KR100274011B1

KR100274011B1 - 반도체 웨이퍼 연마장치

Info

Publication number: KR100274011B1
Application number: KR1019980030221A
Authority: KR
Inventors: 이용벽; 이규홍
Original assignee: 황병열; 쎄미콘테크주식회사; 이경수; 지니텍주식회사
Priority date: 1998-07-27
Filing date: 1998-07-27
Publication date: 2000-12-15
Also published as: KR20000009662A

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로, 유체드럼의 내부 압력 만으로 웨이퍼의 연마면에 균일한 압력을 가할 수 있도록 하고, 상기 웨이퍼 표면과 유체드럼 중심과의 거리(h)를 가변적으로 용이하게 조정/셋팅하여 유체드럼의 접촉면적(S)을 가변적으로 변화시킴으로써, 연마속도의 제어 및 평탄도를 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 발광부 및 수광부를 내장한 측정부재와 전자제어부재 및 판독부를 연결.설치하여 웨이퍼의 연마 실시 중에 연마정도를 정확하게 측정함으로써, 초정밀 연마작업의 실현과, 이에따른 웨이퍼 표면의 연마상태를 더욱 극대화시킬 수 있는 것이다.

Description

반도체 웨이퍼 연마장치

본 발명은 반도체 웨이퍼 연마장치(semiconductor wafer polishing machine)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 가압기구 없이 유체드럼의 내부 압력 만으로 웨이퍼의 연마면에 균일한 압력을 가할 수 있도록 하고, 상기 웨이퍼 표면과 유체드럼 중심과의 거리(h)를 가변적으로 용이하게 조정/셋팅하여 유체드럼의 접촉면적(S)을 가변적으로 변화시킴으로써, 연마속도의 제어 및 평탄도를 향상시킬 수 있으며, 아울러 발광부 및 수광부를 내장한 측정부재가 설치되어 있어 웨이퍼의 연마면에 대한 연마정도를 정확하게 측정함으로 해서 연마작업의 효율성과 웨이퍼 표면의 연마상태를 더욱 극대화시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 각종 장치 및 부품에는 반도체 소자가 내장되어 있는데, 이 반도체 소자를 대규모 집적회로로 제작하는 경우, 그 기판이 되는 실리콘의 얇은 반도체 웨이퍼를 가공하고자 반도체 웨이퍼 연마공정이 있으며, 이 연마공정에서 웨이퍼의 표면을 초정밀로 연마하여 집적회로로 제작/가공하게 되는 것이다.

첨부된 예시도면 도 1 내지 도 3은 종래의 반도체 웨이퍼 연마장치(10)를 나타낸 것으로, 먼저 연마장치(10) 프레임(12)의 내부 일측에는 상면에 웨이퍼(14)를 안착시켜 진공흡착하고자 통로관(16)을 하단과 연통되는 상태로 내부에 형성한 홀더(18)가 설치되어 있는데, 이 홀더(18)를 중심으로 하여 이격된 부위에는 상기 프레임(12)으로 부터 수직 설치된 지지브라켓(20)이 홀더(18)에 근접되게 설치되어 있고, 이 지지브라켓(20)과 홀더(18)의 사이에는 이 홀더(18)가 원할한 회전을 하고자 베어링(22)이 내장.설치되어 있으며, 이 홀더(18)의 하부 일정부위에는 풀리(24)가 결합되어 있다.

또한, 상기 홀더(18)와 근접 이격된 일측 프레임(12)의 내부에는 풀리(26)를 연결한 회전모터(28)가 수직으로 설치되어 있고, 이 회전모터(28)의 풀리(26)는 홀더(18)의 풀리(24)와 벨트(30)를 매개로 하여 회전력이 전달되도록 상호 권선되어 있으며, 상기 홀더(18)의 하단부위는 이와 수직으로 대응하는 고정부재(32)의 상부 요홈(34)에 회전가능하도록 일정부위가 삽입.결합되어 있다.

또한, 상기 요홈(34)의 일측부위에는 외부와 연통되는 상태로 연결부(36)가 일체로 형성되어 있고, 이 연결부(36)는 연결부재(38)를 매개로 하여 외부에 설치된 진공발생부재(40)와 연결되어 있으며, 이에따라 진공발생부재(40)와 홀더(18)의 통로관(16)은 상호 연통되는 상태로 설치되어 있는 것이다.

그리고, 상기 지지브라켓(20)의 상부 외주면에는 웨이퍼(14) 연마작업 중에 분사되는 연마액(80)을 회수하고자 받침부재(42)가 일체로 굴곡.형성되어 있고, 이 받침부재(42)는 연마액(80)을 한곳으로 회수하고자 프레임(12)의 내부에 설치된 연마액 회수통(44)과 호스(46)를 매개로 하여 상호 연결되어 있으며, 상기 프레임(12)의 상면 일측에는 일정길이로 이루어진 볼스크류(48)와 연동하도록 연결된 정,역구동모터(50)가 설치.고정되어 있다.

