KR102057833B1 - Membrane in carrier head for chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 기판을 연마 패드에 가압하는 캐리어 헤드에 장착되는 멤브레인은, 서로 다른 두께를 가지며 기판에 접촉되는 복수개의 가압판부를 포함하며 가요성 재질로 형성된 바닥판과, 복수개의 가압판부를 구획하도록 바닥판의 상면에 연장 형성되는 격벽을 포함하는 것에 의하여, 바닥판의 들뜸 현상을 현상을 최소화할 수 있으며, 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a membrane of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus and a carrier head having the same, wherein the membrane mounted on the carrier head for pressing the substrate to the polishing pad during the chemical mechanical polishing process has a different thickness and contacts the substrate. By including a plurality of pressure plate portion and the bottom plate formed of a flexible material and the partition wall is formed on the upper surface of the bottom plate to partition the plurality of pressure plate portion, it is possible to minimize the phenomenon of lifting the bottom plate, An advantageous effect of accurately controlling the pressing force applied to the substrate can be obtained.

Description

연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드{MEMBRANE IN CARRIER HEAD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}Membrane of carrier head for polishing device and carrier head having same {MEMBRANE IN CARRIER HEAD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판에 대한 멤브레인의 들뜸 현상을 현상을 최소화하고, 기판의 연마량을 정확하게 제어할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus and a carrier head having the same. More specifically, the chemical mechanical and mechanical properties capable of minimizing the phenomenon of lifting the membrane against a substrate and precisely controlling the polishing amount of the substrate. A membrane of a carrier head for a polishing apparatus and a carrier head having the same.

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) device is used for planarization and circuit formation to remove the height difference between the cell area and the peripheral circuit area due to irregularities on the wafer surface that is repeatedly generated during masking, etching, and wiring processes during semiconductor device manufacturing. In order to improve the surface roughness of the wafer due to contact / wiring film separation and highly integrated device, the device is used to precisely polish the surface of the wafer.

이러한 CMP 장치에 있어서, 캐리어 헤드는 연마공정 전후에 웨이퍼의 연마 면이 연마 패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 가압하여 연마 공정을 행하도록 하고, 동시에 연마 공정이 종료되면 웨이퍼를 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 파지한 상태로 그 다음 공정으로 이동한다. In such a CMP apparatus, the carrier head presses the wafer to perform the polishing process with the polishing surface of the wafer facing the polishing pad before and after the polishing process, and at the same time, when the polishing process is completed, the wafer is directly and indirectly. It moves to the next process in the state of holding by vacuum adsorption and holding.

도 1은 캐리어 헤드(1)의 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(1)는 본체(110)와, 본체(110)와 함께 회전하는 베이스(120)와, 베이스(120)를 둘러싸는 링 형태로 상하 이동 가능하게 장착되어 베이스(120)와 함께 회전하는 리테이너링(130)과, 베이스(120)에 고정되어 베이스(120)와의 사이 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하는 탄성 재질의 멤브레인(140)과, 공압 공급로(155)를 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)로 공기를 넣거나 빼면서 압력을 조절하는 압력 제어부(150)로 구성된다. 1 is a schematic view of a carrier head 1. As shown in FIG. 1, the carrier head 1 is mounted to the main body 110, the base 120 which rotates together with the main body 110, and the vertical movement in the form of a ring surrounding the base 120. Retaining ring 130 that rotates with the base 120 and the membrane of elastic material fixed to the base 120 to form the pressure chamber (C1, C2, C3, C4, C5) in the space between the base 120 140 and a pressure control unit 150 for adjusting the pressure while the air is put into or out of the pressure chamber (C1, C2, C3, C4, C5) through the pneumatic supply passage (155).

탄성 재질의 멤브레인(140)은 웨이퍼(W)를 가압하는 평탄한 바닥판(141)의 가장자리 끝단에 측면(142)이 절곡 형성된다. 멤브레인(140)의 중앙부 끝단(140a)은 베이스(120)에 고정되어 웨이퍼(W)를 직접 흡입하는 흡입공(77)이 형성된다. 멤브레인(150)의 중앙부에 흡입공이 형성되지 않고 웨이퍼(W)를 가압하는 면으로 형성될 수도 있다. 멤브레인(140)의 중심으로부터 측면(142)의 사이에는 베이스(120)에 고정되는 링 형태의 격벽(143)이 다수 형성되어, 격벽(143)을 기준으로 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 동심원 형태로 배열된다.In the elastic membrane 140, the side surface 142 is bent at the edge end of the flat bottom plate 141 which presses the wafer W. The central end 140a of the membrane 140 is fixed to the base 120 to form a suction hole 77 for directly sucking the wafer (W). The suction hole may not be formed in the central portion of the membrane 150, and may be formed as a surface for pressing the wafer W. A plurality of ring-shaped partition walls 143 are formed between the center of the membrane 140 and the side surface 142 to be fixed to the base 120, and thus, a plurality of pressure chambers C1, C2, and C3 are defined based on the partition walls 143. , C4, C5) are arranged in concentric circles.

이에 따라, 화학 기계적 연마 공정 중에 압력 조절부(150)로부터 인가되는 공압에 의하여 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 팽창하면서, 멤브레인 바닥판(141)을 통해 웨이퍼(W)의 판면을 가압한다.Accordingly, the pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5 are expanded by the pneumatic pressure applied from the pressure regulating unit 150 during the chemical mechanical polishing process, and thus the wafer W may be moved through the membrane bottom plate 141. Pressurize the plate surface.

이와 동시에, 본체(110) 및 베이스(120)와 함께 회전하는 리테이너 링(130)의 저면(130s)도 연마 패드(11)를 가압하면서 회전함으로써, 리테이너 링(130)에 의하여 둘러싸인 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(1)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지한다.At the same time, the bottom surface 130s of the retainer ring 130, which rotates together with the main body 110 and the base 120, also rotates while pressing the polishing pad 11, whereby the wafer W surrounded by the retainer ring 130 Is prevented from escaping out of the carrier head 1.

한편, 멤브레인(140)이 웨이퍼(W)에 접촉된 상태로 연마 공정이 진행되는 동안에 멤브레인(140)이 웨이퍼로부터 이격되면, 웨이퍼(W)에 정확한 가압력을 인가하기 어렵기 때문에, 웨이퍼(W)의 연마량을 정확하게 제어하기 어렵고, 웨이퍼(W)의 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 연마 공정 중에는 웨이퍼(W)와 멤브레인(140)의 접촉 상태가 안정적으로 유지될 수 있어야 한다.On the other hand, if the membrane 140 is spaced apart from the wafer during the polishing process while the membrane 140 is in contact with the wafer W, it is difficult to apply the correct pressing force to the wafer W, so that the wafer W It is difficult to accurately control the amount of polishing, and there is a problem that the polishing uniformity of the wafer W is lowered. Therefore, the polishing state of the wafer W and the membrane 140 should be stably maintained during the polishing process.

그러나, 기존에는 압력 챔버의 사이즈(멤브레인의 반경 방향을 따른 길이)와 무관하게 멤브레인의 바닥판이 전체적으로 일정한 두께로 형성됨에 따라, 복수개의 압력 챔버 구간 중 사이즈가 작은 압력 챔버 구간에서는 들뜸 현상이 발생되는 문제점이 있다.However, conventionally, as the bottom plate of the membrane is formed to have a uniform thickness regardless of the size of the pressure chamber (the length along the radial direction of the membrane), the lifting phenomenon occurs in the small pressure chamber section among the plurality of pressure chamber sections. There is a problem.

