KR101607099B1 - 연마 헤드 및 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도, 환형의 강성 링과, 상기 강성 링에 균일하게 장력으로 접착된 러버막과, 강성 링에 결합되며 러버막과 강성 링과 함께 공간부를 형성하는 중판과, 러버막의 하면부의 주변부에 강성 링과 동심 형상으로 배치된 환형의 템플릿과, 공간부의 압력을 변화시키는 압력 조정 기구를 구비하며, 공간부가, 강성 링과 동심의 적어도 1개의 환형의 벽에 의해 나누어지고, 복수의 밀폐 공간이 형성되며 상기 환형의 벽에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간 중 내측의 적어도 1개의 밀폐 공간의 외경이, 워크의 평탄 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되며, 압력 조정 기구는, 복수의 밀폐 공간 내의 압력을 각각 독립으로 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 연마 헤드이다.

Description

연마 헤드 및 연마 장치{POLISHING HEAD AND POLISHING APPARATUS}

본 발명은, 워크의 표면을 연마할 때에 워크를 보유하기 위한 연마 헤드, 및 이를 구비한 연마 장치에 관한 것으로서, 특히, 러버막에 워크를 보유하는 연마 헤드 및 이를 구비한 연마 장치에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼 등의 워크의 표면을 연마하는 장치로서, 워크를 한 면씩 연마하는 일면 연마 장치와, 양면을 동시에 연마하는 양면 연마 장치가 있다.

일반적인 일면 연마 장치는, 예를 들면 도 10에 나타낸 바와 같이 연마포(89)가 부착된 정반(88)과, 연마제 공급 기구(90)와, 연마 헤드(81) 등으로 구성되어 있다. 이러한 연마 장치(82)에는, 연마 헤드(81)에서 워크(W)를 보유하고, 연마제 공급 기구(90)로부터 연마포(89) 상에 연마제를 공급하는 동시에, 정반(88)과 연마 헤드(81)를 각각 회전시켜 워크(W)의 표면을 연마포(89)에 미끄럼 접촉시키는 것으로 연마를 실시한다.

워크를 연마 헤드로 유지하는 방법으로서는, 평탄한 원반 형상의 플레이트에 왁스 등의 접착제를 거쳐 워크를 부착하는 방법 등이 있다. 그 외에, 특히 워크의 외주부에서의 들뜸이나 처짐을 억제하여, 워크 전체의 평탄성을 향상시키기 위한 보유 방법으로서, 워크 보유부를 탄성막으로 하고, 상기 탄성막의 배면에 공기 등의 가압 유체를 흘려 넣어, 균일한 압력으로 탄성막을 부풀려 연마포에 워크를 압압하는, 소위 러버 척 방식이 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).

종래의 러버 척 방식의 연마 헤드의 구성의 일례를 모식적으로 도 9에 나타낸다. 이 연마 헤드(101)의 주요부는, 환형의 SUS제 등의 강성 링(104)과, 강성 링(104)에 접착된 러버막(103)과, 강성 링(104)에 결합된 중판(105)으로 이루어진다. 강성 링(104)과, 러버막(103)과, 중판(105)에 의해서, 밀폐된 공간(106)이 형성된다. 또한, 러버막(103)의 하면부의 주변부에는, 강성 링(104)과 동심으로, 환형의 템플릿(114)이 구비된다. 또한, 중판(105)의 중앙에는 압력 조정 기구(107)에 의해 가압 유체를 공급하는 등으로서 공간의 압력을 조절한다. 또한, 중판(105)을 연마포(109) 방향으로 압압하는 압압 수단(도시하지 않음)을 가지고 있다.

이와 같이 구성된 연마 헤드(101)를 이용하여, 러버막(103)의 하면부에서 배킹 패드(113)를 거쳐 워크(W)를 보유하는 동시에, 템플릿(114)에서 워크(W)의 에지부를 보유하고, 중판(105)을 압압하여 정반(108)의 표면에 부착된 연마포(109)에 워크(W)를 미끄럼 접촉시켜 연마한다.

이러한 연마 헤드를 이용한 워크의 연마에 있어서, 연마의 균일성을 개선하는 것을 목적으로 하는, 복수의 동심 환형부에서 웨이퍼를 가압가능하게 한 러버 척 방식의 캐리어 헤드(특허문헌 2 참조)나, 탄성 패드와 지지 부재 사이에 형성되는 공간의 내부에 복수의 압력실을 마련한 기판 지지 장치(특허문헌 3 참조)가 개시되어 있다.

선행 기술 문헌

특허 문헌

특허문헌 1 : 특개평5-69310호 공보

특허문헌 2 : 특표2004-516644호 공보

특허문헌 3 : 특개2002-187060호 공보

그러나, 상기한 바와 같이, 러버막(103)에 워크(W)를 보유하는 연마 헤드(101)를 이용하여 워크(W)의 연마를 실시하는 것에 의해, 워크(W) 전체의 평탄성 및 연마 마진 균일성이 향상하는 경우도 있었지만, 워크의 두께나, 템플릿의 두께의 불균형의 영향 등에 의해, 안정된 워크(W)의 평탄도를 얻을 수 없는 문제가 있었다.

