KR101942643B1 - 화학기계적연마장치용 캐리어헤드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학기계적연마장치용 캐리어헤드에 관한 것이다. 본 발명에 따른 캐리어헤드는, 베이스와; 기판을 수용하는 외부면과 상기 외부면 반대쪽의 내부면을 포함하는 밑판, 상기 밑판의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부, 상기 외주부의 외측으로부터 갈라져 나와 상기 베이스 하부에 연결되는 체결부, 그리고 상기 외주부의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부를 구비한 기판수용부재와; 상기 베이스 하부에 연결되어 상기 접촉부와의 접촉면을 제공하는 접촉대응구조; 및 상기 접촉부가 유체압력에 의해 상기 접촉대응구조에 밀착됨으로써 상기 체결부 및 상기 접촉부를 벽으로 삼아 형성되는 외주부가압챔버를 포함한다.

Description

화학기계적연마장치용 캐리어헤드{CARRIER HEAD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM}
본 발명은 화학기계적연마장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연마 공정 시 기판에 연마 압력을 인가하는 기판수용부재를 포함하는 캐리어헤드에 관한 것이다.
반도체나 유리 기판의 제조 및 집적회로의 제조 공정 시 소정의 단계에 기판 표면을 연마(polishing) 하거나 기판 표면을 평탄화(planarization) 할 필요성이 증대되고 있다. 이와 같은 필요성에 의해 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정이 널리 사용되고 있다.
기판의 화학기계적연마는 일반적으로 플래튼(platen) 위에 연마 패드(pad)를 부착하고 캐리어헤드(carrier head)라고 불리는 기판 수용 기구에 기판을 장착한 후 슬러리를 연마 패드에 도포하면서 플래튼과 캐리어헤드를 동시에 회전시켜 연마 패드와 기판 간의 마찰을 일으킴으로써 이루어진다.
캐리어헤드는, 회전축으로부터 동력을 전달 받고 캐리어헤드 구성에 필요한 부품들을 수용할 공간을 제공하는 베이스(base), 베이스 하부에 연결되어 기판을 수용하여 회전시키는 기판수용부재, 그리고 연마 공정 중 기판의 측면을 지지함으로써 기판의 이탈을 방지하는 리테이닝 링(retaining ring) 등으로 구성되어 있다. 연마 시, 기판은 기판수용부재를 통해 연마 압력을 인가 받게 되므로 기판수용부재의 구조에 따라 기판의 연마 균일도가 크게 영향을 받는다. 특히 기판의 가장자리(edge)의 불연속 특성에 의해 가장자리 영역 및 이와 인접한 영역에서 좋은 연마 균일도를 얻기 힘들기 때문에 이들 영역에서 압력 제어를 정교하게 할 필요가 있다.
도 1은 종래의 캐리어헤드 (미국특허 제6,857,945호) 단면을 개략적으로 나타낸다. 캐리어헤드는 베이스 어셈블리(10, 40, 42)와 기판(50)을 수용하고 가압하는 멤브레인(30) 그리고 리테이닝링(20)을 포함한다. 여기서, 멤브레인의 외주부(32)는 기판(50)의 가장자리를 가압하게 되는데 이를 위해서는 최외곽챔버(C1)에 유체의 압력을 인가하여 외주부(32)를 기판(50)쪽으로 눌러주어야 한다. 이때, 제1외곽 플랩(flap)(33)과 제2외곽 플랩(34)의 두꺼운 테두리(rim) 부분(33', 34')을 베이스(10)와 클램프(40, 42)로 고정시켜 최외곽챔버(C1)를 실링(sealing) 함으로써 챔버(C1) 내의 유체압력을 유지시킨다. 이와 같이 외주부 가압에 필요한 챔버를 구성하는 플랩들을 모두 고정해야 할 경우 각각의 플랩 고정에 필요한 클램프와 또한 클램프 고정에 필요한 작업 공간이 필요하다. 이로 인해 외주부를 수직으로 가압하기 위해 챔버의 크기를 줄이거나 형상을 변화시키는데 한계가 있어 왔다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화학기계적 연마 시 기판의 가장자리 영역 및 이와 인접한 영역을 정교하게 가압할 수 있는 화학기계적연마장치용 캐리어헤드를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시례에 따른 화학기계적연마장치용 캐리어헤드는, 베이스와; 기판을 수용하는 외부면과 상기 외부면 반대쪽의 내부면을 포함하는 밑판, 상기 밑판의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부, 상기 외주부의 외측으로부터 갈라져 나와 상기 베이스 하부에 연결되는 체결부, 그리고 상기 외주부의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부를 구비한 기판수용부재와; 상기 베이스 하부에 연결되어 상기 접촉부와의 접촉면을 제공하는 접촉대응구조; 및 상기 접촉부가 유체압력에 의해 상기 접촉대응구조에 밀착됨으로써 상기 체결부 및 상기 접촉부를 벽으로 삼아 형성되는 외주부가압챔버를 포함하되; 상기 외주부가압챔버 내의 유체압력이 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체압력보다 클 때는 상기 외주부가압챔버 내의 유체가 상기 외주부의 내측면 쪽으로 흐르는 것이 억제되지만, 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체압력이 상기 외주부가압챔버 내의 유체압력보다 클 때는 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체가 상기 외주부가압챔버 내로 흐를 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시례에 따른 화학기계적연마장치용 캐리어헤드는, 베이스와; 기판을 수용하는 외부면과 상기 외부면 반대쪽의 내부면을 포함하는 밑판, 상기 밑판의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부, 상기 외주부의 외측으로부터 갈라져 나와 상기 베이스 하부에 연결되는 체결부, 그리고 상기 외주부의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부를 구비하되, 상기 외주부와 상기 내부면이 만나는 코너에 돌출구조가 형성된 것을 특징으로 하는 기판수용부재와; 상기 베이스 하부에 연결되어 상기 접촉부와의 접촉면을 제공하는 접촉대응구조; 및 상기 접촉부가 유체압력에 의해 상기 접촉대응구조에 밀착됨으로써 상기 체결부 및 상기 접촉부를 벽으로 삼아 형성되는 외주부가압챔버를 포함하되; 상기 외주부가압챔버 내의 유체압력이 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체압력보다 클 때는 상기 외주부가압챔버 내의 유체가 상기 외주부의 내측면 쪽으로 흐르는 것이 억제되지만, 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체압력이 상기 외주부가압챔버 내의 유체압력보다 클 때는 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체가 상기 외주부가압챔버 내로 흐를 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학기계적연마장치용 캐리어헤드는 연마 공정 시 기판의 가장자리 영역 및 이와 인접한 영역을 정교하게 가압함으로써 연마 균일도 제어를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 종래의 캐리어헤드를 개략적으로 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 화학기계적연마장치용 캐리어헤드의 단면도,
도 3은 다른 실시례의 기판수용부재를 장착한 캐리어헤드의 단면도,
도 4는 유체압력에 따른 접촉부의 작용을 설명하는 단면도,
