KR20130060412A

KR20130060412A - 반도체 연마장비의 연마헤드

Info

Publication number: KR20130060412A
Application number: KR1020110126450A
Authority: KR
Inventors: 편도선
Original assignee: 편도선
Priority date: 2011-11-30
Filing date: 2011-11-30
Publication date: 2013-06-10
Also published as: KR101320461B1

Abstract

반도체 연마장비의 연마헤드가 개시된다. 본 발명 반도체 연마장비의 연마헤드는, 화학적 기계적 연마장치에서 폴리싱 공정이 수행될 때 회동되면서 기판 또는 웨이퍼를 홀딩하도록 구성되고, 에어 실린더에 의해 승,하강 작동하는 헤드 샤프트와 연결되어 상기 기판 또는 웨이퍼의 한 면을 회전하는 연마패드에 접촉시키도록 된 가압 플레이트를 포함하는 연마헤드로서, 상기 가압 플레이트와 헤드 샤프트 사이에는,
상기 헤드 샤프트의 가압력이 상기 가압 플레이트의 중앙에 집중되지 않고, 상기 가압 플레이트의 전체에 등분포압력으로 균일하게 작용되도록 하여, 그 저면에 홀딩되는 기판 또는 웨이퍼의 연마가 균일하게 이루어질 있도록 보조 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 가압 플레이트와 헤드 샤프트 사이에 보조 플레이트가 구비됨으로써, 헤드 샤프트의 가압력이 가압 플레이트의 중앙에 집중되지 않고, 가압 플레이트의 전체에 등분포압력으로 균일하게 작용될 수 있으며, 이로 인하여 기판이나 웨이퍼의 평탄도를 향상시킬 수 있게 되고, 보조 플레이트의 열팽창율을 가압 플레이트보다 크게 하여, 보조 플레이트의 온도를 제어함으로써, 폴리싱 가공공정 진행중에도 정확한 등분포압력을 지속적으로 유지시킬 수 있고, 이로 인하여 고도의 평탄도를 얻을 수 있는 효과가 제공될 수 있게 된다.

Description

반도체 연마장비의 연마헤드{POLISHING HEAD OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 반도체 연마장비의 연마헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연마헤드가 등분포압력으로 웨이퍼를 가압하도록 함으로써 사파이어 기판이나 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있고, 이로 인하여 생산수율을 향상시킬 수 있는 반도체 연마장비의 연마헤드에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼는 랩핑, 에칭, 연삭 등의 일련의 성형(Shaping)공정과 양면연마, 최종연마 및 세정작업을 거쳐 제조된다. 이중에서 반도체 소자의 고집적화로 인해 반도체 제조 공정 중 화학기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 공정시 웨이퍼에 가해지는 스크래치나 결함이 소자의 수율 및 생산성에 큰 영향을 끼치는 중요한 인자 중의 하나로 인식되어 가고 있다. 특히, 대구경화된 웨이퍼(예들면, 300㎜ 직경의 웨이퍼)를 사용하는 최근의 반도체 소자의 제조 공정의 경우 웨이퍼, 연마헤드 및 연마패드 등도 역시 대형화되어 가고 있는 추세이다. 이러한 이유들로 인해 연마공정 시 웨이퍼 표면에 가해지는 스트레스와 충격이 높아지고 있고, 그 결과 웨이퍼에 스크래치나 결함의 발생 빈도도 높아지는 경향이 있다.

통상적인 기판 또는 웨이퍼 연마장치는 연마패드 표면에 부착되어 있는 원반형 연마 테이블과, 연마할 웨이퍼의 표면들 중 한 표면을 지지하고 그 웨이퍼의 다른 표면이 연마패드와 접촉하도록 하는 복수개의 웨이퍼 연마헤드와, 웨이퍼 연마헤드들이 연마 테이블에 대해서 회전하게 하는 헤드 구동기구를 포함한다. 그리고, 연마패드와 웨이퍼 사이에 연마제(Polishing agent)인 슬러리(slurry, 현탁액)가 공급되면서 연마 작업이 진행된다.

이러한 기판 또는 웨이퍼 연마장치는, 소프트 캐리어방식과 하드 캐리어방식으로 나뉜다. 이러한 기판 또는 웨이퍼 연마장치의 연마헤드는 웨이퍼를 연마패드에 접촉 및 가압한 후 회전하여 연마시킨다. 이때, 연마헤드가 웨이퍼의 전면에 대해서 가해지는 압력분포에 따라 웨이퍼의 평탄도가 달라진다.