또한, 워크(W)의 연마 전의 원료 형상이 평탄하지 않은 경우에는, 워크(W)의 형상을 수정하도록 연마 프로파일을 조정할 필요가 있지만, 종래의 러버 척 방식의 연마 헤드에서는 연마 프로파일을 용이하게 변화시킬 수 없기 때문에, 그러한 조정이 곤란했다.

본 발명은 전술과 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 워크의 연마 전의 형상에 맞추어 연마 프로파일을 조정 가능하게 할 수 있어, 안정되게 양호한 평탄성을 얻을 수 있는 연마 헤드 및 그 연마 헤드를 구비한 연마 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면, 적어도, 환형의 강성 링과, 상기 강성 링에 균일한 장력으로 접착된 러버막과, 상기 강성 링에 결합되며 상기 러버막과 상기 강성 링과 함께 공간부를 형성하는 중판과, 상기 러버막의 하면부의 주변부에 상기 강성 링과 동심 형상으로 배치된 환형의 템플릿과, 상기 공간부의 압력을 변화시키는 압력 조정 기구를 구비하며, 상기 러버막의 하면부에 워크의 이면을 보유하고, 상기 템플릿에서 상기 워크의 에지부를 보유하고, 상기 워크의 표면을 정반 상에 부착된 연마포에 미끄럼 접촉시켜 연마하는 연마 헤드에 있어서, 상기 공간부가, 상기 강성 링과 동심의 적어도 1개의 환형의 벽에 의해 나누어지고, 복수의 밀폐 공간이 형성되며 상기 환형의 벽에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간 중 내측의 적어도 1개의 밀폐 공간의 외경이, 상기 워크의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되고, 상기 압력 조정 기구는, 상기 복수의 밀폐 공간 내의 압력을 각각 독립으로 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 연마 헤드를 제공한다.

이와 같이, 워크에 대해 큰 폭으로 큰 러버막에 의해 워크를 보유하고, 상기 공간부가, 상기 강성 링과 동심의 적어도 1개의 환형의 벽에 의해 나누어지고, 복수의 밀폐 공간이 형성되며 상기 환형의 벽에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간 중 내측의 적어도 1개의 밀폐 공간의 외경이, 상기 워크의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되고, 상기 압력 조정 기구는, 상기 복수의 밀폐 공간 내의 압력을 각각 독립으로 조정하는 것이면, 각각의 밀폐 공간의 압력 조정에 의한 압력 변동의 영향을 워크의 평탄도 보증 영역 직경 내에 생기게 하는 일 없이, 워크에 대해 균일한 연마 압력을 부여하여 연마를 실시할 수 있다.

그 결과, 워크의 두께나 템플릿의 두께가 다소 흩어져도, 항상 양호한 평탄성 및 연마 마진 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 워크의 연마 전의 형상이 평탄하지 않은 경우, 그 형상에 맞추어 밀폐 공간 내의 압력 조정을 실시하는 것으로, 용이하게 연마 프로파일을 변경하는 것이 가능해져서, 워크 형상을 평탄하게 수정할 수 있다.

이때, 상기 밀폐 공간의 외경이 상기 워크의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되어 있는 밀폐 공간의 내측에, 상기 강성 링과 동심 형상의 다른 밀폐 공간이 적어도 1개 이상 더 형성되어 있는 것으로 할 수 있다.

이와 같이, 상기 밀폐 공간의 외경이 상기 워크의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되어 있는 밀폐 공간의 내측에, 상기 강성 링과 동심 형상의 다른 밀폐 공간이 적어도 1개 이상 더 형성되어 있는 것이면, 워크에 대해 보다 균일한 연마 압력을 부여하여 연마를 실시할 수 있어, 보다 양호한 평탄성 및 연마 마진 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 워크의 연마 전의 형상이 평탄하지 않은 경우, 그 형상에 맞추어 밀폐 공간 내의 압력 조정을 보다 좋게 실시할 수 있어서, 워크 형상을 보다 평탄하게 수정할 수 있다.

또한, 이때, 상기 연마하는 워크는, 직경이 300 mm 이상의 실리콘 단결정 웨이퍼일 수 있다.

이와 같이, 상기 연마하는 워크가, 직경이 300 mm 이상과 같은 대직경의 실리콘 단결정 웨이퍼에서도, 본 발명에 의해 워크의 전면에 걸쳐서 보다 균일한 연마 압력을 부여하여 연마를 실시할 수 있어서, 양호한 연마 마진 균일성을 확보할 수 있다.

또한, 이때, 상기 환형의 벽에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간 중 내측의 적어도 1개의 밀폐 공간의 외경이, 상기 템플릿의 내경의 102% 이하인 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 환형의 벽에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간 중 내측의 적어도 1개의 밀폐 공간의 외경이, 상기 템플릿의 내경의 102% 이하이면, 템플릿의 강성의 영향을 억제하여 워크에 대해 압력 변화를 줄 수 있어서, 워크에 대한 연마 압력 조정을 효율적으로 실시할 수 있다.

또한, 본 발명은 워크의 표면을 연마할 때에 사용하는 연마 장치에 있어서, 적어도, 정반 상에 부착된 연마포과, 상기 연마포 상에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급 기구와, 워크를 보유하기 위한 연마 헤드로서, 본 발명에 따른 연마 헤드를 구비하는 것인 것을 특징으로 하는 연마 장치를 제공한다.

