KR101066530B1

KR101066530B1 - 폴리싱장치

Info

Publication number: KR101066530B1
Application number: KR1020080119272A
Authority: KR
Inventors: 호즈미 야스다; 마코토 후쿠시마; 데츠지 도가와
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2011-09-21
Also published as: US20090142996A1; EP2065132A3; TW200936313A; US8070560B2; CN101444897B; KR20090056872A; EP2065132B1; EP2065132A2; CN101444897A; JP2009131920A; TWI481471B

Abstract

반도체웨이퍼와 같은 기판을 평면경마무리로 폴리싱하기 위해 폴리싱장치가 사용된다. 상기 폴리싱장치는 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 1 이상의 탄성막을 구비한 폴리싱헤드, 및 상기 압력챔버로의 가압유체의 공급을 제어하도록 구성된 제어장치를 포함한다. 상기 제어장치는 상기 가압유체의 공급을 제어하여, 상기 기판이 상기 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 상기 가압유체가 우선 상기 기판의 중앙부에 위치한 압력챔버로 공급되도록 한 다음, 상기 가압유체가 상기 기판의 중앙부에 위치한 상기 압력챔버의 반경방향으로 외측에 위치한 압력챔버로 공급되는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리싱장치{POLISHING APPARATUS}

본 발명은 폴리싱장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체웨이퍼와 같은 피폴리싱대상물(기판)을 폴리싱하기 위한 폴리싱장치 및 방법에 관한 것이다.

최근, 반도체디바이스의 고집적화와 고밀도화는 더욱더 작은 와이어링 패턴 또는 배선과 더욱더 많은 배선의 층수를 요구하고 있다. 보다 작은 회로의 다층 배선은 하부 배선층 상의 표면 불규칙성을 반영하는 더욱더 많은 단차들을 초래한다. 배선층들의 수가 증가함에 따라 박막의 단차 구성에 대한 막피복성(스텝 커버리지)을 악화시킨다. 그러므로, 보다 나은 다층 배선을 위해서는 개선된 스텝 커버리지와 적절한 표면 평탄화 처리가 요구된다. 또한, 포토리소그래픽 광학시스템의 초점심도는 포토리소그래픽 공정의 미세화의해 더욱 작아지므로, 반도체디바이스의 표면 상의 불규칙한 단차들이 초점심도 내에 있도록 반도체디바이스의 표면이 평탄화될 필요가 있다.

따라서, 반도체디바이스의 제조공정에서는, 반도체디바이스의 표면을 평탄화하는 것이 더욱더 중요하게 된다. 가장 중요한 평탄화 기술 중 한 가지는 화학기계적폴리싱(CMP)이다. 따라서, 반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 화학기계적폴리싱장치가 이용되어 왔다. 화학기계적폴리싱장치에 있어서는, 내부에 실리카(SiO₂)와 같은 연마입자들을 함유하는 폴리싱액이 폴리싱패드와 같은 폴리싱면 상으로 공급되면서, 반도체웨이퍼와 같은 기판이 폴리싱면과 슬라이딩접촉하게 되어, 기판이 폴리싱된다.

이러한 종류의 폴리싱장치는 폴리싱패드로 형성된 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블 및 반도체웨이퍼와 같은 기판을 잡아주기 위한 톱링 또는 폴리싱헤드로 불리우는 기판홀딩장치를 포함한다. 반도체웨이퍼가 이러한 폴리싱장치에 의해 폴리싱되는 경우, 상기 반도체웨이퍼는 기판홀딩장치에 의해 사전설정된 압력 하에 폴리싱면에 대하여 유지 및 가압된다. 이 때, 폴리싱테이블 및 기판홀딩장치는 서로에 대하여 이동되어, 반도체웨이퍼를 폴리싱면과 슬라이딩접촉시켜, 상기 반도체웨이퍼의 표면이 평면경마무리로 폴리싱되도록 한다.

이러한 폴리싱장치에 있어서, 폴리싱되고 있는 반도체웨이퍼와 폴리싱패드의 폴리싱면 사이에 가해지는 상대적인 가압력이 반도체웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 균일하지 않다면, 상기 반도체웨이퍼의 표면은 그것에 가해지는 가압력에 따라 그 상이한 영역에서 불충분하거나 과도하게 폴리싱된다. 일본공개특허공보 제2006-255851호에서 볼 수 있듯이, 기판홀딩장치의 하부에 탄성막으로 형성된 압력챔버를 제공하고, 상기 압력챔버에 공기와 같은 유체를 공급하여 상기 탄성막을 통한 유체압력 하에 반도체웨이퍼를 가압함으로써 반도체웨이퍼에 가해지는 가압력을 균일화하는 것이 일반적이다.

상술된 바와 같이, 기판홀딩장치의 하부에 탄성막으로 형성된 압력챔버를 구비하고, 상기 탄성막을 통한 유체압력 하에 반도체웨이퍼를 가압하도록 상기 압력챔버에 압축공기와 같은 가압유체를 공급하는 상기 종류의 폴리싱장치에서는, 다음과 같은 단점들이 발견되었다.

구체적으로는, 반도체웨이퍼가 폴리싱패드의 폴리싱면과 접촉하게 된 후, 상기 반도체웨이퍼는 압축공기와 같은 가압유체를 압력챔버에 공급하여 탄성막을 통한 유체압력 하에 상기 폴리싱면에 대하여 가압됨으로써, 반도체웨이퍼의 폴리싱을 개시하게 된다. 하지만, 반도체웨이퍼의 폴리싱 개시 직후, 일부 경우에는 반도체웨이퍼가 균열되거나 손상을 입게 되는 현상이 발생하게 된다.

본 출원의 발명자들은 반도체웨이퍼의 폴리싱 개시 시에 반도체웨이퍼가 균열되거나 손상을 입게 되는 이유를 밝히기 위하여 각종 실험들을 행하고 실험 결과들을 분석하였다. 그 결과, 반도체웨이퍼의 일부 손상은 폴리싱패드의 표면 상태에 의해 발생된다는 것을 발견하였다. 보다 구체적으로는, 폴리싱패드의 표면에 특정 홈이나 구멍들을 형성하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 슬러리(폴리싱액)의 보유력(retention capacity)을 개선하기 위해 그 표면에 1 내지 2 mm 직경의 수많은 작은 구멍들을 구비한 타입의 폴리싱패드, 웨이퍼의 표면의 평탄도와 균일성을 개선하여 웨이퍼가 폴리싱패드의 표면에 들러붙게 되는 것을 방지하기 위해 슬러리(폴리싱액)의 유동성을 개선하도록 그 표면에 격자 패턴, 동심 패턴 또는 나선 패턴의 홈들을 구비한 타입의 폴리싱패드, 및 기타 타입의 폴리싱패드가 있다. 이 경우, 그 표면에 작은 구멍들을 구비한 폴리싱패드와 같은 홈이 전혀 없는 타입의 폴리싱 패드 또는 그 표면에 충분한 깊이의 홈들이나 충분한 개수의 홈들을 구비하지 못한 타입의 폴리싱패드에서는, 반도체웨이퍼가 폴리싱패드의 표면(폴리싱면)과 접촉하게 된 후 상기 반도체웨이퍼의 폴리싱 개시 시에 상기 반도체웨이퍼가 종종 균일되거나 손상을 입기도 한다는 것을 발견하였다.

본 출원의 발명자들은 실험 결과들을 분석하여 폴리싱패드가 홈을 구비하지 않거나 충분한 개수의 홈이나 충분한 깊이의 홈들을 그 표면에 구비하지 못하는 경우, 반도체웨이퍼가 폴리싱면과 접촉하게 될 때에는, 공기나 슬러리가 폴리싱면과 반도체웨이퍼 사이에 포획되므로, 폴리싱압력이 그대로 반도체웨이퍼에 인가될 때 평상시보다 더 큰 변형이 발생하기 쉬워, 반도체웨이퍼의 균열이나 손상을 초래하게 된다는 것을 발견하였다.

또한, 상술된 바와 같이, 기판홀딩장치의 하부에 탄성막으로 형성되는 압력챔버를 구비하고, 상기 탄성막을 통한 유체압력 하에 반도체웨이퍼를 가압하도록 압력챔버에 압축공기와 같은 가압유체를 공급하는 타입의 폴리싱장치에서는, 복수의 압력챔버를 구비하고 각각의 압력챔버로 공급될 가압유체의 압력들을 조정하여 반도체웨이퍼의 반경방향으로의 각각의 영역에서 상이한 압력 하에 폴리싱면에 대하여 반도체웨이퍼를 가압할 수 있는 폴리싱장치가 있게 된다. 이러한 타입의 폴리싱장치에서는, 반도체웨이퍼의 표면 내의 폴리싱율이 반도체웨이퍼의 각각의 영역에서 제어될 수 있더라도, 반도체웨이퍼를 유지 및 가압하기 위한 폴리싱헤드의 유지 및 가압면이 러버와 같은 유연한 탄성막을 포함하여 이루어지기 때문에, 인접한 2개의 영역에 공급되는 가압유체의 압력들의 압력차가 있는 경우, 인접한 2개의 영 역에서의 폴리싱압력들의 스텝형 차이가 발생한다. 그 결과, 폴리싱 구성(폴리싱 프로파일)의 스텝형 높이차가 생기게 된다. 이 경우, 인접한 2개의 영역에 공급되는 가압유체의 압력들의 압력차가 큰 경우에는, 폴리싱 구성(폴리싱 프로파일)의 스텝형 높이차가 상기 인접한 2개의 영역에 공급되는 가압유체의 압력들의 압력차에 따라 더욱 커지게 된다.

