KR102160111B1 - 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드용 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인에 관한 것으로, 가요성 재질로 형성되고 회전 구동되는 상기 캐리어 헤드의 본체부에 고정되어, 상기 본체부와의 사이 공간에 압력 챔버를 형성하고, 상기 압력 챔버의 압력 조절에 의하여 바닥판의 하측에 위치하는 상기 웨이퍼를 화학 기계적 연마 공정 중에 가압하되, 상기 웨이퍼로 직접 공압이 인가되도록 상기 바닥판에 관통공이 형성되고, 상기 바닥판의 저면에는 상기 관통공과 연통되는 흡입 홈이 연결 형성되어 상기 웨이퍼가 저면에 위치한 상태에서 상기 흡입 홈에 부압이 인가되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 관통공에 부압을 인가하는 것에 의하여, 관통공과 연통되는 흡입 홈에도 부압이 작용하여, 흡입홈과 밀착되어 있는 웨이퍼를 흡착 고정시킴으로써, 리테이너 링을 사용하지 않더라도 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 파지할 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드용 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드{MEMBRANE OF CARRIER HEAD IN CHEMICAL MECHANICAL APPARATUS AND CARRIER HEAD USING SAME}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드용 멤브레인 및 이를 구비한 캐리어 헤드에 관한 것으로, 상세하게는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 가장 자리 부근에서 연마 패드의 들뜸 현상에 의하여 웨이퍼 가장자리의 연마가 불완전하게 이루어지는 것을 방지하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드용 멤브레인 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.

도1은 캐리어 헤드(1)의 개략도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(1)는 회전 구동력이 인가되어 회전하는 본체부(20)와, 본체부(20)에 고정되어 본체부(20)와의 사잇 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하면서 저면에 위치하는 웨이퍼(W)를 바닥면으로 가압하는 멤브레인(10)과, 멤브레인(10)이 바닥면을 감싸는 링 형태로 형성되어 화학 기계적 연마 공정 중에 연마 패드(88)를 가압하여 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(30)과, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5, C0)에 공급관(55)을 통해 공압을 공급하는 압력 조절부(50)로 구성된다. 이와 같은 구성은 본 출원인이 출원하여 특허등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1241023호에 개시되어 있다.

여기서, 멤브레인(10)에는 다수의 플랩(12)이 링 형태로 형성되어, 본체부(20)에 결합됨에 따라 다수의 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성한다. 그리고, 멤브레인(10)의 중앙부에도 내측 플랩(12a)이 본체부(20)에 결합되어, 웨이퍼(W)에 직접 정압이나 부압을 도입하는 관통공이 개방된 압력 챔버(C0)로 형성된다. 이 때, 멤브레인(10)의 플랩(12)의 끝단을 본체부(20)의 하측에 위치시킨 상태에서, 결합 부재(22)를 본체부(20)에 결합시키는 것에 의하여, 멤브레인(10)을 본체부(20)에 용이하게 결합할 수 있다.

여기서, 중앙 관통공(C0)은 웨이퍼(W)가 멤브레인(10)의 저면에 위치하고 있는지 여부를 감지하는 목적으로 사용되며, 도2에 도시된 바와 같이 화학 기계적 연마 공정 중에는 웨이퍼(W)를 가압하여 웨이퍼(W)의 중앙부를 연마시킨다.

그리고, 리테이너 링(30)은 화학 기계적 연마 공정이 진행되는 과정에서, 상측의 리테이너 챔버(Cr)의 압력이 높아지면서, 연마 패드(88)를 강하게 가압(Pr)하여, 웨이퍼(W)가 멤브레인(10)의 저면으로부터 캐리어 헤드(1)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지한다.

상기와 같이 구성된 종래의 캐리어 헤드(1)를 이용하여 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 공정을 행하는 것은, 도2에 도시된 바와 같이, 압력 챔버(C0, C1, C2, C3, C4, C5)의 전체에 정압(P)을 인가하여, 멤브레인의 저면에 위치한 웨이퍼(W)를 연마 패드(88) 상에 가압하면서 이루어진다.

