KR102317974B1 - 연마헤드의 제조방법 및 연마헤드, 그리고 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 중판의 하단면에, 비압축성 유체의 주입구로부터 중판의 외주부 연신하는 홈 및 에어의 배출구로부터 중판의 외주부까지 연신하는 홈을 형성하는 공정을 가지며, 강성 링의 하단면에 탄성막을 붙이고, 또한, 강성 링의 상단면과 중판의 하단면을 결합함으로써 공간부를 형성한 후에, 공간부 내를 감압하는 공정과, 감압공정 후, 주입구로부터 공간부에 비압축성 유체를 주입하면서, 배출구로부터 공간부 내의 에어를 배출하고, 주입구 및 배출구를 닫음으로써 비압축성 유체를 공간부에 봉입하는 공정을 가지는 연마헤드의 제조방법이다. 이에 따라, 공간부에 비압축성 유체가 봉입된 연마헤드를 제조하는 경우에, 작업성이 좋으며, 비압축성 유체의 양의 제어가 용이하고, 또한, 공간부에 잔류하는 에어의 양을 저감시키는 것이 가능한 연마헤드의 제조방법이 제공된다.

Description

연마헤드의 제조방법 및 연마헤드, 그리고 연마장치

본 발명은, 연마헤드의 제조방법 및 연마헤드, 그리고 그 연마헤드를 구비하는 연마장치에 관한 것이다.

최근, 실리콘 웨이퍼 등의 웨이퍼의 평탄성에 관한 요구는 점점 커지고 있으며, 편면연마에 있어서, 보다 높은 평탄성을 가지는 웨이퍼를 제작하는 것이 요구되고 있다. 그리고, 현재, 높은 평탄성을 가지는 웨이퍼를 재현성 좋게 얻기 위하여, 웨이퍼를 유지하는 러버막, 러버막에 접하는 공간부, 공간부에 봉입된 비압축성 유체를 구비하는 연마헤드가 사용되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이러한 연마헤드는, 비압축성 유체에 의해 러버막의 표면의 형상을 적절하게 조정할 수 있으므로, 웨이퍼의 이면의 전체면에 러버막의 표면을 밀착시켜 웨이퍼를 압압함으로써 연마를 실시할 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼의 연마마진을 연마면 전체에서 균일하게 할 수 있어, 평탄성이 높은 웨이퍼를 제작할 수 있다. 또한, 비압축성 유체에 의해 웨이퍼를 흡착하는 러버막의 표면의 형상을 일정하게 제어할 수 있으므로, 재현성 좋게 평탄성이 높은 웨이퍼가 얻어진다.

그러나, 웨이퍼를 흡착하는 러버막의 표면의 형상을 일정하게 하기 위해서는, 연마헤드의 제조시에, 연마헤드 내의 공간부에 에어를 혼입시키는 일 없이 비압축 유체를 봉입할 필요가 있다. 이는, 에어가 혼입되면, 에어가 존재하는 부분과 다른 부분에서 압력이 상이하여, 러버막의 표면의 형상을 일정하게 제어할 수 없게 되고, 웨이퍼를 균일하게 압압할 수 없게 되기 때문이다. 또한, 에어의 혼입에 의해, 연마헤드 내에 봉입하는 비압축 유체의 체적편차가 커져, 연마한 웨이퍼의 형상의 편차도 커진다. 이에 따라, 연마헤드의 제조시에는, 특히 비압축성 유체를 봉입하는 공간부에 에어가 잔류하지 않도록 할 필요가 있다.

이에, 에어의 혼입을 방지하기 위하여, 연마헤드의 부품을 비압축성 유체 중에 잠기게 하고, 비압축성 유체 내에서 사람의 손으로 연마헤드를 조립하는 경우가 있다. 그러나, 이 수법으로는, 비압축성 유체의 봉입량의 제어가 곤란하다. 나아가, 비압축성 유체 중에서 연마헤드를 조립하기 때문에, 작업성이 현저하게 악화된다. 또한, 직경 300mm 이상인 대직경의 웨이퍼의 연마에 사용하는 연마헤드는, 사이즈가 크고, 중량도 매우 크기 때문에, 작업성에 더해, 안전면에서도 문제가 생긴다. 나아가, 봉입하고자 하는 비압축성 유체가 인체에 유해한 것인 경우에는, 작업 자체가 불가능해진다.

