KR101057228B1

KR101057228B1 - 경면연마장치의 가압헤드

Info

Publication number: KR101057228B1
Application number: KR20080103161A
Authority: KR
Inventors: 김홍길; 민판기
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2008-10-21
Filing date: 2008-10-21
Publication date: 2011-08-16
Also published as: EP2349644A4; JP2012506319A; US20110230123A1; WO2010047520A1; CN102186628A; EP2349644A1; US9073171B2; JP5603338B2; KR20100043909A

Abstract

본 발명에 따른 경면연마장치의 가압헤드는 웨이퍼를 장착한 장착블록에 균일한 압력을 가할 수 있고, 링 패드의 교체를 최소화할 수 있으며, 웨이퍼 연마량을 일정하게 유지할 수 있고, 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있으며, 에어백의 제작 및 탈/부착이 용이하다는 장점을 가진다.

경면연마장치, 가압헤드, 에어백, 웨이퍼

Description

경면연마장치의 가압헤드{Pressure plate of polisher}

본 발명은 경면연마장치의 가압헤드에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 웨이퍼를 장착한 장착블록에 균일한 압력을 가할 수 있고, 링 패드의 교체를 최소화할 수 있으며, 웨이퍼 연마량을 일정하게 유지할 수 있고, 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있으며, 에어백의 제작 및 탈/부착이 용이한 가압헤드에 관한 것이다.

웨이퍼 제조공정 중에서 경면연마 공정은 선행 공정에서 생긴 손상(damage)을 제거하기 위해서 10㎛를 목표(target)로 연마한 후, 웨이퍼 표면을 경면화하면서 LLS(Localized Light Scatter), 헤이즈(haze)를 조절하는 공정이다.

상기 경면연마 공정을 수행하기 위한 경면연마 장치는, 도 1에 나타난 바와 같이, 연마포(11)가 상면에 부착되고 소정 회전수로 회전하는 정반(12)과, 웨이퍼가 장착될 수 있고 정반(12) 위에 설치되는 장착블록(14)과, 장착블록(14)에 소정 압력을 인가한 상태에서 회전하는 가압헤드(16)와, 장착블록(14)이 가압헤드(16)의 직하부에 위치될 수 있도록 가이드하는 중심가이드(center guide)(17)와 외부 가이드(out guide)(18)를 포함한다.

가압헤드(16)가 장착블록(14)을 가압한 상태에서 회전하면 정반(12)에 부착 된 연마포(11)와 연마용액의 상호 작용에 의하여 연마가 진행된다. 이러한 구성은 경면연마 장치(10)에 일반적으로 채용되는 구성이므로 여기서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.

상술한 바와 같이, 가압헤드(16)는 장착블록(14)에 소정의 일정한 압력을 인가하면서 회전함으로써 웨이퍼와 연마포(11) 사이에 마찰을 발생시켜 웨이퍼의 표면이 경면화되도록 하면서 웨이퍼를 평탄하게 연마한다. 가압헤드(16)의 중심축(16a)은 실린더(미도시)에 연결되는데, 상기 실린더는 가압헤드(16)가 장착블록(14)에 인가하는 압력을 조절한다.

그런데, 도 2에 나타난 바와 같이, 가압헤드(16)가 장착블록(14)을 가압하면 중앙부의 압력이 가장자리의 압력보다 커지는 문제점이 있다. 도 2에서 화살표는 가압헤드(16)가 장착블록(14)에 가하는 압력의 크기를 나타낸다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 가압헤드의 아랫면에 링패드를 접착한다. 즉, 도 3 내지 도 5에 나타난 바와 같이, 링 형상의 패드(16b)를 가압헤드(19) 아랫면의 가장자리를 따라 설치하여 장착블록(14)에 균일한 압력이 인가되도록 한다.

