KR100271587B1 - 연마장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 내용은, 반도체장치용 웨이퍼와 같은 연마대상물의 단부에서 연마속도를 안정화할 수 있는 연마장치에 관한 것이다. 본 발명의 연마장치는, 회전연마테이블위에 연마천에 대향하게 연마대상물을 배열하고, 연마블럭위에 하중을 적용하며 그리고 연마액을 공급하는 것에 의해 연마를 수행한다. 본 발명에 있어서, 연마대상물과 연마플레이트사이를 접촉가압하기 위하여 연마대상물 고정블럭과 연마대상물과의 사이에 설치된 탄력성을 지니는 일정 두께의 요동판을 감싸안도록, 링상의 리테이너가 제공되며, 그렇게 해서 연마대상물의 연마속도를 일정하게 만든다.

Description

연마장치
본 발명은 일반적으로 연마장치에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 반도체기판이나 그와 유사한 것들의 표면의 요철이나 또는 균일하지 못함을 평탄화하기 위한 연마장치에 관한 것이다.
근래에는, 반도체의 제조공정에서, 연마공정이 반도체기판의 요철이나 불균일함을 평탄화하거나 또는 반도체기판의 표면상에서 소자 및 배선의 단차를 평탄화하기 위해 사용되어져왔다. 연마공정은 전형적으로 돌출부위를 선택적으로 연마하여 소멸시키고 그렇게 해서 완전한 평탄화를 달성하는 시스템을 채택한다.
종래의 일반적으로 채택되던 연마장치의 구성은 일본특허공개공보 소59(1984)-187456, 일본특허공개공보 평7(1995)-221053 및 일본특허공개공보 소 58(1983)-22657에 개시되어있다. 예를 들어, 도 4a에서 나타나듯이, 일반적인 연마장치는, 반도체 웨이퍼나 이와 유사한 것들과 같은 연마대상물(101)을 요동판(303)를 매개로 해서 보지하고 연마목적물을 운반하여 회전하기 위한 연마대상물 보지수단[이하 "고정블럭(fixing block)"이라 약칭한다](302)과, 회전연마테이블(106)로 구성되어져있다. 상기 요동판(303)은 연마목적물(101)에 국소적으로 걸리는 하중을 완화해서 연마된 표면의 균일성을 향상시키기 위해 필수적이다. 요동판으로서, 미국의 로델(Rodel)사에 의해 제조된 디에프(DF) 200이 일반적으로 사용된다. 디에프 200은 풀리우레탄 발포층과 폴리에스테르 시트의 기본재료로 이루어진 적층구조이며, 그리고 압축율(JIS L-1096의 기준에 따름)이 33%이다. 예를 들어 6인치 웨이퍼용으로는 150㎜의 외경과 0.6㎜의 두께를 가지는 디에프 200이 채택된다. 또, 상기 연마목적물(101)이 고정블럭(302)으로부터 느슨해지는 것을 방지하기 위해, 151㎜의 내경과 7㎜의 두께를 가지는 리테이너 링(304)이 고정블럭(304)의 외부둘레에 끼워져있다.
회전구동축(105A)을 지니는 회전연마테이블(106)의 상면에는 연마천이 결합되어있다. 상기 연마천은 연마천(107)(상층)과 연마천(108)(하층)을 겹쳐서 일반적으로 사용된다. 연마천(107)으로, 로델사에 의해 제조된 아이시(IC)1000이 주로 사용된다. 연마천(107)은 우레탄수지를 발포 및 경화하는 것에 의해 형성되며, 그리고 Asker C 경도계에서 경도 95를 나타내는 경질이다. 한편, 연마천(108)으로서, 로델 니타(Rodel Nitta)사에 의해 제조된 수바(Suba) 400이 자주 사용되며, 이것은 풀리우레탄수지를 폴리에스테르섬유 부직포로 함침시키는 것에 의해 형성되며 이것은 Asker C 경도계에서 경도 61을 나타내는 연질이다. 연마천들(107 및 108)의 기능은, 연마천(107)이 평단성을 증가시키도록 하며 그리고 연마천(108)이 연마대상물(101)의 휨 또는 표면의 기복을 흡수해서 연마면의 균일성을 향상시키도록 하는 것이다. 또한, 연마액 공급 노즐(109)이 상기 연마천(107)위의 중심부로 공급된다.
