KR100668161B1

KR100668161B1 - 연마용 워크피스 홀더 및 그 제조방법, 워크피스의 연마방법 및 연마장치

Info

Publication number: KR100668161B1
Application number: KR1020007007314A
Authority: KR
Inventors: 마수무라히사시; 타나카코우이치; 스즈키후미오; 모리타코우지; 오카무라코우이치; 토야마나오타카
Original assignee: 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-10-22
Publication date: 2007-01-11
Also published as: EP1120193A4; WO2000025981A1; TW425627B; KR20010024819A; EP1120193A1; US6386957B1

Abstract

진공흡착에 의해 워크피스를 보지하는 연마용 워크피스 홀더의 홀더 바디 물질, 및 상기 홀더 표면을 보지하는 워크피스 코팅용 수지피막의 물질을 개선하고, 그리고 수지로 표면코팅하는 방법을 개량하여 수지로 표면을 코팅하는 공정동안 홀더 바디의 홀이 수지로 막히는 문제가 발생하지 않도록 함으로써, 매우 정밀한 워크피스 홀딩면을 갖는 연마용 워크피스 홀더 및 그 제조방법이 제공된다. 본 발명에 의하면, 진공흡착에 의해 워크피스를 보지하기 위한 다수의 관통홀이 제공된 워크피스 홀더를 갖는 연마용 워크피스 홀더를 제공하고, 상기 홀더바디의 홀딩면은 그 위에 열경화성 수지를 적용하고 가열에 의해 그것을 경화하여 형성된 코팅막으로 코팅되고, 그 코팅막 표면은 연마된다.

워크피스, 워크피스 홀더, 워크피스 홀더장치, 연마, 반도체 웨이퍼

Description

연마용 워크피스 홀더 및 그 제조방법, 워크피스의 연마방법 및 연마장치{WORKPIECE HOLDER FOR POLISHING, METHOD FOR PRODUCING THE SAME, METHOD FOR POLISHING WORKPIECE, AND POLISHING APPARATUS}

본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 워크피스 표면의 정밀한 연마(precision polishing)에 이용되는 연마용 워크피스 홀더, 그 홀더의 제조방법, 워크피스의 연마방법, 및 연마장치에 관한 것이다.

종래 연마작업에 있어서, 유리, 금속 및 세라믹스와 같은 딱딱한(rigid) 물질로 이루어지는 플레이트(plate)가 워크피스 홀더(workpiece holder)로 사용되고, 워크피스는 왁스와 같은 접착제로 상기 홀더 표면상에 부착되거나, 혹은 가스-투과성 다공성 물질(gas-permeable porous material)로 이루어진 워크피스 홀더 표면 또는 많은 관통 홀이 있는 워크피스 홀더 표면을 이용한 진공흡착에 의해 보지된다. 그러나, 워크피스가 금속, 세라믹스 등으로 이루어진 워크피스 홀더 표면상에 직접적으로 보지되면, 그 워크피스의 뒷면에 균열(cracks)이나 얼룩(stains)이 생길 수 있다.

따라서, 그러한 현상을 방지하기 위해, 예를 들어, 두께가 수십 ㎛이고 Teflon, Nylon 등의 상품명으로 알려진 것 또는 일본특허공개공보(Kokai)58-180026호에 개시된 폴리비닐 클로라이드와 같은 물질로 조성된 매우 얇은 수지막으로 워크피스 홀더 표면을 코팅하는 것이 제안되어 있고, 혹은 진공흡착을 위한 홀이 제공되고 워크피스 홀더 표면에 부착되는 아크릴수지 플레이트를 포함하는 진공 플레이트(vacuum plate)가 제안되어 왔다. 여기서, 상기 수지표면에는, 일본 특허공개공보(Kokai)4-206930호에 개시된 바와 같이, 후에 연마공정이 적용된다.

또한, 상기 워크피스 홀더가 편편하게 마무리된 표면을 가지더라도, 연마에 있어 소프트 연마패드(soft polishing pad)를 사용하기 때문에, 가공후 반드시 편편한 워크피스가 얻어질 수 없는 문제가 있었다. 즉, 상기 연마패드의 표면조건은 연마패드의 크립변형(creep deformation) 등에 의해 점차 변화될 수 있다.

상기 일본특허공개공보(Kokai)58-180026호에는, 얇은 수지층으로 워크피스 홀더 표면을 코팅하고 그 표면을 연마함에 의해, 워크피스 홀더 표면의 일부로서, 연마패드의 크립변형에 적합한 흡착 플레이트(adsorption plate)의 제조방법이 또한 제안되어 왔다. 그러나, 이 방법은, 수지층이 얇기 때문에, 단시간내에 마모되고 그로 인해 사용에 부적합한 문제를 안고 있다.

