KR20140067325A - 화학 기계적 연마 장치 용 캐리어 헤드 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치 용 캐리어 헤드 Download PDF

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    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces

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 수용부재와, 상기 기판 수용부재 안쪽에서 상기 베이스 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용부재 내부면의 에지 영역과 접촉하여 압력을 인가할 수 있는 블래더 및, 상기 베이스 하부에 연결되어 상기 블래더의 내측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조를 포함하는 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, 더욱 상세하게는 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(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.
캐리어 헤드는, 회전축으로부터 동력을 전달받고 캐리어 헤드 구성에 필요한 부품들을 수용할 공간을 제공하는 베이스(base), 베이스 하부에 연결되어 기판을 수용하여 회전시키는 기판 수용부재, 그리고 연마 공정 중 기판의 측면을 지지함으로써 기판의 이탈을 방지하는 리테이닝 링(retaining ring) 등으로 구성되어 있다. 연마 시, 기판은 기판 수용부재를 통해 연마 압력을 인가받는데, 기판 전체에 균일한 연마 압력이 인가된다 하여도 연마되는 막의 성질, 연마 패드, 또는 슬러리 특성 등의 이유로 인해 기판의 에지(edge) 영역이 늦게 연마되어 연마 균일도를 악화시키는 경우가 있다. 이러한 경우, 좋은 연마 균일도를 유지하기 위하여 기판의 에지 영역에 더 큰 연마 압력을 인가할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 화학 기계적 연마 시 기판의 에지 영역에 국지적인 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 수용부재와, 상기 기판 수용부재 안쪽에서 상기 베이스 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용부재 내부면의 에지 영역과 접촉하여 압력을 인가할 수 있는 블래더 및, 상기 베이스 하부에 연결되어 상기 블래더의 내측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조를 포함한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드는 연마 공정 시 기판의 에지 영역에 국지적인 연마 압력을 인가시킴으로써 연마 균일도 제어를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 단면도,
도 2는 블래더의 일례를 나타내는 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 블래더의 단면도,
도 4 내지 도 7은 블래더의 다른 예들을 나타내는 단면도들,
도 8은 내부 클램프의 일례를 나타내는 사시도,
도 9는 장벽 구조의 일례를 나타내는 사시도,
도 10은 장벽 구조의 다른 예를 나타내는 사시도,
도 11은 일체형 장벽 구조를 이용하여 블래더를 체결한 예를 나타내는 캐리어 헤드의 단면도,
도 12는 장벽 구조의 또 다른 예를 나타내는 캐리어 헤드의 단면도,
도 13은 장벽 구조의 또 다른 예를 나타내는 캐리어 헤드의 단면도,
도 14는 기판 수용부재의 다른 예를 나타내는 단면도,
도 15는 기판 수용부재의 또 다른 예를 나타내는 단면도,
도 16은 복수의 체결 부위를 갖는 기판 수용부재를 베이스에 체결한 후의 단면도,
도 17은 본 발명에 따른 캐리어 헤드의 또 다른 예를 나타내는 단면도,
도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 캐리어 헤드의 작동을 설명하기 위한 단면도들,
도 20 내지 도 23은 기판 수용부재 챔버와 블래더 챔버의 압력 차이에 따른 블래더의 측 방향 팽창과 장벽 구조의 역할을 설명하기 위한 단면도들,
도 24 내지 도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 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 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(900)의 단면도이다. 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드(900)는 회전축(200)으로부터 동력을 전달받는 베이스(base)(100)를 기초로 구성되어 있다. 먼저, 베이스(100) 하부에 리테이닝 링(retaining ring)(120)이 장착되는데, 리테이닝 링(120)은 연마 공정 중 기판(도시하지 않음)의 이탈을 방지하는 역할을 한다. 역시, 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 리테이닝 링(120) 안쪽에 기판 수용부재(600)가 장착된다.
