KR101554969B1 - 폴리싱장치 - Google Patents

Abstract

반도체웨이퍼와 같은 기판을 평탄경면경마무리로 폴리싱하기 위해 폴리싱장치가 사용된다. 본 폴리싱장치는 폴리싱면(101a)을 구비한 폴리싱테이블(100), 기판을 홀딩하여 상기 폴리싱면(101a)에 대하여 기판을 가압하도록 구성된 톱링본체(2) 및 상기 톱링본체(2)의 외주부에 제공되어 상기 폴리싱면(101a)을 가압하도록 구성된 리테이너링(3)을 포함한다. 상기 기판의 폴리싱 중에, 상기 기판으로부터 상기 리테이너링(3)으로 인가되는 횡력을 수용하기 위한 받침점(fulcrum)은 상기 기판의 중심부 상방에 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리싱장치{POLISHING APPARATUS}

본 발명은 일반적으로 폴리싱장치(평탄화장치)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체웨이퍼와 같은 폴리싱 대상물(기판)을 평탄경면마무리(flat mirror finish)로 폴리싱하기 위한 폴리싱장치에 관한 것이다.

최근, 반도체디바이스의 고집적화와 고밀도화는 더욱더 작은 와이어링 패턴 또는 배선 뿐만 아니라 더욱더 많은 배선층들을 요구하고 있다. 보다 작은 회로의 다층 배선은 하부 배선층 상의 표면 불규칙성을 반영하는 더욱더 큰 단차들을 야기한다. 배선층들의 수가 증가함에 따라 박막의 단차 형상에 대한 막피복성(스텝 커버리지)을 악화시킨다. 그러므로, 보다 나은 다층 배선을 위해서는 개선된 스텝 커버리지와 적절한 표면 평탄화가 요구된다. 또한, 포토리소그래픽 광학시스템의 초점심도는 포토리소그래픽 공정의 세밀화에 의해 더욱 작아지므로, 반도체디바이스의 표면 상의 불규칙한 단차 들이 초점심도 내에 있도록 반도체디바이스의 표면이 평탄화되어야만 한다.

따라서, 반도체디바이스의 제조공정에서는, 반도체디바이스의 표면을 평탄화하는 것이 더욱더 중요하게 된다. 가장 중요한 평탄화 기술 중 한 가지는 화학적기계 폴리싱(CMP, Chemical Mechanical Polishing)이다. 따라서, 반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 화학적기계 폴리싱장치가 이용되어 왔다. 화학적기계 폴리싱장치에 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 슬라이딩 접촉시켜, 상기 반도체웨이퍼의 표면이 평탄경면마무리(flat mirror finish)로 폴리싱되도록 한다.

이러한 폴리싱장치에 있어서, 폴리싱 중인 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. 일본특허공개공보 제2007-268654호에서 볼 수 있듯이, 기판홀딩장치의 하부에 탄성막으로 형성된 압력챔버를 제공하고, 상기 압력챔버에 공기와 같은 유체를 공급하여 상기 탄성막을 통한 유체압력으로 반도체웨이퍼를 가압함으로써 반도체웨이퍼에 가해지는 가압력을 균일화하는 것이 일반적이다.

이 경우, 폴리싱패드는 폴리싱되고 있는 반도체웨이퍼의 주변부에 가해지는 가압력이 비균일화되도록 탄성적이므로, 상기 반도체웨이퍼의 주변부만이 과도하게 폴리싱될 수도 있는데, 이를 "에지 라운딩(edge rounding)"이라고 한다. 이러한 에지 라운딩을 방지하기 위하여, 반도체웨이퍼의 주변 에지를 지지하기 위한 리테이너링이 톱링본체(또는 캐리어 헤드 본체)에 대하여 수직방향으로 이동되어, 상기 리테이너링에 의해 반도체웨이퍼의 주변부에 대응하는 폴리싱패드의 폴리싱면의 환형부를 가압하게 된다.

상술된 공보에 개시된 장치와 같은 종래의 폴리싱장치에서는, 수평면 내에서 일 방향으로 작용하는 횡력 또는 수평력이 폴리싱 동안에 폴리싱패드의 폴리싱면과 반도체웨이퍼 간의 마찰력에 의해 리테니어링에 가해지고, 상기 횡력(수평력)은 리테이너링의 외주측에 제공되는 리테이너링가이드에 의해 수용된다.

1) 상기 폴리싱장치가 이러한 구조를 가지는 것으로 가정하면, 상기 폴리싱헤드는 기판의 평탄화 공정 시에 상기 폴리싱패드의 폴리싱면과 반도체웨이퍼 간의 마찰력에 의해 상기 리테이너링에 인가되는 횡력(수평력)을 수용하기 위한 받침점(fulcrum)을 구비하여야 한다. 상기 장치에서는, 상기 리테이너링의 외주부에 받침점이 위치한다. 리테이너링과 리테이너링가이드 간의 접촉 면적이 제한되기 때문에(작은 면적), 리테니어링이 폴리싱패드의 폴리싱면의 굴곡(undulation)을 추종하도록 틸팅되면서 상하로 이동되는 경우, 예상치 못한 큰 마찰력이 상기 리테이너링의 외주부와 상기 리테이너링가이드의 내주부 간의 슬라이딩 접촉면에 발생될 수 있다. 따라서, 상기 리테이너링의 추종성(following capability)이 어떤 경우에 있어 제한되거나 불충분하게 될 수 있고, 상기 리테이너링의 소정의 표면 압력이 상기 폴리싱패드의 폴리싱면에 가해지도록 할 수 있는 가능성을 갖는 폴리싱장치의 필요성이 대두된다.

2) 리테이너링의 받침점이 상기 리테이너링의 외주부에 위치하고, 상기 톱링(또는 캐리어 헤드)으로부터 상기 리테이너링으로 회전력을 전달하기 위한 회전구동유닛이 상기 리테이너링의 상부에 제공되는 종래의 폴리싱헤드에서는, 용액의 건조 이후 생성되는 건식 침착물 또는 분말이 마찰력을 수반하는 슬라이딩 운동으로 인하여 상기 받침점 부분과 회전구동유닛에 발생될 수 있다. 이러한 분말이 폴리싱테이블의 폴리싱면 상으로 떨어지는 경우에는, 일반적으로 폴리싱면 상의 분말의 존재에 의해 반도체웨이퍼 상에서의 스크래치와 같은 결함이 야기될 수 있다. 따라서, 부재(부츠)는 분말이 떨어지는 것을 방지하기 위한 효과적인 대책이다. 장점과 관계없이, 부재(부츠)를 제공하면 유지보수의 관점에서 단점이 될 수도 있는데, 이러한 부츠는 연장가능한 부품의 교체 시 재부착될 필요가 있어, 지루한 유지보수의 가능성을 초래하게 된다.

3) 폴리싱 중에 리테이너링이 열적으로 팽창되기 때문에, 상기 리테이너링과 리테이너링가이드 간의 적절한 클리어런스를 제공할 필요가 있다. 하지만, 너무 넓은 클리어런스를 제공하면, 리테이너링의 예상치 못한 움직임을 초래할 수 있고, 폴리싱 중에 클리어런스에서의 리테이너링의 움직임에 의해 야기되는 리테이너링가이드와 리테이너링 간의 충돌 시에 비정상적인 노이즈 또는 진동이 발생되는 경향이 있다. 또한, 너무 넓은 클리어런스를 제공하면 또 다른 결점을 가진다. 리테이너링이 반도체웨이퍼에 대하여 오프-센터링된다면, 폴리싱속도의 변동이 발견될 수 있다. 예를 들어, 반도체웨이퍼의 원주방향으로의 상기 반도체웨이퍼의 외주부에서의 폴리싱속도의 증가가 존재할 수 있다.

4) 열은 리테이너링의 열팽창을 야기하고, 상기 열은 리테이너링과 폴리싱면 간의 마찰에 의해 야기된다. 따라서, 상기 리테이너링이 부착되는 드라이브링과 리테이너링 간의 선형팽창계수차(linear expansion coefficient difference) 및 온도차로 인하여 리테이너링이 저부를 향해 바깥쪽으로 펼쳐질 수 있다. 반도체웨이퍼가 이러한 상태로 폴리싱된다면, 상기 리테이너링의 내주면이 리테이너링의 외주면보다 빠르게 마모될 것이므로, 상기 리테이너링의 고르지 않은 마모를 야기하게 된다. 따라서, 폴리싱패드의 패드면의 형상을 보정하기 위한 리테이너링의 효과가 상기 리테이너링의 교체 이후 초기 단계와 그 후의 단계 간에 동일하지 않게 된다. 또한, 복수의 반도체웨이퍼가 순차적으로 처리될 때, 처리된 반도체웨이퍼의 수가 증가함에 따라, 처리 중에 상기 리테이너링의 온도가 점진적으로 증가한다. 이 경우, 리테이너링의 열적 변형량이 점진적으로 증가하여 처리된 반도체 웨이퍼들 간에 상기 리테이너링의 효과를 변경시키게 된다. 나아가, 리테이너링의 고르지 않은 마모가 발생할 수도 있고, 폴리싱면과 반도체웨이퍼 간의 마찰력에 의해 야기되는 리테이너링의 변형으로 인하여 상기 리테이너링의 효과가 시간에 따라 변한다.

