KR102550998B1 - 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연마포가 부착된 정반과, 웨이퍼를 보유지지하는 연마 헤드와, 연마제를 저장하는 탱크와, 탱크 내에 저장된 연마제를 연마포에 공급하는 연마제 공급기구와, 정반 상으로부터 흘러내리는 연마제를 회수하는 폐액받이와, 폐액받이에 접속되고 폐액받이에서 회수한 연마제를 탱크 내에 공급하는 순환기구를 구비하고, 연마제 공급기구에서 탱크 내로부터 연마제를 연마포에 공급하며, 정반 상으로부터 흘러내리는 사용한 연마제를 폐액받이에서 회수하고, 회수한 연마제를 탱크 내에 공급함으로써 연마제를 순환시키면서 연마 헤드에 보유지지된 웨이퍼의 표면을 연마포에 미끄럼 접촉시켜 연마하는 연마 장치로서, 폐액받이가 정반에 고정된 것을 특징으로 하는 연마 장치이다. 이에 의해, 재이용하는 연마제를 회수할 때에 다른 용액과의 혼합을 억제하고, 연마제의 회수 효율의 악화를 억제할 수 있으며, 유지보수도 용이한 연마 장치가 제공된다.

Description

연마 장치

본 발명은 연마 장치에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼로 대표되는 반도체 웨이퍼의 연마에는 양면을 동시에 연마하는 방법이나 편면을 연마하는 방법이 이용되고 있다.

웨이퍼의 편면을 연마하는 방법으로는, 도 8에 도시된 바와 같이, 연마포(102)가 부착된 정반(103), 연마제 공급 기구(106), 연마 헤드(104) 등으로 구성된 연마 장치(101)를 사용할 수 있다. 이 연마 장치(101)에서는 연마 헤드(104)에서 웨이퍼(W)를 보유지지하고, 연마제 공급 기구(106)에서 연마포(102) 상에 연마제를 공급함과 더불어, 정반(103)과 연마 헤드(104)를 각각 회전시켜 웨이퍼(W)의 표면을 연마포(102)에 미끄럼 접촉시킴으로써 연마를 실시하고 있다. 또한, 연마 장치(101)는 정반(103)을 요동시키는 기구도 갖추고 있다. 이에 의해, 연마포(102)의 미세한 요철이나 홈의 패턴의 전사를 억제할 수 있다.

또한, 반도체 웨이퍼의 연마는, 연마포의 종류나 연마제의 종류를 바꾸어 다단으로 이루어지는 경우가 많다. 예를 들어, 인덱스 방식으로 불리우는, 2개의 정반 내지 3개의 정반을 갖춘 연마 장치가 많이 이용되고 있다. 3개의 정반을 갖춘 연마 장치가 도 9에 도시되어 있다. 도 9에 도시된 연마 장치(201)는, 정반(203) 상의 각 연마축에 2개의 연마 헤드(204)를 가지고 있다. 따라서, 1회분(batch) 당 2장의 반도체 웨이퍼의 동시 연마가 가능하기 때문에, 특히 생산성이 우수하다.

또한, 연마 장치는 일반적으로 연마포의 눈이 막히는 것을 억제하기 위한 브러싱이나 드레싱을 할 수 있는 기구(이하 드레싱 기구라 함)도 구비하고 있다. 드레싱 기구는 연마포의 가동을 시작할 때 또는 연마 사이의 기간(interval)에 연마포에 대한 드레싱 등을 실시할 수 있다.

웨이퍼의 연마는 콜로이드 실리카(colloidal silica) 및 흄드 실리카(fumed silica)를 알칼리 용액에 혼합한 연마제가 사용되고, 드레싱이나 브러싱에는 연마제나 드레싱제, 또는 순수(純水) 등의 용액이 이용되고 있다. 또한, 연마의 종료 후 웨이퍼 표면을 보호할 목적으로 연마 중에 웨이퍼의 표면을 친수화하는 친수제를 첨가하거나, 연마 종료시에 연마제를 친수제로 전환하여 공급하거나 해서 웨이퍼 표면의 친수화를 실시하고 있다.

