KR101550187B1 - 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드에 관한 것으로, 회전 구동되는 본체와 함께 회전하는 베이스와; 가요성 재질로 형성되고 상기 베이스에 고정되어 상기 베이스와의 사이 공간에 압력 챔버를 형성하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 웨이퍼를 위치시켜 상기 압력 챔버의 압력에 따라 상기 웨이퍼를 가압하며, 저면에 위치한 상기 웨이퍼에 직접 공압이 도달하도록 관통로가 관통 형성된 멤브레인과; 상기 압력 챔버에 공압을 인가하는 압력 조절기와; 상기 관통로의 입구로부터 상기 압력 조절기까지 이르는 관로에 위치하여, 공기는 통과시키지만 액체 및 고체의 통과를 억제하는 채움재를; 포함하여 구성되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 흡착면에 묻어있던 순수나 슬러리가 관통로를 통해 압력 제어기나 압력 센서로 유입되는 것을 채움재에 의해 방지하면서도, 관통로를 통해 직접 정압이나 부압을 인가할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드{CARRIER HEAD OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드에 관한 것으로, 상세하게는 웨이퍼에 직접 정압이나 부압을 인가하는 관통로가 형성된 캐리어 헤드에 있어서, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼에 묻어있던 순수나 슬러리가 관통로를 통해 유입되어, 압력 제어기나 압력 센서의 고장을 유발하여 압력 제어 성능을 저하시키거나 수명 단축의 원인이 되는 현상을 해소한 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드에 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 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 캐리어 헤드(1)의 개략도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(1)는, 회전 구동력을 전달받는 본체(10)와, 본체(10)와 함께 회전하는 베이스(20)와, 베이스(20)를 둘러싸는 링 형태로 장착되어 베이스(20)와 함께 회전하는 리테이너링(30)과, 베이스(20)에 고정되어 베이스(20)와의 사잇 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3; C)를 형성하는 탄성 재질의 멤브레인(40)과, 공압 공급로(51-53)을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3; C)로 공기를 넣거나 빼면서 압력을 조절하는 압력 조절기(pressure controller, 50)로 구성된다. 여기서, 본체(10)와 베이스(20)는 함께 회전하며 본체부를 형성한다.
탄성 재질의 멤브레인(40)은 웨이퍼(W)를 가압하는 평탄한 바닥판(41)의 가장자리 끝단에 측면(42)이 절곡 형성된다. 멤브레인(40)의 중앙부에 위치하는 중앙부 플랩(44)은 베이스(20)에 고정되어 웨이퍼(W)를 직접 흡입하는 관통로(Po)가 형성된다. 그리고, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 멤브레인(40)의 플랩(43)에는 원주 방향으로 정해진 간격마다 웨이퍼(W)를 직접 흡입하는 관통로(P1)가 형성될 수 있다. 멤브레인(40)의 중심으로부터 측면(42)의 사이에는 베이스(20)에 고정되는 링 형태의 플랩(flap, 43)이 다수 형성되어, 플랩(43)을 기준으로 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3; C)가 동심원 형태로 배열된다.
상기와 같이 구성된 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드(1)는 압력 조절기(40)로부터 공압 공급로(51-53)를 통해 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3; C)에 압력이 독립적으로 제어되어 유입되면, 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 압력이 변동하면서, 멤브레인 바닥판(41)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)를 하방으로 가압하게 된다. 이와 동시에, 멤브레인(40)을 관통하는 형태로 형성되는 관통로(Po, P1; P)에도 압력 조절기(50)로부터 정압이나 부압이 인가되면서, 웨이퍼(W)를 직접 가압하거나 흡입하는 통로 역할을 한다.
