KR20040011433A - 반도체 웨이퍼, 연마 장치 및 방법 - Google Patents

반도체 웨이퍼, 연마 장치 및 방법 Download PDF

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KR20040011433A
KR20040011433A KR10-2003-7006803A KR20037006803A KR20040011433A KR 20040011433 A KR20040011433 A KR 20040011433A KR 20037006803 A KR20037006803 A KR 20037006803A KR 20040011433 A KR20040011433 A KR 20040011433A
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에지오 보비오
파리데 코르벨리니
마르코 모르간티
지오바니 네그리
피터 디. 알브레츠
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엠이엠씨 일렉트로닉 머티리얼스 쏘시에떼 퍼 아찌오니
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Abstract

반도체 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마 장치에 관한 것이다. 이 연마 장치는 베이스(23), 회전 테이블(27), 연마 패드(29) 및 연마 헤드(63)를 회전 구동하기 위한 구동 기구(45)를 포함한다. 이 연마 헤드는 연마 패드의 워크 표면과 웨이퍼의 앞면을 맞물리도록 하는 적어도 하나의 웨이퍼(35)를 보관 유지한다. 구형 베어링 어셈블리(75)는 연마 헤드가 연마 패드와 맞물려 웨이퍼를 보관 유지하는 경우 워크 표면 보다 높지 않게 놓인 짐볼 포인트(gimbal point) P를 중심으로 연마 헤드의 피봇팅(pivoting)을 위해서 구동 기구 상에 연마 헤드(63)를 장착한다. 이 피봇팅은, 연마 헤드의 회전이 구동 기구에 의해서 구동되는 동시에 웨이퍼의 앞면의 평면이 계속해서 자기정렬 되어 웨이퍼의 앞면에 대한 연마 압력이 균일해지게 한다. 그 앞면과 워크 표면이 연속하여 병렬 관계로 유지함으로써 반도체 웨이퍼의 연마가 더욱 균일해지고, 특히 웨이퍼의 측부 에지 근방에서의 연마가 더욱 균일해진다. 웨이퍼의 카세트와 연마 방법이 또한 개시되어 있다.

Description

반도체 웨이퍼, 연마 장치 및 방법{SEMICONDUCTOR WAFER, POLISHING APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 반도체 또는 이와 유사한 재료를 연마하는 장치에 관한 것으로, 특히 연마된 웨이퍼 표면 및/또는 장치의 연마 헤드에 대한 하강 압력의 균등화를 용이하게 하는 그러한 장치에 관한 것이다.
어떤 물품을 연마하여 반사가 잘되고 손상이 없는 표면을 제조하는 것이 각종 분야에서 적용되고 있다. 전자빔-리소그래피 또는 포토리소그래피 공정(이하 "리소그래피"라 함)에 의해서 웨이퍼 상에 회로를 인쇄하기 위한 준비로 반도체 재료의 웨이퍼와 같은 물품을 연마하는 경우 특별히 양호한 마무리가 요구된다. 회로가 인쇄되는 웨이퍼 표면의 평탄도는 0.13 마이크론(5.1 마이크로인치)만큼 얇게 할 수 있는 라인의 해상도를 유지하기 위해 매우 중요한 것이다. 스테퍼 리소그래피 공정(stepper lithography processing)을 채용하는 경우, 평탄한 웨이퍼 표면에 대한 필요성과 특히 표면상의 이산 영역에서의 국부적으로 평탄한 표면에 대한 필요성이 높아지고 있다.
평탄도는, 웨이퍼의 기준 평면에 대한 측정으로서(예를 들면, 사이트 최적 기준 평면: Site Best Fit Reference Plane), 전체 평탄도 변화 파라미터(예를 들면, 총 두께 변화("TTV" : Total Thickness Variation))에 관련하거나, 또는 국부사이트 평탄도 변화 파라미터(예를 들면, 사이트 총 두께 변화, "STIR" : Site Total Indicated Reading) 또는 사이트 초점 평면 분할("SFPD : Site Focal Plane Deviation"))에 관련하여 정량된 것이다. STIR은 "초점" 평면이라고 하는, 기준 평면으로부터 웨이퍼의 소영역에서 표면의 최대 포지티브 및 네거티브 편차의 합이다. SFQR은 앞면 최적 기준 평면으로부터 측정된 것으로서 STIR 측정의 특정 타입이다. 웨이퍼 평탄도의 특성에 대한 상세한 설명은 F.Shimura, Semiconductor Silicon Crystal Technology 191-195(Academic Press 1989)에서 알 수 있다. 현재, 단일측 연마된 웨이퍼의 연마 표면의 평탄 파라미터는 대부분의 웨이퍼의 중앙부 내에서 통상적으로 수용할 수 있지만, 그 평탄 파라미터는 후술하는 바와 같이 웨이퍼의 에지 근방에서 수용할 수 없다.
종래 연마 기계의 구조는 웨이퍼의 에지 근방에서의 평탄도 측정을 수용할 수 없다. 연마 기계는 전형적으로 패드의 중앙을 통과하는 수직축을 중심으로 구동 회전하는 회전 테이블에 장착되는 환형 연마 패드를 포함한다. 웨이퍼는 연마 패드 위의 가압판 상에 고정적으로 장착되어 회전 연마 패드와의 연마 맞물림 쪽으로 낮아진다. 통상적으로 연마 화학 연마제와 연마제 입자를 포함하는 슬러리는 연마와 웨이퍼 사이에 큰 연마 상호작용을 하는 패드에 인가된다.
필요한 연마의 정도를 성취하기 위해서, 실제로 정상적인 힘이 웨이퍼에 가해져 패드와 맞물리도록 한다. 패드와 웨이퍼 사이의 마찰 계수는 다른 웨이퍼 상에서 충분한 측력을 발생시킨다. 이 측력은 웨이퍼의 리딩 에지에서의 마찰력의 수직 성분 등을 생성함으로써 연마에서의 어떤 왜곡의 발생을 증가시킬 수 있다.측면 마찰력의 영향하에서 짐볼 포인트를 중심으로 피봇하게 웨이퍼가 장착되어 있기 때문에 마찰력의 수직 성분이 생긴다. 국부적으로 웨이퍼에 인가되는 네트 수직력에서의 변화로 인해서 웨이퍼의 연마 압력과 연마 속도를 국부적으로 변경경되어, 연마에서의 왜곡의 발생을 증가시킬 수 있다. 웨이퍼의 주변 에지 마진이 대부분의 웨이퍼보다 약간 두꺼워지게 하는 불균일한 힘이 종종 생겨서 리소그래피 공정에 대한 웨이퍼의 에지 마진이 부적절해진다. 이 상태는 웨이퍼 평탄도와 연관된 더욱 일반적인 문제의 부수적인 것으로서 이하에서는 에지 롤-오프(edge roll-off)라 한다.
웨이퍼 연마기에서의 향상은 에지 롤-오프를 감소시키는데 일조했다. 최근 설계는, 웨이퍼의 자유 회전을 허락하는 동안 연마력을 인가하는 기계와 웨이퍼 사이에 설치된 원뿔형 베어링 어셈블리를 구비하는 것으로 이루어진다. 원뿔형 베어링 어셈블리는, 웨이퍼와 연마 패드 사이의 계면 근방인 베어링 아래의 포인트에 기구의 짐볼 포인트가 있기 때문에, 전통적인 볼과 소켓 구성에 대하여 개선된 것이다. 연마 패드가 연마 헤드 아래에서 회전함에 따라, 패드와 웨이퍼 사이의 마찰은 헤드 상에서 수평력을 발생시키고 헤드 상에서 모멘트를 발생시킨다. 이 모멘트는 패드에 대하여 연마 헤드를 기울이고 헤드의 리딩 에지에 큰 힘을 인가한다. 연마 패드의 워크 표면 쪽을 향하여 또는 그 표면 보다 약간 아래를 향하여 연마 헤드의 피봇 포인트를 낮춤으로써 마찰력에 의해서 연마 헤드에 인가되는 토크 모멘트가 최소화되거나 사라지거나 소정의 방향으로 나뉘어진다. 이 모멘트의 제어에 의해서 결과적으로 웨이퍼 상의 모든 포인트에서의 연마 압력이 더욱 균일해지고 연마 패드의 마모가 더욱 균일해진다. 워크 표면 근처의 짐볼 포인트를 가지고 연마된 웨이퍼는 우수한 평탄 특성을 나타내고 특히 종래 연마 공정이 "롤-오프" 특성을 나타냈던 웨이퍼의 외부 에지 근방과, 슬러리 결핍이 발생하는 웨이퍼의 중앙 근방에서 우수한 평탄 특성을 나타낸다. 롤-오프는, 마찰에 기인하는 연마 헤드 상에서의 토크가 연마 헤드의 리딩 에지와 웨이퍼를 연마 패드 쪽으로 가압하는 워크 표면 위의 짐볼 포인트를 포함하는 연마기에서 발생한다. 웨이퍼의 리딩 에지와 헤드를 연마 패드쪽으로 가압하는 경우 슬러리가 앞쪽으로 밀려 패드와 웨이퍼 사이로 슬러리가 흐르지 못하게 되어 슬러리 결핍이 발생한다. 종래 기술에서의 이러한 개선에도 불구하고, 웨이퍼의 에지는 여전히 롤-오프를 수용할 수 없고 웨이퍼의 중앙은 충분히 연마되지 않을 수도 있다.
기구의 짐볼 포인트와 연마 패드와 웨이퍼 둘다의 회전 속도를 제어하는 것은 웨이퍼 연마 공정에 대하여 더욱 제어할 수 있기 때문에, 짐볼 포인트를 워크 표면으로 또는 그보다 아래로 낮추면서 웨이퍼 회전을 제어하는 것이 바람직하다. 반대로, 연마 헤드를 자유롭게 회전시키면, 웨이퍼와 연마 패드 사이의 마찰력에 응하여 연마 헤드와 웨이퍼가 단순히 회전함에 따라서 연마 공정에 대한 제어가 거의 이루어지 못한다. 웨이퍼간, 하나의 연마 기계로부터 다음 기계까지의 마찰력이 변할 수 있고(예를들면 회전 테이블과 구동기구의 미스얼라인에 기인함), 연마 헤드의 회전 속도와 웨이퍼의 연마 특성이 변할 수 있다. 이 공정은 웨이퍼간 불균일한 연마를 유도할 수 있고 연마 패드의 내부의의 침식이 증대될 수 있다. 자유롭게 회전하는 웨이퍼가 더 빠른 속도로 회전하는 경향이 있기 때문에, 연마 패드의 내부는 웨이퍼 중 더욱 선형인 피트(feet)를 나타내고 패드의 중앙 부근이 더욱 빠르게 마모된다. 패드가 중앙 부근이 더욱 빠르게 마모되는 경우, 패드가 더 이상 평탄하지 않기 때문에 웨이퍼 평탄도는 낮아진다. 웨이퍼의 회전 속도가 감소하는 경우, 연마 품질은 연마 패드를 가로질서는 평탄도가 균일하기 때문에 연마 품질이 크게 향상된다. 더욱이, 패드 마모는 웨이퍼 표면의 임의의 "접시형" 또는 "돔형"에 영향을 주며, 이는 웨이퍼의 회전 속도에 의해서 더욱 효율적으로 제어될 수 있다. 따라서, 개선된 디자인에서는, 통상적으로 에지 롤-오프를 방지하고 웨이퍼 평탄도를 향상시키기 위해서, 짐볼 포인트를 낮추거나 웨이퍼의 회전을 제어하는 것과 같은 특성을 더욱 편입시킬 필요가 있다.
발명의 개요
본 발명의 일부 목적 및 특징 중에는 처리된 웨이퍼의 평탄도를 향상시킨 반도체 웨이퍼, 반도체 웨이퍼 연마 장치 및 방법, 웨이퍼 에지 롤-오프를 감소시킨 반도체 웨이퍼, 장치 및 방법, 리소그래피 처리를 할 수 있는 웨이퍼의 영역을 증가시킨 웨이퍼, 장치 및 방법및 웨이퍼의 외부링 사이트와 내부링 사이트 사이의 사이트간 일관성을 향상시킨 웨이퍼, 장치 및 방법을 제공하는 것이 있다.