더욱이, 분무(spraying)와 같은 코팅 기술로 워크피스 홀더 표면상에 수지를 코팅할 때, 진공 흡착용 워크피스 홀더 표면에 있는 홀이 수지로 채워질 수 있는 문제도 발생할 수 있다. 따라서, 일본특허공개공보(Kokai)4-206930호에는, 홀이 제공되고 두께가 3-50mm인 아크릴수지 플레이트를 워크피스 홀더 표면상에 부착하고, 연마장치의 연마 턴 테이블상에서 직접 연마를 수행하는 것을 포함하는 방법이 제안되어 있다. 그러나, 이 방법에서는, 상기 아크릴수지 플레이트가 상기 워크피스 홀더 표면상에 부착되기 때문에, 홀이 접착제로 채워져 막힐 수 있고, 또는 상기 흡착 플레이트가 가공중 벗겨질 수 있는 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명의 발명자들에 의해 얻어진 발견에 따르면, 두께가 5mm 이상인 수지를 이용할 때 상기 워크피스 홀더 표면의 강성율(rigidity)이 열화되고, 그로 인해 워크피스에 대한 연마 정밀도(precision)를 열화시키는 문제가 있다. 반면, 두께가 3mm 이하인 수지 플레이트를 이용하면, 수지 플레이트와 워크피스 홀더바디사이의 접착불균일이 워크피스 표면으로 옮겨지는 문제가 발생한다.

또한, 보통 금속, 유리 등으로 이루어진 워크피스 홀더바디는, 그것의 표면 형태를 형성하기 위한 연마장치상에 수지 플레이트 등으로 부착된 워크피스 홀더 표면의 연마 및 그 표면상에 보지된 워크피스의 다음 연마하는 동안, 약간 다른 열 발생 프로파일(heat generation profiles)을 나타낸다. 그러므로, 상기 워크피스 홀더바디 자체가, 열에 의해 변형되어 많은 트라블(troubles)을 일으키는 워크피스 홀더의 표면 형태의 변형을 야기시켜 연마후 워크피스의 형태를 불규칙하게 만드는 문제가 또한 유발될 수 있다.

본 발명은 상기한 문제들을 고려하여 수행된 것으로서, 주된 목적은 진공흡착에 의해 워크피스를 보지하는 연마용 워크피스 홀더의 홀더바디 재료, 및 상기 홀더의 워크피스 보지 표면을 코팅하는 수지피막 재료를 개선하고, 그리고 수지로 표면코팅하는 방법을 개량하여 수지로 표면을 코팅하는 공정동안 홀더바디의 홀이 수지로 막히는 문제가 발생하지 않도록 함으로써, 매우 정밀한 워크피스 홀딩면을 갖는 연마용 워크피스 홀더 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 진공흡착에 의해 워크피스를 보지하기 위한 다수의 관통홀이 제공된 워크피스 홀더바디를 갖는 연마용 워크피스 홀더를 제공하고, 상기 홀더바디의 홀딩면은 그 위에 열경화성 수지를 적용하고 가열에 의해 그것을 경화하여 형성된 코팅막으로 코팅되고, 그 코팅막 표면은 연마된다.

상기한 바와 같이 홀더바디의 홀딩면상에 열경화성 수지를 적용하고 가열(heating)에 의해 경화함으로써 형성되고, 상기한 바와 같이 연마된 면을 갖는 코팅막으로 코팅된 홀더바디의 워크피스 홀딩면을 이용함으로써, 수지 플레이트가 접착제로 홀더바디의 워크피스 홀딩면에 부착되는 종래 경우에서 발생되었던 접착불균일의 문제가 제거될 수 있다. 그 결과, 연마 등의 공정동안 수지 플레이트와 워크피스 홀더 사이에서 접착의 불균일이 전달되는 문제가 제거될 수 있고, 이로 인해 수지 코팅막 자체가 매우 정밀한 홀딩면으로 되기 때문에 원하는 고평탄도 및 균일함을 달성할 수 있는 워크피스의 고정밀 연마를 수행하는 것이 가능하게 된다.

이 경우, 상기 열경화성수지는 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르수지, 우레탄수지, 및 페놀수지로 부터 선택된 하나가 될 수 있다. 열경화성수지로서 상기한 바와 같은 것들에서 선택된 물질을 사용함으로써, 본 발명에서 요구되는 열경화후 코팅막의 물리적 성질, 즉 경도, 기계강도, 선형 열팽창계수 등이 만족될 수 있다.

또한, 이 경우, 상기 열경화성수지의 점도는 10,000cps 이상인 것이 바람직하고, 진공하에서 혼련(kneading)하여 가스가 제거되는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 점도가 높은 열경화성수지를 이용함으로써, 열경화후 상기 수지코팅막에 제공된 진공흡착을 위한 작은 직경의 관통홀이 막히는 것을 쉽게 방지할 수 있게 된다.

더욱이, 열경화후수지 코팅막의 내부나 그 표면상에 에어 버블(air bubble)이 잔존하면, 그들은 워크피스 연마중 워크피스의 표면으로 전달된다. 그러므로, 상기 워크피스 홀더의 홀딩면상에 고점도의 열경화성수지가 적용되기 전에, 가스 제거를 위해 충분한 진공하에서 혼련하여, 수지내에 잔존하는 공기가 제거되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 이 경우, 상기 홀더바디의 홀딩면을 덮는 수지코팅막은 두께가 0.5-3mm인 것이 바람직하고, 상기 수지코팅막의 표면은 래핑(lapping)으로 보정(correction)한 다음 연마장치의 연마 턴 테이블상에서 연마에 의해 보정하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이, 두께가 3mm 이하인 수지코팅막을 사용하면, 워크피스 홀더바디의 강성율이 저하되지 않으므로 보다 높은 정밀도로 워크피스를 연마할 수 있다. 그리고, 0.5mm 이상의 두께로 고평탄도도 얻어질 수 있다. 또한, 상기 열-경화된 수지코팅막 표면을 먼저 래핑으로 보정한 다음 연마장치의 연마 턴테이블상에서 연마에 의해 보정함으로써, 홀더바디의 홀딩면을 보다 정밀하게 형성할 수 있고, 이러한 워크피스 홀더를 사용하면 고평탄도를 제공하는 워크피스 연마를 가능하게 한다.

