KR102110489B1 - Membrane in carrier head - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인에 관한 것으로, 원형상으로 형성된 바닥판과, 상기 바닥판의 가장 자리에 절곡 형성된 측면과, 상기 측면의 내측에 압력 챔버를 다수로 분할하도록 상기 바닥판으로부터 링 형태로 돌출되게 다수 연장되어 본체부에 고정되는 고정 플랩을 포함하고 가요성 재질로 이루어진 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인에 있어서, 상기 다수의 고정 플랩의 사이 간격은, 상기 고정 플랩을 경계로 형성되는 상기 압력 챔버의 바닥면 면적의 편차가 10% 이내가 되도록 정해져, 고정 플랩에 의하여 다수로 분할된 압력 챔버의 단면적의 편차를 줄임으로써, 압축기가 하나인 압력 공급부로부터 압력이 공급되더라도, 다수의 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하는 가압력의 편차가 작아지므로, 각각의 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 균일하게 가압하여 정교한 연마 두께를 조절할 수 있게 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인을 제공한다.The present invention relates to a membrane of a carrier head of a chemical mechanical polishing apparatus, a bottom plate formed in a circular shape, a side bent at the edge of the bottom plate, and the bottom to divide a plurality of pressure chambers inside the side surface. In the membrane of the carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus made of a flexible material and includes a fixed flap extended to protrude from the plate in a ring shape and fixed to the main body, an interval between the plurality of fixed flaps is the fixed flap It is determined that the deviation of the area of the bottom surface of the pressure chamber formed by the boundary is within 10%, and by reducing the deviation of the cross-sectional area of the pressure chamber divided into a plurality by a fixed flap, pressure is supplied from a pressure supply unit in which the compressor is one Even if possible, the deviation of the pressing force for pressing the wafer by the plurality of pressure chambers becomes small, so that each It provides a membrane of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus that can uniformly press the wafer by each pressure chamber to control the precise polishing thickness.

Description

화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인{MEMBRANE IN CARRIER HEAD}Membrane of the carrier head of a chemical mechanical polishing device {MEMBRANE IN CARRIER HEAD}

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인에 관한 것으로, 상세하게는 캐리어 헤드의 다수의 압력 챔버에 도입되는 압력의 편차를 줄이면서도 웨이퍼의 균일한 연마를 가능하게 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인에 관한 것이다.
The present invention relates to a membrane of a carrier head of a chemical mechanical polishing apparatus, and in particular, a carrier of a chemical mechanical polishing apparatus that enables uniform polishing of a wafer while reducing variations in pressure introduced into a plurality of pressure chambers of the carrier head. It relates to the membrane of the head.

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.The chemical mechanical polishing (CMP) device is used for wide area flattening that removes the height difference between the cell area and the peripheral circuit area due to unevenness of the wafer surface generated by repeatedly performing masking, etching, and wiring processes during the semiconductor device manufacturing process, and for forming a circuit. This is a device used to precisely polish the surface of the wafer in order to improve the surface roughness of the wafer due to the separation of the contact / wiring film and the highly integrated device.

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. In such a CMP device, the carrier head presses the wafer to perform a polishing process with the polishing surface of the wafer facing the polishing pad before and after the polishing process, and at the same time, when the polishing process ends, the wafer is directly and indirectly It moves to the next process in the state of being gripped by vacuum adsorption.

도1은 캐리어 헤드(1)의 개략도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(1)는, 회전 구동력을 전달받는 토크 전달부(110)와, 토크 전달부(110)와 함께 회전하는 베이스(120)와, 베이스(120)를 둘러싸는 링 형태로 장착되어 베이스(120)와 함께 회전하는 리테이너링(130)과, 베이스(120)에 고정되어 베이스(120)와의 사잇 공간에 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하는 탄성 재질의 멤브레인(140)과, 공압 공급로(155)을 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)로 공기를 넣거나 빼면서 압력을 조절하는 압력 공급부(150)로 구성된다. 여기서, 토크 전달부(110)와 베이스(120)는 함께 회전하며 본체부를 형성한다. 1 is a schematic view of the carrier head 1. As shown in FIG. 1, the carrier head 1 surrounds the torque transmission unit 110 receiving the rotational driving force, the base 120 rotating together with the torque transmission unit 110, and the base 120. Is a ring-shaped retainer ring 130 that rotates with the base 120 and fixed to the base 120, the pressure chamber (C1, C2, C3, C4, C5) in the space between the base 120 It is composed of a membrane 140 made of an elastic material and a pressure supply unit 150 that regulates pressure while introducing or removing air into the pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5 through the pneumatic supply path 155. Here, the torque transmission unit 110 and the base 120 rotate together to form a body unit.

