KR100954690B1 - 웨이퍼 가압헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 가압헤드에 관한 것이다. 본 발명의 웨이퍼 연마를 위한 가압헤드는, 압축 공기의 유/출입구가 형성된 헤드 몸체; 헤드 몸체의 중앙 하단에 설치되어 헤드 몸체로부터 주입된 압축 공기가 통과하도록 통로가 형성된 백플레이트; 백플레이트의 외주면을 감싸도록 끼워져 결합된 러버플레이트; 러버플레이트의 외주면 일부분에 밀착 고정되도록 상기 헤드 몸체에 설치된 러버가이드링; 및 러버가이드링과 결합되고, 러버플레이트의 외주면에 마련되어 웨이퍼의 이탈을 방지하는 웨이퍼가이드링;을 포함한다. 본 발명에 따르면, 조립이 간편하여 공정정체 시간을 감소시킬 수 있다.

가압헤드, 러버플레이트, 러버가이드링, 웨이퍼가이드링

Description

웨이퍼 가압헤드{Pressurization head for wafer}

본 발명은 웨이퍼 가압헤드에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼의 품질향상을 도모하며, 조립이 용이하여 공정의 정체 시간을 감소시킬 수 있는 웨이퍼 가압헤드에 관한 것이다.

일반적으로, 웨이퍼 제조공정에서는 웨이퍼의 평탄도를 향상시키기 위하여 경면 연마공정을 수행하고 있는데, 이러한 평탄화 기술 중 가장 중요한 기술은 화학적/기계적 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing)이다. 화학적/기계적 연마는 화학적 연마제인 슬러리(slurry)를 연마패드 등의 연마면 상에 공급하면서 반도체 웨이퍼를 연마면에 접촉시켜 연마를 행하는 것이다.

이러한 폴리싱장치는, 연마패드로 이루어지는 연마면을 가지는 연마테이블과, 반도체 웨이퍼를 가압하기 위한 가압헤드를 구비하고 있다. 이와 같은 폴리싱 장치를 사용하여 반도체 웨이퍼를 연마하는 경우에는 가압헤드에 의하여 반도체 웨이퍼를 가압하면서 반도체 웨이퍼를 연마테이블의 연마패드와 접촉되도록 소정의 압력으로 가압한다. 이때, 연마테이블과 가압헤드를 상대 운동시킴으로써 반도체 웨이퍼가 연마면에 접촉하여 반도체 웨이퍼의 표면이 평탄화되어 경면으로 연마된 다.

상기와 같이 웨이퍼를 연마하기 위해 사용되는 가압헤드에 대해 도 1을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 가압헤드(1)는 헤드 몸체(10)와, 헤드 몸체(10)의 하부에 설치된 백플레이트(12)와, 백플레이트(12)의 측면에 밀봉되도록 결합되며 러버플레이트(22)가 마련된 러버척(20) 및, 러버척(20)의 하면에 부착되어 웨이퍼(W)를 지지하도록 이루어진 템플레이트 어셈블리(30)를 구비한다.

상기 헤드 몸체(10)에는 압축공기 유/출입구(11)가 형성된다. 상기 압축공기 유/출입구(11)는 백플레이트(12)에 형성된 통로(13)와 연통되어 유/출입구(11)를 통하여 상기 백플레이트(12)의 하부의 진공 공간으로 압축공기가 주입된다. 압축공기 유/출입구(11)로부터 압축공기가 주입되면 백플레이트(12)의 하측에 위치된 러버플레이트(22)가 신축성 있게 팽창된다.

상기 러버척(20)은 SUS 재질로 이루어진다. 러버플레이트(22)는 러버척(20)의 측면 및 하부면을 감싸도록 러버척(20)에 부착된다.

상기 템플레이트 어셈블리(30)는 백 머트리얼(32) 및 웨이퍼(W)를 가이드 하는 가이드 부재(34)로 구성된다. 백 머트리얼(32)은 접착제에 의해 러버척(20)의 하부면, 즉 러버플레이트(22)에 부착된다. 이러한 백 머트리얼(32)은 연마 대상 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있는 넌-슬립 패드의 일종으로서, 예컨대 폴리우레탄으로 형성된 패드로서, 자체에 형성된 기공을 통하여 연마 대상 웨이퍼(W)를 흡착한다. 이러한 백 머트리얼(32)은 러버플레이트(22)과 같이 팽창함으로써 웨이퍼(W)를 연마 패드(미도시)에 밀착시키게 된다.

