KR20150042708A

KR20150042708A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법

Info

Publication number: KR20150042708A
Application number: KR20140134298A
Authority: KR
Inventors: 마사야 세키; 데츠지 도가와; 마사유키 나카니시; 겐야 이토
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2013-10-11
Filing date: 2014-10-06
Publication date: 2015-04-21
Also published as: TW201521141A; TWI637449B; CN104551902B; JP2015074071A; US9248545B2; EP2859993B1; EP2859993A1; CN104551902A; JP6113624B2; US20150104999A1; KR102067434B1

Abstract

본 발명의 과제는 웨이퍼 등의 기판의 중심을 기판 스테이지의 축심에 고정밀도로 맞출 수 있고, 또한 기판을 휘게 하지 않고 기판을 처리할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
기판 처리 장치는 기판(W)의 하면 내의 제1 영역을 지지하는 제1 기판 지지면(10a)을 갖는 제1 기판 스테이지(10)와, 기판(W)의 하면 내의 제2 영역을 지지하는 제2 기판 지지면(20a)을 갖는 제2 기판 스테이지(20)와, 제1 기판 지지면(10a)을, 제2 기판 지지면(20a)보다도 높은 상승 위치와 제2 기판 지지면(20a)보다도 낮은 하강 위치 사이에서 이동시키는 스테이지 승강 기구(51)와, 기판(W)의 편심량을 측정하여, 기판(W)의 중심을 제2 기판 스테이지(20)의 축심에 맞추는 어라이너(36, 41, 60)를 구비한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}

본 발명은 웨이퍼 등의 기판의 주연부를 연마하는 연마 장치 및 연마 방법 등에 적용 가능한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.

웨이퍼 등의 기판의 주연부를 연마하기 위한 장치로서, 연마 테이프나 지석 등의 연마구를 구비한 연마 장치가 사용되고 있다. 도 14는 이 타입의 연마 장치를 도시하는 모식도이다. 도 14에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 웨이퍼(W)의 중심부를 진공 흡인에 의해 지지하고, 웨이퍼(W)를 회전시키는 기판 스테이지(110)와, 웨이퍼(W)의 주연부에 연마구(100)를 가압하는 연마 헤드(105)를 구비하고 있다. 웨이퍼(W)는 기판 스테이지(110)와 함께 회전되고, 이 상태에서 연마 헤드(105)는 연마구(100)를 웨이퍼(W)의 주연부에 가압함으로써 웨이퍼(W)의 주연부를 연마한다. 연마구(100)로서는, 연마 테이프 또는 지석이 사용된다.

도 15에 도시한 바와 같이, 연마구(100)에 의해 연마되는 웨이퍼(W)의 부위의 폭(이하, 이를 연마 폭이라고 함)은 웨이퍼(W)에 대한 연마구(100)의 상대적인 위치에 의해 결정된다. 통상, 연마 폭은 웨이퍼(W)의 최외주 단부로부터 수밀리미터이다. 웨이퍼(W)의 주연부를 일정한 연마 폭으로 연마하기 위해서는, 웨이퍼(W)의 중심을 기판 스테이지(110)의 축심에 맞추는 것이 필요하다. 따라서, 웨이퍼(W)를 기판 스테이지(110)에 적재하기 전에, 도 16에 도시한 바와 같은 센터링 핸드(115)로 웨이퍼(W)를 파지함으로써 웨이퍼(W)의 센터링이 행해진다. 센터링 핸드(115)는 반송 로봇(도시하지 않음)에 의해 반송되어 온 웨이퍼(W)의 양측으로부터 접근하여 그 엣지부에 접촉하고, 웨이퍼(W)를 파지한다. 센터링 핸드(115)와 기판 스테이지(110)의 상대 위치는 고정되어 있고, 센터링 핸드(115)에 의해 파지된 웨이퍼(W)의 중심이 기판 스테이지(110)의 축심 상에 위치하도록 되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 센터링 기구는 웨이퍼 센터링의 정밀도에 한계가 있고, 그 결과, 연마 폭이 불안정해지는 경우가 있다. 또한, 센터링 핸드(115)가 마모되어, 웨이퍼 센터링 정밀도가 저하되는 일도 있다. 또한, 연마구(100)를 웨이퍼(W)의 주연부에 가압하면, 웨이퍼(W)의 전체가 휘어 버려, 웨이퍼(W)의 주연부에 결함을 발생시키는 경우가 있다. 이와 같은 웨이퍼(W)의 휨을 방지하기 위해, 웨이퍼(W)의 하면의 외주부를, 기판 스테이지(110)와는 별도로 설치된 지지 스테이지(도시하지 않음)에서 지지하는 것도 생각된다. 그러나, 기판 스테이지(110)의 기판 지지면과 지지 스테이지의 기판 지지면이 동일 평면 내에 없는 경우에는, 웨이퍼(W)가 휘어 버린다.

