KR20010050142A - 폴리싱 장치 및 드레싱 방법 - Google Patents

폴리싱 장치 및 드레싱 방법 Download PDF

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KR20010050142A
KR20010050142A KR1020000048348A KR20000048348A KR20010050142A KR 20010050142 A KR20010050142 A KR 20010050142A KR 1020000048348 A KR1020000048348 A KR 1020000048348A KR 20000048348 A KR20000048348 A KR 20000048348A KR 20010050142 A KR20010050142 A KR 20010050142A
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마츠오히사노리
히야마히로쿠니
와다유타카
히로카와가즈토
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마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

고정 숫돌 부재의 폴리싱면과 기판의 표면이 맞물려 미끄러짐으로써 기판의 표면을 폴리싱하는 장치는 고정 숫돌 부재의 폴리싱면을 드레싱하는 드레싱 부재를 구비한다. 드레싱 부재는 100°이상의 둔각을 가진 돌기가 제공된 드레싱면을 구비한다.

Description

폴리싱 장치 및 드레싱 방법 {POLISHING APPARATUS AND DRESSING METHOD}
본 발명은 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼를 폴리싱하기 위해서 고정 숫돌 부재(fixed abrasive member) 또는 연마 폴리싱 휠이 사용되는 폴리싱 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 고정 숫돌 부재를 드레싱(재생)하기 위해 사용되는 드레싱 부재의 구성에 관한 것이며, 또한 상기 폴리싱 휠을 드레싱하는 방법에 관한 것이다.
근래의 고집적 반도체 소자를 제조하는 기술에서의 급진적인 성장과 더불어, 회로 배선 패턴이 더욱 미세해지게 되었다. 그러한 미세 회로 배선 패턴을 형성하기 위해서는, 그러한 패턴이 형성될 기판의 표면이 대단히 평탄해져야 할 필요가 있다. 이러한 목적으로, 소위 화학/기계적 폴리싱 장치(CMP)가 광범위하게 사용되고 있다. 화학/기계적 폴리싱 장치(CMP)는 폴리싱 포(패드)가 부착된 턴테이블 및 기판 운반 장치를 포함한다. 상기 기판 운반 장치는 폴리싱될 반도체 기판을 유지시키고 이 기판을 운반하여 폴리싱 포에 접촉하도록 되어 있다. 폴리싱 작업 동안, 연마 입자를 함유한 화학적 폴리싱 용액(슬러리)이 폴리싱 패드에 공급되고, 폴리싱 작업의 대상이 되는 기판의 표면이 평탄화 및 경면화 될 때까지 폴리싱된다.
하지만, 종래의 화학/기계적 폴리싱 장치(CMP)에서는, "패턴 의존성" 문제가 대두되는 경향이 있다. 즉, 작은 패턴 피치를 갖는 배선 패턴 상의 영역은 상대적으로 폴리싱의 정도가 큰 반면에, 큰 패턴 피치를 갖는 배선 패턴이 형성된 영역은 상대적으로 폴리싱의 정도가 작아져, 반도체 기판의 폴리싱된 표면이 울퉁불퉁한 형태로 균일하지 못하게 된다. 그 결과, 필요한 정도의 평탄성을 가진 폴리싱된 표면을 얻기가 힘들다. 또한, 폴리싱 패드를 사용한 화학/기계적 폴리싱 장치(CMP)에서, 회로 패턴이 형성되어 기판의 표면 상에 돌출된 부분과 함몰된 부분이 존재할 경우에는, 돌출된 부분뿐만 아니라 함몰된 부분까지도 폴리싱된다. 이것은 기판 표면이 높은 정도의 평탄성을 얻을 수 있도록 돌출된 부분이 적당히 폴리싱되었을 경우에 폴리싱 장치가 실제로 그 폴리싱 기능을 멈추거나 폴리싱 속도가 대략 0이 되게 하는, 소위 자체-제동(self-stop) 기능을 발휘하기 어렵게 한다.
종래의 CMP에 대한 대안으로서, 연마 입자, 예를 들어 산화 세륨(CeO2)을 페놀 수지 본드로 고정 기본 부재의 표면에 부착시킨 고정 기본 부재를 포함하여 이루어진 고정 숫돌 부재를 사용하여 반도체 웨이퍼 등을 폴리싱하려는 관점에서 시도가 행하여 졌다. 종래의 폴리싱 패드가 사용된 화학/기계적 폴리싱 장치와 비교할 때, 고정 숫돌 부재를 사용한 경우에는 회로 패턴 영역에 형성된 함몰부가 폴리싱되지 않기 때문에, 필요한 정도의 평탄성을 갖도록 폴리싱된 표면을 얻기가 상대적으로 용이하다는 잇점이 있다. 또한, 만일 고정 숫돌 부재를 특정 종류의 연마 입자와 결합하여 사용하면, 상술한 소위 자체-제동이 실현될 수 있다. 더 나아가, 폴리싱 용액이 필요없는 고정 숫돌 부재를 사용하면 환경적으로도 유리하다.
일반적으로, 고정 숫돌 부재를 사용한 폴리싱에서는 다이아몬드 입자 등을 부착한 드레싱 부재를 사용하여 폴리싱면의 날세움(드레싱)을 행함으로써, 고정 숫돌 부재로부터 유리된 연마 입자를 발생시킨다. 하지만, 고정 숫돌 부재를 사용하는 반도체 웨이퍼 폴리싱 공정에서는, 고정 숫돌 부재를 드레싱한 바로 후에는 높았던 폴리싱 효율이 점차 악화된다. 따라서, 효율적이고 효과적인 폴리싱을 유지하려면, 각 폴리싱 작업 전에 고정 숫돌 부재를 드레싱하거나 컨디셔닝시켜 결합이 헐거워진 연마 입자를 충분한 양이 되도록 하는 것이 필수적이다. 하지만, 각 폴리싱 작업 전 마다 고정 숫돌 부재의 드레싱을 수행하는 것은 비효율적이고 생산성에 부정적인 영향을 미친다. 또한, 고정 숫돌 부재의 표면을 재생하고자 다이아몬드 입자가 제공된 드레싱 부재를 사용하는 것은 다이아몬드 입자가 떨어져서 폴리싱될 기판의 표면을 긁거나 또다른 손상을 입히기 쉽다는 문제를 안고 있다.
상술한 주변 사정의 관점에서, 본 발명의 목적은 기판 폴리싱 장치를 제공함에 있어, 숫돌 부재로부터 분리된 다이아몬드 입자가 폴리싱면 상으로 떨어지는 문제가 없고, 연마 입자가 숫돌 부재의 폴리싱면으로부터 안정적으로 유리될 수 있어, 이에 따라 안정된 폴리싱 속도로 폴리싱을 수행할 수 있는 고정 숫돌 부재를 사용한 기판 폴리싱 장치를 제공하는 것이며, 또한 숫돌 부재를 드레싱하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연마 입자가 숫돌 부재로부터 적당히 유리되어 연마 휠의 수명을 연장시킬 수 있는 방법 또는 드레싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 제공하는 기판 폴리싱 장치는, 폴리싱될 기판과 맞물려 미끄러지는 폴리싱면을 구비한 고정 숫돌 부재와, 상기 고정 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물려 미끄러지게 하여 상기 폴리싱면을 드레싱하는 드레싱면을 구비하는 드레싱 부재를 포함하여 구성된다. 상기 드레싱면에는 100°이상의 둔각을 갖는 모난 부분을 구비한 복수 개의 돌기가 제공된다.
고정 숫돌 부재의 드레싱 시, 드레싱 부재 표면이 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물려 미끄러짐에 따라 숫돌 부재로부터 충분한 양의 연마 입자가 유리된다. 따라서, 본 발명과 부합하여, 종래의 다이아몬드 드레싱 부재를 사용할 경우 발생될 수 있는 분리된 다이아몬드 입자의 제거가 가능하여, 따라서 폴리싱될 기판의 표면 상에 긁힘이나 또다른 손상을 입는 것이 방지될 수 있다. 드레싱 부재로서는, 필수적으로 SiC 또는 다이아몬드류 탄소를 함유한 세라믹 드레싱 부재를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 폴리싱될 기판과 맞물려 미끄러지는 폴리싱면을 구비한 고정 숫돌 부재와, 상기 고정 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물려 미끄러지게 하여 상기 숫돌 부재의 폴리싱면을 드레싱하는 드레싱면을 구비한 드레싱 부재를 포함하여 구성된 기판 폴리싱 장치가 제공된다. 상기 드레싱 부재는 숫돌 부재의 중심으로부터 외주 방향으로 연장된 막대 형태를 갖는다. 따라서, 상기 막대형 드레싱 부재 및 연마 휠의 드레싱될 표면은 숫돌 부재의 전체 직경에 걸쳐 서로 균일하게 선 접촉 하게 된다. 이것은 드레싱 부재가 숫돌 부재를 균일하게 드레싱할 수 있게 한다.
