KR20220145732A - 연마 방법 및 연마 공구 - Google Patents

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KR20220145732A
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나루토 후와
료헤이 요코타
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가부시기가이샤 디스코
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Abstract

(과제) 피연마면의 중심 근방의 패임의 발생을 억제한다.
(해결 수단) 웨이퍼를 유지한 상태에서 회전 가능한 척 테이블과, 연마 공구가 장착된 스핀들을 갖는 연마 유닛을 구비하는 연마 장치를 사용하여, 웨이퍼를 연마하는 연마 방법으로서, 연마 공구는, 원판상의 기대와, 기대의 일면에 고정되어 있고, 또한, 기대의 직경 방향의 중앙부에 위치하여 소정 직경을 갖는 개구부를 포함하는 환상의 연마층을 갖고, 기대의 반경 방향에 있어서의 연마층의 유효 연마 영역의 최대 폭은, 웨이퍼의 반경보다 작고, 또한, 웨이퍼의 반경은, 개구부의 직경보다 작고, 연마 방법은, 유지면에서 웨이퍼를 유지하는 유지 공정과, 웨이퍼의 외주 가장자리의 일부가 연마층의 외주로부터 돌출됨과 함께, 웨이퍼의 중심이 연마층의 개구부에 위치하도록, 웨이퍼와 연마 공구를 위치시킨 상태에서, 웨이퍼를 연마하는 연마 공정을 구비하는 연마 방법을 제공한다.

Description

연마 방법 및 연마 공구{POLISHING METHOD AND POLISHING TOOL}
본 발명은, 웨이퍼를 연마하는 연마 방법과, 웨이퍼를 연마할 때에 사용되는 연마 공구에 관한 것이다.
휴대 전화, PC 등의 전자 기기에는, 반도체 디바이스 칩이 탑재된다. 반도체 디바이스 칩은, 예를 들어, 표면에 복수의 분할 예정 라인이 격자상으로 설정되고 당해 복수의 분할 예정 라인으로 구획된 각 영역에 IC (Integrated Circuit), LSI (Large Scale Integration) 등의 디바이스가 형성된 반도체 웨이퍼를 가공하여 제조된다.
구체적으로는, 반도체 웨이퍼의 이면측을 연삭하여 박화한 후, 각 분할 예정 라인을 따라 당해 반도체 웨이퍼를 절단함으로써, 반도체 디바이스 칩이 제조된다. 반도체 웨이퍼의 연삭에는, 연삭 장치가 사용된다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼의 이면측에 대하여 조 (粗) 연삭 및 마무리 연삭을 순차적으로 실시함으로써, 반도체 웨이퍼는, 소정 두께까지 박화된다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
그러나, 연삭에 의해, 피연삭면에는 연삭 흠집 (즉, 소마크) 이 형성된다. 피연삭면에 연삭 흠집이 남은 상태에서, 반도체 웨이퍼를 반도체 디바이스 칩으로 분할하면, 연삭 흠집이 없는 경우에 비하여 반도체 디바이스 칩의 항절 강도가 저하된다.
그래서, 연삭 후에는, 반도체 웨이퍼의 이면측을 연마하여 소마크를 제거하는 CMP (Chemical Mechanical Polishing : 화학 기계 연마) 가 실시된다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조). CMP 에서 사용되는 연마 장치는, 원판상의 척 테이블을 갖는다.
척 테이블은, 반도체 웨이퍼를 흡인 유지하는 유지면을 갖는다. 척 테이블의 상방에는, 원기둥상의 스핀들을 갖는 연마 유닛이 배치되어 있다. 스핀들은, 연직 방향과 대략 평행하게 배치되어 있다.
스핀들의 하단부에는, 예를 들어, 휠 마운트를 개재하여 원판상의 연마 휠이 장착된다 (예를 들어, 특허문헌 3 참조). 당해 연마 휠은, 상면의 중앙부로부터 하면의 중앙부까지 관통하는 구멍이 형성된 휠 기대를 갖는다.
휠 기대의 일면에는, 이 구멍의 주위에 복수의 세그먼트 연마 패드가 환상으로 배치되어 있다. 각 세그먼트 연마 패드는, 휠 기대의 반경 방향에 있어서, 척 테이블에서 유지된 웨이퍼의 직경보다 작고, 또한, 이 웨이퍼의 반경보다 큰 폭의 연마 영역을 갖는다.
