KR100780588B1 - 반도체 기판의 평탄화 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 기판의 평탄화 장치 및 방법 Download PDF

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모리유키 가시와
히로타카 오코노기
가즈오 고바야시
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가부시키가이샤 오카모도 코사쿠 기카이 세이사쿠쇼
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Abstract

과제
반도체 기판 이면을 높은 스루 풋으로 연삭, 연마 가공하여, 기판을 박육화·평탄화할 수 있는 풋 프린트가 컴팩트한 기판 평탄화 장치의 제공.
해결수단
기판 수납 스테이지 (13) 를 실외에 구비하고, 실내에는 베이스 (11) 상에 다관절형 반송 로봇 (14), 위치 맞춤용 가치대 (15), 이동형 반송 패드 (16), 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1), 조연삭 스테이지 (S2) 및 마무리 연삭 스테이지 (S3) 의 3개의 스테이지를 구성하는 부재의 기판 홀더 (30a, 30b, 30c) 를 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 에 동심원 상에 배치한 연삭 가공 스테이지 (20), 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (70a) 과, 조연마 스테이지 (ps2) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (70b) 을 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 에 동심원 상에 배치한 연마 가공 스테이지 (70) 를 형성한 기판 평탄화 장치 (10).

Description

반도체 기판의 평탄화 장치 및 방법{PLANARIZATION APPARATUS AND METHOD FOR SEMICONDUCTOR WAFER}
도 1 은 기판 평탄화 장치의 평면도이다.
도 2 는 별도의 양태를 나타내는 기판 평탄화 장치의 평면도이다.
도 3 은 제 1 인덱스형 회전 테이블에 형성된 기판 홀더 테이블의 일부를 절결한 단면도이다.
도 4 는 연마 스테이지의 일부를 절결한 측면도이다.
도 5 는 평탄화 장치의 사시도이다. (공지)
도 6 은 평탄화 장치의 평면도이다. (공지)
부호의 설명
2 제 1 인덱스형 회전 테이블
10 기판 평탄화 장치
w 반도체 기판
S1 기판 로딩/언로딩 스테이지
S2 조연삭 스테이지
S3 마무리 연삭 스테이지
13 기판 수납 스테이지
14 다관절형 반송 로봇
15 위치맞춤용 가치대
16 이동형 반송 패드
20 연삭 가공 스테이지
30a, 30b, 30c 기판 홀더 테이블
70 연마 가공 스테이지
71 제 2 인덱스형 회전 테이블
ps1 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지
ps2 조연마 스테이지
70a, 70b 기판 홀더 테이블
73 마무리 연마 패드
73' 조연마 패드
90a 조연삭 지석
91a 마무리 연삭 지석
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 소60-76959호
특허 문헌 2 : 일본 공개특허공보 제2000-254857호
특허 문헌 3 : 일본 공개특허공보 제2005-153090호
특허 문헌 4 : 일본 공개특허공보 제2005-98773호
본 발명은, IC 기판의 전처리 공정에서 반도체 기판의 이면을 연삭 및 연마하여 기판의 박육, 평탄화에 사용하는 평탄화 장치 및 반도체 기판의 평탄화 방법에 관한 것이다.
반도체 기판을 연삭·연마하여 기판을 박육화 및 경면화하는 평탄화 장치로서, 기판을 진공 흡착 유지할 수 있는 기판 홀더 테이블 여러 개를 하방에 배치하고, 각각의 기판 홀더 테이블의 상방에 조연삭 지석을 구비하는 회전 스핀들, 마무리 연삭 지석을 구비하는 회전 스핀들 및 연마 공구를 구비하는 회전 스핀들을 배치하여, 기판 수납 카세트 내에 보관되어 있는 기판을 위치 맞춤용의 가치대 (假置臺) 로 반송하는 다관절형 반송 로봇, 기판 홀더 테이블 상의 기판을 다음 가공 스테이지로 반송하는 반송 패드를 구비한 반송 기구 및 기판 세정 기기를 구비하는 평탄화 장치가 사용되고 있다.
예를 들어, 로딩/언로딩 스테이지 (A), 제 1 조연삭 스테이지 (B), 제 2 마무리 연삭 스테이지 (C) 및 연마 스테이지 (D) 에 구획한 1대의 인덱스형 회전 테이블에 작은 직경의 반도체 기판 5장을 진공 척할 수 있는 기판 홀더 테이블 4세트를 상기 인덱스 회전 테이블의 축심에 대하여 동일 원주 상에 등간격으로 배치한 평면 연삭·연마 장치를 사용하여, 각 기판 홀더 테이블에 대하여 인덱스형 회전 테이블의 90도 회전에 따르는 각각의 스테이지에서 다관절형 반송 로봇에 의한 반도체 기판의 로딩, 조연삭 평지석에 의한 기판 이면의 조연삭 가공, 마무리 연삭 평지석에 의한 기판 이면의 마무리 연삭 가공, 연마 패드에 의한 경면 연마 가공 및 반송 기기에 의한 언로딩 처리를 순차적으로 행하는 것은 알려져 있다. 이 평면 연삭·연마 장치에서, 조연삭 평지석, 마무리 연삭 평지석 및 연마 패드 각각의 직경은, 기판 홀더 테이블의 직경보다 큰 것이 사용되고 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조.).
반도체 기판의 직경이 200㎜ (8인치) 로 커져, 인덱스형 회전 테이블에 형성된 4세트의 기판 홀더 테이블 상에는 각각 1개의 반도체 기판이 탑재되고, 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석, 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 및 연마 패드가 구비된 평탄화 가공 장치가 제안되었다. 도 5 및 도 6 에 나타내는 바와 같이, 이 평탄화 가공 장치 (10) 는, 로딩/언로딩 스테이지 (17), 조연삭 스테이지 (18), 마무리 연삭 스테이지 (20) 및 연마 스테이지 (22) 에 구획한 1대의 인덱스 회전 테이블 (34) 에 반도체 기판 1장을 진공 척할 수 있는 기판 홀더 테이블 4세트 (32, 36, 38, 40) 를 상기 인덱스 회전 테이블 (34) 의 축심에 대하여 동일 원주 상에 등간격으로 배치한 평면 연삭·연마 장치 (10) 이고, 조연삭 지석 (46), 마무리 연삭 지석 (54) 및 연마 패드 (56) 의 직경은 기판 홀더 테이블의 직경의 1∼1.3배 치수이다 (예를 들어, 특허 문헌 2 참조.).
도 5 및 도 6 에 나타내는 기판을 평면 연삭·연마 가공할 수 있는 평탄화 장치 (10) 에 있어서, 앞쪽부터 26, 26 은 로드 포트 (수납 카세트) 와 언로드 포 트 (수납 카세트), 14 는 카세트 수납 스테이지, 28 은 반도체 기판, 12 는 베이스, 16 은 기판 얼라인먼트 스테이지 (가치대), 23 은 연마 패드 세정 스테이지, 24 는 세정 스테이지, 30 은 천장 매달기식 다관절형 반송 로봇, 58 은 주행 레일, 97 은 반송용 로봇, 34 는 인덱스형 회전 테이블, 37 은 인덱스형 회전 테이블의 스핀들축, 32, 36, 38, 40 은 기판 홀더 테이블, 23 은 연마 패드 세정기, 27 은 연마 패드 드레싱 스테이지이다.
이러한 평탄화 장치 (10) 를 사용하여 반도체 기판 (28) 이면의 연삭 가공 및 연마 가공을 행하는 공정은, 카세트 수납 스테이지 (14) 에 있는 로드 포트 (26) 에 수납되어 있는 반도체 기판 (28) 1장을 천장 매달기식 다관절형 반송 로봇 (30) 의 핸드 (31) 로 흡착 파지하고, 이를 기판 얼라인먼트 스테이지 (가치대) (16) 에 반송하고, 거기서 반도체 기판 (28) 의 위치를 맞춘다. 위치 맞춤 후, 다시 반도체 기판 (28) 은, 상기 다관절형 반송 로봇 (30) 의 핸드 (31) 에 흡착 파지된 후, 인덱스 회전 테이블 (34) 의 로딩/언로딩 스테이지 (17) 위치의 기판 홀더 (진공 척) (32) 상에 반송되고, 그 기판 홀더 (32) 에 흡착 유지된다.
