KR20200063490A - 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 및 이를 구비한 캐리어 헤드 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 및 이를 구비한 캐리어 헤드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 캐리어 헤드에 관한 것으로, 캐리어 헤드 본체와; 캐리어 헤드 본체의 저면에 장착되며 기판을 연마 패드에 가압하는 멤브레인과; 캐리어 헤드 본체에 결합되는 리테이너 링 몸체와, 상기 리테이너 링 몸체에 형성되며 상기 캐리어 헤드 본체와 접촉되는 평탄부와, 상기 리테이너 링 몸체에 형성되며 상기 캐리어 헤드 본체와 비접촉되는 비평탄부를 포함하며, 상기 캐리어 헤드 본체에 결합되어 상기 기판의 측면을 구속하는 리테이너링을; 포함한다.

Description

화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 및 이를 구비한 캐리어 헤드{RETAINER RING IN CARRIER HEAD FOR CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS AND CARRIER HEAD HAVING THE SAME}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 및 이를 구비한 캐리어 헤드에 관한 것으로, 보다 구체적으로 안정성 및 신뢰성을 높이고 정밀도를 향상시킬 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 및 이를 구비한 캐리어 헤드에 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.
도 1 및 도 2를 참조하면, 캐리어 헤드(1)는 본체부(110)와, 본체부(110)와 함께 회전하는 베이스부(120)와, 베이스부(120)를 둘러싸는 링 형태로 상하 이동 가능하게 장착되어 베이스부(120)와 함께 회전하는 리테이너링(130)과, 베이스부(120)에 고정되어 베이스부(120)와의 사이 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하는 탄성 재질의 멤브레인(140)과, 공압 공급로(155)를 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)로 공기를 넣거나 빼면서 압력을 조절하는 압력 제어부(150)로 구성된다.
탄성 재질의 멤브레인(140)은 웨이퍼(W)를 가압하는 평탄한 바닥판(141)의 가장자리 끝단에 측면(142)이 절곡 형성된다. 멤브레인(140)의 중앙부 끝단(140a)은 베이스부(120)에 고정되어 웨이퍼(W)를 직접 흡입하는 흡입공(77)이 형성된다. 멤브레인(150)의 중앙부에 흡입공이 형성되지 않고 웨이퍼(W)를 가압하는 면으로 형성될 수도 있다. 멤브레인(140)의 중심으로부터 측면(142)의 사이에는 베이스부(120)에 고정되는 링 형태의 격벽(143)이 다수 형성되어, 격벽(143)을 기준으로 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 동심원 형태로 배열된다.
이에 따라, 화학 기계적 연마 공정 중에 압력 조절부(150)로부터 인가되는 공압에 의하여 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 팽창하면서, 멤브레인 바닥판(141)을 통해 웨이퍼(W)의 판면을 가압한다.
이와 동시에, 본체부(110) 및 베이스부(120)와 함께 회전하는 리테이너 링(130)의 저면(130s)도 연마 패드(11)를 가압하면서 회전함으로써, 리테이너 링(130)에 의하여 둘러싸인 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(1)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지한다.
한편, 리테이너 링(130)은 본체부(110) 및 베이스부(120)에 대해 상하 이동 가능하게 장착되고, 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)를 균일하게 가압하기 위해서는, 본체(100)에 고정 설치되는 리테이너 링의 설치면이 높은 가공 정밀도로 가공될 수 있어야 한다.
즉, 본체(100)에 밀착되는 리테이너 링(130)의 설치면(예를 들어, 상면)의 가공 정밀도가 낮으면, 리테이너 링(130)의 설치면이 본체(100)에 밀착될 수 없고, 리테이너 링(130)의 저면과 연마 패드(11)의 평행도 편차가 발생(리테이너 링의 자세가 기울어짐)하게 되는 문제점이 있다. 또한, 리테이너 링(130)의 저면과 연마 패드(11)의 평행도 편차가 발생한 상태에서는, 리테이너 링(130)의 상부에 균일한 가압력이 인가되더라도 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)를 전체적으로 균일하게 가압하지 못하는 문제점이 있다.
이와 같이, 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)를 균일하게 가압하기 위해서는, 본체(100)에 설치되는 리테이너 링(130)의 설치면이 높은 가공 정밀도(평탄도)를 가질 수 있어야 하지만, 리테이너 링(130)이 높은 가공 정밀도를 필요로 함에 따라 리테이너 링(130)의 생산 효율이 저하되고 제조 원가가 상승되는 문제점이 있다.