일본 공개특허공보 2000-288881호 일본 공개특허공보 평8-99265호 일본 특허 제5405979호
그러나, 이 연마 휠을 사용하여 웨이퍼를 연마했을 경우, 웨이퍼의 피연마면의 중심 근방이 과잉으로 연마되어, 웨이퍼의 중심 근방에 패임이 발생하는 경우가 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 웨이퍼의 피연마면의 중심 근방의 패임의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 웨이퍼를 유지한 상태에서 회전 가능한 척 테이블과, 그 척 테이블의 유지면에서 유지된 그 웨이퍼를 연마하는 연마 공구가 장착된 스핀들을 갖는 연마 유닛을 구비하는 연마 장치를 사용하여, 그 웨이퍼를 연마하는 연마 방법으로서, 그 연마 공구는, 원판상의 기대와, 그 기대의 일면에 고정되어 있고, 또한, 그 기대의 직경 방향의 중앙부에 위치하여 소정 직경을 갖는 개구부를 포함하는 환상의 연마층, 을 갖고, 그 기대의 반경 방향에 있어서의 그 연마층의 유효 연마 영역의 최대 폭은, 그 웨이퍼의 반경보다 작고, 또한, 그 웨이퍼의 반경은, 그 개구부의 직경보다 작고, 그 연마 방법은, 그 유지면에서 그 웨이퍼를 유지하는 유지 공정과, 그 웨이퍼의 외주 가장자리의 일부가 그 연마층의 외주보다 돌출됨과 함께, 그 웨이퍼의 중심이 그 연마층의 그 개구부에 위치하도록, 그 웨이퍼와 그 연마 공구를 위치시킨 상태에서, 그 연마 공구를 그 스핀들 주위로 회전시키면서 그 웨이퍼를 연마하는 연마 공정을 구비하는 연마 방법이 제공된다.
바람직하게는, 그 연마 공정에서는, 그 웨이퍼의 일면의 중심을 통과하는 그 연마 공구의 직경 방향을 따라, 그 연마 공구와, 그 웨이퍼를 상대적으로 이동시킨다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 웨이퍼를 연마할 때에 사용되는 연마 공구로서, 그 연마 공구는, 원판상의 기대와, 그 기대의 일면에 고정되어 있고, 또한, 그 기대의 직경 방향의 중앙부에 위치하여 소정 직경을 갖는 개구부를 포함하는 환상의 연마층을 구비하고, 그 기대의 반경 방향에 있어서의 그 연마층의 유효 연마 영역의 최대 폭은, 그 개구부의 직경보다 작은 연마 공구가 제공된다.
본 발명의 일 양태에 관련된 연마 방법에서는, 원판상의 기대와, 기대의 일면에 고정되어 있고, 또한, 기대의 직경 방향의 중앙부에 위치하여 소정 직경을 갖는 개구부를 포함하는 환상의 연마층을 갖고, 기대의 반경 방향에 있어서의 연마층의 유효 연마 영역의 최대 폭이 웨이퍼의 반경보다 작고, 또한, 웨이퍼의 반경이 개구부의 직경보다 작은, 연마 공구를 사용한다.
연마 공정에서는, 웨이퍼의 외주 가장자리의 일부가 연마층의 외주보다 돌출됨과 함께, 웨이퍼의 중심이 연마층의 개구부에 위치하도록, 웨이퍼와 연마 공구를 위치시킨 상태에서, 웨이퍼를 연마한다. 그렇기 때문에, 피연마면의 중심 근방에 있어서의 패임의 발생을 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 관련된 연마 공구는, 원판상의 기대와, 기대의 일면에 고정되어 있고, 또한, 기대의 직경 방향의 중앙부에 위치하여 소정 직경을 갖는 개구부를 포함하는 환상의 연마층을 구비한다. 당해 연마 공구에 있어서, 기대의 반경 방향에 있어서의 연마층의 유효 연마 영역의 최대 폭은, 개구부의 직경보다 작다. 그렇기 때문에, 개구부의 직경보다 작은 반경을 갖는 웨이퍼를 연마하는 경우에, 피연마면의 중심 근방에 있어서의 패임의 발생을 억제할 수 있다.
도 1 은, 연마 장치의 사시도이다.
도 2 는, 연마 공구의 하면도이다.
도 3 은, 연마 방법의 플로도이다.
도 4 는, 웨이퍼를 연마하는 모습을 나타내는 도면이다.
도 5 는, 도 5(A) 는 제 1 실시형태에 있어서의 연마 공구와 웨이퍼의 위치 관계를 나타내는 개략 하면도이고, 도 5(B) 는 전방 위치에 배치된 상태에서 연마되는 웨이퍼를 나타내는 개략 단면도이고, 도 5(C) 는 후방 위치에 배치된 상태에서 연마되는 웨이퍼를 나타내는 개략 단면도이다.
도 6 은, 연마에 의한 웨이퍼의 제거량을 나타내는 그래프이다.
도 7 은, 도 7(A) 는 비교예에 있어서의 연마 공구와 웨이퍼의 위치 관계를 나타내는 개략 하면도이고, 도 7(B) 는 전방 위치에 배치된 상태에서 연마되는 웨이퍼를 나타내는 개략 단면도이고, 도 7(C) 는 후방 위치에 배치된 상태에서 연마되는 웨이퍼를 나타내는 개략 단면도이다.
도 8 은, 제 2 실시형태에 관련된 연마 공구의 하면도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일 양태에 관련된 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1 은, 연마 장치 (2) 의 사시도이다. 또한, 도 1 에 나타내는 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향 (연직 방향, 연마 이송 방향) 은 서로 직교한다.
연마 장치 (2) 는, 구성 요소를 지지하는 기대 (4) 를 갖는다. 기대 (4) 의 상부에는, Y 축 방향으로 길이부를 갖는 개구 (4a) 가 형성되어 있다. 개구 (4a) 에는, 원판상의 척 테이블 (6) 이 배치되어 있다.
