KR20010078222A - 연마 장치의 연마 헤드 구조 - Google Patents

연마 장치의 연마 헤드 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20010078222A
KR20010078222A KR1020010004677A KR20010004677A KR20010078222A KR 20010078222 A KR20010078222 A KR 20010078222A KR 1020010004677 A KR1020010004677 A KR 1020010004677A KR 20010004677 A KR20010004677 A KR 20010004677A KR 20010078222 A KR20010078222 A KR 20010078222A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polishing
carrier
wafer
bearing barrel
air
Prior art date
Application number
KR1020010004677A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100440627B1 (ko
Inventor
누모토미노루
Original Assignee
오츄보 히데오
도쿄 세이미츄 코퍼레이션 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 오츄보 히데오, 도쿄 세이미츄 코퍼레이션 리미티드 filed Critical 오츄보 히데오
Publication of KR20010078222A publication Critical patent/KR20010078222A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100440627B1 publication Critical patent/KR100440627B1/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B24B37/32—Retaining rings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

본 발명에서 제안한 연마 장치의 연마 헤드는, 공기 발포 포트가 운반자(20)의 하단면에 위치하고, 운반자의 상단 외부 주변 부위(24)가 직경 방향으로 돌출되도록 구성되어 축받이통의 링(30)이 밀봉 부위(25)를 형성하는 구조로 되어 있다. 축받이통의 링이 고무 시트의 주변 모서리 부분을 고정시키는 방식으로 구성되어 운반자를 덮어주고 있다. 그 결과, 공기실(61)이 운반자 하단면과 고무 시트 사이에서 형성되고 이 공기실의 공기 압력이 웨이퍼(W)를 피륙과 같은 연마 패드(2)로 밀어낸다.

