KR101942107B1 - 기판 보유 지지 장치 및 연마 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼 등의 기판의 변형을 억제하는 동시에 기판에 가해지는 응력을 저감시킴으로써 기판의 결함이나 기판의 파손을 방지하여, 기판의 톱 링으로부터의 릴리스(이탈)를 안전하게 행할 수 있는 기판 보유 지지 장치 및 연마 장치를 제공한다. 탄성막(4)과 탄성막(4)을 보유 지지하는 톱 링 본체(2)를 갖고, 탄성막(4)과 톱 링 본체(2)의 하면 사이에 탄성막(4)의 격벽(4a)에 의해 구획된 복수의 압력실을 형성한 기판 보유 지지 장치에 있어서, 기판(W)이 상기 연마면(101a)에 접촉하고 있지 않은 상태에서 적어도 1개의 압력실에 압력 유체를 공급하였을 때에, 탄성막(4)의 격벽(4a)의 일부 또는 탄성막(4)의 기판 접촉면의 이면으로부터 연장되는 연장 부재에 접촉하여 탄성막(4)의 팽창을 제한하는 스토퍼(2S)를 설치하였다.

Description

기판 보유 지지 장치 및 연마 장치{SUBSTRATE HOLDING APPARATUS AND POLISHING APPARATUS}

본 발명은, 연마 대상물인 기판을 보유 지지하여 연마 패드(연마면)에 압박하는 기판 보유 지지 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마하여 평탄화하는 연마 장치에 있어서 기판을 보유 지지하는 기판 보유 지지 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 이러한 기판 장치를 구비한 연마 장치에 관한 것이다.

최근, 반도체 디바이스의 고집적화·고밀도화에 수반하여, 회로의 배선이 점점 미세화되고, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하고자 하면, 하측의 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 보다 커지기 때문에, 배선 층수가 증가하는 것에 따라서, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서 다층 배선하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하고, 그에 적합한 과정에서 평탄화 처리해야만 한다. 또한, 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지므로, 반도체 디바이스의 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하로 수습되도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다.

따라서 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술이 점점 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중, 가장 중요한 기술은, 화학적 기계 연마[CMP(Chemical Mechanical Polishing)]이다. 이 화학적 기계적 연마는, 연마 장치를 사용하여, 실리카(SiO₂) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드의 연마면 상에 공급하면서 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마면에 미끄럼 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.

이러한 종류의 연마 장치는, 연마 패드로 이루어지는 연마면을 갖는 연마 테이블과, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 보유 지지하기 위한 톱 링 또는 연마 헤드 등으로 칭해지는 기판 보유 지지 장치를 구비하고 있다. 이와 같은 연마 장치를 사용하여 기판의 연마를 행하는 경우에는, 기판 보유 지지 장치에 의해 기판을 보유 지지하면서, 이 기판을 연마 패드의 연마면에 대해 소정의 압력으로 압박한다. 이때, 연마 테이블과 기판 보유 지지 장치를 상대 운동시킴으로써 기판이 연마면에 미끄럼 접촉하고, 기판의 표면이 평탄하게, 또한 경면으로 연마된다.

이와 같은 연마 장치에 있어서, 연마 중의 기판과 연마 패드의 연마면 사이의 상대적인 압박력이 기판의 전체면에 걸쳐 균일하지 않은 경우에는, 기판의 각 부분에 인가되는 압박력에 따라 연마 부족이나 과연마가 발생해 버린다. 그로 인해, 기판 보유 지지 장치의 기판의 보유 지지면을 고무 등의 탄성막으로 이루어지는 멤브레인으로 형성하고, 멤브레인의 이면측에 가압 유체가 공급되는 복수의 압력실을 형성하고, 압력실에 공기압 등의 유체압을 가하여, 기판에 인가하는 압박력을 전체면에 걸쳐 균일화하는 것도 행해지고 있다.

상기 기판 보유 지지 장치로 연마 전의 기판을 전달하고, 기판 보유 지지 장치로부터 연마 후의 기판을 수취하는 것을 로봇 등의 반송 장치에 의해 직접 행하면, 양자의 반송 정밀도의 편차에 의해 반송 미스를 범할 위험성이 있다. 그로 인해, 기판 보유 지지 장치로의 기판의 전달 위치, 또는 기판 보유 지지 장치로부터의 기판의 전달 위치에 푸셔로 불리는 기판 전달부가 설치되어 있다. 이 기판 전달부는, 로봇 등의 반송 장치에 의해 반송되어 온 기판을 일단 그 위에 적재하고, 다음에 기판 전달부의 상방으로 이동해 온 톱 링 등의 기판 보유 지지 장치에 대해 기판을 들어올려 기판 보유 지지 장치에 기판을 전달하는 기능 및 이것과 반대로 기판 보유 지지 장치로부터 수취한 기판을 로봇 등의 반송 장치에 전달하는 기능을 갖는 장치이다.

상기 톱 링 또는 연마 헤드 등으로 칭해지는 기판 보유 지지 장치로부터 푸셔(기판 전달부)에 반도체 웨이퍼 등의 기판을 전달할 때에는, 톱 링에 설치한 유체로에 가압 유체(기체, 액체, 또는 기체와 액체의 혼합 유체)를 도입하고, 기판을 톱 링으로부터 압출하여, 톱 링으로부터 릴리스시키도록 하고 있다. 그때, 톱 링과 푸셔 사이에는, 어떤 일정한 간극이 형성되어 있고, 기판이 톱 링으로부터 릴리스될 때, 기판이 그 간극분만큼 낙하하고, 낙하한 기판을 푸셔가 수용하는 구조로 되어 있다.

상기 기판의 릴리스 시에 기판에 가해지는 응력을 낮게 하기 위해, 일본 특허 출원 공개 제2005-123485호 공보(특허문헌 1) 등으로 개시되는 릴리스 노즐이 종래 사용되고 있다. 릴리스 노즐은 기판의 이면과 멤브레인의 사이에 가압 유체를 분사함으로써 기판의 릴리스를 보조하는 기구이지만, 기판을 리테이너 링의 바닥면으로부터 하방으로 돌출하고, 기판 주연부를 멤브레인으로부터 떨어뜨리고, 그 부분에 가압 유체를 분사하므로, 기판 릴리스 시에는 멤브레인을 가압하여, 팽창시킬 필요가 있다(특허문헌 1의 단락〔0084〕). 이 외에 미국 특허 제7, 044, 832호 공보(특허문헌 2)에도 릴리스 노즐에 관한 개시가 있다. 특허문헌 2에 기재된 바와 같이 기판 릴리스 시에는 블래더를 팽창시켜(가압하며), 기판의 엣지부와 블래더를 이격시킨 상태에서 샤워를 분사하고 있다(컬럼 10의 6행, Fig.2A 참조). 즉, 어느 공지예도 멤브레인을 팽창시켜, 기판의 엣지와 멤브레인을 이격시키고, 그 간극에 샤워를 분사하는 것을 행하고 있다. 그러나 멤브레인을 가압하여 팽창시킬 때에 기판에는 국소적인 응력이 가해져, 기판 상에 형성된 미세한 배선이 파단되거나, 최악의 경우에는 기판이 파손되어 버린다고 하는 문제가 있었다.

이에 대해, 기판의 릴리스 시에 멤브레인이 크게 팽창하는 것을 방지하는 방법으로서, 일본 특허 출원 공개 제2010-46756호 공보(특허문헌 3)에는, 상기 멤브레인으로부터 기판을 이탈시킬 때에, 복수의 압력실 중 적어도 1개의 압력실을 가압 상태로 하고, 적어도 1개의 압력실을 진공 상태로 하는 것이 개시되어 있다. 그러나 압력실이 진공 상태로 될 때까지 시간이 들어 응답성이 나쁘고, 기판의 릴리스(이탈)에 시간이 든다고 하는 문제가 있다. 또한, 압력실을 진공 상태로 하면, 기판의 일부가 끌어 당겨져 기판의 변형량이 커진다고 하는 문제도 있다.

일본 특허 출원 공개 제2005-123485호 공보 미국 특허 제7, 044, 832호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-46756호 공보