특히, 리테이너 링(130)의 상면에는 체결볼트가 체결되기 위한 체결홀이 형성되는데, 체결홀의 입구부에서 버(burr) 또는 변형(리테이너 링의 상면으로 돌출되게 변형)이 발생하면 리테이너 링의 상면의 평탄도가 크게 악화되는 문제점이 있다.
이를 위해, 최근에는 리테이너 링의 가공성 및 조립성을 향상시키고, 생산 효율을 높이기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 안정성 및 신뢰성을 높이고 정밀도를 향상시킬 수 있는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링 및 이를 구비한 캐리어 헤드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 리테이너 링의 가공성 및 조립성을 향상시키고, 연마패드에 대한 리테이너 링의 평탄도를 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 리테이너 링의 교체 공정을 간소화하고, 교체 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 생산성 및 수율을 향상시키고, 제조 원가를 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 캐리어 헤드 본체의 저면에 장착되며 기판을 연마 패드에 가압하는 멤브레인과; 캐리어 헤드 본체에 결합되는 리테이너 링 몸체와, 리테이너 링 몸체에 형성되며 상기 캐리어 헤드 본체와 접촉되는 평탄부와, 리테이너 링 몸체에 형성되며 캐리어 헤드 본체와 비접촉되는 비평탄부를 포함하며, 캐리어 헤드 본체에 결합되어 상기 기판의 측면을 구속하는 리테이너링을; 포함하는 캐리어 헤드를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 안정성 및 신뢰성을 높이고 정밀도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 리테이너 링의 가공성 및 조립성을 향상시키고, 연마패드에 대한 리테이너 링의 평탄도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 리테이너 링의 교체 공정을 간소화하고, 교체 공정에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 생산성 및 수율을 향상시키고, 제조 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 캐리어 헤드를 도시한 반단면도,
도 2는 도 1의 'A'부분의 확대도,
도 3은 본 발명에 따른 캐리어 헤드를 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 3의 'B'부분의 확대도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 캐리어 헤드로서, 리테이너링의 평탄부와 비평탄부를 설명하기 위한 평면도,
도 7은 본 발명에 따른 캐리어 헤드로서, 체결볼트를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 캐리어 헤드를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 'B'부분의 확대도이다. 또한, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 캐리어 헤드로서, 리테이너링의 평탄부와 비평탄부를 설명하기 위한 평면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 캐리어 헤드로서, 체결볼트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 캐리어 헤드(100)는, 캐리어 헤드 본체(101)와; 캐리어 헤드 본체(101)의 저면에 장착되며 기판을 연마 패드(11)에 가압하는 멤브레인(140)과; 캐리어 헤드 본체(101)에 결합되는 리테이너 링 몸체(131)와, 리테이너 링 몸체(131)에 형성되며 캐리어 헤드 본체(101)와 접촉되는 평탄부(FZ)와, 리테이너 링 몸체(131)에 형성되며 캐리어 헤드 본체(101)와 비접촉되는 비평탄부(NFZ)를 포함하며, 캐리어 헤드 본체(101)에 결합되어 기판(W)의 측면을 구속하는 리테이너 링(130)을; 포함한다.
이는, 리테이너 링(130)의 가공 효율을 높이고 정밀도를 향상시키기 위함이다.
즉, 리테이너 링(130)은 본체부(110) 및 베이스부(120)에 대해 상하 이동 가능하게 장착되는 바, 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)를 균일하게 가압하기 위해서는, 캐리어 헤드 본체(101)에 고정 설치되는 리테이너 링(130)의 설치면이 높은 가공 정밀도로 가공될 수 있어야 한다.
