KR20180115226A - 탄성막, 기판 보유 지지 장치 및 연마 장치 - Google Patents

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KR20180115226A
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

기판의 에지 부분에 있어서 연마 프로파일을 정밀하게 조정할 수 있는 탄성막을 제공한다.
연마 헤드(1)에 사용되는 탄성막(10)은 웨이퍼(W)에 맞닿는 맞닿음부(11)와, 맞닿음부(11)의 외주 단부에 기립 설치된 원환상의 측벽(15)과, 측벽(15)으로부터 직경 방향 내측을 향해 단면에서 보아 직선상으로 연장되는 제1 격벽(14f)과, 맞닿음부(11)의 외주 단부로부터 직경 방향 내측의 상방을 향해 단면에서 보아 직선상으로 연장되는 제2 격벽(14e)을 구비하고, 제1 격벽(14f)과 제2 격벽(14e)과 측벽(15)으로 웨이퍼(W)의 에지를 압박하기 위한 에지 압력실(16f)이 구성된다.

Description

탄성막, 기판 보유 지지 장치 및 연마 장치{ELASTIC MEMBRANE, SUBSTRATE HOLDING DEVICE, AND POLISHING APPARATUS}
본 발명은, 웨이퍼 등의 기판을 연마하기 위한 연마 장치, 연마 장치에 있어서 기판을 보유 지지하기 위한 기판 보유 지지 장치 및 기판 보유 지지 장치에 사용되는 탄성막에 관한 것이다.
근년 반도체 디바이스의 고집적화·고밀도화에 수반하여, 회로의 배선이 점점 미세화되고, 다층 배선의 총 수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하고자 하면, 하측 층의 표면 요철을 답습하여 단차가 보다 커지므로, 배선 총 수가 증가함에 따라서, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 다층 배선하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하고, 당연히 해야 하는 과정으로 평탄화 처리를 해야 한다. 또한, 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지기 때문에, 반도체 디바이스의 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하에 들어가도록 반도체 디바이스 표면에 대하여 평탄화 처리를 할 필요가 있다.
따라서, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화가 점점 중요해지고 있다. 이 표면의 평탄화에 있어서 가장 중요한 기술의 하나는, 화학 기계 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)이다. 이 화학 기계 연마는, 실리카(SiO2) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드의 연마면 상에 공급하면서 웨이퍼를 연마면에 미끄럼 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.
CMP를 행하기 위한 연마 장치는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 웨이퍼를 보유 지지하기 위한 톱링 또는 연마 헤드 등이라 칭해지는 기판 보유 지지 장치를 구비하고 있다. 이러한 연마 장치를 사용하여 웨이퍼의 연마를 행하는 경우에는, 기판 보유 지지 장치에 의해 웨이퍼를 보유 지지하면서, 이 웨이퍼를 연마 패드의 연마면을 향해 소정의 압력으로 압박한다. 이 때, 연마 테이블과 기판 보유 지지 장치를 상대 운동시킴으로써 웨이퍼가 연마면에 미끄럼 접촉하며, 웨이퍼의 표면이 연마된다.
연마 중의 웨이퍼와 연마 패드의 연마면 사이의 상대적인 압박력이 웨이퍼의 전체면에 걸쳐 균일하지 않은 경우에는, 웨이퍼의 각 부분에 부여되는 압박력에 따라서 연마 부족이나 과연마가 발생해버린다. 그래서, 웨이퍼에 대한 압박력을 균일화하기 위해서, 기판 보유 지지 장치의 하부에 탄성막으로 형성되는 압력실을 설치하고, 이 압력실에 공기 등의 유체를 공급함으로써 탄성막을 통해 유체압에 의해 웨이퍼를 압박하는 것이 행해진다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
도 23은, 특허문헌 1에 기재된 연마 장치의 기판 보유 지지 장치를 나타내는 단면도이며, 도 24는, 도 23의 탄성막의 에지 부분의 확대 단면도이다. 도 23에 나타내는 바와 같이, 종래의 탄성막(110)은 헤드 본체(102)의 하면에 설치되고, 웨이퍼의 형상에 따라서 원형으로 형성된 맞닿음부(111)와, 맞닿음부(111)로부터 기립 설치하는 측벽(110h)을 갖는다. 이 탄성막(110)의 맞닿음부(111)의 하면은, 탄성막(110)의 저면이 되고, 이 맞닿음부(111)의 하면에 의해 웨이퍼를 하방으로 압박함으로써, 웨이퍼를 연마 패드의 연마면에 압박한다.
도 23 및 도 24에 나타내는 바와 같이, 맞닿음부(111)에는, 상방으로 연장되는 복수의 동심원상의 격벽(120a 내지 120g)이 간격을 두고 설치되고, 맞닿음부(111)의 외주 단부에는 상방으로 연장되는 측벽(110h)이 형성된다. 각 격벽(120a 내지 120g) 사이에는 압력실(116a 내지 116g)이 형성되고, 외주 단부에서는 최외의 격벽과 측벽의 사이에 에지 압력실(116g)이 형성된다. 그리고, 헤드 본체(102)로부터 각 압력실(116a 내지 116g)로 개별적으로 공기를 보냄으로써 각 압력실(116a 내지 116g)의 압력이 제어된다. 각 압력실(116a 내지 116g)의 압력을 제어함으로써, 각 압력실(116a 내지 116g)에 대응하는 각 저면 부분의 압박력이 제어된다.
상기와 같은 종래의 구성 탄성막을 갖는 연마 장치에 있어서, 연마 패드는 탄성을 갖기 때문에, 연마 중의 웨이퍼 에지부(주연부)에 가해지는 압박력이 불균일해져, 웨이퍼의 에지부만이 많이 연마되는, 소위 「에지 늘어짐」을 일으켜버리는 경우가 있다. 이러한 에지 늘어짐을 방지하기 위해서, 웨이퍼의 에지부를 압박하는 탄성막의 외주 단부에서는 보다 미세한 범위에서 압박력을 제어하는 것이 유리하다.
도 25는, 특허문헌 1에 기재된 다른 예의 탄성막의 에지 부분의 확대 단면도이다. 이 예에 있어서, 격벽(120f)은 도 24의 예와 비교하여, 맞닿음부(111)의 외주 단부에 보다 가까운 위치로부터 연장되어 있고, 에지 압력실(116g)은 비교적 좁은 범위에서 웨이퍼의 에지 부분을 압박할 수 있다.
일본 특허 공개 제2015-193070호 공보
본 발명은, 특히 기판의 에지 부분에 있어서 연마 프로파일을 정밀하게 조정할 수 있는 연마 장치, 그러한 연마 장치에 사용하는 기판 보유 지지 장치, 및 그러한 기판 보유 지지 장치에 사용하는 탄성막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태는, 기판 보유 지지 장치에 사용되는 탄성막이며, 기판에 맞닿는 맞닿음부와, 상기 맞닿음부의 외주 단부에 기립 설치된 원환상의 측벽과, 상기 측벽으로부터 직경 방향 내측을 향해 단면에서 보아 직선상으로 연장되는 제1 격벽과, 상기 맞닿음부의 외주 단부로부터 직경 방향 내측의 상방을 향해 단면에서 보아 직선상으로 연장되는 제2 격벽을 구비하고, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽과 상기 측벽으로 상기 기판의 에지를 압박하기 위한 에지 압력실이 구성되는 탄성막이다.
이 구성에 의해, 에지 압력실의 압력을 제어함으로써, 외주 단부에 있어서의 좁은 범위에서 맞닿음부의 압박력을 제어할 수 있다. 또한, 제1 격벽과 제2 격벽이 각각 단면에서 보아 직선상으로 연장되어 있으므로, 제1 격벽과 제2 격벽이 접촉되기 어려워지고, 따라서 에지 압력실의 압력 제어를 행하기 쉽게 할 수 있다. 또한, 에지 압력실의 압력이 높아져도, 측벽으로부터 제1 격벽이 직선상으로 연장되어 있으므로, 측벽의 외측으로의 팽창을 억제할 수 있다.
상기 탄성막에 있어서, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽의 간격은, 상기 맞닿음부의 직경 방향 내측으로부터 직경 방향 외측을 향해 점차 넓어져 있어도 된다.
이 구성에 의해, 에지 압력실 내의 공간 전체로 에어가 널리 퍼지기 쉬워, 외주 단부에 있어서의 좁은 범위에서 맞닿음부의 압박력을 제어할 수 있다.
상기 탄성막에 있어서, 상기 기판 보유 지지 장치는, 상기 탄성막이 설치되는 헤드 본체를 구비하고 있어도 되고, 상기 제1 격벽은 선단에 상기 헤드 본체와 걸림 결합하는 제1 걸림 결합부를 갖고, 상기 제2 격벽은 선단에 상기 헤드 본체와 걸림 결합하는 제2 걸림 결합부를 갖고, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽의 간격은, 상기 제1 걸림 결합부 및 상기 제2 걸림 결합부로부터 상기 측면을 향해 점차 넓어져 있어도 된다.
이 구성에 의해서도, 에지 압력실 내의 공간 전체로 에어가 널리 퍼지기 쉬워, 외주 단부에 있어서의 좁은 범위에서 맞닿음부의 압박력을 제어할 수 있다.
상기 탄성막에 있어서, 상기 제2 격벽은, 상기 측벽의 내주면보다 0.5 내지 1.5mm 내측의 위치로부터 직선상으로 연장되어 있어도 된다.
이 구성에 의해, 탄성막의 외주 단부로부터 내측 0.5mm 내지 1.5mm까지(에지 압박폭 d)의 부분을 외주 단부로 하여, 외주 단부에 있어서의 좁은 범위에서 저면의 압박력을 제어할 수 있다.
상기 탄성막에 있어서, 상기 맞닿음부의 상면에 있어서의 상기 제2 격벽의 외주면과 상기 측벽의 내주면 사이의 거리는, 1.5 내지 8mm여도 된다.
이 구성에 의해, 외주 단부에 막이 형성되지 않은 기판에 대해서도, 막의 외주 단부에 있어서의 연마 프로파일을 정밀하게 제어할 수 있다.
상기 탄성막에 있어서, 상기 제2 격벽이 상기 맞닿음부의 상면에 접속되는 기단부는 굴곡되어 기단 접속부가 형성되어 있어도 되고, 상기 기단 접속부의 길이는 0.5 내지 3.5mm여도 된다.
이 구성에 의해, 제2 격벽과 인접하는 격벽이 접촉되지 않도록 서로의 거리를 확보할 수 있다.
상기 탄성막에 있어서, 상기 에지 압력실을 구성하는 상기 측벽의 외주면은 평탄하면 된다.
이 구성에 의해, 측벽에 단차가 없으므로, 디펙트의 원인이 되는 슬러리가 모이기 어려워진다.
본 발명의 다른 양태는, 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 장치이며, 상기 탄성막과, 상기 탄성막이 설치되는 헤드 본체를 구비한 기판 보유 지지 장치이다.
이 구성에 의해서도, 압력실의 압력을 제어함으로써, 외주 단부에 있어서의 좁은 범위에서 맞닿음부의 압박력을 제어할 수 있다. 또한, 제1 격벽과 제2 격벽이 각각 직선상으로 연장되어 있으므로, 제1 격벽과 제2 격벽이 접촉되기 어려워지고, 따라서 압력실의 압력 제어를 행하기 쉽게 할 수 있다. 압력실의 압력이 높아져도, 측벽으로부터 제1 격벽이 직선상으로 연장되어 있으므로, 측벽의 외측으로의 팽창을 억제할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태는, 기판을 연마하는 연마 장치이며, 연마면을 갖는 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 상기 기판 보유 지지 장치를 구비하고, 상기 기판 보유 지지 장치로 상기 기판을 보유 지지하면서, 상기 기판을 상기 연마면을 향해 소정의 압력으로 가압함과 함께, 상기 연마 테이블과 상기 기판 보유 지지 장치를 상대 운동시킴으로써 상기 기판을 상기 연마면에 미끄럼 접촉시켜, 상기 기판의 표면을 연마하는 연마 장치이다.
이 구성에 의해서도, 압력실의 압력을 제어함으로써, 외주 단부에 있어서의 좁은 범위에서 맞닿음부의 압박력을 제어할 수 있다. 또한, 제1 격벽과 제2 격벽이 각각 직선상으로 연장되어 있으므로, 제1 격벽과 제2 격벽이 접촉되기 어려워지고, 따라서 압력실의 압력 제어를 행하기 쉽게 할 수 있다. 압력실의 압력이 높아져도, 측벽으로부터 제1 격벽이 직선상으로 연장되어 있으므로, 측벽의 외측으로의 팽창을 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 압력실의 압력을 제어함으로써, 외주 단부에 있어서의 좁은 범위에서 맞닿음부의 압박력을 제어할 수 있다. 또한, 제1 격벽과 제2 격벽이 각각 직선상으로 연장되어 있으므로, 제1 격벽과 제2 격벽이 접촉되기 어려워지고, 따라서 압력실의 압력 제어를 행하기 쉽게 할 수 있다. 압력실의 압력이 높아져도, 측벽으로부터 제1 격벽이 직선상으로 연장되어 있으므로, 측벽의 외측으로의 팽창을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 연마 장치를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 나타내는 연마 장치에 구비된 연마 헤드(기판 보유 지지 장치)를 나타내는 도면.
도 3은 도 2에 나타내는 리테이너 링 및 연결링을 나타내는 평면도.