이어서, 인덱스형 회전 테이블 (34) 을 시계 방향으로 90도 회전하여, 반도체 기판 (28) 을 탑재하고 있는 기판 홀더 (32) 를 제 1 조연삭 스테이지 (18) 의 기판 홀더 (진공 척) (36) 위치로 이끌고, 거기서 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (46) 을 회전시키고 하강시켜 반도체 기판 이면을 랜싱 연삭 가공하여, 반도체 기판의 두께를 원하는 두께 근방 (예를 들어, 100∼250㎛, 혹은 30∼120㎛) 으로 하면 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (46) 은 상승되어, 반도체 기판 이면으로부터 멀어진다.
조연삭 가공된 반도체 기판 (28) 은, 인덱스형 회전 테이블 (34) 을 시계 방향으로 90도 회전시킴으로써 제 2 마무리 연삭 스테이지 (20) 의 기판 홀더 (진공 척) (38) 위치로 이동되고, 거기서 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (54) 을 회전시키면서 하강시켜 반도체 기판 이면을 10∼20㎛ 정도의 두께를 랜싱 연삭 가공하여, 반도체 기판의 두께를 원하는 두께 근방 (예를 들어, 80∼220㎛, 또는 20∼100㎛) 으로 하면 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (54) 은 상승되어, 반도체 기판 이면으로부터 멀어진다.
마무리 연삭 가공된 반도체 기판 (28) 은, 인덱스형 회전 테이블 (34) 을 시계 방향으로 90도 회전시킴으로써 연마 스테이지 (22) 의 기판 홀더 (진공 척) (40) 위치로 이동되고, 거기서 회전하는 연마 패드 (56) 를 진자 요동 (Oscillate) 시킴으로써 마무리 연삭된 기판면이 연마되어 연삭 데미지가 있는 5∼10㎛ 두께가 제거되고, 경면으로 마무리된 후, 연마 패드 (56) 는 반도체 기판 이면으로부터 멀어진다.
경면 연마 가공된 반도체 기판 (28) 은, 인덱스형 회전 테이블 (34) 을 시계 방향으로 90도 회전시킴으로써 로딩/언로딩 스테이지 (17) 의 최초의 기판 홀더 (32) 위치로 되돌려지고, 다관절형 반송 로봇 (97) 의 흡착 패드에 흡착된 후, 세정 스테이지 (24) 에 반송되고, 거기서 연삭·연마 가공면이 세정되고, 건조된다. 이어서, 상기 다관절형 반송 로봇 (97) 의 흡착 패드에 다시 흡착된 후, 언로드 포트 (26) 에 반송되고, 수납 카세트 (26) 내에 수납된다.
상기 각각의 인덱스형 회전 테이블 (34) 을 시계 방향으로 90도 회전시킨 후, 각 스테이지에서는 반도체 기판의 로딩 및 언로딩, 조연삭 가공, 마무리 연삭 가공, 연마 가공이 행하여진다. 또한, 연마 패드 세정 스테이지 (23) 에서는 연마 패드 (56) 의 세정이 행하여지고, 연마 패드 드레싱 스테이지 (27) 에서는 세정된 연마 패드 (56) 의 드레스 가공 및 척 클리너 (42) 에 의해 기판 척면 세정이 행하여진다. 또, 연마에 의해 평탄화되는 기판층의 가공 여유는, 연삭 조흔이 소멸되기에 충분한 8∼13㎛ 인 것이 일반적이다.
연삭에 사용되는 컵휠형 다이아몬드 지석은, 가공 메이커에 따라 다르지만, 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (46) 으로서 지번이 360메시인 컵휠형 지석을, 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (54) 으로서 지번이 1,500메시인 컵휠형 지석을 사용하여 기판 이면을 평탄하게 연삭하거나, 조연삭 지석으로서 지번이 325메시인 컵휠형 지석을, 마무리 연삭 지석으로서 지번이 2,000메시인 컵휠형 지석을 사용하여 기판 이면을 평탄하게 연삭하고 있는 것이 실정이다.
상기 특허 문헌 2 의 평탄화 장치와 유사한 평탄화 장치로서, 동일한 인덱스형 회전 테이블에 4개의 기판 홀더 테이블 (진공 척) 을 설치하고, 그 중 1개의 기판 홀더 테이블을 기판의 로딩/언로딩 스테이지로 하고, 나머지 3개의 기판 홀더 테이블의 상방에, 각각 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석을 구비하는 회전 스핀들, 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석을 구비하는 회전 스핀들, 드라이·폴리쉬 평지석을 구비하는 회전 스핀들을 배치한 평탄화 장치도 제안되어 있다. 이 평탄화 장치에 있어서는, 드라이·폴리쉬 평지석을 구비하는 회전 스핀들은, 제 4 연마 스테이지에 배정된 연마 스테이지의 기판 홀더 테이블의 유지면에 수직한 방향으로 이동 가능하게 및 유지면에 평행한 방향으로 직선 요동 가능 (reciprocate) 하게 설치되어 있다 (예를 들어, 특허 문헌 3참조).
더욱이, 반도체 기판 이면의 조연삭 및 마무리 연삭을 인덱스형 회전 테이블에 구비된 기판 홀더 테이블 (진공 척) 상에서 행하고, 연마 공정을 상기 인덱스형 회전 테이블과는 별개로 형성된 기판 홀더 테이블 상에서 행하고, 박육화된 반도체 기판을 마운터 장치에 반송할 때에 반도체 기판의 깨어짐이나 상처 유무를 검출하는 표면 검사 장치를 구비한 인라인 방식의 기판 이면 평탄화 장치도 제안되어 있다 (예를 들어, 특허 문헌 4 참조.).
직경이 12인치 (300㎜), 16인치 (450㎜) 로 넓어지고, 그 두께도 20∼50㎛ 로 극박인 차세대용 반도체 기판의 생산이 요망됨에 따라, 한 장의 반도체 기판 이면을 보다 빠르게 평탄화할 수 있고 (높은 스루 풋), 연삭·연마하는 평탄화 장치의 설치 면적 (풋 프린트) 이 작은 연삭·연마하는 평탄화 장치의 출현이 반도체 소자 제조사로부터 요망되고 있다.
상기 특허 문헌 1, 특허 문헌 2 및 특허 문헌 3 에 기재된 연삭·연마 공정을 동일한 인덱스형 회전 테이블에 배치된 기판 홀더 테이블 상에서 행하는 빌트 인 방식의 평탄화 장치는, 특허 문헌 4 에 개시되는 연삭 공정을 인덱스형 회전 테이블 상의 기판 홀더 상에서, 연마 공정을 별도의 기판 홀더 테이블 상에서 행하는 인라인 방식의 평탄화 장치보다도 풋 프린트가 작다는 이점을 갖지만, 스루 풋이 300㎜ 직경 기판으로 12∼13장/시로 인라인 방식 평탄화 장치의 15∼16장/시와 비교하면 열등하다. 또한, 연삭과 연마가 동일 홀더 테이블 상에서 행하여지기 때문에, 홀더 테이블이나 가공 툴의 오염이 빠르고, 평탄화 정밀도가 떨어진다는 결점이 있다.
특허 문헌 2 에 기재된 평탄화 장치는, 특허 문헌 3 에 기재된 평탄화 장치보다 약간 컴팩트하고 가공 기판의 파손이 적다는 이점을 갖는다. 특허 문헌 3 의 연마 공정이 드라이 폴리쉬인 평탄화 장치는, 연마제 슬러리가 불필요하고 자연 환경을 오염시키지 않는다는 이점을 갖지만, 연마제 슬러리액을 사용하지 않는 드라이 폴리쉬 때문에 가공 기판의 축열에 의한 기판의 열열화 (熱劣化) 를 막기 위해서 기판을 냉공기로 냉각하는 수단을 필요로 하며, 특허 문헌 2 의 평탄화 장치보다 풋 프린트가 약간 커짐과 함께, 스루 풋도 약간 낮다.
본 발명은, 특허 문헌 4 에 기재된 인라인 방식 평탄화 장치의 풋 프린트를 그다지 증가시키는 경우 없이, 기판의 스루 풋을 더욱 향상시키는 것을 과제로 하였다.
