KR102673907B1 - 연마 헤드용 격벽 멤브레인 - Google Patents

연마 헤드용 격벽 멤브레인 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 연마 헤드용 격벽 멤브레인에 관한 것으로, 하방으로 볼록한 단면 형상으로 형성되어 연마 헤드의 베이스의 본체부에 대한 위치 변동을 변형에 의해 수용하는 유동부와, 유동부의 상단부로부터 연장된 고정부를 구비한 단면이 링 형태를 이루고, 유동부의 휨 강성이 상기 내측 고정부 및 상기 외측 고정부에 비하여 더 작게 형성된 연마 헤드용 격벽 멤브레인을 제공한다. 이를 통해, 본체부에 대한 베이스의 이동 거리가 상하 방향으로만 유도됨에 따라, 멤브레인의 설치 오류가 있더라도 본체부와 베이스 사이의 가압 챔버로부터의 가압력을 기판에 정확히 전달하여 연마 품질을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

연마 헤드용 격벽 멤브레인 {PARTITION MEMBRANE OF POLISHING HEAD}
본 발명은 연마 헤드용 격벽 멤브레인에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판의 가압력을 전체적으로 조절하는 가압 챔버의 가압 안정성을 향상시킨 연마 헤드용 격벽 멤브레인에 관한 것이다.
반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 기판 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 기판 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여 기판의 연마면에 대한 연마 공정이 필요하다.
상기 연마 공정은, 연마 헤드의 하측에 기판을 위치시키고, 기판의 연마면이 연마 패드와 접촉한 상태로 기판을 가압하면서 연마 패드에 대해 회전 이동시키는 것에 의해 행해진다.
반도체 패키지의 제조 공정은 연마면의 정교한 연마량 조절이 필수적이므로, 기판 연마면과 연마 패드의 기계적 마찰에 의한 기계적 연마 공정과 함께, 기판의 연마면에 슬러리를 공급하여 슬러리에 의한 화학적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정이 행해진다.
화학 기계적 연마 공정이 행해지는 CMP 장치(9)는, 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 상면에 연마 패드(11)가 입혀진 상태로 자전(10d)하는 연마 정반(10)과, 기판(W)을 하측에 위치시킨 상태에서 소정의 가압력(P)으로 기판(W)을 가압하고 회전(30d)하는 구동력 전달부(30)로부터 회전 구동력을 전달받아 자전하면서 기판(W)을 회전시키는 연마 헤드(20)와, 기판 연마면의 화학적 연마를 위하여 슬러리 공급구(32)로부터 연마 패드(11)에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(30)와, 연마 공정 중에 회전(40d)하는 컨디셔닝 디스크(40a)를 하방 가압하면서 아암(41)을 소정의 각도로 스윕 운동시켜 연마 패드(11)의 상태를 개질하는 컨디셔너(40)를 포함한다.
여기서, 연마 헤드(20)는, 도3에 도시된 바와 같이, 구동력 전달부(30)로부터 회전 구동력을 전달받아 자전하는 본체부(21)와, 본체부(21)로부터 회전 구동력을 전달받아 본체부(21)와 함께 회전하는 베이스(22)와, 연마 공정 중에 연마 헤드(20)의 하측에 위치한 기판이 연마 헤드(20)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지하도록 기판의 둘레를 링 형태로 감싸는 리테이너 링(23)과, 베이스(22)에 고정되는 고정 플랩(24b)과 기판과 밀착하는 바닥판(24a)이 구비된 가요성 재질로 형성된 가압 멤브레인(24)으로 구성된다.
