KR20140071926A - 웨이퍼 연마 장치 - Google Patents

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KR20140071926A
KR20140071926A KR1020130149313A KR20130149313A KR20140071926A KR 20140071926 A KR20140071926 A KR 20140071926A KR 1020130149313 A KR1020130149313 A KR 1020130149313A KR 20130149313 A KR20130149313 A KR 20130149313A KR 20140071926 A KR20140071926 A KR 20140071926A
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요시오 나카무라
요시오 오츠카
타카시 오쿠보
카즈타카 시부야
타카유키 후세
시로 하라
솜마완 쿰푸앙
신이치 이케다
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후지코시 기카이 고교 가부시키가이샤
독립행정법인 산업기술종합연구소
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Abstract

본 발명의 웨이퍼 연마 장치는, 정반과, 웨이퍼를 지지하는 연마 헤드와, 연마액 공급부를 구비한다. 상기 정반은, 동심형상으로 복수 마련되고, 각각 연마포가 붙여지고, 상기 웨이퍼를 연마할 수 있을 만큼의 소요 폭을 갖는 연마 존과, 상기 연마 존 사이에 마련된, 연마액을 배출하기 위한 홈을 포함한다. 가장 내측의 상기 연마 존의 내측의, 상기 정반의 중심부에 마련되고, 상기 연마 헤드를 세정하는 헤드 세정부 또는 연마 후의 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정부를 구비한다.

Description

웨이퍼 연마 장치{WAFER POLISHING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼 연마 장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 연마 장치에는, 윗면에 연마포를 부착한 정반의 연마포에, 연마액 공급부로부터 연마액을 공급하면서, 연마 헤드의 웨이퍼 지지 플레이트(캐리어)로 지지된 웨이퍼의 연삭면을 접촉시키고, 정반 및 연마 헤드를 상대적으로 이동시켜서 웨이퍼의 연삭면을 연마하도록 하는 웨이퍼 연마 장치가 있다.
특허 문헌 1에서의 웨이퍼 연마 장치에서는, 다른 연마 프로세스마다, 전용의 정반이나 여러 가지의 기구, 예를 들면, 1차 연마용 정반, 2차 연마용 정반, 마무리 연마용 정반, 웨이퍼 세정기구 등을 개별적으로 마련하고 있다.
특허 문헌 2나 특허 문헌 3에서의 웨이퍼 연마 장치에서는, 정반의 연삭면의 내주부 및 외주부에 동심(同心)형상으로 다른 연마포를 부착함에 의해, 연속적에 다른 연마 프로세스를 행할 수 있도록 하고 있다.
일본 특개평10-340870 일본 특개평9-277159 일본 특개2003-305638
특허 문헌 1의 웨이퍼 연마 장치에서는, 다른 프로세스마다 각각 전용의 정반 등의 기구를 마련하고 있기 때문에, 필연적으로 장치가 대형화해 버린다는 과제가 있다.
특허 문헌 2의 웨이퍼 연마 장치에서는, 같은 정반상에 동심형상으로 다른 프로세스의 연마포를 부착하고 있기 때문에, 다른 프로세스의 연마액이 정반상에서 섞여 버린다는 문제가 있다. 또한, 1차용 연마포와 마무리용 연마포와 같이, 특성이 다른 연마포에서는, 그 브레이크-인 시간, 수명 등이 크게 다른 경우가 있다. 이들 특성이 다른 2종류의 연마포를 동시에 사용한 경우, 내외주(內外周)의 연마포를 개별적으로 교환한 필요가 나오는데, 개별적으로 교환을 행하는 것이 매우 곤란하다.
특허 문헌 3의 웨이퍼 연마 장치에서는, 연마 존 사이에 홈을 마련하고 있기 때문에, 연마액이 섞인 것을 방지할 수 있지만, 각 연마 존에 별개의 연마 헤드를 마련하는 등을 하고 있기 때문에, 구조가 복잡하고 대형화한다는 과제가 있다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 한 바는, 하나의 정반에 동심형상으로 복수의 연마 존을 마련함과 함께, 중심부에 헤드 세정부 또는 웨이퍼 세정부를 배설하였기 때문에, 장치의 소형화가 가능해지는 웨이퍼 연마 장치를 제공하는 것에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 다음의 구성을 구비한다.
즉, 본 발명에 관한 웨이퍼 연마 장치는, 윗면에 연마포가 붙여진 정반과, 하면에 웨이퍼를 지지하는 연마 헤드와, 정반 윗면에 연마액을 공급하는 연마액 공급부를 구비하고,
연마 헤드에 지지된 웨이퍼를 정반의 연마포상에 가압하고, 연마액을 공급하면서, 정반과 연마 헤드를 상대적으로 이동시켜서 웨이퍼의 연마를 행하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서,
상기 정반은,
동심형상으로 복수 마련되고, 각각 연마포가 붙여지고, 웨이퍼를 연마할 수 있을 만큼의 소요 폭을 갖는 연마 존과,
상기 연마 존 사이에 마련된, 연마액을 배출하기 위한 홈과,
가장 내측의 상기 연마 존의 내측의, 정반의 중심부에 마련되고, 상기 연마 헤드를 세정하는 헤드 세정부 또는 연마 후의 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
세정부를 정반의 중심부에 배설함으로써, 공간 효율이 좋고, 장치의 소형화가 도모된다.
상기 정반의 상기 복수의 연마 존을, 정반받이상에, 그 정반받이에 대해 착탈 자유롭게 마련하면 알맞다. 이에 의해, 각 연마 존의 연마포의 교환 작업이 용이해진다.
상기 복수의 연마 존의 각각이, 상기 정반받이에 대해 개별적으로 착탈 자유롭게 마련하면 알맞다. 이에 의해, 각 연마 존의 연마포의 교환 작업이 더욱 용이해진다.
상기 복수의 연마 존을, 위치결정 핀을 통하여 상기 정반받이상에 착탈 자유롭게 재치하도록 할 수 있다.
또한 상기 복수의 연마 존의 연삭면의 높이를 다른 높이로 할 수 있다.
특히, 외측의 연마 존의 연삭면의 높이를 내측의 연마 존의 연삭면보다도 높도록 하면, 각 연마액이 섞이지 않기 때문에 알맞다.
상기 연마 존에, 상기 홈에 배출된 연마액을 상기 정반의 외방으로 배출하기 위한, 외측를 향하여 낮아지는 관통구멍을 마련할 수 있다.
상기 정반의 중심부의 세정부에, 웨이퍼 세정부를 마련하고, 상기 정반의 주위에 헤드 세정부를 마련하고, 상기 연마 헤드에 의해 웨이퍼를 상기 웨이퍼 세정부에 반입하도록 할 수 있다.
또는, 상기 정반의 중심부에, 헤드 세정부를 마련하고, 상기 정반의 주위에 웨이퍼 세정부를 마련하여, 상기 연마 헤드에 의해 웨이퍼 세정부에 웨이퍼를 반입하도록 할 수 있다.
상기 설명한 웨이퍼 연마 장치에서,
상기 웨이퍼 세정부는,
상기 세정액이 유입되고, 원통부로써 형성된 상부를 구비한 세정조와,
통형상을 이루고, 상기 세정조의 상기 원통부와 맞고 상기 원통부의 축선에 대하여 회전 가능한 하부와, 가장자리가 세정 및 건조된 상기 웨이퍼가 재치될 수 있는 재치부로써 동작하는 개구부를 포함하는 상면을 구비한 회전체와,
상기 회전체를 회전시키는 구동부와,
상기 회전체의 하부 및 상기 세정조의 상기 원통부 사이에 형성된 축받이를 구비한다.
또한, 연마 헤드는,
가압부가 구비된 하면을 구비한 본체와,
연마될 상기 웨이퍼가 지지되는 하면을 구비하고, 상기 본체의 하면에 지지되고, 상기 본체에 대해 경동 가능한 웨이퍼 지지 플레이트와,
상기 웨이퍼 지지 플레이트의 상면을 가압하고, 상기 본체의 상기 가압부에 부착된 탄성 링체를 구비하고,
상기 탄성 일체의 탄성력을 받는 상기 웨이퍼 지지 플레이트는, 상기 본체상의 상기 가압부에 의해, 상기 탄성 링체 및 상기 웨이퍼 지지 플레이트와 함께, 상기 웨이퍼가 상기 정반의 상기 연마포상에서 가압될 때, 상기 정반의 상기 연바포면에 추종하여 경동 가능하다.
본 발명에 의하면, 하나의 정반에 동심형상으로 복수의 연마 존을 마련함과 함께, 중심부에 헤드 세정부 또는 웨이퍼 세정부를 마련하였기 때문에, 장치의 소형화가 가능해진다.