전술한 기판 또는 웨이퍼 연마장치를 이용한 연마공정에서 웨이퍼의 평탄도를 향상시키는 종래의 방법으로서, 가공압력분포 방법 및 템플리트 어셈블리 가이드(Template Assembly Guide)의 두께 조정 방법이 있다.

가공압력분포 방법은 웨이퍼 전면에 균일한 압력이 가해지도록 헤드의 구조를 중심부(Center part)와 에지부(Edge part)로 분리하여 압력을 가하는 방법으로서, 웨이퍼의 중심부 및 에지부에서의 연마량을 조정하는 것이다. 이렇게 연마량을 조정하여 웨이퍼의 평탄도를 개선을 시도하고 있으나, 에지부의 미세압력 조정이 불가능 하여 평탄도의 개선이 용이하지 않다는 문제점이 있다.

템플리트 어셈블리 가이드의 두께 조정방법은 연마시 웨이퍼의 이탈을 방지하기 위해 웨이퍼의 측면에 형성된 템플리트 어셈블리 가이드의 두께를 웨이퍼의 두께보다 높게 형성함으로써, 에지부의 평탄도를 제어하는 방법이다. 그런데, 이 경우 템플리트 어셈블리 가이드의 하면이 웨이퍼 가공시 동시에 연마됨에 따라 평탄도 개선 정도가 변화하고, 또한 템플리트 어셈블리 가이드 두께를 미세하게 관리하기 어렵다는 단점을 갖고 있다.

또한, 전술한 두 가지 방법을 통해 에지부의 평탄도를 개선할 수 있으나, 에지부의 평탄도 개선 위치를 임의로 조정하기가 어렵다는 추가적인 단점을 갖고 있었다.

한편, 첨부된 도면 중에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 소프트 캐리어 타입의 연마장치의 연마헤드(1)는, 환형의 강성 링(4)과, 강성 링(4)에 균일한 장력으로 접착된 러버막(3)과, 강성 링(4)에 결합되며 러버막(3)과 강성 링(3)과 함께 공간부(6)를 형성하는 중판(5)과, 러버막(3)의 하면부의 주변부에 강성 링(4)과 동심 형상으로 배치된 환형의 템플릿(14)과, 공간부(6)의 압력을 변화시키는 압력 조정 기구(7a,7b)를 구비하며, 러버막(3)의 하면부에 워크(w)의 이면을 보유하고, 템플릿(14)으로 워크(w)의 에지부를 보유하고, 워크(w)의 표면을 정반 상에 부착한 연마포에 미끄럼 접촉시켜 연마하도록 구성되고, 공간부(6)가, 강성 링(4)과 동심의 적어도 1개의 환형의 벽(16)에 의해 나누어지고, 복수의 밀폐 공간이 형성되며 환형의 벽(16)에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간(15a,15b) 중 내측의 적어도 1개의 밀폐 공간의 외경이, 워크(w)의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되며, 압력 조정 기구(7a,7b), 복수의 밀폐 공간(15a,15b) 내의 압력을 각각 독립으로 조정하도록 구성된 것이다.

그러나, 이와 같은 종래기술에 의한 소프트 캐리어 방식(공기압을 이용하여 가압하는 방식)의 연마헤드는 공기압을 이용하여 기판이나 웨이퍼를 가압하는 구조로 구성되어 있었기 때문에 균일한 압력으로 웨이퍼를 가압할 수는 있었으나, 구조가 복잡하고, 에어 가압부의 러버 등이 마찰 및 화학연마제 성분으로 인한 손상으로 자주 교체해야 하는 문제점이 있었다.

한편, 하드 캐리어방식 연마장치의 연마헤드의 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이 에어 실린더(62)에 의해 상,하부로 승하강 작동하는 샤프트(60)가 가압플레이트(70)의 상면 중앙에 결합되어 있었고, 가압플레이트(70)의 대향위치에는 회전하는 구조의 연마패드(80)가 구비되어 있었다. 이러한 연마헤드는, 샤프트(60)가 가압플레이트(70)의 상면 중앙에 결합되어 있었기 때문에 샤프트(60)의 가압력이 가압플레이트(70)의 중앙에 집중되어 압력의 분포가 중앙에 집중되는 현상이 발생하여, 전술한 바와 같이 중심부(Center part)와 에지부(Edge part)가 균일하게 연마되지 못하여 우수한 평탄도를 얻기 어려웠다.