일본 특허 4772679호 공보

따라서, 본 발명은 웨이퍼 등의 기판의 중심을 기판 스테이지의 축심에 고정밀도로 맞출 수 있고, 또한 기판을 휘게 하지 않고 기판의 주연부의 연마 등의 기판 처리를 행할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 형태는 기판을 처리하는 기판 처리 장치이며, 상기 기판의 하면 내의 제1 영역을 지지하는 제1 기판 지지면을 갖는 제1 기판 스테이지와, 상기 기판의 하면 내의 제2 영역을 지지하는 제2 기판 지지면을 갖는 제2 기판 스테이지와, 상기 제2 기판 스테이지를 그 축심을 중심으로 하여 회전시키는 제2 스테이지 회전 기구와, 상기 제1 기판 지지면을, 상기 제2 기판 지지면보다도 높은 상승 위치와 상기 제2 기판 지지면보다도 낮은 하강 위치 사이에서 이동시키는 스테이지 승강 기구와, 상기 기판의 중심의, 상기 제2 기판 스테이지의 축심으로부터의 편심량을 측정하여, 상기 기판의 중심을 상기 제2 기판 스테이지의 축심에 맞추는 어라이너를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 형태는 기판을 처리하는 기판 처리 방법이며, 상기 기판의 하면 내의 제1 영역을 제1 기판 스테이지의 제1 기판 지지면으로 지지하고, 상기 기판의 중심의, 제2 기판 스테이지의 축심으로부터의 편심량을 측정하고, 상기 기판의 중심을 상기 제2 기판 스테이지의 축심에 맞추고, 상기 기판의 하면 내의 제2 영역이 상기 제2 기판 스테이지의 제2 기판 지지면에 접촉할 때까지 상기 제1 기판 스테이지를 하강시키고, 상기 제2 기판 지지면으로 상기 제2 영역을 지지하고, 상기 제1 기판 스테이지를 더욱 하강시켜 상기 제1 기판 지지면을 상기 기판으로부터 이격시키고, 상기 제2 기판 스테이지를 그 축심을 중심으로 하여 회전시킴으로써 상기 기판을 회전시키고, 상기 회전하고 있는 기판을 처리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기판의 중심의 제2 기판 스테이지의 축심으로부터의 편심량이 측정된다. 따라서, 이 편심량이 0으로 되도록 기판의 중심을 제2 기판 스테이지의 축심에 맞출 수 있다. 또한, 제2 기판 스테이지가 기판의 하면의 제2 영역(특히 외주부)을 지지한 후, 제1 기판 스테이지를 기판으로부터 이격하는 것이 가능하다. 따라서, 제2 기판 스테이지만이 기판의 하면의 제2 영역을 지지한 상태에서, 기판을 휘게 하는 일 없이 기판을 처리할 수 있다.

도 1은 연마 장치를 도시하는 모식도.
도 2는 웨이퍼가 1회전하는 동안에 취득된 광량을 나타내는 그래프.
도 3은 웨이퍼가 1회전하는 동안에 취득된 광량을 나타내는 그래프.
도 4는 연마 장치의 동작 시퀀스를 설명하기 위한 모식도.
도 5는 연마 장치의 동작 시퀀스를 설명하기 위한 모식도.
도 6은 연마 장치의 동작 시퀀스를 설명하기 위한 모식도.
도 7은 웨이퍼의 편심을 수정하기 위한 스텝을 설명하는 평면도.
도 8은 웨이퍼의 편심을 수정하기 위한 스텝을 설명하는 평면도.
도 9는 웨이퍼의 편심을 수정하기 위한 스텝을 설명하는 평면도.
도 10은 연마 장치의 동작 시퀀스를 설명하기 위한 모식도.
도 11은 연마 장치의 동작 시퀀스를 설명하기 위한 모식도.
도 12는 연마 장치의 동작 시퀀스를 설명하기 위한 모식도.
도 13은 웨이퍼가 1회전하는 동안에 취득된 광량을 나타내는 그래프.
도 14는 종래의 연마 장치를 도시하는 모식도.
도 15는 웨이퍼의 연마 폭을 설명하는 도면.
도 16은 센터링 핸드를 구비한 종래의 연마 장치를 도시하는 모식도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 이하에 설명하는 본 발명의 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법의 실시 형태는 기판의 주연부를 연마하는 연마 장치 및 연마 방법이다.

도 1은 연마 장치를 도시하는 모식도이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 장치는 기판의 일례인 웨이퍼(W)를 지지하는 제1 기판 스테이지(10) 및 제2 기판 스테이지(20)를 갖고 있다. 제1 기판 스테이지(10)는 웨이퍼(W)의 센터링을 행하기 위한 센터링 스테이지이고, 제2 기판 스테이지(20)는 웨이퍼(W)를 연마하기 위한 프로세스 스테이지이다. 웨이퍼(W)의 센터링 중에는, 웨이퍼(W)는 제1 기판 스테이지(10)에 의해서만 지지되고, 웨이퍼(W)의 연마 중에는, 웨이퍼(W)는 제2 기판 스테이지(20)에 의해서만 지지된다.

