KR20060065624A - 웨이퍼 반송 장치, 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드의 외측에는, 하부에 지립층을 갖춘 원통형 드레스 링이, 연마 패드 표면에 접촉되면서 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
연마 장치, 연마 패드, 플라텐, 웨이퍼, 드레스 링

Description

웨이퍼 반송 장치, 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 제조 방법 {WAFER TRANSFER APPARATUS AND WAFER POLISHING APPARATUS, AND METHOD FOR MANUFACTURING WAFER}
도1은 본 발명의 웨이퍼 연마 장치의 제1 실시예에 관한 웨이퍼 연마 장치를 도시하는 평면도.
도2는 도1의 측방 단면도.
도3은 제1 실시예에 이용되는 웨이퍼 유지 헤드를 설명하는 단면도.
도4는 본 발명의 웨이퍼 연마 장치의 제2 실시예를 도시하는 단면도.
*도5는 본 발명의 웨이퍼 연마 장치의 제3 실시예를 도시하는 단면도.
도6은 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예인 웨이퍼 연마 장치의 전체도.
도7은 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예인 웨이퍼 연마 장치에 있어서의 웨이퍼 유지 헤드의 배치를 설명하는 도면.
도8은 본 발명의 웨이퍼 연마 장치의 제4 실시예를 도시하는 상방으로부터 본 평면도.
도9는 도8의 측면도.
도10은 본 발명의 웨이퍼 연마 장치의 제5 실시예를 도시한 도면 중 스핀들의 단면도.
도11은 본 발명의 제5 실시예인 웨이퍼 연마 장치의 웨이퍼 유지 헤드의 단면도.
도12는 본 발명의 제5 실시예에 있어서의 1 실시예인 웨이퍼 연마 장치 전체를 설명하는 도면.
도13은 본 발명의 웨이퍼 반송 장치 및 웨이퍼 연마 장치의 제6 실시예를 도시하는 평면도.
도14는 도13의 측면도.
도15는 도13 중 트레이부 근방의 확대도.
도16은 도13 중 웨이퍼 착탈 기구 근방의 확대도.
도17은 본 발명의 제6 실시예인 웨이퍼 연마 장치의 웨이퍼 유지 헤드를 설명하기 위한 단면도.
도18은 종래의 웨이퍼 연마 장치를 설명하는 도면.
도19는 종래의 웨이퍼 연마 장치를 설명하는 도면.
도20은 종래의 웨이퍼 연마 장치에 이용되는 웨이퍼 유지 헤드를 설명하는 도면.
도21은 본 발명의 제5 실시예가 적용되는 웨이퍼 연마 장치이기도 한, 종래의 웨이퍼 연마 장치를 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 101 : 웨이퍼 연마 장치
2 : 드레스 링
3 : 링 가이드
4 : 노즐
5 : 베이스부
11, 41, 71 : 웨이퍼 유지 헤드
*12, 42, 72 : 헤드 본체
15, 45, 75 : 다이어프램
16, 46, 76 : 캐리어
17, 47, 77 : 리테이너 링
24, 54 : 유체실
51 : 고정 링
60 : 압력 조정 기구
61 : 연마제 공급부
63 : 헤드 본체 관로
65 : 리테이너 링 관로
66 : 연마제 포켓
104 : 플라텐
106 : 연마 패드
111 : 카루우젤
117 : 연마제 유지 링
119 : 연마제 공급부
W : 웨이퍼
본 발명은, 반도체 제조 공정에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드에 연마할 웨이퍼를 전달하는 동시에, 연마된 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드로부터 수취하기 위한 웨이퍼 반송 장치 및, 반도체 웨이퍼 표면을 연마하는 장치에 이용되는 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 제조 방법에 관한 것이다.
본 명세서는 일본 특허 출원(특원평11-69336호, 특원평11-69337호, 특원평11-69338호, 특원평11-135019호)를 기초로 한 것이며, 그 일본 출원의 기재 내용은 본 명세서의 일부로서 받아들이기로 한다.
근년, 반도체의 고집적화에 수반하여 패턴의 미세화가 진행하고 있고, 특히 다층 구조가 미세한 패턴의 형성을 용이하고 또한 확실하게 행하기 위해서, 제조 공정 중에 있어서의 반도체 웨이퍼의 표면을 가능한 한 평탄화시키는 것이 중요하게 되어 있다. 이와 같이 반도체 웨이퍼의 표면을 보다 평탄하게 함으로써 패턴의 형성 정밀도가 향상되는 외에, 패턴의 형성에 예를 들면 광 리소그래피 처리 등을 이용하는 경우에 노광의 초점 조정이 용이해지며, 작업 효율이 향상되고, 또한 반도체 제조 장치에 복잡한 기구를 설치하지 않아도 되기 때문에, 반도체 웨이퍼의 제조 비용이 염가로 되는 등의 이점이 있다.
그 경우, 표면의 막을 연마하기 위해서 평탄화의 정도가 높은 화학 기계적 연마법(CMP법)이 각광을 받고 있다. CMP법이라 함은, SiO2를 이용한 알칼리성 슬러리나 SeO2를 이용한 중성 슬러리, 혹 Al2O3을 이용한 산성 슬러리, 지립제 등을 이용한 슬러리를 이용하여 화학적·기계적으로 웨이퍼 표면을 연마하고, 평탄화하는 방법이다. 일반적으로, 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 웨이퍼 연마 장치에서는, 웨이퍼를 유지하는 웨이퍼 연마 헤드(웨이퍼 유지 헤드)와 연마 패드를 부착한 플라텐을 대향하도록 배치시키고, 웨이퍼 표면을 연마 패드에 밀어붙이면서, 연마제를 공급하면서 웨이퍼 연마 헤드를 연마 패드 상에서 회전시킴으로써 연마를 하고 있다.
그런데, 이 연마 패드는 가능한 한 평탄한 것이 바람직하지만, 웨이퍼 연마를 함으로써 그 표면이 열화하여 연마 능력(연마율)의 저하가 발생하거나, 연마에 의한 연마 패드의 편마모, 눈메꿈이 생김으로써 패드 표면에는 약간의 요철이나 기울기가 생겨 연마 성능(균일성이나 잔막 두께의 변동 정도 등)은 저하된다. 그 때문에, 연마 패드의 연마 성능을 더욱 향상시키기 위해서, 이 연마 패드에 대하여 눈 재생(드레싱)이 행하여진다. 즉, 웨이퍼 연마 공정을 끝낸 연마 패드의 표면에 드레서를 접촉하여 회전시킴으로써 드레싱을 행하고 있다.
혹은 도18, 도19에 도시한 바와 같이, 연마 공정과 드레싱 공정을 동시에 행하는 방법도 있다. 즉, 도18에 도시한 바와 같은 제1 종래 예에 있어서, 웨이퍼 연마 장치(250)는, 선회 가능하게 지지된 아암(251)의 선단에 부착된 웨이퍼 유지 헤 드(252)와, 연마 패드(256)에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급 수단(253)과, 드레서(254)를 구비한 것이다. 연마제 공급 수단(253)은, 플라텐(255)의 표면에 부착된 연마 패드(256)에 연마제를 직접 공급하도록 되어 있고, 웨이퍼 유지 헤드(252)에 유지된 웨이퍼(W)는 이 연마 패드(256)의 표면에 접촉하면서 회전되는 것에 따라 연마된다. 한편, 드레서(254)는 구동 기구(257)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있고, 이 구동 기구(257)는 베이스부(258)에 지지되어 있다. 또한, 이 베이스부(258)는 가이드(259)에 의해서 화살표(Y) 방향으로 직접 이동 가능하게 지지되어 있다. 그리고 드레서(254)는, 웨이퍼(W)를 연마함으로써 연삭 성능이 저하한 연마 패드(256)의 표면을 드레싱하도록 되어 있다. 이 때, 웨이퍼의 연마와 드레싱은 연마 패드(256) 상의 다른 위치에서 행하여지고 있다.
도19에 도시하는 제2 종래 예에 있어서는, 웨이퍼 연마 장치(300)는, 회전 가능한 3개의 플라텐(301) 및 그 표면에 부착된 연마 패드(302)와, 두 갈래 형상으로 형성된 아암(303)의 각각의 선단에 설치된 웨이퍼 유지 헤드(304)와, 각각의 연마 패드(302)의 직경 방향으로 설치된 가이드(305)에 따라서 직접 구동되는 드레서(306)를 구비하고 있다. 아암(303)은 축(303a)에 선회 가능하게 지지되어 있고, 웨이퍼 유지 헤드(304)에 지지된 웨이퍼는 각각의 연마 패드(302)에 의해서 연마되도록 되어 있다. 또한, 이 웨이퍼 연마와 동시에, 연마 패드(302)의 직경 방향으로 직접 이동 가능하게 설치된 드레서(306)에 의해서 연마 패드(302)의 표면이 드레싱되도록 되어 있다.
또한, 웨이퍼 연마 장치의 제3 종래 예로서, 도20에 도시한 바와 같은 웨이 퍼 유지 헤드(350)를 이용한 것이 있다.
도20에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드(350)는, 상부 판부(351)와 상부 판부(351) 외주에 고정된 통형의 주벽부(352)로 이루어지는 헤드 본체(353)와, 헤드 본체(353)의 내부로 연장된 고무 등의 탄성 재료로 이루어지는 다이어프램(354)과, 유체실(358) 내의 압력을 조정하는 압력 조정 기구(356)와, 다이어프램(354)의 하면에 고정된 원반형의 캐리어(355)와, 이 캐리어(355)의 외주에 동심으로 배치된 원환형 리테이너 링(357)을 구비하고 있다.
캐리어(355) 및 리테이너 링(357)은, 다이어프램(354)의 상면에 마련된 캐리어 고정 링(359)및 리테이너 링 고정 링(362)에 각각 고정되어 있고, 리테이너 링(357)은, 캐리어(355)의 외주면 및 주위 벽부(352)의 사이에 약간의 간극을 두고 동심형으로 배치되어 있다. 여기서, 약간의 간극을 비워 배치되어 있는 것은, 다이어프램(354)의 탄성변형에 의해, 리테이너 링(357)의 반경 방향의 가동 범위가 지나치게 커지는 일을 억제하기 위한 것이다.
웨이퍼 연마시에는, 웨이퍼(W)는, 리테이너 링(357)에 의해서 외주를 걸어 고정하면서 캐리어(355)의 하면에 설치된 웨이퍼 부착 시트(S)(삽입체)에 부착된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 표면을 플라텐(361) 상면에 부착된 연마 패드(363)에 접촉시키면서 웨이퍼 유지 헤드(350)의 외부로부터 연마 패드(363) 표면이나 웨이퍼(W)의 연마면을 향하여 연마제를 공급함과 동시에, 웨이퍼 유지 헤드(350)와 플라텐(36l)을 회전시켜 상대 운동시킴으로써, 웨이퍼(W)는 연마된다.
이 때, 캐리어(355)와 리테이너 링(357)은, 다이어프램(354)의 탄성 변형에 의해서, 각각 독립하여 상하 방향으로 변위되는 부유식 구조로 되어 있고, 캐리어(355) 및 리테이너 링(357)의 연마 패드(363)에의 압박 압력은, 압력 조정 기구(356)에 의해서 조정된 유체실(358) 내부의 압력에 따라서 변화되도록 되어 있다.
제1, 제2 종래 예에 도시한 바와 같은 웨이퍼 연마 장치에 의해서 웨이퍼를 연마하는 경우, 웨이퍼 연마 공정과 드레싱은 동시에 행할 수 있기 때문에 유효하지만, 제1 종래 예에 도시한 웨이퍼 연마 장치에 의해서 웨이퍼(W)를 연마하는 경우, 연마제는 웨이퍼 유지 헤드(252)의 외부로부터 연마 패드(256)의 표면에 직접 공급된다. 이 경우, 플라텐(255)의 회전에 의한 원심력에 의해, 공급된 연마제의 대부분은 외부로 흘러 나와 버리고, 충분한 연마 효과를 얻기 위해서는 대량의 연마제를 공급해야만 했다. 그리고, 비싼 연마제를 대량으로 낭비하고, 효율 좋게 연마제를 사용할 수 없다는 문제가 생겼다. 또한, 연마에 의해서 생긴 연마 부스러기는 연마제를 연마 패드 표면에 공급함으로써 흘려 제거하고 있었지만, 이 경우도 대량의 연마제를 사용해야 하고, 고비용으로 효율이 나쁜 연마 부스러기의 제거 방법이었다. 이는, 제3 종래 예에 도시한 바와 같은 웨이퍼 연마 장치에 관해서도 마찬가지이다.
또한, 드레서(254)의 점유하는 부분이 크기 때문에, 설치 가능한 웨이퍼 유지 헤드(252)의 수는 적어지며, 기계의 사용 능률이 저하된다는 문제가 생겼다.
또한, 제2 종래 예에 있어서는, 드레서(306)는, 연마 패드(302)에 비하여 그 형상이 작고, 연마 패드(302)에 대하여 직선형으로 이동되는 구성이기 때문에, 전 체를 균일하게 압박하는 것이 곤란하며, 연마 패드(302) 표면의 평탄화는 충분히 이루어지지 않았다.
여기서, 도2l에, 웨이퍼 연마 장치의 제4 종래 예를 도시한다. 웨이퍼 연마 장치(400)는, 연마할 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 유지 헤드(40l)와, 원반형으로 형성된 플라텐(403) 상면에 전면에 걸쳐 부착된 연마 패드(402)를 구비하고 있다. 이 중 웨이퍼 유지 헤드(401)는, 헤드 구동 기구인 카루우젤(404) 하부에 복수 부착된 것이며, 스핀들(411)에 의해서 회전 가능하게 지지되고, 연마 패드(402) 상에서 유성 회전되게 되어 있다. 또 이 경우, 플라텐(403)의 중심 위치와 웨이퍼 유지 헤드(401)의 공전 중심을 편심시켜 설치하는 것도 가능하다.
플라텐(403)은, 베이스(405)의 중앙에 수평에 배치되어 있고, 이 베이스(405) 내에 설치된 플라텐 구동 기구에 의해 축선 주위로 회전되도록 되어 있다. 베이스(405)의 측방에는 지주(407)가 설치되어 있는 동시에, 지주(407)의 사이에는, 카루우젤 구동 기구(410)를 지지하는 상방 부착판(409)이 배치되어 있다. 카루우젤 구동 기구(410)는, 하방에 설치된 카루우젤(404)을 축선 주위로 회전시키는 기능을 갖고 있다.
베이스(405)로부터는, 맞댐부(412)가 상방으로 돌출하도록 배치되어 있고, 맞댐부(412)의 상단에는, 간격 조정 기구(413)가 설치된다. 한편, 맞댐부(412)의 상방에는, 걸림부(414)가 대향 배치되어 있다. 이 걸림부(414)는, 상방 부착판(409)에 고정됨과 동시에, 상방 부착판(409)으로부터 하방으로 돌출하는 구성으로 되어 있다. 그리고, 이 간격 조정 기구(413)를 조절하고, 맞댐부(412)와 걸림 부(414)를 접촉시킴으로써, 웨이퍼 유지 헤드(401)와 연마 패드(402)의 거리 치수를 적절히 하고 있다. 그리고, 웨이퍼 유지 헤드(401)에 유지된 웨이퍼(W)와 연마 패드(402) 표면을 접촉시킴과 동시에, 카루우젤(404)과 플라텐(403)을 회전시킴으로써 웨이퍼(W)는 연마된다.
이 때, 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 유지 헤드(401)는 복수 설치된 것이지만, 연마에 의해서 연마 패드(402)의 두께가 감소되고, 웨이퍼 유지 헤드(401)와 플라텐(403)에 부착된 연마 패드(402)의 위치가 미묘히 변화하는 경우가 있다. 그 때문에 웨이퍼(W)의 균일성, 평탄성이 악화된다고 하는 결점이 생기고 있었다. 그러나 간격 조정 기구(413)를 그 때마다 조정하는 것은 실용적이지 않은 뿐만 아니라, 연마시에 생기는 압박력에 견디면서 ㎛ 단위의 위치 조정을 좌우의 간격 조정 기구(413)로 조정하는 것은 곤란했다. 또한, 웨이퍼 유지 헤드(401)의 치수의 변화에 의해서도 위치 어긋남이 발생하여 연마 성능이 다른 경우가 있었다. 그 때문에, 웨이퍼(W)에 의해서 과연마품이나 연마부족품이 생겨 버린다는 문제가 생겼다.
