KR102564628B1

KR102564628B1 - 연마 장치 및 연마 방법

Info

Publication number: KR102564628B1
Application number: KR1020160111522A
Authority: KR
Inventors: 마코토 후쿠시마; 호즈미 야스다; 신고 도가시
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 2015-09-02
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2023-08-07
Anticipated expiration: 2036-08-31
Also published as: US20170057049A1; KR20170027668A; JP6562779B2; US10414015B2; SG10201607236YA; JP2017047503A

Abstract

압력 레인지를 넓게 유지한 채로, 기판 연마를 고정밀도로 행할 수 있는 연마 장치를 제공한다.
연마 장치는, 연마 패드를 지지하기 위한 연마 테이블과, 기판을 연마 패드에 압박하기 위한 기판 유지 장치를 구비한다. 기판 유지 장치는, 기판을 압박하기 위한 복수의 압력실을 형성하는 탄성막과, 복수의 압력실의 압력을 제어하는 압력 제어부를 구비한다. 압력 제어부는, 복수의 압력실 중 하나인 제1 압력실에 접속되는 제1 유로와, 이 제1 유로 내에 병렬적으로 마련되는 제1 압력 조정 기구 및 제2 압력 조정 기구를 구비한다. 압력 제어부는, 제1 압력실 내의 설정 압력이 제1 임계값에 달하였을 때에 제1 압력 조정 기구로부터 제2 압력 조정 기구로 전환한다. 그리고, 제1 압력실 내의 설정 압력이 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값에 달하였을 때에 제2 압력 조정 기구로부터 제1 압력 조정 기구로 전환한다.

Description

연마 장치 및 연마 방법{POLISHING APPARATUS AND POLISHING METHOD}

본 발명은 웨이퍼 등의 기판을 유지하면서 연마하기 위한 연마 장치 및 방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 고집적화·고밀도화에 따라, 회로의 배선이 점점 더 미세화하여, 다층 배선의 층수도 증가하고 있다. 회로의 미세화를 도모하면서 다층 배선을 실현하고자 하면, 하측의 층의 표면 요철을 답습하면서 단차가 보다 커지기 때문에, 배선 층수가 증가함에 따라, 박막 형성에 있어서의 단차 형상에 대한 막 피복성(스텝 커버리지)이 나빠진다. 따라서, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서는, 반도체 디바이스 표면의 평탄화가 점점 더 중요해지고 있다.

반도체 디바이스 표면의 평탄화에 있어서 중요한 기술로서, 화학 기계 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing)가 있다. 이 화학 기계 연마에서는, 실리카(SiO₂) 등의 지립을 포함한 연마액을 연마 패드의 연마면 상에 공급하면서, 톱 링 또는 연마 헤드라고 칭해지는 기판 유지 장치로 유지된 웨이퍼를 연마면에 미끄럼 접촉시켜, 연마 테이블과 기판 유지 장치를 상대 운동시킴으로써, 웨이퍼의 표면이 연마된다.

여기서, 연마 중의 웨이퍼와 연마 패드의 연마면 사이의 상대적인 압박력이 웨이퍼의 전체면에 걸쳐 균일하지 않은 경우에는, 웨이퍼의 각 부분에 부여되는 압박력에 따라 연마 부족이나 과연마가 생겨 버린다. 그래서, 웨이퍼에 대한 압박력을 균일화하기 위해, 기판 유지 장치의 하부에 탄성막으로 형성되는 압력실을 마련하고, 이 압력실에 공기 등의 유체를 공급함으로써 탄성막을 통해 유체압에 의해 웨이퍼를 압박하는 것이 행해지고 있다.

반도체 디바이스 제조에 있어서는, 웨이퍼 엣지부의 연마 프로파일은 제품의 수율에 크게 영향을 끼치기 때문에, 웨이퍼 엣지부의 연마 프로파일을 정밀하게 조정하는 것은 매우 중요하다. 그러나, 연마 패드는 탄성을 갖기 때문에, 연마 중인 웨이퍼의 엣지부(둘레 가장자리부)에 가해지는 압박력이 불균일해져, 웨이퍼의 엣지부만이 많이 연마되는, 소위 「엣지 드롭」을 일으켜 버리는 경우가 있다.

그래서, 예컨대 특허문헌 1에 기재된 기판 유지 장치에서는, 탄성막을, 평탄 영역과 그 평탄 영역의 바깥 둘레부에 위치하여 상방으로 수직으로 올라가는 기립 영역을 갖게 하여, 이 기립 영역에 대항하는 기판에의 압박력을 국소적으로 낮추도록 하고 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2013-111679호 공보

최근, 여러 가지 디바이스의 연마에 대응하며, 연마 속도를 높게 하여 스루풋을 높인다고 하는 관점에서, 넓은 압력대에서 사용 가능한 연마 장치가 요구되고 있다. 이와 동시에, 선단 디바이스의 연마 성능 향상을 위해, 저압 연마 시에 있어서의 연마 압력을 고정밀도화할 필요도 높아지고 있고, 특히 웨이퍼 엣지부에서의 고정밀도화가 강하게 요구되고 있다.

넓은 압력대에서 연마 가능하게 하기 위해서는 풀 스케일(FS) 레인지가 큰 압력 컨트롤러를 이용할 필요가 있지만, 일반적으로 압력 컨트롤러의 정밀도는 풀 스케일에 비례하기 때문에, 풀 스케일이 큰 압력 컨트롤러를 저압 연마에서 사용하는 경우에는, 사용하는 압력대(저압)에 대하여 오차가 차지하는 비율이 커져 버려, 저압 연마 시에 있어서 정밀도 좋게 연마를 행하는 것이 곤란해지다.

