KR102071240B1 - 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인에 관한 것으로, 바닥판의 반경 방향을 따라 제1격벽의 외측에 배치되는 제2격벽을 제1격벽과 다른 두께로 형성하는 것에 의하여, 연마량 편차를 최소화하고, 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인{CARRIER HEAD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND MEMBRANE USING THE SAME}
본 발명은 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인에 관한 것으로, 보다 구체적으로 연마량 편차를 최소화하고, 연마 품질을 향상시킬 수 있는 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인에 관한 것이다.
화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 연마층이 구비된 반도체 제작을 위한 웨이퍼와 연마 정반의 사이에 슬러리를 공급한 상태로 상대 회전시킴으로써 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정이다.
도 1을 참조하면, 화학 기계적 연마 장치(1)는, 연마정반(10)의 상면에 연마패드(11)를 배치시킨 상태로 자전시키면서, 캐리어 헤드(20)로 기판(W)를 연마패드(11)의 표면에 가압하면서 회전시켜, 기판(W)의 표면을 평탄하게 연마한다. 이를 위하여, 연마패드(11)의 표면이 일정한 상태로 유지되도록 연마패드(11)의 표면을 개질하는 컨디셔너(30)가 구비되고, 연마패드(11)의 표면에는 화학적 연마를 수행하는 슬러리가 슬러리 공급관(40)을 통해 공급된다.
도 2를 참조하면, 캐리어 헤드(20)는 본체부(22)와, 본체부(22)와 함께 회전하는 베이스부(24)와, 베이스부(24)를 둘러싸는 링 형태로 상하 이동 가능하게 장착되어 베이스부(24)와 함께 회전하는 리테이너링(26)과, 베이스부(24)에 고정되어 베이스부(24)와의 사이 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하는 탄성 재질의 멤브레인(28)을 포함한다.
멤브레인(28)은 웨이퍼(W)의 판면에 접촉되는 바닥판(28a)과, 링 형태를 갖도록 바닥판(28a)의 상면에 연장 형성되어 독립적으로 구획된 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하는 복수개의 격벽(28b-1~28b-4)을 포함한다.
화학 기계적 연마 공정 중에 압력 조절부(미도시)로부터 인가되는 공압에 의하여 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 팽창하면서, 멤브레인(28)의 바닥판(28a)을 통해 웨이퍼(W)의 판면을 가압한다.
이와 동시에, 본체부(110) 및 베이스부(120)와 함께 회전하는 리테이너 링(130)의 저면도 연마 패드(11)를 가압하면서 회전함으로써, 리테이너 링(130)에 의하여 둘러싸인 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(1)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지한다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 멤브레인(140)이 웨이퍼(W)에 접촉된 상태로 연마 공정이 행해지는 중에, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5) 간의 압력 차이가 발생하게 되면, 격벽(28b-1~28b-4)의 외주면을 따라 원주응력(예를 들어, б1,б2)(hoop stress)이 발생하게 된다.
격벽(28b-1~28b-4)에 작용하는 원주응력이라 함은, 격벽(28b-1~28b-4)이 바닥판(28a)의 반경 방향을 따라 팽창(인장)됨에 따라 격벽(28b-1~28b-4)에 작용하는 인장 응력을 의미하며, 하기 [수학식 1]을 통해 산출된다.
[수학식 1]
б1(б2)=P*D/2t
(여기서, P는 격벽의 내주면에 가해지는 압력, D는 격벽의 지름, t는 격벽의 두께이다.)
이와 같이, 격벽(28b-1~28b-4)에 작용하는 원주응력은 격벽(28b-1~28b-4)의 지름(D)의 사이즈에 따라 달라지게 되므로, 각 격벽(28b-1~28b-4)에 작용하는 원주응력(예를 들어,б1,б2)을 서로 균일하게 하기 위해서는 격벽(28b)의 지름(D) 사이즈에 따라 격벽(28b-1~28b-4)의 두께(t)가 달라져야 한다.
그러나, 기존에는 격벽(28b-1~28b-4)의 지름의 사이즈와 무관하게 각 격벽(28b-1~28b-4)이 모두 동일한 두께(t)로 형성됨에 따라, 각 격벽(28b-1~28b-4)마다 서로 다른 크기의 원주 응력(예를 들어,б1 〉б2)이 작용함으로 인해, 각 격벽(28b-1~28b-4)에서(또는 격벽에 인접한 영역에서)의 웨이퍼(W) 연마량 편차가 발생되고 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있다.