도 5는 외주부의 내측면에 작용하는 유체압력(P2)이 접촉부에 작용하는 외주부가압챔버 내의 유체압력(P1)보다 큰 경우를 나타내는 단면도,
도 6은 상술한 기판수용부재의 사시단면도,
도 7은 접촉부의 구부러짐(bending)을 설명하기 위한 부분 단면도,
도 8은 접촉부의 위치를 설명하기 위한 부분 단면도,
도 9 및 도 10은 기판수용부재의 다른 실시례를 나타내는 부분 단면도들,
도 11 및 도 12는 기판수용부재의 또 다른 실시례를 나타내는 부분 단면도들,
도 13은 접촉부의 또 다른 예를 나타내는 부분 단면도,
도 14는 기판수용부재의 또 다른 실시례를 보여주는 단면도,
도 15는 기판수용부재의 또 다른 실시례를 보여주는 단면도,
도 16은 상술한 기판수용부재가 원형 플레이트를 수용한 상태를 나타내는 단면도,
도 17은 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 기판수용부재를 나타내는 단면도,
도 18은 상술한 기판수용부재가 원형 플레이트를 수용한 상태를 나타내는 단면도,
도 19는 고정플랩의 다른 실시례를 나타내는 기판수용부재의 단면도,
도 20은 접촉플랩을 구비한 캐리어헤드의 단면도,
도 21은 접촉플랩의 일례를 나타내는 사시단면도,
도 22는 접촉플랩의 동작을 설명하기 위한 단면도,
도 23은 블래더를 구비한 캐리어헤드의 단면도,
도 24는 블래더의 다른 실시례를 나타내는 캐리어헤드의 단면도,
도 25는 블래더와 접촉플랩을 동시에 구비한 캐리어헤드의 단면도,
도 26은 본 발명의 다른 실시례에 따른 기판수용부재를 장착한 캐리어헤드의 단면도,
도 27(a)는 돌출구조가 있는 경우 Zone 1 및 Zone 2의 압력이 각각 P1 및 P2임을 나타내는 캐리어헤드의 부분단면도,
도 27(b)는 Zone 1의 압력 P1과 Zone 2의 압력 P2가 기판의 위치에 따라 인가되는 정도를 나타내는 그래프,
도 27(c)는 기판이 최종적으로 받는 압력을 나타내는 그래프,
도 28(a)는 돌출구조가 없는 경우 각 Zone의 압력을 나타내는 캐리어헤드의 부분단면도,
도 28(b) 및 도 28(c)는 돌출구조가 없는 경우 기판이 받는 압력을 설명하기 위한 그래프들,
도 29는 돌출구조의 다른 실시례를 나타내는 단면도,
도 30은 돌출구조의 또 다른 실시례를 나타내는 단면도,
도 31은 돌출구조의 또 다른 실시례를 나타내는 단면도,
도 32는 돌출구조의 또 다른 실시례를 나타내는 단면도,
도 33은 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 기판수용부재를 나타내는 단면도,
도 34는 기판수용부재의 밑판에 밑판을 관통하는 관통 홀이 형성되어 있는 것을 나타내는 단면도,
도 35는 돌출구조가 형성된 기판수용부재와 접촉플랩을 구비한 캐리어헤드의 단면도,
도 36은 돌출구조가 형성된 기판수용부재와 블래더를 구비한 캐리어헤드의 단면도,
도 37은 블래더와 접촉플랩을 동시에 구비한 캐리어헤드의 단면도,
도 38은 복수의 블래더를 구비한 캐리어헤드의 실시례를 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시례를 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 아래에 개시되는 실시례에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 실시례는 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장될 수 있다.
명세서 전체에 걸쳐 기판수용부재 등과 같은 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "하부에" 연결된다고 언급할 때는, 상기 하나의 구성요소가 직접적으로 다른 구성요소 "하부"를 접촉하여 연결되거나, 그 사이에 개재되는 또 다른 구성요소들이 존재하여 하나의 구성요소는 또 다른 구성요소에 연결될 수 있다고 해석될 수 있다. 반면에, 하나의 구성요소가 다른 구성요소 "직접적으로 하부에" 연결된다고 언급할 때는, 그 사이에 개재되는 다른 구성요소들이 존재하지 않는다고 해석된다. 동일한 부호는 동일한 요소를 의미한다. 또한, "상부에" 또는 "위에" 및 "하부에" 또는 "아래에"와 같은 상대적인 용어들은 도면들에서 도해되는 것처럼 다른 요소들에 대한 어떤 요소들의 관계를 기술하기 위해 사용될 수 있다. 상대적 용어들은 도면들에서 묘사되는 방향에 추가하여 요소의 다른 방향들을 포함하는 것을 의도한다고 이해될 수 있다. 예를 들어, 도면들에서 구성요소가 뒤집어 진다면(turned over), 다른 요소들의 상부의 면상에 존재하는 것으로 묘사되는 요소들은 상기 다른 요소들의 하부의 면상에 방향을 가지게 된다. 그러므로, 예로써 든 "상부에"라는 용어는, 도면의 특정한 방향에 의존하여 "상부에" 및 "하부에" 방향 모두를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 기판수용부재(600)를 포함하는 화학기계적연마장치용 캐리어헤드(900)의 단면도이다. 캐리어헤드(900)는 회전축(110)으로부터 동력을 전달받는 베이스(base)(100)를 기초로 구성되어 있다. 먼저, 직접적으로 베이스(100) 하부에 리테이닝링(retaining ring)(120)이 장착되는데, 리테이닝링(120)은 연마 공정 중 기판(도시하지 않음)의 이탈을 방지하는 역할을 한다. 역시, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 리테이닝링(120) 안쪽에 기판수용부재(600)가 장착된다.
기판수용부재(600)는 밑판(610), 외주부(620), 체결부(650) 및 접촉부(670)를 포함한다. 밑판(610)은 외부면(612)과 내부면(614)으로 정의되는 두 면을 구비하고 있으며 밑판(610)의 크기와 모양은 대체로 연마되는 기판(도시하지 않음)의 크기와 모양을 따른다. 예를 들면, 기판이 300mm 웨이퍼라면 밑판(610)의 모양은 원형이고 직경은 300mm 내외가 될 수 있다. 외부면(612)은 기판을 받아들이고 이송하는데 필요한 기판 수용면이 되며 내부면(614)은 상기 외부면(612)의 반대쪽 표면으로서 유체의 압력이 인가되는 면이다.
외주부(620)는 밑판(610)의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 부위이다. 도 2에서는 외주부(620)가 밑판(610)에 수직인 모양이지만, 외주부(620)가 밑판(610)과 반드시 수직일 필요는 없고 밑판(610)에 대해 수직성분을 포함하며 연장되어 베이스(100)와의 연결에 필요한 공간을 제공하면 된다.
체결부(650)는 외주부(620)의 외측으로부터 갈라져 나와 베이스(100) 하부에 연결되는 부위로서 플랩(flap) 형태인 것이 바람직하며, 실링(sealing)을 견고하게 하기 위하여 끝 부분에 오링(O-ring)구조(652)를 형성 할 수 있다. 접촉부(670)는 외주부(620)의 내측으로부터 갈라져 나와 베이스(100) 하부에 연결된 접촉대응구조(500)와 접촉하는 부위이다. 접촉부(670)는 체결부(650)와 달리 끝 부분이 접촉대응구조(500)나 다른 구성요소에 고정될 필요가 없다. 그러므로 접촉부(670)의 고정에 필요한 클램프와 같은 부재가 필요 없고, 볼트를 조이는 등의 클램프 고정 작업에 필요한 캐리어헤드 내의 작업 공간을 고려하지 않아도 된다.
접촉대응구조(500)는 베이스(100) 하부에 연결되며 도 2에 도시된 바와 같이 돌출된 모양을 가질 수 있다. 접촉대응구조(500)는 기판수용부재(600)의 접촉부(670)가 닿을 수 있는 접촉면을 제공한다. 접촉대응구조(500)는 힘을 받아도 쉽게 변형되지 않도록 플라스틱, 알루미늄 합금 또는 철 합금과 같이 실질적으로 강성인(substantially rigid) 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.
