KR100932741B1 - 웨이퍼의 양면연마장치 및 양면연마방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 적어도, 웨이퍼 유지공을 갖는 캐리어 플레이트, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반, 그리고 슬러리 공급수단을 구비하며, 상기 웨이퍼 유지공내에 웨이퍼를 유지하여, 슬러리를 공급하면서, 상기 상하부정반사이에서 캐리어 플레이트를 운동시켜, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치에 있어서, 상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트의 각 유지공의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD를 일치시킨 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치이다. 이것에 의해서, 우수한 응답성으로 정반을 변형시킴에 의해 웨이퍼 형상을 제어할 수 있고, 웨이퍼 형상을 악화시킴이 없이, 고(高)정도로 안정된 연마를 행하는 것이 가능한 웨이퍼 양면연마장치및 양면연마방법이 제공된다.
웨이퍼, 캐리어 플레이트, 연마포, 웨이퍼 양면연마장치, 양면연마방법

Description

웨이퍼의 양면연마장치 및 양면연마방법{DOUBLE SIDE POLISHING DEVICE FOR WAFER AND DOUBLE SIDE POLISHING METHOD}
본 발명은 양면연마장치를 이용하여 웨이퍼를 연마할 때에, 경시적으로 변하는 웨이퍼의 품질을 안정하게 유지할 수 있는 연마장치 및 연마방법에 관한 것으로, 특히, 웨이퍼의 표리(表裏) 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치의 적어도 상부정반의 형상을 제어하는 것에 의하여, 웨이퍼의 형상을 제어하면서 웨이퍼의 연마를 행하는 웨이퍼의 양면연마장치 및 양면연마방법에 관한 것이다.
종래의 웨이퍼의 제조방법으로서, 실리콘웨이퍼의 제조방법을 예로 설명하면 우선, 쵸크랄스키법(CZ법) 등에 의하여 실리콘 단결정 잉고트를 육성하고, 얻어진 실리콘 단결정잉고트를 슬라이스하여 실리콘 웨이퍼를 제작한 후, 이 실리콘 웨이퍼에 대하여 면취하고, 래핑, 에칭의 각공정이 순차적으로 이루어지고, 다음에 적어도 웨이퍼의 일주면을 경면화하는 연마공정이 실시된다.
이 웨이퍼의 연마공정에 있어서, 예를 들면 실리콘 웨이퍼의 양면을 연마한는 경우에, 양면연마장치가 이용되는 되는 경우가 있다.이 양면연마장치로서는 통상, 중심부의 태양기어와 외주부의 인터널 기어 사이에 웨이퍼를 유지한 캐리어 플레이트가 배치된 유성치차구조를 갖는 소위 4웨이 방식의 양면연마장치가 사용되고 있다.
이 4웨이 방식의 양면연마장치는 웨이퍼 유지공이 형성된 복수의 캐리어 플레이트에 실리콘 웨이퍼를 삽입, 유지하고, 유지된 실리콘 웨이퍼의 상방향에서 연마슬러리를 공급하면서 웨이퍼의 대향면에 연마포가 부착(貼付)된 상부정반 및 하부정반을 각각 웨이퍼의 표리면에 압부하여 상대방향으로 회전시키고, 그것과 동시에 캐리어 플레이트를 태양기어와 인터널 기어에 의하여 자전 및 공전시키는 것으로서, 실리콘웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 것이 가능하다.
또, 이 밖의 형태의 양면연마장치로서, 예를 들면, 특개평10-202511호 공보에 기재되어 있는 바와 같은 양면연마장치가 공지되어 있다. 도5에 그 양면연마장치의 개략단면설명도를 나타낸다. 이 양면연마장치 41는, 실리콘웨이퍼 44가 유지되는 복수의 웨이퍼 유지공을 갖는 캐리어 플레이트 46, 이 캐리어 플레이트 46의 상하방향에 배치된, 실리콘웨이퍼 44의 표리 양면을 동시에 연마하는 연마포 45가 웨이퍼 대향면에 부착된 상부정반 42 및 하부정반 43, 이들 상부정반 42 및 하부정반 43에 의해서 끼워진 캐리어 플레이트 46를 그 표면과 평행한 면내에서 운동시키는 캐리어운동수단(미도시) 등을 구비하고 있다. 또, 상부정반 42에는 회전과 연마하중을 가하는 실린더 47, 그 하중을 상부정반 42에 전달하는 하우징 48, 그리고, 이 하우징 48과 상부정반 42을 고정하는 볼트 등의 고정수단 49이 설치되어 있다. 한편, 하부정반 43에는 모터 및 감속기(미도시)로 부터의 회전을 하부정반 43에 전달하는 실린더 47, 정반의 하중을 지지하는 스러스트베어링 50이 설치되어 있다.
이와 같은 양면연마장치 41에서, 상부정반 42과 하부정반 43 사이에 끼워진 캐리어 플레이트 46는 캐리어운동수단(미도시)에 의해 캐리어홀다 51를 통하여 자전을 동반하지 않는 원운동, 즉, 캐리어 플레이트 46가 자전하는 일 없이 상부정반 42과 하부정반 43의 회전축으로부터 소정거리 편심된 상태를 유지하여 선회하는 일종의 요동운동을 하게 된다. 또, 이때, 실리콘웨이퍼 44는 캐리어 플레이트 46의 웨이퍼 유지공 내에 회전가능하도록 유지되어 있기 때문에, 상부정반과 하부정반을 회전축을 중심으로 하여 상호 다른 회전속도와 회전방향으로 회전시킴에 의하여 그 회전속도가 빠른 정반의 회전방향으로 함께 회전(자전)시키는 것이 가능하다.
따라서, 실리콘웨이퍼를 양면연마하는 경우에, 캐리어 플레이트의 각 웨이퍼 유지공에 실리콘웨이퍼를 삽입, 유지하고, 연마지립을 포함하는 슬러리(Slurry)를 실리콘웨이퍼에 공급하면서 상부정반 및 하부정반을 상호 다른 회전속도와 회전방향으로 회전시켜서 웨이퍼 자체를 유지공내에서 자전시키면서, 캐리어 플레이트에 자전을 수반하지 않는 원운동을 하도록 함에 따라, 실리콘웨이퍼의 표리 양면을 동시에 매끄럽게 균일한 연마를 하는 것이 가능하다. 이와 같은 형태의 양면연마장치는, 대구경의 웨이퍼에도 용이하게 양면연마를 행하는 것이 가능하고, 근년 웨이퍼의 대구경화에 동반하여 많이 이용되어 왔다.
그렇지만, 상기와 같은, 4웨이 방식의 양면연마장치나 캐리어 플레이트에 자전을 수반하지 않는 원운동을 행하여서 웨이퍼의 연마를 행하는 양면연마장치를 이용하여, 웨이퍼를 복수 배치 반복 연마하는 경우, 상하부정반에 부착된 연마포의 수명이나 눈 막힘 등이 영향을 주어 연마포의 연마 능력 등이 시간에 따라서 변화하고 만다. 그때문에, 연마포를 교체함이 없이 복수 배치(batch)의 웨이퍼 연마를 행하면, 연마 배치수가 증가함에 따라서 연마되는 웨이퍼의 형상이 시간에 따라서 변화하고 만다. 배치마다 웨이퍼 형상에 다름이 발생하고, 웨이퍼의 안정된 품질을 유지하는 것이 불가능하다고 하는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 종래는, 연마포의 연마능력 등의 시간에 따른 변화에 일치하여 각종 연마 조건을 변화시킴으로써, 웨이퍼 형상의 시간에 따른 변화를 제어하여 웨이퍼의 연마를 행하고 있다. 예를 들면, 정반 온도 등의 조건을 변화시킴으로써 정반의 형상 자체를 변형시켜, 웨이퍼의 형상을 제어하는 방법이 있다.
통상, 양면연마장치 등에서 이용되는 정반으로서는, 웨이퍼를 연마하는 때에 정반 형상은 변형하지 않는 것이 바람직하다고 생각되지만, 웨이퍼를 연마하는 때에, 그와 같이 형상이 변형되지 않는 정반을 사용하는 경우, 연마 조건을 종종 변경한 때의 정반과 웨이퍼의 합치는 결합이 곤란해지고, 그리고 연마포의 연마능력 등의 경시적인 변화에 대해 웨이퍼의 형상을 제어하는 것이 불가능하게 된다.
이와 같은 웨이퍼 형상의 제어의 곤란성을 회피하기 위하여, 일방적으로, 정반에는 어느 정도 변형하도록 된 재질, 특히 온도 변화에 의해서 변형하는 재질이 이용되고, 정반내에 냉각수 등을 흘려서 정반의 온도를 변화시키고 정반형상을 변형시킴으로써, 웨이퍼 형상을 제어하는 것이 가능하다.
그렇지만, 이와 같이 정반내에 냉각수 등을 흐르도록 하여 정반의 온도를 변형시키고 웨이퍼 형상을 제어하고자 하여도, 종래의 양면연마에서는 정반의 온도변화에 대한 정반 변형의 응답성(정반온도변화에 대한 직선성 등)이 악화되고, 정반형상을 정도 좋게 제어하는 것이 불가능하게 되며, 특히 웨이퍼 연마중에 연마 조건 등을 크게 변경한 경우에는, 정반 내부의 온도제어만으로는 정반을 소망의 형상으로 제어하는 것이 불가능하다고 하는 문제가 있었다. 그리고, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우, 정반 변형의 응답성이 나쁘기 때문에, 웨이퍼의 배치 수가 증가함에 따라 정반 형상을 소망하는 대로 제어하는 것이 곤란하게 되고, 웨이퍼 형상을 배치마다 안정하게 고정도로 제어하는 것이 불가능한 것이었다. 특히, 직경 300mm 등의 대구경 웨이퍼를 복수 배치 반복하여 연마하면, 웨이퍼 형상이 중간 철(凸) 형상으로 되기 쉽고, GBIR(Global Back Ideal Range) 등의 평탄도(flatness)가 악화하는 등의 웨이퍼 형상의 악화가 발견된다. 결국, 종래와 같이 정반내의 온도를 제어하는 것만으로는, 시간에 따라 변화하는 웨이퍼 형상을 충분하게 제어하는 것이 불가능한 것이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 본 발명은, 연마포의 수명이나 눈 막힘 등에 기인하는 연마 능력 등의 경시적인 변화에 대하여, 우선, 우수한 응답성으로서 정반을 변형시킴에 의해 웨이퍼 형상을 제어할 수 있고, 웨이퍼를 복수 배치 반복하여 연마하여도 웨이퍼 형상을 악화시킴이 없으며, 고정도로서 안정되게 연마를 행함이 가능한 웨이퍼의 양면연마장치및 양면연마방법을 제공함을 제1의 목적으로 하고, 그리고, 정반형상을 고정도로 제어함에 의해서 웨이퍼 형상을 정도좋게 제어가능하고, 그리고 웨이퍼를 복수배치 반복 연마하여도 고정도로 안정되게 연마하는 것이 가능한 웨이퍼의 양면연마장치및 양면연마방법을 제공함을 제2의 목적으로 한다.
상기 제1의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 적어도 웨이퍼 유지(保持)공을 갖는 캐리어 플레이트, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반, 그리고 슬러리 공급수단을 갖추고, 상기 웨이퍼 유지공내에 웨이퍼를 유지하여, 슬러리를 공급하면서, 상기 상하부정반 사이에서 캐리어 플레이트를 운동시켜, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치에 있어서, 상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트의 각 유지공의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD들을 일치시킨 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치가 제공된다.
이와 같이, 적어도, 캐리어 플레이트, 상부정반, 하부정반,및 슬러리 공급수단을 갖추고, 상하부정반 사이에서 캐리어 플레이트를 운동시켜, 웨이퍼를 연마하는 양면연마장치에 있어서, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원(이하, 피치원(pitch circle)으로 부르는 경우가 있음)의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD(Pitch Circle Diameter)와, 캐리어 플레이트의 각 유지공의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD들을 일치시킨 양면연마장치이라면, 웨이퍼를 연마하는 때의 연마조건 변경에 대한 정반 변형의 응답성을 향상시키는 것이 가능하고, 용이하게 정반형상을 제어하는 것이 가능하다.
그것에 의해서, 복수 배치의 웨이퍼를 반복 연마하는 경우에, 연마포의 연마능력 등의 경시적인 변화에 일치하여, 연마조건을 적절하게 변경하여 정반형상을 제어하는 것이 가능하고, 웨이퍼의 형상을 악화시킴이 없이, 용이하게 배치마다의 웨이퍼 형상을 제어하여 연마를 행하는 것이 가능한 장치로 된다.
이때, 상기 캐리어 플레이트의 운동은, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동임이 바람직하다.
이와 같이, 캐리어 플레이트의 운동이, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동, 즉, 캐리어 플레이트는 자전하지 않고, 상부정반과 하부정반의 회전축으로 부터 소정의 거리를 편심한 상태를 유지하여 선회하는 요동운동이라면, 캐리어 플레이트상의 전체 점은, 동일 크기의 작은 원의 궤적을 그리게 되기 때문에, 웨이퍼의 표리양연마면의 전역에 걸쳐서 균일하게 연마를 행하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 적어도 웨이퍼 유지공을 갖는 복수의 캐리어 플레이트, 상기 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시키기 위한 태양기어(Sun Gear)와 인터널 기어(Internal Gear), 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반,및 슬러리 공급수단을 갖추고, 상기 웨이퍼 유지공내에 웨이퍼를 유지하여 슬러리를 공급하면서, 상기 상하부정반 사이에서 복수의 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시켜서, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치에 있어서, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시킨 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치가 제공된다.
이와 같이, 적어도, 캐리어 플레이트, 태양기어, 인터널 기어, 상부정반, 하부정반 및, 슬러리 공급수단을 갖추고, 상하부정반 사이에서 캐리어 플레이트를 자전 및 공전운동시켜서, 웨이퍼를 연마하는 양면연마장치에 있어서, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시킨 양면연마장치이라면, 웨이퍼를 연마하는 때의 연마조건의 변경에 대한 정반 변형의 응답성을 향상시키는 것이 가능하고, 용이하게 정반형상을 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 때에, 연마포의 연마능력 등의 경시적인 변화에 일치하여, 연마 조건을 적절하게 변경하고 정반 형상을 제어하는 것이 가능하며, 웨이퍼의 형상을 악화시킴이 없이 용이하게 배치마다의 웨이퍼 형상을 제어하여 연마를 행하는 것이 가능하다.
이때, 상기 하부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반 하중지점의 PCD를, 상기 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 하부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반 하중지점의 PCD를, 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시킨 양면연마장치이라면, 정반형상을 제어하는 때의 응답성을 더욱 향상시키는 것이 가능하고, 복수 배치의 웨이퍼를 연마하는 경우에도, 배치마다의 웨이퍼 형상을 고정도로 제어하는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명에 관한 웨이퍼의 양면연마방법은, 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 유지공이 형성된 캐리어 플레이트에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반 사이에서, 상기 캐리어 플레이트를 운동시켜서 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD들을 일치시켜 웨이퍼를 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법이다.
