KR101063432B1 - 기판 유지 장치 및 폴리싱 장치 - Google Patents

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고이치 후카야
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본원발명은 평탄경 마무리를 위해 기판을 폴리싱하는 기판 유지 장치에 있어서, 반도체 웨이퍼와 같은 기판(W)을 유지하는 기판 유지 장치와 관련된다. 기판 유지 장치는 수직으로 이동 가능한 부재(6), 챔버(22)를 형성하기 위한 탄성 부재(7)를 포함한다. 탄성 부재(7)는 기판(W)과 접촉하게 되는 접촉부(8), 접촉부(8)로부터 위쪽으로 연장되고 수직으로 이동 가능한 부재(6)와 연결되는 주벽부(9)를 포함한다. 주벽부(9)는 수직으로 신축되는 신축부(40)를 갖는다.

Description

기판 유지 장치 및 폴리싱 장치{SUBSTRATE HOLDING APPARATUS AND POLISHING APPARATUS}
본원발명은 폴리싱면에 대해서 폴리싱되는 기판을 유지하고 기판을 가압하는 기판 유지 장치, 더욱 구체적으로, 평탄한 마무리로 기판을 폴리싱하기 위한 폴리싱 장치에 있어서, 반도체 웨이퍼 같은 기판을 유지하기 위한 기판 유지 장치와 관련된다. 본원발명은 또한 그런 기판 유지 장치를 가지는 폴리싱 장치와 관련된다.
최근, 반도체 장치는 더욱 통합되고, 반도체 소자의 구조는 더욱 복잡해졌다. 더욱이, 로직 시스템에 사용되는 다층 배선의 층 수가 늘어났다. 이에 따라, 반도체 장치의 표면에서의 요철은 증가하였고, 반도체 장치의 표면에서 단차는 더욱 커지는 경향이 있다. 이것은, 반도체 장치의 제조 공정에서, 박막이 반도체 장치에 형성되고, 그 후 패터닝 또는 홀(hole) 형성과 같은 마이크로매칭 공정이 반도체 장치에서 수행되는데, 이러한 공정들이 반도체 장치에 박막을 형성하는 것 이후 여러 번 반복되기 때문이다.
반도체 장치의 표면에 요철의 수가 증가할 때, 다음과 같은 문제가 발생한다. 스텝을 가지는 부분에 형성된 필름의 두께는 박막이 반도체 장치에 형성될 때 비교적 작다. 배선의 단선에 의해 개방 회로가 야기되거나, 레이어들 배선 간의 불 충분한 절연에 의해 단락 회로가 야기된다. 그 결과, 좋은 품질이 얻어질 수 없고, 생산량은 감소하는 경향이 있다. 더욱이, 반도체 장치가 처음에는 정상적으로 동작하는 경우에도, 반도체 장치의 신뢰도가 오랜 사용 후에는 낮아진다. 리소그래피 공정에서 노광 시, 조사 표면이 요철을 가지고 있으면, 노광 시스템의 렌즈 유닛이 부분적으로 맞지 않게 된다. 따라서, 반도체 장치의 표면에서의 요철이 증가하면, 반도체 장치에서 미세 패턴을 형성하는 것 자체가 어려워진다는 문제가 된다.
이에 따라, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 반도체 장치의 표면을 평탄하게 하는 것은 더욱 중요해졌다. 평탄화하는 기술 중 가장 중요한 것 하나는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)이다. CMP에서는, 폴리싱 장치의 사용과 함께, 실리카(SiO2)와 같은 연마 입자를 포함하는 폴리싱 액체를 폴리싱 패드와 같은 폴리싱면에 공급하면서, 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 폴리싱면과 접촉하게 하고, 기판을 폴리싱한다.
이런 종류의 폴리싱 장치는 폴리싱 패드에 의해 이루어진 폴리싱 표면을 가지는 폴리싱 테이블과, 반도체 웨이퍼를 유지하는, 톱링 또는 캐리어 해드(carrier head)라고 불리는 폴리싱 유지 장치를 구비한다. 반도체 웨이퍼가 이런 폴리싱 장치에 의해 폴리싱 될 때, 반도체 웨이퍼는 기판 유지 장치에 의해 소정의 압력 하에서, 폴리싱 테이블에 대해 유지되고 가압된다. 이때, 폴리싱 테이블과 기판 유지 장치는 반도체 웨이퍼가 폴리싱면과 접촉하도록 서로 상대적으로 움직이며, 이에 따라, 반도체 웨이퍼의 표면이 평탄경 마무리로 폴리싱된다.
이와 같은 반도체 장치에 있어서, 폴리싱되는 반도체 웨이퍼와 폴리싱 패드의 폴리싱 표면 간의 상대적인 가압력이 반도체 웨이퍼의 전면에 걸쳐서 균일하지 않는 경우, 반도체 웨이퍼의 각 부분에 가해지는 가압력에 따라 어느 부분에서 반도체 웨이퍼는 불충분하게 연마되거나 과도하게 연마된다. 따라서, 반도체 웨이퍼를 유지하기 위한 기판 유지 장치의 표면을 고무와 같은 탄성재로 만들어진 탄성막에 의해 형성하고, 탄성막의 이면에 공기압과 같은 유체압을 공급하여, 반도체 웨이퍼의 전면에 걸쳐 반도체 웨이퍼에 가해지는 가압력을 균일하게 하려는 시도가 있었다.
더욱이, 폴리싱 패드가 탄성이 있어서, 폴리싱되는 반도체 웨이퍼의 주변부에 가해지는 가압력이 불균일하고, 따라서, 반도체 웨이퍼의 주변부만 과도하게 연마되어, '에지 라운딩(edge rounding)'이라고 언급되었다. 이러한 에지 라운딩을 방지하기 위해서, 가이드 링(guide ring) 또는 리테이너 링(retainer ring)에 의해서 반도체 웨이퍼의 주변부를 유지하고, 반도체 웨이퍼의 주변부에 상응하는 폴리싱면의 환상부(annular portion)를 가이드 링 또는 리테이너 링에 의해 가압하는 기판 유지 장치가 사용되었다.
이하, 종래의 기판 유지 장치가 도 29a, 도 29b를 참조하여 설명된다. 도 29a, 도 29b는 종래의 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도이다.
도 29a, 도 29b에 도시된 바와 같이, 기판 유지 장치는 톱링 본체(2), 톱링 본체(2)에 고정된 처킹 플레이트(chucking plate, 6), 처킹 플레이트에 부착되는 탄성막(80)을 포함한다. 탄성막(80)은 처킹 플레이트(6)의 외주부에 배치되고, 반 도체 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리에 접촉한다. 환상의 리테이너 링(3)은 톱링 본체(2)의 아래 끝에 고정되고, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리 근처의 폴리싱면을 가압한다.
처킹 플레이트(6)는 탄성을 가지는 가압 시트(13)를 통해 톱링 본체(2)의 상부에 설치된다. 처킹 플레이트(6)와 탄성막(80)은 유체압에 의해 탑링 본체(2)와 리테이너 링(3)에 대하여 일정 범위를 수직으로 이동한다. 이런 구조를 가지는 기판 유지 장치를 소위 플로팅-타입 기판 유지 장치라고 부른다. 가압 챔버(130)는 탄성막(80), 처킹 플레이트(6)의 아래 표면, 반도체 웨이퍼(W)의 윗 표면으로 형성된다. 유체압은 가압 챔버(130)로 공급되고, 이로써 처킹 플레이트(6)가 상승하고, 동시에 폴리싱면에 대해 반도체 웨이퍼(W)를 가압한다. 이 상태에서, 폴리싱액이 폴리싱면에 공급되고, 톱링(기판 유지 장치)과 폴리싱면이 각각 독립적으로 회전하며, 이에 의해 반도체 웨이퍼(W)의 하면이 연마된다.
폴리싱 공정이 완료된 후에는, 반도체 웨이퍼(W)는 진공흡착되고, 톱링에 의해 유지된다. 톱링은 반도체 웨이퍼(W)를 유지하는 동안에, 전달부로 이동되고, 그 후, 반도체 웨이퍼(W)를 해방시키기 위해 유체(예를 들면, 가압 유체 또는 질소와 순수의 혼합액)가 처킹 플레이트(6)의 하면으로부터 분사된다.
그러나, 상술한 종래의 플로팅-타입 기판 유지 장치에 있어서, 처킹 플레이트(6)가 반도체 웨이퍼(W)를 가압하기 위해 상승할 때, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에 접촉해 유지되어 있는 탄성막(80)은 처킹 플레이트(6)에 의해 들어 올려지고, 따라서, 탄성막(80)의 외주 가장자리가 반도체 웨이퍼(W)와 접촉하지 않게 된다. 결과적으로, 반도체 웨이퍼(W)에 가해지는 가압력은 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에서 변화한다. 그 결과, 폴리싱 비율이 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에서는 낮고, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리의 직경 방향 내측의 영역에서는 상승한다.
탄성막의 경도가 높아짐에 따라, 이런 문제는 더욱 심각하다. 따라서, 경도가 낮은 탄성막을 사용하여 탄성막과 반도체 웨이퍼 간의 접촉을 일정하게 유지하려는 시도가 있었다. 그러나, 폴로팅-타입 기판 유지 장치에서는, 반도체 웨이퍼(W)가 리테이너 링(3)이 폴리싱면과 접촉하는 동안에 폴리싱된다. 그렇기 때문에, 리테이너 링(3)은 시간에 따라 마모하고, 반도체 웨이퍼(W)와 처킹 플레이트(6) 간의 거리가 감소되는 결과를 초래한다(도 29b 참조). 따라서, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에 가해지는 가압력이 변화하면, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에서 폴리싱 비율도 변화하여, 폴리싱 프로파일(profile)의 변화를 야기한다. 또한, 이런 문제들 때문에, 마모된 리터이너 링을 빠른 시기에 교체하는 것이 요구되고, 따라서, 리테이너 링의 수명이 짧게 제한되어 있었다.
상술한 문제점에 더해, 종래의 기판 유지 장치는 다음과 같은 다른 문제를 가진다: 폴리싱 공정이 개시되면, 탄성 부재와 반도체 웨이퍼가 충분히 서로 가까이 접촉하지 않은 동안에 가압 유체가 가압 챔버로 공급된다. 그 결과, 가압 유체가 탄성 부재와 반도체 웨이퍼와의 틈으로부터 누출되기 쉽다.
또한, 반도체 기판을 톱링으로부터 해방시키는 공정에서, 다음과 같은 문제들이 발생한다: 질화물 또는 그와 유사한 것의 막이 반도체 웨이퍼의 이면(윗면)에 형성되면, 탄성막과 반도체 웨이퍼가 서로 부착한다. 따라서, 반도체 웨이퍼를 해방시킬 때, 탄성막이 반도체 웨이퍼와의 접촉에서 떨어지지 않을 수 있다. 이런 상태에서, 가압 유체가 계속해서 반도체 웨이퍼에 분사되면, 탄성 부재는 반도체 웨이퍼와의 접촉을 유지하면서 펴진다. 그 결과, 유체압 때문에 반도체 웨이퍼가 변형되거나, 최악의 경우에 갈라진다.
또한, 종래의 기판 유지 장치에는 또 다른 문제가 다음과 같이 발생한다: 탄성 부재에 의해 구성된 가압 챔버는 유체압 때문에 변형된다. 따라서, 탄성 부재는 가압 유체가 가압 챔버에 공급됨에 따라, 부분적으로 반도체 웨이퍼와의 접촉에서 떨어진다. 결과적으로, 반도체 웨이퍼에 가해지는 가압력이 부분적으로 낮아지고, 따라서, 반도체 웨이퍼의 폴리싱되는 전면에 걸쳐서 균일한 폴리싱 비율이 얻어질 수 없다.
탄성부재의 경도가 높아짐에 따라, 이런 문제는 더욱 심각하다. 따라서, 이미 설명한 바와 같이, 탄성막과 반도체 웨이퍼 간의 접촉 범위를 일정하기 유지하기 위해, 경도가 낮은 탄성부재를 사용하려는 시도가 있었다. 그러나, 낮은 경도를 가지는 탄성 부재는 낮은 물리적인 힘을 가지기 때문에, 탄성막이 파손되는 경향이 있고, 따라서, 잦은 교환이 요구되었다.
본원발명은 상술한 문제점들을 감안하여 이루어진 것으로, 본원발명에 의하면, 탄성막에 의해 형성된 공간에 가압 유체를 공급함으로써 기판에 가압력을 가하는 기판 유지 장치가 제공된다. 기판 유지 장치는, 기판 폴리싱 공정과 기판 해방 공정을 포함해서 모든 공정에서 기판을 안정적으로 처리하기 위해 구성된다. 구체적으로, 본원발명의 제 1 목적은 기판의 전면에 걸쳐서 균일한 폴리싱 프로파일을 얻기 위해, 기판의 전면에 균일한 가압력을 가할 수 있는 기판 유지 장치와 그러한 기판 유지 장치를 포함하는 폴리싱 장치를 제공하는 것이다. 본원발명의 제 2 목적은 기판을 신속히 해방할 수 있는 기판 유지 장치와, 그러한 기판 유지 장치를 포함하는 폴리싱 장치를 제공하는 것이다. 본원발명의 제 3 목적은 기판의 전면에 걸쳐서 균일한 폴리싱 비율을 얻을 수 있는 기판 유지 장치와 그러한 기판 유지 장치를 포함하는 폴리싱 장치를 제공하는 것이다.
상술한 목적들을 달성하기 위한 본원발명의 일실시예에 의하면, 본원발명은 폴리싱면에 대해서 폴리싱되는 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서, 수직으로 이동가능한 부재, 챔버를 형성하기 위해 상기 수직으로 이동가능한 부재와 연결되는 탄성 부재를 포함하고, 상기 탄성 부재는 상기 기판과 접촉하는 접촉부와, 상기 접촉부로부터 위쪽으로 연장되고 상기 수직으로 이동가능한 부재와 연결되는 주벽부(circumferential wall)를 포함하고, 상기 주벽부는 수직으로 신축하는 신축부를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치를 제공한다.
본원발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 주벽부는 외주벽부와, 상기 외주벽부의 직경 방향 내측에 배치되는 내주벽부를 포함하고, 상기 외주벽부와 내주벽부 중의 적어도 하나는 상기 신축부를 가지며,상기 접촉부는 상기 외주벽부와 상기 내주벽부 사이의 지점에서 분리되는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성을 가지는 본원발명은 수직으로 이동가능한 멤버(처킹 플레이트)가 상승함에 따라, 수직으로 펴지기 때문에, 기판과 접촉을 유지하고 있는 접촉부는 그 형태를 유지할 수 있다. 따라서, 탄성 부재와 기판 간의 접촉 범위는 일정하게 유지되고, 기판의 전체 면에 걸쳐서 균일한 가압력을 얻는 것이 가능하다.
리테이너 링이 수직으로 이동 가능한 부재와 기판과의 거리의 변화를 야기하며 마모되는 경우에는, 신축부가 그 거리의 변화를 추종하여 수축한다. 따라서, 기판과 접촉을 유지하고 있는 접촉부는 그 형태를 유지할 수 있다. 결과적으로, 기판의 중심에서부터 그것의 둘레 가장자리까지, 전면에 걸쳐, 균일한 압력 하에 기판을 가압하는 것이 가능하고, 기판의 전면에 대해서 균일한 폴리싱 비율, 즉, 폴리싱 프로파일을 얻을 수 있다. 또한, 신축부는 리테이너 링의 마모에 따라 수축하기 때문에, 마모된 리테이너 링이 교체 없이 사용될 수 있다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 주벽부는 상기 신축부를 형성하기 위해, 접어 포개지는 접힘부(folded portion)를 가진다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 접힘부는 거의 아치형의 단면을 가진다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 신축부는 상기 접촉부보다 연질의 재료로 형성된다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 주벽부의 소정의 부분은 상기 신축부를 형성하기 위해 상기 접촉부보다 가늘다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 주벽부는 상기 접촉부보다 경질의 재료로 형성되는 부분을 가지고, 상기 신축부의 아래에 배치된다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 주벽부는 상기 접촉부보다도 두꺼운 부분을 가지고, 상기 신축부의 아래에 배치된다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 탄성부재보다도 경도가 높은 경질부재가 상기 주벽부에 끼워지고, 상기 경질부재는 상기 신축부의 아래에 배치된다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 탄성 부재보다도 경도가 높은 경질부재가 상기 주벽부에 고정되고, 상기 경질부재는 상기 신축부의 아래에 배치된다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 주벽부는 표면이 상기 탄성 부재보다도 경질의 재료가 코팅된 부분을 가지고, 상기 부분은 상기 신축부의 아래에 배치된다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의해, 주벽부의 강도가 강화될 수 있고, 이에 의해, 기판이 폴리싱 될 때, 탄성 부재가 뒤틀리는 것을 방지할 수 있다.
