KR102181101B1 - 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 연마면에 가압하면서 회전하는 캐리어 헤드로서, 외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와; 상기 본체부와 함께 회전하고 상기 웨이퍼를 가압하는 가압면을 형성하는 멤브레인과; 상기 멤브레인의 둘레를 감싸는 링 형태로 배치되되, 원주 방향을 따라 다수로 분할된 형태이고, 상기 연마면에 대하여 틸팅축을 기준으로 틸팅(tilting) 가능하게 설치된 다수의 리테이닝 블록을; 포함하여 구성되어, 리테이닝 블록이 틸팅축을 기준으로 기울어지는 회전 변위를 조절할 수 있게 구성되어, 웨이퍼 가장자리에 인접한 리테이닝 블록의 내측 저면과 웨이퍼 가장자리와 멀리 떨어진 외측 저면 중 어느 하나가 연마 패드에 접촉한 상태가 되도록 틸팅각도를 조절하여 웨이퍼 가장자리의 단위 시간당 연마량에 영향을 미치는 리바운드 변형량을 제어함으로써, 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간당 연마량을 조절할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 {CARRIER HEAD OF CHEMICAL MECHANICAL APPARATUS}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 관한 것으로, 상세하게는 웨이퍼의 타겟 연마프로파일에 맞추어 웨이퍼 가장자리 영역의 연마 패턴 및 단위 시간당 연마량을 조절할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 방법에 관한 것이다.

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.

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.

도1은 화학 기계적 연마 장치(9)의 개략 평면도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 장치(9)는 웨이퍼(W)를 저면에 위치시킨 상태에서 웨이퍼(W)를 가압하며 자전하는 캐리어 헤드(1)와, 웨이퍼(W)의 연마면과 접촉하면서 회전(2d)하는 연마 패드(2)와, 연마 패드(2) 상에 슬러리를 공급하여 웨이퍼(W)에 도달한 슬러리에 의한 화학적 연마를 행하게 하는 슬러리 공급부(3)와, 연마 패드(2)의 표면을 개질하는 컨디셔너(4)로 이루어진다.

상기 캐리어 헤드(1)는 도3에 도시된 바와 같이 외부의 구동부에 의하여 회전 구동되는 본체부(10, 20)와, 본체부(10, 20) 중 베이스(20)에 고정되어 베이스(20)와의 사이에 다수의 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3)를 형성하는 멤브레인(30)과, 웨이퍼(W)의 둘레에 링 형태로 배치되어 화학 기계적 연마 공정 중에 저면이 연마 패드(2)를 가압하여 둘러싸고 있는 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(40)과, 압력 챔버(C1, C2, C3)에 공압 공급로(55)를 통해 공압을 인가하거나 배출시키는 압력 제어부(50)로 이루어진다.

여기서, 멤브레인(30)은 웨이퍼(W)를 가압하는 바닥판과, 바닥판의 가장자리 끝단에 상측으로 연장된 측면과, 바닥판의 중심과 측면의 사이에 링 형태로 형성된 격벽(35)이 형성되며, 측면과 격벽(35)의 끝단(30a)이 베이스(20)에 고정되어, 멤브레인 바닥판과 베이스(20)의 사이에 다수의 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3)를 형성한다.

그리고, 리테이너 링(40)은 구동부(M)에 의하여 상하로 이동(40d) 가능하게 설치된다. 구동부(M)는 전기를 구동원으로 사용하는 모터일 수도 있고, 공압이나 유압을 구동원으로 사용할 수도 있다. 리테이너 링(40)은 화학 기계적 연마 공정 중에 구동부(M)에 의하여 연마 패드(2) 상에서 소정의 힘(Pr)으로 가압된 상태로 유지된다.

