KR102655100B1 - 페이스 업식 연마 장치를 위한 연마 헤드, 당해 연마 헤드를 구비하는 연마 장치 및 당해 연마 장치를 사용한 연마 방법 - Google Patents

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Abstract

페이스 업식 연마 장치에 있어서, 로터리 조인트를 통하지 않고 연마액을 공급한다.
본원은, 일 실시 형태로서, 하면에 연마 패드를 설치하여 사용되는, 페이스 업식 연마 장치를 위한 연마 헤드이며, 연마 헤드의 회전축의 주위에 마련된, 액체를 받기 위한 액체 리저버부와, 연마 헤드의 하면에 마련된, 액체 리저버부에 의해 받아진 액체를 배출하기 위한 액체 배출구를 구비하고, 연마 헤드의 상부에, 연마 헤드의 회전축을 중심으로 한 환형의 개구가 형성되어 있고, 액체 리저버부가, 개구를 통하여 연마 헤드의 외부 공간과 연통되는, 연마 헤드를 개시한다.

Description

페이스 업식 연마 장치를 위한 연마 헤드, 당해 연마 헤드를 구비하는 연마 장치 및 당해 연마 장치를 사용한 연마 방법 {POLISHING HEAD FOR FACE-UP TYPE POLISHING APPARATUS, POLISHING APPARATUS INCLUDING THE POLISHING HEAD, AND POLISHING METHOD USING THE POLISHING APPARATUS}
본 발명은 페이스 업식 연마 장치를 위한 연마 헤드, 당해 연마 헤드를 구비하는 연마 장치 및 당해 연마 장치를 사용한 연마 방법에 관한 것이다.
반도체 가공 공정에 있어서 사용되는 기판 연마 장치의 1종에 CMP(Chemical Mechanical Polishing, 화학적 기계 연마) 장치가 존재한다. CMP 장치는, 기판의 연마면이 향하고 있는 방향에 따라 「페이스 업식(기판의 연마면이 상향인 방식)」과 「페이스 다운식(기판의 연마면이 하향인 방식)」으로 크게 구별될 수 있다.
특허문헌 1(일본 특허 공개 평10-15823호 공보, 특히 도 4, 단락 0005 및 단락 0006을 참조)에는, 페이스 업식 CMP 장치에 있어서 기판 상에 연마액을 공급하는 경우, 연마 패드의 중앙부에는 연마액이 충분히 골고루 퍼지지 않는다는 취지가 기재되어 있다. 특허문헌 1에는 또한, 페이스 업식 CMP 장치에 있어서 기판 상에 연마액을 공급한 경우, 연마에 원래 필요한 양 이상의 양의 연마액을 공급하는 것이 필요하다는 취지가 기재되어 있다. 그래서 특허문헌 1(특히 도 1의 (a)를 참조)은, 페이스 업식 CMP 장치이며, 자전 가능한 연마 헤드에 마련된 관통 구멍을 통하여 연마면에 연마액을 공급하는 CMP 장치를 개시하고 있다. 특허문헌 1의 CMP 장치는 또한, 연마 헤드에 마련된 관통 구멍을 통하여 연마면으로부터 연마액을 흡인하도록 구성되어 있다.
일본 특허 공개 평10-15823호 공보
특허문헌 1에는, 슬러리 공급원과 연마 헤드의 접속에 대하여, 그리고 슬러리 흡인원과 연마 헤드의 접속에 대한 구체적인 구성은 명시되어 있지 않다. 그러나, 회전체인 연마 헤드에 마련된 관통 구멍에 연마액을 공급하기 위해, 그리고 관통 구멍으로부터 연마액을 흡인하기 위해서는, 로터리 조인트(또는 로터리 조인트와 동등한 기능을 갖는 부품 또는 부분: 이하에서는 간단히 로터리 조인트라고 함)를 마련할 필요가 있다고 생각된다.
연마액이 로터리 조인트 내를 통과하면, 연마액과의 화학 반응에 의해 로터리 조인트의 내부 부품이 변질될 수 있다. 또한, 연마액이 로터리 조인트 내를 통과하면, 연마액에 포함되는 지립에 의해 로터리 조인트의 내부 부품이 마모될 수 있다. 로터리 조인트의 변질 및/또는 마모는, 연마액의 공급을 불안정하게 할 수 있는 것 외에, 연마액의 누설을 야기할 수 있다. 따라서, 로터리 조인트는 정기적으로 교환되는 것이 바람직하다. 그러나, 로터리 조인트를 교환하기 위해서는 비용(재료비 및 인건비 등)이 필요하다. 또한, 부품 교환 작업 중에는 장치의 가동을 정지할 필요가 있으므로, 부품 교환 작업에 의해 장치의 스루풋이 저하될 수 있다.
또한, CMP 장치를 위한 연마액에는 지립을 포함하지 않는 것(지립리스 연마액)도 존재한다. 이 경우, 지립에 의한 부품 마모는 일어나지 않을 것으로 생각된다. 그러나, 지립리스 연마액을 사용하는 경우라도 연마액과의 반응에 의한 부품 변질은 일어날 수 있다.
상기 과제는, CMP 장치에 한하지 않고, 로터리 조인트를 통하여 연마액을 공급하는 페이스 업식 연마 장치라면 생길 수 있는 과제이다. 그래서, 본원은, 페이스 업식 연마 장치에 있어서, 로터리 조인트를 통하지 않고 연마액을 공급하는 것을 하나의 목적으로 한다.
본원은, 일 실시 형태로서, 하면에 연마 패드를 설치하여 사용되는, 페이스 업식 연마 장치를 위한 연마 헤드이며, 연마 헤드의 회전축의 주위에 마련된, 액체를 받기 위한 액체 리저버부와, 연마 헤드의 하면에 마련된, 액체 리저버부에 의해 받아진 액체를 배출하기 위한 액체 배출구를 구비하고, 연마 헤드의 상부에, 연마 헤드의 회전축을 중심으로 한 환형의 개구가 형성되어 있고, 액체 리저버부가, 개구를 통하여 연마 헤드의 외부 공간과 연통되는, 연마 헤드를 개시한다.
도 1은, 일 실시 형태에 관한 연마 장치의 정면도이다.
