KR101486780B1

KR101486780B1 - 워크 연마용 헤드, 및 연마 헤드를 갖춘 연마 장치

Info

Publication number: KR101486780B1
Application number: KR1020107008218A
Authority: KR
Inventors: 히사시 마수무라; 코우지 모리타; 히로마사 하시모토; 사토루 아라카와; 히로미 키시다
Original assignee: 신에쯔 한도타이 가부시키가이샤; 후지코시 기카이 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2007-10-31
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2028-10-20
Also published as: JP2009107094A; JP5042778B2; KR20100087097A; US8021210B2; CN101801605A; DE112008002802B4; TW200942362A; US20100291838A1; DE112008002802T5; WO2009057258A1; CN101801605B; TWI410300B

Abstract

본 발명은 러버막 중판으로의 고정 위치가 워크 보관 유지부 측에서 멀어진 위치가 되도록, 러버막을 부츠 형상의 구조로 하고, 부츠 형상의 러버막의 말단부를 O링 형상으로 하고, 중판과 러버막의 접촉 면적을 극한까지 줄여 중판에 지지하는 구조로 한 연마 헤드이다. 이에 의해 러버 지퍼 방식에 의한 연마 헤드에 대하여, 워크 표면에 상처 등의 표면 결함이 발생하는 것이 극력 억제되어, 워크 외주까지 안정되어 균일하게 연마 가능한 연마 헤드 및 상기 연마 헤드를 갖춘 연마 장치가 제공된다.

Description

워크 연마용 헤드, 및 연마 헤드를 갖춘 연마 장치{WORK POLISHING HEAD, AND POLISHING APPARATUS HAVING THE POLISHING HEAD}

본 발명은, 워크의 표면을 연마할 때에 워크를 보관 유지하기 위한 연마 헤드, 및 이를 구비한 연마 장치에 관한 것으로서, 특히 러버막에 워크를 보관 유지하는 연마 헤드 및 그것을 갖춘 연마 장치에 관한 것이다.

최근의 반도체 디바이스의 고집적화에 수반하여, 이에 이용되고 있는 반도체 실리콘 웨이퍼의 평면도의 요구는 더욱 어려운 것이 되고 있다. 또한, 반도체 칩의 수율을 올리기 위해 웨이퍼의 에지 근방의 영역까지의 평탄성이 요구되고 있다.

실리콘 웨이퍼의 최종 형상은 최종 공정인 경면 연마 가공에 의해 결정되고 있다. 특히 직경 300 mm 실리콘 웨이퍼에서는 어려운 평탄도의 사양을 만족시키기 위해서 양면 연마로의 일차 연마를 실시하고, 그 후에 표면의 상처나 면 거칠기의 개선을 위해 한 면에서의 표면 2차 연마 및 마무리 연마를 실시하고 있다. 한 면의 표면 2차 연마 및 마무리 연마에서는 양면 일차 연마로 만들어진 평탄도를 유지하는 것과 표면 측에 상처 등의 결함이 없는 완전 경면으로 완성하는 것이 요구되고 있다.

일반적인 한 면 연마 장치는 예를 들면 도 8에 나타낸 바와 같이, 연마포(82)를 점착한 정반(83)과, 연마제 공급 기구(84)와, 연마 헤드(85) 등으로 구성되어 있다. 이러한 연마 장치(81)에는, 연마 헤드(85)로 워크(W)를 보관 유지하고, 연마제 공급 기구(84)로부터 연마포(82) 상에 연마제(86)를 공급하는 동시에, 정반(83)과 연마 헤드(85)를 각각 회전시켜 워크(W)의 표면을 연마포(82)에 슬라이딩시키는 것으로 연마를 실시한다.

워크를 연마 헤드로 유지하는 방법으로서는, 평탄한 원반 형상의 플레이트에 왁스 등의 접착제를 거쳐 워크를 점착하는 방법 등이 있다. 그 외에, 도 9에 나타낸 바와 같이, 연마 헤드 본체(91) 및 워크 보관 유지반(92)의 요철 형상의 전사를 억제하는 목적으로 워크 보관 유지반(92)에 배킹 필름(93)으로 불리는 탄성막을 붙여 보관 유지하는 방법이나, 워크 보관 유지부를 러버막으로 하고, 상기 러버막의 배면에 공기 등의 가압 유체를 흘려 넣어, 균일의 압력으로 러버막을 부풀려 연마포에 워크를 압압하는, 소위 러버 지퍼 방식이 있다(예를 들면, 특개 2002-264005호 공보 참조). 또한, 외주 부분 처짐을 억제하여 평탄성을 향상시키는 목적으로, 워크의 외측에 연마포를 압압하기 위한 수단으로서의 리테이너 링을 배치한 연마 헤드도 제안되고 있다.

종래의 러버 지퍼 방식의 연마 헤드의 구성의 일례를 모식적으로 도 10(a)에 나타낸다. 아래쪽 면에 凹부를 마련한 원반 형상의 중판(102a)의 凹부를 밀봉하도록 러버막(러버 재료)(104a)을 붙이고, 제 1 압력 조정 기구(105a)를 거쳐 제 1 밀폐 공간부(103a)에 유체를 공급하여 웨이퍼(W)를 압압할 수 있는 구조, 소위 러버 지퍼 구조가 되어 있다. 더욱이, 중판(102a)은, 탄성막(106a)을 거쳐 연마 헤드 본체(101a)에 연결되어 있고, 제 2 압력 조정 기구(108a)를 거쳐 탄성막(106a)으로 밀폐된 제 2 밀폐 공간부(107a)에 유체를 공급하여 중판(102a)을 가압할 수 있는 구조가 되어 있다. 연마 가공 중에 웨이퍼를 보관 유지하는 목적으로 링 형상의 가이드 링(109a)이 연마 헤드 본체(101a)에 연결되고, 웨이퍼(W)의 외측에 배치된 구조가 되어 있다. 또한, 도 10(b)과 같은 중판(102b)의 가압 기구를 가지지 않고 러버막(104b) 만으로 가압하는 방식의 것도 있다. 더욱이, 외주부의 처짐 억제의 목적으로, 가이드 링 대신에 연마포를 압압하는 리테이너 링을 배치한 도 10(c)과 같은 연마 헤드도 제안되고 있다. 리테이너 링(109c)은, 탄성막(110c)으로 밀폐된 제 3 밀폐 공간부(111c)에 제 3 압력 조정 기구(112c)를 거쳐 유체를 공급하여 연마포를 압압하는 구조가 되어 있다.