그런데, 캐리어 헤드 본체(101)에 밀착되는 리테이너 링(130)의 설치면(예를 들어, 상면)의 가공 정밀도가 낮으면, 리테이너 링(130)의 설치면이 본체(100)에 밀착될 수 없고, 리테이너 링(130)의 저면과 연마 패드(11)의 평행도 편차가 발생(리테이너 링의 자세가 기울어짐)하게 되는 문제점이 있다. 또한, 리테이너 링(130)의 저면과 연마 패드(11)의 평행도 편차가 발생한 상태에서는, 리테이너 링(130)의 상부에 균일한 가압력이 인가되더라도 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)를 전체적으로 균일하게 가압하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 리테이너 링(130)의 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)를 균일하게 가압하기 위해서는, 캐리어 헤드 본체(101)에 설치되는 리테이너 링(130)의 설치면이 높은 가공 정밀도(높은 평탄도)를 가질 수 있어야 하지만, 리테이너 링(130)의 설치면 전체를 높은 가공 정밀도로 가공해야 함에 따라 리테이너 링(130)의 생산 효율이 저하되고 제조 원가가 상승되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 캐리어 헤드 본체(101)에 밀착되는 리테이너 링(130)의 설치면(예를 들어, 상면)에 평탄부(FZ)를 형성함과 아울러 평탄부(FZ)보다 낮은 평탄도(가공 정밀도)를 갖는 비평탄부(NFZ)를 형성하는 것에 의하여, 리테이너 링(130)의 가공 효율을 높이고 정밀도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 리테이너 링 몸체(131)의 상면 전체 면적에서 캐리어 헤드(100)의 저면에 밀착되는 평탄부(FZ) 영역 일부만을 높은 가공 정밀도로 가공하고, 캐리어 헤드(100)의 저면에 비접촉되는 비평탄부(NFZ)는 비교적 낮은 가공 정밀도로 가공하는 것이 가능하므로, 리테이너 링(130)의 가공성 및 조립성을 향상시키고, 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있으며, 제조 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 캐리어 헤드 본체(101)와 리테이너 링 몸체(131)를 체결볼트(B)로 체결하되, 체결볼트(B)가 리테이너 링 몸체(131)의 상면에 함몰 형성된 비평탄부(NFZ)에 체결되도록 하는 것에 의하여, 체결홀의 입구부에서 버(burr) 또는 변형이 발생된다 하더라도, 체결홀의 입구 변형 부위는 캐리어 헤드 본체(101)에 접촉되지 않고 비평탄부(NFZ)의 내부에 배치될 수 있으므로, 체결홀의 입구부 변형에 따른 리테이너 링 몸체(131)의 상면 평탄도 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 캐리어 헤드(100)는 거치대(미도시)로부터 기판(W)을 로딩 받은 후, 연마 정반(미도시) 상에 제공되는 연마 패드(미도시) 상면에 슬러리가 공급되는 상태에서 기판(W)을 가압하여 화학 기계적 연마 공정을 수행하도록 제공되며, 연마 패드 및 슬러리를 이용한 화학 기계적 연마 공정이 끝난 후에는 기판(W)을 세정 장치로 이송한다.
본 발명에서 기판(W)이라 함은 연마 패드 상에 연마될 수 있는 연마대상물로 이해될 수 있으며, 기판(W)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기판(W)으로서는 웨이퍼가 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 캐리어 헤드 본체(101)는, 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하는 본체부(110)와, 본체부(110)와 연결되어 함께 회전하는 베이스부(120)를 포함한다.
본체부(110)는 도면에 도시되지 않은 구동 샤프트에 상단이 결합되어 회전 구동된다. 참고로, 본 발명의 실시예에서는 본체부(110)가 단 하나의 몸체로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 2개 이상의 몸체를 결합하여 본체를 구성하는 것도 가능하다.
베이스부(120)는 본체부(110)에 대하여 동축 상에 정렬되도록 배치되며, 본체부(110)와 함께 회전하도록 연결 결합되어, 본체부(110)와 함께 회전한다.
멤브레인(140)은 캐리어 헤드 본체(101)의 저면에 장착되며, 기판(W)을 연마 패드에 가압하도록 구성된다.
일 예로, 멤브레인(140)은 도 3에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 멤브레인(140)은, 탄성 가요성 소재(예를 들어, 폴리우레탄)로 형성된 바닥판(141)과, 바닥판(141)의 가장자리 끝단으로부터 절곡되어 상측 연직 방향으로 연장 형성되고 가요성 재질로 형성된 측면(미도시)과, 바닥판(141)의 중심과 측면의 사이에 베이스부(120)에 결합되는 다수의 링형태의 격벽(143)으로 구성되며, 멤브레인(140)과 베이스부(120)의 사이에는 격벽(143)에 의해 분할된 다수의 압력 챔버(C1~C5)가 형성된다.
복수개의 압력 챔버(C1~C5)에는 각각 압력을 측정하기 위한 압력센서가 제공될 수 있다. 각 압력 챔버(C1~C5)의 압력은 압력제어부(150)에 의한 제어에 의해 개별적으로 조절될 수 있다.
