KR100325775B1 - 화학기계적연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼와 같은 원판상의 가공물을 연마하기 위한 화학기계적 연마장치에 관한 것이다. 본 발명에서는 진공척(25)을 사용하여 웨이퍼(W)를 흡착하여 회전시키고, 상기 진공척(25)에 의해 회전되는 웨이퍼(W)에 연마패드(45)가 소정 압력으로 선접촉되어 회전되면서 연마작업을 수행하게 된다. 이때, 상기 연마패드(45)가 설치된 원추드럼(40)은 그 회전축(41)에 대해 그 표면이 경사지게 되어 상기 연마패드(45)가 상기 회전축(41)에 대해 경사지게 설치된 상태로 상기 웨이퍼(W)와 선접촉하게 된다. 그리고, 상기 진공척(25)에는 상기 웨이퍼(W)의 가장자리를 둘러 리테이너(26)가 설치되는데, 상기 리테이너(26)는 상기 웨이퍼(W)의 상면과 동일한 높이를 가지고 상기 웨이퍼(W)와 함께 연마시 연마패드(45)와 접촉되도록 구성되어 있다. 이와 같은 본 발명에 의하면 웨이퍼(W)와 연마패드(45)의 접촉부에서 상대속도가 균일하여 연마량이 균일하게 이루어지고 상기 리테이너(26)의 존재에 의해서도 웨이퍼(W)가장자리의 과연마가 방지되어 웨이퍼(W)의 연마품위가 좋아지는 이점이 있고, 상기 웨이퍼(W)와 연마패드(45)가 부분적으로 접촉하면서 연마가 진행되므로 웨이퍼(W)의 연마상태를 실시간으로 검출할 수 있고 연마패드(45)의 눈막힘을 항상 최상의 상태로 유지할 수 있게 된다.

Description

화학기계적 연마장치{Method and apparatus for chemical and mechanical polishing}

본 발명은 연마장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원판상의 가공물과 연마패드가 서로 선접촉하면서 연마가 이루어지는 화학기계적 연마장치에 관한 것이다.

본 발명은 원판상의 가공물을 연마가공하는 화학기계적 연마장치에 관한 것으로, 본 명세서에서는 특히 반도체 웨이퍼를 예를 들어 설명하기로 한다.

도 1에는 종래 기술에 의한 일반적인 화학기계적 연마장치가 도시되어 있다. 이에 따르면, 연마테이블(1) 상에는 가공대상물인 웨이퍼(W)를 연마하기 위한 연마패드(2)가 구비된다. 상기 연마패드(2)는 상기 웨이퍼(W)를 가공하는데 있어서 연마제인 슬러리(S)를 운반하는 역할을 하며, 또한 웨이퍼(W)의 표면에 압력을 전사시켜 주어 연마효율과 연마품위를 높여주는 역할을 한다. 이와 같은 연마패드(2)의 재질은 발포시킨 폴리우레탄이나 부직포에 폴리우레탄을 함침시킨 것이며, 그 표면에는 미소한 발포구멍들이 있어서 이들에 의해 슬러리(S)가 웨이퍼 표면과 접촉되어 연마가 이루어질 수 있도록 한다. 이와 같은 연마테이블(1)은 구동원(도시되지 않음)에 의해 소정의 속도로 회전된다.

상기 연마테이블(1)의 상부에는, 도 2에 잘 도시된 바와 같은, 연마헤드(4)가 위치된다. 상기 연마헤드(4)에는 가공대상물인 웨이퍼(W)가 장착된다. 이와 같은 연마헤드(4) 역시 회전가능하게 설치된다. 그리고, 상기 연마헤드(4)는 상기 웨이퍼(W)를 병진운동시키도록 이동되는 것이 또한 가능하다.

한편, 상기 연마헤드(4)는 상기 연마테이블(1)의 상부에서 상하로 승강가능하게 설치되어 웨이퍼(W)의 장착을 위해 상부로 이동될 수도 있고, 그와 반대 방향의 운동에 의해 상기 연마패드(2)에 웨이퍼(W)를 소정의 압력으로 밀착시켜 줄 수 있게 된다.

