KR20150130923A - 연마 장치 - Google Patents

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KR20150130923A
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오사무 나베야
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

리테이너 링에 하중을 전달하는 롤러의 마모를 억제하고, 발생한 마모분의 외부 유출을 방지할 수 있는 연마 장치가 개시된다. 연마 장치는, 헤드 본체와 함께 회전하면서 연마면을 가압하는 리테이너 링과, 리테이너 링에 고정되어, 리테이너 링과 함께 회전하는 회전 링과, 회전 링 위에 배치된 정지 링과, 회전 링 및 정지 링을 개재해서 리테이너 링 일부에 국소 하중을 가하는 국소 하중 부여 장치를 구비한다. 회전 링은, 정지 링에 접촉하는 복수의 롤러를 갖는다.

Description

연마 장치{POLISHING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼 등의 기판을 연마하는 연마 장치에 관한 것으로, 특히 기판의 주위를 둘러싸는 리테이너 링을 구비한 연마 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 디바이스의 고집적화·고밀도화에 수반하여, 회로의 배선이 점점 미세화되어, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하고자 하면, 하측 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 보다 커지므로, 배선층수가 증가함에 따라, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 다층 배선하기 위해서는, 이 스텝 커버리지를 개선하고, 적당한 과정에서 평탄화 처리해야만 한다. 또한 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지므로, 반도체 디바이스 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하로 억제되도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다.
따라서, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화가 점점 중요해지고 있다. 이 표면의 평탄화에 있어서 가장 중요한 기술은, 화학 기계 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)이다. 이 화학 기계 연마는, 실리카(SiO2) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드의 연마면 위에 공급하면서 웨이퍼를 연마면에 미끄럼 접촉시켜서 연마를 행하는 것이다.
도 22는, CMP를 행하기 위한 연마 장치를 도시하는 모식도이다. 연마 장치는 연마 패드(202)를 지지하는 연마 테이블(203)과, 웨이퍼(W)를 보유 지지하기 위한 연마 헤드(201)와, 연마액(슬러리)을 연마 패드(202) 위에 공급하는 연마액 공급 노즐(205)을 구비하고 있다. 연마 패드(202)는 연마 테이블(203)과 함께 회전되고, 연마액은 회전하는 연마 패드(202) 위에 공급된다. 연마 헤드(201)는 웨이퍼(W)를 보유 지지하면서, 이 웨이퍼(W)를 연마 패드(202)의 연마면(202a)에 대하여 소정의 압력으로 가압한다. 웨이퍼(W)의 표면은, 연마액에 포함되는 지립에 의한 기계적 작용과, 연마액에 포함되는 화학 성분에 의한 화학적 작용에 의해 연마된다.
연마 중의 웨이퍼(W)와 연마 패드(202)의 연마면(202a) 사이의 상대적인 가압력이 웨이퍼(W)의 전체면에 걸쳐서 균일하지 않은 경우에는, 웨이퍼(W)의 각 부분에 부여되는 가압력에 따라서 연마 부족이나 과연마가 발생되어 버린다. 따라서, 웨이퍼(W)에 대한 가압력을 균일화하기 위해서, 연마 헤드(201)의 하부에 탄성막으로 형성되는 압력실을 설치하고, 이 압력실에 공기 등의 유체를 공급함으로써 탄성막을 개재해서 유체압에 의해 웨이퍼(W)를 가압하는 것이 행하여지고 있다.
상기 연마 패드(202)는 탄성을 갖기 때문에, 연마 중의 웨이퍼(W)의 에지부 (주연부)에 가해지는 가압력이 불균일해져, 웨이퍼(W)의 에지부만이 많이 연마되는, 소위「가장자리 늘어짐」을 일으켜 버리는 경우가 있다. 이러한 가장자리 늘어짐을 방지하기 위해서, 웨이퍼(W)의 에지부를 보유 지지하는 리테이너 링(220)을 헤드 본체에 대하여 상하 이동 가능하게 설치하고, 웨이퍼(W)의 외주연측에 위치하는 연마 패드(202)의 연마면(202a)을 리테이너 링(220)으로 가압하도록 하고 있다.
리테이너 링(220)은, 웨이퍼(W)의 주위에서 연마 패드(202)를 가압하므로, 리테이너 링(220)의 하중은 웨이퍼(W)의 에지부의 프로파일에 영향을 미친다. 웨이퍼(W)의 에지부의 프로파일을 적극적으로 제어하기 위해서, 리테이너 링(220)의 일부에 국소 하중을 가하는 경우도 있다. 따라서, 도 22에 도시한 연마 장치는, 리테이너 링(220)의 일부에 국소 하중을 가하는 국소 하중 부여 장치(230)를 구비하고 있다. 이 국소 하중 부여 장치(230)는, 헤드 아암(216)에 고정되어 있다.
도 23은, 국소 하중 부여 장치(230)와, 연마 헤드(201)를 도시하는 사시도이다. 도 23에 도시한 바와 같이, 리테이너 링(220) 위에는 정지 링(235)이 배치되어 있다. 국소 하중 부여 장치(230)는, 하부 방향의 국소 하중을 리테이너 링(220)에 전달하는 가압 로드(231)를 갖고 있으며, 가압 로드(231)의 하단부는 정지 링(235)에 고정되어 있다. 웨이퍼(W)의 연마 중 리테이너 링(220)은 회전하지만, 정지 링(235) 및 국소 하중 부여 장치(230)는 회전하지 않는다. 정지 링(235)은 후술하는 롤러를 구비하고 있고, 이 롤러가 리테이너 링(220)의 상면에 구름 접촉하도록 되어 있다. 국소 하중 부여 장치(230)는, 하부 방향의 국소 하중을 가압 로드(231)로부터 정지 링(235)을 개재해서 리테이너 링(220)에 전달한다.
도 24는, 리테이너 링(220)의 일부에 국소 하중을 가하는 기구를 리테이너 링(220)의 위에서 본 도면이다. 도 24에 도시한 바와 같이, 리테이너 링(220)의 상면에는 원환 레일(221)이 고정되어 있고, 원환 레일(221) 위에는 3개의 롤러(225)가 배치되어 있다. 원환 레일(221)의 상면에는 환상 홈(221a)이 형성되어 있고, 롤러(225)는 이 환상 홈(221a) 내에 놓여 있다.
도 25는, 원환 레일(221)과 그 위에 배치된 롤러(225)를 도시하는 사시도이다. 도 25에서는 리테이너 링(220)의 도시는 생략되어 있다. 3개의 롤러(225) 중 1개의 롤러(225)는 국소 하중 부여 장치(230)에 연결되어 있고, 이 롤러(225)에는 도 25에 도시한 바와 같이 하부 방향의 국소 하중이 부여된다. 웨이퍼의 연마 중, 원환 레일(221)은 리테이너 링(220)과 일체로 회전하지만, 3개의 롤러(225)의 위치는 고정이다. 따라서, 이들 롤러(225)는 회전하는 원환 레일(221)에 구름 접촉한다.
