KR100536513B1 - 화학적 기계적 폴리싱 컨디셔너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 컨디셔너 헤드에 관한 것이다. 컨디셔너 헤드는 종축에 대하여 회전하기 위해 보유된 구동 요소와 디스크 받침 요소를 포함한다. 디스크 받침 요소는 연마 디스크를 보유하여 폴리싱 패드와 결합한 상태로 디스크의 하부면을 유지한다. 컨디셔너 헤드는 디스크 받침 요소와 구동 요소 사이에 토크와 회전력을 전달하기 위해 디스크 받침 요소를 구동 요소에 연결하는 종동 요소를 더 포함한다. 이러한 종동 요소는 후퇴 위치 및 연장 위치 사이에서 길이 방향으로 이동가능하다. 환형 다이어프램은 구동 요소와 종동 요소 사이의 간극에 걸쳐 있으며, 유닛으로서 구동 요소와 종동 요소와 함께 회전하도록 구동 요소와 종동 요소에 연결되어 있다.

Description

화학적 기계적 폴리싱 컨디셔너{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING CONDITIONER}

본 발명은 일반적으로 반도체 기판의 평탄화에 관한 것이며, 더 구체적으로는 슬러리형 연마기(slurry-type polishers)의 폴리싱 패드(polishing pad)의 컨디셔닝(conditioning)에 관한 것이다.

전형적으로 집적 회로는 전도성, 반전도성 또는 절연 층의 연속적인 증착에 의해 기판, 특히 실리콘 웨이퍼 상에 형성된다. 각각의 층이 증착된 후에, 층은 회로 형상을 생성하도록 에칭된다. 일련의 층이 연속적으로 증착되고 에칭됨에 따라, 기판의 외부층 또는 최상층 즉, 기판의 노출면은 점차적으로 평탄화되지 못한다. 비평면층(non-planar surface)이 사진평판 장치(photolithography apparatus)의 적절한 촛점정합을 방해하는 것처럼, 이러한 비평면 외부층은 집적 회로 제조에 있어 문제점을 도출한다. 따라서, 평면층을 제공하기 위해 기판 표면을 주기적으로 평탄화할 필요가 있다. 사실상, 평탄화는 전도성, 비전도성, 또는 절연 층에 관계없이, 상대적으로 편평하고 매끄러운 표면을 형성하도록 비평면형의 외부층을 연마하는 것이다.

화학적 기계적 폴리싱은 공지된 평탄화의 한 방법이다. 전형적으로, 이러한 평탄화 방법은 기판이 캐리어(carrier) 또는 폴리싱 헤드(polishing head) 상에 장착되어 기판의 표면이 연마되도록 노출될 필요가 있다. 그 후, 기판은 회전하는 폴리싱 패드에 대항하여 위치한다. 캐리어 헤드는 기판과 폴리싱 표면 사이에 다른 부가적인 운동을 제공하도록 회전 및/또는 진동할 수도 있다. 또한, 패드 및 기판 사이의 경계에 연마 화학 용액을 제공하기 위해, 연마제 및 하나 이상의 화학 반응제를 포함하는 폴리싱 슬러리를 폴리싱 패드 상에 유포시킬 수도 있다.

화학적 기계적 폴리싱 공정의 중요한 인자는 기판 표면 평면성 및 균일성, 그리고 폴리싱 속도이다. 부적당한 평면성 및 균일성으로 인해 기판 결함이 발생할 수 있다. 폴리싱 속도는 층을 연마하는데 필요한 시간을 설정한다. 따라서, 폴리싱 속도는 폴리싱 장치의 최대 생산량을 설정한다.

기판을 손상시킬 가능성(패드에 잔재물이 축적되어 발생되는 스크래치(scratches)와 같은) 또는, 폴리싱 속도 및 효율을 감소시킬 가능성(광범위한 이용 후에 패드 표면에 광택을 내면서 발생되는 것과 같은)을 발생시키는 악화 요인을 중화시키는 적당한 단계를 수행하는 것은 중요하다. 기판 표면의 스크래칭과 관련한 문제는 자명하다. 다른 일반적 패드 열화(劣化) 문제는, 폴리싱 효율을 감소시켜 비용을 증대키고, 패드가 소모됨에 따라 기판 마다 일정한 작업을 유지하기 곤란하게 만든다는 것이다.

광택(glazing) 현상은, 패드 재료에 대한 오염, 열, 화학적 및 기계적 손상의 복잡한 결합이다. 연마제가 작동하면, 패드에는 열과 마모를 발생시키는 압축, 전단 응력 및 마찰이 작동하게 된다. 웨이퍼 및 패드로부터 연마되어 떨어져 나오는 물질 및 패드 재료가 포어(pore) 내로 가압되어 재료 자체가 매트화(matted)되고 심지어 부분적으로 융합된다. 이러한 결과는 패드의 거칠기를 감소시키고 기판에 새로운 슬러리를 도포할 수 있는 능력을 감소시킨다.

따라서, 포획된 슬러리의 제거, 패드 재료의 매트화제거(unmatting) 또는 재팽창에 의해 연속적으로 컨디셔닝하는 것이 바람직하다.

수 많은 컨디셔닝 과정 및 장치가 발전되어 왔다. 일반적인 방법은 연마 재료가 이동하는 폴리싱 패드와 접촉되게 배치하는 기계적 방법이다. 예컨대, 다이아몬드 코팅 스크린 또는 바(bar)가 패드 표면을 문지르고 연마하며, 패드 포어에 포획된 오염 슬러리를 제거하며, 패드를 팽창시키고 다시 거칠게 하는데 이용될 수도 있다.

도 1a는 폴리싱 장치의 사시도이다.

도 1b는 도 1의 폴리싱 장치의 부분 분해도이다.

도 2a 및 도 2b는 연마되는 기판의 평면 다이아그램이며, 도 1의 폴리싱 장치에 의해 컨디셔닝되는 폴리싱 패드이다.

도 3a는 후퇴 위치에 엔드 이펙터를 구비하는 컨디셔너의 단면 다이아그램이다.

도 3b는 연장된 위치에 엔드 이펙터를 구비하는 컨디셔너의 단면 다이아그램이다.

도 4는 도 3a 및 도 3b의 컨디셔너의 엔드 이펙터의 단면 다이아그램이다.

도 5는 도 4의 엔드 이펙터의 변형의 평면도이다.

도 6은 도 4의 엔드 이펙터의 받침 플레이트의 평면도이다.

도 7a는 도 4의 엔드 이펙터의 디스크 유지 요소의 평면 사시도이다.

도 7b는 도 7a의 디스크 유지 요소의 평면도이다.

도 7c는 도 7a의 디스크 유지 요소의 저면도이다.

도 8은 도 7c의 8-8선에 따른 디스크 유지 요소의 측면도이다.

도 9는 도 4의 컨디셔닝 디스크의 사시도이다.

도 10은 폴리싱 패드와 결합하도록 경사진 엔드 이펙터를 구비하는 컨디셔너 헤드의 단면 다이아그램이다.

도 11은 한 컵의 세정액에 침전된 엔드 이펙터를 구비하는 컨디셔너 헤드의 단면 다이아그램이다.

한 측면에서, 본 발명은 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 컨디셔너 헤드(conditioner head)에 관한 것이다. 이러한 헤드는 종축을 중심으로 회전하기 위해 보유된 구동 요소를 포함한다. 또한, 헤드는 연마 디스크를 지지하고, 디스크의 하부면을 폴리싱 패드와 결합되도록 유지하는 디스크 받침 요소를 더 포함한다. 종동 요소는 디스크 받침 요소를 구동 요소에 연결하여, 디스크 받침 요소와 구동 요소 사이에 토크와 회전을 전송한다. 이러한 종동 요소는 후퇴 및 연장(retracted and extended) 위치 사이에서 길이 방향으로 이동가능하다. 환형 다이어프램(annular diaphragm)은 구동 요소와 종동 요소 사이의 간극(gap)에 걸쳐지며, 유닛으로서 구동 요소와 종동 요소와 함께 회전하기 위해 구동 요소와 종동 요소에 연결된다.

