KR101796355B1 - 연마 방법 - Google Patents

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히사노리 마쯔오
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마 케이블 위의 연마 패드에 압박해서 기판을 연마하는 연마 장치에 있어서, 연마 중에 연마 패드에 기체를 분사하여 연마 패드의 표면(연마면)의 온도를 제어한다. 연마 장치는, 연마 패드를 향해 기체를 분사하는 적어도 1개의 기체 분사 노즐을 갖고, 연마 패드에 기체를 분사하여 연마 패드의 온도를 조정하는 패드 온도 조정 기구와, 연마 패드를 향해 액체 또는 기체와 액체의 혼합 유체를 분사하는 적어도 1개의 노즐을 갖고, 연마 패드에 액체 또는 혼합 유체를 분사하여 연마 패드 위의 이물질을 제거하는 아토마이저를 구비하고 있다.

Description

연마 방법{POLISHING METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마 테이블 위의 연마 패드에 압박하고, 기판의 피연마면과 연마 패드의 상대 운동에 의해 기판의 피연마면을 연마하는 연마 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 연마 패드에 기체를 분사하여 연마 패드의 표면(연마면)의 온도를 제어할 수 있는 연마 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 디바이스의 고집적화 및 고밀도화에 수반하여 회로의 배선이 점점 더 미세화되어, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하자고 하면, 하부층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 더욱 커지므로, 배선 층수가 증가함에 따라서, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막피복성(단차 피복성)이 나빠진다. 따라서 다층 배선으로 하기 위해서는, 이 스텝 범위를 개선하고, 적절한 과정에 의해 평탄화 처리해야만 한다. 또한, 광 리소그래피의 미세화와 함께 초점 심도가 얕아지므로, 반도체 디바이스 표면의 요철 단차가 초점 심도 이하로 억제되도록 반도체 디바이스 표면을 평탄화 처리할 필요가 있다.
따라서, 반도체 디바이스의 제조 공정에서는 반도체 디바이스 표면의 평탄화 기술이 점점 더 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중, 가장 중요한 기술은 화학적 기계 연마[CMP(Chemical Mechanical Polishing)]이다. 이 화학적 기계적 연마는 연마 장치를 사용하여 실리카(SiO2)나 산화 세륨(CeO2) 등의 지립을 포함한 연마액(슬러리)을 연마 패드에 공급하면서 반도체 웨이퍼 등의 기판을 연마 패드에 미끄럽 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.
상술한 CMP 프로세스를 행하는 연마 장치는, 연마 패드를 갖는 연마 테이블과, 반도체 웨이퍼(기판)를 유지하기 위한 톱 링 또는 연마 헤드 등으로 불리는 기판 보유 지지 장치를 구비하고 있다. 이러한 연마 장치를 사용해서 반도체 웨이퍼(기판)의 연마를 행할 경우에는, 기판 보유 지지 장치에 의해 반도체 웨이퍼를 유지하면서, 연마액 공급 노즐로부터 연마액(슬러리)을 연마 패드에 공급하고, 반도체 웨이퍼를 연마 패드의 표면(연마면)에 대하여 소정의 압력으로 압박한다. 이때, 연마 테이블과 기판 보유 지지 장치를 회전시킴으로써 반도체 웨이퍼가 연마면에 미끄럽 접촉하여, 반도체 웨이퍼의 표면이 평탄 또한 경면으로 연마된다.
상술한 CMP 프로세스에서는, 디싱이나 이로전 등의 단차 특성은 연마 패드의 온도에 대한 의존성이 높은 것이 알려져 있다.
또한, 연마율에 대해서도 연마 패드의 온도에 대한 의존성이 확인되고 있으며, CMP 프로세스에 의해 최적의 연마율을 초래하는 온도 영역이 있으며, 연마 중에 최적의 연마율을 길게 얻기 위해서는 최적의 연마 패드의 온도를 유지할 필요가 있다.
따라서 본 발명자들은 기판의 연마 중에, 기체 분사 노즐로부터 연마 패드를 향해 기체를 분사함으로써, 연마 패드의 표면(연마면)을 냉각하도록 한 연마 장치를 제안한다.
연마 장치는, 전술한 바와 같이 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드 위에 연마액(슬러리)을 공급하면서 연마 테이블을 회전시킴으로써, 기판을 연마하는 것이므로 연마 패드 위로 공급된 슬러리의 미스트가 주위로 비산한다고 하는 문제가 있다. 또한, 기판의 연마 후에는 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드 위로 순수(純水)를 공급하면서 연마 테이블을 회전시킴으로써, 물 폴리싱을 행하거나, 세정을 행하거나 하기 때문에, 연마 패드 위로 공급된 순수 등의 미스트가 주위로 비산한다고 하는 문제가 있다. 이와 같이 연마 장치 내는 슬러리, 순수 등의 미스트나 물방울이 비산하는 환경에 있어, 비산한 슬러리 등의 미스트는 연마 장치 내의 부품 표면에 부착되고, 건조되면 가루로 되어 연마 중에 연마 패드의 표면으로 낙하해 기판 표면의 스크래치의 발생 원인이 된다.
상기 제안되어 있는 연마 장치와 같이, 연마 패드의 표면(연마면)의 온도를 제어하기 위해 연마 패드에 기체를 분사하는 기체 분사 노즐을, 연마 패드의 상방에 배치된 기체 공급부(매니폴드)에 설치할 경우, 노즐이나 노즐 설치용의 부품 등의 다수의 부품이 연마 패드에 대향하여 배치된다. 그로 인해, 이들 다수의 부품에 슬러리가 부착되고, 결과적으로 가루의 발생, 기판 표면의 스크래치 발생으로 이어지는 빈도가 증가할 가능성이 있다.
본 발명은, 전술한 사정에 비추어 이루어진 것으로, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 연마 중에 노즐에 의해 연마 패드에 기체를 분사하여 연마 패드의 표면(연마면)의 온도를 제어함으로써 디싱이나 이로전 등을 방지해서 단차 특성의 향상을 도모할 수 있는 동시에 연마율의 향상을 도모할 수 있고, 또한 연마 패드 위의 연마액(슬러리)이 비산해서 노즐이나 노즐 설치 부품 등에 부착되는 양을 줄일 수 있는 연마 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 연마 장치의 제1 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 장치에 있어서, 연마 패드를 향해 기체를 분사하는 적어도 1개의 기체 분사 노즐을 갖고, 연마 패드에 기체를 분사하여 연마 패드의 온도를 조정하는 패드 온도 조정 기구와, 연마 패드를 향해 액체 또는 기체와 액체의 혼합 유체를 분사하는 적어도 1개의 노즐을 갖고, 연마 패드에 액체 또는 혼합 유체를 분사하여 연마 패드 위의 이물질을 제거하는 아토마이저를 구비하고, 상기 패드 온도 조정 기구와 상기 아토마이저는 일체의 유닛으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 연마 장치에 따르면, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 연마 중에, 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 연마 패드를 향해 기체를 분사함으로써, 연마 패드의 표면(연마면)을 냉각할 수 있다. 따라서, CMP 프로세스에 따라서 연마 패드의 표면을 최적의 온도로 제어할 수 있어, 연마율의 향상을 도모할 수 있는 동시에 디싱이나 이로전을 방지하여 단차 특성의 향상을 도모할 수 있다.
*또한, 본 발명에 따르면, 연마 패드에 기체를 분사하여 연마 패드의 온도를 조정하는 패드 온도 조정 기구와 연마 패드에 액체 또는 혼합 유체를 분사하여 연마 패드 위의 이물질을 제거하는 아토마이저를 일체의 유닛으로서 구성함으로써, 부품 개수의 삭감을 도모할 수 있고, 또한 유닛의 표면적을 비약적으로 줄일 수 있어, 오염 부착을 줄일 수 있다. 또, 패드 온도 조정 기구와 아토마이저는, 개별로 사용할 수도 있고, 동시에 사용할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 패드 온도 조정 기구는 상기 기체 분사 노즐에 기체를 공급하는 유체 공급로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 아토마이저는 상기 노즐에 액체 또는 혼합 유체를 공급하는 유체 공급로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향은, 상기 연마 패드의 표면에 대하여 수직이 아니라, 상기 연마 패드의 회전 방향측으로 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향을 연마 패드의 회전 방향측으로 기울게 함으로써, 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다. 그 이유는, 기울게 함으로써 피분사 면적을 수직인 경우에 비해 크게 확보할 수 있기 때문이다. 또한 수직으로 분사할 경우에는 반동에 의한 슬러리 비산의 우려도 있지만, 기울게 함으로써 슬러리 비산을 억제할 수 있다. 또한, 기체 분사 방향을 연마 패드의 회전 방향측으로 기울게 함으로써, 기체 분사에 의한 슬러리의 흐름에 대한 영향을 줄일 수 있다.
본 발명에 따르면, 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향과 연마 패드의 표면이 이루는 각을, 예를 들어 30°내지 50°로 설정함으로써, 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다. 그 이유는, 피분사 면적을 확보할 수 있고, 또한 풍량도 효과적으로 작용시킬 수 있는 각도 범위이기 때문이다. 30°보다도 작으면, 피분사 면적은 커지지만, 풍량이 저하되어 냉각 효과가 저감된다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 바로 아래의 점을 지나고 연마 패드의 회전 중심을 중심으로 하는 동심원을 그리고, 동심원 위의 상기 바로 아래의 점에 있어서의 접선 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향이라 정의하면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향은, 상기 회전 접선 방향에 대하여 상기 연마 패드의 회전 중심측으로 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향을 상기 회전 접선 방향에 대하여 연마 패드의 회전 중심측으로 기울게 함으로써, 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다. 그 이유는, 연마 패드 위의 기판 연마 영역은 도넛 형상(링 형상)이며, 이 도넛 형상 영역을 따라 기체를 분사할 수 있도록, 회전 접선 방향보다도 연마 패드의 회전 중심측으로 노즐을 기울게 함으로써, 기판 연마 영역을 효율적으로 냉각하기 위해서이다.
*본 발명에 따르면, 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향의 상기 회전 접선 방향에 대한 각도를, 예를 들어 15°내지 35°로 설정함으로써, 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다. 그 이유는, 기판 연마 영역에 있어서 피분사 면적의 확보가 가능해지는 것과, 35°이상이면 슬러리 적하 위치에 흐트러짐을 발생시키기 때문이다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 아토마이저의 노즐에 있어서의 액체 또는 혼합 유체의 분사 방향은 상기 연마 패드의 표면에 대하여 대략 수직인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 아토마이저의 노즐에 있어서의 액체 또는 혼합 유체의 분사 방향을 상기 연마 패드의 표면에 대하여 대략 수직으로 함으로써, 액체 또는 혼합 유체가 연마 패드의 표면에 닿았을 때의 충격력을 높일 수 있어, 높은 세정력을 발휘할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 패드 온도 조정 기구 및 상기 아토마이저는, 상기 연마 패드의 상방을 연마 패드의 외주부로부터 중심부까지 대략 반경 방향으로 연장되는 빔 형상 부재에 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 빔 형상 부재에 패드 온도 조정 기구와 아토마이저의 양자가 설치되어 있으므로, 유닛 전체적으로 표면적을 줄일 수 있어, 오염물의 부착량을 줄일 수 있다. 가늘고 긴 형상의 부재인 빔 형상 부재 내를 좌우로 2분하고, 한쪽에 패드 온도 조정 기구용의 유체 공급로와 기체 분사 노즐을 설치하고, 다른 쪽에 아토마이저용의 유체 공급로와 노즐을 설치함으로써, 온도 조정 기구와 아토마이저를 일체의 유닛으로서 구성할 수 있어, 매우 간소한 구조가 되어 유닛 전체의 표면적을 줄일 수 있다.
상기 빔 형상 부재는 연마 테이블의 외주측에서 고정용 아암에 지지되고, 고정용 아암은 연마 테이블의 외측까지 연장되어 장치 프레임 등에 고정된다. 따라서 빔 형상 부재를 외팔보와 같이 구성해서 연마 패드 위를 연마 패드의 외주부로부터 중심부까지 연장시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 빔 형상 부재에는 상기 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향측에, 기체 분사 노즐 커버를 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기체 분사 노즐의 상방을 덮도록 기체 분사 노즐 커버를 설치했으므로, 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체를 확산시키지 않고 연마 패드를 향해 흐르게 할 수 있어, 효율적으로 연마 패드를 냉각할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 분사 노즐용 커버는 상기 빔 형상 부재로부터 이격할수록 상기 연마 패드의 표면에 근접하도록 상기 연마 패드의 표면에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기체 분사 노즐용 커버를 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향에 맞추어 연마 패드에 점차로 근접하도록 하방으로 경사지게 설치함으로써, 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체를 확산시키지 않고 연마 패드를 향해 흐르게 할 수 있어, 효율적으로 연마 패드를 냉각할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 분사 노즐용 커버의 내측에, 상기 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 흐름 방향을 제어하는 적어도 1개의 기체 방향 조정판을 설치하고, 상기 기체 방향 조정판은 상기 기체 분사 노즐용 커버로부터 상기 연마 패드를 향해 연장되는 판 형상체로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기체 방향 조정판에 의해 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 흐름 방향을 제어할 수 있으므로, 기체를 연마 패드를 따라 흐르게 할 수 있어, 효율적으로 연마 패드를 냉각할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 적어도 1개의 기체 방향 조정판의 바로 아래의 점을 지나고, 연마 패드의 회전 중심을 중심으로 하는 동심원을 그리고, 동심원 위의 상기 바로 아래의 점에 있어서의 접선 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향이라 정의하면, 상기 적어도 1개의 기체 방향 조정판은 상기 회전 접선 방향에 대하여 상기 연마 패드의 회전 중심측으로 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기체 방향 조정판에 의해 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체를 연마 테이블의 중심측을 향해 흐르게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 평판 형상의 기체 방향 조정판의 상기 회전 접선 방향에 대한 각도를, 예를 들어 15°내지 45°로 설정함으로써, 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다. 그 이유는, 피분사 면적을 확보할 수 있어 효율적으로 냉각할 수 있기 때문이다. 45°보다도 크면, 기체 방향 조정판에 충돌하는 기체의 양이 증가해 감압·감속되어 냉각 능력이 저감되는 동시에, 기체 방향 조정판에 충돌해 반사된 기체가 연마 패드 위의 슬러리막 두께나 슬러리 적하 위치에 흐트러짐을 발생시키기 때문이다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 분사 노즐용 커버의 방향을 조정하는 기구 및/또는 상기 기체 방향 조정판의 방향을 조정하는 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마 패드의 표면(연마면)과 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향이 이루는 각인 기체 진입 각도에 따라서, 기체 분사 노즐용 커버의 기울기를 최적의 기울기로 조정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 기체 방향 조정판의 방향을 조정하는 기구에 의해, 복수의 기체 방향 조정판의 방향을 연동시켜서 조정할 수 있고, 또한 복수의 기체 방향 조정판의 방향을 개별로 조정할 수도 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 빔 형상 부재에는 상기 기체 분사 노즐 커버를 설치한 측과 반대측에, 아토마이저용 비산 방지 커버를 설치한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 아토마이저에 의해 연마 패드를 세정할 때에, 아토마이저로부터 분사되는 유체나 연마 패드 위의 이물질이 주위로 비산하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어하는 제어 밸브와, 상기 연마 패드의 온도를 검출하는 온도계와, 상기 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도와 상기 온도계에 의해 검출된 연마 패드의 검출 온도를 비교해서 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 조정함으로써, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어 밸브에 의해 제어하는 동시에 연마 패드의 온도를 온도계에 의해 검출하고, 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도와 상기 온도계에 의해 검출된 연마 패드의 검출 온도를 비교해서 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 조정함으로써, 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어할 수 있다. 따라서, CMP 프로세스에 따라서 연마 패드의 표면을 최적의 온도로 제어할 수 있다.
