KR101939646B1 - 기판을 폴리싱하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

기판을 폴리싱하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

반도체웨이퍼와 같은 기판을 평면경마무리로 폴리싱하기 위하여 폴리싱방법이 사용된다. 폴리싱장치에 의해 기판을 폴리싱하는 방법에 있어서, 상기 폴리싱장치는 폴리싱면을 갖는 폴리싱테이블(100), 기판을 유지하여 상기 기판을 폴리싱면에 가압하기 위한 톱링(1), 및 상기 톱링(1)을 상하 방향으로 이동시키기 위한 상하이동기구(24)를 포함한다. 상기 톱링(1)은 기판이 폴리싱면에 대하여 가압되기 전에 제1높이로 이동되고, 그 후 상기 톱링(1)은 상기 기판이 폴리싱면에 대하여 가압된 후에 제2높이로 이동된다.

Description

기판을 폴리싱하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR POLISHING A SUBSTRATE}
본 발명은 일반적으로 폴리싱방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체웨이퍼와 같은 피폴리싱 대상물(기판)을 평면경 마무리(flat mirror finish)로 폴리싱하기 위한 폴리싱방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체디바이스의 고집적화와 고밀도화에 따라, 와이어링 패턴 또는 배선(interconnection)의 소형화를 요구하면서, 상기 디바이스에서의 배선층들의 수도 증가하고 있다. 보다 작은 회로에서의 다층화된 배선들을 구비한 디바이스의 경향은 일반적으로 보다 낮은 배선층 상의 표면 불규칙성으로 인한 단차들의 폭이 넓어져, 평탄도(flatness)의 저하를 초래하게 된다. 배선층들의 수가 증가하면, 박막을 형성하는 공정 시에 단차 구성(stepped configuration)들에 걸친 막 코팅의 품질을 악화시킬 수도 있다. 요약하면, 우선 고도로 계층화된 다층 배선들의 출현은 개선된 단차 커버리지 및 그에 따른 적절한 표면을 얻을 수 있는 새로운 평탄화 공정이 필수적이다. 둘째로, 이러한 경향과 후술하는 또다른 이유는 반도체디바이스의 표면을 평탄화할 수 있는 새로운 공정을 필요로 한다. 즉, 반도체디바이스의 표면은 상기 반도체디바이스의 표면 상의 불규칙한 단차들이 초점심도(depth of focus) 내에 있도록 평탄화되어야 한다. 그러므로, 포토리소그래픽 공정의 소형화에 따라 포토리소그래픽 광학계의 초점심도가 더욱 작아지므로, 평탄화 공정 이후 더욱 정밀하게 편평해진 표면이 요구된다.
따라서, 반도체디바이스의 제조공정에서는, 반도체디바이스의 표면을 평탄화하는 것이 매우 중요해진다. 가장 중요한 평탄화 기술 가운데 하나는 화학적 기계적 폴리싱(CMP)이다. 따라서, 반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 폴리싱장치가 채택되어 왔다. 화학적 기계적 폴리싱장치에서는, 내부에 실리카(SiO2)와 같은 연마입자들을 함유하는 폴리싱액이 폴리싱패드와 같은 폴리싱면 상으로 공급되면서, 반도체웨이퍼와 같은 기판이 상기 폴리싱면과 슬라이딩접촉하게 되어, 기판이 폴리싱된다.
이러한 종류의 폴리싱장치는 폴리싱패드에 의해 형성되는 폴리싱면을 갖는 폴리싱테이블 및 반도체웨이퍼와 같은 기판을 유지하기 위하여 톱링 또는 폴리싱헤드라고 하는 기판유지장치를 포함한다. 반도체웨이퍼가 이러한 폴리싱장치에 의해 폴리싱되면, 상기 반도체웨이퍼는 상기 기판유지장치에 의하여 소정의 압력 하에 폴리싱패드의 폴리싱면에 대하여 유지 및 가압된다. 이 때, 상기 폴리싱테이블 및 기판유지장치는 서로에 대하여 상대 이동되어, 반도체웨이퍼를 폴리싱면과 슬라이딩접촉시킴으로써, 상기 반도체웨이퍼의 표면이 평면경 마무리로 폴리싱되도록 한다.
종래에는, 기판유지장치로서, 탄성멤브레인(멤브레인)이 척킹판(chucking plate)에 고정되고, 상기 탄성멤브레인을 통한 유체압력 하에 폴리싱패드에 대하여 반도체웨이퍼를 가압하도록 탄성멤브레인(멤브레인)으로 형성된 압력챔버 및 상기 척킹판 상부에 형성된 압력챔버(가압챔버)에 공기와 같은 유체가 공급되는 소위 부유식(floating-type) 톱링이 폭넓게 사용되어 왔다. 이러한 부유식 톱링에서는, 척킹판 상부의 가압챔버의 압력과 척킹판 하부의 멤브레인의 압력 간의 평형에 의해 상기 척킹판이 부유되어, 상기 기판을 폴리싱면 상으로 적절한 가압력으로 가압함으로써, 반도체웨이퍼를 폴리싱하게 된다. 이러한 톱링에서는, 반도체웨이퍼에 대한 압력의 인가가 개시되거나, 또는 상기 반도체웨이퍼의 진공-척킹(vacuum-chucking)이 폴리싱 이후에 수행되면, 하기 동작이 수행된다.
반도체웨이퍼에 대한 압력의 인가가 개시되면, 가압챔버가 가압되고, 상기 멤브레인에 의해 반도체웨이퍼를 유지하는 척킹판이 하강되어, 폴리싱패드, 반도체웨이퍼 및 멤브레인을 서로 접촉시키게 된다. 그리고, 원하는 압력이 상기 멤브레인에 인가되고, 그 후에 또는 동시에, 상기 가압챔버의 압력이 상기 멤브레인의 압력 이하로 조절되어, 상기 척킹판이 부유되도록 한다. 이러한 상태에서, 반도체웨이퍼가 폴리싱된다. 이 경우, 척킹판이 먼저 하강되어 폴리싱패드, 반도체웨이퍼 및 멤브레인을 서로 근접시키는 이유는, 상기 반도체웨이퍼와 상기 멤브레인 사이의 가압유체가 누출되는 것을 방지해야 하기 때문이다. 상기 폴리싱패드, 반도체웨이퍼 및 멤브레인이 서로 근접하지 않은 상태에서 상기 멤브레인에 압력이 인가된다면, 상기 반도체웨이퍼와 멤브레인 사이에 갭이 형성되고, 상기 갭을 통하여 가압유체가 누출된다.
또한, 폴리싱 시에 가압챔버의 압력이 멤브레인의 압력 이상이면, 상기 척킹판이 반도체웨이퍼를 국부적으로 가압하고, 상기 반도체웨이퍼 상의 박막이 그 국부 영역들에서 과도하게 폴리싱된다. 그러므로, 상기 압력챔버의 압력이 상기 멤브레인의 압력 이하로 조절되어, 상기 척킹판이 부유되도록 한다. 그리고, 폴리싱 이후, 반도체웨이퍼의 진공-척킹 시에는, 상기 가압챔버가 가압되어 상기 척킹판을 하강시키고, 상기 폴리싱패드, 반도체웨이퍼 및 멤브레인이 서로 근접하게 된다. 이러한 상태에서, 상기 반도체웨이퍼는 멤브레인 상부에 진공을 만들어 상기 멤브레인에 대하여 진공-척킹된다.
상술된 바와 같이, 척킹판을 구비한 부유식 톱링에서는, 반도체웨이퍼에 대한 압력의 인가가 개시되거나, 또는 반도체웨이퍼가 폴리싱 후에 멤브레인에 대해 진공-척킹되면, 상기 가압챔버의 압력과 상기 멤브레인의 압력 간의 평형에 의해 상기 척킹판의 수직 위치를 제어하는 것이 필요하게 된다. 하지만, 이러한 부유식 톱링을 이용하면, 압력 평형이 척킹판의 위치를 제어하기 때문에, 고도로 소형화되고 다층화된 디바이스의 최신 제조공정에 필요한 수준으로 정밀하게 상기 척킹판의 수직 위치를 제어하는 것이 곤란하다. 또한, 부피가 큰 가압챔버는, 상기 챔버의 팽창 혹은 수축 공정의 연장으로 인하여 반도체웨이퍼에 대한 압력의 인가가 개시되거나 또는 반도체웨이퍼가 폴리싱 후에 진공-척킹될 때에 충분히 장시간을 요구하고, 상술된 바와 같이 적절한 밸런싱을 위하여 챔버의 부피에 대한 하한이 있다. 이는 폴리싱장치의 생산성의 개선을 지연시키는 것으로 생각된다. 또한, 부유식 톱링에서는, 리테이너링(retainer ring)의 마모가 진행됨에 따라, 폴리싱면과 척킹판의 하부면 간의 거리가 짧아져, 상기 멤브레인의 상하 방향으로의 팽창과 수축의 정도가 국부적으로 변경되므로, 폴리싱 프로파일(polishing profile)의 변동을 야기하게 된다.
그러므로, 최근에는 정밀한 레벨로 폴리싱면으로부터, 멤브레인의 지지부재로서, 캐리어(톱링본체)의 수직 위치의 제어능력을 개선한 톱링이 대안예로서 사용되어 왔다. 상기 톱링의 상하 운동은 보통 서보모터 및 볼스크루에 의해 수행되므로, 상기 캐리어(톱링본체)를 소정의 높이에 즉시 위치시키는 것이 가능하게 된다. 이는 반도체웨이퍼에 대한 압력의 인가가 개시되거나 또는 반도체웨이퍼가 폴리싱 후에 진공-척킹되는 경우 종래의 톱링에 비해 동작을 위한 시간을 단축시키므로, 부유식 톱링에 비해 폴리싱장치의 생산성을 개선할 수 있게 된다. 또한, 이러한 톱링, 즉 멤브레인식 톱링에서는, 폴리싱면으로부터 캐리어의 수직 위치가 정밀하게 제어될 수 있기 때문에, 상기 반도체웨이퍼의 에지부의 폴리싱 프로파일이 부유식 톱링과 같은 밸런싱에 의해서가 아니라, 멤브레인의 팽창을 조절하여 조정될 수 있게 된다. 또한, 리테이너링이 캐리어의 수직방향으로 독립적으로 이동될 수 있으므로, 상기 리테이너링이 마모되더라도, 상기 폴리싱면으로부터의 캐리어의 수직 위치가 영향을 받지 않게 된다. 이에 따라, 상기 리테이너링의 수명이 급격하게 연장될 수 있게 된다.
이러한 종류의 톱링에서는, 반도체웨이퍼에 대한 압력의 인가가 개시되거나 또는 폴리싱 이후 반도체웨이퍼가 진공-척킹되면, 하기 동작이 정상적으로 수행된다.
반도체웨이퍼에 대한 압력의 인가가 개시되면, 상기 캐리어, 또는 멤브레인에 의한 진공 하에 상기 반도체웨이퍼를 유지하는 톱링이 폴리싱패드 상으로 하강된다. 이 때, 상기 톱링은, 원하는 폴리싱 프로파일이 후속 폴리싱 공정에서 얻어질 수 있는 높이로 이동된다. 정상적으로는, 탄성이 양호한 멤브레인식 톱링에서, 반도체웨이퍼의 주변부(에지부)가 폴리싱되기 쉬우므로, 상기 반도체웨이퍼에 인가되는 압력은 상기 톱링의 높이를 상승시켜 상기 멤브레인의 팽창에 기인하는 손실에 의해 저감되어야 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 반도체웨이퍼와 폴리싱패드 사이의 갭이 통상적으로 대략 1 mm인 높이까지 상기 톱링이 하강된다. 그런 다음, 반도체웨이퍼가 폴리싱면에 대하여 가압되어 폴리싱된다. 폴리싱 후, 반도체웨이퍼는 톱링에 대하여 진공-척킹되는 한편, 상기 톱링은 폴리싱의 높이와 같은 높이로 유지된다. 하지만, 이렇게 행하여지는 종래의 폴리싱방법은 우선 다음과 같은 예상치 못한 문제점들을 가진다.
반도체웨이퍼에 대한 압력의 인가가 개시될 때 상기 반도체웨이퍼와 폴리싱패드 사이의 갭이 상기 반도체웨이퍼의 변형을 초래할 수도 있다. 이러한 변형은, 반도체웨이퍼와 폴리싱패드 사이의 갭에 대응하는 양에 비례하여 큰 정도까지 이를 수도 있다. 그러므로, 이 경우에 반도체웨이퍼에 인가되는 응력이 증가하여, 반도체웨이퍼 상에 형성된 미세 배선들의 파손의 증가 또는 상기 반도체웨이퍼 자체의 손상을 초래하게 된다. 다른 한편으로, 반도체웨이퍼가 폴리싱 후에 진공-척킹되면, 캐리어의 하부면과 멤브레인의 상부면 사이에 갭이 있는 상태로부터 상기 멤브레인 상부에 진공을 생성하여 상기 캐리어에 반도체웨이퍼가 부착된다면, 상기 반도체웨이퍼의 변형량이 상기 캐리어의 하부면과 상기 멤브레인의 상부면 사이의 갭에 대응하는 양만큼 커지게 된다. 그러므로, 반도체웨이퍼에 인가되는 응력이 증가하고, 상기 반도체웨이퍼가 멤브레인식 톱링의 동작 시 일부 경우에 있어서 손상을 입게 된다. 하지만, 이러한 결함을 피하기 위한 도전이 지금까지는 성공하지 못했다. 첫째, 갭을 형성하지 않는 것을 성공 못함: 압력이 반도체웨이퍼에 인가되거나 또는 반도체웨이퍼가 진공-척킹될 때, 반도체웨이퍼와 폴리싱패드 사이의 갭이 거의 없는 위치로 톱링이 하강되거나 또는 상기 반도체웨이퍼가 상기 폴리싱패드와 국부적으로 접촉하게 된다면, 상기 반도체웨이퍼 상의 박막이 과도하게 폴리싱되거나 또는 최악의 경우 상기 반도체웨이퍼 자체가 손상을 입는다.
둘째로, 반도체웨이퍼가 톱링으로부터 해제될 때 상기 반도체웨이퍼에 인가되는 응력을 줄이기 위해 사용되는, 일본특허공개공보 제2005-123485호에 개시된 릴리스 노즐(release nozzle)이 대안예로 생각할 수 있다. 상기 릴리스 노즐은, 반도체웨이퍼의 이면과 멤브레인 사이에 가압유체를 분사하여 톱링으로부터의 반도체웨이퍼의 해제를 보조하기 위한 보조 메커니즘으로서의 역할을 한다. 이 경우, 반도체웨이퍼는 반도체웨이퍼의 주변부를 멤브레인으로부터 제거하기 위해 리테이너링의 저부면으로부터 하향으로 밀려 나간 다음, 상기 가압유체가 상기 반도체웨이퍼의 주변부와 멤브레인 사이에 분사된다. 그러므로, 반도체웨이퍼가 톱링으로부터 해제되는 경우, 일본특허공개공보 제2005-123485호에서 보는 바와 같이, 멤브레인을 가압하여 상기 멤브레인을 팽창시키는 것이 필요하게 된다. 상기 릴리스 노즐은 또한 미국특허 제7,044,832호에도 개시되어 있다. 이러한 미국특허공보에 개시된 바와 같이, 반도체웨이퍼가 해제될 때, 블래더(bladder)가 팽창된(가압된) 다음, 상기 반도체웨이퍼의 에지부가 상기 블래더로부터 분리되는 상태로 샤워가 분무된다(컬럼 10의 6번째 내지 15번째 줄 및 도 2a 참조). 구체적으로는, 상기 공보 양자 모두에 있어서, 반도체웨이퍼의 에지부를 멤브레인으로부터 분리하기 위해 상기 멤브레인이 팽창되고, 상기 갭 안으로 샤워가 분무된다. 하지만, 이들 공보에서의 멤브레인이 제안된 바와 같이 가압 및 팽창되면, 국부적으로 변형된 하향력이 기판에 인가된다. 이에 따라, 멤브레인의 팽창에 따라 반도체웨이퍼에 국부적으로 응력이 인가되는 경향이 있고, 상기 노즐을 구비한 종래의 톱링 사용 시에 상기 반도체웨이퍼 상에 형성된 미세한 배선이 파손되거나 또는 반도체웨이퍼 자체가 최악의 경우에 손상을 받게 된다. 이에 따라, 평탄화 공정으로 인한 기판의 결함을 줄이면서, 정밀한 평탄도 및 고-스루풋 양자 모두를 달성하기 위한 평탄화 공정이 요구된다.
