KR100298823B1 - 연마장치및방법 - Google Patents

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미다라이 후지오
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Abstract

본 발명은 피연마체의 피연마면이 상방으로 향한 상태로 연마체를 보유지지하는 보유지지 수단과, 피연마면의 면적보다 작은 면적을 갖는 연마면을 갖는 연마 패드를 보유지지하면서 연마 패드를 피연마면과 접촉시키며 연마 패드를 회전축 둘레에서 회전시키는 연마 헤드를 포함하며, 연마 헤드에는 연마 패드를 선회축 둘레에서 선회시키는 구동 수단이 마련되고, 선회축 및 회전축은 선회축과 회전축의 사이의 거리가 연마 패드의 반경보다 작도록 위치된 연마 장치를 제공한다.

Description

연마 장치 및 방법{POLISHING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 웨이퍼 등의 기판을 고정밀도로 연마하는 정밀 연마 장치 및 정밀 연마 방법에 관한 것이다.
근년에, 반도체 장치의 미세 배열(fine arrangement) 및 다층 배선(multi-layer wiring)이 진행되고 있어서, 고정밀도로 트랜지스터를 갖고 Si, GaAs, InP 또는 SOI 또는 유리 또는 석영 기판(소위, 소자 기판)으로 제조된 반도체 웨이퍼의 표면을 평평하게 하는 정밀 연마 장치를 마련하는 것이 요구되었다. 이들 중에서, 반도체 소자가 상부에 형성된 웨이퍼 등의 기판의 표면을 정밀하게 평평하게 하는 정밀 연마 장치로서, 화학 기계 연마(CMP) 장치가 공지되어 있다.
종래의 CMP 장치는 도7 및 도8에 도시된 2 종류로 분류될 수 있다.
(1) 도7은 하방을 향한 웨이퍼(100)의 피연마면에 대해 연마가 수행되는 CMP 장치의 연마 작업부의 개략도이다.
도7에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(100)는 피연마면이 하방으로 향한 상태로 보유지지되고, 웨이퍼(100)는 웨이퍼의 직경보다 큰 직경을 갖는 연마 패드(502)에대해 웨이퍼를 가압하면서 웨이퍼를 회전시킴으로써 연마된다. 연마 중에, 연마제[슬러리(slurry)]가 연마 패드(502) 상으로 공급된다.
이러한 종류의 장치에서, 웨이퍼를 웨이퍼 척(chuck, 501)에서 보유지지하는 방법으로서, 왁스, 용액 또는 순수한 물을 사용하는 것에 의한 접착 또는 진공 흡입이 채택되었고, 몇몇 경우에는 웨이퍼(100)의 이탈을 방지하도록 웨이퍼(100)의 외주에 가이드 링이 마련된다. 연마 테이블(506) 상의 연마 패드(502)의 직경은 웨이퍼(100)의 직경의 3 내지 5배만큼 크며, 산화 규소의 미세 분말을 수산화 칼륨의 용액과 혼합함으로써 얻어진 현탁액(suspension)이 슬러리로서 사용된다.
(2) 한편, 도8에 도시된 바와 같이, 가이드 링을 갖고 웨이퍼 테이블(606) 상에 배치된 웨이퍼 척(601)에서 웨이퍼(100)의 피연마면이 상방으로 향하는 상태로 웨이퍼(100)가 보유지지되며, 웨이퍼(100)의 직경보다 작은 직경을 갖는 연마 패드(602)를 사용함으로써 웨이퍼(100)가 연마되는 기술이 제안되었다.
이러한 연마 장치 및 방법에서는, 20.32 cm(8 인치)의 직경을 갖는 기존의 반도체 웨이퍼와 같은 기판만이 연마될 수 있다. 그러나, 최근에는, 반도체 집적 회로가 미세 배열되고 직경이 큰 웨이퍼들이 제안되고 있으므로, 20.32 cm(8 인치)의 직경을 갖는 웨이퍼는 가까운 장래에 30.48 cm(12 인치)의 직경을 갖는 웨이퍼로 대체될 것이라고 추정된다.
