KR101879462B1 - 기판 유지 장치, 연마 장치 및 연마 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 유지 장치는, 기판을 유지하여 연마 패드에 압박하는 장치이다. 기판 유지 장치는, 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하고, 기판을 둘러싸도록 배치된 내측 리테이너 링과, 내측 리테이너 링을 연마 패드의 연마면에 대하여 누르는 내측 압박 기구와, 내측 리테이너 링 및 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능한 외측 리테이너 링과, 외측 리테이너 링을 연마면에 대하여 누르는 외측 압박 기구와, 기판의 연마 중에 기판으로부터 내측 리테이너 링에 가해지는 횡방향의 힘을 받고, 외측 리테이너 링을 틸팅 가능하게 지지하는 지지 기구를 구비한다.

Description

기판 유지 장치, 연마 장치 및 연마 방법{SUBSTRATE HOLDING APPARATUS, GRINDING APPARATUS AND GRINDING METHOD}
본 발명은, 웨이퍼 등의 기판을 연마하는 연마 장치에 사용되는 기판 유지 장치에 관한 것으로, 특히 기판을 유지하여 연마면에 누르는 기판 유지 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이러한 기판 유지 장치를 이용한 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화ㆍ고밀도화에 따라, 회로의 배선이 점점 더 미세화하고, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하고자 하면, 하측의 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 보다 커지기 때문에, 배선 층수가 증가함에 따라서, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서 다층 배선을 행하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하고, 적당한 과정에서 평탄화 처리해야 한다. 또한, 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지기 때문에, 반도체 디바이스의 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하로 수습되도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리해야 한다.
따라서 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화가 점점 더 중요하게 되고 있다. 이 표면의 평탄화에 있어서 가장 중요한 기술은, 화학 기계 연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing))이다. 이 화학 기계 연마는, 연마 장치를 이용하여, 실리카(SiO2) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드의 연마면 상에 공급하면서 웨이퍼를 연마면에 슬라이딩 접촉시켜 연마를 하는 것이다.
이러한 종류의 연마 장치는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 웨이퍼를 유지하기 위한 톱링 또는 연마 헤드 등으로 지칭되는 기판 유지 장치를 구비하고 있다. 이러한 연마 장치를 이용하여 웨이퍼를 연마하는 경우에는, 기판 유지 장치에 의해 웨이퍼를 유지하면서, 이 웨이퍼를 연마 패드의 연마면에 대하여 소정의 압력으로 누른다. 이 때, 연마 테이블과 기판 유지 장치를 상대 운동시킴으로써 웨이퍼가 연마면에 슬라이딩 접촉하여, 웨이퍼의 표면이 평탄하게 또한 경면으로 연마된다.
연마 중의 웨이퍼와 연마 패드의 연마면의 사이의 상대적인 압박력이 웨이퍼의 전면에 걸쳐 균일하지 않은 경우에는, 웨이퍼의 각 부분에 부여되는 압박력에 따라서 연마 부족이나 과연마가 생기게 된다. 따라서 웨이퍼에 대한 압박력을 균일화하기 위해서, 기판 유지 장치의 하부에 탄성막으로 형성되는 압력실을 설치하고, 이 압력실에 공기 등의 유체를 공급함으로써 탄성막을 통해 유체압에 의해 웨이퍼를 압박하고 있다.
이 경우, 상기 연마 패드는 탄성을 갖기 때문에, 연마 중인 웨이퍼의 에지부(주연부)에 가해지는 압박력이 불균일하게 되어, 웨이퍼의 에지부만이 많이 연마되는, 소위 「가장자리 처짐」을 일으키는 경우가 있다. 이러한 가장자리 처짐을 방지하기 위해서, 웨이퍼의 에지부를 유지하는 리테이너 링을 톱링 본체(또는 캐리어 헤드 본체)에 대하여 상하 이동 가능하게 설치하고, 웨이퍼의 외주 가장자리측에 위치하는 연마 패드의 연마면을 리테이너 링으로 압박하도록 하고 있다.
최근, 웨이퍼의 에지부 부근의 연마 프로파일을 제어하는 것에 대한 요청이 높아지고 있다. 이러한 요청에 응하기 위해서, 웨이퍼의 외주측에 직경이 다른 2개의 리테이너 링을 배치한 기판 유지 장치가 제안되어 있다. 예컨대, 일본 특허 공개 2008-302464호 공보에 개시되는 기판 유지 장치에서는, 제1 리테이너 링 및 제2 리테이너 링의 각각의 압박력을 독립적으로 제어할 수 있어, 연마 프로파일의 균일성을 높일 수 있는 것으로 되어 있다.
본 발명자는, 여러 가지의 실험을 한 결과, 웨이퍼의 연마 중에, 웨이퍼와 연마면의 사이에 생기는 마찰력에 의해서 웨이퍼가 리테이너 링의 내주면에 압박된 상태가 되고, 웨이퍼는 연마 패드의 회전 방향에 있어서 하류측의 부위에서는 웨이퍼의 중심부에 비교해서 매우 높은 연마 속도로 연마되는 것을 알았다. 또한, 본 발명자는, 이와 같이 연마되는 웨이퍼에 대하여 단순히 직경이 다른 2개의 리테이너 링을 이용하더라도, 웨이퍼의 에지부에서는 연마 프로파일을 조정할 수 없고, 바람직한 연마 프로파일을 얻을 수 없는 경우가 있는 것을 발견했다.
연마 중, 웨이퍼와 연마 패드의 사이에는 마찰력이 발생한다. 이 마찰력은 리테이너 링에 횡방향(수평 방향)의 힘으로서 작용한다. 일본 특허 공개 2007-268654호 공보(이하, 특허문헌이라 함)에 개시되는 기판 유지 장치에서는, 이 횡방향의 힘을 리테이너 링의 외주측에 배치된 리테이너 링 가이드로 지지하도록 구성되어 있다. 그러나 리테이너 링 가이드가 리테이너 링을 지지하는 점은 연마면으로부터 이격되어 있기 때문에, 웨이퍼로부터 횡방향의 힘을 받은 리테이너 링이 이 지지점을 중심으로 기울게 된다. 이 때문에, 리테이너 링이 소망의 압박력을 연마면에 균일하게 부여할 수 없다고 하는 문제점이 있다. 또한, 웨이퍼로부터 받는 횡방향의 힘에 의해, 리테이너 링이 국소적으로 변형되어 버리는 경우가 있다. 이와 같이 변형된 부위는, 리테이너 링이 소망의 압박력을 연마면에 부여하는 것을 방해하게 된다.
또한, 상기 특허문헌에 기재된 기판 유지 장치에서는, 리테이너 링의 외측면과 리테이너 링 가이드의 내측면이 슬라이딩 접촉하기 때문에, 이 슬라이딩 접촉부에서 마모 가루가 발생한다. 이 마모 가루가 연마면에 낙하하면 웨이퍼의 결함의 원인이 되기 때문에, 마모 가루가 연마면에 낙하하는 것을 막기 위한 탄성 시트가 설치되어 있다. 그러나 리테이너 링의 지지점(즉, 리테이너 링과 리테이너 링 가이드의 접촉점)을 내려서 리테이너 링의 기울기를 억제하고자 하면, 이 탄성 시트를 설치할 수 없게 되어, 마모 가루가 연마면에 낙하하게 된다.
일본 특허 공개 2009-190101호 공보에 개시된 기판 유지 장치에서는, 상기 특허문헌에 개시되는 리테이너 링 가이드를 리테이너 링의 외주측에는 설치하지 않고, 웨이퍼로부터 리테이너 링에 가해지는 횡방향의 힘을 웨이퍼 중심부의 상측에 설치된 구면 베어링으로 지지하도록 구성되어 있다. 따라서 리테이너 링의 외주측에서는 마모 가루가 발생하지 않게 되어, 마모 가루가 연마면에 낙하하는 일은 없다.
그러나 이 구면 베어링은 연마면으로부터 이격된 위치에 있기 때문에, 웨이퍼로부터 횡방향의 힘을 받은 리테이너 링이 이 구면 베어링을 중심으로 기울고, 그 결과 리테이너 링이 소망의 압박력을 균일하게 연마면에 부여할 수 없다. 또한, 웨이퍼로부터 받는 횡방향의 힘에 의해 리테이너 링이 국소적으로 변형되어 버려, 리테이너 링이 소망의 압박력을 연마면에 부여할 수 없다고 하는 문제점이 있다.
본 발명은, 기판의 에지부의 연마 프로파일을 조정 가능한 기판 유지 장치와, 이러한 기판 유지 장치를 이용한 연마 장치 및 연마 방법을 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
본 발명은, 마모 가루 등의 이물이 연마면에 낙하하는 것을 막고, 리테이너 링이 소망의 압박력을 균일하게 연마면에 부여할 수 있는 기판 유지 장치와, 이러한 기판 유지 장치를 이용한 연마 장치 및 연마 방법을 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
전술한 제1 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제1 양태는, 기판을 연마면에 누르기 위한 탄성막을 유지하는 톱링 본체와, 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하고, 상기 기판을 둘러싸도록 배치된 내측 리테이너 링과, 상기 내측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 내측 압박 기구와, 상기 내측 리테이너 링의 반경 방향 외측에 설치되고, 상기 내측 리테이너 링 및 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능한 외측 리테이너 링과, 상기 외측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 외측 압박 기구와, 상기 기판의 연마 중에 기판으로부터 상기 내측 리테이너 링에 가해지는 횡방향의 힘을 받고, 상기 외측 리테이너 링을 틸팅 가능하게 지지하는 지지 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치이다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 지지 기구가 구면 베어링인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 내측 압박 기구 및 상기 외측 압박 기구가, 상기 내측 리테이너 링 및 상기 외측 리테이너 링을 각각 독립적으로 상기 연마면에 압박할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 외측 리테이너 링의 틸팅 중심이 상기 외측 리테이너 링의 중심축선 상에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 외측 리테이너 링은, 상기 지지 기구에 의해 상하 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 양태는, 기판을 연마면에 누르기 위한 탄성막을 유지하는 톱링 본체와, 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하고, 상기 기판을 둘러싸도록 배치된 내측 리테이너 링과, 상기 내측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 내측 압박 기구와, 상기 내측 리테이너 링의 반경 방향 외측에 설치되고, 상기 톱링 본체에 고정된 외측 리테이너 링과, 상기 톱링 본체에 하향의 하중을 전달하는 하중 전달 부재와, 상기 하중 전달 부재에 대한 상기 톱링 본체의 틸팅을 허용하는 구면 베어링을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치이다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 톱링 본체의 틸팅 중심이 상기 구면 베어링의 구면의 중심에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 톱링 본체가, 상기 탄성막을 유지하는 캐리어와, 상기 캐리어를 상하 이동시키는 상하 이동 기구를 구비하고 있다.
본 발명의 다른 양태는, 상기 기판 유지 장치와, 연마면을 갖는 연마 패드를 지지하는 연마 테이블을 구비한 것을 특징으로 하는 연마 장치이다.
본 발명의 제3 양태는, 연마 패드를 회전시켜, 상기 연마 패드의 연마면 상에 연마액을 공급하고, 상기 기판 유지 장치로 기판을 상기 연마면에 압박함으로써 상기 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이다.
전술한 제2 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제4 양태는, 기판을 연마면에 누르기 위한 탄성막을 유지하는 톱링 본체와, 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하고, 상기 기판을 둘러싸도록 배치된 내측 리테이너 링과, 상기 내측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 내측 압박 기구와, 상기 내측 리테이너 링의 반경 방향 외측에 설치되고, 상기 내측 리테이너 링 및 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능한 외측 리테이너 링과, 상기 외측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 외측 압박 기구와, 상기 기판의 연마 중에 기판으로부터 상기 내측 리테이너 링에 가해지는 횡방향의 힘을 받고, 상기 내측 리테이너 링으로부터 상기 외측 리테이너 링으로의 상기 횡방향의 힘의 전달을 허용하지 않는 지지 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치이다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 지지 기구가, 상기 톱링 본체 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 내측 압박 기구 및 상기 외측 압박 기구가, 상기 내측 리테이너 링 및 상기 외측 리테이너 링을 각각 독립적으로 상기 연마면에 압박할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 내측 리테이너 링이, 틸팅 가능하게 상기 지지 기구에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 내측 리테이너 링의 틸팅 중심이, 상기 지지 기구의 하측에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 내측 리테이너 링의 틸팅 중심이, 상기 연마면 상에 또는 상기 연마면의 근방에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 내측 리테이너 링이, 상기 지지 기구에 의해 상하 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 양태는, 기판을 연마면에 누르기 위한 탄성막을 유지하는 톱링 본체와, 상기 기판을 둘러싸도록 배치되고, 상기 연마면에 접촉하는 리테이너 링과, 상기 리테이너 링을 틸팅 가능하게 지지하는 구면 베어링을 구비하며, 상기 리테이너 링의 틸팅 중심이, 상기 구면 베어링의 하측에 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치이다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 압박 기구를 더 구비하고, 상기 리테이너 링은, 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 리테이너 링이, 상기 구면 베어링에 의해 상하 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 구면 베어링이, 상기 리테이너 링에 연결된, 부분 구각 형상을 갖는 중간륜과, 상기 중간륜을 위로부터 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 외륜과, 상기 중간륜을 아래로부터 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 내륜을 구비하며, 상기 외륜, 상기 중간륜 및 상기 내륜의 미끄럼 접촉면은, 구면의 상반부보다 작은 부분 구면 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 외륜, 상기 중간륜 및 상기 내륜 중 적어도 하나의 상기 미끄럼 접촉면이, 세라믹으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 리테이너 링의 틸팅 중심이, 상기 연마면 상에 또는 상기 연마면의 근방에 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 리테이너 링이 내측 리테이너 링이며, 상기 내측 리테이너 링의 반경 방향 외측에 설치되고, 상기 연마면에 접촉하는 외측 리테이너 링을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 외측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 외측 압박 기구를 더 구비하고, 상기 외측 리테이너 링은, 상기 내측 리테이너 링 및 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 양태는, 기판을 연마면에 누르기 위한 탄성막을 유지하는 톱링 본체와, 상기 기판을 둘러싸도록 배치되고, 상기 연마면에 접촉하는 내측 리테이너 링과, 상기 내측 리테이너 링의 반경 방향 외측에 설치되고, 상기 연마면에 접촉하는 외측 리테이너 링과, 상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링 사이의 간극을 막는 배리어 시일을 구비한 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치이다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 내측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 내측 압박 기구를 더 구비하고, 상기 내측 리테이너 링은, 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 외측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 외측 압박 기구를 더 구비하고, 상기 외측 리테이너 링은, 상기 내측 리테이너 링 및 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링이, 상기 배리어 시일의 하측에서는 상호 접촉하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 기판의 연마 중에 기판으로부터 상기 내측 리테이너 링에 가해지는 횡방향의 힘을 받고, 상기 외측 리테이너 링을 틸팅 가능하게 지지하는 지지 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 기판의 연마 중에 기판으로부터 상기 내측 리테이너 링에 가해지는 횡방향의 힘을 받고, 상기 내측 리테이너 링으로부터 상기 외측 리테이너 링으로의 상기 횡방향의 힘의 전달을 허용하지 않는 지지 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 양태는, 상기 지지 기구가, 상기 톱링 본체 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제7 양태는, 상기 기판 유지 장치와, 연마면을 갖는 연마 패드를 지지하는 연마 테이블을 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치이다.
본 발명의 제8 양태는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블을 회전시켜, 상기 연마 패드의 연마면 상에 연마액을 공급하고, 상기 기판 유지 장치로 기판을 상기 연마면에 압박함으로써 상기 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 연마 방법이다.
전술한 본 발명의 제1 양태에 따르면, 기판에 작용하는 마찰력은 내측 리테이너 링을 통해 외측 리테이너 링에 전해진다. 기판의 마찰력을 간접적으로 받는 외측 리테이너 링은, 연마 중에 지지 기구의 지지점을 중심으로 기운 상태로 되어 있다. 즉, 외측 리테이너 링은, 연마면의 회전 방향으로 기판의 상류측에서는 가라앉는 방향으로 기울고, 기판의 하류측에서는 부상하는 방향으로 기운다. 이와 같이 기운 상태의 외측 리테이너 링의 하중을 변경(예컨대, 증가)시킨 경우, 기판의 하류측의 영역에서 가장 현저히 연마면에 대한 하중의 변화가 발생한다. 지지 기구의 지지점을 중심으로 하여 외측 리테이너 링을 적극적으로 기울임으로써, 원래의 연마 속도가 높기 때문에 하중 변화의 영향을 가장 받기 쉬운 하류측 에지부에서의 연마 프로파일을 변화시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 외측 리테이너 링의 하중 조정에 의해 기판의 에지부 전체의 연마 프로파일의 조정이 가능해진다. 또한, 외측 리테이너 링은 지지 기구에 의해 상하 이동 가능하게 지지되어 있기 때문에, 외측 리테이너 링의 마모의 허용량을 크게 하는 것이 가능하고, 외측 리테이너 링의 라이프 타임을 길게 할 수 있다.
