KR20150121029A - Ｃｍｐ 장치 및 ｃｍｐ 방법 - Google Patents

Ｃｍｐ 장치 및 ｃｍｐ 방법 Download PDF

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Abstract

연마 대상물과의 접촉 면적이, 연마 대상물의 표면적보다 작은, 연마 패드를 장착한 회전 헤드를, 테이블에 페이스업으로 장착된 연마 대상물의 표면에 가압 접촉시켜, 접촉면에 슬러리를 공급하면서, 테이블을 정지한 채로 회전 헤드를 회전시키고 소정 시간 연마한 후, 회전 헤드를 연마 대상물의 표면내에서 이동시켜, 연마 대상물의 표면 전체를 순차적으로 연마하는 화학적 기계적 연마 장치이며, 연마중에는, 접촉면의 가압 하중을 일정하게 유지하는 압력 조정 기구를 마련했다.

Description

ＣＭＰ 장치 및 ＣＭＰ 방법 {CMP APPARATUS AND CMP METHOD}
본 발명은, 반도체 웨이퍼나 수지 금형의 주면에 형성되는 절연막, 금속막 또는 반도체막의 표면의 요철을 연마하여, 평탄화하는 화학적 기계적 연마(CMP：Chemical　Mechanical　Polishing) 장치 및 CMP 방법에 관한 것이다.
오늘날 반도체 집적회로는, 미세화, 고집적화를 위해 다층 배선 구조를 가지고 있다. 다층 배선 구조에 있어서 종래의 배선 형성 프로세스는, 절연막상에 퇴적한 Al등의 금속을 리소그래피 및 드라이 에칭에 의해 가공해 금속 배선 패턴을 형성하는 것이지만, 최근에는, 다층 배선 형성 프로세스에 구리 배선의 다마신 프로세스가 채용되고 있다.
또, 금속이나 수지의 전사 금형을 이용해 코일 소자 등의 미세한 선폭을 가지는 전자 부품을 제조할 때에도, 금형 상에 도금 처리에 의해 퇴적한 구리를 CMP에 의해 평탄하게 연마해, 비아홀이나 배선홈안에만 구리를 남겨, 매입된 구리 배선을 형성하는 것이 행해지고 있다.
도 7a에, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 대표적인 CMP 장치(700)에 의한 CMP 방법을 나타낸다. 이 CMP 방법은, 연마포 또는, 연마 패드(710)을 붙인 회전 테이블(하부 정반) (720)에 대해서 반도체 웨이퍼 등의 연마 대상물(730)을 피연마면을 하향(페이스다운)으로 고정하여 보호 유지하는 회전 헤드(상부 정반) (740)을 밀어 붙여, 회전 헤드(740) 및 회전 테이블(720)을 각각 회전시키면서, 노즐(750)으로부터 연마 패드(710)상에 액상의 슬러리(연마제) (760)을 공급하여, 화학적 작용과 기계적 연마에 의해 연마 대상물(730)의 하면(피처리면)의 막을 깎아 평탄화한다.
종래는, 연마 대상물(730)상에서의 연마 속도의 면내 균일성을 향상시키는 관점에서, 하중을 연마 대상물(730)의 전면에 걸쳐 일정하게 유지함과 아울러, 연마 패드(710)의 회전에 의해 발생하는 속도와 연마 대상물(730)의 속도와의 합성 속도가 피처리면내에서 대략 균일하게 되도록 제어하고 있다.
그러나, 상술한 CMP 방법에서는, 연마 대상물(730)의 판두께 방향의 단면 형상이 균일, 즉 피연마면이 전면에 걸쳐 기복 없이 평면인 경우에는, 도7b에 나타나듯이 연마 범위가 일정한 두께가 되도록 연마되지만, 판두께 방향의 단면 형상에 기복이 있는 연마 대상물(730)을 연마하는 경우, 기복에 맞추어 연마 대상물(730)의 표면을 연마할 수 없다. 이 때문에, 도7c에 나타나듯이 연마 범위 내의 연마 두께에 불균일이 나온다.
특허 문헌 2, 3에는, 단면 형상에 기복이 있는 웨이퍼를 그 기복에 맞추어 연마하는 것이 가능한 CMP 장치가 기재되어 있다.