도 2a는, 일 실시 형태에 관한 연마 헤드 및 액체 공급 노즐의 상면도이다.
도 2b는, 일 실시 형태에 관한 연마 헤드의 정면 단면도이다.
도 3a는, 액체 리저버부의 저면에 오버행부가 마련된 연마 헤드의 정면 단면도이다.
도 3b는, 도 3a의 오버행부 주변의 확대도이다.
도 4는, 일 실시 형태에 관한 연마 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 5는, 연마 헤드를 복수 구비하는, 일 실시 형태에 관한 연마 장치의 정면도이다.
이하에서는, 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 설명한다. 단, 사용되는 도면은 모식도이다. 따라서, 도시된 부품의 크기, 위치 및 형상 등은, 실제 장치에 있어서의 크기, 위치 및 형상 등과는 상이할 수 있다. 도 1은 일 실시 형태에 관한 연마 장치(100)의 정면도이다. 이하에서는, 도 1에 있어서의 좌우 방향을 X 방향(지면 우측을 정), 지면에 수직인 방향을 Y 방향(지면 전방측을 정), 상하 방향을 Z 방향(지면 상측을 정)이라고 한다.
도 1의 연마 장치(100)는 페이스 업식 CMP 장치이다. 단, 연마액을 사용하는 페이스 업식 연마 장치라면, 연마 장치(100)는 CMP 장치가 아니어도 된다. 여기서, 페이스 업식 연마 장치란, 기판의 연마면이 상향이 되도록 기판을 보유 지지하는 연마 장치이며, 연마 패드를 사용하여 기판을 연마하는 연마 장치이다. 연마 장치(100)는, 정반(110), 연마 헤드(120) 및 액체 공급 노즐(130)을 구비한다. 연마 장치(100)는 또한, 연마 장치(100)의 각 구성 요소를 제어하기 위한 제어부(140)를 구비한다.
정반(110)은, 연마되어야 할 기판(111)을 지지하기 위해 마련되어 있다. 정반(110)의 상면에는 기판(111)이 착탈 가능하게 지지되어 있다. 도 1의 예에서는, 정반(110)은 기본적으로 이동하지 않는 물체이다. 그러나, 예를 들어 정반(110)을 이동 및/또는 회전시키는 기구가 정반(110)에 접속되어 있어도 된다. 기판(111)은 원형이어도 되고 각형이어도 되며, 그 밖의 형상이어도 된다.
연마 헤드(120)는 정반(110)에 대향하여 마련되어 있다. 연마 헤드(120)의 하면에는 연마 패드(121)가 착탈 가능하게 설치되어 있다. 연마 장치(100)는 또한 회전 기구(122)를 구비한다. 회전 기구(122)는, 샤프트(123)를 중심으로 연마 헤드(120)를 회전시키는 것이 가능하다. 여기서, 연마 헤드(120)의 회전축은 Z 방향이다. 또한, 본 명세서에 있어서의 「샤프트」란 「회전에 의해 동력을 전달하는 기계적인 부품(실제로 존재하는 부품)」을 가리키는 용어이고, 「회전축」이란 「회전 운동의 중심이 되는 직선(수학적 또는 가상적인 직선)」을 가리키는 용어이다. 연마 장치(100)는 또한 연마 헤드(120)를 Z 방향으로 이동시키기 위한 상하 이동 기구(124)를 구비한다. 상하 이동 기구(124)에 의해 연마 헤드(120)를 하강시킴으로써, 연마 패드(121)의 하면이 기판(111)의 상면에 압박된다. 연마 패드(121)가 기판(111)에 압박된 상태에서 연마 헤드(120)를 회전시킴으로써, 기판(111)이 연마된다.
바람직하게는, 연마 장치(100)는 또한 연마 헤드(120)를 수평 이동시키기 위한 수평 이동 기구(125)를 구비한다. 기판(111)의 연마 중에, 수평 이동 기구(125)에 의해 연마 헤드(120)를 이동시킴으로써, 기판(111)의 넓은 영역을 연마하는 것이 가능하게 된다. 또한, 도 1의 수평 이동 기구(125)는 연마 헤드(120)를 X 방향으로 이동시키도록 구성되어 있다. 그러나, 수평 이동 기구(125)는 연마 헤드(120)를 X 방향 및/또는 Y 방향으로 이동시키는 기구여도 된다.
연마 헤드(120)의 하면에는, 연마 패드(121)와 기판(111)의 사이의 압박력을 조정하기 위한 에어백(도시하지 않음)이 마련되어 있어도 된다. 도 1의 예에서는, 연마 패드(121)보다 기판(111) 쪽이 크게 도시되어 있다. 그러나, 기판(111)보다 연마 패드(121) 쪽이 큰 구성을 채용하는 것도 가능하다. 연마 헤드(120)는 정반(110)보다 커도 되고, 작아도 된다. 여기서, 기판(111), 연마 패드(121), 연마 헤드(120) 및 정반(110)의 크기는, 그것들을 상방 또는 하방에서 본 경우에 있어서의 면적, 즉 XY 평면 상의 투영 면적을 가리킨다.
연마 헤드(120)에는 액체 리저버부(126)가 마련되어 있다. 또한, 연마 헤드(120)에는 액체 리저버부(126)와 연통되고, 액체 리저버부(126)에 의해 받아진 액체를 배출하기 위한 액체 배출구(127)가 마련되어 있다. 바꾸어 말하면, 액체 배출구(127)는 연마 헤드(120)의 하면과 액체 리저버부(126)를 접속한다. 연마 패드(121)에는, 액체 배출구(127)의 위치에 대응하도록 패드 구멍(128)이 마련되어 있다. 액체 공급 노즐(130)로부터 공급되고, 액체 리저버부(126)에 의해 받아진 액체는, 중력을 따라 액체 배출구(127)로 유입된다. 액체 배출구(127)로 유입된 액체는, 패드 구멍(128)을 통하여 연마 패드(121)의 연마면에 달한다.
