KR101286009B1 - 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 연마방법 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 연마장치가 개시된다. 웨이퍼 연마장치는 정반; 상기 정반 상에 배치되고 다수의 고정연마입자를 포함하는 연마 패드; 상기 연마 패드 상에 배치되는 헤드부; 상기 헤드부에 장착되고, 상기 연마 패드와 대향되고, 하나 이상의 웨이퍼를 수용하는 리테이너; 및 상기 헤드부에 장착되고, 상기 웨이퍼의 주위를 따라서 연장되는 드레싱부를 포함한다.

Description

웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 연마방법{APPARATUS AND METHOD FOR POLISHING WAFER}

실시예는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

종래 기술은 스톡 제거 연마(stock removal polishing)로서 연마제(polishing agent)를 공급하면서 연마 패드에 의해 반도체 웨이퍼의 양면을 연마하는 것(DSP 단계)과, 다른 경우에 소위 헤이즈 프리 연마(haze-free polishing) 기법뿐만 아니라 신규한 소위 "고정 연마재 연마"(FAP) 기법으로서 보다 연성인 연마 패드를 사용하여 단지 정면(부품측)만을 최종 연마하는 것(CMP 단계, "피니싱")이 개시되어 있으며, 상기 고정 연마재 연마기법에서는 연마 패드에 연마 재료가 결합되어 있는 연마 패드("고정 연마재 패드") 상에서 반도체 웨이퍼가 연마된다.

상기 FAP 연마 패드가 사용되는 연마 단계는 이하에서는 축약하여 FAP 단계라고 한다. WO 99/55491 A1에는 제1 FAP 연마 단계와 후속하는 제2 CMP 연마 단계를 포함하는 2 단계 연마 방법이 설명되어있다. CMP의 경우, 연마 패드에는 연마 재료가 결합되어 있지 않다. 이 경우에는 DSP의 경우에서와 같이 연마재료가 슬러리 형태로 반도체 웨이퍼와 연마 패드 사이에 유입된다. 상기 2단계 연마 방법은 특히 FAP 단계에 의해 기판의 연마된 면에 남겨진 스크래치를 제거하는 데 사용된다.

이와 같은 웨이퍼 연마장치들에 의해서, 웨이퍼의 평탄도를 향상시키고자 하는 연구가 다양하게 진행되고 있다.

실시예는 웨이퍼의 평탄도를 향상시키고, 효율적으로 웨이퍼를 연마할 수 있는 웨이퍼 연마장치를 제공하고자 한다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 정반; 상기 정반 상에 배치되고 다수의 고정연마입자를 포함하는 연마 패드; 상기 연마 패드 상에 배치되는 헤드부; 상기 헤드부에 장착되고, 상기 연마 패드와 대향되고, 하나 이상의 웨이퍼를 수용하는 리테이너; 및 상기 헤드부에 장착되고, 상기 웨이퍼의 주위를 따라서 연장되는 드레싱부를 포함한다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 웨이퍼의 주위를 따라서 연장되는 드레싱부를 포함한다. 이에 따라서, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 웨이퍼를 연마하는 동시에, 상기 연마 패드를 드레싱할 수 있다. 특히, 상기 드레싱부는 웨이퍼의 주위를 따라서 연장되기 때문에, 상기 드레싱부가 상기 연마 패드를 드레싱한 후, 드레싱된 연마 패드에 상기 웨이퍼가 연마된다.

따라서, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 드레싱 직후, 바로 상기 웨이퍼를 연마하기 때문에, 상기 웨이퍼의 평탄도를 향상시킨다.

또한, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 연마 공정 및 드레싱 공정을 동시에 진행하므로, 보다 효율적으로, 빠른 속도로, 상기 웨이퍼를 연마할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치를 도시한 도면이다.
도 2는 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치를 도시한 평면도이다.
도 3은 실시예에 따른 드레싱부 및 지지부를 도시한 사시도이다.
도 4는 드레싱부의 하면을 도시한 사시도이다.

실시 예의 설명에 있어서, 각 정반, 패드, 웨이퍼 또는 층 등이 각 정반, 패드, 웨이퍼 또는 층 등의 "상(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 구성요소의 상 또는 하부에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치를 도시한 도면이다. 도 2는 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치를 도시한 평면도이다. 도 3은 실시예에 따른 드레싱부 및 지지부를 도시한 사시도이다. 도 4는 드레싱부의 하면을 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 정반(100), 연마 패드(200), 헤드부(300), 리테이너(400), 드레싱부(500) 및 지지부(600)를 포함한다.

