KR101522972B1

KR101522972B1 - 연마장치, 연마방법, 연마구를 가압하는 가압부재

Info

Publication number: KR101522972B1
Application number: KR1020110003917A
Authority: KR
Inventors: 마사야 세키; 겐야 이토; 마사유키 나카니시
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2015-05-26
Also published as: US20110237164A1; EP2363240A3; CN102152206B; JP5663295B2; US9199352B2; CN102152206A; KR20110084119A; TWI490086B; EP2363240A2; TW201139057A; EP2363240B1; JP2011161625A

Abstract

기판의 톱 에지부 및/또는 보텀 에지부를 정확하고 또한 균일하게 연마할 수 있는 연마장치를 제공한다.
연마장치는, 기판(W)을 수평으로 유지하고, 당해 기판(W)을 회전시키는 회전 유지기구(3)와, 기판(W)의 주연부에 근접하여 배치된 적어도 1개의 연마 헤드(30)를 구비한다. 연마 헤드(30)는, 기판(W)의 둘레 방향을 따라 연장되는 적어도 1개의 돌기부(51a, 51b)를 가지고, 연마 헤드(30)는, 돌기부(51a, 51b)에 의해 연마 테이프(23)의 연마면을 기판(W)의 주연부에 대하여 윗쪽 또는 아래쪽으로부터 가압한다.

Description

연마장치, 연마방법, 연마구를 가압하는 가압부재{POLISHING APPARATUS, POLISHING METHOD, PRESSURE MEMBER FOR PRESSING POLISHING TOOL}

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마하는 연마장치 및 연마방법에 관한 것으로, 특히 연마 테이프 등의 띠형상의 연마구를 사용하여 기판의 주연부(周緣部)를 연마하는 연마장치 및 연마방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 띠형상의 연마구(硏磨具)를 기판의 주연부에 대하여 가압하는 가압부재에 관한 것이다.

반도체 제조에서의 수율 향상의 관점으로부터, 기판의 주연부의 표면상태의 관리가 최근 주목받고 있다. 반도체 제조 공정에서는, 대부분의 재료가 실리콘 웨이퍼 상에 성막(成膜)되고, 적층되어 가기 때문에, 제품에 사용되지 않는 주연부에는 불필요한 막이나 표면 거칠음이 형성된다. 최근에는, 기판의 주연부만을 아암으로 유지하여 기판을 반송하는 방법이 일반적이 되고 있다. 이와 같은 배경 하에서는, 주연부에 잔존한 불필요한 막이 여러가지 공정을 거쳐 가는 사이에 박리되어 디바이스에 부착되어, 수율을 저하시킨다. 그래서, 연마장치를 사용하여, 기판의 주연부를 연마하여 불필요한 막이나 표면 거칠음을 제거하는 것이 종래부터 행하여지고 있다.

이와 같은 연마장치로서, 연마 테이프를 사용하여 기판의 주연부를 연마하는 장치가 알려져 있다. 이와 같은 종류의 연마장치는, 연마 테이프의 연마면을 기판의 주연부에 슬라이딩 접촉시킴으로써 기판의 주연부를 연마한다. 여기서, 본 명세서에서는, 기판의 주연부를, 기판의 최외주(最外周)에 위치하는 베벨부와, 이 베벨부의 지름방향 내측에 위치하는 톱(top) 에지부 및 보텀(bottom) 에지부를 포함하는 영역으로서 정의한다.

도 1(a) 및 도 1(b)는, 기판의 주연부를 나타내는 확대 단면도이다. 더욱 상세하게는, 도 1(a)는 이른바 스트레이트형 기판의 단면도이고, 도 1(b)는 이른바 라운드형 기판의 단면도이다. 도 1(a)의 기판(W)에서, 베벨부는, 기판(W)의 최외주면을 구성하는 상측 경사부(상측 베벨부) P, 하측 경사부(하측 베벨부) Q, 및 측부(아펙스) R로 이루어지는 부분 B를 가리키고, 또한 도 1(b)의 기판(W)에서는, 기판(W)의 최외주면을 구성하는 만곡된 단면을 가지는 부분 B를 가리킨다. 또한 톱 에지부는, 베벨부 B보다 지름방향 내측에 위치하는 영역이고, 또한, 디바이스가 형성되는 영역 D보다 지름방향 외측에 위치하는 평탄부 E1을 가리킨다. 보텀 에지부는, 톱 에지부와는 반대 측에 위치하고, 베벨부 B보다 지름방향 내측에 위치하는 평탄부 E2를 가리킨다. 이들 톱 에지부 E1 및 보텀 에지부 E2는, 총칭하여 리어 에지부라 부르는 경우도 있다.

종래의 연마장치는, 연마 헤드에 의하여 연마 테이프를 기판의 주연부에 가압함으로써 당해 주연부를 연마한다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 연마 헤드는, 평탄한 가압면을 가지고 있고, 연마 헤드를 경사지게 하면서, 이 가압면으로 연마 테이프를 기판의 주연부에 대하여 가압함으로써, 당해 주연부를 연마한다. 그러나, 평탄한 가압면으로는, 톱 에지부 및 보텀 에지부를 정확하게 연마하는 것이 어렵다. 예를 들면, 도 1(a)에 나타내는 기판에서, 디바이스 형성 영역 D와 톱 에지부 E1의 경계선을 따라 톱 에지부(E1)만을 정확하게 연마하는 것은 곤란하다. 특히, 연마 테이프가 기판의 표면에 대하여 예각이 되도록 연마 헤드를 기울게 하면, 연마 테이프에 의해 디바이스가 손상을 받을 염려가 있다.

특허문헌 2에는, 직선 형상의 가압면을 가지는 연마장치가 개시되어 있다. 이 연마장치에서는, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 직선 형상의 가압면을 가지는 가압부재(100)로 연마 테이블(101)을 기판(W)의 톱 에지부에 가압하면서 당해 가압부재(100)을 기판(W)의 지름방향 외측으로 일정 속도로 이동시킨다. 이와 같은 연마장치에 의하면, 디바이스 형성 영역에 손상을 주지 않아 톱 에지부를 연마하는 것은 가능하다. 그러나, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 직선 형상으로 연장되는 가압면과 기판(W)의 최외주의 거리는 일정하게는 되지 않는다. 이 때문에, 톱 에지부의 내측 단부에서는, 다른 영역에 비하여 연마 테이프와 기판과의 접촉 시간이 짧아지고, 그 결과, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 톱 에지부의 내측 단부(端部)가 비스듬하게 깎인다.

