KR101751439B1 - Carrier head of chemical mechanical apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 연마 헤드에 관한 것으로, 회전 구동력을 전달받는 제1본체부와; 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면을 연마 패드에 가압하는 가압면이 형성된 제2본체부와; 상기 연마 공정 중에 웨이퍼의 둘레의 일부 이상을 감싸는 형태로 상기 연마 패드에 저면이 접촉하는 리테이너 링이 설치되고, 상기 제1본체부로부터 가요성 재질의 제1탄성링을 통해 회전 구동력을 전달받아 회전하는 가장자리부를; 포함하여 구성되어, 웨이퍼의 연마 공정 중에 회전하는 연마 헤드 내에서 발생되는 파티클을 최소화하여, 연마 헤드의 작동 불량을 줄이고 보다 긴 내구 수명을 보장하고, 파티클이 압력 챔버에 공압이 공급되는 공압 튜브에 유입되어 압력이 왜곡되는 문제를 해소하는 연마 장치용 연마 헤드를 제공한다. The present invention relates to a polishing head for a chemical mechanical polishing apparatus, comprising: a first main body for receiving a rotational driving force; A second main body portion having a pressing surface for pressing the surface of the wafer against the polishing pad during the polishing process; A retainer ring having a bottom surface in contact with the polishing pad so as to surround at least a part of the periphery of the wafer during the polishing process, and a rotation driving force is received from the first main body through a first elastic ring made of a flexible material, To the edge; To minimize particles generated in the rotating polishing head during the wafer polishing process to reduce malfunction of the polishing head and to ensure longer durability life and to allow the particles to be pumped into a pneumatic tube A polishing head for a polishing apparatus which solves the problem that the pressure is distorted due to flow of the polishing head.
Description
본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 연마 헤드에 관한 것으로, 상세하게는 연마 헤드에서 볼트와 같은 마모성 부재의 사용을 최소화하여 파티클에 의한 공정의 악화를 방지하고, 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마면이 리테이너 링의 가압력에 의하여 연마 품질이 불균일해지는 것을 억제하는 화학 기계적 연마 장치용 연마 헤드에 관한 것이다.The present invention relates to a polishing head for a chemical mechanical polishing apparatus, and more particularly, to a polishing head for a polishing head which minimizes the use of abrasive members such as bolts in a polishing head to prevent deterioration of the process due to particles, To a polishing head for a chemical mechanical polishing apparatus which suppresses unevenness in polishing quality due to the pressing force of the polishing head.
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.The chemical mechanical polishing (CMP) apparatus is a device for performing a wide-area planarization that removes a height difference between a cell region and a peripheral circuit region due to unevenness of a wafer surface generated by repeatedly performing masking, etching, To improve the surface roughness of the wafer due to contact / wiring film separation and highly integrated elements, and the like.
이러한 CMP 장치에 있어서, 연마 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. In such a CMP apparatus, the polishing head presses the wafer in a state in which the polishing surface of the wafer faces the polishing pad before and after the polishing step to perform the polishing process, and at the same time, when the polishing process is finished, the wafer is directly and indirectly Vacuum-adsorbed and held, and then moved to the next step.
도1은 화학 기계적 연마 장치(9)의 개략 평면도이다. 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 장치(9)는 웨이퍼(W)를 저면에 위치시킨 상태에서 웨이퍼(W)를 가압하며 자전하는 연마 헤드(1)와, 웨이퍼(W)의 연마면과 접촉하면서 회전(2d)하는 연마 패드(2)와, 연마 패드(2) 상에 슬러리를 공급하여 웨이퍼(W)에 도달한 슬러리에 의한 화학적 연마를 행하게 하는 슬러리 공급부(3)와, 연마 패드(2)의 표면을 개질하는 컨디셔너(4)로 이루어진다. 1 is a schematic plan view of a chemical
상기 연마 헤드(1)는 도3에 도시된 바와 같이 외부의 구동부에 의하여 회전 구동되는 본체부(10)와, 본체부(10)와 함께 회전하는 베이스(20)에 고정되어 베이스(20)와의 사이에 다수의 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3)를 형성하는 멤브레인(30)과, 웨이퍼(W)의 둘레에 링 형태로 배치되어 화학 기계적 연마 공정 중에 저면이 연마 패드(2)를 가압하여 둘러싸고 있는 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(40)과, 압력 챔버(C1, C2, C3)에 공압 공급로(55)를 통해 공압을 인가하거나 배출시키는 압력 제어부(50)로 이루어진다. The
여기서, 멤브레인(30)은 웨이퍼(W)를 가압하는 바닥판과, 바닥판의 가장자리 끝단에 상측으로 연장된 측면과, 바닥판의 중심과 측면의 사이에 링 형태로 형성된 격벽(35)이 형성되며, 측면과 격벽(35)의 끝단(30a)이 베이스(20)에 고정되어, 멤브레인 바닥판과 베이스(20)의 사이에 다수의 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3)를 형성한다. The
그리고, 리테이너 링(40)은 구동부(M)에 의하여 상하로 이동(40d) 가능하게 설치된다. 구동부(M)는 전기를 구동원으로 사용하는 모터일 수도 있고, 공압이나 유압을 구동원으로 사용할 수도 있다. 리테이너 링(40)은 화학 기계적 연마 공정 중에 구동부(M)에 의하여 연마 패드(2) 상에서 소정의 힘(Pr)으로 가압된 상태로 유지된다. The
이에 따라, 화학 기계적 연마 공정은 압력 제어부(50)로부터 공압이 압력 챔버(C1, C2, C3)에 공급되어 압력 챔버(C1, C2, C3)가 팽창하면서 멤브레인 바닥판에 의하여 웨이퍼를 연마 패드에 눌린 상태가 된다. 이와 동시에, 구동부(M)에 의하여 리테이너 링(40)은 하방 이동하여 웨이퍼(W)의 둘레에서 연마 패드를 가압함으로써 웨이퍼(W)가 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 헤드(1)의 바깥으로 이탈하는 것을 감지한다. Thus, the chemical mechanical polishing process is performed by supplying pressure from the
그러나, 도4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 둘레에 배치된 리테이너 링(40)이 하방 이동(40d)하여 연마 패드(2)를 가압하면, 연마 패드(2)가 리테이너 링(40)의 저면(40a)에 의해 눌리는 영역(40x)에서 눌림 변형이 연마 패드(2)에 발생되고, 이로 인하여 눌림 변형이 생기는 주변이 되튀어오르는 리바운드 변형(99)이 발생된다. 그런데, 리테이너 링(40)과 웨이퍼(W)의 가장자리(e)는 서로 근접하게 배치되므로, 연마 패드(2)의 리바운드 변형(99)에 의하여 웨이퍼의 가장자리(e)는 되튀어오르는 연마 패드(2)의 돌출부에 보다 높은 가압력으로 밀착되므로, 웨이퍼(W)의 가장자리(e)에서의 연마량이 의도하지 않게 상승하는 문제가 있었다.4, when the
특히, 리테이너 링(40)의 저면은 자전하고 있는 연마 패드(2)와 접촉하면서, 연마 패드(2)를 향하여 가압력(Pr)이 도입되고 있는 리테이너 링(40)은 연마 패드(11)로부터의 마찰력(F1)에 의하여 자전하는 연마 패드(2)에 저항하는 부분(55)에서 틸팅 회전(M20)되는 힘을 받게 된다. Particularly, the bottom surface of the
이에 따라, 도5에 도시된 바와 같이, 리테이너 링(40)의 저면은 반경 내측 부분(40i)과 반경 외측 부분(40o)의 마모량의 편차가 생기면서, 사용 시간이 경과할 수록 리테이너 링(40)이 연마 패드(2)와 접촉하는 접촉면적이 달라지면서, 웨이퍼의 가장자리에 미치는 영향도 변동하여 균일한 연마 품질을 확보하기 곤란한 문제도 야기되었다. 도면중 미설명 부호인 42는 웨이퍼의 연마 공정에서 생성된 슬러지가 외부로 배출되는 홈이다. 5, the bottom surface of the
즉, 리테이너 링(40)은 연마 헤드(1)의 구성 부품 중에서 자전하는 연마 패드(2)와 도면부호 55로 표시된 지점에서 가장 먼저 접촉하면서, 연마 패드(2)와의 마찰(F1)에 의하여 리테이너 링(1)은 연마 패드(2) 표면에 대하여 틸팅 경사지려는 힘을 받게 된다. 이에 따라, 리테이너 링(40)이 연마 패드(2)의 표면을 가압하는 저면(40a)은 연마 패드(2)의 표면과 경사를 이루게 되면서, 리테이너 링(40)에 의하여 연마 패드(2)를 가압하는 힘은 국부적으로 보다 더 커지며, 이에 의하여 웨이퍼(W)의 가장자리(e)에 영향을 미치는 연마 패드(2)의 리바운드 돌출량이 더 커지는 문제가 생긴다. That is, the
이 뿐만 아니라, 리테이너 링(40)의 저면(40a)이 연마 패드(2)의 표면과 경사진 상태를 이룸에 따라, 연마 패드(2)의 표면이 리테이너 링(40)의 저면(40a)과 접촉하면서 이동(회전)하면, 리테이너 링(40)에서 진동이 발생되는 문제가 생긴다. 이로 인하여, 리테이너 링(40)에서 발생된 진동이 연마 헤드(1)의 본체부(10, 20)를 통해 멤브레인(30)의 하측에 위치한 웨이퍼(W)로 전달되어, 웨이퍼(W)의 연마면의 연마 품질이 진동에 의한 영향으로 낮아지는 심각한 문제가 야기되었다.The surface of the
또한, 연마 헤드(1)의 회전부에 볼트 등의 체결로 인하여 연마 공정 중의 회전 운동에 의하여 볼트, 베어링 등의 마모성 부재로부터 파티클이 배출되면서, 연마 공정에 악영향을 미치는 문제가 야기되었다. 따라서, 연마 헤드를 구성함에 있어서 볼트 등의 마모성 재료를 최소화하는 필요성도 높아지고 있다.Particles are discharged from abrasive members such as bolts and bearings due to the rotation motion during the polishing process due to the fastening of the bolts or the like to the rotating part of the
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 회전 구동력을 전달하는 연마 헤드의 구성 요소가 마모성 소재로 형성되어, 연마 공정 중에 연마 헤드의 각 부분에 회전 구동력이 전달되는 과정에서 마모 파티클로 인한 공정의 악영향을 최소화하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the technical background described above, and it is an object of the present invention to provide a polishing head, which is constituted by a wear-resistant material for transmitting a rotational driving force during a chemical mechanical polishing process, And to minimize adverse effects of the process due to wear particles.
그리고, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 링이 리테이너 링이 연마 패드와 접촉하면서 발생되는 틸팅 변위를 억제하여 연마 패드의 리바운드 변형을 줄임으로써, 웨이퍼의 가장자리 영역에서 웨이퍼의 불균일한 과도한 연마가 발생되는 것을 억제하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention suppresses the tilting displacement generated when the ring contacts the polishing pad during the chemical mechanical polishing process to reduce the rebound deformation of the polishing pad, thereby causing uneven excessive polishing of the wafer in the edge region of the wafer And the like.
또한, 본 발명은 리테이너 링이 연마 패드와 접촉하면서 발생되는 진동이 웨이퍼로 전달되는 것을 차단하여, 웨이퍼의 우수한 연마 품질을 확보하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to prevent the vibration generated when the retainer ring is in contact with the polishing pad from being transmitted to the wafer, thereby securing excellent polishing quality of the wafer.