가압 멤브레인(24)의 고정 플랩(24b)이 동심원 형태로 배치되어 그 끝단이 베이스(22)에 고정됨에 따라, 가압 멤브레인(24)의 바닥판(24a)과 베이스(22)의 사이에는 고정 플랩(24b)을 경계로 하는 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3)가 형성된다. 이와 함께, 본체부(21)와 베이스(22)의 사이에도 링 형태의 격벽 멤브레인(99)에 의해 가압 챔버(Cm)가 형성된다. 압력 챔버(C1, C2, C3)와 가압 챔버(Cm)는 압력 조절부(25p)로부터 공급되는 공압의 세기에 따라 정압이나 부압이 인가되고, 이에 따라 가압 멤브레인(24)의 바닥판(24a) 아래의 기판(W)에 영역별로 서로 다른 가압력(P)을 인가한다.
가압 챔버(Cm)는 베이스(22)를 하방으로 밀어내거나 상측으로 잡아당기는 힘을 작용시키므로, 기판(W)의 연마면 전체에 미치는 가압력을 조절한다. 압력 챔버(C1, C2, C3)는 고정 플랩(24b)에 의해 구획된 영역에 대해 기판(W)의 연마면에 미치는 가압력을 조절한다. 즉, 가압 챔버(Cm)와 압력 챔버(C1, C2, C3)의 압력값에 따라 기판의 연마면에 미치는 가압력이 결정된다.
도3에 도시된 바와 같이, 가압 챔버(Cm)는 금속과 같이 단단한 재질의 본체부(21)와 금속과 같이 단단한 재질의 베이스(22)의 사이에 격벽 멤브레인(99)에 의해 그 경계가 정해진다. 가압 챔버(Cm)의 압력이 압력 챔버(C1, C2, C3)에 대해 보다 커질수록 베이스(22)는 기판을 향하는 하측으로의 이동 거리가 더 커진다. 그리고, 본체부(21)에 대한 베이스(22)의 이동 거리는 격벽 멤브레인(99)에 의해 허용된다.
그러나, 도4a에 도시된 바와 같이, 가압 챔버(Cm)의 압력이 낮아 베이스(22)의 본체부(21)에 대한 하측으로의 이동 거리가 작은 경우에는 베이스(22)의 초기 설정 상태 그대로 수평 상태가 유지되지만, 가압 챔버(Cm)의 압력이 보다 높아져 베이스(22)의 본체부(21)에 대한 하측으로의 이동 거리가 점점 커지면 격벽 멤브레인(99)에 의해 베이스(21)의 자세가 기울어지거나 틀어짐에 따라 가압 챔버(Cm)에 의한 가압력이 기판(W)에 전달되는 과정에서 왜곡이 발생된다.
보다 구체적으로는, 종래의 격벽 멤브레인(99)은 베이스(22)의 상하 방향으로의 이동 거리를 수용하는 곡면 형태의 곡면부(99c)와, 곡면부(99c)로부터 내측과 외측으로 각각 연장되어 내측은 베이스(22)에 고정되고 외측은 본체부(21)에 고정된 직선부(99e)로 단면이 이루어져 링 형태로 형성된다.
여기서, 곡면부(99c)는 곡면으로 이루어짐에 따라 베이스(22)의 상하 방향으로의 이동 거리를 수용한다. 그러나, 곡면부(99c)의 두께(tc)는 직선부(99e)의 두께(te)와 동일하게 형성되어, 베이스(22)가 상하 방향으로 이동하면, 곡면부(99c)의 강성에 의해 베이스(22)가 수평 상태를 유지하면서 상하 방향으로 이동하지 못하고, 약간 기울어진 자세가 되면서 상하 방향으로 이동하는 현상이 발생된다.
특히, 직선부(99e)의 끝단부를 고정 부재를 이용하여 각각 본체부(21)와 베이스(22)에 고정하는 조립 공정에서, 격벽 멤브레인(99)의 중심과 베이스(22)의 중심이 서로 일치하지 않는 편심이 발생되면, 가압 챔버(Cm)의 압력 변화에 따라 베이스(22)가 본체부(21)에 대하여 상하 방향으로 이동하는 동안에 기울어진 틸팅 자세가 되는 문제가 더욱더 커진다.