기판 수용부재(600)는 밑판 부위(602), 외주 부위(604) 및 체결 부위(606)를 포함한다. 밑판 부위(602)는 외부면(608)과 내부면(610)으로 정의되는 두 면을 구비하고 있으며 밑판 부위(602)의 크기와 모양은 대체로 연마되는 기판(도시하지 않음)의 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(300)가 접촉함으로써 압력이 인가되는 면이다. 외주 부위(604)는 기판 수용부재(600)를 베이스(100)에 연결하기 위하여 외부면(608)으로부터 멀어지게 연장되는 테두리형태의 부위이다. 체결 부위(606)는 베이스(100)와 연결되는 부위로서 플랩(flap) 또는 오링(O-ring)으로 구성될 수 있다. 체결 부위(606)가 외부로부터 기판 수용부재(600) 내부를 밀봉함으로써 기판 수용부재 챔버(chamber)(650)가 형성된다. 기판 수용부재 챔버(650)는 기판 수용부재 유체통로(680)를 통해 공급되는 유체를 가두어둠으로써 소정의 압력을 유지하며, 이는 연마 공정 중 밑판 부위(602)를 통해 기판(도시하지 않음)에 인가된다. 유체로는 기체 또는 액체가 사용될 수 있으며 바람직하게는 공기나 질소가 사용될 수 있다. 기판 수용부재(600)는 도 1에 도시된 바와 같이 전체가 동일한 재료로 이루어질 수 있으며 이때 사용되는 재질로는 가요성 재료가 적합하다. 가요성 재료로는 고무가 사용될 수 있으며 바람직하게는 실리콘 고무나 에틸렌프로필렌 고무와 같이 내화학성이 좋은 고무가 사용될 수 있다. 가요성 재료로 이루어진 기판 수용부재(600)는 몰딩(molding) 제작될 수 있으며, 이때 밑판 부위(602)는 0.5mm 내지 3.0mm의 두께를 가질 수 있다.
기판 수용부재(600) 안쪽에는, 베이스(100) 하부에 연결되어 블래더(bladder)(300)가 장착된다. 블래더(300)는 기판 수용부재 내부면(610)의 에지(edge) 영역 위에 위치한다. 에지 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 0.7% 내지 5%의 값을 가질 수 있다. 예를 들면 직경이 296mm인 내부면의 경우, 에지 영역은 내부면의 끝단에서부터 2.1mm 내지 14.8mm 안쪽 영역을 의미한다. 사각형 형태의 내부면인 경우에는 d가 대각선 길이의 0.7% 내지 5%의 값을 가질 수 있다. 블래더(300)는 내부 클램프(410)와 외부 클램프(420)에 의해서 베이스(100)에 연결될 수 있으며 기판 수용부재 챔버(650)로부터 격리된 블래더 챔버(350)를 형성한다. 블래더 챔버(350)가 블래더 유체통로(380)를 통해 공급되는 유체에 의해 팽창되면 블래더(300)가 기판 수용부재 내부면(610)에 압력을 인가할 수 있다.
도 1에는 블래더(300)가 기판 수용부재 내부면(610)으로부터 e만큼 떨어져 있는데, 블래더 챔버(350)와 기판 수용부재 챔버(650)의 압력이 같을 때 e는 0mm 내지 5mm의 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 두 압력이 같을 때, 블래더(300)가 꼭 기판 수용부재 내부면(610)으로부터 떨어져 있을 필요는 없고 내부면(610)과 접촉할 정도로 (e 값이 0mm) 블래더(300)가 길어도 된다.
블래더(300)는 내부면(610) 방향으로만 팽창하지 않고 모든 방향으로 팽창하는 성질을 갖고 있는데, 내측 방향으로(캐리어 헤드의 회전 중심축 방향으로)의 팽창을 한정하기 위하여 도 1과 같이 장벽 구조(500)를 베이스(100) 하부에 연결할 수 있다.
도 2는 블래더(300)의 일례를 나타내는 사시도로서 환형의 내측부(304)와 외측부(306) 사이의 공간이, 블래더(300)가 상술한 베이스(100)에 체결되었을 때, 블래더 챔버(350)를 형성한다. 블래더(300)의 수직 단면 AA'를 도 3에 도시하였는데 블래더는 체결부(302), 내측부(304), 외측부(306) 그리고 하측부(308)를 포함한다. 내, 외측부(304, 306)와 하측부(308) 사이는 R로 도시된 바와 같이 곡면을 띌 수 있다. 블래더(300)의 안쪽 폭, W는 1.5mm 내지 14.2mm의 값을 가질 수 있고 안쪽 깊이 H는 10mm 내지 40mm의 값을 가질 수 있다.
도 4는 블래더(330)의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이 하측부(310) 전체가 곡면을 띌 수 있다.