이와 같이, 본 발명에 따른 연마 헤드를 구비한 연마 장치를 이용하여, 워크의 연마를 실시하면, 워크에 대해 균일한 연마 압력을 부여하여 연마를 실시할 수 있어서, 워크의 두께나 템플릿의 두께가 다소 흩어져도, 항상 양호한 평탄성 및 연마 마진 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 워크의 연마 전의 형상이 평탄하지 않은 경우, 그 형상에 맞추어 밀폐 공간 내의 압력 조정을 실시하는 것으로, 용이하게 연마 프로파일을 변경하는 것이 가능해져서, 워크 형상을 평탄하게 수정할 수 있다.

본 발명에 따른 연마 헤드는, 상기 연마 헤드의 공간부가, 강성 링과 동심의 적어도 1개의 환형의 벽에 의해 나누어지고, 복수의 밀폐 공간이 형성되고, 상기 환형의 벽에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간 중 내측의 적어도 1개의 밀폐 공간의 외경이, 워크의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되며, 압력 조정 기구는, 상기 복수의 밀폐 공간 내의 압력을 각각 독립으로 조정하는 것이므로, 워크에 대해 균일한 연마 압력을 부여하여 연마를 실시할 수 있어서, 워크의 두께나 템플릿의 두께가 다소 흩어져도, 항상 양호한 평탄성 및 연마 마진 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 워크의 연마 전의 형상이 평탄하지 않은 경우, 그 형상에 맞추어 밀폐 공간 내의 압력 조정을 실시하는 것으로, 용이하게 연마 프로파일을 변경하는 것이 가능해져서, 워크 형상을 평탄하게 수정할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연마 헤드의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 연마 헤드의 다른 일례를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연마 장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예 1에 있어서의 연마 압력의 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예 1, 실시예 2에 있어서의 연마 압력의 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 실시예 1, 실시예 3, 비교예 2에 있어서의 밀폐 공간의 압력(P2)에 대한 연마 마진 균일성의 관계의 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 실시예 1, 실시예 3, 비교예 2에 있어서의 밀폐 공간의 외경(LD)에 대한, 연마 마진 균일성의 최소치의 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 1, 실시예 4, 비교예 1에 있어서의 연마 마진 균일성의 결과를 나타내는 도면이다.
도 9는 종래의 연마 헤드의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 10은 종래의 일면 연마 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명에 대해 실시예를 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

종래의 연마 헤드를 이용하여, 탄성막에 워크를 보유하여 워크의 연마를 실시했을 때, 워크의 두께나, 템플릿의 두께의 격차의 영향 등에 의해, 안정되게 양호한 평탄성을 얻을 수 없는 문제가 있었다. 또한, 워크의 연마 전의 형상이 평탄하지 않은 경우에는, 워크의 형상을 수정할 수 있도록 연마 프로파일의 조정이 필요하지만, 종래의 연마 헤드에서는 용이하게 연마 프로파일을 조정할 수 없는 문제가 있어서, 실제로는 연마 헤드 자체를 소망한 연마 프로파일을 갖는 것에 교환하여 연마를 실시할 필요가 있었다.

따라서, 본 발명자 등은, 이러한 문제를 해결하기 위해, 열심히 실험 및 검토를 실시했다.

그 결과, 본 발명자 등은 이하를 찾아냈다.

즉, 연마하는 워크를 보유하는 러버막의 크기가 워크와 거의 동일하거나 약간 큰 정도의 크기인 경우, 워크에 대한 연마 압력이, 특히 워크의 외주부에 있어서 불균일하게 되는 경우가 있다.

또한, 워크의 에지부를 보유하는 템플릿의 하면 위치가, 연마하는 워크의 하면 위치보다 아래에 있으면, 즉 템플릿 하면이 워크 하면보다 돌출하고 있는 경우에는, 워크 외주부로의 연마 압력이 저하하여 외주 들뜸 형상이 된다. 반대로, 템플릿의 하면 위치가, 워크 하면 위치보다 위에 있는 경우, 즉 워크 하면이 상기 템플릿 하면보다 돌출하고 있는 경우에는, 워크 외주부로의 연마 압력이 증가하여 외주 처짐 형상이 된다.

이러한 워크의 연마 압력 불균일성에 의해, 평탄성을 얻을 수 없다는 것을 알았다.

그리고, 원리적으로는, 워크의 두께나 템플릿의 두께를 엄밀하게 관리하고, 템플릿 하면 위치와 워크 하면 위치가 같게 되도록 조정하면, 워크에 대해서 균일한 연마 하중을 주는 것이 가능해지고, 또한 워크의 가공 형상에 맞추어 템플릿의 두께를 조정하면, 워크를 평탄하게 수정하는 일도 가능해지는 것을 알았다.

그렇지만, 예를 들면, 워크가 실리콘 웨이퍼의 경우에는, 수 μm 정도의 두께의 격차가 있고, 또한 템플릿에 대해서도 똑같이 수 μm 정도의 두께의 격차가 있어서, 항상 템플릿의 하면 위치와 워크의 하면 위치를 같은 위치에 조정하는 것은 현실적으로 곤란했다. 또한, 워크의 연마 전의 형상에 맞추어, 템플릿의 두께를 조정하는 것도 곤란했다.

