KR101081930B1

KR101081930B1 - 웨이퍼 연마 장치

Info

Publication number: KR101081930B1
Application number: KR1020110014328A
Authority: KR
Inventors: 박우식
Original assignee: 주식회사 엘지실트론
Priority date: 2011-02-18
Filing date: 2011-02-18
Publication date: 2011-11-10

Abstract

웨이퍼 연마 장치는 하정반, 상기 하정반 위에 로딩되고, 웨이퍼를 수용하는 캐리어, 상기 하정반 상에 배치되고, 테두리에 호(arc) 형상의 서로 이격하는 홈들을 갖는 중앙 정반(center plate), 및 상기 홈들 각각에 일부가 삽입되는 에지 정반(edge plate)을 포함하며, 상기 에지 정반들 중 적어도 하나가 상기 웨이퍼에 가하는 압력은 상기 중앙 정반이 상기 웨이퍼에 가하는 압력과 독립적으로 개별 조절된다.

Description

웨이퍼 연마 장치{An apparatus for polishing a wafer}

본 발명은 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 연마 장치에 관한 것이다.

웨이퍼 제조 과정에서 연마 공정은 크게 웨이퍼의 표면 변층을 제거하고 두께 균일도를 개선시키는 스톡(stock) 연마와 표면 거칠기를 1Å 전후의 경면으로 가공하는 경면 연마로 구분될 수 있다.

DSP(Double Side polishing) 공정은 슬러리(slurry)를 연마제로 사용하여 정반 가압하에 패드(pad)와 웨이퍼의 마찰을 통하여 연마를 수행하며, 웨이퍼의 평탄도를 결정할 수 있다.

DSP 공정은 슬러리와 웨이퍼 표면의 화학적 작용을 이용하는 화학적 공정(Chemical process)과 정반 가압 하에서 패드와 웨이퍼 간의 마찰을 이용하는 기계적 공정(Mechanical process)의 복합적인 작용(Mechano-Chemical Polishing)에 의해 이루어진다. 이 중 웨이퍼에 가해지는 압력이 웨이퍼의 연마에 가장 큰 영향을 주는 인자이며, 압력이 웨이퍼 전체에 고르게 분배되어야 고평탄도의 웨이퍼 연마가 이루어질 수 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 웨이퍼의 평탄도를 향상시킬 수 있는 웨이퍼 연마 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 연마 장치는 하정반, 상기 하정반 위에 로딩되고, 웨이퍼를 수용하는 캐리어, 상기 하정반 상에 배치되고, 테두리에 호(arc) 형상의 서로 이격하는 홈들을 갖는 중앙 정반(center plate), 및 상기 홈들 각각에 일부가 삽입되는 에지 정반(edge plate)을 포함하며, 상기 에지 정반들 중 적어도 하나가 상기 웨이퍼에 가하는 압력은 상기 중앙 정반이 상기 웨이퍼에 가하는 압력과 독립적으로 개별 조절된다.

상기 웨이퍼 연마 장치는 상기 중앙 정반을 자전시킴과 동시에 상기 에지 정반들을 공전시키는 주회전축, 및 상기 에지 정반들 각각을 자전시키는 부회전축을 더 포함할 수 있으며, 상기 에지 정반들 중 적어도 하나를 자전시키는 부회전축의 회전 속도는 상기 주회전축의 회전 속도와 다르다.

상기 웨이퍼 연마 장치는 상기 주회전축에 연결되며, 상기 주회전축이 회전함에 따라 회전하는 회전판, 상기 회전판의 하면에 상기 중앙 정반을 고정시키는 제1 지지부, 및 상기 회전판의 측면에 상기 부회전축을 고정시키는 제2 지지부를 더 포함할 수 있다.

상기 웨이퍼 연마 장치는 상기 회전판에 고정된 상기 중앙 정반 및 상기 에지 정반들에 압력을 가하는 주가압부, 및 상기 에지 정반들 각각에 압력을 가하는 부가압부를 더 포함할 수 있다.

상기 웨이퍼 연마 장치는 상기 중앙 정반 하면에 부착되는 제1 연마 패드, 및 상기 에지 정반 하면에 부착되는 제2 연마 패드를 더 포함할 수 있다. 상기 부가압부는 상기 에지 정반들 중 적어도 하나에 다른 압력을 가할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼 연마 장치는 웨이퍼의 평탄도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 웨이퍼 연마 장치의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 2에 도시된 중앙 정반을 나타낸다.
도 4는 도 2에 도시된 중앙 정반 및 제1 에지 정반의 확대도를 나타낸다.
도 5는 일반적인 상정반 처짐 현상을 나타낸다.