원환 레일(221)이 리테이너 링(220)과 함께 회전하고 있을 때, 원환 레일(221)은 그 전체가 환상이므로, 각 롤러(225)의 내측 부분과 외측 부분 사이의 속도차에 기인해서 롤러(225)는 약간 미끄러진다. 또한, 원환 레일(221)이 회전하고 있을 때, 각 롤러(225)의 측면은 원환 레일(221)의 환상 홈(221a)에 접촉한다. 이러한 롤러(225)의 미끄럼이나 접촉에 의해, 롤러(225)가 마모되어, 마모분이 발생한다. 또한 마모가 진행되면 롤러(225)는 파손된다. 마모분이 연마 패드 위로 떨어지면, 웨이퍼의 연마 중에 웨이퍼의 표면을 손상시켜 버려, 웨이퍼 결함의 원인이 된다.
회전하는 리테이너 링(220)은, 가공 정밀도나 연마 패드(202)의 표면 요철에 기인해서 기울어지는 경우가 있다. 가압 로드(231)는 정지 링(235)에 고정되어 있으므로, 리테이너 링(220)이 경사지면, 가압 로드(231)도 경사진다. 가압 로드(231)가 기울어지면, 가압 로드(231)를 지지하는 리니어 가이드(도시하지 않음)에 과대한 마찰 저항이 발생하여, 의도하는 국소 하중을 리테이너 링(220)에 가할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우, 원하는 연마 결과가 얻어지지 않고, 특히 웨이퍼(W)의 주연부에 있어서 막 두께의 편차를 발생시키는 원인이 된다.
또한, 국소 하중 부여 장치(230)를 헤드 아암(216)에 조립 부착했을 때에, 국소 하중 부여 장치(230)가 리테이너 링(220)에 대하여 약간 기울어져 있는 경우가 있다. 국소 하중 부여 장치(230) 자신이 리테이너 링(220)에 대하여 기울어져 있으면, 가압 로드(231)에는 연직 방향 이외의 방향으로 스트레스가 가해져, 상술한 리니어 가이드(도시하지 않음)에 과대한 마찰 저항이 발생되어 버린다. 이 경우도, 원하는 연마 결과가 얻어지지 않고, 특히 웨이퍼(W)의 주연부에 있어서 막 두께의 편차를 발생시키는 원인이 된다.
나아가, 연마 테이블(203)이 회전하고 있을 때, 연마 테이블(203)의 표면도 상하로 변동하는 경우가 있다. 이 연마 테이블(203)의 상하 변동은, 리테이너 링(220) 전체를 상하로 진동시키는 원인이 된다. 국소 하중 부여 장치(230)는 관성이 크고, 마찰 저항도 있으므로, 이 진동을 흡수할 수 없어, 리테이너 링(220)으로의 국소 하중이 변동되어 버린다.
본 발명은 리테이너 링에 하중을 전달하는 롤러의 마모를 억제할 수 있는 연마 장치를 제공하는 것을 제1 목적으로 한다.
본 발명은 국소 하중 부여 장치와 리테이너 링이 상대적으로 기울어진 경우에도, 의도한 국소 하중을 국소 하중 부여 장치로부터 리테이너 링에 가할 수 있는 연마 장치를 제공하는 것을 제2 목적으로 한다.
본 발명의 일 형태는, 기판을 회전시키면서 연마면에 가압하는 헤드 본체와, 상기 기판을 둘러싸도록 배치되어, 상기 헤드 본체와 함께 회전하면서 상기 연마면을 가압하는 리테이너 링과, 상기 리테이너 링에 고정되어, 상기 리테이너 링과 함께 회전하는 회전 링과, 상기 회전 링 위에 배치된 정지 링과, 상기 회전 링 및 상기 정지 링을 개재해서 상기 리테이너 링의 일부에 국소 하중을 가하는 국소 하중 부여 장치를 구비하고, 상기 회전 링은 상기 정지 링에 접촉하는 복수의 롤러를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 장치이다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 복수의 롤러 각각은 베어링과, 상기 베어링의 외륜에 설치된 휠을 구비하고, 상기 휠은 수지 또는 고무로 구성되어 있다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 회전 링은 상기 복수의 롤러가 수용되는 환상 오목부가 형성된 롤러 하우징을 구비하고 있다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 정지 링에 접속된 흡인 라인을 더 구비하고, 상기 흡인 라인은 상기 환상 오목부에 의해 형성되는 공간에 연통하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 회전 링과 상기 정지 링 사이에 배치된 시일을 더 구비하고 있다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 시일은 래비린스 시일이다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 시일은 상기 회전 링과 상기 정지 링의 간극을 막는 접촉식 시일이다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 정지 링은 상기 복수의 롤러에 접촉하는 원환 레일을 구비하고 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 롤러가 리테이너 링과 함께 회전하면서, 리테이너 링의 일부에 하중을 전달한다. 각 롤러는, 하중의 작용점을 통과할 때에만 하중을 받는다. 따라서, 각 롤러가 하중을 받는 시간이 짧아져, 롤러의 마모가 억제된다. 또한, 마모분의 발생도 억제되어, 롤러의 수명이 길어진다.
본 발명의 일 형태는, 기판을 회전시키면서 연마면에 가압하는 헤드 본체와, 상기 기판을 둘러싸도록 배치되어, 상기 헤드 본체와 함께 회전하면서 상기 연마면을 가압하는 리테이너 링과, 상기 리테이너 링의 상방에 배치된 정지 링과, 상기 정지 링을 개재해서 상기 리테이너 링의 일부에 국소 하중을 가하는 국소 하중 부여 장치를 구비하고, 상기 국소 하중 부여 장치는, 상기 정지 링에 연결된 하중 전달부를 갖고, 상기 하중 전달부는 상기 국소 하중 부여 장치와 상기 리테이너 링의 상대적인 기울기를 허용하는 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치이다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 기구는 틸팅 가능 조인트인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 틸팅 가능 조인트는 상기 하중 전달부가 상기 정지 링에 연결된 부위에 있어서, 상기 리테이너 링의 접선 방향으로만 기우는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 하중 전달부는 상기 정지 링에 연결된 가압 부재와, 상기 가압 부재에 고정된 상기 틸팅 가능 조인트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 틸팅 가능 조인트는 다방향으로 기울 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 하중 전달부는 상기 국소 하중을 전달하기 위한 2개의 가압 로드와, 상기 2개의 가압 로드를 각각 틸팅 가능하게 지지하는 2개의 구면 베어링을 구비하고, 상기 틸팅 가능 조인트는 상기 2개의 구면 베어링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 2개의 구면 베어링은 2개의 베어링 하우징과, 상기 2개의 베어링 하우징에 각각 점 접촉하는 2개의 돌기부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 하중 전달부는 진동 흡수 부재를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 진동 흡수 부재는 스프링인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태는, 상기 진동 흡수 부재는 고무인 것을 특징으로 한다.
연마 패드의 표면 요철 등에 기인하여 국소 하중 부여 장치와 리테이너 링이 상대적으로 기울어진 경우에도, 이 기울기가 흡수된다. 따라서, 불필요한 힘이 국소 하중 부여 장치와 리테이너 링에는 발생하지 않고, 국소 하중 부여 장치는 목표한 국소 하중을 리테이너 링에 전달할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 연마 장치를 도시하는 모식도이다.