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 베이스(120)에 고정되어 웨이퍼(W)를 직접 흡입하는 흡입공(77)이 형성된다. 멤브레인(140)의 중앙부에 흡입공이 형성되지 않고 웨이퍼(W)를 가압하는 면으로 형성될 수도 있다. 멤브레인(140)의 중심으로부터 측면(142)의 사이에는 베이스(120)에 고정되는 링 형태의 플랩(flap, 143)이 다수 형성되어, 플랩(143)을 기준으로 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 동심원 형태로 배열된다. 이를 위하여, 플랩(143)은 바닥판(141)의 판면으로부터 상방으로 연장 형성된 상향 구간(143a)와, 상향 구간(143a)의 상단부로부터 절곡부(143c)를 거쳐 횡방향으로 연장 형성된 연장 구간(143b)로 형성된다. The elastic membrane 140 is formed by bending the side surface 142 at the edge end of the flat bottom plate 141 that presses the wafer W. The central end 140a of the membrane 140 is fixed to the base 120 to form a suction hole 77 that directly sucks the wafer W. A suction hole is not formed in the central portion of the membrane 140 and may be formed as a surface that presses the wafer W. Between the center of the membrane 140 and the side surface 142, a plurality of ring-shaped flaps 143 fixed to the base 120 are formed, and based on the flaps 143, a plurality of pressure chambers C1, C2 , C3, C4, C5) are arranged in concentric circles. To this end, the flap 143 extends upwardly from the plate surface of the bottom plate 141 and extends laterally through the bent portion 143c from the upper end of the upward section 143a. 143b).

상기와 같이 구성된 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드(1)는 공압 공급로(155)를 통해 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 압력이 독립적으로 제어되어 유입되면, 도2에 도시된 바와 같이 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 압력(...,P2, P3,...)이 증가하면서, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 감싸는 멤브레인이 팽창하면서 바닥판(141)을 하방으로 누르면서, 바닥판(141) 아래에 위치한 웨이퍼(W)를 가압하면서 화학 기계적 연마 공정을 행하게 된다. When the carrier head 1 of the chemical mechanical polishing apparatus configured as described above is independently controlled and introduced into the respective pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5 through the pneumatic supply path 155, FIG. As shown in the pressure (..., P2, P3, ...) of each pressure chamber (C1, C2, C3, C4, C5) increases, the pressure chamber (C1, C2, C3, C4, While the membrane surrounding C5) expands, while pressing the bottom plate 141 downward, a chemical mechanical polishing process is performed while pressing the wafer W located under the bottom plate 141.

그러나, 종래의 멤브레인(140)은 도2에 도시된 바와 같이 고정 플랩(143)이 반경 방향을 따라 R1, R2, R3, R4, R5의 간격을 두고 배치되는 데, 고정 플랩(143)에 의하여 경계가 정해지는 면적(E1, E2, E3, E4, E5)의 편차가 커서, 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 공급해야 하는 압력의 편차가 클 수 밖에 없었다. However, in the conventional membrane 140, as shown in FIG. 2, the fixed flaps 143 are disposed at intervals of R1, R2, R3, R4, and R5 along the radial direction, by the fixed flap 143. The deviations in the pressures to be supplied to the respective pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5 were inevitably large due to large deviations in the areas E1, E2, E3, E4, and E5 where the boundaries were defined.

예를 들어, 종래의 고정 플랩(143)의 간격 및 고정 플랩(143)에 의해 형성되는 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 바닥면 면적은 다음 표와 같다.For example, the spacing of the conventional fixed flaps 143 and the bottom surface areas of the plurality of pressure chambers C1, C2, C3, C4, C5 formed by the fixed flaps 143 are shown in the following table.

고정플랩의 사이 간격(mm)Gap between fixed flaps (mm) 압력챔버별 바닥면 면적(mm2)Floor area per pressure chamber (mm2) 제1압력챔버와의 면적비 Area ratio with the first pressure chamber 제1압력챔버(C1)First pressure chamber (C1) 40 (R1)40 (R1) 5027 (E1)5027 (E1) 1.0 1.0 제2압력챔버(C2)Second pressure chamber (C2) 32 (R2)32 (R2) 11259 (E2)11259 (E2) 1.981.98 제3압력챔버(C3)3rd pressure chamber (C3) 36 (R3)36 (R3) 20358 (E3)20358 (E3) 3.583.58 제4압력챔버(C4)4th pressure chamber (C4) 32 (R4)32 (R4) 24932 (E4)24932 (E4) 4.384.38 제5압력챔버(C5)5th pressure chamber (C5) 9 (R5)9 (R5) 8171 (E5)8171 (E5) 1.441.44