여기서, 제2 종래 예에 도시하는 연마 장치에 의한 웨이퍼(W)의 연마에 관해서 설명한다. 도19에 있어서, 연마할 웨이퍼(W)는, 두 갈래 형상으로 형성된 2기의 아암(303)의 각각의 선단에 설치된 웨이퍼 유지 헤드(304)에 각각 유지되어 있다. 이들 웨이퍼(W)는, 회전 가능한 3대의 플라텐(301)의 각각의 표면에 부착된 연마 패드(302)[이하, 각각 연마 패드(302a, 302b, 302c)라 한다]와 접촉하면서 회전됨으로써 연마되도록 되어 있다. 이 때, 연마 패드(302a, 302b)는 일차 연마용 연마 패드(302c)는 이차 연마용으로 되어 있다. 또한, 이들 연마 패드(302a, 302b, 302c)는, 각각의 직경 방향으로 설치된 가이드(305)에 따라서 직접 이동되는 드레서(306)에 의해서 드레싱되도록 되어 있다. 아암(303)은 축(303a)에 선회 가능하게 지지되어 있고, 웨이퍼(W)는 연마 패드(302a, 302c)에 의해서 일차 연마된 후, 연마 패드(302b)에 의해서 이차 연마되도록 되어 있다. 웨이퍼(W)는, 웨이퍼 착탈부(308)에 있어서, 신축 가능한 취급 로보트(307)에 의해서 웨이퍼 유지 헤드(304)에 착탈되도록 되어 있다. 즉, 취급 로보트(307)는 센드카세트(309)로부터 연마할 웨이퍼(W)를 취출하여 이 웨이퍼(W)를 웨이퍼 착탈부(308)에 있어서 웨이퍼 유지 헤드(304)에 장착시킨다. 그리고, 연마 종료 후의 웨이퍼(W)는 취급 로보트(307)에 의해서 웨이퍼 착탈부(308)에 있어서 웨이퍼 유지 헤드(304)로부터 이탈되어, 수납 카세트(310)로 보내진다.
이 경우, 웨이퍼 유지 헤드(304)에 대한 웨이퍼의 착탈은, 신축되는 취급 로보트(307)에 의해서 행해지게 되어 있고, 취급 로보트(307)의 구조는 복잡한 것이다. 이 때문에, 웨이퍼(W)에 대하는 취급 동작의 신뢰성이 저하하거나, 장치의 세정등의 보수가 곤란해진다. 또한, 복수의 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유지 헤드(304)에 착탈시키려면, 취급 로보트(307)의 신축 범위를 크게 해야 하며, 그 때문에 취급 로보트(307)는 대형화·복잡화된다. 그 때문에, 동작의 스피드는 늦어지며, 효율은 저하된다.
또한, 이 웨이퍼 착탈부인 취급 로보트(307) 자체를 이동시키는 것도 생각할 수 있지만, 장치 전체가 복잡화되어 버리거나, 웨이퍼 유지 헤드(304)의 위치 결정이 곤란하여 지는 등, 신뢰성의 저하나 효율의 저하를 초래하게 된다.
본 발명의 목적은, 웨이퍼의 연마와 연마 패드의 드레싱을 동시에 효율 좋고 안정되게 행할 수 있는 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치는, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 연동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드의 외부에는, 하부에 지립층을 갖춘 원통형의 드레스 링이, 연마 패드 표면에 접촉되면서 회전 가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 웨이퍼 유지 헤드에 의한 웨이퍼의 연마와, 드레스 링에 의한 연마 패드의 드레싱을 동시에 행할 수 있다. 그 때문에, 공정수를 저감시킬 수 있고, 효율 좋은 연마 작업을 할 수 있다. 그리고 원통형의 드레스 링을 회전시킴으로써, 연마 패드의 드레싱은 효과적으로 행할 수 있는 동시에, 연마 패드 전체의 평탄화도 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 제조 방법은, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 연마 공정을 포함한 웨이퍼 제조 방법으로서, 웨이퍼 유지 헤드의 외부에, 하부에 지립층을 갖춘 원통형의 드레스 링을 배치하고, 드레스 링을 연마 패드 표면에 접촉시키면서 회전시킴으로써, 웨이퍼의 연마와 연마 패드의 드레 싱을 동시에 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 웨이퍼의 연마와 연마 패드의 드레싱을 동시에 행할 수 있고, 효율 좋게 연마를 할 수 있다.
*또한, 본 발명의 목적은, 연마제의 사용량을 저감시켜 효율 좋게 웨이퍼의 연마를 할 수 있는 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치는, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드 하면에서의 웨이퍼를 유지한 부분의 주위와 연마 패드의 접촉 부분의 일부에 형성되어, 내부에 연마제를 수용함과 동시에 연마 패드측으로 개구된 연마제 포켓과, 이 연마제 포켓에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연마 장치에 따르면, 웨이퍼 유지 헤드 하면에서의 웨이퍼 주위에서의 연마 패드의 접촉 부분의 일부에, 연마제가 수용된 연마제 포켓이 형성되었기 때문에, 연마제는 이 연마제 포켓과 연마 패드에 의해서 유지된다. 그 때문에, 플라텐에 부착된 연마 패드가 회전하더라도, 원심력에 의한 연마제의 외측으로의 유출은 저감된다. 그리고, 웨이퍼 유지 헤드 및 플라텐이 회전함으로써, 연마제 포켓내의 연마제는 구석구석 연마 패드 표면에 공급되어, 효율 좋게 연마 작용에 기 여된다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치는, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드의 외부에는, 그 하면을 연마 패드에 접촉시키면서 웨이퍼 유지 헤드 외주와 접촉하지 않도록 배치된 연마제 유지 링이 회전 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 연마제 유지 링을 설치함으로써, 연마제의 외부에의 유출을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 제조 방법은, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 연마 공정을 포함한 웨이퍼 제조 방법에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드 하면에서의 웨이퍼를 유지한 부분의 주위에, 연마제가 공급되기 위한 연마 패드측에 개구한 연마제 포켓을 설치함과 동시에, 웨이퍼 유지 헤드의 하면을 연마 패드에 접촉시키면서 이 웨이퍼 유지 헤드를 회전시켜, 연마제 포켓에 공급된 연마제의 외부에의 유출을 억제하면서 웨이퍼 연마면 및 연마 패드 표면에 연마제를 공급하여 웨이퍼의 연마를 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 연마제를 웨이퍼 유지 헤드의 내부에 공급하도록 했기 때문에, 최소한의 연마제의 사용량에 의해서 효율 좋게 연마 작용 을 얻을 수 있다. 또한, 연마제 포켓의 개구부를 연마 패드에 의해서 막도록 웨이퍼 유지 헤드와 연마 패드를 접촉시키면서 연마를 하게 하였기 때문에, 플라텐의 회전에 의한 연마제의 외부에의 유출을 저감할 수가 있고, 연마제의 사용량을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 제조 방법은, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 연마 공정을 포함한 웨이퍼 제조 방법으로서, 웨이퍼 유지 헤드의 외측에, 연마 패드에 접촉하면서 웨이퍼 유지 헤드 외주와 접촉하지 않도록 설치된 연마제 유지 링을 배치하고, 웨이퍼 유지 헤드 및 연마제 유지 링을 회전시킴과 동시에 이 웨이퍼 유지 헤드 외주와 연마제 유지 링 내주 의 사이에 연마제를 공급하고, 이 연마제 유지 링에 의해서 연마제의 외부에의 유출을 억제하면서 웨이퍼의 연마를 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 연마제를 연마제 유지 링과 웨이퍼 유지 헤드의 사이에 공급시킴으로써, 연마제는 웨이퍼의 주위에서 직접 공급되어 효율 좋은 연마를 할 수 있는 동시에, 연마제 유지 링에 의해서 연마제의 외측에의 유출을 저감시킬 수 있어, 연마제의 사용량을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 복수의 웨이퍼의 연마를 동시에 안정되게 행할 수 있는 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치는, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드의 상부에 연결됨과 동시에 이 웨이퍼 유지 헤드를 수평 회전 가능하게 지지하는 스핀들과, 스핀들을 결합시키기 위한 통형 결합부를 갖는 스핀들 하우징이 복수 설치된 스핀들 지지부를 구비하고, 스핀들에는, 스핀들 지지부의 상대적 위치를 변화시킴으로써 웨이퍼 유지 헤드의 축선 방향의 위치를 조정하기 위한 조정 기구가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 복수 설치된 웨이퍼 유지 헤드의 축선 방향의 위치는, 조정 기구에 의해서 각각 별개로 조정할 수가 있기 때문에, 각각의 웨이퍼의 연마 조건을 일정하게 유지하면서, 안정된 연마를 할 수 있다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 제조 방법은, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 연마 공정을 포함한 웨이퍼 제조 방법으로서, 웨이퍼 유지 헤드를 수평 회전 가능하게 지지하기 위한 스핀들을, 스핀들 지지부에 복수 설치된 스핀들 하우징의 결합부에 각각 결합시켜, 웨이퍼와 연마 패드를 접촉하면서 회전시킴과 동시에, 스핀들에 구비된 조정 기구에 의해서 스핀들 지지부의 상대적 위치를 변화시키도록 웨이퍼 유지 헤드의 축선 방향의 위치를 조정함으로써, 복수의 웨이퍼는, 각각의 위치가 조정되면서 연마되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 연마 작업 중에 있더라도 웨이퍼 유지 헤드의 위치조정이 가능하기 때문에, 각 웨이퍼의 연마 상태나 연마 조건에 의해서 미조정이 가능하고, 각각의 연마를 안정되게 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 웨이퍼가 웨이퍼 유지 헤드에 정밀도 좋고 안정되게 착탈 가능함과 동시에 효율 좋게 연마를 할 수 있는 웨이퍼 반송 장치, 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 웨이퍼 반송 장치는, 연마 패드 상에서 웨이퍼를 회전시키면서 연마하는 웨이퍼 유지 헤드에 연마할 웨이퍼를 전달하는 동시에, 이 웨이퍼 유지 헤드에 부착되고 연마된 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드로부터 수취하기 위한 웨이퍼 반송 장치에 있어서, 웨이퍼를 적재 가능한 트레이부와, 트레이부를 웨이퍼 유지 헤드의 하측을 통과하도록 이동시키는 트레이부 이동 기구와, 트레이부의 하측에서 트레이부에 적재된 연마할 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드 하면에 장착함과 동시에, 이 웨이퍼 유지 헤드에 장착되어 연마된 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드로부터 수취 트레이부에 적재시키기 위한 웨이퍼 착탈 기구를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 반송 장치에 따르면, 웨이퍼의 반송은 트레이부에 의해서 행하여진다. 그리고, 이 트레이부를 웨이퍼 유지 헤드 하방으로 이동시킴과 동시에, 이 위치에 설치되는 웨이퍼 착탈 기구에 의해서, 웨이퍼는 웨이퍼 유지 헤드에 착탈된다. 이와 같이 반송 기구와 착탈 기구를 분리시켰기 때문에, 각각의 기구는 간단해진다. 그 때문에, 각각의 기능의 고속화를 실현할 수가 있는 동시에 동작의 신뢰성도 향상되고, 보수도 용이해진다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치는, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서, 웨이퍼를 적재 가능한 트레이부와, 트레이부를 웨이퍼 유지 헤드의 하측을 통과하도록 이동시키는 트레이부 이동 기구와, 연마 패드와 이격한 위치에 설치되어 트레이부에 적재되다 연마할 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드 하면에 장착함과 동시에 이 웨이퍼 유지 헤드에 장착되어 연마된 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드로부터 수취 트레이부에 적재시키기 위한 웨이퍼 착탈 기구를 구비하고, 웨이퍼 유지 헤드는, 연마 패드 상방과 웨이퍼 착탈 기구 상방을 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 웨이퍼의 반송은 트레이부에 의해서 행하여진다. 그리고, 이 트레이부를 웨이퍼 유지 헤드 하방으로 이동시키는 동시에, 이 위치에 설치되는 웨이퍼 착탈 기구에 의해서, 웨이퍼는 웨이퍼 유지 헤드에 착탈된다. 이와 같이 반송 기구와 착탈 기구를 분리시켰기 때문에, 각각의 기구는 간단해진다. 그 때문에, 각각의 기능의 고속화를 실현할 수가 있는 동시에 동작의 신뢰성도 향상되고, 보수도 용이해진다.
또한, 웨이퍼 유지 헤드에 대하는 웨이퍼의 착탈시에 있어서는, 웨이퍼 유지 헤드는 웨이퍼 착탈 기구 상방으로 이동되고, 한편, 웨이퍼 연마시에 있어서는, 연마 패드 상방으로 이동된다. 이와 같이, 웨이퍼의 연마 기구와 착탈 기구를 이격 시킴으로써, 각각의 기구를 간단하게 구성할 수가 있는 동시에, 각각의 동작은 간섭하는 일없이 안정되게 행하여진다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 제조 방법은, 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 맞대는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 플라텐의 상대 운동에 의해 연마 패드로 웨이퍼를 연마하는 연마 공정과, 웨이퍼 유지 헤드에 연마할 웨이퍼를 전달하는 동시에, 이 웨이퍼 유지 헤드에 부착되고 연마된 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드로부터 수취하기 위한 웨이퍼 반송 공정을 포함한 웨이퍼 제조 방법에 있어서, 연마할 웨이퍼를 적재한 트레이부를, 웨이퍼 착탈 기구 상방으로 이동시킴과 동시에, 이 트레이부 상방으로 웨이퍼 유지 헤드를 이동시켜, 웨이퍼 착탈 기구에 의해서 트레이부에 적재되어 있는 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드에 장착시킨 후, 이 웨이퍼 유지 헤드를 연마 패드 상으로 이동시켜 웨이퍼의 연마를 행하고, 연마 후의 웨이퍼는, 웨이퍼 유지 헤드로부터 웨이퍼 착탈 기구로 전달됨과 동시에 트레이부에 적재되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 반송 기구와 착탈 기구를 분리시켰기 때문에, 각각의 기구는 간단해지고, 각각의 기능의 고속화를 실현할 수가 있는 동시에 동작의 신뢰성도 향상되고, 보수도 용이해진다.
또한, 웨이퍼의 연마 기구와 착탈 기구를 이격하여 배치함과 동시에, 웨이퍼 유지 헤드에 대하는 웨이퍼의 착탈시에 있어서는, 웨이퍼 유지 헤드를 웨이퍼 착탈 기구 상방으로 이동시키고, 한편, 웨이퍼 연마시에 있어서는, 연마 패드 상방으로 이동시키도록 하였으므로, 각각의 기구를 간이하게 구성할 수가 있는 동시에, 각각의 동작을 간섭시키는 일없이 안정되게 행할 수 있다.
이하, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치를 도면을 참조하여 설명한다. 도1은 본 발명의 제1 실시예인 웨이퍼 연마 장치를 상방으로부터 본 평면도이다. 또한, 도2은 도1의 측방 단면도이며, 도3은 본 실시예에 이용되는 웨이퍼 유지 헤드의 일례를 도시하는 단면도이다.
도1, 도2에 있어서, 웨이퍼 연마 장치(1)는, 웨이퍼 유지 헤드(11)와, 이 웨이퍼 유지 헤드(11)의 외부에 설치된 드레스 링(2)과, 이 드레스 링(2)을 지지하는 링 가이드(3)와, 연마제 공급 수단으로서의 노즐(4)을 구비하고 있다.
웨이퍼 유지 헤드(11)는 베이스부(5)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 본 실시예에서는 2개 설치되어 있다. 그리고, 이 웨이퍼 유지 헤드(11)에 유지되어 있는 웨이퍼(W)는, 회전되는 플라텐(P)에 부착된 연마 패드(Su)의 표면에 접촉되어 있다.
연마 패드(Su)의 재질에는, 종래부터 웨이퍼(W)의 연마에 사용되고 있던 것이면 어떤 것이라도 좋고, 예를 들면 폴리에스테르 등으로 이루어지는 부직포에 폴리우레탄 수지 등의 연질수지를 함침시킨 벨로어 타입 패드, 폴리에스테르 등의 부직포를 기재로 하여 그 위에 발포 폴리우레탄 등으로 이루어지는 발포 수지층을 형성한 쉐이드 타입패드, 혹은 독립 발포시킨 폴리우레탄 등으로 이루어지는 발포 수지 시트가 사용된다.
웨이퍼 유지 헤드(11)의 외부에는, 그 하단면에 지립층을 갖는 원환형의 드레스 링(2)이 설치되어 있다. 이 드레스 링(2)은, 웨이퍼 유지 헤드(11)의 외부 직경보다 크고 또 연마 패드(Su)의 반경보다 작은 직경을 갖도록 형성되어 있고, 웨이퍼 유지 헤드(11)의 사이에 간격(6)을 갖도록 설치되어 있다. 그리고, 이 드레스 링(2)은, 하단면에 형성된 지립층을 연마 패드(Su)의 표면에 접촉시키고 있다.
*드레스 링(2)은, 연마 패드(Su) 상에 적재되어 있고, 플라텐(P)이 회전함으로써 생기는 연마 패드(Su)와 드레스 링(2)의 마찰력에 의해서 함께 회전하도록 되어 있다. 또한, 드레스 링(2)을 지지하고 있는 링 가이드(3)는 각각 2개의 롤러(3a)를 갖추고 있고, 드레스 링(2)의 위치를 유지하면서, 이 드레스 링(2)의 회전을 방해하지 않도록 지지시키고 있다.
베이스부(5)에는, 연마 패드(Su)의 중심 근방을 향해서 연마제를 직접 공급하기 위한 노즐(연마제 공급 수단)(4)이 설치된다. 이 노즐(4)은, 선단이 연마 패드(Su)의 표면에서 이격하도록 설치되어 있고, 각각의 드레스 링(2)의 중간부에 연마제를 공급시키게 되어 있다.