이와 같은 연마헤드(4)의 하면에는 상기 웨이퍼(W)를 장착시키기 위한 웨이퍼지지대(5)가 설치되어 있다. 상기 웨이퍼지지대(5)는 발포시킨 폴리우레탄 재질로서 원판형상이며, 상기 연마패드(2)보다 탄성이 좋아야 한다. 이와 같은 웨이퍼지지대(5)에는 물의 표면장력을 이용하여 웨이퍼(W)를 부착시키게 된다.

상기 연마헤드(4)의 저면 가장자리에는 연마작업중 웨이퍼(W)가 연마헤드(4)로부터 이탈되는 것을 방지하기 위한 리테이너(6)가 설치되어 있다. 상기 리테이너(6)는 도넛모양으로서 중공원판상으로 형성되어 상기 웨이퍼(W)의 둘레를 둘러싸게 된다. 이때, 상기 리테이너(6)는 상기 웨이퍼(W)가 연마헤드(4)의 회전중에 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위한 것으로, 도 2b에 잘 도시된 바와 같이, 그 표면은 상기 웨이퍼(W)의 가공면보다 낮다. 따라서, 연마작업중에 상기리테이너(6)의 표면은 상기 연마패드(2)와 접촉되지 않게 된다.

그리고, 상기 연마패드(2)로 슬러리(S)를 공급하기 위한 구성은 다음과 같다. 즉, 슬러리저장탱크(7)가 구비되고, 상기 슬러리저장탱크(7)에 저장된 슬러리(S)를 가압하여 전달하기 위한 펌프(8)가 슬러리공급라인상에 설치되어 있다. 그리고, 상기 펌프(8)로부터 가압되어 전달된 슬러리(S)를 상기 연마테이블(1)의 연마패드(2)로 낙하시켜 주기 위한 슬러리공급호스(9)의 단부가 상기 연마테이블(1)의 상부에 위치된다.

이와 같은 구성을 가지는 종래의 연마장치는 상기 연마헤드(4)에 웨이퍼(W)를 장착시킨 상태에서 상기 웨이퍼(W)의 표면을 상기 연마패드(2)에 밀착시켜 압력을 가한 상태에서 연마작업을 수행한다. 이때, 상기 연마헤드(4)와 연마테이블(1)이 회전된다. 여기서, 상기 연마혜드(4)는 반드시 회전운동만을 하는 것은 아니고, 상기 웨이퍼(W)를 병진운동시킬 수도 있다.

이때, 상기 슬러리공급호스(9)를 통해서는 슬러리(S)가 상기 연마패드(2)로 공급되며, 이와 같이 공급된 슬러리(S)는 상기 연마패드(2)에 의해 상기 웨이퍼(W)로 전달된다. 여기서 상기 슬러리(S)는 연마액의 일종으로서 가공대상물의 재질에 따라 그 조성이 달라지나 일반적으로 웨이퍼(W)와 반응성을 가진 화학액과 웨이퍼 표면을 마멸시키는 연마입자가 섞어서 콜로이달상태를 형성하고 있는 성상을 가진다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 화학기계적 연마장치는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

먼저, 종래의 연마장치에서는 상기 연마테이블(1) 상의 연마패드(2)에 웨이퍼(W)의 가공면 전체가 밀착된 상태로 연마작업이 진행되므로, 슬러리(S)가 연마패드(2)와 웨이퍼(W)의 접촉면 전체에 골고루 공급되지 않게 된다. 따라서, 연마패드(2)와 웨이퍼(W)의 접촉위치에 따라 공급되는 슬러리(S)의 양이 달라 연마정도가 달라게 된다. 특히 웨이퍼(W)의 중심부측은 슬러리(S)가 잘 공급되지 않게 되어 연마가 상대적으로 잘 이루어지지 않게 되고, 이를 해소하기 위해 적정량보다 많은 양의 슬러리(S)를 공급하게 된다. 하지만 이와 같이 되면 공급된 슬러리(S)가 연마에 사용되지 않고 그대로 버려지는 경우가 발생하여 슬러리(S)의 낭비가 심하게 되고 환경오염을 유발하게 되는 문제가 발생한다.

