KR101043487B1

KR101043487B1 - 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치와 보정방법

Info

Publication number: KR101043487B1
Application number: KR1020030095593A
Authority: KR
Inventors: 문도민; 김봉우
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2011-06-23
Also published as: KR20050064242A

Abstract

본 발명은 웨이퍼 양면 연마기의 연마패드 보정장치와 연마패드 보정방법에 대한 것이다. 본 발명의 연마패드 보정장치는, 웨이퍼의 양면을 연마하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드를 평탄하게 고르는 연마패드보정장치로, 상기 양면연마기의 연마에 의해 연마패드에 형성된 연마궤적을 고르는 시즈닝블럭과; 상기 시즈닝블럭이 관통설치되는 블럭캐리어를 포함하여, 상기 블럭캐리어에 관통설치된 시즈닝블럭이 상기 양면연마기의 상하정반 사이에 놓여지면, 상하정반이 상기 시즈닝블럭을 가압회전시켜 연마궤적의 보정을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

양면, 연마기, 웨이퍼, 연마패드, 보정

Description

웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치와 보정방법{A Device And Method For Polishing-Pad Seasoning Of A Double-Side Polisher For Wafer}

도 1은 종래의 웨이퍼 양면연마기를 예시한 분해사시도.

도 2a는 종래의 양면연마기에 의한 연마궤적을 예시한 평면도.

도 2b는 종래의 양면연마기에 의한 연마궤적을 예시한 평면도.

도 2c는 종래의 양면연마기에 의한 연마패드의 손상영역을 예시한 단면도.

도 3a는 본 발명에 의한 실시예의 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치를 예시한 사시도.

도 3b는 본 발명에 의한 실시예의 연마패드 보정장치를 예시한 평면도.

도 3c는 본 발명에 의한 실시예의 연마패드 보정장치를 예시한 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 실시예의 시즈닝블럭을 예시한 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10`..........웨이퍼 양면연마기 10...........상정반

11, 31.....회전축 18...........연마패드

20...........웨이퍼 캐리어 21...........편심핀

23...........편심가이드 30...........하정반

40...........시즈닝블럭 50...........블럭캐리어

51...........블럭홀

본 발명은 웨이퍼의 양면연마기에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 양면연마장치에 의한 웨이퍼의 연마과정에서 연마궤적에 따라 발생된 연마패드의 형상변형을 보정하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치 및 보정방법에 대한 것이다.

반도체 기술은 생산원가 절감 및 제품 성능 향상을 위해 보다 고집적화 공정으로 급속하게 발전하고 있다. 이에 따라 실리콘 웨이퍼에 요구되는 평탄도 조건은 더욱 엄격해지고 있다.

기존에는 랩핑, 에칭, 폴리싱으로 대표되던 실리콘 웨이퍼 제조공정은 엄격한 평탄도 조건을 만족할 수 없는 한계를 가지고 있다. 이러한 한계를 극복하기 위해 적용하고 있는 공정은 단면 및 양면연삭과 양면 폴리싱 등을 들 수 있다.

연삭가공의 경우는 최종 가공공정이 아니므로, 다른 공정 추가하여 연삭 공정에서 발생하는 표면 변질층이나 연삭휠 자국 등을 제거할 수 있다. 그러나, 폴리싱 공정은 최종가공공정으로 웨이퍼 전체의 형상 및 표면 품질이 이 과정에서 정해지게 된다.

양면폴리싱의 경우는 웨이퍼 전후의 요철면을 동시에 제거하므로 단면 폴리싱에 비해 웨이퍼 전체형상 및 평탄도가 매우 우수하고, 나노토포그라피의 수준도 매두 양호하게 나타난다.

다음은 종래의 웨이퍼 양면폴리싱에 사용되는 양면연마기를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 종래의 웨이퍼 양면연마기를 예시한 분해사시도이다. 도 2a와 2b는 종래의 양면연마기에 의한 연마궤적을 예시한 평면도, 도 2c는 연마패드의 손상영역을 예시한 단면도이다.

