KR100609010B1

KR100609010B1 - A wafer polishing machine

Info

Publication number: KR100609010B1
Application number: KR1020050021286A
Authority: KR
Inventors: 송창규; 이후상; 박천흥; 이호철
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2006-08-09

Abstract

본 발명은 반도체 가공에 사용되는 연마기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기압을 이용하여 수직방향으로 일정압력을 고르게 웨이퍼에 가하면서 고속회전이 가능한 연마헤드를 구비한 웨이퍼 연마기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing machine for use in semiconductor processing, and more particularly, to a wafer polishing machine having a polishing head capable of high-speed rotation while uniformly applying a constant pressure in the vertical direction using air pressure.

본 발명에 따른 웨이퍼 연마기는 연마헤드를 누르면서 이송운동하는 퀼과 모터 회전축에 연결되어 연마헤드를 강제회전 시키는 회전축을 포함하는 웨이퍼 연마기에 있어서, 연마헤드는 금속재의 커버 플레이트와 이에 결합하며 하부에 얇은 판으로 이루어진 자이로 플레이트와, 커버 플레이트와 자이로 플레이트 사이에 삽입되는 고무판과 상기 고무판과 상기 자이로 플레이트 사이에 삽입 접촉되어 상기 고무판과 상기 얇은 판의 상호 힘 전달이 가능한 매개체로 구성됨을 특징으로 한다.The wafer polishing machine according to the present invention is a wafer polishing machine including a quill and a rotating shaft which is connected to the motor rotation shaft and the motor rotation shaft while pressing the polishing head for a forced rotation of the polishing head, the polishing head is coupled to the cover plate of the metal material and is thin A gyro plate made of a plate, a rubber plate inserted between the cover plate and the gyro plate and is inserted into contact between the rubber plate and the gyro plate is characterized in that it is composed of a medium capable of transmitting the mutual force between the rubber plate and the thin plate.

또한, 상기 커버 플레이트와 상기 고무판 사이에는 공기를 주입할 수 있도록 상기 커버 플레이트에 공기주입구가 더 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the cover plate and the rubber plate is characterized in that the air inlet is further provided in the cover plate to inject air.

웨이퍼, 연마기, 퀼, 고무막, 커버 플레이트, 자이로 플레이트, 힌지, 얇은 판, 공기 Wafer, grinder, quill, rubber film, cover plate, gyro plate, hinge, lamination, air

Description

Wafer Polishing Machine {A wafer polishing machine}

도 1 은 본 발명의 웨이퍼 연마기를 나타낸 개략도1 is a schematic view showing a wafer polishing machine of the present invention

도 2 는 본 발명의 웨이퍼 연마기의 연마헤드를 나타낸 상세도2 is a detailed view showing a polishing head of the wafer polishing machine of the present invention.

도 3 은 본 발명의 연마헤드의 자이로 플레이트의 얇은 판을 나타낸 밑면도3 is a bottom view showing a thin plate of a gyro plate of the polishing head of the present invention.

도 4 는 일반적인 웨이퍼가 결합된 템플레이트 캐리어를 나타낸 개략도4 is a schematic view showing a template carrier with a typical wafer bonded thereto;

도 5 는 종래의 웨이퍼 연마기를 나타낸 개략도5 is a schematic view showing a conventional wafer polishing machine

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

1 : 퀼1: quill

2 : 연마헤드2: polishing head

21 : 커버 플레이트 22 : 자이로 플레이트 23 : 얇은 판 21 cover plate 22 gyro plate 23 thin plate

24 : 고무판 25 : 매개체 26 : 공기 주입구 24: rubber plate 25: medium 26: air inlet

231 : 제 1 원판 232 : 제 2 원판 233 : 연결원판 231: first disc 232: second disc 233: connecting disc

234 : 제 1 연결 힌지 235 : 제 2 연결 힌지 234: first connection hinge 235: second connection hinge

