KR100841094B1 - 실리콘 웨이퍼 연마장치, 이에 이용되는 리테이닝어셈블리, 및 이를 이용한 실리콘 웨이퍼 평평도 보정방법 - Google Patents

실리콘 웨이퍼 연마장치, 이에 이용되는 리테이닝어셈블리, 및 이를 이용한 실리콘 웨이퍼 평평도 보정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼 연마장치, 이에 사용되는 리테이닝 어셈블리, 및 실리콘 웨이퍼 평면도 보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최종 연마 단계에서 웨이퍼의 평평도를 보정할 수 있도록 하기 위한 실리콘 웨이퍼 연마장치, 이에 사용되는 리테이닝 어셈블리, 및 실리콘 웨이퍼 평면도 보정방법에 관한 것이다.
개시된 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리는, 상면에 연마패드가 부착되어 회전하는 연마정반과 동일한 방향으로 회전하는 연마헤드 저부에 배치되어 웨이퍼가 연마 중에 이탈하는 것을 방지하기 위한 리테이너 링과, 상기 리테이너 링의 일면에 부착되어 상기 웨이퍼를 지지하는 백킹 필름을 구비하여 된 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리에 있어서, 상기 백킹 필름은 이종의 재질로 이루어진 것을 그 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리에서 백킹 필름을 환원형으로 치수나 기계적 물성을 달리 구성함으로써, 최종 연마 단계에서 웨이퍼의 평평도를 보정할 수 있는 이점이 있다.
리테이닝, 최종연마, 백킹 필름, 이종

Description

실리콘 웨이퍼 연마장치, 이에 이용되는 리테이닝 어셈블리, 및 이를 이용한 실리콘 웨이퍼 평평도 보정방법{SILICON WAFER GRINDING APPARATUS, RETAINING ASSEMBLY, AND SILICON WAFER FLATNESS CORRECTING METHOD}
도 1은 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리가 적용된 연마장치의 개략적인 사시도.
도 2는 도 1의 'B'부를 보다 상세하게 나타내 보인 부분 단면도.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3b는 도 3a의 'C'를 따라 취한 평면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도.
도 6b는 도 6a의 평면도.
도 7a 및 도 7b는 중앙부의 두께가 큰 볼록한 형상의 웨이퍼를 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 연마 한 전후의 웨이퍼의 반경방향에 대한 두께의 변화를 나타내는 그래프.
도 8a 및 8b는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 연마 단계 전후의 웨이퍼의 국소 부위 평평도를 표시한 다이아그램.
본 발명은 실리콘 웨이퍼 연마장치, 이에 이용되는 리테이닝 어셈블리, 및 이를 이용한 실리콘 웨이퍼 평평도 보정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 최종 연마 단계에서 웨이퍼의 평평도를 보정할 수 있도록 하기 위한 실리콘 웨이퍼 연마장치, 이에 사용되는 리테이닝 어셈블리, 및 실리콘 웨이퍼 평평도 보정방법에 관한 것이다.
반도체 기술은 생산 원가 절감 및 제품 성능 향상을 위해 보다 고집적화 공정으로 급속하게 발전하고 있으며, 이에 따라 실리콘 웨이퍼에 요구되는 평평도 조건도 더욱 엄격해지고 있다.
기존의 소구경 웨이퍼 제작 시 적용되던 랩핑(lapping), 에칭(etching), 단면 연마의 제조 공정만으로는 엄격한 평평도 조건을 만족할 수 없다.
이러한 한계를 극복하기 위하여, 대구경 웨이퍼 제조 과정은 랩핑, 에칭 연삭 등의 일련의 shaping 공정과, 양면 연마, 최종 연마 및 세정 공정으로 구성되어 있다.
이러한 일련의 새로운 공정이 도입됨으로써 웨이퍼의 평평도는 비약적으로 향상되었으나, 양면 연마 후의 최종 연마 단계에서의 평평도 저하는 극복하기 힘든 난제였었다.
상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 최근 최종 연마 단계에 사용되는 연마장치의 구조를 변경하거나, 이에 사용되는 각종 소모품(consumables)을 개량하여 평평도 저하 현상을 해결하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있으나, 현재까지는 만족할 만한 평평도는 얻지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 최종 연마 단계에서 일반적으로 사용되는 웨이퍼 연마장치의 구조의 변경 없이 이에 소모품으로 사용되는 리테이닝 어셈블리만을 개선하여 최종 연마 단계에서의 평평도 저하 현상을 극복하도록 한 실리콘 웨이퍼 연마장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 최종 연마 단계에서 이종(heterogeneous)의 백킹 필름을 사용하여 웨이퍼의 평평도를 보정하는 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 최종 연마 단계에서 웨이퍼의 평평도를 보정할 수 있는 리테이닝 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 최종 연마 단계에서 웨이퍼의 평평도를 보정할 수 있는 리테이닝 어셈블리에 사용되는 이종 백킹 필름 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 최종 연마 단계 후 웨이퍼 마진이 EE2mm 정도인 평평도가 우수한 웨이퍼를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 일 실시예에 따르면, 상면에 연마패드가 부착된 연마정반과, 상기 연마정반과 대향배치되고 상기 연마정반과 동일한 방향으로 회전하는 연마헤드를 포함하는 실리콘 웨이퍼 연마장치를 제공한다.
