KR100470228B1

KR100470228B1 - 화학기계적 연마장치의 캐리어 헤드

Info

Publication number: KR100470228B1
Application number: KR10-2001-0088957A
Authority: KR
Inventors: 황병렬; 한충희; 김선우
Original assignee: 두산디앤디 주식회사
Priority date: 2001-12-31
Filing date: 2001-12-31
Publication date: 2005-02-05
Also published as: KR20030058501A

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼를 연마하여 평탄화하기 위한 화학기계적 연마장치의 캐리어 헤드에 관한 것으로서, 그 주요 구성은, 캐리어 하우징과; 상기 캐리어 하우징의 하부에 배치되어 수직 승강이 가능하고, 그 내부에는 내압 조정에 의해 웨이퍼를 흡착 또는 탈거할 수 있는 조정챔버가 형성된 웨이퍼 지지조립체와; 상기 웨이퍼 지지조립체의 외측에 설치되되 이와는 별도로 수직 이동이 가능하고, 상기 웨이퍼 지지조립체의 하면으로부터 웨이퍼가 이탈되지 않도록 웨이퍼의 수용공간을 형성하는 리테이너링과; 상기 리테이너링의 외측에 설치되는 컨디셔너링과; 상기 캐리어 하우징과 상기 바디에 의해서 한정되는 공간에 형성되어 상기 웨이퍼 지지조립체의 수직위치를 제어하기 위한 로딩챔버를 포함하여 이루어지며, 위와 같은 구성에 의하여 캐리어 헤드에 직접진공방법을 이용하여 웨이퍼를 흡착하게 되므로 웨이퍼의 흡착 불량이나 흡착실패의 가능성을 줄일 수가 있어 웨이퍼의 이동과정 또는 웨이퍼의 탈착과정 중에 캐리어 헤드로부터 웨이퍼가 떨어져 웨이퍼 패턴 상의 스크레칭 혹은 웨이퍼의 파손으로 이어지는 것을 사전에 방지할 수 있다.

Description

화학기계적 연마장치의 캐리어 헤드{Carrier Head for Chemical Mechanical Polishing}

본 발명은 반도체 웨이퍼를 연마하여 평탄화하기 위한 화학기계적 연마장치의 캐리어 헤드에 관한 것이다.

화학기계적 연마장치는 반도체 웨이퍼 제조과정중의 마스킹, 에칭, 배선 공정 등의 반복으로 인하여 발생되는 웨이퍼 표면의 불균일함을 줄이기 위해 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 장치이다.

상기 화학기계적 연마장치에 사용되는 캐리어 헤드는 연마공정을 위해 연마를 시작하기 전에 연마를 위한 웨이퍼가 부착되는 곳이며, 또한 캐리어 헤드와 연마패드의 상대운동으로 연마가 일어나는 과정중에 웨이퍼를 수용하기 위해 사용되며, 연마패드와 캐리어의 상대운동을 거쳐 연마가 끝난 웨이퍼를 연마후 후속 과정을 위해 연마패드로부터 탈거하기 위해 사용된다.

위와 같은 캐리어 헤드의 대표적인 것으로 한국특허공보 공개번호 2000-71788호에 개시된 것이 있다.

상기의 기술은 기판 지지조립체를 구성하는 지지플레이트에 다수의 흡착구멍을 형성하고, 상기 지지플레이트의 외면에 가요성 멤브레인을 부착하되, 상기 지지플레이트의 가장자리부에 위치하는 멤브레인부에 아래방향으로 돌출하는 가요성 립부를 일체로 형성함으로써 상기 흡착구멍을 통하여 멤브레인에 웨이퍼가 진공 흡착되었을 때 상기 멤브레인의 립부가 웨이퍼의 가장자리를 완전히 밀폐하도록 구성되어 있다.

