KR20120085213A - 양면 처리 장치의 2개의 가공 디스크 각각에 각각의 평탄한 가공층을 제공하는 방법 - Google Patents

양면 처리 장치의 2개의 가공 디스크 각각에 각각의 평탄한 가공층을 제공하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 링형 상부 가공 디스크(13), 링형 하부 가공 디스크(26) 및 롤링 장치(20, 21)를 포함하는 양면 처리 장치의 2개의 가공 디스크(13, 26) 각각에 각각의 평탄한 가공층(32, 39)을 제공하는 방법에 관한 것으로서, 상기 2개의 가공 디스크(13, 26) 및 또한 롤링 장치(20, 21)는 양면 처리 장치의 대칭축(28)을 중심으로 회전 가능한 방식으로 장착되며,
(a)하부 가공 디스크(26)의 표면에 하부 중간층(29)를 그리고 상부 가공 디스크(13)의 표면에 상부 중간층(16)을 부착하는 단계와,
(b)적어도 3개의 트리밍 장치에 의해 중간층(16, 29)을 모두 동시에 레벨링하는 단계와,
(c)균일한 두께의 하부 가공층(32)을 하부 중간층(29)에 그리고 균일한 두께의 상부 가공층(39)을 상부 중간층(16)에 부착하는 단계
를 기재된 순서로 포함하고, 상기 각 트리밍 장치는 트리밍 디스크(34), 연마재 물질을 함유하는 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36) 및 외부 톱니(37)를 포함하고, 트리밍 장치는 압력 하에 연마 작용을 하는 물질을 함유하지 않는 냉각용 윤활유를 첨가하면서 롤링 장치(20, 21) 및 외부 톱니(37)에 의해 중간층(16, 29) 위의 사이클로이드 경로에서 이동되어, 중간층(16, 29)으로부터 재료를 제거한다.

Description

양면 처리 장치의 2개의 가공 디스크 각각에 각각의 평탄한 가공층을 제공하는 방법{METHOD FOR PROVIDING A RESPECTIVE FLAT WORKING LAYER ON EACH OF THE TWO WORKING DISKS OF A DOUBLE-SIDE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 링형 상부 가공 디스크, 링형 하부 가공 디스크 및 롤링 장치를 포함하고, 상기 2개의 가공 디스크 및 또한 롤링 장치는 양면 처리 장치의 대칭축 둘레에서 회전 가능한 방식으로 장착되는 것인, 양면 처리 장치의 2개의 가공 디스크 각각에 각각의 평탄한 가공층을 제공하는 방법에 관한 것이다.
일렉트로닉스, 마이크로일렉트로닉스 및 마이크로일렉트로미케닉스(microelectromechanics)는 전역적 및 국부적 평탄도, 단면 기준 평탄도[나노토폴로지(nanotopology)], 거칠기 및 청결도로 이루어진 극한의 요건을 갖는 반도체 웨이퍼를 시작 재료로서 필요로 한다. 반도체 웨이퍼는 원소 반도체(실리콘, 게르마늄), 합성 반도체(예컨대, 알루미늄, 갈륨 또는 인듐과 같은 주기표의 3족의 원소와 질소, 인 또는 비소와 같은 주기표의 5족의 원소로 구성됨) 또는 이들의 화합물(예컨대, Si1 - xGex,0 < x < 1)과 같은 반도체 재료로 구성된 웨이퍼이다.
종래 기술에 따라, 반도체 웨이퍼는 일반적으로 다음의 그룹들로 분류될 수 있는 다수의 연속적인 처리 단계들에 의해 제조된다:
(a) 보통의 단결정 반도체 로드(monocrystalline semiconductor rod)를 제조하는 것;
(b) 로드를 개별적인 웨이퍼로 슬라이싱(slicing)하는 것;
(c) 기계적인 처리를 하는 것;
(d) 화학적 처리를 하는 것;
(e) 화학기계적 처리를 하는 것;
(f) 적절한 경우 층 구조를 생성하는 것.
특별히 요구하는 용례를 위한 반도체 웨이퍼의 제조에 있어서, 이 경우에 유리한 시퀀스는 적어도 하나의 처리 방법을 포함하는 시퀀스를 포함하는데, 이 처리 방법에서는, 재료 제거 중에 전면 및 후면에서 반도체 웨이퍼에 작용하는 처리 힘들(processing forces)이 서로 실질적으로 상쇄하도록, 즉 반도체 웨이퍼가 "프리 플로팅(free floating)" 방식으로 처리되도록 정밀하게 반도체 웨이퍼의 양면이 2개의 작업면에 의해 하나의 처리 단계에서 재료 제거 방식으로 동시에 처리된다.
종래 기술에서, 적어도 3개의 반도체 웨이퍼들의 양면들이 2개의 링형 가공 디스크들 사이에서 재료 제거 방식으로 동시에 처리되는 시퀀스가 선호되며, 여기서 반도체 웨이퍼들은 외측에 톱니 형성된 적어도 3개의 안내 케이지(캐리어)의 수용 개구 내로 느슨하게 삽입되고, 안내 케이지는 가공 디스크들 사이에 형성된 작업 간극을 통해 사이클로이드 경로들 상에서 압력 하에 외부 톱니 및 롤링 장치에 의해 안내되어, 이 경우에 양면 처리 장치의 중간점 둘레에서 완전히 회전할 수 있다. 회전 캐리어를 채용하고 이 방식으로 전체 영역에 걸쳐 재료 제거 방식으로 복수 개의 반도체 웨이퍼의 양면을 동시에 처리하는 방법은 양면 래핑("lapping"), 양면 폴리싱(DSP; double-side polishing) 및 행성 동역학을 갖는 양면 연삭("PPG; planetary pad grinding"; 행성 패드 연삭)을 포함한다. 물론, 특히 DSP와 PPG가 중요하다. 래핑과 달리, DSP의 경우와 PPG의 경우에 가공 디스크는 추가적으로 가공층을 각각 포함하고, 가공층의 상호 대면하는 면이 가공면을 구성한다. PPG 및 DSP는 종래 기술에서 공지되어 있어 아래에서는 간략하게 설명한다.
"행성 패드 연삭"(PPG)은 연삭에 의해 재료를 제거하는 기계적 처리 단계들의 그룹으로부터의 방법이다. 예컨대, 독일 특허 제102007013058A1호에 설명되어 있고, 그 적절한 장치가 예컨대 독일 특허 제19937784A1호에 설명되어 있다. PPG의 경우에, 각 가공 디스크는 결합된 접착제를 함유하는 가공층을 포함한다. 가공층은 접착제에 의해, 자기적으로, 견고한 체결 방식(예, 호크 및 루프 패스너)으로, 또는 진공에 의해 가공 디스크 상에 고정되는 구조적 연삭 패드의 형태로 제공된다. 가공층은 처리 중에 변위, 변형(비드의 형성) 또는 분리되지 않도록 가공 디스크 상에 충분한 점착력을 갖는다. 그러나, 가공층은 박리 행위에 의해 가공 디스크로부터 쉽게 제거될 수 있고 이에 따라 신속하게 교체될 수 있으므로, 긴 셋업 시간이 필요없이 상이한 용례에 대해 상이한 타입의 연삭 패드 간에 신속한 교체가 가능하다. 후방면에 자체 접착되도록 구성된 연삭 패드의 형태의 적절한 가공층은 예컨대 미국 특허 제5958794호에 설명되어 있다. 연삭 패드에 사용된 연마재는 바람직하게는 다이아몬드이다.
양면 폴리싱(DSP)은 화학 기계적 처리 단계들의 그룹으로부터의 방법이다. 실리콘 웨이퍼의 DSP 처리는 예컨대 미국 출원 제2003/054650A에 설명되어 있고 그 처리를 위한 적절한 장치는 독일 특허 제10007390A1호에 설명되어 있다. 이 설명에서, "화학 기계적 폴리싱"은 알칼리성 용액에 의한 화학적 에칭과 수성 매체 내에 분산 유리된 낟알에 의한 기계적 침식을 포함하는 혼합 효과에 의한 재료 제거를 의미할 뿐이라는 것을 알아야 하는데, 수성 매체는 폴리싱 패드에 의해 반도체 웨이퍼와 접촉하게 되고, 반도체 웨이퍼와 접촉하게 되는 경질의 물질을 함유하고 있지 않아서, 압력 및 상대적 이동 하에 반도체 웨이퍼로부터 재료를 제거한다. DSP의 경우에, 가공층은 폴리싱 패드의 형태로 제공되고, 폴리싱 패드는 접착제에 의해, 자기적으로, 견고한 체결 방식(예컨대, 호크 및 루프 패스너)으로, 또는 진공에 의해 가공 디스크 상에 고정된다. 알칼리성 용액은 바람직하게는 화학 기계적 폴리싱 중에 9 내지 12의 Ph 값을 갖고, 그 용액 내에 분산된 낟알은 바람직하게는 5 nm에서 수 마이크로미터까지의 졸 입자의 낟알 크기를 갖는 콜로이드 분산식 실리카 졸이다.