제2 기판 스테이지(20)는 그 내부에 공간(22)을 갖고 있고, 제1 기판 스테이지(10)는 제2 기판 스테이지(20)의 공간(22) 내에 수용되어 있다. 제1 기판 스테이지(10)는 웨이퍼(W)의 하면 내의 제1 영역을 지지하는 제1 기판 지지면(10a)을 갖고 있다. 제2 기판 스테이지(20)는 웨이퍼(W)의 하면 내의 제2 영역을 지지하는 제2 기판 지지면(20a)을 갖고 있다. 제1 영역과 제2 영역은 웨이퍼(W)의 하면 내의 다른 위치에 있는 영역이다. 본 실시 형태에서는, 제1 기판 지지면(10a)은 원형의 형상을 갖고, 웨이퍼(W)의 하면의 중심측 부위를 지지하도록 구성되어 있다. 제2 기판 지지면(20a)은 환상의 형상을 갖고, 웨이퍼(W)의 하면의 외주부를 지지하도록 구성되어 있다. 상기 중심측 부위는 상기 외주부의 내측에 위치하고 있다. 본 실시 형태에 있어서의 중심측 부위는 웨이퍼(W)의 중심점을 포함하는 원형의 부위이지만, 상기 외주부의 내측에 위치하고 있으면, 웨이퍼(W)의 중심점을 포함하지 않는 환상의 부위여도 된다. 제2 기판 지지면(20a)은 제1 기판 지지면(10a)을 둘러싸도록 배치된다. 환상의 제2 기판 지지면(20a)의 폭은, 예를 들어 5㎜ 내지 50㎜이다.

제1 기판 스테이지(10)는 그 하방에 배치된 지지축(30)에 베어링(32)을 통해 연결되어 있다. 베어링(32)은 지지축(30)의 상단부에 고정되어 있고, 제1 기판 스테이지(10)를 회전 가능하게 지지하고 있다. 제1 기판 스테이지(10)는 풀리 및 벨트 등을 포함하는 토크 전달 기구(35)를 통해 모터(M1)에 접속되어 있고, 제1 기판 스테이지(10)는 그 축심을 중심으로 하여 회전되도록 되어 있다. 모터(M1)는 연결 블록(31)에 고정되어 있다. 모터(M1) 및 토크 전달 기구(35)는 제1 기판 스테이지(10)를 그 축심 C1을 중심으로 하여 회전시키는 제1 회전 기구(제1 스테이지 회전 기구)(36)를 구성한다. 모터(M1)에는 로터리 인코더(38)가 연결되어 있고, 제1 기판 스테이지(10)의 회전 각도가 로터리 인코더(38)에 의해 측정되도록 되어 있다.

제1 기판 스테이지(10) 및 지지축(30)의 내부에는 그 축방향으로 연장되는 제1 진공 라인(15)이 설치되어 있다. 이 제1 진공 라인(15)은 지지축(30)의 하단부에 고정된 회전 조인트(44)를 통해 진공원(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 제1 진공 라인(15)의 상단부 개구부는 제1 기판 지지면(10a) 내에 있다. 따라서, 제1 진공 라인(15) 내에 진공을 형성하면, 웨이퍼(W)의 중심측 부위가 진공 흡인에 의해 제1 기판 지지면(10a)에 지지된다.

제1 기판 스테이지(10)는 지지축(30)을 통해 스테이지 승강 기구(51)에 연결되어 있다. 스테이지 승강 기구(51)는 제2 기판 스테이지(20)의 하방에 배치되어 있고, 또한 지지축(30)에 접속되어 있다. 스테이지 승강 기구(51)는 지지축(30) 및 제1 기판 스테이지(10)를 일체로 상승 및 하강시키는 것이 가능하게 되어 있다.

제1 기판 스테이지(10)는 수평으로 연장되는 소정의 오프셋축 OS을 따라서 제1 기판 스테이지(10)를 이동시키는 수평 이동 기구(41)에 연결되어 있다. 제1 기판 스테이지(10)는 직동 베어링(40)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있고, 이 직동 베어링(40)은 연결 블록(31)에 고정되어 있다. 직동 베어링(40)은 제1 기판 스테이지(10)의 상하 이동을 허용하면서, 제1 기판 스테이지(10)를 회전 가능하게 지지하도록 구성되어 있다. 직동 베어링(40)으로서는, 예를 들어 볼 스플라인 베어링이 사용된다.

수평 이동 기구(41)는 상술한 연결 블록(31)과, 제1 기판 스테이지(10)를 수평 방향으로 이동시키는 액추에이터(45)와, 제1 기판 스테이지(10)의 수평 이동을 상기 오프셋축 OS를 따른 수평 이동으로 제한하는 직동 가이드(46)를 구비하고 있다. 이 오프셋축 OS는 직동 가이드(46)의 길이 방향으로 연장되는 상상적인 이동 축이다. 도 1에는, 오프셋축 OS는 화살표로 나타나 있다.