그리고, 본 발명은, 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 가압력을 이원화하여 제어함으로써, 웨이퍼에 도입되는 가압력을 보다 정교하면서도 정확하게 제어하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to more precisely and accurately control the pressing force introduced into the wafer by controlling the pressing force for pressing the wafer during the polishing process in a binary manner.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 회전 구동력을 전달받는 제1본체부와; 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면을 연마 패드에 가압하는 가압면이 형성된 제2본체부와; 상기 연마 공정 중에 웨이퍼의 둘레의 일부 이상을 감싸는 형태로 상기 연마 패드에 저면이 접촉하는 리테이너 링이 설치되고, 상기 제1본체부로부터 가요성 재질의 전달 부재를 통해 회전 구동력을 전달받아 회전하는 가장자리부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드를 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a portable terminal comprising: a first main body receiving a rotational driving force; A second main body portion having a pressing surface for pressing the surface of the wafer against the polishing pad during the polishing process; A retainer ring having a bottom surface in contact with the polishing pad so as to surround at least a part of the periphery of the wafer during the polishing process; and a rotation driving force transmitted from the first main body through the flexible member, Wealth; The polishing head for a polishing apparatus according to
이와 같이, 회전 구동력을 전달받은 제1본체부로부터 가장자리부로 회전 구동력을 전달함에 있어서, 종래의 볼트 등의 전달 부재에 의하는 대신에, 휨 변형이 가능한 가요성 재질의 전달부재에 의하여 회전 구동력이 전달되는 것에 의하여, 회전 구동력이 볼트를 통해 전달되면서 금속끼리의 접촉면 또는 금속과 플라스틱 수지의 접촉면에서 단단한 재질의 미세 파티클이 지속적으로 발생되는 문제를 해소할 수 있다. In this way, when the rotational driving force is transmitted from the first main body portion to the rim portion which receives the rotational driving force, the rotational driving force is transmitted by the transmitting member of flexible material capable of bending deformation instead of the transmitting member such as the conventional bolt The rotational driving force is transmitted through the bolt to solve the problem that the fine particles of the hard material are continuously generated on the contact surfaces of the metals or the contact surfaces of the metal and the plastic resin.
이를 통해, 웨이퍼의 연마 공정 중에 회전하는 연마 헤드 내에서 발생되는 파티클을 최소화하여, 연마 헤드의 작동 불량을 줄이고 보다 긴 내구 수명을 보장하고, 파티클이 압력 챔버에 공압이 공급되는 공압 튜브에 유입되어 압력이 왜곡되는 문제를 해소할 수 있다.This minimizes the particles generated in the rotating polishing head during the polishing process of the wafer, thereby reducing malfunction of the polishing head and ensuring longer durability, and allowing the particles to flow into a pneumatic tube supplied with air pressure into the pressure chamber The problem of distortion of the pressure can be solved.
여기서, 상기 전달 부재는 제1탄성링으로 형성될 수 있다. 즉, 폴리우레탄이나 고무 재질로 형성되어, 제1탄성링에 의해 제1본체부로부터 가장자리부에 회전 구동력이 전달됨으로써, 탄성링 자체에서 발생되는 파티클의 양을 종래에 비하여 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 탄성링의 마모에 의해 발생되는 파티클의 경도가 낮아 다른 구성 요소에 미치는 악영향이 미미해지는 이점도 얻을 수 있다. Here, the transmitting member may be formed of a first elastic ring. That is, since the rotational driving force is transmitted from the first main body portion to the rim portion by the first elastic ring formed of polyurethane or rubber material, the amount of particles generated in the elastic ring itself can be reduced as compared with the prior art, The hardness of the particles generated by abrasion of the elastic ring is low, so that the adverse effect on other components is minimized.
더욱이, 상기 제1본체부와 상기 가장자리부가 탄성 변형이 허용되는 제1탄성링에 의하여 연결되어 있으므로, 상기 제1본체부와 상기 가장자리부는 상기 제1탄성링의 변형량 만큼 상호간에 변위가 허용된다. 이에 의하여, 리테이너 링의 저면이 자전하는 연마 패드와의 마찰 접촉에 의하여 틸팅회전하고자 하는 힘이 작용하더라도, 리테이너 링이 제1본체부와 연결된 가요성 재질의 제1탄성 링에 의하여 미세한 틸팅 변위가 허용됨으로써, 리테이너 링이 연마 패드로부터 받는 마찰력에 따라 자유롭게 틸팅 회전하면서 리테이너 링의 저면이 연마 패드의 표면에 밀착된 상태를 유지할 수 있다. Further, since the first body portion and the edge portion are connected by the first elastic ring allowing elastic deformation, the first body portion and the edge portion are mutually displaced by a deformation amount of the first elastic ring. Thus, even if the tilting rotating force acts on the bottom surface of the retainer ring due to frictional contact with the polishing pad, the tilting displacement of the retainer ring due to the first elastic ring made of flexible material connected to the first main body portion The bottom surface of the retainer ring can be kept in close contact with the surface of the polishing pad while the retainer ring freely tilts and rotates according to the frictional force received from the polishing pad.
이를 통해, 본 발명은, 리테이너 링의 가압에 의하여 연마 패드의 리바운드 돌출 변형량을 줄이는 것에 의하여, 웨이퍼의 가장자리 영역에서 웨이퍼의 불균일한 과도한 연마가 발생되는 것을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. As a result, by reducing the amount of rebound protrusion deformation of the polishing pad by pressing the retainer ring, it is possible to reduce the occurrence of non-uniform excessive polishing of the wafer in the edge region of the wafer.
또한, 상기 제1탄성링은 반경 방향으로 돌출된 다수의 돌기가 형성되어 있고, 상기 가장자리부와 상기 제1본체부 중 어느 하나 이상은 상기 돌기를 수용하는 수용부가 형성되어, 상기 제1본체부와 상기 가장자리부 중 어느 하나 이상은 상기 돌기와 원주 방향으로 간섭되게 구성될 수 있다. 이에 의하여, 제1탄성링의 일부를 볼트 등으로 죄는 번거롭고 강성 파티클의 발생 가능성을 없애면서도, 제1본체부로부터 제1탄성링에 작용하는 전단력에 의해 가장자리부로 회전 구동력을 전달할 수 있게 된다. The first elastic ring is formed with a plurality of protrusions protruding in the radial direction. At least one of the edge portion and the first main body portion is formed with a receiving portion for receiving the protrusion, And the edge portion may be configured to interfere with the projection in a circumferential direction. This makes it possible to transfer the rotational driving force from the first main body portion to the rim portion by the shearing force acting on the first elastic ring, while eliminating the possibility of generating the complicated and stiff particles by tightening a part of the first elastic ring with bolts or the like.
이 때, 상기 제1본체부에는 상기 제1탄성링의 상측에 선택적으로 결합되는 결합 부재를; 더 포함하여 구성되어, 상기 결합 부재의 착탈에 의해 상기 제1탄성링이 바깥으로 이탈될 수 있는 상태가 된다. 이에 의하여, 제1탄성링은 주기적으로 교체를 용이하게 행해질 수 있다. At this time, the first body part is provided with a coupling member selectively coupled to the upper side of the first elastic ring; And the first elastic ring can be released to the outside by attaching / detaching of the engaging member. Thereby, the first elastic ring can be easily changed periodically.
이 때, 결합 부재는 제1탄성링을 맞물리는 형태로 제1본체부에 결합될 수도 있지만, 결합 부재는 제1탄성링을 제1본체부와의 사이에 누르지 아니하고 고정되면서 제1본체부와의 사이에 상기 수용부가 마련되게 함으로써, 제1탄성링이 설치된 비회전 상태에서는 제1탄성링에 어떠한 힘이 작용하지 않도록 하여, 제1탄성링의 돌기와 수용부의 간섭에 의해 회전 구동력이 전달되게 하는 것이 바람직하다. 이를 통해, 제1탄성링이 가압되면서 발생되는 미세 파티클의 양을 보다 줄일 수 있으며, 제1탄성링의 탄성 변형에 따른 리테이너 링의 틸팅 변위를 충분히 확보할 수 있는 이점을 얻을 수 있다. At this time, the engaging member may be engaged with the first main body in a manner that the first elastic ring is engaged with the engaging member. However, the engaging member is not pressed between the first elastic ring and the first main body, So that no force is applied to the first elastic ring in the non-rotating state in which the first elastic ring is provided, so that the rotational driving force is transmitted by the interference between the projection of the first elastic ring and the accommodating portion . As a result, the amount of fine particles generated while the first elastic ring is pressurized can be further reduced, and the tilting displacement of the retainer ring due to the elastic deformation of the first elastic ring can be sufficiently secured.
한편, 상기 제1본체부는 하나의 몸체로 형성될 수도 있지만, 회전 구동력을 전달받는 제1-1본체부와; 상기 제1-1본체부에 대하여 원주 방향으로 간섭되어 함께 상기 제1-1본체부와 함께 회전하고 상기 전달부재가 고정되는 제1-2본체부를; 포함하여 2개 이상의 구성 요소로 이루어질 수도 있다. Meanwhile, the first main body may be formed as one body, but it may include a first main body that receives a rotational driving force; A second main body part interposed in the circumferential direction with respect to the first main body part and rotatable together with the first main body part to fix the transfer member; And may comprise more than one component, including any combination thereof.
이 때, 상기 제1-1본체부에 연결되어 회전축을 따라 연장된 중심축이 설치되고, 상기 제1-2본체부와 상기 중심축은 상호 틸팅 회전이 허용되는 틸팅 회동부로 연결됨으로써, 가장자리부와 연결되는 제1-2본체부가 제1-1본체부에 대하여 틸팅 회전이 허용되어, 외부로부터 회전 구동력이 전달되는 것과 리테이너 링의 바닥면이 연마 패드의 표면과의 마찰 진동이 전달되는 것을 서로 격리시킨다. 이를 통해, 연마 헤드 내의 진동계를 서로 절연시킴으로써 2개 이상의 진동원이 중첩되어 증폭되는 것을 억제하여, 웨이퍼의 연마 공정이 항상 정해진 범위 내의 진동 상태로 유지되면서 웨이퍼의 연마면과 연마 패드의 밀착 상태를 보다 안정되게 확보할 수 있다. At this time, a central axis extending along the rotation axis is connected to the 1-1 main part, and the 1-2 main part and the central axis are connected to a tilting rotation part allowing mutual tilting rotation, The main body of the main body connected to the main body of the first group is allowed to rotate about the main body of the main body so that the rotational driving force is transmitted from the outside and that the bottom surface of the retainer ring transmits the friction vibration with the surface of the polishing pad, Isolate. As a result, the vibration system in the polishing head is insulated from each other so that the two or more vibration sources are prevented from being superimposed and amplified so that the polishing process of the wafer is always maintained in a vibration state within a predetermined range, It can be ensured more stably.
이와 동시에, 상기 제1-1본체부와 상기 중심축은 제1감쇠 연결체를 개재시킨 상태로 연결되어, 제1감쇠 연결체의 변형 변위 내에서만 상기 제1-1본체부와 상기 중심축의 틸팅 회전이 허용된다. 즉, 제1-1본체부와 제1-2본체부는 감쇠 연결체에 의하여 보다 확실한 진동 절연상태로 구현할 수 있다. At the same time, the first 1-1 main body and the central shaft are connected with the first attenuating coupler interposed therebetween, so that only the deformation displacement of the first attenuator and the tilting rotation Is allowed. That is, the first and second main body portions and the second < RTI ID = 0.0 > 1-2 < / RTI >
또한, 제1-1본체부와 제1-2본체부의 상호 자유로운 틸팅 회전 변위가 허용되므로, 제1-1본체부와 제1-2본체부 중 어느 하나의 틸팅 회전 변위에 의하여 제1-1본체부와 제1-2본체부의 다른 하나의 회전 변위를 강제하지도 않게 되어, 진동이나 변위가 서로 구속없이 자유롭게 행해지므로, 연마 헤드의 구성 요소에 국부적인 응력이 집중되거나 의도하지 않게 특정 영역에서 웨이퍼를 보다 가압하는 구조적인 문제를 해소할 수 있다. Further, mutual free tilting and rotational displacement of the first and second main body portions and the first and second main body portions is allowed, so that the first and second main body portions and the Since the vibration and the displacement are freely performed without restraining each other, local stress is concentrated on the components of the polishing head, or the wafer is unintentionally moved in a specific region, It is possible to solve the structural problem of further pressing.
