KR20130111981A

KR20130111981A - 화학 기계적 연마 장치 용 캐리어 헤드

Info

Publication number: KR20130111981A
Application number: KR1020130015770A
Authority: KR
Inventors: 강준모
Original assignee: 강준모
Priority date: 2012-04-02
Filing date: 2013-02-14
Publication date: 2013-10-11
Also published as: KR101597870B1; US20130260654A1; CN103358228A; CN103358228B

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 관한 것이다. 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드는, 베이스와, 상기 베이스 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면을 구비한 기판 수용 부재와, 상기 기판 수용 부재 안쪽에서 상기 베이스 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재의 내부면과 접촉하여 상기 내부면의 소정 영역들에 각각 독립적으로 압력을 인가할 수 있는 적어도 2개의 블래더 및, 상기 베이스 하부에 연결되어 상기 적어도 2개의 블래더의 측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조를 적어도 1개 포함하는 하는 것을 특징으로 한다.

Description

화학 기계적 연마 장치 용 캐리어 헤드{CARRIER HEAD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 시 기판에 연마 압력을 인가하는 캐리어 헤드에 관한 것이다.

반도체나 유리 기판의 제조 및 집적회로의 제조 공정 시 소정의 단계에 기판 표면을 연마(polishing) 하거나 기판 표면을 평탄화(planarization) 할 필요성이 증대되고 있다. 이와 같은 필요성에 의해 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정이 널리 사용되고 있다.

기판의 화학 기계적 연마는 일반적으로 플래튼(platen) 위에 연마 패드(polishing pad)를 부착하고 캐리어 헤드(carrier head)라고 불리는 기판 수용 기구에 기판을 장착한 후 슬러리를 연마 패드에 도포하면서 플래튼과 캐리어 헤드를 동시에 회전시켜 연마 패드와 기판 간의 마찰을 일으킴으로써 이루어진다.

기본적으로, 캐리어 헤드는 회전축으로부터 동력을 전달 받고 캐리어 부품들을 고정할 수 있는 공간을 제공하는 베이스(base), 베이스 하부에 연결되어 기판을 수용하여 회전시키는 기판 수용 부재, 그리고 연마 공정 중 기판의 측면을 지지함으로써 기판의 이탈을 방지하는 리테이닝 링(retaining ring) 등으로 구성되어 있다. 연마 시, 기판은 기판 수용 부재(substrate receiving member)를 통해 연마 압력을 인가받는데, 기판 전체에 균일한 연마 압력이 인가된다 하여도 연마되는 막의 성질, 연마 패드, 또는 슬러리에 따라 기판의 특정 영역에서 (예컨대 기판의 중앙 영역 또는 외곽 영역) 연마 속도가 다르게 나타나는 경우가 있다. 이러한 경우, 좋은 연마 균일도를 유지하기 위하여 기판의 소정 영역에 인가되는 연마 압력을 독립적으로 제어함으로써 각 영역의 연마 속도를 보정할 필요가 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 시 기판의 소정 영역들에 각각 독립적으로 연마 압력을 인가할 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드는, 베이스와, 상기 베이스 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면을 구비한 기판 수용 부재와, 상기 기판 수용 부재 안쪽에서 상기 베이스 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재의 내부면과 접촉하여 상기 내부면의 소정 영역들에 각각 독립적으로 압력을 인가할 수 있는 적어도 2개의 블래더 및, 상기 베이스 하부에 연결되어 상기 적어도 2개의 블래더의 측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조를 적어도 1개 포함한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드는, 베이스와, 상기 베이스 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면을 구비한 기판 수용 부재와, 상기 기판 수용 부재 안쪽에서 상기 베이스 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재의 내부면과 접촉하여 상기 내부면의 소정 영역에 압력을 인가할 수 있는 블래더 및, 상기 베이스 하부에 연결되어 상기 블래더의 측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조를 적어도 1개 포함한다.

본 발명의 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드는 화학 기계적 연마 공정 시 기판의 소정 영역에 인가되는 연마 압력을 독립적으로 제어함으로써 연마 균일도 제어를 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치 용 캐리어 헤드의 단면도,
도 2 및 도 3은 중앙 블래더와 외곽 블래더의 일례를 나타내는 사시도들,
도 4 및 도 5는 각각 중앙 블래더와 외곽 블래더를 체결하기 위한 블래더 클램프의 일례를 나타내는 평면도들,
도 6은 장벽 구조의 일례를 나타내는 사시도,
도 7은 장벽 구조의 다른 예를 나타내는 사시도,
도 8은 외곽 블래더의 다른 실시예를 나타내는 캐리어 헤드의 단면도,
도 9는 외곽 블래더의 일례를 나타내는 사시도,
도 10은 도 9에서 AA'의 수직 단면도,
도 11 내지 도 14는 외곽 블래더의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도들,
도 15는 기판 수용 부재의 다른 예를 나타내는 단면도,
도 16은 기판 수용 부재의 또 다른 예를 나타내는 단면도,
도 17은 기판 수용 부재의 또 다른 예를 나타내는 단면도,
도 18은 2개 이상의 외주 부위를 갖는 기판 수용 부재의 일례를 나타내는 단면도,
도 19는 도 18의 기판 수용 부재를 장착한 캐리어 헤드의 단면도,
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드의 단면도,
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드의 단면도,
도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드의 단면도,
도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 캐리어 헤드의 작동을 설명하기 위한 단면도들,
도 25 내지 도 27은 중앙 블래더 챔버와 외곽 블래더 챔버의 압력 차이에 따른 각 블래더의 측 방향 팽창과 장벽 구조의 역할을 설명하기 위한 단면도들,
도 28 및 도 29는 외측 장벽 구조를 더 구비한 캐리어 헤드의 구조 및 작동을 설명하기 위한 단면도들,
도 30 내지 도 32는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드의 단면도들,
도 33 내지 도 36은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드 및 이의 작동을 설명하기 위한 단면도들,
도 37은 캐리어 헤드에서 장벽 구조와 기판 수용 부재 내부면 사이의 간격을 나타내는 단면도,
도 38 및 도 39는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드의 단면도들,
도 40 및 도 41은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드의 단면도들,
도 42 내지 도 47은 단수의 블래더를 구비하는 캐리어 헤드의 단면도들이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하기로 한다. 그러나 본 발명의 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(900)의 단면도이다. 캐리어 헤드(900)는 회전축(110)으로부터 동력을 전달받는 베이스(base)(100)를 기초로 구성되어 있다. 먼저, 베이스(100) 하부에 리테이닝 링(120)이 장착되는데, 리테이닝 링(120)은 연마 공정 중 기판(도시하지 않음)의 이탈을 방지하는 역할을 한다. 역시, 상기 베이스(100) 하부에 연결되고 리테이닝 링(120) 안쪽에 기판 수용 부재(600)가 장착된다.