도 10(a), (b)의 구조와 같은 중판의 凹부 개구 단부에 러버막을 장착하는 구조의 경우, 개구 단부 근방에서는, 장력의 영향으로 실효적으로는 러버막의 강성이 높아지고, 워크의 외주 부분에 걸리는 압력이 높아져서, 외주 처짐을 발생시켜 버리는 문제가 있었다. 또한, 도 10(d)과 같이 러버막의 지지부(P)(개구 단부)의 위치를 워크에 대해 상승시키고, 외주 부분의 압력을 저감하여 외주 처짐을 억제하는 수단도 제안되고 있다(예를 들면, 특개 2002-264005호 공보 참조). 그렇지만, 웨이퍼의 외주 처짐을 개선하려고 하면 반대로 웨이퍼 외주가 튀는 형상이 되어, 균일성이 악화되거나 러버막을 장착했을 때의 장력의 격차의 영향으로 형상이 안정되지 않는 등의 문제가 발생하고 있었다. 도 10(c)과 같이 워크의 외측에 리테이너 링을 배치하여 연마포를 직접 압압하여 외주 처짐을 억제하는 수단도 제안되고 있지만, 리테이너 재료도 연마되기 때문에, 그로부터의 발진 등의 영향에 의해 워크 표면에 상처가 발생하거나 압압하고 있는 것으로 워크 표면에 연마제가 충분히 공급되지 않고, 연마 속도의 저하를 일으키는 등의 문제도 발생하고 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점을 감안한 것으로서, 러버 지퍼 방식에 의한 연마 헤드에 대하여, 워크 표면에 상처 등의 표면 결함이 발생하는 것이 극력 억제되어 워크 외주까지 안정되어 균일하게 연마 가능한 연마 헤드 및 상기 연마 헤드를 갖춘 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는, 적어도, 연마 헤드 본체의 하부에, 대략 원반 형상의 중판과, 상기 중판에 보관 유지되어 적어도 중판의 아래쪽 면부와 측면부를 덮는 러버막과, 상기 러버막의 주위에 설치된 링 형상의 가이드 링을 구비하며, 상기 중판과 상기 러버막으로 둘러싸인 제 1 밀폐 공간부를 갖고, 제 1 압력 조정 기구로 상기 제 1 밀폐 공간부의 압력을 변화시킬 수 있도록 구성되어 상기 러버막의 아래쪽 면부에 워크의 이면을 보관 유지하고, 상기 워크의 표면을 정반상에 점착한 연마포에 슬라이딩시켜 연마하는 연마 헤드에 있어서, 상기 러버막은 상기 중판에 보관 유지되는 말단 부분이 O링 형상으로 형성되고, 상기 중판은 상하에 2매로 분할 가능하게 형성된 것이며, 상기 중판과 상기 러버막은, 상기 중판의 적어도 아래쪽 면부의 전면과 측면부 사이에 틈새를 가지는 것이고, 상기 러버막은 상기 중판에, 상기 러버막의 O링 형상의 말단 부분을 상기 분할된 중판에 끼우는 것으로 보관 유지되는 것인 것을 특징으로 하는 연마 헤드를 제공한다.

이와 같이 러버막 중판으로의 고정 위치가 워크 보관 유지부 측에서 멀어진 위치가 되도록, 러버막을 상부가 원형 상에 개구한 중공 원반 형상인 부츠 형상의 구조로 하고, 이 부츠 형상의 러버막의 말단부를 O링 형상으로 하고, 중판과 러버막의 접촉 면적을 극한까지 줄여 중판에 지지하는 구조로 함으로써, 러버막에 발생하는 여분의 장력을 억제하여 워크 외주 부분의 러버막의 강성을 올리지 않고서, 워크 전체에 균일한 연마 하중을 걸어 연마할 수가 있다.

그 결과, 워크 전면에 걸쳐, 특히 외주부에 있어서 평탄성을 종래에 비해 높게 유지하여 연마할 수 있다. 즉, 워크 외주까지 균일하게 연마할 수 있는 연마 헤드로 할 수 있다.

또한, 리테이너 링 등을 사용하지 않기 때문에, 발진 등의 영향을 억제할 수 있다. 따라서, 워크 표면에 상처나 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있는 연마 헤드로 할 수 있다.

그리고, 연마포에 압압하는 리테이너 링 등이 없어도, 외주 처짐을 억제하는 것이 가능한 연마 헤드로 할 수 있다.