특허 문헌 2에 기재되어 있는 CMP 장치는, 회전 테이블(턴테이블)의 중심축에 직교하는 회전축을 가짐과 동시에, 직선 이동 홈에 의해 회전축에 평행한 방향으로 이동 가능한 공구 홀더를 마련하고, 이 공구 홀더의 외주를 따라 복수의 아크형상(arc-shape)의 연마석(grindstone)을 배치해, 이 연마석들의 연마 대상물로의 밀어붙임을 기복을 본뜬 형태로 개별적으로 제어하도록 하고 있다.
또, 특허 문헌 3에 기재되어 있는 장치는, 초기적인 변형이나 휜 양을 일정하게 유지하면서 웨이퍼를 웨이퍼 홀더에 보호 유지하고, 웨이퍼 표면의 요철 등의 표면 상태에 따라, 연마 패드를 부분적으로 누르는 튜브를 복수 구비하고, 이 각 튜브들의 가압력을 제어하여 웨이퍼면내를 균일하게 연마하고 있다.
그러나 상기 모든 장치는 제어 기구가 복잡하다는 결점이 있다.
특허 문헌 1 : 특개 JP 2007－12936호 공보 특허 문헌 2 : 특개 JP 2000－263425호 공보 특허 문헌 3 : 특개 JP 2002－246346호 공보
본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하는 것으로, 비교적 간단한 제어 기구를 이용해, 단면 형상에 기복이 있는 연마 대상물을, 그 기복에 맞추어 연마하는 것이 가능하고, 게다가, 안정된 연마 가공을 실현할 수 있는 CMP 방법 및 CMP 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 제 1의 관점에 있어서 화학적 기계적 연마 장치는, 연마 대상물과의 접촉 면적이, 연마 대상물의 표면적보다 작은, 연마 패드를 장착한 회전 헤드를, 테이블에 페이스업으로 장착된 연마 대상물의 표면에 가압 접촉시켜, 접촉면에 슬러리를 공급하면서, 테이블을 정지한 채로 회전 헤드를 회전시키고 소정 시간 연마한 후, 회전 헤드를 연마 대상물의 표면내에서 이동시켜, 연마 대상물의 표면 전체를 순차적으로 연마하는 화학적 기계적 연마 장치이며, 연마중에는, 접촉면의 가압 하중을 일정하게 유지하는 압력 조정 기구를 마련하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 압력 조정 기구는, 테이블을 중심 축에 따라 지지하는 지지축과, 지지축을 중심축에 따라 슬라이드 이동 가능하게 보호 유지하는 실린더와, 공기유입구와 공기유출구를 가지며, 실린더내에 형성된 압력실과 압력 실내에 위치하는 지지축에 마련한 공기압 조정 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 공기압 조정 수단은, 압력실의 공기유입구를 가지는 제1 압력실과 공기유출구를 가지는 제 2 압력실로 분리하는 분리벽을 구비하고, 이 분리벽에 마련한 미소 개구 또는 분리벽과 실린더의 내벽면과의 사이의 간격을 통해 제 1 압력실에서 제 2 압력실로 이동하는 공기의 양을 조정하는 것으로써, 압력 실내의 공기압을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 압력 조정 기구는, 테이블을 표면에서 수평으로 유지하여, 내부에 압력실이 형성된 내통실린더와, 내통실린더를 중심축에 따라 슬라이드 이동 가능하게 보호 유지하는 외통실린더와 공기유입구와 공기유출구를 지니며, 외통실린더를 보호 유지하는 베이스와 공기유입구에서 유입하고, 공기유출구에서 유출하여 공기의 양을 조정함으로써 압력 실내의 공기압을 제어하는 공기압 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 테이블을 탈착 가능하게 지지 축에 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 테이블을 탈착 가능하게 내통실린더의 상면에 설치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 회전 헤드에 근접하여 슬러리를 공급하는 노즐을 배치하고, 회전 헤드의 이동에 동기하여 이동하면서 슬러리를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 슬러리를 수용 가능한 용기를 테이블에 장착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 장치에 있어서, 회전 헤드의 연마 대상물 대향면의 중심 근방에 덴트(dent)를 마련하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 제 2의 관점에 있어서 화학적 기계적 연마 방법은, 연마 대상물과의 접촉 면적이, 연마 대상물의 표면적보다 작은, 연마 패드를 장착한 회전 헤드를, 테이블에 페이스업으로 장착된 연마 대상물의 표면에 가압 접촉시켜, 접촉면에 슬러리를 공급하면서, 테이블을 정지한 채로 회전 헤드를 회전시키고 소정 시간 연마한 후, 회전 헤드를 연마 대상물의 표면내에서 이동시켜, 연마 대상물의 표면 전체를 순차적으로 연마하는 화학적 기계적 연마 방법이며, 연마중에는, 접촉면의 가압 하중을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 방법에 있어서, 연마 대상물의 표면을 복수의 피연마 영역으로 분할하여, 분할된 각 피연마 영역의 단면 두께에 따라 연마 시간을 다르게 하면서 회전 헤드를 순차적으로 가압 접촉시켜 연마하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 장치 및 연마 방법에 의하면, 연마 대상물의 피연마면에 기복이 있어도, 그 기복에 맞추어 연마하는 것이 가능해지기 때문에, 안정된 연마 가공을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련한 CMP 장치의 주요부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명과 관련한 CMP 장치의 압력 조정 기구의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예와 관련한 CMP 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3에 나타낸 공기압 제어부의 일례를 나타내는 블럭도이다.
