KR20020018186A - 웨이퍼 연마방법 및 웨이퍼 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 평탄도의 향상이 도모되는 연마방법 및 연마장치를 제공한다. 웨이퍼를 웨이퍼 유지반에 접착하여 상기 웨이퍼의 피연마면을 연마 정반상의 연마포에 대하여 가압하고, 슬라이딩 마찰시켜, 면적의 적어도 50% 이상의 영역 내에서 상기 피접착면상의 임의의 점을 포함하는 근방에서 상기 피접착면이 볼록면을 형성하도록 상기 웨이퍼의 피연마면에서 진공 흡착 유지하고, 웨이퍼의 피접착면의 중심부로부터 웨이퍼 유지반에 접착하는 것으로 하였다.

Description

웨이퍼 연마방법 및 웨이퍼 연마장치{Wafer polishing method and wafer polishing device}

실리콘 웨이퍼의 대직경화와 그것을 사용하여 제작되는 디바이스의 고정밀도화를 반영하여, 연마 마무리되는 실리콘 웨이퍼(연마 웨이퍼)의 마무리 정밀도(두께 균일성, 평탄도, 평활성)에 대한 요구는 점점더 고도화하고 있다.

이러한 요구를 충족시키기 위해서, 웨이퍼의 연마가공 기술의 향상을 도모함과 동시에, 연마가공 장치의 개발, 개선이 이루어져 왔다.

그 하나로서, 특히 직경 300mm 내지, 그 이상의 대직경 웨이퍼의 연마를 목적으로, 소위 매엽식(枚葉式) 연마장치(single wafer polishing apparatus)가 새롭게 개발되어, 일부는 실용적으로 제공되고 있다.

그렇지만, 매엽식 연마방법에는, (1) 생산성의 점에서 웨이퍼의 가격 저감에의 요구에 대응이 곤란하고, (2) 최근의 웨이퍼 주변 가장자리 근방(외측 가장자리보다 1mm 이내)까지의 평탄도의 요구에 대응할 수 없는, 등의 문제가 발생되었다.

한편, 가장 보급되어 있는, 복수매의 웨이퍼를 접착제로 웨이퍼 유지반에 접합하여 동시에 연마하는 배치식 연마장치(batch processing polishing apparatus)에 의한 연마방법에 있어서는, 고정밀도의 마무리를 달성하기 위해서 장치의 구성, 구조의 개선과 성능의 향상이 진행되고 있지만, 웨이퍼를 접착제로 웨이퍼 유지반에 접착 고정함으로써 수반하는 다음과 같은 문제가 있다.

즉, 웨이퍼 유지반으로서는 종래부터 세라믹 재료가 사용되고 있지만, 예를 들면, 알루미나를 주성분으로 하는 소결 세라믹제의 웨이퍼 유지반에서는 그 표면의 조도나 미세 구조, 접착제와 세라믹의 계면 물성 등에 기인한다고 생각되는 접착부위의 접착제층의 두께 불균일이 생기고, 그것이 원인이 되어 연마 후의 웨이퍼에 바람직하지 않은 두께의 불균일이 야기된다.

한편, 글래스(glass)제의 웨이퍼 유지반에서는, 상기의 접착부위에서의 접착제층이 두께 불균일의 문제는 피할 수 있지만, 연마시에 웨이퍼를 연마포에 압착하면, 글래스가 휘어지고, 이것이 원인이 되어 웨이퍼 주변부가 나머지 부분보다 과도하게 연마되기 때문에, 웨이퍼의 평탄도가 저하한다.

또한, 웨이퍼를 웨이퍼 유지반에 접착할 때에 웨이퍼 유지반과 웨이퍼 사이에 미량의 공기가 잔류하여, 잔류한 기포를 삽입한 부분에 대응하는 웨이퍼의 피연마면의 개소가 약간 솟아올라 과도하게 연마되는 결과, 웨이퍼의 두께 불균일과 연마면의 평탄도의 저하를 가져온다.

이 문제를 해결하기 위해서, 웨이퍼와 웨이퍼 유지반 사이의 공기를 웨이퍼의 중심으로부터 웨이퍼 주변을 향하여 방출하도록 웨이퍼를 만곡시켜 그 중심으로부터 웨이퍼 유지반에 접착하는 지그(jig)가 개발되었지만, 지금까지의 구조의 지그에서는 웨이퍼의 피접착면이 균일한 볼록면으로 되지 않아 일부에 오목면 부분이 생기기 때문에, 이 오목면 부분에 공기가 잔류하여 완전한 해결이 이루어지지 않았다.

또한, 특히 배치식 연마장치에 사용되는 웨이퍼 유지반에 있어서는, 웨이퍼 유지반의 편심 위치에 웨이퍼가 접착되기 때문에, 웨이퍼 유지반이 동반하여 회전하여도, 1장의 웨이퍼의 면 내에서 연마포에 대한 연마 속도가 상위하여, 웨이퍼의 주변부분이 중앙부분에 비해 지나치게 연마되어지게 된다. 그리고, 이것이 웨이퍼의 평탄도의 향상의 저해 요인이 되었다.

본 발명은 웨이퍼 연마방법 및 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로서, 또한 그들에 사용되는 웨이퍼 유지반(wafer holding plate), 웨이퍼 접착방법 및 웨이퍼 접착장치(wafer adhering method and apparatus)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 웨이퍼 접착장치의 개략 구성도.

도 2는 제 1 실시예에 따른 웨이퍼 접착장치의 접촉부재 및 그 근방을 도시하는 도면.

