KR101443459B1 - 니들 드레서 및 이를 포함하는 웨이퍼 양면 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연마 패드의 표면과 내부의 글리이징을 제어할 수 있는 니들 드레서 및 이를 포함하는 웨이퍼 양면 연마장치에 관한 것이다.
본 발명은 기어치가 끼워질 수 있는 기어 연결부가 양단에 구비된 축; 상기 축을 중심으로 회전 가능한 원통형 본체; 상기 본체 둘레에 구비된 복수개의 니들;을 포함하는 니들 드레서를 제공한다.
또한, 본 발명은 연마패드가 각각 구비된 상/하정반; 상기 상/하정반의 중심 및 외주단에 위치하고, 상기 상/하정반과 같이 회전하는 내/외부기어; 상기 내/외주기어에 의해 구동되고, 상기 연마패드들의 원주 방향을 회전하면서 상기 연마패드들의 표면과 내부를 긁어내거나 천공하면서 상기 연마패드들을 드레싱하는 니들 드레서;를 포함하는 웨이퍼 양면 연마장치를 제공한다.

Description

니들 드레서 및 이를 포함하는 웨이퍼 양면 연마장치 {NIDDLE DRESSER AND WAFER DOUBLE SIDE POLICHING APPARATUS WITH IT}

본 발명은 연마 패드의 표면과 내부의 글레이징(Glazing)을 제어할 수 있는 니들 드레서 및 이를 포함하는 웨이퍼 양면 연마장치에 관한 것이다.

반도체 소자의 고집적화로 인하여, 제조 공정 중에서 랩핑(Lapping) 공정이나 다른 공정에서 웨이퍼에 가해지는 스크래치 또는 결함이, 소자의 수율 및 생산성에 큰 영향을 끼치게 된다.

따라서, 선행 공정에서 생긴 손상(damage)을 제거하기 위해서 웨이퍼 표면을 경면화하면서 연마하는 공정이 필요하다. 웨이퍼의 양면 연마(Double side polishing) 공정은 상정반과 하정반에 부착된 연마패드와 웨이퍼의 상대 운동에 의한 마찰력과, 연마 입자와 각종 첨가물을 혼합한 슬러리(Slurry)의 반응에 의해 연마가 이루어진다.

그런데, 연마 패드는 연마 성능을 높이기 위하여 소정의 표면 거칠기를 가지도록 구성되는데, 연마 공정이 진행됨에 따라 연마 패드의 표면에 연마 부산물 및 슬러리 등이 잔존하게 된다.

이와 같이, 불순물이 연마 패드 표면에 많이 포함되면, 웨이퍼와 연마 패드의 마찰에 의한 연마가 원활하게 이루어지지 않아 연마 성능을 저감시키게 되는데, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 다이아몬드 드레서를 이용하여 연마패드의 표면에 불순물을 제거하고 있다.

한국특허공개 제2012-0040286호에는 삼각형 플레이트에 절삭부가 부착 가능한 형태의 패드 드레서가 기재되고 있으며, 한국특허공개 제2011-0106014호에는 원판형 가압부가 드레서 바디보다 돌출된 형태의 드레서가 기재되고 있다.

그런데, 상기와 같은 드레서는 연마 패드와 면 접촉한 상태에서 회전됨에 따라 연마 패드의 표면에 연마 부산물 및 슬러리 등과 같은 불순물을 긁어내기 때문에 연마 패드의 드레싱 공정이 진행될수록 불순물이 누적되고, 연마 패드의 표면이 마모됨에 따라 절삭성을 잃게되는 글레이징(Glazing)이 진행된다.

따라서, 종래의 드레서를 적용하더라도 연마 패드의 표면에서만 글레이징 제어가 가능하기 때문에 연마 패드의 내부에 불순물이 쌓여 연마 패드의 내부에 연마 입자를 포함한 슬러리가 투입되기 어렵고, 이로 인하여 웨이퍼의 연마 성능을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

또한, 연마 패드에 의해 웨이퍼를 연마시키면, 웨이퍼가 중첩으로 연마되는 영역인 연마 패드의 중심 부분에 비교적 많은 불순물이 쌓이게 되는데, 종래의 드레서를 적용하더라도 연마 패드의 전영역에 걸쳐 드레싱 공정이 이뤄짐에 따라 연마 패드의 중심 부분에서 불순물을 완전히 제거하기 어렵고, 이러한 연마 패드의 중심부의 연마 성능 저하로 인하여 웨이퍼의 광역 평탄도 열위가 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연마 패드의 표면과 내부의 글레이징을 제어할 수 있는 니들 드레서 및 이를 포함하는 웨이퍼 양면 연마장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 연마 패드의 중첩 영역을 효과적으로 드레싱할 수 있는 니들 드레서 및 이를 포함하는 웨이퍼 양면 연마장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명은 기어치가 끼워질 수 있는 기어 연결부가 양단에 구비된 축; 상기 축을 중심으로 회전 가능한 원통형 본체; 상기 본체 둘레에 구비된 복수개의 니들;을 포함하는 니들 드레서를 제공한다.