기판 수용 부재(600)는 밑판 부위(602), 외주 부위(604) 및 체결 부위(606)를 포함한다. 밑판 부위(602)는 기판 수용 부재 외부면(608)과 기판 수용 부재 내부면(610)으로 정의되는 두 면을 구비하고 있으며 밑판 부위(602)의 크기와 모양은 대체로 연마되는 기판의 모양과 크기를 따른다. 외부면(608)은 기판을 받아들이고 이송하는데 필요한 기판 수용면이 되며, 내부면(610)은 상기 외부면(608)의 반대쪽 표면으로서 유체에 의해서 압력이 인가되거나 블래더(200, 300)가 팽창하여 접촉함으로써 압력이 인가되는 면이다. 외주 부위(604)는 기판 수용 부재(600)를 베이스(100)에 연결하기 위하여 밑판 부위(602)로부터 멀어지게 연장되는 테두리 형태의 부위이다. 체결 부위(606)는 베이스(100)와 연결되는 부위로서 플랩(flap) 또는 오링(O-ring)으로 구성될 수 있다. 체결 부위(606)는 외부로부터 기판 수용 부재(600) 내부를 밀봉하여 기판 수용 부재 챔버(chamber)(650)를 형성한다. 기판 수용 부재 챔버(650)는 기판 수용 부재 유체 통로(612)를 통해 공급되는 유체를 가두어둠으로써 소정의 압력을 유지하며, 이는 연마 공정 중 밑판 부위(602)를 통해 기판(도시하지 않음)에 연마 압력으로 인가된다. 유체로는 기체 또는 액체가 사용될 수 있으며 바람직하게는 공기나 질소가 사용될 수 있다. 기판 수용 부재(600)는 도 1에 도시된 바와 같이 전체가 동일한 재료로 이루어질 수 있으며 이때 사용되는 재료로는 가요성 재료가 적합하다. 가요성 재료로는 고무가 사용될 수 있으며 바람직하게는 실리콘 고무나 에틸렌프로필렌 고무와 같이 내수성 및 내화학성이 좋은 고무가 사용될 수 있다. 가요성 재료로 이루어진 기판 수용 부재(600)는 몰딩(molding) 제작될 수 있으며, 이때 밑판 부위(602)는 0.5mm 내지 3.0mm의 두께를 가질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 기판 수용 부재(600) 안쪽에는 베이스(100) 하부에 연결되어 중앙 블래더(bladder)(200)가 기판 수용 부재(600) 중앙 영역에 위에 장착되고 외곽 블래더(300)는 기판 수용 부재(600) 외곽 영역에 위에 장착된다. 기판 수용 부재(600)의 중앙 영역은 내부면(610)의 중심을 포함하는 영역으로 정의될 수 있으며 중앙 영역의 크기는 도 1에 도시된 바와 같이 내부면(610)의 중심으로부터의 반경 R로 나타낼 수 있다. 원형의 내부면(610)일 경우 R은 내부면(610) 반경의 20% 내지 90%의 값을 가질 수 있다. 사각형 형태의 내부면인 경우에도 중앙 영역은 내부면의 중심을 포함하는 영역으로 정의될 수 있으며 중앙 영역의 크기는 내부면을 20% 내지 90%로 축소한 크기가 될 수 있다. 외곽 영역은 도 1에 도시된 바와 같이 내부면(610)의 끝단인 외주 부위(604) 안쪽 면으로부터의 거리 d로 나타낼 수 있는데, 원형의 내부면(610)에선 d가 직경의 1% 내지 20%의 값을 가질 수 있다. 예를 들면 직경이 300mm인 내부면(610)의 경우, 외곽 영역은 내부면(610)의 끝단에서부터 3mm까지의 영역 내지 끝단에서부터 60mm까지의 영역일 수 있다. 사각형 형태의 내부면인 경우에는 d가 대각선 길이의 1% 내지 20%의 값을 가질 수 있다. 내부면의 위치 중, 중앙 영역에 속할 수도 있고 외곽 영역에 속할 수도 있는 영역은 그 영역 위에 있는 블래더가 내부면의 중심을 가압하는 블래더이면 중앙 영역으로 보고, 그 영역 위에 있는 블래더가 외곽 블래더이면 외곽 영역으로 본다. 또한 이후에 설명될 중간 영역으로 중앙 영역과 외곽 영역 사이의 영역을 설명할 수 있다.

도 2 및 도 3은 중앙 블래더(200)와 외곽 블래더(300)의 일례를 나타내는 사시도들로서 중앙 블래더(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 원판 모양의 하부(202)와 테두리 형태의 측부(204) 그리고 환형의 상부(206)를 포함한다. 상부(206)에는 실링을 용이하게 하기 위해 오링 부위를 형성할 수 있다. 외곽 블래더(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 환형의 하부(302)와 측부(304, 304') 그리고 상부(306, 306')를 포함 할 수 있다. 외곽 블래더의 상부(306, 306')에도 실링을 용이하게 하기 위해 오링 부위를 형성할 수 있다. 블래더(200, 300)는 가요성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 가요성 재료로는 고무가 적합하며 이에는 천연 고무, 니트릴 고무, 클로로프렌 고무, 에틸렌프로필렌 고무 또는 실리콘 고무 등이 있다. 블래더(200, 300)의 표면에는 파릴렌(parylene) 등과 같은 폴리머 물질이 코팅될 수 있으며, 하부(202, 302) 바깥 면 또는 안쪽 면에 0.05mm 내지 0.3mm 두께의 플라스틱 시트나 금속 시트를 부착하여 블래더를 보호할 수 있다.

도 1을 참조하면, 중앙 및 외곽 블래더(200, 300)가 기판 수용 부재 내부면(610)으로부터 e만큼 떨어져 있는데, 블래더 (200, 300)에 인가되는 압력과 기판 수용 부재(600)에 인가되는 압력이 같을 때 e는 0mm 내지 5mm의 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 두 압력이 같을 때, 블래더(200, 300)가 기판 수용 부재 내부면(610)으로부터 꼭 떨어져 있을 필요는 없고 내부면(610)과 접촉할 수 있도록 (e 값이 0mm) 블래더(200, 300)가 내부면(610) 쪽으로 더 연장된 형상을 띌 수 있다.

중앙 및 외곽 블래더(200, 300)를 베이스(100)에 연결할 때, 도 1에 도시된 바와 같이 블래더 클램프(clamp)(220, 320)를 이용할 수 있다. 먼저 블래더 클램프(220, 320)를 블래더(200, 300)에 삽입한 다음 블래더 클램프(220, 320)를 베이스(100) 하부에 체결함으로써 블래더(200, 300)를 실링(sealing) 한다.

도 4 및 도 5는 각각 중앙 블래더(200)와 외곽 블래더(300)를 체결하기 위한 블래더 클램프(220, 320)의 일례를 나타내는 평면도들로서 도 1에 도시된 베이스(100)에 장착되는 면을 나타낸다. 먼저, 도 4를 참조하면, 중앙 블래더 클램프(220)는 디스크 모양일 수 있고 유체가 통할 수 있는 클램프 유체 통로(222)와 클램프(220)를 베이스에 연결할 수 있도록 볼트 구멍들(226)이 형성되어 있다. 또한, 중앙 블래더에 오링 부위가 있는 경우 실링이 견고하게 될 수 있도록 표면에 홈(224)을 형성할 수 있다. 도 5를 참조하면, 외곽 블래더 클램프(320)는 환형일 수 있고 유체가 통할 수 있도록 클램프 유체 통로(322)가 형성될 수 있다. 또한 블래더 클램프(320)를 베이스에 연결할 수 있도록 볼트 구멍들(326)이 형성될 수 있다. 외곽 블래더에 오링 부위가 있는 경우 실링이 견고하게 될 수 있도록 표면에 홈(324)을 형성할 수 있다. 블래더 클램프(220, 320)의 재질로는 철 합금, 알루미늄 합금 또는 플라스틱이 사용될 수 있다.

