KR20010030901A - 연마방법 및 연마장치 - Google Patents

Abstract

연마방법 및 연마장치는 양질의 공작물을 달성하기 위해 공작물과 연마 패드 사이의 접촉압력을 표면내에서 실제로 균일하게 만든다. 턴테이블(2)은 턴테이블 수령부재(3b)의 홈 표면으로서 지지되고, 상기 홈 표면은 홈을 직선방향으로 구비하고 있고, 공작물(W)은 연마 슬러리를 유동시키는 중에 턴테이블(2)에 부착된 염마 패드(8)를 향해 가압되고, 공작물(W) 및 턴테이블(2)을 회전시킴으로써 연마가 수행된다.

Description

연마방법 및 연마장치{Polishing method and polishing device}

공작물이 연마될 때 대체로 연마는 턴테이블에 부착된 연마헤드에 공작물을 가압하며 동시에 연마 슬러리를 연마 패드로 흐르게 하고 공작물 및 턴테이블을 회전시킴으로써 실시된다.

연마하기 위해 사용되는 연마장치는 연마 패드가 부착되는 턴테이블과, 홈을 가지며 상기 턴테이블을 홈 표면으로써 지지하는 턴테이블 수령부재와, 연마 슬러리를 연마 패드로 공급하기 위한 연마 슬러리 공급수단과, 공작물 및 턴테이블을 회전하기 위한 회전수단을 구비한다.

최근에, 생산성을 향상하기 위해, 구체적으로 말하면 연마 패드를 교환할 때 장치의 정지시간을 감소시키기 위해 턴테이블이 분리 가능한 연마장치가 사용되고 있다. 상기 연마장치에서는, 주조중에 고강도의 스테인레스강 및 세라믹이 연마장치의 경도를 강화하기 위해 턴테이블 및 턴테이블 수령부재의 재료용으로서 사용되고, 턴테이블을 턴테이블 수령부재로부터 용이하게 분리하기 위해 턴테이블 수령부재의 턴테이블 지지면에 홈이 형성된다.

그러나, 상기 연마장치로서 연마하는 동안에, 턴테이블은 공작물로부터 연마 하중을 받으며, 동시에 턴테이블 수령부재로부터 반작용력을 받는다. 상기 반작용력은 연마 패드와 공작물 사이에 접촉압력이 된다. 이 경우에, 턴테이블 수령부재에 홈들이 형성되어 있으면, 턴테이블이 턴테이블 수령부재의 홈 없는 부분으로부터 반작용력을 받지만 홈 부분으로부터는 반작용력을 받지 않는다. 따라서, 연마 패드와 공작물 사이의 접촉압력이 공작물의 표면내에서 불균일하게 되고, 이에 의해 공작물의 연마속도가 표면에서 불균일하게 되어 공작물 표면에 미세한 물결을 형성하게 된다.

예전의 개발된 기술에 의하면, 도 6에 도시한 바와 같이, 예를 들어 동심원형 홈(9d)이 턴테이블 수령부재(3d)에 제공되어 있고 또 턴테이블 수령부재(3d)의 회전중심 및 공작물의 회전중심이 서로 일치하는 경우에, 연마 패드에서는 접촉압력의 강한 부분 및 약한 부분이 공작물의 회전중심에 대하여 동심적으로 또 교대로 발생된다. 이 경우, 공작물의 연마속도는 접촉압력에 따라 변한다. 따라서 공작물에서는, 홈 없는 부분에 대응하는 부분이 더 많이 연마되고, 홈 부분에 대응하는 부분이 더 적게 연마되며, 이에 의해 도 8에 도시한 바와 같이 공작물 W에 동심원형 물결이 형성된다. 즉, 예를 들어 공작물에는 대략 0.1 μm 이하의 불규칙함이 주기적으로 형성된다. 그러한 현상은 턴테이블 수령부재(3d)의 홈(9d)의 패턴이 동심원 또는 나선형일때 관찰된다.

또한, 턴테이블 수령부재의 회전중심과 공작물의 회전중심이 서로 일치하지 않더라도, 즉 공작물의 회전중심이 턴테이블 수령부재의 회전중심에서 벗어나더라고, 턴테이블에 동심원형 홈이 제공되어 있으면, 공작물의 회전중심 부근에서 연마 패드에 대한 접촉압력이 일정하게 강하거나 또는 약하게 되며, 이에 의해 공작물의 중심부와 주변부 사이에 연마도가 변한다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 공작물(예를 들어 반도체 웨이퍼 등과 같은)을 연마(경면 연마)하기 위한 연마방법 및 연마장치에 관한 것으로서, 특히 연마장치의 턴 테이블을 지지하는 턴테이블 수령부재에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 연마장치의 개략 구조도.