그러나, 이러한 종래의 연마 장치에 있어서, 연마 능력은 20.32 cm(8 인치) 웨이퍼를 연마하도록 연마 패드의 두께 및 탄성을 최적화함으로써 조절되었지만, 이러한 경우에는 연마 패드의 재료의 미세 조절 및 균일성을 보장하는 것이 곤란하여서, 30.48 cm(12 인치) 웨이퍼 등의 큰 직경의 웨이퍼를 고정밀도로 연마하는 것이 매우 곤란하다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 먼저 웨이퍼의 전체 표면이 거친 연마 패드를 사용함으로써 연마되고 나서, 웨이퍼의 요구되는 부분이 선택적으로 또는 우선적으로 연마되어, 요구되는 웨이퍼가 얻어지도록 하는 것이 고려된다.
그러나, [20.32 cm(8 인치)의 직경을 갖는] 큰 직경의 웨이퍼를 연마하기 위해서는, 종래 기술에서는 다음과 같은 문제점이 야기된다.
웨이퍼보다 큰 연마 공구를 사용하는 종래의 연마 장치 및 방법에 있어서, 균일하게 제조되지 않을 수도 있는 웨이퍼의 일부분이 동일한 방법을 사용함으로써 더욱 균일하게 되거나 더욱 평평하게 되는 것이 매우 어렵다. 더욱이, 웨이퍼보다 작은 연마 공구가 사용되며 회전하는 연마 공구를 진동시키면서 스캔이 수행되는 시스템에서, 또는 웨이퍼보다 작은 연마 공구가 사용되며 회전하는 연마 공구를 연마 공구의 반경보다 큰 반경 범위 내에서 선회(revolving)시킴과 동시에 이를 진동시키면서 스캔이 수행되는 시스템에서, 웨이퍼의 요구되는 부분이 선택적으로 또는 우선적으로 연마될 수 있지만, 스캔으로 인한 피치 불균일(pitch unevenness)이 발생되기 쉬우며, 이러한 피치 불균일을 고정밀도로 수정하여 웨이퍼 표면을 균일하게 하고 웨이퍼 표면을 평평하게 하는 것이 곤란하다. 또한, 선회축 둘레에서 최대가 되고 외주를 향해 점차적으로 감소하는 연마 단면 형태를 가지고 회전 및 선회하는 공구가 사용되는, 미국 특허 제4,128,968호에 기재된 시스템에서, 웨이퍼의 요구되는 부분이 선택적 또는 우선적으로 연마될 수 있지만, 스캔으로 인한 피치불균일이 발생되기 쉬우며, 이러한 피치 불균일을 고정밀도로 수정하여 웨이퍼 표면을 균일하게 하고 웨이퍼 표면을 평평하게 하는 것이 곤란하다.
본 발명의 첫 번째 목적은 큰 면적의 기판이 고정밀도로 수정 및 연마될 수 있는 연마 장치 및 연마 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 두 번째 목적은 웨이퍼보다 작은 공구(연마 패드)를 사용함으로써 웨이퍼의 요구되는 부분이 고정밀도로 선택적으로 또는 우선적으로 수정되어 웨이퍼를 더욱 균일하게 하고 웨이퍼를 더욱 평평하게 할 수 있게 하는 연마 장치 및 연마 방법을 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 연마 장치 및 방법을 설명하는 개략도.
도2는 연마율과 궤도 이동에서의 위치 사이의 관계를 도시하는 개략도.
도3은 연마 패드의 궤적을 도시하는 도면.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마 장치를 도시하는 개략도.
도5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치를 도시하는 개략도.
도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연마 장치를 도시하는 개략도.
도7은 종래의 연마 장치를 도시하는 개략도.