블래더(200, 300)는 블래더 유체 통로(212, 312)와 블래더 클램프(220, 320)에 형성된 클램프 유체 통로(222, 322)를 통해 공급되는 유체의 압력으로 팽창될 수 있다. 유체로는 기체 또는 액체가 사용될 수 있으며 바람직하게는 공기나 질소가 사용될 수 있다.

도 6은 장벽 구조(700)의 일례를 나타내는 사시도이다. 장벽 구조(700)는 가운데가 비어있는 원통의 형상을 띌 수 있다. 베이스(100) 하부에 연결되는 윗면은 플랜지(702) 형태로 될 수 있으며 볼트 구멍들(704)이 형성되어 베이스(100)와의 연결을 용이하게 할 수 있다. 또한, 장벽 구조(700)의 윗면에서 아랫면까지 내부를 관통하는 장벽 구조 유체 통로(706)를 형성할 수 있다. 도시하지는 않았지만 장벽 구조(700)를 배이스(100) 하부에 연결할 때 실링을 확실하게 하기위하여 플랜지(702)에 오링용 홈을 형성할 수 있다. 장벽 구조 유체 통로(706)는 도 1에 도시된 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 연결되어 기판 수용 부재 챔버(650)에 유체를 공급할 수 있다.

도 7은 장벽 구조(710)의 다른 예를 나타내는 사시도로 윗면(712)에 볼트 구멍들(714)이 형성되어 베이스와 연결을 용이하게 한다. 내외 측면(716)에는 홈들(718)이 형성되어 기판 수용 부재 유체 통로에서 공급되는 유체가 빠져나가기 용이하게 할 수 있다.

장벽 구조(700, 710)는 블래더(200, 300)의 팽창을 막는 역할을 하기 때문에 쉽게 휘어지지 않도록 플라스틱, 알루미늄 합금 또는 철 합금과 같이 강성이 유지되는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 8은 외곽 블래더(370)의 다른 실시예를 나타내는 캐리어 헤드(902)의 단면도로 외곽 블래더(370)가 바깥쪽에서 클램핑(clamping) 되므로 내부에 클램프가 없어도 된다. 반면, 도시된 바와 같이 외곽 블래더(370)는 외측 클램프(380)와 내측 클램프(770)에 의해 베이스(100)에 체결된다. 여기서 내측 클램프(770)가 장벽 구조의 역할을 동시에 할 수 있도록 클램프(770) 하부가 내부면(610) 쪽으로 길게 연장될 수 있고, 또한 유체가 통할 수 있도록 유체 통로(도시하지 않음)를 내부에 형성할 수 있다. 외곽 블래더(370)의 내부는 기판 수용 부재 챔버(650)로부터 격리된 블래더 챔버(340)를 형성하며 블래더 유체 통로(312)를 통해 공급되는 유체에 의해 팽창되거나 진공에 의해 수축된다. 도 8의 외곽 블래더(370)는 내부면(610)으로부터 떨어져 있는데, 외곽 블래더(370)에 인가되는 압력과 기판 수용 부재(600)에 인가되는 압력이 같을 때 외곽 블래더(370)가 기판 수용 부재 내부면(610)으로부터 꼭 떨어져 있을 필요는 없고 내부면(610)과 접촉할 수 있도록 외곽 블래더(370)가 내부면(610) 쪽으로 더 연장된 형상을 띌 수 있다.

도 9는 상술한 외곽 블래더(370)의 일례를 나타내는 사시도로서 환형의 내측부(374)와 외측부(376) 사이의 공간이, 외곽 블래더(370)가 베이스에 체결되었을 때, 블래더 챔버(340)를 형성한다.

도 10은 상술한 블래더(370)의 AA' 수직 단면인데 블래더(370)는 내측 체결부(372), 외측 체결부(373), 내측부(374), 외측부(376) 그리고 하부(378)를 포함한다. 블래더(370)가 바깥쪽에서 클램핑 될 수 있도록 내측 체결부(372)는 내측부(374)보다 더 내측에, 외측 체결부(373)는 외측부(376)보다 더 외측에 형성되도록 한다. 내, 외측부(374, 376)와 하부(378) 사이는 R로 도시된 바와 같이 곡면을 띌 수 있다. 외곽 블래더(370)의 안쪽 폭 W는 2mm 내지 30mm의 값을 가질 수 있고 안쪽 깊이 H는 10mm 내지 40mm의 값을 가질 수 있다.

도 11은 외곽 블래더(380)의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이 하부(382) 전체가 곡면을 띌 수 있다.

도 12는 외곽 블래더(384)의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이 내측부(374') 및 외측부(376')가 주름(386)을 포함할 수 있다. 주름(386)이 연장되면서 안쪽 깊이 H는 주름이 없을 때보다 쉽게 늘어날 수 있다. 또한, 주름(386)은 압력 차이에 의해 블래더(384)가 수축할 때 하부(388)를 용이하게 위쪽으로 이동시키는데 도움을 줄 수 있다.

도 13 및 도 14는 외곽 블래더(390, 396)의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도들이다. 도 13을 참조하면, 내측부(392)와 외측부(394)의 늘어나는 정도를 다르게 하기 위하여 수직 단면상에서 내측부(392)와 외측부(394)가 중심선 CC'를 기준으로 비대칭일 수 있다. 예를 들면, 외측부(394)가 더 잘 늘어날 수 있도록 하기 위해서 외측부(394)를 내측부(392)보다 더 길게 할 수 있다. 또는, 도 14에 도시된 바와 같이 내측부의 주름(398) 수와 외측부의 주름(399) 수를 달리하여 늘어나는 정도를 다르게 할 수 있다.

도 15는 기판 수용 부재(620)의 다른 예를 나타내는 단면도로서 밑판 부위(626)가 외주 부위(604)와 같이 가요성 물질로 이루어진 제 1 밑판(622)과 제 1 밑판(622)의 상부면에 위치하며 제 1 밑판(622)보다 강성이 큰 물질로 이루어진 제 2 밑판(624)으로 이루어질 수 있다. 제 2 밑판(624)의 크기는 제 1 밑판(622)의 내부면 크기와 비슷한 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 직경 또는 변의 길이 차이가 1% 이내인 것이 좋다. 제 1 밑판(622)은 실리콘 고무나 에틸렌프로필렌 고무와 같이 내화학성이 좋은 고무가 사용될 수 있고 제 2 밑판(624)은 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide)나 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)등과 같은 플라스틱 판으로 이루어질 수 있다. 제 1 밑판(622)의 두께는 0.5mm 내지 2.5mm 정도의 값을 가질 수 있으며 제 2 밑판(624)의 두께는 0.2mm 내지 1.0mm 정도의 값을 가질 수 있다. 제 2 밑판(624)은 제 1 밑판(622)에 접착제를 이용하여 부착할 수 있으며 도시하지는 않았지만 외주 부위(604)에 홈을 형성하여 제 2 밑판(624)을 끼워 넣음으로써 제 1 밑판(622)과 결합시킬 수 있다. 제 2 밑판(624)이 제 1 밑판(622) 상부면에 부착되면 제 2 밑판(624)의 상부면(628)이 기판 수용 부재(630)의 내부면이 되어 블래더와 접촉하게 된다. 상술한 예에서는 2개의 밑판으로 구성된 밑판 부위에 대해서만 설명하였지만, 밑판 부위는 2개뿐만 아니라 3개 이상의 밑판으로 구성될 수 있다.