이 때, 상기 연마헤드 저부에 부착되어 웨이퍼를 지지하는 백킹 필름과, 상기 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖고 상기 백킹 필름 상에 배치되는 리테이너 링을 더 포함하며, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 백킹 필름이 동일한 두께를 갖는 경우에 상기 백킹 필름은 상기 리테이너 링에 가까운 에지부가 상대적으로 연성 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 에지부가 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향으로 3 내지 5mm의 폭을 가질 수 있으며, 상기 에지부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하인 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상면에 연마패드가 부착된 연마정반과, 상기 연마정반과 대향배치되고 상기 연마정반과 동일한 방향으로 회전하는 연마헤드를 포함하는 실리콘 웨이퍼 연마장치가 제공된다.
상기 실리콘 웨이퍼 연마장치는 상기 연마헤드 저부에 부착되어 웨이퍼를 지지하는 백킹 필름과, 상기 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖고 상기 백킹 필름 상에 배치되는 리테이너 링을 더 포함하며, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 백킹 필름이 동일한 소재를 갖는 경우에, 상기 백킹 필름의 두께가 다른 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 리테이너 링으로부터 가까운 백킹 필름의 에지부에 비하여 상기 리테이너 링으로부터 먼 중심부가 더 두꺼울 수 있다.
이 때, 상기 백킹 필름은 상기 리테이너 링으로부터 가까운 소정 폭의 에지부와, 상기 에지부로부터 반경방향을 따라 단차진 소정의 높이의 적어도 1 이상의 랜드부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 에지부가 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향으로 3 내지 5mm의 폭을 가지며, 상기 에지부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상면에 연마패드가 부착된 연마정반과, 상기 연마정반과 대향배치되고 상기 연마정반과 동일한 방향으로 회전하는 연마헤드를 포함하는 실리콘 웨이퍼 연마장치가 제공된다.
이 때, 상기 연마헤드 저부에 부착되어 웨이퍼를 지지하는 백킹 필름과, 상기 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖고 상기 백킹 필름 상에 배치되는 리테이너 링을 더 포함하며, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 백킹 필름이 동일한 두께를 갖는 경우에, 상기 백킹 필름은 적어도 1 이상의 원주방향을 따른 그루브부를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 백킹 필름은 상기 리테이너 링에 인접하여 원주방향을 따라 형성된 그루브부와, 상기 그루브부로 둘러싸인 소정의 높이의 랜드부를 포함할 수 있으며, 상기 그루브부가 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향으로 3 내지 5mm의 폭을 갖고, 상기 그루브부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 연마헤드상에 1차 백킹 필름를 부착하는 단계와, 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖는 리테이너 링을 상기 1차 백킹 필름 상에 배치되는 단계와, 샘플 웨이퍼를 상기 리테이너 링내에 배치하여 최종 연마하는 단계와, 상기 샘플 웨이퍼의 평평도를 측정하는 단계와, 측정된 웨이퍼의 평평도에 따라 상기 1차 백킹 필름을 이종으로 형성하기 위하여 2차 백킹 필름을 부착하거나 그루브부를 상기 1차 백킹 필름에 형성하는 단계와, 실제 웨이퍼를 최종 연마하는 단계를 포함하는 웨이퍼 평평도 보정방법이 제공된다.
상기 1차 백킹 필름을 이종으로 형성하는 단계는 연마헤드 저부에 감압 점착되기 위한 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층 중 적어도 하나의 일부분을 다른 재료로 구성할 수도 있다.
상기 1차 백킹 필름을 이종으로 형성하는 단계는 연마헤드 저부에 감압점착되기 위한 감압접착층에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층 중 적어도 하나의 두께를 부분적으로 달리 구성할 수도 있다.
상기 2차 백킹 필름은 상기 1차 백킹 필름의 중앙부에 부착되며, 상기 그루브부를 형성하는 단계는 상기 리테이너 링의 내벽으로부터 상기 리테이너 링의 내직경의 2%이하로 상기 1차 백킹 필름에 그루브부를 형성할 수도 있다.