3 : 회전축3: axis of rotation

4 : 템플레이트 캐리어4: template carrier

41 : 금속 지지부 42 : 폴리머 패드 43 : 리테이너 41 metal support 42 polymer pad 43 retainer

5 : 템플레이트 홀더5: template holder

6 : 연마패드6: polishing pad

7 : 플레이트7: plate

8 : 볼소켓조인트8: Ball Socket Joint

10 : 웨이퍼10: wafer

반도체 제조에 있어서 웨이퍼는 집적도가 높은 반도체 장치를 얻기 위하여 웨이퍼 연마기를 사용하여 웨이퍼 표면 평탄화 작업을 수행한다.In semiconductor manufacturing, wafers are used to perform wafer surface planarization using wafer polishers to obtain highly integrated semiconductor devices.

웨이퍼 연마기는 가공대상물의 요철을 제거하기 위해서 연마입자를 압력과 속도를 가해서 이동시키는 구조를 가지고 있다. 따라서, 웨이퍼 연마기는 웨이퍼와 연마패드를 마찰시키며 상대 운동하는 구조로서 다양한 형태가 존재하나 상대운동 과정 중에 웨이퍼와 연마패드가 지속적으로 밀착되는 것이 매우 중요하다.The wafer polishing machine has a structure in which the abrasive particles are moved by applying pressure and speed in order to remove irregularities of the object to be processed. Therefore, the wafer polishing machine has various forms as a structure that frictionally moves the wafer and the polishing pad, but it is very important that the wafer and the polishing pad are in close contact with each other during the relative movement.

종래의 웨이퍼 연마기는 도 5 에서와 같이 이송운동을 하는 퀼과 모터 회전축에 연결된 회전축과 이 회전축에 연결되어 웨이퍼에 회전력 전달하는 연마헤드로 구성된다.Conventional wafer grinder is composed of a quill for the transfer movement and a rotating shaft connected to the motor rotating shaft and a polishing head connected to the rotating shaft to transfer the rotational force to the wafer as shown in FIG.

연마헤드는 볼소켓조인트에 의해 자동 조심되어지고 퀼에 의해 가압력을 받고 있다.The polishing head is self-aligned by a ball socket joint and is pressed by a quill.

연마패드의 수직축과 연마헤드의 수직축이 일치하지 않거나 연마 시 진동이나 불규칙한 운동이 발생하는 경우에 연마과정 중에 웨이퍼에 전단력이나 충격하중이 작용하여 연마패드와 웨이퍼의 밀착이 떨어지거나 웨이퍼가 템플레이트 캐리어로부터 이탈하는 문제가 발생한다.If the vertical axis of the polishing pad does not coincide with the vertical axis of the polishing pad, or vibration or irregular movement occurs during polishing, the shearing force or impact load acts on the wafer during polishing, resulting in poor adhesion between the polishing pad and the wafer or the wafer from the template carrier. The problem of departure occurs.

또한, 연마헤드 금속면에의 템플레이트 캐리어 부착 방식은 연마 작업시 연마패드와 웨이퍼 사이의 연마 압력분포가 연마헤드의 금속면의 평면도에 의존되어 연마면의 평면도가 제한값을 벗어나 불량품을 생산하거나 템플레이트 캐리어의 탈착에 따라서 연마헤드 금속 표면이 훼손되는 문제점도 있다.In addition, the template carrier attachment method to the polishing head metal surface is that the polishing pressure distribution between the polishing pad and the wafer during the polishing operation is dependent on the plan view of the metal surface of the polishing head, so that the plan view of the polishing surface is beyond the limit and produces defective products or template carriers. There is also a problem that the polishing head metal surface is damaged by the desorption.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 연마패드의 수직축과 연마헤드의 수직축이 일치하지 않거나 연마 시 진동이나 불규칙한 운동이 발생하는 경우에도 연마패드와 웨이퍼가 밀착되며 웨이퍼가 템플레이트 캐리어로부터 이탈되지 않도록 하기 위한 웨이퍼 연마기를 제공함에 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been invented to solve the above problems, even if the vertical axis of the polishing pad and the vertical axis of the polishing head do not coincide or vibration or irregular movement occurs during polishing, the polishing pad and the wafer are in close contact and the wafer is a template. An object of the present invention is to provide a wafer polishing machine for avoiding detachment from a carrier.