이 높은 스루 풋을 실현하기 위해서, 본 발명자들은 연마 공정이 연삭 공정에 대하여 율속 (律速) 이라는 것에 주목하고, 이 연마 공정을 제 1 (조) 연마 공정과 제 2 (마무리) 연마 공정으로 나누고, 제 1 연마 공정을 제 2 연마 공정보다 율속으로 함으로써, 특허 문헌 4 에 기재된 평탄화 장치보다도 스루 풋을 단축하는 것이 가능해졌다.
본 발명은, 높은 스루 풋이 가능하고, 또한, 풋 프린트의 증가가 억제된 기 판용 평탄화 장치의 제공 및 그 장치를 사용하여 반도체 기판 이면을 평탄화하는 방법의 제공을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
청구항 1 의 발명은, 기판 수납 스테이지를 실외에, 다관절형 반송 로봇, 위치 맞춤용 가치대, 연삭 가공 스테이지, 이동형 반송 패드, 연마 가공 스테이지 및 세정 스테이지를 실내에 구비하는 평탄화 장치에 있어서,
그 평탄화 장치의 정면측으로부터 배면측을 향하여, 실외의 우측에 기판 수납 스테이지를 형성하고,
실내에서는, 실내의 전열에 상기 기판 수납 스테이지 근방 위치에 다관절형 반송 로봇을, 그 다관절형 반송 로봇의 후열 우측에 위치 맞춤용 가치대 및 후열 중앙측에 이동형 반송 패드를 설치하고, 그것들의 최후열에, 시계 방향으로 기판 로딩/언로딩 스테이지, 조연삭 스테이지 및 마무리 연삭 스테이지의 3개의 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블을 제 1 인덱스형 회전 테이블에 동심원 상에 배치한 연삭 가공 스테이지를 형성하고,
상기 기판 로딩/언로딩 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에, 기판 홀더 테이블 상면을 세정하는 회전식 척 클리너 및 연삭 가공된 기판면을 세정하는 회전식 세정 브러시 한쌍을 구비하는 세정 기기를 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 수직 방향 및 평행 방향으로 이동할 수 있도록 형성하고,
상기 조연삭 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석을 구비하는 스핀들을 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 승강할 수 있도록 형성하고,
상기 마무리 연삭 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에, 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석을 구비하는 스핀들을 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 승강할 수 있도록 형성하고,
상기 기판 홀더 테이블과 다관절형 반송 로봇과 이동형 반송 패드와 회전식 척 클리너 및 회전식 세정 브러시를 구비하는 세정 기기로 기판 로딩/언로딩 스테이지를 구성하고, 기판 홀더 테이블과 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석으로 조연삭 스테이지를 구성하고, 기판 홀더 테이블과 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석으로 마무리 연삭 스테이지를 구성시키고,
상기 다관절형 반송 로봇의 좌측에, 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블과, 조연마 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블을 별도의 1대의 제 2 인덱스형 회전 테이블에 동심원 상에 배치한 연마 가공 스테이지를 형성하고,
상기 마무리 연마 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에, 세정액 공급 기구 및 연마 패드를 회전할 수 있도록 축연결하는 스핀들을 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 승강 가능하도록, 및 평행하게 요동 가능하도록 형성하고, 이 기판 홀더 테이블과 연마 패드와 세정액 공급 기구와 상기 이동형 반송 패드와 다관절형 반송 로봇 또는 별도의 반송 패드 또는 다관절형 반송 로봇으로 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지를 구성하고,
상기 조연마 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에, 연마제 슬러리액 공급 기구 및 연마 패드를 회전할 수 있도록 축연결하는 스핀들을 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 승강 가능하도록, 및 평행하게 요동 가능하도록 형성하고, 이 기판 홀더 테이블과 연마 패드와 연마제 슬러리액 공급 기구로 기판 조연마 스테이지를 구성하는 것을 특징으로 하는, 반도체 기판의 평탄화 장치를 제공하는 것이다.
청구항 2 의 발명은, 청구항 1 에 기재된 기판용 평탄화 장치를 사용하여, 다음의 공정을 거쳐 반도체 기판 이면의 평탄화를 행하는 것을 특징으로 하는, 반도체 기판 이면의 박육화·평탄화 방법을 제공하는 것이다.
1) 기판 수납 스테이지의 수납 카세트 내에 보관되어 있는 기판을 다관절형 반송 로봇의 흡착 패드에 흡착하고, 위치 맞춤용 가치대 상에 반송하고, 거기서 기판의 센터링 위치를 조정한다.
2) 위치 맞춤된 기판 상면을 상기 다관절형 반송 로봇의 흡착 패드에 흡착시키고, 이어서, 제 1 인덱스형 회전 테이블에 형성된 기판 로딩/언로딩 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상에 이송한다.
3) 제 1 인덱스형 회전 테이블을 시계 방향으로 120도 회전시킴으로써, 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치의 기판 홀더 테이블에 진공 척되어 있는 기판을 조연삭 스테이지의 기판 홀더 테이블 위치로 이송한다.
4) 조연삭 스테이지에서 다이아몬드 컵휠형 지석을 사용하여 기판 이면을 조연삭한다. 이 동안에, 다관절형 반송 로봇을 사용하여 상기 제 1 공정과 제 2 공정이 행하여져, 새로운 기판이 기판 로딩/언로딩 스테이지 상에 반송된다.
5) 제 1 인덱스형 회전 테이블을 시계 방향으로 120도 회전시킴으로써, 조연삭된 기판을 마무리 연삭 스테이지의 기판 홀더 테이블 위치로 이송함과 함께, 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치의 기판 홀더 테이블 상의 기판을 조연삭 스테이지에 이송한다.
6) 마무리 연삭 스테이지에서 컵휠형 다이아몬드 지석을 사용하여 조연삭된 기판 이면을 마무리 연삭한다. 이 동안에, 조연삭 스테이지에서 기판 이면은 컵휠형 다이아몬드 지석을 사용하여 조연삭됨과 함께, 다관절형 반송 로봇에 의해 새로운 기판이 위치 맞춤용 가치대를 거쳐 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치의 기판 홀더 상에 반송된다.
7) 제 1 인덱스형 회전 테이블을 시계 방향으로 120도 회전시키거나, 또는 시계 반대 방향으로 240도 회전시킴으로써, 마무리 연삭된 기판을 기판 로딩/언로딩 스테이지 상으로 이송, 조연삭된 기판을 마무리 연삭 스테이지로 이송한다.
8) 제 1 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치에 있는 기판 홀더 테이블 상의 마무리 연삭된 기판의 상면에 회전 세정 브러시를 하강시키고, 세정액을 기판 상면에 공급하면서 기판 상면을 세정하고, 이어서 이동형 반송 패드의 흡착 패드면에 연삭·세정된 기판 상면을 흡착하고, 이어서, 제 2 인덱스형 회전 테이블에 형성된 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테이블 상으로 이송한다. 이 기판의 이송 동안에 제 1 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치에 있는 기판 홀더 테이블 상면은 회전식 세 라믹제 척 클리너에 의해 세정된다. 기판 홀더 상면을 세정한 후, 다관절형 반송 로봇에 의해 새로운 기판이 위치 맞춤용 가치대를 거쳐 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치의 기판 홀더 테이블 상에 반송되는 상기 서술한 제 1 공정 및 제 2 공정이 행하여진다. 또한, 제 1 인덱스형 회전 테이블의 조연삭 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테이블 상의 기판은, 상기 서술한 제 4 공정의 조연삭이 행해짐과 함께, 제 1 인덱스형 회전 테이블의 마무리 연삭 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테이블 상의 기판은, 상기 서술한 제 6 공정의 마무리 연삭이 행하여진다.
9) 상기 기판의 조연삭 가공 후, 제 2 인덱스형 회전 테이블은 시계 방향 또는 시계 방향으로 180도 회전되고, 연삭·세정된 기판은 제 2 인덱스형 회전 테이블에 형성된 조연마 스테이지 위치로 이동된다. 이 동작에 평행하여 상기 서술한 제 7 공정이 실행된다.
10) 제 2 인덱스형 회전 테이블에 형성된 조연마 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테이블 상에 유지된 기판 상면에 회전하는 조연마 패드가 하강되어, 기판면을 미끄럼 마찰한다. 이 기판과 조연마 패드 미끄럼 마찰시, 연마 지립을 물에 분산시킨 연마제 슬러리액이 연마제 슬러리액 공급 기구로부터 직접 기판 상면에 또는 조연마 패드를 거쳐 기판 상면에 공급됨과 함께 조연마 패드는 기판면 상에서 미끄럼 마찰 요동된다. 동시에 평행하게 상기 서술한 제 8 공정이 실행된다.