또한, 상기 중판은 상기 연마 헤드 본체로부터 분리되어 있고, 상기 중판의 높이 방향의 위치를 상기 연마 헤드 본체로부터 독립하여 조정하는 제 1 높이 조정 기구를 구비하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 중판을 연마 헤드 본체로부터 분리 독립하여 높이를 조정할 수 있도록 하는 것으로, 중판에 고정된 러버막의 높이를 조절할 수 있다. 이에 의해, 러버막 측면의 강성을 이용하여, 워크 외주 부분에 대한 압력을 변화시키는 것이 가능하고, 더욱이 중판의 높이 위치를 정밀하게 제어하는 제 1 높이 조정 기구를 부가하는 것으로, 워크의 가공전 형상(튀거나 처짐 형상)에 맞춰서, 가공 조건을 변화시켜 가공 후의 워크를 평탄하게 가공하는 것보다 용이 해진다.

또한, 상기 연마 헤드 본체는 상기 중판으로부터 분리되어 있고, 상기 연마 헤드 본체의 높이 방향의 위치를 상기 중판으로부터 독립하여 조정하는 제 2 높이 조정 기구를 구비하는 것이며, 상기 제 2 높이 조정 기구는 상기 연마포와 상기 가이드 링과의 틈새의 거리를 상기 워크 두께의 25~45%의 폭으로 유지하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 연마 헤드 본체, 결국은 가이드 링에 대해서도 높이 조절 기구(제 2 높이 조정 기능)를 구비하는 것으로, 가이드 링과 연마포의 틈새를 일정하게 유지하는 것이 가능해지고, 이에 따라 보다 안정되어 워크를 보관 유지하고, 연마 속도의 저하나 워크의 표면 품질을 열화시키지 않고 워크의 연마 가공을 할 수 있다.

또한, 연마포와 가이드 링의 틈새를 워크 두께의 25~45%로 유지하는 것으로, 가이드 링과 연마포의 틈새가 너무 작을 때에 일어나는 연마제의 공급 부족에 따라 발생하는 연마 속도의 저하를 방지할 수 있고, 또한 틈새가 너무 큰 경우에 가공 중에 워크를 보관 유지할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 제 1 높이 조정 기구 및 상기 제 2의 높이 조정 기구는 볼 나사를 이용한 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 제 1, 제 2 높이 조정 기구에 볼 나사를 이용하는 것으로, 보다 정밀한 높이 방향의 위치의 조절이 쉬워져서, 보다 고정밀도로 안정된 연마가 가능해진다.

또한, 상기 중판과 상기 연마 헤드 본체를 연결하는 탄성막과, 상기 연마 헤드 본체에 장착된 스토퍼를 구비하며, 상기 중판과 상기 연마 헤드 본체와 상기 탄성막으로 둘러싸인 제 2 밀폐 공간부를 가지고, 제 2 압력 조정 기구로 상기 제 2 밀폐 공간부의 압력을 변화시킬 수 있도록 구성되어 상기 제 1 높이 조정 기구가 상기 스토퍼인 것이 바람직하다.

이와 같이, 중판 부분과 연마 헤드 본체부를 탄성막으로 연결하고, 중판과 연마 헤드 본체와 탄성막으로 밀폐된 제 2 밀폐 공간부의 압력을 조정하는 것으로, 중판을 상승, 하강시킬 수 있고, 또한 연마 헤드 본체에 장착된 스토퍼의 높이를 조절하는 것으로, 중판의 높이 위치를 조정할 수 있어 간편한 기구로 러버막의 높이 제어가 가능해진다.

또한, 상기 스토퍼는 압전 소자인 것이 바람직하다.

이와 같이, 더욱이 스토퍼를 압전 소자로 형성하여, 인가 전압을 제어하는 것에 의해 스토퍼 두께를 가변으로 하면, 러버막을 자동으로 임의의 높이에 조절할 수 있고, 워크의 연마 전의 형상에 맞추어, 외주 부분의 형상을 처짐으로부터 튀김으로 임의로 자동 조절할 수 있어서, 워크를 더욱 평탄하게 가공할 수 있다.

또한, 본 발명에서는, 워크의 표면을 연마할 때에 사용하는 연마 장치에 있어서, 적어도, 정반 상에 점착된 연마포와, 상기 연마포 상에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급 기구와, 상기 워크를 보관 유지하기 위한 연마 헤드로서, 상기 본 발명과 관련되는 연마 헤드를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치가 제공된다.

이와 같이, 본 발명과 관련되는 연마 헤드를 갖춘 연마 장치를 이용하여 워크의 연마를 실시하면, 워크 전체에 균일한 연마 하중을 걸어 워크를 연마할 수가 있고, 워크 전면에 걸쳐, 특히 외주부에 있어 평탄성을 높게 유지하여 연마할 수가 있다.