다시 말해서, 압력 챔버에 압력이 인가되면, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 구획하는 격벽(143)에서 변형(팽창 변형)이 발생함과 동시에, 격벽(143)의 하단에 연결된 바닥판(141)에서도 변형이 발생됨에 따라, 바닥판(141) 부위가 웨이퍼(W)로부터 이격되는 들뜸 현상이 발생하게 된다. 이때, 도 2와 같이, 복수개의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5) 구간 중 사이즈가 큰 압력 챔버 구간(L1)에서는 바닥판(141)의 들뜸 현상(141a)이 발생하더라도, 압력 챔버(C3)에 인가되는 압력(P3)에 의해 들뜬 바닥판(큰 사이즈의 바닥판)(141)이 눌려지며 웨이퍼(W)에 밀착될 수 있다. 그런데, 도 3과 같이, 복수개의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5) 구간 중 사이즈가 작은 압력 챔버 구간(L2)에서 들뜸 현상(웨이퍼에 대해 바닥판이 이격되는 현상)(141')이 발생하는 경우에는, 들뜸 변형된 바닥판(작은 사이즈의 바닥판)(141)이 상대적으로 높은 강성(사이즈가 큰 압력 챔버 구간에서 들뜸 변형된 바닥판보다 높은 강성)을 가짐으로 인하여, 압력 챔버(C5)에 압력(P5)이 인가되고 있음에도 불구하고 들뜬 바닥판(141)이 눌려지기 어려운 문제점이 있으며, 이에 따라 들뜸 현상이 유지되는 문제점이 있다. 특히, 이러한 바닥판의 들뜸 현상(141')은, 작은 사이즈의 압력 챔버가 형성되는 바닥판의 최외곽 가장자리 영역에서 빈번하게 발생한다.In other words, when pressure is applied to the pressure chamber, deformation (expansion deformation) occurs in the partition wall 143 partitioning the pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5, and at the bottom of the partition wall 143 As deformation occurs in the connected bottom plate 141, the lifting phenomenon in which the portion of the bottom plate 141 is spaced apart from the wafer W occurs. In this case, as shown in FIG. 2, even when the lifting phenomenon 141a of the bottom plate 141 occurs in the pressure chamber section L1 having a larger size among the plurality of pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5, the pressure is increased. Due to the pressure P3 applied to the chamber C3, the excited bottom plate (large size bottom plate) 141 is pressed and may be in close contact with the wafer W. FIG. However, as shown in FIG. 3, a lifting phenomenon (a phenomenon in which the bottom plate is separated from the wafer) in the pressure chamber section L2 having a smaller size among the plurality of pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5 sections 141 ′. In this case, the pressure deformed bottom plate (small size bottom plate) 141 has a relatively high rigidity (higher rigidity than the lifted deformed bottom plate in a large pressure chamber section), so that the pressure chamber Even though the pressure P5 is applied to C5, the excited bottom plate 141 is difficult to be pressed, and thus there is a problem in that the lifting phenomenon is maintained. In particular, the lifting phenomenon 141 ′ of the bottom plate frequently occurs in the outermost edge region of the bottom plate in which a pressure chamber of a small size is formed.

이와 같이, 바닥판(141)의 들뜸 현상(141')이 유지되면, 바닥판(141)의 일부 부위가 웨이퍼로부터 이격된 비접촉 상태로 배치되기 때문에, 바닥판(141)에 의한 가압력이 웨이퍼(W)에 인가되지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 들뜸 현상(141')이 발생된 부위에서는 웨이퍼(W)를 의도한 가압력으로 정확하게 가압할 수 없기 때문에, 웨이퍼(W)의 연마량을 정확하게 제어하기 어렵고, 웨이퍼(W)의 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있다.As such, when the lifting phenomenon 141 ′ of the bottom plate 141 is maintained, since a part of the bottom plate 141 is disposed in a non-contact state spaced apart from the wafer, the pressing force by the bottom plate 141 is applied to the wafer ( There is a problem that W) is not authorized. Therefore, since the wafer W cannot be pressurized accurately at the intended pressing force at the site where the lifting phenomenon 141 'has occurred, it is difficult to accurately control the amount of polishing of the wafer W, and the polishing uniformity of the wafer W is There is a problem of deterioration.

이를 위해, 최근에는 연마 공정 중에 멤브레인의 바닥판의 들뜸 현상을 최소하고 멤브레인을 기판에 밀착시키기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.To this end, in recent years, various studies have been made to minimize the lifting phenomenon of the bottom plate of the membrane and to closely adhere the membrane to the substrate during the polishing process, but the development thereof is still insufficient.

본 발명은 기판의 연마량을 정확하게 제어하고, 연마 균일도를 높일 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a membrane of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus capable of precisely controlling the polishing amount of a substrate and increasing polishing uniformity, and a carrier head having the same.

특히, 본 발명은 기판에 대한 멤브레인의 들뜸 현상을 현상을 최소화할 수 있으며, 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.In particular, it is an object of the present invention to minimize the phenomenon of lifting the membrane against the substrate, and to accurately control the pressing force applied to the substrate.

또한, 본 발명은 기판의 가장자리 영역에서의 연마 품질을 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Moreover, an object of this invention is to make it possible to raise the grinding | polishing quality in the edge area | region of a board | substrate.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마 공정 중에 기판을 연마 패드에 가압하는 캐리어 헤드에 장착되는 멤브레인은, 서로 다른 두께를 가지며 기판에 접촉되는 복수개의 가압판부를 포함하며 가요성 재질로 형성된 바닥판과, 복수개의 가압판부를 구획하도록 바닥판의 상면에 연장 형성되는 격벽을 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, a membrane mounted on a carrier head for pressing a substrate to a polishing pad during a chemical mechanical polishing process, the plurality of membranes having a different thickness and in contact with the substrate A bottom plate including a pressure plate portion and formed of a flexible material, and a partition wall extending on the upper surface of the bottom plate to partition the plurality of pressure plate portion.

이는, 화학 기계적 연마 공정 중에 바닥판의 들뜸 현상을 현상을 최소화하고, 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하기 위함이다.This is to minimize the phenomenon of lifting the bottom plate during the chemical mechanical polishing process, and to accurately control the pressing force applied to the substrate.

특히, 본 발명은 바닥판을 구성하는 복수개의 가압판부가 서로 다른 두께를 가지도록 하는 것에 의하여, 기판에 대한 바닥판의 들뜸 현상을 현상을 최소화할 수 있으며, 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In particular, the present invention by minimizing the phenomenon of lifting the bottom plate against the substrate by having a plurality of pressure plate constituting the bottom plate having a different thickness, it is advantageous to accurately control the pressing force applied to the substrate The effect can be obtained.

즉, 압력 챔버에 압력이 인가되면, 압력 챔버를 구획하는 격벽에서 변형(팽창 변형)이 발생함과 동시에, 격벽의 하단에 연결된 바닥판에서도 변형이 발생됨에 따라, 바닥판 부위가 기판으로부터 이격되는 들뜸 현상이 발생하게 된다. 이때, 복수개의 압력 챔버 구간 중 사이즈가 큰 압력 챔버 구간에서는 바닥판의 들뜸 현상이 발생하더라도, 압력 챔버에 인가되는 압력에 의해 들뜬 바닥판(큰 사이즈의 바닥판)이 눌려지며 기판에 밀착될 수 있다. 그런데, 복수개의 압력 챔버 구간 중 사이즈가 작은 압력 챔버 구간에서 들뜸 현상(기판에 대해 바닥판이 이격되는 현상)이 발생하는 경우에는, 들뜸 변형된 바닥판(작은 사이즈의 바닥판)이 상대적으로 높은 강성(사이즈가 큰 압력 챔버 구간에서 들뜸 변형된 바닥판보다 높은 강성)을 가짐으로 인하여, 압력 챔버에 압력이 인가되고 있음에도 불구하고 들뜬 바닥판이 눌려지기 어려운 문제점이 있으며, 이에 따라 들뜸 현상이 유지되는 문제점이 있다. 더욱이, 바닥판의 들뜸 현상이 유지(압력 챔버에 압력이 인가되고 있음에도 불구하고 들뜬 바닥판이 눌려지지 않는 현상이 유지)되면, 바닥판의 일부 부위가 웨이퍼로부터 이격된 비접촉 상태로 배치되기 때문에, 바닥판에 의한 가압력이 웨이퍼에 인가되지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 들뜸 현상이 발생된 부위에서는 웨이퍼를 의도한 가압력으로 정확하게 가압할 수 없기 때문에, 웨이퍼의 연마량을 정확하게 제어하기 어렵고, 웨이퍼의 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있다.That is, when pressure is applied to the pressure chamber, deformation (expansion deformation) occurs in the partition wall partitioning the pressure chamber, and deformation occurs in the bottom plate connected to the bottom of the partition wall, so that the bottom plate portion is separated from the substrate. Lifting phenomenon will occur. At this time, in the pressure chamber section having a larger size among the plurality of pressure chamber sections, even if the bottom plate is lifted up, the excited floor plate (large size bottom plate) may be pressed by the pressure applied to the pressure chamber and may be in close contact with the substrate. have. By the way, when the lifting phenomenon (the phenomenon that the bottom plate is separated from the substrate) occurs in the small pressure chamber section among the plurality of pressure chamber sections, the lifted deformed bottom plate (small size bottom plate) has a relatively high rigidity. Due to the (higher rigidity than the deformed bottom plate in the large pressure chamber section), even though the pressure is applied to the pressure chamber, there is a problem that the excited bottom plate is difficult to be pressed, thereby maintaining the lifting phenomenon There is this. Moreover, when the lifting phenomenon of the bottom plate is maintained (a phenomenon in which the excited bottom plate is not pressed despite the pressure applied to the pressure chamber is maintained), a part of the bottom plate is placed in a non-contact state spaced apart from the wafer, so that the bottom There is a problem that the pressing force by the plate is not applied to the wafer. Therefore, since the wafer cannot be pressurized accurately at the intended pressing force at the site where the floating phenomenon has occurred, it is difficult to accurately control the amount of polishing of the wafer and there is a problem that the polishing uniformity of the wafer is lowered.