도 1은 웨이퍼 연마 장치의 개략적인 평면도.
도 2는 트랜스퍼 암의 작동 상태를 도시하는 설명도.
도 3은 트랜스퍼 암의 회동 위치를 도시하는 설명도.
도 4는 스토퍼의 회동 위치를 도시하는 설명도.
도 5는 암 장치의 회동 위치를 도시하는 설명도.
도 6은 정반의 평면도.
도 7은 정반의 단면도.
도 8은 정반의 다른 실시의 형태를 도시하는 단면도.
도 9는 정반의 또다른 실시의 형태를 도시하는 단면도.
도 10은 웨이퍼의 세정·건조 장치의 평면도.
도 11은 웨이퍼의 세정·건조 장치의 일부 절단 단면도.
도 12는 도 11의 확대 설명도.
도 13은 연마 헤드의 부분 단면도.
도 14는 연마 헤드의 단면도.
도 15는 암 장치의 정면도.
도 16은 웨이퍼의 연마 공정의 설명도.
도 17은 정반의 또 다른 실시의 형태를 도시하는 단면도.
이하 본 발명의 알맞은 실시의 형태를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
우선, 미니멀(Minimal, 등록상표) 팹(fab) 구상(構想)에 관해 간단히 설명한다.
반도체 장치(반도체 디바이스)의 대량 생산을 가능하게 하기 위해, 웨이퍼는 점점 대경화하여, 직경 300㎜ 이상의 극히 큰 지름의 웨이퍼도 출현하고 있다. 이 대경의 웨이퍼에, 연마, 세정, 건조, CVD(chemical-vapor-deposition), 노광, 현상, 에칭 등의 필요한 처리를 연속해서 시행하고, 최후에 재단하여 개편화하는 일련의 공정을 행함에 의해 생산성을 높이고 있다. 이와 같은 일련의 공정을 일괄하여 행하기 위해서는, 수십억 달러 규모의 대규모 생산 설비가 필요해진다.
그러나, 요즘, 여러 가지의 용도에 이용하기 위해, 다품종이며 소량 필요하게 되는 반도체 장치도 많아져 오고 있다. 이와 같은 다품종 소량생산의 반도체 장치에는, 상기 대규모 생산 설비는 부적합하다.
그래서, 요즘, 직경 0.5치 정도의 작은 웨이퍼(반도체 소자 1개를 생산할 정도)에, 필요한 가공 처리를 시행하여 가는 미니멀 팹 구상이 제안되어 있다. 이 미니멀 팹 구상에 의하면, 연마 장치, CVD 장치 등, 각 공정마다 소형의 처리 장치를 마련하고, 이들 처리 장치를 필요에 응하여 적절히 조합시켜서 사용함에 의해, 다품종의 웨이퍼에 대응할 수 있도록 하고 있다. 각 장치는 소형의 것으로 좋기 때문에, 설비 투자비를 낮게 억제할 수 있다.
본 실시의 형태에서의 웨이퍼 연마 장치는, 상기 미니멀 팹 구상에 이용하기 알맞은 연마 장치이다. 즉, 직경 0.5인치 정도의 작은 웨이퍼의 연마에 이용하기 알맞은 웨이퍼 연마 장치이다.
도 1은 웨이퍼 연마 장치의 개략적인 평면도, 도 2는 트랜스퍼 암(transfer arm)의 작동 상태를 도시하는 설명도, 도 3은 트랜스퍼 암의 회동 위치를 도시하는 설명도, 도 4는 스토퍼의 회동 위치를 도시하는 설명도, 도 5는 암 장치의 회동 위치를 도시하는 설명도이다.
우선, 웨이퍼 연마 장치(10)의 각 부분에 관해 개략을 설명하고, 그 후에, 각 부분을 상세히 설명한다.
웨이퍼 연마 장치(10)의 각 구성 장치가 처리실(12)에 배치되어 있다. 미니멀 팹 구상에서는, 처리실(12)의 크기는 규격화되고, 30㎝ 제곱 정도의 크기가 된다. 따라서 웨이퍼 연마 장치(10)의 각 구성 장치는, 이 크기의 처리실(12) 내에 배치할 수 있을 만큼의, 소형화가 이루어져 있다.
도 1에서, 반송(搬送) 암(14)은, 예를 들면 U자형상으로 형성한 재치부(15)를 가지며, 그 재치부(15)상에 연마하여야 할 웨이퍼(16)가 연삭면을 위로 한 상태로 걸쳐져 재치되고, 웨이퍼(16)를 처리실(12)의 외부로부터 처리실(12) 내의 거의 중앙부까지 반입한다. 또한, 반송 암(14)은, 연마, 세정, 건조된 후의 웨이퍼(16)를 처리실(12) 외부까지 반출하는 것도 행한다. 반송 암(14)을 이동하는 기구(도시 생략)는, 래크(rack)와 피니언(pinion)을 이용한 기구, 실린더 기구 등이 알맞지만, 특히 한정되지 않는다.
반송 암(14)의 하방 위치가 되는 처리실(12) 내에는, 수평면 내에서 회전 가능한 정반(polishing plate)(18)이 배치되어 있다. 정반(18)은, 후에 상세히 설명하는 바와 같이, 동심형상으로 복수 마련되고, 각각 연마포가 붙여지고, 웨이퍼를 연마할 수 있을 만큼의 소요 폭을 갖는 연마 존을 포함한다. 상기 연마 존 사이에, 연마액을 배출하기 위한 홈이 형성된다. 가장 내측의 상기 연마 존의 내측에 위치하고, 정반의 중심부에, 헤드 세정부 또는 웨이퍼 세정부를 구비한다.
정반(18)의 측방에 위치하여, 웨이퍼(16)의 트랜스퍼 암(20)이 배치되어 있다. 트랜스퍼 암(20)은 축(21)을 중심으로, 도 3에서 Pos01 내지 Pos03의 사이에 걸쳐서 수평면 내에서 회동한다(Pos01은 대기 위치). 또한 트랜스퍼 암(20)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 축(21)에 따라 상하이동 가능하게 되어 있다. 또한 트랜스퍼 암(20)의 선단부에는 반전(反轉) 암(22)이 상하 반전 가능하게 마련되어 있다. 반전 암(22)의 선단부에는 웨이퍼 흡착부(23)가 마련되어 있다. 웨이퍼 흡착부(23)는, 웨이퍼(16)를 흡착 지지하고, 재치부(15)로부터 웨이퍼(16)를 수취하거나, 재치부(15)에 웨이퍼(16)를 건네는 것이 가능하게 되어 있다. 이 트랜스퍼 암(20)의 각 부분의 구동은 적절히 모터(도시 생략) 등에 의해 행할 수 있다.
정반(18)의 측방에는, 웨이퍼(16)가 재치되는 재치 포트의 역할을 함과 함께, 웨이퍼(16)의 세정 및 건조를 행하는, 세정·건조 장치(25)가 배치되어 있다. 트랜스퍼 암(20)은, 웨이퍼(16)를 흡착 지지하여, 반송 암(14)의 재치부(15)로부터 웨이퍼(16)를 수취하고(Pos02), 상하 반전하여 세정·건조 장치(25)에 반입하거나(Pos03), 세정·건조 후의 웨이퍼(16)를 세정·건조 장치(25)(Pos03)로부터 반송 암(14)의 재치부(15)상에 건넨다(Pos02).
스토퍼(프레스 암)(26)는, 정반(18)의 측방에 배치되고, 도 4에 도시하는 바와 같이, 축(27)을 중심으로 하여 Pos01 내지 Pos02의 사이에 걸쳐서 회동 자유롭게 마련되어 있다. 스토퍼(26)는, 웨이퍼의 세정·건조시, 세정·건조 장치(25)에 반입된 웨이퍼(16)의 상방 위치(Pos02)로 회동되어, 웨이퍼(16)가 세정수의 수압에 의해 날려지지 않도록 한다. 웨이퍼의 세정·건조 장치(25)에 관해서는 후에 상세히 설명한다.
또한, 정반(18)의 측방에는, 연마 헤드(30)를 구동한 암 장치(31)가 배치되어 있다. 연마 헤드(30)는 암 장치(31)에 지지되어 있다. 암 장치(31)는 축(32)을 중심으로 도 5의 Pos01 내지 Pos06의 사이에 걸쳐서 회동 자유롭게 마련되어 있다.
