KR101591803B1 - 멤브레인, 연마 헤드, 워크의 연마 장치 및 연마 방법, 그리고, 실리콘 웨이퍼 - Google Patents

멤브레인, 연마 헤드, 워크의 연마 장치 및 연마 방법, 그리고, 실리콘 웨이퍼 Download PDF

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류이치 다니모토
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가부시키가이샤 사무코
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Abstract

(과제) 본 발명의 목적은, 평탄도가 높은 워크를 얻을 수 있는 워크의 연마 장치 및 연마 방법, 당해 연마 장치용의 연마 헤드, 당해 연마 헤드용의 멤브레인을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명은, 소정의 평탄도를 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공하는 것도 목적으로 한다.
(해결 수단) 본 발명의 멤브레인은, 외주부에 있어서의 최대 두께가, 내주부에 있어서의 최소 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다. 본 발명의 연마 헤드 및 워크의 연마 장치는, 상기 멤브레인을 이용하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명의 워크의 연마 방법은, 상기 멤브레인을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법이다. 또한, 본 발명의 실리콘 웨이퍼는, 직경이 450㎜ 이상이며, SEMI 규격에 의해 정의되는 GBIR이 0.2㎛ 이하, 또한, 상기 워크의 외연으로부터 지름 방향 내측으로 2㎜의 원환상(圓還狀)의 영역을 제외한 SFQR의 최대값이 0.04㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

멤브레인, 연마 헤드, 워크의 연마 장치 및 연마 방법, 그리고, 실리콘 웨이퍼{MEMBRANE, POLISHING HEAD, APPARATUS AND METHOD OF POLISHING WORK, AND SILICON WAFER}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 원반 형상의 워크를 편면(片面) 연마하기 위한 연마 장치 및 연마 방법, 당해 연마 장치용의 연마 헤드, 당해 연마 헤드용의 멤브레인, 그리고, 소정의 평탄도를 갖는 실리콘 웨이퍼에 관한 것이다.
연마에 제공하는 워크의 전형예인 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼의 제조에 있어서, 최근, 반도체 소자의 미세화나 반도체 웨이퍼의 대구경화(大口徑化) 등의 배경으로부터, 노광시에 있어서의 반도체 웨이퍼의 평탄도에 대한 요구가 엄격해지고 있다.
종래, 워크의 편면을 연마하는 기술로서, 멤브레인에 의해 워크를 이면(裏面)으로부터 압압하는 워크의 연마 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에서는, 강성(剛性) 링에 접착된 멤브레인의 평탄도를 40㎛ 이하로 함으로써, 워크 전체 면에 있어서의 연마의 가공 여유분을 균일하게 하여, 연마되는 워크의 평탄도를 향상시키는 것이 제안되고 있다.
일본공개특허공보 2010-247254호
그러나, 본 발명자들이 검토를 거듭한 결과, 특허문헌 1에 기재된 수법에서는, 워크의 외주부(外周部)의 연마 가공 여유분이 작아지는 경향이 있어, 연마 후의 워크의 평탄도가 충분하지 않다는 것이 새롭게 판명되었다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 수법에서는, 소망하는 평탄도를 갖는 멤브레인을 제작할 때에, 금형(金型)을 이용하여 강성 링과 일체 성형하기 때문에, 멤브레인의 교환시에는, 강성 링마다 재제작할 필요가 있어, 비용의 증대를 초래한다는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기의 문제를 해결하고자 하는 것이며, 그 목적은, 평탄도가 높은 워크를 얻을 수 있는 워크의 연마 장치 및 연마 방법, 당해 연마 장치용의 연마 헤드, 당해 연마 헤드용의 멤브레인을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명은, 소정의 평탄도를 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공하는 것도 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 연마에 제공하는 멤브레인의 두께는, 그 지름 방향에 소정의 불균일성을 갖는 편이, 보다 평탄도가 높은 워크를 얻기 때문에 유효하다는 신규 인식을 얻어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 요지 구성은, 이하와 같다.
본 발명의 연마 헤드용의 멤브레인은, 원반 형상의 워크의 연마에 이용하는 연마 헤드의 하면에 부착되고, 당해 워크의 이면을 접촉 보유지지하여 연마 패드에 압압하는 가요성(可撓性) 재료로 이루어지는 멤브레인으로서,
상기 멤브레인의, 상기 워크로의 접촉 영역 중, 당해 접촉 영역의 외연(外緣)으로부터 상기 멤브레인의 지름 방향 내측으로 20㎜까지의 영역을 상기 멤브레인의 외주부로 하고, 상기 멤브레인의 중심으로부터 지름 방향 외측으로 20㎜까지의 영역을 상기 멤브레인의 내주부로 할 때,
상기 멤브레인의 외주부에 있어서의 최대 두께는, 상기 멤브레인의 내주부에 있어서의 최소 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.
