형 형상으로 형성된다.
한편, 베이스 어셈블리(220)는 수평유지부(미도시)를 포함한다. 수평유지부는 연마패드(130)와 기판(G)이 평행하게 되도록 하우징(210) 및 베이스 어셈블리(220)의 자세를 제어한다.
그리고, 리테이너 링(270)은 베이스 어셈블리(220)의 하부에 연결되어 멤브레인(230) 및 멤브레인(230)에 흡착된 기판(G)을 감싸도록 배치된다.
하우징(210)과 베이스 어셈블리(220)가 원형 형상으로 형성된 경우에, 리테이너 링(270)도 역시 원형 형상으로 형성된다.
리테이너 링(270)은 연마공정 중 멤브레인(230)에 흡착된 기판(G)이 연마헤드(200)로부터 이탈되는 것을 방지한다.
한편, 멤브레인(230)은 베이스 어셈블리(220)의 하부에 마련되어 기판(G)을 흡착하고, 기판(G)을 연마패드(130)에 가압하는 역할을 한다.
멤브레인(230)은 탄성 재질로 형성되며 하우징(210)에 마련된 복수의 공기유로(211)를 통해 공급되는 압축공기에 의해 탄력적으로 팽창 또는 수축된다.
기판(G)에 대한 연마공정 중, 기판(G)에 가해지는 압력의 분포는 기판(G)의 중심부 압력보다 기판(G)의 테두리부에 가해지는 압력이 상대적으로 크게 작용한다.
따라서, 본 실시예는 기판(G)의 테두리부에 가해지는 집중압력을 조절함으로써, 기판(G) 전체에 균일한 압력을 인가하도록 멤브레인(230)의 형상을 변경하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 멤브레인(230)은, 기판(G)을 흡착 및 가압하는 가압부(240)와, 가압부(240)에 마련되되 가압부(240)의 테두리부에서 높이방향으로 연장된 제1 격벽(250)과, 가압부(240)에 마련되되 제1 격벽(250)으로부터 가압부(240)의 중심방향으로 이격되게 배치되며 가압부(240)에서 높이방향으로 연장된 제2 격벽(255)과, 제1 격벽(250)의 상단부에서 가압부(240)의 중심방향으로 연장된 제1 수평 확장부(260)와, 제1 격벽(250)의 상단부에서 가압부(240)의 중심방향으로 연장되되 제1 수평 확장부(260)의 상부에 배치되며 만곡부(264)를 구비한 제2 수평 확장부(263)와, 제2 격벽(255)의 상단부에서 가압부(240)의 중심방향으로 연장되되 제1 수평 확장부(260)의 하부에 배치되는 제3 수평 확장부(267)를 포함한다.
가압부(240)는 기판(G)의 형상에 대응되게 형성된다. 본 실시예에서 기판(G)이 원판 형상을 갖는 경우에 가압부(240)도 역시 원판 형상으로 형성된다.
가압부(240)의 하부면은 기판(G)이 장착되는 장착면을 제공한다. 예를 들어, 가압부(240)는 기판(G)을 흡착하기 위한 진공척으로 구성될 수 있다.
제1 격벽(250)은 가압부(240)의 테두리부를 따라 형성된다. 가압부(240)가 원판 형상으로 형성된 경우에 제1 격벽(250)은 가압부(240)의 테두리부를 따라 링 형상으로 형성된다.
제2 격벽(255)은 제1 격벽(250)으로부터 가압부(240)의 중심방향으로 소정간격 이격되게 형성된다.
즉, 가압부(240)의 중심에서 테두리부 방향으로 제2 격벽(255)과 제1 격벽(250)이 소정간격 이격된 상태에서 가압부(240)에 마련된다.
그리고, 제1 격벽(250)의 상단부에는 가압부(240)의 중심방향으로 연장된 제1 수평 확장부(260)와 제2 수평 확장부(263)가 형성된다. 여기서, 제2 수평 확장부(263)는 제1 수평 확장부(260)의 상부에 배치된다.
또한, 제2 격벽(255)의 상단부에는 가압부(240)의 중심방향으로 연장된 제3 수평 확장부(267)가 형성된다.