그러나, 관통로(Po, P1; P)에 부압을 인가하여 웨이퍼(W)를 흡착하는 경우에, 웨이퍼(W)의 연마면 뿐만 아니라 흡착면(연마면의 반대측에 위치한 표면)에도 순수(Deionized Water)를 공급할 수도 있고, 화학 기계적 연마 공정 중에 슬러리가 웨이퍼의 흡착면에 유입될 가능성이 있다. 이 상태에서, 관통로(P)에 부압을 인가하면, 웨이퍼(W)의 흡착면에 있던 슬러리나 순수가 관통로(P)를 통해 압력 챔버(C)의 압력을 조절하는 압력 조절기(50) 및 압력 챔버(C)로 인가되는 압력을 측정하는 압력 센서(60)로 유입될 수 있다. 이 경우에는, 압력 제어기(60)의 성능을 저하시키거나, 관통로(P)로부터 압력 제어기(60)까지 연장된 관로(59o, 591, 592,...)에서 고화(solidification)되어, 압력 제어기(60)에서 제어된 압력이 의도한 대로 압력 챔버(C)에 공급되지 못하는 하자가 발생되는 문제점이 있다.
또한, 압력 제어기(50)나 압력 센서(60)로 유입된 슬러리와 순수는 압력 제어기(50)와 압력 센서(60)의 고장을 유발하여 수명 단축의 원인이 되는 문제점도 야기되었다.
이 뿐만 아니라, 일정 수량 만큼 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정을 행하고 나면, 캐리어 헤드(1)의 멤브레인(40)을 세정하는 데, 관통로(P)로부터 압력 제어기(50)까지의 관로(59o, 591, 592,...)에 유입된 순수나 슬러리는 세정 공정에 의하여 제거하는 것이 사실상 곤란한 한계도 있다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 웨이퍼에 직접 정압이나 부압을 인가하는 관통로가 형성된 캐리어 헤드에 있어서, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 흡착면에 묻어있던 순수나 슬러리가 관통로를 통해 압력 제어기나 압력 센서로 유입되는 것을 방지하면서도, 관통로를 통해 직접 정압이나 부압을 인가할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 캐리어 헤드의 관통로를 통해 순수나 슬러리가 유입되더라도, 유입된 순수나 슬러리가 압력 제어기나 압력 센서 및 이에 이르는 관로의 깊은 곳에 도달하는 것을 방지하고, 세정 공정에 의하여 관통로로 유입된 순수나 슬러리를 깨끗하게 제거할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 압력 제어기의 성능이 저하되거나 고장나는 것을 예방하여 수명 단축의 원인이 되는 현상을 근본적으로 제거하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 회전 구동되는 본체와 함께 회전하는 베이스와; 가요성 재질로 형성되고 상기 베이스에 고정되어 상기 베이스와의 사이 공간에 압력 챔버를 형성하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 웨이퍼를 위치시켜 상기 압력 챔버의 압력에 따라 상기 웨이퍼를 가압하며, 저면에 위치한 상기 웨이퍼에 직접 공압이 도달하도록 관통로가 관통 형성된 멤브레인과; 상기 압력 챔버에 공압을 인가하는 압력 조절기와; 상기 관통로의 입구로부터 상기 압력 조절기까지 이르는 관로에 위치하여, 공기는 통과시키지만 액체 및 고체의 통과를 억제하는 채움재를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공한다.
이는, 웨이퍼에 직접 정압이나 부압을 인가하는 관통로가 형성된 캐리어 헤드에 있어서, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 흡착면에 묻어있던 순수나 슬러리가 관통로를 통해 압력 제어기나 압력 센서로 유입되는 것을 채움재에 의해 방지하면서도, 관통로를 통해 직접 정압이나 부압을 인가할 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 캐리어 헤드의 관통로를 통해 순수나 슬러리가 유입되더라도, 유입된 순수나 슬러리가 압력 제어기나 압력 센서 및 이에 이르는 관로의 깊은 곳에 도달하지 못하고, 채움재가 위치한 곳까지만 순수나 슬러리가 유입될 수 있으므로, 캐리어 헤드의 세정 공정에 의해 관통로로 유입된 순수나 슬러리를 제거하는 것이 가능해진다.
이를 통해, 캐리어 헤드의 압력 챔버의 압력을 제어하는 압력 제어기 및 압력 센서의 성능이 저하되거나 고장나는 것을 예방하고, 압력 제어기 및 압력 센서의 수명이 단축되는 것을 근본적으로 해결할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이 때, 상기 채움재는 다공질 소재로 형성되어, 웨이퍼의 흡착면으로부터 순수나 슬러리 등의 액체나 고체가 압력 조절기를 향하는 관로로 더이상 유입되지 못하고 채움재에 의해 차단되면서, 동시에 압력 조절기로부터의 공기는 채움재를 통과할 수 있으므로 관통로에 부압이나 정압을 인가할 수 있게 된다.
