KR100565913B1 - 드레싱 공구, 드레싱 장치, 드레싱 방법, 가공 장치 및반도체 디바이스 제조 방법 - Google Patents

Abstract

도넛 원반형의 패드면(15a)을 갖는 연마 패드(15)를 유지하여 회전시키는 패드 유지 기구(10)와, 대략 직사각형 형상의 드레싱면(3)을 갖는 드레싱 공구(2)와, 패드 유지 기구(10)에 유지되어 회전되는 연마 패드(15)의 패드면(15a0에 드레싱면 (3)을 대향시켜 드레싱 공구(2)를 유지하는 드레싱 공구 유지 기구(1)로 드레싱 장치(DA)가 구성된다. 드레싱 공구 유지 기구(1)는 유지한 드레싱 공구(2)를, 드레싱면(3)의 폭 방향 중심선(L1)이 패드면(15a)의 반경 방향으로 뻗도록 향하게 한 상태에서 패드면(15a)에 접촉시켜 드레싱을 실행하게 한다. 이에 따라, 드레싱 후의 가공면의 평탄성을 향상시킬 수 있다.

Description

드레싱 공구, 드레싱 장치, 드레싱 방법, 가공 장치 및 반도체 디바이스 제조 방법{DRESSING TOOL, DRESSING DEVICE, DRESSING METHOD, PROCESSING DEVICE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE PRODUCING METHOD}

본 발명은 연마, 연삭, 랩핑 가공 등을 실시하는 가공 공구의 가공면을 드레싱하기 위한 드레싱 공구, 드레싱 장치, 드레싱 방법과, 이러한 드레싱 공구 또는 장치를 구비한 가공 장치 및 반도체 디바이스 제조 방법에 관한 것이다.

연마, 연삭, 랩핑 가공 등을 행하는 가공 공구는 가공 시간에 따라서 가공면의 눈막힘이 진행되어 열화되기 때문에, 정기적인 드레싱을 실시하여 항상 양호한 가공이 이루어지도록 유지보수된다. 이러한 가공 공구로서는, 예컨대, 반도체 웨이퍼의 제조 공정에 있어서 웨이퍼 표면에 형성된 회로 구성막 등의 연마 가공을 실시하는 화학 기계 연마 장치(CMP 장치)에 이용되는 연마 패드가 있으며, 이 연마 패드에 대해서도 소정 간격을 두고 드레싱 공구에 의한 드레싱이 이루어진다. 이러한 드레싱 방법 및 장치로서, 예컨대, 일본 특허 공개 평10-71557호 공보에 개시되어 있는 것이 있다.

이러한 연마 패드의 연마면을, 드레싱 공구를 이용하여 드레싱하는 종래의 예를 도 18에 나타내고 있다. 여기서는, 가공 공구인 연마 패드(100)에 있어서의 도넛 원반형의 패드면(가공면)(101)을 링형의 드레싱면(111)을 갖춘 드레싱 공구 (110)에 의해 드레싱을 실시하는 예를 도시하고 있다. 드레싱 공구(110)의 드레싱면(111)은 도면에 있어서 해칭하여 나타내는 폭이 좁은 링형의 평면으로 이루어져, 패드면(101)과 대향하고 있다. 그리고, 연마 패드(100)를 그 중심점을 지나 패드면(101)에 수직으로 뻗는 회전축(O1)을 중심으로 하여 회전시킨 상태에서, 드레싱 공구(110)를 그 중심점을 지나 드레싱면(111)에 수직으로 뻗는 회전축(O2)를 중심으로 하여 회전시키면서, 도 18에 도시한 바와 같이 드레싱면(111)을 패드면(101)에 접촉시켜 패드면(101)의 드레싱(표면 상태의 회복 및 평탄화)을 실시한다.

그런데, 이와 같은 식으로 드레싱을 행하는 경우, 패드면(101)이 드레싱 공구(110)에 의해 깎이는 양은 패드면(101)의 내주 위치(A) 및 외주 위치(C)에 있어서 중앙 둘레 위치(B)보다 커져, 드레싱 후의 패드면(101)의 단면 형상은 도 18(a)에 도시한 바와 같이 패드면(101)의 내주 위치(A) 및 외주 위치(C)가 중앙 둘레 위치(B)보다 낮아져, 반경 방향 단면 형상이 위로 볼록하게 되는 문제가 있다. 이것은 패드면(101)이 드레싱 공구(110)에 의해 깎이는 양은 패드면 (101)의 원주 상의 드레싱면(111)의 접촉 길이에 대응하며, 도면으로부터 알 수 있는 것과 같이, 내주 위치(A) 및 외주 위치(C)에서의 접촉 길이(S1 및 S3)가 중앙 둘레 위치(B)에서의 접촉 길이(S2)보다 길게 되기 때문이다.

또, 이와 같이 회전하는 연마 패드(100)의 패드면(101)에 회전하는 드레싱 공구(110)의 드레싱면(111)을 균일하게 접촉시키기 위해서, 연마 패드(100) 및 드 레싱 공구(110) 중 어느 한쪽을 짐벌 축정렬 기구 등에 의해 축정렬을 유지해야 하며, 이에 따라 드레싱 장치의 구성이 복잡해지기 쉬운 문제가 있다.

또한, 이와 같이 축정렬 기구에 의해 지지했다고 해도, 드레싱 공구(110)가 패드면(101)에 대하여 외주측이나 내주측으로 틀어지면, 드레싱면(111)과 패드면(101)의 접촉 면압이 언밸런스하게 되어, 드레싱 후의 패드면(101)의 평탄성이 손상된다고 하는 문제가 있다. 예컨대, 드레싱 공구(110)의 회전 중심축(O2)이 도 18에 도시하는 상태보다 외주측으로 틀어진 경우(회전 중심축(O2)이 도 18에 있어서 연마 패드(100)의 회전 중심축(O1)으로부터 멀어지도록 틀어진 경우)에는 외주측의 접촉 면압이 높아져, 도 18(b)에 도시한 바와 같이, 내주 위치(A)보다 외주 위치(C) 쪽이 낮게 되어, 드레싱 후의 패드면(101)이 전체적으로 위로 볼록한 단면 형상으로 되는 문제가 있다. 반대로, 드레싱 공구(110)의 회전 중심축(O2)이 도 18에 도시하는 상태보다 내주측으로 틀어진 경우(회전 중심축(O2)이 도 18에 있어서 연마 패드(100)의 회전 중심축(O1)에 근접하도록 틀어진 경우)에는 내주측의 접촉 면압이 높아져, 도 18(c)에 도시한 바와 같이, 내주 위치(A)가 외주 위치(C)보다 낮아져, 드레싱 후의 패드면(101)이 전체적으로 위로 오목한 단면 형상으로 되는 문제가 있다.

종래의 드레싱 공구에서는, 드레싱면의 전체에 걸쳐 다이아몬드 입자 등의 지립(砥粒)이 일정한 평균 분포 밀도로 분포되어 있다. 따라서, 드레싱면의 각 부의 단위 면적당 연삭 능력은 전체적으로 일정하다. 또한, 종래의 드레싱면의 형상은 원형 또는 원환으로 되어 있다.

드레싱 공구는 상술한 바와 같이 연마 패드의 날세움을 위해 이용하는 것이기 때문에, 지립의 평균 분포 밀도가 높을수록 좋은 것은 아니며, 연마 패드의 연마면을 적절하게 거칠어지게 하기 위해서, 알맞은 평균 분포 밀도가 있으며, 따라서, 드레싱면의 전체에 걸쳐 그와 같은 평균 분포 밀도로 지립을 분포시켜야 한다. 즉, 드레싱면의 전체에 걸쳐 일정한 평균 분포 밀도로 지립을 분포시켜야 하는 것이 종래 기술의 상식이었다.

그러나, 상기 종래의 드레싱 공구에서는, 연마 패드의 연마면을 높은 정밀도로 평탄하게 하는 것이 곤란했다. 연마 패드의 평탄성이 낮아짐으로써, 그 연마 패드를 이용하여 반도체 웨이퍼 등을 높은 정밀도로 평탄하게 연마하는 것이 곤란하였다.

또, 드레싱은 기판에 지지된 연마 패드의 연마면과 드레싱 공구의 드레싱면을 접촉시켜, 상기 기판과 드레싱 공구를 상대 이동시킴으로써 이루어진다. 상기 상대 이동은 예컨대, 연마 패드를 지지하는 기판 및 드레싱 공구를 양쪽 모두 회전시킴으로써 이루어진다. 제조 오차 등에 의해, 상기 기판의 회전축과 드레싱 공구의 회전축을 완전히 평행하게 하는 것은 곤란하기 때문에, 실제로는 양자의 회전축은 서로 약간 기운다.

종래에는 이러한 기울기에도 불구하고 연마 패드를 평탄하게 드레싱하도록, 드레싱 공구와 그 회전축 사이에 짐벌 기구가 채용되어, 짐벌 기구에 의한 드레싱 공구의 각도 추종성을 이용하여 드레싱되고 있었다. 예컨대, CMP 장치에서는 반도체 웨이퍼 등을 높은 정밀도로 평탄하게 연마할 것이 요구되기 때문에, 연마 패드 도 높은 정밀도로 평탄할 것이 요구되고 있다. 따라서, 종래에는 CMP 장치 등으로 이용되는 연마 패드를 드레싱하는 경우에는 상기 짐벌 기구에 의한 각도 추종성을 이용하는 것이 필요 불가결하다고 생각되어 왔다.

그런데, 최근에, 반도체 디바이스의 한층 더 미세화를 위해 반도체 웨이퍼 등을 보다 높은 정밀도로 평탄하게 연마할 것이 요구되고 있으며, 이에 따라, 연마 패드도 보다 높은 정밀도로 평탄할 것이 요구되고 있다. 따라서, 연마 패드를 보다 높은 정밀도로 평탄하게 드레싱할 필요가 생겼다.

본 발명은 이들 문제에 감안하여 이루어진 것으로, 첫째로, 드레싱 후에 있어서의 가공면의 평탄성을 충분히 확보할 수 있는 드레싱 공구 및 장치를 제공하는 동시에 이러한 드레싱 장치에 의해 드레싱된 가공 공구를 이용한 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 또, 드레싱을 할 때에 드레싱 공구 및 가공 공구를 유지하는 장치에 축정렬 기구가 불필요하게 되는 구성의 드레싱 공구 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 둘째로, 드레싱 후의 연마 패드의 연마면을 양호한 정밀도로 평탄하게 할 수 있는 드레싱 공구 및 이것을 이용한 드레싱 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 셋째로, 연마 패드를 보다 높은 정밀도로 평탄하게 드레싱할 수 있는 드레싱 방법 및 장치를 제공하는 것, 높은 정밀도로 평탄하게 드레싱된 연마 패드를 이용하여 피연마물을 연마할 수 있는 연마 장치를 제공하는 것, 종래의 반 도체 디바이스 제조 방법에 비해서, 수율이 향상되어 낮은 비용으로 반도체 디바이스를 제조할 수 있는 반도체 디바이스 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예인 드레싱 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다.

도 2는 도 1에 도시하는 드레싱 장치에 있어서 연마 패드와 드레싱 장치의 위치 관계를 도시하는 개략 평면도이다.

도 3은 직사각형 형상의 드레싱 공구를 이용하여 드레싱을 실시했을 때의 연마 패드면의 평탄성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 직사각형 형상 드레싱 공구와 연마 패드의 접촉 길이 관계를 도시하는 설명도이다.

도 5는 본 발명에 따른 직사각형 형상 드레싱 공구에 있어서, 연마 패드와 둘레 방향 접촉 길이를 전부 같게 하는 수정을 했을 때의 좌우변 형상의 예를 도시하는 도면이다.