다음에, 웨이퍼 유지 헤드(11)에 관해서 설명한다.
도3에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드(11)는, 상부 판부(13) 및 통형으로 형성된 주벽부(14)로 이루어지는 헤드 본체(12)와, 헤드 본체(12)의 내부에 연장된 다이어프램(15)과, 다이어프램(15)의 하면에 고정된 원반형 캐리어(16)와, 주벽부(14)의 내벽과 캐리어(16)의 외주면에 동심형으로 설치된 원환형 리테이너 링(17)을 구비하고 있다.
헤드 본체(12)는, 원판형 상부 판부(13)와 상부 판부(13)의 외주 하방으로 고정된 통형 주벽부(14)로 구성되고, 헤드 본체(12)의 하단부는 개구되어 공중으로 되어 있다. 상부 판부(13)는, 샤프트(19)에 동축으로 고정되어 있고, 샤프트(19)에는, 압력 조정 기구(30)에 연통된 유로(25)가 수직 방향으로 형성되어 있다. 또한, 주벽부(14)의 하단부에는, 전체 둘레에 걸쳐 단부(14a) 및 반경 방향 내쪽으로 돌출된 원환형 걸림부(20)가 형성되어 있다.
섬유 보강 고무 등의 탄성 재료로 이루어지는 다이어프램(15)은 원환형 또는 원판형으로 형성되어 있고, 다이어프램 고정 링(21)에 의해서 주벽부(14)의 내벽에 형성된 단부(14a) 상에 고정되어 있다.
다이어프램(15) 상방에는 유체실(24)이 형성되어 있고, 샤프트(19)에 형성된 유로(25)에 연통되어 있다. 그리고, 유체실(24) 내부에, 압력 조정 기구(30)로부터 유로(25)를 통해서, 공기를 비롯한 유체가 공급됨으로써, 유체실(24) 내부의 압력은 조정된다.
세라믹 등의 고강성 재료로 이루어지는 캐리어(16)는 거의 원반형으로 일정한 두께로 형성되어 있고, 다이어프램(15)의 상면에 설치된 캐리어 고정 링(22)에 의해서 고정되어 있다. 캐리어 고정 링(22)의 상부에는 원환형으로 단부(22a)가 형성되어 있고, 상부 판부(13)로부터 수직 방향으로 삽입 관통되어 너트(29), 스페이서(29a)에 의해서 고정되어 있는 스톱퍼 볼트(28)의 하단에 형성된 단부(28a)와 결합되도록 되어 있다. 그리고, 예를 들면 웨이퍼 유지 헤드(11)가 상승되어, 캐리어(16) 등의 자중에 의해서 다이어프램(15)이 하방으로 휘더라도, 단부(22a)와 단부(28a)가 결합함으로써, 다이어프램(15)에 지나친 힘을 작용시키지 않게 되어 있다.
리테이너 링(17)은, 주벽부(14)의 내벽과 캐리어(16)의 외주면의 사이에 원환형으로 형성되어 있고, 주벽부(14)의 내벽의 사이 및 캐리어(16)의 외주면의 사이에 약간의 간극을 두고, 주벽부(14) 및 캐리어(16)와 동심형으로 배치되어 있다. 또한, 리테이너 링(17)은, 다이어프램(15)의 상면에 설치된 리테이너 링 고정 링(23)에 의해서 고정되어 있다. 리테이너 링(17)의 상단면 및 하단면은 수평으로 형성되어 있다. 또한, 리테이너 링(17)의 외주면에는 단부(17a)가 형성되어 있고, 웨이퍼 유지 헤드(11)가 상승되었을 때, 단부(17a)와 걸림부(20)가 결합함으로써 리테이너 링(17)의 하방향으로의 지나친 이동을 억제하고, 다이어프램(15)에 국소적인 힘을 작용시키지 않게 되어 있다.
또, 이 웨이퍼 유지 헤드(11)로서는 여러 가지의 것을 이용하는 것이 가능하고, 예를 들면 헤드 구동 기구인 카루우젤과 웨이퍼 유지 헤드를 구면 베어링에 의해서 틸팅 가능하게 지지한 것등 여러 가지 것을 채용할 수가 있다.
이러한 웨이퍼 연마 장치(1)에 의해서 웨이퍼(W)를 연마하는 경우, 우선 웨이퍼 유지 헤드(11)의 하면에 웨이퍼(W)를 유지시킨다. 즉, 우선 웨이퍼(W)는, 캐리어(16)의 하면에 설치된 웨이퍼 부착 시트(16a)(삽입체)에 부착된다. 그리고, 웨이퍼(W)는 리테이너 링(17)에 의해서 주위에 걸리면서, 그 표면이 플라텐(P) 상 면에 부착된 연마 패드(Su)에 접촉된다.
다음에, 유로(25)로부터 유체실(24)에 공기 등의 유체를 유입시킴으로써, 유체실(24) 내의 압력을 조절하고, 캐리어(16) 및 리테이너 링(17)의 연마 패드(Su)에의 압박 압력을 조절한다. 캐리어(16) 및 리테이너 링(17)은 다이어프램(15)에 지지된, 각각 독립하여 상하 방향으로 변위 가능한 부유식 구조로 되어 있고, 유체실(24) 내부의 압력에 의해서 연마 패드(Su)에의 압박 압력이 조절 가능하게 되어 있다.
그리고, 캐리어(16) 및 리테이너 링(17)의 연마 패드(Su)에의 압박 압력을 조절하면서, 플라텐(P)을 회전시킴과 동시에, 각각의 웨이퍼 유지 헤드(11)를 회전시키게 되어 있다. 이와 동시에, 연마 패드(Su)를 부착한 플라텐(P)을 도1 중, 반시계 방향으로 회전시켜, 노즐(4)로부터 연마제를 공급시킨다.
이 때 드레스 링(2)은 연마 패드(Su) 상에 적재된 것이며, 회전하는 연마 패드(Su)와 드레스 링(2) 하면의 마찰력에 의해서 회전되도록 되어 있다. 즉, 연마 패드(Su) 의 중심측 부분과 외측 부분에서는 각각의 부분에 있어서 드레스 링(2)에 작용시키는 힘이 다르지만, 이 힘의 차를 이용하여 회전시키는 것이다. 예를 들면, 연마 패드(Su)를 도1 중, 반시계 방향으로 회전시킨 경우, 이 드레스 링(2)에 작용하는 마찰력이 가장 큰 부분은, 연마 패드(Su)의 외측 부분에 상당하는 위치(b1)이다. 그리고, 드레스 링(2)은, 링가이드(3)에 의해서 그 상대적 위치가 유지되면서 회전 가능하게 지지되어 있기 때문에, 드레스 링(2)에도 반시계 방향 힘이 작용된다. 그 결과, 이 드레스 링(2)은 연마 패드(Su)의 회전과 연동하도록 함 께 회전되고, 반시계 방향으로 회전되도록 되어 있다.
또, 각각의 롤러(3a)와 모터 등으로 이루어지는 구동부(3b)를 타이밍 벨트(3c)에 의해서 연결시켜, 능동적으로 회전 가능하게 해도 좋다. 롤러(3a)를 회전 가능하게 함으로써 드레스 링(2)에 보조력이 작용되어, 드레스 링(2)의 회전을 원활하게 할 수 있다. 이 때, 하나의 구동부(3b)에 의해서 각각의 롤러(3a)를 구동시킴으로써, 복수 설치된 롤러(3a)의 회전의 동기는 안정되게 실현된다.
물론, 드레스 링(2)을 구동부(3b)에 의해서 적극적으로 구동시키는 것도 가능하다. 이 경우, 예를 들면 드레스 링(2)의 외주에 기어부를 설치함과 동시에, 롤러(3a)에도 기어부를 설치하고, 이들 기어부 끼리를 맞물리게 함으로써 회전시키는 것도 가능하다.
이렇게 해서, 각각의 드레스 링(2)을 회전시킴으로써, 드레스 링(2)의 하단면에 형성된 지립층의 작용에 의해서 연마 패드(Su)의 표면은 드레싱된다.
이와 같이, 복수 설치된 웨이퍼 유지 헤드(11)의 각각의 외측에 드레스 링(2)을 설치했기 때문에, 웨이퍼(W)의 연마와 연마 패드(Su)의 드레싱을 동시에 효율 좋게 행할 수 있다.
또한, 원통형 드레스 링(2)의 내부에 웨이퍼 유지 헤드(11)를 배치시켰기 때문에, 드레스 링(2) 내부의 스페이스는 유효하게 이용된 구성으로 되어 있다. 그 때문에, 연마 패드(Su) 상에 복수의 웨이퍼 유지 헤드(11) 및 드레스 링(2)을 배치시킬 수 있어, 장치 전체를 효율 좋게 사용할 수가 있다.
원환형 지립층을 갖춘 드레스 링(2)을 복수 배치시켰기 때문에, 연마 패 드(Su)에는 드레싱이 실시됨과 동시에, 형상 수정(트루잉)도 동시에 실시된다. 즉, 연마 패드(Su) 자체의 두께가 불균일하거나, 연마 패드(Su)와 플라텐(P)을 부착하는 접착층의 두께가 불균일하거나 한 경우, 연마 패드(Su) 표면에는 약간의 요철이 생기는 경우가 있지만, 상기 드레스 링(2)을 이용함으로써 형상 수정이 실시되어, 상기 연마 패드(Su)의 표면은 평탄화된다.
드레스 링(2)은 연마 패드(Su) 상에 적재시킨 것이며, 연마 패드(Su)에의 압박력은 드레스 링(2)의 자중에 의한 것이다. 그리고, 그 회전도 연마 패드(Su)의 마찰을 이용한 것이며, 예를 들면 각종 액츄에이터를 이용한 능동적 수단에 의하지 않고 회전되도록 되어 있다. 그 때문에, 드레스 링(2)과 연마 패드(Su)의 접촉 각도는 현저히 경사지지 않게 되어 있는 동시에, 연마 패드(Su)는 강제적으로 연마되지 않게 되어 있다. 그 때문에, 연마 패드(Su)의 표면은 지나치게 연마되지 않고, 균일한 드레싱을 실시할 수 있다.
또, 노즐(4)을 복수 설치함과 동시에, 연마제를 각각의 웨이퍼 유지 헤드(11)의 주변부인 간격(6)에 공급시키는 것도 가능하다. 간격(6)에 연마제를 공급시킴으로써, 연마 패드(Su)가 회전되고 있더라도, 연마제는 드레스 링(2)에 의해서 유지되어 있기 때문에, 원심력에 의해서 반경 방향 외측으로 유출하여 버리는 일이 없다. 그 때문에, 연마제의 사용량을 저감시킬 수 있다. 또한, 연마할 웨이퍼(W)의 주변에 직접 연마제가 공급되기 때문에, 웨이퍼(W)의 연마나 연마 패드(Su)의 드레싱은 효율 좋게 또한 저비용으로 행하여진다.
이 때, 드레스 링(2)의 주벽부의 일부에 관통 구멍을 설치하는 것도 가능하 다. 상기 관통 구멍을 형성시킴으로써, 이 관통 구멍이 간격(6)에 수용된 연마제의 출구부로 되어, 노즐(4)로부터 공급된 새로운 연마제와, 간격(6) 내의 열화한 혹은 연마 부스러기를 포함한 연마제가 일정한 비율로 치환된다. 그 때문에, 연마제의 열화를 방지시킬 수 있다.
<제2 실시예>
이하, 본 발명의 제2 실시예에 의한 웨이퍼 연마 장치를 도면을 참조하여 설명한다. 도4는 본 발명의 웨이퍼 연마 장치의 제2 실시예 중 웨이퍼 유지 헤드(41)를 도시하는 단면도이다.
또, 도4에 도시하는 웨이퍼 유지 헤드(41)는, 예를 들면 도6, 도7에 도시하는 웨이퍼 연마 장치(101) 전체도 중, 헤드 구동 기구인 카루우젤(111) 하부에 복수 부착되는 것이며, 원반형으로 형성된 플라텐(104) 상면에 전면에 걸쳐 부착된 연마 패드(106) 상에서 유성 회전되도록 되어 있다.
도6에 있어서, 플라텐(104)은, 베이스(103)의 중앙에 수평에 배치되어 있고, 이 베이스(103) 내에 설치된 플라텐 구동 기구에 의해 축선 주위로 회전되도록 되어 있다. 또한, 이 플라텐(104)의 표면에 부착되어 있는 연마 패드(106)의 재질에는, 종래부터 웨이퍼의 연마에 사용되고 있던 것이면 어떤 것이라도 좋고, 예를 들면 폴리에스테르 등으로 이루어지는 부직포에 폴리우레탄 수지 등의 연질 수지를 함침시킨 벨로어 타입 패드, 폴리에스테르 등의 부직포를 기재로 하여 그 위에 발포 폴리우레탄 등으로 이루어지는 발포 수지층을 형성한 쉐이드 타입 패드, 혹은 독립 발포시킨 폴리우레탄 등으로 이루어지는 발포 수지 시트가 사용된다.
베이스(103)의 측방에는 지주(107)가 설치됨과 동시에, 그 내측에는 상방 부착판(109)이 배치되어 있다. 이 상방 부착판(109)은, 카루우젤 구동 기구(110)를 지지하는 구성이라고 되어 있고, 카루우젤 구동 기구(110)의 하방에는, 카루우젤(111)이 설치되어 있다. 이 카루우젤 구동 기구(110)는, 카루우젤(111)을 축선 주위로 회전시키는 기능을 갖고 있다.
베이스(103)로부터는, 맞댐부(112)가 상방으로 돌출하도록 배치되어 있다. 이들 맞댐부(112)의 상단에는, 간격 조정 기구(113)가 설치된다. 한편, 맞댐부(112)의 상방에는, 걸림부(114)가 대향 배치되어 있다. 이 걸림부(114)는, 상방 부착판(109)에 고정됨과 동시에, 상방 부착판(109)으로부터 하방으로 돌출하는 구성으로 되어 있다. 그리고, 이 간격 조정 기구(113)를 조절하고, 맞댐부(112)와 걸림부(114)를 접촉시킴으로써, 웨이퍼(W)를 유지한 웨이퍼 유지 헤드(41)와 연마 패드(106)의 거리 치수를 적절한 것으로 하고 있다.
또한, 카루우젤(111)의 하면에는, 플라텐(104)과 대향하는 합계 6대의 웨이퍼 유지 헤드(41)가 설치된다. 웨이퍼 유지 헤드(41)는, 도7에 도시한 바와 같이, 카루우젤(111)의 중심에서 동일 거리에 있어서 카루우젤(111)의 중심축 주위에 60°마다 배치되어 있고, 각각, 도시를 생략한 헤드 구동 기구에 의해 원주 방향으로 회전되는 동시에, 카루우젤 구동 기구(110)에 의해, 유성 회전되게 되어 있다. 또, 플라텐(104)의 중심 위치와 웨이퍼 유지 헤드(41)의 공전 중심을 편심시켜 설치해도 좋다.
다음에, 웨이퍼 유지 헤드(41)에 관해서 설명한다.
도4에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드(41)는, 상부 판부(43)및 통형으로 형성된 주벽부(4)로 이루어지는 헤드 본체(42)와, 헤드 본체(42)의 내부에 연장된 다이어프램(45)과, 다이어프램(45)의 하면에 고정된 원반형 캐리어(46)와, 주벽부(4)의 내벽과 캐리어(46)의 외주면에 동심형으로 설치된 원환형 리테이너 링(47)을 구비하고 있다.
헤드 본체(42)는, 원판형 상부 판부(43)와 상부 판부(43)의 외주 하방에 고정된 통형 주벽부(4)로 구성되고, 헤드 본체(42)의 하단부는 개구되어 중공으로 되어 있다. 상부 판부(43)는, 카루우젤(111)에 연결되는 샤프트(49)에 동축으로 고정되어 있고, 샤프트(49)에는, 압력 조정 기구(60)에 연통된 유로(55)가 수직 방향으로 형성되어 있다. 또한, 주벽부(4)의 하단부에는, 전체 주위에 걸쳐 단부(44a) 및 반경 방향 내향 돌출된 원환형 걸림부(50)가 형성되어 있다.
섬유 보강 고무 등의 탄성 재료로 이루어지는 다이어프램(45)은 원환형 또는 원판형으로 형성되어 있고, 다이어프램 고정 링(51)에 의해서 주벽부(4)의 내벽에 형성된 단부(44a) 상에 고정되어 있다.
다이어프램(45) 상방에는 유체실(54)이 형성되어 있고, 샤프트(49)에 형성된 유로(55)에 의해서 연통되어 있다. 그리고, 유체실(54) 내부에, 압력 조정 기구(60)로부터 유로(55)를 통해서, 공기를 비롯하는 유체가 공급됨으로써, 유체실(54) 내부의 압력은 조정된다.