하지만, 본 발명에서는 바닥판을 형성하는 복수개의 가압판부 중 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 가압판부의 두께를 얇게 형성하는 것에 의하여, 보다 구체적으로, 제1가압판부보다 작은 사이즈를 갖는 제2가압판부를 제1가압판부보다 얇은 두께로 형성하는 것에 의하여, 제2가압판부의 강성을 낮출 수 있으므로, 제2가압판부의 들뜸 변형이 발생하더라도, 제2가압판부의 상부에 인가되는 압력만으로 제2가압판부를 눌러주어 제2가압판부를 기판에 밀착시킬 수 있으며, 제2가압판부를 통해 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, in the present invention, the thickness of the pressure plate portion having a relatively small size among the plurality of pressure plate portions forming the bottom plate is formed to be thin, and more specifically, the second pressure plate portion having a smaller size than the first pressure plate portion may be formed. Since the rigidity of the second pressurizing plate portion can be lowered by forming a thickness smaller than that of the pressing plate portion, even if the floating deformation of the second pressing plate portion occurs, the second pressing plate portion is pressed by pressing only the pressure applied to the upper portion of the second pressing plate portion. The part can be brought into close contact with the substrate, and an advantageous effect of accurately controlling the pressing force applied to the substrate through the second pressing plate portion can be obtained.

바람직하게, 바닥판을 형성하는 복수개의 가압판부 중 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 가압판부라 함은, 바닥판을 형성하는 복수개의 가압판부 중 각 가압판부를 구획하는 격벽의 두께의 3배 이하의 길이를 갖는 가압판부(예를 들어, 제2가압판부)로 정의된다. 이는, 가압판부의 폭(바닥판의 반경 방향을 따른 길이)이 격벽의 두께의 3배 이하로 형성되는 경우에만, 들뜸 현상이 유지된다는 것에 기인한 것으로서, 제1가압판부보다 얇게 형성되는 제2가압판부의 요건이 격벽의 두께의 3배 이하의 폭을 갖는 것을 만족해야 하는 것으로 이해된다. 보다 구체적으로, 제2가압판부의 제2폭은 격벽의 두께의 3배 이하의 길이를 갖는다. 일 예로, 격벽의 두께가 1㎜이고, 제2가압판부의 제2폭이 3㎜ 이하인 조건을 만족하면, 제2가압판부는 제1가압판부보다 얇은 두께로 형성된다.Preferably, the pressure plate portion having a relatively small size among the plurality of pressure plate portions forming the bottom plate has a length of three times or less the thickness of the partition wall partitioning each pressure plate portion among the plurality of pressure plate portions forming the bottom plate. It is defined as a pressure plate portion (for example, the second pressure plate portion). This is due to the fact that the lifting phenomenon is maintained only when the width (length along the radial direction of the bottom plate) of the pressure plate portion is formed to be three times or less the thickness of the partition wall, and the second pressure plate formed thinner than the first pressure plate portion. It is understood that negative requirements should be satisfied to have a width no greater than three times the thickness of the partition wall. More specifically, the second width of the second pressing plate portion has a length no greater than three times the thickness of the partition wall. For example, when the thickness of the partition wall is 1 mm and the second width of the second pressure plate part satisfies a condition of 3 mm or less, the second pressure plate part is formed to have a thickness smaller than that of the first pressure plate part.

바람직하게, 제2가압판부의 두께는 제1가압판부의 두께의 0.3~0.6배로 형성된다. 즉, 제2가압판부의 두께가 제1가압판부의 두께의 0.3배보다 낮으면, 제2가압판부가 균일한 평탄도를 갖도록 가공하기 어렵고 내구성이 저하되는 문제점이 있다. 이와 반대로, 제2가압판부의 두께가 제1가압판부의 두께의 0.6배보다 높으면, 제2가압판부의 강성 때문에 들뜸 현상이 유지될 수 있다. 따라서, 제2가압판부의 두께는 제1가압판부의 두께의 0.3~0.6배로 형성되는 것이 바람직하다.Preferably, the thickness of the second pressing plate portion is 0.3 to 0.6 times the thickness of the first pressing plate portion. That is, when the thickness of the second pressure plate portion is less than 0.3 times the thickness of the first pressure plate portion, there is a problem that the second pressure plate portion is difficult to process to have a uniform flatness and durability is lowered. On the contrary, when the thickness of the second pressing plate portion is higher than 0.6 times the thickness of the first pressing plate portion, the lifting phenomenon may be maintained due to the rigidity of the second pressing plate portion. Therefore, it is preferable that the thickness of the second pressure plate portion is 0.3 to 0.6 times the thickness of the first pressure plate portion.

또한, 멤브레인의 가공 특성 및 내구성을 고려하여 제2가압판부는 0.6㎜ 이상의 두께를 갖도록 형성된다. 즉, 제2가압판부가 0.6㎜ 보다 얇은 두께로 형성되면, 사출 가공 특성상 제2가압판부가 균일한 평탄도를 가지기 어렵고, 내구성이 약화되기 때문에, 제2가압판부는 0.6㎜ 이상의 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.In addition, in consideration of processing characteristics and durability of the membrane, the second pressing plate portion is formed to have a thickness of 0.6 mm or more. That is, when the second pressure plate portion is formed to a thickness thinner than 0.6mm, it is preferable that the second pressure plate portion is formed to have a thickness of 0.6 mm or more because the second pressure plate portion is difficult to have a uniform flatness and the durability is weakened due to the injection processing characteristics. Do.

바람직하게, 제2가압판부은 제2가압판부의 휨 변형이 발생된 상태에서 제2가압판부의 상부에 인가되는 압력에 의해 강제적으로 눌려질 수 있는 강성을 갖도록 형성된다.Preferably, the second pressure plate portion is formed to have rigidity that can be forcibly pressed by the pressure applied to the upper portion of the second pressure plate portion in the state where the bending deformation of the second pressure plate portion occurs.

또한, 제2가압판부는, 복수개의 가압판부 중 기판의 반경 방향을 따라 최외곽에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2가압판부는, 바닥판의 반경 방향을 따라 바닥판의 가장자리 끝단으로부터 30㎜ 이내인 가장자리 영역에 배치된다.In addition, the second pressing plate part may be disposed at the outermost side in the radial direction of the substrate among the plurality of pressing plate parts. More specifically, the second pressing plate portion is disposed in the edge region within 30 mm from the edge end of the bottom plate along the radial direction of the bottom plate.