본원발명의 다른 실시예에 의하면, 폴리싱 표면에 대하여 폴리싱될 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서, 수직으로 이동가능한 부재, 챔버를 형성하기 위해 상기 수직으로 이동가능한 부재와 연결되는 탄성 부재를 포함하고, 상기 탄성 부재는 상기 기판과 접합하는 접촉부와, 상기 접촉부로부터 상방으로 연장되고 상기 수직으로 이동가능한 부재와 연결되는 주벽부를 포함하고, 상기 주벽부는 외주벽부와, 상기 외주벽부의 직경 방향 내측에 배치되는 내주벽부를 포함하고, 상기 접촉부는 상기 외주벽부와 상기 내주벽부 사이의 지점에서 분리되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치가 제공된다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 기판에 대해서 상기 접촉부를 가압하기 위해, 상기 접촉부의 윗면에 접촉하는 가압부재를 더 포함한다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의해, 가압 부재는 접촉부의 하면을 기판의 상면과 밀착시킬 수 있다. 따라서, 가압 유체가 접촉부와 기판 사이의 틈으로부터 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 가압부재는 하면에 직경방향으로 늘어나는 복수의 홈이 형성된다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 가압부재는 상기 접촉부의 윗면에 유체를 공급하기 위해서 그 아랫면에 유체 공급구가 형성된다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의해, 가압 유체가 홈 또는 유체 공급구를 통해 접촉부의 상면으로 신속히 공급될 수 있다. 따라서, 접촉부가 압축 부재에 의해 기판에 대해 가압되는 동안에, 가압 유체가 기판에 대해 접촉부를 가압할 수 있다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 접촉부는 상기 접촉부의 둘레 방향으로 늘어나는, 그 윗면에 형성된 두꺼운 부분을 가진다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 두꺼운 부분은 거의 삼각형상 또는 아치형상의 단면을 가진다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 접촉부에 보강부재가 설치된다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의해, 접촉부의 강도가 강화되기 때문에, 가압 부재가 기판에 대해 접촉부를 가압할 때, 접촉부가 둘레 방향으로 뒤틀리는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 접촉부와 기판이 서로 밀착되어 유지될 수 있으며, 가압 유체의 누출을 방지할 수 있다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 접촉부는 복수의 요철을 가지고, 상기 요철들은 상기 접촉부의 윗면에 형성된다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의해서, 수직으로 이동가능한 부재에 대한 접촉부의 밀착성은 약화된다. 따라서, 수직으로 이동가능한 부재가 상승할 때, 탄성부재의 접촉부가 수직으로 이동가능한 부재에 의해 들어 올려지는 것을 방지할 수 있다.
본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기판 유지 장치와, 폴리싱면을 가지는 폴리싱 테이블을 포함하는 폴리싱 장치가 제공된다.
본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기판 폴리싱 방법에 있어서, 기판 유지 장치에 의해 기판을 유지하는 단계, 폴리싱 테이블의 폴리싱면 위에 상기 기판을 위치시키는 단계, 상기 기판에 대해 상기 접촉부를 가압하기 위해 상기 수직으로 이동가능한 부재를 움직이는 단계, 상기 접촉부를 상기 기판에 대해 가압하는 동안에 상기 챔버에 가압 유체를 공급하는 단계, 상기 기판을 폴리싱하도록 상기 기판을 폴리싱면에 접촉시키고 슬라이딩하는 단계를 포함하는 기판 폴리싱 방법이 제공된다.
본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 폴리싱면에 대하여 폴리싱될 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서, 수직으로 이동가능한 부재, 챔버를 정의하기 위한 탄성부재, 상기 탄성 부재는 상기 기판과 접촉하는 접촉부를 가지고, 상기 접촉부는 상기 접촉부가 기판으로부터 제거되도록 촉진시키는 박리 촉진부를 가지는 기판 유지 장치가 제공된다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 박리 촉진부는 상기 접촉부의 둘레 가장자리에 형성되는 노치를 포함한다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 접촉부는 상기 탄성부재를 형성하는 재료보다 상기 기판과 낮은 밀착성을 가지는 재료로 형성된다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 접촉부의 표면은 복수의 볼록한 곳과 오목한 곳을 포함한다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 탄성 부재는 복수의 접촉부를 포함하고, 상기 박리 촉진부는 상기 복수의 접촉부 하나와 상기 복수의 접촉부의 다른 하나를 연결하는 연결부를 포함한다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 박리 촉진부는 상기 접촉부에 형성된 상방이 오목한 리세스를 포함하고, 가압 유체가 상기 챔버에 공급될 때 상기 리세스는 상기 기판과 밀착한다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의하면, 유체가 기판에 분사될 때, 접촉부가 기판과의 접촉으로부터 원활하게 벗어나도록, 박리 촉진부가 기판으로부터 제거된다. 따라서, 기판이 유체압에 의한 손상 없이, 푸셔와 같은 기판 상승, 하강 장치에 전달될 수 있다. 또한, 기판을 기판의 종류, 특히 기판의 이면(윗면)에 형성된 막에 영향받지 않고, 원활하게 탄성 부재로부터 해방시키는 것이 가능하다.
본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기판 유지 장치 및 폴리싱면을 가지는 폴리싱 테이블을 포함하는 폴리싱 장치가 제공된다.
본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 폴리싱면에 대해서 폴리싱되는 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서, 폴리싱 면에 수직으로 이동가능한 이동 부재, 복수의 챔버를 형성하기 위해 상기 이동 부재와 연결되는 탄성막을 포함하고, 상기 탄성막은 상기 기판과 접촉하는 접촉부와, 상기 접촉부를 상기 이동 부재와 연결하는 복수의 주벽부를 포함하고, 상기 복수의 주벽부 각각은 상기 폴리싱 면에 수직으로 수신축하는 신축부를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치가 제공된다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의해, 신축부는 유체가 챔버에 공급됨에 따라 폴리싱면에 수직으로 펴지기 때문에, 탄성 부재의 접촉부가 그 형태를 유지할 수 있다. 따라서, 탄성 부재(접촉부)와 기판 간의 접촉 범위가 일정하게 유지될 수 있고, 이에 의해, 균일한 폴리싱 비율이 기판의 전면에 걸쳐서 얻어질 수 있다. 또한, 탄성 부재와 기판이 신축부에 의해 상호 접촉된 상태가 잘 유지되기 때문에, 높은 강도를 가지는 탄성 부재를 사용하는 것이 가능하다. 따라서, 탄성 부재의 내구성이 향상된다. 이 경우, 낮은 강도를 가지는 탄성 부재에 비해, 높은 강도를 가지는 탄성 부재는 기판과 탄성 부재(접촉부) 사이의 접촉 범위를 유지할 수 있다. 따라서, 안정적인 폴리싱 비율이 얻어진다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 탄성 막은 일체로 형성된 구조를 가진다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의해, 유체가 챔버로부터 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기판의 폴리싱이 완료된 후에 기판이 접촉부로부터 쉽게 해방될 수 있다. 탄성 부재가 복수의 분할부로 분할되는 경우, 이런 분할부의 일부가 기판에 부착될 수 있고, 이로써, 기판이 원활하게 해방되는 것을 막는다. 본원발명에 의하면, 일체로 형성된 구조의 탄성 막이 기판이 접촉부로부터 원활하게 해방될 수 있도록 허용한다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 접촉부는 그것의 외측 가장자리에 배치되고 위쪽으로 경사진 경사부를 가진다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 경사부는 곡선 모양의 단면도를 가진다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 경사부는 직선의 단면도를 가진다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의해, 기판과 탄성 부재의 둘레 가장자리가 서로 접촉으로부터 벗어나서 유지된다. 따라서, 기판의 둘레 가장자리에 가압력이 가해지지 않고, 이로써, 기판의 둘레 가장자리가 과도하게 연마되는 것을 방지한다.
본원발명의 바람직한 실시예에서, 상기 경사부는 상기 접촉부 보다 가늘다.
상술한 구성을 가지는 본원발명에 의해, 경사부는 유체압 하에서 쉽게 병형될 수 있다. 따라서, 경사부가 바람직한 가압력 하에서 기판의 둘레 가장자리와 접촉할 수 있다.
본원발명의 또 다른 실시예에 의하면, 기판 유지 장치 및 폴리싱면을 가지는 폴리싱 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치가 제공된다.
도 1은 본원발명의 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치를 포함하는 폴리싱 장치의 전체 구조를 나타내는 단면도
도 2는 본원발명의 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치에 포함된 톱링을 나타내는 수직 단면도
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시 중간 에어백을 나타내는 확대된 단면도
도 4a는 본원발명의 제1 실시예에서 에지 막(edge membrane)의 전체 구조를 나타내는 단면도
도 4b와 도 4c는 도 2에 도시된 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도
도 5a와 도 5b는 본원발명의 제 2 실시예에 의한 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도
도 6a는 본원발명의 제 3 실시예에 의한 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도
도 6b는 본원발명의 제 3 실시예에서 에지 막의 다른 구조를 나타내는 부분 단면도
도 7은 본원발명의 제 4 실시예에 의한 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도
도 8a는 본원발명의 제 5 실시예에 의한 에지 막을 나타내는 단면도
도 8b는 본원발명의 제 5 실시예에서 에지 막의 다른 구조를 나타내는 단면도
도 9a는 본원발명의 제 6 실시예에 의한 에지 막을 나타내는 단면도
도 9b는 본원발명의 제 6 실시예에 의한 에지 막의 신축성을 설명하기 위한 참고도
도 10a는 본원발명의 제 7 실시예에 의한 에지 막을 나타내는 단면도
도 10b 내지 도 10e는 본원발명의 제 7 실시예에서 에지 막의 다른 구조 각각을 나타내는 단면도
도 11a와 도 11b는 본원발명의 제 8 실시예에 의한 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도
도 12a는 본원발명의 제 10 실시예에 의한 기판 유지 장치의 일부를 나타내는 단면도
도 12b는 도 12a에 도시된 A선의 방향에서 보여지는 기판 유지 장치의 일부를 나타내는 도면
도 13은 도 12a에 도시된 B선의 방향에서 보여지는 중간 막을 나타내는 도면
도 14는 본원발명의 제 10 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 중간 에어 백을 나타내는 사시도
도 15는 본원발명의 제 11 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재를 나타내는 이면도
도 16은 본원발명의 제 12 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재의 제1 예를 나타내는 이면도
도 17은 본원발명의 제 12 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재의 제2 예를 나타내는 이면도
도 18은 본원발명의 제 12 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재의 제3 예를 나타내는 이면도
도 19는 본원발명의 제 12 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재의 제4 예를 나타내는 이면도
도 20은 본원발명의 제 13 실시예에 의한 기판 유지 장치를 포함하는 폴리싱 장치의 전체 구조를 나타내는 단면도
도 21은 본원발명의 제13 실시예에 의한 톱링을 나타내는 수직 단면도
도 22a는 본원발명의 제 13 실시예에 의한 톱링의 일부를 나타내는 도면
도 22b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면
도 23a는 본원발명의 제 14 실시예에 의한 톱링의 일부를 나타내는 도면
도 23b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면
도 24a는 본원발명의 제 15 실시예에 의한 톱링의 일부를 나타내는 도면
도 24b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면
도 25a는 본원발명의 제 16 실시예에 의한 톱링의 일부를 나타내는 도면
도 25b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면
도 26a는 본원발명의 제 17 실시예에 의한 기판 유지 장치의 일부를 나타내는 도면
도 26b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면
도 27a는 본원발명의 제 18 실시예에 의한 톱링의 제1 실시예의 일부를 나타내는 확대된 단면도
도 27b는 본원발명의 제 18 실시예에 의한 톱링의 제2 실시예의 일부를 나타내는 확대된 단면도
도 27c는 본원발명의 제 18 실시예에 의한 톱링의 제3 실시예의 일부를 나타내는 확대된 단면도
도 28a는 본원발명의 제 19 실시예에 의한 톱링의 제1 실시예의 일부를 나타내는 확대된 단면도
도 28b는 본원발명의 제 19 실시예에 의한 톱링의 제2 실시예의 일부를 나타내는 확대된 단면도
도 28c는 본원발명의 제 19 실시예에 의한 톱링의 제3 실시예의 일부를 나타내는 확대된 단면도
도 29a와 도 29b는 종래의 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도
이하, 본원발명의 제 1 실시예에 의한 기판 유지 장치와 폴리싱 장치가 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.
도 1은 본원발명의 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치를 포함하는 폴리싱 장치의 전체 구조를 나타내는 단면도이다. 기판 유지 장치는 폴리싱 테이블 위에 폴리싱 될 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 유지한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 그 하면에 부착된 폴리싱 패드(101)를 가지는 폴리싱 테이블(100)이 본원발명에 의한 기판 유지 장치를 구성하는 톱링(1)의 아래에 제공된다. 폴리싱 액 공급 노즐(102)이 폴리싱 테이블(100) 위에 제공되고, 폴리싱 액(Q)은 폴리싱 액 공급 노즐(102)로부 터 폴리싱 테이블(100) 상에 위치한 폴리싱 패드(101)의 폴리싱면(101a)에 까지 공급된다.
시장에는 이용될 수 있는 다양한 종류의 폴리싱 패드가 있다. 예를 들면, 로델 사(Rodel Inc.)의 SUBA800, IC-1000, IC-1000/SUBA100(2-layer cloth)과 후지미 사(Fujimi Inc.)의 Surfin xxx-5, Surfin 000 등이 있다. SUBA800, Surfin xxx-5, Surfin 000은 우레탄 수지로 부착된 부직포이고, IC-1000은 경질의 폴리우레탄폼(polyurethane foam)(싱글층; one layer)으로 만들어진다. 폴리우레탄폼은 다공성을 갖고, 그 표면에 다수의 미세한 홈 또는 홀을 갖는다.
톱링(1)은 유니버셜 조인트(10)에 의해 톱링 구동축(11)에 연결되고, 톱링 구동축(11)은 톱링 해드(11)에 고정된 톱링 에어 실린더(111)와 결합된다. 톱링 에어 실린더(111)는 톱링 구동축(11)이 수직으로 이동하도록 동작하고, 이것에 의해 톱링(1) 전체를 상승, 하강시키며, 톱링 본체(2)의 하단에 고정되는 리테이너 링을 폴리싱 테이블(100)에 대해 가압한다. 톱링 에어 실린더(111)는 레귤레이터(R1)을 거쳐 압력 조절 유닛(120)에 연결된다. 압력 조절 유닛(120)은 압축된 에어 공급원(도시되지 않음)으로부터 가압 유체를 공급하는 것에 의해, 또는 펌프(도시되지 않음) 등에 의하여 진공을 일으키는 것에 의해 압력을 조절한다. 압력 조절 유닛(120)은 레귤레이터(R1)을 이용하여 톱링 에어 실린더(111)에 공급되는 가압 유체의 유체압을 조절할 수 있다. 따라서, 폴리싱 패드(101)를 가압하는 리테이너 링(3)의 가압력을 조절하는 것이 가능하다.
톱링 구동축(11)은 키(도시되지 않음)에 의해 회전 슬리브(112)에 연결된다. 회전 슬리브(112)는 그 외주부에 고정되어 배치되는 타이밍 풀리(timing pulley, 113)를 가진다. 톱링 모터(114)는 톱링 헤드(11)에 고정되고, 타이밍 풀리(113)는 타이밍 벨트(115)를 거쳐서 톱링 모터(114)에 장착된 타이밍 풀리(116)와 결합된다. 따라서, 톱링 모터(114)가 회전을 위해 구동될 때, 회전 슬리브(112)와 톱링 구동축(11)은 타이밍 풀리(116), 타이밍 벨트(115), 타이밍 풀리(113)를 거쳐 서로 일체로 회전되고, 이로써 톱링(1)이 회전된다. 톱링 헤드(11)는 프레임(도시되지 않음)에 의해 회전 가능하게 지지되는 톱링 헤드축(117)에 의해 지지된다.
이하, 본원발명의 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치를 구성하는 톱링(1)이 자세히 설명된다. 도 2는 제1 실시예에 의한 톱링(1)을 나타내는 수직 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기판 유지 장치를 구성하는 톱링(1)은 그안에 형성된 하우징 공간을 가지는 원통 용기 형상의 톱링 본체(2), 톱링 본체(2)의 하단에 고정된 환상의 리테이너 링(3)을 포함한다. 톱링 본체(2)는 금속 또는 세라믹과 같이, 강도 및 강성이 높은 재료로 만들어진다.
톱링 본체(2)는 원통 용기 형상의 하우징(2a), 하우징(2a)의 원통 부분으로 끼워지는 환상의 가압 시트 지지부(2b), 하우징(2a)의 윗면의 둘레 가장자리에 형성된 홈들에 끼워지는 환상의 시트(2c)를 포함한다. 리테이너 링(3)은 톱링 본체(2)의 하우징(2a)의 하단에 고정된다. 리테이너 링(3)은 직경방향의 내측으로 돌출된 하부를 가진다. 리테이너 링(3)은 톱링 본체(2)와 함께 일체적으로 형성될 수 있다.
톱링 구동축(11)은 톱링 본체(2)의 하우징(2a)의 중심부 위에 배치되고, 톱 링 본체(2)는 유니버셜 조인트(10)에 의해 톱링 구동축(11)에 결합된다. 유니버설 조인트(10)는 톱링 본체(2)와, 톱링 구동축(11)이 서로에 대해 상하로 움직일 수 있게 하는 구형 베어링 기구와, 톱링 구동축(11)의 회전을 톱링 본체(2)에 전달하는 회전 전달 기구를 가진다. 구형 베어링 기구와 회전 전달 기구는 톱링 본체(2)와 톱링 구동축(11)이 서로에 대해 상하로 움직이는 것을 허용하면서, 톱링 구동축(11)으로부터 톱링 본체(2)에 가압력과 회전력을 전달한다.
구형 베어링 기구는 톱링 구동축(11)의 하면 중앙에 형성되는 반구상의 오목리세스(concave recess, 11a)와, 하우징(2a)의 하면 중앙에 형성된 반구상의 오목 리세스(2d)와, 세라믹과 같이 높은 경도를 가지는 재료로 만들어지고, 오목 리세스(11a)와 오목 리세스(2d) 사이에 위치하는 베어링 볼(12)로 구성된다. 회전 전달 기구는 톱링 구동축(11)에 고정된 구동 핀(도시되지 않음)과, 하우징(2a)에 고정된 피구동 핀(도시되지 않음)으로 구성된다. 톱링 본체(2)가 톱링 구동축(11)에 대하여 기울어져도, 구동 핀과 피구동 핀이 서로 상대적으로 수직으로 이동하기 때문에 구동 핀과 피구동 핀은 접촉부가 옮겨진 동안에 맞물림을 유지한다. 따라서, 회전 전달 기구가 확실하게 톱링 구동축(11)의 회전 토크를 톱링 본체(2)에 전달한다.