도 3은 본 발명과 선행 개발 기술예의 웨이퍼의 피접착면의 형상을 비교한 도면.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 웨이퍼 접착장치의 개략 구성도.

도 5는 제 2 실시예에 따른 웨이퍼 접착장치의 접촉부재를 도시하는 도면.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 웨이퍼 접착장치의 개략 구성도.

도 7는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 웨이퍼 유지반의 사시도.

도 8은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 웨이퍼 유지반의 부분 단면도.

도 9는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 웨이퍼 유지반의 부분 단면도.

도 10은 본 발명의 제 7 실시예에 따른 연마 장치의 구성도.

상기의 웨이퍼의 접착에 수반하는 몇가지 문제점을 해결하기 위해서, 연구 시험을 반복하여 웨이퍼의 피접착면이 전체로서 볼록면을 형성하도록 하여 접착시에 웨이퍼와 웨이퍼 유지반 사이의 공기를 방출하여 기포를 잔류시키지 않는 접착 방법과 접착장치를 개발하는 것에 성공하였다.

상기 접착방법 및 접착장치는, 웨이퍼의 피접착면의 중심을 둘러싸는 모든 접착면적의 적어도 50% 이상의 영역 내에서 임의의 점을 포함하는 근방에서 볼록면을 형성하도록 웨이퍼의 피연마면에서 진공 흡착 유지하고, 웨이퍼의 피접착면의 중심부로부터 웨이퍼 유지반에 접착하는 것이다.

이러한 볼록면을 형성하도록 웨이퍼를 만곡시키는 경우, 접촉부재의 웨이퍼 유지면의 웨이퍼 접촉 영역이, 웨이퍼 접촉 영역의 중심을 둘러싸고 또한 웨이퍼의모든 접착면적의 적어도 50% 이상에 걸친 영역 내에서, 임의의 점의 법선을 포함하여 상기 웨이퍼 접촉 영역의 중심을 통과하는 평면과 상기 웨이퍼 접촉 영역과의 교선의 곡율 반경의 값으로 5m 내지 1000m의 사이로 하고, 나아가서는, 웨이퍼의 피접착면을, 상기 피접착면의 중심을 둘러싸는 적어도 50% 이상의 면 내에서, 임의의 점의 법선을 포함하는 상기 피접착면의 중심을 통과하는 평면과 상기 피접착면과의 교선의 곡율 반경의 값으로 5m 내지 1000m 사이가 되도록하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 곡율 반경의 값을 5m 미만으로 하는 경우에는, ① 웨이퍼의 복원력이 크기 때문에 진공 흡착을 해제하였을 때에 웨이퍼의 주변 부분이 웨이퍼 유지반에 즉시 접촉하여 버리기 때문에 웨이퍼 유지반과 웨이퍼 사이의 공기가 충분히 제거되지 않고, ② 웨이퍼 내부에 필요 이상의 응력이 생기며, ③ 웨이퍼의 진공 흡인력을 증대시키지 않으면 안되는 등의 문제가 생기기 때문이다. 한편, 곡율 반경의 값이 1000m 를 초과하는 경우에는, 중심측의 공기가 빠지기 전에 웨이퍼의 주변 부분이 웨이퍼 유지반에 접촉하여 웨이퍼 유지반과 웨이퍼 사이의 공기가 충분히 제거되지 않는 등의 문제가 있기 때문이다.

웨이퍼의 피접착면을 상기 볼록면으로 하는 구체적인 방법으로서는, 웨이퍼의 피연마면을 흡착하는 접촉부재의 웨이퍼 유지면 자체를 볼록면으로 하여도 되고, 웨이퍼의 피연마면을 흡착하는 접촉부재를 웨이퍼의 피접착면이 볼록면을 형성하도록 압력 부가 수단에 의해서 변형시켜도 된다. 후자의 경우, 압력 부가 수단으로서 예를 들면, 에어 공공급배출출 장치를 사용한다.

한편, 웨이퍼의 진공 흡착 유지는, 우선, 웨이퍼의 피연마면의 주변부분에서만 행할 수 있다. 이 경우, 흡반 구조를 갖는 복수개의 유지 기구에 의해 진공 흡착 유지하는 것이 바람직하다. 복수개의 유지 기구에 의해 진공 흡착이 유지되면, 그만큼 개개의 흡착 면적을 작게 할 수 있기 때문에, 웨이퍼의 피접착면에 오목면 부분이 생기는 일이 없게 된다.

웨이퍼의 진공 흡착 유지는, 또한, 접촉부재에 형성한 배기용의 미세 구멍을 통해 웨이퍼의 피접착면을 진공 흡인함으로써 행하거나, 접촉부재의 웨이퍼 유지면상에 형성된 홈을 통해 웨이퍼의 피접착면을 진공 흡인함으로써 행할 수 있다.

접촉부재는, 예를 들면, 세라믹이나 고분자 재료 또는 금속 재료로 구성하여도 된다. 금속 재료를 사용하는 경우는, 적어도 그 웨이퍼를 유지하는 면을 비금속 재료로 피복한다.

또한, 본 발명자는, 세라믹제 웨이퍼 유지반에 접착할 때의 접착 부위에서의 접착제층의 두께 불균일을 해결하기 위해서, 여러가지의 개발, 시험을 거쳐, 세라믹의 강성과 글래스제 웨이퍼 유지반이 갖는 양호한 접착성을 양립시킬 수 있는 웨이퍼 유지반을 개발하여, 이들의 개발 성과를 채용한 연마방법 및 연마장치를 사용하여 고정밀도의 연마 웨이퍼를 얻는 데에 성공하였다.