11) 제 2 인덱스형 회전 테이블은 시계 방향 또는 시계 방향으로 180도 회전되고, 조연마 가공된 기판은 제 2 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 위치로 이동된다. 동시에 제 1 인덱스형 회전 테이블을 시계 방향으로 120도 또는 반시계 방향으로 240도 회전시킴으로써, 마무리 연삭된 기판을 기판 로딩/언로딩 스테이지 상으로 이송, 조연삭된 기판을 마무리 연삭 스테이지에 이송, 기판 로딩/언로딩 스테이지 상의 기판을 조연삭 스테이지로 이송한다.
12) 제 2 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지에서는, 기판 홀더 테이블 상에 유지된 조연마 가공 기판 상면에 회전하는 마무리 연마 패드가 하강되어, 기판면을 마찰한다. 이 기판과 마무리 연마 패드 미끄럼 마찰시, 연마 지립을 함유하지 않은 세정액, 예를 들어 순수가 세정액 공급 기구로부터 직접 기판 상면에 또는 마무리 연마 패드의 연마포 또는 우레탄 발포제 시트 패드를 거쳐 기판 상면에 공급됨과 함께 마무리 연마 패드는 요동된다. 마무리 연마된 기판은, 흡착 패드를 아암에 구비하는 기판 반송 기구 또는 다관절형 반송 로봇을 사용하여 다음 가공 스테이지로 반송된다. 제 2 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 위치의 기판 홀더 테이블 위가 비어진 후, 제 1 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치에 있는 기판 홀더 테이블 상의 연삭·세정된 기판을 이동형 흡착 패드로 흡착하고, 이어서, 제 2 인덱스형 회전 테이블에 형성된 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테이블 상으로 이송한다. 동시에 평행하게 제 1 인덱스형 회전 테이블의 각 스테이지 및 제 2 인덱스형 회전 테이블의 조연마 스테이지에서는, 상기 서술한 제 8 공정을 포함하는 제 10 공정이 실행된다.
13) 이후, 상기 서술한 제 11 공정 및 제 12 공정을 반복, 반도체 기판의 기판면을 연삭·세정·연마하여, 기판을 박육화 및 평탄화하는 작업을 연속적으로 행 한다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 사용하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 1 은 연삭 스테이지와 연마 스테이지가 인라인화된 방식의 기판 평탄화 장치의 평면도, 도 2 는 별도의 양태를 나타내는 기판 평탄화 장치의 평면도, 도 3 은 제 1 인덱스형 회전 테이블에 형성된 기판 홀더 테이블 (진공 척) 의 일부를 절결한 단면도 및 도 4 는 연마 스테이지의 일부를 절결한 측면도이다.
도 1 및 도 2 에 나타내는 반도체 기판 이면의 평탄화 장치 (10) 에 있어서, 이 평탄화 장치 (10) 는 기판 수납 스테이지 (13), (13) 을 실 (室) 구획벽 (12) 의 외측에 구비하고, 실구획벽 (12) 내측에는 베이스 (11) 상에 다관절형 반송 로봇 (14), 위치 맞춤용 가치대 (15), 연삭 가공 스테이지 (20), 이동형 반송 패드 (16), 연마 가공 스테이지 (70) 및 세정 기기 (38) 를 실내에 구비한다. 기판 수납 스테이지 (13) 의 수납 카세트 내에는 기판 25장을 수납할 수 있게 되어 있다.
각 스테이지는, 이 평탄화 장치 (10) 의 정면측에서 배면측을 향하여, 실외의 우측에 기판 수납 스테이지 (13), (13) 을 형성하고, 실내의 전열에 상기 기판 수납 스테이지 근방 위치에 흡착 아암 (14a) 을 구비하는 다관절형 반송 로봇 (14) 을, 그 다관절형 반송 로봇의 후열 우측에 위치 맞춤용 가치대 (15) 및 후열 중앙측에 이동형 반송 패드 (16) 를 설치하고, 그것들의 최후 열에, 시계 방향으로 기 판 로딩/언로딩 스테이지 (S1), 조연삭 스테이지 (S2) 및 마무리 연삭 스테이지 (S3) 의 3개의 스테이지를 구성하는 부재의 기판 홀더 (30a, 30b, 30c) 를 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 에 동심원 상에 배치한 연삭 가공 스테이지 (20) 를 형성하고 있다. 그리고, 상기 다관절형 반송 로봇 (14) 의 좌측에, 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (70a) 과, 조연마 스테이지 (ps2) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (70b) 을 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 에 동심원 상에 배치한 연마 가공 스테이지 (70) 를 형성하고 있다.
상기 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 에 형성된 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (30a) 상방에는, 기판 홀더 테이블 (30a) 상면 (31a) 을 세정하는 회전식 척 클리너 (38a) 및 연삭 가공된 기판면을 세정하는 회전식 세정 브러시 (38b) 한 쌍을 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 수직 방향 및 평행 방향으로 이동할 수 있도록 형성한 도 3 에 나타내는 세정 기기 (38) 가 설치되어 있다.
도 1 및 도 2 를 다시 보면, 상기 조연삭 스테이지 (S2) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (30b) 상방에, 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (90a) 을 구비하는 스핀들 (90b) 을 기판 홀더 테이블 (30b) 상면에 대하여 승강할 수 있도록 형성하고, 상기 마무리 연삭 스테이지 (S3) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (30c) 상방에, 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (91a) 을 구비하는 스핀들 (9b) 을 기판 홀더 테 이블 상면에 대하여 승강할 수 있도록 형성하고 있다. 각 스핀들 (90b, 91b) 의 지지판 (90c, 91c) 은, 모터 (90d, 91d) 의 구동에 의해 회전 구동하는 볼나사에 나사식 결합되어 있는 지지판 (90c, 91c) 이 안내 가이드 (90e, 91e) 를 따라 상하 방향으로 이동할 수 있게 되어 있다. 도면 중 (6), (6) 은, 2점식 인디케이터 기판 두께 측정계이다.
상기 기판 홀더 테이블 (30a) 과 다관절형 반송 로봇 (14) 과 이동형 반송 패드 (16) 와 회전식 척 클리너 및 회전식 세정 브러쉬를 구비하는 세정 기기 (38) 로 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 를 구성하고, 상기 기판 홀더 테이블 (30b) 과 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (90a) 으로 조연삭 스테이지 (S2) 를 구성하고, 상기 기판 홀더 테이블 (30c) 과 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (91a) 으로 마무리 연삭 스테이지 (S3) 를 구성한다. 상기 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 는, 기판과 기판 홀더 테이블 (30a) 이 세정되기 때문에 세정 스테이지라고도 할 수 있다.
조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석 (90a) 으로는, 지번 (JIS 일반 지립 입도) 800∼1,800의 레진 본드 다이아몬드 지석이, 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석으로는, 지번 2,000∼8,000의 메탈 본드 다이아몬드 지석 또는 비트리화이드 본드 다이아몬드 지석이 바람직하다.
도 3 은, 연삭 가공 스테이지 (20) 의 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 에 형성된 기판 홀더 테이블 (진공 척) (30a, 30c) 의 구조와 세정 기기 (38) 의 구조를 나타내는 것이다. 도면 중, (3) 은 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 의 회전축, (5) 는 회전축 (3) 의 구동 모터이다. 기판 홀더 테이블 (30a, 30b, 30c) 각각은, 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 에 동일 원주 상에 120도의 등간격으로 배치되어 있다.
기판 홀더 테이블 (진공 척) (30) 은, 워크 (w) 의 직경과 대략 동일 직경인 포러스 세라믹제 원판 형상 탑재대 (31) 를, 상부에 대소 2단의 환형 공간 (32b, 32c) 을 갖는 비통기성 재료제 지지대 (32) 에 포러스 세라믹제 원판 형상 탑재대 (31) 의 상면과 비통기성 재료제 지지대 (32) 상면 (32a) 이 밑면이 되도록 놓고, 이 비통기성 재료제 지지대 (32) 를 상면 오목 형상 지지 틀 (34) 을 통하여 중공 스핀들 (33) 에 자유롭게 회전할 수 있도록 축연결시킴과 동시에, 상기 포러스 세라믹제 원판 형상 탑재대 하면에 있는 상기 비통기성 재료제 지지대의 환형 공간 (32b, 32c) 을 감압하는 진공 수단 (40) 을 구비한다.
