KR100862130B1

KR100862130B1 - 연마 패드, 연마 방법 및 연마 장치

Info

Publication number: KR100862130B1
Application number: KR1020070029079A
Authority: KR
Inventors: 야스따다 나까가와; 에이지로오 고이께
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2008-10-09
Also published as: US20070224920A1; KR20070096934A; TW200736001A; CN101045290A

Abstract

연마액의 공급 배출 능력을 높게 함으로써, 연마량의 변동을 작게 할 수 있는 관통 구멍을 갖는 연마 패드를 제공하는 것이다.

한쪽의 면을 연마면(12a), 다른 쪽의 면을 지지면(12b)으로 한 판 형상의 패드 본체(12)와, 패드 본체(12)를 연마면(12a)으로부터 지지면(12b)까지 관통하고, 그 개구부가 상기 연마액의 유동 방향을 따라 형성되어 있는 관통 구멍(20)을 복수 구비하고 있다.

연마면, 지지면, 연마 패드, 패드 본체, 관통 구멍, 반도체 웨이퍼

Description

연마 패드, 연마 방법 및 연마 장치{GRINDING PAD, GRINDING METHOD AND GRINDING APPARATUS}

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연마 패드가 삽입된 연마 장치를 모식적으로 도시하는 사시도.

도2는 상기 연마 패드를 모식적으로 도시하는 평면도.

도3은 상기 연마 패드에 마련된 관통 구멍을 도시하는 평면도.

도4는 상기 관통 구멍의 짧은 직경에 대한 긴 직경의 비율과 연마율의 관계를 나타내는 설명도.

도5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 연마 패드를 모식적으로 도시하는 평면도.

도6은 상기 연마 패드에 마련된 관통 구멍과 패드 중심의 위치 관계를 도시하는 설명도.

도7은 상기 관통 구멍의 배치 각도와 연마율의 관계를 나타내는 설명도.

도8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 연마 패드를 모식적으로 도시하는 평면도.

도9는 상기 연마 패드에 마련된 관통 구멍과 패드 중심의 위치 관계를 도시하는 설명도.

도10은 상기 관통 구멍의 짧은 직경에 대한 긴 직경의 비율과 연마율의 관계를 나타내는 설명도.

도11은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 연마 패드를 모식적으로 도시하는 평면도.

도12는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 연마 패드를 모식적으로 도시하는 평면도.

도13은 상기 연마 패드에 마련된 관통 구멍과 패드 중심의 위치 관계를 도시하는 설명도.

도14는 상기 관통 구멍에 있어서의 각도(ø)와 연마율의 관계를 나타내는 설명도.

도15는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 연마 패드를 모식적으로 도시하는 평면도.

도16은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 연마 패드를 모식적으로 도시하는 평면도.

도17은 상기 연마 패드에 마련된 관통 구멍과 패드 중심의 관계를 도시하는 설명도.

도18은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 연마 패드(10G)를 모식적으로 도시하는 평면도.

도19는 종래의 연마 패드의 일례를 도시하는 부분 단면도.

도20은 종래의 연마 패드의 다른 예를 도시하는 부분 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 10A 내지 10G : 연마 패드

12 : 패드 본체

20, 30, 40, 50 : 관통 구멍

100 : 연마 장치

110 : 보유 지지 기구

120 : 회전 구동 기구

W : 반도체 웨이퍼(피연마물)

[문헌 1] 일본 특허 공개 제2004-071985호 공보

[문헌 2] 일본 특허 공개 제2003-300149호 공보

본 발명은 반도체 장치의 제조 프로세스에서 행해지는 화학적 기계 연마에 이용되는 반도체 웨이퍼의 연마 패드에 관한 것으로, 특히 슬러리의 유입을 촉진할 수 있는 것에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 프로세스에서는 웨이퍼의 절연막 표면을 평탄화할 때 등에 화학적 기계 연마가 행해진다. 이 화학적 기계 연마에 이용되는 연마 패드의 연마면은 평면 형상이며, 웨이퍼의 피연마면과 연마 패드의 연마면이 평행하게 배 치되어 서로가 회전하면서 접촉됨으로써 연마를 행하는 것이며, 다양한 연마 장치가 이용되고 있다.