Description

연마 장치의 연마 헤드 구조{STRUCTURE OF POLISHING HEAD OF POLISHING APPARATUS}
본 발명은 CMP(Chemical Mechanical Polishing, 화학/기계적 연마)에 의한 반도체 웨이퍼[wafer, 반도체 기판(基板)인 실리콘 등의 박편(薄片)]의 연마 장치(polishing apparatus)의 연마 헤드(polishing head) 구조에 관한 것으로, 특히 웨이퍼가 연마될 때 공기 중에 떠 있는(floating) 연마 헤드의 구조에 관한 것이다.
최근까지 이루어진 집적 회로(IC: integrated circuit) 공정의 발전에 따라, 집적 회로의 패턴은 급기야 다중 층(multiple layers)의 형태를 띄도록 제작되어 왔다. 이 경우, 어느 정도 표면 불균일성이 발생하는 것을 피할 수 없다. 따라서, 인접한 층의 패턴이 이전의 층 위에서 형성되는 것이 통례가 되어 왔다. 그러나, 층의 개수가 증가함에 따라, 줄(line)의 두께와 구멍(hole)의 직경은 점점 더 작아진다. 직경이 더 작아질 수록, 우수한 패턴을 구성하는 것이 점점 더 어려워지고 결함이 더 많이 발생하는 결과를 가져 온다. 그러므로, 패턴이 형성되어 있는 이전의 층 표면을 연마하여 그 표면을 평평하게 한 후 다음 층의 패턴을 형성하는 것이 통례가 되어 왔다. 집적 회로(IC) 패턴의 형성 과정 중에 웨이퍼를 연마하기 위하여, CMP법을 사용한 연마 장치 (CMP 장치)가 사용된다.
통상적인 웨이퍼 연마 기구에는 연마 테이블의 표면에 결합된 연마 패드(pad)를 갖는 디스크-형태의 연마 테이블과, 연마될 웨이퍼의 표면들 중 하나를 지탱하고 그 웨이퍼의 다른 표면이 연마 패드와 접촉할 수 있도록 해주는 복수 개의 웨이퍼 연마 헤드, 그리고 상기와 같은 웨이퍼 연마 헤드들이 연마 테이블을 중심으로 회전할 수 있도록 하기 위한 헤드 구동 메카니즘이 포함되어 있다. 연마 패드와 웨이퍼 사이에 연마재(polishing agent)의 슬러리[slurry, 현탁액(懸濁液)]가 제공될 때 연마 작업을 수행한다.
굳어지게 하는 물질(packing material, 웨이퍼 접착 시트)이 웨이퍼-지탱 운반자(wafer-holding carrier)를 밀어내야 할(to be pushed) 운반자의 가장자리 표면(carrier surface side) 상에 접착시키고, 웨이퍼의 표면들 중 하나가 상기와 같이 굳어지게 하는 물질에 의해 지탱되어 접착되는 방식의 메카니즘[비심사청구된 일본 특허 문서 (코카이) 번호 8-229808]과, 탄력이 있는 다공성(多孔性) 폴리우레탄 삽입물(resilient porometric polyurethane insert)이 운반자(carrier)에 접착되고 웨이퍼가 그러한 삽입물에 의해 지탱되어 접착되는 방식의 메카니즘은 웨이퍼 연마 헤드들의 웨이퍼 지탱 메카니즘(wafer holding mechanism of the wafer polishing heads)이라고 알려져 있다[비심사청구된 일본 특허 문서 (코카이) 번호 6-79618].
그러나, 위에 기술된 종래의 웨이퍼 지탱 메카니즘에서는 소위 "굳어지게 하는 시트(packing sheet)"를 운반자의 표면에 반드시 접착시켜야 한다. 하지만, 이와 같이 굳어지게 하는 물질이 접착될 때 기포(air bubble)가 발생할 소지가 다분하여, 접착 작업 시 고도의 기술이 요구된다. 운반자에서 굳어지게 하는 시트가 접착되는 표면에 있어서 그 표면이 얼마나 결함이 없는 평평한 평면인지를 나타내는평면성(planarity)과 굳어지게 하는 물질의 두께 변화가 웨이퍼-과정 시 표면에 영향을 끼친다. 게다가, 굳어지게 하는 시트가 접착될 때마다 웨이퍼 연마 헤드들을 반드시 제거해야만 하는 문제점까지 있다.
이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명의 응용예로서 이미 일본 특허 번호 10-92030에 웨이퍼 연마 장치를 제안한 바 있다. 상기 웨이퍼 연마 장치는 웨이퍼 지탱 헤드의 주 몸체 내에서 느슨하게 지탱되는 운반자의 하단면에 위치하는 공기 발포 구성요소(air blast member)를 사용하게 되어 있어 상하로 움직일 수 있으므로 웨이퍼의 후방면으로 공기를 불어내어 운반자와 웨이퍼 사이에서 압력 유체층(pressure fluid layer)을 형성한다. 이때 웨이퍼는 상기 압력 유체층을 통하여 연마 테이블로 밀려지게 되어 지탱된다.
그러나, 상기와 같은 웨이퍼 연마 장치의 웨이퍼 지탱 메카니즘도 여전히 해결되지 못한 문제점이 남아 있는 바, 흡착(adsorption)에 의한 웨이퍼의 수송 도중 및 연마 중에 웨이퍼의 후방면이 운반자의 강인한 표면(hard surface)과 직접 접촉하게 되어 급기야 손상될 우려가 다분한 것이다.
따라서, 본 발명의 출원인은 일본 특허 출원 번호 11-128558에 공시된 웨이퍼 연마 장치를 제안한 바 있다. 상기 웨이퍼 연마 장치에서는, 운반자의 하단면 상에 있는 공기 발포 구성요소의 외부면 위에 보호용 시트(protective sheet)가 위치하여 공기 발포 구성요소로부터 나온 공기에 의해 팽창되는 공기 주머니로서 사용되어 웨이퍼를 연마 패드로 밀어낸다.
상기와 같은 공기 주머니 시스템에서, 공기에 대한 배출 포트는 일정한 상태로 남아 있다. 따라서, 보호용 시트 내부의 공기압이 운반자와 축받이통의 링(retainer ring)을 밀어내는 미는 힘(pushing force)보다 커질 수록, 공정 중에 가로 방향 힘을 받아들이는 지점이 연마 패드의 표면 위에 존재하여 이러한 힘이 공정의 정확도에 영향을 미치는 경우 운반자를 비스듬하게 기울이는 힘, 즉 경사력이 형성된다. 또한, 시트의 표면 형상 두께의 변화 역시 공정의 정확도에 영향을 미친다.
