KR100392688B1 - 피연마 기판의 유지장치 - Google Patents

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미키오 니시오
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 반도체 기판이나 액정 기판 등으로 이루어진 기판의 표면을 평탄화 처리하기 위한 화학기계연마(CMP)에 이용되는 피연마 기판의 유지장치로서, 가압유체의 가압력에 의하여 피연마 기판을 연마패드에 눌러 연마할 때, 피연마 기판이 상기 피연마 기판을 유지하는 기판유지 헤드의 외부로 튀어 나가지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.
피연마 기판의 유지장치(10)는 회전하는 회전축(11)과 원반형상의 기판유지 헤드(12), 기판유지 헤드(12)의 하면에 고정된 고리형상 밀봉부재(13), 기판유지 헤드(12)의 하면에서의 고리형상 밀봉부재(13)의 외측에 고정된 고리형상의 가이드 부재(14) 및 기판유지 헤드(12)의 내부를 상하로 관통하는 유체 유통로(15)를 구비한다. 유체 유통로(15)는 상단측으로부터 도입되는 가압공기를 하단의 개구부(15 a)로부터 공간부(16)로 유출시킨다. 고리형상 밀봉부재(13)는 예를 들면, 부직포와 같이 내부에 연속하는 다수의 통기 구멍을 갖는 통기체로 형성된다.

Description

피연마 기판의 유지장치
본 발명은 반도체 기판이나 액정 기판 등으로 된 기판의 표면을 평탄화 처리하기 위한 화학기계연마(CMP)에 이용되는 피연마 기판의 유지장치로서, 상세하게는 피연마 기판을 유지하는 동시에 유지한 피연마 기판을 연마패드에 내리누르는 피연마 기판의 유지장치에 관한 것이다.
1990년 이후, 반도체 기판이나 액정기판에 대한 화학기계 연마기술에 있어서는, 기판의 지름이 1Ocm 이상으로 대형화하고, 연마가 낱장 처리화되는 경향이 있다. 특히, 반도체 기판을 연마하는 경우에는 반도체 기판에 형성되는 라인 앤드 스페이스의 디자인룰이 0.5㎛ 이하로 대단히 미세화되기 때문에 반도체 기판의 전면에 걸쳐 균일한 연마가 요구되어 왔다.
이하, 도면을 참조하여 종래의 피연마 기판의 유지장치가 이용된 연마장치에 대하여 설명하기로 한다.
도 6은 종래의 기판 연마장치의 개략 구성을 나타낸 것으로서, 도 6에 있어서, 101은 정반(定盤: surface plate)이고, 상기 정반(101)은 평탄한 표면을 갖는 강체로 된 패드 재치부(101a)와 상기 패드 재치부(10la)의 하면으로부터 수직 아래쪽으로 연장되는 회전축(101b)과 상기 회전축(101b)을 회전시키는 도시하지 않은 회전수단을 갖는다. 정반(101)의 패드 재치부(10la) 표면에는 탄성을 갖는 연마패드(102)가 접착된다. 연마패드(102)의 상방에는 피연마 기판(103)을 유지하면서 회전하는 기판유지 헤드(104)가 설치되고, 피연마 기판(103)은 기판유지 헤드(104)에 의해 회전되면서 연마패드(102)에 압접된다. 또, 105는 연마제로서, 상기 연마제(105)는 연마제 공급관(106)으로부터 소정량씩 연마패드(102) 상에 적하된다(방울져 떨어진다).
이상과 같이 구성된 연마장치에 있어서는, 정반(101)을 회전하여 연마패드(102)를 회전시키는 동시에 연마패드(102)의 위에 연마제(105)를 공급하면서, 기판유지 헤드(104)에 유지된 피연마 기판(103)을 연마패드(102)로 누르면 피연마 기판(103)의 피연마면은 압력 및 상대 속도를 받아 연마된다.
이 때, 피연마 기판(103)의 피연마면에 요철부가 있다면, 볼록부에서는 연마패드(102)와의 접촉 압력이 크기 때문에 연마가 촉진되는 한편, 오목부에서는 연마패드(102)와의 접촉 압력이 작기 때문에 연마가 억제된다. 이로써, 피연마 기판(103)의 피연마면의 요철이 완화되어 피연마 기판(103)의 피연마면이 평탄하게 되는 것이다. 이 연마 기술은, 예를 들면 「월간 Semiconductor World 1994년 1월호」58∼59페이지나, 「Solid State Techno1ogy」July. 1992/일본어판 32∼37페이지등에 소개되어 있다.