도시된 종래의 웨이퍼의 양면연마기(10`)는, 상측에서 웨이퍼(W)를 회전 가압하는 상정반(10)과, 상정반(10)과 반대방향으로 회전하며 하방에서 웨이퍼를 회전가압하는 하정반(30)과, 상정반(10)과 하정반(30)의 사이에 놓여져서 웨이퍼(W)를 보지하는 웨이퍼 캐리어(20)를 포함한다.

상정반(10)과 하정반(30)에는 웨이퍼 표면의 연마를 위한 연마패드(18)가 구비되며, 웨이퍼를 회전가압하기 위한 동력이 회전축(11,31)을 통하여 전달된다.

도시된 웨이퍼 캐리어(20)에는 웨이퍼(W)를 보지할 수 있는 웨이퍼홀이 원주를 따라 다수개가 형성되어 있다. 또한 웨이퍼 캐리어(20)는 상하정반(10,30) 본체보다 큰 반경을 가지며, 상하정반(10,30)이 각각 회전축(11,31)을 중심으로 회전하는 동안에 상하정반(10,30)의 회전축(11,31)에 대한 일정한 편심을 가지고 편심회전을 하게 된다.

도시된 바와 같이 웨이퍼 캐리어(20)의 외주 4개소에는 각각 편심핀(21)이 하방으로 돌설되어 있고, 그 하방에는 편심핀(21)의 원운동을 가이드하는 편심가이드(23)가 구비된다.

따라서, 상하정반(10,30)이 각각 반대방향으로 회전하게 되면, 웨이퍼 캐리 어(20)는 상하정반(10,30)으로부터 회전력을 전달받아 편심가이드(23)를 따라 편심회전하게 된다.

이와 같은 상하정반(10,30)의 축방향의 회전과 웨이퍼 캐리어(20)의 편심회전에 의해 웨이퍼(W)의 전체 표면이 고르게 연마되어진다.

그러나, 상기와 같은 구성을 가지는 종래의 양면연마기에는 다음과 같은 문제점이 있어 왔다.

상하정반(10,30)과 웨이퍼 캐리어(20)의 회전에 의해, 일정한 형태의 연마궤적(d₁)이 형성된다. 그런데, 상하정반(10)과 캐리어(20)의 회전에 의해 연마패드(18)의 특정부분은 웨이퍼(W)와 반복되게 접촉하게 되며, 이 특정부분은 도 2a 및 도 2c에 도시된 바와 같은 원형고리모양으로 패여지게 된다.

그리고, 연마회수가 누적됨에 따라 손상된 영역(X)인 원형고리모양은 점점 뚜렷해지고, 이 손상된 영역(X)은 연마패드의 평탄도를 심하게 해하는 요소로 작용하게 된다.

이와 같이 형상변형이 발생한 연마패드(18)로 웨이퍼의 연마를 수행하게 되면, 손상영역(X)의 외측 가장자리에 접촉되는 웨이퍼부분은 중앙부분에 비하여 연마압력을 강하게 받는다. 이처럼 연마압력을 강하게 받는 웨이퍼의 에지부분에는 연마압력에 의해 다른 부분보다 더 과도하게 연마되는 롤오프현상이 심화되게 된다.

연마패드(18)에 손상영역이 발생 되면, 그에 의해 연마되는 웨이퍼(W)의 평탄도를 악화시키기 때문에, 연마패드(18)를 교체해주어야 하므로 연마패드(18)의 사용기간을 단축하는 요소로 작용하게 된다.

본 발명의 목적은, 연마패드의 손상영역 주변을 다져서 보정함으로써 연마패드의 장기간 반복 사용을 가능하게 하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치와 보정방법을 구현하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 연마패드의 연마궤적 내의 손상영역을 다져서 보정하여, 손상된 연마패드에 의한 연마시 웨이퍼에 발생하는 롤오프 현상을 방지할 수 있는 양면 연마기의 연마패드 보정장치와 보정방법을 구현하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 웨이퍼 양면연마기의 연마패드보정장치는, 웨이퍼의 양면을 연마하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드를 평탄하게 고르는 연마패드 보정장치로, 상기 양면연마기의 연마에 의해 연마패드에 형성된 연마궤적을 고르는 시즈닝블럭과; 상기 시즈닝블럭이 관통설치되는 블럭캐리어를 포함하여, 상기 블럭캐리어에 관통설치된 시즈닝블럭이 상기 양면연마기의 상하정반 사이에 놓여지면, 상하정반이 상기 시즈닝블럭을 가압회전시켜 손상영역의 보정을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

상기 시즈닝블럭은 마모에 강하고 금속불순물이 없는 알루미나 혹은 SiC 세라믹으로 제작되는 것을 특징으로 한다.