또한, 상기 수평으로 설치된 볼스크류(48)상에는 이 볼스크류(48)의 지지 및 떨림을 방지하고자 상호 소정거리 이격된 상태로 한쌍의 고정대(52)가 결합되어 프레임(12)의 상면에 설치.고정되어 있고, 이 고정대(52) 사이의 볼스크류(48) 상에는 일정길이를 갖는 가이드 플레이트(54)와 연동하도록 연결된 위치이동부재(55)가 나선 결합되어 있으며, 이 가이드 플레이트(54)의 양편 이격된 부위에는 슬라이딩부재(56)가 설치되어 있는데, 이 슬라이딩부재(56)는 이와 대응하는 프레임(12)의 상단부위에 일정길이의 가이드부재(58)를 따라 수평방향으로 슬라이딩되도록 접촉되어 있다.

또한, 가이드 플레이트(54)의 상면 중앙부위에는 내부가 사각형 모양으로 관통된 브라켓(60)이 이와 일체로 굴곡.형성되어 있고, 이 브라켓(60)의 일정 내면에는 가이드부재(62)가 수직으로 설치.형성되어 있으며, 이 브라켓(6)의 양면 사이에는 중앙에 회전축(64)을 관통.결합시킨 강체드럼(66)이 설치되는데, 이 강체드럼(66)의 외면에는 연마패드(68)가 결합되어 있다.

또한, 상기 회전축(64)의 양측 타단 외면부위에는 내부에 베어링(70)을 구비한 지지대(72)가 결합되어 있는데, 이 지지대(72)의 양편에 수직으로 형성된 슬라이딩부재(74)는 상기 가이드부재(62)를 따라 수직방향으로 슬라이딩되도록 결합되어 있다.

참고적으로, 브라켓(60)에 형성된 가이드부재(62)는 "凹"형상으로 형성되어 있고, 이에따라 슬라이딩되는 슬라이딩부재(74)는 "凸"형상으로 되어 있으나, 이 가이드부재(62)와 슬라이딩부재(74)의 구조는 이에 한정되지 않으며, 일반적으로 가이드레일을 따라 슬라이딩 되는 여러 구조로 변경하여 실시 가능한 것이다.

또한, 상기 브라켓(60)의 상면에는 가압부재(76)(예를들어 공압/유압실린더)가 설치.고정되는데, 이 가압부재(76)에 구비된 가압축(78)은 브라켓(60)을 관통하여 하부방향으로 작동되도록 구비되어 있고, 이 가압축(78)의 하단은 상기 지지대(72)의 상면에 대응 접촉되도록 설치되어 있다.

한편, 상기 홀더(18)의 일측 상부에는 웨이퍼(14)의 표면 연마시에 연막액(80)을 분사/공급하고자 연마액 분사부재(82)가 설치되어 있고, 이 연마액 분사부재(82)는 공급호스(84)를 매개로 하여 연마공급부재(86)와 상호 연결되어 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 반도체 웨이퍼 연마장치(10)는 먼저, 첨부된 예시도면 도 1에 도시된 바와 같이 연마패드(68)를 구비한 강체드럼(66)이 홀더(18)의 상면 범위를 벗어나 위치 정지된 상태에서, 우선 별도의 이송기구에 의해 반도체 웨이퍼(14)가 홀더(18)의 상면에 로딩.안착되고, 이 웨이퍼(14)가 홀더(18) 상면의 정확한 위치에 안착되면, 이 홀더(18)의 상부와 관통된 통로관(16)의 다른 일끝이 고정부재(32)의 요홈(34)을 따라 결과적으로 진공발생부재(40)와 연결되어 있어서, 이 진공발생부재(40)가 작동하여 공기를 흡입하게 되고, 이에따라 통로관(16)을 통하여 홀더(18) 상면부위의 공기를 흡입하게 되며, 이와동시에 홀더(18)의 상면에 안착된 웨이퍼(14)가 홀더(18)의 상면에 진공 흡착하게 되어 위치가 고정되는 것이다.

그리고, 상기와 같은 상태로 홀더(18)의 상면에 웨이퍼(14)가 진공.흡착되어 위치가 고정되면, 프레임(12) 내부에 설치된 회전모터(28)를 작동시켜 이와 연결된 풀리(26)를 회전시키게 되는데, 이 풀리(26)는 홀더(18)의 하부에 결합된 풀리(24)와 벨트(30)를 매개로 하여 상호 권선되어 있어서, 결국 홀더(18)의 회전에 따라 진공 흡착된 웨이퍼(14)가 연동하는 상태로 회전하게 되는 것이다.

그 다음, 상기와 같이 홀더(18)에 흡착된 웨이퍼(14)가 회전하게 되면, 이 웨이퍼(14)의 표면을 연마하기 위한 강체드럼(66)을 도시되지 않은 회전모터의 작동에 의해 회전하게 되고, 이와 동시에 프레임(12)상에 설치된 정.역구동모터(50)를 작동시켜 이와 연동하는 볼스크류(48)의 회전으로 이 볼스크류(48)상에 나합된 위치이동부재(55)가 전진/후진방향으로 위치 이동되는 것이다.

이때, 상기 볼스크류(48)상에 나합된 위치이동부재(55)가 웨이퍼(14)방향으로 전진 이동할 경우, 이 위치이동부재(55)는 수평으로 일정길이를 갖는 가이드 플레이트(54)와 연동하도록 일체로 형성되어 있어서, 이 가이드 플레이트(54)의 양측면에 형성된 한쌍의 슬라이딩부재(56)가 이와 대응 밀착되는 프레임(12)의 가이드 부재(58)를 따라 수평방향으로 전진 이동하게 되며, 이에 따라 가이드 플레이트(54)의 양편 브라켓(60) 사이에 설치된 강체드럼(66)이 첨부된 예시도면 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 홀더(18)의 범위를 벗어난 상태로 위치/정지되어 있다가 웨이퍼(14)의 표면을 지나가게 되는 것이다.