도 6은 본 발명의 실시예인 드레싱 장치를 도시하는 개략 평면도이다.

도 7은 본 발명의 실시예인 드레싱 장치의 구성을 도시하는 개략 구성도이다.

도 8은 도 7에 도시하는 드레싱 장치에 의해 연마 패드를 드레싱할 때, 드레싱 공구의 드레싱면과 연마 패드의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 개략 평면도이다.

도 9는 도 7에 도시하는 드레싱 장치에서 이용되고 있는 드레싱 공구를 모식적으로 도시하는 개략 확대 단면도이다.

도 10은 드레싱 후의 연마 패드의 두께 분포의 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.

도 11은 드레싱 후의 연마 패드의 두께 분포의 다른 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.

도 12는 본 발명의 실시예인 연마 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다.

도 13은 도 12에 도시하는 연마 장치에 있어서, 연마 패드를 드레싱할 때, 드레싱 공구의 드레싱면과 연마 패드의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 개략 평면도이다.

도 14는 기울기 조정 제어 동작을 도시하는 개략 흐름도이다.

도 15는 본 발명의 실시예인 드레싱 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다.

도 16은 도 15에 도시하는 드레싱 장치에 있어서, 드레싱 공구의 드레싱면과 연마 패드의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 개략 평면도이다.

도 17은 반도체 디바이스 제조 프로세스를 도시하는 흐름도이다.

도 18은 종래의 드레싱 장치의 구성 및 드레싱 후의 가공면 형상을 도시한 개략도 및 단면도이다.

이하, 이들 목적을 달성하기 위한 발명에 관해서 설명하는데, 이들 각각의 발명이 그 목적을 달성하는 것은 아니다. 어떤 발명이 어떤 목적을 달성하는지는 발명의 구성 및 이후에 설명하는 발명의 실시 형태 및 실시예로부터 명백히 이해될 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제1 발명은, 도넛 원반형 또는 원반형의 가공면을 갖는 가공 공구의 드레싱을 실행하는 드레싱 공구로서, 상기 가공 공구의 가공면에 접촉하여 드레싱을 행하는 대략 직사각형 형상의 드레싱면을 지니고, 이 드레싱면은 상기 드레싱면의 상기 대략 직사각형의 짧은 변 방향 중심선이, 드레싱을 할 때에, 상기 가공 공구의 상기 도넛 원반 또는 원반의 중심을 지나는 반경 방향에 일치하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 드레싱 공구이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제2 발명은, 상기 제1 발명으로서, 상기 짧은 변 방향 중심선과 평행하게 뻗은 상기 대략 직사각형의 양쪽 긴 변의 형상이, 상기 드레싱면을 상기 가공면에 접촉시켰을 때, 상기 가공면과 상기 드레싱면의 접촉 길이가 상기 가공면의 모든 직경 방향 위치에서 같아지는 형상인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제3 발명은, 도넛 원반형 또는 원반형의 가공면을 갖는 가공 공구를 유지하여 상기 가공면에 수직이며 상기 도넛 원반 또는 원반의 중심을 지나는 축을 중심으로 하여 회전시키는 가공 공구 유지 기구와, 상기 제1 발명 또는 제2 발명의 드레싱 공구를 갖는 것을 특징으로 하는 드레싱 장치이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제4 발명은, 상기 제3 발명으로서 상기 드레싱 공구를 여러 개 지니며, 이들 복수의 드레싱 공구가 동시에 상기 가공면을 드레싱하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제5 발명은, 상기 제1 발명 또는 제2 발명인 드레싱 공구로부터 드레싱된 상기 가공 공구를 갖는 가공 장치이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제6 발명은, 상기 제3 발명 또는 제4 발명인 드레싱 장치에 의해 드레싱된 상기 가공 공구를 갖는 가공 장치이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제7 발명은, 원형의 외주를 갖는 가공 공구의 가공면을 드레싱하기 위한 드레싱 공구로서, 제1 단위 면적당 절삭 능력을 갖는 원형 영역과, 상기 제1 단위 면적당 절삭 능력보다 높은 제2 단위 면적당 절삭 능력을 갖는, 상기 원형 영역에 대하여 동심형의 원환 영역으로 구성된 드레싱면을 갖추고, 상기 드레싱면의 상기 원형 영역의 직경이, 상기 가공면의 반경 내의 유효 사용 폭보다 크고, 상기 드레싱면의 상기 원환 영역의 외경이 상기 가공면의 외경의 대략 반인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제8 발명은, 원형의 외주를 갖는 가공 공구의 가공면을 드레싱하기 위한 드레싱 공구로서, 제1 평균 분포 밀도로 지립이 본포된 원형 영역과, 상기 제1 평균 분포 밀도보다 높은 제2 평균 분포 밀도로 지립이 분포된, 상기 원형 영역에 대하여 동심형의 원환 영역으로 구성된 드레싱면을 갖추고, 상기 드레싱면의 상기 원형 영역의 직경이, 상기 가공면의 반경 내의 유효 사용 폭보다 크고, 상기 드레싱면의 상기 원환 영역의 외경이, 상기 가공면의 외경의 대략 반인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제9 발명은, 상기 제8 발명으로서, 상기 제1 평균 분포 밀도가 상기 제2 평균 분포 밀도의 10%∼50%인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제10 발명은, 상기 제7 발명에서 제9 발명 중 어느 하나인 드레싱 공구와, 이 드레싱 공구를 회전시키는 회전 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 드레싱 장치이다.

본 발명에 있어서는, 상기 제7 발명에서 제9 발명 중 어느 것인 드레싱 공구를 갖추고 있기 때문에, 각각의 공구가 갖는 작용 효과를 살려 드레싱을 실시할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 제11 발명은, 기판에 지지된 가공 공구의 가공면과 드레싱 공구의 드레싱면을 접촉시켜, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시킴으로써, 상기 가공면을 드레싱하는 드레싱 방법으로서, 상기 기판을 기준으로 한 상기 드레싱면의 상대적인 기울기를 원하는 기울기로 조정하여 설정하는 설정 단계와, 상기 설정 단계에서 설정된 상기 상대적인 기울기를 유지하면서, 상기 가공면을 드레싱하는 드레싱 단계를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제12 발명은, 상기 제11 발명으로서, 상기 설정 단계가, 상기 가공면의 표면 형상에 따른 정보를 얻는 단계와, 상기 정보에 기초하여 상기 상대적인 기울기를 조정하여 설정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제13 발명은, 상기 제11 또는 제12 발명으로서, 상기 설정 단계 및 상기 드레싱 단계를 교대로 여러번씩 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제14 발명은, 상기 제11 발명에서 제13 발명 중 어느 것으로서, 상기 드레싱 단계의 상기 가공면의 드레싱이, 상기 드레싱면의 일부가 상기 가공면의 주위에서 비어져 나온 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제15 발명은, 상기 제11 발명에서 제14 발명 중 어느 것으로서, 상기 상대적인 기울기가, 상기 가공면의 중심 부근 및 상기 드레싱면의 중심 부근을 지나는 직선에 대하여 거의 직교하는 소정의 축선 둘레의 기울기인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제16 발명은, 기판에 지지된 가공 공구의 가공면과 드레싱 공구의 드레싱면을 접촉시켜, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시킴으로써, 상기 가공면을 드레싱하는 드레싱 장치로서, 상기 기판을 기준으로 한 상기 드레싱면의 상대적인 기울기를 원하는 기울기로 조정하여 설정할 수 있는 기울기 조정 기구와, 상기 기울기 조정 기구에 의해 설정된 상기 상대적인 기울기를 유지하면서, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시켜 상기 가공면을 드레싱하는 이동 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제17 발명은, 상기 제16 발명으로서, 원형의 외주를 갖는 가공 공구의 가공면을 드레싱하는 것으로, 상기 드레싱 공구가, 제1 단 위 면적당 절삭 능력을 갖는 원형 영역과, 상기 제1 단위 면적당 절삭 능력보다 높은 제2 단위 면적당 절삭 능력을 갖는, 상기 원형 영역에 대하여 동심형의 원환 영역으로 구성된 드레싱면을 갖추고, 상기 드레싱면의 상기 원형 영역의 직경이, 상기 가공면의 반경 내의 유효 사용 폭보다 크고, 상기 드레싱면의 상기 원환 영역의 외경이 상기 가공면의 외경의 대략 반인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제18 발명은, 상기 제16 발명 또는 제17 발명으로서, 상기 가공면의 표면 형상에 따른 정보에 기초하여, 상기 상대적인 기울기가 원하는 기울기로 되도록, 상기 기울기 조정 기구를 작동시키는 제어부를 갖춘 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제19 발명은, 상기 제18 발명으로서, 상기 정보를 취득하는 계측부를 갖춘 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제20 발명은, 기판에 지지된 가공 공구의 가공면과 드레싱 공구의 드레싱면을 접촉시켜, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시킴으로써, 상기 가공면을 드레싱하는 드레싱 장치로서, 상기 기판을 기준으로 한 상기 드레싱면의 상대적인 기울기를 원하는 기울기로 조정하여 설정할 수 있는 기울기 조정 기구와, 상기 기울기 조정 기구에 의해 설정된 상기 상대적인 기울기를 유지하면서, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시켜 상기 가공면을 드레싱하는 이동 기구와, 상기 가공면의 표면 형상에 따른 정보를 취득하는 계측부와, 소정의 지령 신호에 응답하여,

(i )상기 이동 기구를 작동시켜 상기 드레싱을 실시하고,

(ii) 상기 (i)에 의한 드레싱 후에 상기 계측부에 의해 취득된 상기 정보에 기초하여, 현재 설정되어 있는 상기 상대적인 기울기가 원하는 기울기인지의 여부를 판정하고,

(iii) 상기 (ii)에서 원하는 기울기라고 판정한 경우에는, 상기 상대적인 기울기의 조정을 종료하고,

(iv) 상기 (ii)에서 원하는 기울기가 아니라고 판정한 경우에는, 상기 상대적인 기울기가 원하는 기울기 또는 이것에 근접한 기울기가 되도록, 상기 기울기 조정 기구를 작동시킨 후에, 상기 (i) 이후의 동작을 반복하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제21 발명은, 상기 제20 발명으로서, 원형의 외주를 갖는 가공 공구의 가공면을 드레싱하는 것으로, 상기 드레싱 공구가, 제1 단위 면적당 절삭 능력을 갖는 원형 영역과, 상기 제1 단위 면적당 절삭 능력보다 높은 제2 단위 면적당 절삭 능력을 갖는, 상기 원형 영역에 대하여 동심형의 원환 영역으로 구성된 드레싱면을 갖추고, 상기 드레싱면의 상기 원형 영역의 직경이, 상기 가공면의 반경 내의 유효 사용 폭보다 크고, 상기 드레싱면의 상기 원환 영역의 외경이 상기 가공면의 외경름의 대략 반인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제22 발명은, 상기 제16에서 제21 발명으로서, 상기 가공면의 드레싱이, 상기 드레싱면의 일부가 상기 가공면의 주위에서부터 비어져 나온 상태로 이루어지지는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제23 발명은, 상기 제16에서 제22 발명으로서, 상기 상대적인 기울기는 상기 가공면의 중심 부근 및 상기 드레싱면의 중심 부근을 지나는 직선에 대하여 거의 직교하는 소정의 축선 둘레의 기울기인 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제24 발명은, 가공면을 갖는 가공 공구와, 피가공물을 유지하는 유지부를 구비하고, 상기 가공 공구의 상기 가공면과 상기 피가공물 사이에 하중을 가하여, 상기 가공 공구 및 상기 피가공물을 상대 이동시킴으로서, 상기 피가공물을 가공하는 가공 장치로서, 상기 가공면이 상기 제11 발명에서 제15 발명 중 어느 한 드레싱 방법에 의해 드레싱된 것을 특징으로 하는 가공 장치이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제25 발명은, 상기 가공면을 갖는 가공 공구와, 피연마물을 유지하는 유지부를 구비하고, 상기 가공 공구의 상기 가공면과 상기 피연마물 사이에 하중을 가하여, 상기 연마 공구 및 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써, 상기 피가공물을 가공하는 가공 장치로서, 상기 가공면이 상기 제16 발명에서 제23 발명 중 어느 한 드레싱 장치로부터 드레싱된 것을 특징으로 하는 가공 장치이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제26 발명은, 가공면을 갖는 가공 공구와, 피가공물을 유지하는 유지부를 구비하고, 상기 가공 공구의 상기 가공면과 상기 피가공물 사이에 하중을 가하여, 상기 가공 공구 및 상기 피가공물을 상대 이동시킴으로써, 상기 피가공물을 가공하는 가공 장치로서, 상기 제16 발명에서 제23 발명 중 어느 한 드레싱 장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 가공 장치이다.