다음으로는, 일반적인 연마 조건하에서 상기의 연마장치의 동작을 설명하기로 한다. 실리곤 산화물 또는 이와 유사한 것들과 같은 고형성분을 포함하는 연마액(110)이 30rpm의 회전속도로 회전하는 연마천(107)상으로 200cc/min의 율로 공급될 때, 연마액(110)는 중앙부로부터 단부까지 연마천(107)의 상면을 따라서 확산한다. 이러한 조건하에서, 고정블럭(302)에 보지된 연마대상물(101)은 압력하에서 연마천(107)상에 꼭 부착된다. 그리고 나서, 연마가 고정블럭(302)에 하중 7psi(도시되지 않음)을 걸어서 실행된다. 이 때, 연마대상물(101)의 평면의 연마속도의 균일성을 확실하게 유지하기 위해, 고정블럭(302)도 30rpm의 속도로 그 자신의 축을 중심으로 회전된다.
도 4c는 도 4a에 도시한 장치에 의해 연마된 연마대상물(101)의 중심을 가로지르는 직경을 포함하고 연마면에 직각인 방향의 연마속도를 나타내는 차트이다. 상기 나타난 프로파일은 연마대상물(101)의 중심을 원점으로 하는 어떠한 직경방향의 프로파일에 관해서도 동일하다. 도 4c가 원점에 대해 좌우대칭의 프로파일이기 때문에, 플러스방향의 가장자리에서부터 원점까지의 연마대상물(101)의 연마속도를 설명하기로 한다.
연마대상물(101)의 가장자리부(+73에서 +75㎜의 영역)에서, 연마속도는 매우 높다. 반대로, +60에서 +73㎜의 영역에서는, 연마속도는 낮으며, 그리고 +71에서 +73㎜의 영역에서 최소점을 가진다. 0에서 +60㎜의 영역에서, 연마속도는 균일하다. 연마대상물(101)의 단부에서의 연마속도의 경향은 연마대상물이(101)이 연마천(107)으로부터 받는 압력의 차이에 기인하고 있다. 상층의 연마천(107)이 경질이지만, 하층의 연마층(108)이 연질이기 때문에, 연마대상물(101)의 가장자리부에 걸리는 연마천들(107 및 108)은 국소적으로 변형한다. 도 5의 (b)는 압력센서에 의해 연마대상물(101)의 가장자리부에 걸리는 압력을 측정한 결과를 나타낸다. +73에서 +75㎜의 영역에서, 연마천들(107 및 108)의 큰 변형 때문에, 과도하게 높은 압력이 국소적으로 걸린다. 반대로, +60에서 +73㎜까지의 영역에서, 압력은 점차적으로 완화되고 저하된다. 그래서, 0에서 +60㎜의 영역에서, 압력은 균일하게 걸린다. 이러한 영역에 대한 압력 분포는 연마속도의 분포에 대응한다.
연마속도의 불균일화를 개선하기 위해, 로델 니타사에 의해 제조된 수바800(suba 800)을 사용하는 방법이 있으며, 이 수바 800은 수바 400과 동일한 재질로 형성되지만 보다 높은 경질을 가진다. 수바 800은 Asker C 경도계에서 경도 83을 나타낸다. 도 6은, 도 4a의 장치에서, 연마천(108)으로 수바 800을 사용한 경우의 가장자리부의 확대단면도(a)이다. 이것이 수바400을 사용하는 경우와 유사한 면이 있지만, 요동판(303)이 사용되기 때문에, 고정블럭(302)의 요동판부착면과 요동판(303)사이에서 어긋남이 발생하며 그리고 요동판(303)의 단부와 리테이너 링(304)사이에 갭부(316)가 발생된다. 도 6의 (a)에 도시한 확대단면도는 요동판(303)이 플러스 측으로 어긋남을 일으킨 예를 나타내며, 이러한 경우에 연마대상물(101)의 플러스측 가장자리부는 완전하게 요동판(303)의 위쪽에 위치된다.
플러스측 가장자리부의 압력분포와 연마속도에 대한 설명은 도 6의 (b)를 가지고 설명하기로 한다. 이 경우에, 하층의 연마천(108)으로서 수바 800은 경질이고, 연마대상물(101)의 가장자리부에서 연마천들(107 및 108)의 국소적인 변형정도는, 심지어 연마대상물(101)이 연마천들(107 및 108)상에서 눌러지는 경우에도, 작다. 그래서, 도 6의 (b)의 +73에서 +75㎜까지의 영역에서, 과도한 압력은 연마동안 연마대상물(101)의 이동에 의한 결과일수도 있다. 그래서, 연마천(107)으로부터 받은 압력은 수바 400을 사용한 경우와 동일하다. +60에서 +73㎜까지의 영역에서는, 국소적인 변형정도가 작기 때문에, 연마대상물(101)상에 걸리는 압력은 균일하게된다. 따라서, 도 7에서와 같이, +60에서 +73㎜까지의 영역에서, 연마속도는 균일하게 되기 때문에, 수바 400을 사용한 경우보다도 균일한 영역을 확대한다.