또한, 본 발명은 연마패드가 각각 구비된 상/하정반; 상기 상/하정반의 중심 및 외주단에 위치하고, 상기 상/하정반과 같이 회전하는 내/외부기어; 상기 내/외주기어에 의해 구동되고, 상기 연마패드들의 원주 방향을 회전하면서 상기 연마패드들의 표면과 내부를 긁어내거나 천공하면서 상기 연마패드들을 드레싱하는 니들 드레서;를 포함하는 웨이퍼 양면 연마장치를 제공한다.

본 발명은 니들 드레서가 상/하정반 사이에 맞물려 회전됨에 따라 복수개의 니들이 연마 패드의 표면과 내부를 긁어냄으로써, 연마 패드의 표면과 내부에서 안티 글레이징(Anti-glazing)할 수 있다.

따라서, 니들 드레서에 의해 연마 패드의 표면과 내부에 쌓인 불순물을 제거할 뿐 아니라 연마 패드의 표면 거칠기를 높임으로써, 웨이퍼 연마 공정 시에 연마 입자를 포함하는 슬러리가 연마 패드의 내부로 투입될 수 있어 웨이퍼의 연마 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 니들 드레서가 상/하정반의 내/외주단을 가로지르도록 설치되고, 니들이 구비된 원통형 본체가 연마 패드의 중심부에 위치하여 안티 글레이징(Anti-glazing)함으로써, 연마 패드의 중심 부분에 비교적 많은 불순물이 쌓이더라도 효과적으로 제거하고, 나아가 연마 패드의 중심부에서 연마 성능을 높일 수 있어 웨이퍼의 광역 평탄도를 개선시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 양면 연마장치가 도시된 도면.
도 2는 본 발명에 따른 니들 드레서가 도시된 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 니들 드레서가 도시된 단면도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 니들 드레서에 의한 글레이징 제어 과정이 도시된 도면.
도 5는 종래와 본 발명에서 연마패드의 구간별 슬러리 함유량이 도시된 그래프.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 양면 연마장치가 도시된 도면이다.

본 발명의 웨이퍼 양면 연마장치는 도 1에 도시된 바와 같이 상정반(110) 및 상부 연마패드(111)와, 하정반(120) 및 하부 연마패드(121)와, 내부 기어(130)와, 외부 기어(140)를 포함하며, 상기 연마패드들(111,121)을 니들 드레서(150)가 드레싱할 수 있다.

상기 상정반(110)은 원형 플레이트 형상으로 형성되며, 모터 등과 같은 구동 수단에 의해 회전될 수 있다.

상기 상부 연마패드(111)는 상기 상정반(110)의 하면에 장착되는데, 상기 상정반(110)과 일체로 형성될 수도 있으며, 상기 상정반(110)과 같이 회전된다. 이때, 웨이퍼 연마 시에 상기 상부 연마패드(111)가 웨이퍼의 상면과 맞닿아 연마시키게 된다.

상기 하정반(120)는 상기 상정반(110) 하부의 동축 상에 위치되고, 웨이퍼 연마 공정 시에 서로 맞물리게 된다. 물론, 상기 하정반(120)도 상기 상정반(110)과 마찬가지로 원형 플레이트 형상으로 형성되며, 모터 등과 같은 구동 수단에 의해 회전될 수 있다.

상기 하부 연마패드(121)는 상기 하정반(120)의 상면에 장착되는데, 상기 하정반(120)과 일체로 형성될 수도 있으며, 상기 하정반(120)과 같이 회전된다. 이때, 웨이퍼 연마 시에 상기 하부 연마패드(121)가 웨이퍼의 하면과 맞닿아 연마시키게 된다.

상기 내부 기어(130)는 상기 하정반(120)의 내주 측에 위치되어 회전 가능하게 설치되며, 실시예에서 핀 타입으로 구성될 수 있다. 이러한 내부 기어(130)는 웨이퍼를 고정시키는 캐리어(Carrier) 또는 연마패드를 드레싱하는 패드 드레서(Pad dresser)를 비롯하여 하기에서 설명할 니들 드레서(150)와 기어 결합될 수 있다. 즉, 상기 내부 기어(130)가 회전됨에 따라 캐리어와 패드 드레서 및 니들 드레서(150)가 구동될 수 있다.

상기 외부 기어(140)는 상기 하정반(120)의 외주 측에 위치되어 회전 가능하게 설치되며, 실시예에서 핀 타입으로 구성될 수 있다. 이러한 외부 기어(140)도 상기 내부 기어(130)와 마찬가지로 캐리어 또는 패드 드레서 및 니들 드레서(150)와 기어 결합될 수 있다.