상기 정반(100)은 상기 연마 패드(200)를 지지한다. 상기 정반(100)은 플레이트 형상을 가진다. 더 자세하게, 상기 정반(100)은 원형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 정반(100)으로 사용되는 물질의 예로서는 스테인레스 스틸 등을 들 수 있다.

상기 정반(100)은 모터 등에 의해서 구동되어, 회전될 수 있다. 더 자세하게, 상기 정반(100)은 자전할 수 있다.

상기 연마 패드(200)는 상기 정반(100) 상에 배치된다. 상기 연마 패드(200)는 상기 정반(100)의 상면에 고정될 수 있다. 상기 연마 패드(200)는 상기 탑측에서 보았을 때, 고리 형상을 가질 수 있다.

상기 연마 패드(200)는 폴리머로 형성될 수 있다. 또한, 상기 연마 패드(200)는 상기 폴리머 내에 배치되는 다수 개의 고정 연마제를 포함할 수 있다. 상기 고정 연마제로 사용되는 물질의 예로서는 다이아몬드 등을 들 수 있다. 상기 고정 연마제는 상기 폴리머에 고정된다.

상기 연마 패드(200)는 상기 리테이너(400)에 수용된 웨이퍼(W)를 연마한다. 특히, 상기 연마 패드(200)는 상기 고정 연마제를 사용하여, 상기 웨이퍼(W)를 연마할 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼(W)의 연마를 돕기 위해서, 실리카 또는 알루미나 연마제 등이 더 사용될 수 있다.

상기 헤드부(300)는 상기 정반(100) 상에 배치된다. 더 자세하게, 상기 헤드부(300)는 상기 연마 패드(200) 상에 배치된다. 상기 헤드부(300)는 상기 정반(100)과 소정의 간격으로 이격될 수 있다.

상기 헤드부(300)는 상기 리테이너(400), 상기 드레싱부(500) 및 상기 지지부(600)를 고정시킨다. 즉, 상기 리테이너(400), 상기 드레싱부(500) 및 상기 지지부(600)는 상기 헤드부(300)에 장착될 수 있다.

상기 헤드부(300)는 상기 리테이너(400)를 통하여 상기 웨이퍼(W)를 고정시킨다. 상기 헤드부(300)는 회전한다. 이에 따라서, 상기 헤드부(300)는 상기 리테이너(400) 및 상기 드레싱부(500)를 회전시킬 수 있다. 또한, 상기 헤드부(300)는 상기 리테이너(400)를 통하여, 상기 웨이퍼(W)를 회전시킬 수 있다.

상기 리테이너(400)는 상기 헤드부(300)에 설치된다. 상기 리테이너(400)는 상기 헤드부(300) 및 상기 정반(100) 사이에 개재된다. 더 자세하게, 상기 리테이너(400)는 상기 헤드부(300) 및 상기 연마 패드(200) 사이에 개재된다.

상기 리테이너(400)는 상기 웨이퍼(W)를 고정시킨다. 또한, 상기 리테이너(400)는 상기 웨이퍼(W)를 상기 헤드부(300)에 고정시킬 수 있다. 더 자세하게, 상기 웨이퍼(W)는 세라믹 플레이트(401)에 접착되고, 상기 세라믹 플레이트(401)는 상기 리테이너(400)에 고정될 수 있다. 이와는 다르게, 상기 웨이퍼(W)는 상기 리테이너(400)에 직접 고정될 수 있다.

상기 웨이퍼(W)는 상기 세라믹 플레이트(401)에 왁스 등에 의해서 접착될 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼(W)의 평탄도를 향상시키기 위해서, 고도의 접착 정밀도가 요구될 수 있다.

상기 리테이너(400)로 사용되는 물질의 예로서는 세라믹, 스테인레스 스틸 또는 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(200)의 외곽과 중첩된다. 즉, 상기 웨이퍼(W)의 일부(201)가 상기 연마 패드(200)의 외곽보다 더 외곽에 위치되도록, 상기 리테이너(400)에 장착될 수 있다. 이에 따라서, 상기 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(200)에 대해서 오버행 구조로 배치될 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼(W)의 일 외곽 부분(201)은 상기 연마 패드(200)의 외곽보다 더 바깥에 배치될 수 있다.