본 발명의 목적은 연마 중에 연마 헤드의 내부로부터 웨이퍼가 점프- 아웃(jump-out)되는 현상을 완전히 방지해 주는 웨이퍼 연마 장치의 웨이퍼 헤드 구조를 제공함과 동시에, 연마 패드가 파동처럼 굽이치는 현상(undulation)와 굳어지게 하는 물질(고무 시트)의 변화가 평면성의 정확도에 영향을 미치는 것도 방지하는 것이다.
본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드 구조에서, 고무 시트가 축받이통의 링의 내부 표면 위에 배치되고, 운반자의 공기 발포 포트로부터 나오는 공기에 의해 공기 주머니가 형성되며, 운반자로부터 돌출되어 나온 운반자의 상단 외부 주변 모서리(upper outer peripheral edge)가 축받이통의 링 위에 놓여 있어 공기 밀봉 부위(seal portion)를 이루게 된다. 따라서, 축받이통의 링을 연마 패드로 밀기 위해 축받이통의 압력을 저기압으로 맞추고 웨이퍼를 밀어내기 위해 공기 주머니의 압력을 고기압으로 맞추게 되면, 밀봉 부위가 조절 밸브(regulator valve)의 역할을 하게 되고 운반자도 웨이퍼를 축받이통의 링으로부터 밖으로 밀어내지않게 된다. 웨이퍼가 작용하는 과정 중에 웨이퍼의 미는 힘이 가로 방향 힘에 대항하여(against) 변하지 않는다. 게다가, 웨이퍼가 운반자의 강인한 표면과 접착한다고 해도 손상되지 않는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 헤드의 구조에서, 고무 시트 내에 복수 개의 구멍이 형성되어 있다. 이와 같은 방법으로, 웨이퍼의 전달 작용(transportation) 중에 연마 헤드의 웨이퍼 흡착 지탱 효과가 개선될 수 있고, 고무 시트의 구멍으로부터 배출되는 공기가 연마 작용 중에 웨이퍼를 연마 패드로 밀어내게 된다. 따라서, 고무 시트의 두께 변화 및 연마 패드가 파동과 같이 굽이치는 굽이침(undulation) 현상이 웨이퍼의 공정 정확도에 영향을 미치지 않게 된다. 웨이퍼와 고무 시트 사이의 틈(gap)으로부터 배출되어 나온 공기의 양이 극히 미량이기 때문에, 슬러리(slurry)가 응집된다(aggregation of slurry)든가 하는 일은 발생하지 않는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 헤드의 구조에서, 축받이통의 링을 구성하는 교환 부위(exchange portion)가 탈착 가능하게 축받이통 주 몸체에 고정(removably fitted)되어 있고 고무 시트가 교환 부위와 축받이통의 주 몸체 사이에 고정되어 있다. 결과적으로, 마모가 발생할 수 있는 교환 부위를 자주 교환할 수 있으며, 고무 시트도 쉽게 교환할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 헤드의 구조에서, 운반자의 하단면은 복수 개의 영역으로 분할되고 두번째 고무 시트가 추가로 배치되어 상기 각 영역에서 공기 주머니가 형성된다. 그 결과, 웨이퍼 공정의 양(wafer processingquantity)은 상기 영역들에 따라 변할 수 있게 된다.
본 발명은 아래에 기술된 발명의 바람직한 실시예와 도시된 도면들로부터 보다 더 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따라 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드를 도시한 길이 방향 단면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에서 고무 시트 안에 구멍이 존재하지 않을 때의 연마 헤드를 확대하여 도시한 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에서 고무 시트 안에 복수 개의 구멍들이 형성되었을 때의 연마 헤드를 확대하여 도시한 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에서 두번째 고무 시트가 추가로 배치되었을 때의 연마 헤드를 확대하여 도시한 부분 단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 연마 헤드
2 연마 패드
3 연마 테이블
4 헤드의 주 몸체
5 구동 유닛
20 운반자
21 운반자 푸시 구성요소
22 원통형으로 오목히 들어간 곳
23 핀
25 공기 밀봉 부위
26 홈
27 공기 통로
30 축받이통의 링
31 푸시 구성요소
32 내부 연결 포트
33 축받이통의 주 몸체
34 교환 부위
35 링
40 푸시 장치
41 공기 주머니
42 공기 공급 메커니즘
50 축받이통의 푸시 구성요소
51 운반자 푸시 구성요소
52 공기 공급 메커니즘
60 고무 시트
61 공기실
지금부터, 도시된 도면들을 중심으로 본 발명의 바람직한 실시예들에 따라 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드 구조에 관하여 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드(1)에 관한 길이 방향 단면도이다. 웨이퍼 연마 장치는 연마 테이블(3)을 포함하고, 그 연마 테이블(3)은 웨이퍼(W)를 연마하가 위한 연마 패드(2)를 가지며, 그 웨이퍼(W)는 상단면에 연결되어 있고, 웨이퍼(W)를 잡아 연마 테이블(3)로 전달하는 연마 헤드(1)는 연마하는 순간에 웨이퍼(W)가 잡고 있는 것을 풀어서(release) 공기에 의해 미리 결정된 연마의 순간에 연마 패드(2)로 웨이퍼(W)를 밀어내고, 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 연마 테이블(3)은 추가로 회전-구동 유닛(도시 안됨)을 포함하여 연마 헤드(1)를 중심으로 수평 연마 방향으로 웨이퍼(W)를 상대적으로 회전시킬 수 있다.