유체통로(210)를 통해 공급된 유체가 체결부(650)와 접촉부(670) 사이에서 접촉부(670)를 가압하면 접촉부(670)는 접촉대응구조(500)에 밀착하게 되며 이로 인해 접촉부(670)와 접촉대응구조(500) 사이로 유체가 빠져나가는 것이 억제된다. 체결부(650)와 접촉부(670) 사이의 유체는 또한 외주부(620)에도 작용하여 외주부(620)를 아래쪽으로 가압하게 된다. 그러므로 체결부(650)와 접촉부(670)를 벽으로 삼는 외주부가압챔버(200)가 정의될 수 있는데 도 2의 경우에는 체결부(650)와 접촉부(670)외에도 접촉대응구조(500) 및 베이스(100)가 외주부가압챔버(200)를 빙 둘러싼 벽이 된다. 캐리어헤드(900)를 구성하는 요소들의 형상에 따라 외주부가압챔버(200)의 벽 전체를 구성하는 요소들이 달라질 수 있지만 체결부(650)와 접촉부(670)는 항상 외주부가압챔버(200)의 벽을 구성하는 요소가 된다. 외주부가압챔버(200)는 유체통로(210)를 통해 공급되는 유체를 가둠으로써 소정의 압력을 유지하며, 이는 연마 공정 중 외주부(620)를 통해 기판(도시하지 않음)에 인가된다. 유체로는 기체가 바람직하며 공기나 질소가 사용될 수 있다. 인접한 밑판가압챔버(300) 역시 유체통로(310)를 통해 유체를 공급받아 밑판(610)을 통해 기판(도시하지 않음)에 연마 압력을 인가한다.
도 3은 다른 실시례의 기판수용부재(602)를 장착한 캐리어헤드(900)의 단면도이다. 기판수용부재(602)의 체결부(656)는 외주부(620)의 외측으로부터 갈라져 나와 끝 부분이 캐리어헤드(900) 중심 쪽인 내측 방향으로 향한다. 끝 부분(658)은 연결부재(522)와 접촉대응구조(520)에 의해 체결된 후 베이스(100) 하부에 연결된다. 접촉부(670)는 외주부(620)의 내측으로부터 갈라져 나와 접촉대응구조와(520)와 접촉하게 된다. 이와 같이 체결부(656)는 캐리어헤드(900) 중심 쪽을 향할 수도, 또한 도 2와 같이 캐리어헤드(900) 바깥쪽인 외측 방향을 향할 수도 있다. 이와 같이 본 발명에서는 체결부가 여러 방향으로 향할 수 있으나, 도면의 단순화를 위해 이후 도면들에서는 도 2에 도시된 바와 같이 체결부(650)가 외측 방향을 향하는 기판수용부재만을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 4는 유체압력에 따른 접촉부(670)의 작용을 설명하는 단면도로, 여기서 외주부가압챔버(200)의 압력이 P1이고 밑판가압챔버(300)의 압력이 P2이다. 그러면 접촉부(670)의 외측면(672)(외주부가압챔버 기준으로는 내측이나 기판수용부재 중심 반대 방향을 향해 있으므로 외측면으로 정의)에 P1의 압력이 작용하고, 외주부(620)의 내측면(622) 및 이와 접하고 있는 접촉부(670)의 내측면(674)(외주부가압챔버 기준으로는 외측이나 기판수용부재 중심 방향을 향해 있으므로 내측면으로 정의)에 P2의 압력이 작용한다. P1이 P2보다 클 때, 즉 외주부가압챔버(200) 내의 유체압력이 외주부의 내측면(622)에 작용하는 유체압력보다 클 때, 접촉부(670)에 작용하는 순 압력(net pressure)이 접촉대응구조(500) 방향으로 작용하므로 접촉부(670)를 접촉대응구조(500)에 밀착시킨다. 이로 인해 외주부가압챔버(200)의 압력(P1)이 더 커도 외주부가압챔버(200) 내의 유체가 외주부(620)의 내측면(622) 쪽으로 흘러가는 것이 억제된다.
도 5는 외주부(620)의 내측면(622)에 작용하는 유체압력(P2)이 접촉부(670)에 작용하는 외주부가압챔버(200) 내의 유체압력(P1)보다 큰 경우를 나타낸다. 이 경우, 접촉부(670)에 작용하는 순 압력(net pressure)은 접촉부(670)가 접촉대응구조(500)로부터 떨어지게 하는 방향으로 작용하므로 접촉부(670)와 접촉대응구조(500) 사이에 틈(230)이 생기며, 이 틈(230)을 통해 화살표로 나타낸 것과 같이 외주부(620)의 내측면(622)에 작용하는 유체가 외주부가압챔버(200)로 흘러갈 수 있다.
그러므로 본 발명의 실시례에 따른 기판수용부재를 포함하는 화학기계적연마장치용 캐리어헤드(900)는, 베이스(100)와, 기판을 수용하는 외부면(612)과 상기 외부면 반대쪽의 내부면(614)을 포함하는 밑판(610), 상기 밑판(610)의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부(620), 상기 외주부(620)의 외측으로부터 갈라져 나와 상기 베이스(100) 하부에 연결되는 체결부(650), 그리고 상기 외주부(620)의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부(670)를 구비한 기판수용부재(600)와, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 상기 접촉부(670)와의 접촉면을 제공하는 접촉대응구조(500), 및 상기 접촉부(670)가 유체압력에 의해 상기 접촉대응구조(500)에 밀착됨으로써 상기 체결부(650) 및 상기 접촉부(670)를 벽으로 삼아 형성되는 외주부가압챔버(200)를 포함하되, 상기 외주부가압챔버(200) 내의 유체압력이 상기 외주부(620)의 내측면(622)에 작용하는 유체압력보다 클 때는 상기 외주부가압챔버(200) 내의 유체가 상기 외주부(620)의 내측면(622) 쪽으로 흐르는 것이 억제되지만, 상기 외주부(620)의 내측면(622)에 작용하는 유체압력이 상기 외주부가압챔버(200) 내의 유체압력보다 클 때는 상기 외주부(620)의 내측면(622)에 작용하는 유체가 상기 외주부가압챔버(200) 내로 흐를 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
도 6은 상술한 기판수용부재(600)의 사시단면도이다. 기판수용부재(600)는 도시된 바와 같이 전체가 동일한 재료로 이루어질 수 있으며 이때 사용되는 재질로는 가요성 재료가 적합하다. 가요성 재료로는 고무가 사용될 수 있으며 바람직하게는 실리콘 고무나 에틸렌프로필렌 고무와 같이 내수성 및 내화학성이 좋은 고무가 사용될 수 있다. 가요성 재료로 이루어진 기판수용부재(600)는 몰딩(molding) 제작될 수 있다. 밑판(610)은 원형을 띄며 두께는 0.5 mm 내지 2 mm의 값을 가질 수 있고, 외주부(610)의 폭 W는 1 mm 내지 10 mm의 값을 가질 수 있다. 또한, 도시하지는 않았지만 기판수용부재(600)의 밑판(610)과 외주부(620)는 경도가 큰(예를 들면 Shore A 경도값 70) 고무로 성형되고 체결부(650)와 접촉부(670)는 경도가 작은(예를 들면 Shore A 경도값 40) 고무로 성형될 수 있다. 체결부(650)의 끝 부분은 도시된 바와 같이 외측 방향(기판수용부재 중심으로부터 멀어지는 방향)을, 또는 도시하지는 않았지만 내측, 상측 또는 하측 방향을, 가리킬 수 있는 반면 접촉부(670)의 끝 부분은 상내측 방향을 향해 (상측 방향 성분과 기판수용부재 중심을 향하는 내측 방향 성분을 다 갖고 있는 방향을 향해) 있는 것이 바람직하다. 접촉부(670)의 끝 부분이 수평 방향을 가리키면 접촉부(670)가 접촉대응구조(500) 바깥에 삽입되는 것이 용이하지 않을 수 있고 수직 방향이면 접촉대응구조(650)와 견고한 접촉을 이루는데 어려움이 있다. 접촉부(670)의 경사진 정도는 수직 방향을 기준으로, 이로부터 기울어진 각도 φ로 정의할 수 있는데 수직인 경우는 φ가 0도이고 도 6과 같이 접촉부(670)가 상내측을 향하면 φ는 0도와 90도 사이의 값을 갖으며 수평이면 φ는 90도이다. 접촉대응구조에 원활한 삽입과 삽입 후 견고한 접촉을 위해 φ는 2도 내지 45도의 값을 갖는 것이 바람직하다.