여기에서, 「멤브레인의 워크로의 접촉 영역」이란, 원반 형상의 멤브레인의 중심을 원의 중심으로 하여, 연마에 제공하는 워크의 반경과 동일한 크기의 반경을 갖는 원으로 둘러싼 영역을 말하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 연마 헤드용의 멤브레인에 있어서는, 상기 접촉 영역 내에 있어서, 상기 멤브레인의 지름 방향에 있어서의 최대 두께를 Trmax, 최소 두께를 Trmin, 평균 두께를 Trave로 하고, 상기 멤브레인의 지름 방향에 있어서의 두께의 균일성 hr(％)을, 관계식 (1),
hr＝{(Trmax－Trmin)/Trave}×100
으로 정의할 때, hr은, 2.8％ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 멤브레인의 지름 방향에 있어서의 최대 두께를 Trmax, 최소 두께를 Trmin, 평균 두께를 Trave란, 멤브레인의 직경에서의 최대 두께, 최소 두께, 평균 두께를 말하는 것으로 한다.
또한, 본 발명의 연마 헤드용의 멤브레인에 있어서는, 상기 멤브레인의 두께는, 당해 멤브레인의 중심으로부터 상기 접촉 영역의 외연까지, 지름 방향 외측을 향함에 따라 점차 감소하는 것이 바람직하다.
덧붙여, 본 발명의 연마 헤드용의 멤브레인에서는, 상기 멤브레인의 상기 접촉 영역의 외연으로부터 지름 방향 내측으로 5㎜의 원주 상에 있어서, 상기 멤브레인의 둘레 방향에 있어서의 최대 두께를 Tcmax, 최소 두께를 Tcmin, 평균 두께를 Tcave로 하고, 상기 멤브레인의 둘레 방향에 있어서의 두께의 균일성 hc(％)를, 관계식 (2),
hc＝{(Tcmax－Tcmin)/Tcave}×100
으로 정의할 때, hc는, 10.2％ 이하인 것이 바람직하다.
여기에서, 본 발명의 연마 헤드는, 원반 형상의 워크의 연마에 이용하는 연마 헤드로서, 상기 멤브레인과, 상기 멤브레인의 외연부를 보유지지하는 보유지지 플레이트와, 상기 멤브레인에 압력을 공급하는 압력 공급부를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 워크의 연마 장치는, 원반 형상의 워크의 연마 장치로서, 상면에 상기 연마 패드가 부착되어 있는 정반(定盤)과, 상기 정반의 상방에 형성된, 상기 연마 헤드를 구비한 것을 특징으로 한다.
여기에서, 본 발명의 워크의 연마 방법은, 원반 형상의 워크의 연마 방법으로서,
연마 헤드의 하면에 부착된 가요성 재료로 이루어지는 멤브레인에 압력을 공급하여, 당해 멤브레인에 의해 상기 워크의 이면을 접촉 보유지지하여 연마 패드에 압압하는 공정과,
상기 연마 헤드를 회전시켜 상기 워크를 연마하는 공정을 포함하고,
상기 멤브레인의, 상기 워크로의 접촉 영역 중, 당해 접촉 영역의 외연으로부터 상기 멤브레인의 지름 방향 내측으로 20㎜까지의 영역을 상기 멤브레인의 외주부로 하고, 상기 멤브레인의 중심으로부터 지름 방향 외측으로 20㎜까지의 영역을 상기 멤브레인의 내주부로 할 때,
상기 멤브레인의 외주부에 있어서의 최대 두께는, 상기 멤브레인의 내주부에 있어서의 최소 두께보다 얇은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실리콘 웨이퍼는, 직경이 450㎜ 이상인 실리콘 웨이퍼로서, SEMI 규격에 의해 정의되는 GBIR이 0.2㎛ 이하, 또한, 상기 실리콘 웨이퍼의 외연으로부터 지름 방향 내측으로 2㎜의 영역을 제외한, SEMI 규격에 의해 정의되는 SFQR의 최대값이 0.04㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
여기에서, GBIR(Grobal Backside Ideal focal plane Range)은, 구체적으로는, 실리콘 웨이퍼의 이면을 완전히 흡착했다고 가정한 경우에 있어서의 실리콘 웨이퍼의 이면을 기준으로 하여, 실리콘 웨이퍼 전체의 최대 변위와 최소 변위와의 차이를 산출함으로써 구해진다.
또한, SFQR(Site Front Least Squares Range)이란, 설정된 사이트 내에서 데이터를 최소 2승법으로 산출한 사이트 내 평면을 기준 평면으로 하고, 이 평면으로부터의 ＋측(즉, 웨이퍼의 주(主)표면을 위로 향하여 수평으로 둔 경우의 상측), －측(동일 하측)의 각각의 최대 변위량의 절대값의 합으로 나타낸 사이트마다 평가된 값을 말하며, SFQR의 최대값이란, 웨이퍼의 전체 사이트의 SFQR 중의 최대값을 말한다. 본 발명에서 규정하는, 평탄도 SFQRmax는, 평탄도 측정기(KLA-Tencor사 제조: WaferSight)를 이용하여, 26×8㎟ 의 사이트 사이즈 내를 측정했을 때의 값이다.
본 발명에 의하면, 평탄도가 높은 워크를 얻을 수 있는 워크의 연마 장치 및 연마 방법, 당해 연마 장치용의 연마 헤드, 당해 연마 헤드용의 멤브레인을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 소정의 평탄도를 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 워크의 양면 연마 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2(a)∼도 2(c)는 멤브레인이 실리콘 웨이퍼에 압접하는 모양을 나타내는 개략도이다.
도 3은 멤브레인의 둘레 방향의 균일성과 가공 여유분의 균일성과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 연마 가공 여유분의 3차원 분포를 나타내는 도면이다.