상기와 같은 웨이퍼의 표리 양면을 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD들을 일치시켜 웨이퍼를 연마하는 것에 의해서, 정반형상을 우수한 응답성으로서 용이하게 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상의 경시적인 변화에 대응하여 정반형상을 정도가 우수하게 제어하는 것이 가능하기 때문에, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우에도 웨이퍼의 형상을 정도 좋게 유지하여 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
이때, 상기 캐리어 플레이트의 운동을, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 상기 캐리어 플레이트의 운동을, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동으로 함에 의해서, 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 표리 양연마면의 전역에 걸쳐서, 균일한 연마를 행함이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 웨이퍼를 유지하는 유지공이 형성된 복수의 캐리어 플레이트에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반 사이에서 상기 복수의 캐리어 플레이트를 태양기어와 인터널기어로 자전 및 공전시켜, 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시켜 연마함을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법이 제공된다.
상기와 같은 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시켜 연마하는 것에 의해서, 정반형상을 우수한 응답성으로서 용이하게 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상의 경시적인 변화에 대응하여 정반형상을 정도가 우수하게 제어하는 것이 가능하기 때문에, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우에도 웨이퍼의 형상을 정도 좋게 유지하여 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
이때, 상기 하부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반 하중지점의 PCD를, 상기 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시키는 것이 바람직하다.
이와 같이, 하부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반 하중지점의 PCD를, 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시킴에 의해서, 정반형상을 제어하는 경우의 응답성을 더욱 향상시키는 것이 가능하고, 복수 배치의 웨이퍼를 연마하는 경우에도, 배치 마다의 웨이퍼 형상변화를 확실하게 제어하는 것이 가능하다.
더욱이, 이때, 상기 웨이퍼를 연마하는 경우, 연마조건을 제어하면서 웨이퍼를 연마하는 것이 바람직하고, 그리고 상기 연마조건의 제어를, 상기 상부정반 및/또는 하부정반의 온도를 제어함에 의해서 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 웨이퍼를 연마하는 경우에, 연마조건을 제어하면서 바람직하게는 상부정반 및/또는 하부정반의 온도를 제어하면서, 웨이퍼를 연마함에 의해서, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우에도, 우수한 응답성으로서 정반형상을 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상을 악화시키지 않고 복수 배치의 웨이퍼를 연마하는 것이 가능하게 되고, 배치마다 연마되어지는 웨이퍼 형상을 정도 높게 안정된 상태로 유지하는 것이 가능하다.
상기 제2의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, 적어도, 웨이퍼 유지(保持)공을 갖는 캐리어 플레이트, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반, 그리고 슬러리 공급수단을 갖추고, 상기 웨이퍼 유지공내에 웨이퍼를 유지하여, 슬러리를 공급하면서, 상기 상하부정반 사이에서 캐리어 플레이트를 운동시켜, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치에 있어서, 상기 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치가 제공된다.
이와 같이, 적어도, 캐리어 플레이트, 상부정반, 하부정반,및 슬러리 공급수단을 갖추고, 상하부정반 사이에서 캐리어 플레이트를 운동시켜, 웨이퍼의 표리 양면을 연마하는 양면연마장치에 있어서, 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 갖는 양면연마장치이라면, 상부정반의 형상을 형상조정수단에 의해서 강제적으로 변형시키는 것이 가능하기 때문에, 웨이퍼를 연마하는 때의 연마포의 연마능력 등의 경시적인 변화에 맞추어, 정반형상을 적절하게 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상을 정도 좋게 안정화시켜서 연마를 행하는 것이 가능하고, 그리고, 복수 배치의 웨이퍼를 반복 연마하는 경우에도, 웨이퍼의 형상을 악화시킴이 없이, 용이하게 배치마다의 웨이퍼 형상을 제어하여 연마를 행하는 것이 가능한 장치로 된다.
이때, 상기 캐리어 플레이트의 운동은, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동임이 바람직하다.
이와 같이, 캐리어 플레이트의 운동이, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동, 즉, 캐리어 플레이트는 자전하지 않고, 상부정반과 하부정반의 회전축으로 부터 소정의 거리를 편심한 상태를 유지하여 선회하는 요동운동이라면, 캐리어 플레이트상의 전체 점은, 동일 크기의 작은 원의 궤적을 그리기 때문에, 그것에 의해서, 웨이퍼의 표리양연마면의 전역에 걸쳐서 균일하게 연마를 행하는 것이 가능하다.
그리고 이때, 상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트의 각 유지공의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD들을 일치시킨 것임이 바람직하다.
이와 같이, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD(Pitch Circle Diameter)와, 캐리어 플레이트의 각 유지공의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD들을 일치시킨 양면연마장치이라면, 형상조정수단의 조절및 슬러리 공급량의 조절 등에 대한 정반변형의 응답성을 일층 향상시키는 것이 가능하고, 용이하고 정도 좋게 정반형상을 제어하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 적어도 웨이퍼 유지공을 갖는 복수의 캐리어 플레이트, 상기 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시키기 위한 태양기어와 인터널 기어, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반, 및 슬러리 공급수단을 갖추고, 상기 웨이퍼 유지공내에 웨이퍼를 유지하여 슬러리를 공급하면서, 상기 상하부정반 사이에서 복수의 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시켜서, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치에 있어서, 상기 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치가 제공된다.
이와 같이, 적어도, 캐리어 플레이트, 태양기어, 인터널 기어, 상부정반, 하부정반 및, 슬러리 공급수단을 갖추고, 상하부정반 사이에서 복수의 캐리어 플레이트를 자전 및 공전운동시켜서, 웨이퍼의 표리 양면을 연마하는 양면연마장치에 있어서, 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 갖는 양면연마장치에 의하면, 상부정반의 형상을 형상조정수단에 의해서 강제적으로 변형시키는 것이 가능하기 때문에, 웨이퍼를 연마하는 때의 연마포의 연마능력 등의 경시적인 변화에 맞추어, 정반형상을 적절하게 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상을 정도 좋게 안정화시켜서 연마를 행하는 것이 가능하고, 그리고, 복수 배치의 웨이퍼를 반복 연마하는 경우에도, 웨이퍼의 형상을 악화시킴이 없이, 용이하게 배치마다의 웨이퍼 형상을 제어하여 연마를 행하는 것이 가능한 장치로 된다.
이때, 상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시킨 것임이 바람직하다.
이와 같이, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시킨 양면연마장치이라면, 형상조정수단의 조절및 슬러리 공급량의 조절 등에 대한 정반변형의 응답성을 일층 향상시키는 것이 가능하고, 용이하고 정도 좋게 정반형상을 제어하는 것이 가능하다.
또한, 상기 형상조정수단이 마이크로미터(micrometer)임이 바람직하다.
이와 같이, 형상조정수단이 마이크로미터이라면, 마이크로미터를 조절함에 의해서, 상부 정반을 기계적으로 소망의 크기로 압압하여 강제적으로 변형시키는 것이 가능하고, 정반을 소망의 형상으로 정도 좋게 변형시키는 것이 가능하다.
그리고, 상기 정반의 재질이 스테인레스 강임이 바람직하다.
이와 같이, 정반의 재질이 스테인레스 강이라면, 정반을 적당하게 변형시키는 것이 가능하기 때문에, 형상조정수단 등에 의한 정반의 변형을 용이하게 행함이 가능하다.
그리고, 본 발명에 관한 웨이퍼의 양면연마방법은, 캐리어 플레이트에 형성된 웨이퍼 유지공에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반 사이에서 상기 캐리어 플레이트를 운동시켜서 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상기 슬러리의 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법이다.
상기와 같은 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 슬러리의 공급량을 조절하여 연마하는 것에 의해서, 연마면의 온도를 제어할 수 있고, 정반형상을 우수한 응답성으로서 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상을 악화시킴이 없이 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
이때, 상기 캐리어 플레이트의 운동을, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 캐리어 플레이트의 운동을 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동으로 함에 의해서, 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 표리 양연마면의 전역에 걸쳐서, 균일하게 연마를 행함이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 웨이퍼를 유지하는 유지공이 형성된 복수의 캐리어 플레이트에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반 사이에서 상기 복수의 캐리어 플레이트를 태양기어와 인터널기어로 자전 및 공전시켜, 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상기 슬러리의 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법이 제공된다.
상기와 같은 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 슬러리의 공급량을 조절하여 연마하는 것에 의해서, 연마면의 온도를 제어할 수 있고, 정반형상을 우수한 응답성으로서 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상을 악화시킴이 없이 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
이때, 상기 슬러리 공급량의 조절을, 상기 연마포의 사용시간에 대응하여 행하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 슬러리 공급량의 조절을 연마포의 사용시간에 대응하여 행함에 의해서, 연마포의 연마 능력 등의 경시적인 변화에 맞추어 정반 형상을 정도 좋게 제어하는 것이 가능하다. 예를 들면, 슬러리 공급량의 조절은 연마포의 사용시간이 길어지게 됨에 따라, 슬러리의 공급량이 감소하도록 행하면 좋고, 이와 같이 슬러리 공급량을 조절함에 의해서, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우에도, 웨이퍼 형상을 악화시킴이 없이 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명에 관한 웨이퍼의 양면연마방법은, 캐리어 플레이트에 형성된 웨이퍼 유지공에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반 사이에서 상기 캐리어 플레이트를 운동시켜서 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상기 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 설치하고, 이 형상조정수단을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법이다.
상기와 같은 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상기 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 설치하고, 이 형상조정수단을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것에 의해서, 상부정반의 형상을 형상조정수단에 의해서 강제적으로 변형시키는 것이 가능하기 때문에, 웨이퍼를 연마하는 때의 연마포의 연마능력 등의 경시적인 변화에 맞추어, 정반형상을 적절하게 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상을 정도 좋게 안정화시켜서 연마를 행하는 것이 가능하고, 그리고, 복수 배치의 웨이퍼를 반복 연마하는 경우에도, 웨이퍼의 형상을 악화시킴이 없이 정도 좋게 제어하며, 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
이때, 상기 캐리어 플레이트의 운동을, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 캐리어 플레이트의 운동을 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동으로 함에 의해서, 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 표리양연마면의 전역에 걸쳐서 균일하게 연마를 행하는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명에 의하면, 웨이퍼를 유지하는 유지공이 형성된 복수의 캐리어 플레이트에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반및 하부정반 사이에서 상기 복수의 캐리어 플레이트를 태양기어와 인터널 기어로 자전 및 공전시켜서, 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상기 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 설치하고, 이 형상조정수단을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법이 제공된다.
상기와 같은 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서, 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 설치하고, 이 형상조정수단을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것에 의해서, 상부정반의 형상을 형상조정수단에 의해서 강제적으로 변형시키는 것이 가능하기 때문에, 웨이퍼를 연마하는 때의 연마포의 연마능력 등의 경시적인 변화에 맞추어, 정반형상을 적절하게 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상을 정도 좋게 안정화시켜서 연마를 행하는 것이 가능하고, 그리고, 복수 배치의 웨이퍼를 반복 연마하는 경우에도, 웨이퍼의 형상을 악화시킴이 없이 정도 좋게 제어하며, 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
이때, 상기 공급하는 슬러리의 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 설치하고, 그리고 이와 같이, 공급하는 슬러리의 공급량을 조절함에 의해서, 정반형상을 더욱 고정도로 제어하는 것이 가능하고, 웨이퍼 형상의 악화를 확실하게 방지하는 것이 가능하다.
또한 이때, 상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD 또는 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시켜 연마하는 것이 바람직하다.
상기의 양면연마방법에 있어서, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD 또는 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시켜 연마하는 것에 의해서, 공급되는 슬러리 공급량의 조절 및 마이크로미터 등의 형상조절수단의 조절에 의한 정반형상의 제어를 우수한 응답성으로서 행하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상의 경시적인 변화에 대하여 정반형상을 정도 좋게 제어하는 것이 가능하고, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우에도, 웨이퍼의 형상을 정도 좋게 제어하고 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 웨이퍼를 연마하는 경우에 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼 중심의 평균적인 PCD를 일치시킴에 의해서, 또는 상부정반 하중지점의 PCD와, 복수의 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시킴에 의해서, 정반변형의 응답성이 향상하고, 웨이퍼 형상을 정도 좋게 제어하는 것이 가능하다. 그리고, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우에 연마조건을 적절하게 변화시킴에 의해서, 정반 변형의 응답성이 우수하게 됨에 따라, 웨이퍼 형상을 고정도로 안정시켜서 제어하여 연마하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 연마를 행하는 경우에, 공급된 슬러리의 공급량을 조절하는 것, 또는 상부 정반의 하중지점에 형상조정수단을 설치하고, 그 형상조정수단을 조절함에 의해서, 정반형상을 우수한 응답성으로서 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 웨이퍼 형상을 정도 좋게 안정시켜서 연마를 행하는 것 이 가능하고, 그리고 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우에도, 웨이퍼 형상을 악화시킴이 없이, 배치 마다의 웨이퍼 형상을 고정도로 제어하여 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
제 1도는 본 발명의 제 1의 태양에 관계된 양면연마장치의 일례를 표시한 계략단면설명도;
제 2도는 도1의 양면연마장치에 있어서의 상부정반의 평면도;
제 3도는 도1의 양면연마장치에 있어서의 캐리어 플레이트의 평면도;
제 4도는 본 발명의 제 1의 태양에 관계된 다른 형태(4웨이방식)의 양면연마장치의 일례를 표시한 개략단면 설명도;
제 5도는 종래의 양면연마장치의 일례를 표시한 단면설명도;
제 6도는 실시례1 및 비교례1에 있어서 연마조건 변화에 대한 웨이퍼 형상의 응답성을 표시한 그래프;
제 7도는 실시례2및 비교례2에서 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마한 때의 웨이퍼 형상의 제어성에 관하여 평가한 그래프;
제 8도는 실시례3및 비교례3에서 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마한 때의 웨이퍼 형상의 제어성에 관하여 평가한 그래프;
제 9도는 본 발명의 제 2의 태양에 관한 양면연마장치의 일례를 표시한 개략단면설명도;
제 10도는 형상조정수단의 조절에 의한 상부정반의 변형을 표시한 개략설명 도;
제 11도는 본 발명의 제 2의 태양에 관한 다른 형태(4-웨이 방식)의 양면연마장치의 일례를 표시한 개략단면설명도;
제 12도는 슬러리의 공급량의 변화에 대한 웨이퍼 형상의 응답성을 표시한 그래프;
제 13도는 형상조절수단의 조절에 의한 웨이퍼 형상의 응답성을 표시한 그래프;
제 14도는 실시례4에 있어서, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마한 때의 웨이퍼 형상의 제어성에 관하여 평가한 그래프;
제 15도는 실시례6에 있어서, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마한 때의 웨이퍼 형상의 제어성에 관하여 평가한 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 최적의 형태
이하, 본 발명에 관한 실시의 형태를 설명하지만, 본 발명은 여기에 한정되는 것은 아니다.