본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 탄성막(멤브레인)을 가압하여 톱 링으로부터 기판을 이탈시킬 때에 탄성막이 일정 이상 팽창하는 것을 방지하여, 기판의 변형을 억제하는 동시에 기판에 가해지는 응력을 저감시킴으로써 기판의 결함이나 기판의 파손을 방지하여, 기판의 톱 링으로부터의 릴리스(이탈)를 안전하게 행할 수 있는 기판 보유 지지 장치 및 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 기판 보유 지지 장치는, 탄성막과 상기 탄성막을 보유 지지하는 톱 링 본체를 갖고, 상기 탄성막과 상기 톱 링 본체의 하면 사이에 상기 탄성막의 격벽에 의해 구획된 복수의 압력실을 형성하고, 상기 탄성막의 하면에 기판을 접촉시켜 보유 지지하는 동시에 상기 복수의 압력실에 압력 유체를 공급함으로써 유체압에 의해 기판을 연마면에 압박하는 기판 보유 지지 장치에 있어서, 상기 기판이 상기 연마면에 접촉하고 있지 않은 상태에서 적어도 1개의 압력실에 압력 유체를 공급하였을 때에, 상기 탄성막의 격벽의 일부 또는 상기 탄성막의 기판 접촉면의 이면으로부터 상방으로 연장되는 연장 부재에 접촉하여 상기 탄성막의 팽창을 제한하는 스토퍼를 설치한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기판 보유 지지 장치로부터 기판을 릴리스(이탈)시킬 때에, 기판을 연마면으로부터 이격시킨 후에 적어도 1개의 압력실에 압력 유체를 공급하면, 탄성막에 하방으로의 압력이 가해져 탄성막은 팽창하지만, 이때 탄성막의 격벽의 일부 또는 탄성막의 기판 접촉면의 이면으로부터 연장되는 연장 부재가 스토퍼에 접촉한다. 그로 인해, 탄성막의 팽창량이 제한되어, 기판 릴리스 시에 기판의 변형을 억제할 수 있는 동시에 기판에 가해지는 응력을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 스토퍼는, 상기 격벽의 일부 또는 상기 연장 부재의 하방에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 기판이 상기 연마면에 접촉하고 있는 상태일 때에는, 상기 스토퍼와 상기 탄성막의 격벽의 일부 또는 상기 연장 부재 사이에는 소정의 간격이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기판이 연마면에 접촉하고 있는 상태일 때에는, 스토퍼와 탄성막의 격벽의 일부 사이 또는 스토퍼와 연장 부재 사이에는 소정의 간격이 형성되어 있으므로, 패드나 리테이너 링 등의 소모품의 두께가 변화된 경우나 연마 파라미터를 변경한 경우에, 탄성막의 격벽의 설치 위치로부터 패드까지의 거리가 변화되어도, 연마 중에 탄성막의 기판 보유 지지면을 기판에 추종시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 간격은, 0.5 내지 3.0㎜인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 격벽의 일부는, 격벽의 수평 부분인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 탄성막의 격벽은, 기판 접촉면의 이면으로부터 경사 상방으로 연장되는 경사 부분과, 경사 부분으로부터 수평 방향으로 연장되는 수평 부분과, 수평 부분으로부터 상방으로 연장되어 톱 링 본체(캐리어)에 고정되는 고정 부분으로 구성되어 있고, 기판을 릴리스시킬 때, 1개의 압력실을 가압하면, 탄성막에 하방으로의 압력이 가해지고, 격벽의 수평 부분과 수직 방향의 고정 부분의 협각(挾角)이 개방되어 수평 부분이 하방으로 경사져 격벽이 수직 방향으로 이동한다. 이때, 격벽의 수평 부분의 기울기는 스토퍼에 의해 규제되어 격벽의 수직 가동 범위는 제한되어, 탄성막의 팽창량이 제한된다. 따라서 기판 릴리스 시에 기판의 변형을 억제할 수 있는 동시에 기판에 가해지는 응력을 저감시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 스토퍼는, 상기 톱 링 본체의 하단부에 있어서 수평 방향으로 연장되는 수평 부분에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 스토퍼의 수평 부분은, 상기 격벽의 수평 부분과 대략 동등한 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 격벽의 수평 부분의 전체 길이와 대략 동등한 길이를 갖는 스토퍼를 격벽의 수평 부분의 하방에 배치하고 있으므로, 격벽의 수직 방향 가동 범위를 효과적으로 제한하여, 기판 이탈 시와 같이 탄성막의 기판 가압면측이 프리한 상태에서 탄성막이 가압된 경우의 탄성막의 팽창량을 제한한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 스토퍼의 선단 각부가 모따기되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 스토퍼의 선단 각부가 모따기되어 있으므로, 스토퍼의 선단 각부에 의한 탄성막의 데미지(손상)를 방지할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 연장 부재는 상단부에 수평 부분을 갖고, 상기 수평 부분이 상기 스토퍼와 접촉하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 탄성막의 기판 접촉면의 이면으로부터 상방으로 연장되는 부재는, 원환 형상 리브 또는 복수의 지주로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 연장 부재는, 상기 톱 링 본체를 관통하여 상방으로 연장되고, 상기 스토퍼는 상기 톱 링 본체의 상면에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 스토퍼는, 상하 이동 기구에 의해 상하 이동 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기판 연마 시에는, 스토퍼를 낮추어 두고, 스토퍼와 탄성막의 격벽 또는 연장 부재 사이의 클리어런스(0.5 내지 3.0㎜)를 유지하고 있다. 기판의 릴리스(이탈) 시에는, 상하 이동 기구를 작동시켜 스토퍼를 상승시켜, 격벽 또는 연장 부재의 수직 방향 가동 범위를 더 한정한다. 본 발명에 따르면, 기판 릴리스 시에 탄성막의 격벽의 수직 가동 범위는, 스토퍼가 고정인 경우에 비해 더 제한되어, 팽창량이 더 제한된다. 따라서 기판 릴리스 시에 기판의 변형을 억제할 수 있는 동시에 기판에 가해지는 응력을 비약적으로 저감시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 스토퍼와 상기 격벽 또는 상기 연장 부재의 적어도 한쪽에 표면 처리를 실시한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 스토퍼와 격벽 또는 연장 부재의 적어도 한쪽의 표면에 불소 코팅 등의 표면 처리를 실시하고 있다. 스토퍼와 격벽 또는 연장 부재가 부착된 경우, 기판 연마 시에 격벽에 텐션이 가해지는 등의 격벽의 수직 방향 동작이 방해되어, 그 부분의 기판 압박력이 불균일해지므로, 스토퍼와 격벽 또는 연장 부재의 적어도 한쪽에 표면 처리를 실시함으로써, 스토퍼와 격벽 또는 연장 부재의 부착을 방지하고 있다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 탄성막의 기판 접촉면의 이면에 돌기부를 형성한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 탄성막의 바닥면은 방사상의 돌기부에 의해 강성이 높아져, 기판 릴리스 시의 압력실의 팽창량을 억제할 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 적어도 1개의 압력실을 형성하는 탄성막의 부분에는, 압력 유체를 기판을 향해 분출하는 개구가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 압력실에 공급된 압력 유체는, 탄성막에 형성된 개구로부터 분출되어 기판을 하방으로 밀어 내린다. 그로 인해, 기판을 탄성막으로부터 확실하게 이탈시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 기판을 상기 탄성막으로부터 이탈시킬 때에, 상기 기판이 상기 연마면에 접촉하고 있지 않은 상태에서 상기 적어도 1개의 압력실에 압력 유체를 공급하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연마 장치는, 연마면을 가진 연마 테이블과, 청구항 1 내지 14 중 어느 한 항에 기재된 기판 보유 지지 장치와, 상기 기판을 상기 기판 보유 지지 장치와의 사이에서 전달하는 푸셔를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 탄성막(멤브레인)을 가압하여 톱 링으로부터 기판을 이탈시킬 때에 탄성막이 일정 이상 팽창하는 것을 방지하여, 기판의 변형을 억제하는 동시에 기판에 가해지는 응력을 저감시킴으로써 기판의 결함이나 기판의 파손을 방지하여, 기판의 톱 링으로부터의 릴리스(이탈)를 안전하게 행할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관한 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 모식도.
도 2는 연마 대상물인 반도체 웨이퍼를 보유 지지하여 연마 테이블 상의 연마면에 압박하는 연마 헤드를 구성하는 톱 링의 모식적인 단면도.
도 3은 톱 링과 푸셔를 도시하는 개략도로, 웨이퍼를 톱 링으로부터 푸셔로 전달하기 위해, 푸셔를 상승시킨 상태를 도시하는 도면.
도 4는 웨이퍼의 이탈을 행할 때에 리플 에어리어의 가압을 행하는 경우를 도시하는 모식도로, 도 4의 (a)는 리플 에어리어의 가압을 행하는 경우를 도시하고, 도 4의 (b)는 리플 에어리어의 가압을 행하는 동시에 아우터 에어리어를 진공 상태로 하는 경우를 도시한다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 격벽과 톱 링 본체(캐리어)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도.
도 6은 도 5에 도시하는 스토퍼를 구비한 톱 링의 압력실에 가압 유체를 공급하여 기판을 릴리스할 때의 상태를 도시하는 모식적 단면도.
도 7은 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 격벽과 톱 링 본체(캐리어)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도.
도 8은 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 격벽과 톱 링 본체(캐리어)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도.
도 9는 본 발명의 제4 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 격벽과 톱 링 본체(캐리어)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도.
도 10은 본 발명의 제5 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 격벽과 톱 링 본체(캐리어)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도.
도 11은 본 발명의 제6 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 격벽과 톱 링 본체(캐리어)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도.
도 12는 본 발명의 제7 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 격벽과 톱 링 본체(캐리어)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도.
도 13의 (a), (b)는, 본 발명의 제8 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 격벽과 톱 링 본체(캐리어)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도.
도 14는 본 발명의 제9 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 기판 접촉면의 이면을 도시하는 평면도.
도 15는 도 1에 도시하는 톱 링의 구성예를 도시하는 단면도.
도 16은 도 1에 도시하는 톱 링의 구성예를 도시하는 단면도.
도 17은 도 1에 도시하는 톱 링의 구성예를 도시하는 단면도.
도 18은 도 1에 도시하는 톱 링의 구성예를 도시하는 단면도.
도 19는 도 1에 도시하는 톱 링의 구성예를 도시하는 단면도.
도 20은 리테이너 링부의 확대도.

이하, 본 발명에 관한 연마 장치의 실시 형태에 대해 도 1 내지 도 20을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도 1 내지 도 20에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하여 중복된 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 관한 연마 장치의 전체 구성을 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는, 연마 테이블(100)과, 연마 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판을 보유 지지하여 연마 테이블 상의 연마면에 압박하는 연마 헤드를 구성하는 톱 링(1)을 구비하고 있다.