이러한 사안들을 제조공정의 비용을 줄여 해결할 수 있는 새로운 폴리싱장치에 대한 필요성이 대두된다. 이에 따라, 폴리싱면에 대한 리테이너링, 즉 기판을 지지하기 위한 톱링의 주변부에 제공되는 기판의 주변 에지를 지지하기 위한 리테이너링의 추종성을 개선할 수 있고, 상기 폴리싱면에 대하여 상기 리테이너링의 소정의 표면 압력을 인가할 수 있으며, 상기 리테이너링의 슬라이딩 접촉부에서 발생되는 분말이 상기 폴리싱면 상으로 떨어지는 것을 방지하고, 상기 리테이너링의 열팽창을 억제할 수 있는 폴리싱장치를 제공하기 위한 발명의 필요성이 대두되고 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1형태에 따르면, 기판을 폴리싱하는 장치에 있어서, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블; 가압유체가 공급되기 위하여 압력챔버를 구비하고, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때, 유체 압력으로 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링본체; 및 상기 톱링본체의 외주부에 제공되며, 상기 톱링본체와 독립적으로 움직일 수 있고 상기 폴리싱면을 가압하도록 구성된 리테이너링을 포함하여 이루어지고, 상기 기판의 폴리싱 중에, 상기 기판으로부터 상기 리테이너링으로 인가되는 횡력을 수용하기 위한 받침점(fulcrum)이 상기 기판의 중심부 상방에 위치하는 폴리싱장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 기판으로부터 리테이너링으로 인가되는 횡력을 수용하기 위한 받침점이 상기 기판의 중심부 상방에, 즉 상기 톱링본체의 중심부에 위치하기 때문에, 상기 리테이너링을 지지하기 위한 영역이 커지게 된다. 따라서, 리테이너링이 폴리싱테이블의 폴리싱면의 굴곡을 추종하도록 틸팅 및 상하로 이동하는 경우, 상기 리테이너링을 슬라이딩가능하게 지지하기 위한 슬라이딩 접촉면(슬라이딩면)의 마찰력이 현저하게 감소될 수 있고, 상기 폴리싱면에 대한 리테이너링의 추종성이 개선될 수 있으며, 상기 리테이너링의 소정의 표면 압력이 상기 폴리싱면에 인가될 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 리테이너링은 상기 받침점에 대하여 틸팅가능하다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 리테이너링은 상기 받침점을 통과하는 축선 상에 상하로 이동가능하게 지지된다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링본체는 가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 1 이상의 탄성막을 구비하고, 상기 받침점은 상기 기판의 중심부에 위치한 상기 압력챔버 상방에 위치한다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 받침점은 상기 톱링본체에 의해 상기 리테이너링을 지지하기 위한 지지기구의 회전중심에 위치한다.

본 발명의 제2형태에 따르면, 기판을 폴리싱하는 장치에 있어서, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블; 가압유체가 공급되기 위하여 압력챔버를 구비하고, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때, 유체 압력으로 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링본체; 및 상기 톱링본체의 외주부에 제공되어, 상기 톱링본체와 독립적으로 움직일 수 있고 상기 폴리싱면을 가압하도록 구성된 리테이너링을 포함하여 이루어지고, 상기 리테이너링으로 하여금 상기 폴리싱면의 움직임을 따르도록 하기 위해 상기 리테이너링을 틸팅가능하게 지지하기 위한 지지기구가 상기 기판의 중심부 상방에 위치하는 폴리싱장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 리테이너링을 틸팅가능하게 지지하기 위한 지지기구가 기판의 중심부 상방에, 즉 상기 톱링본체의 중심부에 위치하기 때문에, 상기 지지기구의 지지영역(슬라이딩영역)이 커지게 된다. 따라서, 리테이너링이 폴리싱테이블의 폴리싱면의 굴곡을 추종하도록 틸팅되는 경우, 상기 리테이너링을 슬라이딩가능하게 지지하기 위한 슬라이딩부의 마찰력이 현저하게 감소될 수 있게 되고, 상기 폴리싱면에 대한 리테이너링의 추종성이 개선될 수 있으며, 상기 리테이너링의 소정의 표면 압력이 상기 폴리싱면에 인가될 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 지지기구는 상기 리테이너링을 상하로 이동가능하게 지지한다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 리테이너링은 상기 지지기구에 의해 상기 톱링본체와 독립적으로 이동가능하다.

본 발명에 따르면, 리테이너링이 탄성막을 지지하는 톱링본체와 독립적으로 틸팅가능하기 때문에, 기판과 폴리싱테이블의 폴리싱면간의 마찰력에 관계없이, 상기 톱링본체, 특히 탄성막을 지지하는 부재가 초기 자세 또는 형태를 유지할 수 있다. 따라서, 기판이 폴리싱면에 대하여 균일하게 가압될 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 지지기구의 슬라이딩 접촉면은 저마찰 재료로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 지지기구의 슬라이딩 접촉면이 저마찰 재료로 이루어지기 때문에, 리테이너링이 폴리싱테이블의 폴리싱면의 굴곡을 추종하도록 틸팅되고 상하로 이동할 때, 상기 리테이너링을 지지하기 위한 지지기구의 슬라이딩 접촉면(슬라이딩면)의 마찰력이 현저하게 감소될 수 있게 되고, 상기 폴리싱면에 대한 리테이너링의 추종성이 개선될 수 있으며, 상기 리테이너링의 소정의 표면 압력이 상기 폴리싱면에 인가될 수 있게 된다.

상기 저마찰 재료는 0.35 이하의 저마찰계수를 갖는 재료로 형성된다. 상기 저마찰 재료는 0.25 이하의 마찰계수를 갖는 것이 바람직하다. 상기 마찰계수는 윤활유가 없는 상태 하에 무한한 값이다. 또한, 상기 저마찰 재료는 내마모성이 높은 슬라이딩 재료를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 저마찰 재료는 예컨대, 오일-함유 폴리아세탈을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 리테이너링은, 상기 기판의 주변 에지를 지지하도록 구성된 링부재, 상기 톱링본체의 중심부에 배치되고 상기 링부재를 지지하도록 구성된 홀딩부, 및 상기 링부재와 상기 홀딩부를 연결하기 위한 연결부를 포함하여 이루어지고, 상기 홀딩부는 상기 지지기구에 의해 지지된다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링본체는 가압된 유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 1이상의 탄성막을 구비하고, 상기 지지기구는 상기 기판의 중심부에 위치한 상기 압력챔버 상방에 위치한다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 지지기구는 구면(spherical surface)으로 상기 리테이너링을 회전가능하게 지지하기 위한 구면베어링기구를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 지지기구는 상기 리테이너링을 두 직교축을 중심으로 회전가능하게 지지하기 위한 자이로기구(gyro mechanism)를 포함하여 이루어진다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 리테이너링에 금속링이 장착된다.

본 발명에 따르면, SUS 등으로 이루어진 금속링이 리테이너링에 장착되기 때문에, 상기 리테이너링은 개선된 강성을 가진다. 따라서, 리테이너링의 온도가 상기 리테이너링과 폴리싱면간의 슬라이딩 접촉으로 인해 증가하는 경우에도, 상기 리테이너링의 열적 변형이 억제될 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 장치는 상기 리테이너링을 냉각하기 위한 유체를 공급하도록 구성된 노즐을 더 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따르면, 리테이너링의 온도가 상기 리테이너링과 폴리싱면간의 마찰열에 의해 증가하더라도, 냉각 유체가 상기 리테이너링의 외주면 상으로 공급되므로, 상기 리테이너링의 온도가 증가하는 것을 방지하게 되어, 상기 리테이너링의 열팽창을 억제할 수 있게 된다.

본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 장치는, 상기 톱링본체에 제공되어, 상기 톱링본체로부터 상기 리테이너링으로 회전력을 전달하도록 구성된 회전구동유닛을 더 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따르면, 회전력을 톱링본체로부터 리테이너링으로 전달하기 위한 회전구동유닛이 상기 톱링본체에 제공되기 때문에, 상기 회전구동유닛으로부터 발생되는 분말이 상기 톱링본체 내에 유지될 수 있으므로, 상기 폴리싱면 상으로 거의 떨어지지 않으며, 분말로 인해 야기되는 기판 상의 스크래치와 같은 결함이 현저하게 감소될 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블과, 가압유체가 공급되는 압력챔버를 구비하고, 상기 압력챔버에 가압유체를 공급하여 유체 압력에 의해 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하는 톱링본체와, 상기 톱링본체의 외주부에 설치되며, 또한 상기 톱링본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 설치되고, 상기 폴리싱면을 가압하는 리테이너링을 포함하고, 상기 기판의 폴리싱 중에, 기판으로부터 상기 리테이너링에 인가되는 횡방향의 힘을 상기 기판의 중심부의 상방에서 수용하도록 한 것을 특징으로 하는 폴리싱장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블과, 가압유체가 공급되는 압력챔버를 구비하고, 상기 압력챔버에 가압유체를 공급하여 유체 압력에 의해 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하는 톱링본체와, 상기 톱링본체의 외주부에 설치되며, 또한 상기 톱링본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 설치되고, 상기 폴리싱면을 가압하는 리테이너링을 포함하고, 상기 기판의 폴리싱 중에, 기판으로부터 상기 리테이너링에 인가되는 횡방향의 힘을 상기 기판의 중심부의 상방에서 수용하도록 하며, 상기 리테이너링과 상기 톱링과의 사이를 연결하는 연결시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치가 제공된다.

본 발명은 다음과 같은 장점들을 가진다.

(1) 리테이너링이 폴리싱패드의 폴리싱면의 굴곡을 추종하도록 틸팅되는 경우, 상기 리테이너링을 슬라이딩가능하게 지지하기 위한 슬라이딩부의 마찰력이 현저하게 감소될 수 있고, 상기 폴리싱면에 대한 리테이너링의 추종성이 개선될 수 있으며, 상기 리테이너링의 소정의 표면 압력이 상기 폴리싱면에 인가될 수 있다.