본 발명은 상기 단점들의 관점에서 고안되었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 높은 스루풋을 얻고, 반도체웨이퍼와 같은 기판의 변형 및 기판에 인가되는 응력을 줄여 기판의 결함 발생 또는 기판의 손상을 방지함으로써, 기판을 폴리싱하고, 상기 기판을 톱링에 대해 진공-척킹하며, 상기 기판을 상기 톱링으로부터 안전한 방식으로 해제시킬 수 있는 폴리싱방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1형태에 따르면, 폴리싱장치에 의해 기판을 폴리싱하는 방법이 제공되는데, 상기 장치는, 폴리싱면을 구비하는 폴리싱테이블, 기판을 유지하여 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 톱링, 및 상기 톱링을 상하 방향으로 이동하기 위한 상하이동기구를 포함하여 이루어지고, 상기 방법은, 상기 기판이 상기 폴리싱면에 대하여 가압되기 전에 상기 톱링을 제1높이로 이동시키는 단계; 및 상기 기판이 상기 폴리싱면에 대하여 가압된 후에 상기 톱링을 제2높이로 이동시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제1형태에 따르면, 반도체웨이퍼와 같은 기판이 폴리싱테이블의 폴리싱면에 대하여 가압되기 전, 기판과 폴리싱면 간의 클리어런스가 작은 제1높이로 상기 톱링이 하강된다. 톱링이 제1위치에 위치하면, 압력의 인가가 개시되어, 상기 기판이 폴리싱면과 접촉하게 되고, 상기 폴리싱면에 대하여 가압된다. 기판과 폴리싱면 간의 클리어런스는 압력의 인가 개시 시에 작기 때문에, 상기 기판의 변형 허용치가 작을 수 있으므로, 상기 기판의 변형이 억제될 수 있게 된다. 그런 다음, 톱링이 원하는 제2높이로 이동된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 제1높이는 0.1 mm 내지 1.7 mm의 범위 내에 있는 멤브레인 높이에 등가이고, 상기 멤브레인 높이는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 부착되어 그에 의해 유지되는 상태에서 상기 기판과 상기 폴리싱면 간의 클리어런스로 정의된다.
기판이 폴리싱면에 대하여 가압되기 전에, 상기 기판이 상기 톱링에 부착되어 상기 톱링에 의해 유지되는(이하, "기판이 톱링에 진공-척킹되는"이라고도 함) 상태에서, 상기 기판과 폴리싱면 간의 클리어런스가 멤브레인 높이가 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제1높이는 0.1 mm 내지 0.7 mm의 범위 내에 있는 멤브레인 높이에 등가이고, 상기 멤브레인 높이는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 부착되어 그에 의해 유지되는 상태에서 상기 기판과 상기 폴리싱면 간의 클리어런스로 정의된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 제2높이는 0.1 mm 내지 2.7 mm의 범위 내에 있는 멤브레인 높이에 등가이고, 상기 멤브레인 높이는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 의해 상기 폴리싱면에 대하여 가압되는 상태에서 상기 톱링본체와 상기 멤브레인 간의 클리어런스로 정의된다.
기판이 폴리싱면에 대하여 가압되는 상태에서, 상기 멤브레인 높이, 즉 멤브레인과 톱링(캐리어) 간의 클리어런스가 "제2높이"가 된다. 상기 멤브레인 높이를 1 mm 보다 크지 않게 하기 위해서는 보다 정밀한 컨트롤러가 필수적이지만, 이러한 높이는 평탄화 공정에서 오차 가능성이 있는 범위 내에 있기 때문에, 상기 멤브레인 높이를 1 mm 보다 크지 않게 하는 것은 별 의미가 없다. 또한, 멤브레인 높이를 2.7 mm 보다 작지 않게 하는 경우에는, 적절한 글로벌 평탄화를 성취하는 것이 불가능하거나 불충분하다는 것이 밝혀졌다. 따라서, 상기 멤브레인 높이는 0.1 mm 내지 2.7 mm의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제2높이는 0.1 mm 내지 1.2 mm의 범위 내에 있는 멤브레인 높이에 등가이고, 상기 멤브레인 높이는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 의해 상기 폴리싱면에 대하여 가압되는 상태에서 상기 톱링본체와 상기 멤브레인 간의 클리어런스로 정의된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 방법은, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출한 후, 상기 톱링이 상기 제2높이로 이동된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서는, 상기 폴리싱테이블을 회전하기 위한 모터의 전류값 변화, 상기 폴리싱테이블에 제공되는 와류센서, 상기 폴리싱테이블에 제공되는 광학센서, 및 상기 톱링을 회전하기 위한 모터의 전류값 변화 중 적어도 하나가 사용되어, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링을 상하 방향으로 이동하기 위한 상기 상하이동기구는 볼스크루 및 상기 볼스크루를 회전하기 위한 모터를 포함하여 이루어지고, 상기 볼스크루를 회전하기 위한 상기 모터의 전류값 변화가 사용되어, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 압력챔버에 공급되는 가압유체의 압력 변화 또는 유량 변화가 사용되어, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출하게 된다.
본 발명의 제2형태에 따르면, 폴리싱장치에 의해 기판을 폴리싱하는 방법이 제공되는데, 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비하는 폴리싱테이블, 기판을 유지하여 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 톱링, 및 상기 톱링을 상하 방향으로 이동하기 위한 상하이동기구를 포함하여 이루어지고, 상기 방법은, 상기 기판이 상기 폴리싱면에 대하여 가압되기 전에 상기 톱링을 소정의 높이로 이동시키는 단계; 상기 톱링을 상기 소정의 높이로 유지하면서, 제1압력으로 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하는 단계; 및 상기 제1압력으로 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압한 후, 상기 제1압력보다 높은 제2압력으로 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하여 상기 기판을 폴리싱하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제2형태에 따르면, 기판이 폴리싱테이블의 폴리싱면에 대하여 가압되기 전, 상기 톱링이 소정의 높이로 하강된다. 톱링이 소정의 위치에 위치하면, 압력의 인가가 제1압력으로 개시되어, 상기 기판이 폴리싱면과 접촉하게 되고, 상기 기판이 폴리싱면에 대하여 가압된다. 구체적으로는, 압력의 인가 개시 시, 기판이 저압력의 제1압력으로 가압되어, 상기 기판이 폴리싱면과 접촉하게 됨으로써, 상기 기판이 폴리싱면과 접촉하게 되는 시간만큼 상기 기판의 변형량을 더욱 적게 만들게 된다. 그런 다음, 기판이 상기 제1압력보다 높은 제2압력으로 상기 폴리싱면에 대하여 가압되어, 상기 기판을 폴리싱하기 위한 실질적인 폴리싱 공정을 행하게 된다. 실질적인 폴리싱 공정은 20초가 넘는 폴리싱 공정이라 명명되고, 복수의 실질적인 폴리싱 공정들이 존재할 수도 있다. 이러한 실질적인 공정 시, 폴리싱액 또는 화학액이 폴리싱패드 상으로 공급되고, 상기 기판은 폴리싱면에 대하여 가압되어 상기 폴리싱면과 슬라이딩 접촉하게 됨으로써, 기판을 폴리싱하거나 또는 기판을 세정하게 된다. 상기 제1압력은 50 hPa 내지 200 hPa의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 근사적으로 100 hPa이다. 상기 제1압력은, 톱링이 일정한 높이로 유지되면서 기판이 폴리싱면과 접촉하게 되도록 멤브레인을 하향으로 가압되도록 할 수 있는 최적의 압력이어야 한다. 하지만, 가압 속도는 50 hPa 보다 높지 않은 압력에서 느려지고, 기판은 200 hPa 보다 낮지 않은 압력에서 필요한 것보다 많이 가압되므로, 기판이 폴리싱면과 접촉하게 되는 시간만큼 변형되게 된다. 상기 제2압력은 10 hPa 내지 1000 hPa의 범위 내에 있고, 바람직하게는 30 hPa 내지 500 hPa이다. 이러한 범위는 표면 조건, 즉 스무드니스(smoothness), 및 기판이나 웨이퍼의 재료를 고려하여 결정되어야 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 소정의 높이는 0.1 mm 내지 2.7 mm의 범위 내에 있는 멤브레인 높이에 등가이고, 상기 멤브레인 높이는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 부착되어 그에 의해 유지되는 상태에서 상기 기판과 상기 폴리싱면 간의 클리어런스로 정의된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 소정의 높이는 0.1 mm 내지 1.2 mm의 범위 내에 있는 멤브레인 높이에 등가이고, 상기 멤브레인 높이는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 부착되어 그에 의해 유지되는 상태에서 상기 기판과 상기 폴리싱면 간의 클리어런스로 정의된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제1압력은, 상기 폴리싱 공정에서 상기 제2압력의 절반보다 높지 않다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 제1압력은 대기압이다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 방법은, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출한 후, 상기 제2압력으로 상기 폴리싱면에 대하여 가압된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 폴리싱테이블을 회전하기 위한 모터의 전류값 변화, 상기 폴리싱테이블에 제공되는 와류센서, 상기 폴리싱테이블에 제공되는 광학센서, 및 상기 톱링을 회전하기 위한 모터의 전류값 변화 중 적어도 하나가 사용되어, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링을 상하 방향으로 이동하기 위한 상기 상하이동기구는 볼스크루 및 상기 볼스크루를 회전하기 위한 모터를 포함하여 이루어지고, 상기 볼스크루를 회전하기 위한 상기 모터의 전류값 변화가 사용되어, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 압력챔버에 공급되는 가압유체의 압력 변화 또는 유량 변화가 사용되어, 상기 폴리싱면에 대한 상기 기판의 가압을 검출하게 된다.
본 발명의 제3형태에 따르면, 폴리싱장치에 의해 기판을 폴리싱하는 방법이 제공되는데, 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비하는 폴리싱테이블, 기판을 휴지하여 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 톱링, 및 상기 톱링을 상하 방향으로 이동하기 위한 상하이동기구를 포함하여 이루어지고, 상기 방법은, 상기 기판이 상기 폴리싱면에 대하여 가압되기 전에 상기 톱링을 소정의 높이로 이동시키는 단계; 상기 톱링을 상기 소정의 높이로 유지하면서, 상기 기판이 상기 폴리싱면과 접촉하게 되도록 상기 기판을 소정의 압력을 가압하는 단계; 및 폴리싱 개시 시에 상기 폴리싱면과 상기 기판의 접촉을 검출하고, 폴리싱 조건을 차기 폴리싱 조건으로 변경하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제3형태에 따르면, 기판이 폴리싱테이블의 폴리싱면에 대하여 가압되기 전, 상기 톱링이 소정의 높이로 하강된다. 톱링이 소정의 위치에 위치하면, 기판에 대한 압력의 인가가 소정의 압력으로 개시되어, 상기 기판이 폴리싱면과 접촉하게 된다. 폴리싱 개시 시, 폴리싱면과의 기판의 접촉이 검출되고, 폴리싱 조건은 차기 폴리싱 조건으로 변경되어, 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱 압력이 원하는 값으로 변경되거나 또는 상기 톱링이 원하는 높이로 상승하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 폴리싱테이블을 회전하기 위한 모터의 전류값 변화, 상기 폴리싱테이블에 제공되는 와류센서, 상기 폴리싱테이블에 제공되는 광학센서, 및 상기 톱링을 회전하기 위한 모터의 전류값 변화 중 적어도 하나가 사용되어, 상기 폴리싱면과의 상기 기판의 접촉을 검출하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링을 상하 방향으로 이동하기 위한 상기 상하이동기구는 볼스크루 및 상기 볼스크루를 회전하기 위한 모터를 포함하여 이루어지고, 상기 볼스크루를 회전하기 위한 상기 모터의 전류값 변화가 사용되어, 상기 폴리싱면과 상기 기판의 접촉을 검출하게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 압력챔버에 공급되는 가압유체의 압력 변화 또는 유량 변화가 사용되어, 상기 폴리싱면과 상기 기판의 접촉을 검출하게 된다.
본 발명의 제4형태에 따르면, 폴리싱장치에 의해 기판을 폴리싱하는 방법이 제공되는데, 상기 폴리싱장치는, 폴리싱면을 구비하는 폴리싱테이블, 기판을 유지하여 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 톱링, 및 상기 톱링을 상하 방향으로 이동하기 위한 상하이동기구를 포함하여 이루어지고, 상기 방법은, 상기 기판이 상기 폴리싱면과 접촉하게 되는 상태에서 상기 톱링을 소정의 높이로 이동시키는 단계; 및 상기 톱링을 이동시킨 후 또는 상기 톱링을 이동시키는 것과 동시에, 상기 기판을 상기 폴리싱면으로부터 상기 톱링으로 부착시켜, 상기 기판을 상기 톱링에 의하여 유지시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제4형태에 따르면, 폴리싱면 상에서의 기판 처리 완료 후, 그리고 기판이 톱링에 진공-척킹되면, 상기 톱링이 이동되고, 기판을 진공-척킹하기 위한 기판유지면과 톱링본체(캐리어)의 표면 간의 작은 클리어런스가 있는 상태로부터 상기 기판의 진공-척킹이 개시된다. 이에 따라, 기판의 진공-척킹 전의 클리어런스가 작기 때문에, 상기 기판의 변형 허용치가 작으므로, 상기 기판의 변형량이 극히 적을 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 압력챔버에 상기 가압유체가 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 소정의 높이는 0.1 mm 내지 1.7 mm의 범위 내에 있는 멤브레인 높이에 등가이고, 상기 멤브레인 높이는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 의하여 상기 폴리싱면에 대해 가압되는 상태에서 상기 톱링본체와 상기 멤브레인 간의 클리어런스로 정의된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 소정의 높이는 0.1 mm 내지 1.0 mm의 범위 내에 있는 멤브레인 높이에 등가이고, 상기 멤브레인 높이는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 의하여 상기 폴리싱면에 대해 가압되는 상태에서 상기 톱링본체와 상기 멤브레인 간의 클리어런스로 정의된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 상하이동기구는, 상기 톱링을 상하 방향으로 이동하기 위한 볼스크루 및 상기 볼스크루를 회전하기 위한 모터를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 상하이동기구는, 상기 폴리싱면의 높이를 측정하기 위한 센서를 포함하는 기구를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 제5형태에 따르면, 기판을 폴리싱하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는, 폴리싱면을 구비하는 폴리싱테이블; 기판유지면에 의해 상기 기판의 이면을 유지하도록 그리고 리테이너링에 의하여 상기 기판의 외주 에지를 유지하도록 구성되고, 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링; 상기 톱링을 상하 방향으로 이동시키도록 구성된 상하이동기구; 및 상기 기판을 상기 톱링으로 또는 상기 톱링으로부터 이송하도록 구성된 푸셔를 포함하여 이루어지고, 상기 푸셔는, 상기 톱링으로부터 상기 기판을 수용하기 전에, 상기 기판유지면보다 높은 위치까지 상기 리테이너링의 저부면을 푸싱할 수 있다.
본 발명의 제5형태에 따르면, 기판을 톱링으로부터 수용하기 전에 푸셔가 상승되고, 리테이너링의 저부면은 상기 푸셔에 의해 푸싱되므로, 상기 톱링의 기판유지면보다 높은 수직 위치에 위치하게 된다. 그러므로, 기판과 기판유지면 간의 경계가 노출되게 된다. 그리고, 예컨대 가압유체가 기판과 기판유지면 사이에 분사될 수 있어, 상기 기판이 해제되게 된다. 따라서, 해제 시에 기판에 인가되는 응력을 저감할 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은 가압유체가 공급되기 위한 리테이너링챔버를 구비하고, 상기 리테이너링챔버는, 상기 가압유체가 상기 리테이너링챔버에 공급될 때의 유체압력 하에 상기 리테이너링을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 리테이너링챔버는 진공소스에 연결가능하다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 푸셔는, 상기 기판유지면과 상기 기판 사이에 가압유체를 분사하기 위한 노즐을 포함하여 이루어지고, 상기 기판은, 상기 노즐로부터 분사되는 가압유체에 의해 상기 기판유지면으로부터 제거된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 가압유체가 상기 복수의 압력챔버에 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 기판유지면을 구성하는 상기 멤브레인으로부터 상기 기판이 제거될 때, 상기 복수의 압력챔버 모두가 가압되지 않는 상태에서 상기 기판이 제거된다.
본 발명에 따르면, 멤브레인을 가압하지 않으면서도, 푸셔의 노즐로부터의 가압유체의 효과에 의해서만 기판을 제거할 수 있게 된다. 따라서, 기판에 인가되는 응력이 저감될 수 있게 된다.
본 발명의 제6형태에 따르면, 기판을 폴리싱하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는, 폴리싱면을 구비하는 폴리싱테이블; 기판유지면에 의해 상기 기판의 이면을 유지하도록 그리고 리테이너링에 의하여 상기 기판의 외주 에지를 유지하도록 구성되고, 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링; 및 상기 톱링을 상하 방향으로 이동시키도록 구성된 상하이동기구를 포함하여 이루어지고, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 가압유체가 상기 복수의 압력챔버에 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 기판유지면을 구성하는 상기 멤브레인으로부터 상기 기판이 제거될 때, 상기 복수의 압력챔버 중 적어도 하나는 가압되고, 상기 복수의 압력챔버 중 적어도 하나는 진공상태에서 감압(depressurize)된다.
