KR102650422B1 - 연마 헤드 및 연마 처리 장치 - Google Patents

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다카후미 구와노
하지메 도미자와
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미크로 기켄 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 기판의 피연마면의 부분적인 연마 부족 또는 과(過)연마 등의 연마 불균일의 발생을 방지하고, 기판 표면의 ESFQR 등의 한층 더한 향상을 꾀할 수 있으며, 고품질이고 안정적으로 다수 매의 연마 처리를 행할 수 있는 연마 헤드 및 연마 처리 장치를 제공한다.
상기 연마 헤드는, 통상체의 둘레면 위쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 1 플랜지부와 당해 둘레면 아래쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 2 플랜지부를 갖는 헤드 케이스, 제 2 플랜지부의 외주를 둘러싸는 사이즈로 형성되고, 그 상단부에 제 1, 제 2 플랜지부 사이에 위치하는 제 3 플랜지부가 형성된 멤브레인 지지 링, 이 멤브레인 지지 링의 하단측 개구부에 피복되며, 그 표면측에 첩착(貼着)된 백킹 필름을 개재하여 웨이퍼를 홀딩하는 멤브레인, 상기 기판의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된 리테이너 링, 헤드 케이스와 멤브레인 지지 링과 리테이너 링을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 기구를 갖는다.

Description

연마 헤드 및 연마 처리 장치
본 발명은, 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판 등의 기판의 연마 처리에 이용하는 연마 헤드 및 연마 처리 장치에 관한 것이다.
근래, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판과 같은 기판(이하, 웨이퍼라고 칭한다)의 고집적화에 수반하여, 기판 표면의 평탄화 기술이 점점 중요해지고 있다. 이 평탄화 기술 중, 가장 중요한 기술은, 화학적 기계적 연마(CMP(Chemical Mechanical Polishing))이다. 이 화학적 기계적 연마는, 연마 처리 장치(폴리싱 장치라고도 불린다)를 이용하여, 실리카(SiO2) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드 등의 연마면 상에 공급하면서, 기판을 연마면에 슬라이드 접촉(摺接)시켜 연마 처리를 행하는 것이다.
또, 웨이퍼를 홀딩하는 연마 헤드에는, 연마 처리에 있어서 회전에 의한 슬라이딩 마찰력에 의해 가세(付勢)된 웨이퍼가 바깥쪽으로 튀어나가지 않도록 하기 위해 당해 웨이퍼의 외주를 둘러싸도록 링상(狀)으로 형성된 리테이너 링이 설치되어 있다. 이 리테이너 링은, 연마 중의 웨이퍼를 그 내주면에서 받아냄으로써, 웨이퍼의 튀어나감을 규제한다.
또한, 연마 헤드에의 착탈을 용이하게 하기 위해 리테이너 링을 포함하는 일련의 구성을 템플레이트로서 이용할 수도 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에 개시된 CMP 장치는, 템플레이트가 마모되어 템플레이트 두께가 서서히 얇아지는 경우라도, 백킹 필름이 웨이퍼의 둘레 가장자리를 누르는 누름력(押壓力)이 과도하게 높아지는 것을 억제한다는 것이다. 이것에 의해 템플레이트 두께가 경시(經時)적으로 변화하더라도, 웨이퍼의 둘레 가장자리에 있어서의 연마 레이트가 웨이퍼의 다른 영역에 있어서의 연마 레이트에 비해 현저하게 변동하는 것을 억제할 수 있다고 하고 있다.
또, 특허문헌 2에 개시된 연마기는, 사각형의 피(被)연마재를 연마하는 경우에 피연마재의 모서리부에 균등한 누름력을 작용시킴으로써 사각형 피연마재에 있어서의 모서리부의 연마 불량을 유효하게 억제한다는 것이다.
또, 특허문헌 3에 개시된 연마 헤드는, 복수의 압력실에 봉입되는 압력 유체의 양에 따른 누름력이 각 압력실로부터 기판의 배면측에 부여되어 기판의 피처리면의 전면(全面)에 걸쳐 원하는 누름력을 불연속부가 없는 상태로 부여하고, 또한 백킹 필름 외경을 웨이퍼 외경보다도 작게 하여, 웨이퍼 단부의 응력 집중을 방지한다는 것이다. 이것에 의해 누름력의 불균일에 의해, 연마 불균일, 연마 부족, 과연마가 발생해 버리는 것이 방지되고, ESFQR(Edge Site Front least sQuare Range)의 악화 현상(現狀)을 대폭으로 개선하여, 고품위의 생산기술이 실현될 수 있다고 하고 있다.
일본국 특개2019-121650호 공보 일본국 특개2004-034217호 공보 일본국 특개2014-018933호 공보
이와 같은 연마 처리 장치에서는, 웨이퍼에 있어서 연마 처리의 대상이 되는 면(이하, 「피연마면」이라고 한다)과 연마 패드 사이의 상대적인 속도 및 누름력이 피연마면의 전면에 걸쳐 균일하지 않으면, 연마 부족 또는 과연마 등의 연마 불균일이 발생해 버린다. 이하, 부족 또는 지나치는 경우를 과(過)·소(少)라고 칭하는 경우가 있다.
예를 들면, 웨이퍼 단부(에지) 근방의 평탄도를 평가하는 평가 지표(플랫니스 평가 지표)로서, ROA(Roll Off Amount: 롤 오프량, 에지 롤 오프량이라고도 칭한다), ESFQR과 같은 지표가 사용되고 있다. 또한 ROA 및 ESFQR은 웨이퍼의 외주면 정밀도를 나타내는 파라미터이다.
또 근래에는, 웨이퍼의 외주까지 평평한 형상이 요구되게 되어, 이러한 플랫니스 평가 지표로 10[nm] 이하의 평탄도가 높은 연마 처리를 행할 수 있는 연마 처리 장치가 요구된다.
또, 템플레이트의 리테이너 링은 생산 매수의 증가에 수반하여 마모되어 그 두께는 얇아진다. 여기에서, 템플레이트 두께가 서서히 얇아지는 것, 구체적으로는 리테이너 링의 마모에 의한 연마 정밀도에의 영향을 설명한다.
도 14는, 어떤 가공압 조건에서의 종래형의 템플레이트에 의한 연마량 RR(Removal Rate)의 모델의 설명도이고, 횡축은 웨이퍼 반경 r, 종축은 연마량 RR이다. (a)는 웨이퍼 두께 Wt＝770[㎛], 리테이너 링 두께 RRt＝820[㎛], (b)는 Wt＝770[㎛], RRt＝770[㎛], (c)는 Wt＝770[㎛], RRt＝720[㎛]이다.
도 14(a)에서는 이상(理想) 형태로 되어 있으며, 후술하는 도 16의 거동 효과(가압 면적 지름＜웨이퍼 지름)가 나타나고 있다. 도 14(b)는 FEM 해석 이론과 합치하고 있다. 그러나 도 14(c)에서는 웨이퍼 단부가 멤브레인의 장력의 수직 분력(分力)으로 밀어 가압되어 ESFQR이 이론 경향보다도 크게 악화하고 있다.
도 15는, 특허문헌 1·특허문헌 3에 관한 「가압 면적 지름＜웨이퍼 지름」 템플레이트에 의한 연마량 RR 모델의 설명도이다.
도 15(a)에서는, 도 14(b)의 웨이퍼 전면 가압 상태보다 대폭으로 ESFQR이 개선되어 있지만, 리테이너 링의 감마(減摩)에 수반하는 도 15(b)에서는, 웨이퍼 단부가 멤브레인의 장력의 수직 분력으로 밀어 가압되어 ESFQR이 도 15(a)보다도 조금 악화하고 있다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 종래형의 템플레이트에서는, 리테이너 링의 마모에 수반하여 연마량 RR이 대폭으로 변화하는 것을 알아챌 수 있다. 그 때문에, 현재의 연마 처리에 있어서의 정밀도 사양에 대응하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
또, 도 15에 나타내는 특허문헌 1에 관한 템플레이트여도, 현재의 연마 처리에 있어서의 정밀도 사양에서는 대량 생산 기술면에서의 한층 더한 연마량 RR의 안정화가 요구되고 있다.
또한, 특허문헌 3에 개시된 연마 헤드에서는, 연마 처리에 있어서, 가공 시간의 증가에 따라 웨이퍼의 평탄도(ESFQR)의 불균일 현상을 볼 수 있었다.
본 발명은, 기판의 피연마면의 부분적인 연마 부족 또는 과연마 등의 연마 불균일의 발생을 방지하고, 기판 표면의 ESFQR 등의 한층 더한 향상을 꾀할 수 있으며, 고품질이고 안정적으로 다수 매의 연마 처리를 행할 수 있는 연마 헤드 및 연마 처리 장치를 제공하는 것을, 주된 과제로 한다.