도8은 종래의 다른 연마 장치를 도시하는 개략도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 보유지지 수단 또는 웨이퍼 척
2 : 피연마체 또는 웨이퍼
3 : 피연마면
10 : 연마 헤드
12 : 연마 패드
13 : 회전축
15 : 선회축
18 : 연마제 공급 튜브
30 : 연마제 공급원
31 : 회전 조인트
상기 목적을 성취하기 위하여, 본 발명에 따르면, 피연마체의 피연마면이 상방으로 향한 상태로 연마체를 보유지지하는 보유지지 수단과, 피연마면의 면적보다 작은 면적을 갖는 연마면을 갖는 연마 패드를 보유지지하면서 연마 패드를 피연마면과 접촉시키며 연마 패드를 회전축 둘레에서 회전시키는 연마 헤드를 포함하며, 연마 헤드에는 연마 패드를 선회축 둘레에서 선회시키는 구동 수단이 마련되고, 선회축 및 회전축은 선회축과 회전축 사이의 거리가 연마 패드의 반경보다 작도록 위치된 연마 장치가 제공된다.
연마 장치에서, 보유지지 수단은 회전 가능하다.
연마 장치에서, 연마 헤드의 선회축은 피연마면을 따라 이동 가능하다.
연마 장치에서, 선회축은 피연마체의 표면 형태에 따라 피연마체의 설정 위치로 이동될 수 있다.
연마 장치에서, 연마 헤드의 선회축은 보유지지 수단의 회전 및 선회축의 이동에 의해, 피연마체의 표면 형태에 따라 피연마체의 설정 위치로 이동될 수 있다.
연마 장치에서, 연마 헤드는 피연마체의 표면 형태를 검출하는 검출 헤드를 포함할 수 있다.
연마 장치에서, 연마 헤드는 선회축과 회전축 사이의 거리를 변화시키는 가변 수단을 포함할 수 있다.
연마 장치에서, 연마 헤드는 연마 패드를 통해 연마제를 공급하는 공급 통로를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은 피연마체가 피연마면이 상방으로 향한 상태로 보유지지 수단 상에 위치되고, 피연마면의 면적보다 작은 면적을 갖는 연마면을 갖는 연마 패드를 회전시키면서 연마 패드를 피연마면과 접촉시킴으로써 피연마면이 연마되는 연마 방법에 있어서, 연마 패드를 회전축 둘레에서 회전시키는 단계와, 연마 패드를 선회축과 회전축 사이의 거리가 연마 패드의 반경보다 작게 되도록 위치된 선회축 둘레에서 선회시키는 단계를 포함하는 연마 방법을 제공한다.
연마 방법은 선회축을 피연마체의 표면 형태에 따라 피연마체의 설정 위치로 이동시키는 단계도 포함할 수 있다.
연마 방법은 연마 헤드의 선회축을, 보유지지 수단의 회전 및 선회축의 이동에 의해, 피연마체의 표면 형태에 따라 피연마체의 설정 위치로 이동시키는 단계도 포함할 수 있다.
연마 방법에서, 선회축과 회전축 사이의 거리는 소자 기판인 피연마체의 소자의 치수에 따라 결정될 수 있다.
연마 방법에서, 소자 기판은 반도체 웨이퍼, 유리 기판 또는 석영 기판일 수 있다.
연마 장치에서, 공급 통로는 회전축을 통과할 수 있고, 공급 통로 내에 배치된 연마제 공급용 공급 튜브는 연마제를 회전 조인트를 통해 공급하도록 연마제 공급원에 연결될 수 있다.
연마 장치에서, 공급 튜브는 선회축을 통과할 수 있다.
연마 방법에서, 피연마체는 연마 패드를 보유지지하는 연마 헤드에 형성된 작은 구멍으로부터 연마제가 공급되면서 연마될 수 있다.
연마 방법에서, 작은 구멍에 연결된 공급 튜브는 연마제를 작은 구멍으로부터 피연마체로 공급할 수 있다.
연마 방법에서, 공급 튜브는 선회축을 통과할 수 있다.
도1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 연마 장치 및 방법을 설명하는 개략도이다.