전술한 본 발명의 제2 양태에 따르면, 전술한 제1 양태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 톱링 본체에 고정된 외측 리테이너 링을 구면 베어링으로 적극적으로 기울여, 하류측 에지부에서의 연마 프로파일을 변화시킴으로써, 전체로서 기판 에지부의 연마 프로파일의 조정이 가능해진다.
전술한 본 발명의 제4 양태에 따르면, 기판으로부터 횡방향의 힘을 받는 내측 리테이너 링의 외주측에 외측 리테이너 링이 별도로 배치된다. 내측 리테이너 링과 외측 리테이너 링은 각각 독립적으로 연마면을 압박할 수 있다. 내측 리테이너 링에 작용하는 횡방향의 힘이 지지 기구에 의해서 받쳐지고, 기판의 연마 중에 내측 리테이너 링이 기판으로부터 받는 횡방향의 힘은, 외측 리테이너 링에는 작용하지 않는다. 따라서 외측 리테이너 링의 연마면에 대한 기울기나 국소적인 변형을 억제할 수 있어, 외측 리테이너 링이 연마면에 소망의 압박력을 부여할 수 있다.
전술한 본 발명의 제5 양태에 따르면, 리테이너 링의 틸팅 중심은, 구면 베어링의 하측에 위치한다. 따라서 리테이너 링의 틸팅 중심을 낮게 하여, 연마면 상에 또는 연마면에 근접시킬 수 있다. 이에 따라, 리테이너 링에 작용하는 힘의 모멘트가 0이거나 매우 작아진다. 따라서 리테이너 링의 틸팅을 억제할 수 있어, 리테이너 링이 소망의 압박력을 연마면에 대하여 균일하게 부여할 수 있다. 또한, 상기 리테이너 링을 내측 리테이너 링으로 하고, 상기 내측 리테이너 링의 외주측에 외측 리테이너 링을 배치하는 것도 가능하다. 외측 리테이너 링은, 기판과 연마면의 마찰력에 기인하는 횡방향의 힘을 받지 않는 구성으로 되어있기 때문에, 외측 리테이너 링의 연마면에 대한 기울기나 국소적인 변형은 생기지 않는다. 따라서 외측 리테이너 링은 연마면에 소망의 압박력을 균일하게 부여할 수 있다.
전술한 본 발명의 제6 양태에 따르면, 기판으로부터 횡방향의 힘을 받는 내측 리테이너 링의 외주측에 외측 리테이너 링이 배치된다. 내측 리테이너 링과 외측 리테이너 링을 갖춘 기판 유지 장치에서는, 2개의 리테이너 링 상방에는 회전 구동력 및 압박력의 전달을 위해 여러 가지 미끄럼 접촉부가 존재한다. 이들 미끄럼 접촉부로부터의 마모 가루 등이 2개의 리테이너 링 사이의 간극으로부터 연마면에 낙하하는 것이 있다. 반대로 연마액(슬러리)이 기판 유지 장치 내에 침입하여, 기판 유지 장치의 동작을 방해하는 일도 있다. 본 발명의 제6 양태에 따르면, 내측 리테이너 링과 외측 리테이너 링의 사이에 배리어 시일이 설치된다. 이 배리어 시일에 의해, 마모 가루의 연마면에의 낙하가 방지될 뿐 아니라, 연마액의 기판 유지 장치 내에의 침입이 방지된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 기판 유지 장치(톱링)를 구비한 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 모식도이다.
도 2는 도 1에 표시된 톱링의 단면도이다.
도 3은 톱링의 다른 단면도이다.
도 4는 톱링의 또 다른 단면도이다.
도 5는 톱링의 평면도이다.
도 6은 도 2에 도시하는 A-A선을 따른 단면도이다.
도 7은 도 4에 도시하는 B-B선을 따른 단면도이다.
도 8은 도 1에 도시하는 톱링의 부분 확대도이다.
도 9는 구면 베어링의 확대 단면도이다.
도 10a는 축부가 구면 베어링에 대하여 상하 이동하고 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 10b는 축부가 중간륜과 함께 틸팅하고 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 10c는 축부가 중간륜과 함께 틸팅하고 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 11은 연마 패드, 웨이퍼, 내측 리테이너 링, 외측 리테이너 링을 위에서 본 모식도이다.
도 12a는 내측 리테이너 링 및 외측 리테이너 링을 아래에서 도면이다.
도 12b는 도 12a에 도시하는 C-C선을 따른 단면도이다.
도 13a는 내측 리테이너 링과 외측 리테이너 링의 하면에 각각 설치된 레이디얼 홈의 예를 도시하는 도면이다.
도 13b는 레이디얼 홈의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 13c는 레이디얼 홈의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 14a는 레이디얼 홈의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 14b는 레이디얼 홈의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 14c는 레이디얼 홈의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 15a는 레이디얼 홈의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 15b는 레이디얼 홈의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 15c는 레이디얼 홈의 또 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 16은 외측 리테이너 링에 관통 구멍을 형성한 예를 도시하는 단면도이다.
도 17은 구면 베어링의 다른 구성예를 도시하는 도면이다.
도 18a는 축부가 구면 베어링에 대하여 상하 이동하고 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 18b는 축부가 내륜과 함께 틸팅하고 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 18c는 축부가 내륜과 함께 틸팅하고 있는 모습을 도시한 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 기판 유지 장치(톱링)의 다른 실시형태를 도시하는 단면도이다.
도 20은 도 19에 도시하는 톱링 본체, 내측 리테이너 링 및 외측 리테이너 링을 위로부터 본 도면이다.
도 21은 도 19에 도시하는 톱링의 일부를 도시하는 확대 단면도이다.
도 22는 도 19에 도시하는 톱링의 변형예를 도시하는 모식도이다.
도 23은 도 19에 도시하는 톱링의 다른 변형예를 도시하는 모식도이다.
도 24는 또 다른 실시형태에 따른 톱링의 단면도이다.
도 25는 도 24에 도시하는 톱링의 다른 단면도이다.
도 26은 도 24에 도시하는 톱링의 또 다른 단면도이다.
도 27은 도 24에 도시하는 톱링의 평면도이다.
도 28은 도 24에 도시하는 D-D선의 단면도이다.
도 29는 도 26에 도시하는 E-E선의 단면도이다.
도 30은 도 24에 도시하는 톱링의 부분 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 도면에 있어서 동일하거나 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙여 중복 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 일실시형태에 따른 기판 유지 장치를 갖춘 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 연마 패드(2)를 지지하는 연마 테이블(3)과, 연마 대상물인 웨이퍼(W)를 유지하여 연마 패드(2)에 누르는 기판 유지 장치로서의 톱링(1)을 구비하고 있다.
연마 테이블(3)은, 테이블 축(3a)을 통해 그 하측에 배치되는 모터(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 그 테이블 축(3a)을 중심으로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 패드(2)는, 연마 테이블(3)의 상면에 부착되어 있고, 연마 패드(2)의 상면(2a)이 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이블(3)의 상측에는 연마액 공급 기구(5)가 설치되어 있고, 이 연마액 공급 기구(5)에 의해서 연마 패드(2) 상에 연마액이 공급되도록 되어 있다.
톱링(1)은, 톱링 샤프트(7)에 접속되어 있고, 이 톱링 샤프트(7)는, 톱링 헤드(8) 내에 설치된 상하 이동 기구(도시하지 않음)에 의해 상하 이동하도록 되어 있다. 이 톱링 샤프트(7)의 상하 이동에 의해, 톱링 헤드(8)에 대하여 톱링(1) 전체를 화살표로 도시한 바와 같이 승강시켜, 위치 결정하도록 되어 있다. 또한, 톱링 샤프트(7)는, 톱링 헤드(8) 내에 설치된 회전 기구(도시하지 않음)에 의해 회전하도록 되어 있다. 따라서 톱링(1)은, 톱링 샤프트(7)의 회전에 따라, 화살표로 도시한 바와 같이 자신의 축심을 중심으로 회전한다. 상술한 톱링(1)의 상하 이동 기구 및 회전 기구에는, 공지의 기술을 이용할 수 있다.
톱링(1) 및 연마 테이블(3)은 화살표로 도시한 바와 같이 회전하고, 이 상태에서 톱링(1)은, 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 압박한다. 연마액 공급 기구(5)로부터 연마액이 연마 패드(2) 상에 공급되고, 웨이퍼(W)는, 연마 패드(2)와 웨이퍼(W)의 사이에 연마액이 존재하는 상태로 연마 패드(2)와의 미끄럼 접촉에 의해 연마된다.
다음으로, 기판 유지 장치를 구성하는 톱링(1)에 관해서 설명한다. 도 2 내지 도 4는, 연마 대상물인 웨이퍼(W)를 유지하여 연마 테이블(3) 상의 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 누르는 톱링(1)을 도시한 도면이며, 복수의 반경 방향을 따라서 절단한 단면도이다. 도 5는 톱링(1)의 평면도이며, 도 6은 도 2에 도시하는 A-A선을 따른 단면도이며, 도 7은 도 4에 도시하는 B-B선을 따른 단면도이다.
톱링(1)은, 웨이퍼(W)를 연마면(2a)에 대하여 누르는 톱링 본체(10)와, 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 배치된 내측 리테이너 링(20)과, 이 내측 리테이너 링(20)을 둘러싸도록 배치된 외측 리테이너 링(30)을 구비하고 있다. 톱링 본체(10), 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 샤프트(7)의 회전에 의해 일체로 회전하도록 구성되어 있다. 내측 리테이너 링(20)은 톱링 본체(10)의 반경 방향 외측에 위치하고, 외측 리테이너 링(30)은 내측 리테이너 링(20)의 반경 방향 외측에 위치하고 있다. 내측 리테이너 링(20)은, 톱링 본체(10) 및 외측 리테이너 링(30)과는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10) 및 내측 리테이너 링(20)과는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있다.
톱링 본체(10)는, 원형의 플랜지(41)와, 플랜지(41)의 하면에 부착된 스페이서(42)와, 스페이서(42)의 하면에 부착된 캐리어(43)를 구비하고 있다. 플랜지(41)는, 도시하지 않은 볼트에 의해 톱링 샤프트(7)에 연결되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 스페이서(42)는, 볼트(15)에 의해 플랜지(41)에 고정되어 있고, 캐리어(43)는 메인터넌스 볼트(16)에 의해 스페이서(42)에 고정되어 있다. 도 4는 메인터넌스 볼트(16)가 캐리어(43)로부터 떨어져 있는 상태를 나타내고 있다. 플랜지(41), 스페이서(42) 및 캐리어(43)로 구성된 톱링 본체(10)는, 엔지니어링 플라스틱(예컨대, PEEK) 등의 수지에 의해 형성된다. 또, 플랜지(41)를 SUS, 알루미늄 등의 금속으로 형성하더라도 좋다.
캐리어(43)의 하면에는, 웨이퍼(W)의 이면에 접촉하는 탄성막(45)이 부착되어 있다. 이 탄성막(45)은, 환상의 에지 홀더(50)와, 환상의 리플 홀더(51, 52)를 따라서 캐리어(43)의 하면에 부착되어 있다. 에지 홀더(50)는 캐리어(43)의 외주부에 배치되어 있고, 리플 홀더(51, 52)는 에지 홀더(50)의 내측에 배치되어 있다. 탄성막(45)은, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해서 형성되어 있다.
도 8은, 도 2에 도시하는 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 확대 단면도이다. 도 8에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)은, 톱링 본체(10)의 외주부에 배치되어 있다. 이 내측 리테이너 링(20)은, 연마 패드(2)의 연마면(2a)(도 1 참조)에 접촉하는 내측 링 부재(21)와, 이 내측 링 부재(21)의 상부에 고정된 내측 드라이브 링(22)을 갖고 있다. 내측 링 부재(21)는, 복수의 볼트(24)에 의해서 내측 드라이브 링(22)에 결합되어 있다. 내측 링 부재(21)는, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리를 둘러싸도록 배치되어 있고, 웨이퍼(W)의 연마 중에 웨이퍼(W)가 톱링(1)으로부터 튀어나가지 않도록 웨이퍼(W)를 유지하고 있다.
내측 리테이너 링(20)의 상부는, 내측 압박 기구(60)에 연결되어 있고, 이 내측 압박 기구(60)에 의해 내측 리테이너 링(20)의 하면[즉, 내측 링 부재(21)의 하면]이 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 압박되도록 되어 있다. 내측 드라이브 링(22)은, SUS 등의 금속 재료 또는 세라믹으로 구성되고, 내측 링 부재(21)는, PEEK이나 PPS 등의 수지 재료로 구성되어 있다.
내측 압박 기구(60)는, 내측 드라이브 링(22)의 상부에 고정된 내측 피스톤(61)과, 내측 피스톤(61)의 상면에 접속된 내측 롤링 다이어프램(62)과, 내측 롤링 다이어프램(62)을 수용하는 내측 실린더(63)를 구비하고 있다. 내측 롤링 다이어프램(62)의 상단은 유지 부재(64)에 의해 유지되고, 이 유지 부재(64)는 볼트(65)에 의해 내측 실린더(63)의 상부에 고정되어 있다.
내측 리테이너 링(20)은, 내측 압박 기구(60)에 착탈 가능하게 연결되어 있다. 보다 구체적으로는, 내측 피스톤(61)은 금속 등의 자성재로 형성되어 있고, 내측 드라이브 링(22)의 상부에는 복수의 자석(68)이 배치되어 있다. 이들 자석(68)이 내측 피스톤(61)을 당김으로써, 내측 리테이너 링(20)이 내측 피스톤(61)에 자력에 의해 고정된다. 내측 피스톤(61)의 자성재로서는, 예컨대, 내식성의 자성 스테인리스가 사용된다. 또, 내측 드라이브 링(22)을 자성재로 형성하고, 내측 피스톤(61)에 자석을 배치하더라도 좋다.
내측 롤링 다이어프램(62)의 내부에는 내측 압력실(69)이 형성되어 있다. 이 내측 압력실(69)은, 유로(70; 모식적으로 도시함)를 통해 도시하지 않는 유체 공급원에 접속되어 있다. 이 유체 공급원으로부터 내측 압력실(69)에 가압 유체(예컨대, 가압 공기)를 공급하면, 내측 롤링 다이어프램(62)이 내측 피스톤(61)을 아래쪽으로 밀어 내리고, 또한 내측 피스톤(61)은 내측 리테이너 링(20)을 아래쪽으로 밀어 내린다. 이와 같이 하여, 내측 압박 기구(60)는, 내측 리테이너 링(20)의 하면[즉, 내측 링 부재(21)의 하면]을 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 누른다. 내측 압력실(69)은, 또한 진공 펌프(도시하지 않음)에도 접속되어 있고, 이 진공 펌프에 의해 내측 압력실(69) 내에 부압을 형성함으로써, 내측 리테이너 링(20)을 상승시킬 수 있다. 또한, 내측 압력실(69)은 대기 개방 기구(도시하지 않음)에도 접속되어 있고, 내측 압력실(69)을 대기 개방하는 것도 가능하다.
외측 리테이너 링(30)은, 내측 리테이너 링(20)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 이 외측 리테이너 링(30)은, 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 접촉하는 외측 링 부재(31)와, 이 외측 링 부재(31)의 상부에 고정된 외측 드라이브 링(32)을 갖고 있다. 외측 링 부재(31)는, 복수의 볼트(34; 도 3 참조)에 의해서 외측 드라이브 링(32)에 결합되어 있다. 외측 링 부재(31)는, 내측 리테이너 링(20)의 내측 링 부재(21)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 내측 링 부재(21)와 외측 링 부재(31)의 사이에는 간극이 형성되어 있고, 내측 링 부재(21)와 외측 링 부재(31)는 항상 비접촉으로 유지된다.
