KR20190005916A - 양면 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

상 정반(12)과 하 정반(13)의 각 내주부에, 상 정반(12)의 내주부를 향하여 상 정반(12)의 연마면이 상방으로 경사지는 내주측 잘라냄부(X1)와 하 정반의 내주부를 향하여 하 정반의 연마면이 하방으로 경사지는 내주측 잘라냄부(Y1)가 각각 형성되거나, 상 정반(12)과 하 정반(13)의 각 외주부에, 상 정반(12)의 외주부를 향하여 상 정반(12)의 연마면이 상방으로 경사지는 외주측 잘라냄부(X2)와 하 정반의 외주부를 향하여 하 정반의 연마면이 하방으로 경사지는 외주측 잘라냄부(Y2)가 각각 형성되거나, 혹은 이들 모두가 형성된다.

Description

양면 연마 장치
본 발명은, 웨이퍼의 표리면을 동시에 연마하는 양면 연마 장치 및 이 장치를 이용한 양면 연마 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프량(roll-off amount)을 저감하고, 웨이퍼의 외주부 및 전체면 형상에 있어서의 평탄도를 향상시킬 수 있는 양면 연마 장치 및 이 장치를 이용한 양면 연마 방법에 관한 것이다. 또한, 본 국제출원은, 2016년 7월 13일에 출원한 일본특허출원 제138464호(특원 2016-138464)에 기초하는 우선권을 주장하는 것으로, 특원 2016-138464의 전체 내용을 본 국제출원에 원용한다.
예를 들면 실리콘 단결정을 슬라이스하여 얻어진 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼의 제조 공정에서는, 웨이퍼의 평탄도를 개선하는 목적으로, 웨이퍼의 표리면을 동시에 연마하는 양면 연마가 일반적으로 채용되어 있다.
웨이퍼의 양면 연마에는, 일반적으로, 연마면에 연마포가 각각 접착된 상(上) 정반 및 하(下) 정반을 구비하고, 웨이퍼를 보유지지(保持)하는 캐리어를 이 상 정반과 하 정반에 의해 협지(挾持)하면서 회전시킴으로써, 웨이퍼 양면의 연마를 동시에 행하는 양면 연마 장치가 이용되어 있다. 도 7은, 일반적인 양면 연마 공정에 있어서, 연마 시간이 도 7(a)∼도 7(e)의 순서로 경과될 때에, 그 경과에 따라 웨이퍼의 형상이 변화해가는 모습을 나타낸 도면이다. 또한, 도 7에는, 도 7(a)∼도 7(e)의 각 시점에 있어서의 웨이퍼의 두께와 캐리어 플레이트의 두께의 대소 관계도 나타내고 있다. 도 7(a)∼도 7(e)에 있어서, 세로축은 웨이퍼의 두께를 나타내고 있고, 가로축은 웨이퍼의 반경을 R로 했을 때의 웨이퍼 중심으로부터의 위치를 나타내고 있다. 즉, 이들 도면은, 각각 웨이퍼의 연직 방향에 있어서의 단면 형상의 모습을, 웨이퍼 중심으로부터의 각 위치에 있어서의 두께에 의해 나타낸 것이고, 우측 확대도는 그 웨이퍼 외주부(엣지부)의 일단을 확대한 것이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 양면 연마에서는, 상 정반 및 하 정반에 접착된 연마포로 웨이퍼의 표리면이 동시에 연마되고, 연마 시간의 경과와 함께, 도 7(a)∼도 7(e)와 같이 형상이 변화해간다. 도 7(a)에 나타내는 연마 공정의 초기 단계에서는, 웨이퍼 전체면 형상(글로벌 형상)은, 중심부 부근의 두께가 큰 볼록 형상이 되어 있고, 웨이퍼 외주부에 큰 처짐(롤 오프)이 보인다. 또한, 이 초기 단계에서는, 웨이퍼의 두께는 캐리어 플레이트의 두께보다 충분히 두꺼워져 있다. 이어지는 도 7(b)의 단계에서는, 웨이퍼의 전체면 형상은, 전술의 볼록 형상보다도 약간 평탄한 형상에 가까워지기는 하지만, 초기 단계에서 보인 웨이퍼 외주부의 롤 오프는 남아 있다. 추가로 연마가 진행되어, 도 7(c)의 단계가 되면, 웨이퍼의 두께와 캐리어 플레이트의 두께는, 거의 동일해지고, 웨이퍼의 전체면 형상은, 거의 평탄한 형상이 된다. 또한, 연마포는 탄성체로서, 일정한 압력을 가하여 연마하는 점에서, 특히 도 7(a), 도 7(b)의 단계에서는, 연마 중에 연마포가 일정량 가라앉음으로써, 웨이퍼 외주부에는 중심부 부근에 비해 큰 응력이 걸려 있다. 한편, 웨이퍼의 두께와 캐리어 플레이트의 두께가 거의 동일해지면, 웨이퍼 외주부에 걸리는 연마포로부터의 응력이 캐리어 플레이트로 분산되어, 당해 응력이 저감된다. 이 때문에, 도 7(c)의 단계에서는, 웨이퍼 외주부에서 보인 롤 오프량이 작아져 있다.