도면 부호 1은 피연마체(2)의 피연마면(3)이 상방으로 향하는 상태로 피연마체(2)를 보유지지하는 보유지지 수단을 나타낸다. 연마 헤드(10)는 피연마면(3)의 면적보다 작은 면적을 갖는 연마면(11)을 구비한 연마 패드(12)를 피연마면(3)과 접촉시키면서 보유지지하고 연마 패드를 회전축(13) 둘레에서 회전시키는 역할을 한다.
연마 헤드(10)에는 회전을 위한 제1 구동 수단(14)과, 연마 패드(12)를 선회축(15) 둘레에서 선회시키는 제2 구동 수단(16)이 마련되며, 선회축(15) 및 회전축(13)은 선회축(15)과 회전축(13) 사이의 거리(D)가 연마 패드(12)의 반경(L)보다 작게 되도록 위치된다.
연마 패드(12)는 (연마 패드가 부착된) 연마 헤드(10)를 회전축(13) 둘레에서 회전시킴으로써 화살표 A로 나타낸 방향으로 회전축(13) 둘레에서 회전된다. 이와 동시에, 연마 패드(12)는 연마 헤드(10)를 선회축(15) 둘레에서 회전시킴으로써 화살표 B로 나타낸 방향으로 선회축(15) 둘레에서 선회된다.
연마 패드의 이러한 이동을 이하에서 "궤도 이동(orbital movement)"이라 한다.
도2는 궤도 이동에서의 연마 단면 형태를 도시하는 그래프이다. 종좌표는 연마율이고 횡좌표는 위치를 나타낸다.
궤도 이동을 수행하는 연마 패드에 의해 얻어진 연마율의 단면 형태는 회전수가 선회수(the number of revolutions)와 동일하게 될 때 선회축에서 최대가 되고, 연마율은 선회축으로부터, 선회축으로부터 소정의 설정 거리만큼 이격된 설정 위치까지 일정하다. 설정 거리는 연마 패드의 반경(L)으로부터 (회전축과 선회축 사이의)거리(D)를 빼는 것에 의해 얻어진 거리(L-D)에 대응한다. 연마율은 패드가 설정 위치로부터 멀리 이동됨에 따라 감소된다. 따라서, 궤도 이동을 수행하는 연마 패드(연마 공구)에 의해 얻어진 연마율의 단면 형태는 선회축에 대하여 대칭인 사다리꼴을 나타낸다. 이러한 단면 형태를 이용함으로써, 스캔 및 진동으로 인한중첩 정도 또는 범위가 최적으로 되고, 따라서 스캐닝 불균일을 갖지 않는 균일하고 평평한 피연마면을 얻을 수 있다.
축간 거리(D)를 변경함으로써, 사다리꼴의 상부변의 길이는 변경될 수 있어서 단면 형태가 변경될 수 있다. 그러나, 이러한 경우에, 연마율(사다리꼴의 높이)과 사다리꼴의 밑변도 변경되지만, 단면 형태를 적절히 변경하여 스캔 및 진동을 최적화함으로써 보다 정밀한 균일성 및 평평도가 얻어질 수 있다.
도3은 궤도 이동을 수행하는 연마 패드 상에서의 5개의 점의 궤적을 나타내는 도면이다.
도3에서, 연마 패드(12)는 회전축을 나타내는 점 P 둘레에서 회전된다. 더욱이, 연마 패드(12)는 선회축을 나타내는 점 Q 둘레에서 선회된다. 이러한 경우에, 연마 패드(12)의 외주의 선회 궤적은 선 S로 나타난다. 연마 패드(12)의 회전 방향 및 선회 방향은 서로 반대이다. 이러한 경우에, 연마 패드의 내부면 상의 점 T1은 선회 방향으로 (화살표로 도시된) 원형 궤적을 그린다. 마찬가지로, 연마 패드(12)의 외주 상의 점 T2, T3및 T4는 선회 방향으로 (화살표로 도시된) 원형 궤적들을 그린다. 더욱이, 점 T2, T3및 T4의 원형 궤적들은 선회 궤적 S와 접촉한다.
