KR20070091186A - 기판유지장치 및 폴리싱장치 - Google Patents

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KR20070091186A
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데츠지 도가와
히로시 요시다
오사무 나베야
마고토 후쿠시마
고이치 후카야
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명에 따른 기판유지장치는 기판의 뒷면과 접촉하게 될 탄성멤브레인, 상기 탄성멤브레인의 적어도 일부분을 고정하기 위한 부착부재, 및 상기 기판이 상기 탄성멤브레인과 접촉하면서, 상기 기판의 주변부를 유지하기 위한 리테이너링을 포함한다. 상기 탄성멤브레인은 1이상의 돌출부를 포함하여 이루어지고, 상기 부착부재는 상기 탄성멤브레인의 1이상의 돌출부의 측면과 맞물리는 1이상의 맞물림부를 포함하여 이루어진다. 상기 탄성멤브레인은 또한 탄성멤브레인이 상기 기판을 가압하도록 하기 위해 가압 방향으로 팽창가능하고 상기 가압 방향을 따라 수축가능한 벨로우즈부를 더 포함하여 이루어진다.

Description

기판유지장치 및 폴리싱장치{SUBSTRATE HOLDING DEVICE AND POLISHING APPARATUS}
본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 기판을 폴리싱하여 그 위에 평면경마무리면을 형성하기 위한 폴리싱장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄성멤브레인을 통해 기판을 폴리싱장치의 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 기판유지장치에 관한 것이다.
최근에는, 반도체디바이스들이 더욱 집적화되고, 반도체소자들의 구조가 더욱 복잡해졌다. 또한, 논리시스템에 사용되는 멀티레이어 인터커넥트(multilayer interconnects)에서의 레이어의 수가 증가되었다. 이에 따라, 반도체디바이스의 표면 상의 불규칙성이 증가하기 쉽고, 스텝 높이 또한 커지기 쉽다. 이는 반도체디바이스의 제조 공정 시, 박막이 반도체디바이스 상에 형성된 다음, 홀 형성 또는 패터닝과 같은 미세가공 공정들이 상기 반도체디바이스 상에서 수행되기 때문이며, 이들 공정들은 상기 반도체디바이스 상에 후속 박막을 형성하기 위해 여러 번 반복된다.
반도체디바이스의 표면의 불규칙성이 높아지면, 다음과 같은 문제점이 발생한다. 박막이 반도체디바이스 상에 형성되는 경우, 스텝부 상에 형성된 막의 두께 가 비교적 얇다. 또한, 인터커넥트들의 단선(disconnection)에 의해 개방 회로가 야기될 수도 있고, 또는 인터커넥트 레이어들간의 불충분한 절연에 의해 단락 회로가 야기될 수도 있다. 그 결과, 좋은 제품이 얻어질 수 없으며, 수율이 떨어지기 쉽다. 반도체디바이스가 초기에 정상적으로 작동하더라도, 장기간 사용 후에는 반도체디바이스의 신뢰성이 저하된다. 또한, 리소그래피 공정 동안의 노광 시, 조사면(irradiation surface)이 불규칙성을 가진다면, 노광시스템 내의 렌즈유닛이 국부적으로 언포커싱된다. 그러므로, 반도체디바이스의 표면 상의 불규칙성이 증가된다면, 이는 반도체디바이스 상에 미세 패턴 자체를 형성하기 어렵다는 문제점이 된다.
따라서, 반도체디바이스를 제조하는 공정에서는, 반도체기판의 표면을 평탄화하는 것이 매우 중요하게 된다. 평탄화 기술들 가운데 가장 중요한 것 중 하나가 CMP(Chemical Mechanical Polishing)이다. 상기 화학적 기계적 폴리싱은 폴리싱장치를 이용하여 수행된다. 구체적으로는, 실리카(SiO2)와 같은 연마입자를 함유하고 있는 폴리싱액이 폴리싱면 상에 공급되면서, 반도체웨이퍼와 같은 기판이 폴리싱면과 슬라이딩 접촉하게 되어 기판이 폴리싱된다.