도 4는 도 2에 나타내는 구면 베어링 및 연결링의 일부 확대 단면도.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 탄성막이 헤드 본체의 캐리어에 연결되어 있는 상태를 나타내는 개략 단면도.
도 6은 도 5에 나타내는 탄성막의 일부를 나타내는 확대 단면도.
도 7a는 본 발명의 실시 형태에 따른 제3 연결링의 단면도.
도 7b는 도 7a의 A선 화살표를 따라 본 도면.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 연결링의 링 경사부의 내주면에 압박 돌기가 형성된 일례를 나타내는 확대 단면도.
도 9a는 본 발명의 실시 형태에 따른 고정구의 상면도.
도 9b는 도 9a의 B-B선 단면도.
도 10은 도 6에 나타내는 탄성막을 헤드 본체에 연결하는 공정을 나타내는 모식도.
도 11은 도 6에 나타내는 탄성막을 헤드 본체에 연결하는 공정을 나타내는 모식도.
도 12는 도 6에 나타내는 탄성막을 헤드 본체에 연결하는 공정을 나타내는 모식도.
도 13은 도 6에 나타내는 탄성막을 헤드 본체에 연결하는 공정을 나타내는 모식도.
도 14는 본 발명의 실시 형태에 따른 고정구의 배치의 일례를 나타내는 모식도.
도 15a는 본 발명의 실시 형태에 따른 탄성막의 이점을 설명하기 위한 모식도.
도 15b는 종래의 탄성막을 나타내는 모식도.
도 15c는 종래의 탄성막의 문제를 설명하기 위한 모식도.
도 16a는 본 발명의 실시 형태에 따른 탄성막의 이점을 설명하기 위한 모식도.
도 16b는 종래의 탄성막을 나타내는 모식도.
도 16c는 종래의 탄성막의 문제를 설명하기 위한 모식도.
도 17a는 본 발명의 실시 형태에 따른 탄성막의 이점을 설명하기 위한 모식도.
도 17b는 종래의 탄성막을 나타내는 모식도.
도 17c는 종래의 탄성막의 문제를 설명하기 위한 모식도.
도 18a는 본 발명의 실시 형태에 따른 탄성막의 이점을 설명하기 위한 모식도.
도 18b는 종래의 탄성막을 나타내는 모식도.
도 18c는 종래의 탄성막의 문제를 설명하기 위한 모식도.
도 19a는 본 발명의 실시 형태에 따른 탄성막의 이점을 설명하기 위한 모식도.
도 19b는 종래의 탄성막의 문제를 설명하기 위한 모식도.
도 20a는 본 발명의 실시 형태에 따른 탄성막의 이점을 설명하기 위한 모식도.
도 20b는 종래의 탄성막의 문제를 설명하기 위한 모식도.
도 21a는 본 발명의 실시 형태 제1 변형예에 관한 탄성막의 일부를 나타내는 확대 단면도.
도 21b는 본 발명의 실시 형태 제2 변형예에 관한 탄성막의 일부를 나타내는 확대 단면도.
도 22는 본 발명의 실시 형태 제3 변형예에 관한 탄성막의 일부를 나타내는 확대 단면도.
도 23은 종래의 연마 장치의 기판 보유 지지 장치를 나타내는 단면도.
도 24는 종래의 탄성막의 일부를 나타내는 확대 단면도.
도 25는 종래의 다른 예의 탄성막의 일부를 나타내는 확대 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시 형태는, 본 발명을 실시할 경우의 일례를 나타내는 것이며, 본 발명을 이하에 설명하는 구체적인 구성에 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 실시 시에는, 실시 형태에 따른 구체적인 구성이 적절히 채용되어도 된다.
도 1은, 실시 형태에 따른 연마 장치를 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 연마 패드(19)를 지지하는 연마 테이블(18)과, 연마 대상물인 기판의 일례로서의 웨이퍼(W)를 보유 지지하여 연마 테이블(18) 상의 연마 패드(19)에 압박하는 기판 보유 지지 장치(1)를 구비하고 있다. 이하의 설명에서는, 기판 보유 지지 장치(1)를 연마 헤드(1)라고 칭한다.
연마 테이블(18)은 테이블 축(18a)을 통해 그 하방에 배치되어 있는 테이블 모터(29)에 연결되어 있고, 그 테이블 축(18a) 주위에 회전 가능하게 되어 있다. 연마 패드(19)는 연마 테이블(18)의 상면에 부착되어 있으며, 연마 패드(19)의 표면(19a)이 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이블(18)의 상방에는 연마액 공급 노즐(25)이 설치되어 있고, 이 연마액 공급 노즐(25)에 의해 연마 테이블(18) 상의 연마 패드(19) 상에 연마액(Q)이 공급되도록 되어 있다.
연마 헤드(1)는, 웨이퍼(W)를 연마면(19a)에 대하여 압박하는 헤드 본체(2)와, 웨이퍼(W)를 보유 지지하여 웨이퍼(W)가 연마 헤드(1)로부터 미끄러져 나오지 않도록 하는 리테이너 링(3)을 구비하고 있다. 연마 헤드(1)는 헤드 샤프트(27)에 접속되어 있고, 이 헤드 샤프트(27)는 상하 이동 기구(81)에 의해 헤드 아암(64)에 대하여 상하 이동한다. 헤드 샤프트(27)의 상하 이동에 의해, 헤드 아암(64)에 대하여 연마 헤드(1)의 전체가 승강하여 위치 결정된다. 헤드 샤프트(27)의 상단에는 로터리 조인트(82)가 설치되어 있다.
헤드 샤프트(27) 및 연마 헤드(1)를 상하 이동시키는 상하 이동 기구(81)는, 베어링(83)을 통해 헤드 샤프트(27)를 회전 가능하게 지지하는 브리지(84)와, 브리지(84)에 설치된 볼 나사(88)와, 지주(86)에 의해 지지된 지지대(87)와, 지지대(87) 상에 설치된 서보 모터(90)를 구비하고 있다. 서보 모터(90)를 지지하는 지지대(87)는 지주(86)를 통해 헤드 아암(64)에 고정되어 있다.
볼 나사(88)는, 서보 모터(90)에 연결된 나사축(88a)과, 이 나사축(88a)이 나사 결합하는 너트(88b)를 구비하고 있다. 헤드 샤프트(27)는 브리지(84)와 일체로 되어 상하 이동하도록 되어 있다. 따라서, 서보 모터(90)를 구동하면, 볼 나사(88)를 통해 브리지(84)가 상하 이동하고, 이에 의해 헤드 샤프트(27) 및 연마 헤드(1)가 상하 이동한다.
헤드 샤프트(27)는 키(도시하지 않음)를 통해 회전통(66)에 연결되어 있다. 이 회전통(66)은 그 외주부에 타이밍 풀리(671)를 구비하고 있다. 헤드 아암(64)에는 헤드 모터(68)가 고정되어 있고, 상기 타이밍 풀리(671)는 타이밍 벨트(69)를 통해 헤드 모터(68)에 설치된 타이밍 풀리(672)에 접속되어 있다. 따라서, 헤드 모터(68)를 회전 구동함으로써 타이밍 풀리(672), 타이밍 벨트(69) 및 타이밍 풀리(671)를 통해 회전통(66) 및 헤드 샤프트(27)가 일체로 회전하고, 연마 헤드(1)가 회전한다. 헤드 아암(64)은 프레임(도시하지 않음)에 회전 가능하게 지지된 아암 샤프트(80)에 의해 지지되어 있다. 연마 장치는, 헤드 모터(68), 서보 모터(90)를 비롯한 장치 내의 각 기기를 제어하는 제어 장치(40)를 구비하고 있다.
연마 헤드(1)는 그 하면에 웨이퍼(W)를 보유 지지할 수 있도록 구성되어 있다. 헤드 아암(64)은 아암 샤프트(80)를 중심으로 하여 선회 가능하도록 구성되어 있고, 하면에 웨이퍼(W)를 보유 지지한 연마 헤드(1)는 헤드 아암(64)의 선회에 의해 웨이퍼(W)의 수취 위치와 연마 테이블(18)의 상방 위치 사이에서 이동된다.
웨이퍼(W)의 연마는 다음과 같이 하여 행해진다. 연마 헤드(1) 및 연마 테이블(18)을 각각 회전시키고, 연마 테이블(18)의 상방에 설치된 연마액 공급 노즐(25)로부터 연마 패드(19) 상에 연마액(Q)을 공급한다. 이 상태에서, 연마 헤드(1)를 소정의 위치(소정의 높이)까지 하강시켜, 이 소정의 위치에서 웨이퍼(W)를 연마 패드(19)의 연마면(19a)에 압박한다. 웨이퍼(W)는 연마 패드(19)의 연마면(19a)에 미끄럼 접촉되고, 이에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 연마된다.
이어서, 연마 헤드(1)에 대하여 설명한다. 도 2는, 연마 헤드(기판 보유 지지 장치)(1)의 개략 단면도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(1)는, 웨이퍼(W)를 연마면(19a)에 대하여 압박하는 헤드 본체(2)와, 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 배치된 리테이너 링(3)을 구비하고 있다. 헤드 본체(2) 및 리테이너 링(3)은 헤드 샤프트(27)의 회전에 의해 일체로 회전한다. 리테이너 링(3)은 헤드 본체(2)와는 독립적으로 상하 이동 가능하도록 구성되어 있다..
헤드 본체(2)는 원형의 플랜지(41)와, 플랜지(41)의 하면에 설치된 스페이서(42)와, 스페이서(42)의 하면에 설치된 캐리어(43)를 구비하고 있다. 플랜지(41)는 헤드 샤프트(27)에 연결되어 있다. 캐리어(43)는 스페이서(42)를 통해 플랜지(41)에 연결되어 있고, 플랜지(41), 스페이서(42) 및 캐리어(43)는 일체적으로 회전하며, 또한 일체적으로 상하 이동한다. 플랜지(41), 스페이서(42) 및 캐리어(43)를 갖는 헤드 본체(2)는, 엔지니어링 플라스틱(예를 들어, PEEK) 등의 수지에 의해 형성되어 있다. 또한, 플랜지(41)를 SUS, 알루미늄 등의 금속으로 형성해도 된다.
헤드 본체(2)의 하면에는, 웨이퍼(W)의 이면에 맞닿는 탄성막(10)이 연결되어 있다. 탄성막(10)을 헤드 본체(2)에 연결하는 방법에 대해서는 후술한다. 탄성막(10)의 원형 맞닿음부(11)의 하면은 웨이퍼(W)에 맞닿는 맞닿음면이며, 기판 지지면(10a)을 구성한다. 맞닿음부(11)의 외주 단부에서는 측벽(15)이 기립 설치되어 있다. 탄성막(10)은 복수의(도 2에서는 6개의) 환상의 격벽(14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f)을 갖고 있으며, 이들 격벽(14a 내지 14f)은 동심 형상으로 배치되어 있다. 격벽(14a 내지 14e)은 맞닿음부(11)의 상면으로부터 상방으로 연장되어 있고, 격벽(14f)은 측벽(15)으로부터 직경 방향 내측으로 연장되어 있다. 이들 격벽(14a 내지 14f)에 의해, 탄성막(10)과 헤드 본체(2)의 사이에 7개의 압력실, 즉, 중앙에 위치하는 원 형상의 중앙 압력실(16a), 최외주에 위치하는 환상의 에지 압력실(16f 및 16g), 및 중앙 압력실(16a)과 에지 압력실(16f)의 사이에 위치하는 중간 압력실(16b, 16c, 16d, 16e)이 형성되어 있다. 에지 압력실(16g)은 에지 압력실(16f)의 상방에 형성되어 있다.
이들 압력실(16a 내지 16g)은 로터리 조인트(82)를 경유하여 압력 조정 장치(65)에 접속되어 있고, 압력 조정 장치(65)로부터 각 압력실(16a 내지 16g)로 각각 연장되는 유체 라인(73)을 통해 유체(예를 들어, 기체, 보다 구체적으로는 공기 또는 질소)가 공급되도록 되어 있다. 압력 조정 장치(65)는 제어 장치(40)에 접속되어 있고, 이들 7개의 압력실(16a 내지 16g) 내의 압력을 독립적으로 조정할 수 있게 되어 있다. 또한, 압력 조정 장치(65)는 압력실(16a 내지 16g) 내에 부압을 형성하는 것도 가능하게 되어 있다. 이와 같이, 연마 헤드(1)에 있어서, 헤드 본체(2)와 탄성막(10)의 사이에 형성되는 각 압력실(16a 내지 16g)에 공급하는 유체의 압력을 조정함으로써, 웨이퍼(W)에 가해지는 압박력을 웨이퍼(W)의 영역마다 조정할 수 있다.
탄성막(10)은 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해 형성되어 있다. 각 압력실(16a 내지 16g)은 대기 개방 기구(도시하지 않음)에도 접속되어 있고, 압력실(16a 내지 16g)을 대기 개방하는 것도 가능하다.
리테이너 링(3)의 상부는 환상의 리테이너 링 압박 기구(60)에 연결되어 있고, 이 리테이너 링 압박 기구(60)는 리테이너 링(3)의 상면(보다 구체적으로는, 드라이브 링(3b)의 상면)의 전체에 균일한 하향의 하중을 부여하고, 이에 의해 리테이너 링(3)의 하면(즉, 링 부재(3a)의 하면)을 연마 패드(19)의 연마면(19a)에 대하여 압박한다.
