KR20160013461A - 캐리어 헤드 및 화학적 기계식 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 캐리어 헤드 및 화학적 기계식 연마 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 캐리어 헤드는 링 형상을 가지는 바디; 상기 바디를 감싸는 방식으로 상기 바디에 승강 가능하게 결합되는 지지 유닛; 링 형상으로 제공되고, 상기 지지 유닛의 하면 외측에 위치되는 유지링; 상기 유지링의 내측에 위치되도록 상기 지지 유닛의 하부에 고정되어, 연마 공정 중 기판을 가압하는 멤브레인 부재; 및 상기 멤브레인 부재의 외측면에 위치되며, 소수성 표면을 갖는 외측 링을 포함한다.

Description

캐리어 헤드 및 화학적 기계식 연마 장치 {Carrier head and chemical mechanical polishing apparatus}

본 발명은 화학적 기계식 연마 장치 및 캐리어 헤드에 관한 것이다.

반도체 소자 제조 공정은 웨이퍼 상에 박막층을 형성하는 증착공정과 그 박막층상에 미세한 회로패턴을 형성하기 위한 식각공정을 포함한다. 웨이퍼상에 요구되는 회로패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되고, 회로패턴이 형성된 후 웨이퍼의 표면에는 매우 많은 굴곡이 생긴다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 웨이퍼 표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차는 증가하고 있다. 그러나 웨이퍼 표면의 비평탄화는 포토리소그래피 공정에서 디포커스등의 문제를 발생하므로 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 연마하어야 한다.

웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있다. 이중 좁은 영역뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 장치가 주로 사용 된다. 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing) 장치는 웨이퍼를 지지한 상태로 연마 패드에 대해 가압하는 캐리어 헤드를 포함한다.

본 발명은 웨이퍼를 효율적으로 지지할 수 있는 캐리어 헤드 및 화학적 기계식 연마 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 링 형상을 가지는 바디; 상기 바디를 감싸는 방식으로 상기 바디에 승강 가능하게 결합되는 지지 유닛; 링 형상으로 제공되고, 상기 지지 유닛의 하면 외측에 위치되는 유지링; 상기 유지링의 내측에 위치되도록 상기 지지 유닛의 하부에 고정되어, 연마 공정 중 기판을 가압하는 멤브레인 부재; 및 상기 멤브레인 부재의 외측면에 위치되며, 소수성 표면을 갖는 외측 링을 포함하는 캐리어 헤드가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 하부 구조를 제공하는 베이스; 상기 베이스의 상면에 회전 가능하게 위치되고, 그 상면에 연마 패드를 갖는 플래이튼; 상기 플래이튼에 인접하게 상기 베이스의 상면에 위치되어, 상기 연마 패드의 표면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 아암; 고정의 진행 중 기판을 상기 연마 패드 방향으로 가압 지지 하는 캐리어 헤드를 포함하되, 상기 캐리어 헤드는, 링 형상을 가지는 바디; 상기 바디를 감싸는 방식으로 상기 바디에 승강 가능하게 결합되는 지지 유닛; 링 형상으로 제공되고, 상기 지지 유닛의 하면 외측에 위치되는 유지링; 상기 유지링의 내측에 위치되도록 상기 지지 유닛의 하부에 고정되어, 연마 공정 중 기판을 가압하는 멤브레인 부재; 및 상기 멤브레인 부재의 외측면에 위치되며, 소수성 표면을 갖는 외측 링을 포함하는 화학적 기계식 연마 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 의하면, 연마 공정 중에 웨이퍼를 효율적으로 지지할 수 있는 캐리어 헤드 및 화학적 기계식 연마 장치가 제공될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 에에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 연마부의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 캐리어 헤드의 단면도이다.
도 4는 지지 유닛이 바디에 대해 하강된 상태로 기판을 지지하는 상태의 캐리어 헤드를 도면이다.
도 5는 연마 공정이 진행되는 상태의 평면도이다.
도 6은 도 5의 A영역의 캐리어 헤드의 종단면도이다.
도 7은 외측링에 접촉된 슬러리 방울을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시 에에 따른 화학적 기계적 연마 장치의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing, 이하 CMP) 장치는 인덱스부(11), 이송 로봇(12), 연마부(13) 및 세정 장치(14)를 포함한다.