도 2는 상기 제1 실시예와 관련된 연마장치의 턴테이블 수령부재의 평면도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예와 관련된 다른 연마장치의 턴테이블 수령부재의 평면도.

도 4는 본 발명의 제3 실시예와 관련된 다른 연마장치의 턴테이블 수령부재의 평면도.

도 5는 도 4의 턴테이블 수령부재의 적절한 홈 패턴을 설명하는 도면.

도 6은 예전에 개발된 기술에 따른 연마장치의 턴테이블 수령부재의 평면도.

도 7은 공작물이 도 2의 턴테이블 수령부재로써 연마될 때 공작물의 연마된 표면을 도시하는 도면.

도 8은 공작물이 도 6의 턴테이블 수령부재로써 연마될 때 공작물의 연마된 표면을 도시하는 도면.

본 발명은 상술한 문제에 비추어 개발된 것이다. 본 발명의 목적은 공작물과 연마 패드 사이의 접촉압력을 표면에서 실제로 균일하게 하여 양질의 공작물을 달성하는 연마방법 및 연마장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제1 견지에 따라, 본 발명에 의한 연마방법은 턴테이블 수령부재의 홈 표면으로써 턴테이블을 지지하는 단계와, 연마 슬러리가 흐르는 중에 턴테이블에 부착된 연마 패드를 향해 공작물을 가압하는 단계와, 공작물 및 턴테이블을 회전시킴으로써 연마를 실시하는 단계를 포함하고, 상기 홈 표면은 직선 방향으로 다수의 홈을 구비하고 있다.

상기 연마방법에 의하여 다수의 직선형 홈이 턴테이블 수령부재에 제공되어 있고, 이로써 회전하는 공작물의 각 부분에 대한 턴테이블 수령부재에서의 홈의 궤적이 복잡한 궤적으로 나타내고, 따라서 연마 패드와 공작물 사이의 접촉압력이 실제로 평균화가 된다. 따라서, 연마 패드로부터 공작물의 표면에서의 접촉압력도 평균화 되어서 양질의 공작물이 달성된다.

본 발명의 제2 견지에 따라, 본 발명에 의한 연마장치는 연마 패드가 부착되는 턴테이블과, 홈이 형성되어 있는 홈 표면으로써 상기 턴테이블을 지지하는 턴테이블 수령부재와, 연마 슬러리를 연마 패드에 공급하는 연마 슬러리 공급장치와, 공작물 및 턴테이블을 회전하는 회전기구를 포함하고, 여기서 홈이 수령부재에서 직선방향으로 제공되어 있다.

상기 연마장치에 의하여, 다수의 직선형 홈이 턴테이블 수령부재에 제공되어 있고, 이로써 회전하는 공작물의 각 부분에 대하여 턴테이블 수령부재에서의 홈의 궤적이 복잡한 궤적을 나타낸다. 그 결과, 턴테이블 수령부재의 접촉압력이 실제로 평균화 된다. 따라서 연마 패드로부터 공작물의 표면에서의 접촉압력도 또한 평균화 되며, 이로써 양질의 공작물이 달성될 수 있다.

상기 연마방법 및 연마장치에서는, 홈들이 서로 평행하게 제공될 수 있다. 홈들은 격자(grid) 모양 또는 방사상 모양을 가질 수 있다. 턴테이블 수령부재의 회전중심과 공작물의 회전중심이 서로 다른 것이 양호하다. 이에 의해 연마 패드와 공작물 사이의 접촉압력이 실제로 평균화된다.

공작물은 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 매우 얇고 고도의 평탄성을 필요로 하는 반도체 웨이퍼와 같은 공작물의 경우에, 본 발명에 의한 방법 또는 장치를 적용함으로써 얻어지는 효과는 특히 현저하다.

다수의 홈에서 홈의 폭이 3 내지 15mm 이고, 홈 간의 간격이 10 내지 100mm이고, 홈의 길이가 1 내지 10mm 인 것이 양호하다. 특히, 반도체 웨이퍼가 본 발명에 의해 연마될 때, 홈이 상기 범위내에 있으면 양호한 평탄성이 달성될 수 있고, 게다가 턴테이블 수령부재로부터 턴테이블의 분리가 용이하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예와 관련된 연마장치의 개략도이다. 연마장치(1)는 턴테이블(2)과, 턴테이블 수령부재(3)와, 연마 슬러리 공급장치(4)와, 상단링(5)과, 헤드 회전기구(6)와, 턴테이블 회전기구(7)를 구비한다.