도 5(a)∼도 5(e)는 멤브레인의 표면의 단면 형상(하도면) 및 실리콘 웨이퍼의 연마 가공 여유분의 단면 형상(상도면)을 나타내는 도면이다.
도 6은 SFQR의 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 GBIR의 평가 결과를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 예시 설명한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 워크의 양면 연마 장치(1)를 나타내는 개략 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 이 양면 연마 장치(1)는, 연마 헤드(2)와, 정반(3)을 갖고 있다. 연마 헤드(2)는, 정반(3)의 상방에 형성되어 있고, 정반(3)의 상면에는, 연마 패드(4)가 부착되어 있다. 또한, 정반(3)은, 당해 정반(3)을 회전시키는(도시하지 않음) 모터 등에 접속되어 있다.
여기에서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(2)는, 다른 구성 요소를 둘러싸는 하우징 정부(頂部; 5a) 및 하우징 측부(5b)를 구비하고, 연마 헤드(2)를 회전시키기 위한 모터 등(도시하지 않음)에 접속된 축(6)을 구비하고 있다. 이 하우징(5a, 5b)에 의해 내부의 구성 요소는 소망하지 않는 노출이나 마모로부터 방지된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(2)는, 원반 형상의 워크(이 예에서는 실리콘 웨이퍼)(W)를 둘러싸는 리테이너 링(7)을 갖고 있다. 이 리테이너 링(7)은, 실리콘 웨이퍼(W)가 연마 헤드(2)로부터 탈락하지 않도록 보유지지한다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 리테이너 링(7)은, 하우징 측부(5b)의 하방에 연결되어 있다.
여기에서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(2)는, 하우징(5a, 5b)의 내부에 원반 형상 부재(8), 링 형상 부재(9), 원반 형상의 보유지지 플레이트(10)를 갖는 내부 헤드(12)를 구비하고 있다. 또한, 연마 헤드(2)의 하면이 되는 내부 헤드(12)의 하면에는, 실리콘 웨이퍼(W)의 이면(연마면을 표측으로 함)을 접촉 보유지지하여 연마 패드(4)에 압압하는 멤브레인(11)이 부착되어 있다. 이 멤브레인(11)은, 가요성 재료로 이루어진다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 링 형상 부재(9)는, 원반 형상 부재(8)의 하면에 연결되어 있고, 링 형상 부재(9)의 하면에는, 보유지지 플레이트(10)가 나사 고정되어 연결되어 있다. 그리고, 멤브레인(11)의 외연부는, 링 형상 부재(9) 및 보유지지 플레이트(10)의 사이에 끼워지도록 하여 보유지지되고, 고정되어 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 하우징 측부(5b)와 내부 헤드(12)는, 가요성 부재(13)에 의해 접속되어 있다. 이에 따라, 하우징 정부(5a), 하우징 측부(5b), 원반 형상 부재(8) 및, 가요성 부재(13)에 의해, 제1 압력 공급부(14)가 구획 형성되어 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 축(6) 및 하우징 정부(5a)에는, 제1 에어 공급 라인(15)이 형성되고, 제1 압력 공급부(14)는, 이 제1 에어 공급 라인(15)을 통하여, 도시하지 않는 제1 에어 공급 장치에 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 제1 에어 공급 장치로부터의 에어의 공급에 의해, 제1 압력 공급부(14) 내의 체적이 팽창하고, 가요성 부재(13)가 휘어져, 당해 가요성 부재(13)에 접속된 내부 헤드(12)가 도시한 하방으로 압압된다. 또한, 내부 헤드(12)의 하방으로의 이동은, 스토퍼(18)에 의해, 소정의 범위 내로 제한되고, 따라서, 실리콘 웨이퍼(W)로의 압압력도 소정의 범위 내로 제한된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 멤브레인(11)은, 그 외연부가 보유지지 플레이트(10)의 상방에서 보유지지되면서, 실리콘 웨이퍼(W)에 접촉 가능한 영역이 보유지지 플레이트(10)의 하방에서 연재하고 있다. 그리고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 원반 형상 부재(8), 링 형상 부재(9), 보유지지 플레이트(10) 및, 멤브레인(11)에 의해, 제2 압력 공급부(16)가 구획 형성되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 축(6) 및 하우징 정부(5a), 원반 형상 부재(8) 및, 보유지지 플레이트(10)에는, 제2 에어 공급 라인(17)이 형성되고, 제2 압력 공급부(16)는, 이 제2 에어 공급 라인(17)을 통하여, 도시하지 않는 제2 에어 공급 장치에 접속되어 있다. 이 구성에 의해, 제2 에어 공급 장치로부터의 에어의 공급에 의해, 제2 압력 공급부(16) 내의 체적이 팽창하고, 멤브레인(11)이 휘어진다. 이와 같이, 제2 압력 공급부(16)에 의해 멤브레인(11)을 실리콘 웨이퍼(W)의 방향으로 탄성지지하도록 압력을 가하면서, 제1 압력 공급부(14)에 의해 멤브레인(11)이 형성된 내부 헤드(12)를 실리콘 웨이퍼(W)의 방향으로 탄성지지하도록 압력을 가함으로써, 멤브레인(11)을 실리콘 웨이퍼(W)의 이면에 압접시킬 수 있다. 이에 따라, 실리콘 웨이퍼(W)를 연마 패드(4)가 배치되어 있는 도시한 하방으로 압압할 수 있다.
