KR20210045314A - 연마 장치 - Google Patents

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KR20210045314A
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polishing pad
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마사시 가바사와
야스유키 모토시마
히사노리 마츠오
게이스케 가미키
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

웨이퍼 등의 기판에 스크래치 등의 디펙트를 생기게 하는 일 없이 연마 패드의 표면 온도를 조정할 수 있는 연마 장치가 제공된다.
연마 장치 PA는, 비접촉형의 패드 온도 조정 장치(5)와, 패드 온도 측정기(10)를 구비한다. 패드 온도 측정기(10)는 연마 테이블(2)의 회전 방향에 있어서, 패드 온도 조정 장치(5)의 하류측에 인접하여 배치되어 있다.

Description

연마 장치{POLISHING APPARATUS}
본 발명은 연마 장치에 관한 것이다.
웨이퍼를 톱 링으로 보유 지지하여 웨이퍼를 회전시키고, 또한 회전하는 연마 테이블 상의 연마 패드에 웨이퍼를 압박하여 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마 장치가 존재한다. 연마 중, 연마 패드에는 연마액(슬러리)이 공급되고, 웨이퍼의 표면은, 연마액의 화학적 작용과, 연마액에 포함되는 지립의 기계적 작용에 의하여 평탄화된다.
웨이퍼의 연마 레이트는, 웨이퍼의 연마 패드에 대한 연마 하중뿐 아니라 연마 패드의 표면 온도에도 의존한다. 이는, 웨이퍼에 대한 연마액의 화학적 작용이 온도에 의존하기 때문이다. 따라서 반도체 디바이스의 제조에 있어서는, 웨이퍼의 연마 레이트를 높이고 또한 일정하게 유지하기 위하여, 웨이퍼 연마 중의 연마 패드의 표면 온도를 최적의 값으로 유지하는 것이 중요하게 여겨진다. 그래서, 연마 패드의 표면 온도를 조정하기 위하여 패드 온도 조정 장치가 존재한다.
일본 특허 공개 제2005-56987호 공보
그러나 패드 온도 조정 장치는, 그 구성 요소의 하나인 가열 물체를 연마 패드에 접촉시키기 때문에, 가열 물체는 필연적으로 연마 패드 상의 연마액에 접촉한다. 따라서 이와 같은 구성의 경우, 가열 물체와 연마 패드의 접촉에 기인하여 웨이퍼가 오염될 우려가 있다. 또한 연마액이 가열 물체에 부착(고착)되면, 부착된 연마액이 이물로서 가열 물체로부터 낙하하여 웨이퍼에 접촉할 우려가 있다. 결과로서 웨이퍼에 스크래치 등의 디펙트가 생겨 버린다.
그래서 본 발명은, 웨이퍼 등의 기판에 스크래치 등의 디펙트를 생기게 하는 일 없이 연마 패드의 표면 온도를 조정할 수 있는 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양태에서는, 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과, 기판을 상기 연마 패드에 압박하는 연마 헤드와, 상기 연마 패드의 상방에 배치된 비접촉형의 패드 온도 조정 장치와, 상기 연마 패드의 표면 온도를 측정하는 패드 온도 측정기와, 상기 패드 온도 측정기에 의하여 측정된 상기 연마 패드의 표면 온도에 기초하여 상기 패드 온도 조정 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 패드 온도 측정기는, 상기 연마 테이블의 회전 방향에 있어서, 상기 패드 온도 조정 장치의 하류측에 인접하여 배치되어 있는, 연마 장치가 제공된다.
일 양태에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 적외선을 상기 연마 패드의 표면에 방사하는 적외선 히터를 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 적외선 히터로부터 방사된 적외선을 상기 연마 패드를 향하여 반사하는 반사판을 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 표면 부근의 뜨거운 공기를 흡인함으로써 분위기 온도를 낮추는 흡인 노즐을 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 표면을 향하는 공기의 흐름을 형성하는 팬을 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 반경 방향으로 배열된 복수의 적외선 히터를 구비하고 있고, 상기 제어 장치는 상기 복수의 적외선 히터의 각각을 개별적으로 제어하여 상기 연마 패드의 표면 온도를 부분적으로 변화시킨다.
일 양태에서는, 상기 연마 장치는, 상기 기판의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정기를 구비하고 있고, 상기 제어 장치는, 상기 막 두께 측정기에 의하여 측정된 상기 기판의 막 두께에 기초하여 상기 연마 패드의 목표 온도를 결정하고, 상기 결정된 목표 온도에 기초하여 상기 패드 온도 조정 장치를 제어한다.
일 양태에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 가열 유체를 상기 연마 패드의 표면에 분사하는 가열 유체 노즐을 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 표면의 열을 흡인하는 흡인 노즐을 구비하고 있고, 상기 가열 유체 노즐은, 가열 유체가 상기 흡인 노즐의 흡인구를 향하여 흐르도록 상기 흡인 노즐의 흡인구의 주위에 배치된 복수의 공급구를 구비하고 있다.