그 후, 도 7(d)의 단계까지 연마가 진행되면, 웨이퍼 중심부 부근이 오목한 형상이 되어, 웨이퍼 외주부가 상승 형상이 된다. 이 단계로부터, 추가로 연마가 진행되어, 도 7(e)의 단계가 되면, 도 7(d)의 단계에 있어서의 형상으로부터, 웨이퍼 중심부 부근이 더욱 오목한 형상이 되어, 웨이퍼 외주부의 상승량도 더욱 커진다. 또한, 웨이퍼의 두께도, 캐리어 플레이트의 두께에 대하여 더욱 얇아져 있다.
이상의 점에서, 평탄도가 높고, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프가 적은 웨이퍼를 얻기 위해서는, 웨이퍼의 두께가 캐리어 플레이트의 두께와 거의 동등해지도록 제어하여 연마를 행하는 것이 일반적이고, 이 제어는, 종래, 연마 시간의 조정 등에 의해 행하고 있었다.
그러나, 연마 시간의 조정에 의한 제어에서는, 장치를 정지하는 타이밍의 어긋남이나 연마 환경의 영향 등을 받음으로써, 정확하게 제어하는 것이 곤란했다. 또한, 최근의 마이크로일렉트로닉스 디바이스 구조의 미세화나 반도체 웨이퍼의 대구경화 등에 수반하여, 제조되는 웨이퍼 형상, 특히 평탄도나 나노토폴로지(nanotopology) 등의 보다 고도의 제어가 요구되고 있다. 이 때문에, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프가 보다 적고, 또한, 양호한 평탄도나 나노토폴로지를 갖는 웨이퍼를 얻기 위해, 연마 공정의 개량뿐만 아니라, 연마 장치에 있어서도 여러 가지 개량의 시도가 검토되고 있다.
연마 압력을 균일화하기 위해서는, 연마 중에 정반의 형상 변형 등이 일어나지 않는 것, 즉 정반의 강성이 중요하다. 그러나, 연마 시의 열 변형에 의해, 웨이퍼 표면에 걸리는 연마포로부터의 압력이 웨이퍼면 내에서 불균일하게 되어 버린다는 문제가 있었다. 이 경우, 연마 속도 및 연마량도 웨이퍼면 내에 있어서 불균일하게 되어, 웨이퍼가 평탄하게 연마되지 않게 되어 버린다. 이러한 문제를 해소하는 양면 연마 장치로서, 예를 들면, 연마 시의 상하 정반의 변형을 미리 파악해 두어, 정반 제작 과정에서 연마 시의 변형을 없애는 형상으로 상하 정반을 가공시킨 양면 연마 장치가 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 이 양면 연마 장치에서는, 상하 정반의 형상을, 연마 중의 열적 환경에 기인한 정반의 열 변형을 예상한 형상으로 제작해 둠으로써, 연마 중의 정반 변형의 영향이 없어지고, 이에 따라 연마 중의 웨이퍼에 가해지는 연마 압력을 균일화하여, 평탄도를 향상시키고 있다.
일본공개특허공보 2002-166357호(청구항 1, 단락［0023］, 도 3)
그러나, 연마 중에 있어서는, 정반 외주부의 쪽이 정반면 내보다도 웨이퍼에 대하여 주속(周速)이 크기 때문에, 웨이퍼 외주부의 주행량이 커져, 정반면 내에서 연마 압력을 일정하게 제어하면, 웨이퍼 외주부에 있어서의 연마가 촉진되어 버린다는 과제가 발견되었다. 상기 종래의 특허문헌 1에 나타난 양면 연마 장치에서는, 열적 환경 등에 기인하는 정반의 변형에 대해서는 고려되어 있기는 하지만, 정반 외주부의 주속이나 주행량의 차이 등은 고려되어 있지 않다. 특허문헌 1에 나타난 양면 연마 장치에서는, 단지 연마 압력이 균일하게 되도록 제어되어 있기 때문에, 웨이퍼 외주부에 있어서의 연마가 빨리 진행되어 그 롤 오프량이 많아지고, 평탄도가 악화되어 버린다. 이와 같이, 종래의 방법에서는, 특히 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프를 충분히 억제할 수 없는 점에서, 웨이퍼 외주부에 있어서의 평탄도와 웨이퍼의 전체면 형상에 있어서의 평탄도를 양립시켜 연마를 행하는 것이 어려워, 최근의 요구에 충분히 대응하는 것이 곤란했다.