이와 같이 하여, 실리콘 웨이퍼(W)에 압력을 가하면서, 연마 패드(4) 상에 연마 슬러리를 공급하면서 연마 헤드(2) 및 정반(3)을 각각 회전시킴으로써, 연마 패드(4)와 실리콘 웨이퍼(W)의 표측의 면을 슬라이딩시켜, 실리콘 웨이퍼(W)의 편면을 연마할 수 있다.
그런데, 본 실시 형태에 있어서는, 멤브레인(11)의, 실리콘 웨이퍼(W)로의 접촉 영역 중, 당해 접촉 영역의 외연으로부터 멤브레인(11)의 지름 방향 내측으로 20㎜까지의 영역을 멤브레인(11)의 외주부로 하고, 멤브레인(11)의 중심으로부터 지름 방향 외측으로 20㎜까지의 영역을 멤브레인(11)의 내주부로 할 때, 멤브레인(11)의 외주부에 있어서의 최대 두께가, 멤브레인(11)의 내주부에 있어서의 최소 두께보다 얇은 것이 중요하다.
이하, 본 실시 형태의 작용 효과에 대해서 설명한다.
도 2(a)∼도 2(c)는, 제2 압력 공급부(16)에 에어를 공급했을 때에, 외연부가 보유지지 플레이트(10)에 보유지지된 멤브레인(11)이 실리콘 웨이퍼(W)에 압접하는 모양을 나타내는 개략도이다.
도 2(a)는, 멤브레인(11)의 두께가 외주부와 내주부에서 거의 동등한 경우를 나타내고 있다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 멤브레인(11)의 외연부는, 보유지지 플레이트(10)에 의해 보유지지되고, 고정되어 있기 때문에, 가요성 부재인 멤브레인(11) 중, 보유지지 플레이트(10)의 하방에서 연재하는 부분은, 에어의 공급에 의해 일정한 압력을 받았을 때에 단면 형상에서 원호를 이루도록 변형한다. 또한, 내부 헤드(12)의 하방으로의 움직임은, 스토퍼(18)에 의해 일정한 범위로 제한되어 있다. 이 때문에, 멤브레인(11)은, 실리콘 웨이퍼(W)의 내주부로의 압력은 상대적으로 커지는 한편, 실리콘 웨이퍼(W)의 외주부로의 압력은 상대적으로 작아진다. 따라서, 실리콘 웨이퍼(W)의 편면 연마를 행했을 때, 실리콘 웨이퍼(W)의 외주부의 연마 가공 여유분이 작아지는 경향이 된다.
도 2(b)는, 멤브레인(11)의 외주부의 두께를 내주부에 비하여 감소시킨 경우를 나타내고, 도 2(c)는, 도 2(b)보다, 멤브레인(11)의 외주부의 두께를 내주부에 비하여 더욱 감소시킨 경우를 나타내고 있다. 여기에서, 멤브레인(11)은, 두께가 얇은 부분 쪽이, 신축성이 높고, 따라서 동일한 압력을 받은 경우에, 두께가 얇은 부분 쪽이 잘 신장되게 된다. 따라서, 도 2(b)에 나타내는 바와 같이, 멤브레인(11)의 외주부의 두께가 얇음으로써, 멤브레인(11)의 두께가 두꺼운 내주부에 비하여, 압력을 받았을 때의 외주부의 신장이 내주부의 신장보다 상대적으로 커서, 멤브레인(11)이 내주부와 외주부에, 보다 균등하게 접하게 된다. 따라서, 멤브레인(11)을 실리콘 웨이퍼(W)에 압압했을 때에 따른, 외주부에서의 압력과 내주부에서의 압력의 차가 작아진다. 또한, 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, 멤브레인(11)의 외주부의 두께를 내주부의 두께에 비하여 더욱 상대적으로 얇게 하면, 멤브레인(11)의 외주부의 신장이 더욱 상대적으로 커지기 때문에, 멤브레인(11)이 내주부와 외주부에, 더욱 균등하게 접하게 된다. 따라서, 실리콘 웨이퍼(W)의 외주부로의 압력을 실리콘 웨이퍼(W)의 중앙부로의 압력과 거의 동등하게 할 수 있다.
본 실시 형태에 의하면, 멤브레인(11)의 외주부에 있어서의 최대 두께는, 멤브레인(11)의 내주부에 있어서의 최소 두께보다 얇기 때문에, 멤브레인(11)을 실리콘 웨이퍼(W) 전체 면에 걸쳐 충분히 균일하게 압접시킬 수 있고, 이 상태에서 연마를 행함으로써, 한층 평탄도가 높은 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다. 또한, 멤브레인(11)의 교환시에는, 한번 멤브레인(11)의 작성에 제공한 금형을 이용하면 좋고, 다른 부재와 일체 성형 등을 할 필요도 없기 때문에, 저(低)비용으로의 교환이 가능해진다. 본 실시 형태의 연마 장치에 의하면, 장치 자체에 어떤 강구도 필요없고, 그 두께가 지름 방향에 있어서 소정의 불균일성을 갖는 멤브레인(11)을 이용한다는 간이(簡易)한 수법에 의해, 상기의 효과를 얻을 수 있다.