일 양태에서는, 상기 복수의 공급구는, 가열 유체에 의하여 상기 흡인 노즐의 흡인구를 향하는 선회류가 형성되도록 상기 흡인 노즐의 흡인구를 향하여 소정의 각도로 경사져 있다.
일 양태에서는, 상기 제어 장치는, 상기 흡인 노즐에 흡인되는 유체의 유량이 상기 가열 유체 노즐로부터 공급되는 가열 유체의 유량 이상으로 되도록 상기 패드 온도 조정 장치를 제어한다.
일 양태에서는, 상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 표면을 냉각하는 냉각 장치를 구비하고 있다.
패드 온도 조정 장치는 연마 패드의 상방에 배치되어 있다. 따라서 패드 온도 조정 장치는, 웨이퍼에 디펙트를 생기게 하는 일 없이 연마 패드의 표면 온도를 조정할 수 있다.
도 1은 연마 장치를 도시하는 평면도이다.
도 2는 연마 패드의 상방에 배치된 패드 온도 조정 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 연마 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 4는 연마 패드의 반경 방향으로 배열된 복수의 적외선 히터를 도시하는 도면이다.
도 5는 반사판을 구비한 패드 온도 조정 장치를 도시하는 도면이다.
도 6은 흡인 노즐을 구비한 패드 온도 조정 장치를 도시하는 도면이다.
도 7은 흡인 노즐을 구비한 패드 온도 조정 장치를 도시하는 도면이다.
도 8은 패드 온도 조정 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 9는 패드 온도 조정 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 10은 패드 온도 조정 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 11은 도 10에 도시하는 실시 형태에 따른 가열 유체 노즐의 변형예를 도시하는 도면이다.
도 12는 패드 온도 조정 장치의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
도 1은, 연마 장치 PA를 도시하는 평면도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 연마 장치 PA는, 기판의 일례인 웨이퍼(W)를 보유 지지하여 회전시키는 연마 헤드(1)와, 연마 패드(3)를 지지하는 연마 테이블(2)과, 연마 패드(3)의 표면(즉, 연마면(3a))에 연마액(예를 들어 슬러리)을 공급하는 연마액 공급 노즐(4)과, 연마 패드(3)의 표면 온도를 조정하는 패드 온도 조정 장치(5)와, 연마 패드(3)의 연마면(3a)에 세정 유체를 분무하여 연마면(3a)을 세정하는 아토마이저(6)를 구비하고 있다. 연마 장치 PA는, 격벽(7)에 의하여 형성된 연마실(8)의 내부에 배치되어 있다.
연마 헤드(1)는 연직 방향으로 이동 가능하고, 또한 그 축심을 중심으로 하여 화살표로 나타내는 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 웨이퍼(W)는 연마 헤드(1)의 하면에 진공 흡착 등에 의하여 보유 지지된다. 연마 테이블(2)에는 모터(도시하지 않음)가 연결되어 있어서, 화살표로 나타내는 방향으로 회전 가능하게 되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 연마 헤드(1) 및 연마 테이블(2)은 동일한 방향으로 회전한다. 연마 패드(3)는 연마 테이블(2)의 상면에 부착되어 있다.
연마 장치 PA는, 연마 테이블(2) 상의 연마 패드(3)를 드레싱하는 드레서(도시하지 않음)를 더 구비해도 된다. 드레서는, 연마 패드(3)의 연마면(3a) 상을 연마 패드(3)의 반경 방향으로 요동하도록 구성되어 있다.
웨이퍼(W)의 연마는 다음과 같이 하여 행해진다. 연마되는 웨이퍼(W)는 연마 헤드(1)에 의하여 보유 지지되고, 또한 연마 헤드(1)에 의하여 회전된다. 한편, 연마 패드(3)는 연마 테이블(2)과 함께 회전된다. 이 상태에서 연마 패드(3)의 연마면(3a)에는 연마액 공급 노즐(4)로부터 연마액이 공급되고, 또한 웨이퍼(W)의 표면은 연마 헤드(1)에 의하여 연마 패드(3)의 연마면(3a)에 대하여 압박된다. 웨이퍼(W)의 표면은 연마액의 존재 하에서의 연마 패드(3)와의 미끄럼 접촉에 의하여 연마된다. 웨이퍼(W)의 표면은, 연마액의 화학적 작용과, 연마액에 포함되는 지립의 기계적 작용에 의하여 평탄화된다.
도 1에 도시한 바와 같이 연마 장치 PA는, 연마 패드(3)의 표면 온도(즉, 연마면(3a)의 온도)를 측정하는 패드 온도 측정기(10)와, 패드 온도 측정기(10)에 의하여 측정된 연마 패드(3)의 표면 온도에 기초하여 패드 온도 조정 장치(5)를 제어하는 제어 장치(11)를 구비하고 있다. 도 1에서는, 제어 장치(11)는 격벽(7)의 외부에 배치되어 있지만, 격벽(7)의 내부에 배치되어도 된다.