이와 반대로 볼스크류(48)가 역회전하여 위치이동부재(55)가 후진 이동하게 되면, 이에따라 강체드럼(66)이 후진 이동하여, 결국 정,역구동모터(50)의 정,역구동에 따라 강체드럼(66)이 웨이퍼(14) 표면을 전,후방향으로 왕복이동하면서 연마를 수행하게 되는 것이다.

그리고, 상기와 같이 강체드럼(66)이 왕복 이동하는 상태에서 양측 브라켓(60)에 설치된 가압부재(76)를 작동시키게 되면, 이 가압부재(76)에 구비된 가압축(78)이 하부 방향으로 이동하게 되고, 이 가압축(78)이 계속적인 하강 이동시, 하단이 강체드럼(66)의 회전축(64) 양편에 결합된 지지대(72)의 상면을 눌러 결국, 강체드럼(66)의 연마패드(68)가 웨이퍼(14)이 표면을 압압.밀착하는 상태에서 웨이퍼914)의 표면을 연마하게 되는 것이다.

따라서, 작업자가 웨이퍼(14)의 표면을 연마시, 이 강체드럼(66)이 웨이퍼(14)의 표면을 가압하는 가압력에 따라 연마 상태 및 연마속도를 조정하면서 웨이퍼(14)의 연마정도와 평탄도를 시각적으로 확인해가며 연마작업을 수행하게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 웨이퍼(14)의 표면 연막작업 중 홀더(18)와 이격된 일측 상부에는 연마액 공급부재(86)를 연결한 연마액 분사부재(82)가 설치되어 있어서, 이 연마액 공급부재(86)로 부터 공급된 연마액(80)이 분사부재(82)를 통하여 웨이퍼(14)의 표면에 분사되고, 이 연마액(14)으로 인하여 강체드럼(66)의 연마패드(68)와 웨어퍼(14) 간의 마찰력에 따른 불균한 연마상태의 방지 및 웨이퍼(14)의 손상을 방지하게 되며, 아울러 웨이퍼(14)의 표면에 분사된 연마액(80)은 지지브라켓(20)에 구비된 받침부재(42)로 유입되어 이와 연결된 연마액 회수통(44)으로 회수되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 반도체 웨이퍼 연마장치는 우선, 첨부된 예시도면 도 2에 도시된 바와 같이 강체드럼(66)에 구비된 연마패드(68)가 웨이퍼(14)의 표면을 접촉하면서 왕복하게 되는데, 이때 웨이퍼(14)가 원형으로 형성되어 있어서, 강체드럼(66)이 접촉되는 접촉면의 길이(L)가 연속적으로 변화하게 되어 어느 순간에서 강체드럼(66)이 웨이퍼(14) 표면에 접촉되는 접촉면의 폭(d)을 설정하면, 강체드럼(66)이 웨이퍼(14)에 접촉되는 면적(S)=길이(L)×폭(d)이 되고, 강체드럼(66)의 가압부재(76)가 양편에서 가압하는 외부 가압력(F) =F1+F2가 되며, 이에따라 접촉면에 작용하는 평균 압력=가압력(F)/면적(S)=가압력(F)/(길이(L)×폭(d))이 되는 것이다. 여기서 우선적으로 가압력(F)를 일정하게 유지할 경우, 길이(L)가 연속적으로 변함에 따라 강체드럼(66)이 웨이퍼(14) 표면의 접촉되는 위치에 의해 평균압력의 수치 또한 계속적으로 변하게 되고, 이 평균압력이 연속적으로 가변하게 되면, 강체드럼(66)에 부착된 연마패드(68)의 탄성에 의해 눌리는 접촉면의 길이(L)가 가변되어 이에따라 폭(d)도 변하게 되는데, 이때 접촉면의 길이(L)와 폭(d)의 변화량 수치를 정확하게 산출하기가 어렵고, 아울러 길이(L) 변화에 따라 가압력(F)를 변화시켜 평균압력을 일정하게 유지하기가 불가능함으로써, 평균압력의 변화에 따라 웨이퍼(14)의 균일한 연마가 이루어지지 않게 되는 문제점이 있었다.

또한, 강체드럼(66)이 웨이퍼(14)의 표면과 부분 접촉하기 때문에 첨부된 예시도면 도 3에 도시된 바와 같이 접촉하는 넓이(d')에 따라서 연마속도가 달라지게 되고, 이에따라 연마속도를 증가시키기 위해 외부 가압력(F)을 높여 접촉면의 넓이(d')를 크게 하여야 하는데, 이때 가압력(F)과 넓이(d')의 상관 관계는 연마패드(68)의 강성에 따라 달라지게 되어, 동일한 면적을 얻기 위해 연마패드(68)의 강성을 높일수록 가압력(F)를 크게 하여야 하는 것이다. 그런데 가압력(F)가 증가될수록 상대적으로 웨이퍼(14)가 받는 압력은 커지게 되고, 이에따라 웨이퍼(14)의 파손 혹은 손상이 발생되어 상기 넓이(d')를 넓게 하는데 제약조건이 따르게 되어, 강체드럼(66)의 연마속도를 증가시키기가 어려운 문제점이 있었다.