즉, 도4b에 도시된 바와 같이, 가압 챔버(Cm)의 압력이 커져 베이스(22)를 하방 가압하는 가압력(Pm)이 작용하면, 베이스(22)는 하측으로만 이동하지 못하고 'ang'로 표시된 각도만큼 기울어진 상태로 기울어진 방향으로 하향 이동(66)하게 된다. 이에 따라, 가압 챔버(Cm)의 압력에 따른 가압력(Pm)이 다수의 압력 챔버들 (C1, C2, C3)에 균일하게 전달되지 못하게 되고, 이에 따라 기판(W)을 가압하는 가압력에 왜곡이 발생되어 기판 연마면의 연마량이 불균일해지는 원인이 되어 왔다. 또한, 이로 인하여, 가압 챔버(Cm)에 의해 기판(W)을 가압하는 가압력 조절량은 작게 유지될 수 밖에 없었다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명은 연마 공정 중에 기판을 전체적으로 가압하는 가압 챔버의 가압 안정성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 베이스의 상측에 위치한 가압 챔버의 압력 조절에 의해 베이스가 기울어지는 틸팅 변위 없이 상하 방향으로만 이동하도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 베이스 상측의 가압 챔버에 의한 가압력의 조절 범위를 보다 크게 확장시켜 연마 공정에 기판을 가압하는 가압력 제어를 보다 쉬우면서 정교하게 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연마 안정성 및 연마 균일도를 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하방으로 볼록한 단면 형상으로 형성되어 연마 헤드의 베이스의 본체부에 대한 위치 변동을 변형에 의해 수용하는 유동부와, 유동부의 상단부로부터 연장된 고정부를 구비한 단면이 링 형태를 이루고, 유동부의 휨 강성이 상기 내측 고정부 및 상기 외측 고정부에 비하여 더 작게 형성된 연마 헤드용 격벽 멤브레인을 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연마 공정 중에 기판을 전체적으로 가압하도록 본체부와 베이스 사이에 형성된 가압 챔버의 가압 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 가압 챔버의 압력에 의해 연마 헤드의 베이스가 상하 이동하는 변위가 발생되더라도, 베이스의 틸팅 변위가 억제되어, 가압 챔버의 압력이 기판에 정확히 전달되게 하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 연마 헤드의 가압 챔버와 압력 챔버의 압력 제어가 보다 용이해지고, 보다 정교한 가압력으로 기판을 가압하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 기판의 단위 시간당 연마량 제어를 보다 정교하게 하여 연마 품질 및 연마 균일도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도1은 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 정면도
도2는 일반적인 화학 기계적 연마 장치의 구성을 도시한 평면도
도3은 도1의 연마 헤드의 구성을 도시한 단면도,
도4a는 연마 헤드의 베이스가 상하 이동하지 않은 상태에서의 도3의 'A'부분의 확대도,
도4b는 연마 헤드의 베이스가 상하 이동한 상태에서의 도3의 'A'부분의 확대도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 격벽 멤브레인이 구비된 연마 헤드의 반단면도,
도6은 도5의 격벽 멤브레인의 일부절개 사시도,
도7은 도6의 절단선 X-X에 따른 단면도,
도8a는 연마 헤드의 베이스가 상하 이동하지 않은 상태에서의 도5의 'B'부분의 확대도,
도8b는 연마 헤드의 베이스가 상하 이동한 상태에서의 도5의 'B'부분의 확대도,
도9는 도5의 격벽 멤브레인의 작동 원리를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 헤드용 격벽 멤브레인(1) 및 이를 구비한 연마 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.