본 발명의 실행은 하나 이상의 다음의 것을 포함할 수도 있다. 후퇴 위치로부터 연장 위치로 구동 요소를 자리 이동하도록 가압될 수도 있고, 연장 위치로부터 후퇴 위치로 구동 요소를 자리 이동하도록 감압될 수도 있는 압력 챔버(pressure chamber)의 일부 경계를 다이어프램이 형성할 수도 있다. 후퇴 및 연장 위치 사이에서 전이하는 동안, 다이어프램의 제 1 표면은 압력 챔버와 동떨어지고, 간극을 가로질러 종동 요소의 대체적으로 환형인 외부면 부분을 롤 오프(roll off)하며, 구동 요소의 대체적으로 환형인 내부면 부분 상에서 롤링한다.

구동 소자는 구동 샤프트, 및 구동 샤프트에 실질적으로 고정되고 대체적으로 환형인 내부면 부분을 가지는 칼라(collar)를 포함할 수도 있다. 종동 소자는 적어도 구동 샤프트의 길이를 둘러싸고 대체적으로 환형인 외부면 부분을 가지는 구동 슬리브(drive sleeve)를 포함할 수도 있다. 환형 다이어프램은 외주와 내부 개구(inner aperture) 사이에 연장할 수도 있고, 외주를 따라 칼라에 그리고 내부 개구를 따라 구동 슬리브에 밀봉 고정될 수도 있다. 칼라의 대체적으로 환형인 외부면 부분은 원형 실린더일 수도 있다. 다이어프램은 압력 챔버의 일부 경계를 형성할 수 있다. 압력 챔버는 후퇴 위치로부터 연장 위치로 이동하도록 가압될 수도 있고, 연장 위치로부터 후퇴 위치로 이동하도록 감압될 수도 있다. 후퇴 위치 및 연장 위치 사이에서 전이하는 동안, 압력 챔버의 외측에 있는 다이어프램의 제 1 표면은 구동 슬리브의 대체적으로 환형인 외부면 부분을 롤 오프 할 수도 있다. 이러한 다이어프램의 제 1 표면은 구동 슬리브의 대체적으로 환형인 외부면과, 칼라의 대체적으로 환형인 내부면 사이의 간극을 가로지를 수도 있고, 칼라의 대체적으로 환형인 내부면 부분 상을 롤링할 수도 있다. 압력 챔버를 팽창시키는 유체는 구동 샤프트의 채널을 통하여 압력 챔버로 안내된다. 헤드는 길이 방향 축을 적어도 가로질러 헤드를 이동시키기 위한 조정기 암(conditioner arm)에 실질적으로 강성으로 연결된 하우징을 포함할 수도 있다. 이러한 하우징은 적어도 칼라의 길이를 둘러싸는 제 1 부분을 포함할 수도 있고, 그 제 1 부분은 칼라가 종축에 대하여 제 1 부분에 관련하여 회전하도록 하기 위해 베어링 시스템에 의해 칼라에 연결된다. 웹(web)은 구동 샤프트의 상단에 형성될 수도 있고, 웹은 칼라에 매달린다. 풀리(pulley)는 구동 샤프트로 토크를 전송하기 위해 실질적으로 웹에 고정된다. 칼라는 웹으로부터 매달려 고정되는 제 1 피스(piece)와, 이러한 제 1 피스로부터 분리 형성된 제 2 피스를 포함할 수도 있다. 제 2 피스는 베어링 시스템과 결합될 수도 있고, 다이어프램은 제 1 피스 및 제 2 피스 사이의 칼라에 대한 외주를 따라 고정될 수도 있다. 다이어프램은 제 1 피스에 매달리는 환형 립(lip)의 외부 원통형 표면과, 칼라의 대체적으로 환형인 내부면 부분을 형성하는 제 2 피스의 대체적으로 환형인 내부면 사이에 부분적으로 끼워질 수도 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 디스크를 유지하기 위한 디스크 홀더에 관한 것이다. 이러한 디스크 유지 요소는 컨디셔닝 디스크의 상부면과 결합하는 하부면을 가진다. 디스크 유지 요소는 컨디셔닝 디스크의 상부면을 따라 일반적으로 방사상 외측으로 연장하는 복수의 채널을 형성한다.

본 발명의 실행은 다음의 것을 하나 이상 포함할 수도 있다. 디스크는 중심 영역, 외주, 방사상 연장하는 복수의 스포크(spokes), 및 복수의 웹을 포함할 수 있다. 스포크는 중심 영역으로부터 외주로 연장할 수도 있고, 각각의 스포크는 컨디셔닝 디스크의 상부면과 결합하는 하부면을 가진다. 각각의 인접한 한 쌍의 스포크 사이에 하나의 웹이 위치하는 이러한 웹은 하나의 채널을 형성하기 위해 인접 스포크의 하부면으로부터 적어도 부분적으로 수직으로 오목한 하부면을 각각 가질 수도 있다. 각각의 웹은 중심 영역에서 연장되어, 외주로부터 방사상으로 오목한 외부판 에지(outboard edge)에서 종결된다. 외주는 방사상으로 연장하는 복수의 통로(passageways)를 가지는 림(rim)으로서 형성된다. 적어도 디스크의 하부면이 액체에 노출되는 동안, 디스크 유지 요소와 디스크가 중심 종축에 대하여 회전하면, 각각의 통로는 연관된 채널로부터 통로를 통하여 방사상 외측으로 유동하게 하는 연관된 채널로서 일반적으로 배열될 수도 있다. 방사상으로 연장하는 각각의 통로는 하향으로 연장하는 림의 오목부로서 형성될 수도 있다. 컨디셔닝 디스크는 디스크 유지 요소에 용이하게 고정되며, 디스크 유지 요소로부터 용이하게 제거될 수 있다. 각각의 스포크는 컨디셔닝 디스크를 끌어 당기는 자석을 가질 수도 있다. 컨디셔닝 디스크는 디스크 홀더 요소와 용이하게 고정되며, 디스크 홀더 요소로부터 용이하게 제거될 수 있다. 각각의 스포크는 컨디셔닝 디스크를 디스크 홀더 요소에 고정하고, 회전 고정구(rotating fixture)에 디스크 홀더 요소를 고정하는 자석을 가지고 있다. 제 1 핀은 제 1 스포크로부터 매달릴 수도 있고, 제 2 핀은 제 2 스포크로부터 매달릴 수도 있으며, 제 1 및 제 2 핀은 디스크 홀더 요소에 대한 컨디셔닝 디스크의 상대적인 회전을 방지하기 위해 컨디셔닝 디스크에 의해 수용가능하다. 중심 영역, 외주, 방사상으로 연장하는 복수의 스포크, 및 복수의 웹은 재료의 단일 피스로서 단일체로 형성될 수도 있다. 각각의 스포크는 중심 영역으로부터 외측으로 연장하고, 외주에 인접한 상대적으로 더 넓은 섹션과 결합하는 상대적으로 폭좁은 섹션을 가질 수도 있다. 각각의 웹은 인접한 스포크의 상부면과 함께 거의 공통 평면의 상부면을 가진다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 장치의 컨디셔너 헤드와 연관되어 이용되는 컨디셔닝 디스크를 유지하는 디스크 홀더 요소에 관한 것이다. 이러한 디스크 홀더 요소는 디스크의 상부면과 자기적으로 결합가능한 하부면과, 헤드의 하부면과 자기적으로 결합가능한 상부면을 포함한다. 디스크 홀더 요소는 디스크 홀더 요소에 디스크를 고정하고, 컨디셔너 헤드에 디스크 홀더 요소를 고정하는 복수의 자석을 포함할 수도 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 컨디셔너 헤드에 관한 것이다. 이러한 헤드는 상부면 및 하부면을 구비하는 대체적으로 원형인 연마 디스크를 포함한다. 하부면은 디스크 평면을 한정한다. 구동 요소는 종축에 대하여 회전하기 위해 보유된다. 디스크 받침 요소는 디스크를 보유하고, 폴리싱 패드와 결합한 채로 디스크의 하부면을 유지하며, 디스크에 토크와 힘을 인가한다. 디스크 받침 요소는 구동 요소에 고정된 상부 요소를 가지며, 상부 부재는 구형 표면 부분을 가지는 중심 하방으로 면(面)하는 소켓(socket)을 가진다. 디스크 받침 요소는 연마 디스크에 고정된 하부 부재를 더 포함하며, 하부 부재는 소켓의 구셩 표면과 미끄럼 결합할 때 구형 표면 부분으로 중심 상방으로 면하는 돌출부를 가지고 있다. 하부 부재가 중립 배향(orientation)을 향하여 편향되도록, 디스크 받침 요소는 상부 부재를 하부 부재에 연결하는 하나 이상의 탄성 부재를 더 포함한다. 중립 배향에서, 디스크 평면은 종축과 수직한다. 탄성 부재는 종축에 대하여 디스크 평면이 경사지는 것을 가능하게 하고, 토크의 전송과 구동 요소로부터 디스크로의 회전을 가능하게 한다. 상부 부재는 중심 허브(hub)를 포함할 수도 있다. 하나 이상의 탄성 부재는 중심 허브로부터 방사상 외측을 향하여 연장하는 복수의 스포크를 포함할 수도 있다. 구동 요소로부터 림으로 회전을 전송하는 동안, 종축에 대한 디스크 평면의 경사가 가능하도록 각각의 스포크는 상향 및 하향으로 유연성을 가진다. 소켓과 돌출부의 구형 표면 부분은 거의 디스크 평면 내에 위치하는 공통 중심을 가진다.