인덱스부(11)는 웨이퍼(W)들이 수납된 카세트(C)가 놓여지는 공간을 제공한다. 또한, 인덱스부(11)는 카세트(C)로부터 웨이퍼(W)를 반출시켜 이송 로봇(12)으로 전달하거나 연마 공정이 완료된 웨이퍼(W)를 카세트(C)로 반입시키는 기능을 수행한다.

이송 로봇(12)은 인덱스부(11)와 연마부(13)의 사이에 배치되어 인덱스부(11)와 연마부(13) 간에 웨이퍼(W)를 이송시킨다.

도 2는 도 1의 연마부의 일부를 나타낸 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 연마부(13)는 베이스(110, base), 로드 컵(120), 플래이튼(130, platen) 및 캐리어 헤드(141) 어셈블리(140, carrier head assembly)를 포함한다.

베이스(110)는 연마부(13)의 하부 구조를 제공한다. 로드 컵(120)은 베이스(110)의 상면에 제공된다. 로드 컵(120)은 이송 로봇(12)에 인접하게 위치될 수 있다. 로드 컵(120)은 웨이퍼(W)가 임시 대기하는 공간을 제공한다. 베이스(110)의 상면에는 로드 컵(120)과 이송 로봇(12) 사이에 익스체인저(121)가 제공된다. 이송 로봇(12)에 의해 인덱스부(11)로부터 이송된 웨이퍼(W)는 익스체인저(121)에 놓여지고, 익스체인저(121)는 웨이퍼(W)를 로드 컵(120)에 이송한다.

플래이튼(130)은 베이스(110)의 상면에 하나 이상 제공된다. 플래이튼(130)들이 복수개 제공되는 경우, 플래이튼(130)들과 로드 컵(120)은 원주 상에 위치될 수 있다. 각각의 플래이튼(130)은 베이스(110)의 상부에 회전 가능하게 연결된다. 예를 들어, 플래이튼(130)은 베이스(110)에 제공되는 모터에 연결될 수 있다. 연마 패드(131)는 플래이튼(130)에 의해 지지되도록 플래이튼(130)의 상면에 위치되어, 공정 진행 중 플래이튼(130)과 함께 회전될 수 있다. 연마 패드(131)는 일정 두께를 갖는 평판으로 제공된다. 연마 패드(131)는 웨이퍼(W)와 직접 접촉하여 웨이퍼(W)를 기계적으로 연마하는 부분으로 거친 표면을 가진다.

베이스(110)에는 각각의 플래이튼(130)에 인접한 곳에 패드 컨디셔너(133)가 제공된다. 패드 컨디셔너(133)는 연마 공정이 수행되는 동안 웨이퍼가 효과적으로 연마되도록 연마 패드(131)의 상태를 유지시킨다.

베이스(110)에는 각각의 플래이튼(130)에 인접한 곳에 슬러리 공급 아암(132)이 제공된다. 슬러리 공급 아암(132)은 반응제, 마모 입자 및 화학 반응 촉매제 등을 포함할 수 있는 슬러리를 연마 패드(131)의 표면에 공급한다. 반응제는 산화 연마용 탈이온수가 사용될 수 있다. 마모 입자는 산화 연마용 이산화규소가 사용될 수 있다. 화학 반응 촉매제는 산화 연마용 수산화칼륨이 사용될 수 있다.

캐리어 헤드(141) 어셈블리(140)는 캐리어 헤드(141), 구동축(142) 및 구동 모터(143)를 포함한다.

캐리어 헤드(141) 어셈블리(140)는 플래이튼(130) 및 로드 컵(120)의 위쪽에 위치된다. 캐리어 헤드(141)는 웨이퍼(W)의 연마면이 연마 패드(131)를 향하도록 웨이퍼(W)를 흡착 고정하고, 공정 진행 중에 연마 패드(131)에 대하여 웨이퍼(W)를 가압한다. 구동 모터(143)는 공정 진행 중에 캐리어 헤드(141)를 회전 시키는 동력을 제공한다. 구동 모터(143)와 캐리어 헤드(141)는 구동축(142)에 의해 연결된다. 캐리어 헤드(141)는 플래이튼(130)과 로드 컵(120)의 수에 대응되게 제공될 수 있다. 캐리어 헤드(141)는 지지 프레임에 결합된다. 지지 프레임은 캐리어 헤드(141)를 로드 컵(120)에서 각각의 플래이튼(130)으로 순차적으로 이동 시킨다. 따라서, 각각의 캐리어 헤드(141)는 로드 컵(120)에서 웨이퍼(W)를 로딩 한 후 하나 이상의 플래이튼(130)을 따라 이동하면서 웨이퍼(W)를 연마한다. 그리고, 연마가 완료된 웨이퍼(W)를 로드 컵(120)에 언로딩 한다.