기판(111)을 연마하고 있는 동안, 연마 헤드(120)는 회전한다. 연마 헤드(120)의 회전에 의해, 연마 패드(121)의 연마면에 달한 액체는 연마 헤드(120)의 직경 방향 외측을 향하여 힘을 받는다. 따라서, 기판(111)의 연마 중에 연마 헤드(120)의 직경 방향 외측으로 액체가 이동할 수 있다. 액체가 직경 방향 외측으로 이동함으로써, 연마 헤드(120)의 중심 부근에 있어서 액체가 부족할 가능성이 있다. 그래서 바람직하게는, 액체 배출구(127)는 연마 헤드(120)의 하면의 중심 부근에 마련되어 있다. 액체 배출구(127)를 연마 헤드(120)의 하면의 중심에 마련함으로써, 연마 패드(121)의 중심에 충분한 양의 액체를 공급하는 것이 가능하게 된다. 단, 액체 배출구(127)를 연마 헤드(120)의 하면의 중심 이외의 부분에 마련하는 것도 가능하다. 또한, 액체 배출구(127)의 개수는 한정되지 않는다. 액체 리저버부(126)의 상세는, 도 2를 사용하여 후술된다.
액체 공급 노즐(130)은, 액체원(131)에 보유된 연마액, 약액 및/또는 세정액 등의 액체를 연마 장치(100)에 공급하기 위해 마련되어 있다. 보다 상세하게는, 액체 공급 노즐(130)은, 연마 헤드(120)의 상부로부터 액체 리저버부(126)로 액체를 적하 또는 유하하도록 마련되어 있다. 액체원(131)은 연마 장치(100)의 일부를 구성하는 요소여도 된다. 추가 또는 대체로서, 연마 장치(100)와 별개로 독립된 액체원(131)을 사용하는 것도 가능하다. 바람직하게는, 연마 장치(100)는, 액체 공급 노즐(130)로부터 공급되는 액체의 양을 조정하기 위한 유량 조정 기구(132)를 구비한다. 유량 조정 기구(132)는 제어부(140)에 의해 제어되어도 된다. 도 1에서는, 하나의 액체원(131)이 하나의 액체 공급 노즐(130)에 접속되어 있다. 대체로서, 복수의 액체원(131)을 하나의 액체 공급 노즐(130)에 접속해도 된다. 복수의 액체원(131)을 하나의 액체 공급 노즐(130)에 접속한 경우, 하나의 액체 공급 노즐(130)로부터 복수 종류의 액체를 공급하는 것이 가능하게 된다. 또한, 액체 공급 노즐(130)의 수는 하나에 제한되지 않는다. 액체 공급 노즐(130)을 복수 마련하는 경우, 각각의 액체 공급 노즐(130)에 하나 또는 복수의 별개로 독립된 액체원(131)을 접속해도 된다. 한편, 액체 공급 노즐(130)을 복수 마련하는 경우, 하나의 액체원(131)을 복수의 액체 공급 노즐(130)에 접속해도 된다.
액체 공급 노즐(130)은 회전 기구(122)에 의해 회전되지 않는다. 바꾸어 말하면, 회전 기구(122)가 연마 헤드(120)를 회전시키고 있는 동안이라도, 액체 공급 노즐(130)은 회전 기구(122)에 의해 회전되지 않는다. 따라서, 액체원(131)으로부터 액체 리저버부(126)로 액체를 공급할 때, 액체는 회전하는 부품의 내부를 통과할 필요가 없다. 따라서, 도 1의 구성에 따르면, 연마 장치(100)에 로터리 조인트를 마련할 필요가 없다. 단, 도 1의 구성에 로터리 조인트(예를 들어 세정수를 공급하기 위해 마련된 로터리 조인트)를 더한 구성이 배제되는 것은 아니다.
액체 공급 노즐(130)은 상하 이동 기구(124) 및/또는 수평 이동 기구(125)에 의해 이동되도록 구성되어 있어도 된다. 액체 공급 노즐(130)이 상하 이동 기구(124) 및/또는 수평 이동 기구(125)에 의해 이동되도록 구성됨으로써, 액체 공급 노즐(130)을 연마 헤드(120)의 평행 이동에 추종시키는 것이 용이하게 된다. 한편, 액체 공급 노즐(130)은 상하 이동 기구(124) 및/또는 수평 이동 기구(125)에 의해 이동되지 않도록 구성되어 있어도 된다. 액체 공급 노즐(130)과 상하 이동 기구(124) 및/또는 수평 이동 기구(125)를 서로 독립시킴으로써, 장치의 설계 자유도가 향상되며, 또한 액체원(131)의 교환이 용이해진다고 생각된다. 또한, 상하 이동 기구(124) 및 수평 이동 기구(125)는 별개로 독립적으로, 액체 공급 노즐(130)을 이동시키기 위한 이동 기구를 더 마련하는 것도 가능하다.
이어서, 액체 리저버부(126)의 상세에 대하여 도 2를 사용하여 설명한다. 도 2a는 연마 헤드(120)의 상면도이다. 도 2b는 연마 헤드(120)의 정면 단면도이다. 또한, 도 2a 및 도 2b에는 액체 공급 노즐(130)도 함께 도시되어 있다. 또한, 도 2b에는 연마 패드(121)도 함께 도시되어 있다.
연마 헤드(120)의 상부이며 또한 샤프트(123)의 주위, 즉 연마 헤드(120)의 상부이며 또한 연마 헤드(120)의 회전축의 주위에는, 상부에서 보아 환형의 오목부가 형성되어 있다. 이 오목부에 의해 획정되는 공간이, 액체 공급 노즐(130)로부터 공급되는 액체를 받기 위한 액체 리저버부(126)로서 작용한다. 또한, 오목부에 의해 액체 리저버부(126)를 형성하는 것 대신에, 다른 부재, 예를 들어 연마 헤드(120)의 상면에 마련된 원통상의 부재 등에 의해 액체 리저버부(126)를 형성해도 된다.