예를 들어, 도19에 도시한 바와 같은 연마 패드(100)는 연질 패드(101)와, 발포 우레탄 등으로 이루어지는 경질의 패드 본체(102)를 구비하고, 패드 본체(102)에는 관통 구멍(103)이 다수 배치되어 있고, 또한 도20에 도시한 바와 같은 연마 패드(110)는 연질 패드(111)와, 패드 본체(112)를 구비하고, 관통 구멍(113) 및 격자 형상의 연마 홈(114)을 형성함으로써 연마액의 공급 배출이나 연마 부스러기의 배출 효과를 부여하고 있었다. 연마 홈(114)을 형성한 연마 패드(112)는 연마액의 공급 배출 능력이 높기 때문에 웨이퍼 중앙과, 웨이퍼 단부의 연마량의 변동이 작다는 효과가 있다. 또한, 웨이퍼를 연마 패드로부터 박리될 때, 홈을 통해서 웨이퍼 중심부까지 공기가 들어가므로, 웨이퍼를 쉽게 박리시킨다는 효과가 있다.

또한, 연마액의 공급 배출 효율을 향상시키기 위해 여러 가지 형상의 관통 구멍이 개발되고 있다(예를 들어, 문헌 1, 2 참조).

상술한 연마 패드에서는, 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 관통 구멍(103)만 갖는 패드 본체(102)에서는 연마액의 유입을 촉진하는 것이 어려웠다. 한편, 연마 홈(114)을 갖는 패드 본체(112)에서는 웨이퍼로의 연마액의 유입을 촉진할 수 있지만, 깊이가 관통 구멍(113)에 비해 얕기 때문에(δ), 패드의 수명이 짧아진다.

그리고, 본 발명은 연마액의 공급 배출 능력을 높게 함으로써, 연마량의 변 동을 작게 할 수 있는 관통 구멍을 갖는 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 과제를 해결하여 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 연마 패드, 연마 방법 및 연마 장치는 다음과 같이 구성되어 있다.

피연마물을 회전 연마하는 연마 패드에 있어서, 한쪽의 면을 연마면, 다른 쪽의 면을 지지면으로 한 판 형상의 패드 본체와, 이 패드 본체를 상기 연마면으로부터 상기 지지면까지 관통하는 원이 아닌 복수의 구멍부를 구비하고, 상기 복수의 구멍부는 상기 연마 패드의 직경 방향에 대해 똑같은 각도로 형성되며, 1 ㎠ 당 1 내지 10개, 연마액의 유동방향을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

피연마물을 회전 연마하는 연마 장치에 있어서, 상기 피연마물을 보유 지지하는 보유 지지 기구와, 이 보유 지지 기구에 보유 지지된 상기 피연마물에 대향 배치된 연마 패드와, 이 연마 패드를 회전 구동하는 회전 구동 기구를 구비하고, 상기 연마 패드는 한쪽의 면을 연마면, 다른 쪽의 면을 지지면으로 한 판 형상의 패드 본체와, 이 패드 본체를 상기 연마면으로부터 상기 지지면까지 관통하는 원이 아닌 복수의 구멍부를 구비하고, 상기 복수의 구멍부는 상기 연마 패드의 직경 방향에 대해 똑같은 각도로 형성되며, 1 ㎠ 당 1 내지 10개, 연마액의 유동방향을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

피연마물을 회전 연마하는 연마 방법에 있어서, 상기 피연마물을 연마 패드에 압박하면서 보유 지지하는 보유 지지 공정과, 상기 연마 패드를 회전시키는 회전 공정을 구비하고, 상기 연마 패드는 한쪽의 면을 연마면, 다른 쪽의 면을 지지면으로 한 판 형상의 패드 본체와, 이 패드 본체를 상기 연마면으로부터 상기 지지면까지 관통하는 원이 아닌 복수의 구멍부를 구비하고, 상기 복수의 구멍부는 상기 연마 패드의 직경 방향에 대해 똑같은 각도로 기울어져 형성되며, 1 ㎠ 당 1 내지 10개, 연마액의 유동방향을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

도1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 연마 패드(10)가 조립된 연마 장치(100)를 모식적으로 도시하는 사시도, 도2는 상기 연마 패드(10)를 모식적으로 도시하는 평면도, 도3은 연마 패드(10)에 마련된 관통 구멍(20)을 도시하는 평면도이다. 또한, 도면 중 X는 연마 패드(10)의 회전 중심, F는 연마액의 유동 방향, P는 패드 회전 방향을 도시하고 있다.