세라믹 등의 고강성 재료로 이루어지는 캐리어(46)는 거의 원반형으로 일정한 두께로 형성되어 있고, 다이어프램(45)의 상면에 설치된 캐리어 고정 링(52)에 의해서 고정되어 있다. 캐리어 고정 링(52)의 상부에는 원환형으로 단차부(52a)가 형성되어 있고, 상부 판부(43)로부터 수직 방향으로 삽입 관통되어 너트(59), 스페이서(59a)에 의해서 고정되어 있는 스톱퍼 볼트(58)의 하단에 형성된 단부(58a)와 결합되도록 되어 있다. 그리고, 웨이퍼 유지 헤드(41)가 승강 기구(108)에 의해서 상승되고, 캐리어(46) 등의 자중에 의해서 다이어프램(45)이 하방으로 처져도 단차부(52a)와 단차부(58a)가 결합함으로써, 다이어프램(45)에 지나친 힘을 작용시키지 않게 되어 있다.
리테이너 링(47)은, 주벽부(4)의 내벽과 캐리어(46)의 외주면의 사이에 원환형으로 형성되어 있으며, 주벽부(4)의 내벽과의 사이 및 캐리어(46)의 외주면과의 사이에 약간의 간극을 두고, 주벽부(4) 및 캐리어(46)와 동심형으로 배치되어 있다. 또한, 리테이너 링(47)은, 다이어프램(45)의 상면에 설치된 리테이너 링 고정 링(53)에 의해서 고정되어 있다. 리테이너 링(47)의 상단면 및 하단면은 수평으로 형성되어 있다. 또한, 리테이너 링(47)의 외주면에는 단차부(47a)가 형성되어 있고, 웨이퍼 유지 헤드(41)가 승강 기구(108)에 의해서 상승했을 때, 단부(47a)와 걸림부(10)가 결합함으로써 리테이너 링(47)의 하방향으로의 지나친 이동을 억제하고, 다이어프램(45)에 국소적인 힘을 작용시키지 않게 되어 있다.
헤드 본체(42)의 상부 판부(43)에는 연마제 공급부(61)와 연결되기 위한 조인트부(62)가 설치된다. 이 조인트부(62)로부터는, 상부 판부(43)의 내부에 있어 수직 방향으로 형성됨과 동시에 주벽부(4)에 연통한 헤드 본체 관로(63)가 형성되어 있다. 이 때 상부 판부(43)와 주벽부(4) 사이에는 O링(42a)이 설치되어 있고, 상부 판부(43)와 주벽부(4)의 접촉을 안정시키고 있다.
헤드 본체 관로(63)의 하단은 주벽부(4)의 내주면측을 향하여 관통하도록 형성되어 있고, 가요성 관로(64)의 일단과 연결되어 있다. 이 가요성 관로(64)는, 예를 들면 고무관등의 탄성체로부터 형성되어 있고, 그 타단은 리테이너 링(47)의 내부에 형성된 리테이너 링 관로(65)와 연통되어 있다.
리테이너 링 관로(65)는, 그 외주위면과 하면을 관통하도록 설치되어 있고, 하단측에는 연마제 포켓(66)이 형성되어 있다. 이 연마제 포켓(66)은, 리테이너 링 관로(65)와 연통된 것이며, 리테이너 링(47)의 하면에 따라서 원환형으로 연마 패드(106)측에 개구된 홈형의 것이다. 그리고, 연마제 공급부(61)로부터 공급된 연마제는, 헤드 본체 관로(63), 가요성 관로(64), 리테이너 링 관로(65)를 통하여 연마제 포켓(66)에 공급되도록 되어 있다.
이러한 웨이퍼 유지 헤드(41)를 이용하여 웨이퍼(W)의 연마를 하는 경우, 우선 웨이퍼(W)는, 캐리어(46)의 하면에 설치된 웨이퍼 부착 시트(46a)(삽입체)에 부착된다. 그리고, 웨이퍼(W)는 리테이너 링(47)에 의해서 주위를 걸려 지지되면서, 그 표면을 플라텐(104) 상면에 부착된 연마 패드(106)에 맞닿는다. 이 때, 연마제 포켓(66)을 갖춘 리테이너 링(47)의 하면도 연마 패드(106)에 맞닿는다.
다음에, 유로(55)로부터 유체실(54)에 공기 등의 유체를 유입시킴으로써, 유체실(54) 내의 압력을 조절하고, 캐리어(46) 및 리테이너 링(47)의 연마 패드(106)에의 압박 압력을 조절한다. 캐리어(46) 및 리테이너 링(47)은 다이어프램(45)에 지지된, 각각 독립하여 상하 방향으로 변위 가능한 부유식 구조로 되어 있고, 유체 실(54) 내부의 압력에 의해서 연마 패드(106)에의 압박 압력이 조절 가능하게 되어 있다.
그리고, 캐리어(46) 및 리테이너 링(47)의 연마 패드(106)에의 압박 압력을 조절하면서, 플라텐(104)을 회전시킴과 동시에, 웨이퍼 유지 헤드(41)를 유성 회전시키게 되어 있다.
이와 동시에, 연마제 공급부(61)에서 연마제를 헤드 본체 관로(63)에 공급시킨다. 이 연마제는 헤드 본체 관로(63), 가요성 관로(64), 리테이너 링 관로(65)를 통과하여 연마제 포켓(66)에 공급된다. 연마제 포켓(66)의 개구측은 연마 패드(106)에 의해서 막힌 상태로 되어 있으며, 연마제는, 이 연마제 포켓(66)의 원환 형상에 따라서 구석구석 전달되게 되어 있다.
그리고 웨이퍼 유지 헤드(41)를 회전시킴으로써, 연마 패드(106)의 표면에는 연마제 포켓(66)으로부터 연마제가 공급된다. 그리고 이 연마제는 웨이퍼(W)의 연마면까지 공급되어, 웨이퍼(W)의 표면은 연마된다.
이 때, 웨이퍼(W)의 주위에 형성된 연마제 포켓(66)으로부터 연마제를 직접 공급시키기 때문에, 연마제는 웨이퍼(W)의 연마면에 효율 좋게 공급된다. 또한, 이 연마제 포켓(66)은, 연마 패드(106)의 표면에 접촉되어 있는 리테이너 링(47)의 하면에 원환 홈형으로 형성된 것이다. 그 때문에, 플라텐(104)에 부착된 연마 패드(106)나, 웨이퍼 유지 헤드(41) 자체가 회전되더라도, 연마제는 이 연마제 포켓(66) 내에 유지되고 있기 때문에, 원심력에 의해서 반경 방향 외부로 유출하여 버리는 일이 없다. 그 때문에, 최소한의 연마제 사용량으로 효율 좋게 연마를 할 수 있다. 그리고, 연마 헤드(41) 자체가 회전함으로써 연마제는 구석구석 연마 패드(106) 표면에 공급되어, 연마제를 효율 좋게 연마 작용에 기여시킬 수 있다.
또한, 연마에 의해서 생긴 연마 부스러기는, 웨이퍼 유지 헤드(41) 및 연마 패드(106)의 회전에 의해서 연마제 포켓(66) 내부의 연마제에 교반되기도 하지만, 연마 패드(106)의 표면에 부착한 연마 부스러기는, 예를 들면 연마 패드(106) 표면의 거의 중앙에 별도 공급되는 Ph 제어수 등에 의해서 효율 좋게 제거된다.
또한, 연마 부스러기의 제거를, 연마제의 Ph를 바꾸지 않는 용액만, 혹은 희석한 연마제를 이용하여 행하는 것도 가능하고, 비싼 연마제의 사용량을 저감시킬 수 있다.
또한, 헤드 본체 관로(63)와 리테이너 링 관로(65)를 탄성체로 이루어지는 가요성 관로(64)에 의해서 연결함으로써, 리테이너 링(47)의 축선 방향으로의 변위에 의한 부유식 효과를 방해하는 일없이 연마제를 공급시킬 수 있어, 안정된 연마를 할 수 있다.
또, 본 실시예에 있어서의 연마제 포켓(66)의 형상은, 도4에 도시한 바와 같이 그 상면(66a)을 리테이너 링(47) 하면과 평행하게 되도록 설치한 것이지만, 캐리어(46) 측과 주벽부(4) 측에 단차를 형성해도 좋다. 예를 들면 상면(66a)의 캐리어(46) 측을 낮게 한 경우, 연마제 포켓(66) 내의 연마제는 웨이퍼(W) 측으로 흐르기 쉬워지기 때문에, 웨이퍼(W) 측에 연마제를 많이 공급하려는 경우에 효과적이다. 또한, 상면(66a)의 주벽부(4) 측을 낮게 한 경우, 연마제는 외부로 흐르기 쉬워지기 때문에, 연마 부스러기의 제거를 우선하려는 경우 등에 효과적이다.
<제3 실시예>
다음에, 본 발명의 제3 실시예에 의한 웨이퍼 유지 헤드(71)를 도면을 참조하여 설명한다. 도5는 본 발명의 웨이퍼 연마 장치의 웨이퍼 유지 헤드(71)를 도시하는 단면도이다.
또, 도5에 도시하는 웨이퍼 유지 헤드(71)는, 제2 실시예와 마찬가지로, 예를 들면 도6에 도시한 웨이퍼 연마 장치(101) 전체도 중, 헤드 구동 기구인 카루우젤(111)하부에 복수 설치되는 것이며, 플라텐(104) 상에 부착된 연마 패드(106)상에서 유성 회전되도록 되어 있다.
도5에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드(71)는, 제2 실시예와 마찬가지로 상부 판부(73) 및 통형으로 형성된 주벽부(74)로 이루어지는 헤드 본체(72)와, 헤드 본체(72)의 내부에 연장된 섬유 강화 고무 등의 탄성 재료로 이루어지는 다이어프램(75)과, 다이어프램(75)의 하면에 고정된 원반형 캐리어(76)와, 주벽부(74)의 내벽과 캐리어(76)의 외주면에 동심형으로 설치된 원환형 리테이너 링(77)을 구비하고 있다.
그리고, 카루우젤(111)에 연결되기 위한 샤프트(79)에는, 압력 조정 기구(90)에 연통된 유로(85)가 수직 방향으로 형성되어 있고, 유체실(84)에 연통되어 있다. 또한, 주벽부(74)의 하단부에 형성된 단부(74a)에는 다이어프램(75)이 다이어프램 고정 링(81)에 의해서 고정되어 있다.
원반형 캐리어(76)는, 다이어프램(75)을 통해 캐리어 고정 링(82)에 의해서 고정되어 있고, 원환형 리테이너 링(77)은, 리테이너 링 고정 링(83)에 의해서 고 정되어 있다.
연마제 공급부(91)에 연결한 조인트부(92)로부터는 헤드 본체 관로(93)가 연통되어 있다. 이 헤드 본체 관로(93)는, 상부 판부(73)의 내부를 수직 방향 하방에 도중까지 형성된 후 주벽부(74)를 향하여 연장되어, 이 주벽부(74)의 중간 정도로부터 주벽부(74)의 하면에 관통하도록 형성되어 있다. 이 때 상부 판부(73)와 주벽부(74)는 O링(72a)을 통해 연결되어 있다.
헤드 본체(72)의 외측에는 원환형 외부 링 지지부(94)가 설치되어 있다. 이 외부 링 지지부(94)는, 그 상부를 상부 판부(73)의 측벽과 고정시키고 있는 동시에, 하부는 주벽부(74)의 외부 중간에 위치시켜 내측으로 구부려진 단면 L자형으로 형성되어 있고, 단차부(94a)가 형성되어 있다.
외부 링 지지부(94)의 공간 내부에는, 원환형 외부 링(95)이 설치되어 있다. 이 외부 링(95)은 스프링 등의 탄성체로 이루어지는 외부 링 억압부(96)에 의해서 외부 링 지지부(94)의 공간 내부와 연결되어 있고, 상하 방향으로 변위 가능하게 지지되어 있다.
또한, 외부 링(95)의 상부에는 외향 돌출한 단부(95a)가 형성되어 있고, 웨이퍼 유지 헤드(71)가 승강 기구(108)에 의해서 상승했을 때, 외부 링 지지부(94)의 단차부(94a)에 의해서 하측에의 이동을 압박하도록 되어 있다.
외부 링(95)의 하면은 연마 패드(106)의 표면과 접촉되어 있으며, 외부 링(95)의 내주면과 리테이너 링(77) 외주면 및 주벽부(74) 하면에 의해, 원환형 공간인 연마제 포켓(97)이 형성되어 있다.
이러한 구성을 갖는 웨이퍼 유지 헤드(71)에 의해서 웨이퍼(W)를 연마하는 경우, 웨이퍼(W)를 캐리어(76)의 하면에 설치된 웨이퍼 부착 시트(76a)(삽입체)에 부착함과 동시에 리테이너 링(77)에 의해서 결합하면서, 그 표면을 플라텐(104) 상면에 부착된 연마 패드(106)에 접촉시킨다. 그리고, 유체실(84) 내의 압력을 조절하고, 캐리어(76) 및 리테이너 링(77)의 연마 패드(106)에의 압박 압력을 조절한다.
그리고, 플라텐(104)을 회전시킴과 동시에, 웨이퍼 유지 헤드(71)를 유성 회전시킨다. 이와 동시에, 연마제 공급부(91)로부터 연마제를 헤드 본체 관로(93)에 공급하여 연마제 포켓(97)에 공급시킨다.
이 때, 리테이너 링(77) 및 외부 링(95)은 축선 방향으로 변위 가능하게 지지된 부유식 구조이기 때문에, 각각의 하면의 연마 패드(106)에의 접촉은 안정되게 실현되어 있다.
그리고 웨이퍼 유지 헤드(71)를 회전시킴으로써, 연마 패드(106)의 표면에는 연마제 포켓(97)으로부터 연마제가 공급되어, 웨이퍼(W)의 표면은 연마된다. 이 때, 웨이퍼(W)의 주위에 형성된 연마제 포켓(97)으로부터 연마제를 직접 공급시키기 때문에, 연마제는 웨이퍼(W)의 연마면에 효율 좋게 공급된다.
연마제 포켓(97)은 외부 링(95)과 리테이너 링(77)과 주벽부(74)에 둘러싸인 것이며, 리테이너 링(77) 및 외부 링(95)은 각각 다이어프램(75) 및 외부 링 억압부(96)에 의해서 상하 방향으로 변위 가능한 부유식 구조이기 때문에, 각각의 하면은 연마 패드(106)에 확실하게 맞닿는다. 그 때문에, 제2 실시예와 마찬가지로, 연마 패드(106)나, 웨이퍼 유지 헤드(71) 자체가 회전하더라도, 연마제는 연마제 포켓(97) 내에 유지되고 있기 때문에, 원심력에 의해서 외부로 대량에 유출하여 버리는 일이 없다. 그리고, 연마 헤드(71) 자체가 회전함으로써 연마제는 구석구석 연마 패드(106) 표면에 공급되어, 효율 좋게 연마제를 연마 작용에 기여시킬 수 있다.
그리고, 연마에 의해서 생긴 연마 부스러기는 웨이퍼 유지 헤드(71) 자체의 회전에 의해서 교반되고 있는 상기 연마제 포켓(97) 내의 연마제에 섞이고, 연마 부스러기는 효율 좋게 연마 패드(106) 표면이나 웨이퍼(W) 연마면에서 제거된다. 그 때문에, 종래에는 발생한 연마 부스러기는 대량의 연마제에 의해서 흘려 제거되고 있었지만, 본 발명에서는, 연마제, 또는 연마제의 용액만, 혹은 희석한 연마제를 이용함으로써 제거 가능해지며, 비싼 연마제의 사용량을 저감시킬 수 있다.
또, 제2 실시예와 마찬가지로, 이 웨이퍼 유지 헤드(71)의 리테이너 링(77)의 하면에 연마제 포켓을 부가하는 것도 물론 가능하다. 이러한 구성으로 함으로써, 연마제는, 리테이너 링(77) 하면에 형성된 연마제 포켓과, 헤드 본체(72) 외부에 외부 링(95)을 설치함으로써 리테이너 링(77)과 외부 링(95)의 사이에 형성된 연마제 포켓(97)과 공급되어 외부에의 유출이 저감되기 때문에, 쓸데없는 연마제의 사용을 저감시킬 수 있다.
<제4 실시예>
다음에, 본 발명의 제4 실시예에 의한 웨이퍼 연마 장치를 도8, 도9를 참조하여 설명한다.
도8, 도9에 있어서, 웨이퍼 연마 장치(115)는, 웨이퍼 유지 헤드(116)와, 이 웨이퍼 유지 헤드(116)의 외부에 설치된 연마제 유지 링(117)과, 이 연마제 유지 링(117)을 지지하는 링 가이드(118)와, 연마제 공급부(119)를 구비하고 있다. 또, 웨이퍼 유지 헤드(116)에는, 예를 들면 도20에 도시한 것을 이용할 수 있다.
웨이퍼 유지 헤드(116)는 베이스부(122)에 회전 가능하게 지지되어 있고, 본 실시예에서는2개 설치되어 있다. 그리고, 이 웨이퍼 유지 헤드(116)에 유지되어 있는 웨이퍼(W)는, 회전되는 플라텐(120)에 부착된 연마 패드(121)의 표면에 접촉되어 있다.
