KR20010024969A - 기판파지장치 및 연마장치 - Google Patents

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KR20010024969A
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오와다신
이치무라데루히코
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마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 연마상황에 따라 기판의 유지상태를 조정하여 기판의 피연마면의 전면에 걸친 연마량의 균일성을 유지하고, 또는 연마량을 의도적으로 제어할 수 있는 기판파지장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다. 기판의 파지면을 가지는 파지판(2)과, 이 파지판(2)의 이면측을 덮어 이 이면측에 기밀한 배압공간을 형성하는 피복판(3)을 구비하고, 상기 파지판(2)에는 상기 파지면과 상기 배압공간을 연락하는 복수의 관통구멍(24)이 상기 파지면의 대략 전면에 걸쳐 분산되어 설치되고, 상기 파지판(2)과 상기 피복판(3)의 사이에는 상기 배압공간을 평면내에 있어서 복수의 소정의 기밀한 분할공간으로 구획하는 구획부재(38)가 착탈자유롭게 설치되어, 상기 분할공간의 배압을 개별로 제어가능한 배압제어장치가 설치되어 있다.

Description

기판파지장치 및 연마장치{WAFER HOLDER AND POLISHING DEVICE}
최근, 반도체디바이스의 고집적화가 진행됨에 따라 회로의 배선이 미세화하여 배선간 거리도 더욱 좁아지고 있다. 특히 선폭이 0.5㎛ 이하의 광리소그래피의 경우에는 허용되는 초점심도가 얕아지기 때문에 스텝퍼의 결상면의 평탄도를 필요로 한다. 따라서 반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하는 것이 필요하게 되며, 이 평탄화법의 한 수단으로서 폴리싱장치에 의해 연마하는 것이 행하여지고 있다.
종래 이와 같은 폴리싱장치는 상면에 연마포를 부착하여 연마면을 구성하는 턴테이블과, 기판의 피연마면을 턴테이블을 향하여 기판을 유지하는 톱링을 가지고, 이들을 각각 자전시키면서 톱링에 의해 기판을 일정한 압력으로 턴테이블에 가압하여 숫돌액을 공급하면서 기판의 피연마면을 평탄하고 또한 경면으로 연마하고 있다.
도 8은 종래의 폴리싱장치의 일예의 주요부를 나타내는 도면이다. 폴리싱장치는 상면에 연마포(100)를 부착한 회전하는 턴테이블(102)과, 회전 및 가압가능하게 폴리싱 대상물인 반도체웨이퍼(W)를 유지하는 톱링(104)과, 연마포(100)에 숫돌액(Q)을 공급하는 숫돌액 공급노즐(106)을 구비하고 있다. 톱링(104)은 톱링 샤프트(108)에 연결되고, 이 톱링 샤프트(108)는 도시 생략한 톱링헤드에 에어실린더를 개재하여 상하이동 가능하게 지지되어 있다.
톱링(104)은 그 하면에 폴리우레탄 등의 탄성매트(110)를 구비하고 있고, 이 탄성매트(110)에 접촉시켜 반도체웨이퍼(W)를 유지하도록 되어 있다. 또한 톱링(104)은 연마중에 반도체웨이퍼(W)가 톱링(104)의 하면으로부터 벗어나지 않도록 하기 위하여 원통형상의 가이드링(112)를 바깥 둘레 가장자리부에 구비하고 있다. 가이드링(112)은 톱링(104)에 대하여 고정되고, 그 하단면은 톱링(104)의 파지면으로부터 돌출되어 있고, 그 안쪽에 오목부를 형성하고 있다. 이에 의하여 폴리싱 대상물인 반도체웨이퍼(W)가 오목부내에 유지되어 연마중에 톱링(104)밖으로 튀어나가지 않도록 되어 있다.
이와 같은 구성의 연마장치에 있어서, 반도체웨이퍼(W)를 톱링(104) 하면의 탄성매트(110)의 하부에 유지하고, 턴테이블(102)상의 연마포(100)에 반도체웨이퍼 (W)를 톱링(104)에 의해 가압함과 동시에, 턴테이블(102) 및 톱링(104)을 회전시켜 연마포(100)와 반도체웨이퍼(W)를 상대운동시켜 연마한다. 이 때 숫돌액 공급노즐 (106)로부터 연마포(100)상에 숫돌액(Q)을 공급한다. 숫돌액은 예를 들어 알칼리용액에 미립자로 이루어지는 숫돌입자를 현탁한 것을 사용하여 알칼리에 의한 화학적 연마작용과 숫돌입자에 의한 기계적 연마작용의 복합작용에 의해 반도체웨이퍼 (W)를 연마한다.