일본국 특개2009-154285호 공보 일본국 특개2009-208214호 공보 일본국 특개2005-305586호 공보

본 발명은, 상술한 종래의 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 기판의 톱 에지부 및/또는 보텀 에지부를 정확하고, 또한 균일하게 연마할 수 있는 연마장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 그와 같은 연마장치를 사용한 연마방법 및 연마장치에 사용되는 연마구(硏磨具)의 가압부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 형태는, 기판의 주연부(周緣部)를 연마하는 연마장치로서, 기판을 수평으로 유지하고, 당해 기판을 회전시키는 회전 유지기구와, 상기 기판의 주연부에 근접하여 배치된 적어도 1개의 연마 헤드를 구비하고, 상기 연마 헤드는, 상기 기판의 둘레 방향을 따라 연장되는 적어도 1개의 돌기부를 가지며, 상기 연마 헤드는, 상기 돌기부에 의해 띠형상의 연마구의 연마면을 상기 기판의 주연부에 대하여 윗쪽 또는 아래쪽으로부터 가압하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 돌기부는, 상기 기판과 실질적으로 동일한 곡률을 가지는 원호형상을 가지고 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 연마장치는, 상기 연마 헤드를 상기 기판의 표면에 대하여 경사지게 하는 적어도 1개의 틸트기구를 더 구비하고, 상기 적어도 1개의 돌기부는, 대칭적으로 배치된 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부이고, 상기 제 1 돌기부는, 상기 연마 헤드를 윗쪽으로 경사지게 하였을 때에 상기 기판의 주연부의 윗쪽에 위치하고, 상기 제 2 돌기부는, 상기 연마 헤드를 아래쪽으로 경사지게 하였을 때에 상기 기판의 주연부의 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 제 1 돌기부는, 상기 연마구를 상기 기판의 톱(top) 에지부에 대하여 가압하고, 상기 제 2 돌기부는, 상기 연마구를 상기 기판의 보텀(bottom) 에지부에 대하여 가압하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 적어도 1개의 연마 헤드는, 상기 기판의 주위에 배치된 복수의 연마 헤드이고, 상기 적어도 1개의 틸트기구는, 상기 복수의 연마 헤드를 서로 독립적으로 경사지게 하는 복수의 틸트기구인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 연마 헤드는, 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 가압하는 가압 패드를 더 구비하고, 상기 가압 패드는 상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 가압 패드의 높이는, 상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부의 높이보다 낮은 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 연마 헤드는, 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 가압하는 가압 패드를 더 구비하고, 상기 가압 패드는 상기 돌기부에 인접하여 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 돌기부의 길이는, 상기 연마구의 폭보다긴 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 연마 헤드는, 상기 돌기부를 사이에 두도록 배치된, 상기 연마구의 연마면을 지지하는 2개의 가이드 롤러와, 상기 2개의 가이드 롤러 및 상기 돌기부에 연결된 구동기구를 구비하고, 상기 구동기구는, 상기 2개의 가이드 롤러 및 상기 돌기부를 상기 기판의 주연부를 향하여 일체로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 형태는, 상기 띠형상의 연마구는, 연마 테이프 또는 연마포인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태는, 기판의 주연부를 연마하는 연마장치로서, 기판을 수평으로 유지하고, 당해 기판을 회전시키는 회전 유지기구와, 상기 기판의 주연부에 근접하여 배치된 연마 헤드와, 상기 연마 헤드를 상기 기판의 표면에 대하여 경사지게 하는 틸트기구를 구비하고, 상기 연마 헤드는, 상기 기판의 둘레 방향을 따라 연장되는 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부와, 상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부의 사이에 배치된 가압 패드를 가지고, 상기 연마 헤드는, 상기 제 1 돌기부에 의해 띠형상의 연마구의 연마면을 상기 기판의 주연부에 대하여 윗쪽으로부터 가압하고, 상기 제 2 돌기부에 의하여 상기 연마구의 연마면을 상기 기판의 주연부에 대하여 아래쪽으로부터 가압하며, 상기 가압 패드에 의해 상기 연마구의 연마면을 상기 기판의 주연부에 대하여 가압하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 형태는, 상기 연마장치를 사용한 연마방법으로, 상기 회전 유지기구에 의해 기판을 회전시키고, 상기 제 1 돌기부에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 윗쪽으로부터 가압하여 상기 기판의 톱 에지부를 연마하고, 상기 제 2 돌기부에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 아래쪽으로부터 가압하여 상기 기판의 보텀 에지부를 연마하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 형태는, 상기 연마장치를 사용한 연마방법으로, 상기 회전 유지기구에 의해 기판을 회전시키고, 상기 제 1 돌기부에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 윗쪽으로부터 가압하여 상기 기판의 톱 에지부를 연마하고, 상기 제 2 돌기부에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 아래쪽으로부터 가압하여 상기 기판의 보텀 에지부를 연마하며, 상기 가압 패드에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 가압하여 상기 기판의 베벨부를 연마하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 형태는, 상기 연마장치를 사용한 연마방법으로, 상기 회전 유지기구에 의해 기판을 회전시키고, 제 1 연마 헤드에 의해 띠형상의 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 윗쪽으로부터 가압하여 상기 기판의 톱 에지부를 연마하고, 상기 제 1 연마 헤드에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 아래쪽으로부터 가압하여 상기 기판의 보텀 에지부를 연마하며, 상기 제 1 연마 헤드에 의한 상기 보텀 에지부의 연마 중에, 제 2 연마 헤드에 의해 띠형상의 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 윗쪽으로부터 가압하여 상기 톱 에지부를 연마하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 형태는, 상기 연마장치를 사용한 연마방법으로, 상기 회전 유지기구에 의해 기판을 회전시키고, 제 1 연마 헤드에 의해 띠형상의 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 윗쪽으로부터 가압하여 상기 기판의 톱 에지부를 연마하고, 제 2 연마 헤드에 의해 띠형상의 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 아래쪽으로부터 가압하여 상기 기판의 보텀 에지부를 연마하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 형태는, 띠형상의 연마구를 기판의 주연부에 대하여 가압하는 가압부재로서, 상기 기판의 둘레 방향을 따라 연장되는 적어도 1개의 돌기부를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 돌기부에 의해 연마구(예를 들면, 연마 테이프)를 기판의 주연부에 가압하기 때문에, 주연부 이외의 영역에 연마구를 접촉시키지 않고 기판의 주연부를 정확하게 연마할 수 있다. 또한, 돌기부가 기판의 둘레 방향을 따라 만곡되어 있기 때문에, 기판과 연마구와의 접촉 시간이 연마 영역 전체에 걸쳐 균일해진다. 따라서, 주연부의 내측 단부를 포함하는 연마 영역 전체를 균일하게 연마할 수 있다.

도 1(a) 및 도 1(b)는, 기판의 주연부를 나타내는 확대 단면도,
도 2(a)는 종래의 연마장치의 일부를 나타내는 측면도,
도 2(b)는 가압면과 기판의 위치 관계를 나타내는 평면도,
도 2(c)는 도 2(a)에 나타내는 연마장치에 의해 연마된 기판의 주연부의 단면을 나타내는 모식도,
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 관한 연마장치를 나타내는 평면도,
도 4는 도 3에 나타내는 연마장치의 종단면도,
도 5는 연마 헤드의 확대도,
도 6은 도 5에 나타내는 가압부재의 정면도,
도 7은 도 6에 나타내는 가압부재의 배면도,
도 8은 도 6에 나타내는 가압부재의 좌측면도,
도 9는 도 6에 나타내는 가압부재의 우측면도,
도 10은 도 6에 나타내는 가압부재의 평면도,
도 11은 도 6에 나타내는 가압부재의 저면도,
도 12는 도 6의 A-A선 단면도,
도 13은 도 12에 나타내는 돌기부의 확대도,
도 14는 틸트기구에 의해 윗쪽으로 기울어진 연마 헤드를 나타내는 도,
도 15는 틸트기구에 의해 아래쪽으로 기울어진 연마 헤드를 나타내는 도,
도 16(a)는 상측의 돌기부에 의해 연마 테이프를 기판의 톱 에지부에 맞닿게 하고 있는 모양을 나타내는 평면도,
도 16(b)는 연마된 기판의 주연부의 단면을 나타내는 모식도,
도 17은 연마 헤드의 다른 구성예를 나타내는 도,
도 18은 1대의 연마 헤드 조립체 및 1대의 연마 테이프 공급기구를 구비한 연마장치의 일례를 나타내는 평면도,
도 19는 기판의 톱 에지부에 대향하여 배치된 1개의 돌기부를 가지는 연마 헤드를 나타내는 측면도,
도 20은 도 19에 나타내는 가압부재의 정면도,
도 21은 도 20에 나타내는 가압부재의 배면도,
도 22는 도 20에 나타내는 가압부재의 좌측면도,
도 23은 도 20에 나타내는 가압부재의 우측면도,
도 24는 도 20에 나타내는 가압부재의 평면도,
도 25는 도 20에 나타내는 가압부재의 저면도,
도 26은 도 20의 B-B선 단면도,
도 27은 기판의 보텀 에지부에 대향하여 배치된 1개의 돌기부를 가지는 연마 헤드를 나타내는 측면도,
도 28은 가압부재의 또 다른 예를 나타내는 정면도,
도 29는 도 28에 나타내는 가압부재의 배면도,
도 30은 도 28에 나타내는 가압부재의 좌측면도,
도 31은 도 28에 나타내는 가압부재의 우측면도,
도 32는 도 28에 나타내는 가압부재의 평면도,
도 33은 도 28에 나타내는 가압부재의 저면도,
도 34는 도 28의 C-C 선단면도,
도 35는 도 34에 나타내는 가압 패드 및 돌기부의 확대도,
도 36은 틸트기구에 의해 윗쪽으로 기울어진 연마 헤드로 나타내는 도,
도 37은 틸트기구에 의해 아래쪽으로 기울어진 연마 헤드를 나타내는 도,
도 38은 수평상태에 있는 연마 헤드를 나타내는 도,
도 39는 기판의 베벨부의 연마 시에 연마 헤드를 윗쪽으로 기울게 한 상태를 나타내는 도,
도 40은 기판의 베벨부의 연마 시에 연마 헤드를 아래쪽으로 기울게 한 상태를 나타내는 도,
도 41은 기판의 베벨부의 연마 시에 연마 헤드의 경사 각도를 연속적으로 변화시키고 있는 모양을 나타내는 도,
도 42는 기판의 톱 에지부를 가압하기 위해 돌기부에 인접하여 배치된 가압 패드를 가지는 가압부재의 정면도,
도 43은 도 42에 나타내는 가압부재의 평면도,
도 44는 기판의 보텀 에지부를 가압하기 위해 돌기부에 인접하여 배치된 가압 패드를 가지는 가압부재의 정면도,
도 45는 도 44에 나타내는 가압부재의 평면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 연마장치를 나타내는 평면도이고, 도 4는 도 3에 나타내는 연마장치의 종단면도이다. 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 이 연마장치는, 그 중앙부에, 연마 대상물인 기판(W)을 수평으로 유지하고, 회전시키는 회전 유지기구(기판 유지부)(3)를 구비하고 있다. 도 3에서는, 회전 유지기구(3)가 기판(W)을 유지하고 있는 상태를 나타내고 있다. 회전 유지기구(3)는, 기판(W)의 이면을 진공흡착에 의해 유지하는 접시형상의 유지 스테이지(4)와, 유지 스테이지(4)의 중앙부에 연결된 중공 샤프트(5)와, 이 중공 샤프트(5)를 회전시키는 모터(M1)를 구비하고 있다. 기판(W)은, 반송 기구의 핸드(도시 생략)에 의해, 기판(W)의 중심이 중공 샤프트(5)의 축심(軸心)과 일치하도록 유지 스테이지(4) 위에 탑재된다.