예를 들면, 웨이퍼 유지반의 기재를 세라믹제로 하고, 웨이퍼를 접착하는 면을 글래스층으로 구성하거나, 기재를 세라믹제로 하여, 웨이퍼 접착측에 글래스층 플레이트를 설치한다. 이 경우, 글래스를 붕규산 글래스로 하는 것이 바람직하다. 또한, 글래스층의 두께를 0.05mm 내지 2mm 사이로 하고, 글래스제 플레이트의 두께를 1mm 내지 20mm 사이로 하는 것이 바람직하다.

또한, 이 강성과 접착성을 양립시킨 웨이퍼 유지반에, 상기 개량된 접착방법 및 접착장치를 사용하여 웨이퍼를 접착하고, 연마하는 것이 웨이퍼의 평탄도의 향상에 효과가 현저하다.

또한, 배치식 연마장치에 사용되는 웨이퍼 유지반의 웨이퍼 유지부를 기체에 대하여 회전 가능하게 구성하면, 웨이퍼의 피연마면이 연마포에 대하여 보다 균등하게 접촉하기 때문에, 평탄도의 향상에 보다 효과적이다.

또한, 웨이퍼를 웨이퍼 유지반에 접착할 때에, 웨이퍼의 피접착면의 고저차가 20μm 내지 1000μm 사이가 되도록 웨이퍼를 유지하여 접착하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 고저차가 1000μm 를 초과하는 경우에는, ① 웨이퍼의 복원력이 크기 때문에 진공 흡착을 해제하였을 때에 웨이퍼의 주변 부분이 웨이퍼 유지반에 즉시 접촉하여 버리기 때문에 웨이퍼 유지반과 웨이퍼 사이의 공기가 충분히 제거되지 않으며, ② 웨이퍼 내부에 필요 이상의 응력이 생기고, ③ 웨이퍼의 진공 흡인력을 증대시키지 않으면 안되는 등의 문제가 생기기 때문이다. 한편, 고저차를 20μm 미만으로 한 경우에는, 중심측의 공기가 빠지기 전에 웨이퍼의 주변부가 웨이퍼 유지반에 접촉하여 웨이퍼 유지반과 웨이퍼 사이의 공기가 충분히 제거되지 않는 등의 문제가 있기 때문이다.

도 1에는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 웨이퍼 접착장치가 도시되어 있다. 상기 제 1 실시예의 웨이퍼 접착장치(10)는 웨이퍼 유지부재(11)를 구비하고 있다. 이 웨이퍼 유지부재(11)의 하면(접착시의 상태에서 아래쪽이 되는 면)이 도 2에 도시되어 있다. 상기의 웨이퍼 유지부재(11)는 하면측에서 본 경우에 전체로서 원형상으로 구성되어 있다. 그리고, 이 웨이퍼 유지부재(11)의 하면에는, 웨이퍼의 피연마면에 접촉되는 접촉부재(12)의 주요부 후면을 지지하는 접촉부재 지지부(11a)와, 그 외측에 환형상으로 돌출하여 복수의 흡착 패드(유지 기구: 13)를 장착하기 위한 흡착 패드 장착부(11c)가 형성되어 있다.

접촉부재(12)는 예를 들면 실리콘으로 구성되어 있다. 이 접촉부재(12)의 웨이퍼 유지부재(11)에의 장착은, 접촉부재(12)의 외측 가장자리 부분을 접촉부재 지지부(11a)에 걸어맞춤으로써 행하여진다. 또한, 접촉부재(12)를 실리콘 고무 대신에 세라믹, 다른 고분자재료 또는 금속재료로 구성할 수도 있다. 접촉부재(12)를 금속 재료로 구성한 경우에는, 웨이퍼의 금속 오염 방지를 위해 웨이퍼 유지면을 비금속 재료로 피복하여 놓는 것이 바람직하다.

또한, 접촉부재 지지부(11a)에는 에어 공급배출용 구멍(11d)이 형성되어 있다. 상기 에어 공급배출용 구멍(11d)은, 압력 부가 수단인 도시하지 않은 에어 공급배출 장치(예를 들면, 펌프)에 연결되어, 그 에어 공급배출 장치로부터 에어를 접촉부재 지지부(11a)와 접촉부재(12) 사이에 공급 또는 반대로 이 공간으로부터 에어를 배기함으로써, 접촉부재(12)가 팽창 또는 수축하게 되어 있다. 또한, 흡착 패드 장착부(11c)에는 복수의 흡착 패드(13)가 설치되어 있다. 이 흡착 패드 장착부(11c)의 후면에는, 그 흡착 패드 장착부(11c) 사이에서 복수의 흡착 패드(13)에 연결되는 에어 유로를 구성하는 환형상 부재(14)가 설치된다. 이 에어 유로는 에어 공급배출 장치에 별도로 연결되어 있다.

여기서, 접촉부재(12)는, 복수의 흡착 패드(13)로 웨이퍼(W)를 흡착하고 또한 접촉부재(12)를 팽창시켰을 때에, 웨이퍼(W)의 피접착면이 그 중심을 둘러싸는 모든 접착면적의 적어도 50% 이상의 영역에서 임의의 점을 포함하는 근방에서 볼록면을 형성하도록 웨이퍼(W)를 만곡시킨다. 이 경우의 웨이퍼(W)의 만곡 상태는 접촉부재(12)의 팽창 형상, 접촉부재(12)와 흡착 패드(13)의 상대 위치 등에 의해서 결정되므로, 이들을 적절하게 선택하는 것이 필요하다. 덧붙여서 말하면, 접촉부재(12)의 웨이퍼 유지면의 곡율의 값은, 직경 200mm 또는 300mm의 웨이퍼의경우, 유지면 상의 임의의 점의 법선을 포함하는 상기 유지면의 중심을 통과하는 평면과 상기 유지면과의 교선의 곡율 반경의 값으로 5m 내지 1000m 사이인 것이 바람직하다.