이에 따라, 화학 기계적 연마 공정은 압력 제어부(50)로부터 공압이 압력 챔버(C1, C2, C3)에 공급되어 압력 챔버(C1, C2, C3)가 팽창하면서 멤브레인 바닥판에 의하여 웨이퍼를 연마 패드에 눌린 상태가 된다. 이와 동시에, 구동부(M)에 의하여 리테이너 링(40)은 하방 이동하여 웨이퍼(W)의 둘레에서 연마 패드를 가압함으로써 웨이퍼(W)가 화학 기계적 연마 공정 중에 캐리어 헤드(1)의 바깥으로 이탈하는 것을 감지한다.

그러나, 도4에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 둘레에 배치된 리테이너 링(40)이 하방 이동(40d)하여 연마 패드(2)를 가압하면, 연마 패드(2)가 리테이너 링(40)의 저면(40a)에 의해 눌리는 영역(40x)에서 눌림 변형이 연마 패드(2)에 발생되고, 이로 인하여 눌림 변형이 생기는 주변이 되튀어오르는 리바운드 변형(99)이 발생된다. 그런데, 리테이너 링(40)과 웨이퍼(W)의 가장자리(e)는 서로 근접하게 배치되므로, 연마 패드(2)의 리바운드 변형(99)에 의하여 웨이퍼의 가장자리(e)는 되튀어오르는 연마 패드(2)의 돌출부에 보다 높은 가압력으로 밀착되므로, 웨이퍼(W)의 가장자리(e)에서의 연마량이 의도하지 않게 급격히 상승하는 문제가 있었다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링에 의한 리바운드 변형에도 불구하고 웨이퍼 가장자리에서의 연마품질을 확보하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 리테이너 링에 의한 리바운드 변형을 이용하여 웨이퍼 가장자리에서의 연마 프로파일을 정확하게 조절하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 웨이퍼의 타겟 연마프로파일에 맞추어 웨이퍼 가장자리 영역에서의 연마 패턴 및 단위 시간당 연마량을 조절하여, 웨이퍼 가장자리 영역에서 다양한 타겟 연마프로파일에 맞출 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 연마면에 가압하면서 회전하는 캐리어 헤드로서, 외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와; 상기 본체부와 함께 회전하고 상기 웨이퍼를 가압하는 가압면을 형성하는 멤브레인과; 상기 멤브레인의 둘레를 감싸는 링 형태로 배치되되, 원주 방향을 따라 다수로 분할된 형태이고, 상기 연마면에 대하여 틸팅축을 기준으로 틸팅(tilting) 가능하게 설치된 다수의 리테이닝 블록을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드를 제공한다.

이는, 리테이닝 블록이 틸팅축을 기준으로 기울어지는 회전 변위가 가능하게 구성되어, 웨이퍼 가장자리에 인접한 리테이닝 블록의 내측 저면과 외측 저면 중 어느 하나가 연마 패드에 접촉한 상태가 되도록 틸팅각도를 조절하는 것에 의하여, 웨이퍼 가장자리에 영향을 미치는 리바운드 변형량을 조절함으로써, 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간당 연마량을 조절하기 위함이다.

이를 통해, 본 발명은, 리테이너 링에 의한 리바운드 변형의 정도를 조절하여 웨이퍼 가장자리 영역의 단위 시간당 연마량을 화학 기계적 연마 공정 중에도 필요에 따라 조절할 수 있게 됨에 따라, 웨이퍼 가장자리에서의 연마 프로파일을 정확하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링에 의한 리바운드 변형에도 불구하고 웨이퍼 가장자리에서의 연마품질을 확보할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 웨이퍼의 다양한 타겟 연마프로파일에 맞추어 웨이퍼 가장자리 영역에서의 연마 패턴 및 단위 시간당 연마량을 조절할 수 있게 되므로, 웨이퍼 가장자리 영역에서 다양한 타겟 연마프로파일에 정확히 맞출 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

이를 위하여, 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 단위 시간당 연마량(Removal Rate)을 늘리고자 할 경우에는 상기 리테이닝 블록의 내측 모서리가 상기 연마면에 접촉하게 상기 리테이닝 블록이 틸팅되며, 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 단위 시간당 연마량(Removal Rate)을 줄이고자 할 경우에는 상기 리테이닝 블록의 외측 모서리가 상기 연마면에 접촉하게 상기 리테이닝 블록이 틸팅된다.