종래 사용되고 있는 예를 들면 제 5도에 표시된 바과 같은 양면연마장치를 사용하여 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우, 정반변형의 응답성(연마조건의 변화에 대한 직선성 등)이 나쁘고, 연마된 웨이퍼 배치의 수가 증가하는 것에 따라서 정반형상을 정도좋게 제어하는 것이 곤란하게 되고, 웨이퍼 형상을 안정화와 동시에 고정밀도로 제어하는 것이 불가능했다(제 1의 문제점). 또한, 정반온도를 제어하는 것 만으로는, 정반변형의 응답성이 나쁘기 때문에, 소망하는 정반형상으로 정밀하게 제어하는 것이 가능하지 않고, 웨이퍼형상을 안정하면서도 정밀하게 제어하는 것이 가능하지 않았다(제 2의 문제점).
그래서, 본 발명자는 상기 제 1의 문제점을 해결하기 위해, 상부정반의 하중지점과 캐리어 플레이트의 위치(또는 연마된 웨이퍼의 위치)와의 관계에 주목하고, 그들의 위치관계를 적절하게 조절하는 것에 의해, 연마조건 등의 변경에 따른 정반형상을 응답성 좋게 제어하는 것이 가능하고, 그에 따라서 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우라도, 웨이퍼 형상의 악화를 억제하고 정밀도를 좋게 하며, 안정하게 웨이퍼 형상을 유지하여 반복해서 연마하는 것이 가능한 것을 발견하고, 예의 검토를 반복하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
나아가, 본 발명자는 상기 제 2의 문제점을 해결하기 위해, 정반의 온도제어 이외에 정반형상을 제어하는 방법으로서, 연마를 행한 경우에 공급되는 슬러리의 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하는 것, 또한 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 설치, 그 형상조정수단을 조절하여 정반형상을 제어하는 것에 생각이 미치어, 예의검토를 반복하는 것에 의해 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
우선, 본 발명의 제 1의 태양에 관한 웨이퍼의 양면연마장치의 일례에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 제 1도는 본 발명의 제 1의 태양에 관한 양면연마장치의 개략 단면 설명도이고, 제 2도는 상부정반의 평면도, 또 제3도는 캐리어플레트의 평면도이다.
이 양면연마장치 1은, 웨이퍼유지공을 가지는 캐리어 플레이트 6, 연마포 5가 부착된 상부정반 2과 하부정반 3, 및 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급수단 33을 가지고 있고, 웨이퍼 4를 캐리어 플레이트 6의 웨이퍼유지공에 삽입, 유지하고, 상부정반 2 및 하부정반 3에 상하로부터 끼워들어가서, 슬러리 공급수단으로 부터 슬러리를 공급하면서, 상부정반 2 및 하부정반 3을 웨이퍼 4에 대하여 수직한 회전축을 중심으로 회전시키는 것에 의해 웨이퍼 4의 표리면을 동시에 연마하는 것이 가능하다.
또, 상부정반 2에는, 회전 및 연마하중을 가하는 실린더 7, 그 하중을 상부정반 2에 전달하는 하우징 8, 이 하우징 8과 상부정반 2을 고정하는 볼트 등의 고정수단 9이 설치되어 있고, 나아가 상부정반 내에는 정반의 온도를 제어하기 위한 온도조절수단(미도시)을 구비하고 있다. 온도조절수단은 특별히 한정되어 있지 않지만, 정반 내에 배치된 배관에 냉각수와 온수가 공급될 수 있도록 구성되어 있다.
한편, 하부정반 3에는, 모터 및 감속기(미도시)에서의 회전을 하부정반에 전달하는 실린더 7, 정반의 하중을 지탱하는 스러스트베어링 10이 설치되어 있고, 또 하부정반 내에도 상부정반과 같이 정반의 온도를 제어하기 위한 미도시의 온도조절수단을 구비하고 있다.
또한, 이들의 양면연마장치 1의 상부정반 2의 하면 및 하부정반 3의 상면에는 웨이퍼표리 양면을 경면화시키는 연마포 5가 부착하여 있다. 이 연마포의 종류 및 재질에 관하여는 한정되지 않지만, 예를 들면, 일반적인 연마포인 경질 발포 우레탄패드, 부직포 우레탄수지를 함침, 경화시킨 연질의 부직포패드 등을 이용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 연질 부직포는 로데루사의 Suba600 등이 사용된다. 기타 부직포로 이루어진 기포(基布)의 표면에 우레탄 수지를 발포시킨 2층 이상의 연마포 등도 사용하는 것이 가능하다.
또 캐리어 플레이트 6에는, 예를 들면, 제 3도에서 나타내는 바와 같이, 원판형상의 플레이트에 5개의 웨이퍼유지공 19이 형성되어 있고, 웨이퍼 4는 이 웨이퍼유지공 19내에 회전가능하도록 유지된다. 이 캐리어 플레이트 6의 재질 등은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 글래스에폭시제의 것이 사용되는 것이 바람직하다.
이 캐리어 플레이트 6는, 그 외주부를 캐리어홀더 11의 환상부 11(b)에 유지되어 있고, 캐리어 플레이트 자체가 자전하는 것이 아니고, 캐리어 플레이트 면과 평행한 면(수평면)내서에 원운동하게 된다. 또, 그 캐리어홀더 11의 환상부 11(b)의 외주에는 외부에 돌출한 복수의 축수부 11(a)가 배설되어 있다. 이 캐리어홀더의 각 축수부 11(a)에는 소경 원판형상의 편심 암 12의 편심축 12(a)이 삽착(揷着)되어 있고, 이 편심암 12의 각 하면의 중심부에는 회전축 12(b)가 수설(垂設)되어 있다. 나아가 이들의 회전축 12(b)의 선단에는 각각 스프로켓(sprocket) 13가 고착되어 있고, 각 스프로켓에는 일련의 타이밍체인 14이 수평상태에서 설치되어 있다. 이들 스프로켓 13과 타이밍체인 14는 복수의 편심 암 12을 동기하여 회전시키는 동기수단을 구성하고 있다.
그리고, 스프로켓 13의 하나에 접속된 원운동용 모터(미도시)를 작동시켜서 스프로켓 13의 하나에 회전을 주고, 이 스프로켓 13을 매개로 타이밍체인 14을 회전시키고, 이 타이밍체인이 회전함에 의해, 복수의 편심암 12이 동기하여 회전축 12(b)을 중심으로 수평면내에서 회전한다. 이 때문에, 각각의 편심암 12에 연결되어 있는 캐리어홀더 11, 또 이 캐리어홀더 11에 유지된 캐리어 플레이트 6를 캐리어 플레이트에 평행한 수평면 내에서 편심 암 12의 편심축 12(a)과 회전축 12(b)과의 거리와 동일 간격으로 상하부정반 2, 3의 회전축으로 부터 편심하여 선회하는 원운동을 하도록 하는 것이 가능하다.
이와 같이, 캐리어 플레이트 6에 자전을 수반하지 않는 원운동을 시키는 것에 의해, 캐리어 플레이트 6상의 모든 점은 같은 크기의 작은 원궤적을 묘사하는 것으로 되고, 이 때문에, 캐리어 플레이트 6에 유지된 웨이퍼 4를, 표리 양연마면의 전역에 걸쳐서 균일하게 연마를 행하는 것이 가능하다.
이러한 양면연마장치 1에 있어서, 상부정반 2의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원(피치 원)의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD(Pitch Circle Diameter)와, 캐리어 플레이트 6의 각 유지공의 중심을 원으로 연결한 때의 원(피치 원)의 직경인 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD와를 일치시키는 것에 의해, 웨이퍼를 연마하는 경우의 연마조건변경에 대한 정반변형의 응답성을 향상시키는 것이 가능하고, 그것에 의해, 연마되는 웨이퍼 형상을 고정밀도로 제어하면서 반복하여 연마할 수 있는 양면연마장치로 하는 것이 가능하다.
구체적으로 설명한다면, 상술한 바와 같이, 양면연마장치 1의 상부정반 2은 볼트 등의 고정수단 9에서 하우징 8에 유지되어 있고, 소정의 하중이 부가되어 연마가 행해진다. 그를 위해서, 상부정반 2의 하중지점은, 제 2도에 표시한 바와 같이, 상부정반 2과 하우징 8의 접합부분인 고정수단 9에 있고, 따라서, 상부정반 하중지점의 PCD와는 상부정반의 하중지점인 고정수단 9의 중심을 원으로 연결한 때의 원 16의 직경 15으로 표현하는 것이 가능하다. 또, 캐리어 플레이트 6의 유지공중심의 PCD는, 상기한 바와 같은 캐리어 플레이트 6가 1 매인 양면연마장치의 경우, 제 3도에 표시한 바와 같이, 캐리어 플레이트 6에 형성된 웨이퍼유지공 19의 중심(캐리어 플레이트 6에 유지된 웨이퍼 4의 웨이퍼 중심과 거의 일치한다)을 원으로 연결한 때의 원 17의 직경 18으로 표현하는 것이 가능하다.
이들 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD는, 양면연마장치의 설계단계에 있어서, 상부정반과 캐리어 플레이트를 조정하는 것에 의해 일치시키는 것이 가능하다. 또 기존의 양면연마장치에 관하여는, 캐리어 플레이트의 제작단계에서 웨이퍼유지공의 위치를 조정하는 것에 의해, 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD를 일치시키는 것이 가능하고, 간편하다.
이 때, 상부정반하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD를 일치시키는 것이 중요하고, 또 연마 중에는 그들의 피치원이 같은 위치에 있는 것이 바람직하다. 그러나 양면연마장치 1의 캐리어 플레이트 6가 상술한 바와 같이 상하부정반의 회전축에서 편심되어 선회하는 원운동을 행하는 경우, 상부정반 하중지점에서 작용되는 피치원의 직경과 캐리어 플레이트의 유지공의 중심에서 만들어진 피치원의 직경은 일치하고 있는 것이지만, 연마 중에 캐리어 플레이트 6의 유지공중심의 피치원의 위치는 경시적으로 변화하기 때문에, 항상 정반하중지점의 피치원과 캐리어 플레이트의 유지공중심의 피치원을 일치시키는 것은 할 수 없다. 따라서 이러한 경우에는, 상부정반하중지점의 피치원과, 캐리어 플레이트의 웨이퍼 유지공중심(캐리어 플레이트에 유지시킨 웨이퍼의 웨이퍼중심)의 소 원궤도의 평균적인 위치를 원으로 연결한 때의 원을 일치시키면 좋고, 본 발명에서 말하는 PCD를 일치시킨다는 것은 직경의 일치 및 이와 같은 피치원의 위치를 일치시키는 것도 포함한다.
또, 제 1도에서 나타낸 양면연마장치에 있어서, 나아가 하부정반3의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반 하중지점의 PCD를 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시킨 것이 바람직하다. 상기와 같이, 본 발명의 양면연마장치 1에는 하부정반 3을 스러스트베어링 10에서 유지하고, 소정의 하중을 부가하여 연마를 행한다. 따라서 하부정반 3의 하중지점은 이 스러스트베어링 10과의 접합부분에 있다. 따라서, 하부정반하중지점의 PCD는 이들 스러스트베어링 10의 고정부분을 연결한 원의 직경으로 표현하는 것이 가능하다. 이와 같이 하부정반 하중지점의 PCD를 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시키는 것에 의해, 정반형상의 제어에 대한 응답성을 한층 더 향상시키는 것이 가능하다.
또 상기에 있어서, 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심(캐리어 플레이트에 유지시킨 웨이퍼의 웨이퍼중심)의 PCD, 또 상부정반 하중지점의 PCD와 하부정반 하중지점의 PCD를 일치시키는 것이란, 직경 및 피치원의 위치를 포함한 공차 5mm이내에서 그것들을 일치시키면 좋다. 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD, 또 상부정반 하중지점의 PCD와 하부정반 하중지점의 PCD는 완전히 일치시키는 것이 보다 바람직하지만, 실제로는 다소의 공차가 생기는 것은 당연하고, 연마중의 편심을 고려하고 공차 5mm 이내에서 일치시키는 것에 의해 연마조건 변경에 대하여 정반 형상의 응답성을 충분히 향상시키는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에서 말하는 PCD를 일치시킨다는 것은 이와 같은 다소의 공차가 있는 경우도 포함하는 것이다.
다음에 제 1도에 표시한 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD와를 일치시킨 양면연마장치를 사용하여, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 방법을 표시한다.
우선, 웨이퍼 4를 웨이퍼 유지공이 형성된 캐리어 플레이트 6에 삽입, 유지시킨 후 캐리어 플레이트 6에 유지시킨 웨이퍼 4를 상하부정반 2, 3을 회전축선방향에서 진퇴시키는 승강장치(미도시)를 사용하여 연마포 5가 부착된 상부정반 2 및 하부정반 3에 끼워넣는다. 그후, 슬러리 공급수단 33에서 슬러리를 공급하면서 상측 회전모터(미도시)로 부터 실린더 7를 통해, 상부정반 2을 수평면 내에서 회전시키고, 또 하측 회전모터(미도시)로 부터 실린더 7를 통해 하부정반 3을 수평면 내에서 회전시킨다. 이때, 웨이퍼 4는 캐리어 플레이트 6의 웨이퍼 유지공 내에서 회전 가능 하도록 유지되어 있기 때문에, 상부정반 2과 하부정반 3의 회전속도를 조절하는 것에 의해, 그 회전속도가 빠른 정반의 회전 방향으로 회전(자전)시킬 수 있다. 또, 상하부정반 2, 3을 회전시키는 것과 동시에, 캐리어 플레이트 6를 편심암 12이 장착된 캐리어홀더 11에 의하여, 캐리어 플레이트의 자전을 수반하지 않는 원운동으로 운동시킨다. 이와 같이, 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD와를 일치시키고, 나아가 하부정반 하중지점의 PCD도 일치시켜 웨이퍼 4의 표리 양면을 동시에 균일하게 연마하는 것이 가능하다.
이때, 상부정반 2 및 하부정반 3의 회전속도는 한정되지 않고, 또 각 회전방향, 상부정반 2 및 하부정반 3의 웨이퍼 4에 대한 압압력도 한정되는 것은 아니다. 상부정반 및 하부정반의 실리콘 웨이퍼의 표리 양면에 대한 압압은 유체 등을 매개한 가압방법에 의해 행하는 것이 바람직하고, 주로 상부정반에 배치한 하우징 부분에 의해 가압된다. 통상 상하부정반의 웨이퍼에 대한 압압력은 100~300g/cm2이다. 또 이때, 웨이퍼 표리 양면의 연마량 및 연마속도도 특별히 한정되지 않는다.
또, 상기의 슬러리 공급수단 33은, 예를 들면, 상부정반에 복수의 슬러리 공급공을 형성하는 것에 의해 구성하는 것이 가능하다. 이들 복수의 슬러리 공급공은 웨이퍼가 요동하더라도 그 표면에 항상 슬러리가 공급되도록 구성되고, 웨이퍼가 항상 존재하는 소정의 폭의 원환상의 영역에 배치되어 있는 것이 바람직하다. 이때사용하는 슬러리의 종류는 한정되지 않는다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼를 연마하는 경우는 콜로이달실리카(Colloidal Silica)를 함유한 pH9~11의 알칼리용액을 채용하는 것이 가능하다. 술러리의 공급량은 캐리어 플레이트의 크기에 따라 다르기 때문에 한정되지 않지만, 통상 2.0~6.0 리터/분이다.