척 테이블 (6) 은, 금속제의 프레임체와, 다공질 세라믹스로 형성된 다공질판을 갖는다. 프레임체의 상면 (8a1) 과, 다공질판의 상면 (8a2) 은, 면일이 되어 있고, 대략 평탄한 유지면 (6a) 을 구성하고 있다.
프레임체에는, 소정 유로 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 이 유로에는, 이젝터 등의 흡인원 (도시 생략) 이 접속되어 있다. 흡인원에서 발생된 부압은, 소정 유로를 통하여 다공질판의 상면 (8a2) 에 전달된다.
유지면 (6a) 에는, 다공질판의 상면 (8a2) 과 대략 동일한 직경을 갖는 웨이퍼 (11) (도 4 참조) 의 표면 (11a) 측이 흡인 유지된다. 본 실시형태의 웨이퍼 (11) 의 직경은, 다공질판의 상면 (8a2) 의 직경 이상이고, 프레임체의 상면 (8a1) 의 외경 미만이다.
웨이퍼 (11) 는, 실리콘 등으로 형성된 원판상의 반도체 웨이퍼로서, 표면 (11a) 측에 복수의 분할 예정 라인 (도시 생략) 이 격자상으로 설정되어 있다. 각 분할 예정 라인으로 구획된 각 영역에는 IC, LSI 등의 디바이스 (도시 생략) 가 형성되어 있다.
연마시에는, 표면 (11a) 측이 유지면 (6a) 에 대면하고, 이면 (11b) 측이 상방으로 노출되기 때문에, 디바이스에 대한 데미지를 저감시키기 위해서, 웨이퍼 (11) 와 대략 동일 직경의 수지제의 보호 테이프 (13) 를, 표면 (11a) 측에 첩부하여, 웨이퍼 유닛 (15) 을 형성한다 (도 4 참조).
척 테이블 (6) 의 하부에는, 모터 등의 회전 구동원 (도시 생략) 이 형성되어 있고, 회전 구동원의 출력 축은, 척 테이블 (6) 의 하면측에 연결되어 있다. 척 테이블 (6) 은, 이 출력 축 주위로 회전 가능하다.
회전 구동원은, Y 축 이동판 (도시 생략) 에 지지되어 있다. Y 축 이동판은, Y 축 방향에 대략 평행하게 배치된 1 쌍의 가이드 레일 (도시 생략) 에 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. Y 축 이동판의 하면측에는 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있다.
너트부에는 Y 축 방향에 대략 평행하게 배치된 볼 나사 (도시 생략) 가 회전 가능하게 연결되어 있다. 볼 나사의 일단부에는 펄스 모터 등의 구동원 (도시 생략) 이 연결되어 있다.
Y 축 이동판, 1 쌍의 가이드 레일, 볼 나사, 구동원 등은, 척 테이블 (6) 및 회전 구동원을 Y 축 방향 이동시키는 Y 축 방향 이동 기구를 구성한다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 척 테이블 (6) 및 회전 구동원의 사이에는, 직사각형상의 테이블 베이스 (10) 가 형성되어 있다.
Y 축 방향에 있어서의 테이블 베이스 (10) 의 양측에는, 아코디언상의 신축 커버 (12) 가 형성되어 있다. 테이블 베이스 (10) 는, 척 테이블 (6) 과 함께, 전방 (Y 축 방향의 일방) 측의 반입 반출 영역 (A) 과, 후방 (Y 축 방향의 타방) 측의 연마 영역 (B) 사이를 이동한다.
연마 장치 (2) 의 후방에는, 각기둥상의 기둥부 (14) 가 형성되어 있다. 기둥부 (14) 의 전방측의 측면에는, Z 축 방향을 따라 배치된 1 쌍의 가이드 레일 (16) 이 고정되어 있다. 1 쌍의 가이드 레일 (16) 에는, Z 축 이동판 (18) 이 슬라이드 가능하게 장착되어 있다.
Z 축 이동판 (18) 의 후방측의 측면에는, 너트부 (도시 생략) 가 형성되어 있고, 너트부에는 Z 축 방향에 대략 평행하게 배치된 볼 나사 (20) 가 회전 가능하게 연결되어 있다. 볼 나사 (20) 의 상단부에는 펄스 모터 등의 구동원 (22) 이 연결되어 있다.
1 쌍의 가이드 레일 (16), Z 축 이동판 (18), 볼 나사 (20), 구동원 (22) 등은, Z 축 방향 이동 기구 (24) 를 구성한다. Z 축 이동판 (18) 의 전방측의 측면에는, 연마 유닛 (28) 을 고정시키기 위한 지지부 (26) 가 형성되어 있다.
연마 유닛 (28) 은, 높이 방향이 Z 축 방향에 대략 평행하게 배치된 원통상의 스핀들 하우징 (30) 을 갖는다. 스핀들 하우징 (30) 에는 원기둥상의 스핀들 (32) 의 일부가 회전 가능하게 수용되어 있다.
스핀들 (32) 의 상단부에는, 모터 (34) 가 설치되어 있다. 스핀들 (32) 의 하단부는, 스핀들 하우징 (30) 보다 하방으로 돌출되어 있고, 스핀들 (32) 의 하단부에는, 원판상의 마운트 (36) 의 상면측이 고정되어 있다.