이와 같이 웨이퍼(W)를 만곡시키면, 웨이퍼 유지반에의 접착이, 웨이퍼(W)의 피접착면의 중앙측으로부터 외측 가장자리부를 향해 서서히 진행하고, 공기의 잔류가 효과적으로 방지된다.

상기 접촉부재(12)가 장착된 웨이퍼 유지부재(11)는 L자 형상의 암(15)에 장착되어 있다. 상기 L자 형상의 암(15)은 수평부분(15a)과, 이 수평부분(15a)에 대하여 직교하는 방향으로 연장되는 직립부분(15b)를 갖고, 그 수평부분(15a)에 웨이퍼 유지부재(11)가 장착되어 있다. 한편, 암(15)의 직립부분(15b)은, 수평축(16a)을 중심으로 회전하는 회전부재(16)에 장착되어 있다. 또한, 암(15)은, 회전축(16a)에 직교하는 일방향으로 왕복 동작 가능하게 되도록 회전부재(16)에 장착되어 있다.

회전부재(16)는 승강부재(18)에 장착되어 있다. 그리고, 회전부재(16)는 승강부재(18)와 일체적으로 도시하지 않은 승강 수단에 의해서 승강되도록 구성되어 있다.

이상과 같이 구성된 웨이퍼 접착장치(10)는, 도시하지 않은 흡착장치로부터

웨이퍼(W)를 받아들이게 되어 있다. 이 웨이퍼(W)의 수취 시에는, 상술의 도시하지 않은 회전 수단에 의해서 접촉부재(12)는 상향으로 되어 있고, 이 상향의 상태로 흡착 패드(13)에 의해서 웨이퍼(W)가 진공 흡착된다.

그 후, 회전 수단에 의해서 접촉부재(12)가 하향으로 되고, 상술의 도시하지않은 승강 수단에 의해서 접촉부재(12)가 웨이퍼 유지반에 근접되어진다. 이 웨이퍼 유지반에의 근접 전, 혹은 근접 후에, 에어 공급배출 장치로부터 에어 공급배출용 구멍(11d)을 통하여 에어가 공급되고, 접촉부재(12)가 팽창한다. 이로써, 웨이퍼(W)의 피접착면이 그 중심을 둘러싸는 모든 접착면적의 적어도 50% 이상의 영역에서 임의의 점을 포함하는 근방에서 볼록면을 형성하도록 만곡한다. 이 상태에서, 웨이퍼(W)의 피접착면의 중앙부를 웨이퍼 유지반에 가압하고, 접촉부재 지지부(11a)와 접촉부재(12) 사이의 에어를 에어 공급배출용 구멍(11d)을 통하여 배출시켜 접촉부재(12)를 수축시키고, 또한 흡착 패드(13)에 의한 진공 흡착을 해제한다. 이로써 웨이퍼(W)가 웨이퍼 유지반에 접착된다.

이상 설명한 웨이퍼 접착장치(10)에 의하면, 각각의 흡착 면적이 작은 복수의 흡착 패드(13)로 웨이퍼(W)가 흡착 유지되기 때문에, 웨이퍼(W)의 피접착면에는 오목면 부분이 생기지 않는다. 따라서, 웨이퍼(W)의 피접착면과 웨이퍼 유지반 사이에 미량의 공기가 잔류하는 것이 방지된다.

즉, 이 제 1 실시예의 웨이퍼 접착장치(10)에 흡착 유지된 웨이퍼(W)의 피접착면의 형상을, 선행 개발 기술의 웨이퍼 접착장치에 흡착 유지된 웨이퍼(W)의 피접착면의 형상과 비교하면, 도 3a에 도시하는 바와 같이 선행 개발 기술의 웨이퍼 접착장치에 의한 웨이퍼(W)의 피접착면은 오목면 부분을 갖는 것에 반해, 도 3b에 도시하는 제 1 실시예의 웨이퍼 접착장치에서는, 웨이퍼(W)의 피접착면이 전체로서 볼록면을 형성하도록 돌출하고, 웨이퍼(W)의 피접착면은 오목면 부분을 갖지 않는다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 피접착면과 웨이퍼 유지반 사이에 미량의 공기가 잔류하는 것이 방지된다.

도 4 및 도 5에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 웨이퍼 접착장치가 도시되어 있다. 상기 제 2 실시예의 웨이퍼 접착장치(20)의 웨이퍼 유지부재(21)의 웨이퍼 유지면(접착시의 상태로 아래쪽이 되는 면)에는 접촉부재(22)가 장착되어 있다.

상기 접촉부재(22)는 예를 들면 세라믹판으로 구성되어 있다. 바람직하게는 지르코니아 재질의 세라믹판으로 구성되어 있다. 세라믹의 경우에는, 접촉부재(22)를 팽창시키기 위해서 고압력의 에어를 사용하기 때문에, 웨이퍼 유지면의 형상을 미세하게 제어할 수 있다. 또한, 특히 지르코니아 재질은 다른 세라믹재질(알루미나 재질)과 비교하여 굽힘 강도가 강하고, 영율이 작아서 적합하다.