이와 같이 하여, 상부정반의 하중지점을 원에 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD와를 일치시켜서 웨이퍼를 연마하는 것에 의해, 연마조건변경에 대응하여 정반형상을 제어하는 응답성을 향상시키는 것이 가능하다. 따라서, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 경우에 상기와 같이 하여 정반변형의 응답성을 향상시키고, 예를 들면, 상부정반 및/또는 하부정반의 온도 등과 같은 연마조건을 제어하면서 웨이퍼의 연마를 행하는 것에 의해, 연마의 진행에 동반하는 연마형상의 변화를 상쇄하도록 정반형상을 변형시키고 웨이퍼형상을 용이하게 제어하면서 연마를 행하는 것이 가능하다. 그 때문에 복수 배치의 웨이퍼의 연마를 행하는 경우에도 웨이퍼 형상의 경시적 변화를 억제할 수 있고, 웨이퍼의 형상을 악화시키지 않고, 정밀하게 안정한 웨이퍼 형상을 제어하여 연마를 행하는 것이 가능하다.
더욱이, 상기의 양면연마장치에는 캐리어 플레이트에 복수의 웨이퍼가 유지되어 웨이퍼를 연마하는 경우에 관하여 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 캐리어 플레이트에 1매(枚)씩 웨이퍼를 유지시켜(매엽식(枚葉式)) 연마를 하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있는 것이고, 이 경우에는 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 직경과를 일치시키는 것에 의해 상기와 같은 동일한 효과를 얻는 것이 가능하고, 본 발명은 이와 같은 경우도 포함된다.
다음으로, 본 발명의 제 1의 태양에 관계된 다른 형태인 양면연마장치에 관하여 설명한다. 제 4도에, 본 발명에 관계된 4웨이 방식의 양면연마장치의 개략단면설명도를 나타낸다.
이 4웨이 방식의 양면연마장치 21는 웨이퍼유지공을 가지는 복수의 캐리어 플레이트 26, 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시키기 위한 태양기어 31와 인터널기어 32, 연마포 25가 부착된 상부정반 22 및 하부정반 23과 슬러리공급수단 34을 가지고 있고, 웨이퍼 24를 복수의 캐리어 플레이트 26의 웨이퍼유지공에 삽입, 유지하고, 이들 캐리어 플레이트 26를 연마포 25가 부착된 상부정반 22 및 하부정반 23에 상하에서 끼워넣고, 슬러리 공급수단에서 슬러리를 공급하면서, 태양기어 31와 인터널기어 32로 캐리어 플레이트 26를 자전 및 공전시키는 것과 함께, 상부정반 22 및 하부정반 23을 웨이퍼에 대하여 수직 회전축을 중심으로 회전시키는 것에 의해 웨이퍼 24의 표리 양면을 동시에 연마하는 것이 가능하다.
이때, 상부정반 22에는, 회전 및 연마하중을 가한 실린더 27, 그 하중을 상부정반에 전달하는 하우징 28, 또, 이 하우징과 상부정반을 고정하는 볼트 등의 고정수단 29이 설치되어 있고, 나아가 상부정반 22 내에는 정반의 온도를 제어하기 위한 온도조절수단(미도시)을 구비하고 있다. 한편, 하부정반 23에는, 모터 및 감속기(미도시)로부터의 회전을 하부정반에 전달하는 실린더 27, 정반의 하중을 지탱하는 스러스트베어링 30이 설치되어 있고, 또 하부정반 23내에는 정반의 온도를 제어하기 위한 온도조절수단(미도시)을 구비하고 있다.
그리고, 양면연마장치 21의 상부정반 22의 하면 및 하부정반 23의 상면에 부착되어 있는 연마포 25로서는, 상기와 같이, 일반적인 연마포인 경질발포 우레탄패드, 부직포에 우레탄수지를 함침, 경화시킨 연질의 부직포패드 등을 이용하는 것이 가능하다.
이와 같은 양면연마장치 21에 있어서, 상부정반 22의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 복수의 캐리어 플레이트 26의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD와를 일치시키는 것에 의해, 웨이퍼연마의 경우의 연마조건변경에 대한 정반변형의 응답성을 향상시키는 것이 가능하고, 이 때문에, 웨이퍼 형상을 고정밀도로 제어하여 반복 연마할 수 있는 양면연마장치로 할 수 있다.
구체적으로 설명한다면, 상기의 경우에, 양면연마장치 21의 상부정반 22은, 볼트 등의 고정수단 29으로 하우징 28에 유지되어 있기 때문에, 상부정반 22의 하중지점은 상부정반 22과 하우징 28의 접합부분인 고정수단 29에 있다. 따라서, 상부정반하중지점의 PCD와는, 상부정반의 하중지점인 고정수단(29)의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경으로 표시하는 것이 가능하다. 또, 이와 같은 양면연마장치의 캐리어 플레이트에는 복수의 웨이퍼유지공이 형성되어 있고, 캐리어 플레이트의 유지공중심(캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼중심)의 평균적인 PCD를 상부정반하중지점의 PCD와 일치시키는 것은 어렵다. 그 때문에, 이와 같은 양면연마장치 21의 경우는, 복수의 캐리어 플레이트 26의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트중심의 PCD를 상부정반 하중지점의 PCD와 일치시키도록 한다.
나아가, 하부정반 23의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반하중지점의 PCD를, 상기의 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시키는 것이 바람직하다. 상기의 경우에, 양면연마장치 21에는 스러스트베어링 30에 하부정반이 유지되어 있기 때문에, 하부정반 23의 하중지점은 이 스러스트베어링 30과의 접합부분에 있다. 따라서, 하부정반 하중지점의 PCD는, 이들 스러스트베어링 30의 고정부분을 결합한 원의 직경으로 표시하는 것이 가능하다. 이와 같이, 하부정반하중지점의 PCD를 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시키는 것으로 인해서, 더욱 정반형상의 제어에 대응한 응답성을 한층 향상시키는 것이 가능하다..
이때, 상부정반하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트중심의 PCD를 일치시키고, 또 상부정반 하중지점의 PCD와 하부정반 하중지점의 PCD를 일치시키는 것등은, 완전히 일치시키는 것이 바람직하지만, 전술한 것과 같이, 공차 5mm 이내에서 일치시키면 좋고, 그 때문에, 연마조건변경에 대응한 정반변형의 응답성을 향상시키는 것이 가능하고, 본 발명은 이와 같은 경우도 포함한다.
다음으로, 이와 같은 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트중심의 PCD와를 일치시킨 4웨이방식의 양면연마장치를 이용하여, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 방법을 설명한다.
우선, 웨이퍼 24를 웨이퍼유지공이 형성된 복수의 캐리어 플레이트 26에 삽입, 유지시킨 후, 캐리어 플레이트 26에 유지된 웨이퍼 24를, 상하부정반 22, 23을 회전축선방향에서 진퇴시키는 승강장치(미도시)를 이용하여 연마포 25가 부착된 상부정반 22 및 하부정반 23에 끼워놓는다. 그 후 슬러리공급수단 34으로 부터 슬러리를 공급하면서, 상측 회전모터(미도시)로 부터 실린더 27를 통하여 상부정반 22를 수평면 내에서 회전시키고, 또 하측 회전모터(미도시)로 부터 실린더 27를 매개하여 하부정반 23을 수평면 내에서 회전시킨다. 그와 동시에 복수의 캐리어 플레이트 26를 태양기어 31와 인터널기어 32와에서 자전 및 공전시키는 것에 의해, 웨이퍼의 표리 양면을 균일하게 연마할 수 있다.
이때, 상부정반 및 하부정반의 회전속도, 각 회전방향, 상부정반 및 하부정반의 웨이퍼에 대응한 압압력 등은 한정되는 것이 아니고, 종래 실행되고 있는 조건으로 연마하는 것이 가능하다.
이와 같이 하여, 4웨이 방식의 양면연마장치를 이용해서, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반하중지점의 PCD와 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD와를 일치시켜 웨이퍼를 연마하는 것에 의해서, 연마조건 변경에 대한 정반변형의 응답성을 향상시키는 것이 가능하다. 따라서, 웨이퍼를 연마하는 경우에, 상기와 같이 하여, 정반변형의 응답성을 향상시켜서, 예를 들면 상부정반 및/또는 하부정반의 온도 등과 같은 연마조건을 제어하면서 웨이퍼의 연마를 행하는 것에 의해 연마의 진행에 수반하는 연마형상의 변화를 상쇄하도록 정반형상을 변형시켜 웨이퍼 형상을 용이하게 제어하면서 연마를 행하는 것이 가능하다. 그 때문에, 복수 배치의 웨이퍼의 연마를 행하는 경우에도, 웨이퍼 형상의 경시적인 변화를 억제할 수 있고, 웨이퍼의 형상을 악화시키지 않고, 정밀하게 안정되게 웨이퍼 형상을 제어하여 연마를 행하는 것이 가능하다.
다음으로, 본 발명의 제 2의 태양에 관한 웨이퍼의 양면연마장치의 일례에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 제 9도는, 본 발명의 제2의 태양에 관한 양면연마장치의 개략단면설명도이다.
이 양면연마장치 101는, 웨이퍼유지공을 갖는 캐리어 플레이트 106, 연마포 105가 부착된 상부정반 102과 하부정반 103 및 슬러리를 공급하기 위한 슬러리공급수단 116을 가지고 있고, 웨이퍼 104를 캐리어 플레이트 106의 웨이퍼유지공에 삽입, 유지하고, 상부정반 102 및 하부정반 103에 상하로 부터 끼워넣어, 슬러리공급수단 116으로 부터 슬러리를 공급하면서, 상부정반 102 및 하부정반 103을 웨이퍼 104에 대하여 수직한 회전축을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 웨이퍼 104의 표리면을 동시에 연마하는 것이 가능하다.
또, 상부정반 102에는, 회전 및 연마하중을 부가한 실린더 107, 그 하중을 상부정반 102에 전달하는 하우징 108, 이 하우징 108과 상부정반 102을 고정하는 볼트 등의 고정수단 109이 설치되어 있고, 나아가, 상부정반 102 내에는 정반의 온도를 제어하기 위한 온도조절수단(미도시)을 구비하고 있다. 온도조절수단은 특별히 한정되지 않지만, 정반 내에 배치된 배관에 냉각수와 온수가 공급될 수 있도록 이루어져 있다.
이 상부정반 102은 볼트 등의 고정수단 109으로 하우징 108에 유지되어 있고, 웨이퍼를 연마하는 경우에는 상부정반 102에 소정의 하중이 부가되어 연마가 행해진다. 그 때문에, 상부정반 102의 하중지점은 상부정반 102과 하우징 108의 결합부분인 고정수단 109에 있다.
본 발명의 양면연마장치 101는 상부정반 102의 하중지점인 고정수단 109 근방의 하중지점부, 예를 들면 제 9도에 표시한 바와 같이 고정수단 109의 외주측과 중심측의 2점에 형상조정수단 115을 설치하고, 이 설치한 형상조정수단 115을 조절하는 것으로 인해, 상부정반 102을 기계적으로 압압하여 그 형상을 강제적으로 변형시키는 것이 가능하다. 이와 같이, 본 발명의 양면연마장치는 웨이퍼를 연마하는 경우에 연마포 105의 연마능력 등의 경시적인 변화에 대응하여 형상조정수단 115을 조절하여 상부정반 102의 형상을 강제적으로 정밀하게 제어하는 것이 가능하기 때 문에, 웨이퍼를 고정밀도로 안정하게 연마할 수 있는 양면연마장치라고 할 수 있다.
이 때, 형상조정수단 115는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 마이크로미터인 것이 바람직하다. 이와 같이 형상조정수단이 마이크로미터이면, 마이크로미터를 정확하게 조절하는 것에 의해, 상부정반을 기계적으로 원하는 크기로 압박을 가해 강제적으로 변형시키는 것이 가능하고, 정반을 원하는 형상으로 정밀하게 변형시키는 것이 가능하다.
한편, 하부정반 103에는 모터 및 감속기(미도시)로부터의 회전을 하부정반에 전달하는 실린더 107, 정반의 하중을 지탱하는 스러스트베어링 110이 설치되어 있고, 또 하부정반 내에도 상부정반과 같이 정반의 온도를 제어하기 위한 미도시된 온도조절수단을 구비하고 있다.
이들 상부정반 102 및 하부정반 103의 재질은 스테인리스강(SUS)인 것이 바람직하다. 이 경우에 정반의 재질이 스테인리스강(SUS)이면, 정반을 적당한 정도로 변형시키는 것이 가능하기 때문에, 형상조정수단 등에 의해 정반의 변형을 용이하게 행하는 것이 가능하다. 또, 상부정반 102의 하면 및 하부정반 103의 상면에 부착되어 웨이퍼표리 양면을 경면화시키는 연마포 105의 종류 및 재질에 관해서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 일반적으로 연마포인 경질 발포 우레탄 패드, 부직포에 우레탄 수지를 함침, 경화시킨 연질의 부직포패드 등을 이용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 연질부직포로서는 로데루사 제품의 Suba600 같은 것이 사용된다. 기타, 부직포로 이루어진 기본 포(布) 위에 우레탄 수지를 발포시킨 2층 이상의 연마포 같은 것도 사용할 수 있다.
또, 슬러리 공급수단 116은, 상부정반에 로터리조인트(미도시)를 매개하여 슬러리공급공을 설치하는 것에 의해 구성되고, 예를 들면, 미도시된 전자변 등에 의한 슬러리의 공급량을 변화시킬 수 있다. 또, 슬러리 공급수단은 복수 형성할 수 있고, 예를 들면, 캐리어 플레이트를 요동 운동시켜도 웨이퍼의 표면에 항상 슬러리가 공급되도록, 웨이퍼가 항상 존재하는 소정의 폭의 원환상의 영역에 배치되어 있는 것이 바람직하다.
또, 캐리어 플레이트 106는 원판 형상의 플레이트에, 예를 들면, 5개의 웨이퍼유지공이 형성되어 있고, 웨이퍼 104를 이 웨이퍼유지공내에 회전 가능하게 유지할 수 있다. 이 캐리어 플레이트 106의 재질 등에 대해서는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면, 글래스에폭시제가 사용되는 것이 바람직하다.
이 캐리어 플레이트 106는, 그 외주부를 캐리어홀더 111의 환상부 111(b)에 유지되어 있고, 캐리어 플레이트 자체가 자전하는 것이 아니고, 캐리어 플레이트면과 평행한 면(수평면) 내에서 원운동되어진다. 또, 이 캐리어홀더 111의 환상부 111(b)의 외주에는 외방에서 돌출된 복수의 축수부 111(a)가 배설되어 있다. 이 캐리어 플레이트의 각 축수부 111(a)에는 소경원판형상의 편심암 112의 편심축 112(a)이 삽착되어 있고, 이 편심암 112의 각 하면의 중심부에는 회전축112(b)이 수설되어 있다. 나아가, 이들 회전축 112(b)의 선단에는, 각각 스프로켓 113이 고착되어 있고, 각 스프로켓 113에는 일련의 타이밍체인 114이 수평상태로 설치되어 있다. 이들 스프로켓 113과 타이밍체인 114은 복수의 편심암 112을 동기하여 회전시키는 동기수단을 구성하고 있다.