또한, 웨이퍼(14) 표면의 연마작업 수행 중에 있어서, 작업자가 연마작업의 종료 시점을 결정해야 하는데, 첫째로 시간당 연마량을 예상해서 일정시간 만큼 연마작업을 수행 한 후, 작업을 종료하는 방법이 있고, 둘째로 웨이퍼(14)의 연마량을 별도의 타임첵크기구를 이용하여 실시간을 관측 후, 이 실시간을 적용하여 작업을 종료하는 방법이 있는데, 전자에 있어서는 별도의 장치는 필요없으나 웨이퍼(14)의 종류에 따라 연마시간을 각각 달리 해야하고 또한, 후자는 연마패드(68)의 변형에 따라 시시각각 변하는 연마량에 신속.정확하게 대처하기가 불가능한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 별도의 가압부재 없이도 유체드럼의 내부 압력 만으로 웨이퍼의 연마면에 균일한 압력을 가할 수 있도록 하고, 상기 웨이퍼 표면과 유체드럼 중심과의 거리(h)를 가변적으로 용이하게 조정/셋팅하여 유체드럼의 접촉면적(S)을 가변적으로 변화시킴으로써, 연마속도의 제어 및 평탄도를 향상시킬 수 있도록 하며, 아울러 발광부와 수광부를 내장한 측정부재를 설치하여 웨이퍼의 연마 실시 중에 연마정도를 정확하게 측정함으로써, 초정밀 연마작업의 실현과 웨이퍼 표면의 연마상태를 향상시킬 수 있도록 한 반도체 웨이퍼 연마장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 로딩된 웨이퍼를 진공 흡착시키기 위하여 프레임의 일측 내부에 설치된 홀더와, 이 홀더를 회전시키고자 하부 풀리에 밸트를 매개로 연결한 회전모터의 풀리와, 상기 프레임상에 수평의 일정길이를 이루며 연동 회전하도록 볼스크류를 연결한 정,역구동모터와, 이 볼스크류상에 나합된 위치이동부재를 따라 수평으로 연동하도록 일정길이를 이루는 가이드 플레이트와, 이 가이드 플레이트 상면에 일체로 굴곡.형성된 브라켓과, 이 브라켓 사이에 회전축을 중심으로 회전하도록 결합되며 외면에 연마패드를 구비한 강체드럼과, 이 회전축의 양측 타단 외면부위에 결합되도록 베어링을 내장한 지지대와, 상기 브라켓의 상면에 설치.고정된 가압부재와, 이 가압부재에 지지대를 하부방향으로 가압하도록 가압축이 구비된 반도체 웨퍼 연마장치에 있어서, 상기 회전축을 중심으로하여 회전하도록 결합된 유체드럼과, 이 회전축의 양편 지지대와 대응하는 가이드 플레이트 상면에 소정길이를 이루며 수직 설치된 스토퍼 스크류와, 이 스토퍼 스크류에 상기 지지대의 저면이 안착.지지되어 유체드럼과 웨이퍼의 거리(h)를 조정하는 스토퍼로 이루어진 구조로서, 유체드럼의 내부 압력 만으로 웨이퍼의 연마면에 균일한 압력을 가할 수 있도록 하고, 상기 웨이퍼 표면과 유체드럼 중심과의 거리(h)를 가변적으로 용이하게 조정/셋팅하며, 아울러 발광부와 수광부를 내장한 측정부재로 웨이퍼의 연마면 정도를 정확하게 측정할 수 있는 점에 특징이 있다.

