KR100755011B1

KR100755011B1 - 연마용 정반, 이를 사용한 연마장치 및 연마방법

Info

Publication number: KR100755011B1
Application number: KR1020050123103A
Authority: KR
Inventors: 편도선; 이재복; 엄일수; 조현정
Original assignee: 주식회사 실트론
Priority date: 2005-12-14
Filing date: 2005-12-14
Publication date: 2007-09-06
Also published as: KR20070063150A

Abstract

본 발명은 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 연마용 정반에 관해 개시한다.

이와 같이 본 발명에 의한 연마용 정반에 의하면, 정반의 평탄도를 유지하고, 워크를 고효율, 고정밀도로 경면(鏡面) 가공할 수 있을 뿐만 아니라, 냉각수의 온도를 조절하여 정반의 온도를 일정범위 내로 제어하기 때문에 열변형에 의한 정반 형상의 변화를 최소화하여 경면 연마되는 워크의 전체면을 평탄하게 할 수 있다.

연마용 정반, 열팽창계수, 이종 재료, 양면연마장치, 단면연마장치

Description

연마용 정반, 이를 사용한 연마장치 및 연마방법{POLISHING PLATE, AND POLISHING APPARATUS, POLISHING METHOD USING THEREOF}

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 정반의 단면도,

도2는 본 발명에 따른 일실시예의 유체 유로의 평면도,

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 양면 연마장치의 개략 단면도,

도4는 도3의 A부분을 확대한 절개 사시도,

도5는 A 부분의 확대 단면도,

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 양면연마장치의 단면도,

도7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단면연마장치의 개략설명도,

도8은 30℃에서 상·하정반의 형상을 위치별 변형치로 플롯(plot)한 결과,

도9는 온도변화에 따른 상정반의 형상을 위치별 변형치로 플롯(plot)한 결과,

도10과 도11은 온도변화에 따른 하정반의 형상을 위치별 변형치로 플롯(plot)한 결과,

도12는 온도변화에 따른 SBIR(Site Back-side Ideal Range, 웨이퍼의 이면을 기준면으로 한 일정 영역에서의 최대치와 최소치의 차이)을 그래프로 나타낸 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

10: 연마용 정반 11: 하단부

13: 상단부 15: 연마패드

16, 17: 온도조절수단 100, 200: 양면연마장치

110, 210: 상정반 120, 220: 하정반

111, 211: 제1연마패드 121, 221: 제2연마패드

130, 230: 캐리어 133: 선기어

135: 인터널기어 300: 단면연마장치

310: 정반 320:고정판

본 발명은 워크를 연마하는 연마용 정반에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 워크를 고효율, 고정밀도로 경면(鏡面) 가공하도록 하는 연마용 정반에 관한 것이다.

일반적으로 피가공물의 연마는 워크의 한쪽면을 가공하는 단면연마와 양면을 모두 가공하는 양면연마로 구분될 수 있다.

단면연마란 일반적으로 워크의 단면연마는 원형의 고정판에 워크를 접착하여 고정하고, 상기 고정판의 하측으로 회전하는 정반을 착설한 후, 그 사이에 연마재 를 투입하며, 상기 고정판과 정반이 워크에 압력을 가하면서 회전하여 상기 워크의 표면을 매끄럽게 하는 것이다.

한편, 양면연마란 워크의 양면을 가공하는 것으로서, 워크 장착홀이 형성된 복수개의 캐리어에 워크를 삽입, 고정하고, 고정된 워크의 상하방향에서 연마슬러리를 공급하면서 워크의 대향면에 연마패드가 부착된 상정반 및 하정반을 각각 워크의 표리면에 압부하여 상대방향으로 회전시키고, 이와 동시에 캐리어를 선기어와 인터널기어에 의하여 자전 및 공전시키는 방식으로 워크의 양면을 동시에 연마하는 것이다.

이때, 단면연마와 달리 양면연마에서는 워크는 접착 고정되지 않고 그 자체도 회전하기 때문에 워크의 운동량 차이가 발생되지 않아 가공정밀도는 향상될 수 있다.

또한, 일반적으로 워크의 연마방식은 한번에 연마할 수 있는 워크의 수가 한개인 경우를 매엽식(枚葉式), 여러 개인 경우를 배치식으로 구별하기도 한다.

상기와 같은 종래의 연마가공에서 정반은 강성재료인 유리, 금속, 세라믹스 등으로 구성하고, 그 표면에 왁스 등의 접착제로 워크를 접착 고정하거나, 통기성 있는 다공질 재료 또는 표면에 다수의 관통공을 갖춘 정반 표면에 진공흡착 등으로 워크를 지지하였다.