다른 측면에서, 본 발명은 연마 컨디셔닝 디스크를 이용하는 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 컨디셔너 헤드에 관한 것이다. 컨디셔너는 종축에 대하여 회전하기 위해 보유된 구동 요소, 및 연마 컨디셔닝 디스크로 토크를 유지하고 인가하기 위한 디스크 받침 요소를 포함한다. 디스크 받침 요소는 구동 요소에 고정된 중심 허브, 일반적으로 림 평면을 한정하는 외부 림, 및 방사상으로 연장하는 복수의 스포크를 포함한다. 이러한 스포크는 중심 허브로부터 외부 림으로 연장한다. 구동 요소로부터 림으로 회전을 전달하는 동안, 종축에 대하여 림 평면이 경사질 수 있도록 각각의 스포크는 상향 및 하향으로 유연성을 가진다. 각각의 스포크는 스포크의 유연성을 증가시키기 위해 횡축으로 연장하는 웨이브(wave)를 구비할 수도 있다. 이러한 스포크는 강철로 형성될 수도 있다. 헤드는 구형 표면 부분을 가지는 중심 상방으로 면하는 돌출부를 구비하는 플레이트를 더 포함할 수도 있다. 허브는 돌출부의 구형 표면 부분과 미끄럼 결합할 때 구형 표면 부분을 가지고 중심 아래로 면하는 소켓을 구비할 수도 있다.

다른 측면에서, 본 발명은 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 디스크 캐리어에 의해 운반된 연마 컨디셔닝 디스크를 제공하는 단계, 및 폴리싱 패드의 폴리싱 면과 결합가능한 하부면을 가지는 단계를 포함한다. 이러한 캐리어는 컨디셔닝 디스크를 회전하게 하며, 폴리싱 패드의 폴리싱 면과 컨디셔닝 디스크의 하부면을 결합하게 한다. 캐리어는 회전하는 폴리싱 패드를 따라 경로를 왕복운동하게 된다. 캐리어는 폴리싱 패드를 형성하는 컨디셔닝 디스크를 해제하게 한다. 이러한 캐리어는 컨디셔닝 디스크를 회전하게 하여, 세정액이 컨디셔닝 디스크의 하부면으로부터 컨디셔닝 디스크를 통하여 길이방향 상방으로 유동하도록 컨디셔닝 디스크를 세정액내로 안내한다.

본 발명에 따른 방법의 실행은 하나 이상의 다음의 것을 포함한다. 제 2 액체는 폴리싱 패드의 폴리싱 면에 적용될 수도 있다. 컨디셔닝 디스크가 폴리싱 패드의 폴리싱 면과 결합하는 경우, 제 2 액체는 컨디셔닝 디스크의 하부면을 통하여 유동가능하게 하고, 컨디셔닝 디스크를 통하여 컨디셔닝 디스크의 상부면을 따라 방사상 상방으로 유동가능하게 할 수도 있다. 컨디셔닝 디스크의 상부면을 따라 세정액의 유동은 디스크 홀더에 의해 한정된, 대체적으로 방사상 외측으로 연장하는 복수의 채널을 통과할 수도 있다.

본 발명에 의해 제공될 수도 있는 장점은 밀봉을 향상시키며, 마모와 입자 발생을 감소시킨다. 다이어프램은 내부 개구와 연관된 요소의 외주에서 고정될 수도 있기 때문에, 회전하는 동안 또는, 후퇴 위치 또는 연장 위치 사이에 엔드 이펙터(end effector)의 이행으로 연관된 요소와 다이어프램이 미끄럼 결합될 필요가 없다. 이러한 미끄럼 결합의 결여는 마모, 및 미끄럼 결합면 사이에 입자 발생을 감소시키고, 미끄럼 가능하게 결합된 표면 사이의 압력 챔버에 오염물질이 유입되는 것을 방지한다.

다른 장점은 스포크형 굴곡부(flexure)와 구형 소켓 그리고 돌출 조인트부를 특징으로 하는 엔드 이펙터에 의해 제공된다. 컨디셔닝 디스크와 폴리싱 패드면 사이의 압축력을 유지하도록, 이러한 돌출 조인트부는 헤드로부터 컨디셔닝 디스크로 하방으로의 힘의 인가를 가능하게 한다. 컨디셔닝을 하는 동안 폴리싱 패드에 대해 디스크가 편평성을 유지할 수 있도록 디스크 평면이 회전축에 대하여 경사질 수 있게 허용하면서, 굴곡부는 토크와 회전을 디스크에 전송한다. 굴곡부는 디스크 평면이 회전축에 거의 수직한 중립 배향 상태로 디스크를 편향시킬 할 수도 있다. 얇은 편평한 복수의 스포크로서 굴곡부를 형성함으로써, 회전축에 대해 토크를 전송하는 능력과, 회전축에 대하여 디스크 평면이 경사지도록 휘어질 수 있는 능력 사이에서 균형을 달성한다. 회전 중심이 디스크의 하부면의 중심에 위치한 상태에서, 슬라이딩 구형면 조인트는 작동하는 중에 디스크가 매끄럽게 경사질 수 있게 한다.

또 다른 장점은, 슬러리 또는 디스크의 상부면을 따라 복수의 채널을 한정하는 디스크 유지 요소에 의해 제공되며, 패드를 컨디셔닝하는 동안 또는 디스크를 린싱(rinsing)하는 동안, 디스크의 저면을 통하여, 디스크를 통하여, 그리고 채널을 통하여 디스크의 상부면을 따라 방사상 외측으로 세정 유체의 유동이 있다.

또 다른 장점은 받침 요소 및 디스크로부터 용이하게 제거될 수도 있는 디스크 유지 요소에 의해 제공된다. 이러한 유지 요소는 먼저 디스크에 고정되고, 그 후, 결합된 유지 요소와 디스크는 받침 요소에 고정될 수도 있다. 디스크 유지 요소의 정렬 특징은 과도한 노력 없이 받침 요소에 대하여 디스크와 홀더의 정밀한 정렬을 용이하게 한다. 디스크 교체시에 더 빠른 교환(changeout)이 가능하여 중단 시간을 감소시키기 위해, 하나의 디스크가 컨디셔너 헤드에 있는 동안, 새로운 디스크가 제 2 디스크 유지 요소에 고정될 수 있다. 이러한 제 1 디스크 및 제 1 홀더가 헤드로부터 제거되고, 제 2 디스크와 제 2 홀딩 요소로 대체되며 컨디셔너는 재시작한다. 그 후, 제 1 디스크는 제 1 디스크 유지 요소로부터 분리되고, 제 1 디스크 유지 요소에는 후속 작업을 위한 새로운 디스크가 고정될 수 있다.

본 발명의 하나 이상의 상세한 설명을 첨부한 도면을 참조하여 하기에 설명한다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은 상세한 설명과 도면, 그리고 청구 범위로 명확해 질 것이다.