위 표1에 나타난 바와 고정 플랩(143) 사이의 간격(R1, R2, R3, R4, R5)이 분포할 경우에, 압력 챔버별 바닥면의 면적을 중앙부에 위치한 제1압력챔버의 면적과 대비하면, 제4압력챔버(C4)는 제1압력챔버(C1)에 비하여 4.38배나 더 큰 결과가 야기된다. 더욱이, 웨이퍼(W)와 마찰 접촉하는 연마 패드의 회전 속도와 웨이퍼의 자전 속도는 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 일정하므로, 압력 챔버(C1, C2,...)별 면적의 편차는 각 압력 챔버(C1, C2,...)에 도입되는 압력값을 편차만큼 더 공급해야 한다는 것을 의미한다. When the intervals R1, R2, R3, R4, and R5 between the fixed flaps 143 are distributed as shown in Table 1 above, the area of the bottom surface for each pressure chamber is compared to the area of the first pressure chamber located in the central portion. When the lower pressure, the fourth pressure chamber C4 is 4.38 times larger than that of the first pressure chamber C1. Moreover, since the rotational speed of the polishing pad in frictional contact with the wafer W and the rotational speed of the wafer are constant in the radial direction of the wafer W, the deviation of the area for each pressure chamber C1, C2, ... It means that the pressure values introduced into the chambers C1, C2, ... must be supplied more by the deviation.

그런데, 하나의 압력 공급부(150)로부터 다수의 압력 챔버(C1, C2,...)에 공급되는 압력의 편차가 클 경우에는 정교하게 공급 압력을 제어하는 것이 기계적으로 매우 까다롭다. 따라서, 2개 이상의 압력 공급부(150)로부터 압력 챔버(C1, C2, C3,...)에 압력을 공급하여 장치가 비대해질 수 밖에 없는 문제를 안거나, 압력 챔버(C1, C2, C3,...) 내의 압력을 정교하게 조절하지 못하여 웨이퍼의 연마 품질을 다소 낮춰야 하는 한계가 있었다.
However, when the deviation of the pressure supplied from a single pressure supply unit 150 to a plurality of pressure chambers C1, C2, ... is large, it is mechanically very difficult to precisely control the supply pressure. Therefore, by supplying pressure to the pressure chambers (C1, C2, C3, ...) from two or more pressure supply units 150, the device is forced to be enlarged, or the pressure chambers (C1, C2, C3, There was a limitation in that the polishing quality of the wafer had to be slightly lowered because the pressure in ...) could not be precisely controlled.

본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명은 캐리어 헤드의 다수의 압력 챔버의 단면적 편차를 줄이는 것에 의하여, 하나의 압력 공급부로부터 다수의 압력 챔버에 균일한 압력을 공급하더라도, 각각의 압력 챔버에서 웨이퍼를 가압하는 힘을 균일하게 유지하여, 웨이퍼의 균일한 연마를 가능하게 하는 것을 목적으로 한다. The present invention was devised under the above technical background, and the present invention provides each pressure even if uniform pressure is supplied to a plurality of pressure chambers from one pressure supply unit by reducing the sectional area deviation of the plurality of pressure chambers of the carrier head. It is an object of the present invention to uniformly maintain the force of pressing the wafer in the chamber, thereby enabling uniform polishing of the wafer.

이를 통해, 웨이퍼의 전체 표면의 연마 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
Through this, it is an object to improve the polishing quality of the entire surface of the wafer.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 원형상으로 형성된 바닥판과, 상기 바닥판의 가장 자리에 절곡 형성된 측면과, 상기 측면의 내측에 압력 챔버를 다수로 분할하도록 상기 바닥판으로부터 링 형태로 돌출되게 다수 연장되어 본체부에 고정되는 고정 플랩을 포함하고 가요성 재질로 이루어진 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인에 있어서, 상기 다수의 고정 플랩의 사이 간격은, 상기 고정 플랩을 경계로 형성되는 상기 압력 챔버의 바닥면 면적의 편차가 10% 이내가 되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in the form of a ring to form a bottom plate formed in a circular shape, a side bent at the edge of the bottom plate, and a plurality of pressure chambers inside the side plate. In the membrane of the carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus made of a flexible material and includes a fixed flap extending protrudingly and fixed to the main body, an interval between the plurality of fixed flaps is formed as a boundary between the fixed flaps. It provides a membrane of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus characterized in that the deviation of the bottom surface area of the pressure chamber is determined to be within 10%.

이는, 원형 바닥판을 링 형태의 고정 플랩에 의하여 분할하여 다수의 압력 챔버를 형성하는 경우에는, 각각의 압력 챔버가 차지하는 단면적이 거의 일정하게 정해짐으로써, 압축기가 하나인 압력 공급부로부터 공압이 균일하게 공급되더라도, 다수의 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하는 가압력의 크기가 일정해지므로, 웨이퍼의 균일한 연마를 가능하게 하는 유리한 효과를 얻기 위함이다. In this case, when a plurality of pressure chambers are formed by dividing a circular bottom plate by a ring-shaped fixed flap, the cross-sectional area occupied by each pressure chamber is almost constant, so that the air pressure is uniform from the pressure supply unit of one compressor. Even if it is supplied, the size of the pressing force for pressing the wafer by a plurality of pressure chambers is constant, so that it is to obtain an advantageous effect that enables uniform polishing of the wafer.