또한, 상기 제2본체부와 상기 중심축은 제2감쇠 연결체를 개재시킨 상태로 연결되어, 제2감쇠 연결체의 변형 변위 내에서만 상기 제2본체부와 상기 중심축의 틸팅 회전이 허용될 수 있다. 즉, 제1-1본체부와 마찬가지로, 상기 제2본체부와 상기 중심축은 제2감쇠 연결체를 개재시킨 상태로 연결되므로, 제2감쇠 연결체의 변형 변위 내에서만 상기 제2본체부와 상기 중심축의 틸팅 회전이 허용되고, 제1-1본체부와 제2본체부는 제1감쇠 연결체 및 제2감쇠 연결체에 의하여 보다 확실한 진동 절연상태로 구현할 수 있다. The second body portion and the central shaft are connected to each other with the second attenuating coupler interposed therebetween so that the tilting rotation of the second body portion and the central axis can be allowed only within the deformation displacement of the second attenuator . That is, since the second main body and the center shaft are connected to each other with the second attenuating coupler interposed therebetween, the second main body and the central shaft are connected to each other only within the deformation displacement of the second attenuator, The first main body and the second main body can be realized in a more reliable vibration isolation state by the first attenuator and the second attenuator.
한편, 상기 제2본체부와 상기 가장자리부를 연결하는 제2탄성링을 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의하여, 제1본체부와 가장자리부의 사잇 틈새를 통해 웨이퍼의 연마 입자나 슬러리 등의 이물질이 연마 헤드의 내부로 유입되는 것을 억제할 수 있다. The second elastic ring may further include a second elastic ring connecting the second body portion and the edge portion. As a result, abrasive particles of the wafer and foreign substances such as slurry can be prevented from flowing into the inside of the polishing head through the gap between the first main body portion and the edge portion.
무엇보다도, 상기 제1탄성링과 상기 제2탄성링과 상기 제1본체부와 상기 제2본체부로 둘러싸인 영역에 가압 챔버가 형성되어, 상기 가압 챔버의 압력에 의하여 상기 제2본체부를 전체적으로 가압하도록 구성된다. 이에 의하여, 가압 챔버의 압력은 웨이퍼를 가압하는 기준 가압력으로 제어된다.Above all, a pressurizing chamber is formed in a region surrounded by the first elastic ring, the second elastic ring, the first body portion and the second body portion so as to pressurize the second body portion as a whole by the pressure of the pressurizing chamber . Thereby, the pressure of the pressurizing chamber is controlled to a reference pressing force for pressing the wafer.
그리고, 상기 제2본체부에는, 상기 가압면의 상측에 다수로 분할되어 독립적으로 압력이 조절되는 압력 챔버가 형성되어, 상기 웨이퍼를 가압하는 가압력을 영역별로 조절한다. In the second main body portion, a pressure chamber is formed on the upper surface of the pressing surface, the pressure chamber being independently controlled in pressure, and the pressing force for pressing the wafer is adjusted for each region.
즉, 멤브레인의 상측에 다수의 영역으로 구획된 압력 챔버의 압력 제어에 의하여 웨이퍼의 영역별로 편차를 둔 가압력으로 제어하고, 제2본체부의 상측의 가압 챔버에서는 웨이퍼를 전체적으로 하방 가압하는 기준 가압력으로 제어한다. 이와 같이, 웨이퍼를 가압하는 적정 가압력은 가압 챔버의 기준 가압력으로 제어하고, 웨이퍼의 영역별 가압력 편차만큼 구획된 다수의 압력 챔버의 압력을 제어하는 이원화 방식의 제어에 의하여, 압력 챔버의 압력을 보다 정교하게 조정하는 것이 가능해지므로, 웨이퍼의 가압력을 영역별로 조절하는 제어가 보다 간편하면서도 정확해지는 이점을 얻을 수 있다. That is, by controlling the pressure of the pressure chambers partitioned by the plurality of regions on the upper side of the membrane, the pressing force is controlled by the deviation of each wafer region, and in the upper pressure chamber of the second main body, do. As described above, the proper pressing force for pressing the wafer is controlled by the reference pressing force of the pressing chamber, and by controlling the pressure of the plurality of pressure chambers divided by the pressing force deviation for each region of the wafer, So that it is possible to obtain an advantage that the control for controlling the pressing force of the wafer on a region-by-region basis becomes simpler and more accurate.
한편, 본 발명은, 회전 구동력을 전달받는 제1본체부와, 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면을 연마 패드에 가압하는 가압면이 형성된 제2본체부와, 상기 연마 공정 중에 웨이퍼의 둘레의 일부 이상을 감싸는 형태로 상기 연마 패드에 저면이 접촉하는 리테이너 링이 설치되고 상기 제1본체부로부터 전달 부재를 통해 회전 구동력을 전달받아 회전하는 가장자리부를 구비한 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링으로서, 상기 제1본체부와 상기 가장자리부를 연결하는 길이로 그 폭이 정해지고, 링 형태로 형성되며, 반경 방향으로 다수의 돌기가 돌출 형성되어 상기 제1본체부로부터의 회전 구동력이 상기 돌기에 의한 간섭으로 상기 가장자리부에 전달하는 것을 보조하는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a polishing apparatus including: a first main body for receiving a rotational driving force; a second main body having a pressing surface for pressing the surface of the wafer against the polishing pad during a polishing process; An elastic ring for use in a polishing head for a polishing apparatus having a retainer ring provided in contact with a bottom surface of the polishing pad in a wrapping manner and having an edge portion that is rotated by receiving a rotational driving force from the first body portion through a transmitting member, A plurality of protrusions are protruded in a radial direction so that a rotational driving force from the first body part is transmitted to the first body part by interference with the protrusions And an elastic ring for use in a polishing head for a polishing apparatus, wherein the elastic ring assists the transfer to the edge portion.
이와 같이, 연마 헤드의 제1본체부로부터 가장자리부로 회전 구동력을 탄성링을 통해 전달하는 것에 의하여, 제1본체부와 가장자리부의 동력 전달부로부터 경질의 미세 파티클이 발생됨에 따라, 연마 헤드의 작동 불량을 줄이면서 충분한 내구 수명을 구현하고, 파티클이 압력 챔버에 공압이 공급되는 공압 튜브에 유입되어 압력이 왜곡되는 문제를 해소할 수 있다.As described above, by transmitting the rotational driving force from the first main body portion to the edge portion of the polishing head through the elastic ring, hard fine particles are generated from the power transmitting portion of the first main body portion and the edge portion, And a problem that the particles are introduced into the pneumatic tube supplied with air pressure into the pressure chamber and distorted in pressure can be solved.
여기서, 상기 돌기는 반경 외측 방향으로 돌출된 외측 돌기와 반경 내측 방향으로 돌출된 내측돌기가 각각 형성되어, 내측돌기는 제1본체부의 수용부와 원주 방향(회전 방향)으로 간섭되고 외측 돌기는 가장자리부의 수용부와 원주 방향으로 간섭되어, 탄성링을 전달 부재로 하여 제1본체부로부터 가장자리부로 회전 구동력을 손실없이 전달할 수 있다. Here, the protrusions are formed with outer protrusions protruding radially outwardly and inner protrusions protruding radially inward, respectively. The inner protrusions interfere with the accommodating portion of the first main body portion in the circumferential direction (rotational direction), and the outer protrusions interfere with each other It is possible to transmit the rotational driving force from the first main body portion to the edge portion without loss by using the elastic ring as the transmitting member.
이 때, 상기 내측 돌기와 상기 외측 돌기는 동일한 원주 방향 상의 위치에 배치될 수도 있고, 상기 내측 돌기와 상기 외측 돌기는 서로 엇갈리는 원주 방향 상의 위치에 배치될 수도 있다. 탄성링의 단면이 큰 경우에는 내측 돌기와 외측 돌기가 동일한 원주 방향 상의 위치에 배치되는 것이 바람직하고, 탄성링의 단면이 작은 경우에는 내측 돌기와 외측 돌기에 의하여 강성이 보강되도록 내측 돌기와 외측 돌기가 엇갈리는 원주 방향 상의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 또한, 탄성링의 내측 돌기와 외측 돌기는 원주 방향 상으로 서로 동일한 위치와 엇갈린 위치에 함께 배치될 수도 있다.In this case, the inner protrusion and the outer protrusion may be disposed at the same circumferential position, and the inner protrusion and the outer protrusion may be disposed at circumferential positions which are staggered with each other. When the cross section of the elastic ring is large, it is preferable that the inner protrusion and the outer protrusion are disposed at the same circumferential position, and when the cross section of the elastic ring is small, the inner protrusion and the outer protrusion, It is preferable to arrange it in a directional position. In addition, the inner and outer projections of the elastic ring may be disposed together at the same position and at a staggered position with respect to each other in the circumferential direction.
그리고, 상기 돌기는 상기 가장자리부와 상기 제1본체부 중 어느 하나 이상에 형성된 수용부에 수용되는 형태로 돌출 형성되어, 상기 돌기와 상기 수용부의 일면에 접촉하는 원주 방향으로 간섭되는 것이 바람직하다. Preferably, the protrusions are protruded and formed to be received in a receiving portion formed in at least one of the edge portion and the first body portion, and are interfered in a circumferential direction contacting the one surface of the receiving portion.
그리고, 상기 돌기는 제1돌기와 제2돌기를 포함하고, 상기 제1돌기의 폭과 상기 제2돌기의 폭이 서로 다르게 형성될 수도 있다. The protrusion may include a first protrusion and a second protrusion, and the width of the first protrusion and the width of the second protrusion may be different from each other.
한편, 본 발명은, 회전 구동되는 연마 패드와; 웨이퍼를 가압하면서 회전시키는 전술한 구성의 연마 헤드를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 연마 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a polishing pad comprising: a polishing pad; A polishing head having the above-described configuration for rotating the wafer while pressing it; And a polishing apparatus for polishing a wafer.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '수평 회전'이란 용어는 연마 패드의 표면과 대략 평행한 방향으로 회전(회전축이 연마 패드의 표면에 수직한 방향)으로 정의한다. 여기서, '대략 평행'이란 용어는 평행에 대하여 대략 -5도 내지 +5도 정도의 미세한 각도 차이를 둔 것을 포함하기 위함이다. The term " horizontal rotation " described in this specification and claims is defined as rotation in a direction substantially parallel to the surface of the polishing pad (direction of rotation axis perpendicular to the surface of the polishing pad). Here, the term " approximately parallel " is intended to include a fine angle difference of about -5 to +5 degrees with respect to parallelism.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '틸팅 회전'이라는 용어는 연마 패드의 표면에 대략 평행한 회전축을 중심으로 하는 회전으로 정의한다. 다시 말하면, '틸팅 회전'은 리테이너 링의 저면이 연마 패드의 표면에 대하여 경사지는 형태로 기울어지는 것을 모두 포함한다. The term " tilting rotation " in this specification and claims is defined as rotation about a rotation axis approximately parallel to the surface of the polishing pad. In other words, the 'tilting rotation' includes all that the bottom surface of the retainer ring inclines in such a manner as to be inclined with respect to the surface of the polishing pad.