도 2는 국소 하중 부여 장치를 도시하는 사시도이다.
도 3은 연마 헤드의 단면도이다.
도 4는 회전 링 및 정지 링의 단면도이다.
도 5는 롤러와 원환 레일을 도시하는 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시한 롤러와 원환 레일을 밑에서부터 본 도면이다.
도 7은 접촉식 시일을 도시하는 단면도이다.
도 8은 연마 헤드로부터 마모분을 흡인하기 위한 흡인 시스템을 도시하는 도면이다.
도 9는 흡인 라인, 정지 링 및 회전 링의 확대 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 연마 장치를 도시하는 모식도이다.
도 11은 국소 하중 부여 장치를 도시하는 사시도이다.
도 12는 연마 헤드의 단면도이다.
도 13은 가압 로드, 정지 링 및 롤러를 도시하는 측면도이다.
도 14는 도 13에 도시한 구면 베어링의 확대도이다.
도 15는 틸팅 가능 조인트의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 16은 틸팅 가능 조인트가 기운 상태를 도시하는 도면이다.
도 17은 도 15에 도시한 틸팅 가능 조인트가 내장된 국소 하중 부여 장치 및 연마 헤드를 도시하는 사시도이다.
도 18은 하중 전달부의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 19는 하중 전달부의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 20은 하중 전달부의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 21은 하중 전달부의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 22는 CMP를 행하기 위한 연마 장치를 도시하는 모식도이다.
도 23은 종래의 국소 하중 부여 장치와, 연마 헤드를 도시하는 사시도이다.
도 24는 리테이너 링의 일부에 국소 하중을 가하는 기구를 리테이너 링의 위에서 본 도면이다.
도 25는 원환 레일과 그 위에 배치된 롤러를 도시하는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여해서 중복된 설명을 생략한다.
도 1은, 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 연마 장치를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 기판의 일례인 웨이퍼를 보유 지지하여 회전시키는 연마 헤드(기판 보유 지지 장치)(1)와, 연마 패드(2)를 지지하는 연마 테이블(3)과, 연마 패드(2)에 연마액(슬러리)을 공급하는 연마액 공급 노즐(5)을 구비하고 있다. 연마 패드(2)의 상면은, 웨이퍼를 연마하는 연마면(2a)을 구성한다.
연마 헤드(1)는 연마 헤드 샤프트(11)의 하단부에 연결되어 있다. 이 연마 헤드 샤프트(11)는 헤드 아암(16)에 의해 회전 가능하게 보유 지지되고 있다. 헤드 아암(16) 내에는, 연마 헤드 샤프트(11)를 회전시키는 회전 장치(도시하지 않음)와, 연마 헤드 샤프트(11)를 상승 및 하강시키는 승강 장치(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 연마 헤드(1)는 회전 장치에 의해 연마 헤드 샤프트(11)를 개재해서 회전하고, 승강 기구에 의해 연마 헤드(1)가 연마 헤드 샤프트(11)를 개재해서 상승 및 하강되도록 되어 있다. 헤드 아암(16)은 선회축(15)에 고정되어 있고, 선회축(15)의 회전에 의해 연마 헤드(1)를 연마 테이블(3)의 외측으로 이동시킬 수 있게 되어 있다.
연마 헤드(1)는, 그 하면에 진공 흡인에 의해 웨이퍼를 보유 지지할 수 있도록 구성되어 있다. 연마 헤드(1) 및 연마 테이블(3)은, 화살표로 나타낸 바와 같이 동일한 방향으로 회전하고, 이 상태에서 연마 헤드(1)는 웨이퍼를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 가압한다. 연마액 공급 노즐(5)로부터는 연마액이 연마 패드(2) 위로 공급되고, 웨이퍼는 연마액의 존재 하에서 연마 패드(2)와의 미끄럼 접촉에 의해 연마된다.
연마 헤드(1)는, 웨이퍼를 연마 패드(2)에 대하여 가압하는 헤드 본체(10)와, 웨이퍼를 둘러싸도록 배치된 리테이너 링(20)을 구비하고 있다. 헤드 본체(10) 및 리테이너 링(20)은, 연마 헤드 샤프트(11)와 일체로 회전하도록 구성되어 있다. 리테이너 링(20)은, 헤드 본체(10)와는 독립하여 상하 이동 가능하게 구성되어 있다. 리테이너 링(20)은 헤드 본체(10)로부터 반경 방향 외측으로 돌출되어 있다. 이 리테이너 링(20)의 상방에는, 리테이너 링(20)의 일부에 국소 하중을 가하는 국소 하중 부여 장치(30)가 배치되어 있다.
국소 하중 부여 장치(30)는 헤드 아암(16)에 고정되어 있다. 연마 중의 리테이너 링(20)은 그 축심 주위로 회전하지만, 국소 하중 부여 장치(30)는 리테이너 링(20)과는 일체로 회전하지 않고, 그 위치는 고정이다. 리테이너 링(20)의 상면에는, 내부에 복수의 롤러(후술함)가 배치된 회전 링(51)이 고정되어 있다. 또한 회전 링(51) 위에는 정지 링(91)이 놓여 있다. 정지 링(91)은 국소 하중 부여 장치(30)에 연결되어 있다.
회전 링(51)은 리테이너 링(20)과 함께 회전하지만, 정지 링(91)은 회전하지 않고, 그 위치는 고정되어 있다. 국소 하중 부여 장치(30)는, 정지 링(91) 및 회전 링(51)을 개재해서 리테이너 링(20)의 일부에 하부 방향의 국소 하중을 부여한다. 하부 방향의 국소 하중은, 정지 링(91) 및 회전 링(51)을 통해서 리테이너 링(20)에 전달되고, 리테이너 링(20)은 연마 패드(2)의 연마면(2a)을 가압한다. 웨이퍼의 연마 중에 리테이너 링(20)의 일부에 하부 방향의 국소 하중을 가하는 이유는, 웨이퍼의 주연부(에지부)의 프로파일을 적극적으로 제어하기 위해서이다.
도 2는 국소 하중 부여 장치(30)를 도시하는 사시도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 국소 하중 부여 장치(30)는 2개의 가압 로드(31), 브리지(32), 복수의 에어 실린더(하중 발생 장치)(33, 34, 35), 복수의 리니어 가이드(38), 복수의 가이드 로드(39) 및 유닛 베이스(40)로 주로 구성되어 있다.
유닛 베이스(40)는 헤드 아암(16)에 고정되어 있다. 유닛 베이스(40)에는 복수의(도시한 예에서는 3개) 에어 실린더(33, 34, 35) 및 복수의(도시한 예에서는 4개) 리니어 가이드(38)가 설치되어 있다. 에어 실린더(33, 34, 35)의 피스톤 로드(33a, 34a, 35a) 및 복수의 가이드 로드(39)는, 공통된 브리지(32)에 접속되어 있다. 복수의 가이드 로드(39)는 리니어 가이드(38)에 의해 저마찰로 상하 이동 가능하게 지지되어 있다. 이들 리니어 가이드(38)에 의해, 브리지(32)는 기울어지는 일 없이 원활하게 상하 이동 가능하게 되어 있다.