이러한 방식으로, 연마 패드(12) 상의 임의의 점은 원형 궤적으로 도시된 바와 같이 원형 이동을 수행한다. 연마 패드(12)는 연마 패드(12)의 반경으로부터 점 P와 점 Q 사이의 거리를 뺌으로써 얻어진 거리에 대응하는 반경을 갖고 (선회축을 나타내는) 점 Q 둘레에 배치된 (도시되지 않은) 원형 구역에서 피연마체(웨이퍼)를 평평하게 연마할 수 있다.
연마체에는 2가지 종류가 있는데, 즉 요구되는 표면 형태를 얻기 위하여 전체 표면이 연마되는 연마체와, 요구되는 표면 형태를 얻기 위하여 전체 표면 중 일부만이 연마되는 연마체가 있다. 본 발명은 후자에 특히 적합한 연마 방법을 제공한다. 따라서, 본 발명에서, 연마 패드(12)는 연마체 상의 요구되는 위치 상에서 머무르고, 연마 패드의 궤도 이동을 사용함으로써 그 위치에서 연마가 수행된다. 복수개의 부분들이 선택적으로 연마될 때, 연마 패드(12)가 복수개의 부분들 중 하나로 이동된 후에 연마가 수행되며, 이러한 작업이 반복된다.
더욱이, 도4에 도시된 바와 같이, 회전축(회전 샤프트)(13) 내에 배치된 연마제 공급 튜브(18)는 선회축(선회 샤프트)(15)을 통해 연장될 수 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 공급 튜브(18)는 회전 조인트(rotary joint, 31)를 통해 연마제 공급원(30)에 연결된다. 제1 구동 수단(14)은 중공 모터를 포함하며, 공급 튜브(18)는 중공 모터의 중공부 내에 배치된다. 이러한 구성에 의하면, 공급 튜브(18)는 회전 조인트(31)를 통해 연마제 공급원(30)에 연결되므로, 공급 튜브(18)가 연마 헤드(10)의 회전에 의해 비틀리는 것이 방지될 수 있어서, 공급 튜브의 손상이 방지된다. 더욱이, 공급 튜브(18)는 선회축(15)을 통해 연장되므로, 연마 헤드용 구동 수단은 소형으로 제작될 수 있으며, 따라서 연마 장치 전체가 소형으로 제작될 수 있다.
(제1 실시예)
본 발명의 제1 실시예에 따른 연마 장치 및 방법을 설명하는 개략도이다.
원형 웨이퍼(연마체)(2)는 웨이퍼 척(보유지지 수단)(1) 상에 배치된다. 웨이퍼 척(1)은 웨이퍼의 중심선(4) 둘레에서 회전될 수 있고 지지체(5)에 의해 지지된다. 지지체(5)에는 (도시되지 않은) 모터가 마련된다.
연마 헤드(10) 및 관련 부품들은 다음과 같이 구성된다. 즉, 연마 패드(12)는 연마 패드의 연마면이 하방으로 향한 상태로 플래튼(platten, 10a)에 부착된다. 플래튼(10a)은 화살표 C로 나타낸 방향으로 모터(제1 구동 수단)(14)에 의해 회전축(13) 둘레에서 회전된다. 회전축(13)은 중공 연마제 공급 튜브(18)에 의해 한정된다. 모터(14) 및 연마제 공급 튜브(18)는 선회 테이블(17)에 부착되고, 선회 테이블(17)은 화살표 G로 나타낸 방향으로 모터(제2 구동 수단)(16)에 의해 선회축(15) 둘레에서 회전된다. 모터(14)는 축이 관통하는 코어리스 모터(core-less motor), 즉 중공 모터이다. 연마제는 연마제 공급원(30)으로부터 공급 튜브(18)를 통해 연마 패드(12)의 배면으로 공급되고, 연마 패드(12)에 형성된 작은 구멍 또는 연마 패드 자체의 연통 폼(foam)을 통해 (연마 패드의) 연마면(11)을 향해 보내진다. 가압 수단(19)은 연마 패드(12)를 웨이퍼에 대하여 가압하거나, 웨이퍼(2)로부터 [웨이퍼(2)와 접촉된] 연마 패드(12)를 분리하는 역할을 한다.
