KR20190120075A - 연마 장치 - Google Patents

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KR20190120075A
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KR1020190041570A
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유키 이노우에
다카마사 스즈키
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

본 발명은 연마 장치에 있어서, 슬러리 공급량을 억제하면서, 슬러리를 연마 패드의 연마면 전면(全面)에 넓게 퍼지게 하여, 슬러리 소비를 억제한 경제적인 연마 가공을 실현하는 것을 목적으로 한다.
연마 장치는, 웨이퍼 유지 테이블과, 웨이퍼를 연마하는 연마면의 중심에 개구를 갖는 연마 패드를 스핀들에 장착하여 회전시키는 연마 수단과, 연마 패드의 연마면에 슬러리를 공급하는 수단과, 연마 패드와 스핀들과의 회전 축심을 관통하는 관통로의 상단부를 봉쇄하여 관통로 내에 에어를 공급하는 수단을 포함하고, 유지 테이블이 유지한 웨이퍼 상면과 연마 패드의 연마면을 접촉시킴으로써 연마 패드의 개구를 막는 웨이퍼 상면에 에어 공급 수단에 의해 공급되는 에어가 분무되고, 연마면 방향으로 개구로부터 외주로 향하는 방사형의 에어의 흐름에 의해, 슬러리를 연마면 전면에 넓게 퍼지게 하여 웨이퍼를 연마한다.

Description

연마 장치{POLISHING APPARATUS}
본 발명은 웨이퍼를 연마하는 연마 장치에 관한 것이다.
웨이퍼를 연마하는 연마 장치(예컨대, 특허문헌 1 참조)는, 웨이퍼를 유지면으로 흡인 유지하여 유지면의 중심을 축으로 회전 가능한 척 테이블과, 상기 유지면의 중심을 축으로 척 테이블을 회전시키는 회전 수단과, 연마 패드를 장착하는 마운트의 중심을 축으로 회전시키는 스핀들을 갖는 연마 수단과, 스핀들의 축심에 관통 형성된 관통로를 통과시켜 연마 패드의 중심에 형성된 개구로부터 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단을 구비하고, 연마 패드의 중심의 개구로부터 슬러리를 공급하면서, 회전하는 연마 패드의 원심력으로 연마면 전면(全面)에 슬러리를 넓게 퍼지게 하여 웨이퍼를 연마한다.
일본 특허 공개 제2015-134383호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재되어 있는 것과 같은 연마 장치에 있어서, 연마 패드의 회전수에 대해 공급하는 슬러리의 양이 적으면, 원심력만으로는 외주측까지 슬러리가 넓게 퍼지지 않고, 결과, 연마 패드의 연마면 전면에 슬러리가 넓게 퍼지지 않은 상태에서 연마를 행하게 된다. 그래서, 연마 패드의 회전수에 대해 공급하는 슬러리를 많게 하여, 원심력에 의해 연마면 전면에 슬러리를 넓게 퍼지게 하면서 연마를 행하지만, 비경제적이 되는 경우가 있다.
따라서, 연마 장치에 있어서는, 슬러리의 공급량을 적게 억제하면서도, 슬러리를 연마 패드의 연마면 전면에 넓게 퍼지게 하여, 슬러리의 소비를 억제한 경제적인 연마 가공을 실현해야 하는 과제가 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 연마 장치로서, 웨이퍼를 유지하는 유지면을 갖는 유지 테이블과, 상기 유지 테이블이 유지하는 웨이퍼를 연마하는 연마면의 중심에 개구를 갖는 연마 패드를 스핀들에 장착하여 회전시키는 연마 수단과, 상기 연마 패드의 연마면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단과, 상기 연마 패드와 상기 스핀들과의 회전 축심을 관통하는 관통로의 상단부를 봉쇄하여 상기 관통로 내에 에어를 공급하는 에어 공급 수단을 포함하고, 상기 유지 테이블이 유지한 웨이퍼의 상면과 상기 연마 패드의 연마면을 접촉시킴으로써 상기 연마 패드의 개구를 막는 웨이퍼의 상기 상면에 상기 에어 공급 수단에 의해 공급되는 에어가 분무되고, 상기 연마 패드의 연마면 방향으로 상기 개구로부터 외주로 향하는 방사형의 에어의 흐름에 의해, 상기 슬러리 공급 수단으로부터 공급되는 슬러리를 상기 연마면 전면에 넓게 퍼지게 하여 웨이퍼를 연마하는 연마 장치이다.
상기 슬러리 공급 수단은, 상기 연마면이 웨이퍼의 상면보다 큰 연마 패드를 상기 스핀들에 장착시켜 상기 유지면이 유지한 웨이퍼의 상면에 상기 연마면을 접촉시켰을 때에, 상기 연마면의 웨이퍼로부터 비어져 나온 부분에 슬러리와 에어를 혼합시킨 안개형 슬러리를 분무하는 안개형 슬러리 공급 수단인 것이 바람직하다.
상기 슬러리 공급 수단은, 상기 관통로에 슬러리를 공급하는 관통로 슬러리 공급 수단이어도 좋다.