상기 2차 백킹 필름을 형성하는 단계는 웨이퍼의 평평도를 보정할 부분에 대응하는 1차 백킹 필름의 부분을 제거하는 단계와, 상기 2차 백킹 필름의 중심 마킹을 상기 1차 백킹 필름의 중심에 얼라인하여 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 연마헤드상에 1차 백킹 필름를 부착하고, 웨이퍼의 직경+ 의 내직경을 갖는 리테이너 링을 상기 1차 백킹 필름 상에 배치하 고, 상기 1차 백킹 필름에 상기 리테이너 링의 내벽으로부터 상기 리테이너 링의 내직경의 2%이하로 그루브부를 형성한 웨이퍼 연마장치에 의해 최종 연마 단계후 EE 2mm 기준으로 0.2 내지 0.5 이내의 GBIR과, 015 내지 0.3 이하의 SBIR, 0.13 내지 0.18 이하의 SFQR를 갖는 웨이퍼가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 연마헤드상에 1차 백킹 필름를 부착하고, 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖는 리테이너 링을 상기 1차 백킹 필름 상에 배치하고, 상기 1차 백킹 필름에 상기 리테이너 링의 내벽으로부터 상기 리테이너 링의 내직경의 2%이하로 그루브부를 형성한 웨이퍼 연마장치에 의해 최종 연마 단계후 최종 연마 단계후 EE 3mm 기준으로 0.2 내지 0.4 이내의 GBIR과, 015 내지 0.3 이하의 SBIR, 0.1 내지 0.13 이하의 SFQR를 갖는 웨이퍼가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖는 환형의 리테이너 링과, 상기 리테이너 링의 외직경을 직경으로 가지며, 연마헤드 저부에 감압점착되기 위한 감압접착층과, 상기 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층으로 구성되고, 상기 기재층과 표면 발포층의 적어도 일부가 탈부착가능하고, 중심이 얼라인 마크 표시된 환형의 백킹 필름을 포함하는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리가 제공된다.
상기 백킹 필름은 상기 기재층과 표면 발포층 중 적어도 하나가 상기 백킹 필름의 원주방향을 따라 탈착될 수 있도록 절취선을 더 포함할 수도 있으며,
상기 기재층과 표면 발포층이 모두 상기 백킹 필름의 원주방향을 따라 탈착될 수 있도록 절취선을 더 포함할 수도 있다.
상기 절취선은 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향을 향해 3mm 내지 5mm 간격으로 형성되고, 상기 절취선은 상기 백킹 필름의 중심으로부터 반경방향을 따라 40% 이후부터 형성될 수도 있다.
상기 백킹 필름은 중심으로부터 소정 거리에 원주방향을 따라 그루브부가 형성되고, 상기 그루브부는 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향을 따라 3 내지 5mm의 폭을 갖고, 상기 그루브부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하일 수 있다.
상기 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층 중 적어도 하나를 다른 재료로 구성하거나, 상기 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층 중 적어도 하나의 두께를 달리 구성할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 연마장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 'B'부를 보다 상세하게 나타내 보인 부분 단면도가 도시되어 있다.
도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 연마장치(1)는, 상면에 연마패드(22)가 부착되어 회전하는 연마정반(21)과, 상기 연마정반(21)과 대향배치되고 상기 연마 정반과 동일한 방향으로 회전하는 연마헤드(25)와, 상기 연마헤드 저부에 배치되어 웨이퍼(23)가 연마 중에 이탈하는 것을 방지하기 위한 리테 이너 링(Retainer Ring)(28)과, 이 리테이너 링(28)의 일면에 부착되어 웨이퍼(23)를 지지하는 백킹 필름(Backing Film)(24)으로 이루어진 리테이닝 어셈블리(24)를 포함한다.
보다 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 백킹 필름(24)은 탈착이 가능하게 발포층 표면위로 웨이퍼를 흡수할 수 있는 발포층(241)과, 웨이퍼를 지지하기 위한 기재층(243)과, 상기 발포층(241)과 기재층(243)을 연마헤드(22)의 저부에 접착시키기 위한 감압 접착체층(245) 및 상기 감압 접착제층에 접착되고 분리될 수 있는 릴리즈 시트(도시안함)를 포함할 수 있다.
웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖는 리테이너 링(28)이 상기 백킹 필름(24) 상에 배치될 때, 상기 리테이너 링(28)의 내직경내의 백킹 필름(24)은 제1백킹 필름(24a)과 이와 신축성, 탄성, 내구성, 또는 두께 중 적어도 하나가 다른 적어도 하나의 제2백킹필름(24b)를 더 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 리테이너 링(28)의 내직경 범위내의 백킹 필름(24)을 제1백킹 필름(24a)과 제2백킹 필름(24b)로 나누었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고 제3백킹 필름을 더 가질 수도 있으며, 상기 제1백킹 필름(24a)이 웨이퍼 중심을 기준으로 중앙부에 배치되고 제2백킹 필름(24b)이 그 둘레에 배치될 수도 있다.
이 때, 상기 백킹 필름(24)을 서로 다르게 형성하기 위해서 상기 감압접착층(245) 상에 형성된 기재층(243)과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층(241) 중 적어도 하나의 일부를 탄성계수, 내구성 등의 물성이 다른 재료로 구성할 수 있다.
또한, 상기 이종 백킹 필름(24)을 형성하기 위해서 상기 감압접착층(245) 상에 형성된 기재층(243)과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층(241) 중 적어도 하나의 일부의 두께를 달리 구성할 수 있다.
(실시예 1)
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3b는 도 3a의 'C'를 따라 취한 평면도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 백킹 필름(32)을 동일한 두께로 형성하는 경우에 상기 연마헤드(25)의 중심과 이에 접착되는 백킹 필름(32)의 중심을 정렬배치하고, 상기 웨이퍼 직경+α의 내직경을 갖는 리테이너 링(28) 내에서 적어도 반경방향을 따라 상기 백킹 필름(32)의 중심둘레의 중앙부(32a)와 상기 중앙부(32a)로부터 멀리 이격 배치되고, 웨이퍼(23)의 가장자리를 연마하기 위한 에지부(32b)를 다르게 구성한다. 이 때, 상기 중앙부(32a)와 에지부(32b)가 탄성계수, 내구성 등의 물성이 다른 재료로 구성될 수 있다.
