KR101164101B1 - 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치는 웨이퍼의 상면과 접촉하며 길이 방향의 중심을 축으로 회전하는 원통 형상의 제1 연마 롤러; 상기 제1연마 롤러에 대향하여 설치되며 상기 웨이퍼의 하면과 접촉하며 길이 방향의 중심을 축으로 회전하는 원통 형상의 제2 연마 롤러; 및 상기 웨이퍼의 측면과 접촉하여 상기 웨이퍼를 회전구동시키는 회전구동모듈을 포함하여 구성된다.
상기 본 발명을 통하여, 종래 정반에 의한 연마 장치의 개념에서 일 진보된 새로운 웨이퍼 연마 장치를 제안하며, 제안된 연마 장치에 의하면 웨이퍼 연마에 품질 향상, 연마 장치에 대한 더욱 높은 경제성, 단일 공정에서의 웨이퍼 연마 개수의 증진을 통한 공정 수행의 효율성을 제고시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

Description

롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치{Apparatus for double side polishing with roller structure}

본 발명은 웨이퍼를 대상으로 연마(polishing)공정을 수행하는 양면 연마 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 종래 정반 구조에 의한 양면 연마 방식을 지양하고, 롤러에 의한 새로운 개념의 방식을 적용시킨 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼를 제조하는 주된 공정은 단결정 잉곳(ingot)을 슬라이스하여 얇은 디스크 모양의 웨이퍼를 생성하는 슬라이스 공정, 상기 슬라이스 공정에 의하여 생성된 웨이퍼의 균열, 갈라짐 또는 홈 등을 방지하기 위하여 외주부를 챔퍼링(chamfering)하는 챔퍼링 공정, 웨이퍼를 평탄화하는 래핑(lapping)공정, 챔퍼링 및 래핑공정이 완료된 웨이퍼에 잔존하는 가공 변형 부위를 제거하는 에칭공정, 웨이퍼 표면을 경면화하는 연마(polishing)공정 및 이물질을 제거하는 세정공정 등으로 구성되며, 제작 환경이나 대상 웨이퍼의 스펙 등에 따라 부가적인 공정이 추가될 수도 있으며 상기 공정 수행의 순서가 다소 변경되기도 한다.

상기 공정 중 연마 공정은 편면 연마 공정 또는 양면 연마 공정 등으로 구분될 수 있는데, 상기 양면(이중) 연마 공정(DSP. Double Side Polishing)은 웨이퍼의 상부 및 하부면을 대상으로 양면에서 폴리싱(polishing)이 진행되도록 하는 공정이다.

첨부된 도 1 내지 도 3를 통하여 상기 양면 연마 공정을 수행하는 양면 연마 장치를 간략히 설명하면 다음과 같다.

상기 양면 연마 장치(10)는 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이 연마 패드가 하면에 부착된 상정반(15), 상기 상정반(15)에 대향하여 설치되며 상면에 연마 패드가 부착된 하정반(11) 및 상기 상정반(15)과 하정반(11) 사이에 설치되고 연마의 대상이 되는 웨이퍼(1)가 장착홀(16)에 장착되는 캐리어(13)를 포함하여 구성된다.

동작 및 구조 관계를 간략히 살펴보면, 하정반의 외주에는 인터널 기어(internal gear)(12)가 구비되며, 장치의 중앙 부위에는 선기어(sun gear)(14)가 설치되며, 상기 하나 이상의 웨이퍼(1)가 장착된 캐리어(13)는 상기 인터널 기어(12) 및 선기어(14)와 치합되어 회전운동을 하게 된다.

상기와 같은 구조에서 양면 연마의 대상이 되는 대상 웨이퍼(1)는 상정반 및 하정반에 부착된 연마 패드(pad)와의 회전 운동에 의한 마찰력과 연마 입자와 각종 첨가물을 혼합한 연마액인 슬러리(slurry)의 반응 등에 의하여 기계 화학적 연마가 수행된다.