상기와 같이, 가압부(240), 제1 격벽(250), 제2 격벽(255), 제1 수평 확장부(260), 제2 수평 확장부(263) 및 제3 수평 확장부(267)에 의해 멤브레인(230)의 내부에는 복수의 가압챔버(C1,C2,C3)가 형성된다.
즉, 제1 수평 확장부(260) 및 제2 수평 확장부(263) 사이의 영역은 제1 가압챔버(C1)를 형성하고, 제1 수평 확장부(260)와 제3 수평 확장부(267) 사이의 영역은 제2 가압챔버(C2)를 형성하며, 제3 수평 확장부(267)와 가압부(240) 사이의 영역은 제3 가압챔버(C3)를 형성한다.
또한, 제1 격벽(250)과 리테이너 링(270) 사이의 영역은 제4 가압챔버(C4)를 형성한다.
제1 내지 제3 가압챔버(C1,C2,C3)는 하우징(210)의 복수의 공기유로(211)와 연통되며, 압축공기가 제1 내지 제3 가압챔버(C1,C2,C3)에 공급되어 가압부(240)로 기판(G)을 연마패드(130)에 가압한다.
그리고, 제1 내지 제3 가압챔버(C1,C2,C3)에 유입되는 압축공기의 공기압은 공기압 조절부(미도시)에 의해 조절된다.
그리고, 제1 격벽(250) 및 제2 격벽(255)의 하단부 중 적어도 어느 하나에는 오목홈부(251)가 형성된다.
도 4에서는 제1 격벽(250)의 하단부에서 가압부(240)의 중심방향으로 개방된 오목홈부(251)가 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 제1 격벽(250) 및 제2 격벽(255)의 하단부에 오목홈부(251)가 마련될 수 있다.
오목홈부(251)에 의해 제1 격벽(250) 또는 제2 격벽(255)의 양측에서 가해지는 공기압이 균등하지 않는 경우에, 제1 격벽(250) 또는 제2 격벽(255)은 낮은 압력 방향으로 굽어진다.
특히, 제1 격벽(250) 또는 제2 격벽(255)의 양측에서 가해지는 공기압이 균등하지 않는 경우, 제1 격벽(250) 또는 제2 격벽(255)이 낮은 압력 방향으로 굽어짐으로써 제1 격벽(250) 또는 제2 격벽(255)의 양측에서의 압력 균형을 맞출 수 있어, 결과적으로 기판(G)에 가해지는 압력의 불균형을 해소할 수 있다.
제1 격벽(250)은 제1 클램프(280) 및 제2 클램프(283)에 의해 지지된다.
제1 클램프(280)의 측면은 제1 격벽(250)의 내측면에 접촉되어 제1 격벽(250)의 내측면을 지지한다. 그리고, 제1 클램프(280)의 상단부는 제1 수평 확장부(260)에 접촉되며, 하단부는 가압부(240)에 접촉된다. 여기서, 제1 격벽(250)의 내측면은 가압부(240)의 중심에 대향되는 면이고, 제1 격벽(250)의 외측면은 내측면의 반대편에 해당된다.
한편, 본 실시예에서는 기판G)의 테두리부에 가해지는 압력의 크기를 감소시키기 위해서 기판G)의 테두리부에 가해지는 집중압력의 위치를 기판G)의 중심방향으로 이동시킨다.
즉, 도 6을 참조하면, 기판(G)의 테두리부에 가해지는 집중압력의 위치를 기판(G)의 중심방향으로 이동시키기 위해, 제1 격벽(250)의 외측면 하단부는 소정곡률을 갖도록 라운딩되게 형성된다.
제1 격벽(250)의 외측면 하단부를 라운딩되게 형성하여 기판(G)에 접촉되는 가압부(240)의 테두리부가 기판(G)의 중심방향으로 이동되게 한다. 이로써, 제1 가압챔버(C1)에 공급된 압축공기의 공기압이 전달되는 위치가 기판(G)의 중심방향으로 이동된다.
또한, 제1 클램프(280)의 하단부는 제1 격벽(250)으로부터 가압부(240)의 중심방향으로 이격되게 배치된다. 그리고, 제1 클램프(280)의 하단부는 가압부(240)에 수직되게 접촉된다.
이로써, 제1 가압챔버(C1)에 공급된 압축공기의 공기압에 의해 기판(G)의 테두리부에 가해지는 집중압력의 위치가 기판(G)의 중심방향으로 이동된다.