톱링 본체(2)와 톱링 본체(2)에 일체적으로 고정되는 리테이너 링(3)은 그 내부에 하우징 공간을 형성한다. 환상의 홀더 링(5)과 수직으로 이동가능한 부재로 역할하는 디스크 형상의 처킹 플레이트(6)가 하우징 공간에 배치된다. 처킹 플레이트(6)는 톱링 본체(2)에 형성된 하우징 공간 내에서 수직으로 이동가능하다. 처킹 플레이트(6)는 금속으로 만들어질 수 있다. 그러나, 반도체 웨이퍼의 표면에 형성 된 박막의 두께를, 폴리싱될 반도체 웨이퍼가 톱링(1)에 의해 유지되는 상태에서, 와전류(eddy current)를 이용하는 방법에 의해 측정하는 경우, 처킹 플레이트(6)는 PPS, PEEK, 플루오르수지(fluororesin), 세라믹과 같은 비금속 물질로 만들어지는 것이 바람직하다.
탄성 부재를 구성하는 가압 시트(13)가 홀더 링(5)과 톱링 본체(2) 사이에 배치된다. 가압 시트(13)는 하우징(2a)과 톱링 본체(2)의 가압 시트 지지부(2b)와의 사이에 끼워진 방사형의 바깥 가장자리와, 홀더 링(5)과 처킹 플레이트(6) 사이에 끼워진 방사형의 안쪽 가장자리를 가진다. 톱링 본체(2), 처킹 플레이트(6), 홀더 링(5), 가압 시트(13)는 톱링 본체(2)에서 함께 가압 챔버(21)를 형성한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 가압 챔버(21)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유체 통로(32)와 연통된다. 가압 챔버(21)는 유체 통로(32)상에 제공되는 레귤레이터(R2)를 거쳐서 압력 조절 유닛(120)에 연결된다. 가압 시트(13)는 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 또는 실리콘 고무와 같이 강도 및 내구성이 우수한 고무재로 만들어진다.
가압 시트(13)가 고무와 같은 탄성 부재로 만들어지는 경우에, 가압 시트(13)가 리테이너 링(3)과 톱링 본체(2) 사이에 끼워져 고정되면, 탄성 부재인 가압 시트(13)의 탄성 변형 때문에 리테이너 링(3)의 하면에 바람직한 수평면을 유지할 수 없다. 이런 문제점을 방지하기 위해, 가압 시트(13)가 톱링 본체(2)의 하우징(2a)과 본 실시예에서 별도의 부재로 제공된 가압 시트 지지부(2b) 사이에 끼워진다. 리테이너 링(3)이 톱링 본체(2)에 대하여 수직으로 이동 가능하고, 리테이너 링(3)이 톱링 본체(2)와 독립적으로 폴리싱 면(101a)을 가압할 수 있는 구조를 가질 수도 있다. 이런 경우에, 가압 시트(13)는 상술한 방법만으로 고정될 필요는 없다.
환상의 에지 막(탄성부재)(7)이 처킹 플레이트(6)의 외주 가장자리에 설치되고, 톱링(1)에 의해 유지되는 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에 접촉하도록 구성된다. 에지 막(7)의 상단은 처킹 플레이트(6)의 외주 가장자리와 환상의 에지 링(4) 사이에 끼워지고, 이것에 의해, 에지 막(7)이 처킹 플레이트(6)에 부착된다.
에지 막(7)은 그 내부에, 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유체 통로(33)와 연통하는 가압 챔버(22)를 가진다. 가압 챔버(22)는 유체 통로(33)에 제공된 레귤레이터(R3)를 거쳐서 압력 조절 유닛(120)에 연결된다. 에지 막(7)은 가압 시트(13)와 마찬가지로 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 또는 실리콘 고무와 같이 강도 및 내구성이 우수한 고무재로 만들어진다. 에지 막(7)의 고무재는 20 내지 60 범위의 경도(duro)를 가지는 것이 바람직하다.
반도체 웨이퍼(W)가 폴리싱 될 때, 반도체 웨이퍼(W)는 톱링(1)의 회전에 의해 회전된다. 에지 막(7)은 반도체 웨이퍼(W)와 작은 접촉 범위를 갖기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)에 충분한 회전 토크를 전달할 수 없는 우려가 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)와 밀접하게 접촉하는 환상의 중간 에어백(19)이 처킹 플레이트(6)의 하면에 고정되고, 충분한 토크가 반도체 웨이퍼(W)로부터 중간 에어백(19)에 의해 전달된다. 중간 에어백(19)은 에지 막(7)의 반경 방향의 내측에 배치되고, 반도체 웨이퍼(W)에 충분한 토크를 전달하기에 충분한 접촉 범위를 갖으며, 반도체 웨이퍼 (W)와 밀접하게 접촉한다.
중간 에어백(19)은 반도체 웨이퍼(W)의 상면과 접촉하는 탄성 막(91), 탄성막(91)을 착탈 가능한 위치에 유지하는 에어백 홀더(92)를 포함한다. 환상의 홈(6a)이 처킹 플레이트(6a)의 하면에 형성되고, 에어백 홀더(92)는 나사(도시되지 않음)에 의해 환상의 홈(6a)에 고정되어 설치된다. 중간 에어백(19)을 구성하는 탄성 막(91)의 상단은 환상의 홈(6a)과 에어백 홀더(92)의 사이에 끼워지고, 이것에 의해 탄성 막(91)이 처킹 플레이트(6)의 하면에 착탈 가능하게 설치된다.
중간 에어백(19)은 탄성 막(91)과 에어백 홀더(92)에 의해, 그 내부에 형성되는 가압 챔버(23)를 가진다. 가압 챔버(23)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유체 통로(34)와 연통된다. 가압 챔버(23)는 유체 통로(34)상에 제공되는 레귤레이터(R4)를 거쳐서 압력 조절 유닛(120)에 연결된다. 탄성 막(91)은 가압 시트(13)와 마찬가지로, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 또는 실리콘 고무와 같이 강도 및 내구성이 우수한 고무재로 만들어진다.
에지 막(7), 중간 에어백(19), 반도체 웨이퍼(W), 처킹 플레이트(6)에 의해 형성된 환상의 공간이 가압 챔버(24)로 역할한다. 가압 챔버(24)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유체 통로(35)와 연통된다. 가압 챔버(24)는 유체 통로(35)상에 제공되는 레귤레이터(R5)를 거쳐서 압력 조절 유닛(120)에 연결된다.
중간 에어백(19), 반도체 웨이퍼, 처킹 플레이트(6)에 의해 형성되는 원형의 공간은 가압 챔버(25)로 역할한다. 가압 챔버(25)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유체 통로(36)와 연통된다. 가압 챔버(25)는 유체 통로(36)상에 제공되는 레귤 레이터(R6)를 거쳐서 압력 조절 유닛(120)에 연결된다. 유체 통로(32, 33, 34, 35, 36)는 톱링 헤드(110)의 상단에 배치된 로터리 조인트(도시되지 않음)를 통해서 레귤레이터(R2 내지 R6) 각각에 연결된다.
하우징(2a) 상면의 외주 가장자리 근처의 톱링 본체(2)의 시일(seal)부 (2c)에 세척액 통로(51)가 환상의 홈의 형태로 형성된다. 세척액 통로(51)는 유체 통로(30)와 연통하고, 유체 통로(30)를 통해 순수와 같은 세척액이 공급된다. 복수의 연통 홀(53)들이 세척액 통로(51)로부터 뻗쳐지고, 하우징(2a)과 가압 시트 지지부(2b)를 관통한다. 연통 홀(53)은 에지 막(7)의 외주 가장자리와 리테이너 링(3)의 내주 가장자리 사이의 작은 틈(G)과 연통된다.
작은 틈(G)이 에지 막(7)의 외주 가장자리와 리테이너 링(3) 사이에 형성되기 때문에, 홀더 링(5), 처킹 플레이트(6), 처킹 플레이트(6)에 설치되는 에지 막(7) 등의 부재들은 톱링 본체(2)와 리테이너 링(3)에 대하여 플로팅(floating) 형태로 수직으로 이동가능하다. 처킹 플레이트(6)는 그것의 외주 가장자리로부터 반경 방향으로 바깥쪽으로 돌출되는 복수의 돌출부(6c)를 가진다. 돌출부(6c)가 리테이너 링(3)의 안쪽으로 돌출되는 부분의 상면과 맞물릴 때, 처킹 플레이트(6)를 포함하는 부재들의 아래쪽으로의 이동이 일정 위치까지 제한된다.
이하, 중간 에어백(19)이 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 상세히 설명된다. 도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시된 중간 에어백을 나타내는 확대된 단면도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 중간 에어백(19)의 탄성 막(91)은 바깥쪽으로 돌출하는 플랜지(91a), 연장부(91d)와 플랜지(91a) 사이에 홈(93)을 형성하며, 플랜 지(91a)의 기부(base portion, 91c)로부터 바깥쪽으로 연장되는 연장부(91d)를 가지는 중간 접촉부(91b), 에어백 홀더(92)에 의해 처킹 플레이트(6)에 연결되는 연결부(91e)를 가진다. 연장부(91d)는 플랜지(91a)의 기부(91c)로부터 플랜지(91a) 끝의 안쪽의 위치에까지 바깥쪽으로 연장되고, 연결부(91e)는 연장부(91d)의 바깥쪽 끝으로부터 위쪽으로 연장된다. 플랜지(91a), 중간 접촉부(91b), 연결부(91e), 연장부(91d)는 서로 일체로 형성되고 같은 물질로 만들어진다. 개구(91f)가 중간 접촉부(91b)의 중앙부에 형성된다.
이와 같은 구성으로, 반도체 웨이퍼(W)가 중간 에어백(19)의 중간 접촉부(91b)와 밀접하게 접촉한 후, 처킹 플레이트(6)가 폴리을 위해 상승되는 경우(도 3b 참조), 연결부(91a)의 위쪽 방향 힘이 연장부(91d)에 의해 횡방향 또는 경사방향의 힘으로 전환되고, 전환된 힘이 플랜지(91a)의 기부(91c)에 가해진다(도 3c 참조). 따라서, 플랜지(91a)의 기부(91c)에 가해진 위쪽 방향 힘은 극히 작아지고, 이에 의해 과도한 위쪽 방향 힘이 접촉부(91b)에 가해지지 않는다. 따라서, 진공이 기부(91c) 근처에 형성되지 않고, 플랜지(91a)를 제외한 중간 접촉부(91b)의 전면에 걸쳐서 균일한 폴리싱 비율이 얻어질 수 있다. 이 경우에, 접촉부(91e)의 두께나 플랜지(91a)의 길이는 반경 방향의 안쪽으로 배치된 연결부와, 반경 방향의 바깥쪽으로 배치된 연장부 사이에서 다양하게 할 수 있다. 더욱이, 플랜지(91a)의 두께는 폴리싱될 반도체 웨이퍼에 형성된 막의 종류나 폴리싱 패드의 종류에 따라 다양화될 수 있다. 반도체 웨이퍼에 전달되는 저항 또는 폴리싱 토크가 클 때, 플랜지(91a)의 두께는 플랜지(91a)의 비틀림을 방지할 수 있도록 두껍게 하는 것이 바 람직하다.
이하, 본원발명에 의한 에지 막(7)이 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명된다. 도 4a는 본원발명의 제1 실시예에서 에지 막의 전체 구조를 나타내는 단면도이고, 도 4b와 도 4c는 도 2에 도시된 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도이다.
본 실시예에 의한 에지 막(탄성 부재)(7)은 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리와 접촉하는 환상의 접촉부(8)와, 접촉부(8)로부터 위쪽으로 뻗어지고 처킹 플레이트(6)에 연결되는 환상의 주변벽부(annular circumferential wall; 9)를 포함한다. 주벽부(9)는 외주벽부(outer circumferential wall; 9a)와, 외주벽부(9a)의 반경 방향으로 안쪽에 배치되는 내주벽부(inner circumferential wall; 9b)를 포함한다. 접촉부(8)는 주벽부(9)(즉, 외주벽부(9a)와 내주벽부(9b))로부터 반경 방향으로 안쪽으로 연장되는 형상을 가진다. 접촉부(8)는 외주벽부(9a)와 내주벽부(9b) 사이에 위치되는, 둘레방향으로 연장되는 슬릿(18)을 가진다. 구체적으로, 슬릿(18)은 접촉부(8)를, 외주벽부(9a)와 내주벽부(9b) 사이에서 외측 접촉부(8a), 내측 접촉부(8b)로 분리한다.
도 4b와 도 4c에 도시된 바와 같이, 외주벽부(9a)와 내주벽부(9b)는 환상의 에지 링(4)의 외주면 및 내주면에 따라 위쪽으로 연장된다. 외주벽부(9a)와 내주벽부(9b)의 상단은 처킹 플레이트(6)와 에지 링(4)의 상면 사이에 끼워진다. 에지 링(4)은 나사(도시되지 않음)에 의해 처킹 플레이트(6)에 고정되고, 이에 의해 에지 막(7)이 처킹 플레이트(6)에 착탈 가능하도록 설치된다. 유체 통로(33)는 에지 링(4)을 통해 수직으로 연장되고 에지 링(4)의 하면에서 개구된다. 따라서, 에지 링(4), 에지 막(7), 반도체 웨이퍼(W)에 의해 형성되는 환상의 가압 챔버(22)가 유체 통로(33)와 연통되고, 유체 통로(33)와 레귤레이터(R3)를 통해 압력 조절 유닛(120)에 연결된다.
주벽부(9)는 수직으로, 즉 거의 반도체 웨이퍼(W)에 수직으로 신축가능한 신축부(40)를 가진다. 더욱 구체적으로, 주벽부(9)를 구성하는 외주벽부(9)는 수직으로 신축가능한 신축부(40a)를 가진다. 신축부(40a)는 외주벽부(9a)의 일부가 안쪽으로 접혀지고, 둘레 방향을 따라 연장되는 안쪽에 되접힘부(folded-back portion)을 형성하도록 바깥쪽으로 더 접혀지는 구조를 갖는다. 신축부(40a)는 외측 접촉부(8a) 근처에 위치하고, 에지 링(4) 아래에 위치한다. 내주벽부(9b) 또한 수직으로 신축가능한 신축부(40b)를 가진다. 신축부(40b)는 그 하단 근처에 외주벽부(9b)의 일부가 둘레 방향을 따라 안쪽으로 접혀지는 구성을 갖는다. 신축부(40a, 40b)가 외주벽부(9a)와 내주벽부(9b)에 제공되기 때문에, 외주벽부(9a)와 내주벽부(9b) 각각이, 접촉부(8)(즉, 외측 접촉부(8a)와 내측 접촉부(8b))가 형태를 유지하는 동안에 크게 신축될 수 있다. 따라서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 처킹 플레이트(6)가 위쪽으로 이동할 때, 신축부(40a, 40b)가 처킹 플레이트(6)의 이동을 추종하도록 신장되고, 이로써 에지 막(7)과 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 범위가 일정하게 유지된다.
처킹 플레이트(6) 상방의 가압 챔버(21)와, 가압 챔버(22, 23, 24, 25)에는 각각의 가압 챔버에 연결된 유체 통로(32, 33, 34, 35, 36)을 통해서 가압 공기 등의 가압 유체가 공급되거나, 기압 또는 진공이 가압 챔버(21, 22, 23, 24, 25) 내에 만들어진다. 구체적으로, 각각의 유체 통로(32, 33, 34, 35, 36)에 제공되는 레 귤레이터(R2 내지 R6)는 각각의 가압 챔버(21, 22, 23, 24, 25) 내에 공급되는 가압 유체의 압력을 각각 조절한다. 따라서, 가압 챔버(21, 22, 23, 24, 25) 내의 압력을 독립적으로 제어하는 것, 또는 가압 챔버(21, 22, 23, 24, 25) 내 기압 또는 진공을 독립적으로 만드는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 에지 막(7)은 그 하단에 반경 방향으로 안쪽으로 연장하는 접촉부(8)(내측 접촉부(8b))를 가지고, 중간 에어백(19)은 그 하단에 플랜지(91a)를 갖는다. 접촉부(8)(내측 접촉부(8b))와 플랜지(91)는 가압 챔버(22, 23, 24)에 공급되는 가압 유체에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 밀착한다. 따라서, 가압 챔버(22, 23, 24) 내의 가압 유체는 에지 막(7)과 중간 에어백(19)의 하면 아래로 흐르지 않는다. 구체적으로, 접촉부(8)와 플랜지(91a)는 가압 유체에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 대해 가압되고, 이에 의해 에지 막(7)과 중간 에어백(19)은 반도체 웨이퍼(W)와 밀착한 상태를 유지한다. 따라서, 각각의 가압 챔버(22, 23, 24)의 압력을 안정적으로 제어하는 것이 가능하다.
이 경우, 가압 챔버(22, 23, 24, 25)에 공급되는 가압 유체, 또는 내부에 기압을 생성할 때 상술한 가압 챔버 위로 공급되는 대기의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다. 이런 구조로, 폴리싱될 면의 이면으로부터 반도체 웨이퍼와 같은 작업물의 온도를 직접 제어하는 것이 가능하다. 구체적으로, 가압 챔버 각각의 온도가 독립적으로 제어될 때, CMP에 있어서 화학 폴리싱 절차의 화학 반응의 비율이 제어될 수 있다.
다음에, 이와 같이 구성되는 톱링(1)의 동작에 대해 상세히 설명한다.