그러나, 상기 가압헤드(19)는 웨이퍼의 평탄도를 유지하기 위하여 각각의 조건에 맞도록 링 패드(16b)의 직경을 조절하여 새로이 제작하여야 한다. 그리고, 가압헤드(19)의 중심점과 링 패드(16b)의 중심점이 일치하도록 부착해야 하는 어려움이 있고, 링 패드(16b)의 제작을 위해 연마포가 소요되며, 정확하게 직경이 조정되지 않는 경우에는 웨이퍼의 평탄도가 불량할 수 있다는 문제점이 있다.

한편, 링 패드(16b)의 직경을 조절하지 않고 가압헤드(19)에 인가되는 실린 더(미도시)의 압력을 조절할 수도 있지만, 실린더의 압력을 조절하는 경우에는 압력 변동에 따른 연마량 차이가 발생할 수 있으며, 연마량 차이가 발생할 경우에는 표면 손상(damage) 등이 잔존하여 불량이 발생될 수 있다.

본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 웨이퍼를 장착한 장착블록에 균일한 압력을 가할 수 있는 가압헤드를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있는 가압헤드를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 링 패드의 교체를 최소화할 수 있는 가압헤드를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 가압헤드에 인가되는 실린더의 압력을 일정하게 유지시켜 웨이퍼의 연마량을 일정하게 유지할 수 있는 가압헤드를 제공하는 데 있다.

상기 문제점들을 해결하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압헤드는, 몸체; 상기 몸체의 아랫면의 중앙에 설치되고, 외부로부터 유입된 압축기체에 의하여 팽창되는 에어백; 및, 상기 몸체의 아랫면의 가장자리를 따라 설치되는 링 형상의 링패드;를 포함하고, 상기 압축기체에 의하여 에어백이 팽창되는 정도를 조절함으로써 몸체가 웨이퍼에 가하는 압력이 상기 아랫면의 전체에 걸쳐서 균일해지도록 한다.

바람직하게, 상기 아랫면의 중앙에는 미리 정해진 깊이와 직경의 요홈부가 형성되고, 에어백은 요홈부를 덮도록 설치되어 에어챔버를 형성하며, 상기 요홈부에는 외부의 압축기체가 유입되는 유입관 및, 요홈부의 압축기체를 외부로 배출하는 배출관이 연결된다.

더욱 바람직하게, 유입관과 배출관은 몸체의 중심축 내부를 경유하고, 유입관에는 에어챔버의 압력에 따라 압축기체의 유입을 조절하는 밸브가 설치되고, 배출관에는 에어챔버의 압력에 따라 압축기체의 배출을 조절하는 밸브가 설치된다.

더욱 바람직하게, 요홈부의 둘레에는 요홈라인이 형성되고, 에어백은 그 테두리가 요홈라인에 끼워져서 고정된다.

여기에서, 에어백은 평판 형상인 것이 바람직하다.

본 발명의 가압헤드는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 웨이퍼를 장착한 장착블록에 균일한 압력을 인가할 수 있기 때문에 웨이퍼의 평탄도를 높일 수 있다.

둘째, 에어백을 이용하여 장착블록에 인가되는 압력을 조절할 수 있기 때문에 링 패드의 교체를 최소화할 수 있고, 링 패드의 교체를 위해 경면연마 장치를 운용할 수 없는 시간(down time)을 줄일 수 있으며, 새로운 링 패드를 제조하기 위해 소요되는 연마포를 절약할 수 있다.

셋째, 실린더의 압력을 일정하게 유지시킨 상태에서 에어백을 이용하여 장착블록에 인가되는 압력을 조절할 수 있기 때문에 웨이퍼의 연마량을 일정하게 유지하기에 유리하다.

넷째, 에어백의 탈/부착이 용이하다.

다섯째, 에어백이 튜브 형태를 가지는 것이 아니라 고무판 형상을 가지기 때문에 제조가 용이하고 제조단가가 저렴하다.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세히 설명하기로 한다. 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 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압헤드를 보여주는 단면도이다.

