KR100435302B1 - 작업물폴리싱장치및방법 - Google Patents

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Abstract

반도체웨이퍼와 같은 작업물을 폴리싱하는 본 발명에 따른 폴리싱장치는, 상부표면에 연마포가 장착되는 턴테이블, 및 작업물을 폴리싱하도록 작업물을 지지하고 제 1가압력하에서 작업물을 연마포에 대하여 가압하는 톱링을 구비한다. 가이드링은 톱링 주위에 수직으로 이동가능하게 배치되며, 변화가능한 제 2가압력하에서 연마포에 대하여 가압된다. 제 1 및 제 2가압력은 서로 독립적으로 변화가능하며, 제 2가압력은 제 1가압력에 의거하여 결정된다.

Description

작업물 폴리싱장치 및 방법
본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 작업물을 폴리싱하여 경면화하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 폴리싱작용에 의해 작업물의 주변부로부터 제거되는 재료량을 조절할 수 있는 반도체웨이퍼 등의 작업물을 폴리싱하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근의 반도체디바이스 집적기술의 비약적 발전에 따라 더욱 미세한 배선패턴 또는 상호접속과 액티브영역을 접속하는 상호접속 사이에 더욱 좁은 배선거리가 요청되어져 왔다. 이러한 상호접속을 형성시키는 공정 중의 하나가 광식각술이다. 비록 광식각공정이 0.5㎛폭 이하의 상호접속을 실현할 수 있지만, 광학시스템의 초점깊이가 상대적으로 작아지기 때문에 스테퍼에 의해 패턴이미지가 포커싱되는 표면은 가능한 한 평탄해야 한다.
그러므로, 광식각술을 위하여 반도체웨이퍼의 표면이 평탄하여야 한다. 반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하는 한 방법은 폴리싱장치에 의해 반도체웨이퍼를 폴리싱하는 것이다.
종래, 폴리싱장치는 각각 독립된 속도로 회전하는 턴테이블과 톱링을 구비한다. 연마포는 턴테이블의 상부표면에 부착된다. 폴리싱될 반도체웨이퍼는 연마포 상에 위치되어 톱링과 턴테이블 사이에 개재된다. 연마제를 함유한 연마액이 연마포상에 공급되어 보유된다. 작동시, 톱링은 턴테이블에 일정압력을 주고, 따라서 톱링과 턴테이블이 회전하는 동안 연마포에 대향 유지되는 반도체웨이퍼의 표면이 경면처리된다.
톱링의 작업물지지면에 폴리우레탄 등의 탄성패드를 제공하여 톱링으로부터 반도체웨이퍼로 인가되는 압력을 균일화하려는 시도가 행해졌다. 만일 톱링으로부터 반도체웨이퍼로 인가되는 가압력이 균일화되면, 반도체웨이퍼가 국부적으로 과도하게 폴리싱되는 것이 방지될 수 있으며, 따라서 반도체웨이퍼는 고도로 경면처리되어 평탄하게 된다.
첨부도면 중의 도 9는 종래의 폴리싱장치를 도시한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 종래의 폴리싱장치는, 상부표면에 연마포(42)가 부착되어 있는 턴테이블(41), 반도체웨이퍼(43)을 지지하여 연마포(42)에 대해 반도체웨이퍼(43)를 가압하는 톱링(45), 및 연마포(42)에 연마액(Q)을 공급하는 연마액 공급노즐(48)을 포함한다. 톱링(45)은 톱링샤프트(49)에 결합되고, 하부표면에 폴리우레탄 등의 탄성패드(47)를 구비한다. 반도체웨이퍼(43)는 톱링(45)에 의해 탄성패드(47)와 접촉하도록 지지된다. 또한, 톱링(45)은 외주단부에 원통형 리테이너 링(46)을 구비하여 반도체웨이퍼(43)를 톱링(45)의 하부표면에 유지시킨다. 상세하게는, 리테이너 링(46)은 톱링(45)에 고정되고, 톱링(45)의 하부표면으로부터 하향 돌출된 하단부를 구비하여, 폴리싱처리시 연마포(42)와 마찰접촉하고 있는 톱링(45)이 제거되더라도 반도체웨이퍼(43)를 탄성패드(47)상에 유지시킨다.
작동시, 반도체웨이퍼(43)는 톱링(45)의 하부표면에 부착된 탄성패드(47)의하부표면에 대하여 지지된다. 그 후, 반도체웨이퍼(43)는 톱링(45)에 의하여 턴테이블(41)상의 연마포(42)에 대하여 가압되고, 턴테이블(41) 및 톱링(45)은 서로 독립적으로 회전되어 연마포(42) 및 반도체웨이퍼(43)를 서로 상대적으로 이동시키며, 이에 의해 반도체웨이퍼(43)를 폴리싱처리한다. 연마액(Q)은 예를 들어 미세한 입자의 연마제를 함유한 알카리계 용액을 포함한다. 반도체웨이퍼(43)는 알카리계 용액의 화학적 폴리싱작용 및 연마제의 기계적 폴리싱작용의 복합작용에 의해 폴리싱된다.
도 10은 반도체웨이퍼(43), 연마포(42) 및 탄성패드(47)의 부분단면도를 도시한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼(43)는, 연마포(42)와의 접촉 및 비접촉 경계부이며 탄성패드(47)와의 접촉 및 비접촉 경계부인 주변부를 갖는다. 반도체웨이퍼(43)의 주변부에서, 연마포(42)와 탄성패드(47)에 의해 반도체웨이퍼(43)에 가해지는 폴리싱압력은 균일하지 않으며, 이로써 반도체웨이퍼(43)의 주변부는 과도하게 폴리싱되기 쉽다. 그 결과, 반도체웨이퍼(43)의 주변단부는 종종 둥근 모서리형태로 폴리싱된다.