상술한 구조를 가지는 폴리싱 장치에서, 반도체 웨이퍼(W)가 폴리싱 장치로 전달될 때, 톱링(1)은 전체로서 반도체 웨이퍼(W)가 전달되는 위치로 이동된다. 반도체 웨이퍼(W)가 200 mm의 직경을 갖는 경우, 압력 조절 유닛(120)은 유체 통로(34)를 통해 가압 챔버(23)와 연통된다. 반도체 웨이퍼(W)가 300 mm의 직경을 갖는 경우, 압력 조절 유닛(120)은 유체 통로(35)를 통해 가압 챔버(24)와 연통된다. 그 후, 가압 챔버(23 또는 24)는 압력 조절 유닛(120)에 의해 비워지고, 이에 의해 반도체 웨이퍼(W)는 가압 챔버(23 또는 24)의 흡인 영향에 의해 톱링(1)의 하단에 진공 하에서 끌려온다(진공흡착). 톱링(1)에 진공흡착된 반도체 웨이퍼(W)와 함께, 톱링(1)은 그 전체로서 폴리싱 패드(101) 위에 폴리싱면(101a)을 갖는 폴리싱 테이블(100) 위의 위치로 이동된다. 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리는 리테이너 링(3)에 의해 유지되어, 반도체 웨이퍼(W)는 톱링(1)으로부터 제거되거나, 슬라이드되지 않는다.
뒤이어, 가압 챔버(23 또는 24)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 흡착은 해제된다. 그리고 거의 동시에, 톱링 구동축(11)에 연결된 톱링 에어 실린더(111)가 톱링(1)의 하단에 고정된 리테이너 링(3)을 소정 압력 하에서 폴리싱 테이블(100)의 폴리싱면(101a)에 대해 가압하도록 작동된다. 이때, 가압 유체가 처킹 플레이트(6)를 아래쪽으로 이동하기 위해 가압 챔버(21)로 공급되고, 이에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 대해 에지 막(7)과 중간 에어백(19)이 가압된다. 이로써, 에지 막(7)의 하단과 중간 에어백(19)이 반도체 웨이퍼(W)의 상면에 밀착할 수 있다. 이런 상태에서, 각각의 소정의 압력을 갖는 가압 유체가 가압 챔버(22, 23, 24, 25) 각각에 공급되 어, 처킹 플레이트(6)가 위쪽으로 이동하는 동시에, 반도체 웨이퍼(W)는 폴리싱 테이블(100)의 폴리싱면(101a)에 대해 가압된다. 이때, 에지 막(7)에 제공된 신축부(40a, 40b)는 처킹 플레이트(6)의 위쪽 운동을 추종하도록 신장된다. 따라서, 에지 막(7)의 하면, 즉, 접촉부(8)와 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지될 수 있다. 폴리싱 액 공급 노즐(102)은, 폴리싱 액(Q)이 폴리싱 패드(101) 위에 유지되도록, 미리 폴리싱 패드(101)의 폴리싱면(101a) 위로 폴리싱 액(Q)을 공급한다.
본 실시예에 의한 기판 유지 장치로서 작용하는 톱링(1)에 의해, 에지 막(7)과 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지되기 때문에, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에 가해지는 가압력이 변화하는 것이 방지된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리를 포함하는 전면이 균일한 가압력 하에서 폴리싱면(101a)에 대하여 가압될 수 있다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에서의 폴리싱 비율이 낮아지는 것이 방지된다. 더욱이, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리의 반경 방향의 안쪽에 위치되는 지역의 폴리싱 비율이 상승되는 것이 방지된다. 구체적으로, 반도체 웨이퍼가 200 mm의 직경을 갖는 경우에, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 약 20 mm 정도의 거리가 떨어진 지역에서 폴리싱 비율이 상승되는 것이 방지된다. 반도체 웨이퍼가 300 mm의 직경을 갖는 경우에 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리로부터 약 25 mm 정도의 거리가 떨어진 지역에서 폴리싱 비율이 상승되는 것이 방지된다.
에지 막(7)의 접촉부(8)에 형성된 둘레방향으로 연장되는 슬릿(18)에 의해 주벽부(9)(외주벽부(9a)와 내주벽부(9b))의 신장성을 아래 방향으로 향상시킬 수 있다. 따라서, 가압 챔버(22)에 공급되는 가압 유체의 압력이 작은 경우라도, 에지 막(7)과 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 영역은 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)를 작은 가압력 하에서 가압하는 것이 가능하다.
가압 챔버(22, 23, 24, 25)의 아래에 위치되는 반도체 웨이퍼(W)의 영역들이 가압 챔버(22, 23, 24, 25)에 공급되는 가압 유체의 압력 하에서 폴리싱면(101a)에 대해 가압된다. 따라서, 가압 챔버(22, 23, 24, 25)에 공급되는 가압 유체의 압력은 각각 독립적으로 제어되고, 이에 의해, 반도체 웨이퍼(W)의 전면이 균일한 가압력 하에서 폴리싱면에 대해 가압된다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)의 전면에 대해 균일한 폴리싱 비율이 얻어질 수 있다. 같은 방법으로, 레귤레이터(R2)는 리터에너 링(3)에 의해 폴리싱 패드(101)에 가해지는 가압력을 변화시키기 위해, 가압 챔버(21)에 공급되는 가압 유체의 압력을 조절한다. 이에 의해, 폴리싱 동안에, 리테이너 링(3)에 의해 폴리싱 패드(101)에 가해지는 가압력과 각각의 가압 챔버(22, 23, 24, 25)에 의해 폴리싱 패드(101)에 대해 반도체 웨이퍼(W)를 가압하도록 가해지는 가압력이, 반도체 웨이퍼(W)의 폴리싱 프로파일을 제어할 수 있도록 적절하게 조절된다. 반도체 웨이퍼(W)는, 중간 에어백(19)의 접촉부를 통해 가압 유체에 의해 가압력이 가해지는 영역과, 가압 유체의 압력이 직접 가해지는 영역을 가진다. 이 영역들에 가해지는 가압력은 서로 같은 압력을 가진다.
상술한 바와 같이, 톱링 에어 실린더(111)에 의해 폴리싱 패드(101)에 대해 리테이너 링(3)을 가압하기 위해 가해지는 가압력과, 폴리싱 패드(101)에 대해 반 도체 웨이퍼(W)를 가압하기 위해 가압 챔버(22, 23, 24, 25)에 공급되는 가압 유체에 의해 가해지는 가압력이 반도체 웨이퍼(W)를 폴리싱하도록 적절히 조절된다. 반도체 웨이퍼(W)의 폴리싱이 완료되면, 가압 챔버(22, 23, 24, 25)로의 가압 유체의 공급도 중단되고, 가압 챔버(22, 23, 24, 25) 내의 압력은 대기압력으로 감소한다. 따라서, 가압 챔버(23 또는 24)는 내부에 음압(negative pressure)을 생성하도록 비워져서, 반도체 웨이퍼(W)가 다시 톱링(1)의 하면으로 흡착되도록 한다. 이번에는 대기 압력 또는 음압이 가압 챔버(21) 내에 생성된다. 왜냐하면, 가압 챔버(21)가 높은 압력에 유지된다면, 그때, 반도체 웨이퍼(W)가 처킹 플레이트(6)의 하면에 의해 폴리싱면(101a)에 대해 가압되기 때문이다.
상술한 방식으로의 반도체 웨이퍼(W)의 흡착 이후에, 톱링(1)은 그 전체로 전달 위치로 이동되고, 그때, 유체(예를 들면, 가압 유체 또는 질소와 순수의 혼합)가, 톱링(1)으로부터 반도체 웨이퍼(W)를 해방시키기 위해, 가압 통로(35)로부터 반도체 웨이퍼(W)에 분사된다.
반도체 웨이퍼(W)를 폴리싱 하기 위해 사용되는 폴리싱 액(Q)은 에지 막(7)의 외주면과 리테이너 링(3) 사이의 작은 틈(G)으로 흐르는 경향이 있다. 폴리싱 액(Q)이 틈(G)에 고정적으로 배치되면, 홀더 링(5), 처킹 플레이트(6), 에지 막(7)이 톱링 본체(2)와 리테이너 링(3)에 대하여 부드럽게 수직으로 움직이는 것이 방해된다. 이런 문제를 피하기 위해, 순수와 같은 세척액이 유체 통로(30)를 통해 환상의 세척액 통로(51)로 공급된다. 따라서, 순수가 틈(G) 위의 공간으로 복수의 연통 홀(53)들을 통해 공급되고, 폴리싱 액(Q)이 틈(G)에 고정적으로 배치되는 것을 방지하기 위해 틈(G)을 세척한다. 순수는 반도체 웨이퍼(W)가 해방되고 난 후, 다음 폴리싱될 반도체 웨이퍼가 톱링(1)에 흡착될 때까지 공급되는 것이 바람직하다.
이하, 본원발명의 제2 실시예에 의한 기판 유지 장치가 도 5a, 도 5b를 참조하여 설명된다. 도 5a와 도 5b는 본원발명의 제 2 실시예에 의한 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도이다. 이하 특별히 설명되지 않는 제2 실시예에 의한 기판 유지 장치의 구조적인 세부는 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 외주벽부(9a)에 형성된 신축부(40a)는 외주벽부(9a)의 상단 근처에 배치된다. 에지 링(4)은 내부에 신축부(40a)를 하우징 하기 위한 환상의 하우징 홀(4a)을 가진다. 하우징 홀(4a)은 에지 링(4)의 외주면에 형성되고, 에지 링(4)의 둘레 방향으로 연장된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 하우징 홀(4)은, 신축부(40a)가 아래쪽으로 신장되는 경우에도, 신축부(40a)가 에지 링(4)과의 접촉에서 벗어난 상태를 유지하도록 허용하기에 충분히 넓은 너비를 가진다. 에지 링(4)은, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에 대하여 외측 접촉부(8a)를 가압하도록, 외측 접촉부(8a)(접촉부(8))의 상면과 접촉하는 가압 부재(45)를 가진다. 반경 방향으로 연장되는 복수의 홀들(46)이 가압 부재(45)의 하면에 형성된다. 유체 통로(33)를 통해 가압 챔버(22)로 공급되는 가압 유체가, 홀들(46)을 통해 접촉부(8)를 구성하는 외측 접촉부(8a)의 상면에 공급된다. 본 실시예에서, 가압 챔버(45)는 에지 링(4)과 일체적으로 형성된다. 그러나, 가압 부재(45)는 에지 링(4)과 별도의 부재일 수도 있다.
이하, 본 실시예에 의한 상술한 구성을 가진 기판 유지 장치의 동작이 설명 된다. 특별히 설명되지 않는 제2 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 세부는 본원발명의 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
반도체 웨이퍼(W)가 톱링(1)에 의해 폴리싱면(101a)에 위치되고, 처킹 플레이트(6)와 에지 링(4)이 아래 쪽으로 이동하도록, 가압 유체가 가압 챔버(21)에 공급된다. 이때, 가압 챔버(45)의 하면은 외측 접촉부(8a)의 상면과 접촉하도록 되어 있고, 이로써 가압 챔버(45)는 소정의 압력 하에서 반도체 웨이퍼(W)에 대해 외측 접촉부(8a)를 가압한다. 이로써, 에지 막(7)과 반도체 웨이퍼(W)는 서로 충분히 밀착된 상태로 유지된다. 이 상태에서, 가압 챔버(22, 23, 24, 25)에 가압 유체가 공급된다.
유체 통로(33)를 통해 가압 챔버(22)에 공급되는 가압 유체는 홀들(46)을 통해 외측 접촉부(8a)의 상면에 신속히 공급된다. 따라서, 가압 유체가 가압 챔버(22)에 공급되는 동시에, 가압 유체가 반도체 웨이퍼(W)에 대해 외측 접촉부(8a)를가압한다. 가압 유체가 가압 챔버(22, 23, 24, 25)에 공급됨에 따라, 처킹 플레이트(6)가 위쪽으로 이동하고, 외주벽부(9a)의 신축부(40a)와 내주벽부(9b)의 신축부(40b)가 신장된다. 이때, 신축부(40a)는 에지 링(4)에 형성된 하우징 홀(4a)의 내부에서 변형된다. 따라서, 신축부(40a)가 에지 링(4)과 접촉하는 것이 방지되고, 이에 의해 양호한 신축성이 확보된다. 이런 방법으로, 반도체 웨이퍼(W)를 가압 챔버(22, 23, 24, 25)에 의해 폴리싱면(101a)에 대하여 가압하면서, 반도체 웨이퍼(W)를 폴리싱한다.
상술한 구조를 가지는 기판 유지 장치에 의하면, 가압 부재(45)가 에지 막 (7)을 반도체 웨이퍼(W)와 밀착시킬 수 있다. 따라서, 가압 챔버(22)로 공급되는 가압 유체가 누출되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이, 가압 유체가 홀들(45)을 통해 외측 접촉부(8a)의 상면으로 신속히 공급될 수 있다. 따라서, 가압 유체는, 에지 막(7)이 가압 부재(45)에 의해 가압되는 동안에, 반도체 웨이퍼(W)에 대해 외측 접촉부(8a)의 가압을 시작할 수 있다. 게다가, 신축부(40a)가 외주벽부(9a)의 상단 근처에 위치된다. 따라서, 외주벽부(9a)의 신축성이 상승될 수 있고, 외주벽부(9a)는 둘레 방향으로의 뒤틀림을 방지할 수 있으며, 이로써, 에지 막(7)이 항상 같은 방식으로 동작하도록 할 수 있다.
이하, 본원발명의 제 3 실시예에 의한 에지 막이 도 6a 및 도 6b를 참조하여 설명된다. 도 6a는 본원발명의 제 3 실시예에 의한 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도이고, 도 6b는 본원발명의 제 3 실시예에서 에지 막의 다른 구조를 나타내는 부분 단면도이다. 특별히 설명되지 않는 제3 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제2 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 6a에 도시된 바와 같이, 접촉부(8)를 구성하고 가압 부재(45)에 의해 가압되는 외측 접촉부(8a)가 그 상면에 두꺼운 부분(48)을 가진다. 두꺼운 부분(48)은 외측 접촉부(8a)의 둘레 방향으로 연장되고, 대체로 아치형의 단면을 가진다. 외측 접촉부(8a)의 강도를 보강하기 위한 보강 부재(50)가 외측 접촉부(8a)에 끼워 넣어진다. 가압 부재(45)는 제1 가압면(45a)과 제1 가압면(45a)의 위쪽에 위치하는 제2 가압면(45b)을 형성하기 위해, 그 하면에 단차를 가진다. 제1 가압면(45a)은 외측 접촉부(8a)와 접촉하고, 제2 가압면(45b)은 두꺼운 부분(48)과 접촉한다. 제1 가압면(45a)과 제2 가압면(45b)은 내부에 형성된, 반경방향으로 연장되는 홀들(46a, 46b)을 각각 가진다. 홀들(46a, 46b)은 제2 실시예에서와 마찬가지로, 에지 막(7)이 가압 부재(45)에 의해 가압되는 동안에, 가압 유체가 반도체 웨이퍼(W)에 대해 외측 접촉부(8a)의 가압을 시작하도록 허용한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 가압 부재(45)에 의해 가압되는 외측 접촉부(8a)는 두꺼운 부분(48)을 가지고, 보강 부재(50)가 외측 접촉부(8a)에 끼워 넣어진다. 이 구조에 의해, 외측 접촉부(8a)의 기계적 강도를 유지하는 것이 가능하다. 따라서, 외측 접촉부(8a)가 가압 부재(45)에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 가압될 때, 외측 접촉부(8a)가 둘레 방향으로 뒤틀리는 것이 방지된다. 그 결과, 에지 막(7)과 반도체 웨이퍼(W)가 서로 밀착한 상태를 유지할 수 있어, 가압 유체가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 두꺼운 부분(48)이 거의 아치형의 단면을 가지기 때문에, 가압 챔버(22)로 들어오는 폴리싱 액이 두꺼운 부분(48)에 고정적으로 배치되기가 상대적으로 쉽지 않다. 게다가, 가압 챔버(45)의 하면, 즉, 제2 가압면(45b)과 두꺼운 부분(48)이 서로 밀착되어 유지되지 않기 때문에, 가압 부재(45)가 쉽게 두꺼운 부분(48)과 접촉하지 않을 수 있다. 두꺼운 부분(48) 또는 보강 부재(50)의 어느 하나만이 접촉부(8)를 보강하기 위해 사용될 수 있다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 두꺼운 부분이 삼각형의 단면을 가질 수도 있다.
이하, 본원발명의 제4 실시예에 의한 기판 유지 장치가 도 7을 참조하여 설 명된다. 도 7은 본원발명의 제 4 실시예에 의한 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도이다. 특별히 설명되지 않는 제4 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제3 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다. 제4 실시예에 의한 기판 유지 장치는, 가압 부재의 하면에 홀들을 제공하는 대신에, 가압 유체를 접촉부의 상면에 공급하기 위한 유체 공급 포트가 에지 링에 제공된다는 점에서 제3 실시예에 의한 기판 유지 장치와 다르다.
도 7에 도시된 바와 같이, 에지 링(4)은 내부에 유체 통로(33)와 연통하는 관통 홀(180)을 가진다. 관통 홀(180)은 세 개의 개구, 즉, 외측 접촉부(8a)를 향하여 개방되는 제1 개구(180a)와, 내주벽부(9b)의 신축부(40b)를 향하여 개방되는 제2 개구(180b)와, 에지 링(4)의 외주면에서 개방되는 제3 개구(180c)를 가진다. 유체 통로(33)를 거쳐 관통홀(180)에 도입되는 가압 유체는 에지 링(4) 내에서 3개의 흐름으로 분기된다. 구체적으로, 제1 흐름을 형성하는 가압 유체는 개구(180a)로부터 외측 접촉부(8a)의 상면에 공급되고, 제2 흐름을 형성하는 가압 유체는 개구(180b)로부터 내주벽부(9b)의 신축부(40b)로 공급되며, 제3 흐름을 형성하는 가압 유체는 개구(180c)로부터 외주벽부(9a)의 이면으로 공급된다.
이와 같은 구성으로, 외측 접촉부(8a)가 가압 부재(45)에 의해 가압되는 동안, 가압 유체가 외측 접촉부(8a)의 상면에 공급된다. 따라서, 상술한 제3 실시예와 마찬가지로, 에지 막(7)이 가압 부재(45)에 의해 가압되는 동안에, 가압 유체가 외측 접촉부(8a)(접촉부(8))의 가압을 시작할 수 있다.