본 발명에 따른 연마 장치는, 연마 패드와 스핀들과의 회전 축심을 관통하는 관통로의 상단부를 봉쇄하여 관통로 내에 에어를 공급하는 에어 공급 수단을 포함하고, 유지 테이블이 유지한 웨이퍼의 상면과 연마 패드의 연마면을 접촉시킴으로써 연마 패드의 개구를 막는 웨이퍼의 상면에 에어 공급 수단에 의해 공급되는 에어가 분무되며, 연마 패드의 연마면 방향으로 개구로부터 외주로 향하는 방사형의 에어의 흐름에 의해, 슬러리 공급 수단으로부터 공급되는 슬러리를 연마면 전면에 넓게 퍼지게 하여 웨이퍼를 연마함으로써, 적은 양의 슬러리로 웨이퍼에 적절한 연마를 실시하는 것이 가능해지고, 슬러리의 소비를 억제한 경제적인 연마 가공을 실현할 수 있다.
슬러리 공급 수단을, 연마면이 웨이퍼의 상면보다 큰 연마 패드를 스핀들에 장착시켜 유지면이 유지한 웨이퍼의 상면에 연마면을 접촉시켰을 때에, 연마면의 웨이퍼로부터 비어져 나온 부분에 슬러리와 에어를 혼합시킨 안개형 슬러리를 분무하는 안개형 슬러리 공급 수단으로 하고, 연마 패드의 연마면 방향으로 개구로부터 외주로 향하는 방사형의 에어의 흐름에 의해, 안개형 슬러리 공급 수단으로부터 공급되는 슬러리를 연마면 전면에 넓게 퍼지게 하여 웨이퍼를 연마함으로써, 적은 양의 슬러리로 웨이퍼에 적절한 연마를 실시하는 것이 가능해지고, 슬러리의 소비를 억제한 경제적인 연마 가공을 실현할 수 있다.
또한, 종래에 있어서는, 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하기 위해서, 관통로 바로 아래의 웨이퍼의 상면에 슬러리가 존재하지 않는 영역을 형성하고, 그 영역에 광변위 센서로부터 측정광(레이저광)을 조사시키며, 웨이퍼로부터의 반사광을 광변위 센서로 수광하여 비접촉으로 웨이퍼의 두께를 측정하였다. 그러나, 종래와 같이, 관통로에 공급하는 슬러리의 양이 많은 경우에는, 슬러리로 관통로가 가득 채워져 버려, 웨이퍼의 상면에 측정광을 조사시킬 수 없는 경우가 있다고 하는 문제가 있었다. 이에 대해, 관통로를 이용하지 않고, 안개형 슬러리 공급 수단에 의해, 연마면의 웨이퍼로부터 비어져 나온 부분에 슬러리와 에어를 혼합시킨 안개형 슬러리를 분무하여 공급함으로써, 상기와 같은 문제가 발생하지 않고, 웨이퍼의 두께 측정도 가능해진다.
슬러리 공급 수단을, 관통로에 슬러리를 공급하는 관통로 슬러리 공급 수단으로 한 경우에도, 유지 테이블이 유지한 웨이퍼의 상면과 연마 패드의 연마면을 접촉시킴으로써 연마 패드의 개구를 막는 웨이퍼의 상면에 에어 공급 수단에 의해 공급되는 에어가 분무되고, 연마 패드의 연마면 방향으로 개구로부터 외주로 향하는 방사형의 에어의 흐름이 생기며, 상기 에어의 흐름에 의해 슬러리 공급 수단으로부터 공급되는 슬러리를 연마면 전면에 넓게 퍼지게 하여 웨이퍼를 연마함으로써, 적은 양의 슬러리로 웨이퍼에 적절한 연마를 실시하는 것이 가능해지고, 슬러리의 소비를 억제한 경제적인 연마 가공을 실현할 수 있다. 또한, 관통로에 공급하는 슬러리의 양을 적게 할 수 있기 때문에, 관통로가 슬러리로 가득 채워져 버리는 일이 없어져, 광변위 센서 등을 이용한 웨이퍼의 비접촉식 두께 측정을 보다 확실하게 할 수 있다.
도 1은 안개형 슬러리 공급 수단을 구비하는 연마 장치의 일례를 도시한 사시도이다.
도 2는 안개형 슬러리 공급 수단을 구비하는 연마 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 3은 관통로 슬러리 공급 수단을 구비하는 연마 장치의 일례를 도시한 단면도이다.
도 1에 도시된 연마 장치(1)는, 유지 테이블(3) 상에 유지된 웨이퍼(W)를 연직 방향(Z축 방향)의 축심을 구비하는 스핀들(70)에 장착된 연마 패드(76)로 연마하는 장치이며, Y축 방향으로 연장되는 장치 베이스(10)와, 장치 베이스(10) 상의 Y축 방향 후방부측에 세워져 설치된 칼럼(11)을 구비하고 있다.
