KR102037747B1 - 웨이퍼 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상면에 연마패드가 부착되는 정반; 상기 연마패드를 향해 슬러리를 분사하는 슬러리 분사노즐; 웨이퍼를 수용하며, 상기 정반의 상부에서 회전하는 적어도 하나의 연마헤드; 상부에서 상기 적어도 하나의 연마헤드를 연결하도록 지지하는 인덱스; 및 상기 인덱스에 결합되어, 상기 웨이퍼의 연마시 발생되는 파티클을 흡입하는 파티클 흡입부;를 포함하는 웨이퍼 연마 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 연마 장치{Wafer Polishing Apparatus}
본 발명은 웨이퍼 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 연마시 발생되는 파티클을 처리하는 장치에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 제조 공정은 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱 공정과, 상기 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 외주 그라인딩(Edge Grinding) 공정과, 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정(Cleaning) 공정으로 이루어진다.
이 가운데 웨이퍼 연마 공정은 여러 단계를 거쳐 이루어질 수 있으며, 웨이퍼 연마 장치를 통해 수행될 수 있다.
도 1은 일반적인 웨이퍼 연마 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면도로서 웨이퍼 연마시 발생되는 파티클의 처리 과정을 보여준다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 웨이퍼 연마 장치는 연마패드(13)가 부착된 정반(11)과, 웨이퍼(W)를 감싸며 정반(11) 상에서 회전하는 연마헤드(21)와, 연마패드(13)로 슬러리(S)를 공급하는 슬러리 분사노즐(30)을 포함하여 구성될 수 있다.
연마 공정동안, 정반(11)은 정반 회전축(12)에 의해 회전할 수 있으며, 연마헤드(21)는 헤드 회전축(22)에 의해 연마패드(13)와 밀착된 상태로 회전할 수 있다. 이때 슬러리 분사노즐(30)에 의해 공급된 슬러리(S)는 연마헤드(21)에 위치한 웨이퍼(W)를 향해 침투되면서 웨이퍼(W)를 경면으로 연마시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 연마 장치를 통해 웨이퍼(W)를 연마하는 과정에서 파티클(P)이 발생하면서 공기중으로 비산될 수 있다. 특히, 웨이퍼를 미세하게 연마하는 FP(Final Polishing) 공정의 경우에는 더욱 미세한 파티클(P)이 발생하게 된다.
이처럼 웨이퍼 연마 공정중 발생하는 파티클(P)은 웨이퍼(W)에 흡착되면서 웨이퍼의 연마시 웨이퍼(W)에 미세한 단차를 유발하여 연마품질의 저하, 즉 PID(Polishing Induces Defect)를 가져오므로 웨이퍼 연마 공정중 또는 공정 완료 후에 반드시 제거해 줄 필요가 있다.
본 발명은 웨이퍼 연마 공정시 발생하는 파티클을 연마 공정중 또는 공정 완료 후에 효율적으로 제거하여 웨이퍼 연마 품질을 높일 수 있는 웨이퍼 연마 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 상면에 연마패드가 부착되는 정반; 상기 연마패드를 향해 슬러리를 분사하는 슬러리 분사노즐; 웨이퍼를 수용하며, 상기 정반의 상부에서 회전하는 적어도 하나의 연마헤드; 상부에서 상기 적어도 하나의 연마헤드를 연결하도록 지지하는 인덱스; 및 상기 인덱스에 결합되어, 상기 웨이퍼의 연마시 발생되는 파티클을 흡입하는 파티클 흡입부;를 포함하는 웨이퍼 연마 장치를 제공한다.
상기 파티클 흡입부는 상기 적어도 하나의 연마헤드의 외주면을 감싸도록 배치될 수 있다.
상기 파티클 흡입부의 양 단부는 상기 슬러리 분사노즐을 사이에 두도록 서로 이격 배치될 수 있다.
상기 파티클 흡입부는 상기 연마헤드의 외주를 감싸도록 상기 인덱스에 결합되는 본체; 흡입공을 가지며 상기 본체의 하부에서 배치되는 가이드; 및 상기 인덱스에 설치되며 상기 가이드를 통해 파티클을 흡입시키도록 하는 에어펌프를 포함할 수 있다.
상기 본체와 상기 가이드 내측에는 상기 흡입공과 연통되면서 흡입되는 파티클이 이동하는 이동유로가 형성될 수 있다.
상기 가이드는 하부로 갈수록 뾰족한 형상을 가질 수 있다.
상기 흡입공은 상기 연마헤드에 인접하도록 상기 가이드의 내주면을 따라 길게 배치되는 장공(slot) 형상을 가질 수 있다.