이하, 본원발명의 제5 실시예에 의한 기판 유지 장치가 도 8a, 도 8b를 참조 하여 설명된다. 도 8a는 본원발명의 제 5 실시예에 의한 에지 막을 나타내는 단면도이고, 도 8b는 본원발명의 제 5 실시예에서 에지 막의 다른 구조를 나타내는 단면도이다.
제1 실시예에 의한 에지 막과 함께, 신축부는 둘레 방향을 따라 주벽부의 일부를 접음으로써 제공된다. 선택적으로, 도 8a에 도시된 바와 같이, 주벽부(9)는, 신축부(40)를 제공하기 위해 접촉부(8) 보다 연질의 재료로 만들어지거나, 도 8b에 도시된 바와 같이, 신축부(40)를 제공하기 위해 접촉부(8)보다 가늘게 형성될 수 있다. 이러한 구조에 의해서, 상술한 실시예에 의한 신축부와 마찬가지로, 주벽부(9)가 수직으로, 즉, 반도체 웨이퍼에 수직으로 신장되고 수축될 수 있다.
이하, 본원발명의 제6 실시예에 의한 에지 막이 도 9a, 도 9b를 참조하여 설명된다. 도 9a는 본원발명의 제 6 실시예에 의한 에지 막을 나타내는 단면도이고, 도 9b는 본원발명의 제 6 실시예에 의한 에지 막의 신축성을 설명하기 위한 참고도이다. 본 실시예에 의한 에지 막은 제2 실시예에 의한 에지 막과 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 신축부(40)의 접힘부(71)와, 주벽부(9)와 접촉부(8) 사이의 조인트부(72)는 각각 거의 아치형(arcuate)의 단면을 갖는다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 일반적으로, 부재들 사이의 조인트부가 모난(angular) 단면을 가지면, 그 모난 단면은 이 부재들이 수직으로 신장된 후에도 그 모양을 유지하고, 이로써, 부재들의 신장성이 저해된다. 한편, 부재들 사이의 조인트 부가 대체로 아치형의 단면을 가지면, 그 조인트부가 유연하게 변형될 수 있어, 우수한 신장성의 부재들이 제공된다. 상술한 구성에 의해, 따라서, 신축부(40)를 포함하는 주벽부(9)가 부드럽게 신장된다.
이하, 본원발명의 제7 실시예에 의한 에지 막이 도 10a 내지 도 10e를 참조하여 설명된다. 도 10a는 본원발명의 제 7 실시예에 의한 에지 막을 나타내는 단면도이고, 도 10b 내지 도 10e는 본원발명의 제 7 실시예에서 에지 막의 다른 구조 각각을 나타내는 단면도이다. 본 실시예에 의한 에지 막은 제2 실시예에 의한 에지 막과 기본적으로 동일한 구조를 갖는다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼가 폴리싱될 때, 톱링에 의해 유지되는 반도체 웨이퍼와 폴리싱면 사이에 마찰력이 생긴다. 따라서, 에지 막이 그 둘레 방향으로 뒤틀릴 수 있고, 에지 막과 반도체 웨이퍼 간의 밀착이 손상되는 경향이 있다. 따라서, 도 10a 내지 도 10e에 도시된 에지 막에서는, 에지 막의 뒤틀림을 방지하기 위해 , 신축부(40) 아래 위치하는 주벽부(9) 부분이 높은 기계적 강도를 갖는다.
구체적으로, 도 10a는 신축부(40) 아래 위치되는 주벽부(9) 부분에서의 에지 막(7)이 접촉부(8) 보다 경질의 재료로 형성되는 것을 나타낸다. 도 10b는 신축부(40) 아래 위치되는 주벽부(9) 부분에서의 에지 막(7)이 접촉부(8) 보다 두껍게 형성된 것을 나타낸다. 도 10c는 에지 막(7) 보다 경도가 높은 경질 부재(96)가 신축부(40) 아래 위치되는 주벽부(9) 부분에 끼워 넣어진 에지 막(7)을 나타낸다. 도 10d는 에지 막(7) 보다 경도가 높은 경질 부재(96)가 신축부(40) 아래 위치되는 주벽부(9) 부분에 고정된 에지 막(7)을 나타낸다. 도 10e는 신축부(40) 아래 위치되는 주벽부(9) 부분이 에지 막(7) 보다 경도가 높은 경질 부재(97)로 코팅된 에지 막(7)을 나타낸다. 경질 부재(96)는 녹 방지성이 우수한 스테인리스 등의 금속이나 수지로 구성되는 것이 바람직하다. 상술한 구조를 갖는 에지 막(7)은 반도체 웨이퍼가 폴리싱될 때, 그 둘레 방향으로 뒤틀리는 것이 방지되고, 따라서, 에지 막(7)과 반도체 웨이퍼(W)가 서로 밀착한 상태를 유지할 수 있게 한다.
이하, 본원발명의 제8 실시예에 의한 에지 막이 도 11a 와 도 11b를 참조하여 설명된다. 도 11a와 도 11b는 본원발명의 제 8 실시예에 의한 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도이다. 특별히 설명되지 않는 제8 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 외주벽부(9a)는 외주벽부(8a) 근처 위치에서 그 둘레 방향을 따라 반경 방향으로 안쪽으로 접히고, 이로써, 신축부(40a)를 제공한다. 신축부(40a)는 에지 링(4)의 아래에 배치된다. 보호 부재(190)가 외주벽부(9a)(주벽부(9))의 반경 방향의 바깥쪽에 배친된다. 보호 부재(190)는 에지 막(7)과 리테이너 링(3)이 서로 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다. 보호 부재(190)는 처킹 플레이트(6)의 외주 가장자리에 배치되고 처킹 플레이트(6)와 일체로 형성된다. 선택적으로, 보호 부재(190)는 처킹 플레이트(6)와 별개의 부재로서 제공될 수도 있다. 이와 같은 구조로, 에지 막(7)과 리테이너 링(3)은 서로 접촉하는 것이 방지되고, 이에 의해, 처킹 플레이트(6)가 부드럽게 수직으로 이동할 수 있다.
이하, 본원발명의 제8 실시예에 의한 에지 막이 도 11a 와 도 11b를 참조하여 설명된다. 도 11a와 도 11b는 본원발명의 제 8 실시예에 의한 기판 유지 장치를 나타내는 부분 단면도이다. 특별히 설명되지 않는 제8 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
접촉부(8)를 구성하는 외측 접촉부(8a)와 내측 접촉부(8b)는 그 상면에 복수의 미세한 요철(도시되지 않음)을 갖는다. 요철들은 예를 들면, 그레이닝(graining) 공정에 의해 형성되는 것이 바람직하다. 그레이닝 공정은 표면을 거칠게 하기 위해 작업물의 표면에 규칙적, 또는 불규칙적인 요철을 형성하기 위한 공정이다. 외측 접촉부(8a)와 내측 접촉부(8b)의 그 상면에 복수의 요철을 포함하는 구조에 의해, 처킹 플레이트(6)로의 내측 접촉부(8b)의 밀착성이 약화시킬 수 있다. 따라서, 처킹 플레이트(6)가 위쪽으로 이동할 때, 에지 막(7)의 내측 접촉부(8b)가 처킹 플레이트(6)와 함께 위쪽으로 이동하는 것이 방지된다. 또한, 가압 부재(45)가 제2 실시예에서 설명된 바와 같이 외측 접촉부(8a)와 접촉하는 경우에, 가압 부재(45)가 외측 접촉부(8a)와의 접촉으로부터 쉽게 벗어날 수 있다. 본 실시예에서, 접촉부(8)의 외측 접촉부(8a)와 내측 접촉부(8b)의 하면은 복수의 미세한 요철을 포함함으로써, 기판이 폴리싱된 후에, 반도체 웨이퍼를 에지 막(7)으로부터 쉽게 해방시킬 수 있다.
상술한 실시예에서, 유체 통로(32, 33, 34, 35, 36)가 별도의 통로로서 제공된다. 반도체 웨이퍼(W)에 가해지는 가압력의 크기 및 가압력이 가해지는 위치에 따라서, 이 유체 통로들이 서로 합쳐지거나, 가압 챔버들이 서로 연통될 수 있다. 상술한 실시예들을 적절히 서로 조합하는 것도 가능하다.
상술한 실시예에서, 폴리싱면은 폴리싱 패드에 의해 형성된다. 그러나, 폴리싱면이 그 구조로 제한되지는 않는다. 예를 들면, 폴리싱면이 고정된 연마재에 의해 형성될 수 있다. 고정된 연마재는 바인더에 의해 고정된 연마 입자들을 포함하는 판상에 형성된다. 고정된 연마재를 이용하여, 고정된 연마재로부터 자생한 연마 입자들에 의해 폴리싱 공정이 수행된다. 고정된 연마재는 연마 입자들, 바인더, 기공을 포함한다. 예를 들면, 평균 직경 0.5㎛ 이하를 갖는 산화 세륨(CeO2)이 이용되고, 에폭시수지가 바인더로 이용된다. 이와 같은 고정된 연마재는 경질의 폴리싱면을 형성한다. 고정된 연마재는 고정된 연마재의 얇은 층에 의해 형성되는 2층 구조를 갖는 고정된 연마재 패드를 포함하고, 고정된 연마재의 얇은 층의 하면에 탄성 폴리싱 패드가 부착된다. 상기한 IC-1000이 또 다른 경질의 폴리싱면을 형성하는데 이용될 수 있다.
이하, 본원발명의 제10 실시예에 의한 에지 막이 도 12a 내지 도 14를 참조하여 설명된다. 도 12a는 본원발명의 제 10 실시예에 의한 기판 유지 장치의 일부를 나타내는 단면도이고, 도 12b는 도 12a에 도시된 A선의 방향에서 보여지는 기판 유지 장치의 일부를 나타내는 도면이며, 도 13은 도 12a에 도시된 B선의 방향에서 보여지는 중간 막을 나타내는 도면, 도 14는 본원발명의 제 10 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 중간 에어 백을 나타내는 사시도이다. 특별히 설명되지 않는 제10 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
중간 에어백(200)은 반도체 웨이퍼(W)와 접촉하는 중간 접촉부(202)를 갖는 중간 막(201)을 포함한다. 중간 막(201)은 탄성 부재로서 역할하고, 제1 실시예에서의 탄성 부재(91)에 상응한다. 중간 접촉부(202)는 외측 중간 접촉부(202a)와 내측 중간 접촉부(202b)를 갖는다. 외측 중간 접촉부(202a)는 내측 중간 접촉부(202b)의 반경방향의 바깥쪽에 배치된다. 외측 중간 접촉부(202a)와 내측 중간 접촉부(202b)는 가압 챔버(23)와 가압 챔버(23) 내에 배치된 기부(206a, 206b)로부터 바깥쪽으로 연장되는 노즈(205a, 205b)를 가진다. 이하에서는, 외측 중간 접촉부(202a)와 내측 중간 접촉부(202b)를 총칭하여 중간 접촉부(202)로 언급한다. 노즈(205a, 205b)는 제1 실시예에서의 플랜지(91a)에 상응한다.
중간 부재(201)는 노즈(205a, 205b)에 연결되고, 중간 접촉부(202)에 대체로 평행하게 연장되는 연장부(203a, 203b)를 가진다. 중간 막(201)은 또한 연장부(203a, 203b)의 단부로부터의 위쪽으로 연장되고, 에어백 홀더(92)에 의해 처킹 플레이트(6)에 연결되는 접속부(204a, 204b)를 가진다. 가압 챔버(23)는 중간 막(21), 에어백 홀더(92), 반도체 웨이퍼(W)에 의해 형성된다.
도 13, 도 14에 도시된 바와 같이, 각각의 노즈(205a, 205b)는 그 둘레를 따라 동일한 간격으로 노즈(205a, 205b)의 둘레 가장자리에 형성되는 복수의 아치형의 노치(210)를 가지고, 박리 촉진부로 역할한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 노치(210)는 각각 중간 접촉부(202)의 부위(202c)에 형성된다. 부위(202c)는 둘레를 따라 동일 간격으로 중간 접촉부(202)의 둘레 방향을 따라서 배열된다. 각각의 부위(202c)는 중간 접촉부(202)의 다른 부위보다 반도체 웨이퍼(W)에 낮은 밀착성을 갖 는 재료로 만들어진다. 반도체 웨이퍼(W)에 접촉되는 부위(202c)의 표면은 새틴 마무리(satin finish) 공정 또는 블라스트(blast) 공정에 의해, 그 위에 미세한 요철을 형성하기 위해 그레인된다. 중간 접촉부(202)의 전체 하면도 그레인될 수 있다. 그레이닝 공정은 작업물의 표면에 미세한 요철을 형성하기 위한 공정이다.
노즈(205a, 205b)는 그 둘레 가장자리에 형성되는 위쪽으로 오목한 리세스(225)를 가지고, 각각이 박리 촉진부로 역할한다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 리세스(225)와 반도체 웨이퍼(W) 사이에 틈(226)이 생긴다. 가압 유체가 가압 챔버(23, 24, 25)(도 2 참조)로 공급될 때, 리세스(225)는 반도체 웨이퍼(W)의 상면과 밀착하기 위해 변형되어, 가압 챔버(23)를 밀폐되게 한다. 이때, 틈(226)은 형성되지 않는다. 가압 챔버(23, 24, 25) 내의 압력이, 예를 들면, 대기 압력으로 감소하면, 리세스(225)는 반도체 웨이퍼(W)의 상면과 접촉하지 않는다. 리세스(225)는 처킹 플레이트(6)가 아래쪽으로 이동할 때, 처킹 플레이트(6)의 하부가 리세스(225)와 접촉하는 위치에서 형성되는 것이 바람직하다. 그 위치에서, 리세스(225)는 처킹 플레이트(6)에 의해 반도체 웨이퍼(W)에 대해 아래쪽으로 가압됨으로써, 가압 챔버(23)의 내부가 밀봉되도록 한다. 본 실시예에서, 리세스(225)는 각각 도 14에 도시된 바와 같이 노치(21) 내에 형성된다. 그러나, 리세스(225)의 위치를 노치(21)의 위치로 제한하지는 않는다.
이하, 상술한 구조를 가지는 톱링, 즉, 기판 유지 장치에 의해 반도체 웨이퍼를 해방시키는 동작이 도 2를 참조하여 설명된다. 폴리싱 공정이 마무리 되면, 가압 챔버(22, 23, 24, 25)로의 가압 유체 공급이 중단되고, 가압 챔버(22, 23, 24, 25) 내의 압력이 대기 압력으로 감소한다. 그리고나서, 처킹 플레이트(6)를 아래쪽으로 이동하기 위해 가압 유체가 가압 챔버(21)로 공급됨으로써, 접촉부(8)(도 4 참조)와 중간 접촉부(202)(도 12a 참조)가 반도체 웨이퍼(W)의 상면과 균일하게 밀착한다. 이 상태에서, 반도체 웨이퍼(W)를 톱링(1)의 하단에 진공흡착하기 위해 가압 챔버(23 또는 24) 내에 음압이 생성된다.
그 후에, 톱링(1)이 폴리싱 테이블(100)(도 1 참조) 위에 오버행(overhang) 되는 오버행 위치로 톱링이 수평방향으로 이동하고, 처킹 플레이트(6)를 위쪽으로 이동하기 위해 가압 챔버(21) 내에 음압이 생성된다. 음압은, 톱링(1)이 오버행 위치로 이동될 때, 가압 챔버(21) 내에서 생성될 수 있다. 그 후에, 톱링(1)이 푸셔(전달 위치 내에 배치되는 기판 상승 및 하강 장치(도시되지 않음)) 위의 위치로, 위쪽으로 이동한다. 그리고나서, 가압 챔버(23 또는 24)에 의한 반도체 웨이퍼(W)의 진공흡착은 중단된다.
다음으로, 유체(예를 들면, 가압 유체 또는 질소와 순수의 혼합물)가 유체 통로(35 또는 34)로부터 반도체 웨이퍼(W)로 분사된다. 구체적으로, 반도체 웨이퍼(W)가 300 mm의 직경을 갖는 경우, 유체는 유체 통로(35)로부터 분사된다. 반도체 웨이퍼(W)가 200 mm의 직경을 갖는 경우, 유체는 유체 통로(34)로부터 분사된다. 유체가 반도체 웨이퍼(W)로 분사될 때, 중간 접촉부(207)의 노치(21)와 리세스(225)는 반도체 웨이퍼(W)로부터 제거되기 시작해서, 주위의 가스가 가압 챔버(23)로 흐른다. 따라서, 중간 접촉부(202)에 의해 만들어진 가압 챔버(23)의 밀봉 상태가 해제되고, 반도체 웨이퍼(W)가 중간 에어백(200)으로부터 부드럽고 신속하게 해 방될 수 있다. 중간 접촉부(202)에 형성된 노치(210)는 중간 접촉부(202), 구체적으로 노즈(205a, 205b)가, 반도체 웨이퍼(W)와 쉽게 접촉에서 벗어날 수 있도록 한다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)를 중간 에어백(200)으로부터 신속하게 제거하는 것이 가능하다. 본 실시예에서, 중간 접촉부(202)는 반경 방형으로의 너비가, 다른 부위의 그것보다 좁은 부위(202c)를 가지고, 이에 의해 노치(210)가 제공된다.
본 실시예에서, 상술한 바와 같이, 중간 접촉부(202)는 반도체 웨이퍼(W)와 낮은 밀착성을 갖는 재료로 부분적으로 만들어지고, 중간 접촉부(202)는 그 하면 상의 미세한 요철을 형성하기 위해 부분적으로 그레인된다. 이와 같은 구조에 의해, 반도체 웨이퍼(W)는 중간 에어백(200)으로부터 부드럽게 해방될 수 있다. 유체가 유체 통로(35 또는 34)로부터 분사될 때와 동시에, 순수와 같은 유체를 반도체 웨이퍼(W)와 중간 접촉부(202) 사이에 공급하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구조로, 반도체 웨이퍼(W)는 중간 에어백(200)으로부터 더 부드럽게 해방될 수 있다.