본 발명의 또다른 형태에 따르면, 기판을 운반하는 기판 운반 장치와, 상기 기판 운반 장치에 의해 운반된 기판과 맞물려 미끄러짐으로써 폴리싱을 수행하는 폴리싱면을 구비한 고정 숫돌 부재와, 상기 고정 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물려 미끄러지게 하여 상기 폴리싱면을 드레싱하는 드레싱면을 구비한 드레싱 부재를 포함하여 구성된 기판 폴리싱 장치가 제공된다. 상기 드레싱 부재는 링 형상이며, 폴리싱될 기판의 표면과 같은 평면에 드레싱면이 설치되도록 기판의 둘레 주위에 드레싱 부재가 위치되는 방식으로 기판 운반 장치 상에 제공된다. 이러한 폴리싱 장치에서는, 폴리싱이 수행되는 동안에 숫돌 부재로부터 효과적으로 또 적당히 연마 입자가 유리된다.
본 발명의 또다른 형태에 따르면, 기판을 회전시키는 동안, 기판을 그 축 주위로 회전하는 고정 숫돌 디스크의 폴리싱면과 맞물리게 하는, 기판 폴리싱 장치에서의 고정 숫돌 디스크의 폴리싱면을 드레싱하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 드레싱면을 구비한 드레싱 부재를 준비하는 단계와, 상기 드레싱 부재의 드레싱면을 회전하는 고정 숫돌 디스크의 폴리싱면과 맞물리게 하는 단계와, 드레싱 상태를 조절하기 위해 상기 드레싱 부재의 회전수와 상기 고정 숫돌 디스크의 회전수의 비율을 제어하는 과정을 포함하여 이루어진다. 이러한 방법으로, 숫돌 디스크의 표면 형태가 소정의 형태로 적합하게 조정될 수 있어서, 숫돌 디스크의 폴리싱면이 평탄하지 않은 경우에도 기판 표면이 필요한 정도의 평탄성을 갖도록 폴리싱될 수 있다.
본 발명의 또다른 형태에 따르면, 숫돌 디스크의 표면에 폴리싱될 기판을 가압하여 미끄러지게 하여 폴리싱을 수행하는 기판 폴리싱 장치로서, 상기 숫돌 디스크에 광선을 조사함으로써 상기 숫돌 디스크의 드레싱을 수행하는 드레싱 부재를 구비한 기판 폴리싱 장치가 제공된다. 고에너지의 광선을 숫돌 디스크의 표면에 조사하여 바인더 재료의 분자결합을 끊음으로써 유리된 연마 입자를 발생시킬 수 있다. 드레싱 부재의 광원으로는 수은 램프 또는 레이저 광원을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 고에너지의 광선의 조사에 의하여 숫돌 디스크의 온도가 상승하는 경우가 있으므로, 이것을 냉각하는 냉각 장치를 구비하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 드레싱 부재의 드레싱면이 30 g/㎠ 이하의 압력 하에 견고한 회전 숫돌 디스크의 폴리싱면과 맞물려지도록 함으로써 폴리싱 속도의 안정성을 향상시키고 숫돌 디스크의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판이 고정 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물려 그 사이에서 상대적인 미끄러짐 운동을 하도록 되어있어 기판이 폴리싱되는, 기판 폴리싱 처리 과정에서 사용된 고정 숫돌 부재의 폴리싱면을 드레싱하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 연마 입자를 접착시킨 바인더를 용해할 수 있는 용액을 상기 고정 숫돌 부재의 폴리싱면에 제공하는 단계와, 고정 숫돌 부재의 폴리싱면을 유리된 연마 입자의 발생을 촉진시킬 수 있도록 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이러한 방법에서는, 드레싱 부재를 사용할 필요가 없다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판이 고정 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물려 그 사이에서 상대적인 미끄러짐 운동을 하도록 되어있어 기판이 폴리싱되는, 기판 폴리싱 처리 과정에서 사용된 고정 숫돌 부재의 폴리싱면을 드레싱하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 고정 숫돌 부재에 전류를 통과시켜, 고정 숫돌 부재의 연마 입자를 접착시킨 바인더의 결합을 끊음으로써 유리된 연마 입자의 발생을 촉진시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 기판이 고정 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물려 그 사이에서 상대적인 미끄러짐 운동을 하도록 되어있어 기판이 폴리싱되는, 기판 폴리싱 처리 과정에서 사용된 고정 숫돌 부재의 폴리싱면을 드레싱하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 바인더로 접착된 연마 입자로 구성된 폴리싱면에 광촉매를 함유하는 고정 숫돌 부재를 준비하는 단계와, 상기 숫돌 부재의 폴리싱면에 조사(irradiating)하여 상기 폴리싱면에서 바인더의 결합을 끊음으로써 유리된 연마 입자의 발생을 촉진시키는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 숫돌 디스크의 표면에 폴리싱될 기판을 가압하여 미끄러지게 하여 폴리싱을 수행하는 기판의 폴리싱에 있어서, 광선을 조사함으로써 상기 숫돌 디스크를 드레싱하는 방법이 제공된다. 상기 광선은 파장 355nm 이하의 광선 또는 전자파인 것이 바람직하고, 그 광원으로서는 수은 램프 또는 레이저 광원이 사용되는 것이 적합하다. 또한, 광선 조사에 의한 드레싱 중 또는 드레싱 후에 용제 또는 용액을 숫돌 디스크의 표면에 공급하여 그 표면을 친수화하는 것이 바람직하고, 상기 용제가 -OH, -COOH, -NH2, -CO, -SO3H 등의 친수성을 부여하는 작용기를 함유하는 성분으로 구성되는 것이 바람직하다. 이에 따라 광선 조사에 의한 드레싱 중 또는 드레싱 후에 숫돌 디스크의 표면이 친수화되므로 양호한 폴리싱 특성을 얻을 수 있다.
또한, 드레싱 작업에 광선의 조사 대신에 초음파를 부여함으로써 바인더의 결합을 끊어 유리된 연마 입자를 발생시켜 행할 수도 있다.
또한, 숫돌 디스크에 폴리싱 생성물을 배출하는 홈을 구비하고, 드레싱 부재에 이 홈과 끼워 맞추어지는 볼록형 상부를 마련하여 드레싱 중에 이 홈의 재생을 행하도록 해도 된다.
또한, 지름이 작은 드레싱 부재와 그 위치 제어 장치를 구비하도록 해도 무방하다. 이에 따라, 폴리싱 속도가 작은 위치만을 선택적으로 드레싱하여 전면에 걸쳐 폴리싱 속도가 균일화되도록 할 수 있다.
본 발명의 상술한 목적, 특징 및 장점과 또다른 목적, 특징 및 장점이 첨부된 도면과 결부시켜 바람직한 실시예에 대한 하기의 설명에 의해 더욱 명확해 질 것이다.
도 1(a), 도 1(b), 도 1(c) 및 도 1(d)는 본 발명의 제 1실시예에 따른 드레싱 부재의 드레싱면의 다양한 구성을 나타내는 단면도.
도 2(a)는 본 발명의 제 2실시예에 따른 막대형 드레싱 부재를 구비한 폴리싱 장치의 평면도.
도 2(b)는 도 2(a)의 장치의 측면도.
도 3(a)는 도 2에 도시된 폴리싱 장치의 변형례의 평면도.
도 3(b)는 도 3(a)의 장치의 측면도.
도 4는 도 2 및 도 3에서 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 자른 막대형 드레싱 부재의 단면 구성의 예시를 나타내는 다이어그램.
도 5는 막대형 드레싱 부재가 롤형인 도 2에 도시된 폴리싱 장치의 다른 변형례의 측면도.
도 6(a)는 본 발명의 제 3실시예에 따른 폴리싱 장치의 측단면도.
도 6(b)는 도 6(a)의 폴리싱 장치의 변형례의 측단면도.
도 7(a)는 도 6(a)의 장치의 변형례의 측단면도.
도 7(b)는 도 7(a)의 장치의 평면도.
도 8은 드레싱 부재의 회전수와 턴테이블의 회전수의 비율에 따라 변화하는 폴리싱된 면의 구성을 나타내는 다이어그램.
도 9(a)는 본 발명의 제 4실시예에 따른 폴리싱 장치의 평면도.