에어 실린더(33, 34, 35)는 각각 독립된 압력 조정 장치(도시하지 않음) 및 대기 개방 기구(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 서로 독립하여 하중을 발생할 수 있도록 구성되어 있다. 각각의 에어 실린더(33, 34, 35)가 발생한 하중은 공통된 브리지(32)로 전달된다. 브리지(32)는 가압 로드(가압 부재)(31)에 의해 정지 링(91)에 접속되어 있고, 가압 로드(31)는 브리지(32)에 가하여진 에어 실린더(33, 34, 35)의 하중을 정지 링(91)에 전달한다. 에어 실린더가 3개인 이유는, 국소 하중이 헤드 아암(16) 밑에 위치하고, 그 바로 위에 에어 실린더를 배치할 수 없으므로, 3개의 에어 실린더로 출력 비율을 바꿈으로써, 하중 무게 중심을 국소 하중의 위치에 맞추기 위해서이다. 또한, 본 실시예에서는 에어 실린더는 3개이지만, 리니어 가이드 기구를 강화함으로써, 1개의 에어 실린더만을 설치해도 좋고, 헤드 아암(16) 밑에 에어 실린더를 배치해도 좋다.
연마 헤드(1)는 자신의 축심을 중심으로 해서 회전하지만, 국소 하중 부여 장치(30)는 헤드 아암(16)에 고정되므로 연마 헤드(1)와 함께는 회전하지 않는다. 즉, 웨이퍼의 연마 중, 연마 헤드(1) 및 웨이퍼는 회전하고 있는 한편, 국소 하중 부여 장치(30)는 소정의 위치에 정지하고 있다. 마찬가지로, 웨이퍼의 연마 중, 회전 링(51)은 연마 헤드(1)와 함께 회전하고 있는 한편, 정지 링(91)은 소정의 위치에 정지하고 있다.
이어서, 기판 보유 지지 장치로서의 연마 헤드(1)에 대해서 설명한다. 도 3은, 연마 헤드(1)의 단면도이다. 연마 헤드(1)는 헤드 본체(10)와 리테이너 링(20)을 구비하고 있다. 헤드 본체(10)는 연마 헤드 샤프트(11)(도 1 참조)에 연결된 캐리어(43)와, 캐리어(43)의 하면에 설치된 탄성막(멤브레인)(45)과, 캐리어(43)에 대한 리테이너 링(20)의 틸팅 및 상하 이동을 허용하면서 리테이너 링(20)을 지지하는 구면 베어링(47)을 구비하고 있다. 리테이너 링(20)은 연결 부재(75)를 개재해서 구면 베어링(47)에 연결되어, 지지되고 있다. 연결 부재(75)는 캐리어(43) 내에서 상하 이동 가능하게 배치되어 있다.
탄성막(45)의 하면은 원형의 기판 접촉면을 구성하고 있고, 이 기판 접촉면은 웨이퍼(W)의 상면(피연마면의 반대측인 면)에 접촉하고 있다. 탄성막(45)의 기판 접촉면에는 복수의 통과 구멍(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 캐리어(43)와 탄성막(45) 사이에는 압력실(46)이 형성되어 있다. 이 압력실(46)은 압력 조정 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 압력실(46)에 가압 유체(예를 들어, 가압 공기)가 공급되면, 압력실(46) 내의 유체압력을 받은 탄성막(45)은, 웨이퍼(W)를 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 가압한다. 압력실(46) 내에 부압이 형성되면, 웨이퍼(W)는 탄성막(45)의 하면에 진공 흡인에 의해 보유 지지된다.
리테이너 링(20)은, 웨이퍼(W) 및 탄성막(45)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 이 리테이너 링(20)은, 연마 패드(2)에 접촉하는 링 부재(20a)와, 이 링 부재(20a)의 상부에 고정된 드라이브 링(20b)을 갖고 있다. 링 부재(20a)는, 도시하지 않은 복수의 볼트에 의해 드라이브 링(20b)에 결합되어 있다. 링 부재(20a)는, 웨이퍼(W)의 외주연을 둘러싸도록 배치되어 있다.
연결 부재(75)는 헤드 본체(10)의 중심부에 배치된 축부(76)와, 이 축부(76)로부터 방사 형상으로 연장되는 복수의 스포크(78)를 구비하고 있다. 축부(76)는 헤드 본체(10)의 중앙부에 배치된 구면 베어링(47) 내를 세로 방향으로 연장되어 있다. 축부(76)는 구면 베어링(47)에 세로 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 드라이브 링(20b)은 스포크(78)에 접속되어 있다. 이러한 구성에 의해, 연결 부재(75) 및 이것에 접속된 리테이너 링(20)은, 헤드 본체(10)에 대하여 세로 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.
구면 베어링(47)은 내륜(48)과, 내륜(48)의 외주면을 미끄럼 이동 가능하게 지지하는 외륜(49)을 구비하고 있다. 내륜(48)은 연결 부재(75)를 개재해서 리테이너 링(20)에 연결되어 있다. 외륜(49)은 캐리어(43)에 고정되어 있다. 연결 부재(75)의 축부(76)는, 내륜(48)에 상하 이동 가능하게 지지되고 있다. 리테이너 링(20)은 연결 부재(75)를 개재해서 구면 베어링(47)에 의해 틸팅 가능하게 지지되고 있다.
구면 베어링(47)은 리테이너 링(20)의 상하 이동 및 틸팅을 허용하는 한편, 리테이너 링(20)의 가로 방향의 이동(수평 방향의 이동)을 제한한다. 웨이퍼(W)의 연마 중은, 리테이너 링(20)은 웨이퍼(W)와 연마 패드(2)의 마찰에 기인한 가로 방향의 힘[웨이퍼(W)의 반경 방향 외측을 향하는 힘]을 웨이퍼(W)로부터 받는다. 이 가로 방향의 힘은 구면 베어링(47)에 의해 받을 수 있다. 이와 같이, 구면 베어링(47)은 웨이퍼(W)의 연마 중에, 웨이퍼(W)와 연마 패드(2)의 마찰에 기인해서 리테이너 링(20)이 웨이퍼(W)로부터 받는 가로 방향의 힘[웨이퍼(W)의 반경 방향 외측을 향하는 힘]을 받으면서, 리테이너 링(20)의 가로 방향의 이동을 제한하는[즉 리테이너 링(20)의 수평 방향의 위치를 고정함] 지지 기구로서 기능한다.
캐리어(43)에는, 복수 쌍의 구동 컬러(80)가 고정되어 있다. 각 쌍의 구동 컬러(80)는 각 스포크(78)의 양측에 배치되어 있고, 캐리어(43)의 회전은 구동 컬러(80)를 개재해서 리테이너 링(20)에 전달되고, 이에 의해 헤드 본체(10)와 리테이너 링(20)은 일체로 회전한다. 구동 컬러(80)는 스포크(78)에 접촉되어 있을 뿐이며, 연결 부재(75) 및 리테이너 링(20)의 상하 이동 및 틸팅을 방해하지 않는다.