상기한 폴리싱장치에 의해 기판을 높은 정밀도로 평탄화하기 위해서는 반도체웨이퍼를 유지하는 톱링(104)의 기판 파지면과, 연마면인 연마포(100)의 표면, 따라서 이것에 영향을 미치는 턴테이블(102)의 연마포(100)의 부착면이 각각 높은 정밀도의 평탄도를 가지는 것이 바람직하다고 생각된다.
그러나 연마공정에 있어서는 톱링(104)은 자전하면서 이것과는 독립으로 자전하는 턴테이블(102)에 슬라이딩 접촉하고 있어 에어실린더를 개재하여 전달되는 하중과 연마포(100)로부터 톱링(104)에 전달되는 복잡한 반력에 의해 변형되어 기판 파지면의 평탄정밀도가 악화된다. 또 연마에 따라 발생하는 열은 일부가 공급되는 숫돌액에 의해 빼앗기고 일부가 턴테이블(102)에 전달되고, 나머지는 톱링 (104)에 전달되기 때문에 이에 의하여 톱링(104)이 승온하고, 이에 의해서도 변형한다. 따라서 기판 파지면이 평탄한 상태를 정상적으로 유지할 수 없는 경우가 있다. 또한 숫돌액의 숫돌액 공급노즐(106)로부터의 적하량 및 적하개소나 적하시에 있어서의 온도 등, 제어하기 어려운 요인에 의해 예를 들어 기판의 중심과 주변영역의 사이에서 연마속도가 다른 것을 피할 수 없는 경우가 있다.
따라서 본 출원인은 특개평9-225821에 있어서 도 9에 나타내는 기판 파지장치를 제안하였다. 여기서는 톱링(104)의 내부에 벽(114)에 의해 구획된 복수의 압력공간(C1, C2, C3)을 이 예에서는 동심형상으로 형성하고, 또한 파지판(116)의 표리에 연통하는 복수의 관통구멍(118)를 형성하고, 탄성매트(110)에도 마찬가지로 관통구멍(120)을 형성하고 있다. 그리고 각 압력공간(C1, C2, C3)의 개별에 압력을 제어하면서 압력유체를 공급가능한 배압(背壓)제어기구를 설치하고 있다. 이에 따라 기판 파지면의 각 압력공간(C1, C2, C3)에 대응하는 영역마다 기판 배면의 가압력을 개별로 제어하여 기판을 연마면에 균일하게 가압함으로써 피연마면의 평탄성을 향상시킬 수 있다. 또한 122는 톱링(104)의 바깥 둘레를 둘러싸도록 또한 톱링과는 다른 가압용 에어실린더로 연마포(100)를 가압하는 가압링이다.
그러나 상기한 바와 같이 가압유체의 가압력을 사용하는 방법에서는 기본적으로 기판의 배면과 파지면의 사이는 개방된 공간이고, 여기에 톱링 자체로부터 작용하는 압력이상의 높은 압력공간을 유지하는 것은 어려워 결과적으로 파지판의 변형에 의한 가압력의 불균일성을 보정할 수 없어 평탄도가 저하하여 버린다. 또 마찬가지로 기판의 배면과 파지면 사이의 각 영역은 서로 기밀하지 않기 때문에 기판의 배면을 가압함으로써 생기는 간극을 개재하여 공기가 유통하여 버려, 영역마다 개별로 압력을 조정하는 것은 곤란하였다. 또 상기한 구성의 장치에서는 실제의 연마상태에 따라 배압을 제어하는 영역의 설정을 변경하거나, 연마상태에 대응한 적절한 압력제어를 행하는 것도 용이하지 않았다.
