KR102138700B1

KR102138700B1 - 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드

Info

Publication number: KR102138700B1
Application number: KR1020190143344A
Authority: KR
Inventors: 신재철; 최성진; 국윤부
Original assignee: (주)제이씨글로벌
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-07-29

Abstract

본 발명의 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드는 공기가 출입하는 복수의 출입홀과 공기를 흡입하는 흡입홀이 형성된 캡부와, 상기 캡부와 체결되고 복수의 상기 출입홀과 각각 연결되는 복수의 연통홀이 형성되어 공기의 유동을 안내하는 베이스수단과, 진공압을 이용하여 웨이퍼를 흡착하는 흡착부와, 상기 베이스수단과 상기 흡착부 사이에 배치되고 상기 복수의 연통홀과 연통되어 유입되는 공기에 의해 상기 흡착부를 가압하는 가압부, 그리고 일측면은 상기 가압부에 체결되고 타측면에는 상기 흡착부가 체결되고 상기 흡입홀과 상기 흡착부를 연결하는 흡입유로가 형성되며 내부에 유동체가 저장되어 있어 상기 흡착부에 인가되는 힘을 고르게 분산하여 균등하게 가압하는 압력보상부를 포함한다. 이러한 구성으로, 연마 패드에 웨이퍼를 균일하고 정확하게 밀착시켜 웨이퍼의 중심부와 가장자리를 균일하게 연마할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

화학적 기계적 연마장치용 연마헤드{POLISHING HEAD OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연마패드에 웨이퍼를 균일하게 밀착시켜 웨이퍼의 중심부와 가장자리를 균일하게 연마할 수 있는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드에 관한 것이다.

웨이퍼 표면을 평탄화 하는데 사용되는 화학적 기계적 연마 시스템은 크게 구분하여 웨이퍼 카세트의 장착 및 탈착 장치와, 기판 이동장치와, 웨이퍼의 연마장치와, 웨이퍼 세정장치와 이들의 제어장치로 구성된다. 이중에서 연마장치는 웨이퍼를 지지하면서 회전 및 가압하는 연마헤드와, 연마패드가 부착된 연마정반과, 구동기구와, 연마패드의 드레싱 기구와, 웨이퍼 연마후 세정 기구, 그리고 슬러리 공급기구로 구성된다.

기계적 연마에 있어서 웨이퍼 표면의 제거속도는 연마압력과 연마속도에 비례한다. 화학적 기계적 연마장치와 같이 화학적인 작용이 부가된 연마에서는 웨이퍼 표면과 공급된 슬러리의 화학반응이 부가된다. 웨이퍼 표면의 어느 위치에 대해서도 연마하중, 연마속도, 슬러리의 양, 웨이퍼 면과 연마패드의 마찰, 연마온도 등을 균일하게 할 수 있다면, 광역 평탄화 및 잔류막 두께의 균일화를 달성할 수 있다.

그러나, 실제로는 앞에서 서술한 인자나 연마패드의 표면상태가 웨이퍼 면내에서 시간에 따라 변화하고, 잔류막 두께가 불균일하게 이루어진다.

그리고, 디슁(dishing)이나 티닝(thinning)이 발생하고, 제품 디바이스의 수율에 영향을 미치게 되어 이러한 인자를 제어할 필요가 있다.

화학적 기계적 연마에서는 연마제거량이 1㎛ 이하이며, 연마 후의 표면 평탄도는 0.01㎛ 이하가 요구된다. 따라서, 웨이퍼의 고정밀도의 평탄도를 유지하는 것이 매우 중요하여, 웨이퍼를 지지 가압하는 연마헤드의 구조에 대해서 여러 가지 연구가 이루어져 왔다.

미국 등록특허 제5803799호(이하 '특허문헌 1'이라 지칭)에는 반도체 웨이퍼를 연마하는데 사용하기 위한 연마헤드가 개시되어 있다.

상기 특허문헌 1에 따른 연마헤드는, 웨이퍼 캐리어에 가해진 바이어스 힘에 의해 웨이퍼가 연마패드와 밀착되고, 리테이너 또한 웨이퍼 캐리어에 가해진 바이어스 힘에 의해 연마패드와 밀착된 상태에서, 상기 웨이퍼를 연마한다. 따라서, 연마패드에 웨이퍼를 균일하게 밀착시킬 수 있기 때문에, 웨이퍼의 전면에 걸쳐 고르게 연마할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 특허문헌 1에 따른 연마헤드는 웨이퍼 캐리어와 연마패드 사이에 바이어스 힘을 적절히 조절할 경우에만, 연마패드에 웨이퍼를 균일하게 밀착시킬 수 있으나, 상기 웨이퍼 캐리어와 연마패드 사이의 바이어스 힘을 적절히 조절하기가 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 웨이퍼의 가공면이 상기 연마패드에 균일하게 밀착하지 못하고, 압력이 고르게 분포되지 않으면, 웨이퍼 중심부의 연마 정도와 가장자리의 연마 정도가 불균일하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 연마 패드에 웨이퍼를 균일하고 정확하게 밀착시키고, 웨이퍼에 가해지는 압력을 고르게 분포시켜 웨이퍼의 중심부와 가장자리를 균일하게 연마할 수 있는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드는, 공기가 출입하는 복수의 출입홀과, 공기를 흡입하는 흡입홀이 형성된 캡부; 상기 캡부와 체결되고, 복수의 상기 출입홀과 각각 연결되는 복수의 연통홀이 형성되어 공기의 유동을 안내하는 베이스수단; 진공압을 이용하여 웨이퍼를 흡착하는 흡착부; 상기 베이스수단과 상기 흡착부 사이에 배치되고, 상기 복수의 연통홀과 연통되어 유입되는 공기에 의해 상기 흡착부를 가압하는 가압부; 및 일측면은 상기 가압부에 체결되고, 타측면에는 상기 흡착부가 체결되고, 상기 흡입홀과 상기 흡착부를 연결하는 흡입유로가 형성되며, 내부에 유동체가 저장되어 있어 상기 흡착부에 인가되는 힘을 고르게 분산하여 균등하게 가압하는 압력보상부;를 포함한다.