그러나, 상기와 같은 구조로 이루어지는 캐리어헤드는 웨이퍼에 전달되는 챔버의 진공압력이 멤브레인에 전달되는 압력에 비해 상대적으로 작기 때문에 웨이퍼의 흡착시 흡착오류를 일으킬 수 있으며, 이에 따라 웨이퍼의 이동과정 또는 웨이퍼의 탈착과정 중에 캐리어 헤드로부터 웨이퍼가 떨어져 웨이퍼 패턴 상의 스크레칭 혹은 웨이퍼의 파손으로 이어질 수 있다.

또한 연마공정의 완료 후 웨이퍼를 연마패드로부터 떼어내어 캐리어에 부착시킬 경우에 연마패드 상에 존재하는 연마액 잔여분 또는 탈이온수로 인해 웨이퍼에 작용되는 표면장력을 깨뜨릴 만큼의 흡착력을 더 필요로 하게 되고, 따라서 상기 종래의 간접 진공 구조의 캐리어 헤드의 특성상 원하는 진공압력을 만들기 위해서는 가요성 립부 등에 상대적으로 더 큰 물리적 힘을 가하여 웨이퍼와 멤브레인 사이에 완전한 밀폐공간을 형성한 후 진공을 실시하여야 하므로 웨이퍼에 무리한 힘이 가해질 수 있으며, 웨이퍼의 손상을 일으킬 수 있다.

본 발명은 위와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 다음과 같은 목적을 갖는다.

본 발명의 주목적은 캐리어 헤드에 직접 진공방법을 이용하여 작은 압력으로 웨이퍼를 부착하고, 웨이퍼의 연마시 웨이퍼 면에 고른 압력을 가하여 웨이퍼 면이 고르게 연마되도록 하는 캐리어 헤드를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 감지장치를 설치할 필요없이 직접적으로 진공파이프의 진공압의 변화를 압력조절장치로부터 판독하여 웨이퍼의 부착여부를 판단할 수 있는 캐리어 헤드를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 연마과정중에 캐리어 헤드에 침투되는 오염물질을 쉽게 제거할 수 있는 캐리어 헤드를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 연마공정의 완료 후 웨이퍼의 손상을 일으키지 않으면서도 웨이퍼를 연마패드로부터 쉽게 떼어내어 캐리어에 부착시킬 수 있는 캐리어 헤드를 제공하는데 있다.

본 발명은 전술한 여러 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 캐리어 헤드는, 캐리어 구동샤프트에 의하여 구동되는 캐리어 하우징과; 상기 캐리어 하우징의 하부에 배치되어 수직으로 승하강 가능하고, 그 하부 표면은 소정 직경의 웨이퍼를 장착하기 위한 표면을 제공하며, 그 내부에는 조정챔버를 형성하여 상기 조정챔버 내부의 압력을 조정함에 의해서 웨이퍼를 흡착하거나 탈거할 수 있는 웨이퍼 지지조립체와; 상기 웨이퍼 지지조립체의 하면을 기준으로 하여 그 하면과 수직방향으로 이동이 가능하고, 상기 수직 방향으로의 이동이 상기 웨이퍼 지지조립체의 상하이동과는 별도로 이루어지도록 웨이퍼 지지조립체의 외측에 설치되어, 상기 웨이퍼 지지조립체의 하면으로부터 웨이퍼가 이탈되지 않도록 웨이퍼의 수용공간을 형성하는 리테이너링과; 상기 웨이퍼 지지조립체의 하면을 기준으로 하여 그 하면과 수직방향으로 이동이 가능하고, 상기 수직 방향으로의 이동은 상기 웨이퍼 지지조립체의 상하이동과는 별도로 이루어지도록 상기 리테이너링의 외측에 설치되는 컨디셔너링과; 상기 캐리어 하우징과 상기 바디에 의해서 한정되는 공간에 형성되어 상기 웨이퍼 지지조립체의 수직위치를 제어하기 위한 로딩챔버를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 캐리어 헤드는 웨이퍼 지지조립체 내부에 형성되어 있는 조정챔버에 압력조절장치가 부착되어 있는 압력파이프가 연결되어 상기 압력조절장치의 압력을 측정함에 의해서 상기 웨이퍼 지지조립체의 하부 표면에 웨이퍼가 흡착되었는지의 여부를 확인할 수 있는 것을 특징으로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 캐리어 헤드의 단면도로서 무부하 상태의 캐리어 헤드를 도시한 것이다.