본 발명은 발명자들이 알아낸 상기 발견들의 관점에서 고안되었다. 그러므로, 본 발명의 제1목적은 기판이 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 반도체웨이퍼와 같은 기판과 폴리싱면 사이에 공기나 슬러리(폴리싱액)가 포획되는 것을 방지할 수 있고, 상기 폴리싱면에 홈이 없거나 충분한 개수의 홈 또는 충분한 깊이의 홈을 구비하지 못하는 경우에도, 폴리싱압력이 기판에 인가될 때, 기판의 과도한 변형을 억제할 수 있는 폴리싱장치 및 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 제2목적은 기판의 각각의 영역에서 상이한 압력 하에 폴리싱면에 대하여 기판을 가압할 수 있고, 상기 기판의 인접한 영역들에서 상이한 압력 하에 폴리싱면에 대하여 기판이 가압될 때, 상기 기판의 인접한 영역들에서의 폴리싱 압력들의 스텝형 차이 없이 이동이 부드러운 폴리싱 압력을 가할 수 있는 폴리싱헤드를 구비한 폴리싱장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1실시형태에 따르면, 기판을 폴리싱하는 장치에 있어서, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블; 가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 1 이상의 탄성막을 구비한 폴리싱헤드를 포함하되, 상기 탄성막은 상기 압력챔버들에 상기 가압유체가 공급될 때, 유체압력 하에 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성되고; 및 상기 압력챔버로의 상기 가압유체의 공급을 제어하도록 구성된 제어장치를 포함하여 이루어지고, 상기 제어장치는 상기 가압유체의 공급을 제어하여, 상기 기판이 상기 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 상기 가압유체가 우선 상기 기판의 중앙부에 위치한 압력챔버로 공급되도록 한 다음, 상기 가압유체가 상기 기판의 중앙부에 위치한 상기 압력챔버의 반경방향으로 외측에 위치한 압력챔버로 공급되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 가압유체가 우선 상기 기판의 중앙부에 위치한 압력챔버로 공급되고, 상기 기판의 중앙부가 폴리싱면과 접촉하게 된다. 그 후, 단시간이 경과한 이후, 상기 기판의 중앙부에 위치한 압력챔버의 반경방향으로 외측에 위치한 압력챔버로 가압유체가 공급되고, 상기 기판의 외주부가 폴리싱면에 대하여 가압된다. 이러한 방식으로, 기판의 중앙부를 먼저 폴리싱면과 접촉시킴으로써, 폴리싱면과 기판 사이에 공기나 슬러리가 포획되지 않게 되어, 폴리싱압력이 그대로 인가되더라도, 기판에 평상시보다 큰 변형이 발생하기 쉽지 않게 된다. 이에 따라, 기판이 폴리싱면과 접촉하게 된 후 상기 기판의 폴리싱 개시 시에 평상시보다 큰 변형에 의해 발생되는 기판의 균열이나 손상이 방지될 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제어장치는 상기 폴리싱헤드를 사전설정된 폴리싱위치로 하강시키도록 상기 폴리싱헤드를 제어하되, 상기 사전설정된 폴리싱위치는 상기 기판의 중앙부에 위치한 상기 폴리싱챔버에 상기 가압유체가 공급되기 전 상기 폴리싱면과 상기 폴리싱헤드에 의해 유지되는 상기 기판의 하부면 사이에 갭이 형성되는 위치로 규정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 폴리싱헤드는 상기 탄성막이 부착되는 톱링바디 및 상기 톱링바디의 주변부에 제공되는 리테이너링을 포함하여 이루어지고, 상기 폴리싱헤드가 상기 사전설정된 폴리싱위치로 하강될 때, 상기 리테이너링은 상기 폴리싱면과 접촉하게 되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제2실시형태에 따르면, 기판을 폴리싱하는 장치에 있어서, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블; 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 1 이상의 탄성막을 구비한 폴리싱헤드를 포함하되, 상기 탄성막은 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때, 유체압력 하에 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성되고; 및 상기 압력챔버로의 상기 가압유체의 공급을 제어하도록 구성된 제어장치를 포함하여 이루어지고, 상기 제어장치는 상기 가압유체의 공급을 제어하여, 상기 기판이 상기 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 상기 가압유체가 우선 상기 기판의 중앙부에 대응하는 위치에 위치한 공급구멍으로부터 상기 압력챔버로 공급되도록 한 다음, 상기 가압유체가 상기 기판의 중앙부에 대응하는 위치에 위치한 상기 공급구멍의 반경방향으로 외측에 위치한 공급구멍으로부터 상기 압력챔버로 공급되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 가압유체가 우선 상기 기판의 중앙부에 대응하는 위치에 위치한 공급구멍으로부터 공급되고, 상기 기판의 중앙부가 폴리싱면과 접촉하게 되어 상기 폴리싱면에 대하여 가압된다. 그 후, 단시간이 경과한 이후, 가압유체가 기판의 외주부에 대응하는 위치에 위치한 공급구멍으로부터 상기 압력챔버의 외주부로 공급되고, 상기 기판의 외주부가 폴리싱면에 대하여 가 압된다. 이러한 방식으로, 기판의 중앙부를 먼저 폴리싱면과 접촉시킴으로써, 폴리싱면과 기판 사이에 공기나 슬러리가 포획되지 않게 되어, 폴리싱압력이 그대로 인가되더라도, 기판에 평상시보다 큰 변형이 발생하기 쉽지 않게 된다. 이에 따라, 기판이 폴리싱면과 접촉하게 된 후 상기 기판의 폴리싱 개시 시에 평상시보다 큰 변형에 의해 발생되는 기판의 균열이나 손상이 방지될 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제어장치는 상기 폴리싱헤드를 사전설정된 폴리싱위치로 하강시키도록 상기 폴리싱헤드를 제어하되, 상기 사전설정된 폴리싱위치는 상기 폴리싱챔버에 상기 가압유체가 공급되기 전 상기 폴리싱면과 상기 폴리싱헤드에 의해 유지되는 상기 기판의 하부면 사이에 갭이 형성되는 위치로 규정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가압유체가 압력챔버로 공급되어 탄성막이 팽창되기 전, 상기 기판이 폴리싱면과 접촉하지 않게 되고, 상기 폴리싱면과 상기 기판 사이에 작은 클리어런스가 형성된다.

본 발명의 제3실시형태에 따르면, 기판을 폴리싱하는 방법에 있어서, 폴리싱헤드에 의해 기판을 유지시키고, 상기 기판을 상기 폴리싱헤드에 의해 폴리싱테이블의 폴리싱면과 접촉시키는 단계를 포함하되, 상기 폴리싱헤드는 탄성막에 의해 형성되는 복수의 압력챔버를 구비하고; 및 가압유체를 상기 압력챔버에 공급하여 상기 기판을 폴리싱하도록 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 가압유체는 상기 기판이 상기 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 우선 상기 기판의 중앙부에 위치한 상기 압력챔버로 공급된 다음, 상기 가압유체는 상기 기판의 중앙부에 위치한 상기 압력챔버의 반경방향으로 외측에 위치한 압력챔버로 공급되는 것을 특징으로 하는 폴리싱방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 가압유체가 우선 상기 기판의 중앙부에 위치한 압력챔버로 공급되고, 상기 기판의 중앙부가 폴리싱면과 접촉하게 되어 상기 폴리싱면에 대해 가압된다. 그 후, 단시간이 경과한 이후, 기판의 중앙부에 위치한 압력챔버의 반경방향으로 외측에 위치한 압력챔버로 가압유체가 공급되고, 상기 기판의 외주부가 폴리싱면에 대하여 가압된다. 이러한 방식으로, 기판의 중앙부를 먼저 폴리싱면과 접촉시킴으로써, 폴리싱면과 기판 사이에 공기나 슬러리가 포획되지 않게 되어, 폴리싱압력이 그대로 인가되더라도, 기판에 평상시보다 큰 변형이 발생하기 쉽지 않게 된다. 이에 따라, 기판이 폴리싱면과 접촉하게 된 후 상기 기판의 폴리싱 개시 시에 평상시보다 큰 변형에 의해 발생되는 기판의 균열이나 손상이 방지될 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 방법은 상기 폴리싱헤드를 사전설정된 폴리싱위치로 하강시키는 단계를 더 포함하여 이루어지되, 상기 사전설정된 폴리싱위치는 상기 기판의 중앙부에 위치한 상기 폴리싱챔버에 상기 가압유체가 공급되기 전 상기 폴리싱면과 상기 폴리싱헤드에 의해 유지되는 상기 기판의 하부 면 사이에 갭이 형성되는 위치로 규정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제4실시형태에 따르면, 기판을 폴리싱하는 방법에 있어서, 폴리싱헤드에 의해 기판을 유지시키고, 상기 기판을 상기 폴리싱헤드에 의해 폴리싱테이블의 폴리싱면과 접촉시키는 단계를 포함하되, 상기 폴리싱헤드는 탄성막에 의해 형성되는 압력챔버를 구비하고; 및 상기 기판의 상이한 반경방향 위치들에 대응하는 위치들에 제공되는 복수의 공급구멍으로부터 상기 압력챔버로 가압유체를 공급하여 상기 기판을 폴리싱하도록 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 가압유체는 상기 기판이 상기 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 우선 상기 기판의 중앙부에 대응하는 위치에 위치한 공급구멍으로부터 상기 압력챔버로 공급된 다음, 상기 가압유체는 상기 기판의 중앙부에 대응하는 위치에 위치한 상기 공급구멍의 반경방향으로 외측에 위치한 공급구멍으로부터 상기 압력챔버로 공급되는 것을 특징으로 하는 폴리싱방법이 제공된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 가압유체가 우선 상기 기판의 중앙부에 대응하는 위치에 위치한 공급구멍으로부터 공급되고, 상기 기판의 중앙부가 폴리싱면과 접촉하게 되어 상기 폴리싱면에 대하여 가압된다. 그 후, 단시간이 경과한 이후, 가압유체가 기판의 외주부에 대응하는 위치에 위치한 공급구멍으로부터 상기 압력챔버의 외주부로 공급되고, 상기 기판의 외주부가 폴리싱면에 대하여 가압된다. 이러한 방식으로, 기판의 중앙부를 먼저 폴리싱면과 접촉시킴으로써, 폴리싱면과 기판 사이에 공기나 슬러리가 포획되지 않게 되어, 폴리싱압력이 그대로 인가되더라도, 기판에 평상시보다 큰 변형이 발생하기 쉽지 않게 된다. 이에 따라, 기판이 폴리싱면과 접촉하게 된 후 상기 기판의 폴리싱 개시 시에 평상시보다 큰 변형에 의해 발생되는 기판의 균열이나 손상이 방지될 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 방법은 상기 폴리싱헤드를 사전설정된 폴리싱위치로 하강시키는 단계를 더 포함하여 이루어지되, 상기 사전설정된 폴리싱위치는 상기 폴리싱챔버에 상기 가압유체가 공급되기 전 상기 폴리싱면과 상기 폴리싱헤드에 의해 유지되는 상기 기판의 하부면 사이에 갭이 형성되는 위치로 규정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5실시형태에 따르면, 기판을 폴리싱하는 장치에 있어서, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블; 가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 1 이상의 탄성막을 구비한 폴리싱헤드를 포함하되, 상기 탄성막은 상기 압력챔버들에 상기 가압유체가 공급될 때, 유체압력 하에 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성되고; 및 상기 탄성막의 일부 이상을 커버하고 인접한 2개의 압력챔버들 위로 연장되도록 구성된 다이어프램을 포함하되, 상기 다이어프램은 상기 탄성막보다 강성이 높은 재료로 이루어지며, 상기 다이어프램은 상기 2개의 압력챔버들 간의 경계로부터 상기 탄성막의 내주면과 외주면 양자 모두까지 10 mm 이상의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 인접한 2개의 챔버들 내의 압력들 간의 압력차가 있는 경우, 폴리싱압력 및 그에 따른 인접한 2개의 영역들 간의 경계에서의 폴리싱율이 하나의 룸측(고압룸측)에서 다른 룸축(저압룸측)으로 점진적으로 저하된다. 구체적으로는, 다이어프램을 제공함으로써, 폴리싱압력(폴리싱율)의 기울기가 인접한 2개의 영역들 간의 경계에서 완만하게 될 수 있다.

통상적으로, 압력챔버를 형성하는 데 사용되는 탄성막은 강성이 낮으므로(세로탄성계수/영률이 작고 두께가 작음), 인접한 영역들에서 상대적으로 큰 압력차가 있는 경우에는, 폴리싱압력분포의 스텝형 차이(급변)가 인접한 영역들 간의 경계와 그 이웃에서 발생한다.