보다 구체적인 상기 가압부는, 링 형태로 마련되고 중심이 관통 형성된 가압부 몸체; 상기 가압부 몸체의 일측면에서 원주 방향을 따라 홈 형태로 형성되어 상기 압력보상부와 제1 챔버를 형성하는 제1 슬릿; 상기 제1 슬릿보다 큰 직경을 가지도록 상기 가압부 몸체의 일측면에서 원주 방향을 따라 홈 형태로 형성되어 상기 압력보상부와 제2 챔버를 형성하는 제2 슬릿; 상기 가압부 몸체의 원주방향 단부에서 높이가 작아지도록 탄력지게 형성되어 상기 압력보상부와 제3 챔버를 형성하는 제3 슬릿; 및 상기 가압부 몸체에서 외측으로 확장 형성되어 상기 압력보상부와 체결되는 체결플랜지;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 가압부 몸체는, 상기 제1 슬릿과 상기 제2 슬릿을 연결하는 슬릿 연결홈; 상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버에 공기가 유입되도록 상기 베이스수단의 연통홀과 상기 제2 슬릿을 연통시키는 제1 가압유로; 및 상기 제2 챔버와 상기 제3 챔버에 공기가 유입되도록 상기 베이스수단의 연통홀과 상기 제2 슬릿 및 상기 제3 슬릿을 연통시키는 제2 가압유로;를 포함할 수 있다.

그리고, 본 발명의 실시예에 의한 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드는 링 형태로 마련되고, 상기 체결플랜지를 상기 베이스수단에 밀착 체결하는 가압부 체결링;을 더 포함하고, 상기 제3 챔버에 공기가 유입되도록, 상기 체결플랜지에 상기 베이스수단의 연통홀과 연통되는 플랜지홀이 형성되고, 상기 체결링에 상기 플랜지홀과 상기 제3 챔버를 연통시키는 제3 가압유로가 형성될 수 있다.

상기 압력보상부는, 중공을 가지는 원판 형태로 마련되고, 중공으로 형성된 유압챔버에 유동체가 저장되며, 중심이 관통된 압력보상부 몸체; 상기 압력보상부 몸체의 중심에서 돌출 형성되고, 중심이 관통되어 상기 흡입유로가 형성되며, 상기 베이스수단의 중심을 관통하여 상기 캡부에 밀착 체결되는 흡입관; 및 상기 압력보상부 몸체의 원주 방향을 따라 상기 베이스수단 측으로 돌출되어 상기 가압부와 체결되는 가압체결부;를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 가압체결부는, 내부에 공기가 주입되어 상기 압력보상부 몸체의 외측 단부면을 가압하도록 중공으로 형성된 제4 챔버; 및 상기 제4 챔버에 공기가 유입되도록 상기 베이스수단의 연통홀과 상기 제4 챔버를 연통시키는 제4 가압유로;를 포함할 수 있다.

상기 베이스수단은, 일측면에 상기 캡부가 체결되고, 상기 흡입유로를 제공하도록 중심에 관통홀이 형성되며, 복수의 상기 출입홀과 각각 연결되는 복수의 연통홀이 형성된 제1 베이스부; 중심이 관통 형성되어 상기 제1 베이스부가 수용되고, 상기 가압부가 체결되며, 상기 가압부에 공기를 공급하도록 복수의 연통홀이 형성된 제2 베이스부; 중심은 상기 관통홀에 삽입되어 상기 제1 베이스부의 이동을 가이드하고, 외측 단부면은 상기 제2 베이스부에 체결되며, 상기 제1 베이스부와 상기 제2 베이스부 사이에 가압챔버를 형성하고, 상기 압력보상부와 중심챔버를 형성하는 구획부; 및 내측단부는 상기 제1 베이스부의 외측에 체결되고, 외측단부는 상기 제2 베이스부의 내측에 체결되어 상기 가압챔버를 실링하는 실링부;를 포함할 수도 있다.