예를 들어, 도 3을 참조하면, 제3격벽(28b-3)이 제2격벽(28b-2)보다 큰 지름을 갖는데도 불구하고, 제2격벽(28b-2)과 제3격벽(28b-3)이 서로 동일한 두께로 형성됨에 따라, 제3격벽(28b-3)에 작용하는 원주 응력(б2)은 제2격벽(28b-2)에 작용하는 원주 응력(б1) 보다 크게 된다.
이와 같이, 제2격벽(28b-2)과 제3격벽(28b-3)에 작용하는 원주 응력의 편차가 발생함에 따라, 제2격벽(28b-2)에서 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력(P2)과 제3격벽(28b-3)에서 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력(P1)의 편차가 발생하여, 도 5와 같이, 제2격벽(28b-2) 부위와 제3격벽(28b-3)에서의 연마량 편차(ΔRR)가 발생하므로, 웨이퍼(W)의 연마 프로파일을 정확하게 제어하기 어렵고, 웨이퍼(W)의 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있다.
이를 위해, 최근에는 연마 공정 중에 연마량 편차를 최소화하고, 연마 품질을 향상시키기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기판의 연마량을 정확하게 제어하고, 연마 균일도를 높일 수 있는 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이에 사용되는 멤브레인를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 멤브레인의 격벽에서의 연마량을 균일하게 제어하고, 기판의 연마 프로파일을 정확하게 제어할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하고, 연마 품질을 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 기판을 가압하는 바닥판과, 바닥판의 상면에 연장 형성되며 제1두께를 갖는 제1격벽과, 제1격벽의 외측에 배치되고 바닥판의 상면에 연장 형성되며 제1두께와 다른 제2두께를 갖는 제2격벽을 포함하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인을 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 연마량을 정확하게 제어하고, 연마 균일도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 격벽의 지름이 증가함에 대응하여 격벽의 두께를 두껍게 형성하여, 서로 다른 지름을 갖는 격벽별로 원주응력을 균일하게 유지할 수 있으므로, 격벽에서의 연마량을 균일하게 제어하고, 기판의 연마 프로파일을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판에 인가되는 가압력을 정확하게 제어하고, 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 화학 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 도면,
도 2는 종래의 화학 기계적 연마 장치로서, 캐리어 헤드를 설명하기 위한 단면도,
도 3은 도 2의 'A'부분의 확대도,
도 4는 멤브레인의 격벽에 작용하는 원주응력을 설명하기 위한 도면,
도 5는 종래의 화학 기계적 연마 장치로서, 멤브레인의 영역별 기판의 연마량을 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 연마 장치용 캐리어 헤드를 설명하기 위한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 연마 장치용 캐리어 헤드로서, 멤브레인을 설명하기 위한 저면도,
도 8은 도 6의 'B'부분의 확대도,
도 9는 본 발명에 따른 연마 장치용 캐리어 헤드로서, 멤브레인의 영역별 기판의 연마량을 설명하기 위한 도면이다.
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.
도 6은 본 발명에 따른 연마 장치용 캐리어 헤드를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 연마 장치용 캐리어 헤드로서, 멤브레인을 설명하기 위한 저면도이며, 도 8은 도 6의 'B'부분의 확대도이다. 또한, 도 9는 본 발명에 따른 연마 장치용 캐리어 헤드로서, 멤브레인의 영역별 기판의 연마량을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(120)는, 캐리어 헤드 본체(121)와; 바닥판(162)의 상면에 연장 형성되며 제1두께를 갖는 제1격벽(164a)과, 제1격벽(164a)의 외측에 배치되고 바닥판(162)의 상면에 연장 형성되며 제1두께(t1)보다 두꺼운 제2두께(t2)를 갖는 제2격벽(164b)을 구비하는 멤브레인(160)을; 포함한다.
이는, 연마 공정 중에 기판(W)의 연마량을 정확하게 제어하고, 연마 균일도를 향상시키기 위함이다.