또한, 연마제는 용도에 맞게 순환시켜 재이용하거나 일회용으로 사용하거나 하고 있다. 연마제를 순환시켜 재이용하는 경우에는 연마제의 공급 유량을 증가시키면 냉각 효과가 높은 연마 조건을 설정할 수 있지만, 순환에 의한 연마제의 농도 변동이 일어나기 쉬운 단점이 있다. 연마제를 일회용으로 사용하는 경우에는 비용의 문제로부터 연마제의 공급 유량을 증가시키는 것이 어려워지지만, 농도가 일정하기 때문에 품질은 안정되기 쉽다는 장점이 있다.

연마 장치에는 사용한 연마제를 회수하는 폐액받이가 설치되어 있다. 폐액받이는 정반의 회전으로 비산하는 슬러리를 회수하기 위해, 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 정반의 크기보다 커진다. 또한, 슬러리가 비산하는 부분만을 회수하도록 설계된 연마 장치가 특허문헌 2에 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 2와 같은 연마 장치도 요동기구에 의해 정반이 수평 방향으로 요동하기 때문에, 이 요동폭 이상의 크기로 된 폐액받이가 필요하게 된다.

전술한 바와 같이, 연마 장치는 여러 종류의 연마제 등의 용액이 사용된다. 예를 들어, 웨이퍼의 연마시에는 연마제와 친수제가 사용된다. 또한, 예를 들어, 드레싱할 때에는 연마제, 전용 드레싱제, 또는 순수가 사용된다. 이 때문에, 연마포 상에는 연마제, 친수제, 드레싱제, 순수가 공급된다. 이러한 모든 용액을 일회용으로 사용하는 경우에는 문제가 없지만, 어느 하나를 재이용하기 위해서는 이들 서로 다른 용액은 각각 회수하여야 한다. 이 때문에, 폐액받이의 말단에 전환기구(이하 세퍼레이터로도 칭함)를 설치하고, 회수하는 용액에 따라 회수 라인을 전환하여 용액을 회수하고 있다.

세퍼레이터의 단면도의 일례가 도 10에 도시되어 있다. 도 10에 도시된 세퍼레이터(300)는 상부 배관(301) 또는 하부 박스(302)가 에어 실린더 등에 의해 좌우로 움직이게 되어 있다. 배관(301)은 정반측의 회수 라인에 연결되어 있고, 여기에서 폐액받이로 회수된 용액이 흐른다. 이 예에서는, 연마제를 회수할 때에는 박스(302)의 오른쪽의 회수 라인으로, 배수할 때에는 박스(302)의 왼쪽의 배수 라인으로 용액의 흐름을 전환한다. 또, 도 10에서는 연마제 회수 라인과 배수 라인으로 된 2종류의 라인이 있는 예를 기재하고 있지만, 연마제 회수 라인, 드레싱제 회수 라인, 배수 라인과 같이 2종류 이상의 회수 라인을 설치하는 것도 가능하다.

JP H10-324865 JP H11-277434

전술한 바와 같이, 복수의 용액을 사용하는 경우에, 연마포에 공급하는 용액의 종류의 전환 직후에, 폐액받이 내에서 복수의 용액이 혼합되어 버린다. 혼합된 용액을 회수하여 재사용하면, 연마 속도나 웨이퍼의 품질이 변동해 버린다. 따라서, 용액끼리의 혼합을 방지하기 위해 용액의 종류의 전환 후 세퍼레이터에 의해 회수 라인과 배수 라인의 전환을 빨리 행할 필요가 있다. 그러나, 종래의 폐액받이에서는 폐액받이의 면적이 크기 때문에 혼합량이 많아지면서, 회수 효율이 악화되는 문제가 있었다. 회수 효율이 나쁘면 재이용하는 연마제의 조정 비용이 증가해 버린다.