세정 장치(14)는 인덱스부(11) 및 이송 로봇(12)에 인접하게 위치된다. 연마된 후 로드 컵(120)에 위치된 웨이퍼(W)는 익스체인저(121)와 이송 로봇(12)을 통해 세정 장치(14)로 이송된다. 세정 장치(14)는 연마된 웨이퍼(W)에 잔존하는 오염 물질을 세정한다. 세정된 웨이퍼(W)가 인덱스부(11)로 반송되어 카세트(C)에 수납되면 연마 공정이 완료된다.

도 3은 도 2의 캐리어 헤드(141)의 단면도이고, 도 4는 지지 유닛이 바디에 대해 하강된 상태로 웨이퍼를 지지하는 상태의 캐리어 헤드(141)를 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 캐리어 헤드(141)는 바디(1000), 지지 유닛(2000) 및 가이드 부재(3000)를 포함한다.

바디(1000)는 캐리어 헤드(141)의 상부 및 중심 구조를 제공한다. 바디(1000)는 구동축(142)에 연결되어, 구동 모터(143)가 제공하는 동력에 의해 회전된다. 바디(1000)는 개략적인 형상이 원기둥으로 제공될 수 있다. 바디(1000)의 중앙에는 상하 방향으로 홀(1200)이 형성된다. 바디(1000)는 상하 영역별로 둘레가 상이하게 제공될 수 있다. 구체적으로, 바디(1000)는 상부에 위치되고, 설정 둘레를 갖는 제 1 영역(1110)과 하부에 위치되고, 제 1 영역(1110)보다 둘레가 작은 제 2 영역(1120)을 포함할 수 있다. 그리고, 바디(1000)에는 제 1 영역(1110)의 상부에 위치되고 구동축(142)에 연결되는 연결부(1130)를 더 포함할 수 있다.

또한, 연결부(1130)는 생략되고 제 1 영역(1110)이 상면이 구동축(142)에 연결될 수 도 있다.

바디(1000)는 복수의 하부 구성이 결합되어 제공될 수 있다. 구체적으로 바디(1000)는 제 1 바디(1010) 및 제 2 바디(1020)를 포함할 수 있다. 제 1 바디(1010)는 연결부(1130)를 형성할 수 있다. 그리고, 제 2 바디(1020)는 제 1 영역(1110) 및 제 2 영역(1120)을 형성할 수 있다. 제 1 바디(1010)의 하면에는 제 1 단차부(1011)가 형성되고, 제 2 바디(1020)의 상면에는 제 1 단차부(1011)에 대응되는 형상의 제 2 단차부(1021)가 형성될 수 있다. 그리고, 제 1 바디(1010) 및 제 2 바디(1020)는 제 1 단차부(1011)와 제 2 단차부(1021)가 맞물린 상태로 위치된 후 서로 고정되는 방식으로 결합될 수 있다. 제 1 바디(1010)의 중앙에는 홀(1200)의 상부를 이루는 제 1 홀(1210)이 형성되고, 제 2 바디(1020)의 중앙에는 홀(1200)의 하부를 이루는 제 2 홀(1220)이 형성될 수 있다.

또한, 바디(1000)는 하나의 구성으로 제공될 수 도 있다.

바디(1000)의 외측면에는 제 1 걸림부(1111)가 형성된다. 제 1 걸림부(1111)는 제 1 영역(1110)의 외측면 하부에 형성될 수 있다. 제 1 걸림부(1111)는 제 1 영역(1110)의 외측면 하부에서 외측으로 링 형상으로 돌출되어 형성된다. 제 1 걸림부(1111)의 상면은 제 1 결합면(1112)으로 제공된다. 제 1 결합면(1112)은 지지 유닛(2000)은 지지하여, 지지 유닛(2000)이 바디(1000)에서 분리되는 것을 방지한다. 제 1 결합면(1112)은 지면에 대해 평행하게 형성될 수 있다.