도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 연마장치를 나타낸 정면도

도 2는 강체드럼이 웨이퍼의 표면을 연마하는 상태를 나타낸 평면도

도 3은 강체드럼이 웨이퍼 표면을 연마하는 상태를 나타낸 정면도

도 4는 본 발명의 반도체 웨이퍼 연마장치를 나타낸 정면도

도 5(a)는 본 발명의 유체드럼을 나타낸 측단면도 (b)는 (a)의 유체드럼이 웨이퍼 표면을 연마하는 상태를 나타낸 측단면도

도 6은 도 4의 측정부재의 내부 연결구조를 나타낸 상세도

도 7은 본 발명의 반도체 웨이퍼 연마장치가 수직 설치에 의한 다른 실시예를 나타 낸 정면도

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 웨이퍼 연마장치 12 : 프레임

14 : 웨이퍼 16,130 : 통로관

18 : 홀더 20 : 지지브라켓

22,70 : 베어링 24,26,144 : 풀리

28 : 회전모터 30 : 벨트

32 : 고정부재 34 : 요홈

36 : 연결부 38 : 연결부재

40 : 진공발생부재 42 : 받침부재

44 : 연마액 회수통 46 : 호스

48 : 볼스크류 50 : 정,역구동모터

52 : 고정대 54 : 가이드 플레이트

55,140 : 위치이동부재 56,74,148 : 슬라이딩부재

58,62 : 가이드부재 60 : 브라켓

64,90 : 회전축 66 : 강체드럼

68,110 : 연마패드 72 : 지지대

76 : 가압부재 78 : 가압축

80 : 연마액 82 : 연마액 분사부재

84 : 공급호스 86 : 연마액 공급부재

92 : 유체드럼 94 : 고정돌기

96 : 지지원판 98,108 : 결합나사

99 : 유체 100 : 오링

102 : 유체주입부재 104 : 러버부재

106 : 굴곡부 107 : 고정원판

112 : 스토퍼 스크류 114 : 스토퍼

116 : 측정부재 118 : 케이블

120 : 전자제어부재 112 : 판독부

124 : 기체 126 : 공급관

128 : 기체 공급부 132 : 발광부

134 : 수광부 136 : 지지부

142 : 와이어 146 : 중량체

150 : 가이드 레일

이하 첨부된 예시도면 도 4 내지 도 7은 본 발명의 반도체 웨이퍼 연마장치를 나타낸 도면인 바, 첨부된 예시도면 도 1 내지 도 3과 동일한 참조번호는 동일한 부품을 나타낸 것으로, 이에 대한 설명은 생략하고, 도 1 내지 도 3과 상이한 점에 대해서만 설명하기로 한다.

본 발명의 도 4 및 도 5를 참조하면, 먼저 프레임(12)의 상부에 일정길이로 설치된 가이드부재(58)를 따라 슬라이딩 이동되는 가이드 플레이트(54)상에는 브라켓(60)이 설치되어 있고, 이 브라켓(60)의 사이에는 중앙에 회전축(90)을 관통.결합시킨 유체드럼(92)이 종래와 동일한 구조를 이루며 회전가능하도록 설치되어 있는데, 여기서 본 발명은 먼저, 회전축(90)상에서 상호 일정거리 이격된 외주면에 고정돌기(94)가 일체로 돌출.형성되어 있고, 이 고정돌기(94)의 외면에는 지지원판(96)이 회전축(90)에 끼워져 밀착된 상태에서 결합나사(98)를 매개로 하여 상호 체결.고정되어 있고, 이 결합나사(98)의 소정거리 이격된 부위에는 유체(99)의 누수를 방지하고자 오링(100)이 결합되어 있으며, 이 지지원판(96)의 일측부위에는 유체주입부재(102)가 내장.설치되어 있다.

또한, 상기 결합나사(98)와 외측으로 이격된 지지원판(96)의 외면에는 러버부재(104)의 양편에 굴곡.형성된 굴곡부(106)가 대응 밀착되어 있고, 이 굴곡부(106)의 외면에는 고정원판(107)이 밀착된 상태에서 결합나사(108)를 매개로 하여 지지원판(96)에 상호 결합.고정되어 있으며, 이 러버부재(104)의 일정 외주면에는 연마패드(110)가 결합되어 있다.

참고적으로 상기 유체주입부재(102)는 외부에서 내부방향으로 만 유체(99)가 흐르도록 하여 내부에 주입된 유체(99)가 내부압력에 의해 역류되어 유출되지 않도록 하는 것이 바람직하고, 아울러 필요시 도시되지 않은 배출버튼을 눌러 유체드럼(92)의 내부에 포함된 유체(99)를 외부로 배출할 수 있는 구조로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유체드럼(92)에 관통 결합된 회전축(90)의 양측 타단에는 지지대(72)가 결합되어 있는데, 이 지지대(72)와 수직으로 대응한 가이드 플레이트(54)의 상면에는 소정길이를 이루는 스토퍼 스크류(112)가 수직으로 설치되어 있고, 이 스토퍼 스크류(112)상에는 스토퍼(114)가 체결되어 있으며, 이 스토퍼(114)의 상면은 지지대(72)의 저면에 대응.밀착되도록 하여 결국, 지지대(72)의 저면이 스토퍼(114) 상면의 안착.지지되는 위치에 따라 웨이퍼(14)와 유체드럼(92)의 수직 거리(h)의 위치를 조정하도록 되어 있다.

한편, 가이드 플레이트(54)의 일정 내면부위에는 측정부재(116)의 하단이 웨이퍼(14)의 상면에 근접된 상태에서 설치.고정되어 있고, 이 측정부재(116)는 케이블(118)을 매개로 하여 전자제어부재(120)와 연결되어 있으며, 이 전자제어부재(120)는 판독부(122)와 연결되어 있는데, 이의 구조를 보다 구체적으로 설명하고자, 첨부된 예시도면 도 6에 도시된 바와 같이 측정부재(116)의 내부 중앙에는 기체(124)를 공급하기 위한 공급관(126)이 기체공급부재(128)와 연결된 상태로 설치되어 있고, 이 공급관(126)을 중심으로 하여 양편에는 통로관(130)이 형성되어 있는데, 이 통로관(130)의 하단 내면에는 발광부(132)와 수광부(134)를 지지.고정하고자 지지부(136)가 개재되어 있다.

또한, 상기 발광부(132)와 수광부(134)는 각각 케이블(118)을 매개로 하여 광량을 전기적 신호로 변환시키기 위한 전자제어부재(120)와 연결되어 있고, 이 전자제어부재(120)는 전자제어부재(120)에서 측정된 측정값에 따라 웨이퍼(14)의 표면 연마 정도 및 연마상태를 분석하고자 판독부(122)와 연결되어 있다.