상기 포러스 세라믹제 원판 형상 탑재대 (31) 의 외주 벽면에 접하는 비통기성 재료제 지지대 (32) 의 환형 측벽부의 상면 (32a) 에는, 얕은 깊이를 갖는 환형 홈 (32d) 을 형성하고 있다. 비통기성 재료제 지지대 (32) 의 하면은 상면 오목 형상 지지 틀 (34) 에 볼트로 고정되고, 상면 오목 형상 지지 틀 (34) 하부가 중공 스핀들 (33) 에 축연결되어 있다. 중공 스핀들 (33) 의 하부에는, 클러치 기구 (50a, 50b) 가 형성되고, 하부의 클러치판 (50b) 에는 구동 모터 (51) 가 설치되어 있다. 클러치판 (50a, 50b) 이 접속되면 구동 모터 (51) 의 회전력을 받아 중공 스핀들 (33) 은 회전하고, 그 회전 구동력을 받아 스핀들축으로 축연결 되어 있는 오목 형상 지지 틀 (34) 및 포러스 세라믹제 원판 형상 탑재대 (31) 도 회전한다.
상기 진공 수단 (40) 은, 도시되어 있지 않은 진공 펌프와, 이것에 연결하는 배관 (41) 과 전환 밸브 (42) 와 로터리 조인트 (43) 와, 이 로터리 조인트 (43) 에 연결하는 중공 스핀들 (33) 내에 배설되는 관 (44) 으로 구성된다. 전환 밸브 (42) 에는 순수를 공급하는 관 (45) 이 연결되어 있다.
또한, 중공 스핀들 (33) 내에는, 상면 오목 형상 지지 틀 (34) 의 오목부 (34a) 에 통하는 관 (48) 이 배치되고, 로터리 조인트 (47), 그에 연결하는 관 (48) 을 거쳐 냉각용 순수를 공급하는 펌프 (P) 에 접속되어 있다. 오목 형상 지지 틀 (34) 의 오목부 (34a) 에 공급된 순수는 비통기성 재료제 지지대 (32) 의 바닥부를 냉각한다.
상기 진공 수단 (40) 을 가동시킴으로써 포러스 세라믹제 원판 형상 탑재대 (31) 상에 실린 반도체 기판 (w) 은 기판면을 상방으로 향하여 포러스 세라믹제 원판 형상 탑재대 (31) 에 감압 고정된다. 진공 수단 (40) 의 진공을 멈춘 후, 전환 밸브 (42) 를 순수 공급측으로 전환하면 가압 순수가 포러스 세라믹제 원판 형상 탑재대 (31) 를 세정한다.
세정 기기 (38) 는, 일본 공개특허공보 제2005-44874호에 개시되어 있고, 기판 홀더 (30a) 의 상면을 세정하는 회전식 세라믹제 척 클리너 (38a) 및 기판 연삭면을 세정하는 회전식 세정 브러쉬 (38b) 의 한 쌍의 유닛, 중공 스핀들 승강 기구 (38c), 유닛 승강 기구 (38d), 세정액이 통과하는 중공 스핀들 (38e), 중공 스핀들 회전 모터 (38f) 를 구비한다.
다시 도 1 및 도 2 로 되돌아가, 연마 가공 스테이지 (70) 는 상기 다관절형 반송 로봇의 좌측에 형성된다. 연마 가공 스테이지 (70) 는, 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (70a) 과, 조연마 스테이지 (ps2) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (70b) 을 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 에 동심원 상에 대칭으로 배치한다. 상기 마무리 연마 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 (70a) 상방에, 세정액 공급 기구 (72) 및 마무리 연마 패드 (73) 를 회전할 수 있도록 축연결하는 스핀들 (74) 을 기판 홀더 테이블 (70a) 상면에 대하여 승강 가능하도록, 및 평행하게 진자 요동 (도 2) 또는 직선 요동 (도 1) 이능하도록 형성한다. 이 기판 홀더 테이블 (70a) 과 마무리 연마 패드 (73) 와 세정액 공급 기구 (72) 와 상기 이동형 반송 패드 (16) 와 도시되어 있지 않은 다음의 마운터 스테이지에 설치되어 있는 반송 기기로 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 를 구성한다. 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 및 조연마 스테이지 (ps2) 는, 다음 스테이지로의 반송 위치에 가까운 쪽에 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 를 형성한다. 따라서, 도 1 의 평탄화 장치에 있어서는, 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 는 연삭 스테이지 (20) 에 가까운 쪽에, 도 2 의 평탄화 장치에 있어서는, 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 는 연삭 스테이지 (20) 로부터 먼 쪽에 형성되어 있다. 기판 로 딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 는 기판을 세정하는 세정 스테이지라고도 할 수 있다.
상기 조연마 스테이지 (ps2) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (70b) 상방에, 연마제 슬러리액 공급 기구 (72') 및 조연마 패드 (73') 를 회전할 수 있도록 축연결하는 스핀들 (74) 을 기판 홀더 테이블 (70b) 상면에 대하여 승강 가능하도록, 및 평행하게 진자 요동 또는 직선 요동 가능하도록 형성하고, 이 기판 홀더 테이블 (70b) 과 조연마 패드 (73') 와 연마제 슬러리액 공급 기구 (72') 로 기판 조연마 스테이지 (ps2) 를 구성한다. 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 의 조연마 패드 (73') 의 요동 궤적 상에는 패드 컨디셔너 (75) 가 형성되고, 조연마 패드 (73') 의 하면을 지석 (75a) 으로 깎어, 보풀이 일어나게 함과 동시에, 세정수 (75b) 가 조연마 패드면에 공급되어 세정한다. 도시되어 있지 않지만, 필요에 따라 마무리 연마 패드 (73) 의 요동 궤적 상에 별도의 패드 컨디셔너 (75) 를 설치해도 된다.
연마제 슬러리액으로는, 콜로이드성 실리카, 산화 세륨, 알루미나, 보에마이트, 2산화 망간 등의 지립을 순수에 분산한 슬러리가 사용된다. 필요에 따라 슬러리에는 계면 활성제, 킬레이트제, pH 조정제, 산화제, 방부제가 배합된다. 연마제 슬러리는 50∼1,500cc/분의 비율로 연마포면에 공급된다.
세정액으로서는, 순수, 증류수, 심층 해수, 탈이온 교환수, 계면 활성제 함유 순수 등이 사용된다.
도 2 에 나타내어지는 평탄화 장치에 있어서, 조연마 패드 (73') 및 마무리 연마 패드 (73) 는 회전 운동축 (76) 에 지지된 아암 (77) 의 전방으로 자유롭게 회전할 수 있도록 고정된다. 회전 운동축 (76) 의 회전에 의해 도 2 에서 가상선으로 나타내어지는 연마 패드 위치 (대기 위치) 까지 후퇴할 수 있다. 연마헤드 (70a, 70b) 의 회전수는 10∼150rpm, 기판 홀더 테이블 (70a, 70b) 의 회전수는 10∼150rpm, 연마 패드가 기판으로부터 받는 압력은 0.05∼0.3㎏/㎠, 바람직하게는 100∼200g/㎠ 이다.
도 1 및 도 4 에 개시되는 연마 가공 스테이지 (70) 의 연마 패드 (73, 73') 는, 모터 (M2) 에 의해 회전 운동되는 볼나사 (78) 로 나사 결합되어 있는 나사 결합체 (79) 가 리니어-가이드 (80) 를 따라 전후 방향으로 이동함으로써 연마 패드를 축연결하는 중공 스핀들 (74) 이 기판 홀더 테이블 (70a, 70b) 상을 직선 요동함으로써 가상선으로 나타내어지는 연마 패드 위치 (대기 위치) 까지 후퇴할 수 있다. 중공 스핀들 (74) 의 회전은, 모터 (M1) 의 회전 구동을 플리 (81) 가 받고, 벨트 (82) 를 통하여 풀리 (83) 에 전해 중공 스핀들 (74) 을 회전시킴으로써 행하여진다. 중공 스핀들 (74) 의 승강은 에어 실린더 (84) 에 의해 행하여진다. 이 중공 스핀들 (74) 의 중앙에는 액공급관 (85) 이 형성되고, 로터리 조인트 (86) 에 접속되고, 추가로 세정액 공급 기구 (72) 혹는 연마제 슬러리액 공급 기구 (72') 에 접속하고 있다. 이 중공 스핀들 (74) 내측과 액공급관 (85) 외측에 형성되는 공간 (87) 에는 상기 로터리 조인트 (86) 를 거쳐 가압 공기 공급관 (88) 이 접속되어 있다.