도 5는 본 발명과 관련한 CMP 장치의 압력 조정 기구의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 6는 도 5에 나타난 공기 제어부(640)을 구비한 본 발명의 실시예와 관련한 CMP 장치의 개략 구성도이다.
도 7은 종래의 CMP 장치의 주요부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 8은 테이블에 슬러리 수납 용기를 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 9는 슬러리액 부가장치(800)의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 10은 회전 헤드(140)의 제어 기구를 나타내는 도면이다.
도 11은 덴트(dent)를 가진 회전 헤드를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 매우 적합한 실시의 형태를 설명한다.
도 1은, 본 발명과 관련한 CMP 장치(100)의 주요부의 구성을 나타내는 사시도이다. 본 발명과 관련한 CMP 장치에서는, 테이블(120)상에 요철이 있는, 즉 표면에 기복이 있는 웨이퍼나 수지 금형 등의 타겟인 연마 대상물(130)의 피연마면을 상향(페이스업)에 장착한다. 그 결과, 테이블(120)의 장착면의 면적은 연마 대상물(130)의 표면적보다 조금 큰 정도이며, 통상 사용되는 연마 대상물(130)이 직경 4 인치의 원판 형상을 하고 있는 것을 감안하면 도7에 나타난 종래의 CMP 장치와 비교하여 매우 소형이다.
연마 패드(110)를 장착한 회전 헤드(140)가 연마 대상물(130)의 표면에 가압 접촉되도록 조작된다. 또한, 도 1에도 분명히 한 것처럼, 회전 헤드(140)의 연마 대상물(130)과의 접촉 면적은, 연마 대상물의 표면적보다 충분히 작다. 따라서, 연마 패드(110)을 장착한 회전 헤드(140)은, 연마 대상물(130)에 국소적으로 접촉할 뿐이다. 그리고 회전 헤드(140)을 회전시키고 접촉 부분의 접촉면의 연마를 소정 시간 실시한 후, 회전 헤드(140)을 X, Y축에 따라 소정 거리만큼 수평 이동시켜, 다른 접촉면의 연마를 실시한다. 이와 같이 회전 헤드(140)를 연마 대상물(130)의 표면내에서 X, Y축방향으로 이동시키면서, 표면 전체를 순차적으로 연마해 간다.
이를 위해, 본 발명의 CMP 장치에서는, 테이블(120)은 무회전으로 정지한 상태에서, 회전 헤드(140)만이 회전 및 이동함으로써 연마를 실시한다. 또, 회전 헤드(140)에 근접하여 접촉면에 슬러리를 공급하는 노즐(150)이 배치되어 있고, 이 노즐(150)은 회전 헤드(140)의 이동에 동기하여 이동하면서 슬러리를 공급한다. 이와 같이, 노즐(150)의 이동을 회전 헤드(140)의 이동에 동기시킴으로써 접촉면에 효율적으로 슬러리를 공급할 수 있다.
본 발명의 주요한 특징은, 접촉면을 작게 하고, 연마 중의 접촉면의 가압 하중을 일정하게 유지하는 점에 있다. 이와 같이 함으로써, 접촉면 전체에서 소정 시간당 두께 방향의 연마량이 일정하게 된다.