또한, 연마헤드의 금속면의 평면도에 상관없이 일정한 압력분포가 연마패드와 웨이퍼 사이에 고르게 분포되어 가공정밀도를 향상시켜 불량률을 감소시킬 수 있는 웨이퍼 연마기를 제공함에 더 목적이 있다.In addition, it is a further object of the present invention to provide a wafer polishing machine capable of reducing a defect rate by improving a processing accuracy by uniformly distributing a pressure distribution evenly between a polishing pad and a wafer regardless of the plan view of the metal surface of the polishing head.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 연마기는 연마헤드를 누르면서 이송운동하는 퀼과 모터 회전축에 연결되어 상기 연마헤드를 강제회전 시키는 회전축을 포함하는 웨이퍼 연마기에 있어서, 상기 연마헤드는 금속재의 커버 플레이트와 상기 커버 플레이트와 결합하며 하부에 얇은 판으로 이루어진 자이로 플레이트와 상기 커버 플레이트와 상기 자이로 플레이트 사이에 삽입되는 고무판과 상기 고무판과 상기 자이로 플레이트 사이에 삽입 접촉되어 상기 고무판과 상기 얇은 판의 상호 힘 전달이 가능한 매개체를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the wafer polishing machine according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object is a wafer polishing machine including a quill and the rotating shaft for forced rotation of the polishing head is connected to the quill and the motor rotation axis while feeding the grinding head, The polishing head engages with a metal cover plate and the cover plate, and is inserted into and contacted between the rubber plate and the gyro plate, and a rubber plate inserted between the cover plate and the gyro plate. It characterized in that it comprises a medium capable of transmitting the mutual force of the thin plate.

이와 같은 구성에 따라 본 발명에 따른 웨이퍼 연마기는 연마패드의 수직축과 연마헤드의 수직축이 일치하지 않거나 연마 시 진동이나 불규칙한 운동이 발생하는 경우에도 지속적으로 연마패드와 웨이퍼가 밀착되며 웨이퍼의 이탈을 방지하게 된다.According to this configuration, the wafer polishing machine according to the present invention continuously adheres to the polishing pad and the wafer even when the vertical axis of the polishing pad and the vertical axis of the polishing head do not coincide with each other or vibration or irregular movement occurs during polishing. Done.

또한, 수직방향으로는 일정압력으로 웨이퍼를 누르면서도 연마헤드가 회전할 수 있는 것이다.In addition, in the vertical direction, the polishing head can rotate while pressing the wafer at a constant pressure.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The invention will become more apparent through the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through these embodiments.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 웨이퍼 연마기는 연마헤드(2)를 누르면서 이송운동하는 퀼(1)과 모터 회전축에 연결되어 상기 연마헤드를 강제회전 시키는 회전축(3)을 포함하는 웨이퍼 연마기에 있어서, 상기 연마헤드는 금속재의 커버 플레이트(21)와 상기 커버 플레이트와 결합하며 하부에 얇은 판(23)으로 이루어진 자이로 플레이트(22)와 상기 커버 플레이트와 상기 자이로 플레이트 사이에 삽입되는 고무판(24)과 상기 고무판과 상기 자이로 플레이트 사이에 삽입 접촉되어 상기 고무판과 상기 얇은 판의 상호 힘 전달이 가능한 매개체(25)로 구성되는 것이다.1 and 2, the wafer polishing machine according to the present invention includes a quill 1 for conveying movement while pressing the polishing head 2 and a rotating shaft 3 connected to a motor rotation shaft to force rotation of the polishing head. In the wafer polishing machine, the polishing head is coupled to the cover plate 21 and the cover plate of the metal material and is inserted between the gyro plate 22 and the cover plate and the gyro plate made of a thin plate 23 at the bottom. It is composed of a medium 25 which is inserted between the rubber plate 24 and the rubber plate and the gyro plate, the mutual force transmission of the rubber plate and the thin plate.