본 발명의 제6형태에 따르면, 멤브레인으로부터 기판을 제거하기 위하여 압력챔버가 가압되면, 상기 멤브레인은 기판이 멤브레인에 들러붙는 상태에서 큰 정도까지 계속 팽창되므로, 기판에 인가되는 응력이 커지게 된다. 그러므로, 압력챔버들 중 적어도 하나가 가압되는 경우에는, 기판이 멤브레인에 들러붙는 상태에서 상기 멤브레인이 계속 팽창되는 것을 방지하기 위하여, 가압된 압력챔버들 이외의 압력챔버들 중 적어도 하나가 감압되어 상기 멤브레인의 팽창을 억제하게 된다.
본 발명의 제7형태에 따르면, 기판을 폴리싱하기 위한 장치가 제공되는데, 상기 장치는, 폴리싱면을 구비하는 폴리싱테이블; 기판유지면에 의해 상기 기판의 이면을 유지하도록 그리고 리테이너링에 의하여 상기 기판의 외주 에지를 유지하도록 구성되고, 상기 폴리싱면에 대하여 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링; 상기 톱링을 상하 방향으로 이동시키도록 구성된 상하이동기구를 포함하여 이루어지고, 상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 가압유체가 상기 압력챔버에 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되며, 상기 상하이동기구는, 상기 리테이너링이 상기 폴리싱면과 접촉하게 되는 상태에서 상기 톱링을 제1위치에서 제2위치로 이동시키도록 작동가능하고, 상기 제1위치는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 부착되어 그에 의해 유지되는 상태에서 상기 기판과 상기 폴리싱면 간의 클리어런스가 있는 위치로 정의되며, 상기 제2위치는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 의해 상기 폴리싱면에 대하여 가압되는 상태에서 상기 톱링본체와 상기 멤브레인 간의 클리어런스가 있는 위치로 정의된다.
본 발명의 제7형태에 따르면, 반도체웨이퍼와 같은 기판이 폴리싱테이블의 폴리싱면에 대하여 가압되기 전, 기판과 폴리싱면 간의 클리어런스가 작은 제1위치로 상기 톱링이 하강된다. 톱링이 제1위치에 위치하면, 압력의 인가가 개시되어, 상기 기판이 폴리싱면과 접촉하게 되고, 상기 폴리싱면에 대하여 가압된다. 압력의 인가 개시 시에는 기판과 폴리싱면 간의 클리어런스가 작기 때문에, 상기 기판의 변형 허용치가 작을 수 있으므로, 상기 기판의 변형이 억제될 수 있게 된다. 그런 다음, 상기 톱링이 제2위치로 이동된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 장치는, 상기 톱링본체에 고정되어, 그리고 상기 리테이너링의 링부재와 슬라이딩 접촉하게 되어 상기 링부재의 이동을 안내하도록 구성된 리테이너링가이드; 및 상기 링부재와 상기 리테이너링가이드 사이에 제공되는 연결시트를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 상기 연결시트는 폴리싱액(슬러리)이 상기 링부재와 리테이너링가이드 사이의 갭 안으로 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 장치는, 가압유체가 공급되기 위한 리테이너링챔버로서, 상기 가압유체가 상기 리테이너링챔버에 공급될 때의 유체압력 하에 상기 리테이너링을 상기 폴리싱면에 대하여 가압하도록 구성되고, 상기 톱링본체에 고정된 실린더 내에 형성되는 상기 리테이너링챔버; 상기 톱링본체에 고정되어, 그리고 상기 리테이너링의 링부재와 슬라이딩 접촉하게 되어 상기 링부재의 이동을 안내하도록 구성된 리테이너링가이드; 및 상기 실린더와 상기 리테이너링가이드 사이에 제공되는 벨트형 가요성 부재를 포함하여 이루어지는 밴드(band)를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명에 따르면, 상기 밴드는 폴리싱액(슬러리)이 상기 실린더와 리테이너링가이드 사이의 갭 안으로 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 에지에서 상기 멤브레인을 상기 리테이너링에 연결하는 시일부재를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 시일부재는, 톱링본체와 리테이너링이 서로에 대하여 이동되도록 하면서, 폴리싱액이 상기 탄성멤브레인과 링부재 사이의 갭 안으로 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 반경방향 바깥쪽에 배치된 환형 에지홀더 및 상기 에지홀더의 반경방향 안쪽에 배치된 환형 리플홀더에 의하여 상기 톱링본체의 하부면 상에 유지된다.
본 발명의 바람직한 형태에 있어서, 상기 리플홀더는, 복수의 스토퍼에 의하여 상기 톱링본체의 하부면 상에 유지된다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기판에 대한 압력의 인가가 개시되어 기판을 폴리싱하게 되는 경우, 상기 기판은 상기 톱링에 대해 진공-척킹되거나, 또는 상기 기판이 상기 톱링으로부터 해제되고, 상기 기판의 변형이 억제될 수 있어, 상기 기판에 인가되는 응력이 저감될 수 있다. 그 결과, 기판의 결함 발생이나 기판의 손상이 방지될 수 있어, 기판을 폴리싱하고, 상기 기판을 톱링에 대하여 진공-척킹하며, 상기 기판을 안전한 방식으로 상기 톱링으로부터 해제시킬 수 있게 된다.
본 발명의 상기 목적과 기타 목적, 특징 및 장점들은, 예시를 통하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하는 첨부 도면들과 연계하여 후술하는 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 전체 구조를 도시한 개략도;
도 2는 피폴리싱 대상물로서 반도체웨이퍼를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링을 도시한 개략적인 단면도;
도 3은 본 실시예에 따른 폴리싱장치의 일련의 폴리싱 공정들의 흐름도;
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 멤브레인 높이를 도시한 개략도;
도 5는 톱링이 하강되기 전, 반도체웨이퍼를 진공-척킹하는 톱링의 상태를 도시한 개략도;
도 6은 반도체웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스를 크게 하면서, 반도체웨이퍼를 진공-척킹하여 하강되는 톱링의 상태를 도시한 개략도;
도 7a는 도 6에 도시된 바와 같이 반도체웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 큰 상태로부터 압력의 인가가 개시되는 경우에 반도체웨이퍼의 변형 상태를 도시한 개략도;
도 7b는 반도체웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 큰 상태로부터 압력의 인가가 개시되는 경우에 반도체웨이퍼의 변형량을 도시한 그래프;
도 7c는 리플챔버의 압력 응답성을 개선하기 위한 수단으로서 상기 리플챔버와 연통되는 유로를 도시한 도면;
도 8은 본 발명의 제1형태를 도시한 도면으로서, 진공 하에 웨이퍼를 유지하는 톱링이 하강되어, 상기 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 작은 클리어런스가 있는 경우를 도시한 개략도;
도 9a는 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 작은 상태로부터 멤브레인에 대한 압력의 인가가 개시되는 상태를 도시한 개략적인 단면도;
도 9b는 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 작은 상태로부터 압력의 인가가 개시되는 경우에 웨이퍼의 변형량을 도시한 그래프;
도 10은 원하는 폴리싱 프로파일을 취득하기 위하여, 톱링이 도 9a에 도시된 상태로부터 최적의 높이로 이동되는 상태를 도시한 개략도;
도 11은 본 발명의 제2형태를 도시한 도면으로서, 진공 하에 웨이퍼를 유지하는 톱링이 하강되어, 상기 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 큰 클리어런스가 있는 경우를 도시한 개략도;
도 12a는 높은 멤브레인 높이의 상태로부터 상기 멤브레인에 대한 압력의 인가가 개시되는 상태를 도시한 개략적인 단면도;
도 12b는 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 큰 상태로부터 압력의 인가가 개시되는 경우에 상기 웨이퍼의 변형량을 도시한 그래프;
도 13은 톱링을 이동하지 않으면서도 도 12a에 도시된 상태에서 실질적인 폴리싱이 행하여지는 경우를 도시한 개략도;
도 14는 폴리싱패드 상에서의 웨이퍼 처리의 완료 후, 그리고 웨이퍼가 톱링에 대하여 진공-척킹될 때, 캐리어의 표면과 멤브레인의 이면 간의 큰 클리어런스가 있는 경우를 도시한 개략도;
도 15는 도 14에 도시된 바와 같이 멤브레인의 이면과 캐리어의 표면 간의 큰 클리어런스가 있는 상태로부터 웨이퍼의 진공-척킹이 개시되는 경우에 상기 웨이퍼의 변형 상태를 도시한 개략도;
도 16a는 멤브레인의 이면과 캐리어의 표면 간의 클리어런스가 큰 상태로부터 웨이퍼의 진공-척킹이 개시되는 경우에 상기 웨이퍼의 상태를 도시한, 그리고 상기 폴리싱패드가 홈을 구비하는 경우를 도시한 개략도;
도 16b는 멤브레인의 이면과 캐리어의 표면 간의 클리어런스가 큰 상태로부터 웨이퍼의 진공-척킹이 개시되는 경우에 상기 웨이퍼의 상태를 도시한, 그리고 상기 폴리싱패드가 홈을 구비하지 않은 경우를 도시한 개략도;
도 17은 본 발명의 일 형태를 도시한 도면으로서, 폴리싱패드 상에서의 웨이퍼 처리의 완료 후, 그리고 웨이퍼가 톱링에 대해 진공-척킹될 때, 캐리어의 표면과 멤브레인(멤브레인 높이는 낮음)의 이면 간의 작은 클리어런스가 있는 경우를 도시한 개략도;
도 18은 도 17에 도시된 바와 같이 멤브레인의 이면과 캐리어의 표면 간의 작은 클리어런스가 있는 상태로부터 웨이퍼의 진공-척킹이 개시되는 경우에 상기 웨이퍼의 변형 상태를 도시한 개략도;
도 19a는 톱링에 대한 웨이퍼의 진공-척킹이 완료된 상태를 도시한, 그리고 폴리싱패드가 홈을 구비한 경우를 도시한 개략도;
도 19b는 톱링에 대한 웨이퍼의 진공-척킹이 완료된 상태를 도시한, 그리고 폴리싱패드가 홈을 구비하지 않은 경우를 도시한 개략도;
도 20은 실험 데이터를 도시한 그래프로서, 웨이퍼의 진공-척킹 시의 멤브레인 높이(캐리어의 하부면과 멤브레인의 상부면 간의 클리어런스)와 상기 웨이퍼의 진공-척킹 시 웨이퍼에 인가되는 응력 간의 관계를 도시한 그래프;
도 21은 톱링 및 푸셔를 도시한 개략도로서, 웨이퍼를 톱링으로부터 푸셔로 이송하기 위하여 상기 푸셔가 상승되는 상태를 도시한 도면;
도 22는 푸셔의 상세 구조를 도시한 개략도;
도 23은 웨이퍼를 멤브레인으로부터 제거하기 위한 웨이퍼 해제의 상태를 도시한 개략도;
도 24a는 웨이퍼가 멤브레인으로부터 제거될 때 리플 영역이 가압되는 경우를 도시한, 그리고 상기 리플 영역이 가압되는 경우를 도시한 개략도;
도 24b는 웨이퍼가 멤브레인으로부터 제거될 때 리플 영역이 가압되는 경우를 도시한, 그리고 상기 리플 영역이 가압되고 외측 영역은 감압되는 경우를 도시한 개략도;
도 25는 도 1에 도시된 톱링을 더욱 상세히 도시한 도면;
도 26은 도 1에 도시된 톱링을 더욱 상세히 도시한 단면도;
도 27은 도 1에 도시된 톱링을 더욱 상세히 도시한 단면도;
도 28은 도 1에 도시된 톱링을 더욱 상세히 도시한 단면도;
도 29는 도 1에 도시된 톱링을 더욱 상세히 도시한 단면도; 및
도 30은 도 27에 도시된 리테이너링의 XXX 부분의 확대도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 폴리싱장치를 도 1 내지 도 30을 참조하여 설명하기로 한다. 동일하거나 대응하는 부분들은 도면 전반에 걸쳐 동일하거나 대응하는 참조 부호들로 표시되므로, 이하 반복해서 설명하지는 않기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 전체 구조를 도시한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리싱장치는, 폴리싱테이블(100) 및 피폴리싱 대상물로서 반도체웨이퍼와 같은 기판(substrate)을 유지하여 상기 기판을 상기 폴리싱테이블(100) 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링(top ring)(1)을 포함하여 이루어진다.
상기 폴리싱테이블(100)은, 테이블샤프트(100A)를 통해 폴리싱테이블(100) 아래에 배치된 모터(도시되지 않음)에 결합된다. 따라서, 상기 폴리싱테이블(100)은 상기 테이블샤프트(100A)를 중심으로 회전가능하다. 폴리싱패드(101)는 상기 폴리싱테이블(100)의 상부면에 부착된다. 상기 폴리싱패드(101)의 상부면(101a)은 반도체웨이퍼를 폴리싱하기 위한 폴리싱면을 구성한다. 상기 폴리싱테이블(100) 상부에는 폴리싱액공급노즐(도시되지 않음)이 제공되어, 폴리싱액을 폴리싱테이블(100) 상의 폴리싱패드(101) 상으로 공급하게 된다.
상기 톱링(1)은 톱링샤프트(18)의 하단부에 연결되고, 상기 톱링샤프트(18)는 상하이동기구(24)에 의하여 톱링헤드(16)에 대하여 상하로 이동가능하다. 상하이동기구(24)가 톱링샤프트(18)를 상하로 이동시키면, 상기 톱링(1)은 상기 톱링헤드(16)에 대한 위치설정을 위하여 전체로서 상승 및 하강된다. 상기 톱링샤프트(18)는 톱링회전모터(도시되지 않음)를 작동시켜 회전가능하다. 상기 톱링(1)은 상기 톱링샤프트(18)의 회전에 의하여 톱링샤프트(18)의 축선을 중심으로 회전가능하다. 상기 톱링샤프트(18)의 상단부에는 로터리조인트(25)가 탑재된다.
각종 폴리싱패드들이 상용화되어 있다. 예를 들면, 그들 중 일부는 Rodel사가 제조한 SUBA800, IC-1000 및 IC-1000/SUBA400(2층포)과 Fujimi사가 제조한 Surfin xxx-5 및 Surfin 000가 있는데, SUBA800, Surfin xxx-5 및 Surfin 000는 우레탄 수지로 접착된 부직포 패브릭이고, IC-1000은 견고한 폼 폴리우레탄(단층)으로 제조된다. 폼 폴리우레탄은 다공질이고, 그 표면에는 수많은 미세 리세스 또는 구멍들이 형성되어 있다.
상기 톱링(1)은 반도체웨이퍼와 같은 기판을 그 하부면 상에 유지하도록 구성된다. 상기 톱링헤드(16)는 톱링헤드샤프트(114)를 중심으로 피봇가능(스윙가능)하다. 따라서, 반도체웨이퍼를 그 하부면 상에 유지시키는 톱링(1)은, 상기 톱링(1)이 반도체웨이퍼를 수용하는 위치와 상기 폴리싱테이블(100) 상방의 위치 사이에서 상기 톱링헤드(16)의 피봇운동에 의해 이동된다. 상기 톱링(1)은 반도체웨이퍼를 폴리싱패드(101)의 표면(폴리싱면)(101a)에 대하여 가압하도록 하강된다. 이 때, 톱링(1)과 폴리싱테이블(100)이 각각 회전되는 동안, 상기 폴리싱테이블(100) 상방에 제공되는 폴리싱액공급노즐(도시되지 않음)로부터 상기 폴리싱패드(101) 상으로 폴리싱액이 공급된다. 상기 반도체웨이퍼는 폴리싱패드(101) 상에서 폴리싱면(101a)과 슬라이딩접촉하게 된다. 따라서, 반도체웨이퍼의 표면이 폴리싱된다.
톱링샤프트(18)와 톱링(1)을 상하로 이동시키는 상하이동기구(24)는, 상기 톱링샤프트(18)가 베어링(26)을 통해 회전가능한 것과 같은 방식으로 상기 톱링샤프트(18)를 지지하는 브릿지(28), 상기 브릿지(28) 상에 탑재된 볼스크루(32), 폴(poles; 130)에 의해 지지되는 지지스테이지(29) 및 상기 지지스테이지(29) 상에 제공된 AC 서보모터(38)를 구비한다. 상기 서보모터(38)를 지지하는 지지스테이지(29)는 상기 폴(130)을 통해 상기 톱링헤드(16)에 고정된다.