한편으로, 이하에 설명하는 바와 같이, 비압축성 유체 내가 아닌 대기중에서 연마헤드를 조립하는 수법도 있다. 이 수법에서는, 먼저, 도 6의 상부에 나타내는 바와 같이 강성 링(102), 중판(104), 러버막(103)을 조립하고, 연마헤드 내에 비압축성 유체를 봉입하는 공간부(105)를 형성한다. 또한, 중판(104)에는, 비압축성 유체를 주입하기 위한 주입구(107), 에어를 배출하기 위한 배출구(108)가 형성되어 있다. 다음에, 공간부(105)의 내부를 감압한다. 그 후, 공간부(105)에 연통하는 주입구(107)로부터 공간부(105) 중에 비압축성 유체를 흘려보내고, 동시에, 공간부(105)에 잔류해 있는 에어를 배출구(108)로부터 배출한다. 도 6의 하부에 나타내는 바와 같이, 충분한 양의 비압축성 유체(106)를 주입한 후, 주입구(107), 배출구(108)를 덮개(109)에 의해 닫는다(이하에서는, 이 수법을 감압 봉입법이라고도 함). 이 감압 봉입법에서는, 대기중에서 연마헤드를 조립함으로써, 작업성을 크게 향상시킬 수 있다. 또한, 비압축성 유체의 봉입량의 제어도 용이해진다.

일본특허공개 2013-166200호 공보

그런데, 감압 봉입법에 의해 비압축성 유체를 연마헤드 내의 공간부에 봉입하면, 연마헤드 내에 대량의 에어가 잔류하게 된다. 이는, 연마헤드는 후술하는 구조 상의 이유로 인해 두께가 얇은 중심부에 주입구와 배출구를 마련하기 때문에, 공간부의 외주에 남아 있는 에어를 배출하기 전의 이른 단계에서, 비압축성 유체가 배출구를 막아, 그 남아있는 에어를 배출할 수 없게 되기 때문이다.

이 문제를 해결하기 위해서는, 주입구와 배출구를 외주부 부근에 마련하고, 주입구와 배출구의 거리를 가능한 한 크게 취하는 것이 유효하다. 그러나, 원래 연마헤드의 외주부는 두께가 크고, 또한, 주입구 및 배출구에 접속하는 이음매의 높이만큼, 연마헤드의 외주부가 두꺼워지므로, 연마헤드의 중량이 늘어난다. 더욱이, 연마헤드 내의 공간부의 체적이 커져, 연마시의 웨이퍼에 대한 가압이나 감압의 응답성이 악화된다. 따라서, 주입구나 배출구를 연마헤드의 외주부에 마련하는 것은 실용적이지 않다.

또한, 잔류하는 에어의 양을 줄이기 위하여, 도 7에 나타내는 바와 같이, 배출구(108)가 주입구(107)보다 높아지도록, 연마헤드를 비스듬히 재치하여 비압축성 유체(106)를 공간부(105)에 주입할 수 있다(도 7의 좌상부). 이렇게 한다면, 비압축성 유체(106)가, 최초에, 배출구(108)와는 반대방향으로 고이기 시작했으므로(도 7의 우상부), 배출구(108)를 주입된 비압축성 유체(106)로 막기까지 걸리는 시간을 보다 늘릴 수 있고, 배출할 수 있는 에어의 양을 늘릴 수 있다(도 7의 좌하부). 그러나, 배출구(108)보다 높은 위치에 있는 에어는 연마헤드로부터 배출하는 것이 어려워, 결국, 잔류에어의 양이 많아진다(도 7의 우하부). 이와 같이 잔류하는 에어의 양에 따라, 봉입하는 비압축성 유체의 체적이 불균일해진다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 공간부에 비압축성 유체가 봉입된 연마헤드를 제조하는 경우에, 작업성이 좋고, 비압축성 유체의 양의 제어가 용이하고, 또한, 공간부에 잔류하는 에어의 양을 저감하는 것이 가능한 연마헤드의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 비압축성 유체가 봉입된 공간부에 잔류하는 에어의 양이 저감되고, 평탄성이 높은 웨이퍼를 재현성 좋게 제조할 수 있는 연마헤드 및 그 연마헤드를 구비하는 연마장치를 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 환상의 강성 링과, 이 강성 링의 하단면에 균일한 장력으로 붙여진 탄성막과, 상기 강성 링의 상단면에 결합된 원반상의 중판과, 이 중판의 하단면과 상기 탄성막의 상면과 상기 강성 링의 내주면에 의해 구획된 공간부와, 상기 공간부에 봉입된 비압축성 유체를 구비하고, 상기 탄성막의 하면부에 웨이퍼의 이면을 유지하면서, 상기 웨이퍼의 표면을 정반 상에 붙여진 연마포에 슬라이딩접촉시켜 연마하는 연마헤드를 제조하는 방법으로서, 상기 중판을 상기 강성 링의 상단면에 결합하기 전에, 상기 중판에, 상기 비압축성 유체를 상기 공간부에 주입하기 위한 주입구, 및 상기 비압축성 유체의 주입시에 상기 공간부로부터 에어를 배출하기 위한 배출구를 형성하는 공정과, 상기 중판의 하단면에, 상기 주입구로부터 상기 중판의 외주부까지 연신하는 홈 및 상기 배출구로부터 상기 중판의 외주부까지 연신하는 홈을 각각 형성하는 공정을 가지며, 상기 강성 링의 하단면에 상기 탄성막을 붙이고, 또한, 상기 강성 링의 상단면과 상기 중판의 상기 홈을 형성한 하단면을 결합함으로써 상기 공간부를 형성한 후에, 상기 공간부 내를 감압하는 공정과, 이 감압공정 후, 상기 주입구로부터 상기 공간부에 상기 비압축성 유체를 주입하면서, 상기 배출구로부터 상기 공간부 내의 에어를 배출하고, 상기 주입구 및 상기 배출구를 닫음으로써 상기 비압축성 유체를 상기 공간부에 봉입하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 연마헤드의 제조방법을 제공한다.

