KR20160106241A - 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인으로서, 웨이퍼의 판면을 가압하는 바닥판과; 상기 바닥판의 가장자리에서 상측으로 절곡 형성된 측면과; 상기 측면과 상기 바닥판의 중심의 사이에 링 형태로 상측으로 연장 형성되고, 상기 캐리어 헤드의 본체부에 결합되어 상기 바닥판과 상기 본체부 사이에 다수의 압력 챔버를 형성하되, 상기 바닥판과 인접한 부분에는 상기 바닥판의 판면에 비하여 보다 강성이 높게 형성된 다수의 고정 플랩을; 포함하여 구성되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 인접한 압력 챔버와의 압력 편차에 의하여, 높은 압력으로 제어되는 압력 챔버로부터 낮은 압력으로 제어되는 압력 챔버로 가압력이 전달되면서, 낮은 압력으로 제어되는 압력 챔버에서 웨이퍼를 가압하는 가압력이 왜곡되는 것을 최소화하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인을 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인 {MEMBRANE OF CARRIER HEAD OF CHEMICAL MECHANICAL APPARATUS AND MEMBRANE USED THEREIN}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인에 관한 것으로, 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 인접한 압력 챔버와의 압력 편차에 의하여 웨이퍼를 가압하는 가압력이 왜곡되는 것을 억제하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인에 관한 것이다.
화학기계적 연마(CMP) 장치는 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
이러한 CMP 장치에 있어서, 캐리어 헤드는 연마공정 전후에 웨이퍼의 연마 면이 연마 패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 가압하여 연마 공정을 행하도록 하고, 동시에 연마 공정이 종료되면 웨이퍼를 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 파지한 상태로 그 다음 공정으로 이동한다.
도1은 캐리어 헤드(1)의 개략도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드(1)는 외부로부터 회전 구동력을 전달받아 회전하는 본체부(20)와, 본체부(20)에 결합되어 본체부(20)와의 사이에 압력 챔버(C1, C2, C3, C0)를 형성하는 멤브레인(10)과, 압력 챔버(C1, C2, C3, C0)에 공압 공급관(55)을 통해 공압을 조절하는 압력 조절부(50)로 구성된다.
여기서, 본체부(20)는 외부로부터 회전 구동력을 전달받는 본체부재(24)와, 본체부재(21)에 멤브레인(10)의 고정 플랩(12)을 위치 고정하는 것을 보조하는 결합 부재(22)로 이루어진다.
멤브레인(10)은 웨이퍼(W)를 하측에 위치시킨 상태로 연마 패드(88)를 향하여 가압하는 바닥판(11)과, 바닥판(11)으로부터 상측으로 연장 형성되어 본체부(20)에 결합되는 고정 플랩(12)으로 이루어져, 본체부(20)와 바닥판(11)의 사이에 다수의 압력 챔버(C0, C1, C2, C3)가 형성된다. 멤브레인(10)은 우레탄 등 탄성이 있는 가요성 재질로 형성된다.
도면에는 멤브레인(10)의 중앙부에 관통공(99)이 형성되어, 이 관통공(99)이 화학 기계적 연마 공정 중에 압력 챔버(C0)의 역할을 하는 구성을 예로 들었지만, 관통공(99)이 없는 형태의 멤브레인(10)도 사용되고 있다.
이에 따라, 압력 조절부(50)는 웨이퍼(W)의 연마면 상태에 따라 각각의 압력 챔버(C0, C1, C2, C3)의 압력을 조절하여, 바닥판(11)의 하측에 위치한 웨이퍼(W)를 영역별로 독립적으로 제어한다.
그러나, 도2에 도시된 바와 같이, 제2압력챔버(C2)의 하측에 위치한 웨이퍼(W)의 영역에서 단위 시간당 연마량을 증가시키기 위하여 보다 높은 제2가압력(P2)으로 가압하고, 나머지 압력 챔버(C0, C1, C2, C3)에서는 이보다 낮은 가압력(Po)으로 가압하면, 제2압력챔버(C2)와 인접한 제1압력챔버(C1) 및 제3압력챔버(C3)에도 높은 제2가압력(P2)이 고정 플랩(12)을 통해 영향을 미쳐, 의도하지 않게 제1압력챔버(C1)와 제3압력챔버(C3)의 일부 또는 전부의 영역(A1, A2)에서 도입된 가압력(Po)보다 높은 가압력이 실제로 작용하게 된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 연마층 두께를 제어하기 위한 가압력이 의도한 대로 웨이퍼(W)에 작용하지 않고 왜곡된 가압력이 웨이퍼(W)에 작용하므로, 웨이퍼(W)의 연마층 두께 제어가 정확하게 타겟 두께 분포에 도달하지 못하는 문제가 있었다.