그리고, 상기 채움재에 의해 차단되는 액체에 의해 관로가 막히는 것을 방지할 수 있도록 상기 채움재는 물을 머금는 재질, 예를 들어 스폰지와 같은 재질로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 채움재는 섬유재와, 다공성 세라믹이나, 금속재 중 어느 하나 이상으로 형성되는 것이 바람직하다. 특히, 쉽게 접히는 섬유재로 형성될 경우에는, 멤브레인을 손상시키지 않고 채움재를 수시로 캐리어 헤드에 착탈하는 것이 용이해지는 잇점이 얻어진다. 따라서, 다공질 소재의 채움재는 쉬트(sheet) 형상일 수 있으며, 내부에 다수의 기공이 형성된 다공질 소재의 가공품일 수도 있다.
그리고, 상기 채움재는 교체 가능한 것이 바람직하다. 이를 통해, 채움재에 의해 걸러져 멤브레인의 관통로 입구의 근방과 채움재 하단에 모여진 슬러리 등의 이물질을 쉽게 제거하고, 채움재도 주기적으로 교체함으로써, 압력 조절기 및 압력 센서의 작동 성능을 항상 일관되게 유지할 수 있다.
채움재의 교체 과정에서 멤브레인이 손상되는 것을 방지하고, 관통로 입구로부터 압력 조절기까지 연장된 관로 상에 채움재를 설치하기 용이하도록, 상기 채움재는 가요성 재질로 형성된 것이 바람직하다.
한편, 상기 채움재는 멤브레인의 상기 관통로에 위치 고정될 수도 있다. 이를 통해, 채움재의 위치를 보다 하측에 근접하게 설치하여, 슬러리나 순수가 관로 내로 유입되는 것을 방지할 수 있으면서, 채움재의 하측에 쌓이는 슬러리의 청소를 쉽게 할 수 있게 된다.
또는, 상기 채움재는 상기 관로 중 상기 베이스를 통과하는 영역에 위치 고정될 수도 있다. 베이스에 형성된 관로에 채움재를 고정시키는 것에 의하여 보다 안정적으로 채움재를 위치 고정시킬 수 있는 장점이 있다.
한편, 상기 관통로는 상기 멤브레인의 바닥판을 관통하는 형태로 2개 이상 형성될 수 있으며, 상기 관통로는 상기 멤브레인의 중앙을 관통하는 형태로 형성된 것을 포함한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '관로'는 멤브레인을 관통 형성되는 관통로의 입구로부터 압력 조절기까지 이르는 통로를 통칭한다. 따라서, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '관로'는 멤브레인에 형성되는 구간이 포함될 수 있고, 압력 조절기로부터 공압을 공급하는 튜브가 본체 또는 베이스에 고정되어 있는 경우라면, 상기 튜브의 하측(웨이퍼에 보다 근접한 방향)에서 상기 관통로와 연통되는 형태로 본체 및/또는 베이스에 관통 형성된 구멍으로 이루어진 통로도 포함한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '관통로'가 '멤브레인을 관통 형성'된다는 기재 및 이와 유사한 기재는 '멤브레인의 바닥판에 구멍이 뚫리는 형태'에 국한되는 것이 아니라, '멤브레인의 바닥판의 중앙부 끝단이나 기타 끝단에 의해 둘러싸이는 형태"를 포함하는 것으로 정의한다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼에 직접 정압이나 부압을 인가하는 관통로 입구로부터 압력 조절기까지 연장되는 관로 상에 다공성 채움재를 설치하는 것에 의하여, 다공질 채움재의 다공을 통하여 관통로 입구의 웨이퍼에 직접 정압이나 부압을 인가할 수 있으면서, 동시에 웨이퍼의 흡착면에 묻어있던 순수나 슬러리가 화학 기계적 연마 공정 중에 관통로 입구를 통해 압력 제어기나 압력 센서로 유입되는 것을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 캐리어 헤드의 관통로를 통해 순수나 슬러리가 유입되더라도, 유입된 순수나 슬러리가 압력 제어기나 압력 센서 및 이에 이르는 관로의 깊은 곳에 도달하지 못하고, 채움재가 위치한 곳까지만 순수나 슬러리가 유입될 수 있으므로, 채움재의 하측에 고압의 세정액을 분사하고 건조시키는 것에 의하여 관로에 유입된 이물질을 쉽고 