연마 헤드(1)는 기본적으로 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)로 밀어내기 위한 운반자(20)와, 운반자(20)를 통과할 수 있게 하고 연마 패드(2)를 웨이퍼(W)의 주변으로 밀어낼 수 있게 하기 위하여 원통형 형상으로 된 축받이통의 링(30)과, 운반자(20)와 축받이통의 링(30) 위에 배치된 헤드의 주 몸체(4), 헤드의 주 몸체(4)를 회전시켜 구동하기 위한 구동 유닛(5), 운반자(20)에 작용된 연마 압력을 조절하기 위하여 헤드의 주 몸체(4)와 운반자(20) 사이에 삽입되어 있는 운반자 푸시 장치(40), 그리고 연마 패드(2)를 축받이통의 링(30)으로 밀어 미는 힘을 조절하기 위한 미는 힘을 작용시키기 위하여 주 몸체(4)와 축받이통의 링(30) 사이에 삽입되어 있는 축받이통의 푸시 구성요소(50)를 포함한다.
운반자(20)에는 운반자 푸시 구성요소(21)가 포함되어 있어 운반자 푸시 장치(40)로부터 운반자(20)에 이르기까지 미는 힘을 전달시킨다. 유사하게 축받이통의 링(30)도 축받이통의 푸시 구성요소(50)로부터 축받이통의 링(30)에 이르기까지 미는 힘을 전달시키기 위하여 축받이통의 푸시 구성요소(31)를 가진다. 이와 같은 푸시 구성요소(21와 31)들은 도 1에 선택적으로 배치되어 도시되어 있으나, 푸시 구성요소들의 배열에 따라 서로 교차하지 않는 방식으로 자연스럽게 배치될 수도 있다.
운반자의 푸시 장치(40)는 헤드의 주 몸체(4) 하단면의 외부 주변 부위에 배치되어 있어 미는 힘을 운반자 푸시 구성요소(21)로 작용시킨다. 그 결과, 미는 힘이 운반자 푸시 구성요소(21)에 연결된 운반자(20)로 전달되고, 추후에 설명하겠지만, 운반자(20)를 통하여 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)로 밀어낸다. 운반자 푸시 구성요소(40)는 공기가 주입되고 배출될 때 팽창되고 수축되는 고무 시트로 구성된 공기 주머니(40)로 구성되는 것이 바람직하다. 공기를 공기 주머니(41)로 공급하기 위한 공기 공급 메카니즘(42)이 운반자 푸시 구성요소(40)에 내부 연결되어 있다. 공기 공급 메카니즘(42)은 펌프로부터 압력이 공급되는 공기의 압력을 조절하기 위한 조절기(도시 안됨)를 포함하고 있다.
축받이통의 푸시 구성요소(50)가 헤드의 주 몸체(4) 하단면 중심부에 배치되어 있어 축받이통의 푸시 구성요소(31)로 미는 힘을 작용시킨다. 그 결과, 축받이통의 푸시 구성요소(31)에 연결된 축받이통의 링(30)으로 미는 힘이 전달되고, 축받이통의 링(30)을 연마 패드(2)로 밀어낸다. 축받이통의 푸시 구성요소(50)는 운반자 푸시 구성요소(40)와 동일한 방식으로 고무 시트의 공기 주머니로 구성되는 것이 바람직하고, 공기를 공기 주머니(51)로 공급하기 위한 공기 공급 메카니즘(52)이 운반자 푸시 구성요소(51)에 내부 연결되어 있다. 공기 공급 메카니즘(52) 역시 펌프로부터 압력을 공급받아 공기의 압력을 조절하기 위한 조절기(도시 안됨)을 포함하고 있다.
원통형으로 오목히 들어간 곳(22)이 운반자(20)의 상단면 중앙에 정해진다. 헤드의 주 몸체(4) 축 부위(shaft portion)가 운반자(20)의 오목하게 들어간 곳(22)으로 딱 들어맞게 되어 있고 핀(23)으로 고정된다. 따라서, 운반자(20)가 상하로 이동할 수 있고 어느 정도 비스듬히 기울어질 수 있다. 운반자(20)의 상단 외부 주변 부위(24)가 플랜지 형상 내에서 돌출되어 있다. 상기와 같은 상단 외부 주변 부위(24)가 축받이통의 링(30) 상단면 상에 위치할 때, 이들이 함께 공기 밀봉 부위(25)를 형성한다.
공기를 흡입 및 배출하기 위한 구멍 또는 홈(26)이 운반자(20)의 하단면에 형성되어 있다. 공기 통로(27)가 형성되어 상기 구멍 또는 홈(26)과 소통한다. 흡입 펌프와 공기 공급 펌프 (도시 안됨)는 공기 통로(27)에 연결되어 있고 공기를 흡입/배출하는데 가변적으로 사용될 수 있다. 웨이퍼(W)가 지탱되고 전달될 때 공기가 흡입되며 공기의 발포(blast of air)에 의해 웨이퍼(W)를 연마하는 순간에 자체 홀드를 웨이퍼 상에 방출시킨다.
축받이통의 링(30)은 내부 연결 포트(32), 축받이통 주 몸체(33), 그리고 교환 부위(34)로 구성된다. 축받이통의 링(30)은 볼트 또는 유사한 요소에 의해 자체 내부 연결 포트(32)에서 축받이통의 푸시 구성요소(31)에 내부 연결되어 있다. 일부가 잘려져 나간 링(35)이 내부 연결 부위(32)와 축받이통의 주 몸체(33)와 연결되어 있어 조립 및 해체하기 수월하게 되어 있다. 볼트 또는 유사한 요소로 축받이통의 주 몸체(33)와 교환 부위(34)를 연결한다. 게다가, 축받이통의 주 몸체(33)와 교환 부위(34)가 고무 시트(60)의 주변 모서리를 고정시키는 방식으로 되어 있어 운반자(20)를 덮어주게 된다. 그 결과, 운반자(20)의 하단면과 고무 시트(60) 사이의 틈(gap)이 그들 사이에 공기실(61)(air chamber)을 정해준다. 이와 같은 틈의 크기는 대략 0.5 에서 2 mm 인 것이 적절하다.