중공 샤프트(5)는, 볼 스플라인 베어링(직동 베어링)(6)에 의해 상하로 이동이 자유롭게 지지되어 있다. 유지 스테이지(4)의 상면에는 홈(4a)이 형성되어 있고, 이 홈(4a)은, 중공 샤프트(5)을 통하여 연장되는 연통로(7)에 연통하고 있다. 연통로(7)는 중공 샤프트(5)의 하단에 설치된 로터리 조인트(8)를 거쳐 진공 라인(9)에 접속되어 있다. 연통로(7)는, 처리 후의 기판(W)을 유지 스테이지(4)로부터 이탈시키기 위한 질소 가스 공급 라인(10)에도 접속되어 있다. 이들 진공 라인(9)과 질소 가스 공급 라인(10)을 전환함으로써, 기판(W)을 유지 스테이지(4)의 상면에 진공 흡착하여, 이탈시킨다.

중공 샤프트(5)는, 이 중공 샤프트(5)에 연결된 풀리(p1)와, 모터(M1)의 회전축에 설치된 풀리(p2)와, 이들 풀리(p1, p2)에 걸린 벨트(b1)를 통해 모터(M1)에 의해 회전된다. 모터(M1)의 회전축은 중공 샤프트(5)와 평행하게 연장되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 유지 스테이지(4)의 상면에 유지된 기판(W)은, 모터(M1)에 의해 회전된다.

볼 스플라인 베어링(6)은, 중공 샤프트(5)가 그 길이 방향으로 자유롭게 이동하는 것을 허용하는 베어링이다. 볼 스플라인 베어링(6)은 원통형상의 케이싱(12)에 고정되어 있다. 따라서, 본 실시형태에서는, 중공 샤프트(5)는, 케이싱(12)에 대하여 상하로 직선 동작을 할 수 있도록 구성되어 있고, 중공 샤프트(5)와 케이싱(12)은 일체로 회전한다. 중공 샤프트(5)는, 에어실린더(승강기구)(15)에 연결되어 있고, 에어실린더(15)에 의해 중공 샤프트(5) 및 유지 스테이지(4)가 상승 및 하강할 수 있도록 되어 있다.

케이싱(12)과, 그 외측에 동심(同心) 상에 배치된 원통형상의 케이싱(14)과의 사이에는 레이디얼 베어링(18)이 개재·장착되어 있고, 케이싱(12)은 베어링(18)에 의해 회전 자유롭게 지지되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 회전 유지기구(3)는, 기판(W)을 그 중심축 Cr 주위로 회전시키고, 또한 기판(W)을 중심축 Cr을 따라 상승 하강시킬 수 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 회전 유지기구(3)에 유지된 기판(W)의 주위에는 4개의 연마 헤드 조립체(연마부)(1A, 1B, 1C, 1D)가 배치되어 있다. 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D)의 지름방향 외측에는 연마 테이프 공급기구(2A, 2B, 2C, 2D)가 각각 설치되어 있다. 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D)와 연마 테이프 공급기구(2A, 2B, 2C, 2D)는 격벽(20)에 의해 격리되어 있다. 격벽(20)의 내부 공간은 연마실(21)을 구성하고, 4개의 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D) 및 유지 스테이지(4)는 연마실(21) 내에 배치되어 있다. 한편, 연마 테이프 공급기구(2A, 2B, 2C, 2D)는 격벽(20)의 외측[즉, 연마실(21) 밖]에 배치되어 있다. 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D)는 서로 동일한 구성을 가지고, 연마 테이프 공급기구(2A, 2B, 2C, 2D)도 서로 동일한 구성을 가지고 있다. 이하, 연마 헤드 조립체(1A) 및 연마 테이프 공급기구(2A)에 대하여 설명한다.

연마 테이프 공급기구(2A)는, 연마 테이프(23)를 연마 헤드 조립체(1A)에 공급하는 공급 릴(24)과, 기판(W)의 연마에 사용된 연마 테이프(23)를 회수하는 회수 릴(25)을 구비하고 있다. 공급 릴(24)은 회수 릴(25)의 윗쪽에 배치되어 있다. 공급 릴(24) 및 회수 릴(25)에는 커플링(27)을 거쳐 모터(M2)가 각각 연결되어 있다[도 3에는 공급 릴(24)에 연결되는 커플링(27)과 모터(M2)만을 나타낸다]. 각각의 모터(M2)는, 소정의 회전 방향으로 일정한 토오크를 인가하여, 연마 테이프(23)에 소정의 텐션을 인가할 수 있게 되어 있다.

연마 테이프(23)는 가로로 긴 띠형상의 연마구이고, 그 한쪽 면이 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이프(23)는, PET시트 등으로 이루어지는 기재(基材) 테이프와, 기재 테이프 위에 형성되어 있는 연마층을 가지고 있다. 연마층은, 기재 테이프의 한쪽의 표면을 피복하는 바인더(예를 들면 수지)와, 바인더에 유지된 숫돌 입자로 구성되어 있고, 연마층의 표면이 연마면을 구성하고 있다. 연마구로서, 연마 테이프 대신, 띠형상의 연마포를 사용하여도 된다.

연마 테이프(23)는 공급 릴(24)에 감긴 상태에서 연마 테이프 공급기구(2A)에 세트된다. 연마 테이프(23)의 측면은 감김의 무너짐이 생기지 않도록 릴판으로 지지되어 있다. 연마 테이프(23)의 일단(一端)은 회수릴(25)에 설치되고, 연마 헤드 조립체(1A)에 공급된 연마 테이프(23)를 회수릴(25)이 권취함으로써 연마 테이프(23)을 회수하도록 되어 있다. 연마 헤드 조립체(1A)는 연마 테이프 공급기구(2A)로부터 공급된 연마 테이프(23)를 기판(W)의 주연부에 맞닿게 하기 위한 연마 헤드(30)를 구비하고 있다. 연마 테이프(23)는, 연마 테이프(23)의 연마면이 기판(W)을 향하도록 연마 헤드(30)에 공급된다.

연마 테이프 공급기구(2A)는 복수의 가이드 롤러(31, 32, 33, 34)를 가지고 있고, 연마 헤드 조립체(1A)에 공급되어, 연마 헤드 조립체(1A)로부터 회수되는 연마 테이프(23)가 이들 가이드 롤러(31, 32, 33, 34)에 의해 가이드된다. 연마 테이프(23)는, 격벽(20)에 설치된 개구부(20a)를 통하여 공급 릴(24)로부터 연마 헤드(30)에 공급되고, 사용된 연마 테이프(23)는 개구부(20a)를 통하여 회수 릴(25)에 회수된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 기판(W)의 윗쪽에는 상측 공급 노즐(36)이 배치되어, 회전 유지기구(3)에 유지된 기판(W)의 상면 중심을 향하여 연마액을 공급한다. 또한, 기판(W)의 이면과 회전 유지기구(3)의 유지 스테이지(4)의 경계부[유지 스테이지(4)의 외주부]를 향하여 연마액을 공급하는 하측 공급 노즐(37)을 구비하고 있다. 연마액에는 통상 순수(純水)가 사용되나, 연마 테이프(23)의 숫돌입자로서 실리카를 사용하는 경우 등은 암모니아를 사용할 수도 있다. 또한, 연마장치는, 연마 처리 후에 연마 헤드(30)를 세정하는 세정 노즐(38)을 구비하고 있어, 연마 처리 후에 기판(W)이 회전 유지기구(3)에 의해 상승한 후, 연마 헤드(30)를 향하여 세정수를 분사하여, 연마 처리 후의 연마 헤드(30)를 세정할 수 있도록 되어 있다.