도1에 도시한 바와 같이 연마 장치(100)는 연마 패드(10)와, 반도체 웨이퍼(피연마물)(W)를 보유 지지하는 보유 지지 기구(110)와, 연마 패드(10)를 회전 구동하는 회전 구동 기구(120)를 구비하고 있다.

연마 패드(10)는 연질 패드(11)와, 발포 폴리우레탄이나 우레탄과 같은 경질인 수지로 이루어지는 패드 본체(12)가 적층되어 형성되어 있다.

패드 본체(12)의 연마면(12a)으로부터 지지면(12b)측, 즉 패드 본체(12)의 두께 방향으로는 관통 구멍(20)이 관통하여 마련되어 있다. 관통 구멍(20)은, 예를 들어 펀칭 가공이나 성형 시에 상자 등을 이용하여 형성되어 있다.

또한, 도2에 도시한 바와 같이 패드 본체(12)에 있어서 관통 구멍(20)은 소정의 수, 대략 동심원형으로 위치하도록 마련되어 있다. 또한, 이 피연마물을 연마할 때에 관통 구멍(20)의 위치는 연마 패드(10)의 회전 중심(X)에 대해 대략 동심원형으로 위치하도록 마련되어 있다.

상세하게는, 도3에 도시한 바와 같이 관통 구멍(20)은 연마면(12)측으로부터 보아 짧은 직경이 a, 긴 직경이 b인 타원 형상으로 형성되어 있다. 또한, 짧은 직경의 연장선 상에 회전 중심(X)이 위치하도록 배치되어 있다.

관통 구멍(20)은 1 ㎠당 1 내지 10개, 1개의 면적은 1 내지 6 ㎟, 패드 본체(12)의 표면에 대한 면적 비율은 1 내지 60 ％이다.

이와 같이 구성된 연마 패드(10)에 따르면, 관통 구멍(20)은 연마액의 유동하는 방향을 따라 마련되어 있음으로써, 그쪽에 일단 들어간 슬러리가 나가기 쉽게 되어 연마액의 치환이 촉진된다. 이로 인해, 연마율이 향상된다. 또한, 연마 패드(10)의 수명도 통상의 관통 구멍만을 이용한 경우와 변하지 않는다.

또한, 도4에 나타낸 바와 같이 짧은 직경에 대한 긴 직경의 비율 b/a를 크게 함으로써, 연마율이 향상된다. 예를 들어, b/a = 1.2인 경우에 통상의 관통 구멍(b/a = 1)에 비해 10 ％ 정도 연마율이 향상된다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 연마 패드(10)에 따르면, 연마액 치환을 촉진할 수 있어 연마율을 향상시킬 수 있다.

도5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 연마 패드(10A)를 모식적으로 도시하는 평면도, 도6은 관통 구멍(20)과 패드 회전 중심(X)의 관계를 도시하는 설명도이다. 도5 및 도6에 있어서, 도2 및 도3과 동일 기능 부분에는 동일 부호를 붙이고, 또한 중복되는 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 관한 연마 패드(10A)에 있어서는, 관통 구멍(20)의 긴 직경이 직경 방향(R)에 대해 각도(θ)를 갖도록 하여 배치되어 있다. 이와 같이 관통 구멍(20)이 배치되어 있을 경우, 원심력을 연마액 치환의 촉진에 작용시킬 수 있 다.