상기 인터널 기어와 선 기어는 독립 회전이 가능하도록 구성되는데, 각 축의 회전 비 또는 속도 등에 따라 상기 캐리어 자전 및 공전의 정도(주기, 횟수 등)가 결정된다. 상기 캐리어(13)에 로딩된 웨이퍼(1)는 상기 캐리어의 자전 또는 공전의 정도에 대응되는 회전 운동을 하게 되고 이에 따라 상기 웨이퍼는 이에 맞닿은 상하부 양면의 패드와의 마찰력에 의해 연마가 진행된다.

상기와 같은 종래 양면 연마 장치는 최소 1500mm이상이 되는 크기의 정반을 제작하여야 하므로 일정 수준 이상의 평탄도가 보장되기 어려우며, 내 화학성 또한 요구되므로 SUS 등의 특정 재질만이 선별적으로 사용되어야 하므로 제작 단가가 상당히 높다는 문제점이 있다.

또한, 1000KG을 넘는 정반 등의 회전 구조가 구현되어야 하므로 구동모터의 용량 증대 등 필요 이상의 복잡하고 고가의 부수 제어 장치가 필요하며, 또한, 상당 크기와 무게를 가지는 정반의 평탄도를 공정 수행 중 정밀하게 제어하는 것이 거의 불가능하다는 문제점을 내포하고 있으며, 종래기술의 장치는 상기 정반에 대응되는 크기로 동일 물성을 가지는 연마 패드를 제조하여야 하며 이 또한 상당한 고비용이 소요되며, 패드의 큰 사이즈로 인해 정반에 탑재(mount)하는 것 또한 상당히 어려운 작업에 해당된다.

한편, 이러한 정반과 패드에 의한 기계적 연마 효율을 살펴볼 때, 캐리어(13)의 장착홀(16)에 끼움 결합되는 웨이퍼(1)는 첨부된 도 2와 같은 단면 구조를 가지게 되는데, 도 2의 A로 표기된 모서리(edge) 부분에 상정반 및 하정반(15, 11)에 의한 압력이 집중되므로 웨이퍼의 모서리 부분에 대한 품질 저하 현상이 유발될 가능성이 상당히 높게 되며, 웨이퍼의 대형화로의 경향성을 고려할 때 상기 문제는 간과할 수 없는 중대한 문제점이 될 수 있다.

이와 함께 공정의 중장기적 운용에 따라 가압이 누적될수록 압축에 의한 패드 두께의 변화가 발생하게 되며, 또한, 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 형상적 특징 또한, 모서리로 갈수록 더욱 급격한 프로파일(profile)을 가지게 되어 일정 수준 이상의 균일한 품질 확보에 어려움이 발생하게 되는데 이는 곧 새로운 정반 또는 패드의 교체 주기를 더욱 짧게 하거나 빈번하게 하여 상기 문제점이 더욱 증폭되고 있다고 할 수 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서 정반이나 인터널 기어 또는 선기어에 기초한 종래 양면 연마 장치의 문제점을 원천적으로 극복할 수 있도록 롤러 구조에 의한 양면 연마 장치로 개선시킴으로써 더욱 경제적이고 효율적인 양면 연마 장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치는 웨이퍼의 상면과 접촉하며 길이 방향의 중심을 축으로 회전하는 원통 형상의 제1 연마 롤러; 상기 제1연마 롤러에 대향하여 설치되며 상기 웨이퍼의 하면과 접촉하며 길이 방향의 중심을 축으로 회전하는 원통 형상의 제2 연마 롤러; 및 상기 웨이퍼의 측면과 접촉하여 상기 웨이퍼를 회전구동시키는 회전구동모듈을 포함하여 구성된다.

여기에서, 상기 제1 또는 제2연마 롤러는 외주면에 구비된 연마 패드에 의하여 상기 웨이퍼에 접촉하도록 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 본 발명은 상기 웨이퍼의 면상 중심을 기준으로 상기 제1 및 제2 연마 롤러의 상대 위치를 조정하는 위치조정모듈 또는 상기 제1 및 제2 연마 롤러가 상기 웨이퍼를 압착하는 가압력을 조정하는 가압조정모듈 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서 상기 가압조정모듈은 제어 신호에 따라 차등적인 유압을 발생시키는 유압실린더로 구성하는 것이 바람직하며, 상기 제1 연마 롤러 또는 제2 연마 롤러는 슬러리가 공급되는 하나 이상의 유출홀이 외주면에 형성되도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1연마 롤러 또는 제2 연마 롤러가 상기 웨이퍼에 접촉할 때 상기 유출홀로 상기 슬러리가 공급되도록 제어하는 제어부를 추가적으로 포함하는 것이 더욱 바람직하며, 실시형태에 따라 슬러리를 웨이퍼로 공급하는 외부공급수단을 더 포함할 수 있다.