본 발명은, 연마 패드를 갖는 연마 테이블과, 연마 처리 대상이 되는 기판을 홀딩하여 그 피연마면을 상기 연마 패드에 슬라이드 접촉시키는 연마 헤드를 갖는 연마 처리 장치로서, 상기 연마 헤드는, 통상체의 둘레면 위쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 1 플랜지부(鍔部)와 당해 둘레면 아래쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 2 플랜지부를 갖는 헤드 케이스와, 상기 제 2 플랜지부의 외주를 둘러싸는 사이즈로 형성되고, 그 상단부에 상기 제 1, 제 2 플랜지부의 사이에 위치하는 제 3 플랜지부가 형성된 환상체와, 상기 환상체의 하단측 개구부에 피복되며, 그 표면측에 첩착(貼着)된 백킹 필름을 개재하여 상기 기판을 홀딩하는 탄성체와, 상기 기판의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된 리테이너 링과, 상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 리테이너 링을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 수단을 갖고, 상기 탄성체의 이면측에는, 환상 탄성체가 배설(配設)되며, 상기 환상체의 내부에는 당해 환상 탄성체의 상면에 압력을 부여하는 교정(矯正) 누름 링이 배설되어 있고, 상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 탄성체에 의해 둘러싸인 공간의 압력을 조정하여 상기 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력을 조정하는 제 1 압력 조정 수단과, 상기 제 1 플랜지부를 기준으로, 상기 리테이너 링이 상기 연마 패드에 부여하는 압력을 조정하는 제 2 압력 조정 수단과, 상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 제 3 플랜지부를 개재하여 상기 환상체를 상승 또는 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리에 부여하는 가공 압력을 조정하는 제 3 압력 조정 수단과, 상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 교정 누름 링에 의한 상기 환상 탄성체를 개재하여 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 부여하는 보전(補塡) 압력을 조정하는 제 4 압력 조정 수단과, 상기 구동 수단, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 압력 조정 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 연마 헤드는, 수평으로 회전하는 연마 패드를 갖는 연마 처리 장치에 설치되는 연마 헤드로서, 통상체의 둘레면 위쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 1 플랜지부와 당해 둘레면 아래쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 2 플랜지부를 갖는 헤드 케이스와, 상기 제 2 플랜지부의 외주를 둘러싸는 사이즈로 형성되고, 그 상단부에 상기 제 1, 제 2 플랜지부의 사이에 위치하는 제 3 플랜지부가 형성된 환상체와, 상기 환상체의 하단측 개구부에 피복되며, 그 표면측에 첩착된 백킹 필름을 개재하여 상기 기판을 홀딩하는 탄성체와, 상기 기판의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된 리테이너 링과, 상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 리테이너 링을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 수단을 갖고, 상기 탄성체의 이면측에는, 환상 탄성체가 배설되며, 상기 환상체의 내부에는 당해 환상 탄성체의 상면에 압력을 부여하는 교정 누름 링이 배설되어 있고, 상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 탄성체에 의해 둘러싸인 공간의 압력을 조정하여 상기 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력을 조정하는 제 1 압력 조정 수단과, 상기 제 1 플랜지부를 기준으로, 상기 리테이너 링이 상기 연마 패드에 부여하는 압력을 조정하는 제 2 압력 조정 수단과, 상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 제 3 플랜지부를 개재하여 상기 환상체를 상승 또는 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리에 부여하는 가압 면적을 조정하는 제 3 압력 조정 수단과, 상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 교정 누름 링에 의한 상기 환상 탄성체를 개재하여 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 부여하는 보전 압력을 조정하는 제 4 압력 조정 수단과, 상기 구동 수단, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 압력 조정 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
또, 수평으로 회전하는 연마 패드를 갖는 연마 처리 장치에 설치되는 연마 헤드가 행하는 연마 처리 방법은, 상기 제 1 압력 조정 수단에 의해 상기 피연마면의 배면측에 가공 압력을 부여하고, 상기 제 2 압력 조정 수단에 의해 상기 연마 패드에 압력을 부여하며, 상기 제 3 압력 조정 수단에 의해 상기 환상체를 상승시켜 당해 제 1 압력 조정 수단에 의한 가공 압력에 비해 상대적으로 당해 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력을 저감하여 행하는 제 1 공정과, 상기 제 1 압력 조정 수단에 의한 가공 압력의 부여를 정지하고, 상기 제 2 압력 조정 수단에 의해 상기 연마 패드에 압력을 부여하며, 상기 제 3 압력 조정 수단에 의해 상기 환상체를 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력의 저감을 해제하고, 상기 제 4 압력 조정 수단에 의한 당해 피연마면의 배면측 외주 근방에 보전 압력을 부여하여 행하는 제 2 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 기판의 피연마면의 부분적인 연마 부족 또는 과연마 등의 연마 불균일의 발생을 방지하고, 기판 표면의 ESFQR 등의 한층 더한 향상을 꾀할 수 있으며, 고품질이고 안정적으로 다수 매의 연마 처리를 행할 수 있는 연마 헤드 및 연마 처리 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 연마 처리 장치가 갖는 연마 헤드 및 그 주변 구성의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 연마 처리 장치가 갖는 연마 헤드 및 그 주변 구성의 일례를 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
도 3은 환상 탄성체(겔체 링)의 단면 형상의 일례를 나타내는 개략 종단면도이다.
도 4는 교정 누름 링의 단면 형상의 일례를 나타내는 개략 종단면도이다.
도 5는 리테이너 링에 의한 연마 패드 표면을 누르는 「패드의 누름」을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 멤브레인 지지 링의 상승 또는 하강의 동작을 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
도 7은 교정 누름 링의 동작을 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
도 8은 연마 후의 RR을 나타내는 그래프(무차원 표시)이다.
도 9의 (a)는 웨이퍼 최단부와 중앙부의 면압(面壓) 일치 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 도 9의 (b)는 가압 영역과 단부 응력 감쇠의 관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10의 (a), (b)는, 토압(土壓) 구근(球根) 원리에 의거하여 설계하는 보전 압력 패턴의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방에의 보전 압력의 분포 곡선(보전 압력 패턴)의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12는 연마 처리를 실행할 때의 제어부에 의한 주요한 제어 순서의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트이다.
도 13의 (a)∼(d)는, 도 12에 나타내는 스텝 S108의 처리에 있어서의 제 1 공정, 제 2 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 14의 (a), (b), (c)는, 종래형의 템플레이트에 의한 연마량 RR 모델의 설명도이다.
도 15의 (a), (b)는, 특허문헌 1에 관한 「가압 면적 지름＜웨이퍼 지름」 템플레이트에 의한 연마량 RR 모델의 설명도이다.
도 16은 웨이퍼 단부의 집중 응력을 완화할 수 있는 기본 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 변형예에 관한 연마 처리 장치가 갖는 연마 헤드 및 그 주변 구성의 일례를 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
도 18은 제 1, 제 2 환상 탄성체의 단면 형상의 일례를 나타내는 개략 종단면도이다.
도 19는 제 1, 제 2 교정 누름 링의 동작을 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
여기에서, 도 16을 이용하여 본원 발명에 관한 기본 개념에 대해 설명한다.
종래의 연마 헤드 기구에서는, 웨이퍼의 전(全)면적부(중심부터 외주 단면까지)에 균등 및 반경 방향으로 단차상의 가공압을 부가하고 있다. 특히 외주 단부에서의 가압 상태는 ESFQR에 크게 영향을 준다. 예를 들면, FEM 해석에서의 연질 패드, 웨이퍼 전면 균일 가압, Gap치(値)(리테이너 링부(105) 내주부터 웨이퍼(W) 단부까지의 거리)가 수 밀리인 경우, 단부의 최대 압축 응력은 중심부 압력의 1.5∼2배 좀 안되게 된다. 또, 응력 영향 범위는 직경 300[mm] 웨이퍼의 경우, 단부로부터 15[mm] 정도가 된다. 이 해석 결과로부터, 외주 단부에 가공 감압력을 부여하면, 단부 응력이 중심부와 등가가 되는 것은 아닌가 하는 지견을 얻었다.
도 16은 직경 300[mm]의 웨이퍼에 단부로부터 5[mm]부(部)를 무가압(가압부는 직경 290[mm])의 상태로서 해석한 결과이다. 도면에서는 변위를 나타내고 있지만, 단부의 패드로의 침강 변위는 중앙부의 약 1/2이며, 가공압은 감압력이 되는 것을 표시하고 있다. 감압 현상은 단부로부터 30[mm] 부근에서부터 발생하고 있으며, 무가압 폭 5[mm]의 약 6배가 되는 거동이 판명되었다. 이 원리를 기반으로 하여, 가압부 면적의 지름·리테이너 링 압력·Gap치 등의 파라미터를 조정함으로써 ESFQR ≒ 0의 조건이 탐색 가능해진다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태예를 설명한다. 또한, 본 실시형태의 연마 처리 장치는, 반도체 웨이퍼나 유리 기판과 같은 기판(이하, 웨이퍼라고 칭하는 경우도 있다)을 연마 대상으로 한다. 본 명세서에서는, 이 기판의 한쪽의 표면을 원형 또는 대략 원형의 피연마면이라고 칭한다. 또, 연마 패드 상에 있어서 웨이퍼의 피연마면이 접하는 면을 연마면이라고 칭한다.
연마 처리 장치는, 연마 부재가 되는 연마 패드가 접착되고, 이 연마 패드를 수평으로 회전시키기 위한 연마 테이블과, 기판의 피연마면을 연마 패드에 대향시켜 슬라이드 접촉시키기 위한 연마 헤드를 갖고 있다.
기판은, 연마 헤드에 의해 연마 패드로 눌러진다. 그리고, 연마 패드에 연마액(슬러리)을 공급하면서 연마 테이블과 연마 헤드를 회전시킴으로써, 피연마면의 연마 처리를 행한다.
[실시형태 예]
도 1은, 본 실시형태에 관한 연마 처리 장치(S)의 개략 구성도이다.
도 1에 나타내는 연마 처리 장치(S)는, 연마 테이블(51)을 갖고, 이 연마 테이블(51)의 표면부에 연마 패드(50)가 접착되어 있다.
연마 처리 장치(S)는, 추가로 기판(웨이퍼)(W)을 홀딩하여 그 피연마면을 연마 패드(50)로 누르는 연마 헤드(100), 연마액을 연마 패드(50)를 향해 공급하기 위한 노즐(N), 연마 테이블(51) 및 연마 헤드(100)를 각각 수평으로 회전시키기 위한 모터(도시 생략), 노즐(N)과 접속되어 있는 연마액 공급 기구(도시 생략), 및 모터를 포함하는 각 구동부를 제어하기 위한 컴퓨터를 포함하는 제어부(20)를 갖는다.
연마 패드(50)는 원반상의 것이고, 그 반경은, 웨이퍼(W)의 피연마면의 최대경(직경)보다도 큰 것이다. 이 기구에 있어서 연마 패드(50)와 연마 헤드(100) 각각의 회전수 및 회전 방향을 변화시켜, 웨이퍼(W)면(面) 내의 상대 연마 속도를 조정할 수 있는 기구로 되어 있다. 또, 연마 패드(50)는, 그 자체로 탄성을 갖는 것이며, 부직포로 이루어지는 것이나, 발포 우레탄제인 것 등, 시장에서 입수할 수 있는 소재를 이용할 수 있다.
연마 헤드(100)는, 웨이퍼(W)를, 그 피연마면이 연마 패드(50)에 슬라이드 접촉하도록 홀딩하는 홀딩 기구, 홀딩된 웨이퍼(W)를 그 피연마면의 배면 방향(배면측)으로부터 연마 패드(50)의 방향을 향해 압력을 부여하는 누름 기구를 갖는다. 이들의 기구의 상세에 대해서는 후술한다.