더 자세하게, 상기 웨이퍼(W)의 반경을 기준으로 약 1% 내지 약 50%의 부분이 상기 연마 패드(200)의 외곽으로부터 바깥으로 돌출될 수 있다. 바람직하게는, 상기 웨이퍼(W)의 반경을 기준으로 상기 웨이퍼(W)의 약 3% 내지 약 10%의 부분이 상기 연마 패드(200)의 외곽으로부터 바깥으로 돌출될 수 있다.

이에 따라서, 상기 웨이퍼(W)의 가장 자리 부분에서 상기 연마 패드(200)에 대한 슬라이딩 거리 및 상기 웨이퍼(W)의 중앙 부분에서 상기 연마 패드(200)에 대한 슬라이딩 거리의 차이가 줄어들 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼(W)의 외곽 부분이 상기 연마 패드(200)의 외곽으로부터 바깥으로 돌출되기, 상기 웨이퍼(W)의 외곽 부분이 과도하게 식각되는 것이 방지될 수 있다.

따라서, 상기 웨이퍼(W)는 전체적으로 균일한 슬라이딩 거리를 가진다. 이에 따라서, 상기 웨이퍼(W)에 전체적으로 균일한 압력을 가하는 경우, 상기 웨이퍼(W)는 전체적으로 균일하게 연마될 수 있다. 결국, 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치는 상기 웨이퍼(W)를 전체적으로 균일하게 연마할 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 드레싱부(500)는 상기 웨이퍼(W)의 주위에 배치된다. 더 자세하게, 상기 드레싱부(500)는 상기 웨이퍼(W)의 주위를 따라서 연장될 수 있다. 상기 드레싱부(500)는 상기 웨이퍼(W)의 주위를 둘러쌀 수 있다. 즉, 상기 드레싱부(500) 내에 상기 웨이퍼(W)가 배치될 수 있다. 상기 웨이퍼(W)가 다수 개인 경우, 상기 드레싱부(500)는 상기 웨이퍼(W)들을 전체적으로 둘러쌀 수 있다.

또한, 상기 드레싱부(500)는 상기 리테이너(400) 및 상기 세라믹 플레이트(401)의 주위에 배치된다. 더 자세하게, 상기 드레싱부(500)는 상기 리테이너(400)의 주위를 따라서 연장될 수 있다. 상기 드레싱부(500)는 상기 리테이너(400)의 주위를 둘러쌀 수 있다. 즉, 상기 드레싱부(500)의 내부(501)에 상기 리테이너(400)가 배치될 수 있다.

상기 드레싱부(500)는 폐루프 형상을 가질 수 있다. 더 자세하게, 상기 드레싱부(500)는 원형 고리 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 드레싱부(500) 내에 상기 웨이퍼(W), 상기 리테이너(400) 및 상기 세라믹 플레이트(401)가 배치될 수 있다.

상기 드레싱부(500)는 상기 헤드부(300)에 고정된다. 상기 드레이싱부는 상기 지지부(600)를 통하여, 상기 헤드부(300)에 장착될 수 있다. 상기 드레싱부(500)는 상기 세라믹 플레이트(401) 및 상기 리테이너(400)를 통하여 상기 헤드부(300)에 장착될 수 있다.

상기 드레싱부(500)는 세라믹을 포함한다. 더 자세하게, 상기 드레싱부(500)는 알루미나를 포함할 수 있다. 상기 드레싱부(500)는 상기 연마 패드(200)와 접촉되고, 상기 연마 패드(200)와 접촉되는 부분은 알루미나로 형성될 수 있다. 상기 드레싱부(500)는 전체적으로 세라믹으로 형성될 수 있다.

상기 드레싱부(500)는 상기 연마 패드(200)와 직접 접촉되어, 상기 연마 패드(200)를 드레싱할 수 있다. 즉, 상기 드레싱부(500)는 상기 웨이퍼(W)가 연마되는 동안 상기 연마 패드(200)를 드레싱할 수 있다. 예를 들어, 상기 드레싱부(500)는 상기 연마 패드(200)의 상면을 절삭하여, 상기 고정 연마제를 노출시킬 수 있다.