한편, 도 6에서 도시한 바와 같이, 제1 클램프(280)의 하단부에는 제1 격벽(250)의 하단부에 형성된 오목홈부(251)에 삽입되는 돌기부(281)가 형성된다.
돌기부(281)는 오목홈부(251)에 삽입되어 제1 격벽(250)의 하단부를 지지한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서는 제1 클램프(280)의 하단부를 제1 격벽(250)으로부터 가압부(240)의 중심방향으로 이격되게 배치하고, 제1 격벽(250)의 외측면 하단부를 라운딩되게 형성하여, 기판(G)의 테두리부에 가해지는 집중압력의 위치를 기판(G)의 중심방향으로 이동시킨다.
한편, 제2 클램프(283)는 제1 격벽(250)의 외측면에 제1 클램프(280)에 대향되게 배치되어 제1 격벽(250)의 외측면을 지지한다.
또한, 제1 격벽(250)의 외측면의 하단부가 다시 기판(G)의 테두리부에 접촉되어 기판(G)의 테두리부를 가압하는 것을 방지하기 위해 제2 클램프(283)가 제1 격벽(250)의 외측면에 삽입되어 제1 격벽(250)을 지지할 수 있다.
그리고, 제1 격벽(250)의 외측면 하단부가 상단부에서 수직되게 연장된 가상선의 내측에 위치되게 경사지게 형성된 경우, 즉 제1 격벽(250)의 외측면이 가압부(240)에서 수직되게 연장된 가상선에 대해 경사지게 형성된 경우에, 제2 클램프(283)의 외측면은 제1 격벽(250)의 외측면에 대응하여 경사지게 형성된다.
한편, 기판(G)에 대한 연마공정을 반복하는 경우에, 멤브레인(230)의 둘레를 감싸는 리테이너 링(270)이 점차 마모되고, 이로 인하여 제1 가압챔버(C1)에 의해 제1 격벽(250)의 하부에 위치한 기판(G)의 테두리부에 가해지는 공기압이 감소된다. 그러므로, 기판(G)의 테두리부에 대한 마모율이 떨어진다.
본 실시예에서는 리테이너 링(270)의 마모에 의한 공기압 변화로 인해 기판(G)의 테두리부에 대한 마모율이 저하되는 것을 방지하기 위해, 제2 수평 확장부(263)는 만곡부(264)를 포함하며, 또한 연마헤드(200)는 만곡부(264)의 팽창을 제한하는 제3 클램프(285)를 더 포함한다.
만곡부(264)는 압축공기가 공급되는 경우에 상부로 팽창하며, 제3 클램프(285)에는 팽창된 만곡부(264)를 수용할 수 있는 오목 형상의 수용부(286)가 마련된다.
도 5a는 리테이너 링(270)이 마모되기 전의 제2 수평 확장부(263)의 상태를 나타내는 것으로서, 제1 가압챔버(C1) 영역에 공급된 압축공기의 공기압에 의해 제1 격벽(250)의 하단부는 기판(G)의 테두리부를 가압한다.
그러나, 기판(G)에 대한 연마공정이 반복적으로 수행되어 리테이너 링(270)이 마모된 경우에 제1 격벽(250)의 하단부가 기판(G)의 테두리부를 가압하는 압력이 감소되므로, 제1 가압챔버(C1)에 더 많은 압축공기를 공급하게 된다.
이때 제2 수평 확장부(263)의 만곡부(264)는 상부로 팽창되며, 제1 가압챔버(C1)에 공급된 압축공기의 공기압은 제1 격벽(250)의 하단부로 전달된다.
도 5b에서 도시한 바와 같이, 만곡부(264)가 과도하게 상부로 팽창하는 경우에는 제1 격벽(250)에 전달되는 공기압의 전달효율이 떨어질 수 있으므로, 만곡부(264)의 상부에는 만곡부(264)의 팽창을 제한하는 제3 클램프(285)가 마련된다.
팽창된 만곡부(264)는 제3 클램프(285)의 수용부(286)에 의해 팽창이 제한되며, 제1 격벽(250)에 전달되는 제1 가압챔버(C1)의 공기압의 전달효율을 향상시킨다.