여기서 상기 리테이너 링(28)의 내직경을 상기 웨이퍼 직경 +α로 결정한 이유는 상기 웨이퍼의 착탈을 용이하게 하기 위한 것이다.
이 때, 상기 백킹 필름(32) 내부의 발포층의 발포 구멍의 크기 또는 수를 특정 부분에서 달리하여, 상기 백킹 필름(32)을 이종으로 형성할 수 있다.
특히, 최종 연마 단계에서 연마헤드(25)의 원심력에 의해서 웨이퍼 가장자리 가 더 많이 연마되어 평평도가 떨어지는 것을 고려하여 상기 리테이너 링에 가까운 상기 백킹 필름(32)의 에지부(32b)(상기 백킹 필름(32)의 중심을 기준으로 외주부에 해당하지만, 웨이퍼의 에지부를 연마하기 때문에 에지부라 명명함)를 상대적으로 연성 재질로 형성할 수 있다.
또한, 최종 연마 단계후의 웨이퍼의 평평도를 고려할 때, 상기 에지부(32b)는 상기 리테니어 링(28)의 내벽으로부터 3 내지 5mm의 폭을 갖는 것이 바람직하다.
즉, 상기 에지부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하인 것이 바람직하다. (예컨대, 12인치의 웨이퍼인경우 300mm 직경을 갖는 바, 300mm+炤 대한 에지부의 폭 3 내지 5mm의 비), 이와 같이 에지부(32b)를 형성함으로써, 웨이퍼 마진을 높일 수 있으며, 최종 연마후 가장자리에서 기준 평평도보다 낮은 값을 갖는 문제점을 해결할 수 있다.
(실시예 2)
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 리테이너 링(28)으로 둘러싸인 백킹 필름(42)이 동일 재질로 이루어진 경우에, 상기 백킹 필름(42)의 두께를 특정부분에서 다르게 할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 리테이너 링(28)으로부터 가까운 백킹 필름(42)의 에지부(42a)에 비하여 상기 리테이너 링(28)으로부터 떨어진 상기 백킹 필름(42)의 중앙부에 랜드부(42b)를 더 구비할 수 있다.
상기 에지부(42a)는 상기 리테이너 링(28)의 내주벽으로부터 반경방향으로 3 내지 5mm의 폭을 갖는 것이 바람직하며, 상기 랜드부(42b)는 상기 에지부(42a)로부터 반경방향을 따라 단차진 소정의 높이의 적어도 1 이상의 랜드부(42b)를 포함할 수 있다.
상기 에지부(42a)의 폭은 웨이퍼의 최종 연마 단계에서 가장자리의 평평도 저하를 고려할 때 상기 리테이너 링(28) 내직경의 2% 이하인 것이 바람직하다.
본 실시예에 있어서, 상기 에지부(42a)가 상기 백킹 필름(42)을 중심으로 가장자리에 원주방향을 따라 배치되었지만, 경우에 따라서, 상기 백킹 필름(42)의 중앙부를 따라 배치되어, 상기 백킹 필름(42)의 적어도 일부가 다른 일부에 비해 두껍게 형성될 수도 있다.
(실시예 3)
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 리테이너 링(28)으로 둘러싸인 백킹 필름(52)이 동일 재질로 이루어진 경우에, 상기 백킹 필름(52)은 적어도 1 이상의 원주방향을 따른 그루브부(52a)를 가질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 백킹 필름(52)은 상기 리테이너 링(28)에 인접하여 원주방향을 따라 형성된 그루브부(52a)와, 상기 그루브부(52a)로 둘러싸인 소정의 높이의 랜드부(52b)를 포함한다.
이 때 상기 그루브부(52a)는 백킹 필름(52)의 두께방향을 따라 전체적으로 형성되었지만, 경우에 따라서, 상기 그루브부(52a)는 발포층까지만 형성될 수도 있으며, 발포층을 지나 기재층까지도 형성될 수 있다.
상기 그루브부(52a)는 상기 리테이너 링(28)의 내주벽으로부터 내반경방향으로 3 내지 5mm의 폭을 갖는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 상기 에지부(52a)의 폭은 웨이퍼의 최종 연마 단계에서 가장자리의 평평도 저하를 고려할 때 상기 리테이너 링(28) 내직경의 2% 이하인 것이 바람직하다.
상기 그루브부(52a)는 상기 백킹 필름(52)의 중심으로부터 먼 가장자리에 형성하는 것이 바람직하지만, 경우에 따라서 상기 백킹 필름(52)의 중앙부에 형성될 수도 있다.