도 2는, 연마 패드(3)의 상방에 배치된 패드 온도 조정 장치(5)를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시한 바와 같이 패드 온도 조정 장치(5)는, 연마 패드(3)의 연마면(3a)의 상방에 배치된 비접촉형의 패드 온도 조정 장치이다. 패드 온도 조정 장치(5)는, 연마 패드(3)의 연마면(3a)과 평행으로 연장되는 가열 장치(적외선 히터)(15)를 구비하고 있다.
적외선 히터(15)는 적외선(복사열)을 연마 패드(3)의 연마면(3a)에 방사한다. 본 실시 형태에서는, 적외선 히터(15)는 연마 패드(3)와 평행(즉, 수평 방향)으로 배치된 원반 형상을 갖고 있지만, 적외선 히터(15)의 형상은 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 일 실시 형태에서는, 적외선 히터(15)는, 연마 패드(3)의 반경 방향으로 연장되는 직사각형을 가져도 된다. 일 실시 형태에서는, 적외선 히터(15)는, 연마 패드(3)의 반경 방향을 따라 요동 가능하게 구성되어도 된다.
도 2에 도시한 바와 같이 적외선 히터(15)는 연마 패드(3)의 상방에 배치되어 있다. 보다 구체적으로는, 적외선 히터(15)는, 연마 패드(3)의 연마면(3a) 상에 공급된 연마액에는 부착되지 않고, 또한 연마면(3a)을 가열하는 것이 가능한 높이에 배치된다. 이와 같은 배치에 의하여 패드 온도 조정 장치(5)는, 적외선 히터(15)와 연마 패드(3)의 접촉에 기인하는 웨이퍼(W)의 오염을 방지할 수 있고, 또한 연마액의, 적외선 히터(15)에 대한 부착을 방지할 수 있다. 따라서 웨이퍼(W)에는 스크래치 등의 디펙트는 생기지 않는다.
도 1에 도시한 바와 같이, 패드 온도 측정기(10)는, 연마 테이블(2)의 회전 방향에 있어서, 패드 온도 조정 장치(5)의 하류측에 인접하여 배치되어 있다. 일 실시 형태에서는, 패드 온도 측정기(10)는, 연마 패드(3)의 반경 방향을 따른 복수 점에 있어서, 연마 패드(3)의 표면 온도를 측정하도록 배치되어도 된다. 패드 온도 조정 장치(5)를 기준으로 한 경우, 패드 온도 조정 장치(5)와 연마 헤드(1) 사이의 영역은 패드 온도 조정 장치(5)의 상류측의 영역이고, 패드 온도 조정 장치(5)와 아토마이저(6) 사이의 영역은 패드 온도 조정 장치(5)의 하류측의 영역이다.
패드 온도 측정기(10)를 패드 온도 조정 장치(5)의 하류측에 배치함으로써 연마 장치 PA는 다음과 같은 효과를 발휘할 수 있다. 연마 헤드(1)에 보유 지지된 웨이퍼(W)가 연마되면, 연마 열과 웨이퍼(W)로의 흡열에 기인하여, 연마 테이블(2)의 회전 방향에 있어서의 연마 헤드(1)의 상류측의 영역과 하류측의 영역 사이에 있어서, 연마면(3a)의 온도 차가 생긴다. 가령 연마 헤드(1)의 하류측과 패드 온도 조정 장치(5) 사이의 영역에 패드 온도 측정기(10)를 배치하여 이 영역의 온도를 제어하는 경우, 상기 온도 차가 외란 요인으로 되어서 온도 제어에 지연이 생길 뿐 아니라, 온도 제어가 불안정해질 가능성이 크다. 본 실시 형태에서는, 패드 온도 측정기(10)는 패드 온도 조정 장치(5)의 하류측에 배치되어 있다. 따라서 제어 장치(11)는 상기 외란 요인의 영향을 받는 일 없이, 패드 온도 조정 장치(5)의 하류측에 있어서의 연마면(3a)의 온도에 기초하여 연마면(3a)의 온도 제어를 행할 수 있다. 결과로서 온도 제어의 지연을 작게 할 수 있어서 보다 안정적인 온도 제어를 행하는 것이 가능해진다.
일 실시 형태에서는, 연마 장치 PA는, 패드 온도 조정 장치(5)의 하류측에 배치된 패드 온도 측정기(10)에 추가하여, 패드 온도 조정 장치(5)와 연마 헤드(1) 사이의 영역(즉, 패드 온도 조정 장치(5)의 상류측)에 배치된 패드 온도 측정기(도시하지 않음)를 구비해도 된다. 이 패드 온도 측정기는 패드 온도 측정기(10)(도 1 참조)와 동일한 구성을 가져도 되고, 또는 상이한 구성을 가져도 된다.