여러 도면에 동일 참조 번호와 명칭은 동일 요소를 나타낸다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 폴리싱 장치(10)는 3개의 별도로 작동되는 폴리싱 스테이션(14), 기판 전송 스테이션, 및 4개의 별도로 회전가능한 캐리어 헤드(20)의 작동을 편성하는 회전가능한 캐러셀(carousel)(18)을 구비하는 하우징(12)을 포함한다. 하우징(12)의 한 측면에는 기판(30)을 가지는 카세트(cassettes)(28)가 침전되는 수조(liquid bath)(26)를 구비하는 터브(tub)(24)를 포함하는 기판 로딩 장치(22)가 있다. 암(arm)(32)은 선형 트랙(34)을 따라 이동하며, 리스트 조립체(wrist assembly)(36)를 지지한다. 리스트 조립체(36)는 유지 스테이션(39)으로부터 터프(24) 내측으로 카세트(28)를 이동시키는 카세트 갈고리(cassette claw)(38), 및 터브(24)로부터 전송 스테이션(16)으로 기판을 전송하는 기판 블레이드(blade)(40)를 포함한다.

캐러셀(18)은 캐리어 헤드(20)의 샤프트(shaft)(46)가 통과하여 연장하는 슬롯(44)을 구비하는 지지 플레이트(42)를 가진다. 균일하게 연마된 기판 표면을 달성하기 위해, 캐리어 헤드(20)는 슬롯(44)내에서 앞뒤로 진동되고 개별적으로 회전될 수 있다. 캐리어 헤드(20)는 각각의 모터(48)에 의해 회전하며, 이러한 모터(48)는 캐러셀(18)의 분리가능한 측벽(50) 후방에 정상적으로 은폐된다. 작동 중에, 기판은 터브(24)로부터 전송 스테이션(16)으로 로딩되며, 전송 스테이션(16)으로부터 캐리어 헤드(20)로 전송된다. 그 후, 캐러셀(18)은 일련의 폴리싱 스테이션(14)을 통하여 기판을 전송하고, 최종적으로 연마된 기판을 전송 스테이션(16)으로 복귀시킨다.

각각의 폴리싱 스테이션(14)은 폴리싱 패드(54)를 지지하는 회전가능한 테이블(rotatable platen)(52), 및 패드 컨디셔너(56)를 포함한다. 이렇게 회전가능한 테이블(52) 및 컨디셔너(56)는 폴리싱 장치(10) 내부의 테이블 정상부(57)에 모두 장착된다. 각각의 패드 컨디셔너(56)는 컨디셔너 헤드(60), 암(62) 및 기부(64)를 포함한다. 암(62)은 컨디셔너 헤드(60)에 연결된 말단부, 및 기부(64)에 연결된 기부 인접부를 가지며, 상기 아암은 오염물질을 제거하고 표면에 결을 내기 위해 표면을 연마함으로써 표면(76)을 컨디셔닝하도록 폴리싱 패드면(76)을 가로질러 컨디셔너 헤드(60)를 소제(sweep)한다. 각각의 폴리싱 스테이션(14)은 컨디셔너 헤드(60)를 린싱 또는 세정하기 위한 세정액을 가지는 컵(66)을 포함한다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 하나의 작동 모드에서, 폴리싱 패드가 캐리어 헤드(20) 상에 장착된 기판을 연마하는 동안, 폴리싱 패드(54)는 패드 컨디셔너(56)에 의해 컨디셔닝된다. 컨디셔너 헤드(60)는 폴리싱 패드(54)를 가로질러 캐리어 헤드(20)의 운동과 동기화되는 왕복 운동으로 폴리싱 패드(54)를 소제한다. 예컨대, 연마되는 기판을 구비하는 캐리어 헤드(20)는 폴리싱 패드(54)의 중심에 위치할 수도 있고, 컨디셔너 헤드(60)는 컵(66) 내측에 포함된 세정액에 침지될 수도 있다. 연마하는 동안, 컵(66)은 화살표(69)로 나타낸 바와 같은 방식으로 선회하며, 컨디셔너 헤드(60), 및 기판을 보유하는 캐리어 헤드(20)는 화살표(70,72)로 나타낸 바와 같이 폴리싱 패드(54)를 가로질러 전후방으로 각각 소제될 수도 있다. 세 개의 물 분출부(water jets)(74)는 폴리싱 또는 상부 패드면(76)으로부터 슬러리를 린싱하기 위해 폴리싱 패드(54)를 향하여 수류(stream of water)를 직접 인도할 수도 있다.

폴리싱 장치(10)의 일반적 특징 및 작동에 관한 더 상세한 설명은, 본 명세서에 참조로서 포함되는, "화학적 기계적 폴리싱을 위한 연속적인 처리 시스템(Continous Processing System for Chemical Mechanical Polishing)"이라는 발명의 명칭을 가지며, 펠로프(Perlov) 등에 의해 출원되고, 공동계류 중인 미국특허출원 제 08/549,336 호(1995.10.27)를 참조하기를 바란다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 컨디셔너 헤드(60)는 헤드 중심의 수직으로 배향된 종축(300)에 대하여 다이아몬드가 내장된 컨디셔닝 디스크(82)(도 9 참조)를 보유하는 엔드 이펙터(80)를 회전시키는 작동 및 구동 장치(78)를 포함한다. 작동 및 구동 장치는 상승되어 후퇴 위치(도 3a)와 하강되어 연장된 위치(도 3b) 사이에서 엔드 이펙터(80) 및 디스크(82)의 이동을 제공한다. 실질적으로 연장된 위치에서, 디스크의 하부면(84)은 패드(54)의 폴리싱면(76)과 결합될 수도 있다. 또한, 엔드 이펙터는 디스크를 세정하기 위해 컵(66)(도 2b)으로 안내될 수도 있고, 또는 디스크는 대체될 수도 있으며, 두 가지 모두 이하에서 보다 더 상세히 설명한다.

작동 및 구동 장치(78)는 구동 샤프트(86)의 상부 말단에 단일로 형성된 방사상으로 연장하는 웹(88)을 포함하는, 수직으로 연장하는 구동 샤프트(86)를 포함한다. 실시예에서, 구동 샤프트는 열처리된 440C 스테인레스 강으로 형성될 수 있다. 풀리(90)는 웹에 고정되고 암의 길이를 따라 연장하는 벨트(92)를 보유하며, 종축(300)에 대하여 샤프트(86)를 회전시키기 위한 원격 모터(도시 안함)에 연결되어 있다. 로터리 유니온(rotary union)(94)은 작동 챔버로부터 샤프트의 길이방향 채널(96)을 통하여 공기를 도입하고 방출시키기 위해 샤프트의 상부 말단에 고정된다. 상부 및 하부 피스(98,100)를 각각 가지는 칼라는 샤프트를 동축적으로 둘러싸서 그 사이에 대체적으로 환형인 공간(102)을 형성한다. 상부 칼라 피스(98)는 웹(88)에 아치형으로 매달리도록 내려진다. 전형적인 실시예에서, 풀리는 알루미늄으로 형성되고, 칼라는 303 스테인레스 강으로 형성될 수도 있다. 따라서, 샤프트, 풀리 및 칼라는 종축(300)에 대하여 하나의 유닛으로서 회전하는 대체적으로 강성인 구조를 형성한다. 회전가능하게 하기 위하여, 샤프트/풀리/칼라 유닛은 상부 및 하부 볼 베어링(ball bearing) 유닛(104a,104b)을 포함하는 베어링 시스템(104)에 의해 헤드 내에 보유된다. 베어링 시스템(104)은 칼라 피스의 하부 칼라(100)를 암 구조물에 고정되는 내부 헤드 하우징(106)에 연결한다. 클램프(114)와 상부 칼라 피스(98) 사이에 베어링 시스템(104)의 내부 부분을 수직으로 클램핑하기 위하여, 환형 클램프(annular clamp)(114)가 하부 칼라 피스(100)의 기부에 고정된다. 내부 헤드 하우징(106)은 중심이 개방된 컵형 외부 헤드 하우징(108) 내에 유지되며, 내부 헤드 하우징과 외부 헤드 하우징 사이에서 베어링 시스템(104)의 외부 부분을 수직으로 클램핑하도록 헤드 하우징(108)에 고정된다. 암(62)이 헤드(60)를 지지하도록, 외부 헤드 하우징(108)은 하부 암 하우징(110)에 고정된다. 상부 암 하우징(112)은 다른 구조 지지부를 제공한다. 전형적인 실시예에서, 내부 및 외부 헤드 하우징은 303 및 316 스테인레스 강으로 각각 형성될 수도 있으며, 클램프는 303 스테인레스 강으로 형성될 수도 있다.