도 16은 기판 수용 부재(630)의 또 다른 예를 나타내는 단면도로서 밑판 부위(634)가 외주 부위(632) 및 체결 부위(606)보다 강도가 큰 재료로 구성된 경우이다. 밑판 부위(634)의 강도를 높임으로서 연마 시 기판(도시하지 않음)이 국지적인 연마 압력에 너무 민감하게 반응하지 않도록 할 수 있다. 밑판 부위(634)는 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, 폴리페닐렌설파이드나 폴리에테르에테르케톤 등과 같은 플라스틱 판으로 이루어질 수 있으며 두께는 0.5mm 내지 2.5mm 정도의 값을 가질 수 있다.

도 17은 기판 수용 부재(630')의 또 다른 예를 나타내는 단면도로서 상술한 도 16의 밑판 부위(634)의 하부면에 펠트(felt)타입의 마운팅 필름(636)(예를 들면 Nitta Haas 사의 R301 mounting film)을 부착하여 사용할 수 있다.

도 18은 2개 이상의 외주 부위를 갖는 기판 수용 부재(640)의 일례를 나타내는 단면도이다. 기판 수용 부재(640)는 기판을 수용하는 외부면(641)을 포함하는 밑판 부위(642)와, 밑판 부위(642)와 이어지며 밑판 부위(642)에 대체로 수직인 수직 외주 부위(644)와, 수직 외주 부위(644)와 이어지며 밑판 부위(642)로부터 멀어질수록 넓어지도록 경사진 경사 외주 부위(645), 및 경사 외주 부위(645)와 이어지며 캐리어 헤드 베이스에 연결되는 체결 부위(646)를 포함할 수 있다. 수직 외주 부위(644)는 밑판 부위(642)를 기준으로 84도 내지 96도의 각도를 이루고 경사 외주 부위(645)는 수직 외주 부위(644)를 기준으로 6도 내지 40도의 각도(도 18에서 θ)를 이룰 수 있다. 도시하지는 않았지만 경사 외주 부위(645)와 수직 외주 부위(644)가 만나는 부분과 경사 외주 부위(645)와 체결 부위(646)가 만나는 부분은 곡면을 띄도록 하여 각도가 완만하게 변하게 할 수 있다. 곡면을 형성하는 곡률 반경은 0.5mm 내지 5mm의 값을 가질 수 있다. 상기 기판 수용 부재(640)는 가요성 재료로 이루어질 수 있으며 수직 외주 부위(644)의 강도를 경사 외주 부위(645)의 강도보다 크게 할 수 있다. 예를 들면, 수직 외주 부위(644)의 강도는 Durometer 값으로 60 내지 90 Shore-A 정도로, 경사 외주 부위(645)의 강도는 30 내지 60 Shore-A 정도로 할 수 있다. 체결 부위(646)는 견고한 실링을 위해 오링 구조를 포함할 수 있다.

도 19는 상술한 기판 수용 부재(640)를 장착한 캐리어 헤드(904)의 단면도로서 캐리어 헤드(904)는 기판 수용 부재(640)의 경사진 외주 부위(645)를 용이하게 수용하기 위해서 상단 부위가 경사지게 형성된 리테이닝 링(124)을 장착할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예는 여러 가지 방법으로 제작된 기판 수용 부재(600, 620, 630, 640)가 이용될 수 있으나 앞으로 도면의 단순화를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 전체가 동일한 가요성 재료로 이루어진 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드(906)의 단면도이다. 블래더 클램프(220, 320)와 장벽 구조(700)를 직접 베이스(150)에 장착하지 않고 연결 부재(152)에 먼저 나사(도시하지 않음) 등으로 고정한 후 상기 연결 부재(152)를 다시 베이스(150)에 나사(도시하지 않음) 등으로 체결함으로써 중앙 및 외곽 블래더(200, 300)와 장벽 구조(700)를 베이스(150) 하부에 연결할 수 있다. 연결 부재(152)에는 유체 통로 구멍(153)이 형성되어 블래더 유체 통로(212, 312)와 클램프 유체 통로(222, 322) 그리고 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 장벽 구조(700)에 형성된 유체 통로(도시하지 않음)를 연결할 수 있다.

도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드(908)의 단면도이다. 장벽 구조(700')와 연결 부재(162)가 일체로 되어있는 일체형 장벽 구조(162)로 블래더 클램프(220, 320)를 일체형 장벽 구조(162)에 나사(도시하지 않음)등으로 고정한 후 상기 일체형 장벽 구조(162)를 다시 베이스(160) 하부에 나사(도시하지 않음)등으로 체결하여 중앙 및 외곽 블래더(200, 300)를 베이스(160) 하부에 연결할 수 있다. 일체형 장벽 구조(162)에는 유체 통로 구멍(163)이 형성되어 블래더 유체 통로(212, 312)와 클램프 유체 통로(222, 322) 그리고 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 장벽 구조(700')에 형성된 유체 통로(도시하지 않음)를 연결할 수 있다.

도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드(910)의 단면도이다. 기판 수용 부재 챔버(650)에 필요한 유체가 기판 수용 부재 유체 통로(612)를 통한 다음 바로 베이스(100) 하부에 형성된 구멍(614)을 통해 공급될 수 있다. 이때, 블래더(200, 300)가 팽창하여 장벽 구조(700)나 기판 수용 부재(600)와 접촉하게 되면 유체의 이동을 막을 수 있으므로 블래더(200, 300)의 표면에 홈 형태의 텍스쳐(texture)를 형성하여 접촉 후에도 유체가 이동할 수 있는 틈을 제공하는 것이 바람직하다.

