KR101575087B1 - 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리 및 이를 구비한 캐리어 헤드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리 및 이를 구비한 캐리어 헤드에 관한 것으로, 웨이퍼의 판면과 접촉하는 바닥판과, 상기 바닥판의 가장자리로부터 상측으로 절곡 형성된 측면과, 상기 바닥판의 중심과 상기 측면의 사이에 링 형태로 형성된 격벽을 포함하며, 상기 격벽의 반경 방향의 내측과 반경 방향의 외측에 각각 압력 챔버가 형성되는 가요성 재질로 형성된 가요성 멤브레인 어셈블리와; 상기 압력 챔버의 단면 형상으로 형성되어 상기 바닥판의 상면에 접촉한 상태로 배치되고, 상기 바닥판에 비하여 경도가 높은 재질로 형성된 보정 블록을; 포함하여 구성되어, 다수의 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하면서 화학 기계적 연마 공정을 행하더라도, 압력 챔버을 분할하는 격벽의 하측에서 멤브레인 바닥판에 주름이 생기는 변형이 무겁고 단단한 보정 블록에 의해 억제되므로, 웨이퍼의 격벽 하측에서도 연마 두께를 보다 연속적으로 제어할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리를 제공한다.
Description
본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리에 관한 것으로, 상세하게는 멤브레인의 격벽에 의하여 다수로 분할된 압력 챔버에 인가되는 압력으로 웨이퍼를 가압하는 멤브레인의 변형이 방지되어 격벽이 위치하는 압력 챔버의 경계 영역에서도 웨이퍼가 연속적인 프로파일로 연마되도록 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리 및 이를 구비한 캐리어 헤드에 관한 것이다.
화학기계적 연마(CMP) 장치는 반도체소자 제 조과정 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(21) 및 본체(21)와 연결되어 함께 회전하는 베이스(22)로 이루어져 회전(20r) 구동되는 본체부(20)와, 베이스(22)를 둘러싸는 링 형태로 장착되어 베이스(22)와 함께 회전하는 리테이너링(30)과, 베이스(22)에 고정되어 베이스(22)와의 사잇 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3)를 형성하는 탄성 재질의 멤브레인(10)과, 공압(44)이 공압 공급로(41)를 통해 압력 챔버(C1, C2, C3)로 공급되거나 배출되면서 압력을 조절하는 압력 제어부(P)로 구성된다.
탄성 재질의 멤브레인(10)은 웨이퍼(W)를 가압하는 평탄한 바닥판(11)의 가장자리 끝단에 측면(12)이 절곡 형성되고, 측면(12)의 끝단(12a)은 베이스(22) 또는 리테이너 링(30)에 결합된다. 바닥판(11)의 상면에는 링 형태의 격벽(13, 13')이 상방향으로 연장되어 베이스(22)에 결합된다. 격벽(13, 13')의 끝단부(13a)는 베이스(22)에 결합되는 결합 부재(20a)에 의하여 베이스(22)에 결합된다. 이에 따라, 멤브레인(10)과 베이스(22)의 사이에 형성되는 압력 챔버는 다수로 분할 형성된다.
압력 제어부(P)로부터 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3)로 공급되는 공압(441, 442, 443; 44)은 각각 독립적으로 제어되어 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3)의 내부에는 서로 다른 압력(P1, P2, P3)으로 공급되어 멤브레인 바닥판(11)을 통해 웨이퍼(W)를 가압하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해진다. 이와 같이 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3)를 통해 웨이퍼(W)를 가압하면 웨이퍼(W)의 연마 두께를 미세하게 조정할 수 있는 잇점이 있다.
그러나, 각 압력 챔버(C1, C2, C3)의 구석진 영역과 이들의 경계에서, 바닥판(11)을 가압하는 압력과 격벽(13, 13') 및 측면(12)을 가압하는 힘의 차이가 발생되면서, 도2에 도시된 바와 같이 국부적으로 측면(12)과 격벽(13, 13')에 변형(11x, 12x)이 생기면서, 격벽(13, 13')의 위치에서도 바닥판(11)도 상하 방향으로 미세한 주름이 생겨 충분히 웨이퍼(W)를 가압하지 못하는 현상이 야기된다.
