KR20230147530A - 양면연마장치 및 양면연마방법 - Google Patents

Abstract

[과제] 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있는 양면연마장치를 제공하는 것이다.
[해결수단] 양면연마장치로서, 캐리어에 유지된 웨이퍼가 연마 중에 통과하는 위치에서 웨이퍼의 두께를 측정하는 두께측정장치가 추가로 배치되어 있고, 양면연마장치는, 평가처리부를 추가로 가지고, 평가처리부는, 두께측정장치에 의해 웨이퍼의 두께를 측정하고, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하고, 이 특정된 웨이퍼 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하고, 통과궤적이 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 통과궤적을 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키고, 그 후, 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 상기 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하도록 구성된 것인 웨이퍼의 양면연마장치이다.

Description

양면연마장치 및 양면연마방법 {DOUBLE-SIDED POLISHING DEVICE AND DOUBLE-SIDED POLISHING METHOD}

본 발명은, 웨이퍼의 가공, 특히 양면연마에 관한 것으로, 연마 중에 웨이퍼의 형상 및 두께를 정확하게 계측할 수 있는 웨이퍼의 양면연마장치 및 양면연마방법에 관한 것이다.

유성기어식의 양면연마장치에 있어서, 캐리어의 두께에 대한 웨이퍼의 마무리두께를 조정함으로써 평탄도를 조정하는 기술이 개시되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1로부터, 유성기어식의 양면연마장치에 있어서, 연마 후의 웨이퍼의 평탄도는, 연마종료시의 웨이퍼의 두께, 즉 웨이퍼의 마무리두께와 캐리어의 두께의 관계에 따라 변화하는 것이 알려져 있으며, 가공종료시에 요망되는 웨이퍼형상, 두께로 컨트롤하는 것이 중요하다.

이 두께측정에 관하여, 예를 들어, 양면연마방법에서는, 샘플웨이퍼를 이용하여 계측한 연마율에 따라 웨이퍼가 소정의 두께가 되는 연마시간을 산출하고, 산출된 연마시간만큼 연마하여 연마를 종료하도록 하고 있었다. 그러나, 연마클로스의 표면상태 등의 조건변화에 따라 연마율은 변화하기 때문에, 배치마다 웨이퍼의 두께에 변화가 발생한다. 배치마다 샘플웨이퍼를 이용하여 연마율을 산출하는 것에서는 연마에 요하는 시간이 오래 걸려, 비효율이 된다.

이에, 이 문제를 해결하기 위해, 연마 중에도 웨이퍼의 두께를 측정할 수 있는 방법이 제안되어 있다.

특허문헌 2에서는, 워크의 두께를 연마를 실시하면서 정확하게 파악하여, 적절한 타이밍에 연마를 종료할 수 있는, 양면연마장치 및 양면연마방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 연마공정 중에 워크의 소정의 위치에 있어서의 두께를 계측하는 공정과, 이 계측의 결과에 기초하여 연마종료시기를 판정하는 공정의 개시가 있다.

특허문헌 3에서는, 워크의 단면형상을 측정할 수 있는 단면형상 측정방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는, 두께측정부가 측정하는 두께와, 두께를 측정한 웨이퍼의 면 내 위치를 구하는 위치연산부에 의해 구해지는 면 내 위치를 각각 복수 취득하고, 각 면 내 위치에 있어서의 두께를, 웨이퍼의 중심으로부터 각 면 내 위치까지의 지름(; 혹은, 직경)방향 거리에 대응하는 웨이퍼의 소정의 지름방향의 각 위치에 있어서의 두께로 변환처리하여, 소정의 지름방향의 웨이퍼의 단면형상을 구하고 있다.

특허문헌 4에서는, 워크의 단면형상을 측정하는 단면형상 측정방법이 개시되어 있다. 이 방법에서는, 상정반 및 하정반의 회전에 의한 계측구멍의 웨이퍼의 면 상의 통과기간 중에, 연속해서 얻어지며, 또한, 통과궤적 상의 웨이퍼(W)의 각 면 내 위치의 두께의 데이터로 이루어지는 데이터열을 적어도 1개 취득하고, 취득된 데이터열 중 데이터수가 많은 데이터열을 추출하고, 이 추출된 추출 데이터열의 데이터의 순번을 나타내는 행번호와, 이들 행번호의 데이터와, 웨이퍼(W)의 직경에 기초하여, 웨이퍼(W)의 일단으로부터 타단으로 지름방향을 따른 각 면 내 위치의 두께를 단면형상 연산장치에 의해 구하여, 웨이퍼의 지름방향의 단면형상을 구하고 있다.

특허문헌 5에서는, 연마 중인 워크의 형상변화의 추이에 기초하여, 원하는 워크형상이 된 타이밍 혹은 원하는 워크형상이 되는 타이밍에 워크의 연마가공을 정지할 수 있는 연마장치가 개시되어 있다. 이 연마장치는, 회전하는 정반에 의해 워크를 연마하는 연마기와, 워크의 형상을 측정하는 형상측정기와, 형상측정기에 의해 측정된 워크의 형상정보를 기억하는 메모리와, 형상측정기에 의해 측정된 워크의 형상정보를 표시하는 표시기와, 표시기의 표시내용을 제어하는 제어부를 구비하고, 제어부가, 형상측정기에 의해 측정된 현재 연마 중인 워크인 연마 중 워크의 형상묘화를 시계열로 배열한 제1 묘화를 생성하고, 제1 묘화를 표시기에 표시시키는 것이다.

특허문헌 6에서는, 확실하며 매우 정밀하게 양면처리기로 처리되는 워크피스의 두께를 결정하는 방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 워크피스의 처리 중에, 워크피스의 두께가, 상부 가공디스크 및/또는 하부 가공디스크에 배치된 적어도 1개의 광학적 두께측정장치에 의해 광학적으로 측정되는 공정과, 적어도 1개의 두께측정장치의 측정결과가, 양면처리기의 제어장치에 공급되는 공정과, 워크피스의 미리 지정한 목표두께에 도달하면, 제어장치가, 워크피스의 처리의 작업을 종료하는 공정을 포함한다.

특허문헌 7에서는, 기판의 연마 중에 기판 상에 형성된 막의 정확한 두께를 취득하고, 얻어진 막의 두께에 기초하여 기판의 연마종점을 정확하게 결정할 수 있는 연마방법이 개시되어 있다. 이 방법은, 기판의 연마 중에, 기판에 광을 조사하고, 기판으로부터 반사된 광을 수광하고, 반사된 광의 강도를 파장마다 측정하고, 측정된 광의 강도를 소정의 기준강도로 나누어 상대반사율을 산출하고, 상대반사율과 광의 파장의 관계를 나타내는 분광파형을 생성하고, 분광파형에 푸리에변환처리를 행하여, 막의 두께 및 대응하는 주파수성분의 강도를 결정하고, 결정된 주파수성분의 강도가 소정의 임계값보다도 높은 경우에는, 결정된 막의 두께를 신뢰성이 높은 측정값으로 인정하고, 결정된 주파수성분의 강도가 소정의 임계값 이하인 경우에는, 결정된 막의 두께를 신뢰성이 낮은 측정값으로 인정하고, 신뢰성이 높은 측정값이 소정의 목표값에 도달한 시점에 기초하여 기판의 연마종점을 결정하고, 과거에 취득된 신뢰성이 높은 측정값의 수와 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 총합에 대한 신뢰성이 낮은 측정값의 수의 비율을 나타내는 불량데이터율을 산출하고, 소정의 임계값을, 불량데이터율에 기초하여 변화시키고 있다.

특허문헌 8에서는, 웨이퍼의 중심부의 두께의 측정도 가능하고, 또한, 신뢰성이 높은 두께측정이 가능해지는 웨이퍼의 양면연마장치가 개시되어 있다. 이 방법에서는, 두께측정장치에 의해, 연마 중인 웨이퍼에 레이저광을 조사하고, 웨이퍼의 표면과 이면의 각 반사광을 수광하여 이 반사광의 피크값으로부터 웨이퍼의 두께를 연산하고 있다.