도 1에 도시된 웨이퍼(W)는, 예컨대, 실리콘 등으로 이루어지며 외형이 원형 판형인 반도체 웨이퍼이고, 도 1에 있어서 상측을 향하고 있는 상면(Wb)이 피연마면이 된다. 도 1에 있어서 하측을 향하고 있는 웨이퍼(W)의 하면(Wa)에는, 예컨대, 복수의 디바이스가 형성되어 있고, 보호 테이프(T)가 접착되어 복수의 디바이스가 보호되어 있다. 한편, 웨이퍼(W)는 본 실시형태에 나타내는 예에 한정되는 것이 아니다.
웨이퍼(W)의 직경은, 예컨대, 300 ㎜ 또는 200 ㎜로 되어 있다.
외형이 원형인 유지 테이블(3)은, 다공성 부재 등으로 이루어지며 웨이퍼(W)를 흡착하는 흡착부(30)와, 흡착부(30)를 지지하는 프레임(31)을 구비한다. 흡착부(30)는, 진공 발생 장치 등의 도시하지 않은 흡인원에 연통(連通)되고, 상기 흡인원이 흡인함으로써 생성된 흡인력이, 흡착부(30)의 노출면인 유지면(30a)에 전달됨으로써, 유지 테이블(3)은 유지면(30a) 상에서 웨이퍼(W)를 흡인 유지할 수 있다.
또한, 유지 테이블(3)은, 커버(39)에 의해 주위가 둘러싸여지면서, 유지 테이블(3)의 하방에 배치된 도시하지 않은 회전 수단에 의해 Z축 방향의 축심 주위로 회전 가능하게 되어 있다.
유지 테이블(3), 커버(39), 및 커버(39)에 연결된 벨로우즈 커버(39a)의 하방에는, 유지 테이블(3) 및 커버(39)를 Y축 방향으로 이동시키는 도시하지 않은 이동 수단이 배치되어 있다. 벨로우즈 커버(39a)는, 유지 테이블(3) 및 커버(39)의 이동에 따라 Y축 방향으로 신축한다.
칼럼(11)의 앞면에는 연마 수단(7)을 유지 테이블(3)에 대해 이격 또는 접근하는 Z축 방향으로 연마 이송하는 연마 이송 수단(5)이 배치되어 있다. 연마 이송 수단(5)은, Z축 방향의 축심을 갖는 볼 나사(50)와, 볼 나사(50)와 평행하게 배치된 한 쌍의 가이드 레일(51)과, 볼 나사(50)의 상단에 연결하여 볼 나사(50)를 회동시키는 모터(52)와, 내부의 너트가 볼 나사(50)에 나사 결합되고 측부가 가이드 레일(51)에 미끄럼 접촉하는 승강판(53)을 구비하고 있고, 모터(52)가 볼 나사(50)를 회동시키면, 이에 따라 승강판(53)이 가이드 레일(51)에 가이드되어 Z축 방향으로 왕복 이동하여, 승강판(53)에 고정된 연마 수단(7)이 Z축 방향으로 연마 이송된다.
연마 수단(7)은, 축 방향이 Z축 방향인 스핀들(70)과, 스핀들(70)을 회전 가능하게 지지하는 하우징(71)과, 스핀들(70)을 회전 구동하는 모터(72)(도 2 참조)와, 스핀들(70)의 하단에 접속된 원형 판형의 마운트(73)와, 마운트(73)의 하면에 장착되는 원형 판형의 플래튼(platen; 74)과, 플래튼(74)의 접착면(74a)에 부착된 연마 패드(76)와, 하우징(71)을 지지하며 연마 이송 수단(5)의 승강판(53)에 그 측면이 고정된 홀더(75)를 구비한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 예컨대 외형이 대략 원통 형상으로 형성된 하우징(71)에는, 제3 에어 공급원(71B)으로부터 공급되는 에어의 압력에 의해 스핀들(70)을 비접촉 지지하는 에어 베어링(71A)이 배치되어 있다. 에어 베어링(71A)은, 스핀들(70)에 대해 레이디얼 방향 및 스러스트 방향으로부터 하우징(71)의 내측벽으로부터 분출시키는 에어로 스핀들(70)을 비접촉으로 지지하고 있다.
예컨대, 하우징(71)의 상면의 높이 위치와, 하우징(71)의 내부에 배치된 스핀들(70)의 상단면의 높이 위치는 대략 동일한 높이 위치로 되어 있고, 하우징(71)의 상면에 형성된 개구(710)로부터 스핀들(70)의 상단면이 외부로 돌출하지 않은 상태로 되어 있다. 또한, 하우징(71)의 하면의 개구(711)로부터는, 스핀들(70)의 하단측이 하우징(71) 내부로부터 돌출해 있다.