이러한 종류의 폴리싱장치는 폴리싱패드 상에 형성된 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 및 반도체웨이퍼를 유지하기 위해 톱링으로 불리우는 기판유지장치를 포함하여 이루어진다. 상기 폴리싱장치는 다음과 같이 반도체웨이퍼를 폴리싱한다. 상기 기판유지장치는 반도체웨이퍼를 유지하여, 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱면에 대해 소정의 압력으로 가압한다. 이 상태에서, 폴리싱테이블 및 기판유지장치가 서로 이동되어, 반도체웨이퍼를 폴리싱면과 슬라이딩 접촉시킴으로써, 상기 반도체웨이퍼가 평면경마무리면을 가지도록 폴리싱된다.
상기 폴리싱장치에 있어서, 반도체웨이퍼와 폴리싱패드의 폴리싱면간의 상대적인 가압력이 폴리싱 시에 반도체웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 균일하지 않다면, 상기 반도체웨이퍼가 불충분하게 폴리싱될 수도 있고, 또는 반도체웨이퍼의 일부 부분들에 가해지는 가압력에 따라 소정 부분에서 과도하게 폴리싱될 수도 있다. 이러한 단점을 피하고자, 반도체웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 균일한 가압력을 제공하기 위하여, 고무와 같은 탄성재로 만들어진 탄성멤브레인을 이용하여 기판유지장치의 기판유지면을 형성하고, 탄성멤브레인의 이면으로 기압과 같은 유체압력을 인가하는 시도가 있었다.
하지만, 이러한 탄성멤브레인을 사용하면 다음과 같은 문제점들을 만날 수도 있다. 반도체웨이퍼가 회전되고 있으면, 탄성멤브레인이 뒤틀려 변형된다. 그 결과, 폴리싱율, 즉 반도체웨이퍼의 주변부(에지부)에서의 제거율이 여타의 부분들에 비해 크게 낮다. 또한, 상기 탄성멤브레인의 뒤틀림과 변형으로 인하여, 반도체웨이퍼의 중심에 대해 특히 에지부에서는 폴리싱 프로파일이 대칭이 아닐 수도 있다. 나아가, 반도체웨이퍼의 주변부를 유지시키는 리테이너링 및 탄성멤브레인의 개별적인 차이는 톱링들 가운데 폴리싱 프로파일의 변동을 야기할 수도 있다.
본 발명은 상기 단점들의 관점에서 고안되었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 기판유지면에 부착된 탄성멤브레인의 뒤틀림과 변형을 방지할 수 있는 폴리싱장치 및 기판유지장치를 제공하여 고품질 폴리싱을 달성하게 된다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판의 뒷면과 접촉하게 될 탄성멤브레인, 상기 탄성멤브레인의 적어도 일부분을 고정하기 위한 부착부재, 및 상기 기판이 상기 탄성멤브레인과 접촉하면서, 상기 기판의 주변부를 유지하기 위한 리테이너링을 포함하여 이루어지는 기판유지장치가 제공된다. 상기 탄성멤브레인은 1이상의 돌출부를 포함하며, 상기 부착부재는 상기 탄성멤브레인의 1이상의 돌출부와 맞물리는 1이상의 맞물림부를 포함한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 1이상의 돌출부는 상기 탄성멤브레인의 방사상 안쪽으로 돌출된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 1이상의 돌출부는 복수의 돌출부를 포함하여 이루어지고, 상기 1이상의 맞물림부는 복수의 맞물림부를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 복수의 맞물림부는 상기 기판의 중심에 대해 대칭으로 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 1이상의 맞물림부는 상기 기판의 뒷면과 접촉하게 될 상기 탄성멤브레인의 두께보다 크거나 같은 두께를 가진다.
이들 구조에 의하면, 탄성멤브레인이 기판유지장치의 회전으로 인하여 뒤틀리게 될 경우, 상기 탄성멤브레인의 돌출부(들)가 부착부재의 맞물림부(들)와 맞물려 상기 탄성멤브레인의 뒤틀림을 최소 레벨로 억제시킨다. 그러므로, 폴리싱 프로파일이 적절하게 제어될 수 있고, 고품질 폴리싱이 달성될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 기판의 뒷면과 접촉하게 될 탄성멤브레인, 상기 탄성멤브레인의 적어도 일부분을 고정하기 위한 부착부재, 및 상기 기판이 상기 탄성멤브레인과 접촉하면서, 상기 기판의 주변부를 유지하기 위한 리테이너링을 포함하여 이루어지는 기판유지장치가 제공된다. 상기 탄성멤브레인은 돌출부를 구비한 원주멤브레인(circumferential membrane)을 포함하여 이루어진다. 상기 돌출부는 상기 탄성멤브레인의 원주에지로부터 방사상 안쪽으로 돌출되고, 상기 탄성멤브레인의 상기 원주에지를 따라 전체적으로 연장된다.