또한, 상기 워크피스 홀더바디의 관통홀 직경은 0.4-0.8mm의 범위에서 선택될 수 있고, 상기 워크피스 홀더바디 재료의 선형 열팽창계수는 1×10^-5/℃ 이하인 것이 바람직하다. 게다가, 상기 워크피스 홀더바디의 재료는 실리콘 카바이드(SiC)가 바람직하다.

상기한 바와 같이, 관통홀의 직경이 0.4mm 이상이면, 수지코팅막이 홀더바디의 홀딩면에 형성될 때 상기 홀은 수지로 막히지 않게 된다. 반면, 직경이 0.8mm 이하이면 워크피스의 연마중 과도하게 큰 홀로 인한 홀의 자취(trace)가 이동하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 열팽창계수가 낮은 물질로 워크피스 홀더를 형성함으로써, 연마장치의 연마 턴테이블 상에서 워크피스 홀더바디의 홀딩면을 연마하는 동안 및 워크피스의 연마동안 워크피스 홀더 바디의 열변형도의 차이를 줄일 수 있다. 그러므로, 상기 워크피스 홀더에 있어서 고정밀의 홀딩면 형태가 유지될 수 있고, 그로 인하여 고평탄도를 제공하는 워크피스 연마를 실현할 수 있다.

특히 낮은 열팽창계수, 고강성율 및 재료가 연마액 등에 의해 부식되기 어렵게 하는 내부식성의 재료로서, 실리콘 카바이드가 바람직하다.

또한, 본 발명은, 진공흡착에 의해 워크피스를 보지하기 위한 다수의 관통홀이 제공된 워크피스 홀더바디와 수지로 코팅된 홀딩면을 가진 연마용 워크피스 홀더의 제조방법에 있어서, 상기 워크피스 홀더바디의 홀딩면을 열경화성수지로 코팅 하고, 수지코팅막을 형성하기 위해 워크피스 홀더바디의 뒷면으로 부터 관통홀을 통해 가스를 흘리면서 가열하여 상기 열경화성수지를 경화하고, 그리고 상기 수지코팅막 표면을 래핑으로 보정한 다음 연마장치의 연마 턴테이블상에서 연마에 의해 보정하는 것을 포함하는 연마용 워크피스 홀더의 제조방법을 제공한다.

이 제조방법에 의하면, 상기 열경화성수지는 워크피스 홀더바디에 제공된 작은 직경의 다수의 홀을 막힘없이 경화할 수 있고, 상기 열경화성수지 코팅막은 상기 워크피스 홀더바디의 홀딩면상에 접착의 불균일함과 같은 문제를 유발하지 않고 형성될 수 있다.

또한, 상기 수지코팅막 표면을 래핑으로 보정한 다음 연마장치의 연마 턴테이블상에서 연마에 의해 보정함으로써, 상기 홀더바디의 홀딩면 형태를 보다 정확시 형성할 수 있고, 그러 인해 고평탄도의 워크피스 연마를 수행하는 것이 가능하게 된다.

이 경우, 상기한 제조방법에 있어서, 상기 워크피스 홀더바디의 홀딩면을 열경화성수지로 코팅할 때, 워크피스 홀더바디의 뒷면으로 부터 관통홀을 통해 가열된 가스가 통과시키면서 관통홀 부근의 열경화성수지를 예비적으로 경화시키고, 나머지 수지를 가열에 의해 경화시킬 수 있다. 또한 상기 가스의 온도는 상기 열경화성 수지의 열경화 온도 이상의 온도로 설정될 수 있다.

이 방법에 의하면, 관통홀 부근의 수지가 먼저 경화되기 때문에, 관통홀의 막힘이 보다 확실히 방지될 수 있다. 또한, 상기 가스는 상기한 열경화성수지의 열경화온도와 같거나 보다 높은 온도로 정할 수 있지만, 가스온도가 너무 높으면 관통홀 부근에서 경화속도가 높게되어 수지의 경도(hardness)가 관통홀부근과 다른 부분들 사이에서 다를 수 있다. 이것은 연마를 고정밀도로 수행하지 못하게 할 수 있다. 또한, 상기 수지의 경화반응속도는 가열에 의한 점도 감소속도보다 오히려 더 강한 율속요소가 된다. 따라서, 상기 관통홀의 막힘을 방지하기 위해서, 온도는 상기 열경화성수지의 경화온도와 거의 같은 온도로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기한 연마용 워크피스 홀더바디의 워크피스 홀딩면으로 사용된 수지코팅막 표면상에서 워크피스의 뒷면을 진공흡착에 의해 보지하고, 상기 워크피스의 표면을 연마하기 위해 워크피스를 연마 패드와 접촉시키는 것을 포함하는 워크피스의 연마방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 워크피스 연마 홀더바디의 홀딩면 형태를 보다 정밀하게 형성할 수 있다. 그러므로, 이러한 연마용 워크피스 홀더를 이용함으로써, 원하는 고평탄도 및 균일함을 달성하면서 워크피스의 연마를 고정밀로 수행하는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 발명은, 접착에 의해 연마패드가 제공된 터닝 테이블, 상기 연마패드 표면에 연마제를 피딩하는 수단, 및 압력을 가하여 상기 연마패드의 표면을 워크피스에 강제적으로 접촉시키는 연마용 워크피스 홀더를 포함하는 워크피스 연마장치에 있어서, 상기 연마용 워크피스 홀더가 상기한 연마용 워크피스 홀더인 워크피스 연마장치를 제공한다.