지주(post, 20)는 연마 헤드(10)를 웨이퍼(2)의 상부면을 따라 이동시키는 기능과, 연마 헤드(10)를 지지하는 기능을 갖는다.
본 연마 장치에서, 회전축(13) 및 선회축(15)은 연마 패드(12)의 반경(L)이 회전축(13)과 선회축(15) 사이의 거리(D)보다 크도록(L > D) 위치된다.
다음으로, 본 연마 장치를 사용하여 수행되는 연마 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 웨이퍼(2)는 (트랜지스터 등의 소자들이 상부에 형성된) 피연마면이 상방으로 향하는 상태로 웨이퍼 척(1)에 위치되어, 진공 흡입에 의해 척에 고정된다.
연마 패드(12)는 연마면(11)이 하방으로 향하는 상태로 플래튼(10a)의 하부면에 접착된다.
연마 입자 및 분산 매체의 혼합물이 연마제 공급원(탱크)(30) 내에 투입된다.
연마 장치의 구동 제어 장치(40)가 구동되어 연마 장치를 작동시킨다. 구동 제어 장치(40)에 입력된 표면 형태 데이터를 기초로 하여, 웨이퍼 척(1)이 회전되고 연마 헤드(10)가 웨이퍼의 표면을 따라 이동됨으로써, 연마 패드(12)가 웨이퍼의 (연마되는) 부분에 대향한 위치에 배치되도록 한다.
연마제는 연마제 공급원(30)으로부터 연마 패드(12)를 통해 웨이퍼의 표면으로 공급된다.
플래튼(10a)은 C 방향으로 회전되고 G 방향으로 선회된다.
연마 헤드(10)는 하강되어 연마 패드(12)를 웨이퍼에 대하여 가압함으로써, 설정 압력으로 연마를 수행한다.
연마가 설정 시간 주기 동안 계속된 후에, 연마 헤드(10)는 상승된다. 이후에, 다른 부분이 연마될 것이 요구된다면, 연마될 부분의 위치 결정은 웨이퍼(2)를 회전시키고 연마 헤드를 웨이퍼의 반경방향을 따라 이동시킴으로써 수행되며, 그리고 나서, 전술한 공정을 반복함으로써 연마가 수행된다. 추가로 연마될 부분이 없다면, 회전, 선회 및 연마제 공급은 정지됨으로써, 연마 작업이 종료된다.
(제2 실시예)
도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 범용 연마 장치를 도시한다.
제2 실시예는 웨이퍼를 웨이퍼의 종류에 따라 더욱 정밀하게 연마하기 위하여 회전축(13)이 선회축(15) 사이의 거리(D)를 변경하는 가변 수단이 마련되었다는 점에서 제1 실시예와 상이하다. 더욱이, 연마 작업에 있어서 위치결정을 정확하게 수행하기 위하여 표면 형태를 검출하는 검출 헤드가 웨이퍼 척(1)의 반경방향으로 이동하도록 마련될 수 있다.
플래튼(10a), 모터(14) 및 공급 튜브(18)는 조인트(21)를 갖는 절첩 가능 아암(가변 수단)(22)에 부착된다. 조인트(21)는 거리(D)를 조절하기 위하여 수동으로 또는 (도시되지 않은) 구동 수단에 의해 작동될 수 있다. 거리(D)가 결정된 때 연마 패드(12) 또는 플래튼(10a)의 반경(L)을 초과하지 않도록 제한기(limiter)가 마련될 수 있다.