제어부(20)는, 노즐(N)의 위치 결정, 노즐(N)로부터의 연마액의 공급 개시 또는 정지 제어, 노즐(N)로부터 분출 공급되는 연마액의 단위 시간당 공급량 제어, 모터의 시동 개시나 시동 정지 제어 등을 주로 행한다. 제어부(20)에 의해 제어된 모터의 회전력은, 도시하지 않는 구동부를 개재하여 연마 테이블(51)에 전달된다. 이것에 의해 연마 테이블(51)이 수평으로 회전하거나, 또는 회전을 정지한다.
연마 헤드(100)에도, 도시하지 않는 구동부(예를 들면 유니버설 조인트)를 개재하여 모터의 회전력(토크)이 전달된다. 이것에 의해 연마 헤드(100)가 수평으로 회전하거나, 또는 회전을 정지한다.
연마 테이블(51)의 회전 방향과 연마 헤드(100)의 회전 방향은 같은 방향인 것이 일반적이다. 이것은, 역방향으로 하면 웨이퍼면 내의 연마 상대 속도가 불균일하게 되고, 균등량 연마가 불가능해질 우려가 있기 때문이다. 연마 테이블(51)의 회전 방향과 연마 헤드(100)의 회전 방향을 같은 방향으로 하여, 양자의 회전 속도를 조정함으로써 연마 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 단일 모터의 회전력을, 각각 다른 기어비의 기어를 개재하여 연마 테이블(51) 및 연마 헤드(100)에 전달하도록 해도 되고, 각각 개별의 모터를 통하여 회전력을 전달하도록 해도 된다. 양자는 임의로 설계할 수 있다. 이 제어부(20)에 의한 제어 순서에 대해서는, 후술한다.
연마액은, 제어부(20)의 제어에 의해 연마 테이블(51)의 회전 속도가 소정치에 도달한 상태에서, 노즐(N)으로부터 소정 시간, 연마 패드(50)를 향해 공급된다.
다음으로, 연마 처리 장치(S)가 구비하는 연마 헤드(100) 및 그 주변 구성에 대해, 상세하게 설명한다.
[연마 헤드 및 그 주변 구성]
도 2는, 연마 처리 장치(S)가 갖는 연마 헤드(100) 및 그 주변 구성의 일례를 설명하기 위한 개략 종단면도이다. 도 2를 이용하여 연마 헤드(100)의 구성의 일례를 설명한다.
또한, 이하의 설명에 있어서는, 웨이퍼 표면의 GBIR(Global backside ideal range) 등의 한층 더한 향상을 꾀하기 위해 연마 처리 장치(S)가 제어하는 압력에 있어서 웨이퍼(W)를 그 피연마면이 연마 패드(50)에 슬라이드 접촉하도록 홀딩하고, 홀딩된 웨이퍼(W)를 그 피연마면의 배면 방향(배면측)으로부터 연마 패드(50)의 방향을 향해 압력을 부여한다.
[연마 헤드의 구성]
도 2에 나타내는 연마 헤드(100)는, 크게 나누어, 연마 대상인 웨이퍼(W)에 대해 연마 압력(가공 압력)이 부여된 상태 등에서 당해 웨이퍼(W)를 연마 패드(50)에 슬라이드 접촉시키는 홀딩 기구를 갖는다. 연마 헤드(100)는, 또, 연마 압력(가공 압력)의 부여나 연마 패드(50)측을 향해 리테이너 링(6)을 누르기 위한 누름 기구를 갖는다.
또한 본 실시형태에 관한 리테이너 링(6)은, 연마 헤드(100) 및 연마 테이블(51)의 회전력에 의해 가세된 웨이퍼(W)의 외주 방향으로의 튀어나감을 규제한다. 또한, 웨이퍼 단부와 연마 패드(50)의 접촉 압력에도 관여하는 것이다.
연마 헤드(100)는, 헤드 케이스(2), 멤브레인 지지 링(3), 멤브레인(4), 백킹 필름(5), 리테이너 링(6), 플렉시블 판(7)을 갖는다.
여기에서, 연마 헤드(100)는, 헤드 케이스(2)와 접속된 플렉시블 판(7)을 개재하여 구동력(예를 들면 기동 수단인 모터의 회전력(토크))이 전달되도록 구성된다. 구체적으로는, 멤브레인 지지 링(3)은, 헤드 케이스(2)에 접속된 플렉시블 판(7)(접속부 도시하지 않음)과 접속되고, 리테이너 링(6)은, 당해 멤브레인 지지 링(3)과 드라이브 핀(8)을 개재하여 접속된다.
이것에 의해 연마 헤드(100)가 갖는 각종 구성이 일체적으로 수평으로 회전하거나, 또는 회전을 정지할 수 있다. 이와 같이 플렉시블 판(7)은, 멤브레인 지지 링(3)과 리테이너 링(6)을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 수단으로서 기능한다.
또한, 회전의 개시, 그 정지, 단위 시간당 회전량 등은 미리 설정된 내용에 의거하여 제어부(20)가 제어한다.
헤드 케이스(2)는, 통상체의 둘레면 위쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 1 플랜지부(21)와 당해 둘레면 아래쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 2 플랜지부(22)를 갖는다. 또한, 도 2에 있어서는 헤드 케이스(2), 제 1 플랜지부(21), 제 2 플랜지부(22)를 조합하여 구성하는 일례를 나타내고 있지만, 이것으로 한정하는 것은 아니며, 이들을 일체적으로 형성해도 된다.
멤브레인 지지 링(3)은, 헤드 케이스(2)의 제 2 플랜지부(22)의 외주를 둘러싸는 사이즈로 형성된 환상체이고, 그 상단부에 제 1 플랜지부(21), 제 2 플랜지부(22) 사이에 위치하는 제 3 플랜지부(31)가 형성된다. 멤브레인 지지 링(3)은, 예를 들면 SUS재 등을 이용하여 형성된다. 또한, 도 2에 있어서는 멤브레인 지지 링(3), 제 3 플랜지부(31)를 조합하여 구성하는 일례를 나타내고 있지만, 이것으로 한정하는 것은 아니며, 이들을 일체적으로 형성해도 된다.
멤브레인(4)은, 멤브레인 지지 링(3)의 하단측 개구부에 피복되고, 그 표면측에 첩착된 백킹 필름(5)을 개재하여 웨이퍼(W)를 홀딩한다. 멤브레인(4)은, 멤브레인 지지 링(3)의 외주면에 끼워 장착(嵌裝)할 수 있는 내경이고 대략 통 형상(냄비형)으로 형성된 통 형상의 탄성체(통 형상 탄성체)이다. 멤브레인(4)은, 또, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM), 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 뛰어난 고무재에 의해 형성된다.
백킹 필름(5)은, 멤브레인(4)의 외저면(外底面)(외표면)에 팽팽하게 설치(張設)되는 필름상의 박막이다. 예를 들면 부직포 등의 다공질재를 그 소재로서 이용할 수 있다. 백킹 필름(5)은, 웨이퍼(W)의 피연마면을 연마 패드(50)에 대향(맞닿음)시켜, 슬라이드 접촉한 상태로 홀딩한다. 이와 같이 멤브레인(4), 백킹 필름(5)은, 웨이퍼(W)를 홀딩하는 홀딩 기구로서 기능한다.
리테이너 링(6)은, 웨이퍼(W)의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된다. 리테이너 링(6)은, 연마 헤드(100) 및 연마 테이블(51)의 회전력에 의해 가세된 웨이퍼(W)의 외주 방향으로의 튀어나감을 규제하는 것 외에, 웨이퍼 단부와 연마 패드(50)의 접촉 압력 제어에도 관여하는 것이다.
연마 헤드(100)에서는, 연마 가공 시에 있어서 웨이퍼(W)의 단부와 리테이너 링(6)의 내주측 내벽에 틈을 갖고 구성된다. 또, 리테이너 링(6)에 의한 연마 패드(50) 표면을 누르는 「패드의 누름」을 기능적으로 높은 정밀도로 행할 수 있다. 이와 같이 리테이너 링(6)은 연마 헤드(100)의 누름 기구의 하나로서 기능한다.
연마 헤드(100)가 갖는 멤브레인(4)의 이면측에는, 겔체 링(10)(이하, 환상 탄성체(10)라고 칭한다)이 배설되고, 멤브레인 지지 링(3)(환상체(3))의 내부에는 당해 환상 탄성체(10)의 상면에 압력을 부여하는 교정 누름 링(11)이 배설된다. 이하, 환상 탄성체(10), 교정 누름 링(11)의 구성의 상세에 대해 설명한다.
도 3은, 환상 탄성체(10)의 단면 형상의 일례를 나타내는 개략 종단면도이다.
환상 탄성체(10)는, 웨이퍼(W)의 사이즈에 비해 상대적으로 작은 사이즈이고 링 형상으로 형성된 탄성체이다. 예를 들면, 도 3(a)에 나타내는 바와 같은 단면 직사각형 형상(도 2에 대응), 도 3(b)에 나타내는 바와 같은 하저면(下底面)의 폭이 상저면(上底面)의 폭에 비해 상대적으로 넓은 단면 대략 사다리꼴 형상, 도 3(c)에 나타내는 바와 같은 단면 대략 반원 형상 등으로 형성할 수 있다.
환상 탄성체(10)는, 예를 들면 엑실사 제조 H0-100·C(부드러움), H5-100·C7(보통), H15-100·C15(단단함) 등을 이용하여 형성할 수 있다.
또, 이용하는 겔의 경도나 겔체 링의 폭, 높이, 교정 누름 링(11)의 압자 형상 등은 후술하는 토압 구근 원리에 의거하여 선정하고, 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 부여하는 보전 압력의 「보전 압력 패턴」을 결정하여 이들을 설정한다. 또한, 압자 형상은 환상 탄성체(10)의 상면을 누르는 교정 누름 링(11)의 누름면 형상이다.
도 4는, 교정 누름 링(11)의 단면 형상의 일례를 나타내는 개략 종단면도이다.
