KR20040023228A - 화학적 기계적 평탄화 기계의 폴리싱 헤드 - Google Patents

화학적 기계적 평탄화 기계의 폴리싱 헤드 Download PDF

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Abstract

화학적 기계적 평탄화(CMP) 기계에서 폴리싱 공정이 수행될 때 회동되면서 반도체 웨이퍼를 홀딩하기 위한 폴리싱 헤드는 몸체와, 상기 몸체의 내측 중앙에 설치되는 중앙 지지체, 복수의 통공들을 갖는 그리고 상기 중앙 지지체의 하부에 위치되는 다공판(perforated plate)과, 상기 다공판을 피복하는 멤브레인 및 상기 다공판을 상하로 이동시키는 이동 부재를 갖는다. 이와 같이, 본 발명의 연마 헤드는 상기 하부 플레이트의 업/다운을 통해 상기 멤브레인의 탄성력(특히, 멤브레인의 가장자리 부분)을 강제로 회복시킬 수 있는 특징을 갖는다.

Description

화학적 기계적 평탄화 기계의 폴리싱 헤드{POLISHING HEAD OF A CHEMICAL MECHANICAL POLISHING MACHINE}
본 발명은 반도체 웨이퍼를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 반도체 웨이퍼의 표면을 화학적, 기계적으로 연마하는 장치의 연마 헤드에 관한 것이다.
통상적으로, 반도체 제조 공정에서 연마 공정인 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정은 고집적회로(ULSI)의 평탄화 기술로 범용화되고 있다. 이는 연마 패드(Pad) 위에서 연마액인 슬러리(Slurry)를 공급하여 웨이퍼(Wafer)의 표면에 형성되는 막질의 높이차(단차)를 개선하기 위하여 가공되는 것이다. 상기 연마 공정은, 예를 들어 침적, 노광, 식각 공정 등과 같은 여러 제조 공정이 진행되는 도중에 대략 1 ~ 2 차례 정도 실시되고 있다.
CMP 공정에서는, 웨이퍼가 그것의 연마면(공정면)이 턴 테이블을 향하도록 폴리싱 헤드에 장착되고, 웨이퍼의 연마면(공정면)은 연마 패드가 설치된 턴테이블 상에 놓여진다. 폴리싱 헤드는 턴 테이블의 연마 패드에 대향해 웨이퍼의 후면을 누르도록 웨이퍼 상에 제어 가능한 누르는 힘(로드)를 제공한다. 또, 폴리싱 헤드는 웨이퍼와 턴테이블 사이의 추가적인 운동을 제공하도록 회전할 수도 있다.
효과적인 CMP 공정은 높은 연마 속도로 균일한 편평도의 웨이퍼를 가공하는데 있다. 웨이퍼 연마면의 균일도, 평탄도 및, 연마 속도 등의 특성은 웨이퍼와 연마 패드 사이의 상대속도, 연마 패드에 대향해 웨이퍼를 누르는 힘에 따라 많은 영향을 받는다. 특히, 연마 속도는 연마 패드에 대향해 웨이퍼를 누르는 힘을 크게 하면 할수록 폴리싱 속도는 더 빨라진다. 따라서, 폴리싱 헤드로부터 웨이퍼로 불균일한 누르는 힘이 가해지는 경우 상대적으로 큰 압력을 받는 웨이퍼의 특정 영역이 상대적으로 작은 압력을 받는 다른 영역에 비해서 더 빨리 연마될 것이다.
CMP 공정에서의 연마 균일도는 설비적인 측면, 즉 헤드 구조에 대해 의존적이 특징을 가지고 있다. 따라서, CMP 업체에서는 연마 균일도가 우수한 멤브레인 타입의 헤드를 개발, 적용이 활발히 진행되고 있다. 또한, 웨이퍼의 대구경화는 웨이퍼 에지 영역의 CMP 특성을 조절할 수 있는 설비를 요구하고 있다.