연마 용액의 혼합을 억제하고 회수 효율을 높이기 위해 폐액받이의 각도를 급하게 하거나, 폐액받이에서 세퍼레이터까지의 거리를 짧게 하는 등의 대책이 이루어지고 있지만, 연마 대상인 웨이퍼가 커지게 되면 정반의 크기도 커지고 폐액받이의 면적도 증가하기 때문에 대책의 효과는 제한적이었다.

또한, 정반이 요동하기 때문에, 정반의 위치에 따라 폐액받이가 정반의 아래쪽이 되기 때문에 한정된 공간에서 폐액받이의 각도를 급하게 하면, 웨이퍼의 균열이 발생한 경우에 청소 등의 유지보수가 곤란하게 되는 문제도 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 연마제를 회수할 때 다른 용액과의 혼합을 억제하고 회수 효율의 악화를 억제할 수 있으며, 유지보수도 용이한 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연마포가 부착된 정반과, 웨이퍼를 보유지지하는 연마 헤드와, 연마제를 저장하는 탱크와, 상기 탱크 내에 저장된 연마제를 상기 연마포에 공급하는 연마제 공급기구와, 상기 정반 상으로부터 흘러내리는 연마제를 회수하는 폐액받이와, 상기 폐액받이에 접속되고 상기 폐액받이에서 회수한 연마제를 상기 탱크 내에 공급하는 순환기구를 구비하고, 상기 연마제 공급기구에서 상기 탱크 내로부터 상기 연마제를 상기 연마포에 공급하며, 상기 정반 상으로부터 흘러내리는 사용한 연마제를 상기 폐액받이에서 회수하고, 상기 회수한 연마제를 상기 탱크 내에 공급함으로써 상기 연마제를 순환시키면서, 상기 연마 헤드에 보유지지된 상기 웨이퍼의 표면을 상기 연마포에 미끄럼 접촉시켜 연마하는 연마 장치로서, 상기 폐액받이가 상기 정반에 고정된 것을 특징으로 하는 연마 장치를 제공한다.

이와 같이, 폐액받이가 정반에 고정된 연마 장치는, 정반과 함께 폐액받이도 요동하기 때문에 종래와 같이 요동폭만큼 폐액받이를 크게 할 필요가 없다. 따라서, 폐액받이의 면적을 작게 하는 것이 가능하게 되고, 연마제를 회수할 때 다른 용액과의 혼합을 억제하며, 연마제의 회수 효율의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 정반의 요동에 의해 폐액받이와 정반과의 상대적인 위치가 변화할 수 없기 때문에, 정반의 위치에 따라 폐액받이의 청소 등의 유지보수 작업이 어려워지는 일이 없다. 더욱이, 폐액받이의 제거가 가능하게 되며, 파손 등에 의한 교환이 용이하게 된다.

이때, 상기 폐액받이가 상기 정반의 측면을 둘러싸는 링 형상인 것이 바람직하다.

이처럼, 폐액받이가 정반의 측면을 둘러싸도록 링 형상으로 되면, 정반의 상면의 전체 둘레로부터 흘러내리는 폐액을 적은 면적에서 효율적으로 회수할 수 있다.

또한, 이때, 상기 폐액받이가 바닥판과 측판으로 이루어진 것이며, 상기 측판이 분리 가능한 것이 바람직하다.

이와 같은 것이라면, 청소시에 측판을 분리하여 청소 작업이 가능하기 때문에 더욱 유지보수성이 우수한 연마 장치로 된다.

본 발명의 연마 장치에 의하면, 재이용하는 연마제를 회수할 때 다른 용액과의 혼합을 억제하고 회수 효율의 악화를 억제할 수 있다. 또한, 정반의 위치에 따라 폐액받이의 청소 등의 유지보수 작업이 어려워지는 일이 없다.

