KR19990023511A - 웨이퍼 연마장치 - Google Patents

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KR19990023511A
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오쯔보 히데오
가부시키가이샤 토쿄 세이미쯔
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Abstract

제 1 공기안내요구는 그 반경이 웨이퍼의 최대반경과 같은 원의 내주면을 따라 캐리어의 저면에 형성된다. 공기는 캐리어와 웨이퍼 사이에 압력공기층을 형성하도록 제 1 공기안내요구를 통하여 웨이퍼의 외주연에 공급된다. 압력공기층을 형성하므로서 웨이퍼의 전면에 공기압력이 가하여져 웨이퍼가 균일한 압력 하에 연마될 수 있다. 제 2 공기안내요구가 그 반경이 웨이퍼의 최소반경과 같은 원의 내주면을 따라 형성되어 방위평면부 또는 절결부를 갖는 웨이퍼가 균일한 압력 하에 연마될 수 있다.

Description

웨이퍼 연마장치
본 발명은 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로, 특히 화학기계 연마 처리(CMP)방법에 사용되는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.
일본 특허 공개공보 제 8-339979 호에 기술된 웨이퍼 연마장치에는 고정헤드(캐리어), 연마패드(연마포)와, 씨일부재가 구비되어 있다. 고정헤드에는 액체공급 통로가 형성되어 있고, 액체공급통로를 통하여 가압액체가 고정헤드, 기재(웨이퍼)와 환상씨일부재로 둘러싸인 공간으로 공급되며, 기재는 가압액체의 압력에 의하여 연마패드에 대하여 가압된 상태에서 연마된다.
액체공급통로가 고정헤드의 회전축에 동축상으로 형성되고, 가압액체는 액체공급통로를 통해 기재의 중심을 향하여 분사된다.
상기 언급된 웨이퍼 연마장치에 따라서, 액체공급통로는 가압액체를 기재의 중심으로 추진되는 위치에 형성된다. 이러한 이유로 기재의 중심으로부터 멀어질수록 기재에 가하여지는 가압액체의 압력이 작아진다.
따라서 상기 언급된 웨이퍼 연마장치는 기재를 균일한 압력 하에 연마할 수 없다.
본 발명은 상기 언급된 상황에 비추어 개발된 것으로, 그 목적은 균일한 압력 하에 웨이퍼를 연마할 수 있는 웨이퍼 연마장치를 제공하는데 있다.
상기 언급된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼를 고정하는 캐리어에 다수의 분사공을 가지고, 캐리어와 웨이퍼 사이에 압력공기층을 형성토록 다수의 분사공으로부터 공기를 분사하며, 압력공기층을 통하여 가압수단으로부터 캐리어에 전달된 압력을 웨이퍼에 전달하므로서 연마포에 대하여 가압된 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마장치에 있어서, 다수의 분사공이 웨이퍼를 향하는 캐리어의 표면 외주연에 형성됨을 특징으로 한다.
상기 언급된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼를 고정하는 캐리어에 다수의 분사공을 가지고, 캐리어와 웨이퍼 사이에 압력공기층을 형성토록 다수 분사공으로부터 공기를 분사하며, 압력공기층을 통하여 가압수단으로부터 캐리어에 전달된 압력을 웨이퍼에 전달하므로서 연마포에 대하여 가압된 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마장치에 있어서, 분사공이 캐리어에 제공된 투공부재에 연결되고, 투공부재가 그 반경이 웨이퍼의 반경과 동일한 원의 내주면을 따라 형성됨을 특징으로 한다.
또한 상기 언급된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼의 표면을 연마하기 위하여 회전하는 연마포에 대하여 웨이퍼를 가압하는 웨이퍼 연마장치를 제공하는바, 웨이퍼 연마장치가 웨이퍼를 고정하는 캐리어, 웨이퍼를 향하는 캐리어의 외주연에 형성된 다수의 분사공, 연마포에 대하여 캐리어를 가압하기 위한 제 1 가압수단, 캐리어와 웨이퍼 사이에 압력공기층을 형성하고 이 압력공기층을 통하여 제 1 가압수단으로부터 웨이퍼에 압력을 전달하기 위하여 캐리어의 다수의 분사공으로부터 공기를 분사하기 위한 압력공기층 형성수단, 웨이퍼가 캐리어로부터 튀어나가는 것을 방지하기 위하여 웨이퍼를 둘러싸는 리테이너링, 웨이퍼를 둘러싸고 이 웨이퍼와 함께 연마포에 접촉하는 연마면 조절링, 연마포에 대하여 리테이너링과 연마면 조절링을 가압하기 위한 제 2 가압수단과, 웨이퍼의 재료제거량을 검출하기 위한 재료제거량 검출수단으로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따라서, 웨이퍼를 향하는 캐리어의 외주연에 다수의 분사공이 형성되어 있으므로 웨이퍼에 가하여지는 공기압력은 웨이퍼의 전면에 대하여 균일하다. 따라서 웨이퍼는 균일한 압력하에 연마될 수 있다.