도 11은, 실리콘산화물층(SiO2)이 적층된 6인치 반도체웨이퍼에 대하여, 유한요소법에 의해 계산된 반지름상의 위치 및 폴리싱압력 사이의 관계와 반지름상의 위치 및 표면층의 두께 사이의 관계를 도시한다. 도 11에서, 흰점은 유한요소법에 의해 결정된 바와 같은 폴리싱압력(gf/㎠)의 계산치를 나타내고, 검은점은 반도체웨이퍼 폴리싱후의 표면층 두께(Å)의 측정치를 나타낸다. 폴리싱압력의 계산치는반도체웨이퍼상의 70mm 내지 74mm 범위의 주변부에서 불규칙하며, 표면층 두께의 측정치는 반도체웨이퍼상의 70mm 내지 73.5mm 범위의 주변부에서 불규칙하다. 표면층 두께의 측정치로부터 알 수 있듯이, 반도체웨이퍼의 주변부는 과도하게 연마된다.
반도체웨이퍼의 주변부가 지나치게 폴리싱되는 것을 방지하기 위하여, 일본국 특허공개공보 제 55-157473호에 개시된 바와 같이 톱링에 대해 수직으로 이동가능한 중량이 있는 리테이너 링을 구비하는 폴리싱장치가 제안되었다. 이러한 폴리싱장치에서, 리테이너 링은 톱링 주위에 제공되고 중력에 의하여 연마포에 대해 가압된다.
상기 제안된 폴리싱장치의 톱링은 반도체웨이퍼의 종류 및 폴리싱조건에 따라 연마포에 대해 반도체웨이퍼를 가압하는 가압력을 변화시킬 수 있다. 그러나, 리테이너 링은 연마포에 대해 가해지는 가압력을 변화시킬 수 없기 때문에, 리테이너 링에 의해 가해지는 가압력은 톱링에 의해 인가되는 조절된 가압력에 비해 너무 크거나 너무 작을 수 있다. 그 결과, 반도체웨이퍼의 주변부는 과도하게 또는 불충분하게 연마될 수 있다.
일본국 특허공고공보 제 58-10193호에 개시된 다른 폴리싱장치에 따르면, 스프링이 톱링 및 리테이너 링 사이에 개재되어, 리테이너 링을 연마포에 대해 탄력성있게 가압한다.
가압력은 사용된 스프링에 의존하기 때문에, 스프링을 보유한 리테이너 링은 조절불가능한 가압력을 인가한다. 따라서, 톱링은 반도체웨이퍼의 종류 및 폴리싱조건에 의거하여 연마포에 대해 상기 반도체웨이퍼를 가압하는 가압력을 변화시킬 수 있는 반면, 리테이너 링에 의해 연마포에 인가되는 가압력은 조절될 수 없다. 그 결과, 리테이너 링에 의해 가해지는 가압력은 톱링에 의해 인가되는 조절된 가압력에 비해 너무 크거나 너무 작을 수 있다. 이로써, 반도체웨이퍼의 주변부는 과도하거나 불충분하게 폴리싱될 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 톱링 주위에 배치되어 작업물의 종류 및 폴리싱조건에 의거하여 연마포에 최적의 가압력을 제공하는 가이드링을 구비하여 작업물의 주변부가 지나치거나 불충분하게 폴리싱되는 것을 방지함으로써, 작업물을 고도로 평탄하게 폴리싱처리하는 작업물 폴리싱장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 폴리싱작용에 의해 작업물의 주변부로부터 제거된 재료량을 조절하여 작업물의 종류에 따라 작업물의 내측영역으로부터의 재료의 두께 보다 더 크거나 혹은 작은 두께로 작업물의 주변부로부터의 재료를 제거할 수 있는 작업물 폴리싱장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 특징에 따라, 상부표면에 연마포가 장착되는 턴테이블; 작업물을 폴리싱하도록 상기 작업물을 지지하고 제 1가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 작업물을 가압하는 톱링; 상기 작업물을 상기 톱링 아래에 유지시키며, 상기 톱링 주위에 수직으로 이동가능하게 배치되는 가이드링; 및 변화가능한 제 2가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 가이드링을 가압하는 가압장치를 포함하는 작업물 폴리싱장치가 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 턴테이블의 상부표면에 장착된 연마포 및 상기 턴테이블 상부에 배치된 톱링의 하부표면 사이에 작업물을 지지하는 단계; 상기 작업물을 폴리싱하도록 제 1가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 작업물을 가압하는 단계; 및 상기 톱링 주위에 수직으로 이동가능하게 배치되며 상기 작업물을 상기 톱링 아래에 유지시키는 가이드링을, 상기 제 1가압력에 의거하여 결정되는 제 2가압력하에서, 상기 작업물 주위의 상기 연마포에 대하여 가압하는 단계를 포함하는 작업물 폴리싱방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따라, 턴테이블의 상부표면에 장착된 연마포 및 상기 턴테이블 상부에 배치된 톱링의 하부표면 사이에 반도체웨이퍼를 지지하는 단계; 상기 반도체웨이퍼를 폴리싱하도록 제 1가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 반도체웨이퍼를 가압하는 단계; 및 상기 톱링 주위에 수직으로 이동가능하게 배치되며 상기 반도체웨이퍼를 상기 톱링 아래에 유지시키는 가이드링을, 상기 제 1가압력에 의거하여 결정되는 제 2가압력하에서, 상기 반도체웨이퍼 주위의 상기 연마포에 대하여 가압하는 단계를 포함하는 반도체장치 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 폴리싱처리시 작업물의 가압력분포가 작업물의 주변부에서 불균일하게 되는 것이 방지되며, 폴리싱압력은 작업물의 전 표면에 걸쳐 균일화된다. 따라서, 반도체웨이퍼의 주변부가 과도하게 또는 불충분하게 폴리싱되는 것이 방지된다. 이로써 작업물의 전 표면이 폴리싱되어 경면화된다. 본 발명이 반도체제조공정에 적용되는 경우, 반도체장치는 고도의 품질로 폴리싱가능하다. 반도체웨이퍼의 주변부가 제품으로서 사용될 수 있기 때문에, 반도체장치의 생산률이 증진될 수 있다.