통상적으로, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치는 연마 장치의 구성 요소를 지지하는 베이스(base)를 포함한다. 연마 패드를 가지는 회전 테이블은, 회전 테이블과 연마 패드에 수직한 축을 중심으로 베이스에 관하여 회전 테이블과 연마 패드의 회전을 위해 베이스 상에 장착되어 있다. 연마 패드는 웨이퍼의 앞면을 연마하기 위해 웨이퍼의 앞면과 맞물리는 워크 표면을 포함한다. 구동 기구는 회전 테이블의축에 거의 평행한 축을 중심으로 회전 운동을 부여하기 위해 베이스 상에 장착되어 있다. 연마 헤드의 구동 회전을 위해 구동 기구에 접속된 연마 패드는 연마 패드의 워크 표면과 워크의 앞면을 맞물리도록 하기 위해 적어도 하나의 웨이퍼에 보관 유지된다. 구형 베어링 어셈블리는, 연마 헤드가 연마 패드와 맞물려 웨이퍼를 보관 유지하는 경우 웨이퍼의 앞면과 워크 표면의 계면보다 높지 않게 놓인 짐볼 포인트를 중심으로 연마 헤드의 피봇팅(pivoting)을 위한 구동 기구 상에 연마 헤드를 장착한다. 이 피봇팅에 의해서, 구동 기구에 의해서 구동되는 연마 헤드가 회전하는 동시에, 웨이퍼 앞면의 평면이 계속해서 자기 정렬되어 웨이퍼의 앞면에 대한 연마 압력이 균일해진다. 이는 앞면과 워크 표면을 연속하여 병렬 관계로 유지하기 때문에, 반도체 웨이퍼의 연마가 더욱 균일해진다.
본 발명의 다른 예에서, 반도체 웨이퍼를 연마하는 방법은 통상적으로, 웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드에 반도체 웨이퍼를 위치시키는 단계 및 제1 축을 중심으로 연마 장치의 회전 테이블 상의 연마 패드를 회전 구동시키는 단계를 포함한다. 연마 헤드의 회전은 통상적으로 제1 축을 중심과는 일치하지 않는(이시에) 제2 축을 중심으로 구동된다. 연마 헤드에 의해서 보관 유지되는 웨이퍼는, 웨이퍼의 앞면이 연파 패드의 워크 표면과 맞물리고 연마 패드에 대하여 압박된다. 이 연마 헤드는, 계속하여 구동될 연마 헤드의 회전에 따라서 워크 표면의 계면 및 웨이퍼의 앞면보다 높지 않게 위치되는 짐볼 포인트를 중심으로 자유롭게 피봇 운동시키도록 보관 유지되기 때문에, 웨이퍼의 앞면의 평면은, 통상적으로 짐볼 포인트를 통과하는 웨이퍼의 앞면에 평행한 힘 하에서 웨이퍼의 앞면의 피봇팅을 방지하는 동시에,웨이퍼의 앞면에 수직인 방향으로 작용하는 짐볼 포인트를 중심으로 알짜힘(net force)에 응답하여 연마 패드의 웨이퍼의 앞면에 대하여 연마 압력을 균일하게 할 수 있다. 웨이퍼는 회전 테이블로부터 맞물림이 해제되고 웨이퍼는 연마 헤드로부터 제거된다.
본 발명의 마지막 예에 따르면, 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트가 닫힌다. 웨이퍼는 각각 중앙축과 통상적으로 그 중앙축에 수직인 앞면을 포함하고 있으며 최종 연마에 의해서 연마된다. 웨이퍼는 최종 연마되지 않은 배면과 둘레 에지를 더 포함한다. 이 앞면은 중앙 축으로부터 둘레 에지의 적어도 2밀리미터(0.08인치)내 까지 회로의 리소그래피 인쇄에 사용할 정도로 균일한 평면이다. 이 웨이퍼는 이들의 평탄도에 따라 선택되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은 이하 지적한 것의 일부이거나 그 일부로부터 명백하게 알 수 있는 것이다.
도 1은 종래 웨이퍼 연마 장치의 개략 측면도이고;
도 1a는 오염이 없는 부스 내에 있어서의 도 1의 웨이퍼 연마 장치의 개략 측면도이고;
도 1b는 본 발명의 웨이퍼 연마 장치의 개략 측면도 및 부분도이고;
도 2는 연마 헤드를 섹션으로 도시하는 웨이퍼 연마 장치의 확대된 개략 단면도이고;
도 2a는 상이한 연마 헤드 회전 속도와, 연마 패드 상에서의 각 포인트 상에서의 웨이퍼가 진행하는 총 직선 거리를 비교하여 나타낸 그래프이고;
도 3은 본 발명의 연마 헤드의 제2 실시예의 확대된 개략 단면도이고;
도 4는 본 발명의 연마 헤드의 제3 실시예의 확대된 개략 단면도이고;
도 4a는 웨이퍼 캐리어의 사시도이고;
도 5는 사이트로 분할된 200 밀리미터(7.9인치) 직경 웨이퍼를 개략적으로 나타낸 도면이고;
도 6은 종래 웨이퍼 연마기 상에서 연마되는 한 세트의 웨이퍼 중 각 웨이퍼 상에서의 어떤 부분 사이트에 대하여 가장 큰 SFQR값을 나타내는 도면이고;
도 7은 본 발명의 웨이퍼 연마기 상에서 연마되는 한 세트의 웨이퍼 중 각 웨이퍼 상에서의 어떤 부분 사이트에 대하여 가장 큰 SFQR값을 나타내는 그래프이고;
도 8은 종래 웨이퍼 연마기 상에서 연마된 그 웨이퍼 세트 중 각 웨이퍼 상에의 모든 부분 사이트에 대하여 SFQR값의 평균을 나타내는 그래프이고;
도 9는 본 발명의 웨이퍼 연마기 상에서 연마되는 웨이퍼 세트의 각 웨이퍼 상에서의 모든 부분 사이트에 대하여 SFQR값의 평균을 나타내는 그래프이고;
도 10은 초점 전체 사이트로부터 무초점 부분 사이트까지의 리소그래피 장치의 이동을 나타내는 200 밀리미터 (7.9인치) 직경 웨이퍼의 개략도이고;
도 11은 종래 웨이퍼 연마기 상에서 연마된 각 웨이퍼에 대하여, 부분 사이트의 외부 링 중 각 사이트에 대한 SFQR값의 평균과 전체 사이트의 바로 인접하는 내부 링 중 각 사이트에 대한 SFQR값의 평균 사이의 차를 나타내는 그래프이고;
도 12는 본 발명의 웨이퍼 연마기 상에서 연마된 각 웨이퍼에 대하여, 부분 사이트의 외부 링 중 각 사이트에 대한 SFQR값의 평균과 전체 사이트의 바로 인접하는 내부 링 중 각 사이트에 대한 SFQR값의 평균 사이의 차를 나타내는 그래프이고;
도 13은 종래 웨이퍼 연마기 상에서 연마된 각 웨이퍼에 대하여, 부분 사이트의 외부 링 중 각 사이트에 대한 SFQR값의 평균과 전체 사이트의 바로 인접하는 내부 링 중 각 사이트에 대한 SFQR값의 평균 사이의 백분율차를 나타내는 그래프이고;
도 14는 본 발명의 웨이퍼 연마기 상에서 연마된 각 웨이퍼에 대하여, 부분 사이트의 외부 링 중 각 사이트에 대한 SFQR값의 평균과 전체 사이트의 바로 인접하는 내부 링 중 각 사이트에 대한 SFQR값의 평균 사이의 백분율차를 나타내는 그래프이고;
도 15는 종래 웨이퍼 연마기 상에서 연마된, 각 웨이퍼의 어떤 부분 사이트에 대한 최대 SFQR값과 각 웨이퍼의 어떤 전체 사이트에 대한 최대 SFQR값 사이의 백분율차를 나타낸 그래프이고;
도 16은 본 발명의 웨이퍼 연마기 상에서 연마된, 각 웨이퍼의 어떤 부분 사이트에 대한 최대 SFQR값과 각 웨이퍼의 어떤 전체 사이트에 대한 최대 SFQR값 사이의 백분율차를 나타낸 그래프이다.
대응하는 참조 문자는 도면의 일부 도면 전체에 걸쳐서 대응하는 부분을 나타낸다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
이하 도면을 참조하면, 특히 도 1을 참조하면, 종래 웨이퍼 연마 장치는 개략적으로 장착 샤프트(16), 연마 헤드(17), 웨이퍼(18) 및 연마 패드(19)로 도시된다. 웨이퍼를 연마하기 위해 연마 패드(19) 쪽으로 웨이퍼가 가압되면서, 가샤프트(16), 연마 헤드(17) 및 웨이퍼(18)가 수직축을 중심으로 회전한다. 이하 보다 상세하게 설명하겠지만, 웨이퍼(18)가 연마 패드(19)와 맞물려 평탄하게 잔존하도록 샤프트(16)에 대하여 연마 헤드(17)가 피봇하게 형성되어 있다. 짐볼 포인트(gimbal point) P를 중심으로 샤프트(16)에 대하여 연마 헤드(17) 와 웨이퍼(18)가 장착되어 있다. 도 1의 개략도를 포함한 다수의 종래 연마기에서, 짐볼 포인트 P는 웨이퍼(18)와 연마 패드(19)의 계면 위에 위치된다. 패드(19)로부터 짐볼 포인트 P까지의 거리는 도 1에서는 2인치로 나타난 것처럼 수 인치이다.
다음으로 본 발명, 특히 도 1a 및 도 1b를 살펴보면, 본 발명에 따라 구성된 통상 참조 번호 21로 나타낸 웨이퍼 연마 장치는, 연마 장치의 다른 소자들을 하우징하고 지지하는 통상 참조 번호 23으로 나타낸 베이스를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 이 베이스(23)는 다양한 구성으로 이루어질 수 있고, 바람직하게는 웨이퍼 연마 장치(21)에 대하여 안정한 지지를 제공하도록 형성되어 있다. 바람직한 실시예에서, 부스(25)는 웨이퍼 연마 장치(21)를 포함하며, 에어본(air bone) 오염물질이 부스로 들어가거나 이 웨이퍼 연마 장치와 연마될 아티클을 오염시키는 것을 방지한다. 웨이퍼 연마 장치에 의해서 웨이퍼를 연마하는 동안 웨이퍼가 고정 유지되어 연되는 방식에 대하여 이하에서 지적한 것을 제외하고는 연마 장치의 구조는 종래의 구조와 동일하다. 여기에서 고려된 타입인 종래 단일측 연마 장치는 일예로 Strasbaugh Model 6DZ이고 캘리포니아의 San Luis Obispo의 Strasbaugh Inc.으로 부터 입수가능하다.
회전 테이블(17)이 베이스에 대하여 회전하도록 베이스(23) 상에 장착되어 있다. 회전 테이블(17)은 원형이고 반도체 웨이퍼(35)를 연마하기 위해 그 위에 장착된 연마 패드(29)를 포함한다. 연마 패드(29)는 바람직하게는 회전 테이블(27)에 대하여 패드를 고정시키기 위해서 배면 접착되어 있다. 턴테이블과 연마 패드(29)는 함께 결합되어 회전 테이블과 연마 패드에 수직인 축 A를 중심으로 베이스(23)에 대하여 회전한다. 연마 패드의 반대측은 반도체 웨이퍼(35)의 앞면(39)과 맞물릴 수 있는 워크 표면(37)을 포함한다. 연마하는 동안, 연마 패드(29)는 연마 슬러리의 연속적인 공급을 받도록 지정되어 있다. 연마 슬러리는 슬러리 전달 시스템(도시되지 않음)을 통해 패드(29)로 전달된다. 연마 패드(29), 연마 슬러리 및 연마 전달 시스템은 종래 기술에 잘 알려져 있는 것이다. 회전 테이블(27)의 회전은 회전 테이블 모터와 회전 테이블 제어 디바이스(도시되지 않음)에 의해서 제어된다. 회전 테이블 제어 디바이스는 이하 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이 웨이퍼(35)의 연마를 더욱 조절하도록 회전 테이블(27)의 회전 속도를 제어한다. 회전 테이블 제어 디바이스와 모터는 종래 기술에 잘 알려져 있는 것이다.
통상적으로 참조 번호 45로 나타낸 구동 기구는 회전 테이블(도 1b)의 축 A에 거의 평행한 축 B를 중심으로 구동 기구의 회전 운동하는 회전 테이블(27) 위의베이스(23) 상에 장착되어 있다. 구동 기구(45)는 모터(47)와 이동 가능 암(53)에 하우징된 기어박스(49)를 포함한다. 이동 가능 암(53)은 옆으로 그리고 수직으로 둘다 피봇하게 움직일 수 있기 때문에 이하 더욱 상세하게 설명하겠지만 그 암은 반도체 웨이퍼를 들어올리고 연마하고 방출할 수 있다. 구동 기구(45)는 또한 연마 공정의 연마 특성을 향상시키기 위해서 구동 기구의 회전 속도를 제어하는 제어 디바이스(도시되지 않음)를 포함한다. 모터(47)는 암(53) 내에서 수평 방향으로 배향되어 기어박스(49)에 접속되어 있고, 이 기어박스는 수평 축을 중심으로한 모터의 회전을 축 B를 중심으로한 출력 샤프트(55)의 회전으로 변화하는 적절한 웜 기어 어셈블리(도시되지 않음)를 포함한다. 기어박스(49) 내에서의 회전 모터(47)에너지의 변환은 통상의 기술자에게 이해될 수 있는 것이므로 이하 보다 상세하게 설명하지는 않는다. 출력 샤프트(55)는 샤프트 방향을 제어하기 위해 2중 열 방사 베어링(57)을 통해 기어박스(49)로부터 아래로 통과한다.