본 발명에 따라서, 분사공으로부터 분사된 공기는 압력공기층을 형성토록 캐리어에 형성된 공기안내요구를 통하여 웨이퍼의 전체 외주연에 신속히 공급된다. 공기안내요구를 통하여 웨이퍼의 외주연에 공기가 공급되므로 웨이퍼에 가하여지는 공기압력은 웨이퍼의 전면에서 균일하게 된다. 이로써 웨이퍼가 균일한 압력하에 연마될 수 있다.
본 발명에 따라서, 다수의 분사공이 각 공기안내요구에 연결된다. 공기안내요구의 수는 분사공의 수와 같다.
본 발명에 따라서, 공기안내요구는 제 1 공기안내요구와 제 2 공기안내요구로 구성된다. 제 1 공기안내요구는 그 반경이 웨이퍼의 최대반경과 같은 원의 내주연을 따라 형성되고, 제 2 공기안내요구는 그 반경이 웨이퍼의 최소반경과 같은 원의 내주연을 따라 형성되어 있다.
제 1 공기안내요구가 그 반경이 웨이퍼의 최대반경과 같은 원의 내주연을 따라 형성되어 있으므로 웨이퍼에 형성된 방위평면부 또는 절결부에서의 공기압력이 감소될 것이다.
따라서, 웨이퍼는 균일하게 가압될 수 없다. 이러한 결점을 해결하기 위하여, 제 2 공기안내요구가 그 반경이 웨이퍼의 최소반경과 같은 원의 내주연을 따라 형성된다. 제 2 공기안내요구를 통하여 안내되는 공기가 그 반경이 웨이퍼의 최소반경과 같은 전체 주면에 공급된다. 제 2 공기안내요구를 형성하므로서 방위평면부 또는 절결부측으로 공기를 공급하는 것이 가능하며 방위평면부 또는 절결부를 갖는 웨이퍼를 균일한 압력으로 연마하는 것이 가능하다.
본 발명에 따라서, 웨이퍼의 최소반경은 웨이퍼의 중심으로부터 방위평면부까지의 수직선의 길이와 같다.
본 발명에 따라서, 웨이퍼의 최소반경은 웨이퍼의 중심으로부터 절결부까지의 길이와 같다.
본 발명에 따라서, 제 1 및 제 2 공기안내요구는 다수의 분할형 요구로 구성된다. 각 공기안내요구를 통하여 공기를 공급하므로서 웨이퍼에 복원력을 주어 경사진 웨이퍼가 원상태로 복귀될 수 있다. 만약 제 1 공기안내요구와 제 2 공기안내요구가 교대로 형성되는 경우, 복원력이 웨이퍼에 효과적으로 주어질 수 있다.
본 발명에 따라서, 웨이퍼를 향하여 공기를 후진시키기 위해 캐리어에 물분사공이 형성된다. 물은 웨이퍼에 묻어 있는 슬러리나 연마분진을 씻어낸다, 슬러리는 건조되면 고체가 되므로 슬러리는 건조전에, 즉 연마완료직후에 씻어내야 한다.
본 발명에 따라서, 물 분사공은 분사공으로 이용될 수 있으므로 물분사공을 별도로 형성할 필요가 없다.
본 발명에 따라서, 웨이퍼를 진공시키는 진공부가 제 2 공기안내요구의 내측에 형성된다. 진공부가 웨이퍼를 진공시킬 때, 진공부와 웨이퍼 사이의 공간으로 캐리어 외부의 분진이 유입되는 것을 방지하기 위하여 공기가 분사공으로부터 분사된다.
본 발명에 따라서, 분사공이 밸브를 통하여 에어펌프와 흡인펌프에 연결된다. 밸브로 에어펌프측을 개방하고 흡인펌프측을 폐쇄하므로서 분사공으로부터 공기를 분사할 수 있다. 밸브로 에어펌프측을 폐쇄하고 흡인펌프측을 개방하면 분사공은 웨이퍼를 진공하여 고정하는 공기흡인공으로서 작용한다. 이로써 부가적으로 특수한 진공부재를 제공할 필요가 없다.
본 발명에 따라서, 캐리어에 제공된 투공부재는 분사공에 연결되고, 공기가 투공부재를 통하여 분사된다. 만약 공기가 투공부재를 통하여 분사되는 경우 공기는 웨이퍼의 주연에 균일하게 공급될 수 있다.
본 발명에 따라서, 캐리어와 웨이퍼 사이에 압력공기층을 형성하기 위하여 공기가 캐리어에 형성된 다수의 분사공으로부터 분사된다. 연마포에 대하여 웨이퍼를 가압하도록 압력공기층을 통하여 제 1 압력수단으로부터 웨이퍼에 압력이 전달된다. 캐리어와 웨이퍼사이에 연마분진과 같은 이물질이 있는 경우에도 압력이 제 1 가압수단으로부터 웨이퍼의 전면에 균일하게 전달될 수 있다.
이와 같이 웨이퍼의 전면이 균일하게 연마될 수 있다.
본 발명에 따라서, 리테이너링이 웨이퍼가 캐리어로부터 튀어나가는 것을 방지한다. 더욱이, 웨이퍼와 함께 연마포에 접촉하는 연마면 조절링이 제공되고, 제 2 가압수단이 웨이퍼의 주연변부에서 연마포가 상승하는 것을 방지하도록 연마포에 대한 연마면 조절링의 압력을 조절한다. 이와 같이, 압력이 연마포로부터 웨이퍼에 균일하게 가하여질 수 있으며 웨이퍼의 전면이 균일하게 연마될 수 있다.