이제 상기 실리콘 최종 연마장치를 이용한 웨이퍼 평면도 보정방법에 대하여 개략적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 먼저 샘플 웨이퍼를 20개 정도 선택하고, 회전하는 연마정반(21) 위에 연마패드(22)를 부착하고, 상기 연마패드(22) 상에 설치된 노즐(26)로부터 슬러리(Slurry)(27)를 공급한다. 그리고 상기 연마패드(22) 상에 웨이퍼(23)를 위치시키고, 연마헤드(25)로 웨이퍼(23)를 가압한 상태에서 연마정반(21)과 동일 방향으로 회전시키면 웨이퍼(23)의 표면을 연마하게 된다.
웨이퍼(23) 제조 과정은 랩핑(lapping), 에칭(etching) 연삭 등의 일련의 세이핑(Shaping) 공정과 양면 연마, 최종 연마 및 세정 작업을 거쳐 웨이퍼(23)를 제작하게 된다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 연마 공정에서는 먼저 샘플 웨이퍼를 최종 연마하여 평평도를 측정하여 보정할 부분을 정한다.
잉곳으로부터 절단된 웨이퍼는 기본적으로 중앙부가 볼록하므로, 중앙부를 더 많이 연마할 수 있도록 도 5에 도시된 리테이닝 어셈블리를 이용하여 연마한다.
도 5에 도시된 리테이닝 어셈블리는 한편, 도 3a 및 도 4a에서 설명되지 않은 감압접착층(31)에 전술한 바와 같이 탈부착할 수 있도록 릴리즈 시트 부착상태로 시판되는 것을 구매하여 릴리즈 시트 제거 후 감압접착층(31)을 상기 연마헤드(25)의 배면에 부착하여 이용할 수도 있다.
이 때, 상기 연마헤드(25)의 중심을 마킹하고, 백킹 필름(52)의 중심 마킹을 상기 연마헤드(25)의 중심 마킹에 일치시켜 부착하고, 상기 웨이퍼의 직경+α 의 내직경을 갖는 리테이너 링(28)을 상기 백킹 필름(52) 상에 배치한 후 최종 연마를 한다.
본 실시예에 따르면, 도 5에 도시한 바와 같이, 3mm의 폭 또는 5mm의 폭을 갖는 그루브부(52a)를 상기 리테이너 링(28)의 내벽으로부터 내주방향을 따라 형성하여 상기 백킹 필름을 이종으로 형성하여 실제 웨이퍼를 최종 연마하였다.
표 1은 종래와 같이 단일 백킹 필름을 이용하여 최종 연마한 경우와 본 발명의 일 실시예에 따라, 3mm 또는 5mm의 폭을 갖는 그루브부(52a)를 백킹 필름(52)의 원주방향을 따라 형성한 이종 백킹 필름을 이용하여 최종 연마한 경우에 대한 웨이퍼의 최종 연마 전후의 웨이퍼 평면도를 전역적 평면도인 GBIR (total thickness variance), 국소적인 평면도인 SBIR (site back ideal focal plane range), 및 패 터닝에 있어서 평평도의 지표를 나타내는 SFQR (reference plane-site front least square focal plane range)를 각각 측정한 값이다.
일반적으로 평평도에 관해서 wafer maker의 출하 검사에서는 wafer margin의 사양을 2mmE.E(Edge Exclusion)로 하고자 노력 중이지만 웨이퍼 주변에서의 값은 기준 값을 넘는 일이 많다.
따라서 본 실시예에 있어서는 이러한 목적을 달성하기 위하여 2mm 또는 3mm 직경의 probe를 이용하여 2mE.E, 또는 3mmE.E(Edge Exclusion) 기준으로 측정하였다.
이 때, 표 1에 나타낸 바와 같이, 연마 헤드에 3mm 또는 5mm의 폭을 갖는 그루브부(52a)를 백킹 필름(52)의 원주방향을 따라 형성한 상기 백킹 필름을 이용한 경우에 일반적인 백킹 필름을 이용하여 최종 연마한 경우에 비하여 특히 2mE.E 기준으로 할 때 GBIR이 0.567, 0.440, 0, 294로 그루브부(52a)의 폭이 클수록 작은 값을 갖는 것을 알 수 있다.
또한, SBIR도 2mE.E 기준으로 할 때 0.331, 0.296, 0.181로 작은 값을 가지며, SFQR도 0.183, 0.159, 0,134로 작은 값은 갖는 것을 알 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 최종 연마 단계후 EE 2mm 기준으로 0.2 내지 0.5 이내의 GBIR과, 015 내지 0.3 이하의 SBIR, 0.13 내지 0.18 이하의 SFQR를 갖는 웨이퍼를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 최종 연마 단계후 EE 3mm 기준으로 0.2 내지 0.4 이내의 GBIR과, 015 내지 0.3 이하의 SBIR, 0.1 내지 0.13 이하의 SFQR를 갖는 웨이퍼를 제공할 수 있다.
이 때 이러한 수치를 보다 고객 사양에 맞출 수 있도록 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 리테이너 어셈블리는 릴리즈시트(11)에 부착된 상태로 판매될 수도 있다.
이때 상기 백킹 필름(12)를 구성하는 상기 감압접착층(121) 상에 형성된 기재층(123)과, 상기 기재층(123)상에 형성된 표면 발포층(125) 중 적어도 하나를 다른 재료로 구성하여 2차 백킹 필름을 형성할 수 있다.