베이스(23), 부스(25), 회전 테이블(27) 및 구동 기구(45)는 각각 종래 기술에 잘 알려져 있는 것이고 상술한 단일측 웨이퍼 연마 장치(21)의 기본 소자들을 포함한다. 본 발명의 과제는 이러한 웨이퍼 연마 장치(21)를 신규하거나 유용하게 향상시키는 것에 있다. 다음으로 본 발명의 새로운 신규한 특성을 살펴보면, 웨이퍼 연마 장치(21)는 통상적으로 참조 번호 63으로 나타나 있으며 연마 헤드(도 1b)의 구동 회전을 위해서 구동 기구(45)에 피봇하게 그리고 회전가능하게 접속되어 있다. 연마 헤드(63)의 최초 목적은 웨이퍼를 연마하는 동안 웨이퍼가 균일하게 연마될 수 있도록 웨이퍼(35)를 고정 유지하는 것에 있다. 이 연마 헤드(63)는 출력 샤프트(55)의 하단부 상에 함께 결합되어 회전하도록 장착되어 있다. 연마 헤드(63)는 종래에는 단일측 연마를 수행하는데 사용되었지만 연마된 웨이퍼(35)의 품질과 관련하는 여러가지 단점이 존재한다. 본 발명의 연마 헤드(63)는 이들 단점을 회피하기 위해서 통상적으로 참조 번호 75로 나타내는 구형 베어링 어셈블리를 더 포함하고 있다. 이 어셈블리는 상부 베어링 부재(77), 하부 베어링 부재(79)와 복수의 볼 베어링(81)을 포함한다. 상부 베어링 부재(77)와 하부 베어링 부재(79)는 서로 견고하게 접속되어 있지 않고 서로에 대하여 이동할 수 있다. 볼 베어링(81)은 그 부재들 사이의 상대적인 운동을 위하여 상부 베어링 부재(77)및 하부 베어링 부재(79)와 맞물려 있기 때문에, 연마 헤드(63)는 구동 기구(45)에 대하여 피봇가능하게 설치되어 있다. 베어링(81)은 바람직하게는 종래 통상의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이 베어링 부재(77, 79) 사이의 위치에 베어링을 고정 유지하기 위해서 종래 베어링 레이스(race)(도시되지 않음) 내에 고정 유지된다. 상부 베어링 부재(77)는 구동 기구(45) 상에 견고하게 장착되어 있는 반면 하부 베어링 부재(79)가 연마 헤드(63)에 견고하게 장착되어 있다. 상부 베어링(77) 및 하부 베어링(79)은 각 구형 베어링 표면의 곡률 중심이 짐볼 포인트 P에 상당하도록 배열된 구형으로 형성된 베어링 표면을 갖는다. 베어링 표면 중 어느 하나에 대한 어떤 법선은 일반적으로 어셈블리(75)의 피봇 중심인 짐볼 P를 통과한다. 따라서, 구동 기구(45) 및 연마 헤드(63)는 또한 짐볼 포인트 P를 중심으로 피봇하게 되어 있다. 바람직한 실시예에서, 베어링 부재(77, 79) 및 볼 베어링(81)은 회전과 같은 연마 헤드(63)의 반복되는 피봇 운동에 견딜 수 있는 단단한 철 또는 다른재료로 형성된다. 그 표면은 마모되어 파편이 생기는 것을 억제하고 구형 베어링 어셈블리(75) 내의 마찰을 최소화하도록 크게 연마되고, 베어링 어셈블리의 크게 평활화된 피봇 운동을 하게 한다.
암(53)은 웨이퍼를 연마하는 동안 연마 헤드(63)에 하강 압력을 인가한다. 상술한 바와 같이, 암(53)(도시되지 않음)은 암의 근단 근처에 있는 수평축을 중심으로 수직으로 피봇하게 형성되어 있다. 비록 다른 관절 시스템이 본 발명의 범위내로서 고려되지만 수력 또는 공기 액츄에이션 시스템이 연마기 암(53)을 관절 운동시키는데 공통으로 사용된다. 이들 시스템은 관련 종래 기술에 잘 알려져 있는 것이므로 이하 상세하게 설명하지 않는다. 액츄에이션 시스템으로부터의 하강력은 출력 샤프트(55), 상부 베어링 부재(77), 볼 베어링(81)및 하부 베어링 부재(79)를 통해 웨이퍼(35)로 전달된다.
웨이퍼 연마 장치(21)는 구동 기구로부터 연마 헤드(도 1b)로 회전력을 부여하기 위해서 구동 기구(45)와 연마 헤드(63) 사이에 통상적으로 참조 번호 89로 나타낸 반경식(半硬式) 접속부를 더욱 포함한다. 반경식 접속부(89)는 구동 기구의 속도를 제어 디바이스가 조절할 수 있도록 연마 헤드(63)와 구동 기구(45)가 결합하여 회전하고 이에 의해서 웨이퍼(35)가 회전하는 것을 보장해준다. 반경식 접속부(89) 없는 경우, 상부 베어링 부재(77)가 구동 기구(45)와 함께 회전하는 반면 하부 베어링 부재(79)와 웨이퍼(35)는 구형 베어링 어셈블리(75)의 아래쪽에서 회전하지 않는다. 구동 기구(45)와 연마 헤드(63) 사이의 접속은, 구형 베어링 어셈블리(75)를 중심으로 구동 기구에 대하여 연마 헤드의 보편 피봇 운동이 구동 기구의 구동력에 의해서 영향받지 않도록 하기 위해서는 반경식이 되어야 한다. 반경식 접속부(99)는 제1 실시예에서는 구동 기구(45)와 연마 헤드(63)에 부착된 토크 전달 부트(93)인 가요성 접속부이다. 이 부트(93)는 구동 기구로부터 연마 헤드로 전달하는 구형 베어링 어셈블리(75)의 짐볼 포인트 P를 통과하는 수평축을 중심으로 구동 기구(45)에 대하여 연마 헤드(63)가 피봇하게 움직일 수 있게 한다. 링(95)은 부트를 연마 헤드(63)에 고정화시키도록 토크 전달 부트(93)의 외부 에지 상에 고정된다. 링과 부트를 복수의 볼트(103)가 통과하여 연마 헤드(63)에 부트를 확고히 고정 유지시키기 위해서, 링(95)과 부트(93)는 각각 복수의 정합 홀(97)을 포함할 수 있다. 그 링(95)이 부트(93)를 보강함으로써 부트를 통과하여 전달되는 회전력을 부트의 주변으로 균일하게 퍼지게 한다. 바람직한 실시예에서, 토크 전달 부트(93)는, 구동 기구(45)의 회전 에너지를 연마 헤드(63)로 전달할 수 있는 강도와 연마 헤드의 피봇 운동을 가능하게 할 수 있는 복원력을 가지는, 고무(예를 들면 우레탄)와 같은 탄성 재료로 이루어진다. 회전 에너지를 전달할 수 있고 연마 헤드(63)의 피봇 운동을 가능하게 하는 다른 재료로는 또한 본 발명의 범위 내로서 고려된다.
연마 헤드(63)는 연마 패드(29)(도 1b)의 워크 표면(37)과 웨이퍼(39)의 앞면(39)을 맞물리도록 웨이퍼(35)를 고정 유지한다. 헤드(63)는 하부 베어링 부재(79) 상에 장착되는 하체(109)를 포함한다. 그 하체(109)는 하부 베어링 부재(79)와 함께 결합되어 회전하고 상술한 바와 같이 토크 전달 부트(93)에 견고하게 접속된다. 따라서, 부트(93)는 출력 샤프트(55)의 회전 에너지를 직접 연마헤드(63)의 하체(109)로 전달한다. 하체(109)는 상부 베어링 부재(77) 위에서 내부로 돌출한 내향 환상 플렌지(annular flange)(111)를 더 포함함으로써, 암(53)이 연마 헤드(63)를 위로 들어 올리는 경우, 하체(109), 연마 블록(115) 및 웨이퍼(35)의 하중이 토크 전달 부트(93)보다 오히려 견고한 상부 베어링 부재에 걸린다. 이 플랜지(111)는 암(53)이 구동 기구(45)와 연마 헤드(63)를 들어올리는 경우 반복되는 수직 인장 부하가 걸리지 않아 토크 전달 부트(93)를 보존하는 것을 돕는다. 하체(109)는, 연마 헤드(63) 상에 장착하기 위한 연마 블록(115)용 시트를 생성하는데 협력하는, 하체 아래에 장착된 보유 링(117)과 장착 쇄기(119)를 더 포함한다. 보유 링(117)은 연마 블록(115)에 대하여 측면 지지를 제공하기 위해 하체(109)의 파라미터로부터 하부를 향하여 연장되어 있고, 장착 쐐기(119)는 하체로부터 블록을 분리하기 위해 하체의 하측 상에 장착하는 평탄한 환상 링이다. 연마 블록(115)은 연마 동안 웨이퍼(35)에 대한 지지로서 사용되는 두꺼운 견고한 블록이다. 연마 블록(115)은 그들의 평탄성과 견고성을 고려하여 선택되고 그들의 구조적인 견고성과 온도 안정성에 따라 통상적으로 세라믹 재료로 형성된다. 웨이퍼(35)는 왁스층(wax layer)을 연마 블록에 형성하고, 웨이퍼를 블록에 부착하고, 노출된 웨이퍼의 앞면(39)을 아래로 하여 놓음으로써 종래 방식으로 연마 블록(115)의 바닥 상에 장착된다. 그 후, 연마 블록(115)은 하체, 쇄기(119) 및 연마 블록 사이에 형성된 캐비티(125)를 증착함으로써 하체(109) 상에 장착된다. 이 캐비티(125) 증착은 연마 헤드(63) 상에 확실하게 연마블록(115)을 보관 유지한다.
이하 도 2를 참조를 하여, 동작 중에, 구동 기구(45) 상에 피봇하게 장착되는 연마 헤드(63)의 상호작용을 개략적으로 설명한다. 화살표 D는 웨이퍼(55)에 대하여 회전 테이블(27)의 이동 방향을 나타낸다. 상술한 바와 같이, 짐볼 포인트 P가 전체 구형 베어링 어셈블리(75)의 피봇팅 포인트이다. 웨이퍼(35)에 대한 이 짐볼 포인트 P의 위치는 웨이퍼 연마 장치(21)의 연마 특성에 영향을 준다. 연마 패드(29)가 연마 헤드(63) 아래에서 회전함에 패드와 웨이퍼(35) 사이의 마찰은 헤드 상에 수평력을 생성한다. 도 2에서의 확대 위치에 나타낸 바와 같이, 워크 표면(37) 또는 그 표면 보다 약간 아래를 향하는 연마 헤드(63)의 짐볼 포인트 P를 낮춤으로써, 마찰력에 의해서 연마 헤드에 인가되는 모멘트가 최소화되거나 보다 바람직한 방향으로 전달된다. 이 모멘트의 제어는 웨이퍼(35) 상의 모든 포인트에서 연마 압력을 도욱 균일하게 하고 연마 패드(29)를 더욱 균일하게 형성(wear)한다. 워크 표면(37) 근처 또는 그보다 약간 아래의 짐볼 포인트 P로 연마된 웨이퍼(35)는 아주 우수한 평탄 특성을 나타내고, 특히 종래 연마 공정에서는 "롤-오프(roll-off)" 특성이 나타났던 웨이퍼의 외부 에지(129) 근방에서는 특히 우수한 특성이 나타난다. 롤-오프는, 마찰에 따른 연마 헤드(63)상의 토크가 웨이퍼(35)의 리딩 에지(131)를 연마 패드(29) 쪽으로 누르는 워크 표면(37) 위에 짐볼 포인트 P'를 갖는 연마기에서 발생한다. 웨이퍼(35)가 회전하기 때문에, 웨이퍼의 둘레에 대하여 웨이퍼의 리딩 에지(131)가 일정하게 변화하여 하부로 기울어지는 에지를 형성하거나 롤-오프된다. 짐볼 포인트 P가 연마 계면에 놓이는 경우 마찰력이 짐볼 포인트 P를 통과하거나 바로 그 근방을 통과하기 때문에 모멘트가 감소한다. 웨이퍼(35)의 리딩 에지(131)(또는 이하 설명하는 바와 같이 웨이퍼를 보관 유지하는 보유 링)가 웨이퍼(35)를 연마 패드(29) 쪽으로 누르지 않아 웨이퍼 롤-오프가 감소한다. 게다가, 워크 표면(37)의 더 위에 있는 짐볼 포인트 P를 가진 전형적인 연마기와의 비교에 따르면, 웨이퍼(35)의 리딩 에지(131)가 연마 패드를 가로질러 이동함에 따라 연마 슬러리의 일부만이 웨이퍼(35)의 압쪽으로 밀려지고 패드(29)로부터 떨어져 나간다. 슬러리가 웨이퍼(35)의 중앙을 향하여 흐름에 따라, 중앙이 더욱 연마되고 웨이퍼 에지(129)의 과도 연마를 더욱 경감시킨다. 피봇 포인트 P가 워크 표면(37)의 아래에 있는 경우, 모멘트가 역을 되어 연마 압력이 헤드(63)의 트레일링 에지(trailing edge)(133)로 바이어싱 되어 웨이퍼(35) 아래로 흐를 수 있는 슬러리의 양이 더욱 증가되고 웨이퍼의 중앙부의 연마가 더욱 향상된다.