한편, 첨부된 예시도면 도 7은 본 발명의 반도체 웨이퍼 연마장치가 수직 설치에 따른 다른 실시예를 나타낸 것으로, 먼저 볼스크류(48)상에 나합된 위치이동부재(140)는 유체드럼(92)을 장착한 가이드 플레이트(54)와 상호 연동하도록 부착.고정되어 있는데, 이 가이드 플레이트(54)의 상단면에는 와이어(142)가 결합.고정된 상태로 이와 일정거리 이격 설치된 풀리(144)에 의해 권선되어 와이어(142)의 또 다른 일끝이 상기 가이드 플레이트(54) 전체의 중량과 동일한 중량체(146)(예를들어 철판)의 일끝에 연결.고정되어 있으며, 이 중량체(146)의 일측면에 형성된 슬라이딩부재(148)는 이와 대응하는 프레임(12)상에 일정길이를 이루는 가이드레일(150)을 따라 수직으로 슬라이딩되록 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 먼저, 첨부된 예시도면 도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이 먼저, 프레임(12)상에 설치된 정,역구동모터(50)가 작동하여 이와 연결된 볼스크류(48)가 정.역회전함에 따라 위치이동부재(55)와 연동하는 가이드 플레이트(54)가 수평으로 왕복이동하게 되고, 이와 동시에 가이드 플레이트(54)의 양편 브라켓(60)의 사이에 설치된 유체드럼(92)이 웨이퍼(14) 표면을 접촉하는 상태에서 왕복이동하면서 연마작업을 수행하게 되는 것이다.

여기서, 본 발명은 우선 가이드 플레이트(54) 상에 스토퍼 스크류(112)가 수직으로 설치되어 있고, 이 스토퍼 스크류(112)상에 나합된 스토퍼(114)는 유체드럼(92)의 회전축(90) 양편 지지대(72)의 저면과 대응.접촉하도록 설치되어 있어서, 이 스토퍼(114)를 일방향으로 회전시켜 이 스토퍼(114)가 수직방향으로 위치 이동하게 되면, 이 스토퍼(114)의 상면에 지지.안착된 지지대(72)의 슬라이딩부재(74)가 이와 대응하는 가이드부재(62)를 따라 수직으로 이동하게 되고, 이에따라 웨이퍼(14)의 표면을 중심으로 하여 유체드럼(92)과의 거리(h) 및 수평 밸런스를 정확하게 설정 셋팅 할 수 있는 것이다.

한편, 상기 유체드럼(92)의 일정부위에는 유체주입부재(102)가 결합되어 있어서, 이 유체주입부재(102)를 매개로 하여 유체(99)(예를들어 공기,물)를 채우게 되는데, 이때 유체(99)가 유체드럼(92)의 내부에 채워지게 되면, 이 유체드럼(92)의 외주면에는 러버부재(104)로 이루어져 있어서, 러버부재(104)가 부풀은 상태로 형성되는데, 이때 러버부재(104)의 외면에 부착.고정된 연마패드(110)가 웨이퍼(14)의 표면에 면 접촉시, 이 연마패드(110)가 웨이퍼(14)의 접촉면에 상대적으로 눌린 부분은 일정면적을 형성하게 되고, 이 일정면적에 작용하는 압력(P)은 유체드럼(92)의 내부에 수용된 유체(99)의 일정한 압력 작용에 의해 결국, 웨이퍼(14)에 접촉하는 연마패드(110)에 전체적으로 일정한 압력이 작용하게 되는 것이다.

그리고, 상기 웨이퍼(14)와 회전축(90) 중심간의 거리(h)를 가변시키게 되면, 상기 연마패드(11)가 웨이퍼(14) 표면에 접촉하는 접촉면적(S)이 변화되어, 상기 거리(h)의 조정에 의해 연마속도를 용이하게 가변시킬 수 있는 것이다.

즉, 연마패드(14)의 일정한 압력(P)작용에 의해 거리(h)를 조정하면서 용이하게 연마속도를 제어하고, 이와동시에 균일한 연마작업을 수행할 수 있는 것이다.

또한, 상기 가이드 플레이트(54)의 일측 내면에는 측정부재(116)의 하단이 웨이퍼(14)의 상면에 일정거리(h')를 유지하면서 근접된 상태로 설치되어 있는데, 우선 첨부된 예시된 도 6에 도시된 바와 같이 측정부재(116)의 양편 하단에는 발광부(132)와 수광부(134)가 각각 내장.설치되어 있고, 이 발광부(132)와 수광부(134)는 케이블(118)을 매개로 하여 전자제어부재(120)와 연결되어 있으며, 이 전자제어부재(12)는 판독부(122)와 연결되어 있어서, 우선 웨이퍼(14)의 표면을 연마작업 중에 유체드럼(92)과 연동하면서 전자제어부재(120)로 부터 인가된 신호에 따라 발광부(132)에서 빛을 발광하게 되는데, 이 발광된 빛은 웨이퍼(14)의 표면에 의해 반사되어 수광부(134)가 웨이퍼(14) 표면에 반사된 빛을 수광하게 된다.

그리고, 상기 수광부(134)가 반사된 빛을 수광하게 되면, 이 수광부(134)와 연결된 전자제어부재(120)에서 수광된 광량을 전기적 신호로 변환시켜 측정값을 수치로 측정하게 되고, 이 측정된 값은 전자제어부재(120)와 연결된 판독부(122)에서 이미 입력된 데이터와 비교 분석하여 웨이퍼(14) 표면의 연마 상태와 연마정도를 정확하게 판단할 수 있는 것이다.