이와 같이, 중판의 공간부 측의 표면에 상기와 같은 홈을 형성해 두고 나서, 비압축성 유체의 봉입을 행함으로써, 비압축성 유체의 주입시에, 비압축성 유체의 흐름을 적절하게 제어할 수 있다. 즉, 비압축성 유체가 배출구를 막기 전에, 공간부에 잔류하는 에어를 배출할 수 있다. 또한, 이러한 제조방법이면, 작업성이 좋고, 비압축성 유체의 주입량의 제어도 용이해진다.

이때, 상기 비압축성 유체를 상기 공간부에 봉입하는 공정에 있어서, 상기 주입구가 상기 배출구보다 하방에 위치하도록 상기 중판을 비스듬히 재치하면서 상기 비압축성 유체를 상기 공간부에 주입하는 것이 바람직하다.

이렇게 한다면, 공간부에 잔류하는 에어의 양을 보다 저감할 수 있다.

또한 이때, 상기 중판으로서, 상기 홈을 형성하는 상기 하단면의 형상이 볼록형상으로 되어 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다.

이렇게 한다면, 공간부에 잔류하는 에어의 양을 보다 확실하게 저감할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 환상의 강성 링과, 이 강성 링의 하단면에 균일한 장력으로 붙여진 탄성막과, 상기 강성 링의 상단면에 결합된 원반상의 중판과, 이 중판의 하단면과 상기 탄성막의 상면과 상기 강성 링의 내주면에 의해 구획된 공간부와, 상기 공간부에 봉입된 비압축성 유체를 구비하고, 상기 탄성막의 하면부에 웨이퍼의 이면을 유지하면서, 상기 웨이퍼의 표면을 정반 상에 붙여진 연마포에 슬라이딩접촉시켜 연마하는 연마헤드로서, 상기 중판이, 하단면에, 상기 공간부에 비압축성 유체를 주입하기 위한 주입구와, 상기 공간부로부터 에어를 배출하기 위한 배출구와, 상기 주입구로부터 상기 중판의 외주부까지 연신된 홈과, 상기 배출구로부터 상기 중판의 외주부까지 연신된 홈과, 상기 주입구 및 상기 배출구를 닫기 위한 덮개부를 가지는 것을 특징으로 하는 연마헤드를 제공한다.

이러한 연마헤드는, 비압축성 유체가 봉입된 공간부에 잔류하는 에어의 양이 적고, 탄성막의 웨이퍼를 유지하는 표면의 형상을 제어하기 쉬우므로, 평탄성이 높은 웨이퍼를 재현성 좋게 제조할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 정반 상에 붙여진 연마포와, 이 연마포 상에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급기구와, 상기 연마헤드를 구비하고, 이 연마헤드로 워크를 유지하여 상기 워크의 표면을, 상기 정반 상에 붙여진 연마포에 슬라이딩접촉시켜 연마하는 것을 특징으로 하는 연마장치를 제공한다.

상기와 같은 연마헤드를 구비한 연마장치는, 평탄성이 높은 웨이퍼를 재현성 좋게 제조할 수 있다.

본 발명의 연마헤드의 제조방법이면, 비압축성 유체의 봉입시에 공간부에 잔류하는 에어의 양을 대폭 저감시킬 수 있다. 또한, 이 제조방법은, 작업성도 양호하며, 또한, 비압축성 유체의 봉입량의 제어도 용이하다.