이와 같이, 바닥판의 가장자리 영역에 배치되는 제2가압판부의 두께를 얇게 형성하는 것에 의하여, 바닥판의 가장자리 영역에서 제2가압판부를 기판에 밀착시킬 수 있으므로, 바닥판의 가장자리 영역에서 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 바닥판의 가장자리 영역에 배치되는 제2가압판부의 제2폭을 좁게(격벽의 두께의 3배 이하의 길이) 형성하는 것에 의하여, 멤브레인의 둘레 가장자리에 형성되는 측면(미도시)을 통해 제2가압판부로 전달되는 가압력이 바닥판의 중앙부 측으로 전달되는 것을 차단하고, 바닥판에 주름이 발생하는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In this way, by forming the thickness of the second pressure plate portion disposed in the edge region of the bottom plate thinly, the second pressure plate portion can be brought into close contact with the substrate in the edge region of the bottom plate, so that the second pressure plate portion is applied to the substrate in the edge region of the bottom plate. An advantageous effect of accurately controlling the pressing force can be obtained. Furthermore, by forming the second width of the second pressure plate portion disposed in the edge region of the bottom plate narrowly (three times less than the thickness of the partition wall), the second width of the second pressure plate portion is formed through the side surface (not shown) formed at the peripheral edge of the membrane. The pressing force transmitted to the pressure plate portion can be prevented from being transmitted to the center portion of the bottom plate, it is possible to obtain an advantageous effect of minimizing the generation of wrinkles on the bottom plate.

본 발명의 다른 바람직한 분야에 따르면, 화학 기계적 연마 공정 중에 기판을 연마 패드에 가압하는 캐리어 헤드는, 캐리어 헤드 본체와; 서로 다른 두께를 가지며 기판에 접촉되는 복수개의 가압판부를 포함하며 가요성 재질로 형성된 바닥판과, 복수개의 가압판부를 구획하도록 바닥판의 상면에 연장 형성되는 격벽을 구비하며, 캐리어 헤드 본체의 저면에 장착되는 멤브레인을 포함한다.According to another preferred aspect of the present invention, a carrier head for pressing a substrate to a polishing pad during a chemical mechanical polishing process includes: a carrier head body; A bottom plate formed of a flexible material and a partition wall extending on an upper surface of the bottom plate to partition the plurality of pressure plate parts, the bottom plate formed of a flexible material and having a different thickness and contacting the substrate; And a membrane.

이와 같이, 바닥판을 구성하는 복수개의 가압판부가 서로 다른 두께를 가지도록 하는 것에 의하여, 기판에 대한 바닥판의 들뜸 현상을 현상을 최소화할 수 있으며, 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, the plurality of pressure plate portions constituting the bottom plate may have different thicknesses, thereby minimizing the phenomenon of lifting of the bottom plate against the substrate, and advantageously controlling the pressing force applied to the substrate accurately. You can get it.

무엇보다도, 바닥판을 형성하는 복수개의 가압판부 중 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 가압판부의 두께를 얇게 형성하는 것에 의하여, 보다 구체적으로, 제1가압판부보다 작은 사이즈를 갖는 제2가압판부를 제1가압판부보다 얇은 두께로 형성하는 것에 의하여, 제2가압판부의 강성을 낮출 수 있으므로, 제2가압판부의 들뜸 변형이 발생하더라도, 제2가압판부의 상부에 인가되는 압력만으로 제2가압판부를 눌러주어 제2가압판부를 기판에 밀착시킬 수 있으며, 제2가압판부를 통해 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.Above all, by forming a thinner thickness of the pressure plate portion having a relatively smaller size among the plurality of pressure plate portions forming the bottom plate, more specifically, the second pressure plate portion having a smaller size than the first pressure plate portion, the first pressure plate portion By forming a thinner thickness, the rigidity of the second pressure plate portion can be lowered. Therefore, even if the floating deformation of the second pressure plate portion occurs, the second pressure plate portion is pressed by pressing the second pressure plate portion only by the pressure applied to the upper portion of the second pressure plate portion. It can be in close contact with, and the advantageous effect of accurately controlling the pressing force applied to the substrate through the second pressure plate portion can be obtained.

특히, 바닥판을 형성하는 복수개의 가압판부 중 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 가압판부라 함은, 바닥판을 형성하는 복수개의 가압판부 중 각 가압판부를 구획하는 격벽의 두께의 3배 이하의 길이를 갖는 가압판부(예를 들어, 제2가압판부)로 정의된다. 일 예로, 격벽의 두께가 1㎜이고, 제2가압판부의 제2폭이 3㎜ 이하인 조건을 만족하면, 제2가압판부는 제1가압판부보다 얇은 두께로 형성된다.In particular, the pressure plate portion having a relatively small size among the plurality of pressure plate portions forming the bottom plate is a pressure plate having a length not more than three times the thickness of the partition wall partitioning each pressure plate portion among the plurality of pressure plate portions forming the bottom plate. It is defined as a part (for example, a 2nd press plate part). For example, when the thickness of the partition wall is 1 mm and the second width of the second pressure plate part satisfies a condition of 3 mm or less, the second pressure plate part is formed to have a thickness smaller than that of the first pressure plate part.

바람직하게, 제2가압판부의 두께는 제1가압판부의 두께의 0.3~0.6배로 형성된다. 또한, 멤브레인의 가공 특성 및 내구성을 고려하여 제2가압판부는 0.6㎜ 이상의 두께를 갖도록 형성된다. 더욱 바람직하게, 제2가압판부은 제2가압판부의 휨 변형이 발생된 상태에서 제2가압판부의 상부에 인가되는 압력에 의해 강제적으로 눌려질 수 있는 강성을 갖도록 형성된다.Preferably, the thickness of the second pressing plate portion is 0.3 to 0.6 times the thickness of the first pressing plate portion. In addition, in consideration of processing characteristics and durability of the membrane, the second pressing plate portion is formed to have a thickness of 0.6 mm or more. More preferably, the second pressure plate portion is formed to have rigidity that can be forcibly pressed by the pressure applied to the upper portion of the second pressure plate portion in the state where the bending deformation of the second pressure plate portion is generated.

또한, 제2가압판부는, 복수개의 가압판부 중 기판의 반경 방향을 따라 최외곽에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2가압판부는, 바닥판의 반경 방향을 따라 바닥판의 가장자리 끝단으로부터 30㎜ 이내인 가장자리 영역에 배치된다.In addition, the second pressing plate part may be disposed at the outermost side in the radial direction of the substrate among the plurality of pressing plate parts. More specifically, the second pressing plate portion is disposed in the edge region within 30 mm from the edge end of the bottom plate along the radial direction of the bottom plate.

아울러, 캐리어 헤드 본체는 멤브레인이 장착 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 캐리어 헤드 본체의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.In addition, the carrier head body may be provided in various structures in which the membrane can be mounted, and the present invention is not limited or limited by the structure of the carrier head body.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 화학 기계적 연마 공정 중에 바닥판의 들뜸 현상을 현상을 최소화하고, 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, an advantageous effect of minimizing the phenomenon of lifting the bottom plate during the chemical mechanical polishing process and precisely controlling the pressing force applied to the substrate can be obtained.

특히, 본 발명에 따르면, 바닥판을 구성하는 복수개의 가압판부가 서로 다른 두께를 가지도록 하는 것에 의하여, 기판에 대한 바닥판의 들뜸 현상을 현상을 최소화할 수 있으며, 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In particular, according to the present invention, by having a plurality of pressure plate portion constituting the bottom plate having a different thickness, it is possible to minimize the phenomenon of the lifting of the bottom plate to the substrate, and to accurately control the pressing force applied to the substrate It is possible to obtain an advantageous effect.