이러한 구조에 의하면, 탄성멤브레인의 원주에지로부터 방사상 안쪽으로 돌출되어 상기 원주에지를 따라 전체적으로 원주 방향으로 연장되는 돌출부가 상기 탄성멤브레인이 그 반경 방향으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 예컨대 탄성멤브레인의 원주에지가 반경 방향으로 연장되어 리테이너링과 접촉하게 되는 것을 막을 수 있고, 따라서 상기 탄성멤브레인이 손상되는 것을 방지하게 된다. 상기 탄성멤브레인의 원주에지를 따라 전체적으로 연장되는 돌출부는 강도를 증대시키기 위하여 상이한 재료(예컨대, 스테인리스강 또는 수지)로 제조될 수도 있고, 또는 여타의 부분들보다 강하게 만들 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 탄성멤브레인은, 상기 탄성멤브레인이 상기 기판을 가압하도록 하기 위해 가압 방향으로 팽창가능하고 상기 가압 방향을 따라 수축가능한 벨로우즈부를 포함하여 이루어진다.
상기 탄성멤브레인 상에 형성된 상술된 돌출부는 가압 방향으로의 탄성멤브레인의 팽창 및 수축에 방해가 될 수도 있다. 하지만, 상기 탄성멤브레인에 형성된 벨로우즈부는 팽창 및 수축될 수 있어, 이러한 탄성멤브레인의 팽창 및 수축의 방해를 보상하게 된다. 이에 따라, 탄성멤브레인의 원주에지가 폴리싱면을 유연하게 따를 수 있다.
상기 기판의 뒷면과 접촉하게 될 탄성멤브레인은 두껍게 제조될 수도 있다. 기판과 접촉하는 상기 탄성멤브레인의 두꺼운 부분은 탄성멤브레인의 반경 방향으로 진행되는 오수의 형성을 방지할 수 있다. 이러한 탄성멤브레인의 접촉부는 벨로우즈부보다 두꺼운 것이 바람직하다. 상기 벨로우즈부는 그 스트레칭 특성을 증대시키기 위하여 얇게 제조되고, 상기 기판의 뒷면과 접촉하는 부분은 탄성멤브레인의 뒤틀림을 방지하기 위해 두껍게 제조된다. 맞물림부는 탄성멤브레인의 뒤틀림을 막기 위하여 벨로우즈부보다 두꺼운 것이 바람직하다. 최대 모멘트가 최외각 원주부 상에 작용하기 때문에, 이 부분은 기판의 뒷면과 접촉하는 부분보다 두꺼운 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 기판의 뒷면과 접촉하게 될 탄성멤브레인, 상기 탄성멤브레인의 적어도 일부분을 고정하기 위한 부착부재, 및 상기 기판이 상기 탄성멤브레인과 접촉하면서, 상기 기판의 주변부를 유지하기 위한 리테이너링을 포함하여 이루어지는 기판유지장치가 제공된다. 상기 탄성멤브레인은, 상기 기판을 향해 동심적으로 배치되어 연장되는 복수의 원통면을 구비한 원주멤브레인, 및 상기 원주멤브레인과 거의 직각으로 교차하도록 구성되고, 상기 기판과 접촉하게 될 바닥면멤브레인(bottom-surface membrane)을 포함한다.
상기 바닥면멤브레인 및 원주멤브레인은 실질적으로 직각으로 교차하도록 구성되어 있기 때문에, 상기 탄성멤브레인의 원주에지가 반도체웨이퍼의 주변부와 충분히 접촉하여 그것을 가압할 수 있게 된다. 이 경우, 탄성멤브레인은 경성이 낮은 연성 재료로 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블, 및 상기 기판유지장치를 포함하여 이루어지는 폴리싱장치가 제공된다. 이러한 폴리싱장치에 있어서, 기판유지장치는 기판을 유지하고 상기 기판을 폴리싱면에 가압하여 기판을 폴리싱하도록 작동가능하다.