그리하여 스프로켓 113의 하나에 접속된 원운동용 모터(미도시)를 작동시켜 스프로켓 113의 하나에 회전을 부여하고, 이 스프로켓 113을 통하여 타이밍체인 114을 회전시키고, 이 타이밍체인이 주전(周轉)하는 것에 의해, 복수의 편심암 112이 동기하여 회전축 112(b)을 중심으로 수평면 내에서 회전한다. 이것에 의해 각각의 편심암 112에 연결되어 있는 캐리어 홀더 111, 또 이 캐리어홀더 111에 유지된 캐리어 플레이트 106를, 캐리어 플레이트에 평행한 수평면 내에서 편심암 112의 편심축 112(a)과 회전축 112(b)과의 거리를 동간격으로 상하부정반 102, 103의 회전축으로 부터 편심하여 선회하는 원운동을 하도록 하는 것이 가능하다.
이와 같이, 캐리어 플레이트 106에 자전을 수반하지 않는 원운동을 시키는 것에 의해서, 캐리어 플레이트 106상의 전체 점은 같은 크기의 작은 원의 궤적을 묘사하게 되고, 그것에 의해, 캐리어 플레이트 106에 유지된 웨이퍼 104를 표리 양 연마면의 전역에 걸쳐 균일하게 연마를 하는 것이 가능하다.
이와 같은 양면연마장치 101에 있어서, 상부정반 102의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD(Pitch Cricle Diameter)와, 캐리어 플레이트 106의 각 유지공의 중심을 원에서 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD와를 일치시키는 것이 바람직하다.
구체적으로 설명하면, 상술한 바와 같이, 양면연마장치 101의 상부정반 102의 하중지점은 상부정반 102과 하우징 108의 접합부분인 고정수단 109에 있다. 따라서, 상부정반 하중지점의 PCD와는 상부정반의 하중지점인 고정수단 109의 중심을 원으로 연결한 때의 원(피치원)의 직경으로 표현하는 것이 가능하다. 또, 캐리어 플레이트 106의 유지공 중심의 PCD와는 상기한 바와 같은 캐리어 플레이트 106가 1 매인 양면연마장치의 경우, 캐리어 플레이트 106에 형성된 웨이퍼 유지공의 중심(캐리어 플레이트 106에 유지된 웨이퍼 104의 웨이퍼 중심과 거의 일치한다)을 원에 연결한 때의 피치원의 직경으로 표시하는 것이 가능하다.
그리고, 이들 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD와를 일치시키는 것에 의해, 웨이퍼를 연마하는 경우의 연마 슬러리의 공급량의 조절 및 형상조정수단의 조절에 대하여 정반변형의 응답성(특히 직선성)을 향상시키는 것이 가능하고, 그것에 의해, 연마되는 웨이퍼 형상을 고정밀하게 제어하여, 안정한 연마를 하는 것이 가능한 양면연마장치로 할 수 있다.
이들 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD는 양면연마장치의 설계단계에 있어서, 상부정반과 캐리어 플레이트와를 조정하는 것에 의해 일치시키는 것이 가능하다. 또, 기존의 양면연마장치에 관해서는 캐리어 플레이트의 제작단계에서 웨이퍼 유지공의 위치를 조정하는 것에 의해, 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD를 일치시키는 것이 가능하고, 간편하다.
이때, 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD를 일치시키는 것이 중요하고, 또 연마중에는 그들 피치원이 같은 위치에 있는 것이 바람직하다. 그러나, 양면연마장치 101의 캐리어 플레이트 106가, 상술한 바와 같이 상하부정반의 회전축에서 부터 편심하여 선회하는 원운동을 행하는 경우, 상부정반 하중지점에서 작용하는 피치원의 직경과 캐리어 플레이트의 유지공 중심에서 작용하는 피치원의 직경은 일치해 있는 것이지만, 연마 중에 캐리어 플레이트 106의 유지공중심의 피치원의 위치는 경시적으로 변화하기 때문에, 항상 정반하중지점의 피치원과 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 피치원을 일치시키는 것은 불가능하다. 따라서, 이와 같은 경우에는, 상부정반 하중지점의 피치원과, 캐리어 플레이트의 웨이퍼 유지공 중심(캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 웨이퍼 중심)의 소원궤도의 평균적인 위치를 원으로 연결한 때의 원을 일치시키면 좋고, 본 발명에서 말하는 PCD를 일치시킨다라고 하는 것은, 직경의 일치 및 이와 같은 피치원의 위치를 일치시키는 것도 포함된다.
또 상기에 있어서, 상부정반하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공중심(캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 웨이퍼중심)의 PCD를 일치시킨다는 것은, 직경 및 피치원의 위치도 포함한 공차 5mm 이내에서 이들을 일치시키면 좋다. 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD는 완전히 일치시키는 것이 보다 바람직하지만, 실제로는 다소의 공차가 생기는 것은 당연하며, 연마중의 편심을 고려하면, 공차 5mm이내에서 일치시키는 것에 의해 연마조건에 대한 정반변형의 응답성을 충분히 향상시키는 것이 가능하다. 즉, 본 발명에서 말하는 PCD를 일치시키는 것이란, 이와 같은 다소의 공차가 있는 경우도 포함하는 것이다.
다음으로, 제 9도에 나타낸 양면연마장치 101를 이용하여, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 방법을 나타낸다.
우선, 웨이퍼 104를 웨이퍼 유지공이 형성된 캐리어 플레이트 106에 삽입, 유지한 후, 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼 104를 상하부정반 102, 103을 회전축선방향으로 진퇴시키는 승강장치(미도시)를 사용하여, 연마포 105가 부착된 상부정반 102 및 하부정반 103에 끼운다. 그 후, 슬러리 공급수단 116에서 슬러리를 공급하면서, 상측 회전모터(미도시)에서 실린더 107를 통하여 상부정반 102을 수평면내에서 회전시키고, 또, 하측 회전모터(미도시)로 부터 실린더 107를 통하여 하부정반 103을 수평면내에서 회전시킨다. 이때, 웨이퍼 104는 캐리어 플레이트 106의 웨이퍼 유지공내에서 회전가능하도록 유지되고 있기 때문에, 상부정반 102과 하부정반 103의 회전속도를 조절하는 것에 의해, 그 회전속도가 빠른 정반의 회전방향으로 회전(자전)시키는 것이 가능하다. 또, 상하부정반 102, 103을 회전시키는 동시에 캐리어 플레이트 106을 편심암 112이 장착된 캐리어홀더 111에 의하여, 캐리어 플레이트의 자전을 수반하지 않는 원운동으로 운동시킨다. 그에 의하여, 웨이퍼 104의 표리 양면을 동시에 균일하게 연마하는 것이 가능하다.
이때, 상부정반 102 및 하부정반 103의 회전속도는 한정되지 않고, 또, 각 회전방향, 상부정반 102 및 하부정반 103의 웨이퍼 104에 대한 압압력도 한정되는 것은 아니다. 상부정반 및 하부정반의 실리콘웨이퍼의 표리 양면에 대한 압압은, 유체 등을 매개한 가압방법에 의해 이루어지는 것이 바람직하고, 주로 상부정반에 배치된 하우징부분에 의해 가압된다. 통상, 상하부정반의 웨이퍼에 대한 압압력은 100~300g/cm2이다. 또, 이때, 웨이퍼 표리 양면의 연마량 및 연마속도도 한정되지 않는다.
이와 같이 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 경우에, 슬러리 공급수단 116으로 부터 공급되는 슬러리의 공급량을 조절하는 것에 의해, 연마면의 온도를 제어하는 것이 가능하고, 그에 의해, 정반형상을 우수한 응답성으로 제어하면서 웨이퍼를 연마하는 것이 가능하다.
슬러리 공급수단에서 공급되는 슬러리의 공급량은, 캐리어 플레이트의 크기 등의 조건에 따라 다르기 때문에 한정되지 않지만, 통상은 2.0~6.0 리터/분이다. 이때, 슬러리의 공급량을 조절하는 것에 의해, 연마 중의 연마면의 온도를 제어할 수 있고, 정반형상을 우수한 응답성으로 제어하는 것이 가능하다. 그에 의해, 웨이퍼 형상을 악화시키지 않고, 안정한 연마를 행하는 것이 가능하다. 그 경우에, 사용되는 슬러리의 종류는 한정되지 않지만, 예를 들면, 실리콘웨이퍼를 연마하는 경우라면, 콜로이달실리카를 함유한 pH 9~11의 알카리용액을 채용하는 것이 가능하다.
이때, 슬러리의 공급량의 조절을 연마포의 사용 시간에 따라서 행하는 것이 바람직하고, 그에 의해, 연마포의 연마능력 등의 경시변화에 일치시켜 정반형상을 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능하다. 슬러리의 공급량의 조절은, 예를 들면, 연마포의 사용시간이 길어지는 것에 따라 웨이퍼 형상이 관리 목표치의 범위에서 벗어나지 않도록 슬러리의 공급량이 경시적으로 감소하도록 조절하면 좋고, 그 비율(割合)은 연마장치와 연마조건에 따라 적당하게 설정된다. 예를 들면, 슬러리의 공급량을 5배치의 웨이퍼를 연마할 때 마다 0.2리터/분 정도씩 저하시키도록 조절하는 것에 의해, 연마의 진행에 동반하는 웨이퍼 형상의 변화를 상쇄하도록 정반형상을 변형시키는 것이 가능하고, 웨이퍼형상을 용이하게 제어하면서, 연마를 행하는 것이 가능하다. 그에 의해서, 복수 배치의 웨이퍼를 연마하는 경우에도, 웨이퍼 형상의 경시적인 변화를 억제할 수 있고, 웨이퍼의 형상을 악화시키지 않고, 웨이퍼 형상을 정밀도 좋게 제어하여 안정한 연마를 행하는 것이 가능하다.
또, 상기와 같이 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 경우에 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 설치하고, 이 형상조정수단을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것에 의해, 상부정반의 형상을 형상조정수단에 의해 강제적으로 변형시키는 것이 가능하기 때문에, 웨이퍼 형상의 경시적인 변화에 맞추어 정반형상을 적절하게 제어하는 것이 가능하다.
예를 들면, 제 10도(a)에 나타낸 경우와 같이, 상부정반 102의 하중지점에 있는 고정수단 109의 외주측과 중심측의 2점에 형상조정수단 115으로서 상기에 예시한 마이크로미터를 설치하고, 이들의 각 하중지점부에 설치한 2개의 마이크로미터의 내부, 고정수단 109의 외주측의 마이크로미터를 상방에 완화하고, 중심측의 마이크로미터를 하방으로 압압하도록 조절하는 것에 의해, 제 10도(b)에 나타낸 것과 같이, 상부정반 102의 형상을 아래로 철(凸)형상으로 되도록 제어하는 것이 가능하다. 또 반대로, 고정수단 109의 외부측의 마이크로미터를 하방에 압압하고, 중심측의 마이크로미터를 상방에 완화하도록 조절하는 것에 의해, 제 10도(c)에 나타낸 것과 같이, 상부정반 102의 형상을 상부로 철(凸)형상으로 되도록 제어하는 것이 가능하다.
이때, 마이크로미터의 조정량에 관하여는, 미리 연마온도 등의 연마조건과 웨이퍼 형상의 변화와의 관계를 명확하게 하는 것에 의해 결정된다. 이 연마조건과 웨이퍼 형상의 관계에 의거하여 마이크로미터를 적절하게 조절하는 것에 의해, 연마의 진행에 수반하는 웨이퍼 형상의 변화를 상쇄하도록 정반형상을 변형시키는 것이 가능하고, 웨이퍼 형상을 용이하게 제어하면서 연마를 행하는 것이 가능하다. 그로 인해, 복수 배치의 웨이퍼의 연마를 행하는 경우에도, 웨이퍼 형상의 경시적인 변화를 제어할 수 있고, 웨이퍼의 형상을 악화시키지 않고, 정밀도 좋게 제어하여, 안정한 연마를 행할 수 있다.
나아가 이때, 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼중심의 PCD와를 일치시켜 웨이퍼를 연마하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상부정반하중지점의 PCD와 웨이퍼중심의 PCD와를 일치시키는 것에 의해, 슬러리의 공급량의 조절에 의한 정반형상의 제어 및 형상조정수단의 조절에 의한 정반형상의 제어의 응답성을 한층 향상시키는 것이 가능하고, 정반형상을 고정밀도로 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 연마의 진행에 수반하는 웨이퍼 형상의 경시적인 변화에 대하여, 그 변화를 상쇄하도록 정반형상을 정밀도 좋게 제어하는 것이 가능하기 때문에, 웨이퍼 형상을 용이하게 제어하면서 연마를 행하는 것이 가능하다. 따라서, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우에도 웨이퍼 형상을 정밀하게 유지하고, 안정하게 연마를 행하는 것이 가능하다.
이하, 슬러리공급량의 변화(조절)에 의한 정반변형의 응답성 및 형상조정수단의 조절에 의한 정반변형의 응답성에 관하여 평가하기 위하여, 슬러리 공급량을 변화시켜서, 또는 형상조정수단을 조절하여 연마를 행하고, 웨이퍼 형상의 응답성(특히 직선성)에 관하여 실험을 행한 결과를 나타낸다.
웨이퍼의 양면연마장치로서, 제 9도에 나타낸 양면연마장치를 이용했다. 이 양면연마장치는, 예를 들면, 상부정반하중지점의 PCD가 600mm, 캐리어 플레이트의 유지공중심의 PCD가 600mm로 일치시켰다, 또 캐리어 플레이트가 자전을 수반하지 않는 원운동으로 운동하는 경우에, 캐리어 플레이트의 유지공 중심에서 작용하는 피치원의 평균적인 위치와 상부정반 하중지점에서 작용하는 피치원의 위치를 일치 시키도록 했다. 또, 형상조정수단 115으로서, 상부정반 102의 하중지점인 고정수단 109의 외주측과 중심측의 2점에 마이크로미터를 설치하고, 이에 의하여 정반형상을 강제적으로 변형 시킬 수 있도록 했다.
이 양면연마장치를 이용하여, 우선, 캐리어 플레이트(5개의 유지공을 가지는 캐리어 플레이트)의 각 웨이퍼 유지공에 각각 회전 가능하도록 직경 300mm의 실리콘웨이퍼를 5매(1배치) 삽입하였다. 각 웨이퍼는 연질부직포(연마패드)가 부착된 상하부정반에 의해 200g/cm2로 압부되었다.