그래서, 본 발명은 넓은 압력 레인지에서의 연마를 가능하게 하면서 저압 연마 시에 있어서 고정밀도로 연마를 할 수 있는 연마 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일양태는, 연마 패드를 지지하기 위한 연마 테이블과, 기판을 상기 연마 패드에 압착하기 위한 기판 유지 장치를 구비한 연마 장치로서, 상기 기판 유지 장치는, 기판을 압박하기 위한 복수의 압력실을 형성하는 탄성막과, 상기 탄성막이 부착되는 헤드 본체와, 상기 기판을 둘러싸도록 배치된 리테이너 링과, 상기 복수의 압력실의 압력을 제어하는 압력 제어부를 구비하고, 상기 압력 제어부는, 상기 복수의 압력실 중 하나인 제1 압력실에 접속되는 제1 유로와, 상기 제1 유로에 병렬적으로 마련되는 제1 압력 조정 기구 및 제2 압력 조정 기구를 구비하며, 상기 제1 압력 조정 기구 및 제2 압력 조정 기구를 전환하여 상기 제1 압력실의 압력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 압력 조정 기구 및 제2 압력 조정 기구의 각각은, 상기 제1 압력실 내의 압력을 조정하는 압력 컨트롤러를 구비하고, 상기 제1 압력 조정 기구의 압력 컨트롤러의 압력 제어 범위는, 상기 제2 압력 조정 기구의 압력 컨트롤러의 압력 제어 범위보다 작게 하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 압력 제어부는, 상기 제1 압력실 내의 설정 압력이 제1 임계값에 달하였을 때에 상기 제1 압력 조정 기구로부터 상기 제2 압력 조정 기구로 전환하며, 상기 제1 압력실 내의 설정 압력이 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값에 달하였을 때에 상기 제2 압력 조정 기구로부터 상기 제1 압력 조정 기구로 전환하도 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 압력 제어부는, 상기 복수의 압력실 중 하나인 제2 압력실에 접속되는 제2 유로와, 상기 제2 유로 내에 병렬적으로 마련되는 제3 압력 조정 기구 및 제4 압력 조정 기구를 구비하고, 상기 제3 압력 조정 기구 및 제4 압력 조정 기구를 전환하여 상기 제2 압력실의 압력을 제어하도록 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제1 압력실과 상기 제2 압력실이 인접하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 양태에 있어서, 상기 탄성막은, 기판에 접촉하는 기판 유지면의 둘레 가장자리부로부터 수직으로 올라가는 측벽과, 상기 측벽에 접속되는 제1 둘레벽부를 구비하고, 상기 제1 압력실은, 상기 측벽, 상기 제1 둘레벽부 및 상기 헤드 본체로 형성된다.

본 발명의 다른 양태는, 기판 유지 장치에 유지된 기판을 연마 패드에 압착함으로써 상기 기판을 연마하는 방법으로서, 상기 기판 유지 장치는, 기판을 압박하기 위한 복수의 압력실을 형성하는 탄성막과 상기 복수의 압력실의 압력을 제어하는 압력 제어부를 구비하고 있고, 상기 압력 제어부는, 상기 복수의 압력실 중 하나인 제1 압력실에 병렬로 접속된 제1 압력 조정 기구 및 제2 압력 조정 기구를 전환함으로써, 상기 제1 압력실의 압력을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 제1 압력 조정 기구 및 제2 압력 조정 기구를 하나의 압력실에 대하여 병렬로 마련하고, 이들을 전환하여 사용함으로써, 압력 레인지를 넓게 유지한 채로, 고정밀도에서의 기판 연마가 가능해진다. 또한, 이들 2종류의 압력 조정 기구에 구비된 압력 컨트롤러의 동작을 전환하는 압력의 임계값을 2종류 마련함으로써, 임계값 부근에서 설정 압력이 상하로 변동하는 것 같은 경우라도, 압력 컨트롤러가 전환되는 일 없이, 안정된 압력 제어가 가능해진다.

도 1은 연마 장치의 일실시형태를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 나타내는 연마 장치에 구비되어 있는 연마 헤드(기판 유지 장치)를 나타내는 도면.
도 3은 도 2에 나타내는 연마 헤드에 구비된 탄성막(멤브레인)을 나타내는 단면도.
도 4는 탄성막의 일부를 나타내는 확대 단면도.
도 5는 제1 컨트롤러 및 제2 컨트롤러의 전환 제어의 일례를 나타내는 설명도.
도 6은 제1 컨트롤러 및 제2 컨트롤러의 전환 제어의 일례를 나타내는 흐름도.
도 7은 연마 장치의 별도의 실시형태를 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 연마 장치의 일실시형태를 나타내는 도면이며, 연마 패드(19)를 지지하는 연마 테이블(18)과, 연마 대상물인 기판의 일례로서의 웨이퍼(W)를 유지하여 연마 테이블(18) 상의 연마 패드(19)에 압박하는 연마 헤드(기판 유지 장치)(1)를 구비하고 있다.

연마 테이블(18)은, 테이블축(18a)을 통해 그 하방에 배치되는 테이블 모터(29)에 연결되어 있고, 그 테이블축(18a) 둘레로 회전 가능하게 되어 있다. 연마 패드(19)는 연마 테이블(18)의 상면에 첩부되어 있고, 연마 패드(19)의 표면(19a)이 웨이퍼(W)를 연마하는 연마면을 구성하고 있다. 연마 테이블(18)의 상방에는 연마액 공급 노즐(25)이 마련되어 있고, 이 연마액 공급 노즐(25)에 의해 연마 테이블(18) 상의 연마 패드(19) 상에 연마액(Q)이 공급되게 되어 있다.

연마 헤드(1)는, 웨이퍼(W)를 연마면(19a)에 대하여 압박하는 헤드 본체(2)와, 웨이퍼(W)를 유지하여 웨이퍼(W)가 연마 헤드(1)로부터 돌출하지 않도록 하는 리테이너 링(3)을 구비하고 있다. 연마 헤드(1)는, 헤드 샤프트(27)에 접속되어 있고, 이 헤드 샤프트(27)는, 상하 이동 기구(81)에 의해 헤드 아암(64)에 대하여 상하 이동하도록 되어 있다. 이 헤드 샤프트(27)의 상하 이동에 의해, 헤드 아암(64)에 대하여 연마 헤드(1)의 전체를 승강시켜 위치 결정하도록 되어 있다. 헤드 샤프트(27)의 상단에는 로터리 조인트(82)가 부착되어 있다.

헤드 샤프트(27) 및 연마 헤드(1)를 상하 이동시키는 상하 이동 기구(81)는, 베어링(83)을 통해 헤드 샤프트(27)를 회전 가능하게 지지하는 브릿지(84)와, 브릿지(84)에 부착된 볼 나사(88)와, 지주(86)에 의해 지지된 지지대(85)와, 지지대(85) 상에 마련된 서보 모터(90)를 구비하고 있다. 서보 모터(90)를 지지하는 지지대(85)는, 지주(86)를 통해 헤드 아암(64)에 고정되어 있다.

볼 나사(88)는, 서보 모터(90)에 연결된 나사축(88a)과, 이 나사축(88a)이 나사 결합하는 너트(88b)를 구비하고 있다. 헤드 샤프트(27)는, 브릿지(84)와 일체로 되어 상하 이동하게 되어 있다. 따라서, 서보 모터(90)를 구동시키면, 볼 나사(88)를 통해 브릿지(84)가 상하 이동하고, 이에 의해 헤드 샤프트(27) 및 연마 헤드(1)가 상하 이동한다.