PPG와 DSP에 공통적인 것은 가공면들의 평탄도와 평행 관계가 이들 가공면에 의해 처리된 얻을 수 있는 반도체 웨이퍼의 평탄도와 평행 관계를 직접 결정한다는 것이다. PPG의 경우에, 이는 독일 특허 제102007013058A1호에 설명되어 있다. 특별히 요구하는 용례의 경우에, 반도체 웨이퍼의 평면-평행 관계 및 이에 따라 가공면의 평면-평행 관계로 구성되는 특히 엄격한 요건이 적용될 수 있다.
가공면의 평탄도가 가공층을 갖고 있는 가공 디스크의 평탄도에 의해 우선 임계적으로 결정된다. 아래의 방법은 가능한 한 평탄한 양면 처리 장치의 가공 디스크를 제조하는 데에 공지되어 있다. 일례로서, 선삭 공구에 의한 칩 제거를 통한 가공 디스크 블랭크의 선삭이 공지되어 있다. 후속하는 장착이 가공 디스크를 다시 뒤틀리게 하거나 변형시키기 때문에, 가공 디스크가 양면 처리 장치에 장착된 후에 단면 선삭이 실행되는 것이 바람직하다. 별법으로서, 가공 디스크는 또한 예컨대 행성을 향한 래핑에 의해 대응하게 큰 처리 장치 상에 장착 전에 처리될 수 있고, 그 후에 특히 낮은 스트레인을 보이는 방식으로 장착되어야 한다. 그러나, 공지된 모든 조치들에 공통적인 것은 특히 요구하는 용례를 위한 반도체 웨이퍼의 제조에 필요한 정도까지는 아니지만 가공 디스크의 평탄도를 확실히 개선시킬 수 있다는 것이다.
마찬가지로, 서로에 관한 가공면들의 평행 관계는 가공층을 각각 갖고 있는 가공 디스크의 평행 관계에 의해 우선 임계적으로 결정된다는 것이다. 이하의 방법은 서로에 대해 가능한 한 평행하게 양면 처리 방법의 가공 디스크를 제조하기 위해 공지되어 있다.
우선, 양면 처리 장치에 대체로 견고하게 장착된 하나의 가공 디스크, 바람직하게는 하부 가공 디스크는 통합 후에 선삭에 의해 또는 양면 처리 장치로의 통합 전에 별개의 처리 장치에서의 래핑에 의해 가능한 한 평탄하게 제조된다. 이어서, 하부 가공 디스크에 대해 대체로 카대닉(cardanic) 방식으로 장착되고 이에 의해 적어도 전체적으로 하부 가공 디스크에 대해 대략 항상 평행하게 배향될 수 있는 다른 가공 디스크, 바람직하게는 상부 가공 디스크는 양면 처리 장치에 통합되어 하부 가공 디스크에 대해 래핑된다. 별개의 처리 장치에서 선행하는 상부 가공 디스크의 단면 선삭을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에, 마지막으로, 선삭의 처리 자취 또는 큰 치핑 용적으로 인해 필요한 선삭 공구의 다중 변경이나 교정으로부터 침적물을 제거하기 위하여 양면 처리 장치에 대한 통합 후에 2개의 가공 디스크가 서로에 대해 래핑되는 것이 필요하다.
마지막으로, 가공 디스크는 항상 래핑되어야 하기 때문에, 레벨링(leveling) 공정의 말미에 가공 디스크는 볼록한 프로파일을 갖고, 이에 따라 서로 대면하는 표면들은 불충분한 정도까지만 서로 평행하게 연장된다.
종래 기술은 가공면의 최상의 가능한 평면-평행 관계(일단 달성되면)가 열적 및 기계적인 주기적 부하 하에라도 유지되는 것을 보장하는 가능성을 개시하고 있다. 양호한 냉각 성능을 갖는 특히 경질의 가공 디스크가 예컨대 독일 특허 제10007390A1호에 설명되어 있다. 가공 디스크 형태를 확실히 세팅하는 가능성이 예컨대 독일 특허 제102004040429A1호 또는 독일 특허 제10200603749A1호에 개시되어 있다. 그러나, 처리 중에 가공 디스크를 목표 변형시키는 이들 방법은 특별히 요구하는 용례를 위한 반도체 웨이퍼의 제조를 위해 요구되는 바와 같이 가공 디스크에 부착된 가공층의 가공면이 서로에 대해 양 가공면의 평탄도와 평행 관계를 갖는 정도까지 초기의 불균일한 가공 디스크를 평탄하게 만드는 데에 부적절하다.
마지막으로, 가공면의 평탄도와 서로에 대한 양 가공면의 평행 관계는 가공 디스크에 부착된 가공층의 두께 프로파일에 의해 결정된다. 가공층은 그 두께와 탄성이 매우 일정하다면 잘해야 가공 디스크의 형태를 시뮬레이트할 수 있다.
마지막으로, 종래 기술은 가공층을 트리밍하는 방법을 개시하고 있다. 트리밍은 공구로부터 목표 재료의 제거를 의미하는 것으로 이해된다. 성형 트리밍["트루잉(truing)]과 공구의 표면 특성을 변경시키는 트리밍["드레싱(dressing)", "컨디셔닝(conditioning)", "건조(seasoning)"] 간에 차이가 있다. 성형 트리밍의 경우에, 가공물과 접촉하게 되는 공구의 요소들이 원하는 목표 형태가 되도록 적절한 트리밍 장치에 의해 공구로부터 재료가 제거된다. 이와 달리, 공구의 표면 특성만을 변경시키는 트리밍의 경우에는, 원하는 특성 변화, 예컨대 조면화, 클리닝 또는 교정이 겨우 달성되는 아주 적은 재료가 제거되고, 공정에서 공구의 형태에 있어서의 임계 변화는 회피된다.
그러나, DSP의 경우에, 가공층(폴리싱 패드)의 성형 트리밍은 폴리싱 패드의 유효층이 극히 얇기 때문에 수행될 수 없다. 이 유효층은 폴리싱 패드가 그 사용 과정에서 실제로 재료 제거 마모를 받지 않기 때문에 얇다. 성형 트리밍은 DSP의 경우에 수행될 수 없기 때문에, 불균일한 가공 디스크로부터 생기는 가공면의 불균일성이 정정될 수 없다.
PPG의 경우에, 가공층(연삭 패드)은 이 가공층에 결합된 연마재에 의해 반도체 웨이퍼와 맞물리게 되고 압력하에 그리고 상대 운동에 의해 재료를 제거한다. 따라서, 연삭 패드는 마모를 받는다. PPG 연삭 패드가 마모를 받기 때문에, 그 유효층은 일반적으로 상당한 두께(적어도 수십 밀리미터)를 갖고 있어, 연삭 패드를 교체함으로써 유발되는 빈번한 생산 중단 없이 경제적인 사용이 가능하며 그 평탄도가 반복적인 트리밍에 의해 재확립될 수 있다. 종래 기술에서는, 새로운 연삭 패드를 부착한 직후에, 가공면에서 연마재 낟알을 노출시키도록 트리밍이 수행된다(초기 드레싱). 초기 드레싱의 한가지 방법은 예컨대, Optifab(T. Fletcher 등, 뉴욕주 로체스터, 2005년 5월 2일)에 설명되어 있다.
자체에 의한 초기 드레싱 및 가공면의 형태를 재확립하는 통상의 트리밍 모두는 연삭 패드의 서비스 수명을 상당히 단축시키지 않는 가공층으로부터의 그러한 작은 재료 제거와 관련된다.