교정 누름 링(11)은, 링 형상으로 형성된 상면부(11b)와 하면부(11c), 원기둥 형상으로 형성된 복수의 접속부(11d)를 갖는다. 접속부(11d)를 개재하여 상면부(11b)와 하면부(11c)는 접속된다. 또, 교정 누름 링(11)은, 멤브레인 지지 링(3)에 접속된 플렉시블 판(7)을 개재하여 홀딩된다. 구체적으로는, 플렉시블 판(7)에 형성된 구멍부(도시하지 않음)에 접속부(11d)가 이동 자유롭게 삽입된 상태로 교정 누름 링(11)이 홀딩되어 있다.
교정 누름 링(11)의 누름면 형상은, 예를 들면 도 4(a)에 나타내는 바와 같은 플랫한 누름면 형상(도 2에 대응), 도 4(b)에 나타내는 바와 같은 단면 대략 반원 형상인 누름면 형상 등으로 형성할 수 있다.
또한, 교정 누름 링(11)의 누름면 형상은, 이용하는 겔의 경도나 겔체 링의 폭, 높이 등과 맞춰서 후술하는 토압 구근 원리에 의거하여 설계하고, 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 부여하는 보전 압력의 「보전 압력 패턴」을 결정하여 그 형상을 특정한다.
[누름 기구]
연마 헤드(100)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 헤드 케이스(2)의 제 2 플랜지부(22), 멤브레인 지지 링(3)(환상체(3))과 멤브레인(4)에 의해 형성된 공간이 웨이퍼(W)를 그 피연마면의 배면 방향(배면측)으로부터 연마 패드(50)의 방향을 향해 압력을 부여하는 압력실(밀봉 상태의 기실(氣室))을 형성한다. 연마 헤드(100)에 형성된 압력실은, 백킹 필름(5)을 멤브레인(4)에 장착한 상태의 백킹 필름(5)의 영역을 투영한 당해 멤브레인(4) 상의 영역에 대응하는 공간이다.
또한, 헤드 케이스(2)의 제 2 플랜지부(22)와 멤브레인 지지 링(3)(환상체(3))은 밀봉 격벽(12)을 개재하여 접속된다. 또, 밀봉 격벽(12)은 예를 들면 고무 등의 탄성체를 이용하여 형성된다.
연마 처리 장치(S)가 갖는 연마 헤드(100)에서는, 도시하지 않는 유체 공급 기구에 연접(連接)된 에어 파이프를 개재하여 압력실을 향해 압력 유체(예를 들면 압축 공기)를 공급하거나, 또는 공급한 압력 유체를 회수 가능하게 구성된다. 즉 연마 헤드(100)는, 압력실에 공급하는 압력 유체(도 2에 나타내는 파선 P1)의 양을 조정하여 웨이퍼(W)에 대해 부여하는 가공 압력 P1을 발생시킬 수 있도록 구성된다.
이들 구성은, 제어부(20)를 개재하여, 헤드 케이스(2)(제 2 플랜지부(22))와 멤브레인 지지 링(3)과 멤브레인(4)에 의해 둘러싸인 공간(압력실)의 압력을 조정해 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력 P1을 조정하는 제 1 압력 조정 수단으로서 기능한다.
도 5는, 리테이너 링(6)에 의한 연마 패드(50) 표면을 누르는 「패드의 누름」을 설명하기 위한 도면이다.
연마 처리 장치(S)가 갖는 연마 헤드(100)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 헤드 케이스(2)의 제 1 플랜지부(21)와 리테이너 링(6) 사이에 에어백 P2가 배설된다.
또, 연마 처리 장치(S)가 갖는 연마 헤드(100)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않는 유체 공급 기구에 연접된 에어 파이프를 개재하여 에어백 P2를 향해 압력 유체(예를 들면 압축 공기)를 공급하거나, 또는 공급한 압력 유체를 회수 가능하게 구성된다. 즉 연마 헤드(100)는, 에어백 P2에 공급하는 압력 유체(도 2에 나타내는 파선 P2)의 양을 조정하여 리테이너 링(6)에 의한 연마 패드(50) 표면을 누르는 압력 P2를 발생시킬 수 있도록 구성된다.
에어백 P2는, 링 형상으로 형성되어 있으며, 에어백 P2에 압력 유체가 봉입되어 팽창한다. 이것에 의해, 도 5에 나타내는 바와 같이, 봉입된 압력 유체의 양에 따른 압력 P2로 리테이너 링(6)이 연마 패드(50)를 누를 수 있다.
이들 구성은, 제어부(20)를 개재하여, 에어백 P2에 공급하는 압력 유체의 양을 조정해 제 1 플랜지부(21)를 기준으로, 리테이너 링(6)이 연마 패드(50)에 부여하는 압력 P2를 조정하는 제 2 압력 조정 수단으로서 기능한다. 환언하면, 제 2 압력 조정 수단은 웨이퍼 단부 응력의 최적화를 꾀하기 위한 것이라고도 할 수 있다.
도 6은, 멤브레인 지지 링(3)의 상승 또는 하강의 동작을 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
연마 처리 장치(S)가 갖는 연마 헤드(100)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 헤드 케이스(2)의 제 2 플랜지부(22)와 멤브레인 지지 링(3)의 제 3 플랜지부(31) 사이에 에어백 P3가 배설된다.
또, 연마 처리 장치(S)가 갖는 연마 헤드(100)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않는 유체 공급 기구에 연접된 에어 파이프를 개재하여 에어백 P3를 향해 압력 유체(예를 들면 압축 공기)를 공급하거나, 또는 공급한 압력 유체를 회수 가능하게 구성된다. 즉 연마 헤드(100)는, 에어백 P3에 공급하는 압력 유체(도 2에 나타내는 파선 P3)의 양을 조정하여 멤브레인 지지 링(3)의 상승 또는 하강의 동작이 가능하게 구성된다.
에어백 P3는, 링 형상으로 형성되어 있고, 에어백 P3에 압력 유체가 봉입되어 팽창한다. 이것에 의해, 도 6에 나타내는 바와 같이, 봉입된 압력 유체의 양에 따라 멤브레인 지지 링(3)이 상승하거나(도 2), 하강하거나(도 6) 한다. 즉, 멤브레인 지지 링(3)의 상승 또는 하강의 동작에 따라, 멤브레인(4), 백킹 필름(5)도 상승 또는 하강하게 된다.
멤브레인 지지 링(3)의 상승 또는 하강의 동작에 수반하는 멤브레인(4), 백킹 필름(5)의 상승 또는 하강에 의해, 웨이퍼(W)의 둘레 가장자리 영역에 있어서 백킹 필름(5)이 맞닿는 영역이 변화한다. 이 변화에 따라 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 둘레 가장자리에 부여되는 가공면압도 변화하게 된다(도 2, 도 6, 도 16 참조).
또한, 에어백 P3로 멤브레인(4)의 외주부를 들어 올림으로써, 웨이퍼(W)의 외주부에 가공면압이 부여되는 영역(압력 원주대(圓周帶)라고 칭한다)과 부여되지 않는 영역(비압력 원주대라고 칭한다)이 창성(創成)된다. 환상 탄성체(10)는, 멤브레인(4)과 웨이퍼(W)에 있어서의 압력 원주대와 비압력 원주대의 경계(도 11 등 참조)에 환상 탄성체(10)의 저면의 중심을 맞춰서 배설된다. 이와 같이 환상 탄성체(10)를 배치함으로써, 종래의 연마 헤드로는 불가능했던 ESFQR ≒ 0의 원리 기구가 구명(究明)될 수 있고, 동시에 GBIR도 비약적으로 향상시킬 수 있다.
이들 구성은, 제어부(20)를 개재하여, 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측에 부여되는 가공 압력 중 에어백 P3에 공급하는 압력 유체의 양을 조정해, 제 2 플랜지부(22)를 기준으로 제 3 플랜지부(31)를 개재하여, 피연마면의 배면측 둘레 가장자리에 부여하는 가압 면적 P1'를 조정하는 제 3 압력 조정 수단으로서 기능한다.
또한, 연마 처리 장치(S)가 갖는 연마 헤드(100)에서는, 멤브레인 지지 링(3)의 상승을 소정의 범위로 규제하는 규제 수단으로서 스토퍼(13)를 갖는다. 예를 들면 스토퍼(13)는 나사로 구성된다.
도 7은, 교정 누름 링(11)의 동작을 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
전술한 바와 같이 연마 헤드(100)가 갖는 멤브레인(4)의 이면측에는, 환상 탄성체(10)가 배설되고, 당해 환상 탄성체(10)의 상면에 압력을 부여하는 교정 누름 링(11)이 배설된다. 또, 도 2에 나타내는 바와 같이, 헤드 케이스(2)의 제 2 플랜지부(22)와 교정 누름 링(11) 사이에 에어백 P4가 배설된다.
또, 연마 처리 장치(S)가 갖는 연마 헤드(100)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않는 유체 공급 기구에 연접된 에어 파이프를 개재하여 에어백 P4를 향해 압력 유체(예를 들면 압축 공기)를 공급하거나, 또는 공급한 압력 유체를 회수 가능하게 구성된다. 즉 연마 헤드(100)는, 에어백 P4에 공급하는 압력 유체(도 2에 나타내는 파선 P4)의 양을 조정하여 교정 누름 링(11)의 상승 또는 하강의 동작이 가능하게 구성된다.
또한, 본 실시형태에서는, 교정 누름 링(11)의 상승 동작은 스프링(11a)의 가세력을 받아 상승하도록 구성하고 있다.
에어백 P4는, 링 형상으로 형성되어 있고, 에어백 P4에 압력 유체가 봉입되어 팽창한다. 이것에 의해, 도 7에 나타내는 바와 같이, 봉입된 압력 유체의 양에 따라 교정 누름 링(11)이 상승하거나(도 2), 하강하거나(도 7) 한다. 즉, 멤브레인 지지 링(3)의 상승 또는 하강의 동작에 따라 환상 탄성체(10)의 상면에 부여되는 압력도 변화하게 된다.
교정 누름 링(11)의 상승 또는 하강의 동작에 수반하는 환상 탄성체(10)의 상면에 부여되는 압력이 변화한다. 이 변화에 따라 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 부여되는 보전 압력 P4의 보전 압력 패턴도 변화하게 된다(도 2, 도 7 참조).