상기 가이드 부재(34)는 백 머트리얼(32)의 하단 가장자리를 따라 돌출되게 부착되며, 웨이퍼(W)의 두께보다 큰 두께를 갖는다. 즉, 웨이퍼(W)를 둘러쌀 수 있도록 이루어진다. 가이드 부재(34)는 에폭시 글라스로 제작된다.

이러한 템플레이트 어셈블리(30)는 러버플레이트(22)에 접착된다. 템플레이트 어셈블리(30)는 접착제에 의하여 러버플레이트(22)에 긴밀하게 부착된다.

그러나, 러버플레이트(22)에 템플레이트 어셈블리(30)를 부착할 때 접착제를 이용하여 부착하기 때문에 템플레이트 어셈블리(30)의 부착 및 제거가 쉽지 않고, 제거 후 러버플레이트(22)에 접착제 잔사가 많이 남아 이의 제거에 많은 시간이 소요된다는 문제점이 있다. 또한, 웨이퍼 연마시 템플레이트 어셈블리(30)의 가이드 부재(34)는 에폭시 글라스로 제조되기 때문에 수명이 짧고, 웨이퍼 연마시 함께 마모되면서 파티클이 발생한다. 즉, 웨이퍼 품질의 불량을 야기하는 문제점이 발생한다. 아울러, 러버척(20)과 템플레이트 어셈블리(30)의 제작비용이 많이 든다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 웨이퍼 품질향상을 도모하고, 가압헤드의 조립이 용이하여 공정의 정체 시간을 감소시킬 수 있는 웨이퍼 가압헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 웨이퍼 연마를 위한 가압헤드는, 압축 공기의 유/출입구가 형성된 헤드 몸체; 헤드 몸체의 중앙 하단에 설치되어 헤드 몸체로부터 주입된 압축 공기가 통과하도록 통로가 형성된 백플레이트; 백플레이트의 외주면을 감싸도록 끼워져 결합된 러버플레이트; 러버플레이트의 외주면 일부분에 밀착 고정되도록 상기 헤드 몸체에 설치된 러버가이드링; 및 러버가이드링과 결합되고, 러버플레이트의 외주면에 마련되어 웨이퍼의 이탈을 방지하는 웨이퍼가이드링;을 구비한다.

상기 백플레이트의 외주면을 따라 러버플레이트의 결합이 용이하도록 링 형상의 홈이 형성되고, 상기 홈에 오링이 설치된다.

웨이퍼가이드링은 폴리에테르에테르케톤(PEEK : polyetheretherketone) 재질로 이루어진 것이 바람직하다.

이때, 러버플레이트는 웨이퍼의 표면과 직접 접촉되어 웨이퍼를 가압하거나 흡착하도록 이루어진다.

한편, 웨이퍼가이드링은 러버플레이트의 하면 가장자리 일부를 감싸도록 돌 출형성되고, 돌출된 부분의 두께는 웨이퍼의 두께보다 큰 두께를 갖도록 이루어진다.

본 발명에 따른 웨이퍼 가압헤드는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 종래의 러버척을 러버가이드링으로 변경하고 템플레이트 어셈블리를 제거하여 제작비용을 절감시킬 수 있다.

둘째, 러버플레이트를 고정시키는 러버가이드링과 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼가이드링이 조립되도록 이루어져 가압헤드의 조립이 용이하다.

셋째, 종래의 템플레이트 어셈블리를 부착하고 제거하는 작업이 없어지므로 장비 전체의 정체시간이 줄어든다.

넷째, 기존 에폭시 글라스로 이루어진 가이드 부재를 폴리에테르에테르케톤(PEEK : polyetheretherketone) 재질로 변경하여 사용함으로써 제품의 수명이 연장되며, 파티클 발생을 감소시켜 웨이퍼 품질향상을 도모하고, 연마 패드와 접촉되는 면적을 줄여 연마 패드와 가압헤드가 받는 압력을 감소시킬 수 있다.

