KR101050089B1 - 웨이퍼의 양면 가공장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼의 양면 가공장치에 관한 것이다.
본 발명은 웨이퍼의 양면 가공장치에 있어서, 서로 마주보고 구비되어 반대 방향으로 회전하는 상정반과 하정반; 상기 하정반 상에 안착되고 복수 개의 웨이퍼가 안착되는 복수 개의 캐리어; 상기 하정반의 중앙에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 선 기어(Sun gear); 상기 상정반과 하정반 사이의 에지에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 인터널 기어(Internal gear); 및 서로 인접한 캐리어와 상기 인터널 기어 사이에 구비되어 상기 하정반에 가해지는 압력를 지지하는 압력 지지대를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 양면 가공 장치를 제공한다.
따라서, 웨이퍼의 양면 가공장치에서 캐리어 사이의 정반 상에 압력 지지대가 구비되어, 웨이퍼의 양면 가공공정에서 정반에 가해지는 압력의 불균형과 변형을 방지하고, 그에 따라 웨이퍼에 가해지는 압력의 불균형을 예방한다.

Description

웨이퍼의 양면 가공장치{Apparatus for double side processing of wafer}
본 발명은 반도체 소자의 기판으로 사용되는 웨이퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 양면 가공장치에 관한 것이다.
통상적인 실리콘 웨이퍼는, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱 공정과, 상기 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 그라인딩(Grinding) 공정과, 상기 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 상기 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 연마하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 통하여 제조된다.
여기서, 반도체 소자의 고집적화로 인하여 제조 공정 중에서 랩핑(Lapping) 공정에서 웨이퍼에 가해지는 스크래치나 결함이, 소자의 수율 및 생산성에 큰 영향을 끼치는 중요한 인자가 되고 있다.
랩핑 공정은 웨이퍼 양면을 랩핑 상,하정반 사이에 밀착시킨 후에 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(Slurry)를 웨이퍼와 상,하정반 사이에 주입시켜 웨이퍼를 평탄화시키는 공정이다.
랩핑 공정은, 웨이퍼링 공정 중 첫 양면 가공 공정으로 웨이퍼 전체의 두께 제거(Thickness Removal)의 약 60%를 가공하는 주요 공정이며, 전체적인 웨이퍼 형상(Wafer Shape)을 가공한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 웨이퍼의 양면 가공장치, 특히 랩핑 장치에서 하정반의 변형을 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 회전중인 캐리어(110)와 캐리어(110) 사이의 공간에서 하정반(100)의 변형이 발생할 수 있다. 즉, 하정반(100)에 가해지는 압력 불균형이 링 타입(Ring type)의 패턴(pattern) 위치 'A'에 발생되고, 응력이 집중됨을 알 수 있다. 도 1b에서 응력이 집중되는 부분이 더 짙게 표시되었다.
도 2는 종래의 웨이퍼의 양면 가공장치, 특히 양면 연마장치에서 응력의 집중이 발생함을 나타낸 도면이다.
선행 공정에서 생긴 손상(damage)을 제거하기 위해서 웨이퍼 표면을 경면화하면서 연마하는 공정이 필요하다. 웨이퍼의 양면 가공(Double side polishing) 공정은 상정반과 하정반에 부착된 연마용 패드(Pad) 와 웨이어의 상대 운동에 의한 마찰력과, 연마 입자와 각종 첨가물을 혼합한 슬러리(Slurry)의 반응에 의해 연마가 이루어진다.