헤드 샤프트(27)는 키(도시하지 않음)를 통해 회전통(66)에 연결되어 있다. 이 회전통(66)은 그 바깥 둘레부에 타이밍 풀리(67)를 구비하고 있다. 헤드 아암(64)에는 헤드 모터(68)가 고정되어 있고, 상기 타이밍 풀리(67)는, 타이밍 벨트(69)를 통해 헤드 모터(68)에 마련된 타이밍 풀리(70)에 접속되어 있다. 따라서, 헤드 모터(68)를 회전 구동시킴으로써 타이밍 풀리(70), 타이밍 벨트(69) 및 타이밍 풀리(67)를 통해 회전통(66) 및 헤드 샤프트(27)가 일체로 회전하여, 연마 헤드(1)가 회전한다. 헤드 아암(64)은, 프레임(도시하지 않음)에 회전 가능하게 지지된 아암 샤프트(80)에 의해 지지되어 있다. 연마 장치는, 헤드 모터(68), 서보 모터(90)를 비롯한 장치 내의 각 기기를 제어하는 제어 장치(40)를 구비하고 있다.

연마 헤드(1)는, 그 하면에 웨이퍼(W)를 유지할 수 있도록 구성되어 있다. 헤드 아암(64)은 아암 샤프트(80)를 중심으로 하여 선회 가능하게 구성되어 있고, 하면에 웨이퍼(W)를 유지한 연마 헤드(1)는, 헤드 아암(64)의 선회에 의해 웨이퍼(W)의 수취 위치로부터 연마 테이블(18)의 상방 위치로 이동된다.

웨이퍼(W)의 연마는 다음과 같이 하여 행해진다. 연마 헤드(1) 및 연마 테이블(18)을 각각 회전시켜, 연마 테이블(18)의 상방에 마련된 연마액 공급 노즐(25)로부터 연마 패드(19) 상에 연마액(Q)을 공급한다. 이 상태로, 연마 헤드(1)를 소정의 위치(소정의 높이)까지 하강시키고, 이 소정의 위치에서 웨이퍼(W)를 연마 패드(19)의 연마면(19a)에 압박한다. 웨이퍼(W)는 연마 패드(19)의 연마면(19a)에 미끄럼 접촉되고, 이에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 연마된다.

다음에, 도 1에 나타내는 연마 장치에 구비되어 있는 연마 헤드(기판 유지 장치)(1)에 대해서, 도 2를 참조하여 상세하게 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 연마 헤드(1)는, 헤드 샤프트(27)의 하단에 고정된 헤드 본체(2)와, 연마면(19a)을 직접 압박하는 리테이너 링(3)과, 웨이퍼(W)를 연마면(19a)에 대하여 압박하는 유연한 탄성막(10)을 구비하고 있다. 리테이너 링(3)은 웨이퍼(W)를 둘러싸도록 배치되어 있으며, 헤드 본체(2)에 연결되어 있다. 탄성막(10)은, 헤드 본체(2)의 하면을 덮도록 헤드 본체(2)에 부착되어 있다.

헤드 본체(2)는, 예컨대 엔지니어링 플라스틱(예컨대, PEEK) 등의 수지에 의해 형성되고, 탄성막(10)은, 예컨대 에틸렌프로필렌 고무(EPDM), 폴리우레탄 고무, 실리콘 고무 등의 강도 및 내구성이 우수한 고무재에 의해 형성되어 있다.

탄성막(10)은, 동심형으로 배치된 복수(도시에서는 8개)의 환형의 둘레벽(10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h)이 마련되어 있다. 이들 복수의 둘레벽(10a∼10h)에 의해, 탄성막(10)의 상면과 헤드 본체(2)의 하면 사이에, 중앙에 위치하는 원형상의 중앙 압력실(12), 가장 바깥 둘레에 위치하는 환형의 엣지 압력실(14a, 14b) 및 중앙 압력실(12)과 엣지 압력실(14a, 14b) 사이에 위치하는, 환형의 5개의 중간 압력실(제1∼제5 중간 압력실)(16a, 16b, 16c, 16d, 16e)이 형성되어 있다.

헤드 본체(2) 내에는, 중앙 압력실(12)에 연통하는 유로(20), 엣지 압력실(14a)에 연통하는 유로(22), 엣지 압력실(14b)에 연통하는 유로(24f) 및 중간 압력실(16a∼16e)에 각각 연통하는 유로(24a, 24b, 24c, 24d, 24e)가 각각 형성되어 있다. 그리고, 유로(20, 22, 24a∼24f)는, 각각 유체 라인(26, 28, 30a, 30b, 30c, 30d, 30e, 30f)을 통해 유체 공급원(32)에 접속되어 있다. 유체 라인(26, 28, 30a∼30f)에는, 개폐 밸브(V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8)와 압력 컨트롤러(R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8)가 각각 마련되어 있다.

또한, 엣지 압력실(14a)에 대응하는 유로(22)에 접속된 유체 라인(28)에는, 개폐 밸브(V2-2) 및 압력 컨트롤러(R2-2)가 접속되어 있다. 이들 개폐 밸브(V2-2) 및 압력 컨트롤러(R2-2)는, 또 다른 1조의 개폐 밸브(V2) 및 압력 컨트롤러(R2)와 병행이 되도록, 유체 공급원(32)에 접속된다. 또한, 유체 라인(28)에는, 그 라인에 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서(PS2)가 접속되어 있다.

리테이너 링(3)의 바로 위에는 리테이너실(34)이 형성되어 있고, 리테이너실(34)은, 헤드 본체(2) 내에 형성된 유로(36) 및 개폐 밸브(V9)와 압력 컨트롤러(R9)가 설치된 유체 라인(38)을 통해 유체 공급원(32)에 접속되어 있다. 압력 컨트롤러(R1∼R9, R2-2)는, 각각 유체 공급원(32)으로부터 압력실(12, 14a, 14b, 16a∼16e) 및 리테이너실(34)에 공급하는 압력 유체의 압력을 조정하는 압력 조정 기능을 가지고 있다. 압력 컨트롤러(R1∼R9, R2-2) 및 개폐 밸브(V1∼V9, V2-2)는, 제어 장치(40)에 접속되고, 이들의 작동이 제어 장치(40)로 제어되도록 되어 있다.

전술한 엣지 압력실(14a)에 대응하는 유체 라인(28)에 접속된 2개의 압력 컨트롤러(R2, R2-2) 중, 한쪽의 압력 컨트롤러(R2)(이하, 「제1 압력 컨트롤러」라고 함)는, 그 풀 스케일(제어 범위)이 예컨대 500 h㎩이며, 웨이퍼의 엣지부를 저압에서 연마하는 저압 연마 시에 이용된다. 또한, 또 다른 하나의 압력 컨트롤러(R2-2)(이하, 「제2 압력 컨트롤러」라고 함)의 풀 스케일은, 제1 압력 컨트롤러보다 크며, 예컨대 1000 h㎩이고, 웨이퍼의 엣지부를 고압에서 연마하는 고압 연마 시에 이용된다.