리테이너 링(20)의 상부는, 환상의 리테이너 링 가압 기구(60)에 연결되어 있다. 이 리테이너 링 가압 기구(60)는 리테이너 링(20)의 상면[보다 구체적으로는, 드라이브 링(20b)의 상면]의 전체에 균일한 하부 방향의 하중을 부여하고, 리테이너 링(20)의 하면[즉, 링 부재(20a)의 하면]을 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 가압한다.
리테이너 링 가압 기구(60)는, 드라이브 링(20b)의 상부에 고정된 환상의 피스톤(61)과, 피스톤(61)의 상면에 접속된 환상의 롤링 다이어프램(62)을 구비하고 있다. 롤링 다이어프램(62)의 내부에는 압력실(63)이 형성되어 있다. 이 압력실(63)은 압력 조정 장치(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 압력실(63)에 가압 유체(예를 들어, 가압 공기)가 공급되면, 롤링 다이어프램(62)이 피스톤(61)을 하방으로 밀어 내리고, 또한 피스톤(61)은 리테이너 링(20)의 전체를 하방으로 밀어 내린다. 이와 같이 하여, 리테이너 링 가압 기구(60)는 리테이너 링(20)의 하면을 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 대하여 가압한다.
리테이너 링(20)의 상면에는, 회전 링(51)이 고정되어 있다. 또한, 회전 링(51) 위에는 정지 링(91)이 배치되어 있다. 국소 하중 부여 장치(30)의 가압 로드(31)의 하단부는 정지 링(91)에 연결되어 있다. 국소 하중 부여 장치(30)는 가압 로드(31)를 통해서 정지 링(91)에 하부 방향의 국소 하중을 가한다. 웨이퍼의 연마 중, 회전 링(51)은 리테이너 링(20)과 함께 회전하지만, 국소 하중 부여 장치(30) 및 정지 링(91)은 회전하지 않는다.
도 4는, 회전 링(51) 및 정지 링(91)의 단면도이다. 회전 링(51)은 복수의 롤러(52)와, 이들 롤러(52)를 각각 지지하는 롤러 샤프트(54)와, 롤러 샤프트(54)가 고정되는 롤러 하우징(55)을 구비하고 있다. 롤러 하우징(55)은 환상의 형상을 갖고 있으며, 리테이너 링(20)의 상면에 고정되어 있다. 롤러(52)는 롤러 샤프트(54)에 설치된 베어링(57)을 갖고 있으며, 롤러(52)는 롤러 샤프트(54)를 중심으로 해서 회전 가능하게 되어 있다.
정지 링(91)은 롤러(52)의 정상부에 접촉하는 원환 레일(92)과, 원환 레일(92)이 고정되는 환상의 레일 베이스(94)를 구비하고 있다. 원환 레일(92)의 하면에는 환상 홈(95)이 형성되어 있고, 각 롤러(52)의 정상부는 환상 홈(95)에 접촉하고 있다. 레일 베이스(94)의 상부에는 가압 로드(31)가 연결되어 있다.
도 5는, 롤러(52)와 원환 레일(92)을 도시하는 사시도이며, 도 6은, 도 5에 도시한 롤러(52)와 원환 레일(92)을 밑에서부터 본 도면이다. 본 실시 형태에서는, 24개의 롤러(52)가 설치되어 있다. 웨이퍼의 연마 중, 이들 롤러(52)는 리테이너 링(20)과 일체로 회전하는 한편, 원환 레일(92)은 정지하고 있다. 따라서, 각 롤러(52)는 원환 레일(92)에 구름 접촉한다.
국소 하중 부여 장치(30)의 하중은 원환 레일(92)로부터 롤러(52)에 전달된다. 롤러(52)는 하중의 작용점을 통과할 때에만 국소 하중 부여 장치(30)의 하중을 받으므로, 각 롤러(52)에 하중이 가해지는 시간은, 롤러의 위치가 고정된 도 24에 나타낸 종래의 구성에 비해 짧아진다. 따라서, 각 롤러(52)의 수명을 보다 연장시킬 수 있다.
롤러(52)의 수는, 롤러(52)의 외경과 원환 레일(92)의 직경에 의거하여 결정된다. 하중의 원활한 전달을 위해서는, 롤러(52)의 수를 가능한 한 많게 해서 롤러(52) 사이의 간격이 작아지도록 한 쪽이 좋다. 롤러(52)는 매끄러운 외주면을 갖고 있으며, 보다 큰 하중을 전달할 수 있도록 하기 위해서, 넓은 접촉 면적에서 원환 레일(92)에 접촉하고 있다. 원환 레일(92)은 롤러(52) 위에 놓인다. 롤러(52)는 원환 레일(92)에 구름 접촉한다. 원환 레일(92)의 가로 방향 위치는 롤러(52)의 만곡 단면 형상의 코너부와 원환 레일(92)의 만곡 단면 형상의 코너의 접촉에 의해 가이드된다. 이 경우, 국소 하중 부여 장치(30)의 하중은 주로 원환 레일(92)로부터 롤러(52)의 외주면으로 전달된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 롤러(52)의 베어링(57)의 내륜을 관통하는 롤러 샤프트(54)는, 롤러 하우징(55)의 내측 벽과 외측 벽에 지지되고, 내측 벽에 삽입된 나사(58)로 고정된다. 그로 인해 롤러 샤프트(54)에는 암나사가 형성되어 있고, 암나사의 반대측은 나사(58)의 체결 시에 헛돌지 않도록 마이너스 드라이버가 맞는 홈(54a)이 형성되어 있다. 회전 링(51)은 리테이너 링(20)의 드라이브 링(20b)의 상면에 싣게 된다. 드라이브 링(20b)과 회전 링(51)은 위치 결정 핀(도시하지 않음)에 의해 위치 결정되어, 리테이너 링(20)에 대하여 회전 링(51)이 미끄러지지 않는 구조로 되어 있다.
롤러(52)는, 롤러 샤프트(54)에 설치된 베어링(57)과, 베어링(57)의 외륜에 고정된 휠(59)로 구성되어 있다. 휠(59)은 내마모성이 높은 수지, 예를 들어 폴리아세탈, PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트), PPS(폴리에틸렌 술피드), MC 나일론(등록 상표) 등의 재료로 구성된다. 원환 레일(92)의 재료는 스테인리스강(SUS304) 등의 내식성이 높은 금속이 바람직하다. 베어링(57)에는 단열 깊은 홈 볼 베어링이 사용되고, 베어링(57)의 외륜에 수지제의 휠(59)을 압입함으로써, 휠(59)이 베어링(57)에 설치된다. 이와 같은 구성에 의해, 롤러(52)는 원활하게 회전할 수 있고, 또한 원환 레일(92)을 손상시키지 않고 하중을 전달할 수 있다.