상기한 바와 같이, 워크피스 홀더바디의 홀딩면상에 열경화성수지 코팅막이 형성된 연마용 워크피스 홀더를 포함하는 연마장치를 이용함으로써, 워크피스 표면 의 불균일없이 원하는 고평탄도가 얻어질 수 있도록 연마할 수 있다. 상기 워크피스가 특히 반도체 웨이퍼이면, 고집적 디바이스의 제조공정에 있어서 리쏘그래피 광노출(lithographic light exposure)시 초점이 흐려지는 결함을 저감할 수 있어서 고집적 디바이스의 수율 및 생산성을 개선할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고정밀의 워크피스 홀딩면을 갖는 연마용 워크피스 홀더가 제공될 수 있다. 따라서, 이러한 연마용 홀더를 이용함으로써 고평탄도 및 불균일이 없는 표면을 갖는 워크피스를 제조할 수 있다. 특히, 워크피스가 본 발명의 연마용 워크피스 홀더를 이용하여 연마된 반도체 웨이퍼이면, 고집적 디바이스의 제조공정에 있어서 리쏘그래피 광노출시 초점이 흐려지는 결함을 저감할 수 있어서 고집적 디바이스의 수율 및 생산성을 개선할 수 있다.

도1은 본 발명의 연마용 워크피스 홀더의 개략설명도로서, (a)는 수직 종단면도, 그리고 (b)는 워크피스 홀딩면의 정면도를 나타냄

도2는 본 발명의 연마용 워크피스 홀더가 제공된 연마헤드(polishing head) 및 상기 연마헤드가 있는 연마장치(polishing apparatus)의 개략 설명도로서, (a)는 연마헤드, 그리고 (b)는 워크피스 연마장치를 나타냄

도3(a)~(g)는 본 발명의 연마용 워크피스 홀더를 제조하는 공정을 나타내는 제조공정도

이하, 본 발명의 실시형태가 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

상술한 바와 같이, 종래 연마용 워크피스 홀더, 특히, 워크피스 홀더바디의 홀딩면상에 접착제로 플라스틱 플레이트가 부착된 홀더는 문제가 있다. 예를 들어, 접착시, 상기 접착제가 관통홀로 들어가 그것을 막을 수 있거나 혹은, 두꺼운 플라스틱 플레이트의 사용에 의해 상기 홀더 표면의 강성율이 열화되어, 워크피스의 연마 정밀도를 저하시킨다. 반면에, 상기 플라스틱 플레이트가 얇을 경우, 상기 수지 플레이트와 워크피스 홀더 사이의 접착제의 불균일이 워크피스 표면으로 전달되어 표면을 불균일하게 만든다.

따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 발명자들은 워크피스 홀더바디의 재료, 홀딩면의 구조 및 재료 등에 대하여 검토 및 연구하였다. 그 결과, 워크피스 홀더바디의 홀딩면상에 직접 코팅되는 열경화성수지의 코팅막상에서 진공흡착에 의해 워크피스를 보지하고, 그것을 연마장치에 의해 연마함으로써, 표면 불균일없이 고평탄도의 워크피스를 얻을 수 있음을 발견하였다. 따라서, 이들은 이러한 결과를 실용화하기 위하여 다양한 조건을 규정하였고 본 발명에 이르렀다.

먼저, 본 발명의 연마용 워크피스 홀더를 이용한 연마장치가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도1은, 본 발명의 일례로서 연마용 워크피스 홀더의 일반 적인 구조를 나타내는 개략 설명도이다. 도2의 (a)는 연마용 워크피스 홀더가 제공된 연마헤드(polishing head), 그리고 도2의 (b)는 상기 연마헤드가 제공된 연마장치(polishing apparatus)의 일반적인 구조를 나타내는 설명도이다.

본 발명의 상기 연마장치는, 워크피스의 한쪽 표면, 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 장치로서 고안되고, 도2(b)에 나타난 바와 같이, 상기 연마장치(20)은 회전 연마 턴테이블(터닝 테이블)(21), 연마헤드(10)상에 장착된(mounted) 연마용 워크피스 홀더(1), 그리고 연마제 피딩노즐(polishing agent feeding nozzle)(23)로 구성된다. 상기 연마 턴테이블(21)의 상면에는 연마패드(22)가 부착된다. 상기 연마 턴테이블(21)은 회전 샤프트에 의해 소정의 회전속도로 회전된다.

회전 샤프트(rotating shaft)를 갖는 연마헤드(10)상에 장착된 상기 연마용 워크피스 홀더(1)은, 진공흡착 등에 의해 그것의 워크피스 홀딩면(8)상에서 워크피스(웨이퍼)W를 보지한다. 상기 홀더는, 연마헤드(10)에 의해 회전되고 동시에 상기 연마패드(22)에 대해 워크피스W를 소정 하중으로 프레스한다. 연마제(24)는, 소정의 유동속도로 노즐(23)으로 부터 상기 연마패드(22)상에 피딩된 다음, 워크피스W와 연마패드(22) 사이에 피딩됨으로써 워크피스W는 연마된다.