즉, 격벽에 인접한 압력 챔버 간의 압력 편차가 발생하면, 격벽에 원주응력이 작용하게 된다. 이때, 격벽의 지름의 사이즈와 무관하게 각 격벽이 모두 동일한 두께로 형성되면, 각 격벽마다 서로 다른 크기의 원주 응력이 작용함으로 인해, 각 격벽에서(또는 격벽에 인접한 영역에서)의 기판의 연마량 편차가 발생되고 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있다. 예를 들어, 제1격벽(164a)과 제2격벽(164b)에 작용하는 원주 응력의 편차가 발생하면, 제1격벽(164a)에서 기판을 가압하는 가압력과 제2격벽(164b)에서 기판을 가압하는 가압력의 편차가 발생하므로, 기판의 연마 프로파일을 정확하게 제어하기 어렵고, 기판의 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 격벽(164a,164b,164c,164d)의 지름에 따라 격벽(164a,164b,164c,164d)의 두께를 다르게 형성하는 것에 의하여, 격벽(164a,164b,164c,164d)에 각각 작용하는 원주응력(б1,б2,б3,б4)을 균일하게 유지할 수 있으므로, 격벽(164a,164b,164c,164d)에서의 연마량을 균일하게 제어하고, 기판(W)의 연마 프로파일을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도 본 발명은 제1격벽(164a)보다 큰 지름을 갖는 제2격벽(164b)의 제2두께(t2)를 제1격벽(164a)의 제1두께(t1)보다 두껍게 형성하는 것에 의하여, 제1격벽(164a)과 제2격벽(164b)에 작용하는 원주응력을 균일하게 유지하고, 기판(W)의 연마량을 균일하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 캐리어 헤드(120)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.
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.
캐리어 헤드 본체(121)는 멤브레인(160)이 장착 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 캐리어 헤드 본체(121)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 캐리어 헤드 본체(121)는, 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하는 본체부(130)와, 본체부(130)와 연결되어 함께 회전하는 베이스부(140)를 포함한다.
본체부(130)는 도면에 도시되지 않은 구동 샤프트에 상단이 결합되어 회전 구동된다. 참고로, 본 발명의 실시예에서는 본체부(130)가 단 하나의 몸체로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 2개 이상의 몸체를 결합하여 본체부를 구성하는 것도 가능하다.
베이스부(140)는 본체부(130)에 대하여 동축 상에 정렬되도록 배치되며, 본체부(130)와 함께 회전하도록 연결 결합되어, 본체부(130)와 함께 회전한다.
또한, 캐리어 헤드 본체(121)에는 화학 기계적 연마 공정 중에 기판의 이탈을 구속하는 리테이너 링(150)이 장착된다.
멤브레인(160)은 베이스부(140)에 장착되며, 기판(W)의 상면에 접촉된 상태로 기판(W)을 연마 패드(도 2의 11 참조)에 가압하도록 마련된다.
보다 구체적으로, 멤브레인(160)은, 바닥판(162)과, 바닥판(162)의 상면에 연장 형성되어 복수개의 압력 챔버(C1~C5)를 형성하는 복수개의 격벽(164a,164b,164c,164d)을 포함하며, 탄성 가요성 재질(예를 들어, 폴리우레탄)로 형성된다.
또한, 멤브레인(160)은 바닥판(162)의 최외각 가장자리에 상향 연장되는 측면(미도시)을 포함하며, 측면의 단부는 리테이너 링(150) 및 베이스부(140)에 고정된다.
바닥판(162)은 기판에 대응하는 직경을 갖는 원판 형태로 형성된다. 바람직하게, 바닥판(162)은 전체적으로 동일한 두께로 형성된다.
격벽(164a,164b,164c,164d)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 압력 챔버(C1~C5)를 구획하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 격벽(164a,164b,164c,164d)은 폐단면 형태로 형성되어 기판(W)의 반경 방향을 따라 독립적으로 구획되며 링 형태를 갖는 복수개의 압력 챔버(C1~C5)를 형성한다.
일 예로, 격벽(164a,164b,164c,164d)은 링 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 격벽이 타원 형태로 형성될 수 있으며, 이때, 격벽의 두께는 타원의 곡률 반경에 따라 다르게 정해질 수 있다. 다르게는, 격벽이 사각형과 같은 여타 다른 폐단면 형태로 형성되는 것도 가능하다.