본 발명은 기판파지장치에 관한 것으로, 특히 반도체웨이퍼 등의 기판의 표면을 평탄하고 또한 경면으로 연마하는 폴리싱장치에 사용하기에 적합한 기판파지장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태의 기판 파지장치의 톱링의 단면도,
도 2는 도 1의 톱링에 있어서의 배압제어 영역의 설정방법을 설명하는 도,
도 3은 도 2의 평면도,
도 4는 본 발명의 실시형태의 폴리싱장치의 전체 구성을 나타내는 도,
도 5는 실제의 폴리싱에 사용한 톱링의 단면구조의 개략을 나타내는 단면도,
도 6은 도 5에 나타내는 톱링을 사용하여 폴리싱하였을 때의 폴리싱형상의 일예를 나타내는 그래프,
도 7은 도 5에 나타내는 톱링을 사용하여 폴리싱하였을 때의 폴리싱형상의 다른 예를 나타내는 그래프,
도 8은 종래의 폴리싱장치의 구성을 나타내는 단면도,
도 9는 종래의 다른 폴리싱장치의 개략을 나타내는 도면이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 연마의 상황에 따라 기판의 유지상태를 조정하여 기판의 피연마면의 전면에 걸치는 연마량의 균일성을 유지하고, 또는 연마량을 의도적으로 제어할 수 있는 기판 파지장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명은, 기판을 파지하여 그 피연마면을 연마테이블의 연마면에 가압하는 기판 파지장치에 있어서, 기판의 파지면을 가지는 파지판과, 이 파지판의 이면측을 덮어 이 이면측에 기밀한 배압공간을 형성하는 피복 부재를 구비하고, 상기 파지판에는 상기 파지면과 상기 배압공간을 연락하는 복수의 관통구멍이 상기 파지면의 대략 전면에 걸쳐 분산되어 설치되고, 상기 파지판과 상기 피복부재의 사이에는 상기 배압공간을 평면내에서 복수의 소정의 기밀한 분할공간으로 구획하는 구획부재가 착탈자유롭게 설치되어, 상기 분할공간의 배압을 개별로 제어 가능한 배압제어장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판파지장치이다.
이에 의하여, 통상적으로 탄성매트를 개재하여 기판의 이면에 부하되는 가압력은 파지판의 변형에 의한 영향을 상쇄한 더욱 균일한 것이 되어 피연마면의 평탄도가 향상된다. 구획부재로서는 예를 들어 탄성을 가지는 밀봉부재가 적합하며, 이것은 소정의 위치에 배치하여 파지판과 피복부재에 의해서 끼워 넣음으로써 간단하게 분할공간을 형성할 수 있고, 또 그 변경도 용이하다. 파지판과 피복부재의 적어도 한쪽에 구획부재를 위치결정하기 위한 장착홈과 같은 구조를 설치하여도 좋다.
청구항 2에 기재된 발명은, 상기 파지판에 관한 물리량을 측정하는 센서와, 이 센서의 출력에 의거하여 파지판의 변형량을 산출하는 연산장치를 가지는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 기판 파지장치이다. 이에 의하여 연마상황에 따라 바뀌는 파지판으로부터의 가압력 분포의 변동을 추정하고 이것을 보정하도록 하여 피연마면에서의 연마량 분포를 조정할 수 있다. 측정하는 물리량으로서는 파지판의 국소적인 변형을 검지하는 왜곡센서를 사용하는 것이 직접적이나, 온도를 측정하여 열변형을 산출하는 간접적인 방법을 사용할 수도 있다.
청구항 3에 기재된 발명은, 기판을 파지하여 그 피연마면을 연마테이블의 연마면에 가압하는 기판 파지장치에 있어서, 기판의 파지면을 가지는 파지판과, 이 파지판의 이면측을 덮어, 이 이면측에 기밀한 배압공간을 형성하는 피복부재를 구비하며, 상기 파지판에는 왜곡센서가 설치되고, 이 왜곡센서의 출력에 의거하여 연마테이블에 대한 가압력을 조정하는 제어장치를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 파지장치이다. 이에 의하여 과도한 변형을 초래하는 가압력을 방지하고 적정한 연마조건을 만들어 낼 수 있다.
청구항 4에 기재된 발명은, 기판을 파지하여 그 피연마면을 연마포에 가압하는 기판 파지장치에 있어서, 기판의 파지면을 가지는 파지판과, 상기 파지판의 주위에 배치되고, 이 파지판과는 독립으로 상기 연마포를 가압하는 가압링을 구비하고, 상기 가압링에는 왜곡센서거 설치되어, 이 왜곡센서의 출력에 의거하여 가압링의 상기 연마포에 대한 가압력을 조정하는 제어장치를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 파지장치이다. 이에 의하여 시간의 경과에 따른 연마포의 열화에 대응한 적절한 가압력을 연마포에 부여할 수 있다. 시간의 경과에 따른 연마포의 열화에 대한 정보를 기판 파지장치에 설치된 각종 물리량 검출센서로부터 얻어, 이것을 기초로 가압력을 제어하여도 된다.
청구항 5에 기재된 발명은 청구항 1 내지 4중 어느 하나에 기재된 기판 파지장치와 연마테이블을 가지는 연마장치이다.