상기 볼스크루(32)는 상기 서보모터(38)에 결합되는 스크루샤프트(32a) 및 상기 스크루샤프트(32a)가 나사결합되는 너트(32b)를 구비한다. 상기 톱링샤프트(18)는 브릿지(28)와 함께 상하로 이동가능하도록 구성된다. 이에 따라, 서보모터(38)가 구동되면, 상기 브릿지(28)가 볼스크루(32)를 통해 상하로 이동된다. 그 결과, 상기 톱링샤프트(18) 및 톱링(1)이 상하로 이동된다. 상기 폴리싱장치는, 거리측정센서(70)로부터 브릿지(28)의 하부면, 즉 상기 브릿지(28)의 위치까지의 거리를 검출하기 위한 위치검출장치로서의 역할을 하는 거리측정센서(70)를 구비한다. 상기 거리측정센서(70)에 의하여 상기 브릿지(28)의 위치를 검출함으로써, 상기 톱링(1)의 위치가 검출될 수 있다. 상기 거리측정센서(70)는 볼스크루(32) 및 서보모터(38)와 함께 상하이동기구(24)를 구성한다. 상기 거리측정센서(70)는 레이저센서, 초음파센서나 와류센서(eddy current sensor), 또는 리니어스케일센서(linear scale sensor)를 포함하여 이루어질 수도 있다. 상기 폴리싱장치는 폴리싱장치(10) 내에 거리측정센서(70) 및 서보모터(38)를 포함하는 각종 장비를 제어하기 위한 제어장치(47)를 구비한다.
본 실시예의 폴리싱장치는, 상기 폴리싱테이블(100) 상에서 폴리싱면(101a)을 드레싱(dressing)하기 위한 드레싱유닛(40)을 구비한다. 상기 드레싱유닛(40)은 폴리싱면(101a)과 슬라이딩접촉하게 되는 드레서(50), 상기 드레서(50)가 연결되는 드레서샤프트(51), 상기 드레서샤프트(51)의 상단부에 제공된 에어실린더(53), 및 상기 드레서샤프트(51)를 회전가능하게 지지하는 스윙아암(55)을 포함한다. 상기 드레서(50)는 드레서(50)의 하부 상에 부착된 드레싱부재(50a)를 구비한다. 상기 드레싱부재(50a)는 니들 형태의 다이아몬드 입자들을 가진다. 이들 다이아몬드 입자들은 드레싱부재(50a)의 하부 상에 부착된다. 상기 에어실린더(53)는 폴(56)에 의해 지지되는 지지스테이지(57) 상에 배치된다. 상기 폴(56)은 스윙아암(55)에 고정된다.
상기 스윙아암(55)은 모터(도시되지 않음)의 작동에 의해 지지샤프트(58)를 중심으로 피봇가능(스윙가능)하다. 상기 드레서샤프트(51)는 모터(도시되지 않음)의 작동에 의해 회전가능하다. 따라서, 상기 드레서(50)는 드레서샤프트(51)의 회전에 의해 드레서샤프트(51)를 중심으로 회전된다. 상기 에어실린더(53)는 소정의 가압력 하에 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)에 대하여 드레서(50)를 가압하기 위하여 상기 드레서샤프트(51)를 통해 상기 드레서(50)를 상하로 이동시킨다.
상기 폴리싱패드(101) 상에서의 폴리싱면(101a)의 드레싱 작업은 다음과 같이 수행된다. 상기 드레서(50)는 에어실린더(53)에 의해 폴리싱면(101a)에 대해 가압된다. 이와 동시에, 순수공급노즐(도시되지 않음)로부터 폴리싱면(101a) 상으로 순수(pure water)가 공급된다. 이러한 상태에서, 상기 드레서(50)는 드레서샤프트(51)를 중심으로 회전되고, 상기 드레싱부재(50a)의 하부면(다이아몬드 입자)이 폴리싱면(101a)과 접촉하게 된다. 따라서, 드레서(50)는 폴리싱면(101a)을 드레싱하기 위하여 폴리싱패드(101)의 일부분을 제거한다.
본 실시예의 폴리싱장치는 상기 폴리싱패드(101)의 마모량을 측정하기 위해 드레서(50)를 이용한다. 구체적으로는, 상기 드레싱유닛(40)이 상기 드레서(50)의 변위를 측정하기 위한 변위센서(60)를 포함한다. 상기 변위센서(60)는, 상기 폴리싱패드(101)의 마모량을 검출하기 위한 마모검출장치를 구성하고, 상기 스윙아암(55)의 상부면 상에 제공된다. 상기 드레서샤프트(51)에는 목표판(target plate; 61)이 고정된다. 상기 목표판(61)은 드레서(50)의 상하 이동에 의해 상하로 이동된다. 상기 변위센서(60)는 상기 목표판(61)의 구멍 안으로 삽입된다. 상기 변위센서(60)는 상기 드레서(50)의 변위를 측정하기 위하여 상기 목표판(61)의 변위를 측정한다. 상기 변위센서(60)는 리니어스케일센서, 레이저센서, 초음파센서 및 와류센서를 포함하는 어떠한 타입의 센서들을 포함하여 이루어질 수도 있다.
본 실시예에 있어서, 폴리싱패드(101)의 마모량은 다음과 같이 측정된다. 우선, 에어실린더(53)가 작동되어 드레서(50)를 초기에 드레싱된 사용되지 않은 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 접촉시키게 된다. 이러한 상태에서, 상기 변위센서(60)는 드레서(50)의 초기 위치(초기 높이값)를 측정하여, 상기 초기 위치(초기 높이값)를 제어장치(산술유닛)(47)의 기억장치에 저장한다. 1이상의 반도체웨이퍼에 대한 폴리싱 공정의 완료 후, 상기 드레서(50)는 폴리싱면(101a)과 접촉하게 된다. 이러한 상태에서, 상기 드레서(50)의 위치가 측정된다. 상기 드레서(50)의 위치가 폴리싱패드(101)의 마모량만큼 하향 시프트되기 때문에, 상기 제어장치(47)는 상기 폴리싱패드(101)의 마모량을 얻기 위해 폴리싱 이후의 상기 드레서(50)의 측정된 위치와 초기 위치간의 차이를 산출한다. 이러한 방식으로, 상기 폴리싱패드(101)의 마모량이 상기 드레서(50)의 위치를 토대로 산출된다.
반도체웨이퍼가 도 1에 도시된 폴리싱장치에 의해 폴리싱되는 경우, 상기 폴리싱패드(101)의 두께는 항상 변하는데, 그 이유는 폴리싱패드(101)가 점진적으로 마모되고, 드레싱되며, 교체되기 때문이다. 만일 반도체웨이퍼가 톱링(1)의 팽창된 탄성멤브레인에 의해 가압된다면, 상기 반도체웨이퍼의 외주 영역과 탄성멤브레인이 서로 접촉하는 범위와, 상기 반도체웨이퍼의 외주 영역에 걸친 표면압력분포가 상기 탄성멤브레인과 반도체웨이퍼간의 거리에 따라 변한다. 상기 반도체웨이퍼에 걸친 표면압력분포가 폴리싱 공정이 진행됨에 따라 변하는 것을 막기 위하여, 톱링(1)과 폴리싱패드(101)의 폴리싱면 간의 거리를 폴리싱 시에 일정하게 유지시킬 필요가 있다. 상기 톱링(1)과 폴리싱패드(101)의 폴리싱면 간의 거리를 일정하게 유지하기 위해서는, 예컨대 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면의 수직 위치를 검출하고, 상기 폴리싱패드(101)가 교체되어 후술하는 바와 같이 드레서(50)에 의해 초기에 드레싱된 이후 상기 톱링(1)의 하강된 위치를 조정하는 것이 필요하다. 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면의 수직 위치를 검출하는 공정을 톱링에 의한 "패드 서치"라고 할 것이다.
상기 톱링에 의한 패드 서치는, 톱링(1)의 하부면 또는 반도체웨이퍼의 하부면이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 상기 톱링(1)의 수직 위치(높이)를 검출하여 실시된다. 구체적으로는, 톱링에 의한 패드 서치에서, 서보모터(38)의 회전수가 상기 서보모터(38)와 함께 조합된 인코더에 의해 계수되면서 상기 서보모터(38)에 의해 상기 톱링(1)이 하강된다. 상기 톱링(1)의 하부면이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면과 접촉하면, 상기 서보모터(38) 상의 하중이 증가하고, 상기 서보모터(38)를 통과하는 전류가 증가한다. 상기 서보모터(38)를 통과하는 전류는 제어장치(47) 내의 전류검출기에 의해 검출된다. 검출된 전류가 커지면, 상기 제어장치(47)는 톱링(1)의 하부면이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면과 접촉한 것으로 판정한다. 이와 동시에, 상기 제어장치(47)는 인코더의 카운트(적분값)로부터 상기 톱링(1)의 하강 거리(위치)를 산출하여, 상기 산출된 하강 거리를 저장한다. 그 후, 상기 제어장치(47)는 상기 톱링(1)의 하강 위치로부터 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면의 수직 위치(높이)를 취득하고, 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면의 수직 위치로부터 상기 톱링(1)의 미리 설정된 폴리싱 위치를 산출한다.
상기 톱링에 의한 패드 서치에 사용되는 반도체웨이퍼는 프로덕트(product) 웨이퍼보다는 오히려 상기 패드 서치에 사용하기 위한 더미(dummy) 웨이퍼인 것이 바람직하다. 프로덕트 웨이퍼가 패드 서치에 사용될 수도 있지만, 이러한 프로덕트 웨이퍼 상의 반도체디바이스들은 패드 서치에서 파손될 가능성이 있을 수 있다. 패드 서치에서 더미 웨이퍼를 사용하는 것은 이러한 프로덕트 웨이퍼 상의 반도체디바이스들이 손상을 입거나 파손되는 것을 방지하는 것에 효과적이다.
상기 서보모터(38)는 가변적인 최대전류를 갖는 서보모터인 것이 바람직하다. 패드 서치에 있어서, 상기 서보모터(38)의 최대 전류는, 톱링(1)의 하부면 또는 반도체웨이퍼(더미 웨이퍼)의 하부면이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 상기 반도체웨이퍼(더미 웨이퍼), 톱링(1) 및 폴리싱패드(101)가 과도한 하중 하에 배치되는 것을 방지하기 위해 25 % 내지 30 % 정도의 범위에 있는 값으로 조정될 수도 있다. 톱링(1)이 폴리싱패드(101)와 접촉하게 될 시간은 상기 톱링(1)의 하강 시간 또는 하강 거리로부터 근사적으로 예측될 수 있기 때문에, 상기 서보모터(38)의 최대 전류는 상기 톱링(1)이 폴리싱패드(101)와 접촉하기 전에 하강되는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로, 상기 톱링(1)이 신속하면서도 신뢰성 있게 하강될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 폴리싱장치의 폴리싱헤드(톱링)가 도 2를 참조하여 후술될 것이다. 도 2는 피폴리싱 대상물로서 반도체웨이퍼를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱테이블 상의 폴리싱면에 대하여 가압하기 위한 폴리싱헤드를 구성하는 톱링(1)을 도시한 개략적인 단면도이다. 도 2는 톱링(1)을 구성하는 주된 구조적 요소들만을 보여준다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 톱링(1)은 기본적으로 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱면(101a)에 대하여 가압하기 위한 캐리어(carrier)라고도 하는 톱링본체(2), 및 상기 폴리싱면(101a)을 직접 가압하기 위한 리테이너링(retainer ring)(3)을 포함하여 이루어진다. 상기 톱링본체(캐리어)는 원판 형태로 되어 있고, 상기 리테이너링(3)은 상기 톱링본체(2)의 주변부에 부착된다. 상기 톱링본체(2)는 엔지니어링 플라스틱(예컨대, PEEK)과 같은 수지로 제조된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 톱링(1)은 상기 톱링본체(2)의 하부면에 부착된 탄성멤브레인(멤브레인)(4)을 구비한다. 상기 탄성멤브레인(4)은 톱링(1)에 의해 유지되는 반도체웨이퍼의 이면과 접촉하게 된다. 상기 탄성멤브레인(4)은 에틸렌 프로필렌 러버(EPDM), 폴리우레탄 러버, 실리콘 러버 등과 같은 고도로 강하면서도 내구성이 있는 러버(rubber) 재료로 제조된다.
상기 탄성멤브레인(멤브레인)(4)은 복수의 동심 격벽(4a)을 구비하고, 원형 중앙챔버(5), 환형리플챔버(annular ripple chamber)(6), 환형외측챔버(7) 및 환형에지챔버(8)는 상기 탄성멤브레인(4)의 상부면과 상기 톱링본체(2)의 하부면 사이의 격벽(4a)에 의해 형성된다. 구체적으로는, 상기 중앙챔버(5)는 상기 톱링본체(2)의 중앙부에 형성되고, 상기 리플챔버(6), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8)는 상기 톱링본체(2)의 중앙부에서 주변부로의 순서대로 동심적으로 형성된다. 상기 중앙챔버(5)와 연통되는 유로(11), 상기 리플챔버(6)과 연통되는 유로(12), 상기 외측챔버(7)와 연통되는 유로(13) 및 상기 에지챔버(8)와 연통되는 유로(14)가 상기 톱링본체(2)에 형성된다. 상기 중앙챔버(5)와 연통되는 유로(11), 상기 외측챔버(7)와 연통되는 유로(13) 및 상기 에지챔버(8)와 연통되는 유로(14)는 각각 로터리조인트(25)를 통해 유로(21, 23 및 24)에 연결된다. 각각의 유로(21, 23, 24)는 각각의 밸브(V1-1, V3-1, V4-1) 및 각각의 압력조절기(R1, R3, R4)를 통해 압력조절유닛(30)에 연결된다. 또한, 각각의 유로(21, 23, 24)는 각각의 밸브(V1-2, V3-2, V4-2)를 통해 진공소스(31)에 연결되고, 또한 각각의 밸브(V1-3, V3-3, V4-3)를 통해 대기에도 연결된다.
다른 한편으로, 상기 리플챔버(6)와 연통되는 유로(12)는 로터리조인트(25)를 통해 유로(22)에 연결된다. 상기 유로(22)는 물분리탱크(35), 밸브(V2-1) 및 압력조절기(R2)를 통해 압력조절유닛(30)에 연결된다. 또한, 상기 유로(22)는 물분리탱크(35) 및 밸브(V2-2)를 통해 진공원(131)에 연결되고, 또한 밸브(V2-3)를 통해 대기에도 연결된다.
또한, 리테이너링챔버(9)는 리테이너링(3) 바로 위에 형성되고, 상기 리테이너링챔버(9)는 상기 톱링본체(캐리어)(2)에 형성된 유로(15) 및 로터리조인트(25)를 통해 유로(26)에 연결된다. 상기 유로(26)는 밸브(V5-1) 및 압력조절기(R5)를 통해 압력조절유닛(30)에 연결된다. 또한, 상기 유로(26)는 밸브(V5-2)를 통해 진공소스(31)에 연결되고, 또한 밸브(V5-3)를 통해 대기에도 연결된다. 상기 압력조절기(R1, R2, R3, R4 및 R5)는 압력조절유닛(30)으로부터 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7), 에지챔버(8) 및 리테이너링챔버(9)에 각각 공급되는 가압유체의 압력을 조정하기 위한 압력 조정 기능을 가진다. 상기 압력조절기(R1, R2, R3, R4 및 R5) 및 각각의 밸브(V1-1 ~ V1-3, V2-1 ~ V2-3, V3-1 ~ V3-3, V4-1 ~ V4-3 및 V5-1 ~ V5-3)는 제어장치(47)에 연결되고(도 1 참조), 이들 압력조절기 및 이들 밸브들의 동작은 상기 제어장치(47)에 의해 제어된다. 또한, 압력센서(P1, P2, P3, P4 및 P5) 및 유량센서(F1, F2, F3, F4 및 F5)는 각각 유로(21, 22, 23, 24 및 26)에 제공된다.
도 2에 도시된 바와 같이 구성된 톱링(1)에서는, 상술된 바와 같이, 중앙챔버(5)가 톱링본체(2)의 중앙부에 형성되고, 리플챔버(6), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8)는 상기 톱링본체(2)의 중앙부에서 주변부로의 순서대로 동심적으로 형성된다. 상기 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7), 에지챔버(8) 및 리테이너링챔버(9)에 공급되는 유체의 압력들은 상기 압력조절유닛(30) 및 압력조절기(R1, R2, R3, R4 및 R5)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 이러한 형태에 의하면, 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱패드(101)에 대하여 가압하기 위한 가압력이 각각의 압력챔버로 공급될 유체의 압력을 조정하여 반도체웨이퍼의 각각의 국부 영역에서 조정될 수 있고, 상기 리테이너링(3)을 상기 폴리싱패드(101)에 대하여 가압하기 위한 가압력은 상기 압력챔버에 공급될 유체의 압력을 조정하여 조정될 수 있다.