특허문헌 9에서는, 기판의 중심부 및 주연부를 포함하는 전체면에 있어서, 정밀도가 높은 막두께데이터를 취득할 수 있는 폴리싱장치가 개시되어 있다. 이 장치에서는, 광학헤드의 선단을, 연마테이블의 회전에 수반하여 기판의 주연부를 따라 이동시킴으로써, 주연부에 있어서의 측정점의 수를 늘리고, 그에 따라 정밀도가 높은 막두께를 얻고 있다.

일본특허공개 H5-177539호 공보 일본특허공개 2015-047656호 공보 일본특허공개 2017-204609호 공보 일본특허공개 2017-207455호 공보 일본특허공개 2019-181657호 공보 일본특허공개 2018-034298호 공보 일본특허공개 2014-216457호 공보 일본특허공개 2008-227393호 공보 일본특허공개 2012-138442호 공보

그러나, 상기 특허문헌 1-9의 종래의 기술에서는 각각 다음과 같은 과제가 있다.

연마 후의 웨이퍼형상의 외주부의 튐() 형상, 처짐() 형상을 결정하는 요인으로서, 마무리두께와 캐리어의 두께의 차(갭)를 들 수 있다. 특히 마무리두께의 외주부가 연마포와의 침강으로 인한 영향을 받기 쉬워, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께를 아는 것이 중요해진다.

상정반에 설치된 웨이퍼두께측정기로부터 웨이퍼두께를 측정하고, 그 두께측정정보와 동시각(同時刻)의 상정반, 선기어 및 인터널기어의 회전각도로부터 웨이퍼의 특정이 가능하다.

그러나, 실제로는 캐리어 내에서의 웨이퍼의 어긋남이나, 캐리어나 기계 내부를 포함한 기어의 백래시 등이 영향을 주어 정확한 위치정보의 결정이 곤란해진다. 요컨대, 두께를 측정한 웨이퍼의 특정은 가능하나, 그 웨이퍼의 어느 면 내의 위치의 정보(어느 반경위치의 정보)를 측정한 것인지가 부정확해진다. 그 때문에, 연마 중인 특정 반경위치의 웨이퍼두께를 정확하게 파악할 수는 없다. 특히 외주형상에 대하여 오차가 커져, 마무리두께와 캐리어의 두께의 차(갭)의 컨트롤에 영향을 준다. 웨이퍼의 외주부를 정확하게 평가할 수 없다는 과제가 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있는, 양면연마장치 및 양면연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 상면이 연마면으로 된 하정반과,

이 하정반의 상방에서 지지프레임에 자유롭게 상하동할 수 있게(혹은, 상하동 자유자재로; ) 지지되고, 하면이 연마면으로 된 상정반과,

상기 하정반과 상기 상정반의 사이에 배치되고, 웨이퍼를 유지하는 투공(透孔)을 갖는 캐리어와,

상기 상정반 및 상기 하정반을 축선을 중심으로 하여 회전구동하는 정반구동장치와,

상기 캐리어를 회전구동하는 캐리어구동장치와,

슬러리공급원

을 구비하고, 슬러리를 상기 슬러리공급원으로부터 상기 하정반 상에 공급하면서, 상기 상정반 및 상기 하정반을 회전시키고, 또한 상기 캐리어를 회전시킴으로써, 상기 상정반과 상기 하정반 사이에 끼워진 웨이퍼의 양면을 연마하는 양면연마장치로서,

상기 캐리어에 유지된 웨이퍼가 연마 중에 통과하는 위치에서 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 두께측정장치가 추가로 배치되어 있고,

상기 양면연마장치는, 평가처리부를 추가로 가지고,

상기 평가처리부는,

상기 두께측정장치에 의해 웨이퍼의 두께를 측정하고,

두께의 측정정보와 동시각의 상기 정반구동장치 및 상기 캐리어구동장치의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하고,

이 특정된 웨이퍼 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하고,

상기 특정된 웨이퍼 상의 상기 통과궤적이, 연마하는 웨이퍼의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 상기 통과궤적을 상기 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키고,

그 후, 상기 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 상기 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 상기 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 양면연마장치를 제공한다.

이와 같은 본 발명의 양면연마장치이면, 두께의 측정위치의 통과궤적을 웨이퍼 템플릿에 들어가도록 한 다음에, 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 통과궤적의 반경위치를 취득할 수 있기 때문에, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있다.

또한, 본 발명의 양면연마장치이면, 연마 중에 각 웨이퍼 반경위치에서의 캐리어와의 두께의 차를 정확하게 파악할 수 있어, 웨이퍼의 형상 및 두께를 가공(연마)종료시에 요망되는 값 또는 범위 내로 컨트롤할 수 있다.

특히, 외주부(예를 들어, 외주위치로부터 35mm 이내)의 정확한 외주단면형상에 대한 많은 데이터를 가공경과시간 내에 모니터하는 것이 가능해진다.

그리고, 본 발명의 양면연마장치이면, 정확한 외주단면형상의 정보에 기초하여, 정확하게 연마종료점을 결정할 수 있다. 특히, 외주형상에 변곡점이 발생하지 않는 최소의 PV(Peak to Valley)값, Range값(측정값의 최대값과 최소값의 차) 및 σ값(표준편차)에서 가공을 종료시킴으로써, 다음 공정에서 수정하기 쉬운 웨이퍼를 얻을 수 있다.

예를 들어, 상기 두께측정장치는, 연마 중인 웨이퍼의 두께를 레이저광간섭에 의해 측정하는 표준(定寸)장치이다.

두께측정장치로서, 예를 들어, 연마 중인 웨이퍼의 두께를 레이저광간섭에 의해 측정하는 표준장치를 이용함으로써, 샘플링시간도 짧고, 정밀도 좋게 두께의 측정을 행할 수 있다.

상기 두께측정장치는, 상기 상정반 상에, 상기 상정반 상에서 상기 축선을 중심으로 하여 공전할 수 있도록 배치된 것이 바람직하다.

두께측정장치는, 상정반 상에 배치되고, 가공 중 공전함으로써, 보다 많은 두께데이터를 취득할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 상면이 연마면으로 된 하정반과, 이 하정반의 상방에서 지지프레임에 자유롭게 상하동할 수 있게 지지되고, 하면이 연마면으로 된 상정반과, 상기 하정반과 상기 상정반 사이에 배치되고, 웨이퍼를 유지하는 투공을 갖는 캐리어와, 상기 상정반 및 상기 하정반을 축선을 중심으로 하여 회전구동하는 정반구동장치와, 상기 캐리어를 회전구동하는 캐리어구동장치와, 슬러리공급원을 구비한 양면연마장치를 이용하여, 슬러리를 상기 슬러리공급원으로부터 상기 하정반 상에 공급하면서, 상기 상정반 및 상기 하정반을 회전시키고, 또한 상기 캐리어를 회전시킴으로써, 상기 상정반과 상기 하정반 사이에 끼워진 웨이퍼의 양면을 연마하는 양면연마방법으로서,

두께측정장치에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하는 공정과,

두께의 측정정보와 동시각의 상기 정반구동장치 및 상기 캐리어구동장치의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하는 공정과,

이 특정된 웨이퍼 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하는 공정과,

상기 특정된 웨이퍼 상의 상기 통과궤적이, 연마하는 웨이퍼의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 상기 통과궤적을 상기 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키는 공정과,

그 후, 상기 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 상기 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 상기 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하는 공정과,

평가된 웨이퍼의 형상에 기초하여 연마종료시기를 판정하는 공정

을 갖는 것을 특징으로 하는 양면연마방법을 제공한다.

이러한 본 발명의 양면연마방법에 따르면, 두께의 측정위치의 통과궤적을 웨이퍼 템플릿에 들어가도록 한 다음에, 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 상기 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있다.