본 발명의 연마 방법의 제1 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드에 연마액을 공급하면서 연마 대상인 기판을 연마 패드에 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서, 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 연마 패드를 향해 기체를 분사하고, 상기 기체 분사 노즐의 근방에 설치한 기체 방향 조정판에 의해, 상기 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 방향을 조정해서 기체를 연마 패드에 분사하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 기체 방향 조정판에 의해, 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체를 연마 패드를 따라 흐르게 할 수 있어, 효율적으로 연마 패드를 냉각할 수 있다. 그리고 기체 방향 조정판에 의해 기체의 유동 방향을 제어함으로써, 연마 패드 위의 연마액의 흐름을 제어할 수 있다.
연마액의 상황(양, 농도, 생성물 등)에 의해 연마율이나 피연마면의 평탄성이 변화되는 경우가 있으므로, 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 흐름을 기체 방향 조정판에 의해 제어함으로써 연마 패드 위의 연마액의 흐름도 컨트롤되어, 연마 성능을 컨트롤할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 방향 조정판에 의해 상기 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 방향을 조정함으로써, 상기 연마 패드 위의 연마액의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기체 방향 조정판에 의해 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 방향을 조정함으로써, 연마 중에 연마 패드 위의 연마액의 흐트러짐을 완화해서 연마액의 막 두께를 대략 균일하게 할 수 있다. 따라서 기판의 전체면을 균일하게 연마할 수 있다. 또한, 기체 방향 조정판에 의해 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 방향을 조정함으로써, 연마액을 기판의 엣지 혹은 중앙 부근에 약간 많게(혹은 적게) 흐르게 할 수도 있어, 연마율 및 면내 균일성을 제어할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 분사 노즐 및 상기 기체 방향 조정판을 상기 연마 테이블의 회전 방향에 있어서 드레서의 하류측에 배치하고, 연마 중에 드레싱을 행하고 있는 상기 드레서의 하류측에서 상기 연마 패드 위의 연마액의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마 중에 드레서에 의한 드레싱 공정이 들어가면, 연마액의 흐름이 방해되어, 연마액의 막 두께가 흐트러진 상태로 되기 쉽지만, 기체 방향 조정판에 의해 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 방향을 조정함으로써, 드레서의 하류측에서 연마액의 흐름을 제어하고, 이에 의해 연마액의 막 두께를 제어할 수 있다. 따라서 드레싱 공정에서 흐트러진 연마액의 막 두께를 완만하게 할 수가 있어, 즉 연마액의 막 두께를 대략 균일하게 할 수가 있어 기판의 전체면을 균일하게 연마할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 방향 조정판에 의해 상기 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 방향을 조정함으로써, 상기 연마 패드의 외주측을 향해 흐르는 연마액을 연마 패드의 중심측을 향해 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드에 공급된 새로운 슬러리가 연마에 사용되지 않고 연마 패드로부터 흘러내리는 일이 없도록 연마 패드 위에 머무르게 할 수 있다. 따라서 연마 성능의 향상을 도모할 수 있는 동시에 연마액의 소비량을 줄일 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 방향 조정판에 의해 상기 기체 분사 노즐로부터 분사된 기체의 방향을 조정함으로써, 연마 테이블의 회전 방향에 있어서 기판을 유지하는 톱 링의 하류측에 있으며, 연마에 사용한 오래된 연마액을 연마 패드의 외주측을 향해 흐르도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마 테이블의 회전 방향에 있어서 기판을 유지하는 톱 링의 하류측에 있으며, 연마에 사용한 오래된 연마액을 빠르게 배출할 수 있다. 따라서 오래된 연마액이 연마면 위에 남아서 연마율이나 면내 균일성에 악영향을 끼치는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 연마 패드에 연마액을 공급하는 연마액 공급 노즐을 요동 가능하게 하고, 연마 중에 연마액의 공급 위치를 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마 중에 연마액의 공급 위치를 변경함으로써, 연마에 가장 유효한 연마 패드 위의 위치에 필요한 양의 연마액을 공급할 수 있다.
본 발명의 연마 방법의 제2 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도를 제어하면서 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서, 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도를 설정한 후에 연마 패드의 온도 제어를 개시해서 연마 패드의 온도를 감시하고, 연마 패드의 온도가 설정 온도의 범위에 도달한 후, 상기 설정 온도의 범위 밖으로 되는 시간이 연속해서 소정 시간을 초과한 경우에, 연마 이상이라 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도를 설정한 후에 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도 제어를 개시하고, 연마 패드의 온도를 감시한다. 그리고 연마 패드의 온도가 설정 온도의 범위에 도달한 후, 상기 설정 온도의 범위 밖으로 되는 시간이 연속해서 소정 시간을 초과한 경우에는, 연마 패드의 온도 제어가 정상적으로 행해지고 있지 않은 연마 이상이라 판단한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 설정 온도의 범위 밖이라 함은, 설정 온도의 상한값 또는 하한값의 범위 밖인 것을 특징으로 한다.
*본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 연마 패드의 설정 온도를 연마 중에 변경하고, 설정 온도를 변경하고나서 변경 후의 설정 온도에 도달할 때까지의 소요 시간을 계시(計時)하고, 이 소요 시간과 미리 설정한 시간을 비교하여, 소요 시간 쪽이 긴 경우에 연마 이상이라 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도를 설정한 후에 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도 제어를 개시하고 연마 패드의 온도를 감시한다. 그리고 연마 패드의 설정 온도를 연마 중에 변경하고, 설정 온도를 변경하고나서 변경 후의 설정 온도에 도달할 때까지의 소요 시간을 계시하고, 이 소요 시간과 미리 설정한 시간을 비교하여, 소요 시간 쪽이 긴 경우에는 연마 패드의 온도 제어가 정상적으로 행해지고 있지 않은 연마 이상이라고 판단한다.
본 발명의 연마 방법의 제3 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도를 제어하면서 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서, 연마 패드의 온도 제어를 개시해서 연마 패드의 온도를 감시하고, 온도 제어의 개시 시각으로부터 소정 시간 경과 후에 연마 패드의 온도가 목표 온도에 도달하지 않을 경우에 연마 이상이라고 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마 패드의 제어 목표 온도를 설정한 후에 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도 제어를 개시해서 연마 패드의 온도를 감시한다. 그리고 온도 제어의 개시 시각으로부터 소정 시간 경과 후에 연마 패드의 온도가 목표 온도에 도달하지 않은 경우에는, 연마 패드의 온도 제어가 정상적으로 행해지고 있지 않은 연마 이상이라고 판단한다.
본 발명의 연마 방법의 제4 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도를 제어하면서 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서, 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도를 설정한 후에 연마 패드의 온도 제어를 개시해서 연마 패드의 온도를 감시하고, 상기 연마 패드의 설정 온도를 연마 중에 변경하고, 설정 온도를 변경하고나서 소정 시간 경과 후에 연마 패드의 온도가 변경 후의 설정 온도에 도달하지 않을 경우에 연마 이상이라고 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마 패드의 제어 목표 온도를 설정한 후에 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도 제어를 개시해서 연마 패드의 온도를 감시한다. 그 후, 상기 연마 패드의 설정 온도를 연마 중에 변경하고, 설정 온도를 변경하고나서 소정 시간 경과 후에 연마 패드의 온도가 변경 후의 설정 온도에 도달하지 않을 경우에는, 연마 패드의 온도 제어가 정상적으로 행해지고 있지 않은 연마 이상이라고 판단한다.
본 발명의 연마 장치의 제2 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 장치에 있어서, 연마 패드를 향해 기체를 분사하는 적어도 1개의 기체 분사 노즐과, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐을 유지하는 동시에 상기 기체 분사 노즐에 기체를 공급하는 기체 공급부를 구비하고, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 바로 아래의 점을 지나고, 연마 패드의 회전 중심을 중심으로 하는 동심원을 그리고, 동심원 위의 상기 바로 아래의 점에 있어서의 접선 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향이라 정의하면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향은, 상기 회전 접선 방향에 대하여 상기 연마 패드의 회전 중심측으로 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.
*본 발명의 연마 장치에 따르면, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 연마 중에, 기체 공급부로부터 기체를 적어도 1개의 기체 분사 노즐에 공급하고, 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 연마 패드를 향해 기체를 분사함으로써, 연마 패드의 표면(연마면)을 냉각할 수 있다. 따라서 CMP 프로세스에 따라서 연마 패드의 표면을 최적의 온도로 제어할 수 있어 연마율의 향상을 도모할 수 있는 동시에 디싱이나 이로전을 방지해서 단차 특성의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명에서는, 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 바로 아래의 점을 각각 지나고, 연마 패드의 회전 중심을 중심으로 하는 동심원을 그리고, 동심원 위의 상기 바로 아래의 점에 있어서의 접선 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향이라 정의하면, 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향은 상기 회전 접선 방향에 대하여 상기 연마 패드의 회전 중심측으로 기울어져 있다. 이와 같이, 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향을 상기 회전 접선 방향에 대하여 연마 패드의 회전 중심측으로 기울게 함으로써, 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다. 그 이유는, 연마 패드 위의 기판 연마 영역은 도넛 형상(링 형상)이며, 이 도넛 형상 영역을 따라서 기체를 분사할 수 있도록, 회전 접선 방향보다도 연마 패드의 회전 중심측으로 노즐을 기울게 함으로써, 기판 연마 영역을 효율적으로 냉각하기 위해서이다.
본 발명의 연마 장치의 제3 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 장치에 있어서, 연마 패드를 향해 기체를 분사하는 적어도 1개의 기체 분사 노즐과, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐을 유지하는 동시에 상기 기체 분사 노즐에 기체를 공급하는 기체 공급부를 구비하고, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향은 상기 연마 패드의 표면에 대하여 수직이 아니라, 상기 연마 패드의 회전 방향측으로 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연마 장치에 따르면, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 연마 중에, 기체 공급부로부터 기체를 적어도 1개의 기체 분사 노즐에 공급하고, 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 연마 패드를 향해 기체를 분사함으로써, 연마 패드의 표면(연마면)을 냉각할 수 있다. 따라서 CMP 프로세스에 따라서 연마 패드의 표면을 최적의 온도로 제어할 수가 있어 연마율의 향상을 도모할 수 있는 동시에 디싱이나 이로전을 방지해서 단차 특성의 향상을 도모할 수 있다.
본 발명에서는, 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향은, 연마 패드의 표면에 대하여 수직이 아니라, 연마 패드의 회전 방향측으로 기울어져 있다. 이와 같이, 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향을 연마 패드의 회전 방향측으로 기울게 함으로써, 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다. 그 이유는, 기울게 함으로써 피분사 면적을 수직인 경우에 비해 크게 확보할 수 있기 때문이다. 또한 수직으로 분사할 경우에는 반동에 의한 슬러리 비산도 우려되지만, 기울게 함으로써 슬러리 비산을 억제할 수 있다. 또한, 기체 분사 방향을 연마 패드의 회전 방향측으로 기울게 함으로써, 기체 분사에 의한 슬러리의 흐름에 대한 영향을 줄일 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 상기 연마 패드의 표면으로부터의 높이를 조정 가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기체 분사 노즐의 연마 패드의 표면으로부터의 높이를 조정함으로써, 기체 분사 노즐을 최적의 높이 위치에 배치할 수 있다. 따라서 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향의 상기 회전 접선 방향에 대한 각도는, 15°내지 35°로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향의 상기 회전 접선 방향에 대한 각도를 15°내지 35°로 설정함으로써, 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다. 그 이유는, 기판 연마 영역에 있어서 피분사 면적의 확보가 가능해지는 것과, 35°이상이면 슬러리 적하 위치에 흐트러짐을 발생시키기 때문이다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향과 상기 연마 패드의 표면이 이루는 각은, 30°내지 50°로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향과 연마 패드의 표면이 이루는 각을, 30°내지 50°로 설정함으로써, 연마 패드를 높은 냉각 능력으로 냉각할 수 있다. 그 이유는, 피분사 면적을 확보할 수 있고, 또한 풍량도 효과적으로 작용시킬 수 있는 각도 범위이기 때문이다. 30°보다도 작으면, 피분사 면적은 커지지만, 풍량이 저하되어 냉각 효과가 떨어진다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어하는 제어 밸브와, 상기 연마 패드의 온도를 검출하는 온도계와, 상기 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도와 상기 온도계에 의해 검출된 연마 패드의 검출 온도를 비교해서 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 조정함으로써, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어 제어하는 컨트롤러를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어 밸브에 의해 제어하는 동시에 연마 패드의 온도를 온도계에 의해 검출하고, 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도와 상기 온도계에 의해 검출된 연마 패드의 검출 온도를 비교해서 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 조정함으로써, 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어할 수 있다. 따라서 CMP 프로세스에 따라서 연마 패드의 표면을 최적의 온도로 제어할 수 있다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 컨트롤러는 상기 연마 패드의 설정 온도와 상기 연마 패드의 검출 온도와의 차를 기초로 하여 PID 제어에 의해 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 조정함으로써, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 컨트롤러는 복수 종류의 PID 파라미터로부터 소정의 룰을 기초로 하여 소정의 PID 파라미터를 선택하고, 패드 온도 정보를 기초로 하여 선택한 PID 파라미터를 사용하여 연마 패드면 위의 온도를 제어하므로, 기판의 연마율을 가장 적절하면서도 일정하게 유지할 수 있고, 이에 의해 연마 시간을 단축할 수 있다. 또한 이 결과, 슬러리 사용량 및 폐액량의 저감을 도모할 수 있다.
본 발명의 연마 방법의 제5 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서, 기체 공급부로부터 기체를 적어도 1개의 기체 분사 노즐에 공급하고, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 연마 패드를 향해 기체를 분사하고, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 바로 아래의 점을 지나고, 연마 패드의 회전 중심을 중심으로 하는 동심원을 그리고, 동심원 위의 상기 바로 아래의 점에 있어서의 접선 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향이라 정의하면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향은 상기 회전 접선 방향에 대하여 상기 연마 패드의 회전 중심측으로 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연마 방법의 제6 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서, 기체 공급부로부터 기체를 적어도 1개의 기체 분사 노즐에 공급하고, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 연마 패드를 향해 기체를 분사하고, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향은 상기 연마 패드의 표면에 대하여 수직이 아니라, 상기 연마 패드의 회전 방향측으로 기울어져 있는 것을 특징으로 한다.
*본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐의 상기 연마 패드의 표면으로부터의 높이를 조정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향의 상기 회전 접선 방향에 대한 각도는, 15°내지 35°로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향의 상기 연마 패드의 표면에 대한 각도는, 30°내지 50°로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어 밸브에 의해 제어하는 동시에 상기 연마 패드의 온도를 온도계에 의해 검출하고, 상기 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도와 상기 온도계에 의해 검출된 연마 패드의 검출 온도를 비교해서 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 조정함으로써, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 상기 연마 패드의 설정 온도와 상기 연마 패드의 검출 온도의 차를 기초로 하여 PID 제어에 의해 상기 제어 밸브의 밸브 개방도를 조정함으로써, 상기 적어도 1개의 기체 분사 노즐로부터 분사되는 기체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연마 방법의 바람직한 형태는, 연마 테이블 위의 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도를 제어하면서 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서, 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도를 설정한 후에 연마 패드의 온도 제어를 개시해서 연마 패드의 온도를 감시하고, 온도 제어의 개시 시각으로부터 설정 온도에 도달할 때까지의 소요 시간을 계시하고, 이 소요 시간과 미리 설정한 시간을 비교하여, 소요 시간 쪽이 긴 경우에 연마 이상이라고 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 연마 패드의 제어 목표 온도인 설정 온도를 설정한 후에 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도 제어를 개시하고, 연마 패드의 온도를 감시한다. 그리고 온도 제어의 개시 시각으로부터 설정 온도에 도달할 때까지의 소요 시간을 계시하고, 이 소요 시간과 미리 설정한 시간을 비교하여, 소요 시간 쪽이 긴 경우에는, 연마 패드의 온도 제어가 정상적으로 행해지고 있지 않은 연마 이상이라고 판단한다.
본 발명은, 이하에 열거하는 효과를 발휘한다.
(1) 연마 중에 연마 패드의 표면을 냉각함으로써, 2개의 효과가 기대된다. A. 연마율이 향상되어, 생산성이 높아지는 동시에 기판 1매당의 연마액(슬러리) 등의 소모품 비용을 줄일 수 있다. 예를 들면 메인 연마 스텝에 있어서 연마 패드의 표면을 소정의 온도로 유지함으로써, 연마율이 향상되어, 생산성이 높아지는 동시에 기판 1매당의 연마액(슬러리) 등의 소모품 비용을 줄일 수 있다.