롤러 하우징(55)의 내부에는 환상 오목부(55a)가 형성되어 있고, 이 환상 오목부(55a) 내에 복수의 롤러(52)가 수용되어 있다. 각 롤러(52)의 하면, 양측면은 환상 오목부(55a)에 의해 둘러싸여 있다. 회전 링(51)의 롤러 하우징(55)과 정지 링(91)의 레일 베이스(94) 사이에는 시일(100A, 100B)이 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 원환 레일(92)의 외측에는 외측 시일(100A)이 배치되고, 원환 레일(92)의 내측에는 내측 시일(100B)이 배치되어 있다. 환상 오목부(55a)를 구성하는 양측면 및 저면에는 개구는 존재하지 않고, 정지 링(91)과 회전 링(51) 사이에는 시일(100A, 100B)이 배치되어 있다. 따라서, 롤러(52) 및 원환 레일(92)로부터 발생하는 마모분은 환상 오목부(55a) 내에 갇히고, 연마 패드(2) 위로는 낙하하지 않는다.
도 4에 도시한 실시 형태에서는, 외측 시일(100A) 및 내측 시일(100B)은 래비린스 시일이다. 외측 시일(100A)은 원환 레일(92)의 외측에 배치된 제1 주위벽(101)과, 제1 주위벽(101)의 외측에 배치된 제2 주위벽(102)을 구비하고 있다. 제1 주위벽(101)은 롤러 하우징(55)으로부터 상방으로 연장되어 있고, 롤러 하우징(55)과 일체로 형성되어 있다. 제2 주위벽(102)은 레일 베이스(94)로부터 하방으로 연장되어 있고, 레일 베이스(94)와 일체로 형성되어 있다. 제1 주위벽(101)과 제2 주위벽(102) 사이에는 매우 미소한 간극이 형성되어 있다. 내측 시일(100B)도 마찬가지로, 원환 레일(92)의 내측에 배치된 제1 주위벽(101)과, 제1 주위벽(101)의 내측에 배치된 제2 주위벽(102)을 구비하고 있다.
다른 실시 형태로서, 도 7에 도시한 바와 같이, 외측 시일(100A)은 정지 링(91)과 회전 링(51) 사이의 간극을 막는 접촉식 시일이라도 좋다. 이 접촉식 시일은, 원환 레일(92)의 외측에 배치된 주위벽(104)과, 주위벽(104)의 외측에 배치된 립 시일(105)을 구비하고 있다. 주위벽(104)은 롤러 하우징(55)으로부터 상방으로 연장되어 있으며, 롤러 하우징(55)과 일체로 형성되어 있다. 립 시일(105)은 레일 베이스(94)로부터 하방으로 연장되어 있고, 고무, 실리콘 등의 탄성재로 구성되어 있다. 립 시일(105)의 단부는 주위벽(104)에 접촉되어 있다. 따라서, 주위벽(104)과 립 시일(105) 사이에는 간극은 형성되어 있지 않으며, 마모분이 환상 오목부(55a) 밖으로 나오는 것이 완전히 방지되고 있다. 외측 시일(100A)뿐만 아니라, 내측 시일(100B)도 접촉식 시일로 해도 좋다.
이어서, 연마 헤드(1)로부터 마모분을 흡인하기 위한 흡인 시스템에 대해서 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 진공원(예를 들어 진공 펌프)(P)에 접속된 흡인 라인(108)을 구비하고 있다. 이 흡인 라인(108)의 선단부는, 정지 링(91)에 접속되어 있다.
도 9는, 흡인 라인(108), 정지 링(91) 및 회전 링(51)의 확대 단면도이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 정지 링(91)을 구성하는 환상의 레일 베이스(94) 및 원환 레일(92)에는, 세로 방향으로 관통하는 통과 구멍(109)이 형성되어 있다. 이 통과 구멍(109)은, 롤러 하우징(55)의 환상 오목부(55a)에 의해 형성되는 공간(110)에 연통되어 있다. 복수의 롤러(52)는 환상 오목부(55a) 내에 수용된다.
흡인 라인(108)은 정지 링(91)에 형성된 상기 통과 구멍(109)에 접속되어 있고, 따라서, 흡인 라인(108)은 환상 오목부(55a)에 의해 형성되는 공간(110)에 연통되어 있다. 상술한 바와 같이, 롤러(52)는 원환 레일(92)에 구름 접촉하므로, 마모분이 발생한다. 이 마모분은 환상 오목부(55a) 내에 갇힌다. 흡인 라인(108)은 환상 오목부(55a) 내에 존재하는 마모분을 흡인하고, 롤러 하우징(55)[즉, 회전 링(51)]으로부터 마모분을 제거한다.
원환 레일(92)에 형성된 통과 구멍(109)은, 롤러(52)의 마모를 촉진할 가능성이 있다. 그로 인해, 통과 구멍(109)은 원환 레일(92)로부터 롤러(52)에 가해지는 하중이 가장 작아지는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 이상적으로는, 도 8에 도시한 바와 같이, 통과 구멍(109)은 가압 로드(가압 부재)(31)의 반대측에 위치하고 있는 것이 바람직하다. 복수의 흡인 라인(108)을 설치해도 좋다. 유지 보수 작업의 향상을 위해서는, 흡인 라인(108)은 정지 링(91)으로부터 제거 가능한 것이 바람직하다. 이 경우, 흡인 라인(108)과 정지 링(91)의 간극을 밀봉하기 위한 시일(예를 들어 O링)을 마련하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 다른 실시 형태에 대해서 설명한다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 상술한 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 중복된 설명을 생략한다.
도 10은, 본 발명의 다른 실시 형태에 있어서의 연마 장치를 도시하는 모식도이다. 도 10에 도시한 바와 같이, 국소 하중 부여 장치(30)는 헤드 아암(16)에 고정되어 있다. 연마 중인 리테이너 링(20)은 그 축심 주위로 회전하지만, 국소 하중 부여 장치(30)는 리테이너 링(20)과는 일체로 회전하지 않고, 그 위치는 고정이다. 리테이너 링(20)의 상방에는, 정지 링(91)이 배치되어 있다. 리테이너 링(20)과 정지 링(91) 사이에는 복수의 롤러(53)가 배치되어 있다. 정지 링(91)은 국소 하중 부여 장치(30)에 연결되어 있다.
정지 링(91)은 회전하지 않고, 그 위치는 고정되어 있다. 복수의 롤러(53)는 정지 링(91)에 보유 지지되어 있고, 롤러(53)는 회전하는 리테이너 링(20)에 구름 접촉한다. 국소 하중 부여 장치(30)는, 정지 링(91) 및 롤러(53)를 개재해서 리테이너 링(20)의 일부에 하부 방향의 국소 하중을 부여한다. 하부 방향의 국소 하중은, 정지 링(91) 및 롤러(53)를 통해서 리테이너 링(20)에 전달되고, 리테이너 링(20)은 연마 패드(2)의 연마면(2a)을 가압한다. 웨이퍼의 연마 중에 리테이너 링(20)의 일부에 하부 방향의 국소 하중을 가하는 이유는, 웨이퍼의 주연부(에지부)의 프로파일을 적극적으로 제어하기 위해서이다.