도 1은 일반적인 CMP설비의 연마 헤드의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1에서 보면, 일반적인 연마 헤드(10)는, 중앙 지지체(center support; 20) 내부에 압력공(20a)이 수직 방향으로 하나만 형성된 가압 구조로 이루어져 있다. 따라서, 가스압(gas pressure) 또는 진공압(vacuum pressure)이 다공판(22)의 통공(22a) 들을 통하여 멤브레인(membren;23)의 전면에 걸쳐 분산 공급될 때, 가스압이나 진공압이 순간적으로 상기 멤브레인(23)의 가장자리 지역(X2)보다 안쪽 지역(X1)에 더 치우친다는 문제점이 있었다.
이와 같이 순간적인 시간차를 둔 불균일한 가압 작용은 연마 균일도를 저하시키는 요인으로 작용되며, 특히 웨이퍼에 에지 슬로우(edge slow) 현상을 유발시키는 원인이 된다.
그리고, 상기 멤브레인(23)은 슬러리로 인해 탄성력이 저하되는 현상이 발생되는데, 특히 안쪽 지역(X1)보다는 가장자리 지역(X2)에서의 탄성력 저하가 심하게 발생된다. 이러한 일부 지역의 탄성력 저하는 멤브레인의 불균일한 팽창의 원인이 된다. 따라서, 불균일하게 팽창된 멤브레인으로 인해 웨이퍼 연마 균일도가 떨어지고, 특히 웨이퍼에 에지 슬로우(edge slow) 현상의 주요 원인이 된다.
본 발명의 목적은 높은 연마 균일도를 갖는 폴리싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 멤브레인 가장자리 지역의 감소된 탄성력을 회복시킬 수 있는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 에지 플로파일(edge profile)을 제어하여 에지 슬로우 현상을 방지할 수 있는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 CMP설비의 연마 헤드의 구조를 보여주는 단면도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CMP 장비의 전개 사시도;
도 3은 본 발명의 바람직한 제 1 실시예에 따른 폴리싱 헤드의 단면도;
도 4A는 하부 플레이트가 이동된 상태를 보여주는 폴리싱 헤드의 단면도;
도 4B는 멤브레인인 팽창된 상태를 보여주는 폴리싱 헤드의 단면도;
도 5은 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 폴리싱 헤드의 단면도;
도 6A는 하부 플레이트가 이동된 상태를 보여주는 폴리싱 헤드의 단면도;
도 6B는 멤브레인인 팽창된 상태를 보여주는 폴리싱 헤드의 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 폴리싱 스테이션 112 : 연마 패드
114 : 턴 테이블120 : 폴리싱 헤드 어셈블리
122 : 구동축 124 : 모터
130 : 폴리싱 헤드132 : 몸체
140 : 리터이너 링150 : 중앙 지지체
152 : 이동축154 : 수직 압력통로
156a : 제1수평홀156b : 제2수평홀
160 : 다공판162 : 상부 플레이트
164 : 하부 플레이트170 : 멤브레인
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 웨이퍼를 연마하기 위한 장치의 연마 헤드는 몸체와, 상기 몸체의 내측 중앙에 설치되는 중앙 지지체, 복수의 통공들을 갖는 그리고 상기 중앙 지지체의 하부에 위치되는 다공판(perforated plate)과, 상기 다공판을 피복하는 멤브레인 및 상기 다공판을 상하로 이동시키는 이동 부재를 갖는다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 다공판은 상기 몸체에 고정되는 상부 플레이트와, 상기 상부 플레이트 아래에 위치되고 상기 이동 부재에 의해 상하 이동되는 하부 플레이트로 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 다공판은 상기 하부 플레이트의 바운딩을 방지하기 위하여 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 연결하여 고정핀들을 더 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이동 부재는 상기 하부 다공판과 연결되어, 상기 하부 다공판을 상하 이동시킬 수 있다. 