도 2 는 본 발명에 따른 캐리어 헤드가 웨이퍼를 흡착하기 바로 직전의 상태를 도시한 것이다.

도 3 는 본 발명에 따른 캐리어 헤드에서 웨이퍼를 연마하는 상태의 캐리어 헤드를 도시한 것이다.

도 4 는 본 발명에 따른 캐리어 헤드에서 리테이너링을 이용하여 연마패드를 클리닝하는 상태의 캐리어 헤드를 도시한 것이다.

도 5 는 본 발명에 따른 캐리어 헤드에서 컨디셔너링을 이용하여 연마패드를 컨디셔닝하는 상태의 캐리어 헤드를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10 : 캐리어 하우징 20 : 환형 바디

30 : 웨이퍼 지지조립체 31 : 캐리어 플레이트

33 : 조정챔버 34 : 캐리어필름

40 : 로딩챔버 50 : 링하우징

60 : 리테이너링조립체 61 : 리테이너링

70 : 컨디셔너링조립체 71 : 컨디셔너링

72 : 브러쉬

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 캐리어 헤드의 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 캐리어 헤드는 캐리어 하우징 (10), 환형 바디(20), 웨이퍼 지지조립체(30), 로딩챔버(40), 링하우징(50), 리테이너링조립체(60), 컨디셔너링조립체(70)를 포함하여 이루어진다.

상기 캐리어 하우징(10)은 그 상면 중앙 부분에 형성된 회전연결부재에 의해서 도시되지 않은 캐리어 구동샤프트에 고정되며, 그 내부에는 캐리어 헤드의 공기작용 제어를 위하여 4개의 공기통로가 형성되어 있다. 캐리어 하우징(10)은 일반적으로 연마될 웨이퍼의 원형구성에 대응하는 모양의 원형일 수 있다.

상기 환형 바디(20)는 캐리어 하우징(10)의 하부 중심에 설치되며, 후술하는 웨이퍼 지지조립체(30)가 공압의 작용에 의해서 수직으로 승하강될 수 있도록 그 외부면이 원통형으로 형성되어 있고, 또 그 하부 외면에 형성되어 있는 돌출턱(21)에 의해서 웨이퍼 지지조립체(30)가 그 웨이퍼 지지조립체(30)의 자체 무게에 의해 아래로 처지게 될 때, 웨이퍼 지지조립체(30)의 최저위치를 결정케 하도록 한다.

상기 웨이퍼 지지조립체(30)는 캐리어 하우징(10) 아래에 배치되어 후술하는 로딩챔버(40)의 압력을 변동함에 의해서 수직으로 이동가능한 조립체로서, 캐리어 플레이트(31), 캐리어 플레이트 홀더(32), 조정챔버(33), 캐리어필름(34), 및 블래더클램프(35)로 이루어진다.

상기 캐리어 플레이트(31)는 웨이퍼 지지조립체(30)를 이루는 다수 부품중 하부쪽에 배치된 부품으로서, 그 내부에는 공압의 작용에 의해서 웨이퍼를 흡착하거나 탈거할 수 있는 공기통로(36)가 다수개 형성되어 있다.

상기 캐리어 플레이트 홀더(32)는 캐리어 플레이트(31)의 상부에 배치되어 캐리어 플레이트(31)를 수용하며, 그 내부에는 압력파이프(39)와 조정챔버(33)와의 사이에서 유체가 흐를 수 있는 공기통로(37)가 형성되어 있고, 외부 하면에는 돌출부(38)가 형성되어 후술하는 리테이너링조립체(60)가 그 리테이너링조립체(60)의 자체 무게에 의해 아래로 처지게 될 때, 리테이너링조립체(60)의 최저위치를 결정케 하도록 한다.

