KR20180103679A - 연마 장치 및 연마 방법 - Google Patents

Abstract

베벨부의 형상이 여러 가지 존재하는 상황에서도, 연마 전의 상태에 기초하여 적절한 연마 레시피를 선택하여 연마할 수 있는 연마 장치를 제공한다. 연마 장치(100)는, 기판 W1을 보유 지지하고 연마하는 보유 지지 연마부(102)와, 연마를 행하기 전의 기판 W1의 외주부의 상태에 관한 데이터(104a)를 인식하는 인식부(104)를 갖는다. 보유 지지 연마부(102)는, 기판 W1을 보유 지지하고 회전시키는 보유 지지부(106)와, 연마 부재를 기판 W1의 외주부에 압박하여 외주부를 연마하는 연마부(108)를 갖는다. 연마 조건 결정부(110)는, 외주부의 형상이, 형상에 관한 복수의 타입 중 어느 타입인지를 나타내는 데이터(104a)에 기초하여, 연마 조건을 결정한다.

Description

연마 장치 및 연마 방법

본 발명은, 반도체 웨이퍼 등의 피연마체의 외주부를 연마하는 연마 장치 및 연마 방법에 관한 것이다.

반도체 제조에 있어서의 수율 향상의 관점에서, 반도체 웨이퍼 등의 기판의 외주부의 표면 상태의 관리가 근년 주목받고 있다. 반도체 제조 공정에서는, 많은 재료가 실리콘 웨이퍼 상에 성막되고 적층되어 가기 때문에, 제품에 사용되지 않는 외주부에는 불필요한 막이나 표면 러프가 형성된다. 근년에는, 기판의 외주부만을 아암으로 보유 지지하여 기판을 반송하는 방법이 일반적으로 되어 있다. 이러한 배경 하에서는, 외주부에 잔존한 불필요한 막이 다양한 공정을 거쳐 가는 동안에 박리되어 디바이스에 부착되어, 수율을 저하시켜 버린다. 그래서 연마 장치를 사용하여, 기판의 외주부를 연마하여 불필요한 막이나 표면 러프를 제거하는 것이 종래부터 행해지고 있다.

이러한 연마 장치로서, 일본 특허 공개 제2011-161625호에 기재한 바와 같은, 연마 테이프를 사용하여 기판의 외주부를 연마하는 장치가 알려져 있다. 이러한 종류의 연마 장치는, 연마 테이프의 연마면을 기판의 외주부에 미끄럼 접촉시킴으로써 기판의 외주부를 연마한다. 여기서, 본 명세서에서는 기판의 외주부를, 기판의 최외주에 위치하는 베벨부와, 이 베벨부의 직경 방향 내측에 위치하는 톱 에지부 및 보텀 에지부를 포함하는 영역으로서 정의한다.

도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는 기판의 외주부를 도시하는 확대 단면도이다. 보다 상세하게는, 도 1의 (a)는 소위 스트레이트형의 기판의 단면도이고, 도 1의 (b)는 소위 라운드형의 기판의 단면도이다. 도 1의 (a)의 기판 W1에 있어서, 베벨부는, 기판 W1의 최외주면을 구성하는 상측 경사부(상측 베벨부) PP, 하측 경사부(하측 베벨부) Q1, 및 측부(에이펙스) RR로 이루어지는 부분 BB를 가리키고, 또한 도 1의 (b)의 기판 W1에 있어서는, 기판 W1의 최외주면을 구성하는, 만곡된 단면을 갖는 부분 BB를 가리킨다. 또한 톱 에지부는, 베벨부 BB보다도 직경 방향 내측에 위치하는 영역이고, 또한 디바이스가 형성되는 영역 D1보다도 직경 방향 외측에 위치하는 평탄부 E1을 가리킨다. 보텀 에지부는, 톱 에지부와는 반대측에 위치하고, 베벨부 BB보다도 직경 방향 내측에 위치하는 평탄부 E2를 가리킨다. 이들 톱 에지부 E1 및 보텀 에지부 E2은, 총칭하여 니어 에지부라 칭해지는 경우도 있다.

베벨 연마에서는, 기판을 원주 방향으로 회전시키면서, 연마부에 있어서 연마 부재인 다이아 연마 테이프 등을 기판 외주부의 연마 대상면에 밀어붙여 연마를 한다. 이 때문에, 기판 외주부의 연마 전의 형상에 의하여 연마 상황이 변화되어 버리는 경우가 있었다.

연마 테이프를 사용하는 경우, 연마 전에 베벨 형상을 계측하여, 베벨 형상에 맞춘 연마 조건(연마 레시피)을 작업원이 경험으로부터 작성하고, 실제로 기판을 연마하여 문제가 없는 것을 확인한다. 문제가 없는 것을 확인한 후에 비로소 복수 매의 기판의 연속 처리를 개시할 수 있었다.

반도체 웨이퍼의 베벨부의 형상은 반도체 웨이퍼의 제조사에 따라 상이하다. 반도체 제조사는, 반도체 웨이퍼의 공급을 안정화시키기 위하여 복수의 반도체 웨이퍼의 제조사로부터 반도체 웨이퍼를 구입하는 경우가 있다. 반도체 제조사는, 디바이스에 따라 상이한 베벨 형상의 반도체 웨이퍼를 사용하는 경우가 있다. 이들 이유에 의하여, 반도체 회로의 생산 라인에는 로트 단위로, 또는 1매마다 다양한 베벨 형상의 반도체 웨이퍼가 혼재하여 진행되고 있다.

혼재하고 있는 상황에서, 웨이퍼 형상이 변화될 때마다 가공 레시피를 작업원이 검토하는 것은, 연마 장치를 사용하는 측에서 보면 매우 번거로워, 연마 장치의 다운타임도 증가해 버린다.