따라서, 링(35), 축받이통의 주 몸체(33), 교환 부위(34), 그리고 고무 시트(60)를 연마 헤드(1)로부터 제거하고 볼트를 풀어 교환 부위(34)와 고무 시트(60)를 쉽게 교환, 세척 및 수리할 수 있다.
도 3에 도시된 다른 실시예에서와 같이 복수 개의 구멍들(62)이 고무 시트 (60)내에 형성되어도 무방하다. 이와 같은 구멍들은 연마 헤드(1)가 웨이퍼(W)를 집어서 전달할 때 흡착 구멍으로서 작용하며 연마가 진행 중일 때에는 공기 발포 구멍으로서 작용한다. 공기가 고무 시트(60)와 웨이퍼(W) 사이의 틈으로 진입함에 따라, 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)로 밀어낸다.
또한 공기가 웨이퍼(W)를 보다 쉽게 밀어낼 수 있게 하기 위하여 고무 시트(60)와 웨이퍼(W)가 접촉하는 면 위에 홈(groove)을 만드는 것도 가능하다. 추가로 고무 시트(60)와 웨이퍼(W)가 만나는 접촉면 위에 링-모양의 돌출부를 만든다거나, 고무 시트(60)의 푸시면 위에 오목한 곳(concavity)을 만드는 것도 가능하다.
이와 더불어, 고무 시트(60)에 구멍(62)이 전혀없는 경우에도 연마 헤드(1)가 웨이퍼(W)로 밀려감에 따라 고무 시트(60)의 표면 상에서 웨이퍼 (W)가 지탱될 수 있다. 이 경우엔, 공기 흡입(air suction)이 불필요하다.
도 2의 부분 확대도를 보면 위에서 설명된 구조를 갖는 연마 헤드(1)를 사용하는 웨이퍼 (W)의 연마 상태를 확인할 수 있다.
운반자(20)의 상단 외부 주변 부위(24)가 완전히 축받이의 링(30)위에 얹혀지면, 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)로 밀어내는 힘은 공기실(61) 내부의 공기 압력이다. 이와 같은 공기 압력이 상승하여 운반자(20)를 위로 들어올리면, 공기실(61) 내부의 공기가 밀봉 부위(24)로부터 배출되고 공기 압력이 강하한다. 밀봉 부위(25)는 이와 같은 방식으로 일종의 정규 밸브(regular valve)의 역할을 하여 공기실(61) 내부의 공기 압력이 과다하게 증가하는 것을 허용하지 않는다. 따라서, 축받이통의 링(30)의 미는 힘이 운반자(20)의 미는 힘보다 낮은 수준으로 강하됨으로써 야기되는 연마 헤드(1) 외부에서의 웨이퍼 (W)의 점핑(jumping)과 같이 이전 기술에서 찾아볼 수 있었던 현상을 방지할 수 있게 된다.
도 3에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서와 같이 고무 시트(60)가 복수 개의 구멍(60)들을 가질 때, 공기실(61) 내부의 공기가 고무 시트(60)와 웨이퍼(W) 사이의 틈으로 진입하게 되어 얇은 공기층을 형성하고 직접적으로 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)로 밀어낸다. 이러한 이유로 인해, 고무 시트(60) 두께의 변화가 웨이퍼(W)의 표면 공정 정확도에 전혀 영향을 끼치지 않게 된다.
이와 같은 공기층의 틈으로부터 누출되는 공기의 양은 극히 소량이기 때문에, 슬러리의 응집과 같은 현상을 발생하지 않는다. 이와 같은 경우 역시, 공기실(61) 내부의 공기 압력이 상기에 설명된 바와 동일한 방식으로 과다하게 상승하게 허용하지 않으며, 웨이퍼(W)의 점프-아웃(jump-out) 현상이 방지될 수 있다.
심지어 연마 헤드(1)가 힘을 가로 방향에서 받아들일 때 조차, 축받이통의 링(30)이 이와 같은 가로 방향 힘을 허용할 수 있다는 것이다. 따라서, 이와 같은 힘이 축받이통의 링(30)을 상방의 양력(경사력)으로서 작용하지만, 웨이퍼 (W)에 영향을 끼치지는 않는다.
위에서 설명된 실시예들은 웨이퍼 (W) 표면의 공정의 양(processing quantity)을 변화시킬 수 없다. 그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예들이 운반자(20)의 하단면 영역을 중앙 부위와 외부 주변 부위들과 같이 복수 개의 영역들로 분할하고, 두번째 고무 시트(63)를 배치시키는 식으로 되어 있어 각 영역마다 공기 주머니를 형성시키는 꼴이 된다. 같은 방식으로, 이와 같은 실시예에 있어서 공정의 양은 변화할 수 있다. 이 경우, 각 영역의 공기 주머니는 매우 자연스럽게 독립된 공기 공급 경로를 가지게 된다.
위에서 설명된 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드 구조에 있어서, 웨이퍼 미는 힘은 높은 수준으로 설정되어 있는 반면 축받이통의 링의 미는 힘은 낮게 설정되었을 때 조차, 웨이퍼가 연마 헤드로 부터 점프 아웃되는 현상은 발생하지 않으며, 연마 중에 가로 방향 응력 때문에 웨이퍼 미는 힘이 변하게 되는 일조차 발생하지 않는다. 웨이퍼는 운반자의 표면 정확도와 고무 시트 물질의 두께 변화, 그리고 푸시 면 상의 먼지에 의해 영향을 받지 않으므로, 고정도(high accuracy)의 평면성 연마 작업 수행이 가능하다. 고무 시트 물질과 교환 부위는 쉽게 교환 가능하고, 웨이퍼 공정의 양도 변화시킬 수 있다.
지금까지 설명 및 예시의 목적으로 특정한 실시예들만을 선정하여 이들을 중심으로 발명을 설명했으나, 본 발명의 기본 개념과 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 기술에 숙련된 사람에 의하여 다양한 수정 및 변경을 할 수 있음은 분명한 사실이다.