상기 조정챔버(33)는 캐리어 플레이트 홀더(32)와 캐리어 플레이트(31)에 의해서 한정되는 공간에 형성되며, 상기 조정챔버(33) 내부의 압력을 변동함에 의해서 웨이퍼를 캐리어 필름(34)에 흡착하거나 탈거토록 할 수 있고, 또 연마작업 중에는 웨이퍼의 뒷면에 압력을 가하여 웨이퍼가 연마패드 상에 밀착토록 함으로서 연마작업시 웨이퍼의 뒷면이 미끄러지는 것을 방지하고 웨이퍼 면이 고르게 연마되도록 한다. 상기 조정챔버(33)에 연통되어 있는 압력파이프(39)에는 압력계의 기능을 구비한 압력조절장치(미도시)가 부착되어 있어 상기 압력조절장치에 의해서 웨이퍼의 유무에 의한 진공압력의 차이를 이용하여 웨이퍼가 캐리어 플레이트(31)에 흡착되었는지의 여부를 감시할 수가 있다.

상기 캐리어필름(34)은 캐리어 플레이트(31)의 하부에 배치되어 웨이퍼가 캐리어 플레이트(31)에 흡착될 때에 웨이퍼가 손상받는 것을 방지토록 하며, 캐리어 플레이트(31)에 형성된 공기통로와 연통될 수 있는 구멍이 형성되어 있다.

상기 블래더클램프(35)는 캐리어 플레이트 홀더(32)의 상부에 배치되는 환형의 부재로서 후술하는 블래더(45)의 일단을 고정하며, 그 내부에는 압력파이프(39)와 캐리어 플레이트 홀더(32)와의 사이에서 유체가 흐를 수 있는 공기통로가 형성되어 있다.

상기 로딩챔버(40)는 웨이퍼 지지조립체(30)에 부하, 예를 들어 하향압력을 인가하도록 캐리어 하우징(10)과 웨이퍼 지지조립체(30)에 의해서 한정되는 공간에형성된다. 블래더(45)의 일단은 볼트에 의해 후술하는 링하우징(50)에 고정되고, 타단은 블래더클램프(35)에 의해서 캐리어 플레이트 홀더(32)에 고정된다. 그러므로 블래더(45)는 로딩챔버(40)를 한정하기 위해 캐리어 하우징(10)과 웨이퍼 지지조립체(30) 사이의 공간을 시일링한다. 외부의 공기공급원(미도시)이 로딩챔버(40)의 압력과 웨이퍼 지지조립체(30)의 수직위치를 제어하기 위하여 공기통로(11)에 의해 로딩챔버(40)에 연결될 수 있다.

상기 링하우징(50)은 캐리어 하우징(10)의 하부 바깥 쪽에 배치되어 후술하는 리테이너링조립체(60)와 컨디셔너링조립체(70)를 수용할 수 있으며, 그 내부에는 상기 리테이너링조립체(60)와 컨디셔너링조립체(70)에 공기를 공급하거나 배출할 수 있는 공기통로(51, 52)들이 형성되어 있다.

상기 리테이너링조립체(60)는 링하우징(50)의 하면 내측에 형성된 홈부에 배치되며, 리테이너링(61)과 리테이너링홀더(62)와 리테이너링챔버(63)로 구성되어 있다.

상기 리테이너링(61)은 경질의 플라스틱 혹은 세라믹재료로 제조되며, 평평한 바닥면을 갖는 환형의 형상으로 구성된다. 상기 리테이너링(61)은 연마패드와 접촉되어 웨이퍼의 수용면인 캐리어 플레이트(31)로부터 웨이퍼가 이탈되지 않도록 웨이퍼의 수용공간을 형성하며, 리테이너링(61)의 외부 표면에서 웨이퍼로 슬러리의 공급을 용이하게 하기 위하여 다수의 홈(groove)을 가진다.