여기에서, 본 발명에 있어서는, 상기 접촉 영역 내에 있어서, 상기 관계식 (1)로 정의되는 멤브레인의 지름 방향에 있어서의 두께의 균일성 hr(％)은, 2.8％ 이상인 것이 바람직하고, 22％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 34％ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 전술한 바와 같이(후술의 실시예에서도 설명하는 바와 같이), 멤브레인의 지름 방향에 있어서의 균일성이 낮은(hr의 수치가 큰) 쪽이, 워크 외주부에서의 멤브레인의 신장을 확보할 수 있어, 연마 후의 워크의 평탄도가 보다 높아지기 때문이다.
한편으로, 멤브레인(11)의 외주 방향에 있어서의 두께의 균일성이 지나치게 낮아지면(hr의 수치가 커지면), 멤브레인의 외주부에서의 신장이 지나치게 커지기 때문에, 워크의 외주부에서의 연마량이 커져, 오히려 워크의 형상이 불균일해져 버릴 우려가 있는 점에서, hr(％)은, 37％ 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서는, 멤브레인(11)의 두께는, 당해 멤브레인(11)의 중심으로부터 상기 접촉 영역의 외연까지, 지름 방향 외측을 향함에 따라 점차 감소하는 것이 바람직하다. 두께가 균일한 경우, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이, 멤브레인(11)의 중심으로부터 외연에 걸쳐 압력이 점차 감소하기 때문에, 이것을 상쇄하도록, 멤브레인(11)의 신장이 멤브레인(11)의 중심으로부터 외연에 걸쳐 점차 증가하도록 함으로써, 멤브레인(11)이 워크(W)의 전체 면을 보다 한층 균일하게 압압하도록 할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명에 있어서는, 멤브레인(11)의 상기 접촉 영역의 외연으로부터 지름 방향 내측으로 5㎜의 원주 상에 있어서, 상기 관계식 (2)로 정의되는, 멤브레인(11)의 둘레 방향에 있어서의 두께의 균일성 hc(％)가 10.2％ 이하인 것이 바람직하고, 6.5％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.4％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 후술의 실시예에서 설명하는 바와 같이, 멤브레인(11)의 둘레 방향에 있어서의 두께의 균일성이 높은(hc의 수치가 작은) 쪽이, 연마 후의 워크(W)의 평탄도가 보다 높아지기 때문이다.
또한, 둘레 방향의 균일성은 높을수록(hc의 수치가 작을수록) 바람직하기 때문에, hc의 하한은 특별히 한정되지 않는다.
여기에서, 본 발명에 있어서, 가요성 재료인 멤브레인(11)은, JIS-A 경도 30∼90°인 것을 이용하는 것이 바람직하고, 구체적인 재질로서는, 특별하게는 한정하지 않지만, 예를 들면 에틸렌프로필렌 고무, 실리콘 고무, 부틸 고무 등을 이용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 멤브레인(11)은, 기본적으로 이미 알려진 수법에 의해 제조할 수 있다. 예를 들면, 주형 성형(mold molding)용의 금형에 멤브레인의 재료가 되는 실리콘 고무 등을 주입하고, 금형의 평면도 및 프레스기의 압력 분포를 조정함으로써, 외주부의 두께의 최대값이 내주부의 두께의 최소값보다 얇은 멤브레인을 제작할 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 멤브레인(11)의 두께는 0.5∼1.5㎜로 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서는, 멤브레인(11)의 외주부에 있어서의 두께는, 내주부에 있어서의 두께의 1.3％∼66％로 하는 것이 바람직하다.
1.3％ 이상으로 함으로써, 멤브레인(11)이 워크(W)에 미치는 외주부에서의 압력을 내주부에서의 압력에, 보다 한층 근접시킬 수 있고, 한편으로, 66％ 이하로 함으로써, 멤브레인 고무의 구조상, 신장하기 어려운 특성을 갖는 외주부에 있어서, 두께를 얇게 함으로써, 면 내에 대하여 잘 신장하도록 하여, 외주부까지 균일하게 가압할 수 있기 때문이다.
또한, 멤브레인(11)의 두께를 얇게 함에 있어서는, 워크(W)를 압접하는 측의 두께를 줄여도 좋고, 제2 압력 공급부(16)로부터 압력을 받는 측의 두께를 줄여도 좋고, 그들 양방을 줄여도 좋다.
여기에서, 후술의 실시예에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 본 발명에 의하면, 직경이 450㎜ 이상인 대구경의 실리콘 웨이퍼에 있어서도, 높은 평탄도를 달성하는 웨이퍼를 얻을 수 있고, 구체적으로는, 직경이 450㎜ 이상으로, SEMI 규격에 의해 정의되는 GBIR이 0.2㎛ 이하, 또한, 워크의 외연으로부터 지름 방향 내측으로 2㎜의 원환상(圓還狀)의 영역을 제외한 SFQR의 최대값이 0.04㎛ 이하인, 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다.
이에 따라, 디바이스 제조 공정 등에 있어서의 수율을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 워크의 연마 방법에 대해서 설명한다.
본 실시 형태의 워크의 연마 방법에서는, 도 1에 나타내는 장치를 이용하여 연마를 행한다. 도 1에 나타내는 장치 구성에 대해서는, 이미 설명했기 때문에, 재차의 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 워크의 연마 방법에서는, 우선, 제1 에어 공급 장치에 의해, 제1 에어 공급 라인(15)을 통하여 제1 압력 공급부(14)에 에어를 공급하고, 제1 압력 공급부(14)의 체적을 팽창시켜, 내부 헤드(12)를 하방으로 압압한다.