또한, 가압력의 편차가 있는 압력 챔버들의 사이에는 제2압력 챔버(C2)의 경계에서와 같이 바닥판에 저면에 불균일한 가압력의 불규칙한 변동 현상(88)이 발생되어, 멤브레인(10)의 고정 플랩(12)이 배치된 위치에서는 웨이퍼의 연마량의 제어가 어려운 문제도 있었다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 인접한 압력 챔버와의 압력 편차에 의하여 낮은 압력으로 웨이퍼를 가압하는 압력 챔버에서의 가압력이 왜곡되는 것을 최소화하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 통해, 본 발명은 웨이퍼의 연마층 두께분포를 타겟 두께 분포에 신속하게 맞출 수 있게 되는 것을 목적으로 한다.
이와 동시에, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 인접한 압력 챔버와의 압력 편차가 발생된 경우에, 고정 플랩의 저면에서의 가압력의 불규칙한 변동을 최소화하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인으로서, 웨이퍼의 판면을 가압하는 바닥판과; 상기 바닥판의 가장자리에서 상측으로 절곡 형성된 측면과; 상기 측면과 상기 바닥판의 중심의 사이에 링 형태로 상측으로 연장 형성되고, 상기 캐리어 헤드의 본체부에 결합되어 상기 바닥판과 상기 본체부 사이에 다수의 압력 챔버를 형성하되, 상기 바닥판과 인접한 부분에는 상기 바닥판의 판면에 비하여 보다 강성이 높게 형성된 다수의 고정 플랩을; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인을 제공한다.
이는, 멤브레인 바닥판으로부터 상측으로 연장된 고정 플랩의 바닥판과 인접한 부분에 강성을 높게 형성함에 따라, 어느 하나의 압력 챔버에서의 압력이 인접한 압력 챔버에 비하여 보다 압력이 높게 형성되더라도, 높은 강성의 고정 플랩에 의하여 가압력이 횡방향으로 전달되는 것을 차단하기 위함이다.
이를 통해, 화학 기계적 연마 공정 중에 인접한 압력 챔버와의 압력 편차에 의하여, 높은 압력으로 제어되는 압력 챔버로부터 낮은 압력으로 제어되는 압력 챔버로 가압력이 전달되면서, 낮은 압력으로 제어되는 압력 챔버에서 웨이퍼를 가압하는 가압력이 왜곡되는 것을 최소화할 수 있다.
이 때, 상기 바닥판과 인접한 상기 고정 플랩에는 강성이 높은 보형물이 함께 형성되는 것에 의하여, 고정 플랩의 강성을 높일 수 있다. 보형물은 금속, 세라믹 및 이들의 결합물 등 다양한 재질의 보형물이 멤브레인의 고정플랩에 결합될 수 있다.
여기서, 상기 보형물은 가요성 재질의 고정 플랩의 일면에 끼우거나 접착되는 것에 의해 결합될 수도 있고, 상기 보형물은 상기 멤브레인을 성형할 때에 일체 성형될 수도 있다. 보형물이 고정 플랩과 별개로 제작된 후 고정 플랩의 일면에 결합되는 경우에는 고정 플랩의 일면에 드러난 상태가 되고, 보형물이 고정 플랩과 일체 성형되는 경우에는 보형물이 고정 플랩의 일면에 드러나게도 할 수 있지만 고정 플랩의 중앙부에 배치되게 설치될 수도 있다.
한편, 상기 바닥판과 인접한 상기 고정 플랩은 상기 바닥판에 비하여 더 두껍게 형성되는 것에 의해서도 강성을 보다 높일 수 있다. 다만, 이 경우에는 보형물을 결합하는 것에 비하여 인접한 압력 챔버로 압력이 전달되는 것을 차단하는 효과가 작아진다.