일본 특허 공개 제2011-161625호

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 베벨부의 형상이 여러 가지 존재하는 상황에서도, 연마 전의 상태에 기초하여 적절한 연마 레시피를 선택하여 연마할 수 있는 연마 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한 본 발명은, 그러한 연마 장치를 사용한 연마 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 제1 형태에서는, 피연마체를 보유 지지하기 위한 보유 지지부와, 상기 피연마체의 외주부에 압박되어 해당 외주부를 연마하기 위한 연마 부재와, 상기 연마를 행하기 전의 상기 외주부의 상태에 관한 데이터에 기초하여, 상기 상태에 대응한 연마 조건을 결정하는 연마 조건 결정부와, 상기 연마 조건에 따라 상기 연마 부재가 상기 피연마체를 연마하도록 상기 연마 부재를 제어하는 제어부를 갖는 연마 장치라는 구성을 취하고 있다.

이러한 구성을 취함으로써, 피연마체의 외주부의 상태(예를 들어 형상)가 여러 가지 존재하는 상황에서도, 연마를 행하기 전의 외주부의 상태에 관한 데이터에 기초하여 적절한 연마 조건을 선택할 수 있다. 이로 인하여, 연마 불량이 감소하여 장치를 사용하는 유저의 수고도 줄어들고, 연마 장치의 다운타임도 삭감할 수 있다.

제2 형태에서는, 상기 데이터는, 상기 외주부의 상태가 상기 상태에 관한 복수의 타입 중 어느 타입인지를 나타내는 데이터라는 구성을 취하고 있다.

이 형태에 의하면, 피연마체의 상태로서 상정되는 타입마다의 연마 조건을 사전에 실험 등에 의하여 결정해 두면, 연마 조건 결정부는 상기 상태에 대응한 연마 조건을 결정할 수 있다.

제3 형태에서는, 상기 외주부의 상태는 상기 외주부의 형상이라는 구성을 취하고 있다.

제4 형태에서는, 상기 외주부의 형상에 관한 데이터는 공초점 레이저 현미경에 의하여 얻어진 데이터라는 구성을 취하고 있다.

제5 형태에서는, 상기 외주부의 형상에 관한 데이터는 텔레센트릭 광학계에 의하여 얻어진 데이터라는 구성을 취하고 있다.

제6 형태에서는, 상기 외주부의 상태는 상기 외주부에 있어서의 부착물의 상태라는 구성을 취하고 있다.

제7 형태에서는, 상기 연마부가 상기 피연마체를 연마한 후에, 상기 외주부의 연마 후의 상태에 관한 데이터에 기초하여, 상기 연마를 종료할지 여부를 결정하는 연마 종료 결정부를 갖는다는 구성을 취하고 있다.

제8 형태에서는, 상기 피연마체의 외주부는 상기 피연마체의 외주부에 있어서의 단부면인 베벨부라는 구성을 취하고 있다.

제9 형태에서는, 상기 연마를 행하기 전의 상기 외주부의 상태에 관한 데이터를 인식하고, 얻어진 데이터를 상기 연마 조건 결정부에 송신하는 인식부를 갖는다는 구성을 취하고 있다.

이러한 구성을 취함으로써, 피연마체의 외주부의 상태가 여러 가지 존재하는 상황에서도, 연마 처리를 개시하기 전에 인식부에서, 연마를 행하기 전의 외주부의 상태를 인식하여, 적절한 연마 조건을 선택할 수 있다.

제10 형태에서는, 피연마체를 보유 지지하고 회전시킴과 함께, 연마 부재를 상기 피연마체의 외주부에 압박하여 해당 외주부를 연마하는 연마 방법에 있어서, 상기 연마를 행하기 전의 상기 외주부의 상태에 관한 데이터에 기초하여, 상기 상태에 대응한 연마 조건을 결정하는 스텝과, 상기 연마 조건에 따라 상기 피연마체를 연마한다는 구성을 취하고 있다.

도 1의 (a) 및 도 1의 (b)는 기판의 외주부를 도시하는 확대 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 장치를 도시하는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 타입의 종류를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보유 지지 연마부를 도시하는 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시하는 연마 장치의 종단면도이다.
도 6은 연마 헤드의 확대도이다.
도 7은 틸트 기구에 의하여 상방으로 경사진 연마 헤드를 도시하는 도면이다.
도 8은 틸트 기구에 의하여 하방으로 경사진 연마 헤드를 도시하는 도면이다.
도 9는 수평 상태에 있는 연마 헤드를 도시하는 도면이다.
도 10은 기판의 베벨부의 연마 시에 연마 헤드를 상방으로 경사지게 한 상태를 도시하는 도면이다.
도 11은 기판의 베벨부의 연마 시에 연마 헤드를 하방으로 경사지게 한 상태를 도시하는 도면이다.
도 12는 기판의 베벨부의 연마 시에 연마 헤드의 경사 각도를 연속적으로 변화시키고 있는 모습을 도시하는 도면이다.
도 13은 본 실시예의 처리 스텝을 도시하는 흐름도이다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 2는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 연마 장치(100)를 도시하는 블록도이다. 이 연마 장치(100)는, 기판의 베벨부를 연마하는 베벨 연마 장치에 적합하게 사용된다. 연마되는 기판의 예로서는, 성막된 직경 300㎜의 반도체 웨이퍼를 들 수 있다.

연마 장치(100)는, 기판 W1(피연마체)을 보유 지지하고 연마하는 보유 지지 연마부(102)와, 연마를 행하기 전의 기판 W1의 외주부의 상태에 관한 데이터(104a)를 인식하는 인식부(104)를 갖는다. 보유 지지 연마부(102)는, 기판 W1을 보유 지지하고 회전시키는 보유 지지부(106)와, 기판 W1의 외주부에 압박되어 외주부를 연마하는 연마 부재가 배치되는 연마부(연마 헤드)(108)를 갖는다. 인식부(104)는, 얻어진 데이터(104a)를 연마 조건 결정부(110)에 송신한다.