(2) 리테이너링을 슬라이딩가능하게 지지하기 위한 부분이 톱링본체에 제공되기 때문에, 상기 슬라이딩부에서 발생되는 분말이 상기 톱링본체 내에 남아 있을 수 있으므로, 상기 폴리싱면 상에 거의 떨어지지 않으며, 분말로 인해 야기되는 기판 상의 스크래치와 같은 결함이 현저하게 감소될 수 있다.

(3) 리테이너링이 상기 리테이너링의 외주부에 제공되는 리테이너링가이드에 의해 지지되기 때문에, 리테이너링과 리테이너링가이드간의 너무 넓은 클리어런스가 있게 된다. 이 경우, 폴리싱 중에 상기 클리어런스에서의 리테이너링의 움직임에 의해 야기되는 리테이너링과 리테이너링가이드간의 충돌 시에 비정상적인 노이즈 또는 진동이 발생되는 경향이 있고, 반도체웨이퍼의 원주방향으로 상기 반도체웨이퍼의 외주부에서 폴리싱속도의 변동이 발생한다.

본 발명에 따르면, 리테이너링이 톱링본체의 중심부에 의해 지지되기 때문에, 리테이너링을 지지하기 위하여 상기 리테이너링의 외주면에 리테이너링가이드를 반드시 제공할 필요가 없게 된다. 따라서, 폴리싱 중에 클리어런스에서의 리테이너링의 움직임에 의해 발생되는 비정상적인 노이즈나 진동이 방지될 수 있게 되고, 기판의 원주방향으로 상기 기판의 외주부에서의 폴리싱속도의 변동이 방지될 수 있게 된다.

(4) SUS 등으로 이루어진 금속링이 리테이너링 위에 장착되기 때문에, 상기 리테이너링은 개선된 강성을 가진다. 따라서, 리테이너링과 폴리싱면 간의 슬라이딩 접촉으로 인하여 상기 리테이너링의 온도가 증가하는 경우에도, 상기 리테이너링의 열적 변형이 억제될 수 있다. 또한, 상기 리테이너링은 냉각 유체를 리테이너링에 공급하여 냉각될 수 있다. 그러므로, 상기 리테이너링의 온도가 증가하는 것이 방지될 수 있어, 리테이너링의 열팽창을 억제하게 된다. 따라서, 폴리싱패드를 포함하여 이루어지는 폴리싱면의 형상을 보정하기 위한 리테이너링의 효과가 시간에 따라 변하지 않게 된다.

본 발명의 상기 목적과 기타 목적, 특징, 및 장점들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시를 통해 설명하는 첨부 도면들과 연계하여 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 전체 구조를 도시한 개략도;
도 2는 본 발명의 제1형태에 따른 폴리싱헤드를 구성하는 톱링을 도시한 단면도;
도 3은 도 1에 도시된 톱링을 도시한 단면도;
도 4는 도 1에 도시된 톱링을 도시한 단면도;
도 5는 도 1에 도시된 톱링을 도시한 단면도;
도 6은 도 2의 VI 부분의 확대도;
도 7은 도 5의 VII 부분의 확대도;
도 8은 도 2의 VIII-VIII 선에서 본 도면;
도 9는 도 3의 IX 부분의 확대도;
도 10a 및 도 10b는 도 6의 화살표 X에서 본 도면;
도 11은 도 10a의 XI-XI 선을 따라 취한 단면도;
도 12는 본 발명의 제2형태에 따른 폴리싱헤드를 구성하는 톱링을 도시한 단면도;
도 13은 도 12의 XIII-XIII 선에서 본 도면;
도 14는 리테이너링의 부분 및 지지기구를 도시한 평면도;
도 15는 도 14의 XV-XV 선을 따라 취한 단면도;
도 16은 도 14의 XVI-XVI 선을 따라 취한 단면도;
도 17은 도 15의 XVII-XVII 선을 따라 취한 단면도;
도 18은 폴리싱장치의 부분을 도시한 개략적인 단면도; 및
도 19는 폴리싱장치를 도시한 개략적인 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시예들에 따른 폴리싱장치를 도 1 내지 도 19를 참조하여 설명하기로 한다. 동일하거나 대응하는 부분들은 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 대응하는 도면 부호들로 표시하고, 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) 및 폴리싱테이블(100) 상에서 폴리싱면에 대해 기판을 가압하고, 폴리싱 대상물로서 반도체웨이퍼와 같은 기판을 지지하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링(1)을 포함하여 이루어진다.

폴리싱테이블(100)은 폴리싱테이블(100) 하부에 배치된 모터(도시되지 않음)에 테이블샤프트(100a)를 통해 결합된다. 따라서, 폴리싱테이블(100)이 테이블샤프트(100a)를 중심으로 회전가능하게 된다. 폴리싱패드(101)는 폴리싱테이블(100)의 상부면에 부착된다. 폴리싱패드(101)의 상부면(101a)은 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 구성한다. 폴리싱액공급노즐(102)이 폴리싱테이블(100) 상부에 제공되어, 폴리싱테이블(100) 상의 폴리싱패드(101) 상으로 폴리싱액(Q)을 공급한다.

톱링(1)은 상하이동기구(124)에 의해 톱링헤드(110)에 대하여 상하로 이동가능한 톱링샤프트(111)의 하단부에 연결된다. 상하이동기구(124)가 톱링샤프트(111)를 상하로 이동시킬 때, 톱링(1)은 톱링헤드(110)에 대하여 포지셔닝을 하기 위해 전체로서 상승 및 하강한다. 톱링샤프트(111)의 상단부 상에는 로터리조인트(125)가 장착된다.

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

볼스크루(132)는 AC 서보모터(138)에 결합된 스크루샤프트(132a) 및 스크루샤프트(132a)에 나사결합된 너트(132b)를 포함하여 이루어진다. 톱링샤프트(111)는 상하이동기구(124)에 의해 브릿지(128)와 일체로 상하로 이동가능하다. AC 서보모터(138)가 작동되면, 브릿지(128)는 볼스크루(132)를 통해 상하로 이동하고, 톱링샤프트(111) 및 톱링(1)이 상하로 이동한다.

톱링샤프트(111)는 키(도시되지 않음)에 의해 로터리슬리브(112)에 연결된다. 로터리슬리브(112)는 그 주위에 고정식으로 배치된 타이밍풀리(113)를 구비한다. 구동샤프트를 구비한 톱링모터(114)가 톱링헤드(110)에 고정된다. 타이밍풀리(113)는 타이밍벨트(115)에 의해 톱링모터(114)의 구동 샤프트에 장착된 타이밍풀리(116)에 작동가능하게 결합된다. 톱링모터(114)가 작동되면, 타이밍풀리(116), 타이밍벨트(115) 및 타이밍풀리(113)가 회전되어, 로터리슬리브(112)와 톱링샤프트(111)를 서로 합체시켜 회전하게 되므로, 톱링(1)을 회전시키게 된다. 톱링헤드(110)는 프레임(도시되지 않음) 상에 고정식으로 지지된 톱링헤드샤프트(117)에 지지된다.

도 1에 도시된 바와 같이 구성된 폴리싱장치에 있어서, 톱링(1)은 그 하부면 상에 반도체웨이퍼(W)와 같은 기판을 지지하도록 구성된다. 톱링헤드(110)는 톱링헤드샤프트(117)를 중심으로 피봇가능하다(스윙가능하다). 따라서, 그 하부면 상에 반도체웨이퍼(W)를 지지하는 톱링(1)은 톱링(1)이 반도체웨이퍼(W)를 수용하는 위치와 폴리싱테이블(100) 상방에 있는 위치 사이에서 톱링헤드(110)의 피봇 운동에 의해 이동된다. 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 회전되는 동안, 폴리싱액이 폴리싱테이블(100) 상방에 제공된 폴리싱액공급노즐(102)에 의해 폴리싱패드(101) 상으로 공급된다. 반도체웨이퍼(W)는 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 슬라이딩 접촉하게 된다. 따라서, 반도체웨이퍼(W)의 표면이 폴리싱된다.

다음으로, 본 발명의 제1형태에 따른 폴리싱장치의 폴리싱헤드를 도 2 내지 도 5를 참조하여 후술하기로 한다. 도 2 내지 도 5는 폴리싱테이블 상에서 폴리싱면에 대하여 반도체웨이퍼(W)를 가압하고 폴리싱 대상물로서 반도체웨이퍼(W)를 지지하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링(1)을 보여준다. 도 2 내지 도 5는 상기 톱링(1)의 복수의 반경 방향들을 따라 취한 단면도들이다.

도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 톱링(1)은 기본적으로 폴리싱면(101a)에 대하여 반도체웨이퍼(W)를 가압하기 위한 톱링본체(2) 및 톱링본체(2)와 독립적으로 폴리싱면(101a)을 직접 가압하기 위한 리테이너링(3)을 포함하여 이루어진다. 톱링본체(2)는 원판 형태의 상부부재(300), 상부부재(300)의 하부면에 부착된 중간부재(304) 및 중간부재(304)의 하부면에 부착된 하부부재(306)를 포함한다.