무엇보다도, 상기 바닥판의 저면에는 상기 고정 플랩의 하측을 따라 상측으로 요입 형성된 홈이 형성된다. 예를 들어, 고정 플랩이 상기 바닥판의 중심으로부터 다수의 동심 링 형태로 형성된 경우에는, 바닥판의 저면에도 고정 플랩이 형성된 배치를 따라 상측으로 요입 형성된 홈이 형성된다. 이 때, 홈의 단면은 삼각형, 사각형, 반원형, 반타원형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이에 의하여, 고정 플랩의 강성이 높아짐에 따라, 인접한 압력 챔버에 비하여 가압력이 보다 크게 작용하더라도, 가압력이 크게 작용하는 고정 플랩이 연마 패드를 향하여 하방 가압하는 힘을 완충시켜주므로, 인접한 압력 챔버에 비하여 높은 압력을 유지하는 압력 챔버의 경계를 형성하는 고정 플랩의 하측에서 발생되는 불규칙적인 가압력 변동 현상을 완화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이 때, 홈은 간헐적으로 형성되지 않고 고정 플랩의 저면을 따라 연속적인 링 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은, 외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와; 상기 본체부에 위치 고정되어 상기 본체부와 함께 회전하고, 상기 본체부와의 사이에 압력 챔버가 형성되어 상기 압력 챔버의 압력 제어에 의해 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼를 하방으로 가압하는 전술한 구성의 멤브레인을; 포함하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공한다.
본 발명에 따르면, 멤브레인 바닥판으로부터 상측으로 연장된 고정 플랩의 바닥판과 인접한 부분에 보형물이 설치되는 것 등에 의하여 강성을 높게 형성함에 따라, 어느 하나의 압력 챔버에서의 압력이 인접한 압력 챔버에 비하여 보다 압력이 높게 형성되더라도, 높은 강성의 고정 플랩에 의하여 가압력이 횡방향으로 전달되는 것을 차단하여, 낮은 압력으로 제어되는 인접한 압력 챔버에서 웨이퍼를 가압하는 가압력이 왜곡되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 멤브레인의 바닥판의 저면에 고정 플랩의 하측을 따라 상측으로 요입 형성된 홈이 형성됨에 따라, 보형물 등에 의하여 고정 플랩의 강성이 높아져 하방으로 가압하는 성분의 가압력에 의하여 압력 챔버의 경계에서 불규칙적으로 변동하는 가압력을 줄임으로써, 압력 챔버의 경계에서 웨이퍼의 단위 시간당 연마량의 제어가 곤란해지는 문제점을 해소할 수 있는 잇점이 얻어진다.
도1은 종래의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 단면도,
도2는 도1의 캐리어 헤드의 제2압력챔버에 다른 압력 챔버에 비하여 높은 압력이 인가된 상태에서 측정된 가압력 분포를 도시한 그래프,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 도시한 단면도,
도4는 도3의 'A'부분의 확대도,
도5는 도3의 캐리어 헤드의 제2압력챔버에 다른 압력 챔버에 비하여 높은 압력이 인가된 상태에서 측정된 가압력 분포를 도시한 그래프,
도6 및 도7은 도3의 캐리어 헤드에 적용 가능한 멤브레인의 구성을 도3의 'A'부분에 대응하여 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인(110)과 이를 구비한 캐리어 헤드(110)를 상술한다. 본 발명의 일 실시예는 도1에 도시된 종래의 구성(1)과 대비할 때 멤브레인(110)의 구성에 있어서 차이가 있다.(본 발명에 따른 캐리어 헤드 및 멤브레인은 도면에 도시된 단면도의 중심선을 기준으로 180도 회전시킨 형상이다.)
도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드(100)는, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)를 연마 패드(88)에 대해 가압하는 멤브레인(110)과, 멤브레인(110)의 바닥판(111)으로부터 상측으로 연장 형상된 고정 플랩(112)을 고정하여 멤브레인(110)과의 사이에 다수의 압력 챔버(C0, C1, C2, C3)를 형성하고 외부의 구동력에 의하여 회전 구동되는 본체부(120)와, 다수의 압력 챔버(C0, C1, C2, C3)에 압력 공급관(125)을 통해 공압을 공급하여 압력 챔버(C0, C1, C2, C3)에 의하여 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력(..., P1, P2,...)을 조절하는 압력 조절부(150)로 구성된다.
상기 본체부(120)는 구동 샤프트에 연결되어 회전 구동력을 전달받아 회전 구동되는 본체부재(124)와, 본체부재(124)에 멤브레인(110)의 고정 플랩(112)을 위치 고정하는 것을 보조하는 결합 부재(122)로 이루어진다.
상기 멤브레인(100)은 웨이퍼(W)의 판면을 가압할 수 있도록 웨이퍼(W)의 판면에 대응하는 크기의 원판 형태로 형성된 바닥판(111)과, 바닥판(111)의 가장자리 끝단부로부터 상측으로 절곡되어 연장 형성되고 동시에 바닥판(111)의 중심으로부터 본체부의 베이스(124)에 결합되는 다수의 링형태의 고정 플랩(112)이 형성된다.