이와 함께, 더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 상기 제1 연마 롤러 또는 제2 연마 롤러는 상기 원통 형상의 측면 중심 부분이 볼록 또는 오목형태가 가능하도록 수축 또는 팽창이 가능한 구조로 형성될 수 있으며, 외부에서 인입되는 열 또는 가압 매체에 의하여 수축 또는 팽창이 가능하도록 형성될 수 있다.

한편 본 발명의 상기 회전구동모듈은 상기 웨이퍼의 측면과 접촉되는 외주면이 탄성체 재질로 이루어질 수 있으며, 상기 회전구동모듈이 상기 웨이퍼와 접촉되거나 또는 이격되도록 상기 회전구동모듈을 이동시키는 이동모듈을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 본 발명에 따른 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치는 종래 정반 기반의 장치가 가지는 문제점을 원천적으로 해소시킬 수 있어 더욱 효율적인 양면 연마 장치를 실현할 수 있다.

구체적으로, 상당 크기의 정반과 이에 대응되는 패드를 제작할 필요가 없는 등 장치의 크기, 단가, 운용 비용, 공정 수행 시간, 공정 효율성에서 현저한 개선 효과를 창출하는 양면 연마 장치를 구현할 수 있으며, 작업 대상이 되는 웨이퍼의 개수를 증진시킬 수 있어 더욱 높은 수율의 장치를 구현할 수 있다.

또한, 웨이퍼 및 웨이퍼가 장착되는 캐리어에 의한 구조에서 근본적으로 벗어날 수 있어 edge 부분의 마모 및 이에 의한 품질 저하 현상을 근본적으로 개선시킬 수 있으며, 이는 웨이퍼 크기의 대형화에 따른 모서리(edge)품질 확보가 더욱 중요시되는 시점에서 더욱 개선되고 진보된 품질의 웨이퍼 제조가 가능한 효과를 제공할 수 있다.

패드의 관점에서 살펴볼 때, 작은 패드 사이즈로 구현할 수 있어, 제조의 단가를 낮출 수 있음은 물론, 패드 전반의 균일한 물성을 구성하거나 유지하는데 더욱 효과적이며, 에어 포켓(air pocket) 등과 같은 불안정한 패드 장착(mounting)에 의한 품질 열위의 원인이 제거될 수 있다.

이와 더불어, 상하 또는 좌우로 확장이 가능한 구조로 구현될 수 있어, 많은 수량의 웨이퍼를 동시에 가공할 수 있어 공정 생산성을 높일 수 있으며, 이에 따라 더욱 경제적인 양면 연마 공정을 구현할 수 있다.

이와 함께, 정반과 웨이퍼 간 끊임없는 접촉 내지 마찰을 지양하고 연마 장치 롤러의 회전에 의하여 웨이퍼와의 접촉 내지 마찰을 단속적으로(intermittently) 운용할 수 있어 패드의 품질 유지 시간을 높이고 패드의 수명을 효과적으로 개선할 수 있음은 물론, 가압 매체 등을 통하여 패드의 형상 구조를 가변적으로 구성할 수 있어 웨이퍼의 품질 상태에 따라 다원화되고 차등적인 연마 공정을 구현할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 정반 기반의 양면 연마 장치의 구성을 도시하고 있는 사시도,
도 2는 종래 양면 연마 장치의 구조적 문제점을 도시하고 있는 단면도,
도 3은 종래 양면 연마 장치에 의한 웨이퍼 프로파일을 도시하고 있는 도면,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 롤러 구조의 양면 연마 장치의 구성을 도시하고 있는 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 위치조정모듈의 구성을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 가압조정모듈의 구성을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 연마 롤러의 가변적 형상을 도시한 도면,
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 슬러리 유출홀에 대한 구성을 도시한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 회전구동모듈 및 이동모듈의 구조 및 동작 관계를 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 제어부를 중심으로 한 구성요소 간의 관계를 도시한 블록도,
도 11은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 적층식 장치 확장에 대한 구성을 도시한 도면,
도 12는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 수평식 장치 확장에 대한 구성을 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 롤러 구조의 양면 연마 장치의 구성을 도시하고 있는 사시도이다.