또한, 상기 베이스수단은, 상기 가압부에 형성된 제1 가압유로에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부에 형성된 연통홀을 연결하는 제1 튜브; 상기 가압부에 형성된 제2 가압유로에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부에 형성된 연통홀을 연결하는 제2 튜브; 상기 가압부를 체결하는 가압부 체결링에 형성된 제3 가압유로에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부에 형성된 연통홀을 연결하는 제3 튜브; 및 상기 압력보상부에 형성된 제4 가압유로에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부에 형성된 연통홀을 연결하는 제4 튜브;를 더 포함할 수도 있다.

여기서, 상기 제1 베이스부는, 상기 가압챔버에 공기가 공급되도록 복수의 연통홀 중 어느 하나가 상기 가압챔버와 연통되도록 형성되고, 상기 중심챔버에 공기가 공급되도록 복수의 연통홀 중 어느 하나가 상기 관통홀과 연통되도록 형성될 수도 있다.

상기 캡부는, 상기 제1 가압유로에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 제1 출입홀; 상기 제2 가압유로에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 제2 출입홀; 상기 제3 가압유로에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 제3 출입홀; 상기 제4 가압유로에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 제4 출입홀; 상기 가압챔버에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 베이스 출입홀; 및 상기 중심챔버에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 중심 출입홀;을 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드에 따르면, 웨이퍼를 흡착하는 흡착부의 배면에 내부에 유동체가 저장된 압력보상부를 구비하여 흡착부에 인가되는 힘을 고르게 분산하여 균등하게 가압할 수 있어 연마 패드에 웨이퍼를 균일하고 정확하게 밀착시켜 웨이퍼의 중심부와 가장자리를 균일하게 연마할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드를 개략적으로 도시해 보인 평면도,
도 2는 도 1의 A-A' 영역을 절단하여 개략적으로 도시해 보인 단면도,
도 3은 도 1의 B-B' 영역을 절단하여 개략적으로 도시해 보인 단면도,
도 4는 도 1의 C-C' 영역을 절단하여 개략적으로 도시해 보인 단면도,
도 5는 도 2의 A 영역을 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 확대도,
도 6은 도 2의 B 영역을 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 확대도,
도 7은 도 2의 C 영역을 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 확대도,
도 8은 도 3의 D 영역을 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 확대도,
도 9는 도 3의 E 영역을 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 확대도,
도 10은 도 4의 F 영역을 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 확대도이다.

본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드를 개략적으로 도시해 보인 평면도이고, 도 2 내지 도 4는 도 1의 A-A' 영역, B-B' 영역, C-C' 영역을 절단하여 각각 개략적으로 도시해 보인 단면도이다. 그리고, 도 5 내지 도 10은 도 2 내지 도 4의 A 내지 F 영역을 발췌하여 개략적으로 도시해 보인 확대도이다.

본 발명의 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드는, 도면에 도시하지는 않았지만, 구동장치에 체결되어 회전 구동되고, 상기 구동장치에는 복수의 공압 통로가 마련되어 있고, 상기 공압 통로는 외부의 공기 주입 및 흡입 장치와 연결되어 상기 연마헤드에 공기를 주입 및 흡입하도록 구성된다. 본 발명의 연마헤드를 제외하고 화학적 기계적 연마 작업을 수해하기 위한 기본적인 장치는 공지의 기술인바 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드(100)는 캡부(200)와, 베이스수단과, 흡착부(400)와, 가압부(500)와 압력보상부(600)와, 가압부 체결링(700), 그리고 리테이너링(800)을 포함한다.

상기 캡부(200)는 공기가 출입하는 복수의 출입홀과, 공기를 흡입하는 흡입홀(270)이 형성된다. 즉, 상기 캡부(200)는 외부의 구동장치와 체결되고, 복수의 상기 출입홀은 외부의 공기 주입 장치(미도시)와 각각 연결되어 개별적으로 공기를 제공받아 이하에서 설명되는 복수의 챔버에 각각 공급할 수 있도록 제공된다. 그리고, 상기 흡입홀(270)은 외부의 공기 흡입 장치(미도시)와 연결되고, 상기 흡착부(400)와 연통되어 상기 흡착부에 진공압을 형성하여 상기 흡착부(400)에 웨이퍼가 흡착되도록 제공된다.

상기 가압부(500)는 상기 베이스수단과 상기 흡착부(400) 사이에 배치되고, 상기 베이스수단에 형성된 복수의 연통홀과 연통되어 유입되는 공기에 의해 상기 흡착부(400)를 가압하도록 마련된다. 즉, 상기 가압부(500)는 상기 흡착부(400)에 흡착된 웨이퍼가 연마 패드와 중심부와 가장자리가 균일하게 밀착되지 않은 것으로 판단되면, 이를 균일하게 밀착시키도록 상기 흡착부(400)를 가압하도록 구성된다.