직동 가이드(46)는 대(42)에 고정되어 있다. 이 대(42)는 연마 장치의 프레임 등의 정지 부재에 접속된 지지 아암(43)에 고정되어 있다. 연결 블록(31)은 직동 가이드(46)에 의해 수평 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 액추에이터(45)는 대(42)에 고정된 오프셋 모터(47)와, 이 오프셋 모터(47)의 구동축에 설치된 편심 캠(48)과, 연결 블록(31)에 형성되어, 편심 캠(48)이 수용되는 오목부(49)를 구비하고 있다. 오프셋 모터(47)가 편심 캠(48)을 회전시키면, 편심 캠(48)이 오목부(49)에 접촉하면서 연결 블록(31)을 오프셋축 OS를 따라서 수평으로 이동시킨다.

액추에이터(45)가 작동하면, 제1 기판 스테이지(10)는 그 이동 방향이 직동 가이드(46)에 안내된 상태에서 오프셋축 OS를 따라서 수평으로 이동된다. 제2 기판 스테이지(20)의 위치는 고정되어 있다. 따라서, 수평 이동 기구(41)는 제1 기판 스테이지(10)를 제2 기판 스테이지(20)에 대해 상대적으로 수평으로 이동시키고, 스테이지 승강 기구(51)는 제1 기판 스테이지(10)를 제2 기판 스테이지(20)에 대해 상대적으로 연직 방향으로 이동시킨다.

제1 기판 스테이지(10), 제1 회전 기구(36) 및 수평 이동 기구(41)는 제2 기판 스테이지(20)의 공간(22) 내에 수용되어 있다. 따라서, 제1 기판 스테이지(10) 및 제2 기판 스테이지(20) 등으로 구성되는 기판 지지부를 콤팩트하게 할 수 있다. 또한, 제2 기판 스테이지(20)는 웨이퍼(W)의 연마 중에 웨이퍼(W)의 표면에 공급되는 연마액[순수(純水), 약액 등]으로부터 제1 기판 스테이지(10)를 보호할 수 있다.

제2 기판 스테이지(20)는 도시하지 않은 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 제2 기판 스테이지(20)는 풀리 및 벨트 등을 포함하는 토크 전달 기구(55)를 통해 모터(M2)에 접속되어 있고, 제2 기판 스테이지(20)는 그 축심 C2를 중심으로 하여 회전되도록 되어 있다. 모터(M2) 및 토크 전달 기구(55)는 제2 기판 스테이지(20)를 그 축심 C2를 중심으로 회전시키는 제2 회전 기구(제2 스테이지 회전 기구)(56)를 구성한다.

제2 기판 스테이지(20)의 상면은 환상의 제2 기판 지지면(20a)을 구성한다. 제2 기판 스테이지(20) 내에는 복수의 제2 진공 라인(25)이 설치되어 있다. 이 제2 진공 라인(25)은 로터리 조인트(58)를 통해 진공원(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 제2 진공 라인(25)의 상단부 개구부는 제2 기판 지지면(20a) 내에 있다. 따라서, 제2 진공 라인(25) 내에 진공을 형성하면, 웨이퍼(W)의 하면의 외주부가 진공 흡인에 의해 제2 기판 지지면(20a)에 지지된다. 제2 기판 지지면(20a)은 웨이퍼(W)의 직경과 동일하거나, 또는 웨이퍼(W)의 직경보다도 작은 외경을 갖고 있다.

제2 기판 스테이지(20)의 제2 기판 지지면(20a)의 상방에는 연마구(1)를 웨이퍼(W)의 주연부로 가압하는 연마 헤드(5)가 배치되어 있다. 연마 헤드(5)는 연직 방향 및 웨이퍼(W)의 반경 방향으로 이동하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 연마 헤드(5)는 회전하는 웨이퍼(W)의 주연부에 연마구(1)를 하향으로 가압함으로써, 웨이퍼(W)의 주연부를 연마한다. 연마구(1)로서는, 연마 테이프 또는 지석이 사용된다.

제2 기판 스테이지(20)의 상방에는 제1 기판 스테이지(10)에 지지된 웨이퍼(W)의 중심, 제2 기판 스테이지(20)의 축심 C2로부터의 편심량을 측정하는 편심 검출부(60)가 배치되어 있다. 이 편심 검출부(60)는 광학식 편심 센서이고, 광을 발하는 투광부(61)와, 광을 받는 수광부(62)와, 수광부(62)에서 측정되는 광량으로부터 웨이퍼(W)의 편심량을 결정하는 처리부(65)를 구비하고 있다. 편심 검출부(60)는 횡이동 기구(69)에 연결되어 있고, 편심 검출부(60)는 웨이퍼(W)의 주연부에 근접 및 이격되는 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

웨이퍼(W)의 편심량은 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1이 제2 기판 스테이지(20)의 축심 C2에 일치한 상태에서 측정된다. 구체적으로는, 웨이퍼(W)의 편심량은 다음과 같이 하여 측정된다. 웨이퍼(W)의 주연부가 투광부(61)와 수광부(62) 사이에 위치할 때까지, 편심 검출부(60)를 웨이퍼(W)의 주연부에 근접시킨다. 이 상태에서 웨이퍼(W)를 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1[및 제2 기판 스테이지(20)의 축심 C2]을 중심으로 하여 회전시키면서, 투광부(61)는 수광부(62)를 향해 광을 발한다. 광의 일부는 웨이퍼(W)에 의해 차단되고, 광의 다른 부분은 수광부(62)에 도달한다.