본 발명에서, 연마 헤드(63)가 연마 패드(29)와 맞물려 웨이퍼(35)를 보관 유지하는 경우 짐볼 포인트 P는 워크 표면(37) 근처에 놓인다. 이 위치에서는 연마 헤드(63)가 구동 기구(45)에 의해서 회전하도록 구동되는 동안 웨이퍼(35)가 계속해서 자기 정렬되기 때문에 웨이퍼의 앞면(39)에 대한 연마 압력이 균일해진다. 연마 헤드(63)의 피봇 운동 때문에, 그 앞면(39)은 반도체 웨이퍼(35)의 더욱 균일한 연마를 위하여 워크 표면(37)과 맞물려 평탄하게 유지된다. 더욱이, 연마 계면에 놓이는 포인트 P를 중심으로 피봇하게 함으로써, 웨이퍼(35)의 앞면(39)에 평행방향의 마찰면으로부터 상승하는 헤드(63) 상의 모멘트가 실질적으로 제거된다. 바람직한 실시예에서, 짐볼 포인트 P는 회전 테이블(27)을 포함하는 계면의 일측상에 웨이퍼(35)와 워크 표면(37)의 계면 보다 높지 않은 곳에 놓인다. 이 구성에서는 워크 표면(37)과 앞면(39)이 인접하여 평행한 관계로 유지되기 때문에 앞면에 대한 연마 압력이 균일해져서 웨이퍼(35)가 더욱 균일게 연마된다. 이 구성은 회전 테이블(27)에 대한 헤드의 피봇팅에 기인하여 웨이퍼(35)의 리딩 에지(131)에 압력 포인트가 형성되는 것을 더욱 방지한다. 연마 헤드(63) 상의 모멘트가 웨이퍼(35)의 트레일링 에지(133)에 대하여 약간 더 압력을 인가하기 때문에, 적당한 양의 슬러리가 웨이퍼와 연마 패드(29) 사이를 통과하게 되고 이에 의해서 웨이퍼에 대한 연마가 개선된다.
연마 헤드의 회전 축(축 B)이 회전 테이블(도 1b)의 회전 축(축 A)으로부터 공간 이격되어 있다. 이는 연마 패드(29)의 중요 부분 상에서 웨이퍼(35)가 균일하게 연마되는 것을 돕는다. 연마하는 동안 웨이퍼의 어느 부분도 연마 패드의 중앙부에 대하여 가압하지 않도록 하기 위해, 연마 패드를 웨이퍼(35)와 연마 헤드(63)보다 더 넓게 하는 것이 바람직하다. 이는 웨이퍼(35)가 연마 패드의 대부분과 상호작용하기 때문에 연파 패드(29)의 수명이 길어지고 웨이퍼 연마의 균등성이 향상되는 것을 돕는다.
또한, 연마 헤드(63)와 회전 테이블(27)은 웨이퍼의 더욱 균일하고 효율적인 연마를 위해 상이한 상대 회전 속도로 회전한다. 연마 헤드(63)의 회전 속도를 조절한다는 것은 연마 패드(29)의 마모 패턴에 영향을 미치고 다음으로 웨이퍼(35)의 평탄도와 연마 패드의 수명에 영향을 미친다. 어떤 상대 속도가 가장 평탄한 연마와 가장 긴 수명을 가진 패드를 형성하는 지를 판정하기 위해 각각의 상대 속도를비교하도록 웨이퍼(35)와 연마 패드(29)를 회전을 수학적으로 모델링할 수 있다. 도 2a는 이러한 비교 결과를 나타낸 그래프이다. 도 2a의 곡선 세트는 연마 패드(29) 상의 각 포인트에 대하여 웨이퍼(35)가 진행하는 총 직선 거리를 나타낸다. 각 곡선은 연마 헤드(63)의 상이한 회전 속도h 를 나타내고 반면에 연마 패드(29)의 회전 속도는 일정한 200rpm 분당 회전수로 유지된다. 예를 들면, 연마 패드(29)와 연마 헤드(63)가 동일한 회전속도, 즉 200rpm(h=200rpm)로 회전하는 경우, 패드의 중앙으로부터 60 밀리미터(2.4인치) 이격되어 놓인 연마 패드 상의 어떤 포인트는 연마 패드가 각각 1회전하는 동안 그 포인트를 통과하는 웨이퍼(35)의 약 235 밀리미터(9.25인치)인 것으로 보인다. 200rpm(h = 200rpm)의 연마 헤드 속도에 대응하는 곡선을 추적하면, 도 2a는 연마 패드(29)와 연마 헤드가 동일한 속도로 회전하는 경우 연마 패드의 반경 내에는 연마 패드의 외부 보다 이들을 통과하는 웨이퍼(35)의 더욱 직선 거리를 나타냄을 도시하고 있다. 시간 경과에 따라 이는 연마 패드(29)의 내부 근방을 더욱 마모하도록 할 수 있다. 이상적으로, 연마 패드(29)상의 각 포인트는 단일 순한 동안 통과하는 웨이퍼(35)의 동일한 양을 나타낸다. 그러나 도 2a로부터, 비결합 각속도는 결과적인 수평선을 만든다는 것이 명백하다. 가장 유용한 프로필은 전체 연마 패드에 대하여 더욱 균일하게 패드(29)의 각 부분에 의해서 나타낸 거리에 웨이퍼(35)를 분배하는 것에 있다. 연마 헤드(63)가 100rpm(h = 100rpm)의 속도로 회전하는 곡선은 거의 그 결과에 근사한다. 따라서, 연마 패드에 의해서 나타나는 직선 웨이퍼거리로부터 패드 마모가 추정될 수 있기 때문에, 약 100rpm으로 연마 헤드(63)를 회전하는 것이 웨이퍼(35)의 더욱 균일한 연마와 연마 패드(29)에 대한 더욱 균일한 마모를 가져올 수 있다. 이들 결과는 상대 속도에 의거하기 때문에, 이들은 크기가 조절되고 연마 헤드(63)의 속도는 연마 패드(29)의 회전 속도의 백분율로 표시될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 연마 헤드(63)는 회전 테이블(27)보다 느린 회전 속도로 구동된다. 웨이퍼(35)와 연마 헤드(63)가 자유롭게 회전하게 하면, 이들은 연마 패드(29)와 거의 동일한 속도로 회전하고 이에 의해 패드의 마모가 불균일해진다. 따라서, 구동 기구(45)는 연마 헤드(63)의 회전 속도를 실질적으로 조절하여 연마 헤드가 회전 테이블(27)의 회전 속도의 약 40%와 약 70% 사이의 회전 속도로 회전하게 한다. 상기 예에서, 이는 80rpm과 140rpm 사이의h 에 대응한다. 더 많은 실험과 분석에 의거하여, 이 범위가, 앞면(39)을 가로질러서 더욱 균일한 연마가 이루어는 웨이퍼 연마와, 더욱 균일한 마모가 이루어지는 연마 패드(29)의 마모를 위하여 최적의 범위인 것으로 알려졌다. 특히, 회전 테이블(27)의 회전 속도의 약 55%의 회전 속도로 구동 기구(45)를 회전시킴으로써 가장 좋은 연마가 이루어졌다. 도 2a의 예에서, 이는 약 110rpm의h 에 대응하는 것이다.
본 발명의 연마 헤드의 제2 예를 살펴보면, 연마 헤드(153)는 연마 헤드(도 3)의 구동 회전에 대한 구동 기구(45)에 접속되어 있다. 연마 헤드(153)는 연마 패드(29)의 워크 표면(37)과 웨이퍼의 앞면(39)을 맞물리는 웨이퍼(35)를 보관 유지한다. 연마 헤드(153)는, 워크 표면(37) 근처에 놓이는 대략 짐볼 포인트를 중심으로 연마 헤드를 피봇하게 하기 위해, 통상적으로 참조 번호가 159인 구형 베어링 어셈블리를 통해 구동 기구(45)에 부착되어 있다. 연마 헤드(153)는 연마 패드(29)와 맞물려서 웨이퍼(35)의 앞면(39)을 보관 유지하고, 이에 의해서 웨이퍼를 연마하고 그 앞면의 단면이 계속하여 자기 정렬되게 하여 반도체 웨이퍼가 더욱 균일하게 연마된다.
통상적으로 참조 번호가 153인 반경식 접속부는 구동 기구로부터 연마 헤드로 회전력을 전달하기 위해 구동 기구(45)와 연마 헤드(153)에 부착되는 동시에, 구형 베어링 어셈블리(159)를 중심으로 구동 기구에 대하여 연마 헤드의 보편 피봇 운동을 가능하게 한다. 따라서, 여러 가지 면에서 제2 실시예가 제1 실시예에 유사하다.
비록 유사하지만, 제2 실시예의 연마 헤드(153)는 웨이퍼(35)를 보유하며 웨이퍼 상에 압력을 가하고 새로운 방식으로 연마 헤드로 회전을 전달한다. 멤브레인(169)이 연마 헤드(153)(도 3)의 측부에 장착된다. 비록 다른 적절한 재료가 본 발명의 범위 내에 있는 것으로서 고려되지만 바람직한 실시예에서는 멤브레인(169)은 실리콘을 형성된다. 멤브레인(169)은 연마 헤드(153) 상에 웨이퍼를 장착하는 웨이퍼(35)와 맞물릴 수 있는 외부 면(171)을 가지고 내부 면(173)은 연마 헤드와 대면하는 외부 면과 반대측에 있다. 연마 헤드(153)는 멤브레인(169)을 둘러싸고 헤드 상의 멤브레인을 보유하도록 연마 헤드에 부착되어 있는 링 형상 리테이너(retainer)(177)를 더 포함한다. 리테이너(177)는, 리테이너와 직접 맞물려 있지 않은 멤브레인의 일부가 헤드로부터 단거리만큼 내부 또는 외부를 향하여 독립적으로 이동하도록 하는 동시에, 연마 헤드(153)에 대하여 멤브레인(169)의 둘레를 밀봉한다. 멤브레인(169)과 헤드(153) 사이에 규정된 캐비티(179)는 진공원과 유체로 연통되어 있다. 진공은 출력 샤프트(55)와 헤드 내의 전체 채널(181) 열을 통과함으로써 연마 헤드(153)로 전달된다. 멤브레인(169)은, 진공이 캐비티(179)로 유도되는 경우 멤브레인(169)이 웨이퍼(35)를 멤브레인에 대하여 위로 유도하여 웨이퍼를 보관 유지할 수 있도록, 그 내부에 홀이 형성되어 있다. 멤브레인(169)은 캐비티(179) 내의 공기압을 선택적으로 가변시킴으로써 웨이퍼를 보관 유지하고 이에 의해서 앞면(39)이 워크 표면(37)에 대하여 균일하게 압력이 가해진다. 비록, 제2 실시예가 제1 실시예와 거의 동일한 연마를 수행할 수 있다 하더라도 제2 실시예는 양측 연마 표면 연마기 상에서 이미 연마된 웨이퍼(35)를 연마하기에 이상적으로 적절하다. 이러한 웨이퍼(35)는 이미 거의 평탄하게 연마되어 있기 때문에, 어떤 부가적인 연마는 통상적으로 웨이퍼의 평탄도에 영향을 주지 않고 웨이퍼의 전체에 대하여 실리콘 재료의 균일한 층을 제거하는데 목적이 있다. 실리콘의 균일한 층을 제거하기 위해 멤브리레인이 연마 패드에 대하여 웨이퍼가 순응하게 하는 동시에 웨이퍼(35)를 보유하기 위해서 연마 헤드(29)에 대하여 단단하게 리테이너(177)가 가압되는 것과 같이, 멤브레인(169)은 특히 이러한 목적에 적합한 것으로 알려져 있다.