이와 같이 본 발명의 CMP 장치에서는, 접촉면의 면적이 연마 대상물(130)의 표면적에 비해 상당히 작게 구성하고 있기 때문에, 연마 대상물(130)의 표면에 기복이 있었다고 해도, 기복에 따라 접촉면이 배치되게 되기 때문에, 연마량이 일정하게 된다.
그 결과, 도 1b에 나타나듯이, 연마 대상물의 기복에 따라 연마 범위를 일정한 두께에 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에서는 연마 대상물의 표면을 복수의 피연마 영역으로 분할하여, 일정 하중으로 순차적으로 소정 시간만큼 연마를 실시하는 것인데, 연마 대상물의 기복의 정도에 따라서는, 단면 두께에 다소 불균일(unevenness)이 발생하는 경우도 있다.
이러한 경우에는, 단면 두께에 따라 연마 시간을 달리 하면 좋다. 상술한 것처럼, 본 발명의 CMP 장치에서는 접촉면의 하중(이하, 국소 하중이라고 한다)을 일정하게 유지하는 것을 주요한 특징으로 하고 있는데 다음으로, 이러한 특징을 실현하기 위한 압력 조정 기구의 실시예에 대해 설명한다.
도 2는, 본 발명과 관련한 CMP 장치의 압력 조정 기구의 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 2에 나타나는 압력 조정 기구는, 테이블(120)을 그 중심축(122)에 따라 지지하는 지지축(160)과 이 지지축(160)을 중심축(122)에 따라 슬라이드 이동 가능하게 보호 유지하는 실린더(200)과 이 실린더(200)을 고정해 설치하는 베이스(base)(250)을 가지고 있다. 실린더(200)의 중심에는 지지축(160)을 상하로 슬라이드 이동시키기 위한 관통홀(240)이 설치되고, 베이스(250)에도 지지축(160)을 하단부에서 수용하기 위한 개구(242)가 설치되어 있다. 지지축(160)은 실린더(200)의 안쪽의 상하에 설치된 베어링(230), (232)에 의해 끼워져서 지지되고 있기 때문에, 상하로 슬라이드할 수 있다. 실린더(200)내에는, 공기유입구(202)와 공기유출구(204)를 가지는 압력실(210)이 형성되어 있다.
압력실(210)은 공기유입구(202)를 가지는 제 1 압력실 (206)로 공기유출구(204)를 가지는 제 2 압력실(208)로 분리되어 있다. 이 분리를 위한 분리벽은, 압력실(210)내에 위치하는 지지축(160)의 일부에 제 1축 지름 확장부(162) 및 제 2축 지름 확장부(164)를 마련하고, 제 2축 지름 확장부(164)의 외경부를 압력실(210)의 내벽면에 슬라이드 가능하게 접촉시키도록 구성함으로써 실현될 수 있다. 제 2 축 지름 확장부(164)는 얇게 형성되어 있어 이 제 2축 지름 확장부(164)에는 직경이 100μm정도의 매우 작은 개구(166)가 1개 혹은 복수개 형성되어 있다. 또한, 이 개구(166)는, 제 2축 지름 확장부(164)와 실린더(200)의 내벽면과의 사이에 소정의 간격을 마련하도록 구성한 경우, 반드시 마련할 필요는 없다.
이와 같이 구성된 실린더(200)에 있어서, 공기유입구(202)로부터 소정의 공기압의 압축 공기(260)이 제 1 압력실(206)에 유입되면, 공기는 개구(166)을 지나 제 2 압력실(208)에 흘러들어가, 공기유출구(204)로부터 유출되지만, 개구(166)이 매우 작기 때문에, 제 1 압력실(206)과 제 2 압력실(208)과의 사이에 압력 차이가 발생해, 이것에 의해 지지축(160)을 윗방향으로 밀어 올릴 수 있어 지지축(160)과 이것에 지지되는 테이블(120)과의 합계 질량의 중력과 밸런스되는 위치에서 정지한다. 이 정지 위치는, 공기유입구(202)에 유입되는 압축 공기(260)의 압력에 의해 정해진다.