대한민국특허공개 제10-2011-0052649호(공개일 : 0211.05.18)

본 발명의 기술적 과제는, 근본적으로 사파이어 기판이나 웨이퍼의 고도의 평탄도를 얻을 수 있는 등분포압력 가압구조를 갖는 수단을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제는, 본 발명에 따라,

화학적 기계적 연마장치에서 폴리싱 공정이 수행될 때 회동되면서 사파이어 기판 또는 웨이퍼를 홀딩하도록 구성되고, 에어 실린더에 의해 승,하강 작동하는 헤드 샤프트와 연결되어 상기 기판 또는 웨이퍼의 한 면을 회전하는 연마패드에 접촉시키도록 된 가압 플레이트를 포함하는 연마헤드로서,

상기 가압 플레이트와 헤드 샤프트 사이에는,

상기 헤드 샤프트의 가압력이 상기 가압 플레이트의 중앙에 집중되지 않고, 상기 가압 플레이트의 전체에 등분포압력으로 균일하게 작용되도록 하여, 그 저면에 홀딩되는 기판 또는 웨이퍼의 연마가 균일하게 이루어질 있도록 보조 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 연마장비의 연마헤드에 의하여 달성된다.

상기 보조 플레이트는,

상기 가압 플레이트와 실질적으로 같거나, 상기 가압 플레이트보다 작은 직경으로 형성되는 것이다.

상기 보조 플레이트는,

상기 가압 플레이트와 실질적으로 같거나 상기 가압 플레이트보다 작은 두께로 형성되는 것이다.

상기 가압 플레이트와 보조 플레이트는,

열팽창율이 서로 다른 재질로 형성되되, 상기 보조 플레이트의 열팽창율이 상기 가압 플레이트보다 더 큰 것이다.

상기 보조 플레이트에는,

상기 보조 플레이트의 열팽창율을 제어하여 상기 가압 플레이트가 등분포압력을 유지하도록 온도제어부가 구비되되,

상기 온도제어부는,

상기 헤드 샤프트를 가압하는 에어 실린더의 압력값과, 상기 연마패드의 온도값에 따라 상기 보조 플레이트의 온도를 제어하도록 구성되는 것이다.

상기 온도제어부는,

상기 에어 실린더의 압력값을 감지하기 위한 압력감지센서;

상기 연마패드의 온도를 감지하기 위한 제1온도감지센서;

상기 보조 플레이트의 온도를 감지하기 위한 제2온도감지센서;

상기 보조 플레이트의 온도를 상승시키도록 상기 보조 플레이트에 구비되는 가열수단; 및

상기 압력감지센서와, 상기 제1온도감지센서 및 제2온도감지센서의 감지신호를 토대로 상기 가열수단을 제어하여 상기 보조 플레이트의 온도를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것이다.

상기 가열수단은,

상기 보조 플레이트에 구비되는 열선 또는 면상발열체로 이루어지는 것이다.

상기 가열수단은,

온수공급용 펌프 및 상기 온수공급용 펌프로부터 공급되는 온수가 순환하도록 중공형으로 형성된 온수순환판으로 이루어지는 것이다.

상기 가열수단은,

원적외선을 포함하는 빛을 상기 보조 플레이트에 방사하여 상기 보조 플레이트를 가열하기 위한 히팅램프로 이루어지는 것이다.

상기 가열수단은,

상기 보조 플레이트의 표면에 부착되는 열전소자로서 흡열과 발열기능을 갖는 펠티에소자로 이루어지는 것이다.

본 발명에 의하면, 가압 플레이트와 헤드 샤프트 사이에 보조 플레이트가 구비됨으로써, 헤드 샤프트의 가압력이 가압 플레이트의 중앙에 집중되지 않고, 가압 플레이트의 전체에 등분포압력으로 균일하게 작용될 수 있고, 이로 인하여 사파이어 기판이나 웨이퍼의 평탄도를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 보조 플레이트의 열팽창율을 가압 플레이트보다 크게 하여, 보조 플레이트의 온도를 제어함으로써, 폴리싱 가공공정 진행중에도 정확한 등분포압력을 지속적으로 유지시킬 수 있고, 이로 인하여 고도의 평탄도을 얻을 수 있는 효과가 제공된다.