톱링(1)은 하부부재(306)의 하부면에 부착된 탄성막(314)을 구비한다. 탄성막(314)은 톱링(1)에 의하여 유지되는 반도체웨이퍼의 뒷면과 접촉한다. 탄성막(314)은 반경반향으로 바깥쪽에 배치되는 환형 에지홀더(316) 및 에지홀더(316)의 반경방향으로 안쪽에 배치되는 환형 리플홀더(318, 319)에 의하여 하부부재(306)의 하부면 상에 유지된다. 탄성막(314)은 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등과 같은 고강도이면서도 내구성이 있는 고무 재료로 제조된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리테이너링(3)은 톱링본체(2)의 외주부에 배치되어 상기 반도체웨이퍼의 주변 에지를 지지하도록 구성된 링부재(408), 톱링본체(2)의 반경방향으로 중앙부에 배치되어 링부재(408)를 지지하도록 구성된 샤프트형 홀딩부(410) 및 링부재(408)와 샤프트형 홀딩부(410)를 연결하기 위한 연결부(411)를 포함하여 이루어진다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상부부재(300)는 볼트(308)에 의하여 톱링샤프트(111)에 연결된다. 또한, 중간부재(304)는 볼트(309)에 의하여 상부부재(300)에 고정되고, 하부부재(306)는 메인 볼트(310)에 의하여 상부부재(300)에 고정된다. 상부부재(300), 중간부재(304) 및 하부부재(306)를 포함하여 이루어지는 톱링본체(2)는 엔지니어링 플라스틱(예컨대, PEEK)과 같은 수지로 이루어진다. 상부부재(300)는 SUS 또는 알루미늄과 같은 금속으로 이루어질 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 리테이너링(3)의 샤프트형 홀딩부(410)는 지지기구(412)를 통하여 하부부재(306)에 의해 지지된다. 본 실시예에서는, 지지기구(412)가 하부부재(306)의 리세스(306a)에 끼워지고 하부부재(306)에 고정된 외측링(413) 및 외측링(413)에 의해 지지되는 내측링(414)을 구비한 구면베어링기구를 포함하여 이루어진다. 외측링(413)의 내주면과 내측링(414)의 외주면은 그 중심이 받침점 O인 구면들로 형성되고, 서로 슬라이딩 접촉하게 된다.

내측링(414)은 외측링(413)에 대하여 받침점 O를 중심으로 모든 방향(360°)으로 회전가능(틸팅가능)하다. 즉, 상기 받침점 O는 내측링(414)의 회전 중심에 위치하고, 상기 받침점 O는 또한 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱하는 동안 상기 반도체웨이퍼의 중심부 상방에 위치한다. 리테이너링(3)의 샤프트형 홀딩부(410)는 내측링(414)의 원형 스루홀(414h)에 상하로 이동가능하게 끼워진다. 외측링(413)은, 외측링(413)의 하단부가 하부부재(306)의 리세스(306a)의 스텝(306s)과 접촉하게 되고, 외측링(413)의 상단부는 복수의 C형 스냅링(415)과 맞물리게 되는 방식으로 하부부재(306)에 고정된다.

도 2에 도시된 바와 같이 구성된 리테이너링(3)에 있어서, 리테이너링(3)은 폴리싱 동안에 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101a)과 접촉하게 되고, 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101a)의 굴곡을 추종하도록 톱링본체(2)와 독립적으로 수평면에 대하여 틸팅가능하게 된다. 구체적으로는, 링부재(408)가 폴리싱면(101a)의 움직임을 추종하도록 수평면에 대하여 틸팅되고, 샤프트형 홀딩부(410)는 링부재(408)와 일체형으로 틸팅된다. 링부재(408)와 샤프트형 홀딩부(410)의 틸팅은 구면베어링기구를 포함하여 이루어지는 지지기구(412)에 의해 허용된다. 다시 말해서, 링부재(408) 및 샤프트형 홀딩부(410)는 받침점 O를 중심으로 모든 방향으로 내측링(414)의 회전에 의하여 틸팅가능하다. 구체적으로는, 링부재(408)를 포함하는 리테이너링(3)이 구면베어링기구를 포함하여 이루어지는 지지기구(412)에 의해 톱링본체(2)의 중앙부에 위치한 받침점 O를 중심으로 틸팅가능(회전가능)하다. 또한, 리테이너링(3)은 틸팅 모션과 동시에 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101a)의 굴곡을 추종하도록 상하로 이동가능하다. 즉, 링부재(408)는 폴리싱면(101a)의 굴곡을 추종하도록 상하로 이동되고, 샤프트형 홀딩부(410)는 링부재(408)와 일체형으로 상하로 이동된다. 샤프트형 홀딩부(410)의 상하 운동은 내측링(414)의 스루홀(414h)에 의해 안내된다. 폴리싱 동안에 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101a)과 반도체웨이퍼 간의 마찰력에 의해 리테이너링(3)에 횡력(수평력)이 가해지고, 이 횡력은 상기 반도체웨이퍼의 중심부 상방에 위치한 받침점 O에 의해 수용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 구성된 리테이너링(3)을 지지하기 위한 지지기구(412)에 따르면, 리테이너링(3)이 틸팅될 때, 리테이너링(3)은 지지기구(412)에 의해 매끄럽게 틸팅된다. 지지기구(412)에서의 외측링(413)과 내측링(414)의 슬라이딩 접촉면 중 하나 이상에는 Teflon(등록상표) 등을 함유하면서 자체 윤활성이 높고(high-self-lubricating), 마찰계수는 낮으면서 내마모성이 높은 막이 제공되므로, 지지기구(412)는 리테이너링(3)으로 하여금 신속하게 틸팅될 수 있도록 하는 양호한 슬라이딩 특성을 유지할 수 있게 된다. 또한, 샤프트형 홀딩부(410)와 내측링(414)의 스루홀(414h)의 슬라이딩 접촉면 중 하나에는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroethylene), 폴리에테르에테르케톤( PEEK, polyetheretherketone)·폴리페닐렌설파이드(PPS, polyphenylene sulfide) 등을 포함하여 이루어지는 수지 재료로 이루어진 저마찰 재료가 제공된다. 이에 따라, 슬라이딩 접촉면(슬라이딩면)들의 마찰력이 리테이너링(3)의 홀딩부(410)가 지지기구(412)의 내측링(414)에 대하여 상하로 이동될 때 현저하게 줄어들 수 있게 된다. 외측링(413)과 내측링(415) 중 하나 이상은 고체 윤활제 및 탄소 섬유와 같은 섬유가 첨가되는 수지 재료를 포함하여 이루어질 수도 있다. 홀딩부(410)는 SiC와 같은 세라믹으로 이루어진다.

상술된 바와 같이, 리테이너링(3)이 구면베어링기구를 포함하여 이루어지는 지지기구(412)를 통해 톱링본체(2)의 중심부에 의해 지지되기 때문에, 리테이너링(3)이 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101a)의 굴곡을 추종하도록 틸팅 및 상하로 이동되는 경우에는, 리테이너링(3)의 틸팅 운동이 그 면적이 넓은 구면 슬라이딩면을 가지는 지지기구(412)에 의해 지지될 수 있고, 리테이너링(3)의 상하 운동은 그 슬라이딩 특성이 우수한 샤프트형 슬라이딩면을 구비한 지지기구(412)에 의해 지지될 수 있게 된다. 그러므로, 상기 슬라이딩면들의 마찰력이 현저하게 감소될 수 있고, 상기 폴리싱면에 대한 리테이너링의 추종성이 개선될 수 있으며, 상기 리테이너링의 소정의 표면 압력이 폴리싱면에 인가될 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에 있어서, 리테이너링(3)은 톱링본체(2)와 독립적으로 틸팅가능하다. 이 경우, 리테이너링(3)과 톱링본체(2)가 일체형으로 틸팅가능하다면, 리테이너링(3)과 톱링본체(2)는 폴리싱패드의 폴리싱면과 반도체웨이퍼 간의 마찰력에 의해 일체형으로 틸팅된다. 톱링본체(2)가 틸팅되면, 반도체웨이퍼를 지지하기 위한 탄성막(본 실시예에서는 탄성막(314))이 반도체웨이퍼의 표면 내에서 균일하지 않게 스트레칭되고, 상기 폴리싱면에 대하여 반도체웨이퍼를 가압하기 위한 가압력이 균일하지 않게 된다.

이와는 대조적으로, 본 실시예에 따르면, 리테이너링(3)이 탄성막(314)을 지지하는 톱링본체(2)와 독립적으로 틸팅가능하기 때문에, 폴리싱패드의 폴리싱면과 반도체웨이퍼 간의 마찰력에 관계없이, 톱링본체(2), 특히 탄성막(314)을 지지하는 하부부재(306)가 초기 자세를 유지할 수 있다. 따라서, 상기 반도체웨이퍼가 폴리싱면에 대하여 균일하게 가압될 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는, 리테이너링(3)을 틸팅가능하게 그리고 상하로 이동가능하게 지지하기 위한 지지기구(412)가 톱링본체(2)의 중심부에 제공되고, 톱링본체(2)의 하부부재(306)의 리세스(306a)에 수용되므로, 지지기구(412)의 슬라이딩부에서 발생되는 분말이 톱링본체(2) 내에 포함될 수 있고, 상기 폴리싱면 상으로 거의 떨어지지 않게 되어, 분말과 같은 이물질이 폴리싱면 상으로 떨어지는 것으로 인한 웨이퍼의 결함을 막을 수 있게 된다.

또한, 본 실시예에서는, 지지기구(412)가 낮은 위치의 받침점이 되도록 구성되기 때문에, 리테이너링(3)을 틸팅하기 위한 모멘트가 보다 작아지게 된다. 이에 따라, 마찰력에 의해 발생되는 리테이너링의 틸팅이 작은 정도로 억제될 수 있게 되고, 반도체웨이퍼가 톱링(1)에서 거의 미끄러지지 않게 된다.