사실상, PPG의 경우에, DSP와 달리, 예컨대 종래 기술에서 보다 양호하게 제조될 수 없었던 불균일한 가공 디스크에서라도 평탄한 가공면이 얻어지도록 상당히 연장된 성형 트리밍에 의해 가공층을 트리밍하는 것이 가능하다. 그러나, 이 경우에, 재료의 초기 유효층 중 상당 부분(예컨대, 1/3 이상)이 연삭 패드로부터 제거되어야 한다. 이는 설명된 방법을 비경제적으로 만든다(고가의 연삭 패드의 높은 소비, 트리밍 블록의 높은 소비, 설비 정지 기간이 긴 오랜 트리밍 공정).
따라서, 본 발명이 기초로 하는 목적은 가공층의 성형 트리밍에 의한 상당한 재료 제거를 필요로 하는 일 없이 DSP 또는 PPG를 위해 양면 처리 장치의 가공층의 평탄도 및 평면-평행 관계를 더욱 개선시키는 것이다.
상기 목적은 링형 상부 가공 디스크, 링형 하부 가공 디스크 및 롤링 장치를 포함하는 양면 처리 장치의 2개의 가공 디스크 각각에 각각의 평탄한 가공층을 제공하는 방법에 의해 달성되는데, 2개의 가공 디스크 및 또한 롤링 장치는 양면 처리 장치의 대칭축을 중심으로 회전 가능한 방식으로 장착되며,
(a)하부 가공 디스크의 표면에 하부 중간층를 그리고 상부 가공 디스크의 표면에 상부 중간층을 부착하는 단계와,
(b)적어도 3개의 트리밍 장치에 의해 중간층을 모두 동시에 레벨링하는 단계와,
(c)균일한 두께의 하부 가공층을 하부 중간층에 그리고 균일한 두께의 상부 가공층을 상부 중간층에 부착하는 단계
를 기재된 순서로 포함하고, 상기 각 트리밍 장치는 트리밍 디스크, 연마재 물질을 함유하는 적어도 하나의 트리밍 본체 및 외부 톱니를 포함하고, 트리밍 장치는 압력 하에 연마 작용을 하는 물질을 함유하지 않는 냉각용 윤활유를 첨가하면서 롤링 장치 및 외부 톱니에 의해 중간층 위의 사이클로이드 경로에서 이동되어, 중간층으로부터 재료를 제거한다.
본 발명에 따른 방법은 성형 트리밍을 필요로 하는 일 없이 매우 평탄한 가공면을 제공할 수 있다. 따라서, 이 방법은 또한 가공층의 성형 트리밍이 그 작은 두께를 고려하여 가능하지 않은 DSP의 경우에 채용될 수 있다. PPG의 경우에, 상당한 두께 감소, 이에 따라 성형 트리밍과 관련된 가공층의 가능한 서비스 수명의 상당한 감축을 피할 수 있다.
도 1은 가공 디스크들 간의 거리의 반경 방향 프로파일.
도 2는 하부 가공 디스크의 형태의 반경 방향 프로파일.
도 3은 본 발명에 따르지 않는 방법에 의한 준비 후에 가공면들 간의 거리의 반경 방향 프로파일.
도 4는 본 발명에 따른 방법에 의한 준비 후에 가공면들 간의 거리의 반경 방향 프로파일.
도 5는 종래 기술에 따른 양면 처리 장치의 본질적 요소들의 개략도.
도 6은 본 발명에 따른 방법에 따라 중간층을 레벨링하는 트리밍 장치의 예시적인 실시예.
도 7은 본 발명에 따른 방법의 단계 a) 내지 c)의 개략도.
참조 부호 및 약어의 리스트
1: 0°방위각의 경우에 가공 디스크들 간의 거리의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따르지 않는 방법)
2: 90°방위각의 경우에 가공 디스크들 간의 거리의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따르지 않는 방법)
3: 180°방위각의 경우에 가공 디스크들 간의 거리의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따르지 않는 방법)
4: 270°방위각의 경우에 가공 디스크들 간의 거리의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따르지 않는 방법)
5: 0°방위각의 경우에 하부 가공층의 형태의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따르지 않는 방법)
6: 90°방위각의 경우에 하부 가공층의 형태의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따르지 않는 방법)
7: 180°방위각의 경우에 하부 가공층의 형태의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따르지 않는 방법)
8: 270°방위각의 경우에 하부 가공층의 형태의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따르지 않는 방법)
9: 0°방위각의 경우에 가공면들 사이의 가공 간극의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따른 방법)
10: 90°방위각의 경우에 가공면들 사이의 가공 간극의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따른 방법)
11: 180°방위각의 경우에 가공면들 사이의 가공 간극의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따른 방법)
12: 270°방위각의 경우에 가공면들 사이의 가공 간극의 반경 방향 프로파일(본 발명에 따른 방법)
13: 상부 가공 디스크
14: 반도체 웨이퍼
15: 캐리어
16: 상부 중간층
17: 가공면들 사이의 가공 간극
18: 액체 작동 매체를 공급하기 위한 채널
19: 하부 가공면
20: 외부 핀 휠
21: 내부 핀 휠
22: 내주 근처에서 가공 디스크들의 표면들 간의 간극 폭을 측정하는 장치
23: 외주 근처에서 가공 디스크들의 표면들 간의 간극 폭을 측정하는 장치
24: 상부 가공 디스크의 회전축
25: 하부 가공 디스크의 회전축
26: 하부 가공 디스크
27: 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 캐리어의 개구
28: 전체 양면 처리 장치의 회전 및 대칭축
29: 하부 중간층
30: 레벨링 전에 하부 중간층의 표면
31: 레벨링 후에 하부 중간층의 표면
32: 하부 가공층
33: 본 발명에 따른 방법에 의한 준비 후에 하부 가공층의 평탄한 가공면
34: 트리밍 디스크
35: 상부 트리밍 본체
36: 하부 트리밍 본체
37: 트리밍 장치의 외부 톱니
38: 상부 가공면
39: 상부 가공층
40: 레벨링 전에 상부 중간층의 표면
41: 레벨링 후에 상부 중간층의 표면
42: 본 발명에 따른 방법에 의한 준비 후에 상부 가공층의 평탄한 가공면
W: 가공 디스크들의 상호 대면하는 표면들 간의 거리
U: 하부 가공 디스크의 높이(두께)
G: 가공면들 간의 거리
R: 가공 디스크 상의 반경 방향 위치
no: 상부 가공 디스크의 회전 속도
nu: 하부 가공 디스크의 회전 속도
ni: 내부 핀 휠의 회전 속도
na: 외부 핀 휠의 회전 속도
본 발명을 도면 및 예시적인 실시예를 참조하여 아래에서 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명이 관련한 회전하는 캐리어에 의해 복수 개의 반도체 웨이퍼의 양면을 동시에 재료 제거 처리하는 장치를 도시하고 있다. 링형의 상부 가공 디스크(13)와 하부 가공 디스크(26)는 회전 속도(no 및 nu)로 동일 선상의 축(24)에서 회전한다. 내부 핀 휠(21)은 링형의 가공 디스크(13, 26)의 내부 직경 내에 배치되고 외부 핀 휠(20)은 링형의 가공 디스크(13, 26)의 외부 직경 외측에 배치되어, 상기 핀 휠들은 가공 디스크에 대해 동일 선상에서 그리고 이에 따라 양면 처리 장치의 공통의 전체 축(28) 주위에서 회전 속도(ni 및 na)로 회전한다. 내부 핀 휠(21)과 외부 핀 휠(20)은 롤링 장치를 구성하고, 이 롤링 장치 내로 적절한 외부 톱니를 갖는 적어도 3개의 캐리어(15)가 삽입된다. 도 5는 예컨대 5개의 캐리어(15)가 삽입되는 양면 처리 장치를 도시하고 있다. 캐리어(15)는 반도체 웨이퍼(14)를 수용하기 위한 적어도 하나의, 바람직하게는 복수 개의 개구(27)를 각각 구비한다. 도 5에 도시된 예에서, 반도체 웨이퍼(14)는 5개의 캐리어들 각각에 각각 삽입된다. 따라서, 이 예에서는, 15개의 반도체 웨이퍼(14)가 처리 패스(기계 배치) 당 동시에 처리된다.
본 발명에 따르면, 2개의 가공 디스크(13, 26)는 서로 대면하는 표면들에 중간층[도 5와 도 7의 상부 중간층(16) 및 도 7의 하부 중간층(29)]을 갖고 있다. 중간층의 상호 대면하는 표면은 가공층[도 5의 상부 가공층(39) 및 도 7의 하부 가공층(32)]을 갖고 있다. 가공층(39, 32)의 상호 대면하는 표면은 가공면(38, 19)을 형성한다. 가공면은 처리 중에 반도체 웨이퍼(14)의 전면 및 후면과 접촉하게 된다.