이러한 구조에 의하면, 기판유지장치의 기판유지면에 부착된 탄성멤브레인의 뒤틀림 및 변형을 방지하여, 고품질의 폴리싱을 달성하는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 폴리싱장치를 도시한 개략도;
도 2는 도 1에 도시된 폴리싱장치의 톱링을 도시한 수직단면도;
도 3은 도 2에 도시된 III-III 선을 따라 취한 단면도;
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 톱링을 도시한 수직단면도;
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 톱링을 도시한 수직단면도;
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 톱링을 도시한 수직단면도; 및
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 톱링을 도시한 수직단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 기판유지장치를 포함하는 폴리싱장치를 도 1 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1 내지 도 7에서, 동일하거나 대응하는 요소들은 동일한 도면 부호로 표시하고, 반복해서 설명하지는 않기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판유지장치를 포함하는 폴리싱장치를 도시한 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 폴리싱장치는 폴리싱테이블(2)의 상부면에 부착된 폴리싱패드(1)를 구비한 폴리싱테이블(2), 및 반도체웨이퍼(W)와 같은 기판을 유지하여 그것을 상기 폴리싱테이블(2) 상의 폴리싱패드(1)에 대해 가압하기 위한 기판유지장치로서의 역할을 하는 톱링(3)을 포함하여 이루어진다. 상기 폴리싱테이블(2) 상방에는 폴리싱액공급노즐(4)이 제공되어, 폴리싱액(Q)이 상기 폴리싱액공급노즐(4)을 통해 폴리싱패드(1) 상으로 공급된다. 상기 톱링(3)은 회전가능하여 수직방향으로 이동가능한 톱링샤프트(5), 및 상기 톱링샤프트(5)에 결합된 톱링바디(6)를 포함하여 이루어진다. 상기 실시예에 있어서, 폴리싱패드(1)의 상부면은 폴리싱면으로서의 역할을 한다.
반도체웨이퍼(W)를 폴리싱하는 경우, 상기 폴리싱테이블(2) 및 톱링(3)은 독립적으로 회전되고, 상기 톱링(3)은 상기 폴리싱액공급노즐(4)을 통해 폴리싱패드(1) 상으로 폴리싱액(Q)이 공급되면서, 반도체웨이퍼(W)를 폴리싱테이블(2) 상의 폴리싱패드(1)에 대해 소정의 압력으로 가압한다. 폴리싱 시, 반도체웨이퍼(W)의 폴리싱될 표면 및 폴리싱패드(1)는 서로 슬라이딩 접촉하여, 상기 반도체웨이퍼(W)의 표면이 평면경마무리로 폴리싱된다.
도 2는 도 1에 도시된 톱링(3)의 상세를 도시한 수직단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 III-III 선을 따라 취한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 톱링(3)의 톱링바디(6)는 톱링샤프트(5)에 결합된 디스크부(10), 및 상기 반도체웨이퍼의 주변부를 유지하도록 구성된 리테이너링부(12)를 포함하여 이루어진다. 상기 디스크부(10)와 리테이너링부(12)에 의해 형성된 공간에는 수직방향으로 이동가능한 부재(14)가 하우징된다. 상기 수직방향으로 이동가능한 부재(14)는 환형탄성시트(16)를 통해 톱링바디(6)에 결합된다.
상기 톱링바디(6), 수직방향으로 이동가능한 부재(14) 및 탄성시트(16)는 이들 구성요소 내부에 압력챔버(18)를 형성한다. 상기 압력챔버(18)는 유로(19)를 통해 유체공급원(도시안됨)에 연결되어 있다. 상기 유로(19)에는 레귤레이터(도시안됨)가 제공되어, 압력챔버(18)로 공급될 유체의 압력이 상기 레귤레이터에 의해 조절될 수 있게 된다. 이러한 형태는 압력챔버(18) 내의 압력을 제어할 수 있고, 따라서 상기 수직방향으로 이동가능한 부재(14)를 수직 방향으로 이동시킬 수 있게 된다.