도5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 격벽 멤브레인(1)이 구비된 연마 헤드(110)는, 캐리어 구동 샤프트(도1의 30)에 결합되어 캐리어 구동 샤프트(30)에 의해 회전 구동되는 본체부(110)와, 본체부(110)에 대하여 회전 방향으로는 간섭되고 상하 방향으로의 이동이 허용되어 본체부(110)와 함께 회전하는 베이스(120)와, 본체부(110)와 베이스(120)를 연결하여 그 사이에 가압 챔버(Cm)를 형성하는 격벽 멤브레인(1)과, 연마 공정 중에 연마 헤드(100)의 하측에 위치하는 기판(W)의 이탈을 방지하도록 기판(W)의 둘레를 감싸는 리테이너 링(130)과, 연마 공정 중에 기판(W)과 밀착하는 바닥판(141)과 다수의 고정 플랩(142)이 형성되어 베이스(120)와의 사이에 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 형성하는 가압 멤브레인(140)과, 연마 헤드의 측면을 감싸는 커버(150, 160)를 포함하여 구성된다.
상기 본체부(110)는 캐리어 구동 샤프트(30)에 결합되어, 캐리어 구동 샤프트(30)의 회전 토크를 전달받아 연마 헤드(100)를 회전시킨다. 이에 따라, 본체부(110)와 연동되어 베이스(120), 리테이너링(130), 멤브레인(140), 커버(150, 160)가 다함께 회전한다.
상기 베이스(120)는 본체부(110)의 회전과 연동되어 본체부(110)와 함께 회전하지만, 본체부(110)에 대하여 상하 방향으로의 이동이 허용되게 설치된다.
예를 들어, 본체부(110)와 베이스(120) 중 어느 하나에 상하 방향으로 연장된 연결핀(미도시)이 구비되어, 본체부(110)와 베이스(120) 중 다른 하나의 홈에 연결핀의 일부가 삽입 설치된다. 이를 통해, 베이스(120)는 본체부(110)에 대하여 연결핀을 따라 상하 방향으로 이동이 허용되면서, 본체부(110)의 회전 구동력이 연결핀을 통해 베이스(120)에 전달되어 함께 회전하는 것이 가능해진다. 한편, 연결핀 이외에 신축 가능한 재질의 연결 부재로 본체부(110)와 베이스(120)를 연결하는 등 다양한 형태로 본체부(110)로부터 베이스(120)로 회전 구동력이 전달되게 구성될 수 있다.
가압 멤브레인(140)은 기판(W)과 유사한 형상으로 형성되어 기판(W)과 밀착하는 바닥판(141)과, 링 형태를 이루며 바닥판(141)으로부터 상방으로 연장된 다수의 고정 플랩(142)으로 이루어진다. 고정 플랩(142)은 베이스(120) 등에 결합되어, 바닥판(141)과 베이스(120)의 사이에 서로 격리된 다수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)가 형성된다. 그리고, 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 압력값은 압력 조절부(25p)에 의해 독립적으로 제어된다.
여기서, 고정 플랩(142)은 다양한 형상으로 다양하게 배치될 수 있다. 대체로, 연마 공정이 이루어지는 기판(W)이 원형이므로, 바닥판(141)도 원형으로 형성되고, 고정 플랩(142)은 동심원 형태를 이루는 다수의 링 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
대체로 가압 멤브레인(140)은 가요성 재질로 형성되지만, 최외측 고정 플랩은 높은 강성이 필요한 경우에는 비가요성 재질이 결합되게 구성될 수도 있다.
상기 리테이너 링(130)은, 연마 공정 중에 기판(W)은 가압 멤브레인(140)의 바닥판(141)에 밀착된 상태로 가압되는 기판(W)의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성되어, 기판(W)이 연마 헤드(100)의 바깥으로 이탈하는 것을 방지한다. 리테이너 링(130)의 저면은 연마 공정 중에 연마 패드(11) 상에 밀착된 상태로 유지된다.