이하, 도 1 및 도 2에 도시된 폴리싱장치의 일련의 폴리싱 공정들이 도 3을 참조하여 설명될 것이다. 도 3은 본 실시예에 따른 폴리싱장치의 일련의 폴리싱 공정들의 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱 공정들은 단계 S101에서의 폴리싱패드의 교체와 함께 개시된다. 구체적으로는, 마모된 폴리싱패드가 폴리싱테이블(100)로부터 분리되고, 신품(brand-new) 폴리싱패드(101)가 상기 폴리싱패드(100) 상에 탑재된다.
상기 신품 폴리싱패드(101)는, 그 폴리싱면이 거칠지 않기 때문에 폴리싱 능력이 낮고, 폴리싱패드(101)가 폴리싱테이블(100) 상에 탑재되는 방식으로 인하여 또는 상기 폴리싱패드(101)의 개별적인 구성으로 인하여 표면 기복(surface undulations)을 가진다. 폴리싱을 위해 폴리싱패드(101)를 준비하도록 이러한 표면 기복을 보정하기 위해서는, 폴리싱 능력을 높이기 위해 그 폴리싱면을 거칠게 하도록 폴리싱패드(101)를 드레싱하는 것이 필요하다. 초기 표면 조정(드레싱)을 초기 드레싱이라고 한다(단계 S102).
그 후, 패드 서치는 단계 S103에서 패드 서치용 더미 웨이퍼를 이용하여 톱링(1)에 의해 수행된다. 상술된 바와 같이, 패드 서치는 폴리싱패드(101)의 표면의 상하 높이(위치)를 검출하기 위한 공정이다. 상기 패드 서치는, 톱링(1)의 하부면이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 상기 톱링(1)의 상하 높이를 검출하여 수행된다.
구체적으로, 상기 패드 서치에서는, 서보모터(38)가 작동되어 상기 서보모터(38)의 회전수가 서보모터(38)와 결합된 인코더에 의해 계수되면서 상기 톱링(1)을 하강시키게 된다. 상기 톱링(1)의 하부면이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면과 접촉하면, 상기 서보모터(38) 상의 하중이 증가하고, 상기 서보모터(38)를 통과하는 전류가 증가한다. 상기 서보모터(38)를 통과하는 전류는 제어장치(47)에서 전류검출기에 의해 검출된다. 검출된 전류가 커지면, 상기 제어장치(47)는 톱링(1)의 하부면이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면과 접촉한 것으로 판정한다. 이와 동시에, 상기 제어장치(47)는 인코더의 카운트(적분값)로부터 상기 톱링(1)의 하강 거리(위치)를 산출하여, 상기 산출된 하강 거리를 저장한다. 그 후, 상기 제어장치(47)는 상기 톱링(1)의 하강 거리로부터 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면의 수직 높이를 취득하고, 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면의 수직 높이로부터 폴리싱 전의 상기 톱링(1)의 최적의 위치를 산출한다.
본 실시예에 있어서, 톱링(1)이 폴리싱 전에 최적의 위치에 있는 경우, 상기 톱링(1)에 의해 프로덕트 웨이퍼로서 유지되는 반도체웨이퍼(W)의 하부면, 즉 피폴리싱면이 약간의 갭만큼 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면으로부터 이격된다.
상기 톱링(1)에 의해 프로덕트 웨이퍼로서 유지된 반도체웨이퍼(W)의 하부면, 즉 피폴리싱면이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면과 접촉하지 않고, 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면으로부터 약간의 갭만큼 이격되는 상기 톱링(1)의 수직 위치는 상기 제어장치(47)에서 상기 톱링(1)의 최적의 위치(Hinitial -best)로 설정된다(단계 S103).
그리고, 상기 드레서(50)에 의한 패드 서치가 단계 S104에서 수행된다. 상기 드레서(50)에 의한 패드 서치는, 상기 드레서(50)의 하부면이 소정의 압력 하에 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면과 접촉하게 될 때, 상기 드레서(50)의 수직 높이를 검출하여 실시된다. 구체적으로는, 상기 에어실린더(53)가 작동되어, 초기에 드레싱된 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 드레서(50)를 접촉시키게 된다. 상기 변위센서(60)는 드레서(50)의 초기 위치(초기 높이)를 검출하고, 상기 제어장치(프로세서)(47)는 상기 드레서(50)의 검출된 초기 위치(초기 높이)를 저장한다. 단계 S102에서의 초기 드레싱 공정과 단계 S104에서의 드레서에 의한 패드 서치는 동시에 실시될 수도 있다. 구체적으로, 상기 드레서(50)의 수직 위치(초기 위치)는 초기 드레싱 공정에서 최종적으로 검출될 수도 있고, 상기 드레서(50)의 검출된 수직 위치(초기 높이값)는 상기 제어장치(프로세서)(47)에 저장될 수도 있다.
만일 단계 S102에서의 초기 드레싱 공정과 단계 S104에서의 드레서에 의한 패드 서치가 동시에 실시된다면, 그들은 단계 S103에서의 톱링에 의한 패드 서치에 이어진다.
그리고, 상기 톱링(1)은 기판이송장치(푸셔)로부터 프로덕트 웨이퍼로서 반도체웨이퍼를 수용 및 유지한다. 그런 다음, 단계 S103에서 톱링에 의한 패드 서치에서 취득한 미리 설정된 위치(Hinitial -best)로 상기 톱링(1)이 하강된다. 반도체웨이퍼가 폴리싱되기 전, 상기 반도체웨이퍼는 톱링(1)에 부착되어 그에 의해 유지되기 때문에, 상기 반도체웨이퍼의 하부면(피폴리싱면)과 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면 사이에 작은 갭이 있게 된다. 이 때, 상기 폴리싱테이블(100) 및 톱링(1)은 그 자체 축을 중심으로 회전되고 있다. 그 후, 상기 반도체웨이퍼의 상부면에 위치한 탄성멤브레인(멤브레인)은 그곳에 공급되는 유체의 압력 하에 팽창되어, 상기 반도체웨이퍼의 하부면(피폴리싱면)을 상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면에 대해 가압하게 된다. 상기 폴리싱테이블(100)과 톱링(1)이 서로에 대하여 상대 이동됨에 따라, 단계 S105에서, 상기 반도체웨이퍼의 하부면이 소정의 상태로, 예컨대 소정의 막두께로 폴리싱된다.
상기 반도체웨이퍼의 하부면의 폴리싱이 단계 S105에서 종료되면, 상기 톱링(1)은 폴리싱된 반도체웨이퍼를 기판이송장치(푸셔)로 이송시키고, 상기 기판이송장치로부터 폴리싱될 새로운 반도체웨이퍼를 수용한다. 상기 톱링(1)이 폴리싱된 반도체웨이퍼를 새로운 반도체웨이퍼로 교체하는 동안, 상기 드레서(50)는 단계 S106에서 폴리싱패드(101)를 드레싱한다.
상기 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)은 다음과 같이 드레싱된다. 상기 에어실린더(53)는 폴리싱면(101a)에 대하여 드레서(50)를 가압하고, 이와 동시에 순수공급노즐(도시되지 않음)이 순수를 상기 폴리싱면(101a)에 공급한다. 이 상태에서, 상기 드레서(50)는 드레서샤프트(51) 주위에서 회전되어, 상기 드레싱부재(50a)의 하부면(다이아몬드 입자)을 상기 폴리싱면(101a)과 슬라이딩접촉시킨다. 상기 드레서(50)는 폴리싱패드(101)의 표면층을 긁어내고(scrape off), 상기 폴리싱면(101a)이 드레싱된다.
상기 폴리싱면(101a)이 드레싱된 후, 상기 드레서(50)에 의한 패드 서치가 단계 S106에서 수행된다. 상기 드레서(50)에 의한 패드 서치는 단계 S104에서와 동일한 방식으로 실시된다. 상기 드레서에 의한 패드 서치는 상기 드레싱 공정과는 별도로 상기 드레싱 공정 이후에 수행될 수도 있지만, 대안적으로는, 상기 드레서(50)에 의한 패드 서치가 드레싱 공정에서 최종적으로 수행될 수도 있어, 상기 드레서(50)에 의한 패드 서치와 드레싱 공정이 동시에 실시될 수 있게 된다. 단계 S106에서는, 드레서(50) 및 폴리싱테이블(100)이 동일한 속도로 회전되어야 하고, 상기 드레서(50)는 단계 S104에서와 같이 동일한 조건들 하에 로딩될 수도 있다. 상기 드레서(50)에 의한 패드 서치에 따르면, 드레싱 이후의 상기 드레서(50)의 수직 위치가 단계 S106에서 검출된다.
그리고, 상기 제어장치(47)는 단계 S104에서 결정된 드레서(50)의 초기 위치(초기 높이값)와 단계 S106에서 결정된 드레서(50)의 수직 위치 간의 차이를 결정하여, 상기 폴리싱패드(101)의 마모량(△H)을 결정하게 된다.
상기 제어장치(47)는 그 후에 단계 S107에서, 폴리싱패드(101)의 마모량(△H) 및 단계 S103의 패드 서치에서 결정된, 폴리싱 시의 상기 톱링(1)의 미리 설정된 위치(Hinitial -best)를 토대로, 하기 식 (1)에 따라 차기 반도체웨이퍼를 폴리싱하기 위한 톱링(1)의 최적의 위치(Hpost-best)를 산출한다.
Hpost-best = Hinitial-best + △H ㆍㆍㆍㆍㆍ (1)
구체적으로는, 폴리싱 공정 시에 상기 톱링(1)의 수직 위치에 영향을 미치는 요인인 폴리싱패드(101)의 마모량(△H)이 검출되고, 상기 설정된 톱링(1)의 미리 설정된 위치(Hinitial -best)는 상기 검출된 폴리싱패드(101)의 마모량(△H)을 토대로 보정되어, 차기 반도체웨이퍼를 폴리싱하기 위해 상기 톱링(1)의 미리 설정된 위치(Hpost-best)를 결정하게 된다. 이러한 방식으로, 상기 톱링(1)이 제어되어 폴리싱 공정에서 항상 최적의 수직 위치를 구하게 된다.
다음으로, 서보모터(38)가 작동되어, 상기 반도체웨이퍼(W)를 유지하는 톱링(1)을 단계 S107에서 결정된 상기 톱링(1)의 미리 설정된 위치(Hpost -best)까지 하강시킴으로써, 단계 S108에서 상기 톱링(1)의 높이를 조정하게 된다. 그런 다음, 수많은 반도체웨이퍼를 폴리싱함으로써 폴리싱패드(101)가 마멸될 때까지, 단계 S105 내지 S108이 반복된다. 그런 다음, 폴리싱패드(101)가 단계 S101에서 교체된다.
도 3에 도시된 흐름도를 참조하여 상술된 바와 같이, 폴리싱장치가 작동 중에 있는 동안, 폴리싱 시에 상기 톱링(1)의 수직 위치에 영향을 미치는 요인인 상기 폴리싱패드(101)의 마모량(△H)이 검출되고, 상기 설정된 톱링(1)의 미리 설정된 위치(Hinitial -best)는 상기 검출된 폴리싱패드(101)의 마모량(△H)을 토대로 보정되어, 차기 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱하기 위해 상기 톱링(1)의 미리 설정된 위치(Hpost-best)를 결정하게 된다. 이러한 방식으로, 상기 톱링(1)이 제어되어, 폴리싱 공정에서 항상 최적의 수직 위치를 구하게 된다. 그러므로, 폴리싱 시에 톱링(1)의 미리 설정된 위치를 직접 취득하기 위한 상기 톱링에 의한 패드 서치는, 상기 폴리싱패드(101)가 교체될 때에만 수행되어야 하므로, 스루풋이 크게 향상되게 된다.
다음으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 구성된 폴리싱장치 내의 톱링에 대하여 반도체웨이퍼가 진공-척킹되거나 또는 반도체웨이퍼에 대한 압력의 인가가 개시될 때의 탄성멤브레인(멤브레인)의 최적의 높이가 도 4 내지 도 24를 참조하여 설명될 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 멤브레인 높이를 설명하기 위한 개략도이다. 도 4a는 반도체웨이퍼(W)가 멤브레인(4)에 대해 진공-척킹되는 조건 하에 상기 반도체웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 클리어런스로서 정의되는 멤브레인 높이가 0 mm와 같은, 즉 "멤브레인 높이 = 0 mm"인 상태를 도시한 개략도이다. 상기 "멤브레인 높이 = 0 mm"(반도체웨이퍼와 폴리싱패드(101) 간의 접촉 위치)는 상술된 패드 서치에 의해 검출될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼가 톱링에 대해 진공-척킹되는 조건 하에 상기 반도체웨이퍼(W)가 폴리싱패드(101)와 접촉하게 되는 톱링 높이는 "멤브레인 높이 = 0 mm"로 취해진다. 그리고, 톱링이 도 4a에 도시된 위치(멤브레인 높이 = 0 mm)로부터 X mm만큼 상향으로 이동되는 상기 톱링의 위치는 "멤브레인 높이 = X mm"로 취해진다. 예를 들어, 멤브레인 높이 = 1 mm(클리어런스 1 mm)는 1 mm에 대응하는 소정의 펄스에 의하여 톱링샤프트모터를 회전시켜 취득됨으로써 볼스크류를 회전시킴에 의해 얻어짐으로써, 1 mm를 변위시키게 된다.
패드 표면은 대략 ± 0.01 mm의 정확도로 패드 서치에 의해 검출될 수 있다. 또한, 톱링 높이의 오차는 톱링샤프트모터의 제어 오차에 볼스크루의 제어 오차를 더한 총 오차로 간주되고, 무시할 정도로 작다. 상기 멤브레인 높이의 오차는 대략 ± 0.01 mm이다.
도 4b는 "멤브레인 높이 = 0.5 mm"의 상태를 도시한 개략도이다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼(W)는 톱링에 대해 진공-척킹되고, 상기 톱링(1)은 도 4a에 도시된 위치로부터 0.5 mm 만큼 상승된다. 이러한 톱링(1)의 상승된 상태는 "멤브레인 높이 = 0.5 mm"로 취해진다.
도 4c는 반도체웨이퍼가 멤브레인(4)에 의해 폴리싱패드(101)에 대하여 가압되는 조건 하에 상기 톱링본체(캐리어)(2)와 멤브레인(4) 간의 클리어런스로서 정의되는 멤브레인 높이를 도시한 개략도이다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 멤브레인(4)은, 가압유체를 가압챔버에 공급하여 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱패드(101)에 대하여 가압하도록 하강된다. 이러한 상태에서, 상기 멤브레인 높이는 상기 캐리어의 하부면과 멤브레인의 상부면 간의 클리어런스로서 정의된다. 도 4c에서, 상기 캐리어의 하부면과 상기 멤브레인의 상부면 간의 클리어런스는 0.5 mm이므로, "멤브레인 높이 = 0.5 mm"를 따르게 된다. 도 4a 내지 도 4c에서는, 리테이너링(3)이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 접촉하게 된다.
다음으로, 폴리싱 공정 시 수행되는 각종 동작들에서의 최적의 멤브레인 높이가 후술될 것이다.
(1) 압력의 인가 개시 시
도 5는 톱링(1)이 하강되기 전에 반도체웨이퍼(W)를 진공-척킹하는 톱링(1)의 상태를 도시한 개략도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼(W)는 톱링(1)에 대해 진공-척킹된다. 상기 폴리싱테이블(100) 및 톱링(1)은, 상기 톱링(1)이 반도체웨이퍼(W)를 진공-척킹하는 상태에서 회전되고, 상기 톱링(1)이 상기 폴리싱패드(101) 상으로 하강된다.
도 6은 반도체웨이퍼(W)를 진공-척킹하여 하강되는 톱링(1)의 상태를 도시한 개략도이되, 상기 반도체웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 클리어런스가 큰 상태로 남겨져 있다. 도 7a는 도 6에 도시된 바와 같이 반도체웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 큰 상태로부터 압력의 인가가 개시되는 경우에 상기 반도체웨이퍼의 변형 상태를 도시한 개략도이다. 도 7b는 반도체웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 큰 상태로부터 압력의 인가가 개시되는 경우에 상기 반도체웨이퍼의 변형량을 도시한 그래프이다. 도 7b에서, 가로축은 300 mm 웨이퍼에서의 웨이퍼 평면 내의 측정점(mm)을 나타내고, 세로축은 폴리싱테이블 상에 제공되는 와류센서가 폴리싱테이블의 회전에 의해 상기 반도체웨이퍼의 하부면(피폴리싱면)을 스캔할 때, 상기 폴리싱테이블의 일 회전이 수행될 때마다 얻어지는, 폴리싱패드로부터 반도체웨이퍼까지의 거리를 나타낸다.