Claims (7)

  1. 하나의 작업물을 연마 테이블 상의 연마 패드로 밀어내어 상기 작업물의 상대적인 이동을 야기시키기 위한 연마 장치의 연마 헤드 구조로서, 상기 연마 헤드의 구성은, 회전이 가능하게 되어 있고 상기 연마 테이블과 반대에 배치되어 있는 헤드의 주 몸체, 상기 헤드 주 몸체에 의해 느슨하게 지탱되는 방식으로 되어 있는 수직 방향으로 움직일 수 있게 되어 있는 운반자, 상기 헤드 주 몸체에 의해 느슨하게 지탱받도록 되어 있어 수직 방향으로 움직일 수 있고, 상기 작업물을 감싸면서 연마 중에 상기 여마 패드와 접촉하게 되어 있는 축받이통의 링, 그리고 상기 축받이통의 링에 의하여 주변 모서리 부분에서 지탱되도록 되어 있어 상기 축받이통의 링 내부를 감싸게 되는 유연한 시트(flexible sheet)로 되어 있는 바, 직경 방향으로 돌출되어 있는 상기 운반자의 외부 주변 모서리 부위가 상기 축받이통의 링 상에 위치하여 공기의 밀봉 부위를 형성하고, 상기 운반자의 하단면에 형성된 공기 발포 포트로부터 나온 공기가 상기와 같이 유연한 시트를 팽창시키고 연마 중에 상기 작업물을 상기 연마 패드로 밀어내는 것을 특징으로 하는 연마 장치의 연마 헤드 구조.
  2. 제 1 항에 있어서, 복수 개의 구멍들이 상기 유연한 시트 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치의 연마 헤드 구조.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 축받이통의 링이 내부연결 포트, 축받이통의 주 몸체, 그리고 교환 부위로 구성되고 상기 내부연결 포트와 축받이통 부위가 링에 의해 연계되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치의 연마 헤드 구조.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 축받이통의 링이 내부연결 포트, 축받이통의 주 몸체, 그리고 교환 부위로 구성되고 상기 내부연결 포트와 축받이통 부위가 링에 의해 연계되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치의 연마 헤드 구조.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 교환 부위가 상기 축받이통의 주 몸체에 탈착 가능하게 고정되어 있고, 상기 유연한 시트의 주변 모서리가 상기 축받이통의 주 몸체와 상기 교환 부위 사이에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치의 연마 헤드 구조.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 교환 부위가 상기 축받이통의 주 몸체에 탈착 가능 하게 고정되어 있고, 상기 유연한 시트의 주변 모서리가 상기 축받이통의 주 몸체와 상기 교환 부위 사이에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치의 연마 헤드 구조.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 운반자의 하단면이 복수 개의 영역들로 분할되고, 추가로 두번째 유연한 시트가 구성되어 있는 상기 각 영역 내에 공기 주머니를 형성시키는 방식으로 배치되는 것을 특징으로 하는 연마 장치의 연마 헤드 구조.
KR10-2001-0004677A 2000-02-01 2001-01-31 연마 장치의 연마 헤드 구조 KR100440627B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000024082A JP3683149B2 (ja) 2000-02-01 2000-02-01 研磨装置の研磨ヘッドの構造
JP2000-024082 2000-02-01