이에 따라, 웨이퍼는 각 압력 챔버(C1, C2, C3)의 경계 영역에서의 연마량이 불균일해지는 문제가 야기되었다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 다수의 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하면서도, 압력 챔버의 경계 영역에서 웨이퍼의 연마량을 균일하게 조절할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리 및 이를 구비한 캐리어 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은, 멤브레인의 격벽으로 분할된 다수의 압력 챔버에서 바닥판을 통해 웨이퍼에 인가되는 가압력에도 불구하고, 바닥판에 근접한 격벽의 휨 변형을 방지하여, 바닥판을 통하여 웨이퍼를 가압하는 가압력이 격벽의 휨 변형에 영향을 받지 않고 예정된 압력이 그대로 전달되어, 웨이퍼 연마층이 격벽 하측의 영역에서도 연속적인 프로파일에 도달하게 연마하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 캐리어 헤드에 사용되는 멤브레인 어셈블리로서, 웨이퍼의 판면과 접촉하는 바닥판과, 상기 바닥판의 가장자리로부터 상측으로 절곡 형성된 측면과, 상기 바닥판의 중심과 상기 측면의 사이에 링 형태로 형성된 격벽을 포함하며, 상기 격벽의 반경 방향의 내측과 반경 방향의 외측에 각각 압력 챔버가 형성되는 가요성 재질로 형성된 가요성 멤브레인 어셈블리와; 상기 압력 챔버의 단면 형상으로 형성되어 상기 바닥판의 상면에 접촉한 상태로 배치되고, 상기 바닥판에 비하여 경도가 높은 재질로 형성된 보정 블록을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리를 제공한다.
이는, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하면서 자전하도록 웨이퍼의 상측에 위치하는 캐리어 헤드의 멤브레인을 구성함에 있어서, 웨이퍼의 판면에 접촉하는 멤브레인 바닥판의 상면에 각 압력 챔버의 형성되는 형상대로 경도가 보다 높은 보정 블록을 적층 배치함으로써, 분할된 다수의 압력 챔버의 압력이 서로 다르더라도 멤브레인 바닥판이 보다 단단한 보정 블록에 의하여 눌려 평탄하게 유지되어, 멤브레인 바닥판이 국부적으로 주름이 생겨 격벽 하측 영역에서 국부적으로 가압력이 불균일하게 전달되는 것을 방지하기 위함이다.
이를 통해, 다수의 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하면서 화학 기계적 연마 공정을 행하더라도, 압력 챔버을 분할하는 격벽의 하측에서 멤브레인 바닥판에 주름이 생기는 변형이 무겁고 단단한 보정 블록에 의해 억제되므로, 웨이퍼의 격벽 하측에서도 연마 두께를 보다 연속적으로 제어할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
무엇보다도, 상기 보정 블록은 상기 격벽의 내주면과 외주면에 접촉하게 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 멤브레인 바닥판과 접하는 격벽 하측에서 국부적으로 일측으로 휘는 변형을 보정 블록의 측면에 의해 구속함으로써, 격벽이 연장 형성된 멤브레인 바닥판의 (압력 챔버들의 사이에 위치하는) 경계 영역에서 멤브레인 바닥판에 국부적인 변형이 발생되는 힘이 작용하는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
따라서, 압력 챔버의 경계 영역에서의 웨이퍼 연마 프로파일을 보다 정교하게 조절할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이와 마찬가지로, 상기 보정 블록은 상기 측면의 내주면에 접촉하게 배치되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 멤브레인 바닥판과 그 가장자리의 측면 하측에서 국부적으로 일측으로 휘는 변형을 보정 블록의 측면에 의해 구속함으로써, 웨이퍼의 가장자리 영역에서 멤브레인 바닥판이 변형되거나 주름이 생기는 것을 방지하여, 웨이퍼 가장자리에서도 의도한 연마 프로파일대로 웨이퍼를 연마할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
여기서, 상기 보정 블록은 상기 바닥판의 두께에 비하여 2배 내지 30배의 두께로 형성되어, 상기 바닥판에 비하여 훨씬 높은 강성을 갖도록 형성된다. 이에 따라, 압력 챔버에 공급되는 공압에 의하여 보정 블록이 휘거나 변형되는 것이 방지되어, 압력 챔버의 압력 상태에 무관하게 보정 블록이 항상 일정하게 멤브레인 바닥판과, 격벽과, 측면의 변형을 방지할 수 있게 한다.