리테이너 링 압박 기구(60)는, 드라이브 링(3b)의 상부에 고정된 환상의 피스톤(61)과, 피스톤(61)의 상면에 접속된 환상의 롤링 다이어프램(62)을 구비하고 있다. 롤링 다이어프램(62)의 내부에는 리테이너 링 압력실(63)이 형성되어 있다. 이 리테이너 링 압력실(63)은 로터리 조인트(82)를 경유하여 압력 조정 장치(65)에 접속되어 있다. 이 압력 조정 장치(65)로부터 리테이너 링 압력실(63)로 유체(예를 들어, 공기)를 공급하면, 롤링 다이어프램(62)이 피스톤(61)을 하방으로 밀어내리고, 또한 피스톤(61)은 리테이너 링(3)의 전체를 하방으로 밀어내린다.
이와 같이 하여, 리테이너 링 압박 기구(60)는 리테이너 링(3)의 하면을 연마 패드(19)의 연마면(19a)에 대하여 압박한다. 또한, 압력 조정 장치(65)에 의해 리테이너 링 압력실(63) 내에 부압을 형성함으로써, 리테이너 링(3)의 전체를 상승시킬 수 있다. 리테이너 링 압력실(63)은 대기 개방 기구(도시하지 않음)에도 접속되어 있고, 리테이너 링 압력실(63)을 대기 개방하는 것도 가능하다.
리테이너 링(3)은 리테이너 링 압박 기구(60)에 착탈 가능하도록 연결되어 있다. 보다 구체적으로는, 피스톤(61)은 금속 등의 자성재로 형성되어 있고, 드라이브 링(3b)의 상부에는 복수의 자석(32)이 배치되어 있다. 이들 자석(32)이 피스톤(61)을 끌어 당김으로써, 리테이너 링(3)이 피스톤(61)의 자력에 의해 고정된다. 피스톤(61)의 자성재로서는, 예를 들어 내식성의 자성 스테인리스가 사용된다. 또한, 드라이브 링(3b)을 자성재로 형성하고, 피스톤(61)에 자석을 배치해도 된다.
리테이너 링(3)은 연결 부재(75)를 통해 구면 베어링(85)에 연결되어 있다. 이 구면 베어링(85)은 리테이너 링(3)의 직경 방향 내측에 배치되어 있다. 도 3은, 리테이너 링(3) 및 연결 부재(75)를 나타내는 평면도이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 연결 부재(75)는, 헤드 본체(2)의 중심부에 배치된 축부(76)와, 이 축부(76)에 고정된 허브(77)와, 이 허브(77)로부터 방사상으로 연장되는 복수의(도시한 예에서는 6개의) 스포크(78)를 구비하고 있다.
스포크(78)의 한쪽 단부는 허브(77)에 고정되어 있고, 스포크(78)의 다른 쪽 단부는 리테이너 링(3)의 드라이브 링(3b)에 고정되어 있다. 허브(77)와, 스포크(78)와, 드라이브 링(3b)은 일체로 형성되어 있다. 캐리어(43)에는, 복수 쌍의 구동핀(80, 80)이 고정되어 있다. 각 쌍의 구동핀(80, 80)은 각 스포크(78)의 양측에 배치되어 있고, 캐리어(43)의 회전은 구동핀(80, 80)을 통해 리테이너 링(3)에 전달되고, 이에 의해 헤드 본체(2)와 리테이너 링(3)은 일체 회전한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 축부(76)는 구면 베어링(85) 내를 세로 방향으로 연장되어 있다. 도 3에 도시한 바와 같이, 캐리어(43)에는, 스포크(78)가 수용되는 복수의 방사상의 홈(43a)이 형성되어 있고, 각 스포크(78)는 각 홈(43a) 내에서 세로 방향으로 이동 가능하도록 되어 있다. 연결 부재(75)의 축부(76)는 헤드 본체(2)의 중앙부에 배치된 구면 베어링(85)으로 세로 방향으로 이동 가능하도록 지지되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 연결 부재(75) 및 이것에 고정된 리테이너 링(3)은 헤드 본체(2)에 대하여 세로 방향으로 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 리테이너 링(3)은 구면 베어링(85)에 의해 틸팅 가능하도록 지지되어 있다.
이하, 구면 베어링(85)에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 4는, 구면 베어링(85) 및 연결 부재(75)의 일부 확대 단면도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 축부(76)는 복수의 나사(79)에 의해 허브(77)에 고정되어 있다. 축부(76)에는 세로 방향으로 연장되는 관통 구멍(88)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(88)은 축부(76)가 구면 베어링(85)에 대하여 세로 방향으로 이동할 때의 공기 빠짐 구멍으로서 작용하고, 이에 의해 리테이너 링(3)은 헤드 본체(2)에 대하여 세로 방향으로 원활하게 이동 가능하게 되어 있다.
구면 베어링(85)은 연결 부재(75)를 통해 리테이너 링(3)에 연결된 중간륜(91)과, 중간륜(91)을 위로부터 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 외륜(92)과, 중간륜(91)을 아래로부터 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 내륜(93)을 구비하고 있다. 중간륜(91)은 구각(球殼)의 상반부보다도 작은 부분 구각 형상을 갖고, 외륜(92)과 내륜(93)의 사이에 놓여져 있다.
캐리어(43)의 중앙부에는 오목부(43b)가 형성되어 있고, 외륜(92)은 오목부(43b) 내에 배치되어 있다. 외륜(92)은 그 외주부에 플랜지(92a)를 갖고 있으며, 이 플랜지(92a)를 오목부(43b)의 단차부에 볼트(도시하지 않음)에 의해 고정함으로써, 외륜(92)이 캐리어(43)에 고정됨과 함께, 중간륜(91) 및 내륜(93)에 압력을 가하는 것이 가능하게 되어 있다. 내륜(93)은 오목부(43b)의 저면 상에 배치되어 있고, 중간륜(91)의 하면과 오목부(43b)의 저면 사이에 간극이 형성되도록, 중간륜(91)을 아래로부터 지지하고 있다.
외륜(92)의 내면(92b), 중간륜(91)의 외면(91a) 및 내면(91b), 및 내륜(93)의 외면(93a)은, 지지점(O)을 중심으로 한 대략 반구면으로 구성되어 있다. 중간륜(91)의 외면(91a)은 외륜(92)의 내면(92b)에 미끄럼 이동 가능하도록 접촉되고, 중간륜(91)의 내면(91b)은 내륜(93)의 외면(93a)에 미끄럼 이동 가능하도록 접촉되어 있다. 외륜(92)의 내면(92b)(미끄럼 접촉면), 중간륜(91)의 외면(91a) 및 내면(91b)(미끄럼 접촉면), 및 내륜(93)의 외면(93a)(미끄럼 접촉면)은, 구면의 상반부보다도 작은 부분 구면 형상을 갖고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 중간륜(91)은 외륜(92) 및 내륜(93)에 대하여 전체 방향(360°)에 틸팅 가능하고, 또한 틸팅 중심인 지지점(O)은 구면 베어링(85)보다도 하방에 위치한다.
외륜(92), 중간륜(91) 및 내륜(93)에는, 축부(76)가 삽입되는 관통 구멍(92c, 91c, 93b)이 각각 형성되어 있다. 외륜(92)의 관통 구멍(92c)과 축부(76)의 사이에는 간극이 형성되어 있고, 동일하게 내륜(93)의 관통 구멍(93b)과 축부(76)의 사이에는 간극이 형성되어 있다. 중간륜(91)의 관통 구멍(91c)은 외륜(92) 및 내륜(93)의 관통 구멍(92c, 93b)보다도 작은 직경을 갖고 있으며, 축부(76)는 중간륜(91)에 대하여 세로 방향으로만 이동 가능하도록 되어 있다. 따라서, 축부(76)에 연결된 리테이너 링(3)은 가로 방향으로 이동하는 것은 실질적으로 허용되지 않고, 리테이너 링(3)의 가로 방향(수평 방향)의 위치는 구면 베어링(85)에 의해 고정되어 있다.
구면 베어링(85)은 리테이너 링(3)의 상하 이동 및 틸팅을 허용하는 한편, 리테이너 링(3)의 가로 방향 이동(수평 방향의 이동)을 제한한다. 웨이퍼(W)의 연마 중에는, 리테이너 링(3)은 웨이퍼(W)와 연마 패드(19)의 마찰에서 기인한 가로 방향의 힘(웨이퍼(W)의 직경 방향 외측을 향하는 힘)을 웨이퍼(W)로부터 받는다. 이 가로 방향의 힘은 구면 베어링(85)에 의해 받을 수 있다. 이와 같이 하여, 구면 베어링(85)은 웨이퍼(W)의 연마 중에, 웨이퍼(W)와 연마 패드(19)의 마찰에서 기인하여 리테이너 링(3)이 웨이퍼(W)로부터 받는 가로 방향의 힘(웨이퍼(W)의 직경 방향 외측을 향하는 힘)을 받으면서, 리테이너 링(3)의 가로 방향 이동을 제한하는(즉, 리테이너 링(3)의 수평 방향의 위치를 고정하는) 지지 기구로서 기능한다.
도 5는, 탄성막(10)이 헤드 본체(2)에 연결되어 있는 상태를 나타내는 개략 단면도이며, 도 6은, 도 5에 나타내는 탄성막(10)의 일부를 나타내는 확대 단면도이다. 탄성막(10)은, 웨이퍼(W)에 맞닿는 맞닿음면으로서의 원형의 맞닿음부(11)와, 맞닿음부(11)의 외주 단부에 수직으로 기립 설치된 원환상의 측벽(15)과, 맞닿음부(11)의 상면에 접속되는 복수의(도 5에서는 5개의) 격벽(14a, 14b, 14c, 14d, 14e)과, 측벽(15)의 내면에 접속되는 격벽(14f)을 갖고 있다. 격벽(14a 내지 14f)은 동심 형상으로 배치된 환상의 격벽이다.
상술한 바와 같이, 이들 6개의 격벽(14a 내지 14f)에 의해, 7개의 압력실(즉, 중앙 압력실(16a), 중간 압력실(16b 내지 16e) 및 에지 압력실(16f 및 16g))이 형성된다. 맞닿음부(11)는 웨이퍼(W)의 이면, 즉, 연마해야 할 표면과는 반대측의 면에 접촉되고, 웨이퍼(W)를 연마 패드(19)에 대하여 압박한다.
에지 압력실(14g)과 에지 압력실(14f)은 대략 수평하게 연장되는 격벽(14f)에 의해 구획되어 있다. 격벽(14f)은 측벽(15)에 접속되어 있으므로, 에지 압력실(14g)과 에지 압력실(14f)의 차압은 측벽(15)을 연직 방향으로 밀어 내리는 하향의 힘을 발생시킨다. 즉, 에지 압력실(14g) 내의 압력이 에지 압력실(14f) 내의 압력보다도 클 때, 에지 압력실(14g, 14f) 사이의 차압에 의해 하향의 힘이 측벽(15)에 발생하고, 측벽(15)은 맞닿음부(11)의 주연부를 연직 방향으로 웨이퍼(W)의 이면에 압박한다. 결과적으로, 맞닿음부(11)의 주연부가 웨이퍼 에지부를 연마 패드(19)에 대하여 압박한다. 이와 같이, 측벽(15) 자체에 하향의 힘이 연직 방향으로 작용하므로, 맞닿음부(11)의 주연부는 웨이퍼(W)의 에지부의 좁은 영역을 연마 패드(19)에 대하여 압박할 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 에지부의 프로파일을 정밀하게 제어하는 것이 가능해진다.
이하의 설명에서는, 격벽(14a 내지 14f)을 구별할 필요가 없는 경우, 및 격벽(14a 내지 14f)을 총칭하는 경우에는, 격벽(14)이라 표기한다. 또한, 압력실(16a 내지 16g)에 대해서도, 이들을 구별할 필요가 없는 경우, 및 이들을 총칭하는 경우에는, 압력실(16)이라 표기한다.
맞닿음부(11)의 상면으로부터 연장되는 격벽(14a 내지 14e)에 있어서, 격벽(14e)은 맞닿음부(11)의 외주 단부에 접속되고, 격벽(14d)은 격벽(14e)보다도 직경 방향 내측에 배치되고, 격벽(14c)은 격벽(14d)보다도 직경 방향 내측에 배치되고, 격벽(14b)은 격벽(14c)보다도 직경 방향 내측에 배치되고, 격벽(14a)은 격벽(14b)보다도 직경 방향 내측에 배치된다. 이하의 설명에서는, 격벽(14f)을 제1 격벽(14f)이라 칭하고, 격벽(14e)을 제2 격벽(14e)이라 칭하고, 격벽(14d)을 제3 격벽(14d)이라 칭하고, 격벽(14c)을 제4 격벽(14c)이라 칭하고, 격벽(14b)을 제5 격벽(14b)이라 칭하고, 격벽(14a)을 제6 격벽(14a)이라 칭한다. 맞닿음부(11)의 상면으로부터 연장되는 격벽(14a 내지 14e)은 맞닿음부(11)의 상면으로부터 상방으로 연장되어 있다.