그리고, 연마작업중에 상기 연마패드(2)와 상기 웨이퍼(W)는 소정의 압력으로 눌러지는데, 일반적으로 VON-MISES 해석법에 따르면, 도 2b의 하측에 도시된 바와 같이, 압력분포가 이루어진다. 따라서, 이와 같은 상태로 연마작업이 이루어지면 상대적으로 웨이퍼(W)의 외주부가 중심부에 비해 연마가 많이 이루어지는 Bull's Eye효과가 나타나게 되어 웨이퍼(W)의 연마품질이 떨어지게 된다.

또한, 종래의 화학기계적 연마장치는 상기 연마테이블(1) 상의 연마패드(2)에 웨이퍼(W)의 전면이 접촉한 상태로 가공이 진행된다. 따라서, 연마작업중에는 연마되는 웨이퍼(W)의 표면을 관찰할 수 없어 실제의 연마진행상황을 판단할 수 없다. 그래서 종래에는 연마작업시간을 작업자의 경험에 의지하여 결정하거나 특정 작업조건에 따른 통계데이터를 사용하여 결정하였다. 하지만 이와 같은 방법으로는 실제의 연마량을 알 수 없어 정확한 연마종점을 검출할 수 없게 되어 제품의 품질균일도가 떨어지는 문제점이 있었다.

그리고, 연마작업이 진행됨에 따라, 상기 연마패드(2)에서는 웨이퍼(W)로부터 연마되어 나온 연마분에 의한 눈막힘현상이 진행된다. 이와 같은 눈막힘현상은 연마패드(2)에 의한 연마작업을 방해하게 되어 정확한 연마가 이루어지지 않게 하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한것으로, 연마되는 웨이퍼 표면 전체의 연마상태가 균일하게 되도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 연마에 사용되는 연마액을 웨이퍼와 연마부재의 접촉부에 필요한 양만큼 정확한 위치에 공급하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼를 연마하는 연마부재의 눈막힘 현상을 실시간으로 제거하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 연마작업중에 연마되는 웨이퍼의 표면을 용이하게 관찰할 수 있도록 하여 종점을 정확하게 검출하도록 하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 웨이퍼 연마를 위한 화학기계적 연마장치의 요부구성을 보인 개략사시도.

도 2a는 종래 기술에 의한 웨이퍼 연마를 위한 화학적기계적 연마장치를 구성하는 연마헤드의 구성을 보인 저면 사시도.

도 2b는 도 2a의 연마헤드의 구성과 그에 의한 웨이퍼 단면의 압력분포를 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 웨이퍼 연마를 위한 화학기계적 연마장치의 바람직한 실시예의 구성을 보인 평면도.

도 4는 본 발명 실시예의 구성을 보인 정면도.

도 5는 본 발명 실시예의 원리를 설명하기 위한 설명도.

도 6은 본 발명 실시예의 구성을 보인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 기대 11: 안내레일

13,13': 지지대 15: 이동수단

20: 가공물모터 25: 진공척

30: 드럼모터 31: 타이밍벨트

40: 원추드럼 41: 회전축

45: 연마패드 50: 슬러리공급관

55: 컨디셔너 60: 연마상태검출부

W: 웨이퍼 S: 슬러리

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 원판상 가공물을 장착한 상태로 상기 가공물을 회전시키는 회전수단과, 표면에 연마부재가 그 회전중심에 대해 소정 경사를 가지고 설치되고, 상기 회전되는 원판상 가공물의 표면에 상기 연마부재가 소정의 압력으로 선접촉되어 회전되면서 가공물의 표면을 연마하는 연마수단과, 상기 연마수단과 가공물의 접촉부에 연마액을공급하는 연마액공급수단을 포함하여 구성된다.

상기 회전수단에는 원판상의 가공물의 가공면과 동일한 높이의 표면을 가지고 상기 가공물의 둘레를 둘러싸서 가공물 표면에 균등가압을 가능하게 하는 리테이너가 더 구비된다.

상기 연마수단은 구동원과, 상기 구동원에 의해 회전되는 원추드럼과, 상기 원추드럼의 표면에 설치되어 가공물의 표면을 연마하는 연마부재를 포함하여 구성된다.

상기 연마부재의 표면이 연마수단의 회전중심에 대해 가지는 경사각θ는의 식에 의해 결정되며, 상기 ω_W는 가공물의 각속도이고, ω_D는 연마수단의 각속도이다.