도7은 각도(θ)를 0 내지 90°까지 변화시킨 경우의 연마율의 변화를 나타내고 있다. 여기서, 각도(θ) = 90°는 상술한 도2에 도시한 바와 같이 짧은 직경 방향과 직경 방향(R)이 일치하고 있을 경우이다. 각도 40 내지 80°인 경우에 연마율이 최대가 되고, 도2의 경우에 비해 약 2배의 연마율이 된다. 연마율이 최대가 되는 각도는 연마 패드의 회전 속도에 의해 변한다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 연마 패드(10A)에 따르면, 연마액 치환을 촉진할 수 있어 연마율을 향상시킬 수 있다.

도8은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 연마 패드(10B)를 모식적으로 도시하는 평면도, 도9는 관통 구멍(30)과 패드 중심(X)의 관계를 도시하는 설명도이다. 도8 및 도9에 있어서, 도2 및 도3과 동일 기능 부분에는 동일 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 관한 연마 패드(10B)에 있어서는 상류측보다도 하류측이 확장되는 눈물 방울형의 관통 구멍(30)이 마련되어 있다. 이 관통 구멍(30)은 짧은 직경(c) 및 긴 직경(d)이며, 또한 짧은 직경의 연장선 상에 회전 중심(X)이 위치하도록 배치되어 있다.

또한, 도10에 나타낸 바와 같이 짧은 직경에 대한 긴 직경의 비율 d/c를 크게 함으로써, 연마율이 향상된다. 예를 들어, d/c = 1.2인 경우에 통상의 관통 구멍(b/a = 1)에 비해 5 ％ 정도 연마율이 향상된다.

도11은 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 연마 패드(10C)를 모식적으로 도시 하는 평면도이다. 도11에 있어서, 도8과 동일 기능 부분에는 동일 부호를 붙여, 그 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 관한 연마 패드(10C)에 있어서는, 관통 구멍(30)을 주위 방향에 대해 기울인, 즉 연마액의 하류측이 외주측으로 되도록 하고 있다. 이와 같이 관통 구멍(30)이 배치되어 있을 경우, 원심력을 연마액 치환의 촉진에 작용시킬 수 있다.

도12는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 연마 패드(10D)를 모식적으로 도시하는 평면도, 도13은 관통 구멍(40)과 패드 중심(X)의 관계를 도시하는 설명도이다. 도12 및 도13에 있어서, 도2 및 도3과 동일 기능 부분에는 동일 부호를 붙여, 그 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 관한 연마 패드(10D)에 있어서는 상류측보다도 하류측이 확장되는 눈물 방울형이며, 하류측이 내주측으로 각도(ø)만큼 기울여 형성된 관통 구멍(40)이 마련되어 있다.

또한, 도14에 나타낸 바와 같이 ø의 각도를 조정함으로써, 연마율이 향상된다. 예를 들어, ø를 20°이상으로 설정함으로써 통상의 눈물 방울형의 관통 구멍(30)에 비해 5 ％ 이상 연마율이 향상된다.

도15는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 연마 패드(10E)를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 도15에 있어서, 도12와 동일 기능 부분에는 동일 부호를 붙여, 그 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 관한 연마 패드(10E)에 있어서는 관통 구멍(40)을 주위 방향 에 대해 기울인, 즉 연마액의 하류측이 외주측으로 되도록 하고 있다. 이와 같이 관통 구멍(40)이 배치되어 있을 경우, 원심력을 연마액 치환의 촉진에 작용시킬 수 있다.

도16은 본 발명의 제7 실시 형태에 관한 연마 패드(10F)를 모식적으로 도시하는 평면도, 도17은 관통 구멍(50)과 패드 중심(X)의 관계를 도시하는 설명도이다. 도16 및 도17에 있어서, 도2 및 도3과 동일 기능 부분에는 동일 부호를 붙여, 그 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 관한 연마 패드(10F)에 있어서는 상류측보다도 하류측이 확장되는 눈물 방울형이며, 하류측이 외주측에 각도(ø)만큼 기울여 형성된 관통 구멍(50)이 더 마련되어 있다. 또한, 외주측을 마이너스의 각도로 한다.