도 7은 접촉부(670)의 구부러짐(bending)을 설명하기 위한 부분 단면도이다. 기판수용부재(600)가 베이스에 조립되지 않은 상태에서는 접촉부(670)가 도시된 바와 같이 전체적으로 곧게 펴질 수 있다. 기판수용부재(600)가 위의 도 2에서와 같이 베이스(100)에 체결될 때, 첩촉부(670)는 화살표 방향으로 구부러져 접촉대응구조(500)의 바깥쪽으로 삽입된다. 3차원적으로 보면, 접촉부(670)의 원형 테두리가 확장되어 원통형의 접촉대응구조(500)가 확장된 테두리 안으로 삽입되는 것이다. 삽입 후에 계속 구부러진 상태(점선으로 표시)로 접촉대응구조(500)와 접촉하는데, 이 때 원상태로 되돌아가려는 힘 때문에 접촉이 더 견고해진다.
그러므로 본 발명의 실시례에 따른 화학기계적연마장치 캐리어헤드용 기판수용부재는(600), 기판을 수용하는 외부면(612)과 상기 외부면(612) 반대쪽의 내부면(614)을 포함하는 밑판(610)과, 상기 밑판(610)의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부(620)와, 상기 외주부(620)의 외측으로부터 갈라져 나온 체결부(650), 및 상기 외주부(620)의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부(670)를 포함한다.
도 8은 접촉부(670)의 위치를 설명하기 위한 부분 단면도이다. 접촉부(670)는 외주부(620)의 내측으로부터 갈라져 나오지만 도시된 바와 같이 외주부(620)의 내측면(622)과 접촉부(670)의 내측면(678)이 계속 이어지지 않고 외주부(620)의 상부면(623)이 드러날 수 있다. 마찬가지로 도시하지는 않았지만 체결부(650)도 외주부(620)의 최 외측이 아닌 부분으로부터 갈라져 나올 수 있다. 즉, 체결부(650)와 접촉부(670)가 갈라져 나오는 외주부(620)의 내측 및 외측은 외주부(620) 중앙을 경계로 상대적인 의미이지 반드시 외주부(620)의 최 내측 및 최 외측을 의미하는 것은 아니다.
도 9 및 도 10은 기판수용부재(600)의 다른 실시례를 나타내는 부분 단면도들로서 접촉부(670', 670'')가 곡률을 띄면서 상내측을 향하는 것을 도시하고 있다. 먼저 도 9에 도시된 바와 같이 접촉부는(670') 내측으로 만곡한 형상을 띌 수 있으며 또한 도 10에 도시된 바와 같이 접촉부는(670'') 외측으로 만곡한 형상을 띌 수도 있다.
도 11 및 도 12는 기판수용부재(600)의 또 다른 실시례를 나타내는 부분 단면도들로서 각각 다른 모양의 접촉부를 보여주고 있다. 먼저 도 11에 도시된 바와 같이 접촉부(680)는 외주부(620)의 내측과 연결되어 대체로 수직인 가이드부분(684)과 가이드부분(684)에서 상내측 방향으로 연장되는 밀착부분(686)을 포함한다. 가이드부분(684)의 내경 D1은 삽입될 접촉대응구조(도시하지 않음)의 외경보다 약간 커서 접촉대응구조가 외주부(620) 하단까지 내려갈 때 걸리지 않도록 하는 것이 바람직하다. 밀착부분(686)은 상내측 방향으로 연장되기 때문에 삽입 후 원통 형상의 접촉대응구조(도시하지 않음)를 조여 견고한 접촉을 이룰 수 있게 한다. 도 12는 밀착부분(686')이 가이드부분(684)에서 상내측 방향으로 연장된 후 안 쪽으로 굽혀진 경우를 나타낸다. 이와 같이 밀착부분(686')이 굽혀지면 삽입 후 원 상태로 돌아가려는 힘이 더 강해 질 수 있다. 하지만 밀착부분(686')의 끝은 상기 밀착부분(686')이 연장되어 나온 가이드부분(684)의 높이(도면에 H로 표시)보다 위에 위치하는 것이 바람직한데 이는 삽입 시 밀착부분(686')과 가이드부분(684)이 중첩되는 것을 방지하기 위함이다.
도 13은 접촉부의 또 다른 예를 나타내는 부분 단면도로서 밀착부분(688)의 두께가 가이드부분(684)의 두께보다 얇은 접촉부(682)를 보여주고 있다. 이와 같이 밀착부분(688)이 가이드부분(684)보다 얇으면 도시된 바와 같이 밀착부분(688)의 경사각을 더 크게 할 수 있다. 얇은 밀착부분(688)의 두께는 가이드부분(684)의 두께보다 0.2배 내지 0.6배의 값을 가질 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만 상술한 도 12와 유사하게 얇은 밀착부분이 가이드부분(684)에서 상내측 방향으로 연장된 후 안 쪽으로 굽혀질 수 있는데, 이때에도 얇은 밀착부분의 끝은 상기 얇은 밀착부분이 연장되어 나온 가이드부분의 높이(도면에 H로 표시)보다 위에 위치하는 것이 바람직하다.
도 14는 기판수용부재(600)의 또 다른 실시례를 보여주는 단면도로서 외주부의 내측면(622)에 수용보조 구조로서 홈(624)이 형성된 것을 나타낸다. 홈(624)에 금속 또는 플라스틱과 같이 실질적으로 강성인(substantially rigid) 물질로 이루어진 환형 링이나 원형 플레이트를 삽입할 수 있다. 홈(624)의 둘레보다 약간 큰 둘레를 갖는 환형 링이나 원형 플레이트를 홈(624)에 삽입하면 아래로 쳐질 수 있는 밑판(610)을 팽팽하게 당길 수 있다. 위에서는 하나의 홈(624)만을 예로 들었지만 하나 이상의 홈이 형성될 수 있다.
도 15는 기판수용부재(600)의 또 다른 실시례를 보여주는 단면도로서 기판수용부재(600)는 접촉부(670)와 밑판(610) 사이 외주부의 내측면(622)으로부터 내측 방향으로 연장되는 수용보조플랩(flap)(626)을 포함하고 있다. 수용보조플랩(626)은 기판수용부재(600)와 동일한 물질로 판상의 링 모양을 띄며 기판수용부재(600) 성형 시 동시에 성형되는 것이 바람직하다. 수용보조플랩(626)의 연장된 길이 q는 5mm 내지 20mm, 그리고 두께는 0.3mm 내지 1mm의 값을 가질 수 있다. 수용보조플랩(626)의 끝에는 체결을 견고하게 하기위한 오링구조(627)가 형성될 수 있다.
도 16은 상술한 도 15의 기판수용부재(600)가 원형 플레이트(590)를 수용한 상태를 나타내는 단면도이다. 원형 플레이트(590)는 플라스틱이나 금속과 같이 충분한 강성을 갖고 있는 물질로 만들어지는 것이 바람직하다. 원형 플레이트(590)는 밑판(610)과 수용보조 플랩(626) 사이에 삽입된 후 클램프(594)가 볼트(도시하지 않음)에 의해 원형 플레이트(590)와 체결됨으로써 기판수용부재(600)에 고정될 수 있다. 이때, 외주부(620)의 내경보다 약간 큰 직경을 갖는 원형 플레이트(590)를 수용함으로써 밑판(610)의 처짐을 방지할 수 있다. 또한, 원형 플레이트(590)에 홀(592)들을 형성하여 유체가 밑판(610)에 자유로이 작용할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 도 16에는 원형 플레이트(590)가 수용된 경우를 나타내었지만 플레이트 대신에 환형 링이 삽입될 수도 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 기판수용부재(600)를 나타내는 단면도로서 내부면(614)으로부터 높이 방향으로 고정플랩(640)이 연장되어 있다. 고정플랩(640)은 내부면(614)과 연결되어 높이 방향으로 연장되는 제1부분(642)과 제1부분(642)의 끝에서 측 방향으로 연장되는 제2부분(644)으로 이루어질 수 있다. 고정플랩(640)은 전체적으로 환형을 띄며 끝에는 체결을 견고하게 하기위한 오링구조(645)가 형성될 수 있다. 고정플랩(640)은 기판수용부재(600)와 동일한 재질인 것이 바람직하며 기판수용부재(600) 성형 시 동시에 성형될 수 있다.