이하, 본 발명의 기술적 과제 및 특징들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 본 발명이 여러 가지 수정 및 변형을 허용하면서도, 그 특정 실시 예들이 도면들로 예시되어 나타내어지며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명을 개시된 특별한 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 오히려 본 발명은 청구항들에 의해 정의된 본 발명의 사상과 합치되는 모든 수정, 균등 및 대용을 포함한다. 동일한 참조 번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.

도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치(100)를 나타내며, 도 2는 도 1에 도시된 상정반(110)의 평면도를 나타내고, 도 3은 도 2에 도시된 중앙 정반(112)을 나타내고, 도 4는 도 2에 도시된 중앙 정반(112) 및 에지 정반(114-1)의 확대도를 나타낸다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 웨이퍼 연마 장치(100)는 상정반(110, upper plate), 하정반(120, lower plate), 주회전축(130), 회전판(140), 부회전축(132-1 내지 132-6), 주가압부(160), 부가압부(150), 제1 내지 제3 연마 패드(190,192,194), 및 캐리어(220, carrier)를 포함한다.

상정반(110)은 중앙 정반(center plate, 112) 및 에지 정반들(edge plate, 114-1 내지 114-6)을 포함한다. 도 3을 참조하면, 중앙 정반(112)은 원반 형상이며, 테두리에 호(arc) 형상의 서로 이격하는 홈들(410-1 내지 410-6)을 갖는다. 홈들(410)은 중앙 정반(112)의 테두리에 중심을 기준으로 서로 대칭적으로 배치될 수 있다. 예컨대, 중앙 정반(112)의 테두리에 마련되는 홈들(410-1 내지 410-6)은 동일한 반지름을 갖는 반원 형상일 수 있다.

도 2를 참조하면, 에지 정반들(114-1 내지 114-6)은 중앙 정반(112)의 지름보다 작은 지름을 갖는 원반 형상이다. 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 각각은 동일한 지름을 가질 수 있다.

에지 정반들(114-1 내지 114-6) 중 어느 하나는 중앙 정반(112)의 홈들(410-1 내지 410-6) 중 상응하는 어느 하나의 홈 내에 일부분이 삽입되도록 홈과 이격하여 배치된다. 예컨대, 제1 에지 정반(114-1)은 일부분이 중앙 정반(112)의 제1 홈(410-1) 내에 삽입되도록 배치될 수 있다. 삽입된 제1 에지 정반(114-1)의 일부분은 제1 홈(410-1)과 이격한다.

도 4를 참조하면, 삽입된 제1 에지 정반(114-1)의 일부분과 제1 홈(410-1) 사이의 이격 거리(D1)는 5mm ~ 10mm 이내일 수 있다. 그리고 삽입된 제1 에지 정반(114-1) 부분의 상부 면적(S)은 제1 에지 정반(114-1) 전체 상부 면적(T)의 1/2 보다 크거나 같고, 전체 상부 면적보다 작을 수 있다(T/2≤ S < T).

제1 연마 패드(190)는 중앙 정반(112) 하면에 부착되며, 제2 연마 패드(192)는 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 각각의 하면에 부착된다.

연마시 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 중 적어도 하나가 웨이퍼에 가하는 압력은 중앙 정반(112)이 웨이퍼에 가하는 압력과 독립적으로 조절될 수 있다. 또한 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 각각이 웨이퍼에 가하는 압력은 서로 개별적이고, 독립적으로 조절될 수 있다.

부회전축들(132-1 내지 132-6) 각각은 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 중 상응하는 어느 하나에 결합되고, 결합된 어느 하나의 에지 정반을 회전시킨다. 예컨대, 제1 부회전축(132-1)은 제1 에지 정반(114-1)과 결합하며, 제1 에지 정반(114-1)을 회전시킨다. 이때 제1 에지 정반(114-1)은 제1 부회전축(132-1)을 중심으로 회전 운동할 수 있다.

예컨대, 부회전축들(132-1 내지 132-6) 각각은 구동 모터(미도시)와 연결되고, 구동 모터의 회전에 의하여 부회전축들(132-1 내지 132-6) 각각은 회전할 수 있다. 이때 부회전축들(132-1 내지 132-6) 각각의 회전 방향 및 속도는 동일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 부회전축들(132-1 내지 132-6) 중 적어도 하나는 회전 방향 및 속도가 다를 수 있다.