리테이너 링(130)은, 캐리어 헤드 본체(101)에 장착되어 화학 기계적 연마 공정 중에 기판(W)의 이탈을 구속한다.
보다 구체적으로, 리테이너 링(130)은 멤브레인(140)의 외측면에 소정 간극을 두고 이격되게 배치되는 리테이너 링 몸체(131)와, 리테이너 링 몸체(131)에 형성되며 캐리어 헤드 본체(101)와 접촉되는 평탄부(FZ)와, 리테이너 링 몸체(131)에 형성되며 캐리어 헤드 본체(101)와 비접촉되는 비평탄부(NFZ)를 포함한다.
바람직하게, 리테이너 링 몸체(131)는, 링 형태의 제1링부재(132)와, 제1링부재(132)의 하부에 적층되는 링 형태의 제2링부재(134)를 포함하며, 화학 기계적 연마 공정 중에 멤브레인(140) 바닥판(141)의 하측에 위치하는 기판(W)의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성된다. 경우에 따라서는 리테이너 링 몸체가 단 하나의 링부재로 구성되는 것도 가능하다.
일 예로, 제1링부재(132)는 도전성 소재로 형성될 수 있고, 제2링부재(134)는 비도전성 부재로 형성되어 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드에 접촉한다. 예를 들어, 제2링부재(134)는 엔지니어링 플라스틱이나 수지 등의 재질로 형성될 수 있다.
리테이너 링(130)은 상측에 위치한 링 형태의 가압 챔버(미도시)의 압력에 의하여 상하 이동되게 구동된다. 구체적으로는, 리테이너 링(130)과 일체로 상하 이동하는 하측 부재와, 하측 부재의 상측에 위치하여 하측 부재의 상면과 맞닿은 상태로 배치된 상측 부재와, 하측 부재와 상측 부재의 접촉면의 둘레를 감싸는 가요성 링부재에 의해 가압 챔버가 형성되어, 압력 제어부로부터 가압 챔버로 공급되는 압력에 따라 하측 부재와 상측 부재 사이의 간격이 조절되면서, 리테이너 링(130)이 연마 패드의 표면을 가압하는 가압력이 제어된다.
그리고, 제2링부재(134)의 저면(130s)에는 반경 방향 성분을 갖는 관통홈(미도시)이 관통 형성될 수 있으며, 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드 상에 공급된 슬러리가 관통홈을 통해 배출될 수 있다. 바람직하게 제2링부재(134)의 저면(130s)에 원주 방향을 따라 이격되게 복수개의 관통홈을 형성하는 것에 의하여, 리테이너 링(130)의 원주 방향을 따라 균일하게 슬러리를 배출하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 이때, 관통홈의 개수 및 이격 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
리테이너 링 몸체(131)가 캐리어 헤드 본체(101)에 결합되는 부위에는 평탄부(FZ)와 비평탄부(NFZ)가 형성된다. 이때, 평탄부(FZ)는 캐리어 헤드 본체(101)와 접촉되고, 비평탄부(NFZ)는 캐리어 헤드 본체(101)와 비접촉(이격)된다.
참고로, 본 발명에서 평탄부(FZ)라 함은 높은 가공 정밀도(평탄도)로 가공되어 피접촉면(예를 들어, 캐리어 헤드 본체(101)의 저면)에 평탄하게 밀착될 수 있는 부위로 정의되고, 비평탄부(NFZ)라 함은 피접촉면에 완전하게 밀착되기 어려울 정도로 비교적 낮은 가공 정밀도(예를 들어, 까끌거림이 느껴질 정도)로 가공되는 부위로 정의된다.
리테이너 링 몸체(131)에서 평탄부(FZ)와 비평탄부(NFZ)가 형성되는 위치는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 평탄부(FZ)와 비평탄부(NFZ)는 리테이너 링 몸체(131)의 상면에 형성된다. 경우에 따라서는 리테이너 링 몸체의 측면에 연장된 연장부에 평탄부와 비평탄부를 형성하거나, 여타 다른 위치에 평탄부와 비평탄부를 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 리테이너 링 몸체(131)가 캐리어 헤드 본체(101)에 결합되는 부위에 평탄부(FZ)와 비평탄부(NFZ)를 형성하는 것에 의하여, 리테이너 링(130)의 가공 효율을 높이고 정밀도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 리테이너 링(130)은 본체부(110) 및 베이스부(120)에 대해 상하 이동 가능하게 장착되는 바, 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)를 균일하게 가압하기 위해서는, 캐리어 헤드 본체(101)에 고정 설치되는 리테이너 링(130)의 설치면이 높은 가공 정밀도로 가공될 수 있어야 한다.