도 5는 블래더(332)의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도시된 바와 같이 내측부(304') 및 외측부(306')가 주름(312)을 포함할 수 있다. 주름(312)이 연장되면서 안쪽 깊이 H는 주름이 없을 때보다 쉽게 늘어날 수 있다. 또한, 주름(312)은 압력 차이에 의해 블래더(322)가 수축할 때 하측부(314)를 용이하게 위쪽으로 이동시킬 수 있다.
도 6 및 도 7은 블래더의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도들이다. 도 6을 참조하면, 내측부(316)와 외측부(318)의 늘어나는 정도를 다르게 하기 위하여 수직 단면상에서 내측부(316)와 외측부(318)가 중심선 CC'를 기준으로 비대칭일 수 있다. 예를 들면, 외측부(318)가 더 잘 늘어날 수 있도록 하기 위해서 외측부(318)를 내측부(316)보다 더 길게 할 수 있다. 또는, 도 7에 도시된 바와 같이 내측부(320)의 주름 수와 외측부(322)의 주름 수를 달리하여 늘어나는 정도를 다르게 할 수 있다.
도 8은 내부 클램프(410)의 일례를 나타내는 사시도이다. 도시하지는 않았지만 외부 클램프(420)도 동일한 형상을 띄므로 내부 클램프(410)를 기초로 설명하기로 한다. 도시된 바와 같이 내부 클램프(410)에는 베이스 연결용 구멍들(412)이 형성되었는데 블래더(300)를 베이스(100)에 놓은 다음 볼트(도시하지 않음)를 구멍(412)에 넣고 베이스(100)와 체결함으로써 블래더(300)를 밀봉할 수 있다. 내부 클램프(410)에는 상술한 장벽 구조(500) 연결용 구멍들(414)을 형성할 수 있다.
도 9는 장벽 구조(500)의 일례를 나타내는 사시도이다. 장벽 구조(500)는 가운데가 비어있는 원통의 형상을 띌 수 있다. 장벽 구조(500)의 윗면에는 볼트 구멍들(514)이 형성되어 상술한 내부 클램프(410)에 장벽 구조(500)를 볼트로 고정할 수 있다. 장벽 구조(500)는 블래더(300)의 팽창을 막아주는 역할을 하기 때문에 쉽게 휘어지지 않도록 플라스틱, 알루미늄 합금 또는 철 합금과 같이 강성이 유지되는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 10은 장벽 구조(520)의 다른 예를 나타내는 사시도로서 장벽 구조가 내부 클램프(522)를 포함하는 일체형 장벽 구조(520)를 나타낸다. 내부 클램프(522) 역할을 하는 상부와 장벽 구조 역할을 하는 하부(524)를 동일한 물체로부터 같이 가공함으로써 일체형 장벽 구조(520)를 얻을 수 있다. 일체형 장벽 구조(520)의 내부 클램프(522) 부위에는 볼트(도시하지 않음)가 지날 수 있는 구멍들(512)을 형성하여 상술한 블래더를 베이스에 체결할 수 있도록 한다.
도 11은 상술한 도 10의 일체형 장벽 구조(520)를 이용하여 블래더(300)를 체결한 예를 나타내는 캐리어 헤드(901)의 단면도이다.
도 12는 장벽 구조(530)의 또 다른 예를 나타내는 캐리어 헤드(902)의 단면도이다. 장벽 구조(530)는 도시된 바와 같이 하단부가 휘어질 수 있다. 도 12에서는 끝으로 갈수록 외곽으로 휘어지는 경우를 보여주고 있다. 이러한 경우, 블래더(300)가 접촉할 수 있는 기판 수용부재 내부면(610)의 영역(s로 표시)이 줄어들게 되어 블래더(300)의 폭보다도 더 좁은 영역에 압력을 인가할 수 있다.
도 13은 장벽 구조(540)의 또 다른 예를 나타내는 캐리어 헤드(903)의 단면도이다. 장벽 구조(540)는 도시된 바와 같이 디스크 형상을 띌 수 있으며 기판 수용부재 유체통로(680)와 이어진 장벽 구조 유체통로(682)가 형성되어 기판 수용부재 챔버(650)에 유체를 공급한다.