중공 샤프트(5)가 케이싱(12)에 대하여 승강하였을 때에 볼 스플라인 베어링(6)이나 레이디얼 베어링(18) 등의 기구를 연마실(21)로부터 격리하기 위하여, 도 4에 나타내는 바와 같이, 중공 샤프트(5)와 케이싱(12)의 상단은 상하로 신축 가능한 벨로우즈(19)로 접속되어 있다. 도 4는 중공 샤프트(5)가 하강하고 있는 상태를 나타내고, 유지 스테이지(4)가 연마 위치에 있는 것을 나타내고 있다. 연마 처리 후에는, 에어실린더(15)에 의해 기판(W)을 유지 스테이지(4) 및 중공 샤프트(5)와 함께 반송 위치까지 상승시키고, 이 반송 위치에서 기판(W)을 유지 스테이지(4)로부터 이탈시킨다.

격벽(20)은, 기판(W)을 연마실(21)로 반입 및 반출하기 위한 반송구(20b)를 구비하고 있다. 반송구(20b)는, 수평으로 연장되는 잘라낸 부분으로서 형성되어 있다. 따라서, 반송기구에 파지된 기판(W)은, 수평한 상태를 유지하면서, 반송구(20b)를 통하여 연마실(21) 내를 가로지르는 것이 가능하게 되어 있다. 격벽(20)의 상면에는 개구(20c) 및 루버(louver)(40)가 설치되고, 하면에는 배기구(도시 생략)가 설치되어 있다. 연마처리 시는, 반송구(20b)는 도시 생략한 셔터로 폐쇄되도록 되어 있다. 따라서, 배기구로부터 도시 생략한 팬 기구에 의해 배기를 함으로써 연마실(21)의 내부에는 청정공기의 다운 플로우가 형성되도록 되어 있다. 이 상태에서 연마 처리가 되기 때문에, 연마액이 윗쪽으로 비산하는 것이 방지되어, 연마실(21)의 상부 공간을 청정하게 유지하면서 연마처리를 할 수 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(30)는 아암(60)의 일단에 고정되고, 아암(60)은, 기판(W)의 접선방향으로 평행한 회전축 Ct 주위로 회전 자유롭게 구성되어 있다. 아암(60)의 타단은 풀리(p3, p4) 및 벨트(b2)를 거쳐 모터(M4)에 연결되어 있다. 모터(M4)가 시계방향 및 시계 반대방향으로 소정의 각도만큼 회전함으로써, 아암(60)이 축 Ct 주위로 소정 각도만큼 회전한다. 본 실시형태에서는 모터(M4), 아암(60), 풀리(p3, p4) 및 벨트(b2)에 의하여, 기판(W)의 표면에 대하여 연마 헤드(30)를 경사지게 하는 틸트기구가 구성되어 있다.

틸트기구는, 이동대(61)에 탑재되어 있다. 이동대(61)는, 가이드(62) 및 레일(63)을 거쳐 베이스 플레이트(65)에 이동 자유롭게 연결되어 있다. 레일(63)은, 회전 유지기구(3)에 유지된 기판(W)의 반경방향을 따라 직선적으로 연장되어 있고, 이동대(61)는 기판(W)의 반경방향을 따라 직선적으로 이동 가능하게 되어 있다. 이동대(61)에는 베이스 플레이트(65)를 관통하는 연결판(66)이 설치되고, 연결판(66)에는 리니어 액츄에이터(67)가 조인트(68)를 거쳐 연결되어 있다. 리니어 액츄에이터(67)는 베이스 플레이트(65)에 직접 또는 간접적으로 고정되어 있다.

리니어 액츄에이터(67)로서는, 에어실린더나 위치 결정용 모터와 볼나사와의 조합 등을 채용할 수 있다. 이 리니어 액츄에이터(67), 레일(63), 가이드(62)에 의하여, 연마 헤드(30)를 기판(W)의 반경방향으로 직선적으로 이동시키는 이동 기구가 구성되어 있다. 즉, 이동 기구는 레일(63)을 따라 연마 헤드(30)를 기판(W)에 근접 및 이간시키도록 동작한다. 한편, 연마 테이프 공급기구(2A)는 베이스 플레이트(65)에 고정되어 있다.

도 5는 연마 헤드(30)의 확대도이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(30)는, 연마 테이프(23)의 연마면을 기판(W)에 대하여 소정의 힘으로 가압하는 가압기구(41)를 구비하고 있다. 또한, 연마 헤드(30)는, 연마 테이프(23)를 공급 릴(24)로부터 회수 릴(25)로 보내는 테이프 이송기구(42)를 구비하고 있다. 연마 헤드(30)는 복수의 가이드 롤러(43, 44, 45, 46, 47, 48, 49)를 가지고 있고, 이들 가이드 롤러는 기판(W)의 접선방향과 직교하는 방향으로 연마 테이프(23)가 진행하도록 연마 테이프(23)를 가이드한다.

연마 헤드(30)에 설치된 테이프 이송기구(42)는, 테이프 이송 롤러(42a)와, 테이프 파지 롤러(42b)와, 테이프 이송 롤러(42a)를 회전시키는 모터(M3)를 구비하고 있다. 모터(M3)는 연마 헤드(30)의 측면에 설치되고, 모터(M3)의 회전축에 테이프 이송 롤러(42a)가 설치되어 있다. 테이프 파지 롤러(42b)는 테이프 이송 롤러(42a)에 인접하여 배치되어 있다. 테이프 파지 롤러(42b)는, 도 5의 화살표 NF로 나타내는 방향[테이프 이송 롤러(42a)를 향하는 방향]으로 힘을 발생하도록 도시 생략한 기구로 지지되어 있고, 테이프 이송 롤러(42a)를 가압하도록 구성되어 있다.

모터(M3)가 도 5에 나타내는 화살표 방향으로 회전하면, 테이프 이송 롤러(42a)가 회전하여 연마 테이프(23)를 공급 릴(24)로부터 연마 헤드(30)를 경유하여 회수 릴(25)에 보낼 수 있다. 테이프 파지 롤러(42b)는 그 자신의 축 주위로 회전할 수 있도록 구성되어, 연마 테이프(23)가 보내짐에 따라 회전한다.

가압 기구(41)는, 연마 테이프(23)의 이면 측에 배치된 가압부재(50)와, 이 가압부재(50)를 기판(W)의 주연부를 향하여 이동시키는 에어실린더(구동기구)(52)를 구비하고 있다. 에어실린더(52)는 이른바 편로드 실린더이다. 에어실린더(52)에 공급하는 공기압을 제어함으로써, 연마 테이프(23)를 기판(W)에 대하여 가압하는 힘이 조정된다. 기판(W)의 주위에 배치된 4개의 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D)의 틸트기구, 가압기구(41), 테이프 이송기구(42) 및 각 연마 헤드 조립체를 이동시키는 이동기구는, 각각 독립적으로 동작이 가능하게 구성되어 있다.

도 6 내지 도 11은, 도 5에 나타내는 가압부재의 6면도이다. 도 6 내지 도 11에 나타내는 바와 같이, 가압부재(50)는, 그 전면(前面)에 형성된 2개의 돌기부(51a, 51b)를 가지고 있다. 이들 돌기부(51a, 51b)는, 레일과 같은 형상을 가지고 있고, 병렬로 배치되어 있다. 돌기부(51a, 51b)는, 기판(W)의 둘레 방향을 따라 만곡되어 있다. 더욱 구체적으로는, 돌기부(51a, 51b)는, 기판(W)의 곡률과 실질적으로 동일한 곡률을 가지는 원호형상을 가지고 있다. 2개의 돌기부(51a, 51b)는, 회전축 Ct에 관하여 대칭으로 배치되어 있고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 가압부재(50)의 정면에서 보았을 때에 돌기부(51a, 51b)는 회전축 Ct를 향하여 안쪽으로 만곡되어 있다. 연마 헤드(30)는, 돌기부(51a, 51b)의 선단 사이의 중심선( 즉 회전축 Ct)이 기판(W)의 두께 방향에서의 중심과 일치하도록 설치된다. 돌기부(51a, 51b)는, 연마 헤드(30)의 전면에 배치된 가이드 롤러(46, 47)보다 기판(W)에 근접하여 배치되어 있고, 연마 테이프(23)는 돌기부(51a, 51b)에 의해 이면으로부터 지지되어 있다. 돌기부(51a, 51b)는, PEEK(폴리에테르에테르케톤) 등의 수지로 형성되어 있다.