롤링 장치(20, 21)와 외부 톱니에 의해, 반도체 웨이퍼(14)를 갖고 있는 캐리어(15)는 상부 가공면(38) 및 하부 가공면(19)에 걸쳐서 동시에 사이클로이드 경로에서 안내된다. 이 경우에 도시된 양면 처리 장치의 특징적인 것은 이 경우의 캐리어가 전체 장치의 축(28)을 중심으로 행성 경로에서 회전한다는 것이다. 가공면(38, 19) 사이에 형성되고 이 경우에 캐리어가 이동하는 공간은 가공 간극(17)으로서 명명된다. 처리 중에, 상부 가공 디스크(13)는 하부 가공 디스크(26) 상에 힘을 가하고, 상부 가공 디스크(13)의 채널(18)을 통해 작동 매체가 공급된다.
도 5에 도시된 양면 처리 장치가 화학 기계적 양면 폴리싱을 위해 사용되면, 가공층(39, 32)은 처리 중에 반도체 웨이퍼(14)의 표면과 접촉하게 되어 연마 작용을 하는 경질의 물질을 함유하지 않는 폴리싱 패드이다. 채널(18)을 통해 가공 간극(17) 내로 공급되는 작동 매체는 바람직하게는 9 내지 12의 pH 값을 갖는 콜로이드 분산식 실리카 졸을 함유하는 폴리싱제이다.
도 5에 도시된 양면 처리 장치가 PPG 원리에 따른 양면 연삭에 사용되면, 가공층(39, 32)은 반도체 웨이퍼(14)의 표면들과 접촉하도록 고정 결합된 연마재 물질을 함유하는 연삭 패드이다. 채널(18)을 통해 가공 간극(17)으로 공급되는 작동 매체는 연마 작용을 하는 물질을 함유하지 않는 냉각용 윤활유이다. 바람직하게는, PPG의 경우에 냉각용 윤활유로서 추가의 첨가제가 없는 순수한 물이 사용된다.
최종적으로, 가공층(39, 32)에 대한 반도체 웨이퍼(14)의 전술한 상대 운동에 의해 재료가 제거된다. DSP의 경우에, 재료 제거는 (1)폴리싱 패드, (2)알칼리성 폴리싱제의 반응 OH-기를 포함하는 실리카 졸 및 (3)각각의 폴리싱 패드와 대면하는 반도체 웨이퍼(14)의 표면의 3체 상호 작용(three-body interaction)에 의해 수행된다. PPG의 경우에, 재료 제거는 (1)연마재가 결합된 연삭 패드 및 (2)각각의 연삭 패드와 대면하는 반도체 웨이퍼(14)의 표면의 2체 상호 작용에 의해 수행된다.
가공면(38, 19) 사이에 형성된 가공 간극(17)의 형태가 상기 가공 간극에서 처리되는 반도체 웨이퍼(14)의 형태를 임계적으로 결정한다. 가능한 한 평행한 간극 프로파일이 매우 평면-평행한 전면 및 후면을 갖는 반도체 웨이퍼(14)를 초래한다. 대조적으로, 반경 방향으로 게이핑하거나(gaping) 방위각으로 굽이치는["흔들거리는(wobbling)"] 간극은 예컨대, 반도체 웨이퍼 표면의 두께 또는 파동이 웨지 형태로 평면-평행 관계가 불량한 전면 및 후면을 초래한다. 따라서, 몇몇의 양면 처리 장치는 예컨대 상부 가공 디스크(13)에서 상이한 반경 방향 위치에 배치되고 처리 중에 가공 디스크(13, 26)의 상호 대면하는 표면들 간의 거리를 측정하는 센서(22, 23)를 갖는다.
가공 디스크(13, 26) 간의 거리 측정은 반도체 웨이퍼(14)로부터 재료를 제거하고 이에 따라 임계적인 가공면(38, 19) 간의 거리에 관한 결론을 간접적으로 허용한다. 이것[예컨대, 가공층들이 일정한 그리고 이에 따라 예상 가능한 마모를 받기 때문에 가공층(39, 32)의 두께의 적어도 간접적인 그리고 소정의 지식]으로부터, 반도체 웨이퍼(14)의 두께가 추론될 수 있다. 이는 반도체 웨이퍼(14)의 목표 두께가 얻어질 때에 목표로 한 최종 턴오프를 허용한다.
더욱이, 상이한 반경 방향 위치들에 배치된 복수 개의 센서(22, 23)의 사용은, 반경 방향 프로파일 및 (2개의 가공 디스크들의 회전 각도의 절대 각도 인코딩 및 거리 측정의 양호한 일시적인 분석에 의해) 또한 적어도 원칙적으로 가공 간극(17)의 방위각 프로파일에 관한 결론을 추가적으로 허용한다. 따라서, 몇몇의 양면 처리 장치는 가공 디스크의 변형에 의해 가공 간극의 변형(보통, 오직 반경 방향으로(게이프; gape) 그리고 정의된 한가지 파라미터 특성을 가짐)을 초래하는 구동 요소를 더 구비한다. 측정된 거리에 따른 이 변형은 폐쇄형 제어 루프에서 연속적으로 행해지고, 매우 평행한 가공 간극이 세팅될 수 있고 처리 중에 열적 및 기계적인 주기적 부하 하에라도 일정하게 유지될 수 있다.
도 7은 균일한 가공 간극의 준비를 위해 필요한 본 발명에 따른 방법의 부분적인 단계들을 설명하고 있다.
단계(a)에서, 상부 중간층(16)과 하부 중간층(29)이 불균일한 상부 가공 디스크(13)와 하부 가공 디스크(26)(도 7a)에 부착된다(도 7b). 부착된 중간층(16, 29)은 바람직하게는 견고한 체결 복합물을 형성하기 위하여 각각의 가공 디스크의 형태를 따를 수 있도록 어느 정도의 탄성을 갖고 있다. 중간층들이 가공 디스크의 형태를 따르기 때문에, 그 상호 대면하는 표면(40, 30)은 가공 디스크(13, 26)의 표면들 만큼 불균일하다.
중간층들을 위해 플라스틱이 바람직하게 선택된다. 플라스틱으로 구성된 플레이트는 큰 치수에서도 양호한 치수 정확도를 갖게 이용될 수 있고 재료 제거 방식으로 쉽게 처리될 수 있다. 중간층은 또한 중단되지 않은 쪽매 세공(parqueting)에 의해 복수 개의 플레이트로 구성될 수 있다. 개별적인 "타일들"의 접경 에지들에서 가능한 초기 두께차는 트리밍 단계에 의해 제거되고, 이에 따라 균일한 커버링이 초래딘다. 플라스틱은 일반적으로 열악한 열 도체이다. 그러나, 반도체 웨이퍼가 이동하는 가공 간극으로부터 일반적으로 냉각 미로에 의해 퍼져서 결과적인 처리 열의 소산을 초래하는 가공 디스크로의 열 전달이 전체 표면에 걸쳐 발생하기 때문에, 중간층이 부착된 후에라도 열 전도는 여전히 충분하다. 열 전도성이 증가된 플라스틱이 바람직하게는 중간층에 사용된다. 이들 플라스틱은 일반적으로 그래파이트(카본 블록) 또는 그 밖의 알루미늄, 금속 산화물 또는 구리에 의해 충전되어 쉽게 이용될 수 있다.
중간층에 바람직한 플라스틱은 폴리아미드(PA), 아세탈(폴리옥시메틸렌, POM), 아크릴(폴리메틸 메타크릴레이트, PMMA; 아크릴 유리), 폴리카보네이트(PC), 폴리설폰(PSU), 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리비닐 클로라이드(PVC)이다. 에폭시 수지(EP), 폴리에스테르 수지(UP), 페놀 수지 또는 비탄성 폴리우레탄(PU) 등의 열경화성 플라스틱이 특히 바람직하다. 유리 또는 탄소 섬유 보강된 에폭시 수지(GFRP-EP, CFRP-EP)가 또한 특히 바람직하다. 섬유 보강의 결과로서, 치수 안정적이 되지만, 얇은 두께로 불균일한 가공 디스크의 윤곽을 따르고 견고한 체결 합성물을 가능하게 하는 데에 충분히 탄성적이다. 특정한 열경화성 플라스틱이 칩 제거 처리, 특히 충전되거나 섬유 보강된 에폭시 수지에 의해 양호하게 처리될 수 있다. 또한, 열경화성 플라스틱은 가공 디스크에 특히 양호하게 영구적으로 결합될 수 있다. 에폭시 수지를 이용한 접착제 결합의 경우에, 경화는 중첨가 반응(polyaddition)에 의해 수행된다. 따라서, 예컨대 중축합 반응(polycondensation)으로부터의 물과 같은 낮은 분자량의 부산물이 발생하고 용제가 탈출할 필요가 없는데, 이는 접착제 조인트를 덮는 중간층에 의해 크게 지연된다.