연마 테이블(100)은, 테이블 축(100a)을 통해 그 하방에 배치되는 연마 테이블 회전 모터(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 그 테이블 축(100a) 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(100)의 상면에는 연마 패드(101)가 부착되어 있고, 연마 패드(101)의 표면(101a)이 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마하는 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이블(100)의 상방에는 연마액 공급 노즐(도시하지 않음)이 설치되어 있고, 이 연마액 공급 노즐에 의해 연마 테이블(100) 상의 연마 패드(101) 상에 연마액이 공급되게 되어 있다.

톱 링(1)은, 톱 링 샤프트(111)에 접속되어 있고, 이 톱 링 샤프트(111)는, 상하 이동 기구(124)에 의해 톱 링 헤드(110)에 대해 상하 이동하게 되어 있다. 이 톱 링 샤프트(111)의 상하 이동에 의해, 톱 링 헤드(110)에 대해 톱 링(1)의 전체를 상하 이동시켜 위치 결정하게 되어 있다. 또한, 톱 링 샤프트(111)의 상단부에는 로터리 조인트(125)가 설치되어 있다.

상기 연마 패드(101)로서는 다양한 것이 있고, 예를 들어 다우 케미컬사제의 SUBA800, IC-1000, IC-1000／SUBA400(2층 크로스), 후지미 인코포레이티드사제의 Surfin xxx-5, Surfin 000 등이 있다. SUBA800, Surfin xxx-5, Surfin 000은 섬유를 우레탄 수지로 굳힌 부직포이고, IC-1000은 경질의 발포 폴리우레탄(단층)이다. 발포 폴리우레탄은, 포러스(다공질 형상)로 되어 있고, 그 표면에 다수의 미세한 오목부, 또는 구멍을 갖고 있다.

톱 링 샤프트(111) 및 톱 링(1)을 상하 이동시키는 상하 이동 기구(124)는, 베어링(126)을 통해 톱 링 샤프트(111)를 회전 가능하게 지지하는 브리지(128)와, 브리지(128)에 설치된 볼 나사(132)와, 지주(130)에 의해 지지된 지지대(129)와, 지지대(129) 상에 설치된 AC 서보 모터(138)를 구비하고 있다. 서보 모터(138)를 지지하는 지지대(129)는, 지주(130)를 통해 톱 링 헤드(110)에 고정되어 있다.

볼 나사(132)는, 서보 모터(138)에 연결된 나사 축(132a)과, 이 나사 축(132a)이 나사 결합되는 너트(132b)를 구비하고 있다. 톱 링 샤프트(111)는, 브리지(128)와 일체로 되어 상하 이동하게 되어 있다. 따라서 서보 모터(138)를 구동하면, 볼 나사(132)를 통해 브리지(128)가 상하 이동하고, 이에 의해 톱 링 샤프트(111) 및 톱 링(1)이 상하 이동한다.

또한, 톱 링 샤프트(111)는 키(도시하지 않음)를 통해 회전통(112)에 연결되어 있다. 이 회전통(112)은 그 외주부에 타이밍 풀리(113)를 구비하고 있다. 톱 링 헤드(110)에는 톱 링용 모터(114)가 고정되어 있고, 상기 타이밍 풀리(113)는, 타이밍 벨트(115)를 통해 톱 링용 모터(114)에 설치된 타이밍 풀리(116)에 접속되어 있다. 따라서 톱 링용 모터(114)를 회전 구동함으로써 타이밍 풀리(116), 타이밍 벨트(115) 및 타이밍 풀리(113)를 통해 회전통(112) 및 톱 링 샤프트(111)가 일체로 회전하고, 톱 링(1)이 회전한다. 또한, 톱 링 헤드(110)는, 프레임(도시하지 않음)에 회전 가능하게 지지된 톱 링 헤드 샤프트(117)에 의해 지지되어 있다.

도 1에 도시한 바와 같이 구성된 연마 장치에 있어서, 톱 링(1)은, 그 하면에 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 보유 지지할 수 있게 되어 있다. 톱 링 헤드(110)는 톱 링 샤프트(117)를 중심으로 하여 선회 가능하게 구성되어 있고, 하면에 기판(W)을 보유 지지한 톱 링(1)은, 톱 링 헤드(110)의 선회에 의해 기판(W)의 수취 위치로부터 연마 테이블(100)의 상방으로 이동된다. 그리고 톱 링(1)을 하강시켜 기판(W)을 연마 패드(101)의 표면(연마면)(101a)에 압박한다. 이때, 톱 링(1) 및 연마 테이블(100)을 각각 회전시키고, 연마 테이블(100)의 상방에 설치된 연마액 공급 노즐(102)로부터 연마 패드(101) 상에 연마액을 공급한다. 이와 같이, 기판(W)을 연마 패드(101)의 연마면(101a)에 미끄럼 접촉시켜 기판(W)의 표면을 연마한다.

다음에, 본 발명의 연마 장치에 있어서의 톱 링에 대해 설명한다. 도 2는 연마 대상물인 반도체 웨이퍼를 보유 지지하여 연마 테이블 상의 연마면에 압박하는 기판 보유 지지 장치를 구성하는 톱 링(1)의 모식적인 단면도이다. 도 2에 있어서는, 톱 링(1)을 구성하는 주요 구성 요소만을 도시하고 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 톱 링(1)은, 기판(W)을 연마면(101a)에 대해 압박하는 톱 링 본체(캐리어라고도 칭함)(2)와, 연마면(101a)을 직접 압박하는 리테이너 링(3)으로 기본적으로 구성되어 있다. 톱 링 본체(캐리어)(2)는 개략 원반 형상의 부재로 이루어지고, 리테이너 링(3)은 톱 링 본체(2)의 외주부에 설치되어 있다. 톱 링 본체(2)는, 엔지니어링 플라스틱(예를 들어, PEEK) 등의 수지에 의해 형성되어 있다. 톱 링 본체(2)의 하면에는, 기판의 이면에 접촉하는 탄성막(멤브레인)(4)이 설치되어 있다. 탄성막(멤브레인)(4)은, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해 형성되어 있다.

상기 탄성막(멤브레인)(4)은 동심 형상의 복수의 격벽(4a)을 갖고, 이들 격벽(4a)에 의해, 탄성막(4)의 상면과 톱 링 본체(2)의 하면 사이에 원형 형상의 센터실(5), 환형상의 리플실(6), 환형상의 아우터실(7), 환형상의 엣지실(8)로 이루어지는 복수의 압력실이 형성되어 있다. 즉, 톱 링 본체(2)의 중심부에 센터실(5)이 형성되고, 중심으로부터 외주 방향을 향하여, 순차, 동심 형상으로, 리플실(6), 아우터실(7), 엣지실(8)이 형성되어 있다. 톱 링 본체(2) 내에는, 센터실(5)에 연통하는 유로(11), 리플실(6)에 연통하는 유로(12), 아우터실(7)에 연통하는 유로(13), 엣지실(8)에 연통하는 유로(14)가 각각 형성되어 있다. 그리고 센터실(5)에 연통하는 유로(11), 아우터실(7)에 연통하는 유로(13), 엣지실(8)에 연통하는 유로(14)는, 로터리 조인트(25)를 통해 유로(21, 23, 24)에 각각 접속되어 있다. 그리고 유로(21, 23, 24)는, 각각 밸브(V1-1, V3-1, V4-1) 및 압력 레귤레이터(R1, R3, R4)를 통해 압력 조정부(30)에 접속되어 있다. 또한, 유로(21, 23, 24)는, 각각 밸브(V1-2, V3-2, V4-2)를 통해 진공원(31)에 접속되는 동시에, 밸브(V1-3, V3-3, V4-3)를 통해 대기에 연통 가능하게 되어 있다.

한편, 리플실(6)에 연통하는 유로(12)는, 로터리 조인트(25)를 통해 유로(22)에 접속되어 있다. 그리고 유로(22)는, 기수 분리조(35), 밸브(V2-1) 및 압력 레귤레이터(R2)를 통해 압력 조정부(30)에 접속되어 있다. 또한, 유로(22)는, 기수 분리조(35) 및 밸브(V2-2)를 통해 진공원(131)에 접속되는 동시에, 밸브(V2-3)를 통해 대기에 연통 가능하게 되어 있다.

또한, 리테이너 링(3)의 바로 위에도 탄성막으로 이루어지는 리테이너 링 가압실(9)이 형성되어 있고, 리테이너 링 가압실(9)은, 톱 링 본체(캐리어)(2) 내에 형성된 유로(15) 및 로터리 조인트(25)를 통해 유로(26)에 접속되어 있다. 그리고 유로(26)는, 밸브(V5-1) 및 압력 레귤레이터(R5)를 통해 압력 조정부(30)에 접속되어 있다. 또한, 유로(26)는, 밸브(V5-2)를 통해 진공원(31)에 접속되는 동시에, 밸브(V5-3)를 통해 대기에 연통 가능하게 되어 있다. 압력 레귤레이터(R1, R2, R3, R4, R5)는, 각각 압력 조정부(30)로부터 센터실(5), 리플실(6), 아우터실(7), 엣지실(8) 및 리테이너 링 가압실(9)에 공급하는 압력 유체 압력을 조정하는 압력 조정 기능을 갖고 있다. 압력 레귤레이터(R1, R2, R3, R4, R5) 및 각 밸브(V1-1 내지 V1-3, V2-1 내지 V2-3, V3-1 내지 V3-3, V4-1 내지 V4-3, V5-1 내지 V5-3)는, 제어부(도시하지 않음)에 접속되어 있어, 그들의 작동이 제어되게 되어 있다. 또한, 유로(21, 22, 23, 24, 26)에는 각각 압력 센서(P1, P2, P3, P4, P5) 및 유량 센서(F1, F2, F3, F4, F5)가 설치되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이 구성된 톱 링(1)에 있어서는, 상술한 바와 같이, 톱 링 본체(2)의 중심부에 센터실(5)이 형성되고, 중심으로부터 외주 방향을 향하여, 순차, 동심 형상으로, 리플실(6), 아우터실(7), 엣지실(8)이 형성되고, 이들 센터실(5), 리플실(6), 아우터실(7), 엣지실(8) 및 리테이너 링 가압실(9)로 이루어지는 복수의 압력실에 공급하는 유체의 압력을 압력 조정부(30) 및 압력 레귤레이터(R1, R2, R3, R4, R5)에 의해 각각 독립으로 조정할 수 있다. 센터실(5)의 영역의 멤브레인(4)은 기판(W) 중앙부를 연마 패드(101)에 압박하고, 리플실(6)의 영역의 멤브레인(4)은 기판(W) 중간부를 연마 패드(101)에 압박하고, 아우터실(7)의 영역의 멤브레인(4)은 기판(W) 외주부를 연마 패드(101)에 압박하게 되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 기판(W)을 연마 패드(101)에 압박하는 압박력을 기판의 영역마다 조정할 수 있고, 또한 리테이너 링(3)이 연마 패드(101)를 압박하는 압박력을 조정할 수 있다.