본 발명에 따라서, 검출수단이 연마중에 웨이퍼의 재료가 연마되어 나가는 재료제거량을 검출하므로서 재료제거종료시점이 정확히 검출될 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 전체구조를 보인 사시도.
도 2 는 도 1에서 보인 웨이퍼 연마장치에 적용된 웨이퍼 고정헤드의 제 1
실시형태를 보인 단면도.
도 3 은 제 1 실시형태에 따른 캐리어의 저면도.
도 4 는 웨이퍼에 가하여지는 공기압력의 분포를 개념적으로 설명하는
설명도.
도 5 는 도 1의 웨이퍼 연마장치의 제어시스템을 보인 블럭다이아그램.
도 6 은 제 2 실시형태에 따른 캐리어의 저면도.
도 7 은 도 6에서 보인 캐리어와 방위평면부를 갖는 웨이퍼사이의 관계를
보인 부분평면도.
도 8 은 도 6에서 보인 캐리어와 절결부를 갖는 웨이퍼사이의 웨이퍼 관계를
보인 부분평면도.
도 9 는 제 2 실시형태에 따른 웨이퍼 고정헤드의 단면도.
도 10 은 도 9에서 보인 웨이퍼 고정헤드의 캐리어를 보인 저면도.
도 11 은 제 3 실시형태에 따른 웨이퍼 고정헤드를 보인 단면도.
도면의 주요부분에 대한 부호 설명
24 : 캐리어 49 : 공기안내요구
52 : 분사공 53 : 공기안내요구
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 전체구조를 보이고 있다.
도 1에서 보인 바와 같이, 웨이퍼 연마장치(10)는 주로 턴테이블(12)과 웨이퍼 고정헤드(14)로 구성된다. 턴테이블(12)은 디스크형이며 연마포(16)가 턴테이블(12)의 상부에 부착된다. 스핀들(18)이 턴테이블(12)의 저면과 모우터(20)의 출력축(도시하지 않았음)에 연결된다. 모우터(20)의 구동으로 턴테이블(12)은 화살표 A의 방향을 회전하며, 노즐(도시하지 않았음)을 통하여 슬러리가 회전하는 턴테이블(12)의 연마포(16)상에 공급된다.
인상장치(도시하지 않았음)가 웨이퍼 고정헤드(14)를 수직으로 이동시킬 수 있다. 웨이퍼 고정헤드(14)는 연마될 웨이퍼가 웨이퍼 고정헤드(14)내에 셋팅될 때 상부로 이동되고, 웨이퍼가 연마될 때에는 웨이퍼 고정헤드(14)가 하향 이동되고 연마포(16)에 대하여 가압된다.
도 2는 웨이퍼 고정헤드(14)의 단면을 보인 것이다.
이 웨이퍼 고정헤드(14)는 헤드동체(22), 캐리어(24), 안내링(26), 연마면 조절링(28) 및 고무시이트(30)로 구성된다. 헤드동체(22)는 디스크형태이고, 회전축(32)에 연결된 모우터(도시하지 않았음)가 헤드동체(22)를 화살표 B방향으로 회전시킨다.
헤드동체(22)에는 공기공급통로(34)(36)가 형성되어 있다. 이 공기공급통로(34)는 도 2에서 2점쇄선으로 보인 바와 같이 웨이퍼 고정헤드(14)의 외측으로 연장되어 있다. 공기공급통로(34)는 조절기(R)(38A)를 통하여 에어펌프(AP)(40)에 연결된다.
공기공급통로(36)는 조절기(38B)를 통하여 에어펌프(40)에 연결된다.
캐리어(24)는 원주의 형태이며 이는 헤드동체(22)의 하측에 동축상으로 배열되어 있다. 캐리어(24)의 저면에는 요입부(25)가 형성되어 있고, 이 요입부(25)에 투공판(42)(진공부)이 수용되어 있다. 이 투공판(42)의 상부에는 공기챔버(27)가 형성되어 있고 이 공기챔버(27)는 캐리어(24)에 형성된 공기흡인통로(44)와 연결되어 있다.
공기흡인통로(44)는 도 2에서 2점쇄선으로 보인바와 같이 웨이퍼 고정헤드(14)의 외측으로 연장되어 있으며, 이는 흡인펌프(SP)(46)에 연결된다. 흡인펌프(46)의 구동으로 투공판(42)이 그 저면에 웨이퍼(50)를 흡착할 수 있다. 투공판(42)은 다수의 통공을 가지며, 이는 예를 들어 세라믹물질의 소결체이다.
캐리어(24)의 저면에는 다수의 분사공(48)이 형성되어 있다(도 2에서는 두 개의 분사공만을 보임). 도 3에서 보인 바와 같이, 6개의 분사공(48)이 등간격으로 형성되어 있다. 분사공(48)은 도 2에서 2점쇄선으로 보인 바와 같이 웨이퍼 고정헤드(14)의 외측으로 연장되어 있으며, 분사공(48)은 조절기(38C)를 통하여 에어펌프(40)에 연결된다. 압축공기가 분사공(48)을 통하여 에어펌프(40)로부터 투공판(42)과 웨이퍼(50)사이의 공기챔버(51)로 분사된다.