가공 디스크(13, 26)에 대한 중간층(16, 29)의 결합은 바람직하게는 영구적 결합에 의해 생성된다. 결국에 마모를 받고 이에 따라 정기적으로 교체되어야 하는 새로운 가공층(32, 39)이 장착될 때마다, 중간층은 주의깊게 마련된 매우 평탄한 기준면으로서 가공 디스크 상에 영구적으로 남아 있도록 의도된다.
다음 단계(b)에서, 중간층(16, 29) 모두의 동시적 성형 트리밍이 적어도 3개의 트리밍 장치에 의해 수행되고, 각 트리밍 장치는 트리밍 디스크(34; 도 6 참조), 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36) 및 외부 톱니(37)를 포함하고, 여기서 트리밍 장치는 압력 하에서 그리고 마모 작용을 하는 물질을 함유하지 않는 냉각용 윤활유의 첨가와 함께 롤링 장치(20, 21) 및 외부 톱니(37)에 의해 중간층(16, 29) 위의 클로이드 경로에서 이동되어 중간층(16, 29)으로부터 재료를 제거한다.
도 6에 개략적으로 도시된 트리밍 장치는 중간층의 성형 트리밍에 적절하다. 트리밍 장치는 트리밍 디스크(34), 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36) 및 외부 톱니(37)를 포함한다. 트리밍 디스크(34)는 적어도 하나의 트리밍 본체(35)가 상부에 부착되는 캐리어로서 역할을 한다. 그러나, 트리밍 장치는 또한 단일체로 구현될 수 있다. 이 경우에, 트리밍 디스크(34)와 트리밍 본체(35, 36)는 동일하고 이에 따라 트리밍 본체(35, 36)는 양면 처리 장치의 가공 디스크 상에 부착된 양 중간층과 맞물리도록 동시에 통과한다. 이 때에, 외부 톱니(37)는 고정되거나 통합된다. 그러나, 바람직하게는, 적절한 트리밍 장치는 도 6에 도시된 바와 같이 개별적인 요소들로 이루어진다. 이때에, 트리밍 디스크(34)는 상부 중간층 및 하부 중간층과 맞물리게 되는 적어도 하나의 상부 트리밍 본체(35) 및 적어도 하나의 하부 트리밍 본체(36)를 갖고 있다. 각각 정확하게 하나의 상부 트리밍 본체(35)와 정확하게 하나의 하부 트리밍 본체(36)인 경우에, 이들 본체는 바람직하게는 링형이다.
트리밍은 중간층과 접촉하도록 연마재 물질을 해제하여 유리된 낟알에 의해 중간층으로부터 재료를 제거하는 트리밍 본체(35, 36)에 의해 수행될 수 있다. 이는 결정적으로 재료 제거용 낟알이 해제되어 활성 지점에서 직접 작용한다는 점에 의해 마찬가지로 유리된 낟알에 의해 재료를 제거하는 래핑과 상이하다. 공작물의 에지로부터 중앙으로의 운반 중에 래핑제 소모를 고려하여 래핑의 단점, 즉 래핑된 공작물의 볼록한 형태(여기서: 중간층)는 본 발명에 따른 이 방식에서 회피된다. 따라서, 중간층은 공급된 낟알을 이용한 래핑에 의해 트리밍함으로써 본 발명에 따라 레벨링될 수 없다. 또한, 본 발명에 따른 트리밍 장치는 가공 디스크를 구성하거나 매우 급속하게 마모됨으로써 그 형태를 잃는 재료[바람직하게는, 주강(연성의 회주철 또는 주물용 스테인레스강)으로부터 재료 제거를 유발하지 않기 때문에, 설명된 트리밍 장치에 의해 트리밍이 가공 디스크 상에 직접 수행될 수 없고 이에 따라 중간층의 부착이 회피될 수 없다.
해제된 낟알을 이용한 트리밍의 경우에, 연마재는 바람직하게는 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 탄화물(SiC), 이산화지르코늄(ZrO2), 붕소 질화물(BN), 붕소 탄화물(B4C), 석영(SiO2) 또는 이산화세륨(CeO2) 또는 언급한 물질들의 혼합물을 포함한다.
중간층의 트리밍은 또한 본 발명에 따라 중간층과 접촉하여 고정 결합된 낟알에 의해 재료를 제거하는 고정 결합된 연마재를 함유하는 트리밍 본체(35, 36)에 의해 수행될 수 있다. 이 트리밍은 또한 트리밍 본체(35, 36)에 고정 결합된 연마재가 바람직하게는 다이아몬드 또는 실리콘 탄화물(SiC), 특히 바람직하게는 다이아몬드이기 때문에 불균일한 가공 디스크 자체를 직접 트리밍하는 데에 사용될 수 없다. 다이아몬드는 강을 처리하는 데에 적절하지 않다. 다이아몬드는 결국 다이아몬드를 구성하는 탄소에 대해 용해성을 갖는다. 강과 달리, 다이아몬드의 절단 에지는 즉각적으로 둥글게 되어 트리밍 본체가 뭉뚝해진다.
중간층이 고정 결합된 낟알에 의해 트리밍될 때에, 회전체는 바람직하게는 소위 다이아몬드 "펠릿"을 포함한다. "펠릿"은 일반적으로 서로에 대해 평면-평행 방식으로 연장되는 적어도 2개의 측면을 갖는 일련의 균일체, 예컨대 소결 및 소성(세라믹 또는 유리질 결합)에 의해 또는 야금 결합 방식으로 연마재를 합성 수지와 함께 함유하는 실린더, 중공 실린더 또는 프리즘인 것으로 이해된다. 특히 바람직하게는, 중간층이 트리밍될 때에, PPG 연삭 패드가 또한 트리밍 본체로서 사용되고, 상기 연삭 패드는 트리밍 디스크(34)의 양면에 접착제에 의해 결합된다(도 6). PPG 연삭 패드는 원래 유리(광학)의 재료 제거를 위해 개발되었으며, 이에 따라 유리를 높은 비율로 갖는 유리 섬유 충전된 에폭시 수지의 효율적인 처리에 특히 적합하다.
중간층(16, 29)이 부착되었을 때에 바람직하게는 중간층의 성형 트리밍 중에 가공 간극(17)으로부터 가공 디스크(13, 26)로의 열 전도를 더욱 개선시키기 위해, 트리밍 공정의 말미에 관련 가공 디스크의 최고 고도를 여전히 덮고 있는 많은 재료가 제거된다. 모든 경우에, 트리밍 후에, 중간층은 부착되는 전체 가공 디스크를 여전히 완벽하게 덮도록 의도되고, 즉 천공부가 발생하지 않도록 의도된다. 가장 얇은 지점에서 트리밍 후에 남아 있는 두께가 중간층의 가장 두꺼운 지점에서 남아 있는 두께의 최대 1/10이라는 가치가 실용적이라고 입증되었다. 따라서, 진폭이 대략 20 ㎛인 불균일성을 가공 디스크의 경우에, 중간층이 트리밍 후에 가장 얇은 지점에서 단지 수 마이크로미터의 두께이면 족하다. 그러한 얇은 중간층은 더 이상 열 전도를 감손시키지 않는다.
설명한 트리밍에 의해 극히 양호한 평탄도가 생성될 수 있다. 도 7c는 아래의 불균일한 가공 디스크(13, 26) 위에 이에 따라 얻어진 상부 중간층(16) 및 하부 중간층(29)의 평탄한 표면(41, 31)을 도시하고 있다.