청구항 6에 기재된 발명은 기판을 파지하여 그 피연마면을 연마테이블의 연마면에 가압하는 기판파지장치에 있어서, 기판의 파지면을 가지는 파지판과, 이 파지판의 이면측을 덮어 그 이면측에 기밀한 배압공간을 형성하는 피복부재를 구비하고, 상기 파지판에는 상기 파지면과 상기 배압공간을 연락하는 복수의 관통구멍이상기 파지면의 대략 전면에 걸쳐 분산되어 설치되고, 상기 파지판과 상기 피복부재의 사이에는 상기 배압공간을 상기 파지판 또는 피복부재에 설치된 밀봉홈과 0링에 의해 복수의 소정의 기밀한 분할공간으로 구획하여 상기 분할공간의 배압을 개별로 제어가능한 배압제어장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 파지장치이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 도면이고, 도 1은 기판 파지장치의 기판 파지부재(톱링)(1)를 구체적으로 나타내는 도, 도 2는 그 배압 제어기구를 설명하기 위한 모식적인 도, 도 3은 도 2의 평면도, 도 4는 기판 파지장치를 사용한 연마장치의 전체의 구성을 나타내는 도면(톱링은 모식적으로 나타내고 있다)이다.
톱링(1)은 파지판(2)과 이것의 이면을 덮는 피복판(3)과, 가이드링(4)으로 구성되고, 파지판(2)과 가이드링(4)에 의해 형성되는 오목부에 탄성매트(6)를 개재하여 기판(W)을 유지한다. 피복판(3)은 볼(7)을 개재하여 톱링 샤프트(8)에 접속되어 있고, 이 톱링 샤프트(8)는 톱링헤드(9)에 고정된 톱링용 에어실린더(10)에 연결되어 상하이동 가능하게, 또한 톱링(1)의 하단면에 유지된 기판(W)을 턴테이블 (102)에 가압가능하게 되어 있다. 톱링 샤프트(8)내에는 뒤에서 설명하는 바와 같이 기판을 진공흡착하기 위한 배기원에 연락하는 배기관이나, 톱링의 온도·왜곡이나 톱링내 공간의 압력 등을 검출하는 센서 또는 톱링(1)에 설치한 밸브 등을 구동하기 위한 신호나 케이블을 통과시키기 위한 공간이 형성되어 있다.
또 톱링 샤프트(8)는 키(도시 생략)를 개재하여 회전통(11)에 연결되어 있고, 이 회전통(11)은 그 바깥 둘레부의 타이밍 풀리(12), 타이밍 벨트(13) 및 타이밍 풀리(15)를 개재하여 톱링헤드(9)에 고정된 톱링용 모터(14)의 출력축에 접속되어 있다. 따라서 톱링용 모터(14)를 회전구동함으로써 회전통(11) 및 톱링 샤프트(8)가 일체로 회전하여 톱링(1)이 회전한다. 톱링헤드(9)는 프레임(도시 생략)에 고정지지된 톱링헤드 샤프트(16)에 의해 지지되어 있다.
톱링(1)의 바깥 둘레를 둘러싸도록 가압링(5)이 배치되어 있다. 이 가압링 (5)은 키(도시 생략)를 개재하여 톱링(1)에 연결되어 래이디얼 베어링(19a)과 스러스트 베어링(19b)을 유지한 베어링 누름(20) 및 샤프트(21)를 개재하여 가압링용 에어실린더(22)에 연결되어 있다. 이에 의하여 가압링(5)은 톱링(1)에 대하여 중심내기 된 상태로 상하이동 자유롭고 또한 상대회전 가능하게 되어 있다. 가압링 (5)은 원주방향으로 복수개(본 실시형태에서는 3개)가 배치된 가압링용 에어실린더 (22)를 개재하여 톱링헤드(9)에 고정되어 있다.
톱링용 에어실린더(10) 및 가압링용 에어실린더(22)는 각각 레귤레이터(R4, R5)를 개재하여 압축공기원(29)(도 4참조)에 접속되어 있다. 그리고 레귤레이터 (R4)에 의하여 톱링용 에어실린더(10)에 공급하는 공기압을 조정함으로써 톱링(1)이 기판(W)을 연마포(100)에 가압하는 가압력을 조정할 수 있고, 레귤레이터(R5)에 의해 가압링용 에어실린더(22)에 공급하는 공기압을 조정함으로써 가압링(5)이 연마포(100)를 가압하는 가압력을 조정할 수 있다.