지지 유닛(2000)은 바디(1000)의 측부 및 하부를 감싸는 방식으로 바디(1000)에 승강 가능하게 결합된다. 지지 유닛(2000)은 개략적인 형상이 링으로 제공될 수 있다. 지지 유닛(2000)은 상부 지지 영역(2100) 및 하부 지지 영역(2200)으로 구분될 수 있다. 상부 지지 영역(2100)의 내측면은 제 1 영역(1110)에서 외측면에 대응되는 형상으로 제공된다. 지지 유닛(2000)이 바디(1000)에 결합되면, 상부 지지 영역(2100)의 내측면은 제 1 영역(1110)의 외측면과 설정 거리 이격 될 수 있다.

지지 유닛(2000)의 내측면에는 제 2 걸림부(2110)가 형성된다. 제 2 걸림부(2110)는 제 1 걸림부(1111)와 상하로 정렬되는 방식으로 제 1 걸림부(1111)와 마주하게 위치되어, 지지 유닛(2000)이 바디(1000)에서 분리되는 것을 방지한다. 제 2 걸림부(2110)는 상부 지지 영역(2100)의 내측면 상부에서 내측으로 돌출되어 형성될 수 있다. 제 2 걸림부(2110)는 링 형상으로 제공될 수 있다. 제 2 걸림부(2110)의 내측면 둘레는 제 1 영역(1110)의 외측면 둘레에 대응될 수 있다. 제 2 걸림부(2110)의 하면은 제 2 결합면(2111)으로 제공된다. 제 2 결합면(2111)은 지면에 대해 평행하게 형성될 수 있다.

지지 유닛(2000)의 상하 이동은 가이드 부재(3000)에 의해 가이드 된다.

가이드 부재(3000)는 가이드부(3100), 연결부(3200) 및 결합부(3300)를 포함한다.

가이드부(3100)는 중앙에 중앙 유로(3110)가 형성된 원통 형상으로 제공된다. 가이드 부재(3000)는 홀(1200)에 슬라이딩 가능하게 삽입된다. 가이드 부재(3000)의 외면은 홀(1200)의 내면에 대응되는 둘레를 가질 수 있다.

연결부(3200)는 가이드부(3100)의 하단에서 외측으로 연장된다. 연결부(3200)는 링 형상을 가질 수 있다. 연결부(3200)는 중앙부에서 외측으로 갈수록 상향 경사지게 형성될 수 있다.

결합부(3300)는 연결부(3200)의 외측 상면에서 위쪽으로 연장된다. 결합부(3300)는 지지 유닛(2000)에 고정된다. 예를 들어, 결합부(3300)의 외면에는 외측으로 연장되는 삽입부(3310)가 형성될 수 있다. 삽입부(3310)는 로드 형상 또는 결합부(3300)의 둘레를 따라 형성되는 링 형상 등으로 형성될 수 있다. 삽입부(3310)는 지지 유닛(2000)의 내측면에 삽입되는 방식으로 지지 유닛(2000)에 고정될 수 있다. 삽입부(3310)는 하부 지지 영역(2200)의 내측면에 삽입될 수 있다.

바디(1000)의 하부와 지지 유닛(2000)의 내측면 사이에는 챔버(1300)가 형성된다. 챔버(1300)는 외부와 밀폐되게 제공된다. 구체적으로, 제 1 영역(1110)의 외면과 상부 지지 영역(2100)의 내면 사이에는 실링 막(1310)에 의해 차폐된다. 실링 막(1310)은 유연성 재질의 링 형상 막으로 제공된다. 실링 막(1310)의 내측 단부는 제 1 영역(1110)에 고정되고, 실링 막(1310)의 외측 단부는 상부 지지 영역(2100)에 고정된다. 실링 막(1310)은 제 1 결합면(1112) 및 제 2 결합면(2111)의 아래쪽에 고정될 수 있다.

챔버(1300)의 내측 하부는 가이드 부재(3000)에 의해 밀폐된다. 구체적으로, 가이드부(3100)의 외면은 홀(1200)의 내면에 밀착되게 제공되고, 연결부(1130)는 지지 유닛(2000)의 내측면에 연결되도록 제공되어, 챔버(1300)의 내측 하부는 밀폐될 수 있다.