이와는 대조적으로, 본 발명에 따르면, (탄성적으로 변형되기 어렵고, 세로탄성계수가 큰) 탄성막보다 강성이 높은 재료로 이루어진 다이어프램이 사용되므로, 압력차에 기인하는 로컬 영역들에서의 다이어프램의 변형량이 적게 된다. 그러므로, 변형을 겪는 영역이 확장되고, 폴리싱압력의 기울기가 인접한 영역들 간의 경계에서 완만해질 수 있다. 따라서, 다이어프램에 필요한 재료가 탄성재를 포함하여 이루어지고, 탄성막보다 세로탄성계수가 커 변형되기 어렵다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 다이어프램은 상기 탄성막에 고정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 다이어프램은 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 또는 폴리이미드로 이루어진 수지, 스테인리스강이나 알루미늄으로 이루어진 금속 및 알루미나, 지르코니아, 실리콘카바이드 또는 실리콘니트라이드로 이루어진 세라믹 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 다이어프램의 재료는 상기 재료 이외에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리옥시메틸렌(POM) 또는 폴리카보네이트와 같은 일반적인 엔지니어링플라스틱일 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 탄성막은 에틸렌프로필렌러버(EPDM), 폴리우레탄러버 또는 실리콘러버로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 다이어프램은 상기 탄성막의 실질적으로 전체면을 커버하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 인접한 2개의 챔버들 내의 압력들 간의 압력차가 있는 경우, 폴리싱압력 및 그에 따른 인접한 2개의 영역들 간의 경계에서의 폴리싱율이 하나의 룸측(고압룸측)에서 다른 룸축(저압룸측)으로 점진적으로 저하된다. 구체적으로는, 다이어프램을 제공함으로써, 폴리싱압력(폴리싱율)의 기울기가 인접한 2개의 영역들 간의 경계에서 완만해질 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 장치는 상기 다이어프램을 커버하도록 구성된 제2탄성막을 더 포함하여 이루어지되, 상기 제2탄성막은 상기 기 판과 접촉하여 상기 기판을 유지하도록 구성된 기판유지면을 구성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 다이어프램은 다이어프램이 기판과 직접 접촉하지 않도록 탄성막으로 커버된다. 상기 탄성막은 기판을 유지하기 위한 유지면을 구성하기 때문에, 상기 탄성막은 에틸렌프로필렌러버(EPDM), 폴리우레탄러버, 실리콘러버 등과 같은 고강도이면서도 내구성이 있는 러버재료로 제조된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 제2탄성막은 상기 압력챔버들을 형성하도록 구성된 상기 탄성막 및 상기 다이어프램 위로 연장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제6실시형태에 따르면, 기판을 폴리싱하는 장치에 있어서, 폴리싱면을 그 위에 구비한 테이블; 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 유지 및 가압하기 위한 헤드를 포함하되, 상기 헤드는 복수의 공동(cavity)을 형성하기 위한 1 이상의 멤브레인을 구비하고, 그것에 가압유체가 각각 공급될 수 있어, 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압시키며; 상기 가압유체의 압력을 조정하기 위한 장치; 및 상기 가압유체의 압력을 조정하기 위한 장치를 제어하여, 상기 복수의 공동으로의 상기 가압유체의 공급을 각각 제어하는 장치를 포함하여 이루어지고, 상기 가압유체의 압력을 조정하기 위한 장치를 제어하는 장치는, 상기 기판이 상기 폴리싱면과 우선 접촉된 상태에 있는 동안, 상기 가압유체의 압력을 조정하기 위한 장치가 상기 가압유체를 상기 멤브레인의 에지 부근에 위치한 1 이상의 공동에 공급하는 것을 방지하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 폴리싱장치가 제공된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 가압유체가 기판의 중앙부에 위치한 공동(즉, 압력챔버)에 먼저 공급되는 경우, 상기 기판의 중앙부가 폴리싱면과 접촉하게 되고, 상기 가압유체는 상기 막의 에지에 위치한 공동(즉, 압력챔버)에 공급되지 않으므로, 상기 기판의 외주부가 폴리싱면과 접촉하게 되는 것을 방지하게 된다.

본 발명에 따르면, 폴리싱면에 홈이 없거나 충분한 개수의 홈 또는 충분한 깊이의 홈을 구비하지 못하는 경우에도, 반도체웨이퍼와 같은 기판이 폴리싱면과 접촉하게 되면, 폴리싱면과 기판 사이에 공기나 슬러리가 포획되지 않고, 폴리싱압력이 기판에 인가될 때 기판이 과도하게 변형되는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라, 기판의 폴리싱 개시 시에 평상시보다 큰 변형에 의해 발생되는 기판의 균열이나 손상이 방지될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기판의 각각의 영역들에서 상이한 압력 하에 폴리싱면에 대해 기판을 가압할 수 있는 폴리싱헤드에 있어서, 기판이 인접한 영역들에서 상이한 압력 하에 폴리싱면에 대해 가압되는 경우, 상기 폴리싱압력 및 그에 따른 폴리싱율이 기판의 인접한 영역들에서의 폴리싱압력들의 스텝형 차이 없이 완만하게 이동될 수 있게 된다. 이에 따라, 최적의 폴리싱 구성(폴리싱 프로파일)이 얻어질 수 있다.

본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점들은 일례로서 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시하는 첨부도면들과 연계하여 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 폴리싱장치를 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명하기로 한다. 동일하거나 대응하는 부분들은 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 대응하는 참조부호들로 표시되고, 반복해서 설명하지는 않기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 전체 구조를 도시한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱장치는 폴리싱테이블(100), 피폴리싱대상물로서 반도체웨이퍼와 같은 기판을 유지하여 상기 폴리싱테이블(100) 상의 폴리싱면에 대하여 기판을 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링(1)을 포함하여 이루어진다.

상기 폴리싱테이블(100)은 테이블샤프트(100a)를 통해 폴리싱테이블(100) 아래쪽에 배치된 모터(도시안됨)에 결합된다. 따라서, 상기 폴리싱테이블(100)은 테이블샤프트(100a)를 중심으로 회전가능하다. 폴리싱패드(101)는 폴리싱테이블(100)의 상부면에 부착된다. 상기 폴리싱패드(101)의 상부면(101a)은 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 구성한다. 상기 폴리싱테이블(100) 위쪽에는 폴리싱액공급노즐(102)이 제공되어, 폴리싱액(Q)을 폴리싱테이블(100) 상의 폴리싱패드(101) 상으로 공급하게 된다.

상기 톱링(1)은 수직이동기구(124)에 의해 톱링헤드(110)에 대하여 수직방향으로 이동가능한 톱링샤프트(111)의 하단부에 연결된다. 상기 수직이동기구(124)가 톱링샤프트(111)를 수직방향으로 이동시키는 경우, 상기 톱링(1)은 톱링헤드(110)에 대하여 위치설정하기 위하여 전체로서 상승 및 하강된다. 상기 톱링샤프트(111) 의 상단부에는 로터리조인트(125)가 장착된다.

상기 톱링(1) 및 톱링샤프트(111)를 수직방향으로 이동시키기 위한 상기 수직이동기구(124)는 상기 톱링샤프트(111)가 베어링(126)에 의해 회전가능하게 지지되는 브릿지(128), 상기 브릿지(128) 상에 장착된 볼스크루(132), 지지포스트(130)에 의해 지지되는 지지베이스(129) 및 상기 지지베이스(129) 상에 장착된 AC서보모터(138)를 포함하여 이루어진다. AC서보모터(138)를 그 위에 지지하는 지지베이스(129)는 지지포스트(130)에 의해 톱링헤드(110) 상에 고정식으로 장착된다.

상기 볼스크루(132)는 AC서보모터(138)에 결합된 스크루샤프트(132a) 및 상기 스크루샤프트(132a) 상에 나사결합되는 너트(132b)를 포함하여 이루어진다. 상기 톱링샤프트(111)는 수직이동기구(124)에 의해 브릿지(128)와 일체화되어 수직방향으로 이동가능하다. AC서보모터(138)가 기동되면, 브릿지(128)는 볼스크루(132)를 통해 수직방향으로 이동하고, 톱링샤프트(111) 및 톱링(1)이 수직방향으로 이동한다.

상기 톱링샤프트(111)는 키(도시안됨)에 의하여 로터리슬리브(112)에 연결된다. 상기 로터리슬리브(112)는 그 주위에 고정식으로 배치되는 타이밍풀리(113)를 구비한다. 구동샤프트를 구비한 톱링모터(114)는 톱링헤드(110)에 고정된다. 상기 타이밍풀리(113)는 타이밍벨트(115)에 의하여 톱링모터(114)의 구동샤프트 상에 장착된 타이밍풀리(116)에 동작가능하게 결합된다. 톱링모터(114)가 기동되면, 타이밍풀리(116), 타이밍벨트(115) 및 타이밍풀리(113)가 서로 일체화되어 로터리슬리브(112)와 톱링샤프트(111)를 회전시키도록 회전되므로, 상기 톱링(1)을 회전시키 게 된다. 상기 톱링헤드(110)는 프레임(도시안됨) 상에 고정식으로 지지되는 톱링헤드샤프트(117) 상에 지지된다.

도 1에 도시된 바와 같이 구성된 폴리싱장치에 있어서, 상기 톱링(1)은 그 하부면 상에 반도체웨이퍼(W)와 같은 기판을 유지하도록 구성된다. 상기 톱링헤드(110)는 톱링헤드샤프트(117)를 중심으로 피봇가능하다(스윙가능하다). 따라서, 그 하부면 상에 반도체웨이퍼(W)를 유지하는 톱링(1)이 톱링헤드(110)의 피봇 이동에 의해 반도체웨이퍼(W)를 톱링(1)이 수용하는 위치와 폴리싱테이블(100) 위쪽 위치 사이에서 이동된다. 상기 톱링(1)은 폴리싱패드(101)의 표면(폴리싱면)(101a)에 대하여 반도체웨이퍼(W)를 가압하도록 하강된다. 이 때, 톱링(1)과 폴리싱테이블(100)이 각각 회전되면서, 폴리싱테이블(100) 위쪽에 제공된 폴리싱액공급노즐(102)에 의해 폴리싱액이 폴리싱패드(101) 상으로 공급된다. 반도체웨이퍼(W)는 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 슬라이딩접촉하게 된다. 따라서, 반도체웨이퍼(W)의 표면이 폴리싱된다.

다음으로, 본 발명의 제1실시형태에 따른 폴리싱장치의 폴리싱헤드를 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 도 2는 피폴리싱대상물로서 반도체웨이퍼(W)를 유지하여 상기 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링(1)을 도시한 개략적인 단면도이다. 도 2는 톱링(1)을 구성하는 메인 구조 요소들만을 보여준다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 톱링(1)은 기본적으로 폴리싱면(101a)에 대하여 반도체웨이퍼(W)를 가압하기 위한 톱링바디(2), 및 상기 폴리싱면(101a)을 직 접 가압하기 위한 리테이너링(3)을 포함하여 이루어진다. 상기 톱링바디(2)는 원판 형태로 되어 있고, 상기 리테어니링(3)은 상기 톱링바디(2)의 주변부에 부착된다. 상기 톱링바디(2)는 엔지니어링플라스틱(예컨대, PEEK)과 같은 수지로 제조된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 톱링(1)은 상기 톱링바디(2)의 하부면에 부착된 탄성막(4)을 구비한다. 상기 탄성막(4)은 톱링(1)에 의하여 유지되는 반도체웨이퍼의 배면과 접촉하게 된다. 상기 탄성막(4)은 에틸렌프로필렌러버(EPDM), 폴리우레탄러버, 실리콘러버 등과 같은 고강도이면서도 내구성이 있는 러버재료로 제조된다.

상기 탄성막(4)은 원형의 격벽(4a)을 구비하고, 원형의 중앙챔버(5) 및 환형의 외측챔버(7)는 상기 탄성막(4)의 상부면과 톱링바디(2)의 하부면 사이에 격벽(4a)에 의해 형성된다. 중앙챔버(5)와 연통하는 유로(11)와 외측챔버(7)와 연통하는 유로(13)는 톱링바디(2)에 형성된다. 상기 유로(11)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유로(21)를 통해 유체공급원(30)에 연결된다. 상기 유로(13)는 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유로(23)를 통해 유체공급원(30)에 연결된다. 개폐밸브(V1)와 압력조절기(R1)가 통로(21)에 제공되고, 개폐밸브(V3)와 압력조절기(R3)는 통로(23)에 제공된다. 상기 유체공급원(30)은 압축공기와 같은 가압유체를 공급하는 역할을 한다.

또한, 리테이너챔버(9)는 리테이너링(3) 바로 위쪽에 형성되고, 상기 리테이너챔버(9)는 톱링바디(2)에 형성된 유로(15) 및 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유로(25)를 통해 유체공급원(30)에 연결된다. 개폐밸브(V5) 및 압력조절기(R5)는 유로(25)에 제공된다. 압력조절기(R1, R3, R5)는 유체공급원(30)으로부터 중앙챔 버(5), 외측챔버(7) 및 리테이너챔버(9)로 공급되는 가압유체의 압력들을 조정하기 위한 압력조정기능을 구비한다. 상기 압력조절기(R1, R3, R5)와 개폐밸브(V1, V3, V5)는 제어장치(33)에 연결되고, 상기 압력조절기(R1, R3, R5)와 개폐밸브(V1, V3, V5)의 동작은 제어장치(33)에 의해 제어된다.