이하, 본원발명의 제11 실시예에 의한 에지 막이 도 15를 참조하여 설명된다. 도 15는 본원발명의 제11 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재를 나타내는 이면도이다. 특별히 설명되지 않는 제11 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제1 및 제10 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 15에 도시된 바와 같이, 탄성 부재는 가장 바깥쪽의 외주 부위에 배치되는 에지 막(7)과, 에지 막(7)의 반경 방향으로 안쪽에 배치되는 중간 막(201)을 포함한다. 에지 막(7)의 내측 접촉부(8b)는 그 내측 둘레방향의 가장자리에 형성되는 노치(210)를 갖는다. 외측 중간 접촉부(202a)의 노즈(205a)와 내측 중간 접촉부(202b)의 노즈(205b)는 각각, 그 둘레 가장자리에 형성되는 노치(210)를 가진다. 이와 같은 구조에 의해, 유체가 유체 통로(35 또는 34)(그림 2 참조)로부터 공급될 때, 에지 막(7)과 중간 막(201)이 반도체 웨이퍼(W)로부터 신속히 제거될 수 있다. 상술한 바와 같이, 반도체 웨이퍼(W)가 300 mm의 직경을 갖는 경우에, 유체는 유체 통로(34)로부터 분사된다. 유체가 유체 통로(35 또는 34)로부터 분사되는 동시에, 순수와 같은 유체가 반도체 웨이퍼(W)와 접촉부(8) 사이, 반도체 웨이퍼(W)와 중간 접촉부(202) 사이에 공급되는 것이 바람직하다.
이하, 본원발명의 제12 실시예에 의한 기판 유지 장치가 도 16 내지 도 19를 참조하여 설명된다. 도 16은 본원발명의 제 12 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재의 제1 예를 나타내는 이면도이다. 도 17은 본원발명의 제 12 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재의 제2 예를 나타내는 이면도이다. 도 18은 본원발명의 제 12 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재의 제3 예를 나타내는 이면도이다. 도 19는 본원발명의 제 12 실시예에 의한 기판 유지 장치에 구비되는 탄성 부재의 제4 예를 나타내는 이면도이다. 특별히 설명되지 않는 제11 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제1 및 제10 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 16 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 탄성 부재는 가장 바깥쪽의 외주 부위에 배치되는 에지 막(7)과, 에지 막(7)의 반경 방향으로 안쪽에 배치되는 중간 막(201)을 포함한다. 도 16에 도시된 본 실시예의 제1 예에서는, 에지 막(7)과 중 간 막(201)의 중간 접촉부(202)가 박리 촉진부로서 역할하는 복수의 연결부(220)에 의해 상호 연결된다. 연결부(220)는 노즈(205a)의 둘레 가장자리로부터 반경 방향으로 연장되고, 노즈(205a)의 둘레 방향을 따라서 동일 간격으로 배치된다.
도 17에 도시된 본 실시예의 제2 예에서는, 내측 접촉부(8b)와 외측 중간 접촉부(8b)의 노즈(205a)가 환상의 연결부(220)에 의해 상호 일체적으로 연결된다. 이와 같은 구조에 의해, 내측 접촉부(8b), 외측 중간 접촉부(202a), 연결부(220)가 단일의 환상의 부재로 일체적으로 형성된다.
도 18에 도시된 본 실시예의 제3 예에서는, 내측 접촉부(8b)와 노즈(205a)가 복수의 방사상의 연결부(220)에 의해 상호 연결된다. 연결부(220)와 내측 접촉부(8b) 사이의 조인트부, 연결부(220)와 노즈(205a) 사이의 조인트부는, 이 조인트부에서의 응력 집중을 방지하기 위해, 각각, 필릿(fillet, 230)을 가진다.
도 19에 도시된 본 실시예의 제4 예에서는, 내측 접촉부(8b)와 노즈(205a)가 연결부(220)에 의해 제한된다. 따라서, 노즈(205a)가, 반도체 웨이퍼(W)가 해방될 때 아래쪽으로 이동하는 것에 따라, 신장되는 것이 방지된다. 따라서, 유체가 유체 통로(35 또는 34)로부터 분사될 때, 반도체 웨이퍼(W)가 탄성 부재, 즉, 에지 막(7)과 중간 부재(201)로부터 신속히 해방될 수 있다. 반도체 웨이퍼가 300 mm의 직경을 갖는 경우에, 유체는 유체 통로(35)로부터 분사되고, 반도체 웨이퍼가 200 mm의 직경을 갖는 경우에, 유체는 유체 통로(34)로부터 분사된다. 순수와 같은 유체는 반도체 웨이퍼(W)와 접촉부(8) 사이와, 반도체 웨이퍼(W)와 중간 접촉부(202) 사이에 공급되는 것이 바람직하다. 내측 접촉부(8b)와 노즈(205a)의 둘레 가장자리 가 연결부(220)에 의해 상호연결되는 이유는, 외측 중간 접촉부(202a)의 노즈(205a)가 반도체 웨이퍼(W)로부터 가장 제거되지 않는 것을 보여주는 실험 때문이다.
본원발명의 다양한 실시예가 상기에 설명되었다. 그러나, 본원발명이 상술한 실시예들에 제한되지는 않는다. 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러가지 다양한 변형이 가능할 것이다.
본원발명에 따라서, 상술한 바와 같이, 신축부는, 수직으로 이동 가능한 부재, 즉, 처킹 플레이트의 위쪽으로의 이동을 추종하도록, 아래쪽으로 신장되기 때문에, 기판과 접촉하고 있는 접촉부가 그 형태를 유지할 수 있다. 따라서, 탄성 부재와 기판 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지되고, 기판의 전면에 걸쳐서 균일한 가압력이 얻어질 수 있다.
리테이너 링이 수직으로 이동 가능한 부재와 기판과의 거리의 변화를 야기하며 마모되는 경우에는, 신축부가 그 거리의 변화를 추종하여 수축한다. 따라서, 기판과 접촉을 유지하고 있는 접촉부는 그 형태를 유지할 수 있다. 결과적으로, 기판의 중심에서부터 그것의 둘레 가장자리까지, 전면에 걸쳐 균일한 압력 하에 기판을 가압하는 것이 가능하다. 따라서, 기판의 전면에 대해서 균일한 폴리싱 비율, 즉, 폴리싱 프로파일을 얻을 수 있다. 또한, 신축부는 리테이너 링의 마모에 따라 수축하기 때문에, 마모된 리테이너 링이 교체 없이 사용될 수 있다.
또한, 본원발명에 의하면, 유체가 기판의 상면에 분사될 때, 접촉부가 기판으로부터 원활하게 제거되도록 하면서, 박리 촉진부가 기판으로부터 제거된다. 따 라서, 기판이 유체압에 의한 손상 없이, 푸셔와 같은 기판 상승, 하강 장치에 전달될 수 있다. 또한, 기판을 기판의 종류, 특히 기판의 이면(윗면)에 형성된 막에 영향받지 않고 원활하게 탄성 부재로부터 해방시키는 것이 가능하다.
이하, 본원발명의 제13 실시예에 의한 기판 유지 장치와 폴리싱 장치가 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
도 20은 본원발명의 제 13 실시예에 의한 기판 유지 장치를 포함하는 폴리싱 장치의 전체 구조를 나타내는 단면도이다. 특별히 설명되지 않는 제13 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제1 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 20에 도시된 바와 같이, 유체 통로(332, 333, 334, 335, 336)는 톱링 구동축(11)의 내부를 거쳐 연장되고, 톱링 구동축(11)의 상단에 배치된 로터리 조인트(421)를 거쳐 압력 조절 유닛(120)에 연결된다.
이하, 본원발명에 의해 기판 유지 장치로 역할하는 톱링(301)이 설명된다. 도 21은 본원발명의 제13 실시예에 의한 톱링을 나타내는 수직 단면도이다.
도 21에 도시된 바와 같이, 톱링 본체(2)와 톱링 본체(2)에 일체적으로 고정된 리테이너 링(3)은 내부에 하우징 공간을 형성한다. 환상의 홀더 링(5)과 수직으로 이동가능한 부재로 역할하는 디스크 형상의 처킹 플레이트(6)가 하우징 공간에 배치된다. 처킹 플레이트(6)는 톱링 본체(2)에 형성된 하우징 공간 내에서 수직으로 이동가능하다. 수직 방향은 폴리싱면(101a)과 수직인 방향을 의미한다. 톱링 본체(2), 처킹 플레이트(6), 홀더 링(5)과 가압 시트(13)는 함께 톱링 본체(2) 내에 가압 챔버(321)를 형성한다. 도 21에 도시된 바와 같이, 가압 챔버(321)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유체 통로(332)와 연통된다. 가압 챔버(321)는 유체 통로(332)상에 제공되는 레귤레이터(R2)를 거쳐서 압력 조절 유닛(120)에 연결된다.
반도체 웨이퍼(W)와 접촉하는 탄성 막(307)이 처킹 플레이트(6)의 하면에 부착된다. 탄성 막(307)은 반도체 웨이퍼(W)의 전체 상면에 접촉하는 원형의 접촉부(308)를 가진다. 탄성 부재(307)는 또한, 접촉부(308)로부터 위쪽으로 연장되는 복수의 환상의 주벽부를 가지고, 처킹 플레이트(6)에 연결된다. 구체적으로, 주벽부는 제1 주벽부(309a), 제2 주벽부(309b), 제3 주벽부(309c), 제4 주벽부(309d)를 포함하고, 총괄하여 주벽부(309a 내지 309d)로 언급된다. 탄성 부재(307)는 원-피스(one-piece) 부재로서 통합 구조(integral structure)를 갖는다.
제1 주벽부(309a)가 접촉부(308)의 외주 가장자리에 배치된다. 제2 주벽부(309)는 제1 주벽부(309a)로부터 소정의 간격을 갖고 제1 주벽부(309a)의 반경 방향의 안쪽으로 배치된다. 제3 주벽부(309c)는 제2 주벽부(309b)로부터 소정의 간격을 갖고 제2 주벽부(309b)의 반경 방향의 안쪽으로 배치된다. 제4 주벽부(309d)는 제3 주벽부(309c)로부터 소정의 간격을 갖고 제3 주벽부(309c)의 반경 방향의 안쪽으로 배치된다. 제1 주벽부(309a), 제2 주벽부(309b), 제3 주벽부(309c), 제4 주벽부(309d)는 서로 같은 중심 축을 갖도록 배치된다.
제1 주벽부(309a)와 제2 주벽부(309b)는 처킹 플레이트(6)와 환상의 에지 링(4) 사이에 끼워지는 각각의 상단을 갖는다. 제3 주벽부(309c)와 제4 주벽부(309d)는 처킹 플레이트(6)와 환상의 홀더(315)에 끼워진 각각의 상단을 갖는다. 에지 링 (4)와 홀더(315)는 볼트(도시되지 않음)에 의해 처킹 플레이트(7)에 고정되어, 각각, 탄성 막(307)이 처킹 플레이트(6)에 탈착 가능하도록 장착된다.
탄성 막(307)는 가압 시트(13)와 마찬가지로 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 또는 실리콘 고무와 같이 강도 및 내구성이 우수한 고무재로 만들어진다. 탄성 막(307)은 20 내지 60 범위의 경도를 갖는 것이 바람직하다. 탄성 막(307)은 단일의 주벽부를 갖거나, 본 실시예에서와 같이 복수의 주벽부를 갖을 수 있다.
네 개의 가압 챔버(322, 323, 324, 325)가 탄성 막(307)의 이면, 즉, 상면에 형성된다. 구체적으로, 접촉부(308), 제1 주벽부(309a), 제2 주벽부(309b), 에지 링(4)은 가압 챔버(322)로 역할하는 환상의 공간을 형성한다. 가압 챔버(322)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유체 통로(333)와 연통된다. 가압 챔버(322)는 유체 통로(333)상에 제공되는 레귤레이터(R3)를 거쳐서 압력 조절 유닛(120)에 연결된다.
접촉부(308), 제2 주벽부(309b), 제3 주벽부(309c), 처킹 플레이트(6)는 가압 챔버(323)로 역할하는 환상의 공간을 형성한다. 가압 챔버(323)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유체 통로(334)와 연통된다. 가압 챔버(323)는 유체 통로(334)상에 제공되는 레귤레이터(R4)를 거쳐서 압력 조절 유닛(120)에 연결된다.
접촉부(308), 제4 주벽부(309d), 처킹 플레이트(6)는 가압 챔버(325)로 역할하는 원형의 공간을 형성한다. 가압 챔버(325)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유체 통로(336)와 연통된다. 가압 챔버(325)는 유체 통로(336) 상에 제공되는 레귤 레이터(R6)를 거쳐서 압력 조절 유닛(120)에 연결된다. 유체 통로(332, 333, 334, 335, 336)는 톱링 구동축(11)의 내부를 통해 연장되고, 로터리 조인트(421)를 통해 레귤레이터(R2 내지 R6) 각각에 연결된다.
처킹 플레이트(6) 위에 형성된 가압 챔버(321)와 그 외의 가압 챔버(322, 323, 324, 325)가 가압 공기, 대기 압력, 가압 챔버(321, 322, 323, 324, 325) 내에 생성된 진공과 같은 가압 유체와 함께, 각각의 가압 챔버에 연결된 유체 통로(332, 333, 334, 335, 336)를 통해 공급된다. 구체적으로, 유체 통로(332, 333, 334, 335, 336) 상에 제공된 각각의 레귤레이터(R2 내지 R6)는 각각의 가압 챔버(321, 322, 323, 324, 325)에 공급되는 가압 유체의 압력을 조절한다. 따라서, 가압 챔버(321, 322, 323, 324, 325) 내의 압력을 독립적으로 제어하거나, 가압 챔버(321, 322, 323, 324, 325) 내의 대기 압력 또는 진공을 독립적으로 생성하는 것이 가능하다.
각각의 가압 챔버(322, 323, 324, 325) 내의 압력이, 반도체 웨이퍼(W)의 폴리싱면 상의 박막 두께를 측정하기 위해, 폴리싱 테이블(100) 내에 매설된 하나 이상의 필름 두께 측정 장치에 의해 측정된 박막 두께에 근거해서 독립적으로 제어된다. 박막 두께 측정 장치는 빛간섭 또는 빛반사를 이용하는 옵티컬-타입(optical type)의 박막 두께 측정 장치나, 와류-타입의 박막 두께 측정 장치일 수 있다. 박막 두께 측정 장치로부터의 신호는, 같은 중심 축을 갖도록 배열되는 가압 챔버(322, 323, 324, 325) 각각의 내부 압력을 제어하기 위해, 반도체 웨이퍼(W)의 반경 방향의 위치에 기초해서 분석된다.
이 경우, 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급되는 가압 유체, 또는 내부에 기압을 생성할 때 가압 챔버 위에 공급되는 대기의 온도가 독립적으로 제어될 수 있다. 이와 같은 구조로, 폴리싱될 면의 이면으로부터 반도체 웨이퍼와 같은 작업물의 온도를 직접 제어하는 것이 가능하다. 구체적으로, 가압 챔버 각각의 온도가 독립적으로 제어될 때, CMP에 있어서 화학 폴리싱 절차의 화학 반응의 비율이 제어될 수 있다.
가압 챔버(322, 323, 324, 325) 내의 온도는 일반적으로 박막 두께 측정 장치로부터의 신호에 의거해서 제어되며, 상술한, 가압 챔버 각각의 내부 압력을 제어하는 것과 동일한 방식이다.
리테이너 링(3)은 내부에 형성된 에어 통기공(54)을 갖는다. 연통 홀(53)은 에어 통기공(54)과 탄성 부재(307)(제1 주벽부(309a))의 외주벽부와 리테이너 링(3)의 내주면 사이에 형성되는 작은 틈(G)과 연통된다.
이하, 본원발명에 의한 탄성 막(307)이 도 22a와 도 22b를 참조하여 상세히 설명된다. 도 22a는 본원발명의 제 13 실시예에 의한 톱링의 일부를 나타내는 도면, 도 22b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면이다. 도면을 간단히 하기 위해, 도 22a 및 도 22b의 도시에서 탄성 막 이외의 세부 구조는 도식적으로 도시하였다.
도 22a에 도시된 바와 같이, 제1 주벽부(309a)는 수직으로, 즉, 폴리싱면(101a)과 수직으로 신축하는 신축부(340a)를 가진다. 신축부(340a)는 반경 방향으로 안쪽으로 돌출하는 되접힘부를 포함한다. 신축부(340a)는 신축부(340a)가 접촉 부(308)에 영향을 끼치지 않는 제1 주벽부(309a)의 거의 중앙 영역에 위치된다. 제2 주벽부(309b)도 수직으로 신축하는 신축부(340b)를 가진다. 신축부(340b)는 반경 방향의 바깥쪽으로 연장되고 제2 주벽부(309b)의 하단 근처에 위치되는 수평부(340b-1)와, 수평부(340b-1)로부터 위쪽으로 돌출하는 되접힘부(340b-2)를 갖는다. 되접힘부(340b-2)는 수평 방향으로, 즉, 폴리싱면(101a)에 평행한 방향으로 신축한다.
제3 주벽부(309c)는 수직으로 신축하는 신축부(340c)를 갖는다. 신축부(340c)는 반경 방향의 안쪽으로 연장되고 제3 주벽부(309c)의 하단 근처에 위치되는 수평부(340c-1)와, 수평부(340c-1)로부터 위쪽으로 돌출하는 되접힘부(340c-2)를 갖는다. 제4 주벽부(309d)는 수직으로 신축하는 신축부(340d)를 갖는다. 신축부(340c)는 반경 방향의 바깥쪽으로 연장되고 제4 주벽부(309d)의 하단 근처에 위치되는 수평부(340d-1)와, 수평부(340d-1)로부터 위쪽으로 돌출하는 되접힘부(340d-2)를 갖는다. 되접힘부(340c-2, 340b-2)는 수평 방향으로, 즉, 폴리싱면(101a)에 평행한 방향으로 신축한다.