구형 베어링 어셈블리(159)는 구동 기구(45)(도 3)에 부착되어 함께 회전하는 상부 원뿔형 시트를 더 포함한다. 하부 구형 피봇(189)은 연마 헤드(53) 상에견고하게 장착되어 구동 기구(45)를 향하여 상향으로 연장되어 있다. 하부 구형 피봇(189)은 구동 기구(45)에 대하여 연마 헤드(153)의 피봇 가능한 이동을 위해 상부 원뿔형 시트(187)와 맞물려 있다. 하부 구형 피봇(189)은 상향으로 배향된 구형면(191)을 갖는다. 구형면(191)에 대한 어떤 법선은 피봇의 짐볼 포인트를 통과한다. 비록 구형 베어링 어셈블리(159)의 구조가 제1 실시예와는 대부분 상이하다 하더라도 발생되는 피봇 운동이 거의 동일하고, 리테이너(177)의 압력이 균일하기 때문에, 연마된 웨이퍼(35)에서 실리콘의 균일 층이 제거된다. 상술한 실시예에 따르면, 짐볼 포인트는 웨이퍼(35)의 계면과 회전 테이블(27)을 포함하는 계면의 일측 상의 워크 표면(37)에 놓이거나 그 보다 약간 아래에 놓인다. 이 구조는 리테이너의 압력을 보다 균일하게 하기 위해 워크 표면과 앞면(39) 사이를 균일한 거리로 하여 평탄하게 맞물려있는 워크 표면(37)과 리테이너(177)를 포함한다. 이 구성은 낮은 포인트가 회전 테이블(27)에 대한 연마 헤드(153)의 피봇팅에 의거하여 리테이너(177)의 트레일링 에지 근방에 형성되는 것을 방지한다. 바람직하게는, 하부 구형 피봇(189)이 스테인레스강과 같은 고강도 금속으로 형성되고, 상부 원뿔형 시트(187)는 미국 Pennsylvania Westcheter의 Victrex USA Inc.로부터 입수 가능한 PEEK, 즉 폴리아릴에테르케톤 수지와 같은 플라스틱 재료로 형성된다. 양 표면은, 마모되어 파편이 생기는 것을 방지하고, 구형 베어링 어셈블리(159)내의 마찰을 최소화하고, 베어링 어셈블리의 매우 평활한 피봇 운동을 하도록 크게 연마된다.
제2 실시예에서, 반경식 접속부(163)는 연마 헤드(153)(도 3)에 부착된 복수의 쇼울더 볼트(197)를 포함한다. 이들 쇼울더 볼트(197)는 연마 헤드(153)로부터 위쪽으로 연장하고, 상부 원뿔형 시트(187)로부터 측방으로 연장되는 환형 플랜지(201)에 일련의 방사 슬롯(199)을 통과한다. 이 방사 슬롯(199)은, 구동 기구(45)가 회전함에 따라, 방사 슬롯이 연마 헤드(153)의 회전을 포함하는 쇼울더 볼트를 맞물리도록 볼트(197)보다 약간 큰 크기를 갖는다. 방사 슬롯(199)과 볼트(197) 사이의 부가적인 클리어런스는 상부 원뿔형 시트(187)와 하부 구형 피봇(189)이 서로에 대하여 약간 피봇하게 하고, 웨이퍼(35)가 헤드(153)로부터 떨어지는 것을 방지하고 리테이너(177) 상의 마모를 방지하게 한다. 상술한 실시예에서와 같이, 이 피봇팅은 구동 기구(45)로부터 연마 헤드(153)가지의 회전의 연속적인 전달과 더욱 균일한 연마를 고려한 것이다. 플랜지(201)와 상부 원뿔형 시트(197)는 단일의 플라스틱 구조이다. 구동 기구(45)가 연마 후에 상부 쪽으로 들어올리는 경우, 쇼울더 볼트(197)의 각각의 볼트 헤드(205)는 플라스틱 플랜지(201)와 맞물려져서 플라스틱 헤드(153)가 워크 표면(37)으로부터 들어올려진다.
멤브레인(169)을 통해 연마 압력을 인가하는 것은 연마하는 동안 웨이퍼(35)를 지지하기 위해 견고한 표면을 사용하는 연마기에 대하여 이점을 가진다. 먼저, 헤드(153)는 접착제의 사용 없이 웨이퍼(35)를 보유할 수 있어, 복잡도가 감소하고 가능한 오염물질이 제거된다. 이 실시예는 진공으로 헤드(153)에 웨이퍼(35)를 고정하고 잠재적인 하나의 오염원을 제거한다. 둘째로 연마 압력이 멤브레인(169)을 통해 웨이퍼(35)에 인가되기 때문에, 웨이퍼(35)와 멤브레인(169) 사이에서 부주의로 발생되는 어떤 미립자 물질이 연마된 표면에 영향을 미치지 않는다. 종래 시스템에서, 미립자 물질은 웨이퍼(35)와 경질 지지표면(예를 들면, 배면판) 사이에 놓일 수 있다. 연마하는 동안, 이 물질은 웨이퍼의 배면상에 압력을 가하고 이에 의해서 연마 패드를 내부로 향하는 웨이퍼의 소부분을 가압한다. 연마 동작은 웨이퍼를 평탄하게 하는 것이고, 통상적으로 외부 물질에 의해서 외부를 향하여 가압되는 웨이퍼의 소부분을 평탄하게 하는 것이다. 일단 웨이퍼가 경질 지지로부터 제거되면, 먼지에 의해서 밖으로 밀려진 웨이퍼의 일부가 그 본래의 위치로 되돌아가고 연마 표면에 압흔(dimple) 결함이 남는다. 멤브레인(169)에 있어서, 멤브레인과 웨이퍼(35) 사이에 놓인 어떤 미립자 물질이 멤브레인을 일시적으로 변형시키고, 웨이퍼는 변형시키지 않고, 웨이퍼에 압흔 없이 웨이퍼가 통상적으로 연마되도록 한다.
동작시, 웨이퍼(35)와 리테이너(177)는 둘다가 워크 표면(37)(도 3)과 맞물린다. 연마 헤드(153)가 회전함에 따라, 워크 표면과 웨이퍼 사이의 마찰이 헤드로부터 웨이퍼를 당길 수 없도록 헤드 내에 링(177)이 웨이퍼를 보유하는 동안 멤브레인(169)이 웨이퍼(35)를 워크 표면(37)으로 가압한다. 리테이너(177)는 대규모의 사용 후에 약간 마모되어 레테이너의 바닥(209)과 멤브레인(169) 사이의 오프셋이 잔여할 수도 있다. 실제로, 링(177)은, 멤브레인(169)이 웨이퍼(35)를 워크 표면에 가압하는 동안 워크 표면(37)으로부터 적절한 거리에서 연마 헤드(153)를 보관 유지한다. 웨이퍼를 둘러싸고 웨이퍼에 인접하는 연마 헤드(153)로부터 아래로 연장시킴으로써, 시간의 경과에 따라 리테이너가 일부 마모되는 경우에도, 리테이너(177)는 연마하는 동안 웨이퍼 에지(129)와 맞물려 있다. 제1 실시예에 따르면, 연마 헤드(153)와 회전 테이블(27)은 웨이퍼(35)의 더욱 균일한 연마를 위해서 상이한 상대 회전 속도로 회전한다. 연마 헤드(153)는 회전 테이블(27)보다 느린 회전 속도로 회전한다. 바람직하게는, 구동 기구는 회전 테이블(27)의 회전 속도의 약 40%와 약 70% 사이의 회전 속도로 헤드(153)를 회전시킨다. 연마 헤드(153)를 회전 테이블(27)의 회전 속도의 약 55%의 회전 속도로 회전시키는 경우, 연마기는 최적의 평탄한 웨이퍼를 생성한다.
연마 헤드의 제3 실시예를 살펴보면, 본 실시예는 연마 헤드의 구동 회전을 위해 구동 기구(45)에 접속된 연마 헤드(223)를 포함한다. 연마 헤드(223)는 연마 헤드의 워크 표면(37)과 웨이퍼(35)의 앞면(39)을 맞물리기 위해 웨이퍼(35)를 보관 유지한다. 상술한 실시예에서와 같이, 본 실시예는 양측 연마 공정 또는 미세 그라인딩 공정에 의해서 평탄해진 웨이퍼로부터 실리콘의 균일한 층을 제거하기 위해 웨이퍼(35) 상에 균일한 압력을 제공한다.
통상적으로 참조 번호 227로 나타낸 구형 베어링 어셈블리는 연마 헤드의 피봇팅을 위해 연마 헤드(223)와 구동 기구(45)를 접속한다. 구형 베어링 어셈블리는 제2 실시예와 마찬가지로 상부 원뿔형 시트(229)와 하부 구형 피봇(231)을 더 포함한다. 비록 부착의 다른 영구 형태가 본 발명의 범위 내의 것으로서 고려되었지만, 상부 원뿔형 시트(229)가 구동 기구의 말단(232)을 따라 구동 기구(45)에 용접되는 것이 바람직하다. 연마 헤드가 연마 패드와 맞물려 웨이퍼(35)를 보관 유지하는 경우 연마 헤드(223)가 워크 표면(37)보다 높지 않게 놓인 짐볼 포인트를중심으로 피봇하게 설치되어 있기 때문에, 웨이퍼의 앞면(39)의 평면이 계속해서 자기 정렬되어 웨이퍼의 앞면에 대하여 연마 압력이 균등화된다. 바람직하게는 상기 실시예에서와 같이, 짐볼 포인트가 웨이퍼(35)의 계면과 회전 테이블(27)을 포함하는 계면의 일측 상의 워크 표면(37) 아래에 놓아 웨이퍼의 앞면(39)에 대한 연마 압력이 균등해진다. 회전 테이블(27)에 대한 연마 헤드(223)의 피봇팅에 의거하여 웨이퍼(35)의 에지(129) 근방에 압력 포인트가 형성되는 것을 방지함으로써 웨이퍼의 더욱 균일한 연마를 위해서 앞면(39)과 워크 표면(37) 사이에 균일한 압력이 유지된다.
구동 기구(45)와 연마 헤드(223) 사이에 위치하며 통상적으로 참조번호가 223인 반경식 접속부는 구동 기구에 대하여 연마 헤드의 보편 피봇 운동하게 하면서 구동 기구의 회전력을 연마 헤드로 전달한다. 이 접속부(233)는, 연마 헤드(223) 상에 장착되는 쇼울더 볼트(235)를 사용하고 상부 원뿔형 시트(229)내의 홀(229)을 통과하는, 제2 실시예(도 3)의 반경식 접속부(163)와 동일하다. 그러나 반대로, 상부 원뿔형 시트(229)는 하나의 구조가 아니다. 원뿔형 시트(229)는 상부 원뿔형 시트(229)의 일부(229b)가 하부 구형 피봇(231)과 맞물리도록 베이스로부터 아래쪽으로 연장함과 동시에 쇼울더 볼트(235)와 맞물리도록 구동 기구(45)에 용접되고 이로부터 측방향으로 연장하는 베이스(229a)를 포함한다. 베이스(229a)는 구동 기구(45)에 용융되도록 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 부분(228b)은 미국 Pnnsylvania Westcheter의 Victrex USA Inc.로부터 입수 가능한 PEEK, 폴리아릴에테르케톤 수지와 같은 플라스틱 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 상부 원뿔형 시트(229)와 하부 구형 피봇(231) 둘다는 마모되어 파편이 생성되는 것을 방지하고 구형 베어링 어셈블리(227) 내의 마찰을 최소화하고 베어링 어셈블리의 높은 평활 피봇 운동을 하도록 크게 연마된다.
제2 실시예와 제3 실시예 사이의 주요 차이는 웨이퍼(35)에 연마 압력을 가하는 방법에 있다. 제3 실시예는 멤브레인(169)을 채용하지 않고 경질 배면판(247)과 리테이너(249)를 사용하고 이둘 양쪽 모두는 웨이퍼(35)를 유지하기 위해 연마 헤드(223)에 부착되어 있다. 배면판(247)은 웨이퍼가 균일하게 연마하기 위해서 전체 웨이퍼(35)에 대하여 균일한 압력을 가하는 제1 실시예의 연마 블록(115)과 동일하게 평탄하며 경질이다. 연마 헤드(223)와 뒤면(247) 사이에 형성되는 캐비티(251) 내에 유지되는 공기 압력은 배면판과 웨이퍼(35)상의 아래쪽으로 힘이 작용한다. 리테이너(249)는 제2 실시예와 마찬가지로 연마하는 동안 웨이퍼(35)를 보유하기 위해 연마 헤드(223)로부터 배면판(247)아래로 하방으로 연장한다. 리테이너가 연마됨에 따라서 배면판과 리테이너 사이의 동일한 거리를 유지하기 위한 대응하는 작은 거리만큼 바깥으로 배면판이 연장되도록 하기 위해, 배면판(247)이 리테이너(249)와는 독립적으로 움직인다. 이는 연마하는 동안 리테이너 내에 웨이퍼를 보유하기 위해 리테이너(249)와 웨이퍼(35) 사이의 적절한 맞물림 깊이가 유치되는 것을 보장한다. 워크 표면(37)으로부터 연마 헤드(223)를 들어올리는 경우 연마하기 전후에 구동 샤프트(45)가 구형 베어링 어셈블리(227)를 먼저 들어올린다. 구동 기구가 연마 헤드(223)를 들어올림에 따라서 구동 기구가 연마 헤드를 들어올릴 수 있도록 와셔(washer)에 대하여 쇼울더 볼트 헤드(277)를남기 위해서 구동 기구(45)와 쇼울더 볼트(235)에 대하여 리프트 와셔(lift washer)(273)가 느슨하게 고정되어 있다. 리프트 와셔(273)가 없는 경우, 헤드(277)가 홀(237)을 통과할 수 있기 때문에, 연마 헤드가 워크 표면(37)으로부터 리프트되는 것이 방지된다. 쇼울더 볼트(235)와 구동 기구(45)에 대한 리프트 와셔(273)의 느슨한 고정은 짐볼 액션을 방지함으로써 와셔가 연마 공정에 영향을 주기 않도록 하게 한다.