한편, 상기 커버 플레이트와 상기 고무판 사이에는 공기를 주입할 수 있도록 상기 커버 플레이트에 공기주입구(26)가 더 포함되는 것이다.Meanwhile, an air inlet 26 is further included in the cover plate to inject air between the cover plate and the rubber plate.

또한, 상기 연마헤드 하부에는 템플레이트 캐리어(4)의 고정을 위한 템플레이트 홀더(5)가 더 구비되는 것이다.Further, a template holder 5 for fixing the template carrier 4 is further provided below the polishing head.

이에 따라 본 발명에 따른 웨이퍼 연마기는 종래의 웨이퍼 연마기와는 달리 연마헤드와 회전축이 볼소켓조인트(8)에 의해 자동 조심될 뿐아니라 상기 커버 플레이트와 상기 자이로 플레이트 사이의 상기 고무판의 탄성력이 상기 매개체를 통하여 상기 자이로 플레이트의 상기 얇은 판에 전달되어 지속적으로 연마패드와 웨이퍼가 밀착됨으로써 수직축과 연마헤드의 수직축이 일치하지 않거나 연마 시 진동이나 불규칙한 운동이 발생하는 경우에도 연마패드와 웨이퍼가 밀착될 뿐아니라 웨이퍼의 이탈을 방지하는 것이다.Accordingly, the wafer polishing machine according to the present invention, unlike the conventional wafer polishing machine, not only is the polishing head and the rotating shaft self-aligned by the ball socket joint 8, but also the elastic force of the rubber plate between the cover plate and the gyro plate is the medium. The polishing pad and the wafer are transferred to the thin plate of the gyro plate so that the polishing pad and the wafer are in close contact with each other so that the polishing pad and the wafer are in close contact even when the vertical axis and the vertical axis of the polishing head do not coincide with each other or vibration or irregular movement occurs during polishing. It is not to prevent the departure of the wafer.

또한, 상기 커버 플레이트와 상기 고무판 사이에 공기가 주입됨으로써 상기 고무판의 탄성력을 보완하여 줌으로써 연마패드와 웨이퍼가 더 확실히 밀착되도록 할 뿐 아니라 일정한 압력분포가 연마패드와 웨이퍼 사이에 고르게 분포되어 연마헤드의 평면도와 상관없이 가공정밀도를 향상시킨다.In addition, the air is injected between the cover plate and the rubber plate to compensate for the elastic force of the rubber plate, so that the polishing pad and the wafer are more closely adhered to each other, and a constant pressure distribution is evenly distributed between the polishing pad and the wafer so that Improve machining accuracy regardless of flatness.

도 3 은 상기 자이로 플레이트의 얇은 판의 밑면도를 나타내고 있으며, 상기 자이로 플레이트의 얇은 판(23)은 제1원판(231)과 제2원판(232)과 연결원판(233)으로 이루어져 있으며, 상기 제1원판과 상기 연결원판은 두개의 대응하는 제1연결 힌지(234)로 연결되며, 상기 제2원판과 상기 연결원판은 두개의 대응하는 제2연결 힌지(235)로 연결되는 것을 특징으로 한다.3 shows a bottom view of a thin plate of the gyro plate, and the thin plate 23 of the gyro plate is composed of a first disc 231, a second disc 232, and a connecting disc 233. The first disc and the connecting disc are connected by two corresponding first connecting hinges 234, and the second disc and the connecting disc are connected by two corresponding second connecting hinges 235. .