이를 위하여 도5에 도시된 리테이너 챔버(Cr)가 구비될 수 있다. 즉, 리테이너 챔버(Cr)의 압력이 압력 조절부(25p)에 의해 부압과 정압으로 조절됨에 따라, 리테이너 챔버(Cr) 하측의 리테이너링 고정부(132) 및 리테이너링(130)을 상하 방향(130d)으로 이동 가능해진다. 이에 따라, 연마 공정 중에는 리테이너 챔버(Cr)의 압력이 정압으로 유지되어 리테이너 링(130)의 저면이 연마 패드(11)에 소정의 가압력으로 밀착된다.
다만, 본 발명은 연마 헤드에 리테이너 챔버(Cr)가 구비되는 구성으로 한정되지 아니하며, 리테이너링(130)의 마모량이 증가할때마다 연마 헤드(100)의 높이를 마모량만큼 하방 이동한 상태에서 연마 공정을 진행하는 형태로도 구성될 수 있다.
상기 커버(150, 160)는 연마 헤드(100)의 내부에 측방향에서 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위하여 설치된다. 도면에 예시된 실시예에서는, 내측 커버(150)와 외측 커버(160)로 2겹으로 형성되지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 1겹 또는 3겹 이상으로 형성될 수 있다.
한편, 도5에 도시된 바와 같이, 본체부(110)와 베이스(120)의 링 형태의 빈 공간은 가요성 재질의 격벽 멤브레인(1)에 의해 메워지며, 이에 따라 본체부(110)와 베이스(120)의 사이에는 가압 챔버(Cm)가 구비된다.
상기 격벽 멤브레인(1)은, 도6 및 도7에 도시된 바와 같이, 하방으로 볼록한 단면 형상으로 형성되어 베이스(120)의 본체부(110)에 대한 위치 변동을 변형에 의해 수용하는 유동부(U)와, 유동부(U)의 내측 상단부로부터 반경 내측으로 연장되고 끝단부에 내측 고정돌기(Xi)가 형성된 내측 고정부(Ei)와, 유동부(U)의 상단부로부터 반경 외측으로 연장되고 끝단부에 외측 고정돌기(Xo)가 형성된 외측 고정부(Eo)를 포함하는 단면이 링 형태를 이루고 고무 계열이나 우레탄 계열의 가요성 재질로 형성된다.
그리고, 격벽 멤브레인(1)의 내측 고정돌기(Xi)는 연마 헤드(100)의 베이스(120)에 고정되고, 격벽 멤브레인(1)의 외측 고정돌기(Xo)는 연마 헤드(100)의 본체부(110)에 고정된다. 이를 통해, 본체부(110)와 베이스(120)의 사이에는 가압 챔버(Cm)가 형성된다.
가압 챔버(Cm)의 압력값은 압력 조절부(25p)에 의해 조절되며, 가압챔버(Cm)는 하측의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)를 가압하면서 기판을 가압하므로, 기판의 평균 가압력을 높이거나 낮추는 역할을 한다. 또한, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4, C5)의 압력으로 기판의 가압력을 조절하는 과정에서, 베이스(120)가 상측으로 들리는 것을 억제하여 기판의 가압력을 보다 안정적으로 도입하는 역할을 한다.
여기서, 유동부(U)는 곡면을 포함하여 형성되어 베이스(120)의 본체부(110)에 대한 상하 이동 변위를 수용한다.
무엇보다도, 격벽 멤브레인(1)의 유동부(U)의 휨 강성(Ku)이 내측 고정부(Ei) 및 외측 고정부(Eo)의 휨 강성(KEi, KEo)에 비하여 더 작게 형성된다. 예를 들어, 도6에 도시된 바와 같이, 내측 고정부(Ei)와 외측 고정부(Eo)는 그 두께(te)가 유동부(U)의 두께(tu1, tu2)의 평균값에 비하여 더 두껍게 형성될 수 있다.