상기 드레싱부(500)는 다수 개의 홈들(510)을 포함한다. 상기 홈들(510)은 상기 드레싱부(500)의 내부(501)로부터 외부로 연장될 수 있다. 즉, 상기 홈들(510)은 상기 드레싱부(500)의 내주면으로부터 외주면으로 연장될 수 있다. 상기 홈들(510)은 상기 드레싱부(500)의 중심으로부터 외곽으로 연장될 수 있다.

상기 홈들(510) 사이의 간격은 서로 대응될 수 있다. 즉, 상기 홈들(510) 사이의 간격은 실질적으로 동일 할 수 있다. 즉, 상기 홈들(510)은 서로 등 간격으로 배치될 수 있다.

상기 홈들(510)은 상기 드레싱부(500)를 관통할 수 있다. 이에 따라서, 상기 드레싱부(500)는 상기 홈들(510)에 의해서, 복수의 블럭들로 나누어질 수 있다. 즉, 상기 드레싱부(500)는 복수의 세라믹 블럭들로 이루어질 수 있다.

상기 지지부(600)는 상기 드레싱부(500) 상에 배치된다. 상기 지지부(600)는 상기 드레싱부(500)와 접촉된다. 상기 지지부(600)는 상기 드레싱부(500)를 고정시킨다. 상기 지지부(600)는 상기 드레싱부(500)를 지지한다. 상기 지지부(600)는 상기 드레싱부(500)와 서로 결합될 수 있다.

상기 지지부(600)는 상기 드레싱부(500)와 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 상기 지지부(600)로 사용되는 물질의 예로서는 스테인레스 스틸 등을 들 수 있다. 상기 지지부(600)는 상기 헤드부(300)에 장착될 수 있다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마장치에 의해서, 상기 웨이퍼(W)는 다음과 같은 공정에 의해서 연마될 수 있다.

먼저, 상기 세라믹 플레이트(401)에 하나 이상의 웨이퍼(W)가 접착된다. 상기 웨이퍼(W)는 왁스에 의해서 접착될 수 있다

이후, 상기 세라믹 플레이트(401)에 상기 드레싱부(500) 및 상기 지지부(600)가 장착된다. 상기 세라믹 플레이트(401) 및 상기 웨이퍼(W)는 상기 드레싱부(500) 내에 배치된다. 이후, 상기 연마 패드(200) 상에, 상기 웨이퍼(W)가 접촉되도록, 상기 세라믹 플레이트(401), 상기 웨이퍼(W), 상기 드레싱부(500) 및 상기 지지부(600)가 배치된다.

이후, 상기 헤드부(300)가 하강하여, 상기 리테이너(400)에 상기 세라믹 플레이트(401)가 고정된다. 또한, 상기 지지부(600)가 상기 헤드부(300)에 고정될 수 있다.

또한, 상기 웨이퍼(W) 및 상기 드레싱부(500)가 상기 헤드부(300)에 장착되기 전에, 상기 연마 패드(200)는 드레서에 의해서 드레싱될 수 있다.

이후, 상기 웨이퍼(W)는 상기 헤드부(300)의 회전 및 상기 정반(100)의 회전에 의해서 연마된다. 이때, 상기 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(200)에 대해서 오버행 구조로 연마될 수 있다.

이때, 상기 연마 패드(200)의 폴리머의 일부를 제거하기 위한 폴리머 제거제가 사용될 수 있다. 상기 폴리머 제거제는 알루미나 입자를 포함할 수 있다. 특히, 상기 폴리머 제거제는 알루미나 입자가 콜로이드 형태로 탈이온수에 분산된 용액일 수 있다. 이때, 탈이온수 및 알루미나 입자의 비는 약 100:1 내지 약 80:1일 수 있다.

상기 웨이퍼(W)가 연마되는 동안, 상기 드레싱부(500)는 상기 연마 패드(200)와 직접 접촉되고, 상기 연마 패드(200)를 드레싱할 수 있다. 상기 드레싱부(500)는 상기 연마 패드(200)의 평탄도를 향상시키고, 상기 연마 패드(200) 내의 고정 연마제를 외부로 노출시킬 수 있다. 이에 따라서, 상기 웨이퍼(W)는 향상된 평탄도 및 연마 속도로 연마될 수 있다.