고정 플랩(112)에 결합되는 보형물(112c)을 제외하고는 주로 폴리우레탄과 같은 가요성 재료로 형성된다. 이에 따라, 압력 챔버(C0, C1, C2, C3)에 공압이 인가되면, 압력 챔버(C0, C1, C2, C3)가 팽창하면서, 바닥판(111)의 하측에 위치한 웨이퍼(W)를 가압하게 된다.
멤브레인(110)의 중심부에는 멤브레인 바닥판(111)의 빈 공간이 마련되고 고정 플랩이 결합 부재(122)에 의해 본체부(20)에 결합됨에 따라, 압력 조절부(150)와 웨이퍼(W)가 직접 연통하는 통로(99)가 형성된다. 이에 따라, 웨이퍼(W)의 운반 시에는 통로(99)에 흡입압을 인가하여 직접 웨이퍼를 파지한 상태로 이동하고, 화학 기계적 연마 공정 시에는 통로(99)에 정압을 인가하여 웨이퍼(W)를 연마 패드(88)에 밀착시키는 가압력을 도입하는 제0압력챔버(C0)로 작용한다.
도면에는 멤브레인(110)의 바닥판(111) 중심에 통로(99)가 형성된 구성을 예로 들었지만, 바닥판(111)의 중심에 통로가 형성되지 않은 형태의 멤브레인에 대해서도 본 발명이 적용 가능하다는 것은 자명하다.
무엇보다도, 바닥판(111)과 연결되는 고정 플랩(112)의 일부분은 강도가 높은 보형물(112c)에 의하여 강도가 보강되어, 일측에 위치한 제2압력챔버(C2)의 압력(P2)이 인접한 제1압력챔버(C1) 및 제3압력챔버(C3)에 비하여 높더라도, 측방향(횡방향)으로 압력(P2)이 전달되는 것을 차단하는 역할을 한다.
즉, 멤브레인 바닥판(111)으로부터 상측으로 연장된 고정 플랩(112)의 바닥판(111)과 인접한 부분에 강성을 높임으로써, 어느 하나의 압력 챔버(C2)에서의 압력이 인접한 압력 챔버(C1, C3)에 비하여 보다 압력이 높게 형성되더라도, 도5에 도시된 바와 같이, 높은 강성의 고정 플랩(112)에 의하여 가압력이 횡방향으로 전달되는 것을 차단할 수 있게 되며, 이를 통해, 화학 기계적 연마 공정 중에 인접한 압력 챔버(C1, C3)와의 압력 편차에 의하여, 높은 압력(P2)으로 제어되는 제2압력 챔버(C2)로부터 낮은 압력(Po)으로 제어되는 제1압력 챔버(C1) 및 제3압력챔버(C3)로 측벽을 형성하는 고정 플랩(112c)을 통해 수평 방향 성분의 압력(P2x)이 전달되면서, 낮은 압력으로 제어되던 압력 챔버(C1, C3)에서 웨이퍼를 가압하는 가압력(Po)이 왜곡되는 것을 최소화할 수 있다.
여기서, 보형물(112c)은 휨 강성이 높은 금속 재료나 세라믹 재료로 형성될 수 있다.
고정 플랩(112)은 멤브레인 바닥판(111)으로부터 상방으로 연장된 상방 연장부(112a)와, 상방 연장부(112a)로부터 좌우 방향으로 연장된 측방 연장부(112b)로 이루어지는데, 상기 보형물(112c)은 상방 연장부(112a)에만 형성된다. 이는, 측방 연장부(112b)의 강성이 높아지면, 바닥판(111)의 상하 이동이 원활하지 않아, 고정 플랩(112)이 배치된 압력 챔버들 사이의 경계에서 압력의 요동이 심해지는 현상이 나타나기 때문이다.
그리고, 고정 플랩(112)의 상방 연장부(112a)의 휨 강성을 높이는 높이(H1, 예를 들어, 보형물의 높이)는 상방 연장부(112a)의 높이(Ho)의 1/4보다 더 크게 형성되고 9/10보다는 더 작게 형성된다. 고강성 구간(H1)이 전체 상방 연장부(112a)의 높이에 비하여 1/4보다 더 작으면 인접한 압력 챔버로 전달되는 힘을 차단하는 효과가 낮으며, 고강성 구간(H1)이 전체 상방 연장부(112a)의 높이에 비하여 9/10보다 더 크면 상방 연장부(112a)와 측방 연장부(112b)의 절곡부의 휨이 원활히 이루어지지 않아, 압력 챔버(C1, C2, C3)에 공압이 인가될 때에 바닥판(111)의 상하 이동이 원활해지지 않기 때문이다.