또 턴테이블(102)의 위쪽에는 숫돌액 공급노즐(106)이 설치되어 있고, 숫돌액 공급노즐(106)에 의해 턴테이블(102)상의 연마포(100)상에 연마숫돌액(Q)이 공급되도록 되어 있다.
파지판(2) 상면의 중앙에는 단면이 타원인 오목부(30)가 형성되어 있으고, 피복판(3)의 하면 중앙에는 오목부(30)를 따르는 것 같은 형상의 돌출부(32)가 아래쪽으로 돌출하여 형성되어 있다. 피복판(3)의 하면[파지판(2)과의 대향면]에는 돌출부(32)의 바로 바깥쪽 및 바깥 가장자리부에 각각 2개의 고리형상의 볼록부 (35a, 35b)가 형성되어, 파지판(2)과 피복판(3) 사이에 간극(G)을 형성하고 있다.파지판(2)에는 복수의 관통구멍(24)이 그 전면에 걸쳐 대략 균등하게 분산되어 형성되고, 탄성매트(6)의 이것에 대응하는 위치에는 관통구멍(26)이 형성되어 있다. 또한 피복판(3)의 하면에는 복수(도면에서는 5개)의 고리형상의 밀봉홈(36a, 36b, …, 36e)(도 2참조)이 동심형상으로 형성되고, 이에 의하여 간극(G)이 복수의 영역 A1, A2, …A6)으로 분할되어 있다.
이들 밀봉홈(36a, 36b, 36c, …)에 링형상의 밀봉부재(38)를 장착함으로써 간극(G)은 밀봉부재(38)로 둘러싸인 동심의 복수의 공간(C1, C2, C3, …)으로 분할가능하다. 이 밀봉부재(38)의 소재는 예를 들어 불소고무(바인톤)이다. 이와 같은 분할방법은 밀봉부재(38)의 장착방법에 따라 바꿀 수 있다. 도면의 예에서는 안쪽으로부터 2번째와 5번째의 밀봉홈에만 밀봉부재(38)를 장착함으로써 간극(G)을 3개의 공간(C1= A1+ A2, C2= A3+ A4+ A5, C3= A6)으로 분할하고 있다.
피복판(3)에는 각 밀봉홈(36a, 36b, 36c, …) 사이의 영역(A1, A2, …, A6)에 개구하는 복수의 연통구멍(40a, 40b, 40c, … 40f)이 피복판(3)을 상하로 관통하여 형성되어 있다. 이들 연통구멍(40a, 40b, 40c, …40f)의 피복판의 상면측의 포트는 개폐밸브(41), 톱링 샤프트(8)를 경유하는 배기유로(42a, 42b, 42c) 및 레귤레이터(R1내지 R3)를 개재하여 진공배기원(28)에 레귤레이터(R6내지 R8)를 개재하여 압축공기원(27)에 각각 접속되어 있다.
이 실시형태에 있어서는 파지판(2)의 온도를 측정하는 온도센서, 변형을 측정하는 왜곡센서(정리하여 부호 44로 나타낸다)가 기판 전면에 대응하는 영역에 걸쳐 적당하게 분산배치되어 있다. 이들 센서(44)의 검출출력은 다중전송유닛(46)을 개재하여 제어장치(47)에 입력되고, 여기에서 연산처리되어 파지판(2) 전체의 변형상태가 추정된다. 이 데이터의 연산처리는 소정의 프로그램을 사용하면 가능함으로 여기에서는 상세하게 설명하지 않는다. 왜곡센서의 데이터, 또는 온도분포의 데이터중 어느 한쪽 만으로도 변형상태를 추정할 수는 있으나, 이 실시형태에서는 더욱 높은 정밀도를 얻기 위하여 양쪽을 사용하고 있다.
또한 이 예에서는 가압링(5)의 소정부분에도 왜곡센서가 설치되어 있다. 이것의 출력은 제어장치(47)에 입력되어 있고, 이에 의하여 가압링(5)의 변형상황이 판단되어 가압링(5)의 변형량이 일정한도를 초과하고 있다고 판단된 경우에는 레귤레이터(R5)를 개재하여 가압링용 에어실린더(22)로부터 가압링(5)에 작용하는 압력을 조정한다. 이것은 시간경과에 따른 연마포(100)의 열화에 대응하기 위하여 필요한 제어이다.