그런데, 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(1)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지하기 위하여, 리테이너 링(30)은 하방으로 가압(Pr)되는 데, 이에 의하여 리테이너 링(30)의 주변의 연마 패드(88)가 볼록하게 들뜨는 리바운싱 현상(89)이 발생된다. 따라서, 리테이너 링(30)과 근접 위치하는 웨이퍼(W)의 가장자리는 연마 패드(88)의 리바운싱된 표면(89)에 의해 정상적으로 가압되면서 접촉이 어려워지고, 이에 따라 웨이퍼(W)의 가장자리의 연마면 프로파일을 제어가 까다로워지며 연마 품질이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 가장자리에 근접한 영역에서 연마 패드의 리바운싱 현상을 억제하여, 웨이퍼의 가장자리 영역에서도 우수한 품질로 연마하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 리테이너 링을 제거하더라도 웨이퍼의 화학기계적 연마 공정을 행할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 웨이퍼의 가장자리 영역에서의 연마 품질을 향상시키고 가장자리 영역에서의 연마면 제어를 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 웨이퍼가 캐리어 헤드의 바깥으로 이탈하는 것을 간편하게 인지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 리테이너 링과 연마 패드의 수명을 연장하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 캐리어 헤드의 저면에 위치하여 웨이퍼를 가압하는 멤브레인으로서, 가요성 재질로 형성되고 회전 구동되는 상기 캐리어 헤드의 본체부에 고정되어, 상기 본체부와의 사이 공간에 압력 챔버를 형성하고, 상기 압력 챔버의 압력 조절에 의하여 바닥판의 하측에 위치하는 상기 웨이퍼를 화학 기계적 연마 공정 중에 가압하되, 상기 웨이퍼로 직접 공압이 인가되도록 상기 바닥판에 관통공이 형성되고, 상기 바닥판의 저면에는 상기 관통공과 연통되는 흡입 홈이 연결 형성되어 상기 웨이퍼가 저면에 위치한 상태에서 상기 흡입 홈에 부압이 인가되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인을 제공한다.

이는, 웨이퍼의 판면에 밀착하는 멤브레인의 바닥판의 저면에 관통공과 연통되는 흡입 홈을 요입 형성하여, 화학 기계적 연마 공정 중에 관통공에 부압을 인가하는 것에 의하여, 관통공과 연통되는 흡입 홈에도 부압이 작용하여, 흡입홈과 밀착되어 있는 웨이퍼를 흡착 고정시킴으로써, 리테이너 링을 사용하지 않더라도 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 파지할 수 있도록 하기 위함이다.

이에 의하여, 웨이퍼의 전체에 걸쳐 균일한 화학 기계적 연마를 가능하게 할 뿐만 아니라, 이에 의하여 리테이너 링을 연마 패드에 가압하는 가압력을 낮추거나 리테이너 링 자체를 제거할 수 있게 되어, 웨이퍼의 가장자리 근처에서 연마 패드의 리바운스 현상이 발생되는 것을 억제할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 리테이너 링에 도입되는 가압력을 낮추거나 리테이너 링을 제거하더라도, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼가 상기 관통공 및 흡입 홈에 작용하는 흡입압에 의하여 이탈하지 않으므로, 웨이퍼의 가장자리 프로파일의 조절이 용이해지는 잇점을 얻을 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 상기 흡입 홈은 상기 바닥판의 저면에 동심원 형태로 다수 배열되고, 상기 동심원 형태의 흡입 홈은 상기 관통공과 연결되게 구성될 수 있다. 또 다른 실시 형태로는, 상기 흡입 홈은 상기 바닥판의 저면에 격자 형태로 다수 배열되고, 상기 격자 형태의 흡입 홈은 상기 관통공과 연결 형성될 수도 있다.

그리고, 상기 관통공은 상기 바닥판의 중앙부에 위치할 수도 있고, 중앙부를 포함하거나 제외한 바닥판의 다수의 위치에 분포되게 위치할 수도 있다.

다만, 상기 바닥판의 가장자리 영역에는 상기 흡입 홈이 형성되지 않는 영역이 존재하여, 흡입 홈에 도입되는 흡입압이 화학 기계적 연마 공정 중에 누설되지 않도록 한다. 이 때, 상기 가장자리 영역은 상기 웨이퍼가 접촉하는 원주면의 끝단으로부터 10mm 이하인 것이 바람직하다.