마운트 (36) 의 하면측에는, 나사 등의 고정구 (38) 를 이용하여, 원판상의 연마 공구 (40) 가 장착되어 있다. 여기서, 도 4 를 참조하여, 연마 공구 (40) 에 대하여 설명한다. 연마 공구 (40) 는, 원판상의 기대 (42) 를 갖는다. 기대 (42) 의 상면 (42a) 은, 마운트 (36) 의 하면에 고정되어 있다.
기대 (42) 의 하면 (일면) (42b) 에는, 복수의 세그먼트 연마 패드 (44) 가 고정되어 있다. 세그먼트 연마 패드 (44) 는, 예를 들어, 부직포 등의 연마포와, 연마포 중에 형성되는 지립과, 연마포 중에 지립을 고정시키기 위한 바니시 (Varnish) 등의 결합재를 갖는다.
지립은, 다이아몬드, 산화세륨, 산화실리콘 등으로 형성되어 있고, 예를 들어, 0.01 ㎛ 내지 10.0 ㎛ 정도의 크기를 갖는다. 또한, 세그먼트 연마 패드 (44) 는, 발포 우레탄 등의 발포 플라스틱과, 발포 플라스틱 중에 고정된 지립을 가져도 된다.
복수의 세그먼트 연마 패드 (44) 는, 기대 (42) 의 둘레 방향 (42e) (도 2 참조) 에 있어서 환상으로 배치되어 있고, 연마층 (46) 을 구성하고 있다. 연마층 (46) 의 최하면에는, 원형의 개구부 (46a) 가 형성되어 있다. 개구부 (46a) 는, 소정 직경을 갖고, 기대 (42) 와 동심상으로 기대 (42) 의 직경 방향의 중앙부에 배치되어 있다.
개구부 (46a) 의 바로 위에는, 기대 (42) 의 직경 방향의 중앙부에 형성된 원통상의 개구 (42c) 와, 마운트 (36) 의 직경 방향의 중앙부에 형성된 원통상의 개구 (36a) 와, 스핀들 (32) 의 직경 방향의 중앙부에 형성된 원통상의 개구 (32a) 가, 동심상으로 배치되어 있다 (도 4 참조).
개구 (32a, 36a, 42c) 는, 습식 연마를 실시하는 경우에, 알칼리성의 슬러리가 공급되는 공급로로서 기능한다. 또한, 개구 (32a) 등은, 건식 연마를 실시하는 경우에는, 웨이퍼 (11) 의 온도를 측정하기 위한 온도 센서 및 리드 선이 배치되는 배선 덕트로서 기능한다.
여기서, 도 2 를 참조하여, 세그먼트 연마 패드 (44) 의 구성을 설명한다. 도 2 는, 연마 공구 (40) 의 하면도이다. 제 1 실시형태에서는, 기대 (42) 의 하면 (42b) 의 중심 (42d) 의 주위에 대략 회전 대칭의 양태로, 5 개의 세그먼트 연마 패드 (44) 가 배치되어 있다. 각 세그먼트 연마 패드 (44) 는, 벚꽃의 꽃잎 또는 눈물 방울 (teardrop) 과 유사한 형상을 갖는다.
하면 (42b) 의 둘레 방향 (42e) 에 있어서의 세그먼트 연마 패드 (44) 의 폭은, 하면 (42b) 의 반경 방향 (42f) 의 외측을 향하여, 중심 (42d) 으로부터 소정 위치까지는 확대되고, 당해 소정 위치로부터 외주 단부까지는 축소한다.
중심 (42d) 과 동심이고 반경 방향 (42f) 에 있어서의 제 1 위치 (42p1) 를 통과하는 원 상 (양화살표 (42g) 참조) 에 있어서, 1 개의 세그먼트 연마 패드 (44) 는, 둘레 방향 (42e) 에 인접하는 2 개의 세그먼트 연마 패드 (44) 와 접하고 있다.
각 세그먼트 연마 패드 (44) 에 있어서, 반경 방향 (42f) 에서 제 1 위치 (42p1) 보다 내측 (즉, 중심 (42d) 측) 에 위치하는 제 2 위치 (42p2) 로부터 내측에는, 환상의 육박부 (44a) 가 형성되어 있다. 도 2 에서는, 편의상, 육박부 (44a) 에 사선을 부여하고 있다.
중심 (42d) 과 동심이고 제 2 위치 (42p2) 를 통과하는 원은, 연마층 (46) 에 형성되어 있는 개구부 (46a) 의 외형에 대응한다. 육박부 (44a) 는, 제 2 위치 (42p2) 로부터 중심 (42d) 을 향함에 따라, 서서히 얇아진다. 또한, 육박부 (44a) 의 내측 단부는, 기대 (42) 의 개구 (42c) 보다 외측에 위치하고 있다.
육박부 (44a) 는, 연마 공구 (40) 로 웨이퍼 (11) 를 연마할 때에, 웨이퍼 (11) 에 접촉하지 않는다. 그렇기 때문에, 세그먼트 연마 패드 (44) 중 육박부 (44a) 보다 외측의 영역이, 웨이퍼 (11) 의 연마에 기여하는 유효 연마 영역 (44b) 이 된다.