상기 리테이너링챔버(63)는 리테이너링조립체(60)에 부하, 예를 들어 하향압력을 인가하도록 링하우징(50)과 리테이너링홀더(62)에 의해서 한정되는 공간에 형성되며, 리테이너링챔버(63)내의 압력을 가변함에 의해서 웨이퍼 지지조립체(30)의 상하이동과는 별도로 리테이너링조립체(60)의 수직위치를 제어할 수 있다.

상기 컨디셔너링조립체(70)는 링하우징(50)의 하면 외측에 형성된 홈부에 배치되며, 컨디셔너링(71)과 컨디셔너링홀더(73)와 컨디셔너링챔버(74)와 유연성 부재로 구성된 컨디셔너링튜브(75)로 구성되어 있다.

상기 컨디셔너링(71)은 연마패드위에 직접 접촉되며, 하부면에는 연마패드를 컨디셔닝하기 위한 브러쉬(72) 또는 다이아몬드가 장착되어 있다. 연마패드의 컨디셔닝은 연마패드의 종류, 표면성질에 따라 적합한 접촉력을 가하여 실시하며, 독립적으로 컨디셔너링챔버(74)의 공압에 의한 가변조절에 의해 상하운동이 이루어지므로 웨이퍼의 연마 중 또는 연마 후에도 연마패드의 컨디셔닝을 할 수 있다.

상기 컨디셔너링챔버(74)는 컨디셔너링조립체(70)에 부하, 예를 들어 하향압력을 인가하도록 링하우징(50)과 컨디셔너링홀더(73)에 의해서 한정되는 공간에 형성되며, 컨디셔너링챔버(74)내의 압력을 가변함에 의해서 웨이퍼 지지조립체(30)나 리테이너링조립체(60)의 상하이동과는 별도로 컨디셔너링조립체(70)의 수직위치를 제어할 수 있다.

위에서 설명한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 캐리어헤드의 동작에 대하여 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 캐리어 헤드의 단면도로서 캐리어 헤드의 각 구성부에 어떠한 압력도 작용하지 않는 상태를 도시한 것이다.

도 1에서 캐리어 헤드는 각 구성부의 자체 무게에 의해서 각각 아래로 처져 있는데, 웨이퍼 지지조립체(30)는 환형 바디(20)의 돌출턱(21)과 블래더클램프(35)에 의해서 최저위치가 결정되며, 리테이너링(61)은 캐리어 플레이트 홀더(32)의 돌출부(38)에 의해 최저위치가 결정되며, 컨디셔너링(71)은 컨디셔너링튜브(75)의 처짐으로 그 최저위치가 결정된다.

도 2는 본 발명에 따른 캐리어 헤드가 웨이퍼를 흡착하기 바로 직전의 상태를 도시한 것이다.

도 2에서 본 발명에 따른 캐리어 헤드는 웨이퍼가 캐리어필름(34)에 안정적으로 접근할 수 있도록 리테이너링(61)과 컨디셔너링(71)이 각각 상승하여 대기하고 있다. 이때에 캐리어 플레이트(31)는 웨이퍼를 흡착하기 위하여 최저위치에 그대로 위치하며, 리테이너링(61)은 리테이너링챔버(63)에 압력유체가 유체라인을 통하여 배출되면서 압력저하로 상승하게 되고, 컨디셔너링(71)은 컨디셔너링챔버(74)에 압력유체가 유체라인을 통하여 배출되면서 압력저하로 상승하게 된다.