연마 스테이지 (70) 의 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 의 구조는, 기판 홀더 테이블 (70a, 70b) 이 2기인 점을 제외하면 연삭 스테이지 (20) 의 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 의 구조와 유사하다. 즉, 도 4 에 있어서, 기판 홀더 테이블 (진공 척) (70a, 70b) 은, 워크 (w) 의 직경과 대략 동일 직경의 천공 (구멍 직경은 0.3∼1㎜) 한 세라믹제 원판 형상 탑재대 (70a, 70b) 를, 비통기성 재료제 지지대 (92) 에 천공 세라믹제 원판 형상 탑재대 (70a, 70b) 의 상면과 비통기성 재료제 지지대 (92) 상면이 민면이 되도록 싣고, 이 비통기성 재료제 지지대 (92) 를 중공 스핀들 (95) 에 상면 오목 형상 지지 틀 (94) 을 통하여 자유롭게 회전할 수 있도록 축연결시킴과 함께, 상기 천공 세라믹제 원판 형상 탑재대 하면에 있는 상기 비통기성 재료제 지지대의 환형 공간 (96) 을 감압하는 진공 수단 (97) 을 구비한다. 기판 홀더 테이블 (70a, 70b) 은, 스핀들 (7) 에 축연결되고, 스핀들은 모터 (M3) 의 구동을 받아 회전할 수 있게 되어 있다. 기판 홀더 테이블 (천공 세라믹제 원판 형상 탑재대) (70a, 70b) 은, 연삭 스테이지에서 사용한 것과 동종인 포러스 세라믹제 원판이어도 된다.
상기 천공 세라믹제 원판 형상 탑재대 (70a, 70b) 의 외주 벽면에 접하는 비통기성 재료제 지지대 (92) 의 환형 내측 벽부에는, 환형 홈 (98) 이 형성되고, 이 환형 홈에 냉각수 (99) 가 공급된다. 비통기성 재료제 지지대 (92) 의 하면은 상면 오목 형상 지지 틀 (94) 에 볼트로 고정되고, 상면 오목 형상 지지 틀 (94) 하부가 중공 스핀들 (95) 에 축연결되어 있다. 중공 스핀들 (95) 의 하부에는, 클러치 기구 (100a, 100b) 가 형성되고, 하부의 클러치판 (100b) 에는 구동 모터 (M4) 가 설치되어 있다. 클러치판 (100a, 100b) 가 접속되면 구동 모터 (M4) 의 회전력을 받아 중공 스핀들 (95) 은 회전하고, 그 회전 구동력을 받아 스핀들축으로 축연결되어 있는 오목 형상 지지 틀 (94) 및 천공 세라믹제 원판 형상 탑재대 (70a, 70b) 도 회전한다.
상기 진공 수단 (97) 은, 도시되어 있지 않은 진공 펌프와, 이것에 연결하는 배관 (101) 과 전환 벌브 (102) 와 로터리 조인트 (103) 와, 이 로터리 조인트에 연결하는 중공 스핀들 (95) 내에 배설되는 관 (97) 으로 구성된다. 전환 벌브 (102) 에는 순수를 공급하는 관 (104) 이 연결되어 있다.
또한, 중공 스핀들 (95) 내에는, 비통기성 재료제 지지대 (92) 의 환형 내측 벽부에 형성된 환형 홈 (98) 에 통하는 관 (99) 이 배치되고, 로터리 조인트 (105), 그에 연결하는 관 (106) 을 거쳐 냉각용 순수를 공급하는 펌프 (107) 에 접속되어 있다.
상기 진공 수단을 가동시킴으로써 천공 세라믹제 원판 형상 탑재대 (70a, 70b) 상에 실린 반도체 기판 (w) 은 기판면을 상방으로 향하여 천공 세라믹제 원판 형상 탑재대 (70a, 70b) 에 감압 고정된다. 진공 수단의 진공을 멈춘 후, 전환 벌브 (102) 를 순수 공급측으로 전환하면 가압 순수가 천공 세라믹제 원판 형상 탑재대 (70a, 70b) 를 세정한다 (이른바 백 플러쉬 (back flush)).
연마 스테이지 (70) 의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 와 조연마 스테이지 (ps2) 는, 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 상에 형성된 구획 둑 (108) 의 존재에 의해 비산된 연마제 슬러리액이나 세정액이 상대방 스테이지로 비산하지 않는다.
도 1 에 나타내는 평탄화 장치 (10) 는, 300㎜ 직경 반도체 기판 이면을 스루 풋이 1시간 당 25장으로 박육화·평탄화할 수 있는 장치이고, 그 풋 프린트는, 룸의 최대 횡폭 1355㎜, 룸의 전후열 최대 길이 3650㎜ 이고, 도 2 에 나타내는 300㎜ 직경 반도체 기판 이면 평탄화 장치 (10) 의 풋 프린트는, 최대 횡폭 2000㎜, 전후열 최대 길이 3650㎜ 였다.
도 1 또는 도 2 에 나타내는 기판용 평탄화 장치 (10) 를 사용하여, 반도체 기판 이면의 박육화·평탄화를 행하는 작업은, 다음의 공정을 거쳐 행하여진다.
1) 기판 수납 스테이지 (13) 의 수납 카세트 내에 보관되어 있는 기판 (W) 을 다관절형 반송 로봇 (14) 의 흡착 패드 (14a) 에 흡착하고, 위치 맞춤용 가치대 (15) 상에 반송하고, 거기서 기판의 센터링 위치를 조정한다.
2) 위치 맞춤된 기판 상면을 상기 다관절형 반송 로봇의 흡착 패드 (14a) 에 흡착시키고, 이어서, 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 에 형성된 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 를 구성하는 기판 홀더 테이블 (30a) 상에 이송한다.
3) 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 을 시계 방향으로 120도 회전시킴으로써, 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 위치의 기판 홀더 테이블 (30a) 에 진공 척되어 있 는 기판을 조연삭 스테이지 (S2) 의 기판 홀더 테이블 (30b) 위치로 이송한다.
4) 다이아몬드 컵휠형 지석 (90a) 을 사용하여 조연삭 스테이지 (S2) 로 이동해 온 기판 이면을 조연삭한다. 이 동안에, 다관절형 반송 로봇 (14) 을 사용하여 상기 제 1 공정과 제 2 공정이 행하여져, 새로운 기판 (w) 이 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 상에 반송된다.
5) 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 을 시계 방향으로 120도 회전시킴으로써, 조연삭된 기판을 마무리 연삭 스테이지 (S3) 의 기판 홀더 테이블 (30c) 위치로 이송함과 함께, 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 위치의 기판 홀더 테이블 (30a) 상의 기판을 조연삭 스테이지 (S2) 로 이송한다.
6) 마무리 연삭 스테이지 (S3) 에서 컵휠형 다이아몬드 지석 (91a) 을 사용하여 조연삭된 기판 이면을 마무리 연삭한다. 이 동안에, 조연삭 스테이지 (S2) 에서 기판 이면은 컵휠형 다이아몬드 지석 (90a) 을 사용하여 조연삭됨과 함께, 다관절형 반송 로봇 (14) 에 의해 새로운 기판이 위치 맞춤용 가치대 (15) 를 거쳐 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 위치의 기판 홀더 (30a) 상에 반송된다.
7) 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 을 시계 방향으로 120도 회전시키거나, 또는 시계 반대 방향으로 240도 회전시킴으로써, 마무리 연삭된 기판을 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 상으로 이송함과 함께, 조연삭된 기판을 마무리 연삭 스테이 지 (S3) 로 이송한다.