다음에, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 구성된 연마 장치에 의한 일련의 연마 처리 공정에 대해 설명한다.

톱 링(1)은 기판 전달부로부터 기판(W)을 수취하고 진공 흡착에 의해 보유 지지한다. 탄성막(멤브레인)(4)에는 기판(W)을 진공 흡착하기 위한 복수의 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 이들 구멍은 진공원에 연통되어 있다. 기판(W)을 진공 흡착에 의해 보유 지지한 톱 링(1)은, 미리 설정한 톱 링의 연마 시 설정 위치까지 하강한다. 이 연마 시 설정 위치에서는, 리테이너 링(3)은 연마 패드(101)의 표면(연마면)(101a)에 접지하고 있지만, 연마 전에는, 톱 링(1)에서 기판(W)을 흡착 보유 지지하고 있으므로, 기판(W)의 하면(피연마면)과 연마 패드(101)의 표면(연마면)(101a) 사이에는, 근소한 간극(예를 들어, 약 1㎜)이 있다. 이때, 연마 테이블(100) 및 톱 링(1)은, 모두 구동되어 있다. 이 상태에서, 각 압력실에 압력 유체를 공급하여 기판의 이면측에 있는 탄성막(멤브레인)(4)을 팽창시키고, 기판의 하면(피연마면)을 연마 패드(101)의 표면(연마면)에 접촉시키고, 연마 테이블(100)과 톱 링(1)을 상대 운동시킴으로써, 기판의 연마를 개시한다. 그리고 각 압력실(5, 6, 7, 8, 9)에 공급하는 유체의 압력을 조정함으로써, 기판(W)을 연마 패드(101)에 압박하는 압박력을 기판의 영역마다 조정하고, 또한 리테이너 링(3)이 연마 패드(101)를 압박하는 압박력을 조정하고, 기판의 표면이 소정의 상태(예를 들어, 소정의 막 두께)로 될 때까지 연마한다.

연마 패드(101) 상에서의 웨이퍼 처리 공정의 종료 후, 기판(W)을 톱 링(1)에 흡착하고, 톱 링(1)을 상승시키고, 기판 전달부(푸셔)로 이동시켜, 기판(W)의 이탈을 행한다.

도 3은 톱 링(1)과 푸셔(150)를 도시하는 개략도로, 기판을 톱 링(1)으로부터 푸셔(150)로 전달하기 위해, 푸셔를 상승시킨 상태를 도시하는 도면이다. 도 3에 도시한 바와 같이, 푸셔(150)는, 톱 링(1)과의 사이에서 센터링을 행하기 위해 리테이너 링(3)의 외주면과 끼워 맞춤 가능한 톱 링 가이드(151)와, 톱 링(1)과 푸셔(150) 사이에서 기판을 전달할 때에 기판을 지지하기 위한 푸셔 스테이지(152)와, 푸셔 스테이지(152)를 상하 이동시키기 위한 에어 실린더(도시하지 않음)와, 푸셔 스테이지(152)와 톱 링 가이드(151)를 상하 이동시키기 위한 에어 실린더(도시하지 않음)를 구비하고 있다.

기판(W)을 톱 링(1)으로부터 푸셔(150)로 전달할 때에는, 톱 링(1)이 푸셔(150)의 상방으로 이동한 후, 푸셔(150)의 푸셔 스테이지(152)와 톱 링 가이드(151)가 상승하고, 톱 링 가이드(151)가 리테이너 링(3)의 외주면과 끼워 맞추어 톱 링(1)과 푸셔(150)의 센터링을 행한다. 이때, 톱 링 가이드(151)는, 리테이너 링(3)을 밀어 올리지만, 동시에 리테이너 링 가압실(9)을 진공으로 함으로써, 리테이너 링(3)의 상승을 빠르게 행하도록 하고 있다. 그리고 푸셔의 상승 완료 시, 리테이너 링(3)의 바닥면은, 톱 링 가이드(151)의 상면에 압박되어 멤브레인(4)의 하면보다도 상방으로 밀어 올려져 있으므로, 기판과 멤브레인 사이가 노출된 상태로 되어 있다. 도 3에 도시하는 예에 있어서는, 리테이너 링 바닥면은 멤브레인 하면보다도 1㎜ 상방에 위치하고 있다. 그 후, 톱 링(1)에 의한 기판(W)의 진공 흡착을 멈추고, 기판 릴리스 동작을 행한다. 또한, 푸셔가 상승하는 대신에 톱 링이 하강함으로써 원하는 위치 관계로 이동해도 된다.

푸셔(150)는, 톱 링 가이드(151) 내에 형성되어 유체를 분사하기 위한 릴리스 노즐(153)을 구비하고 있다. 릴리스 노즐(153)은, 톱 링 가이드(151)의 원주 방향으로 소정 간격을 두고 복수개 설치되어 있고, 가압 질소와 순수의 혼합 유체를 톱 링 가이드(151)의 반경 방향 내측으로 분출하게 되어 있다. 이에 의해, 기판(W)과 멤브레인(4) 사이에, 가압 질소와 순수의 혼합 유체로 이루어지는 릴리스 샤워를 분사하고, 멤브레인으로부터 기판을 이탈시키는 기판 릴리스를 행할 수 있다. 릴리스 노즐(153)로부터는, 가압 질소와 순수의 혼합 유체를 분출하지만, 가압 기체만이나 가압 액체만을 분출하도록 해도 되고, 다른 조합의 가압 유체를 분출하도록 해도 된다. 릴리스 샤워의 분사만으로는, 멤브레인과 기판 이면의 밀착력이 강하여, 기판이 멤브레인으로부터 떨어지기 어려운 경우가 있으므로, 1개의 압력실, 예를 들어 리플실(6)을 0.1㎫ 이하의 낮은 압력으로 가압하여, 기판의 이탈을 행한다.

도 4의 (a)는, 기판의 이탈을 행할 때에 압력실의 가압을 행하는 경우를 도시하는 모식도이다. 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 압력실, 예를 들어 리플실(6)의 가압을 행하면, 기판(W)이 멤브레인(4)에 밀착한 상태에서 멤브레인(4)이 계속 크게 팽창되어 버린다. 그로 인해, 기판에 가해지는 응력이 커져, 기판 상에 형성된 미세한 배선이 파단되거나, 최악의 경우에는 기판이 파손되어 버리는 경우도 있다.

따라서 특허문헌 3에 있어서는, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 압력실[리플실(6)]의 가압을 행하는 경우에는 기판(W)이 멤브레인(4)에 밀착한 상태에서 멤브레인이 계속해서 팽창하는 것을 방지하기 위해, 리플실 이외의 에어리어, 도 4의 (b)에 도시하는 예에서는 아우터실(7)을 진공 상태로 하여 멤브레인(4)의 팽창을 억제하도록 하고 있다. 그러나 도 4의 (b)에 도시하는 방법에서는, 압력실이 진공 상태로 될 때까지 시간이 들어 응답성이 나쁘고, 기판의 릴리스(이탈)에 시간이 든다고 하는 문제가 있다. 또한, 압력실을 진공 상태로 하면, 기판의 일부가 끌어 당겨져 기판의 변형량이 커진다고 하는 문제도 있다.

본 발명은, 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)에 도시한 바와 같은 기판의 릴리스(이탈)를 행할 때의 문제점을 해결하기 위해, 이하의 구성을 채용하는 것이다.

(1) 기판(W)을 톱 링(1)으로부터 이탈(릴리스)시킬 때에 복수의 압력실 중 적어도 1개의 압력실을 가압 상태로 한다.

(2) 가압 상태로 되는 압력실을 구획하는 멤브레인(4)의 격벽(4a)의 수평 부분 또는 경사진 부분의 하방에, 격벽(4a)의 가동 범위를 제한하는 스토퍼를 설치하여, 가압 시의 멤브레인의 팽창을 억제한다.