압력 컨트롤러에 의한 압력의 제어 오차는, 리니어리티, 히스테리시스, 반복성 및 분해능 등의 오차가 영향을 끼치는 것 외에, 풀 스케일에 의존하고 있으며, 통상은 풀 스케일의 1％ 또는 2％ 정도이다. 이 때문에, 풀 스케일이 작은 제1 압력 컨트롤러에 의한 쪽이, 제2 압력 컨트롤러에 의한 경우와 비교하여, 보다 정밀도 좋게 압력 제어를 행할 수 있다.

제1 및 제2 압력 컨트롤러의 풀 스케일의 조합은, 전술한 것에 한정되는 일은 없고, 연마 장치의 용도, 정밀도 등에 따라 적절하게 정할 수 있다. 제1 및 제2 압력 컨트롤러의 풀 스케일의 조합으로서, 예컨대 250 h㎩, 500 h㎩의 조합으로 하여도 좋고, 혹은 250 h㎩, 1000 h㎩의 조합으로 하여도 좋다.

도 2에 나타내는 바와 같이 구성된 연마 헤드(1)에 의하면, 웨이퍼(W)를 연마 헤드(1)에서 유지한 상태로, 각 압력실(12, 14a, 14b, 16a∼16e)에 공급되는 압력 유체의 압력을 각각 제어함으로써, 웨이퍼(W)의 반경 방향을 따른 탄성막(10) 상의 복수의 영역마다 상이한 압력으로 웨이퍼(W)를 압박할 수 있다. 이와 같이, 연마 헤드(1)에 있어서는, 헤드 본체(2)와 탄성막(10) 사이에 형성되는 각 압력실(12, 14a, 14b, 16a∼16e)에 공급하는 유체의 압력을 조정함으로써, 웨이퍼(W)에 가해지는 압박력을 웨이퍼(W)의 영역마다 조정할 수 있다. 동시에, 리테이너실(34)에 공급하는 압력 유체의 압력을 제어함으로써, 리테이너 링(3)이 연마 패드(19)를 압박하는 압박력을 조정할 수 있다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 탄성막(10)은, 웨이퍼(W)에 접촉하는 원형의 접촉부(11)와, 접촉부(11)에 직접 또는 간접적으로 접속되는 8개의 둘레벽(10a∼10h)을 가지고 있다. 접촉부(11)는 웨이퍼(W)의 이면, 즉 연마하여야 하는 표면과는 반대측의 면에 접촉하여, 웨이퍼(W)를 연마 패드(19)에 대하여 압착한다. 둘레벽(10a∼10h)은, 동심형으로 배치된 환형의 둘레벽이다.

둘레벽(10a∼10h)의 상단은, 4개의 유지 링(5, 6, 7, 8)에 의해 헤드 본체(2)의 하면에 부착되어 있다. 이들 유지 링(5∼8)은, 예컨대 나사 등의 유지 수단(도시하지 않음)에 의해 헤드 본체(2)에 착탈 가능하게 고정되어 있다.

접촉부(11)는, 중간 압력실(16c)에 연통하는 복수의 통과 구멍(17)을 가지고 있다. 도 3에서는, 편의상, 하나의 통과 구멍(17)만을 나타낸다. 접촉부(11)에 웨이퍼(W)가 접촉한 상태로 중간 압력실(16c)에 진공이 형성되면, 웨이퍼(W)가 접촉부(11)의 하면에, 즉 연마 헤드(1)에 진공 흡인에 의해 유지된다. 또한, 웨이퍼(W)가 연마 패드(19)로부터 떨어진 상태로 중간 압력실(16c)에 가압 유체를 공급하면, 웨이퍼(W)가 연마 헤드(1)로부터 릴리스된다. 통과 구멍(17)은 중간 압력실(16c) 대신에 다른 압력실에 형성하여도 좋다. 그때에는 웨이퍼(W)의 진공 흡인이나 릴리스는 통과 구멍(17)을 형성한 압력실의 압력을 제어함으로써 행한다.

둘레벽(10h)은, 가장 외측의 둘레벽이며, 둘레벽(10g)은 둘레벽(10h)의 직경 방향 내측에 배치되어 있다. 또한, 둘레벽(10f)은 둘레벽(10g)의 직경 방향 내측에 배치되어 있다. 이하, 둘레벽(10h)을 제1 엣지 둘레벽, 둘레벽(10g)을 제2 엣지 둘레벽, 둘레벽(10f)를 제3 엣지 둘레벽이라고 부른다.

도 4는 탄성막(10)의 일부를 나타내는 확대 단면도이다. 제1 엣지 둘레벽(10h)은, 접촉부(11)의 둘레 단부로부터 상방으로 연장되고, 제2 엣지 둘레벽(10g)은 제1 엣지 둘레벽(10h)에 접속되어 있다.

제2 엣지 둘레벽(10g)은, 제1 엣지 둘레벽(10h)의 안쪽 둘레면(101)에 접속된 외측 수평부(111)를 가지고 있다. 제1 엣지 둘레벽(10h)의 안쪽 둘레면(101)은, 접촉부(11)에 대하여 수직으로 연장되는 상측 안쪽 둘레면(101a) 및 하측 안쪽 둘레면(101b)을 가지고 있다. 상측 안쪽 둘레면(101a)은 제2 엣지 둘레벽(10g)의 수평부(111)로부터 상방으로 연장되고, 하측 안쪽 둘레면(101b)은 제2 엣지 둘레벽(10g)의 수평부(111)로부터 하방으로 연장되어 있다. 바꾸어 말하면, 접촉부(11)에 대하여 수직으로 연장되는 안쪽 둘레면(101)을 분할하는 위치에 제2 엣지 둘레벽(10g)의 외측 수평부(111)가 접속되어 있다. 하측 안쪽 둘레면(101b)은 접촉부(11)의 둘레 단부에 접속되어 있고, 외측에 위치하는 바깥 둘레면(102)이 접촉부(11)에 대하여 수직으로 연장되어 있다. 상측 안쪽 둘레면(101a) 및 하측 안쪽 둘레면(101b)은, 동일면 내[접촉부(11)에 수직인 상상면]에 있다. 즉, 상측 안쪽 둘레면(101a)의 직경 방향 위치와 하측 안쪽 둘레면(101b)의 직경 방향 위치는 동일하다.

