KR101285923B1 - 연마장치 및 연마장치의 드레싱기어 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 드레싱 기어에는, 상기 연마장치의 기어에 치합되는 치차가 적어도 마련되는 지지체; 및 상기 지지체에 교체가능하게 결합되는 교체가능부재가 포함된다. 본 발명에 따르면 볼록하게 마모되는 연마장치의 상정반 및 하정반을 오목하게 가공할 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따르면 상정반 및 하정반의 변형에 대응하여 드레싱 기어 전체를 변경할 필요가 없이 교체가능부재만을 바꾸어 끼면 되는 효과가 있다.

Description

연마장치 및 연마장치의 드레싱기어{GRINDING APPARATUS AND DRESSING GEAR FOR THE SAME}

본 발명은 연마장치 및 연마장치의 드레싱기어에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼는 실리콘 잉곳으로부터 얇은 웨이퍼를 슬라이싱하여 만들어진다. 슬라이싱할 때에는, 쏘 장치의 쏘 마크 등의 결함이 웨이퍼 표면에 존재하게 되는데, 이 결함을 제거하기 위한 방법으로 래핑 프로세스를 실시하고 있다. 래핑은 상정반과 하정반 사이에 웨이퍼와 캐리어를 로딩하여 연마제와 분산제가 혼합된 슬러리를 공급하면서 일정한 압력으로 가압 회전시켜 웨이퍼 표면을 연마하는 것이다. 이러한 래핑을 거쳐 웨이퍼는 다소 균일한 두께를 가지게 된다.

래핑 후에는 슬러리, 웨이퍼 물질, 정반 재질 등이 웨이퍼 표면에 잔재하게 되므로, 웨이퍼를 세정하여 금속 오염물, 다른 형태의 미립자 불순물은 물론, 래핑 그릿(grit)(예컨대, 알루미늄) 및 유기 잔여물 같은 물질을 제거한다.

이후, 웨이퍼는 에칭으로 손상된 부분을 제거하며 평활 표면을 생성한다. 통상적인 반도체 웨이퍼 제조 프로세스의 최종 단계는 웨이퍼의 적어도 한 면을 양호하게 손상없는 표면으로 만들기 위한 폴리싱 단계이다. 이 폴리싱된 표면 상에서 집적회로제조가 이루어질 수 있다. 상기 래핑과 폴리싱을 통칭하여 연마장치라고 이름할 수 있다.

종래의 연마장치는 상호 반대방향으로 회전하며 웨이퍼를 연마하기 위해 상정반과 하정반을 구비한다. 하정반 외각에 놓이는 내주 기어와 중심축에 놓이는 외주 기어 사이에 맞물려 회전이 될 수 있는 캐리어는, 상정반과 하정반 사이에 지지되며 복수 개가 장착될 수 있다. 상기 캐리어는 외주 기어와 내주 기어의 사이에서 맞물리게 놓인 상태에서 내주 기어 및 외주 기어의 회전운동과 연동하여 회전하게 된다.

상기 캐리어에는 웨이퍼가 놓이고, 슬러리가 상정반을 통하여 공급된다. 이 상태에서, 상정반과 하정반과 캐리어의 서로 다른 움직임에 의한 마찰작용과, 슬러리의 화학반응에 의해서 웨이퍼의 표면이 평탄하게 가공될 수 있다.

상기 상정반 및 하정반은 일반적으로 주철로 제조되고 있다. 연마 공정이 반복됨에 따라 상정반 및 하정반의 표면이 마모될 수 있다. 특히, 상정반 및 하정반은 회전축에 의해 회전되는 원형으로 구성되어 있어서, 각 부분에서의 회전 각속도, 회전속도, 회전반경 등의 차이로 인해, 상정반 및 하정반에 편마모가 발생될 수 있다. 이는 웨이퍼의 국부적인 손상을 일으키거나 요철을 발생시키거나 웨이퍼를 볼록하거나 오목하게 만들어 버릴 수 있다. 따라서, 상정반 및 하정반의 손상이나 요철 부위를 제거하기 위하여 소위 드레싱으로 칭해지는 조작을, 정기 또는 부정기적으로 행할 필요가 있고, 이러한 조작에는 드레싱 기어로 칭해지는 공구가 사용된다.