이는 공기챔버(51)내에 압력공기층을 형성하고, 이로써 캐리어(24)의 압력이 압력공기층을 통하여 웨이퍼(50)에 전달된다. 웨이퍼(50)는 압력공기층을 통하여 전달된 압력에 의하여 연마포(16)에 대하여 가압된다. 분사공(48)으로부터 분사된 공기가 연마면 조절링(28)에 형성된 유출구(도시하지 않았음)를 통하여 외부로 배출된다.
도 2와 도 3에서 보인 바와 같이, 분사공(48)이 캐리어(24)의 저면에 형성된 공기안내요구(49)에 연결된다. 사전에 결정된 깊이를 갖는 공기안내요구(49)가 웨이퍼(50)의 반경과 같은 원의 내주면을 따라 형성되어 있다. 분사공(48)으로부터 분사된 공기는 공기안내요구(49)를 통하여 웨이퍼(50)의 외주연전체를 향하여 공급된다. 이 공기가 이미 언급된 압력공기층을 형성한다. 공기안내요구(49)를 통한 웨이퍼(50)의 외주연에 대한 공기의 공급은 도 4에서 보인 바와 같이 웨이퍼(50)에 가하여지는 공기압력이 웨이퍼(50)의 전면에서 균일하게 되도록 한다. 따라서, 웨이퍼(50)가 균일한 압력하에 연마될 수 있다.
다수의 분사공(52)(도 2에서는 이들 중에서 두 개만을 도시하였음)이 캐리어(24)에 형성되어 있다. 도 3에서 보인 바와 같이 6개의 분사공(52)이 등간격을 두고 형성되어 있다. 분사공(52)은 도 2에서 2점쇄선으로 보인 바와 같이 웨이퍼 고정헤드(14)의 외측부에 연장되어 있으며, 각 분사공(52)은 밸브(54)를 이용하여 두 개의 지선으로 나누어져 있다. 일측지선이 조절기(38D)를 통하여 에어펌프(40)에 연결되고 타측지선이 워터펌프(WP)(56)에 연결된다. 밸브(54)가 에어펌프(40)측의 지선을 개방하고 워터펌프(56)측의 지선을 폐쇄하면, 압축공기가 분사공(52)을 통하여 에어펌프(40)로부터 공기챔버(51)측으로 공급된다. 만약 밸브(54)가 절환되어 에어펌프(40)측의 지선을 폐쇄하고 워터펌프(56)측의 지선을 개방하는 경우, 물이 워터펌프(56)로부터 분사공(52)을 통하여 공기챔버(51)로 공급된다.
도 2와 도 3에서 보인 바와 같이, 분사공(52)은 캐리어의 저면에 형성된 공기안내요구(53)에 연결된다. 사전에 결정된 깊이의 이 공기안내요구(53)는 공기안내요구(49)의 외측에 동심원상으로 형성되어 있다. 분사공(52)으로부터 분사되는 물은 공기안내요구(53)를 통하여 웨이퍼(50)의 외주연변부측으로 공급된다. 물은 웨이퍼(50)의 변부에 묻어 있는 슬러리와 연마분진을 씻어낸다. 분사공(52)을 통하여 공기를 분사하므로서 물로 세척된 웨이퍼(50)를 건조시킬 수 있다.
고무시이트(30)가 캐리어(24)와 헤드동체(22) 사이에 배치된다. 이 고무시이트(30)는 두께가 균일한 디스크이다. 이 고무시이트는 환상스토퍼(58)의 도움으로 헤드동체(22)의 저면에 고정된다. 고무시이트는 스토퍼(58)를 경계로 하여 중앙부분(30A)과 외측주연부(30B)으로 나누어진다. 고무시이트(30)의 중앙부분(30A)은 캐리어(24)를 가압하고, 외측주연부(30B)은 연마면 조절링(28)을 가압한다.
공간부(60)가 헤드동체(22)의 하측에 형성되어 있고, 이 공간부(60)는 고무시이트(30)의 중앙부분(30A)과 환상스토퍼(58)에 의하여 밀봉된다. 공기공급통로(36)가 이 공간부(60)와 연통한다. 압축공기가 공기공급통로(36)를 통하여 공간부(60)에 공급될 때에, 고무시이트(30)의 중앙부분(30A)이 공기압력하에 탄력적으로 변형되면서 캐리어(24)의 상부를 가압한다. 따라서, 웨이퍼가 연마포(16)에 대하여 가압된다. 조절기(38B)로 공기압력을 조절하므로서 웨이퍼(50)의 압력(연마압력)을 제어할 수 있다.
원통형 안내링(26)이 헤드동체(22)의 하측에 동축상으로 배열된다. 안내링(26)은 고무시이트(30)를 통하여 헤드동체(22)에 고정된다.