본 발명의 목적은, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프량을 저감하고, 웨이퍼의 외주부 및 전체면 형상에 있어서의 평탄도를 향상시킬 수 있는 양면 연마 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제1 관점은, 중심부에 중앙 구멍을 각각 갖는 도넛 형상의 상 정반 및 하 정반을 구비하고, 웨이퍼를 보유지지하는 캐리어를 상 정반 및 하 정반에 의해 협지하면서, 상 정반 및 하 정반의 각 중앙 구멍에 설치된 선 기어(sun gear)와 상 정반 및 하 정반의 각 외주부에 설치된 인터널 기어(internal gear)로 회전시킴으로써, 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 양면 연마 장치에 있어서, 상 정반과 하 정반의 각 내주부에, 상 정반의 내주부를 향하여 상 정반의 연마면이 상방으로 경사지는 내주측 잘라냄부 X1과 하 정반의 내주부를 향하여 하 정반의 연마면이 하방으로 경사지는 내주측 잘라냄부 Y1이 각각 형성되거나, 상 정반과 하 정반의 각 외주부에, 상 정반의 외주부를 향하여 상 정반의 연마면이 상방으로 경사지는 외주측 잘라냄부 X2와 하 정반의 외주부를 향하여 하 정반의 연마면이 하방으로 경사지는 외주측 잘라냄부 Y2가 각각 형성되거나, 혹은 상 정반과 하 정반의 각 외주부와 각 내주부의 쌍방에 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 외주측 잘라냄부 X2, Y2가 각각 형성되고, 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 외주측 잘라냄부 X2, Y2는, 상 정반 또는 하 정반의 각 내주부 또는 각 외주부를 따라 각각 링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제2 관점은, 제1 관점에 기초하는 발명으로서, 추가로 상 정반과 하 정반의 각 내주부와 각 외주부의 쌍방에 잘라냄부가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제3 관점은, 제1 또는 제2 관점에 기초하는 발명으로서, 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량을 각각 A1, B1(㎛)이라고 할 때, A1, B1(㎛)이 10㎛≤A1＋B1≤70㎛의 범위를 충족하도록 제어되고, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량을 각각 A2, B2(㎛)라고 할 때, A2, B2(㎛)가 10㎛≤A2＋B2≤70㎛의 범위를 충족하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제4 관점은, 제1 내지 제3 관점에 기초하는 발명으로서, 웨이퍼의 직경을 R(㎜), 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C1, D1(㎜)이라고 할 때, C1, D1(㎜)이 0.15×R(㎜)≤(C1, D1)≤0.25×R(㎜)의 범위를 충족하도록 제어되고, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C2, D2(㎜)라고 할 때, C2, D2(㎜)가 0.15×R(㎜)≤(C2, D2)≤0.25×R(㎜)의 범위를 충족하도록 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제5 관점은, 제1 내지 제4 관점에 기초하는 발명으로서, 내주측 잘라냄부 X1, Y1 및 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 각 경사면이 직선적인 경사면인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제6 관점은, 제1 내지 제5 관점의 양면 연마 장치를 이용하여 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 양면 연마 방법이다.
본 발명의 제1 관점의 양면 연마 장치는, 중심부에 중앙 구멍을 각각 갖는 도넛 형상의 상 정반 및 하 정반을 구비하고, 웨이퍼를 보유지지하는 캐리어를 상 정반 및 하 정반에 의해 협지하면서, 상 정반 및 하 정반의 각 중앙 구멍에 설치된 선 기어와 상 정반 및 하 정반의 각 외주부에 설치된 인터널 기어로 회전시킴으로써, 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 양면 연마 장치이다. 그리고, 상 정반과 하 정반의 각 내주부에, 상 정반의 내주부를 향하여 상 정반의 연마면이 상방으로 경사지는 내주측 잘라냄부 X1과 하 정반의 내주부를 향하여 하 정반의 연마면이 하방으로 경사지는 내주측 잘라냄부 Y1이 각각 형성되거나, 상 정반과 하 정반의 각 외주부에, 상 정반의 외주부를 향하여 상 정반의 연마면이 상방으로 경사지는 외주측 잘라냄부 X2와 하 정반의 외주부를 향하여 하 정반의 연마면이 하방으로 경사지는 외주측 잘라냄부 Y2가 각각 형성되거나, 혹은 상 정반과 하 정반의 각 외주부와 각 내주부의 쌍방에 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 외주측 잘라냄부 X2, Y2가 각각 형성되고, 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 외주측 잘라냄부 X2, Y2는, 상 정반 또는 하 정반의 각 내주부 또는 각 외주부를 따라 각각 링 형상으로 형성된다. 이에 따라, 웨이퍼 외주부의 연마 압력이 웨이퍼 중심부 부근의 연마 압력에 비해 저감되기 때문에, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프량이 저하하고, 웨이퍼의 외주부 및 전체면 형상에 있어서의 평탄도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제2 관점의 양면 연마 장치에서는, 상 정반 또는 하 정반의 각 내주부 또는 각 외주부에 내주측 잘라냄부 X1, Y1 및 외주측 잘라냄부 X2, Y2가 각각 형성된다. 즉, 양 정반의 내주부 및 외주부의 모두에 잘라냄부가 형성되기 때문에, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프량의 저감 효과가 한층 더 높아진다.