Pos01에서의 연마 헤드(30)의 하방에는, 드레싱재인 링형상 지석(도시 생략)이 재치되는 재치부(34)가 마련되어 있다. 또한, 재치부(34)에 인접하여, 드레싱재인 브러시(도시 생략)가 재치되는 재치부(35)가 마련되어 있다(도 3, 도 4).
연마 헤드(30)는, 암 장치(31)가 회동함에 의해, 재치부(34)의 위치(Pos01), 재치부(35)의 위치(Pos02), 세정·건조 장치(25)의 위치(Pos03), 정반(18)의 1차 연마 존(Pos04)의 위치, 2차 연마 존(Pos05)의 위치, 세정부(Pos06)의 위치의 사이에 걸쳐서 회동 가능하고, 1차 연마, 2차 연마, 드레싱 등의 공정을 연속으로 행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 연마 헤드(30)는, 축(32)을 중심으로 회동 자유롭게 암 장치(31)에 마련되어 있고, 재치부(34)의 위치(Pos01), 재치부(35)의 위치(Pos02), 세정·건조 장치(25)의 위치(Pos03), 정반(18)의 1차 연마 존(Pos04)의 위치, 2차 연마 존(Pos05)의 위치, 세정부(Pos06)의 위치는 원호(圓弧)상에 위치한다. 이러한 배치에 의하여, 웨이퍼 연마 장치(10)의 구조를, 간결하게 할 수 있다. 또한, 연마 헤드(30)를 구비한 암 장치(31)는, 선형선(linear line)상에서 움직일 수 있다. 이와 같은 경우, 재치부(34)의 위치(Pos01), 재치부(35)의 위치(Pos02), 세정·건조 장치(25)의 위치(Pos03), 정반(18)의 1차 연마 존(Pos04)의 위치, 2차 연마 존(Pos05)의 위치, 세정부(Pos06)의 위치는, 연속적으로 배치된다. 이와 같은 경우는 또한, 웨이퍼 연마 장치(10)의 공간 구조를 간결하게 할 수 있다.
연마 헤드(30), 암 장치(31)에 관해서는 후에 상세히 설명한다.
계속해서 정반(18)에 관해 상세히 설명한다.
도 6은 정반(18)의 평면도, 도 7은 정반(18)의 단면도이다.
정반(18)은, 상기한 바와 같이, 동심형상으로 복수의 연마부(본 실시의 형태에서는 2개의 연마부) 마련되고, 각각 연마포(40a, 41a)가 붙여지고, 웨이퍼(16)를 연마할 수 있을 만큼의 소요 폭을 갖는 1차 연마부(1차 연마 존)(40), 2차 연마부(2차 연마 존)(41)과, 1차 연마부(40) 및 2차 연마부(41) 사이에 마련된, 연마액을 배출하기 위한 홈(42)과, 가장 내측의 2차 연마부(41)의 내측이 되는, 정반(18)의 중심부에 마련되고, 연마 헤드(30) 또는 연마 후의 웨이퍼(16)를 세정하는 세정부(44)를 구비한다. 또한, 2차 연마부(41)와 세정부(44)의 사이에도 연마액을 배출하기 위한 홈(45)이 마련되어 있다. 본 실시의 형태에서는, 세정부(44)는 연마 헤드(30)를 세정하는 헤드 세정부로 하고 있다.
정반(18)은, 기대(46)에 고정된 모터(47)의 회전축(48)에 연결되고 축받이(49)를 통하여 수평면 내에서 회전 자유롭게 마련되어 있다.
정반(18)은, 회전축(48)에 연결된 정반받이(plate holding section)(50)와, 이 정반받이(50)상에 착탈 자유롭게 재치된 1차 연마부(40), 2차 연마부(41)와, 2차 연마부(41)의 내측에 위치하고 정반받이(50)에 볼트(51)에 의해 고정된 세정부(44)를 갖는다. 1차 연마부(40)와 2차 연마부(41)는 일체로 마련됨과 함께, 하면에 핀(52)이 마련되고, 이 핀(52)이 정반받이(50)의 윗면에 마련된 위치결정구멍(53)에 감입함으로써 착탈 자유롭게 마련되어 있다. 정반받이(50)측부터의 회전력은 핀(52)을 통하여 1차 연마부(40), 2차 연마부(41)측에 전달된다.
2차 연마부(41)에는, 홈(45)에 배출된 연마액이나 세정액을 홈(42)에 유입시키기 위해, 외측를 향하여 낮아지는 관통구멍(55)이 형성되고, 또한 1차 연마부(40)에는, 홈(42)에 배출된 연마액을 정반(18)의 외주면측에 배출시키기 위해, 외측를 향하여 낮아지는 관통구멍(56)이 형성되어 있다. 정반(18)의 외주면측에 배출된 연마액은 배출구멍(57)으로부터 외부에 배출된다.
실 링(58)은, 축받이(49)에 연마액이 들어가지 않도록 실하고 있다. 또한, 세정부(44)의 외주면과 2차 연마부(41)의 내주면과의 사이에 O링(60)이 마련되어 있다.
이 O링은, 세정부(44)의 외주면과 2차 연마부(41)의 내주면과의 사이에 연마액이나 세정액이 들어가는 것을 방지함과 함께, 2차 연마부(41)의 내주면과의 사이에 소정의 마찰력을 발생시켜서, 1차 연마부(40) 및 2차 연마부(41)가 정반받이(50)로부터 벗겨져 버리는 것을 방지하고 있다.
세정부(44)의 윗면에 브러시(44a)가 부착되어 있다. 후기하는 바와 같이, 연마 헤드(30)측에는 세정수를 분출하는 호스가 마련되고, 이 호스로부터 분출되는 세정수와 브러시(44a)에 의해 연마 헤드(30)가 세정된다.
연마시에는, 1차 연마부(40)의 연마포(40a)상 및 2차 연마부(41)의 연마포(41a)상에, 연마액 공급부(도시 생략)로부터 각각 다른 종류의 연마액이 공급된다.
1차 연마부(40)에서는 1차연마, 즉 조(粗)연마가 행하여지고, 조연마용의 연마액이 공급된다. 2차 연마부(41)에서는 마무리 연마가 행하여지고, 마무리 연마용의 연마액이 공급된다. 이들 양 연마액은, 서로 다른 종류의 연마액이기 때문에, 연마포상에서 섞이는 일은 바람직하지 않지만, 본 실시의 형태에서는, 정반(18)이 회전됨에 의한 원심력에 의해, 1차 연마부(40)상의 연마액은 주로 그대로 정반(18) 밖으로 배출되고, 2차 연마부(41)상의 연마액은 주로 홈(42) 및 관통구멍(56)을 통하여 정반(18) 밖으로 배출되기 때문에, 다른 종류의 연마액이 연마포상에서 섞이는 일은 없다.
또한, 연마 헤드(30)를 세정한 세정액은, 홈(45), 관통구멍(55), 홈(42), 관통구멍(56)을 통하여 정반(18) 밖으로 배출된다. 또한, 정반 밖으로 배출된 연마액 및 세정액을, 적절한 수단(도시 생략)에 의해 개별적으로 회수하여도 좋다. 보다 확실하게 개별의 회수를 행하기 위해, 홈(42, 45) 내에 내주측과 외주측을 분할한 칸막이(도시 생략)를 마련하여도 좋다. 또한, 개별적으로 회수한 연마액 및 세정액은, 순환 이용하여도 좋지만, 용기에 모아 두어도 좋다.
1차 연마부(40), 2차 연마부(41)는, 상기한 바와 같이 정반받이(50)상으로부터 간단하게 분리할 수 있다. 따라서 연마포(40a), 연마포(41a)의 한쪽 또는 양쪽을 교환하는 것은 용이하게 행할 수 있다.
도 8은 정반(18)의 다른 실시의 형태를 도시하는 단면도이다.
도 7에 도시하는 것과 동일한 부재는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
본 실시의 형태에서의 정반(18)은, 외주측의 1차 연마부(40)의 연삭면의 위치를 내주측의 2차 연마부(41)의 연삭면의 위치보다도 높아지도록 설정하고 있는 외는 도 7에서의 것과 같다.
연마포상에 공급되는 연마액은 정반(18)의 회전에 의한 원심력에 의해 외방으로 흐르기 쉬워지기 때문에, 외주측의 1차 연마부(40)를 내주측의 2차 연마부(41)보다도 높게 함에 의해, 연마포상에서 다른 종류의 연마액이 섞이는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 외주측의 1차 연마부(40)의 연삭면의 위치를 내주측의 2차 연마부(41)의 연삭면의 위치보다도 낮게 하여도 좋다. 이 실시의 형태는, 예를 들면, 2차 연마의 연마액은, 1차 연마 존(40)에 섞여도 좋지만, 1차 연마의 연마액을 2차 연마 존(41)에 혼합하고 싶지 않을 때에 이용할 수 있다.