반도체웨이퍼의 종류에 따라 반도체웨이퍼의 내측영역으로부터의 재료의 두께 보다 더 크거나 혹은 작은 두께로 반도체웨이퍼의 주변부로부터의 재료를 제거해야 하는 경우, 반도체웨이퍼의 주변부로부터 제거되는 재료량을 의도적으로 증가 또는 감소시킬 수 있다.
본 발명의 목적, 특징 및 이점들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 도시한 첨부도면을 참조하여 다음의 설명으로부터 더욱 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 기본원리를 도시한 부분단면도,
도 2A, 도 2B 및 도 2C는 톱링에 의해 인가된 가압력과 가이드링에 의해 인가된 가압력 사이의 관계가 변화될 때의 연마포의 움직임을 도시한 부분확대단면도,
도 3A 내지 도 3E는, 반도체웨이퍼가 본 발명의 기본원리에 의거하여 폴리싱처리된 실험의 결과를 도시한 그래프,
도 4는 본 발명의 제 1실시예에 따른 폴리싱장치의 단면도,
도 5는 제 1실시예에 따른 폴리싱장치의 부분확대단면도,
도 6은 제 2실시예에 따른 폴리싱장치의 부분확대단면도,
도 7은 제 3실시예에 따른 폴리싱장치의 부분확대단면도,
도 8A 내지 도 8D는, 작업물의 주변단부로부터 제거된 재료량이 작업물의 내측영역으로부터 제거된 재료량 보다 적게 되는 예를 도시한 부분확대단면도,
도 9는 종래의 폴리싱장치의 단면도,
도 10은 종래의 폴리싱장치에서의 반도체웨이퍼, 연마포, 및 탄성패드를 도시한 부분확대단면도,
도 11은 반지름상의 위치와 폴리싱압력 사이의 관계, 및 반지름상의 위치와반도체웨이퍼 표면층의 두께 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
전 도면에 걸쳐, 동일하거나 대응하는 부분들은 동일하거나 대응하는 참조부호로 표시된다.
도 1은 본 발명의 기본원리를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 폴리싱장치는 톱링(1), 및 이 톱링(1)의 하부표면에 부착된 폴리우레탄 등으로 만들어진 탄성패드(2)를 구비한다. 가이드링(3)은 톱링(1) 주위에 배치되며 톱링(1)에 대해 수직으로 이동가능하다. 폴리싱될 작업물인 반도체웨이퍼(4)는 톱링(1)의 하부표면 및 가이드링(3)의 내주표면에 의해 형성된 공간에 수용된다.
톱링(1)은 가압력(F1)(단위면적당 압력, gf/㎠)을 제공하여 턴테이블(5)상의 연마포(6)에 대해 반도체웨이퍼(4)를 가압하며, 가이드링(3)은 가압력(F2)(단위면적당 압력, gf/㎠)을 제공하여 연마포(6)를 가압한다. 이러한 가압력(F1, F2)은 서로 독립적으로 변화가능하다. 따라서, 가이드링(3)에 의해 연마포(6)에 가해지는 가압력(F2)은, 연마포(6)에 대해 반도체웨이퍼(4)를 가압하도록 톱링(1)에 의해 가해지는 가압력(F1)에 의거하여 변화될 수 있다.
이론적으로, 연마포(6)에 대해 반도체웨이퍼(4)를 가압하도록 톱링(1)에 의해 가해지는 가압력(F1)이 가이드링(3)에 의해 연마포(6)에 가해지는 가압력(F2)과 동일하면, 가압력(F1, F2)의 합성에 의해 적용된 폴리싱압력의 분포는 반도체웨이퍼(4)의 중심부로부터 주변단부까지 또는 반도체웨이퍼(4) 주위에 배치된 가이드링(3)의 외주단부까지 연속적으로 동일하다. 따라서, 반도체웨이퍼(4)의 주변부가 과도하거나 불충분하게 폴리싱되는 것이 방지된다.
도 2A 내지 도 2C는, 가압력(F1) 및 가압력(F2) 사이의 관계가 변화될 때 연마포(6)가 어떻게 움직이는가를 개략적으로 도시한다. 도 2A에서, 가압력(F1)은 가압력(F2) 보다 크다(F1>F2). 도 2B에서, 가압력(F1)은 가압력(F2)와 거의 동일하다(F1≒F2). 도 2C에서, 가압력(F1)은 가압력(F2) 보다 작다(F1<F2).
도 2A 내지 도 2C에 도시된 바와 같이, 가이드링(3)에 의해 연마포(6)에 가해지는 가압력(F2)이 점차 증가되면, 가이드링(3)에 의해 가압되는 연마포(6)는 점차 압축되며, 이로써 반도체웨이퍼(4) 주변부와의 접촉상태가 점차 변화되는데, 즉, 반도체웨이퍼(4) 주변부와의 접촉면적이 점차 감소된다. 따라서, 가압력(F1) 및 가압력(F2) 사이의 관계가 다양한 패턴으로 변화될 때, 반도체웨이퍼(4)의 주변부및 내측영역에서의 폴리싱압력의 분포도 다양한 패턴으로 변화된다.