그러나, 연마를 수행하면 그 과정에서 열이 발생하는데, 워크 연마 중의 발열은 워크, 워크지지면(수지피막을 입힌 경우 수지 피막부분) 및 정반 본체의 순서로 열이 서서히 전달되고, 연마를 계속하면 열이 축적된다.

이 때문에 정반 본체의 표리에 따라 축열량 및 방열량이 다르기 때문에 연마가공의 공수(연마가공 회분수)가 증가하면 캐리어와 정반 본체 배면측 사이에 온도차가 생기게 되고 정반 본체 전체에 열변형이 발생하게 된다. 이를 방지하기 위하여 정반에 저열팽창제를 이용하는 등 다양한 연구 개발이 시도되어 왔다.

그러나, 상기와 같은 종래의 연마방법 및 연마장치는, 연마에 의한 발열에 기인하는 열변형, 정반이나 캐리어의 자중이나 연마압력에 의한 움직임 이외에도 이들이 회전할 때의 여러가지의 기계적 결함의 원인에 의한 정반이나 캐리어의 변형, 변동에 의해 워크의 마감 정밀도가 영향을 받기 때문에 그 마감면의 정밀도에 대한 요구를 만족시키는 것이 곤란하였다.

이러한 과제에 대처하기 위해서, 연마장치의 구조나 재료, 및 연마장치의 운전조건이나 연마조건에 대하여 여러 가지의 창작이 이루어져 왔다. 예를 들어 장치의 구조, 특히 정반의 열변형을 방지하기 위해, 하정반에 냉각수(H)를 순환시키기 위한 다수의 오목부를 형성함과 동시에, 연마압력에 의한 변형방지를 위해서 정반의 배면(背面)에 리브를 형성하고, 또한 효과적으로 열변형을 방지하기 위해 특개평 7-52034호 또는 특개평 10-296619호에 개시된 바와 같이, 정반의 구조와 냉각수 유로(流路)의 배치를 변형하는 등의 다양한 기술이 개시되어 왔다.

또한, 연마정반 재료에 열팽창계수가 작은(8×10 ^-6/℃) 재료를 사용하는 것(WO 94/13847호), 세라믹스를 사용하여 냉각수의 순환유로를 내부의 거의 전체 영역에 걸쳐 형성된 일체 구조의 연마정반(일본국 실개소 59-151655호), 또한 연마작 용에 따른 발열에 의한 워크나 연마패드의 온도상승을 억제하기 위해서, 연마제 용액(통상, 콜로이드상태 실리카의 약 알칼리성 수용액이 사용됨)에도 냉각기능을 갖도록 하며, 순수하게 연마작용에 필요한 공급량 이상의 양을 연마패드 위로 공급하고, 배출된 연마제 용액은 비용저감를 위해 순환 사용하는 기술 등이 개시 되었다.

그러나, 종래의 연마장치의 구성 및 상술한 바와 같은 냉각방식에서는 연마중의 연마패드 표면의 온도는 연마개시로부터 점차로 상승하여, 특히 웨이퍼의 피연마면과 미끄럼 마찰되는 부분에서는 그 값이 통상 10℃ 이상에 이르고, 그 부분에 해당하는 바로 아래의 연마정반의 상면부분의 온도도 3℃ 이상 상승한다.

한편, 정반 하면부분의 온도는 냉각수에 의한 온도상승 억제의 효과도 있고, 그 온도변화는 1℃ 이내로 억제된다. 따라서 연마정반의 상면과 하면의 사이 뿐만 아니라 연마정반 상면의 고온부분과 저온부분의 사이에 적어도 3℃ 이상의 온도차이가 생기며, 이 때문에 발생하는 열변형에 의해 정반 표면형상은 온도차이가 존재하지 않는 경우에 대하여 표면의 법선방향으로 100㎛ 이상 변형변위하는 부분이 발생한하는 문제가 있었다.

더구나, 연마되는 워크의 대직경화에 대응하여 캐리어의 직경도 대형화하는데, 예를 들면 직경이 8인치 웨이퍼 연마용의 캐리어에서는 그 직경이 약 600mm로 되며, 그와 함께 캐리어의 중량도 증대하여 왔다.

따라서, 연마가공면에서의 발열에 의한 캐리어의 열변형뿐만 아니라 자중에 의한 연마시의 변형이 문제로 되며, 이것을 억제하기 위해서, 캐리어의 두께를 두껍게 하거나, 혹은 세라믹(실리콘 카바이드, 알루미나) 등의 종탄성 계수가 큰 재 료를 이용하여 변형량을 작게 하는 것이 시도되어 왔다.