상기 목적을 달성하기 위한 제27 발명은, 상기 제5 발명, 제6 발명, 상기 제24 발명에서 제26 발명 중 어느 것의 가공 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 지니는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조 방법이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 관해서 설명한다. 그러나, 이들 실시예의 설명은 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.

제1 실시예

본 발명에 따른 드레싱 공구(1)를 이용하여 구성되는 연마 패드용 드레싱 장치(DA)를 도 1에 나타내고 있다. 이 드레싱 장치(DA)는 CMP 장치에 이용되는 연마 패드(15)의 패드면(연마면)(15a)을 드레싱하는 장치로, 연마 패드(15)를 진공 흡착 등에 의해 유지하여 회전하는 패드 유지 기구(10)와, 이 패드 유지 기구(10)에 의해 유지되어 회전하는 연마 패드(15)의 패드면(15a)의 드레싱을 행하는 드레싱 공구(2)를 지닌 드레싱 공구 유지 기구(1)로 구성된다. 패드 유지 기구(10)는 연마 패드(15)를 진공 흡착 유지하는 패드 유지 헤드(11)와, 패드 유지 헤드(11)에 연결되는 회전축(12)과, 이 회전축(12)을 통해 패드 유지 헤드(11)를, 그 회전 중심축 (O3)을 중심으로 하여 회전시키는 도시하지 않은 회전 구동 장치로 구성된다. 또한, 연마 패드(15)는 도 2에 도시한 바와 같이, 도넛 원반형의 패드면(15a)를 지닌 판형의 부재로 이루어져, 그 중심점을 지나 패드면(15a)에 수직인 축선이 상기 회전 중심축(O3)이 되도록 패드 유지 헤드(11)에 의해 유지된다.

드레싱 공구 유지 기구(1)는 도 2에 도시한 바와 같이 직사각형 형상의 드레 싱면(3)을 지닌 드레싱 공구(2)와, 이 드레싱 공구(2)를 상하로 이동 가능하게 유지하는 유지 실린더 기구(5)로 구성된다. 드레싱 공구(2)는 연마 패드(15)의 패드면(15a)의 반경 방향 치수보다 약간 큰 길이 방향 치수를 가지는 동시에 좌우 변(긴 변)(3a, 3b)의 폭 치수가 w인 직사각형 형상의 드레싱면(3)을 갖는다. 유지 실린더 기구(5)는 베이스(4) 위에 고정 설치된 실린더 튜브(6)와, 실린더 튜브(6) 내에 축 방향으로 활주 가능하게 끼워 맞춰져 설치된 피스톤 헤드(7a)와, 이 피스톤 헤드(7a)에 연결되어 실린더 튜브(6)를 관통하여 상측으로 뻗는 로드(7b)를 구비하여 구성되며, 로드(7b)의 상단에 드레싱 공구(2)가 고정 설치되어 유지된다.

드레싱 공구 유지 기구(1)는 드레싱면(3)을, 패드 유지 기구(10)에 의해 유지되어 회전하는 연마 패드(15)의 패드면(15a)에 대향시켜 드레싱 공구(2)를 유지한다. 이 때 도 2에 도시한 바와 같이, 드레싱면(3)에 있어서의 폭 방향(짧은 변 방향) 중심선(L1)이 도넛 원반형인 패드면(15a)의 반경 방향으로 뻗도록 드레싱 공구(2)가 유지되고, 유지 실린더 기구(5)에 의해 상측으로 움직여 드레싱면(3)이 패드면(15a)에 압박된다. 이 때의 압박력은 유지 실린더 기구(5)에 의해 적절한 값으로 설정되어, 패드면(15a)의 드레싱이 이루어진다.

상기한 구성의 드레싱 장치(DA)의 경우에는 드레싱 공구(2)는 고정 유지되며, 패드 유지 기구(10)에 의해 연마 패드(15)를 회전시키도록 되어 있기 때문에, 종래의 드레싱 장치와 같은 축정렬 기구가 불필요하게 되어, 장치 구성이 간단하다.

단, 상기한 바와 같이 직사각형 형상의 드레싱면(3)을 지닌 드레싱 공구(2) 에 의한 드레싱의 경우에는 드레싱면(3)에 있어서의 패드면(15a)의 원주 방향의 접촉 길이(S)가, 직경 방향 위치에 따라서 약간이기는 하지만 변화되기 때문에, 드레싱 후의 패드면(15a)의 평탄성이 저하될 가능성이 있다. 예컨대, 도 2에 도시한 바와 같이, 내주 위치(A)에 있어서의 둘레 방향 접촉 길이(Si)와 외주 위치(B)에 있어서의 둘레 방향 접촉 길이(So)를 비교하면, 내주 위치(A)의 곡율이 외주 위치의 곡율보다 크기 때문, Si>So가 되어, 내주측 쪽이 크게 드레싱되어, 도 18(c)에 도시한 바와 같이 전체적으로 위로 오목하게 되는 단면 형상으로 되기 쉽다.

이 점에 관한 시뮬레이션 결과를 도 3에 나타내고 있다. 여기서는, 횡축에 연마 패드(15)의 패드면(15a)의 반경 방향 위치를 나타내고(이 도면으로부터 알 수 있는 것과 같이, 패드면(15a)은 내경 약 60 mm이며, 외경 약 170 mm인 도넛 원반형임), 종축에 드레싱 후의 패드면의 평탄면에 대한 변동량(%)을 나타내고 있다. 이 시뮬레이션에서는, 드레싱면(3)의 폭 치수(w)가 10 mm, 20 mm, 30 mm, 40 mm, 50 mm인 5종류의 드레싱 공구(2)를 이용하여 동일 조건으로 드레싱을 실시했을 때의 패드면(15a)의 평탄면에 대한 변동량을 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 것과 같이, 폭 치수(w)가 작을수록 평탄성은 양호하며, 예컨대, w=10∼20 mm 정도의 드레싱면(3)을 갖는 드레싱 공구(2)라면, 충분히 실용에 견딜 수 있다.

단, 드레싱 시간을 짧게 하여 드레싱 효율을 높이는 것이 바람직하며, 이를 위해서는, 드레싱면(3)의 폭 치수(w)를 크게 할 것이 요구된다. 여기서, 도 3에 도시한 바와 같이 폭 치수(w)를 크게 할수록 평탄성이 저하되는 원인에 관해서 고찰한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 연마 패드(15)의 연마면(15a)에 드레싱 공구(2)의 드레싱면(3)(폭 치수 w)을 접촉시켰을 때에 있어서, 반경(r)의 둘레 위치(D)에 있어서의 둘레 방향 접촉 길이(S)는 이 접촉 길이(S)에 대응하는 원주각(2β)이라고 하면, 이들 관계를 다음 수학식 (1) 및 (2)로 나타낼 수 있다.

β=arcsin(w/(2r))

s=r·2β

여기서, 수학식 (2)에 의해 구하는 접촉 길이(s)를 모든 반경(r)에 대하여(즉, 모든 둘레 위치에 있어서) 같아지도록, 드레싱면(3)의 좌우 변(3a, 3b)의 형상을 수정하면, 패드면(15a)의 전면에 있어서 드레싱량이 같아져, 폭(w)을 크게 하더라도 드레싱 후의 패드면(15a)을 평탄하게 할 수 있다. 또한, 이와 같은 식으로 수정된 드레싱면(3') 좌우 변(3a', 3b')의 형상의 예를 도 5에 나타내고 있다. 도 5에서, 횡축은 패드 중심 위치에서부터의 반경 방향(Y축 방향)의 위치, 종축은 이것에 직각인 Y축 방향의 위치이며, 대략 직사각형의 선으로 둘러싸인 부분(3')이 드레싱면이다. 이와 같은 식으로 수정된 좌우 변(3a', 3b')을 갖는 드레싱면(3')을 구비한 드레싱 공구(2)의 경우에는 폭 치수(w)를 크게 하여 드레싱 효율을 높일 수 있다.

또, 이러한 폭 치수(w)가 큰 드레싱면(3')을 갖는 드레싱 공구(2)를, 도 6에 도시한 바와 같이 여러 개 이용하여 드레싱 장치를 구성하면, 보다 단시간에 효율적으로 패드면(15a)의 드레싱을 실시할 수 있다. 한편, 이와 같이 복수의 드레싱 공구를 이용하는 경우, 각 드레싱 공구는 상기한 바와 같이 좌우 변 형상을 수정한 것이 아니라, 직사각형 형상으로 폭 방향 치수(w)가 작은 것이더라도 좋다.

이 제1 실시예에 따른 발명의 제조 장치는 이상 설명한 드레싱 공구(2)를 이용하여 구성되는 드레싱 장치(DA)에 의해 드레싱된 연마 패드(15)를 구비하여 구성되며, 이 연마 패드(15)를 이용하여 웨이퍼의 연마를 실시하는 CMP 장치가 상기 제6 발명에 있어서의 발명의 가공 장치에 해당한다. 한편, 각 드레싱 공구는 동일한 기판에 부착되어 있는 것이 바람직하다.

또, 제1 실시예에서는, 연마 패드가 도넛 원반형이지만, 상기 제1 발명에서 제6 발명은 원반형의 연마 패드에도 적용할 수 있다.

이상 설명한 것과 같은 제1 실시예에 따른 발명에 의하면, 드레싱 공구가 고정 유지된 상태에서 가공 공구만이 회전되어 드레싱을 실시하기 때문에, 축정렬 기구가 불필요하게 되어, 장치 구성을 간단하게 할 수 있다. 또한, 대략 직사각형 형상의 드레싱 공구를 이용하고 있으므로, 가공면과 드레싱면의 원주 상에서의 접촉 길이를 모든 직경 방향 위치에 있어서 같게 하여, 드레싱 후의 가공면의 평탄성을 향상시킬 수 있다.

제2 실시예

도 7은 본 발명의 제2 실시예인 드레싱 장치를 도시하는 개략 구성도이다. 도 8은 연마 패드(25)를 드레싱할 때의, 드레싱 공구(21)의 드레싱면과 연마 패드(25)의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 개략 평면도이다. 도 9는 드레싱 공구(21)를 모식적으로 도시하는 개략 확대 단면도이다.