도 12는 도 6의 A-A선 단면도이고, 도 13은 도 12에 나타내는 돌기부의 확대도이다. 돌기부(51a, 51b)는, 연마 테이프(23)를 기판(W)에 대하여 가압하는 가압면을 각각 가지고 있고, 각 가압면은 둥근 단면을 가지고 있다. 돌기부(51a)의 가압면 전체는, 돌기부(51a)와 돌기부(51b) 사이를 연장하는 연마 테이프(23)에 대하여 약간 경사져 있다. 마찬가지로, 돌기부(51b)의 가압면 전체도, 돌기부(51a)와 돌기부(51b)의 사이를 연장하는 연마 테이프(23)에 대하여 약간 경사져 있다. 도 13에서는, 연마 테이프(23)에 대한 가압면의 각도는 α로 나타내고 있다.

도 14는, 틸트기구에 의해 윗쪽으로 기울어진 연마 헤드를 나타내는 도면이고, 도 15는, 틸트기구에 의해 아래쪽으로 기울어진 연마 헤드를 나타내는 도면이다. 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 상측의 돌기부(제 1 돌기부)(51a)는, 연마 헤드(30)를 윗쪽으로 기울게 하였을 때에 기판(W)의 주연부의 윗쪽에 위치하고, 톱 에지부에 대향한다. 하측의 돌기부(제 2 돌기부)(51b)는, 연마 헤드(30)를 아래쪽으로 기울게 하였을 때에 기판(W)의 주연부의 아래쪽에 위치하고, 보텀 에지부에 대향한다. 톱 에지부를 연마할 때는, 연마 헤드(30)를 윗쪽으로 기울게 한 상태에서 돌기부(51a)에 의해 연마 테이프(23)를 기판(W)의 주연부(즉, 톱 에지부)에 대하여 위로부터 가압하고, 한편, 보텀 에지부를 연마할 때는, 연마 헤드(30)를 아래쪽으로 기울게 한 상태에서 돌기부(51b)에 의해 연마 테이프(23)를 기판(W)의 주연부(즉, 보텀 에지부)에 대하여 아래로부터 가압한다. 이들 돌기부(51a, 51b)의 가압력은, 에어실린더(52)에 의해 조정할 수 있다.

톱 에지부 및 보텀 에지부를 연마하고 있을 때의 연마 헤드(30)의 경사각도는, 각 돌기부의 가압면 전체가 기판(W)의 표면(상면 또는 하면)과 평행해지는 각도다. 이와 같은 각도로 연마 헤드(30)를 경사시키면, 각 돌기부의 가압면은 도 13에 나타내는 바와 같이, 경사져 있기 때문에, 돌기부(51a)와 돌기부(51b)의 사이를 연장하는 연마 테이프(23)는, 기판(W)의 표면으로부터 이간(離間)된다. 따라서, 연마 테이프(23)는 실질적으로 기판(W)에 대하여 선 접촉한다. 또한, 본 실시형태에서는 도 13에 나타내는 가압면의 각도(α)는 5도이다.

도 16(a)는, 상측의 돌기부에 의해 연마 테이프를 기판의 톱 에지부에 맞닿게 하고 있는 모양을 나타내는 평면도이고, 도 16(b)는, 연마된 기판의 주연부를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 톱 에지부를 연마할 때는, 돌기부(51a)의 가압면이 기판(W)의 상면(톱 에지부)과 평행하게 될 때까지 연마 헤드(30)를 윗쪽으로 경사지게 하고, 이 상태에서 상측의 돌기부(51a)에 의해 연마 테이프(23)를 톱 에지부에 대하여 가압한다. 연마 헤드(30)는, 연마 테이프(23)를 기판(W)에 가압하면서, 리니어 액츄에이터(67) 등으로 구성되는 상술한 이동기구에 의해 기판(W)의 지름방향 외측으로 일정한 속도로 이동한다.

돌기부(51a)가 연마 테이프(23)를 톱 에지부에 대하여 가압하고 있을 때, 도16(a)에 나타내는 바와 같이, 연마 폭[즉, 돌기부(51a)와 기판(W)의 최외주와의 거리]은, 돌기부(51a)의 전장에 걸쳐 일정하다. 이것은, 위에서 보았을 때에 돌기부(51a)가 기판(W)의 주연부를 따라 만곡되어 있기 때문이다. 이와 같은 돌기부(51a)를 사용함으로써, 디바이스 형성 영역[도 1(a) 및 도 1(b)의 부호 D 참조]에 손상을 주지 않고, 톱 에지부만을 정확하게 연마할 수 있다.

기판(W)은 연마 테이프(23)와의 슬라이딩 접촉에 의해 연마되기 때문에, 연마 테이프(23)에 의해 제거되는 막의 양은, 연마 테이프(23)에 접촉하고 있는 누적 시간에 의해 결정된다. 본 실시형태에 관한 연마장치에 의하면, 돌기부(51a)가 기판(W)의 주연부를 따라 만곡되어 있기 때문에, 연마 테이프(23)가 기판(W)에 접촉하고 있는 시간이 톱 에지부 전체에 걸쳐 균일해진다. 따라서, 도 16(b)에 나타내는 바와 같이, 톱 에지부 전체를 균일하게 연마할 수 있다. 또한, 만곡된 돌기부(51a)를 채용함으로써, 연마 테이프(23)와 기판(W)의 접촉 길이가 길어져, 연마 레이트가 증가한다.

상측의 돌기부(51a)와 하측의 돌기부(51b)는, 회전축 Ct에 대하여 대칭으로 배치되어 있기 때문에, 도 15에 나타내는 바와 같이, 하측의 돌기부(51b)가 보텀 에지부에 대향할 때까지 연마 헤드(30)를 아래쪽으로 기울게 하였을 때는, 돌기부(51b)는 기판(W)의 보텀 에지부를 따라 연장된다. 따라서, 톱 에지부와 마찬가지로, 돌기부(51b)에 의해 보텀 에지부를 정확하고 또한 균일하게 연마할 수 있다.

도 16(a)에 나타내는 바와 같이, 돌기부(51a, 51b)의 길이는 연마 테이프(23)의 폭보다 긴 것이 바람직하다. 구체적으로는, 돌기부(51a, 51b)의 길이는, 연마 테이프(23)의 폭보다 2 mm정도 긴 것이 바람직하다. 이 경우, 돌기부(51a, 51b)가 연마 테이프(23)의 양 측부로부터 각각 1 mm 정도 밀려 나오도록 돌기부(51a, 51b)가 설치된다. 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 가압부재(100)의 가압면의 길이가 연마 테이프(101)의 폭보다 짧으면, 연마 테이프(101)에 장력을 주었을 때에, 연마 테이프(101)의 양 측부가 움직여, 기판(W)을 손상시키는 경우가 있다. 본 실시형태에 의하면, 연마 테이프(23)의 폭보다 긴 돌기부(51a, 51b)를 사용함으로써, 연마 테이프(23)가 그 전폭(全幅)에 걸쳐 돌기부(51a, 51b)에 의해 지지되어, 연마 테이프(23)를 안정되게 보낼 수 있다.

톱 에지부의 연마는 다음과 같이 하여 행하여진다. 먼저, 회전 유지기구(3)에 의해 기판(W)을 그 축심 주위로 회전시킨다. 이어서, 상측 공급 노즐(36) 및 하측 공급 노즐(37)로부터 연마액(예를 들면 순수)을 기판(W)에 공급하고, 도 14에 나타내는 바와 같이, 돌기부(51a)가 톱 에지부에 대향할 때까지 틸트기구에 의해 연마 헤드(30)를 윗쪽으로 경사지게 한다. 테이프 이송기구(42)에 의해 연마 테이프(23)를 그 길이 방향으로 보내면서, 상측의 돌기부(51a)에 의해 연마 테이프(23)를 기판(W)의 톱 에지부에 대하여 윗쪽으로부터 가압한다. 이 상태에서, 리니어 액츄에이터(67)에 의해 연마 헤드(30)를 기판(W)의 지름방향 외측으로 일정한 속도로 이동시키고, 이에 의하여 톱 에지부를 연마한다.

보텀 에지부의 연마도, 톱 에지부의 연마와 마찬가지로 하여 행하여진다. 구체적으로는, 회전 유지기구(3)에 의해 기판(W)을 그 축심 주위로 회전시키고, 이어서, 상측 공급 노즐(36) 및 하측 공급 노즐(37)로부터 연마액(예를 들면 순수)을 기판(W)에 공급한다. 도 15에 나타내는 바와 같이, 돌기부(51b)가 보텀 에지부에 대향할 때까지 틸트기구에 의해 연마 헤드(30)를 아래쪽으로 경사지게 한다. 테이프 이송기구(42)에 의해 연마 테이프(23)를 그 길이 방향으로 보내면서, 하측의 돌기부(51b)에 의해 연마 테이프(23)를 기판(W)의 보텀 에지부에 대하여 아래쪽으로부터 가압한다. 이 상태에서, 연마 헤드(30)를 기판(W)의 지름방향 외측으로 일정한 속도로 이동시키고, 이에 의하여 보텀 에지부를 연마한다.