도 23 및 도 24는 상술한 캐리어 헤드(900)의 작동을 설명하기 위한 단면도들이다. 도면을 참조하면, 기판 수용 부재 유체 통로(612), 중앙 블래더 유체 통로(212) 그리고 외곽 블래더 유체 통로(312)에 인가되는 유체의 압력을 각각 P1, P2, P3라고 하면 P1, P2, P3는 각각 독립적으로 제어가 가능하며 유체 통로(612, 212, 312)에는 대기압 기준으로 양의 압력뿐만 아니라 음의 압력, 즉 진공도 인가될 수 있다. 또한 각각의 유체 통로(612, 212, 312)가 대기와 통하면 P1, P2, P3는 대기압과 같은 벤트(vent) 상태가 될 수 있다. 도 23은 기판 수용 부재 유체 통로(612)에 양의 압력 P1이 인가되고 중앙 및 외곽 블래더 유체 통로들(212, 213)에는 진공 또는 대기압(벤트상태)이 인가된 경우의 일례를 나타낸다. 따라서 기판 수용 부재 챔버(650)는 P1의 압력을 유지하게 되며 이는 기판 수용 부재(600)의 밑판 부위(602)를 통해 기판(50)에 인가된다. 도 24를 참조하면, 중앙 블래더 유체 통로(212)와 외곽 블래더 유체 통로(312)에 각각 양의 압력 P2와 P3가 인가되고 기판 수용 부재 유체 통로(612)에는 대기압이 인가된 경우의 일례를 나타낸다. 양의 압력 P2를 받는 중앙 블래더(200)는 팽창하다 하 방향으로는 기판 수용 부재 내부면(610)을 만나서 팽창이 멈추며 측 방향으로는 장벽 구조(700)를 만나서 팽창이 멈추게 된다. 중앙 블래더(200)와 접촉하게 되는 기판 수용 부재 내부면(610)은 장벽 구조(700)에 의해 한정되는 기판 수용 부재 내부면(610)의 중앙 영역이 되며 이때 받는 압력은 중앙 블래더 챔버(250) 내의 압력 P2가 된다. 상세하게는, 블래더 챔버 내의 압력에 블래더의 수축 또는 팽창에 필요한 응력이 가감된 압력이 내부면(610)에 인가되지만, 상기 가감되는 응력이 블래더 챔버내의 압력에 비해 크게 작으므로 편의상 내부면(610)이 받는 압력을 블래더 챔버 내의 압력과 동일시하기로 한다. 이 압력은 다시 밑판 부위(602)를 통해 기판(50)의 중앙 영역에 인가된다. 마찬가지로 외곽 블래더(300)와 접촉하게 되는 기판 수용 부재 내부면(610)은 장벽 구조(700)에 의해 한정되는 기판 수용 부재 내부면(610)의 외곽 영역이 되며 이때 받는 압력은 외곽 블래더 챔버(350) 내의 압력 P3가 되고 이 압력은 기판(50)의 외곽 영역에 인가된다. 따라서 독립적으로 제어되는 P2와 P3의 값을 조정함으로써 기판(50)의 중앙 영역에 더 큰 연마 압력을 인가하거나 또는 외곽 영역에 더 큰 압력을 인가할 수 있어 좋은 연마 균일도를 유지할 수 있게 된다.

그러므로 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(900)는, 베이스(100)와, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면(608)을 구비한 기판 수용 부재(600)와, 상기 기판 수용 부재(600) 안쪽에서 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재(600)의 내부면(610)과 접촉하여 상기 내부면(610)의 소정 영역들에 각각 독립적으로 압력을 인가할 수 있는 적어도 2개의 블래더(200, 300) 및, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 상기 적어도 2개의 블래더(200, 300)의 측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조(700)를 적어도 1개 포함한다.

도 25 내지 도 27은 중앙 블래더 챔버(250)와 외곽 블래더 챔버(350)의 압력 차이에 따른 중앙 및 외곽 블래더(200, 300)의 측 방향 팽창과 장벽 구조(700)의 역할을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저, 장벽 구조가 없는 도 25에서 중앙 블래더 챔버(250)의 압력 P2와 외곽 블래더 챔버(350)의 압력 P3가 같으면 두 블래더(200, 300)가 팽창하여 만나도 힘의 균형을 이루기 때문에 두 블래더(200, 300)와 기판 수용 부재(600)가 같이 만나는 영역 M에서 블래더(200, 300)간의 겹침(overlap)도 없고 따라서 기판 수용 부재(600)에 압력도 균일하게 전달될 수 있다. 하지만, 예를 들어 중앙 블래더 챔버(250)의 압력 P2가 외곽 블래더 챔버(350)의 압력 P3보다 클 경우, 도 26에 도시된 바와 같이 중앙 블래더(200)가 외곽 블래더(300)를 밀어내게 되며 두 블래더(200, 300)와 기판 수용 부재(600)가 같이 만나는 영역 N에서 외곽 블래더(300)가 접히게 된다. 기판 수용 부재(600)에 전달되는 압력은 외곽 블래더(300)가 접힌 위치 및 접힌 정도에 따라 영향을 받을 수 있으며 이로 인해 영역 N에서 기판 수용 부재(600)가 받는 압력은 불규칙 할 수 있다.

반면, 도 27은 장벽 구조(700)에 의해서 중앙 블래더(200)의 측 방향 팽창이 멈춰진 예를 나타낸다. 중앙 블래더(200)는 상술한 도 26과 달리 계속 팽창할 수 없고 장벽 구조(700)에 의해 팽창이 한정되며 기판 수용 부재 내부면(610) 중 A2 영역까지만 P2의 압력을 인가하게 된다. 또한, P2보다 작은 압력 P3가 인가된 외곽 블래더(300)도 중앙 블래더(200)에 의해 밀리지 않고 장벽 구조(700)가 한정하는 영역까지 팽창할 수 있어 기판 수용 부재 내부면(610) 중 A3 영역까지 P3의 압력을 인가할 수 있다. 장벽 구조(700)는 베이스(100)에 연결되어 있고 기판 수용 부재 내부면(610)으로부터 h만큼 떨어져 있다. 간격 h는 연마 공정 시 1mm 내지 10mm 정도의 값을 가질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 중앙 블래더(200)가 팽창하여 외곽 블래더(300)와 접촉할 수 있는 곳은 상술한 h만큼의 틈을 통해서이다. 이때 틈을 통한 팽창의 정도는 대략 h의 크기에 비례하므로 h의 크기를 조절하여 외곽 블래더(300)와의 접촉을 부분적으로 허용하거나 또는 아예 접촉을 제한할 수 있다. 두 블래더(200, 200)의 팽창 시, 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 연결된 장벽 구조 유체 통로(도시하지 않음)를 통해 두 블래더(200, 300) 사이의 공간에 양의 압력을 인가할 수 있는데 이때 압력은 블래더(200, 300)의 압력 P2 및 P3보다 낮은 것이 바람직하다.

도 28 및 도 29는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드(920)의 단면도들이다. 먼저, 도 28을 참조하면 외곽 블래더(300)의 측 방향 팽창을 내측 및 외측 양쪽에서 한정할 수 있도록 외측에 장벽 구조(730)를 더 구비한 캐리어 헤드(920)를 나타낸다. 외측의 장벽 구조(730)도 대체로 가운데가 비어있는 원통 형상을 띌 수 있다. 도 29를 참조하면, 외곽 블래더(300)가 팽창할 때 외측의 장벽 구조(730)가 기판 수용 부재 외주 부위(604)와 접촉하는 것을 한정한다. 외측의 장벽 구조(730)와 기판 수용 부재 내부면(610) 사이의 간격 w의 크기에 따라 외곽 블래더(300)와 기판 수용 부재 외주 부위(604)와의 접촉을 아예 억제하거나 또는 일부 허용할 수 있다. 외측의 장벽 구조(730)에도 기판 수용 부재 유체 통로(612)가 연결되어 외측 장벽 구조(730)에 형성된 구멍(도시하지 않음)이나 홈(도시하지 않음)을 통해 유체를 공급할 수 있다.