위와 같은 상태에서 캐리어 플레이트(31)에 웨이퍼를 흡착하게 되며, 캐리어 플레이트(31)에 웨이퍼를 흡착토록 하기 위하여는 먼저 캐리어 플레이트(31)의 하부에 로딩 디바이스(미도시)를 위치시키고, 이어서 로딩 디바이스가 캐리어 플레이트(31)로 상승 근접하게 되면 조정챔버(33)와 캐리어 플레이트(31)에 형성되어 있는 각 공기통로(31)를 통하여 공기를 흡착시키는 과정에서 로딩 디바이스에 장착되어 있는 웨이퍼가 캐리어 플레이트(31)에 흡착되게 된다. 이때에 캐리어 플레이트(31)에 웨이퍼가 안정적으로 흡착되었는지의 여부는 압력파이프(39)에 부착되어 있는 압력조절장치에 의해서 웨이퍼의 유무에 의한 진공압력의 차이를 이용하여 웨이퍼가 캐리어 플레이트(31)에 흡착되었는지의 여부를 감시할 수가 있으며, 웨이퍼가 완전히 캐리어 플레이트(31)에 흡착되면 로딩 디바이스가 원래의 위치로 복귀하게 된다.

상기와 같이 로딩 디바이스가 원래의 위치로 복귀하게 되면, 플래튼(미도시)이 상승하여 웨이퍼가 연마패드에 접촉되게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 캐리어 헤드에 웨이퍼가 흡착되어 웨이퍼가 연마되는 상태의 캐리어 헤드를 도시한 것이다.

도 3에서 캐리어 헤드에 흡착된 웨이퍼는 리테이너링(61)과 컨디셔너링(71)과 동일한 기준면에 위치하게 된다. 위와 같은 상태에서 연마에 필요한 슬러리를 도시되지 않은 슬러리 공급원으로부터 슬러리를 공급받으면서 웨이퍼가 연마패드에 접촉하여 연마가 이루어지게 되며, 연마 중에는 로딩챔버(40) 내의 압력을 증가시켜 웨이퍼지지조립체(30)에 수직하향력을 가하고, 또 조정챔버(33)내의 압력을 증가시켜 웨이퍼의 뒷면에 수직하향력을 가하여 웨이퍼가 연마패드에 균일하게 접촉되어 연마되도록 함으로써 연마면의 품질을 더욱 향상시킬 수가 있다.

리테이너링(61)은 리테이너링챔버(63) 내부에 압력유체가 공급되면서 압력이 상승하게 되므로 하강하게 되어 웨이퍼가 캐리어 플레이트(31)의 외부로 탈락하는 것을 방지하게 되며, 컨디셔너링(71)도 컨디셔너링챔버(74) 내부에 압력유체가 공급되면서 압력이 상승하게 되므로 하강하게 되어 연마패드의 컨디셔닝을 수행하게 된다

상기와 같이 하여 웨이퍼의 연마작업이 완료되면, 웨이퍼를 다시 로딩 디바이스에 안착시키기 위하여 먼저 조정챔버(33) 내부의 압력유체를 압력파이프(39)를 통하여 외부로 배출시켜 웨이퍼를 다시 캐리어 플레이트(31)에 진공 흡착시키며, 캐리어 플레이트(31)에 웨이퍼가 안정적으로 흡착되었는지의 여부는 압력파이프 (39)에 부착되어 있는 압력조절장치에 의해서 웨이퍼의 유무에 의한 진공압력의 차이를 이용하여 웨이퍼가 캐리어 플레이트(31)에 흡착되었는지의 여부를 확인할 수가 있다.

웨이퍼가 캐리어 플레이트(31)에 완전히 흡착되면 플래튼이 하강하여 로딩디바이스를 위한 공간을 확보하게 되며, 이때에 캐리어 플레이트(31)는, 이를 포함하는 웨이퍼 지지조립체(30)의 자체 무게에 의하거나 또는 로딩챔버(40) 내부에 압력을 가하는 강제적인 방식에 의하여, 최저위치로 다시 하강하고, 리테이너링(61)은 리테이너링 챔버(63) 내부의 압력유체를 유체라인을 통하여 배출되면서 압력저하로 상승하게 되고, 컨디셔너링(71)은 컨디셔너링 챔버(74) 내부의 압력유체를 유체라인을 통하여 배출되면서 압력저하로 상승하게 된다.