도 2에 도시된 바와 같이 구성된 톱링(1)에서는, 압력챔버들, 즉 중앙챔버(5)와 외측챔버(7)는 탄성막(4)과 톱링바디(2) 사이에 형성되고, 압력챔버, 즉 리테이너챔버(9)는 리테이너링(3) 바로 위쪽에 형성된다. 중앙챔버(5), 외측챔버(7) 및 리테이너챔버(9)로 공급되는 유체의 압력들은 압력조절기(R1, R3, R5)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.

이러한 형태에 의하면, 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱패드(101)에 가압하기 위한 가압력들이 각각의 압력챔버들로 공급될 유체의 압력들을 조정하여 반도체웨이퍼의 각각의 로컬 영역들에서 조정될 수 있고, 리테이너링(3)을 폴리싱패드(101)에 대하여 가압하기 위한 가압력은 압력챔버로 공급될 유체의 압력을 조정하여 조정될 수 있다.

구체적으로는, 반도체웨이퍼를 폴리싱패드(101)에 대하여 가압하기 위한 가압력들이 중앙챔버(5) 바로 아래 반도체웨이퍼의 원형 영역과 외측챔버(7) 바로 아래 반도체웨이퍼의 환형 영역(링 영역)에서 독립적으로 조정될 수 있고, 상기 폴리싱패드(101)에 대하여 리테이너링(3)을 가압하기 위한 가압력은 독립적으로 조정될 수 있다.

다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이 구성된 톱링(1)에 의한 반도체웨이퍼의 폴리싱공정을 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 도 3은 톱링(1)의 메인 구조 요소들만을 개략적으로 보여준다.

상기 톱링(1)은 기판이송장치로부터 반도체웨이퍼(W)를 받아 상기 반도체웨이퍼(W)를 진공 하에 유지한다. 도 2 및 도 3에는 도시되지 않았지만, 상기 탄성막(4)은 반도체웨이퍼(W)를 진공 하에 유지하기 위한 복수의 구멍들을 구비하고, 이들 구멍은 진공펌프와 같은 진공원에 연결된다. 반도체웨이퍼(W)를 진공 하에 유지하는 톱링(1)은 미리 설정된 톱링의 사전설정된 폴리싱위치로 하강된다. 사전설정된 폴리싱위치에서, 상기 리테이너링(3)은 폴리싱패드(101)의 표면(폴리싱면)(101a)과 접촉하게 된다. 하지만, 반도체웨이퍼(W)가 폴리싱되기 전, 반도체웨이퍼(W)가 톱링(1)에 의해 흡인되어 유지되므로, 상기 반도체웨이퍼(W)의 하부면(피폴리싱면)과 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a) 사이에는 예컨대 대략 1 mm 정도의 작은 갭이 있게 된다. 이 때, 폴리싱테이블(100) 및 톱링(1)은 그 자체 축을 중심으로 회전된다. 이 상태에서, 상기 개폐밸브(V1) 및 개폐밸브(V3)가 동시에 개방되고, 가압유체가 유체공급원(30)으로부터 중앙챔버(5) 및 외측챔버(7)로 공급된다. 따라서, 반도체웨이퍼(W)의 상부면(배면)에 위치한 탄성막(4)이 팽창되어, 반도체웨이퍼(W)의 하부면을 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 접촉시키게 된다. 이 때, 폴리싱패드(101)에 홈이 없거나 충분한 개수의 홈 또는 충분한 깊이의 홈들이 그 표면에 있지 않은 경우에는, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 반도체웨이퍼(W) 사이에 공기나 슬러리가 포획되므로, 상기 반도체웨이퍼(W)는 폴리싱압력이 그대로 반도체웨이퍼(W)에 인가될 때 평상시 보다 큰 변형이 발생하기 쉽게 된다. 그 결과, 반도체웨이퍼(W)가 균열되거나 손상을 입게 된다.

이와는 대조적으로, 반도체웨이퍼(W)를 진공 하에 유지하는 톱링(1)이 상기 톱링의 사전설정된 폴리싱위치로 하강된 후, 탄성막(4)이 팽창되는 경우에는, 상기 제어장치(33)가 개폐밸브(V1)를 개방시키고, 가압유체를 유체공급원(30)으로부터 중앙챔버(5)로 공급하여, 상기 탄성막(4)의 중앙부만을 팽창시키게 된다. 따라서, 상기 반도체웨이퍼(W)의 하부면의 중앙부가 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 접촉하게 되고, 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)에 대하여 가압된다. 그 후, 단시간이 경과한 이후, 예컨대 제어장치(33)가 개폐밸브(V1)를 개방시킨 후 1 내지 3초 내에, 상기 제어장치(33)가 개폐밸브(V3)를 개방시키고, 가압유체를 유체공급원(30)으로부터 외측챔버(7)로 공급하여, 상기 탄성막(4)의 외주부를 팽창시키게 된다. 따라서, 상기 반도체웨이퍼(W)의 하부면의 외주부가 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)에 대하여 가압된다. 이러한 방식으로, 반도체웨이퍼(W)의 중앙부를 먼저 폴리싱면과 접촉시키고 상기 반도체웨이퍼(W)의 중앙부를 폴리싱면에 대하여 가압함으로써, 도 3b에 도시된 바와 같이, 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 반도체웨이퍼(W) 사이에 공기나 슬러리가 포획되지 않게 되고, 이에 따라 반도체웨이퍼(W)에는 폴리싱압력이 그대로 인가되더라도 평상시보다 큰 변형을 발생하기 쉽지 않게 된다. 이에 따라, 반도체웨이퍼(W)가 폴리싱면(101a)과 접촉하게 된 후 반도체웨이퍼의 폴리싱 개시 시에 평상시보다 큰 변형에 의해 발생되는 반도체웨이퍼(W)의 균열이나 손상이 실질적으로 방지될 수 있게 된다.

도 4는 피폴리싱대상물로서 반도체웨이퍼(W)를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링(1)의 변형예를 도시한 개략적인 단면도이다. 도 4는 톱링(1)의 메인 구조 요소들만을 개략적으로 보여준다.

도 4에 도시된 실시예에 있어서, 탄성막(4)의 상부면과 톱링바디(2)의 하부면 사이에는 단일 압력챔버(5A)가 형성된다. 톱링바디(2)의 중앙부에 형성된 유로(공급구멍)(11)는 유로(21)를 통해 유체공급원(30)에 연결되고, 상기 톱링바디(2)의 외주부에 형성된 유로(공급구멍)(13)는 유로(23)를 통해 유체공급원(30)에 연결된다. 개폐밸브(V1) 및 압력조절기(R1)는 유로(21)에 제공되고, 개폐밸브(V3) 및 압력조절기(R3)는 유로(23)에 제공된다. 상기 리테이너챔버(9)는 리테이너링(3) 바로 위쪽에 형성되고, 상기 리테이너챔버(9)는 유로(25)를 통해 유체공급원(30)에 연결된다. 개폐밸브(V5) 및 압력조절기(R5)는 유로(25)에 제공된다. 압력조절기(R1, R3, R5) 및 개폐밸브(V1, V3, V5)는 제어장치(33)에 연결되고, 상기 압력조절기(R1, R3, R5) 및 개폐밸브(V1, V3, V5)의 동작은 제어장치(33)에 의하여 제어된다.

도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 바와 같이 구성된 톱링(1)에 의해 반도체웨이퍼(W)가 폴리싱되는 방식을 도시한 개략적인 단면도이다.

반도체웨이퍼(W)를 진공 하에 유지하는 톱링(1)은 상기 톱링의 사전설정된 폴리싱위치로 하강된 다음, 개폐밸브(V1) 및 개폐밸브(V3)가 동시에 개방된다. 가압유체는 유로(공급구멍)(11) 및 유로(공급구멍)(13)로부터 압력챔버(5A)의 중앙부 와 외주부로 동시에 공급된다. 따라서, 반도체웨이퍼(W)의 상부면(배면)에 위치한 탄성막(4)이 팽창되어, 상기 반도체웨이퍼(W)의 하부면을 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)에 대하여 가압하게 된다. 이 때, 폴리싱패드(101)에 홈이 없거나 충분한 개수의 홈 또는 충분한 깊이의 홈들이 그 표면에 있지 않은 경우에는, 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 반도체웨이퍼(W) 사이에 공기나 슬러리가 포획되므로, 상기 반도체웨이퍼(W)는 폴리싱압력이 그대로 반도체웨이퍼(W)에 인가될 때 평상시보다 큰 변형이 발생하기 쉽게 된다. 그 결과, 반도체웨이퍼(W)가 균열되거나 손상을 입게 된다.

이와는 대조적으로, 반도체웨이퍼(W)를 진공 하에 유지하는 톱링(1)이 상기 톱링의 사전설정된 폴리싱위치로 하강된 후, 탄성막(4)이 팽창되는 경우에는, 상기 제어장치(33)가 개폐밸브(V1)를 개방시키고, 가압유체를 유로(공급구멍)(11)로부터 압력챔버(5A)의 중앙부로 공급하여, 상기 탄성막(4)의 중앙부만을 팽창시키게 된다. 따라서, 상기 반도체웨이퍼(W)의 하부면의 중앙부가 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 접촉하게 되고, 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)에 대하여 가압된다. 그 후, 단시간이 경과한 이후, 예컨대 제어장치(33)가 개폐밸브(V1)를 개방시킨 후 1 내지 3초 내에, 상기 제어장치(33)가 개폐밸브(V3)를 개방시키고, 가압유체를 유로(공급구멍)(13)로부터 압력챔버(5A)의 외주부로 공급하여, 상기 탄성막(4)의 외주부를 팽창시키게 된다. 따라서, 상기 반도체웨이퍼(W)의 하부면의 외주부가 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)에 대하여 가압된다. 이러한 방식으로, 반도체웨이퍼(W)의 중앙부를 먼저 폴리싱면과 접촉시키고 상기 반도체웨이퍼(W)의 중앙부를 폴리싱면에 대하여 가압함으로써, 도 5b에 도시된 바와 같이, 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 반도체웨이퍼(W) 사이에 공기나 슬러리가 포획되지 않게 되고, 이에 따라 반도체웨이퍼(W)에는 폴리싱압력이 그대로 인가되더라도 평상시보다 큰 변형을 발생하기 쉽지 않게 된다. 이에 따라, 반도체웨이퍼(W)가 폴리싱면(101a)과 접촉하게 된 후 반도체웨이퍼의 폴리싱 개시 시에 평상시보다 큰 변형에 의해 발생되는 반도체웨이퍼(W)의 균열이나 손상이 실질적으로 방지될 수 있게 된다.

도 6은 피폴리싱대상물로서 반도체웨이퍼(W)를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링(1)의 변형예를 도시한 개략적인 단면도이다.

도 6에 도시된 실시예에 있어서, 탄성막(4)의 상부면과 톱링바디(2)의 하부면 사이에는 단일 압력챔버(5A)가 형성된다. 상기 실시예에 있어서, 유로(공급구멍)(11)는 상기 톱링바디(2)의 중앙부에만 형성된다. 상기 유로(공급구멍)(11)는 유로(21)를 통해 유체공급원(30)에 연결되고, 개폐밸브(V1) 및 압력조절기(R1)는 유로(21)에 제공된다.

도 6에 도시된 실시예에 있어서, 탄성막(4)이 팽창되면, 제어장치(도시안됨)는 개폐밸브(V1)를 개방시키고, 가압유체를 유로(공급구멍)(11)로부터 압력챔버(5A)의 중앙부로 공급한다. 따라서, 상기 탄성막(4)의 중앙부가 먼저 팽창되어 반도체웨이퍼(W)의 하부면의 중앙부를 먼저 폴리싱면(101a)과 접촉시키게 된다. 그 후, 가압유체는 탄성막(4)의 외주부를 향해 유동하고, 단시간이 경과한 이후, 상기 반도체웨이퍼(W)의 외주부가 폴리싱면(101a)과 접촉하게 된다. 이러한 방식으로, 반도체웨이퍼(W)의 중앙부를 먼저 폴리싱면과 접촉시켜, 상기 반도체웨이퍼의 중앙부를 폴리싱면에 대하여 가압함으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 반도체웨이퍼(W) 사이에 공기나 슬러리가 포획되지 않게 되고, 이에 따라 반도체웨이퍼(W)에는 폴리싱압력이 그대로 인가되더라도 평상시보다 큰 변형을 발생하기 쉽지 않게 된다. 이에 따라, 반도체웨이퍼(W)가 폴리싱면(101a)과 접촉하게 된 후 반도체웨이퍼의 폴리싱 개시 시에 평상시보다 큰 변형에 의해 발생되는 반도체웨이퍼(W)의 균열이나 손상이 실질적으로 방지될 수 있게 된다.