본 발명의 제3 관점의 양면 연마 장치는, 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량을 각각 A1, B1(㎛)이라고 할 때, A1, B1(㎛)이 10㎛≤A1＋B1≤70㎛의 범위를 충족하도록 제어되고, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량을 각각 A2, B2(㎛)라고 할 때, A2, B2(㎛)가 10㎛≤A2＋B2≤70㎛의 범위를 충족하도록 제어된다. 이에 따라, 잘라냄부가 보다 적정한 범위로 제어되기 때문에, 웨이퍼 외주부에 있어서의 연마 압력도 보다 적정한 압력으로 저감된다. 그 때문에, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프량의 저감 효과가 한층 더 높아진다. 또한, A1과 B1은, 특히, 동일한 값이라도, 상이한 값이라도 좋다. A2와 B2에 대해서도 동일하다.
본 발명의 제4 관점의 방법에서는, 웨이퍼의 직경을 R(㎜), 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C1, D1(㎜)이라고 할 때, C1, D1(㎜)은 0.15×R(㎜)≤(C1, D1)≤0.25×R(㎜)의 범위를 충족하도록 제어되고, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C2, D2(㎜)라고 할 때, C2, D2(㎜)는 0.15×R(㎜)≤(C2, D2)≤0.25×R(㎜)의 범위를 충족하도록 제어된다. 이와 같이, 잘라냄부의 수평 방향에 있어서의 폭을 소정의 범위로 제어함으로써, 롤 오프가 일어나기 쉬운 웨이퍼 외주부의 수평 방향의 폭을 보다 적정한 범위로 제어하면서, 웨이퍼 외주부에 있어서의 연마 압력을 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프량의 저감 효과가 한층 더 높아진다. 또한, C1과 D1은, 동일한 값이라도, 상이한 값이라도 좋지만, 동일한 값이거나, 보다 가까운 값인 것이 바람직하다. C2와 D2에 대해서도 동일하다.
본 발명의 제5 관점의 방법에서는, 상 정반에 형성된 잘라냄부와 하 정반에 형성된 각 잘라냄부의 경사면이 직선적인 경사면이기 때문에, 정반의 가공이 용이해진다.
본 발명의 제6 관점의 방법에서는, 전술의 본 발명의 양면 연마 장치를 이용하여 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하기 때문에, 웨이퍼의 외주부 및 전체면 형상에 있어서의 평탄도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명 실시 형태의 방법에서 사용되는 연마 장치의 일 예를 나타낸 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명 실시 형태의 하 정반을 상면으로부터 본 개략도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 A-A선 단면도이다.
도 4는 연마 중에 웨이퍼가 연마포의 최내외주부까지 도달하지 않는 경우의 설명도이다.
도 5는 잘라냄부의 경사면에 있어서의 단면 형상의 일 예를 나타낸 개략도이다.
도 6은 외주부의 주속의 차이에 의한 영향이 종래법에 비해 저감되는 것을 나타내는 설명도이다. 도 6(a)는 연마 압력이 웨이퍼면 내에 일정한 연마 압력이 걸리는 종래예를 나타내고, 도 6(b)는 연마 압력이 웨이퍼 외주부에서 저하하는 본 실시 형태를 나타낸다.
도 7은 일반적인 양면 연마 공정에 있어서 연마 시간의 경과에 따라 웨이퍼 형상이 변화해가는 모습을 나타낸 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
다음으로 본 발명을 실시하기 위한 형태를 도면에 기초하여 설명한다.
본 발명은, 중심부에 중앙 구멍을 각각 갖고, 연마면에 연마포가 각각 접착된 도넛 형상의 상 정반 및 하 정반을 구비하고, 웨이퍼를 보유지지하는 캐리어를 상 정반 및 하 정반에 의해 협지하면서, 상 정반 및 하 정반의 각 중앙 구멍에 설치된 선 기어와 상 정반 및 하 정반의 각 외주부에 설치된 인터널 기어로 회전시킴으로써, 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 양면 연마 장치의 개량이다.
본 발명의 양면 연마 장치는, 후술하는 상하 양 정반 및 이에 접착되는 연마포의 구성을 제외하고 특별히 한정되지 않으며, 일반적인 양면 연마 장치를 이용할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 장치(10)는, 본 발명 실시 형태에서 이용되는 양면 연마 장치의 일 예를 나타낸 개략도이고, 이 장치(10)에서는, 상 정반(12), 하 정반(13)의 구성 이외는, 일반적인 양면 연마 장치와 동일한 구성이다. 또한, 도 1∼도 6에 있어서, 동일 부호는 동일 부품 또는 부재를 나타낸다.