맞닿음부(11)에는, 제5 격벽(14b)과 제4 격벽(14c)의 사이에 형성된 압력실(16c)에 연통하는 복수의 통과 구멍(17)이 둘레 방향으로 소정의 피치로 형성되어 있다. 도 5 및 도 6에서는, 1개의 통과 구멍(17)만을 나타낸다. 맞닿음부(11)에 웨이퍼(W)가 접촉된 상태에서, 복수의 통과 구멍(17)이 형성된 중간 압력실(16c)이 감압되면, 웨이퍼(W)가 맞닿음부(11)의 하면에 보유 지지된다. 즉, 웨이퍼(W)는 진공 흡인에 의해 연마 헤드(1)에 보유 지지된다. 또한, 웨이퍼(W)가 연마 패드(19)로부터 이격된 상태에서, 복수의 통과 구멍(17)이 형성된 중간 압력실(16c)에 유체를 공급하면, 웨이퍼(W)가 연마 헤드(1)로부터 릴리즈된다. 통과 구멍(17)은 중간 압력실(16c) 대신에 다른 압력실에 형성해도 된다. 그 때에는, 웨이퍼(W)의 진공 흡인이나 릴리스는 통과 구멍(17)을 형성한 압력실의 압력을 제어함으로써 행한다.
본 실시 형태에서는, 맞닿음부(11)의 상면으로부터 연장되는 격벽(14a 내지 14e)은, 직경 방향 내측으로 경사진 경사 격벽으로서 구성되어 있고, 모두 직선상의 형상(스트레이트 형상)을 갖는다. 이하에서는, 경사 격벽인 격벽(14a 내지 14e)의 대표로서, 가장 외측에 위치하는 격벽(14e)의 구성을 설명한다.
경사 격벽인 제2 격벽(14e)은 맞닿음부(11)의 외주 단부로부터 직경 방향 내측의 상방을 향해 단면에서 보아 직선상으로 연장되어 있다. 제2 격벽(14e)은 맞닿음부(11)의 상면으로부터 직경 방향 내측이면서 상방으로 직선상으로 연장되는 격벽 본체(55)와, 해당 격벽 본체(55)의 선단에 형성된 환상의 시일 돌기(54)로 구성된다. 본 실시 형태에서는, 시일 돌기(54)는 원상의 단면 형상을 갖고 있으며, 격벽 본체(55)는 시일 돌기(54)의 접선 방향으로 연장되어 있다.
제2 격벽(14e)은 그 하단부(기단부)로부터 상단부까지의 전체에 있어서, 직경 방향 내측으로 소정의 각도 θ로 경사지면서, 상방으로 연장되어 있다. 제2 격벽(14e)의 하단부는 맞닿음부(11)에 접속되고, 제2 격벽(14e)의 상단부(즉, 시일 돌기(54))는 후술하는 헤드 본체(2)의 연결링(23d)에 접속된다.
저면에 대한 격벽(14e)의 경사 각도 θ는 바람직하게는 20° 내지 70°의 범위로 설정된다. 경사 각도 θ가 20°보다도 작으면, 인접하는 압력실(16)에 공급되는 유체의 압력차가 큰 경우에, 인접하는 격벽(14)끼리 접촉될 우려가 있다. 경사 각도 θ가 70°보다도 크면, 격벽(14)에 의해, 연직 방향에 있어서의 탄성막(10)의 신축(즉, 탄성막(10)의 변형)이 저해될 우려가 있다. 이 경우, 탄성막(10)이 압력실(16)에 공급되는 유체의 압력에 따라서 적절하게 신축할 수 없으므로, 웨이퍼(W)에 가해지는 압박력을 웨이퍼(W)의 영역마다 조정하는 것이 곤란해질 우려가 있다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 경사 격벽으로서 구성된 격벽(14a 내지 14e)은 서로 동일한 형상을 갖고 있으므로, 격벽(14a 내지 14e)은 서로 평행하게 연장되어 있다. 보다 구체적으로는, 격벽(14a 내지 14e)의 격벽 본체(55)는 서로 평행하다. 도 5에 도시한 바와 같이, 제6 격벽(14a)과 제5 격벽(14b)의 사이에 압력실(16b)이 형성되고, 제5 격벽(14b)과 제4 격벽(14c)의 사이에 압력실(16c)이 형성되고, 제4 격벽(14c)과 제3 격벽(14d)의 사이에 압력실(16d)이 형성되고, 제3 격벽(14d)과 제2 격벽(14e)의 사이에 압력실(16e)이 형성되고, 제2 격벽(14e)과 제1 격벽(14f)의 사이에 에지 압력실(16f)이 형성된다.
또한, 도 5 및 도 6에 나타내는 탄성막(10)에 있어서, 경사 격벽으로서 구성된 격벽(14a 내지 14e)은 서로 평행하게 연장되어 있다. 즉, 격벽(14a 내지 14e)의 격벽 본체(55)의 경사 각도 θ는 동일하다. 이 경우, 인접하는 격벽(14)을 매우 좁은 간격으로 배치할 수 있으므로, 압력실(16)의 직경 방향의 폭을 매우 좁게 할 수 있다.
경사 격벽으로서 구성된 격벽(14a 내지 14e)이 서로 접촉하지 않으면, 격벽(14a 내지 14e)은 서로 대략 평행하게 연장되어도 된다. 보다 구체적으로는, 경사 격벽으로서 구성된 격벽(14a 내지 14e)의 격벽 본체(55)의 경사 각도 θ는 서로 어느 정도 상이해도 된다. 본 명세서에 있어서, 「대략 평행」이라는 표현은, 경사 격벽으로서 구성된 격벽(14) 중 하나의 격벽(14)의 경사 각도(설명의 편의상, 이 경사 각도를 기준 경사 각도 θs라고 칭함)를 기준으로 했을 때, 경사 격벽으로서 구성된 것 이외의 격벽(14)의 경사 각도 θ가, 기준 경사 각도 θs에 대하여 ±10°의 범위 내에 있음을 의미한다(즉, θs-10≤θ≤θs+10). 예를 들어, 격벽(14a)의 경사 각도가 45°이며, 또한 격벽(14a)의 경사 각도를 기준 경사 각도 θs라 한 경우에, 격벽(14b 내지 14e)의 경사 각도 θ는, 격벽(14a)의 기준 경사 각도 θ'(=45°)에 대하여 ±10°의 범위(즉, 35° 내지 55°)의 범위에 있다.
본 실시 형태에서는 측벽(15)은, 맞닿음부(11)의 외주 단부로부터 수직으로 연장되는 수직부(22)와, 상단에 형성된 수평부(28)와, 수직부(22)의 상단과 수평부(28)의 외측단부의 사이에 형성되어, 직경 방향 내측으로 볼록하게 굴곡되는 굴곡부(24)로 구성되어 있다. 또한, 수평부(28)의 선단(내측 단부)에도 격벽(14a 내지 14f)과 동일하게, 시일 돌기(54)가 형성되어 있다.
제1 격벽(14f)은 측벽(15)의 수직부(22)의 상단부로부터 직경 방향 내측을 향해 수평하게 연장되어 있다. 격벽(14f)도 격벽(14a 내지 14e)과 동일하게, 전체적으로 스트레이트 형상을 갖고, 직선상으로 연장되는 격벽 본체(55)와, 해당 격벽 본체(55)의 선단에 형성된 환상의 시일 돌기(54)로 구성된다. 단, 격벽(14f)의 격벽 본체(55)는 측벽(15)의 내면으로부터 직경 방향 내측을 향해 수평하게 연장되어 있다.
여기서, 제1 격벽(14f)과, 측벽(15)의 수직부(22)와, 제2 격벽(14e)으로 구성되는 에지 압력실(16f)에 대해서 더 설명한다. 제1 격벽(14f)과 제2 격벽(14e)은 모두 단면에서 보아 직선상의 형상(스트레이트 형상)이며, 격벽 본체(55)에는 그 단부를 제외하고 굴곡되어 있는 개소나 만곡되어 있는 개소가 없다. 또한, 측벽(15)의 수직부(22)도 단면에서 보아 직선상의 형상(스트레이트 형상)이며, 수직부(22)에는 굴곡되어 있는 개소나 만곡되어 있는 개소가 없다. 따라서, 제1 격벽(14f)의 연장선과, 측벽(15)의 수직부(22)와, 제2 격벽(14e)의 연장선으로 단면에서 보아 삼각형(T)이 구성된다. 이 삼각형(T)의 1개의 정점(C1)의 직경 방향의 위치는, 탄성막(10)의 맞닿음부(11)의 외주 단부가 되고 있다.
에지 압력실(16f)에 있어서, 제1 격벽(14f)과 제2 격벽(14e)의 간격은, 맞닿음부(11)의 직경 방향 내측으로부터 외측을 향해 점차 넓어져 있다. 또한, 측벽(15)의 수직부(22), 즉, 적어도 에지 압력실(16f)을 구성하는 부분에 있어서, 외주면에는 단차가 없으며 평탄하다.
맞닿음부(11)의 상면에 형성되어 있는 격벽(14a 내지 14e) 중 가장 외측의 격벽인 제2 격벽(14e)은, 맞닿음부(11)의 외주 단부에 접속되어 있다. 본 명세서에 있어서, 「외주 단부」라는 용어는 맞닿음부(11)의 외주 단부를 포함하고, 그곳으로부터 약간 내측 부분도 포함하는 범위를 의미한다. 구체적으로는, 도 6과 같은 단면에서 보아, 제2 격벽(14e)의 상면과 맞닿음부(11)의 상면이 교차하는 점과, 측벽(15)의 내면과 맞닿음부(11)의 상면이 교차하는 점 사이의 거리(에지 압박폭) d가 0 내지 8mm인 경우에, 제2 격벽(14e)이 맞닿음부(11)의 외주 단부에 접속되어 있거나, 또는 맞닿음부(11)의 외주 단부로부터 연장되어 있는 것으로 한다. 또한, 본 실시 형태에서는, 에지 압박폭 d는 0.5 내지 1.5mm로 설정한다.
또한, 탄성막(10)은 그 탄성에 의해 자율적으로, 도 5이나 도 6에 나타내는 형상을 유지할 수 있는 것은 아니지만, 본 명세서에 있어서, 탄성막(10)의 형상을 설명하는 경우에는, 헤드 본체(2)에 설치되어 연마에 사용되는 상태에 있을 때의 형상을 말하는 것으로 한다.
격벽(14a 내지 14f), 측벽(15) 및 맞닿음부(11)를 갖는 탄성막(10)은 금형 등을 사용하여 일체적으로 성형할 수 있다.
상술한 바와 같이, 각 압력실(16a 내지 16f)에는, 압력 조정 장치(65)로부터 로터리 조인트(82)를 통해 연장되는 유체 라인(73)(도 1 및 도 2 참조)을 통해 유체가 각각 공급된다. 도 5에는, 압력 조정 장치(65)로부터 압력실(16d)에 유체를 공급하기 위한 유체 라인(73)의 일부만이 나타나 있다.
도 5에 나타내는 유체 라인(73)의 일부는, 스페이서(42)에 형성된 관통 구멍(73a)과 캐리어(43)에 형성되고, 관통 구멍(73a)과 연통되는 관통 구멍(73b)과, 후술하는 연결링(23)에 형성되고, 관통 구멍(73b)에 연통되는 관통 구멍(73c)에 의해 구성된다. 이들 관통 구멍(73a, 73b, 73c)은 동일한 직경을 갖고 있다. 연결링(23)에 형성된 관통 구멍(73c)의 상단에는, 환상의 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부에, 연결링(23)과 캐리어(43) 사이의 간극을 시일하는 시일 부재(예를 들어, O-링)(74)가 배치된다. 이 시일 부재(74)에 의해, 관통 구멍(73b, 73c)을 흐르는 유체가 연결링(23)과 캐리어(43) 사이의 간극으로부터 누설되는 것이 방지된다.
동일하게, 캐리어(43)에 형성된 관통 구멍(73b)의 상단에는, 환상의 오목부가 형성되어 있고, 이 오목부에, 캐리어(43)와 스페이서(42) 사이의 간극을 시일하는 시일 부재(예를 들어, O-링)(44)가 배치된다. 이 시일 부재(44)에 의해, 관통 구멍(73a, 73b)을 흐르는 유체가 스페이서(42)와 캐리어(43) 사이의 간극으로부터 누설되는 것이 방지된다.
헤드 본체(2)는 추가로, 격벽(14a 내지 14f) 및 측벽(15)이 접속되는 복수의 연결링(23a 내지 23f)을 갖는다. 연결링(23a)은 제6 격벽(14a)과 제5 격벽(14b)의 사이에 배치되고, 이하의 설명에서는 제6 연결링(23a)이라 칭한다. 연결링(23b)은 제5 격벽(14b)과 제4 격벽(14c)의 사이에 배치되고, 이하의 설명에서는 제5 연결링(23b)이라 칭한다. 연결링(23c)은 제4 격벽(14c)과 제3 격벽(14d)의 사이에 배치되고, 이하의 설명에서는 제4 연결링(23c)이라 칭한다. 연결링(23d)은 제3 격벽(14d)과 제2 격벽(14e)의 사이에 배치되고, 이하의 설명에서는 제3 연결링(23d)이라 칭한다.
연결링(23e)은 제2 격벽(14e)과 제1 격벽(14f)의 사이에 배치되고, 이하의 설명에서는 제2 연결링(23e)이라 칭한다. 연결링(23f)은 제1 격벽(14f)과 측벽(15)의 굴곡부(24) 및 수평부(28)의 사이에 배치되고, 이하의 설명에서는 제1 연결링(23f)이라 칭한다. 이와 같이, 각 연결링(23a 내지 23e)은 인접하는 격벽(14)의 사이에 배치된다.
본 실시 형태에서는, 제6 격벽(14a)도 경사 격벽으로서 구성되어 있으므로, 헤드 본체(2)는 해당 격벽(14a)이 연결되는 연결링(23g)을 갖고 있다. 이하의 설명에서는, 연결링(23g)을 추가 연결링(23g)이라 칭한다.