도 14는 기판 수용부재(630)의 다른 예를 나타내는 단면도로서 밑판 부위(616)가 외주 부위(604) 및 체결 부위(606)와 같이 가요성 물질로 이루어진 제 1 밑판(612)과 제 1 밑판(612) 윗면에 위치하며 제 1 밑판(612)보다 강성이 큰 물질로 이루어진 제 2 밑판(614)으로 이루어질 수 있다. 제 2 밑판(614)의 크기는 제 1 밑판(612)의 내부면 크기와 비슷한 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 직경 또는 변의 길이 차이가 1% 이내인 것이 좋다. 도시하지는 않았지만 제 2 밑판이 제 1 밑판 영역 전체를 덮을 필요는 없고 에지 영역을 포함한 외곽영역에서만 제 2 밑판이 제 1 밑판을 덮을 수 있다. 즉 제 2 밑판은 환형과 같이 가운데가 비어있는 형상을 띌 수 있다. 제 1 밑판(612)은 실리콘 고무나 에틸렌프로필렌 고무와 같이 내화학성이 좋은 고무가 사용될 수 있고 제 2 밑판(614)은 폴리카보네이트(poly carbonate), 폴리프로필렌(poly propylene), 폴리우레탄(poly urethane), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylene sulfide)나 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone)등과 같은 플라스틱 판으로 이루어질 수 있다. 제 1 밑판의 두께는 0.5mm 내지 2.5mm 정도의 값을 가질 수 있으며 제 2 밑판의 두께는 0.2mm 내지 2.0mm 정도의 값을 가질 수 있다. 제 2 밑판(614)은 제 1 밑판(612)에 접착제를 이용하여 부착할 수 있으며 도시하지는 않았지만 기판 수용부재(630)의 외주 부위(604)에 홈을 형성하여 제 1 밑판을 끼워 넣음으로써 제 1 밑판과 결합시킬 수 있다. 제 2 밑판(614)이 제 1 밑판(612) 위에 부착되면 제 2 밑판(614)의 상부면(618)이 기판 수용부재(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 15는 기판 수용부재의 또 다른 예를 나타내는 단면도로서 기판 수용부재(632)는 외곽부에 제 1 체결 부위(620)를 내곽부에 제 2 체결 부위(622)를 가질 수 있다.
도 16은 상기 복수의 체결 부위(620, 622)를 갖는 기판 수용부재(632)를 베이스(100)에 체결한 일례를 나타내는 캐리어 헤드(904)의 단면도이다. 기판 수용부재(632)의 외주 부위(604)에서 연장된 제 1 체결 부위(620)는 리테이닝링(120)에 의해 베이스(100)에 체결될 수 있다. 기판 수용부재(632)의 내곽부에서 연장된 제 2 체결 부위(622)를 베이스(100)에 장착하기 위해 체결 부위 클램프(430)를 이용할 수 있다. 체결 부위 클램프(430)는 환형의 디스크 모양을 가질 수 있으며 볼트 구멍들(도시하지 않음)이 형성되어 체결을 용이하게 할 수 있다. 제 1 체결 부위(620)와 제 2 체결 부위(622)가 체결되면 도시된 바와 같이 제 1 기판 수용부재 챔버(660)와 제 2 기판 수용부재 챔버(670)가 형성되며 각각 제 1 기판 수용부재 유체통로(684)와 제 2 기판 수용부재 유체통로(686)를 통해 독립적으로 유체를 공급받을 수 있다.