도 11은 국소 하중 부여 장치(30)를 도시하는 사시도이다. 특별히 설명하지 않는 국소 하중 부여 장치(30)의 구성 및 동작은, 도 2에 나타낸 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 중복된 설명을 생략한다.
연마 헤드(1)는 자신의 축심을 중심으로 해서 회전하지만, 국소 하중 부여 장치(30)는 헤드 아암(16)에 고정되기 때문에 연마 헤드(1)와 함께는 회전하지 않는다. 즉, 웨이퍼의 연마 중, 연마 헤드(1) 및 웨이퍼는 회전하고 있는 한편, 국소 하중 부여 장치(30)는 소정의 위치에 정지하고 있다. 마찬가지로, 웨이퍼의 연마 중, 정지 링(91)은 소정의 위치에 정지하고 있다.
도 12는, 연마 헤드(1)의 단면도이다. 특별히 설명하지 않는 연마 헤드(1)의 구성 및 동작은, 도 3에 나타낸 실시 형태와 마찬가지이므로, 그 중복된 설명을 생략한다.
국소 하중 부여 장치(30)의 가압 로드(31)의 하단부는, 정지 링(91)에 연결되어 있다. 국소 하중 부여 장치(30)는 가압 로드(31)를 통해서 정지 링(91)에 하부 방향의 국소 하중을 가한다. 또한, 하부 방향의 국소 하중은 롤러(53)를 통해서 리테이너 링(20)에 전달된다.
2개의 가압 로드(31)를 사용하는 것은 몇 가지의 이유가 있다. 제1 이유는, 가압 로드(31)가 기울어서 불안정해지는 것을 방지하기 위해서이다. 제2 이유는, 정지 링(91)이 가압 로드(31)를 중심으로 해서 회전하지 않도록 하기 위해서이다. 제3 이유는 2개의 가압 로드(31)의 하중점은 2개의 가압 로드(31)의 중간점에 위치하므로, 하중점을 각각의 가압 로드(31)의 가압점보다도 내측에 위치시켜서, 정지 링(91)의 가압점의 반대측이 뜨는 일이 없도록 하기 위해서이다.
도 13은, 가압 로드(31), 정지 링(91) 및 롤러(53)를 도시하는 측면도이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 2개의 구면 베어링(131)은 가압 로드(31)와 정지 링(91) 사이에 설치되어 있다. 2개의 구면 베어링(131)은, 2개의 가압 로드(31)를 각각 틸팅 가능하게 지지하는 것이 가능하게 구성되어 있고, 다방향으로 기울 수 있는 틸팅 가능 조인트로서 기능한다. 본 실시 형태에서는, 하중 전달부는 2개의 가압 로드(31) 및 2개의 구면 베어링(131)으로 구성되어 있다.
도 14는, 도 13에 나타낸 구면 베어링(131)의 확대도이다. 각 구면 베어링(131)은, 정지 링(91)의 정상부에 일체로 형성된 베어링 하우징(132)과, 베어링 하우징(132)에 점 접촉하는 원통 돌기부(133)를 구비하고 있다. 베어링 하우징(132)은, 원통 형상의 오목부(132a)를 갖고 있다. 원통 돌기부(133)는 가압 로드(31)의 하단부에 일체로 형성되어 있다. 원통 돌기부(133)는, 구면 형상의 하단부면(133a)을 갖고 있으며, 이 구면 형상의 하단부면(133a)이, 베어링 하우징(132)의 오목부(132a)의 저면에 점 접촉한다.
원통 돌기부(133)는 오목부(132a)에 완만하게 끼워 넣어져 있고, 구면 형상의 하단부면(133a)이 오목부(132a)의 저면에 점 접촉한 상태에서, 원통 돌기부(133)는 오목부(132a) 내에서 모든 방향으로 기울 수 있도록 되어 있다. 따라서, 원통 돌기부(133)에 일체로 접속된 가압 로드(31)는, 다방향으로 기울 수 있다. 베어링 하우징(132)은, 정지 링(91)과는 별개의 부재로서 설치되어도 좋다. 예를 들어, 원통 형상의 오목부(132a)를 갖는 베어링 하우징(132)은, 정지 링(91)의 상면에 고정되어 있어도 좋다.
다방향으로 기울 수 있는 틸팅 가능 조인트로서의 2개의 구면 베어링(131)은, 국소 하중 부여 장치(30)와 리테이너 링(20)의 상대적인 기울기를 허용(흡수)할 수 있다. 따라서, 국소 하중 부여 장치(30)와 리테이너 링(20)이 기울어진 경우에도, 리니어 가이드(38)와 리니어 로드(39)(도 11 참조) 사이에 과대한 마찰 저항이 발생하지 않고, 또한 가압 로드(31)에 과잉 응력이 발생하는 일도 없다. 따라서, 국소 하중 부여 장치(30)는 의도한 국소 하중을 리테이너 링(20)에 부여할 수 있다.
도 15는 틸팅 가능 조인트의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 도 15에 나타낸 실시 형태에서는, 틸팅 가능 조인트(140)는 2개의 가압 로드(31)에 내장되어 있다. 보다 구체적으로는, 가압 로드(31)는 상측 가압 로드(31A)와 하측 가압 로드(31B)로 분할되어 있고, 상측 가압 로드(31A)는 브리지(32)에 접속되고, 하측 가압 로드(31B)는 정지 링(91)에 접속되어 있다. 틸팅 가능 조인트(140)는 상측 가압 로드(31A)와 하측 가압 로드(31B) 사이에 설치되어 있고, 상측 가압 로드(31A)와 하측 가압 로드(31B)를 틸팅 가능하게 연결되어 있다. 본 실시 형태에서는, 하중 전달부는 2개의 가압 로드(31) 및 틸팅 가능 조인트(140)로 구성되어 있다.
틸팅 가능 조인트(140)는 상측 조인트 부재(141)와, 하측 조인트 부재(142)와, 상측 조인트 부재(141)와 하측 조인트 부재(142)를 서로 회전 가능하게 연결하는 피봇 축(143)을 구비하고 있다. 도 16에 도시한 바와 같이, 상측 조인트 부재(141) 및 하측 조인트 부재(142)는 피봇 축(143)을 중심으로 기울 수 있게 구성되어 있다.
도 17은, 도 15에 도시한 틸팅 가능 조인트(140)가 내장된 국소 하중 부여 장치(30) 및 연마 헤드(1)를 도시하는 사시도이다. 피봇 축(143)의 축심은, 리테이너 링(20)의 반경 방향으로 연장되어 있고, 틸팅 가능 조인트(140)는 피봇 축(143)의 축심에 수직인 방향으로만 기울 수 있게 되어 있다. 보다 구체적으로는, 틸팅 가능 조인트(140)는 2개의 가압 로드(31)가 정지 링(91)에 연결된 부위에 있어서, 리테이너 링(20)의 접선 방향으로만 기우는 것이 가능하다.