제6 연결링(23a), 제5 연결링(23b), 제4 연결링(23c), 제3 연결링(23d) 및 제2 연결링(23e) 및 제1 연결링(23f)은 동일한 구성을 하고 있다. 이하에서는, 제4 연결링(23c)을 대표예로 하여 상세한 구조를 설명한다.
도 7a는 제4 연결링(23c)의 단면도이며, 도 7b는 도 7a의 A선 화살표 따라 본 도면이다. 도 7a에서는, 상기 시일 부재(74)가 가상선(점선)으로 그려져 있다. 제4 연결링(23c)은 헤드 본체(2)의 캐리어(43)에 대하여 수직으로 연장되는 링 수직부(50)와, 해당 링 수직부(50)와, 해당 링 수직부(50)로부터 직경 방향 외측으로 연장되면서 하방으로 경사지는 링 경사부(51)를 갖는다. 탄성막(10)의 맞닿음부(11)와 평행한 수평면(P)에 대한 링 경사부(51)의 내주면(51a)의 경사 각도 θ'는, 경사 격벽으로서 구성된 제4 격벽(14c)의 경사 각도 θ(도 6 참조)보다도 작고, 수평면(P)에 대한 링 경사부(51)의 외주면(51b)의 경사 각도 θ"는, 경사 격벽으로서 구성된 제2 격벽(14e)의 경사 각도 θ보다도 크다.
링 경사부(51)의 외주면(51b)은 링 경사부(51)의 내주면(51a)와 링 경사부(51)의 선단(51c)에서 접속된다. 따라서, 링 경사부(51)는 링 경사부(51)의 선단(51c)을 향해 점차 가늘어지는 단면 형상을 갖고 있다. 내주면(51a)과 외주면(51b)이 접속되는 링 경사부(51)의 선단(51c)은, 곡면으로 이루어지는 단면 형상(예를 들어, 반원상의 단면 형상)을 갖고 있다. 또한, 제4 연결링(23c)은 제4 연결링(23c)의 링 경사부(51)의 내주면(51a)으로부터 외주면(51b)까지 뻗은 관통 구멍(51d)을 갖고 있다. 또한, 링 경사부(51)의 외주면(51b)에는, 해당 외주면(51b)의 전체 둘레에 걸쳐 연장되는 환상의 시일홈(51e)이 형성되어 있다.
도 7b에 나타내는 바와 같이, 제4 연결링(23c)의 링 경사부(51)의 내주면(51a)에는, 해당 내주면(51a)의 둘레 방향으로 연장되는 복수의 가로홈(63)과, 인접하는 가로홈(63)을 서로 연통시키는 복수의 세로홈(64)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 유체 라인(73)의 관통 구멍(73c)은 링 경사부(51)의 내주면(51a)에 형성된 가로홈(63)에 개구되어 있으며, 관통 구멍(51d)은 유체 라인(73)이 개구되는 가로홈(63)과는 다른 가로홈(63)에 개구되어 있다.
유체 라인(73)의 관통 구멍(73c) 및 관통 구멍(51d)은 링 경사부(51)의 내주면(51a)에 형성된 세로홈(64)에 각각 개구되어도 된다. 도시하지는 않지만, 제4 연결링(23c)의 링 경사부(51)의 외주면(51b)에는, 해당 외주면(51b)의 둘레 방향으로 연장되는 복수의 가로홈과, 인접하는 가로홈을 서로 연통시키는 복수의 세로홈이 형성되어 있다. 관통 구멍(51d)은 링 경사부(51)의 외주면(51b)에 형성된 가로홈 또는 세로홈에 개구되는 것이 바람직하다.
도 6에 나타내는 격벽(14)의 시일 돌기(54)는 링 경사부(51)의 외주면(51b)에 형성된 시일홈(51e)에 끼워넣어진다. 탄성막(10)을 헤드 본체(2)에 연결할 때, 시일 돌기(54)는 해당 시일 돌기(54)의 직경 방향 외측에 위치하는 연결링(23)의 링 경사부(51)의 내주면(51a)에 의해 시일홈(51e)의 저면에 압박된다. 예를 들어, 제5 격벽(14b)의 선단에 형성된 시일 돌기(54)는 제6 연결링(23a)의 링 경사부(51)의 외주면(51b)에 형성된 시일홈(51e)에 감입되고, 제5 연결링(23b)의 링 경사부(51)의 내주면(51a)에 의해 제6 연결링(23a)의 시일홈(51e)의 저면에 압박된다.
이에 의해, 제5 격벽(14b)과 제6 연결링(23a)의 링 경사부(51) 사이의 간극, 및 제5 격벽(14b)과 제5 연결링(23b)의 링 경사부(51)의 외주면(51b) 사이의 간극이 시일된다. 이와 같은 구성으로, 각 압력실(16a 내지 16e)에 공급된 유체가 각 압력실(16a 내지 16e)로부터 누설되는 것이 방지된다. 이와 같이, 격벽(14)에 있어서의 시일 돌기(54)는, 헤드 본체(2)와 걸림 결합되어 격벽(14)을 헤드 본체(2)에 고정함으로써, 탄성막(10)을 헤드 본체(2)에 지지시키는 것이며, 본 발명의 걸림 결합부에 상당하고, 특히 제1 격벽(f)의 시일 돌기(54)는 본 발명의 제1 걸림 결합부에 상당하고, 제2 격벽(14e)의 시일 돌기(54)는 본 발명의 제2 걸림 결합부에 상당한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 연결링(23)의 링 경사부(51)의 내주면(51a)에, 시일홈(51e)에 끼워넣어진 시일 돌기(54)에 대향하는 환상의 압박 돌기(51f)를 형성해도 된다. 압박 돌기(51f)는 링 경사부(51)의 내주면(51a)의 전체 둘레에 걸쳐 연장된다. 압박 돌기(51f)에 의해, 시일 돌기(54)를 시일홈(51e)의 저면에 보다 강한 가압력으로 가압할 수 있다. 그 결과, 각 압력실(16a 내지 16e)에 공급된 유체가 각 압력실(16a 내지 16e)로부터 누설되는 것을 더 효과적으로 방지할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 격벽(14a 내지 14f)은 각각 연결링(23a 내지 23f)과 시일 돌기(54)에만 접촉된다. 즉, 선단(51c)을 향해 점차 가늘어지는 단면 형상을 갖는 링 경사부(51)와, 시일 돌기(54) 이외의 격벽(14)의 사이에는 간극이 형성된다. 이 간극에 의해, 각 압력실(16a 내지 16f)에 가압된 유체를 공급했을 때, 격벽(14a 내지 14f)이 직경 방향으로 이동되는(즉, 시일 돌기(54)를 지지점으로 하여 회동하는) 것이 허용된다. 그 결과, 각 압력실(16a 내지 16f)에 공급되는 유체의 압력에 따라서, 탄성막(10)을 원활하게 팽창시킬 수 있으므로, 연마 프로파일을 정밀하게 조정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 각 압력실(16a 내지 16f)에 가압된 유체를 공급하면, 탄성막(10)이 팽창하고, 격벽(14a 내지 14e)과 맞닿음부(11)의 접속 부분도 직경 방향으로 이동한다. 그러나, 격벽(14a 내지 14e)의 시일 돌기(54) 이외의 부분에서는, 격벽(14a 내지 14e)과 연결링(23a 내지 23e)의 사이에는 상기 간극이 형성되어 있으므로, 격벽(14a 내지 14e)의 직경 방향에 있어서의 어느 정도의 이동은 연결링(23a 내지 23f)에 의해 방해받지 않는다. 따라서, 각 압력실(16a 내지 16f)에 공급되는 유체의 압력에 따라서, 탄성막(10)을 팽창시킬 수 있다.
인접하는 압력실(16)에 각각 공급되는 유체의 압력차가 있는 경우에는, 이들 압력실(16)을 구획하는 격벽이 직경 방향으로 변형되려고 한다. 그러나, 연결링(23)의 링 경사부(51)의 내주면(51a) 또는 외주면(51b)에 의해, 격벽(14)의 직경 방향의 변형이 제한되므로, 격벽(14)이 맞닿음부(11)의 상면과 접촉되는 것이 효과적으로 방지되고, 동시에, 인접하는 격벽(14)끼리 서로 접촉되는 것이 효과적으로 방지된다. 본 실시 형태에서는, 연결링(23)의 링 경사부(51)의 선단(51c)은 곡면을 포함하는 단면 형상을 갖고 있다. 따라서, 격벽(14)이 링 경사부(51)의 선단(51c)에 접촉되었을 때에도, 격벽(14)의 손상을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 연결링(23)은 링 경사부(51)의 내주면(51a) 및 외주면(51b)에 형성된 가로홈(63)과 세로홈(64)과, 내주면(51a)으로부터 외주면(51b)까지 연장되며, 또한 가로홈(63)(또는 세로홈(64))에 개구되는 관통 구멍(51d)을 갖고 있다. 또한, 각 압력실(16a 내지 16f)에 공급되는 유체가 흐르는 유체 라인(73)의 관통 구멍(73c)(도 5 참조)은 가로홈(63)에 개구되어 있다.
따라서, 인접하는 압력실(16)에 각각 공급되는 유체의 압력차에 의해, 격벽(14)이 연결링(23)의 링 경사부(51)의 내주면(51a) 및/또는 외주면(51b)에 접촉되어도, 유체 라인(73)을 흐르는 유체를 링 경사부(51)에 형성된 가로홈(63)과 세로홈(64), 및 관통 구멍(51d)을 통해 압력실(16)에 빠르면서 원활하게 공급할 수 있다. 그 결과, 격벽(14)이 연결링(23)의 링 경사부(51)의 내주면(51a) 및/또는 외주면(51b)에 접촉되어 있는 상태에서도, 유체 라인(73)으로부터 공급되는 유체의 압력을 맞닿음부(11)에 빠르게 작용시킬 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 링 경사부(51)의 선단(51c)은, 경사 격벽으로서 구성된 격벽(14a 내지 14e)의 중간점(CP)보다도 하방에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 중간점(CP)은 소정의 경사 각도 θ로 상방으로 연장되는 격벽(14a 내지 14e)의 중앙에 위치하고 있다. 즉, 격벽(14a 내지 14e)의 중간점(CP)과 맞닿음부(11)의 상면 사이의 거리 L1은, 중간점(CP)과 격벽(14a 내지 14e)의 선단 사이의 거리 L2와 동등하다.
웨이퍼(W)를 탄성막(10)의 기판 지지면(10a)(맞닿음부(11)의 하면)에 흡착시키기 위해서, 압력실(예를 들어, 중간 압력실(16c))에 진공을 형성하면, 탄성막(10)은 헤드 본체(2)를 향해 변형된다. 탄성막(10)의 변형량이 크면, 웨이퍼(W)에 발생하는 응력이 증가하여, 웨이퍼(W) 상에 형성된 전자 회로가 손상되거나, 웨이퍼(W)의 균열이 발생하거나 하는 경우가 있다. 본 실시 형태에서는, 링 경사부(51)의 선단(51c)이 격벽(14a 내지 14e)의 중간점(CP)보다도 하방에 위치하고 있으므로, 맞닿음부(11)의 상면과 링 경사부(51)의 선단(51c) 사이의 거리가 짧다.
따라서, 웨이퍼(W)를 탄성막(10)의 기판 지지면(10a)(도 2 참조)에 흡착시킬 때, 링 경사부(51)의 선단(51c)에 탄성막(10)이 접촉되어, 탄성막(10)의 변형량을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)에 발생하는 응력을 저감시킬 수 있다. 또한, 링 경사부(51)의 선단(51c)은 곡면을 포함하는 단면 형상을 갖고 있기 때문에, 링 경사부(51)의 선단(51c)에 탄성막(10)이 접촉되었을 때, 탄성막(10)의 손상을 방지할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 격벽(14a 내지 14e)은 종래의 격벽에 형성되어 있던 수평부를 갖지 않는 스트레이트 형상의 격벽으로서 형성된다. 또한, 이들 격벽(14a 내지 14e)은 동일한 형상을 갖고, 또한 서로 평행(또는 대략 평행)하게 연장되어 있다. 따라서, 인접하는 압력실에 각각 공급되는 유체의 압력차가 큰 경우에도, 격벽(14a 내지 14e)은 맞닿음부(11)의 상면에 접촉되지 않는다.
또한, 인접하는 격벽이 서로 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 특히 인접하는 격벽(14)의 사이에는, 격벽(14)이 직경 방향 내측 또는 외측으로 이동하는 것을 제한하는 링 경사부(51)를 구비한 연결링(23)이 설치되어 있기 때문에, 격벽(14)과 맞닿음부(11)의 상면과의 접촉 및 인접하는 격벽(14)끼리의 접촉을 효과적으로 방지할 수 있다. 그 결과, 연마 헤드(기판 보유 지지 장치)(1)에 보유 지지되어 있는 웨이퍼(W)의 연마 프로파일을 정밀하게 조정할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 의하면, 경사 격벽으로서 구성되어 있는 격벽(14a 내지 14e)이 서로 평행하게 연장되어 있으므로, 인접하는 격벽(14a 내지 14e) 사이의 간격을 작게 할 수 있다. 그 결과, 각 압력실(16a 내지 16e)의 직경 방향에 있어서의 폭을 작게 할 수 있으므로, 연마 헤드(기판 보유 지지 장치)(1)에 보유 지지되는 웨이퍼(W)의 연마 프로파일을 정밀하게 조정할 수 있다.