그런데, 상기 종래의 연마장치에 있어서는, 기판유지 헤드(101)에 유지된 피연마 기판(103)을 연마패드(102)에 균일한 가압력으로 누르지만, 정반(101)의 패드 재치부(10la)의 표면이 만곡되거나, 연마패드(102)가 탄성 변형되거나, 또는 피연마 기판(103)의 두께에 편차가 있으면 피연마 기판(103)과 연마패드(102)의 접촉력이 피연마 기판(103)의 면 내에서 균일하게 되지 않으므로 피연마 기판(103)에 대한 연마량이 불균일하게 된다는 문제점을 갖고 있었다.
그래서, 도 7에 도시된 바와 같이, 일단으로부터 유입된 가압유체를 타단의 유출구로부터 유출시키는 유체 공급로(111a)를 갖는 기판유지 헤드(111)와, 상기 기판유지 헤드(111) 하면의 둘레부에 고정된 탄성재로 된 고리형상 밀봉부재(112)와, 기판유지 헤드(111)의 하면에서의 고리형상 밀봉부재(l12)의 외측에 고정된 가이드 부재(113)를 구비한 피연마 기판의 유지장치를 고려하였다. 상기 피연마 기판의 유지장치는 유체 공급로(111a)의 일단으로부터 도입한 가압 공기를 유출구로부터 공간부(l14)에 공급하고, 상기 공간부(114)에 공급된 가압 공기의 가압력에 의하여 피연마 기판(103)을 이면으로부터 연마패드(102)로 누름으로써 피연마 기판(103)을 연마패드(102)에 대하여 피연마 기판(103)의 면 내에서 균일한 가압력으로 누를 수 있다.
그런데, 상기의 피연마 기판의 유지장치에 있어서는, 공간부(114)에 공급되는 가압공기는 기판유지 헤드(111), 고리형상 밀봉부재(112) 및 피연마 기판(103)에 의해 형성되는 공간부(114)로부터 고리형상 밀봉부재(112)와 피연마 기판(103)의 사이를 통하여 외부로 유출되지만, 가압공기가 유출할 때 다음과 같은 새로운 문제가 발생하였다.
첫째로, 피연마 기판(103)에 대하여 균일한 가압을 행할 수 없으므로, 피연마 기판(103)의 피연마면이 면 내에서 균일하게 연마되지 않는다는 문제가 생긴다. 즉, 공간부(l14)에 공급되는 가압공기는 고리형상 밀봉부재(112)와 피연마 기판(103) 사이에서 둘레 방향으로 균등하게 유출되는 것은 아니고, 도 8에 도시된 바와 같이, 고리형상 밀봉부재(112)와 피연마 기판(103) 사이의 일부의 유출부(l15)를 통하여 유출된다. 또, 도 8에서는 피연마 기판(103)은 도면의 사정상 실제보다도 두껍게 도시한다. 따라서, 공간부(l14)에서의 가압 공기가 유출하는 일부의 유출부 (l15) 근방의 영역에서는 가압공기의 압력이 대기압에 가까워지기 때문에(가압공기의 압력이 저하됨), 공간부(114)에서의 가압공기가 유출되지 않는 영역에 비하여 피연마 기판(103)을 누르는 가압력이 저하되므로 피연마 기판(103)을 균일한 가압력으로 누를 수 없게 된다.
둘째로, 연마 중에 피연마 기판(103)이 기판유지 헤드(111)로부터 외부로 튀어 나오는 문제가 생긴다. 즉, 기판유지 헤드(111)가 회전하는 동시에 가압공기가 고리형상 밀봉부재(112)와 피연마 기판(103) 사이의 일부의 유출부(l15)로부터 유출되기 때문에 기판유지 헤드(111)가 상하 방향으로 진동한다. 또, 피연마 기판(103)은 연마패드(102)로부터 마찰력을 받기 때문에 피연마 기판(103)은 기판유지 헤드(111)와 같은 속도로 회전하지 않는다. 이들 2가지의 현상에 의해 피연마 기판(103)은 기판유지 헤드(111)로부터 외부로 튀어 나오는 것이다.
상기 문제점을 감안하여 본 발명은 기판유지 헤드, 고리형상 밀봉부재 및 연마패드 상에 재치되는 피연마 기판에 의하여 형성되는 공간부에 가압유체를 공급하고, 상기 가압유체의 가압력에 의하여 피연마 기판을 연마패드에 눌러 연마할 때, 피연마 기판을 연마패드에 균일한 가압력으로 누를 수 있도록 하는 동시에, 연마 중에 피연마 기판이 기판유지 헤드의 외부로 튀어 나오지 않도록 하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 의한 피연마 기판의 유지장치가 이용된 기판의 연마장치의 개략 단면도.