또한, 가압 플레이트의 등분포압력이 가능하도록 하는 구조가 단순함으로써 제작 및 운용이 용이한 효과가 제공된다.

도 1은 종래기술에 의한 소프트 캐리어 타입 연마헤드를 도시한 개략도이다.
도 2는 종래기술에 의한 하드 캐리어 타입의 연마헤드가 구비된 연마장치를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연마장치의 연마헤드를 도시한 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시된 연마헤드의 온도조절부와 가열수단의 제1실시 예를 도시한 개략적 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 가열수단의 제2실시 예를 도시한 개략도이다.
도 6은 도 4에 도시된 가열수단의 제3실시 예를 도시한 개략도이다.
도 7은 도 4에 도시된 가열수단의 제4실시 예를 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

첨부된 도면 중에서 도 3은 본 발명에 따른 연마장치의 연마헤드를 도시한 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 연마헤드의 온도조절부와 가열수단의 제1실시 예를 도시한 개략적 구성도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 연마장비의 연마헤드는 화학적 기계적 연마장치에서 폴리싱 공정이 수행될 때 회동되면서 엘이디에 사용되는 사파이어 기판(사파이어 웨이퍼 또는 사파이어) 또는 웨이퍼(W)를 홀딩하도록 구성되고, 에어 실린더(700)에 의해 승,하강 작동하는 헤드 샤프트(200)와 연결되어 기판 또는 웨이퍼(W)의 한 면을 회전하는 연마패드(400)에 접촉시키도록 된 가압 플레이트(100)와, 가압 플레이트(100)의 상면과 헤드 샤프트(200) 사이에 구비되는 보조 플레이트(300)를 포함하여 이루어진다.

이를 보다 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 보조 플레이트(300)는 소프트 캐리어 방식, 하드 캐리어 방식에 모두 적용될 수 있으나, 하드 캐리어 방식에 적용하는 것이 바람직하다. 본 실시 예에서는 하드 캐리어 방식에 적용되는 것을 기준으로 설명하도록 한다. 그리고, 보조 플레이트(300)와 가압 플레이트(100)가 원판형으로 이루어진 것을 기준으로 설명한다.

보조 플레이트(300)는 다양한 방식에 의해 가압 플레이트(100)의 상면에 결합되고, 보조 플레이트(300)의 상면에는 헤드 샤프트(200)가 결합된다. 헤드 샤프트(200)는 보조 플레이트(300)가 소정의 각도로 꺽이도록 구성된 죠인트 구조물에 의해 보조 플레이트(300)에 결합 된다.

이때, 보조 플레이트(300)는 직경이 가압 플레이트(100)의 직경과 같거나 작게 형성된다. 이는 보조 플레이트(300)의 직경이 가압 플레이트(100)보다 작을수록 중앙집중압력분포가 커질 것이고, 가압 플레이트(100)의 크기와 같아질수록 중앙집중압력분포가 작아지면서 압력의 등분포율이 커질 것이다. 이 경우 가압 플레이트(100)의 두께와, 에어 실린더(700)의 가압력에 따라 그 크기를 결정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 가압 플레이트(100)의 상면에 보조 플레이트(300)가 결합되고, 헤드 샤프트(200)가 보조 플레이트(300)의 중앙에 결합된 상태에서, 기판이나 웨이퍼(W)를 회전하는 연마패드(400)에 접촉시켜 폴리싱 공정을 수행하기 위하여 헤드 샤프트(200)가 하강하여 보조 플레이트(300)를 가압하게 되면, 보조 플레이트(300)에 가해지는 압력이 보조 플레이트(300)를 통하여 가압 플레이트(100)의 상면 넓은 영역(보조 플레이트와 접촉된 영역)에 작용하게 되고, 이로 인하여 가압 플레이트(100)의 저면에서는 균일한 등분포압력이 작용하게 되는 것이다.

이는 헤드 샤프트(200)의 가압력이 보조 플레이트(300)를 통하여 분산된 후 가압 플레이트(100)에 균일하게 작용하기 때문이다.