거기에서, 테이블(120)의 상승 위치보다 낮은 위치에 회전 헤드(140)의 하면을 설정하도록 제어해두면, 회전 헤드(140)의 하면은 압축 공기(260)의 압력에 의해 정해지는 일정한 하중으로 테이블(120)에 가압 접촉하게 된다.
연마에 필요로 하는 일정 하중은, 압축 공기의 압력을 제어하는 것으로써 설정할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 하나의 실시예와 관련한 CMP 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 1 및 도 2에 나타난 것과 동일한 구성요소에는 동일 부호를 교부하며, 그 상세 설명은 생략 한다.
본 발명의 CMP 장치에서는, 회전 헤드(140)의 승강/이동/회전을 제어하기 위한 승강/이동/회전 제어부(302)와 노즐(150)에 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급부(304)와 압축 공기(260)의 공기압을 제어하기 위한 공기압 제어부(306)과 접촉면의 가압 하중을 검출하기 위한 압력 센서(308)와 승강/이동/회전 제어부(302), 슬러리 공급부(304)및 공기압 제어부(306)를 제어하기 위한 주제어부(310)가 설치되어 있다.
승강/이동/회전 제어부(302)는, 회전 헤드(140)의 정지 위치, X－Y방향으로의 이동량과 타이밍 및 회전 헤드(140)의 회전 수 등을 제어하는 것으로, 주제어부(310)으로부터의 제어 지령(404)에 기초하여, 회전 헤드(140)에 제어 지령(402)를 보내는 것으로 제어를 실시한다.
슬러리 공급부(304)는, 노즐(150)을 회전 헤드(140)의 이동에 동기하여 이동하면서 슬러리를 공급하도록 제어하는 것으로, 주제어부(310)으로부터의 제어 지령(408)에 기초하여, 노즐(150)을 제어한다.
공기압 제어부(306)은, 공기유입구(202)에 공급되는 압축 공기(260)의 공기압을 제어하는 것으로, 주제어부(310)으로부터의 제어 지령(410)에 기초하여 제어를 한다.
본 발명에서는, 연마 패드(110)와 연마 대상물(130)의 접촉면의 가압 하중을 소정치로 일정하게 유지하도록 도 2에 나타난 압력 조정 기구를 조작하지만, 조작 후의 가압 하중은, 예를 들면, 회전 헤드(140)의 원하는 위치에 압력 센서(308)을 설치해 측정할 수 있다. 그리고, 압력 센서(308)으로부터의 압력 신호(406)에 기초하여, 이 압력 신호가 소정치가 되도록 주제어부(310)가 공기압 제어부(306)에 제어 지령(410)을 보냄으로써, 공기압 제어부(306)가 압축 공기(260)의 공기압을 조정한다.
도 4는, 공기압 제어부(306)의 일례를 나타내는 블럭도이다.
공기압 제어부(306)는 주제어부(310)으로부터의 제어 지령(410)을 받아 동작하는 압력 제어 회로(450)와 압력원(420)과 밸브(430)와 압력계(440)로 구성된다. 압력원(420)은 예를 들면 압축 공기 봄베(bomb)이다. 압력원(420)으로부터의 압축 공기는, 밸브(430) 및 압력계(440)를 지나 공급용 압축 공기(260)가 되어, 공기유입구(202)에 공급되지만, 압력 제어 회로(450)가, 압력계(440)의 계측치에 근거해 밸브(430)의 개폐량을 조정함으로써 공급용 압축 공기(260)의 공기압을 원하는 크기로 제어한다.
도 5는, 본 발명과 관련한 CMP 장치의 압력 조정 기구의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 5에 나타내는 압력 조정 기구는, 테이블(120)을 그 상면(612)에 수평으로 유지하고, 내부에 압력실(600)이 형성된 내통실린더(610)와 이 내통실린더(610)를 중심축(122)에 따라 슬라이드 이동 가능하게 보호 유지하는 외통실린더(620)와 공기유입구(602)와 공기유출구(604)를 가져, 외통실린더(620)를 하부에서 보호 유지하는 베이스(630)와 공기유입구(602)로부터 유입하고(Air　IN), 공기유출구(604)로부터 유출하는(Air　OUT) 공기의 양을 조정함으로써 압력실(600)내의 공기압을 제어하는 공기압 제어부(640)를 가지고 있다.