간단하면서도 깨끗하게 제거할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 캐리어 헤드의 관로에 채움재를 교체 가능하게 설치함에 따라, 일정 시간 동안 화학 기계적 연마 공정을 마친 캐리어 헤드에 대하여 세정 공정을 행하고 채움재를 교체하는 것에 의하여, 압력 조절기 및 압력 센서의 상태를 초기 제조 당시의 상태로 지속적으로 유지할 수 있게 되므로, 웨이퍼를 가압하는 압력 챔버의 압력 조절의 정확성이 보다 향상되는 잇점을 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정에 의하여 보다 정교하고 정확한 두께로 웨이퍼를 연마할 수 있게 되어 연마 품질을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도1은 화학 기계적 연마 장치의 종래 캐리어 헤드의 구성을 개략적으로 도시한 단면도,
도2는 도1의 저면도,
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 단면도,
도4는 도3의 'A' 부분의 확대도,
도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 반단면도,
도6은 도5의 'B' 부분의 확대도이다.
이하, 본 발명의 제1실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(100)를 상술한다. 다만, 본 발명의 제1실시예를 설명함에 있어서, 종래의 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도3은 본 발명의 제1실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 단면도, 도4는 도3의 'A' 부분의 확대도이다.
도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(100)는, 회전 구동력을 전달받는 본체(10)와, 본체(10)와 함께 회전하는 베이스(20)와, 베이스(20)를 둘러싸는 링 형태로 장착되어 베이스(20)와 함께 회전하는 리테이너링(30)과, 베이스(20)에 고정되어 베이스(20)와의 사잇 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3; C)를 형성하는 탄성 재질의 멤브레인(40)과, 공압 공급로(51-53)을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3; C)로 공기를 넣거나 빼면서 압력을 조절하고 동시에 웨이퍼(W)의 흡착면에 관통로(Po, P1; P)를 통하여 직접 정압이나 부압을 인가하는 압력 조절기(pressure controller, 50)와, 압력 조절기(50)의 압력 제어 데이터로 삼을 수 있도록 압력 챔버(C) 및 관통로(P)로 공급되는 압력을 실시간으로 측정하는 압력 센서(60)와, 관통로(P)의 입구로부터 상측으로 이격된 위치마다 설치된 다공성 소재의 채움재(160, 160')로 구성된다. 여기서, 본체(10)와 베이스(20)는 함께 회전하며 본체부를 형성한다.
여기서, 탄성 재질의 멤브레인(40)은, 웨이퍼(W)를 가압하는 평탄한 바닥판(41)과, 바닥판(41)의 가장자리 끝단에 절곡 형성되어 베이스(20)에 끝단(42a)이 고정되는 측면(42)과, 측면(42)의 내측에 바닥판(41)으로부터 상측으로 링 형태로 돌출 연장되어 베이스(20)에 끝단(43a)이 고정되는 다수의 플랩(43)과, 바닥판(41)의 중앙부 에서 상향 연장되어 끝단(44a)이 베이스(20) 내측에 고정되는 중앙 플랩(44)으로 이루어진다. 따라서, 멤브레인(40)의 중앙부에는 압력 조절기(50)와 연통되는 관통로(Po)가 형성된다.
그리고, 멤브레인 바닥판(41)의 중앙부에도 링 형태의 플랩(43)이 형성되는 다수의 위치에 압력 조절기(50)로부터 직접 웨이퍼(W)에 정압이나 부압이 인가될 수 있도록 연통되는 관통로(P1)가 형성된다.