화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면을 흡입 파지하는 흡입 홈의 폭(w)과 깊이(d)는 상기 웨이퍼의 두께의 2배 이하로 작게 정해지고, 상기 흡입 홈의 간격(s)은 상기 웨이퍼의 두께의 4배 이하로 조밀하게 배열된다. 이를 통해, 웨이퍼의 특정 위치를 흡입 파지하기 보다는 웨이퍼의 전체 판면에 걸쳐 균일한 흡입력으로 파지하여, 웨이퍼가 보다 견고하게 멤브레인의 바닥판 저면에 위치 고정된다.

이 때, 그리고, 상기 관통공 내의 압력을 감시하는 압력 감지 센서를; 더 포함하여 구성되어, 웨이퍼의 이탈 유무를 관통공의 압력 변동을 통해 감지할 수 있게 됨으로써, 웨이퍼가 캐리어 헤드의 저면에서 이탈하는 것을 감지할 수 있다.

한편, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 저면에 위치시키는 캐리어 헤드로서, 회전 구동되는 본체부와; 회전 구동되는 상기 본체부에 고정되어, 상기 본체부와의 사이 공간에 압력 챔버를 형성하는 전술한 구성의 멤브레인을; 포함하여 구성된 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공한다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼의 판면에 밀착하는 멤브레인의 바닥판의 저면에 관통공과 연통되는 흡입 홈을 요입 형성하여, 화학 기계적 연마 공정 중에 관통공에 부압을 인가하는 것에 의하여, 관통공과 연통되는 흡입 홈에도 부압이 작용하여, 흡입홈과 밀착되어 있는 웨이퍼를 흡착 고정시킴으로써, 리테이너 링을 사용하지 않더라도 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 파지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 리테이너 링의 저면을 연마 패드의 표면에 큰 힘으로 가압하지 않더라도 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 이탈을 방지할 수 있으므로, 리테이너 링을 연마 패드에 가압하는 가압력을 낮추거나 리테이너 링 자체를 제거할 수 있게 되어, 웨이퍼의 가장자리 근처에서 연마 패드의 리바운스 현상이 발생되는 것을 억제할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 리테이너 링에 의한 가압력으로 연마 패드가 들뜨는 리바운싱 효과가 나타나지 않으므로, 웨이퍼의 전체에 걸쳐 균일한 화학 기계적 연마를 가능하게 할 뿐만 아니라, 웨이퍼의 가장자리 프로파일의 조절이 용이해지는 잇점을 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은 멤브레인에 관통공 형태로 형성된 개방형 압력 챔버의 내부 압력을 화학 기계적 연마 공정 중에 감시하여, 상기 개방형 압력 챔버의 압력 변동으로부터 웨이퍼의 슬립 아웃 여부를 감지할 수 있다.

또한, 본 발명은 리테이너 링이 연마 패드를 과도하게 높은 압력으로 가압하지 않으므로, 연마 패드 및 리테이너 링의 수명을 연장할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도1은 종래의 캐리어 헤드의 구성을 도시한 단면도,
도2는 웨이퍼 가장자리에서 연마 패드의 리바운스 현상이 발생되는 원리를 설명하기 위한 개략도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드의 개략적 구성을 도시한 단면도,
도4는 도3의 'A'부분의 확대도,
도5는 도3의 캐리어 헤드의 멤브레인 저면을 도시한 도면,
도6은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 캐리어 헤드의 멤브레인 저면을 도시한 도면,
도7은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 캐리어 헤드의 구성을 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드(100)를 상술한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드(100)는 회전 구동되는 회전 구동부(124)를 포함하여 일체로 회전하는 본체부(120)와, 본체부(120)에 플랩(112)의 끝단이 위치 고정되어 그 사이에 다수의 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3)를 형성하는 가요성 재질의 멤브레인(110)으로 구성된다.