또한, 상기 연마 헤드 본체로부터 상기 연마포까지의 거리를 비접촉으로 검출하는 센서와, 상기 제 1 높이 조정 기구와, 상기 제 2 높이 조정 기구를 구비하며, 상기 제 1 높이 조정 기구는 상기 센서에서 검출된 상기 연마 헤드 본체로부터 상기 연마포까지의 거리에 따라 상기 중판 및 상기 러버막의 높이 방향의 위치를 조정하고, 상기 제 2 높이 조정 기구는 상기 센서에서 검출된 상기 연마 헤드 본체로부터 상기 연마포까지의 거리에 따라 상기 연마포와 상기 가이드 링과의 틈새의 높이 방향의 위치를 조정하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 센서로 측정한 연마 헤드 본체로부터 연마포까지의 거리에 따라 중판 및 러버막의 높이를 조절하는 제 1 높이 조정 기구를 갖추는 것으로, 워크의 가공 전의 형상에 맞추어 형상을 수정하는 연마를 할 수 있고, 그 결과 연마된 워크의 표면 평탄성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 센서로 측정한 연마 헤드 본체로부터 연마포까지의 거리에 따라 연마 헤드 본체의 높이를 조절하는 제 2 높이 조정 기구를 갖추는 것으로, 연마 헤드 본체에 연결되는 가이드 링과 연마포 간의 틈새를 일정하게 유지하고, 안정하게 워크를 보관 유지하고, 연마 속도의 저하나 워크의 표면 품질을 열화시키지 않고 워크의 연마 가공을 할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명과 관련되는 연마 헤드를 이용하여 워크의 연마를 실시하면, 워크 전체에 균일한 연마 하중을 걸어 워크를 연마할 수가 있고, 워크 전면에 걸쳐, 특히 외주부에 있어 평탄성을 높게 유지하여 연마할 수가 있는 연마 헤드로 할 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련되는 연마 헤드의 제 1 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명과 관련되는 연마 헤드의 제 2 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명과 관련되는 연마 헤드에 있어서의 워크와 러버막의 위치 관계를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명과 관련되는 연마 헤드의 제 3 실시예를 나타내는 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명과 관련되는 연마 헤드를 갖춘 연마 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 실시예로 연마한 워크의 연마대 분포를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예, 비교예 1, 비교예 2-1, 비교예 2-2로 연마한 워크의 연마대 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8은 한 면 연마 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다.
도 9는 종래의 연마 헤드의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10a는 종래의 연마 헤드의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10b는 종래의 연마 헤드의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10c는 종래의 연마 헤드의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
도 10d는 종래의 연마 헤드의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.

이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

전술한 바와 같이, 특히 반도체 실리콘 웨이퍼의 워크의 경우에는, 표면의 평탄성과 상처나 결함 등이 없는 표면의 완전성에 대해 보다 높은 수준이 요구되고 있다. 러버 지퍼 방식의 연마 헤드의 경우, 종래의 세라믹 플레이트 등에 접착하여 연마하는 방식의 연마 헤드에 비해 보다 고평탄한 가공이 가능하기는 하지만, 워크의 특히 외주 부분에 있어 외주 처짐 등이 발생하는 문제가 있었다. 또한, 이러한 외주 처짐을 개선하는 목적으로, 워크의 보관 유지면의 외측에 리테이너 링을 배치하여, 워크 연마 가공 중에 워크의 외측 부분의 연마포를 압압하여 외주 처짐을 억제하는 방식의 연마 헤드도 제안되고 있지만, 리테이너 링으로부터의 이물 등의 영향으로 워크 표면에 상처가 발생하거나 리테이너 링으로 연마포를 압압하기 위해서 워크 표면에 연마제가 충분히 공급되지 않고 연마 속도의 저하를 일으키는 등의 문제도 발생하고 있었다. 이러한 문제를 해결하고, 워크를 고평탄하게 가공할 수 있는 연마 헤드 및 연마 장치를 제공하기 위해서, 본 발명자 등은 실험 및 검토를 실시했다.

그 중에서, 본 발명자 등은 종래 기술의 문제점이 이하의 것임을 찾아냈다.

종래의 러버 지퍼 방식의 연마 헤드는, 도 10(a)과 같이 중판(102a)에 凹부를 마련하고, 상기 凹철부 개구 단부에 러버막(104a)을 장착하고 있지만, 그 때문에, 러버막 지지단이 워크 보관 유지부에 가까운 구조로 되어 있고, 러버막 지지 단 근방은 장력의 영향으로 실효적인 러버막의 강성이 높아지고, 워크(W)의 외주 부분에 걸리는 압력이 높아지고, 그 결과 외주 처짐이 발생하고 있었다. 또한, 도 10(d)과 같이 러버막의 지지부(P)(개구 단부)의 위치를 워크(W)에 대해 상승시키고, 외주 부분의 압력을 저감하여 외주 처짐을 억제하는 방법도 제안되고 있지만, 러버막의 지지단으로의 장력의 격차의 영향으로 워크의 원주방향에 대하여 형상이 안정되지 않는 것을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명자 등은, 열심히 실험 및 검토를 실시하여, 러버막 중판으로의 고정 위치가 워크 보관 유지부 측에서 멀어진 위치가 되도록, 러버막을 상부가 원 형상으로 개구한 중공 원반 형상인 부츠 형상의 구조로 하고, 부츠 형상의 러버막(이하, "러버막"이라고 함)의 말단부를 O링 형상으로 하고, 중판과 러버막의 접촉 면적을 극한까지 줄여 중판에 지지함으로써, 러버막에 대해 여분의 장력의 발생을 억제하는 것으로, 워크 외주 부분의 러버막의 강성을 올리지 않고서, 워크 전체에 균일한 연마 하중을 걸 수 있는 일을 찾아내어, 본 발명을 완성시켰다.

이하, 첨부의 도면을 참조하면서, 본 발명과 관련되는 연마 헤드 및 연마 장치에 대해 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명과 관련되는 연마 헤드의 제 1 실시예를 나타내고 있다. 이 연마 헤드(10)는 말단부가 O링 형상으로 이루어진 부츠 형상의 러버막(13)(러버막)을 구비한다. 상기 러버막(13)은 말단부의 O링부를, 상기 O링부를 보관 유지하기 위해 설치된 링 형상의 홈을 구비한 대략 원반 형상의 중판(12a, 12b)으로 협지되어 있다. 러버막(13)은, 말단부의 O링 등의 협입부 만으로 중판과 접촉하고, 상기 러버막(13)의 저면, 측면은 중판(12b)과 접촉하지 않는 상태로 대략 원반 형상의 중판(12a 및 12b)에 협지되어 있다. 또한, 러버막(13)을 협지한 대략 원반 형상의 중판(12a 및 12b)은 플랜지 구조의 연마 헤드 본체(11)에 고정되어 있다. 연마 가공 중에 워크(W)의 에지를 보관 유지하기 위한 링 형상의 가이드 링(19)이 워크(W)의 외주에 따라 배치되고, 상기 가이드 링(19)은 연마 헤드 본체에 연결되어 있다. 러버막(13)으로 밀폐된 제 1 밀폐 공간부(14)에 제 1 압력 조정 기구(15)보다 유체가 공급되는 것으로, 상기 러버막(13)이 부풀어 올라, 워크(W) 배면에 하중이 걸리는 구조가 되어 있다.