상기 연마수단에는 상기 연마부재의 눈막힘을 실시간으로 제거하는 눈막힘제거수단이 더 구비된다.

상기 가공물의 연마상태를 실시간으로 측정할 수 있는 연마상태감지수단이 상기 가공물의 표면과 마주보는 위치에 더 구비된다.

상기 연마액공급수단은 상기 가공물과 연마패드의 접촉부를 따라 그 상부에 길게 설치되어 연마액을 상기 접촉부로 공급한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면 웨이퍼와 같은 원판상의 가공물을 연마가공함에 있어서, 연마부재와 웨이퍼가 접촉하는 전영역에서 균일한 압력으로 밀착되고, 슬러리의 공급이 적절하게 이루어져 연마품질이 높아지게 된다. 그리고, 상기 연마부재의 눈막힘 현상을 방지할 수 있고 연마종점을 정확하게 파악할 수 있게 되는 이점도 있다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 3 및 도 4에는 본 발명에 의한 화학기계적 연마장치의 바람직한 실시예가 도시되어 있다.

이에 따르면, 웨이퍼(W)가 장착되는 진공척(25)이 기대(10) 상에 설치되어 있다. 상기 진공척(25)은 가공물모터(20)에 의해 회전된다. 상기 가공물모터(20)는 상기 기대(1O) 상에 설치된 안내레일(11)을 따라 화살표A 방향으로 이동가능하게 설치된다. 이를 위해 상기 가공물모터(20)의 하면에는 상기 안내레일(11)을 따라 이동되는 이동수단(15)이 설치되어 있다. 상기 이동수단(15)으로는 리니어모터와 같은 것을 사용할 수 있다.

상기 진공척(25)은 진공을 이용하여 웨이퍼(W)를 장착시키고 상기 가공물모터(20)의 회전에 의해 회전되면서 웨이퍼(W)를 회전시키는 것으로, 그 표면에는 리테이너(26)가 설치되어 있다. 상기 리테이너(26)는 상기 웨이퍼(W) 둘레에 설치되도록 도넛형상을 가지는 것으로, 상기 웨이퍼(W)가 회전중에 진공척(25)으로부터 이탈되지 않도록 하는 역할을 하는 동시에 상기 웨이퍼(W)에 가해지는 연마압력이 균일하게 되도록 하는 것이다. 이를 위해 상기 리테이너(26)는 가공물인 웨이퍼(W)의 가공면 높이와 동일한 높이를 가지고, 상기 웨이퍼(W)와 함께 연마될 수 있는 재질로 만들어진다. 따라서, 작업중에 상기 리테이너(26)의 표면은 상기 웨이퍼(W)의 표면과 함께 아래에서 설명될 연마패드(41)에 밀착된다.

한편, 상기 웨이퍼(W)와 접촉되어 웨이퍼(W)를 연마하는 연마패드(41)를 회전시키기 위한 구성이 상기 기대(10)에 구비된다. 즉, 드럼모터(30)가 기대(10)의 일측에 설치되고, 상기 드럼모터(30)에 의해 회전되는 원추드럼(40)이 상기 기대(10) 상의 지지대(13,13')에 지지되어 있다. 상기 드럼모터(30)의 회전력은 상기 원추드럼(40)의 회전축(41)으로 타이밍벨트(31)를 통해 전달된다.

상기 원추드럼(40)의 표면에는 상기 웨이퍼(W)의 표면에 밀착되어 선접촉하면서, 연마를 수행하는 연마패드(45)가 설치되어 있다. 이와 같은 원추드럼(40)의 연마패드(45)는 웨이퍼(W)에 밀착되어 웨이퍼(W)를 연마시키게 된다.

여기서, 상기 원추드럼(40)의 형상은 원추형으로 되어 있는데, 상기 원추드럼(40)의 표면에 설치되어 있는 연마패드(45)는 상기 웨이퍼(W)에 선접촉하게 되므로, 상기 웨이퍼(W)의 표면과 상기 원추드럼(40)의 회전축(41)은 소정 각도 경사지게 된다. 다시 말해 상기 원추드럼(40) 표면이 상기 회전축(41)에 대해 소정 각도 경사지게 된다는 것이다.