패드 온도 측정기(10)는 접촉 또는 비접촉으로 연마 패드(3)의 표면 온도를 측정하여, 표면 온도의 측정값을 제어 장치(11)로 보낸다. 패드 온도 측정기(10)는 소정 시간마다 연마 패드(3)의 표면 온도를 측정해도 된다. 제어 장치(11)는, 연마 패드(3)의 표면 온도가 미리 설정된 목표 온도로 유지되도록, 측정된 표면 온도에 기초하여 패드 온도 조정 장치(5)(보다 구체적으로는 적외선 히터(15))를 제어한다. 예를 들어 제어 장치(11)는, 패드 온도 측정기(10)에 의하여 측정된 표면 온도에 기초하여 패드 온도 조정 장치(5)를 피드백 제어(보다 구체적으로는 PID 제어)한다.
제어 장치(11)는, 프로그램을 저장한 기억 장치(11a)와, 프로그램에 따라 연산을 실행하는 처리 장치(11b)를 구비하고 있다. 컴퓨터를 포함하는 제어 장치(11)는, 기억 장치(11a)에 전기적으로 저장된 프로그램에 따라 동작한다. 프로그램은, 적어도 패드 온도 조정 장치(5)를 동작시키는 명령을 포함하고 있다.
상기 프로그램은, 비일시적인 유형물인 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록되며, 기록 매체를 통하여 제어 장치(11)에 제공된다. 또는 프로그램은, 인터넷 또는 로컬 에어리어 네트워크 등의 통신 네트워크를 통하여 통신 장치(도시하지 않음)로부터 제어 장치(11)에 입력되어도 된다.
도 3은, 연마 장치 PA의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은 상술한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 제어 장치(11)는, 연마의 진행에 수반하여 변화되는 웨이퍼(W)의 막 두께에 기초하여 연마 패드(3)의 목표 온도를 결정해도 된다. 도 3에 도시한 바와 같이 연마 장치 PA의 연마 테이블(2)은, 웨이퍼(W)의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정기(20)를 구비해도 된다. 막 두께 측정기(20)는 제어 장치(11)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어 장치(11)는, 막 두께 측정기(20)에 의하여 측정된 웨이퍼(W)의 막 두께에 기초하여 연마 패드(3)의 목표 온도를 결정해도 된다. 제어 장치(11)는, 결정된 목표 온도에 기초하여 연마 패드(3)의 표면 온도가 목표 온도로 유지되도록 패드 온도 조정 장치(5)를 제어한다.
일 실시 형태에서는, 제어 장치(11)는 웨이퍼(W)의 연마의 종점을 고정밀도로 결정하기 위하여, 웨이퍼(W)의 막 두께가, 목표로 하는 두께에 접근함에 따라 연마 패드(3)의 목표 온도를 점차 낮추어도 된다. 상술한 바와 같이 웨이퍼(W)의 연마 레이트는 연마 패드(3)의 표면 온도에 의존한다. 따라서 연마 패드(3)의 목표 온도의 저하에 수반하여 연마 패드(3)의 표면 온도를 저하시킴으로써 웨이퍼(W)의 연마 레이트는 점차 저하된다. 이와 같이 하여 제어 장치(11)는 웨이퍼(W)의 연마의 종점을 고정밀도로 결정할 수 있다.
다른 실시 형태에서는, 제어 장치(11)는, 웨이퍼(W)의 막 두께가 소정의 두께에 도달하기까지 연마 패드(3)의 목표 온도를 상승시키고, 웨이퍼(W)의 막 두께가 소정의 두께에 도달한 후, 연마 패드(3)의 목표 온도를 낮추어도 된다.
막 두께 측정기(20)의 일례로서 와전류 센서 또는 광학 센서를 들 수 있다. 와전류 센서는, 웨이퍼(W)의 와전류에 의하여 형성되는 쇄교 자속을 검출하고, 검출한 쇄교 자속에 기초하여 웨이퍼(W)의 두께를 검출하는 센서이다. 광학 센서는, 웨이퍼(W)에 광을 조사하여, 웨이퍼(W)로부터 반사되는 간섭파를 측정함으로써, 웨이퍼(W)의 두께를 검출하는 센서이다.
일 실시 형태에서는, 패드 온도 조정 장치(5)는, 연마 패드(3)의 연마면(3a)을 냉각하는 냉각 장치(17)를 구비해도 된다(도 1 참조). 냉각 장치(17)의 일례로서, 기체를 연마면(3a)에 분사하여 냉각하는 냉각 장치를 들 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이 냉각 장치(17)는 제어 장치(11)에 전기적으로 접속되어 있어서, 제어 장치(11)는 적외선 히터(15)와는 독립적으로 냉각 장치(17)를 제어할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하여 제어 장치(11)는 연마면(3a)의 온도를 보다 고정밀도로 조정할 수 있다. 이하, 패드 온도 조정 장치(5)의 구성에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 4는, 연마 패드(3)의 반경 방향으로 배열된 복수의 적외선 히터(15A, 15B, 15C)를 도시하는 도면이다. 패드 온도 조정 장치(5)는, 연마 패드(3)의 반경 방향으로 직렬적으로 배열된 복수(본 실시 형태에서는 3개)의 적외선 히터(15A, 15B, 15C)를 구비하고 있다. 또한 적외선 히터의 수는 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 2개의 적외선 히터가 마련되어도 되고, 또는 4개 이상의 적외선 히터가 마련되어도 된다.