격벽(164a,164b,164c,164d)의 개수 및 사이즈는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 멤브레인(160)은 4개의 격벽(164a,164b,164c,164d)을 포함할 수 있으며, 4개의 격벽(164a,164b,164c,164d)은 독립적으로 구획되는 5개의 압력 챔버(C1~C5)를 형성한다.
또한, 복수개의 압력 챔버(C1~C5)에는 각각 압력을 측정하기 위한 압력센서(미도시)가 제공될 수 있다. 각 압력 챔버(C1~C5)의 압력은 압력제어부(미도시)에 의한 제어에 의해 개별적으로 조절될 수 있으며, 각 압력 챔버(C1~C5)의 압력을 조절하여 각 가압판부(141a,141b,141c,141d,141e)가 기판(W)을 가압하는 압력을 개별적으로 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 멤브레인(160)은, 기판(W)을 가압하는 바닥판(162)과, 바닥판(162)의 상면에 연장 형성되며 제1두께를 갖는 제1격벽(164a)과, 바닥판(162)의 반경 방향을 따라 제1격벽(164a)의 외측에 배치되도록 바닥판(162)의 상면에 연장 형성되며 제1두께보다 두꺼운 제2두께를 갖는 제2격벽(164b)을 포함한다.
이하에서는, 멤브레인(160)이 제1격벽(164a) 및 제2격벽(164b)과 함께, 바닥판(162)의 반경 방향을 따라 제2격벽(164b)의 외측에 배치되도록 바닥판(162)의 상면에 연장 형성되며 제3두께보다 두꺼운 제3두께를 갖는 제3격벽(164c)과, 바닥판(162)의 반경 방향을 따라 제3격벽(164c)의 외측에 배치되도록 바닥판(162)의 상면에 연장 형성되며 제3두께보다 두꺼운 제4두께를 갖는 제4격벽(164d)을 포함하는 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 멤브레인은 3개 이하 또는 5개 이상의 격벽을 포함하는 것이 가능하다.
바람직하게, 제1격벽(164a) 내지 제4격벽(164d)은 바닥판(162)의 반경 방향을 따라 중심에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 큰 지름을 갖는 링 형태로 형성된다. 더욱 바람직하게, 제1격벽(164a) 내지 제4격벽(164d)은 바닥판(162)의 중심을 기준으로 동심적으로 배치된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1격벽 내지 제4격벽을 편심적으로 형성하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 제1격벽(164a)은 제1지름(D1)을 갖는 링 형태로 형성되고, 제2격벽(164b)은 제1지름(D1)보다 큰 제2지름(D2)을 갖는 링 형태로 형성된다. 또한, 제3격벽(164c)은 제2격벽(164b)의 제2지름(D2)보다 큰 제3지름(D3)을 갖는 링 형태로 형성되고, 제4격벽(164d)은 제3격벽(164c)의 제3지름(D3)보다 큰 제4지름(D4)을 갖는 링 형태로 형성된다.
더욱 바람직하게, 예를 들어, 제2격벽(164b)의 제2두께(t2)는 제2격벽(164b)의 제2지름(D2)이 커짐에 비례하여 선형적으로 증가한다. 다시 말해서, 제2격벽(164b)의 제2두께(t2)는 제2격벽(164b)의 제2지름(D2)에 비례하여 제1격벽(164a)의 두께(t1)에 비하여 선형적으로 증가한다.
이때, 제2격벽(164b)의 지름(D2) 증가 비율보다 크거나 작은 비율로 제2격벽(164b)의 두께를 두껍게 형성하는 것도 가능하다. 가령, 제2격벽(164b)의 지름(D2)이 제1격벽(164a)의 지름(D1)보다 2배가 크면, 제2격벽(164b)의 두께(t2)는 제1격벽(164a)의 두께(t1)의 1.8~2.2배로 형성할 수 있다.
참고로, 제1격벽(164a)과 제2격벽(164b)중 어느 하나 이상은 바닥판(162)으로부터 수직 방향으로 연장 형성된 구간을 포함한다. 바람직하게, 제1격벽(164a)의 두께(t1)는 제1격벽(164a)에서 수직 방향으로 연장 형성된 구간의 두께이고, 제2격벽(164b)의 제2두께(t2)는 제2격벽(164b)에서 수직 방향으로 연장 형성된 구간의 두께이다.