격벽(14a 내지 14e)을 경사 격벽으로서 구성하면, 인접하는 격벽(14)의 사이 간격 및 격벽(14e)과 측벽(15)의 수직부(22) 사이의 간격, 각 압력실의 직경 방향의 폭은, 웨이퍼(W)의 연마 프로파일에 따라서 임의로 설정할 수 있다. 즉, 인접하는 격벽(14)의 간격을 원하는 간격(예를 들어, 극히 좁은 간격)으로 설정할 수 있다. 복수의 격벽(14a 내지 14e) 중 인접하는 적어도 2개의 격벽을 경사 격벽으로서 구성해도 된다. 예를 들어, 격벽(14c), 격벽(14d), 격벽(14e)을 경사 격벽으로서 구성해도 되고, 측벽(15)에 인접하게 배치되어 있는 2개의 격벽(14d, 14e)을 경사 격벽으로서 구성해도 된다.
연결링(23)은 복수의 고정구에 의해 캐리어(43)에 고정된다. 연결링(23)을 고정못에 의해 캐리어(43)에 고정함으로써, 탄성막(10)이 헤드 본체(2)에 연결된다. 경사 격벽으로서 구성된 인접하는 격벽(14) 사이의 간격이 작은 탄성막(10)을 헤드 본체(2)에 연결하는 경우에는, 헤드 본체(2)의 연결링(23)의 직경 방향에 있어서의 폭도 작아진다. 그 결과, 연결링(23)을 캐리어(43)에 고정하기 위한 고정구를 좁은 스페이스에 배치해야 한다. 또한, 연결링(23)을 캐리어(43)에 고정하기 위한 고정구의 수가 많으면, 메인터넌스 시에, 탄성막(10)을 캐리어(43)로부터 탈착하는 작업량이 증가해버린다.
또한, 연결링(23)을 헤드 본체(2)의 캐리어(43)에 고정하기 위한 고정구를 설치하는 스페이스에는 제한이 있다. 보다 구체적으로는, 헤드 본체(2)의 캐리어(43)에는, 유체를 각 압력실(16a 내지 16f)에 공급하는 복수의 유체 라인(73)(도 2 참조)이 관통되어 있으며, 고정구는 이들 유체 라인(73)에 간섭하지 않도록 배치할 필요가 있다. 또한, 헤드 본체(2)의 캐리어(43)에는, 스포크(78)가 수용되는 복수의 방사상의 홈(43a)(도 3 참조)이 형성되어 있고, 고정구를 이들 홈(43a)이 형성되어 있는 위치에 배치할 수 없다.
그래서, 본 실시 형태에서는, 연마 헤드(1)는, 경사 격벽으로서 형성된 인접하는 2개의 격벽(14)을 3개 내지 4개의 연결링(23)을 통해 헤드 본체(2)에 동시에 고정하기 위한 고정구(70)를 갖는다. 이하, 이 고정구(70)와, 고정구(70)를 사용하여 탄성막(10)이 접속된 연결링(23)을 헤드 본체(2)에 고정하는 방법에 대하여 설명한다.
도 9a는 고정구(70)의 상면도이며, 도 9b는 도 9a의 B-B선 단면도이다. 도 9a 및 도 9b에 나타내는 바와 같이, 고정구(70)는 원주상의 고정구 본체(71)와, 고정구 본체(71)의 외주면으로부터 외측으로 돌출되어, 타원 형상을 갖는 플랜지(72)를 구비한다. 플랜지(72)는 2개의 경사면(72a, 72b)을 갖고 있으며, 이들 경사면(72a, 72b)은 각각 플랜지(72)의 외주면까지 연장되어 있다. 경사면(72a, 72b)을 제외한 플랜지(72)의 연직 방향의 두께는, 연결링(23)의 링 수직부(50)에 형성된 걸림 결합홈(후술함)과 동일하다. 고정구 본체(71)의 상면(71a)에는, 도시하지 않은 지그(예를 들어, 마이너스 드라이버)의 선단이 걸림 결합 가능한 홈(71b)이 형성되어 있다. 홈(71b)에 지그의 선단을 걸림 결합시키고, 또한 지그를 회전시킴으로써 고정구(70)를 회전시킬 수 있다.
이어서, 도 9a 및 도 9b에 나타내는 고정구(70)를 사용하여, 3개 내지 4개의 연결링(23)을 동시에 헤드 본체(2)의 캐리어(43)에 고정하는 방법에 대하여 설명한다. 3개의 연결링(23)을 캐리어(43)에 고정하면, 2개의 인접하는 격벽(14)이 동시에 헤드 본체(2)에 연결된다. 이하의 설명에서는, 3개의 연결링(23) 중 직경 방향 내측에 위치하는 연결링(23)을 내측 연결링(23)이라 칭하는 경우가 있고, 3개의 연결링(23) 중 직경 방향 외측에 있는 링(23)을 외측 연결링(23)이라 칭하는 경우가 있으며, 내측 연결링(23)과 외측 연결링(23)의 사이에 위치하는 연결링(23)을 중간 연결링이라 칭하는 경우가 있다. 또한, 경사 격벽으로서 구성된 인접하는 2개의 격벽(14) 중 직경 방향 내측에 위치하는 격벽(14)을 내측 격벽(14)이라 칭하는 경우가 있고, 경사 격벽으로서 구성된 인접하는 2개의 격벽(14) 중 직경 방향 외측에 위치하는 격벽(14)을 외측 격벽(14)이라 칭하는 경우가 있다.
도 10 내지 도 13은, 도 6에 나타내는 탄성막(10)을 헤드 본체(2)에 연결하기 위해서, 도 9a 및 도 9b에 나타내는 고정구(70)를 사용하여 3개 내지 4개의 연결링(23)을 캐리어(43)에 동시에 고정하는 각 공정을 도시한 모식도이다.
도 5에 나타내는 탄성막(10)에서는, 제5 격벽(14b)이 내측 격벽(14)이며, 제4 격벽(14c)이 외측 격벽(14)이다. 제5 격벽(14b)과 제4 격벽(14c)에 대하여 제6 연결링(23a)은 내측 연결링(23)이며, 제5 연결링(23b)은 중간 연결링(23)이며, 제4 연결링(23c)은 외측 연결링(23)이다. 고정구(70)에 의해 연결링(23a 내지 23c)을 캐리어(43)에 고정함으로써, 제5 격벽(14b)과 제4 격벽(14c)이 헤드 본체(2)에 연결된다.
동일하게, 제3 격벽(14d)은 내측 격벽(14)이며, 제2 격벽(14e)은 외측 격벽(14)이다. 제3 격벽(14d)과 제2 격벽(14e)에 대하여 제4 연결링(23c)은 내측 연결링(23)이며, 제3 연결링(23d)은 중간 연결링(23)이며, 제2 연결링(23e)은 외측 연결링(23)이다. 고정구(70)에 의해 연결링(23c 내지 23e)을 캐리어(43)에 고정함으로써, 제3 격벽(14d)과 제2 격벽(14e)이 헤드 본체(2)에 연결된다. 이와 같이, 제4 연결링(23c)은 제5 격벽(14b)과 제4 격벽(14c)에 대해서는 외측 연결링(23)이며, 제3 격벽(14d)과 제2 격벽(14e)에 대해서는, 내측 연결링(23)이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 헤드 본체(2)의 캐리어(43)의 상면(43c)에는, 복수의 고정구(70)가 각각 삽입되는 복수의 제1 오목부(45)가 형성되어 있다. 각 제1 오목부(45)는 캐리어(43)의 상면(43c)으로부터 캐리어(43)의 하면(43d)을 향해 연장되어 있다. 제1 오목부(45)는 해당 제1 오목부(45)에 삽입되는 고정구(70)의 플랜지(72)가 접촉되지 않도록, 타원 형상의 단면을 갖는다.
또한, 캐리어(43)의 하면(43d)에는, 중간 연결링(23)의 링 수직부(50)가 삽입되는 환상의 제3 오목부(47)와, 외측 연결링(23)의 링 수직부(50)가 삽입되는 제2 오목부(46) 및 제4 오목부(48)와, 제1 연결링(23f) 및 제2 연결링(23e)의 수직부(50)가 삽입되는 제5 오목부(49)가 형성되어 있다. 제2 오목부(46), 제3 오목부(47), 제4 오목부(48) 및 제5 오목부(49)는 캐리어(43)의 전체 둘레에 걸쳐 연장되어 있으며, 또한 캐리어(43)의 하면(43d)으로부터 상면(43c)을 향해 연장되어 있다.
제1 오목부(45)의 직경 방향 내측의 내면에는, 내측 개구(96)가 형성되어 있고, 제1 오목부(45)의 직경 방향 외측의 내면에는 외측 개구(97)가 형성되어 있다. 제1 오목부(45)는 내측 개구(96)를 통해 제2 오목부(46)와 연통되어 있으며, 또한 외측 개구(97)를 통해 제4 오목부(48)와 연통되어 있다. 제1 오목부(45)에 삽입된 고정구(70)를 회전시키면, 고정구(70)의 플랜지(72)가 내측 개구(96) 및 외측 개구(97)를 통해, 제2 오목부(46) 및 제4 오목부(48)의 내부로 돌출된다.
중간 연결링(23)은 내측 연결링(23)과 외측 연결링(23) 사이에 놓여짐으로써, 해당 내측 연결링(23)과 외측 연결링(23)에 보유 지지된다. 예를 들어, 중간 연결링(23)인 제5 연결링(23b)은, 내측 연결링(23)인 제6 연결링(23a)과 외측 연결링(23)인 제4 연결링(23c)에 보유 지지된다. 동일하게, 중간 연결링(23)인 제3 연결링(23d)은, 내측 연결링(23)인 제4 연결링(23c)과 외측 연결링(23)인 제2 연결링(23e)에 보유 지지된다.
본 실시 형태에서는, 중간 연결링(23)은 그 내주면으로부터 내측으로 돌출되는 환상의 돌출부(30)를 갖고, 내측 연결링(23)은 돌출부(30)가 적재되는 환상의 단차부(31)를 갖는다. 또한, 외측 연결링(23)은 그 내주면으로부터 내측으로 돌출되는 환상의 돌출부(33)를 갖고, 중간 연결링(23)은 돌출부(33)가 적재되는 환상의 단차부(34)를 갖는다. 제4 연결링(23c)은 제5 격벽(14b)과 제4 격벽(14c)에 대해서는 외측 연결링(23)으로서 기능하고, 제3 격벽(14d)과 제2 격벽(14e)에 대해서는 내측 연결링(23)으로서 기능하므로, 제4 연결링(23c)은 환상의 돌출부(33)와 환상의 단차부(31)를 갖고 있다.
또한, 내측 연결링(23)의 링 수직부(50)에는, 고정구(70)의 플랜지(72)가 걸림 결합 가능한 내측 걸림 결합홈(36)이 형성되어 있고, 외측 연결링(23)의 링 수직부(50)에는, 고정구(70)의 플랜지(72)가 걸림 결합 가능한 외측 걸림 결합홈(37)이 형성되어 있다. 제4 연결링(23c)은, 제5 격벽(14b)과 제4 격벽(14c)에 대해서는 외측 연결링(23)으로서 기능하고, 제3 격벽(14d)과 제2 격벽(14e)에 대해서는 내측 연결링(23)으로서 기능하므로, 제4 연결링(23c)은 내측 걸림 결합홈(36)과 외측 걸림 결합홈(37)을 갖고 있다.
내측 연결링(23)(예를 들어, 제6 연결링(23a))의 링 경사부(51)의 외주면에 형성된 시일홈(51e)에 내측 격벽(14)(예를 들어, 제5 격벽(14b))의 선단에 형성된 시일 돌기(54)가 끼워넣어진다. 중간 연결링(23)(예를 들어, 제5 연결링(23b))의 링 경사부(51)의 외주면에 형성된 시일홈(51e)에 외측 격벽(14)(예를 들어, 제4 격벽(14c))의 선단에 형성된 시일 돌기(54)가 끼워넣어진다. 또한, 중간 연결링(23)의 돌출부(33)를 중간 연결링(23)의 단차부(34)에 적재시킨다. 이 상태가 도 10에 도시되어 있다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 탄성막(10)의 제6 격벽(14a)도 경사 격벽으로서 구성되어 있다. 제6 격벽(14a)은 추가 연결링(23g)에 접속되어, 해당 추가 연결링(23g)을 캐리어(43)에 고정함으로써 헤드 본체(2)에 연결된다. 보다 구체적으로는, 추가 연결링(23g)은 경사면(53)을 갖고 있으며, 경사면(53)에는 제6 격벽(14a)의 선단에 형성된 시일 돌기(54)가 감입되는 시일홈(53a)이 형성되어 있다. 제6 격벽(14a)은, 해당 제6 격벽(14a)의 시일 돌기(54)가 추가 연결링(23g)의 시일홈(53a)에 끼워넣어진 상태에서, 제6 연결링(23a)과 추가 연결링(23g) 사이에 끼워지고, 이에 의해 제6 격벽(14a)이 제6 연결링(23a)과 추가 연결링(23g)에 보유 지지된다.
또한, 도 10에 도시한 바와 같이, 연결링(23f)은 그 내주면으로부터 내측으로 돌출되는 환상의 돌출부(35)를 갖고, 연결링(23e)은 돌출부(35)가 적재되는 환상의 단차부(38)를 갖는다. 탄성막(10)의 측벽(15)은 수평부(28)를 갖고 있다. 이 수평부(28)의 선단에는, 시일 돌기(54)가 형성되어 있고, 제1 연결링(23f)의 외주면에는, 이 시일 돌기(54)가 감입되는 시일홈(51e)이 형성되어 있다. 탄성막(10)을 헤드 본체(2)의 캐리어(43)에 연결할 때는, 탄성막(10)의 격벽(14b 내지 14e) 및 측벽을 연결링(23a 내지 23f)에 미리 보유 지지시키며, 또한 격벽(14a)을 추가 연결링(23g)에 미리 보유 지지시킨다.