B. 디싱이나 이로전을 방지해서 단차 특성의 향상을 도모할 수 있다.
(2) 연마 패드에 기체를 분사하는 위치를 최적화함으로써, 한층 더 연마 패드의 냉각 효과를 기대할 수 있고, 한층 더 디싱과 이로전의 저감을 기대할 수 있다. 예를 들면, 마무리 연마 스텝에 있어서 연마 패드의 표면을 소정의 온도로 유지함으로써, 디싱이나 이로전을 방지하여 단차 특성의 향상을 도모할 수 있다.
(3) 연마 패드를 냉각할 때의 제어 목표 온도인 설정 온도에 도달하지 않을 때의 에러 및 설정 온도의 상하한 값을 오버했을 때의 에러가 발생되었을 때에, 프로세스 인터로크를 작동시켜, 다음 기판의 연마를 행하지 않음으로써, 불량 제품을 에러 발생 시에 연마 중인 1매만으로 억제할 수 있어, 제품 수율 향상에 기여한다.
(4) 연마 패드에 기체를 분사하여 연마 패드의 온도를 조정하는 패드 온도 조정 기구와 연마 패드에 액체 또는 혼합 유체를 분사하여 연마 패드 위의 이물질을 제거하는 아토마이저를 일체의 유닛으로서 구성함으로써, 3개의 효과가 기대된다.
A. 부품 개수의 삭감을 도모할 수 있고, 또한 유닛의 표면적을 줄일 수 있어, 오염물의 부착을 줄일 수 있다.
B. 유닛의 조립이 간단해져, 조립의 재현성이 향상된다. 노즐의 위치가 변화되어 버리면, 프로세스에 영향을 미칠 가능성이 있으므로, 조립의 재현성 향상은 중요하다.
C. 유닛의 장착 공간이 작아져, 연마 테이블 상방의 공간을 유효하게 사용할 수 있게 된다.
(5) 패드 온도 조정 기구에 기체 분사 노즐 외에 기체의 유동 방향을 제어하는 기체 방향 조정판을 설치하였으므로, 3개의 효과가 기대된다.
A. 연마 중에 연마 패드 위의 연마액의 흐트러짐을 완화해서 연마액의 막 두께를 대략 균일하게 할 수 있다.
B. 연마액을 기판의 엣지 혹은 중앙 부근에 약간 많게(혹은 적게) 흐르게 할 수도 있어, 연마율 및 면내 균일성을 제어할 수 있다.
C. 연마에 사용한 오래된 슬러리를 빠르게 연마 패드로부터 배출하고, 새로운 슬러리가 연마 패드로부터 흘러내리지 않도록 해서 연마 패드 위에 머무르게 할 수 있으므로, 연마 성능의 향상을 도모할 수 있는 동시에 연마액의 소비량을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연마 장치의 전체 구성을 나타내는 모식도다.
도 2는 패드 온도 조정 장치의 제어 기기를 도시하는 사시도다.
도 3은 패드 온도 조정 장치의 기체 분사 노즐과 연마 패드의 관계를 나타내는 평면도다.
도 4는 패드 온도 조정 장치의 기체 분사 노즐과 연마 패드의 관계를 나타내는 측면도다.
도 5a는 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향에 대하여 기울게 하지 않은 경우와, 패드 중심측으로 기울게 한 경우에서의 냉각 능력을 나타내는 그래프이며, 도 5b는 연마 패드의 표면(연마면)과 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향이 이루는 각을 나타내는 기체 진입 각도와 냉각 능력의 관계를 나타내는 그래프다.
도 6은 연마 테이블 위의 연마 패드, 연마액 공급 노즐, 연마 헤드 및 패드 온도 조정 장치의 배치 관계의 일례를 도시하는 평면도다.
도 7은 매니폴드를 요동시키는 요동 기구를 구비한 패드 온도 조정 장치를 도시하는 사시도다.
도 8은 연마 레시피의 일례를 나타내는 표다.
도 9는 메인 연마 스텝과 마무리 연마 스텝으로 이루어지는 연마 공정에 있어서의 연마 패드의 온도 제어의 일례를 나타내는 그래프다.
도 10은 본 발명에 따른 연마 장치의 전체 구성을 나타내는 모식적 사시도다.
도 11은 연마 테이블 위의 연마 패드, 연마액 공급 노즐, 톱 링, 드레서 및 패드 조정 장치의 배치 관계를 도시하는 평면도다.
도 12는 패드 조정 장치의 사시도다.
도 13은 도 12의 XⅢ-XⅢ선 단면도다.
도 14는 도 12의 XIV-XIV선 단면도다.
도 15는 기체 분사 노즐용 커버의 하면에 설치된 기체 방향 조정판을 나타내는 도면이다.
도 16은 패드 조정 장치의 패드 온도 조정 기구 및 아토마이저의 제어 기기를 도시하는 사시도다.
도 17은 패드 온도 조정 기구의 기체 분사 노즐과 연마 패드의 관계를 나타내는 모식적 평면도다.
도 18은 패드 온도 조정 기구의 기체 분사 노즐과 연마 패드의 관계를 나타내는 모식적 측면도다.
도 19a는 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향에 대하여 기울게 하지 않은 경우와, 패드 중심측으로 기울게 한 경우에서의 냉각 능력을 나타내는 그래프다. 도 19b는 연마 패드의 표면(연마면)과 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향이 이루는 각을 나타내는 기체 진입 각도와 냉각 능력의 관계를 나타내는 그래프다.
도 20a, 도 20b, 도 20c는 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드 위로 적하된 연마액(슬러리)의 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 20a는 사시도, 도 20b는 평면도, 도 20c는 입면도다.
도 21a, 도 21b, 도 21c는 톱 링과 드레서의 양쪽이 가동하고 있는 경우에서의 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드 위로 적하된 연마액(슬러리)의 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 21a는 사시도, 도 21b는 평면도, 도 21c는 입면도이다.
도 22a, 도 22b, 도 22c는 패드 온도 조정 기구에 있어서의 기체 분사 노즐과 기체 방향 조정판에 의해 연마액(슬러리)의 흐름을 제어하는 방법을 설명하기 위한 모식도이며, 도 22a는 평면도, 도 22b는 입면도, 도 22c는 측면도다.
도 23a, 도 23b는 복수의 기체 방향 조정판을 각각 서로 다른 방향을 향하도록 한 경우를 도시한 도면이며, 도 23a는 기체 방향 조정판의 방향과 슬러리 막 두께와의 관계를 나타내는 모식도이며, 도 23b는 연마 패드 위의 연마액(슬러리)과 톱 링에 의해 유지된 기판의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 24a, 도 24b, 도 24c는 기체 방향 조정판의 방향을 조정하기 위한 기구를 도시하는 도면이며, 도 24a는 복수의 기체 방향 조정판의 기체 안내 각도를 독립적으로 제어하는 기구를 나타내는 모식도이며, 도 24b 및 도 24c는 복수의 기체 방향 조정판의 기체 안내 각도를 연동해서 제어하는 기구를 나타내는 모식도다.
도 25는 기체 분사 노즐용 커버의 각도를 조정할 수 있는 예를 나타내는 모식도다.
도 26은 연마액 공급 노즐로부터 연마 패드 위로 적하된 연마액(슬러리)이 톱 링의 하방으로 유입된 후에 연마 패드로부터 배출되는 상태를 나타내는 모식적 평면도다.
도 27은 연마 패드 위로 적하된 신선한 슬러리와 사용한 슬러리의 흐름을 설명하는 모식도다.
도 28은 기체 분사 노즐과 기체 방향 조정판에 의해 슬러리의 흐름을 제어하는 방법을 설명하기 위한 모식적 평면도다.
도 29는 기체 분사 노즐과 기체 방향 조정판을 본체부의 반대측에도 설치하고, 연마에 사용한 오래된 슬러리의 배출을 촉진하도록 한 예를 나타내는 모식적 평면도다.
이하, 본 발명에 따른 연마 장치 및 방법의 제1 실시 형태에 대해서 도 1 내지 도 9를 참조해서 상세하게 설명한다. 또, 도 1에서 도 9에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙여서 중복된 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 연마 장치의 전체 구성을 나타내는 모식도다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 연마 테이블(1)과, 연마 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 유지해서 연마 테이블 위의 연마 패드에 압박하는 연마 헤드(10)를 구비하고 있다. 연마 테이블(1)은 테이블 축(1a)을 통해 그 하방에 배치되는 연마 테이블 회전 모터(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 테이블 축(1a)의 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(1)의 상면에는 연마 패드(2)가 붙여져 있고, 연마 패드(2)의 표면이 기판(W)을 연마하는 연마면(2a)을 구성하고 있다. 연마 패드(2)에는 다우 케미컬사(the Dow Chemical Company) 제조의 SUBA800, IC-1000, IC-1000/SUBA400(2층 크로스) 등이 사용되고 있다. SUBA800은 섬유를 우레탄 수지로 굳힌 부직포다. IC-1000은 경질인 발포 폴리우레탄이며, 그 표면에 다수의 미세한 구멍을 가진 패드이며, 퍼포레이트 패드라고도 부르고 있다. 연마 테이블(1)의 상방에는 연마액 공급 노즐(3)이 설치되어 있고, 이 연마액 공급 노즐(3)에 의해 연마 테이블(1) 위의 연마 패드(2)에 연마액(슬러리)이 공급되도록 되어 있다. 연마 테이블(1)의 내부에는 와전류 센서나 광학식 센서 등의 막 두께 측정기(50)가 매설되어 있다.
연마 헤드(10)는 샤프트(11)에 접속되어 있고, 샤프트(11)는 지지 아암(12)에 대하여 상하 이동하도록 되어 있다. 샤프트(11)의 상하 이동에 의해, 지지 아암(12)에 대하여 연마 헤드(10)의 전체를 상하 이동시켜 위치 결정하도록 되어 있다. 샤프트(11)는 연마 헤드 회전 모터(도시하지 않음)의 구동에 의해 회전하도록 되어 있다. 샤프트(11)의 회전에 의해, 연마 헤드(10)가 샤프트(11) 주위로 회전하도록 되어 있다.
연마 헤드(10)는 그 하면에 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 유지할 수 있도록 되어 있다. 지지 아암(12)은 샤프트(13)를 중심으로 하여 선회 가능하게 구성되어 있으며, 하면에 기판(W)을 유지한 연마 헤드(10)는 지지 아암(12)의 선회에 의해 기판의 수취 위치로부터 연마 테이블(1)의 상방으로 이동 가능하게 되어 있다. 연마 헤드(10)는 하면에 기판(W)을 유지해서 기판(W)을 연마 패드(2)의 표면(연마면)(2a)에 압박한다. 이때, 연마 테이블(1) 및 연마 헤드(10)를 각각 회전시키고, 연마 테이블(1)의 상방에 설치된 연마액 공급 노즐(3)로부터 연마 패드(2) 위로 연마액(슬러리)을 공급한다. 연마액에는 지립으로서 실리카(SiO2)나 산화 세륨(CeO2)을 포함한 연마액이 사용된다. 이와 같이, 연마액을 연마 패드(2) 위로 공급하면서, 기판(W)을 연마 패드(2)에 압박해서 기판(W)과 연마 패드(2)를 상대 이동시켜서 기판 위의 절연막이나 금속막 등을 연마한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 연마 패드(2)에 기체를 분사하여 연마 패드(2)의 표면(연마면)(2a)의 온도 조정을 행하는 패드 온도 조정 장치(20)를 구비하고 있다. 패드 온도 조정 장치(20)는 연마 패드(2)의 상방에 배치되고, 연마 패드(2)의 표면(연마면)(2a)과 평행하게 연마 패드(2)의 대략 반경 방향으로 연장되는 원통형의 매니폴드(21)와, 매니폴드(21)의 하부에 소정 간격을 두고 부착된 복수의 기체 분사 노즐(22)을 구비하고 있다. 매니폴드(21)는 압축 공기의 공급원(도시하지 않음)에 접속되어 있고, 매니폴드(21) 내로 압축 공기가 공급되면, 기체 분사 노즐(22)로부터 압축 공기가 분사되어서 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 분사할 수 있도록 되어 있다. 매니폴드(21)는 기체 분사 노즐(22)을 유지하는 동시에 기체 분사 노즐(22)에 기체를 공급하는 기체 공급부를 구성하고 있다.
도 2는 패드 온도 조정 장치(20)의 제어 기기를 도시하는 사시도다. 도 2에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(1)의 상면에는 연마 패드(2)가 붙여져 있다. 연마 패드(2)의 상방에는 연마 헤드(10)가 배치되어 있고, 연마 헤드(10)는 기판(W)(도 1 참조)을 유지해서 기판(W)을 연마 패드(2)에 압박하도록 되어 있다. 패드 온도 조정 장치(20)의 매니폴드(21)는 압축 공기 공급 라인(29)에 의해 압축 공기의 공급원에 접속되어 있다. 압축 공기 공급 라인(29)에는 압력 제어 밸브(30)가 설치되어 있고, 압축 공기의 공급원으로부터 공급된 압축 공기가 압력 제어 밸브(30)를 통과함으로써 압력 및 유량이 제어되도록 되어 있다. 압력 제어 밸브(30)는 온도 컨트롤러(31)에 접속되어 있다. 압축 공기는 상온이라도 좋고, 소정 온도로 냉각되어도 좋다.
도 2에 도시한 바와 같이, 연마 패드(2)의 상방에는 연마 패드(2)의 표면 온도를 검출하는 방사 온도계(32)가 설치되어 있다. 방사 온도계(32)는 온도 컨트롤러(31)에 접속되어 있다. 온도 컨트롤러(31)에는 연마 장치의 전체를 제어하는 CMP 컨트롤러로부터 연마 패드(2)의 제어 목표 온도인 설정 온도가 입력되도록 되어 있다. 또한, 온도 컨트롤러(31)에는 설정 온도를 직접 입력할 수도 있다. 온도 컨트롤러(31)는 온도 컨트롤러(31)에 입력된 연마 패드(2)의 설정 온도와 방사 온도계(32)에 의해 검출된 연마 패드(2)의 실제 온도의 차에 따라서 PID 제어에 의해 압력 제어 밸브(30)의 밸브 개방도를 조정하고, 기체 분사 노즐(22)로부터 분사되는 압축 공기의 유량을 제어한다. 이에 의해, 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 최적의 유량의 압축 공기를 분사할 수 있어, 연마 패드(2)의 연마면(2a)의 온도는 온도 컨트롤러(31)에 의해 설정된 목표 온도(설정 온도)로 유지된다.
도 3 및 도 4는 패드 온도 조정 장치(20)의 기체 분사 노즐(22)과 연마 패드(2)의 관계를 나타내는 도면이며, 도 3은 평면도이며, 도 4는 측면도다. 도 3에 도시한 바와 같이, 패드 온도 조정 장치(20)의 매니폴드(21)에는 소정 간격을 두고 복수의 기체 분사 노즐(22)이 부착되어 있다(도시한 예에서는 8개의 노즐이 부착되어 있음). 연마 중에, 연마 패드(2)는 회전 중심(CT) 주위로 시계 방향으로 회전한다. 도 3에 있어서, 패드 내측으로부터 1, 2, 3, …, 8의 오름차순으로 노즐에 번호 부여를 행하고, 예를 들어 3번째와 6번째의 2개의 기체 분사 노즐(22)을 예로 들어서 설명한다. 즉, 3번째와 6번째의 2개의 기체 분사 노즐(22)의 바로 아래의 점 P1, P2를 지나고, CT를 중심으로 하는 동심원(C1, C2)을 그리고, 동심원(C1, C2) 위의 점 P1, P2에 있어서의 접선 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향이라 정의하면, 기체 분사 노즐(22)의 기체 분사 방향은 연마 패드의 회전 접선 방향에 대하여 패드 중심측으로 소정 각도(θ1)만큼 기울어져 있다. 기체 분사 방향이라 함은 기체 분사 노즐구로부터 기체가 부채꼴로 퍼지는 각도(기체 분사각)인 중심선의 방향을 말한다. 3번째와 6번째의 노즐 이외의 다른 노즐도 마찬가지로 연마 패드의 회전 접선 방향에 대하여 패드 중심측으로 소정 각도(θ1)만큼 기울어져 있다. 그리고 연마 패드의 회전 접선 방향에 대한 기체 분사 노즐(22)의 기체 분사 방향의 각도(θ1)는 노즐 냉각 능력과의 관계 때문에 15°내지 35°로 설정되어 있다(후술함). 또, 여기서는 노즐이 복수 있는 경우를 설명했지만, 노즐은 1개라도 좋다.