외측 리테이너 링(30)의 상부는, 외측 압박 기구(80)에 연결되어 있고, 이 외측 압박 기구(80)에 의해 외측 리테이너 링(30)의 하면[즉, 외측 링 부재(31)의 하면]이 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 압박되도록 되어 있다. 외측 드라이브 링(32)은, SUS 등의 금속 재료 또는 세라믹으로 구성되고, 외측 링 부재(31)는, PEEK이나 PPS 등의 수지 재료로 구성되어 있다.
외측 압박 기구(80)는, 외측 드라이브 링(32)의 상부에 고정된 외측 피스톤(81)과, 외측 피스톤(81)의 상면에 접속된 외측 롤링 다이어프램(82)과, 외측 롤링 다이어프램(82)을 수용하는 외측 실린더(83)를 구비하고 있다. 외측 롤링 다이어프램(82)의 상단은 유지 부재(84)에 의해 유지되고, 이 유지 부재(84)는 볼트(85)에 의해 외측 실린더(83)의 상부에 고정되어 있다. 본 실시형태에서는, 내측 실린더(63)와 외측 실린더(83)가 일체로 형성되어 있다.
외측 리테이너 링(30)은, 외측 압박 기구(80)에 착탈 가능하게 연결되어 있다. 보다 구체적으로는, 외측 피스톤(81)은 금속 등의 자성재로 형성되고 있고, 외측 드라이브 링(32)의 상부에는 복수의 자석(88)이 배치되어 있다. 이들 자석(88)이 외측 피스톤(81)을 당김으로써, 외측 리테이너 링(30)이 외측 피스톤(81)에 자력에 의해 고정된다. 또, 외측 드라이브 링(32)을 자성재로 형성하고, 외측 피스톤(81)에 자석을 배치하더라도 좋다.
외측 롤링 다이어프램(82)의 내부에는 외측 압력실(89)이 형성되어 있다. 이 외측 압력실(89)은, 유로(90; 모식적으로 도시함)를 통해 상기 유체 공급원에 접속되어 있다. 이 유체 공급원으로부터 외측 압력실(89)에 가압 유체(예컨대, 가압 공기)를 공급하면, 외측 롤링 다이어프램(82)이 외측 피스톤(81)을 아래쪽으로 밀어 내리고, 또한 외측 피스톤(81)은 외측 리테이너 링(30)을 아래쪽으로 밀어 내린다. 이와 같이 하여, 외측 압박 기구(80)는, 외측 리테이너 링(30)의 하면[즉, 외측 링 부재(31)의 하면]을 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 누른다. 외측 압력실(89)은, 또한 진공 펌프에도 접속되어 있고, 이 진공 펌프에 의해 외측 압력실(89) 내에 부압을 형성함으로써, 외측 리테이너 링(30)을 상승시킬 수 있다. 또한, 외측 압력실(89)은 대기 개방 기구(도시하지 않음)에도 접속되어, 외측 압력실(89)을 대기 개방하는 것도 가능하다.
웨이퍼의 연마 중에는, 탄성막(45)이 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 압박하고, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)이 연마 패드(2)의 연마면(2a)을 직접 누른다. 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10)에 대하여 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되고, 각각 내측 압박 기구(60) 및 외측 압박 기구(80)에 연결되어 있다. 따라서 내측 압박 기구(60) 및 외측 압박 기구(80)는, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)을 각각 독립적으로 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 압박할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 외측 리테이너 링(30)은, 연결 부재(100)를 통해 구면 베어링(111)에 연결되어 있다. 이 구면 베어링(111)은, 내측 리테이너 링(20)의 반경 방향 내측에 배치되어 있다. 연결 부재(100)는, 톱링 본체(10)의 중심부에 배치된 세로 방향으로 연장되는 축부(101)와, 이 축부(101)로부터 방사상으로 연장되는 복수의 스포크(102)를 구비하고 있다. 스포크(102)의 한쪽 단부는, 복수의 볼트(103)에 의해 축부(101)에 고정되어 있고, 스포크(102)의 다른 쪽의 단부는, 외측 리테이너 링(30)의 외측 드라이브 링(32)에 고정되어 있다. 이 실시형태에서는, 스포크(102)와 외측 드라이브 링(32)은 일체로 형성되어 있다.
연결 부재(100)의 축부(101)는, 톱링 본체(10)의 중앙부에 배치된 구면 베어링(111)에 세로 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 이러한 구성에 의해, 연결 부재(100) 및 연결 부재(100)에 고정된 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10)에 대하여 세로 방향으로 이동 가능하게 된다. 축부(101)에는 세로 방향으로 연장되는 관통 구멍(104)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(104)은 축부(101)가 구면 베어링(111)에 대하여 세로 방향으로 이동할 때의 공기 배출 구멍으로서 작용하고, 이에 따라 외측 리테이너 링(30)은 톱링 본체(10)에 대하여 세로 방향으로 원활하게 이동 가능하게 되어 있다.
도 9는, 구면 베어링(111)의 확대 단면도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 구면 베어링(111)은, 연결 부재(100)를 통해 외측 리테이너 링(30)에 연결된 중간륜(114)과, 중간륜(114)을 위로부터 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 외륜(113)과, 중간륜(114)을 아래로부터 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 내륜(115)을 구비하고 있다. 중간륜(114)은, 구각의 상반부보다 작은 부분 구각 형상을 갖고, 외륜(113)과 내륜(115)의 사이에 끼워져 있다.
캐리어(43)의 중앙부에는 오목부(43a)가 형성되어 있고, 외륜(113)은 오목부(43a) 내에 배치되어 있다. 외륜(113)은, 그 외주부에 차양부(113a)를 갖고, 이 차양부(113a)를 오목부(43a)의 단부에 볼트(도시하지 않음)에 의해 고정함으로써, 외륜(113)이 캐리어(43)에 고정되고, 중간륜(114) 및 내륜(115)에 압력을 가하는 것이 가능해진다. 내륜(115)은 오목부(43a)의 저면 상에 배치되고, 중간륜(114)의 하면과 오목부(43a)의 저면의 사이에 간극이 형성되도록, 중간륜(114)을 아래로부터 지지하고 있다.
외륜(113)의 내면(113b), 중간륜(114)의 외면(114a) 및 내면(114b), 그리고 내륜(115)의 외면(115a)은, 지지점 O를 중심으로 한 대략 반구면으로 구성되어 있다. 중간륜(114)의 외면(114a)은, 외륜(113)의 내면(113b)에 미끄럼 이동 가능하게 접촉하고, 중간륜(114)의 내면(114b)은, 내륜(115)의 외면(115a)에 미끄럼 이동 가능하게 접촉하고 있다. 외륜(113)의 내면(113b)(미끄럼 접촉면), 중간륜(114)의 외면(114a) 및 내면(114b)(미끄럼 접촉면), 그리고 내륜(115)의 외면(115a)(미끄럼 접촉면)은, 구면의 상반부보다 작은 부분 구면 형상을 갖는다. 이러한 구성에 의해, 중간륜(114)은, 외륜(113) 및 내륜(115)에 대하여 전체 방향(360°)으로 틸팅 가능하고, 또한 틸팅 중심인 지지점 O는 구면 베어링(111)보다 하측에 위치한다.
외륜(113), 중간륜(114) 및 내륜(115)에는, 축부(101)가 삽입되는 관통 구멍(113c, 114c, 115b)이 각각 형성되어 있다. 외륜(113)의 관통 구멍(113c)과 축부(101)의 사이에는 간극이 형성되어 있고, 마찬가지로, 내륜(115)의 관통 구멍(115b)과 축부(101)의 사이에는 간극이 형성되어 있다. 중간륜(114)의 관통 구멍(114c)은, 외륜(113) 및 내륜(115)의 관통 구멍(113c, 115b)보다 작은 직경을 갖고, 축부(101)는 중간륜(114)에 대하여 세로 방향으로만 이동 가능하게 되어 있다. 따라서 축부(101)에 연결된 외측 리테이너 링(30)은, 횡방향으로 이동하는 것은 실질적으로 허용되지 않고, 외측 리테이너 링(30)의 횡방향(수평 방향)의 위치는 구면 베어링(111)에 의해서 고정된다.
도 10a는, 축부(101)가 구면 베어링(111)에 대하여 상하 이동하고 있는 모습을 도시하고, 도 10b 및 도 10c는, 축부(101)가 중간륜(114)과 함께 틸팅하고 있는 모습을 도시하고 있다. 도 10a 내지 도 10c에 도시한 바와 같이, 축부(101)에 연결된 외측 리테이너 링(30)은, 중간륜(114)과 일체로 지지점 O를 중심으로 하여 틸팅 가능하고, 또한 중간륜(114)에 대하여 상하로 이동 가능하게 되어 있다. 틸팅의 중심인 지지점 O는, 외측 리테이너 링(30)의 중심축선 상에 있다.
구면 베어링(111)은, 외측 리테이너 링(30)의 상하 이동 및 틸팅을 허용하는 한편, 외측 리테이너 링(30)의 횡방향의 이동(수평 방향의 이동)을 제한하여, 외측 리테이너 링(30)으로부터 내측 리테이너 링(20)으로의 횡방향의 힘의 전달을 허용하지 않는다. 외측 리테이너 링(30)과 내측 리테이너 링(20)의 사이에는 링형의 스토퍼(119)가 배치되어 있다. 웨이퍼의 연마 중에, 내측 리테이너 링(20)은 웨이퍼와 연마 패드(2)의 마찰에 기인한 횡방향의 힘(웨이퍼의 반경 방향 외측을 향하는 힘)을 웨이퍼로부터 받는다. 이 횡방향의 힘은 스토퍼(119)를 통해 외측 리테이너 링(30)에 전달되고, 최종적으로는 구면 베어링(111)에 의해서 받아진다. 이와 같이, 구면 베어링(111)은, 웨이퍼의 연마 중에, 웨이퍼와 연마 패드(2)의 마찰에 기인하여 내측 리테이너 링(20)이 웨이퍼로부터 받는 횡방향의 힘(웨이퍼의 반경 방향 외측을 향하는 힘)을 받으면서, 외측 리테이너 링(30)의 횡방향의 이동을 제한하는[즉, 외측 리테이너 링(30)의 수평 방향의 위치를 고정하는] 지지 기구로서 기능한다.
외측 리테이너 링(30)은, 지지점 O를 중심으로 하여 틸팅 가능하고, 또한 지지점 O를 통한 축선 상에서 상하 이동 가능하게 구면 베어링(111)에 의해 지지되어 있다. 도 9에 도시하는 실시형태에서는, 지지점 O는 웨이퍼 연마 중의 연마면(2a)보다 약간 상측에 위치하고 있다. 웨이퍼 연마 중의 지지점 O의 위치는, 연마면(2a)의 상측의 0∼40 mm인 것이 바람직하다. 웨이퍼 연마 중에는, 웨이퍼와 연마 패드(2)의 사이의 마찰에 의해, 웨이퍼로부터 내측 리테이너 링(20)에 횡방향(수평 방향)의 힘이 걸린다. 이 횡방향의 힘은, 외측 리테이너 링(30)을 통해 웨이퍼의 중심부의 상방에 위치하는 구면 베어링(111)으로 받칠 수 있다.
내측 리테이너 링(20)을 통해 상기 횡방향의 힘[웨이퍼와 연마 패드(2)의 사이의 마찰력]을 받은 외측 리테이너 링(30)은, 구면 베어링(111)에 의해 원활하게 틸팅된다. 즉, 외측 리테이너 링(30)은, 연마면(2a)의 회전 방향(도 11의 화살표 참조)에 관해서 웨이퍼의 상류측에서는 가라앉는 방향으로 기울고, 웨이퍼의 하류측에서는 부상하는 방향으로 기운다. 이와 같이 기운 상태의 외측 리테이너 링(30)의 하중을 변경(예컨대, 증가)시킨 경우, 웨이퍼의 하류측의 영역(도 11의 부호 A 참조)에 있어서 가장 현저히 연마면(2a)에 대한 하중의 변화가 발생한다. 구면 베어링(111)의 지지점 O를 중심으로 하여 외측 리테이너 링(30)을 적극적으로 기울임으로써, 원래의 연마 속도(연마 레이트)가 높기 때문에 하중 변화의 영향을 가장 받기 쉬운 하류측 에지부에서의 연마 프로파일을 변화시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 외측 리테이너 링(30)의 하중 조정에 의해 웨이퍼의 에지부 전체의 연마 프로파일의 조정이 가능해진다. 또한, 외측 리테이너 링(30)은 구면 베어링(111)에 의해 상하 이동 가능하게 지지되어 있기 때문에, 외측 리테이너 링(30)의 마모의 허용량을 크게 하는 것이 가능하고, 외측 리테이너 링(30)의 라이프 타임을 길게 할 수 있다.
이러한 외측 리테이너 링(30)을 설치함으로써, 웨이퍼의 에지부의 연마 프로파일의 제어성을 개선할 수 있다. 여기서, 웨이퍼의 에지부란, 웨이퍼의 최외주단에 위치하는 약 3 mm의 폭의 영역이다. 웨이퍼의 연마 중에, 내측 리테이너 링(20)의 외측에서 연마 패드(2)를 외측 리테이너 링(30)으로 압박함으로써, 웨이퍼의 에지부의 연마 프로파일을 제어할 수 있다. 이러한 외측 리테이너 링(30)에 의한 연마 패드 리바운드의 효과를 제어하기 위해서, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 간격을 변경하더라도 좋다. 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 간격[보다 구체적으로는, 내측 리테이너 링(20)의 하면과 외측 리테이너 링(30)의 하면의 간격]은, 바람직하게는 0.1 mm∼3 mm이다.
외측 리테이너 링(30)의 연마면(2a)에 대한 하중을 조정함으로써, 웨이퍼의 에지부(웨이퍼의 최외주단으로부터 약 3 mm 내측까지의 영역)의 연마 프로파일을 조정할 수 있고, 한편, 내측 리테이너 링(20)의 연마면(2a)에 대한 하중을 조정함으로써, 웨이퍼의 에지부를 포함하는 비교적 넓은 영역(웨이퍼의 최외주단으로부터 약 15 mm 내측까지의 영역)의 연마 프로파일을 조정할 수 있다.
외측 리테이너 링(30) 자체가 연마면(2a)과 미끄럼 접촉함으로써 생기는 마찰력은, 외측 리테이너 링(30)과 연마면(2a)의 접촉 면적이 작기 때문에, 웨이퍼와 연마면(2a)의 사이에 생기는 마찰력에 비해서 상당히 작다. 마찬가지로, 내측 리테이너 링(20) 자체가 연마면(2a)과 미끄럼 접촉함에 의해서도 마찰력이 발생한다. 내측 리테이너 링(20)에 작용하는 마찰력은, 외측 리테이너 링(30)과 내측 리테이너 링(20)의 사이에 설치된 스토퍼(119)를 통해 외측 리테이너 링(30)에 전해지고, 최종적으로는 외측 리테이너 링(30)의 지지 기구인 구면 베어링(111)으로 지지된다. 스토퍼(119)는 링 형상을 갖고, 내측 드라이브 링(22)의 외주면에 부착되어 있다. 스토퍼(119)를 외측 드라이브 링(32)의 내주면에 부착하더라도 좋다. 스토퍼(119)는 미끄럼 이동성이 우수한 수지 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 스토퍼(119)의 미끄럼 접촉면의 종단면 형상은 직선이라도 좋고, 곡선이라도 좋다. 스토퍼(119)를 내측 드라이브 링(22) 또는 외측 드라이브 링(32)에 일체로 형성하더라도 좋다.
구면 베어링(111)의 외륜(113), 중간륜(114), 내륜(115) 및 연결 부재(100)의 축부(101) 중 적어도 하나에는, SiC나 지르코니아 등의 세라믹을 이용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 미끄럼 접촉면만을 세라믹으로 형성하더라도 좋다. 예컨대, 외륜(113)의 미끄럼 접촉면을 세라믹으로 형성하고, 그 밖의 부분을 금속으로 형성하더라도 좋다. 세라믹을 이용함으로써, 미끄럼 접촉면의 내마모성을 높일 뿐 아니라, 미끄럼 접촉면의 표면 거칠기를 작게 하여 미끄럼 접촉면의 마찰을 저감시킬 수 있다. 외륜(113), 중간륜(114), 내륜(115) 및 축부(101)의 미끄럼 접촉면의 마찰을 저감하기 위해서, 자기 윤활성이 높고 마찰 계수가 낮으며, 내마모성이 우수한 테플론(등록상표) 등을 함유한 피막을 미끄럼 접촉면에 마련하더라도 좋다. 또한, 외륜(113), 중간륜(114), 내륜(115), 및 축부(101) 중 적어도 하나의 미끄럼 접촉면에, PTFE(4불화에틸렌), PEEK(폴리에테르에테르케톤), 또는 PPS(폴리페닐렌설파이드) 등의 수지 재료로 이루어지는 저마찰 재료를 마련하더라도 좋다. 대안으로, 탄소 섬유 등의 섬유 및 고체 윤활재를 첨가한 수지 재료를 이용하여 미끄럼 접촉면을 구성하더라도 좋다.