탄성멤브레인(20)은 부착부재(22)에 의해 수직방향으로 이동가능한 부재(14)의 하부면에 부착된다. 상기 탄성멤브레인(20)은 수직방향으로 이동가능한 부재(14)의 하부면을 커버하도록 제공되고, 상기 반도체웨이퍼의 뒷면과 직접 접촉하도록 구성된다. 본 명세서에서, 반도체웨이퍼의 뒷면은 폴리싱될 표면에 대향하는 면을 의미한다. 상기 탄성멤브레인(20)은 에틸렌 프로필렌 러버(EPDM), 폴리우레탄 러버 또는 실리콘 러버와 같은 매우 강하고 내구성이 있는 러버 재료로 제조된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 탄성멤브레인(20)은 반도체웨이퍼의 뒷면과 접촉하게 될 바닥면멤브레인(24), 상기 바닥면멤브레인(24)의 원주에지로부터 상방으로 연장되는 제1원주멤브레인(26), 및 상기 제1원주멤브레인(26)의 방사상 안쪽으로 위치하여 상기 바닥면멤브레인(24)으로부터 상방으로 연장되는 제2원주멤브레인(28)을 포함하여 이루어진다. 방사상 안쪽으로 연장되는 부분(30)은 상기 원주멤브레인(26)의 상부 에지부 상에 형성되고, 방사상 바깥쪽으로 연장되는 부분(32)은 상기 원주멤브레인(28)의 상부 에지부 상에 형성된다. 상기 부착부재(22)는 상기 탄성멤브레인(20)의 연장부(30, 32)를 수직방향으로 이동가능한 부재(14)에 대해 가압하는 베이스부(34, 36)를 구비하여, 상기 연장부(30, 32)를 고정시킨다.
상기 바닥면멤브레인(24), 원주멤브레인(28) 및 수직방향으로 이동가능한 부재(14)는 이들 부분 내부에 압력챔버(38)를 형성하고, 상기 압력챔버(38)는 유로(39)를 통해 유체공급원에 연결된다. 상기 압력챔버(38)로 공급될 유체의 압력이 레귤레이터에 의해 조절될 수 있도록 상기 유로(39)에도 레귤레이터(도시안됨)가 제공된다. 이러한 형태에 의하면, 압력챔버(38)로 공급될 유체의 압력을 조절함으로써, 상기 압력챔버(38) 내의 압력이 제어될 수 있다. 이에 따라, 바닥면멤브레인(24)으로부터 상기 압력챔버(38) 아래에 있는 반도체웨이퍼의 일부분으로 가해지는 가압력이 조절될 수 있다.
상기 바닥면멤브레인(24), 원주멤브레인(28), 원주멤브레인(26) 및 수직방향으로 이동가능한 부재(14)는 이들 부분 내부에 압력챔버(40)를 형성하고, 상기 압력챔버(40)는 유로(41)를 통해 유체공급원에 연결된다. 상기 압력챔버(40)로 공급될 유체의 압력이 레귤레이터에 의해 조절될 수 있도록 상기 유로(41)에도 레귤레 이터(도시안됨)가 제공된다. 이러한 형태에 의하면, 압력챔버(40)로 공급될 유체의 압력을 조절함으로써, 상기 압력챔버(40) 내의 압력이 제어될 수 있다. 이에 따라, 바닥면멤브레인(24)으로부터 상기 압력챔버(40) 아래에 있는 반도체웨이퍼의 일부분으로 가해지는 가압력이 조절될 수 있다.
상기 실시예에 따르면, 압력챔버(38) 및 압력챔버(40) 내의 압력들이 독립적으로 제어되어, 상기 압력챔버(38) 아래에 있는 반도체웨이퍼의 일부분에 가해지는 가압력과 상기 압력챔버(40) 아래에 있는 반도체웨이퍼의 일부분에 가해지는 가압력이 독립적으로 조절될 수 있다. 그러므로, 폴리싱율(예컨대, 제거율)이 반도체웨이퍼의 주변부 및 상기 주변부의 방사상 안쪽으로 위치한 부분에서 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 반도체웨이퍼의 폴리싱 프로파일이 제어될 수 있게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 탄성멤브레인(20)의 원주에지로부터 방사상 안쪽으로 돌출시키기 위하여, 상기 원주멤브레인(26) 상에 블럭형 돌출부(42)가 제공된다. 또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 돌출부(42)의 측면과 맞물리는 맞물림부(44)가 부착부재(22)의 하부 상에 제공된다. 각각의 맞물림부(44)는 바닥면멤브레인(24)의 두께보다 크거나 같은 두께를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 형태에 의하면, 탄성멤브레인(20)이 톱링(3)의 회전으로 인하여 뒤틀리게 될 경우, 상기 탄성멤브레인(20)의 돌출부(42)가 부착부재(22)의 맞물림부(44)와 맞물리게 되어, 상기 탄성멤브레인(20)의 뒤틀림을 최소 레벨로 억제하게 된다. 그러므로, 폴리싱 프로파일이 적절하게 제어될 수 있고, 고품질의 폴리싱이 달성될 수 있게 된다.