*또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 기체 분사 노즐(22)의 기체 분사 방향은 연마 패드(2)의 표면(연마면)(2a)에 대하여 수직이 아니라, 연마 테이블(1)의 회전 방향측으로 소정 각도만큼 기울어져 있다. 연마 패드(2)의 표면(연마면)(2a)에 대한 기체 분사 노즐(22)의 기체 분사 방향의 각도, 즉 연마 패드(2)의 표면(연마면)(2a)과 기체 분사 노즐(22)의 기체 분사 방향이 이루는 각을 기체 진입 각도(θ2)라 정의하면, 기체 진입 각도(θ2)는 노즐 냉각 능력과의 관계 때문에 30°내지 50°로 설정되어 있다(후술함). 여기서, 기체 분사 방향이라 함은 기체 분사 노즐구로부터 기체가 부채꼴로 퍼지는 각도(기체 분사 각)인 중심선의 방향을 말한다.
상기 연마 패드의 회전 접선 방향에 대한 기체 분사 노즐(22)의 기체 분사 방향의 각도(θ1) 및 연마 패드(2)의 표면(연마면)(2a)에 대한 기체 분사 노즐(22)의 기체 진입 각도(θ2)는, 각 노즐마다 독립적으로 조정 가능하게 되어 있다.
또한 도 4에 도시한 바와 같이, 매니폴드(21)는 상하 이동 가능하게 구성되어 있으므로, 매니폴드(21)의 높이(H)가 변화 가능하게 되어 있고, 기체 분사 노즐(22)의 연마 패드 표면(연마면)(2a)으로부터의 높이를 조절할 수 있게 되어 있다. 덧붙여서 말하면, 도 1에서는 연마액 공급 노즐(3)의 노즐구의 연마 패드(2)의 표면으로부터의 높이와, 기체 분사 노즐(22)의 노즐구의 연마 패드(2)의 표면으로부터의 높이는 근사하고 있다. 또, 도 3에서는 노즐의 개수가 8개인 경우를 도시했지만, 노즐의 개수는 2개 내지 3개인 경우도 있고, 노즐의 개수는 연마 패드(2)를 냉각하기 위한 냉각 능력에 따라서 적절하게 선정된다.
또한, 이 발전형으로서 기체 분사 노즐의 기체 분사 방향의 각도(θ1)와 기체 분사 노즐의 기체 진입 각도(θ2), 또한 매니폴드(21)의 높이(H)가 미리 설정 범위로 고정되어 있어, 실수로 조정부가 어긋나 원래의 설정 위치로부터 벗어나는 것을 방지하는 것을 고려하는 것도 있다. 그 경우, 에어 분출 구멍이 직접 매니폴드에 형성되어 노즐과 매니폴드가 마치 일체가 된 형태를 취한다.
도 5a는 기체 분사 노즐(22)의 기체 분사 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향에 대하여 기울게 하지 않은 경우(θ1=0°)와, 패드 중심측으로 기울게 한 경우(θ1=15°, θ1=30°)에 있어서의 냉각 능력을 나타내는 그래프다. 도 5a에 있어서, 종축은 냉각 없음의 패드 온도와 노즐을 사용한 냉각 있음의 패드 온도의 차(℃)를 나타내고, 이 차는 노즐의 냉각 능력을 나타내는 것이다. 도 5a에 도시한 바와 같이, 연마 패드의 회전 접선 방향에 대한 기체 분사 노즐(22)의 기체 분사 방향의 각도(θ1)가 커질수록 냉각 능력이 향상되는 경향이 있다. 단 각도(θ1)를 지나치게 크게 취하면 슬러리 적하 상태가 흐트러지므로, 각도(θ1)는 15°내지 35°의 범위로 하는 것이 바람직하다.
도 5b는 연마 패드(2)의 표면(연마면)(2a)과 기체 분사 노즐(22)의 기체 분사 방향이 이루는 각을 나타내는 기체 진입 각도(θ2)가 θ2=30°, θ2=50°, θ2=70°에 있어서의 냉각 능력을 나타내는 그래프다. 도 5b에 있어서, 종축은 냉각 없음의 패드 온도와 노즐을 사용한 냉각 있음의 패드 온도의 차(℃)를 나타내고, 이 차는 노즐의 냉각 능력을 나타내는 것이다. 도 5b에 도시한 바와 같이, 기체 진입 각도(θ2)가 커질수록 냉각 능력이 향상되는 경향이 있다. 단, 각도(θ2)를 지나치게 크게 하면 슬러리 적하 상태가 흐트러지므로, 각도(θ2)는 30°내지 50°의 범위로 하는 것이 바람직하다.
도 6은 연마 테이블(1) 위의 연마 패드(2), 연마액 공급 노즐(3), 연마 헤드(10) 및 패드 온도 조정 장치(20)의 배치 관계의 일례를 도시하는 평면도다. 도 6에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(10)와 패드 온도 조정 장치(20)는, 연마 테이블(1)의 회전 중심(CT)을 사이에 두고 서로 반대측에 배치되어 있다. 또한, 연마액 공급 노즐(3)은 연마 헤드(10)와 패드 온도 조정 장치(20) 사이에 배치되어 있고, 슬러리 적하 위치는 연마 테이블(1)의 회전 중심(CT) 근방으로 설정되어 있다.
도 7은 매니폴드(21)를 요동시키는 요동 기구를 구비한 패드 온도 조정 장치(20)를 도시하는 사시도다. 도 7에 도시한 바와 같이, 매니폴드(21)는 지주(25)에 고정되어 있고, 지주(25)는 모터(26)에 연결되어 있다. 모터(26)를 정회전 또는 역회전시킴으로써, 매니폴드(21)를 요동시킬 수 있도록 되어 있다. 이에 의해, 기체 분사 노즐(22)을 연마 패드(2) 위의 최적의 위치에 위치시킬 수 있다. 또한, 기체 분사 노즐(22)을 사용하지 않을 경우에, 기체 분사 노즐(22)을 연마 패드(2) 위로부터 퇴피시킬 수 있다.
또한, 연마 중에 패드의 온도 프로파일을 서모그래프 등으로 모니터하고, 온도 분포에 따라서(예를 들면, 패드면 내의 온도차가 소정의 온도 이상으로 된 경우), 고온 영역을 적극적으로 냉각하도록 매니폴드를 요동시켜서 이동시킬 수도 있다.
도 8은 연마 레시피의 일례를 나타내는 표다. 도 8에 도시한 바와 같이, 연마 스텝 1, 2, 3, …, 10에 따라서, 프로세스 시간, 회전 속도, …, 연마 패드 온도 제어 및 매니폴드 요동의「비유효(Invalid)·유효(Valid) 및 온도 설정값을, 연마 레시피로서 등록해도 좋다.
다음에, 도 1 내지 도 8에 도시한 바와 같이 구성된 연마 장치를 사용해서 기판(W)을 연마하는 공정의 일례를 설명한다.
우선, 연마 패드(2)의 제어 목표 온도인 제1 설정 온도를 온도 컨트롤러(31)로 설정한다. 다음에, 기체 분사 노즐(22)로 압축 공기를 공급하는 공급 압력을 확인한다. 이 공급 압력이 규정 압력 이하일 때에는 경고를 발하여, 이후의 기판에 대한 처리를 중지하고, 공급 압력이 규정 압력 이상일 때에만 기판 전달 위치에 위치하는 연마 헤드(10)에 의해 기판(W)을 푸셔 등으로부터 수취해서 흡착 유지한다. 그리고 연마 헤드(10)에 의해 흡착 유지한 기판(W)을 기판 전달 위치로부터 연마 테이블(1)의 바로 상방의 연마 위치까지 수평 이동시킨다.
다음에, 방사 온도계(32)에 의한 연마 패드(2)의 온도 모니터를 개시한다. 그리고 연마액 공급 노즐(3)로부터 연마 패드(2)에 연마액(슬러리)을 적하하고, 연마 헤드(10)를 회전시키면서 하강시켜, 회전 중인 연마 패드(2)의 연마면(2a)에 기판(W)의 표면(피연마면)을 접촉시킨다. 그리고 연마 헤드(10)에 의한 기판(W)의 흡착 유지를 해제하여, 기판(W)을 연마면(2a)에 제1 연마 압력으로 압박한다. 이에 의해, 기판 위의 금속막 등의 연마를 행하는 메인 연마 스텝을 개시한다.
상기 메인 연마 스텝에서는 기판(W)이 연마면(2a)에 접촉된 시점으로부터, 패드 온도 조정 장치(20)에 의한 연마 패드(2)의 온도 제어를 개시한다. 또, 연마 테이블(1)을 회전시키는 일 없이, 기판(W)을 연마면(2a)에 접촉시키는 프로세스를 채용할 경우에는 연마 테이블(1)의 회전을 개시하는 것과 동시에, 패드 온도 조정 장치(20)에 의한 연마 패드(2)의 온도 제어를 개시한다.
즉, 온도 컨트롤러(31)는 미리 설정된 제1 설정 온도와 방사 온도계(32)에 의해 검출된 연마 패드(2)의 실제 온도의 차에 따라서 PID 제어에 의해 압력 제어 밸브(30)의 밸브 개방도를 조정하고, 기체 분사 노즐(22)로부터 분사되는 압축 공기의 유량을 제어한다. 이에 의해, 미리 구해 둔 최대 연마 속도를 얻을 수 있는 제1 설정 온도로 연마 패드(2)의 온도를 제어한다. 이 메인 연마 스텝에서는, 높은 연마 압력과 연마 패드(2)의 냉각과의 조합에 의해, 높은 연마율을 얻을 수 있어 토탈 연마 시간의 단축을 도모할 수 있다. 이 메인 연마 스텝은, 예를 들어 금속막 등의 막 두께가 소정의 값에 도달한 것을 막 두께 측정기(50)로 검지했을 때에 종료된다.
다음에, 마무리 연마 스텝을 행한다. 메인 연마 스텝 후의 마무리 연마 스텝에서는 디싱이나 이로전 등을 방지해서 단차 특성의 향상을 중시하므로 연마 패드(2)의 온도를 제어할 필요가 있다. 즉, 온도 컨트롤러(31)로 제1 설정 온도와는 다른 온도인 제2 설정 온도를 설정한다. 마무리 연마 스텝으로 이행하면, 연마 패드(2)가 제2 설정 온도에 빠르게 도달하도록 PID 제어에 의해 컨트롤된 유량의 압축 공기가 연마 패드(2)에 분사된다. 예를 들면, 메인 연마 스텝의 제1 설정 온도보다도 마무리 연마 스텝의 제2 설정 온도 쪽이 낮은 경우에는, 제2 설정 온도에 도달할 때까지는 압축 공기의 유량은 MAX(최대)가 되도록 제어된다. 이와 같이 하여, 제2 설정 온도로 연마 패드(2)의 온도를 제어하여, 연마를 계속한다. 이 마무리 연마 스텝에서는, 주로 단차 해소 특성을 향상시키기 위해, 필요에 따라서 기판(W)을 상기 제1 연마 압력보다도 낮은 제2 연마 압력으로 연마면(2a)에 압박한다. 이 마무리 연마 스텝은, 예를 들어 트렌치 등 이외의 영역에 있는 나머지 금속막 등을 연마 제거하고, 기초층의 표면이 완전히 노출된 것을 막 두께 측정기(50)로 검지했을 때에 종료한다.
다음에, 기체 분사 노즐(22)로부터의 압축 공기의 분출을 정지하고, 연마액 공급 노즐(3)로부터의 연마액(슬러리)의 공급을 정지한 후, 연마 패드(2)에 순수를 공급하여 기판(W)의 물 폴리싱을 행한다. 그리고 기체 분사 노즐(22)로부터의 압축 공기의 분출을 정지하고, 기판(W)에 압축 공기가 닿는 것을 방지한 상태에서, 연마 헤드(10)로 연마 후의 기판(W)을 연마면(2a)으로부터 떼어놓고 흡착 유지한다. 또 이 이후, 기판(W)은 연마 패드(2)로부터 이격되므로, 이격된 기판(W)의 피연마면에 압축 공기가 닿아서 기판(W)의 피연마면이 건조되는 것을 방지하기 위해, 기체 분사 노즐(22)로부터의 압축 공기의 분출을 정지한 상태로 해 둔다.
다음에, 기판(W)을 흡착 유지한 연마 헤드(10)를 상승시켜, 연마 위치로부터 기판 전달 위치까지 기판(W)을 수평 이동시킨다. 그리고 기판 전달 위치에서, 연마 후의 기판(W)을 푸셔 등으로 전달한다. 기체 분사 노즐(22)에 있어서는, 세정 노즐(도시하지 않음)로부터 기체 분사 노즐(22)에 있어서의, 특히 노즐 개구부 및 그 주변부를 향해 세정액(물)을 분사하여, 기체 분사 노즐(22)의 클리닝을 행한다. 이에 의해 기체 분사 노즐(22)에 부착된 슬러리 등의 오염물이 연마 패드(2) 위로 떨어져 다음 기판의 처리에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
또, 매니폴드(21)를 요동시켜 매니폴드(21)를 대피 위치로 이동시킨 상태에서, 세정 노즐(도시하지 않음)로부터 세정액을 분사하여 기체 분사 노즐(22)을 세정함으로써, 기체 분사 노즐(22)에 부착된 슬러리 등의 오염물이 연마 패드(2) 위로 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 상술한 연마 공정에 있어서의 연마 패드(2)의 온도 제어의 일례를 나타내는 그래프다. 도 9에 도시한 바와 같이, 연마 패드(2)의 제어 목표 온도인 제1 설정 온도를 온도 컨트롤러(31)로 설정하고, 기판(W)의 연마를 개시해서 방사 온도계(32)에 의해 연마 패드(2)의 온도를 감시하고, 패드 온도 조정 장치(20)에 의한 연마 패드(2)의 온도 제어를 개시한다. 온도 제어는 제1 설정 온도를 중심으로 한 상하한값(T1max, T1min)의 범위 내로 되도록 PID 제어에 의해 행해지고, 컨트롤된 유량의 압축 공기가 연마 패드(2)에 분사된다. 그리고 온도 컨트롤러(31)에 의해, 온도 제어의 개시 시각으로부터 미리 설정한 시간[통상적인 경우(연마 이상이 없을 경우)에, 온도 제어의 개시로부터 제1 설정 온도의 하한값에 도달할 때까지의 시간을 말한다. 미리 실험에 의해 구해 두는 시간임] 경과 시에, 연마 패드의 온도와 제1 설정 온도의 하한값을 비교해, 연마 패드의 온도가 제1 설정 온도의 하한값에 도달하고 있지 않은 경우에 연마 이상이라고 판단해서 알람을 발보한다. 또, 온도 제어의 개시 시각으로부터 제1 설정 온도의 하한값(T1min)에 도달할 때까지의 소요 시간을 계시하고, 이 소요 시간과 미리 설정한 시간을 비교하여, 소요 시간 쪽이 긴 경우에 연마 이상이라고 판단해서 알람을 발보해도 좋다.
연마 패드(2)의 온도가 제1 설정 온도의 범위 내[상한값(T1max)과 하한값(T1min) 사이]에 도달한 후, 상한값(T1max)보다 오버한 시간이 연속해서 설정 시간을 초과하면, 연마 이상이라고 판단해서 알람을 발보하고, 또한 하한값(T1min)보다 저하된 시간이 연속해서 설정 시간을 초과하면, 연마 이상이라고 판단해서 알람을 발보한다.