이때, 상기 원추드럼(40)의 경사각도를 구하는 것을 설명하기로 한다. 일반적으로 웨이퍼(W)의 연마량은 프레스톤의 경험식에 따르는데, 그 식은 RR=K pv이다. 여기서 상기 RR은 단위시간당의 연마량, K는 가공조건에 따른 프레스톤 상수, p는 가공이 일어나는 지점에서의 가공물과 연마공구의 접촉압력, v는 가공이 일어나는 지점에서의 가공물과 연마공구의 상대속도이다.

여기서 상기 프레스톤상수 K와 접촉압력 p는 일반적으로 가공면상에서 일정하다고 보면, 가공상대속도인 v를 가공물과 연마공구가 접촉되는 모든 부분에서 일정하게 해야 일정한 연마량 RR을 얻을 수 있다.

즉, 가공물인 웨이퍼(W) 위의 임의의 점 A에서의 속도를 v₁이라고 할 때,이다. 여기서 ω_w는 웨이퍼(W)의 각속도, R_A는 웨이퍼의 중심에서 상기 임의의 점 A까지의 거리이다.

그리고, 원추드럼(40) 위의 A점에서의 속도를 v₂라고 할 때,이다. 여기서 ω_D는 원추드럼(40)의 각 속도, r_A는 원추드럼(40)의 회전축(41)에서 A점까지의 거리이다.

한편,이고, 여기서 r₀는 원추드럼(40)의 길이방향 중심점에서 웨이퍼(W) 중심까지의 거리이고, θ는 원추드럼(40)의 경사진 각도이다.

여기서 상대속도 v는 다음과 같이 된다.

여기서이면 모든 접촉지점에서의 상대속도는 동일하게 된다.

다시 말해가 되면 상대속도가 동일하게 된다. 따라서, 상기 원추드럼(40)의 경사각도가 상기 식으로 주어지게 되면 원추드럼(40)의 표면에 감겨진 연마패드(45)와 웨이퍼(W)가 접촉되는 모든 지점에서의 상대속도는 동일하게 되어 모든 지점에서의 단위시간당 연마량은 동일하게 되는 것이다.

한편, 상기 연마패드(45)와 웨이퍼(W)가 접촉되는 부분으로 연마액인 슬러리(S)를 공급하기 위한 슬러리공급관(50)이 상기 원추드럼(40)의 상부에 설치된다. 즉, 상기 슬러리공급관(50)은 상기 연마패드(45)와 웨이퍼(W)가 선접촉되는 부분의 상방에 설치되어 슬러리(S)를 공급하게 된다. 상기 슬러리공급관(50)에는 그 하면을 따라 소정의 위치에 노즐공(도시되지 않음)이 형성되어 있어 슬러리공급관(50)으로 전달된 슬러리(S)를 상기 연마패드(45)로 공급하게 된다. 그리고, 상기 슬러리공급관(50)으로 슬러리(S)를 공급하기 위한 구성은 일반적인 것이므로 여기서는 자세한 설명을 생략한다.

그리고, 상기 원추드럼(40)의 웨이퍼(W)와 접촉되는 반대쪽에는 컨디셔너(55)가 구비된다. 상기 컨디셔너(55)는 상기 연마패드(45)의 눈막힘현상을 제거하기 위한 것으로 상기 원추드럼(40)의 표면에 감겨져 회전되면서 상기 웨이퍼(W)와 선접촉되어 웨이퍼(W)를 연마한 후 지나온 연마패드(45)의 눈막힘을 제거하는 것이다. 따라서, 본 발명에서는 상기 컨디셔너(55)가 연마작업중에 실시간으로 상기 연마패드(45)의 눈막힘을 제거할 수 있게 된다. 한편, 상기컨디셔너(55)로는 여러가지 종류가 있으나, 예를 들면, 다이아몬드입자를 봉위에 전착 또는 용착시킨 것과 초음파를 이용한 것이 있다.

그리고, 상기 웨이퍼(W)의 연마상태를 검출하기 위한 것으로 연마상태검출부(60)가 구비될 수 있다. 이와 같은 연마상태검출부(60)는 상기 웨이퍼(W)의 연마표면의 상태를 감지하여 연마상태와 연마종점을 검출하는 것이다. 이와 같은 연마상태검출부(60)는 상기 웨이퍼(W)의 연마표면 전체가 상기 연마패드(45)와 밀착되지 않고 상기 연마패드(45)와 선접촉하기 때문에, 다시 말해 웨이퍼(W)의 연마표면 일부가 외부에서 볼 수 있도록 노출되어 있기 때문에 동작가능한 것으로 일반적으로 레이저를 사용하여 연마상태를 검출하게 된다.