다섯째, 러버플레이트를 직접 웨이퍼와 접촉시켜 가압함으로써 러버플레이트가 압축공기로부터 균일하게 팽창되어 웨이퍼의 연마면 균일도가 향상된다.

여섯째, 백플레이트에 링 형상의 홈을 주어 헤드 조립시 러버플레이트가 쉽게 조립될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 가압헤드를 나타내는 단면도이고, 도 3은 도 2의 A부분 확대도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 웨이퍼 가압헤드(100)는, 헤드 몸체(110), 헤드 몸체(110)의 중앙 하단에 설치된 백플레이트(112), 백플레이트(112)의 외주면을 감싸도록 설치된 러버플레이트(120), 러버플레이트(120)를 고정하도록 헤드 몸체(110)에 설치된 러버가이드링(130) 및, 러버가이드링(130)과 결합되고 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 웨이퍼가이드링(140)을 구비한다.

상기 헤드 몸체(110)는 세라믹이나 스테인리스 스틸 등의 재질로 이루어진다. 이러한 헤드 몸체(110)는 웨이퍼 연마 장치(미도시)에 회전 및 승강 가능하도록 설치되는 것으로서, 압축공기를 공급하기 위한 압축공기 유/출입구(111)를 포함한다. 상기 유/출입구(111)로부터 유입된 압축공기를 균일하게 웨이퍼(W)로 전달시키기 위하여 그 하단에 백플레이트(112)가 설치된다.

상기 백플레이트(112)는 헤드 몸체(110)의 중앙 하단에 설치된다. 이때, 백플레이트(112)에는 헤드 몸체(110)의 공기 유/출입구(111)로부터 유입된 압축 공기가 통과하도록 통로(113)가 형성된다. 백플레이트(112)는 상기 통로(113)를 기준으로 측면으로 갈수록 점차적으로 두께가 두꺼워지도록 형성된다. 즉, 백플레이트(112)의 하단부가 경사를 갖도록 형성된다.

한편, 백플레이트(112)의 외주면을 따라 링 형상의 홈(115)이 형성된다. 상기 홈(115)은 후술할 러버플레이트(120)의 결합이 용이하도록 형성된 것이다. 이때, 홈(115)에는 오링(150)이 끼워질 수 있다. 상기 오링(150)은 전술한 바와 같이, 러버플레이트(120)가 백플레이트(112)의 외주면에 용이하게 끼워지도록 하며, 헤드 몸체(110)로부터 유입된 압축공기가 외부로 빠져나가지 못하도록 하는 역할을 수행한다.

러버플레이트(120)는 백플레이트(112)의 외주면과 하단부를 감싸도록 백플레이트(112)에 끼움 결합된다. 상기 러버플레이트(120)는 러버에 압축된 폼이 코팅된 것으로서 러버플레이트(120)에는 미세한 기공(121)이 형성된다. 러버플레이트(120)에 미세한 기공(121)이 형성됨으로써 헤드 몸체(110)로부터 유입된 압축공기가 백플레이트(112)를 지나 러버플레이트(120)에 공급되면, 러버플레이트(120)가 부드럽게 팽창된다. 마찬가지로, 유/출입구(111)를 통해 공기를 흡입시 웨이퍼(W)가 러버플레이트(120)에 흡착된다. 이러한 러버플레이트(120)는 기존 가압헤드(도 1의 '1' 참조)의 러버플레이트(22)에 부착된 폴리우레탄 패드, 즉 백 머트리얼(32)과 함께 팽창하여 웨이퍼를 가압하는 것에 비하여, 직접 웨이퍼와 접촉되어 균일하게 가압 함으로써 웨이퍼의 연마면 균일도를 향상시킬 수 있게 된다.

상기 러버가이드링(130)은 러버플레이트(120)를 고정하도록 헤드 몸체(110)에 설치된다. 이때, 러버가이드링(130)은 러버플레이트(120)의 외주면 일부분에 밀착되어 러버플레이트(120)를 가압하도록 고정된다.