도 9(b)는 도 9(a)의 장치의 측단면도.
도 10(a)는 드레싱면 압력과 폴리싱된 기판수 사이의 관계를 나타내는 다이어그램.
도 10(b)는 드레싱면 압력과 폴리싱 속도 사이의 관계를 나타내는 다이어그램.
도 11은 본 발명의 제 6실시예에 따른 드레싱 방법이 실행되는 폴리싱 장치의 측면도.
도 12는 본 발명의 제 7실시예에 따른 드레싱 방법이 실행되는 폴리싱 장치의 측면도.
도 13은 광원으로서 레이져 광원이 사용된 도 12에 도시된 폴리싱 장치의 변형례의 측면도.
도 14는 광선 조사에 의한 드레싱 장치를 구비한 폴리싱 장치의 전체 구성을 나타낸 평면도,
도 15는 광선 조사에 의한 드레싱 장치의 구성을 나타낸 도,
도 16은 광선 조사에 의한 드레싱 장치의 전체 구성을 나타낸 사시도,
도 17은 도 14의 폴리싱 장치의 구성예를 나타낸 입면도,
도 18은 본 발명의 제 8실시예에 따른 드레싱 방법이 실행되는 폴리싱 장치의 측면도.
도 19는 본 발명의 제 9실시예에 따른 폴리싱 장치의 측면도.
도 20은 본 발명의 제 10실시예에 따른 폴리싱 장치의 측면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 세라믹 드레싱 부재의 드레싱면의 다양한 구성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이러한 드레싱면은 100°이상의 둔각을 갖는 복수 개의 돌기가 형성된다. 드레싱 부재는, 견고한 부재 또는 기본 부재와, 상기 견고한 부재에 부착된 다수의 연마 입자를 포함하고, 그 드레싱면과 고정 숫돌 부재가 맞물려 미끄러짐으로써 반도체 기판을 폴리싱하는 데 사용되는 기판 폴리싱 장치에 채용되는 고정 숫돌 부재를 컨디셔닝하거나 드레싱하는 데 사용된다. 도 1(a)는 삼각파형 드레싱면을 나타낸다. 도 1(b)는 사각파형 드레싱면을 나타낸다. 더욱 상세하게는, 세라믹 드레싱 부재(11a)는 각각 100°이상의 둔각(α)을 갖는 복수 개의 삼각형 돌기로 이루어진 삼각파형 드레싱면을 구비한다. 이와 유사하게, 세라믹 드레싱 부재(11b)는 각각 100°이상의 둔각(β)을 갖는 복수 개의 사각형 돌기로 이루어진 사각파형 드레싱면을 구비한다. 상기 세라믹 드레싱 부재는 SiC로 제조됨이 바람직하며, 도 1(a) 및 도 1(b)에 도시된 바와 같이 상기 돌기는 높이 약 0.5㎜ 및 약 0.5㎜ 피치로 하는 것이 바람직하다.
드레싱면(11a, 11b)을 갖는 세라믹 드레싱 부재를 사용하면, 예를 들어 드레싱 부재 상에 제공된 다이아몬드 입자로 폴리싱 패드의 표면을 연마시켜야 했던 종래의 폴리싱 패드가 사용된 작업과는 대조적으로, 단순히 고정 숫돌 부재의 폴리싱면 상의 돌기에 대하여 드레싱면을 미끄러지게 함으로써 고정 숫돌 부재로부터 충분한 양의 연마 입자를 유리시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 다이아몬드 입자는 드레싱 부재로부터 쉽게 분리되어 폴리싱 패드의 표면에 떨어져, 이후의 폴리싱 작업 동안에 반도체 기판 표면에 긁힘이나 그 밖의 다른 형태로 손상을 입히는 요인이 된다.
도 1(c) 및 도 1(d)는 소위 다이나믹 혼합 방법 또는 다른 박막 형성 방법에 의해 금속 베이스 상에 형성된 다이아몬드류 탄소(diamond-like carbon;DLC) 또는 이와 유사한 재료의 코팅층(12)을 각각 갖고 있는 각각의 드레싱 부재(11c, 11d)를 각각 나타낸다. 도 1(a) 및 도 1(b)의 경우에서와 같이, 코팅층(12)의 각(α) 및 각(β)는 100°이상의 둔각을 각각 형성한다. 예를 들어 다이나믹 혼합 방법에 의해 다이아몬드류 탄소로 코팅된 드레싱 부재(11c, 11d)의 사용은 또한, 종래의 다이아몬드 드레싱 부재의 사용 시 발생되기 쉬운 다이아몬드 입자의 분리 가능성을 제거하고, 이에 따라 폴리싱될 기판의 표면 상에 유발되는 긁힘이나 다른 손상을 방지할 수 있다. 또한, 충분한 양의 연마 입자가 유리되거나 여기될 수 있다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 폴리싱 장치를 나타낸다. 도 2 및 도 3은 고정 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면 상에 기판의 표면을 위치시켜 압력하에 기판의 표면이 폴리싱되는 기판 폴리싱 장치를 나타낸다. 상기 숫돌 디스크(20)는 턴테이블(24)에 부착된다. 폴리싱될 기판(도시하지 않음)은 기판 운반 장치(21)에 탑재되어 엑츄에이터(도시하지 않음)의 작동하에 연마 휠(20)의 폴리싱면과 접촉하게 한다. 턴테이블(24)과 기판 운반 장치(21)는 자체의 회전축 주위로 회전한다. 따라서, 기판의 폴리싱될 표면과 숫돌 디스크(20)가 서로에 대하여 맞물려 미끄러짐에 따라 폴리싱될 기판의 표면을 폴리싱한다.
일반적으로, 폴리싱 장치에는 고정 숫돌 디스크를 드레싱하는 드레싱 부재가 제공되어, 폴리싱 작업 전에 먼저 숫돌 디스크가 드레싱된다. 상술한 바와 같이, 숫돌 디스크는 일반적으로 종래의 CMP 장치의 폴리싱 포(패드)에 비하여 견고하여, 기판 표면을 필요한 정도의 평탄도를 갖도록 폴리싱하기 위해서 숫돌 디스크 자체가 평탄화될 것이 요구된다. 하지만, 종래의 드레싱 과정에서는 연마 휠의 반경보다 작은 직경을 가진 디스크형 드레싱면을 구비한 드레싱 부재가 일반적으로 사용된다. 따라서, 연마 휠의 폴리싱면의 실제 영역 중의 단지 일부에만 드레싱면이 적용될 수밖에 없다. 이것은 드레싱 작업이 연마 휠의 전면에 걸쳐 균일하게 수행될 수 없다는 것을 의미한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 숫돌 디스크(20)의 중심으로부터 외주로 연장된 막대형 드레싱 부재(15a 또는 15b)가 사용된다.
도 2는 숫돌 디스크(20)의 중심(C)으로부터 외주(O)로 연장된 막대형 드레싱 부재(15a)의 일례를 나타낸다. 이와 유사하게, 도 3은 숫돌 디스크(20)의 외주면(O1, O2) 사이에서 숫돌 디스크(20)의 중심(C)을 지나 직경 방향으로 연장된 막대형 드레싱 부재(15b)의 일례를 나타낸다. 기판 운반 장치(21)는 폴리싱될 기판을 유지시킨다. 상기 기판 운반 장치(21)가 그 자체의 회전축 주위로 회전함과 동시에 기판은 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면에 대하여 소정의 압력하에 가압된다. 따라서, 또한 회전하고 있는 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면에 대하여 기판이 미끄러지면서, 상술한 바와 같이 기판의 폴리싱이 진행된다. 드레싱 작업 시에는, 가압 실린더(22)에 의해 막대형 드레싱 부재(15a 또는 15b)가 작동되고, 이 때 턴테이블에 부착된 숫돌 디스크(20)가 회전된다. 이러한 방식으로 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면이 드레싱된다. 막대형 드레싱 부재(15a 또는 15b)와 숫돌 디스크(20)의 드레싱될 표면이 직선 상에서 서로 만나 숫돌 디스크(20)의 반경 전체에 걸쳐 균일하게 접촉함으로써, 숫돌 디스크(20)를 그 방사 방향으로 균일하게 드레싱할 수 있다. 또한, 기판 운반 장치(21)에 유지된 기판이 숫돌 디스크(20)에 의해 폴리싱됨과 동시에 드레싱이 수행될 수 있다.