챔버(1300)는 지지 유닛(2000)이 바디(1000)에 대해 상대적으로 승강되도록 하는 데 이용될 수 있다. 바디(1000)에는 챔버(1300)와 연결되는 승강 유로(1410)가 형성된다. 승강 유로(1410)는 챔버(1300)로 가스를 공급하거나, 챔버(1300)의 가스를 외부로 배기 하는데 이용된다. 따라서, 승강 유로(1410)를 통해 챔버(1300)의 가스가 배기되면, 챔버(1300)에 형성된 진공압에 의해 지지 유닛(2000)은 바디(1000)에 대해 상승할 수 있다. 그리고, 승강 유로(1410)을 통해 챔버(1300)에 가스가 공급되어 챔버(1300)의 압력이 상승하면, 지지 유닛(2000)은 제 2 결합면(2111)이 제 1 결합면(1112)에 접할 때까지 바디(1000)에 대해 하강될 수 있다.

지지 유닛(2000)의 하면에는 멤브레인 부재(4000)가 제공된다. 멤브레인 부재(4000)는 상면에서 위쪽으로 링 형상으로 연장 형성된 고정부들(4100, 4200, 4300)에 의해 지지 유닛(2000)에 고정될 수 있다. 고정부들(4100, 4200, 4300)은 멤브레인 부재(4000)의 중심을 기준으로 한 동심원 형상으로 제공될 수 있다. 고정부들(4100, 4200, 4300)은 멤브레인 부재(4000)의 중심에 인접한 중앙 고정부(4200), 멤브레인 부재(4000)의 외측 단부에 인접한 외측 고정부(4100) 및 중앙 고정부(4200)와 외측 고정부(4100) 사이에 제공되는 하나 이상의 보조 고정부(4300)를 포함할 수 있다. 보조 고정부(4300)와 외측 고정부(4100)는 각각 지지 유닛(2000)의 하부에 고정 되어, 지지 유닛(2000)과 멤브레인 부재(4000) 사이에 하부 챔버(1310)들을 형성한다. 하부 챔버(1310)들은 최외측 보조 고정부(4300)와 외측 고정부(4100) 사이, 보조 고정부(4300)들 사이에 구획되어 복수개 형성될 수 있다. 하부 챔버(1310)들은 바디(1000)와 지지 유닛(2000)에 형성된 제 1 유로(1420)들과 연결된다. 도 3에는 하나의 제 1 유로(1420)만이 도시 되었으나, 각각의 하부 챔버(1310)에는 하나 이상의 제 1 유로(1420)가 연결될 수 있다. 각각의 제 1 유로(1420)는 하부 챔버(1310)로 가스를 공급하여, 멤브레인 부재(4000)가 공정 중 웨이퍼를 가압하도록 할 수 있다. 지지 유닛(2000)의 하면에는 링 형상의 홈(2300)이 하나 이상 형성될 수 있다. 제 1 유로(1420)를 통해 하부 챔버(1310)의 가스가 배기되면, 홈(2300)에 의해 형성되는 진공압을 통해 웨이퍼가 멤브레인 부재(4000)에 흡착될 수 있다.

중앙 고정부(4200)는 지지 유닛(2000)의 내측면과 가이드 부재(3000) 사이에 삽입되는 방식으로 고정되어, 챔버(1300)의 밀폐성을 향상 시킬 수 있다. 또한, 중앙 고정부(4200)는 지지 유닛(2000)의 하부 또는 가이드 부재(3000)의 하부에 고정 될 수 도 있다. 중앙 고정부(4200)의 내측에 형성되는 중앙 챔버(1320)는 중앙 유로(3110)와 연결된다. 중앙 유로(3110)는 중앙 챔버(1320)로 가스를 공급하여, 멤브레인 부재(4000)가 공정 중 웨이퍼(W)를 가압하도록 할 수 있다.

멤브레인 부재(4000)의 외측면에는 외측 링(4400)이 제공된다. 외측 링(4400)은 외측 고정부의 외측면에 위치될 수 있다. 외측 링(4400)은 설정 강성을 가지고, 멤브레인 부재(4000)의 외측면을 지지한다. 외측 링(4400)의 골격은 금속으로 제공될 수 있다. 일 예로, 외측 링(4400)의 골격은 스테인리스 스틸로 제공될 수 있다. 외측 링(4400)은 하부 챔버(1310)들에 가스가 공급되어 멤브레인 부재(4000)가 팽창될 때, 멤브레인 부재(4000)의 외측면은 측면 방향으로 팽창되는 것을 차단한다. 따라서, 멤브레인 부재(4000)는 주로 아래쪽 방향으로 팽창 되면서 웨이퍼를 효율적으로 가압할 수 있다.