하우징(71) 내에 있어서 비접촉으로 지지되는 스핀들(70)은, 예컨대, Z축 방향으로 연장되는 장축부(702)와, 장축부(702)의 하단측 및 중간 정도 부분에 있어서 장축부(702)와 일체적으로 형성되고 장축부(702)로부터 직경 방향 외향으로 연장되는 2개의 플랜지부(701)를 구비하고 있다. 각 플랜지부(701)의 상하면과 에어 베어링(71A) 사이에 제3 에어 공급원(71B)으로부터 공급되는 에어(분출 에어)에 의해 형성되는 에어층에 의해, 하우징(71) 내에 있어서의 스핀들(70)의 비접촉 지지가 가능하게 되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스핀들(70) 및 마운트(73)의 내부에는, 각각의 각 회전 중심을 지나며 에어의 통로가 되는 유로(700)가 Z축 방향으로 관통하여 형성되어 있다.
모터(72)는, 예컨대, 스핀들(70)의 장축부(702)의 상단측에 접속된 로터(720)와, 로터(720)의 외주측에 대향하도록 하우징(71)의 내측면에 고정된 스테이터(721)를 구비하고 있다. 스테이터(721)에는, 도시하지 않은 전원이 접속되어 있고, 전원으로부터 전력이 공급된 스테이터(721)에 의해 로터(720)가 회전하며, 이에 따라 로터(720)가 장착된 스핀들(70)도 회전한다.
예컨대, 도 2에 도시된 바와 같이, 하우징(71)의 측벽 내부의 스테이터(721)에 인접하는 개소[도 2에 있어서의 하우징(71)의 상부]에는, 모터(72)를 둘러싸도록 환형의 통수로(719)가 형성되어 있다. 그리고, 통수로(719)에 연통되는 냉각수 공급원(719a)으로부터 통수로(719)에 냉각수가 유입되고, 이 냉각수가 하우징(71)의 측벽을 통과하여 모터(72)를 주위로부터 비접촉으로 냉각시킨 후, 도시하지 않은 배출구로부터 하우징(71) 외부로 배출되고, 또한 냉각을 위해서 순환된다.
플래튼(74)은, 마운트(73)와 대략 동일한 직경이고, 그 중앙부에는, 에어의 유로가 되는 관통 구멍(740)이 형성되어 있다. 그리고, 플래튼(74)의 접착면(74a)에 접착제 등에 의해 연마 패드(76)가 접착되어 있다. 플래튼(74)은, 마운트(73)의 유로(700)의 중심과 플래튼(74)의 관통 구멍(740)의 중심을 대략 합치시킨 상태에서, 마운트(73)에 도시하지 않은 고정 볼트 등을 이용하여 장착된다. 예컨대, 마운트(73)의 유로(700)보다 플래튼(74)의 관통 구멍(740)은 대직경으로 되어 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.
연마 패드(76)는, 예컨대, 펠트 등의 부직포로 이루어지며, 중앙 부분에 에어가 통과하고 플래튼(74)의 관통 구멍(740)에 대응하는 개구(761)가 관통 형성되어 있다. 연마 패드(76)의 직경은, 플래튼(74)의 직경과 동일한 정도의 크기로 되어 있고, 또한, 유지 테이블(3)에 유지되는 웨이퍼(W)의 직경보다 대직경으로 되어 있다. 예컨대, 연마 대상인 웨이퍼(W)의 직경이 300 ㎜인 경우에는, 연마 패드(76)의 직경을 600 ㎜로 하고, 연마 대상인 웨이퍼(W)의 직경이 200 ㎜인 경우에는, 연마 패드(76)의 직경을 400 ㎜로 한다.
스핀들(70) 및 마운트(73)를 통과하는 유로(700), 플래튼(74)의 관통 구멍(740), 및 연마 패드(76)의 개구(761)에 의해, 연마 패드(76)와 스핀들(70)과의 회전 축심을 관통하여 에어가 흐르는 관통로(78)가 형성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 연마 패드(76)의 웨이퍼(W)에 접촉하는 연마면(76a)에는, 격자형의 홈(760)이 형성되어 있고, 연마 패드(76)에 공급되는 슬러리는 주로 홈(760) 내에서 흘러 퍼져 간다.
연마 장치(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 연마 패드(76)와 스핀들(70)과의 회전 축심을 관통하는 관통로(78)의 상단[스핀들(70)의 유로(700)의 상단]을 봉쇄하여 관통로(78) 내에 에어를 공급하는 에어 공급 수단(8)을 구비하고 있다.
에어 공급 수단(8)은, 예컨대, 컴프레서 및 에어 저류 탱크 등으로 이루어지는 제2 에어 공급원(82)과, 제2 에어 공급원(82)에 배관(820)을 통해 연통되고 관통로(78)를 봉쇄하도록 스핀들(70)의 상방에 배치된 봉쇄 부재(83)를 구비하고 있다.
봉쇄 부재(83)는, 예컨대, 하우징(71)의 개구(710)보다 크게 형성되고 하우징(71)의 상면에 스핀들(70)의 유로(700)의 상단과 개구(710)를 막도록 하여 착탈 가능하게 고정되는 판부(830)와, 판부(830)의 상면 중앙으로부터 세워서 설치되는 기둥부(831)와, 기둥부(831)의 측면에 부착되고 배관(820)에 접속된 조인트(832)를 구비하고 있다.