또한, 도1과 도2(a)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 상기 연마용 워크피스 홀더(1)은, 워크피스 홀딩면(8)과 진공흡착을 위한 다수의 관통홀(perforated holes)(4)을 갖는 워크피스 홀더바디(2), 및 워크피스 홀더 백 플레이트(5)로 구성된다. 상기 관통홀(4)는, 상기 워크피스 홀더 바디(2)와 워크피스 홀더 백 플레이트(5) 사이의 스페이스(6), 및 진공통로(7)을 통해 도시되지 않은 진공장치와 연결되고, 워크피스W는 진공발생시 워크피스 홀딩면(8)상에서 보지된다. 특히 본 발명에 의하면, 상기 워크피스 홀더바디(2)의 워크피스 홀딩면(8)이 관통홀(4)를 갖는 열경화성 수지 코팅막(3)으로 코팅된다.

상기 연마헤드(10)은 그것의 회전 홀더(11)에서 가압 스페이스(pressurized space)(13)을 갖고, 엘라스토머 링(elastomer ring)(12)으로 상기 연마용 워크피스 홀더(1)을 기밀하게 보지한다. 상기 가압 스페이스(13)은 가압통로(14)를 통해 공기압축기(도시되어 있지 않음)와 통한다. 진공흡착에 의해 워크피스 홀딩면(8)의 수지코팅막(3) 표면상에서 워크피스W를 보지하는 워크피스 홀더(1)는 회전 또는 진동되며, 동시에 상기 워크피스 홀더(1)의 뒷면은, 연마패드(22)에 대해 워크피스 홀더(1)을 프레스하도록 공기로 가압된다.

이하, 본 발명의 연마용 워크피스 홀더의 제조방법의 일례공정을 도3에 나타난 플로우 다이아그램을 참조하여 설명한다.

먼저, (a)단계에서, 열경화성 수지가 혼합챔버에 챠지되고, 그것에 함유된 공기를 제거하도록 진공하에서 충분히 탈가스된다.

(b)단계에서, 연마용 워크피스 홀더(1)의 워크피스 홀더바디(2)는, 수지적용 지그(30)위에 배치되어, 워크피스 홀딩면(8)이 상측면이 되도록 하고, 코팅량 조정 플레이트(32)가 세트되면, 상기 열경화성 수지(31)를 상기 워크피스 홀딩면(8)상에 붓는다.

(c)단계에서는, 과잉의 수지를 걷어내도록 바(33)가 코팅량 조정 플레이트(32)상에서 슬라이드되어, 균일한 두께를 갖는 수지층이 형성되도록 한다.

이어서, (d)단계에서는, 그 위에 수지가 적용되는 워크피스 홀더바디(2)가 전기 가열로(35)에 수지적용 지그(30)과 함께 배치되고, 상기 전체 수지층(31)이 경화되도록 가열이 시작되는데, 그 사이 가열된 가스(34)는 상기 수지적용지그(30) 바로 밑에서 부터 워크피스 홀더바디(2)의 관통홀(4)를 통해 통과된다.

이 경우, 상기 관통홀(4) 부근에 있는 수지(31)은 미리 경화될 수 있고, 그 다음 나머지 수지가 경화될 수 있다. 그러한 경우, 관통홀 부근의 수지가 먼저 경화되기 때문에, 관통홀(4)의 막힘(blocking)이 보다 확실히 방지될 수 있다.

열경화를 위한 가스(34)의 온도는, 수지의 열경화온도와 같거나 보다 높을 수 있다. 상기 온도가 수지의 열경화온도와 같으면, 수지의 열경화반응속도(heat curing reaction rate)가 가열에 의한 수지의 점도감소속도(viscosity decreasing rate)보다 오히려 더 강한 율속 요소(potent rate-determining factor)로 될 수 있다. 따라서, 상기 수지코팅막(3)은 관통홀 막힘없이 형성될 수 있으므로, 바람직하다.

다음, (e)단계에서는, 수지코팅막(3)으로 코팅된 워크피스 홀더 바디(2)가 래핑기(lapping machine)(40)상에 놓이고, 턴테이블(41)이 회전하는 동안, 상기 수 지코팅막(3)의 표면을 연마하여(grind) 표면보정(surface correction)을 수행하도록 래핑액(43)이 노즐(42)로 부터 액적형태(dropwise)로 첨가된다. 그 다음 상기 표면은 (f)단계에서 충분히 세정된다.

다음, (g)단계에서는, 상기 래핑보정후 수지코팅막(3)으로 코팅된 워크피스 홀더바디(2)를 연마장치(20)에 고정시키고, 턴테이블(21)을 회전시키면서 노즐(23)에서 연마제(24)를 액적형태로 첨가하여 상기 수지코팅막(3)의 표면을 연마함으로써 표면보정을 수행한다. 충분한 세정후, 상기 워크피스 홀더 바디(2)는 완성될 수 있고, 연마용 워크피스 홀더(1)을 제조하도록 워크피스 홀더 백 플레이트(5)가 상기 워크피스 홀더바디(2)에 부착된다.