도 17은 본 발명에 따른 캐리어 헤드(905)의 또 다른 예를 나타내는 단면도이다. 블래더(300)와 장벽 구조(500)를 직접 베이스(150)에 장착하지 않고 내부 클램프(410)와 외부 클램프(420)를 이용하여 연결 부재(152)에 먼저 볼트(도시하지 않음) 등으로 고정한 후 상기 연결 부재(152)를 다시 베이스(150)에 볼트(도시하지 않음) 등으로 결합함으로써 블래더(300)와 장벽 구조(500)를 베이스(150)에 연결할 수 있다. 연결 부재(152)는 도시된 바와 같이 가운데가 비어 있는 판상의 모양을 가질 수 있으며 플라스틱, 알루미늄 합금 또는 철 합금으로 이루어질 수 있다. 연결 부재(152)에는 볼트구멍들(도시하지 않음)이 형성되어 내, 외부 클램프(410, 420)와 연결 부재(152)의 결합 및 연결 부재(152)와 베이스(150)의 결합을 용이하게 할 수 있다. 또한 블래더 유체통로(380)와 이어진 연결 부재 유체통로(182)가 형성되어 기판 블래더 챔버(350)에 유체를 공급할 수 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 캐리어 헤드(900)의 작동을 설명하기 위한 단면도들이다. 기판 수용부재 유체통로(680)를 통해 압력 P1을 인가하면 기판 수용부재 챔버(650) 내의 압력도 P1이 된다. 압력 P2를 블래더 유체통로(380)에 인가하면 블래더 챔버(250)의 압력은 P2가 된다. 먼저 P1이 P2보다 클 경우, 블래더(300)는 도 18과 같이 수축하게 되며 기판 수용부재(600) 내부면(610)은 전체적으로 P1의 압력을 인가받게 된다. 이 P1의 압력은 기판 수용부재 외부면(608)을 통해 기판(50)에 인가된다. P2가 P1보다 클 경우, 블래더(300)는 도 19와 같이 팽창하게 된다. 블래더(300)가 팽창하면 옆쪽으로는 장벽 구조(500) 및 기판 수용부재 외주 부위(604)와 접촉하고 아래쪽으로는 기판 수용부재 내부면(610)과 접촉하여 P2의 압력을 인가하게 된다. 그렇게 되면 기판 수용부재 내부면(610) 중, 블래더(300)와 접촉하는 에지 영역은 다른 영역보다 높은 압력을 인가 받게 된다. 따라서 기판(50) 역시 블래더(300)와 접촉하는 에지 영역 밑의 부분은, 즉 기판의 에지 영역은, 다른 영역보다 높은 압력을 인가받을 수 있게 된다. 이때, 장벽 구조(500)는 블래더(300)가 내측으로 팽창하는 것을 한정하는 역할을 함으로써 소정의 에지 영역에만 더 높은 압력이 인가되도록 한다.
도 20 내지 도 23은 기판 수용부재 챔버(650)와 블래더 챔버(350)의 압력 차이에 따른 블래더(300)의 측 방향 팽창과 장벽 구조(500)의 역할을 설명하기 위한 단면도들이다. 먼저, 도 20에서 블래더 챔버(350)의 압력이 기판 수용부재 챔버(650)의 압력보다 △P1만큼 클 때 블래더(300)가 팽창하여 기판 수용부재(600) 내부면(610) 중 넓이 S1만큼 접촉한다. 즉, S1만큼의 영역에서 더 높은 압력이 기판(도시하지 않음)에 인가될 수 있다. S1 영역에서 더 높은 압력이 필요하여 블래더 챔버(350)의 압력을 올리면 도 21에 도시된 바와 같이 기판 수용부재 챔버(650)와의 압력차이는 △P1에서 △P2로 증가하게 되며 블래더(300)가 더 팽창하여 접촉 영역도 S1에서 S2로 증가한다. 이와 같이 접촉 영역의, 즉 더 큰 압력이 인가되는 영역의, 크기가 크게 변할 경우 기판의 연마를 정밀하게 제어하는데 어려움이 있다. 도 22는 장벽 구조(500)에 의해서 블래더(300)의 측 방향 팽창이 멈춰진 예를 나타낸다. 블래더 챔버(350)와 기판 수용부재 챔버(650)와의 압력차 △P1인 상태에서 장벽 구조(500)가 없는 경우에는 도 20에서와 같이 S1까지 접촉 영역이 생기는 데 장벽 구조(500)를 이용하여 원하는 영역만큼, 예를 들면 도 22에서 A1만큼, 접촉 영역을 줄일 수 있다. 장벽 구조(500)는 기판 수용부재 내부면(610)으로부터 소정의 간격 h만큼 떨어져 있는데, 이 틈을 통해서 블래더(300)는 다소간 팽창할 수 있다. 그런데, 이 팽창 정도는 대략 h의 크기에 비례하므로 h를 작게 하여 팽창을 한정할 수 있다. 장벽 구조(500)와 기판 수용부재 내부면(610)과의 간격 h는 연마 공정 시 1mm 내지 20mm 정도의 값을 가질 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 블래더 챔버(350)와 기판 수용부재 챔버(650)와의 압력 차이가 변할 때 접촉 영역의 변화 또한 장벽 구조(500)에 의해 줄일 수 있다. 도 22에서와 같이 상기 압력 차이가 △P1일 때 블래더(300)와 기판 수용부재 내부면(610)의 접촉 영역이 A1이라면 블래더 챔버(350)의 압력을 증가시켜 상기 압력 차이가 △P2로 커졌을 때 새로운 접촉 영역 A2는 도 23에 도시된 바와 같이 장벽 구조(500)에 의해 A1과 크게 차이가 나지 않게 할 수 있다.