도 1은 본 발명의 연마 장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 연마 장치의 정반의 주변부의 일례를 나타낸 평면도 및 측면도이다.
도 3은 본 발명의 연마 장치의 정반 측면의 주변부의 확대도이다.
도 4는 실시예, 비교예의 연마 속도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 실시예, 비교예의 연마제의 배수량을 나타낸 그래프이다.
도 6은 비교예에서 이용한 연마 장치의 정반의 주변부를 개략적으로 나타낸 평면도 및 측면도이다.
도 7은 비교예에서 이용한 연마 장치의 정반 측면의 주변부의 확대도이다.
도 8은 종래의 편면 연마 장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 9는 종래의 인덱스 방식의 편면 연마 장치의 일례를 나타낸 개략도이다.
도 10은 세퍼레이터의 일례를 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명에 대한 실시 형태를 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 종래의 연마 장치에서는 폐액받이가 정반의 아래쪽에 설치되어 있으며, 이를 통해 정반의 요동폭에 맞게 폐액받이의 크기를 매우 크게 할 필요가 있다. 그 결과, 폐액받이의 면적이 크기 때문에 용액의 혼합량이 많아지고, 회수 효율이 악화되는 문제가 있다. 또한, 정반의 위치에 따라 폐액받이는 정반의 아래쪽 등에 위치하기 때문에 웨이퍼의 균열이 발생한 경우에 청소 등의 유지보수가 곤란하게 되는 문제도 있다.

이에 본 발명자들은 이러한 문제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 폐액받이를 정반에 고정하면, 폐액받이의 크기를 필요 이상으로 크게 할 필요가 없고, 연마제를 회수할 때 드레싱제나 순수와의 혼합 또는 희석을 억제하며, 연마제 품질의 안정화 및 사용량의 삭감이 이루어질 수 있고, 장치의 양호한 유지보수성도 얻을 수 있는 것을 알아내어 본 발명을 완성시켰다.

이하, 본 발명의 연마 장치를 도 1 내지 3을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연마 장치(1)는, 연마포(2)가 부착된 정반(3)과, 웨이퍼(W)를 보유지지하는 연마 헤드(4)와, 연마제를 저장하기 위한 탱크(5)와, 이 탱크(5) 내에 저장된 연마제를 연마포(2)에 공급하는 연마제 공급기구(6)와, 정반(3) 위에서부터 흘러내리는 연마제를 회수하는 폐액받이(7)와, 폐액받이(7)에 접속되어 폐액받이(7)에서 회수한 연마제를 탱크(5) 내에 공급하는 순환기구(8)를 구비한다. 또한, 도 1에서는 1개의 정반 상에 2개의 연마 헤드(4)를 가진 형태를 도시하였는데, 본 발명의 연마 장치는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 1개의 정반 상에 1개 또는 3개 이상의 연마 헤드를 가지고 있어도 좋다. 또한, 정반의 수도 특별히 한정되지 않으며, 복수의 정반을 가지고 있어도 좋다.

여기서, 본 발명의 연마 장치(1)에서는 폐액받이(7)가 정반(3)에 고정되어 있다. 이로써, 정반의 요동의 유무나 정반의 크기에 관계없이 폐액받이의 면적을 작게 할 수 있기 때문에 연마 용액의 혼합을 억제하고 회수 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 정반의 요동 등에 의해 정반과의 상대적인 위치가 변화할 수 없기 때문에, 정반의 위치에 따라 폐액받이의 청소 등의 유지보수 작업이 어려워지는 일이 없다. 따라서, 유지보수 작업에 걸리는 시간을 단축할 수 있어, 장치를 정지시키는 시간의 단축이 가능하게 된다. 또한, 폐액받이(7)를 정반(3)에 고정하려면 예를 들어 도 2의 (B), 도 3과 같이 정반(3)의 하부에 받침대를 설치하고 폐액받이(7)를 정반(3)에 고정할 수 있다.

또한, 도 2의 (A)에 도시된 바와 같이, 폐액받이(7)의 형상은 정반(3)의 측면을 둘러싸는 링 형상으로 할 수 있다. 이러한 것이라면 정반(3)의 윗면의 전체 둘레에서 흘러내리는 폐액을 작은 면적으로 효율이 좋게 회수할 수 있다.