부가압부(150)는 부회전축들(132-1 내지 132-6) 각각에 연결되며, 부회전축들(132-1 내지 132-6) 각각에 압력을 가할 수 있다. 압력에 의하여 연마시 웨이퍼(205)에 가해지는 에지 정반들(114-1 내지 114-6)의 하중이 조절될 수 있다.

예컨대, 부가압부(150)는 웨이퍼(205)에 가해지는 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 각각의 하중을 개별적으로 조절할 수 있다. 또한 중앙 정반이 웨이퍼에 가하는 하중과 독립적으로, 부가압부(150)는 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 중 적어도 하나가 웨이퍼에 가하는 하중을 조절할 수 있다.

예컨대, 부가압부(150)는 부회전축들(132-1 내지 132-6) 각각에 연결되는 공압 또는 유압 실린더(cylinder, 미도시)일 수 있다. 공압 또는 유압에 의하여 부회전축들(132-1 내지 132-6) 각각에 압력이 가해지고, 가해진 압력에 의하여 캐리어(220)에 로딩(loading)된 웨이퍼(205)의 에지 영역에 가해지는 에지 정반(114-1 내지 114-6)의 하중이 조절될 수 있다.

부가압부(150)는 에지 정반(114-1 내지 114-6)들 각각에 동일한 압력을 가할 수 있다. 또는 부가압부(150)는 에지 정반(114-1 내지 114-6)들 중 적어도 하나에 다른 압력을 가할 수 있다.

중앙 정반(112) 및 에지 정반들(114-1 내지 114-6)은 주회전축(130)을 기준으로 동일한 회전 방향 및 동일한 회전 속도로 회전한다. 예컨대, 중앙 정반(112)은 주회전축(130)을 중심으로 자전하고, 에지 정반들(114-1 내지 114-6)은 주회전축(130)을 중심으로 공전함과 동시에 부회전축(132-1 내지 132-4)을 중심으로 자전할 수 있다. 이때 주회전축(130)의 자전은 에지 정반들(114-1 내지 114-6)의 공전과 그 속도와 방향이 동일할 수 있다. 또한, 주회전축(130)의 자전은 에지 정반들(114-1 내지 114-6)의 자전과 그 속도 및 방향이 서로 다르거나 동일할 수 있다.

주회전축(130)은 회전판(140)의 중앙에 연결되며, 회전판(140)을 회전시킨다. 예컨대, 주회전축(130)은 구동 모터(미도시)에 연결될 수 있으며, 구동 모터의 회전에 의하여 주회전축(130)은 회전하며, 주회전축(130)의 회전력에 의하여 회전판(140)은 회전할 수 있다.

중앙 정반(112) 및 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 각각은 회전판(140)에 고정되며, 회전판(140)이 회전함에 따라 중앙 정반(112) 및 에지 정반들(114-1 내지 114-6)은 주회전축(130)을 중심으로 회전할 수 있다.

예컨대, 중앙 정반(112)의 중앙(center)이 주회전축(130)에 정렬되도록 중앙 정반(112)은 회전판(140)의 밑면으로부터 분기하는 제1 지지부(144)에 고정되며, 부회전축들(132-1 내지 132-6)은 회전판(140)의 측면으로부터 분기하는 제2 지지부들(146) 각각에 고정될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 예컨대, 제2 지지부(146)는 부회전축(132-1 내지 132-6)이 연결된 부가압부(150)에 고정될 수 있다.

이때 제1 지지부(144)는 중앙 정반(112)이 회전판(140)에 고정되도록 중앙 정반(112)을 지지하며, 제2 지지부(146)는 에지 정반들(114-1 내지 114-6)이 회전판(140)에 고정되도록 에지 정반들(114-1 내지 114-6)을 지지한다.

주회전축(130)은 회전판(140)을 회전시키고, 제1 지지부(144)에 의하여 회전판(140)에 고정되는 중앙 정반(112) 및 제2 지지부(146)에 의하여 회전판(140)에 고정되는 에지 정반들(114-1 내지 114-6)은 주회전축(130)을 중심으로 동일한 방향 및 속도로 회전 운동할 수 있다.