아울러, 제1격벽(164a)의 두께(t1)는, 제1격벽(164a)에서 수직 방향으로 연장 형성된 구간 이후에 굽어진 구간의 두께와는 무관하다. 마찬가지로, 제2격벽(164b)의 제2두께(t2)는, 제2격벽(164b)에서 수직 방향으로 연장 형성된 구간 이후에 굽어진 구간의 두께와는 무관하다.
더욱 바람직하게, 제1격벽(164a)의 제1두께(t1)와 제2격벽(164b)의 제2두께(t2) 중 어느 하나 이상은 평균 두께를 의미한다.
여기서, 제1격벽(164a)의 제1두께(t1)가 평균 두께라 함은, 제1격벽(164a)에서 수직 방향으로 연장 형성된 구간의 평균 두께가 제1두께(t1)인 것으로 정의된다. 일 예로, 제1격벽(164a)에서 수직 방향으로 연장 형성된 구간은 일정한 두께의 단면을 갖도록 형성된다. 다른 일 예로, 제1격벽(164a)에서 수직 방향으로 연장 형성된 구간은 변화하는 두께의 단면을 갖도록 형성된다.
같은 방식으로, 제3격벽(164c)(또는 제4격벽)의 제3두께(t3)(또는 제4두께)는 제3격벽(164c)(또는 제4격벽)의 제3지름(D3)(또는 제4지름)이 증가함에 비례하여 선형적으로 증가한다.
이와 같이, 격벽(164a,164b,164c,164d)의 지름(D1~D4)에 따라 각 격벽(164a,164b,164c,164d)별로 두께(t1~t4)를 다르게 형성하는 것에 의하여, 서로 인접한 압력 챔버(C1~C5) 별로 압력(P) 편차가 발생하더라도, 서로 다른 지름을 갖는 격벽(164a,164b,164c,164d) 별로 작용하는 원주응력(б1,б2,б3,б4)을 정해진 범위 이내로 균일하게 유지할 수 있으므로, 각 격벽(164a,164b,164c,164d)에서의 연마량을 균일하게 제어하고, 기판(W)의 연마 프로파일을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 본 발명에서 격벽(164a,164b,164c,164d)에 작용하는 원주응력(б1,б2,б3,б4)(hoop stress 또는 circumferential stress)이라 함은, 격벽(164a,164b,164c,164d)이 바닥판(162)의 반경 바깥 방향으로 팽창됨에 따라 격벽(164a,164b,164c,164d)에 작용하는 인장 응력을 의미하며(도 4 참조), 격벽(164a,164b,164c,164d)에 작용하는 인장 응력은 하기 [수학식 1]을 통해 산출된다.
[수학식 1]
б1(б2)=P*D/2t
(여기서, P는 격벽의 내주면에 가해지는 압력, D는 격벽의 지름, t는 격벽의 두께이다.)
[수학식 1]을 참조하면, 각 격벽(164a,164b,164c,164d)에 작용하는 원주응력은 격벽(164a,164b,164c,164d)의 지름(D1~D4)의 사이즈에 따라 달라지는 것을 알 수 있다. 따라서, 각 격벽(164a,164b,164c,164d)에 작용하는 원주응력(б1,б2,б3,б4)을 서로 균일하게 하기 위해서는 격벽(164a,164b,164c,164d)의 지름(D1~D4) 사이즈에 따라 격벽(164a,164b,164c,164d)의 두께가 달라져야 한다.