수광부(62)에 의해 측정되는 광량은 웨이퍼(W)와 제1 기판 스테이지(10)의 상대 위치에 의존하여 바뀐다. 웨이퍼(W)의 중심이 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1 상에 있는 경우, 웨이퍼(W)가 1회전하는 동안에 취득된 광량은, 도 2에 도시한 바와 같이 소정의 기준 광량 RD로 지지된다. 이에 대해, 웨이퍼(W)의 중심이 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1로부터 어긋나 있는 경우, 웨이퍼(W)가 1회전하는 동안에 취득된 광량은, 도 3에 도시한 바와 같이 웨이퍼(W)의 회전 각도에 따라서 변화된다.

웨이퍼(W)의 편심량은 수광부(62)에 의해 측정되는 광량에 반비례한다. 바꿔 말하면, 광량이 최소가 되는 웨이퍼(W)의 각도는 웨이퍼(W)의 편심량이 최대가 되는 각도이다. 상술한 기준 광량 RD는 기준 직경(예를 들어, 직경 300.00㎜)을 갖는 기준 웨이퍼(기준 기판)를, 그 중심이 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1 상에 있는 상태에서 측정된 광량이다. 이 기준 광량 RD는 처리부(65)에 미리 저장되어 있다. 또한, 광량과, 웨이퍼(W)의 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1로부터의 편심량의 관계를 나타내는 데이터(테이블, 관계식 등)가, 처리부(65)에 미리 저장되어 있다. 기준 광량 RD에 대응하는 편심량은 0이다. 처리부(65)는 데이터에 기초하여 광량의 측정값으로부터 웨이퍼(W)의 편심량을 결정한다.

편심 검출부(60)의 처리부(65)는 로터리 인코더(38)에 접속되어 있고, 제1 기판 스테이지(10)의 회전 각도[즉, 웨이퍼(W)의 회전 각도]를 나타내는 신호가 로터리 인코더(38)로부터 처리부(65)로 보내진다. 처리부(65)는 광량이 최소로 되는 웨이퍼(W)의 각도인 최대 편심 각도를 결정한다. 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1로부터 가장 이격된 웨이퍼(W) 상의 최대 편심점은 최대 편심 각도에 의해 특정된다. 웨이퍼(W)의 편심량은 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1이 제2 기판 스테이지(20)의 축심 C2에 일치한 상태에서 측정된다. 따라서, 처리부(65)는 제2 기판 스테이지(20)의 축심 C2로부터 가장 이격된 웨이퍼(W) 상의 최대 편심점을 결정할 수 있다. 또한, 처리부(65)는 제2 기판 스테이지(20)의 축심 C2로부터의 웨이퍼(W)의 편심량을 광량으로부터 결정할 수 있다.

다음에, 웨이퍼(W)를 연마하기 위한 연마 장치의 동작 시퀀스에 대해 도 4 내지 도 12를 참조하여 설명한다. 도 4 내지 도 12에서는 제1 기판 스테이지(10), 제2 기판 스테이지(20) 및 편심 검출부(60) 이외의 구성 요소는 생략되어 있다. 우선, 제1 기판 스테이지(10)는 그 축심 C1이 제2 기판 스테이지(20)의 축심 C2에 일직선 상에 배열될 때까지 수평 이동 기구(41)(도 1 참조)에 의해 수평으로 이동된다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 기판 스테이지(10)는 스테이지 승강 기구(51)에 의해 상승 위치까지 상승된다. 이 상승 위치에서는, 제1 기판 스테이지(10)의 제1 기판 지지면(10a)은 제2 기판 스테이지(20)의 제2 기판 지지면(20a)보다도 높은 위치에 있다.

이 상태에서, 웨이퍼(W)가 반송 기구의 핸드(90)에 의해 반송되고, 도 5에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)가 제1 기판 스테이지(10)의 원형 제1 기판 지지면(10a) 상에 놓인다. 제1 진공 라인(15)에는 진공이 형성되고, 이에 의해 웨이퍼(W)의 하면의 중심측 부위는 제1 기판 지지면(10a)에 진공 흡인에 의해 지지된다. 그 후, 도 6에 도시한 바와 같이, 반송 기구의 핸드(90)가 연마 장치로부터 이격되고, 제1 기판 스테이지(10)는 그 축심 C1을 중심으로 하여 회전된다. 편심 검출부(60)는 회전하는 웨이퍼(W)에 접근하여, 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)의 편심량을 측정하고, 또한 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1로부터 가장 이격된 웨이퍼(W) 상의 최대 편심점을 결정한다.