도 30 내지 도 32는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드(922, 924, 926)의 단면도들이다. 먼저 도 30을 참조하면, 외측의 장벽 구조(730)를 통해 기판 수용 부재 챔버(650)에 공급되는 유체는 장벽 구조 유체 통로(614)를 통해 독립적으로 제어할 수 있다. 도 31을 참조하면, 블래더 클램프(220, 320)와 장벽 구조(700, 730)를 직접 베이스(150)에 장착하지 않고 연결 부재(154)에 먼저 나사(도시하지 않음)등으로 고정한 후 연결 부재(154)를 다시 베이스(150)에 나사(도시하지 않음)등으로 체결함으로써 블래더(200, 300)와 장벽 구조(700, 730)를 베이스(150) 하부에 연결할 수 있다. 연결 부재(154)에는 유체 통로 구멍(155)이 형성되어 블래더 유체 통로(212, 312)와 클램프 유체 통로(222, 322) 그리고 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 장벽 구조(700, 730)에 형성된 유체 통로(도시하지 않음)를 연결할 수 있다. 도 32를 참조하면, 장벽 구조(700', 730')와 연결 부재(164)가 일체로 되어있는 일체형 장벽 구조(164)로 블래더 클램프(220, 320)를 일체형 장벽 구조(164)에 나사(도시하지 않음)등으로 고정한 후 일체형 장벽 구조(164)를 다시 베이스(160)에 나사 등으로 체결하여 블래더(200, 300)를 베이스(160) 하부에 연결할 수 있다. 일체형 장벽 구조(164)에는 유체 통로 구멍(165)이 형성되어 블래더 유체 통로(212, 312)와 클램프 유체 통로(222, 322) 그리고 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 장벽 구조(700', 730')에 형성된 유체 통로(도시하지 않음)를 연결할 수 있다.

도 33 내지 도 36은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드(940) 및 이의 작동을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 33을 참조하면, 상술한 캐리어 헤드들(900, 910, 920)과 비교하여 본 캐리어 헤드(940)는 중앙 영역과 외곽 영역 사이의 중간 영역을 독립적으로 제어하기 위하여 중간 블래더(400)를 더 구비하고 있다. 중간 영역은 블래더의 수에 관계없이 외곽 블래더와 중앙 블래더 사이의 영역으로 정의될 수 있다. 중앙 블래더가 없는 경우, 즉 기판 수용 부재 내부면(610)의 중심을 가압하는 블래더가 없는 경우, 외곽 블래더와 중앙의 블래더가 없는 영역 사이를 중간 영역으로 정의할 수 있다. 중앙 블래더(500)와 외곽 블래더(300)는 각각 중앙 블래더 유체 통로(512)와 외곽 블래더 유체 통로(312)를 통해 공급되는 유체에 의해서 팽창하게 된다. 중앙 블래더(500)는 팽창 시 내측 장벽 구조(760)에 의해 측 방향 팽창이 한정되어 기판 수용 부재 내부면(610) 중 중앙 영역을 접촉하여 압력을 인가하게 된다. 외곽 블래더(300)는 팽창 시 중간 장벽 구조(750)와 외측 장벽 구조(740)에 의해 측 방향 팽창이 한정되어 기판 수용 부재 내부면(610) 중 외곽 영역을 접촉하여 압력을 인가하게 된다. 중간 블래더(400)의 모양은 외곽 블래더(300)와 같이 대체로 환형을 띌 수 있으며 중간 블래더 유체 통로(412)를 통해 유체의 압력, 진공 또는 대기압이 인가된다. 또한, 중간 블래더(400)도 중간 블래더 클램프(420)에 장착되어 베이스(100) 하부에 연결될 수 있으며 클램프(420)에는 클램프 유체 통로(422)가 형성되어 중간 블래더 유체 통로(412)와 연결되어 있다. 유체의 압력으로 중간 블래더(400)가 팽창 할 때, 내측 장벽 구조(760) 및 중간 장벽 구조(750)에 의해 측 방향 팽창이 한정되어 기판 수용 부재 내부면(610) 중 중간 영역을 접촉하여 압력을 인가하게 된다.

도 34를 참조하면, 외곽 블래더 유체 통로(312)에 P3의 압력이 인가되면 외곽 블래더(300)는 팽창하여 P3의 압력을 갖는 외곽 블래더 챔버(350)를 형성하면서 기판 수용 부재 내부면(610)과 접촉한다. 외곽 블래더(300)와 접촉하게 되는 기판 수용 부재 내부면(610)은 외측 장벽 구조(740)와 중간 장벽 구조(750)에 의해 한정되는 기판 수용 부재 내부면(610)의 외곽 영역이 되며 이때 받는 압력은 외곽 블래더 챔버(350) 내의 압력 P3가 되고 이 압력은 기판(50)의 외곽 영역에 인가된다. P4의 압력이 인가되는 중간 블래더(400)는 P4 압력을 갖는 중간 블래더 챔버(450)를 형성하고 기판 수용 부재 내부면(610)의 중간 영역과 접촉함으로써 기판(50)의 중간 영역에 중간 블래더 챔버(450)의 압력을 전달한다. 마찬가지로 P5의 압력이 인가되는 중앙 블래더(500)는 P5의 압력을 갖는 중앙 블래더 챔버(550)를 형성하고 기판(50)의 중앙 영역에 중앙 블래더 챔버(550)의 압력을 전달한다. 이때 기판 수용 부재 유체 통로(612)에는 대기압 또는 P3, P4, P5 중에서 가장 작은 압력보다 낮은 압력이 인가될 수 있다. 따라서 독립적으로 제어되는 압력 P3, P4 및 P5의 값을 조정함으로써 기판(50)의 외곽 영역, 중간 영역 그리고 중앙 영역의 연마 속도를 제어할 수 있다.

도 35를 참조하면, P3의 압력이 인가된 외곽 블래더(300)는 팽창하여 기판 수용 부재 내부면(610)의 외곽 영역과 접촉하여 P3의 압력을 인가하지만 P4의 압력이 인가된 중간 블래더(400)와 P5의 압력이 인가된 중앙 블래더(500)는 수축한 경우를 나타낸다. 기판(50)의 중간 영역과 중앙 영역은 P1의 압력이 인가된 기판 수용 부재(600)에 의해서 가압 되는데, 이때 P1은 P4 및 P5보다는 크고 P3보다는 작은 값을 갖는다. 이와 같은 조합은, 중간 영역과 중앙 영역에는 동일한 압력이 인가되고 외곽 영역에는 이들 영역보다 큰 압력이 인가되어야 할 때 이용될 수 있다. 물론, 상술한 도 34와 같이 중간 블래더(400) 및 중앙 블래더(500) 역시 팽창시켜 기판 수용 부재 내부면(610)에 압력을 인가하는 경우에도 P1, P3, P4 및 P5의 압력을 조절하면 중간 영역과 중앙 영역에는 동일한 압력을, 외곽 영역에는 이들 영역보다 큰 압력을 인가할 수 있다.

도 36을 참조하면, P5의 압력이 인가된 중앙 블래더(500)는 팽창하여 기판 수용 부재 내부면(610)의 중앙 영역과 접촉하여 P5의 압력을 인가하지만 P3의 압력이 인가된 외곽 블래더(300)와 P4의 압력이 인가된 중간 블래더(400)는 수축한 경우를 나타낸다. 기판(50)의 외곽 영역과 중간 영역은 P1의 압력이 인가된 기판 수용 부재(600)에 의해서 가압 되는데, 이때 P1은 P3 및 P4보다는 크고 P5보다는 작은 값을 갖는다. 이와 같은 조합은, 외곽 영역과 중간 영역에는 동일한 압력이, 중앙 영역에는 이들 영역보다 큰 압력이 인가되어야 할 때 이용될 수 있다.