또한, 러버막(13)의 워크 보관 유지부에 워크(W)의 배면 보호의 목적으로 배킹 필름을 붙여 사용하는 것이 바람직하다.

이와 같이 러버막(13)의 고정 단부가 워크(W)의 보관 유지부로부터 멀어진 위치에 배치한 구조로 하고, 한편 중판(12a 및 12b)과 러버막(13)의 접촉 면적을 극한까지 줄이는 것으로, 상기 러버막(13)을 중판(12a 및 12b)에 지지하는 것에 기초를 두는 여분의 장력이 발생하는 것을 억제할 수가 있고, 이에 따라 워크(W) 전체에 균일한 하중을 걸어 워크(W)를 연마할 수가 있다.

이에 의해서, 워크 전면에 걸쳐 평탄성을 종래에 비해 높게 유지할 수 있고, 외주부에서도 튀김이나 처짐의 발생이 억제된 워크를 얻을 수 있는 연마 헤드로 할 수 있다.

또한, 리테이너 링 등을 사용하지 않기 때문에, 리테이너 재료 등에서의 발진이 방지되고 있으므로, 워크 표면에 상처가 발생하는 것을 억제할 수 있다. 그리고, 워크 표면에 연마제가 충분히 공급되기 때문에, 연마 속도의 저하가 일으켜지는 것이 없는 연마 헤드로 할 수 있다.

도 2는 본 발명과 관련되는 연마 헤드의 제 2 실시예를 나타내고 있다. 이 연마 헤드(20)는, 도 1에 나타낸 연마 헤드(10)와는 달리, 중판(22a 및 22b)이 연마 헤드 본체(21)와는 연결되지 않고, 제 1 높이 조정 기구(26)에 연결되어 있고, 러버막(23)의 위치를 상하로 변화시킬 수 있는 구조가 되어 있다.

그리고, 연마 헤드 본체(21)는 연마 가공 중에 워크(W)의 에지를 보관 유지하기 위한 링 형상의 가이드 링(29)이 연결되어 있고, 연마 헤드 본체(21)는 제 2 높이 조정 기구(27)에 연결되어 있고, 가이드 링(29)의 높이 방향의 위치를 상하로 변화시킬 수 있는 구조가 되어 있다. 가이드 링(29)의 위치는, 연마포와 가이드 링의 틈새가 워크(W) 두께의 25~45%가 되도록 조절할 수 있다.

이와 같이 중판을 연마 헤드 본체와 분리 독립하여 높이를 조정할 수 있는 기구(제 1 높이 조정 기구)를 갖춤으로써, 중판에 고정된 러버막의 높이를 변화시킬 수 있고, 이에 의해 러버막 측면의 강성의 영향을 이용하여, 워크 외주 부분에 대한 압력을 변화시키는 것이 가능하고, 더욱이 워크의 가공전 형상(튀김이나 처짐 형상)에 맞추어, 가공 조건을 변화시켜 가공 후의 워크를 보다 평탄하게 가공하는 것이 쉬워진다.

또한, 연마 헤드 본체, 결국은 가이드 링의 높이를 조절하는 기구(제 2 높이 조정 기능)를 부가하는 것으로, 가이드 링과 연마포의 틈새를 일정하게 유지하는 것이 가능해져서, 안정하게 워크를 보관 유지하고, 연마 속도의 저하나 워크의 표면 품질을 열화시키지 않고 워크의 연마 가공을 하는 것이 더욱 용이하게 할 수 있다.

또한, 연마포와 가이드 링의 틈새를 워크 두께의 25~45%로 유지하는 것으로, 가이드 링과 연마포의 틈새가 너무 작을 때에 일어나는 연마제의 공급 부족에 따라 발생하는 연마 속도의 저하를 방지할 수 있고, 또한 틈새가 너무 큰 경우에 연마 가공 중에 워크를 보관 유지할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 상기한 바와 같이 제 1 높이 조정 기구 및 제 2 높이 조정 기구로서, 볼 나사를 이용한 것으로 할 수 있다.

볼 나사를 높이 조정 기구에 이용하는 것에 의해, 보다 정밀한 조절이 쉬워져서, 보다 고정밀도로 안정된 연마가 가능해진다.

도 3은 러버막(33)의 위치를 변화시켰을 경우의 워크(W)와 러버막(33) 상태를 나타내고 있다. (a)는 러버막(33)의 저면 위치와 워크(W)의 배면 위치가 같은 상태(기준 위치), (b)는 러버막(33)의 위치를 (a)보다 하강시킨 상태, (c)는 러버막(33)의 위치를 (a)보다 상승시킨 상태를 나타내고 있다. 도 3(b)과 같이 러버막(33)의 위치를 내렸을 경우, 러버막(33)의 저면이 워크(W)의 배면에 강하게 강제된 상태가 되고, 러버막(33)의 측면측이 옆에 부풀어 오른 상태가 된다. 이 경우, 러버막 측면의 강성의 영향에 의해, 워크(W)의 외주부에 걸리는 압력이 높아져, 워크의 외주 부분을 처짐 형상으로 할 수 있다. 또한, 도 3(c)과 같이 러버막(33)의 위치를 올렸을 경우, 상기 러버막(33)의 중심 부분의 부푼 곳이 커져, 러버막(33)의 외주 부분의 부푼 곳은 작아지기 때문에, 워크(W)의 외주부에 걸리는 압력이 낮아져서, 워크의 외주 부분을 뛴 형상으로 할 수가 있다.