이어서, 도 11에 도시한 바와 같이, 탄성막(10), 연결링(23a 내지 23f) 및 추가 연결링(23g)을 캐리어(43)를 향해 이동시켜, 각 연결링(23a 내지 23f)을 캐리어(43)의 하면(43b)에 형성된 오목부(46, 47, 48, 49)(도 10 참조)에 삽입한다. 도 10에 도시한 바와 같이, 제4 연결링(23c)이 삽입되는 오목부는, 제5 격벽(14b) 및 제4 격벽(14c)에 대해서는 제4 오목부(48)인 한편, 제3 격벽(14d) 및 제2 격벽(14e)에 대해서는 제2 오목부(46)이다.
도 9a 및 도 9b에 나타내는 바와 같이, 고정구(70)의 플랜지(72)에는, 2개의 경사면(72a, 72b)이 형성되어 있다. 경사면(72a, 72b)은 각각 플랜지(72)의 외주면까지 연장되어 있다. 이 경사면(72a, 72b)에 의해, 플랜지(72)는 원활하게 걸림 결합홈(36, 37)에 진입할 수 있다.
경사면(71a, 71b)을 제외한 플랜지(72)의 두께는 걸림 결합홈(36, 37)의 두께와 동일하기 때문에, 원활하게 걸림 결합홈(36, 37)에 진입한 플랜지(72)는, 걸림 결합홈(36, 37)과 견고하게 걸림 결합한다. 그 결과, 내측 연결링(예를 들어, 제6 연결링(23a)), 외측 연결링(예를 들어, 제4 연결링(23c))이 캐리어(43)에 견고하게 고정된다. 이 때, 내측 연결링(23)과 외측 연결링(23)에 보유 지지되는 중간 연결링(23)(예를 들어 제5 연결링(23b))도 내측 연결링(23)과 외측 연결링(23)에 견고하게 연결된다.
동시에, 내측 격벽(예를 들어, 제5 격벽(14b))의 시일 돌기(54)가 내측 연결링(23)의 링 경사부(51)의 외주면(51b)에 형성된 시일홈(51e)에, 중간 연결링(23)의 링 경사부(51)의 내주면(51a)에 의해 압박되고, 외측 격벽(예를 들어, 격벽(14c))의 시일 돌기(54)가 중간 연결링(23)의 링 경사부(51)의 외주면(51b)에 형성된 시일홈(51e)에, 외측 연결링(23)의 링 경사부(51)의 내주면(51a)에 의해 압박된다.
이에 의해, 내측 격벽(14)과 내측 연결링(23) 사이의 간극 및 내측 격벽(14)과 중간 연결링(23) 사이의 간극이 시일되고, 외측 격벽(14)과 중간 연결링(23) 사이의 간극 및 외측 격벽(14)과 외측 연결링(23) 사이의 간극이 시일된다. 도 8을 참조하여 설명된 것 같이, 연결링(23)의 링 경사부(51)의 내주면(51a)에, 시일 돌기(54)를 시일홈(51e)에 압박하는 압박 돌기(51f)를 형성해도 된다.
측벽(15)의 시일 돌기(54)는 캐리어(43)의 하면(43d)(도 10 참조)에 의해 제1 연결링(23f)의 링 경사부(51)의 외주면(51b)에 형성된 시일홈(51e)에 압박되고, 이에 의해, 측벽(15)과 제1 연결링(23f) 사이의 간극 및 측벽(15)과 캐리어(43) 사이의 간극이 시일된다.
캐리어(43)의 하면(43d)에, 도 8을 참조하여 설명된 환상의 압박 돌기(51f)를 배치해도 된다. 탄성막(10)을 헤드 본체(2)에 연결할 때, 하면(43d)에 설치된 압박 돌기(51f)에 의해, 측벽(15)의 시일 돌기(54)가 제1 연결링(23f)의 링 경사부(51)의 외주면(51b)에 형성된 시일홈(51e)에 강한 가압력으로 가압된다.
본 실시 형태에서는, 추가 연결링(23g)은 복수의 나사(94)에 의해 캐리어(43)에 고정된다. 캐리어(43)에는, 나사(94)가 삽입되는 관통 구멍(43f)(도 10 참조)이 형성되어 있고, 추가 연결링(23g)에는, 그 상면으로부터 하면을 향해 연장되는 나사 구멍(56)이 형성되어 있다. 나사(94)를 관통 구멍(43f)에 삽입하고, 나사(94)를 나사 구멍(56)에 나사 결합시킴으로써, 추가 연결링(23g)이 견고하게 캐리어(43)에 고정된다.
이 때, 제6 격벽(14a)의 시일 돌기(54)가 추가 연결링(23g)의 경사면(53)에 형성된 시일홈(53a)에, 제6 연결링(23a)의 링 경사부(51)의 내주면(51a)에 의해 압박된다. 이에 의해, 제6 격벽(14a)과 추가 연결링(23g) 사이의 간극 및 제6 격벽(14a)과 제6 연결링(23a) 사이의 간극 및 제6 격벽(14a)과 제6 연결링(23a) 사이의 간극이 시일된다.
도 14는, 고정구(70)의 배치의 일례를 나타낸 모식도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 제6 연결링(23a), 제5 연결링(23b) 및 제4 연결링(23c)은 제5 연결링(23b)의 둘레 방향을 따라 배치되는 복수의 고정구(70)에 의해 캐리어(43)에 고정된다. 제4 연결링(23c), 제2 연결링(23d) 및 제2 연결링(23e)은 제3 연결링(23d)의 둘레 방향을 따라 배치되는 복수의 고정구(70)에 의해 캐리어(43)에 고정된다.
이와 같이, 상술한 고정구(70)를 사용하여 3개 내지 4개의 연결링(23)을 동시에 캐리어(43)에 고정하면, 압력실(16a 내지 16f)의 직경 방향에 있어서의 폭이 작은 경우에도, 탄성막(10)을 헤드 본체(2)에 연결할 수 있다. 또한, 고정구(70)의 수를 저감시킬 수 있으므로, 탄성막(10)을 탈착할 때의 작업량을 감소할 수 있다.
도 14에 도시한 바와 같이, 캐리어(43)는 각 압력실(16a 내지 16f)에 유체를 공급하는 유체 라인(73)을 위한 복수의 관통 구멍(73a, 73b)을 흐르는 유체가 누설되는 것을 방지하는 시일 부재(44)(도 5 참조)가 배치된다. 또한, 도 3을 참조하여 설명된 것 같이, 캐리어(43)는 스포크(78)가 수용되는 복수의 방사상의 홈(43)이 형성되어 있다.
본 실시 형태와 같이, 인접하는 2개의 격벽(14)을 헤드 본체(2)에 연결하기 위해서, 고정구(70)에 의해 3개의 연결링(23)을 헤드 본체(2)의 캐리어(43)에 고정하면, 관통 구멍(73b) 및 홈(43a)과는 다른 위치에, 고정구(70)를 용이하게 배치시킬 수 있다. 또한, 고정구(70)의 수를 저감시킬 수 있으므로, 탄성막(10)의 착탈이 용이해진다.
상술한 실시 형태에 있어서, 복수의 격벽(14) 중 적어도 2개의 인접하는 격벽이 직경 방향 내측으로 경사진 경사 격벽으로서 구성된다. 경사 격벽으로서 구성된 격벽(14) 이외의 격벽(14)의 형상은 임의적이다. 예를 들어, 격벽(14d, 14e)을 경사 격벽으로서 구성하고, 격벽(14d, 14e) 이외의 격벽(14a 내지 14c)을 맞닿음부(11)로부터 직경 방향 내측으로 경사지는 경사부와, 해당 경사부로부터 수평하게 연장되는 수평부를 갖는 격벽으로서 구성해도 된다.
본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 탄성막(10)과 헤드 본체(2)의 사이에 형성되는 복수의 압력실 중 가장 외측에 있는 에지 압력실(16f)에 대해서, 당해 에지 압력실(16f)을 구성하는 격벽인 제1 격벽(14f)과 제2 격벽(14e)를 스트레이트 형상으로 하고, 또한 맞닿음부(11)의 직경 방향 내측으로부터 외측을 향해, 제1 측벽(14f)과 제2 측벽(14e)의 간격이 점차 넓어지도록 구성하였다. 에지 압력실(16f)의 이와 같은 구성에 의해, 각종 효과가 얻어진다.
도 15 내지 20은 에지 압력실(16f)의 상기 구성에 의한 효과를 설명하기 위한 모식도이다. 도 15b에 나타내는 종래예와 같이, 압력실(216f)을 구성하는 격벽(214f와 214e)이 평행하게 연장되어 있으며, 또한 그들의 간격이 좁으면, 에지 압력실(216e)의 압력이 압력실(216f)의 압력보다 커지고, 그 차압이 크면, 도 15c에 나타내는 바와 같이, 압력실(216e)이 팽창하여, 격벽(214e)이 변형되고, 격벽(214e)과 격벽(214f)이 접촉되어버릴 우려가 있다.
도 15c와 같이, 격벽(214e)과 격벽(214f)이 접촉되면, 접촉 부분보다 외측의 압력실(216f)의 압력을 정확하게 제어할 수 없고, 따라서 탄성막(10)에 의한 웨이퍼(W)의 에지 부분에의 압박력을 정확하게 제어할 수 없게 된다.
이에 비해, 본 실시 형태의 탄성막(10)에서는, 제1 격벽(14f)과 제2 격벽(14e)을 스트레이트 형상으로 하고, 또한 맞닿음부(11)의 직경 방향 내측으로부터 외측을 향해, 제1 측벽(14f)과 제2 측벽(14e)의 간격이 점차 넓어지도록 구성되어 있으므로, 도 15a에 나타내는 바와 같이, 에지 압력실(16f)의 압력이 압력실(16e)의 압력보다 작아지고, 또한 그 차압이 커져도, 제1 격벽(14f)과 제2 격벽(14e)이 접촉되기 어렵다. 따라서, 에지 압력실(16f)의 압력을 정밀하게 조정할 수 있어, 웨이퍼(W)의 에지 부분에 대한 압박력도 정밀하게 조정할 수 있다.
또한, 도 16b에 나타내는 종래예와 같이, 제2 격벽(114e)과 맞닿음부(111)의 상면의 접속 개소와 맞닿음부(111)의 외주 단부 사이의 거리(에지 압박폭)가 크면, 도 16c에 나타내는 바와 같이, 탄성막(10)의 에지 부분에 있어서 미세한 범위에서 압박력을 제어할 수 없어, 에지 늘어짐 등의 문제가 발생할 수 있다.
이에 비해, 본 실시 형태의 탄성막(10)에서는, 도 16a에 나타내는 바와 같이, 에지 압력실(16f)을 구성하는 하측의 격벽인 격벽(14e)과 맞닿음부(11)의 접속 개소가 맞닿음부(11)의 외주 단부에 가까운 개소에 있고, 격벽(14e)이 맞닿음부(11)의 외주 단부로부터 연장되어 있으므로, 에지 압박폭은 작아지고, 탄성막(10)의 에지 부분에 있어서 미세한 범위에서 압박력을 제어할 수 있다.
또한, 도 17b에 나타내는 종래예와 같이, 에지 압력실(116f)을 구성하는 측벽(115)의 부분이 길면, 에지 압력실(116f)의 압력을 올렸을 때, 도 17c에 나타내는 바와 같이, 에지 압력실(116f)에 있어서 측벽(115)이 직경 방향 외측으로 팽창되어, 리테이너 링(3)에 접촉되어, 에지 부분의 압박력이 불안정해져, 웨이퍼(W)의 에지 부분에 있어서의 연마 레이트가 불안정해질 우려가 있다.
이에 비해, 본 실시 형태의 탄성막(10)에서는, 도 17a에 나타내는 바와 같이, 스트레이트 형상의 격벽(14f)이 측벽(15)에 접속되어 있으므로, 에지 압력실(16f)의 압력이 높아져도, 격벽(14f)이 측벽(15)의 팽창을 억제하므로, 측벽(15)이 리테이너 링(3)에 접촉되기 어려워진다. 따라서, 본 실시 형태의 탄성막(10)에서는, 에지 부분의 압박력이 안정되고, 웨이퍼(W)의 에지 부분에 있어서의 연마 레이트가 안정된다.
또한, 도 23이나 도 24에 나타내는 종래예에서도, 본 실시 형태의 탄성막(10)의 격벽(14f)에 상당하는 격벽(120g)이 측벽(110h)에 접속되어 있지만, 이 격벽(120g)은 스트레이트 형상이 아니라 굴곡되어 있으며, 또한 격벽(120f)도 굴곡되어 있으므로, 에지 압력실(116g)의 압력이 높아짐으로써, 이들 굴곡부가 뻗어 평평해짐으로써, 측벽(110h)이 직경 방향 외측으로 팽창될 수 있다.
이에 비해, 본 실시 형태의 탄성막(10)에서는, 도 17a에 나타내는 바와 같이, 측벽(15)에 접속되는 격벽(14f)이 스트레이트 형상이므로, 이 격벽(14f)은 직경 방향 외측으로 연장될 여지는 매우 작고, 측벽(15)의 팽창을 유효하게 억제할 수 있다.