장치(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 중심부에 중앙 구멍이 각각 형성된 도넛 형상의 상 정반(12) 및 하 정반(13)으로 이루어지는 2개의 정반을 구비한다. 상 정반(12) 및 하 정반(13)의 각각의 전체면에는 연마포(22 및 23)가 접착된다. 또한, 상 정반(12)과 하 정반(13)의 사이의 각 중앙 구멍에는 선 기어(24)가, 각 주연부에는 인터널 기어(25)가 형성되어 있다. 이 인터널 기어(25)의 내경은, 상 정반(12) 및 하 정반(13)의 각 외경보다도 크다. 연마포(23)가 접착된 하 정반(13) 상에는, 상 정반(12)과 하 정반(13)으로 사이에 끼워지도록 캐리어 플레이트(14)가 설치되고, 캐리어 플레이트(14)의 보유지지 구멍 내에는 피(被)연마체로서의 웨이퍼(16)가 배치된다.
한편, 상 정반(12)에는, 슬러리(연마액)(17)가 공급되는 슬러리 공급 구멍(18)이 형성되고, 공급 구멍(18)의 상방에는 공급관(19)이 형성되어 있고, 공급관(19)으로부터 공급된 슬러리(17)는 공급 구멍(18)을 통해 웨이퍼(16)로 공급된다. 상 정반(12)은, 상 정반(12)에 접착된 연마포(22)가 웨이퍼(16)의 표측 표면에 접하도록 하 정반(13)에 서로 대향하여 설치되고, 상 정반(12)을 가압함으로써, 캐리어 플레이트(14) 내의 웨이퍼(16)가 상 정반(12)과 하 정반(13)에 의해 협지된다.
캐리어 플레이트(14)의 외주부에는, 선 기어(24) 및 인터널 기어(25)에 맞물리는 외주 톱니가 형성된다. 또한, 상 정반(12)과 하 정반(13)의 각 중앙 구멍에는 축(20)이 형성되고, 상 정반(12)과 하 정반(13)이, 도시하지 않는 동력원에 의해 회전 구동함에 수반하여, 캐리어 플레이트(14)는 자전하면서 선 기어(24)를 중심으로 공전한다. 이때, 웨이퍼(16)는 캐리어 플레이트(14)의 자전에 의해, 도 1에 나타내는 바와 같이 이동한다.
이 실시 형태는, 이러한 양면 연마 장치의 개량으로, 그 특징 있는 구성은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 상 정반(12)과 하 정반(13)의 각 외주부와 각 내주부의 쌍방에 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 외주측 잘라냄부 X2, Y2가 각각 형성되고, 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 외주측 잘라냄부 X2, Y2는, 상 정반(12) 또는 하 정반(13)의 각 내주부 또는 각 외주부를 따라 각각 링 형상으로 형성되는 것에 있다. 다른 실시 형태로서, 상 정반(12)과 하 정반(13)의 각 내주부에, 상 정반(12)의 내주부를 향하여 상 정반(12)의 연마면이 상방으로 경사지는 내주측 잘라냄부 X1과 하 정반(13)의 내주부를 향하여 하 정반(13)의 연마면이 하방으로 경사지는 내주측 잘라냄부 Y1이 각각 형성되는 것만으로도 좋다. 또 다른 실시 형태로서, 상 정반(12)과 하 정반(13)의 각 외주부에, 상 정반(12)의 외주부를 향하여 상 정반(12)의 연마면이 상방으로 경사지는 외주측 잘라냄부 X2와 하 정반의 외주부를 향하여 하 정반의 연마면이 하방으로 경사지는 외주측 잘라냄부 Y2가 각각 형성되는 것만으로도 좋다. 상기 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 상기 외주측 잘라냄부 X2, Y2는, 상 정반(12) 또는 하 정반(13)의 각 내주부 또는 각 외주부를 따라 각각 링 형상으로 형성되고, 상 정반(12) 및 하 정반(13)의 각 내주부 또는 각 외주부에 잘라냄부 X1, X2, Y1, Y2가 형성된다.
도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 정반면 내에서 연마 압력이 일정한 경우, 정반의 외주부에서는 정반면 내보다도 웨이퍼에 대하여 주속이 크다(즉 주행량이 크다). 그 때문에, 웨이퍼(16) 외주부의 연마가 촉진되는 것 등에 기인하여 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프량이 커진다. 한편, 본 발명의 양면 연마 장치(10)에서는, 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 상 정반(12) 및 하 정반(13)의 각 내주부 또는 각 외주부에 잘라냄부 X1, X2, Y1, Y2가 형성된다. 이에 따라, 상 정반(12), 하 정반(13)의 각 내주부 또는 각 외주부에 있어서의 연마 압력이 정반면 내의 연마 압력에 비해 저하하기 때문에, 웨이퍼(16) 외주부의 연마가 약간 억제되어, 도 6(b)의 일점쇄선으로 둘러싼 부분에서는, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프량이 저하하고, 웨이퍼(16)의 외주부 및 전체면 형상에 있어서의 평탄도를 향상시킬 수 있다. 도 6(a) 및 (b)에 있어서, 화살표의 선의 길이는 연마 압력의 크기를 나타내고 있다. 이 실시 형태와 같이, 내주측 잘라냄부 X1, Y1 및 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 모두를 형성하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 웨이퍼(16)의 전체면 형상에 있어서의 평탄도를 나타내는 지표로서는, 후술의 GBIR이, 또한 웨이퍼(16) 외주부에 있어서의 평탄도를 나타내는 지표로서는, 후술의 ESFQR이 이용되는 경우가 많다. 즉, 본 발명의 양면 연마 방법에서는, 연마 후의 웨이퍼(16)에 있어서, 이들 GBIR과 ESFQR을 양립시킬 수 있다.