보다 구체적으로, 상기 가압부(500)는 링 형태로 마련되고 중심이 관통 형성된 가압부 몸체(510)와, 상기 가압부 몸체(510)의 일측면에서 원주 방향을 따라 홈 형태로 형성되어 상기 압력보상부(600)와 제1 챔버(511)를 형성하는 제1 슬릿(520)과, 상기 제1 슬릿(520)보다 큰 직경을 가지도록 상기 가압부 몸체(510)의 일측면에서 원주 방향을 따라 홈 형태로 형성되어 상기 압력보상부(600)와 제2 챔버(512)를 형성하는 제2 슬릿(530)과, 상기 가압부 몸체(510)의 원주방향 단부에서 높이가 작아지도록 형성되어 상기 압력보상부(600)와 제3 챔버(513)를 형성하는 제3 슬릿(540), 그리고 상기 가압부 몸체(510)에서 외측으로 확장 형성되어 상기 압력보상부(600)와 체결되는 체결플랜지(550)를 포함한다.

여기서, 상기 가압부 몸체(510)는 상기 제1 슬릿(520)과 상기 제2 슬릿(530)을 연결하는 슬릿 연결홈(514)과, 상기 제1 챔버(511)와 상기 제2 챔버(512)에 공기가 유입되도록 상기 베이스수단의 연통홀과 상기 제2 슬릿(530)을 연통시키는 제1 가압유로(515), 그리고 상기 제2 챔버(512)와 상기 제3 챔버(513)에 공기가 유입되도록 상기 베이스수단의 연통홀과 상기 제2 슬릿(530) 및 상기 제3 슬릿(540)을 연통시키는 제2 가압유로(516)를 포함한다.

그리고, 상기 연마헤드(100)는 링 형태로 마련되고, 상기 체결플랜지를 상기 베이스수단에 밀착 체결하는 가압부 체결링(700)을 더 포함한다.

이를 통하여, 상기 제3 챔버(513)에 공기가 유입되도록 상기 체결플랜지(550)에 상기 베이스수단의 연통홀과 연통되는 플랜지홀(551)이 형성되고, 상기 가압부 체결링(700)에 상기 플랜지홀(551)과 상기 제3 챔버(513)를 연통시키는 제3 가압유로(710)가 형성된다.

이러한 구성으로, 상기 가압부(500)와 상기 압력보상부(600)에 의하여 제1 챔버(511), 상기 제1 챔버(511)보다 직경이 크게 형성된 제2 챔버(512), 그리고 상기 제2 챔버(512)보다 직경이 크게 형성된 제3 챔버(513)가 형성된다.

따라서, 상기 제1 챔버(511)와, 상기 제2 챔버(512)와, 상기 제3 챔버(513) 각각에 공기의 주입량을 조절하여 상기 가압부(500)를 통하여 상기 흡착부(400)를 반경 방향으로 구획을 나누어 가압할 수 있어 불균일 밀착을 보다 정밀하게 밀착할 수 있다.

상기 압력보상부(600)는 일측면은 상기 가압부(500)에 체결되고, 타측면에는 상기 흡착부(400)가 체결되고, 상기 흡입홀(270)과 상기 흡착부(400)를 연결하는 흡입유로(621)가 형성되며, 내부에 유동체가 저장되어 있어 상기 흡착부(400)에 인가되는 힘을 분산하여 균등하게 가압하도록 마련된다. 즉, 상기 압력보상부(600)에는 영구적으로 유동체가 저장되어 있다. 이를 통하여, 상기 흡착부(400)의 어느 일측에 집중적으로 힘이 인가되어도 상기 압력보상부(600)에 저장되어 있는 유동체에 의해 집중되는 힘이 분산되어 상기 흡착부(400)를 전체적으로 균일하게 가압할 수 있어 불균일 밀착을 보상할 수 있다. 여기서, 상기 유동체는 기체, 액체, 젤 타입 등으로 마련될 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 압력보상부(600)는 중공을 가지는 원판 형태로 마련되고 중공으로 형성된 유압챔버(611)에 유동체가 저장되며 중심이 관통된 압력보상부 몸체(610)와, 상기 압력보상부 몸체(610)의 중심에서 돌출 형성되고 중심이 관통되어 상기 흡입유로(621)가 형성되며 상기 베이스수단의 중심을 관통하여 상기 캡부(200)에 밀착 체결되는 흡입관(620), 그리고 상기 압력보상부 몸체(610)의 원주 방향을 따라 상기 베이스수단 측으로 돌출되어 상기 가압부(500)와 체결되는 가압체결부(630)를 포함한다.

그리고, 상기 가압체결부(630)는 내부에 공기가 주입되어 상기 압력보상부 몸체(610)의 외측 단부면을 가압하도록 중공으로 형성된 제4 챔버(631)와, 상기 제4 챔버(631)에 공기가 유입되도록 상기 베이스수단의 연통홀과 상기 제4 챔버(631)를 연통시키는 제4 가압유로(632)가 형성된다.

이러한 구성으로, 상기 제3 챔버(513)보다 직경이 크고, 상기 흡착부(400)의 반경 방향의 최외측인 가장자리 부분에 상기 제4 챔버(631)가 형성된다.

따라서, 상기 제4 챔버(631)에 공기의 주입량을 조절하여 상기 흡착부(400)의 가장자리 부분을 가압할 수 있다.