내통실린더(610)는, 그 외벽면이 외통실린더(620)의 내벽면에 슬라이드 가능하게 접촉하고 있다.
이와 같이 구성된 압력 조정 기구에 있어서, 공기압 제어부(640)를 통해 공기유입구(602)로부터 소정의 공기압의 압축 공기가 압력실(600)에 유입되면, 공기유출구(604)로부터 유출되는 공기량에 따라 압력실(600)내의 공기압이 상승한다.
이것에 의해 내통실린더(610)를 윗방향으로 밀어 올릴 수 있어서, 내통실린더(610)와 이것에 보호 유지된 테이블(120)과의 합계 질량의 중력과 밸런스되는 위치에서 정지한다. 이 정지 위치는, 압력실(600)내의 공기압에 의해 정해진다.
거기에서, 테이블(120)의 상승 위치보다 낮은 위치에 회전 헤드(140)의 하면을 설정하도록 제어해두면, 회전 헤드의 하면은 압력실(600)내의 공기압에 의해 정해지는 일정한 하중으로 테이블(120)에 가압 접촉하게 된다.
이와 같이, 연마에 필요로 하는 일정 하중은, 압력실(600)내의 공기압을 공기압 제어부(640)에 의해 제어함으로써 설정할 수 있다.
도 6은, 도 5에 나타내는 공기압 제어부(640)를 갖춘 본 발명의 실시예와 관련한 CMP 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 또한, 도 5에 나타낸 것과 동일한 구성요소에는 동일 부호를 교부하며, 그 상세 설명은 생략 한다.
공기압 제어부(640)는 외부로부터의 공기를 압축해 압축 공기로 하는 압축 펌프(642)와 공급하는 압축 공기량을 조정하는 공기 밸브(644)와 공기유입구(602)에 유입되는 압축 공기의 유량을 제어하는 질량 유량 제어기(MFC) (646)와 공기유출구(604)에 접속되고 공기유출량을 제어하는 니들 밸브(needle valve)(648)와 압력 릴리프 밸브(pressure relief valve)(650)로 구성되어 있다. MFC(646)로부터의 제어 지령(646a)에 의해 니들 밸브(648)의 개방도를 제어함으로써, 공기유입구에 유입되는 압축 공기의 유량을 소정의 값으로 유지하여, 압력실(600)내의 공기압을 원하는 크기로 제어해, 필요로 하는 일정 하중을 얻을 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는, 테이블(120)은 지지축(160) 또는 내통실린더(610)의 상면(612)에 고정하여 설치되어 있는데, 테이블(120)을 탈착 가능하게 설치하는 것도 가능하다.
그리고 상술한 실시예에 있어서는, 슬러리는 슬러리 공급부(304)로부터 노즐(150)을 통해 공급하고 있었지만, 연마 대상물(130)을 상시 슬러리에 담근 상태로 연마하는 것도 가능하다.
도 8은, 테이블(120)에 슬러리 수납 용기를 장착한 상태로 연마를 실시하는 상태를 나타낸 단면도이다.
슬러리를 수용 가능한 용기(500)를 테이블(120)또는 지지축(160)에 장착하고, 용기(500)내에 슬러리(550)을 채워 연마를 실시한다.
도 9는 테이블(120)을 탈착식으로 하여, 그 테이블(120)에 슬러리를 수용 가능한 용기(500)을 장착한 슬러리액 부가장치(800)의 구조를 나타내는 단면도이다.
테이블(120)은 소정의 두께를 가지고, 상면과 하면이 충분한 평탄도를 가지고 있을 필요가 있다. 슬러리액 부가장치(800)를 도 5에 나타나는 내통실린더(610)의 상면(612)이나 도 2에 나타내는 지지축(160)에 탈착 가능하게 장착하기 위해서 도 9a에 나타나듯이 핀(802)를 마련하고, 이것을 내통실린더(610)의 상면(612)에 마련한 삽입구(미도시)에 삽입하거나 도 9b에 나타나듯이 나사구멍(804)를 마련하여 이나사구멍에 지지축(160)의 상부에 설치한 수나사(미도시)를 계합시킨다.
연마해야 할 막의 성질이나, 연마량에 따라, 슬러리액의 농도, 입경, 재질을 바꾸는 것으로 연마량을 제어할 수 있다.