또한, 본 발명의 연마헤드이면, 비압축성 유체가 봉입된 공간부에 잔류하는 에어의 양이 적고, 탄성막의 웨이퍼를 유지하는 표면의 형상을 제어하기 쉬우므로, 평탄성이 높은 웨이퍼를 재현성 좋게 제조할 수 있다. 또한, 이러한 본 발명의 연마헤드를 구비한 연마장치 역시 마찬가지의 효과가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 연마헤드의 일 예를 나타내는 개략단면도이다.
도 2는 본 발명의 연마헤드에 있어서의 중판의 하단면의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 연마헤드의 제조방법의 일 예를 설명하는 플로우도이다.
도 4는 비압축성 유체의 주입시에 있어서의 비압축성 유체의 움직임을 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 연마장치의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 종래의 감압 봉입법에 의해, 공간부에 비압축성 유체를 주입한 경우를 나타내는 모식도이다.
도 7은 종래의 감압 봉입법에 의해, 공간부에 비압축성 유체를 주입한 경우의 비압축성 유체의 움직임을 나타내는 모식도이다.

이하, 본 발명에 대하여 실시의 형태를 설명하나, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이, 감압 봉입법은, 작업성이 양호하며, 비압축성 유체의 봉입량의 제어도 용이하다. 그러나, 충분한 양의 에어를 배출하기 전의 이른 단계에서 주입한 비압축성 유체가 배출구를 막아, 말하자면, 비압축성 유체를 통해 주입구와 배출구가 단락되는 상태가 되므로, 공간부에 에어가 대량으로 잔류하게 된다는 문제가 있었다. 이에 대해, 본 발명자 등은, 공간부를 구획하는 중판의 표면에 홈을 형성해 둠으로써 공간부 내에서의 비압축성 유체의 흐름을, 특히, 비압축성 유체가 공간부의 외주부를 먼저 흐르도록 제어함으로써, 잔류에어의 양을 저감시킬 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.

먼저, 본 발명의 연마헤드에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 연마헤드(1)는, 환상의 강성 링(2)과, 강성 링(2)의 하단면에 균일한 장력으로 붙여진 탄성막(3)과, 강성 링(2)의 상단면에 결합된 원반상의 중판(4)과, 중판(4)의 하단면과 탄성막(3)의 상면과 강성 링(2)의 내주면에 의해 구획된 공간부(5)와, 공간부(5)에 봉입된 비압축성 유체(6)를 구비하고 있다. 그리고, 중판(4)에는, 이 연마헤드(1)의 제조시에 공간부(5)의 내부에 비압축성 유체(6)를 봉입할 때에 사용된, 주입구(7)와 배출구(8)가 형성되어 있다. 그리고, 비압축성 유체(6)를 봉입하기 위하여 주입구(7) 및 배출구(8)를 닫는 덮개부(9)를 가진다. 한편, 이 경우, 덮개부(9)로서, 도 1에 나타내는 바와 같은, 주입구(7) 및 배출구(8)를 개폐 가능하여 작업성이 양호한 원터치 이음(9)을 사용할 수 있다.

또한, 도 2에 나타내는 바와 같이 중판(4)의 하단면(4a), 즉, 공간부(5)를 구획하는 표면에는, 주입구(7)로부터 중판(4)의 외주부(4b)까지 연신된 홈(10a)과, 배출구(8)로부터 중판(4)의 외주부(4b)까지 연신된 홈(10b)이 형성되어 있다. 본 발명에서 말하는 중판의 외주부란 공간부의 외주부의 상방에 위치하는 부분이며, 홈(10a, 10b)은 적어도 공간부(5)의 외주부의 상방의 중판(4)의 하단면(4a)까지 연신할 수 있다. 혹은, 공간부(5)의 외주단의 상방의 중판(4)의 하단면(4a)까지 연신되어도 된다.

이러한 연마헤드(1)는, 탄성막(3)의 하면부에 웨이퍼의 이면을 유지하면서, 웨이퍼의 표면을 정반 상에 붙여진 연마포에 슬라이딩접촉시켜 연마할 수 있다. 또한, 연마헤드(1)는 탄성막(3)의 하면부에 백킹패드를 붙인 것이어도 되고, 탄성막(3)은 이 백킹패드를 통해 웨이퍼를 유지해도 된다. 여기서 말하는, 백킹패드란, 예를 들어, 물을 포함시켜 웨이퍼를 붙이고, 탄성막(3)의 웨이퍼 유지면에 웨이퍼를 유지하는 것이다. 나아가, 연마헤드(1)는, 백킹패드의 하면에, 웨이퍼의 에지부를 유지하는 환상의 템플레이트를 구비하고 있을 수도 있다.