그리고, 종래와 같이 하나의 리테이너 링으로 형성된 경우에는 리테이너 링의 틸팅이 불가능하지만, 다수로 이루어진 상기 리테이닝 블록은 틸팅이 가능하다. 이 때, 상기 리테이닝 블록은 4개 이상으로 형성됨으로써, 하나의 리테이닝 블록의 원주각을 90도 이하로 형성함으로써 원활한 틸팅 동작을 확보할 수 있다.

이 때, 본 발명에 따른 캐리어 헤드의 리테이닝 블록은 각각 틸팅축이 구비될 수 있지만, 상기 다수의 리테이닝 블록은 링 형태의 틸팅 축을 공유하여 전체적인 구성을 단순화하고 일관된 틸팅 동작을 구현할 수 있다.

그리고, 상기 다수의 리테이닝 블록은 상호 연동되어 함께 틸팅됨으로써, 웨이퍼 가장자리에서의 리바운드 변형량을 한꺼번에 일관되게 제어할 수 있다.

예를 들어, 상기 리테이닝 블록은, 상기 본체부에 고정된 고정 블록과; 상기 고정 블록에 대하여 회전 가능하게 설치된 접촉 블록과; 상기 접촉 블록을 관통하는 링 형태의 상기 틸팅 축과; 상기 틸팅 축에 대하여 반경 방향으로 이격된 위치에 상하 방향으로 배열된 구동 링크와; 상기 구동 링크를 상하 이동시키는 구동 수단을; 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 다수의 리테이닝 블록의 틸팅 제어를 위하여, 상기 다수의 리테이닝 블록에는 틸팅 축에 대하여 편심을 갖는 위치에 힌지축의 일단부가 각각 결합되고, 상기 각각의 힌지축의 타단부는 구동축에 힌지 결합되어, 상기 구동축을 구동부에 의하여 상하 방향으로 이동시키는 것에 의하여 상기 다수의 리테이닝 블록이 틸팅되게 제어할 수 있다.

한편, 상기 멤브레인의 측면은 상기 웨이퍼의 가장자리에 가압력을 전달하도록 구성된다. 이를 통해, 리테이닝 블록의 내측 모서리가 연마 패드와 접촉하여 연마 패드의 리바운드 변형에 의한 돌출부에 웨이퍼 가장자리가 접촉하는 동안에는 측면을 통해 전달하는 가압력을 낮추고, 리테이닝 블록의 외측 모서리가 연마 패드와 접촉하여 연마 패드의 리바운드 변형되지 않아 평탄한 연마 패드가 웨이퍼 가장자리와 접촉하는 동안에는 측면을 통해 전달하는 가압력을 높이는 것에 의하여, 웨이퍼 가장자리의 단위 시간당 연마량을 보다 미세하게 조절할 수 있다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 웨이퍼를 연마면에 가압하면서 상기 웨이퍼의 연마를 행하는 화학 기계적 연마 방법으로서, 상기 웨이퍼의 반경 방향으로의 연마 두께를 측정하는 단계와; 상기 웨이퍼의 가장자리에서의 연마량이 시간 경과에 따른 타겟 연마량과 차이가 있는 것으로 감지되면, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 다수의 리테이닝 블록을 상기 연마면에 대하여 틸팅축을 기준으로 틸팅(tilting)시키는 리테이닝 블록 틸팅단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.

이 때, 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 연마량(Removal Rate)이 시간 경과에 따른 타겟 연마량에 비하여 더 작은 것으로 감지되면, 상기 리테이닝 블록의 내측 모서리가 상기 연마면에 접촉하게 상기 리테이닝 블록이 틸팅된다. 또한, 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 연마량(Removal Rate)이 시간 경과에 따른 타겟 연마량에 비하여 더 큰 것으로 감지되면, 상기 리테이닝 블록의 외측 모서리가 상기 연마면에 접촉하게 상기 리테이닝 블록이 틸팅된다.