슬러리액의 교환은, 부가장치(800)를 변경함으로써 간단하게 실시할 수 있다. 또, 현재 사용하고 있는 슬러리액을 빼내고, 다른 농도, 입경, 재질을 가진 슬러리액과 교환함으로써 실시할 수 있다.
도 10은, 회전 헤드(140)의 제어 기구를 나타내는 도면이다.
회전 헤드(140)는, 고속 회전 모터(170)에 설치되어 고속 회전 모터(170)는, 3축(X, Y, Z) 제어 로봇에 설치되어 있다.
3축 제어 로봇(180)에 의해, 회전 헤드(140)의 회전 및 축방향으로의 이동이 제어된다.
회전 헤드(140)를 고속 회전 모터(170)에 클램프식으로 설치하도록 해두면, 연마 조건에 따라 회전 헤드(140)을 교환하는 것이 용이하게 된다. 또, 3축 제어 로봇(180)의 개수를 필요로 하는 만큼 준비해두면 3축 제어 로봇(180)마다 교환하는 것도 가능하다.
또한 본원 발명에 의한 연마의 제어 요인으로서는, 이하의 요인이 있다.
1) 회전 헤드의 접촉면의 체류 시간
2) 슬러리액의 농도, 입경 및 재질
3) 가압 하중
4) 회전 헤드의 재질 및 접촉면의 형상
5) 회전 헤드의 회전 속도, 수평 이동 속도
이러한 요인들을 각각 적절히 제어함으로써 희망하는 연마를 실현할 수 있다.
또, 본 발명자들의 실측 결과에 의하면, 이유는 확실하지 않지만 회전 헤드(140)의 연마 대상물 대향면(147)의 중심 근방에 도 11a에 나타나듯이 덴트(145)를 마련하는 것으로 연마 대상물(130)의 표면이 보다 균일하게 기복에 따라 연마할 수 있는 것이 판명되었다.
이것은 덴트(145)의 부분에서 연마 패드에 가하는 가압 하중이 약해지기 때문인지, 또는 덴트(145)의 부분에 슬러리가 모이기 쉽기 때문인지 중 어느 것으로 추측되지만 자세한 것은 확실하지 않다.
도 11b에 나타나듯이, 중심 근방에 구멍(148)을 뚫어, 역전된 벽으로부터 구멍(148)에 도달하는 접속구멍(149)를 마련한 회전 헤드(140)를 개방하여 연마한 바, 보다 균일하게 연마할 수 있는 것이 판명되었다. 이것은, 회전 헤드(140)가 회전함으로써 구멍(148)의 내부가 부압이 되어, 슬러리를 빨아 올리기 때문이라고 생각된다.
또, 도 11c에 나타나듯이, 중심 근방의 덴트(145)를 향해 연접하는 연접트렌치(trench)(144)를 회전 헤드(140)의 연마면에 설치해도 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
이것은 연접트렌치(144)에 의해 슬러리의 거둬들임(introjection)이 많아지기 때문이라고 생각된다.
이상, 실시예를 바탕으로 본 발명을 설명했는데, 본 발명은 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 이용되는 압력 조정 기구는 여러 가지의 변형이 가능하다는 당업자에게 분명하다. 예를 들면 상술한 실시예에서는 압력 센서를 설치하여, 이 압력 센서로부터의 압력 신호를 피드백하여 공기압을 조정하도록 구성하고 있지만, 압력 센서를 이용함이 없이, 한 번 설정한 가압 하중의 크기는 연마 중에는 변경하지 않도록 해도 된다. 또, 회전 헤드가 기복에 따라 경사하는 것과 같은 기구를 마련해두면 보다 정확하게 기복에 따라 균일하게 연마할 수 있다.
또한 회전 헤드의 접촉면의 면적은 기복의 주기에 따라, 주기가 길 때는 크고, 짧을 때는 작아지도록 조절해도 괜찮다. 본 발명은, 금형의 경면 마무리나, 최대 막 두께 100 nm의 박막의 박리에 매우 적합하게 적용하는 것이 가능하다.
또, 3 차원 구조체, 렌즈, 광조형으로 제작한 물체의 표면 마무리에도 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 구상 실리콘, 나노 임프린트 등에도 적용할 수 있다.