보유 지지 연마부(102)는, 또한 연마를 행하기 전의 외주부의 상태에 관한 데이터(104a)에 기초하여, 상태에 대응한 연마 조건을 결정하는 연마 조건 결정부(110)와, 연마 조건에 따라 연마 부재가 기판 W1을 연마하도록 연마 부재를 제어하는 제어부(112)를 갖는다. 연마 조건 결정부(110)는, 연마를 행하기 전의 외주부의 상태에 관한 데이터(104a)를 인식부(104)로부터 수신한다.

본 실시예에서는, 연마를 행하기 전의 외주부의 상태란, 외주부의 형상이다. 본 실시예에서는, 연마의 대상으로 하는 기판 W1의 외주부는, 기판 W1의 외주부에 있어서의 단부면인 베벨부 BB이다. 본원 발명의 연마 대상으로 하는 기판 W1의 외주부는 베벨부 이외의 톱 에지부 E1 및 보텀 에지부 E2여도 된다.

본원 발명의 연마를 행하기 전의 외주부의 상태로서는, 외주부에 있어서의 부착물의 상태여도 된다. 외주부에 있어서의 부착물의 상태란, 외주부에 잔존한 불필요한 막이나 진애 등의 부착물의 부착 상태(즉, 부착량이나 부착 장소 등)이다.

인식부(104)는 외주부의 연마 후의 상태에 관한 데이터(104b)도 인식한다. 인식부(104)는 얻어진 데이터(104b)를 연마 조건 결정부(110)에 송신한다.

인식부(104)는, 연마를 행하기 전의 외주부의 상태가, 상태에 관한 복수의 타입 중 어느 타입인지를 결정하고, 얻어진 타입에 관한 정보를 데이터(104a)로서 연마 조건 결정부(110)에 송신한다. 연마 조건 결정부(110)는 데이터(104a)에 기초하여, 즉, 결정된 타입에 기초하여 연마 조건을 결정한다. 연마 조건 결정부(110)는, 연마부(108)가 기판 W1을 연마한 후에, 외주부의 연마 후의 상태에 관한 데이터(104b)에 기초하여, 연마를 종료할지 여부를 결정하는 연마 종료 결정부의 기능을 겸한다.

본 실시예를 구체적으로 설명한다. 기판 W1의 베벨부를 연마하기 전에 기판 W1의 단부면 단면 형상을 인식부(104)가 정확히 계측하여 인식한다. 그의 형상을 타입별(예를 들어 5종류의 타입으로 나눔)로 인식부(104)가 구별한다. 연마 조건 결정부(110)는 그의 타입별 정보로부터, 미리 타입마다 준비된 가공 레시피 중 어느 것에 해당하는지 판단하여 가공 레시피를 선택한다.

연마 조건 결정부(110)는 제어부(112)에 가공 레시피를 송신한다. 제어부(112)는 선택된 가공 레시피에 따라 연마부(108)를 제어하여 자동으로 연마 처리를 행한다.

가공 레시피에 의하여 규정되는 연마 조건으로서는, 연마 시간, 연마 헤드와 기판 W1 사이의 연마 각도, 기판 W1의 회전수, 연마 압력, 연마 테이프의 이송 속도 등이 있다. 가공 레시피의 내용은, 사전에 실험 등에 의하여 후술하는 타입 A, B, C, D, E마다 결정된다.

처음에 인식부(104)에 대하여 설명한다. 인식부(104)는 공초점 레이저 현미경(105, 107)을 사용하여 기판 W1의 단부의 표면 형상을 3차원 계측한다. 공초점 레이저 현미경(105, 107) 등의 공초점 광학계를 사용한 인식 장치에서는, 레이저 광원으로부터 발생한 레이저 광을 대물 렌즈를 통하여 시료 표면에 투사하고, 시료로부터의 반사광을 1차원 이미지 센서에서 수광하고 있다.

공초점 광학계는, 주사 빔의 집속점이 기판 W1 상에 위치하는 경우에만 최대 휘도의 반사광이 수광 소자에 입사되며, 집속점이 기판 W1 표면으로부터 어긋나 있는 경우에 수광 소자에 입사되는 반사광의 광량은 대폭 저하된다. 따라서 공초점 광학계를 고정하고 기판 W1을 움직여, 기판 W1 표면으로부터의 반사광의 최대 휘도값을 발생시키는 기판 W1의 위치 정보를 얻음으로써, 기판 W1의 단면 형상을 인식할 수 있다.

기판 W1은, 베벨 연마의 전(前) 공정에서의 처리가 종료된 후, 도시하지 않은 반송 기구에 의하여 반송되어, 베이스(109) 상에 배치된 3차원 이동 기구(120)에 적재된다. 베이스(109)는 인식부(104)의 프레임(도시하지 않음)에 고정되어 있다. 3차원 이동 기구(120)는, 수평면 내의 XY 방향으로 위치 결정하는 XY 스테이지(122), 높이 방향인 Z 방향으로 위치 결정하는 Z 스테이지(124), 및 회전축(126) 둘레의 회전 위치를 설정하는 θ 스테이지(128)로 이루어져 있다. 회전축(126) 상에 웨이퍼 흡착 테이블(130)이 설치되며, 기판 W1은 진공에 의하여 웨이퍼 흡착 테이블(130)에 고정된다. XY 스테이지(122), Z 스테이지(124) 및 θ 스테이지(128)는 컨트롤러(132)에 의하여 각각의 이동량이 제어된다.

공초점 레이저 현미경(105, 107)으로부터의 휘도가 최대, 즉 가장 밝아진 기판 W1의 위치가 기판 W1의 표면의 위치 정보를 나타내게 된다. 그래서 이 점을 이용하여, 휘도가 최대로 되었을 때의 컨트롤러(132)는 XY 스테이지(122), Z 스테이지(124) 및 θ 스테이지(128)의 위치 정보를 기록함으로써, 기판 W1의 위치 정보를 도입하는 것이 가능해진다. 기판 W1을 공초점 레이저 현미경(105, 107)에 대하여 상대적으로 이동시켜, 가장 밝아지는, 최대 휘도가 얻어진 위치 정보를 보존한다. 이것에 의하여 기판 W1의 표면 형상(단면 형상)을 얻을 수 있다. 컨트롤러(132)는 얻어진 단면 형상을 복수의 타입으로 나누고, 외주부의 단면 형상이, 단면 형상에 관한 복수의 타입 중 어느 타입인지를 나타내는 데이터(104a)를 생성한다.