상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명 실시예를 사용하여 웨이퍼(W)를 연마하는 것을 설명한다.

먼저, 상기 이동가이드수단(15)이 상기 안내레일(11)을 따라 도면 상의 좌측으로 후퇴되어 있는 상태에서, 상기 진공척(25)에 연마될 웨이퍼(W)를 진공을 이용하여 장착하게 된다. 이때, 상기 진공척(25)의 가장자리에 리테이너(26)를 장착하게 된다.

이와 같은 상태에서 상기 이동가이드수단(15)이 안내레일(11)을 따라 도면 상의 우측으로 이동되어 상기 원추드럼(40)에 감겨져 있는 연마패드(45)에 소정의 압력으로 눌러지게 하여, 상기 진공척(25)과 원추드럼(40)을 회전시켜 연마작업을 수행하게 된다.

이때, 상기 진공척(25)은 상기 웨이퍼(W)를 장착한 상태로 상기가공물모터(20)에 의해 회전되고, 상기 원추드럼(40)은 상기 드럼모터(30)에 의해 회전되어 상기 연마패드(45)가 상기 웨이퍼(W)에 밀착된 상태에서 회전된다.

이때, 상기 연마패드(45)와 웨이퍼(W)는 선접촉을 하게 되고, 상기 선접촉되는 각 부분에서의 상대속도는 동일하다. 이는 도 5에 잘 도시되어 있는데, 웨이퍼(W)와 선접촉되는 연마패드(45)의 각부분의 속도를 나타내는 그래프a와, 상기 연마패드(45)와 선접촉되는 웨이퍼(W)의 각부분의 속도를 나타내는 그래프b로부터 서로 접촉되어 연마가 이루어지는 각부분에서의 상대속도 그래프c를 도출할 수 있다.

이는 상술한 바와 같이 상기 원추드럼(40) 표면에 감겨지는 연마패드(45)의 표면과 상기 원추드럼의 회전축(41) 사이의 경사각을 웨이퍼(W)와 연마패드(45)가 선접촉되는 부분에서의 상대속도가 동일하게 되도록 경사θ를 형성하였기 때문이다.

그리고, 상기 웨이퍼(W)와 연마패드(45)는 서로 소정의 압력으로 눌러지면서 선접촉하게 되는데, 본 발명에서는 상기 웨이퍼(W)의 가장자리를 둘러 웨이퍼(W)의 연마면과 동일한 높이의 표면을 가지는 리테이너(26)를 설치하여 상기 연마패드(45)가 상기 웨이퍼(W)와 리테이너(26)에 동시에 소정의 압력으로 눌러지게 하였다.

따라서 도 6에 도시된 바와 같이, 연마패드(45)에 눌러짐에 의해 형성되는 압력 프로파일(profile)이 형성되어 실제로 웨이퍼(W)와 연마패드(45)가 선접촉되는 부분의 압력은 전 부분에서 동일하다. 그리고, 상기 리테이너(26)도 상기 연마패드(45)에 의해 웨이퍼(W)와 함께 연마되므로 최종적으로 연마된 상태에서 Bull's Eye효과가 나타나더라도 실제로 웨이퍼(W) 부분은 균일하게 연마가 이루어지게 된다.

그리고, 상기 연마작업중에는 연마액인 슬러리(S)가 슬러리공급관(50)을 통해 공급된다. 이때, 상기 슬러리공급관(50)은 상기 웨이퍼(W)와 연마패드(45)가 선접촉된 부분에 대응되는 상부에 길게 설치되어 있어, 상기 연마패드(45)중 웨이퍼(W)와 접촉하기 직전의 부분에 슬러리(S)를 낙하시켜 주게 된다. 이때, 상기 슬러리공급관(50)의 노즐공은 상기 웨이퍼(W)와 연마패드(45)가 선접촉되는 부분을 따라 상기 슬러리공급관(50)의 하부에 형성되어 있어 슬러리(S)를 연마패드(45)의 필요한 부분에 적절하게 공급하게 된다.