도 2A에 도시된 바와 같이, 가압력(F1)이 가압력(F2) 보다 클 때(F1>F2), 반도체웨이퍼(4)의 주변부에 가해지는 폴리싱압력은 반도체웨이퍼(4)의 내측영역에 가해지는 폴리싱압력 보다 크므로, 반도체웨이퍼(4)가 폴리싱되는 동안, 반도체웨이퍼(4)의 주변부로부터 제거되는 재료량은 반도체웨이퍼(4)의 내측영역으로부터 제거되는 재료량 보다 크다.
도 2B에 도시된 바와 같이, 가압력(F1)이 가압력(F2)과 거의 동일한 경우(F1≒F2), 폴리싱압력의 분포는 반도체웨이퍼(4)의 중심부로부터 주변단부까지 또한 가이드링(3)의 외주단부까지 연속적으로 균일하며, 그래서 반도체웨이퍼(4)가 폴리싱처리되는 동안 반도체웨이퍼(4)로부터 제거되는 재료량은 반도체웨이퍼(4)의 주변단부로부터 내측영역까지 균일하다.
도 2C에 도시된 바와 같이, 가압력(F1)이 가압력(F2) 보다 작을 때(F1<F2), 반도체웨이퍼(4)의 주변부에 가해지는 폴리싱압력은 반도체웨이퍼(4)의 내측영역에 가해지는 폴리싱압력 보다 작으며, 그래서 반도체웨이퍼(4)가 폴리싱처리되는 동안 반도체웨이퍼(4)의 주변단부로부터 제거되는 재료량은 반도체웨이퍼(4)의 내측영역으로부터 제거되는 재료량 보다 적다.
가압력(F1) 및 가압력(F2)는 폴리싱처리전 또는 폴리싱처리시 서로 독립적으로 변화가능하다.
도 3A 내지 도 3E에서, 본 발명의 기본원리에 의거하여 반도체웨이퍼가 폴리싱처리된 실험결과를 도시한다. 본 실험에 사용된 반도체웨이퍼는 8인치 반도체웨이퍼이다. 실험시, 톱링에 의해 반도체웨이퍼에 가해지는 가압력(폴리싱압력)은 400gf/㎠의 일정한 레벨이었으며, 가이드링에 의해 가해지는 가압력은 600gf/㎠에서 200gf/㎠까지 계속해서 100gf/㎠씩 감소하도록 변화되었다. 상세하게는, 가이드링에 의해 가해진 가압력은 도 3A에서는 600gf/㎠, 도 3B에서는 500gf/㎠, 도 3C에서는 400gf/㎠, 도 3D에서는 300gf/㎠, 그리고 도 3E에서는 200gf/㎠이었다. 각각의 도 3A 내지 도 3E에서, 수평축은 반도체웨이퍼 중심부로부터의 거리(㎜)를 나타내며, 수직축은 반도체웨이퍼로부터 제거된 재료의 두께(Å)를 나타낸다.
도 3A 내지 도 3E에 도시된 바와 같이, 가이드링에 의해 가해진 가압력이 변화될 때, 반도체웨이퍼상의 반지름위치에서 제거되는 재료의 두께는 영향을 받게 된다. 상세하게는, 도 3D 및 도 3E에 도시된 바와 같이, 가이드링에 의해 가해진 가압력이 200 내지 300gf/㎠의 범위에 있을 때, 반도체웨이퍼의 주변부는 지나치게 폴리싱된다. 도 3B 및 도 3C에 도시된 바와 같이, 가이드링에 의해 가해진 가압력이 400 내지 500gf/㎠의 범위에 있을 때, 반도체웨이퍼의 주변부는 반도체웨이퍼의 주변단부로부터 내측영역까지 거의 동일하게 폴리싱된다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 가이드링에 의해 가해진 가압력이 600gf/㎠이었을 때, 반도체웨이퍼의 주변부는 불충분하게 폴리싱되었다.
도 3A 내지 도 3E에 도시된 실험결과로부터, 톱링에 의해 가해지는 가압력과는 독립적으로 가이드링에 의해 가해지는 가압력을 변화시킴으로써 반도체웨이퍼주변부로부터 제거되는 재료량을 조절할 수 있음을 알 수 있다. 이론적인 관점에서, 가이드링에 의해 가해지는 가압력이 톱링에 의해 가해지는 가압력과 동일할 때, 반도체웨이퍼의 주변부는 최적으로 폴리싱될 것이다. 그러나, 폴리싱작용은 반도체웨이퍼의 종류 및 폴리싱처리조건에 의거하므로, 가이드링에 의해 가해지는 가압력은 반도체웨이퍼의 종류 및 폴리싱처리조건에 의거하면서 톱링에 의해 가해진 가압력에 기초하여 최적의 값으로 선택된다.
반도체웨이퍼의 종류에 따라 반도체웨이퍼의 내측영역의 재료두께 보다 반도체웨이퍼의 주변부의 재료두께를 더 많이 또는 더 적게 제거하는 경우도 있다. 이러한 경우, 가이드링에 의해 가해지는 가압력은 반도체웨이퍼의 주변부로부터 제거되는 재료량을 의도적으로 증가 또는 감소시키도록 톱링에 의해 가해지는 가압력에 기초하여 최적의 값으로 선택된다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 폴리싱장치를 도시한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 톱링(1)은 폴리싱처리될 작업물인 반도체웨이퍼(4)를 지지하는 하부표면을 갖는다. 폴리우레탄 등의 탄성패드(2)는 톱링(1)의 하부표면에 부착된다. 가이드링(3)은 톱링(1) 주위에 배치되며 톱링(1)에 대해 수직으로 이동가능하다. 상부표면에 연마포(6)가 부착되어 있는 턴테이블(5)은 톱링(1) 아래에 배치된다.