대체적으로 환형인 구동 슬리브(120)는 엔드 이펙터(80)를 구동 샤프트(86)와 연결한다. 구동 슬리브는 316 스테인레스 강으로 형성될 수도 있다. 이러한 구동 슬리브(120)는 칼라와 구동 샤프트 사이의 환형 공간(102) 내에 수용된다. 상대적인 회전을 방지하면서 상대적 길이방향 이동이 가능하도록, 구동 슬리브(120)를 구동 샤프트(86)에 키로 고정한다. 상술한 실시예에서, 상대적인 회전의 방지는 외측으로 돌출된 키고정 탭(keying tab)(124)을 가지는 키고정 부재(122)에 의해 달성된다. 키고정 부재(122)는 샤프트(86) 외주의 수직 슬롯(126) 내에 고정되며, 탭(124)은 슬리브(120)의 내부에 있는 수직 슬롯(128) 내에 걸려 있고, 샤프트와 슬리브의 상대적인 회전을 방지하도록 슬롯(128)의 측면과 상호작용한다. 따라서, 샤프트는 풀리로부터 슬리브(120)로 토크와 회전을 전달한다. 구동 샤프트(86)와 구동 슬리브(120) 사이의 매끄러운 슬라이딩 수직 결합을 제공하기 위해, 케이지(cage)(130)와 복수의 볼(132)을 구비하는 베어링이 슬리브(120)의 내부 원통형 표면과 샤프트(86)의 외부 원통형 표면 사이에 개재된다.

외주(136)와 내주(138)를 가지는 대체적으로 환형인 엘라스토머 다이어프램(elastomeric diaphragm)(134)은 압력 챔버(102A)를 형성하도록 환형 공간(102)의 상부 부분과 이격된다. 이러한 다이어프램은 압력 챔버(102A) 내부에 대한 상부면(140A)을 가지고, 압력 챔버 외부에 대한 하부면(140B)을 가진다. 전형적인 실시예에서, 다이어프램은 약 0.03인치의 두께를 가지는 네오프렌(neoprene)으로 제조된다. 내주(138)를 따라, 다이어프램은 구동 슬리브(120)의 상방으로 면하는 숄더(shoulder)와 내부에 환형으로 나사산이 있는 클램프(142)의 하부면 사이에 밀봉으로 고정된다. 클램프(142)(너트로서 형성될 수도 있는)는 외부로 나사산이 있는 축소된 지름 부분(144)과 구동 슬리브(120)의 상부 말단에서 결합된다. 전형적인 실시예에서, 클램프는 6061-T6 알루미늄으로 형성될 수도 있다. 다이어프램은 클램프와 숄더 사이로부터 방사상 외측으로 연장하여, 숄더와 구동 슬리브의 원통형 외주면 부분(148) 사이에 형성된 라운드(round)(146)를 따라 하방으로 곡선을 그린다. 다이어프램은 환상의 원통형 외부면과 분리되고 구동 슬리브와 칼라 사이의 간극(환형 공간(102))을 가로질러, 방사상 외측으로 연속된다. 상향으로 연속하여 곡선을 그리면서 다이어프램의 하부면(140B)은 하부 칼라 피스(100)의 원형 원통형 내부면(150)과 결합하고, 내부면(150)을 따라 상방으로 연장한다. 다이어프램은, 원통형 내부면(150)과 상방으로 면하는 내부 칼라 피스의 숄더 사이에 형성된 라운드(152)를 둘러싸며, 상방으로 면하는 숄더와 하방으로 면하는 상부 칼라 피스(98)의 숄더 사이에 클램핑된다. 내부 원통형 표면(150)의 내부에, 환형 립(154)이 그 립(154)의 외부 원통형 표면과 하부 칼라 피스의 내부 원통형 표면(150) 사이에 다이어프램의 일부분을 끼워 넣으면서, 상부 칼라 피스로부터 하방으로 돌출한다.

작동 중에, 구동 슬리브(120)와 엔드 이펙터(86)가 후퇴 위치(도 3a)로부터 연장된 위치(도 3b)로 이동되도록 챔버(102A)가 팽창될 수도 있다. 구동 슬리브와 엔드 이펙터가 연장된 위치로부터 후퇴 위치로 이동하도록 로터리 유니온(94)을 통하여 진공을 적용하여 챔버를 수축시킬 수도 있다. 중력은 엔드 이펙터와 구동 슬리브를 연장된 위치를 향하여 자연적으로 편향되게 하기 때문에, 진공은 후퇴된 위치의 경우에 제공된다. 후퇴 위치와 연장된 위치 사이에서 전이하는 동안, 다이어프램의 하부면(140B)은 구동 슬리브의 원통형 외부면(148)을 롤 오프하고 환형 공간(102)에 의해 형성된 간극을 가로지르며, 하부 칼라 피스의 원통형 내부면(150)상으로 롤링된다. 엔드 이펙터에 적용된 하향력의 양은 챔버에 가해진 압력에 비례할 것이다. 선택적으로, 스프링(도시 안함)은 후퇴 위치를 향하여 구동 슬리브를 편향되게 할 수도 있고, 이에 의해 엔드 이펙터를 후퇴하도록 진공을 적용할 필요를 제거하거나 감소시킨다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 구동 샤프트로부터의 토크와 회전을 전달하기 위해 그리고 압력 챔버로부터 엔드 이펙터로 하향력을 인가하기 위해, 구동 슬리브가 엔드 이펙터를 구동 샤프트에 연결한다. 엔드 이펙터(80)는 토크, 회전력, 하향력을 컨디셔닝 디스크(82)에 전송하는 받침 요소(156)를 포함한다. 선택적으로 제거가능한 디스크 홀더(158)가 디스크와 받침 요소 사이에 개재될 수도 있다. 도 4를 포함하는 상술한 단면도들에서, 디스크 홀더(158)를 통과하는 단면은 축(300)에 대하여 150도 각도에서 잘린 것이다. 헤드의 나머지는 평면에 의한 단면이다. 중심의 원통형 돌출부(160)는 구동 슬리브(120)의 기부로부터 매달리며, 받침 요소(156)의 허브(164)에 있는 원통형 웰(well)(162)에 의해 수용되고, 스크류(screws)(도시 안함)와 같은 수단에 의해 원통형 웰에 고정된다. 중심이 개방된 환형 엘라스토머 부재 커버(166)는 오염물질이 받침 요소의 내부로 유입되는 것을 방지한다. 커버(166)는, 돌출부(160)와 웰(162)의 외부에서, 구동 슬리브 기부의 수평 숄더(168)와 허브(164)의 정상부의 환형 표면 사이에 커버의 개구부에서 클램핑된다. 전형적인 실시예에서, 커버는 에틸렌 프로필렌 디엔 테르폴리머(ethylene propylene diene terpolymer, EPDM) 고무로 형성될 수도 있다. 오목한 구형면 부분을 가지는 중심 하향 소켓(170)은 허브(164)의 저면에 형성된다. 상술한 실시예에서, 소켓은 약 63.5도의 원호로 이루어지는 섹터(sector)이다. 대체적으로 편평한 4 개의 시트형 스포크(172)는 허브(164)로부터 방사상 외측으로 연장하며(도 5 참조), 각각의 스포크는 대체적으로 상부면 및 하부면을 가지도록 배향된다. 각각의 스포크의 근접 말단에서, 스포크의 상부면은 소켓(170)의 방사상 외부에서 하방으로 면하는 허브(164)의 환형 숄더(176)와 접촉한다. 전형적인 실시예에서, 허브는 303 스테인레스 강으로 형성될 수도 있다. 스포크는 전형적으로 0.010인치(0.25 mm)의 두께를 가지는 302 스테인레스 강으로 형성될 수도 있다. 각각의 스포크의 근접 말단은 리벳(rivets), 스크류, 또는 기타 다른 조임 수단(도시 안함)에 의해 허브(164)에 고정된다. 스포크의 말단부는 스포크가 접합 또는 기타 다른 방법으로 고정되며 편평한 303 스테인레스 강 밴드로서 형성될 수도 있는 환형 림(178)에 고정된다.