본 발명에 따르면, 리테이닝 블록이 틸팅축을 기준으로 기울어지는 회전 변위를 조절할 수 있게 구성되어, 웨이퍼 가장자리에 인접한 리테이닝 블록의 내측 저면과 웨이퍼 가장자리와 멀리 떨어진 외측 저면 중 어느 하나가 연마 패드에 접촉한 상태가 되도록 틸팅각도를 조절하여 웨이퍼 가장자리의 단위 시간당 연마량에 영향을 미치는 리바운드 변형량을 제어함으로써, 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간당 연마량을 조절할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명은, 리테이닝 블록에 의한 리바운드 변형의 정도를 조절하여 웨이퍼 가장자리 영역의 단위 시간당 연마량을 화학 기계적 연마 공정 중에도 필요에 따라 조절할 수 있게 됨에 따라, 웨이퍼 가장자리에서의 연마 프로파일을 정확하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링에 의한 리바운드 변형에도 불구하고 웨이퍼 가장자리에서의 연마품질을 확보할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 웨이퍼의 다양한 타겟 연마프로파일에 맞추어 웨이퍼 가장자리 영역에서의 연마 패턴 및 단위 시간당 연마량을 조절할 수 있게 되므로, 웨이퍼 가장자리 영역에서 다양한 타겟 연마프로파일에 정확히 맞출 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

도1은 일반적은 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도,
도2는 도1의 정면도,
도3은 도1의 캐리어 헤드의 구성을 개략적으로 도시한 횡단면도,
도4는 도3의 'A'부분의 확대도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 횡단면도,
도6은 도5의 캐리어 헤드의 저면도,
도7은 도5의 리테이닝 블록을 연동시키는 구성의 일례를 도시한 도면,
도8은 도5의 'B'부분의 확대도로서 리테이닝 블록의 내측 모서리가 연마 패드를 가압하는 구성을 도시한 도면,
도9는 도5의 'B'부분의 확대도로서 리테이닝 블록의 외측 모서리가 연마 패드를 가압하는 구성을 도시한 도면,
도10은 웨이퍼의 반경 길이에 따른 타겟 프로파일의 분포를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(100) 및 이를 이용한 화학 기계적 연마 방법을 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 전술한 종래 기술의 구성 및 작용과 유사한 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 명확하게 하기 위하여 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드(100)는 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하는 본체부(10, 20)와, 본체부(10, 20) 중 베이스(20)에 고정되어 베이스(20)와의 사이에 압력 챔버(C1, C2, C3)를 형성하고 탄성 가요성 소재로 형성되는 멤브레인(130)과, 멤브레인(130)의 둘레를 감싸게 배치되어 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(2)를 가압하여 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이닝 블록(140)과, 압력 챔버(C1, C2, C3) 및 멤브레인 측면(132) 상측에 형성된 가압 챔버(Cr)에 공압을 공급하거나 제거하는 압력 제어부(50)로 구성된다.

상기 멤브레인(130)은 웨이퍼(W)의 판면을 가압할 수 있도록 웨이퍼(W)의 판면에 대응하는 크기의 원판 형태로 형성된 바닥판(131)과, 바닥판(131)의 가장자리 끝단부로부터 상측으로 절곡되어 연장 형성된 측면(132)과, 바닥판(131)의 중심과 측면(132)의 사이에 본체부의 베이스(20)에 결합되는 다수의 링형태의 격벽(133)이 형성된다. 이에 따라, 멤브레인 바닥판(131)과 베이스(20)의 사이에는 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3)가 형성된다.

그리고, 도8에 도시된 바와 같이 멤브레인 측면(132)의 상측에는 반경 외측 방향으로 뻗은 고정 플랩(133a)과 반경 내측으로 뻗은 고정 플랩(133b)이 형성되어, 이들(133a, 133b)이 바닥면을 형성하는 가압 챔버(Cr)가 형성된다. 이 때, 멤브레인 측면(132)의 상측에 위치하는 가압 챔버(Cr)의 압력이 높아지면, 가압 챔버(Cr)의 바닥면을 통해 멤브레인 측면(132)을 타고 가압력(Fr)이 웨이퍼(W)의 가장자리 영역에 도달하여 가압하게 된다. 특히, 가압 챔버(Cr)의 바닥면은 평탄면으로 형성됨에 따라, 가압 챔버(Cr)의 바닥면에 작용하는 힘이 그대로 멤브레인 측면(132)을 타고 웨이퍼(W)의 가장자리에 가압력(Fv)으로 인가되므로, 웨이퍼(W)의 가장자리에 보다 높은 크기의 가압력을 인가할 수 있는 장점이 얻어진다.

상기 리테이닝 블록(140)은 도6에 도시된 바와 같이 웨이퍼(W)의 둘레를 감싸는 형태로 배열되며, 원주 방향을 따라 적어도 3개 이상(도면에는 6개)으로 분할되어 구동 수단(M2)에 의하여 저면(140s)의 내측 모서리(140i)나 외측 모서리(140e) 중 어느 하나가 연마 패드(2)와 접촉된 상태가 될 수 있도록 기울어지는 틸팅 동작이 가능하다는 점에 특징이 있다.

한편, 본 명세서 및 특허청구범위에서 '다수의 리테이닝 블록(140)'의 구성은 리테이닝 블록 자체가 다수로 형성되는 것을 포함할 뿐만 아니라, 연마 패드와 접촉하는 면(본 실시예에서는 접촉 블록(141)의 저면을 지칭함)이 다수로 형성되는 것을 포함한다.

리테이닝 블록(140)은, 연마 패드(2)와 접촉하는 저면(140s)을 구비하고 원주 방향을 따라 다수로 분할된 접촉 블록(141)과, 다수의 접촉 블록(141)과 연결된 상태를 유지하면서 회전 변위(140r)을 허용하게 설치되며 본체부(10, 20)에 고정 설치된 고정 블록(142)과, 링 형태로 형성되어 다수의 접촉 블록(141)을 관통하여 틸팅축을 형성하는 회전 기준링(145)과, 회전 기준링(145)이 관통하는 틸팅축의 위치와 반경 방향으로 xx로 표시된 거리만큼 이격된 위치에서 각각의 고정 블록(142)에 일단부가 고정되어 상측으로 연장 형성된 구동 링크(147)와, 고정 블록(142)과 접촉 블록(141)을 함께 상하 방향으로 이동시켜 접촉 블록(141)의 저면이 연마 패드(2)를 가압하게 구동하는 제1구동수단(M1)과, 구동 링크(147)를 상하로 이동시켜 접촉 블록(141)을 회전(140r)시켜 연마 패드(2)와의 접촉 위치를 조절하는 제2구동수단(M2)으로 구성된다.

여기서, 접촉 블록(141)은 웨이퍼(W)의 둘레를 감싸는 형태로 다수의 분리된 형태로 형성된다. 접촉 블록(141)은 연마 패드(2)를 가압하면서 조금씩 마모되므로 종래의 리테이너 링과 동일하거나 유사한 재질로 제작된다.

고정 블록(142)은 접촉 불록(141)과 마찬가지로 다수로 분리된 형태로 형성될 수도 있지만, 하나의 링형 부재로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1구동수단(M1)에 의하여 고정 블록(142)을 상하로 이동시키는 것에 의하여, 고정 블록(142)과 접촉 블록(141)이 함께 상하 이동된다. 여기서, 제1구동수단(M1)은 종래의 구동부(M)와 마찬가지로 전기 에너지를 구동원으로 사용하는 모터일 수도 있고, 공압이나 유압을 구동원으로 사용할 수도 있다. 이에 따라, 접촉 블록(141)의 저면(140s)은 연마 패드(2)를 가압(Pr)할 수 있게 된다.

그리고, 접촉 블록(141)은 고정 블록(142)에 대하여 링크 또는 가요성 부재에 의하여 연결되거나, 도면에 도시되지 않았지만 고정 블록(142)에 형성된 단턱에 접촉 블록(141)이 회전 변위를 허용하는 범위 내에서 걸터진 상태로 설치될 수도 있다. 그리고, 접촉 블록(141)과 고정 블록(142)의 대향면 중 어느 하나는 곡면으로 형성되어, 접촉 블록(141)이 고정 블록(142)에 대하여 회전하는 동작이 곡면에 의해 안내되게 할 수 있다.

회전 기준링(145)은 다수의 접촉 블록(141)을 관통하는 링 형태로 형성되어, 다수의 접촉 블록(141)의 틸팅축이 멤브레인의 중심으로부터 동일한 반경 거리만큼 이격된 위치와 동일한 높이에 형성되게 한다.

구동 링크(147)는 틸팅 축(145)으로부터 반경 방향으로 이격된 위치에 하단부가 위치하게 설치되어, 제2구동수단(M2)에 의하여 구동 링크(147)를 상하 방향(147d)으로 이동 구동함으로써, 접촉 블록(141)이 회전(140r)하게 되므로, 접촉 블록 저면(140s)의 내측 모서리(140i)와 외측 모서리(140e) 중 어느 하나가 연마 패드(2)에 접촉한 상태가 된다.

이 때, 다수의 접촉 블록(141)을 틸팅시키기 위한 작동이 접촉 블록(141)마다 설치된 구동 링크(147)에 의해 하나씩 행해질 수도 있지만, 도7에 도시된 캐리어 헤드(100')와 같이, 다수의 구동 링크(147)를 연결 링크(147L1)를 통해 하나의 가동 링크(147L2)로 연결되어 하나의 가동 링크(147L2)를 상하 이동시키는 것에 의하여 다수의 접촉 블록(141)을 동일한 틸팅각으로 회전시키는 것이 가능해진다.

이와 같이 구성된 리테이닝 블록(140)을 이용하여, 웨이퍼(W)의 가장자리에서의 단위 시간당 연마량을 줄이고자 할 경우에는, 도8에 도시된 바와 같이 구동 링크(147)를 하방(147d2)으로 이동시켜 접촉 블록(141)을 140r2으로 표시된 방향으로 틸팅 회전시켜, 리테이닝 블록(140)의 외측 모서리(140e)가 연마 패드(2)와 접촉하게 하여 연마 패드(2)를 가압하는 가압 위치와 웨이퍼 가장자리까지의 거리(z2)를 길게 조절한다. 이에 따라, 연마 패드(2)에는 리테이닝 블록(140)의 접촉 블록(141)의 외측 모서리(140e)에 의해 가압되어 눌림 변형이 생기면서, 그 주변으로 되튀어 돌출되는 리바운드 변형(99)이 발생되지만, 리바운드 변형(99)은 연마 패드(2)의 가압 위치와 웨이퍼 가장자리까지의 충분히 긴 거리(z2) 내부에 생기므로, 웨이퍼 가장자리와 연마 패드(2)의 접촉면은 서로 밀착된 상태가 된다. 따라서, 멤브레인 바닥판(131)이나 측면(132)을 통해 가압력이 웨이퍼(W)의 가장자리에 인가되면, 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간 당 연마량을 정상적인 값으로 유지하여 작게 할 수 있다.

이와 유사하게, 이와 같이 구성된 리테이닝 블록(140)을 이용하여, 웨이퍼(W)의 가장자리에서의 단위 시간당 연마량을 늘리고자 할 경우에는, 도9에 도시된 바와 같이, 구동 링크(147)를 상방(147d1)으로 이동시켜 접촉 블록(141)을 140r1으로 표시된 방향으로 틸팅 회전시켜, 리테이닝 블록(140)의 내측 모서리(140i)가 연마 패드(2)와 접촉하게 하여 리테이닝 블록(140)이 연마 패드(2)를 가압하는 가압 위치와 웨이퍼 가장자리까지의 거리(z1)를 짧게 조절한다. 이에 따라, 연마 패드(2)에는 리테이닝 블록(140)의 접촉 블록(141)의 내측 모서리(140i)에 의해 가압되어 눌림 변형이 생기면서, 그 주변으로 되튀어 돌출되는 리바운드 변형(99)이 발생되어, 웨이퍼 가장자리는 연마 패드(2)의 접촉면이 밀착되지 않고 돌출된 연마패드의 일부와 접촉한 상태가 된다. 따라서, 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간 당 연마량을 증가시킬 수 있다.

이에 더하여, 멤브레인 측면에 인가되는 가압력(Fv)의 크기를 조절하거나, 리테이닝 블록(140)의 틸팅 각도를 조절하는 것에 의하여, 웨이퍼 가장자리 영역의 단위 시간당 연마량을 미세하게 조절할 수도 있다.

상기와 같은 구성을 이용하여 화학 기계적 연마 방법에 활용될 수 있다. 즉, 도10에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 반경 방향에 따른 타겟연마프로파일이 다양하게 설정될 수 있는데, 먼저 웨이퍼의 반경 방향으로의 연마 두께를 공지된 다양한 방법으로 측정한 이후에, 웨이퍼의 가장자리(e)에서의 연마량이 시간 경과에 따른 타겟 연마량과 차이가 있는 것으로 감지되면, 화학 기계적 연마 공정 중에 상기 웨이퍼의 둘레를 감싸는 다수의 리테이닝 블록(140)을 연마 패드(22)에 대하여 틸팅축(145)을 기준으로 틸팅(tilting)시키는 것에 의하여, 웨이퍼 가장자리(e)의 단위 시간당 연마량을 조절하여 타겟 연마프로파일에 도달하도록 제어할 수 있다.

예를 들어, 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 연마량(Removal Rate)이 시간 경과에 따른 타겟 연마량에 비하여 더 큰 것으로 감지되면, 리테이닝 블록(140) 저면(140s)의 외측 모서리(140e)가 연마면(연마 패드)을 가압하게 리테이닝 블록(140)을 틸팅 회전시킨다. 이 때, 리테이닝 블록(140)의 틸팅각을 보다 크게 함으로써, 웨이퍼 가장자리 영역의 하측의 연마 패드가 돌출부에 인접한 오목부에 해당하게 조절하여, 단위 시간당 연마량을 정상시보다 보다 더 낮출수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 멤브레인 측면을 통한 가압력을 낮추는 것을 병행할 수도 있다.

이와 유사하게, 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 연마량(Removal Rate)이 시간 경과에 따른 타겟 연마량에 비하여 더 작은 것으로 감지되면, 리테이닝 블록(140) 저면(140s)의 내측 모서리(140i)가 연마면(연마 패드)에 접촉하게 상기 리테이닝 블록(140)을 틸팅 회전시킨다. 이 때, 리테이닝 블록(140)의 틸팅각을 보다 크게 함으로써, 웨이퍼 가장자리 영역의 하측의 연마 패드가 돌출부에 인접한 오목부에 해당하게 조절하여, 단위 시간당 연마량을 정상시보다 보다 더 낮출수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 멤브레인 측면을 통한 가압력을 높이는 것을 병행할 수도 있다.