상기 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 롤러 구조의 양면 연마 장치는 제1연마 롤러(110), 제2연마 롤러(120), 회전구동모듈(130), 가압조정모듈(140) 및 위치조정모듈(150)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에서 제안하는 양면 연마 장치의 구조는 우선적으로 정반에 의한 종래 연마 장치의 구조적 문제점을 개선하기 위하여 롤러 형태의 연마 수단을 채용한다. 상기 연마 수단은 도 4에 도시된 바와 같이 웨이퍼(1)의 상면과 접촉하며 길이 방향의 중심을 축으로 회전하는 원통 형상의 제1 연마 롤러(110)와 상기 제1연마 롤러(110)에 대향하여 설치되며 상기 웨이퍼(1)의 하면과 접촉하며 길이 방향의 중심을 축으로 회전하는 원통 형상의 제2 연마 롤러(120)로 구현된다.

상기 제1 및 제2 연마 롤러(110, 120)의 외주면에는 연마를 위한 패드가 구비되어 있으며, 상기 패드가 상기 웨이퍼(1)에 물리적으로 접촉되어 연마 공정을 수행하게 된다. 본 발명의 상기 연마 롤러(110, 120)는 도시된 바와 같이 원통 형상의 회전하는 롤러 구조로 구현되므로 웨이퍼와의 접촉이 단속적으로 이루어지는 구조로 개선되어 패드의 품질 열위를 발생시키는 연속적인 웨이퍼와의 접촉 현상을 극복할 수 있다.

또한, 웨이퍼 연마 가공의 효율성을 높이기 위하여 본 발명의 상기 회전구동모듈(130)은 상기 웨이퍼(1)의 측면과 접촉하여 상기 웨이퍼에 회전 구동력을 전달하는 기능을 수행한다.

즉, 웨이퍼(1)는 상기 회전구동모듈(130)의 회전력을 전달받아 회전하게 되며, 그 상태에서 상기 제1 및 제2 연마 롤러(110, 120)의 회전에 의하여 연마 공정이 진행되게 된다. 더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여, 상기 회전구동모듈(130)은 작업 대상이 되는 웨이퍼의 물리적 지지를 위하여 도 4에 도시된 바와 같이 홈부에 의한 구조를 가지도록 형성하여 상기 홈부에 웨이퍼가 끼움식으로 장착되는 형태가 되도록 구성할 수 있다.

또한, 상기 회전구동모듈(130)은 웨이퍼의 측면과 직접적으로 물리적 접촉이 이루어지는 구성인 만큼 웨이퍼에 회전 구동력을 효과적으로 전달함과 동시에 웨이퍼 측면의 물리적 손상을 최소화하기 위하여, 그 외주면은 고무 등과 같은 탄성체 재질로 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다.

이러한 구조적 개선을 통하여 종래 웨이퍼를 장착하는 캐리어 구조를 원천적으로 제거할 수 있다는 점에서 일차적 효과를 제공할 수 있으며, 종래 캐리어 구조에 물리적으로 구속된 웨이퍼의 모서리 부분에 대한 마모율 증가, 가공 비효율성 등의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있게 된다.

이와 함께, 상기 제1 및 제2연마 롤러(110, 120)가 상기 웨이퍼(1)의 중심 부위를 유지할 수 있도록 상기 제1 및 제2연마 롤러(110, 120)의 위치를 조정하는 위치조정모듈(150)이 추가적으로 구비되는 것이 바람직하다.