또한, 본 발명의 양면연마방법이면, 연마 중에 각 웨이퍼 반경위치에서의 캐리어와의 두께의 차를 정확하게 파악할 수 있어, 웨이퍼의 형상 및 두께를 가공(연마)종료시에 요망되는 값 또는 범위 내로 컨트롤할 수 있다.

이 경우, 복수매의 웨이퍼를 동시에 연마하는 것이 바람직하다.

많은 웨이퍼의 웨이퍼형상을 취득함으로써, 연마종료의 판단을 보다 정확하게 행할 수 있다.

상기 두께를 측정하는 공정에 있어서, 0.1밀리초 이하의 간격으로 두께의 측정결과를 얻는 것이 바람직하다.

이와 같이 함으로써, 보다 많은 두께데이터를 취득할 수 있고, 그 결과, 연마종료의 판단을 보다 정확하게 행할 수 있다.

연마 중인 1개의 웨이퍼에 대하여 복수의 상기 통과궤적을 취득하는 것이 바람직하다.

두께측정위치의 통과궤적을 취득하는 공정에 있어서, 동일한 웨이퍼에 대하여 복수의 통과궤적을 취득함으로써, 정밀도가 높은, 반경위치의 두께 프로파일을 작성할 수 있다. 이러한 프로파일을 이용함으로써, 웨이퍼 외주형상을 더욱 정밀도 좋게 구할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 양면연마장치이면, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있다.

또한, 본 발명의 양면연마방법이면, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 양면연마장치의 일례를 나타내는 개략단면도이다.
도 2는 본 발명의 양면연마장치가 구비할 수 있는 캐리어의 일례의 개략평면도이다.
도 3은 본 발명의 양면연마장치가 구비할 수 있는 캐리어의 다른 예의 개략평면도이다.
도 4는 본 발명의 양면연마장치의 일례에 있어서의 상정반, 하정반 및 두께측정장치의 배치를 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 양면연마장치의 다른 일례에 있어서의 상정반, 하정반 및 두께측정장치의 배치를 나타내는 개략도이다.
도 6은 통과궤적과 웨이퍼 템플릿의 위치관계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7은 통과궤적을 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키는 일례를 나타내는 개략도이다.
도 8은 웨이퍼 템플릿의 중심으로부터 통과궤적의 반경위치를 취득하는 일례를 나타내는 개략도이다.
도 9는 웨이퍼 템플릿의 중심으로부터 통과궤적의 반경위치를 취득하는 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 양면연마장치에서 얻어지는 반경위치의 두께 프로파일의 일례이다.
도 11은 실시예 1에 있어서의, 연마 중인 웨이퍼의 두께의 측정결과이다.
도 12는 비교예 1에 있어서의, 연마 중인 웨이퍼의 두께의 측정결과이다.
도 13은 실시예 2 및 비교예 2에서 평가한, 웨이퍼의 형상 파라미터의 히스토그램이다.

상기 서술한 바와 같이, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있는, 양면연마장치 및 양면연마방법의 개발이 요구되고 있었다.

본 발명자들은, 상기 과제에 대하여 예의검토를 거듭한 결과, 두께의 측정위치의 통과궤적을 웨이퍼 템플릿에 들어가도록 한 다음에, 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은, 상면이 연마면으로 된 하정반과,

이 하정반의 상방에서 지지프레임에 자유롭게 상하동할 수 있게 지지되고, 하면이 연마면으로 된 상정반과,

상기 하정반과 상기 상정반의 사이에 배치되고, 웨이퍼를 유지하는 투공을 갖는 캐리어와,

상기 상정반 및 상기 하정반을 축선을 중심으로 하여 회전구동하는 정반구동장치와,

상기 캐리어를 회전구동하는 캐리어구동장치와,

슬러리공급원

을 구비하고, 슬러리를 상기 슬러리공급원으로부터 상기 하정반 상에 공급하면서, 상기 상정반 및 상기 하정반을 회전시키고, 또한 상기 캐리어를 회전시킴으로써, 상기 상정반과 상기 하정반 사이에 끼워진 웨이퍼의 양면을 연마하는 양면연마장치로서,

상기 캐리어에 유지된 웨이퍼가 연마 중에 통과하는 위치에서 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 두께측정장치가 추가로 배치되어 있고,

상기 양면연마장치는, 평가처리부를 추가로 가지고,

상기 평가처리부는,

상기 두께측정장치에 의해 웨이퍼의 두께를 측정하고,

두께의 측정정보와 동시각의 상기 정반구동장치 및 상기 캐리어구동장치의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하고,

이 특정된 웨이퍼 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하고,

상기 특정된 웨이퍼 상의 상기 통과궤적이, 연마하는 웨이퍼의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 상기 통과궤적을 상기 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키고,

그 후, 상기 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 상기 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 상기 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 양면연마장치이다.

또한, 본 발명은, 상면이 연마면으로 된 하정반과, 이 하정반의 상방에서 지지프레임에 자유롭게 상하동할 수 있게 지지되고, 하면이 연마면으로 된 상정반과, 상기 하정반과 상기 상정반 사이에 배치되고, 웨이퍼를 유지하는 투공을 갖는 캐리어와, 상기 상정반 및 상기 하정반을 축선을 중심으로 하여 회전구동하는 정반구동장치와, 상기 캐리어를 회전구동하는 캐리어구동장치와, 슬러리공급원을 구비한 양면연마장치를 이용하여, 슬러리를 상기 슬러리공급원으로부터 상기 하정반 상에 공급하면서, 상기 상정반 및 상기 하정반을 회전시키고, 또한 상기 캐리어를 회전시킴으로써, 상기 상정반과 상기 하정반 사이에 끼워진 웨이퍼의 양면을 연마하는 양면연마방법으로서,

두께측정장치에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하는 공정과,

두께의 측정정보와 동시각의 상기 정반구동장치 및 상기 캐리어구동장치의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하는 공정과,

이 특정된 웨이퍼 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하는 공정과,

상기 특정된 웨이퍼 상의 상기 통과궤적이, 연마하는 웨이퍼의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 상기 통과궤적을 상기 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키는 공정과,

그 후, 상기 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 상기 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 상기 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하는 공정과,

평가된 웨이퍼의 형상에 기초하여 연마종료시기를 판정하는 공정

을 갖는 것을 특징으로 하는 양면연마방법이다.

이하, 본 발명에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명의 양면연마장치 및 양면연마방법에서의 연마대상인 웨이퍼는, 전형적으로는, 실리콘웨이퍼이다. 단, 연마대상은, 실리콘웨이퍼로 한정되지 않고, 본 발명은 그 외의 웨이퍼의 양면연마에도 적용할 수 있다.

[양면연마장치]

우선, 본 발명의 양면연마장치의 예를, 도 1을 참조하면서 설명한다.

도 1에 나타내는 양면연마장치(10)는, 하정반(1)과, 상정반(2)을 구비한다.

하정반(1)은, 상면에 연마패드(1a)가 부착되어 있다. 이에 따라, 하정반(1)의 상면이 연마면으로 되어 있다.

상정반(2)은, 하정반(1)의 상방에서 지지프레임(3)에 자유롭게 상하동할 수 있게 지지되어 있다. 상정반(2)은, 상하동기구로서 예를 들어 실린더장치(4)에 의해, 상하동가능하게 되어 있다. 또한, 상정반(2)에는, 창부(窓部)(2c)가 형성되어 있다. 창부(2c)는, 상정반(2)에 마련한 투공에, 창재(2d)가 끼워 넣어짐으로써 형성되어 있다. 창부(2c)에 대해서는, 후단에서 설명한다.

상정반(2)은, 하면에 연마패드(2a)가 부착되어 있다. 이에 따라, 상정반(2)의 하면이 연마면으로 되어 있다.