도 7a에 도시된 예시에서는, 리플 영역(리플챔버(6))의 가압이 다른 영역(중앙챔버(5), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8))에서의 가압에 비해 지연되기 때문에, 반도체웨이퍼(W)가 실질적으로 M-형상으로 변형된다. 도 7a에 도시된 바와 같이, 가압 개시 전의 클리어런스에 대응하는 웨이퍼의 변형 여유가 존재하므로, 웨이퍼가 큰 정도로 변형되게 된다. 리플 영역의 가압이 지연되는 이유는, 멤브레인이 리플 영역에서 웨이퍼를 진공-척킹하기 위한 구멍을 구비하고, 상기 리플 영역이 웨이퍼를 진공-척킹하기 위한 영역으로서의 역할을 하므로, 부피가 큰 물분리탱크(35)(도 2 참조)가 라인의 중간에 제공되어, 다른 영역들에 비해 열등한 가압 응답을 초래하게 되기 때문이다.
도 7b의 실험 데이터로부터, 가압 개시 이후 폴리싱패드(101)에 대한 웨이퍼(W)의 가압 공정 시에 상기 웨이퍼가 실질적으로 M-형상으로 변형되는 방식을 밝혀낼 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼는 웨이퍼 평면 내에서 대략 0.7 mm 만큼 변형된다. 그러므로, 이러한 영향을 저감하기 위해서는, 상기 물분리탱크(35)와 부피로 등가인 버퍼가 리플 영역 라인 이외의 라인에 제공되어, 각각의 라인들이 그 부피로 등가가 됨으로써, 가압의 응답성을 동일 레벨로 조정하도록 한다. 또한, 가압이 큰 부피 영역에서 작은 부피 영역으로 순서대로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 리플챔버(6)가 가압된 후, 중앙챔버(5), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8)가 상기 톱링(1)의 중앙부로부터 외주부까지 순서대로 가압된다.
또한, 응답성을 조정하기 위한 수단으로서, 각각의 압력챔버들의 설정 압력이 변경될 수도 있다. 예를 들어, 다른 챔버들, 즉 중앙챔버(5), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8)의 설정 압력보다 높은 설정 압력으로 부피가 큰 리플챔버(6)를 가압함으로써, 상기 리플챔버(6)의 압력의 빌드-업(build-up) 응답성이 개선될 수도 있다. 또한, 리플챔버(6)의 압력 응답성을 개선하기 위한 수단으로서, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 리플챔버(6)와 연통되는 유로(22)가 제공될 수도 있다. 이렇게 구성된 톱링(1)에서는, 리플챔버(6)가 가압되면, 압력조절기(R2)가 작동되고, 밸브(V2-1)가 개방되고 셧밸브(V2-4)가 폐쇄되어, 가압유체가 물분리탱크(35)를 통과하지 않고도 리플챔버(6)에 공급되어, 신속한 압력 응답을 얻을 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 제1형태를 도시한 도면으로서, 진공 하에 웨이퍼(W)를 유지하는 톱링(1)이 하강되어, 상기 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 작은 클리어런스가 있는 경우를 도시한 개략도이다. 본 발명의 제1형태에 있어서는, 진공 하에 웨이퍼(W)를 유지하는 톱링(1)이 하강되고, 리테이너링(3)이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 접촉하게 된다. 이러한 상태에서, 멤브레인 높이, 즉 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 클리어런스가 0.1 mm 내지 1.7 mm의 범위 내에 배치된다. 구체적으로는, 폴리싱패드로부터의 톱링(1)의 수직 거리(높이)가, 진공 하에 웨이퍼(W)를 유지하는 톱링(1)이 하강되고 리테이너링(3)이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 접촉하게 되는 상태에서 "제1높이"로 정의된다.
상술된 바와 같이, 멤브레인 높이는 다음과 같다. 웨이퍼(W)가 톱링에 대해 진공-척킹되어, 폴리싱패드(101)와 접촉하게 되는 톱링 높이가 "멤브레인 높이 = 0 mm"로 취해진다. 예를 들어, "멤브레인 높이 = 0.5 mm"의 상태에서는, 상기 톱링에 대해 진공-척킹된 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 클리어런스가 0.5 mm가 된다.
웨이퍼(W)가 폴리싱패드(101)에 대하여 가압되면, 상기 웨이퍼의 하부면이 폴리싱패드와 접촉하게 되고, 상기 웨이퍼의 상부면은 상기 멤브레인의 하부면과 접촉하게 된다. 그러므로, 멤브레인 높이가 높게 이루어진다면, 상기 톱링본체(캐리어)의 하부면과 멤브레인의 상부면 간의 클리어런스가 증가한다. 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 클리어런스가 너무 작다면, 상기 웨이퍼는 폴리싱패드와 국부적으로 접촉하게 될 수도 있고, 상기 웨이퍼의 국부적인 영역들에서 과도한 폴리싱이 발생될 수도 있다. 그러므로, 본 발명에 따르면, 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 클리어런스가 0.1 mm 내지 1.7 mm의 범위 내에 배치되고, 바람직하게는 0.1 mm 내지 0.7 mm, 보다 바람직하게는 0.2 mm이다. 구체적으로, 클리어런스가 0.1 mm 보다 작지 않은 이유는, 폴리싱테이블(100)의 그 상하 방향으로의 기복이 상기 폴리싱테이블(100)의 회전 시에 발생하고, 상기 폴리싱테이블(100)과 톱링샤프트(18) 간의 수직성의 변동이 있어, 상기 클리어런스가 더이상 웨이퍼 평면 내에서 국부적인 영역에 존재하지 않으므로, 캐리어가 멤브레인과 접촉하게 될 수도 있고, 상기 웨이퍼의 소정 영역들에서 과도한 가압이 발생할 수도 있기 때문이다. 또한, 클리어런스가 0.7 mm 보다 크지 않은 이유는, 가압 개시 시의 웨이퍼의 변형량이 너무 커지지 않기 때문이다. 가압 개시 시에 웨이퍼(W)가 리테이너링(3)과 강하게 충돌하는 것을 방지하기 위해서는, 가압이 개시될 때, 폴리싱테이블(100)과 톱링(1)이 50 rpm 이하의 느린 회전속도로 회전되는 것이 바람직하다. 대안적으로는, 폴리싱테이블(100)과 톱링(1)의 회전이 정지되는 상태에서 가압이 개시될 수도 있다.
도 9a는 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 작은 상태로부터 멤브레인에 대한 압력의 인가가 개시되는 상태를 도시한 개략적인 단면도이다(0.1 mm 내지 0.7 mm의 클리어런스).
도 9b는 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 작은 상태로부터 압력의 인가가 개시되는 경우에 웨이퍼의 변형량을 도시한 그래프이다. 도 9b에서, 가로축은 300 mm 웨이퍼의 웨이퍼 평면 내에서의 측정점(mm)을 나타내고, 세로축은 폴리싱테이블 상에 제공되는 와류센서가 폴리싱테이블의 회전에 의해 상기 반도체웨이퍼의 하부면(피폴리싱면)을 스캔할 때, 상기 폴리싱테이블의 일 회전이 수행될 때마다 얻어지는 폴리싱패드로부터 웨이퍼까지의 거리를 나타낸다. 예를 들어, "멤브레인 높이 = 0.2 mm"의 상태로부터 멤브레인에 압력이 인가되고, 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(101)와 접촉하게 되어, 상기 폴리싱패드(101)에 대하여 가압된다. 이 때, 멤브레인은 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스에 대응하는 양만큼 팽창되므로, 상기 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 더이상 존재하지 않게 된다. 대신에, 캐리어의 하부면과 멤브레인의 상부면 간의 클리어런스는 0.2 mm가 된다. 그런 다음, 톱링이 최적의 높이로 이동되어, 원하는 폴리싱 프로파일을 얻게 된다.
도 9b의 실험 데이터로부터, 가압 개시 후에 웨이퍼(W)를 폴리싱패드(101)에 대하여 가압하는 공정 시에 상기 웨이퍼가 변형되지 않는 방식을 밝혀낼 수 있다.
도 10은 원하는 폴리싱 프로파일을 취득하기 위하여, 톱링(1)이 도 9a에 도시된 상태로부터 최적의 높이로 이동되는 상태를 도시한 개략도이다. 도 10은 웨이퍼(W)가 멤브레인(4)에 의해 폴리싱패드(101)에 대하여 가압되는 상태에서 톱링본체(캐리어)(2)와 멤브레인(4) 간의 클리어런스로서 정의된 멤브레인 높이를 보여준다. 이 경우, 웨이퍼의 에지부의 스톡 제거(stock removal)가 증가되어야 한다면, 웨이퍼는 낮은 멤브레인 높이에서 폴리싱되어야 하고, 상기 웨이퍼의 에지부의 스톡 제거가 감소되어야 한다면, 상기 웨이퍼는 높은 멤브레인 높이에서 폴리싱되어야 한다. 이는 멤브레인 높이가 높다면, 상하 방향으로의 멤브레인의 신장(elongation)이 증가하여 멤브레인의 장력으로 인한 압력 손실을 증가시키게 되므로, 상기 웨이퍼의 에지부에 인가되는 압력을 저하시키게 되기 때문이다. 본 발명에 따르면, 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(101)에 대하여 가압된 후, 멤브레인 높이가 0.1 mm 내지 2.7 mm의 범위 내에, 바람직하게는 0.1 mm 내지 1.2 mm의 범위 내에 있도록 톱링이 이동된 다음, 상기 웨이퍼(W)가 폴리싱된다. 구체적으로는, 진공 하에 웨이퍼(W)를 유지하는 톱링(1)이 하강되어, 리테이너링(3)이 폴리싱패드(101)의 폴리싱면(101a)과 접촉하게 되는 상태에서의 "제1높이"로부터 더욱 원하는 폴리싱 프로파일을 얻기 위하여 톱링(1)이 이동될 때의, 폴리싱패드로부터 톱링까지의 수직 거리가 "제2높이"로 정의된다.
도 11은 본 발명의 제2형태를 도시한 도면으로서, 진공 하에 웨이퍼(W)를 유지하는 톱링(1)이 하강되어, 상기 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 큰 클리어런스가 있는 경우를 도시한 개략도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2형태에서는, 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 클리어런스가 가압 개시 시에 크게 이루어진다. 구체적으로는, 가압 개시 시, 웨이퍼(W)가 멤브레인(4)에 대해 진공-척킹되는 상태에서, 상기 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 클리어런스로서 정의된 멤브레인 높이가 크게 이루어진다.
도 12a는 높은 멤브레인 높이의 상태로부터 상기 멤브레인에 대한 압력의 인가가 개시되는 상태를 도시한 개략적인 단면도이다. 도 12b는 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 큰 상태로부터 압력의 인가가 개시되는 경우에 상기 웨이퍼의 변형량을 도시한 그래프이다. 도 12b에서, 가로축은 300 mm 웨이퍼에서의 웨이퍼 평면 내의 측정점(mm)을 나타내고, 세로축은 폴리싱테이블 상에 제공되는 와류센서가 폴리싱테이블의 회전에 의해 상기 반도체웨이퍼의 하부면(피폴리싱면)을 스캔할 때, 상기 폴리싱테이블의 일 회전이 수행될 때마다 얻어지는 폴리싱패드로부터 웨이퍼까지의 거리를 나타낸다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 저압에서 높은 멤브레인 높이의 상태로부터 상기 멤브레인에 압력이 인가되고, 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(101)와 접촉하게 되어, 상기 폴리싱패드(101)에 대하여 가압된다. 이 때, 멤브레인은 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스에 대응하는 양만큼 팽창되고, 상기 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스가 더이상 존재하지 않게 된다. 대신에, 캐리어의 하부면과 멤브레인의 상부면 간의 클리어런스가 형성된다. 압력의 인가가 개시될 때, 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 클리어런스(웨이퍼(W)가 멤브레인(4)에 대해 진공-척킹되는 상태에서 상기 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(101) 간의 클리어런스로서 정의되는 멤브레인 높이와 등가임)가 크더라도, 상기 웨이퍼의 변형량은 웨이퍼를 폴리싱패드와 접촉시키기 위하여 저압에서 멤브레인을 가압시킴으로써 작을 수 있다.
이 경우, 상기 저압은 실질적인 폴리싱 시에서의 멤브레인 압력보다 높지 않은 압력을 의미하고, 이러한 저압은 실질적인 폴리싱 시의 절반보다 낮은 것이 바람직하다. 또한, 실질적인 폴리싱 공정은 20초가 넘는 폴리싱 공정을 말하고, 복수의 실질적인 폴리싱 공정들이 존재할 수도 있다. 이러한 실질적인 공정 시, 폴리싱액 또는 화학액이 폴리싱패드 상으로 공급되고, 상기 웨이퍼(기판)는 폴리싱면에 대하여 가압되어 상기 폴리싱면과 슬라이딩접촉하게 됨으로써, 웨이퍼를 폴리싱하거나 또는 웨이퍼를 세정하게 된다. 웨이퍼를 폴리싱패드와 접촉시키기 위하여 저압에서 멤브레인을 가압하는 대신에, 상기 멤브레인이 대기압에 노출되어, 상기 웨이퍼를 폴리싱패드와 접촉시킴으로써, 웨이퍼의 변형량이 작아질 수 있게 된다. 도 12b의 실험 데이터로부터, 가압 개시 후에 폴리싱패드(101)에 대한 웨이퍼(W)의 가압 공정에서 웨이퍼가 변형되지 않는 상태를 밝혀낼 수 있다.
도 13은 톱링(1)을 이동하지 않으면서도, 도 12a에 도시된 상태에서 실질적인 폴리싱이 행하여지는 경우를 도시한 개략도이다. 도 12a 및 도 13에 도시된 방법에 따르면, 가압 개시 시와 가압 개시에 이은 실질적인 폴리싱 시 사이에, 즉 후속 단계들 사이에 톱링 높이를 변경하지 않으면서도, 웨이퍼의 폴리싱을 수행할 수 있게 된다. 상술된 바와 같이, 저압으로 멤브레인을 가압하거나 또는 상기 멤브레인이 대기압에 노출될 수 있게 하여 상기 웨이퍼가 폴리싱패드와 접촉하게 된 후, 상기 멤브레인이 실질적인 폴리싱의 압력으로 가압되어, 웨이퍼를 폴리싱하게 된다.
본 발명에 따르면, 폴리싱패드(101)와 웨이퍼(W)의 접촉을 검출하기 위한 방법 또는 폴리싱패드(101)에 대한 웨이퍼(W)의 가압을 검출하기 위한 방법으로서, 폴리싱테이블(100)에 제공되는 와류센서 또는 광반사세기측정장치(optical reflection intensive measuring device)가 사용될 수도 있고, 또는 상기 폴리싱테이블(100)의 회전 토크의 변화를 이용하여 테이블회전모터의 전류값 변화가 사용될 수도 있다. 또한, 톱링을 승강하기 위한 볼스크루구동모터의 전류값 변화 또는 톱링회전모터의 전류값 변화가 사용될 수도 있다. 나아가, 웨이퍼가 폴리싱패드와 접촉하게 된 후, 멤브레인의 부피 증가는 발생하지 않으므로, 상기 멤브레인에 대한 가압유체의 압력 변화나 유량 변화가 사용될 수도 있다.
상기 실시예들에 있어서는, 본 발명의 제1형태와 제2형태가 별도로 기술되어 있지만, 상기 멤브레인은 웨이퍼와 폴리싱패드 간의 작은 클리어런스, 예컨대 0.2 mm의 클리어런스의 상태로부터 저압에서 가압될 수도 있다.
(2) 웨이퍼의 진공-척킹 시
폴리싱패드(101) 상에서의 웨이퍼 처리를 완료한 후, 웨이퍼(W)는 톱링(1)에 대해 진공-척킹되고, 상기 톱링(1)이 상승한 다음, 기판이송장치(푸셔)로 이동되어, 상기 웨이퍼(W)가 톱링(1)으로부터 제거된다. 이 경우, 웨이퍼의 진공-척킹은 중앙챔버(5)에서는 대략 -10 kPa의 진공 압력으로 그리고 리플챔버(6)에서는 대략 -80 kPa의 진공 압력으로 수행된다.
도 14는 폴리싱패드 상에서의 웨이퍼 처리의 완료 후, 그리고 웨이퍼(W)가 톱링(1)에 대하여 진공-척킹될 때, 캐리어의 표면과 멤브레인(멤브레인 높이는 높음)의 이면 간의 큰 클리어런스가 있는 경우를 도시한 개략도이다. 도 15는 도 14에 도시된 바와 같이 멤브레인의 이면과 캐리어의 표면 간의 큰 클리어런스가 있는 상태로부터 웨이퍼의 진공-척킹이 개시되는 경우에 상기 웨이퍼의 변형 상태를 도시한 개략도이다. 도 15에 도시된 예시에서는, 웨이퍼의 진공-척킹 개시 전의 클리어런스에 대응하는 웨이퍼의 변형 여유가 있으므로, 상기 웨이퍼가 큰 정도로 변형되게 된다.