더욱이, 일반적으로 캐리어 헤드의 압력 챔버에 도입되는 공압은 하나의 압축기로 이루어진 압력 공급부로부터 공압이 공급됨에 따라, 압력 챔버 별로 도입되는 공압의 편차가 10% 이내로 작게 유지되는 데, 종래와 달리 압력 챔버의 단면적의 편차를 10% 이내로 줄임으로써, 웨이퍼를 가압하는 가압력이 압력 챔버의 영역별로 편차가 발생되었던 문제점을 근본적으로 해소할 수 있으며, 각각의 압력 챔버에서 웨이퍼를 가압하는 힘을 정교하고 균일하게 유지하여, 웨이퍼의 균일한 연마를 가능하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. Moreover, in general, as the air pressure introduced into the pressure chamber of the carrier head is supplied from the pressure supply unit consisting of one compressor, the deviation of the air pressure introduced for each pressure chamber is kept within 10%, unlike the pressure chamber. By reducing the deviation of the cross-sectional area of less than 10%, the pressing force for pressing the wafer can fundamentally solve the problem in which the deviation for each region of the pressure chamber occurs, and the force for pressing the wafer in each pressure chamber is precisely and uniformly By holding, it is possible to obtain an advantageous effect that enables uniform polishing of the wafer.

역으로, 이와 같이 압력 챔버의 바닥면 면적의 편차를 줄임으로써, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼를 가압하는 가압력을 균일하게 하기 위하여, 압력 공급부로부터 압력 챔버들에 각각 공급해야 하는 공압의 차이가 줄어들게 되어, 압력 공급부의 구성을 단순한 상태(즉, 압축기가 하나로 유지되는 상태)를 유지할 수 있다. Conversely, by reducing the variation in the area of the bottom surface of the pressure chamber, the difference in the pneumatic pressure to be supplied to the pressure chambers from the pressure supply unit is reduced in order to uniformize the pressing force for pressing the wafer during the chemical mechanical polishing process. , It is possible to keep the configuration of the pressure supply unit in a simple state (that is, a state in which the compressor is maintained as one).

보다 바람직하게는, 압력 챔버가 차지하는 바닥면의 단면적이 모두 동일하게 정해지는 것이 좋다. 이를 통해, 압력 공급부로부터 다수의 압력 챔버에 모두 동일한 공압을 공급하더라도, 압력 챔버들의 바닥면 면적이 동일하므로 웨이퍼를 가압하는 가압력을 전체에 걸쳐 균일하게 유지할 수 있다. 이를 통해, 웨이퍼의 연마두께를 보다 정교하게 조절하는 것이 가능해진다.More preferably, it is preferable that all the cross-sectional areas of the bottom surface occupied by the pressure chamber are determined to be the same. Through this, even if the same air pressure is supplied to the plurality of pressure chambers from the pressure supply unit, since the bottom surface areas of the pressure chambers are the same, it is possible to uniformly maintain the pressing force for pressing the wafer throughout. Through this, it becomes possible to more precisely adjust the polishing thickness of the wafer.

한편, 본 발명에 따른 멤브레인의 바닥판의 중앙부에는 웨이퍼를 직접 흡입하는 관통공이 형성될 수도 있고, 형성되지 않을 수도 있다.
On the other hand, a through hole for directly sucking the wafer may or may not be formed in the central portion of the bottom plate of the membrane according to the present invention.

본 발명은, 외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와; 상기 본체부에 위치 고정되어 상기 본체부와 함께 회전하고, 상기 본체부의 베이스와의 사이에 압력 챔버가 형성되어 상기 압력 챔버의 압력 제어에 의해 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼를 하방으로 가압하는 전술한 멤브레인을; 포함하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드를 제공한다.The present invention, the main body portion to rotate by receiving a rotational driving force from the outside; It is fixed to the main body and rotates with the main body, and a pressure chamber is formed between the base of the main body and presses the wafer located on the bottom surface during the chemical mechanical polishing process by pressure control of the pressure chamber. The aforementioned membrane; It provides a carrier head of a chemical mechanical polishing apparatus comprising.

이 때, 상기 압력 챔버에 공급하는 압력 공급부는 하나로 형성될 수 있다.
At this time, the pressure supply part supplied to the pressure chamber may be formed as one.