봉쇄 부재(83)의 중심에는, 관통 구멍(834)이 두께 방향(Z축 방향)을 향해 관통 형성되어 있다. 또한, 기둥부(831)에는, 관통 구멍(834)에 연결되는 에어 도입로(831a)가 수평 방향으로 형성되어 있고, 또한, 에어 도입로(831a)와 조인트(832)가 연통되어 있다.
판부(830)의 하면에는 관통 구멍(834)과 연결되는 파이프(830a)가 형성되어 있고, 상기 파이프(830a)가 관통로(78)에 삽입된 상태가 된다.
기둥부(831)의 관통 구멍(834)의 상단측은, 웨이퍼(W)의 두께를 연마 가공 중에 측정하기 위한 측정광을 투과시키는 투명 부재(예컨대, 유리 부재)로 이루어지는 투과판(835)으로 밀봉되어 있다.
예컨대, 봉쇄 부재(83)의 기둥부(831)의 상면에는, 웨이퍼(W)의 두께를 연마 가공 중에 측정하기 위한 두께 측정 수단(19)이 배치되어 있다. 두께 측정 수단(19)은, 예컨대, 반사형의 광변위 센서이고, 웨이퍼(W)에 대해 측정광을 조사하기 위한 투광부(190)와, 측정광을 평행광으로 변환하는 콜리메이터 렌즈(191)와, 웨이퍼(W)에서 반사된 반사광을 검출하기 위한 CCD 등으로 이루어지는 수광부(192)와, 투광부(190), 콜리메이터 렌즈(191), 및 수광부(192) 등이 내부에 배치되고 외부광이 차광되는 케이스(193)를 구비하고 있다.
이하에, 도 1에 도시된 웨이퍼(W)(예컨대, 직경은 300 ㎜로 함)를 연마 장치(1)에 의해 연마하는 경우의 연마 장치(1)의 동작에 대해 설명한다.
웨이퍼(W)의 중심과 유지 테이블(3)의 유지면(30a)의 중심이 대략 합치하도록 하여, 웨이퍼(W)가 상면(Wb)을 상측으로 향하게 한 상태로 유지면(30a)에 배치된다. 그리고, 도시하지 않은 흡인원이 구동하여 생성되는 흡인력이 유지면(30a)에 전달되어, 유지 테이블(3)이 유지면(30a) 상에서 웨이퍼(W)를 흡인 유지한다.
웨이퍼(W)를 유지한 유지 테이블(3)이, 도시하지 않은 이동 수단에 의해 연마 수단(7) 아래까지 +Y 방향으로 이동하여, 연마 패드(76)(예컨대, 직경은 600 ㎜로 함)와 웨이퍼(W)와의 위치 맞춤이 이루어진다. 본 실시형태에 있어서는, 연마 가공 중에 있어서, 항상, 웨이퍼(W)의 상면(Wb) 전면에 연마 패드(76)가 접촉하고, 또한, 연마 패드(76)의 개구(761)가 웨이퍼(W)의 상면(Wb)으로 막혀진 상태가 되도록, 유지 테이블(3)이 소정 위치에 위치하게 된다. 그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 연마 패드(76)의 회전 중심을 나타내는 가상선(L1)과 유지 테이블(3)의 회전 중심을 나타내는 가상선(L2) 사이의 수평 방향에 있어서의 거리(소위, 오프셋량)가, 125 ㎜로 설정된다. 한편, 웨이퍼(W)의 직경이 200 ㎜이고, 연마 패드(76)의 직경이 400 ㎜인 경우에는, 오프셋량은 75 ㎜로 설정된다.
계속해서, 모터(72)에 의해 스핀들(70)이 소정의 회전 속도(예컨대, 1000 rpm∼2000 rpm)로 회전 구동됨에 따라 연마 패드(76)가 회전한다. 또한, 연마 수단(7)이 연마 이송 수단(5)에 의해 -Z 방향으로 보내지고, 연마 패드(76)의 연마면(76a)이 웨이퍼(W)의 상면(Wb)에 접촉함으로써 연마 가공이 행해진다. 또한, 연마 가공 중에는, 도시하지 않은 회전 수단이 유지 테이블(3)을 Z축 방향의 축심 주위로 소정의 회전 속도(예컨대, 300 rpm∼1250 rpm)로 회전시킴에 따라, 유지면(30a) 상에 유지된 웨이퍼(W)도 회전하여, 연마 패드(76)가 웨이퍼(W)의 상면(Wb)의 전면의 연마 가공을 행한다.