따라서, 본 발명자 등은, 한층 더 열심히 실험 및 검토를 실시하여, 워크를 보유하는 러버막을 그 워크보다 큰 폭으로 크게 하는 것에 의해, 워크에 대한 연마 압력의 균일성을 개선하여 연마 마진 균일성을 향상할 수 있는 것을 찾아냈다. 더욱이, 주로 압력의 변화가 생기는 워크의 외주 부분에 대해, 워크의 평탄도 보증 영역 직경 이상, 특히 워크의 외경 이상의 밀폐 공간을 가져 독립적으로 압력 조정을 할 수 있도록, 강성 링 및 강성 링에 결합된 중판과 러버막으로 형성된 공간을 복수의 벽으로 나누고, 각각의 공간의 압력을 압력 조정 기구에 의해 조정함으로써, 워크면 내의 연마 압력 분포를 용이하게 조정할 수 있는 것에 도출하여, 본 발명을 완성시켰다.

도 1은 본 발명에 따른 연마 헤드의 일례를 나타낸 개략도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 헤드(1)는, SUS(스테인리스) 등의 강성 재료로 이루어지는 환형의 강성 링(4)과, 강성 링(4)에 균일한 장력으로 접착되며 하면이 평탄한 러버막(3)(탄성막)과, 강성 링(4)에 볼트 등으로 결합된 중판(5)을 구비한다.

이 강성 링(4)과, 러버막(3)과, 중판(5)에 의해, 밀폐된 공간부(6)가 형성되어 있다.

여기서, 중판(5)의 재질, 형상은 특히 한정될 것은 없고, 강성 링(4)과, 러버막(3)과 함께 공간부(6)를 형성할 수 있는 것이면 좋다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 헤드(1)는, 공간부(6)의 압력을 변화시키는 압력 조정 기구(7a, 7b)를 구비하고 있다.

또한, 러버막(3)의 하면부의 주변부에는, 강성 링(4)과 동심 형상으로 환형의 템플릿(14)이 배치되어 있다. 이 템플릿(14)은, 워크(W)의 에지부를 보유하기 위한 것이며, 러버막(3)의 하면부의 외주부를 따라, 하부에 돌출하도록 배치되어 있다.

그리고, 이와 같이 러버막(3)과 템플릿(14)을 구성하여, 워크(W)보다 러버막(3)이 큰 폭으로 커지는 구조가 되어 있다.

이와 같이, 워크(W)보다 러버막(3)이 큰 폭으로 커지는 구조이면, 연마 시에 워크(W)에 대한 연마 압력의 균일성을 개선할 수 있어서, 연마 마진 균일성을 향상할 수 있다.

여기서, 템플릿(14)은, 그 외경이 적어도 강성 링(4)의 내경보다 큰 것으로, 또한 그 내경이 강성 링(4)의 내경보다 작은 것으로 할 수 있다.

이와 같이 하면, 워크 전면에 걸리는 압압력을 보다 균일하게 하여 연마할 수 있다.

또한, 여기서, 템플릿(14)의 재질은, 워크(W)를 오염시키지 않고, 또한 상처나 압흔을 붙이지 않기 위해, 워크(W)보다 부드럽고, 연마 중에 연마포(9)와 미끄럼 접촉되어도 마모되기 어려운, 내마모성이 높은 재질인 것이 바람직하다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 공간부(6)는 강성 링(4)과 동심의 환형의 벽(16)에 의해 나누어져 있고, 복수의 밀폐 공간(15a, 15b)이 형성되어 있다. 도 1에 나타내는 연마 헤드(1)의 예에서는, 형성하는 밀폐 공간을 2개로 한 것이지만, 이에 한정되지 않고, 그 이상이어도 좋다.

여기서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 벽(16)은 선단 상부에 내측으로 신장한 플랫한 침을 가진 형상이 되어 있고, 그 침의 부분이 중판(5)과 결합되게 되어 있지만, 이 형상에 한정될 것은 없고, 밀폐 공간을 형성할 수 있는 형상이 되어 있으면 좋다.

또한, 여기서, 벽(16)의 재질을 러버막(3)과 완전히 동일한 재료로 하고, 일체 성형한 것으로 할 수 있다. 혹은, 별도인 재료를 러버막(3)에 접착 또는 용 착용한 것으로도 좋지만, 러버막(3)과 같은 연질인 재료가 바람직하다.

또한, 여기서, 벽(16)의 두께는, 특히 한정되는 것이 아니고, 연마 헤드(1)의 구성 등에 맞추어 적당하게 좋은 두께를 선택할 수 있지만, 예를 들면 1 mm 두께 정도로 할 수 있다.

또한, 환형의 벽(16)에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간 중 내측에 있는 밀폐 공간(15b)의 외경(LD)은, 워크(W)의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되어 있다.

이와 같이 밀폐 공간(15a, 15b)을 형성하면, 벽(16)으로 나누어진 2개의 밀폐 공간(15a, 15b)에 압력 차이를 주는 것으로, 워크(W)에 대한 연마 압력의 조정을 실시할 수 있다.