도 2의 (a), (b)는 상기 기판의 연마장치를 이용하여 행하는 기판의 연마방법의 각 공정을 도시한 부분 단면도.
도 3은 상기 기판의 연마장치를 이용하여 행하는 기판의 연마방법의 연마공정을 도시한 부분 단면도.
도 4의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 피연마 기판의 유지장치에 있어서의 제 1의 고리형상 밀봉부재의 부분 단면도.
도 4의 (b)는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 피연마 기판의 유지장치에 있어서의 제 2의 고리형상 밀봉부재의 부분 단면도.
도 4의 (c)는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 피연마 기판의 유지장치에 있어서의 제 3의 고리형상 밀봉부재의 부분 단면도.
도 5의 (a)는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 피연마 기판의 유지장치에 있어서의 제 1의 고리형상 밀봉부재의 하면의 평면도.
도 5의 (b)는 (a)에 있어서의 X-X선 단면도.
도 6은 종래의 기판의 연마장치의 개략 단면도.
도 7은 본 발명의 전제로 되는 피연마 기판의 유지장치의 개략 단면도.
도 8은 본 발명의 전제로 되는 피연마 기판의 유지장치의 문제점을 설명하는 부분 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 정반 2 : 연마패드
3 : 기판 10 : 피연마 기판의 유지장치
11 : 회전축 12 : 기판유지 헤드
13 : 고리형상 밀봉부재 13a, 13c : 통기체
13b : 연마제 불투과층 13d : 유지체
14 : 가이드 부재 15 : 유체 유통로(유체 공급로)
15a : 개구부(유출구) 16 공간부
상기의 목적 달성을 위해 본 발명은 고리형상 밀봉부재의 내부 또는 연마패드측의 표면에 다수의 통기 구멍을 형성하고, 공간부의 가압공기를 다수의 통기 구멍으로부터 외부로 둘레방향으로 분산하여 소량씩 유출시키는 것이다.
본 발명에 의한 제 1 피연마 기판의 유지장치는 피연마 기판을 유지하는 동시에 유지한 피연마 기판을 연마패드에 누르는 피연마 기판의 유지장치를 대상으로 하고, 연마패드에 대하여 진퇴 가능하게 설치되고, 피연마 기판을 유지하는 기판 유지수단과 일단으로부터 유입한 가압유체를 타단의 유출구로 유출시키는 유체 공급로를 갖는 기판유지 헤드와, 기판유지 헤드에 있어서의 유체 공급로의 유출구를 둘러싸는 부위에 설치되고, 기판유지 헤드 및 연마패드 상에 위치되는 피연마 기판과 함께 공간부를 형성하는 밀봉부재를 구비하고, 밀봉부재는 상기 밀봉부재의 내부 또는 상기 밀봉부재에 있어서의 피연마 기판과의 대향면에 내외방향으로 연속하도록 형성되고, 유체 공급로의 유출구로부터 공간부로 공급되는 가압유체를 공간부의 외측으로 유출시키는 다수의 통기 구멍을 갖는다.
제 1의 피연마 기판의 유지장치에 의하면, 밀봉부재는 상기 밀봉부재의 내부 또는 상기 밀봉부재의 피연마 기판과의 대향면에 내외방향으로 연속하고, 공간부에 공급되는 가압유체를 외측으로 유출시키는 다수의 통기 구멍을 갖기 때문에 공간부에 공급되는 가압유체는 다수의 통기 구멍을 통하여 고리형상 밀봉부재의 주위로부터 분산하여 소량씩 외부로 유출한다.
제 1의 피연마 기판의 유지장치에 있어서, 밀봉부재는 부직포, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무로 된 통기체를 갖는 것이 바람직하다.
제 1의 피연마 기판의 유지장치에 있어서, 밀봉부재는 부직포, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무로 된 통기체와, 상기 통기체에 있어서의 피연마 기판과의 대향면에 설치되어 연마패드 상에 공급되는 연마제의 통기체로의 함침을 방지하는 연마제불투과층을 갖는 것이 바람직하다.
제 1의 피연마 기판의 유지장치에 있어서, 밀봉부재는 상기 밀봉부재의 내부 또는 상기 밀봉부재에 있어서의 피연마 기판과의 대향면에 다수의 통기 구멍을 갖는 시트형상의 통기체와, 상기 통기체와 일체로 설치되어 상기 통기체를 유지하는 유지체를 갖는 것이 바람직하다.