연마 헤드(120)의 상부이며 또한 샤프트(123)의 주위, 즉 연마 헤드(120)의 상부이며 또한 연마 헤드(120)의 회전축의 주위에는, 환형의 개구(200)가 형성된다. 도 2의 예에서는, 후술하는 오버행부(220)가 개구(200)를 획정하고 있다. 후술하는 오버행부(220)가 마련되어 있지 않은 경우, 연마 헤드(120)의 상부에 형성된 오목부가 환형의 개구(200)를 획정할 수 있다. 액체 리저버부(126)는 개구(200)를 통하여 연마 헤드(120)의 외부 공간과 연통되어 있다. 따라서, 연마 헤드(120)가 회전하고 있는 동안에도, 액체 공급 노즐(130)로부터 공급된 액체는, 개구(200)를 통하여 액체 리저버부(126)에 달할 수 있다.
도 2로부터 파악되는 바와 같이, 액체 리저버부(126)는 액체 배출구(127)보다 연마 헤드(120)의 상부에 위치한다. 따라서, 액체 리저버부(126)에 받아진 액체는, 중력을 따라 하강하여, 액체 배출구(127)로부터 배출된다.
기판(111)의 연마 중에, 액체 리저버부(126)에 공급된 액체는 원심력에 노출된다. 즉, 액체는, 연마 패드(121)의 중심으로부터 이격되는 방향의 힘을 받는다. 원심력을 거슬러 액체를 연마 패드(121)의 중심에 공급하기 위해, 도 2의 액체 리저버부(126)의 저면은 유발상으로 경사져 있는 것이 바람직하다. 액체 리저버부(126)의 저면을 경사지게 함으로써, 액체를, 중력에 의해 연마 헤드(120)의 중심을 향하여 흘리는 것이 가능하게 된다. 액체 리저버부(126)의 저면의 경사 각도 θ1은, 연마 헤드(120)의 회전 속도, 연마 헤드(120)의 치수, 액체 공급 노즐(130)로부터 공급되는 액체의 성질, 및 연마 패드(121)의 연마면에 공급해야 할 액체의 양 등의 다양한 파라미터를 고려하여 결정되어도 된다. 예를 들어, θ1은 5°보다 크고 85°보다 작은 값이다.
연마 헤드(120)에는 또한, 액체 리저버부(126)와 액체 배출구(127)를 연결하는 유로(210)가 마련되어 있다. 유로(210)를 마련함으로써, 액체 리저버부(126)와 액체 배출구(127)의 접속을 용이하게 하는 것이 가능하다. 단, 액체 리저버부(126)와 액체 배출구(127)가 직접 접속되어 있는 구성을 채용할 수도 있다. 바람직하게는, 유로(210)는, 액체 리저버부(126) 중 가장 하부에 위치하는 부분과, 액체 배출구(127)를 연결하도록 구성된다. 도 2의 예에서는, 60°마다 마련된 6개의 유로(210)가 도시되어 있다. 단, 유로(210)의 구성은 도 2에 도시된 예에 제한되지 않는다. 유로(210)의 구체적인 구성은, 액체 공급 노즐(130)로부터 공급되는 액체의 성질, 및 연마 패드(121)의 연마면에 공급해야 할 액체의 양 등의 다양한 파라미터를 고려하여 결정되어도 된다. 또한, 액체 리저버부(126)의 저면과 마찬가지로, 유로(210)도 기울어져 있어도 된다. 유로(210)의 경사 각도 θ2는 θ1보다 커도 되고 작아도 된다. θ2는, 연마 헤드(120)의 회전 속도, 연마 헤드(120)의 치수, 액체 공급 노즐(130)로부터 공급되는 액체의 성질, 및 연마 패드(121)의 연마면에 공급해야 할 액체의 양 등의 다양한 파라미터를 고려하여 결정되어도 된다. 예를 들어, θ2는 5°보다 크고 85°보다 작은 값이며, θ1보다 큰 값이다.
도 2의 액체 리저버부(126)는 밀폐되어 있지 않다. 따라서, 도 2에 도시된 연마 패드(121)를 사용하는 경우, 액체 리저버부(126)로부터 액체가 튀어나올 수 있다. 액체 리저버부(126)의 내부의 액체는 원심력을 받을 수 있으므로, 액체 리저버부(126)의 외주부로부터 액체가 특히 튀어나오기 쉽다고 생각된다.
그래서 도 2의 연마 헤드(120)는, 액체 리저버부(126)로부터 액체가 튀어나오는 것을 방지하기 위한 오버행부(220)를 구비한다. 도 2에 도시된 오버행부(220)는, 액체 리저버부(126)의 외벽으로부터 연마 헤드(120)의 회전축을 향하여 연장되도록 마련되어 있다. 즉, 오버행부(220)는, 개구(200)의 직경 방향 내측을 향하여 연장되어 있다. 오버행부(220)는, 래트 가드(rat guard)상의 부분이라고 표현할 수도 있다. 도 2에서는, 오버행부(220)는, 연마 헤드(120)의 다른 부분과 일체로 형성되어 있도록 도시되어 있다. 대체로서, 오버행부(220)는, 연마 헤드(120)의 다른 부분과 독립된 부품으로 구성되어도 된다.
액체 리저버부(126)로부터 튀어나오려고 하는 액체는, 오버행부(220)에 의해 받아진다. 따라서, 오버행부(220)를 마련함으로써, 액체 리저버부(126)로부터 액체가 튀어나오는 것을 방지할 수 있다. 또한, 오버행부(220)가 마련된 경우, 오버행부(220)가 개구(200)를 획정할 수 있다. 오버행부(220)의 돌출량이 큰 경우, 액체의 튀어나옴을 보다 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 오버행부(220)의 돌출량이 큰 경우, 개구(200)의 크기를 작게 하게 될 수 있다. 개구(200)의 크기가 작아지면, 액체 공급 노즐(130)로부터의 액체의 공급을 곤란하게 한다고 생각된다. 오버행부(220)의 돌출량은, 연마 헤드(120)의 회전 속도, 연마 헤드(120)의 치수, 액체 공급 노즐(130)로부터 공급되는 액체의 성질, 및 액체 공급 노즐(130)로부터의 액체의 공급 용이성 등의 다양한 파라미터를 고려하여 결정되어도 된다. 도 2의 오버행부(220)의 상부 및/또는 하부에, 추가의 오버행부를 마련해도 된다.