여기서, 양 밀폐 공간(15a, 15b)에 부여하는 압력 차이를 크게 했을 경우, 경계 부분인 벽(16)의 위치에서 압력 변동이 커지지만, 밀폐 공간(15b)의 외경이, 워크(W)의 평탄도 보증 영역 직경 이상, 특히 외경 이상이면, 그 압력 변동이 워크(W)의 평탄도 보증 영역 직경 내의 균일성에 직접적으로 악영향을 주는 것을 막을 수 있다. 또한, 밀폐 공간(15b)의 외경(LD)이, 템플릿(14)의 내경(TD)의 102% 이하, 특히 템플릿(14)의 내경(TD) 이하이면, 템플릿(14)의 강성의 영향에 의해, 러버막(3)의 움직임이 억제되어, 워크(W)에 대한 압력 변화가 주기 어려워지는 것을 막을 수 있다. 즉, 워크(W)에 대한 연마 압력 조정을 효율적으로 실시할 수 있는 것으로 할 수 있다.

또한, 밀폐 공간(15a, 15b)의 각각 연통하는 압력 조정용 관통공(12a, 12b)이 설치되어 있고, 압력 조정 기구(7a, 7b)와 연결하고 있다. 이 압력 조정 기구(7a, 7b)에 의해, 밀폐 공간(15a, 15b) 내의 압력을 각각 독립적으로 조정할 수 있게 되어 있다.

이와 같이, 본 발명의 연마 헤드(1)에서는, 워크(W)보다 러버막(3)이 커져 있고, 또한 환형의 벽에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간(15a, 15b) 중 내측의 적어도 1개의 밀폐 공간(15b)의 외경(LD)이, 워크(W)의 평탄도 보증 영역 직경 이상으로, 특히 외경 이상이 되도록 형성되게 되어 있고, 압력 조정 기구(7a, 7b)에 의해, 밀폐 공간(15a, 15b) 내의 압력을 각각 독립으로 조정함으로써, 각각의 밀폐 공간의 압력 조정에 의한 압력 변동의 영향을 직접적으로 워크(W) 내에 생기게 하는 일 없이, 워크(W)에 대해 균일한 연마 압력을 부여하여 연마를 실시할 수 있어서, 워크(W)의 두께나 템플릿(14)의 두께가 다소 흩어져도, 항상 양호한 평탄성을 확보할 수 있어서, 예를 들면 2.5% 이내와 같은 양호한 연마 마진 균일성을 확보할 수 있다.

또한, 워크(W)의 연마 전의 형상이 평탄하지 않은 경우, 그 형상에 맞추어 밀폐 공간 내의 압력 조정을 실시하는 것으로, 용이하게 연마 프로파일을 변경하는 것이 가능해져서, 워크 형상을 평탄하게 수정할 수 있다. 즉, 템플릿(14)의 하단면에 대한 워크(W)의 주변의 돌출량을 조정할 수 있어, 워크(W) 주변에서의 연마량을 조정할 수 있다.

또한, 이때, 러버막(3)의 하면에 배킹 패드(13)를 첩설할 수 있다. 배킹 패드(13)는, 물을 적셔 워크(W)를 붙여 러버막(3)의 워크 보유면에 워크(W)를 보유하는 것이다. 여기서, 배킹 패드(13)는, 예를 들면 폴리우레탄제로 할 수 있다. 이러한 배킹 패드(13)를 마련하여 물을 적시는 일로, 배킹 패드(13)에 포함되는 물의 표면 장력에 의해 워크(W)를 확실하게 보유할 수 있다.

더욱이, 도 1에서는 템플릿(14)이 러버막(3)에 배킹 패드(13) 등을 거쳐 접착되는 상태를 나타냈지만, 본 발명은, 템플릿(14)이 직접 러버막(3)에 접착되는 경우를 배제하는 것은 아니다.

또한, 연마 헤드(1)는, 그 축 주위에 회전 가능해지고 있다.

이때, 도 2에 나타낸 바와 같이, 연마 헤드(21)를, 밀폐 공간의 외경(LD1)이 워크(W)의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되어 있는 밀폐 공간(25b)의 내측에, 강성 링(4)과 동심 형상의 다른 밀폐 공간(25c)이 더 형성되어 있는 것으로 할 수 있다.

그리고, 밀폐 공간(25b)의 압력을 밀폐 공간(25c)의 압력에 대해 간신히 변화시켜 조정할 수 있다.

이와 같이, 연마 헤드(21)가, 밀폐 공간의 외경(LD1)이 워크(W)의 평탄도 보증 영역 직경 이상, 특히 외경 이상이 되도록 형성되어 있는 밀폐 공간(25b)의 내측에, 강성 링(4)과 동심 형상의 다른 밀폐 공간(25c)이 더 형성되어 있으면, 밀폐 공간(25b)의 압력을 밀폐 공간(25c)의 압력에 대해 간신히 변화시켜 조정할 수 있어서, 워크(W)에 대해 보다 균일한 연마 압력을 부여하여 연마를 실시할 수 있어서, 보다 양호한 평탄성 및 연마 마진 균일성을 확보할 수 있다.

또한, 밀폐 공간(25a, 25b, 25c) 내의 압력을 압력 조정 기구(7a, 7b, 7c)로 변화시키는 것으로, 템플릿(14)에 대한 워크(W)의 돌출량 등을 고정밀도로 조정할 수 있어, 워크(W)의 외주부를 들뜨거나 처지게 하는 것도 가능하고, 워크(W)의 연마 전의 형상에 맞추어, 밀폐 공간(25a, 25b, 25c) 내의 압력을 최적화하는 것으로, 템플릿(14)의 두께 등을 변경하지 않아도, 연마 프로파일을 변화시키고, 보다 효과적으로 워크(W)를 평탄한 형상으로 수정할 수도 있다.