고정블럭(302)의 요동판부착면과 요동판(303)사이의 어긋남이 고정블럭(302)의 구조에 의해 발생된다는 점이 주목된다. 그래서, 요동판을 조합하는 방법을 도 4a 및 4b를 가지고 설명하기로 한다. 예를 들어, 6인치 웨이퍼용의 고정블럭(302)에 있어서, 151㎜의 내경을 가지는 요동판부착면상에, 1㎜ 범위내에서 결합면보다 작은 150㎜의 외경을 가지는 요동판(303)이 결합된다. 그 다음에, 리테이너 링(304)이 고정블럭(302)에 끼워져서 스크류수단에 의해 고정된다. 요동판(303)을 1㎜의 범위에서 요동판부착면보다 작게 만드는 이유는, 요동판(303)이 결합하는 때에 어긋남이 발생하면, 리테이너 링(304)은 요동판이 요동판부착면보다 작게 형성되지 않은 한 끼워지지 않기 때문이다. 요동판부착면의 내경보다 더 큰 외경을 가지는 요동판(303)을 결합하고 그리고 결합면으로부터 뻗어나온 요동판 부분을 절단하는 것이 가능할 수도 있다. 그러나, 이러한 경우에, 절단면이 고르지 않아서 연마대상물(101)의 가장자리부의 연마속도가 균일하지 않게 되는 경향이 있다. 따라서, 고정블럭(302)의 구조에서 나타나는 바와 같이, 요동판(303)과 요동판결합표면과의 사이에 1㎜정도의 범위내에서 치수차이를 주는 것이 필요하다. 요동판(302)의 외경이 1㎜ 정도의 범위내에서 고정블럭의 요동판부착면의 내경 보다 작은 때는, 최대 1㎜의 갭부위가 형성된다. 결과적으로, 도 6의 (b)의 -75에서 -71㎜ 영역에서의 압력프로파일에서 나타나듯이, 갭부위상에 위치한 연마대상물(101)이 연마천으로부터 받는 압력은, 가장자리로부터 1㎜의 영역에서 뿐만 아니라, 가장자리로부터 1에서 4㎜의 영역에 있어서도, 요동판(303)이 갭부위(316) 방향으로 변형하는 것에 의해, 저하될 수 있다. 결과적으로, 도 7의 -75에서 -71㎜까지의 영역에서 나타나듯이, 가장자리로부터 4㎜의 영역에서의 연마대상물(101)의 연마속도는 다른 영역보다도 더 낮게되며 그래서 비균일하게 된다. 심지어 하층의 연마천(108)으로서 수바 400을 사용하는 방법에서도, 연마속도는, -75에서 -71㎜까지의 영역에서, 요동판(303)의 어긋남 때문에 낮게된다. 그러나, 연마대상물(101)의 가장자리부가 요동판 위에 있는 영역에 있어서도 연마속도는 낮기 때문에, 연마속도의 비균일화에 대한 어긋남의 영향은 수바 800이 하층의 연마천(108)으로 사용되는 경우보다 덜하다.
또한, 연마대상물의 가장자리부에서 연마속도의 비균일화를 해결하기 위한 방법으로서, 넓은 폭의 리테이너 링을 연마천에 접촉시켜서 가압하는 방법이 있으며, 이러한 방법은 VMIC 회의자료(1995. 6. 27∼29)의 525에서 527페이지에 제안되어 있다. 이러한 방법은, 도 8의 (a)에 나타나듯이, 베이스플레이트(415)와 리테이너 링(404)을 공기로 가압해서 제어하는 방법이다. 일반적인 연마조건하에서의 연마방법을 도 8의 (a)와 관련하여 설명한다. 30rpm으로 회전하는 연마천(107)상에서, 연마액은 연마액공급노즐(미도시)로부터 200cc/min의 율로 공급된다. 이러한 상태에서, 요동판(403)을 매개로 해서 베이스플레이트(415)상에 보지된 연마대상물(101)과, 리테이너 링(404)을 연마천(107)에 압착시킨다. 리테이너 링용 에어백(41)과 베이스플레이트용 에어백(404)으로 공기를 공급하는 것에 의해, 리테이너 링(404)과 베이스플레이트(415)에 하중 7psi를 건다. 고정블럭(402)은 자전을 하도록 구동되며, 이러한 조건하에서 연마가 실행된다.