또한, 도 1, 도 2의 (B) 및 도 3에 도시된 바와 같이, 폐액받이(7)가 바닥판(7a) 및 측판(7b)으로 구성되어 있어도 좋고, 측판(7b)이 분리 가능하게 되어 있어도 좋다. 이러한 것이라면 청소시에 측판을 분리하여 청소 작업을 하는 것이 가능하기 때문에 더욱 유지보수시의 작업성이 우수하다. 또, 폐액받이(7)는 염화 비닐 등의 합성수지가 바람직하다.

또한, 도 2, 도 3에 도시된 연마 장치에는, 폐액받이(7)의 외측에 폐액 트레이(9)가 배치되어 있다. 이 폐액 트레이(9)는, 유지보수시에 폐액받이(7)의 측판(7b)을 분리한 상태에서 정반(3)의 핸드 샤워 등에 의한 청소를 실시한 경우에 정반(3)의 기계실에 물이 침입하는 것을 방지할 수 있다. 또, 폐액 트레이(9)는 염화 비닐 등의 합성수지가 바람직하다.

이와 같은 연마 장치(1)에서는 연마제 공급기구(6)에 부수적인 펌프(12) 등으로 탱크(5) 내에서부터 연마제를 연마포(2)에 공급하고, 정반(3) 위에서부터 흘러내리는 사용된 연마제를 폐액받이(7)로 회수한다.

폐액받이(7)에서 회수되는 사용된 연마제는 도 1에 도시된 바와 같이, 폐액 회수 라인(10), 세퍼레이터(11) 등으로 구성된 순환기구(8)에 의해 탱크(5) 내에 공급된다. 또, 세퍼레이터(11)에 의해 회수 라인과 배수 라인의 전환을 할 수 있다. 세퍼레이터(11)는, 예컨대 도 10에 도시된 바와 같은 종래의 세퍼레이터와 같은 것을 사용할 수 있다.

그리고 탱크(5) 내에 회수한 연마제를 연마포(2)에 공급한다. 이와 같이 연마제를 순환시키면서 연마 헤드(4)로 보유지지한 웨이퍼(W)의 표면을 연마포(2)에 미끄럼 접촉시켜 연마한다.

본 발명의 연마 장치(1)로 연마를 하면 연마제를 순환시켜 재사용해도 연마제가 다른 용액과 혼합되기 어렵다. 따라서 연마제의 희석 등이 일어나기 어렵고 연마 속도의 변동을 억제할 수 있다. 또한, 다른 용액과 혼합해 버려 재사용할 수 없게 되는 연마제의 양을 줄일 수 있기 때문에 연마제에 소요되는 비용을 줄일 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예 및 비교예를 제시하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

본 발명의 연마 장치를 이용하여 연마제를 순환시켜 재사용하면서 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼의 연마를 실시했다. 또한, 연마 장치는 3개의 정반을 가지며, 1 정반 당 2개의 연마 헤드를 갖춘 인덱스 방식의 연마 장치를 사용하였다. 정반의 직경은 800mm였다.

실시예서는 도 3에 도시된 바와 같이 정반(3)의 하부에 받침대를 설치하고, 염화 비닐제의 폐액받이(7)를 정반(3)에 고정했다. 폐액받이는 정반과 함께 요동하기 때문에 폐액받이의 면적은 최대 연마 유량시에 오버 플로우(overflow)하지 않는 크기까지 줄일 수 있었다. 그 결과, 폐액받이의 면적(평면 점유 면적)은 68.3mm²로 되어, 후술하는 비교예의 약 1/5까지 줄일 수 있었다. 또, 실시예에서는 연마액의 혼합을 억제하고 회수 효율을 개선하기 위해, 폐액받이 내부에 경사를 마련했다.

폐액받이의 면적을 저감한 것에 의한 효과를 확인하기 위해 이하의 세퍼레이터의 전환 조건 1, 2에서 각각 10회분 연속으로 웨이퍼의 연마를 실시했다. 또, 이 연마에서는 웨이퍼의 연마를 실시하여 순수에 의한 연마포의 브러싱을 할 때까지를 1회분으로 하여, 이를 10회 반복했다.