그 후에, 이들 상하연마패드를 웨이퍼 표리 양면에 압부한 상태로 상부정반측에서 슬러리를 공급하여 상하부정반을 회전시키고, 또 원운동용 모타에 의해 타이밍체인을 주전시켜서, 캐리어 플레이트에 자전을 수반하지 않는 원운동(직경 10cm정도의 원운동)을 시켜, 웨이퍼의 표리 양면을 연마하였다. 역시, 여기에 사용한 슬러리는 pH 10.5의 알카리 용액 중에, 입도 0.05㎛의 콜로이달실리카로 된 연마지립을 분산한 것을 사용했다.
(슬러리공급량의 변화(조절)에 의한 정반변형의 응답성)
슬러리 공급량의 변화(조절)에 의한 정반변형의 응답성을 평가하기 위해서, 슬러리공급량을 등 간격으로 5단계 변화시켜서, 슬러리 공급량의 변화에 대한 웨이퍼 형상의 응답성에 관하여 조사했다. 실제로는, 실험조건 1의 슬러리공급량을 3.0리터/분으로 설정하고, 나아가 실험조건 2~실험조건 5까지 0.2리터/분씩 공급량을 변화(증가)시키고, 슬러리 공급량의 변화에 대한 웨이퍼형상의 변화(정반형상의 변화)를 확인하였다. 이때, 기타 조건에 대하여는 가능한 한 같은 조건으로 하고, 특히 연마포는 사용시간이 같은 정도의 것을 이용하여 실험을 했다.
이 경우, 정반형상의 변화를 직접 관찰하여 정반변형의 응답성을 평가하여도 좋으나, 실제로는 연마웨이퍼의 형상이 중요하다. 그 때문에, 본 실험에 있어서는 웨이퍼 형상을 표시한 파라미터로서 연마 후의 웨이퍼의 요철(凹凸)을 측정하고, 중심부와 외주부의 두께에 대해 확인하는 것에 의하여, 슬러리공급량의 변화에 대한 웨이퍼형상의 응답성에 대하여 평가를 하였다. 측정의 경우에는 실험조건 3의 형상을 기준으로 하여 그에 의해 철(凸)형상이면 플러스, 요(凹)형상이면 마이너스 측으로 하여, 그 변화를 상대적으로 평가하였다.
(형상조정수단의 조절에 의한 정반변형의 응답성)
형상조정수단의 조절에 의한 정반변형의 응답성을 평가하기 위해서, 상부정반의 하우징 부근에 설치된 외주측의 마이크로미터와 중심측의 마이크로미터를 각각 상하에서 조절하는 것에 의해, 5개의 조건에서 정반형상을 변화시켜 연마를 행 하였다.
즉, 실험조건 3의 상태(외주측의 마이크로미터와 중심측의 마이크로미터의 높이를 같게 하는 것)를 기준으로 하고, 외주측의 마이크로미터를 상방으로 완화한 것을 실험조건 2, 그리고 중심측의 마이크로미터를 하방으로 압압한 것을 실험조건 1로 하였다. 그리고 반대로, 실험조건 3을 기준으로 하여, 중심측의 마이크로미터를 상방으로 느슨하게 한 것을 실험조건 4, 그리고 외주측의 마이크로미터를 하방으로 압압한 것을 실험조건 5로 하였다. 결국, 실험조건 1 및 2는 상부정반의 형상이 제 10도(b)에 나타낸 바와 같은 하철(下凸) 형상으로 되도록, 실험조건 4 및 5에는 제 10도(c)에 표시한 바와 같은 상철(上凸)형상으로 되도록 제어하고, 이 형상조정수단의 조절에 대한 웨이퍼 형상의 변화를 확인하였다.
이때, 그밖의 조건은 가능한 한 같은 조건으로 하고, 특히 연마포는 사용시간이 같은 정도의 것을 이용하여 실험을 하였다. 또, 웨이퍼 형상을 표시하는 파라미터로서, 상기와 같이, 연마 후의 웨이퍼의 요철(凹凸)을 측정하여 형상조정수단의 조절에 대한 웨이퍼 형상의 응답성에 대해 평가하였다.
슬러리 공급량의 변화에 의한 웨이퍼 형상의 응답성을 측정한 결과를 제 12도에, 또 형상조정수단의 조절에 의한 웨이퍼 형상의 응답성을 측정한 결과를 제 13도에 표시하였다. 이들의 측정결과는, 5매(枚)(1배치)의 평균치를 실험조건마다 플로트한 것이다. 슬러리 공급량을 변화시킨 경우는, 제 12도에 표시한 바와 같이, 직선성이 좋고(상관계수 0.998), 슬러리 공급량의 변화에 대한 웨이퍼 형상의 응답성(즉, 정반형상의 응답성)이 좋은 것을 알수 있다. 또 형상조정수단을 조절한 경 우도 동일하게, 제 13도에 표시한 바와 같이 직선성이 좋고(상관계수 0.995), 형상조정수단의 변화에 대한 웨이퍼형상의 응답성(즉, 정반변형의 응답성)이 좋은 것을 알수 있다.
이상의 실험 결과에 따라, 슬러리 공급량과 형상조정수단의 조절에 의한 정반변형의 응답성은 매우 양호한 것을 알수 있다. 이에 의해, 예를 들면, 같은 연마포를 사용하여 연속 연마를 반복하는 경우에 의해 생기는 웨이퍼 형상의 변화에 대해, 이를 상쇄하도록 제 12도 또는 제 13도에 나타난 웨이퍼 형상의 응답성(직선성)을 고려하여 슬러리공급량 또는 형상조정수단을 조절하는 것에 의해, 웨이퍼 형상을 악화시키는 것 없이, 고정밀도로 안정한 연마를 행하는 것이 가능하다.
또, 상기에 표시한 바와 같이, 슬러리의 공급량의 조절, 또 형상조정수단의 조절은, 각각 별도로 행하는 것에 의해 정반형상을 정밀하게 제어하는 것이 가능하지만, 나아가 슬러리의 공급량과 형상조정수단 등을 함께 조절하는 것에 의해, 또 정반온도도 정반 내의 온도조절수단에 의해 함께 조절하는 것에 의해, 보다 고정밀도로 동시에 용이하게 정반형상을 제어하는 것이 가능하다. 그에 의해, 보다 고정밀하게 웨이퍼를 제어할 수 있고, 안정한 연마를 행하는 것이 가능하다. 또, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하더라도 배치마다 웨이퍼의 형상을 극히 고정밀도를 유지할 수 있고, 안정한 연마를 행하는 것이 가능하다.
또, 이들 슬러리의 공급량의 조절 및 형상조정수단의 조절에 의한 정반형상의 제어는 연마 배치마다 조절하여도 좋고, 연마중에 조절하여도 좋다. 통상 연마 배치마다 조정하는 것에 의해, 웨이퍼 형상을 충분히 제어하는 것이 가능하다. 예 를 들면, 여러가지 배치의 웨이퍼를 연마한 후에, 웨이퍼 형상을 검토하고, 그 웨이퍼 형상의 경시변화에 따라서 슬러리 공급량의 조정 및/또는 형상조정수단의 조절을 행하여 정반형상을 제어하므로서, 다음 배치의 연마를 행하도록 해도 좋다.
다음으로, 본 발명의 제 2의 태양에 관한 다른 형태인 양면연마장치에 대하여 설명한다. 제 11도에 본 발명에 관한 4웨이 방식의 양면연마장치의 개략단면설명도를 나타낸다.
이 4웨이방식의 양면연마장치 121는 웨이퍼유지공을 가지는 복수의 캐리어 플레이트 126, 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시키기 위한 태양기어 131와 인터널기어 132, 연마포 125가 부착된 상부정반 122 및 하부정반 123, 그리고 슬러리공급수단 134을 갖고 있고, 웨이퍼 124를 복수의 캐리어 플레이트 126의 웨이퍼유지공에 삽입, 유지하고, 이들 캐리어 플레이트 126를 연마포 125가 부착된 상부정반 122 및 하부정반 123에 상하에 끼워넣고, 슬러리공급수단 134에서 슬러리를 공급하면서 태양기어 131와 인터널기어 132로 캐리어 플레이트 126를 자전 및 공전시키는 것과 동시에, 상부정반 122 및 하부정반 123을 웨이퍼에 대하여 수직한 회전축을 중심으로 회전시키는 것에 의해 웨이퍼 124의 표리 양면을 동시에 연마하는 것이 가능하다.
이때, 상부정반 122에는, 회전 및 연마하중을 걸어놓은 실린더 127, 이 하중을 상부정반에 전달하는 하우징 128, 또, 이 하우징 128과 상부정반 122을 고정하는 볼트 등의 고정수단 129가 설치되어 있고, 나아가 상부정반 122내에는 정반의 온도를 제어하기 위한 온도조절수단(미도시)을 구비하고 있다.
이 상부정반 122의 하중지점은 상부정반 122와 하우징 128의 접합부분인 고정수단 129에 있다. 본 발명의 양면연마장치 121은 상부정반 122의 하중지점인 고정수단 129 근방의 하중지점부, 예를 들면 제 11도에 표시한 바와 같이 고정수단 129의 외주측과 중심측의 2점에 형상조정수단 133을 설치하고, 이 설치한 형상조정수단 133을 조절하는 것에 의해, 상부정반 122을 기계적으로 압압하여 그 형상을 강제적으로 변형시키는 것이 가능하다. 이와 같이 본 발명의 양면연마장치는 웨이퍼를 연마하는 경우에 연마포 125의 연마능력의 경시적인 변화에 따라서 형상조정수단 133을 조절하여 상부정반 122의 형상을 강제적으로 정밀하게 제어하는 것이 가능하기 때문에, 웨이퍼를 고정밀도로 안정하게 연마하는 것이 가능한 양면연마장치로 할 수 있다.
이때, 형상조정수단 133은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 예를 들면, 마이크로미터인 것이 바람직하다. 이와 같이 형상조정수단이 마이크로미터라면, 마이크로미터를 정확하게 조절하는 것에 의해서, 상부정반을 기계적으로 소망하는 크기로 압축하여 강제적으로 변형하는 것이 가능하고, 상부정반을 소망하는 형상으로 정밀하게 변형시키는 것이 가능하다.
한편, 하부정반 123에는, 모터 및 감속기(미도시)로 부터의 회전을 하부정반에 전달하는 실린더 127, 정반의 하중을 지지하는 스러스트베어링 130이 설치되어 있고, 또 하부정반 123내에는 정반의 온도를 제어하기 위한 온도조정수단(미도시)을 구비하고 있다.
이들 상부정반 122 및 하부정반 123의 재질은, 스테인레스강(SUS)인 것이 바 람직하고, 그에 의해서, 형상조정수단 등에 의한 정반의 변형을 용이하게 행하는 것이 가능하다. 또, 상부정반 122의 하면 및 하부정반 123의 상면에 부착된 연마포 125는 특별히 한정되는 것이 아니지만, 상기와 동일하게, 일반적인 연마포인 경질발포우레탄패드, 부직포에 우레탄 수지를 함침, 경화시킨 연질의 부직포패드 등을 이용하는 것이 가능하다.
또, 슬러리 공급수단 134은, 상부정반에 로터리조인트(미도시)를 삽입하여 슬러리공급공을 설치하는 것에 의해 구성되고, 예를 들면, 미도시한 전자변(電磁弁) 등에 의해 슬러리의 공급량을 변화시키는 것이 가능하다. 또, 슬러리 공급수단을 복수 형성하는 것이 가능하고, 웨이퍼의 표면에 항상 슬러리가 공급되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.
이와 같은 양면연마장치 121에 있어서, 상부정반 122의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 복수의 캐리어 플레이트 126의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD와를 일치시키는 것이 바람직하다.
구체적으로 설명하면, 상술한 바와 같이, 양면연마장치 121의 상부정반 122의 하중지점은, 상부정반 122과 하우징 128의 접합부분인 고정수단 129에 있다. 따라서, 상부정반하중지점의 PCD 등은, 상부정반하중지점인 고정수단 129의 중심을 원에 연결할 때의 원의 직경으로 표현하는 것이 가능하다. 또한, 이와 같은 양면연마장치 121의 캐리어 플레이트 126에는 복수의 웨이퍼유지공이 형성되어 있고, 캐리어 플레이트의 유지공중심을 원으로 연결한 때의 원의 평균적인 직경인 웨이퍼 유지공중심의 PCD를 상부정반 하중지점의 PCD와 일치시키는 것은 어렵다.
그 때문에, 이와 같은 양면연마장치 121의 경우는, 복수의 캐리어 플레이트 126의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD를 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시키도록 한다. 그것에 의해서, 웨이퍼를 연마하는 경우에, 연마 슬러리의 공급량 조절, 그리고 형상조정수단의 조정 등에 대한 정반 변형의 응답성(특히 직선성)을 향상시키는 것이 가능하고, 연마되어지는 웨이퍼 형상을 고정도로 제어하여 안정된 연마를 행하는 것이 가능한 양면연마장치로 하는 것이 가능하다.
이때, 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트 중심의 PCD를 일치시키는 것은, 완전하게 일치시키는 것이 바람직하지만, 전술한 바와 같이, 공차 5mm 이내로 일치시키면 좋고, 그것에 의해서, 연마조건의 조절에 대한 정반변형의 응답성을 향상시키는 것이 가능하며, 본 발명은 이와 같은 다소의 공차가 있는 경우도 포함한다.
다음, 도 11에 도시된 4웨이 방식의 양면연마장치를 이용하여, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 방법을 나타낸다.
우선, 웨이퍼 124를 웨이퍼 유지공이 형성된 복수의 캐리어 플레이트 126에 삽입, 유지한 후, 캐리어 플레이트 126에 유지된 웨이퍼 124를, 상하부 정반 122,123을 회전축선 방향으로 진퇴시키는 승강장치(미도시)를 이용하여 연마포 125가 부착된 상부정반 122및 하부정반 123에 끼워 넣는다. 그 후, 슬러리 공급수단 134으로 부터 슬러리를 공급하면서, 상부측 회전모터(미도시)로부터 실린더 127를 통하여 상부정반 122을 수평면내에서 회전시키고, 그리고 하부측 회전모터(미도시)로 부터 실린더 127를 통하여 하부정반 123을 수평면내에서 회전시킨다. 그것과 동시에 복수의 캐리어 플레이트 126를 태양기어 131와 인터널 기어 132로 자전 및 공전시킴에 의해서, 웨이퍼의 표리 양면을 균일하게 연마하는 것이 가능하다.
이때, 상부정반및 하부정반의 회전속도, 각각의 회전방향, 상부정반및 하부정반의 웨이퍼에 대한 압압력 등은 한정된 것이 아니고, 종래에 행하여지고 있는 조건으로서 연마하는 것이 가능하다.
그리고, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 경우, 슬러리 공급수단 134로 부터 공급된 슬러리 공급량을 조절함에 의해서, 연마면의 온도를 제어하는 것이 가능하고, 그것에 의해서, 정반형상을 우수한 응답성으로서 제어하면서 웨이퍼를 연마할 수 있고, 웨이퍼 형상을 악화시킴이 없이 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다. 그때, 사용하는 슬러리의 종류는, 전술한 바와 같이 한정되지 않는다.