이와 같이, 직렬로 연결된 외측 고정부(Eo)와 유동부(U)와 내측 고정부(Ei)의 단면 형상에서, 유동부(U)의 휨 강성(Ku)이 내측 고정부(Ei) 및 위측 고정부(Eo)의 휨 강성(KEi, KEo)에 비해 더 작게 형성되면, 도9에 도시된 바에 따라, 격벽 멤브레인(1)에 외력(F)이 작용함에 따른 휨 변위는 가장 휨 강성이 낮은 유동부(U)에서 대부분 작용하게 된다.
따라서, 가압 챔버(Cm)의 압력값에 따라 베이스(120)의 본체부(110)에 대한 상하 이동 변위가 발생되면, 본체부(110)와 베이스(120)를 밀봉 연결하는 격벽 멤브레인(1)은 유동부(U)에서 대부분의 변위와 상하 이동에 따른 힘을 수용하게 된다.
이에 따라, 베이스(120)가 상하 방향으로 이동하면, 베이스(120)의 상하 방향으로의 이동에 따른 힘과 변위가 모두 휨 강성이 낮은 유동부(120)에 의해 대부분 수용되므로, 베이스(120)가 상하 방향으로 이동하는 동안에 베이스(120)를 횡방향으로 밀어내거나 잡아당기는 힘이 거의 발생되지 않는다. 따라서, 가압 챔버(Cm)의 압력값에 따라 베이스(120)가 상하 방향으로 이동하는 변위가 발생되더라도, 베이스(120)는 항상 수평 자세를 유지하면서 틸팅 변위없이 상하 방향으로 신뢰성있게 상하 방향으로의 이동을 하게 된다.
이는, 연마 헤드(100)의 조립 시에 격벽 멤브레인(1)의 중심이 다소 치우쳐 조립되는 경우에도 마찬가지로 적용된다. 즉, 격벽 멤브레인(1)의 중심과 베이스(120)의 중심이 서로 일치하지 않는 편심이 조립 공정에서 발생되더라도, 가압 챔버(Cm)의 압력 변화에 따라 베이스(120)가 본체부(110)에 대하여 상하 방향으로 이동하는 동안에도, 휨 강성이 낮은 유동부(U)에서 비틀어진 변위를 수용하고 베이스(120)에 비틀림 변위에 따른 힘의 전달을 최소화하므로, 베이스(120)는 수평 상태를 유지하면서 본체부(110)에 대하여 상하 방향으로 이동하는 것이 가능해진다.
상기와 같은 효과를 보다 확실하게 구현하기 위하여, 내측 고정부(Ei)와 외측 고정부(Eo)는 그 길이(Le)가 짧게 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 내측 고정부(Ei)와 외측 고정부(Eo)의 길이(Le)는 유동부(U)의 높이(Lu)에 비하여 더 작게 형성된다. 이에 따라, 내측 고정부(Ei) 및 외측 고정부(Eo)의 끝단에 형성된 위치 고정돌기(Xi, Xe)가 결합 부재(112, 122)에 의해 고정된 상태에서 드러나는 길이가 더욱 짧아지게 되어, 내측 고정부(Ei)와 외측 고정부(Eo)의 휨 강성(KEi, KEo)은 유동부(U)의 휨 강성(Ku)에 비하여 더욱 더 커지게 된다.
그리고, 상기 유동부(U)는 직선 형태로 하방 연장된 직선 부분(A1)과, 직선 부분(A1)의 하단을 연결하는 곡선 부분(A2)을 포함하는 'U'자 형태로 형성된다. 여기서, 직선 부분(A1)의 두께(tu2)와 곡선 부분(A2)의 두께(tu1)는 동일하게 형성될 수도 있지만, 곡선 부분(A2)의 두께(tu1)가 직선 부분(A1)의 두께(tu2)에 비하여 더 작게 형성되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 가압 챔버(Cm)의 압력값에 따라 베이스(120)가 본체부(110)에 대하여 상하 방향으로 이동하면, 이동 변위에 따른 격벽 멤브레인(1)의 휨 변위가 곡선 부분(A2)에 집중되어 도8b에 도시된 바와 같이 곡선 부분(A2)이 보다 만곡 변형되면서 베이스(120)의 상하 이동 변위를 자체 수용하게 된다.
