KR102191916B1 - 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드에 관한 것으로, 회전 구동되는 베이스와; 화학 기계적 연마 공정 중에 저면이 웨이퍼의 판면과 접촉하는 바닥판과, 상기 베이스에 일부가 고정되어 그 사이에 압력 챔버를 형성하는 멤브레인과; 상기 압력 챔버까지 연통된 기체 통로를 통하여 상기 압력 챔버 내에 공압을 공급하는 압력 조절부와; 다수의 연통공이 내부에 형성되어 상기 기체 통로의 출구로부터 공급된 기체가 상기 연통공을 통하여 상기 멤브레인의 바닥판에 도달하도록 상기 압력 챔버 내에 설치된 홀 블록을; 포함하여 구성되어, 압력 조절부로부터 압력 챔버에 공급된 기체는 홀 블록을 통과하면서 공압의 분포 상태가 균일해지므로, 압력 챔버의 하면을 형성하는 멤브레인의 바닥판에 균일한 가압력을 도입할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드{MEMBRANE IN CARRIER HEAD}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드에 관한 것으로, 상세하게는 캐리어 헤드의 압력 챔버에서 멤브레인을 가압하는 압력의 편차를 제거하여 웨이퍼의 영역별 가압력을 정확하게 제어할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인에 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 캐리어 헤드(1)의 개략도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(1)는 본체부(40)와, 본체부(40)와 함께 회전하는 장착된 베이스(20)와, 베이스(20)의 원주부에 장착된 리테이너링(30)과, 베이스(20)와 리테이너링(30)의 사이에 끝단(10a)이 고정되어 웨이퍼(W)와 바닥판(11)이 접촉하는 탄성 재질의 멤브레인(10)과, 멤브레인(10)과 베이스(20)의 사이에 형성되는 압력 챔버(C)의 압력을 조절하는 압력 조절부(50)로 구성된다.

멤브레인(10)은 바닥판(11)에 링형 격벽(15)이 형성되어 베이스(20)에 위치 고정되어, 멤브레인(10)과 베이스(20)의 사이에 압력 챔버(C)를 하나로 형성할 수 있지만, 웨이퍼(W)를 영역별로 가압하는 힘을 조절할 수 있도록 멤브레인(10)과 베이스(20)의 사이에 다수로 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3; C)를 형성할 수도 있다. 이를 위하여, 멤브레인(10)의 바닥판(11)에는 다수의 링형 격벽(15)이 형성되어 베이스(20)에 위치 고정된다.

압력 조절부(50)로부터 연장된 기체 통로(55)는 그 출구(55e1, 55e2, 55e3)가 압력 챔버(C1, C2, C3)의 상측에 연통되게 배치되어, 압력 조절부(50)로부터 제어된 공압이 기체 통로(55)를 통하여 압력 챔버(C1, C2, C3)에 공급되면서, 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 압력이 제어되면서 멤브레인(10)의 바닥판(11)을 통하여 웨이퍼(W)를 가압한다.

그러나, 도2에 도시된 바와 같이, 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 상측에 위치하는 기체 통로(55)의 출구(55e1, 55e2, 55e3)로부터 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 전체에 도달하는 경로(pz')는 서로 차이가 생기게 되어, 출구(55e1, 55e2, 55e3)의 바로 아래에 위치하는 판면 중앙부(M)에 비하여 판면 주변부(E)에는 기체가 충분히 도달하지 않게 된다. 더욱이, 베이스(20)의 저면과 멤브레인(10)의 판면 사이의 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 높이(Ho)는 도2에 도시된 것에 비하여 압력 챔버의 폭(격벽 사이의 거리)에 비하여 훨씬 작게 형성되므로, 판면 중앙부(M)와 판면 주변부(E)에서 바닥판(11)을 가압하는 힘의 차이가 발생되고, 이에 따라 웨이퍼(W)의 연마 공정이 균일하게 이루어지지 않는 문제가 야기된다.