이와 같은 구조는 연마헤드(2)의 매개체(25)를 통한 작용력과 더불어 90도의 위상각을 갖는 상기 제1연결 힌지와 상기 제2연결 힌지에 의한 상기 얇은 판의 변형특성으로 인하여 연마기의 진동과 테이블의 진동시에도 지속적으로 웨이퍼와 연마패드가 밀착되도록 하며, 수직방향으로 일정압력으로 웨이퍼를 누르면서 연마헤드가 고속 회전을 할 수 있게 한다.Such a structure has the vibration of the polishing machine due to the deformation characteristic of the thin plate by the first connecting hinge and the second connecting hinge having a phase angle of 90 degrees along with the action force through the medium 25 of the polishing head 2. Even when the table vibrates, the wafer and the polishing pad are kept in close contact with each other, and the polishing head can be rotated at a high speed while pressing the wafer at a constant pressure in the vertical direction.

도 4 는 연마헤드와 결합되는 웨이퍼(10)가 결합된 템플레이트 캐리어를 나타낸 것으로 상기 자이로 플레이트의 얇은판(23)과 결합되는 금속지지부(41)와 약간의 댐핑력과 탄성력을 갖는 폴리에탄계열의 폴리머패드(42)와 웨이퍼(10)를 지지하는 리테이너(43)로 구성되는 것이다.4 shows a template carrier to which a wafer 10 coupled to a polishing head is coupled, and a metal support 41 coupled to a thin plate 23 of the gyro plate, and a polyethane series having some damping and elasticity. It is composed of a polymer pad 42 and a retainer 43 for supporting the wafer 10.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 웨이퍼 연마기에 대한 작동 관계를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operation relationship for the wafer polishing machine of the present invention configured as described above is as follows.

웨이퍼 연마기는 상기 연마헤드에 부착된 웨이퍼(10)와 플레이트(7) 상면에 접착된 연마재가 뿌려져 있는 연마패드(6)의 상대적 마찰 운동에 의해서 웨이퍼가 연마되 게 된다. In the wafer polishing machine, the wafer is polished by the relative frictional movement of the polishing pad 6 on which the wafer 10 attached to the polishing head and the abrasive adhered to the upper surface of the plate 7 are sprayed.

이러한 상대적 마찰 운동은 상기 퀼의 직선운동과 상기 회전축의 회전운동의 복합적 형태로 발생하게 되며 퀼의 직선운동은 퀼과 연결된 링크기구(도시않됨)에 의해서 이루어지며 회전축의 회전운동은 모터(도시않됨)의 회전에 의해서 이루어지는 것으로 이 분야에서 이미 통상적인 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.This relative frictional motion occurs in a complex form of the linear motion of the quill and the rotational motion of the rotating shaft, the linear motion of the quill is made by a link mechanism (not shown) connected to the quill and the rotational motion of the rotating shaft is a motor (not shown). It is made by the rotation of the) is already a conventional technique in this field, so the detailed description will be omitted.

상기 웨이퍼와 상기 연마패드의 상대적 마찰 운동 중 연마패드의 수직축과 연마헤드의 수직축이 일치하지 않거나 연마시 진동이나 불규칙한 운동이 발생되는 경우에도 상기 커버 플레이트와 상기 자이로 플레이트 사이에 삽입된 고무판의 탄성력과 댐핑력 뿐아니라 상기 자이로 플레이트의 얇은 판의 힌지들에 의한 얇은 판의 변형력이 웨이퍼에 작용하므로 웨이퍼와 연마패드는 계속적으로 접촉하게 된다.The elastic force of the rubber plate inserted between the cover plate and the gyro plate even when the vertical axis of the polishing pad and the vertical axis of the polishing head do not coincide with each other or the vibration or irregular movement occurs during polishing. In addition to the damping force, the deformation force of the thin plate by the hinges of the thin plate of the gyro plate acts on the wafer so that the wafer and the polishing pad are in continuous contact.