상기한 단계를 통해 제조된 연마용 워크피스 홀더(1)은, 연마헤드(10)에 고정된 다음 연마장치(20)상에 장착될 수 있다. 이것을 이용함에 의해, 진공흡착에 의해 워크피스 홀더바디(2)의 워크피스 홀딩면(8)의 수지코팅막(3)의 표면상에서 워크피스W를 보지하고, 연마제(24)를 액적형태로 첨가하면서 회전하는 연마패드(22)에 대해 워크피스를 프레싱함으로써 연마가 수행될 수 있다. 상기한 바와 같이 연마를 수행함으로써, 수지플레이트가 접착제로 홀더바디의 워크피스 홀딩면상에 부착되는 종래기술에서 발생되었던 접착의 불균일(uneveness)은 제거될 수 있다. 그 결과, 수지플레이트와 워크피스 홀더사이의 접착의 불균일이 연마동안 워크피스 표면으로 이동(transfer)하여 생긴 웨이브(waviness)가 제거될 수 있어서, 수지코팅막 자체가 고정밀 홀딩면으로 됨으로써 원하는 고평탄도(high flatness)와 표면고름(no waviness)을 제공하는 고정밀 연마(high precision polishing)를 수행하는 것이 가능하게 되고, 웨이브가 없고 평탄도가 높은 고정밀 워크피스가 양호한 수율(good yield) 및 고생산성으로 제조될 수 있다.

본 발명에서 사용된 상기 열경화성수지는 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르수지, 우레탄수지 및 페놀수지로 부터 선택된 한 가지가 될 수 있다. 이들 중, 에폭시수지는 본 발명에 있어서 열경화(heat curing)후 요구되는 경도, 기계강도, 선형 열팽창계수 등 코팅막의 물리적 성질을 충분히 만족시킬 수 있다.

나아가, 상기 열경화성수지는 점도(viscosity)가 10,000cps 이상인 것이 바람직하다. 그러한 고점도의 수지를 이용함으로써, 열경화후 수지코팅막에서 진공흡착에 의해 보지하기 위한 작은 직경의 관통홀을 비교적 쉽게 형성하는 것이 가능하게 된다.

게다가, 상기 워크피스 홀딩면에 열경화성 수지를 적용하기 전에, 진공하에서 혼련(kneading)함으로써 미리 탈가스(degassing)하는 것이 바람직하다. 만일 열경화 후 수지코팅막 내부 혹은 그 표면에 에어버블이 잔존하면, 상기 에어버블이나 그것의 자취는 워크피스의 연마동안 워크피스표면으로 이동될 수 있다. 그러므로, 고점도의 열경화성수지를 워크피스 홀더의 워크피스 홀딩면에 적용하기 전에, 충분한 진공하에서 혼련에 의해 탈가스하여 수지에 함유된 공기를 제거하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 워크피스 홀더바디의 홀딩면을 코팅하는 수지코팅막은 두께가 0.5-3mm인 것이 바람직하다. 또한, 수지코팅막의 표면은 래핑에 의해 보정한 다음 연마장치의 연마 턴테이블상에서 연마에 의해 보정하는 것이 바람직하다.

만일 상기 수지코팅막이 상기한 바와 같이 3mm 이하의 두께를 갖으면, 워크피스 홀더바디의 강성율은 저감되지 않을 것이고, 그로 인해 워크피스 연마는 보다 고정밀로 수행될 수 있다. 반면에, 두께가 0.5mm 이상이면 고평탄도를 제공할 수 있다.

또한, 만일 수지코팅막의 표면이 먼저 래핑에 의해 보정된 다음, 연마장치의 연마 턴테이블상에서 연마에 의해 보정되면, 상기 홀더바디의 홀딩면 형태(shape)가 보다 정밀하게 형성될 수 있고, 그러한 워크피스 홀더의 사용은 고평탄도를 제공하는 워크피스 연마를 가능하게 한다.

워크피스 홀더바디의 특성에 있어서, 상기 관통홀은 직경이 0.4-0.8mm 인 것이 바람직하고, 상기 워크피스 홀더 바디의 재료는 선형 열팽창계수가 1×10^-5/℃ 이하인 것이 바람직하며, 상기 워크피스 홀더바디의 재료는 실리콘 카바이드(SiC)의 소결체(sintered body)(세라믹스)로 구성되는 것이 바람직하다.

만일 상기 관통홀이 상기한 바와 같이 0.4mm 이상의 직경을 갖으면, 수지코팅막이 홀더바디의 홀딩면상에 열경화성수지로 형성될 때 그 수지로 홀을 막을 수 있는 가능성이 제거된다. 반면에, 직경이 0.8mm 이하이면, 지나치게 큰 직경으로 인한 워크피스 연마동안 홀의 자취의 이동이 방지될 수 있다.

또한, 선형 열팽창계수가 낮은 재료로 워크피스 홀더바디를 형성함으로써, 연마장치의 연마턴테이블상에서 워크피스 홀더바디의 홀딩면 연마동안과 워크피스의 연마동안 사이에서 워크피스 홀더바디의 열변형도(thermal deformation degree) 차이를 저감할 수 있고, 이로 인해 워크피스 홀더의 홀딩면 형태를 매우 정밀하게 유지할 수 있다.

따라서, 고평탄도를 제공하는 워크피스 연마가 실현될 수 있다. 특히 낮은 열팽창계수, 높은 강성율, 및 재료가 연마액 등으로 부식되기 어렵게 하는 내부식성의 재료로서, 실리콘 카바이드를 사용하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명은 다음 실시예를 참조로 하여 보다 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 이들에 한정되지 않는다.