상기 이동 부재는 상기 중앙 지지체의 내부에 설치되는 상하 이동이 가능한 그리고 상기 하부 다공판과 연결되는 샤프트를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이동축은 수직방향으로 관통 형성된 공기압 통로와; 상기 공기압 통로와 연결되는 그리고 상기 공기압 통로로부터 제공되는 공기압을 상기 상부 플레이트와 상기 중앙 지지체 사이의 공간으로 제공하기 위한 제1공급홀들 및; 상기 공기압 통로와 연결되는 그리고 상기 공기압 통로로부터 제공되는 공기압을 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이의 공간으로 제공하기 위한 제2공급홀들을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이동축은 나사방식으로 상하 이동된다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 연마 헤드는 몸체와; 상기 몸체의 내측 중앙에 설치되는 중앙 지지체; 복수의 통공들을 갖는 그리고 상기 중앙 지지체의 하부에 위치되는 한쌍의 상/하부 플레이트와; 상기 한쌍의 상/하부 플레이트상의 상기 통공을 통하여 공급되는 가스압이나 진공압에 의하여 웨이퍼를 접촉 고정시킬 수 있는 멤브레인 및; 상기 하부 플레이트를 상하로 이동시키는 이동 부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 상부 플레이트는 상기 몸체에 고정되고, 상기 하부 플레이트는 상기 상부 플레이트 아래에 위치되고 상기 이동 부재에 의해 상하 이동된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 이동 부재는 상기 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 설치되고, 외부로부터 공급되는 공기압에 의해 부풀어지면서 상기 하부 플레이트를 상하 이동시키는 탄성부재를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 탄성부재는 웨이퍼의 가장자리에 로드를 가할 수 있도록 상기 하부 플레이트의 가장자리에 배치된다.
예컨대, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 고안을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부도면 도 2 내지 도 6B에 의거하여 상세히 설명한다. 또 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
[제 1 실시예]
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 CMP 장치(100)는 연마 패드(112)가 부착되어진 회전 가능한 턴 테이블(114)이 설치된 폴리싱 스테이션(110)과 폴리싱 헤드 어셈블리(120)를 갖는다.
상기 턴 테이블(114)은 턴 테이블을 회전시키기 위한 수단(미도시됨)에 연결되어지며, 가장 양호한 폴리싱 과정에서, 상기 회전 수단은 상기 턴 테이블(114)을 분당 약 50 내지 80회전수로 회전시킨다. 물론, 회전 수단의 회전속도는 이보다 낮거나 높을 수 있다. 상기 연마 패드(112)는 거친 폴리싱 면을 갖는 복합재료일 수 있다. 상기 폴리싱 스테이션(110)은 통상의 패드 컨디셔닝 수단(116) 및 반응시약(예, 산화폴리싱용 탈이온수)과 마찰 입자(예, 산화폴리싱용 이산화규소)와 화학 반응 촉매(예, 산화폴리싱용 수산화칼륨)를 포함하는 슬러리를 연마 패드의 표면에 공급하기 위한 슬러리 공급 수단(118)을 포함한다. 여기서, 패드 컨디셔닝 수단 및 슬러리 공급 수단은 이 발명의 요지에 해당하지 않을 뿐만 아니라 공지된 기술이므로 여기서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
상기 폴리싱 헤드 어셈블리(120)는 폴리싱 헤드(130), 구동축(122) 그리고 모터(124)를 포함한다. 폴리싱 헤드(130)는 연마 패드(112)에 대향해서 웨이퍼(10)를 유지하고 웨이퍼(10)의 후면으로 하향 압력을 균일하게 분포시킨다. 폴리싱 헤드(130)는 모터(124)에 연결된 구동축(122)에 의해 분당 40 내지 70 회전수로 회전할 수 있다. 물론, 회전속도는 이보다 낮거나 높을 수 있다. 또, 폴리싱 헤드(130)에는 가스압을 제공하거나, 또는 웨이퍼를 진공으로 흡착하기 위한 진공압을 제공하는 적어도 2개의 기체 공급 채널들이 연결될 수 있다. 물론, 이들 기체 공급 채널들에는 밸브, 변환기(transducer) 그리고 조절기(regulator)가 설치된다.