도 2에서, 하정반의 변형으로 인하여 웨이퍼의 에지 안쪽에 링 타입(Ring type)의 패턴(Pattern)이 발생됨을 알 수 있다. 즉, 응력으로 인하여 하정반에 변형이 발생하고, 따라서 웨이퍼의 에지 부분에서 프로파일이 고르지 못한 부분이 발생함을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 양면 가공공정에서 캐리어 사이의 정반 상에 가해지는 압력의 불균형을 해소하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 양면 가공공정에서 정반의 변형 및 그에 따라 웨이퍼에 가해질 수 있는 압력의 불균형을 해소하고자 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 웨이퍼의 양면 가공장치에 있어서, 서로 마주보고 구비되어 반대 방향으로 회전하는 상정반과 하정반; 상기 하정반 상에 안착되고 복수 개의 웨이퍼가 삽입되는 복수 개의 캐리어; 상기 하정반의 중앙에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 선 기어(Sun gear); 상기 상정반과 하정반 사이의 에지에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 인터널 기어(Internal gear); 및 서로 인접한 캐리어와 상기 인터널 기어 사이에 구비되어 상기 하정반에 가해지는 압력를 지지하는 압력 지지대를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 양면 가공 장치를 제공한다.
여기서, 상기 압력 지지대는 상기 캐리어와 동일한 방향으로 공전할 수 있다.
그리고, 상기 압력 지지대는 상기 하정반 상에 안착되는 지지부와, 상기 인터널 기어 상에 안착되는 바디, 및 상기 바디의 저면에 구비되어 상기 인터널 기어와 면접하는 지지 롤러를 포함하여 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 압력 지지대는 상기 바디의 양 끝에 구비되고 상기 캐리어와 접하는 캐리어 회전 기어부를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 압력 지지대는 상기 바디 상에 구비되고 상기 상정반과 접촉하는 롤러를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력 지지대는 상기 바디 상에 구비되고 상기 인터널 기어와 맞물리는 인터널 기어 접촉부를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 웨이퍼의 양면 가공 장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 웨이퍼의 양면 가공장치에서 캐리어 사이의 정반 상에 압력 지지대가 구비되어, 웨이퍼의 양면 가공공정에서 정반에 가해지는 압력의 불균형을 해소할 수 있다.
둘째, 웨이퍼의 양면 가공장치에서 정반의 변형이 방지되어, 그에 따라 웨이퍼에 가해지는 압력의 불균형이 예방한다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 웨이퍼의 양면 가공장치에서 하정반의 변형을 나타낸 도면이고,
도 2는 종래의 웨이퍼의 양면 가공장치에서 응력의 집중이 발생함을 나타낸 도면이고,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 웨이퍼의 양면 가공장치의 일실시예의 구성을 나타낸 도면이고,
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼의 양면 가공장치의 일실시예의 작용을 종래와 비교한 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 웨이퍼의 양면 가공장치의 일실시예의 구성을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 웨이퍼의 양면 가공장치의 일실시예를 설명한다.
본 실시예에서는, 서로 인접한 캐리어(carrier, 210) 사이의 공간에 압력 지지대(230)를 구비하여, 하정반(200)의 처짐에 의한 압력 불균형을 해소하여 하정반의 변형 및 웨이퍼에 가해지는 국부적인 압력 불균형을 제거한다.
즉, 도 3a에 도시된 바와 같이 본 실시예에서 압력 지지대(230)는 바디(236)와, 캐리어 회전 기어부(231)와, 롤러(232)와, 인터널 기어 접촉부(233)와, 지지 롤러(234), 및 지지부(235)를 포함하여 이루어진다.
구체적으로 압력 지지대(230)는 서로 인접한 캐리어(210)와 인터널 기어(Internal gear, 220) 사이에 구비되고 상기 캐리어(210)와 동일한 방향으로 공전하며, 하정반(200)에 가해지는 압력를 지지한다.
그리고, 상기 바디(236)는 상기 인터널 기어(220) 상에 안착될 수 있으며, 상기 바디(236)의 저면에는 지지 롤러(234)가 구비되어 상기 인터널 기어(220)와 면접하며 상기 바디(236)를 지탱할 수 있다.
그리고, 지지부(235)는 상기 바디(236)와 연결되고 상기 하정반(200) 사이에 안착된다. 즉, 상기 압력 지지대(230)는 상기 지지부(235)를 통하여 하정반 상에, 그리고 상기 지지 롤러(234)를 통하여 인터널 기어(220) 상에 각각 안착 내지 지지될 수 있다.