8) 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 의 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 위치에 있는 기판 홀더 테이블 (30a) 상의 마무리 연삭된 기판의 상면에 회전 세정 브러시 (38b) 를 하강시키고, 세정액을 기판 상면에 공급하면서 기판 상면을 세정하고, 이어서 이동형 반송 패드 (16) 의 흡착 패드 (16a) 면에 연삭·세정된 기판 상면을 흡착하고, 이어서, 가상선으로 나타내어지는 위치까지 회전 이동 또는 직선 이동 후, 다시 이동하여 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 에 형성된 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 에 위치하는 기판 홀더 테이블 (70a) 위로 이송한다. 이 기판의 이송 동안에 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 의 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 위치에 있는 기판 홀더 테이블 (30a) 상면은 회전식 세라믹제 척 클리너 (38b) 에 의해 세정된다. 기판 홀더 (30a) 상면을 세정한 후, 다관절형 반송 로봇 (14) 에 의해 새로운 기판이 위치 맞춤용 가치대 (15) 를 거쳐 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 위치의 기판 홀더 테이블 (30a) 상에 반송되는 상기 서술한 제 1 공정 및 제 2 공정이 행하여진다. 또한, 제 1 인덱스형 회전 테이블의 조연삭 스테이지 (S2) 에 위치하는 기판 홀더 테이블 (30b) 상의 기판은, 상기 서술한 제 4 공정의 조연삭이 행해짐과 함께, 제 1 인덱스형 회전 테이블의 마무리 연삭 스테이지 (S3) 에 위치하는 기판 홀더 테이블 (30c) 상의 기판은, 상기 서술한 제 6 공정의 마무리 연삭이 행하여진다.
9) 상기 기판의 조연삭 가공 후, 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 은 시계 방향 또는 시계 방향으로 180도 회전되고, 연삭·세정된 기판은 제 2 인덱스형 회전 테이블에 형성된 조연마 스테이지 (ps2) 위치로 이동된다. 이 동작에 평행하여 상기 서술한 제 7 공정이 실행된다.
10) 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 에 형성된 조연마 스테이지 (ps2) 에 위치하는 기판 홀더 테이블 (70b) 상에 유지된 기판 상면에 회전하는 조연마 패드 (73') 가 하강되어, 기판면을 마찰한다. 이 기판과 조연마 패드 마찰시, 연마 지립을 물에 분산시킨 연마제 슬러리액 (72') 이 연마제 슬러리액 공급 기구로부터 조연마 패드의 연마포 또는 우레탄 발포제 시트 패드를 거쳐 기판 상면에 공급됨과 함께 조연마 패드 (73') 는 전자 요동 또는 마찰 요동된다. 동시에 평행하게 상기 서술한 제 8 공정이 실행된다. ·
11) 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 은 시계 방향 또는 시계 방향으로 180도 회전되고, 조연마 가공된 기판은 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 위치로 이동된다. 동시 평행하여 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 을 시계 방향으로 120도 또는 반시계 방향으로 240도 회전시킴으로써, 마무리 연삭된 기판을 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 상으로 이송, 조연삭된 기판을 마무리 연삭 스테이지 (S3) 로 이송, 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 상의 기판을 조연삭 스테이지 (S2) 로 이송한다.
12) 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 에서는, 기판 홀더 테이블 (70a) 상에 유지된 조연마 가공 기판 상면에 회전하는 마무리 연마 패드 (73) 가 하강되어, 기판면을 미끄럼 마찰한다. 이 기판과 마무리 연마 패드 마찰시, 연마 지립을 함유하지 않은 세정액 (72), 예를 들어 순수가 세정액 공급 기구로부터 마무리 연마 패드 (73) 의 연마포 또는 우레탄 발포제 시트 패드를 거쳐 기판 상면에 공급됨과 함께 마무리 연마 패드 (73) 는 요동된다. 마무리 연마된 기판은, 흡착 패드를 아암에 구비하는 기판 반송 기구 또는 다관절형 반송 로봇을 사용하여 다음 가공 스테이지로 반송된다. 다음 공정에 연마 가공된 기판이 이송됨으로써 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 위치의 기판 홀더 테이블 (70a) 이 비면, 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 의 기판 로딩/언로딩 스테이지 (S1) 위치에 있는 기판 홀더 테이블 (30a) 상의 연삭·세정된 기판을 이동형 흡착 패드 (16) 로 흡착하고, 이어서, 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 에 형성된 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 에 위치하는 기판 홀더 테이블 (70a) 상으로 이송한다. 동시 평행하여 제 1 인덱스형 회전 테이블 (2) 의 각 스테이지 (S1, S2, S3) 및 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 의 조연마 스테이지 (ps2) 에서는, 상기 서술한 제 8 공정을 포함하는 제 10 공정이 실행된다.
13) 이후, 상기 서술한 제 11 공정 및 제 12 공정을 반복, 반도체 기판의 기 판면을 연삭·세정·연마하여, 기판을 박육화 및 평탄화하는 작업을 연속적으로 행한다.
본 발명의 기판 평탄화 장치를 사용하는 기판의 박육화·평탄화 방법의 별도 양태로서, 이동형 흡착 패드 (16) 로 연삭·세정된 기판을 직접 조연마 스테이지 (ps2) 위치의 기판 홀더 테이블 (70b) 상으로 반송하고, 그 스테이지 (ps2) 에서 기판의 조연마를 행하고, 이어서 제 2 인덱스형 회전 테이블 (71) 을 180℃ 회전시켜 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 (ps1) 위치로 기판을 이송하고, 그 스테이지 (ps1) 에서 기판의 마무리 연마를 행하는 것도 가능하다.
특허 문헌 4 에 기재된 기판 평탄화 장치의 연마 스테이지 작업이 율속이라는 결점을, 본 발명에서는 연마 스테이지의 가공 작업을 조연마 가공과 마무리 연마 가공으로 나누어, 조연삭 가공을 율속으로 함으로써 스루 풋 시간의 단축이 가능해졌다. 또한, 후자의 마무리 연마 가공에 있어서는 연마액으로서 연마 지립을 포함하지 않은 세정액을 사용함으로써 연마된 기판에 지립 잔재나 연마 부스러기 잔재가 부착할 기회가 감소되어, 가공 기판을 반송할 때의 기판 파손 기회가 보다 적어졌다.
본 발명의 반도체 기판의 평탄화 장치는 풋 프린트가 컴팩트하고, 반도체 기판 이면을 높은 스루 풋으로 연삭·연마할 수 있다.

Claims (2)

  1. 실외에 기판 수납 스테이지를, 실내에 다관절형 반송 로봇, 위치 맞춤용 가치대, 연삭 가공 스테이지, 이동형 반송 패드, 연마 가공 스테이지 및 세정 스테이지를 구비하는 평탄화 장치에 있어서,
    상기 평탄화 장치의 정면측으로부터 배면측을 향하여, 실외의 우측에 기판 수납 스테이지를 형성하고,
    실내에서는, 실내의 전열(前列)에 상기 기판 수납 스테이지 근방 위치에 다관절형 반송 로봇을, 상기 다관절형 반송 로봇의 후열(後列) 우측에 위치 맞춤용 가치대 및 후열 중앙측에 이동형 반송 패드를 설치하고, 그것들의 최후열에, 시계 방향으로 기판 로딩/언로딩 스테이지, 조연삭 스테이지 및 마무리 연삭 스테이지의 3개의 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블을 제 1 인덱스형 회전 테이블에 동심원 상에 배치한 연삭 가공 스테이지를 형성하고,
    상기 기판 로딩/언로딩 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에, 기판 홀더 테이블 상면을 세정하는 회전식 척 클리너 및 연삭 가공된 기판면을 세정하는 회전식 세정 브러시 한쌍을 구비하는 세정 기기를 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 수직 방향 및 평행 방향으로 이동할 수 있도록 형성하고,
    상기 조연삭 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석을 구비하는 스핀들을 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 승강할 수 있도록 형성하고,
    상기 마무리 연삭 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에, 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석을 구비하는 스핀들을 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 승강할 수 있도록 형성하고,
    상기 기판 홀더 테이블과 다관절형 반송 로봇과 이동형 반송 패드와 회전식 척 클리너 및 회전식 세정 브러시를 구비하는 세정 기기로 기판 로딩/언로딩 스테이지를 구성하고, 기판 홀더 테이블과 조연삭 컵휠형 다이아몬드 지석으로 조연삭 스테이지를 구성하고, 기판 홀더 테이블과 마무리 연삭 컵휠형 다이아몬드 지석으로 마무리 연삭 스테이지를 구성시키고,
    상기 다관절형 반송 로봇의 좌측에, 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블과, 조연마 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블을 별도의 1대의 제 2 인덱스형 회전 테이블에 동심원 상에 배치한 연마 가공 스테이지를 형성하고,
    상기 마무리 연마 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에, 세정액 공급 기구 및 연마 패드를 회전할 수 있도록 축연결하는 스핀들을 기판 홀더 테이블 상면에 대하여 승강 가능하도록, 및 평행하게 요동 가능하도록 형성하고, 이 기판 홀더 테이블과 연마 패드와 세정액 공급 기구와 상기 이동형 반송 패드와 다관절형 반송 로봇 또는 별도의 반송 패드 또는 다관절형 반송 로봇으로 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지를 구성하고,
    상기 조연마 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상방에, 연마제 슬러리액 공급 기구 및 연마 패드를 회전할 수 있도록 축연결하는 스핀들을 기판 홀더 테 이블 상면에 대하여 승강 가능하게, 및 평행하게 요동 가능하게 형성하고, 이 기판 홀더 테이블과 연마 패드와 연마제 슬러리액 공급 기구로 기판 조연마 스테이지를 구성하는 것을 특징으로 하는, 반도체 기판의 평탄화 장치.