그러므로 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(940)는, 베이스(100)와, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면(608)을 구비한 기판 수용 부재(600)와, 상기 기판 수용 부재(600) 안쪽에서 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재(600)의 내부면(610)과 접촉하여 상기 내부면(610)의 소정 영역들에 각각 독립적으로 압력을 인가할 수 있는 3개의 블래더(300, 400, 500) 및, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 상기 3개의 블래더(300, 400, 500)의 측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조(740, 750, 760)를 3개 포함한다.

상술한 실시예에서 3개의 블래더(300, 400, 500)가 각각 기판(50)의 외곽 영역, 중간 영역 및 중앙 영역의 연마 속도를 제어하는 예를 기술하였지만 블래더의 수는 3개에 그치지 않고 베이스(100)의 공간이 허용하는 한 늘릴 수 있다. 예를 들면, 직경이 300mm인 반도체 기판용 캐리어 헤드는 8개까지 블래더를 구비할 수 있으며 직경이 450mm인 반도체 기판인 경우에는 12개까지 블래더를 구비할 수 있다.

도 37은 상술한 캐리어 헤드(940)에서 장벽 구조(740, 750, 760)와 기판 수용 부재 내부면(610) 사이의 간격을 나타내는 단면도로서 간격 h1, h2, h3를 조절함으로써 기판을 연마 패드에서 들어올릴 때 필요한 진공 형성을 효과적으로 할 수 있다. 상술한 간격은 기판 수용 부재(600) 중앙 영역으로 갈수록 커지는 것이 바람직한데(즉, h1<h2<h3) 이는 기판을 들어올리기 위해 기판 수용 부재(600) 내부에 진공이 인가될 때 밑판 부위(602)가 자연스럽게 흡입판(suction cup)의 형태를 따를 수 있게 하기 위함이다.

도 38 및 도 39는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드(942, 944)의 단면도들이다. 도 38을 참조하면, 장벽 구조(740', 750', 760')와 연결 부재(172)가 일체로 되어있는 일체형 장벽 구조(172)로 블래더 클램프(320, 420, 520)를 일체형 장벽 구조(172)에 고정한 후 일체형 장벽 구조(172)를 다시 베이스(170)에 나사(도시하지 않음) 등으로 체결하여 블래더(300, 400, 500)를 베이스(170) 하부에 연결할 수 있다. 일체형 장벽 구조(172)에는 유체 통로 구멍(173)이 형성되어 블래더 유체 통로(312, 412, 512)와 클램프 유체 통로(322, 422, 522) 그리고 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 장벽 구조(740', 750', 760')에 형성된 유체 통로(도시하지 않음)를 연결할 수 있다. 도 39는 장벽 구조와 연결 부재가 일체로 되어있지만 연결 부재가 다수로 되어있는 일례를 나타낸다. 먼저 제 1 연결 부재(174)는 외측 장벽 구조(740")와 중간 장벽 구조(750")가 성형 되어 있는 일체형 장벽 구조이다. 제 1 연결 부재(174)에 외곽 블래더 클램프(320)를 고정한 후 다시 제 1 연결 부재(174)를 중앙 장벽 구조(760")가 성형 되어 있는 제 2 연결 부재(176)에 고정할 수 있다. 중앙 장벽 구조(760")가 성형 되어 있는 제 2 연결 부재(176)도 일체형 장벽 구조이며 여기에 중간 블래더 클램프(420)와 중앙 블래더 클램프(520)를 고정한다. 이어서 제 2 연결 부재(176)를 베이스(170)에 나사(도시하지 않음) 등으로 체결함으로써 블래더(300, 400, 500)와 제1 연결 부재(174) 및 제 2 연결 부재(176)에 성형된 장벽 구조(740", 750", 760")를 베이스(170) 하부에 연결할 수 있다. 제 1 연결 부재(174)와 제 2 연결 부재(176)에는 각각 유체 통로 구멍들(175, 177)이 형성되어 블래더 유체 통로(312, 412, 512)와 클램프 유체 통로(322, 422, 522) 그리고 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 장벽 구조(740", 750", 760")에 형성된 유체 통로(도시하지 않음)를 연결할 수 있다.

도 40 및 도 41은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드(946, 948)의 단면도들이다. 먼저, 도 40은 상술한 예에서 중앙 블래더(500) 및 이의 작동에 필요한 부재들이 제거된 캐리어 헤드(946)를 나타낸다. 여기서 기판 수용 부재(600)의 중앙 영역은 기판 수용 부재 챔버(650) 내의 압력을 인가받게 된다. 이때 중간 블래더(400)가 팽창하여 기판 수용 부재 내부면(610)을 접촉하여 압력을 인가하려 할 때 기판 수용 부재 챔버(650)의 압력은 중간 블래더(400)에 인가되는 압력보다 작은 것이 바람직하다. 도 41은 상술한 예에서 중간 블래더(400) 및 이의 작동에 필요한 부재들이 제거된 캐리어 헤드(948)를 나타낸다. 여기서 기판 수용 부재(600)의 중간 영역은 기판 수용 부재 챔버(650) 내의 압력을 인가받게 된다. 이때 외곽 블래더(300)나 중앙 블래더(500)가 팽창하여 내부면(610)을 접촉하여 압력을 인가하려 할 때 기판 수용 부재 챔버(650)의 압력은 외곽 블래더(300)나 중앙 블래더(500)에 인가되는 압력보다 작은 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 발명의 캐리어 헤드는 다수의 블래더를 구비하지만 연마 공정 시 기판 수용 부재 내부면(610)의 모든 영역이 블래더에 의해서 압력을 인가받을 필요는 없다. 이에 따라 해당 영역의 블래더를 수축시키거나 또는 해당 영역의 블래더를 제거할 수 있다.

도 42 내지 도 47은 단수의 블래더를 구비하는 캐리어 헤드(960, 962, 964, 966, 970, 972)의 단면도들이다. 여기서, 모든 부재의 재질 및 부재에 대한 용어는 상술한 복수의 블래더를 구비한 캐리어 헤드들의 경우와 같으며 상술한 예들과 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하고, 중복 설명은 배제하도록 한다.

먼저, 도 42를 참조하면, 캐리어 헤드(960)는 베이스(100)와, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면(608)을 구비한 기판 수용 부재(600)와, 상기 기판 수용 부재(600) 안쪽에서 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재(600)의 내부면(610)과 접촉하여 상기 내부면(610)의 외곽 영역에 압력을 인가할 수 있는 외곽 블래더(300) 및, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 상기 외곽 블래더(300)의 내측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조(70)를 포함한다. 본 실시예에서의 장벽 구조(70)는 상술한 실시예에서의 장벽 구조(700)와 동일한 형상을 가질 수 있으나 유체의 통과를 위해 형성하는 장벽 구조 유체 통로 또는 홈이 형성되지 않아도 된다.

도 43은 외곽 블래더(300)의 측 방향 팽창을 내측 및 외측 양쪽에서 한정할 수 있도록 외측에 장벽 구조(72)를 더 구비한 캐리어 헤드(962)를 나타낸다.