본 실시형태의 유효 연마 영역 (44b) 은, 반경 방향 (42f) 에 있어서의 최대 폭 (44c) 이, 연마층 (46) 의 개구부 (46a) 의 직경 (46a1) 보다 작다는 (즉, 최대 폭 (44c) ＜ 직경 (46a1)) 특징을 갖는다.
여기서, 도 1 로 돌아가서, 연마 장치 (2) 의 다른 구성 요소에 대하여 설명한다. 연마 장치 (2) 는, 연마 유닛 (28), Y 축 방향 이동 기구, 회전 구동원 등의 동작을 제어하는 제어 유닛 (48) 을 갖는다.
제어 유닛 (48) 은, 예를 들어, CPU (Central Processing Unit) 로 대표되는 프로세서 (처리 장치) 와, DRAM (Dynamic Random Access Memory) 등의 주기억 장치와, 플래시 메모리 등의 보조 기억 장치를 포함하는 컴퓨터에 의해 구성되어 있다.
보조 기억 장치에는, 소정 프로그램을 포함하는 소프트웨어가 기억되어 있다. 이 소프트웨어에 따라 처리 장치 등을 동작시키는 것에 의해, 제어 유닛 (48) 의 기능이 실현된다.
다음으로, 도 3 내지 도 6 을 참조하여, 제 1 실시형태에 관련된 연마 장치 (2) 를 사용하여 웨이퍼 (11) 를 연마하는 연마 방법에 대하여 설명한다. 도 3 은, 연마 장치 (2) 를 사용한 연마 방법의 플로도이다. 또한, 본 실시형태에서 연마하는 웨이퍼 (11) 의 직경은, 300 ㎜ (12 인치) 이다.
먼저, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 유닛 (15) 의 표면 (11a) 측을, 보호 테이프 (13) 를 개재하여 유지면 (6a) 에서 흡인 유지한다 (유지 공정 S10). 유지 공정 S10 후, 상방으로 노출된 이면 (일면) (11b) 측을 연마하는 연마 공정 S20 을 실시한다.
도 4 는, 웨이퍼 (11) 를 연마하는 모습을 나타내는 도면이다. 연마 공정 S20 에서는, 먼저, 척 테이블 (6) 을 소정 방향으로 제 1 회전 수 (예를 들어, 100 rpm) 로 회전시키고, 스핀들 (32) 을 소정 방향으로 제 2 회전 수 (예를 들어, 1600 rpm) 로 회전시킨다.
척 테이블 (6) 및 스핀들 (32) 을 모두 회전시킴과 함께, 또한, Z 축 방향 이동 기구 (24) 로 웨이퍼 (11) 에 소정 하중 (예를 들어, 300 N) 을 인가한 상태에서, 소정 시간 (예를 들어 100 초간), 이면 (11b) 측을 연마한다.
특히, 제 1 실시형태에서는, 웨이퍼 (11) 의 이면 (11b) 의 중심 (11c) 이 개구부 (46a) 에 위치하도록 웨이퍼 (11) 와 연마 공구 (40) 를 위치시킨 상태에서, 연마 공구 (40) 를 회전시키면서 이면 (11b) 측을 연마한다.
도 5(A) 는, 제 1 실시형태에 있어서의 연마 공구 (40) 와 웨이퍼 (11) 의 위치 관계를 나타내는 개략 하면도이다. 또한, 도 5(A) 에서는, 연마층 (46) 을 환상 영역으로 간략화하여 나타낸다. 그러나, 연마층 (46) 의 개구부 (46a) 의 직경 (46a1) 과, 유효 연마 영역 (44b) 의 최대 폭 (44c) 은, 도 2 에 대응하고 있다 (즉, 최대 폭 (44c) ＜ 직경 (46a1)).
제 1 실시형태에서는, 최대 폭 (44c) 이 125 ㎜ 이고, 웨이퍼 (11) 의 반경이 150 ㎜ 이기 때문에, 최대 폭 (44c) 은, 웨이퍼 (11) 의 반경보다 작다. 또한, 직경 (46a1) 이 200 ㎜ 이기 때문에, 웨이퍼 (11) 의 반경은, 직경 (46a1) 보다 작다 (즉, 최대 폭 (44c) ＜ 웨이퍼 (11) 의 반경 ＜ 직경 (46a1)). 또한, 기대 (42) 및 연마층 (46) 의 각각의 외경은, 450 ㎜ 이다.
도 5(B) 는, 전방 위치에 배치된 상태에서 연마되는 웨이퍼 (11) 를 나타내는 웨이퍼 (11) 및 연마층 (46) 의 개략 단면도이다. 도 5(B) 에 나타내는 웨이퍼 (11) 는, 도 5(A) 에 있어서 실선으로 나타내는 웨이퍼 (11) 의 위치에 대응한다.