제1 엣지 둘레벽(10h)은, 접촉부(11)의 상하 이동을 허용하는 절곡부(103)를 가지고 있다. 이 절곡부(103)는, 상측 안쪽 둘레면(101a)에 접속되어 있다. 절곡부(103)는, 접촉부(11)와 수직인 방향(즉, 연직 방향)으로 신축 가능하게 구성된 벨로우즈 구조를 가지고 있다. 따라서, 헤드 본체(2)와 연마 패드(19)의 거리가 변화하여도, 접촉부(11)의 둘레 단부와 웨이퍼(W)의 접촉을 유지할 수 있다.

제2 엣지 둘레벽(10g)은, 제1 엣지 둘레벽(10h)의 안쪽 둘레면(101)으로부터 수평으로 연장되는 외측 수평부(111)를 가지고 있다. 또한, 제2 엣지 둘레벽(10g)은, 외측 수평부(111)에 접속된 경사부(112)와, 경사부(112)에 접속된 내측 수평부(113)와, 내측 수평부(113)에 접속된 연직부(114)와, 연직부(114)에 접속된 림부(115)를 가지고 있다. 경사부(112)는, 외측 수평부(111)로부터 직경 방향 내측으로 연장되면서 상방으로 경사하고 있다. 림부(115)는, 연직부(114)로부터 직경 방향 외측으로 연장되어 있고, 도 3에 나타내는 유지 링(8)에 의해 헤드 본체(2)의 하면에 고정된다. 제1 엣지 둘레벽(10h) 및 제2 엣지 둘레벽(10g)이 유지 링(8)에 의해 헤드 본체(2)의 하면에 부착되면, 제1 엣지 둘레벽(10h)과 제2 엣지 둘레벽(10g) 사이에 엣지 압력실(14a)이 형성된다.

제3 엣지 둘레벽(10f)은, 제2 엣지 둘레벽(10g)의 직경 방향 내측에 배치되어 있다. 제3 엣지 둘레벽(10f)은, 접촉부(11)의 상면에 접속된 경사부(121)와, 경사부(121)에 접속된 수평부(122)와, 수평부(122)에 접속된 연직부(123)와, 연직부(123)에 접속된 림부(124)를 가지고 있다. 경사부(121)는, 접촉부(11)의 상면으로부터 직경 방향 내측으로 연장되면서 상방으로 경사하고 있다. 림부(124)는, 연직부(123)로부터 직경 방향 내측으로 연장되어 있고, 도 3에 나타내는 유지 링(7)에 의해 헤드 본체(2)의 하면에 고정된다. 제2 엣지 둘레벽(10g) 및 제3 엣지 둘레벽(10f)이 유지 링(8, 7)에 의해 각각 헤드 본체(2)의 하면에 부착되면, 제2 엣지 둘레벽(10g)과 제3 엣지 둘레벽(10f) 사이에 엣지 압력실(14b)이 형성된다.

둘레벽(10e)은, 제3 엣지 둘레벽(10f)의 직경 방향 내측에 배치되어 있다. 둘레벽(10e)은, 접촉부(11)의 상면에 접속된 경사부(131)와, 경사부(131)에 접속된 수평부(132)와, 수평부(132)에 접속된 연직부(133)와, 연직부(133)에 접속된 림부(134)를 가지고 있다. 경사부(131)는, 접촉부(11)의 상면으로부터 직경 방향 내측으로 연장되면서 상방으로 경사하고 있다. 림부(134)는, 연직부(133)로부터 직경 방향 외측으로 연장되어 있고, 도 3에 나타내는 유지 링(7)에 의해 헤드 본체(2)의 하면에 고정된다. 둘레벽(10e) 및 제3 엣지 둘레벽(10f)이 유지 링(7)에 의해 헤드 본체(2)의 하면에 부착되면, 둘레벽(10e)과 제3 엣지 둘레벽(10f) 사이에 중간 압력실(16e)이 형성된다.

도 3에 나타내는 둘레벽(10b, 10d)은, 도 4에 나타내는 제3 엣지 둘레벽(10f)과 실질적으로 동일한 구성을 가지고 있고, 도 3에 나타내는 둘레벽(10a, 10c)은, 도 4에 나타내는 둘레벽(10e)과 실질적으로 동일한 구성을 가지고 있기 때문에, 이들의 설명을 생략한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 둘레벽(10a, 10b)의 림부는 유지 링(5)에 의해 헤드 본체(2)의 하면에 고정되고, 둘레벽(10c, 10d)의 림부는 유지 링(6)에 의해 헤드 본체(2)의 하면에 고정된다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 엣지 압력실(14a)은, 엣지 압력실(14b)의 상방에 배치되어 있고, 대략 수평으로 연장되는 제2 엣지 둘레벽(10g)에 의해 구획되어 있다. 제2 엣지 둘레벽(10g)은 제1 엣지 둘레벽(10h)에 접속되어 있기 때문에, 엣지 압력실(14a)의 압력이 엣지 압력실(14b)의 압력보다 큰 경우에는, 엣지 압력실(14a)과 엣지 압력실(14b)의 차압은 제1 엣지 둘레벽(10h)을 연직 방향으로 눌러 내리는 하향의 힘을 발생시킨다. 그 결과, 접촉부(11)의 둘레 가장자리부가 웨이퍼 엣지부를 연마 패드(19)에 대하여 압착한다. 이와 같이, 제1 엣지 둘레벽(10h) 자체에 하향의 힘이 연직 방향으로 작용하기 때문에, 접촉부(11)의 둘레 가장자리부는 웨이퍼 엣지부의 좁은 영역을 연마 패드(19)에 대하여 압착할 수 있어, 웨이퍼의 엣지부의 연마 프로파일을 정밀하게 제어하는 것이 가능해진다. 반대로 엣지 압력실(14a)의 압력이 엣지 압력실(14b)의 압력보다 작은 경우에는, 엣지 압력실(14a)과 엣지 압력실(14b)의 차압은 제1 엣지 둘레벽(10h)을 연직 방향으로 밀어 올리는 상향의 힘을 발생시킨다. 그 결과, 접촉부(11)의 둘레 가장자리부가 웨이퍼 엣지를 연마 패드(19)에 대하여 압박하는 압박력이 감소한다. 이와 같이, 제1 엣지 둘레벽(10h) 자체에 상향의 힘이 연직 방향으로 작용하기 때문에, 접촉부(11)의 둘레 가장자리부는 웨이퍼 엣지부의 좁은 영역의 연마 패드(19)에 대한 압박력을 감소시킬 수 있어, 웨이퍼의 엣지부의 연마 프로파일을 정밀하게 제어하는 것이 가능해진다.