3개 이상의 연마 존을 동심형상으로 마련하는 경우에는, 사용 조건에 응하여 연삭면의 높이를 바꾸면 좋다. 즉, 각 연마 존 사이의 고저차를 어떻게 하든지는, 용도나 사용 조건에 의해 결정하면 좋다.
도 9는 정반(18)의 또 다른 실시의 형태를 도시하는 단면도이다.
도 7, 도 8에 도시하는 것과 동일한 부재는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
본 실시의 형태에서는, 1차 연마부(40)와 2차 연마부(41)를 별채로 형성하고, 각각 핀(52)을 통하여 정반받이(50)상에 착탈 자유롭게 마련하고 있는 이외는 도 7, 도 8에 도시하는 정반(18)과 같다.
또한, 홈(42) 내에 링(62)을 나사(63)로 고정하고, 링(62)의 외주면과 1차 연마부(40)의 내주면 사이 및 링(62)의 내주면과 2차 연마부(41)의 외주면 사이에 O링(64)을 배설함에 의해, 연마액의 진입을 방지함과 함께, 마찰력을 발생시켜서, 1차 연마부(40)와 2차 연마부(41)가 정반받이(50)로부터 간단하게 벗겨져 버리는 것을 방지하고 있다. 1차 연마부(40)와 2차 연마부(41)를 각각 별개로 연마받이(50)에 대해 떼어낼 수 있도록 하였기 때문에, 각각의 연마포의 교환을 보다 용이하게 행할 수 있다.
다음에, 웨이퍼(16)의 세정·건조 장치(25)에 관해 상세히 설명한다.
도 10은 웨이퍼의 세정·건조 장치(25)의 평면도, 도 11은 그 일부 절단 단면도, 도 12는 그 확대 설명도이다.
도면에서, 세정조(112)는, 통체부(筒體部)(113)를 갖는다. 통체부(113)의 상부는 윗면측이 개구하는 원통부(114)로 형성되어 있다. 원통부(114)의 주위는 오목부(115)로 형성되어 있다. 세정조(112)는, 기대(116)에 고정되어 있다.
접속구(117)는, 호스(도시 생략)가 접속되고, 호스는 세정액 탱크(도시 생략)에 접속된다. 순수 등의 세정액은, 펌프(도시 생략)에 의해, 호스, 접속구(117), 유로(도시 생략)를 통하여 세정조(112) 하부에 공급된다. 세정조(112)의 하부에는 초음파 발진기(118)가 배설되고, 세정액에 초음파 진동 에너지를 부여한다. 즉, 세정조(112)는 초음파 세정조로 형성되어 있다. 전력을 공급하는 케이블은 배관(119)에 수용된다.
또한, 초음파 발진기(118)는 반드시 마련하지 않아도 좋고, 세정액의 수류(水流)만으로 웨이퍼의 세정을 행하도록 하여도 좋다.
회전체(120)는 통형상을 이루고, 하부측에서 세정조(112)의 원통부(114)상에 외감(外嵌)되어 원통부(114)의 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 마련되어 있다. 회전체(120)는, 세정조(112) 내로 연통하고 있다. 웨이퍼(16)의 두께보다는 약간 깊은 오목부는 회전체(120)의 윗면측에 형성되어 있고, 이 개구부의 가장자리가 웨이퍼(16)를 재치하는 재치부(123)로 형성되어 있다.
본 실시의 형태에서는, 회전체(120) 하부 내벽면과, 세정조(112)의 원통부(114)의 외벽면과의 사이의 간극이 유체축받이(124)로 형성되어 있다. 즉, 재치부(123)의 하면과 원통부(114)의 윗면과의 사이에 소요(所要) 공간이 있고, 이 공간부터, 세정조(112) 내의 세정액의 일부가 원통부(114)의 상연(上緣)을 타고넘어, 회전체(120) 하부 내벽면과 원통부(114)의 외주면과의 사이의 간극에 유입하고, 유체축받이(124)를 형성하도록 하고 있다. 상기 간극을 흘러내렸던 세정액은, 회전체(120)의 하연(下緣)과 오목부(115)의 내저면과의 사이의 간극으로부터 오목부(115) 내에 유출된다(도 12의 화살표).
회전체(120)의 외주면에는 원형홈이 형성되고, 이 원형홈에 구동 벨트(125)가 연결된다. 구동 벨트(125)의 타측은, 모터(구동부)(126)에 의해 회전되는 풀리(127)에 연결된다. 풀리(127)는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 모터(126)의 회전축(129)에 나사(130)에 의해 고정되는 통체(131)에 나사(132)에 의해 고정되어 있다.
세정조(112)의 원통부(114)의 주위에 형성한 오목부(115)에는, 관통구멍(134)이 형성되어 있다. 이 관통구멍(134)은, 모터(126)를 부착한 기대(116)에, 통체(131)를 둘러싸도록 하여 형성한 링형상의 수용부(136)에 연통하고 있다. 이 수용부(136)에는, 웨이퍼(16)를 세정한 후, 회전체(120)로부터 오목부(115) 내로 넘쳐 나온 세정액이 관통구멍(134)을 통하여 흘러 들어가(도 12의 화살표), 배수 파이프(도시 생략)로부터 외부에 배출된다.
도 10에서, 스토퍼(26)는, 웨이퍼(16)의 세정시, 도 10의 실선 위치로 이동하여, 재치부(123)에 재치된 웨이퍼(16)의 세정액의 수압에 의한 들떠오름을 소요 부상 위치에서 누르는 역할을 한다.
본 실시의 형태에 관한 웨이퍼의 세정·건조 장치(25)는 상기한 바와 같이 구성되어 있다.
계속해서, 웨이퍼의 세정·건조 장치(25)의 동작에 관해 설명한다.
연마 장치에 의해 소요면이 연마되고, 세정이 필요한 웨이퍼(16)를, 웨이퍼의 재치부(123)에 반입한다. 이 웨이퍼(16)의 반입은, 연마 장치에서의 연마 헤드(30)에 웨이퍼(16)를 그대로 흡착 지지하고, 연마 헤드(30)를 재치부(123) 위까지 이동시켜서, 그 위치에서 흡착 지지를 해제함으로써 자동적으로 행할 수 있다.
다음에, 모터(141)를 구동하여, 스토퍼(26)를 웨이퍼(16)의 상방 위치까지 이동한다.
뒤이어 펌프(도시 생략)를 구동하여, 세정조(112)의 통체부(113) 내에 순수 등의 세정액을 웨이퍼(16)의 세정에 필요한 소요 유량, 유속으로 유입시킨다. 세정액은, 통체부(113)를 아래로부터 위로 상승하고, 웨이퍼(16)의 하면에 부딪혀서 그 하면을 세정한다. 또한 세정액은, 그 유체압에 의해 웨이퍼(16)를 밀어올려서, 재치부(123)와의 사이에 생긴 간극으로부터 웨이퍼(16)의 윗면측으로도 돌아 들어가기 때문에, 웨이퍼(16)의 상하면을 세정할 수 있다. 웨이퍼(16)는, 세정액의 유체압에 의해 들떠오르지만, 스토퍼(26)에 의해 눌려지기 때문에, 그 압력에 의해 유출되어 버리는 일은 없다.
사용된 세정액은, 오목부(115) 및 관통구멍(134)을 통하여 수용부(136)에 유입하고, 외부에 배출된다.
소요 필요한 시간동안 웨이퍼(16)를 세정한 후, 펌프를 정지하여, 웨이퍼(16)의 세정을 종료한다.
펌프를 정지함에 의해, 세정조(112) 내의 세정액은, 원통부(114)의 상연에까지 액체면이 저하된다.
뒤이어, 펌프를 재구동하고, 세정액을 세정조(112) 내에 공급한다. 그때, 펌프의 출력은, 웨이퍼(16)를 세정할 때의 출력보다도 내려서, 세정액이 웨이퍼(16)의 하면에는 도달하지 않고, 원통부(114)의 상연을 통과하여, 회전체(120)의 하부 내벽면과 원통부(114)의 외벽면과의 간극에 유입하고, 유체축받이를 구성하는데 필요한 양만큼 공급할 수 있는 출력으로 한다.
이 세정액의 공급량이나, 펌프의 출력은, 미리 준비 단계에서 구하여 두도록 한다.
상기한 상태에서, 모터(126)를 구동하여, 회전체(120) 및 웨이퍼(16)를 고속 회전시켜서 웨이퍼(16)면에 부착하여 있는 세정액을 날려서, 웨이퍼(16)를 건조한다.