또한, 이때, 연마하는 워크(W)는, 직경이 300 mm 이상의 실리콘 단결정 웨이퍼로 할 수 있다.

이와 같이, 연마하는 워크(W)가, 직경이 300 mm 이상과 같은 대직경의 실리콘 단결정 웨이퍼이어도, 본 발명에 의해 워크(W)의 전면에 걸쳐서 보다 균일의 압압력으로 연마할 수 있어, 양호한 연마 마진 균일성을 확보할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 연마 헤드(21)를 구비한 연마 장치의 일례를 나타낸 개략도이다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 이 연마 장치(2)는, 도 2에 나타내는 연마 헤드(21), 정반(8)을 가지고 있다. 정반(8)은 원반 형상이며, 표면에 워크(W)를 연마하는 연마포(9)가 첨부되어 있다. 그리고, 정반(8)의 하부에는 구동축(11)이 수직으로 연결되고, 그 구동축(11)의 하부에 연결된 정반 회전 모터(도시하지 않음)에 의해 회전하게 되어 있다.

그리고, 연마 헤드(21)는 정반(8)의 상측에 설치되어 있다.

여기서, 도 3에 나타내는 연마 장치(2)는 연마 헤드를 1개 구비한 것이지만, 연마 헤드를 복수 갖는 것이어도 좋다.

또한, 중판(5)을 연마포(9)에 압압하는 중판 압압 수단(도시하지 않음)을 가지고 있다.

이와 같이 구성된 연마 장치(2)를 이용하여, 도시하지 않는 중판 압압 수단에 의해 중판(5)을 정반(8) 상에 부착한 연마포(9)의 방향으로 압압하고, 연마제 공급 기구(10)를 거쳐 연마제를 공급하면서, 워크(W)를 연마포(9)에 미끄럼 접촉하여 워크(W)의 표면을 연마할 수 있다. 여기서, 중판 압압 수단은, 중판(5)을 전면에 걸쳐서 균일의 압력으로 압압할 수 있는 것이 바람직하다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 연마 헤드를 갖춘 연마 장치(2)를 이용하여, 워크(W)의 연마를 실시하면, 워크(W)에 대해 균일한 연마 압력을 주고 연마를 실시할 수 있어, 워크(W)의 두께나 템플릿(14)의 두께가 다소 흩어져도, 템플릿(14)에 대한 워크(W)의 돌출량을 조정할 수 있어, 항상 양호한 평탄성 및 연마 마진 균일성을 확보할 수 있다. 또한, 워크(W)의 연마 전의 형상이 평탄하지 않은 경우, 그 형상에 맞추어 밀폐 공간 내의 압력 조정을 실시하는 것으로, 용이하게 연마 프로파일을 변경하는 것이 가능해져서, 워크 형상을 평탄하게 수정하는 것이 가능해진다.

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

도 1에 나타내는 본 발명에 따른 연마 헤드(1) 및 그 연마 헤드를 구비한 연마 장치를 이용하여, 워크(W)를 연마하고, 연마 중의 워크(W)의 압력 분포와 연마 마진 균일성을 평가했다.

연마 헤드(1)는 이하와 같은 구성의 것을 사용했다.

강성 링(4)은 외경이 358 mm, 내경이 320 mm로 하고, 재료는 SUS제로 했다. 러버막(3)은 경도가 70(JIS K6253 준거)의 실리콘 고무제의 것으로 하고, 두께를 1 mm로 했다.

또한, 공간부(6)를 강성 링(4)과 동심의 환형의 벽(16)으로 나누어, 2개의 밀폐 공간(15a, 15b)을 형성했다. 그리고 내측의 밀폐 공간(15b)의 외경(LD)을 300 mm로 했다. 여기서, 벽(16)은, 두께를 1 mm로 하고, 러버막(3)과 같은 재질로 했다.

또한, 러버막(3)의 하면부에 배킹 패드(13)를 양면 테이프로 부착하고, 배킹 패드(13)의 하면에 두께 800μm의 유리 에폭시 적층판의 템플릿(14)을 부착한 템플릿 어셈블리를 양면 테이프로 부착하였다. 템플릿(14)의 외경은 355 mm, 내경(TD)은 302 mm로 했다. 여기서, 실리콘 고무로 성형한 러버막(3)의 표면은, 양면 테이프와의 접착성을 향상하는 목적으로 수 μm 정도가 얇은 폴리우레탄막의 코팅 처리를 가했다.

또한, 밀폐 공간(15b)의 압력(P1)을 15 KPa, 밀폐 공간(15a)의 압력(P2)을 연마 마진 균일성이 최소치가 되는 16.13 KPa로 압력 조절 기구(7a, 7b)에 의해 조정했다.

또한, 워크(W)로서, 직경 300 mm, 두께 775μm의 실리콘 단결정 웨이퍼의 연마를 실시했다. 또한, 사용한 실리콘 단결정 웨이퍼는, 그 양면에는 미리 일차 연마를 실시하고, 에지부에도 연마를 실시하였다.

그리고, 연마 장치는, 상술한 본 발명의 연마 헤드(1)를 구비한 것을 사용했다. 또한, 연마 장치의 정반은 직경 800 mm의 것을 사용하고, 연마포에는 부직포에 우레탄을 함침시킨 타입으로 신장 탄성률이 2.2 MPa의 것을 이용했다.