주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 신축부(340a, 340b, 340c, 340d)를 각각 가지기 때문에, 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 형태를 유지하며 신축될 수 있다. 구체적으로, 각각의 신축부(340a, 340b, 340c, 340d)를 포함하는 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)는 수직 방향으로 균일하게 신장될 수 있다. 따라서, 도 22b에 도시된 바와 같이, 처킹 플레이트(6)(도 21 참조)를 상승시키기 위하여 가압 유체가 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급될 때,, 신축부(340a, 340b, 340c, 340d) 는 처킹 플레이트(6)의 상방 이동을 추종하도록 신장된다. 따라서, 탄성부재(307)(접촉부(308))와 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지될 수 있다.
다음으로, 상술한 구조를 갖는 톱링(301)의 동작이 상세히 설명된다.
상술한 구조를 갖는 폴리싱 장치에서, 반도체 웨이퍼(W)가 폴리싱 장치에 전달될 때, 톱링(301)은 그 전체로서 반도체 웨이퍼(W)가 전달되는 위치로 전달된다. 반도체 웨이퍼가 200 mm의 직경을 갖는 경우, 압력 조절 유닛(120)은 유체 통로(334)를 통해 가압 챔버(323)와 연통된다. 한편, 반도체 웨이퍼(W)가 300 mm의 직경을 갖는 경우, 압력 조절 유닛(120)은 유체 통로(335)를 통해 가압 챔버(324)와 연통된다.
가압 챔버(323, 324)를 구성하는 접촉부(308) 각각은, 홀 또는 리세스(도시되지 않음)를 갖고, 그것을 통해 반도체 웨이퍼(W)가 흡착되고, 톱링(301)의 하단에 의해 유지된다.
톱링(301)에 흡착된 반도체 웨이퍼(W)와 함께, 톱링(301)은 그 전체가 폴리싱면(101a)을 갖는 폴리싱 테이블(100) 위의 위치로 이동된다. 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리는 리테이너 링(3)에 의해 유지되어, 반도체 웨이퍼(W)는 톱링(1)으로부터 제거되거나, 슬라이드되지 않는다.
그 후에, 반도체 웨이퍼(W)의 흡착이 해방된다. 그리고 거의 동시에, 톱링 구동축(11)에 연결된 톱링 에어 실린더(111)가, 톱링(301)의 하단에 고정된 리테이너 링(3)을 폴리싱 테이블(100)의 폴리싱면(101a)에 대해서 소정 압력으로 가압하도록 작동된다. 그리고나서, 처킹 플레이트(6)를 아래 쪽으로 이동시키기 위해 가 압 챔버(321)로 가압 유체가 공급됨으로써, 탄성 막(307)의 접촉부(308)가 반도체 웨이퍼(W)에 접촉된다. 그 후에, 각각의 압력을 갖는 가압 유체가 각각의 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급되어, 처킹 플레이트(6)가 위쪽으로 이동하고 동시에 반도체 웨이퍼(W)가 폴리싱면(101a)에 대해 가압된다. 이때, 탄성 부재(307)에 제공된 신축부(340a, 340b, 340c, 340d)는 처킹 플레이트(6)의 상방 이동을 추종하도록 신장된다. 따라서, 탄성 막(307)의 하면(접촉부(308))과 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 지역이 일정하게 유지될 수 있다. 그 후, 폴리싱 액 공급 노즐(102)이 폴리싱면(101a) 위로 폴리싱 액(Q)을 공급하는 동안에, 톱링(301)과 폴리싱 테이블(100)이 서로 독립적으로 회전한다. 폴리싱 액(Q)은 폴리싱 패드(101)의 폴리싱면(101a)에 유지되고, 폴리싱될 반도체 웨이퍼(W)의 하면과 폴리싱 패드(100) 사이에 폴리싱 액(Q)이 존재할 때, 반도체 웨이퍼(W)가 폴리싱된다.
본 실시예에서, 가압 유체의 압력이 작을 때에도, 가압챔버(322, 323, 324, 325)는 충분히 팽창될 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼(W)를 작은 가압력 하에서 가압할 수 있다. 따라서, 로우-케이(low-k) 물질을 갖는 반도체 웨이퍼가 낮은 유전체 상수와 낮은 경도를 갖는 경우에, 구리 배선을 위한 층간 절연막이 폴리싱 되는 것처럼, 로우-케이 물질을 손상하지 않고, 반도체 웨이퍼가 폴리싱된다.
상술한 구성과 같이, 리테이너 링(3)이 폴리싱면(101a)과 접촉되는 동안에 반도체 웨이퍼(W)가 폴리싱 되기 때문에, 리테이너 링(3)은 시간이 지남에 따라 마모된다. 따라서, 처킹 플레이트(6)의 하면과 반도체 웨이퍼(W) 사이의 거리는 작아진다. 종래 기판 유지 장치에서, 처킹 플레이트와 반도체 웨이퍼 간의 거리가 작아 지면, 탄성 부재와 반도체 웨이퍼 사이의 접촉 영역이 변화함에 따라, 폴리싱 프로파일이 변화하였다. 본 실시예에 의하면, 그런 경우라도, 신축부(340a, 340b, 340c, 340d)가 리테이너 링(3)이 마모됨에 따라 위쪽으로 수축하고, 이로써, 반도체 웨이퍼(W)와 탄성 막(307)(접촉부(308)) 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지된다 . 따라서, 폴리싱 프로파일이 변하는 것을 막을 수 있다.
일체적으로 형성된 탄성 부재가 본 실시예에서 채용되었지만, 본원발명은 그러한 탄성 부재에 제한되지 않는다. 접촉부에 형성된, 둘레방향으로 연장되는 슬릿에 의해 구획된 복수의 별도의 부분들을 갖는 탄성 부재가 채용될 수도 있다. 이 경우에도, 반도체 웨이퍼와 탄성 막(접촉부) 사이의 접촉 영역은 상술한 바와 같이 신축부가 제공됨으로써 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 전체 폴리싱된 표면에 대해서 균일한 폴리싱 비율이 얻어질 수 있다.
가압 챔버(322, 323, 324, 325) 아래에 위치되는 반도체 웨이퍼(W)의 영역이 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급되는 가압 유체의 압력 하에서, 폴리싱 패드(101)의 폴리싱면(101a)에 대하여 가압된다. 따라서, 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급되는 가압 유체의 압력이 서로 독립적으로 제어되고, 반도체 웨이퍼(W)의 전면이 균일한 가압력 하에서 폴리싱 패드(101)에 대해 가압될 수 있다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)의 전면에 대해서 균일한 폴리싱 비율이 얻어질 수 있다. 이와 같은 방법으로, 레귤레이터(R2)는, 리테이너 링(3)에 의해 폴리싱 패드(101)에 가해지는 가압력을 변화시키도록 가압 챔버(321)에 공급되는 가압 유체의 압력을 조절한다. 이런 식으로, 폴리싱 동안에, 리테이너 링(3)에 의해 폴리싱 패드(101) 에 가해지는 가압력과 각각의 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 의해 폴리싱 패드(101)에 대해 반도체 웨이퍼(W)를 가압하도록 가해지는 가압력이, 반도체 웨이퍼(W)의 폴리싱 프로파일을 제어할 수 있도록 적절하게 조절된다
상술한 바와 같이, 톱링 에어 실린더(111)에 의해 폴리싱 패드(101)에 대해 리테이너 링(3)을 가압하기 위해 가해지는 가압력과, 폴리싱 패드(101)에 대해 반도체 웨이퍼(W)를 가압하기 위해 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급되는 가압 유체에 의해 가해지는 가압력이 반도체 웨이퍼(W)를 폴리싱 하도록 적절히 조절된다. 반도체 웨이퍼(W)의 폴리싱이 완료되면, 가압 챔버(322, 323, 324, 325)로의 가압 유체의 공급도 중단되고, 가압 챔버(322, 323, 324, 325) 내의 압력은 대기압력으로 감소된다. 그리고나서, 가압 유체가 처킹 플레이트(6)를 아래로 이동시키도록 공급되고, 이것에 의해 접촉부(308)는 반도체 웨이퍼(W)의 상면과 균일하게 접촉된다. 이 상태에서, 반도체 웨이퍼(W)는 다시 톱링(301)의 하면으로 진공흡착된다. 그 ㅈ후, 대기 압력 또는 음압이 가압 챔버(321) 내에 생성된다. 왜냐하면, 가압 챔버(321)가 높은 압력에 유지된다면, 그때, 반도체 웨이퍼(W)가 처킹 플레이트(6)의 하면에 의해 폴리싱면(101a)에 대해 부분적으로 가압되기 때문이다.
상술한 방식으로의 반도체 웨이퍼(W)의 흡착 이후에, 톱링(301)은 그 전체로서 반도체 웨이퍼(W)가 전달되는 전달 위치로 이동되고, 가압 챔버(323 또는 324)의 하면에 형성된 홀 또는 리세스(도시되지 않음)를 통한 진공 흡착이 중단된다. 그리고나서, 가압 챔버(322, 323, 324, 324)가 소정의 압력을 갖는 가압 유체와 함께 제공되고, 가압 유체는 홀 또는 리세스를 통해 반도체 웨이퍼(W)에 분사되, 반 도체 웨이퍼(W)를 해방시킨다.
반도체 웨이퍼(W)를 폴리싱 하기 위해 사용되는 폴리싱 액(Q)은 탄성 막(307)의 외주면과 리테이너 링(3) 사이의 작은 틈(G)으로 흐르는 경향이 있다. 폴리싱 액(Q)이 탄성 막(308)의 외주면과 리테이너 링(3)에 고정적으로 배치되면, 홀더 링(5), 처킹 플레이트(6), 탄성 막(7) 등이 톱링 본체(2)와 리테이너 링(3)에 대하여 부드럽게 수직으로 움직이는 것이 방해된다. 이런 문제를 피하기 위해, 순수와 같은 세척액이 유체 통로(30)를 통해 환상의 세척액 통로(51)로 공급된다. 따라서, 세척액이 틈(G) 위의 공간으로 복수의 연통 홀(53)들을 통해 공급되고, 폴리싱 액(Q)이 틈(G)에 고정적으로 배치되는 것을 방지하기 위해, 틈(G) 내의 폴리싱 액(Q)을 세척한다. 세척액은 반도체 웨이퍼(W)가 해방되고 난 후, 다음 폴리싱될 반도체 웨이퍼가 톱링(301)에 흡착될 때까지 공급되는 것이 바람직하다.
이하, 본원발명의 제14 실시예에 의한 기판 유지 장치로서 역할하는 톱링이 도면 23a 및 23b를 참조하여 설명된다. 도 23a는 본원발명의 제 14 실시예에 의한 톱링의 일부를 나타내는 도면이고, 도 23b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면이다. 도면을 간단히 하기 위해, 도 23a 및 도 23b의 도시에서 탄성 부재 이외의 세부 구조는 도식적으로 도시하였다. 이하 특별히 설명되지 않는 제2 실시예에 의한 기판 유지 장치의 구조적인 세부는 본원발명의 제13 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 23a에 도시된 바와 같이, 제2 주벽부(309b)는 수직으로 신축하는 신축부(342b)를 가진다. 신축부(342b)는 제2 주벽부(309b)의 하단 근처에 두 개의 되접힘 부(342b-1, 342b-2)를 포함한다. 되접힘부(342b-1)는 반경 방향으로 안쪽으로 돌출하고, 되접힘부(342b-2)는 반경 방향으로 바깥쪽으로 돌출한다. 제3 주벽부(309c)와 제4 주벽부(309d)도 각각 수직으로 신축하는 신축부(342c, 342d)를 갖는다. 신축부(342c)는 제3 주벽부(309c)의 하단 근처에 두 개의 되접힘부(342c-1, 342c-2)를 포함한다. 되접힘부(342c-1)는 반경 방향으로 바깥쪽으로 돌출하고, 되접힘부(342c-2)는 반경 방향으로 안쪽으로 돌출한다. 신축부(342d)는 제4 주벽부(309d)의 하단 근처에 두 개의 되접힘부(342d-1, 342d-2)를 포함한다. 되접힘부(342d-1)는 반경 방향으로 안쪽으로 돌출하고, 되접힘부(342d-2)는 반경 방향으로 바깥쪽으로 돌출한다.
주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 각각의 신축부(340a, 340b, 340c, 340d)를 가지기 때문에, 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 형태를 유지하며 신축될 수 있다. 구체적으로, 각각의 신축부(340a, 340b, 340c, 340d)를 포함하는 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)는 수직 방향으로 균일하게 신장될 수 있다. 따라서, 도 23b에 도시된 바와 같이, 처킹 플레이트(6)(도 21 참조)를 상승시키기 위하여 가압 유체가 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급될 때, 신축부(340a, 340b, 340c, 340d)는 처킹 플레이트(6)의 상방 이동을 추종하도록 신장된다. 따라서, 탄성부재(307)(접촉부(308))와 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지될 수 있다.
이하, 본원발명의 제15 실시예에 의한 기판 유지 장치가 도 24a 및 도 24b를 참조하여 설명된다. 도 24a는 본원발명의 제 15 실시예에 의한 톱링의 일부를 나타 내는 도면이고, 도 24b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면이다. 도면을 간단히 하기 위해, 도 24a 및 도 24b의 도시에서 탄성 막 이외의 세부 구조는 도식적으로 도시하였다. 특별히 설명되지 않는 제15 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제13 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 24a에 도시된 바와 같이, 제2 주벽부(309b)는 수직으로 신축하는 신축부(343b)를 가진다. 신축부(343b)는 제2 주벽부(309b)의 하단 근처에 위치되고 반경 방향의 바깥쪽으로 연장되는 수평부(343b-1)와, 수평부(343b-1)의 안쪽 단에 일체적으로 연결되고 반경 방향의 안쪽으로 돌출하는 되접힘부(343b-2)를 포함한다. 제3 주벽부(309c)와 제4 주벽부(309d)도 각각, 수직으로 신축하는 신축부(343c 343d)를 갖는다. 신축부(343c)는 제3 주벽부(309c)의 하단 근처에 위치되고 반경 방향의 안쪽으로 연장되는 수평부(343c-1)와, 수평부(343c-1)의 바깥쪽 단에 일체적으로 연결되고 반경 방향의 바깥쪽으로 돌출하는 되접힘부(343c-2)를 포함한다. 신축부(343d)는 제4 주벽부(309d)의 하단 근처에 위치되고 반경 방향의 바깥쪽으로 연장되는 수평부(343d-1)와, 수평부(343d-1)의 안쪽 단에 일체적으로 연결되고 반경 방향의 안쪽으로 돌출하는 되접힘부(343b-2)를 포함한다.
주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 각각의 신축부(340a, 343b, 343c, 343d)를 가지기 때문에, 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 형태를 유지하며 신축될 수 있다. 구체적으로, 각각의 신축부(340a, 343b, 343c, 343d)를 포함하는 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)는 수직 방향으로 균일하게 신장될 수 있다. 따라서, 도 24b에 도시된 바와 같이, 처킹 플레이트(6)(도 21 참조)를 상승시키기 위하여 가압 유체가 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급될 때, 신축부(340a, 343b, 343c, 343d)는 처킹 플레이트(6)의 상방 이동을 추종하도록 신장된다. 따라서, 탄성부재(307)(접촉부(308))와 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지될 수 있다.
이하, 본원발명의 제16 실시예에 의한 기판 유지 장치가 도 25a 및 도 25b를 참조하여 설명된다. 도 25a는 본원발명의 제 16 실시예에 의한 톱링의 일부를 나타내는 도면이고, 도 25b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면이다. 도면을 간단히 하기 위해, 도 25a 및 도 25b에 도시에서 탄성 막 이외의 세부 구조는 도식적으로 도시하였다. 특별히 설명되지 않는 제16 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제13 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 24a에 도시된 바와 같이, 제2 주벽부(309b)는 수직으로 신축하는 신축부(344b)를 가진다. 신축부(344b)는 제2 주벽부(309b)의 거의 중심 영역에 위치되고 반경 방향의 바깥쪽으로 돌출되는 되접힘부를 갖는다. 제3 주벽부(309c)와 제4 주벽부(309d)도 각각, 수직으로 신축하는 신축부(344c 344d)를 갖는다. 신축부(344c)는 제3 주벽부(309c)의 거의 중심 영역에 위치되고 반경 방향의 안쪽으로 돌출되는 되접힘부를 포함한다. 신축부(344d)는 제4 주벽부(309d)의 거의 중심 영역에 위치되고 반경 방향의 바깥쪽으로 돌출되는 되접힘부를 포함한다.
주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 각각의 신축부(340a, 344b, 344c, 344d) 를 가지기 때문에, 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 형태를 유지하며 신축될 수 있다. 구체적으로, 각각의 신축부(340a, 344b, 344c, 344d)를 포함하는 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)는 수직 방향으로 균일하게 신장될 수 있다. 따라서, 도 25b에 도시된 바와 같이, 처킹 플레이트(6)(도 21 참조)를 상승시키기 위하여 가압 유체가 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급될 때, 신축부(340a, 344b, 344c, 344d)는 처킹 플레이트(6)의 상방 이동을 추종하도록 신장된다. 따라서, 탄성부재(307)(접촉부(308))와 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지될 수 있다.