웨이퍼 유지 헤드(116)의 외부에 설치된 원환형 연마제 유지 링(117)은, 웨이퍼 유지 헤드(116)의 외부 직경보다 크게 또한 연마 패드(121)의 반경보다 작은 직경을 갖도록 형성되어 있고, 웨이퍼 유지 헤드(116)의 사이에 간격(123)을 갖도록 설치된다. 그리고, 이 연마제 유지 링(117)은, 하단면을 연마 패드(121)의 표면에 접촉시키고 있다.
연마제 유지 링(117)은, 연마 패드(121) 상에 적재되어 있고, 플라텐(120)이 회전함으로써 생기는 연마 패드(121)와 연마제 유지 링(117)의 마찰력에 의해서 회전되도록 되어 있다. 또한, 연마제 유지 링을 지지하고 있는 링 가이드(118)는 각각 2개의 롤러(118a)를 갖추고 있고, 연마제 유지 링(117)의 위치를 유지하면서, 이 연마제 유지 링(117)의 회전을 방해하지 않도록 지지하고 있다.
베이스부(122)로부터는, 이 연마제 유지 링(117)과 웨이퍼 유지 헤드(116)의 사이에 형성된 간격(123)에 연마제를 공급시키기 위한 연마제 공급부(119)가 설치 되어 있다. 이 연마제 공급부(119)는 튜브형의 것이며, 각각의 간격(123)에 연마제를 공급시키기 위해서 2개소에 배치되어 있고, 그 선단을 연마 패드(121)와 이격시켜 설치되어 있다.
또한, 연마제 유지 링(117)의 측벽부 하방에는, 연마제 공급부(119)로부터 공급된 새로운 연마제와 간격(123)에 수용되어 있는 연마제를 치환시키기 위해서, 관통 구멍인 출구부(117a)가 형성되어 있다. 또 이 출구부(117a)는 연마제 유지 링(117)의 하단보다 약간 상방에 형성되어 있고, 연마제 유지 링(117)의 하단에 설치된 지립층은 그 원환 형상을 유지한 채로 연마 패드(121)에 접촉되어 있다.
이러한 웨이퍼 연마 장치(115)에 의해서 웨이퍼(W)를 연마하는 경우, 우선 웨이퍼 유지 헤드(116)의 하면에 웨이퍼(W)를 유지시킨다. 그리고, 이 웨이퍼 유지 헤드(116)를 회전시킴과 동시에 웨이퍼(W)의 연마면을 연마 패드(121)에 접촉시킨다. 이와 동시에, 연마 패드(121)를 부착한 플라텐(120)을 도8 중, 반시계 방향으로 회전시켜, 간격(123)에 연마제를 연마제 공급부(119)로부터 공급시킨다.
이 때 연마제 유지 링(117)은 연마 패드(121) 상에 적재된 것이며, 회전하는 연마 패드(121)와 연마제 유지 링(117) 하면의 마찰력에 의해서 회전되도록 되어 있다. 즉, 연마 패드(121)의 중심측 부분과 외측 부분은 각각의 부분에 있어서 연마제 유지 링(117)에 작용시키는 힘이 다르지만, 이 힘의 차를 이용하여 회전시키는 것이다. 예를 들면, 연마 패드(12l)를 도8 중, 반시계 방향으로 회전시킨 경우, 이 연마제 유지 링(117)에 작용하는 마찰력이 가장 큰 부분은, 연마 패드(121)의 외측 부분에 상당하는 위치(P)이다. 그리고, 연마제 유지 링(117), 링가이 드(118)에 의해서 그 상대적 위치를 유지하면서 회전 가능하게 지지되어 있기 때문에, 연마제 유지 링(117)에도 반시계 방향의 힘이 작용된다. 그 결과, 이 연마제 유지 링(117)은 연마 패드(121)의 회전과 연동하도록 반시계 방향으로 회전된다.
또, 각각의 롤러(118a)와 구동부(118b)를 타이밍 벨트(118c)에 의해서 연결시켜, 능동적으로 회전 가능하게 하더라도 좋다. 롤러(118a)를 회전 가능하게 함으로써 연마제 유지 링(117)에 보조력이 작용되어, 연마제 유지 링(117)의 회전을 원활하게 할 수 있다. 이 때, 도8에 도시한 바와 같이, 하나의 구동부(118b)에 의해서 각각의 롤러(118a)를 구동시킴으로써, 복수 설치된 롤러(118a)의 회전의 동기는 안정되게 실현된다.
간격(123)에 공급된 연마제는, 연마제 유지 링(117)에 의해서 외측으로 유출하지 않게 되어 있다. 그리고, 이 연마제 유지 링(117) 내에 설치된 웨이퍼 유지 헤드(116)를 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)는 연마제를 공급하면서 연마된다. 이 때, 연마제 유지 링(117)도 회전되기 때문에, 연마제 유지 링(117)은 연마 패드(121) 및 웨이퍼 유지 헤드(116)의 상대적 위치를 변화시키지 않게 되어 있다. 그 때문에, 간격(123) 내의 연마제의 유지는 안정되게 실현된다.
이와 같이, 웨이퍼 유지 헤드(116)의 외부에 연마제 유지 링(117)을 설치하고, 이 웨이퍼 유지 헤드(116)와 연마제 유지 링(117)의 사이에 형성된 간격(123)에 연마제를 공급시키도록 함으로써, 연마제를 웨이퍼 유지 헤드(116)의 주위에서 효율 좋게 공급시킬 수 있다. 또한 연마 패드(121)가 회전되고 있더라도, 연마제는 연마제 유지 링(117)에 의해서 외부에의 유출이 방지되어 있기 때문에, 연마제 의 사용량을 저감시킬 수 있어, 효율 좋게 또한 저비용으로 웨이퍼(W)의 연마를 행할 수 있다.
*또한, 연마에 의해서 발생한 연마 부스러기는, 간격(123)에 수용된 연마제에 교반되도록 제거된다. 또한(더욱), 연마제 공급부(119)로부터 연마제의 용액부분만을 공급함으로써도 연마 부스러기의 제거는 가능하고, 연마제의 사용량을 저감시킬 수 있다.
연마제 유지 링(117)에 출구부(117a)를 설치함으로써, 연마제 공급부(119)로부터 공급된 새로운 연마제와, 간격(123) 내의 열화한 혹은 연마 부스러기를 포함한 연마제를 일정한 비율로 치환시킬 수 있어, 연마제의 열화를 방지할 수가 있다.
또한, 연마제 유지 링(117)은 연마 패드(121) 상에 적재 한 것이며, 연마 패드(121)에의 압박력은 연마제 유지 링(117)의 자중에 의한 것이다. 그리고, 그 회전도 연마 패드(121)의 마찰을 이용한 것이며, 예를 들면 각종 액츄에이터를 이용한 능동적 수단에 의존하지 않고 회전되도록 되어 있기 때문에, 연마제 유지 링(117)과 연마 패드(121)의 접촉 각도는 현저히 경사지지 않게 되어 있다. 그 때문에, 연마제 유지 링(117)에 의한 연마 패드(121)에의 국소적인 억압은 방지되어, 연마 패드(12l)의 손상은 방지되고 있다.
또, 이 연마제 유지 링(117)의 하단면에 지립층을 설치하고, 연마 패드(121)에의 드레싱 작용을 부여시키는 것도 가능하다. 연마제 유지 링(117)에 드레싱작용을 마련함으로써, 웨이퍼(W)의 연마와 연마 패드(121)의 드레싱을 동시에 행할 수 있고, 공정의 단축화를 실현할 수가 있다. 그리고, 연마제를 연마제 유지 링(117)과 웨이퍼 유지 헤드(116)의 간격(123)에 직접 공급시킴으로써, 연마제는 외부에의 유출을 억제하면서, 웨이퍼(W)의 주위에서 직접 공급되어 효율 좋은 연마를 할 수 있다.
또한, 지립층을 갖춘 연마제 유지 링(117)은 연마 패드(121) 상에 적재된 것이기 때문에, 연마 패드(121)의 접촉 각도는 현저히 경사지지 않게 되어 있는 동시에, 연마 패드(121)는 강제적으로 연마되지 않게 되어 있고, 연마 패드(121)의 표면은 지나치게 연마되지 않고, 균일한 드레싱이 가능한 구성으로 되어 있다.
또, 상술한 각각의 실시예는 웨이퍼(W)의 연마에 한한 것이 아니라, 예를 들면 하드디스크 기판 등, 평탄하면서 경면형으로 연마하는 것이 목적인 각종 연마 대상물에 대하여 적용할 수가 있다.
<제5 실시예>
이하, 본 발명의 제5 실시예에 의한 웨이퍼 연마 장치 및 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 도10은 본 실시예의 웨이퍼 연마 장치 중 스핀들(131)을 도시하는 단면도이다.
또 이 스핀들(131)은, 예를 들면 도21에 도시한 카루우젤(스핀들 지지부)과 웨이퍼 유지 헤드를 연결하는 부분에 설치되는 것이다.
도10에 있어서, 스핀들(131)은, 카루우젤(132)에 설치되어 있는 스핀들 하우징(146)에 형성된 관통구멍인 결합부(150) 내부에 설치된다. 이 스핀들(131)은, 거의 원통 관 형상으로 형성된 축 본체(131a)와, 카루우젤(132)의 하부에 배치된 스핀들측 연결부(134)와, 카루우젤(132)의 상부에 배치된 핸들 지지부(139)와, 이 핸들 지지부(139)로부터 수평 방향으로 연장되도록 설치된 조정 핸들(138)과, 상단측에 설치되고 축 본체(131a)의 관로(131b)와 연통된 유체 공급구(140)를 구비하고 있다. 결합부(150) 내부에는 제1 베어링(133)이 설치되어 있고, 축 본체(131a)는 제1 베어링(133)에 의해서 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 카루우젤(132)의 상면에는, 상측 플랜지부(145)가 설치된다. 그리고, 스핀들(131)과 카루우젤(132)은 부착 나사(132a)에 의해서 연결되어 있다.
스핀들 하우징(146) 중 통형으로 형성된 결합부(150) 내부에는 제1 베어링(133)이 끼워 맞추어져 있다. 이 때, 제1 베어링(133)은 결합부(150) 내부에 있어서 축선 방향으로 미끄럼 이동 가능하게 지지되어 있고, 제1 베어링(133)의 외주와 결합부(150) 내주는 고정되어 있지 않은 상태로 되어 있다. 또한, 제1 베어링(13)3과 축 본체(131a)의 축선 방향의 상대적 위치는 변화되지 않도록 설치되어 있다.
스핀들 하우징(146)의 하면에는, 원환형으로 형성된 환형 볼록부(146a)가 수직 방향 하향으로 이중으로 형성되어 있다. 또한, 제1 베어링(133)의 내주 하부에는, 반경 방향으로 돌출한 원환형 걸림부(146b)가 형성되어 있고, 미끄럼 이동 가능하게 지지된 제1 베어링(133)의 하측에의 이동을 규제하고 있다. 이 때, 걸림부(146b)의 상면에 원환형 판 스프링(155)을 설치하는 것도 가능하고, 이 판 스프링(155)에 의해서 제1 베어링(133)의 하부와 걸림부(146b)가 접촉되었을 때의 충격을 완화하도록 되어 있다.
원통형에 형성된 상측 플랜지부(145)의 내부에는 베어링 지지부(135)가 설치된다. 이 베어링 지지부(135)는 통형으로 형성되어 있고, 외주면의 하부에는 위치 조정용 수나사부(136)가 형성되어 있다. 이 위치 조정용 수나사부(136)는, 스핀들 하우징(146)의 내주면의 상부에 형성된 위치 조정용 암나사부(143)와 나사 결합되도록 되어 있다. 이 때 위치 조정용 암나사부(143)의 축선 방향의 폭은, 위치 조정용 수나사부(136)의 축선 방향의 폭보다 크게 형성되어 있다. 또한, 베어링 지지부(135) 외주면과 상측 플랜지부(145)의 내주면과는 접촉된 상태이며, 베어링 지지부(135)는 상측 플랜지부(145) 내부에서 회전 가능하게 되어 있다.
베어링 지지부(135)의 통형 내부에는 제2 베어링(137)이 설치되어 있고, 축 본체(131a)는, 이 제2 베어링(137)과 제1 베어링(133)으로 회전 가능하게 지지된 구성으로 되어 있다. 또한, 베어링 지지부(135)의 하부에는 제2 베어링(137)을 하방으로부터 지지하도록 설치된 단차부(135a)가 형성되어 있는 동시에, 제2 베어링(137) 외주와 베어링 지지부(135) 내주는 고정되어 있다. 이 제2 베어링(137)은 앵귤러 볼 베어링에 의해서 형성되어 있고, 축 본체(131a)의 축선 방향(스러스트 방향)의 이동을 규제하고 있다. 이 때문에, 축 본체(131a)와 제2 베어링(137)의 상대적 위치는 변화되지 않게 되어 있다.
베어링 지지부(135)의 상방에는 통형 핸들 지지부(139)가 설치된다. 이 핸들 지지부(139)는 볼트(144)에 의해서 베어링 지지부(135)와 고정되어 있는 동시에, 수평 방향으로 연장되도록 설치된 조정 핸들(138)이 연결되어 있다. 이 때, 축 본체(131a)는 핸들 지지부(139)의 통형 내부에서 회전 가능하게 되어 있다. 그 리고 조정 핸들(138)을 이용하여 핸들 지지부(139)를 베어링 지지부(135)와 동시에 회전시킴으로써, 축 본체(131a)는 축선 방향으로 이동되도록 되어 있다.
즉, 베어링 지지부(135)와 핸들 지지부(139)와 제2 베어링(137)은 고정되어 있는 동시에, 제1 베어링(133)은 스핀들 하우징(146)에 대하여 미끄럼 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 제2베어링(137)에 의해서 축 본체(131a)의 스러스트 방향으로의 이동은 규제되어 있고, 제1 베어링(133)과 제2 베어링(137)과 축 본체(131a)의 상대적 위치는 변하지 않도록 설치된다.
이 때, 베어링 지지부(135)를 회전시킴으로써, 위치 조정용 수나사부(136)가 위치 조정용 암나사부(143)에 의해서 회전되고, 그에 수반하여 베어링 지지부(135)는 스핀들 하우징(146)에 대하여 축선 방향으로 이동된다. 그 때문에 축 본체(131a)는, 베어링 지지부(135)의 상대적 위치를 바꾸는 일없이, 카루우젤(132)에 고정된 스핀들 하우징(146)에 대하여 상대적으로 축선 방향으로 이동되도록 되어 있다.
또, 핸들 지지부(139)의 상방에는 눈금반(156)이 설치되어 있고, 이 눈금반(156)에 의해서 핸들 지지부(139)를 회전시킨 각도를 확인할 수 있게 되어 있다.
스핀들(131)의 상방에는, 축 본체(131a)의 관로(131b) 내부에 연통하도록 유체 공급구(140)가 설치되어 있다. 이 유체 공급구(140)로부터 공급되는 예를 들면 공기 등의 유체는, 관로(131b)를 통하여 하단의 개구측까지 보내지게 되어 있다. 이 유체 공급구(140) 근방의 축 본체(131a)의 주위에는 하우징(141)이 설치되어 있고, 유체 공급구(140)에서 공급되는 이외의 유체가 관로(131b) 내부에 침입하는 것 을 방지하고 있다. 또, 하우징(141) 내부에는 제3 베어링(142)이 설치되어 있고, 축 본체(131a)의 회전을 방해하지 않도록 구성되어 있다.
카루우젤(132) 하방으로 돌출한 스핀들(131)의 하부에는, 웨이퍼 유지 헤드와 연결되기 위한 스핀들측 연결부(134)가 형성되어 있다. 이 스핀들 연결부(134)는, 축 본체(131a)에 연결된 외통부(147)와, 이 외통부(147) 내부에 설치된 통형 위치 조정 부재(148)를 구비하고 있다. 또한, 위치 조정 부재(148)의 상방에 일체적으로 설치된 스페이서(151)의 두께를 변경함으로써, 스핀들측 연결부(134)에 연결되는 웨이퍼 유지 헤드의 위치를 조정하는 것도 가능하게 되어 있다.
이 중 센터링 어댑터인 위치 조정 부재(148)는, 원통형에 형성되어 하방으로 돌출하도록 형성된 돌기부(148a)와, 이 돌기부(148a)와 연속하도록 형성된 플랜지부(148b)와, 돌기부(148a) 내부의 공간인 플랜지부(148c)를 구비하고 있다. 또한, 돌기부(148a)의 내부에는, 관로(131b)와 연통하도록 수직방향으로 형성된 공급관(148d)이, 돌기부(148a)의 하단면까지 관통하도록 설치된다.
외통부(147)의 내주면에는 헤드 부착용 암나사부(149)가, 돌기부(148a)의 외주면과 대향하는 높이의 위치에 형성되어 있다. 또한, 외통부(147)의 외측상면에는, 환형 볼록부(146a)에 따르도록 형성된 환형 요부(147a)가 설치된다. 즉 이들에 의해서 래비린스 링이 구성되어 있고, 환형 볼록부(146a)와 환형 요부(147a)에 의해 복잡한 형상을 갖는 간극이 형성됨으로써, 이 간극에는 점성 마찰 저항이나 표면 장력이 작용되어, 제1 베어링(133) 측에는 연마제 등의 액체나 이물 등이 침입하지 않게 되어 있다.