도 2 내지 도 6에 도시된 실시예들에 있어서, 압력조절기(R1~R5) 및 개폐밸브(V1~V5)는 별도로 제공된다. 하지만, 압력조절기(R1~R5)가 제로 내지 원하는 값까지의 범위 내에서 압력값을 조정하기 위한 개폐밸브의 기능을 갖도록 배치된다면, 상기 개폐밸브들이 생략될 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 제2실시형태에 따른 폴리싱장치의 폴리싱헤드를 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 7은 피폴리싱대상물로서 반도체웨이퍼(W)를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링(1)을 도시한 개략적인 단면도이다. 도 7에 도시된 톱링(1)은 톱링바디(2), 리테이너링(3) 및 도 2에 도시된 톱링(1)과 동일한 방식으로 톱링바디(2)의 하부면에 부착된 탄성막(4)을 포함하여 이루어진다. 상기 탄성막(4)은 복수의 동심 격벽(4a)을 구비하고, 원형의 중앙챔버(5), 환형의 리플챔버(6), 환형의 외측챔버(7) 및 환형의 에지챔버(8)가 격벽(4a)에 의하여 상기 탄성막(4)의 상부면과 톱링바디(2)의 하부면 사이에 형성된다. 구체적으로, 상기 중앙챔버(5)는 톱링바디(2)의 중앙부에 형성되고, 리플챔버(6), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8)가 상기 톱링바디(2)의 중앙부에서 주변부까지 순서대로 동심으로 형성된다. 중앙챔버(5)와 연통하는 유로(11), 리플챔버(6)와 연통하는 유로(12), 외측챔버(7)와 연통하는 유로(13) 및 에지챔버(8)와 연통하는 유로(14)가 상기 톱링바디(2)에 형성된다. 각각의 유로(11, 12, 13, 14)는 각각의 유로(21, 22, 23, 24)를 통해 유체공급원(30)에 연결된다. 또한, 개폐밸브(V1, V2, V3, V4)와 압력조절기(R1, R2, R3, R4)가 각각의 유로(21, 22, 23, 24)에 제공된다.

또한, 리테이너챔버(9)는 리테이너링(3) 바로 위쪽에 형성되고, 상기 리테이너챔버(9)는 톱링바디(2)에 형성된 유로(15) 및 튜브, 커넥터 등으로 이루어지는 유로(25)를 통해 유체공급원(30)에 연결된다. 개폐밸브(V5) 및 압력조절기(R5)는 유로(25)에 제공된다. 압력조절기(R1, R2, R3, R4, R5)는 유체공급원(30)으로부터 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7), 에지챔버(8) 및 리테이너챔버(9)로 각각 공급되는 가압유체의 압력들을 조정하기 위한 압력조정기능을 가진다. 상기 압력조절기(R1, R2, R3, R4, R5)와 개폐밸브(V1, V2, V3, V4, V5)는 제어장치(33)에 연결되고, 상기 압력조절기(R1, R2, R3, R4, R5)와 개폐밸브(V1, V2, V3, V4, V5)의 동작은 제어장치(33)에 의하여 제어된다.

도 7에 도시된 톱링(1)에 있어서, 환형의 다이어프램(10)은 리플챔버(6)와 외측챔버(7) 간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지의 사전설정된 영역에 걸쳐 상기 탄성막(4)의 하부면에(웨이퍼유지면측에) 접착제 등으로 고정된다. 상기 다이어프램(10)은 두께가 10 mm 이하, 바람직하게는 두께가 대략 0.5 mm 내지 2 mm 정도인 박판으로 이루어지고, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 및 폴리이미드와 같은 수지, 스테인리스강과 알루미늄과 같은 금속 및 알루미나, 지르코니아, 실리콘카바이드 및 실리콘니트라이드와 같은 세라믹 중 하나로 이루어진다. 구체적으로는, 상기 다이어프램(10)이 탄성막(4)보다 강성이 높은 재료로 구성되고, 리플챔버(6)와 외측챔버(7) 간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지 L=10 mm 이상의 영역에 걸쳐 탄성막(4)을 커버한다.

이러한 형태에 의하면, 리플챔버(6) 내의 압력과 외측챔버(7) 내의 압력이 다이어프램(10)에 충분히 인가되도록 수압영역(pressure-receiving area)이 보장될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 다이어프램(10)이 충분한 수압영역을 구비하여, 인접한 2개의 영역에 공급되는 가압유체의 압력들이 다이어프램(10)에 인가될 수 있게 된다. 상기 강성은 외부력에 대한 재료의 변형 저항력으로서 정의되고, 스티프니스(stiffness)라고도 한다. 상기 탄성막(4)보다 강성이 높은 재료는 탄성막(4)보다 탄성 변형이 덜한 재료로 그리고 상기 탄성막(4)보다 세로탄성계수가 큰 재료로 정의된다.

상기 탄성막(4)에 사용하기 위한 러버재료의 세로탄성계수는 일반적으로 1 내지 10 MPa의 범위 내에 있는 반면, 상기 다이어프램(10)의 세로탄성계수는 1 GPa 이상인 것이 바람직하다.

상기 다이어프램(10)은 다이어프램(10)의 하부면(웨이퍼유지면)이 반도체웨이퍼(W)와 직접 접촉하지 않도록 탄성막(26)으로 커버된다. 상기 탄성막(26)은 다이어프램(10)의 하부면과 탄성막(4)의 전체 하부면을 커버한다. 상기 탄성막(26)과 다이어프램(10)의 접촉면들은 서로 접착제 등으로 고정되고, 상기 탄성막(26) 및 탄성막(4)의 접촉면들은 서로 접착제 등으로 고정된다. 상기 탄성막(26)의 하부면은 반도체웨이퍼(W)를 유지하기 위한 유지면을 구성하기 때문에, 상기 탄성막(26)은 다이어프램(10)이 존재하는 영역에서는 얇고, 상기 다이어프램(10)이 존재하지 않는 영역에서는 두꺼워, 상기 탄성막(26)의 전체 하부면이 동일한 레벨 상에 있게 된다. 상기 탄성막(26)은 에틸렌프로필렌러버(EPDM), 폴리우레탄러버, 실리콘러버 등과 같은 고강도이면서도 내구성이 있는 러버재료로 제조된다.

다음으로, 도 7에 도시된 다이어프램(10)을 구비한 톱링(1)의 동작을 도 8a 및 도 8b를 참조하여 설명하기로 한다.

도 8a는 다이어프램(10)이 없는 톱링(1)의 동작을 도시한 개략도이다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 상기 경계(20)에서는 리플챔버(6) 내의 압력과 외측챔버(7) 내의 압력 간의 압력차(외측챔버(7) 내의 압력 > 리플챔버(6) 내의 압력)가 있다. 그 결과, 도 8a의 하부에 도시된 바와 같이, 폴리싱압력 및 그에 따른 폴리싱율의 스텝형 차이가 인접한 2개의 영역들 간의 경계(20)에 생기게 된다.

도 8b는 다이어프램(10)을 구비한 톱링(1)의 동작을 도시한 개략도이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 경계(20)에서는 리플챔버(6) 내의 압력과 외측챔버(7) 내의 압력 간의 압력차(외측챔버(7) 내의 압력 > 리플챔버(6) 내의 압력)가 있다. 하지만, 도 8b의 하부에 도시된 바와 같이, 인접한 2개의 영역들 간의 경계(20)에서의 폴리싱압력 및 그에 따른 폴리싱율은 외측챔버(7)측에서 리플챔버(6)측으로 점진적으로 낮아진다. 구체적으로는, 다이어프램(10)을 제공함으로써, 폴리싱압력(폴리싱율)의 기울기가 인접한 2개의 영역들 간의 경계(20)에서 완만해질 수 있다.

다음으로, 다이어프램(10)을 제공하여, 인접한 2개의 영역들 간의 경계(20)에서의 폴리싱압력(폴리싱율)의 기울기가 완만해질 수 있는 이유를 도 9a, 도 9b 및 도 9c를 참조하여 설명하기로 한다. 도 9a 및 도 9b는 다이어프램(10)이 없는 경우에 반도체웨이퍼(W)의 변형상태와 압력분포상태를 보여주고, 도 9c는 다이어프램(10)이 있는 경우의 반도체웨이퍼(W)의 변형상태와 압력분포상태를 보여준다. 도 9a 내지 도 9c에 도시된 모든 경우에 있어서, 반도체웨이퍼(W)의 배면으로부터의 폴리싱압력과 상기 폴리싱압력에 의해 발생되는 폴리싱패드(101)의 변형에 의해 생성되는 반발압력은 균형을 이룬다.

(1) 균일압력의 경우

도 9a에 도시된 바와 같이, 균일한 압력(배면압력)이 반도체웨이퍼(W)에 인가되는 경우, 상기 폴리싱패드(101)의 변형에 의해 생성되는 반발압력은 균일해진다.

(2) 압력분포가 있는 경우

도 9b에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼(W)로 인가되는 압력의 분포가 있는 경우에는, 폴리싱패드(101)의 변형량이 배면압력이 낮은 위치에서 적고, 폴리싱패 드(101)의 변형량은 배면압력이 높은 위치에서 많다. 반도체웨이퍼(W)의 강성이 낮으면, 상기 반도체웨이퍼(W)가 쉽게 변형되므로, 상기 반도체웨이퍼(W)의 변형이 국부적으로 발생하여, 상기 폴리싱패드(101)의 변형량이 폴리싱패드(101)의 좁은 영역에서 변한다. 그러므로, 폴리싱압력의 분포가 압력 경계와 그 이웃에서 급변하게 된다.

(3) 압력분포가 있고 다이어프램(10)이 있는 경우

(3)의 경우의 배면압력은 (2)의 경우에서와 동일하다. (3)의 경우에서는, 폴리싱패드(101)의 변형에 의해 생성되는 반발압력과 배면압력이 (2)의 경우와 동일한 방식으로 균형을 이룬다. (3)의 경우에 반도체웨이퍼(W)의 표면으로 인가되는 폴리싱압력의 분포가 (2)의 경우와 다르지만, (3)의 경우에서의 적분값으로서의 반발압력은 (2)의 경우의 반발압력과 같다. 압력 경계로부터 먼 위치에서의 폴리싱압력은 (2)의 경우와 동일한 폴리싱압력이 된다. 따라서, 폴리싱패드(101)의 변형량이 (2)의 경우와 동일한 변형량이 된다. 상기 반도체웨이퍼(W)의 상부면에서의 다이어프램(2)의 존재는 반도체웨이퍼(W)의 강성이 증가하는 것 같은 효과를 가진다. 따라서, 로컬 영역들에서의 반도체웨이퍼(W)의 변형량이 적게 되고, 변형을 겪는 영역이 확장된다.

(3)의 경우에서 압력경계와 그 이웃에서 폴리싱패드(101)의 변형량의 기울기는 (2)의 경우에서보다 완만하다. 그 후, 폴리싱압력의 분포가 완만하게 변한다.

또한, 탄성막(4)에 고정된 다이어프램(10)의 폭(L)이 인접한 2개의 영역들 간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지 10 mm 이상인 이유는 다음과 같다. 압력경계와 그 이웃에서 생기는 폴리싱압력의 분포의 스텝 폭은 통상적으로 대략 10 mm 정도이고, 이에 따라 상기 다이어프램(10)의 폭(L)은 인접한 2개의 영역들 간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지 10 mm 이상인 것이 바람직하다.