도 2와는 달리, 오버행부(220)는 액체 리저버부(126)의 저면에 마련되어도 된다. 도 3a는, 액체 리저버부(126)의 저면에 오버행부(220)가 마련된 연마 헤드(120)의 정면 단면도이다. 도 3a의 예에서는 2개의 오버행부(220)가 도시되어 있지만, 오버행부(220)의 개수는 1개여도 되고, 3개 이상이어도 된다. 또한, 도 3a의 오버행부(220)의 각각은, 연마 헤드(120)의 다른 부분으로부터 독립된 부품이다. 단, 오버행부(220)는 연마 헤드(120)의 다른 부분과 일체로 형성되어 있어도 된다.
오버행부(220)를 액체 리저버부(126)의 저면에 마련하는 경우, 액체 리저버부(126)의 저면은, 적어도 2단(도 3a의 예에서는 3단)의 계단 형상으로 구성되는 것이 바람직하다(여기서는 저면의 분할수(계단의 「코너」의 수에 1을 더한 수)를 단수로 함). 오버행부(220)는, 액체 리저버부(126)의 계단 형상으로 융기된 부분으로부터 연마 헤드(120)의 회전축을 향하여 연장되도록 구성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 3a의 예라도, 도 2의 예와 마찬가지로, 오버행부(220)는 개구(200)의 직경 방향 내측을 향하여 연장되어 있다. 오버행부(220)는, 액체 리저버부(126)를 복수의 영역으로 구분한다. 액체 리저버부(126)의 영역 중 적어도 하나의 영역의 직경은, 액체 리저버부(126) 전체의 직경보다 작다. 또한, 예를 들어 단면 L자형의 오버행부(220)를 사용하는 경우, 액체 리저버부(126)의 저면은 계단 형상이 아니어도 된다. 액체 리저버부(126)의 저면은 경사져 있는 것이 바람직하다. 그러나, 액체 리저버부(126)의 저면은 경사져 있지 않아도 된다. 액체 리저버부(126)의 저면이 계단 형상으로 형성되어 있는 경우, 각각의 단의 경사 각도는 모두 동일해도 되고, 단마다 상이해도 된다.
액체 리저버부(126) 내부의 액체의 액면보다 높은 위치에 있는 도 3a의 오버행부(220)는, 액체의 튀어나옴을 방지할 수 있다. 또한, 액면보다 높은 위치에 적어도 하나의 오버행부(220)가 존재하는 경우, 원심력을 받은 액체는, 액체 리저버부(126)의 외벽에 달하기 전에 오버행부(220)에 의해 멈추어진다. 따라서, 도 3a의 오버행부(220)는, 액체가 액체 리저버부(126)의 최외주에 달하는 것을 방지하는 것이 가능하고, 그 결과 액체를 액체 배출구(127)로부터 배출하는 것을 용이하게 할 수 있다.
도 3a의 오버행부(220)는 액체 리저버부(126)의 저면에 마련되어 있기 때문에, 액체 리저버부(126)에 비교적 다량의 액체가 존재하는 경우, 도 3a의 오버행부(220) 중 몇몇 또는 전부는 액체에 침지될 수 있다. 액체에 침지된 오버행부(220)는, 액체 리저버부(126)의 내부의 액체 흐름을 세분화한다. 액체 흐름에 대하여, 도 3b를 사용하여 설명한다.
도 3b는, 도 3a의 오버행부(220) 주변의 확대도이다. 단, 도시의 편의를 위해, 도 3a의 종횡비와 도 3b의 종횡비는 상이하다. 도 3b에서는, 모든 오버행부(220)가 액체에 침지되어 있다. 또한, 연마 헤드(120)는 회전 중이다. 따라서, 액체 리저버부(126) 중의 액체는 원심력을 받고 있다. 원심력을 받고 있는 결과, 액면은 기울 수 있다.
액체 리저버부(126)의 저면에 오버행부(220)가 마련되어 있지 않은 구성(도 2 참조)에서는, 원심력에 의해, 액체 리저버부(126)의 내벽으로부터 외벽을 향한 액체의 흐름이 발생할 수 있고, 모든 액체가 액체 리저버부(126)의 외벽에 달할 수 있다. 한편, 도 3b 내에 화살표로 도시하고 있는 바와 같이, 액체 리저버부(126)의 저면에 오버행부(220)가 마련되어 있는 경우에는, 액체의 흐름은 오버행부(220)에 의해 저해된다. 그 결과, 액체 리저버부(126) 내의 액체 중 적어도 일부는 액체 리저버부(126)의 외벽에 달하지 않고, 액체 배출구(127)로부터 배출되기 쉬워질 수 있다.
도 2의 오버행부(220)는 수평으로 마련되어 있다. 또한, 도 3의 오버행부(220)는 하향으로 경사지도록 마련되어 있다. 도 2 및 도 3에 도시한 오버행부와는 달리, 상향으로 경사진 오버행부(220)를 사용해도 된다. 즉, 액체 리저버부(126) 내부의 액체의 튀어나옴을 방지할 수 있는 것, 및/또는 액체 리저버부(126) 내부의 액체의 흐름을 중심 방향을 향하게 하는 것이 가능한 한, 오버행부(220)의 경사 각도에 한정은 없다.
도 2 및 도 3에 도시한 구성과는 달리, 오버행부(220)를 구비하지 않는 연마 헤드(120)를 사용하는 것도 가능하다. 연마 헤드(120)에 오버행부(220)가 마련되어 있지 않은 경우, 액체 리저버부(126)의 깊이를 깊게(액체 리저버부(126)의 높이를 높게) 함으로써, 액체의 튀어나옴을 방지하는 것이 바람직하다.
이제까지 설명한 연마 헤드(120) 중 어느 것을 사용하여 기판(111)을 연마할 때의 흐름도를 도 4에 도시한다. 설명의 편의를 위해, 흐름도의 개시 시에는 기판(111)과 연마 패드(121)는 접촉되어 있지 않으며, 또한 액체 리저버부(126)에는 연마액이 실질적으로 존재하지 않는 것으로 한다.
스텝 400: 제어부(140)가 상하 이동 기구(124) 및/또는 수평 이동 기구(125)를 제어하여, 연마 패드(121)를 기판(111)에 접촉시킨다. 또한, 연마 장치(100)가 상하 이동 기구(124) 및 수평 이동 기구(125) 이외의 이동 기구를 구비하는 경우에는, 그들 이동 기구도 제어부(140)에 의해 제어되어도 된다.