상측 안쪽 둘레면(101a)은 접촉부(11)에 대하여 수직으로 상방으로 연장되고, 하측 안쪽 둘레면(101b)은 접촉부(11)에 대하여 수직으로 하방으로 연장되어 있다. 이러한 상측 안쪽 둘레면(101a) 및 하측 안쪽 둘레면(101b)의 형상에 의해, 제1 엣지 둘레벽(10h)과 제2 엣지 둘레벽(10g)의 접속 부분에는 경사 방향의 힘이 작용하지 않아, 웨이퍼 엣지부의 좁은 영역에서 연마 레이트를 제어하는 것이 가능해진다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 연마 장치에서는, 엣지 압력실(14a)에 대응하는 유체 라인(28)에는, 저압 연마용의 제1 압력 컨트롤러(R2)와 고압 연마용의 제2 압력 컨트롤러(R2-2)가 병렬로 접속되고, 대응하는 개폐 밸브(V2, V2-2)를 개폐 제어함으로써, 어느 한쪽을 선택적으로 이용할 수 있다.

예컨대, 엣지 압력실(14a)을 저압으로 한 상태로 연마하고자 하는 경우는, 제2 압력 컨트롤러(R2-2)에 접속된 밸브(V2-2)를 폐지한 상태로, 제1 압력 컨트롤러(R2)를 작동시켜 밸브(V2)를 개방한다. 이에 의해, 풀 스케일(FS)이 작은(즉, 오차가 작은) 제1 압력 컨트롤러(R2)에 의해, 엣지 압력실(14a)의 압력을 정밀도 좋게 제어할 수 있어, 정밀한 연마를 행할 수 있다.

한편, 엣지 압력실(14a)을 고압으로 한 상태로 연마하고자 하는 경우는, 제1 압력 컨트롤러(R2)에 접속된 밸브(V2)를 폐지한 상태로, 제2 압력 컨트롤러(R2-2)를 작동시켜 밸브(V2-2)를 개방한다. 이에 의해, 풀 스케일(FS)이 큰 제2 압력 컨트롤러(R2-2)에 의해, 엣지 압력실(14a)을 고압으로 유지한 상태로 연마를 행할 수 있다. 이와 같이 하여, 미리 설정된 연마 레시피에 기초하여, 적절하게, 사용하여야 하는 압력 컨트롤러를 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 기판 연마 중에, 엣지 압력실(14a) 내의 압력에 따라, 사용하는 압력 컨트롤러를 전환하여 연마를 행하도록 하여도 좋다. 예컨대, 저압 연마 시에는, 제1 압력 컨트롤러(R2)를 작동시키며, 밸브(V2)를 개방, 밸브(V2-2)를 폐지한다. 이 상태로 엣지 압력실(14a) 내의 압력을 높여, 일정값을 넘은 시점에서, 제1 압력 컨트롤러(R2)의 작동을 멈추고, 제2 압력 컨트롤러를 작동시키며, 밸브(V2)를 폐지하고, 밸브(V2-2)를 개방한다. 이에 의해 넓은 압력 레인지를 유지하면서, 고정밀도의 연마가 가능해진다.

여기서, 압력 컨트롤러 및 밸브의 전환을 동시에 행하면, 전환에 의해 작동하는 제2 압력 컨트롤러(R2-2)의 압력 상승 속도의 영향 등에 의해, 전환 직후의 라인 내의 압력이 저하하여 버리는 경우가 있다. 이것을 피하기 위해, 개폐하는 밸브를 전환하기 전에, 미리 제2 압력 컨트롤러(R2-2)를 작동시켜, 밸브(V2-2)의 입구측 직전까지 설정의 압력으로 가압해 둔다. 그 후, 밸브(V2-2)를 개방, 밸브(V2)를 폐지함으로써, 밸브 전환 시의 압력의 불연속 변화를 저감할 수 있다.

본 실시형태에 있어서의 연마 장치에서는, 연마 테이블 내에 매설한 도시하지 않는 센서(과전류 센서나 광학식 센서 등)에 의해 연마 중인 기판의 막 두께 등의 정보를 모니터링하고, 모니터링 결과에 기초하여 연마 압력을 변경하는 In-situ CLC(Closed Loop Control[폐쇄 루프 제어])를 행할 수 있다. In-situ CLC에 의해 기판 연마를 행하는 경우, 연마 중에 필요로 되는 엣지 압력실(14a)의 압력이 시시각각 변화하지만, 전술한 2개의 압력 컨트롤러를 전환하는 임계값 부근에서 압력이 상하하는 것 같은 경우에는, 사용하는 압력 컨트롤러를 빈번하게 전환할 필요가 있어, 가압력이 불안정해져 버릴 우려가 있다.

이 때문에, 도 5의 예에서 나타내는 바와 같이, 압력 컨트롤러를 전환하기 위한 2종류의 임계값[상한 임계값(UTV: Upper Threshold Value), 하한 임계값(LTV: Lower Threshold Value)]을 마련하여 압력 제어를 행하는 것이 바람직하다. 도 5에 있어서, 횡축은 시간을 나타내고, 종축은 엣지 압력실(14a) 내의 설정 압력을 나타낸다. 또한, 제어 범위 상한값은, 압력 컨트롤러의 풀 스케일(FS)을 나타내고 있다.

도 5에 있어서, 엣지 압력실(14a)의 설정 압력이 낮은 경우는, 제1 압력 컨트롤러(R2)를 이용하여 압력 제어를 행한다. 그리고, 엣지 압력실(14a)의 설정 압력이 하한 임계값(LTV)을 넘은 후에도, 제1 압력 컨트롤러(R2)에 의한 압력 제어를 유지하고, 설정 압력 상한 임계값(UTV)에 달한 시점[시간(T1)]에서, 제2 압력 컨트롤러(R2-2)에 의한 압력 제어로 전환한다.

고압용의 제2 압력 컨트롤러(R2-2)에 의한 압력 제어로 전환된 후, 엣지 압력실(14a) 내의 설정 압력을 증가시켜, 시간(T2)에서 제2 압력 컨트롤러의 제어 범위 상한값에 달하여, 시간(T3)까지 동일한 설정 압력으로 기판 연마가 행해진다. 그 후, 엣지 압력실(14a) 내의 설정 압력을 감소시키는데, 상한 임계값(UTV)에 달한 후에도 제2 압력 컨트롤러(R2-2)에 의한 압력 제어를 계속시켜, 엣지 압력실(14a) 내의 설정 압력이 하한 임계값(LTV)에 달한 시점[시간(T4)]에서, 저압용의 제1 압력 컨트롤러(R2)에 의한 압력 제어로 전환한다.

여기서, 상한 임계값(UTV) 및 하한 임계값(LTV)은, 연마의 목적에 따라 적절하게 정할 수 있지만, 상한 임계값(UTV)은 제1 압력 컨트롤러(R2)의 제어 범위 상한값의 80％∼99％의 범위 내에서 정하는 것이 바람직하고, 90％∼99％의 범위 내에서 정하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 하한 임계값(LTV)은, 상한 임계값(UTV)보다 낮은 값인 것이 전제이지만, 제1 압력 컨트롤러(R2)의 제어 범위 상한값의 50％∼95％의 범위 내에서 정하는 것이 바람직하고, 80％∼95％의 범위 내에서 정하는 것이 보다 바람직하다.