도 18은 상술한 도 17의 기판수용부재(600)가 원형 플레이트(596)를 수용한 상태를 나타내는 단면도이다. 원형 플레이트(596)는 밑판(610)과 고정플랩(640) 사이에 삽입된 후 클램프(598)가 볼트(도시하지 않음)에 의해 원형 플레이트(596)에 체결됨으로써 기판수용부재(600)에 고정될 수 있다. 이후 클램프(598)를 베이스(도시하지 않음) 하부에 연결함으로써 기판수용부재(600)의 중앙 영역이 견고하게 베이스(도시하지 않음)에 장착될 수 있다.
도 19는 고정플랩(646, 648)의 다른 실시례를 나타내는 기판수용부재(600)의 단면도로서 내부고정플랩(646) 그리고 내부고정플랩(646) 외곽에 외부고정플랩(648)이 각각 내부면(614)으로부터 높이 방향으로 연장되어 있다. 도시하지는 않았지만 환형의 플레이트를 내부고정플랩(646)과 외부고정플랩(648) 사이에 삽입 후 클램프로 고정함으로써 기판수용부재(600)에 견고함을 부여할 수 있다. 이와 같이 밑판(610)의 중앙 영역뿐만 아니라 다른 영역에도 고정플랩이 형성될 수 있으며 도시하지는 않았지만 중앙 영역과 외곽 영역 모두에 복수의 고정플랩이 형성될 수 있다.
도 20은 접촉플랩(flap)(700)을 구비한 캐리어헤드(900)의 단면도이다. 접촉플랩(700)은 외주부가압챔버(200)로 유체가 유입되는 것을 억제하기 위한 부재이다. 접촉플랩(700)의 플랩상부(730)는 도시된 바와 같이 접촉대응구조(530)와 클램프(532)에 의해 체결됨으로써 베이스(100) 하부에 연결된다. 도시하지는 않았지만 플랩상부(730)는 베이스(100) 하부에 직접 연결될 수도 있다. 플랩상부(730)로부터 플랩측부(720)가 아래로 연장되며, 플랩측부(720)의 하단에서 플랩하부(710)가 내측 방향으로 연장된다. 접촉플랩(700)은 외주부(620)의 내측으로, 즉 외주부(620)가 접촉플랩(700)을 둘러싸는 형태로, 이웃하여 설치되어 플랩하부(710)는 밑판(610) 중 외주부(620)와 인접한 영역과 접촉한다.
도 21은 접촉플랩(700)의 일례를 나타내는 사시단면도이다. 접촉플랩(700)은 전체적으로 환형을 띄며 한쪽 단면만 보면 "ㄷ"자 형태를 가질 수 있다. 플랩상부(730)에는 실링을 용이하게 하기위해 오링구조(732)가 형성될 수 있다. 접촉플랩(700)은 열린 구조로 플랩상부(730)가 베이스(100) 하부에 연결되어도 홀로 유체를 가두는 챔버(chamber)를 형성할 수는 없고 기판수용부재(600)와 결합해서 챔버를 형성할 수 있다. 접촉플랩(700)은 가요성 재료로 성형되는 것이 바람직하며, 가요성 재료로는 고무가 사용될 수 있으며, 이에는 실리콘 고무, 클로로프렌 고무 또는 에틸렌프로필렌 고무 등이 있다. 오링구조(732)를 제외한 접촉플랩(700)의 두께는 0.3 mm 내지 2 mm의 값을 가질 수 있다.
도 22는 접촉플랩(700)의 동작을 설명하기 위한 단면도이다. 먼저 위의 도 5에서와 같이 접촉플랩이 없는 경우, 밑판가압챔버(300)의 압력이 외주부가압챔버(200)의 압력보다 크면 밑판가압챔버(300) 내의 유체가 외주부가압챔버(200)로 계속 유입될 수 있다. 하지만 도 22에 도시된 바와 같이 접촉플랩(700)이 외주부(620)의 내측으로 이웃하여 설치되면 접촉플랩(700) 내측으로부터 (즉 밑면가압챔버(300)로부터) 외주부가압챔버(200) 쪽으로의 유체 흐름을 억제하기 때문에 유체가 계속해서 외주부가압챔버(200)로 유입될 수 없다. 이는, 접촉플랩(700) 내측의 유체가 직선 화살표로 표시된 바와 같이 접촉플랩(700)에 작용할 때, 플랩측부(720)의 팽창이 접촉대응구조(530)와의 접촉에 의해 멈추어지고 플랩하부(710)는 밑판(610)과 접촉하여 유체가 빠져나갈 틈을 없애기 때문이다. 접촉플랩(700)을 설치하면 접촉플랩(700)과 외주부(620) 사이에 중간 영역(302)이 형성되는데 중간 영역(302)에는 독립적으로 유체가 공급되지 않으므로 외주부가압챔버(200)나 밑판가압챔버(300)와 달리 유체압력 조절이 용이하지 않을 수 있다. 그러므로 접촉플랩(700)은 가급적 외주부(620)와 가까이 설치되어 중간 영역(302)에 의해 가압되는 밑판(610) 영역이 최소화되는 것이 바람직하다. 접촉대응구조(530)와 밑판(610) 사이의 틈을 통해 접촉플랩(700)이 부분적으로 팽창함에 따라 중간 영역(302)의 압력이 높아져 유체가 외주부가압챔버(200) 쪽으로 흘러갈 수 있는데 부분적 팽창이 정지되면 유체의 흐름도 멈추게 된다.
도 23은 블래더(800)를 구비한 캐리어헤드(900)의 단면도이다. 블래더(800)는 밑판(610)의 소정 영역을 독립적으로 가압하기 위한 부재로 외주부(620)의 내측으로 이웃하여 배치된다. 블래더(800)는 유체통로(410)를 통해 독립적으로 유체를 공급받아 블래더챔버(400)를 형성하며, 블래더챔버(400)가 팽창하여 블래더(800)의 하면부(810)가 기판수용부재(600)의 밑판(610)과 접촉함으로써 압력을 인가한다. 블래더(800)는 전체적으로 환형을 띌 수 있으며 상부에 2개의 고정부(830)가 바깥쪽으로 연장되어 있어 접촉대응구조(510) 및 클램프역할을 하는 장벽구조(540)에 의해서 베이스(100) 하부에 연결된다. 접촉대응구조(510)와 장벽구조(540)는 블래더(800)의 연결뿐만 아니라 블래더(800) 팽창 시 블래더(800)의 측면부(820)와 접촉하여 블래더(800)의 측 방향 팽창을 억제하는 역할을 한다. 보다 자세하게는, 접촉대응구조(510)는 블래더(800)의 외측 방향 팽창을 억제하고 장벽구조(540)는 블래더(800)의 내측 방향 팽창을 억제한다. 그러므로 블래더(800)는 접촉대응구조(510)와 장벽구조(540)에 의해 한정되는 밑판(610)의 소정 영역과 접촉하여 압력을 인가하게 된다. 블래더(800)는 가요성 재료로 성형되는 것이 바람직하다. 가요성 재료로는 고무가 사용될 수 있으며, 이에는 실리콘 고무, 클로로프렌 고무 또는 에틸렌프로필렌 고무 등이 있다.
도 24는 블래더(860)의 다른 실시례를 나타내는 캐리어헤드(900)의 단면도이다. 도시된 바와 같이 블래더(860)의 고정부(880)가 블래더(860)의 내부 방향으로 연장되어 제1클램프(552)와 제2클램프(554)에 의해 체결되며 제1클램프(552)가 다시 장벽구조(550)에 체결됨으로써 블래더(860)는 베이스(100) 하부에 연결된다. 블래더(860)는 유체통로(412)를 통해 유체를 공급받아 블래더챔버(402)를 형성하며, 블래더챔버(402)가 팽창하여 기판수용부재(600)의 밑판(610)과 접촉함으로써 압력을 인가한다. 장벽구조(550)는 블래더(860)의 측 방향 팽창을 억제하는 역할과 접촉부(670)가 접촉할 접촉대응구조 역할을 동시에 한다.