여기에서, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량을 각각 A1, B1(㎛)이라고 할 때, A1, B1(㎛)이 10㎛≤A1＋B1≤70㎛의 범위를 충족하도록 제어되고, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량을 각각 A2, B2(㎛)라고 할 때, A2, B2(㎛)가 10㎛≤A2＋B2≤70㎛의 범위를 충족하도록 제어되는 것이 바람직하다. A1＋B1 또는 A2＋B2가 하한값인 10㎛ 미만에서는, 웨이퍼(16) 외주부에 있어서의 연마 압력의 저감 효과가 충분히 얻어지기 어렵다. 한편, 상한값인 70㎛를 초과하면, 연마포와 웨이퍼의 접촉하는 부분이 적어져, 평탄도를 충분히 향상할 수 없다. 이 중, A1, B1(㎛)이 30㎛≤A1＋B1≤50㎛의 범위를 충족하도록, 또한 A2, B2(㎛)가 30㎛≤A2＋B2≤50㎛의 범위를 충족하도록 제어하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 양면 연마기에서는 상하 정반을 협지하면서 가공하기 때문에 A1＋B1 및, A2＋B2에서 상기 범위를 충족하면 좋고, A1과 B1 및, A2와 B2는 특별히 동일한 값으로 하지 않아도 좋다.
또한, 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(16)의 직경을 R(㎜), 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C1, D1(㎜)이라고 할 때, C1, D1(㎜)이 0.15×R(㎜)≤(C1, D1)≤0.25×R(㎜)의 범위를 충족하도록 제어되고, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C2, D2(㎜)라고 할 때, C2, D2(㎜)가 0.15×R(㎜)≤(C2, D2)≤0.25×R(㎜)의 범위를 충족하도록 제어되는 것이 바람직하다. C1, D1, C2, D2가 하한값 미만에서는, 상하 정반의 평탄 부분과 잘라냄부의 경계가 불연속이 되는 경우가 있기 때문이다. 한편, 상한값을 초과하면, 연마 압력이 저하하는 영역이 웨이퍼(16)의 외주부 이외의 부분에도 미쳐 버린다. 그 때문에, 웨이퍼(16)의 전체면 형상에 있어서의 평탄도가 손상되어, GBIR이 악화되는 경우가 있다. 이 중, C1, D1(㎜)이 0.15×R(㎜)≤(C1, D1)≤0.20×R(㎜)의 범위를 충족하도록, C2, D2(㎜)가 0.15×R(㎜)≤(C2, D2)≤0.20×R(㎜)의 범위를 충족하도록 제어되는 것이 특히 바람직하다. 또한, C1과 D1은 동일한 값이거나, 보다 가까운 값이면, 상하 정반에 의한 연마 압력을 웨이퍼(16) 외주부로 균등하게 전달할 수 있기 때문에 보다 바람직하다. C2와 D2에 대해서도 동일하다.
또한, 도 4에 나타내는 바와 같이, 연마 중에 웨이퍼(16)가 연마포(22, 23)의 최내외주부까지 주행하지 않는 경우에는, 연직 방향의 잘라냄량 B2, 수평 방향의 폭 D1은, 연마 중에 웨이퍼(16)가 도달하는 연마포(11)의 가장 외주측의 지점 또는 가장 내주측의 지점을 각각 기점으로 하여 측정된다. 도시하지 않지만, 모든 잘라냄부에 있어서 동일하다.
또한, 내주측 잘라냄부 X1, Y1 및 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 경사면은, 도 5(a)에 나타내는 바와 같은 직선적인 경사면 외에, 도 5(b), 도 5(c)와 같이, 곡면을 포함한 경사면 등으로 구성되어 있어도 좋다. 이 중, 정반으로의 가공의 용이함으로부터, 도 5(a)에 나타내는 직선적인 경사면인 것이 바람직하다.
상 정반(12), 하 정반(13)에, 내주측 잘라냄부 X1, Y1, 외주측 잘라냄부 X2, Y2를 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 일반적인 연마 장치에 형성된 상 정반(12), 하 정반(13)의 각 내주부 또는 각 외주부를 지석(砥石) 등을 이용하여 연삭하는 방법을 들 수 있다.