턴테이블(2)에는 연마 패드(8)가 부착된다. 턴테이블(2)은 턴테이블 수령부재(3a)에 의하여 부착 및 분리 가능하게 지지된다. 부착 및 분리 가능하게 구성하는 이유는 연마 패드(8)의 교환시에 턴테이블(2) 및 연마 패드(8)를 일체로 분리함으로써 연마 패드(8)의 교환을 용이하게 만들기 위해서이다. 이 경우에, 턴테이블(2)을 턴테이블 수령부재(3a)에 장착하는 일은 전용 지그로써 수행된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 격자형 홈(9a)이 턴테이블 수령부재(3a)의 상부면에 제공되어 있다. 이 경우의 홈(9a)은 대체로 격자 모양으로 제공되어 있다면 물결 선이 될 것이다. 홈(9a)은, 유체 예를 들어 턴테이블(2)을 턴테이블 수령부재(3a)로부터 수압으로서 용이하게 분리시키는 물을 홈에 공급하기 위해 턴테이블 수령부재(3a)의 표면에 형성된다. 턴테이블 수령부재(3a)의 축(10)은 감속기어를 통해 모터(도시안됨)에 연결된다. 감속기어 및 모터는 턴테이블 회전기구(7)를 구성한다.

턴테이블 수령부재(3a)의 회전중심은 공작물 W의 회전중심과는 다르다. 이에 의해, 연마 패드(8)와 공작물 W 사이의 접촉압력은 실제로 가능한 평균화 된다.

연마 슬러리 공급장치(4)는 연마 슬러리 저장탱크(도시안됨)에 연결된 노즐(12)을 구비한다. 연마 슬러리는 노즐(12)로부터 공작물 W와 연마 패드(8) 사이의 마찰부분으로 공급된다.

상단링(5)은 공작물 W를 연마 패드(8)에 가압하기 위한 것이며, 직접 가압하지 않고 평판(13)을 거쳐 가압한다. 이 경우, 공작물 W는 평판(13)에 왁스 방법 또는 왁스리스(waxless) 방법으로 부착된다. 상단링(5)의 축(14)은 감속기어를 거쳐 모터(도시안됨)에 연결된다. 감속기어 및 모터는 헤드 회전기구(6)를 구성한다.

다음에, 연마장치에 의한 공작물 W의 연마방법을 설명한다.

처음에, 공작물 W가 부착되어 있는 평판(13)이 상단링(5)의 저면에 놓여 공작물 W를 연마 패드(8)에 접촉시킨다. 다음에, 상단링(5)이 하강되어 평판(13)을 거쳐 공작물 W을 연마 패드(8)를 향해 가압시킨다. 헤드 회전기구(6) 및 턴테이블 회전기구(7)를 구동하는 동안에, 연마 슬러리가 공작물 W를 연마하기 위해 연마 슬러리 공급장치(4)의 노즐(12)로부터 공급된다. 연마를 완료한 후에 상단링(5)을 들어 올리고 평판(13)을 꺼집어 낸다.

상기 연마장치(1)와 이 연마장치(1)에 의한 연마방법에 의하여 아래의 효과가 달성된다.

즉, 홈(9a)이 턴테이블 수령부재(3a)에 제공되며, 이에 의해 공작물 W가 연마 패드(8)를 향해 가압될 때, 턴테이블 수령부재(3a)의 홈 부분과 홈 없는 부분에서 턴테이블(2)이 받는 반작용력이 각각 다르다. 그러나, 홈(9a)이 격자 모양이므로 턴테이블 수령부재(3a)의 홈 부분 및 홈 없는 부분에서 턴테이블(2)로의 전이부는 연마 패드(8)를 통해 회전하는 공작물 W의 각 부분에 균일하게 접촉하게 된다. 따라서, 턴테이블(2)로 향하는 공작물 W의 표면에서의 접촉압력이 평균화 되고, 따라서 공작물 W에는 편중된 하중이 작용하지 않음으로써 양질의 공작물이 달성될 수 있다.

도 3은 제2 실시예와 관련된 연마장치의 턴테이블 수령부재(3b)를 도시하고, 여기서 직선형 홈(9b)이 평행하게 형성되어 있다. 이 경우, 홈(9b)이 대체로 직선방향으로 제공된다면, 홈(9b)은 물결선이 될 수 있다. 홈간의 간격과 홈의 갯수는 특별히 제한하지 않지만, 턴테이블(2)을 분리하기 위해서는 3개 이상의 홈이 전체 턴테이블에 걸쳐 대략 동일한 간격으로 평행하게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 연마장치에 의하여, 제1 실시예에 의한 연마장치(1)와 동일한 효과가 달성될 수 있다.