특히, 유동부(U)와 내측 고정부(Ei) 및 외측 고정부(Eo)가 연결되는 부분에는 내향 돌출부(Rx)가 형성되어, 유동부(U)의 상단부의 단면 두께가 더 커지도록 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 내향 돌출부(Rx)는 곡면 형상의 윤곽으로 형성되어, 응력이 일부에 집중되는 것을 최소화한다. 그리고, 내향 돌출부(Rx)의 형성 높이(Lr)는 내측 고정부(Ei)와 외측 고정부(Eo)의 두께(te)에 비하여 더 크게 형성되어 유동부(U)의 직선 부분(A1)의 상부를 덮도록 정해진다.
이를 통해, 도8a 및 도8b의 'xx'로 표시된 구간은 휨 강성이 다른 영역에 비하여 훨씬 더 커지게 되어, 베이스(120)가 본체부(110)에 대하여 상하 이동하더라도, 휨 변형없이 제 형상을 그대로 유지하는 반면에, 도면부호 77i, 77o로 표시된 휨 변형에 의해 내향 돌출부(Rx)의 하측의 유동부(U)에서 베이스(120)의 상하 이동에 따른 휨 변형을 수용한다. 또한, 내향 돌출부(Rx) 하측의 유동부(U)에서 베이스(120)의 상하 이동에 따른 휨 변형이 수용되면서 비틀림 변형이 생기더라도, 유동부(U)가 휨 강성이 낮고 동시에 고무 계열이나 우레탄 계열의 점탄성 재질로 형성됨에 따라 베이스(120)의 수평 자세를 틸팅시키는 힘을 베이스(120)에 거의 작용하지 않게 된다.
이에 따라, 도8b에 도시된 바와 같이, 가압 챔버(Cm)의 압력값이 커져서 베이스(120)가 하측으로 눌리는 가압력(Pm)이 작용하면, 격벽 멤브레인(1)이 베이스(120)에 대해 중심이 다소 편차가 있더라도, 격벽 멤브레인(1)의 유동부에서 비틀림 변형을 모두 수용하고 동시에 그 변형에 따른 힘이 베이스(120)에 전달되지 않게 됨에 따라, 베이스(120)는 수평 상태를 유지하면서 하측으로만 이동(77)하므로, 가압 챔버(Cm)에서의 가압력이 기판(W)을 가압하는 가압력으로 왜곡없이 전달되는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이에 따라, 종래에 가압 챔버(Cm)의 압력을 크게 도입하면 베이스(120)의 틸팅 변위로 인한 가압력의 왜곡 현상이 발생되었던 현상을 해소할 수 있다. 따라서, 종래에 비하여 가압 챔버(Cm)의 압력을 보다 더 크게 도입할 수 있으며, 그 하측에 배치된 다수의 압력 챔버(C1, C2,..., C5)에 도입하는 가압력의 크기를 더 작게 조절할 수 있다.
이와 같이, 가압 챔버(Cm)의 압력값을 크게 도입함에 따라 압력 챔버(C1, ..., C5)의 압력값을 더 작은 범위로 제어하면, 압력 챔버(C1, ..., C5)에서의 가압력의 조절 범위를 미세하게 조절하는 것이 보다 수월하고 정교해진다. 따라서, 연마 공정 중에 기판(W)에 작용하는 가압력의 크기를 보다 쉽고 정교하면서 정확히 도입하는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이를 통해, 기판의 단위 시간당 연마량 제어를 보다 정교하게 하여 연마 품질 및 연마 균일도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 가능한 것이고, 이와 같이 변경된 구성은 본 발명의 범주에 속하는 것이다.