인식부(104)는, 본 실시예에서는 메모리와 CPU를 구비하고 있으며, 미리 기억된 프로그램을 실행함으로써 메모리와 CPU는 컨트롤러(132)로서 기능한다. 또한 컨트롤러(132)의 기능의 적어도 일부는 전용의 하드웨어 회로로 구성되어 있어도 된다.

데이터(104a)의 구체예를 도 3에 도시한다. 도 3은, 단면 형상을 5타입으로 나눈 경우의 예이다. 또한 본원 발명은 5타입으로 나누는 경우에 한정되는 것은 아니며, 5타입보다 많아도 적어도 된다. 몇 가지 타입으로 나눌지는, 본 장치에서 다루는 기판 W1의 종류나 본 장치의 유저의 제조 공정에 의존한다. 도 3에서는, 데이터(104a)는 타입 A, B, C, D, E 중 어느 것이다. 도 3의 (a)는 각 타입의 단면 형상의 사진을 도시하고, 도 3의 (b)는 타입 A, B, C, D, E에 대응하는 단면 형상의 데이터를 도시한다. 구체적으로는, 단면 형상의 데이터는, 휘도가 높은 부분의 위치를 나타내는 2차원 수치 데이터의 집합(각 세트가 X, Y 좌표 데이터로 이루어지는 복수 세트의 집합)이다.

단면 형상을 타입 A, B, C, D, E로 나누는 방법(화상 인식 방법)은 여러 가지로 가능하다. 예를 들어 이하의 스텝에 의한다. 스텝 (1) 단면 형상의 중심(136)에 직선부 L1, L2, L3이 있는지 여부로 단면 형상을 타입 A, B, C와 타입 D, E로 나눈다. 스텝 (2) 다음으로, 직선부 L1, L2, L3의 길이로 단면 형상을 타입 A, B와 타입 C로 나눈다. 스텝 (3) 비스듬한 직선부 L4가 있는지 여부로 단면 형상을 타입 A와 타입 B로 나눈다. 스텝 (4) 곡선부 R1, R2의 길이로 단면 형상을 타입 D와 타입 E로 나눈다.

다른 방법으로서, 전형적인 타입 A, B, C, D, E의 단면 형상의 수치 데이터를 템플릿하여 인식부(104)에 미리 기억해 두고, 템플릿과, 인식된 단면 형상의 데이터를 승산하여 가산함으로써, 유사도를 계산하는 방법(템플릿 매칭법)도 가능하다. 가산된 수치가 최대로 되는 타입을 단면 형상의 타입으로 한다.

컨트롤러(132)는, 외주부의 형상이 어느 타입인지를 결정하면, 타입 식별 정보(타입 A, B, C, D, E 중 어느 것인지를 나타내는 정보)를, 연마를 행하기 전의 외주부의 상태에 관한 데이터(104a)로서 연마 조건 결정부(110)에 송신한다.

또한 공초점 레이저 현미경(105)은 기판 W1의 상측 표면을 계측하고, 공초점 레이저 현미경(107)은 기판 W1의 하측 표면을 계측한다. 또한 본 발명의 인식부(104)는 공초점 레이저 현미경(105, 107)을 사용하여 기판 W1의 단부의 표면 형상을 3차원 계측하는 것에 한정되지 않는다. 예를 들어 텔레센트릭 광학계를 사용할 수도 있다. 텔레센트릭 광학계는 렌즈의 편측에 있어서 광축과 주광선이 평행이라고 간주할 수 있는 광학계이며, 핀트가 어긋나 상이 흐릿해져 버리더라도 그의 크기는 변함없다. 텔레센트릭 광학계에서는 CCD 카메라를 사용한다. 텔레센트릭 광학계에서는 멀든 가깝든 동일한 크기로 보인다.

텔레센트릭 광학계에서는 상의 치수가 일정하여 변화되지 않기 때문에, 화상 인식이나 화상 처리에 최적의 광학계이며, 화상에 있어서의 에지(기판 W1의 표면 형상)의 검출이 가능하다. CCD 카메라로부터 얻은 영상 신호를 밝기에 의하여 그레이 스케일로 데이터 변환하고, 데이터의 피크를 에지 위치로서 검출한다. 명암의 절대량이 아니라 변화율로부터 구하기 때문에 조명이나 표면 반사율 등의 변동의 영향을 받기 어려워, 안정적으로 에지 위치를 검출할 수 있다.

또한 인식부(104)의 CCD 카메라(134)는 외주부의 연마 후의 상태에 관한 데이터(104b)(컬러 화상)를 인식한다. CCD 카메라(134)가 촬영하는 연마 후의 외주부의 상태로서는, 연마 후의 외주부에 있어서의 부착물의 상태이다. 연마 후의 외주부에 있어서의 부착물의 상태, 즉, 외주부에 잔존한 불필요한 막이나 진애 등의 부착물의 부착 상태(즉, 부착량이나 부착 장소 등)를 연마 종료 결정부(110)는 색에 의하여 판단한다. 컨트롤러(132)는 얻어진 컬러 화상을 데이터(104b)로서 연마 종료 결정부(110)에 송신한다. 연마 종료 결정부(110)는, 예를 들어 특정한 색이 소정값보다 옅어졌을 때, 또는 특정한 색을 검지할 수 없을 때, 연마 종료라고 판단한다.

다음으로, 보유 지지 연마부(102)에 대하여 설명한다. 보유 지지 연마부(102)의 연마 조건 결정부(110)는 연마를 행하기 전의 외주부의 상태에 관한 데이터(104a)를 인식부(104)의 컨트롤러(132)로부터 수신한다.