상기 연마 가공 중에는, 웨이퍼(W)와 연마 패드(76)의 접촉 부위에 슬러리를 공급한다. 연마 장치(1)는, 연마 패드(76)의 연마면(76a)에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단을 구비하고 있고, 본 실시형태에 있어서의 슬러리 공급 수단은, 예컨대, 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이, 연마면(76a)[예컨대, 연마면(76a)의 직경은 600 ㎜]이 웨이퍼(W)의 피연마면인 상면(Wb)[예컨대, 상면(Wb)의 직경은 300 ㎜]보다 큰 연마 패드(76)를 스핀들(70)에 장착시켜, 유지 테이블(3)의 유지면(30a)이 유지한 웨이퍼(W)의 상면(Wb)에 연마면(76a)을 접촉시켰을 때에, 연마면(76a)의 웨이퍼(W)로부터 비어져 나온 부분에 슬러리와 에어를 혼합시킨 안개형 슬러리를 분무하는 안개형 슬러리 공급 수단(6)이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 안개형 슬러리 공급 수단(6)은, 예컨대, 슬러리를 안개형으로 분사하는 노즐(62)과, 노즐(62)에 연통되는 제1 에어 공급원(61)과, 노즐(62)에 연통되는 제1 슬러리 공급원(63)을 구비하고 있다. 노즐(62)의 분사구는, 예컨대, 연마 패드(76)의 연마면(76a)의 중앙 영역, 즉, 연마면(76a)의 개구(761) 근방을 향해 비스듬히 하방으로부터 대향해 있다.
안개형 슬러리 공급 수단(6)은, 유지 테이블(3) 근방, 예컨대, 도 1에 도시된 커버(39)의 상면 상에 배치되어 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 유지 테이블(3)이 연마 수단(7)의 하방에 위치하면, 안개형 슬러리 공급 수단(6)도 연마 수단(7)의 하방의 소정 위치에 위치하게 된다.
한편, 안개형 슬러리 공급 수단(6)의 배치 개소는, 커버(39)의 상면에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 안개형 슬러리 공급 수단(6)은, 장치 베이스(10)의 상면의 연마 수단(7)의 하방 근방에 배치되어 있고, 선회 수단에 의해 Z축 방향의 축심 주위로 수평 방향으로 선회 가능하게 되어 있어도 좋다. 그리고, 연마 수단(7)의 하방에 유지 테이블(3)이 위치한 후, 안개형 슬러리 공급 수단(6)이 선회 이동함으로써, 노즐(62)의 선단이 연마 수단(7)의 연마 패드(76)의 하면에 대향하도록 안개형 슬러리 공급 수단(6)이 위치하게 되는 것으로 해도 좋다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 에어 공급원(82)이 압축 에어를 배관(820)에 소정의 공급량(예컨대, 30 L/분∼50 L/분)으로 공급한다. 상기 에어는, 조인트(832), 에어 도입로(831a), 관통 구멍(834), 및 관통로(78)를 흘러가서, 연마 패드(76)의 개구(761)를 막아 회전하는 웨이퍼(W)의 상면(Wb)에 분무된다. 또한, 웨이퍼(W)의 상면(Wb)에 분무된 에어는, 주로 연마면(76a)의 격자형의 홈(760)을 따라 연마 패드(76)의 외주측을 향해 흘러간다. 덧붙여, 연마 가공 중에 연마 패드(76)는 소정의 회전 속도로 회전하고 있기 때문에, 연마면(76a)에 있어서의 에어의 흐름은 +Z 방향측에서 본 경우에, 연마 패드(76)의 연마면 방향(수평 방향)으로 개구(761)로부터 외주로 향하는 방사형의 흐름이 된다.
이러한 에어 공급 수단(8)에 의한 에어의 공급이 행해지면서, 제1 슬러리 공급원(63)이 노즐(62)에 소정의 공급량(예컨대, 30 mL/분)으로 슬러리[예컨대, 유리(遊離) 지립으로서 SiO2, Al2O3 등을 포함하는 슬러리]를 공급하고, 제1 에어 공급원(61)으로부터 압축 에어가 노즐(62)에 공급된다. 그리고, 노즐(62) 내에서 에어와 슬러리가 혼합되어, 노즐(62)로부터 안개형 슬러리가 연마 패드(76)의 연마면(76a)의 웨이퍼(W)로부터 비어져 나온 부분에 분무된다.
한편, 종래에는, 연마 수단에 대해 슬러리 공급원으로부터 예컨대 100 mL/분으로 슬러리를 공급하였다. 이에 대해, 상기한 바와 같이 제1 슬러리 공급원(63)이 공급하는 슬러리는 30 mL/분이기 때문에, 슬러리 공급량은 종래보다 적다.
회전하는 연마면(76a)의 웨이퍼(W)로부터 비어져 나온 부분에 하방으로부터 안개형으로 분무된 슬러리는, 회전하는 연마 패드(76)에 동반되어 회전하고, 연마 패드(76)의 연마면 방향으로 개구(761)로부터 외주로 향하는 에어의 흐름에 의해 홈(760) 상 및 홈(760) 외부를 지나 연마면(76a)의 외주 가장자리까지 흘러가기 때문에, 슬러리가 연마면(76a) 전면에 넓게 퍼진다. 따라서, 웨이퍼(W)의 상면(Wb)과 연마 패드(76)의 접촉 부위에는 항상 슬러리가 존재하는 상태에서 연마가 행해진다. 따라서, 적은 양의 슬러리로 웨이퍼(W)에 적절한 연마를 실시하는 것이 가능해지고, 또한, 슬러리의 소비를 억제한 경제적인 연마 가공을 실현할 수 있다.