밀봉부재가 시트형상의 통기체와 유지체를 갖는 경우, 시트형상의 통기체는 부직포, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무로 되는 것이 바람직하다.
밀봉부재가 시트형상의 통기체와 유지체를 갖는 경우, 유지체는 탄성체로 되는 것이 바람직하다. 이 경우, 탄성체는 폴리우레탄, 고무 또는 저탄성재료로 되는 것이 바람직하다.
밀봉부재가 시트형상의 통기체와 상기 통기체를 유지하는 유지체를 갖는 경우, 유지체는 강체로 되는 것이 바람직하다.
본 발명에 의한 제 2의 피연마 기판의 유지장치는, 피연마 기판을 유지하는 동시에 유지한 피연마 기판을 연마패드에 누르는 피연마 기판의 유지장치를 대상으로 하고, 연마패드에 대하여 진퇴 가능하게 설치되고, 피연마 기판을 유지하는 기판 유지수단과 일단으로부터 유입된 가압유체를 타단의 유출구로 유출시키는 유체 공급로를 갖는 기판유지 헤드와, 기판유지 헤드에 있어서의 유체 공급로의 유출구를 둘러싸는 부위에 설치되고, 기판유지 헤드 및 연마패드 상에 위치되는 피연마 기판과 함께 공간부를 형성하는 밀봉부재를 포함하며, 기판유지 헤드는 상기 기판유지 헤드의 내부에 내외방향으로 연속하도록 형성되고, 유체 공급로의 유출구로부터 공간부로 공급되는 가압유체를 공간부의 외측으로 유출시키는 통기 구멍을 갖는다.
제 2의 피연마 기판의 유지장치에 의하면, 기판유지 헤드는 그 내부에 내외방향으로 연속되고, 공간부에 공급되는 가압유체를 외측으로 유출시키는 통기 구멍을 갖기 때문에, 공간부에 공급되는 가압유체를 통기 구멍을 통하여 기판유지 헤드의 주위로부터 분산하여 소량씩 외부로 유출시킬 수 있다.
제 2의 피연마 기판의 유지장치에 있어서, 기판유지 헤드의 적어도 일부는 부직포, 다공질 유리 또는 다공질석으로 형성되는 것이 바람직하다.
상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해질 것이다.
( 실 시 예 )
이하, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 의한 피연마 기판의 유지장치가 이용된 기판의 연마장치에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 상기 기판의 연마장치의 개략 단면구조를 나타내고, 도 1에 있어서 1은 평탄한 표면을 갖는 강체로 된 회전가능한 정반으로서, 상기 정반(1)의 상면에는 탄성을 갖는 연마패드(2)가 점착되고, 연마패드(2)의 위쪽에는 피연마 기판(3)을 유지하는 피연마 기판의 유지장치(10)가 배치된다.
피연마 기판의 유지장치(10)는 도시하지 않은 회전 구동수단에 의해 회전하는 회전축(11)과, 회전축(11)의 하단에 일체로 설치된 원반형상의 기판유지 헤드(12)와, 기판유지 헤드(12) 하면의 둘레 가장자리부에 고정된 고리형상 밀봉부재(13)와, 기판유지 헤드(12)의 하면에서의 고리형상 밀봉부재(13)의 외측에 고정된 고리형상 가이드 부재(14)와, 기판유지 헤드(12)의 내부를 상하로 관통하도록 설치된 유체 유통로(15)를 구비한다. 유체 유통로(15)는 일단(도 1에 있어서의 상측)을 통해 유입되는 가압유체, 예를 들면 가압공기를 타단(도 1에 있어서의 하측)의 개구부(15a)로 유출시키는 동시에, 기판유지 헤드(12)의 아래쪽 공기를 개구부(15a)로부터 흡인하여 상기 일단으로 유출시킬 수 있다.
( 제 1 실시예 )
제 1 실시예의 특징으로서, 고리형상 밀봉부재(13)는 상기 고리형상 밀봉부재(13)의 내부 또는 상기 고리형상 밀봉부재(13)에 있어서의 피연마 기판(3)과의 대향면에 내외방향으로 연속하도록 형성된 다수의 통기 구멍을 갖는다. 이하, 고리형상 밀봉부재(13)의 구조에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4의 (a)는 고리형상 밀봉부재(13)의 제 1의 구체예를 나타낸 것으로, 제 1의 고리형상 밀봉부재(13)는 부직포로 된 통기체로 구성된다.