여기서, 상기 지지부(235)로 인하여, 캐리어(210) 사이를 채움으로써, 하정반(200)의 처짐을 방지할 수 있다.
그리고, 상기 바디(236)의 양 끝에는 상기 캐리어(210)와 접할 수 있도록 캐리어 회전 기어부(231)가 구비되어, 양쪽의 캐리어(21)가 서로 다른 방향으로 회전하는데서 기인하는 힘을 흡수하여 압력 지지대(230)가 상기 캐리어(210)와 동일한 방향으로 공정할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 바디(236) 상에는 롤러(232)가 구비되는데, 상기 롤러(232)는 상정반과 접촉하여, 상기 캐리어(210)의 회전력으로 인하여 발생되는 모멘텀(momentum)으로 인하여 상기 압력 지지대(230)가 상정반 안쪽으로 유격이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 롤러(232)는 상기 압력 지지대(230)가 수직 방향으로 처지는 것을 방지하는 것이다.
또한, 상기 바디(236) 상에는 상기 인터널 기어와 맞물리는 인터널 기어 접촉부(233)가 구비되는데, 상기 인터널 기어 접촉부(233)는 상기 인터널 기어(220)와 맞물려서 상기 압력 지지부(230)가 웨이퍼 양면 가공장치 외부로 밀려나가지 않고 장치 내에서 공정할 수 있도록 한다.
그리고, 상기 압력 지지대(230)에서 바디(236)를 제외한 나머지 구성은 소모품으로 교체할 수 있는 것이 바람직하다.
여기서, 본 실시예에 따른 웨이퍼의 양면 가공장치는, 서로 마주 보고 구비되며 반대 방향으로 회전하는 상정반과 하정반(200) 사이에 각각 패드가 구비되어 있다. 그리고, 각각의 패드 사이에는 웨이퍼가 삽입된 캐리어(210)가 놓여지게 된다.
그리고, 상정반과 하정반(200) 사이에 캐리어(210)가 안착된 상태에서 슬러리가 주입되면, 기계적/화학적 연마에 의하여 캐리어(210) 내의 웨이퍼의 양면이 경면 연마된다.
그리고, 통상 하나의 하정반(200)에는 5개의 캐리어(210)가 놓여지고, 각각의 캐리어(210)에는 4개의 웨이퍼가 삽입될 수 있다. 상기 캐리어(210)는 에폭시 계열의 물질을 재료로 이루어지고, 원반 형상의 캐리어(210)에는 수 개의 홀(hole)이 형성되는데, 가장 큰 홀이 웨이퍼가 삽입될 홀이고 다른 홀은 연마재 등이 삽입될 홀이다.
그리고, 선 기어(Sun gear)와 인터널 기어(Internal gear, 220) 및 상정반과 하정반(200)의 운동에 의하여 캐리어(210)가 회전하며 웨이퍼의 기계적 연마를 촉진하게 된다. 즉, 선 기어가 상기 하정반(200)의 중앙에 구비되어 상기 캐리어(210)를 회전시키고, 인터널 기어(220)가 상기 상정반과 하정반 사이의 에지에 구비되어 상기 캐리어(210)를 회전시킨다.
여기서, 본 실시예에 따른 양면 가공장치가 양면 연마장치 또는 랩핑 장치인지 여부에 따라서 세부 구성이 일부 상이할 수 있으나, 하정반 상의 인접한 캐리어 사이의 빈 공간에 상기 캐리어 들과 동일한 방향으로 회전(공전)하는 압력 지지대가 구비됨은 동일하다.
그리고, 압력 지지대는 캐리어와 동일한 공전 속도로 회전해야 함은 당연하고, 압력 지지대의 캐리어 회전 기어부가 캐리어와 같이 회전하여 압력 지지대가 캐리어의 위 또는 아래로 파고들지 못하게 한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 웨이퍼의 양면 가공장치의 일실시예의 작용을 종래와 비교한 도면이다.