동작 시에, 제3 실시예는 상기 2개의 실시예와 실질적으로 동일하다. 본 실시예는 회전 테이블(27)에 대하여 구동 기구(45)의 회전속도를 제어하는 것을 더 포함하고 있다. 동일한 속도 범위(약 40%와 약 70% 사이)가 적용되지만 약 55%의 회전 속도가 최적이다.
본 발명은 제1 실시예에서 상술한 바와 같이 웨이퍼 연마 장치 상에서 연마된 단일측과 연마된 단결정 반도체 웨이퍼(35)의 그룹을 추가적으로 공급한다. 이러한 웨이퍼(35)는 복수의 웨이퍼를 격납하고 저달하기 위해 통상적으로 참조 번호 253인 카세드에 전형적으로 보관 유지된다. 카세트(253)는 전형적으로 바닥부(255), 웨이퍼 슬롯(257) 및 리드(lid)(259)를 포함한다. 제조 후에, 한 세트의 개별 웨이퍼(35)가 격납 또는 쉬핑(shipping)용 카세트(253)에 적재된다. 이 카세트(253)는 카세트 당 웨이퍼 25, 20, 15, 13, 또는 10 웨이퍼와 같은 임의의 웨이퍼 개수를 보관 유지하기 위해 크기가 다양하게 존재할 수 있다. 비록 본 발명의 연마 장치 및 방법이 다른 재료를 용이하게 연마하더라도, 웨이퍼(35)는 단결정 실리콘으로 형성되는 것이 바람직하다. 웨이퍼의 배면이 최종 연마되지 않은동안에도 웨이퍼(35)의 앞면(39)은 최종 연마된다. 비록 설명된 웨이퍼가 이러한 코드를 포함하지 않더라도, 대부분의 웨이퍼(35)는 부가적으로 재료의 작은 코드(chord) 또는 노치(notch)를 포함한다.
웨이퍼(35)의 앞면(39)은 회로의 리소그래피 임프린팅시 사용하기 위해 균일하면서도 평탄하다. 본 발명에 따라 연마된 웨이퍼(35)는 중앙 축으로부터 적어도 둘레 에지(129)의 2밀리미터(0.08인치) 내까지의 영역에 대하여 유용한 앞면(39)을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이 앞면(39)으로 사이트의 그리디를 (a grid of sites) 돌출시킴으로써, 분석을 위해 웨이퍼가 분할되어 있다. 반도체 웨이퍼(35)의 윤곽이 도시되어 있다. 사이트의 임의의 소정 개수, 구조 크기 또는 구조 형상은 웨이퍼의 애플리케이션에 따라 웨이퍼의 앞면(39) 상에 겹칠 수도 있다. 대부분 공통적인 사이트은 크기와 형상이 균일한 정사각형 또는 직사각형이다. 일부 사이트은 전체 사이트(61)로 카테고리 화되고 다른 것들은 부분 사이트(263)로 카테고리 화된다. 현 분석을 위해서, 전체 사이트(261)의 중복이 웨이퍼(35)의 앞면(39) 내에 전체적으로 존재하고, 부분 사이트(263)의 중복이 앞면 상에 부분적으로 존재하고 웨이퍼의 둘레 에지(129) 밖에 부분적으로 존재한다. 본 발명에 따라 연마되는 경우, 부분 사이트(263)의 평탄도는 전체 사이트(261)의 평탄도와 거의 동일하다. 이러한 논의 위해서, 이하 데이터 분석은 도 5에 나타낸 바와 같이 20개의 부분 사이트(263)와 32개의 전체 사이트(261)의 돌출된 그리드로, 약 200 밀리미터(7.9인치)의 직경을 가진 반도체 웨이퍼(35) 에 의거한 것이다. 분석에 사용되는 웨이퍼는 그들의 평탄도에 따라 선택되지 않으며 웨이퍼의통상적인 그룹 제조를 나타낸다. 각 사이트는 각 측을 따라 측정한 25밀리미터(0.98인치)의 정사각 형상이 바람직하다. 이는 웨이퍼의 앞면(39)의 영역의 약 2%의 각 전체 사이트(261) 또는 각 부분 사이트(263)에 대응한다. 웨어퍼(35)의 에지(129) 근방에 위치한 이 부분 사이트(263)는 본 발명에 따라 향상된 사이트의 외부 링을 더 구비한다. 비록 데이터 분석은 200 밀리미터(7.9인치)웨이퍼로부터의 측정에 의거하고 있지만, 본 발명은 100밀리미터(3.9인치), 150밀리미터(5.9인치) 및 300밀리미터(12인치) 웨이퍼와 같은 다른 직경을 가진 웨이퍼에 용이하게 적용할 수 있다.
본 발명에 따라 연마된 단일측 연마 웨이퍼(35)는 전체 사이트(261)와 거의 유사한 균일한 평탄도를 가진 부분 사이트(263)를 나타낸다. 이는 웨이퍼의 에지(129) 근방에 수용할 수 없는 롤-오프를 종종 나타내는 종래 연마기 상에서 연마되는 단일측 연마된 웨이퍼(35)에 대한 실질적인 향상이다. 본 발명의 웨이퍼(35)의 앞면(39)은, 앞면의 대부분을 가로지르는 균일하게 평탄한 크게 연마된 표면이고, 웨이퍼의 둘레 에지(129)의 약 2밀리미터(0.08인치) 내에 까지의 웨이퍼 표면을 포함한다. 통상적으로, 롤-오프는, 중앙 축으로부터 웨이퍼의 에지의 3밀리미터(0.12인치) 내에까지의 리소그래피 공정에 사용할 수 있는 웨이퍼를 만들기에 충분한 웨이퍼(35)의 에지(129)의 평탄도를 감소시킨다. 웨이퍼(35)의 에지(129)의 3밀리미터(0.012인치)로부터 2밀리미터(0.08인치) 내에 까지의 웨이퍼(35)의 사용할 수 있는 영역을 확장하는 것은 사용할 수 있는 웨이퍼 영역을 2% 증가시키는 것이 된다. 이 사용할 수 있는 영역은 2밀리미터(0.08인치)보다 에지에 더 근접하여 확장하는 것으로 믿는다. 특히 웨이퍼(35)의 에지(129) 근방의 부분 사이트(263)는 보다 낳은 평탄 특성을 나타내기 때문에, 이들 부분 사이트의 리소그래피가 웨이퍼 상의 정확한 리소그래피를 만들 수 있게 하는 것으로 여겨진다. 보다 향상된 포커스 에지 리소그래피는 에지 결합이 거의 없으며 디바이스 결함으로의 전이가 거의 없다. 더욱이, 본 발명의 웨이퍼(35)는 웨이퍼의 둘레를 중심으로 더욱 대칭이다. 더욱 대칭인 웨이퍼(35)는 웨이퍼의 모든 부분의 균일한 처리가 가능하기 때문에 이점을 가지고 있다.
예를 들면, 도 6은 워크 표면 위의 약 51밀리미터(2.0인치)에 짐볼 포인트를 가진 종래 단일측 연마기 상에서 연마된 200밀리미터(7.9인치) 직경 웨이퍼의 개체를 나타낸다. 데이터는 2.0밀리미터(0.079)에지 제외, 부분 활성 및 압흔 포함을 가지고 처리된다. 또한, 사이트 25밀리미터(0.98인치) 사각형은 평탄 데이터를 모으고 해석하는데 사용되었다. 웨이퍼 상의 어떤 단일 사이트가 0.250 마이크로(9.84마이크로 인치)보다 큰 값의 SFQR 값을 가지면, 판매용 이에 따른 분석용으로 수용할 수 없는 것으로서 데이터 세트로부터 특정 웨이퍼가 탈락된다. 이들 웨이퍼(35)는 압흔 결함을 나타내는 것으로 추정한다. 이 샘플에서의 본래 363개의 웨이퍼 중, 15개가 탈락되었고 348개의 웨이퍼와 348개의 데이터 포인트가 남았다. 이들 데이터는 종래 단일측 웨이퍼 연마기의 기존 성능에 근접하는 것이다. 단일 데이터 포인트는, 부상하고 있는 기술 광학 툴보다 오히려 산업 표준 용량 툴로 측정함으로써, 웨이퍼상의 어떤 부분 사이트(263)에 대하여 가장 큰 SFQR 값을 나타내는 각 웨이퍼로부터 플로팅(plotting)된다. 예를 들면, 여기에서 개시된 데이터는 미국 Massachusetts Westwood의 ADE Corporation에 의해서 제조된 Ultrascan 9000 Series(예를 들면, Ultrascan 9600)로 모아진다. 이들 데이터 포인트들은 도 6에 플로팅되어 있고, 웨이퍼의 전 개체에 대하여 가장 큰 SFQR 부분 사이트(263)에 대하여 0.136 마이크로(5.34 마이크로인치)의 평균이다. 본 발명에 대하여 종래 연마된 개체를 비교하기 위해서, 도 7은 웨이퍼와 워크 표면의 앞면(39)의 계면에 구동 연마 헤드와 짐볼 포인트를 갖는 본 발명의 웨이퍼 연마기상에 연마된 웨이퍼의 개체를 나타낸다. 웨이퍼(35)는 연마 단계를 제외하고는 동일한 크기 동일한 공정으로 이루어진다. 샘플에서의 본래 1745개의 웨이퍼 중, 86 웨이퍼는 0.250 마이크론(9.84마이크로인치)보다 큰 SFQR값을 가진 웨이퍼 상에 임의의 사이트를 가지는 것이 재차 압흔으로 추적되는 것 때문에 탈락하고, 1659개의 웨이퍼와 1659개의 데이터 포인트가 남았다. 이들 데이터는 0.102 마이크론(4.02 마이크론)의 소객체 평균이고, 종래 공정에 대하여 24.8% 향상된 것이다. 따라서, 본 발명에 따라 연마된 웨이퍼는 약 0.105 마이크론(4.13 마이크로인치)보다 작은 평균으로 최대 부분 사이트(263) SFQR이다. 이들 웨이퍼는 웨이퍼의 실질적으로 전체 앞면(39)의 리소그래피를 정확하게 할 수 있는 정도로 평탄도가 향상되었다.
에지 평탄도의 다른 측정 방법은 웨이퍼 상의 모든 부분 사이트(263)에 대하여 SFQR값의 평균을 구하는 것이다. 도 8은 도 6에 나타낸 종래 연마된 웨이퍼의 동일한 개체에 대한 측정을 나타내고, 평균적으로 웨이퍼 상의 모든 부분 사이트(263)에 대한 SFQR값의 평균은 0.088마이크론(3.46마이크로인치)이다. 도 9는 도 7에 나타낸 본 발명에 따라 연마된 웨이퍼의 동일한 개체에 대한 이상적인측정을 나타내고, 여기서 평균적으로 웨이퍼 상의 모든 부분 사이트(263)에 대하여 SFQR값의 평균이 0.064마이크론(2.54마이크로인치)이다. 본 발명의 장치 또는 방법으로 연마된 웨이퍼는 종래 공정에 대하여 평탄도가 26.7%향상되었다. 이들 웨이퍼(35)는 웨이퍼의 실질적으로 전체 앞면(39)의 정확한 리소그래피가 가능할 정도로 평탄도가 향상되었다.