도 7d는 서로 대면하는 가공면(38, 19)에 의해 중간층(16, 29) 및 가공층(39, 32)[단계(c)에서 최종적으로 부착됨]이 레벨링된 불균일한 가공 디스크(13, 26)를 포함하는 구조를 도시하고 있다. 중간층(16, 29)의 평탄도로 인해, 가공층(39, 32)이 또한 부착 직후에 매우 평탄한 가공면(42, 33)을 이미 갖고 있다. 가공층은 특별히 요구하는 용례를 위한 반도체 웨이퍼의 처리를 위해 추가의 트리밍 조치 없이 적절하다.
그러나, 선택적으로, 가공층(39, 32)의 비성형 트리밍이 단계(d)에서 추가적으로 수행될 수 있다. 단계(c)에서 설명된 트리밍 방법이 마찬가지로 이 목적을 위해 사용될 수 있다.
DSP 방법을 위한 폴리싱 패드의 경우에, 일례로서, 미세한 평활화(smoothing)를 수행하기 위하여 비성형 트리밍(컨디셔닝, 드레싱)이 필요할 수 있다. 가공층의 이용 가능한 유효층의 초기 두께의 1/10의 최대 허용 제거가 실용적인 것으로 판명되었다. DSP 방법을 위한 폴리싱 패드의 경우에, 유효층 높이는 단지 수십 ㎛ 내지 대략 200 ㎛의 최대값이다. 따라서, 단지 바람직하게는 대략 5 ㎛보다 적게, 특히 바람직하게는 단지 1 내지 3 ㎛가 제거되어야 한다. 바람직하게는, 이 경우에 트리밍 본체(35, 36)는 결합된 낟알에 의해 가공층으로부터 재료를 제거하도록 고정 결합된 연마재 물질을 함유한다. 이 용례를 위한 바람직한 연마재 물질은 다이아몬드 및 실리콘 탄화물(SiC)이다.
다른 한편으로, PPG 방법을 위한 연삭 패드의 경우에 초기 드레싱을 수행하기 위하여 비성형 트리밍이 또한 필요할 수 있다. 초기 드레싱의 경우에, 연삭 패드의 최상층의 수 마이크로미터가 컷팅 액티브 연마재(cutting-active abrasive)를 덮지 않도록 제거된다. PPG 연삭 패드의 경우에, 유효층 두께는 예컨대 대략 600 ㎛이다. 기껏해야 10 내지 12 ㎛, 그러나 특히 바람직하게는 단지 4 내지 6 ㎛의 트리밍이 비성형으로서 간주될 수 있다. 따라서, 일반적으로, PPG 연삭 패드의 경우에, 초기 유효층 두께의 1/50 미만이 제거된다. 바람직하게는, 이 경우에, 트리밍 본체(35, 36)는 가공층과의 접촉시에 연마재 물질을 해제하여, 가공층으로부터의 재료 제거가 유리된 낟알에 의해 초래된다. 이 경우에, 트리밍 본체는 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 탄화물(SiC), 이산화지르코늄(ZrO2), 붕소 질화물(BN), 붕소 탄화물(B4C)의 물질들 중 적어도 하나를 함유한다.
실시예 및 비교예
Peter Wolters GmbH사(독일 렌즈버그)로부터의 AC2000 타입의 양면 처리 장치가 실시예 및 비교예를 위해 사용되었다. 이 장치의 링형 가공 디스크는 1935 mm의 내부 직경과 563 mm의 내부 직경을 갖는다. 따라서, 링의 폭은 686 mm이다.
도 1은 가공 디스크 반경(R)(밀리미터)의 함수로서 양면 처리 장치의 가공 디스크의 상호 대면하는 표면들 간에 거리(W)(밀리미터)의 프로파일 W=W(R)을 도시하고 있다. 거리 측정을 위해, 상부 가공 디스크는 하부 가공 디스크 상에서 120°로 위치된 3개의 게이프 블록(gape block) 상에 장착되었다. 게이프 블록은 이들 3개의 방위 지점에서 지지될 때에 중력하의 상부 가공 디스크의 휨이 대략 최소로 되도록 선택된 동일한 반경 상에 배치된다. 환형 플레이트의 이들 지점은 그 전체 길이에 걸쳐 최소의 휨을 갖기 위하여 균일한 선 부하를 갖는 벤딩 빔이 2개의 지점 상에 위치되어야 하는 소위 베셀(Bessel) 또는 에이리(Airy) 지점에 대응한다.
가공 디스크 거리의 반경 방향 프로파일은 거리 다이얼 게이지에 의해 측정되었다. AC2000은 상부 가공 디스크의 반경 형태를 조정하는 장치를 구비한다. 이 형태는 하부 가공 디스크에 대해 볼록형 및 오목형 간에 세팅될 수 있다. 가능한 한 균일한 가공 디스크들 사이에 간극의 반경 방향 프로파일을 생성한 세팅이 사용되었다. 도 1은 하부 가공 디스크에 일정한 측정 트랙을 이용하여, 하부 가공 디스크에 대한 하부 가공 디스크의 회전(방위)의 4개의 상이한 각도를 위한 가공 디스크 거리의 결과적인 반경 방향 프로파일(0°에 대해 곡선 1, 90°에 대해 곡선 2, 180°에 대해 곡선 3 및 270°에 대해 곡선 4)을 도시하고 있다. 다이얼 게이지의 치수(베어링 피트)를 고려하여, 302.5≤R≤942.5의 반경 범위만이 측정에 이용될 수 있다. 따라서, 전체 폭이 686 mm인 640 mm의 링이 측정되었다.
도시된 플레이트 형태는 종래 기술에 따른 래핑에 의해 얻어졌다. 가공 디스크들 간의 거리는 원칙적으로 반경 방향으로 변한다는 것을 도 1에서 명확하게 알 수 있다. 그 거리는 외부 반경 및 내부 반경에서 가장 크고 링 폭의 대략 절반에서 가장 작다. 이는 래핑 처리의 특징인 내부 및 외부 에지에서 가공 디스크 두께의 감소에 대응한다. 보다 작은 방위 편향[특히 큰 반경 R > 700에서 2 및 4에 대한 상이한 프로파일 W(R) 1 및 3]은 장치의 대칭축(28)을 통해 직경 방향으로 연장되는 벤드 라인을 따른 가공 디스크의 스트레인을 나타낸다.
도 2는 가공 디스크 반경(R)(밀리미터)의 함수로서 동일한 장치의 하부 가공 디스크의 높이(U)(밀리미터)의 프로파일 U = U(R)을 도시하고 있다. 측정을 위해, 베셀 지점에 배치된 2개의 게이지 블록 상에서 하부 가공 디스크 위에 직경 방향으로 휘는 경질의 강철자를 배치하고, 강철자와 대면하는 하부 가공 디스크의 표면과 강철자 사이의 거리를 상이한 반경을 위한 다이얼 게이지에 의해 결정하였다. 측정은 도 1에 도시된 가공 디스크 거리[W(R)]의 측정과 동일한 각도(방위)로 수행되었다(0°에서 곡선 5, 90°에서 곡선 6, 180°에서 곡선 7 및 270°에서 곡선 8). 하부 가공 디스크는 외부 에지 및 내부 에지를 향해 높이가 감소되고 링 폭의 절반보다 약간 큰 반경에서 가장 큰 두께("팽윤부")를 갖는다.
상부 가공 디스크는 이동 가능하게(카대닉 방식으로) 장착되고 이에 따라 강철자 방법에 의한 그 형태의 직접적인 측정에는 이용될 수 없다. 그러나, 그 형태는 프로파일 W(R)(도 1)과 U(R)(도 2) 간의 차이로부터 직접적으로 생긴다. 도 2의 높이차의 최대값은 대략 17 ㎛이고 도 1의 거리차의 최대값은 대략 32 ㎛이다. 따라서, 외부 에지 및 내부 에지에 대해 게이프하는 링형 가공 디스크들 간의 간극은 상부 가공 디스크와 하부 가공 디스크 간에 대략 균일하게 분배되고, 가공 디스크들은 링 중앙에 대략 동일한 "팽윤부"를 갖는다.