그리고, 상기 가압체결부(630)는 반경 방향 내측으로 돌출된 체결돌기(633)가 형성되고, 상기 체결돌기(633)의 상측면에는 상기 체결플랜지(550)가 배치되고, 상기 체결돌기(633)의 하측면에 상기 가압부 체결링(700)이 배치되어, 상기 압력보상부(600)를 상기 가압부(500)에 밀착 체결 고정할 수 있다.

상기 베이스수단은 상기 캡부(200)와 체결되고, 복수의 상기 출입홀과 각각 연결되는 복수의 연통홀이 형성되어 공기의 유동을 안내하도록 마련된다. 즉, 상기 캡부(200)와 상기 가압부(500) 및 상기 압력보상부(600) 사이에 배치되어 상기 제1 챔버(511), 상기 제2 챔버, 상기 제3 챔버(513), 그리고 상기 제4 챔버(631) 각각에 공기가 공급되도록 복수의 연통홀이 형성되어 있다.

보다 구체적으로, 상기 베이스수단은 일측면에 상기 캡부(200)가 체결되고 상기 흡입유로(621)를 제공하도록 중심에 관통홀(317)이 형성되며 복수의 상기 출입홀과 각각 연결되는 복수의 연통홀이 형성된 제1 베이스부(310)와, 중심이 관통 형성되어 상기 제1 베이스부(310)가 수용되고 상기 가압부(500)가 체결되며 상기 가압부(500)에 공기를 공급하도록 복수의 연통홀이 형성된 제2 베이스부(320)와, 중심은 상기 관통홀(317)에 삽입되어 상기 제1 베이스부(310)의 이동을 가이드하고 외측 단부면은 상기 제2 베이스부(320)에 체결되며 상기 제1 베이스부(310)와 상기 제2 베이스부(320) 사이에 가압챔버(331)를 형성하고 상기 압력보상부(600)와 중심챔버(332)를 형성하는 구획부(330), 그리고 내측단부는 상기 제1 베이스부(310)의 외측에 체결되고 외측단부는 상기 제2 베이스부(320)의 내측에 체결되어 상기 가압챔버(331)를 실링하는 실링부(340)를 포함한다.

여기서, 상기 제1 베이스부(310)는 상기 제2 베이스부(320)의 관통된 중심에 배치되어 중심축 방향으로 상하 이동되게 구비된다. 그리고, 상기 구획부(330)는 상기 제1 베이스부(310)와 상기 제2 베이스부(320)를 사이에 배치되어 상기 제1 베이스부(310)와 상기 제2 베이스부(320) 사이에 가압챔버(331)를 형성하고 있고, 상기 가압챔버(331)는 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 베이스 연통홀(315)과 연통된다. 따라서, 상기 베이스 연통홀(315)을 통하여 상기 가압챔버(331)에 공기가 유입되면 상기 제1 베이스부(310)와 상기 제2 베이스부(320)를 이격시킬 수 있다. 즉, 상기 가압챔버(331)에 공급되는 공기의 양을 조절하여 상기 흡착부(400)에 흡착되어 있는 웨이퍼를 연마 패드에 밀착시키는 밀착력을 가변할 수 있다. 여기서, 상기 구획부(330)는 외측 단부의 양측면에 구획부 실링부재(334)가 배치된 상태에서 구획부 체결링(333)을 통하여 상기 제2 베이스부(320)에 실링되도록 체결될 수 있다.

그리고, 상기 구획부(330)는 상기 가압부 몸체(510)의 관통된 중심에 삽입되고, 상기 압력보상부(600)와 이격되어 상기 중심챔버(332)를 형성한다. 여기서, 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 중심 연통홀(316)이 상기 제1 베이스부(310)의 관통홀(317)과 연결되어 있고, 상기 관통홀(317)에 삽입된 상기 구획부(330)의 중심에 형성된 홀은 상기 중심챔버(332)로 연통되어 있어, 상기 중심 연통홀(316)을 통하여 공기가 공급되면 상기 중심챔버(332)로 공급되어 상기 흡착부(400)의 중심을 가압할 수 있다.

그리고, 상기 베이스수단은 상기 실링부(340)의 내측단부를 상기 제1 베이스부(310)에 체결 고정하는 실링부 체결링(350)과, 상기 제2 베이스부(320)의 외측에 체결되고 상기 실링부(340)의 외측단부를 상기 제2 베이스부(320)에 체결 고정하는 커버(370)를 더 포함한다.

또한, 상기 베이스수단은 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부(320)에 형성된 연통홀을 연결하기 위하여 제1 튜브(361), 제2 튜브(362), 제3 튜브(363), 제4 튜브(364)를 더 포함한다. 즉, 상기 제1 베이스부(310)와 상기 제2 베이스부(320)는 분리되어 서로 상대 이동할 수 있으므로, 이러한 경우, 제1 베이스부(310)에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부(320)에 형성된 연통홀을 연결하기 위하여 복수의 튜브가 구비된다.