연마 조건 결정부(110)는 결정된 타입에 기초하여 연마 조건을 결정한다. 연마 조건 결정부(110)는 그 타입별 정보로부터, 미리 타입마다 준비된 가공 레시피 중 어느 것에 해당하는지 판단하여 가공 레시피를 선택한다. 연마 조건 결정부(110)는 제어부(112)에 가공 레시피를 송신한다. 제어부(112)는 선택된 가공 레시피에 따라 연마부(108)를 제어하여 자동으로 연마 처리를 행한다.

보유 지지 연마부(102)는, 본 실시예에서는 메모리와 CPU를 구비하고 있으며, 미리 기억된 프로그램을 실행함으로써 메모리와 CPU는 연마 조건 결정부(110), 연마 종료 결정부(110) 및 제어부(112)로서 기능한다. 또한 연마 조건 결정부(110), 연마 종료 결정부(110) 및 제어부(112)의 기능의 적어도 일부는 전용의 하드웨어 회로로 구성되어 있어도 된다.

다음으로, 기판 W1을 보유 지지하고 회전시키는 보유 지지부(106)와, 연마 헤드를 기판 W1의 외주부에 압박하여 외주부를 연마하는 연마부(108)가 행하는 연마 처리의 상세에 대하여 설명한다.

도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 보유 지지부(106)와 연마부(108)를 도시하는 평면도이고, 도 5는, 도 4에 도시하는 보유 지지부(106)와 연마부(108)의 종단면도이다. 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 이 장치는 그의 중앙부에, 연마 대상물인 기판 W1을 수평으로 보유 지지하고 회전시키는 회전 보유 지지 기구(보유 지지부)(106)를 구비하고 있다. 인식부(104)에서 단면 형상이 인식된 기판 W1은, 도시하지 않은 반송 기구에 의하여 인식부(104)로부터 회전 보유 지지 기구(106)의 보유 지지 스테이지(4)로 반송된다.

도 4에 있어서는, 회전 보유 지지 기구(106)가 기판 W1을 보유 지지하고 있는 상태를 도시하고 있다. 회전 보유 지지 기구(106)는, 기판 W1의 이면을 진공 흡착에 의하여 보유 지지하는 접시형의 보유 지지 스테이지(4)와, 보유 지지 스테이지(4)의 중앙부에 연결된 중공 샤프트(5)와, 이 중공 샤프트(5)를 회전시키는 모터 M1을 적어도 구비하고 있다. 기판 W1은, 반송 기구의 핸드(도시하지 않음)에 의하여, 기판 W1의 중심이 중공 샤프트(5)의 축심과 일치하도록 보유 지지 스테이지(4) 상에 적재된다. 본 실시예에서는, 회전 보유 지지 기구(106)는 이하에 나타내는 구성 요소를 더 구비하고 있다.

중공 샤프트(5)는 볼 스플라인 베어링(직동 베어링)(6)에 의하여 상하로 이동하도록 지지되어 있다. 보유 지지 스테이지(4)의 상면에는 홈(4a)이 형성되어 있으며, 이 홈(4a)은, 중공 샤프트(5)를 통과하여 연장되는 연통로(7)에 연통되어 있다. 연통로(7)는, 중공 샤프트(5)의 하단부에 설치된 로터리 조인트(8)를 개재하여 진공 라인(9)에 접속되어 있다. 연통로(7)는, 처리 후의 기판 W1을 보유 지지 스테이지(4)로부터 이탈시키기 위한 질소 가스 공급 라인(10)에도 접속되어 있다. 이들 진공 라인(9)과 질소 가스 공급 라인(10)을 전환함으로써, 기판 W1을 보유 지지 스테이지(4)의 상면에 진공 흡착하여 이탈시킨다.

중공 샤프트(5)는, 이 중공 샤프트(5)에 연결된 풀리 p1과, 모터 M1의 회전축에 설치된 풀리 p2와, 이들 풀리 p1, p2에 걸린 벨트 b1을 통하여 모터 M1에 의하여 회전된다. 모터 M1의 회전축은 중공 샤프트(5)와 평행으로 연장되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 보유 지지 스테이지(4)의 상면에 보유 지지된 기판 W1은 모터 M1에 의하여 회전된다.

볼 스플라인 베어링(6)은, 중공 샤프트(5)가 그의 길이 방향으로 자유로이 이동하는 것을 허용하는 베어링이다. 볼 스플라인 베어링(6)은 원통형의 케이싱(12)에 고정되어 있다. 따라서 본 실시 형태에 있어서는, 중공 샤프트(5)는 케이싱(12)에 대하여 상하로 직선 동작을 할 수 있도록 구성되어 있으며, 중공 샤프트(5)와 케이싱(12)은 일체로 회전한다. 중공 샤프트(5)는 에어 실린더(승강 기구)(15)에 연결되어 있으며, 에어 실린더(15)에 의하여 중공 샤프트(5) 및 보유 지지 스테이지(4)가 상승 및 하강할 수 있도록 되어 있다.

케이싱(12)과, 그의 외측에 동심 상에 배치된 원통형의 케이싱(14) 사이에는, 레이디얼 베어링(18)이 개재 장착되어 있으며, 케이싱(12)은 베어링(18)에 의하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 이와 같은 구성에 의하여, 회전 보유 지지 기구(106)는 기판 W1을 그의 중심축 Cr 둘레로 회전시키고, 또한 기판 W1을 중심축 Cr을 따라 상승 하강시킬 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 회전 보유 지지 기구(106)에 보유 지지된 기판 W1의 주위에는 4개의 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D)가 배치되어 있다. 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D)의 직경 방향 외측에는 연마 테이프 공급 기구(2A, 2B, 2C, 2D)가 각각 설치되어 있다. 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D)와 연마 테이프 공급 기구(2A, 2B, 2C, 2D)는 격벽(20)에 의하여 격리되어 있다. 격벽(20)의 내부 공간은 연마실(21)을 구성하며, 4개의 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D) 및 보유 지지 스테이지(4)는 연마실(21) 내에 배치되어 있다. 한편, 연마 테이프 공급 기구(2A, 2B, 2C, 2D)는 격벽(20)의 외측{즉, 연마실(21) 밖}에 배치되어 있다. 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D)는 서로 동일한 구성을 가지며, 연마 테이프 공급 기구(2A, 2B, 2C, 2D)도 서로 동일한 구성을 갖고 있다. 이하, 연마 헤드 조립체(1A) 및 연마 테이프 공급 기구(2A)에 대하여 설명한다.