연마면 조절링(28)은 안내링(26)과 캐리어(24)사이에 배열된다. 웨이퍼(50)가 튀어나가는 것을 방지하기 위하여 연마면 조절링(28)의 하측부 내주연에 리테이너링(62)이 부착되어 있다.
환상공간부(64)가 헤드동체(22)의 하측외주연에 형성되어 있고, 이 환상공간부(64)는 헤드동체(22)와 고무시이트(30)의 외측주연부(30B)등에 의하여 기밀하게 폐쇄되어 있다. 공기공급통로(34)가 공간부(64)에 연결되어 있다. 압축공기가 공기통로(34)를 통하여 공간부(64)내로 공급될 때 고무시이트(30)의 외측주연부(30B)는 공기압력하에 탄력적으로 변형되어 연마면 조절링(28)의 환상상측부를 가압한다. 이는 연마포(16)에 대하여 연마면 조절링(28)의 환상저면을 가압한다. 조절기(38A)로 공기압력을 조절하므로서 연마면 조절링(28)의 압력을 제어할 수 있다.
도 2에서 보인 바와 같이, 웨이퍼 고정헤드(14)에는 연마시 웨이퍼(50)에서 이 웨이퍼의 재료가 제거되는 양을 검출하는 재료제거량 검출기가 구비되어 있다. 재료제거량 검출기는 코아(66)와 보빈(68)으로 구성되는 감지기(70)와, 비접촉 감지기(72)로 구성된다. 웨이퍼 고정헤드(14)의 외측에 CPU(74)(도 5 참조)가 제공되며, CPU(74)는 감지기(70)(72)에 의하여 검출된 검출값을 계산한다.
감지기(70)의 보빈(68)은 연마면 조절링(28)의 내면으로부터 웨이퍼 고정헤드(14)의 회전축을 향하여 연장된 암(76)의 단부에 취부된다. 감지기(70)의 코아(66)는 이 코아(66)의 중심축선이 웨이퍼 고정헤드(14)의 회전축과 동축상이 되는 위치에 제공된다. 감지기(70)는 연마면 조절링(28)의 접촉면(29)에 대하여 즉, 웨이퍼(50)의 연마면에 대하여 캐리어(24)의 수직이동량을 검출한다. 캐리어(24)에 요구(78)가 형성되어 있으며, 암(76)이 이 요구(78)내에 삽입된다.
감지기(70)는 웨이퍼(50)의 재료제거량을 애벌검출할 수 있다. 그러나, 이 실시형태에서는 감지기(70)에 의하여 검출된 검출값이 감지기(72)에 의하여 검출된 검출값에 의하여 수정되어 웨이퍼(50)의 정확한 재료제거량을 얻을 수 있다.
감지기(72)는 용량감지기와 같은 비접촉형 감지기이며, 이 감지기(72)의 검출면은 투공판(42)의 저면과 동일한 평면내에 놓인다.
검출면(72)은 검출면(72A)으로부터 웨이퍼(50)의 상부까지의 거리를 검출하여 공기챔버(51)의 압력공기층의 두께변화를 검출한다.
웨이퍼 연마장치를 일반화하고 제어하는 도 5 의 CPU(74)는 웨이퍼(50)의 재료제거량을 계산하기 위하여 감지기(72)에 의하여 검출된 압력공기층의 두께변화량을 감지기(70)에 의하여 검출된 캐리어(24)의 이동량에 가산한다. 환언컨데, CPU(74)는 RAM(75)에 사전에 저장된 기준값에 대하여 두께변화 및 이동량으로부터 웨이퍼(50)의 재료제거량을 계산한다.
예를 들어, 감지기(70)에 의하여 검출된 이동량이 T1이고 감지기(72)에 의하여 검출된 평균변화량이 T2인 경우에 웨이퍼(50)의 재료제거량은 등식 T1 + T2에 따라서 계산된다. 만약 감지기(70)에 의하여 검출된 이동량이 T1이고 감지기(72)에 의하여 검출된 평균변화량이 0인 경우에는 웨이퍼(50)의 재료제거량이 등식 T1 + 0에 따라서 계산된다. 또한 감지기(70)에 의하여 검출된 이동량이 T1이고 감지기(72)에 의하여 검출된 평균변화량이 -T2인 경우에는 웨이퍼(50)의 재료제거량이 등식 T1 - T2에 따라서 계산된다.
이 실시형태에 따라서, 재료제거량이 감지기(70)(72)에 의하여 검출되는 변화량과 이동량으로부터 계산되므로 웨이퍼(50)의 재료제거량을 정확히 검출할 수 있다. 더욱이, 연마될 웨이퍼의 두께는 사전에 알고 있으므로 웨이퍼(50)의 연마면과 연마포(16)에 대한 연마면 조절링(28)의 접촉위치사이의 관계를 검출할 수 있다. 이와 같이, 연마면 조절링(28)의 압력이 정확히 조절될 수 있다.
상기 언급된 방법으로 구성되는 웨이퍼 연마장치(10)의 작동을 설명키로 한다.