외측 링(4400)의 표면은 소수성 소재로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 외측 링(4400)은 불소 화합물로 코팅될 수 있다. 외측 링(4400)에 코팅되는 불소 화합물은 폴리테트라 플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)일 수 있다.

유지 링(5000)은 지지 유닛(2000)의 하면 외측에 제공된다. 유지 링(5000)은 멤브레인 부재(4000)의 외측에 위치되도록 링 형상으로 제공된다. 유지 링(5000)은 공정의 진행 중 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(141) 밖으로 이탈되는 것을 방지한다.

유지 링(5000)의 저면에는 유지 링(5000)의 외측과 내측을 연결하는 하나 이상의 공급홈(5100)이 형성된다. 슬러리 공급 아암(132)에 의해 공급된 슬러리는 공급홈(5100)을 통해 웨이퍼(W) 쪽으로 유입된다.

유지 링(5000)의 내측면은 외측 링(4400) 및 멤브레인 부재(4000)의 측면과 설정거리 이격되게 제공된다. 따라서, 멤브레인 부재(4000)는 팽창 과정에서 유지 링(5000)과 접촉되는 것이 방지되어, 접촉에 의한 마찰로 인해 멤브레인 부재(4000)가 파손되는 것이 방지된다.

도 5는 연마 공정이 진행되는 상태의 평면도이다.

도 5를 참조하면, 플래이튼 및 하면에 웨이퍼를 지지한 캐리어 헤드(141)가 회전 하면서 연마 공정이 수행된다.

캐리어 헤드(141)는 웨이퍼를 연마 패드(131)에 대해 가압하면서 회전한다. 캐리어 헤드(141)는 플래이튼의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전 될 수 있다. 또한, 연마 공정 진행 중, 캐리어 헤드(141)는 연마 패드(131)의 상면에 대한 위치가 변경될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 헤드(141)는 연마 패드(131)의 반경 방향으로 설정 구간을 반복 이동할 수 있다.

슬러리 공급 아암(132)은 캐리어 헤드(141)와 이격된 지점에서 연마 패드(131)의 상면으로 슬러리를 공급한다. 슬러리는 플래이튼의 회전에 따라 유지 링(5000)의 안쪽으로 공급된다. 또한, 패드 컨디셔너는 캐리어 헤드(141)와 이격된 지점에서 연마 패드(131)의 상태를 유지시킨다. 패드 컨디셔너는 위치가 이동되면서 연마 패드(131)의 상태 유지 작업을 수행 할 수 있다.

도 6은 도 5의 A영역의 캐리어 헤드(141)의 종단면도이다.

도 6을 참조하면, 유지 링(5000)의 안쪽으로 공급된 슬러리는 웨이퍼(W)의 저면으로 공급된다. 슬러리 가운데 일부는 멤브레인 부재(4000)의 측면과 유지 링(5000)의 내측면 사이의 갭으로 유입될 수 있다. 갭으로 유입된 슬러리가 응고된 후 연마 공정 중 떨어져 나오는 경우, 웨이퍼(W) 연마 정도를 불균일 하게 한다.

도 7은 외측 링(4400)에 접촉된 슬러리 방울을 나타내는 도면이다.

도 7을 참조하면, 외측 링(4400)이 소수성 재질로 제공됨에 따라, 외측 링(4400)에 별도의 코팅없이 슬러리 방울이 금속 재질과 접촉할 때 보다 외측 링(4400)과 슬러리 방울 사이의 접촉각(θ)(contact angle)이 증가된다. 일 예로, 외측 링(4400)과 슬러리 방울 사이의 접촉각(θ)은 90° 이상으로 형성될 수 있다. 또한, 슬러리가 산화물(Oxide)계열의 화합물을 포함할 때, 접촉각(θ)은 보다 크게 형성될 수 있다.