이러한 연마 장치를 이용하여, 이하와 같이 해 웨이퍼의 연마를 실시했다.

우선, 연마 헤드(1)와 정반을 각각 31, 29 rpm로 회전시키고, 연마제 공급 기구로부터 연마제를 공급하고, 중판(5)을 중판 압압 수단으로 균일하게 17 KPa의 압력으로 압압하고, 웨이퍼를 연마포에 미끄럼 접촉시켜 연마했다. 여기서, 연마제는 콜로이달 실리카를 함유하는 알칼리 용액을 사용했다. 또한, 여기서, 연마 시간은 3분으로 했다.

이와 같이 하여 연마를 실시한 웨이퍼에 대해, 연마 마진 균일성 및 연마 압력 분포를 평가했다. 또한, 연마 마진 균일성은, 평탄도 측정기로 연마 전후의 워크의 두께를 웨이퍼의 직경 방향으로 대해, 평탄도 보증 영역으로서 최외주부 2 mm 폭을 제외한 영역에 대해 측정하고, 두께의 차분을 취하는 것으로 구할 수 있어서, 연마 마진 균일성(%)=(직경 방향의 최대 연마 마진-직경 방향의 최소 연마 마진)/직경 방향의 평균 연마 마진의 식으로 나타내진다.

도 4에, 웨이퍼의 반경 방향에 있어서의 웨이퍼 중심으로부터 120~148 mm의 범위의 연마 압력 분포의 결과를 나타낸다. 또한, 연마 압력 분포는, 각 위치에서의 연마 마진/웨이퍼 중심 연마 마진×연마 하중(15KPa)으로 환산하여 요구했다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 후술하는 비교예 1과 비교하여 연마 압력의 균일성이 향상해 있는 것을 안다.

이와 같이 본 발명에서는, 웨이퍼의 외측 상방에 위치하는 밀폐 공간(15a)의 압력(P2)을 웨이퍼 내측 상방에 위치하는 밀폐 공간(15b)의 압력(P1)보다 높게 조정하므로, 웨이퍼의 하면 위치와 템플릿의 하면 위치의 격차에 의한, 웨이퍼 외주 부분의 연마 압력 저하를 보정하여, 균일한 연마 압력을 얻을 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 연마 마진 균일성의 결과를 도 7에 나타내는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 연마 마진 균일성은 약 0.9%이고, 1% 이하라고 하는 매우 양호한 결과가 되어 있는 것을 안다.

이상에 의해, 본 발명에 따른 연마 헤드 및 연마 장치는, 워크에 대해 균일한 연마 압력을 주고 연마를 실시할 수 있어, 워크의 두께나 템플릿의 두께가 다소 흩어져도, 항상 양호한 평탄성 및 연마 마진 균일성을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 2)

밀폐 공간(15a)의 압력(P2)을 15 KPa, 16.13 KPa, 16.5 KPa, 18 KPa로 한 것 이외에는, 실시예 1과 같게 하여 웨이퍼를 연마하고, 연마 압력 분포를 평가했다.

결과를 도 5에 나타낸다. 도 5에 나타낸 바와 같이, P2의 압력을 바꾸는 것으로, 웨이퍼 외주부의 연마 압력이 변화하여, 연마 압력 분포를 조정할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 3)

연마 헤드(1)의 안쪽의 밀폐 공간(15b)의 외경(LD)을 296 mm, 301 mm, 302 mm, 304 mm, 308 mm로 한 연마 헤드를 이용하여, 밀폐 공간(15a)의 압력(P2)을 15~30 KPa로 한 것 이외에는, 실시예 1과 같게 하여 웨이퍼를 연마하여, 연마 마진 균일성을 평가했다.

외경(LD)이 304 mm와 308 mm일 때의 연마 마진 균일성과 밀폐 공간(15a)의 압력(P2)과의 관계의 결과를 도 6에 나타낸다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 압력(P2)을 조정함으로써 연마 마진 균일성이 향상할 수 있는 것을 알았다. 도 7에 각 외경(LD)의 연마 마진 균일성의 최소치의 결과를 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 후술하는 비교예 2의 결과와 비교하여 연마 마진 균일성은 개선되어, 2.5% 이하라고 하는 양호한 결과가 되어 있는 것을 안다.

(실시예 4)

도 2에 나타내는 본 발명에 따른 연마 헤드(21) 및 그 연마 헤드(21)를 구비한 연마 장치를 이용하여, 워크(W)를 연마하고, 연마 중의 워크(W)의 압력 분포와 연마 마진 균일성을 평가했다.

연마 헤드(21)는 공간부(6)가 이하에 나타낸 바와 같이, 3개의 밀폐 공간(25a, 25b, 25c)으로 형성되고, 각각이 압력 조정 기구(7a, 7b, 7c)에 의해 독립하게 압력 조정되고 있는 것 이외에는, 실시예 1과 같은 것을 사용했다.

연마 헤드(21)의 공간부(6)를 강성 링(4)과 동심의 환형의 벽(16)으로 나누어, 외경(LD1)이 300 mm의 밀폐 공간(25b)을 형성했다. 그리고, 그 밀폐 공간(25b)의 내측에, 강성 링(4)과 동심의 환형의 벽(16)을 더 배치하고, 가장 내측의 밀폐 공간(25c)의 내경(LD2)이 278 mm가 되도록 했다. 여기서, 벽(16)은 두께를 1 mm로 하고, 러버막(3)과 같은 재질로 했다.