  2. 제 1 항에 기재된 기판용 평탄화 장치를 사용하는 방법으로,
    1) 기판 수납 스테이지의 수납 카세트 내에 보관되어 있는 기판을 다관절형 반송 로봇의 흡착 패드에 흡착하고, 위치 맞춤용 가치대 상에 반송하고, 거기서 기판의 센터링 위치를 조정하고,
    2) 위치 맞춤된 기판 상면을 상기 다관절형 반송 로봇의 흡착 패드에 흡착시키고, 이어서, 제 1 인덱스형 회전 테이블에 형성된 기판 로딩/언로딩 스테이지를 구성하는 기판 홀더 테이블 상에 이송하고,
    3) 제 1 인덱스형 회전 테이블을 시계 방향으로 120도 회전시킴으로써, 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치의 기판 홀더 테이블에 진공 척되어 있는 기판을 조연삭 스테이지의 기판 홀더 테이블 위치로 이송하고,
    4) 조연삭 스테이지에서 다이아몬드 컵휠형 지석을 사용하여 기판 이면을 조연삭하며, 이 동안에, 다관절형 반송 로봇을 사용하여 상기 제 1 공정과 제 2 공정이 행하여져, 새로운 기판이 기판 로딩/언로딩 스테이지 상에 반송되고,
    5) 제 1 인덱스형 회전 테이블을 시계 방향으로 120도 회전시킴으로써, 조연삭된 기판을 마무리 연삭 스테이지의 기판 홀더 테이블 위치로 이송함과 함께, 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치의 기판 홀더 테이블 상의 기판을 조연삭 스테이지에 이송하고,
    6) 마무리 연삭 스테이지에서 컵휠형 다이아몬드 지석을 사용하여 조연삭된 기판 이면을 마무리 연삭하며, 이 동안에, 조연삭 스테이지에서 기판 이면은 컵휠형 다이아몬드 지석을 사용하여 조연삭됨과 함께, 다관절형 반송 로봇에 의해 새로운 기판이 위치 맞춤용 가치대를 거쳐 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치의 기판 홀더 상에 반송되고,
    7) 제 1 인덱스형 회전 테이블을 시계 방향으로 120도 회전시키거나, 또는 시계 반대 방향으로 240도 회전시킴으로써, 마무리 연삭된 기판을 기판 로딩/언로딩 스테이지 상으로 이송, 조연삭된 기판을 마무리 연삭 스테이지로 이송하며,
    8) 제 1 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치에 있는 기판 홀더 테이블 상의 마무리 연삭된 기판의 상면에 회전 세정 브러시를 하강시키고, 세정액을 기판 상면에 공급하면서 기판 상면을 세정하고, 이어서 이동형 반송 패드의 흡착 패드면에 연삭·세정된 기판 상면을 흡착하고, 이어서, 제 2 인덱스형 회전 테이블에 형성된 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테이블 상으로 이송하며, 이 기판의 이송 동안에 제 1 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치에 있는 기판 홀더 테이블 상면은 회전식 세라믹제 척 클리너에 의해 세정되며, 기판 홀더 상면을 세정한 후, 다관절형 반송 로봇에 의해 새로운 기판이 위치 맞춤용 가치대를 거쳐 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치의 기판 홀더 테이블 상에 반송되는 상기 서술한 제 1 공정 및 제 2 공정이 행하여지며, 또한, 제 1 인덱스형 회전 테이블의 조연삭 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테 이블 상의 기판은, 상기 서술한 제 4 공정의 조연삭이 행해짐과 함께, 제 1 인덱스형 회전 테이블의 마무리 연삭 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테이블 상의 기판은, 상기 서술한 제 6 공정의 마무리 연삭이 행하여지며,
    9) 상기 기판의 조연삭 가공 후, 제 2 인덱스형 회전 테이블은 시계 방향 또는 시계 방향으로 180도 회전되고, 연삭·세정된 기판은 제 2 인덱스형 회전 테이블에 형성된 조연마 스테이지 위치로 이동되고, 이 동작에 평행하여 상기 서술한 제 7 공정이 실행되며,
    10) 제 2 인덱스형 회전 테이블에 형성된 조연마 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테이블 상에 유지된 기판 상면에 회전하는 조연마 패드가 하강되어, 기판면을 미끄럼 마찰하며, 이 기판과 조연마 패드 미끄럼 마찰시, 연마 지립을 물에 분산시킨 연마제 슬러리액이 연마제 슬러리액 공급 기구로부터 직접 기판 상면에 또는 조연마 패드를 거쳐 기판 상면에 공급됨과 함께 조연마 패드는 기판면 상에서 마찰 요동되며, 동시에 평행하게 상기 서술한 제 8 공정이 실행되며,
    11) 제 2 인덱스형 회전 테이블은 시계 방향 또는 시계 방향으로 180도 회전되고, 조연마 가공된 기판은 제 2 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 위치로 이동되며, 동시에 제 1 인덱스형 회전 테이블을 시계 방향으로 120도 또는 반시계 방향으로 240도 회전시킴으로써, 마무리 연삭된 기판을 기판 로딩/언로딩 스테이지 상으로 이송, 조연삭된 기판을 마무리 연삭 스테이지로 이송, 기판 로딩/언로딩 스테이지 상의 기판을 조연삭 스테이지로 이송하며,
    12) 제 2 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지에 서는, 기판 홀더 테이블 상에 유지된 조연마 가공 기판 상면에 회전하는 마무리 연마 패드가 하강되어, 기판면을 미끄럼 마찰하며, 이 기판과 마무리 연마 패드 미끄럼 마찰시, 연마 지립을 함유하지 않은 세정액, 예를 들어 순수가 세정액 공급 기구로부터 직접 기판 상면에 또는 마무리 연마 패드의 연마포 또는 우레탄 발포제 시트 패드를 거쳐 기판 상면에 공급됨과 함께 마무리 연마 패드는 요동되며, 마무리 연마된 기판은, 흡착 패드를 아암에 구비하는 기판 반송 기구 또는 다관절형 반송 로봇을 사용하여 다음 가공 스테이지로 반송되며, 제 2 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지 위치의 기판 홀더 테이블 위가 비워진 후, 제 1 인덱스형 회전 테이블의 기판 로딩/언로딩 스테이지 위치에 있는 기판 홀더 테이블 상의 연삭·세정된 기판을 이동형 흡착 패드로 흡착하고, 이어서, 제 2 인덱스형 회전 테이블에 형성된 기판 로딩/언로딩/마무리 연마 스테이지에 위치하는 기판 홀더 테이블 상으로 이송하며, 동시 평행하여 제 1 인덱스형 회전 테이블의 각 스테이지 및 제 2 인덱스형 회전 테이블의 조연마 스테이지에서는, 상기 서술한 제 8 공정을 포함하는 제 10 공정이 실행되며,
    13) 이후, 상기 서술한 제 11 공정 및 제 12 공정을 반복하여, 반도체 기판의 기판면을 연삭·세정·연마하고, 기판을 박육화 및 평탄화하는 작업을 연속적으로 행하는 공정을 거쳐 반도체 기판 이면의 평탄화를 행하는 것을 특징으로 하는, 반도체 기판 이면의 박육화(薄肉化)·평탄화 방법.
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