이 방법에서는, 연마대상물(101)의 가장자리부에서의 연마천들(107 및 108)의 부분적인 변형이 리테이너 링(404) 하면의 외부 둘레에 의해 받기 때문에, +60에서 +75㎜영역에서의 압력이 균일해진다. 결과적으로, 플러스 측의 가장자리부의 연마속도는, 프로파일에 나타나듯이, 평면영역내에서와 동일하게 된다.
그러나, 상술한 리테이너 링(404) 접촉방식에서도, 수바 800을 사용하는 방법과 비슷하게 요동판(403)을 사용하기 때문에, 베이스플레이트의 요동판접촉면과 연마대상물의 상면과의 사이에 어긋남을 발생하고, 도 8의 (a)의 마이너스측 가장자리 부의 확대단면도에 도시된 바와 같이, 1㎜의 범위에서 갭부위를 형성한다. 그 결과, 도 8의 (b)의 압력 프로파일에 의해 나타나듯이, 가장자리 및 그 근방의 압력은 갭부위(416)가 있기 때문에 저하한다. 그러나, 리테이너 링(404)이 연마천들(107, 108)의 변형을 억제하기 때문에, 가장자리부에 걸리는 연마천(107)의 변형정도는 수바 800이 사용된 경우보다 작다. 그래서, 압력이 낮은 영역은 가장자리로부터 3㎜의 범위이며, 이것은 수바 800이 사용된 경우인 4㎜의 범위보다 작다. 따라서, 도 9의 -75에서 -72㎜까지의 영역에서 나타나듯이, 가장자리로부터 3㎜이내의 연마대상물의 연마속도는 다른 영역에서보다 낮게되며, 그래서 비균일하게 된다.
상술한 종래의 방법에 의한 고정블럭의 구성에서는, 도 6의 (a)에 나타나듯이, 요동판(303)의 외경이 고정블럭(302)의 요동판부착면의 직경보다 1㎜ 정도 범위내에서 작게되기 때문에, 요동판(303)의 어떤 부착지점에 있어서는 최대 1㎜의 갭부위(316)가 형성된다. 이 갭의 영향에 의해, 연마천(108)으로 수바 800을 사용한 방법에서는, 가장자리로부터 4㎜ 이내의 연마대상물(101)의 연마속도는 다른 영역에서보다 더 낮게 되며 비균일하게 된다. 또, 도 8에서와 같이 리테이너 링(404)을 연마천(107)으로 접촉시키는 방법에 있어서도, 가장자리로부터 3㎜ 이내의 연마대상물(101)의 연마속도가 다른 영역에서보다 더 낮게되며 비균일하게된다.
따라서, 종래의 연마공정에서는, 연마대상물에서 만들어진 반도체장치의 구조에 부적절한 영역이, 수바 800을 사용하는 방법에서는 가장자리로부터 4㎜의 영역이며, 그리고 리테이너 링(404) 접촉 방법에서는 가장자리로부터 3㎜의 영역이었다. 그러나, 연마이외의 제조공정에 있어서 반도체장치의 제조 가능한 영역에서 실질적으로 이용 가능한 영역은, 가장자리로부터 2㎜의 범위를 제외한 전면이기 때문에, 가장자리로부터 2에서 4㎜까지의 영역은 평탄화가 부족하게 되며, 품질불량의 원인이 되는 단점이 된다.
본 발명의 목적은, 상면에 연마천을 구비한 회전연마테이블상에, 보지수단에 의해 보지된 연마대상물을 연마하는 경우에, 연마속도가 연마면의 전면에 걸쳐서 일정하게 되며, 연마대상물의 연마율을 향상시킬 수 있는 연마장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연마장치의 제 1실시예의 주요 구성을 나타내는 단면도(a)이며, 도 1에서 (b)는 (a)의 연마장치의 제 1실시예에서 연마대상물 고정블럭의 평면도이며,
도 2는 도 1의 연마장치의 제 1실시예에서 고정블럭의 부분확대단면도(a)이며, 도 2에서 (b)는 웨이퍼 중심으로부터의 거리에 대응하는 웨이터단면에 있어서 연마속도를 나타내는 차트이며,
도 3은 연마장치의 제 2실시예에서의 고정블럭의 부분확대단면도(a)이며, 도 3에서 (b)는 웨이퍼 중심으로부터의 거리에 대응하는 웨이퍼단면에 있어서 연마속도를 나타내는 차트이며,
도 4a는 종래의 연마장치의 주요구성을 나타내는 부분단면도이며,
도 4b는 도 4a의 B-B선에 따른 횡단면도이며,
도 4c는 웨이퍼의 직경방향에서 연마속도분포를 나타내는 차트이며,