다음에는 도 3 내지 도 4B를 참조하면서 폴리싱 헤드(130)를 구체적으로 설명한다.
도 3을 참고하면, 상기 폴리싱 헤드(130)는 몸체(132), 리테이너 링(retainer ring;140), 중앙 지지체(150), 이동부재, 다공판(perforated plate;160) 그리고 유연한 재질의 멤브레인(170)을 포함한다.
상기 몸체(132)는 상부 몸체(이하, "매니폴드"라 칭함;132a)와 그릇형의 하부 몸체(이하, "캐리어"라 칭함;132b)로 이루어진다.
상기 매니폴드(manifold;132a)는 질소(N2) 가스압(또는 공기압)이나 진공압이 전달되어지는 통로인 주 압력관(134a)과 복수의 보조 압력관(134b)(134c)을 구비한다. 이들은 기체 공급채널들(미도시됨)과 연결된다. 상기 매니폴드(132a)와 상기 캐리어(132b) 사이에는 이들을 상호 결합시킬 수 있는 내, 외부 고정판(136a)(136b)이 구비된다. 상기 내, 외부 고정판(136a)(136b) 사이에는 질소 가스가 유출되지 않도록 밀봉함과 동시에 상기 보조 압력관(134b)을 통하여 전달되는 가스압이나 진공압에 의하여 리테이너 링(140)을 눌러줄 수 있는 다이어프램(Diaphram)(190)이 삽입 개재된다.
상기 내부 고정판(136a)과 상기 캐리어(134b)에는 다른 압력관(194a)이 수직으로 연통 구비된다. 상기 캐리어(134b)의 하단에는 연마헤드(130) 전체에 일정 압력을 가할 수 있는 링 형태의 인너 튜브(Inner Tube)(192)가 구비된다. 여기서, 상기 인너 튜브(192)는 캐리어(134b) 쪽의 압력관(194a)과 연결관(194b)을 통해 상기 매니폴드(132a)의 보조 압력관(134c)과 연결된다. 상기 인너 튜브(192)에는 상호연결된 관들(194a,194b)을 통하여 가스압이나 진공압이 전달된다.
한편, 상기 매니폴드(132a)와 상기 캐리어(134b)의 내측 중앙 쪽에는 짐발(Gymbal)로 불리우는 중앙 지지체(150)가 구비된다. 이 중앙 지지체(150)는 웨이퍼를 치우치지 않게 잡아주는 역할을 한다. 상기 중앙 지지체(150)의 수평부분 아래에는 다공판(160)이 위치된다. 이 다공판(160)은 상부 플레이트(162)와 하부 플레이트(164)로 구분되며, 이들 각각에는 복수의 통공(162a,164a)들이 형성된다. 상기 상부 플레이트(162)는 고정부재(166)에 의하여 결합된다. 여기서, 상부 플레이트(162)는 케리어(134b)에 일단이 고정된 플렉쳐(flexure;167)의 타단에 고정부재(166)에 의하여 결합된다.
상기 하부 플레이트(164)는 견고하게 고정된 상부 플레이트(162)와는 다르게 연마 공정시에 바운딩(bounding)이 발생될 가능성이 매우 높다. 따라서, 본 실시예에서는 상기 하부 플레이트(164)의 바운딩 방지를 위해, 고정핀(168)들을 상기 하부 플레이트(164)와 상부 플레이트(162)를 관통해서 상기 고정 부재(166)에 고정시켰다. 이 고정핀(168)들은 연마 공정시에 상기 하부 플레이트의 바운딩을 방지하게 된다.