무엇보다도, 본 발명에 따르면, 바닥판을 형성하는 복수개의 가압판부 중 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 가압판부의 두께를 얇게 형성하는 것에 의하여, 보다 구체적으로, 제1가압판부보다 작은 사이즈를 갖는 제2가압판부를 제1가압판부보다 얇은 두께로 형성하는 것에 의하여, 제2가압판부의 강성을 낮출 수 있으므로, 제2가압판부의 들뜸 변형이 발생하더라도, 제2가압판부의 상부에 인가되는 압력만으로 제2가압판부를 눌러주어 제2가압판부를 기판에 밀착시킬 수 있으며, 제2가압판부를 통해 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.First of all, according to the present invention, the thickness of the pressure plate portion having a relatively small size among the plurality of pressure plate portions forming the bottom plate, by forming a thinner, more specifically, the second pressure plate having a smaller size than the first pressure plate portion Since the stiffness of the second pressure plate portion can be lowered by forming the portion to a thickness thinner than that of the first pressure plate portion, the second pressure plate portion can be pressed only by the pressure applied to the upper portion of the second pressure plate portion, even if the floating deformation of the second pressure plate portion occurs. The second pressing plate portion can be brought into close contact with the substrate, and an advantageous effect of accurately controlling the pressing force applied to the substrate through the second pressing plate portion can be obtained.

또한, 본 발명에 따르면 바닥판의 가장자리 영역에 배치된 가압판부의 두께를 얇게 형성하는 것에 의하여, 기판의 가장자리의 연마량의 조절을 보다 정확하고 정교하게 행할 수 있으며, 기판의 가장자리 영역에서의 연마 품질을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다. Further, according to the present invention, by forming a thinner thickness of the pressure plate portion disposed in the edge region of the bottom plate, it is possible to more precisely and precisely control the amount of polishing of the edge of the substrate, and the polishing quality in the edge region of the substrate. It is possible to obtain an advantageous effect of increasing the.

또한, 본 발명에 따르면 바닥판의 일부 영역의 두께를 다르게(작게) 하는 것에 의하여 바닥판의 들뜸 현상을 억제할 수 있기 때문에, 기존 설비에서 사용하던 멤브레인을 폐기하지 않고 다시 재활용하여 변경된 멤브레인(두께 차이로 인해 들뜸 억제 기능을 갖는 멤브레인)으로서 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 기존 설비에서 사용하던 멤브레인을 재사용할 수 있기 때문에, 멤브레인의 교체 장착에 따른 비용을 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, since the floating phenomenon of the bottom plate can be suppressed by varying the thickness of a portion of the bottom plate (smaller), the membrane used in the existing equipment is recycled again without being discarded. Due to the difference, it is possible to use it as a membrane having a lifting inhibitory function). Therefore, since the membrane used in the existing facility can be reused, it is possible to obtain an advantageous effect of reducing the cost of replacing and mounting the membrane.

도 1은 종래의 캐리어 헤드를 도시한 반단면도,
도 2는 도 1의 'A'부분의 확대도,
도 3은 도 1의 'B'부분의 확대도,
도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드를 도시한 단면도,
도 5는 도 4의 'C'부분의 확대도,
도 6 및 도 7은 도 5의 제2가압판부의 작동 구조를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인을 도시한 단면도이다.1 is a half sectional view showing a conventional carrier head;
2 is an enlarged view of a portion 'A' of FIG. 1,
3 is an enlarged view of a portion 'B' of FIG. 1,
4 is a cross-sectional view showing a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention;
5 is an enlarged view of a portion 'C' of FIG. 4,
6 and 7 are views for explaining the operation structure of the second pressing plate of Figure 5,
8 is a cross-sectional view showing a membrane of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited or limited by the embodiments. For reference, in the present description, the same numbers refer to substantially the same elements, and may be described by referring to the contents described in the other drawings under these rules, and the contents determined to be obvious to those skilled in the art or repeated may be omitted.

도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 4의 'C'부분의 확대도이며, 도 6 및 도 7은 도 5의 제2가압판부의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 8은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인을 도시한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention, FIG. 5 is an enlarged view of a portion 'C' of FIG. 4, and FIGS. 6 and 7 are operating structures of the second press plate part of FIG. 5. A diagram for explaining. 8 is a cross-sectional view showing a membrane of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention.

도 4 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(100)는, 캐리어 헤드 본체(101)와; 서로 다른 두께를 가지며 기판에 접촉되는 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)를 포함하며 가요성 재질로 형성된 바닥판(141)과, 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)를 구획하도록 바닥판(141)의 상면에 연장 형성되는 격벽(143)을 구비하며, 캐리어 헤드 본체(101)의 저면에 장착되는 멤브레인(140)을; 포함한다.4 to 7, the carrier head 100 for a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention comprises: a carrier head body 101; A bottom plate 141 formed of a flexible material, including a plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e having different thicknesses and contacting the substrate, and a plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, A membrane 143 having a partition 143 extending on an upper surface of the bottom plate 141 to partition 141d and 141e, the membrane 140 being mounted on a bottom surface of the carrier head body 101; Include.

참고로, 캐리어 헤드(100)는 거치대(미도시)로부터 기판(W)을 로딩 받은 후, 연마 정반(미도시) 상에 제공되는 연마 패드(미도시) 상면에 슬러리가 공급되는 상태에서 기판(W)을 가압하여 화학 기계적 연마 공정을 수행하도록 제공되며, 연마 패드 및 슬러리를 이용한 화학 기계적 연마 공정이 끝난 후에는 기판(W)을 세정 장치로 이송한다.For reference, the carrier head 100 receives a substrate (W) from a holder (not shown), and then the substrate (in a state in which a slurry is supplied to an upper surface of a polishing pad (not shown) provided on a polishing plate (not shown). W) is pressurized to provide a chemical mechanical polishing process, and after the chemical mechanical polishing process using the polishing pad and slurry is completed, the substrate W is transferred to the cleaning apparatus.

본 발명에서 기판(W)이라 함은 연마 패드 상에 연마될 수 있는 연마대상물로 이해될 수 있으며, 기판(W)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기판(W)으로서는 웨이퍼가 사용될 수 있다.In the present invention, the substrate W may be understood as a polishing object that may be polished on a polishing pad, and the present invention is not limited or limited by the type and characteristics of the substrate W. FIG. For example, a wafer may be used as the substrate W.

보다 구체적으로, 캐리어 헤드 본체(101)는, 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하는 본체(110)와, 본체(110)와 연결되어 함께 회전하는 베이스(120)를 포함한다.More specifically, the carrier head body 101 includes a main body 110 connected to the drive shaft (not shown) to rotate, and a base 120 connected to the main body 110 to rotate together.

본체(110)는 도면에 도시되지 않은 구동 샤프트에 상단이 결합되어 회전 구동된다. 참고로, 본 발명의 실시예에서는 본체(110)가 단 하나의 몸체로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 2개 이상의 몸체를 결합하여 본체를 구성하는 것도 가능하다.The main body 110 is rotationally driven by coupling an upper end to a drive shaft not shown in the figure. For reference, in the exemplary embodiment of the present invention, the main body 110 is described as an example in which only one body is formed. However, in some cases, the main body 110 may be configured by combining two or more bodies.

베이스(120)는 본체(110)에 대하여 동축 상에 정렬되도록 배치되며, 본체(110)와 함께 회전하도록 연결 결합되어, 본체(110)와 함께 회전한다.The base 120 is disposed to be coaxially aligned with respect to the main body 110, and is coupled to rotate together with the main body 110 to rotate together with the main body 110.

또한, 캐리어 헤드 본체(101)에는 화학 기계적 연마 공정 중에 기판의 이탈을 구속하는 리테이너 링(130)이 장착된다.In addition, the carrier head body 101 is equipped with a retainer ring 130 that restrains the separation of the substrate during the chemical mechanical polishing process.

도 8을 참조하면, 멤브레인(140)은 캐리어 헤드 본체(101)의 저면에 장착되며, 기판(W)을 연마 패드에 가압하도록 구성된다.Referring to FIG. 8, the membrane 140 is mounted on the bottom of the carrier head body 101 and is configured to press the substrate W to the polishing pad.