보다 구체적으로, 상기 제1 튜브(361)는 상기 가압부(500)에 형성된 제1 가압유로(515)에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 제1 연통홀(311)과 상기 제2 베이스부(320)에 형성된 제1 연통홀(321)을 연결한다.

그리고, 상기 제2 튜브(362)는 상기 가압부(500)에 형성된 제2 가압유로(516)에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 제2 연통홀(312)과 상기 제2 베이스부(320)에 형성된 제2 연통홀(322)을 연결한다.

상기 제3 튜브(363)는 상기 가압부 체결링(700)에 형성된 제3 가압유로(710)에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 제3 연통홀(313)과 상기 제2 베이스부(320)에 형성된 제3 연통홀(323)을 연결한다.

상기 제4 튜브(364)는 상기 압력보상부(600)에 형성된 제4 가압유로(632)에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 제4 연통홀(314)과 상기 제2 베이스부(320)에 형성된 제4 연통홀(324)을 연결한다.

이를 통하여, 상기 베이스 연통홀(315)을 통하여 상기 가압챔버(331)에 공기가 공급되어 상기 제1 베이스부(310)와 상기 제2 베이스부(320)가 상대 이동하여도, 상기 제1 튜브(361), 상기 제2 튜브(362), 상기 제3 튜브(363), 상기 제4 튜브(364)를 통하여, 상기 제1 챔버(511), 상기 제2 챔버(512), 상기 제3 챔버(513), 상기 제4 챔버(631) 각각에 공기를 공급할 수 있다.

상기 리테이너링(800)은 상기 제2 베이스부(320)의 반경 방향 외측 단부면에 체결된다. 즉, 상기 리테이너링(800)은 상기 흡착부(400)에 웨이퍼가 흡착된 상태에서 웨이퍼의 외측에 배치된다. 일 예로, 장비의 오작동 등에 의하여 상기 흡착부(400)에 진공압이 제공되지 않아 웨이퍼가 분리되면 원심력에 의해 웨이퍼가 외측 공간으로 날라가서 안전사고를 발생시킬 수 있다. 따라서, 상기 리테이너링(800)이 웨이퍼의 외측에 배치되어 있어 웨이퍼가 외측 공간으로 날라가는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 리테이너링(800)이 연마 패드와 밀착되면 상기 리테이너링(800)의 내측에 연마를 위한 슬러리를 저장하여 보다 효과적으로 연마를 수행할 수 있다. 이를 위하여 상기 리테이너링(800)에는 내측으로 슬러리를 공급하기 위한 복수의 홈이 반경 방향으로 형성될 수 있다.

상기 캡부(200)에 형성된 복수의 출입홀은 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 제1 내지 제4 연통홀(311~314)과, 베이스 연통홀(315)과, 중심 연통홀(316) 각각에 공기를 구획하여 공급하도록 복수의 출입홀이 형성되어 있다.

즉, 상기 캡부(200)의 복수의 출입홀은 상기 제1 가압유로(515)에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 제1 연통홀(311)과 연결되는 제1 출입홀(210)과, 상기 제2 가압유로(516)에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 제2 연통홀(312)과 연결되는 제2 출입홀(220)과, 상기 제3 가압유로(710)에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 제3 연통홀(313)과 연결되는 제3 출입홀(230)과, 상기 제4 가압유로(632)에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 제4 연통홀(314)과 연결되는 제4 출입홀(240)과, 상기 가압챔버(331)에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 베이스 연통홀(315)과 연결되는 베이스 출입홀(250), 그리고 상기 중심챔버(332)에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부(310)에 형성된 중심 연통홀(316)과 연결되는 중심 출입홀(260)로 마련된다.

이러한 구성으로, 상기 캡부(200)의 흡입홀(270)을 통하여 공기가 흡입되면, 도 6을 참조하면, 상기 압력보상부(600)의 흡입관(620)에 형성된 흡입유로(621)를 통하여 공기가 흡입되고, 상기 흡입유로(621)와 연결된 상기 흡착부(400)의 흡입홀(410)을 통하여 상기 흡착부(400) 내부의 공기가 흡입되면 상기 흡착부(400)에 형성된 흡착홀(420)을 통해 웨이퍼를 흡착할 수 있다.

상기 캡부(200)의 베이스 출입홀(250)을 통하여 공기가 주입되면, 도 10을 참조하면, 상기 제1 베이스부(310)의 베이스 연통홀(315)을 통하여 상기 가압챔버(331)에 공기가 공급하여 상기 제1 베이스부(310)와 상기 제2 베이스부(320)를 상대 이동시켜 웨이퍼가 연마 패드에 밀착되는 웨이퍼의 표면의 밀착력을 조절할 수 있다.

상기 캡부(200)의 중심 출입홀(260)을 통하여 공기가 주입되면, 도 6을 참조하면, 상기 제1 베이스부(310)의 중심 연통홀(316)을 통하여 상기 제1 베이스부(310)의 관통홀(317)로 공기가 공급되고, 상기 구획부(330)의 중심에 형성된 홀과 상기 압력보상부(600)의 흡입관(620) 사이에 형성된 틈을 통하여 상기 중심챔버(332)로 공기가 공급된다. 이를 통하여, 웨이퍼 중심부의 밀착력을 조절할 수 있다.