상기 드레싱 기어와 관련되는 종래기술로는 자사의 선출원으로서 등록번호 10-0999362호 드레싱 기어가 있다. 본 선행기술은 계속해서 수행되는 연마공정에 의해서 변형된 상정반 및 하정반을 가공하기 위한 드레싱 기어를 제안하고 있다. 그 형상은 링 형상으로서, 폭이 회전각의 위치마다 규칙적으로 달라지도록 하는 대략 꽃 모양으로 제공된다. 꽃 모양의 형상에서 꽃잎 부분을 인용문헌에서는 원형 홈부(311)라고 이름을 하고 있다.

출원인은 상기 인용기술에 따른 드레싱 기어 및 그 드레싱 기어가 적용되는 연마장치를 사용하여 왔으나, 드레싱 공정이 수행된 후에 가공된 반도체 웨이퍼가 예상되는 평탄도를 얻어내지 못한다는 것을 확인하였다. 이에, 그에 대한 원인을 분석하고, 이에 대한 추가적인 연구개발을 수행하여 본 발명에 이르게 되었다. 구체적으로는 하정반을 반시계방향으로 회전시키고 캐리어를 시계방향으로 회전시키는 공정 상에서는 웨이퍼가 상측으로 볼록하게 가공되고, 이는 상정반 및 하정반이 볼록하게 변형되는 것에 기인하는 것을 추측된다.

대한민국특허등록번호 10-0999362호 드레싱 기어

본 발명은 상기되는 문제점을 개선하기 위하여 예의관찰하여 얻어진 것으로서, 상정반 및 하정반의 마모 및 변형이 있을 때, 이를 적합하게 드레싱 가공할 수 있는 드레싱 기어 및 그러한 드레싱 기어가 적용되는 연마장치를 제안한다.

본 발명은 상정반/하정반/캐리어의 회전상태, 슬러리의 공급/유동상태, 웨이퍼의 크기, 및 상정반과 하정반의 압력 등에 따라서 다양하게 발생하는, 상정반과 하정반의 변형상태(예를 들어 볼록한 변형 또는 오목한 변형)에 무관하게 사용할 수 있는 드레싱 기어 및 그러한 드레싱 기어가 적용되는 연마장치를 제안한다.

본 발명에 따른 드레싱 기어는, 연마장치의 드레싱 공정에 사용되는 장치이고, 상기 연마장치의 기어에 치합되는 치차가 적어도 마련되는 지지체; 및 상기 지지체에 교체가능하게 결합되는 교체가능부재가 포함된다.

다른 측면에 따른 본 발명에 따른 드레싱 기어는, 원형의 외주에 마련되는 치차에 의해서 회전되고, 집중적인 연마작용이 수행되는 중심부의 제 1 영역과, 상기 중심부에서 반경방향으로 일정거리 이격되는 영역으로서 약하게 연마가 수행되는 제 2 영역을 제공하는 것을 특징으로 한다.

다른 측면에 따른 본 발명의 연마장치는, 상정반 및 하정반; 상기 하정반에 제공되는 내주기어 및 외주기어; 및 상기 내주기어 및 외주기어에 원형의 프레임이 치합되어 회전되고, 상기 상정반 및 상기 하정반의 마모 상태에 따라서 적어도 어느 일 부분이 교체되어 상기 상정반 및 상기 하정반의 편평도를 향상시키는 드레싱 기어가 포함된다.