보다 구체적으로, 멤브레인(140)는, 복수개의 가압판부로 이루어진 바닥판(141)과, 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)를 구획하도록 바닥판(141)의 상면에 연장 형성되어 복수개의 압력 챔버(C1~C5)를 형성하는 격벽(143)을 포함하며, 탄성 가요성 소재(예를 들어, 폴리우레탄)로 형성된다.More specifically, the membrane 140 is formed to extend on the top surface of the bottom plate 141 so as to partition the bottom plate 141 consisting of a plurality of pressure plate portions and the plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e. And a partition wall 143 that forms a plurality of pressure chambers C1 to C5, and is formed of an elastic flexible material (for example, polyurethane).

복수개의 압력 챔버(C1~C5)에는 각각 압력을 측정하기 위한 압력센서가 제공될 수 있다. 각 압력 챔버(C1~C5)의 압력은 압력제어부(195)에 의한 제어에 의해 개별적으로 조절될 수 있으며, 각 압력 챔버(C1~C5)의 압력을 조절하여 각 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)가 기판을 가압하는 압력을 개별적으로 조절할 수 있다.Each of the plurality of pressure chambers C1 to C5 may be provided with a pressure sensor for measuring pressure. Pressure of each pressure chamber (C1 ~ C5) can be individually controlled by the control by the pressure control unit 195, by adjusting the pressure of each pressure chamber (C1 ~ C5), each pressure plate portion (141a, 141b, 141c) , 141d and 141e may individually adjust the pressure for pressing the substrate.

바닥판(141)을 형성하는 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)의 갯수 및 사이즈는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이하에서는 바닥판(141)이 5개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)로 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 4개 이상 또는 6개 이상의 가압판부를 포함하여 바닥판을 구성하는 것도 가능하다.The number and size of the pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e forming the bottom plate 141 may be variously changed according to required conditions and design specifications. Hereinafter, the bottom plate 141 will be described with an example consisting of five pressing plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e. In some cases, the bottom plate may be configured by including four or more pressure plate parts.

격벽(143)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)를 구획하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 격벽(143)은 링 형태로 형성되어 기판(W)의 반경 방향을 따라 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)를 구획하며, 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)는 링 형태로 형성된다. 경우에 따라서는 복수개의 가압판부가 격자 형태 또는 여타 다른 형태로 구획되도록 구성하는 것도 가능하다.The partition wall 143 may be configured to partition the pressing plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e in various forms according to required conditions and design specifications. Preferably, the partition wall 143 is formed in a ring shape to partition the plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e along the radial direction of the substrate W, and the plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e are formed in a ring shape. In some cases, the plurality of pressure plate portions may be configured to be partitioned in a lattice form or other form.

이때, 바닥판(141)을 구성하는 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e) 중 적어도 하나 이상의 가압판부(예를 들어, 141e)는 나머지 다른 가압판(141a~141d)과 서로 다른 두께를 갖도록 형성된다.At this time, at least one or more pressure plate portions (for example, 141e) of the plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e constituting the bottom plate 141 are different from the other pressure plates 141a to 141d. It is formed to have a thickness.

보다 구체적으로, 바닥판(141)은, 기판의 제1구간을 가압하는 제1가압판부(141d)와, 제1가압판부(141d)와 다른 두께를 가지며 기판의 제2구간을 가압하는 제2가압판부(141e)를 포함한다.More specifically, the bottom plate 141 has a thickness different from that of the first pressing plate portion 141d for pressing the first section of the substrate and the first pressing plate portion 141d and for pressing the second section of the substrate. It includes the pressure plate portion 141e.

바람직하게, 제1가압판부(141d)와 제2가압판부(141e) 중 상대적으로 사이즈가 작은 어느 하나가 나머지 다른 하나보다 얇은 두께를 갖도록 형성된다. 일 예로, 기판(W)의 반경 방향을 따른 제2가압판부(141e)의 제2폭(LB)은, 기판(W)의 반경 방향을 따른 제1가압판부(141d)의 제1폭(L1)에 비하여 더 작게 형성되되, 제1가압판부(141d)보다 작은 사이즈를 갖는 제2가압판부(141e)는 제1가압판부(141d)보다 얇은 두께로 형성된다.Preferably, one of the first pressing plate 141d and the second pressing plate 141e having a smaller size is formed to have a thickness smaller than the other. For example, the second width LB of the second pressure plate portion 141e along the radial direction of the substrate W is the first width L1 of the first pressure plate portion 141d along the radial direction of the substrate W. FIG. The second pressing plate portion 141e having a smaller size than the first pressing plate portion 141d is formed to have a thickness thinner than that of the first pressing plate portion 141d.

이와 같이, 바닥판(141)을 형성하는 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e) 중 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 가압판부(예를 들어, 141e)의 두께를 얇게 형성하는 것에 의하여, 기판(W)에 대한 바닥판(141)의 들뜸 현상을 현상을 최소화할 수 있으며, 기판(W)에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As such, by forming a thinner thickness of the pressure plate portion (for example, 141e) having a relatively smaller size among the plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e forming the bottom plate 141. As a result, the phenomenon of lifting the bottom plate 141 against the substrate W may be minimized, and an advantageous effect of precisely controlling the pressing force applied to the substrate W may be obtained.

즉, 압력 챔버(C1~C5)에 압력이 인가되면, 압력 챔버(C1~C5)를 구획하는 격벽(143)에서 변형(팽창 변형)이 발생함과 동시에, 격벽(143)의 하단에 연결된 바닥판(141)에서도 변형이 발생됨에 따라, 바닥판(141) 부위가 기판으로부터 이격되는 들뜸 현상이 발생하게 된다. 이때, 복수개의 압력 챔버 구간 중 사이즈가 큰 압력 챔버 구간에서는 바닥판의 들뜸 현상이 발생하더라도, 압력 챔버에 인가되는 압력에 의해 들뜬 바닥판(큰 사이즈의 바닥판)이 눌려지며 기판에 밀착될 수 있다.(도 2 참조) 그런데, 복수개의 압력 챔버 구간 중 사이즈가 작은 압력 챔버 구간에서 들뜸 현상(기판에 대해 바닥판이 이격되는 현상)이 발생하는 경우에는, 들뜸 변형된 바닥판(작은 사이즈의 바닥판)이 상대적으로 높은 강성(사이즈가 큰 압력 챔버 구간에서 들뜸 변형된 바닥판보다 높은 강성)을 가짐으로 인하여, 압력 챔버에 압력이 인가되고 있음에도 불구하고 들뜬 바닥판이 눌려지기 어려운 문제점이 있으며, 이에 따라 들뜸 현상이 유지되는 문제점이 있다. 더욱이, 바닥판의 들뜸 현상이 유지(압력 챔버에 압력이 인가되고 있음에도 불구하고 들뜬 바닥판이 눌려지지 않는 현상이 유지)되면, 바닥판의 일부 부위가 웨이퍼로부터 이격된 비접촉 상태로 배치되기 때문에, 바닥판에 의한 가압력이 웨이퍼에 인가되지 못하는 문제점이 있다. 따라서, 들뜸 현상이 발생된 부위에서는 웨이퍼를 의도한 가압력으로 정확하게 가압할 수 없기 때문에, 웨이퍼의 연마량을 정확하게 제어하기 어렵고, 웨이퍼의 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있다.That is, when pressure is applied to the pressure chambers C1 to C5, deformation (expansion deformation) occurs in the partition walls 143 partitioning the pressure chambers C1 to C5, and the bottom connected to the bottom of the partition walls 143. As the deformation occurs in the plate 141, the lifting phenomenon in which the bottom plate 141 is spaced apart from the substrate occurs. At this time, in the pressure chamber section having a larger size among the plurality of pressure chamber sections, even if the bottom plate is lifted up, the excited floor plate (large size bottom plate) may be pressed by the pressure applied to the pressure chamber and may be in close contact with the substrate. (See FIG. 2) However, when a lifting phenomenon (a phenomenon in which the bottom plate is separated from the substrate) occurs in the smaller pressure chamber section among the plurality of pressure chamber sections, the bottom plate which is deformed and lifted (small size bottom) Since the plate) has a relatively high rigidity (higher rigidity than the bottom plate deformed and deformed in a large pressure chamber section), the extruded bottom plate is difficult to be pressed despite the pressure applied to the pressure chamber. Accordingly, there is a problem that the lifting phenomenon is maintained. Moreover, when the lifting phenomenon of the bottom plate is maintained (a phenomenon in which the excited bottom plate is not pressed despite the pressure applied to the pressure chamber is maintained), a part of the bottom plate is placed in a non-contact state spaced apart from the wafer, so that the bottom There is a problem that the pressing force by the plate is not applied to the wafer. Therefore, since the wafer cannot be pressurized accurately at the intended pressing force at the site where the floating phenomenon has occurred, it is difficult to accurately control the amount of polishing of the wafer and there is a problem that the polishing uniformity of the wafer is lowered.