무엇보다도, 상기 보정 블록은 다공성 재질로 형성되어, 압력 제어부로부터 공급되는 공압이 보정 블록의 상면을 가압하는 데 그치지 않고, 보정 블록의 구멍을 통해 직접 멤브레인 바닥판을 직접 가압하면서도, 보정 블록에 의하여 멤브레인 바닥판 및 격벽과 측면의 하측이 변형되는 것이 구속되어, 정확한 가압력을 웨이퍼에 정확히 전달할 수 있으면서 멤브레인의 국부적인 변형을 확실하게 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 보정 블록이 다공성 재질로 형성됨에 따라, 압력 챔버로 유입되는 공압이 국부적으로 불균일하게 분포되더라도, 다공질의 보정 블록을 공압이 통과하면서 압력 챔버의 바닥면에 해당하는 멤브레인 바닥판에는 균일한 압력이 골고루 분산되어 멤브레인 바닥면을 가압하게 된다. 이에 따라, 각각의 압력 챔버에서 멤브레인 바닥판을 가압하는 압력 편차를 줄여줌으로써, 웨이퍼의 연마 품질을 보다 향상시킬 수 있는 잇점이 얻어진다.
한편, 상기 보정 블록은 격벽이 다수로 형성된 경우에도 적용될 수 있다. 즉, 상기 격벽은 2개 이상 형성되고, 상기 압력 챔버는 상기 격벽의 사이에도 형성되며, 상기 보정 블록은 상기 격벽의 사이에도 배치될 수 있다.
그리고, 상기 보정 블록은 멤브레인 바닥판의 상면과 격벽 및 측면에 접착 결합될 수도 있다. 이를 통해, 멤브레인 바닥판이 보정 블록에 의하여 변위 및 변형이 구속되어 멤브레인 바닥판에 정확한 가압력을 보다 확실하게 도입할 수 있다.
한편, 본 발명은, 본체부와; 상기 본체부와 함께 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 멤브레인 어셈블리를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드를 제공한다.
본 발명에 따르면, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하면서 자전하도록 웨이퍼의 상측에 위치하는 캐리어 헤드의 멤브레인을 구성함에 있어서, 웨이퍼의 판면에 접촉하는 멤브레인 바닥판의 상면에 각 압력 챔버의 형성되는 형상대로 경도가 보다 높은 보정 블록을 적층 배치함으로써, 멤브레인 바닥판이 보다 단단한 보정 블록에 의하여 눌려 평탄하게 항상 유지되어, 분할된 다수의 압력 챔버의 압력이 서로 다르더라도 멤브레인 바닥판에 작용하는 압력 편차에 의하여 주름이 국부적으로 발생되어 격벽 하측 영역에서 웨이퍼에 전달되는 가압력이 불균일해지는 것을 방지하고, 가요성 멤브레인의 변형이 무겁고 단단한 보정 블록에 의해 구속되어 억제되므로, 웨이퍼의 격벽 하측에서도 연마 두께를 보다 연속적으로 제어할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은, 보정 블록의 측면이 격벽의 내주면과 외주면에 접촉하게 배치됨으로써, 멤브레인 바닥판과 접하는 격벽 하측에서 휘는 변형이 보정 블록의 측면에 의해 구속됨으로써, 압력 챔버의 사이에 위치하는 격벽 하측의 영역에서 멤브레인 바닥판에 국부적인 변형이 발생되는 힘이 작용하는 것을 원천적으로 방지하므로, 웨이퍼의 연마 두께 분포에 불연속적인 영역이 발생되는 것을 방지하는 잇점을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 보정 블록이 다공성 재질로 형성됨에 따라, 압력 제어부로부터 공급되는 공압이 보정 블록의 상면을 가압하여 보정 블록에 의하여 멤브레인 바닥판이 가압되는 데 그치지 않고, 보정 블록의 구멍을 통해 전달되는 공압에 의하여 멤브레인 바닥판이 직접 가압되게 작용하므로, 정확한 크기의 가압력이 압력 챔버의 바닥면 전체에 걸쳐 균일하게 되입되며, 이와 같이 각 압력 챔버에서 멤브레인 바닥판을 가압하는 가압력 편차를 줄임으로써 웨이퍼의 연마 품질을 보다 향상시킬 수 있는 잇점이 얻어진다.