톱링(1)의 상부표면에 장착된 볼(7)에 대해 하단부가 지지되어 있는 수직 톱링샤프트(8)에 톱링(1)이 연결된다. 톱링샤프트(8)는 톱링헤드(9)의 상부표면에 고정장착된 톱링 공기실린더(10)에 작동되게 결합된다. 톱링샤프트(8)는 톱링 공기실린더(10)에 의해 수직으로 이동가능하여, 탄성패드(2)에 의해 지지된 반도체웨이퍼(4)를 턴테이블(5)상의 연마포(6)에 대해 가압한다.
톱링샤프트(8)에는 키(도시생략)에 의해 회전실린더(11)와 동시회전가능하게 결합되며 회전실린더(11)를 통과하여 연장되는 중간부가 마련되어 있으며, 회전실린더(11)의 외주표면에는 풀리(12)가 장착된다. 톱링헤드(9)에 고정장착된 톱링모터(14)의 회전샤프트에 장착되는 타이밍풀리(15)에는 타이밍벨트(13)에 의하여 풀리(12)가 작동적으로 결합된다. 따라서, 톱링모터(14)가 에너지를 받아 작동될 때, 회전실린더(11) 및 톱링샤프트(8)는 타이밍풀리(15), 타이밍벨트(13) 및 타이밍풀리(12)를 통해 일체로 회전된다. 이로써 톱링(1)이 회전된다. 톱링헤드(9)는, 프레임(도시생략)상에 수직으로 고정된 톱링헤드샤프트(16)에 의해 지지된다.
가이드링(3)은 키(18)에 의하여 톱링(1)과 회전가능하면서도 수직으로 이동가능하게 결합된다. 가이드링(3)은 베어링홀더(20)에 장착된 베어링(19)에 의해 회전가능하게 지지된다. 베어링홀더(20)는 수직샤프트(21)에 의하여 복수(본 실시예에서는 세개)의 원주방향으로 이격된 가이드링 공기실린더(22)에 연결된다. 가이드링 공기실린더(22)는 톱링헤드(9)의 하부표면에 고착된다.
톱링 공기실린더(10) 및 가이드링 공기실린더(22)는 각각 레귤레이터(R1, R2)를 통해 압축공기원(24)에 공기력으로 작동되도록 결합된다. 레귤레이터(R1)는 압축공기원(24)으로부터 톱링 공기실린더(10)에 공급되는 공기압력을 조절하여, 연마포(6)에 대해 반도체웨이퍼(4)를 가압하도록 톱링(1)에 의해 가해지는 가압력을 조절한다. 레귤레이터(R2) 또한 압축공기원(24)으로부터 가이드링 공기실린더(22)에 공급되는 공기압력을 조절하여, 연마포(6)를 가압하도록 가이드링(3)에 의해 가해지는 가압력을 조절한다. 레귤레이터(R1, R2)는 제어장치(도 4에는 도시생략)에 의해 제어된다.
연마액 공급노즐(25)은 턴테이블(5) 위에 위치되어, 턴테이블(5)상의 연마포(6)에 연마액(Q)을 공급한다.
도 4 및 도 5에 도시된 폴리싱장치는 다음과 같이 작동한다: 폴리싱될 반도체웨이퍼(4)는 탄성패드(2)에 대해 톱링 아래에 지지되며, 반도체웨이퍼(4)가 회전하는 턴테이블(5)의 상부표면상의 연마포(6)에 대해 가압될 때까지, 톱링 공기실린더(10)는 톱링(1)을 턴테이블(5) 쪽으로 하강시키도록 작동된다. 톱링(1) 및 가이드링(3)은 톱링샤프트(8)를 통해 톱링모터(14)에 의해 회전된다. 연마액 공급노즐(25)에 의해 연마액(Q)이 연마포(6)상으로 공급되므로, 연마액(Q)이 연마포(6)에 보유된다. 따라서, 반도체웨이퍼(4)의 하부표면은 연마포(6)와의 사이에 제공된 연마액(Q)으로 폴리싱된다.
반도체웨이퍼(4)가 폴리싱처리되는 동안, 톱링 공기실린더(10)에 의해 작동되는 톱링(1)에 의해 가해지는 가압력에 의거하여, 가이드링 공기실린더(22)에 의해 작동되는 가이드링(3)에 의해 연마포(6)에 가해지는 가압력이 조절된다. 폴리싱처리시, 톱링(1)에 의해 인가되어 연마포(6)에 대해 반도체웨이퍼(4)를 가압하는 가압력(F1)(도 1참조)은 레귤레이터(R1)에 의해 조절가능하며, 가이드링(3)에 의해 인가되어 연마포(6)를 가압하는 가압력(F2)은 레귤레이터(R2)에 의해 조절가능하다.따라서, 폴리싱처리시, 가이드링(3)에 의해 인가되어 연마포(6)를 가압하는 가압력(F2)은 톱링(1)에 의해 인가되어 연마포(6)에 대해 반도체웨이퍼(4)를 가압하는 가압력(F1)에 의거하여 변화될 수 있다. 가압력(F1)에 대해 가압력(F2)을 조절함으로써, 폴리싱압력의 분포는 반도체웨이퍼(4)의 중심부로부터 주변단부까지 또한 반도체웨이퍼(4) 주위에 배치된 가이드링(3)의 외주단부까지 연속적으로 균일하게 만들어진다. 결국, 반도체웨이퍼(4)의 주변부가 지나치게 또는 불충분하게 폴리싱되는 것이 방지된다. 이로써 반도체웨이퍼(4)는 고품질로 폴리싱될 수 있으며 높은 생산률을 이룰 수 있다.