이때, 슬러리 공급량의 조절을 연마포의 사용시간에 대응하여 행하는 것이 바람직하고, 그것에 의해서, 연마포의 연마능력 등의 경시적 변화에 맞추어 정반형상을 정도 좋게 제어하는 것이 가능하다. 예를 들면, 슬러리 공급량의 조절은, 연마포의 사용시간이 길어지게 됨에 따라 슬러리의 공급량이 경시적으로 감소하도록 조절하면 좋고, 그 비율은 연마장치및 연마조건에 의해 적의 설정된다. 이와 같은, 슬러리 공급량의 조절을 연마포의 사용시간에 맞추어 행하는 것에 의해서, 연마의 진행에 동반하는 웨이퍼 형상의 변화를 상쇄하도록 정반형상을 변형시키는 것이 가능하고, 웨이퍼 형상을 용이하게 제어하면서 연마를 행하는 것이 가능하다. 또한, 복수 배치의 웨이퍼를 연마하는 경우에도, 웨이퍼 형상의 경시적인 변화를 억제할 수 있고, 웨이퍼의 형상을 악화시킴없이, 웨이퍼 형상을 정도 좋게 제어하여 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
한편, 상기와 같이 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 경우에, 상부정반 122의 하중지점부에 형상조정수단 133을 설치하고, 이 형상조정수단 133을 조절하여 정반형상을 제어하면서 웨이퍼를 연마한다. 그것에 의해서, 상부 정반의 형상을, 예를 들면, 도10(b)및 (c)에 도시된 바와 같이, 형상조정수단에 의해 강제적으로 변형시키는 것이 가능하고, 그리고 미리 연마온도 등의 연마조건과 웨이퍼 형상변화와의 관계를 명확하게 하여 두고, 그 관계에 기초하여 마이크로미터를 적절하게 조절함에 의해서, 연마의 진행에 동반하는 웨이퍼 형상의 변화를 상쇄하도록 정반형상을 변형시키는 것이 가능하고, 웨이퍼 형상을 용이하게 제어하면서 연마를 행하는 것이 가능하다. 그리고, 복수 배치의 웨이퍼 연마를 행하는 경우에도, 웨이퍼 형상의 경시적인 변화를 억제할 수 있고, 웨이퍼의 형상을 악화시킴없이, 정도 좋게 제어하여 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
또한 이때, 상부정반 122의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD들을 일치시켜 웨이퍼를 연마하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상부정반 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트 중심의 PCD 등을 일치시킴에 의해서, 슬러리 공급량의 조절에 의한 정반형상의 제어, 및 형상조정수단의 조절에 의한 정반 형상의 제어 응답성을 향상시키는 것이 가능하고, 정반형상을 고정도로 제어하는 것이 가능하다. 따라서, 연마의 진행에 동반하는 웨이퍼 형상의 경시적인 변화에 대하여, 그 변화를 상쇄하도록 정반형상을 정도좋게 제어하는 것이 가능하기 때문에, 웨이퍼 형상을 일층 용이하게 제어하면서 연마를 행하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 복수 배치의 웨이퍼를 반복하여 연마하는 경우에도, 웨이퍼 형상을 정도 좋게 유지하고, 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
이때, 슬러리 공급량의 변화(조절)에 의한 정반변형의 응답성, 및 형상조정수단의 조절에의한 정반 변형의 응답성은, 전술한 양면연마장치 102와 동일하게, 매우 양호한 것이다. 따라서, 예를 들면, 동일 연마포를 이용하여 연속 연마를 반복함에 의해서 발생하는 웨이퍼 형상의 변화에 대하여, 이것을 상쇄하도록, 웨이퍼 형상의 응답성(직선성)을 고려하여 슬러리 공급량 또는 형상조정수단을 조절함에 의해서, 웨이퍼 형상을 악화시킴이 없이, 고정도로서 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
그리고, 슬러리의 공급량과 형상조정수단 등을 합쳐서 조절함에 의해서, 그리고 정반온도도 정반내의 온도조정수단에 의해 합쳐서 조절함에 의해, 보다 고정도로 그리고 용이하게 정반형상을 제어하는 것이 가능하다. 그것에 의해서, 복수 배치의 웨이퍼를 반복연마하여도, 배치마다의 웨이퍼 형상을 극히 고정도로 유지할 수 있고, 안정된 연마를 행하는 것이 가능하다.
더구나, 이것들의 슬러리 공급량 조절및 형상조정수단의 조절에 의한 정반형상의 제어는, 전술한 바와 같이, 연마배치마다 조절하여도 좋고, 연마중에 조절하여도 좋다.
이하, 실시예및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본발명은 이것들에 한정되는 것은 아니다.
우선, 본 발명의 웨이퍼 양면연마장치와 종래의 웨이퍼 양면연마장치를 이용한 때의 연마조건 변화에 동반하는 정반 변형의 응답성을 평가하기 위하여, 웨이퍼 형상의 응답성, 특히 직선성에 관하여 실험을 행하였다.
[실시예1]
웨이퍼의 양면연마장치로서, 도1에 도시된 바와 같은, 상부정반 하중지점의 PCD가 600mm, 캐리어 플레이트의 유지공 중심(캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼 중심)의 PCD가 600mm로 일치되었다. 그리고, 연마중에 캐리어 플레이트의 유지공 중심에서 만들어진 피치원의 평균적인 위치와 상부정반 하중지점에서 만들어진 피치원의 위치를 일치시키도록 한 캐리어 플레이트가 자전을 동반하지 않는 원운동으로서 운동하는 양면연마장치를 이용하였다.
이 양면연마장치를 이용하여, 우선, 캐리어 플레이트(5개의 유지공을 갖는 캐리어 플레이트)의 각 웨이퍼 유지공에 각각 회전가능하게 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 5매(1배치) 삽입하였다. 각 웨이퍼는 연질 부직포(연마 패드)가 부착된 상하부정반에 의해 200g/㎠ 으로서 압부(押付)되었다.
그 후, 이러한 상하부 연마 패드를 웨이퍼 표리 양면에 압부한 채로 상하부 정반을 회전시켜, 상부정반측으로 부터 슬러리를 공급하면서, 원운동용 모터에 의해 타이밍 체인을 회전시킨다. 이것에 의해, 각 편심암이 수평면내에서 동기회전하고, 각 편심축에 연결된 캐리어 홀더및 캐리어 플레이트를, 이 플레이트 표면에 수평한 수평면내에서 자전을 동반하지 않는 원운동(직경 10㎝ 정도의 원운동)을 시켜서, 웨이퍼의 표리 양면을 연마하였다. 또한, 여기서 사용하는 슬러리는, pH 10.5의 알카리 용액중에, 입도 0.05㎛의 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)로 이루어진 연마 지립을 분산한 것을 사용하였다.
실시예 1에서는, 상기 연마공정 사이에, 정반내의 냉각수의 온도를 등간격으로서 변화시킴에 의해서, 연마조건을 변화시켜 웨이퍼 형상의 응답성에 관해서 조사하였다. 실제로는 연마조건 1의 냉각수의 온도를 22℃, 더욱이 2℃ 씩 온도를 변화시켜 30℃ 까지(연마 조건 1~연마 조건 5까지) 변화시켜, 이 온도변화에 대한 웨이퍼 형상의 변화(정반형상의 변화)를 확인하였다.
이때, 웨이퍼 형상을 나타내는 파라메터로서, 웨이퍼의 요철(凹凸)을 측정하고, 중심부와 외주부의 두께에 관하여 확인함에 의해서, 연마조건의 변화에 대한 웨이퍼 형상의 응답성을 평가하였다. 이때, 실험조건 3의 형상을 기준으로 하여, 그것보다 철(凸) 형상이라면 플러스(+), 요(凹)형상이라면 마이너스(-)측으로 하고, 그 변화를 상대적으로 평가하였다.
[비교예1]
비교로서, 도 5에 도시된 바와 같은, 상부정반 하중지점의 PCD가 600mm, 캐리어 플레이트의 유지공 중심(캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼 중심)의 PCD가 640mm이며, 캐리어 플레이트가 자전을 동반하지 않는 원운동으로서 운동하여 웨이퍼의 표리 양면을 연마하는 종래의 양면연마장치를 이용하였다. 그 밖의 연마조건에 관해서는 실시예 1과 동일하게 하여 웨이퍼의 연마를 행하였다(특히 연마포의 사용시간이 동일한 정도의 것을 사용하였다)
상기 실시예 1및 비교예 1에 있어서, 연마조건 변화에 대한 웨이퍼 형상의 응답성을 평가한 결과를 도 6에 도시한다. 이것은 5매의 웨이퍼 평균치를 연마조건 마다에 플롯(plot)한 것이다. 도6에 도시된 바와 같이, 실시예 1에서는, 직선성이 좋고(상관계수 0.997), 연마조건 변화에 대한 웨이퍼 형상의 응답성(즉, 정반변형의 응답성)이 좋은 것이 알수 있다. 비교예에서는 직선성이 나쁘고(상관계수 0.898), 품질편차가 큰 것에 더하여 응답성도 나쁜 것을 알수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 양면연마장치를 이용하면, 연마조건변화에 대한 정반변형의 응답성이 양호하게 된다. 이것에 의해서, 예를 들면, 동일 연마포를 이용하여 연속 연마를 반복함에 의해서 발생하는 웨이퍼 형상의 변화에 대하여, 이것을 상쇄하도록 도 6에 도시한 웨이퍼 형상의 응답성(직선성)을 고려하여 정반내의 온도를 제어함에 의해서, 웨이퍼 형상을 악화시킴이 없이, 고정도로서 안정된 연마를 행함이 가능하다.
[실시예2 및 비교예2]
실시예 1과 비교예 1과 동일한 양면연마장치를 이용하여, 20 배치분의 웨이퍼에 관하여 연마를 행하였다.
캐리어 플레이트(5개의 유지공을 갖는 캐리어 플레이트)의 각 웨이퍼 유지공에 5매(1배치)의 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 각각 회전가능하게 삽입하였다. 각 웨이퍼는 연질 부직포(연마 패드)가 부착된 상하부정반에 의해 200g/㎠ 의 압압력으로서 압부(押付)되어 연마가 실행되었다. 슬러리는, pH 10.5의 알카리 용액중에, 입도 0.05㎛의 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)로 이루어진 연마 지립을 분산한 것을 사용하였다. 그리고 이때, 연마포는 교체됨이 없이 연속하여 사용하고, 반복 연마를 행하였다.
금회의 실험(실시예 2및 비교예 2)에서는, 5배치의 연마마다에 정반내의 온도조정수단으로서 정반의 온도를 일정 조건으로서 조정함에 의해 웨이퍼 형상의 변화를 보정하면서, 20 배치의 웨이퍼 연마를 행하였다. 5배치마다의 조정은 실시예 2및 비교예 2에서도 동일 조건으로 조정하였다.
연마 후, 얻어진 웨이퍼의 형상에 관하여, GBIR로 평가하였다. GBIR(Global Back Ideal Range)이라는 것은, 웨이퍼 면내에 하나의 기준면을 갖고, 이 기준면에 대한 최대, 최소의 위치변위 폭으로 정의되고, 종래로 부터의 관례 사양인 TTV(전체 두께 편차)에 상당하는 것이다. 금번의 측정에서는, ADE사 제품의 정전용량형 평탄도 측정기(AFS3220)을 이용하여 평가를 행하였다. 그때, 1배치째의 GBIR을 기준으로 하고, 그 상대적 변화를 플롯하였다. 그 결과를 도 7에 도시한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 실시예 2에서는, 본 발명의 양면연마장치를 이용하는 것으로서 정반변형의 응답성이 좋게 되었기 때문에, 5 배치 마다의 조정에 의하여 웨이퍼 형상을 일정범위로 제어하는 것이 가능하고, 복수 배치의 웨이퍼를 연마하여도 웨이퍼 형상을 관리 목표치(관리상한치)의 범위내로 유지하는 것이 가능하였다. 그렇지만, 비교예 2에서는, 5배치의 종료 후마다 일정한 조건으로서 조정을 행하였어도, 예정하고 있었던 웨이퍼 형상으로 개선할 수 없었고, 반복 연마를 행하는 것에 관련하여 웨이퍼 형상이 악화하며, 관리 목표치(관리 상한치)의 범위 외로 되고 말았다. 이것은 정반 변형의 응답성이 나쁘고, 예정된 정반형상으로 보정이 불가능하기 때문이다.
[실시예3 및 비교예3]
웨이퍼의 양면연마장치로서, 도4에 도시된 바와 같은, 상부정반 하중지점의 PCD가 800mm, 캐리어 플레이트 중심의 PCD가 800mm인 4웨이 방식의 양면연마장치를 이용하여, 20 배치분의 웨이퍼에 관하여 연마를 행하였다(실시예 3). 그리고, 비교를 위하여, 종래에 이용되고 있는 상부정반 하중지점의 PCD가 800mm, 캐리어 플레이트 중심의 PCD가 850mm인 4웨이 방식의 양면연마장치를 이용하여, 20 배치분의 웨이퍼에 관하여 연마를 행하였다(비교예 3).
5개의 캐리어 플레이트의 각각에 형성된 3개의 웨이퍼 유지공에 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 합계 15매(1배치) 삽입하였다. 각 웨이퍼는, 연질 부직포(연마 패드)가 부착된 상하부정반에 의해 200g/㎠ 의 압압력으로서 압부(押付)되어 연마가 실행되었다. 슬러리는, pH 10.5의 알카리 용액중에, 입도 0.05㎛의 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)로 이루어진 연마 지립을 분산한 것을 사용하였다. 이때, 연마포는 교체됨이 없이, 5배치의 연마마다에 정반내의 온도조정수단으로서 정반의 온도를 일정 조건으로서 조정함에 의해 웨이퍼 형상의 변화를 보정하면서, 20 배치의 웨이퍼 연마를 행하였다. 5배치마다의 조정은 실시예 3및 비교예 3에서도 동일 조건으로 조정하였다. 연마 후, 얻어진 웨이퍼의 형상에 관하여, GBIR로 평가하고, 1배치째의 GBIR을 기준으로 하고, 그 상대적 변화를 플롯하였다. 그 결과를 도 8에 도시한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 실시예 3에서는, 본 발명의 양면연마장치를 이용하는 것으로서 정반변형의 응답성이 좋게 되었기 때문에, 5 배치 마다의 조정에 의하여 웨이퍼 형상을 일정범위로 제어하는 것이 가능하고, 복수 배치의 웨이퍼를 연마하여도 웨이퍼 형상을 관리 목표치(관리상한치)의 범위내로 유지하는 것이 가능하였다. 그렇지만, 비교예 3에서는, 5배치의 종료 후마다 조정을 행하였어도, 예정하고 있었던 웨이퍼 형상으로 개선할 수 없었고, 반복 연마를 행하는 것에 관련하여 웨이퍼 형상이 악화하여 관리 목표치(관리 상한치)의 범위외로 되고 말았다.