이들 구성은, 제어부(20)를 개재하여, 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측에 부여되는 가공 압력 중 에어백 P4에 공급하는 압력 유체의 양을 조정해 제 2 플랜지부(22)를 기준으로, 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 부여하는 보전 압력 P4를 조정하는 제 4 압력 조정 수단으로서 기능한다.
[연마 처리]
여기에서, 본 실시형태에 관한 연마 처리 장치(S)가 실행하는 연마 처리에 대해 설명한다.
본 실시형태에 관한 연마 처리 장치(S)가 실행하는 연마 처리는, 처음에, 어느 로트의 웨이퍼군의 특성이나 연마 처리 장치의 상태에 따라 특정되는 운전 조건(처리 조건)을 특정한다. 그 후에, 이 운전 조건에 의거하여 연속해서 웨이퍼의 연마 처리(양산)를 실시한다.
이하, 운전 조건(처리 조건)을 특정하는 스텝에 대해 설명한다.
[압력 P2의 확정]
도 8은, 연마 전후에서의 웨이퍼 단부의 RR 곡선을 나타내는 그래프이다. 종축은 연마량 RR(Removal Rate)[㎛/min]을 무차원화로 나타내고, 횡축은 웨이퍼의 지름[mm]을 나타낸다. 또한 본 예에서는, ΔRR＝0.2를 관찰하고 있다.
제 1 스텝으로서, 에어백 P3는 압력 유체가 공급되지 않는 무압력 상태로 한다. 이 경우, 멤브레인 지지 링(3)은 하강하고 있는 상태(도 6 참조)이다. 또, 에어백 P4는 압력 유체가 공급되지 않는 무압력 상태로 한다. 이 경우, 교정 누름 링(11)은 환상 탄성체(10)의 상면에 누름력을 부여하고 있지 않은 상태이다.
그리고, 웨이퍼(W)에 대해 가공 압력 P1을 부여하면서, 리테이너 링(6)에 의한 연마 패드(50) 표면을 누르는 압력 P2를 조정함으로써 RR＝1.2를 만족시키도록 조정을 행한다(Pr＝1.75*P1). 본 예에서는, ΔRR＝0.2를 관찰하고 있다.
또한, 도 8에 나타내는 ΔRR은 Gap에 의해 크게 변동한다. 또, Gap은 웨이퍼의 회전 좌표축에 있어서 1회전 중에서 0∼1[mm] 사이에서 변동하기 때문에, ΔRR은 정적인 면압 시트 등에 의한 측정이 아니라, 실(實)운전 데이터에서의 평균적 거동을 얻는 쪽이 보다 정확한 것이 된다.
[보전 곡선]
도 9(a)는, 웨이퍼 최단부와 중앙부의 면압 일치 방법을 설명하기 위한 그래프이다. 종축은 연마량 RR(Removal Rate)[㎛/min]을 무차원화로 나타내고, 횡축은 웨이퍼의 지름[mm]을 나타낸다.
도 9(a)의 그래프로부터는, 검정 파선(연마 RR)과 검정 점선(압력 감쇠)의 합산 평균 거동으로 검정 실선의 보전 곡선이 얻어지는 것을 알아챌 수 있다.
또, 도 9(b)는, 가압 영역과 단부 응력 감쇠의 관계의 일례를 나타내는 도면이고, 멤브레인과 웨이퍼의 이면 접지 면적, 즉 부하 면압 지름의 반경(PAR)과 단부 응력 감쇠의 곡선을 나타내는 그래프이다. 종축은 연마량 RR(Removal Rate)[㎛/min]을 무차원화로 나타내고, 횡축은 웨이퍼의 지름[mm]을 나타낸다.
[멤브레인 지지 링(3)의 상승 동작의 위치 조정(H)]
제 2 스텝으로서, 에어백 P3에 압력 유체를 공급한다. 이 경우, 멤브레인 지지 링(3)은 상승한다(도 2 참조). 멤브레인 지지 링(3)의 상승을 소정의 범위로 규제하는 스토퍼(13)(위치 조정: 높이 H)를 이용하여 에지 포인트에 있어서의 RR＝1.0을 만족시키도록 조정을 행한다. 또한, 에어백 P4는 압력 유체가 공급되지 않는 무압력 상태인 채이다.
이 조정은 면압 시트를 사용하여 H vs RR(DL)을 측정함으로써 행할 수 있다. H의 측정은, 예를 들면 Optex사 제조 LS-100CN 등을 이용할 수 있다.
도 10은, 토압 구근 원리에 의거하여 설계하는 보전 압력 패턴의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 10(a)는, 토압 구근 원리에 의한 하중(면압 폭; B·단위 면적 압력: q)과 응력이 작용하는 범위의 일례를 나타내고 있다. 도 10(b)는, 토압 구근 원리에 의거하는 보전 압력 패턴의 일례를 나타내고 있다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 환상 탄성체(10)를 개재한 교정 누름 링(11)에 의한 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 부여하는 보전 압력 P4는 토압 구근 거동으로 전파되고, 보전 압력 패턴이 형성된다.
또한, 보전 압력 패턴의 측정은, 예를 들면 Tekscan사 제조 I-SCAN·20-F02(분해능 피치: 0.2[mm])를 이용하여 행할 수 있다.
도 11은, 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에의 보전 압력의 분포 곡선(보전 압력 패턴)의 일례를 나타내는 도면이다(도 9(a)에 나타내는 검정 실선의 오목면부를 보전). 종축은 연마량 RR(Removal Rate)[㎛/min]의 무차원을 나타내고, 횡축은 웨이퍼의 지름[mm]을 나타낸다.
제 1 스텝, 제 2 스텝에 의해, 도 11에 나타내는 바와 같이, 환상 탄성체(10)를 개재한 교정 누름 링(11)에 의한 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 부여하는 보전 압력 P4의 보전 압력 패턴을 특정한다.
[연마 처리의 제어 순서]
다음으로, 본 실시형태의 연마 처리 장치(S)에 의한 처리 순서에 대해 설명한다. 도 12는, 연마 처리를 실행할 때의 제어부(20)에 의한 주요한 제어 순서의 일례를 설명하기 위한 플로우 차트이다. 이하 설명하는 처리 순서는, 전술한 운전 조건에 의거하여 연속해서 웨이퍼의 연마 처리(양산)를 실시하는 것이다.
제어부(20)는, 연마 처리 장치(S)의 오퍼레이터에 의한 개시 지시의 입력 접수를 계기로 제어를 개시한다(S100). 또한, 운전 조건으로서, 환상 탄성체(10)를 개재한 교정 누름 링(11)에 의한 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 부여하는 보전 압력 P4의 보전 압력 패턴은 취득 완료된 것으로 한다.
제어부(20)는, 소정의 초기 가공 후, 연마 헤드(100)의 홀딩 기구에 의한 웨이퍼(W)의 홀딩을 개시한다(S101).
제어부(20)는, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 수수(受授) 테이블(도시하지 않음)로부터 웨이퍼(W)를 홀딩하고, 연마 헤드(100)를 연마 처리의 개시 위치로 이동시킨다(S102).
제어부(20)는, 압력실, 에어백 P2, 에어백 P3 각각에 소정량의 압력 유체를 공급하여 가공 압력 P1, 가압 면적 P1', 압력 P2를 조정한다(S103).
제어부(20)는, 압력 유체의 공급량에 따른 각 압력이 적절한 것을 확인한 경우는(S104: Yes), 연마 테이블(51), 그리고, 연마 헤드(100)의 회전을 개시하도록, 도시하지 않는 모터에 지시를 내린다(S105). 이것에 의해, 연마 테이블(51)과 연마 헤드(100)가, 수평으로 회전을 개시한다.
연마 테이블(51)과 연마 헤드(100)의 회전 개시를 지시한 후, 제어부(20)는, 노즐(N)의 위치 결정을 지시하는 동시에, 연마액 공급 기구에 대해 연마액의 공급을 개시시키도록 지시를 내린다(S106). 이것에 의해, 연마액이 노즐(N)로부터 연마 패드(50)의 표면을 향해 공급된다. 이와 같이 제어부(20)는, 연마를 개시한다(S107).
제어부(20)는, 운전 조건에 의거하여 가공 압력의 압력 조정을 개시한다(S108). 여기에서 스텝 S108의 처리에 있어서의 압력 조정에 대해 설명한다. 스텝 S108의 처리에 있어서의 압력 조정은 크게 나누어 제 1 공정, 제 2 공정을 갖는다.
제 1 공정에서는, 제어부(20)는, 전술한 제 1 압력 조정 수단을 개재하여 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측에 가공 압력 P1을 부여하고, 전술한 제 2 압력 조정 수단을 개재하여 연마 패드(50)에 압력 P2를 부여하며, 전술한 제 3 압력 조정 수단을 개재하여 멤브레인 지지 링(3)을 상승시켜 당해 제 1 압력 조정 수단에 의한 가공 압력 P1에 비해 상대적으로 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력이 저감되도록 가압 면적 P1'의 상태로 각각을 조정한다. 이때, 제어부(20)는, 에어백 P4는 압력 유체가 공급되지 않는 무압력 상태가 되도록 제어한다.
제 2 공정에서는, 제어부(20)는, 전술한 제 1 압력 조정 수단을 개재하여 가공 압력 P1의 부여를 정지하고, 전술한 제 2 압력 조정 수단을 개재하여 연마 패드(50)에 압력 P2를 부여하며, 전술한 제 3 압력 조정 수단을 개재하여 멤브레인 지지 링(3)을 하강시켜 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력의 저감 상태(가압 면적 P1'의 상태)를 해제하고, 전술한 제 4 압력 조정 수단을 개재하여 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 보전 압력 P4를 부여하도록 제어한다.
또한, 제 1 공정, 제 2 공정은, 연마 테이블(51)과 연마 헤드(100)의 회전이 유지된 상태에서 내부 시퀀스에 의해 전환된다.
그 후 제어부(20)는, 연마가 종료되었는지 아닌지를 판별한다(S109). 이 판별은, 예를 들면 센서의 검출 결과에 의거하여, 웨이퍼(W)가 원하는 두께로 연마되었다고 판단한 경우에 연마를 종료한다. 또, 그렇지 않은 경우(S109: No), 스텝 S108의 처리로 되돌아간다.