전술한 연마 이상 유무의 감시를 행하면서, 메인 연마 스텝을 계속하고, 예를 들어 금속막 등의 막 두께가 소정의 값에 도달한 것을 막 두께 측정기(50)가 검지했을 때에 메인 연마 스텝을 종료하고, 마무리 연마 스텝으로 이행한다. 마무리 연마 스텝은 온도 컨트롤러(31)에 있어서, 제1 설정 온도와는 다른 온도인 제2 설정 온도로 설정값을 변경함으로써 개시한다. 마무리 연마 스텝으로 이행하면, 연마 패드(2)가 제2 설정 온도에 빠르게 도달하도록 PID 제어에 의해 컨트롤된 유량의 압축 공기가 연마 패드(2)에 분사된다. 예를 들어, 메인 연마 스텝의 제1 설정 온도보다도 마무리 연마 스텝의 제2 설정 온도 쪽이 낮은 경우에는, 제2 설정 온도에 도달할 때까지는 압축 공기 유량은 MAX(최대)가 되도록 제어된다. 그리고 제1 설정 온도로부터 제2 설정 온도로 온도를 변경한 후, 미리 설정한 시간[통상적인 경우(연마 이상이 없는 경우)에, 제1 설정 온도로부터 제2 설정 온도로 온도를 변경하고나서 제2 설정 온도의 상한값 또는 하한값에 도달할 때까지의 시간을 말한다. 미리 실험에 의해 구해 두는 시간임] 경과 후에, 연마 패드의 온도와 제2 설정 온도의 상한값 또는 하한값을 비교하여, 연마 패드의 온도가 제2 설정 온도의 상한값 또는 하한값에 도달하고 있지 않은 경우에, 연마 이상이라고 판단해서 알람을 발보한다. 또, 제2 설정 온도의 상한값(T2max) 또는 하한값(T2min)에 도달할 때까지의 소요 시간을 계시하고, 이 소요 시간과 미리 설정한 시간을 비교하여, 소요 시간 쪽이 긴 경우에 연마 이상이라고 판단해서 알람을 발보해도 좋다.
연마 패드(2)의 온도가 제2 설정 온도의 범위 내[상한값(T2max)과 하한값(T2min) 사이]에 도달한 후, 상한값(T2max)보다 오버한 시간이 연속해서 설정 시간을 초과하면, 연마 이상이라 판단해서 알람을 발보하고, 또한 하한값(T2min)보다 저하된 시간이 연속해서 설정 시간을 초과하면, 연마 이상이라 판단해서 알람을 발보한다.
전술한 연마 이상 유무의 감시를 행하면서, 마무리 연마 스텝을 계속하고, 예를 들어 트렌치 등 이외의 나머지 금속막 등을 연마 제거하고, 기초층의 표면이 완전히 노출된 것을 막 두께 측정기(50)가 검지했을 때에 마무리 연마 스텝을 종료한다.
상기 설정 온도에 도달하지 않은 때의 에러 및 설정 온도의 상하한값을 오버했을 때의 에러가 발생했을 때에는, 프로세스 인터로크가 작동하여, 다음 기판의 연마는 행해지지 않는다. 이에 의해 불량 제품을 에러 발생 시에 연마 중의 1매만으로 억제할 수 있어, 제품 수율 향상에 기여한다.
다음에 본 발명에 따른 연마 장치 및 방법의 제2 실시 형태에 대해서 도 10 내지 도 29를 참조해서 상세하게 설명한다. 또, 도 10에서 도 29에 있어서, 동일 또는 상당하는 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙여서 중복된 설명을 생략한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 연마 장치의 전체 구성을 나타내는 모식적 사시도다. 도 10에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 연마 테이블(101)과, 연마 대상물인 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 유지해서 연마 테이블 위의 연마 패드에 압박하는 톱 링(110)을 구비하고 있다. 연마 테이블(101)은 테이블 축을 통해 그 하방에 배치되는 연마 테이블 회전 모터(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 테이블 축 주위로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 테이블(101)의 상면에는 연마 패드(102)가 붙여져 있고, 연마 패드(102)의 표면이 기판(W)을 연마하는 연마면(102a)을 구성하고 있다. 연마 패드(102)에는 다우 케미컬사(the Dow Chemical Company) 제조의 SUBA800, IC-1000, IC-1000/SUBA400(2층 크로스) 등이 사용되고 있다. SUBA800은 섬유를 우레탄 수지로 굳힌 부직포다. IC-1000은 경질의 발포 폴리우레탄이며, 그 표면에 다수의 미세한 구멍을 가진 패드이며, 퍼포레이트 패드라고도 부르고 있다. 연마 테이블(101)의 상방에는 연마액 공급 노즐(103)이 설치되어 있고, 이 연마액 공급 노즐(103)에 의해 연마 테이블(101) 위의 연마 패드(102)에 연마액(슬러리)이 공급되도록 되어 있다. 연마액 공급 노즐(103)의 후단부는 샤프트(104)에 의해 지지되어 있고, 연마액 공급 노즐(103)은 샤프트(104)를 중심으로 하여 요동 가능하게 되어 있다.
톱 링(110)은 샤프트(111)에 접속되어 있고, 샤프트(111)는 지지 아암(112)에 대하여 상하 이동하도록 되어 있다. 샤프트(111)의 상하 이동에 의해, 지지 아암(112)에 대하여 톱 링(110)의 전체를 상하 이동시켜 위치 결정하도록 되어 있다. 샤프트(111)는 톱 링 회전 모터(도시하지 않음)의 구동에 의해 회전하도록 되어 있다. 샤프트(111)의 회전에 의해, 톱 링(110)이 샤프트(111)의 주위로 회전하도록 되어 있다.
톱 링(110)은, 그 하면에 반도체 웨이퍼 등의 기판(W)을 유지할 수 있도록 되어 있다. 지지 아암(112)은 샤프트(113)를 중심으로 하여 선회 가능하게 구성되어 있으며, 하면에 기판(W)을 유지한 톱 링(110)은 지지 아암(112)의 선회에 의해 기판의 수취 위치로부터 연마 테이블(101)의 상방으로 이동 가능하게 되어 있다. 톱 링(110)은 하면에 기판(W)을 유지해서 기판(W)을 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)에 압박한다. 이때, 연마 테이블(101) 및 톱 링(110)을 각각 회전시켜, 연마 테이블(101)의 상방에 설치된 연마액 공급 노즐(103)로부터 연마 패드(102) 위로 연마액(슬러리)을 공급한다. 연마액에는 지립으로서 실리카(SiO2)나 산화 세륨(CeO2)을 포함한 연마액이 사용된다. 이와 같이, 연마액을 연마 패드(102) 위에 공급하면서, 기판(W)을 연마 패드(102)에 압박하여 기판(W)과 연마 패드(102)를 상대 이동시켜서 기판 위의 절연막이나 금속막 등을 연마한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 연마 패드(102)를 드레싱하는 드레싱 장치(115)를 구비하고 있다. 드레싱 장치(115)는 드레서 아암(116)과, 드레서 아암(116)의 선단부에 회전 가능하게 부착된 드레서(117)와, 드레서 아암(116)의 타단부에 연결되는 드레서 헤드(118)를 구비하고 있다. 드레서(117)의 하부는 드레싱 부재(117a)에 의해 구성되고, 드레싱 부재(117a)는 원형의 드레싱면을 가지고 있으며, 드레싱면에는 경질의 입자가 전착 등에 의해 고정되어 있다. 이 경질의 입자로서는, 다이아몬드 입자나 세라믹 입자 등을 들 수 있다. 드레서 아암(116) 내에는, 도시하지 않은 모터가 내장되어 있고, 이 모터에 의해 드레서(117)가 회전하도록 되어 있다. 드레서 헤드(118)는 샤프트(119)에 의해 지지되어 있다.
연마 패드(102)의 연마면(102a)을 드레싱할 때는, 연마 패드(102)를 회전시키는 동시에 모터에 의해 드레서(117)를 회전시키고, 계속해서 승강 기구에 의해 드레서(117)를 하강시켜, 드레서(117) 하면의 드레싱 부재(117a)를 회전하는 연마 패드(102)의 연마면에 미끄럽 접촉시킨다. 그 상태에서, 드레서 아암(116)을 요동(스윙)시킴으로써, 그 선단부에 위치하는 드레서(117)는 연마 패드(102)의 연마면의 외주단부로부터 중심부까지 가로지르도록 이동할 수 있다. 이 요동 동작에 의해, 드레싱 부재(117a)는 연마 패드(102)의 연마면을 그 중심을 포함하는 전체에 걸쳐 드레싱할 수 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 연마 패드(102)에 기체를 분사하여 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)의 온도 조정을 행하는 패드 온도 조정 기구와, 순수 등의 액체를 연마 패드(102) 위로 분사하여 연마 패드(102) 위의 이물질을 제거하는 아토마이저를 병설한 패드 조정 장치(120)를 구비하고 있다. 패드 조정 장치(120)는 연마 패드(102)의 상방에 배치되고, 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)과 평행하게 연마 패드(102)의 대략 반경 방향으로 연장되도록 배치되어 있다.
도 11은 연마 테이블(101) 위의 연마 패드(102), 연마액 공급 노즐(103), 톱 링(110), 드레서(117) 및 패드 조정 장치(120)의 배치 관계를 도시하는 평면도다. 도 11에 도시한 바와 같이, 톱 링(110)과 드레싱 장치(115)와 패드 조정 장치(120)는 연마 패드(102) 위의 공간을 연마 테이블(101)의 회전 중심(CT)을 중심으로 하여 원주 방향으로 3 분할하도록 배치되어 있다. 톱 링(110)과 패드 조정 장치(120)는 연마 테이블(101)의 회전 중심(CT)을 사이에 두고 서로 반대측에 배치되어 있다. 또한 연마액 공급 노즐(103)은 톱 링(110)과 패드 조정 장치(120)에 인접해서 배치되어 있고, 슬러리 적하 위치는 연마 테이블(101)의 회전 중심(CT)의 근방으로 설정되어 있다. 연마액 공급 노즐(103)은 샤프트(104)를 중심으로 하여 요동 가능하게 되어 있고, 연마 중에 연마액(슬러리)의 적하 위치를 변경할 수 있도록 되어 있다.
다음에, 패드 조정 장치(120)의 상세 구조에 대해서 도 12 내지 도 14를 참조하여 설명한다. 도 12는 패드 조정 장치(120)의 사시도다. 도 12에 도시한 바와 같이, 패드 조정 장치(120)는 연마 패드(102)의 상방에 있어서 연마 패드(102)의 외주부로부터 중심부까지 연마 패드(102)의 대략 반경 방향으로 연장되는 빔 형상 부재로 이루어지는 본체부(121)와, 본체부(121)의 한쪽에 고정된 기체 분사 노즐용 커버(135)와, 본체부(121)의 다른 쪽에 고정된 비산 방지 커버(140)를 구비하고 있다. 또한 본체부(121)는 연마 테이블(101)의 외측까지 연장되는 고정용 아암(160)에 의해 장치 프레임(F) 등에 고정되도록 되어 있다.
도 13은, 도 12의 XⅢ-XⅢ선 단면도다. 도 13에 도시한 바와 같이, 본체부(121)는 개략 직사각 형상의 단면을 갖고 있고, 내부에는 연마 패드(102)에 기체를 분사하여 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)의 온도 조정을 행하는 패드 온도 조정 기구(122)와, 순수 등의 액체를 연마 패드(102)에 분사하여 연마 패드(102) 위의 이물질을 제거하는 아토마이저(130)가 병설되어 있다. 즉, 패드 온도 조정 기구(122)와 아토마이저(130)는 일체의 유닛으로서 형성되어 있다. 도 13에 있어서 본체부(121)의 개략 중심부에 도시된 수직 방향의 일점 쇄선을 중심선(CL)으로 하면, 중심선(CL)을 경계로 우측에 패드 온도 조정 기구(122)가 배치되고, 좌측에 아토마이저(130)가 배치되어 있다. 패드 온도 조정 기구(122)는 본체부(121) 내에 형성된 원형 구멍으로 이루어지는 유체 공급로(123)를 구비하고 있고, 유체 공급로(123)는 압축 공기의 공급원(도시하지 않음)으로부터 압축 공기를 공급하도록 되어 있다. 유체 공급로(123)는 본체부(121)의 길이 방향으로 기단부까지 연장되어 있다. 그리고 유체 공급로(123)의 경사 하방에는 기체 분사 노즐(124)이 형성되어 있고, 기체 분사 노즐(124)로부터 압축 공기가 분사되어 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)에 분사하여지도록 되어 있다. 기체 분사 노즐(124)은 유체 공급로(123)에 연통되어 있는 노즐 구멍으로 구성되어 있고, 이 노즐 구멍은 원형의 관통 구멍 혹은 타원형의 관통 구멍으로 되어 있다. 기체 분사 노즐(124)은 본체부(121)의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 복수개 형성되어 있다.
한편, 아토마이저(130)는 본체부(121) 내의 상하에 형성된 원형 구멍으로 이루어지는 유체 공급로(131, 132)를 구비하고 있고, 위의 유체 공급로(131)는 순수 공급원(도시하지 않음)에 접속되고, 아래의 유체 공급로(132)는 위의 유체 공급로(131)에 연통되어 있다. 상하의 유체 공급로(131, 132)는 본체부(121)의 길이 방향으로 기단부까지 연장되어 있다. 그리고 아래의 유체 공급로(132)의 하방에는 노즐(133)이 배치되어 있다. 노즐(133)은 본체부(121)의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 복수개 배치되어 있다. 각 노즐(133)은 지름이 작은 노즐 구멍(133h)을 갖고 있으며, 노즐 구멍(133h)은 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)과 개략 직교하도록 하방으로 연장되어 있다. 순수 공급원으로부터 위의 유체 공급로(131)에 공급된 순수는, 아래의 유체 공급로(132)를 통해 노즐(133)에 공급되도록 되어 있다.
도 13에 도시한 바와 같이, 노즐(133)에 순수를 공급하는 유체 공급로를 위의 유체 공급로(131)와 아래의 유체 공급로(132)로 나누고, 또한 아래의 유체 공급로(132)의 단면적을 위의 유체 공급로(131)의 단면적보다 작게 설정하고 있다. 이와 같이, 순수를 위의 유체 공급로(131)로부터 아래의 유체 공급로(132)를 통해 노즐(133)에 공급하고, 지름이 작은 노즐 구멍(133h)으로부터 순수를 분사하도록 구성함으로써, 위의 유체 공급로(131)로부터 아래의 유체 공급로(132)를 통해 노즐 구멍(133h)에 이르기까지 유로 단면적을 서서히 좁아지도록 하여 유체가 서서히 압축되도록 하고 있다. 이에 의해 유로 손실을 가능한 한 적게 하여, 노즐(133)로부터 순수가 연마 패드(102)에 효율적으로 분사되도록 하고 있다.
또, 위의 유체 공급로(131)에 액체 공급원으로부터 순수 등의 액체를 공급하고, 아래의 유체 공급로(132)에 기체 공급원으로부터 질소(N2) 가스 등의 기체를 공급하고, 액체와 기체를 본체부(121) 내에 설치한 혼합 공간에서 혼합한 후에, 기액 혼합 유체를 노즐(133)로부터 분사하도록 해도 좋다.
도 14는, 도 12의 XIV-XIV선 단면도다. 도 14에 도시한 바와 같이, 본체부(121) 내에는 본체부(121)의 길이 방향으로 연장되는 유체 공급로(123)가 형성되어 있다. 유체 공급로(123)는 본체부(121)의 기단부까지 연장되고, 유체 공급로(123)의 개구단부에는 압축 공기 공급구(125a)를 구비한 조인트(125)가 고정되어 있다. 기체 분사 노즐(124)은 본체부(121)의 길이 방향을 따라 소정 간격을 두고 복수개 형성되어 있다.
또, 도 14에서는 도시하고 있지 않지만, 아토마이저(130)의 상하 유체 공급로(131, 132)도 본체부(121)의 길이 방향으로 연장되어 있다. 위의 유체 공급로(131)는 본체부(121)의 기단부까지 연장되고, 위의 유체 공급로(131)의 개구단부에는 순수 공급구(134a)를 구비한 조인트(134)가 고정되어 있다.