이하, 이와 같이 구성된 연마장치의 작용을 제어장치의 동작을 중심으로 설명한다. 연마는 턴테이블(102)을 회전시켜 숫돌액 공급노즐(106)로부터 연마숫돌액(Q)을 공급하면서 톱링(1)에 의해 파지한 기판(W)을 톱링용 에어실린더(10)에 의해 소정압력으로 턴테이블(102)의 연마포(100)면에 가압함으로써 행하여진다. 제어장치(47)에는 센서(44)로부터 전송유닛(46)을 개재하여 파지판(2) 하면(파지면)의 왜곡, 온도 데이터가 송출되고, 제어장치(47)는 이것에 의거하여 파지판(2)의 변형량을 추정한다.
제어장치(47)는 데이터를 기초로 추정된 변형량에 의해 파지판(2)으로부터 기판(W)에 부하되는 가압력의 불균일성을 상쇄하도록 기판(W)과 파지판(2) 사이의 압력(배압)을 제어한다. 즉 파지판(2)의 하면이 평탄하지 않을 경우에는 기판측에 볼록부로 되어 있는 부분에서 탄성매트(6)가 압축되어 있어 기판(W)에 대한 가압력이 국부적으로 커진다. 따라서 추정된 변형상태로부터 볼록부의 영역과 오목부의 영역을 산출하여 볼록부 영역의 배압이 오목부 영역보다 작아지도록 레귤레이터(R1내지 R3및 R6내지 R8)를 조정하여 기판(W) 이면에 작용하는 백사이드 프레셔를 조정한다. 이에 의하여 탄성매트(6)를 개재하여 기판(W)에 부하되는 가압력은 파지판(2)의 변형에 의한 영향을 상쇄한 더욱 균일한 것이 되어, 피연마면의 평탄도가 향상된다.
또한 이 예에서는 왜곡센서나 온도센서(44)로부터의 정보에 의거하여 파지판 (2)의 변형량이 필요이상으로 크다고 판단되는 경우에는, 레귤레이터(R4)에 의해 톱링용 에어실린더(10)의 가압력을 조정하여 파지판(2)의 변형량을 작게 하도록 제어하고 있다.
톱링(1)은 자전하고 있어 소정시간을 평균하면 기판 파지면의 변형은 회전대칭인 변형으로 생각되기 때문에, 상기한 바와 같이 배압제어도 동심형상의 공간마다의 축대칭인 제어로 충분하다고 생각된다. 그러나 온도 및/또는 왜곡센서의 처리를 기초로 얻은 변형의 추정결과에 따라 배압제어 공간의 구획을 바꾸는 쪽이 좋다고 판단되는 경우에는 피복판(3)과 파지판(2)을 분리하여 밀봉부재(38)의 배치를 바꾸어 다시 결합하면 된다. 또는 동일한 구성의 톱링(1)에 있어서 밀봉부재(38)의 배치를 바꾼 것을 준비하여 두고, 상황에 따라 톱링(1) 자체를 교환하여 사용하여도 좋다. 그 경우에는 연통구멍(40a, 40b, 40c, … 40f)과 배기유로(42a, 42b, 42c)의 접속도 그것에 맞추어 바꿀 필요가 있음은 물론이다.
또한 이 실시형태에 있어서는 톱링(1)을 구성하는 피복판(3)측에 밀봉홈(36a내지 36e)을 형성한 예를 나타내고 있으나, 파지판(2)측 또는 쌍방에 밀봉홈을 설치하여도 좋다. 배압제어의 배기유로, 레귤레이터의 수, 밀봉홈의 수 등은 실시형태의 것에 한정되지 않는다. 또 배압의 제어는 각 영역에서 가압과 부압을 구별하여 사용하여도 좋고, 예를 들어 중앙부분과 바깥 둘레부분을 진공흡인하고 중간부분만을 가압함으로써 연마의 과부족을 한층 더 효과적으로 보정하는 것이 가능하게 된다. 또 공급하는 유체는 기체만이 아니라, 순수 등의 액체이어도 좋다.
또 상기 실시형태에서는 동심형상의 분할공간에 의한 축대칭적인 제어를 행하였으나, 밀봉홈 및 밀봉부재를 직경방향으로 배치하고 배압공간을 둘레방향으로도 분할하여 제어를 행하여도 좋다. 이에 의하여 변형이 축대칭이 아닌 경우에 더욱 높은 정밀도의 제어를 행할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 취지를 일탈하는 일 없이 각종 변형실시예가 가능하다.