도 4의 (b)는 고리형상 밀봉부재(13)의 제 2의 구체예를 나타낸 것으로, 제 2의 고리형상 밀봉부재(13)는 부직포로 된 통기체(13a)와, 상기 통기체(13)의 적어도 하면(피연마 기판(3)과 대향하는 면)에 설치된 연마제 불투과층(13b)으로 구성된다. 연마제 불투과층(13b)은 부직포로 된 통기체(13a)의 적어도 하면을 열처리함으로써 형성하여도 되고, 통기체(13a)의 적어도 하면에 연마제 불투과성의 필름을 점착하여도 된다.
도 4의 (c)는 고리형상 밀봉부재(13)의 제 3의 구체예를 나타낸 것으로, 제 3 고리형상 밀봉부재(13)는 발포 폴리우레탄 또는 발포 고무와 같이 연속하는 다수의 통기 구멍을 갖는 통기체로 된다. 이 경우, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무로서는, 연속 거품형의 구조를 갖는 것이 바람직하지만, 독립 거품형의 구조를 가져도 통기 구멍이 실질적으로 연속하는 것 같은 구조이면 된다.
도 5의 (a), (b)는 고리형상 밀봉부재(13)의 제 4의 구체예를 나타낸 것으로, 제 4의 고리형상 밀봉부재(13)는, 예를 들면 경질 플라스틱 등의 수지로 되어 피연마 기판(3)과 대향하는 하면에 다수의 통기 구멍(머리카락 형상의 홈)을 갖는다. 이들 다수의 통기 구멍은, 예를 들면 링 형상의 경질 플라스틱에 있어서의 피연마 기판(3)과 대향하는 하면을 눈이 거친 숫돌로 연마함으로써 형성할 수 있다. 또, 도 5의 (a)는 제 4의 고리형상 밀봉부재(13)의 하면 구조를 나타내고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)에 있어서의 X-X선의 단면구조를 나타낸다.
도 5의 (c)는 고리형상 밀봉부재(13)의 제 5의 구체예를 나타내고, 도 5의 고리형상 밀봉부재(13)는 시트형상의 통기체(13c)와, 상기 통기체(13c)와 일체로 형성되어 상기 통기체(13c)를 유지하는 유지체(13d)로 구성된다. 통기체(13c)의 재질로서는, 부직포, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무 등을 이용할 수 있는 동시에, 유지체(13d)의 재질로서는 폴리우레탄, 고무 혹은 저탄성 재료 등의 탄성체 또는 경질 플라스틱 혹은 금속 등의 강체를 이용할 수 있다.
이하, 제 1 실시예에 의한 피연마 기판의 유지장치를 이용하여 행하는 기판의 연마방법에 대하여 도 1, 도 2의 (a), (b) 및 도 3을 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 피연마 기판(3)을 유지하는 공정에 대하여 설명하기로 한다.
피연마 기판(3) 또는 피연마 기판의 유지장치(10)를 수평방향으로 이동하여, 피연마 기판(3)을 기판유지 헤드(12)의 아래쪽으로 위치시킨 후, 기판유지 헤드(12)를 강하시켜 기판유지 헤드(12)와 피연마 기판(3)을 접근시킨다. 그 후, 기판유지 헤드(12)의 아래쪽 공기를 유체 유통로(15)의 개구부(15a)로부터 흡인하면, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 피연마 기판(3)은 고리형상 밀봉부재(13)에 밀착하여 기판유지 헤드(12)에 유지된다. 이로써, 기판유지 헤드(12), 고리형상 밀봉부재(13) 및 피연마 기판(3)에 의하여 공간부(16)가 형성된다.
다음에, 피연마 기판(3)을 연마하는 공정에 대하여 설명하기로 한다.
피연마 기판(3)을 유지한 기판유지 헤드(12)를 하강시켜, 피연마 기판(3)을 연마패드(2)의 표면에 접근시킨 후, 유체 유통로(15)의 내부를 대기압으로 한다. 이와 같이 하면 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 피연마 기판(3)의 연마면은 연마패드(2)와 접촉한다.