하지만, 본 발명에서는 바닥판(141)을 형성하는 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e) 중 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)의 두께를 얇게 형성하는 것에 의하여, 보다 구체적으로, 제1가압판부(141d)보다 작은 사이즈를 갖는 제2가압판부(141e)를 제1가압판부(141d)보다 얇은 두께로 형성하는 것에 의하여, 제2가압판부(141e)의 강성을 낮출 수 있으므로, 제2가압판부(141e)의 들뜸 변형이 발생하더라도, 제2가압판부(141e)의 상부에 인가되는 압력(P5)만으로 제2가압판부(141e)를 눌러주어 제2가압판부(141e)를 기판에 밀착시킬 수 있으며, 제2가압판부(141e)를 통해 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.However, in the present invention, the thicknesses of the pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e having a relatively small size among the plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e forming the bottom plate 141. To form a thinner, more specifically, by forming a second pressure plate portion 141e having a size smaller than the first pressure plate portion 141d to a thickness thinner than the first pressure plate portion 141d, Since the rigidity of the portion 141e can be lowered, even if the floating deformation of the second pressure plate portion 141e occurs, only the pressure P5 applied to the upper portion of the second pressure plate portion 141e is applied to the second pressure plate portion 141e. By pressing, the second pressing plate portion 141e may be brought into close contact with the substrate, and an advantageous effect of precisely controlling the pressing force applied to the substrate through the second pressing plate portion 141e may be obtained.

바람직하게, 바닥판(141)을 형성하는 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e) 중 상대적으로 작은 사이즈를 갖는 가압판부(141e)라 함은, 바닥판(141)을 형성하는 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e) 중 각 가압판부를 구획하는 격벽(143)의 두께(TB)의 3배 이하의 길이를 갖는 가압판부(예를 들어, 제2가압판부)(141e)로 정의된다. 이는, 가압판부(141e)의 폭(바닥판의 반경 방향을 따른 길이)(LB)이 격벽(143)의 두께(TB)의 3배 이하로 형성되는 경우에만, 들뜸 현상이 유지된다는 것에 기인한 것으로서, 제1가압판부(141d)보다 얇게 형성되는 제2가압판부(141e)의 요건이 격벽(143)의 두께(TB)의 3배 이하의 폭을 갖는 것을 만족해야 하는 것으로 이해된다. 보다 구체적으로, 제2가압판부(141e)의 제2폭(LB)은 격벽(143)의 두께(TB)의 3배 이하의 길이를 갖는다. 일 예로, 격벽(143)의 두께(TB)가 1㎜이고, 제2가압판부(141e)의 제2폭(LB)이 3㎜ 이하인 조건을 만족하면, 제2가압판부(141e)는 제1가압판부(141d)보다 얇은 두께(T2〈 T1)로 형성된다.Preferably, the pressure plate portion 141e having a relatively small size among the plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e forming the bottom plate 141 may form the bottom plate 141. Pressure plate portion (for example, second pressure plate portion) having a length not more than three times the thickness TB of partition wall 143 partitioning each of the pressure plate portions among the plurality of pressure plate portions 141a, 141b, 141c, 141d, and 141e. Defined as 141e. This is due to the fact that the lifting phenomenon is maintained only when the width (length along the radial direction of the bottom plate) LB of the pressure plate portion 141e is formed to be three times or less of the thickness TB of the partition wall 143. It is understood that the requirement of the second pressure plate portion 141e, which is formed thinner than the first pressure plate portion 141d, should satisfy the width of not more than three times the thickness TB of the partition wall 143. More specifically, the second width LB of the second pressing plate part 141e has a length that is three times or less than the thickness TB of the partition wall 143. For example, when the thickness TB of the partition wall 143 is 1 mm and the second width LB of the second pressure plate part 141e is 3 mm or less, the second pressure plate part 141e may have a first thickness. It is formed to a thickness T2 < T1 that is thinner than the pressure plate portion 141d.

또한, 제1가압판부(141d)에 대한 제2가압판부(141e)의 두께 비율은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.In addition, the thickness ratio of the second pressing plate portion 141e to the first pressing plate portion 141d may be variously changed according to required conditions and design specifications.

바람직하게, 제2가압판부(141e)의 두께(T2)는 제1가압판부(141d)의 두께(T1)의 0.3~0.6배로 형성된다. 즉, 제2가압판부(141e)의 두께(T2)가 제1가압판부(141d)의 두께(T1)의 0.3배보다 낮으면, 제2가압판부(141e)가 균일한 평탄도를 갖도록 가공하기 어렵고 내구성이 저하되는 문제점이 있다. 이와 반대로, 제2가압판부(141e)의 두께(T2)가 제1가압판부(141d)의 두께(T1)의 0.6배보다 높으면, 제2가압판부(141e)의 강성 때문에 들뜸 현상이 유지될 수 있다. 따라서, 제2가압판부(141e)의 두께(T2)는 제1가압판부(141d)의 두께(T1)의 0.3~0.6배로 형성되는 것이 바람직하다. 일 예로, 제1가압판부(141d)는 1~2㎜의 두께로 형성될 수 있다.Preferably, the thickness T2 of the second pressure plate portion 141e is 0.3 to 0.6 times the thickness T1 of the first pressure plate portion 141d. That is, when the thickness T2 of the second pressing plate portion 141e is lower than 0.3 times the thickness T1 of the first pressing plate portion 141d, the second pressing plate portion 141e may be processed to have a uniform flatness. There is a problem in that the durability is difficult. On the contrary, if the thickness T2 of the second pressing plate portion 141e is higher than 0.6 times the thickness T1 of the first pressing plate portion 141d, the lifting phenomenon may be maintained due to the rigidity of the second pressing plate portion 141e. have. Therefore, the thickness T2 of the second pressing plate portion 141e is preferably formed to be 0.3 to 0.6 times the thickness T1 of the first pressing plate portion 141d. For example, the first pressing plate portion 141d may be formed to a thickness of 1 to 2 mm.

또한, 멤브레인(140)의 가공 특성 및 내구성을 고려하여 제2가압판부(141e)는 0.6㎜ 이상의 두께(T2)를 갖도록 형성된다. 즉, 제2가압판부(141e)가 0.6㎜ 보다 얇은 두께로 형성되면, 사출 가공 특성상 제2가압판부(141e)가 균일한 평탄도를 가지기 어렵고, 내구성이 약화되기 때문에, 제2가압판부(141e)는 0.6㎜ 이상의 두께(T2)를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.In addition, in consideration of processing characteristics and durability of the membrane 140, the second pressure plate part 141e is formed to have a thickness T2 of 0.6 mm or more. That is, when the second pressure plate portion 141e is formed to a thickness thinner than 0.6 mm, the second pressure plate portion 141e does not have uniform flatness due to the injection processing characteristics, and durability is weakened. ) Is preferably formed to have a thickness T2 of 0.6 mm or more.