도 16a 및 도 16b는 멤브레인의 이면과 캐리어의 표면 간의 클리어런스가 큰 상태로부터 웨이퍼의 진공-척킹이 개시되는 경우에 상기 웨이퍼의 상태를 도시한 개략도이다. 도 16a는 폴리싱패드가 홈을 구비하는 경우를 보여주고, 도 16b는 폴리싱패드가 홈을 구비하지 않은 경우를 보여준다. 도 16a에 도시된 바와 같이, 폴리싱패드가 홈을 구비한 경우에는, 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(101)로부터 제거되어 톱링(1)에 대해 진공-척킹된다. 하지만, 도 15에 도시된 바와 같이, 웨이퍼가 톱링에 대해 진공-척킹된 직후 상기 웨이퍼가 큰 변형을 가지므로, 웨이퍼가 파손되거나 손상을 입게 될 가능성이 있다. 도 16b에 도시된 바와 같이, 폴리싱패드가 홈을 구비하지 않은 경우에는, 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(101)로부터 제거될 수 없어, 상기 웨이퍼(W)의 큰 변형이 형성된다. 도 16b에 도시된 예시에서는, 웨이퍼의 진공-척킹 전의 클리어런스에 대응하는 웨이퍼의 변형 여유가 있으므로, 상기 웨이퍼가 큰 정도로 변형된다.
도 17은 본 발명의 일 형태를 도시한 도면으로서, 폴리싱패드 상에서의 웨이퍼 처리의 완료 후, 그리고 웨이퍼(W)가 톱링(1)에 대해 진공-척킹될 때, 캐리어의 표면과 멤브레인(멤브레인 높이는 낮음)의 이면 간의 작은 클리어런스가 있는 경우를 도시한 개략도이다. 도 18은 도 17에 도시된 바와 같이 멤브레인의 이면과 캐리어의 표면 간의 작은 클리어런스가 있는 상태로부터 웨이퍼의 진공-척킹이 개시되는 경우에 상기 웨이퍼의 변형 상태를 도시한 개략도이다. 도 18에 도시된 예시에서는, 웨이퍼의 진공-척킹 이전의 클리어런스가 작기 때문에, 웨이퍼의 변형 여유가 적으므로, 상기 웨이퍼의 변형량이 극히 적을 수 있게 된다.
상술된 바와 같이, 웨이퍼 폴리싱과 같은 실질적인 폴리싱 공정 및 세정 공정은, 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(101)에 대해 가압되면서 톱링본체(캐리어)(2)와 멤브레인(4) 간의 클리어런스로서 정의된 멤브레인 높이가 0.1 mm 내지 1.2 mm의 범위 내에 있는 상태에서 실시된다. 그리고, 웨이퍼의 진공-척킹 시, 상기 톱링은 멤브레인 높이가 0.1 mm 내지 0.4 mm의 범위 내에 있게 되도록 이동되는 것이 바람직하다. 톱링이 웨이퍼를 진공-척킹하고, 상기 웨이퍼를 폴리싱패드로부터 제거하면, 폴리싱면과 웨이퍼는 작은 클리어런스로 이격된다. 그러므로, 폴리싱면에 공급되는 액체가 클리어런스를 통과하여, 상기 폴리싱면으로부터 웨이퍼를 제거할 때 장애물로 존재하게 된다. 이에 따라, 톱링이 흡인력을 웨이퍼 상에 가하면, 폴리싱면으로 공급될 액체량이 저감되어, 웨이퍼와 폴리싱면 사이에 공기가 들어가도록 함으로써, 상기 폴리싱면을 향해 웨이퍼를 끌어당기기 위한 흡입력을 저감시킨다. 즉, 웨이퍼와 폴리싱면 사이에 생성되는 부압을 저감시킨다. 웨이퍼의 변형량을 줄이기 위해서는, 약한 흡입력을 생성하기 위하여 상기 웨이퍼의 진공-척킹 시의 진공 압력이 -30 kPa 내지 -80 kPa의 범위 내에 있을 수도 있다. 또한, 웨이퍼에 인가되는 응력 및 웨이퍼의 진공-척킹 시의 상기 웨이퍼의 변형량을 저감시킴으로써, 웨이퍼 상의 잔류 연마 입자들과 같은 웨이퍼의 결함을 저감시킬 수 있게 된다.
도 19a 및 도 19b는 톱링(1)에 대한 웨이퍼(W)의 진공-척킹이 완료된 상태를 도시한 개략도이다. 도 19a는 폴리싱패드가 홈을 구비한 경우를 보여주고, 도 19b는 폴리싱패드가 홈을 구비하지 않은 경우를 보여준다. 도 19a에 도시된 바와 같이, 폴리싱패드가 홈을 구비한 경우에는, 웨이퍼의 진공-척킹 이전의 클리어런스가 작기 때문에, 상기 웨이퍼의 변형 여유가 작으므로, 웨이퍼의 변형을 초래하지 않으면서 상기 웨이퍼가 톱링에 대해 진공-척킹될 수 있게 된다. 도 19b에 도시된 바와 같이, 폴리싱패드가 홈을 구비하지 않은 경우에는, 일반적으로 상기 톱링의 오버행(overhang) 동작을 완료하기 전에 상기 폴리싱패드로부터 웨이퍼가 제거되지 않는다. 하지만, 변형 여유가 작으므로, 웨이퍼의 변형량이 극히 적을 수 있다. 즉, 웨이퍼의 변형을 초래하지 않으면서 상기 웨이퍼가 톱링에 대해 진공-척킹될 수 있다.
도 20은 실험 데이터를 도시한 그래프로서, 웨이퍼의 진공-척킹 시의 멤브레인 높이(캐리어의 하부면과 멤브레인의 상부면 간의 클리어런스)와 상기 웨이퍼의 진공-척킹 시 웨이퍼에 인가되는 응력 간의 관계를 도시한 그래프이다. 도 20에서, 가로축은 웨이퍼의 진공-척킹 개시 시의 멤브레인 높이(mm)를 나타내고, 세로축은 웨이퍼의 진공-척킹 시 웨이퍼에 인가되는 응력을 나타낸다. 도 20은 폴리싱패드가 홈을 구비하는 경우를, 그리고 폴리싱패드가 홈을 구비하지 않은 경우를 보여준다. 도 20으로부터 명백한 바와 같이, 폴리싱패드가 홈을 구비한 경우에는, 멤브레인 높이가 0.6 mm 보다 작지 않게 된다면, 웨이퍼의 진공-척킹 시의 상기 웨이퍼의 변형량이 커지게 된다. 이에 따라, 웨이퍼에 인가되는 응력이 증가하게 된다. 폴리싱패드가 홈을 구비하지 않는 경우에는, 웨이퍼의 진공-척킹 시에 폴리싱패드로부터 웨이퍼가 제거될 수 없으므로, 멤브레인 높이가 증가함에 따라 상기 웨이퍼에 인가되는 응력이 점진적으로 증가한다.
(3) 웨이퍼의 해제 시
폴리싱패드(101) 상에서의 웨이퍼 처리를 완료한 후, 웨이퍼(W)는 톱링(1)에 대해 진공-척킹되고, 상기 톱링(1)이 상승된 다음, 기판이송장치(푸셔)로 이동되어, 상기 웨이퍼(W)가 톱링(1)으로부터 제거된다.
도 21은 톱링(1) 및 푸셔(150)를 도시한 개략도로서, 웨이퍼를 톱링(1)으로부터 푸셔(150)로 이송하기 위하여 상기 푸셔가 상승되는 상태를 도시한 도면이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 상기 푸셔(150)는 톱링(1)을 센터링(centering)하기 위한 리테이너링(3)의 외주면과 핏팅(fitting)될 수 있는 톱링가이드(151), 톱링(1)과 푸셔(150) 간에 웨이퍼가 이송될 때 상기 웨이퍼를 지지하기 위한 푸셔스테이지(152), 상기 푸셔스테이지(152)를 상하로 이동시키기 위한 에어실린더(도시되지 않음), 및 상기 푸셔스테이지(152) 및 톱링가이드(151)를 상하로 이동시키기 위한 에어실린더(도시되지 않음)를 포함하여 이루어진다.
다음으로, 톱링(1)으로부터 푸셔(150)로의 웨이퍼(W)의 이송 동작을 상세히 설명하기로 한다. 톱링(1)이 푸셔(150) 상방에서 이동된 후, 상기 푸셔(150)의 톱링가이드(151) 및 푸셔스테이지(152)는 상승되고, 상기 톱링가이드(151)가 리테이너링(3)의 외주면과 핏팅되어, 상기 톱링(1)과 푸셔(150)의 센터링을 수행하게 된다. 이 때, 톱링가이드(151)는 리테이너링(3)을 밀어올리고, 이와 동시에 리테이너링챔버(9) 내에 진공이 만들어져, 상기 리테이너링(3)을 신속하게 상승시킨다. 그리고, 푸셔의 상승이 완료되면, 리테이너링(3)의 저부면이 톱링가이드(151)의 상부면에 의해 푸시되므로, 멤브레인(4)의 하부면보다 높은 수직 위치에 위치하게 된다. 그러므로, 웨이퍼와 멤브레인 간의 경계가 노출되게 된다. 도 21에 도시된 예시에서는, 리테이너링(3)의 저부면이 멤브레인의 하부면보다 1 mm 만큼 높은 위치에 위치한다. 그런 다음, 톱링(1)에 대한 웨이퍼(W)의 진공-척킹이 중단되고, 웨이퍼 해제 동작이 실시된다. 푸셔의 상승 대신에, 푸셔와 톱링 간의 원하는 위치 관계를 배치하도록 톱링이 하강될 수도 있다.
도 22는 푸셔(150)의 상세 구조를 도시한 개략도이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 상기 푸셔(150)는 톱링가이드(151), 푸셔스테이지(152), 및 유체를 분사하기 위한 톱링가이드(151)에 형성된 릴리스노즐(153)을 구비한다. 복수의 릴리스노즐(153)은 톱링가이드(151)의 원주 방향으로 소정의 간격으로 제공되어, 상기 톱링가이드(151)의 방사상 안쪽 방향으로 가압질소와 순수의 혼합유체를 분사하게 된다. 따라서, 가압질소와 순수의 혼합유체를 포함하여 이루어지는 릴리스 샤워(release shower)가 웨이퍼(W)와 멤브레인(4) 사이에 분사되어, 웨이퍼를 멤브레인으로부터 제거하기 위한 웨이퍼 해제를 수행하게 된다.
도 23은 웨이퍼를 멤브레인으로부터 제거하기 위한 웨이퍼 해제의 상태를 도시한 개략도이다. 도 23에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)와 멤브레인(4) 간의 경계가 노출되기 때문에, 멤브레인(4)을 가압하지 않으면서도, 즉 웨이퍼(W)에 응력을 인가하지 않으면서도, 대기압으로 상기 멤브레인(4)의 노출 상태에서 상기 릴리스노즐(153)로부터 웨이퍼와 멤브레인(4) 사이에 릴리스 샤워를 분사할 수 있게 된다. 가압질소와 순수의 혼합유체는 릴리스노즐(153)로부터 분사되지만, 상기 릴리스노즐(153)로부터 가압기체 또는 가압액체만이 분사될 수도 있다. 또한, 여타 조합의 가압유체가 릴리스노즐(153)로부터 분사될 수도 있다. 일부 경우에 있어서는, 웨이퍼의 이면과 멤브레인 간의 접착력이 웨이퍼의 이면의 상태에 따라 강해져, 상기 웨이퍼가 멤브레인으로부터 제거되는 것이 곤란하게 된다. 이러한 경우에는, 리플 영역(리플챔버(6))이 웨이퍼의 제거를 보조하기 위하여 0.1 MPa 보다 높지 않은 저압으로 가압되어야 한다.
도 24a 및 도 24b는 웨이퍼가 멤브레인으로부터 제거될 때 리플 영역이 가압되는 경우를 도시한 개략도이다. 도 24a는 리플 영역이 가압되는 경우를 보여주고, 도 24b는 리플 영역이 가압되고 외측 영역은 감압되는 경우를 보여준다. 도 24a에 도시된 바와 같이, 리플 영역(리플챔버(6))이 가압되면, 웨이퍼(W)가 멤브레인(4)에 들러붙은 상태에서 상기 멤브레인(4)이 큰 정도까지 계속 팽창된다(따라서, 웨이퍼에 인가되는 응력이 커짐). 그리고, 도 24b에 도시된 바와 같이, 리플영역(리플챔버(6))이 가압되는 경우에는, 웨이퍼(W)가 멤브레인(4)에 들러붙은 상태에서 상기 멤브레인이 계속 팽창하게 되는 것을 방지하기 위하여, 상기 리플 영역 이외의 영역이 감압되어, 상기 멤브레인(4)의 팽창을 억제하게 된다. 도 24b에 도시된 예시에서는, 외측 영역(외측챔버(7))이 감압된다.
다음으로, 본 발명에 적절하게 사용되는 톱링(1)의 구체적인 구조를 상세히 설명하기로 한다. 도 25 내지 도 29는 톱링(1)의 복수의 반경 방향을 따라 상기 톱링(1)을 도시한 단면도들이다. 도 25 내지 도 29는 도 2에 도시된 톱링(1)을 보다 상세히 도시한 도면들이다. 도 25 내지 도 29에 도시된 바와 같이, 상기 톱링(1)은 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱면(101a)에 대하여 가압하기 위한 톱링본체(2), 및 상기 폴리싱면(101a)을 직접 가압하기 위한 리테이너링(3)을 구비한다. 상기 톱링본체(2)는 원판 형태의 상부부재(300), 상기 상부부재(300)의 하부면에 부착된 중간부재(304), 및 상기 중간부재(304)의 하부면에 부착된 하부부재(306)를 포함한다. 상기 리테이너링(3)은 톱링(2)의 상부부재(300)의 주변부에 부착된다. 도 26에 도시된 바와 같이, 상기 상부부재(300)는 볼트(308)에 의해 톱링샤프트(111)에 연결된다. 또한, 상기 중간부재(304)는 볼트(309)에 의해 상부부재(300)에 고정되고, 상기 하부부재(306)는 볼트(310)에 의해 상부부재(300)에 고정된다. 상기 상부부재(300), 중간부재(304) 및 하부부재(306)를 포함하는 톱링본체(2)는 엔지니어링 플라스틱(예컨대, PEEK)과 같은 수지로 제조된다. 상기 상부부재(300)는 SUS 또는 알루미늄과 같은 금속으로 제조될 수도 있다.
도 25에 도시된 바와 같이, 상기 톱링(1)은 하부부재(306)의 하부면에 부착된 탄성멤브레인(4)을 구비한다. 상기 탄성멤브레인(4)은 톱링(1)에 의해 유지된 반도체웨이퍼의 이면과 접촉하게 된다. 상기 탄성멤브레인(4)은 반경방향 바깥쪽으로 배치된 환형에지홀더(316) 및 상기 에지홀더(316)의 반경방향 안쪽으로 배치된 환형리플홀더(318, 319)에 의해 하부부재(306)의 하부면 상에 유지된다. 상기 탄성멤브레인(4)은 에틸렌 프로필렌 러버(EPDM), 폴리우레탄 러버, 실리콘 러버 등과 같은 고도로 강하면서도 내구성이 있는 러버 재료로 제조된다.
상기 에지홀더(316)는 리플홀더(318)에 의해 유지되고, 상기 리플홀더(318)는 복수의 스토퍼(320)에 의해 하부부재(306)의 하부면 상에 유지된다. 도 26에 도시된 바와 같이, 상기 리플홀더(319)는 복수의 스토퍼(322)에 의해 하부부재(306)의 하부면 상에 유지된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 스토퍼(320) 및 스토퍼(322)는 톱링(1)의 원주 방향을 따라 같은 간격으로 배치된다.
도 25에 도시된 바와 같이, 탄성멤브레인(4)의 중앙부에 중앙챔버(5)가 형성된다. 상기 리플홀더(319)는 중앙챔버(5)와 연통되는 유로(324)를 구비한다. 상기 하부부재(306)는 상기 유로(324)와 연통되는 유로(325)를 구비한다. 상기 리플홀더(319)의 유로(324)와 상기 하부부재(306)의 유로(325)는 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 상기 유로(325, 324)를 통해 상기 탄성멤브레인(4)에 의해 형성된 중앙챔버(5)로 공급된다.
상기 리플홀더(318)는 상기 하부부재(306)의 하부면에 대해 탄성멤브레인(4)의 리플(314b)을 가압하기 위한 클로(claw; 318b)를 구비한다. 상기 리플홀더(319)는 상기 하부부재(306)의 하부면에 대해 탄성멤브레인(4)의 리플(314a)을 가압하기 위한 클로(319a)를 구비한다. 상기 탄성멤브레인(4)의 에지(314c)는 상기 리플홀더(318)의 클로(318c)에 의하여 상기 에지홀더(316)에 대해 가압된다.