연마 테이프(23)는, 돌기부(51a, 51b)에 지지되어 있기 때문에, 연마 테이프(23)와 가압부재(50)의 사이에는 공간이 형성된다. 이 공간은 기판(W)에 공급된 연마액을 통과시키는 구멍으로서 기능한다. 즉, 톱 에지부 및 보텀 에지부의 연마 시에는, 상술한 바와 같이, 회전하는 기판(W)에 연마액이 공급된다. 기판(W) 상의 연마액은, 원심력에 의해 기판(W)으로부터 흔들어 떨어뜨려지고, 그 대부분은 가압부재(50)에 충돌하지 않고, 연마 테이프(23)와 가압부재(50) 사이의 공간을 빠져 나간다. 이와 같이, 기판(W)으로부터 흔들어 떨어뜨려진 연마액은 가압부재(50)에 거의 충돌하지 않기 때문에, 연마액이 기판(W)으로 튀어 오르는 일이 없다. 따라서, 연마액에 포함되는 연마 찌꺼기 등의 파티클에 의한 기판(W)의 오염을 방지할 수 있다.

도 17은, 연마 헤드의 다른 구성예를 나타내는 도면이다. 또한, 특히 설명하지 않은 연마 헤드의 구성 및 동작은 도 5 및 도 6에 나타내는 구성과 동일하다. 도 17에 나타내는 바와 같이, 2개의 돌기부(51a, 51b)를 사이에 두도록, 2개의 가이드 롤러(58a, 58b)가 배치되어 있다. 더욱 구체적으로는, 상측의 돌기부(51a)와 가이드 롤러(46)의 사이에 가이드 롤러(58a)가 배치되고, 하측의 돌기부(51b)와 가이드 롤러(47)의 사이에 가이드 롤러(58b)가 배치되어 있다. 가이드 롤러(58a, 58b)는 가압부재(50)에 지지되어 있고, 가이드 롤러(58a, 58b)와 돌기부(51a, 51b)는 에어실린더(52)에 의해 기판(W)의 주연부에 근접 및 이간하는 방향으로 일체로 이동하도록 되어 있다.

연마 테이프(23)의 진행 방향은, 가이드 롤러(46), 가이드 롤러(58a), 돌기부(51a, 51b), 가이드 롤러(58b) 및 가이드 롤러(47)에 의해 이 순서대로 안내된다. 연마 헤드(30)의 전면에 배치되는 가이드 롤러(46, 47)는 연마 테이프(23)의 이면을 지지하고 있고, 에어실린더(52)에 연결되어 있는 가이드 롤러(58a, 58b)는, 연마 테이프(23)의 연마면을 지지하고 있다. 가이드 롤러(58a, 58b)가 기판(W)에 접촉하지 않도록, 가이드 롤러(58a, 58b)는 돌기부(51a, 51b)보다 기판(W)으로부터 떨어진 위치에 배치된다. 가이드 롤러(46)와 돌기부(51a)의 사이 및 가이드 롤러(47)와 돌기부(51b)의 사이에서는, 연마 테이프(23)는 기판(W)으로부터 떨어지는 방향으로 가이드 롤러(58a, 58b)에 의해 안내된다. 이와 같은 가이드 롤러(58a, 58b)의 배치에 의하여, 돌기부(51a, 51b)의 양측(상류 측 및 하류 측)에 위치하는 연마 테이프(23)의 부분이 기판(W)으로부터 이간된다. 따라서, 연마 테이프(23)가 주연부 이외의 영역에 접촉하는 것이 확실하게 방지된다.

또한, 도 17에 나타내는 연마 헤드(30)는, 가이드 롤러(58a, 58b)가 에어실린더(52)에 연결되어 있기 때문에, 연마 테이프(23)의 장력을 증가시켜도, 기판(W)에 대한 가압력이 감소하지 않는다는 이점을 가지고 있다. 도 2(a)에 나타내는 종래의 연마장치에서는, 연마 테이프(101)의 장력을 높이면, 기판(W)으로부터 떨어지는 방향의 힘이 가압부재(100)에 작용한다. 그 결과, 기판에 대한 가압력이 감소하고, 연마 레이트가 저하한다. 한편, 도 17에 나타내는 연마 헤드(30)에서는, 연마 테이프(23)의 연마면을 지지하는 가이드 롤러(58a, 58b)가 에어실린더(52)에 연결되어 있기 때문에, 연마 테이프(23)의 장력을 증가시켰을 때에 가압부재(50)에는 기판(W)을 향하는 힘이 작용한다. 따라서, 연마 테이프(23)의 장력을 증가시켜도 기판(W)에 대한 가압력은 감소하지 않는다. 결과로서, 연마 헤드(30)는, 높은 연마 레이트로 기판(W)의 주연부를 연마할 수 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 연마장치는, 복수의 연마 헤드 조립체 및 연마 테이프 공급기구를 구비하고 있기 때문에, 복수의 연마 헤드(30)로 기판(W)의 주연부를 동시에 연마할 수 있다. 예를 들면, 연마 레이트의 향상을 위하여, 동종의 연마 테이프를 사용하여, 톱 에지부만, 또는 보텀 에지부만을 복수의 연마 헤드(30)로 연마할 수 있다. 또는, 연마 헤드 조립체(1A)로 톱 에지부를 연마하면서, 연마 헤드 조립체(1B)로 보텀 에지부를 동시에 연마하는 것도 가능하다.

톱 에지부와 보텀 에지부를 복수의 연마 헤드(30)에 의해 연속적으로 연마하는 것도 가능하다. 예를 들면, 연마 헤드 조립체(1A)에 의해 연마 테이프를 기판(W)의 톱 에지부에 가압하여 당해 톱 에지부를 연마하고, 이어서, 연마 헤드 조립체(1A)에 의해 연마 테이프를 기판(W)의 보텀 에지부에 가압하여 당해 보텀 에지부를 연마하고, 연마 헤드 조립체(1A)에 의한 보텀 에지부의 연마 중에, 연마 헤드 조립체(1B)에 의해 연마 테이프를 톱 에지부에 가압하여 당해 톱 에지부를 연마한다. 이 경우, 연마 헤드 조립체(1A)와 연마 헤드 조립체(1B)에서 다른 종류의 연마 테이프를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 연마 헤드 조립체(1A)에서는 초벌 연마용 연마 테이프를 사용하고, 연마 헤드 조립체(1B)에서는 마무리 연마용 연마 테이프를 사용하여도 된다. 본 실시형태에 따른 연마장치에 의하면, 각 연마 헤드(30)가 2개의 돌기부(51a, 51b)를 가지고 있기 때문에, 기판의 주연부의 연마 공정의 자유도가 높아지고, 원하는 연마 레시피로 기판의 주연부를 연마할 수 있다.

또한, 도 3에 나타내는 연마장치는, 4대의 연마 헤드 조립체 및 4대의 연마 테이프 공급기구를 구비하고 있으나, 본 발명은 이 예에 한정되지 않고, 2대, 3대,또는 5대 이상의 연마 헤드 조립체 및 연마 테이프 공급기구를 구비하여도 된다. 또한, 도 18에 나타내는 바와 같이, 1대의 연마 헤드 조립체(1) 및 1대의 연마 테이프 공급기구(2)를 구비하여도 된다.

상술한 연마장치에서는, 2개의 돌기부가 설치되어 있으나, 1개의 돌기부만을 설치하여도 된다. 도 19는, 기판의 톱 에지부에 대향하여 배치된 1개의 돌기부를 가지는 연마 헤드를 나타내는 측면도이고, 도 20 내지 도 25는, 도 19에 나타내는 가압부재의 6면도이다. 도 26은, 도 20의 B-B선 단면도이다. 도 27은, 기판의 보텀 에지부에 대향하여 배치된 1개의 돌기부를 가지는 연마 헤드를 나타내는 측면도이다. 이들 예에서도, 돌기부(51a, 51b)는 주연부를 따라(즉, 톱 에지부 및 보텀 에지부를 따라) 만곡되어 있다. 또한, 도 27에 나타내는 가압부재의 6면도는, 도 20 내지 도 25에 나타내는 도면과 실질적으로 동일하기 때문에 생략한다.