하정반(1)의 하면에는, 하정반구동장치(1b)가 배치되어 있다. 또한, 지지프레임(3)의 상면에는, 상정반구동장치(2b)가 배치되어 있다. 하정반구동장치(1b) 및 상정반구동장치(2b)는, 상정반(2) 및 하정반(1)을, 하정반(1)의 중심 및 상정반(2)의 중심을 통과하는 축선(5)을 중심으로 하여 회전구동하는 정반구동장치를 구성하고 있다. 하정반구동장치(1b) 및 상정반구동장치(2b)는, 예를 들어 모터를 포함할 수 있다. 또한, 하정반(1)은, 그 하면이 링상의 지지베어링(도시하지 않음)에 의해 지지되어 있을 수도 있다.

상정반(2) 및 하정반(1)은, 예를 들어 도 1에 나타내는 바와 같이, 서로 반대방향으로 자전하도록 구성되어 있다.

양면연마장치(10)는, 하정반(1)과 상정반(2)의 사이에 배치되고, 웨이퍼(W)를 유지하는 투공을 갖는 캐리어(6)를 추가로 구비한다.

도 2에, 본 발명의 양면연마장치가 구비할 수 있는 캐리어의 예의 개략평면도를 나타낸다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 캐리어(6)는, 하정반(1)의 중심에 배치된 태양기어(내측핀기어, 선기어)(7)와, 외측에 위치하는 인터널기어(외측핀기어)(8) 사이에 위치한다. 도 2에서는, 캐리어(6), 태양기어(7) 및 인터널기어(8)를 단순한 원으로 나타내고 있으나, 실제로는 기어이며, 캐리어(6)와 태양기어(7)는 서로 맞물려 있고, 캐리어(6)와 인터널기어(8)는 서로 맞물려 있다.

캐리어(6)는, 태양기어(7) 및 인터널기어(8)의 회전에 의해, 자전, 또한 공전하도록 회전구동된다. 따라서, 태양기어(7) 및 인터널기어(8)는, 캐리어(6)를 회전구동하는 캐리어구동장치를 구성하고 있다. 태양기어(7) 및 인터널기어(8)는, 공지의 기구에 의해 회전할 수 있다.

캐리어(6)의 각각은 웨이퍼(W)를 유지하는 투공(6a)을 포함한다. 각 캐리어(6)는, 도 2에 나타내는 바와 같이 1개의 투공(6a)을 갖고 있을 수도 있고, 도 3에 나타내는 바와 같이 복수의 투공(6a)을 갖고 있을 수도 있다. 단, 캐리어(6)의 태양은, 도시한 예로 한정되는 것은 아니다.

양면연마장치(10)는, 슬러리공급원(9)을 추가로 구비하고 있다. 도 1에서는 개략적으로 슬러리공급원(9)을 도시하고 있는데, 슬러리공급원(9)은, 양면연마장치에서 통상적으로 이용되는 어떠한 것이나 이용할 수 있다.

본 발명의 양면연마장치(10)에는, 캐리어(6)에 유지된 웨이퍼(W)가 연마 중에 통과하는 위치에서 웨이퍼(W)의 두께를 측정하는 두께측정장치(11)가 추가로 배치되어 있다.

도 4는, 본 발명에 따른, 두께측정장치, 구체적으로는 웨이퍼의 두께를 레이저광간섭에 의해 측정하는 광학식의 두께측정장치를 마련한 양면연마장치의 일례의 개략도이다. 한편, 양면연마장치 그 자체는 도 1을 참조하면서 상세히 설명하였으므로, 도 4에서는, 상정반(2)과, 하정반(1)과, 두께측정장치(11)와, 웨이퍼(W)의 위치관계만을 도시하고, 다른 부재의 도시는 생략하고 있다.

상정반(2)에는, 두께측정장치(11)로부터의 레이저광이 투과하는 창부(2c)가 형성되어 있다. 창부(2c)를 형성하는 위치는, 캐리어(도 4에서는 도시하고 있지 않음)에 유지된 웨이퍼(W)가 통과하는 위치에 대응한다. 창부(2c)는, 상정반(2)에 마련한 투공에, 도 1에 나타내는 바와 같이 유리제의 창재(2d)가 끼워 넣어짐으로써 형성되어 있다. 또한 고무제의 씰재에 의해, 투공과 창재(2d) 사이가 씰되어 있다. 창부(2c)는 직경 10~15mm 정도로 하는 것이 호적하다. 창부(2c)는, 상정반(2) 상의 하나의 위치, 또는 상정반(2)의 동일 원주 상의 복수위치에 배설(配設)할 수 있다.

도 1에 나타내는 예에서는, 광학식의 두께측정장치(11)가, 상정반(2)의 회전에 의해 창부(2c)가 이동하는 궤적(예를 들어 도 4의 점선)의 일부의 상방에 위치하도록, 지지프레임(3)에 배치되어 있다.

광학식의 두께측정장치(11) 그 자체는 공지의 것을 이용할 수 있다. 예를 들어, 두께측정장치(11)는, 레이저광을 창부를 향하여 발광하는 발광부(도시하지 않음)와, 이 발광부로부터 발광되는 레이저광의 초점을, 창부(2c)의 하방에 위치하는 웨이퍼(W)의 표면과 이면에 맞추도록, 구동장치에 의해 이동되는 대물렌즈(도시하지 않음)와, 웨이퍼(W)의 표면과 이면에서 반사하는 반사광을 수광하는 수광부(도시하지 않음)와, 이 수광부로부터 수광신호가 입력되고, 웨이퍼(W)의 표면과 이면의 각 반사광의 피크값으로부터 웨이퍼의 두께를 연산하는 연산부(도시하지 않음)를 구비한다.

특히 두께의 취득빈도가 미세한 편이 좋으며, 0.1밀리초 이하의 간격으로 두께의 데이터를 집계하는 것이 바람직하다. 간격의 하한은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어, 0.01밀리초 이상 0.1밀리초 이하의 간격으로 두께의 데이터를 집계하는 것이 보다 바람직하다.

혹은, 두께측정장치(11)는, 예를 들어 도 5에 나타내는 바와 같이, 상정반(2) 상에서 축선(5)을 중심으로 하여 공전할 수 있도록 배치된 것일 수도 있다.

이와 같이 하면, 보다 많은 두께정보를 얻을 수 있다. 한편, 이러한 태양에서는, 얻어지는 두께데이터는 많지만, 위치어긋남의 영향도 많다는 측면이 있다. 그러나, 본 발명의 양면연마장치에서는, 이하에 상세히 설명하는 바와 같이 위치어긋남의 영향을 억제할 수 있기 때문에, 오히려 이 태양에서는, 본 발명을 실시하는 효과가 크다.

양면연마장치(10)는, 평가처리부(12)를 추가로 갖는다. 도 1에 나타내는 예에서는, 평가처리부(12)는, 두께측정장치(11), 캐리어구동장치(태양기어(7) 및 인터널기어(8)) 및 정반구동장치(하정반구동장치(1b) 및 상정반구동장치(2b))에 전기적으로 접속되어 있다. 접속은, 무선일 수도 있고, 상정반(2), 하정반(1) 및 캐리어(6)의 회전을 저해하는 것이 아니면 유선일 수도 있다.

도 1에 나타내는 양면연마장치(10)에서는, 슬러리를 슬러리공급원(9)으로부터 하정반(1) 상에 공급하면서, 상정반(2) 및 하정반(1)을 회전시키고, 또한 캐리어(6)를 회전시킴으로써, 상정반(2)과 하정반(1) 사이에 끼워진 웨이퍼(W)의 양면을 연마할 수 있다. 한편, 양면연마장치(10)는, 래핑장치일 수도 폴리싱장치일 수도 있다.

또한, 도 1에 나타내는 양면연마장치(10)는, 두께측정장치(11) 및 평가처리부(12)에 의해, 연마 중인 웨이퍼(W)의 두께를 측정하고, 웨이퍼(W)의 형상을 평가하는 것이다. 이하, 이러한 측정 및 평가에 대하여, 상세히 설명한다.