그런데, 캐리어 헤드 본체(101)에 밀착되는 리테이너 링(130)의 설치면(예를 들어, 상면)의 가공 정밀도가 낮으면, 리테이너 링(130)의 설치면이 본체(100)에 밀착될 수 없고, 리테이너 링(130)의 저면과 연마 패드(11)의 평행도 편차가 발생(리테이너 링의 자세가 기울어짐)하게 되는 문제점이 있다. 또한, 리테이너 링(130)의 저면과 연마 패드(11)의 평행도 편차가 발생한 상태에서는, 리테이너 링(130)의 상부에 균일한 가압력이 인가되더라도 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)를 전체적으로 균일하게 가압하지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 리테이너 링(130)의 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)를 균일하게 가압하기 위해서는, 캐리어 헤드 본체(101)에 설치되는 리테이너 링(130)의 설치면이 높은 가공 정밀도(높은 평탄도)를 가질 수 있어야 하지만, 리테이너 링(130)의 설치면 전체를 높은 가공 정밀도로 가공해야 함에 따라 리테이너 링(130)의 생산 효율이 저하되고 제조 원가가 상승되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 캐리어 헤드 본체(101)에 밀착되는 리테이너 링(130)의 설치면(예를 들어, 상면)에 평탄부(FZ)를 형성함과 아울러 평탄부(FZ)보다 낮은 평탄도(가공 정밀도)를 갖는 비평탄부(NFZ)를 형성하는 것에 의하여, 리테이너 링(130)의 가공 효율을 높이고 정밀도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 리테이너 링 몸체(131)의 상면 전체 면적에서 캐리어 헤드(100)의 저면에 밀착되는 평탄부(FZ) 영역 일부만을 높은 가공 정밀도로 가공하고, 캐리어 헤드(100)의 저면에 비접촉되는 비평탄부(NFZ)는 비교적 낮은 가공 정밀도로 가공하는 것이 가능하므로, 리테이너 링(130)의 가공성 및 조립성을 향상시키고, 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있으며, 제조 원가를 절감하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 비평탄부(NFZ)는 리테이너 링 몸체(131)의 상면 전체 면적에서 평탄부(FZ)보다 큰 면적을 차지하도록 구성된다. 예를 들어, 비평탄부(NFZ)는 리테이너 링 몸체(131)의 상면 전체 면적의 60% 이상을 형성하도록 구성된다. 이와 같이, 비평탄부(NFZ)를 평탄부(FZ)보다 넓은 면적으로 형성하는 것에 의하여, 정밀 가공 부위를 축소할 수 있으므로, 리테이너 링(130)의 가공성 및 조립성을 보다 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
평탄부(FZ)와 비평탄부(NFZ)의 형태 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 평탄부(FZ)와 비평탄부(NFZ)의 형태 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 5를 참조하면, 비평탄부(NFZ)는 리테이너 링 몸체(131)의 원주 방향을 따라 연속적인 링 형태로 형성된다.
이때, 평탄부(FZ)는 리테이너 링 몸체(131)의 반경 방향을 따라 비평탄부(NFZ)의 양측에 각각 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 리테이너 링 몸체의 반경 방향을 따라 평탄부의 일측에만 평탄부를 형성하는 것도 가능하다.
아울러, 캐리어 헤드 본체(101)의 저면에는 평탄부(FZ)가 밀착되는 평탄면(UZ)이 형성된다. 이때, 평탄부(FZ)와 평탄면(UZ)은 완전하게 밀착될 수 있는 높은 평탄도를 갖도록 형성된다.
다른 일 예로, 도 6을 참조하면, 비평탄부(NFZ)는 리테이너 링 몸체(131)의 원주 방향을 따라 연속적인 링 형태로 형성되되, 리테이너 링 몸체(131)의 반경 방향을 따라 이격되게 복수개가 형성된다. 이때, 각 비평탄부(NFZ)의 사이에는 평탄부(FZ)가 교호적으로 형성된다.