연마 테이프 공급 기구(2A)는, 연마 테이프(연마 부재)(23)를 연마 헤드 조립체(1A)에 공급하는 공급 릴(24)과, 기판 W1의 연마에 사용된 연마 테이프(23)를 회수하는 회수 릴(25)을 구비하고 있다. 공급 릴(24)은 회수 릴(25)의 상방에 배치되어 있다. 공급 릴(24) 및 회수 릴(25)에는 커플링(27)을 개재하여 모터 M2가 각각 연결되어 있다{도 4에는 공급 릴(24)에 연결되는 커플링(27)과 모터 M2만을 도시함}. 각각의 모터 M2는, 소정의 회전 방향으로 일정한 토크를 가하여 연마 테이프(23)에 소정의 텐션을 가할 수 있도록 되어 있다.

연마 테이프(23)는 긴 띠형의 연마구이며, 그의 편면이 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이프(23)는, PET 시트 등으로 이루어지는 기재 테이프와, 기재 테이프 상에 형성되어 있는 연마층을 갖고 있다. 연마층은, 기재 테이프의 한쪽 표면을 피복하는 바인더(예를 들어 수지)와, 바인더에 유지된 지립으로 구성되어 있으며, 연마층의 표면이 연마면을 구성하고 있다. 연마구로서, 연마 테이프 대신 띠형의 연마포를 사용해도 된다.

연마 테이프(23)는 공급 릴(24)에 감긴 상태로 연마 테이프 공급 기구(2A)에 세트된다. 연마 테이프(23)의 일 단부는 회수 릴(25)에 설치되며, 연마 헤드 조립체(1A)에 공급된 연마 테이프(23)를 회수 릴(25)이 권취함으로써 연마 테이프(23)를 회수하도록 되어 있다. 연마 헤드 조립체(1A)는, 연마 테이프 공급 기구(2A)로부터 공급된 연마 테이프(23)를 기판 W1의 외주부와 맞닿게 하기 위한 연마 헤드(108)를 구비하고 있다. 연마 테이프(23)는, 연마 테이프(23)의 연마면이 기판 W1을 향하도록 연마 헤드(108)에 공급된다.

연마 테이프 공급 기구(2A)는 복수의 가이드 롤러(31, 32, 33, 34)를 갖고 있으며, 연마 헤드 조립체(1A)에 공급되고 연마 헤드 조립체(1A)로부터 회수되는 연마 테이프(23)가 이들 가이드 롤러(31, 32, 33, 34)에 의하여 가이드된다. 연마 테이프(23)는, 격벽(20)에 형성된 개구부(20a)를 통하여 공급 릴(24)로부터 연마 헤드(108)에 공급되며, 사용된 연마 테이프(23)는 개구부(20a)를 통하여 회수 릴(25)에 회수된다.

도 5에 도시한 바와 같이, 기판 W1의 상방에는 상측 공급 노즐(36)이 배치되어, 회전 보유 지지 기구(106)에 보유 지지된 기판 W1의 상면 중심을 향하여 연마액을 공급한다. 또한 기판 W1의 이면과 회전 보유 지지 기구(106)의 보유 지지 스테이지(4)와의 경계부{보유 지지 스테이지(4)의 외주부}를 향하여 연마액을 공급하는 하측 공급 노즐(37)을 구비하고 있다. 또한 연마 장치는, 연마 처리 후에 연마 헤드(108)를 세정하는 세정 노즐(38)을 구비하고 있다.

중공 샤프트(5)가 케이싱(12)에 대하여 승강했을 때 볼 스플라인 베어링(6)이나 레이디얼 베어링(18) 등의 기구를 연마실(21)로부터 격리하기 위하여, 도 5에 도시한 바와 같이, 중공 샤프트(5)와 케이싱(12)의 상단부는 상하로 신축 가능한 벨로즈(19)로 접속되어 있다. 도 5는 중공 샤프트(5)가 하강해 있는 상태를 도시하며, 보유 지지 스테이지(4)가 연마 위치에 있는 것을 도시하고 있다.

격벽(20)은, 기판 W1을 연마실(21)에 반입 및 반출하기 위한 반송구(20b)를 구비하고 있다. 반송구(20b)는 수평으로 연장되는 노치로서 형성되어 있다. 따라서 반송 기구에 파지된 기판 W1은, 수평한 상태를 유지하면서 반송구(20b)를 통과하여 연마실(21) 내를 가로지르는 것이 가능하게 되어 있다. 격벽(20)의 상면에는 개구(20c) 및 루버(40)가 설치되고, 하면에는 배기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 연마 처리 시에는, 반송구(20b)는 도시하지 않은 셔터로 폐쇄되도록 되어 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(108)는 아암(60)의 일 단부에 고정되며, 아암(60)은, 기판 W1의 접선 방향에 평행인 회전축 Ct 둘레로 회전 가능하게 구성되어 있다. 아암(60)의 타 단부는 풀리 p3, p4 및 벨트 b2를 개재하여 모터 M4에 연결되어 있다. 모터 M4가 시계 방향 및 반시계 방향으로 소정의 각도만큼 회전함으로써, 아암(60)이 축 Ct 둘레로 소정의 각도만큼 회전한다. 본 실시 형태에서는, 모터 M4, 아암(60), 풀리 p3, p4 및 벨트 b2에 의하여, 기판 W1의 표면에 대하여 연마 헤드(108)를 경사지게 하는 틸트 기구가 구성되어 있다.