다음으로, 실제로 폴리싱을 행하였을 때의 실험결과를 도 5 내지 도 7에 나타낸다. 도 5는 이 때에 사용한 톱링(1)의 단면구조의 개략을 나타내는 단면도이고, 도 5에 나타내는 바와 같이 파지판(2)과 피복판(3) 사이의 간극(G)을 중심측으로부터 바깥쪽을 향하여 동심형상의 압력공간(C1, C2, C3)의 3개로 구획하고 이들의 각 압력공간(C1, C2, C3)내의 압력을 각 배기유로(42a, 42b, 42c)를 개재하여 개별로 제어하여 폴리싱을 행하도록 한 것이다. 또한 도 5에 있어서 숫자는 실제의 중심부로부터의 크기로 mm로 나타내고 있다.
먼저, 도 5에 나타내는 톱링(1)을 사용하여 톱링 하중을 500gf/cm2(대략 5OkPa), 각 압력공간(C1-C2-C3)의 압력을 10-10-10, 10-0-0, 0-10-0 및 0-0-10(단위는 kPa이고, 압력 0은 압력을 가하고 있지 않음을 나타내며, 이하 동일)로 제어하여 폴리싱을 행하였을 때의 결과를 하기의 표 1 및 도 6A에 나타낸다.
여기서 각 숫자는 웨이퍼의 중심을 1 로 하였을 때의 각 웨이퍼내의 각 위치에 있어서의 상대치(각 점은 동심원상의 16점의 평균치)를 나타낸다.
또 마찬가지로 각 압력공간(C1-C2-C3)의 압력을 0-0-0, 10-0-0 및 20-0-0으로 제어하여 폴리싱을 행하였을 때의 결과를 하기의 표 2 및 도 6B에 나타낸다.
이에 의하여 가압한 위치에 대응하여 폴리싱형상이 변화하여 중앙부에 가압하면 면내의 균일성이 좋아지는 것을 알 수 있다. 이것은 총 하중은 일정하기 때문에 중앙부를 가압하면 둘레 가장자리부의 하중이 상대적으로 저하하였기 때문이라고 생각된다. 이와 같이 국부적으로 압력제어함으로써 폴리싱형상을 용이하게 콘트롤할 수 있다. 또한 이 예에서는 10-0-0으로 하였으나, 20-10-10 등으로 바꾼 경우도 동일한 결과가 된다고 생각된다. 즉 압력차이가 있는 것이 중요하고, 이 차이에 의해 폴리싱형상을 변화시킬 수 있다.
또한 각 압력공간(C1-C2-C3)의 압력을 10-10-10, 10-(-20)-10 및 10-(-20)-(-20)으로 제어하여 폴리싱을 행하였을 때의 결과를 하기의 표 3 및 도 7A에 나타낸다. 여기서 마이너스는 압력을 마이너스측(흡착)으로 한 것을 나타낸다.
또 각 압력공간(C1-C2-C3)의 압력을 10-0-0, 10-(-20)-(-20) 및 10-(-40)-(-40)으로 제어하여 폴리싱을 행하였을 때의 결과를 하기의 표 4 및 도 7B에 나타낸다.
이에 의하여, 흡착에 의해 부분적으로 압력을 저하시킴으로써 흡착한 부위에 위치하는 폴리싱량을 저하시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한 이와 같이 흡착하면 웨이퍼와 탄성매트 및 톱링이 서로 밀착하기 때문에 숫돌액이 관통구멍을 통하여 빨아 올려지는 일은 없다.
또 이와 같이 흡착할 때는 탄성매트의 재질에 따라 제어의 방법이 다르다. 예를 들어 유연한 탄성매트[예를 들어, NF200(로델·니터주식회사 제품)]의 경우는 탄성매트가 변형되기 쉽기 때문에 20 kPa 정도의 부압으로도 탄성매트가 변형하는 효과가 있으나, 단단한 매트(예를 들어, 실리콘고무, 폴리우레탄, 펫필름)의 경우는 변형이 적기 때문에 부압을 크게 하지 않으면 연마성능에 영향을 미치지 않는다. 이 때문에 예를 들어 800gf/cm2정도의 부압을 인가할 필요가 있다.