상기와 같이 정반 본체 전체의 변형이 생기게 되고, 결과적으로 여기에 지지되어 연마되는 워크의 평탄도는 악화되는 문제를 해결하기 위한 다양한 연구개발의 시도가 있었으나, 초고평탄도의 워크가 요구되는 현재로서는 이것만으로는 아직 충분하다고 할 수 없다.

따라서, 열팽창 및 강성을 고려하여 상기 모든 요구를 만족시키는 연마용 정반의 필요가 대두되는 실정이다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 목적은 워크 연마용 정반을 열팽창 계수가 서로 다른 이종(異種)의 재료로 구성함으로써 열변형을 효율적으로 방지하고, 연마공수의 증가에 관계없이 평탄도를 양호하게 유지할 수 있는 정반, 상기 정반을 사용하는 연마장치 및 연마방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 열팽창 계수가 서로 다른 이종(異種)의 재료로 구성된 상·하정반의 온도를 조절함으로써 연마정밀도 및 생산성을 향상시킬 수 있는 연마방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정반은 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 이종 재료 중 하나는 열팽창계수 값이 0.6~3.6 X10^-6/℃, 다른 하나는 열팽창계수 값이 8.2~12.2 X10^-6/℃인 것을 특징으로 한다.

상기 이종 재료 중 하나는 Fe-Ni계 합금 또는 Fe(Ni+Co)계 합금인 것을 특징으로 한다.

상기 정반에는 온도조절수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 정반에는 연마패드가 부착된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양면 연마장치는 상정반 및 하정반, 워크장착홀이 형성된 캐리어, 그리고 슬러리 공급수단을 포함하며, 상기 캐리어에 장착된 워크에 슬러리를 공급하면서 상기 상하정반 사이에서 캐리어를 운동시켜 워크의 표리양면을 동시에 연마하는 양면 연마장치로서, 상기 상정반 또는 하정반은 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 상정반 또는 하정반은 냉각수 순환 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 캐리어를 자전 및 공전시키기 위한 선기어와 인터널 기어를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

캐리어홀더를 더 포함하여, 상기 캐리어는 자전을 동반하지 않는 원운동을 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 다른 단면 연마장치는 워크 장착홀이 형성된 고정판, 상기 고정판 하측으로 정반이 착설되어 그 사이에 슬러리가 투입되며, 상기 고정판과 정반이 워크에 압력을 가하면서 회전하여 상기 워크의 표면을 연마하는 단면 연마장치로서, 상기 정반은 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 정반은 냉각수 순환 유로가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 양면 연마 방법은 이종의 재료로 구성된 상정반 또는 하정반, 상기 상정반과 하정반 사이에서 캐리어를 운동시키고, 상기 캐리어에 장착된 워크를 슬러리를 공급하여 연마하는 양면 연마방법으로서, 상기 하정반의 온도를 28~30℃로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 상정반의 온도를 28~30℃로 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 하정반의 상면의 법선방향 최대 변형치가 50~75 ㎛인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연마용 정반 및 이를 사용하는 연마장치와 연마방법에 대해 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 정반의 단면도이다. 도1을 참조하면, 본 발명에 따른 연마용 정반은 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성되는데, 이때 정반은 상기 열팽창계수 값(선형 팽창 계수 α)이 0.6~3.6 X10^-6/℃인 재료와 8.2 ~ 12.2 X10^-6/℃인 재료로 구성하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 연마용 정반(10)의 하단부(11)는 열팽창계수 8.2~12.2 X10^-6/℃ 인 재료로 구성하고, 상단부(13)는 열팽창계수 0.6~3.6 X10^-6/℃인 재료로 구성함으로서 연마에 따라 발생된 열에 의해 정반이 변형되는 것을 보다 효율적으로 방지할 수 있다.

상기와 같이 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 정반(10)을 사용하면, 종래와 달리 상하정반의 온도차이가 있더라도 열팽창되는 정도는 동일하기 때문이다.

따라서 본 발명에 의하면, 종래에는 연마동작시에 정반의 상하 양면 사이에 생기는 온도차이가 3℃ 이상, 많게는 5℃ 이상으로 되어 정반의 상면은 상하면의 사이에 온도차이가 없는 경우의 상면을 기준면으로 하여 위치에 따라서는 100㎛ 이상의 상하방향의 고저차이(변형)가 생겼던 문제를 간단히 해결할 수 있다.