틸트 기구는 이동대(61)에 탑재되어 있다. 이동대(61)는, 가이드(62) 및 레일(63)을 통하여 베이스 플레이트(65)에 이동 가능하게 연결되어 있다. 레일(63)은, 회전 보유 지지 기구(106)에 보유 지지된 기판 W1의 반경 방향을 따라 직선적으로 연장되어 있으며, 이동대(61)는 기판 W1의 반경 방향을 따라 직선적으로 이동 가능하게 되어 있다. 이동대(61)에는 베이스 플레이트(65)를 관통하는 연결판(66)이 설치되며, 연결판(66)에는 리니어 액추에이터(67)가 조인트(68)를 개재하여 연결되어 있다. 리니어 액추에이터(67)는 베이스 플레이트(65)에 직접 또는 간접적으로 고정되어 있다.

리니어 액추에이터(67), 레일(63), 가이드(62)에 의하여, 연마 헤드(108)를 기판 W1의 반경 방향으로 직선적으로 이동시키는 이동 기구가 구성되어 있다. 즉, 이동 기구는 레일(63)을 따라 연마 헤드(108)를 기판 W1에 근접 및 이격시키도록 동작한다. 한편, 연마 테이프 공급 기구(2A)는 베이스 플레이트(65)에 고정되어 있다.

도 6은 연마 헤드(108)의 확대도이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(108)는, 연마 테이프(23)의 연마면을 기판 W1에 대하여 소정의 힘으로 압박하는 압박 기구(41)를 적어도 구비하고 있다. 또한 본 실시예에서는, 연마 헤드(108)는, 연마 테이프(23)를 공급 릴(24)로부터 회수 릴(25)로 보내는 테이프 이송 기구(42)를 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 연마 헤드(108)는 복수의 가이드 롤러(43, 44, 45, 46, 47, 48, 49)를 더 갖고 있으며, 이들 가이드 롤러는 기판 W1의 접선 방향과 직교하는 방향으로 연마 테이프(23)가 진행하도록 연마 테이프(23)를 가이드한다.

연마 헤드(108)에 설치된 테이프 이송 기구(42)는, 테이프 이송 롤러(42a)와, 테이프 파지 롤러(42b)와, 테이프 이송 롤러(42a)를 회전시키는 모터 M3을 구비하고 있다. 모터 M3은 연마 헤드(108)의 측면에 설치되며, 모터 M3의 회전축에 테이프 이송 롤러(42a)가 설치되어 있다. 테이프 파지 롤러(42b)는 테이프 이송 롤러(42a)에 인접하여 배치되어 있다. 테이프 파지 롤러(42b)는, 도 6의 화살표 NF로 나타내는 방향{테이프 이송 롤러(42a)를 향한 방향}으로 힘을 발생시키도록 도시하지 않은 기구로 지지되어 있으며, 테이프 이송 롤러(42a)를 압박하도록 구성되어 있다.

모터 M3이 도 6에 나타내는 화살표 방향으로 회전하면, 테이프 이송 롤러(42a)가 회전하여 연마 테이프(23)를 공급 릴(24)로부터 연마 헤드(108)를 경유하여 회수 릴(25)로 보낼 수 있다. 테이프 파지 롤러(42b)는 그 자신의 축 둘레로 회전할 수 있도록 구성되며, 연마 테이프(23)가 보내짐에 따라 회전한다.

압박 기구(41)는, 연마 테이프(23)의 이면측에 배치된 압박 부재(50)와, 이 압박 부재(50)를 기판 W1의 외주부를 향하여 이동시키는 에어 실린더(구동 기구)(52)를 구비하고 있다. 에어 실린더(52)에 공급하는 공기압을 제어함으로써, 연마 테이프(23)를 기판 W1에 대하여 압박하는 힘이 조정된다. 기판 W1의 주위에 배치된 4개의 연마 헤드 조립체(1A, 1B, 1C, 1D)의 틸트 기구, 압박 기구(41), 테이프 이송 기구(42), 및 각 연마 헤드 조립체를 이동시키는 이동 기구는, 각각 독립적으로 동작이 가능하도록 구성되어 있다.

기판 W1은 연마 테이프(23)와의 미끄럼 접촉에 의하여 연마되므로, 연마 테이프(23)에 의하여 제거되는 막의 양은, 연마 테이프(23)에 접촉하고 있는 누적 시간에 의하여 결정된다.

도 7은, 틸트 기구에 의하여 상방으로 경사진 연마 헤드를 도시하는 도면이고, 도 8은, 틸트 기구에 의하여 하방으로 경사진 연마 헤드를 도시하는 도면이다.

도 7 내지 도 9는, 도 7에 도시하는 압박 부재(50)를 구비한 연마 헤드(108)를 사용한 연마 방법의 일례를 도시하는 도면이다. 먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(108)를 상방으로 경사지게 하고, 돌기부(51a)에 의하여 연마 테이프(23)를 기판 W1의 톱 에지부에 압박하여, 톱 에지부를 연마한다. 다음으로, 도 8에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(108)를 하방으로 경사지게 하고, 돌기부(51b)에 의하여 연마 테이프(23)를 기판 W1의 보텀 에지부에 압박하여, 보텀 에지부를 연마한다. 그리고 도 9에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(108)를 수평으로 하고(기판 W1의 표면에 대한 경사 각도를 0으로 하고), 압박 패드(70)에 의하여 연마 테이프(23)를 기판 W1의 베벨부에 압박하여, 베벨부를 연마한다.

또한 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 연마 헤드(108)를 소정의 각도로 경사지게 한 상태에서, 압박 패드(70)에 의하여 연마 테이프(23)를 기판 W1의 베벨부에 대하여 비스듬히 압박하여, 베벨부를 연마해도 된다. 이와 같이, 연마 헤드(108)를 경사지게 함으로써, 도 1의 (a)에 도시하는 상측 경사부(상측 베벨부) PP, 하측 경사부(하측 베벨부) Q1 및 측부(에이펙스) RR을 포함하는 베벨부 전체를 연마할 수 있다. 또한 도 12에 도시한 바와 같이, 압박 패드(70)에 의하여 연마 테이프(23)를 기판 W1의 베벨부에 대하여 압박하면서, 연마 헤드(108)의 경사 각도를 틸트 기구에 의하여 연속적으로 변화시켜도 된다.