또한, 밀폐 공간(25c)의 압력(P1)을 15 KPa, 밀폐 공간(25a)의 압력(P2)을 16.13 KPa, 밀폐 공간(25b)의 압력(P3)을 14.6 KPa가 되도록 압력 조절 기구(7a, 7b, 7c)에 의해 조정했다.

이러한 연마 헤드(21)를 구비하고 있는 것 이외에는, 실시예 1과 같은 구성의 연마 장치를 이용하여, 실시예 1과 같은 워크(W)를, 실시예 1과 같게 하여 연마하고 연마 마진 균일성을 평가했다.

결과를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 실시예 1의 결과와 비교하여, 더욱 연마 마진 균일성이 개선되어 1% 이하의 레벨이 되어 있는 것을 안다.

(비교예 1)

도 9에 나타내는 종래의 연마 헤드 및 그 연마 헤드를 구비한 연마 장치를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 같은 조건으로, 실리콘 단결정 웨이퍼의 연마를 실시하여, 연마 마진 균일성 및 연마 압력 분포를 평가했다.

연마 압력 분포의 결과를 도 4에 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 연마 압력 분포가 실시예 1의 결과와 비교하여 악화되어 있는 것을 안다.

이것은, 템플릿의 두께가 800μm와 웨이퍼의 두께 775μm보다 두껍기 때문에, 템플릿 하면 위치가 웨이퍼의 하면 위치보다 하부로 돌출하고 있으므로, 웨이퍼 외주 부분의 압력이 저하한 것에 의한다고 생각할 수 있다.

또한, 연마 마진 균일성의 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 연마 마진 균일성은 약 7.7%이고, 실시예 1, 실시예 2의 결과와 비교하면 큰 폭으로 악화되어 있는 것을 안다.

(비교예 2)

연마 헤드의 내측의 밀폐 공간의 외경(LD)을 292 mm로 한 연마 헤드를 이용한 것 이외에는, 실시예 1과 같게 하여 웨이퍼를 연마하고, 연마 마진 균일성을 평가했다.

결과를 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 공간부를 벽에 의해 구분하여 밀폐 공간을 형성하고, 각각의 밀폐 공간의 압력을 조정하는 것으로, 비교예 1의 결과의 7.7%과 비교하면 연마 마진 균일성이 약간 개선 되어는 있지만, 실시예 1, 실시예 3의 결과와 비교하면, 연마 마진 균일성은 악화되어 있다.

이와 같이, 연마 마진 균일성을 양호한 결과로 하기 위해서는, 연마 헤드의 환형의 벽에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간 중 내측의 하나의 밀폐 공간의 외경을, 워크의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성할 필요가 있는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시예는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용 효과를 얻는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들면, 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조하는 연마 헤드는, 도 1, 도 2에 나타낸 상태에 한정되지 않고, 예를 들면 중판의 형상 등은 적당 설계하면 좋다.

Claims (7)

1. 환형의 강성 링과, 상기 강성 링에 균일한 장력으로 접착된 러버막과, 상기 강성 링에 결합되며 상기 러버막과 상기 강성 링과 함께 공간부를 형성하는 중판과, 상기 러버막의 하면부의 주변부에 상기 강성 링과 동심 형상으로 배치된 환형의 템플릿과, 상기 공간부의 압력을 변화시키는 압력 조정 기구를 구비하며, 상기 러버막의 하면부에 워크의 이면을 보유하고, 상기 템플릿으로 상기 워크의 에지부를 보유하고, 상기 공간부의 압력으로 상기 러버막을 부풀려 상기 워크를 가압하고, 상기 워크의 표면을 정반 상에 부착한 연마포에 미끄럼 접촉시켜 연마하는 러버 척 방식의 연마 헤드에 있어서,
   상기 공간부가, 상기 강성 링과 동심의 적어도 1개의 환형의 벽에 의해 나누어져서 복수의 밀폐 공간이 형성되고, 상기 환형의 벽에 의해 나누어진 복수의 밀폐 공간 중 내측의 적어도 1개의 밀폐 공간의 외경이, 상기 워크의 평탄도 보증 영역 직경 이상, 또한 상기 템플릿의 내경의 102% 이하가 되도록 형성되며, 상기 압력 조정 기구는, 상기 복수의 밀폐 공간 내의 압력을 각각 독립으로 조정하는 것인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 밀폐 공간의 외경이 상기 워크의 평탄도 보증 영역 직경 이상이 되도록 형성되어 있는 밀폐 공간의 내측에, 상기 강성 링과 동심 형상의 다른 밀폐 공간이 적어도 1개 이상 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 연마하는 워크는, 직경이 300 mm 이상의 실리콘 단결정 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 연마하는 워크는, 직경이 300 mm 이상의 실리콘 단결정 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
   
5. 삭제
6. 워크의 표면을 연마할 때에 사용하는 연마 장치에 있어서,
   정반 상에 부착된 연마포와, 상기 연마포 상에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급 기구와, 워크를 보유하기 위한 연마 헤드로서, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 연마 헤드를 구비하는 것인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
   
7. 삭제

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