도 4는 도 2 및 도 3의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 자른 막대형 드레싱 부재의 단면 구성의 일례를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 막대형 드레싱 부재(15a, 15b)의 단면 구성은 원형, 정방형, 삼각형 또는 육각형일 수 있다. 막대형 드레싱 부재(15a, 15b)에는 도 1에 도시된 드레싱면 중의 하나가 제공되는 것이 바람직하다. 하지만, 막대형 드레싱 부재(15a, 15b)의 드레싱면이 반드시 도 1의 구성에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 원형의 단면 구성을 가지고 자체의 회전축 주위로 회전 가능한 막대형 드레싱 부재를 포함한 폴리싱 장치의 구조적 예시를 나타낸다. 막대형 드레싱 부재(15c)는 원형의 단면 구성을 갖는 롤러이다. 상기 막대형 드레싱 부재(15c)는 베어링(17)으로 지지되는 중심 샤프트(16)를 구비한다. 중심 샤프트(16)는 모터(18)에 의해 구동되어 회전한다. 막대형 드레싱 부재(롤러)(15c)는 회전 할 때 가압 실린더(22)에 의하여 지지부(23)를 통해 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면에 대하여 가압된다. 상기 숫돌 디스크(20)는 턴테이블(24)에 부착되어 있다. 한편, 기판 운반 장치(21)는 폴리싱될 기판, 예를 들어 반도체 웨이퍼를 탑재시킨다. 기판 운반 장치(21)가 회전함과 동시에 기판이 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면에 대하여 가압된다. 이에 따라 폴리싱이 진행된다. 명시되는 바와 같이, 상기 폴리싱 장치에서는 막대형 드레싱 부재(15c) 자체가 회전하고, 턴테이블(24)에 고정된 숫돌 디스크(20) 또한 회전한다. 따라서, 막대형 드레싱 부재(15c)와 숫돌 디스크(20)의 드레싱될 표면이 직선 상에서 서로 만나 숫돌 디스크(20)의 반경에 걸쳐 균일하게 접촉한다. 이러한 방식으로 숫돌 디스크(20)에 대하여 적당한 드레싱 작업이 제공될 수 있다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 각각 본 발명의 제 3실시예에 따른 기판 폴리싱 장치의 주요 부분 특히, 기판 운반 장치 및 인접한 부분을 나타낸다. 상기 폴리싱 장치에서는, 기판 운반 장치(21)의 외주 상에 장착되어 폴리싱될 기판(W)의 외주 부분을 고정시키는 가이드 링(25)의 표면 상에 드레싱 부재(25a)가 제공된다. 대안적으로는, 드레싱 부재(25a)로부터 가이드 링 자체가 형성될 수 있다. 도 6(a)에서, 가이드 링(25)은 폴리싱될 기판으로서의 반도체 웨이퍼(W)를 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면에 대하여 가압시키도록 기판 운반 장치(21)의 외주 부분에 끼워져 이동 가능하며, 동시에 폴리싱면에 걸쳐 반도체 웨이퍼(W)를 미끄러지게 하고, 드레싱 부재(25a)가 가이드 링(25)의 하단면에 꼭 끼워지게 한다. 따라서, 드레싱 부재(25a)의 드레싱면이 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면에 걸쳐 미끄러짐에 따라, 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면을 드레싱한다. 드레싱 부재(25a)는, 예를 들어 다이나믹 혼합 방법이나 다른 박막 형성 방법에 의하여 금속 베이스(25) 상에 다이아몬드류 탄소 또는 이와 유사한 재료의 코팅 층이 형성된 드레싱 부재로 구성될 수 있다.
도 6(b)는 드레싱 부재의 기능을 발휘할 수 있게 장착된 가이드 링(25a)의 예시를 나타낸다. 예를 들어, 가이드 링이 SiC 등의 세라믹 재료로 형성되어 그의 하단면이 드레싱 부재 표면으로 사용될 수 있다. 또한 이 경우에 있어서, 회전 기판 운반 장치(21)의 외주 부분 상에 제공된 가이드 링(25a)의 드레싱면이 회전 턴테이블(24) 상에 형성된 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면에 걸쳐 미끄러짐에 따라, 도 6(a)의 경우와 같이, 숫돌 디스크(20)의 폴리싱 면을 드레싱한다. 본 발명에 따라, 폴리싱하는 동안에 유리된 연마 입자가 발생되고 폴리싱될 기판(W)과 숫돌 디스크(20) 사이의 접합면에 효과적으로 공급될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예를 나타낸다. 본 실시예에서는, 연마 링(20a), 기판 홀더(27), 및 드레싱 부재(28)가 제공된다. 상기 드레싱 부재(28)는 기판(W)을 고정하는 가이드 링으로 작용하는 기판 홀더(27) 상에 위치된 기판(W)의 외주를 둘러 싸는 방식으로 제공된다. 상기 드레싱 부재(28)에는 그 상부 영역 상에 드레싱면이 제공된다. 본 실시예에서는, 드레싱 부재(28)의 드레싱면이 폴리싱 될 기판(W)의 표면과 접하게 되는 방식으로 드레싱 부재(28)가 기판(W) 주위에 위치된다. 컵 모양의 연마 링(20a)은 원 궤도 운동 또는 회전 병진 운동을 한다. 따라서, 숫돌 디스크(20a)는 유리된 연마 입자가 발생되어 폴리싱 수행 중인 표면에 제공됨에 따라 폴리싱하는 동안에 드레싱된다. 따라서, 유리된 연마 입자가 기판(W)의 폴리싱될 표면에 효과적으로 공급될 수 있으므로, 효과적인 폴리싱이 수행될 수 있다. 도 7에서 도면 번호 29는 폴리싱될 기판(W)의 표면과 숫돌 디스크(20a)가 접촉을 유지하도록 기능하는 지지판을 표시한다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제 4실시예를 나타내는 다이어그램이다. 반도체 웨이퍼 등의 기판을 폴리싱하는 과정에서 숫돌 디스크를 사용하면, 숫돌 디스크의 표면 형태에 따라 기판의 폴리싱된 표면의 형태가 그와 동일한 형태로 변화하기 쉽다. 회전하는 숫돌 디스크에서의 턴테이블의 회전수와 드레싱 부재의 회전수의 비율에 따라 숫돌 디스크의 폴리싱면의 형태가 순차적으로 변화한다. 따라서, 숫돌 디스크의 표면 형태는 상기 비율의 제어에 의해 바뀌어 지고, 그로 인해 기판의 폴리싱된 표면 형태도 따라서 바뀔 수 있다.
도 8은 드레싱 부재의 회전수와 턴테이블의 회전수의 비율 및 숫돌 디스크의 표면 형태 사이의 관계를 알아보기 위해 실험한 결과를 나타낸다. 가로 축은 숫돌 디스크의 중심으로부터의 거리(㎜)를 나타내고, 세로 축은 숫돌 디스크의 표면의 높이(㎛)를 나타낸다. 도 8에서, 숫돌 디스크 중심으로부터의 거리와 숫돌 디스크 표면의 높이와의 관계는 매개 변수로서 회전수의 비율을 이용한다. 도 8로부터 명시되는 바와 같이, 턴테이블의 회전수에 비해서 드레싱 부재의 회전수가 적은 경우, 예를 들어 회전수 비율(드레싱 부재의 회전수/ 턴테이블의 회전수)= 0.24 인 경우, 숫돌 디스크의 폴리싱면은 일반적으로 중심부가 높은 볼록한 형태일 것이다.
턴테이블의 회전수 대 드레싱 부재의 회전수의 비율이 적당한 비율인 0.60일 경우, 숫돌 디스크의 폴리싱면이 거의 평탄해진다.
턴테이블의 회전수 대 드레싱 부재의 회전수의 비율이 비교적 높은 비율인 1.00일 경우, 숫돌 디스크의 폴리싱면이 마모되어 일반적으로 중심부가 낮은 오목한 형태가 된다.
도 9는 숫돌 디스크의 표면 형태를 측정하는 센서를 구비한 폴리싱 장치를 나타낸다. 상기 장치에서, 숫돌 디스크(20)는 회전 턴테이블(24)에 부착된다. 기판(W)은 또한 회전하는 기판 운반 장치에 유지되고, 압력 하에 숫돌 디스크(20)와 접촉되어 기판이 폴리싱된다. 상술한 바와 같이, 상기 폴리싱 장치는 동시 드레싱(in-situ dressing)이 가능하다. 상기 폴리싱 장치는, 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면에 대하여 폴리싱될 기판(W)을 가압하며 동시에 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면에 걸쳐 상기 기판(W)을 미끄러지게 하는 기판 운반 장치(21)를 구비한다. 또한 상기 폴리싱 장치는, 압력 하에서 폴리싱면과 맞물려 미끄러짐에 따라 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면을 드레싱하는 드레싱 부재(11)를 구비한다. 또한 상기 폴리싱 장치는 디스크형 숫돌 디스크(20)의 전역에 걸쳐 그 중심으로부터 외주로 상기 숫돌 디스크(20)의 표면의 높이를 측정하는 숫돌 디스크 표면 형태 측정 센서(37)를 구비한다.