따라서, 압력 챔버(C1, C2, C3; C)에 의해 가압되는 판면에 균일한 힘으로 가압할 수 있도록 하는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 캐리어 헤드의 압력 챔버에 공압을 공급하여 압력 챔버의 하측에 위치하는 멤브레인을 통하여 웨이퍼에 영역별로 정확한 가압력이 도입되도록 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 압력 챔버로 유입되는 기체 통로의 출구의 위치가 압력 챔버의 구석에 치우쳐 위치하더라도, 하나의 압력 챔버 하측에 대하여 멤브레인의 바닥판을 균일한 가압력으로 도입하여 웨이퍼의 연마를 균일하게 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 의도한 바에 따른 연마를 행할 수 있게 됨에 따라, 반도체 패키지를 신뢰성있게 제조할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 회전 구동되는 베이스와; 화학 기계적 연마 공정 중에 저면이 웨이퍼의 판면과 접촉하는 바닥판과, 상기 베이스에 일부가 고정되어 그 사이에 압력 챔버를 형성하는 멤브레인과; 상기 압력 챔버까지 연통된 기체 통로를 통하여 상기 압력 챔버 내에 공압을 공급하는 압력 조절부와; 다수의 연통공이 내부에 형성되어 상기 기체 통로의 출구로부터 공급된 기체가 상기 연통공을 통하여 상기 멤브레인의 바닥판에 도달하도록 상기 압력 챔버 내에 설치된 홀 블록을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공한다.

이는, 압력 조절부로부터 공급되는 공압이 압력 챔버에 공급되면, 공급된 기체의 유동이 다수의 연통공이 형성된 홀 블록을 통과하면서 멤브레인의 바닥판에 균일하게 공급되면서, 압력 챔버의 하면을 형성하는 멤브레인의 바닥판에 균일한 압력이 작용하게 되므로, 웨이퍼에 균일한 가압력을 도입하기 위함이다.

또한, 상기 멤브레인은 링 형태의 격벽이 형성되어, 상기 압력 챔버는 상기 격벽을 기준으로 다수로 분할된 다수로 형성되고, 상기 홀 블록은 상기 다수의 압력 챔버 중 어느 하나 이상에 위치하도록 구성됨에 따라, 홀 블록이 설치된 분할 압력 챔버 내에서는 웨이퍼에 균일한 가압력을 도입할 수 있다. 따라서, 홀 블록은 다수의 압력 챔버들 전부에 설치될 수도 있지만, 멤브레인의 바닥판에서의 압력 편차가 큰 일부의 압력 챔버에만 설치될 수도 있다.

이를 통해, 본 발명은 압력 챔버로 유입되는 기체 통로의 출구의 위치가 압력 챔버의 구석에 치우쳐 위치하더라도, 압력 챔버의 하면을 형성하는 멤브레인의 바닥판에는 균일한 가압력이 작용하게 되므로, 웨이퍼에 정확한 가압력을 분포시키면서 연마 공정을 신뢰성있게 행할 수 있는 잇점이 얻어진다.

여기서, 상기 압력 챔버에 연통되는 기체 통로의 출구로부터 상기 멤브레인의 상기 바닥판에 이르는 경로 상에는 상기 홀 블록이 배치되어, 홀 블록을 통과하지 않고서는 기체 통로의 출구로부터 멤브레인의 바닥판에 도달하지 못하도록 함으로써, 홀 블록을 통과하면서 기체의 압력이 서로 균질해져 멤브레인의 바닥판 전체에는 균일한 가압력으로 작용할 수 있도록 한다.

한편, 압력 챔버에 연통하는 기체 통로의 출구로부터 멤브레인의 바닥판에 이르는 경로 상에 배열된 홀 블록을 통과하면서, 기체의 유동 성분이 상하 방향 성분(멤브레인의 바닥판에 수직한 방향)으로만 유동하는 것에 비하여, 기체의 유동 성분이 좌우 방향 성분(멤브레인의 바닥판에 평행한 방향 및 바닥판에 경사진 방향)을 갖도록 유동하는 것이 기체 압력의 균질화에 도움이 되므로, 상기 홀 블록의 상기 연통공은 상하 방향과 수평 성분을 모두 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 홀 블록은 내부에 불규칙적인 연통공이 다수 형성되어 있는 다공질 블록으로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 홀 블록은 상기 압력 챔버의 높이의 50% 이상의 높이로 형성되는 경우에, 기체 통로를 통해 압력 챔버로 유입된 기체가 홀 블록을 통과하면서 보다 신뢰성있게 균질화되도록 할 수 있다.