참고로, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 비평탄부(NFZ)가 연속적인 링 형태로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 리테이너 링 몸체의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개의 비평탄부를 형성하는 것도 가능하다.
참고로, 본 발명에서 리테이너 링 몸체(131)의 상면에 비평탄부(NFZ)가 형성된다 함은, 비평탄부(NFZ)가 리테이너 링 몸체(131)의 상면에 함몰 또는 돌출된 형태로 형성되거나, 리테이너 링 몸체(131)의 상면과 수평한 형태로 형성된 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다.
일 예로, 도 4를 참조하면, 비평탄부(NFZ)는 리테이너 링 몸체(131)의 상면에 함몰되게 형성된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 비평탄부를 리테이너 링 몸체의 상면과 수평하게 형성하고, 캐리어 헤드 본체의 저면에 비평탄부에 대응하는 수용부를 형성하는 것도 가능하다.
또한, 캐리어 헤드 본체(101)와 리테이너 링 몸체(131)는 체결볼트(B)에 의해 체결된다. 체결볼트(B)는 통상의 스크류 체결 방식으로 체결될 수 있으며, 체결볼트(B)의 구조 및 개수에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 체결볼트(B)는 비평탄부(NFZ)에 체결된다. 이와 같이, 체결볼트(B)가 리테이너 링 몸체(131)의 상면에 함몰 형성된 비평탄부(NFZ)에 체결되도록 하는 것에 의하여, 체결볼트(B)를 체결하기 위해 리테이너 링 몸체(131)의 상면에 형성된 체결홀(미도시)의 입구부에서 버(burr) 또는 변형이 발생된다 하더라도, 체결홀의 입구 변형 부위는 캐리어 헤드 본체(101)에 접촉되지 않고 비평탄부(NFZ)의 내부에 배치될 수 있으므로, 체결홀의 입구부 변형에 따른 리테이너 링 몸체(131)의 상면 평탄도 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 비평탄부(NFZ)에는 가이드홈(136)이 함몰되게 형성되고, 캐리어 헤드 본체(101)의 저면에는 가이드홈(136)에 수용되는 가이드돌기(103)가 돌출 형성된다.
이와 같이, 비평탄부(NFZ)에는 가이드홈(136)을 형성하고, 캐리어 헤드 본체(101)의 저면에 돌출된 가이드돌기(103)가 수용되도록 하는 것에 의하여, 캐리어 헤드 본체(101)와 리테이너 링(130)의 결합 안정성을 높이고, 캐리어 헤드 본체(101)에 대한 리테이너 링(130)의 원주 방향을 이동을 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 체결볼트와 가이드돌기(103)에 의해, 캐리어 헤드 본체(101)에 대한 리테이너 링(130)의 횡 방향 유동이 구속될 수 있으므로, 리테이너 링(130)의 변형 및 의도하지 않은 유동을 보다 효과적으로 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 가이드홈(136)에 가이드돌기(103)가 수용되도록 하는 것에 의하여, 체결볼트를 리테이너 링(130)에 체결할 시 발생되는 변형을 흡수하여 리테이너 링(130)의 평면 정밀도를 유지시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱 바람직하게, 가이드홈(136)의 깊이(H1)는 가이드돌기(103)의 돌출 길이(H2)보다 크게 형성된다. 이와 같이, 가이드돌기(103)의 돌출 길이(H2)보다 가이드홈(136)의 깊이(H1)를 크게 형성하는 것에 의하여, 가이드돌기(103)와 리테이너 링(130)의 접촉을 방지할 수 있으므로, 가이드돌기(103)의 저면을 높은 가공 정밀도로 가공할 필요가 없으며, 가공 효율 및 생산성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐리어 헤드를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 비평탄부(NFZ)에 함몰된 가이드홈(136)이 형성되고, 캐리어 헤드 본체(101)의 저면에 돌출된 가이드돌기가 가이드홈(136)에 수용되는 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 비평탄부에 돌출된 가이드돌기를 형성하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 도 8을 참조하면, 캐리어 헤드(100)의 저면에는 수용홈(103')이 함몰 형성되고, 비평탄부(NFZ)에는 수용홈(103')에 수용되는 가이드돌기(136')가 돌출되게 형성된다.