도 5는 도 4a의 연마장치의 부분확대단면도(a)이며, 도 5에서 (b)는 웨이퍼의 중심으로부터의 거리에 대응하는 연마천으로부터 수용되는 압력의 차트이며,
도 6은 또 다른 종래의 연마장치의 부분확대단면도(a)이며, 도 6에서 (b)는웨이퍼의 중심으로부터 거리에 대응하는 연마천으로부터 수용되는 압력의 차트이며,
도 7은 도 6의 연마장치에서 연마속도를 나타내는 차트이며,
도 8은 또 다른 종래의 연마장치의 부분확대단면도(a)이며, 도 8에서 (b)는 웨이펴의 중심으로부터의 거리에 대응하는 연마천으로부터 수용되는 압력의 차트이며,
도 9는 도 8의 연마장치에서 연마속도를 나타내는 차트이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 연마대상물 102, 202, 302, 402 연마대상물 고정블럭
102a 요동판부착면 103, 203, 303, 403 요동판
104, 204, 304, 404 리테이너 링 105A, 105B, 305B 회전축
106 회전연마테이블 107 연마천(상층)
108, 108a 연마천(하층) 109 연마액공급노즐
110 연마액 316 갭부분
212, 412 리테이너용 에어백 213, 413 베이스플레이트용 에어백
215, 415 베이스플레이트
상기와 같은 본 발명의 목적 및 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
상면에 연마천을 구비한 회전연마테이블;
상기 회전연마테이블상으로 연마액을 공급하는 수단;
상기 연마천에 대향하는 연마대상물을, 탄성을 가지는 원판상의 요동판을 매개로 해서 보지하고, 그리고 연마대상물을 압력하에서 상기 연마천과의 접촉을 유지하면서 회전하도록 하기 위한 연마대상물보지수단; 및
상기 연마대상물 보지수단에 삽입되며 그리고 상기 연마대상물의 둘레 외측에 착탈가능하게 부착되며, 감아들어가기 위해 상기 요동판의 둘레 단부를 덮는 링상의 리테이너를 포함하는 연마장치에 있다.
본 발명의 또 다른 특징은,
상면에 연마천을 구비한 회전연마테이블;
상기 회전연마테이블상으로 연마액을 공급하기 위한 수단;
상기 연마천에 대향하는 연마대상물을, 주어진 탄성을 가지는 원판상의 요동판을 매개로 해서 보지하고, 그리고 상기 연마대상물을 압력하에서 상기 연마천과의 접촉을 유지하면서 회전하도록 하기 위한 연마대상물 보지수단;
상기 연마대상물 보지수단에 삽입되며 상기 연마대상물의 둘레 외측 단부에 착탈가능하게 부착되며, 감아들어가기 위해 상기 요동판의 둘레 단부를 덮는 링상의 리테이너; 및
상기 연마대상물 및 상기 링상의 리테이너를 예정된 압력을 가지고 상기 연마천으로 접촉가압하기 위한 가압수단을 포함하는 연마장치에 있다.
상기 어느 구조에서도, 링상의 리테이너가 요동판의 수직 가장자리와 맞는 내부 둘레를 가지는 제 1구성요소와, 요동판의 하면과 맞는 하면을 가지며 상기 제 1구성요소와 함께 일체로 형성된 제 2구성요소를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 제 2구성요소는 연마대상물의 수직 가장자리와 맞는 내부둘레를 가질 수도 있다.
바람직하게, 연마대상물 보지수단은 고정된 위치에서 요동판을 매개로 해서 연마대상물을 보지하기 위한 고정블럭을 포함할 수 있으며, 그리고 리테이너의 제 1구성요소가 수직으로 확장하여서 고정블럭 둘레의 가장자리부와 착탈가능하게 끼워질 수 있다. 리테이너의 제 2구성요소는 수평적으로 확장하여 연마대상물의 외경보다 조금 더 큰 내경을 가질 수 있다.
본 발명의 두 번째 특징에 있어서, 가압수단은 연마천상에 연마대상물을 가압하기 위한 제 1예정된 압력을 적용하기 위한 제 1가압수단과, 그리고 연마천으로 리테이너를 가압하기 위한 제 2예정된 압력을 적용하기 위한 제 2가압수단을 포함할 수 있다. 바람직하게, 제 1 및 제 2가압수단들은 서로 독립적으로 제 1 및 제 2예정된 압력을 적용할 수 있다. 가압수단들은 공기의 압력에 의해 예정된 압력을 전개하는 압축수단일 수 있다.