또한, 도14에 나타낸 바와 같이 ø의 각도를 조정함으로써, 연마율이 향상된다. 예를 들어, ø를 마이너스 20°이상으로 설정함으로써, 통상의 눈물 방울형의 관통 구멍(30)에 비해 5 ％ 이상 연마율이 향상된다.

도18은 본 발명의 제8 실시 형태에 관한 연마 패드(10G)를 모식적으로 도시하는 평면도이다. 도18에 있어서, 도16과 동일 기능 부분에는 동일한 부호를 붙여, 그 설명은 생략한다.

본 실시 형태에 관한 연마 패드(10G)에 있어서는 관통 구멍(50)을 주위 방향에 대해 기울인, 즉 연마액의 하류측이 외주측으로 되도록 하고 있다. 이와 같이 관통 구멍(50)이 배치되어 있을 경우에, 원심력을 연마액 치환의 촉진에 작용시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시 형태 그대로 한정되는 것은 아니며, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또한, 상기 실시 형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해, 여러 가지의 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시 형태에 도시되는 전체 구성 요소로부터 몇 가지의 구성 요소를 삭제해도 좋다. 또한, 다른 실시 형태에 걸친 구성 요소를 적절하게 조합해도 좋다.

본 발명에 따르면, 연마액의 공급 배출 능력을 높게 함으로써 연마량의 변동을 작게 할 수 있는 관통 구멍을 얻는 것이 가능해진다.

Claims

피연마물을 회전 연마하는 연마 패드에 있어서,

한쪽의 면을 연마면, 다른 쪽의 면을 지지면으로 한 판 형상의 패드 본체와,

이 패드 본체를 상기 연마면으로부터 상기 지지면까지 관통하는 원이 아닌 복수의 구멍부를 구비하고, 상기 복수의 구멍부는 상기 연마 패드의 직경 방향에 대해 똑같은 각도로 형성되며, 1 ㎠ 당 1 내지 10개, 연마액의 유동방향을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 상기 구멍부는 타원 형상을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 상기 구멍부는 직경 방향에 대해 똑같은 방향으로 점차 확장되는 부분을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 상기 구멍부는 그 긴 직경이 직경 방향에 대해 똑같은 각도로 기울어져 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 상기 구멍부는 직경 방향에 대해 똑같은 방향으로 점차 확장되고, 또한 하류측이 내주측으로 기울어져 있는 부분을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 상기 구멍부는 직경 방향에 대해 똑같은 방향으로 점차 확장되고, 또한 하류측이 외주측으로 기울어져 있는 부분을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍부는 그 긴 직경이 직경 방향에 대해 똑같은 각도로 기울여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
피연마물을 회전 연마하는 연마 장치에 있어서,

상기 피연마물을 보유 지지하는 보유 지지 기구와,

이 보유 지지 기구에 보유 지지된 상기 피연마물에 대향 배치된 연마 패드와,

이 연마 패드를 회전 구동하는 회전 구동 기구를 구비하고,

상기 연마 패드는 한쪽의 면을 연마면, 다른 쪽의 면을 지지면으로 한 판 형상의 패드 본체와,

이 패드 본체를 상기 연마면으로부터 상기 지지면까지 관통하는 원이 아닌 복수의 구멍부를 구비하고, 상기 복수의 구멍부는 상기 연마 패드의 직경 방향에 대해 똑같은 각도로 형성되며, 1 ㎠ 당 1 내지 10개, 연마액의 유동방향을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
피연마물을 회전 연마하는 연마 방법에 있어서,

상기 피연마물을 연마 패드에 압박하면서 보유 지지하는 보유 지지 공정과,

상기 연마 패드를 회전시키는 회전 공정을 구비하고,

상기 연마 패드는 한쪽의 면을 연마면, 다른 쪽의 면을 지지면으로 한 판 형상의 패드 본체와,

이 패드 본체를 상기 연마면으로부터 상기 지지면까지 관통하는 원이 아닌 복수의 구멍부를 구비하고, 상기 복수의 구멍부는 상기 연마 패드의 직경 방향에 대해 똑같은 각도로 기울어져 형성되며, 1 ㎠ 당 1 내지 10개, 연마액의 유동방향을 따라 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 방법.