상기 본체부(120)는 회전 구동부(124)가 회전 하면서, 전체가 함께 회전 구동된다. 그리고, 멤브레인(110)의 플랩(112)의 끝단을 본체부(120)의 저면에 위치시킨 상태에서, 결합 부재(122)를 본체부(120)에 체결 또는 끼움 고정시키는 것에 의하여, 멤브레인(110)을 본체부(120)에 쉽게 결합할 수 있다.

상기 멤브레인(110)은 압력 챔버(C1, C2, C3)의 압력에 따라 저면에 위치한 웨이퍼(W)를 가압하는 바닥판(111)과, 바닥판(111)으로부터 링 형태로 상향 연장되어 본체부(120)에 결합되는 플랩(112)으로 이루어진다. 본 발명에 따른 멤브레인(110)은 웨이퍼(W)에 직접 정압이나 부압을 인가하는 관통공(99)이 압력 챔버(CO)로 형성되고, 관통공(99)과 연통되는 흡입 홈(115)이 연결 형성된다는 점에서 종래의 멤브레인(10)과 큰 차이가 있다.

즉, 도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치용 캐리어 헤드(100)의 멤브레인(110)은, 중앙부의 관통공(99)이 형성되어 웨이퍼(W)에 직접 정압 또는 부압을 인가할 수 있게 형성되면서, 관통공(99)을 중심으로 다수의 동심원 형태의 흡입 홈(115a)이 형성되고, 이 동심원 형태의 흡입홈(115a)과 관통공(99)의 하단부를 연통시키는 연결 흡입홈(115b)이 형성된다.

이에 따라, 멤브레인(110)의 바닥판(111) 저면에 웨이퍼(W)가 밀착한 상태에서, 관통공(99)에 인가되는 부압은 연결 흡입홈(115b)을 통해 동심원 형태의 다수의 흡입홈(115a)으로 전파되어, 흡입홈(115a, 115b; 115) 전체에 걸쳐 균일한 부압이 작용하면서, 바닥판(111)의 저면에 위치한 웨이퍼(W)를 균일하게 흡입하여 바닥판(111)의 저면에 위치 고정시킬 수 있게 된다.

이 때, 연결 흡입홈(115b)은 다수의 동심원 형태의 흡입홈(115a)을 1개의 열로 연결하는 형태로 구성될 수 있지만, 관통공(99)에 인가되는 부압이 다수의 동심원 형태의 흡입홈(115a)에 전파되는 시간을 단축하기 위하여, 연결 흡입홈(115b)이 정해진 각도만큼 이격되어 다수로 형성될 수 있다(도5). 또한, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도6에 도시된 바와 같이, 흡입홈(215)은 가로축 흡입홈(215a)과 세로축 흡입홈(215b)이 다수로 배열된 격자 형태일 수도 있다.

그리고, 웨이퍼(W)에 직접 정압이나 부압을 인가하는 관통공(99)은 중앙부에 하나만 형성될 수도 있지만(도5), 중앙부를 포함하거나 제외하는 위치에 다수로 형성될 수도 있다(도6). 이를 통해, 흡입홈(115, 215)에 공급되는 부압이 보다 확실하게 전파되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 견고하게 흡입 고정할 수 있다.

특히, 도5 및 도6에 도시된 바와 같이, 멤브레인(110)의 바닥판(111)의 가장자리 영역(E)에는 흡입 홈(115, 215)이 형성되지 않는다. 이 때, 멤브레인 바닥판(111)의 가장자리 영역(E)은 멤브레인 바닥판(111)의 원주 끝단으로부터 5mm 내지 10mm 정도의 길이로 형성된다. 이에 의하여, 멤브레인 바닥판의 흡입홈(115, 215)에 도입되는 흡입압이 누설되는 것을 방지하고, 가장자리의 상측에 위치한 에지 압력 챔버(C5)에 의해 웨이퍼의 에지 부분에 충분히 큰 가압력으로 가압되게 하여 종래에 화학 기계적 연마 공정이 잘 이루어지지 않는 웨이퍼의 에지 부분을 확실하게 연마할 수 있도록 한다.