회전체(120)를 고속 회전시킬 때, 상기한 바와 같이 회전체(120)의 하부 내벽면과 원통부(114)의 외벽면과의 간극에 세정액이 유입하여 유체축받이가 구성되기 때문에, 회전체(120)의 회전은 스무스하다. 또한, 유체축받이로 다소라도 생길 가능성이 있는 파티클은, 유체축받이를 흘러내리는 세정액과 함께, 수용부(136)에 유입하고, 외부에 배출된다. 따라서 파티클 부착에 의한 웨이퍼(16)의 오염을 방지할 수 있다.
본 실시의 형태에서는, 세정 및 건조를 동일 재치대(載置臺)상에서 연속해서 행할 수 있기 때문에, 세정 및 건조의 택트 타임(tact time)을 단축할 수 있다.
다음에 연마 헤드(30) 및 암 장치(31)에 관해, 도 13, 도 14 및 도15에 의해 설명한다.
도 13은 연마 헤드(30)의 부분 단면도, 도 14는 연마 헤드(30)의 단면도, 도 15는 암 장치(31)의 정면도이다.
도 13 및 도 14에서, 연마 헤드(30)는 본체(214)를 구비한다.
본체(214)는, 하부에 플랜지(215)를 갖는 부착블록(216)과, 부착블록(216)의 하면측에 나사(도시 생략)에 의해 고정된 가압체(217)와, 가압체(217)를 둘러싸서 부착블록(216) 하면에 볼트(219)에 의해 고정된 링형상을 이루는 계지체(218)를 구비한다. 부착블록(216)과 가압체(217)는 일체의 것으로 하여도 좋다.
계지체(218)의 하부에는, 내측으로 돌출하는 내방 플랜지(220)가 마련되어 있다. 이 내방 플랜지(220)가 일방의 계지부를 구성한다. 내방 플랜지(220)의 윗면과 가압체(217)의 하면 또는 부착블록(216)의 하면과의 사이에는 오목부(221)가 형성되어 있다.
가압체(217)는, 내방 플랜지(220)의 내경보다도 소경의 외경을 갖는 원주형상의 가압부(217a)를 갖는다. 가압부(217a)는 그 하부가 내방 플랜지(220) 내로 약간 들어가는 높이로 형성되어 있다.
웨이퍼 지지 플레이트(222)는, 측벽부(223)를 갖는 얕은 접시형상으로 형성되어 있다.
웨이퍼 지지 플레이트(222)의 측벽부(223)는, 가압부(217a)의 외벽면과 내방 플랜지(220)의 외벽면과의 사이의 공간에 진입하고 있다. 측벽부(223)의 상부 외벽면에는, 오목부(221) 내에서 외방으로 돌출하는 외방 플랜지(225)가 형성되어 있다. 이 외방 플랜지(225)가 타방의 계지부를 구성한다. 가압부(217a)의 하부는 웨이퍼 지지 플레이트(222) 내로 진입하고, 그 하면이 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 윗면에 접근하여 있다.
웨이퍼 지지 플레이트(222)는, 가압부(217a)의 외벽면과 내방 플랜지(220)의 내벽면과의 사이에서 상하이동 가능하고, 또한, 본체(214)에 대해 경동(傾動) 가능하게 되어 있다. 웨이퍼 지지 플레이트(222)는, 내방 플랜지(220)와 외방 플랜지(225)가 계지함에 의해, 하방에의 빠짐 방지가 이루어진다.
또한, 가압부(217a)의 하부 외주는 링형상으로 노치되고, 이 노치부 내에 상반분이 위치하여, 탄성 링체(226)가 고정되어 있다. 탄성 링체(226)의 하반부는 가압부(217a)의 하방으로 돌출하고, 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 윗면에 당접한다.
본 실시의 형태에서는, 탄성 링체(226)는, V자형상을 갖고, V자형상의 단면의 개구측을 외측으로 하여 가압부(217a)에 고정되고, V자형상을 이루는 일방의 립이 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 윗면에 당접하고 있다.
웨이퍼 지지 플레이트(222)의 탄성 링체(226)에 둘러싸이는 부위에 웨이퍼 흡인용의 복수의 관통구멍(228)이 형성되어 있다. 본체(214)에, 탄성 링체(226)에 둘러싸이는 공간 내의 공기를 흡인하는 흡인 통로(230)가 형성되어 있다. 흡인 통로(230)는 진공 장치(도시 생략)에 접속된다. 흡인 통로(230)로부터 공기가 흡인됨에 의해 형성된 부압력에 의해 웨이퍼(16)가 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 하면에 흡착 지지되도록 되어 있다. 이 경우, 탄성 링체(226)는 실 링의 역할도 한다.
웨이퍼 지지 플레이트(222)의 하면에는, 웨이퍼(16)를 수납 지지하는 오목부(231)가 형성되어 있다. 웨이퍼(16)가 이 오목부(231) 내에 지지됨에 의해, 연마시, 웨이퍼(16)의 바깥쪽으로 튀어나감이 방지된다.
즉, 웨이퍼(16)를 흡인 지지할 필요는 없다. 예를 들면, 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 하면에 배킹재(backing member)(도시 생략)를 부착하고, 배킹재에 물을 적시고, 이 물의 표면장력에 의해 웨이퍼(16)를 배킹재 하면측에 지지하도록 하여도 좋다.
또한, 탄성 링체(226)는, 단면 V자형상의 것이 아니고, 단지 O링형상의 것이라도 좋다.
어느 것으로 하여도, 탄성 링체(226)는, 본체(214)의 가압부(217a)에 의해 탄성 링체(226) 및 웨이퍼 지지 플레이트(222)를 통하여 웨이퍼(16)가 정반(18)의 연마포에 가압될 때, 웨이퍼 지지 플레이트(222)가 탄성 링체(226)의 탄성력에 받아서 정반(18)의 연마포면에 추종하여 경동 가능한 탄성력을 갖고 있으면 된다.
이 탄성 링체(226)가 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 경동 중심이 된다. 탄성 링체(226)는, 가압부(217a) 하면과 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 윗면과의 사이에 직접 개재하고, 가압부(217a)로부터의 가압력에 의해 압축되는 관계에 있고, 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 경동 중심을 정반(18)의 연마포에 접근하여 낮게 되도록 설정할 수 있다.
연마 헤드(30)는, 부착블록(216)의 외주에 형성한 수나사부에 나사 링(233)이 나사결합됨에 의해, 암 장치(31)측의 회전축(236)에 착탈 자유롭게 부착되고, 회전축(236)에 의해 축선을 중심으로 하여 회전된다. 위치결정 핀(232)은 구비된다. 또한, 웨이퍼 지지 플레이트(222)는, 윗면에 가압된 탄성 링체(226)와의 사이의 마찰력에 의해 가압부(217a)측의 회전력이 전달된다.
이와 같이, 탄성 링체(226)와의 사이의 마찰력에 의해 웨이퍼 지지 플레이트(222)가 회전되기 때문에, 웨이퍼 지지 플레이트(222)측에 큰 토오크가 발생한 경우에는, 가압부(217a)측이 공전(空轉)하여, 웨이퍼(16)에 과대한 힘이 가하여지지 않기 때문에, 작고, 얇은 웨이퍼(16)의 연마에 안성맞춤이다.
또한, 경우에 따라서는, 전달 핀(도시 생략)을 통하여, 가압부(217a)측의 회전력을 직접 웨이퍼 지지 플레이트(222)측에 전달하여도 좋다.
다음에 암 장치(31)에 관해, 도 15에 의해 설명한다.
회동(回動) 암(240)은, 기대(241)에 고정된 정전, 역전 가능한 모터(242)의 회전축(243)에 고정되고, 수평면 내에서 소요 위치 사이에 걸쳐서 왕복 회동할 수 있도록 되어 있다.
회동 암(240)상에 실린더 장치(245)가 부착되고, 실린더 장치(245)의 로드(246)에 스테이(248)가 고정되어 있다. 스테이(248)에, 도 15상, L자형상을 이루는 부착 암(249)이 고정되어 있다.
부착 암(249)의 수평반(249a)에, 연마 헤드(30)가 부착되는 회전축(236)이, 축받이(250)를 통하여 부착되어 있다. 이 회전축(236)을 회전 구동하는 모터(251)가, 수평반(249a)의 상방에 위치하여 부착 암(249)의 수직반(249b)에 수평으로 고정된 부착판(252)상에 고정되어 있다. 253은, 부착 암(249)의 수직반(249b)을 가이드하는 가이드판이다.