본 발명에 따르면, 회전 구동력을 전달받은 제1본체부로부터 가장자리부로 회전 구동력을 전달함에 있어서, 종래의 볼트 등으로 회전 구동력을 전달하는 전달 부재의 역할을 가요성 재질의 전달 부재로 전환하는 것에 의하여, 금속 파티클 등 종래의 경질 미세 파티클이 지속적으로 발생되는 문제를 해소할 수 있으며, 연마 헤드의 작동 불량을 줄이고 보다 긴 내구 수명을 보장하고, 파티클이 압력 챔버에 공압이 공급되는 공압 튜브에 유입되어 압력이 왜곡되는 문제를 해소하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, when transmitting the rotational driving force from the first main body portion to the rim portion, which receives the rotational driving force, by switching the role of the transmitting member that transmits the rotational driving force by the conventional bolt or the like to the transmitting member of the flexible material , The problem that the conventional hard microparticles such as metal particles are continuously generated can be solved, the operation failure of the polishing head can be reduced, the durability life can be guaranteed, and the particles can be introduced into the pneumatic tube It is possible to obtain an advantageous effect of solving the problem that the pressure is distorted.
또한, 본 발명은, 가요성 재질의 탄성링으로 제1본체부로부터 가장자리부로 회전 구동력이 전달됨에 따라, 전달 부재 자체에서 발생되는 파티클의 양을 종래에 비하여 더 작게 줄일 수 있으며, 탄성링의 마모에 의해 발생되는 파티클의 경도가 낮아 다른 구성 요소에 미치는 악영향이 미미해지는 효과가 있다. . In addition, according to the present invention, since the rotational driving force is transmitted from the first main body portion to the rim portion by the elastic ring made of a flexible material, the amount of particles generated in the transmitting member itself can be reduced to a smaller extent, The hardness of the particles generated by the particles is low, and the adverse effect on other components is minimized. .
그리고, 본 발명은, 리테이너 링이 설치된 가장자리부가 웨이퍼의 가압면이 구비된 제2본체부에 대하여 틸팅 회전이 가능하게 설치됨에 따라, 리테이너 링의 저면이 회전 또는 이동하는 연마 패드의 표면과 마찰력이 작용하더라도, 리테이너 링이 연마 패드로부터 받는 마찰력에 따라 자유롭게 틸팅 회전하면서 리테이너 링의 저면이 연마 패드의 표면에 밀착된 상태를 유지하게 유도할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, since the edge portion provided with the retainer ring is provided so as to be capable of tilting rotation with respect to the second main body portion provided with the pressing surface of the wafer, the frictional force with the surface of the polishing pad, It is possible to induce the retainer ring to maintain a state in which the bottom surface of the retainer ring is in close contact with the surface of the polishing pad while freely tilting and rotating according to the frictional force received from the polishing pad.
이를 통해, 본 발명은, 리테이너 링의 가압에 의하여 연마 패드의 리바운드 돌출 변형량을 줄이는 것에 의하여, 웨이퍼의 가장자리 영역에서 웨이퍼의 불균일한 과도한 연마가 발생되는 것을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. As a result, by reducing the amount of rebound protrusion deformation of the polishing pad by pressing the retainer ring, it is possible to reduce the occurrence of non-uniform excessive polishing of the wafer in the edge region of the wafer.
그리고, 본 발명은 회전 구동력을 연마 헤드에 전달하는 제1본체부와 웨이퍼를 가압하는 가압면이 형성된 제2본체부의 사이에 감쇠 연결체이 설치됨으로써, 리테이너 링으로부터 제1본체부에 전달되는 진동이 웨이퍼를 가압하는 가압면에 전달되지 않고 차단되어, 웨이퍼를 가압하는 가압면에서 진동이 없는 상태로 가압하여 웨이퍼의 연마 품질을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. According to the present invention, since the damping connection body is provided between the first main body for transmitting the rotational driving force to the polishing head and the second main body having the pressing surface for pressing the wafer, the vibration transmitted from the retainer ring to the first main body It is possible to obtain an effect of improving the polishing quality of the wafer by pressurizing the wafer without vibrations on the pressing surface for pressing the wafer by blocking the wafer without being transmitted to the pressing surface for pressing the wafer.
무엇보다도, 본 발명은, 상기 제1탄성링과 상기 제2탄성링과 상기 제1본체부와 상기 제2본체부로 둘러싸인 영역에 가압 챔버가 형성되어, 상기 가압 챔버의 압력에 의하여 상기 제2본체부를 전체적으로 가압하고, 가압 챔버의 하측에 웨이퍼를 영역별로 서로 다른 압력으로 가압하는 다수의 압력 챔버가 형성됨으로써, 가압 챔버는 웨이퍼를 전체적으로 가압하는 기준 가압력으로 제어되고, 다수의 압력 챔버에서는 웨이퍼의 영역별로 편차를 둔 가압력으로 제어하는 이원 방식의 압력 제어에 의하여, 웨이퍼의 가압력을 영역별로 조절하는 제어가 보다 간편하면서도 정확해지는 효과를 얻을 수 있다. Above all, the present invention is characterized in that a pressure chamber is formed in a region surrounded by the first elastic ring, the second elastic ring, the first body portion, and the second body portion, A plurality of pressure chambers are formed which pressurize the whole portion of the wafer and press the wafer at different pressures under different pressures under the pressurizing chambers so that the pressurizing chambers are controlled at a reference pressing force for pressurizing the entire wafer, The control for controlling the pressing force of the wafer on a region-by-region basis can be obtained more easily and accurately by the pressure control of the two-way system in which the pressing force is controlled with a slight deviation.
도1은 일반적은 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도,
도2는 도1의 정면도,
도3은 도1의 연마 헤드의 종단면을 도시한 개략도,
도4는 도3의 'A'부분의 확대도,
도5는 도3의 연마 헤드의 저면을 도시한 저면도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 헤드의 종단면도,
도7a는 도6의 'B'부분의 확대도,
도7b는 도6의 'B'부분에 대응하는 다른 실시예에 따른 확대도,
도8은 도6의 'C'부분의 확대도,
도9는 도6의 절단선 Ⅸ-Ⅸ에 따른 횡단면도,
도10a 내지 도10c는 도7a의 절단선 X-X에 따른 횡단면도,
도10d는 도7b의 절단선 X'-X'에 따른 횡단면도이다.1 is a plan view showing the construction of a general chemical mechanical polishing apparatus,
Fig. 2 is a front view of Fig. 1,
Fig. 3 is a schematic view showing a longitudinal section of the polishing head of Fig. 1,
4 is an enlarged view of a portion 'A' in FIG. 3,
Fig. 5 is a bottom view showing the bottom surface of the polishing head of Fig. 3,
6 is a longitudinal sectional view of a polishing head according to an embodiment of the present invention,
7A is an enlarged view of a portion 'B' in FIG. 6,
FIG. 7B is an enlarged view according to another embodiment corresponding to the portion 'B' in FIG. 6,
8 is an enlarged view of a portion 'C' in FIG. 6,
9 is a cross-sectional view taken along section line IX-IX of Fig. 6,
Figs. 10A to 10C are cross-sectional views along the cutting line XX in Fig. 7A,
Fig. 10D is a cross-sectional view along line X'-X 'in Fig. 7B.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 연마 헤드(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 전술한 종래 기술의 구성 및 작용과 유사한 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위하여 이에 대한 설명은 생략하기로 한다. A polishing
본 발명의 일 실시예에 따른 연마 헤드(100)는, 화학 기계적 연마 공정 중에 회전 구동력을 전달받는 제1본체부(110)와, 웨이퍼(W)를 가압하는 가압면을 형성하는 멤브레인(30)이 설치되어 제1본체부(110)와 함께 회전하는 제2본체부(120)와, 화학 기계적 연마 공정 중에 저면(40a)이 연마 패드(2)에 접촉하는 리테이너 링(40)이 설치되고 제2본체부(120)에 대하여 틸팅 회전(120r)되어 제2본체부(120)에 대해 자세가 변동되는 가장자리부(140)와, 제1본체부(110)와 제2본체부(120) 사이의 틸팅 회전 변위를 허용하는 틸팅 회동부(200)와, 제1본체부(110)로부터 제2본체부와 연결되게 연장된 중심축(150, 190)과, 제2본체부(120)의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5) 및 리테이너 챔버(Cp)에 공압 공급관(165a)을 통해 공압을 공급하여 각 챔버의 압력을 독립적으로 조절하는 압력 제어부(160)와, 제1본체부(110)와 제2본체부(120)의 틸팅 회전 변위가 전달되는 경로상에 설치된 감쇠 연결체(170, 180)를 포함하여 구성된다. The polishing
상기 제1본체부(110)는 외부로부터 회전 구동력을 전달받는 제1-1본체부(110a)와, 제1-1본체부(110a)와 원주 방향으로의 간섭되도록 하는 연결 부재(88)로 연결되어 제1-1본체부(110a)와 함께 회전하는 제1-2본체부(110b)로 구성된다. The
제1-2본체부(110b)의 하측에 가압 챔버(Ca)가 형성되도록 제1-1본체부(110a)와 제1-2본체부(110b)는 밀봉링(99)에 의하여 밀폐된 상태로 유지된다. 그리고, 제1-2본체부(110b)는 연결부(88)에 의하여 원주 방향으로 제1-1본체부(110a)와 간섭되어 함께 회전 구동되지만, 밀봉링(99)의 탄성 변위가 허용되는 만큼 제1-1본체부(110a)와 제1-2본체부(110b)는 상호 상하 방향으로의 이동 변위(즉, 틸팅 회전 변위)가 허용된다. The first and second
본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 제1-1본체부(110a)와 제1-2본체부(110b)는 하나의 몸체로 형성될 수도 있다. According to another embodiment of the present invention, the first and second
상기 제2본체부(120)는 멤브레인(30)을 고정하며, 연마 공정 중에 멤브레인(30)에 의해 형성된 가압면(30s)으로 웨이퍼(W)를 가압한다. The
여기서, 멤브레인(30)은 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 가압면(30s)을 형성하는 멤브레인 바닥판과, 멤브레인 바닥판으로부터 연장된 격벽(35)으로 구성된다. 격벽(35)의 끝단이 결합 부재(122)에 의해 제2본체부(120)에 고정되어, 멤브레인(30)과 제1본체부(110)의 사이에는 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 구획 형성된다. Here, the
그리고, 멤브레인(30)의 바닥판과 격벽(35)은 가요성(flexible) 재질로 형성된다. 이에 따라, 압력 제어부(160)로부터 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 공급되는 공압이 높아지면, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 팽창하면서 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 저면에 위치한 웨이퍼를 멤브레인 바닥판으로 가압하여, 웨이퍼의 연마층 연마 두께를 조절한다. 즉, 멤브레인 바닥판이 웨이퍼(W)를 가압하는 가압면(30s)을 형성한다. The bottom plate of the
도면에는 웨이퍼(W)에 직접 공압을 전달하는 공압 통로가 멤브레인 바닥판에 형성되지 않은 구성이 예시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 멤브레인 바닥판 하측에 위치한 웨이퍼에 직접 공압을 전달할 수 있는 공압 통로가 관통 형성될 수도 있다.Although the figure shows a configuration in which a pneumatic passage for direct pneumatic pressure to the wafer W is not formed on the membrane bottom plate, according to another embodiment of the present invention, it is possible to transmit pneumatic pressure directly to the wafer located below the membrane bottom plate The pneumatic passage may be formed through.