이와 같은 작용에 의해 헤드 샤프트(200)의 가압력이 가압 플레이트(100)의 중앙에 집중되지 않고, 가압 플레이트(100)의 전체에 등분포압력으로 균일하게 작용될 수 있고, 가압 플레이트(100)의 저면에 홀딩되는 기판 또는 웨이퍼(W)의 연마가 균일하게 이루어질 있게 된다.

한편, 헤드 샤프트(200)의 가압력이 가압 플레이트(100)에 효과적으로 등분포 압력으로 작용하도록 본 발명에 따른 보조 플레이트(300)의 열팽창율을 가압 플레이트(100)의 열팽창율보다 크게 형성한다. 즉, 보조 플레이트(300)의 열팽창율과 가압 플레이트(100)의 열팽창율이 다르게 하되, 보조 플레이트(300)의 열팽창율이 가압 플레이트(100)의 열팽창율보다 크게 한다.

예를 들면, 보조 플레이트(300)는 열팽창계수가 큰 구리로 구성하고, 가압 플레이트(100)는 열팽창계수가 작은 스테인레스로 구성하여, 바이메탈과 같은 구조로 구성하는 것이다. 그리고, 보조 플레이트(300)의 온도를 제어하여 보조 플레이트(300)가 온도에 의해 팽창됨에 따라 가압 플레이트(100)의 변형을 제어할 수 있다.

즉, 헤드 샤프트(200)로 보조 플레이트(300)를 가압할 때, 보조 플레이트(300)의 온도를 제어하여 보조 플레이트(300)의 변형에 의해 가압 플레이트(100)의 가장자리 영역이 중심을 기준으로 하부측으로 변형되도록 하여, 가압 플레이트(100)의 저면에 등분포 압력이 균일하게 작용하도록 할 수 있는 것이다. 이때, 보조 플레이트(300)의 열팽창에 따른 가압 플레이트(100)의 변형은 나노 혹은 수 마이크로미터 수준으로 매우 미세한 변형이다.

한편, 보조 플레이트(300)의 열팽창율이 가압 플레이트(100)의 열평창율과 다를 경우에, 보조 플레이트(300)의 두께는 매우 중요하다. 즉, 보조 플레이트(300)의 두께에 따라 열변형율이 다르기 때문이다. 따라서, 보조 플레이트(300)의 두께는 가압 플레이트(100)보다 같거나 작게 형성된다. 만약, 보조 플레이트(300)의 두께가 가압 플레이트(100)보다 클 경우에는 보조 플레이트(300)의 열팽창에 따른 변형 하중이 너무 크게 작용하고, 너무 작게 형성될 경우에는 가압 플레이트(100)를 변형시킬 수 없다. 따라서, 바람직하게는 같거나 가압 플레이트(100) 전체 대하여 20 - 90%의 두께로 형성한다.

이와 같은 보조 플레이트(300)에는 보조 플레이트(300)의 열팽창율을 제어하여 가압 플레이트(100)가 등분포압력을 유지하도록 온도제어부(500)가 구비된다.

이러한 온도제어부(500)는 헤드 샤프트(200)를 가압하는 에어 실린더(700)의 압력값과, 연마패드(400)의 온도값에 따라 보조 플레이트(300)의 온도를 제어하도록 구성되는 것으로, 에어 실린더(700)의 압력값을 감지하기 위한 압력감지센서(520)와, 연마패드(400)의 온도를 감지하기 위한 제1온도감지센서(530)와, 보조 플레이트(300)의 온도를 감지하기 위한 제2온도감지센서(540)와, 보조 플레이트(300)의 온도를 상승시키도록 보조 플레이트(300)에 구비되는 가열수단(550)과, 압력감지센서(520)와, 제1온도감지센서(530) 및 제2온도감지센서(540)의 감지신호를 토대로 가열수단(550)을 제어하여 보조 플레이트(300)의 온도를 제어하기 위한 제어부(510)를 포함하는 것이다.

압력감지센서(520)는 에어 실린더(700)가 헤드 샤프트(200)를 어느정도의 압력으로 작동시키는지를 파악하기 위한 것으로, 압력감지센서(520)는 공지된 것을 사용한다.

제1온도감지센서(530)는 연마패드(400)의 온도를 감지하기 위한 것으로, 폴리싱 진행으로 인한 마찰열로 연마패드(400)의 온도가 어느 정도 상승했는지 등을 감지하기 위하 것이다.