외륜(113), 중간륜(114), 내륜(115) 및 축부(101)에는, 마찰 계수가 낮고, 내마모성이 우수한 금속 재료를 사용하는 것도 가능하다. 그러나 웨이퍼에 형성된 금속막을 연마할 때는, 연마 중의 금속막 두께를 측정하기 위해서 과전류 센서를 사용하는 경우가 있다. 이와 같은 경우에는, 웨이퍼 근방의 구면 베어링(111)에 도전성 재료인 금속을 사용하면, 과전류 센서의 측정 정밀도가 저하될 수가 있다. 이 때문에, 구면 베어링(111) 및 축부(101)에는 비도전성 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10) 및 내측 리테이너 링(20)에 대하여 독립적으로 틸팅될 수 있는 구조로 되어 있다. 외측 리테이너 링(30)을 틸팅 가능하고 상하 이동 가능하게 지지하는 구면 베어링(111)은, 톱링 본체(10)의 내부에 설치되고, 또한 캐리어(43)의 오목부(43a)에 수용되어 있기 때문에, 구면 베어링(111)의 미끄럼 접촉면으로부터의 마모 가루는, 톱링 본체(10) 내에 봉입되어, 연마면(2a)에 낙하하는 일이 없다.
도 3에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)에는 복수의 보강핀(보강 부재, 125)가 매설되어 있다. 이들 보강핀(125)은, 내측 리테이너 링(20)의 주위 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 각 보강핀(125)은 종으로 연장되어 있고, 볼트(126)에 의해 내측 드라이브 링(22)에 고정되어 있다. 보강핀(125)의 하단은, 내측 링 부재(21)의 하단 근방에 위치하고, 보강핀(125)의 상단은, 내측 드라이브 링(22) 내에 위치하고 있다. 보강핀(125)의 재료로서는, 스테인리스강 등의 금속 재료 또는 세라믹을 들 수 있다. 내측 리테이너 링(20)에 매설된 보강핀(125)은, 내측 리테이너 링(20)의 강성을 향상시킬 수 있다. 따라서 웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼로부터 횡방향의 힘을 받았을 때의 내측 리테이너 링(20)의 변형을 작게 할 수 있고, 그 결과, 내측 리테이너 링(20)은, 연마 패드(2)를 보다 균일하게 압박할 수 있다.
보강핀(125)을 내측 드라이브 링(22)에 볼트(126)에 의해 착탈 가능하게 고정할 때의 이점은 다음과 같다. 내측 리테이너 링(20)의 강성을 향상시키기 위해서는, 보강핀(125)의 외부 지름과, 보강핀(125)이 감합하는 내측 링 부재(21)의 구멍의 직경의 차를 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 또한 복수의 보강핀(125)과 내측 링 부재(21)의 구멍의 위치맞춤이 매우 중요하게 된다. 보강핀(125)과 내측 링 부재(21)의 구멍의 위치가 약간 틀어진 상태로 내측 링 부재(21)를 부착한 경우에는, 내측 링 부재(21)에 변형이 생겨, 연마 패드(2)의 균일한 압박을 방해하게 된다. 따라서 내측 링 부재(21)를 내측 드라이브 링(22)에 부착할 때는 이하의 순서로 행한다. 먼저, 보강핀(125)을 고정하는 볼트(126)는 임시 체결 상태로 하고, 보강핀(125)이 수평 방향으로 약간 움직일 수 있는 상태로 둔다. 다음에, 내측 링 부재(21)의 구멍에 보강핀(125)을 감입한다. 이렇게 함으로써, 보강핀(125)과 내측 링 부재(21)의 구멍의 얼라인먼트의 어긋남을 흡수할 수 있다. 그 후, 볼트(126)를 단단히 조여 보강핀(125)을 고정하고, 마지막으로, 도 2에 도시한 바와 같이, 볼트(24)에 의해 내측 링 부재(21)를 내측 드라이브 링(22)에 고정한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 외측 리테이너 링(30)에도 복수의 보강핀(보강 부재; 127)이 매설되어 있다. 보강핀(127)은, 외측 리테이너 링(30)의 주위 방향으로 등간격으로 배치되어 있다. 각 보강핀(127)은 종으로 연장되고, 볼트(128)에 의해 외측 드라이브 링(32)에 고정되어 있다. 보강핀(127)의 하단은, 외측 링 부재(31)의 하단 근방에 위치하고, 보강핀(127)의 상단은, 외측 드라이브 링(32) 내에 위치하고 있다. 보강핀(127)의 재료로서는, 스테인리스강 등의 금속 재료 또는 세라믹을 들 수 있다. 외측 리테이너 링(30)에 매설된 보강핀(127)은, 외측 리테이너 링(30)의 강성을 향상시킬 수 있다. 따라서 웨이퍼의 연마 중에 내측 리테이너 링(20)을 통해 웨이퍼로부터 횡방향의 힘을 받았을 때의 외측 리테이너 링(30)의 변형을 작게 할 수 있다.
외측 리테이너 링(30)의 강성을 향상시키기 위해서는, 보강핀(127)의 외부 지름과, 보강핀(127)이 감합되는 외측 링 부재(31)의 구멍의 직경의 차를 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다. 또한 복수의 보강핀(127)과 외측 링 부재(31)의 구멍의 위치 맞춤이 매우 중요하게 된다. 보강핀(127)과 외측 링 부재(31)의 구멍의 위치가 약간 틀어진 상태로 외측 링 부재(31)를 부착한 경우에는, 외측 링 부재(31)에 변형이 생기게 된다. 따라서 외측 링 부재(31)를 외측 드라이브 링(32)에 부착할 때는 이하의 순서로 행한다. 먼저, 보강핀(127)을 고정하는 볼트(128)는 임시 체결 상태로 두고, 보강핀(127)이 수평 방향으로 약간 움직일 수 있는 형태로 둔다. 다음으로, 외측 링 부재(31)의 구멍에 보강핀(127)을 감입한다. 이렇게 함으로써, 보강핀(127)과 외측 링 부재(31)의 구멍의 얼라인먼트의 어긋남을 흡수할 수 있다. 그 후, 볼트(128)를 단단히 조여 보강핀(127)을 고정하고, 마지막으로, 도 3에 도시한 바와 같이, 볼트(34)에 의해 외측 링 부재(31)를 외측 드라이브 링(32)에 고정한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 사이에는, 환상의 탄성막으로 이루어지는 배리어 시일(120)이 설치된다. 배리어 시일(120)은, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극을 막도록, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 배리어 시일(120)의 내측 가장자리는 내측 드라이브 링(22)의 하단에 접속되고, 배리어 시일(120)의 외측 가장자리는 외측 드라이브 링(32)의 하단에 접속되어 있다. 배리어 시일(120)은, 상측으로 굴곡된 역 U 자형의 단면을 갖고, 변형되기 쉬운 재료로 형성되어 있다. 예컨대, 배리어 시일(120)은, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재로 형성할 수 있다.
배리어 시일(120)은, 내측 링 부재(21) 및 외측 링 부재(31)의 상측이면서, 스토퍼(119)의 하측에 배치되어 있다. 내측 링 부재(21)와 외측 링 부재(31)는 항상 비접촉으로 유지되어, 배리어 시일(120)의 하측에서는 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)이 접촉하는 일은 없다. 따라서 배리어 시일(120)의 하측에서는 마모 가루가 발생하지 않는다. 배리어 시일(120)은, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 상대 이동을 허용하면서, 톱링 본체(10)의 내부에서 발생한 이물이 연마면(2a)에 낙하하는 것을 방지할 뿐 아니라, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극으로부터 톱링 본체(10)로의 연마액(슬러리)의 침입을 막을 수 있다.
톱링(1)의 외주부에는, 톱링 본체(10)와 외측 리테이너 링(30)을 접속하는 시일 시트(123)가 설치된다. 시일 시트(123)는 환상의 탄성막이며, 톱링 본체(10)와 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극을 막도록, 톱링 본체(10)와 외측 리테이너 링(30)의 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 시일 시트(123)의 상단은 톱링 본체(10)의 외주면의 하단에 접속되고, 시일 시트(123)의 하단은 외측 리테이너 링(30)의 외주면에 접속되어 있다. 시일 시트(123)는, 상하 방향으로 변형되기 쉬운 벨로우즈 형상을 갖는다. 배리어 시일(120)과 같이, 시일 시트(123)는, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재로 형성되어 있다.
시일 시트(123)는, 톱링 본체(10)에 대한 외측 리테이너 링(30)의 상하 이동을 허용하면서, 톱링 본체(10)의 내부에서 발생한 이물이 연마면(2a)에 낙하하는 것을 방지할 뿐 아니라, 톱링 본체(10)와 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극으로부터 톱링 본체(10)로의 연마액(슬러리)의 침입을 막을 수 있다.
통상, 웨이퍼의 연마 후에는, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)은, 초순수 또는 약액 등의 세정액으로 세정된다. 따라서 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극에 세정액을 효율적으로 도입하기 위해서, 내측 리테이너 링(20)의 외주면 및/또는 외측 리테이너 링(30)의 내주면에, 복수의 세로 홈을 형성하는 것이 바람직하다.
도 12a는, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)을 아래에서 본 도면이며, 도 12b는 도 12a에 도시하는 C-C선을 따른 단면도이다. 내측 링 부재(21)의 내주면에는 복수의 세로 홈(20a)이 형성되고, 내측 링 부재(21)의 외주면에는 복수의 세로 홈(20b)이 형성되어 있다. 또한, 내측 링 부재(21)의 하면에는, 반경 방향으로 연장되는 레이디얼 홈(20c)이 형성되어 있다. 세로 홈(20a, 20b)은, 내측 리테이너 링(20)의 하면[즉, 내측 링 부재(21)의 하면]으로부터 상측으로 연장되어, 레이디얼 홈(20c)보다 높게 상측으로 연장된다. 세로 홈(20a, 20b) 및 레이디얼 홈(20c)은, 내측 리테이너 링(20)의 주위 방향에 있어서 등간격으로 설치된다. 레이디얼 홈(20c)은, 내측 리테이너 링(20)을 그 반경 방향으로 관통하고 있지만, 세로 홈(20a, 20b)은, 내측 리테이너 링(20)을 관통하지 않는다. 세로 홈(20a, 20b)은, 내측 리테이너 링(20)의 주위 방향에 있어서 레이디얼 홈(20c)과 동일한 위치에 배치되고, 세로 홈(20a, 20b)은 레이디얼 홈(20c)에 연통하고 있다. 세로 홈(20a, 20b)은 레이디얼 홈(20c)과 동일한 폭을 갖고 있지만, 레이디얼 홈(20c)의 폭보다 좁을 수도 있고 넓을 수도 있다.
마찬가지로, 외측 링 부재(31)의 내주면에는 복수의 세로 홈(30a)이 형성되어 있고, 외측 링 부재(31)의 하면에는, 반경 방향으로 연장되는 레이디얼 홈(30b)이 형성되어 있다. 세로 홈(30a)은, 외측 리테이너 링(30)의 하면[즉, 외측 링 부재(31)의 하면]으로부터 상측으로 연장되어, 레이디얼 홈(30b)보다 높게 상방으로 연장되어 있다. 세로 홈(30a) 및 레이디얼 홈(30b)은, 외측 리테이너 링(30)의 주위 방향에 있어서 등간격으로 설치된다. 레이디얼 홈(30b)은, 외측 리테이너 링(30)을 그 반경 방향으로 관통하고 있지만, 세로 홈(30a)은, 외측 리테이너 링(30)을 관통하지 않는다. 세로 홈(30a)은, 외측 리테이너 링(30)의 주위 방향에 있어서 레이디얼 홈(30b)과 동일한 위치에 배치되어 있고, 세로 홈(30a)은 레이디얼 홈(30b)에 연통하고 있다. 세로 홈(30a)은 레이디얼 홈(30b)과 동일한 폭을 갖고 있지만, 레이디얼 홈(30b)의 폭보다 좁을 수도 있고 넓을 수도 있다. 세로 홈(20a, 20b) 및 세로 홈(30a)은, 배리어 시일(120)보다 하측에 위치하고 있다.
내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 하면에 공급된 세정액은, 세로 홈(20b) 및 세로 홈(30a)을 통하여 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극에 도입되어, 이 간극에 존재하는 연마액을 씻어 버린다. 또한, 세정액은, 세로 홈(20a)을 통하여 내측 리테이너 링(20)과 탄성막(45) 사이의 간극에 도입되어, 이 간극에 존재하는 연마액을 씻어 버린다. 따라서 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)은 그 원활한 움직임을 유지할 수 있다.
웨이퍼의 연마 중에는, 연마 패드(2)의 연마면(2a) 상에 연마액이 공급된다. 따라서 웨이퍼는, 웨이퍼와 연마 패드(2)의 사이에 연마액이 존재한 상태로, 연마 패드(2)의 연마면(2a)과의 미끄럼 접촉에 의해 연마된다. 연마액이 웨이퍼와 연마 패드(2)의 사이에 유입하는 것을 촉진하기 위해서, 또는 연마 작용을 끝낸 연마액이 웨이퍼와 연마 패드(2)의 사이에서 유출되는 것을 촉진하기 위해서, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 하면에 각각 복수의 레이디얼 홈(20c, 30b)이 설치된다. 레이디얼 홈(20c, 30b)의 단면 형상이나 개수는, 그 레이디얼 홈을 설치하는 목적에 따라서 적절하게 선택된다.
도 13a 내지 도 13c는, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 하면에 각각 설치된 레이디얼 홈(20c, 30b)의 예를 도시하는 도면이다. 이 예에서는, 레이디얼 홈(20c, 30b)은, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 반경 방향으로 연장되고 있다. 도 13a는, 레이디얼 홈(30b)의 개수가 레이디얼 홈(20c)의 개수와 동일한 예를 도시하고, 도 13b는, 레이디얼 홈(30b)의 개수가 레이디얼 홈(20c)의 개수보다 적은 예를 도시하며, 도 13c는, 레이디얼 홈(20c)의 개수가 레이디얼 홈(30b)의 개수보다 적은 예를 도시하고 있다. 연마액의 유입 및 유출을 효과적으로 하기 위해서는, 레이디얼 홈(20c, 30b)의 주위 방향의 위치가 일치하는 것이 바람직하다.
도 14a 내지 도 14c는, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 하면에 각각 설치된 레이디얼 홈(20c, 30b)의 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 14a는, 레이디얼 홈(30b)의 개수가 레이디얼 홈(20c)의 개수와 동일한 예를 도시하고, 도 14b는, 레이디얼 홈(30b)의 개수가 레이디얼 홈(20c)의 개수보다 적은 예를 도시하며, 도 14c는, 레이디얼 홈(20c)의 개수가 레이디얼 홈(30b)의 개수보다 적은 예를 도시하고 있다. 이 예에서는, 레이디얼 홈(20c, 30b)은, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 반경 방향에 대하여 경사져 있다. 보다 구체적으로는, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)이 회전함에 따라서 연마액이 외측 리테이너 링(30) 및 내측 리테이너 링(20)의 외측으로부터 내측으로 유입하도록, 레이디얼 홈(20c, 30b)은, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 회전 방향(화살표로 도시함)에 대하여 전방으로 경사져 있다.
도 15a 내지 도 15c는, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 하면에 설치된 각각 레이디얼 홈(20c, 30b)의 또 다른 예를 도시하는 도면이다. 도 15a는, 레이디얼 홈(30b)의 개수가 레이디얼 홈(20c)의 개수와 동일한 예를 도시하고, 도 15b는, 레이디얼 홈(30b)의 개수가 레이디얼 홈(20c)의 개수보다 적은 예를 도시하여, 도 15c는, 레이디얼 홈(20c)의 개수가 레이디얼 홈(30b)의 개수보다 적은 예를 도시하고 있다. 이 예에 있어서도, 레이디얼 홈(20c, 30b)은, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 반경 방향에 대하여 경사져 있지만, 경사의 방향이 도 14a 내지 도 14c에 도시하는 예와 반대로 되어 있다. 즉, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)이 회전함에 따라서 연마액이 외측 리테이너 링(30) 및 내측 리테이너 링(20)의 내측으로부터 외측으로 유출되도록, 레이디얼 홈(20c, 30b)은, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 회전 방향(화살표로 도시함)에 대하여 후방으로 경사져 있다.