각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)는 압력 제어부(160)로부터 공급되는 정압 또는 부압에 의해 독립적으로 압력이 조절되면서, 연마 공정 중에 웨이퍼(W)를 영역별로 가압력을 조절할 수 있다.Each of the pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5 is independently controlled in pressure by a positive pressure or a negative pressure supplied from the
제2본체부(120)는 가장자리부(140)와 가요성 재질인 제2탄성링(129)에 의하여 연결되어, 가장자리부(140)로부터 회전 구동력을 전달받는다. 제2탄성링(129)은 폴리우레탄 계열이나 고무 등의 가요성 재질로 형성되므로, 가장자리부(140)로부터 제2본체부(120)로부터 회전 구동력이 전달되는 과정에서 그 자체에서 마모가 거의 발생되지 않으며, 거의 발생되지 않는 마모 파티클도 낮은 경도를 갖는 재질이므로, 웨이퍼(W)의 연마 공정에 악영향을 거의 미치지 않는다. The
그리고, 제2탄성링(129)에 의하여 제2본체부(120)와 가장자리부(140) 사이의 틈새가 밀폐되므로, 웨이퍼(W)의 연마 공정 중에 연마 패드(2) 상에서 잔류하는 연마 입자나 슬러리 등의 이물질이 연마 헤드(100)의 내부로 침투하는 것을 근본적으로 차단할 수 있다. The gap between the second
한편, 제2본체부(120)는 제2탄성링(129)에 의해서만 회전 구동력을 전달받지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 제1본체부(110)와 연결된 중심축(150, 190)에 의해서도 회전 구동력을 전달받을 수 있다. 이 경우에는, 도10a 내지 도10c에 도시된 바와 같이, 중심축(150, 190)의 단면이 비원형 단면으로 형성되고, 동시에 제1본체부(110)와 제2본체부(120)와 연결되는 중심축(150, 190)의 끝단부가 비원형 단면으로 형성되는 것에 의해 가능하다. 다만, 본 발명은 제2탄성링(129)에 의해서만 회전 구동력이 제2본체부(120)에 전달되는 구성과, 중심축(150, 190)에 의해 회전 구동력이 전달되고 제2탄성링(129)은 하측으로부터 밀폐시키는 역할을 하는 구성을 모두 포함한다. According to another embodiment of the present invention, the
상기 가장자리부(140)는 리테이너 링(40)을 고정하며, 연마 공정 중에 리테이너 링(40)의 저면(40a)이 연마 패드(도2의 도면부호 2)에 접촉된 상태를 유지하게 하면서, 제2본체부(120)와의 사이에 틸팅 회동부(200) 및 제1탄성링(119)에 의해 제2본체부(120)에 대하여 틸팅 회전(140r)이 가능하게 설치된다.The
여기서, 리테이너 링(40)은 웨이퍼(W)의 둘레에 하나의 링 형태이거나, 다수로 분할된 링 형태로 형성되는 것을 포함한다. 리테이너 링(40)의 상측에는 리테이너 챔버(Cp)가 형성되어, 리테이너 챔버(Cp)의 압력에 의하여 리테이너 링(40)에 도입되는 힘(Pr)이 조절된다. 즉, 압력 제어부(160)로부터 공압 공급관(155a)을 통해 리테이너 챔버(Cp)에 높은 정압이 도입되면, 리테이너 링(40)은 연마 패드(2)를 향하여 높은 힘(Pr)으로 밀착한 상태가 된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 연마 공정 중에 웨이퍼(W)가 리테이너 링(40)에 의하여 연마 헤드(100)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지한다. Here, the
도면에 도시되지 않았지만, 제2본체부(120)의 상측에 형성되는 가압 챔버(Ca)와 리테이너 챔버(Cp)가 상호 연통되어, 가압 챔버(Ca)의 압력(pa)에 의하여 리테이너 링(40)이 연마 패드(2)로 가압되는 힘이 도입될 수도 있다. 그리고, 리니어 모터 등의 구동 수단에 의하여 리테이너 링(40)이 하방으로 가압되는 힘이 도입될 수도 있다. The pressure chamber Ca formed on the upper side of the second
가장자리부(140)는 제1본체부(110)와 제1탄성링(119)에 의하여 회전 구동력을 전달받는다. 제1탄성링(119)은 폴리우레탄 계열이나 고무 등의 가요성 재질로 형성되므로, 제1본체부(110)로부터 가장자리부(140)에 회전 구동력이 전달되는 과정에서 그 자체에서 마모가 거의 발생되지 않으므로, 제1본체부(110)와 가장자리부(140)가 볼트 체결로 연결되었던 종래 구성에 비하여, 연마 헤드(100) 내에서 파티클의 발생이 억제된다. 더욱이, 가요성 재질의 제1탄성링(119)으로부터 발생되는 파티클은 금속 파티클과 같이 경질이 아니므로, 연마 헤드의 작동 불량을 줄이고 보다 긴 내구 수명을 보장할 수 있으며, 파티클이 압력 챔버에 공압이 공급되는 공압 튜브에 유입되어 압력이 왜곡되는 문제를 해소할 수 있다.The
여기서, 제1탄성링(119)은, 도8 및 도9a에 도시된 바와 같이, 제1-2본체부(110b)에 안착되는 내측 고정링(119i)과, 가장자리부(140)에 안착되는 외측 고정링(119e)과, 내측 고정링(119i)과 외측 고정링(119e)에 비하여 작은 단면으로 이들(119i, 119e)을 연결하는 연결부(119f)로 이루어진다. As shown in Figs. 8 and 9A, the first
그리고, 제1탄성링(119)의 내측 고정링(119i)에는 다수의 내측 돌기(119pi)가 반경 내측으로 돌출 형성되고, 제1탄성링(119)의 외측 고정링(119pe)에는 다수의 외측 돌기(119pe)가 반경 외측으로 돌출 형성된다. 이에 따라, 제1탄성링(119)이 제1-2본체부(110b)와 가장자리부(140)에 위치하면, 각각의 돌기(119pi, 119pe)는 제1-2본체부(110b)와 가장자리부(140)의 수용부(110u, 140u)에 수용되어, 제1탄성링(119)의 돌기(119pi, 119pe)는 수용부(110u, 140u)에 회전 방향(원주 방향)으로 간섭된 상태가 된다. 따라서, 제1-2본체부(110b)가 회전(110r)하면, 제1탄성링(119)의 내측 돌기(119pi)가 제1-2본체부(110b)의 수용부(110u)에 원주 방향으로 간섭되면서 제1탄성링(119)에 회전 구동력이 전달되고, 제1탄성링(119)을 회전시키려는 전단력에 의해 외측 고정링(119e)의 외측 돌기(119pe)에 회전 구동력이 전달되며, 외측 돌기(119pe)와 가장자리부(140)의 수용부(140u)의 원주 방향으로의 간섭에 의하여 가장자리부(140)가 회전(140r) 구동된다. A plurality of inner protrusions 119pi protrude radially inward from the inner fixed
여기서, 도9a에 도시된 바와 같이, 제1탄성링(119)의 돌기(119pi, 119pe)는 원주 방향으로 동일한 위치에 배열되는 돌기(119pe2, 119pi)를 포함하여 구성되어, 제1탄성링(119)의 연결부(119f)의 강성이 큰 경우에 회전 구동력을 원활히 전달한다. 이 때, 회전 구동력에 의하여 돌기(119pi, 119pe)의 원주 방향으로의 휨이 과도해지는 것을 방지하기 위하여, 돌기(119pi, 119pe)의 폭(w1, w2)이 더 크게 형성되는 돌기(119pe1)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 돌기의 돌출 길이에 비하여 폭(w2)이 2배 내지 10배정도 더 크게 형성되어, 전체 돌기의 원주 방향으로 굽어지는 변형량을 제한할 수 있다. Here, as shown in Fig. 9A, the projections 119pi, 119pe of the first
한편, 도9b에 도시된 바와 같이, 제1탄성링(119)의 돌기는 원주 방향으로 서로 엇갈리는 위치에 돌기(119pi', 119pe')가 배치될 수도 있다. 이는, 제1탄성링(119)의 연결부(119f)의 강성이 작은 경우에도 제1탄성링(119)의 돌기(119pi', 119pe')에 의해 강성이 보강되면서 원활한 회전이 구현된다. On the other hand, as shown in FIG. 9B, the projections of the first
이 때, 도8에 도시된 바와 같이, 제1탄성링(119)의 설치는 제1-2본체부(110b)에 결합되는 결합 부재(118)와 가장자리부(140)에 결합되는 결합 부재(148)를 끼우는 것에 의해 행해질 수 있다. 즉, 제1탄성링(119)이 안착되는 결합 부재(118, 148)에는 제1탄성링(119)의 고정링(119i, 119e)을 가압하는 탄턱면(118a, 148a)이 형성되어, 결합 부재(118, 148)를 제1-2본체부(110b)와 가장자리부(140)에 체결 볼트(118b, 148b)로 체결 고정하면, 단턱면(118a, 148a)에 의해 제1탄성링(119)의 고정링(119i, 119e)이 눌리면서 위치 고정된다. 이 때, 체결 볼트(118b, 148b)는 탄성링(119)을 관통하지 않게 배치되어, 제1본체부(110)로부터 가장자리부(140)로 회전 구동력이 전달되는 과정에서 체결 볼트(118b, 148b)에 회전 구동력이 전달되는 것을 최소화한다. 8, the attachment of the first
이와 같이, 결합 부재(118, 148)의 착탈에 의하여 제1탄성링(119)이 바깥으로 이탈하거나 위치 고정되는 상태가 되므로, 제1탄성링(119)을 주기적으로 교체하는 것이 용이해진다. 또한, 가압 챔버(Ca)는 외기와 제1탄성링(119)을 경계로 밀폐된 상태로 된다. As described above, the first
한편, 제2탄성링(129)도 제1탄성링(119)과 유사하게, 가장자리부(140)에 안착되는 외측 고정링과, 제2본체부(120)에 안착되는 내측 고정링과, 이들을 연결하는 연결부로 형성되고, 반경 내측 방향으로 내측 돌기가 돌출되고 반경 외측 방향으로 외측 돌기가 돌출되어, 제2본체부(120)의 수용부와 가장자리부(140)의 수용부에 수용되게 설치된다. 그리고, 제2탄성링(129)의 설치도 각각 제2본체부(120)와 가장자리부(140)에 결합되는 결합 부재(미도시)의 착탈에 의해 이루어질 수 있다. Similarly to the first
다만, 중심축(150, 190)에 의하여 회전 구동력이 제2본체부(120)로 전달되는 경우에는, 제2탄성링(129)에 의하여 전달되는 회전 구동력의 양이 미미하므로, 제2탄성링(129)은 제1탄성링(119)에 비하여 훨씬 긴 수명을 가지므로, 교체 주기가 훨씬 길어진다. However, when the rotational driving force is transmitted to the second
또한, 가장자리부(140)는 제1본체부(110)와 제1탄성링(119)을 매개로 연결되어 있는데, 제1탄성링(119)은 탄성 변형이 가능하므로, 연마 공정 중에 연마 패드(2)와 리테이너 링(40)의 저면의 마찰력(F1)이 커지더라도, 가장자리부(140)는 제1탄성링(119)의 탄성 변형량만큼 제1본체부(110)에 대한 틸팅 회전(140r)이 허용되므로, 리테이너 링(40)의 저면이 연마 패드(2)와 밀착된 상태를 제1본체부(110)와 독립적으로 유지할 수 있다. 따라서, 리테이너 링(40)이 연마 패드(2)를 과도한 힘으로 가압하면서 연마 패드(2)의 되튀어오르는 변형을 억제하게 되어, 연마 공정 중인 웨이퍼(W)의 가장자리 영역에서 과도하게 연마되는 종래의 문제점을 해소할 수 있다. The
이와 같이, 제1본체부(110)와 가장자리부(140)의 사이 틈새는 제1탄성링(119)에 의하여 밀폐되고, 제1-1본체부(110)와 제1-2본체부(110b)의 사이는 밀봉링(99)에 의해 밀폐되며(제1-1본체부와 제1-2본체부가 하나의 몸체로 형성되는 경우에는 밀봉링이 없더라도 밀폐된 구조임), 제2본체부(120)와 가장자리부(140)의 사이 틈새는 제2탄성링(129)에 의하여 밀폐되므로, 제2본체부(120)의 상측에는 제2본체부(120)를 연마 패드(2)를 향하는 하방 가압하는 가압 챔버(Ca)가 형성된다. The gap between the