본 실시예에 의한 드레싱 장치는 도 7에 도시한 바와 같이, 드레싱 공구(21)와, 드레싱 공구(21)를 베이스(22)에 대하여 회전시키는 회전 기구(23)를 구비하고, 기판(24)에 지지된 CMP 장치용의 연마 패드(25)의 연마면(25a)을 드레싱하도록 구성되어 있다. 기판(24) 및 연마 패드(25)는 CMP 장치의 연마 공구 그 자체라도 좋고, 기판(24)가 연마 공구와는 별도의 부재라도 좋다. 전자의 경우에는, 본 실시예에 의한 드레싱 장치는 CMP 장치의 드레싱 스테이션(드레싱 존)에 배치된다.

연마 패드(25)의 연마면(25a)은 도 8에 도시한 바와 같이, 원형의 외주를 갖고 있다. 본 예에서는, 연마 패드(25)는 원환형으로 구성되며, 중심부가 제거되어 있다. 다만, 본 실시예에 의한 드레싱 장치의 드레싱 대상이 되는 연마 패드는 원환형의 연마 패드에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 중심부가 제거되어 있지 않은 원 형상의 연마 패드라도 좋다. 본 실시예에서는, 연마 패드(25)의 원환형의 연마면(25a)의 전체가, 반도체 웨이퍼 등의 피연마물의 연마시에 유효하게 사용되는 유효 사용 영역으로 되고 있고, 연마 패드(25)의 반경 내의 유효 사용 폭은 외경과 내경의 차의 반으로 되고 있다.

연마 패드(25) 및 기판(24)는 액츄에이터로서 전동 모터를 이용한 도시하지 않은 기구에 의해서, 도 7 중의 화살표 a, b로 나타낸 바와 같이, 회전 및 상하 이동할 수 있게 되고 있다. 또, 기판(24)는 짐벌 기구(도시하지 않음)를 통해, 회전축(26)에 기계적으로 연결되어 있다. 다만, 반드시 짐벌 기구를 설치할 필요는 없다. 한편, 도 8에서, O1은 연마 패드(25)의 중심을 나타내고 있으며, 이 중심(O1)을 회전 중심으로 하여 회전하도록 되어 있다.

본 실시예에서는, 드레싱 공구(21)는 도 9에 도시한 바와 같이, 원판으로 이루어지는 기판(31)과, 기판(31)의 상면에 분포된 지립으로서의 다이아몬드 입자(32)와, 다이아몬드 입자(32)를 기판(31)에 고착하는 니켈 도금(33)을 갖고 있다. 드레싱 공구(21)의 상면의 중심부의 원형 영역(R1)에서는, 다이아몬드 입자(32)는 평균 분포 밀도(D1)로 분포되어 있다. 한편, 드레싱 공구(21)의 상면의, 원형 영역(R1)에 대하여 동심형의 원환 영역(R2)에서는, 다이아몬드 입자(32)는 평균 분포 밀도(D1)보다 높은 평균 분포 밀도(D2)로 분포되어 있다.

CMP 연마 장치에 사용되는 연마 패드를 연마할 때는, 평균 분포 밀도(D1)가 평균 분포 밀도(D2)의 50%를 넘을 때는, 연마 패드(25)의 반경 방향의 두께 분포가 밑아래로 오목한 두께 분포로 되어, CMP 장치의 연마 패드에 요구되는 평탄도를 만족할 수 없게 된다. 또한, 평균 분포 밀도(D1)가 평균 분포 밀도(D2)의 10% 미만일 때는 연마 패드(25)의 반경 방향의 두께 분포가 위로 볼록한 두께 분포로 되어, CMP 장치의 연마 패드에 요구되는 평탄도를 만족할 수 없게 된다. 따라서, 평균 분포 밀도(D1)는 평균 분포 밀도(D2)의 10%∼50%인 것이 바람직하다.

본 실시예에서는, 원형 영역(R1)과 원환 영역(R2) 사이에 있어서, 기판(31)에 동심원형의 홈(31a)이 형성되어 있지만, 이러한 홈(31a)은 반드시 형성해 둘 필요는 없다. 원형 영역(R1) 및 원환 영역(R2)에 의해서, 드레싱 공구(21)의 드레싱면이 구성되어 있다. 도 8에서, O2는 원형 영역(R1) 및 원환 영역(R2)의 중심을 나타내고 있으며, 회전 기구(23)는 이 중심(O2)을 회전 중심으로 하여 드레싱 공구 (21)를 회전시키도록 되어 있다.

상술한 바와 같이, 평균 분포 밀도(D2)가 평균 분포 밀도(D1)보다 높아지게 설정되어 있기 때문에, 원환 영역(R2)의 단위 면적당 절삭 능력은 원형 영역(R1)의 단위 면적당 절삭 능력보다 높아지고 있다. 또, 본 실시예는 지립으로서의 다이아몬드 입자(32)를 이용하여 드레싱면을 형성하는 예이지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 지립을 이용하지 않고서 다른 절삭날을 이용하여, 그 절삭날의 분포 밀도를 적절하게 설정하는 등에 의해서도, 원환 영역(R2)의 단위 면적당 절삭 능력을 원형 영역(R1)의 단위 면적당 절삭 능력보다 높게 해 두는 것은 가능하다.

한편, 앞서 말한 것과 같은 드레싱 공구(21)는 기본적으로는 지립으로서 다이아몬드 입자를 이용한 종래의 드레싱 공구와 같은 식의 전착에 의한 방법으로 제조할 수 있지만, 각 영역(R1, R2)에서 다이아몬드 입자(32)의 평균 분포 밀도를 바꾸기 위해서는, 예컨대, 원형 영역(R1)에 다이아몬드 입자(32)를 분포시킬 때에 원환 영역(R2)을 마스크판 등으로 마스크하는 동시에, 원환 영역(R2)에 다이아몬드 입자(32)를 분포시킬 때에 원형 영역(R1)을 마스크판 등으로 마스크하여, 양자의 영역(R1, R2)에 따로따로 다이아몬드 입자(32)를 분포시키면 된다. 다만, 드레싱 공구(21)의 제조 방법으로서는 여러 가지 수법을 채용할 수 있음은 물론이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 드레싱면의 원형 영역(R1)의 직경은 연마 패드(25)의 반경 내의 상기 유효 사용 폭보다 약간 크게 설정되어 있다. 드레싱면의 원환 영역(R2)의 외경은 연마 패드(25)의 외경의 대략 반으로 설정되고 있다.

이 드레싱 장치에 따르면, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 연마 패드(25)의 연마면(본 실시예에서는, 하면)이 드레싱 공구(21)의 드레싱면에 소정의 압력( 하중)으로 압박된 상태에서, 연마 패드(25) 및 드레싱 공구(21)가 각각 화살표 a, c로 나타낸 바와 같이 회전됨으로써, 연마 패드(25)의 연마면(25a)의 드레싱이 이루어진다.

본 실시예에 따르면, 드레싱 공구(21)의 드레싱면이, 상대적으로 단위 면적당 절삭 능력이 낮은 원형 영역(R1)과 상대적으로 단위 면적당 절삭 능력이 높은 원환 영역(R2)으로 구성되어 있기 때문에, 이들 절삭 능력을 적절히 설정해 둠으로써, 연마 패드의 연마면을 높은 정밀도로 평탄하게 할 수 있다.

이 효과를 확인하기 위해서, 본 발명자들은 전술한 실시예에 의한 드레싱 장치와 같은 식의 드레싱 장치 또는 이것을 변형한 드레싱 장치에 의해, 초기에는 완전히 평탄했던 연마 패드(25)를 소정 시간 드레싱한 후의, 연마 패드(25)의 반경 방향의 두께 분포를, 프레스톤 식에 따른 시뮬레이션에 의해 얻었다. 그 시뮬레이션 결과를 도 10 및 도 11에 도시한다.

도 10 중의 시뮬레이션 결과 A를 얻었을 때의 시뮬레이션 조건은 다음과 같이 했다. 즉, 상기 실시예에 있어서, 원환형의 연마 패드(25)의 내경을 60 mm, 연마 패드(25)의 외경을 170 mm, 연마 패드(25)와 드레싱 공구(21) 사이의 하중을 3 kgf, 연마 패드(25)의 회전 속도를 395 rpm, 드레싱 공구(21)의 회전 속도를 175 rpm, 연마 패드(25) 및 드레싱 공구(21)의 회전 방향을 같은 방향, 드레싱 공구(21)의 원형 영역(R1)의 직경을 70 mm, 드레싱 공구(21)의 원환 영역(R2)의 내경을 80 mm, 원환 영역(R2)의 외경을 100 mm, 연마 패드(25)의 중심(O1)과 드레싱 공구(21)의 중심(O2) 사이의 거리를 52.5 mm, 원환 영역(R2)의 지립의 평균 분포 밀도(D2)를 1로 규격화했을 때의 원형 영역(R1)의 지립의 평균 분포 밀도(D1)를 0.25(즉, D1/D2=0.25)로 했다.

도 10 중의 시뮬레이션 결과 B를 얻었을 때의 시뮬레이션 조건은 D1/D2=0.5로 하고, 다른 조건을 시뮬레이션 결과 A 경우의 조건과 동일하게 했다. 도 10 중의 시뮬레이션 결과 C를 얻었을 때의 시뮬레이션 조건은 D1/D2=0.75로 하고, 다른 조건을 시뮬레이션 결과 A 경우의 조건과 동일하게 했다. 도 10 중의 시뮬레이션 결과 D를 얻었을 때의 시뮬레이션 조건은 D1/D2=1로 하고, 다른 조건을 시뮬레이션 결과 A 경우의 조건과 동일하게 했다.

시뮬레이션 결과 A, B, C가 본 발명의 각 실시예의 시뮬레이션 결과인 데에 대하여, 시뮬레이션 결과 D는 비교예의 시뮬레이션 결과이다.

도 11 중의 시뮬레이션 결과 E를 얻었을 때의 시뮬레이션 조건은 드레싱 공구(21)의 드레싱면을 원형 영역(R1)을 제거하여 원환 영역(R2)만으로 구성하고, 원환 영역(R2)의 내경을 80 mm, 원환 영역(R2)의 외경을 100 mm으로 하고, 다른 조건을 시뮬레이션 결과 A 경우의 조건과 동일하게 했다.

도 11 중의 시뮬레이션 결과 F를 얻었을 때의 시뮬레이션 조건은 드레싱 공구(1)의 드레싱면을 원환 영역(R2)을 제거하여 원형 영역(R1)만으로 구성하고, 원형 영역(R1) 직경을 70 mm로 하고, 다른 조건을 시뮬레이션 결과 A 경우의 조건과 동일하게 했다.

시뮬레이션 결과 E, F는 각각 종래 기술에 해당하는 드레싱 장치 예의 시뮬레이션 결과이다. 한편, 도 11 중의 G는 연마 패드(25)의 드레싱 전의 초기의 두께 분포를 나타낸다.

도 10에 도시하는 시뮬레이션 결과 A∼D에서, D1<D2로 함으로써, D1=D2로 하는 경우에 비해서, 드레싱 후의 연마 패드(25)의 두께를 평탄하게 할 수 있음을 알 수 있다. 특히, 도 10에 도시하는 시뮬레이션의 예에서는, 시뮬레이션 결과 A와 같이, D1/D2=0.25라고 하면, 연마 패드(25)는 거의 완전히 평탄하게 된다.