도 7 내지 도 9는 제1 기판 스테이지(10) 상의 웨이퍼(W)를 위에서 본 도면이다. 도 7에 도시하는 예에서는, 제1 기판 스테이지(10) 상에 놓인 웨이퍼(W)는 그 중심이 기판 스테이지(10, 20)의 축심 C1, C2로부터 어긋나 있다. 기판 스테이지(10, 20)의 축심 C1, C2로부터 가장 이격된 웨이퍼(W) 상의 최대 편심점(상상점) F는 웨이퍼(W)의 위에서 보았을 때에 수평 이동 기구(41)의 오프셋축(상상축) OS 상에는 없다. 따라서, 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 기판 스테이지(10)를 회전시켜, 웨이퍼(W)의 위에서 보았을 때에, 최대 편심점 F를 오프셋축 OS 상에 위치시킨다. 즉, 최대 편심점 F와 제1 기판 스테이지(10)의 축심 C1을 연결하는 선(상상선)이 오프셋축 OS와 평행이 될 때까지, 제1 기판 스테이지(10)를 회전시킨다. 이때의 제1 기판 스테이지(10)의 회전 각도는 최대 편심점 F의 위치를 특정하는 각도와, 오프셋축 OS의 위치를 특정하는 각도의 차에 상당한다.

또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 최대 편심점 F가 오프셋축 OS 상에 있는 상태에서, 제1 기판 스테이지(10)에 지지된 웨이퍼(W)의 중심이, 제2 기판 스테이지(20)의 축심 C2 상에 위치할 때까지 제1 기판 스테이지(10)를 오프셋축 OS를 따라서 수평 이동 기구(41)(도 1 참조)에 의해 이동시킨다. 이때의 제1 기판 스테이지(10)의 이동 거리는 웨이퍼(W)의 편심량에 상당한다. 이와 같이 하여, 웨이퍼(W)의 중심이 제2 기판 스테이지(20)의 축심에 맞추어진다. 본 실시 형태에서는, 웨이퍼(W)의 중심을 제2 기판 스테이지(20)의 축심에 맞추는 어라이너는 편심 검출부(60)와, 제1 회전 기구(36)와, 수평 이동 기구(41)로 구성된다.

다음에, 도 10에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(W)의 하면의 외주부가 제2 기판 스테이지(20)의 제2 기판 지지면(20a)에 접촉할 때까지 제1 기판 스테이지(10)를 하강시킨다. 이 상태에서, 제2 진공 라인(25)에 진공을 형성하고, 이에 의해 웨이퍼(W)의 하면의 외주부가 제2 기판 스테이지(20)에 진공 흡인에 의해 지지된다. 그 후, 제1 진공 라인(15)이 대기로 개방된다. 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 기판 스테이지(10)는 또한 소정의 하강 위치까지 하강하고, 그 제1 기판 지지면(10a)이 웨이퍼(W)로부터 이격된다. 그 결과, 웨이퍼(W)는 제2 기판 스테이지(20)에 의해서만 지지된다.

제1 기판 스테이지(10)는 웨이퍼(W)의 하면의 중심측 부위만을 지지하고, 제2 기판 스테이지(20)는 웨이퍼(W)의 하면의 외주부만을 지지한다. 웨이퍼(W)가 제1 기판 스테이지(10)와 제2 기판 스테이지(20)의 양쪽에 동시에 지지되면, 웨이퍼(W)가 휘는 경우가 있다. 이는, 제1 기판 스테이지(10)의 제1 기판 지지면(10a)이, 제2 기판 스테이지(20)의 제2 기판 지지면(20a)과 동일 수평면 내에 존재하는 것은, 기계적인 위치 결정 정밀도의 문제로부터 매우 어렵기 때문이다. 본 실시 형태에 따르면, 웨이퍼(W)의 연마 중에는 웨이퍼(W)의 하면의 외주부만이 제2 기판 스테이지(20)에 의해 지지되고, 제1 기판 스테이지(10)는 웨이퍼(W)로부터 이격되어 있다. 따라서, 웨이퍼(W)의 휨을 방지할 수 있다.

도 12에 도시한 바와 같이, 제2 기판 스테이지(20)는 그 축심 C2를 중심으로 회전된다. 웨이퍼(W)의 중심은 제2 기판 스테이지(20)의 축심 C2 상에 있으므로, 웨이퍼(W)는 그 중심의 둘레로 회전된다. 이 상태에서, 도시하지 않은 연마액 공급 노즐로부터 웨이퍼(W) 상으로 연마액(예를 들어, 순수 또는 슬러리)을 공급하면서, 연마 헤드(5)는 연마구(1)를 회전하는 웨이퍼(W)의 주연부로 가압하여, 상기 주연부를 연마한다. 웨이퍼(W)의 연마 중에는 웨이퍼(W)의 하면의 외주부가 제2 기판 스테이지(20)에 의해 보유 지지되어 있으므로, 연마구(1)의 하중을 연마구(1)의 아래로부터 지지할 수 있다. 따라서, 연마 중의 웨이퍼(W)의 휨을 방지할 수 있다.