따라서 실린더 장치(245)가 구동되어 로드(246)가 상하이동함에 의해, 스테이(248) 및 부착 암(249)을 통하여, 연마 헤드(30) 및 모터(251)가 상하이동한다. 또한, 연마 헤드(30) 및 모터(251)는, 회동 암(240)의 회동에 수반되어 수평면 내에서 회동한다.
센서(255a, 255b, 및 255c)는, 회동 암(240)에 세워진 부착봉(254)에 수직으로 간격을 두고 배설된다. 각 센서는, 스테이(248)의 위치를 검출한다. 센서(255a)에 의해, 연마 헤드(30)가 소정 상한(上限) 위치까지 상승하는 것을 검출하고, 이 위치에서 연마 헤드(30)의 상승을 정지한다. 센서(255c)에 의해, 연마 헤드(30)가, 연마 시작 전(前), 세정·건조 장치(25)의 재치부(123)에 반입되어 있는 웨이퍼(16)를 흡착 지지하는 하한 위치까지 하강한 것을 검출하고, 또는 연마 시, 연마 헤드(30)에 지지된 웨이퍼(16)가 정반(18)의 연마포에 당접하는 하한 위치까지 하강한 것을 검출하고, 이 위치에서 연마 헤드(30)의 하강을 정지한다.
연마 헤드(30)를 하강시킬 때, 센서(255b)에서 검출되는 위치까지는 연마 헤드(30)를 고속으로 하강시키고, 이 위치부터 센서(255c)에서 검출되는 위치까지는 연마 헤드(30)를 천천히 하강시킨다. 이에 의해 택트 타임을 단축함과 함께, 웨이퍼(16)를 재치부(123)나 정반(18)의 연마포에 충돌시키지 않도록 할 수 있다.
센서(256)는, 회동 암(240)의 후단에 마련되고, 회동 암(240)의 회동에 의한 센서(256)의 이동 경로상에 마련한 마크(도시 생략)를 검출하여, 회동 암(240)을 소정 회동 위치에서 정지시키기 위한 것이다.
또한, 호스(258)는, 연마 헤드(30)를 브러시로 세정할 때, 연마 헤드(30)를 향하여 세정액을 분출한다.
본 실시의 형태에 관한 연마 헤드(30), 및 암 장치(31)는 상기한 바와 같이 구성된다.
다음에, 웨이퍼(16)를 연마할 때의 연마 동작에 관해 설명한다.
우선, 모터(242)를 구동하여, 회동 암(240)을, 연마하여야 할 웨이퍼(16)가 반입되어 있는 재치부(123)의 소요 상방 위치까지 회동하고, 뒤이어 이 위치에서 실린더 장치(245)를 구동하여 연마 헤드(30)를 하강하여 웨이퍼(16)에 당접시킴과 함께, 진공 웨이퍼 장치(도시 생략)를 작동시켜서 웨이퍼(16)를 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 하면에 흡착 지지한다.
뒤이어, 연마 헤드(30)를 상승시키고, 또한 회동 암(240)을 회동시켜서, 연마 헤드(30)를 정반(18)의 상방 위치까지 회동시킨다.
다음에, 연마 헤드(30)를 하강시켜서, 연마 헤드(30)의 웨이퍼 지지 플레이트(222) 하면에 지지되어 있는 웨이퍼(16)를 정반(18)의 연마포에 당접시킨다.
그리고, 정반(18)을 회전시키고, 또한 모터(251)를 구동하여 연마 헤드(30)를 회전시키고, 또한, 노즐(도시 생략)로부터 연마액을 정반(18)상에 공급하여, 웨이퍼(16)의 연마를 한다.
연마 종료 후는, 연마 헤드(30)의 상승, 회동 암(240)의 회동, 연마 헤드(30)의 하강이라는 순서로 작동하여, 웨이퍼(16)를 소요 개소(세정·건조 장치(25)의 재치부(123))에 반출한다. 또는, 1차 연마의 연마액, 2차 연마의 연마액, 헤드의 세정액을 전환하고, 호스(258)로부터 공급하여도 좋다.
또한, 웨이퍼(16)를 연마포에 가압하는 힘은, 연마 헤드(30)측의 중량(모터(251)나 부착 암(249)측의 중량도 포함한다)으로부터, 실린더 장치(245)측의 상방에의 밀어올리는 힘을 공제한 힘에 의한 것으로 하고, 소요 일정한 가압력으로 조정한 연마압에 의해 웨이퍼(16)의 연마를 행하도록 한다.
상기한 바와 같이, 미니멀 팹 구상에 의한 웨이퍼의 연마의 경우에는, 직경 0.5인치 정도의 작은 웨이퍼(16)의 연마를 행하는 것으로 된다. 본 실시의 형태에서는, 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 연마포에 대한 경동 중심이, 웨이퍼 지지 플레이트(222)의 윗면과 가압부(217a) 하면과의 사이에 개재된 탄성 링체(226)의 위치로 되기 때문에, 경동 중심을 연마포에 접근한 낮은 위치로 할 수가 있어서, 상기한 바와 같이 작은 웨이퍼(16)라도, 연마포에의 걸려짐을 방지할 수 있고, 양호한 연마를 행할 수 있다.
이상으로, 각 부분의 상세와 그 동작에 관해 설명하였다.
계속해서, 연마 장치(10)의 전체로서의 동작, 즉, 웨이퍼(16)의 연마의 일련의 공정에 관해 설명한다.
또한, 이 일련의 공정은, 제어부(도시 생략)에 의해, 소정의 프로그램에 따라 행하여진다.
우선, 반송 암(14)의 재치부(14)에 웨이퍼(16)를 연삭면을 위로하여 재치한다.
뒤이어, 처리 시작의 스위치(도시 생략)를 온 한다(스텝 S1). 이에 의해 소정의 프로그램에 따라, 일련의 처리 공정이 자동적으로 시작된다.
즉, 반송 암(14)에 의해 웨이퍼(16)를 처리실(12)의 외부로부터 처리실(12) 내로 반입한다(스텝 S2).
뒤이어, 상기한 바와 같이, 트랜스퍼 암(20)에 의해, 반송 암(14)으로부터 웨이퍼(16)를 수취하여 반전하고, 세정·건조 장치(25)의 웨이퍼 재치부(123)상에 연삭면을 아래로 향하게 하여 재치한다.
뒤이어, 회동 암(240)을 회동하고, 연마 헤드(30)를 하강하여, 웨이퍼 지지 플레이트(222)에 의해 웨이퍼(16)를 흡인 지지한다(스텝 S3).
뒤이어, 연마 헤드(30)를 상승, 회동 암(240)을 회동, 연마 헤드(30)를 하강하여, 웨이퍼(16)를 소요 압력으로 연마포(40a)상에 가압한다. 뒤이어 노즐(도시 생략)로부터 연마액을 1차 연마부(40)상에 공급하면서, 정반(18) 및 연마 헤드(30)를 소요 방향으로 회전시킴에 의해, 웨이퍼(16)를 소요 시간 1차연마(조연마)한다(스텝 S4). 1차 연마액은, 정반(18)이 회전함에 의해 그 원심력으로, 1차 연마부(40)상부터 주로 그 외방으로 유출되고, 배출구멍(57)으로부터 외부에 배출된다.
1차 연마 종료 후, 연마 헤드(30)를 상승, 회동 암(240)을 회동, 연마 헤드(30)를 하강하여, 웨이퍼(16)를 2차 연마부(41)의 연마포(41a)에 당접시킨다. 뒤이어, 1차 연마와 마찬가지로 하여, 노즐(도시 생략)로부터 연마액을 2차 연마부(41)의 연마포(41a)에 공급하면서, 정반(18) 및 연마 헤드(30)를 소요 방향으로 회전시킴에 의해, 소요 시간 웨이퍼(16)의 2차 연마(마무리 연마)를 행한다(스텝 S5). 2차 연마액은 정반(18)이 회전한 원심력에 의해, 2차 연마부(41)의 연마포(41a)상부터 홈(42) 내로 유하하고, 관통구멍(56)을 통하여 정반(18) 밖으로 유출되고, 배출구멍(57)으로부터 외부에 배출된다. 1차 연마액과 2차 연마액은 연마포(40a)상, 및 연마포(41a)상에서 섞이는 일은 없다.
연마 종료 후, 연마 헤드(30)를 상승, 회동 암(240)을 회동, 연마 헤드(30)를 하강하여, 웨이퍼(16)를 세정·건조 장치(25)의 재치부(123)상에 재치한다(스텝 S6).