도 25는 블래더(800)와 접촉플랩(760)을 동시에 구비한 캐리어헤드(900)의 단면도이다. 도시된 바와 같이 밑판(610)의 소정 영역을 독립적으로 가압하기 위해 블래더(800)가 외주부(620)의 내측으로 이웃하여 베이스(100) 하부에 연결되고, 이어서 블래더(800)의 내측으로 (블래더(800) 외부 중 밑판(610)의 중심 방향으로) 이웃하여 접촉플랩(760)의 플랩상부(790)가 제 1 플랩클램프(560)와 제 2 플랩클램프(562)에 의해 베이스(100) 하부에 연결된다. 플랩상부(790)로부터 플랩측부(780)가 아래로 연장되며, 플랩측부(780) 하단에서 플랩하부(770)가 내측 방향으로 연장된다. 접촉플랩(760)은 도시된 바와 같이 열린 구조이며 플랩하부(770)가 밑판(610)과 접촉해야만 유체를 가둘 수 있다. 보다 상세하게 설명하면, 접촉플랩(760) 내측의 유체가 접촉플랩(760)에 작용할 때, 플랩측부(780)가 장벽구조(540)와 접촉하면서 측 방향 팽창이 억제되고 플랩하부(770)는 블래더(800)와 인접한 밑판(610)과 접촉함으로써 유체가 빠져나갈 틈을 없애기 때문에 접촉플랩(760) 내측으로부터 블래더(800) 쪽으로의 유체 흐름을 억제한다.
도 26은 본 발명의 다른 실시례에 따른 기판수용부재(604)를 장착한 캐리어헤드의 단면도로서 기판수용부재의 외주부(620)와 내부면(614)이 만나는 코너에 돌출구조(630)가 형성되어 있다. 따라서 3차원적으로 보면 돌출구조(630)는 외주부(620)와 같이 환형을 띈다. 돌출구조(630)는 기판수용부재(604)와 동일한 재질인 것이 바람직하며 기판수용부재(604) 성형 시 동시에 성형될 수 있다. 도시된 바와 같이 돌출구조(630)는 측면(632)과 상면(634)을 구비한 스텝(step) 형상을 가질 수 있다. 이때 높이 h는 3 mm 내지 15 mm, 폭 s는 4 mm 내지 20 mm의 값을 가질 수 있다.
도 27 및 도 28은 돌출구조(630)의 압력 분산 기능을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저 캐리어헤드(900)의 부분단면도인 도 27(a)를 참조하면, Zone 1로 표시된 외주부가압챔버(200)에 P1의 압력이 인가되고 Zone 2로 표시된 밑판가압챔버(300)에 P2의 압력이 인가된다. 이들 압력은 밑판(610), 외주부(620) 및 돌출구조(630)를 통해 기판(50)에 인가된다. 돌출구조(630)는 코너에서 밑판(610)이 두꺼워진 형태이기도 하고 또는 코너에서 외주부(620)가 두꺼워진 형태이기도 하다. 그러므로 돌출구조(630)는 밑판(610)과 외주부(620)의 특성을 공유한다. 이를 도 27(b)와 27(c)에 나타내었는데, 먼저 외주부가압챔버(200) 압력 P1이 폭이 w인 외주부(620) 상부에 인가되면 이 압력 P1은 기판(50) 쪽으로 내려오면서 옆의 돌출구조(630)로 분산된다. 그 결과, 기판(50)의 위치에 따라 외주부가압챔버(200)로부터 받는 압력은 도 27(b)의 그래프 Z1 Effect와 같이 변한다. 마찬가지로 밑판가압챔버(300) 압력 P2가 폭이 s인 돌출구조 상면(634)에 인가되면 이 P2는 기판(50) 쪽으로 내려오면서 옆의 외주부(620)로 분산된다. 그 결과, 기판(50)의 위치에 따라 밑판가압챔버(300)로부터 받는 압력은 도 27(b)의 그래프 Z2 Effect와 같이 변한다. 따라서 기판(50)이 최종적으로 받는 압력은 기판(50)에 미치는 모든 압력을 더한 값이므로 도 27(c)의 그래프 Z1+Z2 Effect와 같이 변한다. 여기서, 돌출구조(630) 때문에 기판(50)이 받는 압력은 외주부가압챔버(200)인 Zone 1에서 밑판가압챔버(300)인 Zone 2로 변할 때 급격하게 변하지 않음을 알 수 있다. 즉 돌출구조(630)로 인해 Zone 1과 Zone 2의 영향을 동시에 받는 영역이 확장되어 압력 변화가 완만하게 일어난다. 반면에, 돌출구조가 없는 경우에는 도 28에 나타내었듯이 압력 P1과 P2가 기판(50)에 전달될 때 분산되는 양이 극히 적다. 그러므로 기판(50)이 받는 압력은 Zone 1에서 Zone 2로 변할 때 급격하게 변한다.
그러므로 본 발명의 다른 실시례에 따른 기판수용부재를 포함하는 화학기계적연마장치용 캐리어헤드(900)는, 베이스(100)와, 기판을 수용하는 외부면(612)과 상기 외부면(612) 반대쪽의 내부면(614)을 포함하는 밑판(610), 상기 밑판(610)의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부(620), 상기 외주부(620)의 외측으로부터 갈라져 나와 상기 베이스(100) 하부에 연결되는 체결부(650), 그리고 상기 외주부(620)의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부(670)를 구비하되, 상기 외주부(620)와 상기 내부면(614)이 만나는 코너에 돌출구조(630)가 형성된 것을 특징으로 하는 기판수용부재와(604), 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 상기 접촉부(670)와의 접촉면을 제공하는 접촉대응구조(500), 및 상기 접촉부(670)가 유체압력에 의해 상기 접촉대응구조(500)에 밀착됨으로써 상기 체결부(650) 및 상기 접촉부(670)를 벽으로 삼아 형성되는 외주부가압챔버(200)를 포함하되, 상기 외주부가압챔버(200) 내의 유체압력이 상기 외주부(620)의 내측면(622)에 작용하는 유체압력보다 클 때는 상기 외주부가압챔버(200) 내의 유체가 상기 외주부(620)의 내측면(622) 쪽으로 흐르는 것이 억제되지만, 상기 외주부(620)의 내측면(622)에 작용하는 유체압력이 상기 외주부가압챔버(200) 내의 유체압력보다 클 때는 상기 외주부(620)의 내측면(622)에 작용하는 유체가 상기 외주부가압챔버(200) 내로 흐를 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
도 29는 돌출구조(630)의 다른 실시례를 나타내는 단면도로서 돌출구조 측면(632')이 경사져 있다. 이와 같이 돌출구조(630)의 측면(632')은 반드시 밑면(610)에 대해 수직일 필요는 없고 수직을 기준으로 좌우 45도 내로 경사질 수 있다. 또한 도시하지는 않았지만 측면(632')은 곡면을 포함할 수도 있다. 마찬가지로 돌출구조 상면(634)도 외주부(620)에 대해 반드시 수직일 필요는 없다.
도 30은 돌출구조(631)의 또 다른 실시례를 나타내는 단면도로서 돌출구조(631)의 표면(633)이 곡면을 띄고 있다. 이 경우, 돌출구조(631)의 측면과 상면을 구분하기 어려우므로 단일 표면(633)에 의해 돌출구조(631)의 형태가 규정되고, 돌출구조(631)의 높이와 폭은 코너에서 돌출부(631)가 각각 외주부(620) 그리고 밑판(610)과 만나는 곳까지의 거리로 정의될 수 있다.