따라서, 숫돌 디스크(20)가 회전함에 따라 방사상의 모든 방향에서 숫돌 디스크 표면의 높이의 분포를 측정하는 것이 가능하다. 상기 폴리싱 장치를 사용하는 동안에, 숫돌 디스크(20)의 표면 형태가 상기 센서(37)에 의해 측정되고, 만일 측정된 숫돌 디스크(20)의 표면 형태가 원하는 형태와 일치하지 않으면, 도 8에 도시된 데이터를 기초로하여 드레싱 부재(11)의 회전수가 턴테이블(24)의 회전수에 상대적으로 조정된다. 따라서, 숫돌 디스크(20)의 표면 형태가 원하는 바대로 조정된다. 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면이 일반적으로 중심부가 높은 볼록한 형태이면, 턴테이블(24)의 회전수에 대하여 드레싱 부재(11)의 회전수를 상대적으로 낮게하여, 숫돌 디스크(20)의 폴리싱면이 일반적으로 중심부가 가장 빠른 속도로 마모되어 오목하게 마모된다. 이러한 방식으로, 숫돌 디스크(20)가 평탄한 폴리싱면을 갖도록 재생됨으로써 폴리싱될 기판(W)의 표면을 평탄하게 할 수 있다.
숫돌 디스크를 사용한 폴리싱 과정에서, 만일 숫돌 디스크가 과도하게 무거운 하중으로 드레싱된다면, 과잉의 유리된 연마 입자가 생겨 숫돌 디스크를 과잉 마모시키고 그 작업 수명을 감소시킨다. 도 10(a)는 드레싱 표면 압력과 하나의 숫돌 디스크로 폴리싱될 수 있는 웨이퍼의 수 사이의 관계를 알아보기 위해 시행한 실험의 결과를 나타낸다. 본 다이어그램으로 부터 명시되는 바와 같이, 종래의 화학/기계적 폴리싱(CMP)에서 사용되는 패드의 작업 수명은 드레싱면 압력과 상관없이 웨이퍼 1000 개 정도이다. 고정 숫돌 디스크를 사용한 폴리싱 과정에서는, 하나의 숫돌 디스크로 폴리싱될 수 있는 웨이퍼의 수가 종래의 CMP로 성취될 수 있는 것보다 다소 많다. 표면 압력이 낮은 경우 즉, 2g/㎠ 내지 3g/㎠의 표면 압력의 경우에는, 폴리싱 될 수 있는 웨이퍼의 수가 종래의 CMP에 의해 성취될 수 있는 것의 30배가 넘는다. 드레싱면의 압력이 30g/㎠ 내지 40g/㎠인 경우에는, 폴리싱될 수 있는 웨이퍼의 수가 종래의 CMP에 의한 것의 10배 정도이다. 드레싱면의 압력이 70g/㎠인 경우에는, 폴리싱될 수 있는 웨이퍼의 수가 종래의 CMP에 의한 것의 2배 내지 3배 정도이다. 따라서, 드레싱면의 압력이 30g/㎠을 넘지 않는 경우에, 하나의 숫돌 디스크로 폴리싱될 수 있는 웨이퍼의 수는 종래의 CMP를 사용하여 얻을 수 있는 것의 10배 이상이다.
도 10(b)는 드레싱면의 압력과 폴리싱 속도 사이의 관계를 나타내는 다이어그램이며, 여기서 가로 축은 드레싱면의 압력을 표시하고, 세로 축은 폴리싱 속도를 표시한다. 즉, 도 10(b)는 드레싱면의 압력과 도포된(평탄한 막을 가진) 웨이퍼를 폴리싱하는 속도 사이의 관계를 알아보기 위해 시행한 실험의 결과를 나타낸다. 드레싱면의 압력이 낮아 즉, 2g/㎠ 내지 3g/㎠인 경우에는, 비록 폴리싱될 수 있는 웨이퍼의 수는 종래의 CMP에 의한 것보다 30배 이상이지만, 폴리싱 속도는 낮아 즉, 약 400Å/min이다. 패턴이 형성된 웨이퍼를 폴리싱하는 과정에서는, 실제로 적용될 수 있을 만큼 충분히 빠른 폴리싱 속도를 얻을 수 있다. 드레싱면의 압력이 30g/㎠ 내지 40g/㎠으로 증가된 경우에는, 도포된 웨이퍼를 폴리싱하는 속도는 약 1400Å/min으로 증가된다. 따라서, 숫돌 디스크를 사용한 폴리싱 과정에서, 만일 숫돌 디스크가 과도한 압력 하에서 드레싱되면, 과잉의 유리된 연마 입자가 생겨 과잉 마모를 초래하고 숫돌 디스크의 작업 수명을 감소시킨다. 따라서, 드레싱 부재에 적용될 수 있는 압력이 30g/㎠으로 제한된다면, 안정된 폴리싱 작업 및 숫돌 디스크의 작업 수명의 증가를 얻을 수 있다.
이하에서 본 발명의 제 5실시예에 따른 드레싱 방법을 설명한다. 본 드레싱 방법은 숫돌 디스크가 압력 하에서 기판과 접촉하는 기판 폴리싱 장치에 적용된다. 상기 드레싱 방법에 따르면, 숫돌 디스크에는 숫돌 디스크에 포함된 바인더를 용해할 수 있는 용액이 공급되어, 숫돌 디스크를 드레싱하도록 기능하는 유리된 연마 입자를 발생시킨다. 폴리싱 용액으로서 순수가 사용되는 경우에는, 물에 대한 용해도가 높은 다음의 바인더 중의 하나가 유리된 연마 입자를 발생시키는 데 사용되어, 드레싱에 상응하는 효과를 유발한다. 물에 대한 용해도가 높은 바인더의 바람직한 예로는, 한천(agar), 녹말, 히드록시프로필 녹말, 알긴산 나트륨, 카르복시메틸 녹말 에테르, 아라비아 검, SMC(소디움 카르복시메틸 셀룰로오스), 메틸 셀룰로오스, 부분감화된 PVA(폴리비닐 알콜), 트라가칸트, 젤라틴, 콜라겐, 카세인, 결정성 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스 칼슘, 트윈, 플루로닉(pluronic), 소디움 라우레이트, 카르복시산 수지, 황산 암모늄, 염화 칼륨, 염, 벤토나이트 플러스 다양한 염화물, 우레아, 음이온성 표면-활성제, 글루코오스, 수크로오스, 락토오스, 모노소디움 L-글루타메이트, 소디움 5'-이노시네이트, 덱스트린, 녹말, 옥수수 녹말, 석회 분말, 페놀 수지, 푸란 수지 및 이소시아네이트 수지 등이 있다.
숫돌 디스크에 포함된 바인더를 용해시킬 수 있는 용액으로서 물과 알콜의 혼합 용액이 사용될 경우에는, 다음의 바인더 중의 하나를 사용하는 것이 바람직하다: PVP(폴리비닐 피놀리돈), HPMC(히드록시프로필 메틸 셀룰로오스), HPC(히드록시프로필 셀룰로오스), PEG(매크로골: 폴리에틸렌 글리콜) 등. 숫돌 디스크에 포함된 바인더를 용해시킬 수 있는 용액으로서 산성 용액이 사용될 경우에는, AEA(폴리비닐 아세탈 디에틸아미노 아세테이트)의 사용이 효과적이다. 숫돌 디스크에 포함된 바인더를 용해시킬 수 있는 용액으로서 알칼리 용액이 사용될 경우에는, 다음의 바인더 중의 어느 것을 사용해도 효과적이다: 페놀, 셀룰로오스 아세테이트 프탈레이트, 유드래짓 L(Eudragit L; 메틸메타크릴레이트-메타크릴산 공중합체) 및 HPMCP(히드록시프로필 메틸 셀룰로오스 프탈레이트) 등. 상술한 각종 바인더 중의 하나를 사용하여 숫돌 디스크를 드레싱할 시에, 사용된 바인더에 대하여 반응하는 폴리싱 용액이 바인더를 용해시키기 위해 공급되며, 이에 따라 자기 드레싱(self-dressing) 작동을 가능하게 한다.