본 실시형태에서는, 이면 (11b) 의 중심 (11c) 이 개구부 (46a) 에 노출되도록 연마를 실시하기 때문에, 웨이퍼 (11) 가 전방 위치에 있을 때, 웨이퍼 (11) 의 회전의 중심축은, 개구부 (46a) 의 단부보다 약간 내측에 위치한다.
또한, 웨이퍼 (11) 가 전방 위치에 있을 때, 이면 (11b) 의 중심 (11c) 이 개구부 (46a) 에 노출됨과 함께, 웨이퍼 (11) 의 전방측의 단부 (외주 가장자리의 일부) (11d) 는, 연마층 (46) 에 덮이지 않고, 연마층 (46) 의 외주로부터 돌출된다.
도 5(C) 는, 후방 위치에 배치된 상태에서 연마되는 웨이퍼 (11) 를 나타내는 웨이퍼 (11) 및 연마층 (46) 의 개략 단면도이다. 도 5(C) 에 나타내는 웨이퍼 (11) 는, 도 5(A) 에 있어서 파선으로 나타내는 웨이퍼 (11) 의 위치에 대응한다.
웨이퍼 (11) 가 후방 위치에 있을 때에도, 이면 (11b) 의 중심 (11c) 은, 개구부 (46a) 에 노출됨과 함께, 웨이퍼 (11) 의 전방측의 단부 (11d) 는, 연마층 (46) 에 덮이지 않고, 연마층 (46) 의 외주로부터 약간 돌출된다.
연마 공정 S20 에서는, 전방 위치 (도 5(B)) 와 후방 위치 (도 5(C)) 사이에서, 웨이퍼 (11) 가 왕복 이동하도록, 이면 (11b) 의 중심 (11c) 을 통과하는 기대 (42) 의 직경 방향 (42h) 을 따라, 웨이퍼 (11) 및 연마 공구 (40) 를 상대적으로 이동시킨다.
예를 들어, Y 축 방향 이동 기구를 동작시켜, 척 테이블 (6) 을 0.1 ㎜/s 내지 0.2 ㎜/s 로 Y 축 방향을 따라 이동시키면서, 웨이퍼 (11) 를 연마한다. 또한, 최대 폭 (44c) 이 125 ㎜, 웨이퍼 (11) 의 반경이 150 ㎜, 직경 (46a1) 이 200 ㎜ 인 본 예에서는, 진폭 25 ㎜ 미만으로 왕복 이동시킨다.
그렇기 때문에, 중심 (11c) 을 개구부 (46a) 에 항상 위치시킨 상태에서, 이면 (11b) 측을 연마할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 (11) 의 중심 (11c) 근방에 있어서의 과잉의 연마를 방지할 수 있어, 중심 (11c) 근방에 있어서의 패임의 발생을 억제할 수 있다.
그런데, 웨이퍼 (11) 의 전방측의 단부 (11d) 가, 연마층 (46) 의 외주로부터 돌출되지 않는 (즉, 연마층 (46) 의 외주가 웨이퍼 (11) 의 전방측의 단부 (11d) 로부터 돌출되는) 경우, 연마층 (46) 이 이면 (11b) 보다 약간 하방으로 돌출되어, 연마층 (46) 에 단차가 형성된다. 이로써, 연마층 (46) 에 대한 비정상적인 부하나, 연마층 (46) 의 열화 촉진 등의 문제가 있다.
이에 반하여, 본 실시형태에서는, 후방 위치 (도 5(C) 참조) 에 웨이퍼 (11) 를 배치했을 경우에도, 웨이퍼 (11) 의 전방측의 단부 (11d) 가 연마층 (46) 의 외주로부터 항상 돌출되어 있기 때문에, 연마층 (46) 에 단차는 형성되지 않는다. 그렇기 때문에, 비정상적인 부하나, 열화 촉진을 방지할 수 있다.
도 6 은, 제 1 실시형태에 관련된 연마 방법으로 웨이퍼 (11) 를 연마했을 경우의, 웨이퍼 (11) 의 제거량을 측정한 실험 결과를 나타내는 그래프이다. 가로축은, 중심 (11c) 을 원점으로 했을 경우의 웨이퍼 (11) 의 측정 위치 (㎜) 를 나타내고, 세로축은, 제거량 (㎛) 을 나타낸다.
본 실험에서는, 연마 공구 (40) 가 장착된 연마 장치 (2) 를 사용하여, 각각 직경이 300 ㎜ (12 인치) 인 3 장의 웨이퍼 (11) 의 이면 (11b) 측을 순차적으로 연마하였다. 단, 각 웨이퍼 (11) 의 표면 (11a) 측에는, 디바이스는 형성되어 있지 않다.
그래프 C1, 그래프 C2, 그래프 C3 은, 각각 1 장째, 2 장째, 3 장째의 웨이퍼 (11) 의 연마 결과이다. 가공 조건은, 하기와 같이 하였다.
척 테이블의 회전 수 : 300 rpm
스핀들의 회전 수 : 1500 rpm
연마 하중 : 300 N
Y 축 방향의 왕복 이동 : 0.1 ㎜/s 내지 0.2 ㎜/s
연마 시간 : 150 s
슬러리의 공급 : 없음 (건식 연마)
그래프 C1 내지 C3 의 각각에 있어서, 연마량의 최대치와 최소치의 차분을 산출하고, 또한, 각 차분의 평균을 산출한 결과, 0.364 ㎛ 가 되었다. 요컨대, 비교적 높은 평탄도를 실현할 수 있었다. 또한, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 중심 (11c) 근방 (즉, 원점 근방) 에서는, 패임이 형성되지 않았다.