도 7에 도시된 실시예에 있어서, 상기 다이어프램(10)은 리플챔버(6)와 외측챔버(7) 간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지 10 mm 이상으로 상기 탄성막(4)의 하부면(웨이퍼유지면측)에 고정된다. 하지만, 상기 환형의 다이어프램(10)은 중앙챔버(5)와 리플챔버(6) 간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지 10 mm 이상으로 상기 탄성막(4)의 하부면(웨이퍼유지면측)에 고정될 수도 있다. 또한, 상기 환형의 다이어프램(10)은 외측챔버(7)와 에지챔버(8) 간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지 10 mm 이상으로 상기 탄성막(4)의 하부면(웨이퍼유지면측)에 고정될 수도 있다. 나아가, 상기 다이어프램(10)은 탄성막(4)의 전체 하부면에 고정될 수도 있다. 이 경우, 인접한 2개의 룸들, 즉 인접한 2개의 영역들 간의 모든 경계(20)에서의 폴리싱압력(폴리싱율)의 기울기가 완만해질 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2실시형태에 따른 톱링의 더욱 구체적인 예시를 도시한 단면도이다. 도 10에 도시된 예시에서는, 탄성막(4)을 상세히 도시하기 위하여, 톱링바디(2) 및 리테이너링(3)이 도시되어 있지 않다.

도 10에 도시된 탄성막(4)에서는, 탄성막(4)이 균일하게 팽창되어야 하고 탄성막(4)을 톱링바디(2)에 고정하기 위한 부분들이 형성되어야 하기 때문에, 인접한 2개의 영역(2개의 압력챔버)들을 구획하기 위한 복수의 동심 격벽(4a)이 복잡한 형상을 가진다. 이들 격벽(4a)에 의하여, 원형의 중앙챔버(5), 환형의 리플챔버(6), 환형의 외측챔버(7) 및 환형의 에지챔버(8)가 탄성막(4)의 상부면과 톱링바디(도시안됨)의 하부면 사이에 형성된다. 구체적으로, 상기 중앙챔버(5)는 톱링바디의 중앙부에 형성되고, 리플챔버(6), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8)는 상기 탄성막(4)의 중앙부에서 주변부까지 순서대로 동심으로 형성된다. 상기 톱링바디에서는, 각각의 압력챔버들과 연통하는 유로들이 도 7에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 형성된다. 도 10에는 도시되지 않았지만, 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8)는 개폐밸브(V1~V5)와 압력조절기(R1~R5)를 통해 도 7에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 유체공급원(30)에 연결된다.

도 10에 도시된 톱링(1)에서는, 다이어프램(10)이 탄성막(4)의 전체 하부면에 고정된다. 상기 다이어프램(10)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 또는 폴리이미드로 이루어진 수지, 스테인리스강이나 알루미늄으로 이루어진 금속 및 알루미나, 지르코니아, 실리콘카바이드 또는 실리콘니트라이드로 이루어진 세라믹 중 하나로 이루어진다. 상기 다이어프램(10)은 다이어프램(10)의 하부면(웨이퍼유지면)이 반도체웨이퍼(W)와 직접 접촉되지 않도록 탄성막(26)으로 커버된다. 상기 탄성막(26)은 다이어프램(10)의 하부면에 접착제 등으로 고정되어, 상기 다이어프램(10)의 전체 하부면이 탄성막(26)으로 커버되도록 한다. 상기 탄성막(26)은 반도체웨이퍼(W)를 유지하기 위한 유지면을 구성하므로, 상기 탄성막(26)은 에틸렌프로필렌러버(EPDM), 폴리우레탄러버, 실리콘러버 등과 같은 고강도이면 서도 내구성이 있는 러버재료로 제조된다.

도 10에 도시된 바와 같이, 다이어프램(10)이 탄성막(4)의 전체 하부면에 걸쳐 제공되는 경우에는, 인접한 2개의 챔버 내의 압력들 간의 압력차가 있으면, 인접한 2개의 영역들 간의 모든 경계(20)에서의 폴리싱압력 및 그에 따른 폴리싱율이 하나의 룸측(고압룸측)에서 다른 룸축(저압룸측)으로 점진적으로 낮아진다. 구체적으로는, 다이어프램(10)을 제공함으로써, 폴리싱압력(폴리싱율)의 기울기가 인접한 2개의 영역들 간의 경계(20)에서 완만해질 수 있다.

도 10에는, 반도체웨이퍼(W)를 진공 하에 유지하기 위한 탄성막(26)에 형성되는 복수의 구멍(26h)이 도시되어 있고, 상기 탄성막(4)에 형성된 복수의 구멍(4h) 및 구멍(26h)과 연통하기 위한 다이어프램(10)에 형성된 복수의 구멍(10h)이 도시되어 있다.

다음으로, 본 발명의 제1 및 제2실시형태에 따른 폴리싱장치에 사용하기에 적합한 톱링(1)을 도 11 내지 도 15를 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 11 내지 도 15는 톱링(1)의 복수의 반경방향을 따라 상기 톱링(1)의 일례를 도시한 단면도이다.

도 11 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 톱링(1)은 기본적으로 폴리싱면(101a)에 대하여 반도체웨이퍼(W)를 가압하기 위한 톱링바디(2), 및 상기 폴리싱면(101a)을 직접 가압하기 위한 리테이너링(3)을 포함하여 이루어진다. 상기 톱링바디(2)는 원판 형태의 상부부재(300), 상기 상부부재(300)의 하부면에 부착된 중간부재(304) 및 상기 중간부재(304)의 하부면에 부착된 하부부재(306)를 포함한다. 상기 리테이너링(3)은 상기 상부부재(300)의 주변부에 부착된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 상부부재(300)는 볼트(308)에 의하여 톱링샤프트(111)에 연결된다. 또한, 상기 중간부재(304)는 볼트(309)에 의하여 상부부재(300)에 고정되고, 상기 하부부재(306)는 볼트(310)에 의하여 상부부재(300)에 고정된다. 상기 상부부재(300), 중간부재(304) 및 하부부재(306)로 이루어지는 톱링바디(2)는 엔지니어링플라스틱(예컨대, PEEK)과 같은 수지로 제조된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 상기 톱링(1)은 하부부재(306)의 하부면에 부착된 탄성막(4)을 구비한다. 상기 탄성막(4)은 톱링(1)에 의하여 유지되는 반도체웨이퍼의 배면과 접촉하게 된다. 상기 탄성막(4)은 방사상 바깥쪽으로 배치되는 환형 에지홀더(316) 및 상기 에지홀더(316)의 방사상 안쪽으로 배치되는 환형 리플홀더(318, 319)에 의하여 상기 하부부재(306)의 하부면 상에 유지된다. 상기 탄성막(4)은 에틸렌프로필렌러버(EPDM), 폴리우레탄러버, 실리콘러버 등과 같은 고강도이면서도 내구성이 있는 러버 재료로 제조된다.

상기 에지홀더(316)는 리플홀더(318)에 의해 유지되고, 상기 리플홀더(318)는 복수의 스토퍼(320)에 의해 하부부재(306)의 하부면 상에 유지된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 리플홀더(319)는 복수의 스토퍼(322)에 의해 하부부재(306)의 하부면 상에 유지된다. 상기 스토퍼(320)와 스토퍼(322)는 등간격으로 상기 톱링(1)의 원주방향을 따라 배치된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 탄성막(4)의 중앙부에는 중앙챔버(5)가 형성된다. 상기 리플홀더(319)는 상기 중앙챔버(5)와 연통하는 유로(324)를 구비한다. 상 기 하부부재(306)는 상기 유로(324)와 연통하는 유로(325)를 구비한다. 상기 리플홀더(319)의 유로(324)와 상기 하부부재(306)의 유로(325)는 유체공급원(도시안됨)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 유로(325, 324)를 통해 탄성막(4)에 의해 형성된 중앙챔버(5)로 공급된다.

상기 리플홀더(318)는 하부부재(306)의 하부면에 대하여 탄성막(4)의 리플(314b) 및 에지(314c)를 가압하기 위한 클로(318b, 318c)를 구비한다. 상기 리플홀더(319)는 하부부재(306)의 하부면에 대하여 탄성막(4)의 리플(314a)을 가압하기 위한 클로(319a)를 구비한다.

도 13에 도시된 바와 같이, 탄성막(4)의 리플(314a)과 리플(314b) 사이에는 환형리플챔버(6)가 형성된다. 상기 탄성막(4)의 리플홀더(318)와 리플홀더(319) 사이에는 갭(314f)이 형성된다. 상기 하부부재(306)는 상기 갭(314f)과 연통하는 유로(342)를 구비한다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 중간부재(304)는 하부부재(306)의 유로(342)와 연통하는 유로(344)를 구비한다. 상기 하부부재(306)의 유로(342)와 상기 중간부재(304)의 유로(344) 사이의 연결부에는 환형홈(347)이 형성된다. 상기 하부부재(306)의 유로(342)는 상기 중간부재(304)의 유로(344)와 환형홈(347)을 통해 유체공급원(도시안됨)에 연결된다. 따라서, 가압유체는 이들 유로를 통해 리플챔버(6)로 공급된다. 또한, 상기 유로(342)는 진공펌프(도시안됨)에 선택적으로 연결된다. 진공펌프가 동작되면, 반도체웨이퍼가 흡입에 의하여 탄성막(4)의 하부면에 흡인되어, 반도체웨이퍼를 척킹하게 된다.

도 14에 도시된 바와 같이, 상기 리플홀더(318)는 상기 탄성막(4)의 리 플(314b) 및 에지(314c)에 의해 형성되는 환형의 외측챔버(7)와 연통하는 유로(326)를 구비한다. 또한, 상기 하부부재(306)는 커넥터(327)를 통해 리플홀더(318)의 유로(326)와 연통하는 유로(328)를 구비한다. 상기 중간부재(304)는 하부부재(306)의 유로(328)와 연통하는 유로(329)를 구비한다. 상기 리플홀더(318)의 유로(326)는 상기 중간부재(304)의 유로(329) 및 하부부재(306)의 유로(328)를 통해 유체공급원(도시안됨)에 연결된다. 따라서, 가압유체는 이들 유로들을 통해 탄성막(4)으로 형성된 외측챔버(7)에 공급된다.

도 15에 도시된 바와 같이, 상기 에지홀더(316)는 하부부재(306)의 하부면 상의 탄성막(4)의 에지(314d)를 유지하기 위한 클로를 구비한다. 상기 에지홀더(316)는 탄성막(4)의 에지(314c, 314d)에 의해 형성되는 환형의 에지챔버(8)과 연통하는 유로(334)를 구비한다. 상기 하부부재(306)는 상기 에지홀더(316)의 유로(334)와 연통하는 유로(336)를 구비한다. 상기 중간부재(304)는 하부부재(306)의 유로(336)와 연통하는 유로(338)를 구비한다. 상기 에지홀더(316)의 유로(334)는 상기 중간부재(304)의 유로(338)와 하부부재(306)의 유로(336)를 통해 유체공급원(도시안됨)에 연결된다. 따라서, 가압유체는 이들 유로들을 통해 탄성막(4)으로 형성된 에지챔버(8)에 공급된다. 상기 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7), 에지챔버(8) 및 리테이너챔버(9)는 도 7에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 압력조절기(R1~R5)(도시안됨)와 개폐밸브(V1~V5)(도시안됨)를 통해 유체공급원에 연결된다.

상술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 톱링(1)에서는, 상기 폴리싱패드(101)에 대하여 반도체웨이퍼를 가압하기 위한 가압력이 탄성막(4)과 하부부재(306) 사 이에 형성된 각각의 압력챔버(즉, 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8))로 공급될 유체의 압력을 조정하여 반도체웨이퍼의 로컬 영역들에서 조정가능하다.