상기 블럭캐리어에는 복수개의 시즈닝블럭이 관통설치되도록 복수개의 블럭홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 시즈닝블럭은 상기 블럭캐리어보다 두께가 두꺼운 것을 특징으로 한다.

상기 시즈닝블럭의 중심에는 원형 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 직경은 상기 웨이퍼 연마궤적에 의한 손상영역의 폭에 대응하는 것을 특징으로 한다.

상기 시즈닝블럭의 폭은 그 최소한이 30mm인 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정방법은, 웨이퍼 양면연마기에 의한 연마공정이 종료된 후, 연마패드에 잔여물을 제거하는 연마패드 세정단계와; 상기 세정단계를 거친 연마패드에 양면연마기의 연마패드 보정장치를 상기 양면연마기의 상정반과 하정반의 사이에 위치시키는 단계와; 상기 연마패드 보정장치를 상하정반이 양측에서 가압회전시켜, 연마패드에 형성된 연마궤적의 주변을 고르게 다지는 시즈닝과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 상하정반이 시즈닝블럭에 가하는 압력은 웨이퍼 연마시의 압력과 같거나 높은 압력인 것을 특징으로 한다.

상기 시즈닝 단계에서는 초순수가 공급되어 냉각과 세정이 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 시즈닝 단계는 3 내지 8분 동안 수행되는 것을 특징으로 한다.

상기 시즈닝 단계는 연마패드가 교체되고 처음 수행되는 경우에는 20 내지 30분간 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의하여, 웨이퍼의 양면연마과정에서 연마패드에 형성된 연마궤적의 주변부를 고르게 다져서 평탄하게 보정함으로써, 연마기의 사용기간을 연장시키고, 연마패드의 굴곡으로 인해 웨이퍼 에지에 롤오프 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

이하 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치의 바람직한 실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3a는 본 실시예에 의한 연마패드 보정장치를 예시한 사시도이고, 도 3b는 그 평면도이며, 도 3c는 단면도이다. 그리고, 도 4는 각각 시즈닝블럭의 사시도이다.

도시된 본 실시예의 연마패드 보정장치는, 양면 연마과정에서 연마패드(18)에 형성된 손상 영역(X) 주변을 다져서 평평하게 하여, 손상영역(X)의 단차주위에 접촉하는 웨이퍼 부분이 과도하게 연마됨으로 발생하는 롤오프현상을 방지할 수 있도록 하기 위한 것이다.

본 실시예의 연마패드 보정장치는, 웨이퍼 연마과정에서 연마패드(18)에 형성된 연마궤적을 고르게 다지는 시즈닝블럭(40)과, 시즈닝블럭(40)을 상하정반(10,30)의 사이에 보지시키는 블럭캐리어(50)를 포함한다.

본 실시예의 시즈닝블럭(40)은 연마과정에서 웨이퍼(W)와의 반복 마찰에 의해 손상 예상영영(X) 주변을 평평하게 다짐하기 위한 것이므로, 손상 예상영역(X)보다 큰반경의 원형블럭으로 형성된다.

그리고, 손상예상영역(X)에 대해서는 다짐의 필요가 없고 그 주변을 다져야 하는 것이므로, 시즈닝블럭(40)의 손상 예상 영역 해당부분은 동심원모양의 공동(42)을 형성시켜, 시즈닝블럭(40)에 의한 연마패드(18)의 추가 손상을 방지할 수 있도록 하고 있다.

즉, 시즈닝블럭(40)은 납작한 공심 원통형의 블럭으로 형성되며, 그 내경(D)이 손상영역의 폭(d₂)에 대응하며, 외경은 웨이퍼의 연마궤적의 폭(d₁)에 대응하도록 형성된다. 본 실시예에서는 시즈닝블럭(40)의 폭(D₂)은 30mm이상을 이루도록 하여 손상영역 주변을 충분하게 다짐할 수 있도록 하고 있다.