연마된 웨이퍼(W)는 역의 동작 시퀀스에 따라서 연마 장치로부터 취출된다. 환상의 제2 기판 지지면(20a)은 웨이퍼의 하면 전체를 흡착하는 기판 스테이지에 비해, 연마된 웨이퍼(W)를 제2 기판 지지면(20a)으로부터 이격될 때에 웨이퍼(W)가 깨지기 어렵다는 이점도 있다.

연마구(1)에 의해 연마되는 웨이퍼(W)의 부위의 폭(이하, 이를 연마 폭이라고 함)은 웨이퍼(W)에 대한 연마구(1)의 상대적인 위치에 의해 결정된다. 웨이퍼에 따라서는, 그 직경이 소정의 기준 직경(예를 들어, 300.00㎜)보다도 약간 크거나, 또는 작은 것이 있다. 웨이퍼마다 직경이 다르면, 웨이퍼에 대한 연마구(1)의 상대적인 위치가 웨이퍼에 따라서 다르고, 결과적으로 연마 폭이 웨이퍼마다 달라져 버린다. 이와 같은 연마 폭의 편차를 방지하기 위해서는, 웨이퍼를 연마하기 전에 그 웨이퍼의 직경을 측정하는 것이 바람직하다.

도 1에 도시하는 편심 검출부(60)는 웨이퍼의 직경을 측정하는 것이 가능하게 구성되어 있다. 소정의 기준 직경(예를 들어, 300.00㎜)보다도 약간 큰 직경(예를 들어, 300.10㎜)을 갖는 웨이퍼가 1회전하는 동안에 취득되는 광량의 평균 D1은, 도 13에 도시한 바와 같이 광량이 전체적으로 약간 저하되므로, 기준 광량 RD보다도 작다. 기준 직경보다도 약간 작은 직경(예를 들어, 299.90㎜)을 갖는 웨이퍼가 1회전하는 동안에 취득되는 광량의 평균 D2는 광량이 전체적으로 약간 증가하므로, 기준 광량 RD보다도 크다.

기준 광량 RD와, 측정된 광량의 평균의 차이는 기준 직경과 제1 기판 스테이지(10) 상의 웨이퍼(W)의 실제 직경의 차이에 대응한다. 따라서, 처리부(65)는 기준 광량 RD와 측정된 평균 광량의 차이에 기초하여, 제1 기판 스테이지(10) 상의 웨이퍼(W)의 실제 직경을 결정할 수 있다.

상술한 바와 같이, 편심 검출부(60)는 웨이퍼(W)의 직경을 측정할 수 있으므로, 직경의 측정값에 기초하여 연마 폭을 정확하게 조정할 수 있다. 바꿔 말하면, 웨이퍼(W)의 최외주의 엣지부의 위치를 정확하게 취득할 수 있으므로, 웨이퍼(W)의 최외주의 엣지부의 위치에 기초하여, 연마구(1)의 웨이퍼(W)에 대한 상대 위치를 조정할 수 있다. 결과적으로, 연마구(1)는 원하는 연마 폭으로 웨이퍼(W)의 주연부를 연마할 수 있다.

상술한 연마 장치는 본 발명의 기판 처리 장치의 일 실시 형태이지만, 본 발명의 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법은 기판을 지지하면서 기판을 처리하는 다른 장치 및 방법, 예를 들어 CVD를 위한 장치 및 방법, 스퍼터링을 위한 장치 및 방법 등에도 적용할 수 있다.

상술한 실시 형태는 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는 당업자라면 당연히 이룰 수 있는 것이고, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 기재된 실시 형태로 한정되지 않고, 특허 청구의 범위에 의해 정의되는 기술적 사상을 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.

1 : 연마구
5 : 연마 헤드
10 : 제1 기판 스테이지
10a : 제1 기판 지지면
15 : 제1 진공 라인
20 : 제2 기판 스테이지
20a : 제2 기판 지지면
25 : 제2 진공 라인
22 : 공간
30 : 지지축
31 : 연결 블록
32 : 베어링
35 : 토크 전달 기구
36 : 제1 회전 기구
38 : 로터리 인코더
40 : 직동 베어링
41 : 수평 이동 기구
42 : 대
43 : 지지 아암
44 : 회전 조인트
45 : 액추에이터
46 : 직동 가이드
47 : 오프셋 모터
48 : 편심 캠
49 : 오목부
51 : 스테이지 승강 기구
55 : 토크 전달 기구
56 : 제2 회전 기구
58 : 로터리 조인트
60 : 편심 검출부
61 : 투광부
62 : 수광부
65 : 처리부
69 : 횡이동 기구
90 : 핸드
M1, M2 : 모터