또한, 웨이퍼에 작용하는 전단력도 자이로 플레이트의 얇은 판의 변형으로 흡수되어 웨이퍼의 템플레이트 캐리어로부터의 이탈도 방지하게 된다.In addition, the shear force acting on the wafer is also absorbed by the deformation of the thin plate of the gyro plate, thereby preventing the wafer from leaving the template carrier.

한편, 커버 플레이트에 생성된 공기주입구를 통해 일정압을 갖는 공기가 주입되면 커버 플레이트와 고무판 사이에 공기압이 작용하므로 웨이퍼와 연마패드의 밀착을 더 확실히 할 수 있다.On the other hand, when air having a constant pressure is injected through the air inlet generated in the cover plate, air pressure acts between the cover plate and the rubber plate, so that the wafer and the polishing pad can be more closely adhered to each other.

그리고 연마헤드의 금속면의 평면도에 상관없이 공기압과 고무판의 탄성력에 의한 일정한 압력분포가 연마패드와 웨이퍼 사이에 고르게 분포되므로 웨이퍼의 가공정밀도를 향상시킬 수 있다.Regardless of the plan view of the metal surface of the polishing head, a uniform pressure distribution due to air pressure and elastic force of the rubber plate is evenly distributed between the polishing pad and the wafer, thereby improving processing accuracy of the wafer.

상술한 바와 같이 본 발명의 웨이퍼 연마기는 연마패드의 수직축과 연마헤드의 수직축이 일치하지 않거나 연마 시 진동이나 불규칙한 운동이 발생하는 경우에도 연마패드와 웨이퍼가 밀착될 뿐아니라 웨이퍼가 템플레이트 캐리어로부터 이탈되지 않고 고속회전이 가능하도록 하는 효과가 있다.As described above, the wafer polishing machine of the present invention not only adheres to the polishing pad and the wafer even when the vertical axis of the polishing pad and the vertical axis of the polishing head do not coincide with each other, or vibration or irregular movement occurs during polishing, and the wafer is not detached from the template carrier. There is an effect to enable high speed rotation without.

또한, 연마헤드의 금속면의 평면도에 상관없이 일정한 압력분포가 연마패드와 웨이퍼 사이에 고르게 분포되어 가공정밀도를 향상시켜 불량률을 감소시는 효과가 더 있다.In addition, regardless of the plan view of the metal surface of the polishing head, a constant pressure distribution is evenly distributed between the polishing pad and the wafer, thereby improving the processing accuracy and reducing the defect rate.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.While the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Therefore, the scope of the invention should be construed by the claims described to include many such variations.

Claims

In a wafer polishing machine comprising a quill (1) for conveying movement while pressing the polishing head (2) and a rotation axis connected to the motor rotation axis to forcibly rotate the polishing head,

The polishing head is

A cover plate 21 made of metal;

A gyro plate 22 coupled to the cover plate and formed of a thin plate 23 at a lower portion thereof;

A rubber plate 24 inserted between the cover plate and the gyro plate;

It is composed of a medium 25 which is inserted into contact between the rubber plate and the gyro plate, the mutual force transmission of the rubber plate and the thin plate,

An air inlet 26 is further provided on the cover plate to inject air between the cover plate and the rubber plate.

The thin plate includes a first disc 231, a second disc 232, and a connecting disc 233, wherein the first disc and the connecting disc are connected by two corresponding first connecting hinges 234. The second disc and the connecting disc are connected by two corresponding second connecting hinges 235,

And the first connecting hinge and the second connecting hinge are formed with a phase difference of 90 degrees in the circumferential direction.

The method of claim 1,

The lower part of the gyro plate is further provided with a template holder (5) for supporting the template carrier (4)

The method of claim 2,

The template carrier is a wafer polishing machine comprising a metal support portion 41, a polymer pad 42 and a retainer 43 of a polyethane series having a damping force and an elastic force.

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