도4에 도시된 바와 같이, 멤브레인 바닥판(111)의 저면에 형성되어 웨이퍼(W)를 흡입 고정시키는 흡입 홈(115,...)의 간격은 피연마물인 웨이퍼(W) 두께의 4배 이하의 간격(i)으로 조밀하게 형성되어 웨이퍼(W)의 판면에 전체적으로 균일한 흡입압으로 고정시키며, 흡입홈(115,...)의 깊이(d)와 폭(w)은 피연마물인 웨이퍼(W) 두께의 2배 이하로 형성되어, 국부적으로 흡입압이 과도하게 집중되는 것을 방지한다.

그리고, 멤브레인 바닥판(111)의 저면은 중앙 관통공(도4의 99)으로부터 가장자리로 접근할 수록 점점 낮아지는 형태로 형성된다. 즉, 도4에 도시된 바와 같이, 멤브레인 바닥판(111)의 저면은 수평면에 대하여 대략 0.1도 내지 1도에 해당하는 각도(111y)를 이루도록 형성되어, 멤브레인 바닥판(111)의 저면이 웨이퍼(W)의 판면에 밀착되는 상태에서 각 흡입홈(115,...)에서의 흡입압이 누설되지 않으면서 웨이퍼(W)를 확실하게 파지하여 고정할 수 있도록 한다.

멤브레인(110)은 가요성 재질로 형성되며, 공지된 재질인 폴리 우레탄 계열 등의 소재로 형성될 수도 있다.

상기 압력 센서(140)는 압력 조절부(150)로부터 관통공(99)까지 연통되는 관로(155)에 설치되거나, 관통공(99)의 내부에 설치된다. 화학 기계적 연마 공정 중에 압력 센서(140)에 의하여 관통공(99) 내부의 압력을 실시간으로 감시함으로써, 흡입압이 인가되고 있는 관통공(99)의 하단이 웨이퍼(W)의 표면과 분리되면, 압력 센서(140)에 의해 측정되는 압력이 급격히 상승하므로, 압력 센서(140)의 측정압력으로부터 웨이퍼(W)가 정상적으로 화학 기계적 연마 공정을 행하고 있는지 여부를 감지할 수 있다.

압력 센서(140)의 측정압력값은 제어부(160)로 전송되며, 웨이퍼(W)의 판면이 관통공(99)의 하단과 분리되면서 캐리어 헤드(100)의 바깥으로 이탈하는 순간, 제어부(160)는 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 공정을 중지함으로써, 웨이퍼 없이 화학 기계적 연마 공정이 진행되어 여러 부품에 손상을 야기하고 화학 기계적 연마 공정의 효율이 저하되는 것을 최소화할 수 있다.

이렇듯, 멤브레인(110)의 관통공(99)의 압력을 화학 기계적 연마 공정 중에 실시간으로 감시하여, 관통공(99)에 의하여 형성되는 개방형 압력 챔버(CO)의 압력 변동으로부터 웨이퍼의 슬립 아웃 여부를 감지할 수 있다.

상기 압력 조절부(150)는 관통공(99)에 의하여 형성되는 개방된 제0압력 챔버(C0)와, 멤브레인(110)과 본체부(120)의 사이에 형성되는 밀폐된 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)와, 관통공(99)을 감싸는 제1압력챔버(C1)의 상측에 위치한 밀폐된 가압 챔버(Ca)에 독립적으로 정압 또는 부압의 공압을 인가한다. 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안에 관통공(99)에 의해 형성되는 제0압력챔버(C0)에 부압이 인가되면, 관통공(99)과 연통되는 흡입 홈(115, 215)에도 부압이 인가되어, 균일하면서 조밀하게 분포되어 있는 흡입 홈의 흡입압에 의하여 웨이퍼(W)를 견고하게 흡입 파지할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 가요성 멤브레인(110)이 장착된 캐리어 헤드(100)는, 화학 기계적 연마 공정 중에, 멤브레인 바닥판(111)에 균일하게 분포된 흡입 홈(115, 215)에 도입되는 흡입압으로 웨이퍼(W)를 견고하게 흡입 고정시킬 수 있게 된다. 즉, 리테이너 링(30)의 저면을 연마 패드의 표면에 큰 힘으로 가압하지 않더라도 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 이탈을 멤브레인 바닥판(111)의 저면에 조밀하게 배열된 흡입 홈(115)에 의하여 방지할 수 있으므로, 도3에 도시된 바와 같이 리테이너 링(30) 자체를 제거(도3)하거나, 도7에 도시된 바와 같이 리테이너 링(30)을 장착하되 연마 패드에 가압하는 가압력(Pr)을 낮출 수 있게 되어, 웨이퍼(W)의 가장자리 근처에서 연마 패드(88)의 리바운스 현상(89)이 발생되는 것을 억제할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