한편, 본 실시형태에 있어서는, 연마 가공 중에 안개형 슬러리 공급 수단(6)으로부터 슬러리를 연속해서 연마 패드(76)의 연마면(76a)에 계속 분무하지만, 연마 가공 중에 안개형 슬러리 공급 수단(6)으로부터 슬러리를 간헐적으로 연마 패드(76)의 연마면(76a)에 분무하는 것으로 해도 좋다. 안개형 슬러리를 간헐적으로 분무할 때에는, 예컨대, 노즐(62)로부터 3초간 안개형 슬러리를 분사시키고, 계속해서, 3초간 안개형 슬러리의 분사를 정지하며, 이것을 반복해서 행함으로써 슬러리 사용량을 적게 할 수 있다.
상기와 같은 슬러리의 공급이 이루어지면서, 웨이퍼(W)의 두께가 두께 측정 수단(19)에 의해 측정되고, 웨이퍼(W)는 소망의 두께가 될 때까지 연마된다. 즉, 두께 측정 수단(19)의 투광부(190)가, 두께 측정 수단(19)의 하방에 위치한 웨이퍼(W)에 대해 측정광을 조사한다. 측정광은, 콜리메이터 렌즈(191)에 의해 Z축 방향에 평행한 평행광으로 변환되고, 봉쇄 부재(83)의 투과판(835)을 투과해서 관통 구멍(834) 및 관통로(78)를 통과하여 웨이퍼(W)에 도달한다. 그리고, 웨이퍼(W)의 상면(Wb)에서 반사된 반사광과 웨이퍼(W)를 투과한 후에 웨이퍼(W)의 하면(Wa)에서 반사된 반사광을 수광부(192)가 각각 받았을 때의 광로차를, 두께 측정 수단(19)이 산출하여 웨이퍼(W)의 두께가 측정된다.
종래와 같이, 대량의 슬러리를 관통로(78)를 이용하여 연마 패드(76)에 공급하는 경우에는, 두께 측정 수단(19)의 측정광이 관통로(78)에서 슬러리에 저지되어 웨이퍼(W)에 도달할 수 없어, 웨이퍼(W)의 두께 측정이 잘 되지 않는 경우가 있다. 그러나, 상기한 바와 같이, 관통로(78)를 이용하지 않고, 안개형 슬러리 공급 수단(6)에 의해, 연마 패드(76)의 연마면(76a)의 웨이퍼(W)로부터 비어져 나온 부분에 슬러리와 에어를 혼합시킨 안개형 슬러리를 분무하여 공급하고, 관통로(78)에 에어를 공급함으로써, 두께 측정 수단(19)에 의한 웨이퍼(W)의 두께 측정을 확실하게 행하는 것이 가능해진다.
두께 측정 수단(19)에 의해 두께 측정이 행해지면서 웨이퍼(W)가 소망의 두께까지 연마되면, 연마 이송 수단(5)이 연마 수단(7)을 상승시켜 웨이퍼(W)의 연마가 종료된다.
연마 패드(76)의 연마면(76a)에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단은, 상기 도 1 내지 도 2에 도시된 안개형 슬러리 공급 수단(6)을 대신하여, 도 3에 도시된 관통로(78)에 슬러리를 공급하는 관통로 슬러리 공급 수단(4)으로 해도 좋다.
연마 장치(1)에 있어서, 슬러리 공급 수단을 관통로 슬러리 공급 수단(4)으로 하는 경우에 있어서는, 기둥부(831)에는 관통 구멍(834)에 연결되는 슬러리 도입로(831b)가 수평 방향으로 형성되어 있고, 상기 슬러리 도입로(831b)에는, 조인트(40) 및 배관(41)을 통해 제2 슬러리 공급원(42)이 연통되어 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 연마 가공 중에 있어서, 에어 공급 수단(8)에 의한 에어의 공급을 행하면서, 제2 슬러리 공급원(42)이 배관(41)에 소정의 공급량(예컨대, 30 mL/분)으로 슬러리를 공급한다. 상기 슬러리는, 조인트(40), 슬러리 도입로(831b), 관통 구멍(834), 및 관통로(78)를 흘러간다. 관통로(78)를 흐르는 슬러리의 양은 종래보다 소량이기 때문에, 슬러리는, 회전에 의한 원심력을 받아 스핀들(70)의 내벽을 따라 하방으로 흘러가고, 관통로(78)의 중앙에는 측정광이 통과하는 통로가 확보된다.
관통로(78)를 통과하여 연마 패드(76)의 개구(761)에 도달한 슬러리는, 연마 패드(76)의 원심력 및 연마 패드(76)의 연마면 방향으로 개구(761)로부터 외주로 향하는 에어의 흐름에 의해, 홈(760) 상 및 홈(760)의 외부를 지나 연마면(76a)의 외주 가장자리까지 흘러가기 때문에, 슬러리가 연마면(76a) 전면에 넓게 퍼지고, 웨이퍼(W)의 상면(Wb)과 연마 패드(76)의 접촉 부위에는 항상 슬러리가 존재하는 상태에서 연마가 행해진다. 따라서, 적은 양의 슬러리로 웨이퍼(W)에 적절한 연마를 실시하는 것이 가능해지고, 또한, 슬러리의 소비를 억제한 경제적인 연마 가공도 할 수 있다.