스텝 410: 제어부(140)가 액체원(131)(또는 액체원(131)에 접속되어 있는 펌프 등)을 제어하여, 액체 공급 노즐(130)로부터 액체 리저버부(126)로 연마액을 공급시킨다. 유량 조정 기구(132)가 구비되어 있는 경우, 유량 조정 기구(132)도 제어부(140)에 의해 제어되어도 된다. 또한, 제어부(140)는, 액체 공급 노즐(130)로부터 연마액을 공급하면서 회전 기구(122)를 제어하여, 연마 헤드(120)를 회전시킨다. 스텝 400에 의해 기판(111)과 연마 패드(121)가 접촉되어 있으므로, 연마 헤드(120)의 회전에 의해 기판(111)의 연마가 행해진다.
스텝 410에 있어서, 연마액의 공급을 개시하는 타이밍과, 연마 헤드(120)의 회전을 개시하는 타이밍은 동일해도 된다. 단, 연마액의 공급을 개시하는 타이밍과, 연마 헤드(120)의 회전을 개시하는 타이밍은 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 연마 헤드(120)의 회전에 앞서 연마액을 공급하고, 연마액이 연마 패드(121)의 연마면에 달할 때까지 대기한 후에 연마 헤드(120)의 회전을 개시해도 된다. 반대로, 연마 헤드(120)의 회전을 개시하고 나서 연마액을 액체 리저버부(126)에 공급해도 된다. 또한, 스텝 410에서는, 단위 시간당 액체 배출구(127)로부터 배출되는 연마액의 양과 대략 동일한 양의 연마액이 단위 시간당 공급되는 것이 바람직하다. 즉, 연마액의 배출 레이트와 공급 레이트는 동일 정도인 것이 바람직하다. 「액체 배출구(127)로부터 배출되는 연마액의 양」은, 「연마 가공 동안에 소비되는 연마액의 양」이라고 표현하는 것도 가능하다. 연마액의 배출량(소비량)과 공급량을 대략 동일하게 함으로써, 연마 패드(121)의 연마면에 연마액이 부족한 것을 방지하면서, 액체 리저버부(126)로부터 연마액이 넘쳐 나오는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연마액의 배출량과 공급량을 대략 동일하게 함으로써, 연마 패드(121)의 연마면의 근방에 존재하는 연마액의 양을 안정시키는 것이 가능하게 된다. 연마면의 근방에 존재하는 연마액의 양을 안정시키는 것은, 안정된 연마 가공을 유도할 수 있다.
스텝 420: 스텝 410에 있어서의 연마 종료 후, 제어부(140)가 액체원(131)을 제어하여, 액체 공급 노즐(130)로부터 액체 리저버부(126)로 세정액을 공급시킨다. 유량 조정 기구(132)가 구비되어 있는 경우, 유량 조정 기구(132)도 제어부(140)에 의해 제어되어도 된다. 또한, 제어부(140)는, 액체 공급 노즐(130)로부터 세정액을 공급하면서 회전 기구(122)를 제어하여, 연마 헤드(120)를 회전시킨다. 스텝 400에 의해 기판(111)과 연마 패드(121)가 접촉되어 있으므로, 연마 헤드(120)의 회전에 의해 기판(111)의 세정이 행해진다. 기판(111)의 세정과 동시에, 액체 리저버부(126), 패드 구멍(128) 및 유로(210) 등도 세정된다.
스텝 410으로부터 스텝 420으로 이행할 때, 제어부(140)는, 연마 헤드(120)의 회전을 일단 정지시켜도 된다. 다른 예로서, 제어부(140)는, 연마 헤드(120)의 회전을 계속한 채 스텝 410으로부터 스텝 420으로 이행해도 된다. 또한, 스텝 410과 스텝 420의 사이에, 도시하지 않은 센서 등에 의해 연마의 종료를 판정하는 스텝을 추가해도 된다. 스텝 410 및/또는 스텝 420에 있어서 연마 헤드(120)를 한창 회전시키고 있는 중에, 수평 이동 기구(125)에 의해 연마 헤드(120)를 수평 이동시켜도 된다.
스텝 430: 제어부(140)가 상하 이동 기구(124) 및/또는 수평 이동 기구(125)를 제어하여, 연마 패드(121)를 기판(111)으로부터 떼어낸다. 또한, 「떼어내다」란 「대상물을 비접촉으로 하게 한다, 대상물을 분리시키거나 또는 대상물을 비결합의 상태로 한다」 등을 가리키는 용어이다. 「떼어내다」란, 「대상물을 잡아 당겨 다른 부재로부터 떼다」라고 하는 동작에 한정되는 용어는 아니다.
도 2 및 도 3으로부터 파악되는 바와 같이, 일 실시 형태에 관한 연마 헤드(120)에는, 패드 구멍(128)을 폐쇄하기 위한 덮개가 마련되어 있지 않다. 따라서, 일 실시 형태에 관한 연마 헤드(120)에 있어서 연마 패드(121)가 기판(111)과 접촉하고 있지 않은 경우, 바꾸어 말하면 연마 헤드(120)가 들어 올려져 있는 경우, 패드 구멍(128)으로부터 액체가 누출될 가능성이 있다. 도 4의 흐름도에서는, 기판(111)과 연마 패드(121)를 접촉시킨 후에 액체 리저버부(126)에 연마액을 공급하므로, 연마액이 패드 구멍(128)으로부터 의도하지 않게 누출되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 4의 흐름도에서는, 기판(111)의 연마 후에 액체 리저버부(126), 패드 구멍(128) 및 유로(210) 등이 세정된다. 세정 후에 연마 패드(121)가 기판(111)으로부터 떼어내진 경우, 패드 구멍(128)으로부터 액체가 누출되었다고 해도, 누출되는 액체의 대부분은 세정액이다. 따라서, 도 4의 흐름도에 따라 기판(111)의 연마를 실행함으로써, 패드 구멍(128)으로부터 연마액이 누출되는 것을 방지할 수 있다.