내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)에서, 레이디얼 홈(20c, 30b)의 단면 형상, 폭, 개수가 다를 수도 있고 동일할 수도 있다. 레이디얼 홈(20c, 30b)의 깊이는, 내측 리테이너 링(20), 외측 리테이너 링(30)이 마모되었을 때에도 연마액 유출입에 기여할 수 있는 깊이로 선택된다.
도 13 내지 도 15에서는, 레이디얼 홈(30b)을 갖는 외측 리테이너 링(30)의 예를 도시했지만, 연마액의 유입이나 유출을 억제하고자 하는 경우에는, 레이디얼 홈이 없는 외측 리테이너 링(30)을 사용하는 것이 바람직하다. 외측 리테이너 링(30)에 레이디얼 홈을 설치하지 않은 경우에는, 도 16에 도시한 바와 같이, 외측 리테이너 링(30)의 내주면으로부터 외주면으로 연장되는 복수의 관통 구멍(35)을 설치하는 것이 바람직하다. 이들 관통 구멍(35)은, 외측 리테이너 링(30)을 그 반경 방향으로 관통하고, 외측 리테이너 링(30)의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 이들 관통 구멍(35)에 의해 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 원활한 상하 이동이 가능해진다. 관통 구멍(35)은, 배리어 시일(120) 및 시일 시트(123)의 하측에 배치하는 것이 바람직하다. 이것은, 배리어 시일(120)이나 시일 시트(123)로 둘러싸인 영역에 연마액이 침입하는 것을 피하기 위해서, 그리고 둘러싸인 영역으로부터 이물이 연마면(2a)에 낙하하는 것을 방지하기 위해서이다.
이하, 톱링(1)의 상세한 구성에 관해서 더 설명한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 에지 홀더(50)는 리플 홀더(51)에 의해 유지되어 있다. 리플 홀더(51)는 복수의 스토퍼(54)에 의해 캐리어(43)의 하부에 부착되어 있다. 도 4 및 도 6에 도시한 바와 같이, 리플 홀더(52)는, 복수의 스토퍼(55)에 의해 캐리어(43)의 하부에 부착되어 있다. 스토퍼(54) 및 스토퍼(55)는 톱링(1)의 원주 방향으로 등간격으로 설치된다.
도 3에 도시한 바와 같이, 탄성막(45)의 중앙부에는 센터실(130)이 형성되어 있다. 리플 홀더(52)에는, 센터실(130)에 연통하는 유로(140)가 형성되어 있고, 캐리어(43)에는, 이 유로(140)에 연통하는 유로(141)가 형성되어 있다. 이 유로(141)는, 도시하지 않는 유체 공급원에 접속되어 있고, 가압된 유체(예컨대, 가압 공기)가 유로(141) 및 유로(140)를 통해 센터실(130)에 공급되도록 되어 있다.
리플 홀더(51)는, 탄성막(45)의 리플(45b)을 클로(51a)에서 캐리어(43)의 하부에 압착하고 있고, 리플 홀더(52)는, 탄성막(45)의 리플(45a)을 클로(52a)에서 캐리어(43)의 하부에 압착하고 있다. 탄성막(45)의 에지(45c)는 클로(51b)에서 에지 홀더(50)에 압착되어 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 탄성막(45)의 리플(45a)과 리플(45b)의 사이에는 환상의 리플실(131)이 형성되어 있다. 탄성막(45)의 리플 홀더(51)와 리플 홀더(52)의 사이에는 간극(45f)이 형성되어 있고, 캐리어(43)에는 간극(45f) 및 리플실(131)에 연통하는 유로(142)가 형성되어 있다. 이 유로(142)는 도시하지 않는 유체 공급원에 접속되어 있고, 가압된 유체가 유로(142)를 통하여 리플실(131)에 공급되도록 되어 있다. 또한, 이 유로(142)는, 도시하지 않는 진공 펌프에도 전환 가능하게 접속되어 있다. 진공 펌프의 작동에 의해 탄성막(45)의 하면에 웨이퍼를 흡착할 수 있게 되어 있다.
리플 홀더(51)에는, 탄성막(45)의 리플(45b) 및 에지(45c)에 의해서 형성되는 환상의 외측실(132)에 연통하는 유로(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 이 리플 홀더(51)의 유로는, 도시하지 않는 유체 공급원에 접속되어 있고, 가압된 유체가 외측실(132)에 공급되도록 되어 있다.
도 4 및 도 8에 도시한 바와 같이, 에지 홀더(50)는, 탄성막(45)의 에지(45d)를 압박하여 캐리어(43)의 하부에 유지하도록 되어 있다. 이 에지 홀더(50)에는, 탄성막(45)의 에지(45c) 및 에지(45d)에 의해서 형성되는 환상의 에지실(133)에 연통하는 유로(143)가 형성되어 있다. 이 에지 홀더(50)의 유로(143)는, 도시하지 않는 유체 공급원에 접속되어 있고, 가압된 유체가 에지실(133)에 공급되도록 되어 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서의 톱링(1)에 있어서는, 탄성막(45)과 톱링 본체(10)의 캐리어(43)의 사이에 형성되는 압력실, 즉 센터실(130), 리플실(131), 외측실(132) 및 에지실(133)에 공급하는 유체의 압력을 조정함으로써, 웨이퍼를 연마 패드(2)에 누르는 압박력을 웨이퍼의 부분마다 조정할 수 있게 되어 있다.
내측 압박 기구(60)에 사용되는 롤링 다이어프램(62)(도 8참조)은, 굴곡된 부분을 갖는 탄성막으로 이루어지는 것으로, 롤링 다이어프램(62)으로 구획하는 실(69)의 내부 압력의 변화 등에 의해, 그 굴곡부가 회전함으로써 실(69)의 공간을 넓힐 수 있다. 실(69)이 넓어질 때에 롤링 다이어프램(62)이 내측 실린더(63)와 미끄럼 접촉 이동하지 않고, 거의 신축되지 않기 때문에, 미끄럼 이동 마찰이 매우 적다. 따라서 롤링 다이어프램(62)을 수명을 장기화할 수 있고, 내측 리테이너 링(20)이 연마 패드(2)에 부여하는 압박력을 정밀도 좋게 조정할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 내측 리테이너 링(20)의 내측 링 부재(21)가 마모되더라도, 내측 리테이너 링(20)의 압박력을 일정하게 유지하는 것이 가능하다. 외측 압박 기구(80)에 사용되는 롤링 다이어프램(82)도, 내측 압박 기구(60)의 롤링 다이어프램(62)과 같은 구성을 갖고, 동일한 이점이 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 외측 드라이브 링(32)과 구면 베어링(111)을 연결하는 연결 부재(100)는, 방사상으로 연장되는 8개의 스포크(102)를 갖고 있다. 이들 스포크(102)는, 캐리어(43)의 상면에 형성된 방사상으로 연장되는 8개의 오목홈(43g) 내에 각각 수용되어 있다. 캐리어(43)에는, 복수 쌍의 외측링 구동 컬러(150, 150)가 설치되어 있고, 각 쌍의 외측링 구동 컬러(150, 150)는 각 스포크(102)의 양측에 배치되어 있다. 도 6에 도시하는 예에서는, 4쌍의 외측링 구동 컬러(150, 150)가 설치되어 있고, 8개의 스포크(102) 중의 4개에 4쌍의 외측링 구동 컬러(150, 150)가 각각 배치되어 있다.
톱링 본체(10)는, 톱링 샤프트(7)에 접속되어 있고, 톱링 본체(10)는 톱링 샤프트(7)에 의해서 회전된다. 톱링 본체(10)의 회전은, 캐리어(43)로부터 복수 쌍의 외측링 구동 컬러(150, 150)를 통해 스포크(102)에 전달되어, 톱링 본체(10)와 외측 리테이너 링(30)이 일체로 회전한다. 외측링 구동 컬러(150)는, PTFE, PEEK, PPS 등의 저마찰 재료로 구성되어 있다. 외측링 구동 컬러(150)가 접촉하는 스포크(102)의 양 측면에는 경면 처리가 실시되어 있고, 스포크(102)의 양 측면의 면 거칠기를 향상시키고 있다. 또한, 외측링 구동 컬러(150)에 경면 처리를 실시하고, 스포크(102)의 양 측면에 코팅 등에 의해 저마찰 재료를 마련할 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 외측링 구동 컬러(150)와 스포크(102)의 미끄럼 이동성을 향상시킬 수 있다. 따라서 외측 리테이너 링(30)은 원활하게 틸팅될 수 있다. 또한, 톱링 본체(10)로부터 외측 리테이너 링(30)에 회전을 전달하는 회전 구동부[외측링 구동 컬러(150) 및 스포크(102)]를 톱링 본체(10) 내에 설치했기 때문에, 회전 구동부에서 발생하는 마모 가루를 톱링 본체(10) 내에 봉입할 수 있다. 따라서 마모 가루가 연마면(2a)에 낙하하는 일이 없고, 마모 가루에 기인한 스크래치 등의 웨이퍼의 결함을 비약적으로 감소시킬 수 있다.
도 7에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)의 외주면에는 복수의 오목부(20d)가 형성되어 있고, 이 복수의 오목부(20d)에는 외측 리테이너 링(30)에 설치된 내측링 구동핀(152)이 배치되어 있다. 내측링 구동핀(152)의 외주면에는, 원통형의 내측링 구동 컬러(153)가 부착되어 있다. 도 7에서는, 내측링 구동 컬러(153)의 수평 단면이 도시되어 있다. 이 내측링 구동 컬러(153)는, PTFE, PEEK, PPS 등의 저마찰 재료로 형성되어 있다. 각 오목부(20d)는, 수직 방향으로 연장되는 양 측면을 갖고, 외측 리테이너 링(30)이 회전하면 내측링 구동 컬러(153)가 오목부(20d)의 한쪽의 측면에 접촉하도록 되어 있다. 외측 리테이너 링(30)의 회전은, 내측링 구동핀(152)을 통해 내측 리테이너 링(20)에 전달되고, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)은 일체로 회전한다. 오목부(20d)의 양 측면에는 경면 처리가 실시되어, 저마찰 재료의 내측링 구동 컬러(153)가 접촉하는 오목부(20d)의 면 거칠기를 향상시키고 있다.
이러한 구성에 의해, 내측링 구동 컬러(153)와 오목부(20d)의 미끄럼 이동성을 향상시킬 수 있다. 따라서 외측 리테이너 링(30)은 순조롭게 틸팅될 수 있다. 또한, 내측 리테이너 링(20)은, 외측 리테이너 링(30)의 틸팅의 영향을 받는 일없이, 소망의 압박력을 연마면(2a)에 균일하게 부여할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 내측 리테이너 링(20)에 오목부(20d)를, 외측 리테이너 링(30)에 내측링 구동핀(152)을 배치했지만, 반대로 내측 리테이너 링(20)에 내측링 구동핀을, 외측 리테이너 링(30)에 오목부를 설치하는 것도 가능하다. 내측링 구동핀(152)과 내측링 구동 컬러(153)의 사이에 고무 쿠션이 설치되더라도 좋다.
도 4 및 도 7에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)에는, 반경 방향 내측으로 돌출하는 복수의 스토퍼핀(155)이 고정되어 있다. 이들 스토퍼핀(155)은, 톱링 본체(10)의 캐리어(43)에 형성된 세로 방향으로 연장되는 복수의 오목부(43h)에 각각 느슨하게 결합되어 있다. 이들 오목부(43h)는 캐리어(43)의 외주면에 등간격으로 형성되어 있다. 스토퍼핀(155)은, 오목부(43h)의 상단과 하단의 사이에서 세로 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 달리 말하면, 내측 리테이너 링(20)의 톱링 본체(10)에 대한 상하 이동은, 스토퍼핀(155) 및 오목부(43h)에 의해서 제한된다. 즉, 스토퍼핀(155)이 오목부(43h)의 상단에 접촉한 때에, 내측 리테이너 링(20)은 톱링 본체(10)에 대하여 최상측의 위치로 되고, 스토퍼핀(155)이 캐리어(43)의 오목부(43h)의 하단에 접촉한 때에는, 내측 리테이너 링(20)은 톱링 본체(10)에 대하여 최하측의 위치로 된다. 이러한 구성에 의해, 내측 리테이너 링(20)이 톱링 본체(10)로부터 낙하하여 버리는 것이 방지된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 내측링 구동 컬러(153)는, 내측 리테이너 링(20)에 형성된 오목부(20d)의 상단과 하단의 사이에서 세로 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 달리 말하면, 외측 리테이너 링(30)의 내측 리테이너 링(20)에 대한 상하 이동은, 내측링 구동 컬러(153) 및 오목부(20d)에 의해서 제한된다. 즉, 내측링 구동 컬러(153)가 오목부(20d)의 상단에 접촉한 때에, 외측 리테이너 링(30)은 내측 리테이너 링(20)에 대하여 최상측의 위치로 되고, 내측링 구동 컬러(153)가 오목부(20d)의 하단에 접촉한 때에, 외측 리테이너 링(30)은 내측 리테이너 링(20)에 대하여 최하측의 위치로 된다.
내측 피스톤(61)과 내측 리테이너 링(20)은, 전술한 바와 같이, 자력에 의해 고정되어 있다. 이러한 구성에 의해, 내측 리테이너 링(20)이 연마 중에 진동을 받은 경우에도 내측 피스톤(61)과 내측 리테이너 링(20)이 분리되는 일이 없고, 진동에 의한 돌발적인 내측 리테이너 링(20)의 상승을 방지할 수 있다. 따라서 내측 리테이너 링(20)의 압박력을 안정시킬 수 있어, 웨이퍼가 톱링(1)으로부터 떨어져 버리는(슬립 아웃되는) 가능성을 저감할 수 있다. 또한, 빈번한 메인터넌스를 필요로 하는 내측 리테이너 링(20)을, 메인터넌스의 필요성이 적은 내측 피스톤(61)으로부터 간단히 분리할 수 있다. 외측 피스톤(81)과 외측 리테이너 링(30)도 마찬가지로 자력에 의해 고정되어 있기 때문에, 동일한 이점을 얻을 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이 메인터넌스 볼트(16)를 제거하면, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)과 함께, 탄성막(45)을 유지한 캐리어(43)가 스페이서(42)로부터 분리된다. 이와 같이, 내측 리테이너 링(20), 외측 리테이너 링(30) 및 캐리어(43)를 톱링(1)으로부터 분리할 수 있기 때문에, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 메인터넌스나 탄성막(45)의 메인터넌스를 용이하게 행할 수 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 내측 드라이브 링(22)의 상면 및 외측 드라이브 링(32)의 상면에는, 각각 절결부(22a, 32a)가 마련된다. 외측 리테이너 링(30)을 메인터넌스할 때에는, 절결부(32a)에, 예컨대 얇은 판형의 부재를 외주측으로부터 삽입함으로써, 외측 리테이너 링(30)과 외측 피스톤(81)의 자력을 저감시켜, 이들을 용이하게 분리할 수 있다. 내측 리테이너 링(20)과 내측 피스톤(61)도, 절결부(22a)에 판형의 부재를 삽입함으로써 마찬가지로 분리할 수 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 탄성막(45)의 에지(외주 가장자리; 45d)에는, 탄성막(45)과 내측 리테이너 링(20)을 접속한다, 상측으로 굴곡된 형상의 시일 부재(158)가 형성되어 있다. 이 시일 부재(158)는 톱링 본체(10)와 내측 드라이브 링(22) 사이의 간극을 막도록 배치되어 있고, 변형하기 쉬운 재료로 형성되어 있다. 시일 부재(158)는, 톱링 본체(10)와 내측 리테이너 링(20)의 상대 이동을 허용하면서, 톱링(1) 내에서 연마면(2a)에 이물이 낙하하는 것을 막고, 또한 톱링 본체(10)와 내측 리테이너 링(20) 사이의 간극으로부터 톱링(1) 내로 연마액이 침입하는 것을 방지할 수 있다. 본 실시형태에서는, 시일 부재(158)는 탄성막(45)의 에지(45d)에 일체적으로 형성되어 있고, 역 U 자형의 단면 형상을 갖고 있다.