상술한대로, 본 발명에 따른 연마장치에서는, 요동판은 연마대상물의 외경보다 더 큰 외경을 가지며, 그래서, 연마대상물이 요동판과 접촉하지 않는 곳에서는 어떠한 갭부위도 형성될 수 없다. 그래서, 연마대상물상에 가해지는 연마천으로부터의 압력의 불균일함이 없어져서, 연마속도의 변동을 감소시킬 수 있을 것이다.
덧붙여, 제 2실시예에서는, 연마천으로 연마대상물과 링상의 리테이너를 가압하는 것에 의해, 연마속도는 전체적인 연마면에 걸쳐서 균일해질 수 있다.
본 발명은 다음의 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예의 도면에 의해 설명되어질 수 있으나, 상기 설명 및 도면은 본 발명을 제한하는 것이 아니라 단지 본 발명을 설명하기 위한 것이다.
다음에서, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 다음의 설명에서, 수많은 특정한 설명은 본 발명의 이해를 위한 것이나, 본 발명은 이러한 특정의 설명이 없이도 실행 가능한 것이다. 어떠한 예로서, 잘 알려진 구조들은 본 발명의 불필요한 모호함을 피하기 위해 설명되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 연마장치의 제 1실시예의 주요구성을 나타내는 단면도(a)이며, 도 1에서 (b)는 도 1의 (a)의 연마장치의 제 1실시예에서 연마대상물 고정블럭의 평면도이며, 도 2는 도 1의 연마장치의 제 1실시예에서 고정블럭의 부분확대단면도(a)이며, 도 2에서 (b)는 웨이퍼의 중심으로부터의 거리에 대응하는 웨이퍼 단면도에서의 연마속도를 나타내는 차트이다.
도 1의 (a)에서, 얇은 원판상의 연마대상물(101)을 보지하는 연마대상물 고정블럭(102)은 원판상의 구조로 형성되며, 중심에 회전을 위한 회전축(105B)을 구비한다. 연마대상물 고정블럭(102)의 하면에는, 외경 d2(d2<d3)를 가지는 요동판(103)을 밀착시켜서 보지하기 위해, 직경 d3를 가지는 평단한 요동판부착면(102a)이 형성되어 있다. 횡단면이 L의 형태인 환상의 리테이너 링(104)은 고정블럭(102)의 외부둘레의 하측에서 회전축(105B)과 동축으로 장착된다. 내경 d3을 가지는 횡단면도가 L형태인 환상의 리테이터 링의 수직부분은, 연마대상물(101)을 더 고정하기 위해, 직경 d3을 가지는 고정블럭(102)의 원통부와 착탈가능하게 끼워져있다. 횡단면이 L형태인 리테이너 링의 수평부분의 내측 단면은, 내경 d1(d1<d2)을 가지는 원통상이며, 그리고 외경 d2을 가지는 요동판(103)의 둘레부를 죄기 위해 안쪽으로 덮여있다. 외경 d0을 가지는 연마대상물(101)은 리테이터 링(104)의 원통부내에 수용된다. 도 1의 (b)는 고정블럭(102)의 하면의 평면도이며, 여기에서 리테이터 링(104)이 요동판을 덮는 부분(111)이 도시되어있다.
회전연마테이블(106)은 중심에 회전축(105A)을 구비한 수평한 원판상이다. 회전연마테이블(106)의 상면에는, 두 층의 연마천들이 부착되며, 연마천 위의 연마대상물(101)의 하면이 연마된다. 상층의 연마천(107)으로서, 종래기술에서 상술한, 발포 및 경화한 폴리우레탄수지에 의해 제조된 IC 1000이 바람직하며, 그리고 하층의 연마천으로서, 짜여지지 않은 구조인 폴리에스테르섬유로 폴리우레탄수지를 함침시켜서 제조한 수바 800(경질)이 바람직하다.
연마액공급노즐(109)은 연마천상으로 연마액을 공급하기 위해 구비된다.
6인치 직경(d0=150㎜)의 반도체 웨이퍼용의 연마장치에서, 상술한 각각의 치수들은, 리테이너 링(104)의 내경 d1은 151㎜, 요동판(103)의 외경 d2는 156㎜이며 그리고 요동판부착면(102a)의 외경 d3는 160㎜이다.
도 2는 도 1의 (a)의 연마장치의 연마대상물 고정블럭(102)의 부분확대단면도(a)이며, 그리고 도 2의 (b)는 웨이퍼의 중심으로부터 거리에 대응하는 웨이퍼 단면도에서의 연마속도를 나타내는 차트이다. 도 2의 (a)에서, 연마대상물(101)(웨이퍼)의 가장자리 부는 완전하게 요동판(103)의 단부 가장자리의 내측에 위치하며, 연마대상물(101)에 걸리는 압력은 균일하게된다. 도 2의 (b)에서 나타나듯이, 연마대상물(101)의 가장자리로부터 2㎜의 영역을 제외하고는, 연마속도가 균일하게된다.