또한, 관통로(Po, P1; P)의 입구(Pe)로부터 상측(웨이퍼가 위치한 반대 방향)으로 이격된 위치마다 다공질 소재의 채움재(160, 160')가 설치된다. 즉, 본 발명의 제1실시예는 도1에 도시된 종래의 캐리어 헤드(1)의 구성과 대비할 때, 관통로(P)의 입구(Pe)로부터 상측으로 이격된 위치에 채움재(160, 160')가 고정 설치된다는 점에 차이가 있다.
상기 채움재(160, 160')는 다공질 소재로 형성되어, 관통로(Po, P1)의 입구(Pe)로부터 압력 조절기(50)까지 연장된 관로(59o, 591, 592,...) 내에 고정 설치되어, 웨이퍼(W)의 흡착면으로부터 순수나 슬러리 등의 액체나 고체가 채움재(160, 160')를 통과하여 압력 조절기(50)를 향하는 관로(59o, 591, 592,...)의 깊숙한 곳으로 침투하는 것을 차단한다. 이와 동시에, 채움재(160, 160')는 다공질 소재로 형성됨에 따라 압력 조절기(50)로부터의 공기가 통과할 수 있으므로 관통로(P)에 부압이나 정압을 인가할 수 있게 된다.
즉, 도4에 도시된 바와 같이, 압력 조절기(50)로부터 부압(No)이 채움재(160)의 상측에 인가되면, 채움재(160)를 통과하면서 저항에 의해 다소 크기가 작아진 흡입력(No')이 웨이퍼(W)의 흡착면에 작용하게 된다. 이 때, 화학 기계적 공정 중에 웨이퍼(W)의 흡착면에 침투된 슬러리나 젖음 상태를 유지하는 웨이퍼의 연마면으로부터 침투된 순수가 흡입력(No')에 의하여 상측으로 빨려 이동(55x)된다. 그러나, 관통로(Po, P1; P)의 입구(Pe)로부터 이격된 위치에 고정 설치된 채움재(160)에 의하여, 순수 및 슬러리는 채움재(160)를 통과하지 못하고 대부분 채움재(160)의 하측에 모이게 된다.
따라서, 한편, 채움재(160, 160')의 저면에서 걸러진 수분과 슬러리는 멤브레인(40)의 저면을 고압 분사하는 세정액에 의해 씻겨나간 후 건조되는 방식으로 이물질이 없는 당초 상태가 된다. 또는, 멤브레인(40)의 저면에 웨이퍼(W)를 위치시키지 않은 상태에서, 압력 조절기(50)로부터 정압을 인가하여 채움재(160, 160') 아래에 걸러진 수분과 슬러리를 공기유동과 함께 외부로 배출시킬 수도 있다. 이를 통해, 채움재(160, 160')의 하측에 걸러진 이물질을 수시로 배출하여, 웨이퍼의 흡착면에 묻어있던 순수나 슬러리가 화학 기계적 연마 공정 중에 관로(59o, 591, 592,...)를 통해 압력 제어기(50)나 압력 센서(60)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
더욱이, 채움재(160, 160')가 관로(59o, 591, 592) 상에 설치 고정됨에 따라, 캐리어 헤드(100)의 관통로(P) 통해 순수나 슬러리가 유입되더라도, 유입된 순수나 슬러리가 압력 제어기(50)나 압력 센서(60) 및 이에 관로(59o, 591, 592)의 깊은 곳에 도달하지 못하고 채움재(160, 160,)의 하측까지만 유입될 수 있으므로, 고압의 세정액(미도시)을 채움재(160)의 하측에 분사한 후, 압력 조절기(50)로부터 정압을 인가하여 채움재(160, 160') 아래에 걸러진 수분과 슬러리를 정압의 공압으로 외부로 배출시킨 후 건조시키는 것에 의하여, 관로(59o, 591, 592, ...)의 입구(Pe) 근처에 유입된 이물질을 쉽고 간단하면서도 깨끗하게 제거할 수 있게 된다.
한편, 도면에는, 압력 조절기(50)로부터 채움재(160, 160')의 상측까지 도식적으로 도시된 선에 대하여 도면부호 59o, 591, 592,... 를 부여한 것처럼 보이지만, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 '관로(59o, 591, 592,...)'는 관통로(Po, P1)의 입구(Pe)로부터 압력 조절기(50)까지의 모든 경로를 포함한다.