도 31은 돌출구조의 또 다른 실시례를 나타내는 단면도로서 돌출구조(630) 표면인 측면(632)에 요철구조로서 홈(636)이 형성되어 있다. 홈(636)이 형성되면, 금속 또는 플라스틱으로 이루어진 환형 링이나 원형 플레이트(도시하지 않음)를 삽입할 수 있다. 홈(636)의 둘레보다 약간 큰 둘레를 갖는 환형 링이나 원형플레이트를 홈(636)에 삽입하면 아래로 쳐질 수 있는 밑판(610)을 팽팽하게 당길 수 있다. 위에서는 측면(632)에 형성된 하나의 홈(636)을 예로 들었지만 측면(632) 뿐만 아니라 상면(634) 또는 도 20에 도시된 곡면의 표면(633)에 링이나 플레이트를 지지할 수 있는 요철구조로서 홈이나 돌기가 하나 이상 형성될 수 있다.
도 32는 돌출구조의 또 다른 실시례를 나타내는 단면도로서 돌출구조 측면(632)으로부터 내측 방향으로 연장되는 수용보조플랩(flap)(638)이 형성되어 있다. 수용보조플랩(638)은 기판수용부재(604)와 동일한 물질로 판상의 링 모양을 띄며 기판수용부재(604) 성형 시 동시에 성형되는 것이 바람직하다. 수용보조플랩(638)의 연장된 길이 q는 5 mm 내지 20 mm의 값을 가질 수 있고 두께는 0.3 mm 내지 1 mm의 값을 가질 수 있다. 플랩의 끝에는 체결을 견고하게 하기위한 오링구조(639)가 형성될 수 있다. 수용보조플랩(638)은 원형의 플레이트나 환형 링(도시하지 않음)을 수용하여 고정시키는 역할을 한다. 도시하지는 않았지만 수용보조플랩은 돌출구조의 상면 또는 곡면의 표면으로부터도 내측으로 연장될 수 있다.
그러므로 본 발명의 다른 실시례에 따른 화학기계적연마장치 캐리어헤드용 기판수용부재(604)는, 기판을 수용하는 외부면(612)과 상기 외부면(612) 반대쪽의 내부면(614)을 포함하는 밑판(610)과, 상기 밑판(610)의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부(620)와, 상기 외주부(620)의 외측으로부터 갈라져 나온 체결부(650), 및 상기 외주부(620)의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부(670)를 포함하되, 상기 외주부(620)와 상기 내부면(614)이 만나는 코너에 돌출구조(630)가 형성된 것을 특징으로 한다.
도 33은 본 발명의 또 다른 실시례에 따른 기판수용부재(604)를 나타내는 단면도로서 내부면(614)으로부터 높이 방향으로 고정플랩(640)이 연장되어 있다. 고정플랩(640)은 기판수용부재(604)와 동일한 재질인 것이 바람직하며 기판수용부재(604) 성형 시 동시에 성형될 수 있다.
도 34는 기판수용부재(604)의 밑판(610)에 밑판을 관통하는 관통 홀(616)이 형성되어 있는 것을 나타내는 단면도이다. 관통 홀(616)은 원형인 것이 바람직하며 직경은 5 mm 내지 30 mm의 값을 가질 수 있다. 관통 홀(616)을 통해 유체의 압력 또는 진공이 직접 기판(도시하지 않음)에 작용할 수 있다. 도면에는 밑판(610) 중심에 하나의 관통 홀(616)만 도시 되었지만 밑판(610)에는 복수의 관통 홀들이 형성될 수 있고 서로 다른 직경을 가질 수 있다.
도 35는 돌출구조(630')가 형성된 기판수용부재(604)와 접촉플랩(702)을 구비한 캐리어헤드(900)의 단면도이다. 접촉플랩(702)의 플랩상부(730)는 접촉대응구조(530)와 클램프(532)에 의해 베이스(100) 하부에 연결되고, 플랩상부(730)로부터 플랩측부(722)가 아래로 연장되며, 플랩측부(722) 하단에서 플랩하부(712)가 내측 방향으로 연장된다. 접촉플랩(702)은 열린 구조로서 외주부(620)의 내측으로 이웃하여 밑판가압챔버(300)에 압력이 인가되면 플랩측부(722)가 접촉대응구조(530)와 접촉하고 플랩하부(712)는 돌출구조(630')와 접촉함으로써 접촉플랩(702) 내측으로부터, 즉 밑판가압챔버(300)로부터, 외주부가압챔버(200) 쪽으로의 유체 흐름을 억제하게 된다.
도 36은 돌출구조(630')가 형성된 기판수용부재(604)와 블래더(802)를 구비한 캐리어헤드(900)의 단면도이다. 블래더(802)는 외주부(620)의 내측으로 이웃하며, 접촉대응구조(510)와 장벽구조(540)에 의해 베이스(100) 하부에 연결되어 유체통로(410)를 통해 독립적으로 유체를 공급받으면 팽창하게 된다. 이때, 외측 방향 팽창은 접촉대응구조(510)에 의해 그리고 내측 방향 팽창은 장벽구조(540)에 의해 억제된다. 이러한 팽창을 일으키는 유체의 압력은 블래더(802)와 접촉하는 돌출구조(630')에 그대로 인가된다. 돌출구조(630')로 인해 블래더(802) 측면부(822)의 길이와 하면부(812)의 폭이 도 23에 도시된 블래더(800)의 경우보다 감소할 수 있다.
도 37은 블래더(802)와 접촉플랩(760)을 동시에 구비한 캐리어헤드(900)의 단면도이다. 접촉플랩(760)은 도 36에 도시된 블래더(802)의 내측으로 (블래더(802) 외부 중 밑판(610)의 중심 방향으로) 이웃하며 접촉플랩(760)의 플랩상부(790)가 제 1 플랩클램프(560)와 제 2 플랩클램프(562)에 의해 베이스(100) 하부에 연결된다. 플랩상부(790)로부터 플랩측부(780)가 아래로 연장되며, 플랩측부(780) 하단에서 플랩하부(770)가 내측 방향으로 연장된다. 접촉플랩(760)은 열린 구조로서 밑판가압챔버(300)에 압력이 인가되면 플랩측부(780)가 장벽구조(540)와 접촉하고 플랩하부(770)는 블래더(802)와 인접한 밑판(610)과 접촉함으로써 접촉플랩(760) 내측으로부터, 즉 밑판가압챔버(300)로부터, 블래더(802) 쪽으로의 유체 흐름을 억제하게 된다.