도 3은 본 발명에 따른 연마장치의 또 다른 실시예의 주요 구성요소의 부분확대단면도(a)이며, 도 3에서 (b)는 웨이퍼의 중심으로부터 거리에 대응하는 웨이퍼 단면도에서 연마속도를 나타내는 차트이다. 도 3의 (a)에서, 연마대상물 고정블럭(202)은 중심에 도시하지 않은 회전축을 구비하는 회전 가능한 원판상이며, 연마대상물 고정블럭(202)의 하면에는, 연마대상물과 리테이너 링(204)으로 공기압에 의해 하중을 가하기 위한 에어백(213 및 212)이 부착되어있다. 에어백(213)의 하면에는, 외경 d3을 가지는 원판상의 베이스플레이트(215)가 장착된다. 베이스플레이트(215)의 하면에는, 외경 d2(d2<d3)을 가지는 요동판(203)에 대한 부착면이 형성되어있다.
리테이너 링(204)은 단면도가 L자형인 환상의 구조를 가진다. 리테이너 링(204)은, 리테이너 링용 에어백(212)에 의해 전해지는 아랫방향의 하중에 의해, L자형 단면에서 하면이, 도 1의 (a)에서 상술한 것과 동일한 회전연마테이블(106)의 상면에 부착된 이 층의 연마천(107 및 108)으로 수평적으로 가압하도록 고안되어있다. 외경 d0을 가지는 연마대상물(101)은 외경 d2(d2<d0)을 가지는 요동판(203)의 하면상의 중심부로 배치된다. 요동판(203)은, 베이스플레이트(215)를 매개로 해서 에어백(213)내에 공기압에 의해 하중을 받아서, 연마천(107)의 상면으로 연마대상물(101)을 가압한다. 또한, 연마대상물(101)은 단면이 L자형인 리테이너 링(204)의 수평부분의 내측 단면(내경 d1)에 의해 회전축 중심으로 보지된다. 부가적으로, 단면이 L자형인 리테이너 링(204)의 수평부분은, 외경 d2(d1<d2)을 가지는 요동판(203)의 둘레부를 죄기 위해 안쪽으로 덮여진다. 단면이 L자형인 리테이너 링(204)의 수직부분의 내경이 베이스플레이트(215)의 외경 d3보다 약간 더 크기 때문에, 리테이너 링(204)은 베이스플레이트(215)에 느슨하게 부착되어있다.
도 3과 같이 구성된, 6인치 직경의 반도체 웨이퍼(d0=150㎜)를 위한 연마장치에서, 리테이너 링(204)의 내경 d1은 151㎜이며, 요동판의 외경 d2은 156㎜이며, 베이스플레이트의 외경 d3는 160㎜이며, 그리고 리테이너 링의 외경 d4는 180㎜인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된, 도 3의 (a)의 연마장치에서는, 공기압력을 조정해서 소정의 압력을 에어백(212 및 213)으로 공급하면서 연마대상물(101) 및 리테이너 링(204)을 회전연마테이블(106)상의 연마천(107 및 108)으로 가압해서 연마를 행한다. 그 결과, 웨이퍼 중심으로부터의 거리에 대응하는 단면에 있어서 연마속도의 차트가 도 3의 (b)와 같이 나타난다.
상술한 조건에서, 연마대상물(101)의 전체적인 가장자리부는 요동판(203)위에 위치한다. 또한, 연마대상물(101)의 가장자리부에서 연마천(107 및 108)의 국소적인 변형은, 연마대상물(101)의 가장자리부 대신, 리테이너 링(204)의 하면위의 둘레 외부에 의해 수용된다. 그래서, 연마대상물(101)의 하면이 받는 압력은 균일하게되며, 결과적으로, 연마대상물(101)의 연마속도는 전체면에 걸쳐서 균일하게된다.