상기 흡입공은 상기 가이드에 다수개가 이격배치될 수 있다.
상기 본체 및 상기 가이드는 다수개로 이루어지며, 서로 일정 간격 이격되면서 상기 연마헤드의 외주면을 감싸도록 배치될 수 있다.
상기 정반의 하부에 배치되어 파티클을 흡입하여 배출시키는 배출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 파티클 흡입부를 통해 웨이퍼 연마 공정시 발생하는 파티클을 연마 공정중 또는 공정 완료 후에 효율적으로 제거하여 PID를 개선시킴으로써 웨이퍼 연마 품질을 높일 수 있다.
도 1은 일반적인 웨이퍼 연마 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면도로서 웨이퍼 연마시 발생되는 파티클의 처리 과정을 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 단면도로서 웨이퍼 연마시 발생되는 파티클의 처리 과정을 보여준다.
도 5는 도 3의 파티클 흡입부의 요부 사시도이다.
도 6은 파티클 흡입부의 배치 구조를 보여주는 실시예들이다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.
웨이퍼 연마 장치는 웨이퍼가 로딩되고 언로딩되는 동안 1차, 2차, 3차 등 여러 단계의 연마 공정을 수행할 수 있으며, 본 실시예는 모든 웨이퍼 연마 공정 동안 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면도로서 웨이퍼 연마시 발생되는 파티클의 처리 과정을 보여주며, 도 5는 도 3의 파티클 흡입부의 요부 사시도이고, 도 6은 파티클 흡입부의 배치 구조를 보여주는 실시예들이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치는 정반 유닛(100), 연마헤드 유닛(200), 슬러리 분사노즐(300) 및 파티클 흡입부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
정반 유닛(100)은 연마 대상의 웨이퍼(W)가 놓여지면서 연마 공정이 이루어지는 스테이지를 구성할 수 있다. 정반 유닛(100)은 정반(110), 연마패드(130), 정반 회전축(120)을 포함하며 정반 어셈블리로 불릴 수 있다.
정반(110)은 원통 또는 원반 형상으로 이루어지며, 연마헤드 유닛(200)의 지름보다 큰 크기를 가질 수 있다. 예를 들어 정반(110)에는 여러 개의 연마헤드 유닛(200)이 놓여지면서 다수개의 웨이퍼(W)에 대한 연마가 동시에 이루어질 수도 있다.
연마패드(130)는 정반(110)의 상부에 부착되며, 정반(110)의 지름에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 연마패드(130)에는 연마헤드 유닛(200)에 장착된 웨이퍼(W)의 하면이 접촉되면서 연마가 이루어질 수 있다.
정반 회전축(120)은 정반(110)에 결합되어 연마 공정동안 정반(110)을 회전시킬 수 있다. 예를 들어 정반 회전축(120)은 연마 공정동안, 정반(110)을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있으며, 필요에 따라 정반(110)을 회전시키지 않고 정위치에 고정시킬 수 있다.
연마헤드 유닛(200)은 정반 유닛(100)의 상부에 배치되면서 승하강할 수 있다. 연마 헤드 유닛은 정반(110)의 상부에 적어도 하나가 배치될 수 있다. 도면에는 정반(110)의 상부에 연마헤드 유닛(200)이 1개가 배치되는 것을 도시하였으나 2개, 3개 등 다수개가 배치될 수 있다.
연마헤드 유닛(200)은 웨이퍼(W)를 수용하는 연마헤드(210)와, 연마헤드(210)를 회전시키는 헤드 회전축(220)을 포함하여 구성될 수 있다.
연마헤드(210)는 연마 대상의 웨이퍼(W)의 상부면과 측면을 감싸는 형태로 내측에 웨이퍼(W)가 수용되도록 할 수 있다. 따라서 웨이퍼(W)는 연마헤드(210)에 고정된 상태로 정반(110)의 상부, 즉 연마패드(130)의 상면에 접촉될 수 있다.
헤드 회전축(220)은 연마헤드(210)의 상부에 결합되어 연마헤드(210)를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킬 수 있으며, 필요에 따라 연마헤드(210)를 회전시키지 않고 정위치에 고정시킬 수 있다. 헤드 회전축(220)은 도 4에 도시된 바와 같이 상부에 위치한 인덱스(600)에 고정될 수 있다.
인덱스(600)는 웨이퍼 연마 장치의 중심에 위치하는 원통 형상의 큰 축으로 연마헤드(210)를 고정시키며, 연마헤드(210)에 수용된 웨이퍼(W)를 1차, 2차, 3차 등 다음 단계(Step)의 연마 공정으로 이동시킬 수 있다.