또한, 유체 공급로(123, 131, 132)를 하나의 공통된 유체 공급로로 하고, 하나의 유체 공급로에 기체 분사 노즐(124) 및 노즐(133)을 설치하는 구조로 하고, 적절하게 유체 공급원(압축 공기의 공급원, 순수 공급원 등)과, 각 노즐 구멍의 개폐를 전환하는 구조로 해도 좋다.
다음에, 본체부(121)의 한쪽에 고정된 기체 분사 노즐용 커버(135) 및 본체부(121)의 다른 쪽에 고정된 비산 방지 커버(140)에 대해서 설명한다.
도 12에 도시한 바와 같이, 기체 분사 노즐용 커버(135)는 본체부(121)의 한쪽에 부착되어 있고, 기체 분사 노즐용 커버(135)는 본체부(121)의 측방에 있어서 전단부로부터 후단부까지 연장되어 있다. 기체 분사 노즐용 커버(135)의 하면에는 복수의 삼각 형상의 기체 방향 조정판(136)이 설치되어 있다(후술함). 도 13에 도시한 바와 같이, 기체 분사 노즐용 커버(135)는 기체 분사 노즐(124)의 약간 상방에 있어서 본체부(121)에 고정되어 있고, 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향을 따라 비스듬히 하방으로 연장되어 있다. 즉, 기체 분사 노즐용 커버(135)는 기체 분사 노즐(124)의 약간 상방의 고정부(135a)로부터 비스듬히 하방으로 연장되어, 고정부(135a)로부터 멀어질수록 연마 패드(102)의 연마면(102a)에 근접하도록 되어 있다. 단, 기체 분사 노즐용 커버(135)의 선단부(135e)와 연마 패드(102)의 연마면(102a)의 사이에는 간극(G1)이 있어, 분사되는 에어(압축 공기)의 유로를 확보하고 있다.
또한, 도 12 및 도 13에 도시한 바와 같이, 비산 방지 커버(140)는 기체 분사 노즐용 커버(135)의 반대측 위치에 있어서 본체부(121)에 부착되어 있다. 비산 방지 커버(140)는 본체부(121)의 선단부로부터 대략 중앙부까지의 위치에 있어서 본체부(121)보다 하방으로 연장되는 전방부 커버(140a)와 본체부(121)의 대략 중앙부로부터 후단부까지의 위치에 있어서 수평 방향으로 개략 삼각 형상으로 연장된 후에 하방으로 연장되는 후방부 커버(140b)로 구성되어 있다. 단, 비산 방지 커버(140)의 하단부(140e)와 연마 패드(102)의 연마면(102a)의 사이에는 간극(G2)이 있어, 분사되는 순수의 유로를 확보하고 있다. 또, 후방부 커버(140b)는 본체부(121)의 선단부로부터 후단부까지의 위치에 있어서 수평 방향으로 연장되는 형상으로 해도 좋다.
도 15는 기체 분사 노즐용 커버(135)의 하면에 설치된 기체 방향 조정판(136)을 나타내는 도면이다. 도 15에 도시한 바와 같이, 기체 분사 노즐용 커버(135)의 하면에는, 복수의 삼각 형상의 기체 방향 조정판(136)이 소정의 간격을 두고 설치되어 있다. 각 기체 방향 조정판(136)은 연마 패드(102)를 향해 수직 방향으로 연장되는 삼각 형상의 판 형상체로 되어 있다. 그리고 기체 방향 조정판(136)의 하단부(136e)와 기체 분사 노즐용 커버(135)의 선단부(135e)는 동일면으로 되어 있고, 기체 방향 조정판(136)의 하단부(136e)와 연마 패드(102)의 연마면(102a) 사이에는 간극(G1)이 있다. 이와 같이, 기체 분사 노즐용 커버(135)의 하면에 복수의 기체 방향 조정판(136)을 설치함으로써, 기체 분사 노즐(124)로부터 분사된 에어(압축 공기)를 소정의 방향으로 흐르도록 조정(제어)할 수 있다.
도 12 내지 도 15에 나타내는 실시 형태에 있어서는, 빔 형상 부재로 이루어지는 본체부(121) 내에, 유체 공급로(123)와 기체 분사 노즐(124)로 이루어지는 패드 온도 조정 기구(122)와, 유체 공급로(131)와 유체 공급로(132)와 노즐(133)로 이루어지는 아토마이저(130)를 설치함으로써, 패드 온도 조정 기구(122)와 아토마이저(130)를 일체의 유닛으로서 형성하고 있다. 그러나 유체 공급로(123)를 파이프로 구성하고, 기체 분사 노즐(124)을 유체 공급로(123)에 고정된 별도 부재의 노즐로 구성함으로써 패드 온도 조정 기구(122)를 형성하고, 또한 유체 공급로(131)와 유체 공급로(132)를 각각 파이프로 구성해서 이들의 파이프를 단관에 의해 연통시켜, 노즐(133)을 유체 공급로(132)에 고정된 별도 부재의 노즐로 구성함으로써 아토마이저(130)를 형성하고, 이들 패드 온도 조정 기구(122)와 아토마이저(130)를 커버 내에 수용함으로써도, 패드 온도 조정 기구(122)와 아토마이저(130)를 일체의 유닛으로서 형성할 수 있다.
도 16은 패드 조정 장치(120)의 패드 온도 조정 기구(122) 및 아토마이저(130)의 제어 기기를 도시하는 사시도다. 도 16에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(101)의 상면에는 연마 패드(102)가 붙여져 있다. 연마 패드(102)의 상방에는 톱 링(110)이 배치되어 있고, 톱 링(110)은 기판(W)(도 10 참조)을 유지해서 기판(W)을 연마 패드(102)에 압박하도록 되어 있다. 패드 온도 조정 기구(122)는 압축 공기 공급 라인(145)에 의해 압축 공기의 공급원에 접속되어 있다. 압축 공기 공급 라인(145)에는 압력 제어 밸브(146)가 설치되어 있고, 압축 공기의 공급원으로부터 공급된 압축 공기가 압력 제어 밸브(146)를 통과함으로써 압력 및 유량이 제어되도록 되어 있다. 압력 제어 밸브(146)는 온도 컨트롤러(147)에 접속되어 있다. 압축 공기는 상온이라도 좋고, 소정 온도로 냉각해도 좋다.
도 16에 도시한 바와 같이, 연마 패드(102)의 상방에는 연마 패드(102)의 표면 온도를 검출하는 방사 온도계(148)가 설치되어 있다. 방사 온도계(148)는 온도 컨트롤러(147)에 접속되어 있다. 온도 컨트롤러(147)에는 연마 장치의 전체를 제어하는 CMP 컨트롤러로부터 연마 패드(102)의 제어 목표 온도인 설정 온도가 입력 되도록 되어 있다. 또한, 온도 컨트롤러(147)에는 설정 온도를 직접 입력할 수도 있다. 온도 컨트롤러(147)는 온도 컨트롤러(147)에 입력된 연마 패드(102)의 설정 온도와 방사 온도계(148)에 의해 검출된 연마 패드(102)의 실제 온도의 차에 따라서 PID 제어에 의해 압력 제어 밸브(146)의 밸브 개방도를 조정하고, 기체 분사 노즐(124)로부터 분사되는 압축 공기의 유량을 제어한다. 이에 의해, 기체 분사 노즐(124)로부터 연마 패드(102)의 연마면(102a)에 최적의 유량의 압축 공기가 분사되어, 연마 패드(102)의 연마면(102a)의 온도는 온도 컨트롤러(147)로 설정된 목표 온도(설정 온도)로 유지된다.
도 16에 도시한 바와 같이, 아토마이저(130)는 순수 공급 라인(149)에 의해 순수 공급원에 접속되어 있다. 순수 공급 라인(149)에는 제어 밸브(150)가 설치되어 있다. CMP 컨트롤러로부터 제어 신호가 제어 밸브(150)에 입력되고, 노즐(133)(도 13 참조)로부터 분사되는 순수의 유량을 제어한다. 이에 의해, 연마 패드(102)의 연마면(102a)에 최적의 유량의 순수가 분사되어, 연마 패드 위의 이물질(연마 패드 찌꺼기, 지립액 고착물 등)이 제거된다. 또, 노즐(133)로부터 혼합 유체를 분사할 경우에는, 아토마이저(130)는 기체원에도 접속된다.
도 17 및 도 18은 패드 온도 조정 기구(122)의 기체 분사 노즐(124)과 연마 패드(102)와의 관계를 나타내는 도면이며, 도 17은 모식적 평면도이며, 도 18은 모식적 측면도다. 도 17 및 도 18에서는 아토마이저(130)는 도시를 생략하고 있다. 도 17에 도시한 바와 같이, 패드 온도 조정 기구(122)는 본체부(121)의 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 배치된 복수의 기체 분사 노즐(124)을 구비하고 있다(도시한 예에서는 8개의 노즐이 부착되어 있음). 연마 중에, 연마 패드(102)는 회전 중심(CT) 주위로 시계 방향으로 회전한다. 도 17에 있어서, 패드 내측으로부터 1, 2, 3, …, 8의 오름차순으로 노즐에 번호 부여를 행하고, 예를 들어 3번째와 6번째의 2개의 기체 분사 노즐(124)을 예로 들어서 설명한다. 즉, 3번째와 6번째의 2개의 기체 분사 노즐(124)의 바로 아래의 점 P1, P2를 지나고, CT를 중심으로 하는 동심원(C1, C2)을 그리고, 동심원(C1, C2) 위의 점 P1, P2에 있어서의 접선 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향이라 정의하면, 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향은 연마 패드의 회전 접선 방향에 대하여 패드 중심측으로 소정 각도(θ1)만큼 기울어져 있다. 기체 분사 방향이란, 기체 분사 노즐구로부터 기체가 부채꼴로 퍼지는 각도(기체 분사각)인 중심선의 방향을 말한다. 3번째와 6번째의 노즐 이외의 다른 노즐도 마찬가지로 연마 패드의 회전 접선 방향에 대하여 패드 중심측으로 소정 각도(θ1)만큼 기울어져 있다. 그리고 연마 패드의 회전 접선 방향에 대한 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향의 각도(θ1)는, 노즐 냉각 능력과의 관계 때문에 15° 내지 35°로 설정되어 있다(후술함). 또, 여기서는 노즐이 여러 개 있는 경우를 설명했지만, 노즐은 1개라도 좋다.
또한, 도 18에 도시한 바와 같이, 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향은 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)에 대하여 수직이 아니라, 연마 테이블(101)의 회전 방향측으로 소정 각도만큼 기울어져 있다. 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)에 대한 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향의 각도, 즉 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)과 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향이 이루는 각을 기체 진입 각도(θ2)라 정의하면, 기체 진입 각도(θ2)는 노즐 냉각 능력과의 관계 때문에 30°내지 50°로 설정되어 있다(후술함). 여기서, 기체 분사 방향이란 기체 분사 노즐구로부터 기체가 부채꼴로 퍼지는 각도(기체 분사각)인 중심선 방향을 말한다.
또한, 도 18에 도시한 바와 같이, 본체부(121)는 상하 이동 가능하게 구성되어 있으므로, 본체부(121)의 높이(H)가 변경 가능하게 되어 있고, 기체 분사 노즐(124)의 연마 패드 표면(연마면)(102a)으로부터의 높이를 조절하는 것이 가능하게 되어 있다. 또, 도 17에서는 기체 분사 노즐(124)의 개수가 8개인 경우를 도시했지만, 노즐의 개수는 노즐 구멍을 플러그 등으로 폐지함으로써 조정하는 것이 가능하며, 2개 내지 3개인 경우도 있다. 노즐의 개수는 연마 패드(102)를 냉각하기 위한 냉각 능력에 따라서 적절히 선정된다.
도 19a는 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향에 대하여 기울게 하지 않은 경우(θ1=0°)와, 패드 중심측으로 기울게 한 경우(θ1=15°, θ1=30°)에 있어서의 냉각 능력을 나타내는 그래프다. 도 19a에 있어서, 종축은 냉각 없음의 패드 온도와 노즐을 사용한 냉각 있음의 패드 온도의 차(℃)를 나타내고, 이 차는 노즐의 냉각 능력을 나타내는 것이다. 도 19a에 도시한 바와 같이, 연마 패드의 회전 접선 방향에 대한 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향의 각도(θ1)가 커질수록 냉각 능력이 향상되는 경향이 있다. 단, 각도(θ1)를 지나치게 크게 취하면 슬러리 적하 상태가 흐트러지므로, 각도(θ1)는 15° 내지 35°의 범위로 하는 것이 바람직하다.
도 19b는 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)과 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향이 이루는 각을 나타내는 기체 진입 각도(θ2)가 θ2=30°, θ2=50°, θ2=70°에 있어서의 냉각 능력을 나타내는 그래프이다. 도 19b에 있어서, 종축은 냉각 없음의 패드 온도와 노즐을 사용한 냉각 있음의 패드 온도의 차(℃)를 나타내고, 이 차는 노즐의 냉각 능력을 나타내는 것이다. 도 19b에 도시한 바와 같이, 기체 진입 각도(θ2)가 커질수록 냉각 능력이 향상되는 경향이 있다. 단, 각도(θ2)를 지나치게 크게 하면 슬러리 적하 상태가 흐트러지므로, 각도(θ2)는 30°내지 50°의 범위로 하는 것이 바람직하다.
다음에, 패드 온도 조정 기구(122)의 기체 분사 노즐(124)로부터 분사되는 에어(압축 공기)의 흐름 방향을 제어하는 기체 방향 조정판(136)에 의해 연마 패드(102) 위의 연마액(슬러리)의 흐름을 제어하는 방법을 설명한다.
도 20a, 도 20b, 도 20c는 연마액 공급 노즐(103)로부터 연마 패드(102) 위로 적하된 연마액(슬러리)의 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 20a는 사시도, 도 20b는 평면도, 도 20c는 입면도다.
도 20a에 도시한 바와 같이, 연마액(슬러리)은 연마액 공급 노즐(103)의 선단부로부터 연마 패드(102)의 중심부로 적하된다. 이 적하 위치는 톱 링(110)의 근방이다. 도 20b에 도시한 바와 같이, 연마 패드(102) 위로 적하된 연마액(슬러리)은 연마 테이블(101)의 회전에 의한 원심력에 의해 연마 패드(102)의 외주측을 향해 균일하게 퍼진다. 그리고 도 20c에 도시한 바와 같이, 대략 균일한 막 두께로 연마 패드(102)의 연마면(102a)의 전체면으로 퍼져, 톱 링(110)의 하방으로 유입된다. 그 결과, 연마액(슬러리)은 톱 링(110)으로 유지된 기판(W)의 피연마면의 전체면에 균일하게 도달한다.
도 21a, 도 21b, 도 21c는 톱 링(110)과 드레서(117)의 양쪽이 가동하고 있는 경우에서의 연마액 공급 노즐(103)로부터 연마 패드(102) 위로 적하된 연마액(슬러리)의 흐름을 설명하기 위한 도면이며, 도 21a는 사시도, 도 21b는 평면도, 도 21c는 입면도다.
도 21a에 도시한 바와 같이, 연마액(슬러리)은 연마액 공급 노즐(103)의 선단부로부터 연마 패드(102)의 중심부로 적하된다. 이 적하 위치는 톱 링(110)의 근방이다.
*도 21b 및 21C에 도시한 바와 같이, 연마 패드(102) 위로 적하된 연마액은 연마 테이블(101)의 회전에 의한 원심력에 의해 연마 패드(102)의 외주측을 향해 퍼지려고 하지만, 연마 중에 드레서(117)에 의한 드레싱 공정이 들어가면, 연마액(슬러리)의 흐름이 방해되어, 슬러리 막 두께가 흐트러진 상태에서 톱 링(110)의 하방으로 유입한다. 그 결과, 연마액(슬러리)의 양은 기판(W)의 피연마면의 영역에 따라 과부족이 발생하여, 연마 상태가 불안정해진다.