이하, 상기 구성에 따른 연마 장치의 동작의 일례에 대해서, 도 6의 흐름도를 이용하여 설명한다. 먼저, 연마에서 사용되는 연마 레시피, 엣지 압력실의 설정 압력이나 기판의 최종 막 두께 등의 연마 조건이 설정되고(단계 S10), 기판 연마가 개시된다.

단계 S11에 있어서, 엣지 압력실의 설정 압력이 상한 임계값(UTV)보다 작은지의 여부의 판정이 행해지고, 작은 경우에는 단계 S12로 옮겨, 저압용의 압력 컨트롤러(R2)를 이용하여 연마가 행해진다. 단계 S13에 있어서 연마가 종료하였는지의 여부의 판정이 행해지고, 연마가 종료하지 않은 경우는, 전술한 In-situ CLC 제어에 의해, 엣지 압력실 내의 압력값이 설정된다(S14). 연마가 종료하였는지의 판정에는, 연마 시간이 설정한 시간에 달하였는지, 기판의 막 두께가 최종 막 두께에 달하였는지, 테이블 모터(29)의 구동 전류가 설정값에 달하였는지 등의 여러 가지 판정 조건이 설정된다.

다음에 단계 S15에 있어서, 엣지 압력실의 설정 압력이 상한 임계값(UTV)보다 작은지의 여부의 판정이 행해지고, 작은 경우에는 단계 S12로 되돌아가서, 계속해서 저압용의 압력 컨트롤러(R2)에 의한 압력 제어가 행해진다.

한편, 설정 압력이 상한 임계값(UTV)보다 큰 경우에는, 고압용의 압력 컨트롤러(R2-2)로 전환되어, 연마가 행해진다. 단계 S17에 있어서 연마가 종료하였는지의 여부의 판정이 행해지고, 연마가 종료하지 않은 경우는, 전술한 In-situ CLC 제어에 의해, 엣지 압력실 내의 압력값이 설정된다(S18).

그리고, 단계 S19에 있어서, 엣지 압력실의 설정 압력이 하한 임계값(LTV)보다 작은지의 여부의 판정이 행해지고, 큰 경우에는 단계 S16으로 되돌아가서, 계속해서 고압용의 압력 컨트롤러(R2-2)에 의한 압력 제어가 행해진다. 한편, 설정 압력이 하한 임계값(LTV)보다 작은 경우에는, 저압용의 압력 컨트롤러(R2)로 전환되어, 연마가 행해진다.

단계 S13 및 단계 S17에 있어서, 연마가 종료하였다고 판정된 경우에는, 연마가 종료한다.

이와 같이 하여, 고정밀도의 압력 제어가 가능한 저압용의 압력 컨트롤러와, 풀 스케일이 큰 고압용의 압력 컨트롤러를 조합하여 이용함으로써, 압력 레인지를 넓게 유지한 채로, 고정밀도로의 기판 연마가 가능해진다. 또한, 2종류의 압력 컨트롤러의 동작을 전환하는 압력의 임계값을 2종류 마련함으로써, 임계값 부근에서 설정 압력이 상하로 변동하는 것 같은 경우라도, 압력 컨트롤러가 전환되는 일이 없어, 안정된 압력 제어가 가능해진다.

다음에, 도 7을 이용하여, 본 발명의 별도의 실태양태에 따른 연마 장치의 구성을 설명한다. 또한, 앞의 실시양태에 따른 연마 장치와 동일한 부재에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 생략한다.

도 7에 나타내는 연마 장치에서는, 엣지 압력실(14a) 아래에 마련된 엣지 압력실(14b)에 대응하는 유체 라인(30f)에, 개폐 밸브(V8-2) 및 압력 컨트롤러(R8-2)가, 또 다른 1조의 개폐 밸브(V8) 및 압력 컨트롤러(R8)와 병행이 되도록 마련되어 있는 점에서, 도 2의 예와 상위하다. 이 압력 컨트롤러(R8-2)는 유체 공급원(32)에 접속되어 있다. 또한, 유체 라인(30f)에는, 그 라인에 흐르는 유체의 압력을 측정하는 압력 센서(PS8)가 접속되어 있다.

상기 압력 컨트롤러(R8-2)는, 유체 공급원(32)으로부터 압력실(14b)에 공급하는 압력 유체의 압력을 조정하는 압력 조정 기능을 가지고 있다. 또한, 압력 컨트롤러(R8-2) 및 개폐 밸브(V8-2)는, 제어 장치(40)에 접속되어 있어, 이들의 작동이 제어되게 되어 있다.

전술한 실시예와 마찬가지로, 유체 라인(30f)에 병렬로 접속된 2개의 압력 컨트롤러(R8, R8-2) 중, 한쪽의 압력 컨트롤러(R8)의 풀 스케일(제어 범위)은, 다른쪽의 압력 컨트롤러(R8-2)의 풀 스케일보다 작게 되어 있다. 고정밀도의 압력 제어가 가능한 저압용의 압력 컨트롤러와, 풀 스케일이 큰 고압용의 압력 컨트롤러를 조합하여 이용함으로써, 압력 레인지를 넓게 유지한 채로, 고정밀도로의 기판 연마가 가능해진다.

도 4를 이용하여 설명한 바와 같이, 상측의 엣지 압력실(14a)과 하측의 엣지 압력실(14b)의 차압에 의해, 제1 엣지 둘레벽(10h)을 연직 방향으로 눌러 내리는 하향의 힘, 또는 제1 엣지 둘레벽(10h)을 연직 방향으로 밀어 올리는 상향의 힘이 발생한다. 본 실시형태에 따른 연마 장치에서는, 상측의 엣지 압력실(14a)뿐만 아니라, 하측의 엣지 압력실(14b)의 압력도 정밀하게 제어할 수 있기 때문에, 보다 고정밀도의 기판 연마가 가능해진다.

상기 실시형태에 따른 연마 장치에서는, 저압용의 압력 컨트롤러와 고압용의 압력 컨트롤러를 전환하여 압력 제어를 행하고 있지만, 정밀한 압력 제어가 필요로 되지 않는 경우(예컨대, 슬러리 연마 후에 행해지는 웨이퍼의 세정 등을 목적으로 한 수연마 공정)에서는, 압력 컨트롤러의 전환 제어를 행할 필요가 없고, 따라서 풀 스케일이 큰 고압용의 압력 컨트롤러만을 이용하여 기판 연마를 행하도록 하여도 좋다.