위와 같은 상태의 캐리어 헤드는 도 2에서 도시된 것과 같은 상태이다.

로딩 디바이스에 안착된 웨이퍼를 외부로 배출토록 하기 위해서는 먼저 로딩 디바이스를 웨이퍼의 하부에 위치시키고, 이어서 로딩 디바이스를 웨이퍼까지 상승 근접시킨 후에 조정챔버(33) 내부에 압력유체를 공급하면, 웨이퍼가 캐리어 플레이트(31)로부터 이탈하여 로딩 디바이스로 위치하게 되며, 웨이퍼가 안착된 로딩 디바이스는 하강하여 원위치로 복귀하게 된다.

한편, 웨이퍼는 연마에 필요한 슬러리를 공급받으면서 연마패드에 접촉하여 연마가 이루어지게 되므로 연마작업 중에 연마패드에 생긴 잔류물이나 슬러리 등을제거할 필요가 있다.

도 4는 본 발명에 따른 캐리어 헤드에서 리테이너링(61)과 컨디셔너링(71)을 이용하여 연마패드를 클리닝하는 상태의 캐리어 헤드를 도시한 것이다.

도 4에서 보는 바와 같이 리테이너링(61)과 컨디셔너링(71)을 이용하여 연마패드를 클리닝할 때의 리테이너링(61)은 리테이너링챔버(63) 내부에 압력을 상승시키면 리테이너링(61)이 하강하여 연마패드와 접촉하여 연마패드에 압력을 가함으로써 패드 내로 침투한 슬러리(slurry), 불순물 등을 패드 위로 끌어내고, 컨디셔너링(71)은 컨디셔너링 챔버(74) 내부에 압력 유체 공급으로 컨디셔너링(71)이 리테이너링(61) 외부에서 연마패드와 접촉하여 외부로 나온 슬러리(slurry), 불순물 등을 제거하여 패드 클리닝을 하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 캐리어 헤드에서 컨디셔너링(71)을 이용하여 연마패드를 컨디셔닝하는 상태의 캐리어 헤드를 도시한 것이다.

도 5에 도시된 바와 같이 로딩챔버(40)와 리테이너링챔버(63) 내부의 압력유체를 배출시키면, 캐리어 플레이트(31)와 리테이너링(61)이 최고 상승위치로 유지되게 되고, 이 상태에서 컨디셔너링챔버(74) 내부의 압력을 상승시키면 유연성 소재인 컨디셔너링튜브(75)의 팽창이 이루어짐과 동시에 컨디셔너링(71)이 하강하여 연마패드에 밀착되게 된다.

따라서, 위와 같은 상태에서는 연마작업을 수행하지 않으면서도 컨디셔너링 (71)만을 연마패드에 접촉시켜 연마패드의 컨디셔닝 작업을 수행할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 화학기계적 연마장치의 캐리어 헤드는 직접진공방법을 이용하여 웨이퍼를 흡착하게 되므로 작은 압력으로 웨이퍼를 웨이퍼 지지조립체에 쉽게 부착할 수가 있으면서도, 웨이퍼의 연마시 웨이퍼 면에 고른 압력을 가하여 웨이퍼 면이 고르게 연마되도록 할 수가 있고, 또 압력파이프에 부착되어 있는 압력조절장치에 의해서 웨이퍼의 유무에 의한 진공압력의 차이를 이용하여 웨이퍼가 웨이퍼 지지조립체에 흡착되었는지의 여부를 쉽게 확인할 수가 있으므로 웨이퍼의 흡착 불량이나 흡착실패의 가능성을 줄일 수가 있어 웨이퍼의 이동과정 또는 웨이퍼의 탈착과정 중에 캐리어 헤드로부터 웨이퍼가 떨어져 웨이퍼 패턴 상의 스크레칭 혹은 웨이퍼의 파손으로 이어지는 것을 사전에 방지할 수가 있다.