도 4의 흐름도에 스텝을 추가하는 것, 도 4의 흐름도에 나타난 스텝을 다른 스텝으로 대체하는 것, 및 도 4의 흐름도에 나타난 스텝을 삭제하는 것이 가능하다. 예를 들어, 액체 공급 노즐(130)을 이동시키기 위한 이동 기구가 마련되어 있는 경우, 연마 패드(121)의 이동에 앞서, 연마 패드(121)의 이동과 동시에, 또는 연마 패드(121)의 이동 후에, 액체 공급 노즐(130)을 개구(200)의 상부로 이동시키는 스텝이 추가되어도 된다. 다른 예로서, 스텝 440 후에 연마 패드(121)를 드레서(도시하지 않음)에 의해 드레싱하는 스텝이 추가되어도 된다. 또 다른 예로서, 스텝 410 및/또는 스텝 430 대신에, 액체 공급 노즐(130)로부터 충분한 양의 액체(연마액 또는 세정액)를 액체 리저버부(126)에 공급한 후, 액체의 공급을 정지하고, 그 후에 연마 헤드(120)를 회전시키는 스텝을 채용할 수 있다. 또한, 제어부(140)가 아니라 유저가 수동으로 각 요소를 제어해도 된다. 연마 헤드(120)의 상하 이동, 수평 이동 및/또는 회전은, 반드시 상하 이동 기구(124), 수평 이동 기구(125) 및/또는 회전 기구(122)에 의해 행해질 필요는 없다. 연마 장치(100)가, 정반(110)을 상하 이동 및/또는 수평 이동시키기 위한 이동 기구를 구비하는 경우, 스텝 400 및 스텝 440은 정반(110)을 위한 이동 기구에 의해 실행되어도 된다. 예를 들어, 연마 헤드(120)는, 연마 장치(100)와는 독립된 액추에이터 등에 의해 이동 또는 회전되어도 된다. 극단적인 예에서는, 유저가 연마 헤드(120)를 이동 또는 회전시켜도 된다. 도 4의 흐름도에 나타난 방법 이외의 방법에 따라 연마를 실행해도 된다.
연마 장치(100)의 변형예로서, 연마 헤드(120)를 복수 구비하는 연마 장치(100)를 사용하는 것도 가능하다. 도 5는, 연마 헤드(120)를 복수 구비하는 연마 장치(100)의 정면도이다. 연마 헤드(120)를 복수 구비함으로써, 기판(111)의 연마 효율이 향상되고, 연마 장치(100)의 스루풋이 향상된다고 생각된다. 따라서, 도 5의 연마 장치(100)는 비교적 대형의 기판(111)을 연마할 때 유리하다. 또한, 연마 헤드(120)를 복수 구비함으로써, 복잡한 형상의 기판(111)(원형이 아닌 기판)을 용이하게 연마하는 것이 가능하게 될 수 있다.
이상, 몇몇 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 상기한 발명의 실시 형태는, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이지, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 그 취지를 일탈하지 않고, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 발명에는 그의 등가물이 포함되는 것은 물론이다. 또한, 상술한 과제 중 적어도 일부를 해결할 수 있는 범위, 또는 효과 중 적어도 일부를 발휘하는 범위에 있어서, 특허청구범위 및 명세서에 기재된 각 구성 요소의 임의의 조합 또는 생략이 가능하다.
본원은, 일 실시 형태로서, 하면에 연마 패드를 설치하여 사용되는, 페이스 업식 연마 장치를 위한 연마 헤드이며, 연마 헤드의 회전축의 주위에 마련된, 액체를 받기 위한 액체 리저버부와, 연마 헤드의 하면에 마련된, 액체 리저버부에 의해 받아진 액체를 배출하기 위한 액체 배출구를 구비하고, 연마 헤드의 상부에, 연마 헤드의 회전축을 중심으로 한 환형의 개구가 형성되어 있고, 액체 리저버부가, 개구를 통하여 연마 헤드의 외부 공간과 연통되는, 연마 헤드를 개시한다.
이 연마 헤드는, 로터리 조인트를 통하지 않고 연마액을 공급할 수 있다고 하는 효과를 일례로서 발휘한다.
또한, 본원은, 일 실시 형태로서, 액체 리저버부의 저면이 유발상으로 경사져 있는, 연마 헤드를 개시한다.
이 연마 헤드는, 액체를, 중력에 의해 연마 헤드의 중심을 향하여 흘리는 것이 가능하게 된다고 하는 효과를 일례로서 발휘한다.
또한 본원은, 일 실시 형태로서, 액체 리저버부의 외측 에지로부터 연마 헤드의 회전축을 향하여 연장되는 오버행부를 더 구비하는, 연마 헤드를 개시한다.
이 연마 헤드는, 액체 리저버부로부터 액체가 튀어나오는 것을 방지할 수 있다고 하는 효과를 일례로서 발휘한다.
또한 본원은, 일 실시 형태로서, 액체 리저버부와 액체 배출구를 연결하는 유로가 마련되어 있는, 연마 헤드를 개시한다.
이 연마 헤드는, 용이하게 액체 리저버부와 액체 배출구를 접속 가능하다고 하는 효과를 일례로서 발휘한다.
또한 본원은, 일 실시 형태로서, 액체 배출구는 연마 헤드의 하면의 중심에 마련되어 있는, 연마 헤드를 개시한다.
이 연마 헤드는, 연마 패드(121)의 중심에 충분한 양의 액체를 공급할 수 있다고 하는 효과를 일례로서 발휘한다.
또한 본원은, 일 실시 형태로서, 상면에 기판을 착탈 가능하게 지지하기 위한 정반과, 정반에 대향하도록 마련된, 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 연마 헤드와, 연마 헤드의 개구를 통하여 액체 리저버로 액체를 공급하기 위한 액체 공급 노즐을 구비하는, 연마 장치를 개시한다.
이 개시 내용에 의해, 어느 실시 형태에 관한 연마 헤드가 적용되는 장치가 명확하게 된다.