특히, 연마에서는 열팽창 특성뿐만 아니라, 연마압력에 견딜 수 있는 내성도 고려해야 하는데, 이러한 열팽창 및 강성을 고려하였을 때, 상기 이종 재료 중 하나는 상온 내지 300℃에서 5x10^-6/℃이하로 저열팽창 특성을 보이는 Fe-Ni계 합금 또는 Fe(Ni+Co)계 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 다른 하나는 열팽창계수 8.3~11.3 X10^-6/℃인 스테인레스(SUS410, FC-300), 알루미나, SiC 등의 세라믹스 등을 사용하는 것이 바람작하다.

상기 Fe-Ni계 합금 또는 Fe(Ni+Co)계 합금으로서, Fe-36%Ni의 인바(Invar), Fe-29%Ni- 17%Co의 코바(Kovar), 또는 Fe-36%(Ni+Co)의 슈퍼인바(Super Invar) 등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 Fe 및 Ni은 열 팽창의 조절에 필수적인 성분 이며, 사용되는 온도 범위에서 필요한 열팽창 계수를 실현하기 위한 가장 적합한 비율로 다양하게 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 정반의 이종 재료 중 하나로 Fe-Ni계 합금 또는 Fe(Ni+Co)계 합금을 사용하면, 연마 과정에서 워크에 발생된 열이 정반에 전달·축적되고, 정반의 표리에 따라 축열량 및 방열량이 다르기 때문에 연마가공의 공수(연마가공 회분수)가 증가함에 따라 발생하게 되는 캐리어와 정반 사이의 온도차와 정반의 열변형을 최소화하여 궁극적으로는 워크의 마감 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이때, 상기 정반(10)의 상면에는 워크의 표면을 경면화시키는 연마패드(15)가 부착되어 있는 것이 바람직하다. 상기 연마패드의 종류 및 재질에 관하여는 한정되지 않지만, 일반적인 연마패드인 경질 발포 우레탄패드, 부직포 우레탄수지를 함침, 경화시킨 연질의 부직포패드 등을 이용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 연질 부직포는 로데루사의 Suba600 등이 사용된다. 기타 부직포로 이루어진 기포(基布)의 표면에 우레탄 수지를 발포시킨 2층 이상의 연마패드 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 정반(10)의 상부 및/또는 하부에 온도조절수단(16, 17)을 형성하여 정반의 열변형을 최소화하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 온도조절수단은 정반의 유로 내에 온도가 제어된 액체 또는 기체를 흐르게 하는 방식 등 다양한 형태로 설치될 수 있는데, 정반에 유체자켓 또는 냉각수 순환 유로(流路)를 형성하면 기존의 장치를 이용하게 용이하게 구성할 수 있다. 도2에 본 발명에 따른 일실시예의 유체 유로의 평면형상을 나타내었으나, 정반에 형성된 유로의 형상 및 위치에는 제한이 없다.

상기 온도조절수단(16, 17)에 의해 정반의 워크를 지지하는 면과 이면 사이의 온도차 및 정반 중심부와 외주부 사이의 온도차를 효율적으로 해소할 수 있으므로, 정반 전체의 온도가 거의 균일하고 정반 및 워크의 열변형이 거의 일어나지 않기 때문에 고평탄도를 가진 워크를 얻을 수 있다.

뿐만 아니라, 상기 온도조절수단을 이용함으로써 연마에 의한 발열이 제거되고 워크 및 정반의 열팽창이 억제되어 평탄도가 양호한 워크 및 마경상 수준의 양호한 워크를 제작할 수 있다. 여기서 얻어지는 고평탄도를 가진 워크, 특히 워크가 반도체 웨이퍼인 경우는 고집적디바이스 공정에서의 각종 막두께 불량을 감소시킬 수 있고 고집적 디바이스의 수율 향상을 도모할 수 있다.

도3은 본 발명의 일실시예에 따른 양면 연마장치의 개략 단면도, 도4는 도3의 A부분을 확대한 절개 사시도, 도5는 A 부분의 확대 단면도이며, 도시된 바와 같이, 여러개의 워크에 대하여 그 각각의 경면과 배면을 동시에 연마하는 배치 양면연마장치이다.

도3 내지 도5를 참조하면, 본 발명에 따른 양면연마장치는 상하로 서로 대향되게 놓여지며, 각각 워크(W)에 밀착되어 서로 반대방향으로 회전하여 웨이퍼의 양면을 연마하는 상정반(110)과 하정반(120), 상기 상·하정반(110, 120) 사이에 결합되게 설치되며 그 내측에 워크 장착홀이 형성된 복수개의 캐리어(130), 상기 캐리어를 자전 및 공전시키는 선기어(133)와 인터널기어(135)와 슬러리공급수단(140)을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 상·하정반(110, 120)은 상술한 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 정반이다.