CAE(Computer Added Engineering)를 통하여 웨이퍼에 가해지는 응력을 확인한 결과, 기존의 웨이퍼보다 응력의 불균형이 감소함을 확인하였다. 즉, 도 4의 A, B, C 및 D에 삽입된 웨이퍼의 응력을 확인하여 도 5에 도시된 바와 같은 결과를 얻었다.
즉, 도 4에서 A,B,C 및 D의 위치에서 상술한 압력 지지대가 구비된 장치로 양면 가공을 마친 웨이퍼의 응력을 측정한 결과가 도 5에 도시되어 있다.
도 5에서 Case 1은 종래의 웨이퍼이고, Case 2는 상술한 본 발명에 따른 웨이퍼의 양면 가공장치의 일실시예로 가공한 웨이퍼의 응력 측정 결과이다. 도시된 바와 같이, 각각의 웨이퍼들에서 응력이 종래보다 감소함을 알 수 있다.
즉, 도 5에서 웨이퍼 내에 도시된 폐곡면이 응력이 발생한 부분인데, Case 1에 비하여 Case 2에서 그 면적이 감소됨을 알 수 있다. 또한, 검정색으로 표시된 부분은 응력을 강하게 받은 부분인데, Case 2는 Case 1에 비하여 면적이 줄어듬을 알 수 있다.
그리고, 도 5에서 웨이퍼의 중심부가 받는 응력 및 최대 응력 역시 각각의 웨이퍼에서 종래보다 감소되었음을 알 수 있다.
그리고, 도 6은 A, B, C 및 D 각각의 웨이퍼에서 최대 응력과 (최대 응력-중심부가 받는 응력)을 순서대로 도시한 것이다.
즉, 도 6에서 AMax는 A 웨이퍼가 받는 최대 응력인 0.2452를 나타내고, A차이는 A 웨이퍼가 받는 최대 응력과 중심부가 받는 응력의 차이 0.2452-0.015760=0.22944를 나타내고 있으며, 다른 웨이퍼의 수치 역시 도 5에 도시된 값으로부터 구한 것이다.
도 6에서 A, B, C 및 D 4개의 웨이퍼에서 각각 응력의 최대치(Max)와 ΔS(응력집중-중심부 응력차이)가 종래의 장치에 의하여 가공한 웨이퍼보다 약 55% 줄어드는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100, 200 : 하정반 110, 210 : 캐리어
120, 220 : 인터널 기어 230 : 압력 지지대
231 : 캐리어 회전 기어부 232 : 롤러
233 : 인터널 기어 접촉부 234 : 지지 롤러
235 : 지지부 236 : 바디

Claims (6)

  1. 웨이퍼의 양면 가공장치에 있어서,
    서로 마주보고 구비되어 반대 방향으로 회전하는 상정반과 하정반;
    상기 하정반 상에 안착되고 복수 개의 웨이퍼가 삽입되는 복수 개의 캐리어;
    상기 하정반의 중앙에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 선 기어(Sun gear);
    상기 상정반과 하정반 사이의 에지에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 인터널 기어(Internal gear); 및
    서로 인접한 캐리어와 상기 인터널 기어 사이에 구비되어 상기 하정반에 가해지는 압력를 지지하는 압력 지지대를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 양면 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 지지대는,
    상기 캐리어와 동일한 방향으로 공전하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 양면 가공 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 압력 지지대는,
    상기 하정반 상에 안착되는 지지부와, 상기 인터널 기어 상에 안착되는 바디, 및 상기 바디의 저면에 구비되어 상기 인터널 기어와 면접하는 지지 롤러를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼의 양면 가공장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 압력 지지대는,
    상기 바디의 양 끝에 구비되고 상기 캐리어와 접하는 캐리어 회전 기어부를 더 포함하는 웨이퍼의 양면 가공 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 압력 지지대는,
    상기 바디 상에 구비되고 상기 상정반과 접촉하는 롤러를 더 포함하는 웨이퍼의 양면 가공 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 압력 지지대는,
    상기 바디 상에 구비되고 상기 인터널 기어와 맞물리는 인터널 기어 접촉부를 더 포함하는 웨이퍼의 양면 가공 장치.
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