복수의 적외선 히터(15A, 15B, 15C)의 각각은 제어 장치(11)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어 장치(11)는 각 적외선 히터(15A, 15B, 15C)를 개별적으로 제어 가능하여, 연마 패드(3)의 표면 온도를 부분적으로 변화시킬 수 있다. 일 실시 형태에서는, 각 적외선 히터(15A, 15B, 15C)는 연마 패드(3)의 반경 방향을 따라 요동 가능하게 구성되어도 된다.
도 5는, 반사판(16)을 구비한 패드 온도 조정 장치(5)를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시한 바와 같이 패드 온도 조정 장치(5)는, 적외선 히터(15)로부터 방사된 적외선을 연마 패드(3)를 향하여 반사하는 반사판(16)을 구비해도 된다. 반사판(16)은 적외선 히터(15)를 덮도록 적외선 히터(15)의 상방에 배치되어 있다. 반사판(16)은 그 반사에 의하여, 적외선 히터(15)로부터 방사된 적외선을 효율적으로 연마 패드(3)의 연마면(3a)으로 반사할 수 있다. 일 실시 형태에서는, 반사판(16)은 적외선 히터(15)의 상방뿐 아니라 적외선 히터(15)의 측방에도 배치되어도 된다.
도 6 및 도 7은, 흡인 노즐(25)을 구비한 패드 온도 조정 장치(5)를 도시하는 도면이다. 도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이 패드 온도 조정 장치(5)는, 적외선 히터(15)에 의하여 가열된 연마 패드(3)의 연마면(3a) 부근의 뜨거운 공기를 흡인함으로써 분위기 온도를 낮추는 흡인 노즐(25)을 구비해도 된다. 흡인 노즐(25)은, 연마면(3a)에 인접하는, 연마면(3a)의 상방의 공기를 흡입하여 연마실(8) 내의 공기 온도를 낮춘다.
흡인 노즐(25)은 흡인 장치(26)에 접속되어 있다. 보다 구체적으로는, 흡인 노즐(25)의 흡인구(25a)는 연마면(3a)의 상방에 배치되어 있고, 흡인 노즐(25)의 접속 단(25b)은 흡인 라인(24)을 개재하여 흡인 장치(26)에 접속되어 있다. 흡인 라인(24)에는 제어 밸브(28)가 접속되어 있다. 이들 흡인 노즐(25), 흡인 라인(24), 제어 밸브(28) 및 흡인 장치(26)는 흡인 기구(40)를 구성하고 있다. 패드 온도 조정 장치(5)는 흡인 기구(40)를 구비하고 있다.
흡인 노즐(25)의 흡인구(25a)는, 연마 패드(3)의 연마면(3a) 상에 공급된 연마액을 흡인하지 않고, 또한 연마면(3a)의 열을 흡인하는 것이 가능한 높이에 배치되어 있다. 도 7에 도시하는 실시 형태에서는, 흡인 노즐(25)의 흡인구(25a)는 적외선 히터(15)의 중앙에 배치되어 있다. 그러나 흡인구(25a)의 배치 장소는, 도 7에 도시하는 실시 형태에 한정되지는 않는다.
상술한 바와 같이 연마 장치 PA는, 격벽(7)에 의하여 형성된 연마실(8) 내에 배치되어 있다(도 1 참조). 따라서 적외선 히터(15)가 구동되면, 연마 패드(3)의 연마면(3a)의 온도 상승과 함께 연마실(8)의 온도가 필요 이상으로 상승해 버릴 우려가 있다. 필요 이상으로 상승한 연마실(8)의 온도는 웨이퍼(W)의 품질에 악영향을 미쳐 버린다. 흡인 노즐(25)은 연마 패드(3)의 연마면(3a)의 열을 흡인함으로써 연마실(8)의 온도를 소정의 온도로 유지할 수 있다.
일 실시 형태에서는, 연마 장치 PA는, 연마실(8)에 배치된 온도 센서(27)를 구비해도 된다(도 7 참조). 온도 센서(27)는 제어 장치(11)에 전기적으로 접속되어 있으며, 온도 센서(27)에 의하여 측정된 연마실(8)의 온도는 제어 장치(11)로 보내진다. 제어 장치(11)는, 온도 센서(27)에 의하여 측정된 연마실(8)의 온도에 기초하여 연마실(8)의 온도가 소정의 온도로 유지되도록, 혹은 소정의 온도를 초과하지 않도록 제어 밸브(28)를 조작해도 된다.
도 8은, 패드 온도 조정 장치(5)의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은, 상술한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 패드 온도 조정 장치(5)는 적외선 히터(15)에 인접하여 배치되고, 또한 연마 패드(3)의 연마면(3a)을 향하는 공기의 흐름(도 8의 화살표 참조)을 형성하는 팬(29)을 구비해도 된다.