이에 따라, 압력 제어부(160)로부터 공압공급관(165b)을 통해 가압 챔버(Ca)로 공급되는 공압에 의하여 가압 챔버(Ca)의 압력(pa)이 형성되면, 가압 챔버(Ca)로부터 웨이퍼(W)의 전체 판면에 대하여 일정한 기준 가압력을 도입할 수 있게 된다. When the pressure pa of the pressurizing chamber Ca is formed by the pneumatic pressure supplied from the
이와 동시에, 제2본체부(120)에는 멤브레인(30)의 격벽(30)에 의하여 다수로 구획된 압력 챔버(C1, C2,...)가 형성되므로, 압력 제어부(160)로부터 공압 공급관(165)을 통해 독립적으로 공급되는 공압에 의해 압력 챔버(C1, C2,...)별로 압력이 제어된다. At the same time, since the pressure chambers C1, C2, ... partitioned by the
즉, 멤브레인(30)의 상측에 다수의 영역으로 구획된 압력 챔버(C1, C2,...)의 압력 제어에 의하여 웨이퍼의 영역별로 편차를 둔 가압력으로 제어하고, 제2본체부(120)의 상측의 가압 챔버(Ca)에서는 웨이퍼(W)를 전체적으로 하방 가압하는 기준 가압력이 되는 압력(pa)으로 제어한다. 여기서, 가압 챔버(Ca)의 기준 가압력은 웨이퍼를 영역별로 가압하는 가압력의 하한치의 50% 내지 95%로 정해지고, 압력 챔버(C1, C2,...)의 가압력은 웨이퍼를 영역별로 가압하는 가압력의 하한치와 기준 가압력의 편차에 압력 챔버(C1, C2,...)별 가압력 차이를 더한 크기로 제어된다. That is, by controlling the pressure of the pressure chambers C1, C2, ... partitioned into a plurality of regions on the upper side of the
예를 들어, 제1압력챔버(C1) 내지 제5압력챔버(C5)에서 웨이퍼를 가압하고자 하는 가압력의 크기가 각각 105, 110, 102, 100, 105인 경우에, 가압 챔버(Ca)의 기준 가압력은 압력 챔버(C1, C2,...)의 하한치인 100의 50% 내지 95%만큼으로 정해지고, 각 압력챔버(C1, C2,...)에 도입되는 가압력은 각각 5+(하한치 * (0.5~0.95))의 크기로 정해진다.For example, when the magnitude of the pressing force to press the wafer in the first to fifth pressure chambers C1 to C5 is 105, 110, 102, 100, and 105, The pressing force is set to 50% to 95% of the
이와 같이, 가압 챔버(Ca)에서는 기준 가압력으로 제어하고, 웨이퍼의 영역별 가압력 편차에 따라 다수의 압력 챔버(C1, C2,..)에서 가압력을 제어하는 이원화 압력 제어 방식으로 연마 공정 중에 웨이퍼의 가압력을 조절함으로써, 압력 챔버(C1, C2,...)에 도입되는 압력을 상한치가 보다 작아지므로 보다 정교하게 개별 가압력을 조절할 수 있고, 웨이퍼의 가압력을 영역별로 조절하는 제어가 보다 간편하면서도 정확해지는 효과를 얻을 수 있다. As described above, in the biasing pressure control method of controlling the pressing force in the plurality of pressure chambers C1, C2, .. in accordance with the pressing force deviation of each region of the wafer by controlling the reference pressing force in the pressing chamber Ca, By controlling the pressing force, the upper limit value of the pressure introduced into the pressure chambers C1, C2, ... becomes smaller, so that the individual pressing force can be controlled more precisely and the control for controlling the pressing force of the wafer in each area is simpler and more accurate Can be obtained.
상기 중심축(150, 190)은 제1본체부(110)와 제2본체부(120)의 사이에 틸팅 회전 변위를 전달하면서, 제1본체부(110)와 제2본체부(120)의 틸팅 회전 변위가 이루어지는 경로 상에 감쇠 연결체(170, 180)를 설치하기 위하여 사용된다. 이를 위하여, 서로 끼워지는 제1중심축(190)과 제2중심축(150)으로 이루어진다.The center axes 150 and 190 are disposed on both sides of the
여기서, 제1중심축(190)은 틸팅 회동부(200)의 볼록 곡면체(210)가 고정되는 제1기둥부(192)와, 제1기둥부(192)의 하측에 반경방향으로 확장된 단면 형상으로 연장된 제1연장부(194)가 형성된다. 마찬가지로, 제2중심축(150)은 제1중심축(190)의 중공부에 삽입되는 제2기둥부(152)와, 제2기둥부(152)의 상측에 반경 방향으로 확장된 단면 형상으로 연장된 제2연장부(154)가 형성된다. The
여기서, 제1연장부(194)는 비원형 단면(예를 들어, 육각형 등 다각형이나 방사상으로 뻗은 다양한 형상)으로 형성되고, 제2연장부(154)는 비원형 단면(예를 들어, 육각형 등 다각형이나 방사상으로 뻗은 다양한 형상)으로 형성되어, 제1-1본체부(110a)로부터 회전 구동력을 전달받는다. 이에 따라, 제1-1본체부(110a)로부터 제2중심축(150)과 제1중심축(190)을 통해 수평 회전 구동력을 제2본체부(120)에 전달한다. Here, the first extending
도면에 도시되지 않았지만, 중심축(150, 190)은 하나의 몸체로 형성될 수도 있다. Although not shown in the drawings, the
그리고, 도10a 및 도10b에 도시된 바와 같이, 제1기둥부(192)의 외주면에 틸팅 회동부(200)의 볼록 곡면체(210)가 설치되어, 제1-1본체부(110a)와 제1-2본체부(110b)의 틸팅 회전이 허용된다. 이에 따라, 제1-2본체부(110b)에 대한 가장자리부(140)는 제1탄성링(119)에 의하여 틸팅 회전 변위가 수용되지만, 가장자리부(140)의 틸팅 회전 변위가 정해진 범위(제1-2본체부와 가장자리부 사이의 간극)를 초과하더라도, 제1-2본체부(110b)가 틸팅 회동부(200)에 의하여 제1-1본체부(110a)에 대하여 틸팅 회전 변위가 수용되므로, 추가적인 틸팅 회전 변위를 수용할 수 있다. 따라서, 리테이너 링(40)의 저면(40a)은 연마 패드(2)와의 마찰력(Fr)에 따른 틸팅 회전되면서, 연마 공정 중에 연마 패드(2)와 밀착된 상태를 유지할 수 있다. As shown in FIGS. 10A and 10B, the convex
또한, 제2본체부(120)는 제1-2본체부(110b)에 대하여 틸팅 회동부(200)에 의하여 틸팅 회전이 상호 독립적으로 행해질 수 있으므로, 리테이너 링(40)의 틸팅 변위에 의하여 제2본체부(120)의 틸팅 변위가 구속되지 않으며, 리테이너 링(40)과 연마 패드(2)의 마찰에 따른 진동이 제2본체부(120)로 전달되는 것을 줄일 수 있다. 특히, 제2본체부(120)는 제1중심축(190)의 연장부(194)와 탄성 변형이 가능한 링 형태의 감쇠 연결체(170)를 개재한 상태로 중심축(150, 190)과 연결되어 있으므로, 리테이너 링(40)과 연마 패드(2)의 마찰에 따른 진동이 감쇠 연결체(170)에서 감쇠된 상태로 제2본체부(120)로 전달되어, 리테이너 링(40)에서 발생된 진동이 웨이퍼(W)에 미치는 영향을 대부분 배제할 수 있다. Since the
마찬가지로, 제2중심축(150)의 연장부(154)와 제1-1본체부(110a)의 사이에도 감쇠 연결체(180)가 개재된다. 이에 따라, 제2본체부(120)는 감쇠 연결체(170, 180)의 탄성 변형량 만큼 틸팅 회전이 허용되어, 웨이퍼(W)와 연마 패드(2)의 마찰에 의하여 제2본체부(120)의 틸팅 변위가 발생되는 것을 허용한다. 웨이퍼(W)는 리테이너 링(40)에 비하여 훨씬 큰 면적으로 연마 패드(2)와 접촉하고 있으므로, 리테이너 링(40)에 의한 틸팅 회전 변위에 비하여 훨씬 작은 틸팅 회전을 야기하는 마찰력이 작용하므로, 감쇠 연결체(170, 180)에 의해서도 제2본체부(120)의 틸팅 회전 변위는 충분히 수용 가능하다.Similarly, an
이와 같이, 제2본체부(120)는 중심축(150, 190)의 연장부(154, 194) 끝단에 탄성 변형이 가능한 링 형태의 감쇠 연결체(170, 180)를 개재한 상태로 중심축(150, 190)과 연결되어 있으므로, 리테이너 링(40)과 연마 패드(2)의 마찰에 따른 미세 진동이 제1본체부(110)와 중심축(150, 190)을 통해 제2본체부(120)로 전달되는 진동량을 대부분 감쇠시켜 진동에 의한 악영향을 배제하여 웨이퍼의 연마면의 품질을 보다 향상시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. As described above, the
여기서, 감쇠 연결체(170, 180)는 탄성 변형이 이루어지면서 감쇠 효과가 있는 고무나 우레탄 등의 재질로 형성되며, 경우에 따라 미세 다공이 형성될 수도 있다. Here, the attenuating
이 때, 감쇠 연결체(170, 180)은 다양한 단면 형태로 형성될 수 있지만, 제1연장부(144)의 끝단의 상측과 하측을 감싸는 형상(도면에 도시된 'ㄷ'자 단면 형상)으로 형성되어, 제1-2본체부(110b)나 가장자리부(140)가 어느 방향으로 틸팅 회전하더라도, 틸팅 회전 변위에 따른 진동을 소산시킬 수 있다. At this time, the attenuating
한편, 제1중심축(190)의 제1연장부(194)는 도7a에 도시된 바와 같이 제2본체부(110)의 상면과 마주보는 저면(190e)이 완만한 곡면으로 형성되거나 제2본체부(110)의 상면과 비접촉 형태로 배치되어, 제1-2본체부(110b)에 의해 전달되는 틸팅 회전력에 의해 제1중심축(190)이 틸팅 회전하려는 힘이 작용하더라도, 제1중심축(190)의 틸팅 회전력에 의해 제2본체부(120)의 틸팅 회전 변위를 방지할 수 있다.7A, the first
한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도면에 도시되지 않았지만, 중심축(150, 190)은 원형 단면으로 형성되어 중심축(150, 190)에 의해 회전 구동력의 전달을 하지 아니하고, 가장자리부(140)와 제2본체부(120)를 연결하는 링 형태의 제2탄성링(129)에 의해 회전 구동력이 전달될 수도 있다. 이 경우에는 중심축(150, 190)의 연장부(154, 194)는 원형 단면으로 형성될 수 있으며, 중심축(150, 190)은 하나의 몸체로 형성될 수도 있다. According to another embodiment of the present invention, although not shown in the drawing, the
상기 틸팅 회동부(200)는 도7a 및 도10a에 도시된 바와 같이, 제1본체부(110)와 연결된 제1중심축(190)의 기둥부(192)의 외주면에 횡방향으로 링 형태로 돌출된 볼록 곡면체(210)와, 제2본체부(120)의 수용부(125)에 횡방향으로 링 형태로 돌출되어 상기 볼록 곡면체(210)와 맞닿는 오목 곡면체(220)로 이루어진다. As shown in FIGS. 7A and 10A, the tilting
이와 같이, 볼록 곡면체(210)와 오목 곡면체(220)의 맞물림이 돌출부(115)의 360도 둘레에 걸쳐 형성되는 구면 베어링(spherical bearing) 형태로 형성되므로,링 형태로 형성된 볼록 곡면체(210)와 오목 곡면체(220)의 곡면이 서로 접촉한 상태로 상대 회전 운동이 이루어지고, 이에 따라, 제1-2본체부(110b)는 제1-1본체부(110a)에 대하여 수평 방향의 모든 축 방향에 대한 틸팅 회전이 가능해진다. 따라서, 제1축(X1)을 기준으로 하는 틸팅 회전 뿐만 아니라 여러 방향으로 틸팅 회전이 허용되므로, 연마 패드(2)와 리테이너 링(40) 사이의 마찰력 작용 방향이 슬러리나 연마 입자 등에 의해 미세하게 변동되더라도, 연마 패드(2)와 리테이너 링(40) 사이의 마찰력 작용 방향에 따라 틸팅 회전 방향을 변동시키면서 다양한 방향으로 상호 틸팅 회전(110r, 120r)이 가능해진다. Since the engagement between the convex