우선, 평가처리부(12)는, 두께측정장치(11)에 의해, 연마 중인 웨이퍼(W)의 두께를 측정하도록 구성되어 있다. 두께측정은, 예를 들어 다음과 같이 하여 이루어진다.

두께측정장치(11)의 발광부로부터, 파장 1μm~2μm의 사이에 스펙트럼을 갖는 적외영역의 레이저광이 발광되고, 이 레이저광이 창부(2c)에 입사된다. 상기 파장영역의 적외레이저광은, 창재(2d) 및 웨이퍼(W)를 투과하여, 일부의 성분이 각 계면에서 반사된다. 즉, 창재(2d)의 표면, 창재(2d)의 이면, 웨이퍼(W)의 표면, 및 웨이퍼(W)의 이면에서 강하게 반사된다.

이 웨이퍼(W)의 표면 및 이면에서 반사되는 반사광의 피크위치와 대물렌즈의 이동거리의 관계에 의해, 연산부에서 웨이퍼(W)의 두께를 산출할 수 있다.

한편, 두께측정장치(11)의 발광부로부터는 항상 레이저광이 조사되고 있는데, 상정반(2)은 회전하고 있기 때문에, 도 1 및 도 4에 나타내는 예에서는, 레이저광이 창부(2c)를 조사하지 않을 때가 있다. 이 경우, 수광부에서 수광하는 반사광은 그다지 강한 것이 아니며, 계측에러로서 데이터를 플롯하지 않는다. 또한, 웨이퍼(W)는 캐리어(6)의 회전에 의해 이동할 수 있기 때문에, 창부(2c)의 바로 아래에 웨이퍼(W)가 위치하지 않고, 캐리어(6)의 일부가 창부(2c)의 바로 아래에 위치하고 있는 경우가 있다. 이 경우에도, 캐리어(6)로부터의 반사광은 약한 것이기 때문에, 계측에러로서 데이터를 플롯하지 않는다.

이와 같이 함으로써 특정 웨이퍼(W)의 두께데이터를 얻을 수 있다.

이상과 같은 측정을 행할 수 있도록 상정반(2)의 측에 창부(2c)를 마련하는 것은 공간적으로 그다지 곤란하지 않다. 상정반(2)의 창부(2c)를 마련하는 위치는, 연마 중에 캐리어(6)에 의해 이동하는 웨이퍼(W)의 중심부의 두께도 측정할 수 있는 위치인 것이 바람직하다. 예를 들어, 캐리어(6)의 투공(6a)의 중심이 통과가능한 위치 상에 창부(2c)를 마련함으로써, 이에 따라, 웨이퍼(W)의 주변부뿐만 아니라, 중심부근의 두께측정도 가능해진다.

또한, 평가처리부(12)는, 두께의 측정정보와 동시각의 정반구동장치(하정반구동장치(1b) 및 상정반구동장치(2b)) 및 캐리어구동장치(태양기어(7) 및 인터널기어(8))의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하도록 구성되어 있다.

그 때문에, 두께측정장치(11)로부터 웨이퍼(W)의 두께를 측정하고, 그 측정정보와 동시각의 상정반(2) 및 하정반(1)의 위치의 측정정보를 취득한다. 또한 동시각의 태양기어(7) 및 인터널기어(8)의 회전각도 시퀀서정보를 취득한다.

본 발명의 양면연마장치(10)의 기구이면, 두께의 측정정보와 동시각의 정반구동장치 및 캐리어구동장치의 위치정보(시퀀서정보)에 의해 웨이퍼를 특정할 수 있다. 보다 구체적으로는, 두께측정의 위치와 동시각의 하정반구동장치(1b) 및 상정반구동장치(2b)의 위치정보, 그리고 태양기어(7) 및 인터널기어(8)의 회전각도로부터, 복수매 처리한 웨이퍼(W) 중, 측정한 두께의 데이터가 어느 웨이퍼의 두께정보인지를 특정할 수 있다.

나아가, 평가처리부(12)는, 이상과 같이 하여 특정된 웨이퍼(W) 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하도록 구성되어 있다.

이 특정된 웨이퍼(W) 상의 연속해서 얻어지는 두께의 통과궤적의 취득이란, 웨이퍼(W) 상에서 연속해서 얻어지는 점의 집합을, 특정한 웨이퍼(W)의 1매분의 두께의 통과궤적으로서 취득하는 것이다. 실제의 두께측정은 연속해서 행해지지만, 특정 웨이퍼(W)만을 측정하고 있는 것은 아니고, 가공 중, 복수의 웨이퍼(W) 상을 반복적으로 통과하면서 행해지고 있다. 요컨대 웨이퍼(W) 사이에서는, 두께데이터는 취득할 수 없고 불연속의 두께데이터가 된다. 그 때문에, 웨이퍼(W) 상에서 연속해서 얻어지는 점의 집합을, 특정한 웨이퍼(W)의 1매분의 두께의 통과궤적으로서 취득한다.

그리고, 평가처리부(12)는, 특정된 웨이퍼(W) 상의 통과궤적이, 연마하는 웨이퍼의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 통과궤적을 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키고, 그 후, 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하도록 구성되어 있다. 이 평행이동 및 웨이퍼의 형상의 평가에 대하여, 이하에 상세히 설명한다.

본 발명에서는, 앞서 설명한 바와 같이 얻어진 두께의 측정위치의 통과궤적에 대하여, 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 반경위치를 취득한다. 이것은, 웨이퍼 템플릿을 설정해 두고, 그 중심으로부터의 통과궤적의 반경위치를 취득하여 웨이퍼형상으로 하는 것이다.

웨이퍼(W)의 1매분의 두께의 통과궤적은, 주로 원호상으로 되어 있고, 그 길이는, 연마조건(캐리어구동장치의 조건이나 상정반(2)의 회전속도나 두께측정장치(11)의 설치위치)에서 다양하다. 그 때문에, 특정한 1개의 웨이퍼(W)에서도 복수의 통과궤적이 얻어진다. 본 발명에서는, 이와 같이 얻어진 복수 혹은 어느 1개의 통과궤적을 이용하여, 두께 프로파일을 작성한다.

웨이퍼 템플릿은, 연마하는 웨이퍼(W)의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 가상적인 템플릿이다. 예를 들어, 웨이퍼 템플릿은, 연마하는 웨이퍼(W)의 평균지름(1매의 웨이퍼를 연마하는 경우에는 그의 지름)과 동일한 직경을 갖는 원형상, 또는 면취부분의 위치와, 측정장치의 능력의 관계로 웨이퍼의 평균지름까지 측정이 불가능한 경우는, 두께측정장치(11)의 측정정밀도 등에 의해 설정되는 측정영역을 지름으로 한 원형상의 템플릿으로 할 수 있다.

이러한 처리 중에서, 얻어진 두께데이터가, 웨이퍼 템플릿으로부터 벗어나 있는 경우가 있다. 이것은, 장치 간 차, 예를 들어 캐리어 내에서의 웨이퍼의 덜걱거림 및 어긋남이나, 캐리어나 기계 내부를 포함한 기어의 백래시, 또는 태양기어, 인터널기어, 캐리어의 마모 등이 영향을 주어, 정확한 위치정보가 얻어지지 않기 때문이다. 이 현상은 300mm 웨이퍼에서, 예를 들어 수밀리미터로부터 많을 때에는 10mm 가까이까지 어긋나는 경우가 있었다. 이러한 상태에서, 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 반경위치를 취득한 경우, 측정위치에 오차가 발생한다.

이러한 어긋남이 있으면, 상하정반의 구동장치 및 캐리어구동장치의 위치정보에 의해 특정한 웨이퍼(W)에 대하여, 설정한 이론상의 웨이퍼 템플릿 위치로부터 벗어난 데이터가 나오는 경우가 있다. 또는, 지름방향의 정확한 두께를 평가할 수없는(중심으로부터의 위치가 어긋나는) 경우도 있다.