비교예
비교예에서, 가공층으로서 3M사로부터의 677XAEL 타입의 PPG 연삭 패드가 설명한 양면 처리 장치의 (도 1 및 도 2를 특징으로 하는) 가공 디스크 각각에 접착제에 의해 직접 결합된다. 가공층은 패드를 중간층에 접착제에 의해 결합시키는 0.76 mm 두께의 아래의 지지층과 0.8 mm 두께의 상부층으로 이루어지고, 상부층의 최대 650 ㎛가 유효층으로서 사용될 수 있다. 각각의 경우에 대략 60 ㎛의 재료가 상부 연삭 패드 및 하부 연삭 패드로부터 제거되는 트리밍 방법에 의해 2개의 연삭 패드가 레벨링된다. 이하의 예에서 중간층의 트리밍에 대해 설명되는 것과 유사한 방법의 트리밍 장치가 이 목적을 위해 사용되었다. 트리밍은 장치의 세팅의 경우에 접착제에 의해 결합되지 않는 가공 디스크들 사이에서 가공 디스크들 사이의 간극의 최대로 균일한 반경 프로파일이 미리 측정된 상부 가공 디스크의 반경 형태를 조정하도록 수행되었다("최적의 가공 지점").
도 3은 트리밍 후에 2개의 가공면들 사이의 거리(G)의 프로파일 G = G(R)을 도시하고 있다. 거리(G)는 도 5에서 가공 간극(17)의 폭을 나타낸다.
각각의 경우에 트리밍 중에 달성되는 평균하여 대략 60 ㎛의 재료 제거는 초기 드레싱(연마재 낟알의 노출)을 위한 비성형 트리밍에 필요한 것보다 훨씬 더 많지만, 균일한 간극[G(R) = 상수]을 얻기에는 여전히 너무 적다는 것은 분명하다. 가공 디스크들(도 1; 대략 32 ㎛)의 거리[W = W(R)]의 불균일성이 감소될 수 있지만, 대략 17 ㎛의 진폭의 경우에, 요구하는 용례에 적절한 표면들의 평면-평행 관계를 갖는 반도체 웨이퍼를 얻을 수 있기에는 여전히 훨씬 크다. 도 3은 오직 0°에 대한 간극 프로파일(34)을 도시하고 있다. 간극의 방위 불균일성이 크게 경감되므로, 반경 방향 불균일성이 우세하고 하나의 각도에 대한 간극 프로파일은 전체 가공 간극을 완벽하게 설명한다.
부착된 가공층이 폴리싱 패드이면, 트리밍의 결과로서 재료의 대략 60 ㎛의 재료 제거는 이미 폴리싱 패드를 사용할 수 없게 만드는데, 그 이유는 폴리싱 패드의 유효 두께가 단 수십 ㎛이기 때문이다(그럼에도 불구하고, 균일한 가공 간극이 달성될 수 없었다).
실시예
도 1 및 도 2에 도시된 불균일성을 특징으로 하는 가공 디스크는 1000 × 1000 m2의 크기를 갖는 플레이트 블랭크로부터 링 세그먼트형의 방식으로 크기 맞춤절단된 0.5 mm 두께의 유리 섬유 보강된 에폭시 수지 플레이트를 갖는 사면체에 접착제에 의해 결합되었다. 본 발명에 따른 방법을 수행하는 데에 매우 적합한 것은 플라스틱이다. GFRP-EP는 전자 인쇄 회로 기판의 제조시에 표준 재료로서 대량으로 사용되기 때문에, 양호한 치수 정확도와 일정한 품질을 가지면서 큰 치수에 쉽게 이용될 수 있다. 파괴시에 부착된 중간층이 잔류물 없이 제거될 수 있도록 50 ㎛ 두께의 지지되지 않은 고점착성 합성 수지 접착제층에 의해 접착제 결합이 먼저 수행된다. 접착제층은 보호 필름에 의해 유지되고 열 및 압력(다림질) 하에 크기 맞춤 절단된 에폭시 수지 플레이트에 결합된다. 보호 필름을 박리한 후에, GFRP 크기 맞춤 절단된 피스가 자체 접착 방식으로 구성되어 가공 디스크에 접착제에 의해 결합된다. 후속하는 수동 롤링에 의해 가공 디스크와 중간층 사이에 양호한 힘 체결 및 견고한 체결 결합이 얻어진다.
도 5에 도시된 타입의 트리밍 장치는 이에 따라 부착된 중간층을 레벨링하도록 사용된다. 링형 트리밍 디스크(34)으로 구성된 각 트리밍 장치는 15 mm 알루미늄으로 구성되고, 링형 외부 톱니(37)는 6 mm의 스테인레스강으로 구성되며 나사 결합되고 양면 처리 장치의 내부 및 외부 핀 휠로 구성된 롤링 장치와 맞물리고, 원통형 연마재 본체(35, 36)는 전면에 24개 그리고 후면에 24의 개수가 트리밍 디스크 상에 접착제에 의해 결합되고 70 mm의 직경과 25 mm의 높이를 가지며, 604 mm의 직경을 갖는 피치원 상에 균일하게 배치되는 고등급 핑크 커런덤(corundum)으로 구성된다. 이 타입의 4개의 트리밍 장치는 균일하게 분배된 방식으로 양면 처리 장치 내로 삽입된다.
트리밍은 400 daN의 상부 가공 디스크의 베어링 힘 및 반대 방향에서 트리밍 장치에 대해 대략 30/min(분당 회전수)의 상부 및 하부 가공 디스크의 회전에 의해 수행되는데, 가공 디스크는 처리 장치 내에서 대략 1/min으로 선회하고 각각의 자신의 축을 중심으로 대략 6/min으로 회전된다. 트리밍은 다시 최적의 가공 지점(중간층의 접착제 결합 전에 최대로 균일한 가공 간극)에서 다시 수행된다. 중간층의 트리밍은 제거의 성공을 검사하고 달성된 평탄도를 측정할 수 있도록 복수 개의 부분 제거로 수행된다. 에폭시 수지 플레이트에는 미리 복수 개의 지점에 작은 개구가 마련되었고, 이를 통해 측정 장치를 이용하여 아래의 가공 디스크를 감지하고 이에 따라 에폭시 수지 플레이트의 잔여 두께를 결정할 수 있다. 트리밍 공정의 말미에, 임의의 측정에 이용할 수 있는 가장 얇은 지점은 여전히 100 ㎛ 이하이고, 실제로 가장 얇은 지점은 50 ㎛로 추산된다. 이는 유리 섬유층(50 ㎛)의 두께에 대응한다. 따라서, 가장 얇은 지점에서라도, 중간층은 여전히 안정적이고 또한 가공층이 교체될 때에 분리 또는 변형되지 않으며, 교체 과정에서 특히 인장력이 발생한다(박리 운동에 의한 가공층의 박리).
중간층의 레벨링 후에, 가공층으로서 3M사로부터 677XAEL 타입의 PPG 연삭 패드가 각각의 2개의 중간층 상에 접착제에 의해 결합된다.
초기 드레싱이 마지막으로 수행된다. 매우 평탄한 중간층 상에 미리 장착 후에 우수한 플래너리티(planarity)를 고려하여, 연삭 패드의 모든 구역에서 모든 "타일"을 드레싱하는 데에 대략 10 ㎛의 재료 제거면 충분하다. 이는 트리밍 전에 패드 표면의 여러 지점에 산재된 방식으로 부착되고 트리밍 후에 모두 제거되는 칼라 마킹에 의해 점검된다. 초기 드레싱을 위해, 트리밍 장치는 중간층의 트리밍을 위해 전술한 것과 유사한 방법으로 사용된다. 마지막으로, 가공면은 유리된 잔류 코런덤의 집중적인 린싱에 의해 클리닝된다.
도 4는 이 방식으로 준비된 가공층들의 상호 대면하는 가공면들 사이의 가공 간극의 폭(G)(밀리미터)의 반경 방향 프로파일을 도시하고 있다. 686 mm의 전체 링 폭 중 640 mm의 측정에 이용할 수 있는 반경 방향 범위에 걸쳐, 가공 간극의 폭은 단지 ±1 ㎛만큼 변동한다. 측정값은 최적의 균일한 가공 간극까지 상부 가공 디스크의 변형 및 하부 가공 디스크에 배치된 3개의 게이지 블록 상에 상부 가공 디스크의 장착 후에 얻어졌다. 이 방법의 측정 정확도는 대략 ±1 ㎛이고, 연삭 패드를 구성하는 복수 개의 타일 상에 확실하게 지탱하는 데에 충분하게 커야 하고 복수 개의 제곱 밀리미터의 크기를 갖는 발의 방위의 정확도, 마찬가지로 복수 개의 타일 상에 확실하게 지탱해야 하는 측정 센서에 의한 대향하는 가공면의 감지 및 또한 다이얼 게이지 자체의 측정 정확도로부터 비롯된다.