또한, 접촉부재(22)의 웨이퍼 유지부재(21)에의 장착은, 접촉부재(22)의 외측 가장자리 부분을 웨이퍼 유지부재(21)에 나사 고정함으로써 행하여진다. 또한, 웨이퍼 유지부재(21)에는 에어 공급배출용 구멍(21d)이 형성되어 있다. 이 에어 공급배출용 구멍(121d)은 도시하지 않은 에어 공급배출 장치(예를 들면, 펌프)에 연결되고, 에어 공급배출용 구멍(21d)을 통하여 에어를 웨이퍼 유지부재(21)와 접촉부재(22) 사이에 공급 또는 반대로 이 공간에서 에어를 배출함으로써, 접촉부재(22)가 팽창 또는 수축하게 되어 있다. 또한, 접촉부재(22)에는 동심원형의 홈(23)이 설치되어 있다. 이 동심원형의 홈(23)은 도중이 일부가 끊겨, 서로 통하게 되어 있다. 그리고, 접촉부재(22)에는 홈(23)에 연결되는 에어 공급배출용 구멍(23a)이 설치되어 있다. 또한, 웨이퍼 유지부재(21)에는, 상기 에어 공급배출용구멍(23a)과 연결되는 에어 유로(21e)가 형성되어 있다. 이 에어 유로(21e)는 에어 공급배출 장치에 별도 연결되어 있다.

그 밖의 구성에 관해서는, 제 1 실시예와 거의 같기 때문에 그 구성에 있어 서는 상술하지 않는다.

상기 웨이퍼 접착장치(20)에 의하면, 접촉부재(22)의 웨이퍼 유지면상에 웨이퍼(W)의 피연마면을 진공 흡착하기 위한 홈(23)이 형성되어 있고, 접촉부재(22)와 웨이퍼(W)의 접촉 면적을 크게 할수 수 있으므로, 팽창시에 웨이퍼 유지면을 따르게 하여 웨이퍼(W)를 소정의 형상으로 보다 효과적으로 굽힐 수 있다.

또한, 접촉부재(22)를 세라믹 대신에 실리콘 고무, 그 밖의 고분자재료 또는 금속재료로 구성할 수도 있다. 접촉부재(12)를 금속재료로 구성한 경우에는, 웨이퍼의 금속 오염 방지를 위해 웨이퍼 유지면을 비금속 재료로 피복하여 놓는 것이 바람직하다.

도 6에는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 웨이퍼 접착장치가 도시되어 있다. 상기 제 3 실시예의 웨이퍼 접착장치(30)의 웨이퍼 유지부재(31)는 동시에 접촉부재(32)를 구성하고, 그 하면(접착시의 상태에서 아래쪽이 되는 면)은 볼록면으로 형성되어 있다. 이 볼록면 형상으로 돌출한 웨이퍼 유지면의 웨이퍼 접촉 영역은, 상기 웨이퍼 접촉 영역의 중심을 둘러싸고 또한 웨이퍼의 모든 접착면적의 적어도 5O% 이상에 접촉하는 영역 내에서, 임의의 점의 법선을 포함하는 상기 웨이퍼 접촉 영역의 중심을 통과하는 평면과 상기 웨이퍼 접촉 영역과의 교선의 곡율 반경의 값으로 5m 내지 1000m 사이로 하는 것이 바람직하다. 곡율 반경의 값을 이러한 범위로 하면, 직경 200mm 또는 300mm의 웨이퍼의 경우, 웨이퍼(W)의 피접착면의 고저차를 20μm에서 1000μm 사이로 하는 것이 가능하다. 이 웨이퍼 유지부재(31)는 금속제로 하거나 세라믹제, 경질 고무제 또는 플라스틱(고분자 재료)제로 하는 것이 가능하다. 단지, 금속제로 한 경우에는, 그 재질에 따라서 웨이퍼(W)의 금속 오염이 문제가 되는 경우가 있으므로, 때로는, 웨이퍼(W)와 접촉하는 접촉부재(32)의 표면을 수지 등으로 피복하거나, 그 밖의 비금속 재료로서 해두는 것이 바람직하다. 또한, 이 접촉부재(32)의 주위에는 제 1 실시예와 같은 흡착 패드(33)가 복수 형성되어 있어, 이로써 웨이퍼를 외측 가장자리 부분에 의해서 흡착 유지한다.

이밖에, 접촉부재(32)의 표면에 배기용의 미세 구멍이나 홈을 형성하여, 이 미세 구멍이나 홈을 통해 웨이퍼(W)를 진공 흡인함으로써 웨이퍼를 흡착 유지할 수도 있다.

그 밖의 구성에 관해서는, 제 1 실시예와 거의 같기 때문에 그 구성에 있어 서는 상술하지 않는다.

상기 웨이퍼 접착장치(30)에 의하면, 웨이퍼(W)의 피연마면을 복수의 흡착 패드(33)에 의해서 진공 흡착하고, 또한 접촉부재(32)에 의해서 피연마면의 진공 흡착시에 웨이퍼(W)의 피접착면이 볼록면이 되도록 강제적으로 만곡된다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 피접착면에는 오목면 부분이 생기지 않게 된다.

도 7에는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 웨이퍼 유지반이 도시되어 있다. 이 제 4 실시예에 따른 웨이퍼 유지반(40)의 구조에 관해서 설명하면, 웨이퍼 유지반(40)은, 도면에 도시하는 바와 같이, 특별히 제한되지는 않지만 직경 630mm,두께 20mm의 세라믹제 플레이트(40a)의 기재와, 특별히 제한되지는 않지만 직경 630 mm, 두께 1mm 내지 20mm의 글래스제 플레이트(40b)에 의해 형성되어 있다. 후자의 글래스제 플레이트(40b)의 세라믹제 플레이트(40a)와 접합되지 않은 면에 웨이퍼(W)를 접착한다.