이 때, 채움재(160, 160')는 웨이퍼(W)로부터 유입되는 순수에 의하여 관로(59o, 591, 592,...)가 짧은 시간 내에 막히는 것을 방지할 수 있도록, 채움재(160, 160')는 스폰지나 폴리비닐알코올 등과 같이 물을 머금을 수 있는 재질로 형성될 수도 있다. 이를 통해, 관로(59o, 591, 592,...)로 유입되는 수분이 채움재(160, 160')의 내부로 스며들면서 보다 긴 시간 동안 관로(59o, 591, 592,...)가 막히는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 채움재(160, 160')는 섬유재와, 다공성 세라믹이나, 금속재 중 어느 하나 이상으로 형성될 수도 있다. 쉽게 접히는 섬유재로 형성될 경우에는, 도4에 도시된 바와 같이 멤브레인(40)을 손상시키지 않으면서 멤브레인(40)의 관통로(P) 상에 고정 설치할 수 있는 잇점이 얻어진다. 이와 같이, 멤브레인(40)의 관통로(P)와 같이 보다 하측에 근접한 위치(즉, 관통로 입구(Pe)에 근접한 위치)에 채움재(160, 160')를 설치함으로써, 슬러리나 순수가 관로 내로 유입되는 것을 방지할 수 있으면서, 채움재의 하측에 쌓이는 슬러리 등의 이물질 청소를 보다 쉽게 할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
이에 따라, 채움재(160, 160')를 수시로 교체하면서 캐리어 헤드에 착탈할 수 있게 되므로, 캐리어 헤드(100)의 압력 조절기(50) 및 관로(59o, 591, 592,...)의 상태를 최초 제조 당시의 상태로 셋팅하는 것이 가능해지므로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)를 가압하는 압력 챔버(C)의 압력 조절의 정확성이 보다 향상되는 잇점을 얻을 수 있다.
즉, 상기 채움재(160, 160')는 교체 가능하게 형성되어, 채움재(160, 160')에 의해 걸러져 멤브레인(40)의 관통로 입구(Pe)의 근방과 채움재(160, 160') 하측에 모여진 슬러리 등의 이물질을 쉽게 제거할 수 있으며, 채움재도 주기적으로 교체함으로써, 압력 조절기(50) 및 압력 센서(60)의 작동 성능을 항상 일관되게 유지할 수 있다.
이 때, 다공질 소재의 채움재는 쉬트(sheet) 형상일 수 있으며, 내부에 다수의 기공이 형성된 다공질 소재의 가공품일 수도 있다.
그리고, 채움재(160, 160')의 교체 주기와 멤브레인(40)의 교체 주기가 일치하는 경우에는 무방하지만, 채움재(160, 160')의 교체 주기가 멤브레인(40)의 교체 주기에 비하여 보다 짧은 경우에는, 채움재(160, 160')의 교체 과정에서 멤브레인(40)이 손상되는 것을 방지하고, 관통로 입구(Pe)로부터 압력 조절기(50)까지 연장된 관로(59o, 591, 592,...) 상에 채움재(160, 160')의 설치가 용이하도록 가요성 재질로 형성되는 것이 좋다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 캐리어 헤드(100)는 웨이퍼(W)에 직접 정압이나 부압을 인가하는 관통로(Po, P1)의 입구(Pe)로부터 압력 조절기(50)까지 연장된 관로(59o, 591, 592,...) 상에 다공성 채움재(160, 160')를 고정 설치함으로써, 웨이퍼(W)의 흡착면에 묻어있던 순수나 슬러리가 관통로(Po, P1)를 통해 압력 제어기(50)나 압력 센서(60)로 유입되는 것을 방지하여, 캐리어 헤드(100)의 압력 챔버(C)의 압력을 제어하는 압력 제어기 (50)및 압력 센서(60)의 성능이 저하되거나 고장나거나 수명이 단축되는 문제를 해결할 수 있을 뿐 아니라, 채움재(160, 160')의 하측에 걸러진 수분과 슬러리 등의 이물질을 간단히 제거하여 관로(59o, 591, 592,...)의 상태를 캐리어 헤드의 제조 초기 당시의 상태로 유지하여, 화학 기계적 연마 공정에 의하여 보다 정교하고 정확한 두께로 웨이퍼를 연마할 수 있게 되어 연마 품질을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 캐리어 헤드(100')를 상술한다. 본 발명의 제2실시예를 설명함에 있어서, 전술한 제1실시예의 구성 및 작용과 동일 또는 유사한 구성 및 작용에 대해서는 동일 또는 유사한 도면부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 제2실시예의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