마련된다면, 검출 헤드(23)는 광센서를 포함하며, 웨이퍼 척(1)의 반경방향으로 이동하도록 헤드 가이드부(24)에 의해 지지된다. 헤드 가이드부(24)는 지주(25)에 고정된다. 검출 헤드(23)의 반경방향 이동의 범위는 웨이퍼 척(1)의 중심선(4)과 웨이퍼 척의 반경방향 단부 사이에서 한정된다. 구동 제어 장치(40)는 웨이퍼의 회전량 및 반경방향 이동량을 기초로 하여 웨이퍼 상에서 검출된 표면 조건이 존재하는 지점을 판단한다. 수정 연마가 연마 헤드(10)에 의해 수행된 후에, 연마된 부분의 표면 형태는 검출 헤드(23)에 의해 다시 검출된다. 이러한 형태가 요구되지 않는다고 판단되면, 동일한 부분이 다시 연마된다.
다른 구성은 제1 실시예의 구성과 동일하다.
다음으로, 이러한 연마 장치를 사용함으로써 수행되는 연마 방법을 설명하기로 한다.
먼저, 웨이퍼(2)는 (트랜지스터 등의 소자가 상부에 형성된) 피연마면이 상방으로 향한 상태로 웨이퍼 척(1)에 위치되고 진공 흡입에 의해 척에 고정된다.
연마될 웨이퍼(2) 상에 형성된 IC 칩의 크기 또는 반도체 소자의 크기에 따라, 연마 패드(12)의 크기가 선택된다. 예컨대, 20.32 cm(8 인치) 웨이퍼에 관하여, 형성될 마이크로프로세서의 크기가 10 mm × 10 mm일 때, 칩의 크기보다 수 배로부터 수 분의 1배까지 큰 치수를 갖는 원형 또는 직사각형 폴리우레탄 패드가 연마 패드(12)로서 사용될 수 있다. 연마 패드(12)는 연마면이 하방으로 향한 상태로 플래튼(10a)의 하부면에 접착된다.
거리(D)는 조인트(21)를 조절함으로써 패드의 반경(L)을 초과하지 않는 요구치이다.
연마 입자 및 분산 매체의 혼합물이 연마제 공급원(탱크)(30) 내에 투입된다.
연마 장치의 구동 제어 장치(40)가 구동되어 연마 장치를 작동시키도록 한다.
설명되는 실시예에서, 웨이퍼(2)의 표면 형태는 검출 헤드(23)를 사용함으로써 검출된다. 검출 헤드(23)로부터 구동 제어 장치(40)로 입력된 표면 형태에 관한 데이터를 기초로 하여, 웨이퍼 척(1)은 회전되고 연마 헤드(10)는 웨이퍼의 표면을 따라 이동됨으써, 연마 패드(12)가 웨이퍼의 (연마될) 부분에 대향한 위치에서 위치결정된다.
연마제는 연마제 공급원(30)으로부터 연마 패드(12)를 통해 웨이퍼의 표면 상으로 공급된다.
플래튼(10a)은 C 방향으로 회전되고, G 방향으로 선회된다.
회전수와 선회수 사이의 비율은 양호한 결과를 얻기 위하여 양호하게는 1 배 또는 수 분의 1배 또는 수 배이다.
연마 헤드(10)는 하강되어 연마 패드(12)를 웨이퍼에 대하여 가압함으로써, 설정 압력으로 연마를 수행한다.
설정 시간 주기 동안 연마가 수행된 후에, 연마 헤드(10)는 상승된다. 이후에, 다른 부분이 연마될 것이 요구된다면, 연마될 부분의 위치결정은 웨이퍼(2)를 회전시키고 연마 헤드를 웨이퍼의 반경방향을 따라 이동시킴으로써 수행되며, 그리고 나서, 전술한 공정을 반복함으로써 연마가 수행된다. 추가로 연마될 부분이 없다면, 표면 형태가 검출 헤드(23)에 의해 다시 검출된다. 이러한 경우에, 검출된 표면 형태가 바람직하다면, 회전, 선회 및 연마제의 공급이 정지됨으로써, 수정 연마 작업이 종료된다. 설명된 실시예에 따르면, 회전축과 선회축 사이의 거리가 변경될 수 있으므로, 상이한 IC 칩 크기, 트랜지스터 크기 또는 배선 규칙을 갖는 임의의 소자 기판에 대해서도, 기판은 소자 기판의 기복을 따라 고정밀도로 평평하게 연마될 수 있다.