애초에 웨이퍼 템플릿 밖의 데이터는 처리되지 않아, 측정데이터수가 적어지는 등의 문제도 있어, 올바른 형상데이터는 얻어지지 않았다. 데이터가 적으면 편차가 증가한다는 리스크가 있었다.

이에 본 발명에서는, 두께데이터의 처리에 대하여 예의검토하여, 웨이퍼 상의 두께의 측정위치의 통과궤적이 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 통과궤적을 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키고, 측정데이터가 웨이퍼 템플릿으로부터 벗어나지 않도록 설정하였다. 통과궤적을 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시킬 때에는, 통과궤적 또는 웨이퍼 템플릿의 어느 하나, 혹은 그들의 양방을 평행이동시키고, 새롭게 통과궤적의 좌표 및/또는 웨이퍼 템플릿의 좌표를 정의하도록 하였다.

예를 들어, 도 6에 나타내는 바와 같이, 두께측정장치(11)에 의한 두께의 측정위치의 통과궤적(13)의 일부가, 웨이퍼 템플릿(14’)의 외측에 위치하고 있는 경우, 통과궤적(13)을 웨이퍼 템플릿(14’)에 대하여 상대적으로 평행이동시켜, 예를 들어 도 7에 나타내는 바와 같이, 통과궤적(13)이 새로운 웨이퍼 템플릿(14)에 들어가도록 한다.

요컨대, 본 발명에서는, 예를 들어 원호상의 측정위치의 통과궤적(13)이 웨이퍼 템플릿(14)에 들어가도록 보정하게 하였다. 나아가서는, 임의의 웨이퍼(W)에서 얻어진 두께의 가공하지 않은 데이터의 개시점과 종점의 위치가, 웨이퍼 템플릿(14)의 외주에 위치하도록 템플릿(14)의 좌표를 평행이동하는 보정을 행한다.

구체적으로, 이 보정을 행할 때에는, 예를 들어, 이하와 같이 계산한다. 웨이퍼 템플릿(14’)을 평면 내에서 평행이동시키는 미지의 제1의 이동벡터를 정한다. 또한, 통과궤적(13)의 양단의 좌표가 평행이동 후의 웨이퍼 템플릿(14)의 원방정식 상에 오는 미지의 제2의 이동벡터를 구한다. 얻어진 2개의 이동벡터 중, 벡터의 크기가 작은 쪽을 채용한다. 여기서 웨이퍼 템플릿(14)의 원의 방정식의 반경은, 두께측정장치(11)가 측정가능한 연마하는 웨이퍼의 반경에 대응시킨다.

이와 같이 하여 보정해서 얻어진 두께의 측정위치의 통과궤적(13)에 대하여, 웨이퍼 템플릿(14)의 중심으로부터의 반경위치를 취득한다.

본 발명에 있어서, 통과궤적(13)의 웨이퍼 템플릿(14)의 중심으로부터의 반경위치란, 통과궤적(13)에 포함되는 두께의 복수의 측정위치의 각각과, 웨이퍼 템플릿(14)의 중심의 거리를 의미한다.

두께데이터의 처리로서, 측정점은, 통상, 원호상의 궤적을 그린다. 본 발명에서는, 이 측정점을, 반경위치의 두께 프로파일로서 변환한다. 즉, 앞서 설명한 바와 같이, 가공하는 웨이퍼(W)의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿을 준비하고, 이 템플릿의 중심으로부터 측정점까지의 거리를 산출하여, 프로파일을 작성한다.

도 8 및 도 9에, 웨이퍼 템플릿(14)의 중심(14a)으로부터 통과궤적(13)의 반경위치를 취득하는 예를 각각 개략적으로 나타낸다.

도 8 및 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 양면연마장치에서는, 도 1에 나타내는 평가처리부(12)에 의해, 웨이퍼 템플릿(14)의 중심(14a)으로부터 통과궤적(13)에 포함되는 두께의 측정위치의 각각까지의 거리를 측정할 수 있다.

도 10에, 얻어진 두께 프로파일의 예를 나타낸다. 두께 프로파일은, 이상과 같이 하여 얻어진, 웨이퍼 템플릿(14)의 중심(14a)으로부터 통과궤적(13)에 포함되는 두께의 측정위치의 각각까지의 거리에 대하여, 각 측정위치에서 얻어진 두께의 측정값을 플롯한 것이다.

도 10으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명의 양면연마장치에 의해 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있다. 한편, 이와 같이 얻어진 데이터를, 추가로 복수의 데이터의 평균값으로 하거나, 반경방향으로 이동평균을 취하는 등의 처리를 실시할 수도 있다.

또한, 본 발명의 양면연마장치이면, 연마 중에 각 웨이퍼 반경위치에서의 캐리어와의 두께의 차를 정확하게 파악할 수도 있어, 웨이퍼의 형상 및 두께를 가공(연마)종료시에 요망되는 값 또는 범위 내로 컨트롤할 수 있다.

특히, 외주부(예를 들어, 외주위치로부터 35mm 이내)의 정확한 외주단면형상에 대한 많은 데이터를 가공경과시간 내에 모니터하는 것이 가능해진다.

그리고, 본 발명의 양면연마장치이면, 정확한 외주단면형상의 정보에 기초하여, 정확하게 연마종료점을 결정할 수 있다. 특히, 외주형상에 변곡점이 발생하지 않는 최소의 PV(Peak to Valley)값, Range값(측정값의 최대값과 최소값의 차) 및 σ값(표준편차)에서 가공을 종료시킴으로써, 다음 공정에서 수정하기 쉬운 웨이퍼를 얻을 수 있다.

[양면연마방법]

다음으로, 본 발명의 양면연마방법의 예를, 도 1, 도 7 및 도 8을 다시 참조하면서 설명한다.

본 발명의 양면연마방법은, 예를 들어 도 1을 참조하면서 설명한 본 발명의 양면연마장치(10)를 이용하여, 슬러리를 슬러리공급원(9)으로부터 하정반(1) 상에 공급하면서, 상정반(2) 및 하정반(1)을 회전시키고, 또한 캐리어(6)를 회전시킴으로써, 상정반(2)과 하정반(1) 사이에 끼워진 웨이퍼(W)의 양면을 연마하는 양면연마방법이다.

본 발명의 양면연마방법은, 두께측정장치(11)에 의해 연마 중인 웨이퍼(W)의 두께를 측정하는 공정과, 두께의 측정정보와 동시각의 정반구동장치(하정반구동장치(1b) 및 상정반구동장치(2b)) 및 캐리어구동장치(태양기어(7) 및 인터널기어(8))의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼(W)를 특정하는 공정과, 특정된 웨이퍼(W) 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적(13)을 취득하는 공정과, 특정된 웨이퍼(W) 상의 통과궤적(13)이, 연마하는 웨이퍼(W)의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿(14)에 들어가도록, 통과궤적(13)을 웨이퍼 템플릿(14)에 대하여 상대적으로 평행이동시키는 공정(예를 들어 도 7)과, 그 후, 웨이퍼 템플릿(14)의 중심(14a)으로부터의 통과궤적(13)의 반경위치를 취득함으로써(예를 들어 도 8), 특정된 웨이퍼(W)의 형상을 평가하는 공정을 갖는다. 이들 공정에 대해서는, 앞선 설명을 참조하기 바란다.

이와 같이 하여 웨이퍼(W)의 두께측정점의 통과궤적(13)의 반경위치를 취득함으로써, 앞서 설명한 바와 같이, 연마 중인 웨이퍼 외주부의 두께(형상)를 정확하게 평가할 수 있어, 신뢰할 수 있는 두께측정을 행할 수 있다.

특히, 외주부(예를 들어, 외주위치로부터 35mm 이내)의 정확한 외주단면형상에 대한 많은 데이터를 웨이퍼가공과 동시에 모니터하는 것이 가능해진다.