본 발명이 상기의 실시예에 의해 설명되고 묘사된다고 하더라도, 이것은 상술한 것 및 다양한 다른 변화들인, 탈락 및 부가에 의해, 본 발명의 정신 및 범위를 벗어남이 없이, 설명될 수 있다. 그래서, 본 발명은 설정된 특정의 실시예에 대해 제한적으로 이해되어서는 안될 뿐만 아니라, 첨부하는 청구항들에서 정의되는 형태에 포함되고 그리고 그 형태와 동등한 범위 내에서 실시될 수 있는 모든 가능한 실시예들을 포함한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따라서, 요동판의 단부가 단면이 L자형인 리테이너 링의 수평부분으로 완전하게 덮여지기 때문에, 연마동안의 연마대상물의 단부에 가해지는 압력은 균일하게된다. 그래서, 연마대상물의 단부에서의 연마속도는 균일하게된다. 그 결과, 하층의 연마천으로 수바 800과 같은 경질을 사용한 방법에서는, 연마공정에 있어서 발생하는 반도체장치를 제조할 수 없는 외측의 연마 폭이, 4㎜에서 2㎜까지로 감소하기 때문에, 반도체장치용 웨이퍼에 있어서 유효한 칩수는 증가한다. 또, 리테이너 링을 연마천으로 접촉가압시키는 방법에 있어서도, 웨이퍼전면에서 연마속도는 균일하게되기 때문에, 유효한 칩수가 더욱 증가한다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (12)

  1. 상면에 연마천을 구비한 회전연마테이블;
    상기 회전연마테이블상으로 연마액을 공급하는 수단;
    상기 연마천에 대향하는 연마대상물을, 일정한 탄성을 가지는 원판상의 요동판을 매개로 해서 보지하고, 그리고 상기 연마대상물을 압력하에서 상기 연마천과의 접촉을 유지하면서 회전하도록 하기 위한 연마대상물보지수단; 및
    상기 연마대상물 보지수단에 삽입되며 그리고 상기 연마대상물의 둘레 외측에 착탈가능하게 부착되며, 감아들어가기 위해 상기 요동판의 둘레 단부를 덮는 링상의 리테이너를 포함하는 연마장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 링상의 리테이너가 상기 요동판의 둘레 가장자리와 맞는 내부 둘레를 가지는 제 1구성요소 및 상기 요동판의 하면과 맞는 상면을 가지고 상기 제 1구성요소와 일체로 형성된 제 2구성요소를 가지는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 제 2구성요소가 상기 연마대상물의 둘레 가장자리와 맞는 내부 둘레를 가지는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 연마대상물 보지수단이 고정된 위치에서 상기 요동판을 매개로 해서 상기 연마대상물을 보지하기 위한 고정블럭을 포함하며, 그리고 상기 리테이너의 제 1구성요소가 수직으로 확장하여서 상기 고정블럭의 둘레 가장자리부와 착탈가능하게 끼워질 수 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 리테이너의 제 2구성요소가 수평으로 확장하여서 상기 연마대상물의 외경보다 약간 더 큰 내경을 가지는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  6. 상면에 연마천을 구비한 회전연마테이블;
    상기 회전연마테이블상으로 연마액을 공급하기 위한 수단;
    상기 연마천에 대향하는 연마대상물을, 일정한 탄성을 가지는 원판상의 요동판을 매개로 해서 보지하고, 그리고 상기 연마대상물을 압력하에서 상기 연마천과의 접촉을 유지하면서 회전하도록 하기 위한 연마대상물 보지수단;
    상기 연마대상물 보지수단에 삽입되고 상기 연마대상물의 둘레 외측 단부에 착탈가능하게 부착되며, 감아들어가기 위해 상기 요동판의 주변 단부 지점을 덮는 링상의 리테이너; 및
    상기 연마대상물 및 상기 링상의 리테이너를 예정된 압력을 가지고 상기 연마천으로 접촉가압하기 위한 가압수단을 포함하는 연마장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 링상의 리테이너가 상기 요동판의 둘레 가장자리와 맞는 내부 둘레를 가지는 제 1구성요소와, 상기 요동판의 하면과 맞는 상면을 가지며 상기 제 1구성요소와 일체로 형성된 제 2구성요소를 가지는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 제 2구성요소가 상기 연마대상물의 둘레 가장자리와 맞는 내부 둘레를 가지는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 연마대상물 보지수단이 고정된 위치에서 상기 요동판을 매개로 해서 상기 연마대상물의 보기하기 위한 고정블럭을 포함하며, 그리고 상기 리테이너의 제 1구성요소가 수직적으로 확장하여 상기 고정블럭의 둘레 가장자리부와 착탈가능하게 부착될 수 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 리테이너의 제 2구성요소가 수직적으로 확장하여 상기 연마대상물의 외경보다 약간 더 큰 내경을 가지는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  11. 제 6항에 있어서, 상기 가압수단이 상기 연마천상에 연마대상물을 가압하기 위한 제 1예정된 압력을 적용하기 위한 제 1가압수단과, 그리고 연마천으로 리테이너를 가압하기 위한 제 2예정된 압력을 적용하기 위한 제 2가압수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2가압수단들은 서로 독립적으로 제 1 및 제 2예정된 압력을 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.
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