이와 같이 웨이퍼의 이면에 인가되는 압력을 복수로 분할하여 부분적으로 가압(또는 흡착)함으로써 폴리싱형상의 제어를 행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 기판 파지장치 및 폴리싱장치에 의하면, 폴리싱에 있어서 기판의 배면측을 적절하게 분할하고 그 압력을 제어함으로써, 파지판의 변형 등에 기인하는 가압력의 불균일한 분포를 보정하고, 연마량의 분포를 개선하여 기판의 전면을 평탄하고 또한 경면으로 연마할 수 있다. 반도체기판 표면은 수만개 이상의 트랜지스터 등의 전자디바이스 소자가 형성되고, 또한 표면단차는 1㎛ 이하이며, 또한 소자간 단차도 1㎛ 이하인 고밀도 미세화 기술이 적용되고 있다. 상기한 미소단차, 스페이스, 종횡비(깊이/폭)는 평탄화기술에 의해 해결되나, 본 발명의 더욱 높은 정밀도의 웨이퍼 전면에 걸치는 압력균일화 기술을 반도체 제조공정 등에 적용함으로서 질이 높은 폴리싱을 행할 수 있어, 반도체웨이퍼의 둘레 가장자리부까지 제품으로 제공할 수 있기 때문에, 반도체웨이퍼의 수율의 향상에 기여할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면, 반도체웨이퍼 등의 기판의 종류에 따라 의도적으로 연마량을 소정의 분포로 제어하도록 연마할 수도 있다.
본 발명은 반도체웨이퍼 등의 기판의 표면을 평탄하고 또한 경면으로 연마하는 폴리싱장치 및 이에 사용하기에 적합한 기판 파지장치에 관한 것이다. 따라서 더욱 높은 정밀도의 웨이퍼 전면에 걸쳐 질이 높은 폴리싱을 행하는 반도체 제조공정 등에 사용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 기판을 파지하여 그 피연마면을 연마테이블의 연마면에 가압하는 기판 파지장치에 있어서,
    기판의 파지면을 가지는 파지판과,
    상기 파지판의 이면측을 덮어 이 이면측에 기밀한 배압공간을 형성하는 피복부재를 구비하며,
    상기 파지판에는 상기 파지면과 상기 배압공간을 연락하는 복수의 관통구멍이 상기 파지면의 대략 전면에 걸쳐 분산되어 설치되고,
    상기 파지판과 상기 피복부재의 사이에는 상기 배압공간을 평면내에 있어서 복수의 소정의 기밀한 분할공간으로 구획하는 구획부재가 착탈자유롭게 설치되고,
    상기 분할공간의 배압을 개별로 제어가능한 배압제어장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 파지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파지판에 관한 물리량을 측정하는 센서와, 이 센서의 출력에 의거하여 파지판의 변형량을 산출하는 연산장치를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 파지장치.
  3. 기판을 파지하여 그 피연마면을 연마테이블의 연마면에 가압하는 기판 파지장치에 있어서,
    기판의 파지면을 가지는 파지판과,
    상기 파지판의 이면측을 덮어 이 이면측에 기밀한 배압공간을 형성하는 피복부재를 구비하며,
    상기 파지판에는 왜곡센서가 설치되어 이 왜곡센서의 출력에 의거하여 연마테이블에 대한 가압력을 조정하는 제어장치를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 파지장치.
  4. 기판을 파지하여 그 피연마면을 연마테이블의 연마면에 가압하는 기판 파지장치에 있어서,
    기판의 파지면을 가지는 파지판과,
    상기 파지판의 주위에 배치되고 상기 파지판과는 독립으로 상기 연마면을 가압하는 가압링을 구비하고,
    상기 가압링에는 왜곡센서가 설치되어 이 왜곡센서의 출력에 의거하여 가압링의 상기 연마테이블에 대한 가압력을 조정하는 제어장치를 가지는 것을 특징으로 하는 기판 파지장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 기재된 기판 파지장치와, 연마테이블을 가지는 것을 특징으로 하는 연마장치.
  6. 기판을 파지하여 그 피연마면을 연마테이블의 연마면에 가압하는 기판 파지장치에 있어서,
    기판의 파지면을 가지는 파지판과,
    상기 파지판의 이면측을 덮어 그 이면측에 기밀한 배압공간을 형성하는 피복부재를 구비하고,
    상기 파지판에는 상기 파지면과 상기 배압공간을 연락하는 복수의 관통구멍이 상기 파지면의 대략 전면에 걸쳐 분산되어 설치되고,
    상기 파지판과 상기 피복부재의 사이에는 상기 배압공간을 상기 파지판 또는 피복부재에 설치된 밀봉홈과 0링에 의해 복수의 소정의 기밀한 분할공간으로 구획하고,
    상기 분할공간의 배압을 개별로 제어가능한 배압제어장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판파지장치.
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