여기서, 글래스제 플레이트(40b)의 두께는, 변형을 억제하며 또한 열전도율을 양호하게 유지하기 위해서는 전체가 가능한 한 얇은 것이 바람직하고, 한편으로, 세라믹의 기재와 접착할 시에 있어서의 글래스제 플레이트(40b)의 취급면에서는 어느 정도의 두께가 필요하고, 이러한 점을 고려하여 상기 두께 범위로 한 것이다.

이상과 같이 구성된 웨이퍼 유지반(40)의 세라믹제 플레이트(40a)는, 글래스제 플레이트(40b)에 비해 강성이 높은 것으로 흔들리기 어렵다. 이와 같이 2체 구조로 함으로써 세라믹의 강성과, 웨이퍼(W)의 접착성의 두 장점을 겸하여 구비함으로써, 연마에 있어서의 평탄도를 더욱 향상할 수 있다.

이 효과를 확인하기 위해서, 직경 630mm, 두께 20mm의 세라믹제 플레이트에 직경 630mm, 두께 5mm의 글래스제 플레이트를 접착한 웨이퍼 유지반을 사용하고, 직경 200mm의 P형 반도체 실리콘 웨이퍼를 웨이퍼 유지반에 왁스를 사용하여 접착하여 연마하고, 그 평가를 행하였다.

이 경우의 연마 조건에 관해서 설명하면, 연마량은 10μm이고, 연마 슬러리로서는 콜로이달 실리카(colloidal silica)를 사용하여, 연마포로서 우레탄의 부직포를 사용하였다. 140장의 웨이퍼를 사용하여, 동일 조건하에서 연마를 행하였다.

그 결과, 반도체 실리콘 웨이퍼의 전면에 걸쳐서 세라믹제 플레이트를 웨이퍼 유지반으로서 사용한 경우와 같은 정도의 평탄도{TTV(GBIR) ≤ 1.0μm, LTVmax(SBIRmax) ≤ 0.4μm, SFQR ≤ 0.25μm)가 얻어지고, 또한 휘점(bright spot)의 발생도 보이지 않았다. 또한, 두께만을 2mm, 10mm, 15mm 및 20mm로 변경한 글래스제 플레이트를 각각 세라믹제 플레이트에 접착하고, 그 밖의 조건을 동일하게 하여 연마한 경우도, 같은 효과가 얻어졌다. 20mm를 초과하는 것에 관해서는 실험을 행하지 않았지만, 글래스제 플레이트의 두께가 커지면 커질수록, 웨이퍼(W)의 피접착면의 열전도율 등이 낮아지기 때문에, 그 효과는 저감하는 것으로 예상된다.

또한, 제 4 실시예의 웨이퍼 유지반은, 세라믹제 플레이트에 글래스제 플레이트를 접착한 것이었지만, 웨이퍼 유지반은, 세라믹제 플레이트의 웨이퍼(W)의 접착측에 글래스층을 증착 등에 의해 형성하여 구성하여도 된다. 증착 등에 의해 형성하는 경우, 글래스층의 두께를 0.05mm 내지 2mm로 하는 것이 바람직하다. 글래스층의 경우에는 글래스제 플레이트와 같이 취급 상의 문제는 생기지 않지만, 한편으로 글래스 층의 형성에 장시간을 요하기 때문에, 그 점을 고려한 것이다.

도 8에는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 웨이퍼 유지반이 도시되어 있다. 이 제 5 실시예의 웨이퍼 유지반(50)은, 복수매의 웨이퍼를 접착제로 웨이퍼 유지반에 접착하는 동시에 연마하는 배치 처리식의 웨이퍼 유지반이지만, 도면에는 그 일부만이 도시되어 있다. 이 웨이퍼 유지반(50)의 기재(51)는 세라믹으로 구성되어 있다. 이 기재(51)에는 웨이퍼를 유지하는 경우 각각 오목부(52)가 형성되어 있다. 그리고, 각 오목부(52) 내에는 레디얼 베어링(53)이 설치되고, 각 오목부(52)에는웨이퍼 유지부(54)가 착탈 가능하게 장착되도록 되어 있다. 이 경우의 각 웨이퍼 유지부(54)도 세라믹으로 구성되어 있다.

상기 웨이퍼 유지반(50)에서는, 떼어낸 상태의 웨이퍼 유지부(54)에 웨이퍼 가 접착된다.

이와 같이 구성된 웨이퍼 유지반(50)에 의하면, 웨이퍼 유지부(54)는 레디얼 베어링(53)을 통해 기재(51)에 회전 가능하게 유지되기 때문에, 웨이퍼 유지부(54)에 접착된 웨이퍼(W)의 연마시에 웨이퍼 유지부(54)가 연이어 회전함으로써, 웨이퍼(W)의 연마면이 보다 평탄화되어지게 된다.

또한, 상기 웨이퍼 유지반(50)에서는, 웨이퍼 유지부(54)를 세라믹으로 구성하였지만, 그 기재를 세라믹으로 구성하고, 그 유지면을 글래스제 플레이트 또는 글래스층으로 구성하면, 글래스면의 웨이퍼의 접착성이 양호하기 때문에, 웨이퍼 의 평탄도 향상에 더욱 적합하다. 또한, 웨이퍼 유지부(54)는 기재(51)에 대하여 착탈 가능하게 형성되어 있지 않아도 된다.