도 8에 도시하는 실시 형태에서는, 팬(29)은 적외선 히터(15)의 상방에 배치되어 있으며, 적외선 히터(15)를 개재하여 연마 패드(3)의 연마면(3a)에 대향하여 배치되어 있다. 일 실시 형태에서는, 팬(29)은 적외선 히터(15)의 하방에 배치되어도 된다.
팬(29)은 제어 장치(11)에 전기적으로 접속되어 있으며, 제어 장치(11)는 팬(29)을 구동 가능하다. 적외선 히터(15)가 구동된 상태에서 팬(29)이 구동되면, 팬(29)의 주위의 공기는 열풍으로 되어 연마 패드(3)의 연마면(3a)으로 보내진다. 제어 장치(11)는, 팬(29)에 의하여 보내지는 공기의 유속(즉, 풍속)을, 연마 패드(3) 상의 연마액이 비산되지 않는 정도의 유속으로 제어한다. 도 8에 도시하는 실시 형태에서는 단일의 팬(29)이 마련되어 있지만, 팬(29)의 수는 본 실시 형태에 한정되지는 않는다. 복수의 팬(29)이 마련되어도 된다.
제어 장치(11)는 적외선 히터(15) 및 팬(29)을 제각기 제어 가능하다. 따라서 일 실시 형태에서는, 제어 장치(11)는, 패드 온도 측정기(10)에 의하여 측정된 연마 패드(3)의 표면 온도에 기초하여, 적외선 히터(15)를 구동하지 않고 팬(29)만을 구동해도 된다. 결과로서 연마 패드(3)의 연마면(3a)는 팬(29)의 회전에 의하여 보내지는 공기에 의하여 냉각된다.
상술한 실시 형태에서는, 패드 온도 조정 장치(5)는 다양한 구성을 구비하고 있다. 이들 다양한 구성은 필요에 따라, 가능한 한 조합되어도 된다. 특히 패드 온도 조정 장치(5)는, 도 5, 도 6 및 도 8에 도시하는 실시 형태로부터 선택된 적어도 하나의 조합을 구비해도 된다.
도 9 및 도 10은, 패드 온도 조정 장치(5)의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 특별히 설명하지 않는 본 실시 형태의 구성 및 동작은 상술한 실시 형태와 동일하므로, 그 중복되는 설명을 생략한다.
도 9 및 도 10에 도시하는 실시 형태에서는, 패드 온도 조정 장치(5)는 적외선 히터(15)를 구비하고 있지 않으며, 그 대신, 가열 유체를 연마 패드(3)의 연마면(3a)에 분사하는 가열 유체 노즐(30)을 구비하고 있다.
패드 온도 조정 장치(5)는, 가열 유체 노즐(30)로부터 공급된 가열 유체를 흡인하는 흡인 노즐(25)을 구비해도 된다. 흡인 노즐(25)은, 도 6에 도시하는 실시 형태에 따른 흡인 노즐(25)과 마찬가지의 구성을 갖고 있다. 따라서 흡인 노즐(25)의 구성의 설명을 생략한다.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이 가열 유체 노즐(30)은, 가열 유체가 흡인 노즐(25)의 흡인구(25a)를 향하여 흐르도록 흡인 노즐(25)의 흡인구(25a)의 주위에 배치된 복수의 공급구(30a)를 구비하고 있다.
도 10에 도시한 바와 같이, 가열 유체 노즐(30)은 가열 유체 공급원(32)에 접속되어 있다. 보다 구체적으로는, 가열 유체 노즐(30)의 공급구(30a)는 연마면(3a)의 상방에 배치되어 있으며, 가열 유체 노즐(30)의 접속 단(30b)은, 공급 라인(31)을 개재하여 가열 유체 공급원(32)에 접속되어 있다. 공급 라인(31)에는 제어 밸브(33)가 접속되어 있다. 가열 유체 노즐(30), 공급 라인(31), 가열 유체 공급원(32) 및 제어 밸브(33)는 가열 기구(50)를 구성하고 있다. 패드 온도 조정 장치(5)는 가열 기구(50)를 구비하고 있다.
제어 장치(11)는 제어 밸브(33)에 전기적으로 접속되어 있다. 제어 장치(11)가 제어 밸브(33)을 열면, 공급 라인(31)을 통하여 가열 유체 노즐(30)의 공급구(30a)로부터 가열 유체가 연마 패드(3)의 연마면(3a)을 향하여 공급된다. 가열 유체의 일례로서 고온의 공기(즉, 열풍)나 가열 증기나 과열 증기를 들 수 있다. 또한 과열 증기란, 포화 증기를 더 가열한 고온의 증기를 의미한다.