드레싱 공구(21)의 드레싱면을 원환 영역(R2)만으로 구성한 경우에는, 도 11 중의 시뮬레이션 결과 E와 같이, 위로 볼록한 두께 분포를 얻을 수 있다. 한편, 드레싱 공구(21)의 드레싱면을 원형 영역(R1)만으로 구성한 경우에는, 도 11 중의 시뮬레이션 결과 F와 같이, 아래로 오목한 두께 분포를 얻을 수 있다. 본 발명의 실시예의 시뮬레이션 결과 A∼C에서는, 원환 영역(R2)에 의한 위로 볼록한 두께 분포로 되는 경향과 원형 영역(R1)에 의한 아래로 오목한 두께 분포로 되는 경향이 합성된 두께 분포 특성을 얻을 수 있으며, 그 양자의 기여의 정도가 D1/D2에 의해 결정되고 있는 것으로 생각된다. 도 10에 도시하는 시뮬레이션의 예에서는, D1/D2=0.25인 경우에, 양자의 경향이 서로 거의 완전히 상쇄됨으로써, 거의 완전히 평탄한 두께 분포를 얻을 수 있는 것으로 생각된다.

이상은, 시뮬레이션에 의한 이론 계산에 기초한 것이기 때문에, 현실의 결과에, 시뮬레이션 결과로부터 다소 어긋난다. 그러나, 본 발명자들이 실제로 실험을 한 바, 조건의 수치는 필요에 따라서 적절하게 변경해야 했지만, 시뮬레이션의 경우와 같은 경향을 보이는 실험 결과를 얻을 수 있었다. 실제의 조건은 연마 패드(25)가 드레싱 후에 가장 평탄하게 되도록, 예컨대, D1/D2 등을 적절하게 정하 면 된다. 한편, 평균 분포 밀도(D1, D2)의 값 자체는 이러한 비를 만족하고, 또, 드레싱 후에 연마 패드(25)의 연마면이 원하는 정도로 거칠게 되도록, 다이아몬드 입자(32)의 입자 지름 등을 고려하여 적절하게 정하면 된다.

이상, 도 7에서부터 도 11을 이용하여 설명한 실시예에 따른 발명에 의하면, 드레싱 후의 연마 패드의 연마면을 양호한 정밀도로 평탄하게 할 수 있는 드레싱 공구 및 이것을 이용한 드레싱 장치를 제공할 수 있다.

제3 실시예

도 12는 본 발명의 제3 실시예인 연마 장치를 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다. 도 13은 연마 패드(44)를 드레싱할 때의, 드레싱 공구(51)의 드레싱면 (53)과 연마 패드(44)의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 개략 평면도이다.

본 실시예에 의한 연마 장치는 연마 공구(41)와, 도면의 우측에 나타내어지는 연마 스테이션(연마 존)에 위치한 연마 공구(41)의 아래쪽에 웨이퍼(42)를 유지하는 웨이퍼 홀더(43)와, 연마 공구(41)에 형성한 공급로(도시하지 않음)를 통해 웨이퍼(42)와 연마 공구(41) 사이에 연마제(슬러리)를 공급하는 연마제 공급부(도시하지 않음)와, 도면의 좌측에 나타내어지는 드레싱 스테이션(드레싱 존)에 배치되어 드레싱 스테이션에 위치한 연마 공구(41)의 연마 패드(44)의 연마면을 드레싱하는 드레싱 장치(46)와, 드레싱 스테이션에 배치된 변위계(47)와, 컴퓨터 등으로 이루어지는 제어부(48)와, 제어부(48)에 의한 제어하에서 각 부의 모터를 구동하는 구동부(49)와, 키보드 등의 입력부(50)를 구비하고 있다.

연마 공구(41)는 연마 패드(44)와, 연마 패드(44)에 있어서의 연마면과 반대 측의 면을 지지하는 기판(45)를 갖고 있다. 본 실시예에서는, 연마 패드(44)의 형상은 도 13에 도시한 바와 같이, 회전 중심 부근 부분이 제거된 링형으로 되어 있지만, 이것에 한정되는 것이 아니며, 예컨대, 원판형이라도 좋다. 연마 공구(41)는 액츄에이터로서 전동 모터를 이용한 도시하지 않은 기구에 의해서, 도 12 중의 화살표 A, B, C로 나타낸 바와 같이, 회전, 상하 이동 및 좌우로 요동(왕복운동)할 수 있도록 되어 있다. 또, 연마 공구(41)는 액츄에이터로서 전동 모터를 이용한 도시하지 않은 이동 기구에 의해서, 도 12에 도시한 바와 같이, 연마 스테이션 및 드레싱 스테이션으로 이동할 수 있게 되어 있다.

연마 공구(41)는 로크 가능한 짐벌 기구(55)를 통해, 회전축(56)에 기계적으로 연결되어 있다. 도면에는 나타내어져 있지 않지만, 이 짐벌 지지 구조(55)는 종래부터 이용되고 있는 짐벌 기구와 기본적으로 같은 구성을 갖지만, 전자 액츄에이터로 작동하는 로크 기구도 지니며, 제어부(48)에 의한 제어하에서, 연마 공구(41)를 회전축(56)에 대하여 자유롭게 기울게 하는 상태(짐벌 상태)와, 연마 공구(41)를 회전축(56)에 대하여 고정하여 기울기를 불가능하게 하는 상태(짐벌 로크 상태)를 전환할 수 있도록 구성되어 있다. 짐벌 로크 상태에서는, 기판(45)의 하면(연마 패드 지지면)은 회전축(56)에 대하여 수직이 되도록 되어 있다. 짐벌 기구(55)는 연마 스테이션에서는 짐벌 상태로 되고, 드레싱 스테이션에서는 짐벌 로크 상태로 된다.

웨이퍼(42)는 웨이퍼 홀더(43) 상에 유지되어, 웨이퍼(42)의 상면이 피연마면으로 되어 있다. 웨이퍼 홀더(43)는 액츄에이터로서 전동 모터를 이용한 도시하 지 않은 기구에 의해서, 도 12 중의 화살표 D로 나타낸 바와 같이, 회전할 수 있게 되어 있다.

본 실시예에서는, 연마 공구(41)의 직경이 웨이퍼(42)의 직경보다 작게 되어, 장치 전체의 풋프린트(footprint) 가 작아지고 있는 동시에, 고속·저하중 연마가 용이하게 되고 있다. 다만, 본 발명에서는, 연마 공구(41)의 직경은 웨이퍼 (42)의 직경과 동일하거나 그보다 크더라도 좋다.

여기서, 이 연마 장치에 의한 웨이퍼(42)의 연마에 관해서 설명한다. 연마 공구(41)는 연마 스테이션에 있어서, 회전하면서 요동하여, 웨이퍼 홀더(43) 상의 웨이퍼(42)의 상면에 소정의 압력(하중)으로 압박된다. 웨이퍼 홀더(43)를 회전시키고 웨이퍼(42)도 회전시켜, 웨이퍼(42)와 연마 공구(41) 사이에서 상대운동을 하게 한다. 이 상태에서, 연마제가 연마제 공급부로부터 웨이퍼(42)와 연마 공구(41) 사이에 공급되고, 그 사이에서 확산되어, 웨이퍼(42)의 피연마면을 연마한다. 즉, 연마 공구(41)와 웨이퍼(42)의 상대운동에 의한 기계적 연마와, 연마제의 화학적 작용이 상승적으로 작용하여 양호한 연마가 이루어진다.

드레싱 장치(46)는 드레싱 공구(51)를 갖추고 있다. 본 실시예에서는, 드레싱 공구(51)는 상면의 외주측의 링형 부분이 한층 높은 평면으로서 구성된 원판형의 공구 본체(52)를 지니고, 이 한층 높은 링형 부분의 상면에 다이아몬드 등의 지립이 분포된 구조를 가지고 있다. 이 지립이 분포된 링형 영역이, 드레싱면(53)을 구성하고 있다. 다만, 드레싱 공구(51)의 구성은 이러한 구성에 한정되는 것이 아니다. 또, 드레싱면(53)은 링형에 한정되는 것이 아니라, 예컨대 원 형상이도 좋 다.

또, 본 실시예에서는, 드레싱 장치(46)는 드레싱 공구(51)를 화살표 E로 나타낸 바와 같이 회전시키는 회전 기구(61)와, 드레싱면(53)의 화살표 F 방향의 기울기를 조정하여 설정할 수 있는 기울기 조정 기구(62)를 구비하고 있다.

기울기 조정 기구(62)는 베이스(63)에 고정된 브래킷(64)과, 브래킷(64)에 축(65)에 의해서 틸팅 가능하게 지지된 틸팅 부재(66)와, 도시하지 않은 액츄에이터로서의 전동 모터를 지니고, 상기 전동 모터를 작동시킴으로써 틸팅 부재(66)가 틸팅되는 동시에 상기 전동 모터를 정지시키면, 그 위치에서 틸팅 부재(66)가 유지되도록 되어 있다. 단, 기울기 조정 기구(62)는 이러한 구조에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 구조를 채용할 수 있음은 물론이다. 도면에는 상세히 나타내고 있지 않지만, 틸팅 부재(66)에는 회전 기구(61)의 베이스측이 고정되고, 회전 기구(61)의 회전측이 드레싱 공구(51)의 공구 본체(62)에 고정되어 있다. 회전 기구(61)는 액츄에이터로서 전동 모터(도시하지 않음)를 갖고 있다.

기울기 조정 기구(62)의 축(65)은 도 12 중의 지면에 수직인 방향으로 뻗고 있으며, 도 13에 도시하는 직선 G(도 13에 도시하는 드레싱을 할 때에 있어서의 연마 패드(44)의 중심(O1) 및 드레싱 공구(51)의 드레싱면(53)의 중심(O2)을 지나는 직선)에 대하여 직교하는 방향으로 뻗고 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 이 축(65)의 축선 둘레(화살표 F 방향)의 드레싱면(53)의 기울기를 조정하여 설정할 수 있게 되어 있다. 드레싱면(53)의 이 방향 F의 기울기를 조정할 수 있는 것이 가장 바람직하지만, 이 방향이 아니라 다른 방향의 기울기를 조정할 수 있게 기울기 조정 기구(62)를 구성하더라도 좋다. 또, 본 실시예에서는, 기울기 조정 기구(62)는 상술한 바와 같이 드레싱면(53)의 기울기를 조정하여 설정할 수 있도록 구성되어 있지만, 반대로, 연마 공구(41) 쪽의 기울기를 조정하여 설정할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

연마 패드(44)의 연마면(본 실시예에서는, 하면)의 드레싱은 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 드레싱 스테이션에 위치한 연마 공구(41)의 연마 패드(44)가, 하중을 건 상태에서 드레싱 공구(51)의 드레싱면(53)에 접촉하여 압박되고, 연마 공구(41) 및 드레싱 공구(51)가 각각 화살표 A, E로 나타낸 바와 같이 회전됨으로써, 연마와 같은 식으로 행해진다. 다만, 연마 공구(41)의 화살표 C 방향의 요동은 이루어지지 않고 있다. 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 이 드레싱은 드레싱면(53)의 일부가 연마 패드(44)에서부터 그 외주측 및 내주측으로 비어져 나온 상태에서 이루어진다. 이 드레싱 중에는 짐벌 기구(55)는 짐벌 로크 상태로 되고, 또한, 기울기 조정 기구(62)는 미리 설정된 드레싱 공구(51)의 드레싱면(53)의 기울기가 그대로 유지된다. 따라서, 연마 패드(44)의 드레싱 중에는 연마 공구(41)의 기판(45)의 연마 패드 지지면(하면)을 기준으로 한 드레싱면(53)의 상대적인 기울기가 변하는 일은 없다.