그러나, 이와 같은 손상영역(X)의 크기와 시즈닝블럭(40)의 규격은 양면연마기에 의해 연마되는 웨이퍼(W)의 규격에 의해 달리 정해질 수 있는 것이며, 웨이퍼 캐리어(20)의 편심의 정도에 따라서도 달리 정하여지는 것이며, 실시예에 따라 다양한 변화가 가능한 부분이다.

또한 본 실시예에서는 시즈닝블럭(40)을 세라믹 재질로 형성하고 있는데, 시즈닝블럭(40)에 의해 보정하고자 하는 연마패드(18)의 재질과 그 두께의 정도에 따라 다른 재질을 사용하는 것도 가능하고, 시즈닝블럭(40)의 재질로 사용되는 세라믹의 종류를 다른 것으로 하는 것도 가능하며, 실시예에 따른 변형이 있을 수 있다.

본 실시예의 블럭캐리어(50)는 연마패드(18)의 형상에 대응하는 원판형상을 이루며, 블록캐리어(50)에는 시즈닝블럭(40)을 보지하기 위한 다수개의 블럭홀(51)이 관통되게 형성된다. 본 실시예의 블럭홀(51)은 시즈닝블럭(40)의 형상에 대응하는 원형홀로, 시즈닝블럭(40)의 반경보다 다소 큰 반경으로 형성되어 시즈닝블럭(40)과 블럭홀(51)의 사이에는 미세 여유 공간이 형성된다.

또한 블럭홀(51)에 관통설치되는 시즈닝블럭(40)은 상하정반(10,30)의 연마패드(18)에 접촉할 수 있는 것이어야 하므로, 블럭캐리어(50)의 두께(H₁) 보다 시즈닝블럭의 두께(H₂)가 더 두껍게 제작된다. 본 실시예에서 블럭캐리어(50)와 시즈닝블럭(40)의 두께는 1 내지 5mm정도 차이가 나며, 시즈닝블럭(40)이 그만큼 두껍게 제작된다.

그러나, 그 두께의 차이는 연마패드(18)의 재질이나 상태 시즈닝(seasoning)의 조건에 따라 다른 두께차이로 제작되는 것도 가능하며, 상기 수치에 한정되어야 하는 것은 아니다.

그리고, 시즈닝의 전체과정에서 상정반에서 공급된 초순수가 하정반으로 쉽게 전달되도록 블록캐리어(50) 전면에 관통홀(53)이 형성되어 있다.

다음은 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예의 웨이퍼 양면 연마기의 연마패드 보정장치에 의한 연마패드의 보정방법을 설명한다.

웨이퍼 양면연마기(10`)에 의한 연마공정이 종료된 후에는, 양면 연마과정에서 발생된 오염원에 의해 연마패드(18)가 추가오염되는 것을 방지하기 위해, 연마패드(18)의 잔여물을 제거하는 연마패드 세정단계를 수행한다. 연마패드(18)의 세정은 고압의 세정수를 분사하면서, 브러쉬 등에 의해 오염물질들을 분리 제거하는 방식으로 수행된다.

연마패드(18)에 대한 세정이 종료되면, 본 실시예의 블럭캐리어(50)에 시즈 닝블럭(40)을 설치하여, 상정반(10)과 하정반(30)의 사이에 위치시키다. 이처럼 연마패드 보정장치가 상하정반(10,30)의 사이에 놓여지면, 상하정반(10,30)은 시즈닝블럭(40)을 양측에서 가압회전시켜 시즈닝블럭(40)에 의한 연마패드(18)의 시즈닝이 수행될 수 있게 한다.

본 실시예의 연마패드 보정방법은 연마과정에 발생된 연마패드(18)의 높이차를 보정하기 위한 것이며 양면폴리싱에 소요되는 시간에 비해 단시간내에 수행되어야 하는 것이므로, 상하정반(10,30)이 시즈닝블럭(40)에 가하는 압력은 웨이퍼 연마시의 압력보다 같거나 높은 압력을 유지하도록 하고 있다.