상기 홀 블록은 비가요성 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 홀 블록이 가요성 소재로 형성될 경우에는, 다수의 압력 챔버들 사이에 도입되는 가압력에 차이가 있는 경우에는, 압력 챔버의 측면을 형성하는 멤브레인의 격벽을 기준으로 팽창하는 힘에 의하여 멤브레인의 격벽과 바닥판이 접하는 구석 영역에서 일측으로 치우치는 변형이 발생될 수 있다. 따라서, 홀 블록은 비가요성 소재로 형성되어 압력 챔버의 격벽 사이를 채우는 형태로 형성됨으로써, 홀 블록에 의하여 격벽의 일측으로 치우치는 변형이 억제됨으로써, 멤브레인 바닥판의 구석 영역에서 가압력의 차이가 발생되는 것을 억제할 수 있다. 예를 들어, 홀 블록은 알루미늄과 같은 금속 소재나 세라믹, 엔지니어링 플라스틱 등의 소재로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 홀 블록의 저면은 상기 멤브레인의 바닥판과 이격 배열되어 홀 블록과 멤브레인 바닥판 사이에 하측 공간을 구비함으로써, 홀 블록을 통과한 기체의 유동이 홀 블록과 멤브레인 바닥판의 사이에서 균질화되게 확산되면서, 멤브레인의 바닥판에 균질한 압력으로 가압하는 것이 가능해진다. 이와 동시에, 우레탄과 같이 탄성 가요성 재질로 형성되는 멤브레인 바닥판이 비가요성 홀 블록에 긁혀 손상되는 것을 방지하는 효과도 얻어진다.

또한, 홀 블록의 상면은 베이스의 저면과 이격 배열되어 홀 블록과 베이스 사이에 상측 공간을 구비함으로써, 기체 통로의 출구로 배출된 기체의 유동이 홀 블록에 의하여 저항을 받으면서, 상측 공간 내에서 전체적으로 기체가 확산된 상태에서 홀 블록을 통과하도록 구성된다. 이를 통해, 압력 챔버 내의 멤브레인 바닥판에 균일한 가압력이 도입되는 것이 보다 확실해진다. 이 경우에는, 홀 블록의 연통공이 상하 방향으로만 배열되어 있더라도, 멤브레인의 바닥판에 균일하게 분포된 가압력을 도입할 수 있다.

본 발명에 따르면, 압력 챔버에 다수의 연통공이 형성된 홀 블록이 배치됨에 따라, 압력 조절부로부터 압력 챔버에 공급된 기체는 홀 블록을 통과하면서 공압의 분포 상태가 균일해지므로, 압력 챔버의 하면을 형성하는 멤브레인의 바닥판에 균일한 가압력을 도입할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 홀 블록이 비가요성 소재로 형성되어, 다수로 분할된 압력 챔버 사이의 압력 편차가 발생될 경우에도, 각각의 압력 챔버의 구석 영역에서 발생될 수 있는 격벽의 휨 변형에 따른 불균일한 가압 상태를 해소할 수 있는 잇점이 있다.

무엇보다도, 본 발명은 홀 블록이 멤브레인의 바닥판과 이격되어, 홀 블록과 멤브레인의 바닥판 사이에 하측 공간이 마련되게 함으로써, 홀 블록을 통과하여 연통공의 출구에서 불연속적으로 균질화된 기체의 공압이 하측 공간 내에서 확산되면서 연속적으로 균질화시킨 상태로 멤브레인의 바닥판을 가압할 수 있게 되어, 압력 챔버에 의하여 웨이퍼에 도입되는 가압력이 보다 균일하게 분포되도록 하는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 홀 블록이 베이스와도 이격되어 홀 블록과 베이스 사이에 상측 공간이 마련되도록 함으로써, 베이스에 형성되는 기체 통로의 출구로부터의 공압이 홀 블록을 통과하기 이전에 상측 공간 내에서 확산되도록 유도한 상태에서 홀 블록을 기체가 통과하여 공압이 전달됨에 따라, 압력 챔버 내의 압력을 보다 확실하게 균일한 분포 상태로 유도할 수 있는 잇점이 있다.