기존에는 격벽의 지름의 사이즈와 무관하게 각 격벽이 모두 동일한 두께로 형성됨에 따라, 각 격벽마다 서로 다른 크기의 원주 응력이 작용함으로 인해, 각 격벽에서(또는 격벽 및 격벽에 인접한 영역에서) 기판을 균일한 가압력으로 정확하게 가압할 수 없으므로, 기판 연마량 편차가 발생되고 연마 균일도가 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 격벽(164a,164b,164c,164d)의 지름(D1~D4)이 증가함에 대응하여 격벽(164a,164b,164c,164d)의 두께를 두껍게 형성하는 것에 의하여, 서로 다른 지름을 갖는 격벽(164a,164b,164c,164d) 별로 작용하는 원주응력(б1,б2,б3,б4)을 정해진 범위 이내로 균일하게 유지할 수 있으므로, 각 격벽(164a,164b,164c,164d)에서의 연마량을 균일하게 제어하고, 기판(W)의 연마 프로파일을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 예를 들어, 도 8과 같이, 제2격벽(164b)보다 큰 지름을 갖는 제3격벽(164c)의 제3두께(t3)를 제2격벽(164b)의 제2두께(t2)보다 두껍게 형성하는 것에 의하여, 제2격벽(164b)의 원주 방향을 따라 제2격벽(164b)에 작용하는 제1원주응력(first hoop stress)(б1)과, 제3격벽(164c)의 원주 방향을 따라 제3격벽(164c)에 작용하는 제2원주응력(second hoop stress)(б2)과은 정해진 범위 이내로 유지된다.
즉, 제3격벽(164c)이 제2격벽(164b)보다 큰 지름(D3>D2)을 갖는데도 불구하고, 제3격벽(164c)의 제3두께(t3)를 제2격벽(164b)의 제2두께(t2)보다 두껍게 형성하는 것에 의하여, 제2격벽(164b)에 작용하는 제1원주응력과 제3격벽(164c)에 작용하는 제2원주응력은 정해진 범위 이내로 균일하게 유지된다. 따라서, 도 9와 같이, 제2격벽(164b)에서 기판(W)을 가압하는 가압력(P2)과 제3격벽(164c)에서 기판(W)을 가압하는 가압력(P1)을 균일한 범위로 유지할 수 있으므로, 기판(W)의 연마 프로파일을 정확하게 제어하고, 연마 균일도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
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.
120 : 캐리어 헤드
121 : 캐리어 헤드 본체
130 : 본체부
140 : 베이스부
150 : 리테이너 링
160 : 멤브레인
162 : 바닥판
164a,164b,164c,164d : 격벽

Claims (33)

  1. 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인으로서,
    기판을 가압하는 바닥판과;
    제1지름을 갖는 폐단면으로 상기 바닥판의 상면으로부터 연장 형성되며, 제1두께를 갖는 제1격벽과;
    상기 제1격벽의 외측에 제2지름을 갖는 폐단면으로 상기 바닥판의 상면으로부터 연장 형성되며, 상기 제1지름에 대한 상기 제2지름의 증가비율만큼 상기 제1두께에 선형적으로 비례하여 증가한 제2두께를 갖는 제2격벽을;
    포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바닥판과 상기 제1격벽 및 상기 제2격벽은 가요성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
  3. 연마 장치용 캐리어 헤드로서,
    캐리어 헤드 본체와;
    기판을 가압하는 바닥판과, 제1지름을 갖는 폐단면으로 상기 바닥판의 상면으로부터 연장 형성되며 제1두께를 갖는 제1격벽과, 상기 제1격벽의 외측에 제2지름을 갖는 폐단면으로 상기 바닥판의 상면으로부터 연장 형성되며, 상기 제1지름에 대한 상기 제2지름의 증가비율만큼 상기 제1두께에 선형적으로 비례하여 증가한 제2두께를 갖는 제2격벽을 구비하고, 상기 캐리어 헤드 본체에 결합되는 멤브레인을;
    포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1격벽과 상기 제2격벽의 폐단면은 원형인 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1격벽의 원주 방향을 따라 상기 제1격벽에 작용하는 제1원주응력(first hoop stress)과,
    상기 제2격벽의 원주 방향을 따라 상기 제2격벽에 작용하는 제2원주응력(second hoop stress)은 정해진 범위 이내로 유지되는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드.
  6. 제 3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 멤브레인은,
    상기 제2격벽의 외측에 제3지름을 갖는 폐단면으로 상기 바닥판의 상면으로부터 연장 형성되며, 상기 제2지름에 대한 상기 제3지름의 증가비율만큼 상기 제2두께제2두께에 비하여 상기 제3지름에 선형적으로 비례하여 증가한 제3두께를 갖는 제3격벽을;
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치용 캐리어 헤드.
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