다음으로, 비교예에 대하여 설명한다. 도 7(A) 는, 비교예에 있어서의 연마 공구 (60) 와 웨이퍼 (11) 의 위치 관계를 나타내는 개략 하면도이다. 연마 공구 (60) 는, 제 1 실시형태에 관련된 연마 공구 (40) 에 대응하여, 연마층 (46) 과 동일한 외경 (450 ㎜) 의 연마층 (66) 을 갖는다.
그러나, 연마층 (66) 의 개구부 (66a) 의 직경 (66a1) 은, 상기 서술한 직경 (46a1) 보다 작다. 비교예에 있어서의 직경 (66a1) 은 150 ㎜ 이고, 유효 연마 영역의 최대 폭 (64c) 도 또한, 150 ㎜ 이다.
도 7(A) 에 있어서 실선으로 나타내는 웨이퍼 (11) 는, 웨이퍼 (11) 의 전방측의 단부 (11d) 를 연마층 (66) 의 전방측의 단부와 겹쳤을 경우를 나타낸다. 이 때, 이면 (11b) 의 중심 (11c) 은, 개구부 (66a) 의 단부에 위치한다.
이에 반하여, 도 7(A) 에 있어서 파선으로 나타내는 2 개의 웨이퍼 (11) 는, 전방 위치에 있는 웨이퍼 (11) (도 7(B)) 와, 후방 위치에 있는 웨이퍼 (11) (도 7(C)) 를 나타낸다.
도 7(B) 는, 전방 위치에 배치된 상태에서 연마되는 웨이퍼 (11) 를 나타내는 웨이퍼 (11) 및 연마층 (66) 의 개략 단면도이다. 도 7(C) 는, 후방 위치에 배치된 상태에서 연마되는 웨이퍼 (11) 를 나타내는 웨이퍼 (11) 및 연마층 (66) 의 개략 단면도이다.
이 연마 공구 (60) 를 사용하여, 직경 300 ㎜ (12 인치) 의 웨이퍼 (11) 를 연마하는 경우, 연마 공구 (60) 와 웨이퍼 (11) 를 Y 축 방향으로 상대적으로 이동시키면서 연마하면, 도 7(B) 에 나타내는 바와 같이, 유효 연마 영역과 중심 (11c) 근방의 접촉 시간이 길어져, 중심 (11c) 근방에 있어서의 패임이 발생한다 (도 7(B) 의 파선으로 둘러싸인 영역을 참조).
또한, 도 7(C) 에 나타내는 바와 같이, 연마층 (66) 의 외주가 웨이퍼 (11) 의 전방측의 단부 (11d) 로부터 돌출되기 때문에, 연마층 (66) 에 단차가 형성된다. 그렇기 때문에, 비정상적인 부하가 연마층 (66) 에 인가되고, 연마층 (66) 의 열화가 촉진된다 (도 7(C) 의 파선으로 둘러싸인 영역을 참조).
이에 반하여, 상기 서술한 바와 같이, 제 1 실시형태에서는, 웨이퍼 (11) 의 이면 (11b) 의 중심 (11c) 이 개구부 (46a) 에 위치하도록 웨이퍼 (11) 와 연마 공구 (40) 를 위치시킨 상태에서, 이면 (11b) 측을 연마한다. 그렇기 때문에, 웨이퍼 (11) 의 중심 (11c) 근방에 있어서의 과잉의 연마를 방지할 수 있고, 중심 (11c) 근방에 있어서의 패임의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태에서는, 웨이퍼 (11) 의 전방측의 단부 (11d) 가 연마층 (46) 의 외주로부터 돌출된 상태에서, 이면 (11b) 측을 연마하기 때문에, 연마층 (46) 에 단차가 형성되지 않아, 연마층 (46) 에 있어서의 비정상적인 부하의 인가나, 열화의 촉진을 방지할 수 있다.
다음으로, 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 8 은, 제 2 실시형태에 관련된 연마 공구 (50) 의 하면도이다. 연마 공구 (50) 는, 연마 공구 (40) 에 대응하고 있고, 기대 (42) 에 대응하는 기대 (52) 와, 연마층 (46) 에 대응하는 연마층 (56) 을 갖는다.
단, 기대 (52) 는, 기대 (42) 에 있어서의 개구 (42c) 를 갖지 않는 원판상이고, 연마층 (56) 이 고정되는 하면 (일면) (52b) 에 있어서, 중심 (52d) 이 연마층 (56) 으로 덮이지 않고, 노출되어 있다.
또한, 연마층 (56) 은, 복수의 세그먼트 연마 패드 (44) 를 갖지 않고, 하나로 연결된 환상의 연마 패드로 구성되어 있다. 이러한 점이, 제 1 실시형태와 상이하지만, 다른 점은, 제 1 실시형태와 동일하다.