도 11은 본 발명의 제 6실시예에 따른 드레싱 방법을 나타내는 다이어그램이다. 도 11에 도시된 폴리싱 장치는 숫돌 디스크(20A)에 포함된 바인더로서 금속 결합을 사용하여, 숫돌 디스크(20A)를 통해 전류가 흐를 경우에 바인더의 결합이 끊어져, 자기 드레싱 작동시 유리된 연마 입자의 발생을 촉진시킨다. 전류가 통과함에 따라 결합이 끊어지는 바인더의 예로는, 주철 결합, 섬유 결합, 철 결합(iron bond), 코발트 결합 및 이러한 재료의 복합적인 결합이 있다. 이러한 재료는 전도성 있는 숫돌 디스크(20A)에 포함되는 바인더로서 사용된다. 본 폴리싱 장치에서는, 회전 커넥터(31)를 통해 전원(30)으로부터 기판 운반 장치(21)로 전류가 공급된다. 전류는 전도성 가이드 링(33)으로부터 전도성 숫돌 디스크(20A) 내부로 흐르고 숫돌 디스크(20A)에 연결된 전극(32)로부터 전원(30)으로 복귀한다. 숫돌 디스크(20A)의 사용 시에는, 폴리싱하는 동안 물이 공급되는 동시에 상술한 경로를 따라 전원(30)으로부터 숫돌 디스크(20A)에 전류가 인가되어 기판(W)을 폴리싱한다. 필수적으로 금속 결합으로 구성되는 숫돌 디스크의 바인더는, 예를 들어 폴리싱 용액으로서 공급되는 물 속에서 이온화(전기 분해)된다. 따라서, 바인더의 결합이 끊어져 자기 드레싱 작동시 연마 입자를 유리시킨다. 도 12는 본 발명의 제 7실시예에 따른 드레싱 방법을 나타내는 다이어그램이다. 본 실시예에서는, 숫돌 디스크(20B)로서 광촉매 물질, 예를 들어 TiO2또는 ZnO가 혼합된 광반응성 숫돌 디스크가 사용된다. 연마 물질로서는 SiO2, Al2O3또는 CeO2가 사용될 수 있다. 전술한 바인더로서는, 수지재료, 예를 들어 페놀 또는 폴리이미드가 사용될 수 있다. 광촉매 물질을 감싸고 있는 바인더가 유기물이기 때문에, 빛으로 조사될 경우에 바인더가 광촉매 물질에 의해 분해되어, 바인더 내의 결합이 끊어지고 연마 입자가 유리된다. 광촉매 물질인 TiO2, 또는 ZnO 등을 혼합한 광반응성 숫돌 디스크를 사용함으로써 보다 낮은 에너지의 광선에 의해 유리된 연마 입자의 발생을 더욱 촉진시킬 수 있다. 도 12는 숫돌 디스크(20B)를 사용한 폴리싱 장치의 일례를 나타낸다. 숫돌 디스크(20B)를 사용한 상기 폴리싱 장치는 광원(35)을 구비한다. 상기 광원(35)으로부터의 광선으로 숫돌 디스크(20B)를 조사시키면, 광촉매 물질과 혼합된 숫돌 디스크(20B)의 바인더 재료 내의 결합이 끊어져 상술한 바와 유사하게 자기 드레싱 작업 시 연마 입자를 유리시킨다. 광원(35)을 배제하고, 기판(W)을 유지시키는 기판 운반 장치(21)를 사용하여 압력하에서 기판이 숫돌 디스크(20B)의 폴리싱면과 맞물려 미끄러짐으로써 기판(W)을 폴리싱하는 장치의 구성은 상술한 각종 폴리싱 장치의 구성과 유사하다. 따라서, 기판(W), 예를 들어 반도체 웨이퍼가, 회전 턴테이블(24) 상에 장착된 숫돌 디스크로 폴리싱됨과 동시에, 광원(35)으로부터 상기 숫돌 디스크(20B)에 광선이 조사되어 숫돌 디스크(20B)를 드레싱하는, 동시 드레싱(in-situ dressing)의 수행이 가능하다. 또한, 포토레지스트재료인 광붕괴성(photodegradation) 물질을 바인더로서 사용해도 광촉매 물질을 숫돌 디스크 내에 혼합하는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 13은 도 12에 도시된 폴리싱 장치의 변형례를 나타내는 다이어그램이다. 본 장치에서는, 광원으로서 레이져 광원(35A)이 사용되어 숫돌 디스크(20B)에 레이져 빔을 쏠 수 있다. 상기 레이져 광원(35A)은 다수의 레이져 빔 출구를 구비하여 조사될 숫돌 디스크(20B)의 전역에 레이져 빔이 쏘여질 수 있다. 상기 레이져 광원(35A)은 도면에서 양방향 화살표가 지시하는 방향으로 진동할 수 있다. 따라서, 레이져 빔이 한 곳에 집중되는 것을 피할 수 있고, 이와 함께 강한 레이져 빔으로 조사함으로써 숫돌 디스크(20B)의 표면에 고밀도 에너지를 전할 수 있다. 따라서, 유리된 연마 입자를 효율적으로 발생시킬 수 있다. 즉, 고도의 드레싱을 얻을 수 있다.
일반적으로 수지재료를 바인더로서 사용하는 경우에 이들 재료는 C-H 또는 C-C 결합을 가지는 화합물이다. 이 표면의 말단기 (-H) 또는 C-C 결합을 끊고, 이 남은 결합손에 원하는 관능기를 치환함으로써, 숫돌 디스크의 표면에서 연마 입자를 개방하는, 즉 유리된 연마 입자의 발생을 촉진시킬 수 있으며, 이에 따라 드레싱이 가능하다. 즉, 다이아몬드 공구 등을 이용하여 드레싱한 경우와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 일반적으로 수지의 C-H, C-C의 결합에너지는 각각 98kcal/mol, 80.6kcal/mol이다. 따라서, 이 에너지 이상의 광자에너지를 가지는 광선을 조사하고, 또한 이 광선이 피조사재료에 흡수되어 상기 결합에너지 이상이 되면 그 분자결합을 끊을 수 있다.
이 조건을 만족시키는 광원으로서 파장 248nm, 광자에너지 114kcal의 KrF 엑시머레이저광, 파장 193nm, 광자에너지 147kcal의 ArF 엑시머레이저광, 파장 172nm, 광자에너지 162kcal의 Xe 엑시머램프광 등이 있다. 이러한 광원은 좁은 파장 분포를 가지며, 고에너지의 광선의 조사가 가능한 반면에 비용이 많이 드는 문제가 있다. 이 때문에, 넓은 파장 분포를 갖지만 수은의 공명선인 253.7nm과 184.9nm이 강력하게 방사되는 저압 수은램프를 사용할 수 있으며, 이에 따라 저비용의 광 드레싱용 광원을 얻을 수 있다.
수지분자중의 예를 들어, C-H 결합은 상기한 바와 같이 80.6kcal/mol이므로, 결합을 끊음으로써 유리된 연마 입자를 발생시키는 데 필요한 에너지를 생산한다. 에너지와 파장의 관계식,
E = h/v 여기서, h : 플랑크 상수, v : 속도
으로부터 광자에너지를 조사면에서 전부 흡수할 수 있다고 가정하였을 경우, 파장 351nm 이하의 파장의 빛을 조사하면 상기 분자결합이 끊어질 수 있다.
여기서, 고에너지 광선의 조사에 의하여 숫돌 디스크 및 숫돌 디스크 상의 용액, 용제 또는 폴리싱 용액의 온도가 상승하여 이들을 변질시킨다는 문제가 있다. 이러한 변질은 폴리싱 기능의 안정성을 저해시킬 수 있다. 따라서, 이와 같이 광드레싱에 의하여 온도가 상승하는 경우에는 냉각이 필요해서, 냉각 장치 또는 온도 조절 장치를 구비하는 것이 바람직하다. 냉각 장치 또는 온도 조절 장치는 실온보다 낮은 온도의 기체, 액체, 고체 등을 공급 또는 접촉케 함으로써 열교환하는 것으로서, 결국 숫돌 디스크 또는 폴리싱 용액 등의 폴리싱 기능을 열화시키지 않는 것이 필요하다. 따라서, 냉각 또는 온도 조절을 위하여 공급되는 가스, 액체, 고체에 있어서, 숫돌 디스크 상의 용액 등과 반응하여 이것을 변질시키지 않고 용액의 농도에 변화를 일으키지 않아, 숫돌 디스크의 폴리싱면 상에 광선의 조사함에 따라 유리된 연마 입자의 발생 즉, 드레싱을 원활하게 진행시킬 수 있어야 한다. 냉각 매체로서는 냉각된 액체 또는 기체의 분사 또는 분무 등을 사용할 수 있다. 또한, KOH액, 산화제 등의 폴리싱 보조제나 후기하는 친수성 관능기를 가지는 용액 등의 드레싱 보조제의 공급에 의한 냉각이 바람직하다.