전술한 바와 같이, 리테이너 링(270)의 마모로 인해 기판(G)의 테두리부에 가해지는 공기압의 감소를 방지하기 위해 제2 수평 확장부(263)에는 압축공기에 의해 팽창되는 만곡부(264)가 마련되고, 공기압의 전달효율을 증가시키기 위해 만곡부(264)의 상부에는 팽창된 만곡부(264)를 수용함과 동시에 만곡부(264)의 팽창을 제한하는 제3 클램프(285)가 마련된다.
또한, 본 실시예에서 연마헤드(200)는 제2 수평 확장부(263)의 끝단부 하면을 지지하는 제4 클램프(287)를 더 포함할 수 있다.
제4 클램프(287)는 일단부가 베이스 어셈블리(220)에 연결되고 타단부가 제1 수평 확장부(260)와 제2 수평 확장부(263) 사이에 삽입되어 제2 수평 확장부(263)의 하면을 지지한다.
제1 가압챔버(C1)에 공급된 압축공기의 공기압에 의해 제2 수평 확장부(263)의 만곡부(264)가 팽창되는 경우에, 제2 수평 확장부(263)는 수평방향으로 이동되는 힘을 받게 된다.
따라서, 제4 클램프(287)는 제2 수평 확장부(263)의 끝단부를 베이스 어셈블리(220)에 압착 지지함으로써, 제2 수평 확장부(263)의 수평방향 이동을 제한한다.
또한, 제2 수평 확장부(263)의 끝단부에는 제2 걸림돌기(265)가 형성될 수 있으며, 제2 걸림돌기(265)가 제3 클램프(285)에 걸리도록 배치하여 제2 수평 확장부(263)의 수평방향 이동을 제한할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서 연마헤드(200)는 제1 수평 확장부(260)의 끝단부 하면을 지지하는 제5 클램프(288)와, 제3 수평 확장부(267)의 끝단부 하면을 지지하는 제6 클램프(289)를 더 포함할 수 있다.
제5 클램프(288)는 일단부가 베이스 어셈블리(220)에 연결되고 타단부가 제1 수평 확장부(260)와 제3 수평 확장부(267) 사이에 삽입되어 제1 수평 확장부(260)의 끝단부 하면을 지지한다.
제1 가압챔버(C1)의 내부압력과 제2 가압챔버(C2)의 내부압력 간에 차이가 발생하는 경우에, 제1 수평 확장부(260)는 내부압력이 낮은 측으로 팽창되고 수평방향으로 이동되는 힘을 받게 되는데, 이러한 경우에 기판(G)에 가해지는 공기압이 감소될 수 있다.
따라서, 제1 수평 확장부(260)의 끝단부 하면에 접하게 길게 제5 클램프(288)를 배치하고, 제1 수평 확장부(260)의 끝단부를 제4 클램프(287)에 압착 지지함으로써, 제1 수평 확장부(260)의 팽창 및 수평방향 이동을 제한한다.
또한, 제1 수평 확장부(260)의 끝단부에는 제1 걸림돌기(261)가 형성될 수 있으며, 제1 걸림돌기(261)가 제4 클램프(287)에 걸리도록 배치하여 제1 수평 확장부(260)의 수평방향 이동을 제한할 수도 있다.
그리고, 제6 클램프(289)는 일단부가 베이스 어셈블리(220)에 연결되고 타단부가 제3 수평 확장부(267)와 가압부(240) 사이에 삽입되어 제3 수평 확장부(267)의 하면을 지지한다.
제2 가압챔버(C2)의 내부압력과 제3 가압챔버(C3)의 내부압력 간에 차이가 발생하는 경우에, 제3 수평 확장부(267)는 내부압력이 낮은 측으로 팽창되고 수평방향으로 이동되는 힘을 받게 되는데, 이러한 경우에 기판(G)에 가해지는 공기압이 감소될 수 있다.
따라서, 제3 수평 확장부(267)의 끝단부 하면에 접하게 길게 제6 클램프(289)를 배치하고, 제3 수평 확장부(267)의 끝단부를 제5 클램프(288)에 압착 지지함으로써, 제3 수평 확장부(267)의 팽창 및 수평방향 이동을 제한한다.