구체적으로는, 기대 (52) 의 반경 방향 (52f) 에 있어서의 유효 연마 영역 (54b) 의 최대 폭 (54c) 은, 연마층 (56) 의 개구부 (56a) 의 직경 (56a1) 보다 작다 (즉, 최대 폭 (54c) ＜ 직경 (56a1)).
예를 들어, 웨이퍼 (11) 의 반경이 150 ㎜ 인 경우, 반경 방향 (53f) 의 최대 폭 (54c) 은 125 ㎜ 이고, 직경 (56a1) 은 200 ㎜ 이다 (즉, 최대 폭 (54c) ＜ 웨이퍼 (11) 의 반경 ＜ 직경 (56a1)).
제 2 실시형태에 있어서도, 웨이퍼 (11) 의 중심 (11c) 근방에 있어서의 과잉의 연마를 방지할 수 있고, 중심 (11c) 근방에 있어서의 패임의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 웨이퍼 (11) 의 전방측의 단부 (11d) 가 연마층 (56) 의 외주로부터 돌출되도록 이면 (11b) 을 연마함으로써, 연마층 (56) 에 단차가 형성되지 않기 때문에, 연마층 (56) 에 있어서의 비정상적인 부하의 인가나, 열화의 촉진을 방지할 수 있다.
그 외에, 상기 실시형태에 관련된 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적으로 하는 범위를 일탈하지 않는 한에 있어서 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
2 : 연마 장치
4 : 기대
4a : 개구
6 : 척 테이블
6a : 유지면
8a1, 8a2 : 상면
10 : 테이블 베이스
12 : 신축 커버
14 : 기둥부
11 : 웨이퍼
11a : 표면
11b : 이면 (일면)
11c : 중심
11d : 단부 (외주 가장자리의 일부)
13 : 보호 테이프
15 : 웨이퍼 유닛
16 : 가이드 레일
18 : Z 축 이동판
20 : 볼 나사
22 : 구동원
24 : Z 축 방향 이동 기구
26 : 지지부
28 : 연마 유닛
30 : 스핀들 하우징
32 : 스핀들
32a : 개구
34 : 모터
36 : 마운트
36a : 개구
38 : 고정구
40 : 연마 공구
42 : 기대
42a : 상면
42b : 하면 (일면)
42c : 개구
42d : 중심
42e : 둘레 방향
42f : 반경 방향
42g : 양화살표
42h : 직경 방향
42p1 : 제 1 위치
42p2 : 제 2 위치
44 : 세그먼트 연마 패드
44a : 육박부
44b : 유효 연마 영역
44c : 최대 폭
46 : 연마층
46a : 개구부
46a1 : 직경
48 : 제어 유닛
50 : 연마 공구
52 : 기대
52b : 하면 (일면)
52d : 중심
52f : 반경 방향
54b : 유효 연마 영역
54c : 최대 폭
56 : 연마층
56a : 개구부
56a1 : 직경
60 : 연마 공구
64c : 최대 폭
66 : 연마층
66a : 개구부
66a1 : 직경
A : 반입 반출 영역
B : 연마 영역
C1, C2, C3 : 그래프

Claims (3)

  1. 웨이퍼를 유지한 상태에서 회전 가능한 척 테이블과, 그 척 테이블의 유지면에서 유지된 그 웨이퍼를 연마하는 연마 공구가 장착된 스핀들을 갖는 연마 유닛을 구비하는 연마 장치를 사용하여, 그 웨이퍼를 연마하는 연마 방법으로서,
    그 연마 공구는, 원판상의 기대와, 그 기대의 일면에 고정되어 있고, 또한, 그 기대의 직경 방향의 중앙부에 위치하여 소정 직경을 갖는 개구부를 포함하는 환상의 연마층을 갖고,
    그 기대의 반경 방향에 있어서의 그 연마층의 유효 연마 영역의 최대 폭은, 그 웨이퍼의 반경보다 작고, 또한, 그 웨이퍼의 반경은, 그 개구부의 직경보다 작고,
    그 연마 방법은,
    그 유지면에서 그 웨이퍼를 유지하는 유지 공정과,
    그 웨이퍼의 외주 가장자리의 일부가 그 연마층의 외주로부터 돌출됨과 함께, 그 웨이퍼의 중심이 그 연마층의 그 개구부에 위치하도록, 그 웨이퍼와 그 연마 공구를 위치시킨 상태에서, 그 연마 공구를 그 스핀들 주위로 회전시키면서 그 웨이퍼를 연마하는 연마 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 연마 공정에서는, 그 웨이퍼의 일면의 중심을 통과하는 그 연마 공구의 직경 방향을 따라, 그 연마 공구와, 그 웨이퍼를 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
  3. 웨이퍼를 연마할 때에 사용되는 연마 공구로서,
    그 연마 공구는,
    원판상의 기대와,
    그 기대의 일면에 고정되어 있고, 또한, 그 기대의 직경 방향의 중앙부에 위치하여 소정 직경을 갖는 개구부를 포함하는 환상의 연마층
    을 구비하고,
    그 기대의 반경 방향에 있어서의 그 연마층의 유효 연마 영역의 최대 폭은, 그 개구부의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 연마 공구.
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