중립의 수평 방향으로부터 축(300)에 대하여 림이 경사질 수 있도록, 스포크(172)는 저프로파일(low profile)로 상방 및 하방으로 탄성적으로 변형될 수 있다. 그러나, 스포크의 구성에 의해 스포크는 축(300)을 가로지르는 방향으로 실질적으로 강성을 가지므로, 스포크는 허브(164)로부터 림(178)으로 축(300)을 중심으로 한 토크 및 회전력을 전송한다. 선택적으로, 측방향 강도 및 토크 전송 능력을 감소시키지 않고 수직 유연성을 증가시키기 위해, 횡축으로 연장하는 웨이브 또는 러플(180)을 스포크에 각각 제공할 수도 있다. 전형적인 실시예에서, 웨이브는 두 개의 사이클로 연장되고, 각각의 사이클은 약 0.22인치(5.6 mm)의 길이와 약 0.04인치(1.0 mm)의 진폭을 가진다. 토크 전송과 유연성의 균형을 위해 3 내지 5의 스포크가 바람직하다.

받침 요소는 강성인 디스크형 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terepthalate, PET) 받침 플레이트(182)를 스포크 바로 밑에 포함한다. 받침 플레이트는 중심의 상향 돌출부(184)를 포함하며, 이러한 돌출부(184)는 소켓(170)의 오목 구형면 부분과 슬라이딩 결합하면서 동일 반지름인 볼록한 구형면 부분(186)(도 6 참조)을 구비한다. 돌출부(184)와 소켓(170)의 상호작용은, 받침 요소가 축(300)에 직교하는 축을 중심으로 회전할 수 있게 허용하면서, 구동 슬리브(120)와 받침 요소(156) 사이에서 압축력을 전송할 수 있다. 이러한 받침 요소(182)는 디스크 홀더(158)의 몸체부(192)의 상부면(190)과 접촉하는 대체적으로 편평한 하부면(188)을 가진다. 플레이트(182)는 대체적으로 환형인 림 섹션(194)까지 방사상 외측으로 연장한다. 커버(166)를 림(194)에 클램핑하는 클램프 링(clamp ring)(198)을 통하여 연장하는 스크류 등에 의해, 림 섹션(194)은 또한 커버(166)의 외주에 고정된다. 플레이트 림(194)은 환형의 상향 포켓(pocket)에 있는, 대체적으로 환형의 "L" 섹션의 스테인레스 강 링(196)을 보유한다. 이러한 포켓은 받침 플레이트(182)의 하부면(188)과 동일 평면인 PET 플러그(plug)로 밀봉된다.

도 4에 도시되고 도 7a, 도 7b, 도 7c 및 도 8에 나타낸 디스크 홀더(158)의 분리 사시도, 평면도, 저면도 및 측면도는 6 개의 방사상 연장 스포크(202)의 중심이 되는 중심 코어(central core) 또는 허브 영역(200)을 각각 가진다. 각각의 스포크는 거의 편평한 하부면(206)을 가진다. 각각의 스포크는 코어로부터 외측으로 연장하고 수렴하여 외주 림(210)에 인접한 상대적으로 넓은 폭 섹션(208)을 형성하는 상대적으로 좁은 폭의 섹션을 가진다. 상술한 실시예에서, 림(210)은 대체적으로 환형인 밴드로서 형성된다. 웹(212)은 각각 인접한 스포크(202) 쌍 사이에 형성된다. 각각의 웹은 코어(200)로부터 연장하고, 림(210)으로부터 방사상으로 오목하게 형성된 외측판 에지(218)에서 종결된다. 각각의 웹은 인접 스포크의 하부면으로부터 수직으로 오목하게 형성된 하부면(214)을 가진다. 받침 플레이트의 하부면(188)과 접촉하는 디스크 홀더의 상부면(216)을 형성하기 위해, 각각의 웹은 또한 인접 스포크의 상부면과 실질적으로 공동 평면인 편평한 상부면을 가진다. 그 대신에, 디스크 홀더와 받침 요소 사이에 포획된 슬러리의 효과를 감소시키기 위해, 각각의 웹의 상부면(216)은 스포크의 상부면으로부터 약간 오목하게 형성될 수도 있다. 림(210)의 상부 에지에 있는 하향으로 연장하는 오목부(220)(도 4 및 도 7)는 각각의 웹과 연관되어 정렬된다. 각각의 오목부(220) 사이에서 림(210)은 각각의 스포크(202)의 외부 말단에 있는 돌출부(222)를 포함한다. 이러한 돌출부(222)는 스포크의 상부면 위로 연장한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 디스크 홀더가 받침 플레이트와 결합하면, 각각의 돌출부(222)는 받침 플레이트(182)의 림(194)에 있는 대응하는 오목부 또는 컷아웃부(224)에 의해 수용된다(도 6). 디스크 홀더와 받침 요소의 상대 회전을 방지하도록 돌출부(222)는 오목부(224) 내에 고정되어 맞추어진다. 방사상 외측으로 연장하는 채널(223)은 인접하는 한 쌍의 스포크(202), 이러한 한 쌍의 스포크 사이에 위치한 웹(212)의 하부면(214), 및 디스크(82)의 상부면(238)에 의해 각각 형성된다. 이러한 채널의 역할을 이하에서 보다 더 상세히 설명한다.

상술한 실시예에서, 코어(200), 스포크(202), 웹(212) 및 림(210)은 PET와 같은 폴리머 물질의 단일 몰딩으로서 단일체로 형성된다.

원통형의 한쪽이 막힌 보어(cylindrical blind bore)는 림(210)에 인접한 각각의 스포크(202)의 폭 넓은 섹션에 형성된다. 이러한 보어는 원통형 자석을 수용하며, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 실린더에 의해 폐쇄된다. 상술한 실시예에서, 보어는 스포크의 상부면(204)으로부터 아래로 연장하며, 실린더는 스포크의 상부면과 동일면이다. 자석(230)과 링(196) 사이의 자기적 인력으로 인해 디스크 홀더가 받침 요소에 수직으로 고정된다.

동일한 직경의 마주하는 제 1 쌍의 스포크의 각각의 스포크에서, 구동 핀(232)은 자석(230) 바로 안쪽의 스포크로부터 매달린다. 디스크 홀더가 디스크(82)에 정합되면, 구동 핀은 디스크의 연관된 보어(234)에 의해 수용되며 디스크 홀더에 대하여 디스크가 상대적으로 회전하는 것을 방지한다. 디스크(82)(도 9 참조)는 연마제를 위해 다이아몬드 입자가 매설된 하부면(84)을 가지는 니켈 코팅 탄소강으로 형성될 수도 있다. 자석은 디스크를 잡아당겨, 디스크의 상부면(238)이 스포크(202)의 하부면과 접촉하는 상태에서 디스크를 유지 요소에 수직으로 고정한다.

디스크의 편평한 하부면(84)은 디스크 평면(302)을 형성한다. 중립적인 배향에서, 디스크 평면은 디스크의 중심을 통하여 연장하는 종축(300)에 수직한다. 돌출부(184)와 소켓(170)의 올록볼록한 구형면 부분은 종축(300)과 디스크 평면의 교점에서 만곡부(304)의 공통 중심을 가진다. 작동 중에, 상기한 바와 같이 컨디셔너 헤드가 폴리싱 패드 위에 위치한 상태에서, 구동 샤프트(86)가 회전하게 되며, 이러한 회전은 디스크(82)에 전달된다. 그 후, 디스크의 하부면(84)과 패드의 폴리싱 면(76)과 결합되도록, 엔드 이펙터(80)는 후퇴 위치로부터 연장된 위치로 자리 이동한다. 패드에 대항하여 디스크를 압축하는 하향력(downward force)은 압력 챔버(102A)내의 압력을 조정함으로써 제어된다. 하향력은 구동 슬리브를 통하여, 허브, 올록볼록한 구형면 부분 사이, 받침 플레이트, 디스크 홀더, 그 후 디스크로 전달된다. 패드에 대하여 디스크를 상대적으로 회전시키는 토크는 구동 샤프트로부터 구동 슬리브, 허브 스포트, 받침 요소의 림, 홀더, 그리고 핀을 통하여 디스크로 공급된다.