상기 멤브레인(170)은 상기 상부 플레이트에 고정되고, 이 멤브레인은 상기 하부 플레이트의 저면을 감싸도록 피복된다. 상기 멤브레인(170)은 웨이퍼의 후면과 직접적으로 면 접촉하는 얇은 고무막으로, 압력을 받으면 팽창하여 웨이퍼의 후면으로 로드를 가한다.
한편, 상기 중앙 지지체(150)의 중앙에는 수직방향으로 이동축(152)이 설치된다. 이 이동축(152)은 연마 작업중이나 종료후에 멤브레인(170)으로 가스압이나 진공압을 전달해주는 역할과 더불어, 상기 하부 플레이트(164)를 업/다운시키기 위한 역할을 하는 것이다. 이 이동축(152)은 상기 하부 플레이트(164)와 연결된다. 예컨대, 이들은 일체로 제조되거나 또는 각각 제조한 후 조립할 수 있다. 상기 이동축(152)은 상단의 중앙 지지체(150)와 나사 체결되는 나사부(153)를 갖는다. 상기 나사부(153)의 회전에 의해 상기 이동축(152)은 상기 하부 플레이트(164)를 업/다운 이동시킨다. 도 4A에서 처럼, 상기 하부 플레이트가 다운되면, 상기 멤브레인은 상기 하부 플레이트에 의해 강제로 늘어나게 된다. 특히, 멤브레인의 팽창 정도는 중앙 지역보다 가장자리 지역이 크다. 이처럼, 상기 하부 플레이트의 다운은 슬러리로 인해 탄성력이 떨어진 멤브레인의 탄성력(특히 가장자리 지역의 탄성력)을 회복시켜주게 된다. 도 4B와 같이, 상기 멤브레인은 상기 하부 플레이트에 의해 강제로 팽창된 상태에서, 상기 이동축을 통해 제공되는 압력에 의해 팽창된다.
이와 같이, 본 발명의 연마 헤드(130)는 상기 하부 플레이트(164)의 업/다운을 통해 상기 멤브레인의 탄성력(특히, 멤브레인의 가장자리 부분)을 강제로 회복시킬 수 있는 특징을 갖는다.
한편, 상기 나사부와 중앙 지지체(150) 사이에는 상기 나사부(153)의 고정상태를 유지시키기 위한 스프링(s)이 설치된다.
상기 이동축(152)에는 상기 매니폴드(132a)의 주 압력관(134a)과 연통 결합되는 압력통로(154; 점선으로 표시됨)가 수직방향으로 관통되어 형성된다. 그리고 압력이 멤브레인(170)의 가장자리보다 중앙쪽에 더 편중되는 것을 방지하기 위해,상기 이동축(152)에는 상기 수직 압력통로(154)와 연통되는 제1수평홀(156a)들과 제2수평홀(156b)들이 형성된다. 상기 제1수평홀(156a)들은 상기 상부 플레이트(162)와 상기 중앙 지지체(150)의 수평부분 사이의 제1공간(a)에 위치된다. 그리고 상기 제2수평홀(156b)들은 상기 상부 플레이트(162)와 상기 하부 플레이트(164) 사이의 제2공간(b)에 위치된다.
상기 이동축(152)의 수직 압력통로(154)로 공급되는 압력(진공압이나 가스압)은 순간적이지만, 제1수평홀(156a)들을 통해 제1공간(a)으로 제공된 후에 제2수평홀(156b)들을 통해 제2공간(b)으로 제공된다. 아주 짧은 시간이지만, 압력은 상기 제1공간(a)과 제2공간(b)에 순차적으로 제공되고, 이들 공간들로 제공된 압력은 상기 통공(162a,164a)들을 통해 멤브레인(170)의 전면에(가장자리 지역으로부터 중앙 지역에 이르기까지) 걸쳐 고르게 분산된다.
한편, 캐리어(134b)의 하단 가장자리에는 리테이너 링(140)이 설치된다. 이 리테이너 링(140)은 연마 공정시 웨이퍼가 폴리싱 헤드(130)에서 이탈하는 것을 방지한다.