도 16은 도 13에 도시된 리테이너링(3)의 확대도이다. 상기 리테이너링(3)은 반도체웨이퍼의 주변 에지를 유지하는 역할을 한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 리테이너링(3)은 상단부가 폐쇄된 원통형을 갖는 실린더(400), 상기 실린더(400)의 상부에 부착된 홀더(402), 상기 홀더(402)에 의해 실린더(400)에 유지되는 탄성막(404), 상기 탄성막(404)의 하단부에 연결된 피스톤(406) 및 상기 피스톤(406)에 의해 하향으로 가압되는 링부재(408)를 포함하여 이루어진다.

상기 링부재(408)는 피스톤(406)에 결합된 상부링부재(408a), 및 상기 폴리싱면(101)과 접촉하게 되는 하부링부재(408b)를 포함하여 이루어진다. 상기 상부링부재(408a)와 하부링부재(408b)는 복수의 볼트(409)로 결합된다. 상기 상부링부재(408a)는 SUS와 같은 금속성 재료 또는 세라믹과 같은 재료로 이루어지고, 상기 하부링부재(408b)는 PEEK 또는 PPS와 같은 수지재료로 이루어진다.

도 16에 도시된 바와 같이, 상기 홀더(402)는 탄성막(404)에 의해 형성되는 리테이너챔버(9)와 연통하는 유로(412)를 구비한다. 상기 상부부재(300)는 상기 홀더(402)의 유로(412)와 연통하는 유로(414)를 구비한다. 상기 홀더(402)의 유로(412)는 상부부재(300)의 유로(414)를 통해 유체공급원(도시안됨)에 연결된다. 따라서, 가압유체는 유로(414, 412)를 통해 상기 리테이너챔버(9)에 공급된다. 이에 따라, 리테이너챔버(9)로 공급될 유체의 압력을 조정함으로써, 상기 탄성막(404)이 상기 피스톤(406)을 수직방향으로 이동시키기 위하여 팽창 및 수축될 수 있다. 따라서, 상기 리테이너링(3)의 링부재(408)가 원하는 압력 하에 폴리싱패드(101)에 대하여 가압될 수 있게 된다.

예시된 예시에서는, 탄성막(404)이 벤트부를 구비한 탄성막으로 형성된 롤링다이어프램을 이용한다. 롤링다이어프램에 의해 형성되는 실 내의 내부압력이 변경되면, 상기 롤링다이어프램의 벤트부가 롤링되어 상기 실을 확장시키게 된다. 상기 다이어프램은 외부 구성요소들과 슬라이딩접촉하지 않게 되어, 상기 실이 확장될 때 거의 팽창 및 수축되지 않는다. 이에 따라, 슬라이딩접촉으로 인한 마찰이 극히 감소될 수 있고, 상기 다이어프램의 수명이 연장될 수 있게 된다. 또한, 리테이너링(3)이 폴리싱패드(101)를 가압하는 가압력이 정확하게 조정될 수 있게 된다.

상기 형태에 의하면, 리테이너링(3)의 링부재(408)만이 하강될 수 있다. 이에 따라, 리테이너링(3)의 링부재(408)가 마멸되더라도, 하부부재(306)와 폴리싱패드(101) 간에 일정한 거리가 유지될 수 있다. 또한, 폴리싱패드(101)와 접촉하게 되는 링부재(408) 및 실린더(400)가 변형가능한 탄성막(404)에 의해 연결되므로, 오프셋 부하에 의한 벤딩 모멘트가 발생하지 않는다. 따라서, 리테이너링(3)에 의한 표면압력이 균일하게 이루어질 수 있고, 상기 리테이너링(3)이 폴리싱패드(101)를 추종하기 더욱 쉽게 된다.

또한, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 리테이너링(3)은 링부재(408)의 수직 이동을 안내하기 위한 링형상의 리테이너링가이드(410)를 구비한다. 상기 링형상의 리테이너링가이드(410)는 링부재(408)의 상부의 전체 원주를 포위하도록 상기 링부 재(408)의 외주측에 위치하는 외주부(410a), 상기 링부재(408)의 내주측에 위치하는 내주부(410b) 및 상기 외주부(410a)와 내주부(410b)를 연결하도록 구성된 중간부(410c)를 포함하여 이루어진다. 상기 리테이너링가이드(410)의 내주부(410b)는 복수의 볼트(411)에 의하여 톱링(1)의 하부부재(306)에 고정된다. 상기 외주부(410a)와 내주부(410b)를 연결하도록 구성된 중간부(410c)는 상기 중간부(410c)의 원주방향으로 등간격으로 형성되는 복수의 개구(410h)를 구비한다.

도 17은 리테이너링가이드(410)와 링부재(408)의 구성을 보여준다. 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 중간부(410c)는 전반적으로 원주방향으로 연속적인 요소로서 링 형태이고, 상기 중간부(410c)의 원주방향으로 등간격으로 형성된 복수의 원호 개구(410h)를 구비한다. 도 17에서, 원호 개구(410h)는 점선으로 도시되어 있다.

다른 한편으로, 상기 링부재(408)의 상부링(408a)은 전반적으로 원주방향으로 연속적인 요소로서 링 형태의 하부링부(408a1) 및 상기 하부링부(408a1)로부터 원주방향으로 등간격으로 상향으로 돌출되는 복수의 상부원호부(408a2)를 포함하여 이루어진다. 각각의 상부원호부(408a2)는 원호 개구(410h)를 통과하여, 피스톤(406)에 결합된다(도 16 참조).

도 17에 도시된 바와 같이, SUS 등으로 이루어지는 얇은 금속링(430)이 하부링부재(408b) 상에 장착된다. 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 PTFE과 같은 필러로 충전되는 PEEK·PPS와 같은 수지재료로 제조되는 코팅층(430c)이 금속성링(430)의 외주면 상에 형성된다. PTFE 또는 PEEK·PPS와 같은 수지재료는 마찰계 수가 낮은 저마찰재료로 이루어지고, 우수한 슬라이딩특성을 가진다. 상기 저마찰재료는 0.35 이하의 저마찰계수를 갖는 재료로 정의된다. 상기 저마찰재료는 0.25 이하의 마찰계수를 갖는 것이 바람직하다.

다른 한편으로, 상기 리테이너링가이드(410)의 외주부(410a)의 내주면은 코팅층(430c)과 슬라이딩접촉하게 되는 안내면(410g)을 구성한다. 상기 안내면(410g)은 경면처리에 의한 개선된 표면 거칠기를 갖는다. 상기 경면처리는 폴리싱, 랩핑 및 버핑을 포함하는 처리로 정의된다.

도 17에 도시된 바와 같이, SUS 등으로 이루어진 금속성링(430)은 하부링부재(408b) 상에 장착되므로, 상기 하부링부재(408b)는 개선된 강성을 가진다. 따라서, 링부재(408b)의 온도가 상기 링부재(408b)와 폴리싱면(101a) 간의 슬라이딩접촉으로 인하여 증가하더라도, 상기 하부링부재(408b)의 열변형이 억제될 수 있다. 그러므로, 상기 리테이너링가이드(410)의 외주부(410a)의 내주면과 하부링부재(408b) 및 금속성링(430)의 외주면들 간의 클리어런스가 좁아질 수 있고, 클리어런스에서의 링부재(408)의 이동에 의해 야기되는 상기 링부재(408)와 리테이너링가이드(410) 간의 충돌 시에 발생되는 비정상적인 소음 또는 진동이 억제될 수 있게 된다. 또한, 금속성링(430)의 외주면 상에 형성된 코팅층(430c)이 저마찰재료로 이루어지기 때문에, 상기 리테이너링가이드(410)의 안내면(410g)이 경면처리에 의해 개선된 표면 거칠기를 가지며, 상기 하부링부재(408b)와 리테이너링가이드(410)간의 슬라이딩특성이 개선될 수 있다. 따라서, 폴리싱면에 대한 링부재(408)의 추종성이 현저하게 증대될 수 있고, 상기 리테이너링의 원하는 표면압력이 폴리싱면에 인가될 수 있게 된다.

도 17에 도시된 실시예에 있어서, 상기 금속성링(430)은 PTFE 또는 PEEK·PPS와 같은 저마찰재료로 코팅된다. 하지만, PTFE 또는 PEEK·PPS와 같은 저마찰재료는 코팅 또는 접착제에 의해 하부링부재(408b)의 외주면 상에 직접 제공될 수도 있다. 또한, 링형상의 저마찰재료는 양면 테잎에 의해 하부링부재(408b)의 외주면 상에 제공될 수도 있다. 또한, 상기 저마찰재료는 리테이너링가이드(410) 상에 제공될 수도 있고, 상기 하부링부재(408b)에 경면처리가 적용될 수도 있다.

또한, 리테이너링가이드(410)와 하부링부재(408b)의 슬라이딩접촉면 양자 모두는 하부링부재(408b)와 리테이너링가이드(410)간의 슬라이딩특성을 개선하기 위하여 경면처리를 겪을 수도 있다. 이러한 방식으로, 리테이너링가이드(410)와 하부링부재(408b)의 슬라이딩접촉면 양자 모두에 경면처리를 적용함으로써, 폴리싱면에 대한 링부재(408)의 추종성이 현저하게 증대될 수 있으며, 상기 리테이너링의 원하는 표면압력이 폴리싱면에 인가될 수 있다.

도 18은 도 13에 도시된 리테이너링의 B 부분의 확대도이고, 도 19는 도 18의 XIX-XIX 선에서 본 도면이다. 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 수직방향으로 연장되는 실질적으로 직사각형의 홈(418)이 리테이너링(3)의 링부재(408)의 상부링부재(408a)의 외주면에 형성된다. 상기 상부링부재(408a)의 외주면에는 등간격으로 복수의 직사각형의 홈(418)이 형성된다. 또한, 상기 리테이너링가이드(410)의 외주부(410a) 상에는 방사상 안쪽으로 돌출하는 복수의 구동핀(349)들이 제공된다. 상기 구동핀(349)들은 각각 링부재(408)의 직사각형의 홈(418)과 맞물리도록 구성 된다. 상기 링부재(408) 및 구동핀(349)은 직사각형의 홈(418)에서 서로에 대해 수직방향으로 슬라이딩가능하고, 상기 톱링바디(2)의 회전이 상부부재(300)와 리테이너링가이드(410)를 통해 구동핀(349)에 의하여 리테이너링(3)으로 전달되어, 상기 톱링바디(2)와 리테이너링(3)을 일체형으로 회전시키게 된다. 상기 구동핀(349)의 외주면 상에는 러버쿠션(350)이 제공되고, 상기 러버쿠션(350) 상에는 PTFE 또는 PEEK·PPS와 같은 저마찰재료로 이루어진 칼라(collar; 351)가 제공된다. 또한, 상기 직사각형의 홈(418)의 내측면에는 경면처리가 적용되어, 저마찰재료로 이루어진 상기 칼라(351)가 슬라이딩접촉하게 되는 상기 직사각형의 홈(418)의 내측면의 표면 거칠기를 개선시키게 된다.

이러한 방식으로, 본 실시예에 따르면, 저마찰재료로 이루어진 칼라(351)가 구동핀(349) 상에 제공되고, 상기 칼라(351)가 슬라이딩접촉하게 되는 직사각형의 홈(418)의 내측면에는 경면처리가 적용되므로, 구동핀(349)과 링부재(408) 간의 슬라이딩특성을 증대시킨다. 그러므로, 폴리싱면에 대한 링부재(408)의 추종성이 현저하게 증대될 수 있고, 상기 리테이너링의 원하는 표면압력이 폴리싱면에 적용될 수 있다. 구동핀(349)에는 경면처리가 적용될 수도 있고, 상기 구동핀(349)이 맞물리는 링부재(408)의 직사각형의 홈(418) 상에 저마찰재료가 제공될 수도 있다.