먼저, 웨이퍼 고정헤드(14)가 상향이동되고 흡인펌프(46)가 작동하여 연마될 웨이퍼(50)를 투공판(42)에 대하여 진공시킨다. 흡인펌프(46)가 구동되기 전에, 투공판(42)과 웨이퍼(50) 사이의 공간으로 캐리어 외부의 분진이 유입되는 것을 방지하기 위하여 투공판(42)의 둘레에 에어커튼을 형성토록 공기가 분사공(48)(52)으로부터 적당히 분사된다.
다음으로, 웨이퍼 고정헤드(14)가 하향이동되어 연마면 조절링(28)의 접촉면(29)이 연마포(16)에 접촉하는 위치에서 정지된다. 이어서 흡인펌프(46)가 멈추고 웨이퍼(50)를 놓아주며, 웨이퍼(50)가 연마포(16)상에 배치된다.
그리고, 에어펌프(40)가 구동되어 분사공(48)을 통하여 압축공기를 공급하고, 압축공기가 공기안내요구(49)를 통하여 웨이퍼(50)의 전 외주연에 신속히 공급되므로서 공기챔버(51)에 압력공기층을 형성한다. 공기안내요구(49)를 통한 공기의 공급으로 도 4에서 보인 바와 같이 웨이퍼(50)에 가하여지는 공기압력이 웨이퍼(50)의 전면에 균일하게 되도록 한다.
따라서, 웨이퍼(50)는 균일한 압력하에 연마될 수 있다.
그리고, 압축공기가 공기공급통로(36)를 통하여 에어펌프(40)로부터 공간부(60)에 공급되며, 고무시이트(30)의 중앙부분(30A)이 내부공기압력하에 탄력적으로 변형되어 캐리어(24)를 가압한다. 웨이퍼(50)가 연마포(16)에 대하여 가압된다. 조절기(38B)는 공기압력을 조절하여 연마포(16)에 대한 웨이퍼(50)의 압력을 일정하게 유지한다. 압력은 도 5의 외부입력장치(80)에 의하여 설정된다.
압축공기가 에어펌프(40)로부터 공기공급통로(34)를 통하여 환상공간부(64)로 공급되고, 고무시이트(30)의 외측주연부(30B)가 내부공기압력하에 탄력적으로 변형되어 연마면 조절링(28)을 가압한다. 이와 같이, 연마면 조절링(28)과 리테이너링(62)의 저면이 동시에 연마포(16)에 대하여 가압된다. 그리고 턴테이블(12)과 웨이퍼 고정헤드(14)가 회전되어 웨이퍼(50)를 연마하기 시작한다.
감지기(70)(72)와 CPU(74)는 연마중에 웨이퍼(50)의 재료제거량을 계산한다. 계산된 재료제거량에 사전에 설정된 목표값에 이르렀을 때 CPU(74)는 연마종료신호를 출력하여 웨이퍼 연마장치(10)의 작동을 중지시키며 제 1 웨이퍼(50)의 연마과정이 종료된다.
연마가 완료된 후에 분사공(52)으로부터 물이 분사되어 웨이퍼(50)에 묻어 있는 슬러리와 연마분진을 씻어낸다. 세척후 분사공(52)으로부터 공기가 분사되어 웨이퍼(50)를 건조시키며 제 1 웨이퍼(50)의 연마가 종료된다. 상기 언급된 단계가 이후 연속한 웨이퍼(50)를 연마하도록 반복된다.
상기 언급된 바와 같이, 이 실시형태에 있어서, 공기안내요구(49)가 웨이퍼(50)의 외주연부에 일치하는 영역에 형성되고, 압축공기가 이 공기안내요구(49)를 통하여 공급된다. 이러한 이유로 웨이퍼(50)가 균일한 압력하에 연마될 수 있다.
공기안내요구(49)가 형성되지 않은 경우에는 분사공(48)을 웨이퍼(50)의 외주연부에 일치하는 영역에 밀집되게 형성하는 경우 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 웨이퍼 고정헤드(14)에 가하여진 캐리어의 제2 실시 형태의 저면을 보인 것이다. 캐리어(90)의 저면에 다수의 제 1 공기안내요구(92)와 다수의 제 2 공기안내요구(94)가 형성되어 있다. 분사공(93)은 각 제 1 공기안내요구(92)의 중앙에 연결되고 분사공(95)은 각 제 2 공기안내요구(94)의 중앙에 연결된다. 제 1 공기안내요구(92)와 제 2 공기안내요구(94)는 교대로 형성된다.
제 1 공기안내요구(92)는 그 반경이 웨이퍼의 최대반경과 같은 원의 내주연을 따라 형성된다. 분사공(93)으로부터 분사된 공기는 제 1 공기안내요구(92)를 통하여 웨이퍼의 외주연으로 신속히 공급되고 이 공기가 압력공기층을 형성한다. 이와 같이, 웨이퍼가 균일한 압력하에 연마될 수 있다.
제 1 공기안내요구(92)가 그 반경이 웨이퍼의 최대반경과 같은 원을 따라 형성된다. 만약 웨이퍼에 방위평면부 또는 절결부가 형성되어 있는 경우에 방위평면부와 절결부에서 공기압력이 낮아질 것이다. 따라서, 이 경우에 웨이퍼가 균일하게 가압될 수 없다.