이하에서는 도 5를 참조하여 위치조정모듈(150)에 대한 상세 구성을 설명하도록 한다. 상기 위치조정모듈(150)은 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2연마 롤러(110, 120)의 위치를 조정하는 기능을 수행하며, 실시형태에 따라서 외부 진동이나 흔들림 등의 외적 요인이 발생되더라도 상기 웨이퍼의 면상 중심 내지 중앙 부위를 유지할 수 있도록 상기 연마롤러(110, 120)의 자세 내지 위치를 제어하도록 구성될 수 있으며, 또한, 가동의 효율성을 높이기 위하여 상기 제1 및 제2연마 롤러(110, 120)가 웨이퍼의 상단과 하단을 이동할 수 있도록 제어할 수도 있다.

상기 위치조정모듈(150)은 스텝 모터 또는 기어, 가이딩모듈 등의 장치를 통하여 위치 조정이 요구되는 만큼 상기 제1 및 제2연마 롤러(110, 120)의 위치가 물리적으로 이동될 수 있도록 구현할 수 있다면 당업자 간에 다양한 변형례가 가능함은 물론이다. 상기 도 4에서는 그 일 실시예로서 본 발명의 장치 하단에 상기 위치조정모듈(150)을 구현하여, 후술되는 가압조정모듈(140)의 지지 구조 자체를 이동시킴으로써 상기 제1 및 제2연마 롤러의 웨이퍼 기준 상대 위치가 이동 가능한 실시예를 도시하고 있다.

한편, 더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 소정의 영상 모듈로 상기 웨이퍼(1)와 상기 제1 및 제2 연마 롤러(110, 120)의 현재 상태 영상을 획득하고, 상기 획득된 현재 상태 영상과 위치 제어의 기준이 되는 기준 영상을 상호 매칭에 따른 비교 연산을 수행하고, 그 결과에 대응되는 제어 신호를 발생시켜 상기 위치제어모듈(150)을 자동적으로 구동시키도록 구현할 수도 있다.

이하에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 가압조정모듈(140)의 상세 실시예를 설명하도록 한다. 상기 본 발명의 가압조정모듈(140)은 상기 제1 및 제2 연마 롤러(110, 120)가 상기 웨이퍼(1)를 압착하는 가압력을 조정하는 기능을 수행하는 모듈로서, 작업 대상이 되는 웨이퍼에 가해지는 가압력을 조정하여 웨이퍼의 상태에 따른 차등적인 작업이 가능하도록 하는 기능을 수행한다.

본 발명의 장치에 대한 사시도를 도시하고 있는 도 4에는 일 실시형태로 상기 가압조정모듈(140)이 상기 제1 및 제2 연마 롤러를 물리적으로 지지하는 구조로도 기능하는 실시예를 도시하고 있다.

한편, 상기 가압조정모듈(140)은 외부에서 인입 또는 유출되는 유압에 의하여 작동하는 유압실린더 형태로 구현할 수 있는데, 도 6에 도시된 바와 같이 외부에서 유압이 인입 또는 유출되면 이에 따라 실린더 구조가 제1 및 제2 연마 롤러(110, 120)의 중심축(113)을 둘러싸고 있는 소정의 베어링 구조(111)를 상하 방향으로 이동시키게 되고, 이에 의하여 상기 제1 및 제2 연마 롤러(110, 120)이 상기 웨이퍼(1)를 가압하는 압력이 조정되게 된다.

상기 가압조정모듈(140)의 가압의 정도는 작업자에 의하여 발생된 외부 제어 신호에 의하여 차등적인 유압이 발생되도록 구성하여 작업 상태에 따라 차등적인 가압이 제어될 수 있도록 구성될 수 있으며 또한, 웨이퍼의 가공 정도, 공정의 진행 정도, 웨이퍼의 종류, 설치 환경, 제품의 스펙 등에 따라 자동화된 시스템에 의하여 상기 가압조정모듈(140)의 자동 제어가 가능하도록 구현될 수 있음은 물론이다.

도 7은 차등적 연마 가공을 위한 연마 장치의 가변 형상을 도시하고 있는 도면이다. 본 발명의 다른 측면에 의한 바람직한 실시형태의 구현을 위하여 상기 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 연마 롤러(110) 또는 제2 연마 롤러(120)는 상기 원통 형상의 측면 중심 부분이 볼록 또는 오목형태가 가능하도록 수축 또는 팽창이 가능한 구조로 구현하는 것이 바람직하다.