본 발명의 제2실시예에 따른 캐리어 헤드(100')는, 채움재(260)가 멤브레인(40)의 관통로(Po, P1) 상의 관로에 설치되는 제1실시예와 달리, 멤브레인(50)의 관통로(Po)가 중앙부에만 형성되고, 채움재(260)가 멤브레인(50)의 끝단(44a)에 비하여보다 보다 상측에 위치한 관로(159o) 상에 설치된다는 점에 차이가 있다. 즉, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 채움재(260)가 관로 중 베이스(120) 또는 본체(110)를 통과하는 영역(도면부호 112로 표시된 본체부의 중앙 구멍)에 위치 고정될 수도 있다. 이 때, 채움재(260)가 위치 고정되는 베이스(120) 또는 본체(110)의 영역에는 압력 조절기(50)의 부압에 의하여 채움재(260)가 상측으로 흡입 이동하는 것을 억제하는 단턱이 형성되어, 채움재(260)의 상단이 단턱에 의해 걸리도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 관통로(Po)의 입구(Pe)로부터 보다 높게 이격된 본체부(110, 120)의 부재(112)의 구멍 내에 채움재(260)가 위치함으로써, 보다 견고하고 안정적으로 채움재(260)를 위치 고정시킬 수 있는 장점이 있다. 이와 같이, 본체부(110)에 채움재(260)를 위치 고정시키는 경우에는 금속재나 세라믹재와 같이 경도가 높은 재질로 형성된 채움재(260)를 적용하더라도, 멤브레인(140)의 손상을 야기하지 않는 잇점을 얻을 수 있다.
도면 중 미설명 부호인 122, 123은 멤브레인(140)의 플랩(143, 144)의 끝단(143a, 144a)을 베이스(120)에 고정시키기 위하여 베이스(120)에 결합되는 결합 부재이다.
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
10, 110: 본체 20, 120: 베이스
122: 결합 부재 30, 130: 리테이너 링
40, 140: 멤브레인 Po, P1 : 관통로
59o, 591, 592, 159o: 관로 Pe: 관통로 입구
50: 압력 조절기 60: 압력 센서

Claims (10)

  1. 회전 구동되는 본체와 함께 회전하는 베이스와;
    가요성 재질로 형성되고 상기 베이스에 플랩이 고정되어 상기 베이스와의 사이 공간에 압력 챔버를 형성하고, 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 웨이퍼를 위치시켜 상기 압력 챔버의 압력에 따라 상기 웨이퍼를 가압하며, 바닥판의 저면에 위치한 상기 웨이퍼에 직접 공압이 도달하도록 상기 바닥판으로부터 상기 플랩에 관통로가 형성된 멤브레인과;
    상기 압력 챔버에 공압을 인가하는 압력 조절기와;
    상기 관통로의 입구로부터 상기 압력 조절기까지 이르는 관로에 위치하여, 공기는 통과시키지만 액체 및 고체의 통과를 억제하는 채움재를;
    포함하여 구성되고, 상기 채움재는 상기 플랩에 형성된 상기 관통로에 일부 이상이 위치 고정되게 설치되고 교체 가능한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 채움재는 다공질 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 채움재는 물을 머금을 수 있는 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 채움재는 섬유재와, 고분자 소재와, 다공성 세라믹이나, 금속재 중 어느 하나 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 채움재는 가요성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
  6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통로는 상기 멤브레인의 바닥판을 관통하는 형태로 2개 이상 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
  7. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통로는 상기 멤브레인의 중앙을 관통하는 형태로 형성된 것을 포함하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.

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