그 후, 유체 유통로(15)의 일단으로부터 가압공기를 도입하여 공간부(16)에 공급하면 피연마 기판(3)은 가압공기의 가압력에 의하여 연마패드(2)에 눌려진다. 이 상태에서, 정반(1) 위의 연마패드(2) 및 기판유지 헤드(12)를 각각 소정 방향으로 회전시키는 동시에, 연마패드(2) 위에 연마제를 공급하여 피연마 기판(3)을 연마한다. 이 경우, 공간부(16)에 공급된 가압공기는 고리형상 밀봉부재(13)의 내부 또는 고리형상 밀봉부재(13)에 있어서의 피연마 기판(3)과의 대향면에 형성된 다수의 통기 구멍으로부터 고리형상 밀봉부재(13)의 둘레방향으로 분산하여 소량씩 외부로 유출한다.
따라서, 공간부(16)에 있어서의 가압공기의 압력은 균일하게 되므로, 피연마 기판(3)은 연마패드(2)에 가압공기에 의해 균일한 가압력으로 눌려진다. 또, 가압공기가 고리형상 밀봉부재(13)와 피연마 기판(3) 사이의 일부분으로부터 외부로 유출하여 기판유지 헤드(12)가 진동하는 문제가 회피되기 때문에 피연마 기판(3)은 기판유지 헤드(12)로부터 외부로 튀어 나오지 않으므로 안정된 연마를 행할 수 있다.
도 4의 (a)에 도시된 제 1의 고리형상 밀봉부재(13)에 의하면, 부직포를 성형하는 것만으로 고리형상 밀봉부재(13)가 얻어지므로, 통기 구멍을 갖는 고리형상 밀봉부재(13)의 제조가 용이하다.
도 4의 (b)에 도시된 제 2의 고리형상 밀봉부재(13)에 의하면, 통기체(13a)의 적어도 하면에 연마제 불투과층(13b)이 설치되기 때문에, 부직포로 된 통기체(13a)에 연마제가 함침하여 통기체(13a)의 통기성이 손상되는 문제를 회피할 수 있다.
도 4의 (c)에 도시된 제 3의 고리형상 밀봉부재(13)에 의하면, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무는 연마제에 대한 내약품성에 우수하므로 고리형상 밀봉부재(13)의 제품 수명이 길어진다.
도 5의 (a), (b)에 도시된 제 4의 고리형상 밀봉부재(13)에 의하면, 링 형상으로 성형된 고리형상 밀봉부재(13)에 있어서의 피연마 기판(3)과 대향하는 면을 눈이 거친 숫돌로 연마함으로써 얻어지므로 고리형상 밀봉부재(13)의 가공성이 우수한 동시에 제품수명이 길어진다.
도 5의 (c)에 도시된 제 5의 고리형상 밀봉부재(13)에 의하면, 유지체(13d)의 재질을 선택함으로써 고리형상 밀봉부재(13)의 특성을 원하는 것으로 할 수 있다. 유지체(13d)의 재질로서 폴리우레탄, 고무 또는 저탄성 재료 등의 탄성체를 이용하면 피연마 기판(3)의 돌출량의 변화를 흡수할 수 있다. 특히, 유지체(13d)의 재질로서 저탄성체를 이용하면 저탄성 재료는 두께 변화의 흡수량이 크므로, 피연마 기판(3)의 돌출량 변화가 커도 돌출량의 변화를 확실하게 흡수할 수 있다. 또, 유지체(13d)를 저탄성 재료에 의해 형성하는 경우에는 방수가공을 실시하는 것이 바람직하다. 방수가공을 실시하면 유지체(13d)가 연마제를 흡수하기 어려워지므로 고리형상 밀봉부재(13)의 특성변화를 억제할 수 있다.
유지체(13d)의 재질로서 경질 플라스틱이나 금속 등의 강체를 이용하면 고리형상 밀봉부재(13) 전체로서의 두께의 장기적인 변화를 저감할 수 있다.
또, 제 5의 고리형상 밀봉부재(13)와 같이 시트형상의 통기체(13c)와 유지체(13d)로 구성하는 경우에는, 통기체(13c)의 두께로서는 0.3mm 이하가 바람직하다. 이와 같이 하면 통기체(13c)를 부직포에 의해 형성하여도 통기체(13c)의 팽창량이 적으므로 연마특성이 손상되지 않는다.
( 제 2 실시예 )
제 2 실시예의 특징으로서, 기판유지 헤드(12)는 내부에 내외방향으로 연속하도록 형성된 다수의 통기 구멍을 갖는다. 구체적으로는, 기판유지 헤드(12)는 부직포, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무 등과 같이 연속된 다수의 통기 구멍을 갖는 통기체를 소정의 형상으로 성형함으로써 제조된다.