또한, 본 발명의 화학기계적 연마장치의 캐리어 헤드는 연마공정의 완료 후 조정챔버 내부의 압력유체를 압력파이프를 통하여 외부로 배출시켜 웨이퍼를 다시 웨이퍼 지지조립체에 진공 흡착시키게 되므로 웨이퍼의 손상을 일으키지 않으면서도 웨이퍼를 연마패드로부터 쉽게 떼어내어 웨이퍼 지지조립체에 부착시킬 수 있다.

Claims

캐리어 구동샤프트에 의하여 구동되는 캐리어 하우징(10)과;

상기 캐리어 하우징(10)의 하부 중앙에 고정 설치되는 바디(20)와;

상기 캐리어 하우징(10)의 하부에 배치되어 상기 바디(20)의 외부 표면을 따라 수직으로 승하강 가능하고, 그 하부 표면은 소정 직경의 웨이퍼를 장착하기 위한 표면을 제공하며, 그 내부에는 조정챔버(33)를 형성하여 상기 조정챔버(33) 내부의 압력을 조정함에 의해서 웨이퍼를 흡착하거나 탈거할 수 있는 웨이퍼 지지조립체(30)와;

상기 웨이퍼 지지조립체(30)의 하면을 기준으로 하여 그 하면과 수직방향으로 이동이 가능하고, 상기 수직 방향으로의 이동이 상기 웨이퍼 지지조립체(30)의 상하이동과는 별도로 이루어지도록 웨이퍼 지지조립체(30)의 외측에 설치되어, 상기 웨이퍼 지지조립체(30)의 하면으로부터 웨이퍼가 이탈되지 않도록 웨이퍼의 수용공간을 형성하는 리테이너링(61)과;

상기 웨이퍼 지지조립체 (30)의 하면을 기준으로 하여 그 하면과 수직방향으로 이동이 가능하고, 상기 수직 방향으로의 이동은 상기 웨이퍼 지지조립체(30)의 상하이동과는 별도로 이루어지도록 상기 리테이너링(61)의 외측에 설치되는 컨디셔너링(71)과;

상기 캐리어 하우징(10)과 상기 바디(20)에 의해서 한정되는 공간에 형성되어 상기 웨이퍼 지지조립체(30)의 수직위치를 제어하기 위한 로딩챔버(40)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
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제1항에 있어서, 상기 조정챔버(33)는 압력조절장치가 부착되어 있는 압력파이프(39)가 연결되어, 상기 압력조절장치의 압력을 측정함에 의해서 상기 웨이퍼 지지조립체(30)의 하부 표면에 웨이퍼가 흡착되었는지의 여부를 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 지지조립체(30)는 그 웨이퍼 지지조립체(30)의 자체 무게에 의해 아래로 처지게 될 때, 상기 웨이퍼 지지조립체(30)의 자체 무게에 의해서 아래로 처지게 되는 최저위치를 결정케 하기 위한 지지수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
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제1항에 있어서, 상기 리테이너링(61)은 웨이퍼로 슬러리의 공급을 용이하게 하기 위하여 그 하부면에 다수의 홈(groove)을 가지는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
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제1항에 있어서, 상기 컨디셔너링(71)은 그 하부면에 연마패드를 컨디셔닝하기 위한 브러쉬(72) 또는 다이아몬드가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.
제1항에 있어서, 상기 컨디셔너링(71)은 그 내부에 챔버(74)를 형성하여 상기 챔버내의 압력을 가변함에 의해서 웨이퍼 지지조립체(30)나 리테이너링 조립체(60)의 상하이동과는 별도로 컨디셔너링(71)의 수직위치를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드.