본 발명에 따르면 연마장치, 특히 상정반 및 하정반의 변형에 최적인 드레싱 기어를 간단히 선택하여 작업할 수 있으므로 상정반 및 하정반의 변형을 손쉽게 개선할 수 있다. 연마장치의 사용연한을 늘릴 수 있는 장점이 있다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 연마장치의 사시도.
도 2는 상정반 및 하정반의 변형을 설명하는 도면.
도 3은 제 1 실시예에 따른 드레싱 기어의 분해 사시도.
도 4는 제 1 실시예에 따른 드레싱 기어의 작용을 설명하는 도면.
도 5는 제 2 실시예에 따른 드레싱 기어의 분해 사시도.
도 6은 제 3 실시예에 따른 드레싱 기어의 분해 사시도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 사상에 따른 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 사상은 이하에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명 사상에 포함되는 다른 실시예를 구성요소의 부가, 변경, 삭제 및 추가 등에 의해서 용이하게 제안할 수 있을 것이나 이 또한 본 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 수 있다.

<제 1 실시예>

도 1은 제 1 실시예에 따른 연마장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 회전이 가능한 형태로 제공되는 상정반(1)과 하정반(2) 마련된다. 상기 상정반(1)은 하방으로 압력을 가하여 마찰력을 제공할 수 있고, 하정반에는 웨이퍼가 놓이는 캐리어(5)가 마련된다. 상기 캐리어(5)는 하정반에 마련되는 외주기어(3) 및 내주기어(4)에 각각 치합되어 내주기어(4) 또는 외주기어(3)의 회전운동에 의해서 회전된다. 이와 같은 연마장치는 래핑 또는 폴리싱공정에 사용될 수 있고, 연마공정 중에는 슬러리가 투입되어 웨이퍼 표면의 화학적 물리적 연마공정이 진행되도록 할 수 있다.

한편, 연마장치가 사용되는 중에는 웨이퍼만이 연마되는 것이 아니라, 상정반 및 하정반도 연마되어 변형된다. 이러한 변형은 화학적 물리적 연마공정의 속성에 의해서 발생된다. 도 2는 상정반(1) 및 하정반(2)이 변형되는 단면을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, A-A'의 단면을 보면, 연마공정에 의해서 상정반(1) 및 하정반은 서로 접촉하는 면에서 대략 볼록한 형태(convex)로 변형된다(변형결과). 상정반(1) 및 하정반(2)의 도면에 제시되는 바와 같이 볼록하게 가공되면, 이는 차후에 가공되는 웨이퍼도 전체적으로 볼록한 형태로 가공할 가능성이 높고, 적어도 웨이퍼의 전체면의 높낮이를 불규칙하게 만들게 된다. 한편 도면에서는 볼록하게 표현되는 정도가 과장되어 표현되어 있으나 실제로는 그 정도는 마이크로 단위 또는 나노단위에 지나지 아니할 것이다. 그렇다고 할지라도 반도체칩으로 가공되는 웨이퍼에 대해서는 큰 영향을 미친다.

변형된 상정반 및 하정반은 드레싱 공정을 통하여 편평하게 가공되어야 하는데, 드레싱 가공후의 하정반과 상정반의 형상은 드레싱 가공후 편평한 형상으로 될 수 있다(드레싱 가공후). 본 발명자는 드레싱 가공된 후의 상정반 및 하정반을 이용하더라도, 연마가공된 웨이퍼가 전체적으로 볼록하고, 나아가서 표면의 굴곡 정도가 심한 것에 대한 원인을 찾고자 노력하였다. 이에, 상정반 및 하정반이 볼록한 형태로 변형되는 요인은, 첫째, 캐리어에 놓이는 다수 개의 웨이퍼가 불균일하게 놓이는 것에 기인하여 연마정도에 차이가 있는 것, 둘째, 하정반(2)과 캐리어(5)가 서로 반대방향으로 회전하면서 상정반 및 하정반의 국부적으로 많은 연마작용이 일어나는 것, 셋째, 슬러리의 불균일 유동에 의해서 국부적으로 많은 연마작용을 일으키는 것, 넷째, 상정반을 이용한 압박작용이 국부적으로 작용하여 연마작용이 불균일하게 일어나는 것 등으로 추측된다.

이에, 더욱 중요한 점으로서, 종래에 사용되어 온 꽃모양의 드레싱 기어를 사용하여 드레싱 가공을 하더라도 상정반 및 하정반의 접촉면에서의 볼록한 형상의 개선은 이루어지지 않는 것이 간접적으로 확인된 바가 있다. 이는 이후에 하기되는 표 1을 통하여 이해될 수 있을 것이다.