본 발명에 따르면, 각각의 압력 챔버가 차지하는 단면적의 편차가 10% 이내가 되도록 정해져, 고정 플랩에 의하여 다수로 분할된 압력 챔버의 단면적의 편차를 줄임으로써, 압축기가 하나인 압력 공급부로부터 공압이 공급되어 압력 챔버마다 유사한 크기의 공압으로만 공급할 수 밖에 없더라도, 다수의 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 가압하는 가압력의 편차가 작아지므로, 각각의 압력 챔버에 의하여 웨이퍼를 균일하게 가압하여 정교한 연마 두께를 조절할 수 있게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, the deviation of the cross-sectional area occupied by each pressure chamber is determined to be within 10%, and by reducing the deviation of the cross-sectional area of the pressure chamber divided into a plurality by a fixed flap, air pressure is supplied from the pressure supply unit of one compressor. Even if it is forced to supply only pneumatic pressure of a similar size for each pressure chamber, the variation in the pressing force for pressing the wafer by a plurality of pressure chambers is small, so that the wafer can be uniformly pressed by each pressure chamber to adjust the precise polishing thickness. Advantageous effects can be obtained.

즉, 본 발명은 멤브레인의 고정 플랩에 의하여 다수로 분할된 압력 챔버의 단면적 편차를 작게 구성하거나 동일하게 구성함으로써, 하나의 압축기를 구비한 압력 공급기에 의해서도 다수의 분할된 압력 챔버의 목표 압력값을 정확하게 제어할 수 있게 되므로, 웨이퍼의 연마두께 제어를 보다 정확하게 행할 수 있게 되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
That is, according to the present invention, the target pressure value of a plurality of divided pressure chambers can be determined even by a pressure supply having a single compressor by making the cross-sectional area of the pressure chamber divided into a plurality by the fixed flap of the membrane small or identical. Since it is possible to accurately control, it is possible to obtain an advantageous effect of being able to more accurately control the polishing thickness of the wafer.

도1은 일반적인 캐리어 헤드를 보인 단면도,
도2는 도1의 캐리어 헤드에 장착된 종래의 멤브레인을 도시한 반단면도,
도3은 도2의 멤브레인의 저면도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드용 멤브레인의 반단면도,
도5는 도4의 멤브레인의 저면도이다.
1 is a cross-sectional view showing a typical carrier head,
Figure 2 is a half sectional view showing a conventional membrane mounted on the carrier head of Figure 1,
Figure 3 is a bottom view of the membrane of Figure 2,
Figure 4 is a half cross-sectional view of the membrane for a carrier head according to an embodiment of the present invention,
Figure 5 is a bottom view of the membrane of Figure 4;

본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드에 사용되는 멤브레인(200)과 이를 구비한 캐리어 헤드를 상술한다. 본 발명의 일 실시예는 도1에 도시된 종래의 구성(140; 1)과 대비할 때 고정 플랩(230)의 위치에 차이가 있다. (본 발명에 따른 캐리어 헤드 및 멤브레인은 도면에 도시된 반단면도의 중심선을 기준으로 회전시킨 형상이다.)The membrane 200 used in the carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus according to an embodiment of the present invention and the carrier head having the same will be described. One embodiment of the present invention has a difference in the position of the fixed flap 230 when compared with the conventional configuration 140 (1) shown in FIG. (The carrier head and the membrane according to the present invention have a shape rotated based on the center line of the half-section view shown in the drawings.)

본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드는 종래의 캐리어 헤드(1)와 마찬가지로 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하는 토크 전달부(110)와, 토크 전달부(110)와 연결되어 함께 회전하는 베이스(120)와, 베이스(120)에 고정되어 베이스(120)와의 사이에 압력 챔버(...,C4, C5)를 형성하고 탄성 가요성 소재로 형성되는 멤브레인(200)과, 압력 챔버(...,C4, C5)에 공압을 공급하여 압력을 조절하는 압력 공급부(150)로 구성된다. The carrier head according to an embodiment of the present invention is connected with a drive shaft (not shown) and rotates with a torque transmission unit 110 and a torque transmission unit 110 connected to and rotated like a conventional carrier head 1 The base 120 is fixed to the base 120 to form a pressure chamber (..., C4, C5) between the base 120 and a membrane 200 formed of an elastic flexible material, and a pressure chamber It is composed of a pressure supply unit 150 that regulates pressure by supplying air pressure to (..., C4, C5).

여기서, 토크 전달부(110)와 베이스(120)는 함께 회전하며 본체부를 형성한다.
Here, the torque transmission unit 110 and the base 120 rotate together to form a body unit.

상기 멤브레인(200)은 원 형태로 형성된 바닥판(210)과, 바닥판(210)의 가장자리 끝단으로부터 절곡되어 상측으로 연장 형성된 측면(220)과, 바닥판(210)의 중심과 측면(220)의 사이에 본체부의 베이스(120)에 결합되는 다수의 링형태의 고정 플랩(230)이 형성된다. The membrane 200 includes a bottom plate 210 formed in a circular shape, a side 220 formed by bending from an edge end of the bottom plate 210 and extending upward, and the center and side 220 of the bottom plate 210 Between the plurality of ring-shaped fixed flap 230 coupled to the base 120 of the body portion is formed.