[실시예4]
웨이퍼의 양면연마장치로서, 도9에 도시된 바와 같은, 상부정반 하중지점의 PCD가 600mm, 캐리어 플레이트의 유지공 중심(캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼 중심)의 PCD가 600mm이고, 연마중에 캐리어 플레이트의 유지공 중심에서 만들어진 피치원의 평균적인 위치와 상부정반 하중지점에서 만들어진 피치원의 위치를 일치시키도록 한 캐리어 플레이트가 자전을 동반하지 않는 원운동으로서 운동하는 양면연마장치를 이용하여, 슬러리 공급량을 조절하고 정반형상을 제어하면서, 20 배치분의 실리콘 웨이퍼를 반복 연마하였다.
우선, 캐리어 플레이트(5개의 유지공을 갖는 캐리어 플레이트)의 각 웨이퍼 유지공에 5매(1배치)의 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 각각 회전가능하게 삽입하였다. 각 웨이퍼는, 연질 부직포(연마 패드)가 부착된 상하부정반에 의해 200g/㎠ 의 압압력으로서 압부(押付)되어 상부정반과 하부정반을 회전축을 중심으로 회전시킴과 동시에, 캐리어 플레이트에 자전을 동반하지 않는 원운동을 시켜서 연마가 실행되었다. 슬러리는, pH 10.5의 알카리 용액중에, 입도 0.05㎛의 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)로 이루어진 연마 지립을 분산한 것을 사용하고, 초기 슬러리 공급량 4.0 리터/분으로 실시하였다.
20배치의 웨이퍼를 연마중, 연마포는 교체되지 않고, 5배치의 연마마다 0.2 리터/분씩 슬러리 공급량을 저하시킴에 의해서 웨이퍼 형상의 변화를 보정하면서, 반복 연마를 행하였다.
연마 후, 얻어진 웨이퍼의 형상에 관하여, GBIR로 평가하였다. GBIR(Global Back Ideal Range)이라는 것은, 웨이퍼 면내에 하나의 기준면을 갖고, 이 기준면에 대한 최대, 최소의 위치변위 폭으로 정의되고, 종래로 부터의 관례 사양인 TTV(전체 두께 편차)에 상당하는 것이다. 금번의 측정에서는, ADE사 제품의 정전용량형 평탄도 측정기(AFS3220)을 이용하여 평가를 행하였다. 그때, 1배치째의 GBIR을 기준으로 하여, 그 상대적 변화를 플롯하였다. 그 결과를 도 14에 도시한다.
도 14에 도시한 바와 같이, 실시예 4에서는, 슬러리 공급량을 조절함에 의해서 웨이퍼 형상을 일정범위내로 제어하는 것이 가능하고, 복수 배치의 웨이퍼를 연마하여도 웨이퍼 형상을 관리 목표치(관리상한치)의 범위내로 유지하는 것이 가능하였다.
[실시예5 및 비교예4]
다음, 웨이퍼의 양면연마장치로서, 실시예4와 동일한 양면연마장치를 이용하고, 온도조정수단인 정반내의 배관에 25℃로 제어된 물을 공급하여 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 1배치 연마한 후, 정반내의 온도조정수단에 온수를 흘려 온도를 40℃로 변경하고 다음 배치의 실리콘 웨이퍼의 연마를 행하였다. 그때, 정반의 온도변화에 대응하여 마이크로미터에 의하여 형상조정수단을 조절하고, 상부정반의 형상을 강제적으로 도10b)의 상태로 변형시켜서 연마를 행하여 얻어진 웨이퍼(실시예 5)와, 형상조정수단을 이용하지 않고 연마를 행하여 얻어진 웨이퍼(비교예 4)에 관하여, 그것들의 웨이퍼 형상을 비교하였다.
그 결과, 정반온도의 변화의 경우, 형상조정수단을 조절하여 연마를 행한 실시예 5의 웨이퍼 형상은, 25℃의 정반내 온도에서 연마한 1배치째의 웨이퍼와 거의 동일한 형상이었다. 이와 같이 상부정반에 설치된 형상조정수단을 조절함에 의해서, 정반온도와 같은 연마조건이 크게 변화한 경우에도, 웨이퍼 형상을 제어하여 연마하는 것이 가능하였다. 그것에 대하여, 형상조정수단을 이용하지 않고 연마를 행한 비교예 4의 웨이퍼 형상은, 웨이퍼 형상이 극단적인 중간 철(凸) 형상으로 되었다.
[실시예6]
웨이퍼의 양면연마장치로서, 도11에 도시된 바와 같은, 상부정반 하중지점의 PCD가 800mm, 캐리어 플레이트 중심의 PCD가 800mm인 4웨이 방식의 양면연마장치를 이용하여, 실시예6으로서 슬러리 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 경우에 관하여, 20 배치분의 웨이퍼를 반복 연마하였다.
우선, 5개의 캐리어 플레이트의 각각에 형성된 3개의 웨이퍼 유지공에 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 합계 15매(1배치) 삽입하였다. 각 웨이퍼는, 연질 부직포(연마 패드)가 부착된 상하부정반에 의해 200g/㎠ 의 압압력으로서 압부(押付)되어 연마가 실행되었다. 슬러리는, pH 10.5의 알카리 용액중에, 입도 0.05㎛의 콜로이달 실리카(Colloidal Silica)로 이루어진 연마 지립을 분산한 것을 사용하고, 초기 슬러리 공급량 5.0 리터/분으로 실시하였다. 그리고, 20배치의 웨이퍼를 연마중, 연마포는 교체되지 않고, 실시예 6에서는 5배치의 연마마다 0.2 리터/분씩 슬러리 공급량을 저하시킴에 의해서 웨이퍼 형상의 변화를 보정하면서, 반복 연마를 행하였다.
연마 후, 얻어진 웨이퍼의 형상에 관하여, GBIR로 평가하고, 1배치째의 GBIR을 기준으로 하고, 그 상대적 변화를 플롯하였다. 그 결과를 도 15에 도시한다.
도 15에 도시한 바와 같이, 실시예 6에서는, 슬러리 공급량을 조절함에 의해서 웨이퍼 형상을 일정범위내로 제어하는 것이 가능하고, 복수 배치의 웨이퍼를 연마하여도 웨이퍼 형상을 관리 목표치(관리상한치)의 범위내로 유지하는 것이 가능하였다.
[실시예7 및 비교예5]
다음, 웨이퍼의 양면연마장치로서, 실시예6과 동일한 양면연마장치를 이용하고, 정반내의 온도조정수단의 온도를 25℃로 제어하여 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼를 1배치 연마한 후, 정반내의 온도조정수단의 온도를 40℃로 변경하고 다음 배치의 실리콘 웨이퍼의 연마를 행하였다. 그때, 정반내의 온도변화에 대응하여 마이크로미터에 의하여 형상조정수단을 조절하고, 상부정반의 형상을 강제적으로 도10b)의 상태로 변형시켜서 연마를 행하여 얻어진 웨이퍼(실시예 7)와, 형상조정수단을 이용하지 않고 연마를 행하여 얻어진 웨이퍼(비교예 5)에 관하여, 그것들의 웨이퍼 형상을 비교하였다.
그 결과, 정반온도의 변화의 경우, 형상조정수단을 조절하여 연마를 행한 실시예 7의 웨이퍼 형상은, 25℃의 정반내 온도에서 연마한 1배치째의 웨이퍼와 거의 동일한 형상이었다. 이와 같이 상부정반에 설치된 형상조정수단을 조절함에 의해서, 정반온도와 같은 연마조건이 크게 변화한 경우에도, 웨이퍼 형상을 제어하여 연마하는 것이 가능하였다. 그것에 대하여, 형상조정수단을 이용하지 않고 연마를 행한 비교예 5의 웨이퍼 형상은, 웨이퍼 형상이 극단적인 중간 철(凸) 형상으로 되었다.
또한, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 단순한 예시이고, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적인 동일한 구성을 갖추며, 동일한 작용효과를 갖는 것은, 어떠한 것일지라도 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.
예를 들면, 상기 실시의 형태에 있어서, 본발명의 양면연마장치의 일례로서, 캐리어 플레이트의 운동이 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동을 하는 것을 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고, 웨이퍼를 균일하게 연마하는 것과 같은 캐리어 플레이트의 운동이라면, 어떠한 운동을 하는 양면연마장치이어도 좋은 것이다.
그리고, 상기 실시예에 있어서, 웨이퍼 형상을 나타내는 파라메터로서 웨이퍼의 요철에 관하여 평가하였지만, 그 밖의 품질이어도 좋다. 즉, 상부정반의 하중지점의 PCD와 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼 중심의 평균적인 PCD(4웨이 방식의 양면연마장치에 관해서는, 캐리어 플레이트 중심의 PCD)를 일치시킴에 의해, 정반형상의 제어에 대한 응답성을 향상시키는 것이 가능한 것이고, 정반형상에 영향되어지는 웨이퍼의 품질이라면, 어느 품질이라도 제어하기 쉽게 하는 것이 가능한 것이다.
그리고, 연마되는 웨이퍼의 직경에 관하여, 실시예에서는 직경 300mm의 웨이퍼를 연마하는 양면연마장치를 예로 들어서 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니고, 직경 200mm, 또는 그 밖의 직경의 웨이퍼를 연마하는 양면연마장치에도 적용하는 것이 가능하다. 그리고, 캐리어 플레이트에 형성된 웨이퍼 유지공의 수도 특히 한정되지 않고, 3개소, 5개소, 7개소 등의 임의인 것이다.
본 발명은 양면연마장치를 이용하여 웨이퍼를 연마할 때에, 경시적으로 변하는 웨이퍼의 품질을 안정하게 유지할 수 있는 연마장치 및 연마방법이다.

Claims (34)

  1. 적어도 웨이퍼 유지(保持)공을 갖는 캐리어 플레이트, 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반, 그리고 슬러리 공급수단을 구비하며, 상기 웨이퍼 유지공내에 웨이퍼를 유지하여 슬러리를 공급하면서, 상기 상하부정반 사이에서 캐리어 플레이트를 운동시켜, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치에 있어서,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트의 각 유지공의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD를 일치시킨 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 플레이트의 운동은, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  3. 적어도 웨이퍼 유지공을 갖는 복수의 캐리어 플레이트, 상기 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시키기 위한 태양기어(Sun Gear)와 인터널 기어(Internal Gear), 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반, 그리고 슬러리 공급수단을 구비하며, 상기 웨이퍼 유지공내에 웨이퍼를 유지하여 슬러리를 공급하면서, 상기 상하부정반 사이에서 복수의 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시켜서, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치에 있어서,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD를 일치시킨 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반 하중지점의 PCD를, 상기 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시킨 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  5. 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 유지공이 형성된 캐리어 플레이트에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반 사이에서, 상기 캐리어 플레이트를 운동시켜서 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD를 일치시켜 웨이퍼를 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 캐리어 플레이트의 운동을, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  7. 웨이퍼를 유지하는 유지공이 형성된 복수의 캐리어 플레이트에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반 사이에서 상기 복수의 캐리어 플레이트를 태양기어와 인터널기어로 자전 및 공전시켜, 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD를 일치시켜 연마함을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 하부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반 하중지점의 PCD를, 상기 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 하부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반 하중지점의 PCD를, 상기 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 하부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 하부정반 하중지점의 PCD를, 상기 상부정반 하중지점의 PCD에 일치시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  11. 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼를 연마하는 경우, 연마조건을 제어하면서 웨이퍼를 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 연마조건의 제어를, 상기 상부정반 및/또는 하부정반의 온도를 제어함에 의해서 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  13. 적어도 웨이퍼 유지(保持)공을 갖는 캐리어 플레이트, 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반, 그리고 슬러리 공급수단을 구비하며, 상기 웨이퍼 유지공내에 웨이퍼를 유지하여, 슬러리를 공급하면서, 상기 상하부정반 사이에서 캐리어 플레이트를 운동시켜, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치에 있어서,
    상기 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 갖고,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트의 각 유지공의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트의 유지공 중심의 PCD를 일치시킨 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 캐리어 플레이트의 운동은, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 적어도 웨이퍼 유지공을 갖는 복수의 캐리어 플레이트, 상기 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시키기 위한 태양기어와 인터널 기어, 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반, 그리고 슬러리 공급수단을 구비하며, 상기 웨이퍼 유지공내에 웨이퍼를 유지하여 슬러리를 공급하면서, 상기 상하부정반 사이에서 복수의 캐리어 플레이트를 자전 및 공전시켜서, 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치에 있어서,
    상기 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 갖고,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD를 일치시킨 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  18. 삭제
  19. 제13항, 제14항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 형상조정수단이 마이크로미터(micrometer)임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  20. 제13항, 제14항 및 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정반의 재질이 스테인레스 강임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 정반의 재질이 스테인레스 강임을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마장치.
  22. 캐리어 플레이트에 형성된 웨이퍼 유지공에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반 사이에서 상기 캐리어 플레이트를 운동시켜서 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서,
    상기 슬러리의 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하고,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD 또는 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD를 일치시켜 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 캐리어 플레이트의 운동을, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  24. 웨이퍼를 유지하는 유지공이 형성된 복수의 캐리어 플레이트에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반 사이에서 상기 복수의 캐리어 플레이트를 태양기어와 인터널기어로 자전 및 공전시켜, 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서,
    상기 슬러리의 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하고,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD 또는 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD를 일치시켜 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  25. 제22항에 있어서,
    상기 슬러리 공급량의 조절을, 상기 연마포의 사용시간에 대응하여 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 슬러리 공급량의 조절을, 상기 연마포의 사용시간에 대응하여 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 슬러리 공급량의 조절을, 상기 연마포의 사용시간에 대응하여 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  28. 캐리어 플레이트에 형성된 웨이퍼 유지공에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반 사이에서 상기 캐리어 플레이트를 운동시켜서 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서,
    상기 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 설치하고, 이 형상조정수단을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하고,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD 또는 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD를 일치시켜 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 캐리어 플레이트의 운동을, 캐리어 플레이트의 자전을 동반하지 않는 원운동으로 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  30. 웨이퍼를 유지하는 유지공이 형성된 복수의 캐리어 플레이트에 웨이퍼를 유지하고, 슬러리를 공급하면서, 연마포가 부착된 상부정반 및 하부정반 사이에서 상기 복수의 캐리어 플레이트를 태양기어와 인터널 기어로 자전 및 공전시켜서, 상기 웨이퍼의 표리 양면을 동시에 연마하는 양면연마방법에 있어서,
    상기 상부정반의 하중지점부에 형상조정수단을 설치하고, 이 형상조정수단을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하고,
    상기 상부정반의 하중지점을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 상부정반 하중지점의 PCD와, 상기 캐리어 플레이트에 유지된 웨이퍼의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 웨이퍼 중심의 PCD 또는 상기 복수의 캐리어 플레이트의 중심을 원으로 연결한 때의 원의 직경인 캐리어 플레이트 중심의 PCD를 일치시켜 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 공급하는 슬러리의 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  32. 제29항에 있어서,
    상기 공급하는 슬러리의 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 공급하는 슬러리의 공급량을 조절하여 정반형상을 제어하면서 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마방법.
  34. 삭제
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