또한, 상기 감압접착층(121) 상에 형성된 기재층(123)과, 상기 기재층(123)상에 형성된 표면 발포층(125) 중 적어도 하나의 두께를 달리 구성하여 2차 백킹 필름을 형성할 수 있다.
이 때, 상기 2차 백킹 필름(12)은 보정할 부분의 1차 백킹 필름를 제거하거나, 상기 2차 백킹 필름의 중심 마킹을 상기 1차 백킹 필름의 중심에 얼라인하여 부착하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
이 때, 상기 감압접착층(121) 상에 형성된 기재층(123)와, 상기 기재층(123)상에 형성된 표면 발포층(125) 중 적어도 하나의 일부를 제거할 수 있다.
또한, 상기 제 2 차 백킹 필름(12)은 상기 감압접착층(121) 상에 형성된 기재층(123)와, 상기 기재층(123)상에 형성된 표면 발포층(125) 중 적어도 하나의 일부분을 더 부착하여 형성할 수 있다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 리테이너 어셈블리는 웨이퍼의 직경+ 의 내직경을 갖는 환형의 리테이너 링(13)과, 상기 리테이너 링(13)의 외직경을 직경으로 가 지며, 연마헤드 저부에 감압점착되기 위한 감압접착층(121)과, 상기 감압접착층(121) 상에 형성된 기재층(123)와, 상기 기재층(123)상에 형성된 표면 발포층(125) 중 상기 기재층(123)와 표면 발포층(125)의 적어도 일부가 탈부착 가능하고, 중심에 얼라인 마크(15)가 표시된 환형의 백킹 필름(12)을 포함하여 구성할 수 있다.
이 때, 상기 백킹 필름(12)은 상기 기재층(123)와 표면 발포층(125) 중 적어도 하나가 상기 백킹 필름(12)의 원주방향을 따라 탈착될 수 있도록 절취선(17)을 더 포함하며, 이 절취선(17)은 상기 기재층(123)와 표면 발포층(125)을 모두 상기 백킹 필름(12)의 원주방향을 따라 적어도 일부를 탈착할 수도 있다.
상기 절취선(17)은 상기 리테이너 링(13)의 내벽을 기준으로 상기 백킹 필름 중심 얼라인 마크(15)를 향해 반경방향을 따라 적어도 3mm 내지 5mm 간격으로 형성되어 있다.
특히, 상기 절취선(17)은 상기 백킹 필름의 반경(R)의 적어도 40% 이후의 외주(r)에 형성될 수 있다.
상기 백킹 필름(12)은 중심으로부터 소정 거리에 원주방향을 따라 그루브부가 형성될 수도 있다.
이 때 상기 그루브부는 상기 리테이너 링에 인접하여 원주방향을 따라 형성되며, 3 내지 5mm의 폭을 갖는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 상기 그루브부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하인 것이 바람직하다.
이 때, 상기 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표 면 발포층 중 적어도 하나를 다른 재료로 구성할 수 있다.
또한, 상기 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층 중 적어도 하나의 두께를 달리 구성할 수 있다.
이 때, 웨이퍼의 평평도를 보정할 부분에 대응하는 1차 백킹 필름의 부분을 제거하거나, 더 부착하여 2차 백킹 필름을 형성할 수 있다.
이러한 구조에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 연마 시 연마헤드(25)가 연마 압력을 가하더라도 탄성계수가 상대적으로 매우 큰 연마헤드(25), 웨이퍼(23), 연마정반(21)은 변형되지 않고, 백킹 필름(24)과 연마패드(22)는 압축되게 된다.
이때 웨이퍼(23) 배면에 이종의 백킹 필름(24)이 압축에 따른 탄성 회복력이 다르면 웨이퍼(23) 전면에서의 연마 압력도 다르게 작용한다.
[표 1]`
TA 조건 E2mm기준 E3mm기준
GBIR SBIR SFQR GBIR SBIR SFQR
Normal TA FP 전 0.632 0.363 0.173 0.552 0.295 0.115
FP 후 0.567 0.331 0.183 0.489 0.261 0.148
E3mm 가공 TA FP 전 0.657 0.379 0.207 0.573 0.305 0.153
FP 후 0.440 0.296 0.159 0.365 0.218 0.124
E5mm가공 TA FP 전 0.591 0.350 0.184 0.510 0.277 0.123
FP 후 0.294 0.181 0.134 0.258 0.154 0.106
여기서 E3mm, E5mm는 각각 백킹 필름의 에지부의 폭을 의미하며, FP는 최종연마를 의미하고, TA는 테스트 후를 의미한다.
도 7a 및 도 7b는 중앙부의 두께가 큰 볼록한 형상의 웨이퍼를 본 발명의 일 실시예에 따른 최종 연마 한 전후의 웨이퍼의 반경방향에 대한 두께의 변화를 나타내는 그래프이다.