따라서, 본 발명은 리테이너 링(30)에 의한 가압력(Pr)으로 연마 패드(88)가 들뜨는 리바운싱 효과(89)가 나타나지 않으므로, 웨이퍼(W)의 전체에 걸쳐 균일한 화학 기계적 연마를 가능하게 할 뿐만 아니라, 웨이퍼의 가장자리 프로파일의 조절이 용이해지며, 리테이너 링(130)이 연마 패드(88)를 과도하게 높은 압력으로 가압하지 않으므로, 연마 패드(88) 및 리테이너 링(130)의 수명을 연장할 수 있는 유리한 효과도 얻을 수 있다.

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.

예를 들어, 도면에는 압력 챔버의 개수가 3개로 분할된 구성을 예로 들었지만, 본 발명은 압력 챔버의 개수가 분할되지 않은 1개로 구성될 수도 있으며, 보다 다수의 영역으로 분할되어 4개 이상의 분할 압력 챔버를 형성하는 구성도 본 발명의 범주에 속한다.

W: 웨이퍼 C1, C2, C3: 압력 챔버
88: 연마 패드 89: 들뜬 영역
99: 관통공 100: 캐리어 헤드
110: 멤브레인 111: 바닥판
112: 플랩 115, 215: 흡입홈
130: 리테이너 링 140: 압력 센서
150: 압력 조절부 155: 공압 공급관
160: 제어부

Claims (13)

1. 화학 기계적 연마 공정 중에 캐리어 헤드의 저면에 위치하여 웨이퍼를 가압하는 멤브레인으로서,
   가요성 재질로 형성되고 회전 구동되는 상기 캐리어 헤드의 본체부에 고정되어, 상기 본체부와의 사이 공간에 압력 챔버를 형성하고, 상기 압력 챔버의 압력 조절에 의하여 바닥판의 하측에 위치하는 상기 웨이퍼를 화학 기계적 연마 공정 중에 가압하되, 상기 웨이퍼로 직접 공압이 인가되도록 상기 바닥판에 관통공이 형성되고, 상기 바닥판의 저면에는 상기 관통공과 연통되는 흡입 홈이 연결 형성되어 상기 웨이퍼가 저면에 위치한 상태에서 상기 흡입 홈에 부압이 인가되되, 상기 바닥판은 중심으로부터 가장자리로 접근할수록 하향 경사지게 저면이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 흡입 홈은 상기 바닥판의 저면에 동심원 형태로 다수 배열되고, 상기 동심원 형태의 흡입 홈은 상기 관통공과 연결된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 흡입 홈은 상기 바닥판의 저면에 격자 형태로 다수 배열되고, 상기 격자 형태의 흡입 홈은 상기 관통공과 연결된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 관통공은 상기 바닥판의 중앙부에 위치한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 관통공은 상기 바닥판에 다수 위치한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
6. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 바닥판의 가장자리 영역에는 상기 흡입 홈이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 가장자리 영역은 상기 웨이퍼가 접촉하는 원주면의 끝단으로부터 10mm 이하인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
8. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡입 홈의 폭(w)은 상기 웨이퍼의 두께의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
9. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 흡입 홈의 깊이(d)은 상기 웨이퍼의 두께의 2배 이하인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
   
10. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡입 홈의 간격(s)은 상기 웨이퍼의 두께의 4배 이하인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인.
    
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12. 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 저면에 위치시키는 캐리어 헤드로서,
    회전 구동되는 본체부와;
    회전 구동되는 상기 본체부에 고정되어, 상기 본체부와의 사이 공간에 압력 챔버를 형성하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인을;
    포함하여 구성된 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
    
13. 제 12항에 있어서,
    상기 바닥판의 가장자리 영역에는 상기 흡입 홈이 형성되지 않는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
    
    

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