또한, 도 18b에 나타내는 종래예와 같이, 맞닿음부(111)의 단부 단면이 사각으로 되어 있는 경우에는, 도 18c에 나타내는 바와 같이, 에지 압력실(116f)의 압력에 의한 압박력은, 이 사각의 폭으로 웨이퍼(W)에 부여되게 된다. 그렇게 하면, 에지 부분에 있어서 좁은 범위에서 웨이퍼(W)를 압박할 수 없어, 에지 부분에서 압박력의 정밀한 조정을 할 수 없다.
이에 비해, 본 실시 형태의 탄성막(10)에서는, 도 18a에 나타내는 바와 같이, 격벽(14e)이 맞닿음부(11)의 외주 단부에 접속되어 있으므로, 에지 압력실(16f)에 의한 에지 압박폭을 작게 할 수 있어, 에지 부분에서 압박력을 정밀하게 조정할 수 있다.
또한, 도 19b에 나타내는 종래예와 같이, 측벽(115)에 단차가 있는 경우에는, 그 단차에 슬러리(S)가 모이기 쉬워져, 디펙트의 원인이 될 수 있다. 이에 비해, 본 실시 형태의 탄성막(10)에서는, 도 19a에 나타내는 바와 같이, 측벽(15)의 외주면이 평탄하므로, 슬러리가 모이는 일은 없다.
또한, 도 20b에 나타내는 종래예와 같이, 에지 압력실(116f)을 구성하는 격벽(114e)이 굴곡되어 있으며, 이에 의해 에지 압력실(116f)이 굴곡되어 있으면, 이 굴곡각에서 압력 손실이 발생하고, 이 에지 압력실(116f)의 단부, 즉, 맞닿음부(111)의 외주 단부까지 압력이 널리 퍼지지 않아, 에지 부분에 있어서의 압박력을 정밀하게 조정하는 것이 곤란해진다.
이에 비해, 본 실시 형태의 탄성막(10)에서는, 도 20a에 나타내는 바와 같이, 에지 압력실(16f)에 있어서의 유체원인 유체 라인(73)이 있는 직경 방향 내측으로부터, 하류측인 직경 방향 외측을 향해, 제1 격벽(14f)과 제2 격벽(14e)의 간격이 점차 넓어지고, 에지 압력실(16f)이 넓어져 있다. 따라서, 유체의 통로를 가로막는 것이 아니라, 유체가 에지 압력실(16f)의 전체에 널리 퍼지기 쉬워, 에지 부분에서 압박력을 정밀하게 조정할 수 있다.
이어서, 본 실시 형태의 탄성막(10)의 변형예를 설명한다. 도 21a는, 제1 변형예에 관한 탄성막의 일부를 나타내는 확대 단면도이다. 상기 실시 형태에서는, 에지 압력실(16f)을 구성하는 상측의 격벽(14f)이 측벽(15)으로부터 수평하게 연장되어 있었지만, 본 변형예의 탄성막(10')에서는, 격벽(14f')은 직경 방향 외측으로부터 내측을 향해 약간 상방으로 경사져 있다.
이 변형예의 구성에 의해서도, 제1 격벽(14f)은 측벽(15)으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되는 스트레이트 형상이 되고, 제2 격벽(14e)은 맞닿음부(11)의 외주 단부로부터 직경 방향 내측의 상방을 향해 연장되는 스트레이트 형상이 되며, 제1 격벽(14f)과 제2 격벽(14e)과 측벽(15)으로 에지 압력실(16f)이 구성되므로, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 격벽(14f)은 격벽(14e)과 평행 내지 그 이상이 될 때까지 직경 방향 내측에 걸쳐 상방으로 기울어져 있어도 된다.
도 21b는, 제2 변형예에 관한 탄성막의 일부를 나타내는 확대 단면도이다. 본 변형예의 탄성막(10)에서는, 도 21a의 구성에 더하여, 측벽(15')의 내측에, 측벽(15')의 직경 방향 외측으로의 팽창을 억제하기 위한 블록(151)이 형성되어 있다. 측벽(15')의 내측에서는, 블록(151)이 둘레 방향으로 연속됨으로써 원환 형상을 이루고 있어도 되고, 복수의 블록(151)이 둘레 방향으로 간격을 두고 설치되어 있어도 된다.
이 변형예의 구성에 의해서도, 제1 격벽(14f)은 측벽(15)으로부터 직경 방향 내측을 향해 연장되는 스트레이트 형상이 되고, 제2 격벽(14e)은 맞닿음부(11)의 외주 단부로부터 직경 방향 내측의 상방을 향해 연장되는 스트레이트 형상이 되며, 제1 격벽(14f)과 제2 격벽(14e)과 측벽(15)으로 에지 압력실(16f)이 구성되므로, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 21a 및 도 21b에 나타낸 탄성막의 제2 격벽(14e)은, 그 기단부에 있어서 수직 방향으로 굴곡되어 기단 접속부(141e)가 형성되고, 이 기단 접속부(141e)가 맞닿음부(11)의 상면에 접속되어 있다. 이 기단 접속부(141e)의 외주면과 측벽(15)의 내주면 사이의 거리(상기 에지 압박폭 d에 상당함)는 1.5 내지 8mm(바람직하게는 3 내지 6mm)여도 된다.
이렇게 제2 격벽(14e)이 맞닿음부(11)의 외주 단부로부터 거리 d만큼 내측의 위치에 형성되어 있는 경우에도, 그러한 제2 격벽(14e)은 맞닿음부(11)의 외주 단부로부터 연장되는 격벽에 해당한다. 또한, 기단 접속부(141e)의 길이 L은 0.5 내지 3.5mm(바람직하게는 1 내지 2.5mm 정도)여도 된다. 이러한 기단 접속부(141e)가 형성된 제2 격벽(14e)이어도, 격벽 본체(55)의 대부분은 직선상으로 형성되어 있고, 직선상으로 연장되는 격벽에 해당한다.
도 22는, 보다 명확한 거리 d 및 길이 L을 갖는 예를 제3 변형예로서 나타내는 도면이다. 도 22에 나타내는 변형예에서는, 기단 접속부(141e)의 외주면과 측벽(15)의 내주면 사이의 거리 d는 5mm이며, 기단 접속부(141e)의 길이 L은 3mm이다. 즉, 이 예에서는, 맞닿음부(11)의 외주 단부의 매우 약간(5mm 폭의)의 부분도 에지 압력실(16f)을 구성하고 있다.
웨이퍼(W)에 구리나 텅스텐 등의 메탈막이 형성되어 있는 경우에는, 막이 구비된 범위가 웨이퍼(W)의 외주로부터 내측으로 들어가 있고, 웨이퍼(W)의 외주 단부에 막이 형성되지 않은 경우가 있다. 이러한 경우에는, 웨이퍼(W)의 외주 단부보다도 약간 내측의 부분, 즉, 막의 외주 단부의 연마 프로파일을 정밀하게 제어할 필요가 있다.
상기와 같은 변형예에 의하면, 거리 d를 어느 정도 확보함으로써 웨이퍼(W)에 형성된 막의 외주 단부의 연마 프로세스를 정밀하게 제어 가능하게 된다. 또한, 기단 접속부(141e)를 형성함으로써, 제2 격벽(14e)의 기단 접속부(141e) 이외의 부분의 위치 및 자세를 도 6에 나타낸 상기 실시 형태의 제2 격벽(14e)과 동일하게 할 수 있다.
즉, 도 6의 제2 격벽(14e)을 그대로 내측으로 평행 이동시키면, 제2 격벽(14e)과 제3 격벽(14d) 사이의 거리가 좁아져버리는 결과, 제2 격벽(14e)의 기단부를 굴곡시켜 기단 접속부(141e)를 형성함으로써, 제2 격벽(14e)과 제3 격벽(14d) 사이의 거리를 상기 실시 형태와 동일하게 유지하면서, 에지 압박폭 d를 확보할 수 있다. 또한, 에지 압박폭 d가 8mm 이하이며, 또한 길이 L이 3.5mm 이하이면, 상기 실시 형태에서 설명한 작용 효과를 충분히 향수할 수 있다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따라서 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.
1 기판 보유 지지 장치(연마 헤드)
2 헤드 본체
3 리테이너 링
10 탄성막(멤브레인)
11 맞닿음부
14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f 격벽
15 측벽
16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f 압력실
17 통과 구멍
18 연마 테이블
19 연마 패드
23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g 연결링
25 연마액 공급 노즐
27 헤드 샤프트
32 자석
34 단차부
36, 37 걸림 결합홈
40 제어 장치
45 제1 오목부
46 제2 오목부
47 제3 오목부
48 제4 오목부
49 제5 오목부
50 링 수직부
51e 시일홈
54 시일 돌기
60 리테이너 링 압박 기구
671 타이밍 풀리
70 고정구
71 고정구 본체
72 플랜지
81 상하 이동 기구
82 로터리 조인트
85 구면 베어링
94 나사

Claims (15)

  1. 기판 보유 지지 장치에 사용되는 탄성막이며,
    기판에 맞닿는 맞닿음부와,
    상기 맞닿음부의 외주 단부에 기립 설치된 원환상의 측벽과,
    상기 측벽으로부터 직경 방향 내측을 향해 단면에서 보아 직선상으로 연장되는 제1 격벽과,
    상기 맞닿음부의 외주 단부로부터 직경 방향 내측의 상방을 향해 단면에서 보아 직선상으로 연장되는 제2 격벽을
    구비하고,
    상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽과 상기 측벽으로 상기 기판의 에지를 압박하기 위한 에지 압력실이 구성되는, 탄성막.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽의 간격은, 상기 맞닿음부의 직경 방향 내측으로부터 직경 방향 외측을 향해 점차 넓어지는, 탄성막.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기판 보유 지지 장치는, 상기 탄성막이 설치되는 헤드 본체를 구비하고,
    상기 제1 격벽은 선단에 상기 헤드 본체와 걸림 결합하는 제1 걸림 결합부를 갖고,
    상기 제2 격벽은 선단에 상기 헤드 본체와 걸림 결합하는 제2 걸림 결합부를 갖고,
    상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽의 간격은, 상기 제1 걸림 결합부 및 상기 제2 걸림 결합부로부터 상기 측벽을 향해 점차 넓어지는, 탄성막.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 격벽은 상기 측벽의 내주면보다 0.5 내지 1.5mm 내측의 위치로부터 직선상으로 연장되어 있는, 탄성막.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 맞닿음부의 상면에 있어서의 상기 제2 격벽의 외주면과 상기 측벽의 내주면 사이의 거리는, 1.5 내지 8mm인, 탄성막.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 격벽이 상기 맞닿음부의 상면에 접속되는 기단부는 굴곡되어 기단 접속부가 형성되고, 기단 접속부의 길이는 0.5 내지 3.5mm인, 탄성막.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에지 압력실을 구성하는 상기 측벽의 외주면은 평탄한, 탄성막.
  8. 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 장치이며,
    기판에 맞닿는 맞닿음부와, 상기 맞닿음부의 외주 단부에 기립 설치된 원환상의 측벽과, 상기 측벽으로부터 직경 방향 내측을 향해 단면에서 보아 직선상으로 연장되는 제1 격벽과, 상기 맞닿음부의 외주 단부로부터 직경 방향 내측의 상방을 향해 단면에서 보아 직선상으로 연장되는 제2 격벽을 구비하고, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽과 상기 측벽으로 상기 기판의 에지를 압박하기 위한 에지 압력실이 구성되는 탄성막과,
    상기 탄성막이 설치되는 헤드 본체를
    구비한, 기판 보유 지지 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽의 간격은, 상기 맞닿음부의 직경 방향 내측으로부터 직경 방향 외측을 향해 점차 넓어지는, 기판 보유 지지 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 격벽은 선단에 상기 헤드 본체와 걸림 결합하는 제1 걸림 결합부를 갖고,
    상기 제2 격벽은 선단에 상기 헤드 본체와 걸림 결합하는 제2 걸림 결합부를 갖고,
    상기 제1 격벽과 상기 제2 격벽의 간격은, 상기 제1 걸림 결합부 및 상기 제2 걸림 결합부로부터 상기 측벽을 향해 점차 넓어지는, 기판 보유 지지 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 격벽은 상기 측벽의 내주면보다 0.5 내지 1.5mm 내측의 위치로부터 직선상으로 연장되어 있는, 기판 보유 지지 장치.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 맞닿음부의 상면에 있어서의 상기 제2 격벽의 외주면과 상기 측벽의 내주면 사이의 거리는, 1.5 내지 8mm인, 기판 보유 지지 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제2 격벽이 상기 맞닿음부의 상면에 접속되는 기단부는 굴곡되어 기단 접속부가 형성되고, 기단 접속부의 길이는 0.5 내지 3.5mm인, 기판 보유 지지 장치.
  14. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 에지 압력실을 구성하는 상기 측벽의 외주면은 평탄한, 기판 보유 지지 장치.
  15. 기판을 연마하는 연마 장치이며,
    연마면을 갖는 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과,
    제8항에 기재된 기판 보유 지지 장치를
    구비하고, 상기 기판 보유 지지 장치로 상기 기판을 보유 지지하면서, 상기 기판을 상기 연마면을 향해 소정의 압력으로 압박함과 함께, 상기 연마 테이블과 상기 기판 보유 지지 장치를 상대 운동시킴으로써, 상기 기판이 상기 연마면에 미끄럼 접촉시켜, 상기 기판의 표면을 연마하는, 연마 장치.
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