(실시예 1)

(1) 도1에 나타난 구조를 갖는 연마용 워크피스 홀더를 사용하였다.

(2) 도2(b)에 나타난 구조를 갖는 워크피스용 연마장치를 사용하였다.

(3) 워크피스: 실리콘 웨이퍼; 직경=200mm;두께=735㎛

(4) 워크피스 홀더바디의 홀딩면상에 표면 수지코팅막: 열경화성 에폭시수지; 점도=15000cps; 코팅막 두께=1mm

(5) 워크피스 홀더바디: 두께 30mm인 실리콘 카바이드(SiC)의 다공성 플레이트(porous plate);기공(pore)직경=0.4mm; 열팽창계수=4×10^-6/℃

(6) 워크피스 연마조건: 연마하중(polishing load)=300g/㎠;연마 상대속도=50m/min;연마 스톡리무벌(polishing stock removal)=10㎛;연마패드=부직물 패브릭 연마패드(nonwoven fabric polishing pad)(JISK 6301에 의한 Asker C 경도 90);연마제=콜로이달 실리카(pH10.5)

(7) 워크피스 홀더바디의 홀딩면에 대한 연마조건: 수지코팅막 연마 스톡 리무벌=40㎛;다른 조건들은 상기한 워크피스 연마조건과 같다.

상기한 (1),(4) 및 (5)의 조건하에서, 워크피스보다 약간 큰 직경을 갖는 워크피스 홀더를 제조하였고, 그 워크피스 홀더바디의 홀딩면상에 있는 수지코팅막 표면을 연마하였다. 그 다음, 그것의 표면상에 워크피스를 보지하고 연마하였다. 상기 워크피스의 평탄도는 정전기적 캐패시턴스 타입(ADE9700)의 두께 게이지로 측정하였고, 워크피스 표면상의 웨이브는 매직미러(magic mirror)로 관찰하였다.

그 결과, 워크피스는 뒷면기준(back side reference)의 SBIRmax(Site-Back-side Ideal Range: SEMI 표준 M1 등에 의해 표준화된 값, 셀크기 25 X 25)의 견지에서 0.20㎛인 고평탄도를 얻을 수 있었다. 또한, 매직미러로도 워크피스 표면상에서 웨이브를 관찰할 수 없었으며, 따라서 매우 정밀한 연마를 달성하였다.

(실시예 2)

워크피스 홀더 바디의 홀딩면상에 형성된 수지코팅막의 두께를 3mm로 정한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 조건하에서 워크피스 홀더를 제조하였고, 워크피스의 연마는 같은 조건하에서 수행하였다.

그 결과, 워크피스는 뒷면기준의 SBIRmax(셀크기 25 X 25)의 견지에서 0.25㎛인 고평탄도를 얻을 수 있었다. 또한, 매직미러로도 워크피스 표면상에서 웨이브는 관찰되지 않았으며, 따라서 매우 정밀한 연마를 달성하였다.

(실시예 3)

워크피스 홀더 바디의 진공흡착을 위한 홀 직경을 0.3mm, 0.8mm, 또는 1.2mm로 정한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 조건하에서 워크피스 홀더를 제조하였고, 워크피스의 연마는 같은 조건하에서 수행하였다.

그 결과, 직경이 0.3mm 일 경우, 다수의 홀이 막혀서 보정(correction)을 위한 공정이 요구되었다. 직경이 0.8mm 일 경우, 연마후 워크피스 표면상에서는 진공흡착을 위한 홀의 이동이 약간 있는 것이 매직 미러에 의해 관찰되었다. 직경이 1.2mm인 경우, 진공흡착을 위한 홀의 이동이 분명히 관찰되었다. 따라서, 상기 직경은 0.4-0.8mm이 바람직함이 확인되었다.

(실시예 4)

워크피스 홀더 바디의 홀딩면에 적용되는 열경화성 수지를 사용전 진공하에서 혼련에 의해 탈가스 하지않는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 조건하에서 워크피스 홀더바디를 제조하고, 워크피스의 연마를 같은 조건하에서 수행하였다.

그 결과, 실시예 1의 것과 유사한 결과가 대부분의 경우에 있어서 얻어졌지만, 연마후워크피스 표면상에서 웨이브가 발생된 것이 매직미러에 의해 관찰되었는 데, 이것은 수지코팅막에서 에어버블의 이동에 의해 유발되는 것으로 생각된다.

(실시예 5)

워크피스 홀더 바디의 재료로서, 스테인레스 스틸(선형 열팽창계수: 12 X 10^-6/℃) 혹은 알루미나(세라믹스, 선형 열팽창계수: 7 X 10^-6/℃)가 사용된 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 조건하에서 워크피스 홀더를 제조하였고, 워크피스의 연마는 같은 조건하에서 수행하였다.

그 결과, 워크피스의 뒷면기준의 SBIRmax 평탄도는, 스테인레스 스틸사용시 0.3㎛였고, 알루미나사용시 0.25㎛였다.

(비교예 1)

두께가 각각 1mm, 3mm, 혹은 5mm인 세종류의 다공성 에폭시 수지 플레이트 중 하나를 에폭시수지접착제로 워크피스 홀더바디의 홀딩면에 부착되는 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 조건하에서 워크피스 홀더를 제조하였고, 워크피스의 연마는 같은 조건하에서 수행하였다.