이와 같이 러버막(33)의 위치를 변화시키는 것으로, 워크(W)의 외주 부분의 형상을 플랫, 처짐, 튀김 중 어느 형상으로도 컨트롤하는 것이 가능해진다. 따라서, 가공 전의 워크(W)의 형상(플랫, 처짐, 튀김)에 맞추어, 러버막(33)의 위치를 조절함으로써, 워크(W)의 형상을 평탄하게 수정하는 것이 쉬워진다.

도 4는 본 발명과 관련되는 연마 헤드의 제 2 실시예를 나타내고 있다. 이 연마 헤드(40)는 러버막(43)의 높이를 조절하는 수단으로서, 도 2에 나타낸 바와 같은 기계적인 상하 운동 기구를 이용하지 않는 방법의 일례이다. 중판(42a)을 연마 헤드 본체(41)와 탄성막(47)으로 연결하고, 중판(42a), 탄성막(47)과 연마 헤드 본체(41)로 밀폐된 제 2 밀폐 공간부(46)의 압력을 조정하는 제 2 압력 조정 기구(48)에 의해 감압하고, 중판(42a, 42b) 및 러버막(43)을 상승시켜서, 연마 헤드 본체에 장착된 스토퍼(50)에 의해 중판의 높이를 조절하는 것으로, 러버막(43)의 위치를 조절한다. 이 방법이면, 보다 간편한 구조로 러버막의 높이 조정이 가능해진다.

이와 같이, 상기 러버막을 가진 중판 부분과 연마 헤드 본체부를 탄성막으로 연결하고, 중판 부분과 연마 헤드 본체와 탄성막으로 밀폐된 제 2 밀폐 공간부의 압력을 조정하는 것으로, 중판을 상승, 하강시킬 수 있고, 또한 연마 헤드 본체에 장착된 스토퍼의 높이를 조절하는 것으로, 중판의 높이 위치를 조정할 수 있고, 이에 따라 간편한 기구로 러버막의 높이 제어가 가능해진다.

또한, 스토퍼부에 압전 소자를 이용하여, 전압을 인가하는 것으로 스토퍼의 두께를 변화시키는 기구를 조립하는 것으로, 임의의 위치에 중판 및 러버막의 높이를 자동 조절하는 것이 가능해진다.

또한, 더욱이 스토퍼를 압전 소자로 형성하고, 스토퍼 두께를 가변으로 하면, 러버막을 자동으로 임의의 높이에 조절할 수 있고, 워크의 연마 전의 형상에 맞추어, 외주 부분의 형상을 처짐으로부터 튀김으로 임의로 자동 조절할 수 있어서, 워크를 더욱 평탄하게 가공하는 것이 쉬워진다.

도 5는 본 발명과 관련되는 연마 장치의 일례를 나타내고 있다. 이 연마 장치(51)는 연마포(52)를 점착한 정반(53)과, 연마제(56)를 공급하는 연마제 공급 기구(54)와, 도 2로 나타낸 바와 같은 본 발명의 연마 헤드(55) 등으로 구성되어 있다.

이와 같이, 본 발명과 관련되는 연마 헤드를 갖춘 연마 장치를 이용하여, 워크의 연마를 실시하면, 워크 전체에 균일한 연마 하중을 걸어 워크를 연마할 수가 있고, 워크 전면에 걸쳐서, 특히 외주부에 있어 평탄성을 높게 유지하여 연마할 수 있는 연마 장치로 할 수 있다.

또한, 연마포(52)의 위쪽에, 레이저 등을 이용하여 비접촉으로 연마 헤드 본체와 연마포 사이의 거리를 측정하는 길이 측정 센서(57)를 구비할 수 있다.

이 길이 측정용의 센서(57)로, 연마포(52)까지의 거리(연마포의 두께) 및 연마 헤드 본체(55)까지의 거리가 측정되고, 그 결과가 제 1 높이 조정 기구(58) 및 제 2 높이 조정 기구(59)에 보내진다.

워크(W)의 두께와 연마포(52)의 두께에 따라서, 러버막의 위치는 제 1 높이 조정 기구(58)에 의해 최적의 위치로 조정할 수 있게 되어 있다. 또한, 가이드 링의 위치도 동시에 제 2 높이 조정 기구(59)를 거쳐 상하 운동 기구에 의해 최적의 위치로 조정할 수 있게 되어 있다.

이와 같이, 센서로 측정한 연마 헤드 본체로부터 연마포까지의 거리에 따라 중판, 즉 러버막의 높이를 조절할 수 있는 제 1 높이 조정 기구를 갖추는 것으로, 워크의 가공 전 형상에 맞추어 형상을 수정하는 연마를 할 수 있고, 그 결과 연마된 워크의 표면 평탄성을 보다 양호하게 할 수 있다. 또한, 센서로 측정한 연마 헤드 본체로부터 연마포까지의 거리에 따라 연마 헤드 본체의 높이를 조절하는 제 2 높이 조정 기구를 갖추는 것으로, 연마 헤드 본체에 연결된 가이드 링과 연마포 사이의 틈새를 일정하게 유지하고, 안정하게 워크를 보관 유지하고, 연마 속도의 저하나 워크의 표면 품질을 열화 시키지 않고 워크의 연마 가공을 할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 나타내어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

도 2에 나타낸 것 같은, 두께 3 mm, 외경 293 mm의 중판 2매를 볼트로 연결하여, 말단부가 직경 289 mm로 O링 형상(직경 2mm)을 가졌고, 두께 1 mm, 아래쪽 면부의 외경 301 mm, 높이 6.5 mm의 부츠 형상의 러버막을 협지했다. 또한, 러버막의 주위에 내경 302 mm의 가이드 링을 배치했다. 러버막의 상하 기구나 가이드 링의 상하 기구로서 볼 나사를 사용한 기구를 이용했다.