중요한 부가적인 평탄 파라미터는 인접 사이트의 평탄 특성이다. 리소그래피는 웨이퍼의 표면 상의 리소그래피 기구의 포커싱 주의를 요한다. 전체 사이트(261)에서의 포커싱은 반복되지만, 부분 사이트(263)에서의 포커싱은 리소그래피에 대하여 추가 비용가 시간이 드는 더욱 향상된 기술을 요구한다. 따라서, 부분 사이트의 리소그래피가 또한 포커싱되도록 2개의 사이트를 동일한 평탄도로 연마하는 것을 가정하면, 웨이퍼 리소그래퍼는 종종 포커싱 전체 사이트(267, 267')를 포커싱시 그들의 리소그래퍼를 포커싱하고 즉시 인접 비포커싱 부분 사이트로 이동한다. 비록 이전의 전체 사이트(261)와 부분 사이트(263)가 동일하더라도, 이들 포커싱 전체 사이트(267, 267') 및 비포커싱 부분 사이트(269)에 대하여 참조 번호를 다시 부여하고 여기에서 리소그래퍼의 이동에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 도 10은 포커싱 사이트(267, 267')로부터 비포커싱 사이트(269)로의 리소그래피 기구 이동을 (화상표로) 나타낸다. 예를 들어, 리소그래퍼는 부분 사이트(269)이기 때문에 사이트 X에 정확하게 포커싱할 수 없는 것으로 여겨진다. 따라서, 리소그래퍼는 통상적으로 사이트 Y에 포커싱되고, 사이트 X에서의 리소그래피를 수행하기 위해 화살표에 의해서 지시된 방향으로 카메라를 이동한다. 인접사이트와 유사한 평탄 특성과 관련한 가정은 비포커싱 사이트(267)가 포커싱 사이트(269)와 유사하게 연마되는 유일한 근거이다. 그러나, 웨이퍼가 큰 에지 롤-오프를 나타내는 경우, 이 가정은 리소그래피 에러를 유도할 수도 있다. 중앙과 에지(129)에 비교할만한 평탄 특성을 가지는 웨이퍼는 이 가정을 더욱 수용할 수 있게 한다.
전체 사이트에서 인접하는 내부 링에서 그리고 부분 사이트에서 웨이퍼가 유사한 연마를 나타내는 지의 정도를 재기 위해서, 도 5에 규정된 바와 같이 전체 사이트(267)를 포커싱하는 내부 링과 비포커싱 부분 사이트(269)의 외부 링을 위한 평탄 데이터가 비교될 수 있다(여기에서 사이트(267')는 포키싱 전체 사이트(267)를 위한 데이터에 포함되어 있지 않음). 도 11에 나타낸 데이터는 20개의 비포커싱 부분 사이트(269)의 외부 링의 각 사이트를 위한 SFQR 값의 평균과, 전체 사이트(267)를 16 포커싱하는 바로 인접하는 내부 링의 각 사이트를 위한 SFQR 값의 평균 사이의 차를 나타낸다. 종래 연마기 상에 연마된 웨이퍼의 평균 SFQR 차는 0.030 마이크론(1.2 마이크로인치)이다. 도 7에 나타낸 본 발명의 웨이퍼의 동일한 개체에 대하여, 도 12에 도시된 데이터는 20 부분 사이트(269)의 외부 링의 각 사이트를 위한 SFQR 값의 평균과 16 전체 사이트(267)의 바로 인접하는 내부 링의 각 사이트를 위한 SFQR값의 평균 사이의 차를 나타낸다. 본 발명의 웨이퍼에 대한 평균 SFQR 차는 0.013마이크론(0.52마이크로인치)이다. 본 발명의 장치 또는 방법으로 연마된 웨이퍼는 종래 공정에 대한 인접 사이트 평탄도에 있어서의 55% 향상된 것이다. 본 발명의 웨이퍼는 각 부분 사이트에서의 리소그래피 장치를 재차 포커싱하지 않고도 부분 사이트(269)의 정확한 리소그래피를 고려한 것이다.
다른 방식에서 데이터를 재검토하면, 도 13은 종래 웨이퍼 연마기에 대하여, 부분 사이트(269)의 외부 링의 각 사이트를 위한 SFQR 값의 평균과 전체 사이트(267)의 바로 인접하는 내부링의 각 사이트를 위한 SFQR 값의 평균 사이의 백분율 차를 나타낸다. 도 6에 도시된 종래 연마된 웨이퍼의 동일한 개체에 대하여, 종래 연마기 상에서 연마되는 웨이퍼(35)를 위한 외부 링 평균과 내부 링 평균 SFQR 사이의 평균 백분율 차는 56.3%이다. 반대로, 도 14는 도 7의 구종 사용되는 본 발명의 웨이퍼(35)의 동일한 개체에 대하여 동일한 백분율 차를 나타낸다. 본 발명의 웨어퍼 연마기 상에서 연마되는 웨이퍼에 대한 외부 링 평균과 내부 링 평균 SFQR 사이의 평균 백분율 차는 18.3%이다. 따라서, 본 발명의 연마기는 종래 연마기에 대한 이 파라미터에서 67.6%가 감소한다. 따라서, 본 발명에 따라 연마된 웨이퍼(35)는 결과적으로 전체 사이트의 내부 링을 위한 SFQR값의 평균 보다 크고 55%보다 작은 부분 사이트(269)의 외부 링을 위한 평균값을 갖는다. 특히, 본 발명은 작은 외부 링과 내부 링 사이의 평균 SFQR 거리는 30%보다 작고, 바람직하게는 18%보다 작다.
웨이퍼(35) 평탄도의 하나의 최종 측정은 각 웨이퍼의 어떤 부분 사이트(263)를 위한 최대 SFQR값과 각 웨이퍼(도 5)의 임의의 전체 사이트(261)를 위한 최대 SFQR값 사이의 백분율 차에 관한 것이다. 이하, 도 15를 참조하면, 비교 등을 나타내는 데이터는, 도 6에 나타낸 종래 연마된 웨이퍼(35)의 동일한 개체에 대하여, 부분 사이트 263과 최대 SFQR과 전체 사이트(261) 최대 SFQR의 평균 백분율 차가 21.2%인 것을 나타낸다. 반대로 도 16은 도 7의 구조에 사용되는 본 발명의 웨이퍼(35)의 동일한 개체에 대하여 동일한 백분율 차를 나타낸다. 본 발명의 웨이퍼 연마기 상에서 연마되는 부분 사이트(263) 최대 SFQR과 전체 사이트(261) 최대 SFQR 사이의 평균 백분율 차는 -10.7%이다. 네거티브 백분율 값은 본 발명에 따라 연마된 웨이퍼(35)에 대하여, 부분 사이트(263) 최대 SFQR이 전체 사이트(261) 최대 SFQR보다 작은 것이 바람직한 것을 나타낸다. 종래 연마된 웨이퍼(35)와는 반대로, 이들 웨이퍼는 이들 전체 사이트(261)에서보다 오히려 그들의 부분 사이트(263)에서 낮은 SFQR 최대값을 갖는 경향이 있다. 따라서, 본 발명의 연마기는 종래 연마기에 대하여 이 파라미터에서의 충분한 향상이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연마된 웨이퍼는 전체 사이트(261)를 위한 최대 SFQR 값보다 크고 20%이하인 부분 사이트(263)를 위한 최대 SFQR 값을 갖는다. 또한, 본 발명은 부분 사이트(263)를 위한 평균 최대 SFQR값이 전체 사이트(261)를 위한 최대 SFQR 값과 거의 동일하고, 바람직하게는 전체 사이트(261)를 위한 최대 SFQR 값보다 10%작다.
상술한 바에 의해서, 본 발명의 일부 목적이 성취되고 다른 이점이 결과적으로 얻어짐을 알 수 있다.
본 발명의 구성 요소나 그의 바람직한 실시예를 소개하는 경우, "어떤", "그" 및 "상기"는 하나 이상의 구성 요소가 있는 것을 의미하는 것을 의도로 한다. "구성한다", "포함한다" 및 "갖는다" 란 용어는 포함하는 것을 의도로 하고 리스트된 구성 요소이외의 부가적인 구성 요소가 있을 수도 있다는 것을 의도로 한다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기 구조에서 각종 변경이 이루어질 수 있고, 상술한 설명에 포함되고, 도면에 도시된 모든 것들은 이에 한정하는 것이 아니라 설명을 위한 것으로서 해석하는 것을 의도로 한다.

Claims (64)

  1. 연마 장치의 구성 요소를 지지하는 베이스(base);
    상부에 연마 패드를 가진 회전 테이블 - 그 회전 테이블은 회전 테이블과 회전 테이블과 연마 패드에 수직한 축을 중심으로 상기 베이스에 대하여 상기 회전 테이블과 연마 패드의 회전을 위해서 상기 베이스 상에 장착되고, 그 연마 패드는 상기 웨이퍼의 앞면을 연마하기 위해서 웨이퍼의 앞면과 맞물리는 워크 표면을 포함함 - ;
    상기 회전 테이블의 축에 거의 평행한 축을 중심으로 회전 운동하게 하는 상기 베이스 상에 장착된 구동 기구;
    상기 구동 기구에 접속되어 회전 구동하는 연마 헤드 - 그 연마 헤드는 상기 연마 패드의 워크 표면과 상기 웨이퍼의 앞면을 맞물리도록 하기 위해서 적어도 하나의 웨이퍼에 보관 유지됨 - ; 및
    상기 연마 헤드가 상기 연마 패드와 맞물려 웨이퍼를 보관 유지하는 경우, 상기 웨이퍼의 앞면과 상기 워크 표면의 계면보다 높지 않게 놓인 짐볼 포인트를 중심으로 상기 연마 헤드의 피봇팅(pivoting)을 위해 상기 구동 기구 상에 연마 헤드를 장착하고, 이에 의해서, 상기 연마 헤드가 회전이 상기 구동 기구에 의해서 구동되어 상기 앞면과 워크 표면이 평탄하게 맞물려 유지되기 때문에 반도체 웨이퍼의 연마가 더욱 균일해지고, 상기 웨이퍼 앞면의 평면이 계속해서 자기 정렬되어 상기 웨이퍼의 앞면에 대한 연마 압력이 균일해지는 구형 베어링 어셈블리
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구형 베어링 어셈블리를 중심으로 상기 구동 기구에 대하여 상기 연마 헤드의 보편적인 피봇 운동을 시키는 동시에, 상기 연마 헤드와 구동 기구가 함께 결합하여 회전하도록, 상기 구동 기구로부터 상기 연마 헤드로 회전력을 부여하기 위해 상기 구동 기구와 상기 연마 패드 사이에 반경식(半硬式) 접속부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구형 베어링 어셈블리는, 상기 웨이퍼와 상기 워크 표면의 계면에 짐볼 포인트(gimbal point)를 위치시켜 상기 워크 표면과 상기 앞면을 평평하게 맞물린 상태로 유지시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 구형 베어링 어셈블리는, 상기 회전 테이블을 포함하는 계면의 일측에서 상기 웨이퍼 앞면과 상기 워크 표면의 계면의 약간 아래에 짐볼 포인트를 위치시켜 상기 워크 표면과 상기 앞면을 평평하게 맞물린 상태로 유지시킴으로써 상기 웨이퍼의 연마를 더욱 균일하게 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 구동 기구는 상기 회전 테이블의 회전 속도의 약 40%와 약 70% 사이의 회전 속도로 웨이퍼 캐리어를 구동하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 기구는 상기 회전 테이블의 회전 속도의 약 55%의 회전 속도로 상기 웨이퍼 캐리어를 구동시키는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 반경식 접속부는 상기 구동 기구와 상기 연마 헤드 사이의 가요성 접속부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가요성 접속부는 상기 구동 기구와 상기 연마 헤드에 부착된 토크 전달 부트(boot)를 더 포함하고, 이에 의해서 상기 구동 기구로부터 상기 연마 헤드로의 회전을 전달하기 위해 상기 구형 베어링 어셈블리를 중심으로 상기 구동 기구에 대하여 상기 연마 헤드가 피봇하게 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 토크 전달 부트는, 상기 연마 헤드의 회전 에너지를 상기 연마 헤드로 전달할 정도로 강도를 가지며 상기 연마 헤드의 피봇 운동을 가능하게 하는 복원력을 가지는 탄성 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 고무인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구형 베어링 어셈블리는 상부 베어링 부재, 하부 베어링 부재 및 복수의 볼 베어링을 더 포함하고, 상기 볼 베어링은, 상기 연마 헤드가 상기 구동 기구에 대하여 피봇하게 움직일 수 있도록 상기 부재들간 상태 운동을 위해서 상기 상부 베어링 부재와 상기 하부 베어링 부재와 맞물려 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상부 베어링 부재와 상기 하부 베어링 부재는 구형 베어링 표면을 포함하고, 각 구형 베어링 표면의 중앙은 상기 짐볼 포인트에 대응하고 임의의 법선은 상기 짐볼 포인트를 통과하는 어느 하나의 표면에 대응하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 구동 기구는 모터와, 상기 베이스 상에 장착되고 상기 구동 기구의 회전을 위해 상기 구동 기구에 부착되는 기어박스(gearbox)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 연마 헤드의 회전축은 상기 회전 테이블의 회전축으로부터 공간 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  15. 제2항에 있어서,
    상기 반경식 접속부는 상기 연마 헤드에 부착되어 상기 구동 기구내의 적어도 하나의 반경 슬롯을 통과하는 적어도 하나의 쇼울더 볼트(shoulder bolt)를 포함하고, 상기 반경 볼트는 상기 연마 헤드의 회전을 유도하기 위해 상기 쇼울더 볼트와 맞물려 있고, 상부 원뿔형 시트와 하부 구형 피봇이 서로에 대하여 약간 이동할 수 있게 하여 연마를 더욱 균일하게 하고 상기 구동 기구로부터 상기 연마 헤드로의 연속적인 회전의 전달을 할 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연마 헤드 상에 장착된 멤브레인(membrane)을 더 포함하고, 이 멤브레인은 웨이퍼를 상기 연마 헤드에 장착하기 위해 웨이퍼와 맞물려있는 외부 면과, 상기 연마 헤드와 대면하는 상기 외부 면과 반대측에 있는 내부 면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 멤브레인의 내부 면과 상기 연마 헤드 사이에 형성된 캐비티와 유체로 연통하는 진공원을 더 포함하고, 상기 멤브레인이 그 내부에 적어도 하나의 혹이 형성되어, 진공이 상기 캐비티로 유도되는 경우 상기 웨이퍼를 상기 멤브레인에 대하여 들어 올려 보관 유지할 수 있고, 상기 웨이퍼가 상기 워크 표면과 맞물리는 경우 상기 웨이퍼를 더욱 보관 유지하고 그 다음 공기가 상기 캐비티로 유도될 수 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 연마 헤드에 부착된 리테이너(retainer)를 도 포함하고, 이 리테이너는 연마하는 동안 상기 웨이퍼를 보유하기 위해서 상기 연마 헤드로부터 상기 웨이퍼와 멤브레인 아래로 연장되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 멤브레인은, 상기 리테이너가 마모됨에 따라서 상기 리테이너의 바닥과 상기 멤브레인 사이의 오프셋이 유지될 수 있도록 상기 리테이너와는 독립적으로이동이 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 리테이너는 연마하는 동안 상기 웨이퍼를 보유하기 위해 상기 멤브레인과 상기 웨이퍼를 둘러싸는 링 형상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 구형 어셈블리는 상기 구동 기구에 부착되어 함께 회전하는 상부 원뿔형 시트와 상기 연마 헤드상에 견고하게 장착 가능한 하부 구형 피봇을 더 포함하고, 상기 하부 구형 피봇은 상기 구동 기구에 대하여 상기 연마 헤드의 피봇 가능한 이동을 위해 상기 상부 원뿔형 시트와 맞물리는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 하부 구형 피봇은 상부를 향하는 구형면을 포함하고, 그 구형면에 대한 임의의 법선이 상기 짐볼 포인트를 통과하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  23. 제15항에 있어서,