이와 같이 구비된 본 발명의 반도체 연마 공정용 연마 헤드(130)는, 우선 연마 패드(112) 상에 웨이퍼의 전면이 접촉된 상태로 회전하며 연마 작업이 진행된다. 도 4B의 화살표 방향과 같이, 질소 가스 압력은 상기 매니폴더(132a)의 주 압력관(134a)으로부터 이동축(152)의 수직 압력통로(154)와 제1 및 제2수평홀(156a,156b)들을 통해 제1 및 제2공간(a,b)으로 제공된다. 이들 공간으로 제공된 압력은 상기 상부/하부 플레이트(162,164)의 통공들을 거쳐멤브레인(170)의 전면에 걸쳐 고르게 분산된 후, 웨이퍼의 후면에 균일한 누름(가압)을 가하게 된다. 그리고, 웨이퍼의 둘레면은 리테이너 링(172)에 의하여 회전에 따른 이탈이나 슬립(Slip)이 일어나지 않도록 잡아주게 됨으로써 연마헤드(130)는 웨이퍼를 움직이지 않게 고정시킨 상태로 연마 작업을 진행케 한다.
따라서, 본 발명은 종래와 같이 중앙 지지체 내부에 수직 압력공 하나만 형성된 가압 구조를 취하는 것이 아니라, 이동축(152)의 수직 압력통로(154)와 연통된 복수의 수평홀들(156a,156b)을 통하여 고르게 분산시키는 가압 구조를 위하고 있다. 즉, 종래와 같이, 가스압이나 진공압이 멤브레인(170)의 중앙 지역에만 편중하여 작용되지 않고, 멤브레인의 가장자리 지역까지 시간 차이를 두지 않고 동시에 그리고 균일하게 작용될 수 있는 것이다.
또한, 본 발명은 종래와 같이 다공판이 하나로 이루어진 것이 아니라, 고정된 상부 플레이트와, 이동축과 함께 업/다운이 가능한 하부 플레이트로 구성되어 있다. 본 발명의 연마 헤드는, 하부 플레이트의 업/다운 조절을 통하여 에지 프로파일을 조절함으로써, 에지 슬로우 현상을 방지할 수 있다.
[제 2 실시예]
도 5 및 도 6에는 본 발명의 바람직한 제 2 실시예에 따른 폴리싱 헤드의 단면도들이 도시되어 있다.
본 실시예에 따른 폴리싱 헤드(200)는 하부 플레이트(264)의 업/다운을 위한 이동수단으로 가압방식을 사용한다는 점에서 제 1 실시예의 폴리싱 헤드(130)와는 다르다.
이를 위해 폴리싱 헤드(200)는 몸체(232), 리테이너 링(retainer ring;240), 중앙 지지체(250), 탄성부재(280), 다공판(perforated plate;260) 그리고 유연한 재질의 멤브레인(270)을 포함한다.
상기 몸체(232)는 상부 몸체(이하, "매니폴드"라 칭함;232a)와 그릇형의 하부 몸체(이하, "캐리어"라 칭함;232b)로 이루어진다.
상기 매니폴드(manifold;232a)는 질소(N2) 가스압(또는 공기압)이나 진공압이 전달되어지는 통로인 주 압력관(234a)과 복수의 보조 압력관(234b)(234c)(234d)을 구비한다. 이들은 통상의 기체 공급채널들(미도시됨)과 연결된다. 상기 매니폴드(232a)와 상기 캐리어(232b) 사이에는 이들을 상호 결합시킬 수 있는 내, 외부 고정판(236a)(236b)이 구비된다. 상기 내, 외부 고정판(236a)(236b) 사이에는 질소 가스가 유출되지 않도록 밀봉함과 동시에 상기 보조 압력관(234b)을 통하여 전달되는 가스압이나 진공압에 의하여 리테이너 링(240)을 눌러줄 수 있는 다이어프램(Diaphram)(290)이 삽입 개재된다.