　　110：　연마 패드
　　120：　테이블
　　130：　연마 대상물
　　140：　회전 헤드
　　145：　덴트
　　150：　노즐
　　160：　지지축
　　162：　제1축 지름 확장부
　　164：　제2축 지름 확장부
　　166：　미소 개구
　　200：　실린더
　　202：　공기유입구
　　204：　공기유출구
　　210：　압력실
　　500：　용기
　　550：　슬러리
　　600：　압력실
　　610：　내통실린더
　　620：　외통실린더
　　630：　베이스
　　640：　공기 제어부

Claims (11)

  1. 연마 대상물과의 접촉 면적이, 상기 연마 대상물의 표면적보다 작은, 연마 패드를 장착한 회전 헤드를, 테이블에 페이스업으로 장착된 상기 연마 대상물의 표면에 가압 접촉시켜, 접촉면에 슬러리를 공급하면서,
    상기 테이블을 정지한 채로 상기 회전 헤드를 회전시키고 소정 시간 연마한 후,
    상기 회전 헤드를 상기 연마 대상물의 표면내에서 이동시켜, 상기 연마 대상물의 표면 전체를 순차적으로 연마하는 화학적 기계적 연마 장치이며,
    연마중에는, 상기 접촉면의 가압 하중을 일정하게 유지하는 압력 조정 기구를 마련한 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 조정 기구는,
    상기 테이블을 중심 축에 따라 지지하는 지지축과
    상기 지지축을 상기 중심 축에 따라 슬라이드 이동 가능하게 보호 유지하는 실린더와
    공기유입구와 공기유출구를 가지며, 상기 실린더내에 형성된 압력실과
    상기 압력 실내에 위치하는 상기 지지 축에 마련한 공기압 조정 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공기압 조정 수단은,
    상기 압력실의 상기 공기유입구를 가지는 제 1 압력실과 상기 공기유출구를 가지는 제 2 압력실로 분리하는 분리벽을 구비하고, 이 분리벽에 마련한 미소 개구 또는 상기 분리벽과 상기 실린더의 내벽면과의 사이의 간격을 통해 상기 제 1 압력실로부터 상기 제 2 압력실로 이동하는 공기의 양을 조정함으로써, 상기 압력 실내의 공기압을 제어하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 조정 기구는,
    상기 테이블을 표면에서 수평으로 유지하고, 내부에 압력실이 형성된 내통실린더와
    상기 내통실린더를 중심 축에 따라 슬라이드 이동 가능하게 보호 유지하는 외통실린더와
    공기유입구와 공기유출구를 가지고, 상기 외통실린더를 보호 유지하는 베이스(base)와
    상기 공기유입구에서 유입하고, 상기 공기유출구에서 유출하여 공기의 양을 조정함으로써 상기 압력실내의 공기압을 제어하는 공기압 제어부를 구비한 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 테이블을 탈착 가능하게 상기 지지 축에 설치하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  6. 청구항 4 에 있어서,
    상기 테이블을 탈착 가능하게 상기 내통실린더의 상면에 설치하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 회전 헤드에 근접해 슬러리를 공급하는 노즐을 배치하여, 상기 회전 헤드의 이동에 동기 해 이동하면서 슬러리를 공급하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나의 항에 있어서,
    슬러리를 수용 가능한 용기를 상기 테이블에 장착하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 회전 헤드의 연마 대상물 대향면의 중심 근방에 덴트(dent)를 마련하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 장치.
  10. 연마 대상물과의 접촉 면적이, 상기 연마 대상물의 표면적보다 작은, 연마 패드를 장착한 회전 헤드를, 테이블에 페이스업으로 장착된 상기 연마 대상물의 표면에 가압 접촉시켜, 접촉면에 슬러리를 공급하면서,
    상기 테이블을 정지한 채로 상기 회전 헤드를 회전시키고 소정 시간 연마한 후,
    상기 회전 헤드를 상기 연마 대상물의 표면내에서 이동시켜, 상기 연마 대상물의 표면 전체를 순차적으로 연마하는 화학적 기계적 연마 방법이며,
    연마중에는, 상기 접촉면의 가압 하중을 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 연마 대상물의 표면을 복수의 피연마 영역에 분할하여, 분할된 각 피연마 영역의 단면 두께에 따라 연마 시간을 달리하면서 상기 회전 헤드를 순차적으로 가압 접촉시켜 연마하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마 방법.
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