톱링(1)을 추가로 설명하기로 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 에지홀더(316)는 리플홀더(318)에 의해 유지된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 리플홀더(318)는 복수의 스토퍼(320)에 의해 하부부재(306)의 하부면에 유지된다. 리플홀더(319)는 복수의 스토퍼(322)에 의해 하부부재(306)의 하부면에 유지된다. 도면번호 320의 스토퍼 및 도면번호 322의 스토퍼는 등간격으로 톱링(1)의 원주방향을 따라 배치된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 탄성막(314)의 중앙부에는 중앙챔버(360)가 형성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 리플홀더(319)는 중앙챔버(360)와 연통되는 유로(324)를 구비한다. 하부부재(306)는 상기 유로(324)와 연통되는 유로(325)를 구비한다. 리플홀더(319)의 유로(324)와 하부부재(306)의 유로(325)는 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 유로(325, 324)를 통해 탄성막(314)에 의하여 형성된 중앙챔버(360)로 공급되게 된다.

리플홀더(318)는 하부부재(306)의 하부면에 대하여 탄성막(314)의 리플(314b)을 가압하기 위한 클로(318b)를 구비한다. 리플홀더(319)는 하부부재(306)의 하부면에 대하여 탄성막(314)의 리플(314a)을 가압하기 위한 클로(319a)를 구비한다. 리플홀더(318)는 에지홀더(316)에 대하여 탄성막(314)의 에지(314c)를 가압하기 위한 클로(318c)를 구비한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 탄성막(314)의 리플(314a)과 리플(314b) 사이에는 환형 리플챔버(361)가 형성된다. 탄성막(314)의 리플홀더(318)와 리플홀더(319) 사이에는 갭(314f)이 형성된다. 하부부재(306)는 갭(314f)과 연통되는 유로(342)를 구비한다. 하부부재(306)에는 환형홈(347)이 형성되고, 환형홈(347)의 하부면에는 시일부재(340)가 제공되며, 시일부재(340)에는 시일링(341)이 제공된다. 시일링(341)의 상부면은 중간부재(304)의 하부면에 대하여 가압된다. 시일링(341)은 하부부재(306)의 유로(342)와 연통되는 유로(346)를 구비한다. 또한, 중간부재(304)는 시일링(341)의 유로(346)와 연통되는 유로(344)를 구비한다. 하부부재(306)의 유로(342)는 시일링(341)의 유로(346)를 통해 연결되고, 중간부재(304)의 유로(344)는 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 이들 유로를 통해 리플챔버(361)로 공급된다. 또한, 상기 유로(342)는 진공펌프(도시되지 않음)에 선택적으로 연결된다. 상기 진공펌프가 작동하게 되면, 상기 반도체웨이퍼가 흡입에 의하여 탄성막(314)의 하부면에 흡착되어, 상기 반도체웨이퍼를 척으로 고정하게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 리플홀더(318)는 탄성막(314)의 리플(314b) 및 에지(314c)에 의해 형성되는 환형 외측챔버(362)와 연통되는 유로(326)를 구비한다. 또한, 하부부재(306)는 커넥터(327)를 통해 리플홀더(318)의 유로(326)와 연통되는 유로(328)를 구비한다. 중간부재(304)는 하부부재(306)의 유로(328)와 연통되는 유로(329)를 구비한다. 리플홀더(318)의 유로(326)는 중간부재(304)의 유로(329) 및 하부부재(306)의 유로(328)를 통해 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 이들 유로들을 통해 탄성막(314)으로 형성된 외측챔버(362)으로 공급되게 된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 에지홀더(316)는 하부부재(306)의 하부면 상에서 탄성막(314)의 에지(314d)를 유지하기 위한 클로를 구비한다. 에지홀더(316)는 탄성막(314)의 에지(314c, 314d)에 의해 형성되는 환형 에지챔버(363)와 연통되는 유로(334)를 구비한다. 하부부재(306)는 에지홀더(316)의 유로(334)와 연통되는 유로(336)를 구비한다. 중간부재(304)는 하부부재(306)의 유로(336)와 연통되는 유로(338)를 구비한다. 에지홀더(316)의 유로(334)는 중간부재(304)의 유로(338)와 하부부재(306)의 유로(336)를 통해 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 이들 유로들을 통해 탄성막(314)에 의해 형성된 에지챔버(363)에 공급되게 된다.

상술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 톱링(1)에서는, 폴리싱패드(101)에 대하여 반도체웨이퍼를 가압하기 위한 가압력이 상기 탄성막(314)과 하부부재(306) 사이에 형성된 각각의 압력챔버(즉, 중앙챔버(360), 리플챔버(361), 외측챔버(362) 및 에지챔버(363))로 공급될 유체의 압력을 조절하여 반도체웨이퍼의 국부적인 영역들에서 조정될 수 있게 된다.

도 6은 도 2의 VI 부분의 확대도이다. 상술된 바와 같이, 리테이너링(3)은 톱링본체(2)의 주변부에 배치되며 상기 반도체웨이퍼의 주변 에지를 유지하도록 구성된 링부재(408), 톱링본체(2)의 반경방향으로 중앙부에 배치되며 링부재(408)를 유지하도록 구성된 샤프트형 홀딩부(410) 및 링부재(408)와 샤프트형 홀딩부(410)를 연결하기 위한 연결부(411)를 포함하여 이루어진다. 도 6에 도시된 바와 같이, 리테이너-링가압기구는, 폐쇄된 상단부를 가지며 원통형인 실린더(400), 실린더(400)의 상부에 부착된 홀더(401, 402), 홀더(401, 402)에 의해 실린더(400)에 유지된 탄성막(404) 및 탄성막(404)의 하단부에 연결된 피스톤(406)을 포함하여 이루어진다. 링부재(408)는 피스톤(406)에 의해 하향으로 가압되도록 구성된다. 링부재(408)는 피스톤(406)에 결합된 상부링부재(408a) 및 폴리싱면(101)과 접촉하게 되는 하부링부재(408b)를 포함하여 이루어진다.

도 7은 도 5의 VII 부분의 확대도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 상부링부재(408a) 및 하부링부재(408b)는 복수의 볼트(409)에 의하여 결합된다. 상부링부재(408a)는 세라믹과 같은 재료 또는 SUS와 같은 금속으로 이루어지고, 하부링부재(408b)는 PEEK 또는 PPS와 같은 수지 재료로 이루어진다.

도 7에 도시된 바와 같이, 홀더(402)는 탄성막(404)에 의해 형성된 챔버(451)와 연통되는 유로(450)를 구비한다. 상부부재(300)는 홀더(402)의 유로(450)와 연통되는 유로(452)를 구비한다. 홀더(402)의 유로(450)는 상부부재(300)의 유로(452)를 통해 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 이들 유로를 통해 챔버(451)에 공급되게 된다. 이에 따라, 챔버(451)로 공급될 유체의 압력을 조정함으로써, 탄성막(404)이 피스톤(406)을 상하로 이동시키기 위하여 팽창 및 수축될 수 있게 된다. 따라서, 리테이너링(3)의 링부재(408)가 원하는 압력으로 폴리싱패드(101)에 대하여 가압될 수 있게 된다.

도 2 내지 도 7에 도시된 설명적인 예시에서는, 탄성막(404)이 벤트부를 구비한 탄성막에 의해 형성된 롤링 다이어프램(rolling diaphragm)을 이용한다. 롤링 다이어프램에 의해 한정되는 챔버 내의 내부압력이 변경되면, 상기 롤링 다이어프램의 벤트부가 롤링되어 상기 챔버를 확장시키게 된다. 상기 다이어프램은 외부 구성요소들과 슬라이딩 접촉하지 않게 되고, 상기 챔버가 확장될 때 거의 팽창 및 수축되지 않는다. 이에 따라, 슬라이딩 접촉으로 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 구성에 의하여, 리테이너링(3)의 링부재(408)가 하강될 수 있다. 이에 따라, 리테이너링(3)의 링부재(408)가 마멸되더라도, 극히 낮은 마찰의 재료를 포함하여 이루어지는 롤링 다이어프램에 의하여 형성되는 챔버(451)의 공간을 확장시켜 리테이너링(3)의 가압력이 일정한 레벨로 유지될 수 있게 된다. 또한, 폴리싱패드(101)와 접촉하게 되는 링부재(408) 및 실린더(400)가 변형가능한 탄성막(404)에 의해 연결되므로, 오프셋 부하에 의한 벤딩 모멘트가 발생하지 않게 된다. 따라서, 리테이너링(3)에 의한 표면압력이 균일하게 이루어질 수 있게 되고, 리테이너링(3)이 폴리싱패드(101)를 추종하기 더욱 쉽게 된다.