가이드돌기(136')는 수용홈(103')에 수용되어 체결볼트(도 7의 B 참조)와 함께 캐리어 헤드 본체(101)에 대한 리테이너 링(130)의 횡 방향 유동을 구속한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 캐리어 헤드 101 : 캐리어 헤드 본체
103 : 가이드돌기 110 : 본체부
120 : 베이스부 130 : 리테이너 링
131 : 리테이너 링 몸체 132 : 제1링부재
134 : 제2링부재 136 : 가이드홈
140 : 멤브레인 FZ : 평탄부
NFZ : 비평탄부 B : 체결볼트
UZ : 평탄면

Claims (30)

  1. 화학 기계적 연마 공정 중에 기판을 연마 패드에 가압하는 캐리어 헤드로서,
    캐리어 헤드 본체와;
    상기 캐리어 헤드 본체의 저면에 장착되며, 상기 기판을 상기 연마 패드에 가압하는 멤브레인과;
    상기 캐리어 헤드 본체에 결합되는 리테이너 링 몸체와, 상기 리테이너 링 몸체에 형성되며 상기 캐리어 헤드 본체와 접촉되는 평탄부와, 상기 리테이너 링 몸체에 형성되며 상기 캐리어 헤드 본체와 비접촉되는 비평탄부를 포함하며, 상기 캐리어 헤드 본체에 결합되어 상기 기판의 측면을 구속하는 리테이너링을;
    포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평탄부와 상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 상면 전체 면적에서 상기 평탄부보다 큰 면적을 차지하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 리테이너 링 몸체의 반경 방향을 따라 상기 비평탄부의 양측에는 상기 평탄부가 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 상면에 함몰되게 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 비평탄부에 함몰 형성되는 가이드홈과;
    상기 캐리어 헤드 본체의 저면에 돌출되며, 상기 가이드홈에 수용되는 가이드돌기를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가이드홈의 깊이는 상기 가이드돌기의 돌출 길이보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 헤드 본체의 저면에는 상기 평탄부가 밀착되는 평탄면이 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 비평탄부에 돌출 형성되는 가이드돌기를 포함하고,
    상기 캐리어 헤드 본체의 저면에는 상기 가이드돌기가 수용되는 수용홈이 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 평탄부보다 낮은 평탄도를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 원주 방향을 따라 연속적인 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 반경 방향을 따라 이격되게 복수개가 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  14. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 헤드 본체와 상기 리테이너 링 몸체를 체결하는 체결볼트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 체결볼트는 상기 비평탄부에 체결되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  16. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리테이너 링 몸체는,
    상기 캐리어 헤드 본체에 결합되는 제1링부재와;
    상기 제1링부재의 하부에 배치되는 제2링부재를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
  17. 화학 기계적 연마 공정 중에 기판을 연마 패드에 가압하는 캐리어 헤드에 장착되어 상기 기판의 이탈을 구속하는 리테이너 링으로서,
    캐리어 헤드에 결합되는 리테이너 링 몸체와;
    상기 리테이너 링 몸체에 형성되며 상기 캐리어 헤드와 접촉되는 평탄부와;
    상기 리테이너 링 몸체에 형성되며 상기 캐리어 헤드와 비접촉되는 비평탄부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 평탄부와 상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 상면 전체 면적에서 상기 평탄부보다 큰 면적을 차지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 리테이너 링 몸체의 반경 방향을 따라 상기 비평탄부의 양측에는 상기 평탄부가 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 상면에 함몰되게 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 캐리어 헤드의 저면에는 가이드돌기가 돌출 형성되고,
    상기 비평탄부에는 상기 가이드돌기가 수용되는 가이드홈이 함몰 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 가이드홈의 깊이는 상기 가이드돌기의 돌출 길이보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  24. 제17항에 있어서,
    상기 평탄부는 상기 캐리어 헤드의 저면에 형성된 평탄면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  25. 제18항에 있어서,
    상기 캐리어 헤드의 저면에는 수용홈이 함몰 형성되고,
    상기 비평탄부에는 상기 수용홈에 수용되는 가이드돌기가 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  26. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 평탄부보다 낮은 평탄도를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  27. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 원주 방향을 따라 연속적인 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  28. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  29. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비평탄부는 상기 리테이너 링 몸체의 반경 방향을 따라 이격되게 복수개가 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
  30. 제17항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리테이너 링 몸체는,
    상기 캐리어 헤드에 결합되는 제1링부재와;
    상기 제1링부재의 하부에 배치되는 제2링부재를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 리테이너 링.
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