상기 언급된 문제점을 해결하기 위하여, 제 2 공기안내요구(94)가 그 반경이 웨이퍼의 최소반경과 같은 원의 내주연을 따라 형성되어 있다. 공기가 분사공(95)으로부터 분사될 때, 공기가 제 2 공기안내요구(94)를 통하여 그 반경이 웨이퍼의 최소반경과 같은 전체 주연에 공급되며, 공기가 압력공기층을 형성한다. 제 2 공기안내요구(94)를 형성하므로서 도 7에서 2점쇄선으로 보인 방위평면부(OF) 또는 도 8에서 2점쇄선으로 보인 절결부의 내측으로 공기를 공급할 수 있다. 이와 같이 방위평면부 또는 절결부를 갖는 웨이퍼(50)가 균일한 압력하에 연마될 수 있다.
웨이퍼의 상기 언급된 최소반경은 웨이퍼의 중심으로부터 방위평면부까지의 수직선길이와 같다. 절결부의 경우에 있어서, 웨이퍼의 최소반경은 웨이퍼의 중심으로부터 절결부까지의 길이와 같다.
다른 한편으로, 도 6에서 캐리어(90)에는 다수의 제 1 공기안내요구(92)와 제 2 공기안내요구(94)가 형성되어 있으며, 공기안내요구(92)(94)를 통한 공기의 공급으로 웨이퍼에 복원력을 부여하여 경사진 웨이퍼가 원상태로 회복될 수 있다. 제 1 공기안내요구(92)와 제 2 공기안내요구(94)가 교대로 형성되어 있으므로 복원력이 웨이퍼에 효율적으로 가하여질 수 있다.
도 9는 제 2 실시형태에 따른 웨이퍼 고정헤드(114)의 단면을 보인 것이다. 도 2의 제 1 실시형태의 웨이퍼 고정헤드(14)와 유사한 부분에 대하여서는 동일한 부호로 표시하였으며 이들에 대하여서는 설명치 않을 것이다.
도 10에서 환상의 투공부재(96)가 웨이퍼(50)의 주연을 향하도록 웨이퍼 고정헤드(114)의 캐리어(124)의 저면에 배열된다. 도 9에서 보인 바와 같이, 투공부재(96)는 분사공(48)(52)에 연결된다. 분사공(48)(52)으로부터 분사된 공기는 투공부재(96)를 통하여 웨이퍼(50)의 주연을 향하여 분사된다.
만약 이 실시형태의 웨이퍼 고정헤드(114)의 경우와 같이 투공부재(96)가 공기안내요구 대신에 사용되는 경우, 공기가 웨이퍼(50)의 주연에 균일하게 공급될 수 있다.
도 11은 제 3 실시형태에 따른 웨이퍼 고정헤드(214)의 단면을 보인 것이다. 도 2의 제 1 실시형태에 따른 웨이퍼 고정헤드(14)와 유사한 부분에 대하여서는 동일한 부호로 표시하였으며, 이들에 대하여 상세한 설명은 않는다.
웨이퍼 고정헤드(214)는 캐리어(224)에 형성된 분사공(48)이 밸브(100)를 통하여 에어펌프(40)와 흡인펌프(46)에 연결되게 구성된다. 밸브(100)로 에어펌프(40) 측의 지선을 개방하고 흡인펌프(46)측의 지선을 폐쇄하므로서 에어펌프(40)로부터 분사공(48)을 통하여 공기를 분사할 수 있다. 다른 한편, 밸브(100)로 에어펌프(40)측의 지선을 폐쇄하고 흡인펌프(46)측의 지선을 개방하므로서 분사공(48)은 웨이퍼(50)를 진공하고 고정하는 공기흡인공으로서 기능토록할 수 있다. 진공을 위하여 분사공(48)을 이용하므로써 웨이퍼(50)를 진공시키기 위하여 특별한 흡인부재(투공부재)를 갖는 캐리어(224)를 제공할 필요가 없어진다.
마찬가지로, 분사공(52)이 밸브를 통하여 에어펌프(40)와 흡인펌프(46)에 연결되어 이 분사공(52)이 공기를 분사하거나 웨이퍼(50)를 진공시키도록 제한될 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 연마장치에 따라서, 다수의 분사공이 웨이퍼를 향하는 캐리어의 외주연에 형성된다. 이와 같이, 웨이퍼가 균일압력하에 연마될 수 있다.
본 발명에 따라서, 분사공으로부터 분사된 공기가 그 반경이 웨이퍼의 최대반경과 같은 원을 따라 형성된 제 1 공기안내요구를 통하여 웨이퍼의 외주연에 공급된다. 이와 같이 웨이퍼가 균일한 압력하에 연마될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따라서, 제 2 공기안내요구가 그 반경이 웨이퍼의 최소반경과 같은 원을 따라 형성된다. 공기는 제 2 공기안내요구를 통하여 웨이퍼의 주연을 통하여 분사되고 이로써 방위평면부 또는 절결부를 갖는 웨이퍼가 균일한 압력하에 연마될 수 있다.
그러나 본 발명은 상기 설명된 특정형태로 제한되지는 않으며 반대로 본 발명은 첨부된 청구범위에서 보인 바와 같이 본 발명의 기술사상과 범위내에서 수정이나 변경이 가능한 것이다.