이하, 제 2 실시예에 의한 피연마 기판의 유지장치를 이용하여 행하는 기판의 연마방법에 대하여 도 1, 도 2의 (a), (b) 및 도 3을 참조하여 설명하지만, 제 1 실시예에 의한 피연마 기판의 유지장치를 이용하여 행하는 기판의 연마방법과 같은 공정에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
우선, 피연마 기판(3)을 기판유지 헤드(12)에 의해 유지하면 기판유지 헤드(12), 고리형상 밀봉부재(13) 및 피연마 기판(3)에 의하여 공간부(16)가 형성된다. 그 후, 피연마 기판(3)을 연마패드(2)의 표면에 접근시킨 후, 유체 유통로(15)의 내부를 대기압으로 하면 피연마 기판(3)의 연마면은 연마패드(2)와 접촉한다.
다음에, 유체 유통로(15)의 일단으로부터 가압공기를 도입하여 공간부(16)에 공급하면 피연마 기판(3)은 가압공기의 가압력에 의하여 연마패드(2)에 눌려진다. 이 상태에서, 연마패드(2) 및 기판유지 헤드(12)를 각각 소정 방향으로 회전시키는 동시에 연마패드(2)의 위에 연마제를 공급하여 피연마 기판(3)을 연마하면 공간부(16)에 공급된 가압공기는 기판유지 헤드(12)의 내부에 형성된 다수의 통기 구멍으로부터 둘레방향으로 분산하여 소량씩 외부로 유출한다. 따라서, 피연마 기판(3)은 연마패드(2)에 가압공기에 의해 균일한 가압력으로 눌려지는 동시에, 기판유지 헤드(12)가 진동하지 않기 때문에 피연마 기판(3)은 기판유지 헤드(12)로부터 외부로 튀어 나가지 않고, 안정된 연마를 행할 수 있다.
기판유지 헤드(12)를 부직포, 다공질 유리 또는 다공질석을 이용하여 형성하는 경우에는, 기판유지 헤드(12)의 제작이 용이한 동시에, 유출한 에어가 연마제를 비산시키지 않기 때문에 피연마 기판(3)의 연마면에 안정되게 연마제를 공급할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 제 1의 피연마 기판의 유지장치에 의하면, 공간부에 공급되는 가압유체는 밀봉부재의 다수의 통기 구멍을 통하여 둘레방향으로 분산하여 소량씩 외부로 유출하기 때문에, 피연마 기판은 가압공기에 의해 균일한 가압력으로 눌려지는 동시에, 기판유지 헤드가 진동하지 않으므로 피연마 기판이 기판유지 헤드로부터 외부로 튀어나가지 않아 안정된 연마를 행할 수 있다.
제 1의 피연마 기판의 유지장치에 있어서, 밀봉부재의 통기체가 부직포에 의해 형성되는 경우에는 통기 구멍의 가공이 용이하다. 밀봉부재의 통기체가 발포 폴리우레탄 또는 발포고무에 의해 형성되는 경우에는, 내약품성에 우수하기 때문에 밀봉부재의 제품수명이 길어지는 동시에, 뛰어난 탄성을 갖기 때문에, 가압공기를 공간부에 확실하게 시일할 수 있으므로 피연마 기판을 연마패드에 균일한 가압력으로 누를 수 있다.
제 1의 피연마 기판의 유지장치에 있어서, 밀봉부재가 통기체와 연마제 불투과층을 가지면 연마패드의 위에 공급되는 연마제가 통기체의 통기 구멍에 함침되지 않으므로 통기체의 통풍성이 손상되는 문제를 방지할 수 있다.
제 1의 피연마 기판의 유지장치에 있어서, 밀봉부재가 시트형상의 통기체와 상기 통기체를 유지하는 유지체로 이루어지면 유지체의 재질을 선택함으로써 밀봉부재의 특성을 원하는 것으로 할 수 있다.
밀봉부재가 시트형상의 통기체와 유지체로 이루어진 경우, 통기체를 부직포, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무에 의해 형성하면 시일재의 제조가 용이하게 되는 동시에, 밀봉부재의 수명이 길어진다.
또, 밀봉부재가 시트형상의 통기체와 유지체로 이루어진 경우, 유지체를 탄성체에 의해 형성하면 피연마 기판의 돌출량의 변화를 흡수할 수 있다. 탄성체로서 폴리우레탄 또는 고무를 이용하면 유지체의 두께가 변화하기 어려워지고, 탄성체로서 저탄성재료를 이용하여 저탄성 재료는 두께 변화의 흡수량이 높아지므로 피연마 기판의 돌출량의 변화가 커도 돌출량의 변화를 확실하게 흡수할 수 있다.