세정·건조 장치(25)에서는, 상기한 바와 같이 하여 웨이퍼(16)의 세정을 행하고(스텝 S7), 또한 웨이퍼(16)의 건조를 행한다(스텝 S8). 웨이퍼(16)의 세정·건조를 행할 때, 스토퍼(26)가 웨이퍼(16)의 상방까지 회동하고, 웨이퍼(16)를 재치부(123)상에 지지한다. 세정·건조 종료 후, 스토퍼(26)는 정반(18) 측방의 대기 위치까지 회동한다.
세정·건조가 종료된 웨이퍼(16)를, 트랜스퍼 암(20)에 의해 재치부(123)상부터 반송 암(14)상에 건네고, 반송 암(14)에 의해 웨이퍼(16)를 처리실(12) 밖으로 반출한다(스텝 S9). 상기 스텝의 수행에 의하여, 웨이퍼(16)의 연마가 종료된다(스텝 S10).
또한, 웨이퍼(16)를 세정·건조 장치(25)에서 세정하고 있는 동안에, 연마 헤드(30)의 세정을 행하도록 한다. 즉, 연마 헤드(30)를 상승, 회동 암(240)을 회동, 연마 헤드(30)를 하강하여, 연마 헤드(30)를 헤드 세정부(44)의 브러시(44a)에 당접시킨다. 그리고, 헤드 세정부(44)를 회전시킴과 함께, 호스(258)로부터 연마 헤드(30)를 향하여 세정수를 분출하여, 연마 헤드(30)의 세정을 한다(스텝 S11). 세정수는, 홈(45), 관통구멍(55), 홈(42), 관통구멍(56)을 통하여 외부에 배출된다.
또한, 연마 헤드(30)의 세정 후, 정반(18)의 드레싱을 행하도록 한다. 즉, 연마 헤드(30)에 의해, 재치부(34)로부터 링형상 지석(砥石)을 흡인 지지하여 정반(18)상에 이동하고, 정반(18)을 회전하여, 1차 연마부(40) 및 2차 연마부(41)의 연마포의 드레싱을 행한다(스텝 S12). 연마포의 드레싱 후, 링형상 지석을 재치부(34)로 되돌린다.
또한, 연마 헤드(30)에 의해, 재치부(35)로부터 브러시를 흡인 지지하여 정반(18)상에 이동한다. 정반(18)을 회전하여, 1차 연마부(40) 및 2차 연마부(41)의 연마포의 마무리 드레싱을 행한다(스텝 S13). 마무리 드레싱 후, 브러시를 재치부(35)로 되돌린다.
그리고, 마무리 드레싱 종료 후, 연마 헤드(30)를 재차 세정부(44)에 이동하고, 연마 헤드(30)의 세정을 행한다(스텝 S14). 연마 헤드(30)의 세정 후, 연마 헤드(30)를 대기 위치(Pos01)로 되돌리고, 이에 의해 일련의 연마 공정을 종료한다.
이와 같이, 웨이퍼(16)의 세정·건조를 행하고 있는 동안에, 연마 헤드(30)의 세정, 1차 연마부(40), 2차 연마부(41)의 드레싱을 병행하여 행함에 의해, 효율적으로 일련의 처리가 행하여진다.
또한, 정반(18)의 드레싱은, 웨이퍼(16)의 연마의 종료 후 그때마다 행하여도 좋고, 적절히 복수장의 웨이퍼(16)의 연마 종료 후에 행하여도 좋다.
도 17은 정반(18)의 또 다른 실시의 형태를 도시하는 단면도이다.
도 7에 도시하는 정반(18)과 동일한 부재는 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
본 실시의 형태에서는, 웨이퍼의 세정·건조 장치(25)를 세정부(44), 즉, 정반(18)의 중심부에 마련하고 있는 점에서 도 7의 정반과는 상위하다.
회전 노즐(70)은, 정반(18)의 중심 및 정반받이(50)의 중심에 마련한 관통구멍 내에 축받이(72)를 통하여, 정반받이(50)에 회전 자유롭게 지지되어 있다. 회전 노즐(70)의 중심부에는 세정액을 분출한 노즐구멍(73)이 마련되어 있다.
노즐구멍(73)에는, 조인트(74)에 연결된 호스(도시 생략)로부터 세정액이 공급된다. 회전 노즐(70)은, 기대(46)에 고정된 모터(75)에 의해 구동 벨트(76)를 통하여 회전된다.
회전 노즐(70)의 상단에는 웨이퍼 재치판(78)이 고정되어 있다. 웨이퍼 재치판(78)에는, 노즐구멍(73)에 통한 노즐구멍(79)이 개구되어 있다. 또한 웨이퍼 재치판(78)의 윗면에는 웨이퍼(16)가 지지되는 오목부(80)가 형성되어 있다. 또한, 이 오목부(80)의 상방 위치와 정반(18)의 측방 위치와의 사이에 걸쳐서 회동하는 스토퍼(도시 생략)가 마련되어 있다.
또한, 정반(18)은, 모터(47)에 의해 구동 벨트(81)을 통하여 회전된다.
본 실시의 형태에서는, 2차 연마부(41)에서 웨이퍼(16)를 연마한 후, 연마 헤드(30)에 의해 웨이퍼(16)를 웨이퍼 재치판(78)상에 반입하고, 스토퍼로 웨이퍼(16)의 들떠오름을 소요 위치에서 누르면서, 회전 노즐(70)을 회전하고, 노즐구멍(79)으로부터 세정액을 웨이퍼(16) 하면에 분출함으로써 웨이퍼(16)의 세정을 행한다. 세정 종료 후, 세정액의 공급을 정지하고, 회전 노즐(70)을 소요 속도로 고속 회전시킴으로써 웨이퍼(16)의 건조를 행할 수 있다.
세정·건조가 종료된 웨이퍼(16)는, 연마 헤드(30)가 수취하여, 트랜스퍼 암(20)을 경유하여 반송 암(14)에 건네져, 처리실(12) 밖으로 반출된다.
본 실시의 형태에서는, 2차 연마의 종료 후, 가까운 세정·건조 장치(25)에서 웨이퍼(16)의 세정이 행하여지기 때문에, 양호한 세정이 행하여진다.
또한, 연마 헤드(30)의 세정은, 정반(18)의 측방에 헤드 세정부를 마련하여 행하도록 한다.
본원에서 언급된 모든 예와 조건적 용어는 종래 기술을 향상시키기 위한 본 발명가에 의해 의도된 개념과 본 발명의 이해를 돕기 위해 교수적인 목적으로 사용된 것으로, 이러한 특정하게 언급된 예와 조건에 제한되는 것이 아니며, 또한 본원 명세서의 이러한 예의 구성이 본 발명의 우수성이나 열등성을 개시하는 것도 아니다. 본 발명의 실시의 형태가 상세히 설명되었지만, 본 발명의 취지와 범위 내에서 여러 가지 변경예, 대체예, 및 수정예가 이루어질 수 있을 것이다.