그 결과, 워크피스의 뒷면기준의 SBIRmax 평탄도는, 수지플레이트의 두께가 두꺼워짐에 따라 점차 열화되었다. 즉, 두께가 1mm인 경우 0.40㎛이었고, 두께가 3mm인 경우는 0.50㎛, 두께가 5mm인 경우는 0.70㎛이었다. 역으로, 매직 미러에 의해 관찰된 워크피스 표면상의 웨이브(이 경우, 이것은 수지플레이트와 워크피스 홀더 바디사이의 접착의 불균일이 이동한 것을 의미한다)은 수지 플레이트가 얇을수록 더 커졌다. 따라서, 상기에서 얻어진 연마된 워크피스는 평탄도와 웨이브의 양면을 고려해도 결함이 있었다.

본 발명은 상기한 실시형태에 제한되지 않는다. 상기 실시형태는 단순한 예시이고, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 유사한 작용효과를 제공하는 것은, 어느것에 있어서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

상기한 바와 같이, 워크피스로서 본 발명의 연마용 워크피스 홀더를 이용하여 연마된 반도체 웨이퍼를 이용하면, 고집적 디바이스의 제조공정에 있어서 리쏘그래피 광노출시 초점이 흐려지는 결함을 저감할 수 있어서 고집적 디바이스의 수율 및 생산성을 개선할 수 있다.

Claims

진공흡착에 의해 워크피스를 보지하기 위한 다수의 관통홀이 제공된 워크피스 홀더 바디를 갖는 연마용 워크피스 홀더에 있어서, 상기 홀더 바디의 홀딩면은, 그 위에 점도가 10,000cps 이상이고 진공하에서 혼련(kneading)하여 탈가스 된 열경화성수지를 적용하고 가열에 의해 그것을 경화하여 형성된 코팅막으로 코팅되고, 그 코팅막 표면은 연마된 것이며, 그 코팅막의 두께가 0.5-3mm인 것을 특징으로 하는 연마용 워크피스 홀더
제1항에 있어서, 상기 열경화성수지는, 에폭시수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 우레탄수지 및 페놀수지에서 선택된 한 가지인 것을 특징으로 하는 연마용 워크피스 홀더
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제1항에 있어서, 상기 수지코팅막의 표면은 래핑에 의해 보정된 다음 연마장치의 연마 턴테이블상에서 연마에 의해 보정되는 것을 특징으로 하는 연마용 워크피스 홀더
제3항에 있어서, 상기 수지코팅막의 표면은 래핑에 의해 보정된 다음 연마장치의 연마 턴테이블상에서 연마에 의해 보정되는 것을 특징으로 하는 연마용 워크피스 홀더
제1항에 있어서, 상기 워크피스 홀더 바디의 관통 홀 직경은 0.4-0.8mm 범위인 것을 특징으로 하는 연마용 워크피스 홀더
제1항에 있어서, 상기 워크피스 홀더바디 재료의 선형열팽창계수는 1×10^-5/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 연마용 워크피스 홀더
제1항에 있어서, 상기 워크피스 홀더바디의 재료는 실리콘 카바이드(SiC)인 것을 특징으로 하는 연마용 워크피스 홀더
진공흡착에 의해 워크피스를 보지하기 위한 다수의 관통홀이 제공된 워크피스 홀더 바디와 수지로 코팅된 홀딩면을 가진 연마용 워크피스 홀더의 제조방법에 있어서, 상기 워크피스 홀더 바디의 홀딩면을 열경화성수지로 코팅하고, 워크피스 홀더바디의 뒷면으로 부터 관통홀을 통해 가열된 가스를 흘리면서 관통홀 부근의 열경화성 수지를 미리 경화하고, 그 다음 수지 코팅막을 형성하기 위해 나머지 수지를 가열에 의해 경화하고, 그리고 상기 수지코팅막 표면을 래핑으로 보정(correction)한 다음 연마장치의 연마 턴테이블상에서 연마에 의해 보정하는 것을 포함하는 연마용 워크피스 홀더의 제조방법
제9항에 있어서, 상기 가스의 온도는 상기 열경화성 수지의 열경화온도와 같거나 보다 높은 온도로 설정되는 것을 특징으로 하는 연마용 워크피스 홀더의 제조방법
접착에 의해 연마패드가 제공된 터닝 테이블, 상기 연마패드 표면에 연마제를 피딩하는 수단, 및 가압하여 워크피스를 상기 연마패드에 강제접촉시키는 연마용 워크피스 홀더를 포함하는 워크피스 연마장치에 있어서,

상기 연마용 워크피스 홀더가

진공흡착에 의해 워크피스를 보지하기 위한 다수의 관통홀이 제공된 워크피스 홀더 바디를 갖는 연마용 워크피스 홀더로서, 상기 홀더 바디의 홀딩면은, 그 위에 점도가 10,000cps 이상이고 진공하에서 혼련(kneading)하여 탈가스 된 열경화성수지를 적용하고 가열에 의해 그것을 경화하여 형성된 코팅막으로 코팅되고, 그 코팅막 표면은 연마된 것이며, 그 코팅막의 두께가 0.5~3mm인 것을 특징으로 하는 워크피스 연마장치
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