또한 본 실시예의 시즈닝과정에서도 상하정반(10,30)이 가하는 압력에 의해 발열이 일어나며 파티클이 발생되므로, 이에 의한 재오염을 방지할 수 있도록 상기 시즈닝의 전체 과정에서는 초순수가 공급되어 냉각과 세정이 이루어질 수 있도록 하고 있다.

본 실시예에서 시즈닝 단계는 매 양면연마과정이 종료될 때마다 수행되는 것이고, 과도한 시즈닝과정은 연마패드(18)를 오히려 더 손상시킬 수 있으므로 적당한 시간의 범위로 한정되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 3 내지 8분 바람직하게는 5분 전후로 시즈닝을 수행하고 있다.

또한 시즈닝의 전체 과정에 걸쳐서 상정반(10)의 속도는 20rpm이상으로 하정반(20)의 속도는 10rpm 정도를 유지되게 하여, 상정반(10)의 보정이 상대적으로 많이 수행될 수 있도록 하고 있다.

이와 같은 과정에 의해 연마과정에 의해 연마패드에 발생될 수 있는 손상영 역의 단차의 정도가 완화되게 되고, 손상영역의 단차에 의한 웨이퍼의 롤오프현상을 완화시킬 수 있게 된다.

본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 정해지며, 특허청구범위에 기재된 사항과 동일성 범위에서 당업자가 행한 다양한 변형과 개작을 포함함은 자명하다.

본 발명은 상기와 같은 구성에 의해 의해 연마과정에 의해 연마패드에 발생될 수 있는 손상영역의 단차의 정도가 완화되게 된다.

따라서, 손상영역의 단차면에 의한 과도연마로 인해 웨이퍼 표면에 발생하던롤오프 현상을 완화시킬 수 있게 된다.

연마패드의 손상영역의 단차가 보정되기 때문에, 연마패드를 장기간에 걸쳐 반복하여 사용할 수 있게 되어, 연마패드의 교체등에 들이는 비용과 수고를 절감할 수 있게 된다.

Claims

웨이퍼의 양면을 연마하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드를 평탄하게 고르는 연마패드보정장치로,

상기 양면연마기의 연마에 의해 연마패드에 형성된 연마궤적을 고르는 시즈닝블럭과;

상기 시즈닝블럭이 관통설치되는 블럭캐리어를 포함하여,

상기 블럭캐리어에 관통설치된 시즈닝블럭이 상기 양면연마기의 상하정반 사이에 놓여지면, 상하정반이 상기 시즈닝블럭을 가압회전시켜 연마궤적의 보정을 가능하게 하고,

상기 시즈닝블럭의 중심에는 원형 공동이 형성되어 있고, 상기 공동의 직경은 상기 웨이퍼 연마궤적의 손상영역의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치.
청구항 1에 있어서, 상기 시즈닝블럭은 알루미나와 SiC 세라믹 중의 어느 하나의 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치.
청구항 1에 있어서, 상기 블럭캐리어에는 복수개의 시즈닝블럭이 관통설치되도록 복수개의 블럭홀이 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치.
청구항 1에 있어서, 상기 시즈닝블럭은 상기 블럭캐리어보다 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면 연마기의 연마패드 보정장치.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 시즈닝블럭의 폭은 그 최소한이 30mm인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치.
웨이퍼 양면연마기에 의한 연마공정이 종료된 후, 연마패드에 잔여물을 제거하는 연마패드 세정단계와;

상기 세정단계를 거친 연마패드에 청구항 1에 있어서의 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정장치를 상기 양면연마기의 상정반과 하정반의 사이에 위치시키는 단계와;

상기 연마패드 보정장치를 상하정반이 양측에서 가압회전시켜, 연마패드에 형성된 연마궤적의 주변을 고르게 다지는 시즈닝과정을 포함하여 구성되는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정방법.
청구항 7에 있어서, 상기 상하정반이 시즈닝블럭에 가하는 압력은 그 최소한이 웨이퍼 연마시의 압력과 같은 압력인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정방법.
청구항 7에 있어서, 상기 시즈닝 단계에서는 초순수가 공급되어 냉각과 세정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정방법.
청구항 7에 있어서, 시즈닝 단계는 3 내지 8분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 양면연마기의 연마패드 보정방법.