다음에, 멤브레인(4)의 격벽의 가동 범위를 제한하기 위해 톱 링 본체(캐리어)(2)의 일부에 설치된 스토퍼의 구체적 구성에 대해 도 5 내지 도 14를 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제1 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인(4)의 격벽(4a)과 톱 링 본체(캐리어)(2)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 멤브레인(4)은, 인접하는 2개의 압력실을 구획하는 격벽(4a)을 구비하고 있다. 도 5에 도시하는 예에 있어서는, 1개의 압력실, 예를 들어 리플실(6)을 형성하는 좌우의 격벽(4a, 4a)이 도시되어 있고, 격벽(4a, 4a)은 좌우 대칭으로 형성되어 있다. 즉, 격벽(4a, 4a)은 가압 유체의 유로(12)를 중심으로 하여 선 대칭으로 되어 있다. 멤브레인(4)에는 유로(12)에 면하여 개구(4H)가 형성되어 있다. 각 격벽(4a)은 종방향(수직 방향)의 신장 용이성을 배려한 절곡부를 갖고 있다. 즉, 멤브레인(4)의 격벽(4a)은, 기판 접촉면의 이면으로부터 경사 상방으로 연장되는 경사부(4as)와, 경사부(4as)로부터 수평 방향으로 연장되는 수평부(4ah)와, 수평부(4ah)로부터 상방으로 연장되어 톱 링 본체(캐리어)(2)에 고정되는 고정부(4af)로 구성되어 있다.

한편, 톱 링 본체(캐리어)(2)는, 하단부에 멤브레인(4)의 격벽(4a, 4a)을 수용하는 2개의 캐비티(공동)(2C, 2C)를 갖는 동시에 이들 캐비티(2C, 2C)의 측벽으로부터 수평 방향으로 연장되어 격벽(4a)의 수평부(4ah)의 전체 길이 L1과 대략 동등한 길이 L2를 갖는 2개의 스토퍼(2S, 2S)를 갖고 있다. 스토퍼(2S, 2S)는, 가압 유체의 유로(12)를 중심으로 하여 선 대칭으로 되어 있다. 각 스토퍼(2S)는 격벽(4a)의 수평부(4ah)의 하방에 위치하고 있다.

본 발명에서는, 멤브레인(4)의 격벽(4a)과 스토퍼(2S)를 이하와 같이 구성하고 있다.

1) 격벽(4a)의 수평부(4ah)의 전체 길이 L1과 대략 동등한 길이의 L2를 갖는 스토퍼(2S)를 격벽(4a)의 수평부(4ah)의 하방에 배치하고 있다. 이에 의해, 격벽(4a)의 수직 방향 가동 범위를 효과적으로 제한하여, 기판 이탈 시와 같이 멤브레인(4)에 보유 지지되어 있는 기판이 연마면에 접촉하고 있지 않은 상태이며 멤브레인(4)의 기판 가압면측이 프리한 상태에서 멤브레인(4)이 가압된 경우의 멤브레인(4)의 팽창량을 제한한다.

2) 격벽(4a)의 수평부(4ah)와 스토퍼(2S) 사이에, 0.5 내지 3.0㎜의 클리어런스(간격)를 형성하고 있다. 이 클리어런스에 의해, 패드나 리테이너 링 등의 소모품의 두께가 변화된 경우나 연마 파라미터를 변경한 경우에 멤브레인 격벽의 설치 위치로부터 패드까지의 거리가 변화되어도, 연마 중에 격벽(4a)이 기판(W)에 추종하도록 하고 있다.

3) 스토퍼(2S)의 선단 각부(te)에 반경 1.0㎜(R1.0) 이상의 모따기를 하고 있다. 이에 의해, 스토퍼(2S)의 선단 각부(te)에 의한 멤브레인(4)의 데미지(손상)를 방지한다.

4) 스토퍼(2S) 및 격벽(4a)의 적어도 한쪽의 표면에 불소 코팅 등의 표면 처리를 실시하고 있다. 스토퍼(2S)와 멤브레인 격벽(4a)이 부착된 경우, 기판 연마 시에 격벽(4a)에 텐션이 가해지는 등의 격벽(4a)의 수직 방향 동작이 방해되어, 그 부분의 기판 압박력이 불균일해지므로, 스토퍼(2S) 및 격벽(4a)의 적어도 한쪽에 표면 처리를 실시함으로써, 스토퍼(2S)와 격벽(4a)의 부착을 방지하고 있다.

도 6은 도 5에 도시하는 스토퍼(2S)를 구비한 톱 링(1)의 압력실에 압력 유체를 공급하여 기판(W)을 릴리스시킬 때의 상태를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 1개의 압력실, 예를 들어 리플실(6)을 가압하면, 멤브레인(4)에 하방으로의 압력이 가해지고, 격벽(4a)의 수평부(4ah)와 수직 방향의 고정부(4af)의 협각이 개방되어 수평부(4ah)가 하방으로 경사져 격벽(4a)이 수직 방향으로 이동한다. 이때, 수평부(4ah)의 기울기는 스토퍼(2S)에 의해 규제되어 격벽(4a)의 수직 가동 범위는 제한되어, 멤브레인(4)의 팽창량이 제한된다. 따라서 기판 릴리스 시에 기판(W)에 가해지는 응력을 비약적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 기판 릴리스 시에, 다른 압력실을 진공 상태로 할 필요가 없으므로, 기판의 릴리스를 단시간에 행할 수 있다. 또한, 압력실[리플실(6)]에 공급된 압력 유체는, 멤브레인(4)의 개구(4H)로부터 분출되어 기판(W)을 하방으로 압박하여, 기판(W)이 멤브레인(4)으로부터 이탈한다.

도 7은 본 발명의 제2 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인(4)의 격벽(4a)과 톱 링 본체(캐리어)(2)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 7에 도시하는 예에 있어서는, 멤브레인(4)의 좌우의 격벽(4a, 4a)은 동일 방향으로 경사진 경사부(4as, 4as)와 동일 방향으로 연장되는 수평부(4ah, 4ah)를 구비하고 있다. 따라서 톱 링 본체(캐리어)(2)에 있어서는, 2개의 캐비티(2C, 2C) 및 2개의 스토퍼(2S, 2S)는 동일 방향으로 연장되어 있다. 본 실시 형태에 있어서의 멤브레인(4)의 격벽(4a)과 스토퍼(2S)가 상기 1) 내지 4)의 구성을 갖고 있는 것은, 도 5에 도시하는 실시 형태와 마찬가지이다.

도 8은 본 발명의 제3 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인(4)에 형성된 원환 형상 리브와 톱 링 본체(캐리어)(2)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 8에 도시하는 예에 있어서는, 멤브레인(4)의 기판 접촉면의 이면으로부터 상방으로 연장되는 원환 형상 리브(4r)를 구비하고 있다. 멤브레인(4)의 격벽(4a)이 경사부(4as), 수평부(4ah) 및 고정부(4af)로 구성되어 있는 것은, 도 5에 도시하는 실시 형태와 마찬가지이다.

한편, 톱 링 본체(2)는, 하단부에 멤브레인(4)의 격벽(4a, 4a) 및 원환 형상 리브(4r, 4r)를 수용하는 2개의 캐비티(2C, 2C)를 갖고 있다. 또한, 톱 링 본체(2)는 캐비티(2C, 2C)의 측벽으로부터 연장되는 2개의 스토퍼(2S, 2S)를 갖고 있다. 도 8에 도시하는 실시 형태에 있어서는, 기판의 릴리스 시에, 1개의 압력실, 예를 들어 리플실(6)을 가압하면 멤브레인(4)에 하방의 압력이 가해지고, 수평부(4ah)가 하방으로 경사져 격벽(4a)이 수직 방향으로 이동한다. 이때, 원환 형상 리브(4r)는 하방으로 이동하지만, 소정 거리만큼 이동하면 스토퍼(2S)에 접촉하여 격벽(4a)의 수직 가동 범위는 제한되어, 멤브레인(4)의 팽창량이 제한된다. 원환 형상 리브(4r)는, 멤브레인(4)의 기판 접촉면의 이면으로부터 연장되는 연장 부재를 구성하고 있다. 원환 형상 리브(4r)와 스토퍼(2S) 사이의 클리어런스는, 0.5 내지 3.0㎜로 설정되어 있어, 기판 연마 중의 멤브레인 격벽의 수직 방향 동작을 방해하지 않도록 하고 있다. 스토퍼(2S) 및 원환 형상 리브(4r)의 적어도 한쪽의 표면에 불소 코팅 등의 표면 처리를 실시함으로써, 스토퍼(2S)와 원환 형상 리브(4r)의 부착을 방지하고 있다.

도 9는 본 발명의 제4 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인(4)에 형성된 지주와 톱 링 본체(캐리어)(2)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 9에 도시하는 예에 있어서는, 멤브레인(4)의 기판 접촉면의 이면으로부터 상방으로 연장되는 3개 이상의 지주(4p)를 구비하고 있다. 이들 3개 이상의 지주(4p)는, 원주 방향으로 간격을 두고 배치되어 있다. 또한, 지주(4p)는 압력실의 대략 중앙부, 즉 2개의 격벽(4a, 4a)의 대략 중간 위치에서 상방으로 연장되어 있다. 지주(4p)의 상단부는 수평 방향으로 절곡되어 있고, 절곡부(4ps)가 톱 링 본체(캐리어)(2)의 하단부에 형성된 스토퍼(2S)에 접촉 가능하게 되어 있다. 지주(4p)는, 멤브레인(4)의 기판 접촉면의 이면으로부터 연장되는 연장 부재를 구성하고 있다. 절곡부(4ps)와 스토퍼(2S) 사이의 클리어런스는, 도 8에 도시하는 실시 형태와 마찬가지로 0.5 내지 3.0㎜로 설정되어 있다. 표면 처리 등의 그 외의 구성은, 도 8에 도시하는 실시 형태와 마찬가지이다. 도 9에 도시하는 실시 형태에 따르면, 압력실의 대략 중앙부에서 멤브레인(4)의 하방으로의 팽창이 제한된다.

도 10은 본 발명의 제5 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인(4)에 형성된 원환 형상 리브 및 지주와 톱 링 본체(캐리어)(2)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 10에 도시하는 예에 있어서는, 도 8에 도시하는 원환 형상 리브(4r)와 도 9에 도시하는 지주(4p)의 양쪽을 구비하고 있다. 즉, 멤브레인(4)의 기판 접촉면의 이면으로부터 상방으로 연장되는 원환 형상 리브(4r)를 구비하는 동시에 멤브레인(4)의 기판 접촉면의 이면으로부터 상방으로 연장되는 3개 이상의 지주(4p)를 구비하고 있다. 톱 링 본체(캐리어)(2)에는 원환 형상 리브(4r)에 접촉 가능한 스토퍼(2S-1)와 지주(4p)의 절곡부(4ps)에 접촉 가능한 스토퍼(2S-2)가 형성되어 있다. 도 10에 있어서는, 원환 형상 리브(4r)에 접촉 가능한 스토퍼와 지주(4p)의 절곡부(4ps)에 접촉 가능한 스토퍼를 첨자 1, 2를 부여하여 엄격히 구별하고 있다. 원환 형상 리브(4r)와 스토퍼(2S-1) 사이의 클리어런스 및 지주(4p)의 절곡부(4ps)와 스토퍼(2S-2) 사이의 클리어런스는, 모두 0.5 내지 3.0㎜로 설정되어 있다. 도 10에 도시하는 실시 형태에 따르면, 압력실의 격벽(4a)에 가까운 위치에서 원환 형상 리브(4r)와 스토퍼(2S-1)에 의해 격벽(4a)의 수직 방향 가동 범위가 제한되고, 압력실의 대략 중앙부에서 지주(4p)와 스토퍼(2S-2)에 의해 멤브레인(4)의 하방으로의 팽창이 제한된다. 따라서 기판 릴리스 시에, 멤브레인(4)의 팽창을 많은 위치에서 제한할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제6 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인(4)의 격벽(4a) 및 멤브레인(4)에 형성된 지주와 톱 링 본체(캐리어)(2)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 11에 도시하는 예에 있어서는, 도 5에 도시하는 격벽(4a)의 수평부(4ah)에 접촉 가능한 스토퍼(2S-1)와, 도 9에 도시하는 지주(4p)의 절곡부(4ps)에 접촉 가능한 스토퍼(2S-2)의 양쪽을 구비하고 있다. 도 11에 있어서는, 격벽(4a)의 수평부(4ah)에 접촉 가능한 스토퍼와 지주(4p)의 절곡부(4ps)에 접촉 가능한 스토퍼를 첨자 1, 2를 부여하여 엄격히 구별하고 있다. 즉, 격벽(4a)의 수평부(4ah)의 기울기는 스토퍼(2S-1)에 의해 규제되어 격벽(4a)의 수직 가동 범위는 제한되어, 멤브레인(4)의 팽창량이 제한된다. 또한, 지주(4p)와 스토퍼(2S-2)에 의해 압력실의 대략 중앙부에서 멤브레인(4)의 하방으로의 팽창이 제한된다.

도 12는 본 발명의 제7 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인(4)의 격벽(4a) 및 멤브레인(4)에 형성된 지주와 톱 링 본체(캐리어)(2)의 일부에 형성된 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 12에 도시하는 예에 있어서는, 도 7에 도시하는 격벽(4a)의 수평부(4ah)에 접촉 가능한 스토퍼(2S-1)에 추가하여, 멤브레인(4)의 기판 접촉면의 이면으로부터 캐리어를 관통하여 상방으로 연장되는 복수의 지주(4p)를 설치하는 동시에, 지주(4p)의 상단부의 절곡부(4ps)에 접촉 가능한 스토퍼(2S-2)를 설치하고 있다. 도 12에 있어서는, 격벽(4a)의 수평부(4ah)에 접촉 가능한 스토퍼와 지주(4p)의 절곡부(4ps)에 접촉 가능한 스토퍼를 첨자 1, 2를 부여하여 엄격히 구별하고 있다. 본 실시 형태에서는, 스토퍼(2S-2)는 톱 링 본체(캐리어)(2)의 상단부에 의해 구성되어 있다. 복수의 지주(4p)는, 격벽(4a)의 기부[격벽(4a)의 근원 부분]의 위치 및 압력실의 대략 중앙부[2개의 격벽(4a, 4a)의 대략 중간 위치]로부터 연장되어 있다. 톱 링 본체(2)에는, 지주(4p)의 상부 및 절곡부(4ps)를 둘러싸도록 용기 형상의 커버부(2CV)를 설치하고 있어, 압력실의 기밀을 유지하도록 하고 있다. 본 실시 형태에 따르면, 격벽(4a)의 수평부(4ah)의 기울기는 스토퍼(2S-1)에 의해 규제되어 격벽(4a)의 수직 가동 범위는 제한되어, 멤브레인(4)의 팽창량이 제한된다. 또한, 지주(4p)와 스토퍼(2S-2)에 의해, 격벽(4a)의 기부의 위치 및 압력실 대략 중앙부에서 멤브레인(4)의 하방으로의 팽창이 제한된다. 따라서 기판 릴리스 시에, 멤브레인(4)의 팽창량을 많은 위치에서 제한할 수 있다.

도 13의 (a), (b)는, 본 발명의 제8 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인(4)의 격벽(4a)과 톱 링 본체(캐리어)(2)에 설치된 가동 스토퍼의 관계를 도시하는 모식적 단면도이다. 도 13의 (a), (b)에 도시하는 예에 있어서는, 격벽(4a)의 수평부(4ah)에 접촉 가능한 스토퍼(2S)를 액추에이터 등의 상하 이동 기구(도시하지 않음)에 의해 상하 이동 가능하게 하고 있다. 즉, 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 스토퍼(2S)는, 톱 링 본체(2)에 끼워 맞추어져 안내되는 가이드부(2g)를 구비하고 있다. 기판 연마 시에는, 도 13의 (a)에 도시한 바와 같이, 스토퍼(2S)를 낮추어 두고, 격벽(4a)의 수평부(4ah)와의 사이의 클리어런스(0.5 내지 3.0㎜)를 유지하고 있다. 기판의 릴리스(이탈) 시에는, 도 13의 (b)에 도시한 바와 같이, 상하 이동 기구를 작동시켜 스토퍼(2S)를 상승시켜, 격벽(4a)의 수평부(4ah)의 수직 방향 가동 범위를 더 한정한다. 본 실시 형태에 따르면, 기판 릴리스 시에 멤브레인(4)의 격벽(4a)의 수직 가동 범위는, 도 5에 비해 더 제한되어, 팽창량이 더 제한된다. 따라서 기판 릴리스 시에 기판(W)에 가해지는 응력을 비약적으로 저감시킬 수 있다.

도 14는 본 발명의 제9 실시 형태를 도시하는 도면으로, 멤브레인의 기판 접촉면의 이면을 도시하는 평면도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 멤브레인(4)의 기판 접촉면의 이면에는, 멤브레인(4)의 중심 O으로부터 r1만큼 이격한 위치로부터 r2의 위치까지 방사상으로 연장되는 다수의 돌기부(4t)가 형성되어 있다. 이 돌기부(4t)가 형성되어 있는 위치는, 압력실의 1개, 예를 들어 리플실(6)에 대응하고 있다. 멤브레인(4)의 바닥면은 방사상의 돌기부(4t)에 의해 강성이 높아지고, 기판의 릴리스 시의 압력실의 팽창량을 억제할 수 있다.

다음에, 본 발명에 있어서 바람직하게 사용할 수 있는 톱 링(1)의 구체적인 구조에 대해 보다 상세하게 설명한다. 도 15 내지 도 19는, 톱 링(1)을 도시하는 도면으로, 복수의 반경 방향을 따라 절단한 단면도이다.

도 15 내지 도 19에 도시하는 톱 링(1)은, 도 2에 도시하는 톱 링(1)을 더욱 상세하게 도시한 것이다. 도 15 내지 도 19에 도시한 바와 같이, 톱 링(1)은, 반도체 기판(W)을 연마면(101a)에 대해 압박하는 톱 링 본체(2)와, 연마면(101a)을 직접 압박하는 리테이너 링(3)으로 기본적으로 구성되어 있다. 톱 링 본체(2)는, 원반 형상의 상부 부재(300)와, 상부 부재(300)의 하면에 설치된 중간 부재(304)와, 중간 부재(304)의 하면에 설치된 하부 부재(306)를 구비하고 있다. 리테이너 링(3)은, 톱 링 본체(2) 상부 부재(300)의 외주부에 설치되어 있다. 상부 부재(300)는, 도 16에 도시한 바와 같이, 볼트(308)에 의해 톱 링 샤프트(111)에 연결되어 있다. 또한, 중간 부재(304)는, 볼트(309)를 통해 상부 부재(300)에 고정되어 있고, 하부 부재(306)는 볼트(310)를 통해 상부 부재(300)에 고정되어 있다. 상부 부재(300), 중간 부재(304) 및 하부 부재(306)로 구성되는 톱 링 본체(2)는, 엔지니어링 플라스틱(예를 들어, PEEK) 등의 수지에 의해 형성되어 있다. 또한, 상부 부재(300)를 SUS, 알루미늄 등의 금속으로 형성해도 된다.

도 15에 도시한 바와 같이, 하부 부재(306)의 하면에는, 반도체 기판의 이면에 접촉하는 멤브레인(탄성막)(4)이 설치되어 있다. 이 멤브레인(4)은, 외주측에 배치된 환형상의 엣지 홀더(316)와, 엣지 홀더(316)의 내측에 배치된 환형상의 리플 홀더(318, 319)에 의해 하부 부재(306)의 하면에 설치되어 있다. 멤브레인(4)은, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해 형성되어 있다.

엣지 홀더(316)는 리플 홀더(318)에 의해 보유 지지되고, 리플 홀더(318)는 복수의 스토퍼(320)에 의해 하부 부재(306)의 하면에 설치되어 있다. 리플 홀더(319)는, 도 16에 도시한 바와 같이, 복수의 스토퍼(322)에 의해 하부 부재(306)의 하면에 설치되어 있다. 스토퍼(320) 및 스토퍼(322)는 톱 링(1)의 원주 방향으로 균등하게 설치되어 있다.

도 15에 도시한 바와 같이, 멤브레인(4)의 중앙부에는 센터실(5)이 형성되어 있다. 리플 홀더(319)에는, 이 센터실(5)에 연통하는 유로(324)가 형성되어 있고, 하부 부재(306)에는, 이 유로(324)에 연통하는 유로(325)가 형성되어 있다. 리플 홀더(319)의 유로(324) 및 하부 부재(306)의 유로(325)는, 도시하지 않은 유체 공급원에 접속되어 있고, 가압된 유체가 유로(325) 및 유로(324)를 통과하여 센터실(5)에 공급되게 되어 있다.

리플 홀더(318)는, 멤브레인(4)의 리플(314b)을 갈고리부(318b)에 의해 하부 부재(306)의 하면에 압박하게 되어 있고, 리플 홀더(319)는, 멤브레인(4)의 리플(314a)을 갈고리부(319a)에 의해 하부 부재(306)의 하면에 압박하게 되어 있다. 멤브레인(4)의 엣지(314c)는 갈고리부(318c)에 의해 엣지 홀더(316)에 압박되어 있다.

도 17에 도시한 바와 같이, 멤브레인(4)의 리플(314a)과 리플(314b) 사이에는 환형상의 리플실(6)이 형성되어 있다. 톱 링 본체(2) 하부 부재(306)에는 리플실(6)에 연통하는 유로(12)가 형성되어 있다. 또한, 도 15에 도시한 바와 같이, 중간 부재(304)에는, 하부 부재(306)의 유로(12)에 연통하는 유로(344)가 형성되어 있다. 하부 부재(306)의 유로(12)와 중간 부재(304)의 유로(344)의 접속 부분에는, 환형상 홈(347)이 형성되어 있다. 이 하부 부재(306)의 유로(12)는, 환형상 홈(347) 및 중간 부재(304)의 유로(344)를 통해 도시하지 않은 유체 공급원에 접속되어 있고, 가압된 유체가 이들 유로를 통과하여 리플실(6)에 공급되게 되어 있다. 멤브레인(4)에는, 유로(12)에 면하여 개구(4H)가 형성되어 있다. 또한, 이 유로(12)는, 진공원에도 전환 가능하게 접속되어 있고, 진공원에 의해 멤브레인(4)의 하면에 기판을 흡착할 수 있게 되어 있다.

도 17에 도시한 바와 같이, 리플(314a, 314b)과 멤브레인(4)의 기판 접촉면의 이면을 접속하는 좌우의 격벽(4a, 4a)은, 기판 접촉면의 이면으로부터 경사 상방으로 연장되는 경사부(4as, 4as)와 경사부(4as, 4as)로부터 수평 방향으로 연장되는 수평부(4ah, 4ah)를 구비하고 있다. 한편, 톱 링 본체(2)의 하부 부재(306)는, 하단부에 좌우의 격벽(4a, 4a)을 수용하는 캐비티(공동)(2C, 2C)를 갖고 있다. 그리고 이들 캐비티(2C, 2C)의 개소에는, 격벽(4a, 4a)의 수평부(4ah, 4ah)의 전체 길이와 대략 동등한 길이를 갖는 스토퍼(2S, 2S)가 설치되어 있다. 또한, 한쪽의 스토퍼(우측의 스토퍼)(2S)는 톱 링 본체의 하부 부재(306)에 형성되고, 다른 쪽의 스토퍼(좌측의 스토퍼)(2S)는 리플 홀더(319)에 형성되어 있다. 각 스토퍼(2S)는 격벽(4a)의 수평부(4ah)의 하방에 위치하고 있다. 이에 의해, 격벽(4a)의 수직 방향 가동 범위를 효과적으로 제한하여, 기판 이탈 시와 같이 멤브레인(4)의 기판 가압면측이 프리한 상태에서 멤브레인(4)이 가압된 경우의 멤브레인(4)의 팽창량을 제한한다. 격벽(4a)의 수평부(4ah)와 스토퍼(2S) 사이에, 0.5 내지 3.0㎜의 클리어런스(간격)를 형성하고 있다. 이 클리어런스에 의해, 패드나 리테이너 링 등의 소모품의 두께가 변화된 경우나 연마 파라미터의 변경에 의해, 멤브레인 격벽의 설치 위치로부터 패드까지의 거리가 변화되어도, 연마 중에 격벽(4a)이 기판(W)에 추종하도록 하고 있다.

도 18에 도시한 바와 같이, 리플 홀더(318)에는, 멤브레인(4)의 리플(314b) 및 엣지(314c)에 의해 형성되는 환형상의 아우터실(7)에 연통하는 유로(326)가 형성되어 있다. 또한, 하부 부재(306)에는, 리플 홀더(318)의 유로(326)에 커넥터(327)를 통해 연통하는 유로(328)가, 중간 부재(304)에는, 하부 부재(306)의 유로(328)에 연통하는 유로(329)가 각각 형성되어 있다. 이 리플 홀더(318)의 유로(326)는, 하부 부재(306)의 유로(328) 및 중간 부재(304)의 유로(329)를 통해 유체 공급원에 접속되어 있고, 가압된 유체가 이들 유로를 통과하여 아우터실(7)에 공급되게 되어 있다. 또한, 도 18에서는 스토퍼(2S)의 도시를 생략하고 있다.

도 19에 도시한 바와 같이, 엣지 홀더(316)는, 멤브레인(4)의 엣지(314d)를 압박하여 하부 부재(306)의 하면에 보유 지지하게 되어 있다. 이 엣지 홀더(316)에는, 멤브레인(4)의 엣지(314c) 및 엣지(314d)에 의해 형성되는 환형상의 엣지실(8)에 연통하는 유로(334)가 형성되어 있다. 또한, 하부 부재(306)에는, 엣지 홀더(316)의 유로(334)에 연통하는 유로(336)가, 중간 부재(304)에는, 하부 부재(306)의 유로(336)에 연통하는 유로(338)가 각각 형성되어 있다. 이 엣지 홀더(316)의 유로(334)는, 하부 부재(306)의 유로(336) 및 중간 부재(304)의 유로(338)를 통해 유체 공급원에 접속되어 있고, 가압된 유체가 이들 유로를 통과하여 엣지실(8)에 공급되게 되어 있다. 또한, 도 19에서는 스토퍼(2S)의 도시를 생략하고 있다. 센터실(5), 리플실(6), 아우터실(7), 엣지실(8), 리테이너 링 가압실(9)은, 도 2에 도시하는 실시 형태와 마찬가지로, 레귤레이터(R1 내지 R5)(도시하지 않음) 및 밸브(V1-1 내지 V1-3, V2-1 내지 V2-3, V3-1 내지 V3-3, V4-1 내지 V4-3, V5-1 내지 V5-3)(도시하지 않음)를 통해 유체 공급원에 접속되어 있다.

이와 같이, 본 실시 형태에 있어서의 톱 링(1)에 있어서는, 멤브레인(4)과 하부 부재(306) 사이에 형성되는 압력실, 즉 센터실(5), 리플실(6), 아우터실(7) 및 엣지실(8)에 공급하는 유체의 압력을 조정함으로써, 반도체 기판을 연마 패드(101)에 압박하는 압박력을 반도체 기판의 부분마다 조정할 수 있게 되어 있다.

도 20은 리테이너 링부의 확대도이다. 리테이너 링(3)은 반도체 기판의 외주연을 보유 지지하는 것으로, 도 20에 도시한 바와 같이, 상부가 폐색된 원통 형상의 실린더(400)와, 실린더(400)의 상부에 설치된 보유 지지 부재(402)와, 보유 지지 부재(402)에 의해 실린더(400) 내에 보유 지지되는 탄성막(404)과, 탄성막(404)의 하단부에 접속된 피스톤(406)과, 피스톤(406)에 의해 하방으로 압박되는 링 부재(408)를 구비하고 있다.

링 부재(408)는, 피스톤(406)에 연결되는 상부 링 부재(408a)와, 연마면(101)에 접촉하는 하부 링 부재(408b)로 구성되어 있고, 상부 링 부재(408a)와 하부 링 부재(408b)는, 복수의 볼트(409)에 의해 결합되어 있다. 상부 링 부재(408a)는 SUS 등의 금속 재료나 세라믹스 등의 재료로 이루어지고, 하부 링 부재(408b)는 PEEK나 PPS 등의 수지 재료로 이루어진다.