상기 광원으로부터 조사된 광자를 숫돌 디스크 표면 및 그 계면에 존재하는 화합물 수용액에 쏴 줌으로써, 숫돌 디스크 표면의 C-H, C-C 등의 분자결합이 끊어지고, 화합물 수용액에서는 광화학 반응에 의해 생성된 광반응성 분자 또는 전자에 의하여 숫돌 디스크 표면에서 끊어진 C-H, C-C 등의 분자결합이 재결합하기 전에 다른 분자 또는 원자와 결합한다. 이 때, 화합물 수용액은 친수성 관능기를 분리할 수 있는 것이 바람직하다. 숫돌 디스크 상의 폴리싱될 기판의 폴리싱을 안정적으로 행하기 위하여 친수성을 부여해 두는 것이 효과적이며, 이 친수성에 의하여 폴리싱 용액을 튀기지 않고 폴리싱될 기판에 균일하게 숫돌 디스크의 폴리싱면을 작용시킬 수 있다. 친수성 관능기로서는 -OH, -COOH, -NH2, -CO, -SO3H 등이 있으며, 이들을 결합시킬 수 있는 화합물 수용액을 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 연마 입자에도 마찬가지로 광선을 조사함에 따라 분자결합을 끊고 친수성 관능기를 결합시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 친수성 관능기에서 표면 개질한 연마 입자를 사용하는 것도 폴리싱 기능의 향상에 기여한다.
도 14는 본 발명의 광선의 조사에 의한 드레싱 부재를 구비한 폴리싱 장치의 구성예를 나타낸다. 본 장치는 전체가 직사각형을 이루는 바닥 위의 공간의 한 쪽 끝에 제 1 및 제 2 폴리싱 유닛(51a, 51b)이 좌우로 대향하여 배치되고, 다른 쪽 끝에 각각 반도체 웨이퍼 수납용 카세트(52a, 52b)를 올려놓는 한 쌍의 반입/반출 유닛이 배치되어 있다. 또한, 폴리싱 유닛과 반입/반출 유닛을 연결하는 반송 라인상에 2대의 반송 로봇(54a, 54b)이 배치되어 있다. 반송 라인의 양 쪽에 각각 1대의 반전기(55, 56)와 이것의 양 옆에 2대의 세정기(57a, 57b, 58a, 58b)가 배치되어 있다. 또한, 반송 로봇(54b)의 근방에는 폴리싱될 기판을 일시적으로 올려놓는 부쉬(66)가 배치되어 있다.
제 1 및 제 2 폴리싱 유닛(51a, 51b)은, 각각의 상면에 숫돌 부재(디스크)가 부착된 턴테이블(24)과, 폴리싱될 반도체 웨이퍼를 진공흡착에 의하여 유지시켜 턴테이블면 상에 탑재시키는 톱 링 부재(60)과, 숫돌 디스크를 드레싱하는 통상의 다이아몬드 드레싱 부재 등의 드레싱 장치(61)와, 상기 광선 조사에 의한 드레싱 장치(62)를 구비하고 있다. 각 폴리싱 유닛에 있어서 턴테이블, 톱 링 및 드레싱 장치는 기본적으로 동일한 사양의 장치가 반송라인에 대칭으로 배치된다.
도 15은 광선 조사에 의한 드레싱 장치의 구성예를 나타낸다. 상기 드레싱 장치에는 숫돌 디스크의 표면 상에 광선을 조사하여 유리된 연마 입자의 발생을 촉진시키는 광선을 조사하는 광원, 예를 들어 저압 수은 램프(63)를 구비하고 있다. 상기 램프(63)에는 전원(64)이 접속되고, 전류가 공급되어 램프(63)가 상술한 단파장 광선을 발생시킨다. 발생된 광선은 미러(65)(일반 미러 또는 적외선을 투과할 수 있는 콜드 미러 등)에 의하여 집속되어 숫돌 디스크 표면 상에 조사된다. 또한, 상기 드레싱 장치(62)에는 광 드레싱에 의한 숫돌 디스크 등의 온도 상승을 방지하기 위한 온도 조절용 가스 분사노즐(67)을 구비한다. 냉각용 공기 가스가 필터(68)와 밸브(69)를 통과하여 팬(70)에 의하여 송풍되고, 열교환기(71)에 의하여 온도 조절되어 분사노즐(67)로부터 숫돌 디스크의 표면에 내뿜어진다. 여기서 상기 드레싱 장치(62)는 적외선 온도 센서(71)를 구비하며, 이 신호가 제어회로(72)에 전달되고, 설정치와 비교되어 숫돌 디스크의 표면 온도가 소정의 온도에 이르도록 열교환기(71)에서 내뿜는 기체의 온도가 조절된다. 여기서, 온도 표시기(73)를 구비하여, 숫돌 디스크의 표면 온도가 항상 표시되도록 하는 것이 바람직하다.
도 16은 광 드레싱 장치의 전체적인 구성예를 나타낸다. 광원 램프(63) 및 온도 조절용 가스 분사노즐(67) 등을 구비한 광 드레싱 유닛(75)은 상하로 이동하는 실린더(76)를 개재하여 구동용 아암(77)에 접속하여 고정되어 있다. 상하로 이동하는 실린더(76)에 의하여 광 드레싱 유닛(75)이 상하 이동하면서 광원 램프(63)와 드레싱될 숫돌 디스크의 폴리싱면 사이의 간격을 조정한다. 구동용 아암은 수평면 상에서 이동함으로써 드레싱될 숫돌 디스크의 폴리싱면의 위치를 결정한다.
도 17은 폴리싱 유닛의 구성예를 나타낸다. 턴테이블(24)에는 숫돌 부재(숫돌 디스크)(20B)를 구비하며, 톱 링(21)에 유지되어 있는 폴리싱될 웨이퍼를 톱 링 부재(60)에 의하여 압력 하에 숫돌 디스크의 표면과 맞물려 미끄러지도록 함으로써 폴리싱이 진행된다. 또한, 숫돌 디스크의 폴리싱면을 드레싱하는, 통상의 다이아몬드 드레싱 부재(15)를 구비한 기계적 접촉하는 드레싱 장치(61)와, 수은램프 등의 광원(63)을 구비한 광선 조사에 의한 드레싱 장치(62)를 구비하고 있다. 여기서 통상의 드레싱은 광선 조사에 의한 드레싱 장치에 의해 행하고, 웨이퍼의 폴리싱 전 또는 폴리싱 중에 행하여진다. 숫돌 디스크의 표면에 형성된 큰 요철을 제거하여 전체적인 폴리싱면의 평탄화를 도모하는 데에 통상의 드레싱 장치(61)가 사용되며, 통상 다수 개의 웨이퍼를 폴리싱한 후에 필요에 따라 행하여진다. 또한, 숫돌 디스크의 표면 측정 장치를 이용하여 모니터링하면서, 예를 들어 1㎛ 이상의 요철로 변화되었을 때에 기계적 접촉에 의한 드레싱을 행하여도 무방하다.
도 18은 본 발명의 제 8실시예에 따른 드레싱 방법을 나타내는 다이어그램이다. 도시된 폴리싱 장치에서는, 상술한 광원(35 또는 35A)을 대신하여 초음파 진동자(36)가 제공된다. 초음파 진동이 숫돌 디스크(20C)에 전달되면, 바인더 내의 결합이 끊어져 유리된 연마 입자에 의해 숫돌 디스크(20C)가 드레싱된다. 따라서, 상기 초음파 진동자(36)는 도 12 또는 도 13에 도시된 광원의 기능과 유사한 기능을 갖는다. 본 장치는 또한 상술한 장치의 경우와 마찬가지로, 폴리싱될 기판(W)을 유지시키는 기판 운반 장치(21)와 폴리싱 용액 공급 시스템을 구비한다. 또한 본 장치는, 초음파 진동자(36)로부터 숫돌 디스크(20C)에 초음파 진동을 적용시킴으로써, 바인더 내의 결합이 끊어져 연마 입자를 유리시키고 숫돌 디스크(20C)를 드레싱한다. 상기 과정에서, 폴리싱될 기판(W)이 압력 하에 숫돌 디스크(20C)와 맞물려 미끄러짐에 따라 상술한 실시예에서와 마찬가지로 기판을 폴리싱한다. 제 5 내지 제 8실시예에서, 드레싱 처리와 결부하여 항상 기계적 드레싱이 수행될 필요는 없다.