(조건 1)

조건 1은 탱크 내의 연마제의 양이 저하되지 않는 타이밍에서 세퍼레이터의 라인 전환을 했다. 이 조건에서는 연마제에 순수가 혼합되고 연마제가 희석되어 연마 속도가 저하되기 쉽다. 연마 속도의 변동을 조사한 결과, 도 4에 도시된 바와 같이 실시예에서는 연마 속도의 저하는 7%로 억제되었다. 또, 도 4에서는 각 회분의 연마 속도는 1회분째의 연마 속도에 대한 상대값으로 하고 있다.

(조건 2)

또한, 조건 2에서는 연마제에 순수가 혼합되지 않는 타이밍에서 세퍼레이터의 전환을 했다. 이 조건에서는 연마제의 배출량이 증가하기 쉽다. 10회분의 연속 연마 후 슬러리 탱크의 잔량에서 배출량을 구했다. 그 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 실시예의 연마제의 배출량은 38%로 나타났다.

(비교예)

폐액받이를 정반에 고정하지 않은 종래의 연마 장치를 이용한 것 외에는, 실시예와 동일한 조건에서 실시예와 마찬가지로 연마 속도 및 연마 배출량을 평가했다. 비교예에서 이용한 연마 장치는 도 6, 7에 도시된 바와 같이, 폐액받이(107)가 정반(103)에 고정되어 있지 않기 때문에, 정반(103)의 요동에 의해 폐액받이(107)와 정반(103)의 상대 위치가 변화한다. 이로써, 정반 위치에 관계없이 연마제를 회수하기 위해서는 폐액받이의 면적을 크게 하는 것이 필수이다. 비교예에서의 정반 크기와 요동폭의 경우를 고려한 결과, 폐액받이의 면적(평면 점유 면적)은 307.3mm²으로 되었다. 요동폭의 문제로 더 이상 면적을 작게 할 수 없었다. 또, 실시예와 마찬가지로 연마액의 혼합을 억제하고 회수 효율을 개선하기 위해 폐액받이 내부에 경사를 마련하고 있다.

위 조건 1에서 10회분 연속으로 연마를 실시한 결과, 비교예에서는 연마 속도가 24% 감소했다. 이와 같이, 실시예에 비해 대폭 연마 속도가 저하되었다.

위 조건 2에서 10회분 연속으로 연마를 실시한 결과, 비교예에서는 63%의 연마제가 배출되었다. 이와 같이, 실시예에 비해 대폭 배출량이 증가하였다.

또, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시 형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구의 범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며 동일한 작용 효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (3)

1. 연마포가 부착된 정반과, 웨이퍼를 보유지지하는 연마 헤드와, 연마제를 저장하는 탱크와, 상기 탱크 내에 저장된 연마제를 상기 연마포에 공급하는 연마제 공급기구와, 상기 정반 상으로부터 흘러내리는 연마제를 회수하는 폐액받이와, 상기 폐액받이에 접속되고 상기 폐액받이에서 회수한 연마제를 상기 탱크 내에 공급하는 순환기구를 구비하고, 상기 연마제 공급기구에서 상기 탱크 내로부터 상기 연마제를 상기 연마포에 공급하며, 상기 정반 상으로부터 흘러내리는 사용한 연마제를 상기 폐액받이에서 회수하고, 상기 회수한 연마제를 상기 탱크 내에 공급함으로써 상기 연마제를 순환시키면서, 상기 연마 헤드에 보유지지된 상기 웨이퍼의 표면을 상기 연마포에 미끄럼 접촉시켜 연마하는 연마 장치로서,
   상기 폐액받이가 상기 정반의 측면에 고정된 것이며, 바닥판 및 측판으로 이루어진 것이며, 상기 측판이 상기 바닥판으로부터 분리 가능한 것을 특징으로 하는 연마 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 폐액받이가 상기 정반의 측면을 둘러싸는 링 형상인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
   
3. 삭제

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