도 19에 나타내는 돌기부(51a)는, 기판(W)의 주연부의 윗쪽에 배치되어 있고, 톱 에지부를 따라 만곡되어 있다. 따라서, 이 돌기부(51a)는, 톱 에지부의 연마에만 사용되고, 보텀 에지부의 연마에는 사용되지 않는다. 한편, 도 27에 나타내는 돌기부(51b)는, 기판(W)의 주연부의 아래쪽에 배치되어 있고, 보텀 에지부를 따라 만곡되어 있다. 따라서, 이 돌기부(51b)는, 보텀 에지부의 연마에만 사용되고, 톱 에지부의 연마에는 사용되지 않는다. 이들 예에서는, 상술한 틸트기구를 생략하여도 된다. 이 경우, 도 2에 나타내는 연마 헤드 조립체(1A∼1D)는, 톱 에지부의 연마용 연마 헤드 조립체와, 보텀 에지부의 연마용 연마 헤드 조립체를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 이들 예에서는, 돌기부(51a, 51b)의 가압면의 경사각도 α(도 13 참조)를 0으로 하여도 된다. 즉, 연마 헤드(30)를 기판(W)의 표면에 대하여 수직으로 배치하고, 또한 돌기부(51a, 51b)의 가압면을 기판(W)의 표면과 평행으로 배치하여도 된다.

도 19 및 도 27에 나타내는 바와 같이, 연마 테이프(23)는, 돌기부(51a) 또는 돌기부(51b)에 지지되어 있기 때문에, 연마 테이프(23)와 가압부재(50)의 사이에는 공간이 형성되어 있다. 따라서, 이들 예에서도, 회전하는 기판(W)으로부터 흔들어 떨어뜨려진 연마액의 대부분은, 가압부재(50)에 충돌하지 않고, 연마 테이프(23)와 가압부재(50) 사이의 공간을 빠져 나간다. 특히, 도 19 및 도 27에 나타내는 예에서는, 톱 에지부 및 보텀 에지부의 연마 시에는, 기판(W)의 지름방향 외측에는 돌기부(51b 또는 51a)가 존재하지 않기 때문에, 기판(W)으로부터 흔들어 떨어뜨려진 연마액은 가압부재(50)에 충돌하는 일이 없다. 따라서, 연마액에 포함되는 연마 찌꺼기 등의 파티클에 의한 기판(W)의 오염을 방지할 수 있다.

도 28 내지 도 33은, 가압부재(50)의 또 다른 예를 나타내는 6면도이다. 도 34는, 도 28의 C-C선 단면도이다. 도 28 내지 도 34에 나타내는 가압부재(50)는, 2개의 돌기부(51a, 51b) 사이에 배치된 가압 패드(베벨 패드)(70)를 더 가지고 있는 점에서, 도 6 내지 도 13에 나타내는 가압부재(50)와 다르다. 특히 설명하지 않은 가압부재(50)의 구성은, 도 6 내지 도 13에 나타내는 가압부재(50)와 동일하기 때문에, 그 중복되는 설명을 생략한다.

가압 패드(70)는, 가압부재(50)의 중앙에 위치하고 있고, 연마 헤드(30)의 자세가 수평일 때에, 가압 패드(70)가 회전 유지기구(3) 상의 기판의 베벨부[도 1(a) 및 도 1(b) 참조]에 대향하도록 배치되어 있다. 가압 패드(70)는, 실리콘 고무 등의 탄력성을 가지는 독립 발포재로 구성되어 있다. 연마 헤드(30)를 수평으로 유지한 상태에서 가압부재(50)가 에어실린더(52)에 의해 기판을 향하여 이동하면, 가압 패드(70)는, 연마 테이프를 그 뒤쪽으로부터 기판의 베벨부에 대하여 가압한다. 연마 테이프의 이면과의 마찰을 적게 하기 위하여, 표면에 테프론 가공된 시트를 가압 패드(70)의 전면(가압면)에 부착하여도 된다. 가압 패드(70)는, 볼트 등에 의해 착탈 가능하게 되어 있다.

도 35는, 가압 패드(70) 및 돌기부(51a, 51b)의 확대도이다. 도 35에 나타내는 바와 같이, 가압 패드(70)의 높이는, 돌기부(51a, 51b)의 높이보다 약간 낮게 되어 있다. 이것은, 돌기부(51a) 또는 돌기부(51b)에서 기판을 연마하고 있을 때에, 가압 패드(70)가 연마 테이프를 기판에 대하여 가압하지 않도록 하기 위함이다. 돌기부(51a, 51b)와 가압 패드(70) 사이의 높이의 차 H는, 0 mm보다 크고, 또한 1 mm 이하인 것이 바람직하다.

도 36 내지 도 38은, 도 28에 나타내는 가압부재(50)를 구비한 연마 헤드(30)를 사용한 연마방법의 일례를 나타내는 도면이다. 먼저, 도 36에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(30)를 윗쪽으로 기울게 하고, 돌기부(51a)에 의해 연마 테이프(23)를 기판(W)의 톱 에지부에 가압하여, 톱 에지부를 연마한다. 다음으로 도 37에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(30)를 아래쪽으로 기울게 하고, 돌기부(51b)에 의해 연마 테이프(23)를 기판(W)의 보텀 에지부에 가압하여, 보텀 에지부를 연마한다. 그리고, 도 38에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(30)를 수평으로 하여[기판(W)의 표면에 대한 경사 각도를 0으로 하여), 가압 패드(70)에 의해 연마 테이프(23)를 기판(W)의 베벨부에 가압하여, 베벨부를 연마한다.

또한, 도 39 및 도 40에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(30)를 소정의 각도로 경사지게 한 상태에서, 가압 패드(70)에 의해 연마 테이프(23)를 기판(W)의 베벨부에 대하여 비스듬하게 가압하여, 베벨부를 연마하여도 된다. 이와 같이, 연마 헤드(30)를 경사지게 함으로써, 도 1(a)에 나타내는 상측 경사부(상측 베벨부) P, 하측경사부(하측 베벨부) Q 및 측부(아펙스) R를 포함하는 베벨부 전체를 연마할 수 있다. 또한, 도 41에 나타내는 바와 같이, 가압 패드(70)에 의해 연마 테이프(23)를 기판(W)의 베벨부에 대하여 가압하면서, 연마 헤드(30)의 경사 각도를 틸트기구에 의해 연속적으로 변화시켜도 된다.

이와 같이, 돌기부(51a, 51b) 및 가압 패드(70)를 가지는 가압부재(50)를 사용함으로써, 연마 테이프(23)는 기판(W)의 주연부의 전체를 연마할 수 있다. 톱 에지부, 베벨부, 보텀 에지부를 연마하는 순서는, 기판의 종류 및 타겟 형상 등에 의해 결정할 수 있다. 연마 순서의 예로서는, 다음과 같다.

· 톱 에지부 → 보텀 에지부 → 베벨부

· 보텀 에지부 → 톱 에지부 → 베벨부

· 톱 에지부 → 베벨부 → 보텀 에지부

· 보텀 에지부 → 베벨부 → 톱 에지부

· 베벨부 → 톱 에지부 → 보텀 에지부

· 베벨부 → 보텀 에지부 → 톱 에지부

상술한 예 이외에도, 톱 에지부만, 베벨부만, 보텀 에지부만을 연마하는 것도 가능하다. 또한, 톱 에지부 또는 보텀 에지부와, 베벨부를 임의의 순서로 연마하는 것도 가능하다. 이와 같이, 돌기부(51a, 51b) 및 가압 패드(70)를 가지는 가압부재(50)를 사용함으로써, 톱 에지부 및 보텀 에지부뿐만 아니라, 베벨부도 연마할 수 있다.

도 28에 나타내는 예에서는, 가압 패드(70)는 2개의 돌기부(51a, 51b) 사이에 배치되어 있으나, 도 19 내지 도 27에 나타내는 가압부재(50)에 가압 패드(70)를 적용하여도 된다. 도 42는, 기판의 톱 에지부를 가압하기 위한 돌기부(51a)에 인접하여 배치된 가압 패드(70)를 가지는 가압부재(50)의 정면도이고, 도 43은 도 42에 나타내는 가압부재(50)의 평면도이다. 도 44는, 기판의 보텀 에지부를 가압하기 위한 돌기부(51b)에 인접하여 배치된 가압 패드(70)를 가지는 가압부재(50)의 정면도이고, 도 45는 도 44에 나타내는 가압부재(50)의 평면도이다. 도 42 내지 도 45에 나타내는 바와 같이, 가압 패드(70)를 돌기부(51a) 또는 돌기부(51b)에 인접하여 배치하여도 된다. 이 경우의 가압 패드(70)의 위치 및 형상은, 도 28 내지 도 33에 나타내는 가압 패드(70)의 위치 및 형상과 동일하다.

상술한 실시형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에서의 통상의 지식을 가지는 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시형태의 여러가지 변형예는, 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시예에도 적용할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시형태에 한정되지는 않고, 특허청구의 범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.