도 3에 도시된 예시에는 6개의 돌출부(42) 및 6개의 맞물림부(44)가 등간격으로 교대로 배치되어 있지만, 상기 돌출부(42) 및 맞물림부(44)의 개수가 상기 예시로 제한되는 것은 아니다. 부가적으로, 상기 돌출부(42) 및 맞물림부(44)의 크기도 도 2 및 도 3에 도시된 예시로 제한되지 아니한다. 나아가, 상기 돌출부(42)는 원주멤브레인(26)과 일체형으로 형성될 수도 있고, 또는 상기 원주멤브레인(26)에 부착된 상이한 재료일 수도 있다. 상기 돌출부(42) 및 맞물림부(44)는 반도체웨이퍼의 중심, 즉 리테이너링부(12)의 중심에 대해 대칭으로 배치되어, 같은 힘을 수용하게 되는 것이 바람직하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 원주멤브레인(26)은 부착부재(22)의 베이스부(34) 밑에 위치한 벨로우즈부(46)를 구비하고, 상기 원주멤브레인(28)은 상기 부착부재(22)의 베이스부(36) 밑에 위치한 벨로우즈부(48)를 구비한다. 이들 벨로우즈부(46, 48)는 원주멤브레인(26) 및 원주멤브레인(28)이 한 방향으로 팽창하도록 하여, 상기 탄성멤브레인(20)이 반도체웨이퍼를 폴리싱패드(1)에 대해, 즉 가압 방향으로 가압하도록 한다.
상기 원주멤브레인(26) 상에 형성된 상술된 블럭형 돌출부(42)는 상기 탄성멤브레인(20)의 원주멤브레인(26)의 가압 방향으로의 팽창 및 수축에 방해를 줄 수도 있다. 하지만, 상기 원주멤브레인(26) 및 원주멤브레인(28)에 형성된 벨로우즈부(46, 48)는 팽창 및 수축할 수 있어, 이러한 원주멤브레인(26)의 팽창 및 수축의 방해를 보상하게 된다. 이에 따라, 탄성멤브레인(20)의 원주에지가 폴리싱패드(1)의 폴리싱면을 유연하게 따를 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 톱링(103)을 도시한 수직단면도이다. 상기 톱링(103)의 탄성멤브레인(20)의 원주멤브레인(26) 상에는 블럭형 돌출부(142)가 제공된다. 상기 돌출부(142)는 탄성멤브레인(20)의 원주에지로부터 방사상 안쪽으로 돌출되고, 그 원주 방향으로 원주멤브레인(26)을 따라 전체적으로 연장된다. 그러므로, 상기 실시예의 부착부재(22)는 제1실시예의 맞물림부(44)를 구비하지 않는다. 다른 구조들은 제1실시예와 동일하다.
상기 탄성멤브레인(20)의 원주멤브레인(26)으로부터 방사상 안쪽으로 돌출되어 상기 원주멤브레인(26)을 따라 전체적으로 연장되는 돌출부(142)는 원주멤브레인(26)이 그 반경 방향으로 변형되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 상기 원주멤브레인(26)은 톱링(103)의 회전 시 리테이너링부(12)를 접촉하도록 반경 방향으로 팽창되는 것을 방지할 수 있게 되어, 상기 원주멤브레인(26)이 손상되는 것을 방지하게 된다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 톱링(203)을 도시한 수직단면도이다. 상기 톱링(203)은 제2실시예의 톱링(103)의 개선예이다. 구체적으로는, 탄성멤브레인(20)의 바닥면멤브레인(224)이 제2실시예의 바닥면멤브레인(24)보다 두껍고, 벨로우즈부(46, 48)보다 두껍다. 반도체웨이퍼와 접촉하는 바닥면멤브레인(224)의 특정 두께는 1.2 내지 2.0 mm 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 상기 실시예에 따르면, 두꺼운 바닥면멤브레인(224)이 탄성멤브레인(20)의 반경 방향으로 진행되는 오수의 형성을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제4실시예에 따른 톱링(303)을 도시한 수직단면도이다. 상 기 실시예에서는, 제1실시예의 돌출부(42)와 제2 및 제3실시예의 돌출부(142)가 탄성멤브레인(20)의 원주멤브레인(26) 상에 제공되지 않았지만, 반도체웨이퍼와 접촉하는 바닥면멤브레인(224)이 제3실시예에서와 같이 두껍게 되어 있다.