이에 따르면, 양면 연마 후 웨이퍼(23)의 두께 형상이 에지부가 얇고 중앙 영역이 두꺼운 볼록한(Convex) 형상인 경우에, 중앙부쪽에는 상대적으로 하드한 백킹 필름의 재질을 사용하여 중앙부의 연마량을 미세하게 늘릴 수 있어 웨이퍼(23) 전면의 평평도를 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 8a 및 8b는 테스트전후 웨이퍼의 전면에 걸친 SBIR을 EE3mm 기준을 측정한 결과이다. 국소 평평도 측면에서도 웨이퍼 에지부의 평평도가 0.1 이하로 유지됨을 알 수 있다.
이러한 웨이퍼 평평도 보정방법은 도 3a 및 도 3b와 같이, 백킹 필름(32)의 구성요소중 적어도 하나의 물성을 달리하거나, 도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이 백킹 필름(42)의 두께를 다르게 제작하여 본 실시예와 같은 효과를 기대할 수 있다.
예컨대, 양면 연마 후 웨이퍼(23)의 두께 형상이 에지부가 두껍고 중앙 영역이 얇은 오목한(Concave) 형상이라면, 에지부 쪽에는 상대적으로 하드(Hard)한 백킹 필름의 재질을 사용하여 에지부 쪽 부근의 연마량을 미세하게 늘릴 수 있어 웨이퍼(23) 전면의 평평도를 향상시킬 수 있게 된다.
그리고 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리는, 웨이퍼(23)의 두께 편차뿐만 아니라 변형에 따른 연마 불균일도 보정이 가능하다. 연삭 후 잔존하는 스트레스, 에피용 웨이퍼 배면의 산화막 증착에 따른 필름 스트레스(stress) 등으로 웨이퍼는 한쪽 방향으로 크게 휘어질 수 있다.
이러한 경우에 연마 압력이 가해져 인위적으로 웨이퍼(23)가 펴진 상태에서 는 원래의 변형 방향으로 복원하려는 힘에 의해 불균일한 연마가 진행되므로, 백킹 필름(24)을 달리 구성하여 이의 보정이 가능하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼 연마용 리테이닝 어셈블리에서 백킹 필름을 환원형으로 치수나 기계적 물성을 달리 구성함으로써, 최종 연마 단계에서 웨이퍼의 평평도를 보정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (30)

  1. 상면에 연마패드가 부착된 연마정반과, 상기 연마정반과 대향배치되고 상기 연마정반과 동일한 방향으로 회전하는 연마헤드를 포함하는 실리콘 웨이퍼 연마장치에 있어서,
    상기 연마헤드 저부에 부착되어 웨이퍼를 지지하는 백킹 필름과, 상기 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖고 상기 백킹 필름 상에 배치되는 리테이너 링을 더 포함하며, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 백킹 필름이 동일한 두께를 갖는 경우에 상기 백킹 필름은 상기 리테이너 링에 가까운 에지부가 상대적으로 연성 재질로 이루어지는 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 에지부가 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향으로 3 내지 5mm의 폭을 갖는 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에지부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하인 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  4. 상면에 연마패드가 부착된 연마정반과, 상기 연마정반과 대향배치되고 상기 연마정반과 동일한 방향으로 회전하는 연마헤드를 포함하는 실리콘 웨이퍼 연마장치에 있어서,
    상기 연마헤드 저부에 부착되어 웨이퍼를 지지하는 백킹 필름과, 상기 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖고 상기 백킹 필름 상에 배치되는 리테이너 링을 더 포함하며, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 백킹 필름이 동일한 두께를 갖는 경우에, 상기 백킹 필름의 두께가 다른 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 백킹 필름이 동일 재질한 재질로 이루어진 경우에, 상기 리테이너 링으로부터 가까운 백킹 필름의 에지부에 비하여 상기 리테이너 링으로부터 먼 중심부가 더 두꺼운 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 백킹 필름이 동일 재질한 재질로 이루어진 경우에, 상기 백킹 필름은 상기 리테이너 링으로부터 가까운 소정 폭의 에지부와, 상기 에지부로부터 반경방향을 따라 단차진 소정의 높이의 적어도 1 이상의 랜드부를 포함하는 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 에지부가 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향으로 3 내지 5mm의 폭을 갖는 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 에지부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하인 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  9. 상면에 연마패드가 부착된 연마정반과, 상기 연마정반과 대향배치되고 상기 연마정반과 동일한 방향으로 회전하는 연마헤드를 포함하는 실리콘 웨이퍼 연마장치에 있어서,
    상기 연마헤드 저부에 부착되어 웨이퍼를 지지하는 백킹 필름과, 상기 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖고 상기 백킹 필름 상에 배치되는 리테이너 링을 더 포함하며, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 백킹 필름이 동일한 두께를 갖는 경우에, 상기 백킹 필름은 적어도 1 이상의 원주방향을 따른 그루브부를 갖는 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 백킹 필름은 상기 리테이너 링에 인접하여 원주방향을 따라 형성된 그루브부와, 상기 그루브부로 둘러싸인 소정의 높이의 랜드부를 포함하는 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 그루브부가 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향으로 3 내지 5mm의 폭을 갖는 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 그루브부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하인 실리콘 웨이퍼 연마장치.