Claims (14)

  1. 웨이퍼를 고정하는 캐리어에 다수의 분사공을 가지고, 상기 캐리어와 상기 웨이퍼 사이에 압력공기층을 형성토록 상기 다수의 분사공으로부터 공기를 분사하며, 상기 압력공기층을 통하여 가압수단으로부터 상기 캐리어에 전달된 압력을 상기 웨이퍼에 전달하므로서 연마포에 대하여 가압된 상기 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마장치에 있어서, 상기 다수의 분사공이 상기 웨이퍼를 향하는 상기 캐리어의 표면 외주연에 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 분사공이 상기 웨이퍼를 향하는 상기 캐리어의 상기 표면에 형성된 공기안내요구를 통하여 상호 연결됨을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 분사공이 상기 웨이퍼를 향하는 상기 캐리어의 상기 표면에 형성된 공기안내요구들을 통하여 상호 연결됨을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 분사공이 상기 웨이퍼를 향하는 상기 캐리어의 표면에 형성된 각 공기안내요구들에 연결됨을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 공기안내요구들이 제 1 공기안내요구와 제 2 공기안내요구로 구성되고, 상기 제 1 공기안내요구가 그 반경이 상기 웨이퍼의 최대반경과 같은 원의 내주면을 따라 형성되며, 상기 제 2 공기안내요구가 그 반경이 상기 웨이퍼의 최소반경과 같은 원의 내주면을 따라 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 최소반경이 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼에 형성된 방위평면부까지의 수직선의 길이와 같음을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 웨이퍼의 최소반경이 상기 웨이퍼의 중심으로부터 상기 웨이퍼에 형성된 절결부까지의 선의 길이와 같음을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 공기안내요구와 상기 제 2 공기안내요구가 다수의 요구로 나누어지고 상기 제 1 공기안내요구와 상기 제 2 공기안내요구가 교대로 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 물분사공이 상기 웨이퍼를 향하여 물을 분사토록 상기 캐리어에 형성되고, 상기 물분사공으로부터 분사된 공기가 연마후 상기 웨이퍼에 묻어 있는 슬러리를 씻어냄을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 물분사공이 상기 분사공으로서 사용될 수 있음을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  11. 제 5 항에 있어서, 진공부가 상기 웨이퍼를 진공토록 상기 캐리어의 상기 제 2 공기안내요구의 내측에 형성되고, 상기 진공부가 상기 웨이퍼를 진공시킬 때, 공기가 상기 진공부와 상기 웨이퍼 사이의 공간부로 상기 캐리어 외부의 분진이 유입되는 것을 방지하도록 상기 분사공으로부터 분사됨을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 분사공이 밸브를 통하여 에어펌프와 흡인펌프에 연결되고, 상기 밸브에 의하여 에어펌프측이 개방되고 흡인펌프측이 폐쇄될 때, 공기가 상기 분사공으로부터 분사되며, 상기 밸브에 의하여 에어펌프측이 폐쇄되고 흡인펌프측이 개방될 때, 상기 분사공이 상기 웨이퍼를 진공시켜 고정토록 하는 상기 흡인공으로서 작용함을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  13. 웨이퍼를 고정하는 캐리어에 다수의 분사공을 가지고, 상기 캐리어와 상기 웨이퍼 사이에 압력공기층을 형성토록 상기 다수의 분사공으로부터 공기를 분사하며, 상기 압력공기층을 통하여 가압수단으로부터 상기 캐리어에 전달된 압력을 상기 웨이퍼에 전달하므로서 연마포에 대하여 가압된 상기 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마장치에 있어서, 상기 분사공이 상기 캐리어에 제공된 투공부재에 연결되고, 상기 투공부재가 그 반경이 상기 웨이퍼의 반경과 동일한 원의 내주면을 따라 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
  14. 웨이퍼의 표면을 연마하기 위하여 회전하는 연마포에 대하여 상기 웨이퍼를 가압하는 웨이퍼 연마장치에 있어서, 상기 웨이퍼 연마장치가 상기 웨이퍼를 향하는 외주면에 다수의 분사공이 형성된 상기 웨이퍼를 고정하기 위한 캐리어, 상기 연마포에 대하여 상기 캐리어를 가압하기 위한 제 1 가압수단, 상기 캐리어와 상기 웨이퍼 사이에 압력공기층을 형성하고 상기 압력공기층을 통하여 상기 제 1 가압수단으로부터 상기 웨이퍼에 압력을 전달하기 위하여 상기 캐리어의 상기 다수의 분사공으로부터 공기를 분사하기 위한 압력공기층 형성수단, 상기 웨이퍼가 상기 캐리어로부터 튀어나가는 것을 방지하기 위하여 웨이퍼를 둘러싸는 리테이너링, 상기 웨이퍼를 둘러싸고 상기 웨이퍼와 함께 연마포에 접촉하는 연마면 조절링, 상기 연마포에 대하여 상기 리테이너링과 상기 연마면 조절링을 가압하기 위한 제 2 가압수단과, 상기 웨이퍼의 재료제거량을 검출하기 위한 재료제거량 검출수단으로 구성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
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