앞서 살펴본 바와 같이, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 상기 웨이퍼(W)의 주위를 따라서 연장되는 상기 드레싱부(500)를 포함한다. 이에 따라서, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 상기 웨이퍼(W)를 연마하는 동시에, 상기 연마 패드(200)를 드레싱할 수 있다. 특히, 상기 드레싱부(500)는 상기 웨이퍼(W)의 주위를 따라서 연장되기 때문에, 상기 드레싱부(500)가 상기 연마 패드(200)를 드레싱한 후, 드레싱된 연마 패드(200)에 상기 웨이퍼(W)가 연마된다.

따라서, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 상기 연마 패드(200)의 드레싱 직후, 바로 상기 웨이퍼(W)를 연마하기 때문에, 상기 웨이퍼(W)의 평탄도를 향상시킨다. 또한, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 연마 공정 및 드레싱 공정을 동시에 진행하므로, 보다 효율적으로, 빠른 속도로, 상기 웨이퍼(W)를 연마할 수 있다.

특히, 상기 웨이퍼(W)는 사이이어 웨이퍼(W)일 수 있다. 상기 사파이어 웨이퍼는 표면 두께의 최대치 및 최소치 사이의 차이가 약 10㎛이하 이어야 한다. 즉, 상기 사파이어 웨이퍼는 높은 경도를 가지고, 요구되는 평탄도의 수준이 높기 때문에, 연마에 소요되는 시간이 길다. 이에 따라서, 상기 사파이어 웨이퍼는 생산성이 낮고, 제조 비용이 높으며, 품질 향상이 어렵다.

이에 따라서, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 상기 사파이어 웨이퍼를 보다 효율적으로 연마할 수 있다.

또한, 이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

정반(100)
연마 패드(200)
헤드부(300)
리테이너(400)
드레싱부(500)
지지부(600)

Claims (11)

1. 정반;
   상기 정반 상에 배치되고, 다수개의 고정 연마입자를 포함하는 연마 패드;
   상기 연마 패드 상에 배치되는 헤드부;
   상기 헤드부의 외주부에 장착되는 지지부; 및
   상기 지지부의 하단에 장착되고, 상기 지지부의 형상과 동일한 고리형상으로 이루어진 드레싱부;를 포함하고,
   상기 헤드부에 웨이퍼가 수용가능하고, 상기의 수용된 웨이퍼는 상기 연마 패드의 외곽과 중첩되도록 배치되고,
   상기 드레싱부는 상기 연마 패드 표면을 기준으로 상기 웨이퍼 표면과 동일한 높이를 갖을 수 있는 두께로 이루어지고,
   상기 드레싱부는 알루미나를 포함하는 웨이퍼 연마장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 드레싱부는 내부에서 외부로 연장되는 복수의 홈들을 포함하는 웨이퍼 연마장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 홈들 사이의 간격은 서로 대응되는 웨이퍼 연마장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지부는 스테인레스 스틸로 이루어지는 웨이퍼 연마장치.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 웨이퍼의 외곽으로부터, 상기 웨이퍼의 반경을 기준으로, 3% 내지 10%에 해당되는 상기 웨이퍼의 부분이 상기 연마 패드의 외곽으로부터 바깥쪽으로 돌출되는 웨이퍼 연마 장치.
9. 정반 상에 배치되고, 다수개의 고정 연마입자를 포함하는 연마 패드와, 상기 연마 패드 상에 배치되는 헤드부와, 상기 헤드부의 외주부에 장착되는 지지부 및 상기 지지부 하단에서 상기 지지부와 동일한 형상인 고리 형상으로 이루어진 드레싱부를 포함하고, 상기 헤드부 내에 수용된 웨이퍼는 상기 연마 패드의 외곽과 중첩되도록 배치되고, 상기 드레싱부는 상기 연마 패드 표면을 기준으로 상기 웨이퍼 표면과 동일한 높이를 갖을 수 있는 두께로 이루어지고, 상기 드레싱부는 알루미나를 포함하여 구성되는 웨이퍼 연마 장치를 이용하여 웨이퍼를 연마하는 방법으로서,
   상기 연마 패드에 의하여 상기 웨이퍼가 연마되는 것과 동시에, 상기 연마 패드에 접촉되는 드레싱부에 의한 연마 패드의 드레싱이 수행되는 웨이퍼 연마 방법.
10. 삭제
11. 삭제

Images