상기 웨이퍼가이드링(140)은 웨이퍼(W)의 경면 연마시 웨이퍼(W)가 외부로 이탈되는 것을 방지하기 위해 설치되는 것으로서, 러버플레이트(120)의 외부면에 마련된다. 보다 구체적으로, 웨이퍼가이드링(140)은 러버가이드링(130)과 결합되며, 러버플레이트(120)의 하측으로 돌출된다. 이때, 웨이퍼가이드링(140)의 하단측은 러버플레이트(120)의 하면 일부를 지지하도록 형성되고, 웨이퍼(W)를 둘러쌀 수 있도록 웨이퍼(W)의 두께보다 큰 두께를 갖도록 이루어진다.

이러한 웨이퍼가이드링(140)은 연마 패드와 접촉되어 마찰되기 때문에 내마모성이 우수한 폴리에테르에테르케톤(PEEK : polyetheretherketone) 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 폴리에테르에테르케톤 재질은 그 특성상 기계적 성질이 우수하고, 내화학성, 내열성, 내수성 및 난연성 등이 우수하다. 즉, 폴리에테르에테르케톤 재질은 종래의 에폭시 글라스에 비하여 내마모성이 우수하여 파티클 발생이 현저히 감소하여 웨이퍼의 품질 향상을 도모할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치용 웨이퍼 가압헤드의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 러버플레이트(120)의 하면에 웨이퍼(W)를 부착한 상태에서 가압헤드(100)를 연마 패드 위에 올려놓게 되면, 웨이퍼가이드링(140)의 하면은 연마 패 드와 접촉되지만 웨이퍼(W)는 연마 패드에 접촉되지 않는다. 이 상태에서, 압축공기 유/출입구(111)를 통해 압축공기를 주입하면서 가압헤드(100)와 연마테이블이 서로 다른 방향으로 회전하면서 이동함과 동시에 러버플레이트(120)가 팽창하여 웨이퍼(W)를 연마 패드로 밀어주면 웨이퍼(W)와 연마 패드가 접촉되어 마찰이 발생하게 된다.

한편, 종래의 가이드 부재의 교체는 러버척에 접착제로 부착된 템플레이트 어셈블리를 제거한 뒤 다시 접착작업을 통하여 부착하여야 하지만, 본 발명은 웨이퍼가이드링(140)이 마모되어 교체할 때, 러버가이드링(130)과 결합된 부분을 해체한 후 웨이퍼가이드링(140)을 조립함으로써 용이하게 교체가 가능하다. 즉, 가압헤드(100)의 조립 및 교체가 용이하게 이루어지도록 구성된 것으로서, 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 종래의 웨이퍼 가압헤드를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 가압헤드를 나타내는 단면도.

도 3은 도 2의 A부분 확대도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 가압헤드 110 : 헤드 몸체

112 : 백플레이트 120 : 러버플레이트

130 : 러버가이드링 140 : 웨이퍼가이드링

Claims (5)

1. 웨이퍼의 표면을 가압하기 위한 웨이퍼 가압헤드에 있어서,

   압축 공기의 유/출입구가 형성된 헤드 몸체;

   헤드 몸체의 중앙 하단에 설치되어 헤드 몸체로부터 주입된 압축 공기가 통과하도록 통로가 형성된 백플레이트;

   백플레이트의 외주면을 감싸도록 끼워져 결합된 러버플레이트;

   러버플레이트의 외주면 일부분에 밀착 고정되도록 상기 헤드 몸체에 설치된 러버가이드링; 및

   러버가이드링과 결합되고, 러버플레이트의 외주면에 마련되어 웨이퍼의 이탈을 방지하는 웨이퍼가이드링;을 구비하고,

   백플레이트의 외주면을 따라 러버플레이트의 결합이 용이하도록 링 형상의 홈이 형성되고, 상기 홈에 오링이 설치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가압헤드.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   웨이퍼가이드링은 폴리에테르에테르케톤(PEEK : polyetheretherketone) 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가압헤드.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   러버플레이트는 웨이퍼의 표면과 직접 접촉되어 웨이퍼를 가압하거나 흡착하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가압헤드.
5. 제4항에 있어서,

   웨이퍼가이드링은 러버플레이트의 하면 가장자리 일부를 감싸도록 돌출형성되고, 돌출된 부분의 두께는 웨이퍼의 두께보다 큰 두께를 갖도록 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가압헤드.

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