이에, 발명자는 상기 첫째 이유, 즉, 캐리어에 불균일하게 놓이는 웨이퍼의 배치상태에 따른 상정반 및 하정반의 변형을 드레싱 공정에서 어떠한 방법으로 개선할 것인지에 대한 연구를 수행하였다. 이에, 도 3에 제시되는 바와 같은 드레싱 기어를 만들어내게 되었다.

도 3은 제 1 실시예에 따른 드레싱 기어의 사시도이다.

도 3을 참조하면, 드레싱 기어는 원형의 지지체(51)와, 상기 지지체(51)에 분리가능하게 고정되는 교체가능부재(52)가 포함된다. 더 구체적으로는, 지지체(51)에는, 내주기어(2) 또는 외주기어(3)에 치합되는 기어가 외주면에 형성되는 프레임(511)과, 상기 프레임(511)의 내측에 적어도 두 개 이상 마련되는 걸림부(512)가 제공된다. 상기 교체가능부재(52)에는, 지지체(51) 측의 걸림부(512)에 대응하여 걸리도록 제공되는 걸림부(523)가 마련되고, 상기 걸림부(523) 간이 사이에는 오목부(524)가 마련된다. 상기 오목부의 양측으로는 볼록부(522)가 마련된다. 즉, 내부가 꽉 차 있는 구조로서 차 있는 구조의 외부는 오목하게 가공되어 있다. 이와 같은 형상에 따르면 상기 교체가능부재(52)는 중심에서 일정거리 멀어지는 부분에는 연마되지 않는 부분이 생기게 된다.

도 4는 제 1 실시예에 따른 드레싱 기어의 작용을 설명하는 도면이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 캐리어(5)에는 웨이퍼(100)가 장착되고, 상기 캐리어(5)의 자체적인 회전운동에 의해서 웨이퍼(100)가 연마된다. 상기 캐리어(5)의 회전운동에 의한 웨이퍼(100)의 연마작용시에는 캐리어(5)의 회전중심에서 일정거리 떨어지는 반경부분에서 집중가공영역(BL)이 생기게 된다. 상기 집중가공영역(BL)은 캐리어의 회전 시에 웨이퍼가 가장 많이 접촉하여 연마작용이 집중적으로 일어나는 부분이라고 할 수 있다. 다시 말하면, 캐리어(5)의 회전 시에 캐리어의 중앙부분은 웨이퍼(100)가 위치하지 않기 때문에 이 부분에 접하는 상정반(1) 및 하정반(2)에서는 연마가 일어나지 않는 부분이 된다. 따라서, 캐리어의 중앙부분에서 반경방향으로 조금 더 멀어지는 부분은 집중가공영역(BL)이 된다. 회전되는 캐리어(5)에 배치되는 웨이퍼의 상태에서 볼 때 상기 집중가공영역(BL)와 대응되는 상정반 및 하정반(2)에는 집중적으로 연마가 일어날 것임은 용이하게 짐작될 것이다. 상기 집중가공영역(BL)에서 반경방향으로 더 바깥쪽으로 나가게 되면 점진적으로 연마가 적게 일어나는 부분이 된다.

이상과 같은 불균일한 웨이퍼의 연마작용에 의해서 상정반 및 하정반은 변형되는데, 이러한 변형을 개선하기 위하여 도 3에 제시되는 지지체(51)와 교체가능부재(52)의 결합형상에는 엉성한 가공영역(LL)이 형성된다. 상기 집중가공영역과 상기 엉성한 가공영역은 서로 대응되는 것을 볼 수 있다.

이로써, 집중가공영역(BL)과 대응되는 상정반 및 하정반의 이동궤적에는 많은 연마작용이 일어나는데, 드레싱 공정에서는 엉성한 가공영역(LL)을 제공하여 집중가공영역(BL)에 의해서 과도한 연마가 발생하였던 상정반 및 하정반의 이동 궤적 상에는 엉성한 가공영역(LL)이 접하도록 하여 상정반 및 하정반이 편평하게 되는 작용을 수행하게 된다.