이상, 본 발명의 양면 연마 장치를 사용하면, 웨이퍼 외주부에 있어서의 롤 오프량을 저감하고, 웨이퍼의 외주부 및 전체면 형상에 있어서의 평탄도를 향상시킬 수 있다. 또한, 전술의 본 발명의 양면 연마 장치를 이용한 양면 연마 방법에서는, 전술한 정반의 구성 이외의, 연마를 실시할 때의 구체적인 순서나 그 외의 조건에 대해서는, 특별히 한정되지 않고, 주지의 조건으로 행할 수 있다.
실시예
다음으로 본 발명의 실시예를 비교예와 함께 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 1에 나타내는 양면 연마 장치(10)를 이용하여, 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량 A1, B1, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량 A2, B2, 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C1, D1, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 수평 방향에 있어서의 폭 C2, D2의 조건을, 각 시험예마다 이하의 표 1과 같이 변경하여 웨이퍼의 양면 연마를 행했다. 여기에서 웨이퍼는 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼를 이용했다. 각 시험예에 있어서, A1＝A2＝B1＝B2이다. 여기에서, 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C1, D1, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 수평 방향에 있어서의 폭 C2, D2는, 모두 51㎜로 했다. 또한, 잘라냄부는, 상 정반 및 하 정반의 각 내주부 및 각 외주부를 연삭기로 연삭함으로써 형성했다. 또한, 시험예 1에서는, 잘라냄부를 형성하지 않고 웨이퍼의 양면 연마를 행했다.
구체적으로는, 연마액(니타·하스사 제조 상품명: nalco2350), 연마포(니타·하스사 제조 상품명: suba800), 웨이퍼(직경 R: 300㎜, 두께: 790㎜), 캐리어(두께: 778㎜)를 이용하여, 정반 회전수: 20∼30rpm, 압 가공면: 300g/㎠, 목표 두께: 780㎜의 조건으로 양면 연마를 행했다.
<평가>
(ⅰ) GBIR: 양면 연마 후의 웨이퍼 전체면의 평탄도에 대해서, 측정 장치(KLA Tencor사 제조 형명: Wafer Sight2)를 이용하여 GBIR을 측정함으로써 평가했다. 이때의 측정 조건은, 측정 범위를, 웨이퍼의 외주부 2㎜를 제외한 296㎜로 했다. GBIR(Grobal Backside Ideal focalplane Range)이란, 웨이퍼의 전체면 형상의 평탄도를 나타내는 지표로서 이용되는 값이다. 이 GBIR은, 웨이퍼의 이면을 완전하게 흡착했다고 가정한 경우에 있어서의 웨이퍼의 이면을 기준으로 하여, 웨이퍼 전체의 최대 두께와 최소 두께의 차를 산출함으로써 구해진다.
(ⅱ) ESFQRmax: 양면 연마 후의 웨이퍼 외주부의 평탄도에 대해서, 전술의 측정 장치(KLA Tencor사 제조 형명: Wafer Sight2)를 이용하여 ESFQRmax를 측정함으로써 평가했다. ESFQRmax란, 모든 섹터(웨이퍼 외주부에 복수 형성한 부채형의 영역)의 ESFQR 중의 최댓값을 나타내는 것이고, ESFQR(Edge flatness metric, Sector based, Front surface referenced, Site Front least sQuares Range)이란, 섹터 내의 SFQR을 측정한 것이다. ESFQRmax의 측정 조건은, 최외주부 2㎜의 영역을 제외한 웨이퍼 외주부 30㎜의 영역을, 72의 부채형의 섹터로 분할하여 측정했다.
Figure pct00001
표 1로부터 분명한 바와 같이, 잘라냄부를 형성하고 있지 않는 시험예 1에 비해, 이들을 형성한 시험예 2∼8에서는, GBIR, ESFQRmax가 낮은 값을 나타내고 있어, 웨이퍼 외주부 및 전체면 형상 모두 우수한 평탄도가 얻어진 것을 알 수 있다. 한편, 잘라냄량이 70㎛를 초과한 시험예 9에서는, GBIR, ESFQRmax가, 시험예 1보다도 악화되어 있는 것을 알 수 있다.
또한, 잘라냄량은, 10㎛에서부터 평탄도의 개선 효과가 얻어지고, 50㎛까지는, 잘라냄량의 증가에 수반하여 평탄도가 양호하게 되는 것이 확인되었다. 한편, 잘라냄량이 50㎛를 초과하면 평탄도는 약간 악화되는 경향이 보였다. 이는, 잘라냄량이 커지면 상 정반 및 하 정반에 접착된 연마포와 웨이퍼의 접촉이 약해져, 평탄도의 악화로 이어졌다고 생각된다. 시험예 2∼8의 수치 결과로부터 판단하면, 70㎛까지가, 평탄도의 개선 효과를 얻는데 있어서 바람직한 범위라고 생각된다.