밀봉부재가 시트형상의 통기체와 유지체로 이루어진 경우, 유지체를 강체로 형성하면 밀봉부재 전체로서의 두께의 장기적인 변화를 저감할 수 있다.
제 2의 피연마 기판의 유지장치에 의하면, 공간부에 공급되는 가압유체는 기판유지 헤드의 통기 구멍을 통하여 둘레방향으로 분산하여 소량씩 외부로 유출되기 때문에 피연마 기판은 가압공기에 의해 균일한 가압력으로 눌려지는 동시에, 기판유지 헤드가 진동하지 않으므로 피연마 기판이 기판유지 헤드로부터 외부로 튀어 나가지 않아 안정된 연마를 행할 수 있다. 또, 유출된 가압공기가 연마제를 비산시키지 않기 때문에 피연마 기판의 연마면에 연마제를 안정되게 공급할 수 있다.
제 2의 피연마 기판의 유지장치에 있어서, 기판유지 헤드의 적어도 일부가 부직포, 다공질 유리 또는 다공질석에 의해 형성되면 통기 구멍을 갖는 기판유지 헤드의 제조가 용이해진다.
본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 당업자라면 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 사상과 범위를 통해 각종 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이다.

Claims (10)

  1. 피연마 기판을 유지하는 동시에 유지한 피연마 기판을 연마패드에 누르는 피연마 기판의 유지장치에 있어서,
    상기 연마패드에 대하여 진퇴 가능하게 설치되고, 피연마 기판을 유지하는 기판 유지수단과, 일단으로부터 유입한 가압유체를 타단의 유출구로 유출시키는 유체 공급로를 갖는 기판유지 헤드와,
    상기 기판유지 헤드에 있어서의 상기 유체 공급로의 유출구를 둘러싸는 부위에 설치되고, 상기 기판유지 헤드 및 상기 연마패드 상에 위치되는 피연마 기판과 함께 공간부를 형성하는 밀봉부재를 포함하고,
    상기 밀봉부재는 상기 밀봉부재의 내부 또는 상기 밀봉부재에 있어서의 상기 피연마 기판과의 대향면에 상기 공간부의 내외방향으로 연속하도록 형성되고, 상기 유체 공급로의 유출구로부터 상기 공간부로 공급되는 가압유체를 상기 공간부의 외측으로 유출시키는 다수의 통기 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 부직포, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무로 된 통기체를 갖는 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 부직포, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무로 된 통기체와, 상기 통기체에 있어서의 상기 피연마 기판과의 대향면에 설치되어 상기 연마패드 상에 공급되는 연마제의 상기 통기체로의 함침을 방지하는 연마제 불투과층을 갖는 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부재는 상기 밀봉부재의 내부 또는 상기 밀봉부재에 있어서의 상기 피연마 기판과의 대향면에 상기 다수의 통기 구멍을 갖는 시트 형상의 통기체와, 상기 통기체와 일체로 설치되어 상기 통기체를 유지하는 유지체를 갖는 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 통기체는 부직포, 발포 폴리우레탄 또는 발포고무로 된 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 유지체는 탄성체로 된 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄성체는 폴리우레탄, 고무 또는 저탄성 재료로 된 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 유지체는 강체로 된 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
  9. 피연마 기판을 유지하는 동시에 유지한 피연마 기판을 연마패드에 누르는 피연마 기판의 유지장치에 있어서,
    상기 연마패드에 대하여 진퇴 가능하게 설치되고, 피연마 기판을 유지하는 기판 유지수단과, 일단으로부터 유입된 가압유체를 타단의 유출구로 유출시키는 유체 공급로를 갖는 기판유지 헤드와,
    상기 기판유지 헤드에 있어서의 상기 유체 공급로의 유출구를 둘러싸는 부위에 설치되고, 상기 기판유지 헤드 및 상기 연마패드 상에 위치되는 피연마 기판과 함께 공간부를 형성하는 밀봉부재를 포함하며,
    상기 기판유지 헤드는 상기 기판유지 헤드의 내부에 내외 방향으로 연속하 도록 형성되고, 상기 유체 공급로의 유출구로부터 상기 공간부에 공급되는 가압유체를 상기 공간부의 외측으로 유출시키는 통기 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기판유지 헤드의 적어도 일부는 부직포, 다공질 유리 또는 다공질석으로 형성되는 것을 특징으로 하는 피연마 기판의 유지장치.
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