도 38은 복수의 블래더(802, 864)를 구비한 캐리어헤드(900)의 실시례를 보여주는 단면도이다. 블래더(802, 804)는 각각 유체통로(410, 412)를 통해 독립적으로 유체를 공급받아 팽창할 수 있다. 먼저 외주부(620)의 내측으로 이웃하여 고정부(832)가 블래더(802)의 외부 방향으로 연장된 제 1 블래더(802)가 베이스(100) 하부에 연결되어 외측 방향 팽창은 접촉대응구조(510)에 의해 그리고 내측 방향 팽창은 장벽구조(550)에 의해 억제된다. 이러한 팽창을 일으키는 유체의 압력은 블래더(802)와 접촉하는 돌출구조(630')에 인가된다. 이어서 제 1 블래더(802)의 내측으로 이웃하여 고정부(884)가 내부 방향으로 연장된 제 2 블래더(864)가 베이스(100) 하부에 연결되어 내측 및 외측 방향 팽창이 장벽구조(550)에 의해 억제되어 상기 밑판(610)의 소정 영역과 접촉함으로써 압력을 인가하게 된다.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>
900: 캐리어헤드
100: 베이스
600, 604: 기판수용부재
610: 밑판
612: 외부면
614: 내부면
620: 외주부
622: 외주부의 내측면
650, 656: 체결부
670, 680, 682: 접촉부
200: 외주부가압챔버
684: 가이드부분
686, 686', 688: 밀착부분
630, 630': 돌출구조
624, 636: 홈
626, 638: 수용보조플랩
640: 고정플랩
700, 702, 760: 접촉플랩
730, 790: 플랩상부
720, 780: 플렙측부
710, 770: 플랩하부
800, 802, 860, 864: 블래더
540, 550: 장벽구조

Claims (12)

  1. 화학기계적연마장치용 캐리어헤드로서,
    베이스;
    기판을 수용하는 외부면과 상기 외부면 반대쪽의 내부면을 포함하는 밑판, 상기 밑판의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부, 상기 외주부의 외측으로부터 갈라져 나와 상기 베이스 하부에 연결되는 체결부, 그리고 상기 외주부의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부를 구비한 기판수용부재;
    상기 베이스 하부에 연결되어 상기 접촉부와의 접촉면을 제공하는 접촉대응구조; 및
    상기 접촉부가 유체압력에 의해 상기 접촉대응구조에 밀착됨으로써 상기 체결부 및 상기 접촉부를 벽으로 삼아 형성되는 외주부가압챔버를 포함하되,
    상기 외주부가압챔버 내의 유체압력이 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체압력보다 클 때는 상기 외주부가압챔버 내의 유체가 상기 외주부의 내측면 쪽으로 흐르는 것이 억제되지만, 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체압력이 상기 외주부가압챔버 내의 유체압력보다 클 때는 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체가 상기 외주부가압챔버 내로 흐를 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  2. 제 1항에서,
    상기 외주부의 내측면으로부터 내측 방향으로 연장되는 수용보조플랩을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  3. 제 1항에서,
    상기 베이스 하부에 연결되는 플랩상부, 상기 플랩상부로부터 아래로 연장되는 플랩측부, 및 상기 플랩측부 하단에서 내측 방향으로 연장되는 플랩하부를 구비하는 접촉플랩을 더 포함하되,
    상기 접촉플랩은 열린 구조로서 상기 외주부의 내측으로 이웃하여 상기 플랩측부가 상기 접촉대응구조와 접촉하고 상기 플랩하부는 상기 외주부와 인접한 밑판과 접촉함으로써 상기 접촉플랩 내측으로부터 상기 외주부가압챔버 쪽으로의 유체 흐름을 억제하도록 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  4. 제 1항에서,
    상기 외주부의 내측으로 이웃하며 상기 베이스 하부에 연결되어 독립적으로 유체를 공급받아 팽창하되 외측 방향 팽창은 상기 접촉대응구조에 의해 억제되고 내측 방향 팽창은 상기 베이스에 연결된 장벽구조에 의해 억제되어 상기 밑판의 소정 영역과 접촉함으로써 압력을 인가할 수 있는 블래더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  5. 제 4항에서
    상기 블래더의 내측으로 이웃하며 상기 베이스 하부에 연결되는 플랩상부, 상기 플랩상부로부터 아래로 연장되는 플랩측부, 및 상기 플랩측부 하단에서 내측 방향으로 연장되는 플랩하부를 구비하는 접촉플랩을 더 포함하되,
    상기 접촉플랩은 열린 구조로서 상기 플랩측부가 상기 장벽구조에 접촉하고 상기 플랩하부는 상기 블래더와 인접한 밑판과 접촉함으로써 상기 접촉플랩 내측으로부터 상기 블래더 쪽으로의 유체 흐름을 억제하도록 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  6. 화학기계적연마장치용 캐리어헤드로서,
    베이스;
    기판을 수용하는 외부면과 상기 외부면 반대쪽의 내부면을 포함하는 밑판, 상기 밑판의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부, 상기 외주부의 외측으로부터 갈라져 나와 상기 베이스 하부에 연결되는 체결부, 그리고 상기 외주부의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부를 구비하되, 상기 외주부와 상기 내부면이 만나는 코너에 돌출구조가 형성된 것을 특징으로 하는 기판수용부재;
    상기 베이스 하부에 연결되어 상기 접촉부와의 접촉면을 제공하는 접촉대응구조; 및
    상기 접촉부가 유체압력에 의해 상기 접촉대응구조에 밀착됨으로써 상기 체결부 및 상기 접촉부를 벽으로 삼아 형성되는 외주부가압챔버를 포함하되,
    상기 외주부가압챔버 내의 유체압력이 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체압력보다 클 때는 상기 외주부가압챔버 내의 유체가 상기 외주부의 내측면 쪽으로 흐르는 것이 억제되지만, 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체압력이 상기 외주부가압챔버 내의 유체압력보다 클 때는 상기 외주부의 내측면에 작용하는 유체가 상기 외주부가압챔버 내로 흐를 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  7. 제 6항에서,
    상기 돌출구조는 상기 외주부에 인가된 압력을 분산할 수 있도록 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  8. 제 6항에서,
    상기 베이스 하부에 연결되는 플랩상부, 상기 플랩상부로부터 아래로 연장되는 플랩측부, 및 상기 플랩측부 하단에서 내측 방향으로 연장되는 플랩하부를 구비하는 접촉플랩을 더 포함하되,
    상기 접촉플랩은 열린 구조로서 상기 외주부의 내측으로 이웃하여 상기 플랩측부가 상기 접촉대응구조와 접촉하고 상기 플랩하부는 상기 돌출구조와 접촉함으로써 상기 접촉플랩 내측으로부터 상기 외주부가압챔버 쪽으로의 유체 흐름을 억제하도록 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  9. 제 6항에서,
    상기 외주부의 내측으로 이웃하며 상기 베이스 하부에 연결되어 독립적으로 유체를 공급받아 팽창하되 외측 방향 팽창은 상기 접촉대응구조에 의해 억제되고 내측 방향 팽창은 상기 베이스에 연결된 장벽구조에 의해 억제되며 상기 돌출구조와 접촉함으로써 압력을 인가할 수 있는 블래더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  10. 제 9항에서
    상기 블래더의 내측으로 이웃하며 상기 베이스 하부에 연결되는 플랩상부, 상기 플랩상부로부터 아래로 연장되는 플랩측부, 및 상기 플랩측부 하단에서 내측 방향으로 연장되는 플랩하부를 구비하는 접촉플랩을 더 포함하되,
    상기 접촉플랩은 열린 구조로서 상기 플랩측부가 상기 장벽구조에 접촉하고 상기 플랩하부는 상기 블래더와 인접한 밑판과 접촉함으로써 상기 접촉플랩 내측으로부터 상기 블래더 쪽으로의 유체 흐름을 억제하도록 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  11. 제 6항에서,
    상기 외주부의 내측으로 이웃하며 상기 베이스 하부에 연결되어 독립적으로 유체를 공급받아 팽창하되 외측 방향 팽창은 상기 접촉대응구조에 의해 억제되고 내측 방향 팽창은 상기 베이스에 연결된 장벽구조에 의해 억제되며 상기 돌출구조와 접촉함으로써 압력을 인가할 수 있는 제 1 블래더와;
    상기 제 1 블래더 내측으로 이웃하며 상기 베이스 하부에 연결되어 독립적으로 유체를 공급받아 팽창하되 내측 및 외측 방향 팽창이 상기 장벽구조에 의해 억제되어 상기 밑판의 소정 영역과 접촉함으로써 압력을 인가할 수 있는 제 2 블래더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어헤드.
  12. 화학기계적연마장치 캐리어헤드용 기판수용부재로서,
    기판을 수용하는 외부면과 상기 외부면 반대쪽의 내부면을 포함하는 밑판;
    상기 밑판의 가장자리로부터 높이 방향으로 연장되는 외주부;
    상기 외주부의 외측으로부터 갈라져 나온 체결부; 및
    상기 외주부의 내측으로부터 갈라져 나온 접촉부를 포함하되,
    상기 외주부와 상기 내부면이 만나는 코너에 상기 외주부에 인가된 압력을 분산할 수 있도록 돌출구조가 형성된 것을 특징으로 하는 기판수용부재.
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