상기 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 연마 롤러(110) 또는 제2 연마 롤러(120) 내부에 공간을 마련하고 상기 내부 공간으로 열 매체 또는 가압 매체의 유입 내지 유출을 통하여 상기 제1 연마 롤러(110) 또는 제2 연마 롤러(120)의 수축 또는 팽창이 가능하도록 구현할 수 있다.

이러한 수축 또는 팽창에 의하여 상기 제1 연마 롤러(110) 또는 제2 연마 롤러(120)의 외부 형상 측면을 기준으로 즉, 웨이퍼와 맞닿는 부분을 기준으로 오목에서 점진적으로 볼록 형상으로 가변적으로 변형될 수 있도록 구성할 수 있다.

이와 같이 상기 연마 롤러의 물리적 형태의 가변을 통하여 패드의 상태, 웨이퍼의 스펙, 웨이퍼의 상태, 공정의 진행 정도에 따라 선별적이고 최적화된 폴리싱 공정을 수행할 수 있어 더욱 높은 품질의 웨이퍼를 제조할 수 있다.

앞서도 기술된 바와 같이 양면 연마 공정은 패드에 의해 수행되는 기계적 연마와 함께 슬러리에 의한 화학적 연마가 복합적으로 수행되도록 구성될 수 있는데 본 발명에서는 상기 슬러리가 외부 슬러리 공급 라인 또는 노즐 등의 형태를 가지는 외부공급수단을 통하여 상기 제1연마 롤러(110) 또는 제2연마 롤러(120)와 웨이퍼 사이로 공급되도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여 본 발명의 더욱 바람직한 실시 형태의 구현을 위하여 첨부된 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제1 연마 롤러(110) 또는 제2 연마 롤러(120) 외주면 표면에 슬러리가 공급되는 하나 이상의 유출홀(115)을 형성하고, 외부 슬러리 공급 라인(20)으로부터 유입된 슬러리가 상기 유출홀(115)을 통하여 작업 대상이 되는 웨이퍼로 공급되도록 구성할 수 있다.

이와 같이 구성하는 경우 슬러리 공급을 위한 구성을 추가적으로 구성하지 않아도 되므로 장치를 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있음은 물론, 웨이퍼와 대면하는 연마 롤러(110, 120)의 표면을 통하여 슬러리가 공급되도록 구성할 수 있어 슬러리에 의한 화학적 작용의 효과를 더욱 높일 수 있음은 물론, 필요 이상의 과잉 공급에 의한 슬러리의 낭비를 최소화할 수 있게 된다.

기계적 연마와 화학적 연마의 시너지 효과를 더욱 높이기 위하여, 상기 제1연마 롤러(110) 또는 제2 연마 롤러(120)가 상기 웨이퍼(1)에 접촉하거나 상기 웨이퍼(1) 근접하는 경우에만 선별적으로 상기 슬러리가 상기 유출홀(115)로 공급되도록 제어하는 제어부(도 10의 160)를 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 제어부(160)는 연마 롤러(110, 115)의 웨이퍼와의 거리, 방향성, 회전 방향, 회전 속도 등을 제어 파라미터 등으로 하여 연마 롤러(110, 120)가 웨이퍼에 접촉하거나 접촉되기 전 소정의 기준 시간에 슬러리가 상기 유출홀(115)을 통하여 유입될 수 있도록 상기 유출홀(115)이나 슬러리 공급 라인(20)의 밸브 등의 온오프를 솔레노이드, 기계식 또는 전자식 릴레이 수단 등을 통하여 제어하도록 구성된다.

도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 회전구동모듈(130)과 이를 구동시키는 이동모듈(131)에 대한 구성을 도시하고 있는 도면이다.

상기 회전구동모듈(130)은 앞선 기술된 바와 같이 연마 공정의 작업 대상이 되는 웨이퍼(1)의 측면에 접촉하여 상기 웨이퍼(1)를 회전시키는 기능을 수행하는 구성요소에 해당한다.

상기 웨이퍼(1)를 회전시키기 위한 상기 회전구동모듈(130)의 접촉 마찰력의 강도를 조정하는 것을 포함하여, 웨이퍼(1)의 인입 또는 인출을 효과적으로 수행하기 위하여 상기 도 9에 도시된 바와 같이 본 발명의 이동모듈(133)은 상기 회전구동모듈이 상기 웨이퍼와 접촉되거나 또는 이격되도록 상기 회전구동모듈을 이동시키는 기능을 수행한다.