Claims

기판을 처리하는 기판 처리 장치이며,
상기 기판의 하면 내의 제1 영역을 지지하는 제1 기판 지지면을 갖는 제1 기판 스테이지와,
상기 기판의 하면 내의 제2 영역을 지지하는 제2 기판 지지면을 갖는 제2 기판 스테이지와,
상기 제2 기판 스테이지를 그 축심을 중심으로 하여 회전시키는 제2 스테이지 회전 기구와,
상기 제1 기판 지지면을, 상기 제2 기판 지지면보다도 높은 상승 위치와 상기 제2 기판 지지면보다도 낮은 하강 위치 사이에서 이동시키는 스테이지 승강 기구와,
상기 기판의 중심의, 상기 제2 기판 스테이지의 축심으로부터의 편심량을 측정하여, 상기 기판의 중심을 상기 제2 기판 스테이지의 축심에 맞추는 어라이너를 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 영역은 상기 기판의 하면의 외주부이고,
상기 제1 영역은 상기 외주부의 내측에 위치하는, 상기 기판의 하면의 중심측 부위인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 기판 지지면은 상기 제2 영역을 진공 흡인에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 어라이너는,
상기 편심량을 측정하고, 또한 상기 제1 기판 스테이지의 축심으로부터 가장 이격된 상기 기판 상의 최대 편심점을 결정하는 편심 검출부와,
상기 최대 편심점과 상기 제1 기판 스테이지의 축심을 연결하는 선이, 수평으로 연장되는 소정의 오프셋축과 평행이 될 때까지 상기 제1 기판 스테이지를 회전시키는 제1 스테이지 회전 기구와,
상기 제1 기판 스테이지에 지지된 상기 기판의 중심이, 상기 제2 기판 스테이지의 축심 상에 위치할 때까지 상기 제1 기판 스테이지를 상기 오프셋축을 따라서 이동시키는 수평 이동 기구를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 기판 스테이지, 상기 제1 스테이지 회전 기구 및 상기 수평 이동 기구는 상기 제2 기판 스테이지 내에 수용되어 있는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
제4항에 있어서, 상기 편심 검출부는 상기 제1 기판 스테이지 상에 지지된 상기 기판의 직경을 측정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 기판 스테이지에 지지된 상기 기판의 주연부에 연마구를 가압하여 상기 주연부를 연마하는 연마 헤드를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 기판 처리 장치.
기판을 처리하는 기판 처리 방법이며,
상기 기판의 하면 내의 제1 영역을 제1 기판 스테이지의 제1 기판 지지면으로 지지하고,
상기 기판의 중심의, 제2 기판 스테이지의 축심으로부터의 편심량을 측정하고,
상기 기판의 중심을 상기 제2 기판 스테이지의 축심에 맞추고,
상기 기판의 하면 내의 제2 영역이 상기 제2 기판 스테이지의 제2 기판 지지면에 접촉할 때까지 상기 제1 기판 스테이지를 하강시키고,
상기 제2 기판 지지면으로 상기 제2 영역을 지지하고,
상기 제1 기판 스테이지를 더욱 하강시켜 상기 제1 기판 지지면을 상기 기판으로부터 이격시키고,
상기 제2 기판 스테이지를 그 축심을 중심으로 하여 회전시킴으로써 상기 기판을 회전시키고,
상기 회전하고 있는 기판을 처리하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
제8항에 있어서, 상기 제2 영역은 상기 기판의 하면의 외주부이고,
상기 제1 영역은 상기 외주부의 내측에 위치하는, 상기 기판의 하면의 중심측 부위인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
제8항에 있어서, 상기 제2 기판 지지면은 상기 제2 영역을 진공 흡인에 의해 지지하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
제8항에 있어서, 상기 기판의 중심을 상기 제2 기판 스테이지의 축심에 맞추는 공정은,
상기 제1 기판 스테이지의 축심으로부터 가장 이격된 상기 기판 상의 최대 편심점을 결정하고,
상기 최대 편심점과 상기 제1 기판 스테이지의 축심을 연결하는 선이, 수평으로 연장되는 소정의 오프셋축과 평행이 될 때까지 상기 제1 기판 스테이지를 회전시키고,
상기 제1 기판 스테이지에 지지된 상기 기판의 중심이, 상기 제2 기판 스테이지의 축심 상에 위치할 때까지 상기 제1 기판 스테이지를 상기 오프셋축을 따라서 이동시키는 공정인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
제8항에 있어서, 상기 제1 기판 스테이지 상에 지지된 상기 기판의 직경을 측정하는 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.
제8항에 있어서, 상기 회전하고 있는 기판을 처리하는 공정은 상기 회전하고 있는 기판의 주연부에 연마구를 가압하여 상기 주연부를 연마하는 공정인 것을 특징으로 하는, 기판 처리 방법.