상기 내부 고정판(236a)과 상기 캐리어(232b)에는 다른 압력관(294a)이 수직으로 연통 구비된다. 상기 캐리어(236b)의 하단에는 연마헤드(200) 전체에 일정 압력을 가할 수 있는 링 형태의 인너 튜브(Inner Tube)(294)가 구비된다. 여기서, 상기 인너 튜브(294)는 캐리어(232b) 쪽의 압력관(294a)과 연결관(294b)을 통해 상기 매니폴드(232a)의 보조 압력관(234c)과 연결된다. 상기 인너 튜브(294)에는 상호 연결된 관들을 통하여 가스압이나 진공압이 전달된다.
한편, 상기 매니폴드(232a)와 상기 캐리어(232b)의 내측 중앙 쪽에는짐발(Gymbal)로 불리우는 중앙 지지체(250)가 구비된다. 이 중앙 지지체(250)는 멤브레인(270)으로 가스압이나 진공압을 전달해줌과 더불어 웨이퍼를 치우치지 않게 서포트하는 역할을 하는 것이다.
상기 중앙 지지체(0)에는 상기 매니폴드(232a)의 주 압력관(234a)과 연통되는 수직 압력공(252)이 관통 형성된다. 상기 중앙 지지체(250)의 수평부분 아래에는 다공판(260)이 위치된다. 이 다공판(260)은 상부 플레이트(262)와 하부 플레이트(264)로 구분되며, 이들 각각에는 복수의 통공들(262a,264a)이 형성된다. 상기 상부 플레이트(262)는 고정부재(266)에 의하여 결합된다. 여기서, 상부 플레이트(262)는 케리어(232b)에 일단이 고정된 플렉쳐(flexure;267)의 타단에 고정부재(266)에 의하여 결합된다.
상기 상부 플레이트(262)와 하부 플레이트(264) 사이에는 상기 하부 플레이트(264)에 일정 압력을 가할 수 있는 링 형태의 튜브(280)가 설치된다. 상기 튜브(280)는 연결관(282)과 연결통로(284)를 통해 상기 매니폴드(232a)의 보조 압력관(234d)와 연결된다. 상기 튜브(280)는 상호 연결된 경로를 통하여 전달된 가스압이나 진공압에 의해 수축/ 팽창된다. 상기 하부 플레이트(264)는 상기 튜브(280)의 수축/팽창에 따라 업/다운된다.
예컨대, 도 6A을 참고하면, 상기 멤브레인(270)은 다운되는 상기 하부 플레이트(264)에 의해 강제로 늘어나게 된다. 상기 멤브레인(270)이 팽창되는 정도는 중앙 지역보다 가장자리 지역에서 크게 일어난다. 이처럼, 상기 하부 플레이트(264)의 다운은 슬러리로 인해 탄성력이 떨어진 멤브레인(270)의 탄성력(특히 가장자리 지역의 탄성력)을 회복시켜줄 수 있는 효과가 있다.
이와 같이, 본 발명의 연마 헤드(200)는 상기 하부 플레이트(264)의 업/다운을 통해 상기 멤브레인의 탄성력(특히, 멤브레인의 가장자리 부분)을 강제로 회복시킬 수 있는 특징을 갖는다.
이처럼, 본 발명의 연마 헤드(200)는 상기 하부 플레이트(264)의 업/다운을 통해 에지 프로파일을 콘트롤할 수 있다.
본 실시예에서는 튜브 가압을 통하여 하부 플레이트의 업/다운을 조절한다는데 그 특징이 있다. 이러한 방식은 압력 조절을 통해 손쉽게 하부 플레이트의 업/다운을 조절할 수 있다는데 그 장점이 있다. 또한 튜브의 수축/팽창을 통해 웨이퍼의 에지 영역에 개별적으로 제어 가능한 로드를 제공할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 본 실시예에 따른 연마 헤드는 하부 플레이트의 업/다운 조절을 통하여 에지 프로파일의 조절이 가능하고, 에지 슬로우 현상을 방지할 수 있다.