이와 같이, 돌기부(51a, 51b) 및 압박 패드(70)를 갖는 압박 부재(50)를 사용함으로써, 연마 테이프(23)는 기판 W1의 외주부의 전체를 연마할 수 있다.

다음으로, 본 실시예의 연마 장치를 사용한 연마 방법에 대하여 도 13에 의하여 설명한다. 도 13은, 본 실시예의 처리 스텝을 도시하는 흐름도이다. 연마 개시의 지시를 유저가 연마 장치(100)의 입력 장치(도시하지 않음)에 입력하면(스텝 S10), 제어부(112)는 신호선(112a)을 통하여 인식부(104)의 컨트롤러(132)에 베벨부의 형상의 계측 개시를 지시한다(스텝 S12). 컨트롤러(132)는 3차원 이동 기구(120)와 공초점 레이저 현미경(105, 107)을 제어하여, 연마를 행하기 전의 베벨부의 형상에 관한 데이터의 인식을 개시한다(스텝 S14).

컨트롤러(132)는, 연마를 행하기 전의 베벨부의 형상에 관한 데이터에 기초하여 베벨부의 단면 형상을 5타입 중 어느 것으로 인식하여, 5타입 중 어느 것으로 나눈다(스텝 S16). 연마 조건 결정부(110)는 5타입에 대응한 연마 레시피를 선택한다(스텝 S18). 제어부(112)는, 연마 레시피에 따라 보유 지지부(106)에 기판 W1을 보유 지지하고 회전시킴과 함께, 연마부(108)에 연마 헤드를 기판 W1의 베벨부에 압박시켜 베벨부를 연마시킨다(스텝 S20).

연마부(108)가 기판 W1을 연마 레시피에 따라 연마한 후에, 베벨부의 연마 후의 상태에 관한 데이터(104b)에 기초하여 연마 종료 결정부(110)는 연마를 종료할지 여부를 결정한다. 부착물이 규정량 이하라고 판단하면, 연마 종료 결정부(110)는 연마 가공의 종료를 제어부(112)에 송신하고, 제어부(112)는 연마 처리를 종료한다(스텝 S22).

본 실시예에 의하면, 베벨부의 형상이 여러 가지 존재하는 상황에서도, 연마 전의 상태에 기초하여 적절한 연마 레시피를 선택하여 기판 W1의 베벨부를 연마할 수 있다.

또한 상기 실시예에서는, 연마를 행하기 전의 외주부의 상태로서 외주부의 형상을 채용했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 연마를 행하기 전의 외주부의 상태로서, 연마 전의 외주부에 있어서의 이미 설명한 부착물의 상태를 채용할 수도 있다. 외주부에 있어서의 부착물의 상태, 즉, 외주부에 존재하는 불필요한 막이나 진애 등의 부착물의 부착 상태(즉, 부착량이나 부착 장소 등)를 컨트롤러(132)는 색에 의하여 판단한다. 즉, 컨트롤러(132)는 색의 종류 또는 농도에 의하여 부착물의 종류 또는 부착량의 대소를 인식하여, 부착물의 상태를 복수의 타입으로 분류한다. 연마 조건 결정부(110)는 컨트롤러(132)로부터의 타입에 관한 정보에 기초하여 연마 레시피를 결정한다.

1A 내지 1D: 연마 헤드 조립체
2A 내지 2D: 연마 테이프 공급 기구
4: 보유 지지 스테이지
24: 공급 릴
25: 회수 릴
41: 압박 기구
42: 테이프 이송 기구
50: 압박 부재
52: 에어 실린더
67: 리니어 액추에이터
100: 연마 장치
102: 보유 지지 연마부
104: 인식부
106: 회전 보유 지지 기구
108: 연마 헤드
110: 연마 조건 결정부
112: 제어부

Claims (10)

1. 피연마체를 보유 지지하기 위한 보유 지지부와,
   상기 피연마체의 외주부에 압박되어 해당 외주부를 연마하기 위한 연마 부재와,
   상기 연마를 행하기 전의 상기 외주부의 상태에 관한 데이터에 기초하여, 상기 상태에 대응한 연마 조건을 결정하는 연마 조건 결정부와,
   상기 연마 조건에 따라 상기 연마 부재가 상기 피연마체를 연마하도록 상기 연마 부재를 제어하는 제어부를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 데이터는, 상기 외주부의 상태가 상기 상태에 관한 복수의 타입 중 어느 타입인지를 나타내는 데이터인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 외주부의 상태는 상기 외주부의 형상인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 외주부의 형상에 관한 데이터는 공초점 레이저 현미경에 의하여 얻어진 데이터인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 외주부의 형상에 관한 데이터는 텔레센트릭 광학계에 의하여 얻어진 데이터인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외주부의 상태는 상기 외주부에 있어서의 부착물의 상태인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마부가 상기 피연마체를 연마한 후에, 상기 외주부의 연마 후의 상태에 관한 데이터에 기초하여, 상기 연마를 종료할지의 여부를 결정하는 연마 종료 결정부를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피연마체의 외주부는 상기 피연마체의 외주부에 있어서의 단부면인 베벨부인 것을 특징으로 하는 연마 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마를 행하기 전의 상기 외주부의 상태에 관한 데이터를 인식하고, 얻어진 해당 데이터를 상기 연마 조건 결정부에 송신하는 인식부를 갖는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
10. 피연마체를 보유 지지하고 회전시킴과 함께, 연마 부재를 상기 피연마체의 외주부에 압박하여 해당 외주부를 연마하는 연마 방법에 있어서,
    상기 연마를 행하기 전의 상기 외주부의 상태에 관한 데이터에 기초하여, 상기 상태에 대응한 연마 조건을 결정하는 스텝과,
    상기 연마 조건에 따라 상기 피연마체를 연마하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.

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