도면을 참조하면, 가압헤드(100)는 몸체(20)와, 몸체(20)의 중심축(30)과, 몸체(20)의 아랫면의 중앙에 설치된 에어백(50) 및, 몸체(20)의 아랫면의 가장자리를 따라 설치되는 링 형상의 링패드(16b)를 포함한다. 한편, 링 패드(16b)는 '배경 기술'란에서 설명된 바 있으므로 여기서는 설명을 생략하기로 한다. 아울러, 도 6에서 도 1 내지 도 5의 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

몸체(20)는 원형으로 이루어지는데, 그 윗면은 중심축(30)과 연결된다. 몸체(20)는 웨이퍼를 장착한 장착블록(14)을 가압한다.

바람직하게, 몸체(20)의 아랫면의 중심에는 미리 정해진 깊이와 직경의 요홈부(25)가 형성된다. 도 6과 도 7에 나타난 바와 같이, 요홈부(25)의 둘레에는 요홈라인(27)이 형성된다. 요홈라인(27)에는 에어백(50)의 테두리가 끼워져서 고정된다.

중심축(30)은 몸체(20)의 윗면에 연결된다. 중심축(30)은 구동모터(미도시)의 회전력에 의하여 회전되어 몸체(20)를 회전시킨다. 중심축(30)에는 실린더(미도시)가 연결되는데, 실린더는 몸체(20)가 장착블록(14)을 가압하는 압력을 조절한다.

에어백(50)은 요홈부(25)를 덮도록 설치되어 에어챔버(55)를 형성한다. 에어백(50)은 평판 형상으로 이루어지는데, 에어백(50)의 테두리는 요홈라인(27)에 끼워져서 고정된다. 에어백(50)은 에어챔버(55)의 압력에 따라 팽창할 수 있는 소재, 예를 들어 고무로 만들어지는 것이 바람직하다.

평판 형상의 에어백(50)은 내부에 압축기체가 수용되는 튜브 형상의 에어백 보다 제조가 용이하다는 장점이 있다. 또한, 몸체(20)의 아랫면에 요홈부(25)를 형성하고 요홈부(25)를 평판 형상의 에어백(50)으로 덮음으로써 에어챔버(55)를 형성 하기 때문에 에어백(50)의 설치도 용이하다. 아울러, 에어백(50)이 몸체(20)의 외부에 설치되기 때문에 에버백(50)을 설치하거나 교체하기 위하여 가압헤드(100)를 분해할 필요가 없다. 따라서, 본 발명은 에어백(50)의 설치 및 교체가 용이하다는 장점도 가진다.

전술한 바와 같이, 에어백(50)과 요홈부(25)는 에어챔버(55)를 형성하는데, 에어챔버(55)는 유입관(33) 및 배출관(35)과 연결된다.

유입관(33)은 외부의 압축기체 탱크(미도시)와 연결되어 압축기체를 에어챔버(55)에 공급한다. 유입관(33)에는 에어챔버(55)의 내부압력에 따라 압축기체의 공급을 조절하는 밸브(미도시)가 설치되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 전자감압밸브가 설치될 수 있다.

배출관(35)은 에어챔버(55) 내부의 압축기체를 외부로 배출한다. 배출관(35)에는 에어챔버(55)의 내부압력에 따라 압축기체의 배출을 조절하는 밸브(미도시)가 설치되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 전자감압밸브가 설치될 수 있다.

아울러, 압축기체의 공급과 배출은 제어부(미도시)에 의하여 이루어지는데, 제어부는 공기압 조절용 가변저항을 이용하여 에어챔버(55)에 공급되는 기체의 양을 조절할 수 있다.

한편, 유입관(33)과 배출관(35)은 중심축(30)의 내부를 경유하도록 만들어지는 것이 바람직하다.