도4에 도시된 바와 같이, 멤브레인의 고정 플랩(230)은 바닥판(210)으로부터 링 형태로 연장되어, 끝단이 결합 부재(122)에 의해 베이스(120)에 고정된다. 이에 따라, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 멤브레인(200)의 고정 플랩(230)을 경계로 분할되어 링 형태의 다수의 분할 챔버로 형성된다. As shown in Figure 4, the fixing flap 230 of the membrane extends in the form of a ring from the bottom plate 210, the end is fixed to the base 120 by the coupling member 122. Accordingly, the pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5 are divided by the fixed flap 230 of the membrane 200 to form a plurality of divided chambers in the form of a ring.

그리고, 다수의 분할 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에는 압력 공급부(150)로부터의 공압 공급로(155)를 통해 정압이나 부압이 인가되어, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 압력이 조절된다. In addition, positive pressure or negative pressure is applied to the plurality of divided chambers C1, C2, C3, C4, and C5 through the pneumatic supply path 155 from the pressure supply unit 150, and the pressure chambers C1, C2, C3, and C4 are applied. , C5) the pressure is adjusted.

여기서, 바닥판(210)에 동심을 이루면서 다수의 링 형태로 연장 형성되는 고정 플랩(230) 사이의 간격(L1, L2, L3, L4, L5)은, 각각의 압력 챔버(C1, C2,...,C5)의 단면적의 편차가 10% 이하로 되도록 정해진다. 예를 들어, 표2에 나타난 바와 같이 고정 플랩(230) 사이의 간격(L1, L2, L3, L4, L5)이 정해질 수 있다.
Here, the intervals (L1, L2, L3, L4, L5) between the fixed flaps 230 formed concentrically on the bottom plate 210 and extended in a plurality of ring shapes are respectively the pressure chambers C1, C2 ,. The deviation of the cross-sectional area of .., C5) is set to be 10% or less. For example, as shown in Table 2, the intervals L1, L2, L3, L4, and L5 between the fixed flaps 230 may be determined.

고정플랩의 사이 간격(mm)Gap between fixed flaps (mm) 압력챔버별 바닥면 면적(mm2)Floor area per pressure chamber (mm2) 제1압력챔버와의 면적비 Area ratio with the first pressure chamber 제1압력챔버(C1)First pressure chamber (C1) 66 (L1)66 (L1) 13685 (A1)13685 (A1) 1.0 1.0 제2압력챔버(C2)Second pressure chamber (C2) 27 (L2)27 (L2) 13487 (A2)13487 (A2) 0.990.99 제3압력챔버(C3)3rd pressure chamber (C3) 21.4 (L3)21.4 (L3) 13944 (A3)13944 (A3) 1.021.02 제4압력챔버(C4)4th pressure chamber (C4) 18.5 (L4)18.5 (L4) 14373 (A4)14373 (A4) 1.051.05 제5압력챔버(C5)5th pressure chamber (C5) 15 (L5)15 (L5) 13232 (A5)13232 (A5) 0.970.97

위 표2에는 제1압력챔버(C1)의 단면적(A1)에 대하여 나머지 압력 챔버들(C2, C3, C4, C5)의 단면적(A2, A3, A4, A5)의 비가 0.97~1.05로 5% 편차 이내에 속한다. 따라서, 압력 공급부(150)로부터 다수의 압력 챔버(C1, C2,...)에 동일한 크기의 압력이 인가되더라도, 압력 챔버(C1, C2,...)에 의하여 바닥판(210)을 통해 웨이퍼(W)를 가압하는 힘의 편차는 단면적의 편차인 5% 이내로 제한된다. In Table 2, the ratio of the cross-sectional area (A2, A3, A4, A5) of the remaining pressure chambers (C2, C3, C4, C5) to the cross-sectional area (A1) of the first pressure chamber (C1) is 0.97 to 1.05, which is 5%. It falls within the deviation. Therefore, even if pressure of the same size is applied to the plurality of pressure chambers C1, C2, ... from the pressure supply unit 150, through the bottom plate 210 by the pressure chambers C1, C2, ... The deviation of the force pressing the wafer W is limited to within 5%, which is the deviation of the cross-sectional area.

즉, 바닥판(210)에 동심을 이루면서 다수의 링 형태로 연장 형성되는 고정 플랩(230) 사이의 간격(L1, L2, L3, L4, L5)은, 고정 플랩(230)에 의하여 분할되는 다수의 압력 챔버(C1, C2,...)의 단면적(A1, A2, A3...)의 편차를 최소화하게 배열되며, 바람직하게는 압력 챔버들(C1, C2, ...)의 단면적(A1, A2, A3,...)이 적어도 10% 이하의 편차를 가지며, 보다 바람직하게는 압력 챔버들(C1, C2, ...)의 단면적(A1, A2, A3,...)이 모두 동일해지도록 고정 플랩(230)의 위치가 정해진다.That is, the gaps (L1, L2, L3, L4, L5) between the fixed flaps 230 formed concentrically with the bottom plate 210 and extending in a plurality of ring shapes are divided by the fixed flaps 230 It is arranged to minimize the deviation of the cross-sectional area (A1, A2, A3 ...) of the pressure chambers (C1, C2, ...), preferably the cross-sectional area of the pressure chambers (C1, C2, ...) ( A1, A2, A3, ...) have a deviation of at least 10% or less, more preferably the cross-sectional areas (A1, A2, A3, ...) of the pressure chambers (C1, C2, ...) The positions of the fixed flaps 230 are determined so that they are all the same.