접촉각(θ)이 증가됨에 따라, 슬러리 방울이 방울이 외측 링(4400)과 접하는 면적이 감소된다. 외측 링(4400)과의 접촉 면적의 감소로, 갭으로 유입된 슬러리 가운데 대부분은 외측 링(4400)에 부착되지 못하고, 중력에 의해 아래로 떨어 진다. 따라서, 갭으로 유입된 슬러리가 외측 링(4400)에 부착된 상태로 잔류하고, 또한 시간의 경과에 따라 응고된 후 떨어져 나오는 현상이 방지된다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 멤브레인 부재(4000)의 외측면과 유지 링(5000)의 내측면 사이로 유입된 슬러리가 외측 링(4400)에 부착되는 것이 방지된다. 또한, 외측 링(4400) 주변이 슬러리에의해 오염되는 것이 방지된다. 외측 링(4400) 주변 공간을 세정하기 위한 별도의 작업이 필요 없거나, 그 횟수가 상당히 감소될 수 있다. 또한, 슬러리의 부착으로 외측 링(4400)이 오염되어, 외측 링(4400)을 교체할 필요가 없거나, 외측 링(4400) 교체의 주기가 길어 질 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

11: 인덱스부 12: 이송 로봇
13: 연마부 14: 세정 장치
110: 베이스 130: 플래이튼
140: 캐리어 헤드 어셈블리 141: 캐리어 헤드
1000: 바디 1010: 제 1 바디
1020: 제 2 바디 2000: 지지 유닛
2100: 상부 지지 영역 2200: 하부 지지 영역
3000: 가이드 부재 4000: 조절 부재
5000: 유지링

Claims (10)

1. 링 형상을 가지는 바디;
   상기 바디를 감싸는 방식으로 상기 바디에 승강 가능하게 결합되는 지지 유닛;
   링 형상으로 제공되고, 상기 지지 유닛의 하면 외측에 위치되는 유지링;
   상기 유지링의 내측에 위치되도록 상기 지지 유닛의 하부에 고정되어, 연마 공정 중 기판을 가압하는 멤브레인 부재; 및
   상기 멤브레인 부재의 외측면에 위치되며, 소수성 표면을 갖는 외측 링을 포함하는 캐리어 헤드.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 외측 링은 그 골격이 금속으로 제공되는 캐리어 헤드.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 외측 링은 금속의 골격에 소수성 소재로 코팅되어 형성되는 캐리어 헤드.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 소수성 소재는 불소 화합물인 캐리어 헤드.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 소수성 소재는 폴리테트라 플루오로에틸렌인 캐리어 헤드.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 외측 링은 그 외측면 및 상기 멤브레인 부재의 외측면이 상기 유지링의 내측면과 이격 되도록 상기 멤브레인 부재의 외측면을 지지하는 캐리어 헤드.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 외측 링의 표면에 상기 기판의 연마 공정 중 상기 기판으로 공급되는 슬러리의 방울이 부착되었을 때, 상기 방울과 상기 외측 링의 접촉각이 90° 이상으로 형성되는 캐리어 헤드.
8. 하부 구조를 제공하는 베이스;
   상기 베이스의 상면에 회전 가능하게 위치되고, 그 상면에 연마 패드를 갖는 플래이튼;
   상기 플래이튼에 인접하게 상기 베이스의 상면에 위치되어, 상기 연마 패드의 표면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 아암;
   고정의 진행 중 기판을 상기 연마 패드 방향으로 가압 지지 하는 캐리어 헤드를 포함하되,
   상기 캐리어 헤드는,
   링 형상을 가지는 바디;
   상기 바디를 감싸는 방식으로 상기 바디에 승강 가능하게 결합되는 지지 유닛;
   링 형상으로 제공되고, 상기 지지 유닛의 하면 외측에 위치되는 유지링;
   상기 유지링의 내측에 위치되도록 상기 지지 유닛의 하부에 고정되어, 연마 공정 중 기판을 가압하는 멤브레인 부재; 및
   상기 멤브레인 부재의 외측면에 위치되며, 소수성 표면을 갖는 외측 링을 포함하는 화학적 기계식 연마 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 외측 링의 표면에 상기 슬러리 공급 아암이 공급한 상기 슬러리의 방울이 부착되었을 때, 상기 방울과 상기 외측 링의 접촉각이 90° 이상으로 형성되는 화학적 기계식 연마 장치.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 외측 링은 금속 재질의 골격에 소수성 소재로 코팅되어 형성되는 화학적 기계식 연마 장치.

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