도4에 도시된 바와 같이, 보형물(112c)을 멤브레인 고정플랩(112)에 결합하기 위하여, 고정 플랩(112)의 상방 연장부(112a)에 미리 보형물(112c)을 끼우는 홈을 미리 마련해두고, 가요성 재질로 형성된 멤브레인에 보형물(112c)을 끼우거나 접착하는 것에 의하여, 보형물(112c)을 멤브레인(110)의 고정 플랩(112)에 결합시킬 수 있다.
이 때, 보형물(112c)의 하단은 바닥판(111)의 상면보다 더 낮게 위치하도록 배치하는 것이, 압력 챔버(C1, C2, C3)들 사이에 횡방향으로 힘이 전달되는 것을 차단하는 효과를 높일 수 있다.
한편, 멤브레인(110)을 성형할 때에, 보형물(112c')을 미리 준비하여 가요성 재질로 이루어진 부분과 일체 성형할 수도 있다. 이 경우에는, 보형물(112c')이 상방 연장부(112a')의 일측면에 노출되게 결합될 수도 있지만, 도6에 도시된 바와 같이 가요성 재질의 상방 연장부(112a')의 내부에 보형물(112c')이 함입되게 성형하는 것도 가능하다.
따라서, 도6을 중심으로 보다 높은 압력 챔버(C1, C2, C3)가 좌측에 위치하거나 우측에 위치하는 것에 무관하게, 강성이 높은 보형물(112c')에 의하여 압력(P2)의 수평 방향의 분력(P2x)이 인접한 압력챔버(C1, C3)에 전달되는 것을 동일한 효율로 차단할 수 있다.
한편, 멤브레인 고정플랩(112)의 상방 연장부(112a)의 강성을 높이기 위하여 보형물(112c, 112c')을 결합하는 대신에, 도7에 도시된 바와 같이, 고정플랩(112)의 상방 연장부(112a)의 단면을 보다 더 두껍게 형성할 수도 있다. 이 때, 단면이 확대된 상방 연장부(112a")는 상측으로 갈수록 점점 단면이 작아지는 형태로 형성되어, 인접한 압력 챔버들 사이에 횡방향으로의 힘 전달의 차단 효율은 높이면서, 상방 연장부(112a")와 측방 연장부(112b)의 굽힘 변형이 원활히 이루어지게 한다. 또한, 단면 변화가 급격히 또는 불규칙적으로 발생되는 구간(예를 들어, 단차)을 배제하여, 인접한 압력 챔버들 사이에 횡방향으로의 힘이 고정 플랩에 국부적으로 집중되는 것을 방지할 수 있다.
무엇보다도, 상기 멤브레인(110)의 바닥판(111)의 저면에는 고정 플랩(112)의 하측을 따라 상측으로 요입 형성된 홈(111a, 111a)이 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 고정 플랩(112)이 바닥판(111)의 중심으로부터 다수의 동심 링 형태로 형성된 경우에는, 바닥판(111)의 저면에도 고정 플랩(112)의 위치를 따라 상측으로 홈(111a)이 연속적으로 형성된다. 도면에는, 홈(111a)의 단면이 삼각형 형태인 것을 예로 들었지만, 사각형, 반원형, 반타원형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
이를 통해, 고정 플랩(112)의 상방 연장부(112a, 112a', 112a")의 강성이 높아짐에 따라, 인접한 압력 챔버에 수평 방향의 분력을 전달하는 것을 차단하는 효과가 높아지는 대신에, 높은 강성을 갖는 상방 연장부(112a, 112a', 112a")를 따라 하방으로 전달되는 수직력(Fc)이 곧바로 웨이퍼(W)에 전달되지 않고, 수직력(Fc)에 비례하여 홈(111a, 111a')이 반경 방향으로 퍼지면서 주변으로 수직력(Fc)을 분산시킨 상태로 웨이퍼(W)에 전달하는 역할을 한다.