도 9에는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 웨이퍼 유지반이 도시되어 있다. 이 제 6 실시예의 웨이퍼 유지반(60)은 배치 처리식의 웨이퍼 유지반이지만, 도면에는 그 일부만이 도시되어 있다. 이 웨이퍼 유지반(60)의 기재(61)는 세라믹으로 구성되어 있다. 이 기재(61)에는 웨이퍼(W)를 유지하는 경우 각각에 오목부(62)가 형성되어 있다. 그리고, 각 오목부(62) 내에는 레디얼 베어링(63) 및 스러스트 베어링(64)이 설치되고, 각 오목부(62)에는 웨이퍼 유지부(65)가 착탈 가능하게 장착되도록 되어 있다. 스러스트 베어링(64)의 구(球)는 세라믹으로 형성되어 있다.또한, 각 웨이퍼 유지부(65)도 세라믹으로 구성되어 있다. 또한, 동일 도면에 있어서, 부호 66은 레디얼 베어링(63)의 유지판이다.

이 웨이퍼 유지반(60)에서도, 떼어낸 상태의 웨이퍼 유지부(65)에 웨이퍼 가 접착된다.

이와 같이 구성된 웨이퍼 유지반(60)에 의하면, 웨이퍼 유지부(65)는 레디얼 베어링(63) 및 스러스트 베어링(64)을 통해 기재(61)에 회전 가능하게 유지되기 때문에, 웨이퍼 유지부(65)에 접착된 웨이퍼(W)의 연마 시에 웨이퍼 유지부(65)가 연이어 회전함으로써, 웨이퍼(W)의 연마면이 보다 평탄화되어지게 된다.

또한, 이 웨이퍼 유지반(60)에서는, 웨이퍼 유지부(65)를 세라믹으로 구성하였지만, 그 기재를 세라믹으로 구성하고, 그 유지면을 글래스제 플레이트 또는 글래스층으로 구성하면, 글래스면의 웨이퍼의 접착성이 양호하기 때문에, 웨이퍼의 평탄도 향상에 더욱 적합하다. 또한, 웨이퍼 유지부(65)는 기재(61)에 대하여 착탈 가능하게 구성되어 있지 않아도 된다.

도 10에는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 연마장치가 도시되어 있다. 이 제 7 실시예의 연마장치(70)는 연마 정반(72)을 구비하고 있다. 이 연마 정반(72)은, 도시하지 않은 모터에 의해서, 축(72a)을 중심으로 회전 구동되도록 구성되어 있다. 이 연마 정반(72)에는 연마포(73)가 설치되어 있다. 이 경우의 연마포(73)는 특별히 한정되지는 않지만 부직포로 형성되어 있다. 또한, 연마 정반(72)상에는 특별히 한정되지는 않지만 복수의 연마 헤드(75)가 형성되어 있다. 이들 연마 헤드(75)는 자신의 축(75a)을 중심으로 회전 가능하게 구성되어 있다. 또한, 연마헤드(75)는 도시하지 않은 승강수단(예를 들면, 실린더 장치)에 의해서 상하 이동 가능하게 구성되어 있다.

상기 연마 헤드(75)의 하방에는 제 4 내지 제 6 실시예 중 어느 하나에 따른 웨이퍼 유지반(76)이 설치 가능하게 되어 있다. 상기 웨이퍼 유지반(76)에는 제 1 내지 제 3 실시예 중 어느 하나에 기재된 방법 및 장치에 의해서 웨이퍼(W)가 접착되어 있다. 동일 도면에 있어서 부호 77은 왁스이다. 상기 웨이퍼 유지반(76)을 연마 헤드(75)의 하방에 설치하는 경우에는, 접착한 웨이퍼(W)가 하측이 되도록 설치된다.

또한, 연마 정반(72)의 중앙부 상방에는 슬러리 노즐(74)이 설치되어 있다. 이 슬러리 노즐(74)은 슬러리 공급 장치(도시하지 않음)에 연결되어 있다. 그리고, 이 슬러리 노즐 공급장치로부터 슬러리 노즐(74)에 적당하게 연마 슬러리가 공급되게 되어 있다. 이 경우의 연마 슬러리로서는 특별히 제한되지는 않지만, 콜로이달 실리카를 함유하는 알칼리 용액이 공급된다.

이 연마장치(70)에서는, 도 1O의 상태에서, 연마 정반(72)을 도시하지 않은 모터에 의해서 회전시킴과 동시에, 슬러리 노즐(74)로부터 연마 슬러리를 공급한다. 이 경우, 연마 정반(72)이 회전하면, 웨이퍼 유지부, 또는 웨이퍼 유지반(76) 나아가서는 연마 헤드(75)도 동반하여 회전한다. 이것에 의해서, 웨이퍼(W)는 연마포(73)에 대하여 마찰되어, 웨이퍼(W)의 연마가 이루어진다.

이상, 본 발명의 실시예에 관해서 설명하였지만, 본 발명은, 이러한 실시 형태 및 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 여러가지 변형 가능함은 말할 필요도 없다. 예를 들면, 본 발명은, 자기 디스크 기판, 석영 글래스 기판 등, 다른 얇은 판자 제품의 연마에도 적용할 수 있다.

또한, 제 1 내지 제 7 실시예는 가능한 한 조합하여 사용할 수 있음은 말할 필요도 없다.