압력 챔버들(C1, C2, ...)의 단면적(A1, A2, A3,...)이 모두 동일한 경우에는, 압력 공급부(150)로부터 동일한 압력이 압력 챔버(C1, C2, C3,...)에 공급되더라도, 바닥판(210)을 통해 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력을 영역에 관계없이 동일하게 유지시킬 수 있다.When the cross-sectional areas A1, A2, A3, ... of the pressure chambers C1, C2, ... are all the same, the same pressure from the pressure supply unit 150 is the pressure chambers C1, C2, C3 ,. Even if supplied to ..), the pressing force for pressing the wafer W through the bottom plate 210 can be kept the same regardless of the region.

이와 같이, 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 차지하는 단면적(A1, A2, A3, A4, A5)의 편차를 줄임으로써, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력을 일정하게 제어하기 위하여 각 압력 챔버(C1, C2, C3,...)에 인가되는 압력의 제어가 용이해진다. 즉, 압력 챔버(C1, C2, C3,...)에 동일한 압력을 인가하더라도 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력의 편차는 단면적의 편차 범위 내에 있게 되므로, 압력 챔버(C1, C2, C3,...)에 의하여 웨이퍼를 가압하는 가압력을 보다 정교하게 조절할 수 있게 된다. Thus, by reducing the deviation of the cross-sectional area (A1, A2, A3, A4, A5) occupied by each pressure chamber (C1, C2, C3, C4, C5), the wafer W is pressed during the chemical mechanical polishing process In order to control the pressing force constant, it becomes easy to control the pressure applied to each pressure chamber (C1, C2, C3, ...). That is, even if the same pressure is applied to the pressure chambers C1, C2, C3, ..., the deviation of the pressing force for pressing the wafer W is within the deviation range of the cross-sectional area, so that the pressure chambers C1, C2, C3 ,. By ..), the pressing force for pressing the wafer can be more precisely adjusted.

따라서, 화학 기계적 연마 공정 중에 압력 챔버(C1, C2, C3,...)에서 공급되는 타겟 압력의 편차가 서로 작으므로, 1개의 압축기로 제어되는 압력 공급부(150)에 의해서도, 압력 챔버(C1, C2, C3,...)에 정확한 타겟 압력을 공급하여, 각 압력 챔버에서의 웨이퍼를 가압하는 가압력을 일정하게 제어하는 것이 훨씬 용이해진다.
Therefore, since the deviation of the target pressure supplied from the pressure chambers C1, C2, C3, ... during the chemical mechanical polishing process is small, the pressure chamber C1 is also provided by the pressure supply unit 150 controlled by one compressor. , C2, C3, ...), it becomes much easier to constantly control the pressing force for pressing the wafer in each pressure chamber by supplying the correct target pressure.

한편, 본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '압력 챔버'에는 웨이퍼에 직접 정압이나 부압을 인가하는 관통공은 포함되지 않는 것으로 정의하기로 한다. 따라서, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인은 중심부 또는 그 밖의 위치에 웨이퍼에 직접 흡입압을 인가하는 관통공(77)이 형성된 것과, 중심부 또는 그 밖의 위치에 웨이퍼에 직접 흡입압을 인가하는 관통공(77)이 형성되지 않는 것을 모두 포함한다.
On the other hand, the 'pressure chamber' described in the present specification and claims will be defined as not including a through hole for directly applying a positive pressure or a negative pressure to the wafer. Therefore, the membrane of the carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention is formed with a through hole 77 for applying suction pressure directly to the wafer at a central or other location, and suction pressure directly at the wafer at a central or other location. It includes all that is not formed through-hole 77 is applied.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 멤브레인(200)은 고정 플랩(230)의 사이 간격(L1, L2, L3, L4, L5)이 다수로 분할된 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 단면적(A1, A2, A3, A4, A5)의 편차를 10% 이내가 되도록 정해짐으로써, 분할된 압력 챔버들(C1, C2,...,C5)의 작은 단면적 편차에 해당하는 만큼 압력 공급부(150)로부터 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)에 공급하는 타겟 압력(제어하고자 하는 목표 압력값)의 편차가 작아지게 되어, 하나의 압축기로 이루어진 압력 공급부(150)에 의해서도 화학 기계적 연마 공정 중에 멤브레인(200)의 원형 바닥판(210)을 통해 가압하는 가압력을 균일하게 웨이퍼에 가할 수 있으므로, 웨이퍼의 균일한 연마를 보다 쉽고 정확하게 할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.The membrane 200 of the carrier head of the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention configured as described above is a pressure chamber (C1, which is divided into a plurality of intervals (L1, L2, L3, L4, L5) between the fixed flaps 230 By setting the deviation of the cross-sectional areas (A1, A2, A3, A4, A5) of C2, C3, C4, C5 to be within 10%, the divided pressure chambers (C1, C2, ..., C5) The deviation of the target pressure (target pressure value to be controlled) supplied from the pressure supply unit 150 to the plurality of pressure chambers C1, C2, C3, C4, and C5 becomes smaller as it corresponds to a small cross-sectional area deviation. The pressure supply unit 150 made of a compressor can uniformly apply a pressing force applied through the circular bottom plate 210 of the membrane 200 to the wafer during the chemical mechanical polishing process, thereby making the wafer uniform polishing easier and more accurate. Advantageous effects can be obtained.