이러한 연마헤드(1)는, 공간부(5)에 잔류하고 있는 에어의 양이 매우 적기 때문에, 웨이퍼의 연마시에 탄성막의 웨이퍼를 유지하는 표면의 형상을 제어하기 쉽다. 그 결과, 평탄성이 높은 웨이퍼를 재현성 좋게 제조할 수 있는 연마헤드가 된다.

계속해서, 도 1, 도 2에 나타내는 바와 같은 본 발명의 연마헤드를 제조할 수 있는 본 발명의 연마헤드의 제조방법을 구체적으로 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 연마헤드의 제조방법은, 적어도, 중판에 주입구와 배출구를 형성하는 공정(도 3의 S101), 중판의 하단면에 홈을 형성하는 공정(도 3의 S102), 중판, 강성 링, 탄성막을 조합하여 공간부를 형성하는 공정(도 3의 S103), 공간부 내를 감압하는 공정(도 3의 S104), 공간부에 비압축성 유체를 봉입하는 공정(도 3의 S105)을 가진다.

먼저, 중판(4)을 강성 링(2)의 상단면에 결합하기 전에, 중판(4)의 하단면(4a)에, 도 1, 2에 나타낸 바와 같은 주입구(7)와 배출구(8)를 형성하는 공정(도 3의 S101)을 행한다. 중판(4)으로는, 강도나 가격의 면에서 스테인리스강(SUS: Stainless Used Steel)을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 예를 들어, 직경 300mm 이상의 대직경의 웨이퍼의 연마에 사용하는 연마헤드를 제조하는 경우와 같이, 연마헤드의 저중량화가 필요한 경우에는, 티탄을 이용할 수도 있다.

계속해서, 중판(4)의 하단면(4a)에, 도 2에 나타낸 바와 같은 홈(10a, 10b)을 형성한다(도 3의 S102). 구체적으로는, 주입구(7)와 외주부(4b)의 임의의 점을 잇는 홈(10a)을 자른다. 마찬가지로, 배출구(8)와 외주부(4b)의 임의의 점을 잇는 홈(10b)을 자른다. 도 2에는, 주입구(7) 및 배출구(8)의 각각으로부터, 가장 가까운 외주부로 연신하도록 홈(10a, 10b)을 형성한 예를 나타내고 있다. 중판에 자르는 홈의 단면형상은, 예를 들어, 폭 1~5mm, 깊이 3~6mm의 사각형으로 할 수 있는데 이것으로 한정되는 것은 아니다. 홈의 형상은, 에어와 비압축성 유체의 흐름을 저해하지 않고, 중판의 강도에 영향을 주지 않는 범위이면 어떠한 형상이어도 된다.

이상과 같이 하여, 중판(4)에 주입구(7), 배출구(8), 홈(10a, 10b)을 형성한 후, 도 1에 나타내는 바와 같이, 강성 링(2)의 하단면에 탄성막(3)을 붙이고, 또한, 강성 링(2)의 상단면과 중판(4)의 홈을 형성한 하단면(4a)을 결합함으로써 공간부(5)를 형성한다(도 3의 103). 공간부(5)는, 강성 링과 러버막의 어셈블리 및 상기 중판을 조립함으로써 형성해도 된다. 강성 링의 재질은, 웨이퍼의 연마 중의 금속 불순물 용해를 방지하기 위하여, 세라믹스로 하는 것이 바람직하다.

계속해서, 공간부(5)의 내부를 감압한다(도 3의 S104). 구체적으로는, 배출구(8)와 이젝터(도시생략) 등의 진공발생장치를 연결하고, 진공발생장치를 작동시킴으로써, 공간부(5)의 내부를 감압할 수 있다. 한편, 이젝터의 공급압력은 3MPa 정도가 바람직하다. 또한, 이젝터를 1분 이상 작동시키면, 공간부(5)의 내부를 충분히 감압할 수 있다. 이에 따라, 중판(4)의 하단면(4a)의 적어도 중심부와 탄성막(3)이 밀착된다.

그 후, 배출구(8)를 연 채, 주입구(7)로부터 비압축성 유체(6)를 주입한다. 비압축성 유체(6)로는, 안전성과 편리성의 관점으로부터 물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 유입속도는 700ml/min~900ml/min 정도로 하는 것이 바람직하다.

이렇게 하여, 중판(4)의 하단면(4a)의 중심부와 탄성막(3)이 밀착된 상태에서, 비압축성 유체(6)를 공간부(5)에 주입한 경우, 비압축성 유체(6)는 공간부(5)의 내부를, 도 4에 나타내는 바와 같이 움직인다. 먼저, 공간부(5) 내에 주입구(7)로부터 비압축성 유체(6)가 주입된다. 계속해서, 비압축성 유체(6)는, 주입구(7)로부터 외주부(4b)를 향하여 연신되는, 즉, 주입구(7)와 공간부(5)의 외주부를 연결하고 있는 홈(10a)을 통과하여, 중판(4)의 외주부(4b)의 하방, 다시 말해, 공간부(5)의 외주부로 흐른다(도 4의 좌상부).