상기 선기어(133)는 외주면에 톱니가 형성된 것으로 상기 하정반(120)의 상면 중앙에 구비되고, 상기 인터널기어(135)는 내주면에 톱니가 형성된 것으로 상기 하정반(120)의 상면 테두리에 구비되며, 상기 선기어(133)와 인터널기어(135)는 그 사이에 상기 캐리어(130)가 결합되게 놓인다.

상기 캐리어(130)는 상기 장착홀(131)에 장착된 워크(W)를 위치이동 및 회전시키는 역할을 하는 것으로서 원판형상이며, 그 외주면에는 선기어와 인터널기어에 맞물려 회전하게 하는 톱니가 형성되어 있다. 상정반 및 하정반과 결합하여 자전하고 상기 하정반의 중심을 기준으로 공전하며 움직이는 캐리어에 의해 워크는 상·하정반의 중심과 외곽사이를 회전하며, 캐리어와 함께 선기어의 주위를 공전하게 된다.

상기 상정반(110)의 하면에는 캐리어(130)에 장착된 워크(W)의 배면과 접촉하여 표면연마를 가능케하는 제1연마패드(111)가 부착되며, 상기 하정반(120)에는 캐리어(130)에 장착된 워크(W) 경면과 접촉하여 경면연마가 이루어질 수 있도록 제2연마패드(121)가 부착된다.

상기 제1연마패드(111) 및 제2연마패드(121)는 상술한 바와 같이 경질발포 우레탄패드, 부직포에 우레탄수지를 함침, 경화시킨 연질의 부직포패드 등을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 상정반(110)에는 회전 및 연마하중을 가하는 실린더(151), 그 하중을 상정반에 전달하는 하우징(153), 상기 하우징과 상정반을 고정하는 볼트 등의 고정 수단(155)이 설치되어 있고, 나아가 상정반(110) 내에는 정반의 온도를 제어하기 위한 온도조절수단(미도시)이 구비되어 있다.

한편, 상기 하정반(130)에도 모터 및 감속기(미도시)로부터의 회전을 하정반에 전달하는 실린더(151)와 정반의 하중을 지탱하는 스러스트베어링(170)이 설치되어 있고, 또 하정반(110) 내에도 정반의 온도를 제어하기 위한 온도조절수단(미도시)이 구비되어 있다.

상기 슬러리공급수단(140)은 상정반에 로커리조인트(미도시)를 매개하여 설치될 수 있으며, 미도시된 전자변 등에 의해 슬러리의 공급량을 변화시킬 수 있다. 상기 슬러리공급수단은 복수개로 형성될 수 있다. 복수개의 슬러리공급수단은 워크가 요동해도 그 표면에 항상 슬러리가 공급되도록 구성되고, 워크가 항상 존재하는 소정의 폭의 원환상의 영역에 배치되는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 슬러리의 종류에는 특별한 제한이 없다.

상기 양면연마장치를 이용하여 워크의 표리양면을 동시에 연마하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

우선, 워크(W)를 상기 복수개의 캐리어(130)의 워크장착홀(131)에 삽입·보지(保持)시킨 후, 상기 캐리어에 보지된 워크를 상·하부정반(110, 120)을 회전축선방향에서 진퇴시키는 승강장치(미도시)를 이용하여 연마패드가 부착된 상정반과 하정반 사이에 위치시킨다. 그 후 슬러리공급수단(140)으로부터 슬러리를 공급하면서, 상측 회전모터(미도시)로부터 실린더(151)를 통하여 상정반(110)을 수평면 내에서 회전시키고, 또 하측 회전모터(미도시)로부터 실린더(151)를 매개하여 하정반 (120)을 수평면 내에서 회전시킨다. 그와 동시에 복수개의 캐리어(130)를 선기어(133)와 인터널기어(135)로 자전 및 공전시켜 상기 워크(W)의 표리양면을 동시에 연마할 수 있다.

이때, 상정반 및 하정반의 회전속도, 각 회전방향, 상정반 및 하정반의 워크에 대응한 압압력 등은 한정되지 아니하며, 상기 압압은 유체 등을 매개한 가압방법에 의해 행하는 것이 바람직하고, 주로 상정반에 배치한 하우징 부분에 의해 가압하는 종래 실행되었던 조건으로 연마하는 것이 가능하다.