따라서, 높은 강성을 갖고 상하 방향으로의 힘(Fc)의 전달 경로가 되는 보형물(112c, 112c')의 중심에 홈(111a, 111a')의 중심이 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 도7에 도시된 바와 같이 고정 플랩(112)의 단면을 확대하여 강성이 커지는 경우에도, 고정 플랩(112)의 상방 연장부(112a")의 중심부에 홈(111a')이 배치되도록 한다.
이를 통해, 멤브레인의 고정 플랩(112)에 보형물(112c, 112c')을 결합하거나 단면을 확대하여 강성을 높이는 것에 의해 수평 방향으로의 힘의 전달율을 크게 낮출수 있으면서, 이에 따라 수반되는 상하 방향으로의 수직력(Fc)에 의하여, 압력 챔버(C1, C2, C3)의 경계에 위치한 웨이퍼(W)의 영역에 국부적으로 불규칙한 하중 변동이 집중되는 현상을 억제할 수 있다.
이와 같은 억제 효과는 홈(111a, 111a')이 연속적으로 형성된 경우에 고정 플랩(112)의 저면을 따라 연속적인 링 형태로 형성되는 것이 보다 효과적이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드의 멤브레인(110) 및 이를 구비한 캐리어 헤드(100)는, 멤브레인 바닥판(111)으로부터 상측으로 연장된 고정 플랩(112)에 보형물(112c)을 결합하거나 단면을 보다 크게 하는 것 중 어느 하나 이상을 채택하는 구성에 의하여, 공압이 높은 어느 하나의 압력 챔버(C2)에서의 공압이 낮은 인접한 압력 챔버(C1, C3)로 횡방향으로 전달회는 힘을 차단하여, 압력 챔버(C1, C2, C3)에 인가한 공압에 비례하여 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력이 보다 신뢰성있게 작용함에 따라, 압력 챔버에 도입된 압력과 다른 가압력이 웨이퍼를 가압하는 왜곡 현상을 최소화할 수 있다.
무엇보다도, 상기와 같은 구성에 의해 멤브레인 고정 플랩(112)의 상하 방향으로 작용하는 높은 수직력(Fc)을 멤브레인의 바닥판(111)의 저면에 고정 플랩(112)의 배치를 따라 연속하는 홈(111a)이 형성됨에 따라, 압력 챔버(C1, C2, C3)의 경계에서 웨이퍼의 판면에 불규칙적인 가압력의 변동 현상(89)을 도5에 도시된 바와 같이 크게 완화시킬 수 있었다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
W: 웨이퍼 C0, C1, C2, C3: 압력 챔버
100: 캐리어 헤드 110: 멤브레인
111: 바닥판 112: 고정 플랩
112a: 상방 연장부 112b: 측방 연장부
112c: 보형물

Claims (11)

  1. 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인으로서,
    웨이퍼의 판면을 가압하는 바닥판과;
    상기 바닥판의 가장자리에서 상측으로 절곡 형성된 측면과;
    상기 측면과 상기 바닥판의 중심의 사이에 링 형태로 상측으로 연장 형성되고, 상기 캐리어 헤드의 본체부에 결합되어 상기 바닥판과 상기 본체부 사이에 다수의 압력 챔버를 형성하되, 상기 바닥판과 인접한 부분에는 상기 바닥판의 판면에 비하여 보다 강성이 높게 형성된 다수의 고정 플랩을;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 바닥판과 인접한 상기 고정 플랩에는 강성이 높은 보형물이 함께 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 보형물은 금속, 세라믹 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 보형물은 가요성 재질의 고정 플랩의 일면에 끼우거나 접착되는 것에 의해 상기 고정 플랩에 결합되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 보형물은 상기 멤브레인을 성형할 때에 일체 성형되고, 상기 고정 플랩의 중앙부에 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 보형물의 하단은 상기 바닥판의 상면보다 더 낮게 위치하도록 상기 보형물이 배치되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 바닥판과 인접한 상기 고정 플랩은 상기 바닥판에 비하여 더 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
  8. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바닥판의 저면에는 상기 고정 플랩의 하측을 따라 상측으로 요입 형성된 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 고정 플랩은 상기 바닥판의 중심으로부터 다수의 동심 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
  10. 외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와;
    상기 본체부에 위치 고정되어 상기 본체부와 함께 회전하고, 상기 본체부와의 사이에 압력 챔버가 형성되어 상기 압력 챔버의 압력 제어에 의해 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼를 하방으로 가압하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인을;
    포함하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 바닥판의 저면에는 상기 고정 플랩의 하측을 따라 상측으로 요입 형성된 링 형태의 홈이 연속한 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.


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