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20010078222A true KR20010078222A (ko) 2001-08-20
KR100440627B1 KR100440627B1 (ko) 2004-07-15

Family

ID=18550147

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0004677A KR100440627B1 (ko) 2000-02-01 2001-01-31 연마 장치의 연마 헤드 구조

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6572438B2 (ko)
JP (1) JP3683149B2 (ko)
KR (1) KR100440627B1 (ko)
TW (1) TWI234504B (ko)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005034959A (ja) * 2003-07-16 2005-02-10 Ebara Corp 研磨装置及びリテーナリング
JP4930680B2 (ja) * 2006-02-02 2012-05-16 株式会社東京精密 ウェーハ研磨装置及び方法
JP5068957B2 (ja) * 2006-03-16 2012-11-07 株式会社東京精密 Ｃｍｐ研磨装置における研磨ヘッド
JP2007307623A (ja) 2006-05-16 2007-11-29 Elpida Memory Inc 研磨装置
JP4833355B2 (ja) * 2008-08-29 2011-12-07 信越半導体株式会社 研磨ヘッド及び研磨装置
JP5455190B2 (ja) * 2009-04-03 2014-03-26 不二越機械工業株式会社 研磨装置
JP5648954B2 (ja) * 2010-08-31 2015-01-07 不二越機械工業株式会社 研磨装置
JPWO2013001719A1 (ja) * 2011-06-29 2015-02-23 信越半導体株式会社 研磨ヘッド及び研磨装置
JP5878733B2 (ja) * 2011-11-02 2016-03-08 株式会社東京精密 テンプレート押圧ウェハ研磨方式
US9011207B2 (en) * 2012-10-29 2015-04-21 Wayne O. Duescher Flexible diaphragm combination floating and rigid abrading workholder
US8998678B2 (en) * 2012-10-29 2015-04-07 Wayne O. Duescher Spider arm driven flexible chamber abrading workholder
US9039488B2 (en) * 2012-10-29 2015-05-26 Wayne O. Duescher Pin driven flexible chamber abrading workholder
US8998677B2 (en) * 2012-10-29 2015-04-07 Wayne O. Duescher Bellows driven floatation-type abrading workholder
US8845394B2 (en) * 2012-10-29 2014-09-30 Wayne O. Duescher Bellows driven air floatation abrading workholder
JP5538601B1 (ja) * 2013-08-22 2014-07-02 ミクロ技研株式会社 研磨ヘッド及び研磨処理装置
CN115087518A (zh) 2020-06-24 2022-09-20 应用材料公司 具有压电压力控制的抛光承载头
CN112338703A (zh) * 2020-09-30 2021-02-09 天津津航技术物理研究所 一种圆环柱体光学零件内外壁抛光方法及工装