상기 니들 드레서(150)는 상기 연마 패드(111,121)의 반경 방향을 가로지르도록 설치되는데, 상기 내/외부 기어(130,140)에 결합된다. 따라서, 상기 내/외부 기어(130,140)가 같은 방향으로 회전됨에 따라 상기 니들 드레서(150)는 상기 연마 패드(111,121)의 원주 방향을 따라 회전하면서 표면 또는 내부를 긁어낼 수 있다. 물론, 상기 외부 기어(140)는 상기 내부 기어(130)보다 일정 비율로 빠르게 회전됨에 따라 상기 니들 드레서(150)의 내/외주단에 동일한 회전비를 제공한다.

도 2는 본 발명에 따른 니들 드레서가 도시된 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 니들 드레서가 도시된 단면도이다.

본 발명의 니들 드레서(150)는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 축(151)과, 본체(154)와, 복수개의 니들(155)로 이루어진다.

상기 축(151)은 상기에서 설명한 내/외부 기어(130,140 : 도 1에 도시) 사이의 거리만큼 길게 형성된다.

상기 축(151)의 양단에는 상기 내/외부 기어(130,140 : 도 1에 도시)와 맞물리는 한 쌍의 기어 연결부(152,153)가 구비되는데, 실시예에서 핀 타입의 내/외부 기어(130,140 : 도 1에 도시)가 적용됨에 따라 상기 기어 연결부들(152,153)은 핀 기어가 끼워질 수 있는 홀(152h,153h)이 구비된 블록 형태로 구성될 수 있으며, 상기 홀(152h,153h)은 적어도 세 개 이상 구비될 수 있다.

물론, 상기 축(151)은 상기 기어 연결부들(152,153)에 고정된 형태로 구성되고, 상기 기어 연결부들(152,153)이 상기 내/외부 기어(130,140 : 도 1에 도시)에 고정된 상태에서 동일한 회전비를 가지도록 동작된다.

상기 본체(154)는 원통 형상으로써, 상기 축(151)의 외주에 회전 가능하게 설치된다.

상기 본체(154)는 상기 축(151) 전체에 걸쳐 구비될 수도 있지만, 웨이퍼를 연마시키는 중첩 영역에 해당하는 연마 패드(111,121 : 도 1에 도시)의 중심부와 대응될 수 있도록 상기 축(151)의 중심부에만 고정되도록 구비될 수 있으며, 상기 축(151)을 따라 이동 가능하게 설치될 수도 있다.

또한, 상기 본체(154)는 상기 축(151)으로부터 탈착 가능하게 장착되며, 상기 본체(154)에 구비된 니들들(155)이 마모됨에 따라 새로운 것으로 교체할 수 있다.

상기 니들들(155)은 상기 본체(154)의 외주에 반경 방향으로 돌출되도록 구비되며, 상기 연마 패드(111,121 : 도 1에 도시)의 표면 또는 내부를 긁어낼 수 있도록 구비된다.

그런데, 상기 니들(155)의 사이즈가 클수록 연마 패드의 수명이 늘어나지만, 연마 패드(111,121 : 도 1에 도시)의 과도한 천공을 방지하기 위하여 다양한 크기의 니들들(155)이 구비되는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 니들들(155)은 동일한 길이와 굵기로 배열될 수도 있지만, 실시예에서는 원주 방향으로 서로 다른 길이가 배열될 수 있다. 바람직하게는, 상기 니들들(155)은 상기 본체(154)의 축방향의 중심으로 갈수록 길이가 길고 굵은 것을 배열함으로써, 연마 패드(111,121 : 도 1에 도시)의 중심부 측의 글래이징 열위 영역을 더 많이 긁어낼 수 있도록 구성할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 니들 드레서에 의한 글레이징 제어 과정이 도시된 도면이다.

도 4a에 도시된 바와 같이 연마 패드(111,121)는 슬러리가 공급됨에 따라 웨이퍼를 연마시키는 공정을 반복하고, 상기 연마 패드(111,121)에는 부산물(G)이 접착된 상태이다. 따라서, 상기 연마 패드(111,121)의 거친 표면이 직접 웨이퍼와 맞닿지 못하고, 슬러리가 웨이퍼와 상기 연마 패드(111,121) 사이로 투입되지 못하기 때문에 상기 연마 패드(111,121)의 연마 성능이 떨어진다.

도 4b에 도시된 바와 같이 니들 드레서(150)가 상기 연마 패드(111,121)를 따라 회전되면, 상기 니들들(155)에 의해 상기 연마 패드(111,121)의 표면 또는 내부로부터 부산물(G)을 긁어낸다. 이때, 상기 니들들(155)의 길이가 다양하게 형성됨에 따라 상기 연마 패드(111,121) 및 이에 부착된 부산물(G)을 다양한 깊이로 천공시킬 수 있다.