여기서, 볼록 곡면체(210)와 오목 곡면체(220) 사이의 회전은 별도의 구동 수단에 의해 강제적으로 행해지도록 구성될 수도 있지만, 외력에 의해 스스로 행해지도록 구성되는 것이 바람직하다. Here, the rotation between the convex
한편, 웨이퍼(w)를 가압하는 멤브레인 바닥면의 저면으로 형성되는 가압면(30s)으로부터 틸팅 회동부(200)의 회동 중심까지의 거리는 상기 가압면으로부터 제1본체부(110)의 상단 연결부(110e)까지의 거리의 1/2 이하로 형성된다. 이와 같이, 연마 헤드(100)의 상단인 제1본체부(110)의 연결부(110e)의 1/2이하로 틸팅 회동부(200)의 회전 중심이 낮게 위치함으로써, 연마 공정 중에 연마 패드(2)와 리테이너 링(40)과의 마찰에 의하여 리테이너 링(40)이 경사지게 들리는 힘에도 연마 헤드가 제 자세에서 요동을 최소화하면서 웨이퍼와 리테이너 링을 연마 패드에 안정적으로 밀착시킬 수 있다. The distance from the
한편, 제1본체부(110)의 제2본체부(120)에 대한 틸팅 회전 방향은 도10a에 도시된 바와 같이 무한대의 축(연속적으로 어느 축 방향으로도 틸팅 회전이 허용됨)에 대한 회전 방향으로 형성될 수도 있고, 도10b에 도시된 바와 같이, 하나의 제1축(X1)을 기준으로 하는 1방향의 틸팅 회전에 한하여 허용될 수도 있으며, 도10c에 도시된 바와 같이, 15도 내지 45도 간격으로 정해진 여러 방향의 다축(多軸) 방향에 대한 회전 방향으로 허용될 수도 있다. On the other hand, as shown in FIG. 10A, the tilting rotation direction of the first
여기서, 하나의 제1축(X1)을 기준으로 1방향의 틸팅 회전이 허용되는 구조는, 리테이너 링(40)과 연마 패드(2)의 접촉에 따른 마찰력(F1)이 규칙적으로 발생되는 경우에는 적용될 수 있다. 이 때, 제1본체부(110)가 제2본체부(120)에 대한 틸팅 회전이 1축으로 허용되는 구성(도10b)은 제1회전축이 연마 패드(2)의 회전 중심으로부터 반경 방향으로 뻗은 방향으로 제1축(X1)이 배열되어, 연마 패드(2)와의 마찰력(F1)이 작용하는 방향에 따라 리테이너 링(40)의 틸팅 회전 운동(120r)이 일어나도록 배치할 수 있다. Here, in the structure in which tilting rotation in one direction is allowed with reference to one first axis X1, when the friction force F1 due to the contact between the
또 한편, 도10d에 도시된 바와 같이, 상기 틸팅 회동부는 제1-2본체부(110b)와 중심축(192)의 사이에 다수의 볼(210')이 마주보는 오목부(220')에 배치되어, 제1-2본체부(110b)가 중심축(150, 190)에 대하여 다축으로 틸팅 회전하는 것이 허용되도록 구성될 수도 있다. 10D, the tilting pivot portion is formed in the concave portion 220 'in which a plurality of balls 210' face each other between the first and second
상기와 같이, 리테이너 링(40)이 설치된 가장자리부(140)가 웨이퍼(W)의 가압면이 구비된 제2본체부(120)에 대하여 틸팅 회전(140r)이 가능하게 설치됨에 따라, 리테이너 링(40)의 저면(40a)에 대해 연마 패드(2)로부터 마찰력(F1)이 작용하는 방향으로 틸팅 회전 변위가 허용되면서, 리테이너 링(40)의 저면(40a)이 연마 패드(2)의 표면에 밀착된 상태를 유지할 수 있게 된다. As described above, since the
이를 통해, 상기와 같이 구성된 연마 헤드(100)가 구비된 화학 기계적 연마 장치에서는, 리테이너 링(40)의 가압에 의해 리테이너 링(40)의 주변에 연마 패드(2)가 리바운드 돌출 변형되는 양을 줄일 수 있게 되므로, 웨이퍼의 가장자리 영역에서 웨이퍼의 불균일한 과도한 연마가 발생되는 것을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. As a result, in the chemical mechanical polishing apparatus equipped with the polishing
상기와 같이 구성된, 본 발명에 따른 연마 헤드(100) 및 이를 구비한 화학 기계적 연마 장치는, 리테이너 링(40)이 설치된 가장자리부(140)가 웨이퍼의 가압면이 구비된 제2본체부(120)에 대하여 틸팅 회전(140r)이 가능하게 설치됨에 따라, 리테이너 링(40)의 저면이 회전 또는 이동하는 연마 패드(2)의 표면과 마찰력이 다양한 방향으로 작용하더라도, 리테이너 링(40)이 연마 패드로부터 받는 마찰력에 따라 자유롭게 틸팅 회전하면서 리테이너 링(40)의 저면이 연마 패드(2)의 표면에 밀착된 상태를 유지하게 유도하므로, 리테이너 링(40)의 가압에 의하여 연마 패드(2)의 리바운드 돌출 변형량을 줄이는 것에 의하여, 웨이퍼의 가장자리 영역에서 웨이퍼의 불균일한 과도한 연마가 발생되는 것을 줄이는 효과를 얻을 수 있다. The polishing
또한, 본 발명은 리테이너 링(40)이 설치된 가장자리부(140)와 웨이퍼(w)를 가압하는 제2본체부(120)의 틸팅 회전 경로에 감쇠 연결체(170, 180)이 개재되어, 리테이너 링(40)과 연마 패드(2)와 접촉하면서 발생되는 진동 에너지가 감쇠 연결체(170, 180)에 의하여 소산되면서 크게 줄어들거나 완전히 제거되어, 웨이퍼를 가압하는 가압면에서 진동이 없는 상태로 가압할 수 있게 되어 웨이퍼의 연마 품질을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다. The present invention is characterized in that the damping connectors (170, 180) are interposed in the tilting rotary path of the edge portion (140) provided with the retainer ring (40) and the second body portion (120) The vibration energy generated by contact with the
무엇보다도, 본 발명은, 제1본체부(110)로부터 가요성 재질의 탄성링(119)을 매개로 가장자리부(140)에 회전 구동력을 전달하도록 구성되어, 경질 미세 파티클의 발생을 최소화하므로, 연마 헤드의 작동 불량을 줄이고 내구 수명을 늘일 수 있으며, 제1탄성링(119)과 제2탄성링(129)에 의해 제2본체부(120)의 상측에 가압 챔버(Ca)를 형성하여, 웨이퍼의 바로 상측에 배치된 다수로 구획되어 영역별로 웨이퍼(W)를 가압하는 압력 챔버(C1, C2, C3,...)와, 웨이퍼(W)의 전체 표면을 기준 가압력으로 가압하는 가압 챔버(Ca)의 2원화된 압력 제어 방식에 의하여, 웨이퍼의 가압력을 영역별로 조절하는 제어가 보다 간편하면서도 정확해지는 효과를 얻을 수 있다. Above all, the present invention is configured to transmit the rotational driving force from the first
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. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modified, modified, or improved.
예를 들어, 발명의 상세한 설명에서 예시된 구성은 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 연마 헤드(100)의 구성을 예로 들었지만, 슬러리를 이용하지 않는 연마 공정에서도 특허청구범위에 기재된 연마 헤드의 구성이 적용될 수 있다. For example, although the configuration illustrated in the detailed description of the present invention exemplifies the configuration of the polishing
W: 웨이퍼 C1, C2, C3, C4, C5: 압력 챔버
2: 연마 패드 30: 멤브레인
40: 리테이너 링 100: 연마 헤드
110: 본체부 110a: 제1-1본체부
110b: 제1-2본체부 120: 제2본체부
140: 가장자리부 150: 제2중심축
160: 압력 조절부 170, 180: 감쇠 연결체
190: 제1중심축 Ca: 가압 챔버
200: 틸팅 회동부W: wafers C1, C2, C3, C4, C5: pressure chambers
2: Polishing pad 30: Membrane
40: retainer ring 100: polishing head
110:
110b: the 1-2 main body part 120: the second main body part
140: edge portion 150: second center axis
160:
190: first central axis Ca: pressure chamber
200:
Claims (21)
연마 공정 중에 웨이퍼의 판면을 연마 패드에 가압하는 가압면이 형성된 제2본체부와;
상기 연마 공정 중에 웨이퍼의 둘레의 일부 이상을 감싸는 형태로 상기 연마 패드에 저면이 접촉하는 리테이너 링이 설치되고, 상기 제1본체부로부터 가요성 재질의 제1탄성링을 통해 회전 구동력을 전달받아 회전하는 가장자리부를;
포함하고, 상기 제1탄성링은 반경 방향으로 돌출된 다수의 돌기가 형성되어 있고, 상기 가장자리부와 상기 제1본체부 중 어느 하나 이상은 상기 돌기를 수용하는 수용부가 형성되어, 상기 제1본체부와 상기 가장자리부 중 어느 하나 이상은 상기 돌기와 원주 방향으로 간섭되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
A first main body receiving a rotational driving force;
A second main body portion having a pressing surface for pressing the surface of the wafer against the polishing pad during the polishing process;
A retainer ring having a bottom surface in contact with the polishing pad so as to surround at least a part of the periphery of the wafer during the polishing process, and a rotation driving force is received from the first main body through a first elastic ring made of a flexible material, To the edge;
Wherein at least one of the edge portion and the first main body portion is formed with a receiving portion for receiving the projection, and the first elastic ring is provided with a plurality of protrusions projected in the radial direction, Wherein at least one of the protruding portion and the peripheral portion interferes with the protrusion in the circumferential direction.