  13. 연마헤드상에 1차 백킹 필름를 부착하는 단계와,
    웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖는 리테이너 링을 상기 1차 백킹 필름 상에 배치되는 단계와,
    샘플 웨이퍼를 상기 리테이너 링내에 배치하여 최종 연마하는 단계와,
    상기 샘플 웨이퍼의 평평도를 측정하는 단계와,
    측정된 웨이퍼의 평평도에 따라 상기 1차 백킹 필름을 이종으로 형성하기 위하여 2차 백킹 필름을 부착하거나 그루브부를 상기 1차 백킹 필름에 형성하는 단계와,
    실제 웨이퍼를 최종 연마하는 단계를 포함하는 웨이퍼 평평도 보정방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 1차 백킹 필름을 이종으로 형성하는 단계는 연마헤드 저부에 감압 점착되기 위한 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층 중 적어도 하나의 일부분을 다른 재료로 구성하는 웨이퍼 평평도 보정방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 1차 백킹 필름을 이종으로 형성하는 단계는 연마헤드 저부에 감압점착되기 위한 감압접착층에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층 중 적어도 하나의 두께를 부분적으로 달리 구성하는 웨이퍼 평평도 보정방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 2차 백킹 필름은 상기 1차 백킹 필름의 중앙부에 부착되는 웨이퍼 평평도 보정방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 그루브부를 형성하는 단계는 상기 리테이너 링의 내벽으로부터 상기 리테이너 링의 내직경의 2%이하로 상기 1차 백킹 필름에 그루브부를 형성하는 웨이퍼 평평도 보정방법.
  18. 제13항에 있어서, 상기 2차 백킹 필름을 형성하는 단계는 웨이퍼의 평평도를 보정할 부분에 대응하는 1차 백킹 필름의 부분을 제거하는 단계와,
    상기 2차 백킹 필름의 중심 마킹을 상기 1차 백킹 필름의 중심에 얼라인하여 부착하는 단계를 더 포함하는 웨이퍼 평평도 보정방법.
  19. 연마헤드상에 1차 백킹 필름를 부착하고, 웨이퍼의 직경+ 의 내직경을 갖는 리테이너 링을 상기 1차 백킹 필름 상에 배치하고, 상기 1차 백킹 필름에 상기 리테이너 링의 내벽으로부터 상기 리테이너 링의 내직경의 2%이하로 그루브부를 형성한 웨이퍼 연마장치에 의해 최종 연마 단계후 EE 2mm 기준으로 0.2 내지 0.5 이내의 GBIR과, 015 내지 0.3 이하의 SBIR, 0.13 내지 0.18 이하의 SFQR를 갖는 웨이퍼.
  20. 연마헤드상에 1차 백킹 필름를 부착하고, 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖는 리테이너 링을 상기 1차 백킹 필름 상에 배치하고, 상기 1차 백킹 필름에 상기 리테이너 링의 내벽으로부터 상기 리테이너 링의 내직경의 2%이하로 그루브부를 형성한 웨이퍼 연마장치에 의해 최종 연마 단계후 최종 연마 단계후 EE 3mm 기준으로 0.2 내지 0.4 이내의 GBIR과, 015 내지 0.3 이하의 SBIR, 0.1 내지 0.13 이하의 SFQR를 갖는 웨이퍼.
  21. 웨이퍼의 직경+α의 내직경을 갖는 환형의 리테이너 링과, 상기 리테이너 링의 외직경을 직경으로 가지며, 연마헤드 저부에 감압점착되기 위한 감압접착층과, 상기 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층으로 구성되고, 상기 기재층과 표면 발포층의 적어도 일부가 탈부착가능하고, 중심이 얼라인 마크 표시된 환형의 백킹 필름을 포함하는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
  22. 제21항에 있어서, 상기 백킹 필름은 상기 기재층과 표면 발포층 중 적어도 하나가 상기 백킹 필름의 원주방향을 따라 탈착될 수 있도록 절취선을 더 포함하는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
  23. 제22항에 있어서, 상기 기재층과 표면 발포층이 모두 상기 백킹 필름의 원주방향을 따라 탈착될 수 있도록 절취선을 더 포함하는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
  24. 제22항에 있어서, 상기 절취선은 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향을 향해 3mm 내지 5mm 간격으로 형성되는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
  25. 제22항에 있어서, 상기 절취선은 상기 백킹 필름의 중심으로부터 반경방향을 따라 40% 이후부터 형성되는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
  26. 제21항에 있어서, 상기 백킹 필름은 중심으로부터 소정 거리에 원주방향을 따라 그루브부가 형성되는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
  27. 제21항에 있어서, 상기 그루브부는 상기 리테이너 링 내벽으로부터 내반경방향을 따라 3 내지 5mm의 폭을 갖는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
  28. 제27항에 있어서, 상기 그루브부의 폭은 상기 리테이너링 내직경의 2% 이하인 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
  29. 제21항에 있어서, 상기 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층 중 적어도 하나를 다른 재료로 구성하는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
  30. 제21항에 있어서, 상기 감압접착층 상에 형성된 기재층과, 상기 기재층상에 형성된 표면 발포층 중 적어도 하나의 두께를 달리 구성하는 웨이퍼 리테이닝 어셈블리.
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