1: 격벽 멤브레인 U: 유동부
Ei: 내측 연장부 Eo: 외측 연장부
A1: 직선 영역 A2: 곡선 영역
100: 연마 헤드 110: 본체부
120: 베이스 130: 리테이너 링
140: 가압 멤브레인 150: 내측 커버
160: 외측 커버 W: 기판

Claims (9)

  1. 연마 공정 중에 자전하는 본체부와, 상기 본체부와 함께 회전하되 상기 본체부와의 사이에 가압 챔버를 형성하는 베이스를 포함하는 연마 장치의 연마 헤드용 격벽 멤브레인으로서,
    직선 형태로 하방 연장된 직선 부분과, 상기 직선 부분의 하단을 연결하는 곡선 부분을 포함하는 'U'자 형태로 하방으로 볼록한 단면 형상으로 형성되어 상기 베이스의 상기 본체부에 대한 위치 변동을 변형에 의해 수용하는 유동부와;
    상기 유동부의 내측 상단부로부터 반경 내측으로 연장되고 끝단부에 내측 고정돌기가 형성된 내측 고정부와;
    상기 유동부의 상단부로부터 반경 외측으로 연장되고 끝단부에 외측 고정돌기가 형성된 외측 고정부를;
    포함하는 단면이 링 형태를 이루고 가요성 재질로 형성되되, 상기 곡선 부분의 두께는 상기 직선 부분의 두께에 비하여 더 작게 형성되어, 상기 유동부의 휨 강성이 상기 내측 고정부 및 상기 외측 고정부에 비하여 더 작은 것을 특징으로 하는 연마 헤드용 격벽 멤브레인.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 내측 고정부와 상기 외측 고정부는 상기 유동부에 비하여 더 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 연마 헤드용 격벽 멤브레인.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 내측 고정부와 상기 외측 고정부 중 어느 하나 이상은 상기 유동부의 높이에 비하여 그 길이가 더 작게 형성된 것을 특징으로 하는 연마 헤드용 격벽 멤브레인.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 내측 고정돌기는 상기 연마 헤드의 상기 베이스에 고정되고, 상기 외측 고정돌기는 상기 연마 헤드의 상기 본체부에 고정된 것을 특징으로 하는 연마 헤드용 격벽 멤브레인.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 유동부는 직선 형태로 하방 연장된 직선 부분과, 상기 직선 부분의 하단을 연결하는 곡선 부분을 포함하는 'U'자 형태인 것을 특징으로 하는 연마 헤드용 격벽 멤브레인.
  6. 삭제
  7. 제 1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격벽 멤브레인은 우레탄 계열과 고무 계열 중 어느 하나의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 연마 헤드용 격벽 멤브레인.
  8. 연마 공정 중에 자전하는 본체부와, 상기 본체부와 함께 회전하되 상기 본체부와의 사이에 가압 챔버를 형성하는 베이스를 포함하는 연마 장치의 연마 헤드용 격벽 멤브레인으로서,
    하방으로 볼록한 단면 형상으로 형성되어 상기 베이스의 상기 본체부에 대한 위치 변동을 변형에 의해 수용하는 유동부와;
    상기 유동부의 내측 상단부로부터 반경 내측으로 연장되고 끝단부에 내측 고정돌기가 형성된 내측 고정부와;
    상기 유동부의 상단부로부터 반경 외측으로 연장되고 끝단부에 외측 고정돌기가 형성된 외측 고정부를;
    포함하는 단면이 링 형태를 이루고 가요성 재질로 형성되되, 상기 유동부의 휨 강성이 상기 내측 고정부 및 상기 외측 고정부에 비하여 더 작게 형성되고, 상기 유동부와 상기 내측 고정부가 연결되는 부분에는 내향 돌출부가 형성되어 상기 유동부의 단면 두께가 더 커지는 것을 특징으로 하는 연마 헤드용 격벽 멤브레인.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 내향 돌출부는 곡면 형상의 윤곽으로 형성된 것을 특징으로 하는 연마 헤드용 격벽 멤브레인.

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