본 실시예에서는, 드레싱 스테이션에 배치된 변위계(47)가, 연마 패드(44)의 연마면의 표면 형상에 따른 정보를 얻는 계측부를 구성하고 있다. 변위계(47)는 제어부(48)에 의한 제어하에서 이 정보를 얻는다. 본 실시예에서는, 도면에는 나타내고 있지 않지만, 변위계(47)로서 시판되는 접촉침접촉식 변위계가 이용되어, 촉침( 觸針)이 연마 패드(44)의 연마면에 접촉하여 그 높이에 따라서 위아래로 움직여, 촉침을 연마 패드(44)의 반경 방향으로 슬라이드시킴으로써, 연마 패드(44)의 연마면의 표면 형상을 측정할 수 있게 되고 있다. 또, 연마 패드(44)의 동일 반경의 원주상의 각 위치의 높이는 실질적으로 동일하게 되기 때문에, 연마 패드(44)의 어느 반경에 따른 1 라인 상의 각 위치의 높이를 측정하는 것만으로 좋다. 변위계(47)로서, 접촉침접촉식 변위계 대신에, 예컨대 광학식 변위계 등을 이용하더라도 좋다.

제어부(48)는 통상 제어로서, 연마 스테이션에 있어서 앞서 말한 연마 동작을 하도록 각 부를 제어하고, 소정의 빈도로 드레싱 스테이션에 있어서 앞서 말한 드레싱을 행하도록 각 부를 제어한다.

또, 제어부(48)는 도 14에 도시하는 기울기 조정 제어도 실행한다. 도 14는 기울기 조정 제어의 동작을 도시하는 개략 흐름도이다. 제어부(48)는 오퍼레이터의 조작에 의한 입력부(50)로부터의 기울기 조정 지령 신호에 응답하여, 기울기 조정 제어를 시작한다. 이 지령 신호는 예컨대, 드레싱 공구(51)를 새로운 것으로 교환했을 때에 부여하면 된다. 다만, 동일한 드레싱 공구(51)를 사용하고 있는 기간중이라도, 소정의 빈도로 기울기 조정 지령 신호를 부여하더라도 좋다. 기울기 조정 지령 신호는 오퍼레이터가 입력부(50)로부터 부여하는 것은 아니라, 예컨대, 제어부(48) 자신이 미리 설정된 빈도에 따른 시기를 판단하여 자동적으로 발생하도록 하더라도 좋다.

제어부(48)는 기울기 조정 제어를 시작하면, 우선, 상술한 연마 패드(44)의 드레싱을 실행하게 한다(단계 S1). 이 드레싱이 종료되면, 제어부(48)는 변위계(47)에, 제어 신호를 부여하여 상술한 연마 패드(44)의 표면 형상을 계측하고, 그 표면 형상 데이터를 받아들인다(단계 S2). 이 표면 형상을 계측할 때에는 예컨대, 드레싱 공구(51)의 회전을 정지시키고, 연마 패드(44)의 연마면을 드레싱 공구(51)의 드레싱면(53)으로부터 뜨게 하여, 연마 공구(41)를 회전시킨 상태에서 행한다.

이어서, 제어부(48)는 단계 S2에서 가장 새로이 받아들인 표면 형상이, 이상적인 완전히 평탄한 표면 형상에 대하여 미리 정한 허용 범위내의 표면 형상인지의 여부를 판정함으로써, 기울기 조정 기구(62)에 의해 현재 설정되어 있는 드레싱 공구(51)의 드레싱면(53)의 기울기가 원하는 기울기인지를 판정한다 (단계 S3).

단계 S3에서 허용 범위 내의 표면 형상이 아니다(즉, 현재의 드레싱면(53)의 기울기가 원하는 기울기가 아님)라고 판정되면, 제어부(48)는 드레싱 후의 표면 형상이 허용 범위내의 표면 형상이 되도록 또는 그 표면 형상에 근접하는 기울기가 되도록, 기울기 조정 기구(62)를 작동시켜 드레싱면(53)의 기울기를 조정시켜, 그 기울기로 설정하여(단계 S4), 단계 S1로 되돌아간다. 한편, 표면 형상과 드레싱면(53)의 기울기의 관계로서 실험 데이터 등으로부터 구한 식 또는 룩업테이블을 이용함으로써, 필요한 기울기의 조정량을 구하는 것이 가능하다. 또는, 기울기의 조정량을 어느 정도 작은 일정량으로 하여, 기울기의 증감 방향만 단계 S2에서 얻은 표면 형상으로부터 구하도록 하더라도 좋다.

한편, 단계 S3에서 허용 범위 내의 표면 형상이라고 판정되면, 제어부(48)는 기울기 조정 제어를 종료하고, 앞서 말한 통상 제어를 한다.

본 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 연마 패드(44)의 드레싱 중에는 연마 공구(41)의 기판(45)의 연마 패드 지지면(하면)을 기준으로 한 드레싱면(53)의 상대적인 기울기가, 기울기 조정 기구(62)에 의해 사전에 조정되어 설정된 기울기로 유지된다. 그리고, 제어부(48)에 의한 상술한 기울기 조정 제어의 결과, 최종적으로 설정된 드레싱면(53)의 상대적인 기울기는 연마 공구(41)의 회전축과 드레싱 공구(51)의 회전축의 기울기 차의 영향이 배제되어, 이상적인 완전히 평탄한 표면 형상에 대하여 최대한 가까운 연마 패드(44)의 표면 형상을 얻을 수 있는 기울기로 조정하여 설정된다.

따라서, 본 실시예에 따르면, 짐벌 기구에 의한 각도 추종성을 이용한 연마 패드의 드레싱 기술에 있어서, 연마 패드의 평탄화 향상을 방해하고 있었던 요인이 해소되고, 더구나, 연마 공구(41)의 회전축과 드레싱 공구(51)의 회전축의 기울기 차의 영향이 완전히 배제된다. 이 때문에, 본 실시예에 따르면, 종래에 비해서, 연마 패드(44)를 보다 높은 정밀도로 평탄하게 드레싱할 수 있다. 그리고, 본 실시예에 따르면, 이와 같이 높은 정밀도로 평탄하게 드레싱된 연마 패드(44)에 의해서, 연마 스테이션에서 웨이퍼(42)가 연마되기 때문에, 웨이퍼(42)를 높은 정밀도로 평탄하게 연마할 수 있다.

한편, 본 실시예에 있어서, 드레싱 공구(51)를, 도 7에 도시하는 드레싱 공구(21) 대신에 사용하더라도 좋다. 이와 같이 하면, 이상에 설명한 것과 같은 본 실시예의 효과와, 상기 제2 실시예에서 설명한 것과 같은 드레싱 공구(21)를 특수한 구조로 한 효과를 아울러 얻을 수 있다.

제4 실시예

도 15는 본 발명의 제4 실시예인 드레싱 장치를 모식적으로 도시하는 개략 구성도이다. 도 16은 드레싱 공구(72)의 드레싱면(84)과 연마 패드(44)의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 개략 평면도이다.

상기 제3 실시예에서는, 드레싱 장치(46)는 연마 장치에 세팅되고 있었다. 또, 제3 실시예에서는 기울기 조정 기구(62)에 의한 기울기 조정이 자동화되어 있었다.

이에 대하여, 본 실시예에 의한 드레싱 장치는 연마 장치와 독립적으로 구성되어 있다. 또, 본 실시예에서는, 기울기 조정 기구에 의한 기울기 조정을 오퍼레이터가 수동으로 행하도록 구성되어 있다.

본 실시예에 의한 드레싱 장치는 예컨대, 상기 제3 실시예에 의한 도 12에 도시하는 연마 장치에 있어서 드레싱 장치(46)를 제거한 연마 장치에서 사용되는 연마 패드(44)의 연마면(도 15 중의 하면)을 드레싱한다.

본 실시예에 의한 드레싱 장치는 연마 패드(44)를 진공 흡착 등에 의해 유지하는 패드 홀더(71)와, 드레싱 공구(72)와, 기울기 조정 기구(73)와, 상하 이동 기구(74)와, 변위계(75)와, 표시부(76)를 구비하고 있다.

패드 홀더(71)는 연마 패드(44)에 있어서의 연마면과 반대측의 면을 지지하는 원판형의 기판(81)를 갖고 있다. 본 실시예에서도, 연마 패드(44)의 형상은 도 16에 도시한 바와 같이, 회전 중심 부근 부분이 제거된 링형으로 되어 있지만, 이에 한정되는 것이 아니라, 예컨대, 원판형이라도 좋다. 패드 홀더(71)는 액츄에이 터로서 전동 모터를 이용한 도시하지 않은 기구에 의해서, 도 15 및 도 16 중의 화살표 H로 도시한 바와 같이, 회전할 수 있게 되어 있다. 패드 홀더(71)는 상하 이동이나 요동은 하지 않는다. 패드 홀더(71)는 짐벌 기구를 통하지 않고서 회전축(72)에 고정되어 있다. 따라서, 패드 홀더(71)는 기울기 불가능이다.

본 실시예에서는, 드레싱 공구(72)는 직방체형의 공구 본체(83)를 지니고, 그 상면의 전체에 다이아몬드 등의 지립이 분포된 구조를 가지고 있다. 이 지립이 분포된 직사각형 형상 영역이, 드레싱면(84)을 구성하고 있다. 다만, 드레싱 공구(72)의 구성이나 드레싱면(74)의 형상은 이러한 구성이나 형상에 한정되는 것은 아니다.

기울기 조정 기구(73)는 드레싱면(84)의 화살표 J 방향의 기울기를 조정하여 설정할 수 있도록 구성되어 있다. 기울기 조정 기구(73)는 베이스측 부재(85)에 고정된 브래킷(86)과, 브래킷(86)에 축(87)에 의해서 틸팅 가능하게 지지된 틸팅 부재(88)와, 조정 나사(89)와, 부재(85)에 고정되어 조정 나사(89)를 회동 가능하게 지지하는 지지 부재(90)와, 조정 나사(89)가 나사 결합되어 부재(85) 위를 도 15 중의 화살표 K로 나타낸 바와 같이 좌우 이동할 수 있는 좌우 이동 부재(91)와, 틸팅 부재(88)를 조정한 기울기로 브래킷(86)에 대하여 로크 및 그 해제를 하는 로크 나사(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 좌우 이동 부재(91)의 상면 및 틸팅 부재 (88)의 선단측의 하면은 서로 결합하는 테이퍼면으로 되어 있다. 이 기울기 조정 기구(73)에서는 오퍼레이터가 상기 로크 나사를 해제하여 조정 나사(89)를 한쪽 또는 다른 쪽으로 회동하면, 그 회동 방향 및 양에 따라서 좌우 이동 부재(91)가 좌 우 이동한다. 좌우 이동 부재(91) 및 틸팅 부재(88)의 테이퍼면이 결합하고 있기 때문에, 좌우 이동 부재(91)의 좌우 이동에 따라서, 틸팅 부재(88)의 도 15 중의 화살표 J 방향의 기울기가 결정된다. 틸팅 부재(88)와 드레싱 공구(72)의 공구 본체(73)는 연결 부재(92)를 통해 고정되어 있다. 따라서, 오퍼레이터는 상기 로크 나사를 해제하여 조정 나사(89)를 한쪽 또는 다른 쪽으로 회동함으로써, 드레싱면 (84)의 화살표 J 방향의 기울기를 조정할 수 있고, 그 조정 후에 상기 로크 나사로 로크함으로써, 그 기울기를 유지하게 할 수 있다. 다만, 기울기 조정 기구(73)는 이러한 구조에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 구조를 채용할 수 있음은 물론이다.