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5205082A (en) 1991-12-20 1993-04-27 Cybeq Systems, Inc. Wafer polisher head having floating retainer ring
US5449316A (en) * 1994-01-05 1995-09-12 Strasbaugh; Alan Wafer carrier for film planarization
JP3158934B2 (ja) 1995-02-28 2001-04-23 三菱マテリアル株式会社 ウェーハ研磨装置
JP2758152B2 (ja) * 1995-04-10 1998-05-28 松下電器産業株式会社 被研磨基板の保持装置及び基板の研磨方法
US6036587A (en) * 1996-10-10 2000-03-14 Applied Materials, Inc. Carrier head with layer of conformable material for a chemical mechanical polishing system
US6183354B1 (en) * 1996-11-08 2001-02-06 Applied Materials, Inc. Carrier head with a flexible membrane for a chemical mechanical polishing system
JP2897207B1 (ja) 1997-04-04 1999-05-31 株式会社東京精密 研磨装置
US6398621B1 (en) * 1997-05-23 2002-06-04 Applied Materials, Inc. Carrier head with a substrate sensor
JP2940611B2 (ja) * 1997-05-28 1999-08-25 株式会社東京精密 リテーナリング付きウェーハ研磨装置
US5964653A (en) * 1997-07-11 1999-10-12 Applied Materials, Inc. Carrier head with a flexible membrane for a chemical mechanical polishing system
JPH11226865A (ja) * 1997-12-11 1999-08-24 Speedfam Co Ltd キャリア及びｃｍｐ装置
US5993302A (en) * 1997-12-31 1999-11-30 Applied Materials, Inc. Carrier head with a removable retaining ring for a chemical mechanical polishing apparatus
US6080050A (en) * 1997-12-31 2000-06-27 Applied Materials, Inc. Carrier head including a flexible membrane and a compliant backing member for a chemical mechanical polishing apparatus
US6143127A (en) * 1998-05-14 2000-11-07 Applied Materials, Inc. Carrier head with a retaining ring for a chemical mechanical polishing system
US6210255B1 (en) * 1998-09-08 2001-04-03 Applied Materials, Inc. Carrier head for chemical mechanical polishing a substrate
US6244942B1 (en) * 1998-10-09 2001-06-12 Applied Materials, Inc. Carrier head with a flexible membrane and adjustable edge pressure
US6277014B1 (en) * 1998-10-09 2001-08-21 Applied Materials, Inc. Carrier head with a flexible membrane for chemical mechanical polishing
US6132298A (en) * 1998-11-25 2000-10-17 Applied Materials, Inc. Carrier head with edge control for chemical mechanical polishing
US6358129B2 (en) * 1998-11-11 2002-03-19 Micron Technology, Inc. Backing members and planarizing machines for mechanical and chemical-mechanical planarization of microelectronic-device substrate assemblies, and methods of making and using such backing members
US6165058A (en) * 1998-12-09 2000-12-26 Applied Materials, Inc. Carrier head for chemical mechanical polishing
US6162116A (en) * 1999-01-23 2000-12-19 Applied Materials, Inc. Carrier head for chemical mechanical polishing
US6431968B1 (en) * 1999-04-22 2002-08-13 Applied Materials, Inc. Carrier head with a compressible film
US6358121B1 (en) * 1999-07-09 2002-03-19 Applied Materials, Inc. Carrier head with a flexible membrane and an edge load ring
US6241593B1 (en) * 1999-07-09 2001-06-05 Applied Materials, Inc. Carrier head with pressurizable bladder

Also Published As

Publication number Publication date
US6572438B2 (en) 2003-06-03
JP2001212754A (ja) 2001-08-07
KR100440627B1 (ko) 2004-07-15
JP3683149B2 (ja) 2005-08-17
TWI234504B (en) 2005-06-21
US20010011003A1 (en) 2001-08-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100876381B1 (ko) 기판 고정 장치 및 기판 폴리싱 장치
KR20010078222A (ko) 연마 장치의 연마 헤드 구조
JP4757580B2 (ja) 研磨方法及び研磨装置、並びに研磨装置制御用プログラム
KR101063432B1 (ko) 기판 유지 장치 및 폴리싱 장치
KR20020073440A (ko) 폴리싱 장치
US6872130B1 (en) Carrier head with non-contact retainer
JP3085948B1 (ja) ウェーハ研磨装置
CN101007396A (zh) 应用于化学机械抛光工艺的抛光头及化学机械抛光方法
US20050272346A1 (en) Carrier head of chemical mechanical polishing apparatus having barriers dividing pressure chamber into a plurality of pressure zones
KR20050121758A (ko) 기판홀딩장치 및 폴리싱장치
JP2004327547A (ja) ウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法
JP3218572B2 (ja) ウェーハ加圧用ポリッシングプレート
JP2003173995A (ja) 基板保持装置及びポリッシング装置
JP2002113653A (ja) 基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置
JP2001298006A (ja) 研磨装置
US20020151260A1 (en) Carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus
JP3989234B2 (ja) 基板保持装置及びポリッシング装置
JP2004297029A (ja) 基板保持装置及び研磨装置
JP3856634B2 (ja) 基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置
JP4930680B2 (ja) ウェーハ研磨装置及び方法
KR20140027643A (ko) 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드용 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드
JP2000158312A (ja) ブラウン管用パネルのフェース面研磨装置
JP2008188767A (ja) 基板保持装置
JPH1177522A (ja) 基板保持装置及び該基板保持装置を備えたポリッシング装置
JP2003266301A (ja) ポリッシング装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080623

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee