KR19990071878A - 기판 벨트 연마기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기계식 연마 공정으로 연마되는 반도체 웨이퍼(52)와 같은 기판에 대항하는 가요성 멤브레인 연마 벨트(60)에 관한 것이다. 유체층(74)이 연마되도록 연마 헤드(40)에 유지되어 있는 기판(52)을 향해 연마 멤브레인(60)을 미는 연마 부재 백킹 조립체의 표면에 제공되어 있다. 벨트(60)의 선형 운동은 벨트의 전체 폭을 따라 균일한 연마를 제공하며, 화학기계식 연마를 이루어질 가능성을 제공한다. 기판 표면의 단지 작은 면적만이 연마 멤브레인과 접촉하지만, 기판에 대한 캐리어의 운동은 기판(52)의 전체 면적을 균일하게 연마하도록 프로그램된다.

Description

기판 벨트 연마기

CMP 는 반도체 기판 또는 다른 형태의 기판을 평활화시키거나 연마하는 방법이다. 기판 상에 장치를 제조하는 소정의 단계에서, 공정을 더 진행하기 전에 기판의 표면을 필수적으로 연마해야 한다. 연마 공정의 하나는 연마 패드를 사용하여 기판의 표면을 연마하는 기계적 연마가 있다. 이러한 기계적 연마는 화학적으로 활성화된 연마 슬러리를 사용하여 수행될 수도 있는데, 이는 일반적으로 기계적 연마보다 우수한 물질 제거율과 화학적 선택성을 제공한다. 화학적 슬러리를 기계적 연마와 조합하여 사용하는 경우, 이러한 연마 공정을 화학기계식 연마라고 한다.

종래의 CMP 공정은 일반적으로 알칼리성 슬러리 수용액의 콜로이달 입자를 함유하는 거대한 회전판을 포함한다. 연마될 기판은 연마 헤드 또는 캐리어에 의해 연마판에 유지되는데, 연마 헤드 또는 캐리어는 그의 외측 직경 부근의 위치로부터 그의 중앙에 인접한 위치로 연마판의 평면 위에서 x-y 방향으로 이동될 수 있다. 연마판은 연마될 기판보다 여러배 더 크다. 압력이 기판과 염나 패드 사이에서 유지되는 동안 기판은 독립적으로 회전된다.

CMP에서 기판으로부터의 물질 제거율은 슬러리에서 사용되는 화학적 연마제, 연마 패드/기판 계면에서의 표면 압력, 및 기판과 연마 패드 사이의 전체 운동량(net motion)과 같은 여러 인자에 의존한다. 일반적으로, 연마 패드와 접촉하는 기판의 영역에서의 표면 압력과 전체 운동량이 높아질수록, 기판으로부터의 물질 제거율이 증가된다. 하지만, 이러한 공정을 수행할 수 있는 장치는 비교적 크며, 기판의 전체 면적에 걸쳐서 동일한 양의 물질을 지속적으로 제거하기 위한 정밀도를 조절하기가 어렵다는 점을 인지해야 한다.

CMP 공정에서 큰 연마 패드를 사용한다면 연마될 기판을 불균일하게 하는 여러 부가적인 공정이 제한된다. 기판 전체가 연마 패드에 대해 회전하기 때문에, 기판의 전표면은 기판의 직경을 가로질러 측정할 때 높은 평활도로 연마된다. 그렇지만, 기판이 휘어져 있는 경우, 휘어짐에 의해 상방으로 돌출해 있는 기판 부분은 기판의 나머지 부분보다 물질 제거율이 더 높게 되는 경향이 있다. 더욱이, 연마 패드가 기판을 연마할 때, 기판으로부터 제거된 물질은 입자를 형성하는데, 이러한 입자는 연마 슬러리가 패드 상에서 건조될 때 패드에서 포획될 수도 있다. 패드가 입자로 충진되고, 슬러리가 패드에서 건조되는 경우, 패드의 연마면은 반들반들해지고, 그의 연마 특성이 변하게 된다. 만일 사용자가 각각의 기판 또는 기판 그룹에 대한 연마 패드의 제거율을 지속적으로 감시하지 않고, 슬러리, 하중, 위치, 및/또는 원하는 물질 제거율을 유지하기 위한 연마 패드의 회전 속도를 조절하지 않는다면, 연마 패드에 의해 각각의 기판으로부터 제거되는 물질의 양은 감소될 것이다.

본 발명은 화학기계식 연마(chemical mechanical polishing, 이하 CMP 라 함)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 집적 회로 제조에 사용되는 기판의 화학기계식 연마 장치 및 방법에 관한 것이다.

도 1은 연마 헤드가 멤브레인 상부에서 연마될 기판을 유지하는 상태의 3개의 로울러를 둘러 싸고 있는 연속하는 가요성 연마 멤브레인(벨트)과, 연마 멤브레인 아래에서 연마 헤드에 대향하여 놓인 멤브레인 백킹 조립체를 도시한 본 발명에 따른 실시예의 사시도이다.

도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 취한 단면도로서, 연마 헤드와 연마 멤브레인 백킹 조립체의 내부 구성을 도시한 도면이다.

도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 취한 상세도이다.

도 4는 연마 멤브레인에 대한 본 발명에 따른 연마 헤드 조립체와 연마 멤브레인 백킹 조립체를 도시한 도면이다.

도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 연마 멤브레인의 계면에서의 개략적인 상면도이다.

도 6은 도 1의 상면도이다.

도 7은 연마 헤드는 도시되지 않았지만, 연마 멤브레인의 상부 상의 두 로울러 사이의 연마 위치에서 연마될 기판과, 연마될 멤브레인의 연마 표면을 조절을 보조하기 위해 린스 수용액이 부분적으로 충진된 용기를 통해 순환하는 가요성 멤브레인을 도시한 본 발명에 따른 장치의 정면도.

도 8은 연마 헤드는 도시되지 않았지만, 기판이 연마 멤브레인의 내면상에 놓여져서 3개의 멤브레인 로울러의 바닥 측부에서 연마되는 본 발명에 따른 장치의 정면도.

도 9는 연마 헤드는 도시되지 않았지만, 기판이 연마 멤브레인의 바닥부에 놓여져서 3개의 멤브레인 로울러의 바닥 측부에서 연마되는 본 발명에 따른 장치의 정면도.

도 10은 연마 헤드는 도시되지 않았지만, 기판이 연마 멤브레인의 상부에 놓여져서 두 개의 멤브레인 로울러의 상부 측부에서 연마되는 본 발명에 따른 장치의 정면도.

도 11은 연마 헤드는 도시되지 않았지만, 기판이 연마 멤브레인의 상부에 놓여져서 4개의 멤브레인 로울러의 상부 측부에서 연마되며, 선택적으로 기판이 수직한 경로에서 연마되는 본 발명에 따른 장치의 정면도.

도 12는 연마 헤드는 도시되지 않았지만, 제 1연마 위치에서의 기판의 연마가 제 2연마 위치에서의 제 2기판의 연마에 영향을 주지 않도록 이격되어 있는 연마 멤브레인 상의 두 연마 위치를 도시한 본 발명에 따른 장치의 정면도.

도 13은 연마 헤드는 도시되지 않았지만, 연마될 기판을 가로질러 이동하는 연마 멤브레인으로서, 연마 멤브레인 루프의 리턴 측부를 명료하게 절단한 연마 멤브레인의 사시도.

도 14는 도 13의 선 14-14를 따라 취한 연마 멤브레인 백킹 면판 조립체의 단면도.

도 15는 웨이퍼의 표면을 균일하게 연마하기 위해 미리 결정된 패턴으로 웨이퍼의 표면 위를 쓸어 내는 본 발명에 따른 벨트 연마 헤드/캐리어의 사시도.

도 16은 도 15에 도시된 연마 멤브레인 캐리어 조립체의 확대도.

도 17은 도 15에 도시된 형태의 연마 헤드/캐리어에 사용되는 수직형 두 로울러를 도시한 도면.

도 18 내지 도 25는 본 발명에 따른 연마 헤드, 기판, 연마 멤브레인 백킹 조립체(면판)의 다양한 구성을 도시한 도면.

도 26은 본 발명에 따른 화학기계식 연마 장치의 다른 실시예를 도시한 부분 단면 사시도.

도 27은 제거될 베이스의 측부를 구비한 도 26의 장치의 부분측면도.

도 28은 도 27에 도시된 장치의 선택적인 실시예를 도시한 부분 측면도.

도 29는 도 28에 도시된 장치의 연마 아암의 측면도.

도 30은 본 발명에 따른 다른 실시예를 도시한 사시도.

도 31은 본 발명의 화학기계식 연마 장치에 사용되는 조절 시스템의 개략도.

본 발명은 연마 패드가 이동식 멤브레인과 접촉하는 기판을 균일하게 연마하기 위해 이웃하는 지지 로울러 사이에서 선형적으로 이동하는 가요성 멤브레인 또는 벨트(바람직하게는 연속하는)인 기판 연마 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 일실시예에서, 가요성 연마 멤브레인은 선형적으로 이동하는 멤브레인의 제 1측부상에 기판을 유지하는 기판 호울더(연마 헤드)와, 선형적으로 이동하는 멤브레인의 제 2측부상에 멤브레인 백킹 부재를 구비한다. 기판 호울더와 멤브레인 백킹 부재는 조합적인 구성을 가져서, 연마 공정을 행하는 동안에 서로 접촉하는 기판과 멤브레인의 제 1측부를 조이기 위한 클램핑력을 제공한다.

일실시예에서, 멤브레인 백킹 부재는 일반적으로 동일하게 분포되어 있는 유체홀을 구비한 평면이다. 멤브레인 백킹 부재가 가요성 멤브레인에 아주 근접할 때, 유체(액체 또는 가스)는 유체홀로부터 흘러서 백킹 부재의 표면과 가요성 멤브레인(벨트)의 제 2측부 사이에 유체층이 형성되도록, 유체홀은 가요성 연마 멤브레인의 후면을 향하고 있다. 벨트와 백킹 부재를 죄는 클램핑력은 멤브레인과 백킹 부재 사이에 균일한 압력을 제공하는 간섭 유체층에 의해 균일하게 방해된다. 멤브레인의 후측(제 2측부)상의 균일한 압력은 실질적으로 멤브레인을 통해 전달되어, 멤브레인의 제 1측부에 대항하여 러빙(rubbig)시킴으로써 연마될 기판의 표면 위에 균일한 기계적 마모를 제공한다.

바람직하게, 기판은 자유롭게 이동하는 멤브레인(벨트)의 경로와 매우 인접한 위치에서 기판 호울더에 고정된다. 백킹 부재는 힘이 조절될 수 있는 조임 부재에 의해 지지된다. 일실시예에서, 기판 표면과 멤브레인 벨트의 두께의 변화 그리고 표면 상에서의 액체 또는 슬러리의 존재에도 불구하고, 백킹 부재 상의 조임 부재에 의해 공급되는 힘은 내압이 멤브레인의 후면에 미리 설정된 힘을 유지하기 위해 조절되는 벨로즈를 구비한 벨로즈 조립체에 의해 제공된다.

선택적으로, 기판 호울더 및 기판이 조절가능한 조임 부재에 의해 조여지는 동안, 백킹 부재는 고정되게 유지될 수 있다. 백킹 부재에 대한 상기한 조임 부재와 유사하게, 기판 부재 상의 조임 부재에 의해 공급되는 힘은 치수 변형에도 불구하고 내압이 멤브레인 상에 미리 설정된 힘이 유지되도록 조절되는 벨로즈를 구비한 벨로즈 조립체에 의해 제공된다.

제 3선택예에 있어서, 조절가능한 조임력은 기판 호울더와 멤브레인 백킹 부재 모두에 제공될 수 있다. 그렇지만, 이웃하는 로울러들(풀리들) 사이에 가요성 멤브레인이 중앙에 정렬 유지되도록 이러한 힘의 균형은 신중하게 조절되어야 한다.

상기한 바와 같은 웨이퍼의 연마는 단일 기판(웨이퍼)의 크기보다 더 넓고 긴 벨트에 의해 행해진다. 벨트가 일반적으로 기판의 전면적과 접촉하기 때문에, 웨이퍼의 전체 면적에 걸쳐서 연마 접촉이 이루어진다. 만일 웨이퍼가 벨트에 대해 고정식으로 유지된다면, 이후 연마 멤브레인(벨트)의 결함이 웨이퍼 표면에 전달될 것이다. 이러한 결함이 형성될 가능성을 방지하거나 감소시키기 위해, 기판은 저속으로 회전되고, 또한 보다 큰 영역으로 결함의 영향을 분산시키기 위해 측부로부터 측부로 진동된다.

가요성 멤브레인이 한 측부로부터 압력을 받을 때, 가요성 멤브레인의 본래의 휨으로 인한 기판의 에지부에서의 과도한 연마를 방지하기 위해, 둘레 링 또는 펜스 링(fence ring)이 기판 주위에 제공되어 있다. 폴리에틸렌과 같은, 즉 델린(Delrin) 또는 울트라 고분자량 플라스틱과 같은 고내마모성 재료로 구성된 둘레 링은 기판의 에지부의 인위적인 연장부를 제공한다. 기판의 에지부와 둘레 링의 내부 직경 사이의 변화는 평탄하다. 멤브레인의 휘어진 위치는 멤브레인 백킹 부재 또는 기판 지지 헤드의 작용에 의해 그의 본래의 경로로부터 변위되기 때문에, 멤브레인이 휘어지는 위치에서 추가 마모를 발생시키는 에지부의 영향은 단지 둘레 링의 외부 에지부에서만 발생한다. 따라서, 기판의 에지부는 버퍼로서 역할하는 둘레 링에 의해 에지부의 영향으로부터 벗어나게 된다.

연마 공정은 바람직하게는 수평한 평면에서 행해지지만, 수직한 방향에서 행할 수도 있으며, 또는 기판이 가요성 연마 멤브레인에 탈착가능하게 유지될 수 있는 소정의 각도에서 수행될 수도 있다.

연마 공정은 또한 웨이퍼의 전체 면적보다 작은 범위를 연마하는 가요성 연마 멤브레인을 사용하여 행할 수 있다. 이러한 구성의 한 예로는 직경이 연마될 기판의 직경보다 작은 가요성 연마 멤브레인이 제공되는 것이다. 기판은 폭이 좁은 순환식 벨트와 접하는 고정부에 장착된다. 벨트는 기판의 전체 면적이 연마되도록 기판을 가로질러 전후로 이동한다. 기판 및/또는 벨트 회전 기구는 국부적인 벨트 결함 또는 불완전성이 최종 연마처리된 기판에서 발견되지 않도록 천천히 회전될 수 있다.

가요성 연마 멤브레인과 기판의 표면 사이의 접촉 면적을 웨이퍼의 표면의 일부분으로 감소시키는 다른 형태의 연마 공정이 있다. 둘 이상의 소형 로울러가 폭이 좁은 벨트를 벨트 캐리어 유닛에서 회전시킨다. 이러한 유닛은 기판의 표면을 균일하게 연마시키기 위해 기판의 표면에 대해 이동되도록 조절된다. 예컨대, 기판이 벨트 캐리어 유닛의 이동과 독립적으로 회전될 때, 기판의 중앙 부근의 낮은 표면 속도는 벨트 캐리어 유닛에 대한 보다 긴 휴지시간을 제공함으로써 보상되는 반면에, 기판의 둘레부의 높은 표면 속도는 둘레부에서의 낮은 표면 속도를 제공함에 의해 고려되어야만 한다.

본 발명에 따른 장치의 다른 실시예에 따르면, 이러한 장치는 기판이 상부에 유지되는 회전판과, 이러한 회전판에 인접하여 위치하여 기판이 회전판 상에서 회전될 때 기판의 표면을 가로질러 이동되는 연마 아암을 포함하고 있다. 이러한 연마 아암은 그의 단부에 연마 패드를 구비하고 있는데, 이러한 연마 패드는 바람직하게는 기판에 대항하여 가변적으로 하중을 가하여 이에 의해 기판의 다른 영역이 연마되도록 한다. 연마 패드가 기판을 가로질러 이동할 때 연마 패드에 의해 제거되는 재료의 비율을 조절하기 위해 기판의 회전 속도가 연마 패드와 관련하여 또는 독립적으로 변할 수도 있다. 연마 아암은 테이프형 연마 패드 재료의 카트리지를 포함하고 있으며, 이러한 카트리지의 길이는 연마될 기판과 접촉하기 위해 연마 아암의 하부 팁을 넘어서 노출되어 있다. 연마 패드 재료의 테이프는 기판이 처리됨에 따라 새로운 연마 패드면을 연속적으로 제공하기 위해 연마 아암 팁 위에서 이동될 수도 있으며, 또는 새로운 기판을 각각 연마하도록 이동 연마 패드 테이프의 새로운 단면을 제공하기 위해 이동될 수도 있다. 다른 형태의 구성에서, 연마 패드는 연마 아암으로부터 오프셋될 수도 있으며, 연마 아암이 연마 패드가 회전하는 기판과 접촉하도록 기판 위에서 회전할 수도 있는데, 이때 연마 패드는 또한 연마 아암의 축선을 중심으로 회전한다.

연마될 기판의 표면의 기계적 마모는 연마 멤브레인의 표면 상에 연마용 보조제로서 역할을 하는 슬러리 콜로이달 입자를 제공함으로써 수행된다. 이러한 슬러리는 지저분하며, 과도한 입자와 연마 결함이 형성되지 않도록 유체와 함께 사용되어야 한다. 탈이온수는 슬러리와 함께 벨트 위에서 작용하여, 벨트의 유체 상태를 유지하며, 마모성 콜로이달 부재를 보충한다. 탈이온수의 선택적인 경로는 벨트를 유체의 용기를 통과시키는 것 및/또는 콘디셔닝/아이들러(idler) 풀리 위에서 권취시킴으로써 벨트의 표면을 조절하는 것이다. 풀리의 표면은 널링(knurling)과 같은 그루브된 표면 패턴을 포함한다. 현재에는 상용되지는 않지만, 동일한 구성 요소를 가지거나 매우 유사한 마모 작용을 제공하는 건조 벨트가 슬러리를 사용함으로서 발생되는 찌꺼기 및 문제점을 극복할 수도 있다. 현재까지는 어떠한 형태의 CMP용 건조형 연속 벨트는 알려지지 않았다.

CMP에서, 화학 성분의 활동도는 처리될 기판의 표면에 NaOH와 같은 알칼리성 수용액을 제공함으로써 수행된다. 알칼리성 수용액은 기판의 표면을 연화시킨다. 연화된 층은 슬러리에 함유된 콜로이달 입자에 의해 기계적으로 마모되어 제거된다. 알칼리성 수용액에 의해 연화된 표면의 깊이는 수용액과 표면 사이의 접촉 시간에 의존한다. 알칼리성 수용액의 도입과 제거는 기판이 과도하게 또는 모자르게 연마되는 것을 방지하기 위해 주의 깊게 조절되어야만 한다. 화학적 처리는 기계적인 평활화 작업보다 균일한 깊이로 기판의 표면층을 제거한다.

본 발명에 따른 방법은 거의 이론적으로 이상적인 구성을 포함하는데, 여기서는 처리될 기판의 표면이 마모를 수행하는 멤브레인과 기판 사이에 균일한 힘을 제공하면서 마모제에 균일하게 노출된다. 이러한 방법은 기판을 선형적으로 이동하는 멤브레인에 매우 근접하게 유지시키는 단계를 포함한다.

CMP 공정은 연마될 표면과 반응하는 화학물(즉, 알칼리성 수용액)을 사용하여 기판 표면을 연마하는 단계와, 기계적 수단에 의해 표면을 연마하는 단계를 포함한다. 화학물을 균일하게 분포하고 마모제를 균일하게 적용함으로써 면을 얻을 수 있지만, 연속하는 기판 처리 공정에서 평활한 면은 반드시 필요한 것은 아니다.

연속 벨트 샌딩 장치는 연마될 표면을 균일하게 연마하기 위해 균일한 압력으로 기판과 접촉한다. 폭에 따라 성질이 달라지는 연속 벨트는 기판 표면을 따라 균일한 연마(마모 패턴)을 제공한다. 이러한 균일한 연마는 연마 멤브레인(또는 벨트)의 동일한 전체 길이가 기판의 표면 상의 각각의 단위 표면적을 넘어서 진행하고, 연마 매개물이 균일하게 연마 멤브레엔에 분포될 때 달성된다. 만일 기판의 큰 폭이 단일 벨트에 의해 쓸려진다면, 연마 트랙(연속 벨트 상의 평행한 상상의 트랙)이 기판의 상대적으로 긴 길이(예컨대 중앙 웨이퍼의 중앙선 부근의 선행 에지부와 꼬리 에지부 사이)를 따라 이동할 때, 유사한 트랙이 기판의 상대적으로 짧은 길이(중앙 웨이퍼의 에지부 부근)를 따라 이동할 때, 연마시의 소정의 변화가 검지될 수도 있다. 이러한 매우 미세한 변화는 콜로이달 연마 입자가 슬러리 내에 존재하여 이들이 기판을 따라 이동할 때 제거될 입자를 오염시켜서, 벨트의 연마 효과를 감소시키는 사실로서 알 수 있다.

기판을 가로질러 균일한 면적으로 접촉하는 벨트를 가지고서 기판의 표면을 따라 균일한 압력을 가하는 본 발명에 따른 장치가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 장치는 3개의 로울러(68,70,72) 주위를 회전하는 가요성 멤브레인(연마 벨트, 60)(통상적으로 사용할 때에 마모 입자에 포화된 폴리에스테르가 첨가된)를 포함하고 있다. 기판(웨이퍼) 호울더(연마 헤드) 조립체(30)는 캔틸레버 아암(34)에 연결되어 있는 고정 지지물(32)를 포함하고 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 캔틸레버 아암(34)은 회전 기구(도시되지 않음)에 의해 회전될 수 있는 연마 헤드축(38)을 견고하게 지지하고 있으며, 연마 헤드축(38)의 수직방향 운동은 수직방향 조절 기구(도시되지 않음)에 의해 조절될 수 있다. 선택적으로, 고정 지지물(32)은 연마 헤드 조립체(30)를 상승시키거나 피봇시키는 힌지 또는 피봇물을 포함할 수도 있으며, 이에 의해 (도 1에 도시되지는 않았지만 연마될 기판이 연마 헤드 조립체(30)의 아래측에 놓일 때) 연마 공정을 행할 수 있도록 벨트(60)와 접촉되고 떨어질 수 있다.

가요성 연마 멤브레인(60)이 상부의 두 로울러 사이에서 우측으로부터 좌측의 종방향으로, 즉 로울러(70)로부터 로울러(72)로 이동한다. 가요성 멤브레인(벨트, 60)가 이동할 때, SiO₂와 같은 콜로이달 마모 입자를 함유하는 마모 슬러리가 슬러리 분배 매니폴드(74)에 의해 벨트(60)의 전체폭에 분배된다. 이에 의해 마모 슬러리는 가요성 멤브레인(60)이 연마 헤드(30)를 향해 이동할 때 가요성 멤브레인(60)에 놓이게 된다. 연마 멤브레인(30) 상의 마모 슬러리가 연마 헤드(30)에 의해 유지되어 있는 기판과 접촉할 때, 기판이 기계적으로 연마된다. 연마율을 조절하기 위해 사용되는 화학물, 즉 NaOH 는 슬러리의 일부일 수 있으며, 또는 벨트의 순환시에 다른 위치에서 분사 노즐(도시되지 않음)에 의해 연마 멤브레인 및 기판에 적용될 수 있다.

연마될 기판의 표면적에 대해 균일한 벨트 압력을 제공하는 것이 중요하다. 일반적으로 이러한 벨트 압력은 벨트(60)에 대항하여 연마 헤드(30)가 놓이도록 하는데 충분하지 못하며, 기판 표면이 균일하게 연마될 수 있도록 로울러(70,72) 사이의 장력에 의존한다. 대신에, 가요성 멤브레인 백킹 조립체(62, 도 1에서는 점선으로 도시됨)가 벨트의 상부에 설치된 연마 헤드(30)와 직접 마주보는 벨트(60)에 인접한 위치에 제공되어 있다. 이동하는 벨트는 헤드(30)와 멤브레인 백킹 조립체(62) 사이에 끼워져 있는 형상이다. 멤브레인 백킹 조립체(62)이 벨트와 접촉하는 경우 벨트(60)와 기판(50) 사이에 적절한 접촉 압력을 제공한다.

멤브레인 백킹 조립체(62)는 고정된 지지부재(멤브레인 백킹 지지 브리지, 64)와 지지부재 위에 놓여 있는 편평한 멤브레인 백킹 면판 조립체(66)를 포함하고 있다. 멤브레인 백킹 면판 조립체(66)는 벨트(60)의 경로에 밀접해 있는 연마 헤드(30)를 향해 이동하는 벨트(60)의 하측에서 균일한 압력을 가하여, 균일한 연마 압력이 기판의 표면에 가해지도록 한다.

도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 기판 연마 위치의 단면도이다. 도 3은 연마 멤브레인(30)의 한측부의 상세도이다. 도 4는 연마 헤드(30)와 멤브레인 백킹 조립체(62)의 분해 사시도이다. 연마 헤드(30)는 캔틸레버 지지물(34)에 의해 지지되어 있다. 도 2에 도시된 연속하는 상부의 브리지 지지체(36)는 연마 헤드용 선택적인 지지체 기구의 일예이다(또한 도 15에서는 브리지 지지체(186)가 도시되어 있다). 이들 구성 중 하나에서, 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 기판(50)과 연마 헤드(30)는 또한 벨트(60)의 폭에 걸쳐서 횡방향으로 진동될 수 있다(도 5에서는 상하방향으로). 이러한 회전과 진동 운동은 연마 벨트(60)의 표면 결함과 변형에 의해 연마될 기판(50)의 표면을 변형시키는 것을 방지한다. 연마 헤드(30)의 저속 회전(벨트(60)의 병진 속도의 1/100 미만인 직경 속도를 제공하는)은 기판의 표면에 벨트 표면의 결함을 분산시켜서 그의 영향을 최소화시킨다. 만일 연마 헤드가 100 ft/분의 속도로 이동한다면, 8인치 웨이퍼에 대한 연마 헤드의 회전은 1rpm 일 것이며, 벨트의 이동과 기판의 회전에 대한 이동 사이에 100:1 의 비를 제공할 것이다. 이러한 조건 하에서, 벨트 또는 백킹 조립체는 고정된 채로 회전하는 기판의 중앙부로부터 멀리 떨어져 위치하고 있는 벨트 또는 백킹 조립체 결함이 매우 잘 분산될 것이며, 벨트 또는 백킹 조립체가 기판의 중앙부로부터 보다 근접하여 위치된다면, 결함은 잘 분산되지 않을 것이다. 만일 기판의 중앙부에서 결함이 발생한다면, 단순한 회전만으로는 결함이 분산되지 않는다. 따라서, 이러한 결함의 악영향을 피하기 위해, 연마 헤드(30)는 일측부로부터 다른 측부로 진동운동한다. 이러한 측부 진동이 행해지는 동안 연마 헤드(30)가 벨트(60)에서 떨어지는 것을 방지하기 위해, 벨트(60)는 연마 헤드(30) 보다 더 큰 폭을 가지는데, 이는 진동의 전체 진폭과 적어도 동일한 치수이다. 멤브레인 백킹 조립체(62)는 또한 충분히 넓어야 하며, 연마 헤드(30)와 함께 이동하여서 연마 헤드와 대향하는 벨트(60)의 바닥부 상에 균일한 압력을 제공해야 한다. 도 1 내지 도 6에 도시된 구성에서, 연마 벨트(60)와 멤브레인 백킹 조립체는 기판(50)보다 더 넓어야 한다.

기판의 에지부에서 증가된 마모(에지부 영향)는 연마 헤드(30)와 멤브레인 백킹 조립체(62) 사이에서 고정된 영역 외측에서 가요성 멤브레인이 휘어지게 할 수 있다. 에지부 영향은 또한 슬러리 및/또는 콜로이달 마모 입자가 형성되어 균일하게 분포되지 않는 영역을 파괴하는 둘레부(에지부)를 구비할 수 있다. 이러한 에지부 영향의 가능성을 제거하는 것이 바람직하다. 도 1 내지 도 6에 도시된 구성은 유지(에지부-표면을 조절하는)링(52)을 포함하고 있다. 유지링(52)은 기판(50)을 둘러 싸고 있으며, 기판(50)이 연마 헤드(30)로부터 미끄러지는 것을 방지한다. 유지링(52)과 기판(50)은 이동하는 벨트(60)에 대항하여 함께 유지되어 있다. 유지링(52)의 두께는 일반적으로 백킹 패드(도 2 내지 도 4에서 도면 부호 46으로 표시)와 함께 연마될 기판(50)의 두께와 동일하다. 유지링(52)은 메인 연마 헤드 부재(40)의 바닥부에 부착되어 있어서, 연마 헤드(30) 상의 압력이 기판(50)과 유지링(52)에 균일하게 분포되도록 한다. 유지링(52)의 존재는 보다 큰 직경의 연마 헤드(30)가 사용될 것을 요구한다. 또한, 유지링(52)의 존재는 연마 멤브레인(60)의 폭이 증가될 것을 요구하는데, 이는 횡방향 진동 운동을 하는 동안 연마 헤드(30)의 일부분이 연마 벨트(60)로부터 떨어지는 것을 방지하기 위한 것이다. 기판 유지링(52)은 나사 또는 일반적인 기계적 유지 기구에 의해 유지 조립체 백킹 플레이트에 부착되어 있다. 유지링(52)은 과도하게 마모될 때 느슨해질 수 있으며, 교체될 수 있다.

연마 헤드(30)는 진공 메니폴드(42)를 포함하고 있는데, 이러한 진공 메니폴드(42)는 메인 헤드 부재(40)의 바닥부에 형성된 진공홀(44)을 통해 진공을 분배한다. 진공 매니폴드(42)의 진공은 연마 헤드축(38)을 통해 축상부에 있는 회전가능한 커플링으로 공급된다. 메인 헤드 부재(40)의 바닥 측부에 형성된 진공홀(44)의 패턴은 기판 백킹 패드(46)에 형성된 홀(48)과 부분적으로 또는 전체적으로 일치하여서, 기판 로딩 및 언로딩 작업을 행하는 동안 연마를 행하기 위해 가압될 수 있는 기판(50)에 대항하여 진공 경로를 시일할 수 있는 일치형 표면을 제공한다. 탄성체 패드를 사용하는 다른 기판을 유지하는 구성이 제공될 수도 있다. 이러한 구성은 메인 헤드 부재(40)에 형성된 큰 홀을 가로질러서 놓여진 홀이 형성되지 않는 탄성체를 포함하고 있다. 부분적으로 진공을 형성시킴으로서 탄성체가 큰 홀내로 당겨지게 되며, 탄성체에 전환된 크레이터(crater)를 형성시키는데, 탄성체가 기판과 접촉할 때, 이러한 크레이터는 기판을 유지시키기 위한 흡입컵으로서 역할을 한다. 진공 매니폴드(42)에 진공이 형성될 때, 기판은 유지링(52)에 의해 형성된 캐비티 안쪽의 연마 헤드(30)의 바닥면에 유지된다. 진공 매니폴드(42)로의 진공압은 연마 헤드(30)가 로딩 또는 언로딩 위치(예컨대 도 6에서 점선 30a, 34a로 도시된)로 변위될 때 연마 헤드로부터 기판의 로딩 및 언로딩을 허용하도록 조절된다. 이들 진공 경로는 또한 연마 헤드(30)로부터 기판(50)이 느슨해질 때 이를 보조하기 위해 가압될 수 있거나, 또는 다른 구성에서는 이동하는 벨트를 향해 균일하게 기판을 가압할 때 이를 보조하기 위해 가압될 수 있다.

멤브레인 백킹 조립체(62)는 연마 멤브레인(60)의 하측에 면하고 있다. 멤브레인 백킹 조립체(62)의 상부면은 일반적은 정방형 또는 직사각형이며, 연마 헤드(30)와 대향하여 위치되어 있기 때문에 이동하는 연마 벨트가 멤브레인 백킹 조립체(62)와 연마 헤드 사이에서 조여질 수 있다. 멤브레인 백킹 조립체(62)는 수평하게 연장하는 고정된 지지부재(브리지, 64)를 포함하고 있는데, 이러한 지지부재(64)는 일반적으로 수평하게 연장하는 면판(76)을 부유시키는 일련의 측벽(96,98)을 포함하는 수직하게 연장하는 고정된 지지 프레임(개방 박스를 형성하는 둘레벽)을 포함하고 있다. 면판(76)은 수직으로 부유되는 것이 허용되지만, 고정된 측벽(96,98)에 의해 수평하게 유지되어 있다. 측벽(96,98)은 도 2 및 도 4에 도시되어 있다. 신장형 벨로즈(100)는 멤브레인 백킹 지지부재(64)를 부유 면판(76)에 유연하게 연결시킨다. 벨로즈(100)는 설정된 압력으로 가압될 수도 있고, 또는 벨로즈 내의 압력이 이동하는 가요성 멤브레인(60) 상에 미리 설정된 변수 또는 미리 설정된 일정한 수직력(도 2 및 도 3 참조)을 제공하기 위해 조절될 수 있다.

벨트 샌더(sander)에서 공통적으로 사용되는 러빙판(도시되지 않음)이 균일한 러빙이 발생하는 평면을 제공하기 위해 부유하는 면판(76) 위에 몰드될 수 있다. 가요성 연마 멤브레인(60)과 그의 바닥부에 대항하여 러빙되는 상부면을 구비한 면판은 모두 시간이 지남에 따라 모두 마모되기 때문에, 멤브레인 또는 면판은 주기적으로 교체되어야 한다. 백킹판의 표면은 설비에서 많은 결함을 가지는데, 즉 가요성 멤브레인을 불균일하게 변위시키는 경향이 있으며, 연마될 기판의 표면을 불규칙하게 마모시키는 경향이 있다. 가요성 멤브레인(60)과 부유하는 면판(76)의 상부면(78) 사이의 마모를 제거하기 위해, 가압된 가스 또는 가압된 유체가 면판(76)의 홀(80)을 통해 제공되며, 가요성 멤브레인(60)의 후방부와 부유하는 백킹 면판(76)의 상부면 사이에서 마찰 완충 버퍼로서 역할하는 균일한 가스층 또는 유체층이 제공된다. 부유하는 백킹판 부재의 표면에 형성된 홀에서의 유체 경로는 멤브레인의 후방부와 백킹판 조립체의 상부 사이에 균일한 가압 유체층을 제공하여서, 이동하는 가요성 멤브레인(60)의 후방부를 일정하게 가압한다. 유체 또는 가스를 형성하는 이러한 층은 연속적으로 보충되기 때문에, 액체 또는 가스가 측부로 빠져나가더라도 일반적으로 일정한 상태를 유지하게 된다.

면판의 상부면(78)에 형성된 일련의 작은 유체홀(80)은 면판 유체 매니폴드 캐비티(82)로부터 이동 벨트(60)와 접촉하는 상부면(78)으로 유체(가스 또는 액체) 경로를 제공한다. 이에 의해 유체층(유체의 흐름을 도시한 화살표 108로 표시됨)이 이동 벨트(60)와 면판(76)의 상부면(78) 사이에 형성된다. 유체는 가스 또는 액체일 수도 있다. 압축성 가스를 사용하기 위해 소비된 액체를 다시 포집해야할 필요가 있다. 그렇지만, 슬러리를 포집하기 위해 사용되는 성분은 면판 위의 유체층을 형성하는데 사용되는 액체를 포집하기 위해 사용될 수 있다.

가스 또는 액체인 유체는 벨로즈(101)를 통과하는 가요성 호스(102)를 통해 면판 매니폴드(82)에 제공되어 있는데, 매니폴드에 도달하는 유체는 유체 공급 개구부(86)로 유입되어 화살표(110)로 도시된 바와 같이 매니폴드(82) 내로 분배된다. 벨로즈 상부 플랜지(101a, 도4 참조)가 면판 뒷면(84)에 고정되어서 면판 뒷면(84)에 대항하여 시일되어 있다. 면판 측면(88,90)은 면판(76)이 측방향으로 변위되는 것을 방지하기 위해 고정된 측벽(96,98)에 인접하여 면하고 있다.

액체 슬러리가 가요성 멤브레인의 상부에 존재하기 때문에, 벨로즈 주변의 영역을 막히지 않도록 하는 것이 중요하다. 따라서, 수직방향으로 이동하는 미로형 스커트 시일부(92,93,94)가 부유하는 면판(76)의 에지부 주위에 제공되어 있어서, 슬러리 또는 가압된 액체가 면판 유체홀(80)로부터 흐르는 것을 방지하고, 슬러리 또는 가압된 유체가 측벽(96,98) 내측의 박스형 용기 내로 흐르는 것을 방지하며, 벨로즈(100)의 수직 운동을 제한한다.

벨로즈를 둘러 싸는 박스형 부재의 측벽은 또한 부유하는 면판의 측방향 운동을 방해하는 가이드로서 역할을 한다. 부유하는 부재가 고정된 부재와 마찰시에 발생하는 마찰력은 균일한 연마에 악영향을 미친다. 두 표면은 마찰 감소 코우팅(PTFE와 같은)으로 코팅될 수 있다. 선택적으로, 두 표면은 부유하는 부재와 고정된 부재 사이에 유체층을 차단하는 유체 통과 노즐을 사용함으로써 분리될 수도 있다. 이러한 구성들은 슬러리의 두께의 변화 또는 벨트(60)의 두께의 변화를 용이하게 수용하여서 벨트가 멤브레인 백킹 조립체(62)의 역량을 강화시키기 위해 연마될 기판 위를 움질일 때 순간적으로 직면하는 치수에 따라 매우 빠르게 이동할 수 있도록 한다.

부유 면판(76)이 이동 벨트(60)와 직면해 있기 때문에, 벨트(60)는 벨트의 이동방향으로 부유 면판(76)을 당기는 경향이 있다. 이동 벨트(60)는 유체역학적(공기역학적) 효과를 가질 수도 있는데, 즉 부유 멤브레인 백킹 판의 리딩 에지부에서의 유체가 빨아들여져서 벨트(60)가 리딩 에지부에서 면판(76)과 접촉하게 된다. 유체역학적 효과는 이러한 계면의 선행하는 에지부에서 유체홀을 부가함으로써 보상될 수 있다. 선택적으로, 벨트(60)가 바람직하지 않은 접촉이 발생하지 않는 유체층을 향하는 공기를 충분히 흡수하도록 휘어진 경로가 제공될 수도 있다.

또한 선행하는 에지부의 뾰족한 코너부 상에서 멤브레인의 캐칭의 결과로 발생되는 과도한 마모를 피하기 위해 약간 둥근 형상을 가질 수 있다.

이상적인 크기와 수의 유체홀(80)이 기판(50)이 균일하게 연마되도록 연마 멤브레인 뒤에서 유체막 또는 유체 베드를 제공해야 한다. 직사각형의 부유 면판(76)에 형성된 홀(80)의 패턴은 벨트의 전체 폭을 거의 덮는다. 그렇지만, 연마 헤드(30)에 의한 저항이 없을 때, 이동 벨트(60)는 도 3에서 점선(61)으로 도시된 바와 같이 상부로 휘어지는 경향이 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 부유 면판(76)은 미로형 스커트 시일 연장부(91,93)를 구비하거나, 도 7에 도시된 바와 같이 약간 오프셋(91a)될 수 있다.

도 4는 도 1 내지 도 3의 구성을 분리하여 도시한 분리도이다. 메인 연마 헤드 부재(40)는 그의 하면 상에 일련의 홀(44)을 구비하고 있다. 바람직하게는 델린(Delrin)으로 제조된 유지링(52)이 메인 연마 헤드 부재(40)의 바닥 에지부를 둘러 싸고 있다. 가요성 탄성체 백킹 패드(46)는 메인 연마 헤드 부재에 형성된 개구들(44)에 대응하는 개구(48)들이 형성되어 있다. 백킹 패드(46)는 연마 헤드의 바닥부의 캐비티 내에 위치하고 있으며, 경한 금속이 마모 매개물에 대항하여 실리콘 기판을 가압하는 경우에 발생할 수 있는 국부압을 방지하는 부재로서 역할한다. 그 후, 기판(50)은 가요성 멤브레인(60)과 연마 헤드 조립체(30)(40,52,46을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는)의 바닥부 사이에 삽입된다. 이동하는 가요성 멤브레인(60)의 바닥부에서 면판(76)은 플랜지(101a,101b)에 의해 부착되어 있는 벨로즈(100)에 의해 지지되어 있으며, 측벽(96,98)을 포함하는 둘레벽에 의해 이동 벨트(60)의 바닥부와 함께 특별한 정렬 방식으로 유지되어 있다.

도 5는 기판(50)과 그의 유지링(52)의 개략적인 상면도이다. 화살표(58)는 벨트(60)의 진행 방향을 나타낸다. 이동 멤브레인(60)의 중앙선(60a) 주위에 나타나 있는 파도 패턴(56)은 기판 유지링 조립체의 중앙부(54)의 진동 운동을 나타낸다(이는 또한 연마 헤드 조립체의 중앙선과 상호 관계를 갖는다).

도 6은 도 1 내지 도 4의 구성의 상면도이다. 연마 헤드(30) 및 칸틸레버 아암(34)이 도 1 내지 도 4에 도시된 고정된 방위를 나타낸 반면, 연마 헤드의 로딩 및 언로딩은 일반적으로 연마 헤드(30)에 대해 이동 벨트(60)를 이동시킴으로써 행해지고 있다. 도 6에 도시된 점선(30a,34a)은 기판이 연마 헤드(30)로부터 로딩 및 언로딩될 때의 위치의 일예이다. 도면에는 도시되지 않았지만, 상기한 바와 같이, 연마 헤드(30)는 그의 회전 축선(30b)을 중심으로 회전하도록 구성될 수 있으며, 칸틸레버 아암(34)이 연마 헤드(30)를 가로질러 진동될 수도 있다.

도 7은 연마 헤드(30)가 기판(50)에 대항하여 위치되어 있는 본 발명에 따른 장치를 도시하고 있다. 3개의 로울러(68,70,72) 구성체가 가요성 멤브레인(60)이 권취된 채로 제공되어 있다. 장력 로울러(114)가 가요성 멤브레인(60)의 연마면을 조절하는 표면 조절기로서 역할하도록 제공되어 있다. 장력/조절 로울러(114)(예컨대, 전도성 또는 마모성 오염물이 도입되어 연마될 기판(50)이 오염되는 것을 방지하기 위해 세라믹 또는 경한 플라스틱 재료로 제조된)의 표면은 역동적으로 변위되고 가요성 멤브레인(60)에 부착되어 수집되는 슬러리의 콜리이달 입자를 분배하기 위해 깔죽한 패턴(knurled pattern)을 가질 수도 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 액적(75)에 의해 도입된 슬러리는 연마될 기판(50)으로부터 상류에 위치되어 있는 매니폴드(74)에 의해 이동 벨트(60)에 분배된다. 멤브레인 백킹 면판 조립체(66)는 연마될 기판(50)에 대향하여 위치되어 있다. 연마 멤브레인(60)은 탈이온화수 또는 알칼리성 수용액과 같은 액체가 담겨진 욕(117)을 통과하여 순환하여, 벨트 상에 습기를 유지시킨다. 작은 화살표(104,106)(또한 도 2 및 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이)는 벨트(60)의 표면으로부터 이탈하는 유체(슬러리와 같은)를 나타낸다. 로울러(70)와 구동 로울러(72)는 그들의 표면에 각각 표면 라이닝(70a,72a)을 포함하고 있다. 이러한 라이닝은 네오프렌, 고무 또는 종래 기술에서 통용되는 재료와 같은 탄성체로 제조된다.

도 8은 다른 방향으로 놓여 있는 본 발명에 따른 다른 장치를 도시하고 있다. 벨트(60) 내측상에 위치해 있는 기판(50)의 위치는 연마 헤드(30)(도시되지 않음)의 위치를 나타내고 있다. 이러한 구성에서는, 기판이 이동 벨트(60a)의 내측표면 상에서 연마된다. 3개의 로울러(120,124,126)와 장력 로울러(122)는 구동 로울러(120)와 안내 로울러(124,126)가 벨트(60a)의 표면을 조절하도록 위치되어 있는데, 기판을 연마하는 동안 새로운 콜로이달 입자가 매니폴드(74)에 의해 첨가된다. 이러한 구성에서 멤브레인 백킹 면판 조립체(66)는 벨트(60a) 아래에 위치하고 있다.

도 9는 도 8에 도시된 바와 같이 다른 방향으로 놓여 있는 본 발명에 따른 장치를 도시하고 있지만, 벨트를 가압하는 멤브레인 백킹 조립체(66)가 벨트 위에 도시되어 있으며, 장력 로울러(122)가 조절 로울러로서 역할하고 있다. 이러한 구성에서 새로운 슬러리 콜로이달 액적이 로울러(124)와 로울러(126) 사이의 우측 경로에서 이동하는 벨트(60b)의 표면에 첨가된다.

도 10은 이동 벨트(60c)가 두 개의 로울러(130,134) 주위를 순환하는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예를 도시하고 있다. 기판 연마 위치는 기판(50)의 위치에 의해 알 수 있다. 멤브레인 백킹 면판 조립체(66)가 고정 지지물(132)에 대한 두 개의 로울러(130,134) 사이에서 벨트(60c)의 장력을 가변시키는 것을 알 수 있다.

벨트(60,60a,60b,60c)의 장력은 집중적인 마모 상태에서 벨트를 구동시키기 위해 로울러들과 벨트 사이의 원동력(마찰력)을 제공할 수 있도록 충분히 커야 한다. 벨트를 그의 본래의 경로로 회복시키려는 힘은 유지링(52)을 마모시키는 경향이 있으며, 기판의 에지부를 과도하게 연마시키는 경향이 있다. 따라서, 만일 연마될 기판이 로울러 사이의 경로로부터 약간 변위되는 경우에, 벨트를 과도한 마모를 방지하고 유지링의 에지부의 급속한 마모를 방지하기 위해 장력은 너무 크지 않아야 한다.

도 11은 4개의 로울러(138,140,144,146)를 포함하는 본 발명에 따른 장치를 도시하고 있다. 구동 로울러(146)는 장력 로울러(142)에 의해 인장된다. 연마는 상부의 두 로울러(140,148) 사이의 벨트(60d) 위에서 행해진다. 만일 만일 벨트가 수평하게 위치한다면 연마 벨트는 중력의 영향을 받게 된다. 도 11의 점선(150)으로 도시된 바와 같이, 기판은 장치의 측부에서 연마될 수도 있다. 이러한 구성은 연마 벨트(60d) 상에서의 중력의 영향을 제거할 수 있다. 분사 노즐(152)은 연마될 기판(50)이 근접해 올 때 벨트 위에 화학 수용액 및/또는 슬러리를 분사한다.

도 12는 기판(50a,50b)에 의해 두 연마 위치를 알 수 있는 가요성 연마 멤브레인(60e)을 도시하고 있다. 멤브레인 백킹 조립체(62a,62b)는 연마가 행해지는 위치(50a,50b)에 대향하여 위치하고 있다. 이러한 구성에서, 연마될 각각의 기판(50a,50b)은 벨트(60e)의 표면 상에 각각의 분리된 그들만의 경로를 가지고 있다. 신뢰성 있는 벨트 멤브레인을 구비한 다른 구성에서는 연마 수행 절차가 유지되는 한, 연마가 행해지는 경로가 겹쳐지거나 충돌할 수 있다.

도 13은 본 발명에 따른 선택적인 장치를 도시하고 있다. 도 13에서 기판(50c)은 연마 벨트(60f) 및 그의 캐리어{로울러(160,162) 및 벨트 백킹 조립체(164)}에 대해 윗방향을 향한 채로 일반적인 고정 위치에 고정되거나 저속으로 회전하면서 유지되어 있다. 두 개의 로울러(160,162)(도 13에 도시된 바와 같이 보다 더 많은 로울러를 사용할 수 있지만)가 연마 벨트(60f)를 구동시킨다. 연마 벨트(60f)은 유지링(52a)에 의해 둘러 싸인 기판(50c) 보다 좁은 폭을 가지고 있다. 벨트 캐리어 기구는 로울러가 측부로부터 다른 측부로 구동할 때 로울러와 함께 구동하는 백킹 조립체(164)를 포함하고 있다. 도 13에서 화살표(166)로 표시되어 있는 단일의 좌우 선형 이동이 행해지는 동안, 멤브레인 연마 조립체(캐리어)는 회전할 뿐만 아니라 병진하여서, 기판이 홀로 회전할 때와 유사한 연마 효과를 제공한다. 선택적으로, 기판은 벨트에 대해 횡방향으로 이동할 수 있다.

도 14는 기판의 폭을 따라 균일한 연마가 행해지도록 이동하는 가요성 멤브레인(60f)의 후방측부에 균일한 압력을 제공하여 동일하게 가압되는 일련의 벨로즈(174,176)를 구비한 멤브레인 백킹 조립체의 상세도이다.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 장치를 도시하고 있다. 기판(50d)은 유지링(52b)내에 유지되어 있으며, 가요성 연마 멤브레인(60g)이 일련의 로울러 둘레에 권취되어 있는데, 이때 가요성 연마 멤브레인(60g)은 기판(50d)의 면적보다 훨씬 작은 연마 접촉 면적을 제공하고 있다. 로울러 캐리어의 선택적인 실시예들이 도 16 및 도 17에 도시되어 있다. 이러한 캐리어는 브리지 지지체(186)에 연결되어 있는 캐리어 연결부(또는 기구, 184)에 의해 부착되거나 안내된다. 캐리어 연결부(184)는 로울러 캐리어를 미리 프로그램된 패턴으로 기판(50d)의 표면을 따라 가능한 회전가능하게 이동시켜서 기판(50d)의 표면이 균일하게 연마되도록 한다. 앞에서 언급한 유지링과 유사한 유지링(52b)은 둘레부에서 연마의 차등을 발생시키는 에지부 영향을 최소화시킨다.

캐리어 연결부(184)로서 제공되어 있는 연결부는 미리 프로그램된 연마 경로가 캐리어 조립체에 의해 연마될 때 균일한 연마 압력을 제공하기 위해 제공될 수 있다.

도 15 및 도 16에는 일련의 3개의 로울러와 캐리어가 도시되어 있다. 중앙식 피봇팅 프레임(188)은 두 로울러 사이에서 기판을 균일하게 가압하여 로울러 사이의 벨트에 의해 덮여진 영역이 균일하게 연마되도록 한다. 로울러(194,196) 사이의 거리는 짧기 때문에, 각각의 로울러(194,196)가 기판(50d)의 표면과 접촉하는 한, 연마 벨트 경로(192)는 일반적으로 기판(50d)의 표면과 접촉한 상태로 유지된다. 백킹 면판 조립체가 연마 벨트 경로9192)를 균일하게 가압시키기 위해 로울러(194,196) 사이에 위치될 수도 있다.

도 17에 도시된 캐리어가 사용되는 경우에는, 로울러(202)와 벨트(60h) 사이의 매우 작은 영역, 즉 지점(200)에서 기판(50d)과 접촉하게 된다(거의 선접촉하게 된다). 캐리어(190)는 브리지 지지체(186)에 연결되어 있는 캐리어 연결부(198)에 의해 기판의 표면 위를 미리 프로그램된 방식으로 이동한다. 도 17에 도시된 캐리어의 형태는 스틸러스(stylus) 또는 선반의 절단기와 유사한다. 기판과 캐리어가 상대적으로 회전한다면, 캐리어의 구동을 지시하는 프로그램은 기판이 회전하는 속도가 기판의 중앙으로부터 멀어질수록 커진다는 사실을 고려해야 한다. 연마 프로그램은 기판의 중앙이 기판의 중앙으로부터 멀어지는 영역보다 더 연마되거나 덜 연마되지 않도록 프로그램되어야 한다. 알칼리성 수용액 및 콜로이달 입자는 슬러리 및/또는 알칼리성 수용액 분사 장치를 캐리어에 장착함으로써 연마 로울러 캐리어가 진행하는 바로 앞에 도입될 수 있다.

도 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 및 25는 본 발명에 따른 연마 헤드, 기판, 및 연마 멤브레인 백킹 조립체(면판)의 여러 구성을 도시하고 있다. 각각의 구성에 있어서, 연마될 기판(210)은 연마 벨트(212) 위에 위치하고 있으며, 고정 지지물이 벨트의 위와 아래에 제공되어 있지만, 지지물과 벨트를 다양하게 구성할 수도 있다.

도 18은 수직하게 고정된 짐벌 장치(216), 연마 헤드(214), 및 한세트의 고정형 또는 가변형 스프링 부재(222,223)에 의해 하부 고정 지지물(220)으로부터 지지되는 백킹 면판(218)을 도시하고 있다. 백킹 면판(218)과 벨트(212)의 바닥부 사이에서만 러빙 접촉을 하게 된다.

도 19는 백킹 면판(244)이 벨트(212)의 바닥부와 면판(224)의 상부 사이에서 유체층 접촉을 제공하는 것을 제외하고는 도 18과 동일한 구성을 도시하고 있다.

도 20은 도 18의 고정 지지물과 스프링 요소를 변환시킨 것이다. 이러한 구성에서 연마 헤드(214)는 고정형 또는 조절형 스프링 부재(226,227)에 의해 연마 벨트(212)를 향해 힘을 받는다. 벨트(212)와 접촉하는 바닥 면판(218)은 짐벌 지지물(228)에 의해 수직하게 고정된다.

도 21은 유체층 경계면이 형성되는 두 갸의 연마 헤드(230,232)는 벨트(212) 상의 헤드에 균일한 압력을 가할 수 있는 도 2-의 구성의 변형예이다.

도 22는 벨로즈(224)를 도 21에 도시된 스프링 부재와 교체한 도 21에 도시된 구성의 변형예이다. 벨로즈 압력은 조절될 수도 있으며, 벨로즈는 폐쇄될 수도 있으며 벨트가 크게 신장될 때 힘을 감소시키고 압축력을 증가시킨다.

도 23은 도 22의 구성의 변형예로서, 연마 헤드(236)는 연마될 웨이퍼의 한측부에 직접 유체압을 제공한다. 이러한 구성은 기판 영역의 각 유닛에 균일한 압력을 가하여, 벨트(212)를 향해 기판을 가압시킨다.

도 24는 도 19와 유사한 구성을 도시한 것으로서, 여기에는 측벽(238,240)이 추가되어 있다. 각각의 측벽(238,240)은 마찰 감소 삽입구(242,244)를 각각 구비하여, 백킹 면판(224)과 측벽(238,240) 사이의 수직 운동에 의해 발생된 마찰력을 감소시킨다.

도 25는 도 24의 구성과 유사한 본 발명에 따른 장치를 도시하고 있다. 도 22에서 기술한 바와 같이 벨로즈 요소는 백킹 면판(218)과 고정 지지물(220) 사이에 삽입되어 있다. 유체 노즐(246,248)이 측벽으로부터 백킹 면판을 분리시키기 위해 제공되어 있다.

상기한 장치를 사용하는 본 발명에 따른 방법은 기판(50)을 선형으로 이동하는 가요성 연마 멤브레인(60)과 접촉하도록 유지시키는 단계와, 기판(50)이 균일하게 연마되도록 기판(50)에 균일한 압력을 제공하는 단계를 포함한다. 균일한 압력을 제공하는 단계는 벨로즈(234)를 가압함으로써 달성된다(도 22). 벨로즈(234)는 기판 호울더 고정 지지물(32)과 기판 호울더(30) 사이에 위치될 수 있다. 벨로즈(234) 내의 압력은 일반적으로 균일하게 조절된다.

벨로즈(100)는 또한 연마될 기판(50)에 대향하는 연마 멤브레인(60)의 측부와 멤브레인 백킹 지지 브리지(64)의 중간부 사이에 위치될 수 있다. 백킹 면판(78)은 백킹 면판(78)의 표면으로부터 연마 멤브레인(60)을 분리하는 유체층(108)을 형성하기 위해 유체 흐름을 가압하는 일련의 홀(80)을 포함하고 있다.

기판(50)은 연마 공정동안에 회전될 수 있으며, 벨트(60)와 기판(50) 사이의 상대 운동에 수직한 진동 운동으로 이동될 수 있다.

본 발명에 따른 선택적인 실시예에 따른 방법은 기판(50)을 가요성 멤브레인(60) 뒤에서 백킹 면판 위치(멤브레인 백킹 조립체(62)에 대응하는)에 대향하도록 가요성 연마 멤브레인(60)과 접촉하도록 유지시키는 단계와, 기판(50)을 연마하기 위해 연마 멤브레인(60)을 기판(50)을 지나도록 선형 이동시키는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 가요성 멤브레인(60)과 접촉하도록 기판(50)과 백킹 면판(78)을 조이는 클램핑력을 제공하는 단계와, 및/또는 기판(50)이 연마될 연마 위치를 향해 가요성 멤브레인(60)이 이동할 때 이를 {로울러(114,122)를 사용하여} 리컨디셔닝하는 단계를 더 포함할 수도 있다.

도 26을 참조하면, 본 발명에 따른 다른 화학기계식 연마 장치는 회전판(312)을 회전가능하게 지지하는 베이스(310)와, 회전판(312) 위에서 크로스 아암(316)에 지지되어 매달려 있는 이동가능한 관형 연마 아암(314)을 포함한다. 크로스 아암(316)은 베이스(310)로부터 상방으로 연장하는 직립대(315,315a)에 의해 회전판(312) 위에서 베이스(310) 상에 유지되어 있다. 회전판(312)의 상부면에는 바람직하게는 패드(334)가 부착되어 있다. 연마될 상부면을 갖는 기판(318)은 그의 상부면이 회전판(312)과 반대방향으로 노출되도록 패드(334) 위에 놓여진다. 기판(318)이 연마될 때 표면 장력에 의해 기판(318)이 패드(334) 위에 유지되도록 패드(334)는 적셔진다. 하부 개방 단부(328)에 연마 패드를 구비한 관형 연마 아암(314)이 연마를 행하기 위해 기판(318)의 상부면(319)을 따라 방사형으로 이동된다. 연마 패드(320)는 바람직하게는 기판(318)의 회전 상부면(319)을 따라 에지부로부터 중앙으로 연속하여 선형적으로 이동된다. 연마 패드(320)는 바람직하게는 5 내지 50 mm의 폭을 가진다. 따라서, 5, 6, 7, 또는 8인치(125∼200mm)의 기판이 회전판(312) 위에 놓이는 경우, 연마 패드(320)의 표면적은 실질적으로 연마될 기판의 전체 영역보다 작은데, 일반적으로 적어도 3배 정도, 바람직하게는 적어도 10배 정도 작다. 연마 패드(320)의 재료로는 바람직하게는 IC 1000, 또는 Suba IV와 같은 폴리에스테르 펠트가 주입된 폴리우레탄이 바람직한데, 이는 미국 펜실베니아 뉴와크에 소재한 로델(Rodel)사로부터 유용된다. 기판 표면 재료를 전체 기판(318)에서의 기판 표면 물질의 제거율을 제어하기 위해, 연마 아암(314)과 크로스 아암(316)에는 기판 상부면(319)에 대한 연마 아암(314)과 연마 패드(320)의 위치 선정 및 하중을 조절하는 장치가 제공되어 있다.

기판(318)에 대한 연마 아암(314)의 위치선정은 크로스 아암(316)의 일체부로서 형성된 선형 위치선정 기구(322)에 의해 달성된다. 일실시예에서, 도 26에 도시된 바와 같이, 선형 위치선정 기구(322)는 내부 나사식 미끄럼 부재(323)를 포함하고 있으며, 크로스 바아(316)는 미끄럼 부재(323)을 수용하기 위한 대응 나사를 포함하고 있다. 제 2크로스 바아(317)가 크로스 바아(316)에 평행하게 직립대(315,315a)에 부착되어 있다. 미끄럼 부재(323)는 크로스 바아(316) 상에 수용되어 있으며, 제 2크로스 바아(317)는 미끄럼 부재(323)를 통해 돌출하여서 크로스 바아(316)의 회전을 방지한다. 스텝퍼 모터(321)가 직립대(315)에서 크로스 바아(316)에 연결되어서, 크로스 바아(316)가 불연속하는 각위치 단계에서 회전되도록 한다. 이러한 구성에서, 미끄럼 부재(323)와 하부 개방 단부(328)에 연마 패드(320)가 부착되어 있는 연마 아암(314)은 스텝퍼 모터(321)에 의해 크로스 바아(316)가 작은 아치형으로 회전함에 의해 기판(318)을 따라 축선방향으로 0.1mm이동될 수도 있다. 선형 작동자, 기어형 풀리와 같은 다른 구동 수단 또는 다른 정밀한 위치선정 기구가 연마 아암(314)의 구동 시스템으로 대체될 수도 있다.

도 26을 참조하면, 선형 위치선정 조립체(322)는 기판(318) 위에 크로스 아암(316)을 정밀하게 위치조절하여서 정렬 기판(318)의 에지부로부터 중앙으로 연마 아암(314)을 이동시킨다. 연마 패드(320)가 기판(318)의 에지부로부터 중앙으로 이동될 때, 기판(318)은 회전판(312) 위에서 회전하며, 그후 연마 패드(320)가 접촉하여 기판(318)의 전영역을 연마한다. 연마 패드(320)와 기판(318) 사이의 상대 운동이 최소인 기판의 중앙을 연마하기 위해, 연마 아암은 연마 패드(320)와 기판(318)의 중앙 사이에 운동을 발생시키기 위해 진동하거나 회전할 수도 있다.

연마 아암(314)을 회전시키기 위해, 써보 모터(325)가 미끄럼 부재(323)에 연결되며, 구동축(327)이 모터(325)로부터 미끄럼 부재(323) 내로 연장하여 연마 아암(314)의 상단부와 결합한다. 연마 아암(314)의 상단부는 미끄럼 부재(323)의 베이스에 있는 회전 유니온에 수용되어 있는데, 이러한 회전 유니온은 연마 아암(314)을 회전시키며, 또한 액체 또는 가스를 미끄럼 부재(323)로부터 연마 아암(314)의 중공의 내부로 전달한다. 진동 운동을 제공하기 위해, 오프셋 웨이트(offset weight)가 모터 구동축(317)에 연결되어 있다. 모터가 회전함에 따라, 이러한 오프셋 웨이트는 모터(325)로 하여금 미끄럼 부재와 연마 아암을 진동시키도록 한다.

연마 패드의 물질 제거율을 부분적으로 조절하기 위해, 연마 패드(320)와 기판 상부면(319)의 계면에 가해지는 하중은 또한 바람직하게는 공기 실린더, 다이아프램 또는 벨로즈로 구성되는 하중 기구(324)에 의해 가변적으로 유지된다. 하중 기구(324)는 바람직하게는 크로스 아암(316)과 기판(318) 사이에서 연마 아암(314)과 일체적으로 위치되어 있다. 하중 기구(324)는 기판(318)에 대항하여 연마 패드(320)에 바람직하게는 0.3 내지 0.7 kg/cm²정도의 힘을 가한다. 하중 셀(326), 바람직하게는 전기적 출력을 갖는 압력 변환기가 연마 아암(314)과 일체적으로 제공되며, 이는 기판 상부면(319) 상의 연마 패드(320)에 의해 가해진 하중을 검지한다. 하중 셀(326)의 출력은 바람직하게는 하중 기구(324)에 연결되어 있어서, 연마 패드(320)가 기판(318)을 따라 작동할 때, 기판 상부면(319) 상의 연마 패드(320)의 하중을 조절한다.

슬러리를 연마 패드(320)에 제공하기 위해, 슬러리는 바람직하게는 연마 아암(314)을 통과하고, 연마 패드(320)와 연통하는 연마 아암(314)의 개방 단부(328)를 통과하여 기판상에 제공된다. 슬러리를 연마 아암(314)에 공급하기 위해, 슬러리 공급관(332)이 미끄럼 부재(323)에 연결되어 있으며, 미끄럼 부재(323) 내의 경로는 슬러리 공급관(332)으로부터 회전 유니온을 통해 연마 아암(314)의 중공의 내부로 이어져 있다. 연마 공정을 행하는 동안, 연마 선택도 또는 특정 기판 상부면에 대한 연마 선택도 또는 연마 강화를 제공하기 위해 선택되는 추상적인 양의 화학적 슬러리가 공급관(332), 미끄럼 부재(323), 및 연마 아암(314)을 통해 연마가 행해지는 위치에서 기판 상부면(319)와 접촉하고 있는 연마 패드(320)로 분사된다. 선택적으로, 슬러리는 기판(318)의 중앙에서 계측될 수도 있으며, 여기서 슬러리는 회전하는 기판(318)의 에지부를 향해 방사형으로 흐를 것이다.

도 27을 참조하면, 회전판(312)과 그 위에 위치하는 기판(318)을 회전시키기 위해, 모터(336)가 구동축에 의해 회전판(312)의 하측에 연결되어 있다. 모터(336)는 회전판(312)을 회전시키며, 이러한 모터는 바람직하게는 써보-모터와 같은 가변 속도 직류 모터이며, 연마 공정을 행하는 동안 기판(318)의 회전 속도를 선택적으로 변화시킬 수도 있다.

도 26을 다시 참조하면, 본 발명의 CMP 장치를 이용하여 기판(318)을 연마하기 위해서, 기판(318)을 연마 패드(334) 상에 놓고, 회전판(312)을 모터(336)를 이용하여 적절한 속도로 회전시킨다. 선형 위치선정 기구(322)의 미끄럼 부재(323)가 기판의 방사형 에지부를 넘어선 위치로부터 기판의 에지부에 인접한 위치로 연마 아암(314)을 이동시켜서 기판 상부면(319)을 연마하기 시작한다. 연마 아암(314)이 기판 에지부와 접촉하기 위해 이동할 때, 연마 패드(320)는 베이스(310) 상에 유지되어 있는 리컨디션닝 블레이드(338)를 통과하여, 연마를 행하기 이전에 연마 패드(320)에 포집되었던 입자들을 제거한다. 블레이드(338)는 바람직하게는 날카로우며, 연마 패드(320)가 블레이드(338)를 따라 스치게 될 때, 패드의 섬유가 세워져서 그 내부의 입자들이 제거된다. 다이아몬드 휠 또는 스테인레스 와이어 브러쉬와 같은 다른 리컨디셔닝 장치가 사용될 수도 있다. 연마 패드(320)가 기판(318)의 외부 에지부와 접촉한다면, 화학적 슬러리가 공급관(332)을 통해 공급되어 연마 패드(320)를 통해 배출되며, 연마 아암(314)이 회전 및/또는 진동하게 된다. 기판(318)이 연마 패드(320) 밑에서 회전할 때, 미끄럼 부재(323)가 기판 에지부로부터 기판 상부면(319)을 따라 기판의 중앙으로 연마 아암(314)을 이동시킨다. 연마 패드(320)가 연마 패드(320)와 기판 상부면(319) 사이의 네트 운동의 감소를 보상하기 위해 하중 기구(324)에 의해 조절가능하게 변화됨에 따라, 연마 패드(320)는 기판(318)의 중앙으로 더 접근해 간다. 더욱이, 회전판(312)의 회전 속도, 및 연마 패드(320)와 기판(318) 사이의 네트 운동은 모터(336)의 속도를 변화시킴에 의해 기판(318) 위의 연마 패드의 상대적인 방사형 위치에 따라 또는 그와는 독립적으로 변화될 수도 있다. 연마 공정이 완료되면, 화학적 슬러리의 공급이 중단되고, 회전 및/또는 진동이 중단되며, 미끄럼 부재(323)는 연마 아암(314)을 리컨디셔닝 블레이드(338)를 가로질러서 직립대(315)에 인접한 그의 본래의 위치로 되돌아온다. 후행하는 기판(318)을 연마할 수 있도록 연마 아암(314)을 적절하게 위치시키기 위해, 영점 정지부(342)가 크로스 아암(316)에 평행하게 직립대(315)로부터 연장되어 있으며, 미끄럼 부재(323)가 영점 정지부(342)와 결합할 때, 미끄럼 부재(323)가 멈추게 된다. 후행하는 기판(318)이 회전판(312)에 놓이는 경우, 다음의 연마 싸이클이 개시되는데, 연마 패드(320)는 리컨디셔닝 블레이드(338)을 횡단하여서 연마 패드(320)의 섬유를 세우고, 연마 패드(320)에 포집되어 있던 입자를 제거한다. 선택적으로, 연마 패드(320)는 각 연마 싸이클이 행해진 후에 교체될 수도 있다.

도 28 및 도 29는 본 발명에 따른 화학기계식 연마 장치에 유용한 연마 아암(314)의 제 2실시예를 도시하고 있다. 이러한 실시예에서, 연마 아암(314)은 하중 부재(324)로부터 하방으로 연장하는 관형 로울러 지지 아암(346)과, 지지판(350)에 의해 로울러 지지 아암(346)의 하부 종착부에 부착되어 있는 로울러 부재(348)를 포함하고 있다. 지지판(350)은 로울러 지지 아암(346)의 대향 측부 상에 위치되어 있으며, 로울러 부재(348)의 어느 한 단부로부터 연장하는 회전가능한 로울러 액슬(axle)을 수용하기 위해 로울러 지지 아암(346)으로부터 하방으로 연장되어 있다. 로울러 부재(348)는 비록 양호하게 회전될 구동 시스템에 연결되어 있더라도 바람직하게는 지지판(350) 내에서 자유롭게 움직일 수 있다. 기판(18)을 연마하는 연마 패드면을 제공하기 위해, 카셋트(354)가 로울러 지지 아암(346)의 상단부 상에 설치되며, 연마 패드 재료의 테이프(356)가 그들의 단부가 카셋트(354) 내의 스풀(358)들 사이에서 권치되도록 로울러(348) 위에서 루프를 형성하고 있다. 연마 재료의 테이프(356)는 바람직하게는 기판(318)의 반경에 평행하게 액슬(352)를 정렬시킴으로써 기판 상에 정렬된다. 카셋트(354)는 바람직하게는 로울러(348)에서 깨끗한 연마 패드면을 제공하기 위해 스풀(358)을 회전시키는 일체형 구동 모터를 포함하고 있다. 또한 선택적으로 기판 연마에 축적되어 있는 입자를 제거하기 위해 연마 테이프 표면과 접촉하는 한쌍의 리컨디셔닝 블레이드(360)를 포함하고 있다. 테이프(356)는 각각의 연마 싸이클이 행해진 후에 로울러(348) 상에 청결한 연마 패드면을 제공하기 위해 점진적으로 이동될 수도 있으며, 또는 각 개별 기판(318)이 연마되는 동안 연마 패드/기판의 계면에서 깨끗한 연마 패드면을 제공하기 위해 연속적으로 또는 점진적으로 이동될 수도 있다. 기판(318)에 대응하여 깨끗한 연마 패드 재료를 제공하기 위해, 로울러(348)가 구동 기구에 의해 구동되어 로울러(348) 위로 테이프(356)를 구동시킬 수도 있으며, 리컨디셔닝 블레이드가 로울러(348)에 인접하여 위치할 수도 있다. 연마 슬러리가 로울러 지지 아암(346)의 중공형 내면을 통해 제공되어서, 연마 패드/기판 계면에 직접 연마 슬러리를 공급할 수도 있다.

도 30을 참조하면, 본 발명에 따른 추가 선택적인 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 연마 아암(314)은 하중 기구(324)로부터 하방으로 회전판(312)에 평행하게 위치하는 제 2판(380)까지 연장되어 있다. 단부에 연마 패드(320)를 가지고 있는 한쌍의 제 2연마 아암(384)는 중간판(380)으로부터 하방으로 연마 패드(320)까지 연장되어서 기판 상부면(319)과 결합하고 있다. 제 2연마 아암(384)은 바람직하게는 180°정도 떨어져서 중간판(380)의 에지부에 인접하여 위치하며, 연마 아암(314)는 바람직하게는 제 2판(380)의 중앙에 연결되어 있다. 따라서, 연마 아암(314)은 모터(325)에 의해 회전되고, 제 2연마 아암(384)은 제 2연마 아암(384)의 중앙 사이에서 거리와 동일한 평균 직경을 가지는 원형 경로를 가로지른다. 선형 위치선정 조립체(322)가 기판(318) 위로 연마 아암(314)을 이동시키고, 제 2연마 아암(384)이 연마 아암(314)의 종방향 축선을 중심으로 회전할 때, 네트 운동이 패드(320)와 기판 상부면(319)의 모든 영역 사이에서 발생될 것이다.

연마 패드(320)와 기판 상부면(319) 사이에서 상대적으로 동일한 네트 운동을 보장하기 위해, 기판의 에지부로부터 중앙으로 패드(320)를 위치시키는 미끄럼 부재의 경로의 길이에 조합하여 중간판(380) 상의 제 2연마 아암(384) 사이의 길이는 기판의 반경을 벗어나서는 안되며, 회전판(312)과 연마 아암(314)의 회전 속도와 방향으로 동일해야만 한다. 바람직하게는, 제 2연마 아암(384)의 단부 상에서 두 연마 패드(320)의 중앙 사이의 길이는 3 내지 4cm 이다. 추가로, 비록 제 2연마 아암(384)이 도시되었지만, 하나, 또는 둘 이상의 연마 아암이 사용될 수도 있으며, 연마 패드 재료의 환형 링은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 중간판(80)의 하부에 연결될 수도 있다.

도 31을 참조하면, 본 발명의 화학기계식 연마 장치를 조절하는 조절 시스템(370)이 개략적으로 도시되어 있다. 조절 시스템(370)은 하중 기구(324), 하중 셀(326), 판구동 모터(336), 크로스 바아 스텝퍼 모터(321), 및 모터(325)에 전선으로 연결되어 있는 콘트롤러(372)를 포함하고 있다. 화학기계식 연마 장치가 사용될 때에는 먼저 콘트롤러(372)가 선형 위치선정 기구(322)의 스텝퍼 모터(321)에 신호를 보내어 나사형 크로스 바아(316)를 구동시키며, 미끄럼 부재(323)와 여기에 부착되어 있는 연마 아암(314)를 직립대(315)에 인접한 완전 후퇴 위치로 이동시킨다. 미끄럼 부재(323)가 연마 아암(314)을 완전 후퇴 위치에 위치시킬 때, 신호 부재 위에 있는 신호핀이 영점 정지부(342)를 터치하여, 콘트롤러(372)에 연마 아암(314)이 완전 후회 위치에 놓였음을 알려주는 신호를 보낸다. 그후, 콘트롤러(372)가 스텝퍼 모터(321)를 작동시켜서 연마 아암(314)을 기판 상부면(319)의 에지부로 이동시킨다. 연마 패드(320)가 기판(318)의 에지부와 접촉하는 위치로 이동될 때, 콘트롤러(372)는 모터(336)를 작동시켜서 원하는 속도로 기판(318)을 회전시킨다.

연마 패드(320)가 기판(318)의 에지부와 접촉하면, 콘트롤러(372)는 하중 부재(324)에 신호를 보내어 연마 패드(320)와 기판 상부면(319)의 계면에 바이어스력 또는 하중을 발생시키고, 모터(325)에 신호를 보내어 연마 아암(314)을 진동 및/또는 회전시키며, 동시에 연마 슬러리를 연마 패드(320)에 공급한다. 콘트롤러(372)는 연마가 완료될 때까지, 선형 위치선정 기구(322), 하중 부재(324), 모터(325), 및 모터(336)를 통해 기판 상부면(319) 상의 방사형 위치에서 연마 패드(320)의 위치, 내구력, 압력, 및 상대적인 선형 및 회전 속도를 감시하여 선택적으로 변화시킨다. 기판(318) 상의 어떠한 연마 위치에서도 연마의 깊이를 결정할 수 있는 엘립소메터(ellipsometer)와 같은 연마 완료 탐지기가 콘트롤러(372)에 연결되어 있다. 콘트롤러(372)는 연마될 특정 기판의 반경에서의 연마 완료 탐지에 대응하여 선형 위치선정 장치(322)의 이동을 정지시킬 수도 있으며, 또는 연마가 완료되어 기판 상부면(319)의 여러 지점에서 연마 완료가 탐지될 때까지 연마 패드(320)를 전후방으로 이동시키기 위해 선형 위치선정 장치(322)를 순환시킬 수도 있다. 시스템의 고장시에는, 정지부(340)가 크로스 바아(316)에 평행한 직립대(315a)로부터 돌출하여 미끄럼 부재(323)가 기판(318) 위에서 이동하는 것을 방지한다. 연마가 완료되면, 콘트롤러(372)는 하중셀에 신호를 보내어 연마 아암(314)을 기판(318)으로부터 들어올리고, 연마 슬러리의 공급을 중단시키며, 미끄럼 부재(323)가 영점 정지부(342)와 결합하도록 후퇴시킨다. 그후, 연마된 기판(318)이 제거되고, 새로운 기판(318)이 연마되기 위해 회전판(312)에 놓이게 된다.

본 발명이 상기한 실시예들에 국한하여 기술되었지만, 당업자들은 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않으면서 개조 및 변형이 이루어질 수 있음을 인지할 것이다.