1A∼1D : 연마 헤드 조립체(연마부)
2A∼2D : 연마 테이프 공급기구
3 : 회전 유지기구(기판 유지부)
4 : 유지 스테이지 5 : 중공 샤프트
6 : 볼 스플라인 베어링 7 : 연통로
9 : 진공 라인 10 : 질소 가스 공급 라인
15 : 에어실린더 20 : 격벽
24 : 공급 릴 25 : 회수 릴
30 : 연마 헤드 41 : 가압기구
42 : 테이프 이송기구 43∼49 : 가이드 롤러
50 : 가압부재 51a, 51b : 돌기부
52 : 에어실린더(구동기구) 58a, 58b : 가이드 롤러
67 : 리니어 액츄에이터 70 : 가압 패드

Claims

기판의 주연부(周緣部)를 연마하는 연마장치에 있어서,
기판을 수평으로 유지하고, 당해 기판을 회전시키는 회전 유지기구와,
상기 기판의 주연부에 근접하여 배치된 적어도 1개의 연마 헤드를 구비하고,
상기 연마 헤드는, 상기 기판의 둘레 방향을 따라 연장되는 적어도 1개의 돌기부를 가지며,
상기 돌기부는, 상기 기판의 둘레방향의 곡률과 실질적으로 동일한 곡률을 가지는 원호형상을 가지고 있고,
상기 연마 헤드는, 상기 돌기부에 의해 띠형상의 연마구(硏磨具)의 연마면을 상기 기판의 주연부에 대하여 상방 또는 하방으로부터 가압하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 1항에 있어서,
상기 연마장치는, 상기 연마 헤드를 상기 기판의 표면에 대하여 경사지게 하는 적어도 1개의 틸트기구를 더 구비하고,
상기 적어도 1개의 돌기부는 대칭적으로 배치된 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부이고,
상기 제 1 돌기부는, 상기 연마 헤드를 상방으로 경사지게 하였을 때에 상기 기판의 주연부의 상방에 위치하고,
상기 제 2 돌기부는, 상기 연마 헤드를 하방으로 경사지게 하였을 때에 상기 기판의 주연부의 하방에 위치하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 2항에 있어서,
상기 제 1 돌기부는, 상기 연마구를 상기 기판의 톱(top) 에지부에 대하여 가압하고,
상기 제 2 돌기부는, 상기 연마구를 상기 기판의 보텀(bottom) 에지부에 대하여 가압하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 2항에 있어서,
상기 적어도 1개의 연마 헤드는, 상기 기판의 주위에 배치된 복수의 연마 헤드이고,
상기 적어도 1개의 틸트기구는, 상기 복수의 연마 헤드를 서로 독립적으로 경사지게 하는 복수의 틸트기구인 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 2항에 있어서,
상기 연마 헤드는, 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 가압하는 가압 패드를 더 구비하고, 상기 가압 패드는 상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 5항에 있어서,
상기 가압 패드의 높이는, 상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 1항에 있어서,
상기 연마 헤드는, 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 가압하는 가압 패드를 더 구비하고, 상기 가압 패드는 상기 돌기부에 인접하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 1항에 있어서,
상기 돌기부의 길이는, 상기 연마구의 폭보다 긴 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 1항에 있어서,
상기 연마 헤드는, 상기 돌기부를 사이에 두도록 배치된, 상기 연마구의 연마면을 지지하는 2개의 가이드 롤러와, 상기 2개의 가이드 롤러 및 상기 돌기부에 연결된 구동기구를 구비하고,
상기 구동기구는, 상기 2개의 가이드 롤러 및 상기 돌기부를 상기 기판의 주연부를 향하여 일체로 이동시키는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 띠형상의 연마구는, 연마 테이프 또는 연마포인 것을 특징으로 하는 연마장치.
기판의 주연부(周緣部)를 연마하는 연마장치에 있어서,
기판을 수평으로 유지하고, 당해 기판을 회전시키는 회전 유지기구와,
상기 기판의 주연부에 근접하여 배치된 연마 헤드와,
상기 연마 헤드를 상기 기판의 표면에 대하여 경사지게 하는 틸트기구를 구비하고,
상기 연마 헤드는, 상기 기판의 둘레 방향을 따라 연장되는, 상기 기판의 둘레방향의 곡률과 실질적으로 동일한 곡률을 가지는 원호형상의 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부와, 상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부의 사이에 배치된 가압 패드를 가지고,
상기 연마 헤드는, 상기 제 1 돌기부에 의해 띠형상의 연마구의 연마면을 상기 기판의 주연부에 대하여 상방으로부터 가압하고, 상기 제 2 돌기부에 의하여 상기 연마구의 연마면을 상기 기판의 주연부에 대하여 하방으로부터 가압하며, 상기 가압 패드에 의해 상기 연마구의 연마면을 상기 기판의 주연부에 대하여 가압하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
제 2항에 기재된 연마장치를 사용한 연마방법에 있어서,
상기 회전 유지기구에 의해 기판을 회전시키고,
상기 제 1 돌기부에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부(周緣部)에 대하여 상방으로부터 가압하여 상기 기판의 톱(top) 에지부를 연마하고,
상기 제 2 돌기부에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 하방으로부터 가압하여 상기 기판의 보텀(bottom) 에지부를 연마하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
제 12항에 있어서,
상기 톱 에지부를 연마하기 전에, 상기 틸트기구에 의해 상기 연마 헤드를 상방으로 경사지게 하고,
상기 보텀 에지부를 연마하기 전에, 상기 틸트기구에 의해 상기 연마 헤드를 하방으로 경사지게 하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
제 5항에 기재된 연마장치를 사용한 연마방법에 있어서,
상기 회전 유지기구에 의해 기판을 회전시키고,
상기 제 1 돌기부에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부(周緣部)에 대하여 상방으로부터 가압하여 상기 기판의 톱(top) 에지부를 연마하고,
상기 제 2 돌기부에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 하방으로부터 가압하여 상기 기판의 보텀(bottom) 에지부를 연마하고,
상기 가압 패드에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 가압하여 상기 기판의 베벨부를 연마하는 것을 특징으로 연마방법.
제 14항에 있어서,
상기 기판의 베벨부의 연마는, 상기 연마 헤드를 경사지게 한 상태에서 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 가압하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
제 4항에 기재된 연마장치를 사용한 연마방법에 있어서,
상기 회전 유지기구에 의해 기판을 회전시키고,
제 1 연마 헤드에 의해 띠형상의 연마구를 상기 기판의 주연부(周緣部)에 대하여 상방으로부터 가압하여 상기 기판의 톱(top) 에지부를 연마하고,
상기 제 1 연마 헤드에 의해 상기 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 하방으로부터 가압하여 상기 기판의 보텀(bottom) 에지부를 연마하고,
상기 제 1 연마 헤드에 의한 상기 보텀 에지부의 연마 중에, 제 2 연마 헤드에 의해 띠형상의 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 상방으로부터 가압하여 상기 톱 에지부를 연마하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
제 4항에 기재된 연마장치를 사용한 연마방법에 있어서,
상기 회전 유지기구에 의해 기판을 회전시키고,
제 1 연마 헤드에 의해 띠형상의 연마구를 상기 기판의 주연부(周緣部)에 대하여 상방으로부터 가압하여 상기 기판의 톱(top) 에지부를 연마하고,
제 2 연마 헤드에 의해 띠형상의 연마구를 상기 기판의 주연부에 대하여 하방으로부터 가압하여 상기 기판의 보텀(bottom) 에지부를 연마하는 것을 특징으로 하는 연마방법.
제 12항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 띠형상의 연마구는, 연마 테이프 또는 연마포인 것을 특징으로 하는 연마방법.
띠형상의 연마구를 기판의 주연부(周緣部)에 대하여 가압하는 가압부재에 있어서,
상기 기판의 둘레 방향을 따라 연장되는 적어도 1개의 돌기부를 가지고,
상기 돌기부는, 상기 기판의 둘레방향의 곡률과 실질적으로 동일한 곡률을 가지는 원호형상을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가압부재.
제 19항에 있어서,
상기 적어도 1개의 돌기부는, 대칭적으로 배치된 제 1 돌기부 및 제 2 돌기부이고,
상기 가압부재는, 상기 연마구를 상기 기판의 주연부(周緣部)에 가압하는 가압 패드를 더 구비하며,
상기 가압 패드는 상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부의 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 가압부재.
제 20항에 있어서,
상기 가압 패드의 높이는, 상기 제 1 돌기부 및 상기 제 2 돌기부의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 가압부재.
제 19항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 띠형상의 연마구는, 연마 테이프 또는 연마포인 것을 특징으로 하는 가압부재.
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