도 10에 도시하는 실시 형태에서는, 3개의 공급구(30a)가 흡인 노즐(25)의 흡인구(25a)를 둘러싸도록 등간격으로 배치되어 있는데, 공급구(30a)의 수는 본 실시 형태에 한정되지 않는다. 공급구(30a)의 수는 2개여도 되고, 또는 4개 이상이어도 된다. 복수의 공급구(30a)는 흡인구(25a)를 둘러싸도록 부등간격으로 배치되어도 된다.
도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이 패드 온도 조정 장치(5)는, 흡인 노즐(25)의 흡인구(25a) 및 가열 유체 노즐(30)의 공급구(30a)를 덮는 단열 커버(35)를 구비해도 된다.
도 11은, 도 10에 도시하는 실시 형태에 따른 가열 유체 노즐(30)의 변형예를 도시하는 도면이다. 각 공급구(30a)는, 가열 유체가 연마실(8)에 퍼지지 않고, 또한 연마 패드(3) 상의 연마액이 비산되지 않는 각도로 경사져도 된다. 일 실시 형태에서는, 도 11에 도시한 바와 같이 복수(본 실시 형태에서는 3개)의 공급구(30a)는, 가열 유체에 의하여 흡인 노즐(25)의 흡인구(25a)를 향하는 선회류(도 11의 원호형 화살표 참조)가 형성되도록 흡인 노즐(25)의 흡인구(25a)를 향하여 소정의 각도로 경사져 있다. 도 11에 도시하는 실시 형태에서는, 각 공급구(30a)는 단열 커버(35)의 원주 방향을 따라 연장되면서 흡인구(25a)를 향하여 소정의 각도로 경사져 있다.
연마실(8)을 구성하는 연마 유닛에서는, 연마액을 사용하여 웨이퍼(W)가 연마되기 때문에 연마 유닛은 가장 오염된 영역이다. 따라서 연마 유닛의 내부(즉, 연마실(8))에는 부압이 형성되며, 그 압력은 다른 유닛(예를 들어 세정 유닛)보다도 낮게 유지된다. 패드 온도 조정 장치(5)가 가열 유체 노즐(30)을 통하여 가열 유체를 계속해서 공급하면, 연마실(8)의 압력이 소정의 압력보다도 상승할 우려가 있다. 따라서 제어 장치(11)는, 연마실(8)에 배치된 압력 센서(도시하지 않음) 등의 수단에 의하여 연마실(8)의 압력을 감시하여, 연마실(8)의 압력이 적절한 압력으로 유지되도록 제어 밸브(33)(및/또는 제어 밸브(28))의 개폐 동작을 제어해도 된다.
일 실시 형태에서는, 제어 장치(11)는, 흡인 노즐(25)에 흡인되는 유체의 유량이 가열 유체 노즐(30)로부터 공급되는 가열 유체의 유량 이상으로 되도록 패드 온도 조정 장치(5)(보다 구체적으로는 제어 밸브(28) 및 제어 밸브(33))를 제어한다. 이와 같은 제어에 의하여, 패드 온도 조정 장치(5)는 연마실(8)의 압력을 적절한 압력으로 유지하고, 및/또는 연마실(8)의 온도 상승을 억제할 수 있다.
도 12는, 패드 온도 조정 장치(5)의 또 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 도 5에 도시하는 실시 형태와 도 9에 도시하는 실시 형태를 조합해도 된다. 도 12에 도시하는 실시 형태에서는, 단열 커버(35)의 내면에는 반사판(16)이 부착되어 있다. 또한 도 2에 도시하는 실시 형태(즉, 반사판(16)이 마련되어 있지 않은 실시 형태)와 도 9에 도시하는 실시 형태를 조합해도 된다.
연마 패드(3)의 표면 온도는, 상술한 실시 형태에서 설명한 구성에 기초하여 변경 가능하다. 예를 들어 적외선 히터(15)에 공급되는 전류의 크기를 변경하는 수단, 반사판(16)의 각도를 변경하는 수단, 적외선 히터(15)와 연마 패드(3)의 연마면(3a) 사이의 거리를 변경하는 수단, 팬(29)의 회전 속도를 변경하는 수단, 및 가열 유체를 연마 패드(3)의 연마면(3a)에 접촉시키는 각도를 변경하는 수단 중 적어도 하나의 수단을 채용함으로써, 제어 장치(11)는 연마 패드(3)의 표면 온도를 변경할 수 있다.
반사판(16)의 각도를 변경하는 경우, 제어 장치(11)는, 반사판(16)의 각도를 변경 가능한 모터(도시하지 않음)의 동작을 제어해도 된다. 적외선 히터(15)와 연마 패드(3)의 연마면(3a) 사이의 거리를 변경하는 경우, 제어 장치(11)는, 적외선 히터(15)의 높이를 조정 가능한 모터(도시하지 않음)의 동작을 제어해도 된다. 가열 유체를 연마면(3a)에 접촉시키는 각도를 변경하는 경우, 제어 장치(11)는, 가열 유체 노즐(30)의 각도를 변경 가능한 모터(도시하지 않음)의 동작을 제어해도 된다.