제2온도감지센서(540)는 보조 플레이트(300)의 온도를 감지하기 위한 것으로, 가열수단(550)에 의한 온도변화 및 가압 플레이트(100)의 마찰열로 인한 온도변화를 감지하기 위한 것이다.

제어부(510)는 전술한 각 센서(500,530,540)들의 감지신호와 기 입력된 데이터를 토대로 가열수단(550)을 제어하도록 구성된다.

가열수단(550)은 제어부(510)에 의해 제어되어 보조 플레이트(300)을 승온시키도록 구성되는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이 보조 플레이트(300)의 표면 또는 내부에 구비되는 열선 또는 면상발열체로 이루어질 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 가열수단(550)은, 온수공급용 펌프(552)와, 온수공급용 펌프(552)로부터 공급되는 온수가 순환하도록 중공형으로 형성된 온수순환판(553)으로 이루어질 수 있다. 이러한 구조의 가열수단(550)은 제어부(510)에 의해 작동되는 온수공급용 펌프(552)의 작동으로 소정온도의 온수가 온수순환판(553)을 순환하면서 보조 플레이트(300)를 가열하도록 구성된 것이다. 이때, 도시되지 않은 온수탱크에는 온수를 가열하기 위한 가열부재 및 온수의 온도를 감지하기 위한 온수온도감지센서가 더 구비될 수 있다. 또한, 온수순환판(553)의 내부에도 온수온도감지센서가 더 구비될 수도 있다. 물론, 각 온수온도감지센서와 가열부재는 모두 제어부(510)에 의해 제어되고, 감지신호를 제어부(510)로 전송한다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이 가열수단(550)은 원적외선을 포함하는 빛을 보조 플레이트(300)에 방사하여 보조 플레이트(300)를 가열하기 위한 히팅램프(554)로 이루어질 수 있다. 본 실시 예에서는 원적외선을 포함하는 빛을 방사하도록 된 것을 기준으로 설명하였으나, 이에 국한되는 것은 아니고, 다양한 구조가 적용될 수 있다.

그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 가열수단(550)은 보조 플레이트(300)의 표면에 부착되는 열전소자로서 흡열과 발열기능을 갖는 펠티에소자(556)로 이루어질 수 있다.

전술한 바와 같은 보조 플레이트(300)를 선택적으로 가열하기 위한 가열수단(550)은전술한 각 실시 예에 국한되는 것은 아니고, 제어부(510)에 의해 제어되어 보조 플레이트(300)를 가열할 수 있는 다양한 구조가 적용될 수 있음은 당연하다.

이와 같이 구성된 온도 제어부(500)를 이요아여 보조 플레이트(300)의 온도를 제어하고, 보조 플레이트(300)의 열팽창으로 헤드 샤프트(200)의 가압력이 가압 플레이트(100)에 등분포로 균일하게 작용하도록 하기 작용은 다음과 같다.

즉, 제어부(510)에서 수집한 연마패드(400)의 온도값과, 보조 플레이트(300)의 온도값, 그리고 에어 실린더(700)의 압력값을 토대로 가열수단(550)의 작동시켜 보조 플레이트(300)의 온도를 상승시킨다. 예를 들면, 에어 실린더(700)가 어느 정도의 압력으로 헤드 샤프트(200)를 가압할지 또는 가압하는지를 파악하고, 연마패드(400)와 보조 플레이트(300)의 온도를 파악하여 보조 플레이트(300)가 소정량 만큼 열팽창 하도록 한다.

만약, 가압력이 크고, 연마패드(400)와 보조 플레이트(300)의 온도가 낮을 경우에, 제어부(510)는 가열수단(550)가 많은 열을 발생시키도록 제어하여 보조 플레이트(300)의 온도를 상승시킨다. 이 과정으로 보조 플레이트(300)는 열팽창하면서 가압 플레이트(100)를 중앙에서 가장자리 측으로 미세하게 변형시키게 된다. 즉, 보조 플레이트(300)가 가압 플레이트(100)보다 큰 열변형율로 구성되어 있기 때문에 에어 실린더(700)의 가압력과 보조 플레이트(300) 및 연마패드(400)의 온도를 토대로 보조 플레이트(300)를 가열하게 되면, 보조 플레이트(300)의 길이나 부피 등이 가압 플레이트(100)보다 더 많이 커지게 되므로 바이메탈과 같이 상대적으로 열변형율이 작은 가압 플레이트(100) 측으로 변형되면서 가압 플레이트(100)를 변형시키게 되는 것이다.