또한, 제2 에어 공급 장치에 의해, 제2 에어 공급 라인(17)을 통하여 제2 압력 공급부(16)에 에어를 공급하고, 제2 압력 공급부(16)의 체적을 팽창시켜, 멤브레인(11)에 압력을 공급하여 멤브레인(11)을 하방으로 탄성지지한다.
이와 같이, 멤브레인(11)을 부착한 내부 헤드(12)를 하방의 실리콘 웨이퍼(W) 방향으로 압압하면서, 멤브레인(11)에 압력을 공급함으로써, 당해 멤브레인(11)에 의해 실리콘 웨이퍼(W)를 압압시킬 수 있다.
그리고, 연마 패드(4) 상에 연마 슬러리를 공급하고, 멤브레인(11)이 실리콘 웨이퍼(W)의 이면으로부터 당해 실리콘 웨이퍼에 압접한 상태에서, 모터 등의 구동 수단에 의해 연마 헤드(2) 및 정반(3)을 회전시킴으로써, 연마 패드(4)와 실리콘 웨이퍼(W)의 연마면을 슬라이딩시켜, 실리콘 웨이퍼(W)의 편면을 연마할 수 있다.
여기에서, 본 실시 형태의 워크의 연마 방법은, 멤브레인(11)의 외주부에 있어서의 최대 두께가, 멤브레인(11)의 내주부에 있어서의 최소 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 것이다.
이에 따라, 멤브레인(11)을 실리콘 웨이퍼(W) 전체 면에 걸쳐 충분히 균일하게 압접시킬 수 있고, 이 상태에서 연마를 행함으로써, 한층 평탄도가 높은 실리콘 웨이퍼를 얻을 수 있다. 또한, 멤브레인(11)의 교환시에는, 한번 멤브레인(11)의 작성에 제공한 금형을 이용하면 좋고, 다른 부재와 일체 성형 등을 할 필요도 없기 때문에, 저비용으로의 교환이 가능해진다. 본 실시 형태의 연마 방법에 의하면, 공정의 추가 등의 필요는 없고, 그 두께가 지름 방향에 있어서 소정의 불균일성을 갖는 멤브레인(11)을 이용한다는 간이한 수법에 의해, 상기의 효과를 얻을 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명에 있어서는, 멤브레인(11)을 이용하여 워크(W)의 이면을 압압하여 워크(W)의 편면 연마를 하는 연마 헤드, 연마 장치, 연마 방법이면 널리 적용 가능하며, 본 발명은, 전술한 실시 형태에는 전혀 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기의 실시 형태에서는, 에어에 의해 멤브레인(11)을 가압하는 방식에 대해서 설명했지만, 가압 유체에 의해 멤브레인(11)을 가압하는 방식으로 해도 좋다. 또한, 상기의 실시 형태에서는, 멤브레인(11)이 워크(W)를 직접 압압하는 예를 나타냈지만, 도 1에 나타내는 장치에 있어서, 멤브레인(11)의 하면에 발포 폴리우레탄제의 백킹 패드를 부착하고, 당해 백킹 패드를 통하여 워크(W)를 압압하도록 구성할 수도 있다. 또한, 상기의 실시 형태에서는, 제1 압력 공급부(14)는 에어로 가요성 부재를 휘게 하는 예를 설명했지만, 다른 탄성체 등에 의해 내부 헤드(12)를 하방에서 탄성지지하는 구성으로 할 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 이 실시예에 하등 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
<실시예 1>
멤브레인의 둘레 방향의 균일성과 연마 가공 여유분과의 관계를 평가하기 위해, 둘레 방향의 균일성이 상이한 멤브레인을 복수 제작하여, 각각의 연마 가공 여유분을 계측하는 시험을 행했다. 여기에서, 멤브레인으로서는, EPDM 고무를 이용했다. 또한, 원반 형상의 워크로서, 직경 450㎜, 두께 925㎛, 결정 방위 (100)의 p형의 실리콘 웨이퍼를 이용했다. 또한, 연마는, 도 1에 나타낸 장치를 이용하여 행했다. 이 시험에 있어서는, 연마 슬러리로서 지립(砥粒)(미립 콜로이달 실리카)을 포함하는 수산화 칼륨(KOH)을 주제(主劑)로 하는 알칼리 수용액을 이용하고, 압압력을 10㎪로 하고, 연마 헤드의 회전수를 30rpm, 정반의 회전수를 30rpm으로 하고, 연마 시간을 240sec로 했다.
여기에서, 멤브레인의 둘레 방향의 균일성은, 상기식 (2)로 정의한 것이며, 수치가 작은 쪽이, 균일성이 높은 것을 나타낸다. 또한, 가공 여유분의 균일성 U(％)는, 실리콘 웨이퍼의 외연으로부터 지름 방향 내측으로 2㎜까지의 원환상의 영역을 제외하고, 잔여의 영역 전체 면에 대해서, 최대 가공 여유분을 dmax, 최소 가공 여유분을 dmin, 평균 가공 여유분을 dave로 하여,
U＝{(dmax－dmin)/(2×dave)}×100
으로 정의한 것이며, 수치가 작은 쪽이, 균일성이 높은 것을 나타낸다.