도 4는 제3 실시예와 관련된 연마장치의 턴테이블 수령부재(3c)를 도시하고, 여기서 방사상 홈(9c)이 제공되어 있다. 이 경우 홈(9c)은 대체로 방사상으로 제공된다면 물결선이 될 수 있다.

상기 연마장치에 의하여, 제1 실시예에 의한 연마장치(1)와 동일한 효과가 달성될 수 있다.

다음에 턴테이블 수령부재에서 홈들의 양호한 패턴을 설명하기로 한다.

1.홈의 폭 : 3 mm 내지 15 mm

턴테이블은 턴테이블 수령부재의 홈 부분으로부터 응력을 받지 않으며, 턴테이블이 다만 홈이 없는 부분으로부터 응력을 받는다. 턴테이블이 받는 응력의 차이가 턴테이블의 표면에서 물결을 형성시킨다. 이 경우에, 홈의 폭이 15 mm를 초과하면, 큰 파장을 갖는 물결이 턴테이블의 표면에 형성되고, 이것이 평탄도에 영향을 미친다. 다른 한편, 홈의 폭이 3 mm 보다 작으면, 물이 턴테이블을 분리하기 위해 턴테이블 수령부재의 홈 안에 공급되더라도 필요한 압력이 달성될 수 없고, 따라서 턴테이블 수령부재로부터 턴테이블을 분리할 수 없다.

2. 홈간의 간격 : 10 mm 내지 100 mm

홈간의 간격이 100 mm를 초과하면, 턴테이블의 분리가 어렵게 된다. 다른 한편, 간격이 10 mm 보다 작으면 턴테이블의 표면이 미세하고 크게 물결을 이루어서 평탄도에 영향을 미친다.

턴테이블 수령부재(3c)에서의 홈이 방사상으로 제공되면, 턴테이블 수령부재 (3c)의 회전중심과 턴테이블의 회전중심 및 공작물의 회전중심이 다른 것이 바람직하며, 그외에 공작물이 턴테이블의 편심위치에서 연마된다. 이 경우, 도 5에 도시한 바와 같이, 턴테이블 수령부재에 대한 공작물 W의 이동궤적의 가장 안쪽 부분과 2개이 인접한 홈(9c)의 교차부 사이의 원호길이 X 는 적어도 10 mm이다.

3. 홈의 깊이 : 1 mm 내지 10 mm

홈의 깊이가 10 mm를 초과하면, 턴테이블 수령부재의 경도가 낮아져서 평탄도에 영향을 미친다. 다른 한편, 깊이가 1 mm 보다 낮으면, 턴테이블을 분리할 때 턴테이블 수령부재의 홈에 물을 공급하기가 어렵고, 턴테이블을 분리하기가 어렵다.

(실험)

실험에서, 도 2에 도시한 바와 같은 격자형 홈(9a)이 제공되어 있는 턴테이블 수령부재(3a)를 사용하여 연마를 실시한다. 덧붙여, 효과를 비교하기 위해서, 공작물(연마하고자 하는 제품)의 연마는 도 6에 도시한 바와 같은 예전에 개발된 기술에 따라 동심원형 홈(9d)이 제공되어 있는 턴테이블 수령부재(3d)를 사용하여 실시한다.

1. 조건

(1)연마하고자 하는 제품

제1 예에서, 연마하고자 하는 제품을 위해서는, 초크랄스키법(Czochralski method)으로 성장된 단결정 실리콘 웨이퍼(두께 735 μm)이고, p 형이고, 결정 방위 〈100〉 를 가지며 200 mm ψ인 에칭된 웨이퍼를 준비하였다.

(2)연마 패드

비직조 직물형이고, 경도 80(아스카 C 경도: JISK 6301에 적합한 것)을 갖는 연마 패드를 사용하였다.

(3)연마 슬러리

콜로이드형 실리카 연마 슬러리(pH = 10.5)를 사용하였다.

(4)연마 하중

공작물은 250 g/cm2 의 연마 하중을 갖는 상단링에 의해 연마 패드상에서 가압되었다.

(5)전체 연마 스톡 제거

제거량 즉, 연마에 의해 제거된 전체 연마 스톡은 12 μm 이었다.

(6)턴테이블

SiC 로 제조되고 두께 30 mm, 직경 700 mmψ 인 턴테이블을 사용하였다.

(7)턴테이블 수령부재

이 턴테이블 수령부재는 세라믹으로 제조되었고, 홈의 폭은 10 mm 이었고, 홈간의 간격은 30 mm 이었고, 홈의 깊이는 3 mm 이었다.