상기와 같은 연마 헤드를 갖춘 연마 장치를 이용하여, 이하와 같이, 워크로서 직경 300 mm, 두께 775 ㎛의 실리콘 단결정 웨이퍼의 연마를 실시했다. 또한, 사용한 실리콘 단결정 웨이퍼는, 그 양면에 사전에 1차 연마를 실시하고, 에지부에도 연마를 실시한 것이다. 정반에는 직경 800 mm인 것을 사용하고, 연마포에는 통상 이용되는 일반적인 것을 사용했다.

연마 시에는, 연마 별로는 콜로이달 실리카를 함유하는 알칼리 용액을 사용하고, 연마 헤드와 정반은 각각 31 rpm, 29 rpm으로 회전시켰다. 워크의 연마 하중(압압력)은, 러버막으로 밀폐된 제 1 밀폐 공간부의 압력이 20 kPa가 되도록 했다. 연마 시간은 80초로 했다. 가이드 링과 연마포의 틈새는 250 ㎛가 되도록 조정하고, 러버막의 높이는 워크의 배면의 높이를 기준의 0 mm로서 러버막이 워크로부터 멀어지는 방향을 마이너스로서, -0.25 mm, -0.15 mm, 0 mm, +0.05 mm, +0.10 mm의 5조건으로 설정하여 각각 워크의 표면 연마 가공을 실시했다.

이와 같이 하여 연마를 실시한 워크의 면 내의 연마대의 격차를 평가했다. 연마대에 대해서는, 평탄도 측정기로 연마 전후의 워크의 두께를 면 내에 대하여, 평탄도 보증 영역으로서 최외주부 2 mm 폭을 제외한 영역에 대하여 측정하고, 워크의 연마 전후의 두께의 차분을 취하는 것으로 산출했다.

이 결과 얻어진 중심으로부터의 거리가 100 mm ~ 148 mm까지의 워크의 연마대 분포를 도 6에 나타낸다. 도 6은 실시예로 연마한 워크의 연마대 분포를 나타내는 그래프이다.

기준 높이 0 mm의 조건에서는, 워크 외주부까지 평탄하게 연마되고 있어서, 양호한 결과였다.

또한, 러버막의 위치를 변경하는 것으로, 워크의 중심으로부터 약 140 mm보다 외측 부분의 연마대가 변화하는 것도 확인되었다. 예를 들면, 워크를 가압한 +0.20 mm의 경우, 워크의 외주부를 처짐 형상으로 할 수 있다. 또한, 러버막의 외주부의 부푼 곳을 작게 한 -0.25 mm의 경우, 워크의 외주부를 뛴 형상으로 할 수 있다.

(비교예 1)

도 9에 나타낸 바와 같은, 주위에 가이드 링을 배치한 워크 보관 유지반에 배킹 필름을 거쳐 워크를 보관 유지하는 연마 헤드를 갖춘 연마 장치로, 실시예와 같이 워크(W)의 표면 연마 가공을 실시했다. 단, 워크(W)에 대해 단위 하중으로서 20 kPa가 걸리도록 보관 유지 플레이트에 직접 하중을 더했다.

(비교예 2-1)

도 10(b)에 나타낸 바와 같은, 러버막 지지단이 워크 보관 유지부에 근접한 연마 헤드를 갖춘 연마 장치로, 실시예와 같이 워크의 표면 연마 가공을 실시했다.

(비교예 2-2)

도 10(d)에 나타낸 바와 같은 연마 헤드를 갖춘 연마 장치로, 실시예와 같이 워크의 표면 연마 가공을 실시했다. 또, 러버막의 지지점(P)은 비교예 2-1에 대해서의 상승량은 0.2 mm로 했다.

비교예 1, 비교예 2-1, 2-2의 워크의 중심 100 mm ~ 148 mm까지의 연마대 분포를 도 7에 나타낸다. 또한, 비교를 위해, 실시예의 러버막 기준 높이 0 mm로 연마 가공했을 때의 연마대 분포도 도 7에 병기했다.

전술한 바와 같이, 실시예의 연마 헤드를 이용하여 연마한 워크는, 워크 외주부까지 평탄하게 연마되고 있어서, 양호한 결과였다.

이에 대해, 비교예 1의 경우, 보관 유지 플레이트의 凹凸의 영향으로, 워크의 면 내에서 미소하게 연마대가 흩어지고 있고, 더욱이 외주 부분의 연마대가 많아지고 있었다.

또한, 비교예 2-1의 경우, 중판의 凹부 개구 단부로 러버막이 지지되어 있고, 그 부근의 탄성막의 실효적인 강성이 높아져서, 워크의 외주 부분에 걸리는 압력이 높아져, 워크의 외주 부분의 연마대가 극단적으로 커지고 있다.

그리고 비교예 2-2에서는, 러버막의 지지점 위치를 비교예 2-1에 대해 0.2 mm 상승시킨 것으로, 약간, 최외주 부분의 처짐은 개선되고 있지만, 반대로 120 mm부근으로부터 튀김 형상이 되어 있어서, 연마대 균일성은 악화되는 결과가 되었다.