이와 같이 제어부(510)가 가열부재(550)를 제어하여 보조 플레이트(300)의 온도가 연속적으로 제어되므로, 폴리싱 공정(연마가공 공정)이 진행되는 중에도 가압 플레이트(100)에 등분포 압력이 작용하게 되고, 정확한 등분포 압력이 지속적으로 유지됨으로써 사파이어 기판이나 웨이퍼(W)의 평탄화 가공성능이 획기적으로 개선될 수 있게 된다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

100 : 가압 플레이트 200 : 헤드 샤프트
300 : 보조 플레이트 400 : 연마패드
500 : 온도제어부 510 : 제어부
520 : 압력감지센서 530 : 제1온도감지센서
540 : 제2온도감지센서 550 : 가열수단
552 : 온수공급용 펌프 553 : 온수순환판
554 : 히팅램프 556 : 펠티에소자

Claims

화학적 기계적 연마장치에서 폴리싱 공정이 수행될 때 회동되면서 사파이어 기판 또는 웨이퍼를 홀딩하도록 구성되고, 에어 실린더에 의해 승,하강 작동하는 헤드 샤프트와 연결되어 상기 기판 또는 웨이퍼의 한 면을 회전하는 연마패드에 접촉시키도록 된 가압 플레이트를 포함하는 연마헤드로서,
상기 가압 플레이트와 헤드 샤프트 사이에는,
상기 헤드 샤프트의 가압력이 상기 가압 플레이트의 중앙에 집중되지 않고, 상기 가압 플레이트의 전체에 등분포압력으로 균일하게 작용되도록 하여, 그 저면에 홀딩되는 기판 또는 웨이퍼의 연마가 균일하게 이루어질 있도록 보조 플레이트가 설치되는 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.
제1항에 있어서,
상기 보조 플레이트는,
상기 가압 플레이트와 실질적으로 같거나, 상기 가압 플레이트보다 작은 직경으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.
제1항에 있어서,
상기 보조 플레이트는,
상기 가압 플레이트와 실질적으로 같거나, 상기 가압 플레이트보다 작은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.
제1항에 있어서,
상기 가압 플레이트와 보조 플레이트는,
열팽창율이 서로 다른 재질로 형성되되, 상기 보조 플레이트의 열팽창율이 상기 가압 플레이트보다 더 큰 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보조 플레이트에는,
상기 보조 플레이트의 열팽창율을 제어하여 상기 가압 플레이트가 등분포압력을 유지하도록 온도제어부가 구비되되,
상기 온도제어부는,
상기 헤드 샤프트를 가압하는 에어 실린더의 압력값과, 상기 연마패드의 온도값에 따라 상기 보조 플레이트의 온도를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.
제5항에 있어서,
상기 온도제어부는,
상기 에어 실린더의 압력값을 감지하기 위한 압력감지센서;
상기 연마패드의 온도를 감지하기 위한 제1온도감지센서;
상기 보조 플레이트의 온도를 감지하기 위한 제2온도감지센서;
상기 보조 플레이트의 온도를 상승시키도록 상기 보조 플레이트에 구비되는 가열수단; 및
상기 압력감지센서와, 상기 제1온도감지센서 및 제2온도감지센서의 감지신호를 토대로 상기 가열수단을 제어하여 상기 보조 플레이트의 온도를 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.
제6항에 있어서,
상기 가열수단은,
상기 보조 플레이트에 구비되는 열선 또는 면상발열체로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.
제6항에 있어서,
상기 가열수단은,
온수공급용 펌프 및 상기 온수공급용 펌프로부터 공급되는 온수가 순환하도록 중공형으로 형성된 온수순환판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.
제6항에 있어서,
상기 가열수단은,
원적외선을 포함하는 빛을 상기 보조 플레이트에 방사하여 상기 보조 플레이트를 가열하기 위한 히팅램프로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.
제6항에 있어서,
상기 가열수단은,
상기 보조 플레이트의 표면에 부착되는 열전소자로서 흡열과 발열기능을 갖는 펠티에소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
반도체 연마장비의 연마헤드.