이를 통해, 본 발명은 웨이퍼 연마 프로파일을 불연속점없이 보다 정교하고 정확하게 조절할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 종래의 캐리어 헤드를 도시한 단면도,
도2는 도1의 'A'부분의 확대도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드를 도시한 단면도,
도4는 도3의 멤브레인 어셈블리의 분해사시도,
도5는 도3의 'D'부분의 확대도이다.
도2는 도1의 'A'부분의 확대도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드를 도시한 단면도,
도4는 도3의 멤브레인 어셈블리의 분해사시도,
도5는 도3의 'D'부분의 확대도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(9) 및 이에 사용되는 멤브레인 어셈블리(901)을 상술한다. 다만, 본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드(9)는, 도3에 도시된 바와 같이, 종래의 캐리어 헤드(1)와 마찬가지로 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하는 본체(21) 및 이와 연결되어 함께 회전하는 베이스(22)로 이루어진 본체부(20)와, 베이스(22)에 고정되어 베이스(22)와의 사이에 압력 챔버(C1, C, C3)를 형성하는 멤브레인 어셈블리(901)와, 압력 챔버(C1, C2, C3)에 공압을 공급하여 압력을 조절하는 압력 제어부(P)와, 멤브레인(10)의 둘레를 감싸고 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드와 접촉하는 리테이너 링(30)으로 구성된다. 즉, 본 발명은 종래의 캐리어 헤드(1)와 웨이퍼(W)를 가압하는 멤브레인 어셈블리(901)의 구성에 있어서 큰 차이가 있다.
상기 본체부(20)는 도면에 도시되지 않은 구동 샤프트에 상단이 결합되어 회전 구동되는 본체(21)와, 본체(21)에 대하여 원주 방향으로 이동이 구속된 베이스(22)로 이루어져 함께 회전 구동된다.
본체(21)는 하나의 몸체로 형성될 수도 있지만, 2개 이상의 부재가 서로 결합된 상태로 이루어질 수도 있다. 본체(21)의 둘레에는 외부로부터 이물질이 침투하지 못하도록 커버에 의해 보호된다. 상기 베이스(22)는 본체(21)에 대하여 동축 상에 정렬되도록 배치되어, 함께 회전하도록 연결 결합되어, 본체(21)와 함께 회전한다.
상기 리테이너 링(30)은, 화학 기계적 연마 공정 중에 멤브레인 바닥판(11)의 하측에 위치하는 웨이퍼(W)의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되고, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드를 저면이 가압하면서 연마되는 소모품 부재이다. 따라서, 리테이너 링(30)은 엔지니어링 플라스틱이나 수지, 금속 등의 재질로 형성된다. 리테이너 링(30)은 본체(21)와 연결되어 본체(21)의 회전에 따라 함께 회전(230d)한다.
상기 멤브레인 어셈블리(901)은 도4에 도시된 바와 같이, 가요성 재질로 이루어진 가요성 멤브레인(10)과, 가요성 멤브레인(10)에 의하여 형성되는 각 압력 챔버(C1, C2, C3)에 끼워지는 보정 블록(90)으로 이루어진다.