도 27에 도시된 바와 같이, 상기 탄성멤브레인(4)의 리플(314a)과 리플(314b) 사이에는 환형리플챔버(6)가 형성된다. 상기 탄성멤브레인(4)의 리플홀더(318)와 리플홀더(319) 사이에는 갭(314f)이 형성된다. 상기 하부부재(306)는 상기 갭(314f)과 연통되는 유로(342)를 구비한다. 또한, 도 25에 도시된 바와 같이, 상기 중간부재(304)는 상기 하부부재(306)의 유로(342)와 연통되는 유로(344)를 구비한다. 상기 하부부재(306)의 유로(342)와 상기 중간부재(304)의 유로(344) 사이의 연결부에는 환형홈(347)이 형성된다. 상기 하부부재(306)의 유로(342)는 상기 중간부재(304)의 유로(344) 및 환형홈(347)을 통해 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체는 상기 유로들을 통해 리플챔버(6)로 공급된다. 또한, 상기 유로(342)는 진공펌프(도시되지 않음)에 선택적으로 연결된다. 진공펌프가 작동되면, 흡입에 의해 상기 탄성멤브레인(4)의 하부면에 반도체웨이퍼가 부착된다.
도 28에 도시된 바와 같이, 상기 리플홀더(318)는 상기 탄성멤브레인(4)의 리플(314b) 및 에지(314c)로 형성된 환형외측챔버(7)와 연통되는 유로(326)를 구비한다. 또한, 상기 하부부재(306)는 커넥터(327)를 통해 리플홀더(318)의 유로(326)와 연통되는 유로(328)를 구비한다. 상기 중간부재(304)는 상기 하부부재(306)의 유로(328)와 연통되는 유로(329)를 구비한다. 상기 리플홀더(318)의 유로(326)는 상기 하부부재(306)의 유로(328)와 상기 중간부재(304)의 유로(329)를 통해 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 유로(329, 328, 326)를 통해 탄성멤브레인(4)에 의해 형성된 외측챔버(7)로 공급된다.
도 29에 도시된 바와 같이, 상기 에지홀더(316)는 상기 하부부재(306)의 하부면 상에 탄성멤브레인(4)의 에지(314d)를 유지하기 위한 클로를 구비한다. 상기 에지홀더(316)는 상기 탄성멤브레인(4)의 에지(314c, 314d)로 형성된 환형에지챔버(8)와 연통되는 유로(334)를 구비한다. 상기 하부부재(306)는 상기 에지홀더(316)의 유로(334)와 연통되는 유로(336)를 구비한다. 상기 중간부재(304)는 상기 하부부재(306)의 유로(336)와 연통되는 유로(338)를 구비한다. 상기 에지홀더(316)의 유로(334)는 상기 하부부재(306)의 유로(336)와 상기 중간부재(304)의 유로(338)를 통해 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 상기 유로(338, 336, 334)를 통해 상기 탄성멤브레인(4)에 의해 형성된 에지챔버(8)에 공급된다. 상기 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7), 에지챔버(8), 및 리테이너링챔버(9)는, 도 2에 도시된 실시예에서와 같이, 조절기(R1 내지 R5)(도시되지 않음), 및 밸브(V1-1 ~ V1-3, V2-1 ~ V2-3, V3-1 ~ V3-3, V4-1 ~ V4-3 및 V5-1 ~ V5-3)를 통해 유체공급원에 연결된다.
상술된 바와 같이, 본 실시예의 톱링(1)에 따르면, 반도체웨이퍼를 폴리싱패드(101)에 대해 가압하기 위한 가압력은 탄성멤브레인(4)과 하부부재(306) 사이에 형성된 각각의 압력챔버(즉, 중앙챔버(5), 리플챔버(6), 외측챔버(7) 및 에지챔버(8))로 공급될 유체의 압력을 조정하여 반도체웨이퍼의 국부적인 영역에서 조정될 수 있다.
도 30은 도 27에 도시된 리테이너링의 XXX 부분의 확대도이다. 상기 리테이너링(3)은 반도체웨이퍼의 주변 에지를 유지하는 역할을 한다. 도 30에 도시된 바와 같이, 상기 리테이너링(3)은 원통형인 실린더(400), 상기 실린더(400)의 상부에 부착된 홀더(402), 상기 홀더(402)에 의해 실린더(400)에 유지되는 탄성멤브레인(404), 상기 탄성멤브레인(404)의 하단부에 연결된 피스톤(406) 및 상기 피스톤(406)에 의해 하향으로 가압되는 링부재(408)를 구비한다.
상기 링부재(408)는 피스톤(406)에 연결된 상부 링부재(408a), 및 폴리싱면(101a)과 접촉하게 되는 하부 링부재(408b)를 포함하여 이루어진다. 상기 상부 링부재(408a) 및 하부 링부재(408b)는 복수의 볼트(409)에 의해 연결된다. 상기 상부 링부재(408a)는 SUS와 같은 금속 또는 세라믹과 같은 재료로 이루어진다. 상기 하부 링부재(409b)는 PEEK 또는 PPS와 같은 수지 재료로 이루어진다.
도 30에 도시된 바와 같이, 상기 홀더(402)는 탄성멤브레인(404)에 의해 형성된 리테이너링챔버(9)와 연통되는 유로(412)를 구비한다. 상기 상부부재(300)는 상기 홀더(402)의 유로(412)와 연통되는 유로(414)를 구비한다. 상기 홀더(402)의 유로(412)는 상부부재(300)의 유로(414)를 통해 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 따라서, 가압유체가 상기 유로(414, 412)를 통해 리테이너링챔버(9)로 공급된다. 이에 따라, 리테이너링챔버(9)로 공급될 유체의 압력을 조정함으로써, 상기 탄성멤브레인(404)이 피스톤(406)을 상하 방향으로 이동시키기 위하여 팽창 및 수축될 수 있다. 따라서, 상기 리테이너링(3)의 링부재(408)가 원하는 압력 하에 폴리싱패드(101)에 대해 가압될 수 있다.
도시된 예시에서는, 탄성멤브레인(404)이 벤트부(bent portions)를 갖는 탄성멤브레인에 의해 형성된 롤링 다이어프램(rolling diaphragm)을 채용한다. 상기 롤링 다이어프램에 의해 형성된 챔버 내의 내측 압력이 변하면, 상기 롤링 다이어프램의 벤트부가 롤링되어 상기 챔버를 확장하게 된다. 상기 다이어프램은 외부 구성요소들과 슬라이딩접촉하지 않게 되어, 상기 챔버가 확장될 때에도 거의 팽창 및 수축되지 않는다. 이에 따라, 슬라이딩 접촉으로 인한 마찰이 극히 저감될 수 있고, 상기 다이어프램의 수명이 연장될 수 있게 된다. 또한, 리테이너링(3)이 폴리싱패드(101)를 가압하는 가압력이 정확하게 조정될 수 있다.
상기 형태에 의하면, 리테이너링(3)의 링부재(408)만이 하강될 수 있다. 이에 따라, 상기 리테이너링(3)의 링부재(408)가 마모되더라도, 하부부재(306)와 폴리싱패드(101) 간의 거리를 변경하지 않으면서도, 극히 낮은 마찰재료를 포함하여 이루어지는 롤링 다이어프램에 의해 형성된 챔버(451)의 공간을 확장함으로써, 상기 리테이너링(3)의 가압력이 일정한 레벨로 유지될 수 있게 된다. 또한, 폴리싱패드(101)와 접촉하게 되는 링부재(408), 및 실린더(400)가 변형가능한 탄성멤브레인(404)에 의해 연결되므로, 오프셋 하중에 의한 벤딩 모멘트(bending moment)가 발생하지 않게 된다. 이에 따라, 리테이너링(3)에 의한 표면 압력이 균일하게 이루어질 수 있고, 상기 리테이너링(3)이 폴리싱패드(101)를 추종하기 더욱 쉽게 된다.
또한, 도 30에 도시된 바와 같이, 상기 리테이너링(3)은 상기 링부재(408)의 상하 운동을 안내하기 위한 링형상의 리테이너링가이드(410)를 구비한다. 상기 링형상의 리테이너링가이드(410)는, 링부재(408)의 상부의 전체 원주를 포위하기 위하여 링부재(408)의 외주면에 위치한 외주부(410a), 상기 링부재(408)의 내주면에 위치한 내주부(410b), 및 상기 외주부(410a)와 내주부(410b)를 연결하도록 구성된 중간부(410c)를 포함하여 이루어진다. 상기 리테이너링가이드(410)의 내주부(410b)는 복수의 볼트(411)에 의해 상기 톱링(1)의 하부부재(306)에 고정된다. 상기 외주부(410a)와 내주부(410b)를 연결하도록 구성된 중간부(410c)는, 상기 중간부(410c)의 원주 방향으로 등간격으로 형성되는 복수의 개구(410h)를 구비한다.
도 25 내지 도 30에 도시된 바와 같이, 상하 방향으로 팽창 및 수축될 수 있는 연결시트(420)가 링부재(408)의 외주면과 리테이너링가이드(410)의 하단부 사이에 제공된다. 상기 연결시트(420)는 상기 링부재(408)와 리테이너링가이드(410) 사이의 갭을 채우기 위하여 배치된다. 따라서, 상기 연결시트(420)는 상기 링부재(408)와 리테이너링가이드(410) 사이의 갭 안으로 폴리싱액(슬러리)이 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 벨트형 가요성 부재를 포함하여 이루어지는 밴드(421)는 상기 실린더(400)의 외주면과 상기 리테이너링가이드(410)의 외주면 사이에 제공된다. 상기 밴드(421)는 실린더(400)와 리테이너링가이드(410) 사이의 갭을 커버하도록 배치된다. 따라서, 상기 밴드(421)는 상기 실린더(400)와 리테이너링가이드(410) 사이의 갭 안으로 폴리싱액(슬러리)이 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 탄성멤브레인(4)은 탄성멤브레인(4)의 에지(주변부)(314d)에서 상기 탄성멤브레인(4)을 리테이너링(3)에 연결하는 시일부(시일부재)(422)를 포함한다. 상기 시일부(422)는 상향으로 만곡된 형상을 가진다. 상기 시일부(422)는 탄성멤브레인(4)과 링부재(408) 사이의 갭을 채우기 위하여 배치된다. 상기 시일부(422)는 변형가능한 재료로 제조되는 것이 바람직하다. 상기 시일부(422)는 톱링본체(2)와 리테이너링(3)을 서로에 대해 상대 이동시키면서, 상기 탄성멤브레인(4)과 리테이너링(3) 사이의 갭 안으로 폴리싱액이 도입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 본 실시예에 있어서, 상기 시일부(422)는 탄성멤브레인(4)의 에지(314d)와 일체형으로 형성되고, U자 형상의 단면을 가진다.
상기 연결시트(420), 밴드(421) 및 시일부(422)가 제공되지 않는다면, 폴리싱액, 또는 대상물을 폴리싱하기 위한 액체가 상기 톱링(1)의 내부 안으로 도입되어, 상기 톱링(1)의 리테이너링(3)과 톱링본체(2)의 정상적인 동작을 방해할 수도 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 연결시트(420), 밴드(421) 및 시일부(422)는 폴리싱액이 상기 톱링(1)의 내부 안으로 도입되는 것을 방지한다. 이에 따라, 톱링(1)을 정상적으로 작동시킬 수 있게 된다. 상기 탄성멤브레인(404), 연결시트(420), 및 시일부(422)는 에틸렌 프로필렌 러버(EPDM), 폴리우레탄 러버, 실리콘 러버 등과 같은 고도로 강하면서도 내구성이 있는 러버 재료로 제조된다.
지금까지 사용된 척킹판의 부유식 톱링에 있어서, 리테이너링(3)이 마모된다면, 반도체웨이퍼와 하부부재(306) 간의 거리가 변하여, 상기 탄성멤브레인(4)의 변형 방식을 변경하게 된다. 따라서, 반도체웨이퍼 상에서의 표면압력분포 또한 변경된다. 이러한 표면압력분포의 변동은 폴리싱된 반도체웨이퍼의 불안정한 폴리싱 프로파일을 초래한다.
본 실시예에 따르면, 리테이너링(3)이 하부부재(306)와 독립적으로 상하로 이동될 수 있기 때문에, 상기 리테이너링(3)의 링부재(408)가 마모되더라도, 반도체웨이퍼와 하부부재(306) 간에 일정한 거리가 유지될 수 있다. 이에 따라, 반도체웨이퍼의 폴리싱 프로파일이 안정화될 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 소정의 실시예들을 상세히 도시 및 기술하였지만, 본 발명이 첨부된 청구범위의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 수정들이 가능하다는 것은 자명하다.
본 발명은 피폴리싱 대상물, 즉 반도체웨이퍼와 같은 기판을 평면경마무리로 폴리싱하는 방법 및 장치에 적용가능하다.

Claims (7)

  1. 폴리싱면을 구비하는 폴리싱테이블;
    기판유지면에 의해 상기 기판의 이면을 유지하도록 그리고 리테이너링에 의하여 상기 기판의 외주 에지를 유지하도록 구성되고, 상기 폴리싱면에 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링; 및
    상기 톱링을 상하 방향으로 이동시키도록 구성된 상하이동기구를 포함하여 이루어지고,
    상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 복수의 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 가압유체가 상기 복수의 압력챔버에 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 가압하도록 구성되며,
    상기 기판유지면을 구성하는 상기 멤브레인으로부터 상기 기판이 제거될 때, 상기 복수의 압력챔버 중 적어도 하나는 가압되고, 상기 복수의 압력챔버 중 적어도 하나는 진공상태로 감압되는 기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  2. 폴리싱면을 구비하는 폴리싱테이블;
    기판유지면에 의해 상기 기판의 이면을 유지하도록 그리고 리테이너링에 의하여 상기 기판의 외주 에지를 유지하도록 구성되고, 상기 폴리싱면에 상기 기판을 가압하도록 구성된 톱링;
    상기 톱링을 상하 방향으로 이동시키도록 구성된 상하이동기구를 포함하여 이루어지고,
    상기 톱링은, 가압유체가 공급되기 위한 압력챔버를 형성하도록 구성된 적어도 하나의 탄성 멤브레인, 및 상기 멤브레인을 유지하기 위한 톱링본체를 포함하여 이루어지되, 상기 멤브레인은, 상기 가압유체가 상기 압력챔버에 공급될 때의 유체압력 하에 상기 기판을 상기 폴리싱면에 가압하도록 구성되며,
    상기 상하이동기구는, 상기 리테이너링이 상기 폴리싱면과 접촉하게 되는 상태에서 상기 톱링을 제1위치에서 제2위치로 이동시키도록 작동가능하고,
    상기 제1위치는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 부착되어 그에 의해 유지되는 상태에서 상기 기판과 상기 폴리싱면 간의 클리어런스가 있는 위치로 정의되며,
    상기 제2위치는, 상기 기판이 상기 멤브레인에 의해 상기 폴리싱면에 가압되는 상태에서 상기 톱링본체와 상기 멤브레인 간의 클리어런스가 있는 위치로 정의되는 기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 톱링본체에 고정되어, 그리고 상기 리테이너링의 링부재와 슬라이딩접촉하게 되어 상기 링부재의 이동을 안내하도록 구성된 리테이너링가이드; 및 상기 링부재와 상기 리테이너링가이드 사이에 제공되는 연결시트를 더 포함하여 이루어지는 기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    가압유체가 공급되기 위한 리테이너링챔버로서, 상기 가압유체가 상기 리테이너링챔버에 공급될 때의 유체압력 하에 상기 리테이너링을 상기 폴리싱면에 가압하도록 구성되고, 상기 톱링본체에 고정된 실린더 내에 형성되는 리테이너링챔버;
    상기 톱링본체에 고정되어, 그리고 상기 리테이너링의 링부재와 슬라이딩접촉하게 되어 상기 링부재의 이동을 안내하도록 구성된 리테이너링가이드; 및
    상기 실린더와 상기 리테이너링가이드 사이에 제공되는 벨트형 가요성(flexible) 부재를 포함하여 이루어지는 밴드(band)를 더 포함하여 이루어지는 기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 에지에서 상기 멤브레인을 상기 리테이너링에 연결하는 시일부재를 포함하는 기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 멤브레인은, 상기 멤브레인의 반경방향 바깥쪽에 배치된 환형 에지홀더 및 상기 에지홀더의 반경방향 안쪽에 배치된 환형 리플홀더(ripple holder)에 의하여 상기 톱링본체의 하부면 상에 유지되는 기판을 폴리싱하기 위한 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 리플홀더는, 복수의 스토퍼에 의하여 상기 톱링본체의 하부면 상에 유지되는 기판을 폴리싱하기 위한 장치.
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