다음에, 이 스핀들(131)에 부착되는 웨이퍼 유지 헤드에 관해서. 도11을 참조하여 설명한다.
도11에 있어서, 웨이퍼 유지 헤드(160)는, 상부 판부(163) 및 통형으로 형성된 주벽부(164)로 이루어지는 헤드 본체(162)와, 헤드 본체(162)의 내부에 연장된 다이어프램(165)과, 다이어프램(165)의 하면에 고정된 원반형 캐리어(166)와, 주벽부(164)의 내벽과 캐리어(166)의 외주면에 동심형으로 설치된 원환형 리테이너 링(167)을 구비하고 있다. 이들 캐리어(166) 및 리테이너 링(167)은, 다이어프램(165)의 탄성 변형에 의해서 축선 방향으로 이동 가능하게 되어 있는 부유식 구조로 되어 있다.
헤드 본체(162)는, 원판형 상부 판부(163)와 상부 판부(163)의 외주 하방에 고정된 통형 주벽부(164)로 구성되고, 헤드 본체(162)의 하단부는 개구되어 중공으로 되어 있다. 상부 판부(163)는, 스핀들(131)에 연결되기 위한 헤드측 연결부인 샤프트부(169)에 동축으로 고정되어 있고, 샤프트부(169)에는, 스핀들(131)의 관로(131b)와 연통되는 유로(175)가 수직 방향으로 형성되어 있다. 이 샤프트부(169)의 외주면에는, 헤드 부착용 수나사부(168)가 형성되어 있다. 또한, 주벽부(164)의 하부에는, 전체 주위에 걸쳐 단부(164a) 및 반경 방향 내향 돌출된 원환형 걸림부(170)가 형성되어 있다.
섬유 보강 고무 등의 탄성 재료로 이루어지는 다이어프램(165)은 원환형 또는 원판형으로 형성되어 있고, 다이어프램 고정 링(171)에 의해서 주벽부(164)의 내벽에 형성된 단차부(164a) 상에 고정되어 있다.
다이어프램(165) 상방에는 유체실(174)이 형성되어 있고, 샤프트부(169)에 형성된 유로(175)와 연통되어 있다. 그리고, 유체실(174) 내부에, 스핀들(131)의 관로(131b)로부터 유로(175)를 통해서, 공기를 비롯한 유체가 공급됨으로써, 유체실(174) 내부의 압력은 조정된다.
세라믹 등의 고강성 재료로 이루어지는 캐리어(166)는 거의 원반형으로 일정한 두께로 형성되어 있고, 다이어프램(165)의 상면에 설치된 캐리어 고정 링(172)에 의해서 고정되어 있다. 캐리어 고정 링(172)의 상부에는 원환형으로 단부(172a)가 형성되어 있고, 상부 판부(163)로부터 수직방향으로 삽통된 너트(179), 스페이서(179a)에 의해서 고정되어 있는 스톱퍼 볼트(178)의 하단에 형성된 단차부(178a)와 결합되도록 되어 있다. 그리고, 웨이퍼 유지 헤드(160)가, 예를 들면 도시하지 않는 승강 기구에 의해서 상승되고, 캐리어(166) 등의 자중에 의해서 다이어프램(165)이 하방으로 처지더라도, 단부(172a)와 단부(178a)가 결합함으로써, 다이어프램(165)에 지나친 힘을 작용시키지 않게 되어 있다.
리테이너 링(167)은, 주벽부(164)의 내벽과 캐리어(166)의 외주면의 사이에 원환형으로 형성되어 있고, 주벽부(164)의 내벽의 사이 및 캐리어(166)의 외주면의 사이에 약간의 간극을 두고, 주벽부(164) 및 캐리어(166)와 동심형으로 배치되어 있다. 또한, 리테이너 링(167)은, 상단면 및 하단면이 수평으로 형성되어 있고, 다이어프램(165)의 상면에 설치된 리테이너 링고정 링(173)에 의해서 고정되어 있다. 또한, 리테이너 링(167)의 외주면에는 단차부(167a)가 형성되어 있고, 웨이퍼 유지 헤드(160)가 상기 승강 기구에 의해서 상승했을 때, 단차부(167a)와 걸림 부(170)가 결합함으로써 리테이너 링(167)의 하방향으로의 지나친 이동을 억제되고, 다이어프램(165)에 국소적인 힘을 작용시키지 않게 되어 있다.
이와 같이 구성된 스핀들(131)과 웨이퍼 유지 헤드(160)는, 각각 형성된 헤드 부착용 암나사부(149)와 헤드 부착용 수나사부(168)를 나사 결합함으로써 연결된다.
즉, 우선 웨이퍼 유지 헤드(160)를 스핀들(131)의 스핀들측 연결부(134)의 하방에 배치함과 동시에, 헤드측 연결부인 샤프트부(169)와 스핀들측 연결부(134)를 접근시킨다. 이 때, 돌기부(148a)와 유로(175)를 끼워 맞추도록 하여 정렬을 행하면서 접근시킨다. 이와 같이, 스핀들측 연결부(134)에 센터링을 행하기 위한 위치 조정 부재(148)를 설치함으로써, 스핀들(131)과 웨이퍼 유지 헤드(160)의 중심 위치 맞춤을 용이하게 행할 수 있다.
정렬을 행하면서 헤드 부착용 암나사부(149)와 헤드부착용 수나사부(168)를 나사 결합시킨다. 그리고, 웨이퍼 유지 헤드(160)의 샤프트부(169) 상단면과 스핀들측 연결부(134) 내부에 설치된 위치 조정 부재(148)의 플랜지부(148b)가 접촉될 때까지 나사 결합시킴으로써, 웨이퍼 유지 헤드(160)와 스핀들(131)의 연결은 종료된다. 또, 스핀들(131)의 토크는, 스핀들측 연결부(134)의 내부에 결합되는 핀(180)에 의해서 전달되도록 되어 있다.
이러한 스핀들(131)에 연결된 웨이퍼 유지 헤드(160)를 이용하여 웨이퍼(W)의 연마를 하는 경우, 우선 웨이퍼(W)는, 캐리어(166)의 하면에 설치된 웨이퍼 부착 시트(166a)(삽입체) 에 부착된다. 그리고, 웨이퍼(W)는 리테이너 링(167)에 의 해서 주위를 걸어 지지하면서, 그 표면이 플라텐(403) 상면에 부착된 연마 패드(402)에 접촉된다. 또, 연마 패드(402)의 재질로는, 종래부터 웨이퍼의 연마에 사용되고 있던 것이면 어떤 것이라도 좋고, 예를 들면 폴리에스터 등으로 이루어지는 부직포에 폴리우레탄 수지 등의 연질 수지를 함침시킨 벨로어타입 패드, 폴리에스테르 등의 부직포를 기재로 하여 그 위에 발포 폴리우레탄 등으로 이루어지는 발포 수지층을 형성한 쉐이드 타입 패드, 혹은 독립 발포시킨 폴리우레탄 등으로 이루어지는 발포 수지 시트가 사용된다.
다음에, 도시하지 않은 유체 공급 수단으로부터 유체 공급구(140)에 공기 등의 유체를 공급시킨다. 공급된 유체는 관로(131b)를 통과하고, 유로(175)로부터 유체실(174)에 유입된다. 유입된 유체는, 유체실(174) 내의 압력을 조절하고, 캐리어(166) 및 리테이너 링(167)의 연마 패드(402)에의 압박 압력을 조절한다. 캐리어(166) 및 리테이너 링(167)은 다이어프램(165)에 지지된, 각각 독립하여 상하 방향으로 변위 가능한 부유식 구조로 되어 있고, 유체실(174) 내부의 압력에 의해서 연마 패드(402)에의 압박 압력이 조절 가능하게 되어 있다.
그리고, 캐리어(166) 및 리테이너 링(167)의 연마 패드(402)에의 압박 압력을 조절하면서, 플라텐(403)을 회전시킴과 동시에, 웨이퍼 유지 헤드(160)를 유성 회전시키게 되어 있다. 이와 동시에, 도시하지 않은 연마제 공급 수단으로부터 연마제를 연마 패드(402) 표면이나 웨이퍼(W)의 연마면에 공급시킴으로써 웨이퍼(W)는 연마된다.
그리고, 웨이퍼(W)의 연마 상태를 확인하면서 알맞은 상태가 되도록, 각각의 조정 핸들(138)을 회전시켜 웨이퍼(W)와 연마 패드(402)의 위치를 조정한다. 또 웨이퍼(W)의 연마 상태의 확인은, 예를 들면 연마 저항 검출용 센서 출력이나 육안 확인 등에 의해서 행할 수 있다. 웨이퍼 유지 헤드(160)의 높이 방향의 위치 조정은, 위치 조정용 수나사부(136)와 위치 조정용 암나사부(143)의 나사 결합에 의해서 행하여지기 때문에, 예를 들면 ㎛ 단위의 미조정을 용이하게 행할 수 있다.
또, 조정 핸들(138)의 조작은 수동으로 행하여지지만, 서보 모터나 스텝핑 모터 등의 각종 액츄에이터를 이용하여 자동적으로 행하는 것도 물론 가능하다.
이와 같이, 복수 설치된 웨이퍼 유지 헤드(160)를 지지하고 있는 각각의 스핀들(131)에, 웨이퍼 유지 헤드(160)의 높이 조정 기구로서, 베어링 지지부(135) 외부의 위치 조정용 수나사부(136)와, 이 위치 조정용 수나사부(136)에 나사 결합되어 스핀들 하우징(16)에 형성시킨 위치 조정용 암나사부(143)와, 상기 베어링 지지부(135)에 고정되어, 이 베어링 지지부(135)를 회전시킴과 동시에 조정 핸들(138)을 가진 핸들 지지부(139)를 설치함으로써, 베어링 지지부(135)를 핸들 지지부(139)와 동시에 회전시킴으로써, 축 본체(131a)는 축선 방향으로 이동된다. 그 때문에, 웨이퍼 유지 헤드(160)의 위치의 미조정을 용이하게 행할 수 있는 동시에, 웨이퍼(W)와 연마 패드(402)의 위치의 미조정을 행할 수 있고, 복수의 웨이퍼 유지 헤드(160)를 구비한 구성에서도, 각각의 조정을 별개로 행할 수 있어서 모든 웨이퍼(W)의 연마를 안정되게 행할 수 있다.
또한, 웨이퍼(W)의 연마 중에 있어서도 축선 방향 위치의 미조정을 가능하게 함으로써, 연마 중에 가공 조건이 변화된 경우에 있어서도 확실하게 대응할 수가 있다. 또, 여기서 말하는 가공 조건의 변화는, 예를 들면, 유체실(174) 내부의 압력이 각 웨이퍼 유지 헤드(160) 마다 약간 변화하여 각각의 웨이퍼(W)의 압박력이 다르거나, 각각의 웨이퍼 유지 헤드(160)에 있어서의 리테이너 링(167) 하면의 마모 상태가 다르거나, 연마 패드(402)의 두께가 서서히 얇아지는 것 등을 들 수 있다.
도19에 도시한 바와 같은 웨이퍼 연마 장치(300)는, 회전 가능한 3개의 플라텐(301)과, 각각의 플라텐(301)의 표면에 부착된 일차 연마용 연마 패드(302a, 302b) 및 이차 연마용 연마 패드(302c)와, 두 갈래 형상으로 형성되어 축(303a)에 선회 가능하게 지지된 아암(303)과, 아암(303)의 각각의 선단에 설치된 웨이퍼 유지 헤드(304)와, 각각의 연마 패드(302)의 직경 방향으로 설치된 가이드(305)에 따라서 직접 이동되는 드레서(306)를 구비하고 있고, 웨이퍼 유지 헤드(304)에 지지된 웨이퍼는 각각의 연마 패드(302)에 의해서 연마되는 구성으로 되어 있지만, 웨이퍼 유지 헤드(304)의 축선 방향의 위치의 미조정은 곤란한 구성으로 되어 있다.
즉, 일차, 이차 연마를 행하기 위해서, 아암(303)에 지지된 웨이퍼 유지 헤드(304)는 각 연마 패드(302a 내지 302c) 상을 선회하지만, 각 연마 패드는 종류나 두께가 다르기 때문에, 각각의 연마 패드에 대하여 알맞은 연마 조건을 얻는 것은 곤란하다. 이 때 아암(303)의 하한 위치를 미리 각 연마 패드마다 설정하는 것도 가능하지만, 연마나 드레싱에 의해서 각 연마 패드의 두께가 변화하거나 장치 전체가 복잡화하는 등의 문제점이 있다.
그러나 본 발명에 의한 웨이퍼 연마 장치에 있어서는, 각각의 웨이퍼 유지 헤드(160)의 최적의 높이 조절은 각각 별개로 하는 것이 가능함과 동시에, 예를 들면 스텝핑 모터를 이용하여 용이하고도 염가로 행할 수 있다.
또한 도12에 도시한 바와 같이, 직선상의 아암(183)의 양끝에 복수의 웨이퍼 유지 헤드(184)가 각각 부착되고, 각각의 웨이퍼 유지 헤드(184)에 유지된 웨이퍼가, 다른 연마 패드에 의해서 연마되는 구성을 갖는 웨이퍼 연마 장치에 있어서는, 각각의 연마 패드에 대한 웨이퍼 유지 헤드(184)의 알맞은 높이 위치 조정은, 아암(183)의 하한 위치의 조정을 하는 구성으로는 곤란하다. 즉 도12에 도시하는 장치는, 축(183a)을 중심으로 선회 가능한 아암(183)과, 이 아암(183)의 선단에 각각 2기씩 설치된 웨이퍼 유지 헤드(184)와, 상호 수평 방향 90도의 위치로 배치된 연마 패드(182a, 182b, 182c)와, 연마 패드(182b)에 대향한 로드 언로드 스테이션(185)을 구비한 것이다. 그리고 이 장치에 있어서, 아암(183)의 일단에 있는 2기의 웨이퍼 유지 헤드(184)가 연마 패드(182b)에 의해서 연마를 하고 있는 때에는, 타단에 있는 2기의 웨이퍼 유지 헤드(184)는, 공급 카세트(185a)와 로보트(185b)와 슬라이더(185c)를 구비한 로드 언로드 스테이션(185)에 있어서 웨이퍼의 수취·전달을 행하고, 한편, 아암(183)이 수평 방향으로 90도 회전한 경우에는 일단의 웨이퍼 유지 헤드(184)와 연마 패드(182a)에 의해서 연마를 하여 타단의 웨이퍼 유지 헤드(184)는 연마 패드(182c)에 의해서 연마를 하게 되어 있다.
이러한 구성을 갖는 웨이퍼 연마 장치에 있어서도, 본 발명과 같은 높이 조정 기구를 구비시킴으로써, 복수 설치된 웨이퍼 유지 헤드(184)는, 각각의 알맞은 높이 위치를 얻을 수 있다.
<제6 실시예>
이하, 본 발명의 제6 실시예에 의한 웨이퍼 반송 장치 및 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 도13은 본 발명의 웨이퍼 연마 장치의 일실시 형태 중 상방으로부터 본 평면도이며, 도14는 도13의 측면도이다. 또한, 도15, 도16은 각각 도13, 도14의 주요부 확대도이다.
이들 도면에 있어서, 장치 전체(201)는, 웨이퍼(W)를 복수 적재 가능한 트레이부(202)와, 이 트레이부(202)를 이동 가능하게 지지하는 트레이부 이동 기구(203)와, 트레이부 이동 기구(203)의 하방에 설치된 웨이퍼 착탈 기구(204)를 구비하고 있다.
평면에서 보아 직사각형 판형으로 형성된 트레이부(202)는, 거의 웨이퍼(W)와 동일한 크기를 갖는 구멍부(202a)를 2개 구비하고 있다. 각각의 구멍부(202a)에는 원환형으로 형성된 톱니바퀴형 결합부(205)가 설치되어 있고, 웨이퍼(W)는, 주연부를 이 결합부(205)에 적재시킴으로써 트레이부(202)에 지지되어 있다.
트레이부 이동 기구(2)는, 트레이부(202)를 수평 방향 이동 가능하게 지지하는 가이드 레일(206)과, 이 가이드 레일(206)에 따라서 트레이부(202)를 이동시키기 위한 구동부(207)를 구비하고 있다. 트레이부(202)의 양측에는, 가이드 레일(206)에 장착된 선형 부쉬 홀더(208)가 연결되어 있고, 이 선형 부쉬 홀더(208)가 가이드 레일(206)에 따라서 미끄럼 이동됨으로써, 트레이부(202)가 가이드 레일(206)의 길이 방향으로 따라서 이동되도록 되어 있다.