상기 워크가 실리콘 웨이퍼인 경우, 통상 상·하정반의 워크에 대한 압압력은 100~300g/㎠, 사용되는 슬러리의 종류는 한정되지 않지만 콜로이달실리카를 함유한 pH9~11의 알칼리용액을 사용하는 것이 바람직하며, 슬러리 공급량은 캐리어의 크기 등에 따라 다르기 때문에 한정하지 않지만 통상 2.0~6.0ℓ/min인 것이 바람직하다.

도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 정반을 사용한 양면연마장치의 단면도이다. 상기 양면연마장치의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 워크(W)를 워크장착홀(미도시)이 형성된 캐리어(230)에 삽입, 보지한 후, 상기 캐리어(230)에 보지된 워크를 상·하부정반(210, 220)을 회전축선방향으로 진퇴시키는 승강장치(미도시)를 사용하여, 연마패드(211, 221)가 부착된 상정반(210)과 하정반(220) 사이에 위치시킨다. 그 후, 슬러리공급수단(240)에서 슬러리 를 공급하면서, 상측 회전모터(미도시)에서 실린더를 통하여 상정반(210)을 수평면 내에서 회전시키고, 또, 하측 회전모터(미도시)로부터 실린더(251)를 통하여 하정반(220)을 수평면 내에서 회전시킨다. 이때, 워크(W)는 캐리어(230)의 워크장착홀 내에서 회전가능하도록 보지되고 있기 때문에, 상정반(210)과 하정반(220)의 회전속도를 조절하여 그 회전속도가 빠른 정반의 회전방향으로 회전(자전)시키는 것이 가능하다.

또한, 상·하정반(210, 220)을 회전시키는 동시에 도6에 도시된 바와 같이 캐리어(230)를 캐리어홀더(290)에 의하여 잡아 주게되면, 캐리어의 자전을 수반하지 않는 원운동 즉, 캐리어(230)가 자전하는 일 없이 상정반과 하정반의 회전축으로부터 소정거리 편심된 상태를 유지하면서 선회하는 일종의 요동운동을 하면서 워크의 표리양면을 동시에 균일하게 연마하게 할 수있다.

도7은 본 발명에 따른 열팽창계수가 다른 이종의 재료로 구성된 정반(310)을 사용한 단면연마장치의 개략설명도이다. 도7을 참조하면, 단면연마장치(300)에서 워크(W) 워크장착홀(미도시)이 형성된 고정판(320)에 지지되고, 상기 고정판(320) 하측으로 정반(310)이 착설되어 그 사이에 슬러리가 투입되며, 상기 고정판(320)과 정반(310)이 워크(W)에 압력을 가하면서 회전하여 상기 워크의 표면을 연마한다.

상기 워크(W)는 접착왁스나 진공흡착에 의하여 상기 고정판의 장착홀에 고정되어 지지된다. 상기와 같이 워크를 지지하는 고정판(320)은 회전축을 가진 연마헤드(330)에 장착되고, 상기 고정판(320)은 연마헤드(330)에 의해 회전됨과 동시에 소정의 하중으로 연마패드(311)에 워크를 압부한다. 슬러리가 상기 워크와 연마패드 사이에 공급됨에 따라 상기 워크가 연마된다.

상기 정반(310)의 상면에는 상술한 경질발포 우레탄패드, 부직포에 우레탄수지를 함침, 경화시킨 연질의 부직포패드 등의 연마패드를 부착하는 것이 바람직하며, 상기 정반(310)이나 고정판(320)에도 온도조절수단을 구비하여 정반(워크)의 온도를 용이하게 조절하도록 하는 것이 보다 바람직하다.

다음으로, 정반의 온도를 조절하여 정반형상의 변화를 방지하는 연마방법에 대하여 설명하도록 한다. 이를 간략히 설명하면, 냉각수의 온도를 조절하여 정반의 온도를 일정범위 내로 제어함으로써, 연마속도를 느리게 함이 없이 열변형에 의한 정반 형상의 변화를 최소화하여 경면 연마되는 워크의 전체면을 평탄하게 할 수 있는 연마방법이다.

상기 연마에서, 본 발명에 따른 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 정반을 사용하는 양면연마장치로 실리콘 웨이퍼를 연마하였으며, 그 결과는 온도변화에 따른 상·하정반 변형 정도로 나타내었다.

상기 정반은 열팽창계수 1.6X10^-6/℃인 Fe-36%Ni의 인바와 열팽창계수 10.2X10^-6/℃인 FC-300으로 구성된 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료를 사용한 것이며, 상기 양면연마장치는 캐리어가 자전을 동반하지 않는 원운동으로서 운동하는 양면연마장치이다.