300 mm의 직경을 갖는 전체 15개의 반도체 웨이퍼가 내부에 삽입되는 3개의 개구를 각각 갖는 5개의 캐리어가 본 발명에 따라 준비된 양면 처리 장치 내로 삽입되고 제어 패스가 수행된다. 초기 드레싱 중에 작은 재료 제거에도 불구하고, 연삭력이 발생하고 레벨링된 중간층이 없이 성형 초기 트리밍을 상당히 증가시키면서(150 ㎛ 제거) 사전 경험으로부터 친숙한 재료 제거 속도를 보인다. 제어 패스는 서로에 대해 가공 디스크들의 최상의 가능한 평행 관계의 세팅에 의해 수행되고, 상기 세팅은 교정 곡선으로부터 공지되어 있다. 가공 디스크의 형태는 패스 중에 재조정되고, 즉 발생하는 열적 및 기계적인 주기적 부하 하에 일정하게 유지된다. 처리된 반도체 웨이퍼는 대략 1 ㎛ TTV의 평탄도를 갖는다.
마지막으로, 우선 서로에 대해 재료 제거 방식으로 반도체 웨이퍼를 처리하는 가공면들의 평행 관계가 입수 가능한 반도체 웨이퍼의 평탄도에 중요하다는 것을 알았다. 이 경우에 개별적인 가공면이 단지 단파 방식으로 평탄하면 족한 것으로 판명되었다. 가공면은 오직 각각의 각도 위치에서 서로에 대해 평행한 가공면들을 갖는 한 장파 방식으로 변형될 수 있다. 이 경우에, "단파"는 유한 강성을 고려하여 반도체 웨이퍼가 변형될 수 있는 길이보다 큰 길이를 의미하고, "장파"는 양면 처리 장치(1 내지 2 미터)의 직경에 대해 반도체 웨이퍼의 직경보다 상당히 큰 길이를 의미하는 것으로 이해해야 한다.
따라서, 다수의 규칙적으로 배치된 "타일" 형태의 PPG 연삭 패드의 구조 및 각각의 경우에 수 밀리미터의 범위를 갖는 "트렌치(trench)"는 입수 가능한 평탄도에 악영향을 미치지 않는데, 그 이유는 밀리미터 등급의 반도체 웨이퍼는 그 강성을 고려하여 이 방식으로 구성된 가공면의 형태로 적응될 수 없기 때문이다. 따라서, 본 발명에 따른 방법을 수행하는 데에 적절한 양면 처리 장치의 회전 대칭을 고려하여, 중간층은 회전축에 대해 대칭적으로 반경 방향으로 약간 만곡될 수 있다. 즉, 예컨대 정확하게 상보적인 방식으로 하나의 가공면은 오목형이고 다른 가공면은 볼록형일 수 있다. 실제로, 대략 반대 방향으로 구형으로 만곡된 가공층(구형 쉘)이 일반적으로 트리밍 중에 얻어진다. 전체 가공층에 걸쳐 평탄한 형태로부터의 최대 편향차가 50 ㎛ 미만인 한, 완벽하게 평면-평행한 가공면으로 처리한 것과 동일한 가공면의 평면-평행 관계를 갖는 반도체 웨이퍼가 얻어진다.

Claims (13)

  1. 링형 상부 가공 디스크(13), 링형 하부 가공 디스크(26) 및 롤링 장치(20, 21)를 포함하는 양면 처리 장치의 2개의 가공 디스크(13, 26) 각각에 각각의 평탄한 가공층(32, 39)을 제공하는 방법으로서, 상기 2개의 가공 디스크(13, 26) 및 또한 롤링 장치(20, 21)는 양면 처리 장치의 대칭축(28)을 중심으로 회전 가능한 방식으로 장착되며,
    (a)하부 가공 디스크(26)의 표면에 하부 중간층(29)를 그리고 상부 가공 디스크(13)의 표면에 상부 중간층(16)을 부착하는 단계와,
    (b)적어도 3개의 트리밍 장치에 의해 중간층(16, 29)을 모두 동시에 레벨링하는 단계와,
    (c)균일한 두께의 하부 가공층(32)을 하부 중간층(29)에 그리고 균일한 두께의 상부 가공층(39)을 상부 중간층(16)에 부착하는 단계
    를 기재된 순서로 포함하고, 상기 각 트리밍 장치는 트리밍 디스크(34), 연마재 물질을 함유하는 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36) 및 외부 톱니(37)를 포함하고, 트리밍 장치는 압력 하에 연마 작용을 하는 물질을 함유하지 않는 냉각용 윤활유를 첨가하면서 롤링 장치(20, 21) 및 외부 톱니(37)에 의해 중간층(16, 29) 위의 사이클로이드 경로에서 이동되어, 중간층(16, 29)으로부터 재료를 제거하는 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중간층(16, 29)은 플라스틱으로 이루어지는 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36)는 단계(b)에서 중간층(16, 29)과의 접촉시에 연마재 물질을 해제하여, 유리된 낟알에 의해 중간층(16, 29)으로부터 재료를 제거하는 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 적어도 하나의 트리밍 본체(25, 36) 내에 함유된 연마재 물질은, 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 탄화물(SiC), 이산화지르코늄(ZrO2), 붕소 질화물(BN), 붕소 탄화물(B4C), 석영(SiO2), 이산화세륨(CeO2) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 (b)에서 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36)는 고정 결합된 낟알에 의해 중간층(16, 29)으로부터 재료를 제거하는 고정 결합된 연마재 물질을 포함하는 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36) 내에 함유된 연마재 물질은 다이아몬드 또는 실리콘 탄화물(SiC)을 포함하는 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단계 (b)가 수행된 후에, 각각의 중간층(16, 29)은 각각의 가공 디스크(13, 26)를 여전히 완벽하게 덮고 있으며, 각 중간층(16, 29)의 나머지 최소 두께는 최대가 관련 중간층(16, 29)의 나머지 최대 두께의 1/10인 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가공층(32, 39)은 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 폴리싱에 적합한 폴리싱 패드이고 연마재 물질을 함유하지 않는 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 단계 (c) 후에, 적어도 3개의 트리밍 장치에 의해 가공층(32, 39)을 모두 동시에 트리밍하는 것을 포함하는 추가 단계 (d)가 수행되고, 상기 각 트리밍 장치는 트리밍 디스크(34), 고정 결합된 연마재 물질을 함유하는 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36) 및 외부 톱니(37)를 포함하고, 트리밍 장치는 압력 하에 연마 작용을 하는 물질을 함유하지 않는 냉각용 윤활유를 첨가하면서 롤링 장치(20, 21) 및 외부 톱니(37)에 의해 가공층(32, 39) 위의 사이클로이드 경로에서 이동되어, 결합된 낟알에 의해 가공층(32, 39)으로부터 재료를 제거하고, 상기 재료 제거는 각각의 가공층(32, 39)의 유효층 두께의 1/10 미만인 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36) 내에 함유된 연마재 물질은 다이아몬드 또는 실리콘 탄화물(SiC)을 함유하는 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가공층(32, 39)은 반도체 웨이퍼의 연삭에 적합하고 고정 결합된 연마재 물질을 함유하는 연삭 패드인 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 단계 (c) 후에, 적어도 3개의 트리밍 장치에 의해 가공층(32, 39)을 모두 동시에 트리밍하는 것을 포함하는 추가 단계 (d)가 수행되고, 상기 각 트리밍 장치는 트리밍 디스크(34), 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36) 및 외부 톱니(37)를 포함하고, 트리밍 장치는 압력 하에 연마 작용을 하는 물질을 함유하지 않는 냉각용 윤활유를 첨가하면서 롤링 장치(20, 21) 및 외부 톱니(37)에 의해 가공층(32, 39) 위의 사이클로이드 경로에서 이동되어, 적어도 하나의 트리밍 본체(35, 36)는 가공층(32, 39)과 접촉시에 연마재 물질을 해제하여 유리된 낟알에 의해 가공층(32, 39)으로부터 재료를 제거하며, 상기 재료 제거는 각각의 가공층(32, 39)의 유효층 두께의 1/50 미만인 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 적어도 하나의 트리밍 본체(25, 36) 내에 함유된 연마재 물질은, 알루미늄 산화물(Al2O3), 실리콘 탄화물(SiC), 이산화지르코늄(ZrO2), 붕소 질화물(BN), 붕소 탄화물(B4C) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 평탄한 가공층을 제공하는 방법.

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