트레이부(202)의 일단에는, 가이드 레일(206)에 평행하게 설치된 구동부 레 일(207a)에 연결되어 있는 구동부(207)가 설치된다. 이 구동부(207)에는, 예를 들면 선형 모터가 이용되고 있다. 그리고, 구동부(207)를 구동시킴으로써, 트레이부(202)는 가이드 레일(206) 및 구동부 레일(207a)의 길이 방향에 따라서 수평 방향으로 이동되도록 되어 있다. 또, 이 트레이부(202)는 하나 설치된 것이며, 도13 중 좌우 방향으로 이동되도록 되어 있다.
트레이부(202)의 이동 방향 중, 상류측과 하류측에는, 상류측 로보트 아암(210a)와 하류측 로보트 아암(210b)이 각각 설치되어 있다. 이 중 상류측 로보트 아암(210a)은, 연마할 웨이퍼(W)를 수용시킨 웨이퍼 수용부에서 웨이퍼(W)를 수취하고, 선단부에 설치된 웨이퍼 흡착 기구에 의해서 웨이퍼(W)의 일면을 유지하고, 트레이부(202)의 구멍부(202a)에 설치된 결합부(205)에 웨이퍼(W)를 적재시키는 것이다. 이 때, 상류측 로보트 아암(210a)은, 상기 웨이퍼 수용부와 트레이부(202) 사이에서 선회 가능하게 설치된 것이며, 선단부에 연마할 웨이퍼(W)를 흡착한 상태에서, 상기 웨이퍼 수용부에서 트레이부(202) 중 근접한 측의 구멍부(202a) 상방까지 선회되고, 이 흡착을 해제함으로써, 트레이부(202)에 웨이퍼(W)를 적재시키게 되어 있다.
마찬가지로, 하류측 로보트 아암(210b)도, 하류측으로 이동된 트레이부(202)와 예를 들면 연마를 끝낸 웨이퍼 수용부 사이에서 선회되도록 설치되어 있고, 선단부의 웨이퍼 흡착 기구에 의해서 유지시킨 연마 후의 웨이퍼를 상기 연마를 끝낸 웨이퍼 수용부에 수용시키게 되어 있다.
또한, 트레이부(202)는 수평 방향으로 자전 가능하게 설치되어 있고, 각 로 보트 아암(210a, 210b) 측으로 각각 이동하여 웨이퍼(W)의 전달, 수취가 행해질 때, 복수 설치된 구멍부(202a)를 각 로보트 아암(210a, 210b) 측에 가까워지도록 회전하게 되어 있다.
가이드 레일(206)과 수평 방향으로 이격한 위치에는, 트레이부(202)의 이동 방향과 평행하게 되도록, 플라텐(P) 표면에 부착된 연마 패드(S)가 2개소에 설치된다. 이 중 상류측(도13 중 좌측)의 연마 패드(S)는 일차 연마용이고, 하류측(도13 중 우측)의 연마 패드(S)는 이차 연마용이며, 각각 재질이 다른 것이 사용되고 있다. 각각의 플라텐(P)은 회전 가능하게 지지되어 있고, 이 플라텐(P)이 회전됨으로써 연마 패드(S)도 회전되도록 되어 있다.
연마 패드(S)의 재질에는, 종래부터 웨이퍼(W)의 연마에 사용되고 있던 것이라면 어떤 것이라도 좋으며, 예를 들면 폴리에스테르 등으로 이루어지는 부직포에 폴리우레탄 수지 등의 연질수지를 함침시킨 벨로어 타입 패드, 폴리에스테르 등의 부직포를 기재로서 그 위에 발포 폴리우레탄 등으로 이루어지는 발포 수지층을 형성한 쉐이드 타입 패드, 혹은 독립 발포시킨 폴리우레탄 등으로 이루어지는 발포 수지 시트가 사용된다. 그리고, 웨이퍼(W)의 연마의 목적에 따라서, 각각의 연마 패드의 재질을 바꿀 수 있게 되어 있다.
상류측 및 하류측 연마 패드(S) 각각의 상방에는, 각각 2개의 웨이퍼 유지 헤드(230)가 배치되어 있다. 이 웨이퍼 유지 헤드(230)는, 평면에서 보아 직사각형으로 형성된 헤드 구동부(231)의 단부에 회전 가능하게 지지되어 있는 동시에, 트레이부(202)의 구멍부(202a)의 간격과 동일한 간격을 갖도록 배치되어 있다. 이 2대의 헤드 구동부(231)는 회전 구동원을 구비한 축(231a)에 선회 가능하게 지지되어 있으며, 이 헤드 구동부(231)가 선회됨으로써, 웨이퍼 유지 헤드(230)는 연마 패드(S) 상방과 트레이부(202)의 이동 경로 상방을 이동하도록 되어 있다.
트레이부 이동 기구(203) 중 가이드 레일(206)의 하방에는, 트레이부(202)의 이동 방향에 따라서 복수의 웨이퍼 착탈 기구(204)가 설치되어 있다. 이 웨이퍼 착탈 기구(204)는, 헤드 구동부(231)에 설치된 2개의 웨이퍼 유지 헤드(230)의 간격과 동일한 간격을 갖도록 2대씩 설치됨과 동시에, 각각의 헤드 구동부(231)에 대응하도록 배치되어 있고, 전부 4대 설치된다.
트레이부(202)는, 웨이퍼 착탈 기구(204)의 상방에서 이동하도록 설치된다. 또한, 웨이퍼 착탈 기구(204)는, 웨이퍼(W) 하면을 지지하기 위한 아암부(204a)와, 이 아암부(204a)를 구멍부(202a)에 삽통시키도록 승강시키기 위한 승강 기구(204b)를 구비하고 있다. 이 승강 기구(204b)에는 예를 들면 에어 실린더가 이용되고 있다. 그리고, 웨이퍼 착탈 기구(204)의 상방으로 이동된 트레이부(202) 상의 웨이퍼(W)는, 아암부(204a)에 의해서 그 하면이 지지됨과 동시에, 트레이부(202)와 웨이퍼 유지 헤드(230) 하면의 사이에서 승강되도록 되어 있다.
도17에 도시한 바와 같이, 웨이퍼 유지 헤드(230)는, 상부 판부(213) 및 통형으로 형성된 주벽부(214)로 이루어지는 헤드 본체(212)와, 헤드 본체(212)의 내부에 연장된 다이어프램(215)과, 다이어프램(215)의 하면에 고정된 원반형 캐리어(216)와, 주벽부(214)의 내벽과 캐리어(216)의 외주면에 동심형으로 설치된 원환형 리테이너 링(217)을 구비하고 있다.
헤드 본체(212)는, 원판형 상부 판부(213)와 상부 판부(213)의 외주 하방에 고정된 통형 주벽부(214)로 구성되고, 헤드 본체(212)의 하단부는 개구되어 중공으로 되어 있다. 상부 판부(213)는 샤프트(219)에 동축으로 고정되어 있고, 샤프트(219)에는, 도시하지 않은 압력 조정 기구에 연통된 유로(225)가 수직 방향으로 형성되어 있다. 또한, 주벽부(214)의 하단부에는, 전문에 걸쳐 단차부(214a) 및 반경 방향 내향 돌출된 원환형 걸림부(220)가 형성되어 있다.
섬유 보강 고무 등의 탄성 재료로 이루어지는 다이어프램(215)은 원환형 또는 원판형으로 형성되어 있고, 다이어프램 고정 링(221)에 의해서 주벽부(214)의 내벽에 형성된 단차부(214a) 상에 고정되어 있다.
다이어프램(215) 상방에는 유체실(224)이 형성되어 있고, 샤프트(219)에 형성된 유로(225)에 연통되어 있다. 그리고, 유체실(224) 내부에, 도시하지 않은 압력 조정 기구로부터 유로(225)를 통해서, 공기를 비롯한 유체가 공급됨으로써, 유체실(224) 내부의 압력은 조정된다.
세라믹 등의 고강성 재료로 이루어지는 캐리어(216)는 거의 원반형으로 일정한 두께로 형성되어 있고, 다이어프램(215)의 상면에 설치된 캐리어 고정 링(222)에 의해서 고정되어 있다. 캐리어 고정 링(222)의 상부에는 원환형으로 단차부(222a)가 형성되어 있고, 상부 판부(213)로부터 수직방향으로 삽입 관통되어 너트(229), 스페이서(229a)에 의해서 고정되어 있는 스톱퍼 볼트(228)의 하단에 형성된 단차부(228a)와 결합되도록 되어 있다. 그리고, 예를 들면 웨이퍼 유지 헤드(230)가 상승되어, 캐리어(216) 등의 자중에 의해서 다이어프램(215)이 하방으로 처지더라도, 단차부(222a)와 단차부(228a)가 결합함으로써, 다이어프램(215)에 지나친 힘을 작용시키지 않게 되어 있다.
리테이너 링(217)은, 주벽부(214)의 내벽과 캐리어(216)의 외주면 사이에 원환형으로 형성되어 있고, 주벽부(214)의 내벽의 사이 및 캐리어(216)의 외주면 사이에 약간의 간극을 두고, 주벽부(214) 및 캐리어(216)와 동심형으로 배치되어 있다. 또한, 리테이너 링(217)은, 다이어프램(215)의 상면에 설치된 리테이너 링 고정 링(223)에 의해서 고정되어 있다. 리테이너 링(217)의 상단면 및 하단면은 수평으로 형성되어 있다. 또한, 리테이너 링(217)의 외주면에는 단차부(217a)가 형성되어 있고, 웨이퍼 유지 헤드(230)가 상승되었을 때, 단차부(217a)와 걸림부(220)가 결합함으로써 리테이너 링(217)의 하방으로의 지나친 이동을 억제하고, 다이어프램(215)에 국소적인 힘을 작용시키지 않게 되어 있다.
또, 이 웨이퍼 유지 헤드(230)로서는 여러 가지의 것을 이용하는 것이 가능하고, 예를 들면 헤드 구동부(231)와 웨이퍼 유지 헤드(230)를 구면 베어링에 의해서 틸팅 가능하게 지지한 것 등 여러 가지 것을 채용할 수가 있다.
다음에, 이러한 구성을 갖는 웨이퍼 반송 장치 및 연마 장치에 관한 동작에 대해서 설명한다.
처음에, 연마할 웨이퍼(W)를 트레이부(202)에 적재시키기 위해, 상기 웨이퍼 수용부에 수용되어 있는 연마할 웨이퍼(W)를 상류측 로보트 아암(210a)에 의해서 취출시킨다. 즉, 연마할 웨이퍼(W)는, 상류측 로보트 아암(210a)의 선단에 설치된 웨이퍼 흡착 기구에 의해서 그 상면이 유지된다.
웨이퍼(W)를 유지한 상류측 로보트 아암(210a)은, 트레이부(202)의 이동 경로 상에 선회된다. 이 때, 트레이부(202)는 상류측 로보트 아암(210a) 측으로 이동되어 있다. 이어서, 상류측 로보트 아암(210a)은, 유지하고 있는 웨이퍼(W)를 트레이부(202)에 형성된 2개의 구멍부(202a) 중, 근접하고 있는 측의 구멍부(202a) 상방에 배치시킨다. 그리고 상기 웨이퍼 흡착 기구에 의한 웨이퍼(W)의 유지를 해제함으로써, 웨이퍼(W)는 구멍부(202a)에 설치된 결합부(205)에 적재된다.
트레이부(202)에 있어서 2개 설치된 구멍부(202a) 중, 한쪽 구멍부(202a)에 웨이퍼(W)를 지지시키면, 이 트레이부(202)를 자전시킨다. 트레이부(202)를 자전시킴으로써, 또 한쪽의 구멍부(202a)가 상류측 로보트 아암(210a)에 근접하도록 배치된다. 그리고 전술한 바와 같이 상류측 로보트 아암(210a)에 의해서 연마할 웨이퍼(W)를 웨이퍼 수용부에서 취출함과 동시에, 또 한쪽의 구멍부(202a)에 웨이퍼(W)를 적재시킨다. 이리하여, 트레이부(202)에는, 연마할 웨이퍼(W)가 2개 적재된 상태로 된다.
구동부(207)를 구동시킴으로써, 연마할 웨이퍼(W)가 적재된 트레이부(202)를, 가이드 레일(206)에 따라서 하류측으로 수평 이동시킴과 동시에, 헤드 구동부(231)을 선회시켜, 2개의 웨이퍼 유지 헤드(230)가 트레이부(202)의 이동 경로 상인 가이드 레일(206) 측에 배치되도록 한다. 이 때, 트레이부(202)의 이동 경로 상으로 이동된 웨이퍼 유지 헤드(230)는, 웨이퍼 착탈 기구(204)와 대향하도록 위치 결정되도록 되어 있다.
또한, 연마할 웨이퍼(W)가 적재된 트레이부(202)는, 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유 지 헤드(230)와 웨이퍼 착탈 기구(204) 사이에 배치시키도록 이동됨과 동시에, 그 위치에서 정지된다.
이 상태에서, 웨이퍼 착탈 기구(204)의 각각의 아암부(204a)를 상승시킴과 동시에, 구멍부(202a)의 결합부(205)에 적재되어 있는 각각의 웨이퍼(W)를 상기 아암부(204a)에 의해서 하방으로부터 지지시킨다. 그리고 아암부(204a)를 더욱 상승시킴으로써, 웨이퍼(W)는 웨이퍼 유지 헤드(230)에 접근됨과 동시에, 그 하면에 장착된다. 즉, 웨이퍼(W)는, 캐리어(216)의 하면에 설치된 웨이퍼 부착 시트(216a)(삽입체)에 부착되어, 리테이너 링(217)에 의해서 주위가 걸어 지지된다.
웨이퍼 유지 헤드(230)에 장착된 웨이퍼(W)의 연마를 행하기 위해서, 헤드 구동부(231)를 선회시켜, 연마할 웨이퍼(W)를 장착한 웨이퍼 유지 헤드(230)를 연마 패드(S) 상방에 배치시키고, 그 표면을 플라텐(P) 상면에 부착된 연마 패드(S)에 접촉시킨다.
이어서, 유로(225)로부터 유체실(224)에 공기 등의 유체를 유입시킴으로써, 유체실(224) 내의 압력을 조절하고, 캐리어(216) 및 리테이너 링(217)의 연마 패드(S)에의 압박 압력을 조절한다. 캐리어(216) 및 리테이너 링(217)은 다이어프램(215)에 지지된, 각각 독립하여 상하 방향으로 변위 가능한 부유식 구조로 되어 있고, 유체실(224) 내부의 압력에 의해서 연마 패드(S)에의 압박 압력이 조절 가능하게 되어 있다.
그리고, 이 웨이퍼 유지 헤드(230)에 유지된 웨이퍼(W)를 연마 패드(S) 상에서 회전시킴으로써, 웨이퍼(W)의 일차 연마가 행하여진다.
웨이퍼(W)의 일차 연마가 종료하면, 다시 헤드 구동부(231)를 선회시켜, 웨이퍼 착탈 기구(204) 상방으로 이동되어 있는 트레이부(202)와, 일차 연마를 끝낸 웨이퍼(W)를 대향시킨다. 그리고, 웨이퍼 착탈 기구(204)의 아암부(204a)를 트레이부(202)의 하측에서 구멍부(202a)를 삽입 관통시키면서 상승시켜, 아암부(204a)으로 웨이퍼(W)의 하면을 지지시킴과 동시에, 이 상태로 웨이퍼 유지 헤드(230)에 의한 웨이퍼(W)의 유지를 해제하고, 아암부(204a)에 웨이퍼(W)를 적재시킨다. 웨이퍼(W)를 지지한 아암부(204a)를 하강시킴으로써, 이 일차 연마를 끝낸 웨이퍼(W)는 트레이부(202)에 적재된다.
일차 연마를 끝낸 웨이퍼(W)는, 이차 연마용인 하류측 웨이퍼 유지 헤드(230)에 장착되도록 되어 있다. 즉, 이 웨이퍼(W)를 적재시킨 트레이부(202)를 하류측으로 이동시켜, 하류측에 설치된 웨이퍼 착탈 기구(204) 상방에 배치시킨다. 그리고, 일차 연마시와 같이, 하류측의 헤드 구동부(231)를 선회시켜 이차 연마용 웨이퍼 유지 헤드(230)를 트레이부(202) 상방에 배치시켜, 하류측 웨이퍼 착탈 기구(204)에 의해서, 일차 연마를 끝낸 웨이퍼(W)를, 이차 연마용 웨이퍼 유지 헤드(230)에 장착시킨다. 그리고 헤드 구동부(231)를 선회시켜 이 웨이퍼 유지 헤드(230)를 이차 연마용 연마 패드(S) 상면에 배치시키고, 연마를 행한다.
이 웨이퍼(W)의 이차 연마가 한창 행하여지고 있을 때, 트레이부(202)를 상류측으로 이동시켜, 상류측 로보트 아암(210a)에 의해서 웨이퍼 수용부에 수용되어 있는 연마할 웨이퍼(W)를 이 트레이부(202)로 전달하는 것이 가능하다. 이 연마할 웨이퍼(W)는, 전술한 바와 같이 하류측으로 이동되어 일차 연마용 웨이퍼 유지 헤 드(230)에 유지됨과 동시에, 일차 연마가 행하여진다. 즉, 일차, 이차 연마 동작의 시간을 어긋나게 함으로써, 일차 연마와 이차 연마를 각각 독립시켜 동시에 행할 수 있다.