상기 캡부(200)의 제1 출입홀(210)을 통하여 공기가 주입되면, 도 5를 참조하면, 상기 제1 베이스부(310)의 제1 연통홀(311)과 상기 제2 베이스부(320)의 제1 연통홀(321)을 연결하는 제1 튜브(361)를 통하여 상기 제1 가압유로(515)로 공기가 공급된 후, 상기 제1 챔버(511)와 상기 제2 챔버(512)에 공기가 공급된다. 이를 통하여, 웨이퍼의 반경 방향에서 중심부와 가장자리 사이의 중심 영역의 내측의 밀착력을 조절할 수 있다.

상기 캡부(200)의 제2 출입홀(220)을 통하여 공기가 주입되면, 도 9를 참조하면, 상기 제1 베이스부(310)의 제2 연통홀(312)과 상기 제2 베이스부(320)의 제2 연통홀(322)을 연결하는 제2 튜브(362)를 통하여 상기 제2 가압유로(516)로 공기가 공급된 후, 상기 제2 챔버(512)와 상기 제3 챔버(513)에 공기가 공급된다. 이를 통하여, 웨이퍼의 반경 방향에서 중심부와 가장자리 사이의 중심 영역의 중심측의 밀착력을 조절할 수 있다.

상기 캡부(200)의 제3 출입홀(230)을 통하여 공기가 주입되면, 도 8을 참조하면, 상기 제1 베이스부(310)의 제3 연통홀(313)과 상기 제2 베이스부(320)의 제3 연통홀(323)을 연결하는 제3 튜브(363)를 통하여 상기 제3 가압유로(710)로 공기가 공급된 후, 상기 제3 챔버(513)에 공기가 공급된다. 이를 통하여, 웨이퍼의 반경 방향에서 중심부와 가장자리 사이의 중심 영역의 외측의 밀착력을 조절할 수 있다.

상기 캡부(200)의 제4 출입홀(240)을 통하여 공기가 주입되면, 도 7을 참조하면, 상기 제1 베이스부(310)의 제4 연통홀(314)과 상기 제2 베이스부(320)의 제4 연통홀(324)을 연결하는 제4 튜브(364)를 통하여 상기 체결플랜지(550)에 형성된 제4 가압유로 연통홀(552)로 공기가 유동하여 상기 제4 가압유로(632)를 통과한 후, 상기 제4 챔버(631)에 공기가 공급된다. 이를 통하여, 웨이퍼의 반경 방향에서 가장자리의 밀착력을 조절할 수 있다.

이러한 구성으로, 본 발명의 실시예에 의한 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드(100)에 의하면, 웨이퍼를 흡착하는 흡착부(400)의 배면에 내부에 유동체가 저장된 압력보상부(600)를 구비하여 흡착부(400)에 인가되는 힘을 분산하여 균등하게 가압할 수 있어 연마 패드에 웨이퍼를 균일하고 정확하게 밀착시켜 웨이퍼의 중심부와 가장자리를 균일하게 연마할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

100 : 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드
200 : 캡부
310 : 제1 베이스부
320 : 제2 베이스부
330 : 구획부
340 : 실링부
350 : 실링부 체결링
370 : 커버
400 : 흡착부
500 : 가압부
510 : 가압부 몸체
550 : 체결플랜지
600 : 압력보상부
610 : 압력보상부 몸체
620 : 흡입관
630 : 가압체결부
700 : 가압부 체결링
800 : 리테이너링