재료두께를 반도체웨이퍼(4)의 내측영역에서 보다 반도체웨이퍼(4)의 주변부에서 더욱 크게 혹은 작게 제거해야 하는 경우, 가이드링(3)에 의해 가해지는 가압력(F2)은 톱링(1)에 의해 가해지는 가압력(F1)에 기초한 적절한 값으로 선택되어, 반도체웨이퍼(4)의 주변부로부터 제거되는 재료량을 의도적으로 증가 혹은 감소시킨다.
도 6는 본 발명의 제 2실시예에 따른 폴리싱장치를 도시한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 톱링(1) 주위에 배치된 가이드링(3)은 복수의 롤러(27)에 의해 하향으로 가압가능한 가이드링홀더(26)에 의해 지지된다. 롤러(27)는 톱링헤드(9)의 하부표면에 고정된 각각의 가이드링 공기실린더(22)에 결합된 각각의 샤프트(28)에 의해 회전가능하게 지지된다. 가이드링(3)은 톱링(1)에 대해 수직으로 이동가능하며, 도 4 및 도 5에 도시된 제 1실시예와 마찬가지로, 톱링(1)과함께 회전가능하다.
작동시, 톱링(1) 및 가이드링(3)이 회전되는 동안, 롤러(27)는 자신의 축선에 대해 회전되면서 가이드링홀더(26)와 롤링접촉한다. 이때, 가이드링(3)은 가이드링 공기실린더(22)에 의해 하강되는 롤러(27)에 의해 하향가압되어, 연마포(6)를 가압한다.
제 2실시예에 따른 폴리싱장치의 다른 구조적 그리고 기능적 세부사항들은 제 1실시예에 따른 폴리싱장치의 그것들과 동일하다.
제 1 및 제 2실시예에서, 톱링샤프트(8) 주위에 독립적으로 위치되고 톱링샤프트(8)와 일체로 회전되지 않는 샤프트(21, 28)를 통하여 가이드링 공기실린더(22)로부터 가이드링(3)으로 가압력이 전달된다. 따라서, 폴리싱처리시, 즉, 반도체웨이퍼(4)가 폴리싱되는 동안, 가이드링(3)에 인가되는 가압력을 변화시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 제 3실시예에 따른 폴리싱장치를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 톱링(1) 주위에 배치된 가이드링(3)은 톱링(1)에 고정장착된 복수의 가이드링 공기실린더(31)에 결합된다. 가이드링 공기실린더(31)는 톱링샤프트(8)에 축선방향으로 형성된 연통로(8a), 톱링샤프트(8)의 상단부에 장착된 로터리조인트(32), 및 레귤레이터(R2)를 통해 압축공기원(24)에 공기력으로 작동되도록 결합된다.
톱링 공기실린더(10)는 레귤레이터(R1)를 통해 압축공기원(24)에 공기력으로 작동되도록 결합된다. 레귤레이터(R1, R2)는 제어장치(33)에 전기적으로 접속된다.
제 3실시예에 따른 폴리싱장치는 다음과 같이 작동한다: 반도체웨이퍼(4)는, 톱링 공기실린더(10)에 의해 작동되는 톱링(1)에 의해 가해진 가압력하에서 연마포(6)에 대해 가압됨으로써 폴리싱된다. 가이드링(3)은 가이드링 공기실린더(31)에 의해 연마포(6)에 대해 가압된다. 가이드링(3)이 연마포(6)에 대해 가압될 때, 가이드링(3)은 톱링(1)에 의해 가해지는 가압력에 영향을 주는 반작용력을 받는다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 제 3실시예에 따라, 톱링(1) 및 가이드링(3)에 의해 가해지는 가압력에 대한 세트포인트가 제어장치(33)에 입력되며, 제어장치(33)는 톱링 공기실린더(10) 및 가이드링 공기실린더(31)에 전달될 공기압력을 계산한다. 그리고 제어장치(33)는 레귤레이터(R1, R2)를 제어하여 톱링 공기실린더(10) 및 가이드링 공기실린더(31) 각각에 계산된 공기압력을 제공한다. 따라서, 톱링(1) 및 가이드링(3)은 반도체웨이퍼(4) 및 연마포(6)에 각각 소정의 가압력을 제공할 수 있다. 이로써 반도체웨이퍼(4)가 폴리싱되는 동안, 톱링(1) 및 가이드링(3)에 의해 인가되는 가압력은 서로 독립적으로 변화가능하다.
제 3실시예에 따른 폴리싱장치의 구조적 그리고 기능적인 세부사항들은 제 1실시예에 따른 폴리싱장치의 그것들과 동일하다.
제 3실시예에서, 압축공기는 압축공기원(24)으로부터 로터리조인트(32)를 통하여 가이드링 공기실린더(31)에 공급된다. 그 결과, 가이드링(3)에 의해 인가된 가압력은 폴리싱처리시, 즉, 반도체웨이퍼(4)가 폴리싱되는 동안 변화가능하다.