도 7은 본 발명의 제5실시예에 따른 톱링(403)을 도시한 수직단면도이다. 상기 실시예의 부착부재(422)는 링 형상이다. 상기 부착부재(422)의 전체 내주면은 탄성멤브레인(20)의 원주멤브레인(428)과 접촉하게 되고, 상기 부착부재(422)의 전체 외주면은 상기 탄성멤브레인(20)의 원주멤브레인(426)과 접촉하게 된다. 이러한 실시예에 있어서, 탄성멤브레인(20)은 상기 실시예들의 벨로우즈부(46, 48)를 구비하지 않으며, 상기 탄성멤브레인(20)의 원주멤브레인(426)은 가압 방향으로 연장되는 원통면에 의해 형성된다.
앞서 언급된 실시예들에 있어서, 탄성멤브레인에 형성된 벨로우즈부는 탄성멤브레인이 반도체웨이퍼의 주변부를 가압하도록 연장된다. 다른 한편으로, 상기 실시예의 탄성멤브레인(20)은 벨로우즈부를 구비하지 않는다. 결과적으로, 탄성멤브레인(20)은 반도체웨이퍼의 주변부를 적절하게 가압하기에 충분히 팽창될 수도 없다. 이러한 관점에서, 상기 탄성멤브레인(20)의 바닥면멤브레인(24) 및 원주멤브레인(426)은 거의 직각으로 교차하도록 구성되어, 상기 탄성멤브레인(20)의 원주에지가 반도체웨이퍼의 주변부와 충분히 접촉하게 되어 그것을 가압할 수 있게 된다. 이러한 실시예에서는, 탄성멤브레인(20)이 경성이 낮은 연성 재료로 제조되는 것이 바람직하다.
상술된 실시예들에 있어서, 부착부재(22, 422)의 외주부 및 그 이웃부와 같 은 일부 부분들 및/또는 리테이너링부(12)의 내주부는 플루오르화수지와 같은 저마찰재료로 제조될 수도 있는데, 그 이유는 이러한 부분들이 원주멤브레인(26, 426) 및 원주멤브레인(28, 428)과 슬라이딩 접촉하기 쉽기 때문이다. 또한, 표면마찰을 낮추기 위하여, 상기 원주멤브레인(26, 426) 및 원주멤브레인(28, 428)은 실리콘, 플루오르 또는 그 화합물로 주입(impregnate)될 수도 있다. 이러한 구조는 폴리싱 시에 탄성멤브레인(20)이 뒤틀리는 것을 방지할 수 있고, 원주멤브레인(26, 426) 및 원주멤브레인(28, 428)이 수직방향으로 이동가능한 부재(14) 및 리테이너링부(12)에 대해 원활하게 이동하도록 할 수 있다. 이에 따라, 폴리싱 프로파일이 적절하게 제어될 수 있으므로, 고품질의 폴리싱이 성취될 수 있다.
상기 실시예들에서는 폴리싱패드가 폴리싱면을 형성하였지만, 본 발명이 이러한 구조로 국한되는 것은 아니다. 예컨대, 폴리싱면은 고착연마재(fixed abrasive)로 구성될 수도 있다. 고착연마재는 바인더에 의해 고착된 연마입자들로 이루어진 판형 폴리싱 도구이다. 고착연마재를 이용한 폴리싱 공정은 상기 고착연마재로부터 자체 생성되는 연마입자에 의해 수행된다. 상기 고착연마재는 연마입자, 바인더 및 포어를 포함하여 이루어진다. 예컨대, 평균 입경이 0.5 ㎛ 이하인 세륨 다이옥사이드(CeO2)가 연마입자로서 사용되고, 에폭시 수지가 바인더로서 사용된다. 이러한 고착연마재는 경성의 폴리싱면을 형성한다. 고착연마재의 예로는 상기 판형 폴리싱 도구 이외에, 고착연마재의 박층에 의해 형성된 2층 구조를 갖는 고착 연마 패드 및 상기 고착연마재의 박층의 하부면에 부착된 탄성 폴리싱 패드를 들 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 소정의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예들로 국한되지 아니하며, 본 발명의 기술적 개념의 범위를 벗어나지 않으면서도 다양한 변경 및 수정이 가능하다는 것은 자명하다.