또한, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 상기 실시예는 예시이며, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 가지며, 동일한 작용 효과를 도출하는 것은 어떠한 것이어도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

예를 들면, 본 발명과 관련되는 연마 헤드는 도 1, 2, 3에 나타낸 형상에 한정되지 않고, 예를 들면 연마 헤드 본체의 형상 등은 특허청구범위에 기재된 요건 이외에 대해서는 적당 설계하면 좋다.

또한, 연마 장치의 구성도 도 5에 나타낸 것에 한정되지 않고, 예를 들면 본 발명과 관련되는 연마 헤드를 복수 갖춘 연마 장치로 할 수도 있다.

Claims

연마 헤드 본체의 하부에, 원반 형상의 중판과, 상기 중판에 보관 유지되어 중판의 아래쪽 면부와 측면부의 일부 또는 전면을 덮는 러버막과, 상기 러버막의 주위에 설치된 링 형상의 가이드 링을 구비하며,
상기 중판과 상기 러버막으로 둘러싸인 제 1 밀폐 공간부를 갖고, 제 1 압력 조정 기구로 상기 제 1 밀폐 공간부의 압력을 변화시킬 수 있도록 구성되고,
상기 러버막의 아래쪽 면부에 워크의 이면을 보관 유지하고, 상기 워크의 표면을 정반 상에 점착한 연마포에 슬라이딩시켜 연마하는 연마 헤드에 있어서,
상기 러버막은 상기 중판에 보관 유지되는 말단 부분이 O링 형상으로 형성되고, 상기 중판은 상하 2매로 분할 가능하게 형성된 것이며,
상기 중판과 상기 러버막은, 상기 중판의 아래쪽 면부의 전면과 측면부의 일부 또는 전면 사이에 틈새를 가지는 것이고, 상기 러버막은 상기 중판에, 상기 러버막의 O링 형상의 말단 부분을 상기 분할된 중판에 끼움으로써 보관 유지되는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
제1항에 있어서,
상기 중판은 상기 연마 헤드 본체로부터 분리되어 있고, 상기 중판의 높이 방향의 위치를 상기 연마 헤드 본체로부터 독립하여 조정하는 제 1 높이 조정 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
제1항에 있어서,
상기 연마 헤드 본체는 상기 중판으로부터 분리되어 있고, 상기 연마 헤드 본체의 높이 방향의 위치를 상기 중판으로부터 독립하여 조정하는 제 2 높이 조정 기구를 구비하는 것이며,
상기 제 2 높이 조정 기구는 상기 연마포와 상기 가이드 링의 틈새의 거리를 상기 워크 두께의 25~45%의 폭으로 유지하는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
제2항에 있어서,
상기 연마 헤드 본체는 상기 중판으로부터 분리되어 있고, 상기 연마 헤드 본체의 높이 방향의 위치를 상기 중판으로부터 독립하여 조정하는 제 2 높이 조정 기구를 구비하는 것이며,
상기 제 2 높이 조정 기구는 상기 연마포와 상기 가이드 링의 틈새의 거리를 상기 워크 두께의 25~45%의 폭으로 유지하는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
제2항에 있어서,
상기 제 1 높이 조정 기구는 볼 나사를 이용하는 것을 특징으로 하는 기재의 연마 헤드.
제3항에 있어서,
상기 제 2 높이 조정 기구는 볼 나사를 이용하는 것을 특징으로 하는 기재의 연마 헤드.
제4항에 있어서,
상기 제 1 높이 조정 기구 및 상기 제 2 높이 조정 기구는 볼 나사를 이용하는 것을 특징으로 하는 기재의 연마 헤드.
제2항에 있어서,
상기 중판과 상기 연마 헤드 본체를 연결하는 탄성막과, 상기 연마 헤드 본체에 장착된 스토퍼를 구비하며,
상기 중판과 상기 연마 헤드 본체와 상기 탄성막으로 둘러싸인 제 2 밀폐 공간부를 가지고, 제 2 압력 조정 기구로 상기 제 2 밀폐 공간부의 압력을 변화시킬 수 있도록 구성되고,
상기 제 1 높이 조정 기구가 상기 스토퍼인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
제8항에 있어서,
상기 스토퍼는 압전 소자인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
워크의 표면을 연마할 때에 사용하는 연마 장치에 있어서,
정반 상에 점착된 연마포; 상기 연마포 상에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급 기구; 및 상기 워크를 보관 유지하기 위한 연마 헤드로서, 제1항에 기재된 연마 헤드;를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
워크의 표면을 연마할 때에 사용하는 연마 장치에 있어서,
정반 상에 점착된 연마포; 상기 연마포 상에 연마제를 공급하기 위한 연마제 공급 기구; 및 상기 워크를 보관 유지하기 위한 연마 헤드로서, 제2항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 연마 헤드;를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
워크를 보관 유지하기 위한 연마 헤드로서, 제4항에 기재된 연마 헤드를 구비하고, 상기 연마 헤드 본체로부터 상기 연마포까지의 거리를 비접촉으로 검출하는 센서와, 상기 제 1 높이 조정 기구와, 상기 제 2 높이 조정 기구를 구비하며,
상기 제 1 높이 조정 기구는 상기 센서에서 검출된 상기 연마 헤드 본체로부터 상기 연마포까지의 거리에 따라 상기 중판 및 상기 러버막의 높이 방향의 위치를 조정하고, 상기 제 2 높이 조정 기구는 상기 센서에서 검출된 상기 연마 헤드 본체로부터 상기 연마포까지의 거리에 따라 상기 연마포와 상기 가이드 링의 틈새의 높이 방향의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.