여기서, 가요성 멤브레인(10)은 우레탄 등과 같이 외력에 의하여 쉽게 변형되는 가요성 재질로 이루어지며, 웨이퍼(W)의 판면과 접촉하는 바닥판(11)과, 바닥판(11)의 가장자리로부터 상측으로 절곡 형성된 측면(12)과, 바닥판(11)의 중심과 측면(12)의 사이에 링 형태로 연장 형성된 격벽(13, 13')으로 이루어진다. 측면(12)과 격벽(13, 13')의 끝단부(12a, 13a)는 베이스(22)에 고정되기 용이한 형태로 형성된다. 이에 따라, 격벽(13, 13')의 반경 방향의 내측과 외측에는 각각 압력 챔버(C1, C2, C3)가 분할되어 형성된다.
도면에는 격벽(13, 13')이 2열의 동심원 형태로 형성된 구성이 예시되어 있지만, 격벽(13, 13')은 1열로 형성될 수도 있고, 3열 이상으로 형성될 수 있다.
상기 보정 블록(90)은 가요성 멤브레인(10)과 베이스(22)의 사이에 형성되는 압력 챔버(C1, C2, C3)의 바닥면 형상대로 형성되어, 적어도 하나 이상의 압력 챔버(C1, C2, C3)에 설치된다. 즉, 도4에 도시된 바와 같이, 중심부의 제1압력 챔버(C1)의 바닥면에는 원통 형상의 제1보정블록(91)이 탑재되고, 제1격벽(13')에 의하여 경계를 두고 있는 제2압력챔버(C2)의 바닥면에는 중공 원통 형태의 제2보정블록(92)이 탑재되며, 제2격벽(13)에 의하여 경계를 두고 있는 제3압력챔버(C3)의 바닥면에는 중공 원통 형태의 제3보정블록(93)이 탑재된다.
여기서, 보정 블록(90)은 가요성 멤브레인(10)에 비하여 보다 경도가 높아 단단한 재질로 형성되어 가요성 멤브레인(10)의 바닥판(11)의 상면에 적층되는 형태로 설치된다. 예를 들어, 보정 블록(90)은 플라스틱, 수지 등의 재질로 선택될 수 있다. 이에 따라, 가요성 멤브레인(10)의 바닥판(11)은 이보다 무거운 보정 블록(90)에 눌린 상태로 위치하므로, 바닥판(11)이 국부적 변형이 억제된다. 또한, 보정 블록(90)의 두께(t9)는 바닥판(11)의 두께(t1)에 비하여 2배 내지 30배의 두께(예를 들어, 1mm 내지 30mm)로 형성되어, 보정 블록(90) 자체의 변형이 억제되므로, 보정 블록(90)에 의하여 멤브레인(10)의 바닥판(11)의 변형은 더욱 억제된다.
특히, 보정 블록(90)의 내주면(92i, 93i)과 외주면(91e, 92e, 93e)은 가요성 멤브레인(10)의 측면(12) 및 격벽(13, 13')의 내주면(12i, 13i, 13i')과 외주면(13e, 13e')에 접촉한 상태로 설치된다. 즉, 고정 블록(90)에 의하여 가요성 멤브레인(10)의 바닥판(11) 및 격벽(13, 13')의 하부가 견고하게 위치 고정되고 변형이 구속된 상태로 있게 된다. 이에 따라, 화학 기계적 연마 공정 중에 압력 챔버(C1, C2, C3)의 압력(P1, P2, P3)이 서로 다르게 조절되더라도, 측면(12)과 격벽(13, 13')이 변형되는 것을 보정 블록(90)의 내주면(92i, 93i)과 외주면(91e, 92e, 93e)에 의하여 물리적으로 구속되므로, 보정 블록(90)이 차지하고 있는 높이에 해당하는 만큼의 격벽(13, 13')의 국부적 변위가 억제된다.