2. 연마 방법

턴테이블을 턴테이블 수령부재에 부착하였다. 턴테이블 수령부재의 중심과 공작물의 중심이 200 mm 떨어진 상태에서, 공작물이 단일 웨이퍼 가공으로 연마되었다. 공작물과 턴테이블의 회전속도는 각각 40 rpm이었다. 또한, 공작물은 고정시키고 턴테이블을 ±10 mm 이내에서 왕복이동시키면서 연마를 실시하였다.

3. 결과

도 2에 도시한 바와 같은 격자형 홈(9a)이 제공된 턴테이블 수령부재(3a)를 사용하였을 때에는, 연마후 매직 거울상(magic mirror image)에 도 7에 도시한 바와 같이 특정 패턴이 관찰되지 않았으며, 양질의 공작물이 달성되었음을 확인하였다. 다른 한편, 도 6에 도시한 바와 같은 동심원형 홈(9d)이 제공된 턴테이블 수령부재(3d)를 사용하였을 때에는, 연마후 매직 거울상에 도 8에 도시한 바와 같이 동심원형 패턴이 발생되었다.

본 발명에 따라 실시예를 설명하였지만, 말할 필요도 없이 본 발명은 상기 실시예를 제한하지 않으며, 본 발명의 범위내에서 여러가지 변경이 가능하다. 예를 들어, 상기 예에서, 반도체 웨이퍼의 연마를 주로 설명하였지만, 당연히 본 발명은 액정 패널용 유리 기판, 포토마스크용 수정 유리 기판, 자기 디스크 기판 또는 반도체 웨이퍼가 아닌 다른 기판 등과 같이 얇은 판의 연마에 적용될 수 있다.

본 발명에 따라, 연마는, 직선방향으로 연장하는 홈이 제공된 턴테이블 수령부재의 홈 표면으로 턴테이블을 지지하고, 연마 슬러리를 유동시키는 중에 턴테이블에 부착된 연마 패드를 향해 공작물을 가압하고, 공작물과 턴테이블을 회전시킴으로써 실시되고, 이에 의해 양질의 공작물을 얻을 수 있다. 게다가, 턴테이블의 교환도 용이하다. 따라서, 본 발명에 의한 연마방법 및 연마장치는 반도체 웨이퍼, 액정 패널용 유리 기판, 포토마스크용 수정 유리 기판, 자기 디스크 기판 또는 다른 기판 등과 같이 여러가지 얇은 판 제품을 연마하기에 특히 적합하다.

Claims (14)

1. 다수의 홈이 직선방향으로 제공되어 있는 턴테이블 수령부재의 홈 표면으로서 턴테이블을 지지하는 단계와;

   연마 슬러리를 유동시키는 중에 턴테이블에 부착된 연마 패드를 향하여 공작물을 가압하는 단계와;

   상기 공작물 및 턴테이블을 회전시킴으로써 연마를 수행하는 단계를 포함하는 연마방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 홈들은 서로 평행하게 제공되어 있는 연마방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 홈들은 격자로서 제공되어 있는 연마방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 홈들은 방사상으로 제공되어 있는 연마방법.
5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 턴테이블 수령부재의 회전중심과 공작물의 회전중심이 서로 다르게 되어 있는 연마방법.
6. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈들의 폭은 3 내지 15 mm 이내에 있고, 홈간의 간격은 10 내지 100 mm 이내에 있고, 홈들의 깊이는 1 내지 10 mm 이내에 있는 연마방법.
7. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물은 반도체 웨이퍼를 포함하는 연마방법.
8. 연마 패드가 부착되는 턴테이블과;

   홈이 형성되어 있는 홈 표면으로서 턴테이블을 지지하는 턴테이블 수령부재와;

   연마 슬러리를 연마 패드로 공급하는 연마 슬러리 공급장치와;

   공작물 및 턴테이블을 회전시키는 회전기구를 포함하고,

   상기 홈은 턴테이블 수령부재에서 직선방향으로 제공되어 있는 연마장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 홈들은 서로 평행하게 제공되어 있는 연마장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 홈들은 격자로서 제공되어 있는 연마장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 홈들은 방사상으로 제공되어 있는 연마장치.
12. 제8항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 턴테이블 수령부재의 회전중심과 공작물의 회전중심이 서로 다르게 되어 있는 연마장치.
13. 제8항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 홈들의 폭은 3 내지 15 mm 이내에 있고, 홈간의 간격은 10 내지 100 mm 이내에 있고, 홈들의 깊이는 1 내지 10 mm 이내에 있는 연마장치.
14. 제8항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물은 반도체 웨이퍼를 포함하는 연마장치.