그리고, 상기와 같이 발광부(132)와 수광부(134)가 작동 중에는 유체드럼(92)이 웨이퍼(14)의 표면을 연마하는 중이어서, 연마액(80)이 계속적으로 분사되는데, 이때, 웨이퍼(14)의 표면에 잔류하는 연마액(80)으로 인하여 웨이퍼(14) 표면으로 부터 반사되는 광량의 오차를 제거하고자, 상기 측정부재(116)의 발광부(132)와 수광부(134)의 사이에는 기체공급부재(128)와 연결된 공급관(126)이 형성되어 있어, 이 기체공급부재(128)에서 공급되는 기체(124)가 공급관(126)을 따라 웨이퍼(14) 상면에 분사되고, 결과적으로 측정부재(116)의 하단과 웨이퍼(14) 표면에 근접된 공간부는 상기 공급관(126)을 통하여 분사되는 기체(124)로 인하여 결국, 웨이퍼(14) 표면상에 잔류하는 연마액(80)과 이물질이 외부방향으로 빨려나가 웨이퍼(14) 표면상에 연마액(80) 혹은 이물질이 남아있지 않게 되며, 이에따라 측정부재(116)의 발광부(132)로 부터 발광된 광원이 웨이퍼(14)의 표면에 부터 정확한 반사 및 수광을 하게 됨으로써, 웨이퍼(14)의 표면 연마 상태 및 정도를 보다 신뢰성 있게 측정 및 분석할 수 있는 것이다.

한편, 첨부된 예시도면 도 7은 반도체 웨이퍼의 연마장치가 수직으로 설치된 경우의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 우선 볼스크류(48)상에 나합된 위치이동부재(140)는 유체드럼(92)을 장착한 가이드 플레이트(54)와 상호 연동하도록 부착.고정되어 있는데. 이 가이드 플레이트(54)의 상단면에는 와이어(142)가 결합.고정된 상태에서 이와 일정거리로 이격 설치된 풀리(144)에 의해 권선되어 와이어(142)의 또 다른 일끝이 상기 가이드 플레이트(54)의 전체 중량과 동일한 중량을 이루는 중량체(146)(예를들어 철판)의 일끝에 연결.고정되어 있어서, 가이드 플레이트(54)가 수직방향으로 왕복 이동에 따른 상승/하강 이동시, 수직 왕복의 이동속도에 대한 구동 조건이 달라지는 문제를 가이드 플레이트(54)와 연결된 중량체(146)가 이 가이드 플레이트(54)와 반대방향으로 이동.작용함으로써, 상승이동과 하강이동시에 변화되는 구동조건의 밸러스를 맞추어 웨이퍼(14)의 연마에 대하여 균일한 연마작업을 수행 할 수 있는 것이다.

또한, 상기 가이드 플레이트(54)의 수직 왕복 이동에 따라 중량체(146)의 유동 혹은 흔들림으로 인하여 유체드럼(92)의 연마 불량을 방지하고자 중량체(146)의 일정부위에 형성된 슬라이딩부재(148)가 이와 대응하는 프레임(12)의 가이드레일(150)을 따라 지지된 상태로 슬라이딩함으로써, 중량체(146)의 안정된 슬라이딩 이동에 의해 유체드럼(92)의 유동 및 흔들림을 방지하게 되는 것이다.

따라서, 종래의 반도체 웨이퍼 연마장치(10)는 웨이퍼(14)의 표면을 연마하고자 강체드럼(66)을 가압하기 위한 별도의 가압부재(76)가 구비되어야 하고, 강체드럼(66)이 가압하는 평균 압력이 웨이퍼(14)의 형상에 따라 가변적으로 변화되어 웨이퍼(14)의 불균일한 연마가 이루어지며, 아울러 연마속도를 증가시키고자 외부 가압력을 증가시킬 경우에는 상대적으로 웨이퍼(14)가 받는 압력은 커지게 되어, 웨이퍼(14)의 파손 혹은 손상이 발생되었다.

또한, 상기 웨이퍼(14) 표면의 연마상태를 정확하게 측정하기 위한 별도의 장치가 구비되어 있지 않아 숙련공의 유관 측정 혹은 가장 적당한 연마 상태를 시간으로 측정하여 이 시간을 적용하는 방법을 적용시에는 우선 정확한 연마 정도 및 상태를 알수 없으며, 웨이퍼(14)의 재질이 변경시에는 연마시간을 적용하기 어려운 문제점이 있었으나, 본 발명은 웨이퍼(14)를 연마하기 위하여 유체드럼(92)을 가압하기 위한 별도의 가압부재 없이 유체드럼(92)의 내부 압력 만으로 웨이퍼(14)의 표면을 가압함으로써, 웨이퍼(14)와 접촉되는 유체드럼(92)의 압력을 균일하게 형성할 수 있고, 스토퍼(114)를 이용한 웨이퍼(14)와 유체드럼(92)의 회전축(90) 중심과의 거리(h)를 용이하게 가변적으로 조정 셋팅하여 접촉면적(S)의 조정에 따라 연마속도를 신속.용이하게 조정할 수 있으며, 아울러 웨이퍼(14)의 표면 연마 상태 및 정도를 발광부(132)와 수광부(134)를 구비한 측정부재(116)가 유체드럼(92)과 연동하면서 시시각각 연마정도를 정확하게 측정함으로 해서, 웨이퍼(14)의 초정밀 연마를 실현할 수 있는 것이다.