도 4에 도시하는 실시 형태에서는, 연마 패드(3)의 표면 온도를 부분적으로 변화시키는 일례에 대하여 설명하였지만, 이하에 설명하는 수단에 의하여 연마 패드(3)의 표면 온도를 부분적으로 변화시켜도 된다. 예를 들어 반사판(16)의 각도를 변경하는 수단, 적외선 히터(15)의 배향각을 변경하는 수단, 및 가열 유체를 접촉시키는 각도를 변경하는 수단 중 적어도 하나의 수단을 채용함으로써, 제어 장치(11)는 연마 패드(3)의 표면 온도를 부분적으로 변화시킬 수 있다.
상술한 실시 형태는, 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자가 본 발명을 실시할 수 있을 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시 형태의 다양한 변형예는, 당업자이면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시 형태에도 적용할 수 있는 것이다. 따라서 본 발명은 기재된 실시 형태에 한정되지 않으며, 특허 청구의 범위에 의하여 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되어야 한다.
PA: 연마 장치
1: 연마 헤드
2: 연마 테이블
3: 연마 패드
3a: 연마면
4: 연마액 공급 노즐
5: 패드 온도 조정 장치
6: 아토마이저
7: 격벽
8: 연마실
10: 패드 온도 측정기
11: 제어 장치
11a: 기억 장치
11b: 처리 장치
15: 가열 장치(적외선 히터)
15A, 15B, 15C: 적외선 히터
16: 반사판
17: 냉각 장치
20: 막 두께 측정기
24: 흡인 라인
25: 흡인 노즐
25a: 흡인구
25b: 접속 단
26: 흡인 장치
27: 온도 센서
28: 제어 밸브
29: 팬
30: 가열 유체 노즐
30a: 공급구
30b: 접속 단
31: 공급 라인
32: 가열 유체 공급원
33: 제어 밸브
35: 단열 커버
40: 흡인 기구
50: 가열 기구

Claims (12)

  1. 연마 패드를 지지하는 연마 테이블과,
    기판을 상기 연마 패드에 압박하는 연마 헤드와,
    상기 연마 패드의 상방에 배치된 비접촉형의 패드 온도 조정 장치와,
    상기 연마 패드의 표면 온도를 측정하는 패드 온도 측정기와,
    상기 패드 온도 측정기에 의하여 측정된 상기 연마 패드의 표면 온도에 기초하여 상기 패드 온도 조정 장치를 제어하는 제어 장치를 구비하고,
    상기 패드 온도 측정기는, 상기 연마 테이블의 회전 방향에 있어서, 상기 패드 온도 조정 장치의 하류측에 인접하여 배치되어 있는, 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패드 온도 조정 장치는, 적외선을 상기 연마 패드의 표면에 방사하는 적외선 히터를 구비하고 있는, 연마 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 적외선 히터로부터 방사된 적외선을 상기 연마 패드를 향하여 반사하는 반사판을 구비하고 있는, 연마 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 표면 부근의 뜨거운 공기를 흡인함으로써 분위기 온도를 낮추는 흡인 노즐을 구비하고 있는, 연마 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 표면을 향하는 공기의 흐름을 형성하는 팬을 구비하고 있는, 연마 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 반경 방향으로 배열된 복수의 적외선 히터를 구비하고 있고,
    상기 제어 장치는 상기 복수의 적외선 히터의 각각을 개별적으로 제어하여 상기 연마 패드의 표면 온도를 부분적으로 변화시키는, 연마 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 장치는, 상기 기판의 막 두께를 측정하는 막 두께 측정기를 구비하고 있고,
    상기 제어 장치는, 상기 막 두께 측정기에 의하여 측정된 상기 기판의 막 두께에 기초하여 상기 연마 패드의 목표 온도를 결정하고, 상기 결정된 목표 온도에 기초하여 상기 패드 온도 조정 장치를 제어하는, 연마 장치.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패드 온도 조정 장치는, 가열 유체를 상기 연마 패드의 표면에 내뿜는 가열 유체 노즐을 구비하고 있는, 연마 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 표면의 열을 흡인하는 흡인 노즐을 구비하고 있고,
    상기 가열 유체 노즐은, 가열 유체가 상기 흡인 노즐의 흡인구를 향하여 흐르도록 상기 흡인 노즐의 흡인구의 주위에 배치된 복수의 공급구를 구비하고 있는, 연마 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 공급구는, 가열 유체에 의하여 상기 흡인 노즐의 흡인구를 향하는 선회류가 형성되도록 상기 흡인 노즐의 흡인구를 향하여 소정의 각도로 경사져 있는, 연마 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제어 장치는, 상기 흡인 노즐에 흡인되는 유체의 유량이 상기 가열 유체 노즐로부터 공급되는 가열 유체의 유량 이상으로 되도록 상기 패드 온도 조정 장치를 제어하는, 연마 장치.
  12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패드 온도 조정 장치는, 상기 연마 패드의 표면을 냉각하는 냉각 장치를 구비하고 있는, 연마 장치.
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