주가압부(160)는 주회전축(130)에 연결되며, 회전판(140)에 고정된 상정반(110)에 압력을 가한다.

예컨대, 주가압부(160)는 주회전축(130)에 연결되는 공압 또는 유압 실린더(cylinder, 미도시)일 수 있다. 공압 또는 유압에 의하여 주회전축(130)에 압력이 가해지고, 가해진 압력에 의하여 캐리어(220)에 로딩(loading)된 웨이퍼(205)의 중앙 영역에 가해지는 중앙 정반(112)의 하중이 조절될 수 있다.

또한 주가압부(160)에 의하여 주회전축(130)에 가해지는 압력과 상술한 부가압부(150)에 의하여 부회전축(150)에 기해지는 압력에 의하여 캐리어(220)에 로딩된 웨이퍼(205)의 에지 영역에 가해지는 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 각각의 하중이 조절될 수 있다.

연마시 주가압부(160)가 상정반(110)에 가하는 압력을 "제1 연마 압력"이라 하고, 부가압부(150)가 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 각각에 가하는 압력을 "제2 연마 압력"이라 가정한다.

제1 연마 압력에 의하여 중앙 정반(112)이 웨이퍼에 가하는 압력이 결정되며, 제1 연마 압력 및 제2 연마 압력에 의하여 에지 정반들(114-1 내지 114-6) 각각이 웨이퍼에 가하는 압력이 결정될 수 있다.

즉 연마시 제2 연마 압력을 조절하여 에지 정반들(114-1 내지 114-6)이 웨이퍼(205)의 에지 영역에 가하는 압력과 중앙 정반(112)이 웨이퍼(205)의 중앙 영역에 가하는 압력은 서로 다르게 조절될 수 있다.

하정반(120)은 원반 형상으로 상정반(110)의 하부에 배치되고, 하정반(120)의 상면에는 제3 연마 패드(194)가 부착된다. 하정반(120)은 상정반(110)과 동일한 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있다.

캐리어(220)는 제3 연마 패드(194) 상에 배치된다. 캐리어(220)는 원반형이며, 캐리어(220)는 에폭시 글래스(epoxy glass), 우레탄 또는 폴리머 재질일 수 있다. 캐리어(220)는 웨이퍼를 수용하는 웨이퍼 장착 홀 및 슬러리를 배출하는 슬러리 홀을 가진다. 캐리어(220)는 예컨대, 5개의 웨이퍼 장착홀(210)을 가질 수 있으며, 5장의 웨이퍼가 캐리어(220)에 로딩될 수 있다. 이때 로딩되는 웨이퍼(105)는 지름이 300mm일 수 있다.

하정반(120)의 외주면에는 인터널 기어(internal gear, 222)가 구비되며, 하정반(120)의 중심부에는 선기어(sun gear, 224)가 배치될 수 있다. 캐리어(220)의 외주면에 인터널 기어(222) 및 선기어(224) 각각과 맞물리는 기어를 가질 수 있으며, 인터널 기어(222) 및 선기어(224)와 맞물려 연마 공정시 회전 운동을 할 수 있다. 이때 인터널(222)와 선기어(224)는 독립 회전이 가능하다.

일반적으로 대구경(예컨대 300mm) 웨이퍼의 양면 연마 장치에 사용되는 정반(plate)은 지름이 크고, 가공이 어려운 재질을 가짐에 따라 정밀 가공이 어렵다. 정밀하게 가공을 하더라도 상정반을 지지부에 장착했을 때의 상정반의 무게로 인하여 에지 부분이 하부로 쳐지게 된다.

도 5는 일반적인 상정반 처짐 현상을 나타낸다. 도 5를 참조하면, 상정반을 지지부(510)에 장착했을 때의 상정반(520)의 무게로 인하여 상정반(520)의 에지 부분(도 5에서 해칭된 부분)이 하부로 쳐지게 된다. 이로 인하여 웨이퍼 양면 연마시 상정반(520)의 에지 부분은 중앙 부분에 비하여 웨이퍼 가하는 하중이 상대적으로 크다. 이는 웨이퍼 에지 부분의 연마량이 중앙 부분의 연마량에 비하여 상대적으로 크게 하는 원인이 되어 웨이퍼의 평탄도가 나빠질 수 있다.