이와 같이, 가요성 멤브레인(10)의 바닥판(11)과 연결되는 격벽(13, 13') 및 측면(12)의 하부가 압력 챔버의 압력 변동에도 원래의 형상을 항상 일정하게 유지하므로, 종래에 격벽(13, 13') 및 측면(12)의 국부적인 변형에 의하여 바닥판(11)이 국부적으로 변형되게 하던 힘이 발생되지 않는다. 따라서, 가요성 멤브레인(10)은 보정 블록(90)에 의하여 바닥판(11)의 변형이 구속되어 바닥판(11)의 국부적인 변형도 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 격벽(13, 13')과 측면(12) 하부의 변형이 구속되어 바닥판(11)의 국부적인 변형을 야기시키는 힘의 발생을 억제하게 되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 격벽(13, 13')의 경계 하측에서 웨이퍼를 가압하는 가압력이 일정하지 않았던 종래의 문제점을 해소할 수 있다.
한편, 상기 보정 블록(90)은 가요성 멤브레인(10)의 압력 챔버(C1, C2, C3)의 바닥면(바닥판의 상면) 상에 거치되는 형태로 설치될 수도 있지만, 접착제 등을 이용하여 가요성 멤브레인(10)의 압력 챔버(C1, C2, C3)의 바닥면(바닥판의 상면) 과 격벽(13, 13') 및 측면(12) 중 어느 하나 이상에 접착된 상태로 설치될 수도 있다. 이 경우에는 보정 블록(90)과 가요성 멤브레인(10)의 변형이 일체화되므로, 가요성 멤브레인(10)의 국부적인 변형을 완전히 차단할 수 있다. 다만, 접착제를 사용하여 보정 블록(90)과 가요성 멤브레인(10)이 일체화되는 경우에는, 경도가 높은 보정 블록(90)에 의하여 가요성 멤브레인(10)이 파손될 가능성을 최소화하기 위하여, 가요성 멤브레인(10)의 경도와 차이가 작은 플라스틱 또는 수지 소재로 보정 블록(90)을 제작하거나, 모서리 부분을 작게 면취시킨 형태로 보정 블록(90)을 형성할 수도 있다.
무엇보다도, 상기 보정 블록(90)을 다공성 재질로 제작될 수 있다. 이에 의하여, 압력 제어부(P)로부터 압력 챔버(C1, C2, C3)에 공압(441, 442, 443; 44)이 인가되면, 공급되는 공압에 의하여 보정 블록(90)을 가압하고, 가압된 보정 블록(90)의 가압력(P1, P2, P3)이 보정 블록(90)을 매개로 가요성 멤브레인(10)의 바닥판(11)에 전달되어 웨이퍼를 가압하는 것에 그치지 않고, 보정 블록(90)의 상측으로 공급된 공압이 보정 블록(90)의 구멍을 통해 가요성 멤브레인(10)의 바닥판(11)의 상면을 직접 가압하여 웨이퍼를 가압하게 된다.
이와 같이, 보정 블록(90)을 다공성 재질로 형성함에 따라, 압력 제어부(P)f로부터 압력 공급관(41)을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3)로 유입되는 공압이 국부적으로 불균일하게 분포되더라도, 다공질의 보정 블록(90)을 공압이 통과하면서 압력 챔버(C1, C2, C3)의 바닥면에 해당하는 멤브레인 바닥판(11)의 상면에 공압이 도달하면, 멤브레인 바닥판(11)에는 각 압력 챔버의 바닥면 전체에 걸쳐 균일한 압력으로 분산되어 가압하므로, 각 압력 챔버(C1, C2, C3)마다 멤브레인 바닥판(11)을 가압하는 압력 편차가 작아지고 정확한 가압력이 웨이퍼(W)에 전달되어 웨이퍼의 연마 품질을 보다 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이 때, 보정 블록(90)의 구멍을 통해 압력 편차를 상쇄시킬만큼 공압이 골고루 분산되기 위해서는 보정 블록(90)의 다공도는 40%이상인 것이 바람직하며, 3mm 이상의 두께로 형성되는 것이 좋다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(9) 및 이에 사용되는 멤브레인 어셈블리(901))는, 멤브레인 바닥판(11)의 상면에 각 압력 챔버의 형성되는 형상대로 경도나 강성이 보다 높은 보정 블록(90)을 적층 배치함으로써, 인접한 압력 챔버(C1, C2, C3) 간에 압력 편차가 있더라도 멤브레인 바닥판(11)을 평탄한 형상으로 유지하고, 멤브레인 격벽(13, 13')의 하부를 수직으로 직립한 상태를 유지하므로, 멤브레인 바닥판(11)에 작용하는 압력 편차에 의하여 멤브레인 바닥판(11)이나 격벽(13, 13')의 하부에 주름이 국부적으로 발생되어 가요성 멤브레인(10)이 변형됨에 따라 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 가압력이 불균일해지는 것을 방지하여, 격벽(13, 13')의 하측 영역에서도 웨이퍼 연마 프로파일을 불연속점없이 보다 정교하고 정확하게 조절할 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: 압력 챔버
10: 가요성 멤브레인 11: 멤브레인 바닥판
12: 멤브레인 측면 13, 13': 멤브레인 격벽
20: 본체부 22: 베이스