나아가, 두께측정위치의 통과궤적(13)을 취득하는 공정에 있어서, 동일한 웨이퍼(W)의 정보를 복수회 집계(복수의 통과궤적(13)을 집계)함으로써, 정밀도가 높은, 반경위치의 두께 프로파일을 작성할 수 있다. 도 9에 나타내는 바와 같은 원호 상의 데이터가 짧은 통과궤적(13)에 관해서도, 웨이퍼 외주부의 두께정보를 포함하고 있기 때문에, 이들 데이터를 유효활용함으로써, 웨이퍼 외주형상을 더욱 정밀도 좋게 구할 수 있다.

본 발명의 양면연마방법은, 추가로, 평가된 웨이퍼의 형상에 기초하여 연마종료시기를 판정하는 공정을 갖는다.

이 공정을 포함하는 본 발명의 양면연마방법이면, 정확한 외주단면형상의 정보에 기초하여, 정확하게 연마종료점을 결정할 수 있다. 따라서, 외주형상에 변곡점이 발생하지 않는 최소의 PV값, Range값 및 σ값에서 가공을 종료시킴으로써, 다음 공정에서 수정하기 쉬운 웨이퍼(W)를 얻을 수 있다.

또한, 이러한 본 발명의 양면연마방법이면, 연마 중에 각 웨이퍼 반경위치에서의 캐리어와의 두께의 차를 정확하게 파악할 수도 있어, 웨이퍼의 형상 및 두께를 가공(연마)종료시에 요망되는 값 또는 범위 내로 컨트롤할 수 있다.

본 발명의 양면연마방법에서는, 복수매의 웨이퍼를 동시에 연마하는 것이 바람직하다.

동일한 배치의 복수의 웨이퍼 각각에 대하여, 정확한 두께(형상)데이터를 취득함으로써, 연마종료의 판단을 보다 정확하게 행할 수 있다.

또한, 두께를 측정하는 공정에 있어서, 0.1밀리초 이하의 간격으로 두께의 측정결과를 얻는 것이 바람직하다.

이와 같이 함으로써, 보다 많은 두께데이터를 취득할 수 있고, 그 결과, 연마종료의 판단을 보다 정확하게 행할 수 있다. 간격의 하한은 특별히 한정되지 않는데, 예를 들어, 0.01밀리초 이상 0.1밀리초 이하의 간격으로 두께의 데이터를 집계하는 것이 보다 바람직하다.

이하, 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이들로 한정되는 것은 아니다.

(실험예)

도 5에 나타내는 바와 같이 상정반(2)에 두께측정장치(11)로서의 표준프로브를 배치하고, 이 표준프로브(11) 자체도 공전하는 기구로 되어 있는 점 이외는 도 1에 나타내는 것과 동일한 구조를 갖는 양면연마장치(10)를 사용하고, 앞서 설명한 바와 같이 구성된 평가처리부(12)를 이용하여, 본 발명의 연마장치 및 연마방법으로 복수의 직경 300mm의 실리콘웨이퍼를 연마하였다. 연마제는, 평균입경 35~70nm의 콜로이달실리카에, 가성칼리(수산화칼륨)를 첨가하고, pH가 10.5가 되도록 순수로 희석한 것을 이용하였다. 연마포에는, 시판되는 부직포타입을 사용하였다.

한편, 두께측정장치(11)의 레이저광은 적외광 파장가변 레이저이고, 파장은 1300nm, 출력은 10mW 이상으로 하였다.

이러한 조건으로 연마공정을 행하였다. 캐리어와의 두께차가 충분히 있는 상태에서 임의의 반경위치의 두께 프로파일을, 상기 방법으로 통과궤적(13)을 웨이퍼 템플릿(14)에 대하여 상대적으로 평행이동하여 취득한 통과궤적(13)의 반경위치에 기초하여 구하였다. 이 실험예를 실시예 1로 한다. 실시예 1에서 얻어진 프로파일의 일부를 도 11에 나타낸다. 캐리어와의 두께차가 충분히 있는 상태에서는 연마포의 웨이퍼에 대한 침강이 발생하는 점에서 외주부는 얇아지기 쉽다. 도 11로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1에서 구한 웨이퍼형상도 외주부의 두께가 얇은, 이른바 처짐 형상으로 되어 있고, 형상의 평가, 특히 웨이퍼의 외주형상의 평가는 정확하게 행해진 것으로 생각된다.

다음으로 동일한 웨이퍼의 반경위치의 두께 프로파일을, 통과궤적(13)을 웨이퍼 템플릿(14)에 대하여 상대적으로 평행이동하지 않고 구하였다. 이 실험예를 비교예 1로 한다. 비교예 1에서 얻어진 프로파일의 일부를 도 12에 나타낸다. 도 12로부터 명백한 바와 같이, 통과궤적(13)의 반경위치를 정확하게 구할 수 없기 때문에, 외주부의 처짐 형상은 충분히 표현할 수 없었다.

즉, 통과궤적(13)의 평행이동의 보정을 넣지 않으면, 평가한 형상과 실제의 형상 사이에 차이가 생기는 것을 알 수 있다.

비교예 1의 집계에서는, 외주두께가 두껍다고 판단되는 경향이 많으며, 형상의 오판정에 의해, 연마 후의 형상에 편차가 발생하였다.

한편, 실시예 1에서는, 정확한 웨이퍼형상을 판정할 수 있으며, 연마 후의 형상을 원하는 대로 할 수 있었다.

다음으로, 실시예 2로서, 상기 실험예의 실시예 1과 동일한 수순으로 웨이퍼의 형상을 평가하고, 외주의 목적형상을 정하고, 평가된 형상에 기초하여 연마를 종료하였다. 또한, 비교예 2로서, 상기 실험예의 비교예 1과 동일한 수순으로 웨이퍼의 형상을 평가하고, 외주의 목적형상을 정하고, 평가된 형상에 기초하여 연마를 종료하였다. 실시예 2 및 비교예 2에서의 연마 후에, 웨이퍼의 형상 파라미터(외주부의 튐, 처짐의 레벨)를 평가하였다. 형상 파라미터는 플러스측이 외주 튐 형상, 마이너스측이 외주 처짐 형상인 것을 의미하고, 목적은 플랫인 0으로 한다. 도 13에, 실시예 2 및 비교예 2에 의해 얻어진 형상 파라미터의 히스토그램을 나타낸다. 도 13으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 2가 비교예 2와 비교하여 형상 파라미터가 0 부근으로 되어 있어, 보다 정밀도 좋게 목적형상으로 마무리할 수 있는 결과가 되었다.

본 명세서는, 이하의 태양을 포함한다.

[1] 상면이 연마면으로 된 하정반과, 이 하정반의 상방에서 지지프레임에 자유롭게 상하동할 수 있게 지지되고, 하면이 연마면으로 된 상정반과, 상기 하정반과 상기 상정반의 사이에 배치되고, 웨이퍼를 유지하는 투공을 갖는 캐리어와, 상기 상정반 및 상기 하정반을 축선을 중심으로 하여 회전구동하는 정반구동장치와, 상기 캐리어를 회전구동하는 캐리어구동장치와, 슬러리공급원을 구비하고, 슬러리를 상기 슬러리공급원으로부터 상기 하정반 상에 공급하면서, 상기 상정반 및 상기 하정반을 회전시키고, 또한 상기 캐리어를 회전시킴으로써, 상기 상정반과 상기 하정반 사이에 끼워진 웨이퍼의 양면을 연마하는 양면연마장치로서, 상기 캐리어에 유지된 웨이퍼가 연마 중에 통과하는 위치에서 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 두께측정장치가 추가로 배치되어 있고, 상기 양면연마장치는, 평가처리부를 추가로 가지고,

상기 평가처리부는, 상기 두께측정장치에 의해 웨이퍼의 두께를 측정하고, 두께의 측정정보와 동시각의 상기 정반구동장치 및 상기 캐리어구동장치의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하고, 이 특정된 웨이퍼 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하고, 상기 특정된 웨이퍼 상의 상기 통과궤적이, 연마하는 웨이퍼의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 상기 통과궤적을 상기 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키고, 그 후, 상기 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 상기 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 상기 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 양면연마장치.