또한, 제3 수평 확장부(267)의 끝단부에는 제3 걸림돌기(268)가 형성될 수 있으며, 제3 걸림돌기(268)가 제5 클램프(288)에 걸리도록 배치하여 제3 수평 확장부(267)의 수평방향 이동을 제한할 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 선행공정이 완료된 기판(G)은 멤브레인(230)의 가압부(240)에 흡착된 후 플래이튼(120) 상의 연마패드(130) 상면에 안착된다.
그리고, 연마헤드(200)의 하우징(210)에 마련된 복수의 공기유로(211)를 통해 압축공기가 제1 내지 제3 가압챔버(C1,C2,C3)로 공급되며, 가압부(240)는 제1 내지 제3 가압챔버(C1,C2,C3)에 의해 공급된 압축공기 의한 공기압을 이용하여 기판(G)을 가압한다. 이때, 기판(G)을 균일하게 연마하기 위해 기판(G) 전체를 균일하게 가압하여야 한다.
이와 동시에 연마패드(130)와 기판(G)이 접촉한 부분에 슬러리가 공급된다.
이에 기판(G)은, 구동축(350)에 연결된 연마헤드(200)의 회전 및 플래이튼(120)의 회전에 의한 기계적 연마와, 슬러리에 의한 화학적 연마 화학적 연마가 동시에 진행된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100: 연마 스테이션 200: 연마헤드
210: 하우징 220: 베이스 어셈블리
230: 멤브레인 240: 가압부
250: 제1 격벽 251: 오목홈부
255: 제2 격벽 260: 제1 수평 확장부
263: 제2 수평 확장부 264: 만곡부
267: 제3 수평 확장부 270: 리테이너 링
280: 제1 클램프 283: 제2 클램프
285: 제3 클램프 287: 제4 클램프
288: 제5 클램프 289: 제6 클램프

Claims (18)

  1. 기판을 흡착 및 가압하는 가압부;
    상기 가압부의 테두리부에서 높이방향으로 연장된 제1 격벽;
    상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장된 제1 수평 확장부; 및
    상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되되, 상기 제1 수평 확장부의 상부에 배치되어 상기 제1 수평 확장부와 사이에 상기 제1 격벽의 하단부로 공기압을 전달하는 가압챔버를 형성하며, 상기 가압챔버에 공급된 공기압에 의해 팽창되는 만곡부를 구비한 제2 수평 확장부를 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 격벽의 하단부에는,
    상기 가압부에 인접하게 형성되되, 상기 제1 격벽의 내측면을 지지하는 클램프의 하단부에 형성된 돌기부가 삽입되도록 상기 가압부의 중심방향으로 개방된 오목홈부가 형성되는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 격벽의 외측면은,
    상기 가압부에서 수직되게 연장된 가상선에 대해 경사지게 형성되는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가압부에 마련되되, 상기 제1 격벽으로부터 상기 가압부의 중심방향으로 이격되게 배치되며, 상기 가압부에서 높이방향으로 연장된 제2 격벽; 및
    상기 제2 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되되, 상기 제1 수평 확장부의 하부에 배치되는 제3 수평 확장부를 더 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 수평 확장부의 끝단부에는 각각 걸림돌기가 형성된 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인.