또한, 멤브레인의 두께는, 접촉식의 두께 측정기를 이용함으로써 계측했다. 또한, 상기 각 가공 여유분은, 구로다사 제조 나노메토로를 이용하여 계측한 것이며, 구로다사 제조 나노메토로를 이용하여 3차원 분포도 계측했다.
도 3은, 멤브레인의 둘레 방향의 균일성과 가공 여유분과의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 4는, 특히 멤브레인의 둘레 방향의 균일성이 15.2％, 11.1％, 10.2％, 6.5％, 1.4％ 각각의 경우의 연마 가공 여유분의 3차원 분포를 나타내는 도면이다.
도 3, 도 4에 나타내는 바와 같이, 멤브레인의 둘레 방향의 균일성이 높을수록 실리콘 웨이퍼의 연마 가공 여유분의 균일성도 높은 것을 알 수 있다. 특히, 멤브레인의 둘레 방향의 균일성이 1.4％∼10.2％의 범위에서 연마 가공 여유분이 20％ 이하가 되었다. 또한, 이때의 지름 방향의 균일성(상기식 (1)로 정의한 것)은, 1.5％∼2％였다.
<실시예 2>
다음으로, 멤브레인의 지름 방향의 균일성과 연마 가공 여유분과의 관계를 평가하는 시험을 행했다. 연마 조건은, 앞서의 시험과 동일하다. 여기에서, 멤브레인의 지름 방향의 균일성은, 상기식 (1)로 정의되는 것으로 하고, 수치가 작은 쪽이, 균일성이 높은 것을 나타낸다.
도 5(a)∼ 도 5(e)는, 멤브레인의 지름 방향의 균일성이, 37％, 34％, 22％, 2.8％, 2％ 각각의 경우에 있어서의, 멤브레인의 표면의 단면 형상(하도면) 및 실리콘 웨이퍼의 연마 가공 여유분의 단면 형상(상도면)을 나타내는 도면이다.
도 5(a)∼ 도 5(e)에 나타내는 바와 같이, 멤브레인의 지름 방향의 균일성이 낮을수록 실리콘 웨이퍼의 연마 가공 여유분의 균일성이 높은 것을 알 수 있다. 특히, 멤브레인의 지름 방향의 균일성이 2.8％∼37％의 범위에서 연마 가공 여유분의 균일성이 20％ 이하가 되었다. 또한, 이때의 둘레 방향의 균일성(상기식 (2)로 정의한 것)은, 12％∼15％였다.
<실시예 3>
다음으로, 본 발명에 의해 얻어지는 실리콘 웨이퍼와, 종래예에 따른 실리콘 웨이퍼의 평탄도 및 표면 거칠기(RMS)를 비교하는 시험을 행했다. 본 발명의 실리콘 웨이퍼로서, 상기의 시험에 의해 얻어진 연마 후의 실리콘 웨이퍼를 이용했다. 이 실리콘 웨이퍼는, 직경이 450㎜이며, 멤브레인의 지름 방향의 균일성이 20％, 둘레 방향이 균일성이 7％인 것을 이용하고, 상기의 연마 조건으로 연마를 행했을 때에 얻어진 것이다.
또한, 종래예에 따른 실리콘 웨이퍼로서는, 강성 링과 일체 성형한 멤브레인을 갖는 연마 장치를 이용하여 연마한 것을 준비했다. 종래예에 따른 연마에 이용한 멤브레인은, 지름 방향에 있어서의 두께가 거의 균일한 것이었다.
여기에서, 실리콘 웨이퍼의 평탄도는, GBIR 및 SFQR의 최대값을 계측함으로써 행했다. 우선, GBIR은, (KLA-Tencor사 제조: WaferSight)를 이용하여 계측했다. 또한, SFQR의 최대값은, 구로다 세이쿠사 제조 Nanometoro450TT를 이용하여, 실리콘 웨이퍼의 외연으로부터 지름 방향 내측으로 2㎜의 원환상의 영역을 제외한 영역에 대해서, 26㎜×8㎜의 직사각형 형상의 샘플을 복수 취득하여 계측했다.
또한, 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기(RMS)에 대해서는, Chapman Instruments사 제조 ChapmanMPS를 이용하여 실리콘 웨이퍼의 표리면의 거칠기를 계측했다.
이하, 평가 결과에 대해서 설명한다.
도 6은, SFQR의 최대값의 평가 결과에 대해서 나타내는 도면이다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의해 얻어진 실리콘 웨이퍼는, SFQR의 최대값이 0.04㎛ 이하인 범위에서 분포하고 있고, 종래예의 실리콘 웨이퍼와 비교하여 평탄도가 높은 것을 알 수 있다.
또한, 도 7은, GBIR의 평가 결과에 대해서 나타내는 도면이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 의해 얻어진 실리콘 웨이퍼는, 종래예의 실리콘 웨이퍼보다 GBIR이 작아, 평탄도가 높은 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 의해 얻어진 실리콘 웨이퍼는, 직경이 450㎜ 이상인 대구경의 실리콘 웨이퍼이면서도, GBIR이 0.2㎛ 이하, 또한, SFQR의 최대값이 0.04㎛ 이하라는 높은 평탄도가 달성되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기(RMS)는, 연마면인 표측의 표면 거칠기가 2㎚ 이하이며, 또한, 이면의 표면 거칠기(B)에 대한 표면의 표면 거칠기(A)의 비(A/B)가 0.4 미만이었다.