이때, 도 4에 나타내는 바와 같이, 주입구(7)가 배출구(8)보다 하방에 위치하도록 강성 링에 결합한 중판(4)을 비스듬히 재치한 상태에서 비압축성 유체(6)를 공간부(5)에 주입하는 것이 바람직하다. 즉, 배출구(8)에 연결되는 홈(10b)의 높이위치가, 주입구(7)에 연결되는 홈(10a)의 높이위치보다 낮아지도록 중판(4)을 재치하는 것이 바람직하다. 또한, 구체적으로는, 중판(4)에 수평면으로부터의 경사를 5도 정도 부여하는 것이 바람직하다. 이와 같이 중판(4)을 비스듬히 재치하고 있으면, 주입구(7)로부터 들어온 비압축성 유체(6)가 홈(10a)을 통과하여, 외주부(4b)의 공간에 우선적으로 흐르기 쉬워진다.

그 후, 비압축성 유체(6)는, 중판(4)의 외주부(4b)를 따라 흐르고, 공간부(5)의 외주부를 채워 간다(도 4의 우상부). 이때 동시에, 공간부(5)의 외주부에 존재하는 에어가 배출되어 간다. 한편, 중판(4)의 중앙부는 감압에 의해 중판(4)과 탄성막(3)이 흡착된 상태로 되어 있으므로, 비압축성 유체(6)는 흐르지 않는다.

여기서, 본 발명에서는, 중판(4)으로서, 하단면(4a)의 형상이 볼록형상으로 되어 있는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 형상을 가지는 중판(4)을 사용한다면, 한층 더, 비압축성 유체(6)는 중판(4)의 외주부(4b)를 따라 흐르기 쉬워진다. 즉, 공간부(5) 내의 비압축성 유체(6)의 흐름을 보다 제어하기 쉬워진다.

계속해서, 비압축성 유체(6)는 홈(10b)을 통과하여, 배출구(8)에 도달한다(도 4의 좌하부). 여기까지의 비압축성 유체(6)의 움직임에 따라 외주부에 남은 에어는 거의 전부, 효율 좋게 배출된다. 한편, 외주부(4b)의 공간을 비압축성 유체(6)로 치환되었는지의 여부는, 배출부(8)로부터 에어 대신 비압축성 유체(6)가 배출되기 시작했을 때에, 치환이 완료되었다고 판단할 수 있다. 에어의 배출이 완료된 후, 비압축성 유체(6)의 주입을 계속한 채 배출구(8)를 닫음으로써, 중앙부의 탄성막(3)과 중판(4)이 흡착된 부분에도 물이 주입된다(도 4의 우하부). 그 후, 원하는 봉입량이 되도록 비압축성 유체(6)를 주입하고, 마지막으로 주입구(7)를 닫는다. 봉입하는 비압축성 유체의 양은, 주입량과 배출량으로부터 계산할 수 있고, 봉입 전후의 연마헤드의 중량을 측정함으로써 관리하는 것도 가능하다.

이상과 같은 순서로, 연마헤드를 제조한다면, 비압축성 유체(6)를 봉입한 공간부(5)에 잔류하는 에어의 양을 대폭 줄일 수 있다. 따라서, 탄성막의 웨이퍼를 유지하는 표면의 형상을 제어하기 쉽고, 평탄성이 높은 웨이퍼를 재현성 좋게 제조 가능한 본 발명의 연마헤드를 확실하게 제조할 수 있다.

또한, 이렇게 하여 제조한 본 발명의 연마헤드(1)는, 예를 들어, 도 5에 나타내는 바와 같은 본 발명의 연마장치(20)에서, 웨이퍼(W)의 유지에 사용할 수 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 연마장치(20)는, 정반(23) 상에 붙여진 연마포(22)와, 이 연마포(22) 상에 연마제(25)를 공급하기 위한 연마제 공급기구(24)와, 워크(W)를 유지하기 위한 연마헤드로서, 상기한 본 발명의 연마헤드(1)를 가진다. 이 연마헤드(1)는, 도시하지 않은 가압기구에 의해, 정반(23)에 붙은 연마포(22)에 워크(W)를 압압할 수 있는 구조로 되어 있다.