이하, 본원발명의 제17 실시예에 의한 기판 유지 장치가 도 26a 및 도 26b를 참조하여 설명된다. 도 26a는 본원발명의 제17 실시예에 의한 톱링의 일부를 나타내는 도면이고, 도 26b는 유체가 가압 챔버에 공급되는 상태를 나타내는 도면이다. 도면을 간단히 하기 위해, 도 26a 및 도 26b의 도시에서 탄성 막 이외의 세부 구조는 도식적으로 도시하였다. 특별히 설명되지 않는 제17 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제13 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 26a에 도시된 바와 같이, 제2 주벽부(309b)는 수직으로 신축하는 신축부(345b)를 가진다. 신축부(345b)는 제2 주벽부(309b)의 하단 근처에 위치되고 반경 방향의 바깥쪽으로 연장되는 수평부(345b-1)와, 제2 주벽부(309b)의 거의 중심 영역에 위치되고 반경 방향의 안쪽으로 돌출하는 되접힘부(345b-2)를 포함한다. 제3 주벽부(309c)와 제4 주벽부(309d)도 각각, 수직으로 신축하는 신축부(345c 345d)를 갖는다. 신축부(345c)는 제3 주벽부(309c)의 하단 근처에 위치되고 반경 방향의 안쪽으로 연장되는 수평부(345c-1)와, 제3 주벽부(309c)의 거의 중심 영역에 위치되고 반경 방향의 바깥쪽으로 돌출하는 되접힘부(345c-2)를 포함한다. 신축부(345d)는 제4 주벽부(309d)의 하단 근처에 위치되고 반경 방향의 바깥쪽으로 연장되는 수평부(345d-1)와, 제4 주벽부(309d)의 거의 중심 영역에 위치되고 반경 방향의 안쪽으로 돌출하는 되접힘부(343d-2)를 포함한다.
주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 각각의 신축부(340a, 345b, 345c, 345d)를 가지기 때문에, 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)가 형태를 유지하며 신축될 수 있다. 구체적으로, 각각의 신축부(340a, 345b, 345c, 345d)를 포함하는 주벽부(309a, 309b, 309c, 309d)는 수직 방향으로 균일하게 신장될 수 있다. 따라서, 도 26b에 도시된 바와 같이, 처킹 플레이트(6)(도 21 참조)를 상승시키기 위하여 가압 유체가 가압 챔버(322, 323, 324, 325)에 공급될 때, 신축부(340a, 345b, 345c, 345d)는 처킹 플레이트(6)의 상방 이동을 추종하도록 신장된다. 따라서, 탄성부재(307)(접촉부(308))와 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지될 수 있다.
이하, 본원발명의 제18 실시예에 의한 기판 유지 장치로서 역할하는 톱링이 도 27a 내지 도 27c를 참조하여 설명된다. 도 27a는 본원발명의 제 18 실시예에 의한 톱링의 제1 실시예의 일부를 나타내는 확대된 부분 단면도이고, 도 27b는 본원발명의 제 18 실시예에 의한 톱링의 제2 실시예의 일부를 나타내는 확대된 부분 단면도이다. 특별히 설명되지 않는 제18 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구 성 세부는 본원발명의 제13 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 27a에 도시된 바와 같이, 탄성 막(307)의 접촉부(308)의 외주 가장자리에 위쪽으로 경사진 경사부(308a)가 형성된다. 경사부(308a)는 경사진 단면을 갖는다. 이와 같은 구조에 의해, 가압 유체가 처킹 플레이트(6)를 상승시키기 위해 가압 챔버(322, 323)에 공급되는 경우에도, 탄성 막(307)의 접촉부)와 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리는 서로 접촉하지 않을 수 있다. 따라서, 탄성 막(307)이 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에 가압력을 가하지 않는다. 결과적으로, 소위, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리가 과도하게 폴리싱 되는 '에지 라운딩'의 발생을 방지할 수 있다.
경사부(308a)와 반도체 웨이퍼(W) 사이의 공간은, 폴리싱 액이 공간에서 유지되는 경향이 있기 때문에 가능한 좁은 것이 바람직하다. 따라서, 경사부(308a)는 그 수평 방향보다 수직 방향의 치수가 작은 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 제2 주벽부(309b)는 신축부(346b)를 갖는다. 신축부(346b)는 제2 주벽부(309b)의 하단 근처에 위치되고, 반경 방향으로 바깥쪽으로 연장되는 수평부를 포함한다. 또한, 제2 주벽부(309b)는 제13 내지 제17 실시예에 도시된 되접힘부를 포함할 수 있다.
도 27b에 도시된 제2 예는 제2 주벽부(309b)의 위치가 도 27a에 도시된 제1 예와 다르다. 구체적으로, 제2 주벽부(309b)의 하단은 제1 주벽부(309a) 근처에 위치되고, 경사부(308a)가 제2 주벽부(309b)의 하단으로부터 위쪽으로 연장된다. 따라서, 가압 챔버(323) 내의 압력은, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리의 반경 방향으로 안쪽에 위치되는 반도체 웨이퍼(W)의 영역에 가해질 수 있다.
도 27c에 도시된 제3예는 경사부(308a)의 두께가 도 27b에 도시된 제2 예와 다르다. 구체적으로, 제3 예에서, 경사부(308a)는 접촉부(308)의 수평부보다 가늘다. 따라서, 가압 유체가 가압 챔버(322)로 공급될 때, 경사부(308a)가 소정의 가압력 하에서 폴리싱면(101a)(도 1 참조)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리 만을 가압하도록 쉽게 팽창될 수 있다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에서의 폴리싱 비율이 독립적으로 제어될 수 있다.
이하, 본원발명의 제19 실시예에 의한 기판 유지 장치로서 역할하는 톱링이 도 28a 내지 도 28c를 참조하여 설명된다. 도 28a는 본원발명의 제 19 실시예에 의한 톱링의 제1 실시예의 일부를 나타내는 확대된 부분 단면도이고, 도 28b는 본원발명의 제 19 실시예에 의한 톱링의 제2 실시예의 일부를 나타내는 확대된 부분 단면도이며, 도 28c는 본원발명의 제 19 실시예에 의한 톱링의 제3 실시예의 일부를 나타내는 확대된 부분 단면도이다. 특별히 설명되지 않는 제19 실시예에 의한 기판 유지 장치의 동작 및 구성 세부는 본원발명의 제13 및 제18 실시예에 의한 기판 유지 장치의 그것과 동일하다.
도 28a에 도시된 바와 같이, 탄성 막(307)의 접촉부(308)의 외주 가장자리에, 위쪽으로 경사진 경사부(308b)가 형성된다. 경사부(308b)는 일직선의 단면을 갖는다. 이와 같은 구조에 의해, 처킹 플레이트(6)를 상승시키기 위해 가압 유체가 가압 챔버(322, 323)에 공급되는 경우에도, 탄성 막(307)의 접촉부와 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리는 서로 접촉하지 않을 수 있다. 경사부(308b)와 반도체 웨이퍼(W) 사이의 공간을 감소시키기 위해, 경사부(308b)는 수평 방향보다 수직 방향 의 치수가 적은 것이 바람직하다.
도 28b에 도시된 제2 주벽부(309b)의 하단은 제1 주벽부(309a)의 근처에 위치된다. 경사부(308b)는 제2 주벽부(309b)의 하단으로부터 위쪽으로 연장된다. 따라서, 가압 챔버(323) 내에 생성된 압력이 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리의 반경 방향으로 안쪽으로 위치되는 반도체 웨이퍼(W)의 영역에 가해질 수 있다.
도 28c에 도시된 제3 예에서, 경사부(308b)는 접촉부(308)의 수평부보다 가늘다. 따라서, 가압 유체가 가압 챔버(322)로 공급될 때, 경사부(308b)가 소정의 가압력 하에서 폴리싱면(101a)(도 1 참조)에 대해 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리만을 가압하도록 쉽게 팽창될 수 있다. 그 결과, 반도체 웨이퍼(W)의 외주 가장자리에서의 폴리싱 비율이 독립적으로 제어될 수 있다.
폴리싱 공정 동안, 리테이너 링(3)의 하단은 폴리싱면(101a)과의 접촉으로 인해 점차 마모된다. 따라서, 처킹 플레이트(6)와 반도체 웨이퍼(W) 간의 거리가 줄어들고, 탄성 막(307)과 반도체 웨이퍼(W) 사이의 접촉 영역이 변화한다. 결과적으로, 폴리싱 비율이 부분적으로 변화하는 경향이 있다. 이런 문제가 발생하는 것을 방지하기 위해, 신축부(340a 내지 340d, 341b 내지 341d, 342b 내지 342d, 343b 내지 343d, 344b 내지 344d, 345b 내지 345d, 346b)가 리테이너 링(3)에서의 마모량보다 더 큰 비율로 신축된다. 즉, 신축부는 리테이너 링(3)이 마모됨에 따라 위쪽으로 수축되고, 이에 의해 폴리싱 비율이 부분적으로 변화하는 것이 방지된다.
본원발명에 의하면, 상술한 바와 같이, 신축부가, 유체가 가압 챔버에 공급됨에 따라 폴리싱면에 수직으로 신장되기 때문에, 탄성 막의 접촉부가 일정한 형태 로 유지될 수 있다. 따라서, 탄성 막(접촉부)과 기판 사이의 접촉 영역이 일정하게 유지되어, 기판의 폴리싱되는 전면에 대해 균일한 폴리싱 비율이 얻어질 수 있다. 신축부는 탄성 막과 기판이 서로 충분한 접촉을 유지하도록 작용한다. 따라서, 높은 경도를 갖는 탄성 막을 사용함으로써, 탄성 막의 내구성을 향상시키는 것이 가능하다. 이 경우, 높은 경도를 갖는 탄성 막은 낮은 경도를 갖는 탄성 막에 비해 기판과 탄성 막(접촉부) 사이의 접촉 영역을 유지할 수 있고, 따라서, 안정적인 폴리싱 비율이 얻어질 수 있다.
본원발명은 폴리싱되는 기판을 유지하고 폴리싱면에 대해 기판을 가압하는 기판 유지 장치, 특히, 평탄경 마무리를 위해 기판을 폴리싱하는 기판 유지 장치에 있어서, 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 유지하는 기판 유지 장치에 적용된다. 본원발명은 또한 그러한 기판 유지 장치를 포함하는 폴리싱 장치에 포함된다.

Claims (35)

  1. 폴리싱면에 대해서 폴리싱될 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서,
    수직으로 이동가능한 부재;
    챔버를 형성하기 위해 상기 수직으로 이동가능한 부재와 연결되는 탄성 부재를 포함하고,
    상기 탄성 부재는 상기 기판과 접촉하는 접촉부와, 상기 접촉부로부터 위쪽으로 연장되고, 상기 수직으로 이동가능한 부재와 연결되는 주벽부를 포함하고,
    상기 주벽부는 수직으로 신축하는 신축부를 가지되,
    상기 주벽부는 외주벽부와, 상기 외주벽부의 반경 방향 내측에 배치되는 내주벽부를 포함하고,
    상기 외주벽부와 상기 내주벽부 중의 적어도 하나는 상기 신축부를 가지며,
    상기 접촉부는 상기 외주벽부와 상기 내주벽부 사이의 지점에서 분리되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 주벽부는 상기 신축부를 형성하기 위해, 접어 포개지는 접힘부를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 접힘부는 실질적으로 아치형인 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 신축부는 상기 접촉부보다 연질의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 주벽부의 소정의 부분은 상기 신축부를 형성하기 위해 상기 접촉부보다 가는(thinner) 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  7. 제 1항, 제3항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주벽부는 상기 접촉부보다 경질의 재료(harder material)로 형성되는 부분을 가지고, 상기 신축부의 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  8. 제 1항, 제3항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주벽부는 상기 접촉부보다도 두꺼운(thicker) 부분을 가지고, 상기 신축부의 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  9. 제 1항, 제3항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성부재보다도 경도가 높은 경질부재가 상기 주벽부에 끼워지고, 상기 경질부재는 상기 신축부의 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  10. 제 1항, 제3항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탄성 부재보다도 경도가 높은 경질부재가 상기 주벽부에 고정되고, 상기 경질부재는 상기 신축부의 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  11. 제 1항, 제3항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 주벽부는 표면이 상기 탄성 부재보다도 경질의 재료가 코팅된 부분을 가지고, 상기 부분은 상기 신축부의 아래에 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  12. 폴리싱 표면에 대하여 폴리싱될 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서,
    수직으로 이동가능한 부재;
    챔버를 형성하기 위해 상기 수직으로 이동가능한 부재와 연결되는 탄성 부재를 포함하고,
    상기 탄성 부재는 상기 기판과 접합하는 접촉부와, 상기 접촉부로부터 상방으로 연장되고 상기 수직으로 이동가능한 부재와 연결되는 주벽부를 포함하고,
    상기 주벽부는 외주벽부와, 상기 외주벽부의 반경 방향 내측에 배치되는 내주벽부를 포함하고,
    상기 접촉부는 상기 외주벽부와 상기 내주벽부 사이의 지점에서 분리되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  13. 제 1항, 제3항, 제 4항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판에 대해서 상기 접촉부를 가압하기 위해, 상기 접촉부의 윗면에 접촉하는 가압부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 가압부재는 하면에 반경 방향으로 늘어나는 복수의 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 가압부재는 상기 접촉부의 윗면에 유체를 공급하기 위해서 그 아랫면에 유체 공급구가 형성된 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 접촉부는 상기 접촉부의 둘레 방향으로 늘어나는, 그 윗면에 형성된 두꺼운 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 두꺼운 부분은 실질적으로 삼각형인 단면 또는 아치형인 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  18. 제 13항에 있어서,
    상기 접촉부에 보강부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  19. 제 1항, 제3항, 제 4항 또는 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접촉부는 복수의 요철을 가지고, 상기 요철들은 상기 접촉부의 윗면에 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  20. 폴리싱 장치에 있어서,
    제 1항, 제3항, 제 4항 또는 제12항 중 어느 한 항에 기재된 기판 유지 장치; 및
    폴리싱면을 가지는 폴리싱 테이블을 포함하는 폴리싱 장치.
  21. 기판 폴리싱 방법에 있어서,
    제 1항, 제3항, 제 4항 또는 제12항 중 어느 한 항에 기재된 기판 유지 장치에 의해 기판을 유지하는 단계;
    폴리싱 테이블의 폴리싱면 위에 상기 기판을 위치시키는 단계;
    상기 기판에 대해 상기 접촉부를 가압하기 위해 상기 수직으로 이동가능한 부재를 이동시키는 단계;
    상기 접촉부를 상기 기판에 대해 가압하는 동안에 상기 챔버에 가압 유체를 공급하는 단계;
    상기 기판을 폴리싱하도록 상기 기판을 폴리싱면에 접촉시키고 슬라이딩하는 단계를 포함하는 기판 폴리싱 방법.
  22. 삭제
  23. 폴리싱면에 대하여 폴리싱될 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서,
    수직으로 이동가능한 부재;
    챔버를 형성하는 탄성부재;
    상기 탄성 부재는 상기 기판과 접촉하는 접촉부를 가지고, 상기 접촉부는 상기 접촉부가 기판으로부터 제거되도록 촉진시키는 박리 촉진부를 가지고,
    상기 박리 촉진부는 상기 접촉부의 주변 가장자리에 형성되는 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 접촉부는 상기 탄성부재를 형성하는 재료보다 상기 기판과 낮은 밀착성을 가지는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  25. 폴리싱면에 대하여 폴리싱될 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서,
    수직으로 이동가능한 부재;
    챔버를 형성하는 탄성부재;
    상기 탄성 부재는 상기 기판과 접촉하는 접촉부를 가지고, 상기 접촉부는 상기 접촉부가 기판으로부터 제거되도록 촉진시키는 박리 촉진부를 가지고,
    상기 접촉부의 표면은 복수의 볼록한 곳과 오목한 곳을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  26. 폴리싱면에 대하여 폴리싱될 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서,
    수직으로 이동가능한 부재;
    챔버를 형성하는 탄성부재;
    상기 탄성 부재는 상기 기판과 접촉하는 접촉부를 가지고, 상기 접촉부는 상기 접촉부가 기판으로부터 제거되도록 촉진시키는 박리 촉진부를 가지고,
    상기 탄성 부재는 복수의 접촉부를 포함하고,
    상기 박리 촉진부는 상기 복수의 접촉부 중 하나와 상기 복수의 접촉부 중 다른 하나를 연결하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  27. 폴리싱면에 대하여 폴리싱될 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서,
    수직으로 이동가능한 부재;
    챔버를 형성하는 탄성부재;
    상기 탄성 부재는 상기 기판과 접촉하는 접촉부를 가지고, 상기 접촉부는 상기 접촉부가 기판으로부터 제거되도록 촉진시키는 박리 촉진부를 가지고,
    상기 박리 촉진부는 상기 접촉부에 형성된 상방이 오목한 리세스를 포함하고, 가압 유체가 상기 챔버에 공급될 때 상기 리세스는 상기 기판과 밀착하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  28. 폴리싱 장치에 있어서,
    제 23항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 기재된 기판 유지 장치; 및
    폴리싱면을 가지는 폴리싱 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  29. 폴리싱면에 대해서 폴리싱되는 기판을 가압하고 유지하는 기판 유지 장치에 있어서,
    폴리싱 면에 수직으로 이동가능한 이동 부재;
    복수의 챔버를 형성하기 위해 상기 이동 부재와 연결되는 탄성막을 포함하고,
    상기 탄성막은 상기 기판과 접촉하는 접촉부와, 상기 접촉부를 상기 이동 부재와 연결하는 복수의 주벽부를 포함하고,
    상기 복수의 주벽부 각각은 상기 폴리싱 면에 수직으로 수신축하는 신축부를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 탄성막은 일체로 형성된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  31. 제 29항 또는 제 30항에 있어서,
    상기 접촉부는 그것의 외측 가장자리에 배치되고 위쪽으로 경사진, 경사부를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 경사부는 곡선 모양의 단면도를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  33. 제 31항에 있어서,
    상기 경사부는 직선의 단면도를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  34. 제 31항에 있어서,
    상기 경사부는 상기 접촉부 보다 가는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  35. 폴리싱 장치에 있어서,
    제 29항 또는 제 30항에 기재된 기판 유지 장치; 및
    폴리싱면을 가지는 폴리싱 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
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