그러나 실시예는 상정반(110)을 에지 정반들(114-1 내지 114-6)과 중앙 정반(112)으로 구분하고, 중앙 정반(112)이 웨이퍼에 가하는 압력과 중앙 정반이 웨이퍼(205)에 가하는 압력을 서로 달리하여 연마시 웨이퍼의 중앙 부분과 에지 부분의 연마량을 조절할 수 있다.

예컨대, 에지 정반들(114-1 내지 114-6)이 웨이퍼에 가하는 압력을 중앙 정반(112)이 웨이퍼(205)에 가하는 압력보다 작도록 함으로써, 상정반 처짐 현상에 의한 웨이퍼의 평탄도의 악화를 방지할 수 있다.

또한 연마시 부회전축(132-1 내지 132-6)의 회전 속도를 주회전축(130)의 회전 속도와 달리하여 웨이퍼의 부위별 연마량을 조절할 수 있다. 예컨대, 연마시 부회전축(132-1 내지 132-6)의 회전 속도를 주회전축(130)의 회전 속도보다 크게 하여 상정반 처짐 현상에 의한 웨이퍼의 평탄도의 악화를 방지할 수 있다.

또한 중앙 정반(112)에 부착되는 제1 연마 패드(190)와 에지 정반들(114-1 내지 114-6)에 부착되는 제2 연마 패드(192)의 재질 또는 강도를 달리하여 웨이퍼의 부위별 연마량을 달리하여 상정반 처짐 현상에 의한 웨이퍼의 평탄도의 악화를 방지할 수 있다. 예컨대, 제2 연마 패드(192)의 강도를 제1 연마 패드(190)의 강도보다 낮게 하여 웨이퍼 중앙 영역에 비하여 상대적으로 웨이퍼의 에지 영역의 연마량을 적게 할 수 있다.

결국 실시예는 중앙 정반(112)과 독립적으로 회전 및 가압이 가능한 에지 정반들(114-1 내지 114-6)을 구비하여, 웨이퍼의 에지 부분에 대한 연마량을 조절함으로써 웨이퍼 평탄도를 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

110: 상정반, 112: 중앙 정반,
114-1 내지 114-6: 에지 정반들, 120: 하정반,
130: 주회전축, 132-1 내지 132-6: 부회전축,
140: 회전판, 144: 제1 지지부,
146: 제2 지지부, 150: 부가압부,
160: 주가압부, 190,192,194: 연마 패드들,
205: 웨이퍼, 220: 캐리어,
222: 인터널 기어, 224: 선기어,
410-1 내지 410-6: 홈들

Claims

하정반;
상기 하정반 위에 로딩되고, 웨이퍼를 수용하는 캐리어;
상기 하정반 상에 배치되고, 테두리에 호(arc) 형상의 서로 이격하는 홈들을 갖는 중앙 정반(center plate); 및
상기 홈들 각각에 일부가 삽입되는 에지 정반(edge plate)을 포함하며,
상기 에지 정반들 중 적어도 하나가 상기 웨이퍼에 가하는 압력은 상기 중앙 정반이 상기 웨이퍼에 가하는 압력과 독립적으로 개별 조절되는 웨이퍼 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 중앙 정반을 자전시킴과 동시에 상기 에지 정반들을 공전시키는 주회전축; 및
상기 에지 정반들 각각을 자전시키는 부회전축을 더 포함하며,
상기 에지 정반들 중 적어도 하나를 자전시키는 부회전축의 회전 속도는 상기 주회전축의 회전 속도와 다른 웨이퍼 연마 장치.
제2항에 있어서,
상기 주회전축에 연결되며, 상기 주회전축이 회전함에 따라 회전하는 회전판;
상기 회전판의 하면에 상기 중앙 정반을 고정시키는 제1 지지부; 및
상기 회전판의 측면에 상기 부회전축을 고정시키는 제2 지지부를 더 포함하는 웨이퍼 연마 장치.
제3항에 있어서,
상기 회전판에 고정된 상기 중앙 정반 및 상기 에지 정반들에 압력을 가하는 주가압부; 및
상기 에지 정반들 각각에 압력을 가하는 부가압부를 더 포함하는 웨이퍼 연마 장치.
제1항에 있어서,
상기 중앙 정반 하면에 부착되는 제1 연마 패드; 및
상기 에지 정반 하면에 부착되는 제2 연마 패드를 더 포함하는 웨이퍼 연마 장치.
제4항에 있어서, 상기 부가압부는,
상기 에지 정반들 중 적어도 하나에 다른 압력을 가하는 웨이퍼 연마 장치.