틸팅 가능 조인트(140)는, 국소 하중 부여 장치(30)와 리테이너 링(20)의 상대적인 기울기를 허용(흡수)할 수 있다. 따라서, 국소 하중 부여 장치(30)와 리테이너 링(20)이 기울어진 경우에도, 리니어 가이드(38)와 리니어 로드(39)(도 11 참조) 사이에 과대한 마찰 저항이 발생하지 않고, 또한 가압 로드(31)에 과잉 응력이 발생하는 일도 없다. 따라서, 국소 하중 부여 장치(30)는 의도한 국소 하중을 리테이너 링(20)에 부여할 수 있다.
도 18은, 하중 전달부의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 도 15에 도시한 틸팅 가능 조인트(140)에, 도 13 및 도 14에 도시한 틸팅 가능 조인트(구면 베어링)(131)가 조합되어 있다. 본 실시 형태에서는, 하중 전달부는 2개의 가압 로드(31), 틸팅 가능 조인트(140) 및 틸팅 가능 조인트(구면 베어링)(131)로 구성되어 있다. 틸팅 가능 조인트(140)는 2개의 가압 로드(31)가 정지 링(91)에 연결된 부위에 있어서, 리테이너 링(20)의 접선 방향으로만 기울 수 있고, 틸팅 가능 조인트(131)는, 360도에 걸쳐서 모든 방향으로 자유롭게 기울 수 있다. 본 실시 형태의 다른 구성은, 도 15에 도시한 구성과 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 19는, 하중 전달부의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 가압 부재로서, 2개의 가압 로드(31) 대신에 1개의 가압 블록(150)이 사용되고 있다. 틸팅 가능 조인트(140)는 가압 블록(150)에 내장되어 있다. 보다 구체적으로는, 가압 블록(150)은 상측 가압 블록(150A)과 하측 가압 블록(150B)으로 분할되어 있고, 상측 가압 블록(150A)은 브리지(32)에 접속되고, 하측 가압 블록(150B)은 정지 링(91)에 접속되어 있다. 틸팅 가능 조인트(140)는 상측 가압 블록(150A)과 하측 가압 블록(150B) 사이에 설치되어 있고, 상측 가압 블록(150A)과 하측 가압 블록(150B)을 틸팅 가능하게 연결하고 있다. 본 실시 형태의 다른 구성은, 도 15에 도시한 구성과 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 20은, 하중 전달부의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 2개의 가압 로드(31)에는 진동 흡수 부재로서의 스프링(155)이 각각 내장되어 있다. 본 실시 형태의 다른 구성은, 도 15에 도시한 구성과 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
스프링(155)은, 하측 가압 로드(31B)에 내장되어 있으며, 연마 패드(2)의 표면 요철 등에 기인한 리테이너 링(20)의 상하 방향의 진동을 흡수하도록 구성되어 있다. 또한, 스프링(155)은 상측 가압 로드(31A)에 내장되어도 좋다. 본 실시 형태에 따르면, 틸팅 가능 조인트(140)가, 국소 하중 부여 장치(30)와 리테이너 링(20)의 상대적인 기울기를 허용(흡수)하고, 진동 흡수 부재로서의 스프링(155)이 리테이너 링(20)의 상하 방향의 진동을 흡수할 수 있다. 따라서, 국소 하중 부여 장치(30)는 의도한 국소 하중을 리테이너 링(20)에 부여할 수 있다.
도 21은, 하중 전달부의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 도 15에 도시한 틸팅 가능 조인트(140)와, 도 13 및 도 14에 도시한 틸팅 가능 조인트(구면 베어링)(131)와, 도 20에 도시한 스프링(155)이 조합되어 있다. 본 실시 형태의 다른 구성은, 도 15에 도시한 구성과 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 20 및 도 21에 나타내는 실시 형태에 있어서, 스프링(155) 대신에, 고무를 진동 흡수 부재로서 사용해도 좋다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 해서 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 청구의 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.

Claims (18)

  1. 기판을 회전시키면서 연마면에 가압하는 헤드 본체와,
    상기 기판을 둘러싸도록 배치되어, 상기 헤드 본체와 함께 회전하면서 상기 연마면을 가압하는 리테이너 링과,
    상기 리테이너 링에 고정되어, 상기 리테이너 링과 함께 회전하는 회전 링과,
    상기 회전 링 위에 배치된 정지 링과,
    상기 회전 링 및 상기 정지 링을 개재해서 상기 리테이너 링의 일부에 국소 하중을 가하는 국소 하중 부여 장치를 구비하고,
    상기 회전 링은, 상기 정지 링에 접촉하는 복수의 롤러를 갖는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 롤러 각각은, 베어링과, 상기 베어링의 외륜에 설치된 휠을 구비하고, 상기 휠은 수지 또는 고무로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 회전 링은, 상기 복수의 롤러가 수용되는 환상 오목부가 형성된 롤러 하우징을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 정지 링에 접속된 흡인 라인을 더 구비하고,
    상기 흡인 라인은, 상기 환상 오목부에 의해 형성되는 공간에 연통되어 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 회전 링과 상기 정지 링 사이에 배치된 시일을 더 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 시일은 래비린스 시일인 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 시일은 상기 회전 링과 상기 정지 링의 간극을 막는 접촉식 시일인 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 정지 링은 상기 복수의 롤러에 접촉하는 원환 레일을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  9. 기판을 회전시키면서 연마면에 가압하는 헤드 본체와,
    상기 기판을 둘러싸도록 배치되어, 상기 헤드 본체와 함께 회전하면서 상기 연마면을 가압하는 리테이너 링과,
    상기 리테이너 링의 상방에 배치된 정지 링과,
    상기 정지 링을 개재해서 상기 리테이너 링의 일부에 국소 하중을 가하는 국소 하중 부여 장치를 구비하고,
    상기 국소 하중 부여 장치는, 상기 정지 링에 연결된 하중 전달부를 갖고,
    상기 하중 전달부는, 상기 국소 하중 부여 장치와 상기 리테이너 링의 상대적인 기울기를 허용하는 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기구는 틸팅 가능 조인트인 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 틸팅 가능 조인트는, 상기 하중 전달부가 상기 정지 링에 연결된 부위에 있어서, 상기 리테이너 링의 접선 방향으로만 기우는 것이 가능한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하중 전달부는,
    상기 정지 링에 연결된 가압 부재와,
    상기 가압 부재에 고정된 상기 틸팅 가능 조인트를 구비하는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 틸팅 가능 조인트는 다방향으로 기울 수 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 하중 전달부는,
    상기 국소 하중을 전달하기 위한 2개의 가압 로드와,
    상기 2개의 가압 로드를 각각 틸팅 가능하게 지지하는 2개의 구면 베어링을 구비하고,
    상기 틸팅 가능 조인트는 상기 2개의 구면 베어링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 2개의 구면 베어링은,
    2개의 베어링 하우징과,
    상기 2개의 베어링 하우징에 각각 점 접촉하는 2개의 돌기부를 구비한 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  16. 제10항에 있어서, 상기 하중 전달부는, 진동 흡수 부재를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 진동 흡수 부재는 스프링인 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 진동 흡수 부재는 고무인 것을 특징으로 하는, 연마 장치.
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