도 8A 내지 도 8D에서, 작업물의 주변부로부터 제거된 재료량이 작업물의 내측영역으로부터 제거된 재료량 보다 적은 예를 도시한다. 도 8A 내지 도 8D에 도시된 바와 같이, 폴리싱될 작업물인 반도체장치는 실리콘기판(36), 기판(36)에 적층된 산화물층(37), 산화물층(37)에 적층된 금속층(38), 및 금속층(38)에 적층된 산화물층(39)을 포함한다. 도 8A는 폴리싱처리 이전의 반도체장치를 도시하며, 도 8B는 폴리싱처리 이후의 반도체장치를 도시한다. 반도체장치가 폴리싱처리된 후, 금속층(38)은 주변단부에 노출된다. 폴리싱된 반도체장치가 화학처리제로 세정될 때, 노출된 금속층(38)은 도 8C에 도시된 바와 같이 화학처리제에 의하여 부식된다. 노출된 금속층(38)이 화학처리제에 의하여 부식되는 것을 방지하기 위하여, 반도체장치의 주변부로부터 제거되는 재료량이 반도체장치의 내측영역으로부터 제거되는 재료량 보다 적어지도록 반도체장치를 폴리싱처리하여, 산화물층(39)이 반도체장치의 주변부에 두꺼운 층으로 남게 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 원리는 산화물층(39)을 반도체장치의 주변부에서 두꺼운 층으로 남기도록 반도체장치를 폴리싱하는데 적합하다.
본 발명에 따라 폴리싱될 작업물로서 반도체웨이퍼에 대하여 설명하였으나, 유리제품, 액정패널, 세라믹제품 등도 가능하다. 톱링 및 가이드링은 개시된 공기실린더 이외에 유압실린더에 의하여 가압되어도 좋다. 가이드링은 개시된 단순히 기계적인 장치 이외에 압전기 또는 전자기장치와 같은 전기적인 장치에 의해 가압되어도 좋다.
본 발명의 특정의 바람직한 실시예가 상세히 도시기술되었으나, 첨부된 청구범위의 범주로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변형 및 개량이 가능하다는 것은 자명하다.

Claims (26)

  1. 연마포를 구비하는 턴테이블;
    작업물을 폴리싱하도록 상기 작업물을 지지하고 제 1가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 작업물을 가압하는 톱링;
    상기 작업물을 상기 톱링 아래에 유지시키며, 상기 톱링 주위에 수직으로 이동가능하게 배치되는 가이드링; 및
    변화가능한 제 2가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 가이드링을 가압하는 가압장치를 포함하여 이루어지며,
    상기 제 2가압력은 상기 제 1가압력에 의거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2가압력은 상기 제 1가압력과 실질적으로 동일하여, 상기 작업물의 주변부로부터의 재료를 상기 작업물의 내측영역으로부터의 재료의 두께와 동일한 두께로 제거하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2가압력은 상기 제 1가압력 보다 작아서, 상기 작업물의 주변부로부터의 재료를 상기 작업물의 내측영역으로부터의 재료의 두께 보다 큰 두께로 제거하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2가압력은 상기 제 1가압력 보다 커서, 상기 작업물의 주변부로부터의 재료를 상기 작업물의 내측영역으로부터의 재료의 두께 보다 작은 두께로 제거하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 가압장치는 유체실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 톱링은 톱링헤드에 의해 지지되며, 상기 유압실린더는 상기 톱링헤드에 장착되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 유체실린더는 상기 톱링에 장착되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  8. 턴테이블 상부에 배치된 톱링과 연마포와의 사이에 작업물을 지지하는 단계;
    상기 작업물을 폴리싱하도록 제 1가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 작업물을 가압하는 단계; 및
    상기 톱링 주위에 수직으로 이동가능하게 배치되며 상기 작업물을 상기 톱링 아래에 유지시키는 가이드링을, 상기 제 1가압력에 의거하여 결정되는 제 2가압력하에서, 상기 작업물 주위의 상기 연마포에 대하여 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1가압력 및 상기 제 2가압력은 서로 독립적으로 변화가능한 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2가압력은 상기 제 1가압력과 실질적으로 동일하여, 상기 작업물의 주변부로부터의 재료를 상기 작업물의 내측영역으로부터의 재료의 두께와 동일한 두께로 제거하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2가압력은 상기 제 1가압력 보다 작아서, 상기 작업물의 주변부로부터의 재료를 상기 작업물의 내측영역으로부터의 재료의 두께 보다 큰 두께로 제거하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 제 2가압력은 상기 제 1가압력 보다 커서, 상기 작업물의 주변부로부터의 재료를 상기 작업물의 내측영역으로부터의 재료의 두께 보다 작은 두께로 제거하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱방법.
  13. 턴테이블 상부에 배치된 톱링과 연마포와의 사이에 반도체웨이퍼를 지지하는 단계;
    상기 반도체웨이퍼를 폴리싱하도록 제 1가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 반도체웨이퍼를 가압하는 단계; 및
    상기 톱링 주위에 수직으로 이동가능하게 배치되며 상기 반도체웨이퍼를 상기 톱링 아래에 유지시키는 가이드링을, 상기 제 1가압력에 의거하여 결정되는 제 2가압력하에서, 상기 반도체웨이퍼 주위의 상기 연마포에 대하여 가압하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치 제조방법.