제어부(20)는, 연마가 종료되었다고 판별한 경우(S109: Yes), 연마액 공급 기구에 대해 연마액의 공급 정지를 지시한다(S110).
그 후, 제어부(20)는, 연마 테이블(51)과 연마 헤드(100)의 회전을 멈추도록, 모터에 정지 지시를 내린다(S111). 그 후, 연마 후의 웨이퍼(W)를 재치(載置)하는 테이블까지 연마 헤드(100)를 이동시킨다(S112). 이것에 의해, 일련의 연마 처리의 처리가 종료된다.
또한, 홀딩이 해제되었는지 아닌지의 판별은, 예를 들면 도시하지 않는 각종 센서를 이용하여 검지하도록 구성할 수도 있다. 또한, 연마 테이블(51)과 연마 헤드(100)의 회전 정지 후에, 공급한 압력 유체를 회수해도 된다. 이와 같이 제어함으로써, 연마 후의 웨이퍼(W)가 반송 도중에 있어서 의도하지 않게 탈락해 버리는 것을 방지할 수 있다.
도 13은, 도 12에 나타내는 스텝 S108의 처리에 있어서의 제 1 공정, 제 2 공정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 13(a), (b)는 제 1 공정을 나타내고 있고, 도 13(c), (d)는 제 2 공정을 나타내고 있다. 도면 중 화살표로 나타내고 있는 바와 같이 제 1 공정, 제 2 공정은 (a)부터 (b), (b)부터 (c), (c)부터 (d)의 일련의 공정으로서 진행해 간다.
제 1 공정에서는, 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측에 가공 압력 P1이 부여되고, 연마 패드(50)에 압력 P2가 부여되며, 멤브레인 지지 링(3)을 상승시켜 가공 압력 P1에 비해 상대적으로 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력이 저감되도록 가압 면적 P1'의 상태로 조정하여 처리가 행하여진다. 또한, 에어백 P4는 압력 유체가 공급되지 않는 무압력 상태이다.
제 1 공정의 처리에 있어서, 도 13(a)와 같이 가압 면적의 감소화에 수반하여 도 13(b)에 나타내는 단부 볼록면 현상이 발생한다.
제 2 공정에서는, 가공 압력 P1의 부여를 정지하고, 연마 패드(50)에 압력 P2를 부여하며, 멤브레인 지지 링(3)을 하강시켜 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력의 저감 상태(가압 면적 P1'의 상태)를 해제하고, 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 운전 조건에 따른 보전 압력 패턴의 보전 압력 P4를 부여하여 처리가 행하여진다.
제 2 공정의 처리에 있어서, 도 13(c)와 같이 운전 조건에 따른 보전 압력 패턴의 보전 압력 P4에 의해 부분적 교정 가압이 행하여진다. 그 후, 연마 패드(50)로의 압력 P2를 해제하여(도 13(d)) 제 2 공정의 처리는 종료된다.
본 실시형태에 관한 연마 헤드(100) 및 이것을 갖는 연마 처리 장치(S)에서는, 가공 압력 P1, 가압 면적 P1', 압력 P2, 보전 압력 P4의 조정·제어를 함으로써 고품질이고 안정적인 연마 처리를 행할 수 있다. 또, 기판의 피연마면의 부분적인 연마 부족 또는 과연마 등의 연마 불균일의 발생을 방지하고, 기판 표면의 ESFQR 등의 추가 향상을 꾀할 수 있다.
또, 본 실시형태에 관한 연마 헤드(100) 및 이것을 갖는 연마 처리 장치(S)에 의해, 웨이퍼 단부에 무가압 영역을 설정하여 전면적 가압 시에서의 단부 면압 상승을 저감시키고, 면압 불균형부에 보전 압력을 부여하여 웨이퍼 단부에서의 면압 균형이 될 수 있는 기구를 제공할 수 있다.
[변형예]
이하, 연마 헤드의 변형예에 대해 설명한다. 또한, 실시형태 예에서 설명한 연마 헤드(100) 및 이것을 갖는 연마 처리 장치(S)에 있어서 이미 설명한 구성과 동일한 것은, 동일한 부호를 붙이는 동시에 그 설명을 생략한다.
도 17은, 변형예에 관한 연마 처리 장치(S)가 갖는 연마 헤드(200) 및 그 주변 구성의 일례를 설명하기 위한 개략 종단면도이다. 도 17을 이용하여 연마 헤드(200)의 구성의 일례를 설명한다.
또한, 이하의 설명에서는, 웨이퍼 표면의 GBIR(Global backside ideal range) 등의 한층 더한 향상을 꾀하기 위해 연마 처리 장치(S)가 제어하는 압력에 있어서 웨이퍼(W)를 그 피연마면이 연마 패드(50)에 슬라이드 접촉하도록 홀딩하고, 홀딩된 웨이퍼(W)를 그 피연마면의 배면 방향(배면측)으로부터 연마 패드(50)의 방향을 향해 압력을 부여한다.
[연마 헤드의 구성]
도 17에 나타내는 연마 헤드(200)는, 크게 나누어, 연마 대상인 웨이퍼(W)에 대해 연마 압력(가공 압력)이 부여된 상태 등에서 당해 웨이퍼(W)를 연마 패드(50)에 슬라이드 접촉시키는 홀딩 기구를 갖는다. 연마 헤드(200)는, 또, 연마 압력(가공 압력)의 부여나 연마 패드(50)측을 향해 리테이너 링(6)을 누르기 위한 누름 기구를 갖는다.
연마 헤드(200)는, 헤드 케이스(40), 멤브레인 지지 링(3), 멤브레인(4), 백킹 필름(5), 리테이너 링(6), 플렉시블 판(7)을 갖는다.
여기에서, 연마 헤드(200)는, 헤드 케이스(40)와 접속된 플렉시블 판(7)을 개재하여 구동력(예를 들면 기동 수단인 모터의 회전력(토크))이 전달되도록 구성된다. 구체적으로는, 멤브레인 지지 링(3)은, 헤드 케이스(40)에 접속된 플렉시블 판(7)(접속부 도시하지 않음)과 접속되고, 리테이너 링(6)은, 당해 멤브레인 지지 링(3)과 드라이브 핀(8)을 개재하여 접속된다.
이것에 의해 연마 헤드(200)가 갖는 각종 구성이 일체적으로 수평으로 회전하거나, 또는 회전을 정지할 수 있다. 이와 같이 플렉시블 판(7)은, 멤브레인 지지 링(3)과 리테이너 링(6)을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 수단으로서 기능한다.
또한, 회전의 개시, 그 정지, 단위 시간당 회전량 등은 미리 설정된 내용에 의거하여 제어부(20)가 제어한다.
멤브레인 지지 링(3)은, 연마 처리 대상이 되는 기판(웨이퍼(W))의 외주를 둘러싸는 사이즈의 내주 지름을 갖는 환상체이다. 멤브레인 지지 링(3)은, 헤드 케이스(40)와 접속된다. 멤브레인 지지 링(3)은, 예를 들면 SUS재 등을 이용하여 형성된다.
멤브레인(4)은, 멤브레인 지지 링(3)의 하단측 개구부에 피복되고, 그 표면측에 첩착된 백킹 필름(5)을 개재하여 웨이퍼(W)를 홀딩한다.
멤브레인(4)은, 멤브레인 지지 링(3)의 외주면에 끼워 장착할 수 있는 내경이고 대략 통 형상(냄비형)으로 형성된 통 형상의 탄성체(통 형상 탄성체)이다. 멤브레인(4)은, 또, 에틸렌 프로필렌 고무(EPDM), 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 뛰어난 고무재에 의해 형성된다.
백킹 필름(5)은, 멤브레인(4)의 외저면(외표면)에 팽팽하게 설치되는 필름상의 박막이다. 예를 들면 부직포 등의 다공질재를 그 소재로서 이용할 수 있다. 백킹 필름(5)은, 웨이퍼(W)의 피연마면을 연마 패드(50)에 대향(맞닿음)시켜, 슬라이드 접촉한 상태로 홀딩한다. 이와 같이 멤브레인(4), 백킹 필름(5)은, 웨이퍼(W)를 홀딩하는 홀딩 기구로서 기능한다.
리테이너 링(6)은, 웨이퍼(W)의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된다. 리테이너 링(6)은, 연마 헤드(200) 및 연마 테이블(51)의 회전력에 의해 가세된 웨이퍼(W)의 외주 방향으로의 튀어나감을 규제하는 것 외에, 웨이퍼 단부와 연마 패드(50)의 접촉 압력 제어에도 관여하는 것이다.
연마 헤드(200)가 갖는 멤브레인(4)의 이면측에는, 겔체 링(30a)(제 1 환상 탄성체(30a)), 및 겔체 링(30b)(제 2 환상 탄성체(30b))이 배설된다.
또, 멤브레인 지지 링(3)(환상체(3))의 내부에는, 제 1 환상 탄성체(30a)의 상면에 압력을 부여하는 제 1 교정 누름 링(31a), 및 제 2 환상 탄성체(30b)의 상면에 압력을 부여하는 제 2 교정 누름 링(31b)이 배설된다.
연마 헤드(200)에서는, 도 17에 나타내는 바와 같이, 도시하지 않는 유체 공급 기구에 연접된 에어 파이프를 개재하여 에어백 P4를 향해 압력 유체(예를 들면 압축 공기)를 공급하거나, 또는 공급한 압력 유체를 회수 가능하게 구성된다. 즉 연마 헤드(200)는, 에어백 P4에 공급하는 압력 유체(도 17에 나타내는 파선 P4)의 양을 조정하여 제 1, 제 2 교정 누름 링의 상승 또는 하강의 동작이 가능하게 구성된다.
또한, 도 17에 나타내는 연마 헤드(200)에서는, 일례로서 제 1, 제 2 교정 누름 링의 상승 또는 하강 동작은 스프링(31c)을 개재하여 행하도록 구성하고 있다. 이하, 겔체 링, 교정 누름 링의 구성의 상세에 대해 설명한다.