따라서 본 발명은, 패드 온도 조정 기구(122)에 있어서의 기체 분사 노즐(124)과 기체 방향 조정판(136)에 의해, 연마액(슬러리)의 흐름을 제어하도록 한 것이다.
도 22a, 도 22b, 도 22c는 패드 온도 조정 기구(122)에 있어서의 기체 분사 노즐(124)과 기체 방향 조정판(136)에 의해 연마액(슬러리)의 흐름을 제어하는 방법을 설명하기 위한 모식도이며, 도 22a는 평면도, 도 22b는 입면도, 도 22c는 측면도다.
도 22a에 도시한 바와 같이 연마 패드(102) 위로 적하된 연마액은, 연마 테이블(101)의 회전에 의한 원심력에 의해 연마 패드(102)의 외주측을 향해 퍼지려고 하지만, 연마 중에 드레서(117)에 의한 드레싱 공정이 들어가면, 연마액(슬러리)의 흐름이 방해되어, 슬러리 막 두께가 흐트러진 상태가 된다. 그로 인해 도 22a 및 도 22b에 도시한 바와 같이, 연마 테이블(101)의 회전 방향에 있어서 드레서(117)의 하류측에서 기체 분사 노즐(124)로부터 분사되는 에어(압축 공기)의 흐름 방향을 기체 방향 조정판(136)에 의해 제어한다.
여기서, 연마 패드(102)의 가장 내측에 있는 기체 방향 조정판(136)을 예로 들어 설명한다. 기체 방향 조정판(136)의 기단부의 바로 아래의 점 P3을 지나고, 연마 패드(102)의 회전 중심(CT)을 중심으로 하는 동심원(C3)을 그리고, 동심원(C3) 위의 점 P3에 있어서의 접선 방향을 연마 패드의 회전 접선 방향이라 정의하면, 평판 형상의 기체 방향 조정판(136)은 연마 패드의 회전 접선 방향에 대하여 패드 중심측으로 소정 각도(θ3)만큼 기울어져 있다. 이 각도(θ3)를 기체 안내 각도라 정의하면, 연마 중에는 이 기체 안내 각도(θ3)는 15°내지 45°의 범위로 조정하는 것이 바람직하다. 다른 기체 방향 조정판(136)의 기체 안내 각도(θ3)도 마찬가지이다.
도 22c는 에어(압축 공기)의 흐름 방향을 기체 방향 조정판(136)에 의해 제어함으로써 슬러리의 흐름에 영향을 줄 수 있는 상태를 도시하는 도면이며, 도 22c의 상부 도면에서는 연마 패드(102) 위의 슬러리 막 두께가 흐트러진 상태였지만, 기체 방향 조정판(136)에 의해 에어의 흐름을 제어함으로써, 도 22c의 하부 도면에 도시한 바와 같이 슬러리 막 두께가 완만해져, 즉 대략 균일해진다. 이와 같이, 본 발명에 따르면, 기체 방향 조정판(136)의 기체 안내 각도(θ3)를 조정함으로써, 연마 패드(102) 위의 연마액(슬러리)의 흐트러짐을 완화해서 연마액의 막 두께를 거의 균일하게 할 수 있다.
도 22a, 도 22b, 도 22c에 나타내는 예에서는 복수의 기체 방향 조정판(136)을 동일한 방향에서의 경우를 도시했지만, 복수의 기체 방향 조정판(136)을 각각 서로 다른 방향을 향하게 함으로써 슬러리 막 두께에 변화를 줄 수도 있다.
도 23a, 도 23b는 복수의 기체 방향 조정판(136)을 각각 서로 다른 방향을 향하게 하도록 한 경우를 도시하는 도면이며, 도 23a는 기체 방향 조정판(136)의 방향과 슬러리 막 두께의 관계를 나타내는 모식도이며, 도 23b는 연마 패드(102) 위의 연마액(슬러리)과 톱 링(110)에 의해 유지된 기판(W)의 관계를 나타내는 모식도다.
도 23a에 도시한 바와 같이, 복수의 기체 방향 조정판(136)을 각각 서로 다른 방향을 향하게 함으로써, 기체 분사 노즐(124)로부터 분사된 에어(압축 공기)를 각각 서로 다른 방향으로 흐르도록 제어할 수 있다. 이에 의해 도 23a의 상부의 도면에서는 연마 패드(102) 위의 슬러리 막 두께가 균일했던 것이, 도 23a의 하부의 도면에 도시한 바와 같이, 연마 패드(102) 위의 슬러리 막 두께에 변화를 줄 수 있다. 이와 같이, 슬러리 막 두께에 변화를 줌으로써, 도 23b에 도시한 바와 같이, 슬러리 막 두께가 얇은 부분을 기판(W)의 중앙부에 대응시키고, 슬러리 막 두께가 두꺼운 부분을 기판(W)의 외주부에 대응시킴으로써, 기판의 외주부의 연마율을 기판의 중앙부의 연마율보다 높일 수 있다. 또한, 반대로 슬러리 막 두께가 얇은 부분을 기판(W)의 외주부에 대응시키고, 슬러리 막 두께가 두꺼운 부분을 기판(W)의 중앙부에 대응시킴으로써, 기판의 중앙부의 연마율을 기판의 외주부의 연마율보다 높일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 기체 방향 조정판(136)의 기체 안내 각도(θ3)를 개별로 조정함으로써, 슬러리를 기판 엣지 혹은 중앙 부근에 약간 많게(혹은 적게) 흐르게 함으로써, 연마율 및 면내 균일성 등을 컨트롤할 수 있다.
도 24a, 도 24b, 도 24c는 기체 방향 조정판(136)의 방향을 조정하기 위한 기구를 도시하는 도면이며, 도 24a는 복수의 기체 방향 조정판(136)의 기체 안내 각도(θ3)를 독립적으로 제어하는 기구를 나타내는 모식도이며, 도 24b 및 도 24c는 복수의 기체 방향 조정판(136)의 기체 안내 각도(θ3)를 연동해서 제어하는 기구를 나타내는 모식도다.
도 24a에 나타내는 예에서는 삼각 형상의 기체 방향 조정판(136)의 1변은 샤프트(137)에 고정되어 있고, 샤프트(137)의 상단부는 서보 모터 또는 로터리 작동기(138)에 연결되어 있다. 이 구성에 의해, 서보 모터 또는 로터리 작동기(138)를 작동시키면, 기체 방향 조정판(136)이 샤프트(137)를 중심으로 하여 요동하여, 기체 방향 조정판(136)의 기체 안내 각도(θ3)를 바꿀 수 있다. 도 24a에 나타내는 예에서는 복수의 기체 방향 조정판(136)은, 개별로 서보 모터 또는 로터리 작동기(138)에 의해 제어되도록 되어 있다. 또, 서보 모터 또는 로터리 작동기 대신에, 각 샤프트(137)를 수동으로 회전시킨 후에, 나사 고정해도 좋다.
도 24b에 나타내는 예에서는, 복수의 기체 방향 조정판(136)은 각각 샤프트(137)에 고정되어 있고, 각 샤프트(137)의 상단부에는 피니온(151)이 고정되어 있다. 그리고 복수의 피니온(151)은 단일 래크(152)에 맞물리고, 래크(152)는 실린더 또는 리니어 모터 또는 리니어 작동기(153)에 연결되어 있다. 이 구성에 의해, 실린더 또는 리니어 모터 또는 리니어 작동기(153)를 작동시키면, 래크(152)가 전진 또는 후진해서 피니온(151)이 회전하고, 기체 방향 조정판(136)이 샤프트(137)를 중심으로 하여 요동하여, 기체 방향 조정판(136)의 기체 안내 각도(θ3)를 바꿀 수 있다. 도 24b에 나타내는 예에서는 복수의 기체 방향 조정판(136)은 연동해서 실린더 또는 리니어 모터 또는 리니어 작동기(153)에 의해 제어되도록 되어 있다. 또, 실린더 또는 서보 모터 또는 로터리 작동기 대신에, 래크(152)를 수동으로 조작한 후에, 나사 고정해도 좋다.
도 24c에 나타내는 예에서는, 기체 방향 조정판(136)의 도시는 생략되어 있고, 복수의 샤프트(137)를 구동하는 기구만이 도시되어 있다. 도 24c에 도시한 바와 같이, 복수의 샤프트(137)는 각각 아암(161)의 일단부에 연결되어 있다. 복수의 아암(161)의 타단부는 연결 핀(162)을 통해 링크(163)에 연결되어 있다. 각 샤프트(137)는 이동이 규제되어 회전만이 허용되도록 베어링 등에 의해 유지되어 있다. 이 구성에 의해, 실린더 또는 리니어 모터 또는 작동기(도시하지 않음) 등에 의해 링크(163)를 직선 왕복 운동을 시키면, 복수의 아암(161)이 샤프트(137)를 요동 중심으로 하여 요동하기 때문에, 샤프트(137)를 고정하고 있는 부분인 아암(161)의 단부측은 회전하게 된다. 그로 인해, 샤프트(137)는 축심 주위로 회전하고, 기체 방향 조정판(136)의 기체 안내 각도(θ3)를 바꿀 수 있다.
도 25는 기체 분사 노즐용 커버(135)의 각도를 조정할 수 있는 예를 나타내는 모식도다. 도 12 내지 도 14에 나타내는 예에서는 기체 분사 노즐용 커버(135)를 본체부(121)에 고정했지만, 도 25에 나타내는 예에서는, 기체 분사 노즐용 커버(135)의 단부는 샤프트(142)에 고정되어 있다. 샤프트(142)는 패드 조정 장치(120)의 본체부(121)(도시하지 않음)로부터 연장되는 2개의 브래킷(143, 143)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 샤프트(142)의 단부는 서보 모터 또는 로터리 작동기(144)에 연결되어 있다. 이 구성에 의해, 서보 모터 또는 로터리 작동기(144)를 작동시키면, 기체 분사 노즐용 커버(135)가 샤프트(142)를 중심으로 하여 요동하여, 기체 분사 노즐용 커버(135)의 상하 방향의 기울기를 바꿀 수 있다. 이에 의해, 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)과 기체 분사 노즐(124)의 기체 분사 방향이 이루는 각인 기체 진입 각도(θ2)(도 18 참조)에 따라서, 기체 분사 노즐용 커버(135)의 기울기를 최적의 기울기로 조정할 수 있다. 예를 들어, 기체 분사 노즐(124)이 고정되어 기체의 토출 방향을 바꿀 수 없을 때나 혹은 공급되는 기체가 일정 유량일 때, 기체 분사 노즐용 커버(135)가 움직임으로써, 연마 패드(102)의 표면(102a)을 향하는 기체의 양을 변화시켜, 냉각의 강도를 바꿀 수 있다. 또한, 기체 분사 노즐용 커버(135)가 개방됨으로써, 기체 분사 노즐용 커버(135)의 기체를 안내하는 기능을 잃게 되어, 기체 분사 노즐용 커버(135)에 의해 기체가 연마 패드(102)의 표면(102a)을 향해 흐르는 일이 없도록 하고, 기체 방향 조정판(136)으로 슬러리 막 두께에 변화를 부여한 상태에서 톱 링(110)을 향해 슬러리를 흐르게 할 수 있다. 또, 기체 분사 노즐용 커버(135)의 내측의 기체 방향 조정판(136)의 구성은, 도 12 내지 도 15에 도시한 바와 같다.
다음에, 패드 온도 조정 기구(122)의 기체 분사 노즐(124)로부터 분사되는 에어(압축 공기)의 흐름 방향을 제어하는 기체 방향 조정판(136)에 의해 연마 패드(102) 위의 연마액(슬러리)의 흐름을 제어함으로써, 소비되는 슬러리의 양을 제어하는 방법을 설명한다.
도 26은 연마액 공급 노즐(103)로부터 연마 패드(102) 위로 적하된 연마액(슬러리)이 톱 링(110)의 하방으로 유입된 후에 연마 패드(102)로부터 배출되는 상태를 나타내는 모식적 평면도다. 이 경우, 연마 패드(102) 위로 적하된 신선한 슬러리를 톱 링(110)에 유지된 기판의 피연마면에 가능한 한 많이 공급하고, 연마에 사용한 오래된 슬러리를 빠르게 배출하는 것이 바람직하다. 이것은, 신선한 슬러리가 연마에 사용되지 않고 배출되어 버리면 슬러리의 소비량이 증가하고, 또한 오래된 슬러리가 남아 있으면 연마율이나 면내 균일성에 악영향을 끼치기 때문이다.
도 27은 연마 패드(102) 위로 적하된 신선한 슬러리와 사용한 슬러리의 흐름을 설명하는 모식도다. 도 27에 도시한 바와 같이, 슬러리는 연마 패드(102)의 외주부로부터 배출되지만, 연마 테이블(101)의 회전 방향에 있어서 톱 링(110)의 바로 상류측에서 비교적 새로운 슬러리의 배출이 많고, 연마 테이블(101)의 회전 방향에 있어서 톱 링(110)의 바로 하류측에서 비교적 오래된 슬러리의 배출이 많다. 따라서, 도 27에 있어서 점선으로 나타내는 영역 A로부터 배출되는 슬러리를 연마에 사용할 수 있으면, 슬러리 소비량을 줄일 수 있다.
따라서 본 발명은, 기체 분사 노즐(124)과 기체 방향 조정판(136)에 의해, 영역 A로부터 배출되는 슬러리를 없애거나 또는 가능한 한 적게 하도록 슬러리의 흐름을 제어하도록 한 것이다.
도 28은 기체 분사 노즐(124)과 기체 방향 조정판(136)에 의해 슬러리의 흐름을 제어하는 방법을 설명하기 위한 모식적 평면도다. 도 28에 도시한 바와 같이, 상기 회전 접선 방향에 대한 기체 방향 조정판(136)의 각도인 기체 안내 각도(θ3)를 조정함으로써, 기체 분사 노즐(124)로부터 분사되는 에어(압축 공기)의 흐름 방향을 연마 테이블(101)의 내측을 향하게 하고, 연마 패드(102)의 외주측을 향해 흐르는 슬러리를 연마 패드(102)의 중심측을 향해 흐르도록 제어함으로써 슬러리가 연마 패드(102) 위에 남도록 한다. 이에 의해 영역 A로부터 배출되는 슬러리를 없애거나 또는 가능한 한 적게 할 수 있다.
도 29는 기체 분사 노즐(124)과 기체 방향 조정판(136)을 본체부(121)의 반대측에도 설치하여, 연마에 사용한 오래된 슬러리의 배출을 촉진하도록 한 예를 나타내는 모식적 평면도다. 도 29에 도시한 바와 같이, 기체 분사 노즐(124)과 기체 방향 조정판(136)을 본체부(121)의 양측에 설치하고, 본체부(121)의 양측의 기체 분사 노즐(124)로부터 에어를 분사해서 본체부(121)의 양측의 기체 방향 조정판(136)에 의해 에어의 흐름을 제어한다. 즉, 연마 테이블(101)의 회전 방향에 있어서 상류측에 있는 기체 분사 노즐(124)과 기체 방향 조정판(136)은 연마 테이블(101)의 회전 방향과 반대측(대향하는 측)에 에어(압축 공기)를 분사해서 에어의 흐름을 제어하도록 되어 있다. 이에 의해, 에어의 흐름 방향을 연마 테이블(101)의 외주측을 향해 오래된 슬러리의 배출 촉진을 도모한다. 즉, 연마 테이블(101)의 회전 방향에 있어서 톱 링(110)의 하류측에 있어서, 연마에 사용한 오래된 슬러리를 에어와 원심력으로 배출한다.