그리고, 연마제 공급기구(24)에 의해 연마제(25)를 연마포(22) 상에 공급하면서, 회전축에 연결된 연마헤드(1)의 자전운동과 정반(23)의 회전운동에 의해, 워크(W)의 표면을 슬라이딩접촉하여 연마를 행한다. 이러한 연마장치(20)이면, 평탄성이 높은 웨이퍼를 재현성 좋게 제조할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명은 이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

도 3에 나타내는 플로우에 따라, 본 발명의 연마헤드의 제조방법에 의해 연마헤드를 제조하였다. 이때, 중판(4)으로서, 하단면(4a)이 볼록형상, 재질이 SUS, 직경이 360mm인 원판상의 중판을 사용하였다. 중판에 형성한 홈(10a, 10b)은, 양방모두 단면형상이 폭 3mm, 깊이 4.5mm의 장방형이 되는 홈으로 하였다. 또한, 비압축성 유체(6)로서 물을 사용하였다. 또한, 공간부로의 물의 유입속도는 800ml/min로 하였다.

(비교예 1)

비압축성 유체인 수중에서 연마헤드를 조립하고, 물을 공간부에 봉입한 연마헤드를 제작하였다. 비교예 1에서 제작한 연마헤드는, 실시예 1의 연마헤드와 기본적인 구조는 동일하나, 중판의 하단면의 홈, 주입구, 배출구, 및 덮개부는 가지고 있지 않은 것이었다.

(비교예 2)

주입구로부터 중판의 외주부까지 연신하는 홈 및 배출구로부터 중판의 외주부까지 연신하는 홈을 형성하는 일 없이, 종래의 감압 봉입법에 의해 공간부에 물을 봉입한 것을 제외하고는, 기본적으로 실시예 1과 동일하게 연마헤드를 제조하였다.

실시예, 비교예 1, 2에 대하여, 작업성, 에어잔류량, 봉입량제어성의 평가를 행하였다.

여기서, 작업성은 연마헤드의 조립 작업시간으로 평가하였으며, 5분 이내를 「좋음」, 5분 이상을 「나쁨」으로 평가하였다. 표 1에 나타내는 바와 같이, 감압 봉입법을 사용하고 있는 실시예 1 및 비교예 2는, 대기중에서 연마헤드를 조립한 상태로 작업이 가능하기 때문에, 비압축성 유체 내에서 헤드를 조립하는 방법에 비해, 작업시간이 적게 걸린다. 한편, 실시예의 작업시간은, 비교예 2의 1/3 이하의 시간이었다.

에어의 잔류량은, 면적환산으로 공간부의 3% 이내를 「좋음」, 3% 이상을 「나쁨」으로 평가하였다. 그 결과, 수중조립방식의 비교예 1은 잔류한 에어가 면적환산으로 0%였으므로 「좋음」이라 평가하였다. 또한, 본 발명에 의해 제조된 연마헤드에서는 약간 잔류한 에어가 보였지만, 면적환산으로 1% 정도였으므로 「좋음」이라 평가하였다. 한편, 이는, 웨이퍼의 연마에 악영향을 미치지 않을 정도의 에어의 잔류량이었다. 한편으로, 비교예 2의 연마헤드에서는, 잔류한 에어는 면적환산으로 20%였으므로, 「나쁨」으로 평가하였다.

봉입량의 제어성에 대해서는, 비교예 1의 수중조립방식으로는 물의 봉입량의 조정이 불가능했으므로 「나쁨」으로 평가하였다. 한편, 실시예와 같은 감압주입법으로는 물의 봉입량을, 공급하는 비압축성 유체의 양으로 제어할 수 있으므로, 「좋음」이라 평가하였다. 비교예 2의 연마헤드의 경우, 물의 봉입량을 제어했더라도, 잔류에어의 영향으로, 원하는 양의 비압축성 유체를 봉입할 수 없어, 실제의 연마헤드의 웨이퍼 유지부의 형상이 일정해지지 않는다. 따라서, 평가를 실질적으로 「나쁨」으로 평가하였다.

또한, 실시예, 비교예 1에서 제조한 연마헤드를 도 5에 나타내는 바와 같은 편면연마장치의 연마헤드로서 사용하고, 직경 300mm의 실리콘 단결정 웨이퍼를 편면연마하였다. 이때, 연마포로서 부직포를, 연마제로서 콜로이달 실리카를 지립으로서 포함하는 알칼리계 연마액을 사용하였다. 또한, 정반의 회전속도는 30rpm, 연마헤드의 회전속도는 30rpm으로 하였다. 또한, 웨이퍼에 대한 연마헤드의 압압력은 20kPa로 하였다.