이상과 같은 폴리싱 헤드(200)의 특징적인 구성 및 그 작용을 제외하고는 제 1 실시예의 그것들과 동일하므로 여기에서는 그에 대한 상세한 설명을 생략한다.
이상에서는 바람직한 실시예들을 예시하고 그것을 통해서 본 발명을 설명하였지만, 본 발명이 거기에 한정되는 것이 아님을 유의해야 하며, 본 발명의 사상과 기술적 범위를 벗어나지 않는 선에서 다양한 실시예들 및 변형예들이 있을 수 있다는 것을 잘 이해해야 한다.
이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 첫째,다공판을 상부/하부 플레이트로 구성하고, 이들중 하부 플레이트의 업/다운을 통하여 멤브레인의 탄성력을 강제 회복시킬 수 있다. 따라서, 멤브레인의 탄성력 저하로 인한 에지 슬로우 현상을 방지할 수 있다. 둘째, 압력이 멤브레인의 전면에 걸쳐 동시에 그리고 고르게 분산 제공됨으로써, 연마 균일도를 높일 수 있다. 셋째, 튜브의 수축/팽창을 통해 웨이퍼의 에지 영역에 개별적으로 제어 가능한 로드를 제공할 수 있다.

Claims (11)

  1. 웨이퍼를 연마하기 위한 장치의 연마 헤드에 있어서:
    몸체와;
    상기 몸체의 내측 중앙에 설치되는 중앙 지지체;
    복수의 통공들을 갖는 그리고 상기 중앙 지지체의 하부에 위치되는 다공판(perforated plate)과;
    상기 다공판을 피복하는 멤브레인 및;
    상기 다공판을 상하로 이동시키는 이동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다공판은 상기 몸체에 고정되는 상부 플레이트와;
    상기 상부 플레이트 아래에 위치되고 상기 이동 부재에 의해 상하 이동되는 하부 플레이트로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 다공판은 상기 하부 플레이트의 바운딩을 방지하기 위하여 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 연결하여 고정핀들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 부재는 상기 하부 다공판과 연결되어, 상기 하부 다공판을 상하 이동시키기 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 이동 부재는
    상기 중앙 지지체의 내부에 설치되는 상하 이동이 가능한 그리고 상기 하부 다공판과 연결되는 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이동축은
    수직방향으로 관통 형성된 공기압 통로와;
    상기 공기압 통로와 연결되는 그리고 상기 공기압 통로로부터 제공되는 공기압을 상기 상부 플레이트와 상기 중앙 지지체 사이의 공간으로 제공하기 위한 제1공급홀들 및;
    상기 공기압 통로와 연결되는 그리고 상기 공기압 통로로부터 제공되는 공기압을 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이의 공간으로 제공하기 위한 제2공급홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 이동축은 나사방식으로 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  8. 웨이퍼를 연마하기 위한 장치의 연마 헤드에 있어서:
    몸체와;
    상기 몸체의 내측 중앙에 설치되는 중앙 지지체;
    복수의 통공들을 갖는 그리고 상기 중앙 지지체의 하부에 위치되는 한쌍의 상/하부 플레이트와;
    상기 한쌍의 상/하부 플레이트상의 상기 통공을 통하여 공급되는 가스압이나 진공압에 의하여 웨이퍼를 접촉 고정시킬 수 있는 멤브레인 및;
    상기 하부 플레이트를 상하로 이동시키는 이동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 상기 몸체에 고정되고,
    상기 하부 플레이트는 상기 상부 플레이트 아래에 위치되고 상기 이동 부재에 의해 상하 이동되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 이동 부재는
    상기 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 설치되고, 외부로부터 공급되는 공기압에 의해 부풀어지면서 상기 하부 플레이트를 상하 이동시키는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 탄성부재는 웨이퍼의 가장자리에 로드를 가할 수 있도록 상기 하부 플레이트의 가장자리에 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드.
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