도1은 종래의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 횡단면도,
도2는 압력 챔버 내의 가압력 분포 상태를 설명하기 위한 도1의 'A'부분의 확대도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 구성을 도시한 횡단면도,
도4는 압력 챔버 내의 가압력 분포 상태를 설명하기 위한 도2의 'B'부분의 확대도,
도5는 도4의 제2압력 챔버에 설치되는 홀 블록을 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드(100)는, 웨이퍼를 가압하는 바닥판(111)이 구비되고 탄성 소재로 형성된 멤브레인(110)과, 멤브레인(110)의 끝단(10a)과 격벽(115)의 끝단을 고정하고 회전 구동되는 베이스(120)와, 베이스(120)의 저면에 고정되어 웨이퍼(W)의 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 둘레를 감싼 상태로 회전하는 리테이너 링(130)과, 외부의 구동 수단에 의하여 회전 구동되고 회전 구동력을 베이스(120)에 전달하는 본체부(140)와, 멤브레인(110)과 베이스(120)의 사이에 형성되는 압력 챔버(C1, C2, C3; C)에 제어된 공압을 공급하는 압력 조절부(150)와, 압력 챔버(C1, C2, C3; C) 내에 설치되어 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 하면을 형성하는 멤브레인(110)의 바닥판(111)에 균일한 압력이 도입되도록 하는 홀 블록(160)을 포함하여 구성된다.

상기 멤브레인(110)은 바닥판(111)과 바닥판(111)의 가장자리 끝단으로부터 절곡되어 상측으로 연장 형성된 측면과, 바닥판(111)의 중심과 측면의 사이에 베이스(120)와 결합되는 다수의 링 형태의 격벽(115)이 형성된다. 측면의 끝단(10a)과 격벽(115)의 끝단은 베이스(120)에 결합되면서 그 사이 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3; C)를 형성한다.

도면에는 멤브레인(110)이 베이스(120)의 내부에 삽입 결합된 구성으로 개략화되어 있지만, 본 출원인이 출원하여 특허등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1244221호 및 제10-1241023호에 개시된 바와 같이 멤브레인의 끝단은 결합 부재와 베이스(120)의 사이에 끼인 형태로 결합될 수도 있다.

도면에는 3개의 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3)가 형성된 구성을 예로 들었지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 하나의 압력 챔버로 형성될 수도 있고, 2개 또는 4개 이상으로 분할된 압력 챔버로 형성될 수도 있다.

상기 베이스(120)는 도면에 간략화되어 도시되어 있지만 대한민국 등록특허공보 제10-122301호에 개시된 바와 같이 멤브레인(110)의 끝단과 결합한 상태로 회전 구동하는 구성 요소를 통칭한다.

상기 리테이너링(130)은 베이스(120)에 고정되어 베이스(120)와 함께 회전하면서, 연마 중인 웨이퍼(W)를 감싸도록 형성된다. 리테이너링(130)의 저면은 웨이퍼(W)의 연마면이 연마 공정 중에 접촉하고 있는 연마 패드 상에 접촉하여, 웨이퍼(W)가 연마 공정 중에 캐리어 헤드(100)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지한다.

상기 본체부(140)는 도면에 도시되지 않은 수단에 의하여 회전 구동된다. 그리고, 본체부(140)는 베이스(120)에 회전 구동력을 전달하여, 본체부(140)와 베이스(120)와 리테이너링(130) 및 멤브레인(110)이 함께 회전하게 된다. 도면에 도시된 실시예에서는 본체부(140)와 베이스(120)가 서로 다른 구성 요소로 도시되어 있지만, 본체부(140)와 베이스(120)는 하나의 몸체로 이루어질 수도 있다.

상기 압력 조절부(150)는 기체 통로(155)를 통하여 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3: C)마다 연통되어, 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3: C)의 압력을 독립적으로 제어한다. 이를 위하여, 기체 통로(155)는 압력 조절부(150)로부터 압력 챔버(C1, C2, C3: C)에까지 개별적으로 연장 형성된다. 기체 통로(155)의 출구(155e1, 155e2, 155e3)는 베이스(120)의 저면에 배치된다. 압력 조절부(150)를 통해 기체를 공급하거나 흡입하여, 압력 챔버(C1, C2, C3: C)에 정압 또는 부압이 인가되어, 멤브레인(110)의 바닥판(111)을 통해 웨이퍼(W)를 가압하거나 흡입 파지한다.

상기 홀 블록(160)은 멤브레인(110)과 베이스(120)의 사이에 형성되는 압력 챔버(C1, C2, C3: C) 내에 배치된다. 홀 블록(160)은 상하 방향으로 연통공이 관통 형성된 다수의 관다발 형태로 형성될 수 있고, 상하 좌우 방향으로 연통공이 불규칙적으로 형성된 다공질 블록 형태로 형성될 수 있다. 연통공이 상하 방향과 수평 성분을 모두 갖는 다공질 블록 형태로 형성되는 경우에, 홀 블록(160)을 통과하면서 기체의 공압이 충분히 균질화될 수 있도록 홀 블록(160)의 높이(Hx)은 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 높이(베이스의 저면과 멤브레인 바닥판 사이의 높이)의 50%보다 더 큰 치수로 형성되는 것이 좋다.

그리고, 홀 블록(160)은 비가요성 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 홀 블록(160)이 가요성 소재로 형성되는 경우에는, 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3; C)들 사이에 도입되는 가압력에 차이가 발생되면, 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 측면을 형성하는 멤브레인의 격벽(115)을 기준으로 팽창하는 힘에 의하여 멤브레인의 격벽(115)과 바닥판(111)이 접하는 구석 영역(E)에서 일측으로 치우치는 변형이 발생될 수 있으므로, 홀 블록(160)을 비가요성 소재로 형성하여 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 격벽(115) 사이를 채우는 형태(격벽과 홀 블록 사이에 삽입 부재가 개재되는 것을 포함함)로 형성됨으로써, 홀 블록(160)에 의하여 격벽(115)의 일측으로 치우치는 변형을 억제하여, 멤브레인 바닥판(111)의 구석 영역(E)에서 가압력의 편차가 발생되는 것을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 홀 블록은 알루미늄과 같은 금속 소재나 세라믹, 엔지니어링 플라스틱 등의 소재로 형성될 수 있다.

상기 홀 블록(160)의 저면은 상기 멤브레인의 바닥판과 이격 배열되어 홀 블록과 멤브레인 바닥판 사이에 하측 공간을 구비함으로써, 홀 블록을 통과한 기체의 유동이 홀 블록과 멤브레인 바닥판의 사이에서 균질화되게 확산되면서, 멤브레인의 바닥판에 균질한 압력으로 가압하는 것이 가능해진다. 이와 동시에, 우레탄과 같이 탄성 가요성 재질로 형성되는 멤브레인 바닥판이 비가요성 홀 블록에 긁혀 손상되는 것을 방지하는 효과도 얻어진다.

도4에 도시된 바와 같이, 홀 블록(161, 162, 163; 160)은 베이스(120)로부터 이격된 위치에 설치되어 그 사이에 상측 공간(x2)을 형성하고, 멤브레인(110)의 바닥판(111)으로부터 이격된 위치에 설치되어 그 사이에 하측 공간(x1)을 형성한다. 그리고, 이 때, 홀 블록(161, 162, 163; 160)은 고정 볼트(88)에 의하여 베이스(120)와 이격되게 고정됨으로써, 홀 블록(161, 162, 163; 160)의 상, 하측에 각각 상,하측 공간(x1, x2)을 형성할 수 있다. 이를 위하여, 홀 블록(161, 162, 163; 160)의 상면에는 고정 볼트(88)의 수나사산과 맞물리는 암나사공(160x)이 형성된다. 그리고, 홀 블록(161, 162, 163; 160)은 멤브레인(110)의 격벽(115)의 측면(115s)에 밀착되는 형태로 설치된다. 제2압력챔버(C2)를 예로 들면, 홀 블록(162)의 내측 직경(162di)과 외측 직경(162do)은 멤브레인의 격벽(115)과 맞닿는 치수로 형성되어, 홀 블록(162)의 내면(162Si)과 외면(162So)이 멤브레인의 격벽(115)의 측면(115s)과 맞닿도록 설치된다. 따라서, 기체 통로(155)의 출구(155e1, 155e2, 155e3)로부터의 공압은 홀 블록(161, 162, 163; 160)을 통과하여야 각 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 바닥판(111)에 도달하게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도6에 도시된 바와 같이 홀 블록(160)의 내면과 외면 중 어느 하나 이상과 멤브레인(110)의 격벽(115)의 사이에는 링 형태의 가요성 삽입 부재(99)가 개재(介在)될 수 있다. 이에 의하여, 홀 블록(160)이 비가요성 소재로 형성된 경우에, 부드러운 재질의 멤브레인(110)의 격벽(115)이나 측면이 홀 블록(160)에 긁혀 손상되는 것을 방지할 수 있으면서, 멤브레인(110)의 격벽(115)을 베이스(120)에 고정 설치하는 공정도 보다 용이해진다. 이 때, 가요성 삽입 부재(99)에는 기체가 통과하는 연통공이 형성되어도 되지만, 연통공이 없더라도 무방하다. 그리고, 가요성 삽입 부재(99)는 멤브레인(110)의 격벽(115)에 손상을 억제할 수 있으면서, 홀 블록(160)을 통과한 기체가 가요성 삽입 부재(99)에 의하여 구석 영역(E)에 공압을 덜 공급하지 않을 정도의 얇은 두께, 예를 들어 0.5mm 내지 3mm의 두께로 형성된다.

이와 같이, 홀 블록(161, 162, 163; 160)의 상측에 상측 공간(x2)을 형성함으로써, 기체 통로(155)의 출구(155e1, 155e2, 155e3)로 배출된 기체의 유동(pz2)이 홀 블록(161, 162, 163; 160)에 저항을 받아 상측 공간(x2) 내에 전체적으로 기체가 확산된 상태로 홀 블록(161, 162, 163; 160)을 통과하게 된다. 따라서, 각 압력 챔버(C1, C2, C3; C) 내의 멤브레인 바닥판(111)의 상면(111s)에 도입되는 압력은 판면에 걸쳐 균일한 압력(pz1)으로 도입된다. 이와 같이, 홀 블록(161, 162, 163; 160)의 상측에 상측 공간(x2)을 구비한 경우에는, 홀 블록(160)의 연통공이 상하 방향으로만 배열되어 있더라도, 멤브레인의 바닥판(111)에 균일하게 분포된 가압력을 도입할 수 있는 잇점이 있다.

또한, 홀 블록(161, 162, 163; 160)의 하측에 하측 공간(x1)을 형성함으로써, 홀 블록(161, 162, 163; 160)을 통과한 기체의 유동이 홀 블록(161, 162, 163; 160)과 멤브레인 바닥판(111)의 사이에서 균질화되게 확산된 이후에, 멤브레인의 바닥판(111)의 상면(111s)을 균질하게 분포된 상태의 압력으로 가압하게 된다. 또한, 압력 챔버(C1, C2, C3; C) 중 일부에 인가된 부압에 의하여 해당 압력 챔버의 공간이 수축함으로써, 웨이퍼(W)와 멤브레인 바닥판(111) 사이를 진공이 되면서 웨이퍼(W)를 흡입 파지하는 경우에, 멤브레인 바닥판(111)이 압력 챔버의 안쪽으로 휘는 변형이 발생되더라도, 홀 블록(161, 162, 163; 160)과 멤브레인 바닥판(111) 사이의 하측 공간(x1)에 의하여, 바닥판(111)의 상면(111s)이 홀 블록(161, 162, 163; 160)에 긁혀 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도면에는 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 전부에 홀 블록(161, 162, 163; 160)이 설치되는 구성을 예로 들었지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 압력 챔버(C1, C2, C3; C)들 중에 압력이 균일하게 도입되지 않는 일부의 압력 챔버에만 홀 블록이 설치될 수 있다.

그리고, 홀 블록(160)은 고정 볼트(88)에 의하여 베이스(120)와 상측 공간(x2)을 사이에 두고 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3; C)에 위치 고정되는데, 고정 볼트(88)와의 체결 길이를 조절하는 것에 의하여 홀 블록(160)은 압력 챔버(C1, C2, C3; C) 내에서 상하 방향(160d)으로 고정 위치가 변동될 수 있다. 이를 통하여, 압력 챔버(C1, C2, C3; C) 내의 상,하측 공간(x1, x2)의 높이(d)를 조절하여, 압력 챔버(C1, C2, C3; C)에 공급되는 공압에 대하여 멤브레인 바닥판(111)을 가압하는 가압력을 조절할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 캐리어 헤드(100)는, 압력 챔버(C1, C2, C3; C)에 다수의 연통공이 형성된 홀 블록(160)이 배치됨에 따라, 압력 조절부(150)로부터 압력 챔버(C1, C2, C3; C)에 공급된 기체가 홀 블록(160)을 통과하면서 공압의 분포 상태를 균일하게 조절하므로, 압력 챔버(C1, C2, C3; C)의 하면을 형성하는 멤브레인의 바닥판(111)에 균일한 가압력을 도입하여, 웨이퍼의 연마 두께를 정교하게 조절할 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
E: 구석 영역 88: 고정 볼트
99: 가요성 삽입부재 110: 멤브레인
111: 바닥판 115: 격벽
120: 베이스 130: 리테이너 링
140: 본체부 150: 압력 조절부
155: 기체 통로 155e1, 155e2, 155e3: 출구
161, 162, 163; 160 : 홀 블록

Claims (12)

1. 웨이퍼를 연마 패드에 가압하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드로서,
   회전 구동되는 베이스와;
   화학 기계적 연마 공정 중에 저면이 웨이퍼의 판면과 접촉하는 바닥판과, 상기 베이스에 일부가 고정되어 그 사이에 격벽에 의해 분할된 다수의 압력 챔버들을 형성하는 멤브레인과;
   상기 다수의 압력 챔버들까지 연통된 기체 통로를 통하여 상기 다수의 압력 챔버들의 압력이 독립적으로 제어되도록 상기 압력 챔버들의 내부에 공압을 각각 공급하는 압력 조절부와;
   상기 다수의 압력 챔버들 중에 어느 하나 이상에 설치되되, 상기 기체 통로의 출구로부터 이격되고, 상기 멤브레인의 상기 바닥판으로부터 이격되는 위치에 배치되고, 상하 방향과 수평 성분을 모두 갖는 형태로 다수의 연통공이 관통 형성되어, 상기 기체 통로의 출구로부터 공급된 기체가 상기 연통공을 통하여 상기 멤브레인의 바닥판에 도달하도록 설치된 홀 블록을;
   포함하여 구성되어, 상기 웨이퍼의 연마 공정 중에 상기 압력 조절부로부터 정압이 인가되면, 상기 홀 블록을 통과한 공압이 상기 바닥판을 하방 가압하여 상기 웨이퍼를 상기 연마 패드에 가압하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 홀 블록의 상면은 상기 베이스의 저면과 이격 배열되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 홀 블록은 상기 압력 챔버 내에서 상하로 위치 조정되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 격벽은 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
   
6. 제 1항 또는 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 다수의 압력 챔버들 중에 일부에 부압이 인가되면, 부압이 인가된 압력 챔버의 공간이 수축하면서, 상기 웨이퍼와 상기 멤브레인 바닥판 사이 공간이 진공이 되면서 상기 웨이퍼를 흡입 파지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
   
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