시일 시트(123), 시일 부재(158) 및 배리어 시일(120)을 설치하지 않는 경우에는, 연마액이 톱링(1) 내에 침입하여 버려, 톱링(1)을 구성하는 톱링 본체(10), 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 정상적인 동작을 저해하게 된다. 본 실시형태에 따르면, 시일 시트(123), 시일 부재(158) 및 배리어 시일(120)에 의해서 연마액이 톱링(1)에 침입하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라, 톱링(1)을 정상적으로 동작시킬 수 있다. 또, 탄성막(45), 시일 시트(123), 시일 부재(158) 및 배리어 시일(120)은, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해서 형성되어 있다.
본 실시형태의 톱링(1)에 있어서는, 탄성막(45)의 센터실(130), 리플실(131), 외측실(132) 및 에지실(133)에 공급하는 압력에 의해 웨이퍼에 대한 압박력을 제어하기 때문에, 연마 중에는 캐리어(43)를 연마 패드(2)로부터 상측으로 분리된 위치로 할 필요가 있다. 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10)와는 독립적으로 상하 이동할 수 있기 때문에, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)이 마모되더라도, 연마 중의 웨이퍼와 톱링 본체(10) 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 웨이퍼의 연마 프로파일을 안정화시킬 수 있다.
도 17은, 구면 베어링의 다른 구성예를 도시하는 도면이다. 도 9에 도시하는 부재와 동일한 것에는 동일한 번호를 부여한다. 도 17에 도시하는 구면 베어링(170)은, 환상의 내륜(173)과, 내륜(173)의 외주면을 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 외륜(174)을 구비하고 있다. 내륜(173)은, 연결 부재(100)를 통해 외측 리테이너 링(30)에 연결되어 있다. 외륜(174)은 지지 부재(175)에 고정되어 있고, 이 지지 부재(175L)는 캐리어(43)에 고정되어 있다. 캐리어(43)의 중앙부에는 오목부(43a)가 형성되어 있고, 지지 부재(175)는 오목부(43a) 내에 배치되어 있다.
내륜(173)의 외주면은, 상부 및 하부를 절결한 구면 형상을 갖고, 그 구면 형상의 중심점(지지점) O'는, 내륜(173)의 중심에 위치하고 있다. 외륜(174)의 내주면은, 내륜(173)의 외주면을 따른 오목면으로 구성되어 있고, 외륜(174)은 내륜(173)을 미끄럼 이동 가능하게 지지하고 있다. 따라서 내륜(173)은, 외륜(174)에 대하여 전체 방향(360°)으로 틸팅 가능하게 된다.
내륜(173)의 내주면은, 축부(101)가 삽입되는 관통 구멍(173a)을 구성하고 있다. 축부(101)는 내륜(173)에 대하여 세로 방향으로만 이동 가능하게 되어 있다. 따라서 축부(101)에 연결된 외측 리테이너 링(30)은, 횡방향으로의 이동이 실질적으로 허용되지 않고, 외측 리테이너 링(30)의 횡 방향(수평 방향)의 위치는 구면 베어링(170)에 의해서 고정된다.
도 18a는, 축부(101)가 구면 베어링(170)에 대하여 상하 이동하고 있는 모습을 도시하고, 도 18b 및 도 18c는, 축부(101)가 내륜(173)과 함께 틸팅하고 있는 모습을 보이고 있다. 축부(101) 및 이에 연결된 외측 리테이너 링(30)(도 18a 내지 도 18c에는 도시하지 않음)은, 내륜(173)과 일체로 지지점 O'을 중심으로 하여 틸팅 가능하고, 또한 내륜(173)에 대하여 상하로 이동 가능하게 되어 있다.
도 17에 도시하는 구면 베어링(170)은, 도 9에 도시하는 구면 베어링(111)과 같은 기능을 갖지만, 구면 베어링(170)의 틸팅 중심인 지지점 O'는, 구면 베어링(111)의 지지점 O보다 높은 위치에 있다. 보다 구체적으로는, 지지점 O'는, 구면 베어링(170)의 내부에 위치하고 있다. 이 구성에서도, 구면 베어링(170)은, 웨이퍼와 연마 패드(2)의 마찰력을 내측 리테이너 링(20)을 통해 간접적으로 받은 외측 리테이너 링(30)을 원활하고 또한 적극적으로 틸팅시키는 것이 가능하다.
도 19는, 본 발명에 따른 기판 유지 장치(톱링)의 다른 실시형태를 도시하는 단면도이다. 도 20은, 도 19에 도시하는 톱링 본체, 내측 리테이너 링 및 외측 리테이너 링을 위로부터 본 도면이다. 도 21은, 도 19에 도시하는 톱링의 일부를 도시하는 확대 단면도이다. 도 2 내지 도 8에 도시하는 전술한 실시형태와 동일하거나 대응하는 요소에는, 동일한 부호를 붙여 그 중복하는 설명을 생략한다.
톱링(1)은, 스페이서(42)의 상측에 배치된 구동 플랜지(하중 전달 부재; 200)를 갖고 있다. 이 구동 플랜지(200)는 톱링 샤프트(7)의 하단에 고정되어 있고, 톱링 샤프트(7)와 함께 구동 플랜지(200)가 회전하도록 되어 있다. 구동 플랜지(200)의 회전은, 스페이서(42)의 상면에 고정된 복수의 토크 전달핀(205)을 통해 스페이서(42)에 전달된다.
구동 플랜지(200)와 스페이서(42)의 사이에는, 구면 베어링(210)이 배치되어 있다. 이 구면 베어링(210)은, 세라믹 등의 경질의 볼(211)과, 이 볼(211)을 위로부터 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 상반구 지지면(212)과, 볼(211)을 아래로부터 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 하반구 지지면(213)을 구비하고 있다. 상반구 지지면(212)은 구동 플랜지(200)의 하면에 형성되어 있고, 구동 플랜지(200)가 구면 베어링(210)의 일부를 구성하고 있다. 하반구 지지면(213)은 스페이서(42)의 상면에 형성되어 있고, 스페이서(42)가 구면 베어링(210)의 일부를 구성하고 있다.
구동 플랜지(200)와 토크 전달핀(205)은 상호 고정되어 있지 않고, 단순히 구동 플랜지(200)의 외주부가 토크 전달핀(205)의 외주면에 접할 뿐이다. 따라서 플랜지(41), 스페이서(42) 및 캐리어(43)로 구성되는 톱링 본체(10)는, 구면 베어링(210)에 의해 구동 플랜지(200)에 대하여 전체 방향(360°)으로 틸팅 가능하게 되어 있다. 이 구면 베어링(210)의 틸팅 중심은, 볼(211)의 중심에 위치하고 있고, 외측 리테이너 링(30)의 중심축선 상에 있다. 구동 플랜지(200), 플랜지(41), 스페이서(42)는, 스테인리스강이나 알루미늄 등의 금속 또는 세라믹 등의 비교적 강성이 높은 재료로 형성되는 것이 바람직하다.
톱링 샤프트(7)의 하향의 하중 및 토크는, 구동 플랜지(200)를 통하여 톱링 본체(10)에 전달된다. 즉, 톱링 샤프트(7)의 하향의 하중은, 구동 플랜지(200) 및 구면 베어링(210)을 통해 톱링 본체(10)에 전달되고, 톱링 샤프트(7)의 토크는, 구동 플랜지(200) 및 토크 전달핀(205)을 통해 톱링 본체(10)에 전달된다.
본 실시형태에서는, 내측 압박 기구(60)가 설치되지만, 외측 압박 기구(80)(도 2 내지 도 5 참조)는 설치되지 않는다. 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10)에 견고히 고정되어 있다. 따라서 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10)와 일체로 틸팅하고 회전하며, 또한 상하 이동한다. 외측 드라이브 링(32)은 접속 부재(220)를 통해 플랜지(41)에 고정되어 있고, 외측 링 부재(31)는 외측 드라이브 링(32)의 하단에 고정되어 있다. 외측 드라이브 링(32)과 접속 부재(220)는 일체로 형성되어 있다.
외측 리테이너 링(30)에는, 그 반경 방향 내측으로 돌출하는 내측링 구동핀(152)이 고정되어 있고, 내측링 구동핀(152)에는 내측링 구동 컬러(153)가 회전 가능하게 부착되어 있다. 내측 드라이브 링(22)의 외주면에는, 내측링 구동 컬러(153)를 상하 이동 가능하게 수용하는 오목부(20d)가 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 외측 리테이너 링(30)의 회전은, 내측링 구동핀(152) 및 내측링 구동 컬러(153)를 통해 내측 리테이너 링(20)에 전달된다. 따라서 내측 리테이너 링(20)은, 외측 리테이너 링(30) 및 톱링 본체(10)와 일체로 회전한다.
외측 리테이너 링(30)은 톱링 본체(10)와 일체로 상하 이동하지만, 내측 리테이너 링(20)은 외측 리테이너 링(30) 및 톱링 본체(10)에 대하여 독립적으로 상하 이동하는 것이 가능하게 되어 있다. 톱링 샤프트(7)에 부착된 구동 플랜지(200)는, 톱링 본체(10) 및 외측 리테이너 링(30)에 하향의 하중을 전한다. 도시하지 않지만, 톱링 샤프트(7)는 에어 실린더에 의해 승강되도록 구성되어 있고, 구동 플랜지(200)를 통하여 톱링 본체(10) 및 외측 리테이너 링(30)에 가해지는 하향의 하중은, 이 에어 실린더에 의해서 조정된다.
웨이퍼의 연마 중에, 탄성막(45)과 톱링 본체(10)의 사이에 형성되는 압력실, 즉 센터실(130), 리플실(131), 외측실(132) 및 에지실(133)에는, 가압 유체가 공급된다. 마찬가지로, 내측 압박 기구(60)의 내측 압력실(69)에도 가압 유체가 공급된다. 따라서 톱링 본체(10)는, 이들 압력실로부터 상향의 반력을 받는다. 외측 리테이너 링(30)이 연마 패드(2)에 부여하는 하중은, 구동 플랜지(200)를 통하여 톱링 본체(10)에 가해지는 하향의 하중으로부터 이 상향의 반력을 뺀 하중으로 된다. 전술한 에어 실린더로부터 톱링 샤프트(7)에 가해지는 하향의 하중을 변경함으로써, 외측 리테이너 링(30)의 연마 패드(2)에 대한 하중을 변경하는 것이 가능하다.
전술한 실시형태와 같이, 연마 중에 내측 리테이너 링(20)에 걸리는 횡방향의 힘[웨이퍼와 연마 패드(2)의 마찰력]은, 스토퍼(119)를 통해 외측 리테이너 링(30)에 전달되고, 최종적으로는 웨이퍼의 중심부의 상측[톱링 본체(10)의 상부]에 배치된 구면 베어링(210)에 의해 받쳐진다. 또한, 외측 리테이너 링(30)의 횡방향의 이동은 구면 베어링(210)에 의해서 제한된다.
톱링 본체(10)의 지지에 구면 베어링(210)을 이용하는 경우의 이점은 다음과 같다. 구면 베어링(210)을 이용함으로써, 톱링 본체(10)가 작은 횡방향의 힘을 받은 경우에도, 외측 리테이너 링(30)은 틸팅 중심 주위로 용이하게 기울어질 수 있다. 한편, 다이어프램 등의 변형에 의해 톱링 본체를 틸팅시키는 구성에서는, 다이어프램을 변형시키기 위해서 비교적 큰 힘이 필요하게 되어, 톱링 본체가 용이하게 틸팅될 수 없다고 하는 문제가 있다. 이 문제는 연마면에 대한 톱링 샤프트의 수직도에 큰 영향을 끼친다.
다이어프램 등의 변형에 의해 톱링 본체를 틸팅시키는 구성에서는, 틸팅을 위해 큰 힘이 필요하기 때문에, 연마면에 대한 톱링 샤프트의 수직도의 어긋남을 충분히 흡수할 수 없게 된다. 또한 연마시에 생기는 웨이퍼와 연마면의 마찰력을 받아 다이어프램이 변형됨으로써 톱링 본체가 기운다. 이 때의 톱링 본체의 기울기의 총량은, 주로 (1) 「톱링 샤프트 수직도의 어긋남 흡수에 의한 변형」 및 (2) 「마찰력을 받는 것에 의한 변형」에 의해서 결정된다. 상기 요인 (1)은, 장치 사이에서 변동이 크고, 장치마다 톱링 본체의 기울기가 달라지는 문제가 있다. 또한, 다이어프램 등의 변형에 의해 톱링 본체 및 리테이너 링을 연마면에 추종시킬 때, 그 틸팅의 중심은 웨이퍼 중심축선 상에는 존재하지 않는다. 이 때문에, 리테이너 링을 틸팅시킴으로써 웨이퍼의 하류측에 위치하는 연마 패드에 하중을 집중하여 부여하는 것이 곤란하다.
구면 베어링(210)을 이용한 본 실시형태에 따르면, 연마면(2a)에 대한 톱링 샤프트(7)의 수직도에 근소한 어긋남이 있었던 경우에도, 톱링 본체(10)는 구면 베어링(210)의 틸팅 중심 주위로 용이하게 틸팅하여 연마면(2a)을 따른다. 또한, 연마시에 생기는 웨이퍼와 연마면(2a)의 마찰력을 받아, 톱링 본체(10) 및 외측 리테이너 링(30)이 원활하게 기운다. 이와 같이, 웨이퍼 중심축선 상에 있는 틸팅 중심 주위로 외측 리테이너 링(30)을 적극적으로 틸팅시킴으로써, 웨이퍼의 하류측에 위치하는 연마 패드(2)의 영역에 하중을 집중하여 부여할 수 있다. 또한, 톱링 본체(10)는 금속이나 세라믹 등의 비교적 강성이 높은 재료로 형성되기 때문에, 톱링 본체(10)의 변형의 영향을 작게 억제하여, 구면 베어링(210)에 의해 원활하게 틸팅시키는 것이 가능하다.
도 22는, 도 19에 도시하는 톱링의 변형예를 도시하는 모식도이다. 이 예의 톱링 본체(10)는, 톱링 베이스(230)와, 탄성막(45)을 유지하는 캐리어(43)로 기본적으로 구성되어 있다. 구면 베어링(210)은, 톱링 베이스(230)와 구동 플랜지(하중 전달 부재; 200)의 사이에 설치되고, 톱링 베이스(230)는 구동 플랜지(200)에 대하여 자유롭게 틸팅 가능하게 되어 있다. 외측 리테이너 링(30)은 톱링 베이스(230)에 고정되어 있고, 외측 리테이너 링(30)은 톱링 베이스(230)와 일체로 틸팅 가능하게 되어 있다. 톱링 베이스(230)는, 도 19에 도시하는 플랜지(41)와 스페이서(42)에 해당하는 부재이다.
캐리어(43)는, 톱링 베이스(230)로부터 분리되어 있고, 탄성막(232)을 통해 톱링 베이스(230)에 연결되어 있다. 캐리어(43)는, 톱링 베이스(230)에 대하여 상하 이동 가능하게 되어 있다. 캐리어(43), 톱링 베이스(230) 및 탄성막(232)에 의해서 압력실(233)이 형성되어 있고, 이 압력실(233)에 가압 유체를 공급함으로써, 캐리어(43) 및 탄성막(45)을 하강시킬 수 있고, 또한 압력실(233)에 부압을 형성함으로써, 캐리어(43) 및 탄성막(45)을 상승시킬 수 있다. 이와 같이, 압력실(233)은 캐리어(43) 및 탄성막(45)을 상하 이동시키는 상하 이동 기구를 구성한다.
도 23은, 도 19에 도시하는 톱링의 다른 변형예를 도시하는 모식도이다. 이 예에서는, 상기 탄성막(232)은 설치되어 있지 않고, 그 대신에 캐리어(43)가 톱링 베이스(230)에 상하 이동 기구(240)를 통해 연결되어 있다. 이 상하 이동 기구(240)는, 톱링 베이스(230)에 고정된 서보 모터(241)와, 서보 모터(241)에 의해서 회전되는 볼나사(242)와, 볼나사(242)가 나사 결합하는 너트(243)와, 너트(243)를 유지하는 프레임(244)을 구비하고 있다. 프레임(244)은 캐리어(43)에 고정되어 있다. 서보 모터(241)로 볼나사(242)를 회전시킴으로써, 캐리어(43) 및 탄성막(45)은, 톱링 베이스(230)에 대하여 상하 이동할 수 있다. 그 밖의 구성은, 도 22에 도시하는 구성과 동일하다.