도 24 내지 도 26은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 단면도들이다. 먼저 도 24를 참조하면, 캐리어 헤드(906)는 블래더(300)의 외측 방향 팽창을 한정할 수 있도록 블래더(300) 외측에 베이스(100) 하부와 연결된 장벽 구조(550)를 더 구비할 수 있다. 외측의 장벽 구조(550)는 블래더(300) 팽창 시 블래더(300)가 기판 수용부재 외주 부위(604)와 접촉하는 것을 한정할 수 있다. 도 25에 도시된 캐리어 헤드(907)에서는 외측의 장벽 구조(552) 길이가 도 24에 도시된 장벽 구조(550)보다 짧은 경우를 나타낸다. 이 경우, 외측의 장벽 구조(552)가 기판 수용부재 내부면(610)으로부터 더 떨어져 있어 블래더(300) 팽창 시 기판 수용부재 외주 부위(604)와의 접촉을 도 24에 도시된 경우보다 용이하게 할 수 있다. 도 26에 도시된 캐리어 헤드(908)에서는 외측 장벽 구조(554)의 안쪽 면(556)이 끝 부분에서 경사지게 형성되어 있는 경우를 나타낸다. 이러한 경우, 외측 장벽 구조(554)의 길이가 짧지 않아도 블래더(300) 팽창 시 블래더(300)가 용이하게 기판 수용부재 외주 부위(604)의 끝단을 접촉할 수 있다.
<도면의 주요 부호에 대한 간략한 설명>
50: 기판
900, 901, 902, 903, 904, 905, 906: 캐리어 헤드
100, 150: 베이스
600, 630, 632: 기판 수용부재
602, 616: 밑판 부위
604: 외주 부위
606: 체결 부위
608: 외부면
610: 내부면
300, 330, 332, 334: 블래더
410: 내부 클램프
420: 외부 클램프
500, 520, 530, 540: 장벽 구조
152: 연결 부재

Claims (12)

  1. 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드로서,
    베이스(100);
    상기 베이스(100) 하부에 연결되어 기판을 수용하는 외부면(608)을 구비한 기판 수용부재(600);
    상기 기판 수용부재(600) 안쪽에서 상기 베이스(100) 하부에 연결되어 유체에 의해 팽창됨으로써 상기 기판 수용부재 내부면(610)의 에지 영역과 접촉하여 압력을 인가할 수 있는 블래더(300); 및
    상기 베이스(100) 하부에 연결되어 상기 블래더(300)의 내측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  2. 제 1항에서,
    상기 기판 수용부재(600)는 밑판 부위(602), 외주 부위(604) 및 체결 부위(606)를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  3. 제 2항에서,
    상기 기판 수용부재(600)는 전체가 가요성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  4. 제 2항에서,
    상기 밑판 부위는 제 1 밑판(612)과 상기 제 1 밑판(612) 위에 부착된 제 2 밑판(614)으로 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  5. 제 4항에서,
    상기 제 1 밑판(612)은 가요성 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  6. 제 4항에서,
    상기 제 2 밑판(614)은 상기 제 1 밑판(612)보다 강성이 큰 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  7. 제 1항에서,
    상기 블래더(300)는 환형으로 내측부(304), 외측부(306) 및 하측부(308)를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  8. 제 7항에서,
    상기 내측부(316) 및 외측부(318)는 수직 단면상에서 비대칭인 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  9. 제 1항에서,
    상기 블래더(300)는 내부 클램프(410) 및 외부 클램프(420)에 의해 상기 베이스(100)에 체결되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  10. 제 1항에서,
    상기 장벽 구조는 내부 클램프(522)를 포함하는 일체형 장벽 구조(520)인 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  11. 제 1항에서,
    상기 블래더(300) 및 장벽 구조(500)는 연결 부재(152)에 장착되어 상기 베이스(150) 하부에 연결되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  12. 제 1항에서,
    상기 베이스(100) 하부에 연결되어 상기 블래더(300)의 외측 방향 팽창을 한정하는 장벽 구조(550)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
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