표 1은 인용문헌의 종래기술에 대한 드레싱 공정 후에 웨이퍼를 가공하였을 때와, 제 1 실시예에 따른 드레싱 공정 후에 웨이퍼의 높낮이 차이를 비교하는 표이다.

	2*2			10*10
	N	Avg. (nm)	Stdev (nm)	N	Avg. (nm)	Stdev (nm)
종래기술	162	8.78	0.4	162	14.34	2.24
제1실시예	152	8.3	0.27	152	11.9	1.75

상기 표 1을 참조하면, 종래기술에서는 162회, 제 1 실시예에서는 152회를 실시한 웨이퍼의 높이차의 평균과 표준편차를 나타낸다. 그리고, 2*2와 10*10은 높낮이 차이가 측정되는 면적을 나타낸다.

표 1에 따르면, 높낮이의 차이가 개선된 것을 확인할 수 있다. 이로써, 하정반은 반시계방향 캐리어는 시계방향으로 역회전시키는 경우에, 상정반 및 하정반이 불균일하게 변형되는 것에 대응하여 드레싱 공정으로 이러한 차이를 개선하여, 이후에 가공되는 연마되는 웨이퍼의 품질이 더욱 향상되는 것을 나타낸다고 할 수 있다.

제 1 실시예는 하정반은 반시계방향으로 회전하고, 캐리어는 시계방향으로 회전하는 등으로 인하여 상정반 및 하정반이 볼록하게 가공되는 때에 적용되는 실시예라고 할 수 있다. 따라서 상기 실시예에서 드레싱 공정이 진행되면 상정반 및 하정반이 오목하게 가공될 것임을 짐작할 수 있다.

그러나, 연마장치의 회전상태/슬러리의 공급 및 흐름/압력분포 등과 같은 다른 요인에 의해서 상정반 및 하정반의 변형상태가 달라질 수 있다. 이때에는 지지체(51)의 걸림부(512)에 끼워지는 교체가능부재(52)를 바꿈으로써 상정반 및 하정반의 변형에 대응할 수 있다. 이하에서는 교체가능부재가 달라지는 때의 다른 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

<제 2 실시예>

제 2 실시예는 상정반 및 하정반이 오목하게 변형되는 때에 적용될 수 있는 실시예로서, 도 5를 참조하면, 지지체(51)의 걸림부의 형상과 대응되는 교체가능부재(53)가 걸림부(512)를 채우고 있다. 이와 같은 드레싱 기어에 따르면 상정반 및 하정반이 볼록하게 가공되어, 원래 오목하게 가공되어 있던 상정반 및 하정반이 형상이 개선될 수 있다.

<제 3 실시예>

제 3 실시예는 상정반 및 하정반이 정도가 낮더라도 오목하게 변형되는 때에 적용될 수 있는 실시예로서, 도 6을 참조하면, 지지체(51)의 걸림부(512)에 걸리는 걸림부(543)가 몸체(541)에 제공된 상태에서, 내부가 비어있는 구조로서 소정의 규칙으로 오목한 부분과 볼록한 부분이 이어지는 오목/볼록부(542)가 제공되어 있는 교체가능부재(54)가 마련되는 것을 알 수 있다.

제 3 실시예에 따르면 상기 집중가공영역(BL)에 대해서도 어느 정도의 연마작용이 일어나게 되므로, 정도가 낮은 오목한 상정반 하정반의 형상의 경우에 바람직하게 적용될 수 있다.

이상의 실시예에서 본 바와 같이, 본 발명에 따르면 연마작용에 의해서 상정반 및 하정반이 어떠한 형태로 가공되더라도, 상기 지지체(51)에 서로 다른 상기 교체가능부재(51)(52)(54)를 교체하여 끼워넣음으로써 연마장치의 드레싱 공정을 수행할 수 있게 된다. 이는 연마장치를 제품의 니즈에 따라서 서로 다른 방식으로 동작시키는 경우에, 종류별로 다른 드레싱 기어가 아니라, 교체가능부재만을 교체하여 끼움으로써 편리하게 드레싱 공정을 수행할 수 있게 된다.