    경질 배면 판과 리테이너를 더 포함하고, 이들 둘은 모두 상기 연마 헤드에부착되어 있고, 연마하는 동안 상기 배면 판은 상기 전체 웨이퍼 표면에 대하여 균일한 압력을 인가하여 상기 웨이퍼를 균일하게 연마하고, 상기 레테이너는 상기 연마 헤드로부터 상기 배면 아래로 연장하여 상기 웨이퍼를 보유하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 배면 판은 상기 리테이너가 마모됨에 따라 상기 리테이너의 바닥과 상기 배면판 사이의 오프셋이 유지되도록 상기 리테이너와 독립적으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 리테이너는 연마하는 동안 상기 웨이퍼를 보유하기 위해 상기 배면 판과 상기 웨이퍼를 둘러싸는 링 형상인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 연마 헤드는 상기 연마 헤드의 워크 표면과 상기 웨이퍼의 앞면을 맞물리도록 단일 웨이퍼를 보관 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  27. 반도체 웨이퍼를 연마하는 방법으로서,
    웨이퍼 연마 장치의 연마 헤드에 상기 반도체 웨이퍼를 위치시키는 단계,
    제1 축을 중심으로 상기 연마 장치의 회전 테이블 상의 연마 패드를 회전 구동시키는 단계,
    제1 축과는 일치하지 않는 제2 축을 중심으로 통상적으로 상기 연마 헤드를 회전 구동시키는 단계,
    상기 웨이퍼의 앞면이 상기 연마 패드의 워크 표면과 맞물리도록 상기 연마 헤드에 의해서 보관 유지되는 상기 웨이퍼를 위치 결정하는 단계,
    상기 연마 패드에 대하여 상기 웨이퍼의 앞면을 돌출 시키는 단계,
    통상적으로 짐볼 포인트를 통과하는 상기 웨이퍼의 앞면에 평행한 힘 하에서 상기 웨이퍼의 앞면의 피봇팅을 방지하는 동시에, 상기 웨이퍼의 앞면에 수직인 방향으로 작용하는 상기 짐볼 포인트를 중심으로 알짜힘(net force)에 응답하여 상기 웨이퍼의 앞면에 대하여 연마 압력을 균일하게 하기 위해서, 계속하여 구동될 상기 연마 헤드의 회전에 따라서 상기 워크 표면의 계면 및 상기 웨이퍼의 앞면보다 높지 않게 위치되는 상기 짐볼 포인트를 중심으로 자유롭게 피봇 운동시키도록 상기 연마 헤드를 보관 유지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼를 위치시키는 단계는 상기 웨이퍼를 연마 블록에 부착하여 상기 연마 블록을 상기 연마 헤드에 고정시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 방법.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 구동 단계는 상기 회전 테이블의 회전 속도 보다 느린 속도로 상기 연마 헤드를 회전하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 구동 단계는 상기 회전 테이블의 회전 속도의 약 40%와 약 70% 사이의 속도로 상기 구동 기구를 회전하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 구동 단계는 상기 회전 테이블의 회전 속도의 약 55%의 속도로 구동 기구를 회전하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 방법.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 위치시키는 단계는 상기 연마 단계 동안 멤브레인에 대하여 상기 웨이퍼를 위로 들어올려 보관 유지하기 위하여 캐비티를 상기 멤브레인 쪽으로 배기 시킴으로써 연마 헤드 상에 장착된 상기 멤브레인 상에 상기 웨이퍼를 장착시키는 단계를 더 포함하고, 이 방법은 상기 워크 표면에 대하여 균일하게 상기 웨이퍼 표면을 가압하기 위해서 상기 캐비티 내의 공기압을 선택적으로 가변시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마 방법.
  33. 제27항의 방법에 따라 상기 웨이퍼를 연마함으로써 형성된 거의 평탄한 표면을 각각 갖는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 웨이퍼 각각은 중앙 축, 상기 중앙 축에 통상적으로 수직한 앞면 및 마무리 연마에서 연마되지 않는 배면을 포함하고, 상기 앞면은 상기 중앙 축으로부터 적어도 상기 둘레 에지의 2밀리미터(0.08인치)까지의 영역에서 회로를 임프린팅시의 리소그래피에서 사용할 수 있을 정도로 균일하게 평탄하고, 이들 웨이퍼는 그 평탄도에 따라서 선택되는 것은 아닌 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 앞면은 상기 앞면으로 사이트(site)의 그리드(grid)를 돌출 시켜 측정함으로써 균일한 평탄도를 가지기 때문에 복수의 전체 사이트가 상기 웨이퍼의 상기 앞면 내에 전체적으로 놓여 있고, 복수의 부분 사이트는 상기 앞면에 부분적으로 그리고 상기 웨이퍼의 둘레 에지 밖에 부분적으로 놓여 있으며, 상기 부분 사이트의 평탄도는 상기 전체 사이트의 평탄도와 거의 동일한 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  36. 제35항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 상기 각 전체 사이트 또는 각 부분 사이트의 영역은 상기 웨이퍼의 앞면의 영역의 약 2%이고 돌출된 전체 사이트 및 부분 사이트는 크기와 형상이 균일한 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 카세트는 적어도 10개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 카세트는 적어도 15개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 카세트는 적어도 20개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 카세트는 적어도 25개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  41. 제33항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 부분 사이트에서 알 수 있는 최대 SFQR 값의 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균은 상기 각 웨이퍼의 전체 사이트에서 알 수 있는 최대 SFQR 값의 카세트에서 모든 웨이퍼에 대한 평균값보다 크고 20%이하인 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 부분 사이트에서 알 수 있는 최대 SFQR 값의 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균은 상기 각 웨이퍼의 전체 사이트에서 알 수 있는 최대 SFQR 값의 카세트에서 모든 웨이퍼에 대한 평균값과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 카세트는 25개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  44. 제33항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 둘레에 놓인 상기 각 부분 사이트는, 함께 취하여 지는 경우, 부분 사이트의 외부링을 구성하고, 상기 전체 사이트의 각각은 상기 외부링의 내향 인접하여 위치 결정되고, 함께 취하여지는 경우 상기 전체 사이트의 내부 링을 구성하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 부분 사이트의 외부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값은, 상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 전체 사이트의 내부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값보다 크고 55%보다 작은 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 부분 사이트의 외부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값은, 상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 전체 사이트의 내부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값보다 크고 30%보다 작은 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 부분 사이트의 외부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값은, 상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 전체 사이트의 내부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값보다 크고 18%보다 작은 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  48. 제47항에 있어서,
    상기 카세트는 25개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  49. 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트로서,
    상기 웨이퍼 각각은 중앙 축, 상기 중앙 축에 통상적으로 수직하고 마무리 연마에서 연마되지 않는 앞면, 마무리 연마에서 연마되지 않는 배면 및 둘레 에지를 포함하고, 상기 앞면은 상기 중앙 축으로부터 적어도 상기 둘레 에지의 2밀리미터(0.08인치)까지의 영역에서 회로를 임프린팅시의 리소그래피에서 사용할 수 있을 정도로 균일하게 평탄하고, 이들 웨이퍼는 그 평탄도에 따라서 선택되는 것은 아닌 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  50. 제49항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 앞면은 상기 앞면으로 사이트(site)의 그리드(grid)를 돌출 시켜 측정함으로써 균일한 평탄도를 가지기 때문에 복수의 전체 사이트가 상기 웨이퍼의 상기 앞면 내에 전체적으로 놓여 있고, 복수의 부분 사이트는 상기 앞면에 부분적으로 그리고 상기 웨이퍼의 둘레 에지 밖에 부분적으로 놓여 있으며, 상기 부분 사이트의 평탄도는 상기 전체 사이트의 평탄도와 거의 동일한 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 상기 각 전체 사이트 또는 각 부분 사이트의 영역은 상기 웨이퍼의 앞면의 영역의 약 2%인 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  52. 제51항에 있어서,
    상기 돌출된 전체 사이트 및 부분 사이트는 크기와 형상이 균일한 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 카세트는 적어도 10개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 카세트는 적어도 15개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 카세트는 적어도 20개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 카세트는 적어도 25개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  57. 제53항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 부분 사이트에서 알 수 있는 최대 SFQR 값의 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균은 상기 각 웨이퍼의 전체 사이트에서 알 수 있는 최대 SFQR 값의 카세트에서 모든 웨이퍼에 대한 평균값보다 크고 20%이하인 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  58. 제57항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 부분 사이트에서 알 수 있는 최대 SFQR 값의 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균은 상기 각 웨이퍼의 전체 사이트에서 알 수 있는 최대SFQR 값의 카세트에서 모든 웨이퍼에 대한 평균값과 거의 동일한 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  59. 제58항에 있어서,
    상기 카세트는 25개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  60. 제53항에 있어서,
    상기 각 웨이퍼의 둘레에 놓인 상기 각 부분 사이트는, 함께 취하여 지는 경우, 부분 사이트의 외부링을 구성하고, 상기 전체 사이트의 각각은 상기 외부링의 내향 인접하여 위치 결정되고, 함께 취하여지는 경우, 상기 전체 사이트의 내부 링을 구성하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  61. 제60항에 있어서,
    상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 부분 사이트의 외부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값은, 상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 전체 사이트의 내부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값보다 크고 55%보다 작은 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  62. 제61항에 있어서,
    상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 부분 사이트의 외부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값은, 상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 전체 사이트의 내부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값보다 크고 30%보다 작은 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  63. 제62항에 있어서,
    상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 부분 사이트의 외부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값은, 상기 카세트에서의 모든 웨이퍼에 대한 평균으로서 취해지는, 상기 전체 사이트의 내부 링의 각 사이트에 대한 평균 SFQR값보다 크고 18%보다 작은 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
  64. 제63항에 있어서,
    상기 카세트는 25개의 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일측 연마된 단결정 반도체 웨이퍼의 카세트.
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