<실시예 2>
도 1에 나타내는 양면 연마 장치(10)를 이용하여, 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 수평 방향에 있어서의 폭 C1, D1, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 수평 방향에 있어서의 폭 C2, D2의 조건을, 각 시험예마다 이하의 표 2와 같이 변경하여 웨이퍼의 양면 연마를 행했다. 여기에서, 웨이퍼는 직경 300㎜의 실리콘 웨이퍼를 이용했다. 또한 표 2에 나타내는 계수 α란, 잘라냄부를 각각 웨이퍼 직경 R에 대한 길이, 즉 C1, C2, D1, D2＝α×R로 나타냈을 때의 계수 α이다. 또한, 이번의 각 시험예에 있어서, C1＝C2＝D1＝D2이다. 또한, 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량 A1, B1과, 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량 A2, B2는, 모두 실시예 1에서 최적값이라고 판단된 50㎛로 고정했다. 다른 실시 조건 및, 평가 조건은, 실시예 1과 동일하다. 또한, 표 2에 나타내는 시험예 10, 시험예 14는, 각각 전술의 표 1에 나타내는 시험예 1, 시험예 6과 동일한 시험예이다.
Figure pct00002
표 2로부터 분명한 바와 같이, 잘라냄부를 형성하고 있지 않는 시험예 10에 비해, 시험예 11∼15에서는, GBIR에 개선이 보이고 있는 것을 알 수 있다. 또한 시험예 12∼16에서, ESFQRmax가 낮은 값을 나타내고 있다. 이 결과로부터, 특히 시험예 12∼15에 있어서 웨이퍼 외주부 및 전체면 형상 모두 우수한 평탄도가 얻어졌다고 할 수 있다.
(산업상의 이용 가능성)
본 발명은, 예를 들면 실리콘 웨이퍼로 대표되는 반도체 웨이퍼의 제조 공정에 있어서, 웨이퍼의 평탄도를 얻기 위한 웨이퍼의 양면 연마에 이용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 중심부에 중앙 구멍을 각각 갖는 도넛 형상의 상(上) 정반 및 하(下) 정반을 구비하고, 웨이퍼를 보유지지(保持)하는 캐리어를 상기 상 정반 및 하 정반에 의해 협지하면서, 상기 상 정반 및 하 정반의 각각의 상기 중앙 구멍에 설치된 선 기어(sun gear)와 상기 상 정반 및 하 정반의 각 외주부에 설치된 인터널 기어로 회전시킴으로써, 상기 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 양면 연마 장치에 있어서,
    상기 상 정반과 상기 하 정반의 각 내주부에, 상기 상 정반의 내주부를 향하여 상기 상 정반의 연마면이 상방으로 경사지는 내주측 잘라냄부 X1과 상기 하 정반의 내주부를 향하여 상기 하 정반의 연마면이 하방으로 경사지는 내주측 잘라냄부 Y1이 각각 형성되거나, 상기 상 정반과 상기 하 정반의 각 외주부에, 상기 상 정반의 외주부를 향하여 상기 상 정반의 연마면이 상방으로 경사지는 외주측 잘라냄부 X2와 상기 하 정반의 외주부를 향하여 상기 하 정반의 연마면이 하방으로 경사지는 외주측 잘라냄부 Y2가 각각 형성되거나, 혹은 상기 상 정반과 상기 하 정반의 각 외주부와 각 내주부의 쌍방에 상기 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 상기 외주측 잘라냄부 X2, Y2가 각각 형성되고,
    상기 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 상기 외주측 잘라냄부 X2, Y2는, 상기 상 정반 또는 하 정반의 각 내주부 또는 각 외주부를 따라 각각 링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 양면 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상 정반과 하 정반의 각 내주부와 각 외주부의 쌍방에 상기 내주측 잘라냄부 X1, Y1과 상기 외주측 잘라냄부 X2, Y2가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 양면 연마 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량을 각각 A1, B1(㎛)이라고 할 때, 상기 A1, B1(㎛)이 10㎛≤A1＋B1≤70㎛의 범위를 충족하도록 제어되고,
    상기 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 연직 방향에 있어서의 잘라냄량을 각각 A2, B2(㎛)라고 할 때, 상기 A2, B2(㎛)가 10㎛≤A2＋B2≤70㎛의 범위를 충족하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 양면 연마 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 직경을 R(㎜), 상기 내주측 잘라냄부 X1, Y1의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C1, D1(㎜)이라고 할 때, 상기 C1, D1(㎜)이 0.15×R≤(C1, D1)≤0.25×R의 범위를 충족하도록 제어되고,
    상기 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 수평 방향에 있어서의 폭을 각각 C2, D2(㎜)라고 할 때, 상기 C2, D2(㎜)가 0.15×R(㎜)≤(C2, D2)≤0.25×R(㎜)의 범위를 충족하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 양면 연마 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내주측 잘라냄부 X1, Y1 및 외주측 잘라냄부 X2, Y2의 각 경사면이 직선적인 경사면인 양면 연마 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 양면 연마 장치를 이용하여 웨이퍼의 양면을 동시에 연마하는 양면 연마 방법.
KR1020187035077A 2016-07-13 2017-05-11 양면 연마 장치 KR102110919B1 (ko)

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