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.
The present invention has been exemplarily described through preferred embodiments, but the present invention is not limited to such specific embodiments, and various forms within the scope of the technical idea suggested in the present invention, specifically, the scope of the claims. Can be modified, changed, or improved.

W: 웨이퍼
C1, C2, C3, C4, C5: 압력 챔버
L1, L2, L3, L4, L5: 고정 플랩의 간격
A1, A2, A3, A4, A5: 압력 챔버의 단면적
110: 토크 전달부 120: 베이스
122: 결합 부재 130: 리테이너 링
200: 멤브레인 210: 바닥판
220: 측면 230: 고정 플랩 W: Wafer
C1, C2, C3, C4, C5: Pressure chamber
L1, L2, L3, L4, L5: spacing of fixed flaps
A1, A2, A3, A4, A5: cross-sectional area of the pressure chamber
110: torque transmission unit 120: base
122: engaging member 130: retainer ring
200: membrane 210: bottom plate
220: side 230: fixed flap

Claims (5)

원 형상으로 형성된 바닥판과, 상기 바닥판의 가장 자리에 절곡 형성된 측면과, 상기 측면의 내측에 압력 챔버를 다수로 분할하도록 상기 바닥판으로부터 링 형태로 돌출되게 다수 연장되어 본체부에 고정되는 고정 플랩을 포함하고 가요성 재질로 이루어진 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인에 있어서,
상기 다수의 고정 플랩의 사이 간격은, 상기 고정 플랩을 경계로 형성되는 상기 압력 챔버의 바닥면 면적의 편차가 10% 이내가 되도록 정해지는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
The bottom plate formed in a circular shape, the side formed bent at the edge of the bottom plate, and fixed to be fixed to the main body by extending a number of protrusions in the form of a ring from the bottom plate so as to divide the pressure chamber into a plurality of inside In the membrane of the carrier head for a chemical mechanical polishing device comprising a flap and made of a flexible material,
The gap between the plurality of fixed flaps is defined as a deviation of the bottom surface area of the pressure chamber formed by the fixed flap as a boundary within 10%, the membrane of the carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus.
제 1항에 있어서,
상기 바닥판의 중앙부에는 웨이퍼를 직접 흡입하는 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
According to claim 1,
A membrane of a carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, characterized in that a through hole for directly sucking a wafer is formed in a central portion of the bottom plate.
제 1항에 있어서,
상기 압력 챔버의 바닥면 면적은 모두 동일한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치용 캐리어 헤드의 멤브레인.
According to claim 1,
Membrane of the carrier head for a chemical mechanical polishing apparatus, characterized in that the bottom area of the pressure chamber is all the same.
외부로부터 회전 구동력을 인가받아 회전하는 본체부와;
상기 본체부에 위치 고정되어 상기 본체부와 함께 회전하고, 상기 본체부의 베이스와의 사이에 압력 챔버가 형성되어 상기 압력 챔버의 압력 제어에 의해 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼를 하방으로 가압하는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인을;
포함하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.
A main body part rotating by receiving a rotational driving force from the outside;
It is fixed to the main body and rotates with the main body, and a pressure chamber is formed between the base of the main body and presses the wafer located on the bottom surface during the chemical mechanical polishing process by pressure control of the pressure chamber. The membrane according to any one of claims 1 to 3;
A carrier head of a chemical mechanical polishing device comprising.
제 4항에 있어서,
상기 다수로 분할된 상기 압력 챔버에는 하나의 압력 공급부로부터 공압을 공급받는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드.


The method of claim 4,
A carrier head of a chemical mechanical polishing apparatus, characterized in that the pressure chamber divided into a plurality is supplied with air pressure from a single pressure supply unit.


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