상기 이동모듈(131)은 도 9(a)에 예시적으로 도시된 바와 같이 암(arm)의 형태로 상기 회전구동모듈(130)을 반경 내 회전시키는 형태로 구현될 수 있음은 물론, 도 9(b) 및 도 9(c)와 같이 측면 접선으로 수직 또는 수평 방향에서 상기 회전구동모듈(130)을 이동시키는 형태(133) 등으로도 구현될 수 있다.

이하에서는 도 10을 참조하여 상기에서 설명된 제어부를 중심으로 한 각 구성요소에 대한 논리적 관계를 간략히 설명하도록 한다.

상기 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 제어부(160)는 열 또는 가압 매체의 연마 롤러(110)로의 유입 또는 유출을 가동하는 가동수단(117)와 연결되어 상기 가동수단(117)을 제어하도록 구성되며, 또한, 앞서 설명된 바와 같이 연마 롤러(110)의 유출홀(115)과 연결된 슬러리 공급 라인(20)의 밸브를 단속하는 밸브단속수단(21)과 연결되어 상기 밸브단속수단(21)의 온오프를 제어하도록 구성된다.

또한, 상기 제어부(160)는 앞서 설명된 바와 같이 영상모듈(180)과 연결되어 상기 영상모듈(180)로부터 입력된 영상 데이터와 기 저장된 기준 영상 데이터를 파라미터로 다양한 연산을 통하여 본 발명의 각 장치 구성을 제어하도록 구성될 수 있다.

이와 함께, 상기 제어부(160)는 회전구동모듈(130)과 통신 가능하게 연결되어 회전 구동모듈의 회전 속도, 회전 방향 등을 제어하며, 상기 회전구동모듈(130)의 이동을 담당하는 이동모듈(133, 131)과 연결되어, 상기 회전구동모듈(130)의 웨이퍼 접촉 강도, 회전구동모듈(130)의 위치 등을 제어하며, 또한, 상기 롤러(110)의 회전 속도, 회전 방향 등을 제어한다.

하나의 간단한 실시예로서, 연마 작업이 완료되는 경우, 상기 제어부(160)는 연마 롤러(110, 120)가 상호 반대 방향으로 회전되도록 제어하여 작업이 완료된 웨이퍼가 용이하게 인출되도록 제어하고, 이와 함께 상기 이동모듈(131, 133)을 제어하여 상기 회전구동모듈(130)이 웨이퍼(1)에서 이격되도록 제어한다. 상기 웨이퍼(1)의 인출이 시작되면, 추가적으로 소정 언로딩모듈(미도시)이 상기 웨이퍼를 공기압 등으로 파지하여 상기 웨이퍼의 인출 과정을 수행하도록 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부(160)는 위치조정모듈(150)과 가압조정모듈(140)과도 통신 가능한 상태로 연결되어 연마 롤러의 위치 또는 웨이퍼와의 가압의 크기 등을 제어할 수 있도록 구성된다.

상기 도 10에 도시된 본 발명의 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다. 즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적으로 구분된 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 수행되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능을 실현할 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 한다.

이하에서는 도 11 및 도 12을 통하여 본 발명에 의한 연마 장치의 장치 확장성에 대한 구성을 설명하도록 한다. 상기 본 발명에 의한 양면 연마 장치는 웨이퍼의 면상을 기준으로 상하 방향에서 롤러 구조를 이용하여 연마 공정을 수행하는 장치로 구현되므로 도 11에 도시된 바와 같이 장치 확장성을 용이하게 구현할 수 있다.

즉, 도 11에 도시된 바와 같이 연마 롤러(110)를 복수 개 구비하고, 그 사이에 작업 대상 웨이퍼가 위치하도록 구성하며, 앞서 설명된 회전구동모듈(130)의 형태를 작업 대상이 되는 복수 개 웨이퍼 모두가 회전가능한 형태 즉, 적층식 구조로 구현하는 것이 용이하며, 이렇게 적층식 구조로 구현되는 경우 일 공정에서 수행되는 웨이퍼의 개수를 필요한 만큼 증가시킬 수 있어 작업 공정 효율을 높일 수 있다.