한편, 연마 테이블(101)의 회전 방향에 있어서 하류측에 있는 기체 분사 노즐(124)과 기체 방향 조정판(136)은 연마 테이블(101)의 회전 방향으로 에어를 분사해서 에어의 흐름을 제어하도록 되어 있다. 기체 방향 조정판(136)의 기체 안내 각도(θ3)를 조정함으로써, 에어의 흐름 방향을 연마 테이블(101)의 내측을 향하게 하고, 연마 패드(102)의 외주측을 향해 흐르는 슬러리를 연마 패드(102)의 중심측을 향해 흐르도록 제어하고, 이에 의해 슬러리가 연마 패드(102) 위에 남도록 한다. 그 결과, 도 27에 나타내는 영역 A로부터 배출되는 슬러리를 없애거나 또는 가능한 한 적게 할 수 있다. 이와 같이, 기체 분사 노즐(124)로부터 분사되는 냉각 에어의 풍향을 조정해서 오래된 슬러리를 빠르게 배출하는 동시에 공급측의 새로운 슬러리가 연마 패드(102)로부터 흘러내리지 않도록 함으로써, 슬러리의 소비량을 비약적으로 삭감할 수 있다.
도 20 내지 도 29에 나타내는 실시 형태에서는 에어(압축 공기)에 의해 연마 패드(102) 위의 연마액(슬러리)의 흐름을 제어하는 경우를 주로 설명했지만, 기체 분사 노즐(124)로부터 연마 패드(102)를 향해 분사되는 에어에 의해 연마 패드(102)의 연마면(102a)의 온도를 원하는 온도로 제어하는 것은, 도 10 내지 도 19에 나타내는 실시 형태와 마찬가지이다.
다음에, 도 10 내지 도 29에 도시한 바와 같이 구성된 연마 장치를 사용해서 기판(W)을 연마하는 공정의 일례를 설명한다.
우선, 연마 패드(102)의 제어 목표 온도인 제1 설정 온도를 온도 컨트롤러(147)로 설정한다. 다음에, 기체 분사 노즐(124)로 압축 공기를 공급하는 공급 압력을 확인한다. 이 공급 압력이 규정 압력 이하일 때에는 경고를 발하여, 이후의 기판에 대한 처리를 중지하고, 공급 압력이 규정 압력 이상일 때에만 기판 전달 위치에 위치하는 톱 링(110)에 의해 기판(W)을 푸셔 등으로부터 수취해서 흡착 유지한다. 그리고 톱 링(110)에 의해 흡착 유지한 기판(W)을 기판 전달 위치로부터 연마 테이블(101)의 바로 상방의 연마 위치까지 수평 이동시킨다.
다음에, 방사 온도계(148)에 의한 연마 패드(102)의 온도 모니터를 개시한다. 그리고 연마액 공급 노즐(103)로부터 연마 패드(102)에 연마액(슬러리)을 적하하고, 톱 링(110)을 회전시키면서 하강시켜, 회전 중인 연마 패드(102)의 연마면(102a)에 기판(W)의 표면(피연마면)을 접촉시킨다. 그리고 톱 링(110)에 의한 기판(W)의 흡착 유지를 해제하여, 기판(W)을 연마면(102a)에 제1 연마 압력으로 압박한다. 이에 의해, 기판 위의 금속막 등의 연마를 행하는 메인 연마 스텝을 개시한다.
상기 메인 연마 스텝에서는, 기판(W)이 연마면(102a)에 접촉한 시점으로부터, 패드 조정 장치(120)의 패드 온도 조정 기구(122)에 의한 연마 패드(102)의 온도 제어를 개시한다. 또, 연마 테이블(101)을 회전시키는 일없이, 기판(W)을 연마면(102a)에 접촉시키는 프로세스를 채용할 경우에는, 연마 테이블(101)의 회전을 개시하는 동시에, 패드 온도 조정 기구(122)에 의한 연마 패드(102)의 온도 제어를 개시한다.
즉, 온도 컨트롤러(147)는, 미리 설정된 제1 설정 온도와 방사 온도계(148)에 의해 검출된 연마 패드(102)의 실제 온도와의 차에 따라서 PID 제어에 의해 압력 제어 밸브(146)의 밸브 개방도를 조정하고, 기체 분사 노즐(124)로부터 분사되는 압축 공기의 유량을 제어한다. 이에 의해, 미리 구해 둔 최대 연마 속도를 얻을 수 있는 제1 설정 온도로 연마 패드(102)의 온도를 제어한다. 이 메인 연마 스텝에서는, 높은 연마 압력과 연마 패드(102)의 냉각의 조합에 의해, 높은 연마율을 얻을 수 있어, 토탈 연마 시간의 단축을 도모할 수 있다.
또한, 상기 공정과 병행하여, 연마액 공급 노즐(103)을 요동시켜서 연마액(슬러리)을 연마 패드(102) 위의 최적의 위치에 공급하는 동시에 기체 방향 조정판(136)에 의해 기체 분사 노즐(124)로부터 분사되는 에어의 흐름을 제어함으로써, 연마 패드(102) 위의 연마액(슬러리)의 흐름을 제어하고, 톱 링(110)을 향해 흐르는 슬러리의 막 두께가 균일해지도록 하여, 면내 균일성이 얻어지도록 한다. 이 메인 연마 스텝은, 예를 들어 금속막 등의 막 두께가 소정의 값에 도달한 것을 연마 테이블(101) 내에 설치된 막 두께 측정기(도시하지 않음)로 검지했을 때에 종료한다.
다음에, 마무리 연마 스텝을 행한다. 메인 연마 스텝 후의 마무리 연마 스텝에서는 디싱이나 이로전 등을 방지해서 단차 특성의 향상을 중시하기 위해 연마 패드(102)의 온도를 제어할 필요가 있다. 즉, 온도 컨트롤러(147)에 제1 설정 온도와는 다른 온도인 제2 설정 온도를 설정한다. 마무리 연마 스텝으로 이행하면, 연마 패드(102)가 제2 설정 온도에 빠르게 도달하도록 PID 제어에 의해 컨트롤된 유량의 압축 공기가 연마 패드(102)에 분사된다. 예를 들어, 메인 연마 스텝의 제1 설정 온도보다도 마무리 연마 스텝의 제2 설정 온도 쪽이 낮은 경우에는, 제2 설정 온도에 도달할 때까지는 압축 공기의 유량은 MAX(최대)가 되도록 제어된다. 이와 같이 하여, 제2 설정 온도로 연마 패드(102)의 온도를 제어하여, 연마를 계속한다. 이 마무리 연마 스텝에서는, 주로 단차 해소 특성을 향상시키기 위해, 필요에 따라서, 기판(W)을 상기 제1 연마 압력보다도 낮은 제2 연마 압력으로 연마면(102a)에 압박한다. 또한, 상기 공정과 병행하여, 연마액 공급 노즐(103)을 요동시켜 연마액(슬러리)을 연마 패드(102) 위의 최적의 위치에 공급하는 동시에 기체 분사 노즐(124)과 기체 방향 조정판(136)을 유기적으로 작동시킴으로써, 슬러리를 기판 엣지 혹은 중앙 부근에 약간 많게(혹은 적게) 흐르게 함으로써, 연마율 및 면내 균일성 등을 컨트롤한다. 이 마무리 연마 스텝은, 예를 들어 트렌치 등 이외의 영역에 있는 나머지 금속막 등을 연마 제거하고, 기초층의 표면이 완전히 노출된 것을 연마 테이블(101) 내에 설치된 막 두께 측정기(도시하지 않음)로 검지했을 때에 종료한다.
다음에, 기체 분사 노즐(124)로부터의 압축 공기의 분출을 정지하고, 연마액 공급 노즐(103)로부터의 연마액(슬러리)의 공급을 정지한 후, 연마 패드(102)에 순수를 공급하여, 기판(W)의 물 폴리싱을 행한다. 그리고 기체 분사 노즐(124)로부터의 압축 공기의 분출을 정지하여, 기판(W)에 압축 공기가 닿는 것을 방지한 상태에서, 톱 링(110)으로 연마 후의 기판(W)을 연마면(102a)으로부터 떼어놓고서 흡착 유지한다. 또 이 이후, 기판(W)은 연마 패드(102)로부터 이격하므로, 이격된 기판(W)의 피연마면에 압축 공기가 닿아서 기판(W)의 피연마면이 건조되는 것을 방지하기 위해, 기체 분사 노즐(124)로부터의 압축 공기의 분출을 정지한 상태로 해 둔다.
다음에, 기판(W)을 흡착 유지한 톱 링(110)을 상승시켜, 연마 위치로부터 기판 전달 위치까지 기판(W)을 수평 이동시킨다. 그리고 기판 전달 위치에서 연마 후의 기판(W)을 푸셔 등에 전달한다. 연마 종료 후에, 아토마이저(130)의 노즐(133)로부터 순수(또는 질소와 순수의 혼합 유체)를 연마 패드(102)의 표면(연마면)(102a)에 분사하여, 연마 패드 위의 이물질(연마 패드 찌꺼기, 지액 고착 등)을 제거한다. 기체 분사 노즐(124)에 있어서는, 세정 노즐(도시하지 않음)로부터 기체 분사 노즐(124)에서의, 특히 노즐 개구부 및 그 주변부를 향해 세정액(물)을 분사하여, 기체 분사 노즐(124)의 클리닝을 행한다. 이에 의해, 기체 분사 노즐(124)에 부착된 슬러리 등의 오염물이 연마 패드(102) 위로 떨어져서 다음 기판 처리에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있다. 또한, 기체 분사 노즐용 커버(135) 및 기체 방향 조정판(136)도 마찬가지로 세정한다. 이 경우, 기체 분사 노즐용 커버(135) 및 기체 방향 조정판(136)은 내측이 개방되어 있으므로, 아토마이저(130)의 사용 시에는 기체 분사 노즐용 커버(135)의 내측 및 기체 방향 조정판(136)도 세정할 수 있다.
지금까지 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 그 기술적 사상의 범위 내에 있어서 여러 가지 다른 형태로 실시되어도 되는 것은 물론이다.

Claims (11)

  1. 연마 테이블 위의 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도를 제어하면서 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서,
    연마 패드의 제어 목표 온도인 제1 설정 온도를 설정한 후에 연마 패드의 온도 제어를 개시해서 연마 패드의 온도를 감시하면서 기판을 연마 패드에 압박해서 기판 상의 막의 연마를 행하는 메인 연마 스텝을 행하고,
    상기 기판의 막 두께가 소정의 막 두께에 도달한 것을 막 두께 측정기가 검지했을 때에 상기 메인 연마 스텝을 종료하고, 상기 연마 패드의 설정 온도를 상기 제1 설정 온도와는 다른 제2 설정 온도로 변경하여 마무리 연마 스텝으로 이행하고, 상기 마무리 연마 스텝에 있어서 연마 패드의 온도를 감시하면서 기판을 연마 패드에 압박해서 기판 상의 막의 연마를 계속하고,
    상기 메인 연마 스텝에 있어서 연마 패드의 온도가 상기 제1 설정 온도의 범위에 도달한 후, 상기 제1 설정 온도의 범위 밖으로 되는 시간이 연속해서 소정 시간을 초과한 경우, 또는 상기 마무리 연마 스텝에 있어서 연마 패드의 온도가 상기 제2 설정 온도의 범위에 도달한 후, 상기 제2 설정 온도의 범위 밖으로 되는 시간이 연속해서 소정 시간을 초과한 경우에, 연마 이상이라 판단하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 설정 온도의 범위 밖이라 함은, 제1 설정 온도의 상한값 또는 하한값의 범위 밖이며, 상기 제2 설정 온도의 범위 밖이라 함은, 제2 설정 온도의 상한값 또는 하한값의 범위 밖인 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연마 이상이라 판단했을 때에, 인터로크를 작동시켜, 다음 기판의 연마를 행하지 않는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  4. 연마 테이블 위의 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도를 제어하면서 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서,
    연마 패드의 제어 목표 온도인 제1 설정 온도를 설정한 후에 연마 패드의 온도 제어를 개시하여 연마 패드의 온도를 감시하면서 기판을 연마 패드에 압박하여 기판 상의 막의 연마를 행하는 메인 연마 스텝을 행하고,
    상기 기판의 막 두께가 소정의 막 두께에 도달한 것을 막 두께 측정기가 검지했을 때에 상기 메인 연마 스텝을 종료하고, 상기 연마 패드의 설정 온도를 상기 제1 설정 온도와는 다른 제2 설정 온도로 변경하여 마무리 연마 스텝으로 이행하고, 상기 마무리 연마 스텝에 있어서 연마 패드의 온도를 감시하면서 기판을 연마 패드에 압박해서 기판 상의 막의 연마를 계속하고,
    연마 패드의 온도 제어를 개시해서 연마 패드의 온도를 감시하고, 온도 제어의 개시 시각으로부터 소정 시간 경과 후에 연마 패드의 온도가 상기 제1 설정 온도 또는 상기 제2 설정 온도의 목표 온도에 도달하지 않을 경우에 연마 이상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 온도 제어는, 미리 설정된 온도를 중심으로 한 상한값 및 하한값의 범위 내로 되도록 PID 제어하고, 상기 PID 제어된 유량의 압축 공기를 상기 연마 패드에 분사하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 연마 패드의 온도를, 미리 설정된 온도를 중심으로 한 상한값 및 하한값의 범위 내로 되도록 제어하고, 상기 연마 패드의 온도의 감시는, 상기 온도 제어를 개시하고 나서 상기 하한값에 도달하는 시간으로서 미리 설정한 시간의 경과 시에, 상기 연마 패드의 온도와 상기 하한값을 비교하여, 상기 하한값에 도달하지 않을 경우에 연마 이상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 연마 패드의 온도를, 미리 설정된 온도를 중심으로 한 상한값 및 하한값의 범위 내로 되도록 제어하고, 상기 연마 패드의 온도의 감시는, 상기 온도 제어를 개시하고 나서 상기 하한값에 도달할 때까지의 소요 시간을 계시하고, 이 소요 시간과 상기 온도 제어를 개시하고 나서 상기 하한값에 도달하는 시간으로서 미리 설정한 시간을 비교하여, 소요 시간쪽이 미리 설정한 시간보다 긴 경우에 연마 이상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  8. 연마 테이블 위의 연마 패드를 향해 기체를 분사해서 연마 패드의 온도를 제어하면서 연마 패드에 연마 대상인 기판을 압박해서 기판의 피연마면을 연마하는 연마 방법에 있어서,
    연마 패드의 제어 목표 온도인 제1 설정 온도를 설정한 후에 연마 패드의 온도 제어를 개시해서 연마 패드의 온도를 감시하면서 기판을 연마 패드에 압박해서 기판 상의 막의 연마를 행하는 메인 연마 스텝을 행하고,
    상기 기판의 막 두께가 소정의 막 두께에 도달한 것을 막 두께 측정기가 검지했을 때에 상기 메인 연마 스텝을 종료하고, 상기 연마 패드의 설정 온도를 상기 제1 설정 온도와는 다른 제2 설정 온도로 변경하여 마무리 연마 스텝으로 이행하고, 상기 마무리 연마 스텝에 있어서 연마 패드의 온도를 감시하면서 기판을 연마 패드에 압박해서 기판 상의 막의 연마를 계속하고,
    상기 제1 설정 온도를 상기 제2 설정 온도로 변경하고 나서 소정 시간 경과 후에 연마 패드의 온도가 상기 제2 설정 온도에 도달하지 않을 경우에 연마 이상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연마 패드의 온도를, 미리 설정된 온도를 중심으로 한 상한값 및 하한값의 범위 내로 되도록 제어하고, 상기 연마 패드의 온도의 감시는, 상기 온도 제어를 개시하고 나서 상기 하한값에 도달하는 시간으로서 미리 설정한 시간의 경과 시에, 상기 연마 패드의 온도와 상기 하한값을 비교하여, 상기 하한값에 도달하지 않을 경우에 연마 이상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 연마 패드의 온도를, 미리 설정된 온도를 중심으로 한 상한값 및 하한값의 범위 내로 되도록 제어하고, 상기 연마 패드의 온도의 감시는, 상기 온도 제어를 개시하고 나서 상기 하한값에 도달할 때까지의 소요 시간을 계시하고, 이 소요 시간과 상기 온도 제어를 개시하고 나서 상기 하한값에 도달하는 시간으로서 미리 설정한 시간을 비교하여, 소요 시간쪽이 미리 설정한 시간보다 긴 경우에 연마 이상이라고 판단하는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 연마 이상이라고 판단했을 때에, 인터로크를 작동시켜, 다음 기판의 연마를 행하지 않는 것을 특징으로 하는, 연마 방법.

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