한편, 이차 연마를 끝낸 웨이퍼(W)는, 일차 연마시와 마찬가지로, 하류측 웨이퍼 착탈 기구(204)에 의해서 트레이부(202)에 적재된다. 이 트레이부(202)는, 일차 연마용 웨이퍼 유지 헤드(230)에 웨이퍼(W)를 교환한 후 하류측으로 이동된 것이다. 이차 연마를 끝낸 웨이퍼(W)를 적재시킨 트레이부(202)는, 구동부(207)에 의해서 하류측 로보트 아암(210b) 측으로 반송된다. 웨이퍼(W)는, 하류측 로보트 아암(210b)의 웨이퍼 흡착 기구에 의해서 그 일면을 유지함과 동시에, 하류측 로보트 아암(210b)의 선회에 의해서 상기 연마를 끝낸 웨이퍼 수용부에 수용된다.
연마를 끝낸 웨이퍼(W)를 하류측 로보트 아암(210b)에 전달한 트레이부(202)는, 상기 일차 연마를 끝낸 웨이퍼(W)를 수취하여 이차 연마 공정으로 반송시키기 위해서, 다시 상류측으로 이동된다. 이와 같이 트레이부(202)는, 상류측, 하류측 로보트 아암(210a, 210b)이나 일차, 이차용 웨이퍼 유지 헤드(230)에 대하는 웨이퍼(W)의 수취, 전달을 위해, 이동 가능하게 된 구성으로 되어 있다.
이와 같이 웨이퍼(W)의 반송은 트레이부(202)의 수평 이동에 의해서 행하여지는 것이며, 웨이퍼 유지 헤드(230)에의 웨이퍼(W)의 착탈은 트레이부(202)를 웨이퍼 유지 헤드(230) 하방으로 이동시킴과 동시에 이 위치에 설치한 웨이퍼 착탈 기구(204)에 의해서 행하여지는 것으로 함으로써, 각각의 기구는 간단해지고, 동작의 고속화를 실현할 수 있는 동시에 동작의 신뢰성도 향상되며, 보수도 용이하게 할 수 있게 된다.
즉, 반송 기구와 착탈 기구를 분리한 구성으로 함으로써, 예를 들면 트레이부(202)에 있어서는, 수평 방향의 직선 이동 동작 및 목표 위치에서의 정지 동작을 고속이면서도 정확히 실현할 수 있으면 되고, 한편, 웨이퍼 착탈 기구(204)에 있어서는, 웨이퍼 유지 헤드(230)에 대하는 웨이퍼(W)의 착탈 동작만을 고속이면서도 정확히 실현하면 된다. 즉, 각각의 동작을 제어하기 위한 제어계를 복잡화시키는 일없이 정확하고도 고속인 동작을 실현할 수가 있다. 이와 같이, 각각의 기구 및 제어를 간단하게 할 수가 있어, 각각의 기능의 고속화를 실현할 수가 있는 동시에 동작의 신뢰성도 향상되고, 보수도 용이해진다.
또한, 웨이퍼 착탈 기구(204)를, 웨이퍼(W)의 연마 기구인 연마 패드(S)와 이격한 위치에 설치시킴과 동시에, 웨이퍼 유지 헤드(230)는, 연마 패드(S) 상방과 웨이퍼 착탈 기구(204) 상방 사이를 헤드 구동부(231)의 선회에 의해서 이동되는 구성으로 하고, 웨이퍼 유지 헤드(230)에 대하는 웨이퍼(W)의 착탈시에 있어서는 웨이퍼 유지 헤드(230)는 웨이퍼 착탈 기구(204) 상방으로 이동되고, 한편, 웨이퍼(W) 연마시에 있어서는, 연마 패드(S) 상방으로 이동되도록 하였기 때문에, 웨이퍼(W)의 착탈 동작과 연마 동작은 각각 간섭하는 일없이 안정되게 행하여짐과 동시에, 각각의 기구를 간단하게 구성할 수가 있다.
또한 트레이부(202)는, 웨이퍼 유지 헤드(230) 하측과 웨이퍼 착탈 기구(204) 상방 사이에서 이동 가능하게 지지되어 있는 동시에, 웨이퍼 착탈 기구(204)는 승강 가능한 아암부(204a)를 구비하고 있기 때문에, 웨이퍼 유지 헤 드(230) 하방으로 이동한 트레이부(202) 상의 웨이퍼(W)는, 이 아암부(204a)에 의해서 웨이퍼 유지 헤드(230)에 대하여 안정되게 착탈된다.
웨이퍼(W)의 연마 기구인 연마 패드(S)및 웨이퍼 유지 헤드(230)를 트레이부(202)의 이동방향에 따라서 복수 설치함으로써, 각각의 연마 기구에 의해서, 예를 들면 다른 연마 패드(S)나 연마제를 사용하여 일차 연마, 이차 연마 등의 종류가 다른 연마를 동시에 행할 수 있다.
그리고 트레이부(202)는, 상기 연마 기구와 대응하도록 복수 설치된 웨이퍼 착탈 기구(204) 상에서 이동됨과 동시에, 각각의 웨이퍼 유지 헤드(230)는, 헤드 구동부(23l)의 선회에 의해서 트레이부(202)의 이동 경로 상에 각각 시간차를 가지면서 독립하여 이동하도록 설치하였기 때문에, 웨이퍼 유지 헤드(230)에 대하는 웨이퍼(W)의 착탈 공정과 웨이퍼(W)의 연마 공정은 각각 독립하여 행할 수 있기 때문에, 각 공정에서의 휴지 시간은 저감된다. 따라서 작업 처리량은 향상되고, 효율 좋은 웨이퍼(W)의 연마 및 반송을 할 수 있다.
또한 트레이부(202)는 복수의 웨이퍼(W)를 적재시킨 상태로 이동 가능하기 때문에, 웨이퍼(W)의 반송은 효율 좋게 행하여진다. 그리고, 이 트레이부(202)를 자전 가능하게 함으로써, 트레이부(202)에 복수의 웨이퍼(W)를 적재시키는 경우에 있어서도 자전시키면서 적재가능하기 때문에, 적재를 용이하게 행할 수 있다. 즉 각 로보트 아암(210a, 210b)에 의한 트레이부(202)에 대한 웨이퍼(W)의 수취, 전달은 트레이부(202)의 구멍부(202a)를 각각의 로보트 아암(210a, 210b)에 접근시키도록 트레이부(202)를 자전시키고 나서 행하는 것이 가능하고, 이 때문에, 이것들의 로보트 아암(210a, 210b)에 신축 기능을 구비시키는 일없이 각각의 구멍부(202a)에 웨이퍼(W)를 설치시킬 수 있다.
이와 같이, 트레이부(202)를 자전 가능하게 했기 때문에, 각 로보트 아암(210a, 210b)의 구조도 간이하게 구성할 수가 있는 동시에, 이들 동작의 고속화나 신뢰성의 향상을 실현할 수가 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 상기 각 실시예의 조합(예를 들면 제1 실시예와 제2 내지 제4 실시예의 어느 것을 조합하거나, 제1 내지 제4 실시예와 제5 또는 제6 실시예의 조합 등)도 포함한 여러 가지의 변형 예를 포함하는 것이다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 웨이퍼 유지 헤드에 의한 웨이퍼의 연마와, 드레스 링에 의한 연마 패드의 드레싱을 동시에 행할 수 있다. 그 때문에, 공정수를 저감시킬 수 있고, 효율 좋은 연마 작업을 할 수 있다. 그리고 원통형의 드레스 링을 회전시킴으로써, 연마 패드의 드레싱은 효과적으로 행할 수 있는 동시에, 연마 패드 전체의 평탄화도 행할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 웨이퍼의 연마와 연마 패드의 드레싱을 동시에 행할 수 있고, 효율 좋게 연마를 할 수 있다.
본 발명의 연마 장치에 따르면, 웨이퍼 유지 헤드 하면에서의 웨이퍼 주위에서의 연마 패드의 접촉 부분의 일부에, 연마제가 수용된 연마제 포켓이 형성되었기 때문에, 연마제는 이 연마제 포켓과 연마 패드에 의해서 유지된다. 그 때문에, 플 라텐에 부착된 연마 패드가 회전하더라도, 원심력에 의한 연마제의 외측으로의 유출은 저감된다. 그리고, 웨이퍼 유지 헤드 및 플라텐이 회전함으로써, 연마제 포켓내의 연마제는 구석구석 연마 패드 표면에 공급되어, 효율 좋게 연마 작용에 기여된다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 연마제 유지 링을 설치함으로써, 연마제의 외부에의 유출을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 연마제를 웨이퍼 유지 헤드의 내부에 공급하도록 했기 때문에, 최소한의 연마제의 사용량에 의해서 효율 좋게 연마 작용을 얻을 수 있다. 또한, 연마제 포켓의 개구부를 연마 패드에 의해서 막도록 웨이퍼 유지 헤드와 연마 패드를 접촉시키면서 연마를 하게 하였기 때문에, 플라텐의 회전에 의한 연마제의 외부에의 유출을 저감할 수가 있고, 연마제의 사용량을 저감시킬 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 연마제를 연마제 유지 링과 웨이퍼 유지 헤드의 사이에 공급시킴으로써, 연마제는 웨이퍼의 주위에서 직접 공급되어 효율 좋은 연마를 할 수 있는 동시에, 연마제 유지 링에 의해서 연마제의 외측에의 유출을 저감시킬 수 있어, 연마제의 사용량을 억제할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 복수 설치된 웨이퍼 유지 헤드의 축선 방향의 위치는, 조정 기구에 의해서 각각 별개로 조정할 수가 있기 때문에, 각각의 웨이퍼의 연마 조건을 일정하게 유지하면서, 안정된 연마를 할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 연마 작업 중에 있더라도 웨이퍼 유 지 헤드의 위치조정이 가능하기 때문에, 각 웨이퍼의 연마 상태나 연마 조건에 의해서 미조정이 가능하고, 각각의 연마를 안정되게 행할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 반송 장치에 따르면, 웨이퍼의 반송은 트레이부에 의해서 행하여진다. 그리고, 이 트레이부를 웨이퍼 유지 헤드 하방으로 이동시킴과 동시에, 이 위치에 설치되는 웨이퍼 착탈 기구에 의해서, 웨이퍼는 웨이퍼 유지 헤드에 착탈된다. 이와 같이 반송 기구와 착탈 기구를 분리시켰기 때문에, 각각의 기구는 간단해진다. 그 때문에, 각각의 기능의 고속화를 실현할 수가 있는 동시에 동작의 신뢰성도 향상되고, 보수도 용이해진다.
또한, 웨이퍼 유지 헤드에 대하는 웨이퍼의 착탈시에 있어서는, 웨이퍼 유지 헤드는 웨이퍼 착탈 기구 상방으로 이동되고, 한편, 웨이퍼 연마시에 있어서는, 연마 패드 상방으로 이동된다. 이와 같이, 웨이퍼의 연마 기구와 착탈 기구를 이격시킴으로써, 각각의 기구를 간단하게 구성할 수가 있는 동시에, 각각의 동작은 간섭하는 일없이 안정되게 행하여진다.
본 발명의 웨이퍼 제조 방법에 따르면, 반송 기구와 착탈 기구를 분리시켰기 때문에, 각각의 기구는 간단해지고, 각각의 기능의 고속화를 실현할 수가 있는 동시에 동작의 신뢰성도 향상되고, 보수도 용이해진다.
또한, 웨이퍼의 연마 기구와 착탈 기구를 이격하여 배치함과 동시에, 웨이퍼 유지 헤드에 대하는 웨이퍼의 착탈시에 있어서는, 웨이퍼 유지 헤드를 웨이퍼 착탈 기구 상방으로 이동시키고, 한 편, 웨이퍼 연마시에 있어서는, 연마 패드 상방으로 이동시키도록 하였으므로, 각각의 기구를 간이하게 구성할 수가 있는 동시에, 각각 의 동작을 간섭시키는 일없이 안정되게 행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 연마 패드 상에서 웨이퍼를 회전시키면서 연마하는 웨이퍼 유지 헤드에 연마할 웨이퍼를 전달하는 동시에, 이 웨이퍼 유지 헤드에 부착되고 연마된 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드로부터 수취하기 위한 웨이퍼 반송 장치이며,
    상기 웨이퍼를 적재 가능한 트레이부와,
    상기 트레이부를 상기 웨이퍼 유지 헤드의 하측을 통과하도록 이동시키는 트레이부 이동 기구와,
    상기 트레이부의 하측에서 상기 트레이부에 적재된 연마할 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드 하면에 장착함과 동시에, 이 웨이퍼 유지 헤드에 장착되어 연마된 웨이퍼를 상기 웨이퍼 유지 헤드로부터 수취 상기 트레이부에 적재시키기 위한 웨이퍼 착탈 기구를 구비한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 반송 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼 착탈 기구는, 상기 연마 패드와 이격한 위치에 설치되어 있는 동시에,
    상기 웨이퍼 유지 헤드는, 상기 연마 패드 상방과 상기 웨이퍼 착탈 기구 상방에서 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 반송 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 트레이부는, 상기 웨이퍼 착탈 기구의 상방을 이동하도록 설치됨과 동시에,
    상기 웨이퍼 착탈 기구는, 상기 웨이퍼 하면을 지지하면서 그 웨이퍼를 승강시키는 아암부를 갖추고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 반송 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 트레이부는, 상기 웨이퍼 착탈 기구의 상방을 이동하도록 설치됨과 동시에,
    상기 웨이퍼 착탈 기구는, 상기 웨이퍼 하면을 지지하면서 그 웨이퍼를 승강시키는 아암부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 반송 장치.
  5. 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 상기 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 상기 플라텐의 상대 운동에 의해 상기 연마 패드로 상기 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마 장치이며,
    웨이퍼를 적재 가능한 트레이부와,
    상기 트레이부를 상기 웨이퍼 유지 헤드의 하측을 통과하도록 이동시키는 트레이부 이동 기구와,
    상기 연마 패드와 이격한 위치에 설치되어, 상기 트레이부에 적재된 연마할 웨이퍼를 상기 웨이퍼 유지 헤드 하면에 장착함과 동시에, 이 웨이퍼 유지 헤드에 장착되어 연마된 웨이퍼를 상기 웨이퍼 유지 헤드로부터 수취 상기 트레이부에 적재시키기 위한 웨이퍼 착탈 기구를 구비하고,
    상기 웨이퍼 유지 헤드는, 상기 연마 패드 상방과 상기 웨이퍼 착탈 기구 상 방에서 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 연마 패드는 상기 트레이부의 이동 방향에 따라서 복수 설치되어 있는 동시에, 이들 연마 패드와 대응하도록 상기 웨이퍼 유지 헤드 및 웨이퍼 착탈 기구가 복수 설치되어 있고,
    웨이퍼 유지 헤드는, 이들 연마 패드 상방과 웨이퍼 착탈 기구 상방을 각각 이동 가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 트레이부는, 복수의 연마할 웨이퍼를 상기 트레이부에 교환하기 위한 상류측 로보트 아암과, 연마후의 웨이퍼를 상기 트레이부에서 수취하기 위한 하류측 로보트 아암의 사이를 이동 가능하게 지지되어 있는 동시에, 자전 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 트레이부는, 복수의 연마할 웨이퍼를 상기 트레이부에 교환하기 위한 상류측 로보트 아암과, 연마후의 웨이퍼를 상기 트레이부에서 수취하기 위한 하류측 로보트 아암의 사이에서 이동 가능하게 지지되어 있는 동시에, 자전 가능하게 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  9. 표면에 연마 패드가 부착된 플라텐과, 연마할 웨이퍼를 유지하여 상기 연마 패드에 웨이퍼의 일면을 접촉시키는 웨이퍼 유지 헤드를 구비하고, 이 웨이퍼 유지 헤드와 상기 플라텐의 상대 운동에 의해 상기 연마 패드로 상기 웨이퍼를 연마하는 연마 공정과,
    상기 웨이퍼 유지 헤드에 연마할 웨이퍼를 전달하는 동시에, 이 웨이퍼 유지 헤드에 부착되고 연마된 웨이퍼를 웨이퍼 유지 헤드로부터 수취하기 위한 웨이퍼 반송 공정을 포함한 웨이퍼 제조 방법이며,
    연마할 웨이퍼를 적재한 트레이부를 웨이퍼 착탈 기구 상방으로 이동시키는 동시에 이 트레이부 상방으로 상기 웨이퍼 유지 헤드를 이동시켜,
    상기 웨이퍼 착탈 기구에 의해서 트레이부에 적재되어 있는 웨이퍼를 상기 웨이퍼 유지 헤드에 장착시킨 후, 이 웨이퍼 유지 헤드를 상기 연마 패드 상으로 이동시켜 상기 웨이퍼의 연마를 행하고,
    연마 후의 웨이퍼는, 상기 웨이퍼 유지 헤드로부터 상기 웨이퍼 착탈 기구로 전달됨과 동시에 상기 트레이부에 적재되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 제조 방법.
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