한편, 연마면(76a)에 슬러리를 효율적으로 넓게 퍼지게 하기 위해서, 관통로(78)와 연마면(76a)의 접속 부분[개구(761)의 능선 부분]에 모따기, 필렛을 형성해도 좋다.
상기와 같은 슬러리의 공급이 이루어지면서, 두께 측정 수단(19)의 투광부(190)가, 두께 측정 수단(19)의 하방에 위치한 웨이퍼(W)에 대해 측정광을 조사한다. 측정광은, 콜리메이터 렌즈(191)에 의해 Z축 방향에 평행한 평행광으로 변환되고, 투과판(835)을 투과해서 관통 구멍(834) 및 관통로(78)를 통과하여 웨이퍼(W)에 도달한다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 관통로(78)를 흐르는 슬러리의 양은 종래보다 소량이고, 관통로(78)의 중앙에는 측정광이 통과하는 통로가 확보되어 있기 때문에, 측정광은 슬러리에 저지되지 않고, 웨이퍼(W)에 도달하여, 두께 측정 수단(19)에 의한 두께 측정이 확실하게 행해진다.
그리고, 두께 측정 수단(19)에 의해 두께 측정이 행해지면서 웨이퍼(W)가 소망의 두께까지 연마되면, 연마 이송 수단(5)이 연마 수단(7)을 상승시켜 웨이퍼(W)의 연마가 종료된다.
한편, 본 발명에 따른 연마 장치(1)는 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 또한, 첨부 도면에 도시되어 있는 장치의 각 구성의 형상 등에 대해서도, 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있는 범위 내에서 적절히 변경 가능하다.
1: 연마 장치 10: 장치 베이스
11: 칼럼 3: 유지 테이블
30: 흡착부 30a: 유지면
31: 프레임 39: 커버
5: 연마 이송 수단 50: 볼 나사
51: 한 쌍의 가이드 레일 52: 모터
53: 승강판 7: 연마 수단
70: 스핀들 700: 유로
701: 플랜지부 702: 장축부
71: 하우징 719: 통수로
719a: 냉각수 공급원 71A: 에어 베어링
71B: 제3 에어 공급원 72: 모터
720: 로터 721: 스테이터
73: 마운트 74: 플래튼
740: 관통 구멍 76: 연마 패드
76a: 연마면 760: 격자형의 홈
761: 개구 78: 관통로
8: 에어 공급 수단 82: 제2 에어 공급원
83: 봉쇄 부재 830: 판부
831: 기둥부 832: 조인트
834: 관통 구멍 835: 투과판
19: 두께 측정 수단 190: 투광부
191: 콜리메이터 렌즈 192: 수광부
6: 안개형 슬러리 공급 수단 61: 제1 에어 공급원
62: 노즐 63: 제1 슬러리 공급원
4: 관통로 슬러리 공급 수단 W: 웨이퍼
T: 보호 테이프

Claims (3)

  1. 연마 장치로서,
    웨이퍼를 유지하는 유지면을 갖는 유지 테이블과,
    상기 유지 테이블이 유지하는 웨이퍼를 연마하는 연마면의 중심에 개구를 갖는 연마 패드를 스핀들에 장착하여 회전시키는 연마 수단과,
    상기 연마 패드의 연마면에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 수단과,
    상기 연마 패드와 상기 스핀들과의 회전 축심을 관통하는 관통로의 상단부를 봉쇄하여 상기 관통로 내에 에어를 공급하는 에어 공급 수단
    을 포함하고,
    상기 유지 테이블이 유지한 웨이퍼의 상면과 상기 연마 패드의 연마면을 접촉시킴으로써 상기 연마 패드의 개구를 막는 웨이퍼의 상기 상면에 상기 에어 공급 수단에 의해 공급되는 에어가 분무되고, 상기 연마 패드의 연마면 방향으로 상기 개구로부터 외주로 향하는 방사형의 에어의 흐름에 의해, 상기 슬러리 공급 수단으로부터 공급되는 슬러리를 상기 연마면 전면(全面)에 넓게 퍼지게 하여 웨이퍼를 연마하는, 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬러리 공급 수단은, 상기 연마면이 웨이퍼의 상면보다 큰 연마 패드를 상기 스핀들에 장착시켜 상기 유지면이 유지한 웨이퍼의 상면에 상기 연마면을 접촉시켰을 때에, 상기 연마면의 웨이퍼로부터 비어져 나온 부분에 슬러리와 에어를 혼합시킨 안개형 슬러리를 분무하는 안개형 슬러리 공급 수단인, 연마 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 슬러리 공급 수단은, 상기 관통로에 슬러리를 공급하는 관통로 슬러리 공급 수단인, 연마 장치.
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