위와 같이 본 발명은 별도의 가압기구 없이 유체드럼의 내부 압력 만으로 웨이퍼의 연마면에 균일한 압력을 가할 수 있도록 하고, 상기 웨이퍼 표면과 유체드럼 중심과의 거리(h)를 가변적으로 용이하게 조정/셋팅하여 유체드럼의 접촉면적(S)을 가변적으로 변화시킴으로써, 연마속도의 제어 및 평탄도를 향상시키며, 아울러 발광부와 수광부를 내장한 측정부재가 설치되어 있어 웨이퍼의 연마면에 대한 연마정도를 정확하게 측정하여, 초정밀 연마작업의 실현으로 웨이퍼 표면의 연마상태를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

로딩된 웨이퍼(14)를 진공 흡착시키기 위하여 프레임(12)의 일측 내부에 설치된 홀더(18)와, 이 홀더(18)를 회전시키고자 하부 풀리(24)에 밸트(30)를 매개로 연결한 회전모터(28)의 풀리(26)와, 상기 프레임(12) 상에 수평의 일정길이를 이루며 연동 회전하도록 볼스크류(48)를 연결한 정,역구동모터(50)와, 이 볼스크류(48)상에 나합된 위치이동부재(50)를 따라 수평으로 연동하도록 일정길이를 이루는 가이드 플레이트(54)와, 이 가이드 플레이트(54) 상면에 일체로 굴곡.형성된 브라켓(60)과, 이 브라켓(60) 사이에 회전축(64)을 중심으로 회전하도록 결합되며 외면에 연마패드(68)를 구비한 강체드럼(66)과, 이 회전축(64)의 양측 타단 외면부위에 결합되도록 베어링(70)을 내장한 지지대(72)와, 상기 브라켓(60)의 상면에 설치.고정된 가압부재(76)와, 이 가압부재(76)에 지지대(72)를 하부방향으로 가압하도록 가압축(78)이 구비된 반도체 웨이퍼 연마장치에 있어서,

상기 회전축(90)을 중심으로하여 회전하도록 결합된 유체드럼(92)과, 이 회전축의 양편 지지대(72)와 대응하는 가이드 플레이트(54) 상면에 소정길이를 이루며 수직 설치된 스토퍼 스크류(112)와, 이 스토퍼 스크류(112)에 상기 지지대(72)의 저면이 안착.지지되어 유체드럼(92)과 웨이퍼(14)의 거리(h)를 조정하는 스토퍼(114)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1항에 있어서,

상기 유체드럼(92)의 회전축(90)상에 상호 일정거리 이격된 상태로 돌출.형성된 고정돌기(94)와, 이 고정돌기(94)의 외면에 끼워진 상태에서 결합나사(98)를 매개로 체결된 지지원판(96)과, 이 지지원판(96)의 외면에 밀착되도록 굴곡부(106)를 일체로 형성한 러버부재(104), 이 굴곡부(106)의 외면에 결합나사(108)를 매개로 하여 밀착 결합된 고정원판(107)과, 상기 러버부재(104)의 일정 외주면에 결합된 연마패드(110)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1항에 있어서,

상기 가이드 플레이트(54)의 일정 내면에 하단이 웨이퍼(14) 상면에 일정간격(h')을 유지하면서 근접.설치된 측정부재(116)와, 이 측정부재(116)의 내부 중앙에 웨이퍼(14) 표면상에 잔류하는 연마액(80)을 제거하고자 기체공급부재(128)를 연결한 공급관(126)과, 이 공급관(126)을 중심으로 하여 양편에 형성된 통로관(130)과, 이 통로관(130)의 하단 내면에 지지부(136)를 매개로 하여 내장된 발광부(132)/수광부(134)와, 이 발광부(132)/수광부(134)가 케이블(118)을 매개로 하여 발광/수광의 광량을 전기적 신호를 변환시키고자 연결된 전자제어부재(120)와, 이 전자제어부재(12)에서 측정된 측정값으로 웨이퍼(14) 표면 연마 상태를 분석하고자 연결된 판독부(122)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1항에 있어서,

상기 유체드럼(92)의 내부에 포함되는 유체(99)는 공기,물로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 1항에 있어서,

상기 가이드 플레이트(54)의 상단면에 결합.고정된 와이어(142)와, 이 와이어(142)의 다른 일끝이 일정거리로 이격된 프레임(12)상의 풀리(144)에 의해 권선되어 일면에 연결.고정된 중량체(146)와, 이 중량체(146)의 일측면에 형성된 슬라이딩부재(148)와, 이 슬라이딩부재(148)가 접촉된 상태에서 수직으로 슬라이딩 이동되도록 이와 대응하는 프레임(12)상에 수직 설치된 가이드 레일(150)로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마장치.
제 5항에 있어서,

상기 중량체(146)는 유체드럼(92)을 장착한 가이드 플레이트(54)와 동일한 중량으로 이루어지며, 재질이 철판으로 이루진 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 연마장치.