10 : 웨이퍼 연마 장치
12 : 처리실
14 : 반송 암
15 : 재치부
16 : 웨이퍼
18 : 정반
20 : 트랜스퍼 암
21 : 축
22 : 반전 암
23 : 웨이퍼 흡착부
25 : 세정·건조 장치
26 : 스토퍼
27 : 축
30 : 연마 헤드
31 : 암 장치
32 : 축
34 : 재치부
35 : 재치부
40 : 1차 연마 정반
40a : 연마포
41 : 2차 연마 정반
41a : 연마포
42 : 홈
44 : 세정부
44a : 브러시
45 : 홈
46 : 기대
47 : 모터
48 : 회전축
49 : 축받이
50 : 정반받이
51 : 볼트
52 : 핀
53 : 위치결정구멍
55 : 관통구멍
56 : 관통구멍
57 : 배출구멍
58 : 실 링
60 : O링
62 : 링
63 : 나사
64 : O링
70 : 회전 노즐
72 : 축받이
73 : 노즐구멍
74 : 조인트
75 : 모터
76 : 구동 벨트
78 : 웨이퍼 재치판
79 : 노즐구멍
80 : 오목부
81 : 구동 벨트
112 : 세정조
113 : 통체부
114 : 원통부
115 : 오목부
116 : 기대
117 : 접속구
118 : 초음파 발진기
119 : 배관
120 : 회전체
123 : 재치부
124 : 유체축받이
125 : 구동 벨트
126 : 모터
127 : 풀리
129 : 회전축
130 : 나사
131 : 통체
132 : 나사
134 : 관통구멍
136 : 수용부
141 : 모터
214 : 본체
215 : 플랜지
216 : 부착블록
217 : 가압체
217a : 가압부
218 : 계지체
220 : 내방 플랜지
221 : 오목부
222 : 웨이퍼 지지 플레이트
223 : 측벽부
225 : 외방 플랜지
226 : 탄성 링체
228 : 관통구멍
230 : 흡인 통로
231 : 오목부
232 : 위치결정 핀
233 : 나사 링
240 : 회동 암
241 : 기대
242 : 모터
243 : 회전축
245 : 실린더 장치
246 : 로드
248 : 스테이
249 : 부착 암
249a : 수평반
249b : 수직반
250 : 축받이
251 : 모터
252 : 부착판
253 : 가이드판
254 : 부착봉
255a, 255b, 255c : 센서
256 : 센서
258 : 호스

Claims (29)

  1. 윗면에 연마포가 붙여진 정반과, 하면에 웨이퍼를 지지하는 연마 헤드와, 정반 윗면에 연마액을 공급하는 연마액 공급부를 구비하고,
    상기 연마 헤드에 지지된 웨이퍼를 상기 연마포상에 가압하고, 연마액을 공급하면서, 상기 정반과 상기 연마 헤드를 상대적으로 이동시켜서 웨이퍼의 연마를 행하는 웨이퍼 연마 장치에 있어서,
    상기 정반은,
    동심형상으로 복수 마련되고, 각각 연마포가 붙여지고, 상기 웨이퍼를 연마할 수 있을 만큼의 소요 폭을 갖는 연마 존과,
    상기 연마 존 사이에 마련된, 연마액을 배출하기 위한 홈과,
    가장 내측의 상기 연마 존의 내측의, 상기 정반의 중심부에 마련되고, 상기 연마 헤드를 세정하는 헤드 세정부 또는 연마 후의 웨이퍼를 세정하는 웨이퍼 세정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 헤드는, 상기 복수의 연마 존 사이에서 이동 가능하고, 각각의 연마 존에서 웨이퍼의 연마를 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 정반의 상기 복수의 연마 존이, 정반받이상에, 그 정반받이에 대해 착탈 자유롭게 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 연마 존의 각각이, 상기 정반받이에 대해 개별적으로 착탈 자유롭게 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 연마 존이, 위치결정 핀을 통하여 상기 정반받이상에 착탈 자유롭게 재치되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 연마 존의 연삭면의 높이가 다른 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    외측의 연마 존의 연삭면의 높이가 내측의 연마 존의 연삭면보다도 높은 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 존에, 상기 홈에의 연마액을 상기 정반의 외방으로 배출하기 위한, 외측를 향하여 높이가 낮아지는 관통구멍이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 정반의 중심부에 상기 웨이퍼 세정부가 마련되고, 상기 정반의 주위에 상기 헤드 세정부가 마련되고, 상기 연마 헤드가 웨이퍼를 상기 웨이퍼 세정부에 반입하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 정반의 중심부에 상기 헤드 세정부가 마련되고, 상기 정반의 주위에 상기 웨이퍼 세정부가 마련되고, 상기 연마 헤드가 웨이퍼를 상기 웨이퍼 세정부에 반입하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 정반의 주위에 드레싱재 재치부가 마련되고, 상기 연마 헤드가, 상기 드레싱재 재치부에 재치된 드레싱재를 상기 연마 존에 반입하여, 상기 연마 존의 연마포의 드레싱을 행하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 드래싱재 재치부, 상기 웨이퍼 세정부, 상기 연마 존 및 상기 헤드 세정부는 원호상 또는 선형선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연마 헤드는 암 장치에 마련되고,
    제어부는 상기 암 장치의 동작을 제어하고,
    상기 제어부는, 상기 웨이퍼를 연마하고, 연마된 웨이퍼를 세정하고, 상기 연마 헤드를 세정하고, 드래싱재로 상기 연마 존의 상기 연마포를 드래싱 하도록, 원호상 또는 선형선상에 위치한 상기 드레싱재 재치부, 상기 웨이퍼 세정부, 상기 연마 존 및 상기 헤드 세정부 사이를 이동하도록 상기 연마 헤드를 제어하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  14. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정반의 외측으로 배출된 상기 연마액 및 사용된 세정액은 개별적으로 회수하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 연마 헤드는,
    가압부가 구비된 하면을 구비한 본체와,
    연마될 상기 웨이퍼가 지지되는 하면을 구비하고, 상기 본체의 하면에 지지되고, 상기 본체에 대해 경동 가능한 웨이퍼 지지 플레이트와,
    상기 웨이퍼 지지 플레이트의 상면을 가압하고, 상기 본체의 상기 가압부에 부착된 탄성 링체를 구비하고,
    상기 탄성 일체의 탄성력을 받는 상기 웨이퍼 지지 플레이트는, 상기 본체상의 상기 가압부에 의해, 상기 탄성 링체 및 상기 웨이퍼 지지 플레이트와 함께, 상기 웨이퍼가 상기 정반의 상기 연마포상에서 가압될 때, 상기 정반의 상기 연바포면에 추종하여 경동 가능한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 탄성 링체는, V자형상부를 갖고, V자형상의 개구부를 외측으로 한 상태에서, 상기 본체의 상기 가압부와 상기 웨이퍼 지지 플레이트의 상면 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 플레이트의 상기 탄성 링체에 둘러싸이는 부위에 복수의 관통구멍이 형성되어 있고, 상기 본체의 상기 가압부에 상기 탄성 링체에 둘러싸이는 공간 내의 공기를 흡인하는 흡인 통로가 형성되어 있고, 상기 탄성 링체는 실 링의 역할을 하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  18. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 본체의 하면은 오목부를 형성하도록 개구되어 있고, 경동 가능한 상기 웨이퍼 지지 플레이트는 상기 오목부에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    연결부는 상기 오목부의 내벽면으로부터 안쪽으로 돌출되어 있고, 다른 연결부는 웨이퍼 지지 플레이트의 외벽면으로부터 바깥으로 돌출되어 있고, 상기 웨이퍼 지지 플레이트는 연결부들의 연결에 의하여 상기 오목부에 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 플레이트는 둥근 측벽을 갖는 접시형상으로 형성되어 있고, 상기 연결부는 상기 둥근 측벽의 외벽면에 형성되어 있고, 상기 본체의 상기 가압부의 하부는 상기 웨이퍼 지지 플레이트의 상기 둥근 측벽에 둘러싸여진 공간에 진입하고 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  21. 제15항 또는 제16항에 있어서,
    상기 웨이퍼 지지 플레이트는 상기 웨이퍼 지지 플레이트의 상면을 가압하는 탄성 링체와 접속되지 않지만, 상기 가압부측의 회전력은 상기 탄성 링체와의 사이의 마찰력에 의해 전달되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  22. 제10항에 있어서,
    상기 웨이퍼 세정부는,
    상기 세정액이 유입되고, 원통부로써 형성된 상부를 구비한 세정조와,
    통형상을 이루고, 상기 세정조의 상기 원통부와 맞고 상기 원통부의 축선에 대하여 회전 가능한 하부와, 가장자리가 세정 및 건조된 상기 웨이퍼가 재치될 수 있는 재치부로써 동작하는 개구부를 포함하는 상면을 구비한 회전체와,
    상기 회전체를 회전시키는 구동부와,
    상기 회전체의 하부 및 상기 세정조의 상기 원통부 사이에 형성된 축받이를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 회전체의 상방 위치 및 상기 회전체의 측방 위치 사이를 움직일 수 있는 스토퍼를 더 구비하고, 상기 스토퍼는 소정의 위치에서 상기 세정액의 압력에 의해 상기 재치부상에 재치된 상기 웨이퍼의 들떠오름을 막는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  24. 제22항에 있어서,
    상기 축받이는 유체축받이의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 유체축받이는, 상기 세정액의 일부가 상기 세정조의 상기 연통부의 상연으로부터 회전체의 하부 및 상기 연통부 사이의 공간까지 유입됨에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 세정액의 일부가 흐르도록 하는 홈은, 상기 회전체의 하부의 내벽면 및 상기 세정조의 상기 원통부의 외벽면의 적어도 하나에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  27. 제22항에 있어서,
    상기 세정액의 일부가 유로를 통해 흐를 수 있고, 상기 유로는 상기 회전체의 하부와 상기 세정조의 원통부의 외벽면 사이에 형성되고, 축받이로 동작하는 롤러베어링은 상기 유로에 구비되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  28. 제22항에 있어서,
    초음파 발진기는 상기 세정조에 구비된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  29. 제22항에 있어서,
    상기 구동부는 회전체 및 풀리에 연결된 구동 밸트를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
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