도 18은, 제 1, 제 2 환상 탄성체의 단면 형상의 일례를 나타내는 개략 종단면도이다.
도 19는, 제 1, 제 2 교정 누름 링의 동작을 설명하기 위한 개략 종단면도이다.
전술한 바와 같이 연마 헤드(200)가 갖는 환상 탄성체는, 도 17에 나타내는 바와 같이, 내주측의 제 1 환상 탄성체(30a)와 외주측의 제 2 환상 탄성체(30b)로 분할되어 구성된다.
또, 연마 헤드(200)가 갖는 교정 누름 링은, 제 1 환상 탄성체(30a)에 압력을 부여하는 제 1 교정 누름 링(31a), 및 제 2 환상 탄성체(30b)에 압력을 부여하는 제 2 교정 누름 링(31b)으로서 구성된다.
이것에 의해, 도 19에 나타내는 바와 같이, 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 부여하는 보전 압력 중 내주측은 제 1 환상 탄성체(30a)에 의해 부여되고, 외주측은 제 2 환상 탄성체(30b)에 의해 부여된다.
또, 제 1 환상 탄성체(30a)와 제 2 환상 탄성체(30b) 사이에는, 보전 압력을 부여할 때의 제 1 환상 탄성체(30a)의 변형과 제 2 환상 탄성체(30b)의 변형이 서로 주는 영향을 저감시키기 위한 변형 방지 링(33)이 배설된다.
또한, 전술의 실시형태 예(연마 헤드(100))에 있어서는, 환상 탄성체(10)는, 멤브레인(4)과 웨이퍼(W)에 있어서의 압력 원주대와 비압력 원주대의 경계(도 11 등 참조)에 환상 탄성체(10)의 저면의 중심을 맞춰서 배설되는 것을 설명했다. 본 변형예에 있어서의 연마 헤드(200)에서는, 변형 방지 링(33)을 이 경계 위치에 설치한다. 이것에 의해, 종래의 연마 헤드로는 불가능했던 ESFQR ≒ 0의 원리 기구가 구명될 수 있고, 동시에 GBIR도 비약적으로 향상시킬 수 있다.
도 18(a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 환상 탄성체(30a)는, 그 내주측의 측면이 경사면이 되는 사다리꼴 형상으로 형성된다.
제 2 환상 탄성체(31b)는, 그 외주측의 측면이 경사면이 되는 사다리꼴 형상으로 형성된다. 또, 제 2 환상 탄성체(31b)는, 웨이퍼(W)의 사이즈에 비해 상대적으로 작은 사이즈로 형성된다.
또, 제 1 교정 누름 링(31a)은, 도 18(a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 환상 탄성체(30a)의 경사면(내주측의 측면)의 전부 또는 일부를 덮도록 구성된다.
제 2 교정 누름 링(31b)은, 제 2 환상 탄성체(30b)의 경사면(외주측의 측면)의 전부 또는 일부를 덮도록 구성된다(도 18(b)). 이것에 의해, 보전 압력을 부여할 때의 제 1 환상 탄성체(30a)의 변형, 및 제 2 환상 탄성체(30b)의 변형에 의한 보전 압력의 유루(遺漏)를 저감시킬 수 있다. 즉, 제 4 압력 조정 수단의 압력 부여에 의한 보전 압력의 조정을 용이하게 하는 동시에, 보다 적절하게 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 부여하는 것이 가능해진다.
또, 제 1 교정 누름 링(31a)은, 도 18(a)에 나타내는 바와 같이, 제 1 환상 탄성체(30a)의 상면을 덮어 제 4 압력 조정 수단으로부터의 압력을 부여하는 동시에, 헤드 케이스(40)와 제 1 교정 누름 링(31a)과 탄성체(멤브레인(4))에 의해 둘러싸인 공간의 압력을 조정하여 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력 P1이, 제 1 환상 탄성체(30a)의 상면에도 부여되도록 구성된다. 이와 같이 제 1 교정 누름 링(31a)은, 제 1 환상 탄성체(30a)의 상면을 덮음으로써, 제 1 환상 탄성체(30a)의 저면을 개재하여 가공 압력 P1을 웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측에 부여할 수 있다.
웨이퍼(W)의 피연마면의 배면측 외주 근방(외주 근방 영역)에 운전 조건에 따른 보전 압력 패턴의 보전 압력 P4를 부여하는 압력 조정 처리(스텝: S108) 처리에 있어서, 제 1 환상 탄성체(30a)와 제 2 환상 탄성체(30b)에 의해, 변형 방지 링(33)의 근방 영역에 있어서의 보전 압력의 조정을 보다 용이하게 실시하는 것이 가능해진다(도 19 참조).
상기 설명한 실시형태는, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가, 이들의 예로 한정되는 것은 아니다.
2, 40: 헤드 케이스 3: 멤브레인 지지 링
4: 멤브레인 5: 백킹 필름
6: 리테이너 링 7: 플렉시블 판
20: 제어부 50: 연마 패드
51: 연마 테이블 100, 200: 연마 헤드
S: 연마 처리 장치 N: 노즐 W: 웨이퍼

Claims (16)

  1. 연마 패드를 갖는 연마 테이블과, 연마 처리 대상이 되는 기판을 홀딩하여 그 피연마면을 상기 연마 패드에 슬라이드 접촉(摺接)시키는 연마 헤드를 갖는 연마 처리 장치로서,
    상기 연마 헤드는,
    통상체의 둘레면 위쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 1 플랜지부와 당해 둘레면 아래쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 2 플랜지부를 갖는 헤드 케이스와,
    상기 제 2 플랜지부의 외주를 둘러싸는 사이즈로 형성되고, 그 상단부에 상기 제 1, 제 2 플랜지부의 사이에 위치하는 제 3 플랜지부가 형성된 환상체와,
    상기 환상체의 하단측 개구부에 피복되며, 그 표면측에 첩착(貼着)된 백킹 필름을 개재하여 상기 기판을 홀딩하는 탄성체와,
    상기 기판의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된 리테이너 링과,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 리테이너 링을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 수단을 갖고,
    상기 탄성체의 이면측에는, 환상 탄성체가 배설(配設)되며, 상기 환상체의 내부에는 당해 환상 탄성체의 상면에 압력을 부여하는 교정 누름(押壓) 링이 배설되어 있고,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 탄성체에 의해 둘러싸인 공간의 압력을 조정하여 상기 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력을 조정하는 제 1 압력 조정 수단과,
    상기 제 1 플랜지부를 기준으로, 상기 리테이너 링이 상기 연마 패드에 부여하는 압력을 조정하는 제 2 압력 조정 수단과,
    상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 제 3 플랜지부를 개재하여 상기 환상체를 상승 또는 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리에 부여하는 가공 압력을 조정하는 제 3 압력 조정 수단과,
    상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 교정 누름 링에 의한 상기 환상 탄성체를 개재하여 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 부여하는 보전(補塡) 압력을 조정하는 제 4 압력 조정 수단과,
    상기 구동 수단, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 압력 조정 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 가지며,
    상기 제어 수단은,
    제 1 공정으로서, 상기 피연마면의 배면측에 가공 압력을 부여하도록 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하고, 상기 연마 패드에 압력을 부여하도록 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하며, 상기 환상체를 상승시켜 당해 제 1 압력 조정 수단에 의한 가공 압력에 비해 상대적으로 당해 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력을 저감시키도록 상기 제 3 압력 조정 수단을 제어하고,
    제 2 공정으로서,
    가공 압력의 부여를 정지하도록 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하며, 상기 연마 패드에 압력을 부여하도록 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하고, 상기 환상체를 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력의 저감을 해제하도록 상기 제 3 압력 조정 수단을 제어하며, 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 보전 압력을 부여하도록 상기 제 4 압력 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 압력 조정 수단은, 상기 제어 수단을 개재하여, 상기 제 1 플랜지부와 상기 리테이너 링의 사이에 배설된 에어백으로 유입시키는 압력 유체를 조정하여 당해 리테이너 링이 상기 연마 패드에 부여하는 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 압력 조정 수단은, 상기 제어 수단을 개재하여, 상기 제 2 플랜지부와 상기 제 3 플랜지부의 사이에 배설된 에어백으로 유입시키는 압력 유체를 조정하여 상기 환상체를 상승 또는 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리에 부여하는 가압 면적을 조정하는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 4 압력 조정 수단은, 상기 제어 수단을 개재하여, 상기 제 3 플랜지부와 상기 교정 누름 링의 사이에 배설된 에어백으로 유입시키는 압력 유체를 조정하여 상기 환상 탄성체로부터의 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 부여하는 보전 압력을 조정하는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 압력 조정 수단에 의한 상기 환상체의 상승을 소정의 범위로 규제하는 규제 수단을 갖는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환상 탄성체는, 상기 기판의 사이즈에 비해 상대적으로 작은 사이즈로 형성되는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 환상체는, 상기 헤드 케이스에 접속된 플렉시블 판과 접속되고, 상기 리테이너 링은, 당해 환상체와 드라이브 핀을 개재하여 접속되는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  8. 수평으로 회전하는 연마 패드를 갖는 연마 처리 장치에 설치되고 또한 연마 처리 대상이 되는 기판을 홀딩하여 그 피연마면을 상기 연마 패드에 슬라이드 접촉시키는 연마 헤드로서,
    통상체의 둘레면 위쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 1 플랜지부와 당해 둘레면 아래쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 2 플랜지부를 갖는 헤드 케이스와,
    상기 제 2 플랜지부의 외주를 둘러싸는 사이즈로 형성되며, 그 상단부에 상기 제 1, 제 2 플랜지부의 사이에 위치하는 제 3 플랜지부가 형성된 환상체와,
    상기 환상체의 하단측 개구부에 피복되고, 그 표면측에 첩착된 백킹 필름을 개재하여 상기 기판을 홀딩하는 탄성체와,
    상기 기판의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된 리테이너 링과,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 리테이너 링을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 수단을 가지며,
    상기 탄성체의 이면측에는, 환상 탄성체가 배설되고, 상기 환상체의 내부에는 당해 환상 탄성체의 상면에 압력을 부여하는 교정 누름 링이 배설되어 있으며,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 탄성체에 의해 둘러싸인 공간의 압력을 조정하여 상기 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력을 조정하는 제 1 압력 조정 수단과,
    상기 제 1 플랜지부를 기준으로, 상기 리테이너 링이 상기 연마 패드에 부여하는 압력을 조정하는 제 2 압력 조정 수단과,
    상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 제 3 플랜지부를 개재하여 상기 환상체를 상승 또는 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리에 부여하는 가압 면적을 조정하는 제 3 압력 조정 수단과,
    상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 교정 누름 링에 의한 상기 환상 탄성체를 개재하여 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 부여하는 보전 압력을 조정하는 제 4 압력 조정 수단과,
    상기 구동 수단, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 압력 조정 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 갖고,
    상기 제어 수단은,
    제 1 공정으로서, 상기 피연마면의 배면측에 가공 압력을 부여하도록 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하며, 상기 연마 패드에 압력을 부여하도록 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하고, 상기 환상체를 상승시켜 당해 제 1 압력 조정 수단에 의한 가공 압력에 비해 상대적으로 당해 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력을 저감시키도록 상기 제 3 압력 조정 수단을 제어하며,
    제 2 공정으로서,
    가공 압력의 부여를 정지하도록 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하고, 상기 연마 패드에 압력을 부여하도록 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하며, 상기 환상체를 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력의 저감을 해제하도록 상기 제 3 압력 조정 수단을 제어하고, 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 보전 압력을 부여하도록 상기 제 4 압력 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 연마 헤드.