Claims

공기가 출입하는 복수의 출입홀과, 공기를 흡입하는 흡입홀이 형성된 캡부;
상기 캡부와 체결되고, 복수의 상기 출입홀과 각각 연결되는 복수의 연통홀이 형성되어 공기의 유동을 안내하는 베이스수단;
진공압을 이용하여 웨이퍼를 흡착하는 흡착부;
상기 베이스수단과 상기 흡착부 사이에 배치되고, 상기 복수의 연통홀과 연통되어 유입되는 공기에 의해 상기 흡착부를 가압하는 가압부; 및
일측면은 상기 가압부에 체결되고, 타측면에는 상기 흡착부가 체결되고, 상기 흡입홀과 상기 흡착부를 연결하는 흡입유로가 형성되며, 상기 흡착부에 인가되는 힘을 고르게 분산하여 상기 흡착부를 균등하게 가압하는 압력보상부;
를 포함하고,
상기 압력보상부는,
내부에 영구적으로 유동체가 저장되어, 상기 흡착부의 일측에 집중적으로 힘이 인가되어도 유동체에 의해 집중되는 힘이 분산되어 상기 흡착부를 전체적으로 균일하게 가압하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
제1항에 있어서,
상기 가압부는,
링 형태로 마련되고 중심이 관통 형성된 가압부 몸체;
상기 가압부 몸체의 일측면에서 원주 방향을 따라 홈 형태로 형성되어 상기 압력보상부와 제1 챔버를 형성하는 제1 슬릿;
상기 제1 슬릿보다 큰 직경을 가지도록 상기 가압부 몸체의 일측면에서 원주 방향을 따라 홈 형태로 형성되어 상기 압력보상부와 제2 챔버를 형성하는 제2 슬릿;
상기 가압부 몸체의 원주방향 단부에서 높이가 작아지도록 형성되어 상기 압력보상부와 제3 챔버를 형성하는 제3 슬릿; 및
상기 가압부 몸체에서 외측으로 확장 형성되어 상기 압력보상부와 체결되는 체결플랜지;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
제2항에 있어서,
상기 가압부 몸체는,
상기 제1 슬릿과 상기 제2 슬릿을 연결하는 슬릿 연결홈;
상기 제1 챔버와 상기 제2 챔버에 공기가 유입되도록 상기 베이스수단의 연통홀과 상기 제2 슬릿을 연통시키는 제1 가압유로; 및
상기 제2 챔버와 상기 제3 챔버에 공기가 유입되도록 상기 베이스수단의 연통홀과 상기 제2 슬릿 및 상기 제3 슬릿을 연통시키는 제2 가압유로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
제2항에 있어서,
링 형태로 마련되고, 상기 체결플랜지를 상기 베이스수단에 밀착 체결하는 가압부 체결링;을 더 포함하고,
상기 제3 챔버에 공기가 유입되도록, 상기 체결플랜지에 상기 베이스수단의 연통홀과 연통되는 플랜지홀이 형성되고, 상기 체결링에 상기 플랜지홀과 상기 제3 챔버를 연통시키는 제3 가압유로가 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
제1항에 있어서,
상기 압력보상부는,
중공을 가지는 원판 형태로 마련되고, 중공으로 형성된 유압챔버에 유동체가 저장되며, 중심이 관통된 압력보상부 몸체;
상기 압력보상부 몸체의 중심에서 돌출 형성되고, 중심이 관통되어 상기 흡입유로가 형성되며, 상기 베이스수단의 중심을 관통하여 상기 캡부에 밀착 체결되는 흡입관; 및
상기 압력보상부 몸체의 원주 방향을 따라 상기 베이스수단 측으로 돌출되어 상기 가압부와 체결되는 가압체결부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
제5항에 있어서,
상기 가압체결부는,
내부에 공기가 주입되어 상기 압력보상부 몸체의 외측 단부면을 가압하도록 중공으로 형성된 제4 챔버; 및
상기 제4 챔버에 공기가 유입되도록 상기 베이스수단의 연통홀과 상기 제4 챔버를 연통시키는 제4 가압유로;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
제1항에 있어서,
상기 베이스수단은,
일측면에 상기 캡부가 체결되고, 상기 흡입유로를 제공하도록 중심에 관통홀이 형성되며, 복수의 상기 출입홀과 각각 연결되는 복수의 연통홀이 형성된 제1 베이스부;
중심이 관통 형성되어 상기 제1 베이스부가 수용되고, 상기 가압부가 체결되며, 상기 가압부에 공기를 공급하도록 복수의 연통홀이 형성된 제2 베이스부;
중심은 상기 관통홀에 삽입되어 상기 제1 베이스부의 이동을 가이드하고, 외측 단부면은 상기 제2 베이스부에 체결되며, 상기 제1 베이스부와 상기 제2 베이스부 사이에 가압챔버를 형성하고, 상기 압력보상부와 중심챔버를 형성하는 구획부; 및
내측단부는 상기 제1 베이스부의 외측에 체결되고, 외측단부는 상기 제2 베이스부의 내측에 체결되어 상기 가압챔버를 실링하는 실링부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
제7항에 있어서,
상기 베이스수단은,
상기 가압부에 형성된 제1 가압유로에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부에 형성된 연통홀을 연결하는 제1 튜브;
상기 가압부에 형성된 제2 가압유로에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부에 형성된 연통홀을 연결하는 제2 튜브;
상기 가압부를 체결하는 가압부 체결링에 형성된 제3 가압유로에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부에 형성된 연통홀을 연결하는 제3 튜브; 및
상기 압력보상부에 형성된 제4 가압유로에 공기를 공급하도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 상기 제2 베이스부에 형성된 연통홀을 연결하는 제4 튜브;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
제7항에 있어서,
상기 제1 베이스부는,
상기 가압챔버에 공기가 공급되도록 복수의 연통홀 중 어느 하나가 상기 가압챔버와 연통되도록 형성되고,
상기 중심챔버에 공기가 공급되도록 복수의 연통홀 중 어느 하나가 상기 관통홀과 연통되도록 형성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.
제8항에 있어서,
상기 캡부는,
상기 제1 가압유로에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 제1 출입홀;
상기 제2 가압유로에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 제2 출입홀;
상기 제3 가압유로에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 제3 출입홀;
상기 제4 가압유로에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 제4 출입홀;
상기 가압챔버에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 베이스 출입홀; 및
상기 중심챔버에 공기가 공급되도록 상기 제1 베이스부에 형성된 연통홀과 연결되는 중심 출입홀;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 연마헤드.