도 8은 도 2의 VIII-VIII 선에서 본 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 톱링본체(2)의 외주부에 배치된 링부재(408)는 4개의 연결부(411)에 의하여 톱링본체(2)의 중앙부에 배치된 샤프트형 홀딩부(410)에 결합된다. 연결부(411)는 톱링본체(2)의 하부부재(306)에 형성된 크로스형홈(306g)에 수용된다. 상술된 바와 같이, 링부재(408), 샤프트형 홀딩부(410) 및 연결부(411)를 구비한 리테이너링(3)은 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101a)의 굴곡을 추종하도록 틸팅가능하면서도 상하로 이동가능하다. 복수 쌍의 구동핀(349, 349)들이 하부부재(306)에 제공되고, 각 쌍의 구동핀(349, 349)들이 그 사이에 각각의 연결부(411)를 유지하기 위하여 배치된다. 이러한 방식으로, 각 쌍의 구동핀(349, 349)들이 그 사이에 각각의 연결부(411)를 유지하도록 배치되므로, 톱링본체(2)의 회전이 하부부재(306)로부터 상기 쌍들의 구동핀(349, 349)을 통해 연결부(411)로 전달되어, 톱링본체(2)와 리테이너링(3)을 일체형으로 회전시키게 된다. 구동핀(349)의 외주면에는 러버쿠션(350)이 제공되고, 러버쿠션(350)에는 PTFE 또는 PEEK·PPS와 같은 저마찰 재료로 이루어진 칼라(collar; 351)가 제공된다. 또한, 연결부(411)의 외측면에는 경면처리(mirror processing)가 적용되어, 저마찰 재료로 이루어진 칼라(351)가 슬라이딩 접촉하게 되는 연결부(411)의 외측면의 표면 거칠기를 개선시키게 된다.

본 실시예에 따르면, 저마찰 재료로 이루어진 칼라(351)가 구동핀(349)에 제공되고, 칼라(351)가 슬라이딩 접촉하게 되는 연결부(411)의 외측면에는 경면처리가 적용되므로, 구동핀(349)과 연결부(411) 간의 슬라이딩 특성을 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, 구동핀(349)이 맞물리는 연결부(411)의 외측면에 저마찰 재료가 제공될 수 있다.

톱링본체(2)로부터 리테이너링(3)으로 회전력을 전달하기 위한 연결부(411) 및 구동핀(349)을 포함하여 이루어지는 회전구동유닛이 톱링본체(2) 내에 제공되므로, 회전구동유닛으로부터 발생되는 분말이 톱링본체(2) 내에 함유될 수 있게 된다. 따라서, 상기 폴리싱면 상으로 분말이 떨어지는 것이 방지되고, 분말에 의해 야기되는 반도체웨이퍼 상의 스크래치와 같은 결함이 현저하게 감소될 수 있게 된다.

도 9는 도 3의 IX 부분의 확대도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 피스톤(406)과 접촉하게 되는 링부재(408)의 표면에서는 링부재(408)에 자석(419)이 제공된다. 피스톤(406)은 자기물질로 이루어지고, 코팅이나 도금과 같은 표면 처리가 부식 방지를 위하여 피스톤(406)에 적용된다. 피스톤(406)은 내부식성을 갖는 자기형 스테인리스강으로 이루어질 수도 있다. 따라서, 자기물질로 이루어지는 피스톤(406)과 자석(419)을 구비한 링부재(408)가 링부재(408)에 제공된 자석(419)의 자기력에 의해 서로 고정되게 된다.

피스톤(406)과 링부재(408)가 서로 자기력에 의해 고정되므로, 리테이너링(3)이 폴리싱 시에 진동되더라도, 피스톤(406) 및 링부재(408)가 서로 분리되는 것이 방지되고, 리테이너링(3)이 뜻하지 않게 상향으로 이동하는 것이 방지될 수 있다. 그러므로, 리테이너링(3)의 표면 압력이 안정화될 수 있고, 미끄러짐(slipping-off)로 인하여 톱링(1)으로부터 반도체웨이퍼가 제거될 가능성이 감소될 수 있게 된다.

링부재(408)를 구비한 캐리어 어셈블리는 유지보수를 위해 폴리싱장치로부터 빈번하게 제거되지만, 피스톤(406)은 유지보수 기회가 거의 없다. 피스톤(406)과 링부재(408)가 서로 자기력에 의해 고정되는 경우에는, 빈번하게 제거되는 링부재(408)와 덜 빈번하게 제거되는 피스톤(406)이 용이하게 분리될 수 있게 된다.

도 9에 도시된 바와 같이, 상하로 연장되는 실질적으로 장방형홈(442)이 상기 톱링본체(2)의 하부부재(306)의 외주면에 형성된다. 톱링본체(2)의 하부부재(306)의 외주면에는 등간격으로 장방형홈(442)이 형성된다.(도 3 참조). 리테이너링(3)의 상부링부재(408a)에는 반경방향으로 안쪽으로 돌출시키기 위하여 스토퍼(354)들이 제공된다. 스토퍼(354)들은 각각 하부부재(306)의 장방형홈(442)의 상단부 또는 하단부들과 맞물릴 수 있도록 구성된다.

따라서, 톱링본체(2)에 대한 리테이너링(3)의 상부 위치 또는 하부 위치가 제한되게 된다. 구체적으로는, 스토퍼(354)가 하부부재(306)의 장방형홈(442)의 상단부와 맞물리게 되면, 리테이너링(3)이 톱링본체(2)에 대하여 최상부 위치에 위치하게 된다. 스토퍼(354)가 하부부재(306)의 장방형홈(442)의 하단부와 맞물리게 되면, 리테이너링(3)은 톱링본체(2)에 대하여 최하부 위치에 위치하게 된다.

본 실시예에 따르면, 톱링(1)이 피스톤(406)으로부터 링부재(408)를 분리시키기 위한 디태칭 기구(detaching mechanism)를 구비한다. 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 샤프트(430)들을 중심으로 회전가능한 복수의 캠리프터(432)들이 상기 링부재(408)에 제공된다.

도 10a 및 도 10b는 도 6의 화살표 X에서 본 도면들이다. 도 10a는 캠리프터(432)가 작동되는 상태를 보여주고, 도 10b는 캠리프터(432)가 작동되지 않는 상태를 보여준다. 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 상기 캠리프터(432)의 외주면이 캠 표면을 구성하고, 상기 캠 표면은 샤프트(430)(도 6 참조)의 축선으로부터의 그 반경이 변하는 프로파일을 갖는다. 따라서, 캠리프터(432)를 회전시킴으로써, 최대의 반경을 갖는 부분(432a)이 피스톤(406)을 밀어올린다. 렌치를 삽입하기 위한 렌치홀(wrench hole; 434)이 캠리프터(432)의 샤프트(430)의 축부에 형성된다.

도 10a에 도시된 바와 같이, 캠리프터(432)의 상부에는 상부원호면(432b)이 형성되고, 캠리프터(432)의 하부에는 하부원호면(432c)이 형성된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 캠리프터(432) 바로 아래에는 스크루(433)가 제공된다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 캠리프터(432)는 시계방향 또는 반시계방향으로 회전가능하다. 상부원호면(432b) 또는 하부원호면(432c)은 소정의 범위(90°정도) 내에서 캠리프터(432)의 회전을 제한하도록 스크루(433)와 맞물릴 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 하부원호면(432c)이 스크루(433)와 맞물리게 되면, 캠리프터(432)의 시계방향으로의 회전이 제한된다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 상부원호면(432b)이 스크루(433)와 맞물리게 되면, 캠리프터(432)의 반시계방향으로의 회전이 제한된다. 구체적으로는, 상부원호면(432b), 캠리프터(432)의 하부원호면(432c) 및 스크루(433)가 소정의 범위(90°정도) 내에서 캠리프터(432)의 시계 및 반시계방향으로의 회전을 제한하기 위한 회전제한기구로서의 역할을 한다.

도 11은 도 10a의 XI-XI 선을 따라 취한 단면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 두 리세스(436)가 캠리프터(432)의 이면에서 대략 90°정도 이격된 위치에 형성된다(도 11에는 단 하나의 리세스(436)만 도시됨). 볼(438)이 나선형압축스프링(444)에 의해 캠리프터(432)의 이면에 대하여 가압되는 방식으로 링부재(408)에 볼(438)이 제공된다. 이러한 방식으로, 볼(438)이 캠리프터(432)의 리세스(436) 안으로 끼워지면, 캠리프터(432)의 위치가 고정되게 된다.

캐리어 어셈블리의 유지보수 시, 렌치가 렌치홀(434) 안에 삽입되고, 캠리프터(432)는 캠리프터(432)의 외주면의 캠면에 의하여 피스톤(406)과 링부재(408) 간에 클리어런스를 강제적으로 형성하도록 회전된다. 따라서, 피스톤(406)과 자석(419) 간의 자기력으로 야기되는 체결력이 약화될 수 있고, 링부재(408)가 피스톤(406)으로부터 용이하게 분리될 수 있게 된다. 링부재(408)가 피스톤(406)으로부터 분리될 때, 도 10a에 도시된 바와 같이, 스크루(433)와 캠리프터(432)의 하부원호면(432c)간의 맞물림에 의하여 캠리프터(432)의 회전이 정지된다. 이때, 볼(438)은 캠리프터(432)의 리세스(436) 중 하나에 끼워지고(도 11 참조), 캠리프터(432)가 고정된다. 또한, 링부재(408)가 피스톤(406)에 고정될 때, 렌치가 렌치홀(434) 안에 삽입되고, 캠리프터(432)가 회전된다. 이때, 도 10b에 도시된 바와 같이, 스크루(433)와 캠리프터(432)의 상부원호면(432b)간의 맞물림에 의하여 캠리프터(432)의 회전이 정지된다. 그 후, 볼(438)이 캠리프터(432)의 리세스(436)들 중 나머지 다른 것에 끼워지고, 캠리프터(432)가 고정된다.

링부재(408)가 피스톤(406)으로부터 분리될 때, 도 3에 도시된 메인 볼트(310)가 제거되고, 탄성막(314)을 구비한 하부부재(306)와 링부재(408)를 구비한 리테이너링(3), 샤프트형 홀딩부(410) 및 연결부(411)가 중간부재(304)로부터 분리된다. 이러한 방식으로, 리테이너링(3)과 함께 탄성막(314)을 구비한 하부부재(306)가 분리될 수 있으므로, 리테이너링(3)의 하부링부재(408b)의 유지보수와 탄성막(314)의 유지보수가 용이하게 수행될 수 있게 된다.