우선, 캐리어(5개의 장착홀이 형성됨)의 각 웨이퍼 장착홀에 실리콘 웨이퍼를 5매(1배치) 삽입하였다. 각 웨이퍼는 연마패드(연질 부직포)가 부착된 상·하부 정반에 의해 300g/㎠으로 압부(押付) 되었다.

그 후, 상기 상·하부 연마패드를 웨이퍼 표리양면에 압부한 채로 상·하정반을 회전시켜 상정반으로부터 슬러리를 공급하면서 원운동용 모터에 타이밍 체인을 회전시킨다. 이에 의해 각 편심암이 수평면 내에서 동기회전하고, 각 편심축에 연결된 캐리어 홀더 및 캐리어를 이 표면에 수평한 수평면 내에서 사전을 동반하지 않는 원운동을 시켜서 상기 웨이퍼의 표리양면을 연마하였다.

상정반의 온도변화가 정반형상 변화에 미치는 영향을 알아보기 위하여 상정반 온도 24℃와 30℃(하정반 온도 30℃)에서 각각 실험을 수행하였으며, 하정반의 온도변화가 정반형상 변화에 미치는 영향을 알아보기 위하여 하정반 온도는 22℃에서 32℃까지 1℃ 간격으로 변화(하정반 온도 30℃) 시키면서 실험하였다.

이때, 슬러리는 pH 10.8의 알칼리 용액중에 입도 0.05㎛의 콜로이달 실리카로 이루어진 연마 지립을 분산시킨 것을 0.2ℓ/min로 공급하였다.

[실시예1]

온도 30℃에서의 상·하정반의 형상

온도조절수단을 조절하여 상·하정반의 온도를 30℃로 했을 때의 위치별 정반(웨이퍼) 형상의 변형치를 표1에 나타내었다. 도8은 상기 상·하정반의 형상을 위치별 변형치로 플롯(plot)하여 그래프로 나타내었다. 상기 결과는 상·하정반 모두 수평면에 놓고 "

" 상태에서 측정한 결과이다.

[실시예2]

온도 변화에 따른 상정반의 형상변화

온도조절수단을 조절하여 하정반의 온도는 30℃로 고정하고, 상정반의 온도는 24℃, 30℃로 했을 때의 위치별 상정반 형상의 변형치를 표2에 나타내었다. 도9는 상기 상정반의 형상을 위치별 변형치로 플롯(plot)하여 그래프로 나타내었다.

[실시예3]

온도 변화에 따른 하정반의 형상변화

온도조절수단을 조절하여 상정반의 온도는 30℃로 고정하고, 하정반의 온도는 각각 22℃에서 32℃까지 1℃ 간격으로 변화시켰을 때의 위치별 하정반 형상의 변형치를 표3에 나타내었다. 도10과 도11에는 상기 하정반의 형상을 위치별 변형치로 플롯(plot)하여 그래프로 나타내었다. 또한, 연마 후 정반의 형상을 GBIR, SBIR, SFQR로 평가한 결과 및 그 평균값을 각각 표4 및 표5에 나타내었다.

R_Ave.: 15 ㎛

R_Rate: 0.5 ㎛/min

GBIR : Global Back-side Ideal Range(=TTV), 웨이퍼의 이면을 기준면으로 한 전체 영역에서의 두께의 최대치와 최소치의 차이

SBIR : Site Back-side Ideal Range(=LTV), 웨이퍼의 이면을 기준면으로 한 일정 영역(site)에서의 최대치와 최소치의 차이

SFQR : Site Front least sQuares< site> Range, 사이트마다의 웨이퍼 표면의 고저차

상기 도10, 도11 및 표5 에 나타난 바와 같이, 하정반의 온도를 28~30 ℃ 조절하여, 하정반의 상면의 그 법선방향 최대 변형치가 50~75 ㎛ 이하로 억제되도록 하여 정반 표면측이 전체적으로 양각에 거꾸로 되도록 변형되는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 도 12 및 표 5에 나타난 바와 같이, 정반온도를 30℃로 유지시킨 경우에 SBIR이 가장 낮은 값이 되는 바람직한 결과를 보여주고 있다.

본 발명에 따른 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 정반은 배치식 연마장치뿐만 아니라, 매엽식(枚葉式) 연마장치 등 웨이퍼를 비롯한 종래의 모든 연마장치에서 사용할 수 있음은 물론이다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며 당분야에서의 통상의 지식을 가진자에 의하여 본 발명의 기술적 사상내에서 많은 변형에 의한 실시가능함은 명백하다.

이와 같이 본 발명에 의한 연마용 정반, 이를 사용한 연마장치 및 연마방법에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.