기울기 조정 기구(73)의 축(87)은 도 15 중의 지면에 수직인 방향으로 뻗고 있으며, 도 16에 도시하는 직선 M(도 16에 도시하는 드레싱을 할 때에 있어서의 연마 패드(44)의 중심(O1) 및 드레싱 공구(72)의 드레싱면(84)의 중심(O3)을 지나는 직선)에 대하여 직교하는 방향으로 뻗고 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 이 축(87)의 축선 둘레(화살표 J 방향)의 드레싱면(84)의 기울기를 조정하여 설정할 수 있게 되고 있다. 드레싱면(84)의 이 방향 J의 기울기를 조정할 수 있는 것이 가장 바람직하지만, 이 방향이 아니라 다른 방향의 기울기를 조정할 수 있게 기울기 조정 기구(73)를 구성하더라도 좋다. 또, 본 실시예에서는, 기울기 조정 기구(73)는 상술한 바와 같이 드레싱면(84)의 기울기를 조정하여 설정할 수 있도록 구성되어 있지만, 반대로, 패드 홀더(71) 쪽의 기울기를 조정하여 설정할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.

상하 이동 기구(74)는 실린더로 구성되어 있다. 즉, 상하 기구(34)는 베이스 (93)에 고정된 실린더 튜브(94)와, 실린더 튜브(94) 내에 그 축 방향(상하 방향)으로 활주 가능하게 끼워 맞춰진 피스톤(95)과, 피스톤(95)에 연결되어 실린더 튜브(94)를 관통하여 상측으로 뻗는 피스톤 로드(96)를 갖고 있다. 로드(96)의 상단은 부재(85)에 고정되어 있다. 실린더 튜브(94) 내에 있어서의 피스톤(95)에 의해 구획되는 양측 실의 급배기 및 그 압력을 적절하게 설정함으로써, 피스톤 로드(96)가 화살표 L 방향으로 상하 이동하는 동시에, 드레싱 공구(72)의 드레싱면 (84)의 연마 패드(44)에 대하는 압박력을 결정할 수 있다.

변위계(75)는 도 12 중의 변위계(47)와 마찬가지로 연마 패드(44)의 연마면의 표면 형상에 따른 정보를 얻는 계측부를 구성하고 있으며, 변위계(47)와 같은 것을 이용할 수 있다. 표시부(76)는 변위계(75)에 의해 계측된 표면 형상을 표시한다.

본 실시예에 따르면, 연마 패드(44)의 연마면(본 실시예에서는, 하면)의 드레싱은 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 상하 이동 기구(74)에 의해 상측으로 이동시켜, 연마 패드(44)가, 하중을 건 상태에서 드레싱 공구(72)의 드레싱면(84)에 접촉하여 압박되고, 패드 홀더(71)가 화살표 H로 나타낸 바와 같이 회전됨으로써, 이루어진다. 도 15 및 도 16에 도시한 바와 같이, 이 드레싱은 드레싱면(84)의 일부가 연마 패드(44)로부터 그 외주측 및 내주측으로 비어져 나온 상태에서 이루어진다. 이 드레싱 중에는 패드 홀더(71)의 기울기는 불변이며, 또한, 기울기 조정 기구(73)는 미리 설정된 드레싱 공구(72)의 드레싱면(84)의 기울기가 그대로 유지 된다. 따라서, 연마 패드(44)의 드레싱 중에는 패드 홀더(71)의 기판(81)의 연마 패드 지지면(하면)을 기준으로 한 드레싱면(84)의 상대적인 기울기가 변하는 일은 없다.

본 실시예에서는, 앞서 말한 도 12 중의 제어부(48)의 도 14에 도시하는 기울기 조정 제어 기능에 거의 대응하는 기능을, 오퍼레이터가 담당한다. 즉, 오퍼레이터는 우선, 앞서 말한 드레싱 동작을 하게 한다. 이 드레싱이 종료되면, 오퍼레이터는 변위계(75)를 이용하여 연마 패드(44)의 표면 형상을 계측하고, 계측된 표면 형상을 표시부(76)에 표시하게 한다. 그리고, 오퍼레이터는 표시부(76)에 표시된 표면 형상을 보고, 이 표면 형상이 이상적인 완전히 평탄한 표면 형상에 대하여 미리 정한 허용 범위 내의 표면 형상인지의 여부를 판정함으로써, 기울기 조정 기구(73)에 의해 현재 설정되어 있는 드레싱 공구(72)의 드레싱면(84)의 기울기가 원하는 기울기인지를 판정한다. 허용 범위 내의 표면 형상이 아닌 경우는 오퍼레이터는, 표시부(76)에 표시된 표면 형상에 기초하여, 드레싱 후의 표면 형상이 허용 범위 내의 표면 형상으로 되는 또는 그 표면 형상에 근접하는 기울기가 되도록, 기울기 조정 기구(73)에 의해 드레싱면(84)의 기울기를 조정하여, 그 기울기로 설정하며, 이상의 동작을, 계측되여 표시된 표면 형상이 허용 범위 내의 표면 형상으로 될 때까지, 반복한다. 허용 범위 내의 표면 형상으로 되면, 드레싱면(84)의 기울기 조정이 완료되고, 또, 상기 연마 패드(44)의 드레싱이 완료한 것으로 된다.

본 실시예에 따르면, 오퍼레이터의 작업이 필요하기 때문에, 상기 제3 실시예의 경우에 비하면, 약간 번거롭지만, 상기 제1 실시예와 마찬가지로, 종래에 비 해서, 연마 패드(44)를 보다 높은 정밀도로 평탄하게 드레싱할 수 있다.

그런데, 상기 제3 실시예에 있어서, 도 12 중의 기울기 조정 기구(62) 및 회전 기구(61) 대신에, 도 15 중의 기울기 조정 기구(73) 및 연결 부재(92)를 설치하더라도 좋다. 반대로, 상기 제4 실시예에 있어서, 도 15 중의 기울기 조정 기구 (73) 및 연결 부재(92) 대신에, 도 12 중의 기울기 조정 기구(62) 및 회전 기구 (61)를 설치하더라도 좋다. 이 경우, 앞서 말한 오퍼레이터의 조작에 해당하는 제어 순서를 실행하는 제어부나 입력부를 설치하면, 연마 장치와 독립된 드레싱 장치에 있어서도 자동화를 도모할 수 있다. 이와 같이 독립된 드레싱 장치에 있어서 자동화를 도모한 경우, 반드시 그 드레싱 장치 중에 변위계(75)를 설치해 둘 필요는 없다. 이 경우, 패드 홀더(71)로부터 연마 패드(44)를 일단 떼어낸 상태에서, 그 드레싱 장치로부터 독립된 별도의 변위계로 상기 연마 패드(44)의 연마면의 표면 형상을 계측하여, 그 데이터를 입력부에서 제어부로 입력하면 된다.

또, 상기 제3 실시예에 의한 도 12에 도시하는 연마 장치에 있어서 드레싱 장치(46)를 떼어낸 연마 장치에 있어서, 상기 제4 실시예에 의한 드레싱 장치에 의해 드레싱된 연마 패드(44)를 사용하는 것은 본 발명의 다른 실시예에 의한 연마 장치가 된다.

제5 실시예

도 17은 본 발명의 실시예인 반도체 디바이스 제조 프로세스를 나타내는 흐름도이다. 반도체 디바이스 제조 프로세스를 시작하여, 우선 단계 S200에서, 다음에 예로 드는 단계 S201∼S204 중에서 적절한 처리 공정을 선택한다. 선택에 따라 서, 단계 S201∼S204 중 어느 것으로 진행한다.

단계 S201은 실리콘 웨이퍼의 표면을 산화시키는 산화 공정이다. 단계 S202는 CVD 등에 의해 실리콘 웨이퍼 표면에 절연막을 형성하는 CVD 공정이다. 단계 S203은 실리콘 웨이퍼 상에 전극막을 증착 등의 공정으로 형성하는 전극 형성 공정이다. 단계 S204는 실리콘 웨이퍼에 이온을 주입하는 이온 주입 공정이다.

CVD 공정 또는 전극 형성 공정 후에, 단계 S209로 진행하여, CMP 공정을 실시할지의 여부를 판단한다. 실시하지 않는 경우는 단계 S206으로 진행하지만, 실시하는 경우는 단계 S205로 진행한다. 단계 S205는 CMP 공정이며, 이 공정에서는, 본 발명에 따른 연마 장치를 이용하여, 층간 절연막의 평탄화나, 반도체 디바이스 표면의 금속막의 연마에 의한 상감(damascene)의 형성 등이 이루어진다.

CMP 공정 또는 산화 공정 후에 단계 S206으로 진행한다. 단계 S206은 포토리소그래피 공정이다. 포토리소그래피 공정에서는 실리콘 웨이퍼에의 레지스트의 도포, 노광 장치를 이용한 노광에 의한 실리콘 웨이퍼로의 회로 패턴의 베이킹, 노광한 실리콘 웨이퍼의 현상이 이루어진다. 또한 다음 단계 S207은 현상한 레지스트 상 이외의 부분을 에칭에 의해 깎고, 그 후 레지스트 박리를 하여, 에칭이 끝나 불필요하게 된 레지스트를 제거하는 에칭 공정이다.

이어서 단계 S208에서 필요한 전체 공정이 완료되었는지를 판단하여, 완료되지 않았으면 단계 S200으로 되돌아가, 앞의 단계를 반복하여, 실리콘 웨이퍼 상에 회로 패턴이 형성된다. 단계 S208에서 전체 공정이 완료되었다고 판단되면 종료가 된다.

본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조 방법에서는, CMP 공정에 있어서 본 발명에 따른 연마 장치를 이용하고 있기 때문에, 웨이퍼를 높은 정밀도로 평탄하게 연마할 수 있다. 이 때문에, CMP 공정에서의 수율이 향상되어, 종래의 반도체 디바이스 제조 방법에 비해서 낮은 비용으로 반도체 디바이스를 제조할 수 있다고 하는 효과가 있다.

한편, 상기한 반도체 디바이스 제조 프로세스 이외의 반도체 디바이스 제조 프로세스의 CMP 공정에 본 발명에 따른 연마 장치를 이용하더라도 좋다.

본 발명에 따른 반도체 디바이스 제조 방법은 이에 따라, 종래의 반도체 디바이스 제조 방법에 비해서 저비용으로 반도체 디바이스를 제조할 수 있어, 반도체 디바이스의 제조 원가를 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 드레싱 공구, 드레싱 장치는 연마 장치의 연마 패드의 연마 등에 사용할 수 있다. 또, 본 발명의 가공 장치는 예컨대 연마 장치로서, 반도체 디바이스 제조 공정에 있어서, 웨이퍼의 연마에 사용할 수 있다. 또한, 본 발명의 반도체 디바이스 제조 방법은 미세한 패턴을 갖는 반도체 디바이스의 제조에 사용할 수 있다.