한편, 연마작업의 진행중에 상기 컨디셔너(55)는 연마패드(45)의 눈막힘현상을 실시간으로 제거하게 된다. 즉, 상기 웨이퍼(W)와 선접촉되어 연마를 수행한 후 상기 원추드럼(40)의 회전에 의해 상기 컨디셔너(55)의 위치에 오게된 연마패드(45)는 컨디셔너(55)에 의해 그 표면에 잔류하는 연마잔류물과 슬러리 둥이 제거된다.

그리고, 상기 연마상태검출부(60)는 연마작업이 진행되는 동안 상기 웨이퍼(W)의 표면 상태를 감지하여 연마종점(終點)을 검출하게 된다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 웨이퍼연마를 위한 화학기계적 연마장치는 회전축에 대해 소정의 경사를 가지는 원추드럼의 표면에 연마패드를 구비하고, 웨이퍼와 연마패드를 선접촉시키면서 각각 회전시켜 연마를 수행하게 된다. 이와 같이 되면 상기 웨이퍼와 연마패드가 선접촉되는 부분에서의 상대속도가 균일하게 되어 연마량이 균일하게 되는 효과가 있으며, 특히, 상기 웨이퍼의 표면 높이와 동일한 높이를 가지고 연마패드에 의해 웨이퍼와 함께 연마되는 리테이너를 설치하여 웨이퍼와 연마패드가 접촉되는 부분의 압력을 균일하게 유지하도록 하였으므로 웨이퍼 전체의 연마품질이 균일하게 되는 효과를 기대할 수 있다.

그리고, 연마시에 사용되는 연마액인 슬러리를 웨이퍼와 연마패드가 접촉되는 부분에 정확하게 정량을 투입할 수 있도록 되어 있어 연마가 균일하게 되고 연마액의 낭비를 방지할 수 있게 되는 효과도 기대할 수 있다.

또한, 웨이퍼가 연마패드와 선접촉하면서 연마가 이루어지므로 작업중에 웨이퍼의 연마면을 관찰할 수 있어 연마상태나 연마종점을 용이하게 검출할 수 있게 되며, 상기 연마패드 역시 상기 웨이퍼와 선접촉만을 하기 때문에 웨이퍼와 접촉되지 않는 부분에서 눈막힘을 제거할 수 있게 되어 웨이퍼의 연마를 보다 원활하게 수행할 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 원판상 가공물을 장착한 상태로 상기 가공물을 회전시키는 회전수단과,

   표면에 연마부재가 그 회전중심에 대해 소정 경사를 가지고 설치되고, 상기 회전되는 원판상 가공물의 표면에 상기 연마부재가 소정의 압력으로 선접촉되어 회전되면서 가공물의 표면을 연마하는 연마수단과,

   상기 연마수단과 가공물의 접촉부에 연마액을 공급하는 연마액공급수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 회전수단에는 원판상의 가공물의 가공면과 동일한 높이의 표면을 가지고 상기 가공물의 둘레를 둘러싸서 가공물 표면의 균등가압을 가능하게 하는 리테이너가 더 구비됨을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 연마수단은

   구동원과,

   상기 구동원에 의해 회전되는 원추드럼과,

   상기 원추드럼의 표면에 설치되어 가공물의 표면을 연마하는 연마부재를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 연마부재의 표면이 연마수단의 회전중심에 대해 가지는 경사각θ는의 식에 의해 결정되며, 상기 ω_W는 가공물의 각속도이고, ω_D는 연마수단의 각속도임을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 연마수단에는 상기 연마부재의 눈막힘을 실시간으로 제거하는 눈막힘제거수단이 더 구비됨을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 가공물의 연마상태를 실시간으로 측정할 수 있는 연마상태감지수단이 상기 가공물의 표면과 마주보는 위치에 더 구비됨을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.
7. 제 1 항에 또는 제 6 항에 있어서, 상기 연마액공급수단은 상기 가공물과 연마패드의 접촉부를 따라 그 상부에 길게 설치되어 연마액을 상기 접촉부로 공급함을 특징으로 하는 화학기계적 연마장치.