이를 통해, 웨이퍼 가장자리에서의 타겟 연마프로파일이 도10에 도시된 바와 같이 다양한 형태(e0, e1, e2)로 형성되더라도, 웨이퍼 가장자리에서의 연마패드(2)의 리바운드 돌출 변형(99)의 위치를 조절하는 것에 의하여, 웨이퍼 가장자리와 연마 패드(2) 간의 밀착 접촉 상태를 제어하고, 동시에 멤브레인 측면(132)을 통해 높은 가압력(Fv)을 인가하는 것을 종합적으로 제어함으로써, 웨이퍼 가장자리에서의 단위 시간당 연마량을 정교하게 제어하여, 웨이퍼의 가장자리에서의 타겟 프로파일에 맞게 연마할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

W: 웨이퍼 C1, C2, C3: 압력 챔버
2: 연마 패드 100, 100': 캐리어 헤드
130: 멤브레인 131: 멤브레인 바닥판
132: 멤브레인 측면 Cx: 가압 챔버
Fv : 가압력 140: 리테이닝 블록
141: 접촉 블록 142: 고정 블록
145: 틸팅축 147: 구동 링크
M1: 제1구동수단 M2: 제2구동수단

Claims (11)

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2. 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 연마면에 가압하면서 회전하는 캐리어 헤드로서,
   외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와;
   상기 본체부와 함께 회전하고 상기 웨이퍼를 가압하는 가압면을 형성하는 멤브레인과;
   상기 멤브레인의 둘레를 감싸는 링 형태로 배치되되, 원주 방향을 따라 다수로 분할된 형태이고, 상기 연마면에 대하여 틸팅축을 기준으로 틸팅(tilting) 가능하게 설치된 다수의 리테이닝 블록을;
   포함하고, 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 단위 시간당 연마량(Removal Rate)을 늘리고자 할 경우에는 상기 리테이닝 블록의 내측 모서리가 상기 연마면에 접촉하게 상기 리테이닝 블록이 틸팅되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
   
3. 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 연마면에 가압하면서 회전하는 캐리어 헤드로서,
   외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와;
   상기 본체부와 함께 회전하고 상기 웨이퍼를 가압하는 가압면을 형성하는 멤브레인과;
   상기 멤브레인의 둘레를 감싸는 링 형태로 배치되되, 원주 방향을 따라 다수로 분할된 형태이고, 상기 연마면에 대하여 틸팅축을 기준으로 틸팅(tilting) 가능하게 설치된 다수의 리테이닝 블록을;
   포함하고, 상기 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 단위 시간당 연마량(Removal Rate)을 줄이고자 할 경우에는 상기 리테이닝 블록의 외측 모서리가 상기 연마면에 접촉하게 상기 리테이닝 블록이 틸팅되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
   
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7. 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 연마면에 가압하면서 회전하는 캐리어 헤드로서,
   외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와;
   상기 본체부와 함께 회전하고 상기 웨이퍼를 가압하는 가압면을 형성하는 멤브레인과;
   상기 멤브레인의 둘레를 감싸는 링 형태로 배치되되, 원주 방향을 따라 다수로 분할된 형태이고, 상기 연마면에 대하여 틸팅축을 기준으로 틸팅(tilting) 가능하게 설치된 다수의 리테이닝 블록을;
   포함하고, 상기 다수의 리테이닝 블록은 상호 연동되어 함께 틸팅되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
   
8. 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 연마면에 가압하면서 회전하는 캐리어 헤드로서,
   외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와;
   상기 본체부와 함께 회전하고 상기 웨이퍼를 가압하는 가압면을 형성하는 멤브레인과;
   상기 멤브레인의 둘레를 감싸는 링 형태로 배치되되, 원주 방향을 따라 다수로 분할된 형태이고, 상기 연마면에 대하여 틸팅축을 기준으로 틸팅(tilting) 가능하게 설치된 다수의 리테이닝 블록을;
   포함하고, 상기 멤브레인의 측면은 상기 웨이퍼의 가장자리에 가압력을 전달하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
   
9. 제 2항 또는 제3항 또는 제7항 또는 제8항에 있어서,
   상기 리테이닝 블록은 4개 이상으로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드.
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