이상의 조건으로, 실리콘 단결정 웨이퍼를 연마하고, 그 평탄성을 평가하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 평탄성의 평가에는, 외주취대(절삭량)변화량의 평균값을 이용하였다. 여기서 말하는 외주취대변화량은, 외주로부터 중심으로 각각 1mm와 3mm 이동한 지점에서의 취대의 차를 나타내고 있으며, 이 값이 작을수록, 외주부에 있어서도 평탄하게 연마되어 있는 것을 나타내고 있다. 한편, 비교예 2는, 에어의 잔류체적이 많으므로, 실시예나 비교예 1과 동일한 봉입량으로 했을 때, 웨이퍼를 바르게 핸들링할 수 없었으므로, 외주취대변화량의 데이터를 취득할 수 없었다.

한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (5)

1. 환상의 강성 링과, 이 강성 링의 하단면에 균일한 장력으로 붙여진 탄성막과, 상기 강성 링의 상단면에 결합된 원반상의 중판과, 이 중판의 하단면과 상기 탄성막의 상면과 상기 강성 링의 내주면에 의해 구획된 공간부와, 상기 공간부에 봉입된 비압축성 유체를 구비하고, 상기 탄성막의 하면부에 웨이퍼의 이면을 유지하면서, 상기 웨이퍼의 표면을 정반 상에 붙여진 연마포에 슬라이딩접촉시켜 연마하는 연마헤드를 제조하는 방법으로서,
   상기 중판을 상기 강성 링의 상단면에 결합하기 전에,
   상기 중판에, 상기 비압축성 유체를 상기 공간부에 주입하기 위한 주입구, 및 상기 비압축성 유체의 주입시에 상기 공간부로부터 에어를 배출하기 위한 배출구를 형성하는 공정과,
   상기 중판의 하단면에, 상기 주입구로부터 상기 중판의 외주부까지 연신하는 홈 및 상기 배출구로부터 상기 중판의 외주부까지 연신하는 홈을 각각 형성하는 공정을 가지며,
   상기 강성 링의 하단면에 상기 탄성막을 붙이고, 또한, 상기 강성 링의 상단면과 상기 중판의 상기 홈을 형성한 하단면을 결합함으로써 상기 공간부를 형성한 후에,
   상기 공간부 내를 감압하는 공정과,
   이 감압공정 후, 상기 주입구로부터 상기 공간부에 상기 비압축성 유체를 주입하면서, 상기 배출구로부터 상기 공간부 내의 에어를 배출하고, 상기 주입구 및 상기 배출구를 닫음으로써 상기 비압축성 유체를 상기 공간부에 봉입하는 공정을
   갖는 것을 특징으로 하는,
   연마헤드의 제조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 비압축성 유체를 상기 공간부에 봉입하는 공정에 있어서, 상기 주입구가 상기 배출구보다 하방에 위치하도록 상기 중판을 비스듬히 재치하면서 상기 비압축성 유체를 상기 공간부에 주입하는 것을 특징으로 하는,
   연마헤드의 제조방법.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 중판으로서, 상기 홈을 형성하는 상기 하단면의 형상이 볼록형상으로 되어 있는 것을 이용하는 것을 특징으로 하는,
   연마헤드의 제조방법.
   
4. 환상의 강성 링과, 이 강성 링의 하단면에 균일한 장력으로 붙여진 탄성막과, 상기 강성 링의 상단면에 결합된 원반상의 중판과, 이 중판의 하단면과 상기 탄성막의 상면과 상기 강성 링의 내주면에 의해 구획된 공간부와, 상기 공간부에 봉입된 비압축성 유체를 구비하고, 상기 탄성막의 하면부에 웨이퍼의 이면을 유지하면서, 상기 웨이퍼의 표면을 정반 상에 붙여진 연마포에 슬라이딩접촉시켜 연마하는 연마헤드로서,
   상기 중판이, 하단면에, 상기 공간부에 상기 비압축성 유체를 주입하기 위한 주입구와, 상기 공간부로부터 에어를 배출하기 위한 배출구와, 상기 주입구로부터 상기 중판의 외주부까지 연신된 홈과, 상기 배출구로부터 상기 중판의 외주부까지 연신된 홈과, 상기 주입구 및 상기 배출구를 닫기 위한 덮개부를 가지는 것을 특징으로 하는,
   연마헤드.
   
5. 정반 상에 붙여진 연마포와, 이 연마포 상에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급기구와, 제4항에 기재된 연마헤드를 구비하고, 이 연마헤드로 워크를 유지하여 상기 워크의 표면을, 상기 정반 상에 붙여진 연마포에 슬라이딩접촉시켜 연마하는 것을 특징으로 하는,
   연마장치.
   

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