도 44는 내측 클램프(74)와 외측 클램프(76)에 의해 베이스(100)에 체결 되는 외곽 블래더(370)를 구비한 캐리어 헤드(964)를 나타낸다. 여기서 내측 클램프(74)가 장벽 구조의 역할을 동시에 할 수 있도록 클램프(74) 하부가 도시된 바와 같이 기판 수용 부재 내부면(610) 쪽으로 길게 연장될 수 있다.

도 45에 도시된 캐리어 헤드(966)를 참조하면, 블래더 클램프(320)를 직접 베이스(100)에 장착하지 않고 먼저 연결 부재(180)에 나사(도시하지 않음) 등으로 고정한 후 연결 부재(180)를 다시 베이스(100)에 나사(도시하지 않음) 등으로 체결함으로써 블래더(300)를 베이스(100) 하부에 연결할 수 있다. 이때, 도시된 바와 같이 연결 부재(180)는 중앙 영역이 기판 수용 부재 내부면(610)쪽으로 돌출되어 블래더(300)의 내측 방향 팽창을 한정할 수 있는 장벽 구조이기도 하다. 연결 부재(180)에는 유체 통로 구멍(182)이 형성되어 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 연통되어 기판 수용 부재(600)에 유체를 공급할 수 있다.

도 46을 참조하면, 캐리어 헤드(970)는 베이스(100)와, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면(608)을 구비한 기판 수용 부재(600)와, 상기 기판 수용 부재(600) 안쪽에서 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재(600)의 내부면(610)과 접촉하여 상기 내부면(610)의 중앙 영역에 압력을 인가할 수 있는 중앙 블래더(200) 및, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 상기 중앙 블래더(200)의 외측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조(70)를 포함한다.

도 47에 도시된 캐리어 헤드(972)를 참조하면, 블래더 클램프(220)를 직접 베이스(100)에 장착하지 않고 먼저 연결 부재(184)에 나사(도시하지 않음) 등으로 고정한 후 연결 부재(184)를 다시 베이스(100)에 나사(도시하지 않음) 등으로 체결함으로써 블래더(200)를 베이스(100) 하부에 연결할 수 있다. 이때, 도시된 바와 같이 연결 부재(184)는 외곽 영역이 기판 수용 부재 내부면(610)쪽으로 돌출되어 블래더(200)의 외측 방향 팽창을 한정할 수 있는 장벽 구조이기도 하다. 연결 부재(184)에는 유체 통로 구멍들(186)이 형성되어 블래더 유체 통로(212) 및 기판 수용 부재 유체 통로(612)와 연통되어 블래더(200) 및 기판 수용 부재(600)에 유체를 공급할 수 있다.

요약하면, 단수의 블래더를 구비한 캐리어 헤드(960 또는 970)는 베이스(100)와, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면(608)을 구비한 기판 수용 부재(600)와, 상기 기판 수용 부재(600) 안쪽에서 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재(600)의 내부면(610)과 접촉하여 상기 내부면(610)의 소정 영역에 압력을 인가할 수 있는 블래더(300 또는 200) 및, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 상기 블래더(300 또는 200)의 측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조(70)를 포함한다.

<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>
900, 940, 960, 970: 캐리어 헤드
100: 베이스
600: 기판 수용 부재
608: 외부면
610: 내부면
200, 300, 400, 500: 블래더
70, 700, 740, 750, 760: 장벽 구조

Claims

화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드로서,
베이스;
상기 베이스 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면을 구비한 기판 수용 부재;
상기 기판 수용 부재 안쪽에서 상기 베이스 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재의 내부면과 접촉하여 상기 내부면의 소정 영역들에 각각 독립적으로 압력을 인가할 수 있는 적어도 2개의 블래더; 및,
상기 베이스 하부에 연결되어 상기 적어도 2개의 블래더의 측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조를 적어도 1개 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 기판 수용 부재는 가요성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 기판 수용 부재는 밑판 부위, 외주 부위 및 체결 부위를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 3항에서,
상기 밑판 부위는 제 1 밑판과 상기 제 1 밑판의 상부면에 부착된 제 2 밑판으로 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 4항에서,
상기 제 1 밑판은 가요성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 4항에서,
상기 제 2 밑판은 상기 제 1 밑판보다 강성이 큰 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 3항에서,
상기 밑판 부위는 플라스틱 판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 7항에서,
상기 플라스틱 판의 하부면에 펠트 형태의 마운팅 필름이 부착된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 소정 영역들은 상기 내부면의 중앙 영역, 외곽 영역 그리고 중앙 영역과 외곽 영역의 중간에 위치한 중간 영역으로 구획될 수 있는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 적어도 2개의 블래더의 수는 2개 내지 12개인 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 적어도 2개의 블래더는 가요성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 11항에서,
상기 가요성 재료는 고무인 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 적어도 2개의 블래더는 클램프에 의해 상기 베이스 하부에 연결되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 13항에서,
상기 클램프는 장벽구조와 일체형인 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 적어도 2개의 블래더는 클램프에 의해 연결 부재에 고정된 후 상기 연결 부재가 상기 베이스에 체결됨으로써 상기 베이스 하부에 연결되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 적어도 2개의 블래더 중 외곽 영역에 위치한 블래더와 상기 기판 수용 부재 외주 부위와의 접촉을 한정하는 장벽 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 적어도 2개의 블래더 중 외곽 영역에 위치한 블래더는 바깥쪽에서 클램핑 될 수 있도록 내측 체결부는 내측부보다 더 내측에, 외측 체결부는 외측부보다 더 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 장벽 구조는 윗면에서 아랫면까지 내부를 관통하는 유체 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 장벽 구조는 측면에 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 1항에서,
상기 장벽 구조는 연결 부재에 고정된 후 상기 연결 부재가 상기 베이스에 체결됨으로써 상기 베이스 하부에 연결되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제 20항에서,
상기 장벽 구조는 상기 연결 부재와 일체형인 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드로서,
베이스;
상기 베이스 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면을 구비한 기판 수용 부재;
상기 기판 수용 부재 안쪽에서 상기 베이스 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용 부재의 내부면과 접촉하여 상기 내부면의 소정 영역에 압력을 인가할 수 있는 블래더; 및,
상기 베이스 하부에 연결되어 상기 블래더의 측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조를 적어도 1개 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 이용되는 기판 수용 부재로서,
기판을 수용하는 외부면을 포함하는 밑판 부위;
상기 밑판 부위와 이어지며 상기 밑판 부위에 대해 84도 내지 96도의 각도를 이루는 수직 외주 부위;
상기 수직 외주 부위와 이어지며 상기 밑판 부위로부터 멀어질수록 넓어지도록 상기 수직 외주 부위에 대해 6도 내지 40도의 각도를 이루는 경사 외주 부위; 및,
상기 경사 외주 부위와 이어지며 상기 캐리어 헤드 베이스에 연결되는 체결 부위를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 수용 부재.
제 23항에서,
상기 수직 외주 부위의 강도는 상기 경사 외주 부위의 강도보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 수용 부재.
제 23항에서,
상기 경사 외주 부위와 상기 수직 외주 부위가 만나는 부분 및 상기 경사 외주 부위와 상기 체결 부위가 만나는 부분은 곡면을 띄는 것을 특징으로 하는 기판 수용 부재.