상기 제1본체부와 상기 가장자리부는 상기 제1탄성링의 변형량 만큼 상호간에 변위가 허용되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
The method according to claim 1,
Wherein the first main body portion and the edge portion are mutually displaced by a deformation amount of the first elastic ring.
상기 제1본체부에는 상기 제1탄성링의 상측에 선택적으로 결합되는 결합 부재를;
더 포함하여 구성되어, 상기 결합 부재의 착탈에 의해 상기 제1탄성링이 바깥으로 이탈될 수 있는 상태가 되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
The method according to claim 1,
And a coupling member selectively coupled to the first elastic ring on the first main body;
Wherein the first elastic ring is brought into a state in which the first elastic ring can be released to the outside by the attachment and detachment of the engaging member.
상기 제1본체부는,
회전 구동력을 전달받는 제1-1본체부와;
상기 제1-1본체부에 대하여 원주 방향으로 간섭되어 함께 상기 제1-1본체부와 함께 회전하고 상기 제1탄성링이 고정되는 제1-2본체부를;
포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
The method according to claim 1,
The first main body part,
A 1-1 main body portion receiving a rotational driving force;
A second main body part interfering with the first main body part in the circumferential direction and rotating together with the first main body part and fixing the first elastic ring;
And a polishing head for polishing the polishing head.
상기 제1-1본체부에 연결되어 회전축을 따라 연장된 중심축을;
더 포함하고, 상기 제1-2본체부와 상기 중심축은 상호 틸팅 회전이 허용되는 틸팅 회동부로 연결된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
5. The method of claim 4,
A central axis connected to the main body 1-1 and extending along a rotation axis;
Wherein the first and second main body portions and the central shaft are connected to a tilting pivot portion allowing mutual tilting rotation.
상기 제1-1본체부와 상기 중심축은 제1감쇠 연결체를 개재시킨 상태로 연결되어, 제1감쇠 연결체의 변형 변위 내에서만 상기 제1-1본체부와 상기 중심축의 틸팅 회전이 허용되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
6. The method of claim 5,
Wherein the first main body and the central shaft are connected to each other with the first attenuating coupler interposed therebetween so that the first main body and the central axis can be tilted only within the deformation displacement of the first attenuator And a polishing head for polishing the polishing head.
상기 제2본체부와 상기 중심축은 제2감쇠 연결체를 개재시킨 상태로 연결되어, 제2감쇠 연결체의 변형 변위 내에서만 상기 제2본체부와 상기 중심축의 틸팅 회전이 허용되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
6. The method of claim 5,
Wherein the second body portion and the central axis are connected to each other with the second attenuation coupling interposed therebetween so that the tilting rotation of the second body portion and the central axis is permitted only within the deformation displacement of the second attenuation coupling body A polishing head for a polishing apparatus.
상기 제2본체부와 상기 가장자리부를 연결하는 제2탄성링을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
And a second elastic ring for connecting the second main body part and the edge part.
상기 제1탄성링과 상기 제2탄성링과 상기 제1본체부와 상기 제2본체부로 둘러싸인 영역에 가압 챔버가 형성되어, 상기 가압 챔버의 압력에 의하여 상기 제2본체부를 전체적으로 가압하는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
9. The method of claim 8,
A pressurizing chamber is formed in a region surrounded by the first elastic ring, the second elastic ring, the first body portion, and the second body portion, and presses the second body portion as a whole by the pressure of the pressurizing chamber. Wherein the polishing head is a polishing head.
상기 제2본체부에는, 상기 가압면의 상측에 다수로 분할되어 독립적으로 압력이 조절되는 압력 챔버가 형성되어, 상기 웨이퍼를 가압하는 가압력을 영역별로 조절하는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
10. The method of claim 9,
Wherein the second main body portion is formed with a pressure chamber which is divided into a plurality of portions on the upper side of the pressing surface and whose pressure is independently controlled so that the pressing force for pressing the wafer is adjusted for each region.
연마 공정 중에 웨이퍼의 둘레의 일부 이상을 감싸는 형태로 연마 패드에 저면이 접촉하는 리테이너 링이 설치되고 회전하는 가장자리부를;
상기 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면을 상기 연마 패드에 가압하는 가압면이 형성되고, 상기 가장자리부로부터 가요성 재질의 제2탄성링을 통해 회전 구동력을 전달받아 회전하는 제2본체부와;
포함하고, 상기 제2탄성링은 반경 방향으로 돌출된 다수의 돌기가 형성되어 있고, 상기 가장자리부와 상기 제2본체부 중 어느 하나 이상은 상기 돌기를 수용하는 수용부가 형성되어, 상기 제2본체부와 상기 가장자리부 중 어느 하나 이상은 상기 돌기와 원주 방향으로 간섭되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
A first main body receiving a rotational driving force;
A retainer ring having a bottom surface in contact with the polishing pad so as to surround at least a part of the periphery of the wafer during the polishing process;
A second main body portion formed with a pressing surface for pressing the surface of the wafer against the polishing pad during the polishing process and rotating by receiving a rotational driving force from the edge portion through a second elastic ring made of a flexible material;
Wherein at least one of the edge portion and the second body portion is formed with a receiving portion for receiving the projection, and the second elastic ring is provided with a plurality of radially projected projections, Wherein at least one of the protruding portion and the peripheral portion interferes with the protrusion in the circumferential direction.
연마 공정 중에 웨이퍼의 둘레의 일부 이상을 감싸는 형태로 연마 패드에 저면이 접촉하는 리테이너 링이 설치되어 회전하는 가장자리부와;
상기 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면을 상기 연마 패드에 가압하는 가압면이 형성된 제2본체부를;
포함하고,
상기 제1본체부로부터 상기 제2본체부와 상기 가장자리부 중 어느 하나인 전달 몸체로부터 다른 하나인 피전달 몸체로 가요성 재질의 탄성링을 통해 회전 구동력이 전달되되, 상기 탄성링은 반경 방향으로 돌출 형성된 다수의 돌기가 상기 전달 몸체와 상기 피전달 몸체의 수용부에 수용되어, 상기 돌기에 의한 간섭으로 상기 전달 몸체와 상기 피전달 몸체의 사이에 회전 구동력이 전달되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드.
A first main body receiving a rotational driving force;
An edge portion provided with a retainer ring which is in contact with a bottom surface of the polishing pad so as to surround at least a part of the periphery of the wafer during the polishing process;
A second body portion having a pressing surface for pressing the surface of the wafer against the polishing pad during the polishing step;
Including,
A rotational driving force is transmitted from the first main body portion to the second main body portion and the second main body portion through a flexible ring made of a flexible material, Wherein a plurality of projections are received in the receiving body of the transmitting body and the receiving body of the receiving body so that a rotational driving force is transmitted between the transmitting body and the receiving body due to interference by the protrusions. Polishing head.
상기 제1본체부와 상기 가장자리부를 연결하는 길이로 그 폭이 정해지고, 링 형태로 형성되며, 반경 방향으로 다수의 돌기가 돌출 형성되어 상기 돌기에 의한 간섭으로 상기 제1본체부와 상기 가장자리부의 사이에 회전 구동력을 전달하는 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링.
A second body portion having a pressing surface for pressing the surface of the wafer against the polishing pad during the polishing process; and a second body portion for covering at least a part of the periphery of the wafer during the polishing process, An elastic ring for use in a polishing head for a polishing apparatus having an edge portion provided with a retainer ring which is in contact with a bottom surface,
A plurality of protrusions protruding in the radial direction and protruding from the first main body part and the edge part, the first main body part and the edge part The elastic ring being used for a polishing head for a polishing apparatus.
상기 돌기는 상기 가장자리부와 상기 제1본체부 중 어느 하나 이상에 형성된 수용부에 수용되는 형태로 돌출 형성되어, 상기 돌기와 상기 수용부의 일면에 접촉하는 원주 방향으로 간섭되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링.
14. The method of claim 13,
Wherein the projections are protruded and formed to be received in a receiving portion formed in at least one of the edge portion and the first main body portion so as to interfere in a circumferential direction contacting the one surface of the receiving portion An elastic ring used in a polishing head.
상기 가장자리부와 상기 제2본체부를 연결하는 길이로 그 폭이 정해지고, 링 형태로 형성되며, 반경 방향으로 다수의 돌기가 돌출 형성되어 상기 돌기에 의한 간섭으로 상기 제2본체부와 상기 가장자리부의 사이에 회전 구동력을 전달하는 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링.
A second body portion having a pressing surface for pressing the surface of the wafer against the polishing pad during the polishing process; and a second body portion for covering at least a part of the periphery of the wafer during the polishing process, An elastic ring for use in a polishing head for a polishing apparatus having an edge portion provided with a retainer ring which is in contact with a bottom surface,
And a plurality of protrusions are formed in a radial direction so as to protrude in the radial direction so that interference between the second main body portion and the second main body portion The elastic ring being used for a polishing head for a polishing apparatus.
상기 제1본체부로부터 상기 제2본체부와 상기 가장자리부 중 어느 하나인 전달 몸체로부터 다른 하나인 피전달 몸체로 회전 구동력을 전달하되, 반경 방향으로 돌출 형성된 다수의 돌기가 상기 전달 몸체와 상기 피전달 몸체의 수용부에 수용되어, 상기 돌기에 의한 간섭으로 상기 전달 몸체와 상기 피전달 몸체의 사이에 회전 구동력을 전달하는 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링.
A second body portion having a pressing surface for pressing the surface of the wafer against the polishing pad during the polishing process; and a second body portion for covering at least a part of the periphery of the wafer during the polishing process, An elastic ring for use in a polishing head for a polishing apparatus having an edge portion provided with a retainer ring which is in contact with a bottom surface,
And a plurality of protrusions protruding in a radial direction from the first main body part to the second main body part and the edge part to transmit the rotational driving force from the first main body part to the second main body part, Wherein the elastic ring is used in a polishing head for a polishing apparatus which is accommodated in a receiving portion of a transfer body and transmits rotational driving force between the transfer body and the body to be transferred by interference with the projection.
상기 돌기는 반경 외측 방향으로 돌출된 외측 돌기와 반경 내측 방향으로 돌출된 내측돌기가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링.
17. The method according to any one of claims 13 to 16,
Wherein the protrusions are formed with outer protrusions protruding radially outwardly and inner protrusions protruding radially inwardly, respectively.
상기 내측 돌기와 상기 외측 돌기는 원주 방향 상으로 동일한 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링.
18. The method of claim 17,
Wherein the inner protrusion and the outer protrusion are disposed at the same position in the circumferential direction.
상기 내측 돌기와 상기 외측 돌기는 원주 방향 상으로 서로 엇갈리는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링.
18. The method of claim 17,
Wherein the inner protrusion and the outer protrusion are disposed at positions offset from each other in the circumferential direction.
상기 돌기는 제1돌기와 제2돌기를 포함하고, 상기 제1돌기의 폭과 상기 제2돌기의 폭이 서로 다른 것을 특징으로 하는 연마 장치용 연마 헤드에 사용되는 탄성링.
17. The method according to any one of claims 13 to 16,
Wherein the projection includes a first projection and a second projection, and the width of the first projection and the width of the second projection are different from each other.
웨이퍼를 가압하면서 회전시키는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항 또는 제11항 또는 제12항에 따른 연마 헤드를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 연마 장치.
A polishing pad rotatably driven;
The polishing head according to any one of claims 1 to 7 or 11 or 12, which rotates the wafer while pressing it, And a polishing pad for polishing the wafer.
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