도 9 내지 도 11에 도시된 예시에서는, 피스톤(406)이 자기물질로 이루어지고, 자석(419)이 링부재(408)에 제공된다. 하지만, 링부재(408)가 자기물질로 이루어질 수도 있고, 자석이 피스톤(406)에 제공될 수도 있다. 또한, 도 9 내지 도 11에 도시된 예시에서는, 캠리프터(432)가 링부재(408)에 제공된다. 하지만, 캠리프터(432)가 피스톤(406)에 제공될 수도 있다.

이하, 리테이너링(3)을 도 6을 참조하여 추가로 설명하기로 한다. 도 6에 도시된 바와 같이, SUS 등으로 제조된 금속링(440)은 하부링부재(408b)에 끼워진다. SUS 등으로 제조된 금속링(440)은 하부링부재(408b)에 끼워지기 때문에, 하부링부재(408b)는 개선된 강성을 가진다. 따라서, 링부재(408)와 폴리싱면(101a) 간의 슬라이딩 접촉으로 인하여 링부재(408)의 온도가 증가하더라도, 하부링부재(408b)의 열적 변형이 억제될 수 있게 된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 금속링(440)과 하부링부재(408b)의 외주면 사이에는 O-링(441)이 삽입되고, 금속링(440)과 실린더(400) 사이에는 연결시트(420)가 제공된다. 이러한 부재들을 사용하면, 특히 연결시트(420)를 사용하면, 폴리싱 중에 발생되는 분말과 같은 이물질이 폴리싱헤드(톱링)의 내부로부터 폴리싱면 상으로 떨어지는 것이 효과적으로 방지될 수 있고, 폴리싱액(슬러리)이 외부로부터 폴리싱헤드 안으로 도입되는 것이 방지될 수 있다. 연결시트(420)는 링 형상이고, 벨로우즈를 구비한 탄성 시트를 포함하여 이루어질 수도 있다.

도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 탄성막(314)은 탄성막(314)의 에지(주변)(314d)에 리테이너링(3)과 탄성막(314)을 연결하기 위한 시일부(422)를 포함한다. 시일부(422)는 상방으로 만곡된 형상을 가진다. 시일부(422)는 탄성막(314)과 링부재(408) 간의 갭을 매우기 위하여 배치된다. 시일부(422)는 변형가능한 재료로 이루어진다. 시일부(422)는, 폴리싱헤드(톱링)의 내부로부터 폴리싱면 상으로 이물질이 떨어지는 것을 방지하고, 톱링본체(2)와 리테이너링(3)이 서로에 대해 이동되도록 하면서, 폴리싱액이 탄성막(314)과 링부재(408) 사이의 갭 안으로 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 본 실시예에서는, 시일부(422)가 탄성막(314)의 에지(314d)와 일체형으로 형성되고, U자형 단면을 가진다.

연결시트(420) 및 시일부(422)가 제공되지 않는다면, 폴리싱액이 상기 톱링(1)의 내부 안으로 도입될 수도 있어, 톱링본체(2)와 톱링(1)의 리테이너링(3)의 통상적인 동작을 방해하게 된다. 본 실시예에서, 연결시트(420) 및 시일부(422)는 폴리싱액이 톱링(1)의 내부 안으로 도입되는 것을 방지한다. 이에 따라, 톱링(1)을 정상적으로 동작시킬 수 있다. 탄성막(404), 연결시트(420) 및 시일부(422)는 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등과 같은 고강도이면서도 내구성이 있는 고무 재료로 이루어진다.

본 실시예에 따른 톱링(1)에 있어서, 폴리싱면에 대하여 반도체웨이퍼를 가압하기 위한 가압력은 탄성막(314)에 의하여 형성되는 에지챔버(363), 중앙챔버(360), 리플챔버(361), 외측챔버(362)에 공급될 유체의 압력에 의해 제어된다. 이에 따라, 하부부재(306)는 폴리싱 중에 폴리싱패드(101)로부터 상방으로 떨어져 위치되어야만 한다.

설명된 예시에서는, 리테이너링(3)이 하부부재(306)와 독립적으로 상하로 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.

설명된 예시에서는, 탄성막(314)이 실질적으로 반도체웨이퍼의 전체 표면과 접촉하게 되도록 배치된다. 하지만, 탄성막(314)은 반도체웨이퍼의 적어도 일부분과 접촉하게 될 수도 있다.

다음으로, 본 발명의 제2형태에 따른 폴리싱장치의 폴리싱헤드를 도 12 내지 도 17을 참조하여 설명하기로 한다. 도 12는 본 발명의 제2형태에 따른 폴리싱헤드를 구성하는 톱링을 도시한 단면도이다. 도 13은 도 12의 XIII-XIII 선에서 본 도면이다. 본 발명의 제2형태에 따른 폴리싱헤드에서는, 리테이너링(3)의 샤프트형 홀딩부(410)를 지지하기 위한 베어링기구로서 자이로기구가 사용된다. 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2형태에 따른 폴리싱헤드에 있어서는, 본 발명의 제1형태에 따른 폴리싱헤드에서와 같이, 리테이너링(3)이 톱링본체(2)의 외주부에 배치되며 반도체웨이퍼의 주변 에지를 홀딩하도록 구성된 링부재(408), 톱링본체(2)의 반경방향으로 중앙부에 배치되며 링부재(408)를 지지하도록 구성된 샤프트형 홀딩부(410) 및 링부재(408)와 샤프트형 홀딩부(410)를 연결하기 위한 연결부(411)를 포함하여 이루어진다. 리테이너링(3)의 샤프트형 홀딩부(410)는 자이로기구를 포함하여 이루어지는 지지기구(512)를 통해 하부부재(306)에 의해 지지된다. 지지기구(512)는 하부부재(306)의 리세스(306a)에 끼워지고 하부부재(306)에 고정된 외측링(513), 외측링(513)에 의해 지지되는 중간링(514) 및 중간링(514)에 의해 지지되는 내측링(515)을 포함하여 이루어진다. 외측링(513)의 내주면과 중간링(514)의 외주면은 그 중심이 받침점 O인 구면으로 형성되고, 서로 슬라이딩 접촉하게 된다. 중간링(514)의 내주면과 내측링(515)의 외주면은 그 중심이 받침점 O인 구면으로 형성되고, 서로 슬라이딩 접촉하게 된다.

도 14 내지 도 17은 지지기구(512)의 상세한 구조를 도시한 도면들이다. 도 14는 리테이너링(3)의 일부 및 지지기구(512)를 도시한 평면도이다. 도 15는 도 14의 XV-XV 선을 따라 취한 단면도이다. 도 16은 도 14의 XVI-XVI 선을 따라 취한 단면도이다. 도 17은 도 15의 XVII-XVII 선을 따라 취한 단면도이다. 도 14 내지 도 17에 도시된 바와 같이, 외측링(513)의 내주면과 중간링(514)의 외주면 사이에는 두 볼(516, 516)이 삽입되고, 중간링(514)의 내주면과 내측링(515)의 외주면 사이에는 두 볼(517, 517)이 삽입된다.

도 14 내지 도 17에 도시된 지지기구(512)에서는, 중간링(514)이 두 볼(516, 516)을 연결하는 수평축 L1을 중심으로 외측링(513)에 대하여 회전가능하다. 또한, 내측링(515)은 두 볼(517, 517)을 연결하는 수평축 L2를 중심으로 중간링(514)에 대하여 회전가능하다. 리테이너링(3)의 샤프트형 홀딩부(410)는 6각형의 단면을 갖고, 내측링(515)의 6각형 스루홀(515h)에 상하로 이동가능하게 끼워진다. 도 16에 도시된 바와 같이, 외측링(513)은 외측링(513)의 하단부가 하부부재(306)의 리세스(306a)의 스텝(306s)과 접촉하게 되고, 외측링(513)의 상단부가 클립(518)과 맞물리게 되는 방식으로 하부부재(306)에 고정된다.

상기 형태에 의하면, 링부재(408)와 함께 샤프트형 홀딩부(410)가 틸팅될 때, 샤프트형 홀딩부(410) 및 내측링(515)이 화살표 A로 도시된 바와 같이 축선 L2를 중심으로 일체형으로 회전되고(도 17 참조), 샤프트형 홀딩부(410), 내측링(515) 및 중간링(514)은 화살표 B로 도시된 바와 같이 축선 L1을 중심으로 일체형으로 회전된다(도 17 참조). 구체적으로는, 샤프트형 홀딩부(410)와 함께 내측링(515)이 2개의 직교하는 수평축 L1 및 L2를 중심으로 회전가능하다. 그 결과, 샤프트형 홀딩부(410) 및 내측링(515)이 상기 축선 L1 및 L2의 교차점인 받침점 O에 대하여 전 방향(360°)으로 회전가능(틸팅가능)하게 된다. 즉, 상기 받침점 O는 샤프트형 홀딩부(410)와 내측링(515)의 회전 중심이다.