부연하여, 본 발명에서 제안하는 연마 장치는 원통 형상의 롤러 구조를 채용하므로 상기 도 11에 도시된 바와 같이 하나의 롤러는 상방향 웨이퍼의 하면과 하방향 웨이퍼의 상면과 동시에 접촉 가능한 구조로 구현될 수 있으므로 이를 기초로 적층식 구조로 용이하게 확장될 수 있게 된다.

이와 함께, 상기 회전구동모듈(130)은 좌측의 웨이퍼를 회전시키는 동시에 우측의 웨이퍼를 회전시키는 구조로 확장될 수 있으므로 이러한 회전구동모듈(130)의 구조를 충분히 이용하여 도 12에 도시된 바와 같이 본 발명의 수평 방향으로의 장치 확장도 용이하게 구현될 수 있다. 이와 같이 구현하는 경우 수직, 수평 방향으로의 장치 확장성을 필요에 따라 용이하게 구현할 수 있어 더욱 높은 공정 수행 효율을 실현할 수 있게 된다.

본 발명의 구성요소를 설명함에 있어 제1 및 제2, 상, 하 등으로 표현된 용어는 구성요소의 순서, 중요성 등을 언급하거나 또는 구성요소를 절대적 기준에서 구분하기 위한 문언적 용어가 아니라 구성 요소 간을 개념적 또는 상대적으로 구분하기 위한 기술(description)상의 도구적 개념으로 사용되고 있다고 해석되어야 한다.

이상에서 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.

110 : 제1연마 롤러 120 : 제2연마 롤러
130 : 회전구동모듈 140 : 가압조정모듈
150 : 위치조정모듈 160 : 제어부
180 : 영상모듈

Claims (12)

1. 웨이퍼의 상면과 접촉하며 길이 방향의 중심을 축으로 회전하는 원통 형상의 제1 연마 롤러;
   상기 제1연마 롤러에 대향하여 설치되며 상기 웨이퍼의 하면과 접촉하며 길이 방향의 중심을 축으로 회전하는 원통 형상의 제2 연마 롤러;
   상기 웨이퍼의 측면과 접촉하여 상기 웨이퍼를 회전구동시키는 회전구동모듈; 및
   상기 제1 및 제2 연마 롤러가 상기 웨이퍼를 압착하는 가압력을 조정하는 가압조정모듈을 포함하고,
   상기 가압조정모듈은, 제어 신호에 따라 차등적인 유압을 발생시키는 유압실린더인 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제1 또는 제2연마 롤러는,
   외주면에 구비된 연마 패드에 의하여 상기 웨이퍼에 접촉하는 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 웨이퍼의 면상 중심을 기준으로 상기 제1 및 제2 연마 롤러의 상대 위치를 조정하는 위치조정모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서, 상기 제1 연마 롤러 또는 제2 연마 롤러는,
   슬러리가 공급되는 하나 이상의 유출홀이 외주면에 형성된 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 제1연마 롤러 또는 제2 연마 롤러가 상기 웨이퍼에 접촉할 때 상기 유출홀로 상기 슬러리가 공급되도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 웨이퍼에 슬러리를 공급하는 외부 공급수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 제1 연마 롤러 또는 제2 연마 롤러는,
   상기 원통 형상의 측면 중심 부분이 볼록 또는 오목형태가 가능하도록 수축 또는 팽창이 가능한 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.
10. 제 9항에 있어서, 상기 제1 연마 롤러 또는 제2 연마 롤러는,
    외부에서 인입되는 열 또는 가압 매체에 의하여 수축 또는 팽창이 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.
11. 제 1항에 있어서, 상기 회전구동모듈은,
    상기 웨이퍼의 측면과 접촉되는 외주면이 탄성체 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.
12. 제 1항에 있어서,
    상기 회전구동모듈이 상기 웨이퍼와 접촉되거나 또는 이격되도록 상기 회전구동모듈을 이동시키는 이동모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 롤러 구조를 이용한 양면 연마 장치.

Images