도 4c에 도시된 바와 같이 상기 연마 패드(111,121)에 천공(H)이 형성됨에 따라 상기 연마 패드(111,121)의 표면 또는 내부에 있던 부산물(G)이 제거되고, 나아가 상기 연마 패드(111,121)의 내부가 부분적으로 천공(H)된다.

이와 같이 연마 패드(111,121)를 천공시키는 공정이 완료되면, 연마 패드(111,121)의 표면에 잔존하는 가공 부산물들을 클리닝하는 공정인 High-dresser 공정을 진행시킨 다음, 이런 연마 패드를 사용하여 웨이퍼의 연마 공정을 수행할 수 있다.

따라서, 상기 연마 패드(111,121)를 이용하여 웨이퍼를 연마시키는 공정이 진행되면, 상기 연마 패드(111,121)의 내부로 슬러리의 공급력이 높아질 뿐 아니라 상기 연마 패드(111,121)의 거칠기가 증가됨에 따라 연마 성능을 높일 수 있다.

도 5는 종래와 본 발명에서 연마패드의 구간별 슬러리 함유량이 도시된 그래프이다.

보통, 웨이퍼의 연마 공정 시에 반복적으로 연마되는 부위인 연마 패드의 중심부에 많이 부산물이 적층된다.

이와 같은 연마 패드를 종래의 다이아몬드 드레서에 의해 드레싱 공정을 수행하면, 공정이 진행될수록 다이아몬드 드레서는 연마 패드와 면 접촉하면서 연마 패드 표면에서만 부산물을 긁어내기 때문에 공정이 진행될수록 부산물이 쌓이게 되고, 연마 패드의 중심부에서 드레싱 성능이 저하된다.

반면, 본 발명의 니들 드레서에 의해 드레싱 공정을 수행하면, 공정이 진행될수록 니들 드레서는 연마 패드의 표면과 내부를 천공시키기 때문에 부산물을 제거할 뿐 아니라 거칠기를 향상시키고, 연마 패드의 전 영역에 걸쳐 드레싱 성능이 높아진다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 종래의 다이아몬드 드레서에 의해 공정이 진행된 후에 연마 패드의 중심부에서 슬러리 함유량이 떨어지고, 이런 드레싱 공정을 거친 연마 패드는 그 중심부에서 연마 성능이 떨어진다.

반면, 본 발명의 니들 드레서에 의해 공정이 진행된 후에 연마 패드의 전 영역에 걸쳐 슬러리 함유량이 우수하고, 이런 드레싱 공정을 거친 연마 패드는 전 영역에 걸쳐 연마 성능이 높아진다.

110 : 상정반 120 : 하정반
130 : 내부 기어 140 : 외부 기어
150 : 니들 드레서

Claims (9)

1. 기어치가 끼워질 수 있는 기어 연결부가 양단에 구비된 축;
   상기 축의 길이보다 짧게 구성되고, 상기 축을 중심으로 회전 가능한 동시에 상기 축의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치된 원통 형상의 본체;
   상기 본체 둘레에 구비된 복수개의 니들;을 포함하는 니들 드레서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기어 연결부는 핀 타입의 기어치가 삽입될 수 있는 적어도 두 개 이상의 홀이 구비된 니들 드레서.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 니들은 상기 본체의 위치에 따라 길이가 다르게 배열된 니들 드레서.
5. 제1항에 있어서,
   상기 니들은 상기 본체의 원주 방향을 따라 서로 길이가 다르게 배열된 니들 드레서.
6. 연마패드가 각각 구비된 상/하정반;
   상기 상/하정반의 중심 및 외주단에 위치하고, 상기 상/하정반과 같이 회전하는 내/외부기어;
   상기 내/외부기어에 의해 구동되고, 상기 연마패드들의 원주 방향을 회전하면서 상기 연마패드들의 반경 방향 일부 구간에 걸쳐 표면과 내부를 긁어내거나 천공하면서 상기 연마패드들을 드레싱하는 니들 드레서;를 포함하는 웨이퍼 양면 연마장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 니들 드레서는 상기 내/외부기어의 원주 방향으로 일정 각도를 두고 복수개가 장착되는 웨이퍼 양면 연마장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 내/외부기어는 핀 타입의 기어치가 구비된 웨이퍼 양면 연마장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 니들 드레서는,
   상기 기어치 끼워질 수 있는 기어 연결부가 양단에 구비된 축과,
   상기 축의 길이보다 짧게 구성되고, 상기 축을 중심으로 회전 가능한 동시에 상기 축의 길이 방향을 따라 이동 가능하게 설치된 원통 형상의 본체와,
   상기 본체 둘레에 구비된 복수개의 니들을 포함하도록 구성된 웨이퍼 양면 연마장치.

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