  14. 연마포를 구비하는 턴테이블;
    상기 연마포에 대해 작업물을 지지하며, 작업물 지지부재 및 상기 작업물의 바깥쪽에 인접하여 배치된 연마포 가압부재를 구비하는 톱링;
    톱링헤드;
    상기 톱링을 지지하기 위해 상기 톱링헤드에 장착되는 톱링샤프트;
    상기 톱링샤프트로부터 이격되어 별개어 제공되어 상기 연마포 가압부재에 힘을 전달하는 가압력 전달부재를 포함하여 이루어지며,
    제 1가압력은 상기 톱링샤프트를 통해 상기 작업물 지지부재상에 유지된 작업물의 배면으로 인가되며, 제 2가압력은 상기 가압력 전달부재 및 상기 연마포 가압부재를 통해 상기 연마포로 인가되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 2가압력은 공기력인 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  16. 작업물의 표면을 폴리싱하면서 작업물을 유지하는 작업물 홀더에 있어서,
    상기 작업물의 외주 모서리와 접촉할 수 있도록 위치되는 내부 환상부재;
    상기 내부 환상부재의 바깥쪽에 위치되는 외부 환상부재; 및
    상기 내부 환상부재 및 외부 환상부재 사이에 배치되어, 상기 내부 환상부재와 상기 외부 환상부재가 서로 상대회전가능하게 하는 베어링을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 작업물 홀더.
  17. 작업물의 표면을 폴리싱하면서 작업물을 지지하는 작업물 지지시스템에 있어서,
    톱링헤드; 및
    상기 작업물의 표면을 폴리싱하면서 상기 작업물을 유지하기 위한 작업물 홀더를 포함하여 이루어지며,
    상기 작업물 홀더는:
    상기 작업물의 외주 모서리와 접촉할 수 있도록 위치되는 내부 환상부재;
    상기 내부 환상부재의 바깥쪽에 위치되는 외부 환상부재; 및
    상기 내부 환상부재 및 외부 환상부재 사이에 배치되어, 상기 내부 환상부재와 상기 외부 환상부재가 서로 상대회전가능하게 하는 베어링을 포함하여 이루어지며,
    상기 내부 환상부재 및 외부 환상부재는 상기 톱링헤드상에 분리되어 공통으로 지지되는 것을 특징으로 하는 작업물 지지시스템.
  18. 연마포를 구비하는 턴테이블;
    작업물을 폴리싱하도록 상기 작업물을 지지하고 제 1가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 작업물을 가압하며, 볼을 통하여 수직 톱링 샤프트에 연결되는 톱링;
    상기 톱링 주위를 감싸고 상기 작업물을 유지시키며, 수직으로 이동가능한 가이드링; 및
    변화가능한 제 2가압력하에서 상기 연마포에 대해 상기 가이드링을 가압하는 가압장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 작업물은 반도체 디바이스를 포함하며, 상기 반도체 디바이스의 외주부로부터 제거되는 재료량이 상기 반도체 디바이스의 내부 영역으로부터 제거되는 재료량보다 더 적도록 상기 반도체 기구가 폴리싱되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  20. 연마포를 구비하는 턴테이블;
    작업물을 폴리싱하도록 상기 작업물을 지지하고 제 1가압력하에서 상기 연마포에 대하여 상기 작업물을 가압하는 톱링;
    상기 작업물을 상기 톱링 아래에 유지시키고, 상기 톱링 주위로 배치되어 수직으로 이동가능한 가이드링; 및
    변화가능한 제 2가압력하에서 상기 연마포에 대해 상기 가이드링을 가압하는 가압장치를 포함하여 이루어지며,
    상기 제 2가압력은 상기 제 1가압력에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  21. 연마포를 구비하는 턴테이블;
    상기 연마포에 대하여 상기 작업물을 유지하는 톱링;
    상기 톱링 주위를 감싸고 상기 작업물을 유지시키며, 수직으로 이동가능한 가이드링; 및
    변화가능한 제 2가압력하에서 상기 연마포에 대해 상기 가이드링을 가압하는가압장치를 포함하여 이루어지며,
    상기 톱링과 상기 톱링샤프트는 볼을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  22. 제 7항에 있어서,
    상기 톱링은 제 1가압력하에서 상기 작업물을 가압하며, 상기 가압장치는 변화가능한 제 2가압력하에서 상기 가이드링을 가압하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  23. 연마포를 구비하는 턴테이블;
    상기 연마포에 대하여 상기 작업물을 유지하는 톱링;
    상기 톱링을 작동하는 톱링 작동수단;
    상기 톱링 주위를 감싸고 상기 작업물을 유지시키며, 수직으로 이동가능한 가이드링; 및
    변화가능한 제 2가압력하에서 상기 연마포에 대해 상기 가이드링을 가압하는 가이드링 작동수단을 포함하여 이루어지며,
    상기 톱링 작동수단과 상기 가이드링 작동수단은 압력을 공급하는 공통의 압축공기원에 연결되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  24. 연마포를 구비하는 턴테이블;
    상기 연마포에 대하여 상기 작업물을 가압하는 제 1가압수단; 및
    상기 작업물을 감싸고 유지하는 가이드링을 가압하는 제 2가압수단을 포함하여 이루어지며,
    상기 제 1가압수단과 제 2가압수단은 공통의 압축공기원에 연결되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 제 1가압수단과 상기 제 2가압수단은 각각의 레귤레이터를 통해 상기 공통 압축공기원에 연결되는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
  26. 작업물의 표면을 폴리싱하는 폴리싱장치에 있어서,
    상부에 연마포를 구비하는 턴테이블;
    상기 연마포의 표면에 대해 작업물을 유지하는 톱링;
    상기 작업물을 감싸고 유지하며, 수직으로 이동가능한 가이드링;
    상기 작업물을 가압하는 압력을 조절하는 제 1레귤레이터;
    상기 가이드링을 가압하는 압력을 조절하는 제 2레귤레이터; 및
    상기 작업물 및 상기 가이드링에 소망하는 가압력을 각각 인가하도록, 각각의 압력을 계산하여 상기 제 1 및 제 2 레규레이터를 제어하는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 작업물 폴리싱장치.
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