본 발명은 기판을 탄성멤브레인을 통해 폴리싱장치의 폴리싱면에 대해 가압하기 위한 기판유지장치에 적용가능하다.

Claims (14)

  1. 기판유지장치에 있어서,
    기판의 뒷면과 접촉하게 될 탄성멤브레인;
    상기 탄성멤브레인의 적어도 일부분을 고정하기 위한 부착부재; 및
    상기 기판이 상기 탄성멤브레인과 접촉하면서, 상기 기판의 주변부를 유지하기 위한 리테이너링을 포함하여 이루어지고,
    상기 탄성멤브레인은 1이상의 돌출부를 포함하며,
    상기 부착부재는 상기 1이상의 돌출부와 맞물리는 1이상의 맞물림부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1이상의 돌출부는 상기 탄성멤브레인의 방사상 안쪽으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1이상의 돌출부는 복수의 돌출부를 포함하여 이루어지고,
    상기 1이상의 맞물림부는 복수의 맞물림부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 맞물림부는 상기 기판의 중심에 대해 대칭으로 배치되는 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 1이상의 맞물림부는 상기 기판의 뒷면과 접촉하게 될 상기 탄성멤브레인의 두께보다 크거나 같은 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 탄성멤브레인은, 상기 탄성멤브레인이 상기 기판을 가압하도록 하기 위해 가압 방향으로 팽창가능하고 상기 가압 방향을 따라 수축가능한 벨로우즈부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기판과 접촉하게 될 탄성멤브레인은 상기 벨로우즈부보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  8. 폴리싱장치에 있어서,
    폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블; 및
    상기 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 기판유지장치를 포함하여 이루 어지고,
    상기 기판유지장치는 기판을 유지하고 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대해 가압하여 상기 기판을 폴리싱하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  9. 기판유지장치에 있어서,
    기판의 뒷면과 접촉하게 될 탄성멤브레인;
    상기 탄성멤브레인의 적어도 일부분을 고정하기 위한 부착부재; 및
    상기 기판이 상기 탄성멤브레인과 접촉하면서, 상기 기판의 주변부를 유지하기 위한 리테이너링을 포함하여 이루어지고,
    상기 탄성멤브레인은 돌출부를 구비한 원주멤브레인을 포함하며,
    상기 돌출부는 상기 탄성멤브레인의 원주에지로부터 방사상 안쪽으로 돌출되고, 상기 탄성멤브레인의 상기 원주에지를 따라 전체적으로 연장되는 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탄성멤브레인은, 상기 탄성멤브레인이 상기 기판을 가압하도록 하기 위해 가압 방향으로 팽창가능하고 상기 가압 방향을 따라 수축가능한 벨로우즈부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기판과 접촉하게 될 탄성멤브레인은 상기 벨로우즈부보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  12. 폴리싱장치에 있어서,
    폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블; 및
    상기 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 기판유지장치를 포함하여 이루어지고,
    상기 기판유지장치는 기판을 유지하고 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대해 가압하여 상기 기판을 폴리싱하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  13. 기판유지장치에 있어서,
    기판의 뒷면과 접촉하게 될 탄성멤브레인;
    상기 탄성멤브레인의 적어도 일부분을 고정하기 위한 부착부재; 및
    상기 기판이 상기 탄성멤브레인과 접촉하면서, 상기 기판의 주변부를 유지하기 위한 리테이너링을 포함하여 이루어지고,
    상기 탄성멤브레인은,
    상기 기판을 향해 동심적으로 배치되어 연장되는 복수의 원통면을 구비한 원주멤브레인; 및
    상기 원주멤브레인과 거의 직각으로 교차하도록 구성되고, 상기 기판과 접촉하게 될 바닥면멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판유지장치.
  14. 폴리싱장치에 있어서,
    폴리싱면을 구비한 폴리싱테이블; 및
    상기 제13항에 따른 기판유지장치를 포함하여 이루어지고,
    상기 기판유지장치는 기판을 유지하고 상기 기판을 상기 폴리싱면에 대해 가압하여 상기 기판을 폴리싱하도록 작동가능한 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
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