열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성된 정반을 사용하면, 정반의 평탄도를 유지하고, 워크를 고효율, 고정밀도로 경면(鏡面) 가공할 수 있으므로 고품질의 워크 수율(Yield)을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 냉각수의 온도를 조절하여 정반의 온도를 일정범위 내로 제어하기 때문에 정반 표면측이 전체적으로 양각에 거꾸로 되도록 변형되는 것을 피할 수 있다. 즉, 열변형에 의한 정반 형상의 변화를 최소화하여 경면 연마되는 워크의 전체면을 평탄하게 할 수 있다.

Claims

열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성되는데, 상기 이종 재료 중 하나는 Fe-Ni계 합금 또는 Fe(Ni+Co)계 합금인 것을 특징으로 하는 연마용 정반.
열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성되는데, 상기 이종 재료 중 하나는 열팽창계수 값이 0.6~3.6 X10^-6/℃, 다른 하나는 열팽창계수 값이 8.2~12.2 X10^-6/℃인 것을 특징으로 하는 연마용 정반.
삭제
제1항 또는 제2항 에 있어서,

상기 정반에는 온도조절수단이 구비된 것을 특징으로 하는 연마용 정반.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 정반에는 연마패드가 부착된 것을 특징으로 하는 연마용 정반.
상정반 및 하정반, 워크장착홀이 형성된 캐리어, 그리고 슬러리 공급수단을 포함하며, 상기 캐리어에 장착된 워크에 슬러리를 공급하면서 상기 상하정반 사이에서 캐리어를 운동시켜 워크의 표리양면을 동시에 연마하는 양면 연마장치에 있어서,

상기 상정반 또는 하정반은 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성되는데, 상기 재료 중 하나는 Fe-Ni계 합금 또는 Fe(Ni+Co)계 합금인 것을 특징으로 하는 양면 연마장치.
상정반 및 하정반, 워크장착홀이 형성된 캐리어, 그리고 슬러리 공급수단을 포함하며, 상기 캐리어에 장착된 워크에 슬러리를 공급하면서 상기 상하정반 사이에서 캐리어를 운동시켜 워크의 표리양면을 동시에 연마하는 양면 연마장치에 있어서,

상기 상정반 또는 하정반은 열팽창계수 값이 0.6~3.6 X10^-6/℃인 재료와 열팽창계수 값이 8.2~12.2 X10^-6/℃인 두 가지 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 양면 연마장치.
삭제
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 상정반 또는 하정반은 냉각수 순환 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 양면 연마장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 캐리어를 자전 및 공전시키기 위한 선기어와 인터널 기어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제6항 또는 제7항에 있어서,

캐리어홀더를 더 포함하여, 상기 캐리어는 자전을 동반하지 않는 원운동을 하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
워크 장착홀이 형성된 고정판, 상기 고정판 하측으로 정반이 착설되어 그 사이에 슬러리가 투입되며, 상기 고정판과 정반이 워크에 압력을 가하면서 회전하여 상기 워크의 표면을 연마하는 단면 연마장치에 있어서,

상기 정반은 열팽창계수가 서로 다른 이종의 재료로 구성되는데, 상기 재료 중 하나는 Fe-Ni계 합금 또는 Fe(Ni+Co)계 합금인 것을 특징으로 하는 양면 연마장치.
워크 장착홀이 형성된 고정판, 상기 고정판 하측으로 정반이 착설되어 그 사이에 슬러리가 투입되며, 상기 고정판과 정반이 워크에 압력을 가하면서 회전하여 상기 워크의 표면을 연마하는 단면 연마장치에 있어서,

상기 정반은 열팽창계수 값이 0.6~3.6 X10^-6/℃인 재료와 열팽창계수 값이 8.2~12.2 X10^-6/℃인 두 가지 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 양면 연마장치.
삭제
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 정반은 냉각수 순환 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 단면 연마장치.
이종의 재료로 구성된 상정반 또는 하정반, 상기 상정반과 하정반 사이에서 캐리어를 운동시키고, 상기 캐리어에 장착된 워크를 슬러리를 공급하여 연마하는 양면 연마방법에 있어서,

상기 하정반의 온도를 28~30℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 양면 연마방법.
제16항에 있어서,

상기 상정반의 온도를 28~30℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 양면 연마방법.
제16항에 있어서,

상기 하정반의 상면의 법선방향 최대 변형치가 50~75 ㎛인 것을 특징으로 하는 양면 연마방법.
제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 상정반 또는 하정반은 열팽창계수 값이 0.6~3.6 X10^-6/℃인 재료와 열팽창계수 값이 8.2~12.2 X10^-6/℃인 두 가지 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 양면 연마장치.