본 실시형태에서는, 외측 리테이너 링(30)이 톱링 본체(10)에 고정되어 있기 때문에, 외측 리테이너 링(30)이 마모되면, 연마면(2a)에 대한 톱링 본체(10)의 높이가 변화되어 버린다. 톱링 본체(10)의 높이가 변화되면 탄성막(45)의 신장량이 변화되거나, 연마 후의 웨이퍼를 연마면(2a)로부터 안정적으로 들어올리기 어려워지는 경우가 있다. 따라서 전술한 압력실(233) 또는 상하 이동 기구(240)에 의해, 외측 리테이너 링(30)의 마모에 따라서 캐리어(43)의 높이(세로 방향의 위치)를 조정할 수 있다. 또한, 압력실(233) 또는 상하 이동 기구(240)에 의해 캐리어(43)를 상승시켜 웨이퍼를 연마면(2a)로부터 들어올릴 수 있다.
전술한 실시형태에서는, 웨이퍼의 대략 전면에 탄성막(45)이 배치되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 탄성막(45)은 웨이퍼의 적어도 일부에 접촉하는 것이면 좋다. 또한, 전술한 실시형태에서는, 탄성막(45)에 센터실(130), 리플실(131), 외측실(132) 및 에지실(133)의 4개의 실이 배치되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 탄성막(45)에 4개보다 적은 실을 배치하더라도 좋고, 4개보다도 많은 실을 배치하더라도 좋다. 특히 4개보다 많은 실을 배치함으로써 웨이퍼의 반경 방향의 보다 좁은 범위의 연마 프로파일을 제어하는 것도 가능해진다.
다음으로, 기판 유지 장치를 구성하는 톱링(1)의 또 다른 실시형태에 관해서 설명한다. 도 24 내지 도 26은, 톱링(1)의 또 다른 실시형태를 도시한 도면이며, 복수의 반경 방향을 따라서 절단한 단면도이다. 도 27은 도 24 내지 도 26에 도시하는 톱링(1)의 평면도이며, 도 28은 도 24에 도시하는 D-D선의 단면도이며, 도 29는 도 26에 도시하는 E-E선의 단면도이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시형태의 톱링(1)의 구성 및 동작은, 도 2 내지 도 16을 참조하여 설명한 구성 및 동작과 동일하다.
톱링(1)은, 웨이퍼(W)를 연마면(2a)에 대하여 누르는 톱링 본체(10)와, 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 배치된 내측 리테이너 링(20)과, 이 내측 리테이너 링(20)을 둘러싸도록 배치된 외측 리테이너 링(30)을 구비하고 있다. 톱링 본체(10), 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 샤프트(7)의 회전에 의해 일체로 회전하도록 구성되어 있다. 내측 리테이너 링(20)은 톱링 본체(10)의 반경 방향 외측에 위치하고, 외측 리테이너 링(30)은 내측 리테이너 링(20)의 반경 방향 외측에 위치하고 있다. 내측 리테이너 링(20)은, 톱링 본체(10) 및 외측 리테이너 링(30)과는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10) 및 내측 리테이너 링(20)과는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있다. 캐리어(43)의 하면에는, 웨이퍼(W)의 이면에 접촉하는 탄성막(45)이 부착되어 있다.
도 30은, 도 24에 도시하는 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)의 확대 단면도이다. 도 30에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)은, 톱링 본체(10)의 외주부에 배치되어 있다. 이 내측 리테이너 링(20)은, 연마 패드(2)의 연마면(2a)(도 1 참조)에 접촉하는 내측 링 부재(21)와, 이 내측 링 부재(21)의 상부에 고정된 내측 드라이브 링(22)을 갖고 있다. 내측 링 부재(21)는, 복수의 볼트(24)에 의해서 내측 드라이브 링(22)에 결합되어 있다. 내측 링 부재(21)는, 웨이퍼(W)의 외주 가장자리를 둘러싸도록 배치되어 있고, 웨이퍼(W)의 연마 중에 웨이퍼(W)가 톱링(1)으로부터 튀어나가지 않도록 웨이퍼(W)를 유지하고 있다.
내측 리테이너 링(20)의 상부는, 내측 압박 기구(60)에 연결되어 있고, 이 내측 압박 기구(60)에 의해 내측 리테이너 링(20)의 하면[즉, 내측 링 부재(21)의 하면]이 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 압박되도록 되어 있다. 내측 드라이브 링(22)은, SUS 등의 금속 재료 또는 세라믹 으로 구성되고, 내측 링 부재(21)는, PEEK나 PPS 등의 수지 재료로 구성되어 있다.
내측 리테이너 링(20)은, 내측 압박 기구(60)에 착탈 가능하게 연결되어 있다. 보다 구체적으로는, 내측 피스톤(61)은 금속 등의 자성재로 형성되어 있고, 내측 드라이브 링(22)의 상부에는 복수의 자석(68)이 배치되어 있다. 이들 자석(68)이 내측 피스톤(61)을 당김으로써, 내측 리테이너 링(20)이 내측 피스톤(61)에 자력에 의해 고정된다. 내측 피스톤(61)의 자성재로서는, 예컨대, 내식성의 자성 스테인리스가 사용된다. 또한, 내측 드라이브 링(22)을 자성재로 형성하고, 내측 피스톤(61)에 자석을 배치하더라도 좋다.
외측 리테이너 링(30)은, 내측 리테이너 링(20)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 이 외측 리테이너 링(30)은, 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 접촉하는 외측 링 부재(31)와, 이 외측 링 부재(31)의 상부에 고정된 외측 드라이브 링(32)을 갖는다. 외측 링 부재(31)는, 복수의 볼트(34; 도 25 참조)에 의해서 외측 드라이브 링(32)에 결합되어 있다. 외측 링 부재(31)는, 내측 리테이너 링(20)의 내측 링 부재(21)를 둘러싸도록 배치되어 있다. 내측 링 부재(21)와 외측 링 부재(31)의 사이에는 간극이 형성되어 있고, 내측 링 부재(21)와 외측 링 부재(31)는 항상 비접촉으로 유지된다.
외측 리테이너 링(30)의 상부는, 외측 압박 기구(80)에 연결되어 있고, 이 외측 압박 기구(80)에 의해 외측 리테이너 링(30)의 하면[즉, 외측 링 부재(31)의 하면]이 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 압박되도록 되어 있다. 외측 드라이브 링(32)은, SUS 등의 금속 재료 또는 세라믹으로 구성되고, 외측 링 부재(31)는, PEEK이나 PPS 등의 수지 재료로 구성되고 있다.
외측 리테이너 링(30)은, 외측 압박 기구(80)에 착탈 가능하게 연결되어 있다. 보다 구체적으로는, 외측 피스톤(81)은 금속 등의 자성재로 형성되어 있고, 외측 드라이브 링(32)의 상부에는 복수의 자석(88)이 배치되어 있다. 이들 자석(88)이 외측 피스톤(81)을 당기는 것에 의해, 외측 리테이너 링(30)이 외측 피스톤(81)에 자력에 의해 고정된다. 또, 외측 드라이브 링(32)을 자성재로 형성하고, 외측 피스톤(81)에 자석을 배치하더라도 좋다.
웨이퍼의 연마 중에는, 탄성막(45)이 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 압박하고, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)이 연마 패드(2)의 연마면(2a)을 직접 누른다. 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10)에 대하여 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되고, 각각 내측 압박 기구(60) 및 외측 압박 기구(80)에 연결되어 있다. 따라서 내측 압박 기구(60) 및 외측 압박 기구(80)는, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)을 각각 독립적으로 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 압박할 수 있다.
도 24 내지 도 30에 도시하는 톱링(1)은, 외측 리테이너 링(30) 대신에 내측 리테이너 링(20)이 구면 베어링(111)에 연결되어 있는 점에서, 도 2 내지 도 16에 도시하는 톱링(1)과 다르다. 도 24에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)은, 연결 부재(100)를 통해 구면 베어링(111)에 연결되어 있다. 이 구면 베어링(111)은, 내측 리테이너 링(20)의 반경 방향 내측에 배치되어 있다. 구면 베어링(111)의 구성, 위치 및 동작은, 도 9 및 도 10a 내지 도 10c에 도시하는 구성, 위치 및 동작과 동일하기 때문에, 그 중복 설명을 생략한다.
연결 부재(100)는, 톱링 본체(10)의 중심부에 배치된 세로 방향으로 연장되는 축부(101)와, 이 축부(101)로부터 방사상으로 연장되는 복수의 스포크(102)를 구비하고 있다. 스포크(102)의 한쪽의 단부는, 복수의 볼트(103)에 의해 축부(101)에 고정되어 있고, 스포크(102)의 다른 쪽의 단부는, 내측 리테이너 링(20)의 내측 드라이브 링(22)에 고정되어 있다. 이 실시형태에서는, 스포크(102)와 내측 드라이브 링(22)은 일체로 형성되어 있다. 내측 리테이너 링(20)은 연결 부재(100)를 통해 중간륜(114)(도 9 참조)에 연결되어 있다.
연결 부재(100)의 축부(101)는, 톱링 본체(10)의 중앙부에 배치된 구면 베어링(111)에 세로 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 이러한 구성에 의해, 연결 부재(100) 및 연결 부재(100)에 고정된 내측 리테이너 링(20)은, 톱링 본체(10)에 대하여 세로 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
도 9에 도시한 바와 같이, 중간륜(114)의 관통 구멍(114c)은, 외륜(113) 및 내륜(115)의 관통 구멍(113c, 115b)보다 작은 직경을 갖고, 축부(101)는 중간륜(114)에 대하여 세로 방향으로만 이동 가능하게 되어 있다. 따라서 축부(101)에 연결된 내측 리테이너 링(20)은, 횡방향으로 이동하는 것이 실질적으로 허용되지 않고, 내측 리테이너 링(20)의 횡방향(수평 방향)의 위치는 구면 베어링(111)에 의해서 고정된다.
축부(101)에 연결된 내측 리테이너 링(20)은, 도 10a 내지 도 10c에 도시한 바와 같이, 중간륜(114)과 일체로 지지점 O를 중심으로 하여 틸팅 가능하고, 또한 중간륜(114)에 대하여 상하로 이동 가능하게 되어 있다.
구면 베어링(111)은, 내측 리테이너 링(20)의 상하 이동 및 틸팅을 허용하는 한편으로, 내측 리테이너 링(20)의 횡방향의 이동(수평 방향의 이동)을 제한하여, 내측 리테이너 링(20)으로부터 외측 리테이너 링(30)으로의 상기 횡방향 힘의 전달을 허용하지 않는다. 따라서 구면 베어링(111)은, 웨이퍼의 연마 중에, 웨이퍼와 연마 패드(2)의 마찰에 기인하여 내측 리테이너 링(20)이 웨이퍼로부터 받는 횡방향의 힘(웨이퍼의 반경 방향 외측을 향하는 힘)을 받으면서, 내측 리테이너 링(20)의 횡방향의 이동을 제한하여[즉, 내측 리테이너 링(20)의 수평 방향의 위치를 고정하는] 지지 기구로서 기능한다.
내측 리테이너 링(20)은, 지지점 O를 중심으로 하여 틸팅 가능하고, 또한 지지점 O를 통하는 축선 상에서 상하 이동 가능하게 구면 베어링(111)에 의해 지지되어 있다. 이 지지점 O는, 웨이퍼 연마 중의 연마 패드(2)의 연마면(2a)[즉, 연마 패드(2)와 웨이퍼의 접촉면]에 될 수 있는 한 가까운 위치에 있는 것이 바람직하다. 도 9에 도시하는 실시형태에서는, 지지점 O는 웨이퍼 연마 중의 연마면(2a)보다 약간 상측에 위치하고 있다. 웨이퍼 연마 중인 지지점 O의 위치는, 연마면(2a)의 상측 -15 mm∼15 mm인 것이 바람직하고, -5 mm∼5 mm인 것이 보다 바람직하다. 여기서, -15 mm란, 지지점 O가 연마면(2a)의 하측 15 mm의 위치에 있는 경우를 도시한다. 지지점 O는, 웨이퍼 연마 중의 연마 패드(2)의 연마면(2a) 상에 있는 것, 즉 지지점 O와 연마면(2a) 사이의 거리가 0인 것이 가장 바람직하다. 이것은, 지지점 O가 연마면(2a) 상에 있을 때, 웨이퍼와 연마면(2a) 사이의 마찰력이 내측 리테이너 링(20)을 기울이는 힘의 모멘트로서 실질적으로 작용하지 않기 때문이다.
전술한 구면 베어링(111)을 채용함으로써, 내측 리테이너 링(20)을 기울이는 힘의 모멘트가 0이거나 매우 작아진다. 따라서 내측 리테이너 링(20)의 기울기를 작게 억제하는 것이 가능해져, 내측 리테이너 링(20)은 연마면(2a)에 소망의 압박력을 균일하게 부여할 수 있다.
전술한 바와 같이 구성된 내측 리테이너 링(20) 및 내측 리테이너 링(20)을 지지하는 구면 베어링(111)에 따르면, 웨이퍼의 연마 중에, 내측 리테이너 링(20)은 구면 베어링(111)에 의해서 원활하게 틸팅된다. 웨이퍼의 연마 중에는, 웨이퍼와 연마 패드(2)의 사이의 마찰에 의해, 웨이퍼로부터 내측 리테이너 링(20)에 횡방향(수평 방향)의 힘이 걸린다. 이 횡방향의 힘은 웨이퍼의 중심부의 상측에 위치하는 구면 베어링(111)을 받을 수 있고, 또한 내측 리테이너 링(20)의 횡방향의 이동은 구면 베어링(111)에 의해서 제한된다. 따라서 내측 리테이너 링(20)으로부터 외측 리테이너 링(30)에는 횡방향의 힘이 작용하지 않아, 외측 리테이너 링(30)의 연마면에 대한 기울기가 작아진다. 또한, 내측 리테이너 링(20)과는 달리, 외측 리테이너 링(30)은 웨이퍼로부터 힘을 받지 않기 때문에, 외측 리테이너 링(30)이 국소적으로 변형하는 일은 없다. 따라서 외측 리테이너 링(30)은 연마면(2a)에 대하여 균일하게 소망의 압박력을 부여할 수 있다.
외측 리테이너 링(30) 자체가 연마면(2a)과 미끄럼 접촉함으로써 생기는 마찰력은, 외측 리테이너 링(30)과 연마면(2a)의 접촉 면적이 작기 때문에, 웨이퍼와 연마면(2a)의 사이에 생기는 마찰력에 비해서 상당히 작다. 이 외측 리테이너 링(30)에 작용하는 마찰력은, 외측 리테이너 링(30)과 내측 리테이너 링(20)의 사이에 설치된 스토퍼(119)를 통해 내측 리테이너 링(20)에 전해져, 최종적으로는 내측 리테이너 링(20)의 지지 기구인 구면 베어링(111)으로 지지된다. 스토퍼(119)는 링 형상을 갖고, 내측 드라이브 링(22)의 외주면에 부착되어 있다. 스토퍼(119)를 외측 드라이브 링(32)의 내주면에 부착하더라도 좋다. 스토퍼(119)는 미끄럼 이동성이 우수한 수지 재료로 구성되는 것이 바람직하다. 스토퍼(119)의 미끄럼 접촉면의 종단면 형상은 직선이라도 좋고, 곡선이라도 좋다.
내측 리테이너 링(20)은, 톱링 본체(10) 및 외측 리테이너 링(30)에 대하여 독립적으로 틸팅할 수 있는 구조로 되어 있다. 내측 리테이너 링(20)을 틸팅 가능하고 또한 상하 이동 가능하게 지지하는 구면 베어링(111)은, 톱링 본체(10)의 내부에 설치되고, 또한 캐리어(43)의 오목부(43a)에 수용되어 있기 때문에, 구면 베어링(111)의 미끄럼 접촉면으로부터의 마모 가루는, 톱링 본체(10) 내에 봉입되어, 연마면(2a)에 낙하하는 일이 없다.
외측 리테이너 링(30)은, 웨이퍼의 연마 중에 연마 패드(2)의 연마면(2a)을 균일하게 압박할 수 있다. 이러한 외측 리테이너 링(30)을 설치할 때의 효과로서는, 웨이퍼의 에지부의 연마 프로파일의 제어성의 개선을 들 수 있다. 여기서, 웨이퍼의 에지부란, 웨이퍼의 최외주단에 위치하는 약 3 mm 폭의 영역이다. 웨이퍼의 연마 중에, 내측 리테이너 링(20)의 외측에서 연마 패드(2)를 외측 리테이너 링(30)에 압박함으로써, 웨이퍼의 에지부의 연마 프로파일을 제어할 수 있다. 이러한 외측 리테이너 링(30)에 의한 연마 패드 리바운드의 효과를 제어하기 위해서, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 간격을 변경하더라도 좋다. 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 간격[보다 구체적으로는, 내측 리테이너 링(20)의 하면과 외측 리테이너 링(30)의 하면 사이의 간격]은, 바람직하게는 0.1 mm∼3 mm이다.