본 발명에 따르면, 연마체의 요구되는 부분의 형태는 고정밀도로 선택적으로 또는 우선적으로 수정 연마될 수 있다.

Claims (18)

  1. 피연마체의 피연마면이 상방으로 향한 상태로 연마체를 보유지지하는 보유지지 수단과,
    피연마면의 면적보다 작은 면적을 갖는 연마면을 갖는 연마 패드를 보유지지하면서 상기 연마 패드를 피연마면과 접촉시키며 상기 연마 패드를 회전축 둘레에서 회전시키는 연마 헤드를 포함하며,
    상기 연마 헤드에는 상기 연마 패드를 선회축 둘레에서 선회시키는 구동 수단이 마련되고, 선회축 및 회전축은 선회축과 회전축의 사이의 거리가 상기 연마 패드의 반경보다 작도록 위치된 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 보유지지 수단은 회전 가능한 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연마 헤드의 선회축은 피연마면을 따라 이동 가능한 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  4. 제1항에 있어서, 선회축은 피연마체의 표면 형태에 따라 피연마체의 설정 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연마 헤드의 선회축은 상기 보유지지 수단의 회전 및 선회축의 이동에 의해, 피연마체의 표면 형태에 따라 피연마체의 설정 위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 연마 헤드는 피연마체의 표면 형태를 검출하는 검출 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 연마 헤드는 선회축과 회전축의 사이의 거리를 변화시키는 가변 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 연마 헤드는 상기 연마 패드를 통해 연마제를 공급하는 공급 통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  9. 피연마체가 피연마면이 상방으로 향한 상태로 보유지지 수단 상에 위치되고, 피연마면의 면적보다 작은 면적을 갖는 연마면을 갖는 연마 패드를 회전시키면서 상기 연마 패드를 피연마면과 접촉시킴으로써 피연마면이 연마되는 연마 방법에 있어서,
    상기 연마 패드를 회전축 둘레에서 회전시키는 단계와,
    상기 연마 패드를 선회축과 회전축의 사이의 거리가 상기 연마 패드의 반경보다 작게 되도록 위치된 선회축 둘레에서 선회시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  10. 제9항에 있어서, 선회축을 피연마체의 표면 형태에 따라 피연마체의 설정 위치로 이동시키는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 연마 헤드의 선회축을, 상기 보유지지 수단의 회전 및 선회축의 이동에 의해, 피연마체의 표면 형태에 따라 피연마체의 설정 위치로 이동시키는 단계도 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  12. 제9항에 있어서, 선회축과 회전축 사이의 거리는 피연마체인 소자 기판의 소자의 치수에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  13. 제9항에 있어서, 소자 기판은 반도체 웨이퍼, 유리 기판 또는 석영 기판인 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 공급 통로는 회전축을 통과하고, 상기 공급 통로 내에 배치된 연마제 공급용 공급 튜브는 연마제를 회전 조인트를 통해 공급하도록 연마제 공급원에 연결된 것을 특징으로 하는 연마 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 공급 튜브는 선회축을 통과하는 것을 특징으로 하는연마 장치.
  16. 제9항에 있어서, 피연마체는 상기 연마 패드를 보유지지하는 상기 연마 헤드에 형성된 작은 구멍으로부터 연마제가 공급되면서 연마되는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 작은 구멍에 연결된 공급 튜브는 연마제를 상기 작은 구멍으로부터 피연마체로 공급하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 공급 튜브는 선회축을 통과하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
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