상기 실시형태에서는, 엣지 압력실에 대응하는 유체 라인에 접속된 복수의 압력 컨트롤러를 전환함으로써, 압력 제어를 행하고 있지만, 다른 압력실에 대해서도, 동일한 압력 제어를 행하도록 하여도 좋다. 또한, 상기 실시형태에서는, 1개 또는 2개의 압력실에 대하여 복수의 압력 컨트롤러를 이용하여 압력 제어를 행하고 있지만, 3개 이상의 압력실에 대해서도, 동일한 압력 제어를 행하도록 하여도 좋다. 복수의 압력실에 대하여 복수의 압력 컨트롤러를 이용하여 압력 제어를 행하는 경우는, 인접하는 복수의 압력실을 대상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 실시형태에서는, 엣지 압력실에 2개의 압력 컨트롤러를 접속하고 있지만, 3개 이상의 압력 컨트롤러를 병렬적으로 접속하여도 좋다.

상기 실시형태에서는, 엣지 압력실의 설정 압력을 기준으로 하여 압력 컨트롤러의 전환 제어를 행하고 있지만, 압력 센서(PS2, PS8)에 의한 압력의 측정값을 기준으로 하여 압력 컨트롤러의 전환 제어를 행하도록 하여도 좋다.

전술한 실시형태는, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있는 것을 목적으로 하여 기재된 것이다. 상기 실시형태의 여러 가지 변형예는, 당업자이면 당연히 이룰 수 있는 것이며, 본 발명의 기술적 사상은 다른 실시형태에도 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 기재된 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 청구범위에 의해 정의되는 기술적 사상에 따른 가장 넓은 범위로 해석되는 것이다.

1 : 연마 헤드
2 : 헤드 본체
3 : 리테이너 링
10 : 탄성막(멤브레인)
14a, 14b : 엣지 압력실
16a∼16e : 중간 압력실
18 : 연마 테이블
19 : 연마 패드
V1∼V9, V2-2, V8-2 : 개폐 밸브
R1∼R9, R2-2, R8-2 : 압력 컨트롤러
32 : 유체 공급원
40 : 제어 장치

Claims

연마 패드를 지지하기 위한 연마 테이블과, 기판을 상기 연마 패드에 압박하기 위한 기판 유지 장치를 구비한 연마 장치로서,
상기 기판 유지 장치는, 기판을 압박하기 위한 복수의 압력실을 형성하는 탄성막과, 상기 탄성막이 부착되는 헤드 본체와, 상기 기판을 둘러싸도록 배치된 리테이너 링과, 상기 복수의 압력실의 압력을 제어하는 압력 제어부를 구비하고,
상기 압력 제어부는, 상기 복수의 압력실 중, 상기 탄성막이 기판에 접촉하는 기판 유지면의 둘레 가장자리부에 대응하는 제1 압력실에 접속되는 제1 유로와, 상기 제1 유로에 접속되는 제1 압력 조정 기구와, 상기 제1 압력 조정 기구와 병렬적으로 마련되는 제2 압력 조정 기구를 구비하며, 상기 제1 압력 조정 기구 및 상기 제2 압력 조정 기구를 전환하여 상기 제1 압력실의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 압력 조정 기구 및 제2 압력 조정 기구의 각각은, 상기 제1 압력실 내의 압력을 조정하는 압력 컨트롤러를 구비하고 있고, 상기 제1 압력 조정 기구의 압력 컨트롤러의 압력 제어 범위는, 상기 제2 압력 조정 기구의 압력 컨트롤러의 압력 제어 범위보다 작은 것을 특징으로 하는 연마 장치.
제2항에 있어서, 상기 압력 제어부는, 상기 제1 압력실 내의 설정 압력이 제1 임계값에 달하였을 때에 상기 제1 압력 조정 기구로부터 상기 제2 압력 조정 기구로 전환하며, 상기 제1 압력실 내의 설정 압력이 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값에 달하였을 때에 상기 제2 압력 조정 기구로부터 상기 제1 압력 조정 기구로 전환하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
제1항에 있어서, 상기 압력 제어부는, 상기 복수의 압력실 중 하나인 제2 압력실에 접속되는 제2 유로와, 상기 제2 유로에 접속되는 제3 압력 조정 기구와, 상기 제3 압력 조정 기구와 병렬적으로 마련되는 제4 압력 조정 기구를 구비하고, 상기 제3 압력 조정 기구 및 상기 제4 압력 조정 기구를 전환하여 상기 제2 압력실의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
제4항에 있어서, 상기 제1 압력실과 상기 제2 압력실은 서로 인접하고 있는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
제1항에 있어서, 상기 탄성막은, 기판에 접촉하는 기판 유지면의 둘레 가장자리부로부터 수직으로 올라가는 측벽과, 상기 측벽에 접속되는 제1 둘레벽부를 구비하고, 상기 제1 압력실은, 상기 측벽, 상기 제1 둘레벽부 및 상기 헤드 본체로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
제1항에 있어서, 상기 탄성막은, 기판에 접촉하는 기판 유지면의 둘레 가장자리부로부터 수직으로 올라가는 측벽과, 상기 측벽에 접속되는 제1 둘레벽부와, 기판 유지면의 상기 제1 둘레벽부의 내측에 접속되는 제2 둘레벽부를 구비하고, 상기 제1 압력실은, 상기 제1 둘레벽부, 상기 제2 둘레벽부 및 상기 헤드 본체로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마 장치.
기판 유지 장치에 유지된 기판을 연마 패드에 압착함으로써 상기 기판을 연마하는 방법으로서, 상기 기판 유지 장치는, 기판을 압박하기 위한 복수의 압력실을 형성하는 탄성막과 상기 복수의 압력실의 압력을 제어하는 압력 제어부를 구비하고 있고,
상기 압력 제어부는, 상기 복수의 압력실 중, 상기 탄성막이 기판에 접촉하는 기판 유지면의 둘레 가장자리부에 대응하는 제1 압력실에 접속되는 제1 압력 조정 기구와, 상기 제1 압력 조정 기구와 병렬적으로 마련되는 제2 압력 조정 기구를 전환함으로써, 상기 제1 압력실의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.
제8항에 있어서, 상기 압력 제어부는, 상기 제1 압력실 내의 설정 압력이 제1 임계값에 달하였을 때에 상기 제1 압력 조정 기구로부터 상기 제2 압력 조정 기구로 전환하며, 상기 제1 압력실 내의 설정 압력이 상기 제1 임계값보다 낮은 제2 임계값에 달하였을 때에 상기 제2 압력 조정 기구로부터 상기 제1 압력 조정 기구로 전환하는 것을 특징으로 하는 연마 방법.