Claims (37)

1. 도넛 원반형 또는 원반형의 가공면을 갖는 가공 공구의 드레싱을 행하는 드레싱 공구로서, 상기 가공 공구의 가공면에 접촉하여 드레싱을 실시하는 대략 직사각형 형상의 드레싱면을 지니고, 상기 드레싱면은 그 드레싱면의 상기 대략 직사각형의 짧은 변 방향 중심선이, 드레싱을 행할 때, 상기 가공 공구의 상기 도넛 원반 또는 원반의 중심을 지나는 반경 방향에 일치하도록 배치되어 있고,

   상기 짧은 변 방향 중심선과 평행하게 연장되는 상기 대략 직사각형의 양쪽 긴 변의 형상이, 상기 드레싱면을 상기 가공면에 접속시켰을 때, 상기 가공면과 상기 드레싱면의 접촉 길이가 상기 가공면의 모든 직경 방향 위치에서 같아지는 형상인 것을 특징으로 하는 드레싱 공구.
2. 삭제
3. 도넛 원반형 또는 원반형의 가공면을 갖는 가공 공구를 유지하여 상기 가공면에 수직이며 상기 도넛 원반 또는 원반의 중심을 지나는 축을 중심으로 회전시키는 가공 공구 유지 기구와, 제1항에 기재한 드레싱 공구를 구비하는 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 드레싱 공구를 여러 개 구비하고, 이들 복수의 드레싱 공구가 동시에 상기 가공면을 드레싱하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
5. 제1항에 기재한 드레싱 공구로부터 드레싱된 상기 가공 공구를 갖는 가공 장치.
6. 제3항에 기재한 드레싱 장치에 의해 드레싱된 상기 가공 공구를 갖는 가공 장치.
7. 원형의 외주를 갖는 가공 공구의 가공면을 드레싱하기 위한 드레싱 공구로서, 제1 단위 면적당 절삭 능력을 갖는 원형 영역과, 상기 제1 단위 면적당 절삭 능력보다 높은 제2 단위 면적당 절삭 능력을 갖는, 상기 원형 영역에 대하여 동심형의 원환 영역으로 구성된 드레싱면을 갖추고, 상기 드레싱면의 상기 원형 영역의 직경이, 상기 가공면의 반경 내의 유효 사용 폭보다 크고, 상기 드레싱면의 상기 원환 영역의 외경이 상기 가공면의 외경의 대략 반인 것을 특징으로 하는 드레싱 공구.
8. 원형의 외주를 갖는 가공 공구의 가공면을 드레싱하기 위한 드레싱 공구로서, 제1 평균 분포 밀도로 지립(砥粒)이 분포된 원형 영역과, 상기 제1 평균 분포 밀도보다 높은 제2 평균 분포 밀도로 지립이 분포된, 상기 원형 영역에 대하여 동 심형의 원환 영역으로 구성된 드레싱면을 갖추고, 상기 드레싱면의 상기 원형 영역의 직경이 상기 가공면의 반경 내의 유효 사용 폭보다 크고, 상기 드레싱면의 상기 원환 영역의 외경이 상기 가공면의 외경의 대략 반인 것을 특징으로 하는 드레싱 공구.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 평균 분포 밀도가 상기 제2 평균 분포 밀도의 10%∼50%인 것을 특징으로 하는 드레싱 공구.
10. 제7항에 기재한 드레싱 공구와, 이 드레싱 공구를 회전시키는 회전 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
11. 반도체 디바이스가 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 평탄하게 연마하는 CMP 장치에 이용되는 기판에 지지된 연마 패드의 연마면과 면 형상으로 다이아몬드 지립이 분포된 드레싱면을 갖는 드레싱 공구의 드레싱면을 접촉시켜, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시킴으로써, 상기 연마면을 드레싱하는 드레싱 방법으로서, 상기 기판을 기준으로 상기 드레싱면의 상대적인 기울기를 원하는 기울기로 조정하여 설정하는 설정 단계와, 상기 설정 단계에서 설정된 상기 상대적인 기울기를 유지하면서 상기 연마면을 드레싱하는 드레싱 단계를 구비하며,

    상기 설정 단계는, 상기 연마면의 표면 형상에 따른 정보를 얻는 단계와, 상기 정보에 기초하여 상기 상대적인 기울기를 조정하여 설정하는 단계를 포함하고,

    상기 연마면의 표면 형상에 따른 정보를 취득하는 계측부가, 상기 기판을 기준으로 한 상기 드레싱면의 상대적인 기울기를 원하는 기울기로 조정하는 기울기 조정 기구와는 독립되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
12. 삭제
13. 제11항에 있어서, 상기 설정 단계 및 상기 드레싱 단계를, 상기 연마면의 표면 형상이 허용 범위 내의 표면 형상으로 될 때까지 교대로 여러 번씩 반복하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 드레싱 단계의 상기 연마면의 드레싱이, 상기 드레싱면의 일부가 상기 연마면의 주위에서 비어져 나온 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 상대적인 기울기는 상기 연마면의 중심 부근 및 상기 드레싱면의 중심 부근을 지나는 직선에 대하여 거의 직교하는 소정의 축선 둘레의 기울기인 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
16. 반도체 디바이스가 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 평탄하게 연마하는 CMP 장치에 이용되는 기판에 지지된 연마 패드의 연마면과 면 형상으로 다이아몬드 지립이 분포된 드레싱면을 갖는 드레싱 공구의 드레싱면을 접촉시켜, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시킴으로써, 상기 연마면을 드레싱하는 드레싱 장치로서,

    상기 기판을 기준으로 상기 드레싱면의 상대적인 기울기를 원하는 기울기로 조정하여 설정할 수 있는 기울기 조정 기구와,

    상기 기울기 조정 기구에 의해 설정된 상기 상대적인 기울기를 유지하면서, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시켜 상기 연마면을 드레싱하는 이동 기구와,

    상기 연마면의 표면 형상에 따른 정보에 기초하여, 상기 상대적인 기울기가 원하는 기울기가 되도록, 상기 기울기 조정 기구를 작동시키는 제어부와,

    상기 정보를 취득하는 계측부를 포함하고 있으며,

    상기 계측부는 상기 기울기 조정 기구와는 독립되어 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
17. 제16항에 있어서, 원형의 외주를 갖는 연마 패드의 연마면을 드레싱하는 것으로, 상기 드레싱 공구가, 제1 단위 면적당 절삭 능력을 갖는 원형 영역과, 상기 제1 단위 면적당 절삭 능력보다 높은 제2 단위 면적당 절삭 능력을 갖는, 상기 원형 영역에 대하여 동심형의 원환 영역으로 구성된 드레싱면을 갖추고, 상기 드레싱면의 상기 원형 영역의 직경이, 상기 연마면의 반경 내의 유효 사용 폭보다 크고, 상기 드레싱면의 상기 원환 영역의 외경이 상기 연마면의 외경의 대략 반인 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
18. 삭제
19. 삭제
20. 반도체 디바이스가 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 평탄하게 연마하는 CMP 장치에 이용되는 기판에 지지된 연마 패드의 연마면과 면 형상으로 다이아몬드 지립이 분포된 드레싱면을 갖는 드레싱 공구의 드레싱면을 접촉시켜, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시킴으로써, 상기 연마면을 드레싱하는 드레싱 장치로서,

    상기 기판을 기준으로 상기 드레싱면의 상대적인 기울기를 원하는 기울기로 조정하여 설정할 수 있는 기울기 조정 기구와,

    상기 기울기 조정 기구에 의해 설정된 상기 상대적인 기울기를 유지하면서, 상기 기판과 상기 드레싱 공구를 상대 이동시켜 상기 연마면을 드레싱하는 이동 기구와,

    상기 연마면의 표면 형상에 따른 정보를 취득하며 상기 기울기 조정 기구와 독립되어 설치되어 있는 계측부와,

    소정의 지령 신호에 응답하여, (i) 상기 이동 기구를 작동시켜 상기 드레싱을 하게 하고,

    (ii) 상기 (i)에 의한 드레싱 후에 상기 계측부에 의해 취득된 상기 정보에 기초하여, 현재 설정되어 있는 상기 상대적인 기울기가 원하는 기울기인지 여부를 판정하며,

    (iii) 상기 (ii)에서 원하는 기울기라고 판정한 경우에는 상기 상대적인 기울기의 조정을 종료하고,

    (iv) 상기 (ii)에서 원하는 기울기가 아니라고 판정한 경우에는, 상기 상대적인 기울기가 원하는 기울기 또는 이것에 근접한 기울기가 되도록, 상기 기울기 조정 기구를 작동시킨 후에, 상기 (i) 이후의 동작을 반복하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
21. 제20항에 있어서, 원형의 외주를 갖는 연마 패드의 연마면을 드레싱하는 것으로서, 상기 드레싱 공구가, 제1 단위 면적당 절삭 능력을 갖는 원형 영역과, 상기 제1 단위 면적당 절삭 능력보다 높은 제2 단위 면적당 절삭 능력을 갖는 상기 원형 영역에 대하여 동심형의 원환 영역으로 구성된 드레싱면을 갖추고, 상기 드레싱면의 상기 원형 영역의 직경이 상기 연마면의 반경 내의 유효 사용 폭보다 크고, 상기 드레싱면의 상기 원환 영역의 외경이 상기 연마면의 외경의 대략 반인 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
22. 제16항에 있어서, 상기 연마면의 드레싱은 상기 드레싱면의 일부가 상기 연마면의 주위에서 비어져 나온 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
23. 제20항에 있어서, 상기 연마면의 드레싱은 상기 드레싱면의 일부가 상기 연마면의 주위에서 비어져 나온 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
24. 제16항에 있어서, 상기 상대적인 기울기는 상기 연마면의 중심 부근 및 상기 드레싱면의 중심 부근을 지나는 직선에 대하여 거의 직교하는 소정의 축선 둘레의 기울기인 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
25. 제20항에 있어서, 상기 상대적인 기울기는 상기 연마면의 중심 부근 및 상기 드레싱면의 중심 부근을 지나는 직선에 대하여 거의 직교하는 소정의 축선 둘레의 기울기인 것을 특징으로 하는 드레싱 장치.
26. 가공면을 갖는 가공 공구와, 피가공물을 유지하는 유지부를 구비하고, 상기 가공 공구의 상기 가공면과 상기 피가공물 사이에 하중을 가하여, 상기 가공 공구 및 상기 피가공물을 상대 이동시킴으로써, 상기 피가공물을 가공하는 가공 장치로서, 상기 가공면이 제11항에 기재한 드레싱 방법에 의해 드레싱된 것을 특징으로 하는 가공 장치.
27. 가공면을 갖는 가공 공구와, 피연마물을 유지하는 유지부를 구비하고, 상기 가공 공구의 상기 가공면과 상기 피연마물 사이에 하중을 가하여, 상기 연마 공구 및 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써, 상기 피가공물을 가공하는 가공 장치로서, 상기 가공면이 제16항에 기재한 드레싱 장치로부터 드레싱된 것을 특징으로 하는 가공 장치.
28. 가공면을 갖는 가공 공구와, 피연마물을 유지하는 유지부를 구비하고, 상기 가공 공구의 상기 가공면과 상기 피연마물 사이에 하중을 가하여, 상기 연마 공구 및 상기 피연마물을 상대 이동시킴으로써, 상기 피가공물을 가공하는 가공 장치로서, 상기 가공면이 제20항에 기재한 드레싱 장치로부터 드레싱된 것을 특징으로 하는 가공 장치.
29. 가공면을 갖는 가공 공구와, 피가공물을 유지하는 유지부를 구비하고, 상기 가공 공구의 상기 가공면과 상기 피가공물 사이에 하중을 가하여, 상기 가공 공구 및 상기 피가공물을 상대 이동시킴으로써, 상기 피가공물을 가공하는 가공 장치로서, 제16항에 기재한 드레싱 장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 가공 장치.
30. 가공면을 갖는 가공 공구와, 피가공물을 유지하는 유지부를 구비하고, 상기 가공 공구의 상기 가공면과 상기 피가공물 사이에 하중을 가하여, 상기 가공 공구 및 상기 피가공물을 상대 이동시킴으로써, 상기 피가공물을 가공하는 가공 장치로서, 제20항에 기재한 드레싱 장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 가공 장치.
31. 제5항에 기재한 가공 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조 방법.
32. 제6항에 기재한 가공 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조 방법.
33. 제26항에 기재한 가공 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조 방법.
34. 제27항에 기재한 가공 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조 방법.
35. 제28항에 기재한 가공 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조 방법.
36. 제29항에 기재한 가공 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조 방법.
37. 제30항에 기재한 가공 장치를 이용하여, 반도체 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스 제조 방법.

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