Claims (49)

1. 연마될 기판을 유지하는 기판 호울더와,

   제 1측부 및 제 2측부를 구비하는 가요성 연마 멤브레인으로서, 상기 멤브레인이 상기 기판에 대해 일반적인 선형 경로의 제 1방향을 따라 이동하는 동안 상기 멤브레인의 제 1측부가 상기 기판 호울더에 의해 유지된 상기 기판의 적어도 일부분과 접촉하도록 구성된, 멤브레인과, 그리고

   상기 멤브레인의 제 2측부 상에 위치되어 있는 멤브레인 백킹 부재를 구비하며,

   상기 기판 호울더와 상기 멤브레인 백킹 부재가 상기 기판과 상기 멤브레인의 제 1측부를 죄는 클램핑력을 제공하여 연마 공정을 행하는 동안 서로 접촉하도록 조합적으로 구성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 기판 호울더와 상기 멤브레인 백킹 부재로 구성된 그룹 중 하나는 수직하게 고정되어 있으며, 상기 클램핑력이 상기 기판 호울더와 상기 멤브레인 백킹 부재로 구성된 그룹 중 다른 하나를 상기 가요성 연마 멤브레인을 향해 죄는 탄성 부재에 의해 제공되는 화학기계식 연마 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 멤브레인 백킹 부재가 상기 가요성 연마 멤브레인과 접촉하는 화학기계식 연마 장치.
4. 제 2항에 있어서, 유체층이 상기 멤브레인 백킹 부재와 상기 가요성 연마 멤브레인 사이에 형성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 유체층이 액체를 포함하는 화학기계식 연마 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 멤브레인 백킹 부재가 상기 연마 멤브레인을 향해 죄여져 있는 상기 멤브레인 백킹 부재의 일부분이 상기 측벽을 넘어서 상기 연마 멤브레인이 상기 멤브레인 백킹 부재에 대해 움직이는 방향으로 이동하는 것을 방지하는 베리어로서 작용하는 면판 측벽을 포함하고 있으며, 상기 연마 멤브레인을 향해 죄어져 있는 상기 멤브레인 백킹 부재가 상기 연마 멤브레인을 향해 죄어져 있는 상기 멤브레인 백킹 부재와 상기 측벽 사이에 유체가 통과하는 것을 방지하는 상기 측벽과 함께 시일을 형성하는 화학기계식 연마 장치.
7. 제 4항에 있어서, 상기 유체층이 가스를 포함하는 화학기계식 연마 장치.
8. 제 7항에 있어서, 상기 멤브레인 백킹 부재가 상기 연마 멤브레인을 향해 죄여져 있는 상기 멤브레인 백킹 부재의 일부분이 상기 측벽을 넘어서 상기 연마 멤브레인이 상기 멤브레인 백킹 부재에 대해 움직이는 방향으로 이동하는 것을 방지하는 베리어로서 작용하는 면판 측벽을 포함하는 화학기계식 연마 장치.
9. 제 2항에 있어서, 상기 탄성 부재가 폐쇄된 가압 벨로즈를 포함하는 화학기계식 연마 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 멤브레인 백킹 부재가 상기 연마 멤브레인을 향해 죄여져 있는 상기 멤브레인 백킹 부재의 일부분이 상기 측벽을 넘어서 상기 연마 멤브레인이 상기 멤브레인 백킹 부재에 대해 움직이는 방향으로 이동하는 것을 방지하는 베리어로서 작용하는 면판 측벽을 포함하는 화학기계식 연마 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 멤브레인 백킹 부재는 상기 연마 멤브레인과 상기 멤브레인 백킹 부재 사이가 결합하는 것을 방지하기 위해 상기 가요성 연마 멤브레인과 접촉하는 마찰 감소면을 포함하는 화학기계식 연마 장치.
12. 제 11항에 있어서, 상기 마찰 감소면이 가압 유체층을 포함하는 화학기계식 연마 장치.
13. 제 2항에 있어서, 상기 가요성 멤브레인을 향해 상기 멤브레인 백킹 부재를 죄는 상기 탄성 부재가 기계적 스프링을 포함하는 화학기계식 연마 장치.
14. 제 2항에 있어서, 상기 기판 호울더는 수직하게 고정되어 있으며, 상기 클램핑력은 상기 가요성 연마 멤브레인을 향해 상기 멤브레인 백킹 부재를 죄는 상기 탄성 부재를 미리 조절함으로써 제공되는 화학기계식 연마 장치.
15. 제 2항에 있어서, 상기 기판 호울더는 수직하게 고정되어 있으며, 상기 클램핑력은 상기 가요성 연마 멤브레인을 향해 상기 멤브레인 백킹 부재를 죄는 상기 탄성 부재의 조임력을 자동으로 조절함으로써 제공되는 화학기계식 연마 장치.
16. 제 2항에 있어서, 상기 기판 호울더는 수직하게 고정되어 있으며, 상기 클램핑력은 상기 가요성 연마 멤브레인을 향해 상기 기판 호울더를 죄는 상기 탄성 부재를 미리 조절함으로써 제공되는 화학기계식 연마 장치.
17. 제 2항에 있어서, 상기 기판 호울더는 수직하게 고정되어 있으며, 상기 클램핑력은 상기 가요성 연마 멤브레인을 향해 상기 기판 호울더를 죄는 상기 탄성 부재의 조임력을 자동으로 조절함으로써 제공되는 화학기계식 연마 장치.
18. 제 1항에 있어서, 상기 가요성 연마 멤브레인이 회전가능한 원통형 부재 사이에서 이동하는 벨트를 포함하는 화학기계식 연마 장치.
19. 제 18항에 있어서, 상기 가요성 연마 멤브레인이 상기 제 1방향에 일반적으로 수직한 제 2방향에서 상기 기판 호울더의 폭과 동일한 폭을 가지도록 구성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
20. 제 19항에 있어서, 상기 기판 호울더는 연마될 상기 기판을 회전시키도록 구성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
21. 제 19항에 있어서, 상기 기판 호울더가 상기 제 2방향으로 상기 가요성 연마 멤브레인을 가로질러 측부로부터 측부로 이동되도록 구성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
22. 제 19항에 있어서, 상기 기판 호울더는 연마될 상기 기판을 회전시키도록 구성되어 있으며,

    상기 기판 호울더가 상기 제 2방향으로 상기 가요성 연마 멤브레인을 가로질러 측부로부터 측부로 이동되도록 구성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
23. 제 19항에 있어서, 상기 기판 호울더는 기판 둘레링을 포함하고 있으며, 상기 기판 둘레링은 상기 기판이 상기 기판 둘레링의 내부 에지에 의해 둘러 싸인 상기 기판 호울더의 영역을 넘어서 이동하는 것을 방지하는 화학기계식 연마 장치.
24. 제 23항에 있어서, 상기 멤브레인이 두개의 풀리 사이를 연속적으로 순환하는 연속 벨트인 화학기계식 연마 장치.
25. 제 23항에 있어서, 상기 멤브레인이 세개의 풀리 사이를 연속적으로 순환하는 연속 벨트인 화학기계식 연마 장치.
26. 제 23항에 있어서, 상기 멤브레인이 세 개 이상의 풀리 사이를 연속적으로 순환하는 연속 벨트인 화학기계식 연마 장치.
27. 제 18항에 있어서, 상기 가요성 연마 멤브레인이 상기 연마 멤브레인을 세척하거나 처리하는 액체 용기를 통과하는 화학기계식 연마 장치.
28. 제 18항에 있어서, 상기 기판 호울더는 기판 둘레링을 포함하고 있으며, 상기 기판 둘레링은 상기 기판이 상기 기판 둘레링의 내부 에지에 의해 둘러 싸인 상기 기판 호울더의 영역을 넘어서 이동하는 것을 방지하는 화학기계식 연마 장치.
29. 제 28항에 있어서, 상기 멤브레인이 두개의 풀리 사이를 연속적으로 순환하는 연속 벨트인 화학기계식 연마 장치.
30. 제 30항에 있어서, 상기 풀리들이 상기 기판에 대한 유닛으로서 이동하는 통상의 캐리어 상에 장착되는 화학기계식 연마 장치.
31. 제 28항에 있어서, 상기 멤브레인이 세개의 풀리 사이를 연속적으로 순환하는 연속 벨트인 화학기계식 연마 장치.
32. 제 31항에 있어서, 상기 풀리들이 상기 기판에 대한 유닛으로서 이동하는 통상의 캐리어 상에 장착되는 화학기계식 연마 장치.
33. 제 28항에 있어서, 상기 멤브레인이 세 개 이상의 풀리 사이를 연속적으로 순환하는 연속 벨트인 화학기계식 연마 장치.
34. 제 33항에 있어서, 상기 풀리들이 상기 기판에 대한 유닛으로서 이동하는 통상의 캐리어 상에 장착되는 화학기계식 연마 장치.
35. 제 18항에 있어서, 상기 가요성 연마 멤브레인이 상기 제 1방향에 일반적으로 수직한 제 2방향에서 상기 기판 호울더의 폭보다 작은 폭을 가지도록 구성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
36. 제 35항에 있어서, 상기 가요성 연마 멤브레인은 상기 제 1방향에서 기판의 길이보다 큰 길이를 가지며,

    상기 기판 호울더와 상기 가요성 연마 멤브레인이 상기 기판의 표면을 균일하게 연마하기 위해 상기 제 2방향에서 그들 사이에 상대적인 운동을 제공하도록 구성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
37. 제 35항에 있어서, 상기 가요성 연마 멤브레인은 상기 제 1방향에서 기판의 길이보다 큰 길이를 가지며,

    상기 기판 호울더와 상기 가요성 연마 멤브레인이 상기 기판의 표면을 균일하게 연마하기 위해 상기 제 1 및 제 2방향에서 그들 사이에 상대적인 운동을 제공하도록 구성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
38. 제 18항에 있어서, 상기 벨트가 상기 가요성 연마 멤브레인의 표면을 조절하는 기구와 접촉하여 통과하도록 구성되어 있는 화학기계식 연마 장치.
39. 기판에 대해 선형 운동을 하는 가요성 연마 멤브레인과 접촉하도록 기판을 유지시키는 단계와,

    상기 기판 영역을 가로질러 일반적인 균일한 연마가 달성되도록 상기 기판의 표면에 일반적인 균일한 압력을 가하는 단계를 포함하는 화학기계식 연마 방법.
40. 제 39항에 있어서, 상기 균일한 압력을 가하는 단계는 기판 지지물과 기판 호울더 중간에 위치한 벨로즈를 가압함으로써 달성되는 화학기계식 연마 방법.
41. 제 40항에 있어서, 상기 벨로즈 내의 압력이 일반적으로 균일하게 조절되는 화학기계식 연마 방법.
42. 제 39항에 있어서, 상기 균일한 압력을 가하는 단계는 벨로즈를 가압함으로써 달성되며, 상기 벨로즈가 연마될 상기 기판에 대향하는 상기 연마 멤브레인의 측부와 멤브레인 백킹 부재의 중간에 위치하는 화학기계식 연마 방법.
43. 제 42항에 있어서, 상기 벨로즈 내의 압력이 일반적으로 균일하게 조절되는 화학기계식 연마 방법.
44. 제 39항에 있어서, 상기 균일한 압력을 가하는 단계는 연마될 상기 기판에 대향하는 상기 연마 멤브레인 상의 백킹 면판을 사용하는 단계를 포함하며, 상기 백킹 면판은 상기 멤브레인을 향하는 표면에 상기 백킹 면판으로부터 상기 연마 멤브레인을 분리하는 유체층을 형성하도록 가압된 유체가 흐르는 일련의 홀을 포함하는 화학기계식 연마 방법.
45. 제 39항에 있어서, 상기 기판을 유지시키는 단계는 연마를 행하는 동안 상기 기판을 회전시키는 단계를 포함하는 화학기계식 연마 방법.
46. 제 39항에 있어서, 상기 기판을 유지시키는 단계는 연마를 행하는 동안 상기 벨트와 상기 기판 사이의 상대적인 운동에 대해 일반적으로 수직한 진동 운동으로 상기 기판을 이동시키는 단계를 포함하는 화학기계식 연마 방법.
47. 가요성 연마 멤브레인 후방의 백킹 면판 위치와 대향하는 상기 멤브레인 연마 멤브레인과 접촉하도록 기판을 유지시키는 단계와,

    상기 기판을 연마시키기 위해 상기 기판이 지나는 선형 경로 내로 상기 연마 멤브레인을 이동시키는 단계를 포함하는 기판 연마 방법.
48. 제 47항에 있어서, 상기 가요성 멤브레인과 접촉하도록 다른 하나를 향해 상기 기판과 상기 백킹 면판을 죄는 클램핑력을 제공하는 단계를 더 포함하는 기판 연마 방법.
49. 제 48항에 있어서, 상기 가요성 멤브레인이 기판이 연마될 연마 위치를 향해 이동될 때 상기 가요성 멤브레인을 리컨디셔닝하는 단계를 더 포함하는 기판 연마 방법.