도 19는 본 발명의 제 9실시예에 따른 폴리싱 장치를 나타낸다. 본 폴리싱 장치에서는, 숫돌 디스크(20D)가 기판의 폴리싱 시 생성된 입자를 배출하는 홈(38)을 구비한다. 하지만, 사용하는 동안 숫돌 디스크(20D)가 마모되어 상기 홈(38)이 점차 벗겨진다. 따라서 본 실시예에서는, 드레싱 부재(11f)에 배출 홈(38)을 재생하거나 유지시키는 돌기(45)가 제공된다. 보다 상세하게는, 상기 드레싱 부재(11f)의 돌기(45)가 숫돌 디스크(20D) 상의 배출 홈(28)에 꼭 끼워지는 방식으로, 드레싱 부재(11f)가 압력 하에 숫돌 디스크(20D)와 접촉하여, 숫돌 디스크(20D)의 폴리싱면이 드레싱되는 동안에 상기 홈(28)이 현상유지할 수 있게 한다. 본 실시예에서는, 본 실시예의 폴리싱 장치가 기판을 폴리싱함과 동시에 숫돌 디스크의 드레싱을 수행할 수 있다.
도 20은 본 발명의 제 10실시예에 따른 폴리싱 장치를 나타낸다. 상기 폴리싱 장치는 폴리싱될 기판(W)의 직경보다 작은 직경을 가진 드레싱 부재(11g)와, 상기 드레싱 부재(11g)를 도면의 양방향 화살표가 지시하는 방향으로 진동시키는 메카니즘(도시되지 않음)을 구비하여, 드레싱 부재(11g)의 위치를 제어할 수 있다. 상기 폴리싱 장치는 또한 폴리싱된 기판(W)의 표면 형태를 측정하는 장치(46) 또는 숫돌 디스크(20)의 표면 형태를 측정하는 장치와, 상기 측정 장치로 측정된 표면 형태를 기초로 하여 드레싱 부재(11g)를 이동시키는 제어기(도시되지 않음)를 구비한다.
기판의 폴리싱 시, 숫돌 디스크로부터 분리되어 유리된 연마 입자의 양에 따라 폴리싱 속도가 변한다. 균일한 폴리싱 작업을 제공하기 위해 본 실시예에서는, 상기 장치(46)가 폴리싱된 기판(W)의 표면의 폴리싱 속도에 따른 변화량을 측정하며, 상기 측정치를 기초로하여 드레싱 부재(11g)가 숫돌 디스크 상의 폴리싱 속도가 느린 일 영역으로 이동됨으로써 연마 입자가 유리된 상기 영역의 선택적인 드레싱을 행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 고정 숫돌 부재를 사용하여 폴리싱될 표면에 긁힘 등 이와 유사한 형태의 손상을 유발하는 어떠한 위험도 없이, 폴리싱 처리 동안에 효율적이고 적당한 드레싱을 수행할 수 있다.
본 발명이 상술한 실시예에만 한정되는 것이 아니라 다양한 방식으로 변형될 수 있음이 명시될 것이다.

Claims (16)

  1. 기판 폴리싱 장치에 있어서,
    폴리싱될 기판과 맞물려 미끄러지는 폴리싱면을 구비하는 숫돌 부재와,
    상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면과 맞물려 미끄러지도록 하는 드레싱면을 구비하여 상기 폴리싱면을 드레싱하는 드레싱 부재를 포함하며,
    상기 드레싱면에는 각진 부분이 100°이상의 둔각을 갖는 다수 개의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 숫돌 부재가 고정 숫돌 부재인 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱 장치.
  3. 기판 폴리싱 장치에 있어서,
    폴리싱될 기판과 맞물려 미끄러지는 폴리싱면을 구비하는 숫돌 부재와,
    상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면과 맞물려 미끄러지도록 하는 드레싱면을 구비하여 상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면을 드레싱하는 드레싱 부재를 포함하며,
    상기 드레싱 부재가 상기 숫돌 부재의 중심으로부터 그것의 외주로 연장된 막대 형상인 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱 장치.
  4. 기판 폴리싱 장치에 있어서,
    기판을 운반하는 기판 운반 장치와,
    상기 기판 운반 장치에 의해 운반된 기판과 맞물려 미끄러져 폴리싱을 수행하는 폴리싱면을 구비하는 숫돌 부재와,
    상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면과 맞물려 미끄러지도록 하는 드레싱면을 구비하여 상기 폴리싱면을 드레싱하는 드레싱 부재를 포함하며,
    상기 드레싱 부재는 링 형상이며, 부재가 상기 기판 둘레 주위에 위치되는 방식으로 상기 기판 운반 장치 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱 장치.
  5. 기판 폴리싱 장치에 있어서,
    기판을 운반하는 기판 운반 장치와,
    상기 기판 운반 장치에 의해 운반된 기판과 맞물려 미끄러져 폴리싱을 수행하는 폴리싱면을 구비하는 숫돌 부재와,
    상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면과 맞물려 미끄러지도록 하는 드레싱면을 구비하여 상기 폴리싱면을 드레싱하는 드레싱 부재와,
    광선을 발생시키는 광원을 구비하여 상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면에 조사함으로써 상기 폴리싱면을 드레싱할 수 있는 드레싱 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 광원이 수은 램프를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 광원이 레이저 광선을 발생시키는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱 장치.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 기판 폴리싱 장치가 상기 숫돌 부재를 냉각하는 냉각 시스템을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 폴리싱 장치.
  9. 기판을 회전시키면서 상기 기판을 자신의 축 주위로 회전하는 고정 숫돌 디스크의 폴리싱면과 맞물리도록 하는 기판 폴리싱 장치에서, 상기 폴리싱면을 드레싱하는 방법에 있어서,
    드레싱면을 구비하는 드레싱 부재를 준비시키는 단계와,
    상기 드레싱 부재의 상기 드레싱면을 상기 회전하는 고정 숫돌 디스크의 상기 폴리싱면과 맞물리도록 하는 단계와,
    드레싱 상태를 조절하기 위해서 상기 고정 숫돌 디스크의 회전수에 대한 상기 드레싱 부재의 회전수의 비율을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 드레싱 부재의 상기 드레싱면이 상기 회전하는 고정 숫돌 디스크의 상기 폴리싱면과 30g/㎠이하의 압력 하에서 맞물려지는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
  11. 기판이 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물리게 하여 상기 기판과 상기 폴리싱면간에 상대 미끄러짐 운동을 함에 따라 상기 기판이 폴리싱되는 기판 폴리싱 처리 과정에서, 상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면을 드레싱하는 방법에 있어서,
    유리된 연마 입자의 발생을 촉진시키기 위해 상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면에 연마 입자를 결합시키는 바인더를 용해할 수 있는 용액을 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
  12. 기판이 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물리게 하여 상기 기판과 상기 폴리싱면간에 상대적 미끄러짐 운동을 함에 따라 상기 기판이 폴리싱되는 기판 폴리싱 처리 과정에서, 상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면을 드레싱하는 방법에 있어서,
    유리된 연마 입자의 발생을 촉진시키기 위해 상기 숫돌 부재를 통하는 전류를 흘림으로써, 상기 숫돌 부재의 연마 입자를 결합시키는 바인더의 결합을 끊는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
  13. 기판이 숫돌 부재의 폴리싱면과 맞물리게 하여 상기 기판과 상기 폴리싱면간에 상대적 미끄러짐 운동을 함에 따라 상기 기판이 폴리싱되는 기판 폴리싱 처리 과정에서, 상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면을 드레싱하는 방법에 있어서,
    바인더에 의해 결합된 연마 입자로 이루어진 상기 폴리싱면에 광촉매를 포함하는 상기 숫돌 부재를 준비하는 단계와,
    상기 숫돌 부재의 폴리싱면에 광선을 조사함으로써, 상기 폴리싱면에서의 바인더의 결합을 끊어 유리된 연마 입자의 발생을 촉진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 광선이 355nm 이하의 파장을 갖는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 폴리싱면의 드레싱 작업 중에 또는 드레싱 작업 후에 상기 폴리싱면을 친수화하기 위해 상기 숫돌 부재의 상기 폴리싱면에 화학 용액 또는 화학 물질을 공급하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 폴리싱면에 공급되는 화학 용액 또는 화학 물질이 -OH, -COOH, -NH2, -CO, -O3H와 같은 친수성을 부여하는 작용기를 함유하는 것을 특징으로 하는 드레싱 방법.
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