도 8과 도 9에 나타난 바와 같이, 몸체(20) 아랫면의 가장자리에는 링패드(16b)가 설치되기 때문에 링패드(16b)에 의하여 장착블록(14)에 압력이 인가되고 상기 아랫면의 중심에는 에어백(50)이 팽창하여 장착블록(14)에 압력을 인가한다. 이 때, 에어백(50)에 공급되는 압축기체의 양을 조절하여 에어백(50)이 장착블록(14)에 가하는 압력을 조절함으로써 장착블록(14) 전체에 걸쳐서 균일한 압력이 인가되도록 하여 웨이퍼의 평탄도를 향상시킬 수 있다. 도 9에서 화살표는 가압헤드(100)의 아랫면이 장착블록(14)에 인가하는 압력의 크기를 나타낸다. 종래에는 연마 조건이 변동되면 장착블록(14)에 인가되는 압력이 균일해지도록 하기 위하여 링패드(16b)를 교체하였는데, 본 발명에서는 에어백(50)의 팽창 정도를 조절하면 장착블록(14)에 균일한 압력이 인가되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 링패드(16b)를 새로이 제작하는 비용과 시간을 절감할 수 있고 링패드(16b)의 교체를 위하여 연마장치를 가동할 수 없는 시간(down time)을 대폭 줄일 수 있다.

한편, 종래에는 링패드(16b)를 교체하지 않는 대신에 중심축(30)과 연결된 실린더(미도시)의 압력을 조절하기도 하였으나, 실린더의 압력을 조절하는 경우에는 실린더의 압력 조절이 어려울 뿐만 아니라 실린더의 압력 변화에 따른 연마량 차이로 인하여 웨이퍼 표면의 손상(damage)이 잔존할 수 있다는 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명은 에어백(50)으로 가압력을 조절하고 실린더의 가압력은 항상 일정하게 유지하면 되기 때문에 가압력의 조절이 이용하고 연마량을 일정하게 유지할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 경면연마장치의 가압헤드를 보여주는 사시도.

도 2는 도 1의 가압헤드가 웨이퍼를 장착한 장착블록에 인가하는 압력을 보여주는 정면도.

도 3은 링패드를 장착한 가압헤드가 장착블록에 인가하는 압력을 보여주는 정면도.

도 4는 도 3의 A 부분의 확대도.

도 5는 도 3의 가압헤드를 보여주는 저면도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가압헤드를 보여주는 단면도.

도 7은 도 6의 B 부분의 확대도.

도 8은 도 6의 가압헤드를 보여주는 저면도.

도 9는 도 6의 가압헤드가 장착블록에 인가하는 압력을 보여주는 정면도.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>

16b : 링패드 20 : 몸체

25 : 요홈부 30 : 중심축

50 : 에어백 55 : 에어챔버

100 : 가압헤드

Claims

가압헤드의 몸체;

상기 몸체의 아랫면의 중앙에 설치되고, 외부로부터 유입된 압축기체에 의하여 팽창되는 에어백; 및

상기 몸체의 아랫면의 가장자리를 따라 설치되는 링 형상의 링패드;를 포함하고,

상기 압축기체에 의하여 에어백이 팽창되는 정도를 조절함으로써 에어백과 링패드가 웨이퍼에 균일한 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는 경면연마장치의 가압헤드.
제1항에 있어서,

상기 아랫면의 중앙에는 미리 정해진 깊이와 직경의 요홈부가 형성되고, 에어백은 요홈부를 덮도록 설치되어 에어챔버를 형성하며,

상기 요홈부에는 외부의 압축기체가 유입되는 유입관 및, 요홈부의 압축기체를 외부로 배출하는 배출관이 연결된 것을 특징으로 하는 경면연마장치의 가압헤드.
제2항에 있어서,

유입관과 배출관은 몸체의 중심축 내부를 경유하고,

유입관에는 에어챔버의 압력에 따라 압축기체의 유입을 조절하는 밸브가 설치되고, 배출관에는 에어챔버의 압력에 따라 압축기체의 배출을 조절하는 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 경면연마장치의 가압헤드.
제2항에 있어서,

요홈부의 둘레에는 요홈라인이 형성되고, 에어백은 그 테두리가 요홈라인에 끼워져서 고정되는 것을 특징으로 하는 경면연마장치의 가압헤드.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

에어백은 평판 형상인 것을 특징으로 하는 경면연마장치의 가압헤드.