도 12 내지 도 17에 도시된 바와 같이 구성된 리테이너링(3)에 있어서, 리테이너링(3)은 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101a)의 굴곡을 추종하도록 수평면에 대하여 틸팅가능하다. 구체적으로는, 링부재(408)가 폴리싱면(101a)의 굴곡을 추종하도록 수평면에 대하여 틸팅되고, 샤프트형 홀딩부(410)는 링부재(408)와 일체형으로 틸팅된다. 이때, 링부재(408)와 샤프트형 홀딩부(410)의 틸팅은 자이로기구를 포함하여 이루어지는 지지기구(512)에 의해 허용된다. 다시 말해, 링부재(408)와 샤프트형 홀딩부(410)는 전 방향(360°)으로 받침점 O를 중심으로 외측링(513)에 대하여 내측링(515)의 회전에 의해 틸팅가능하다. 구체적으로는, 링부재(408)를 포함하는 리테이너링(3)이 자이로기구를 포함하여 이루어지는 지지기구(512)에 의하여 톱링본체(2)의 중심부에 위치한 받침점 O에 대하여 틸팅가능하다. 또한, 리테이너링(3)은, 상기 틸팅 운동과 동시에, 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101a)의 굴곡을 추종하도록 상하로 이동된다. 즉, 링부재(408)는 폴리싱면(101a)의 굴곡을 추종하도록 상하로 이동되고, 샤프트형 홀딩부(410)는 링부재(408)와 일체형으로 상하로 이동된다. 샤프트형 홀딩부(410)의 상하 운동은 내측링(515)의 스루홀(515h)에 의하여 안내된다. 반도체웨이퍼의 폴리싱 동안에, 폴리싱테이블(100)의 폴리싱면(101a)과 상기 반도체웨이퍼 간의 마찰력에 의하여 리테이너링(3)에 횡력(수평력)이 인가된다. 이러한 횡력은 반도체웨이퍼의 중심부 상방에 위치한 받침점 O에 의해 수용될 수 있게 된다.

도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 외측링(513)의 외주면에는 복수의 원호노치(513c)가 형성되고, 하부부재(306)의 내주면에는 복수의 원호노치(306c)가 형성된다. 도면번호 513c의 원호노치와 도면번호 306c의 원호노치를 각각 포함하여 이루어지는 원통홈 안으로 핀(519)이 삽입된다. 이러한 구성에 의하면, 톱링본체(2)의 회전이 핀(519)을 거쳐 외측링(513)으로 전달된 다음, 볼(516), 중간링(514) 및 볼(517)을 통해 내측링(515)으로 전달된다. 본 실시예에서는, 리테이너링(3)의 샤프트형 홀딩부(410)가 단면이 6각형인 샤프트형 부재로 형성되고, 단면이 6각형인 샤프트형 홀딩부(410)는 내측링(515)의 6각형 스루홀(515h)에 수용된다. 또한, 내측링(515)은 2개의 직교하는 수평축 L1 및 L2에 대해서만 회전가능하므로, 톱링본체(2)의 회전은 내측링(515)의 6각형 스루홀(515h)을 통해 단면이 6각형인 샤프트형 홀딩부(410)로 전달되고, 이에 따라 리테이너링(3)이 톱링본체(2)와 일체형으로 회전되게 된다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 제1형태에서 사용되는 톱링본체(2)와 일체형으로 리테이너링(3)을 회전하기 위한 구동핀(349)이 제거될 수 있게 된다. 지지기구(512)의 슬라이딩 접촉면에는 상기 제1형태의 지지기구(412)와 동일한 방식으로 저마찰 재료가 제공된다.

도 18 및 도 19는 본 발명에 따른 리테이너링(3)을 냉각시키기 위한 냉각장치를 구비한 폴리싱장치를 도시한 도면들이다. 도 18은 폴리싱장치의 일부분을 도시한 개략적인 단면도이고, 도 19는 폴리싱장치를 도시한 개략적인 평면도이다. 도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, SUS 등으로 이루어진 금속링(440)은 리테이너링(3)의 링부재(408)에 끼워진다. 톱링(1)에 인접하여 노즐블럭(520)이 배치된다. 노즐블럭(520)은 복수의 노즐(520a)을 구비하고, 압축공기나 질소가스와 같은 가압가스 또는 미스트와 같은 가압유체가 유체공급원으로부터 노즐블럭(520)으로 공급된다. 링부재(408)의 온도는 링부재(408)와 폴리싱면 간의 마찰열에 의하여 증가한다. 가압유체는 상기 가압유체를 유체공급원으로부터 노즐블럭(520)으로 공급함으로써, 노즐(520a)로부터 금속링(440)의 외주면 상으로 공급된다. 그러므로, 링부재(408)가 냉각되고, 링부재(408)의 온도가 증가하는 것이 방지될 수 있어, 링부재(408)의 열팽창을 억제하게 된다. 따라서, 링부재(408)에 의하여 폴리싱패드(101)의 패드면의 형상을 보정하는 효과가 오랫동안 유지될 수 있다.

지금까지 본 발명의 소정의 바람직한 실시예들을 상세히 도시 및 기술하였지만, 첨부된 청구범위를 벗어나지 않으면서 각종 변경 및 변형들이 가능하다는 것은 자명하다.

본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 폴리싱 대상물(기판)을 평탄경면마무리로 폴리싱하기 위한 폴리싱장치에 적용가능하다. 상기 폴리싱장치는 반도체디바이스제조공정에 사용된다.

Claims (18)

1. 기판을 폴리싱하는 장치에 있어서,
   폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블;
   가압유체가 공급되기 위하여 압력챔버를 구비하고, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때, 유체 압력으로 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링본체; 및
   상기 톱링본체의 외주부에 제공되며, 상기 톱링본체와 독립적으로 움직일 수 있고 상기 폴리싱면을 가압하도록 구성된 리테이너링을 포함하여 이루어지고,
   상기 기판의 폴리싱 중에, 상기 기판으로부터 상기 리테이너링으로 인가되는 횡력을 수용하기 위한 받침점(fulcrum)이 상기 기판의 중심부 상방에 위치하는 폴리싱장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 리테이너링은 상기 받침점에 대하여 틸팅가능한 폴리싱장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 리테이너링은 상기 받침점을 통과하는 축선 상에 상하로 이동가능하게 지지되는 폴리싱장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 톱링본체는 가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 1 이상의 탄성막을 구비하고,
   상기 받침점은 상기 기판의 중심부에 위치한 상기 압력챔버 상방에 위치하는 폴리싱장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 받침점은 상기 톱링본체에 의해 상기 리테이너링을 지지하기 위한 지지기구의 회전중심에 위치하는 폴리싱장치.
6. 기판을 폴리싱하는 장치에 있어서,
   폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블;
   가압유체가 공급되기 위하여 압력챔버를 구비하고, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때, 유체 압력으로 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링본체; 및
   상기 톱링본체의 외주부에 제공되며, 상기 톱링본체와 독립적으로 움직일 수 있고 상기 폴리싱면을 가압하도록 구성된 리테이너링을 포함하여 이루어지고,
   상기 리테이너링으로 하여금 상기 폴리싱면의 움직임을 따르도록 하기 위해 상기 리테이너링을 틸팅가능하게 지지하기 위한 지지기구가 상기 기판의 중심부 상방에 위치하는 폴리싱장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 지지기구는 상기 리테이너링을 상하로 이동가능하게 지지하는 폴리싱장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 리테이너링은 상기 지지기구에 의해 상기 톱링본체와 독립적으로 이동가능한 폴리싱장치.
9. 제6항에 있어서,
   상기 지지기구의 슬라이딩 접촉면은 저마찰 재료로 이루어지는 폴리싱장치.
10. 제6항에 있어서,
    상기 리테이너링은, 상기 기판의 주변 에지를 지지하도록 구성된 링부재, 상기 톱링본체의 중심부에 배치되고 상기 링부재를 지지하도록 구성된 홀딩부 및 상기 링부재와 상기 홀딩부를 연결하기 위한 연결부를 포함하여 이루어지고,
    상기 홀딩부는 상기 지지기구에 의해 지지되는 폴리싱장치.
11. 제6항에 있어서,
    상기 톱링본체는 가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 1 이상의 탄성막을 구비하고,
    상기 지지기구는 상기 기판의 중심부에 위치한 상기 압력챔버 상방에 위치하는 폴리싱장치.
12. 제6항에 있어서,
    상기 지지기구는 구면(spherical surface)으로 상기 리테이너링을 회전가능하게 지지하기 위한 구면베어링기구를 포함하여 이루어지는 폴리싱장치.
13. 제6항에 있어서,
    상기 지지기구는 상기 리테이너링을 두 직교축을 중심으로 회전가능하게 지지하기 위한 자이로기구(gyro mechanism)를 포함하여 이루어지는 폴리싱장치.
14. 제6항에 있어서,
    상기 리테이너링에 금속링이 장착되는 폴리싱장치.
15. 제6항에 있어서,
    상기 리테이너링을 냉각하기 위한 유체를 공급하도록 구성된 노즐을 더 포함하여 이루어지는 폴리싱장치.
16. 제6항에 있어서,
    상기 톱링본체에 제공되며, 상기 톱링본체로부터 상기 리테이너링으로 회전력을 전달하도록 구성된 회전구동유닛을 더 포함하여 이루어지는 폴리싱장치.
17. 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블과,
    가압유체가 공급되는 압력챔버를 구비하고, 상기 압력챔버에 가압유체를 공급하여 유체 압력에 의해 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하는 톱링본체와,
    상기 톱링본체의 외주부에 설치되며, 또한 상기 톱링본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 설치되고, 상기 폴리싱면을 가압하는 리테이너링을 포함하고,
    상기 기판의 폴리싱 중에, 기판으로부터 상기 리테이너링에 인가되는 횡방향의 힘을 받는 지지기구를 상기 기판의 중심부의 상방에 위치시키도록 한 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
18. 제1항, 제6항 또는 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리테이너링과 상기 톱링본체와의 사이를 연결하는 연결시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
    

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