[2] 상기 두께측정장치는, 연마 중인 웨이퍼의 두께를 레이저광간섭에 의해 측정하는 표준장치인 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 양면연마장치.

[3] 상기 두께측정장치는, 상기 상정반 상에, 상기 상정반 상에서 상기 축선을 중심으로 하여 공전할 수 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 양면연마장치.

[4] 상면이 연마면으로 된 하정반과, 이 하정반의 상방에서 지지프레임에 자유롭게 상하동할 수 있게 지지되고, 하면이 연마면으로 된 상정반과, 상기 하정반과 상기 상정반 사이에 배치되고, 웨이퍼를 유지하는 투공을 갖는 캐리어와, 상기 상정반 및 상기 하정반을 축선을 중심으로 하여 회전구동하는 정반구동장치와, 상기 캐리어를 회전구동하는 캐리어구동장치와, 슬러리공급원을 구비한 양면연마장치를 이용하여, 슬러리를 상기 슬러리공급원으로부터 상기 하정반 상에 공급하면서, 상기 상정반 및 상기 하정반을 회전시키고, 또한 상기 캐리어를 회전시킴으로써, 상기 상정반과 상기 하정반 사이에 끼워진 웨이퍼의 양면을 연마하는 양면연마방법으로서, 두께측정장치에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하는 공정과, 두께의 측정정보와 동시각의 상기 정반구동장치 및 상기 캐리어구동장치의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하는 공정과, 이 특정된 웨이퍼 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하는 공정과, 상기 특정된 웨이퍼 상의 상기 통과궤적이, 연마하는 웨이퍼의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 상기 통과궤적을 상기 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키는 공정과, 그 후, 상기 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 상기 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 상기 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하는 공정과, 평가된 웨이퍼의 형상에 기초하여 연마종료시기를 판정하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 양면연마방법.

[5] 복수매의 웨이퍼를 동시에 연마하는 것을 특징으로 하는 [4]에 기재된 양면연마방법.

[6] 상기 두께를 측정하는 공정에 있어서, 0.1밀리초 이하의 간격으로 두께의 측정결과를 얻는 것을 특징으로 하는 [4] 또는 [5]에 기재된 양면연마방법.

[7] 연마 중인 1개의 웨이퍼에 대하여 복수의 상기 통과궤적을 취득하는 것을 특징으로 하는 [4]~[6] 중 어느 하나에 기재된 양면연마방법.

한편, 본 발명은, 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 상기 실시형태는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지고, 동일한 작용효과를 나타내는 것은, 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

1: 하정반
1a, 2a: 연마패드
1b: 하정반구동장치
2: 상정반
2b: 상정반구동장치
2c: 창부
2d: 창재
3: 지지프레임
4: 실린더장치
5: 축선
6: 캐리어
6a: 투공
7: 태양기어
8: 인터널기어
9: 슬러리공급원
10: 양면연마장치
11: 두께측정장치
12: 평가처리부
13: 통과궤적
14, 14’: 웨이퍼 템플릿
14a: 중심

Claims (8)

1. 상면이 연마면으로 된 하정반과,
   이 하정반의 상방에서 지지프레임에 자유롭게 상하동할 수 있게 지지되고, 하면이 연마면으로 된 상정반과,
   상기 하정반과 상기 상정반의 사이에 배치되고, 웨이퍼를 유지하는 투공을 갖는 캐리어와,
   상기 상정반 및 상기 하정반을 축선을 중심으로 하여 회전구동하는 정반구동장치와,
   상기 캐리어를 회전구동하는 캐리어구동장치와,
   슬러리공급원
   을 구비하고, 슬러리를 상기 슬러리공급원으로부터 상기 하정반 상에 공급하면서, 상기 상정반 및 상기 하정반을 회전시키고, 또한 상기 캐리어를 회전시킴으로써, 상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 끼워진 웨이퍼의 양면을 연마하는 양면연마장치로서,
   상기 캐리어에 유지된 웨이퍼가 연마 중에 통과하는 위치에서 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 두께측정장치가 추가로 배치되어 있고,
   상기 양면연마장치는, 평가처리부를 추가로 가지고,
   상기 평가처리부는,
   상기 두께측정장치에 의해 웨이퍼의 두께를 측정하고,
   두께의 측정정보와 동시각의 상기 정반구동장치 및 상기 캐리어구동장치의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하고,
   이 특정된 웨이퍼 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하고,
   상기 특정된 웨이퍼 상의 상기 통과궤적이, 연마하는 웨이퍼의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 상기 통과궤적을 상기 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키고,
   그 후, 상기 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 상기 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 상기 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 양면연마장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 두께측정장치는, 연마 중인 웨이퍼의 두께를 레이저광간섭에 의해 측정하는 표준장치인 것을 특징으로 하는 양면연마장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 두께측정장치는, 상기 상정반 상에, 상기 상정반 상에서 상기 축선을 중심으로 하여 공전할 수 있도록 배치된 것을 특징으로 하는 양면연마장치.
4. 상면이 연마면으로 된 하정반과, 이 하정반의 상방에서 지지프레임에 자유롭게 상하동할 수 있게 지지되고, 하면이 연마면으로 된 상정반과, 상기 하정반과 상기 상정반의 사이에 배치되고, 웨이퍼를 유지하는 투공을 갖는 캐리어와, 상기 상정반 및 상기 하정반을 축선을 중심으로 하여 회전구동하는 정반구동장치와, 상기 캐리어를 회전구동하는 캐리어구동장치와, 슬러리공급원을 구비한 양면연마장치를 이용하여, 슬러리를 상기 슬러리공급원으로부터 상기 하정반 상에 공급하면서, 상기 상정반 및 상기 하정반을 회전시키고, 또한 상기 캐리어를 회전시킴으로써, 상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 끼워진 웨이퍼의 양면을 연마하는 양면연마방법으로서,
   두께측정장치에 의해 연마 중인 웨이퍼의 두께를 측정하는 공정과,
   두께의 측정정보와 동시각의 상기 정반구동장치 및 상기 캐리어구동장치의 위치정보에 의해, 두께를 측정한 웨이퍼를 특정하는 공정과,
   이 특정된 웨이퍼 상의 연속해서 얻어지는 두께측정위치의 통과궤적을 취득하는 공정과,
   상기 특정된 웨이퍼 상의 상기 통과궤적이, 연마하는 웨이퍼의 평균지름에 대응하는 지름을 갖는 웨이퍼 템플릿에 들어가도록, 상기 통과궤적을 상기 웨이퍼 템플릿에 대하여 상대적으로 평행이동시키는 공정과,
   그 후, 상기 웨이퍼 템플릿 중심으로부터의 상기 통과궤적의 반경위치를 취득함으로써, 상기 특정된 웨이퍼의 형상을 평가하는 공정과,
   평가된 웨이퍼의 형상에 기초하여 연마종료시기를 판정하는 공정
   을 갖는 것을 특징으로 하는 양면연마방법.
5. 제4항에 있어서,
   복수매의 웨이퍼를 동시에 연마하는 것을 특징으로 하는 양면연마방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 두께를 측정하는 공정에 있어서, 0.1밀리초 이하의 간격으로 두께의 측정결과를 얻는 것을 특징으로 하는 양면연마방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 두께를 측정하는 공정에 있어서, 0.1밀리초 이하의 간격으로 두께의 측정결과를 얻는 것을 특징으로 하는 양면연마방법.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   연마 중인 1개의 웨이퍼에 대하여 복수의 상기 통과궤적을 취득하는 것을 특징으로 하는 양면연마방법.