축(300)과 패드의 폴리싱 면(76)을 정밀하게 수직 정렬하는 것은 용이하지 않다. 이러한 이유 때문에, 도 10에 나타낸 바와 같이 패드의 폴리싱 면에 대해 하부면이 편평하게 유지되도록 적어도 디스크가 경사질 수 있는 것이 바람직하다. 패드의 폴리싱 면이 축(300)에 수직하지 않다면, 소켓(170)의 오목한 구형면에 대해 돌출부(184)의 볼록한 구형면을 슬라이딩시키는 것을 통하여, 디스크, 디스크 홀더 및 받침 요소가 축에 대해 상대적으로 경사질 수도 있다. 허브(164)는 축(300)에 고정된 상태로 유지된다. 경사를 수용하기 위해, 임의의 주어진 시점에서 스포크(172)는 그 스포크의 위치에 따라 상방 또는 하방으로 휘어진다. 엔드 이펙터와 패드 사이의 결합을 유지하도록 엔드 이펙터(80)가 경사지는 경우, 디스크 평면(302)내의 공통 센터(304)의 위치는 디스크와 패드 사이의 압축력의 요동을 최소화한다. 폴리싱 패드와의 마찰력에 의해 디스크로 인가되는 전단력은 디스크 평면(302)에 인도되며, 이에 의해 센터를 중심으로한 모멘트를 발생시키지 않는다. 만약 그러한 모멘트가 발생된다면, 디스크를 선회시키고 디스크와 패드 사이에 불균일한 압력 분포를 발생시키게 될 것이다. 커버(166)는 경사를 수용하도록 자유롭게 휘어지고 신장 가능하다.

작동 중에, 회전하는 폴리싱 패드의 폴리싱 면과 결합된, 회전하는 컨디셔닝 디스크(82)의 하부면은 상기한 바와 같이 회전하는 폴리싱 패드를 따르는 경로에서 왕복운동한다. 이러한 공정동안, 디스크의 저면은 폴리싱 패드의 정상부에 있는 폴리싱 슬러리(299)의 얇은 층에 침전된다. 디스크의 회전으로 인해 디스크의 하부면(84)으로부터 디스크의 홀 어래이(array of holes)(242)를 통하여, 그리고 채널(223)을 통하여 디스크의 상부면을 따라 방사상 외측으로 길이방향의 상방으로 폴리싱 슬러리의 유동(248)이 발생한다. 오목부(220)에 의해 형성된 림(210)에 있는 방사상 연장 통로를 통하여 외측으로 상기 유동이 진행한다. 각각의 통로/오목부(220)는 일반적으로 연관된 채널(223)과 함께 정렬된다. 이러한 슬러리의 유동은 패드면으로부터 재료를 소개(疏開)시키도록 도움으로써 컨디셔닝의 효율을 증가시킨다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 디스크(82)를 세정하기 위해 엔드 이펙터를 상승시켜서 폴리싱 패드로부터 디스크를 분리한다. 그 후, 컵(66)은 헤드 아래 위치로 피벗되고, 컵의 세정액(298)에 디스크를 침전시키기 위해 엔드 이펙터는 연장된다. 디스크는 세정액내에서 축(300)을 중심으로 회전한다(디스크가 패드와 결합되어 있기 때문에 회전을 변경할 필요가 없다). 이러한 회전으로 인해, 디스크의 하부면으로부터, 홀(242)을 통하여, 디스크를 통하여, 그리고 채널(223)을 통하여 디스크의 상부면을 따라 방사상 외측으로, 그리고 길이방향의 상부로 세정액의 유동(250)이 발생한다. 탈 이온수로 이루어질 수도 있는 세정액의 유동은 패드로부터 소모된 물질, 폴리싱의 부산물 등을 포함하는 오염물질을 디스크로부터 세정하는 역할을 한다.

본 발명의 다수의 실시예를 설명하였다. 그러나, 본 발명의 권리와 청구범위에 어긋나지 않는 한 다양한 변경이 가능할 수도 있음을 이해할 것이다. 예컨대, 구체적으로 나타낸 구성과 다른 다양한 현존 또는 미래의 컨디셔너 및 연마기와 함께 이용하기 위해 여러 특징은 개조될 수도 있다. 전형적인 엔트 이펙터를 특정 구성 요소로서 구성하여 나타냈지만, 다양한 구성 요소가 결합되거나 또는 하위로 구분될 수도 있다. 또한, 이들 구성 성분 또는 하위 구성 성분의 다양한 요소 및 연관된 기능을 다른 구성 성분으로 변경할 수도 있다. 따라서, 다른 실시예는 다음의 청구 범위 내에 있다.

Claims (38)

1. 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 컨디셔너 헤드로서,

   종축을 중심으로 한 회전을 위해 보유된 구동 요소;

   연마 디스크를 보유하고 상기 연마 디스크를 상기 폴리싱 패드와 결합한 상태로 유지하기 위한 디스크 받침 요소;

   상기 디스크 받침 요소와 상기 구동 요소 사이에서 토크와 회전력을 전송하기 위해 상기 디스크 받침 요소를 상기 구동 요소에 연결하며, 후퇴 위치와 연장 위치 사이에서 길이방향으로 이동가능한 종동 요소; 및

   상기 구동 요소와 상기 종동 요소 사이의 간극에 걸쳐지고, 상기 구동 요소와 상기 종동 요소와 함께 하나의 유닛으로서 회전하도록 상기 구동 요소 및 상기 종동 요소에 연결되는 환형 다이어프램을 포함하는 컨디셔너 헤드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 다이아프램은 압력 챔버의 일부 경계를 형성하며, 상기 압력 챔버는 상기 종동 요소가 상기 후퇴 위치로부터 상기 연장 위치로 가압될 수도 있고, 그리고 상기 종동 요소가 상기 연장 위치로부터 상기 후퇴 위치로 이동되도록 감압될 수도 있는 컨디셔너 헤드.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 후퇴 위치와 상기 연장 위치 사이에서 변환되는 동안, 상기 압력 챔버의 외부에 위치하는 상기 다이어프램의 제 1 표면은 상기 간극을 가로질러 상기 종동 요소의 대체적으로 환형인 외부면 부분을 롤 오프하고, 상기 구동 요소의 대체적으로 환형인 내부면 부분상에서 롤링하는 컨디셔너 헤드.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 구동 요소는 구동 샤프트와, 상기 구동 샤프트에 실질적으로 고정되고 대체적으로 환형인 내부면 부분을 가지는 칼라를 포함하고,

   상기 종동 요소는, 적어도 상기 구동 샤프트의 길이를 둘러싸고 대체적으로 환형인 외부면 부분을 가지는 구동 슬리브를 포함하며,

   상기 환형 다이어프램은 외주와 내부 개구를 가지고 있고, 상기 칼라에 대한 외주를 따라 상기 칼라에 밀봉 고정되고 상기 내부 개구를 따라 상기 구동 슬리브에 밀봉 고정되는 컨디셔너 헤드.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 구동 슬리브의 대체적으로 환형인 외부면 부분은 원형 실린더이며,

   상기 칼라의 대체적으로 환형인 내부면 부분은 원형 실리더인 컨디셔너 헤드.
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13. 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 컨디셔닝 디스크를 유지하는 디스크 홀더로서,

    상기 컨디셔닝 디스크의 상부면과 결합하고, 상기 컨디셔닝 디스크의 상부면을 따라 일반적으로 방사상 외측으로 연장하는 복수의 채널을 형성하는 하부면을 포함하는 디스크 홀더.
14. 제 13 항에 있어서,

    중심 영역;

    외주;