이는, 상정반 및 하정반이 마모상태는 이미 설명된 바와 같은 다양한 요인에 의해서 변형될 수 있는데, 각각의 마모상태가 어떠한 지를 판단하여 적극적으로 변형하여 적용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기되는 실시예 외에, 동일한 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 더 포함할 수 있다. 이하에서는 그에 대한 예를 제시한다.

먼저, 상기 프레임은 연속되는 원형의 형상으로 제시되지만, 그와 같은 형상으로 제한되지 아니하고, 프레임의 내주측은 일정의 굴곡을 이룰 수도 있다.

또한, 각 실시예에서는 교체가능부재와 지지체가 별도의 부품으로 제공되는 것을 설명이 되어 있다. 그러나, 제 1 실시예에서 보는 바와 같이, 엉성한 가공영역이 제공되는 드레싱 기어의 경우에는, 지지체(51)와 교체가능부재(52)가 일체로 제공되어 있는 형상으로도 접촉면이 볼록하게 변형되는 상정반 및 하정반의 형상을 다시금 오목하게 가공하여 전체적으로 편평하게 만들 수 있을 것이다. 이때에는 교체가능부재와 지지체가 한 몸으로 제공되도록 하고, 드레싱 기어의 중심부는 꽉 차 있어 연마작용이 수행되고, 중심부에서 반경방향으로 조금 떨어져 있는 부분에 상기 엉성한 가공영역이 제공되어 연마되는 정도가 낮게 제공될 수 있다.

본 발명에 따르면 볼록하게 마모되는 연마장치의 상정반 및 하정반을 오목하게 가공할 수 있는 효과가 있다. 본 발명에 따르면 상정반 및 하정반의 변형에 대응하여 드레싱 기어 전체를 변경할 필요가 없이 교체가능부재만을 바꾸어 끼면 되는 효과가 있다.

51 : 지지체
52, 53, 54 : 교체가능부재

Claims (9)

1. 상정반 및 하정반;
   상기 하정반에 제공되는 내주기어 및 외주기어; 및
   상기 내주기어 및 외주기어에 원형의 프레임이 치합되어 회전되고,
   상기 상정반 및 상기 하정반의 마모 상태에 따라서 적어도 어느 일 부분이 교체되어 상기 상정반 및 하정반의 편평도를 향상시키는 드레싱 기어로서,
   연마장치의 기어에 치합되는 치차가 적어도 마련되는 지지체; 및
   상기 지지체에 교체가능하게 결합되는 교체가능부재;를 포함하고,
   상기 지지체는,
   내측에 마련되는 걸림부 및
   상기 걸림부에 걸려서 지지될 수 있도록 상기 교체가능부재의 외측에 마련되는 또 다른 걸림부를 포함하고,
   상기 또 다른 걸림부간의 사이에는 오목부가 마련되고, 상기 오목부 양측으로 볼록부가 마련되는 드레싱 기어.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 교체가능부재는, 내부가 비어 있는 구조로 제공되는 드레싱 기어.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 교체가능부재는, 내부가 차 있는 구조로 제공되는 드레싱 기어.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 교체가능부재의 내주 또는 외주에는 오목부분과 볼록부분이 마련되는 드레싱 기어.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 교체가능부재는, 연마장치의 마모상태에 따라서 선택되어 상기 지지체에 결합되는 드레싱 기어.
7. 제 1항에 있어서,
   원형의 외주에 마련되는 치차에 의해서 회전되고,
   집중적인 연마작용이 수행되는 중심부의 제 1 영역과,
   상기 중심부에서 반경방향으로 일정거리 이격되는 영역으로서 약하게 연마가 수행되는 제 2 영역을 포함하는 드레싱 기어.
8. 삭제
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 드레싱 기어의 교체되는 부분은 상기 프레임의 안쪽에 마련되는 걸림부에 지지되는 것을 특징으로 하는 드레싱 기어.

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