본 실시형태의 톱링(1)에 있어서는, 탄성막(45)의 센터실(130), 리플실(131), 외측실(132) 및 에지실(133)에 공급하는 압력에 의해 웨이퍼에 대한 압박력을 제어하기 때문에, 연마 중에 캐리어(43)를 연마 패드(2)로부터 상측으로 떨어진 위치로 할 필요가 있다. 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)은, 톱링 본체(10)와는 독립적으로 상하 이동할 수 있기 때문에, 내측 리테이너 링(20) 및 외측 리테이너 링(30)이 마모되더라도, 연마 중의 웨이퍼와 톱링 본체(10) 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있다. 따라서 웨이퍼의 연마 프로파일을 안정화시킬 수 있다.
톱링(1)에 관해서 더 상세히 설명한다. 도 28에 도시한 바와 같이, 내측 드라이브 링(22)과 구면 베어링(111)을 연결하는 연결 부재(100)는, 방사상으로 연장되는 8개의 스포크(102)를 갖는다. 이들 스포크(102)는, 캐리어(43)의 상면에 형성된 방사상으로 연장되는 8개의 오목홈(43g) 내에 각각 수용되어 있다. 캐리어(43)에는, 복수 쌍의 내측링 구동 컬러(150, 150)가 설치되어 있고, 각 쌍의 내측링 구동 컬러(150, 150)는 각 스포크(102)의 양측에 배치되어 있다. 도 28에 도시하는 예에서는, 4쌍의 내측링 구동 컬러(150, 150)가 설치되어 있고, 8개의 스포크(102) 중 4개에 4쌍의 내측링 구동 컬러(150, 150)가 각각 배치되어 있다.
톱링 본체(10)는, 톱링 샤프트(7)에 접속되어 있고, 톱링 본체(10)는 톱링 샤프트(7)에 의해서 회전된다. 톱링 본체(10)의 회전은, 캐리어(43)로부터 복수 쌍의 내측링 구동 컬러(150, 150)를 통해 스포크(102)에 전달되어, 톱링 본체(10)와 내측 리테이너 링(20)은 일체로 회전한다. 내측링 구동 컬러(150)는, PTFE, PEEK, PPS 등의 저마찰 재료로 구성되어 있다. 내측링 구동 컬러(150)가 접촉하는 스포크(102)의 양 측면에는 경면 처리가 실시되어 있고, 스포크(102)의 양 측면의 면 거칠기를 향상시키고 있다. 또, 내측링 구동 컬러(150)에 경면 처리를 실시하고, 스포크(102)의 양 측면에 코팅 등에 의해 저마찰 재료를 설치할 수도 있다.
이러한 구성에 의해, 내측링 구동 컬러(150)와 스포크(102) 사이의 미끄럼 이동성을 향상시킬 수 있다. 따라서 내측 리테이너 링(20)은 원활하게 틸팅될 수 있어, 소망의 압박력을 연마면(2a)에 균일하게 부여할 수 있다. 또한, 톱링 본체(10)로부터 내측 리테이너 링(20)에 회전을 전달하는 회전 구동부[내측링 구동 컬러(150) 및 스포크(102)]를 톱링 본체(10) 내에 설치했기 때문에, 회전 구동부에서 발생하는 마모 가루를 톱링 본체(10) 내에 봉입하여 둘 수 있다. 따라서 마모 가루가 연마면(2a)에 낙하하는 일이 없고, 마모 가루에 기인한 스크래치 등의 웨이퍼의 결함을 비약적으로 감소시킬 수 있다.
도 29에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)의 외주면에는 복수의 오목부(20d)가 형성되어 있고, 이 복수의 오목부(20d)에는 외측 리테이너 링(30)에 설치된 외측링 구동핀(152)이 배치되어 있다. 외측링 구동핀(152)의 외주면에는, 원통형의 외측링 구동 컬러(153)가 부착되어 있다. 도 29에서는, 외측링 구동 컬러(153)의 수평 단면이 도시되어 있다. 이 외측링 구동 컬러(153)는, PTFE, PEEK, PPS 등의 저마찰 재료로 형성되어 있다. 각 오목부(20d)는, 수직 방향으로 연장되는 양 측면을 갖고, 내측 리테이너 링(20)이 회전하면 외측링 구동 컬러(153)가 오목부(20d)의 한쪽의 측면에 접촉하도록 되어 있다. 내측 리테이너 링(20)의 회전은, 외측링 구동핀(152)을 통해 외측 리테이너 링(30)에 전달되어, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)은 일체로 되어 회전한다. 오목부(20d)의 양 측면에는 경면 처리가 실시되어, 저마찰 재료의 외측링 구동 컬러(153)가 접촉하는 오목부(20d)의 면 거칠기를 향상시키고 있다.
이러한 구성에 의해, 외측링 구동 컬러(153)와 오목부(20d) 사이의 미끄럼 이동성을 향상시킬 수 있다. 따라서 내측 리테이너 링(20)은 원활하게 틸팅될 수 있을 뿐 아니라, 소망의 압박력을 연마면(2a)에 균일하게 부여할 수 있다. 또한, 외측 리테이너 링(30)은, 내측 리테이너 링(20)의 틸팅의 영향을 받는 일이 없이, 소망의 압박력을 연마면(2a)에 균일하게 부여할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 내측 리테이너 링(20)에 오목부(20d)를, 외측 리테이너 링(30)에 외측링 구동핀(152)을 배치했지만, 반대로 내측 리테이너 링(20)에 외측링 구동핀을 설치하고, 외측 리테이너 링(30)에 오목부를 설치하는 것도 가능하다. 외측링 구동핀(152)과 외측링 구동 컬러(153)의 사이에 고무 쿠션이 설치되더라도 좋다.
도 26 및 도 29에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)에는, 반경 방향 내측으로 돌출하는 복수의 스토퍼핀(155)이 고정되어 있다. 이들 스토퍼핀(155)은, 톱링 본체(10)의 캐리어(43)에 형성된 세로 방향으로 연장되는 복수의 오목부(43h)에 각각 느슨하게 결합되어 있다. 이들 오목부(43h)는 캐리어(43)의 외주면에 등간격으로 형성되어 있다. 스토퍼핀(155)은, 오목부(43h)의 상단과 하단의 사이에서 세로 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 달리 말하면, 내측 리테이너 링(20)의 톱링 본체(10)에 대한 상하 이동은, 스토퍼핀(155) 및 오목부(43h)에 의해서 제한된다. 즉, 스토퍼핀(155)이 오목부(43h)의 상단에 접촉한 때에, 내측 리테이너 링(20)은 톱링 본체(10)에 대하여 최상측의 위치로 되고, 스토퍼핀(155)이 캐리어(43)의 오목부(43h)의 하단에 접촉한 때에, 내측 리테이너 링(20)은 톱링 본체(10)에 대하여 최하측의 위치로 된다. 이러한 구성에 의해, 내측 리테이너 링(20)이 톱링 본체(10)로부터 낙하하여 버리는 것이 방지된다.
도 26에 도시한 바와 같이, 외측링 구동 컬러(153)는, 내측 리테이너 링(20)에 형성된 오목부(20d)의 상단과 하단의 사이에서 세로 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 달리 말하면, 외측 리테이너 링(30)의 내측 리테이너 링(20)에 대한 상하 이동은, 외측링 구동 컬러(153) 및 오목부(20d)에 의해서 제한된다. 즉, 외측링 구동 컬러(153)가 오목부(20d)의 상단에 접촉한 때에, 외측 리테이너 링(30)은 내측 리테이너 링(20)에 대하여 최상측의 위치로 되고, 외측링 구동 컬러(153)가 오목부(20d)의 하단에 접촉한 때에, 외측 리테이너 링(30)은 내측 리테이너 링(20)에 대하여 최하측의 위치로 된다. 이러한 구성에 의해, 외측 리테이너 링(30)이 내측 리테이너 링(20), 즉 톱링 본체(10)로부터 낙하하여 버리는 것을 방지하고 있다.
도 30에 도시한 바와 같이, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 사이에는, 환상의 탄성막으로 이루어지는 배리어 시일(120)이 설치된다. 배리어 시일(120)은, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극을 막도록, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)의 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 배리어 시일(120)의 내측 가장자리는 내측 드라이브 링(22)의 하단에 접속되고, 배리어 시일(120)의 외측 가장자리는 외측 드라이브 링(32)의 하단에 접속되어 있다. 배리어 시일(120)은, 상측으로 굴곡된 역 U 자형의 단면을 갖고, 변형되기 쉬운 재료로 형성되어 있다. 예컨대, 배리어 시일(120)은, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해 형성할 수 있다.
배리어 시일(120)은, 내측 링 부재(21) 및 외측 링 부재(31)의 상측이면서, 스토퍼(119)의 하측에 배치되어 있다. 내측 링 부재(21)와 외측 링 부재(31)는 항상 비접촉으로 유지되고, 배리어 시일(120)의 하측에서는 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30)이 접촉하는 일은 없다. 따라서 배리어 시일(120)의 하측에서는 마모 가루가 발생하지 않는다. 배리어 시일(120)은, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 상대 이동을 허용하면서, 톱링 본체(10)의 내부에서 발생한 이물이 연마면(2a)에 낙하하는 것을 방지할 뿐 아니라, 내측 리테이너 링(20)과 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극으로부터 톱링 본체(10)로의 연마액(슬러리)의 침입을 막을 수 있다.
톱링(1)의 외주부에는, 톱링 본체(10)와 외측 리테이너 링(30)을 접속하는 시일 시트(123)가 설치된다. 시일 시트(123)는 환상의 탄성막이며, 톱링 본체(10)와 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극을 막도록, 톱링 본체(10)와 외측 리테이너 링(30)의 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 시일 시트(123)의 상단은 톱링 본체(10)의 외주면의 하단에 접속되고, 시일 시트(123)의 하단은 외측 리테이너 링(30)의 외주면에 접속되어 있다. 시일 시트(123)는, 상하 방향으로 변형되기 쉽게 벨로우즈 형상을 갖는다. 배리어 시일(120)과 같이, 시일 시트(123)는, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해서 형성되어 있다.
시일 시트(123)는, 톱링 본체(10)에 대한 외측 리테이너 링(30)의 상하 이동을 허용하면서, 톱링 본체(10)의 내부에서 발생한 이물이 연마면(2a)에 낙하하는 것을 방지할 뿐만 아니라, 톱링 본체(10)와 외측 리테이너 링(30) 사이의 간극으로부터 톱링 본체(10)로의 연마액(슬러리)의 침입을 막을 수 있다.
지금까지 본 발명의 일실시형태에 관해서 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시형태로 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 다른 형태로서 시되는 것은 물론이다.

Claims (19)

  1. 기판을 연마면에 누르기 위한 탄성막을 유지하는 톱링 본체와,
    상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하고, 상기 탄성막을 둘러싸도록 배치된 내측 리테이너 링과,
    상기 내측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 내측 압박 기구와,
    상기 내측 리테이너 링의 반경 방향 외측에 설치되고, 상기 내측 리테이너 링 및 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능한 외측 리테이너 링과,
    상기 외측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 외측 압박 기구와,
    상기 기판의 연마 중에 기판으로부터 상기 내측 리테이너 링에 가해지는 횡방향의 힘을 받고, 상기 외측 리테이너 링을 상기 내측 리테이너 링에 대하여 틸팅 가능하게 지지하는 지지 기구
    를 구비하고,
    상기 지지 기구는 상기 외측 리테이너 링에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지 기구는, 구면 베어링인 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 내측 압박 기구 및 상기 외측 압박 기구는, 상기 내측 리테이너 링 및 상기 외측 리테이너 링을 각각 독립적으로 상기 연마면에 압박할 수 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 외측 리테이너 링의 틸팅의 중심은, 상기 외측 리테이너 링의 중심축선 상에 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 외측 리테이너 링은, 상기 지지 기구에 의해 상하 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링 사이에 배치된 스토퍼를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  7. 기판을 연마면에 누르기 위한 탄성막을 유지하는 톱링 본체와,
    상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하고, 상기 탄성막을 둘러싸도록 배치된 내측 리테이너 링과,
    상기 톱링 본체와 상기 내측 리테이너 링 사이에 배치된 롤링 다이어프램을 갖고, 상기 내측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 내측 압박 기구와,
    상기 내측 리테이너 링의 반경 방향 외측에 설치되고, 상기 톱링 본체에 고정된 외측 리테이너 링과,
    상기 톱링 본체 및 상기 외측 리테이너 링에 하향의 하중을 전달하는 하중 전달 부재와,
    상기 하중 전달 부재에 대한 상기 톱링 본체 및 상기 외측 리테이너 링의 틸팅을 허용하는 구면 베어링
    을 구비하고,
    상기 구면 베어링은 상기 톱링 본체와 상기 하중 전달 부재의 사이에 배치되어 있고,
    상기 하향의 하중이 상기 하중 전달 부재를 매개로 상기 톱링 본체 및 상기 외측 리테이너 링에 전달된 때에, 상기 외측 리테이너 링은 상기 연마면을 누를 수 있게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 톱링 본체의 틸팅의 중심은, 상기 구면 베어링의 구면의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 톱링 본체는, 상기 탄성막을 유지하는 캐리어와, 상기 캐리어를 상하 이동시키는 상하 이동 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링 사이의 간극을 막는 배리어 시일을 더 구비하고, 상기 배리어 시일은, 상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링의 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링 사이에 배치된 스토퍼를 더 구비하고, 상기 스토퍼는 상기 배리어 시일의 상방에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  12. 기판을 연마면에 누르기 위한 탄성막을 유지하는 톱링 본체와,
    상기 탄성막을 둘러싸도록 배치되고, 상기 연마면에 접촉하는 내측 리테이너 링과,
    상기 내측 리테이너 링의 반경 방향 외측에 설치되고, 상기 연마면에 접촉하는 외측 리테이너 링으로서, 상기 외측 리테이너 링은 상기 내측 리테이너 링과는 비접촉으로 있고, 상기 외측 리테이너 링과 상기 내측 리테이너 링의 사이에는 간극이 형성되어 있는 것인 외측 리테이너 링과,
    상기 내측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 롤링 다이어프램을 갖는 내측 압박 기구와,
    상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링 사이의 간극을 막는 배리어 시일과,
    상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링 사이에 배치된 스토퍼
    를 구비하고,
    상기 배리어 시일은, 상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링의 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있으며,
    상기 스토퍼는 상기 배리어 시일의 상방이면서, 상기 롤링 다이어프램의 하방에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 내측 리테이너 링은, 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 외측 리테이너 링을 상기 연마면에 대하여 누르는 외측 압박 기구를 더 구비하고,
    상기 외측 리테이너 링은, 상기 내측 리테이너 링 및 상기 톱링 본체와는 독립적으로 상하 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  15. 제12항에 있어서, 상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링은, 상기 배리어 시일의 하측에서는 서로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 기판의 연마 중에 기판으로부터 상기 내측 리테이너 링에 가해지는 횡방향의 힘을 받고, 상기 외측 리테이너 링을 틸팅 가능하게 지지하는 지지 기구를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 지지 기구는, 상기 톱링 본체 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  18. 기판을 연마면에 누르기 위한 탄성막을 유지하는 톱링 본체와,
    상기 탄성막을 둘러싸도록 배치되고, 상기 연마면에 접촉하는 내측 리테이너 링과,
    상기 내측 리테이너 링의 반경 방향 외측에 설치되고, 상기 연마면에 접촉하는 외측 리테이너 링으로서, 상기 외측 리테이너 링은 상기 내측 리테이너 링과는 비접촉으로 있고, 상기 외측 리테이너 링과 상기 내측 리테이너 링의 사이에는 간극이 형성되어 있는 것인 외측 리테이너 링과,
    상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링 사이의 간극을 막는 배리어 시일과,
    상기 기판의 연마 중에 기판으로부터 상기 내측 리테이너 링에 가해지는 횡방향의 힘을 받고, 상기 외측 리테이너 링을 틸팅 가능하게 지지하는 지지 기구
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 배리어 시일은, 상기 내측 리테이너 링과 상기 외측 리테이너 링의 전체 둘레에 걸쳐 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 유지 장치.
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