    상기 중심 영역으로부터 상기 외주로 연장하며, 상기 컨디셔닝 디스크의 상부면과 결합하는 하부면을 각각 가지는, 복수의 방사상 연장 스포크; 및

    하나의 상기 채널의 형성하기 위해 인접한 스포크들의 상기 하부면으로부터 적어도 부분적으로 수직으로 오목한 하부면을 각각 가지며, 각각의 인접하는 한 쌍의 상기 스포크 사이에 하나가 위치하는 복수의 웹을 더 포함하는 디스크 홀더.
15. 제 14 항에 있어서, 각각의 상기 웹은 중심 영역으로부터 연장하고, 외주로부터 방사상으로 오목한 외부판 에지에서 종결되는 디스크 홀더.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 외주는 림으로서 형성되며, 상기 림은 방사상으로 연장하는 복수의 통로를 가지며, 적어도 상기 디스크의 하부면이 액체에 노출하는 동안 상기 디스크 홀더와 디스크가 중심 종축을 중심으로 회전될 때 상기 관련된 채널로부터 상기 통로를 통하여 방사상 외측으로 유동가능하도록 각각의 상기 통로는 상기 채널들 중 관련된 하나와 대체적으로 정렬되는 디스크 홀더.
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20. 제 14 항에 있어서, 상기 스포크들 중 제 1 스포크로부터 매달리는 제 1 핀, 상기 스포크들 중 제 2 스포크로부터 매달리는 제 2 핀을 더 포함하며,

    상기 디스크 홀더에 대한 상기 컨디셔닝 디스크의 상대적인 회전을 방지하기 위해 상기 제 1 핀 및 상기 제 2 핀이 상기 컨디셔닝 디스크에 의해 수용될 수 있는 디스크 홀더.
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24. 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 장치의 컨디셔너 헤드와 함께 이용되는 컨디셔닝 디스크 유지용 디스크 홀더로서,

    상기 디스크의 상부면과 자기적으로 결합가능한 하부면; 및

    상기 컨디셔너 헤드의 하부면과 자기적으로 결합가능한 상부면을 포함하는 디스크 홀더.
25. 제 24 항에 있어서, 상기 디스크를 디스크 홀더에 고정하고, 상기 디스크 홀더를 컨디셔너 헤드에 고정하는 복수의 자석을 더 포함하는 디스크 홀더.
26. 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 컨디셔너 헤드로서,

    디스크 평면을 형성하는 하부면을 가지는 연마 디스크;

    종축을 중심으로 한 회전을 위해 보유된 종동 요소; 및

    상기 디스크를 보유하고, 상기 폴리싱 패드와 결합한 상태로 상기 디스크를 유지하며, 상기 디스크에 힘과 토크를 인가하기 위한 디스크 받침 요소를 포함하며,

    상기 디스크 받침 요소는,

    상기 종동 요소에 고정되며, 구형면 부분를 가지는 중심 하향 소켓을 가지는 상부 부재;

    상기 연마 디스크에 고정되며, 상기 소켓의 구형면 부분과 슬라이딩 결합하는 구형면 부분을 가지는 중심 상향 돌출부를 가지는 하부 부재; 및

    상기 디스크 평면이 상기 종축에 수직한 중립 배향을 향하여 상기 하부 부재가 편향되도록 상기 상부 부재를 상기 하부 부재에 연결하는 하나 이상의 탄성 부재를 포함하고,

    상기 디스크 평면이 상기 종축에 대해 상대적으로 경사지게 하고 상기 종동 요소로부터 상기 디스크로 회전을 전달할 수 있게 하면서, 상기 경사로 인해 상기 돌출부와 소켓의 각각의 구형면 부분의 상대적인 슬라이딩이 가능한 컨디셔너 헤드.
27. 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 컨디셔너 헤드로서,

    디스크 평면을 한정하는 면을 가지는 연마 디스크를 중축을 중심으로 회전시켜, 디스크가 상기 폴리싱 패드와 결합하였을 때 상기 디스크에 힘과 토크를 인가하는 회전하는 종동 요소;

    상기 종동 요소에 고정되고, 오목면 부분을 가지는 소켓을 구비하는 제 1 부재;

    상기 소켓의 오목면 부분과 슬라이딩 결합된 볼록면 부분을 가지는 돌출부를 구비하는 제 2 부재; 및

    상기 디스크 평면이 상기 종축에 대해 상대적으로 경사질 수 있게 하고 상기 종동 요소로부터 상기 디스크로 회전을 전달 할 수 있게 하면서, 상기 디스크 평면이 상기 종축과 실질적으로 수직한 배향을 향하여 상기 제 2 부재가 편향되도록 상기 제 1 부재를 상기 제 2 부재에 연결하는 하나 이상의 탄성 부재를 포함하며,

    상기 경사로 인해 상기 돌출부 및 소켓의 각각의 볼록면 부분과 오목면 부분의 상대적인 슬라이딩이 가능한 컨디셔너 헤드.
28. 제 27 항에 있어서, 상기 제 1 부재는 중심 허브를 포함하고,

    상기 하나 이상의 탄성 부재는 상기 중심 허브로부터 방사상 외측으로 연장하는, 복수의 스포크를 포함하며,

    상기 종동 요소로부터 상기 디스크로 회전을 전달하는 동안, 상기 종축에 대해 상기 디스크 평면을 경사지게 하기 위해, 각각의 상기 스포크가 상향 및 하향으로 유연성을 가지는 컨디셔너 헤드.
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31. 제 27 항에 있어서, 내부 개구로부터 외주로 연장하고 오염 물질이 하나 이상의 탄성 부재에 유입되는 것을 방지하기 위해 하나 이상의 탄성 부재를 덮는 보호 부재를 더 포함하는 컨디셔너 헤드.
32. 연마 컨디셔닝 디스크를 이용하여 폴리싱 패드의 폴리싱 면을 컨디셔닝하는 컨디셔너 헤드로서,

    종축을 중심으로 회전되도록 지지된 구동 요소; 및

    상기 연마 컨디셔닝 디스크를 유지하고, 상기 연마 컨디셔닝 디스크에 힘과 토오크를 인가하는 디스크 받침 요소를 포함하며,

    상기 디스크 받침 요소는,

    상기 구동 요소에 고정된 중심 허브;

    림 평면을 대체적으로 형성하는 외부 림; 및

    상기 중심 허브로부터 상기 외부 림으로 방사상 연장하는 복수의 스포크를 포함하고,

    상기 컨디셔닝 디스크에 토크를 인가하기 위해 상기 구동 요소로부터 상기 림으로 회전을 전달하면서, 상기 종축에 대해 상기 림 평면이 상대적으로 경사지게 하기 위해 각각의 상기 스포크가 상향 및 하향으로 유연성을 가지는 컨디셔너 헤드.
33. 제 32 항에 있어서, 각각의 상기 스포크는 상기 스포크의 유연성을 증가시키기 위한 횡축방향 연장 웨이브를 가지는 컨디셔너 헤드.
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36. 폴리싱 면을 가지는 폴리싱 패드를 컨디셔닝하는 방법으로서,

    디스크 캐리어에 의해 운반되며, 상기 폴리싱 패드의 폴리싱 면과 결합가능한 하부면을 가지는 연마 컨디셔닝 디스크를 제공하는 단계;

    상기 캐리어가 상기 컨디셔닝 디스크를 회전시키고 상기 컨디셔닝 디스크의 하부면을 상기 폴리싱 패드의 상기 폴리싱 면과 결합시키는 단계;

    상기 캐리어가 상기 회전하는 폴리싱 패드를 따라 경로를 왕복하게 하는 단계;

    상기 캐리어가 상기 폴리싱 패드로부터 상기 컨디셔닝 디스크를 분리하게 하는 단계; 및

    상기 컨디셔닝 디스크의 하부면으로부터 상기 컨디셔닝 디스크를 통하여, 길이방향 위쪽으로 그리고 상기 컨디셔닝 디스크의 상부면을 따라 방사상 외측으로 세정액의 유동을 발생시켜 상기 컨디셔닝 디스크를 세정하도록, 상기 캐리어가 상기 컨디셔닝 디스크를 회전시키고 상기 컨디셔닝 디스크를 세정액내로 인도하는 단계를 포함하는 컨디셔닝 방법.
37. 제 36 항에 있어서, 상기 폴리싱 패드의 폴리싱 면에 제 2 액체를 적용하는 단계; 및

    상기 컨디셔닝 디스크가 상기 폴리싱 패드의 폴리싱 면과 결합되는 경우, 상기 컨디셔닝 디스크의 하부면을 통하고, 상기 컨디셔닝 디스크를 통하여, 그리고 상기 컨디셔닝 디스크의 상기 상부면을 따라 방사상 외측으로 상기 제 2 액체가 유동하게 하는 단계를 더 포함하는 컨디셔닝 방법.
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