30: 리테이너 링 90: 보정 블록
10: 가요성 멤브레인 11: 멤브레인 바닥판
12: 멤브레인 측면 13, 13': 멤브레인 격벽
20: 본체부 22: 베이스
30: 리테이너 링 90: 보정 블록
Claims (10)
- 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 캐리어 헤드에 사용되는 멤브레인 어셈블리로서,
웨이퍼의 판면과 접촉하는 바닥판과, 상기 바닥판의 가장자리로부터 상측으로 절곡 형성된 측면과, 상기 바닥판의 중심과 상기 측면의 사이에 링 형태로 형성된 격벽을 포함하며, 상기 격벽의 반경 방향의 내측과 반경 방향의 외측에 각각 압력 챔버가 형성되는 가요성 재질로 형성된 가요성 멤브레인과;
상기 압력 챔버의 단면 형상으로 형성되어 상기 바닥판의 상면에 접촉한 상태로 배치되고, 상기 바닥판에 비하여 경도가 높은 재질로 형성된 보정 블록을;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리.
- 제 1항에 있어서,
상기 보정 블록은 상기 격벽의 내주면과 외주면에 접촉하게 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리.
- 제 2항에 있어서,
상기 보정 블록은 상기 측면의 내주면에 접촉하게 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리.
- 제 1항에 있어서,
상기 보정 블록은 상기 바닥판의 두께에 비하여 2배 내지 30배의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 멤브레인 어셈블리.
- 제 1항에 있어서,
상기 보정 블록은 상기 가요성 멤브레인에 접착된 상태로 결합된 것을 특징으로 하는 멤브레인 어셈블리.
- 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보정 블록은 다공성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 멤브레인 어셈블리.
- 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격벽은 2개 이상 형성되고, 상기 압력 챔버는 상기 격벽의 사이에도 형성되며, 상기 보정 블록은 상기 격벽의 사이에도 배치되는 것을 특징으로 하는 멤브레인 어셈블리.
- 제 7항에 있어서,
상기 보정 블록은 다공성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 멤브레인 어셈블리.
- 회전 구동되는 베이스를 포함하는 본체부와;
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 제5항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인 어셈블리를;
포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
- 제 9항에 있어서,
상기 보정 블록은 다공성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
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|---|---|---|---|
| KR1020140115908A KR101575087B1 (ko) | 2014-09-02 | 2014-09-02 | 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인 어셈블리 및 이를 구비한 캐리어 헤드 |
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| KR (1) | KR101575087B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150000978A (ko) * | 2013-06-26 | 2015-01-06 | 주식회사 케이씨텍 | 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009535836A (ja) | 2006-05-02 | 2009-10-01 | エヌエックスピー ビー ヴィ | ウェーハの取外し |
| KR101199149B1 (ko) | 2006-02-24 | 2012-11-12 | 강준모 | 화학기계적 연마용 캐리어 및 플렉서블 멤브레인 |
-
2014
- 2014-09-02 KR KR1020140115908A patent/KR101575087B1/ko active IP Right Grant
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| KR102191916B1 (ko) | 2013-06-26 | 2020-12-16 | 주식회사 케이씨텍 | 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드 |
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