본 발명에 의하면, 평탄도가 높은 워크를 얻을 수 있는 워크의 연마 장치 및 연마 방법, 당해 연마 장치용의 연마 헤드, 당해 연마 헤드용의 멤브레인을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 소정의 평탄도를 갖는 실리콘 웨이퍼를 제공할 수 있다.
1 : 양면 연마 장치
2 : 연마 헤드
3 : 정반
4 : 연마 패드
5a : 하우징 정부
5b : 하우징 측부
6 : 축
7 : 리테이너 링
8 : 원반 형상 부재
9 : 링 형상 부재
10 : 보유지지 플레이트
11 : 멤브레인
12 : 내부 헤드
13 : 가요성 부재
14 : 제1 압력 공급부
15 : 제1 에어 공급 라인
16 : 제2 압력 공급부
17 : 제2 에어 공급 라인
18 : 스토퍼

Claims (8)

  1. 원반 형상의 워크의 연마에 이용하는 연마 헤드의 하면에 부착되고, 당해 워크의 이면(裏面)을 접촉 보유지지하여 연마 패드에 압압하는 가요성 재료로 이루어지는 멤브레인으로서,
    상기 멤브레인의, 상기 워크로의 접촉 영역 중, 당해 접촉 영역의 외연(外緣)으로부터 상기 멤브레인의 지름 방향 내측으로 20㎜까지의 영역을 상기 멤브레인의 외주부(外周部)로 하고, 상기 멤브레인의 중심으로부터 지름 방향 외측으로 20㎜까지의 영역을 상기 멤브레인의 내주부로 할 때,
    상기 멤브레인의 외주부에 있어서의 최대 두께는, 상기 멤브레인의 내주부에 있어서의 최소 두께보다 얇고,
    상기 접촉 영역 내에 있어서, 상기 멤브레인의 지름 방향에 있어서의 최대 두께를 Trmax, 최소 두께를 Trmin, 평균 두께를 Trave로 하고, 상기 멤브레인의 지름 방향에 있어서의 두께의 균일성 hr(％)을, 관계식 (1),
    hr＝{(Trmax－Trmin)/Trave}×100
    으로 정의할 때, hr은, 2.8％ 이상인 것을 특징으로 하는 연마 헤드용의 멤브레인.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인의 두께는, 당해 멤브레인의 중심으로부터 상기 접촉 영역의 외연까지, 지름 방향 외측을 향함에 따라 점차 감소하는 연마 헤드용의 멤브레인.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인의 상기 접촉 영역의 외연으로부터 지름 방향 내측으로 5㎜의 원주 상에 있어서, 상기 멤브레인의 둘레 방향에 있어서의 최대 두께를 Tcmax, 최소 두께를 Tcmin, 평균 두께를 Tcave로 하고, 상기 멤브레인의 둘레 방향에 있어서의 두께의 균일성 hc(％)를, 관계식 (2),
    hc＝{(Tcmax－Tcmin)/Tcave}×100
    으로 정의할 때, hc는, 10.2％ 이하인 연마 헤드용의 멤브레인.
  5. 원반 형상의 워크의 연마에 이용하는 연마 헤드로서,
    제1항에 기재된 멤브레인과,
    상기 멤브레인의 외연부를 보유지지하는 보유지지 플레이트와,
    상기 멤브레인에 압력을 공급하는 압력 공급부를 구비한 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
  6. 원반 형상의 워크의 연마 장치로서,
    상면에 상기 연마 패드가 부착되어 있는 정반과,
    상기 정반이 상방에 형성된, 제5항에 기재된 연마 헤드를 구비한 것을 특징으로 하는 워크의 연마 장치.
  7. 원반 형상의 워크의 연마 방법으로서,
    연마 헤드의 하면에 부착된 가요성 재료로 이루어지는 멤브레인에 압력을 공급하여, 당해 멤브레인에 의해 상기 워크의 이면을 접촉 보유지지하여 연마 패드에 압압하는 공정과,
    상기 연마 헤드를 회전시켜 상기 워크를 연마하는 공정을 포함하고,
    상기 멤브레인의, 상기 워크로의 접촉 영역 중, 당해 접촉 영역의 외연으로부터 상기 멤브레인의 지름 방향 내측으로 20㎜까지의 영역을 상기 멤브레인의 외주부로 하고, 상기 멤브레인의 중심으로부터 지름 방향 외측으로 20㎜까지의 영역을 상기 멤브레인의 내주부로 할 때,
    상기 멤브레인의 외주부에 있어서의 최대 두께는, 상기 멤브레인의 내주부에 있어서의 최소 두께보다 얇고,
    상기 접촉 영역 내에 있어서, 상기 멤브레인의 지름 방향에 있어서의 최대 두께를 Trmax, 최소 두께를 Trmin, 평균 두께를 Trave로 하고, 상기 멤브레인의 지름 방향에 있어서의 두께의 균일성 hr(％)을, 관계식 (1),
    hr＝{(Trmax－Trmin)/Trave}×100
    으로 정의할 때, hr은, 2.8％ 이상인 것을 특징으로 하는 워크의 연마 방법.
  8. 삭제
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