바람직하게, 제2가압판부(141e)은 제2가압판부(141e)의 휨 변형이 발생된 상태에서 제2가압판부(141e)의 상부에 인가되는 압력에 의해 강제적으로 눌려질 수 있는 강성을 갖도록 형성된다. 이때, 제2가압판부(141e)의 강성은 제2가압판부(141e)의 두께에 따라 정해질 수 있으나, 경우에 따라서는 제2가압판부(멤브레인)의 재질을 달리하여 강성을 조절하는 것도 가능하다.Preferably, the second pressure plate portion 141e has a rigidity that can be forcibly pressed by a pressure applied to the upper portion of the second pressure plate portion 141e in a state where the bending deformation of the second pressure plate portion 141e occurs. Is formed. In this case, the rigidity of the second pressure plate portion 141e may be determined according to the thickness of the second pressure plate portion 141e, but in some cases, the rigidity may be adjusted by changing the material of the second pressure plate portion (membrane). Do.

또한, 제2가압판부(141e)는, 복수개의 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e) 중 기판의 반경 방향을 따라 최외곽에 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2가압판부(141e)는, 바닥판(141)의 반경 방향을 따라 바닥판(141)의 가장자리 끝단으로부터 30㎜ 이내인 가장자리 영역(도 5의 EZ 참조)에 배치된다.In addition, the second pressing plate part 141e may be disposed at the outermost side of the plurality of pressing plate parts 141a, 141b, 141c, 141d and 141e along the radial direction of the substrate. More specifically, the second pressing plate portion 141e is disposed in an edge region (see EZ in FIG. 5) within 30 mm from the edge end of the bottom plate 141 along the radial direction of the bottom plate 141.

이와 같이, 바닥판(141)의 가장자리 영역(EZ)에 배치되는 제2가압판부(141e)의 두께를 얇게 형성하는 것에 의하여, 바닥판(141)의 가장자리 영역(EZ)에서 제2가압판부(141e)를 기판(W)에 밀착시킬 수 있으므로, 바닥판(141)의 가장자리 영역(EZ)에서 기판(W)에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 바닥판(141)의 가장자리 영역(EZ)에 배치되는 제2가압판부(141e)의 제2폭(LB)을 좁게(격벽의 두께의 3배 이하의 길이) 형성하는 것에 의하여, 멤브레인(140)의 둘레 가장자리에 형성되는 측면(미도시)을 통해 제2가압판부(141e)로 전달되는 가압력이 바닥판(141)의 중앙부 측으로 전달되는 것을 차단하고, 바닥판(141)에 주름이 발생하는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.As described above, the thickness of the second pressing plate portion 141e disposed in the edge region EZ of the bottom plate 141 is made thin so that the second pressing plate portion (from the edge region EZ of the bottom plate 141 is formed). Since 141e can be brought into close contact with the substrate W, an advantageous effect of accurately controlling the pressing force applied to the substrate W in the edge region EZ of the bottom plate 141 can be obtained. Furthermore, by forming the second width LB of the second pressure plate portion 141e disposed in the edge region EZ of the bottom plate 141 narrowly (the length of three times or less of the thickness of the partition wall), the membrane ( The pressing force transmitted to the second pressure plate portion 141e is prevented from being transferred to the center portion of the bottom plate 141 through a side surface (not shown) formed at the circumferential edge of the 140, and wrinkles occur in the bottom plate 141. The beneficial effect of minimizing the work can be obtained.

참고로, 본 발명의 실시예에서는 제2가압판부(141e)가 복수개의 가압판부 중 기판의 반경 방향을 따라 최외곽에 배치된 예를 들어 설명하고 있지만, 제2가압판부의 폭이 격벽의 두께의 3배 이하의 길이를 갖는 경우라면, 제2가압판부가 바닥판의 반경 방향을 따라 배치되는 복수개의 가압판부 중 중간 위치에 배치되거나 여타 다른 위치에 배치되는 것도 가능하다.For reference, in the exemplary embodiment of the present invention, the second pressure plate portion 141e is described with an example of being disposed at the outermost side in the radial direction of the substrate among the plurality of pressure plate portions, but the width of the second pressure plate portion is the thickness of the partition wall. In the case of having a length of 3 times or less, it is also possible for the second pressure plate portion to be disposed at an intermediate position or other positions among the plurality of pressure plate portions arranged along the radial direction of the bottom plate.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and modified within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below. It will be appreciated that it can be changed.

100 : 캐리어 헤드
101 : 캐리어 헤드 본체
110 : 본체
120 : 베이스
130 : 리테이너 링
140 : 멤브레인
141 : 바닥판
141a,141b,141c,141d,141e : 가압판부
143 : 격벽100: carrier head
101: carrier head body
110: body
120: base
130: retainer ring
140: membrane
141: bottom plate
141a, 141b, 141c, 141d and 141e: the pressure plate portion
143: bulkhead

Claims (20)

연마 공정 중에 기판을 연마 패드에 가압하는 캐리어 헤드에 장착되는 멤브레인으로서,
상기 연마 공정 중에 상기 기판과 접촉하고 가요성 재질로 형성된 바닥판과;
상기 바닥판의 상면으로부터 링 형태로 연장 형성되어, 상기 기판의 상기 바닥판을 반경 바깥 방향으로 복수의 가압판부로 구획하되, 반경 방향으로 순차적으로 배치된 제1가압판부와 제2가압판부를 포함하는 복수의 가압판부로 상기 바닥판을 구획하는 격벽을;
포함하되, 상기 제2가압판부는 상기 바닥판의 최외측에 배치되지 아니하고, 상기 제2가압판부의 제2폭은 상기 제1가압판부의 제1폭에 비하여 더 작게 형성되고, 상기 제2가압판부는 상기 제1가압판부에 비하여 두께가 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
A membrane mounted to a carrier head that presses a substrate onto a polishing pad during a polishing process,
A bottom plate in contact with the substrate during the polishing process and formed of a flexible material;
Is formed extending from the upper surface of the bottom plate in the form of a ring, the bottom plate of the substrate divided into a plurality of pressure plate portion in the radially outward direction, including a plurality of first pressure plate portion and the second pressure plate portion disposed sequentially in the radial direction A partition wall partitioning the bottom plate with a pressing plate part;
Including, the second pressure plate portion is not disposed on the outermost side of the bottom plate, the second width of the second pressure plate portion is formed smaller than the first width of the first pressure plate portion, the second pressure plate portion the first Membrane of the carrier head for a polishing apparatus, characterized in that the thickness is formed smaller than the pressure plate portion.
제1항에 있어서,
상기 제2가압판부의 상기 제2폭은 상기 격벽의 두께의 3배 이하의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
The method of claim 1,
And said second width of said second pressing plate portion has a length no greater than three times the thickness of said partition wall.
제2항에 있어서,
상기 격벽의 두께는 1㎜이고, 상기 제2가압판부의 상기 제2폭은 3㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
The method of claim 2,
The membrane has a thickness of 1 mm, and the second width of the second pressure plate is 3 mm or less.
제2항에 있어서,
상기 제2가압판부의 두께는 상기 제1가압판부의 두께의 0.3~0.6배로 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
The method of claim 2,
Membrane of the carrier head for a polishing apparatus, characterized in that the thickness of the second pressing plate portion is 0.3 to 0.6 times the thickness of the first pressing plate portion.
제2항에 있어서,
상기 제2가압판부는 0.6㎜ 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
The method of claim 2,
The membrane of the carrier head for the polishing apparatus, characterized in that the second pressing plate portion has a thickness of 0.6 mm or more.
제1항에 있어서,
상기 제2가압판부은, 상기 제2가압판부의 휨 변형이 발생된 상태에서 상기 제2가압판부의 상부에 인가되는 압력에 의해 강제적으로 눌려질 수 있는 강성을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
The method of claim 1,
The second press plate portion, the carrier for a chemical mechanical polishing device, characterized in that it has a rigidity that can be forcibly pressed by the pressure applied to the upper portion of the second press plate in a state in which the bending deformation of the second press plate portion occurs. Membrane of the head.
연마 공정 중에 기판을 연마 패드에 가압하는 캐리어 헤드로서,
캐리어 헤드 본체와;
상기 캐리어 헤드 본체의 저면에 장착되는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인을;
포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드.
A carrier head for pressing a substrate to a polishing pad during a polishing process,
A carrier head body;
A membrane according to any one of claims 1 to 6 mounted on a bottom of the carrier head body;
Carrier head for polishing apparatus comprising a.
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