본 발명에 의하면, 연마 웨이퍼의 평탄도의 향상을 꾀할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 웨이퍼 연마방법 및 웨이퍼 연마장치, 또한 그들에 사용되는 웨이퍼 유지반, 웨이퍼 접착방법 및 웨이퍼 접착장치는, 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼나, 자기 디스크 기판, 석영 글래스 기판 등의 얇은 판자 제품의 연마에 특히 적합하다.

Claims (25)

1. 웨이퍼를 웨이퍼 유지반에 접착하여 상기 웨이퍼의 피연마면을 연마 정반상의 연마포에 대하여 가압하여, 슬라이딩 마찰시켜 연마함에 있어서, 웨이퍼의 피접착면의 중심을 둘러싸는 모든 접착면적의 적어도 50% 이상의 영역 내에서 상기 피접착면상의 임의의 점을 포함하는 근방에서 상기 피접착면이 볼록면을 형성하도록 상기 웨이퍼의 피연마면에서 진공 흡착 유지하고, 웨이퍼의 피접착면의 중심부로부터 웨이퍼 유지반에 접착하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착방법.
2. 제 1 항에 있어서, 웨이퍼의 피접착면의 중심을 둘러싸는 적어도 50% 이상의 영역 내에서 상기 피접착면상의 임의의 점의 법선을 포함하여 상기 피접착면의 중심을 통과하는 평면과 상기 피접착면과의 교선의 곡율 반경의 값이 5m 내지 1000m 사이가 되도록 상기 웨이퍼를 만곡시켜 진공 흡착 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착방법.
3. 웨이퍼의 피접착면의 중심을 둘러싸는 모든 접착면적의 적어도 50% 이상의 영역 내에서 상기 피접착면상의 임의의 점을 포함하는 근방에서 상기 피접착면이 볼록면을 형성하도록 상기 웨이퍼의 피연마면에서 진공 흡착 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 웨이퍼 접착장치가 웨이퍼의 피접착면에 접촉되는 접촉부재를 갖고, 그 접촉부재의 웨이퍼 유지면의 웨이퍼 접촉 영역이, 상기 웨이퍼 접촉 영역의 중심을 둘러싸고 또한 웨이퍼의 모든 접착면적의 적어도 50% 이상에 걸친 영역 내에서, 상기 웨이퍼 접촉 영역상의 임의의 점을 포함하는 근방에서 볼록면으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 웨이퍼 접착장치가 웨이퍼의 피접착면에 접촉되는 접촉부재를 갖고, 그 접촉부재의 웨이퍼 유지면의 웨이퍼 접촉 영역이, 상기 웨이퍼 접촉 영역의 중심을 둘러싸고 또한 웨이퍼의 모든 접착면적의 적어도 50% 이상에 걸친 영역 내에서, 상기 웨이퍼 접촉 영역의 임의의 점의 법선을 포함하여 상기 웨이퍼 접촉 영역의 중심을 통과하는 평면과 상기 웨이퍼 접촉 영역과의 교선의 곡율 반경의 값으로 5m 내지 1000m 사이인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 웨이퍼의 피연마면에 접촉되는 접촉부재가 웨이퍼의 피접착면이 볼록면을 형성하도록 압력 부가 수단에 의해서 변형 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 압력 부가 수단이 에어 공급배출 장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼를 그 연마면의 주변부분에만 진공 흡착 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
9. 제 8 항에 있어서, 흡반 구조를 갖는 복수개의 유지 기구에 의해 진공 흡착 유지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
10. 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼의 피연마면에 접촉되는 접촉부재에 웨이퍼를 진공 흡착 유지하기 위한 배기용의 미세 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
11. 제 3 항, 제 4 항, 제 5 항, 제 6 항, 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼의 피연마면에 접촉되는 접촉부재의 웨이퍼 유지면상에 형성된 홈을 통해 웨이퍼를 진공 흡착 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
12. 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼의 피연마면에 접촉되는 접촉부재가 세라믹인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
13. 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼의 피연마면에 접촉되는 접촉부재가 고분자 재료인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
14. 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 웨이퍼의 피연마면에 접촉되는 접촉부재가 금속재료로 구성되고, 적어도 그 웨이퍼 유지면이 비금속 재료로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착장치.
15. 세라믹제의 기재와 웨이퍼를 접착하는 면이 글래스층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 유지반.
16. 세라믹제의 기재와 웨이퍼 접착측에 설치한 글래스제 플레이트로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 유지반.
17. 제 15 항에 있어서, 글래스층의 두께가 0.05mm 내지 2mm 사이인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 유지반.
18. 제 16 항에 있어서, 글래스제 플레이트의 두께가 1mm 내지 20mm 사이인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 유지반.
19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 글래스가 붕규산 글래스인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 유지반.
20. 배치식 연마장치에 사용되는 웨이퍼 유지반으로서, 웨이퍼 유지부가 베이스체에 대하여 회전 가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 유지반.
21. 제 3 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 웨이퍼 접착장치를 사용하여 웨이퍼 유지반에 웨이퍼를 접착하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착방법.
22. 제 3 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 기재된 웨이퍼 접착장치를 사용하여 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재된 웨이퍼 유지반에 웨이퍼를 접착하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착방법.
23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서, 웨이퍼의 피접착면의 고저 차가 20μm 내지 1000μm 사이가 되도록 웨이퍼를 유지하여 접착하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 접착방법.
24. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 기재된 웨이퍼 유지반을 사용하여 웨이퍼를 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
25. 제 1 항, 제 2 항, 제 21 항, 제 22 항, 제 23 항 중 어느 한 항에 기재된 접착 방법으로 웨이퍼를 웨이퍼 유지반에 접착하여 연마하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마방법.