  6. 상하방향으로 승강되는 하우징;
    상기 하우징의 하부에 연결되어 상기 하우징을 지지하는 베이스 어셈블리;
    상기 베이스 어셈블리의 하부에 마련된 멤브레인: 및
    상기 베이스 어셈블리의 하부에 연결되어 상기 멤브레인을 감싸는 리테이너 링을 포함하며,
    상기 멤브레인은,
    기판을 흡착 및 가압하는 가압부;
    상기 가압부의 테두리부에서 높이방향으로 연장된 제1 격벽;
    상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장된 제1 수평 확장부; 및
    상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되되, 상기 제1 수평 확장부의 상부에 배치되어 상기 제1 수평 확장부와 사이에 상기 제1 격벽의 하단부로 공기압을 전달하는 가압챔버를 형성하며, 상기 가압챔버에 공급된 공기압에 의해 팽창되는 만곡부를 구비한 제2 수평 확장부를 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 격벽의 내측면에 접촉되어 상기 제1 격벽의 내측면을 지지하는 제1 클램프를 더 포함하며,
    상기 제1 클램프의 하단부는 상기 가압부에 수직되게 접촉되는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 격벽의 하단부에는,
    상기 가압부에 인접하게 형성되되, 상기 가압부의 중심방향으로 개방된 오목홈부가 형성되며,
    상기 제1 클램프의 하단부에는,
    상기 오목홈부에 삽입되어 상기 제1 격벽의 하단부를 지지하는 돌기부가 형성된 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 격벽의 외측면에 상기 제1 클램프에 대향되게 배치되되, 상기 제 1격벽의 외측면에 삽입되어 상기 제1 격벽을 지지하는 제2 클램프를 더 포함하며,
    상기 제1 격벽의 외측면은 상기 가압부에서 수직되게 연장된 가상선에 대해 경사지게 형성되며, 상기 제2 클램프의 외측면은 상기 제1 격벽의 외측면에 대응하여 경사지게 형성된 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  10. 제6항에 있어서,
    일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고, 타단부가 상기 만곡부를 감싸도록 배치되어, 압축공기에 의해 상기 만곡부가 팽창하는 경우에 상기 만곡부의 팽창을 제한하는 제3 클램프를 더 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  11. 제6항에 있어서,
    일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고, 타단부가 상기 제1 수평 확장부와 상기 제2 수평 확장부 사이에 삽입되어 상기 제2 수평 확장부의 끝단부를 지지하는 제4 클램프를 더 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 멤브레인은,
    상기 가압부에 마련되되, 상기 제1 격벽으로부터 상기 가압부의 중심방향으로 이격되게 배치되며, 상기 가압부에서 높이방향으로 연장된 제2 격벽; 및
    상기 제2 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되되, 상기 제1 수평 확장부의 하부에 배치되는 제3 수평 확장부를 더 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 격벽은 상기 가압부에서 수직되게 연장된 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  14. 제12항에 있어서,
    일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고, 타단부가 상기 제1 수평 확장부와 상기 제3 수평 확장부 사이에 삽입되어 상기 제1 수평 확장부의 끝단부를 지지하는 제5 클램프; 및
    일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고, 타단부가 상기 제3 수평 확장부와 상기 가압부 사이에 삽입되어 상기 제3 수평 확장부의 끝단부를 지지하는 제6 클램프를 더 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  15. 베이스 어셈블리; 및
    상기 베이스 어셈블리의 하부에 마련된 멤브레인을 포함하며,
    상기 멤브레인은,
    기판을 가압하는 가압부의 테두리부에서 높이방향으로 연장된 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장된 제1 수평 확장부와 상기 제1 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되어 상기 제1 수평 확장부의 상부에 배치된 제2 수평 확장부 사이에 형성되되, 상기 제1 격벽의 하단부로 공기압을 전달하는 제1 가압챔버를 포함하며,
    상기 제2 수평 확장부는 상기 제1 가압챔버에 공급된 공기압에 의해 팽창되는 만곡부를 구비하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 멤브레인은,
    상기 제1 가압챔버에 공급된 공기압에 의해 상기 만곡부가 팽창되는 경우에, 상기 제2 수평 확장부의 수평방향 이동을 제한하도록 일단부가 상기 베이스 어셈블리에 연결되고 타단부가 상기 제1 수평 확장부와 상기 제2 수평 확장부 사이에 삽입되어 상기 제2 수평 확장부의 끝단부를 지지하는 클램프를 더 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 멤브레인은,
    상기 제1 수평 확장부와, 상기 제1 격벽으로부터 상기 가압부의 중심방향으로 이격된 제2 격벽의 상단부에서 상기 가압부의 중심방향으로 연장되며 상기 제1 수평 확장부의 하부에 배치된 제3 수평 확장부 사이에 형성된 제2 가압챔버; 및
    상기 가압부와 상기 제3 수평 확장부 사이에 형성된 제3 가압챔버를 더 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 베이스 어셈블리를 관통하여 상기 제1 가압챔버와 상기 제2 가압챔버 및 상기 제3 가압챔버에 각각 연통되되, 상기 제1 가압챔버와 상기 제2 가압챔버 및 상기 제3 가압챔버에 압축공기를 공급하는 복수의 공기유로를 더 포함하며,
    상기 제1 가압챔버와 상기 제2 가압챔버 및 상기 제3 가압챔버의 공기압은 상기 복수의 공기유로에 의해 독립적으로 제어되는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
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