  9. 수평으로 회전하는 연마 패드를 갖는 연마 처리 장치에 설치되고 또한 연마 처리 대상이 되는 기판을 홀딩하여 그 피연마면을 상기 연마 패드에 슬라이드 접촉시키는 연마 헤드에 있어서의 연마 처리 방법으로서,
    상기 연마 헤드는,
    통상체의 둘레면 위쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 1 플랜지부와 당해 둘레면 아래쪽 위치로부터 바깥쪽으로 연장되어 나오는 제 2 플랜지부를 갖는 헤드 케이스와,
    상기 제 2 플랜지부의 외주를 둘러싸는 사이즈로 형성되며, 그 상단부에 상기 제 1, 제 2 플랜지부의 사이에 위치하는 제 3 플랜지부가 형성된 환상체와,
    상기 환상체의 하단측 개구부에 피복되고, 그 표면측에 첩착된 백킹 필름을 개재하여 상기 기판을 홀딩하는 탄성체와,
    상기 기판의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된 리테이너 링과,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 리테이너 링을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 수단을 가지며,
    상기 탄성체의 이면측에는, 환상 탄성체가 배설되고, 상기 환상체의 내부에는 당해 환상 탄성체의 상면에 압력을 부여하는 교정 누름 링이 배설되어 있으며,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 탄성체에 의해 둘러싸인 공간의 압력을 조정하여 상기 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력을 조정하는 제 1 압력 조정 수단과,
    상기 제 1 플랜지부를 기준으로, 상기 리테이너 링이 상기 연마 패드에 부여하는 압력을 조정하는 제 2 압력 조정 수단과,
    상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 제 3 플랜지부를 개재하여 상기 환상체를 상승 또는 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리에 부여하는 가압 면적을 조정하는 제 3 압력 조정 수단과,
    상기 제 2 플랜지부를 기준으로, 상기 교정 누름 링에 의한 상기 환상 탄성체를 개재하여 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 부여하는 보전 압력을 조정하는 제 4 압력 조정 수단과,
    상기 구동 수단, 상기 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 압력 조정 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 갖고,
    상기 연마 처리 방법은,
    상기 제어 수단이, 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하여 상기 피연마면의 배면측에 가공 압력을 부여하며, 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하여 상기 연마 패드에 압력을 부여하고, 상기 제 3 압력 조정 수단을 제어하여 상기 환상체를 상승시켜 당해 제 1 압력 조정 수단에 의한 가공 압력에 비해 상대적으로 당해 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력을 저감시키는 제 1 공정과,
    상기 제어 수단이, 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하여 가공 압력의 부여를 정지하며, 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하여 상기 연마 패드에 압력을 부여하고, 상기 제 3 압력 조정 수단을 제어하여 상기 환상체를 하강시켜 상기 피연마면의 배면측 둘레 가장자리의 가공 압력의 저감을 해제하며, 상기 제 4 압력 조정 수단을 제어하여 당해 피연마면의 배면측 외주 근방에 보전 압력을 부여하는 제 2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 방법.
  10. 연마 패드를 갖는 연마 테이블과, 연마 처리 대상이 되는 기판을 홀딩하여 그 피연마면을 상기 연마 패드에 슬라이드 접촉시키는 연마 헤드를 갖는 연마 처리 장치로서,
    상기 연마 헤드는,
    헤드 케이스와,
    상기 연마 처리 대상이 되는 기판의 외주를 둘러싸는 사이즈의 내주 지름을 갖는 동시에 상기 헤드 케이스와 접속한 환상체와,
    상기 환상체의 하단측 개구부에 피복되고, 그 표면측에 첩착된 백킹 필름을 개재하여 상기 기판을 홀딩하는 탄성체와,
    상기 기판의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된 리테이너 링과,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 리테이너 링을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 수단과,
    상기 탄성체의 이면측에 배설되며, 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 보전 압력을 부여하는 환상 탄성체와,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 탄성체에 의해 둘러싸인 공간의 압력을 조정하여 상기 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력을 조정하는 제 1 압력 조정 수단과,
    상기 환상체를 기준으로, 상기 리테이너 링이 상기 연마 패드에 부여하는 압력을 조정하는 제 2 압력 조정 수단과,
    상기 환상 탄성체가 상기 배면측 외주 근방에 부여하는 보전 압력을 조정하는 제 4 압력 조정 수단과,
    상기 구동 수단, 상기 제 1, 제 2, 제 4 압력 조정 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 갖고,
    상기 제어 수단은,
    제 1 공정으로서, 상기 피연마면의 배면측에 가공 압력을 부여하도록 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하며, 상기 연마 패드에 압력을 부여하도록 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하고,
    제 2 공정으로서,
    가공 압력의 부여를 정지하도록 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하며, 상기 연마 패드에 압력을 부여하도록 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하고, 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 보전 압력을 부여하도록 상기 제 4 압력 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 4 압력 조정 수단은, 상기 환상체의 내부에 배설된 교정 누름 링을 개재하여 상기 환상 탄성체에 압력을 부여하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 환상 탄성체는, 내주측의 제 1 환상 탄성체와 외주측의 제 2 환상 탄성체로 분할되어 구성되어 있고,
    상기 교정 누름 링은, 상기 제 1 환상 탄성체에 압력을 부여하는 제 1 교정 누름 링, 및 상기 제 2 환상 탄성체에 압력을 부여하는 제 2 교정 누름 링으로서 구성되어 있으며, 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 부여하는 보전 압력 중 내주측은 상기 제 1 환상 탄성체에 의해 부여되고, 외주측은 상기 제 2 환상 탄성체에 의해 부여되는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 환상 탄성체와 상기 제 2 환상 탄성체의 사이에 변형 방지 링을 배설하는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 환상 탄성체는, 그 내주측이 경사면이 되는 사다리꼴 형상으로 형성되어 있고,
    상기 제 2 환상 탄성체는, 그 외주측이 경사면이 되는 사다리꼴 형상으로 형성되어 있으며,
    상기 제 1 교정 누름 링은, 상기 제 1 환상 탄성체의 내주측의 경사면의 적어도 일부를 덮도록 구성되어 있고,
    상기 제 2 교정 누름 링은, 상기 제 2 환상 탄성체의 외주측의 경사면의 적어도 일부를 덮도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 교정 누름 링은, 상기 제 1 환상 탄성체의 상면을 덮어 상기 제 4 압력 조정 수단으로부터의 압력을 부여하는 동시에, 상기 제 1 압력 조정 수단에 의해 상기 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력이, 상기 제 1 환상 탄성체의 상면에도 부여되도록 당해 제 1 환상 탄성체의 상면을 덮도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 연마 처리 장치.
  16. 수평으로 회전하는 연마 패드를 갖는 연마 처리 장치에 설치되고 또한 연마 처리 대상이 되는 기판을 홀딩하여 그 피연마면을 상기 연마 패드에 슬라이드 접촉시키는 연마 헤드로서,
    헤드 케이스와,
    상기 연마 처리 대상이 되는 기판의 외주를 둘러싸는 사이즈의 내주 지름을 갖는 동시에 상기 헤드 케이스와 접속한 환상체와,
    상기 환상체의 하단측 개구부에 피복되며, 그 표면측에 첩착된 백킹 필름을 개재하여 상기 기판을 홀딩하는 탄성체와,
    상기 기판의 외주를 둘러싸는 형상으로 형성된 리테이너 링과,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 리테이너 링을 일체적으로 수평으로 회전시키는 구동 수단과,
    상기 탄성체의 이면측에 배설되고, 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 보전 압력을 부여하는 환상 탄성체와,
    상기 헤드 케이스와 상기 환상체와 상기 탄성체에 의해 둘러싸인 공간의 압력을 조정하여 상기 피연마면의 배면측에 부여하는 가공 압력을 조정하는 제 1 압력 조정 수단과,
    상기 환상체를 기준으로, 상기 리테이너 링이 상기 연마 패드에 부여하는 압력을 조정하는 제 2 압력 조정 수단과,
    상기 환상 탄성체가 상기 배면측 외주 근방에 부여하는 보전 압력을 조정하는 제 4 압력 조정 수단과,
    상기 구동 수단, 상기 제 1, 제 2, 제 4 압력 조정 수단의 동작을 제어하는 제어 수단을 가지며,
    상기 제어 수단은,
    제 1 공정으로서, 상기 피연마면의 배면측에 가공 압력을 부여하도록 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하고, 상기 연마 패드에 압력을 부여하도록 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하며,
    제 2 공정으로서,
    가공 압력의 부여를 정지하도록 상기 제 1 압력 조정 수단을 제어하고, 상기 연마 패드에 압력을 부여하도록 상기 제 2 압력 조정 수단을 제어하며, 상기 피연마면의 배면측 외주 근방에 보전 압력을 부여하도록 상기 제 4 압력 조정 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는, 연마 헤드.
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