또한 본원은, 일 실시 형태로서, 일 실시 형태에 관한 연마 장치를 사용한 연마 방법이며, (a) 연마 패드를 기판에 접촉시키는 스텝과, (b) 액체 공급 노즐로부터 액체 리저버부로 연마액을 공급하면서, 연마 헤드를 회전시키는 스텝과, (c) 액체 공급 노즐로부터 액체 리저버부로 세정액을 공급하면서, 연마 헤드를 회전시키는 스텝과, (d) 연마 패드를 기판으로부터 떼어내는 스텝을 포함하는, 연마 방법을 개시한다.
이 연마 방법은, 패드 구멍으로부터 연마액이 누출되는 것을 방지할 수 있다고 하는 효과를 일례로서 발휘한다.
또한 본원은, 일 실시 형태로서, 연마 장치는, 연마 헤드를 회전시키기 위한 회전 기구를 더 구비하고, 스텝 (b) 및 스텝 (c)에 있어서의 연마 헤드의 회전은, 회전 기구에 의해 행해지는, 연마 방법을 개시한다. 또한 본원은, 일 실시 형태로서, 연마 장치는, 연마 헤드를 상하 이동시키기 위한 상하 이동 기구를 더 구비하고, 스텝 (a)에 있어서의 연마 패드를 기판에 접촉시키는 것 및 스텝 (d)에 있어서의 연마 패드를 기판으로부터 떼어내는 것은, 상하 이동 기구에 의해 행해지는, 연마 방법을 개시한다.
이들 개시 내용에 의해, 연마 방법을 실행하기 위한 연마 장치의 상세가 밝혀진다.
또한 본원은, 일 실시 형태로서, 스텝 (b)에 있어서의 연마액의 단위 시간당 공급량은, 연마액의 액체 배출구로부터의 단위 시간당 배출량과 동일한, 연마 방법을 개시한다.
이 연마 방법은, 연마 패드의 연마면에 연마액이 부족한 것을 방지하면서, 액체 리저버부로부터 연마액이 넘쳐 나오는 것을 방지할 수 있다고 하는 효과를 일례로서 발휘한다.
100: 연마 장치
110: 정반
111: 기판
120: 연마 헤드
121: 연마 패드
122: 회전 기구
123: 샤프트
124: 상하 이동 기구
125: 수평 이동 기구
126: 액체 리저버부
127: 액체 배출구
128: 패드 구멍
130: 액체 공급 노즐
131: 액체원
132: 유량 조정 기구
140: 제어부
200: 개구
210: 유로
220: 오버행부

Claims (13)

  1. 기판의 연마면이 상향이 되도록 상기 기판을 보유 지지하고, 액체의 존재 하에서 기판을 연마하는 연마 장치를 위한 회전 가능한 연마 헤드이며,
    상기 연마 헤드의 회전축의 주위에 마련된, 액체를 받기 위한 액체 리저버부와,
    상기 액체 리저버부와 상기 연마 헤드의 하면을 연통하도록 마련되고, 상기 액체 리저버부에 의해 받아진 액체를 배출하는 액체 배출구
    를 구비하고,
    상기 연마 헤드의 상부에, 상기 연마 헤드의 회전축을 중심으로 한 환형의 개구가 형성되어 있고,
    상기 액체 리저버부가, 상기 개구를 통하여 상기 연마 헤드의 외부 공간과 연통되고,
    상기 액체 리저버부는 저면 및 외벽을 갖고,
    상기 액체 리저버부의 상기 외벽에 마련된 오버행부이며, 상기 개구의 직경 방향 내측을 향하여 연장되는 오버행부를 더 구비하는, 연마 헤드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액체 리저버부의 상기 저면이 유발상으로 경사져 있는, 연마 헤드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액체 배출구는 상기 연마 헤드의 하면의 중심에 마련되어 있는, 연마 헤드.
  4. 상면에 기판을 착탈 가능하게 지지하기 위한 정반과,
    상기 정반에 대향하도록 마련된, 제1항에 기재된 연마 헤드와,
    상기 연마 헤드의 상기 개구를 통하여 상기 액체 리저버에 액체를 공급하기 위한 액체 공급 노즐
    을 구비하는, 연마 장치.
  5. 제4항에 기재된 연마 장치를 사용한 연마 방법이며,
    (a) 상기 연마 헤드의 하면에 설치된 연마 패드를 상기 기판에 접촉시키는 스텝과,
    (b) 상기 액체 공급 노즐로부터 상기 액체 리저버부로 연마액을 공급하면서, 상기 연마 헤드를 회전시키는 스텝과,
    (c) 상기 액체 공급 노즐로부터 상기 액체 리저버부로 세정액을 공급하면서, 상기 연마 헤드를 회전시키는 스텝과,
    (d) 상기 연마 패드를 상기 기판으로부터 떼어내는 스텝
    을 포함하는, 연마 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연마 장치는, 상기 연마 헤드를 회전시키기 위한 회전 기구를 더 구비하고,
    상기 스텝 (b) 및 상기 스텝 (c)에 있어서의 상기 연마 헤드의 회전은, 상기 회전 기구에 의해 행해지는, 연마 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연마 장치는, 상기 연마 헤드를 상하 이동시키기 위한 상하 이동 기구를 더 구비하고,
    상기 스텝 (a)에 있어서의 상기 연마 패드를 상기 기판에 접촉시키는 것 및 상기 스텝 (d)에 있어서의 상기 연마 패드를 상기 기판으로부터 떼어내는 것은, 상기 상하 이동 기구에 의해 행해지는, 연마 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 스텝 (b)에 있어서의 상기 연마액의 단위 시간당 공급량은, 상기 연마액의 상기 액체 배출구로부터의 단위 시간당 배출량과 동일한, 연마 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액체 리저버부의 상기 저면은, 적어도 2단의 계단 형상으로 구성되어 있는, 연마 헤드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오버행부는, 상기 액체 리저버부의 계단 형상으로 융기된 부분으로부터 상기 회전축 쪽을 향하여 연장되도록 구성되어 있는, 연마 헤드.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 오버행부는, 상기 액체 리저버부를 복수의 영역으로 구분하도록 구성되어 있는, 연마 헤드.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 액체 리저버부의 구분된 복수의 영역 중 적어도 하나의 영역의 직경은, 상기 액체 리저버부 전체의 직경보다 작은, 연마 헤드.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 액체 리저버부는 L자 형상의 단면을 구비하는, 연마 헤드.
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