도 11 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 수직방향으로 팽창 및 수축가능한 연결시트(420)가 링부재(408)의 외주면과 리테이너링가이드(410)의 하단부 사이에 제공된다. 상기 연결시트(420)는 링부재(408)와 리테이너링가이드(410)간의 갭을 채우기 위하여 배치된다. 따라서, 상기 연결시트(420)는 폴리싱액(슬러리)이 링부 재(408)와 리테이너링가이드(410) 사이의 갭 안으로 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 벨트형 가소성부재로 이루어지는 밴드(421)는 실린더(400)의 외주면과 리테이너링가이드(410)의 외주면 사이에 제공된다. 상기 밴드(421)는 실린더(400)와 리테이너링가이드(410) 사이의 갭을 커버하기 위하여 배치된다. 따라서, 상기 밴드(421)는 폴리싱액(슬러리)이 실린더(400)와 리테이너링가이드(410) 사이의 갭 안으로 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 탄성막(4)은 탄성막(4)의 에지(주변)(314d)에서 탄성막(4)을 리테이너링(3)에 연결시키는 시일부(422)를 포함한다. 상기 시일부(422)는 상향으로 만곡된 형상을 가진다. 상기 시일부(422)는 탄성막(4)과 링부재(408) 사이의 갭을 채우기 위하여 배치된다. 상기 시일부(422)는 변형가능한 재료로 이루어진다. 상기 시일부(422)는 톱링바디(2)와 리테이너링(3)이 서로에 대해 이동되도록 하면서, 폴리싱액이 탄성막(4)과 링부재(408) 사이의 갭 안으로 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 본 실시예에서는, 시일부(422)가 탄성막(4)의 에지(314d)와 일체형으로 형성되어, U자형 단면을 가진다.

연결시트(420), 밴드(421) 및 시일부(422)가 제공되지 않는다면, 폴리싱액이 상기 톱링(1)의 내부 안으로 도입될 수도 있어, 상기 톱링바디(2)와 톱링(1)의 리테이너링(3)의 통상적인 동작을 방해하게 된다. 본 실시예에서는, 연결시트(420), 밴드(421) 및 시일부(422)가 폴리싱액이 톱링(1)의 내부 안으로 도입되는 것을 방지한다. 이에 따라, 톱링(1)을 정상적으로 동작시킬 수 있다. 상기 탄성막(404), 연결시트(420) 및 시일부(422)는 에틸렌프로필렌러버(EPDM), 폴리우레탄러버, 실리 콘러버 등과 같은 고강도이면서도 내구성이 있는 러버재료로 이루어진다.

본 실시예에 따른 톱링(1)에 있어서, 폴리싱면에 대하여 반도체웨이퍼를 가압하기 위한 가압력은 탄성막(4)에 의하여 형성되는 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8)에 공급될 유체의 압력에 의해 제어된다. 이에 따라, 하부부재(306)는 폴리싱 시 폴리싱패드(101)로부터 상향으로 멀리 위치되어야만 한다. 하지만, 리테이너링(3)이 마멸되는 경우에는, 반도체웨이퍼와 하부부재(306) 간의 거리가 변하여 탄성막(4)의 변형 방식을 변경하게 된다. 따라서, 표면압력분포 또한 반도체웨이퍼 상에서 변하게 된다. 이러한 표면압력분포의 변동은 폴리싱되는 반도체웨이퍼의 불안정한 프로파일을 야기한다.

예시된 예시에서는, 리테이너링(3)이 하부부재(306)와 독립적으로 수직방향으로 이동될 수 있으므로, 리테이너링(3)의 링부재(408)가 마멸되더라도 반도체웨이퍼와 하부부재(306) 간에 일정한 거리가 유지될 수 있다. 이에 따라, 폴리싱되는 반도체웨이퍼의 프로파일이 안정화될 수 있다.

본 발명의 제1실시형태가 도 11 내지 도 19에 도시된 톱링(1)에 적용되는 경우, 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7), 에지챔버(8) 및 리테이너챔버(9)는 개폐밸브(V1~V5)(도시안됨)와 압력조절기(R1~R5)(도시안됨)를 통해 유체공급원(30)(도시안됨)에 연결될 수도 있고, 상기 개폐밸브(V1~V5)와 압력조절기(R1~R5)의 동작은 도 7에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 제어장치(33)에 의해 제어될 수도 있다. 그 후, 상기 제어장치(33)는 개폐밸브(V1)를 먼저 개방하고, 가압유체를 유체공급원(30)으로부터 중앙챔버(5)에 공급하여, 상기 탄성막(4)의 중앙부만을 팽창시키게 된다. 따라서, 상기 반도체웨이퍼(W)의 하부면의 중앙부가 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 접촉하게 되어, 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)에 대하여 가압된다. 그 후, 제어장치(33)가 개폐밸브(V1)를 개방한 이후 단시간 경과 후, 상기 제어장치(33)는 개폐밸브(V2), 개폐밸브(V3) 및 개폐밸브(V4)를 순차적으로 개방시키고, 가압유체를 톱링바디(2)의 중앙부에서 주변부, 리플챔버(6), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8)까지 순서대로 공급하여, 상기 탄성막(4)의 외주부를 팽창시키게 된다. 따라서, 반도체웨이퍼(W)의 하부면의 외주부가 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)에 대하여 가압된다. 이러한 방식으로, 반도체웨이퍼(W)의 중앙부를 폴리싱면과 먼저 접촉시키고 상기 반도체웨이퍼의 중앙부를 폴리싱면에 대하여 가압함으로써, 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 반도체웨이퍼(W) 사이에 공기나 슬러리가 포획되지 않게 되어, 반도체웨이퍼(W)에는 폴리싱압력이 그대로 인가되더라도 평상시보다 큰 변형을 발생하기 쉽지 않게 된다. 이에 따라, 반도체웨이퍼(W)가 폴리싱면(101a)과 접촉하게 된 후 반도체웨이퍼의 폴리싱 개시 시에 평상시보다 큰 변형에 의해 발생되는 반도체웨이퍼(W)의 균열이나 손상이 방지될 수 있게 된다.

본 발명의 제2실시형태가 도 11 내지 도 19에 도시된 톱링(1)에 적용되는 경우, 상기 다이어프램(10)은 탄성막(4)의 전체 하부면에 고정될 수도 있고, 상기 탄성막(26)은 도 10에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 상기 다이어프램(10)의 하부면(웨이퍼유지면)에 고정될 수도 있다. 상기 다이어프램(10)은 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 또는 폴리이미드로 이루어진 수지, 스테인리스강이나 알루미늄으로 이루어진 금속 및 알루미나, 지르코니아, 실리콘카바이드 또는 실리콘니트라이드로 이루어진 세라믹 중 하나로 이루어진다. 이러한 방식으로, 상기 탄성막(4)의 전체 하부면에 걸쳐 다이어프램(10)을 제공함으로써, 인접한 2개의 챔버들 내의 압력들 간의 압력차가 있는 경우, 인접한 2개의 영역들 간의 모든 경계(20)에서의 폴리싱압력 및 그에 따른 폴리싱율이 하나의 룸측(고압룸측)에서 다른 룸축(저압룸측)으로 점진적으로 낮아진다. 구체적으로는, 다이어프램(10)을 제공함으로써, 폴리싱압력(폴리싱율)의 기울기가 인접한 2개의 영역들 간의 모든 경계에서 완만해질 수 있게 된다.

상기 다이어프램(10)은 도 7에 도시된 실시예와 동일한 방식으로 리플챔버(6)와 외측챔버(7)간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지 10 mm 이상으로 상기 탄성막(4)의 하부면에 고정될 수도 있다. 또한, 상기 다이어프램(10)은 중앙챔버(5)와 리플챔버(6) 간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지 또는 외측챔버(7)와 에지챔버(8) 간의 경계(20)로부터 상기 탄성막(4)의 내주면과 외주면 양자 모두까지 10 mm 이상으로 상기 탄성막(4)의 하부면에 고정될 수도 있다.

지금까지 본 발명의 소정의 바람직한 실시예들을 상세히 도시 및 기술하였지만, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않으면서 각종 변경과 변형들이 가능하다는 것은 자명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 전반적인 구조를 도시한 개략도;

도 2는 본 발명의 제1실시형태에 따라 피폴리싱대상물로서 반도체웨이퍼를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링을 도시한 개략적인 단면도;

도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 바와 같이 구성된 톱링에 의해 반도체웨이퍼가 폴리싱되는 방식을 도시한 개략적인 단면도;

도 4는 피폴리싱대상물로서 반도체웨이퍼를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링의 변형예를 도시한 개략적인 단면도;

도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 바와 같이 구성된 톱링에 의해 반도체웨이퍼가 폴리싱되는 방식을 도시한 개략적인 단면도;

도 6은 피폴리싱대상물로서 반도체웨이퍼를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링의 변형예를 도시한 개략적인 단면도;

도 7은 본 발명의 제2실시형태에 따라 피폴리싱대상물로서 반도체웨이퍼를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링을 도시한 개략적인 단면도;

도 8a는 다이어프램이 없는 톱링의 동작을 도시한 개략도;

도 8b는 다이어프램을 구비한 톱링의 동작을 도시한 개략도;

도 9a 및 도 9b는 다이어프램이 없는 경우 반도체웨이퍼의 변형상태와 압력분포상태를 도시한 도면;

도 9c는 다이어프램이 있는 경우 반도체웨이퍼의 변형상태와 압력분포상태를 도시한 도면;

도 10은 본 발명의 제2실시형태에 따른 톱링의 더욱 구체적인 예시를 도시한 단면도;

도 11은 본 발명의 제1 및 제2실시형태에서 사용하기에 적합한 톱링의 구조예를 도시한 단면도;

도 12는 본 발명의 제1 및 제2실시형태에서 사용하기에 적합한 톱링의 구조예를 도시한 단면도;

도 13은 본 발명의 제1 및 제2실시형태에서 사용하기에 적합한 톱링의 구조예를 도시한 단면도;

도 14는 본 발명의 제1 및 제2실시형태에서 사용하기에 적합한 톱링의 구조예를 도시한 단면도;

도 15는 본 발명의 제1 및 제2실시형태에서 사용하기에 적합한 톱링의 구조예를 도시한 단면도;

도 16은 도 13에 도시된 리테이너링의 A 부분의 확대도;

도 17은 리테이너링가이드와 링부재의 구성을 도시한 도면;

도 18은 도 13에 도시된 리테이너링의 B 부분의 확대도;

도 19는 도 18의 XIX-XIX 선에서 본 도면이다.

Claims

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기판을 폴리싱하는 장치에 있어서,

폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블;

가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 1 이상의 탄성막을 구비한 폴리싱헤드를 포함하되, 상기 탄성막은 상기 압력챔버들에 상기 가압유체가 공급될 때, 유체압력 하에 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성되고;

상기 탄성막의 일부 또는 전부를 커버하고 인접한 2개의 압력챔버들 위로 연장되도록 구성된 다이어프램을 포함하되, 상기 다이어프램은 상기 탄성막보다 강성이 높은 재료로 이루어지며,

상기 다이어프램은 상기 2개의 압력챔버들 간의 경계로부터 상기 탄성막의 내주면과 외주면 양자 모두까지 10 mm 이상의 영역을 갖는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
제13항에 있어서,

상기 다이어프램은 상기 탄성막에 고정되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
제13항에 있어서,

상기 다이어프램은 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS) 또는 폴리이미드로 이루어진 수지, 스테인리스강이나 알루미늄으로 이루어진 금속 및 알루미나, 지르코니아, 실리콘카바이드 또는 실리콘니트라이드로 이루어진 세라믹 중 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
제15항에 있어서,

상기 탄성막은 에틸렌프로필렌러버(EPDM), 폴리우레탄러버 또는 실리콘러버로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
제13항에 있어서,

상기 다이어프램은 상기 탄성막의 전체면을 커버하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
제13항에 있어서,

상기 다이어프램을 커버하도록 구성된 제2탄성막을 더 포함하여 이루어지되, 상기 제2탄성막은 상기 기판과 접촉하여 상기 기판을 유지하도록 구성된 기판유지면을 구성하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
제18항에 있어서,

상기 제2탄성막은 상기 압력챔버들을 형성하도록 구성된 상기 탄성막 및 상기 다이어프램 위로 연장되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
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