도 20에 도시한 바와 같이, 보유 지지 부재(402)에는, 탄성막(404)에 의해 형성되는 리테이너 링 가압실(9)에 연통하는 유로(412)가 형성되어 있다. 또한, 상부 부재(300)에는, 보유 지지 부재(402)의 유로(412)에 연통하는 유로(414)가 형성되어 있다. 이 보유 지지 부재(402)의 유로(412)는, 상부 부재(300)의 유로(414)를 통해 도시하지 않은 유체 공급원에 접속되어 있고, 가압된 유체가 이들 유로를 통과하여 리테이너 링 가압실(9)에 공급되게 되어 있다. 따라서 리테이너 링 가압실(9)에 공급하는 유체의 압력을 조정함으로써, 탄성막(404)을 신축시켜 피스톤(406)을 상하 이동시켜, 리테이너 링(3)의 링 부재(408)를 원하는 압력으로 연마 패드(101)에 압박할 수 있다.

도시한 예에서는, 탄성막(404)으로서 롤링 다이어프램을 사용하고 있다. 롤링 다이어프램은, 굴곡된 부분을 갖는 탄성막으로 이루어지는 것으로, 롤링 다이어프램으로 구획하는 실의 내부 압력의 변화 등에 의해, 그 굴곡부가 구름 이동함으로써 실의 공간을 넓힐 수 있는 것이다. 실이 넓어질 때에 다이어프램이 외측의 부재와 미끄럼 이동하지 않아, 거의 신축되지 않으므로, 미끄럼 이동 마찰이 극히 적어도 되고, 다이어프램을 장수명화할 수 있고, 또한 리테이너 링(3)이 연마 패드(101)에 부여하는 압박력을 고정밀도로 조정할 수 있다고 하는 이점이 있다.

이와 같은 구성에 의해, 리테이너 링(3)의 링 부재(408)만을 하강시킬 수 있다. 따라서 리테이너 링(3)의 링 부재(408)가 마모되어도, 하부 부재(306)와 연마 패드(101)의 거리를 변화시키는 일 없이, 미끄럼 이동 마찰이 극히 적은 롤링 다이어프램에 의해 실(451)의 공간을 넓혀, 리테이너 링 압박력을 일정하게 유지하는 것이 가능해진다. 또한, 연마 패드(101)에 접촉하는 링 부재(408)와 실린더(400)는 변형 가능한 탄성막(404)으로 접속되어 있으므로, 하중점의 오프셋에 의한 굽힘 모멘트가 발생하지 않는다. 이로 인해, 리테이너 링(3)에 의한 면압을 균일하게 할 수 있어, 연마 패드(101)에 대한 추종성도 향상된다.

또한, 도 20에 도시한 바와 같이, 리테이너 링(3)은, 링 부재(408)의 상하 이동을 안내하기 위한 링 형상의 리테이너 링 가이드(410)를 구비하고 있다. 링 형상의 리테이너 링 가이드(410)는, 링 부재(408)의 상부측 전체 둘레를 둘러싸도록 링 부재(408)의 외주측에 위치하는 외주 측부(410a)와, 링 부재(408)의 내주측에 위치하는 내주 측부(410b)와, 외주 측부(410a)와 내주 측부(410b)를 접속하고 있는 중간부(410c)로 구성되어 있다. 리테이너 링 가이드(410)의 내주 측부(410b)는, 볼트(411)에 의해, 하부 부재(306)에 고정되어 있다. 외주 측부(410a)와 내주 측부(410b)를 접속하는 중간부(410c)에는, 원주 방향으로 소정 간격마다 복수의 개구(410h)가 형성되어 있다. 또한, 도 20에서는 스토퍼(2S)의 도시를 생략하고 있다.

도 15 내지 도 20에 도시한 바와 같이, 링 부재(408)의 외주면과 리테이너 링 가이드(410)의 하단부 사이에는 상하 방향으로 신축 가능한 접속 시트(420)가 설치되어 있다. 이 접속 시트(420)는, 링 부재(408)와 리테이너 링 가이드(410) 사이의 간극을 메움으로써 연마액(슬러리)의 침입을 방지하는 역할을 갖고 있다. 또한, 실린더(400)의 외주면과 리테이너 링 가이드(410)의 외주면에는, 띠 형상의 가요성 부재로 이루어지는 밴드(421)가 설치되어 있다. 이 밴드(421)는, 실린더(400)와 리테이너 링 가이드(410) 사이를 커버함으로써 연마액(슬러리)의 침입을 방지하는 역할을 갖고 있다.

멤브레인(4)의 엣지(외주연)(314d)에는, 멤브레인(4)과 리테이너 링(3)을 접속하는, 상방으로 굴곡된 형상의 시일 부재(422)가 형성되어 있다. 이 시일 부재(422)는 멤브레인(4)과 링 부재(408)의 간극을 메우도록 배치되어 있고, 변형되기 쉬운 재료로 형성되어 있다. 시일 부재(422)는, 톱 링 본체(2)와 리테이너 링(3)의 상대 이동을 허용하면서, 멤브레인(4)과 리테이너 링(3)의 간극에 연마액이 침입해 버리는 것을 방지하기 위해 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 시일 부재(422)는 멤브레인(4)의 엣지(314d)에 일체적으로 형성되어 있고, 단면 U자형의 형상을 갖고 있다.

여기서, 접속 시트(420), 밴드(421) 및 시일 부재(422)를 형성하지 않는 경우에는, 연마액이 톱 링(1) 내에 침입해 버려, 톱 링(1)을 구성하는 톱 링 본체(2)나 리테이너 링(3)의 정상의 동작을 저해해 버린다. 본 실시 형태에 따르면, 접속 시트(420), 밴드(421) 및 시일 부재(422)에 의해 연마액의 톱 링(1)으로의 침입을 방지할 수 있고, 이에 의해 톱 링(1)을 정상적으로 동작시킬 수 있다. 또한, 탄성막(404), 접속 시트(420) 및 시일 부재(422)는, 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해 형성되어 있다.

지금까지 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 다양한 다른 형태에 의해 실시되어도 되는 것은 말할 필요도 없다.

1 : 톱 링
2 : 톱 링 본체
2C : 캐비티(공동)
2S, 2S-1, 2S-2, 320, 322 : 스토퍼
3 : 리테이너 링
4 : 멤브레인(탄성막)
4a : 격벽
4af : 고정부
4ah : 수평부
4as : 경사부
4H, 410h : 개구
4p, 130 : 지주
4ps : 절곡부
4r : 원환 형상 리브
4t : 돌기부
5 : 센터실
6 : 리플실
7 : 아우터실
8 : 엣지실
9 : 리테이너 링 가압실
11, 12, 13, 14, 15, 21, 22, 23, 24, 26, 324, 325, 326, 328, 329, 334, 336, 338, 344, 412, 414 : 유로
25 : 로터리 조인트
30 : 압력 조정부
31, 131 : 진공원
35 : 기수 분리조
100 : 연마 테이블
100a : 테이블 축
101 : 연마 패드
101a : 연마면
110 : 톱 링 헤드
111 : 톱 링 샤프트
112 : 회전통
113, 116 : 타이밍 풀리
114 : 톱 링용 모터
115 : 타이밍 벨트
117 : 톱 링 헤드 샤프트
124 : 상하 이동 기구
125 : 로터리 조인트
126 : 베어링
128 : 브리지
129 : 지지대
132 : 볼 나사
132a : 나사 축
132b : 너트
138 : 서보 모터
150 : 푸셔
151 : 톱 링 가이드
152 : 푸셔 스테이지
153 : 릴리스 노즐
300 : 상부 부재
304 : 중간 부재
306 : 하부 부재
309, 409 : 볼트
314a, 314b : 리플
314c, 314d : 엣지
314f : 간극
316 : 엣지 홀더
318, 319 : 리플 홀더
319a : 갈고리부
327 : 커넥터
347 : 환형상 홈
400 : 실린더
402 : 보유 지지 부재
404 : 탄성막
406 : 피스톤
408 : 링 부재
408a : 상부 링 부재
408b : 하부 링 부재
410 : 리테이너 링 가이드
410a : 외주 측부
410b : 내주 측부
410c : 중간부
411 : 볼트
420 : 접속 시트
421 : 밴드
422 : 시일 부재
451 : 실
F1, F2, F3, F4, F5 : 유량 센서
P1, P2, P3, P4, P5 : 압력 센서
R1, R2, R3, R4, R5 : 압력 레귤레이터
te : 선단 각부
V1-1, V1-2, V1-3, V2-1, V2-2, V2-3, V3-1, V3-2, V3-3, V4-1, V4-2, V4-3, V5-1, V5-2, V5-3 : 밸브
W : 기판

Claims (17)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 탄성막과 상기 탄성막을 보유 지지하는 톱 링 본체를 갖고, 상기 탄성막과 상기 톱 링 본체의 하면 사이에 상기 탄성막의 격벽에 의해 구획된 복수의 압력실을 형성하고, 상기 탄성막의 하면에 기판을 접촉시켜 보유 지지하는 동시에 상기 복수의 압력실에 압력 유체를 공급함으로써 유체압에 의해 기판을 연마면에 압박하는 기판 보유 지지 장치에 있어서,
   상기 기판이 상기 연마면에 접촉하고 있지 않은 상태에서 적어도 1개의 압력실에 압력 유체를 공급하였을 때에, 상기 탄성막의 격벽의 일부 또는 상기 탄성막의 기판 접촉면의 이면으로부터 연장되는 연장 부재에 접촉하여 상기 탄성막의 팽창을 제한하는 스토퍼를 설치하고,
   상기 연장 부재는 상단부에 수평 부분을 갖고, 상기 수평 부분이 상기 스토퍼와 접촉하는 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 연장 부재는, 원환 형상 리브 또는 복수의 지주로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 기판 보유 지지 장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제

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