슬러리 분사노즐(300)은 연마패드(130)를 향해 슬러리(S)를 분사하여 연마 공정시 웨이퍼(W)의 연마가 이루어지도록 할 수 있다. 슬러리(S)는 분말 등 고형입자가 현탁한 상태의 유체로서, 웨이퍼(W)와 접촉하면서 웨이퍼(W)의 표면을 연마시킬 수 있다.
슬러리 분사노즐(300)은 인덱스(600)에 결합되거나 외부로부터 별도의 라인을 가지면서 연마헤드(210)에 인접하게 설치될 수 있다. 슬러리 분사노즐(300)은 연마 공정 동안 연마패드(130)를 향해 슬러리(S)를 분사시켜 연마헤드(210) 아래에 위치한 웨이퍼(W)의 하면에 슬러리(S)가 침투되도록 할 수 있다.
파티클 흡입부(500)는 웨이퍼(W)의 연마시 발생하는 파티클(P)을 흡입하여 연마 공정시 발생하는 파티클(P)을 연마 공정중 또는 연마 공정 후에 제거할 수 있다. 특히 FP(Final Polishing) 공정시 발생하는 미세한 파티클(P)을 연마헤드(210)와 인접한 위치에서 파티클 흡입부(500)가 즉각적으로 제거함으로써 연마 장치의 내부 환경 청정도를 개선시킬 수 있다.
파티클 흡입부(500)는 상술한 연마헤드(210)의 외주면을 감싸도록 배치될 수 있다. 예를 들어 연마헤드(210)가 하나인 경우에는 하나의 연마헤드(210)의 외주면을 감싸도록 배치될 수 있고, 연마헤드(210)가 복수인 경우에는 복수개의 연마헤드(210)의 외주면을 각각 감싸도록 다수개가 배치될 수 있다.
파티클 흡입부(500)는 도 4에 도시된 바와 같이 상부에서 적어도 하나의 연마헤드(210)를 연결하도록 지지하는 인덱스(600)에 결합될 수 있다. 따라서 파티클 흡입부(500)는 연마 공정이 진행되는 동안 연마헤드(210)에 인접한 위치에서 비산하는 파티클(P)을 즉각적으로 흡입하여 제거할 수 있다. 파티클 흡입부(500)는 오염을 유발하지 않은 금속 등의 재질로 이루어질 수 있다.
보다 상세하게는, 파티클 흡입부(500)는 본체(510), 가이드(520) 및 에어펌프(530)를 포함하여 구성될 수 있다.
본체(510)는 연마헤드(210)의 외주를 감싸도록 인덱스(600)에 결합될 수 있다. 예를 들어 본체(510)는 연마헤드(210)의 지름보다 큰 형태를 가지며, 연마헤드(210)를 외부에서 감싸는 형태로 배치될 수 있다.
여기서 본체(510)의 양 단부는 슬러리 분사노즐(300)을 사이에 두도록 서로 이격 배치될 수 있다. 예를 들어 본체(510)는 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 말발굽(Horse's hoof) 형상을 가질 수 있다. 물론, 슬러리 분사노즐(300)의 위치에 간섭받지 않는 실시예에서는 본체(510)는 연마헤드(210)의 외주를 감싸면서 동심원을 이루는 폐쇄 루프(closed loop) 형태를 가질 수도 있을 것이다.
가이드(520)는 본체(510)의 하부에 배치되며, 파티클(P)의 흡입을 효율적으로 수행하도록 흡입 방향을 안내할 수 있다. 가이드(520)는 하부로 갈수록 뾰족한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 가이드(520)는 뾰족한 형상으로써 일측에 흡입공(521)을 가지며 본체(510)의 하부에서 본체(510)와 일체로 연장된 형태로 구성될 수 있다.
흡입공(521)은 파티클(P)을 흡입하는 흡입구가 되며, 다양한 형상 및 개수를 가질 수 있다. 예를 들어 흡입공(521)은 연마헤드(210)에 인접하도록 가이드(520)의 내주면을 따라 배치될 수 있다. 이러한 흡입공(521)의 배치구조는 웨이퍼(W)로부터 발생하는 파티클(P)을 가장 가까운 거리에서 빠르게 흡입할 수 있도록 해준다. 따라서 연마시 발생하는 파티클(P)의 비산율을 적게 하면서 파티클(P) 흡입량을 높일 수 있다.
흡입공(521)은 본 실시예처럼 가이드(520)의 내주면을 따라 하나의 장공(slot hole)을 이룰 수 있으며, 가이드(520)에 일정 간격 이격되는 다수개의 구멍들로 변형실시 가능할 것이다.
상술한 본체(510)와 가이드(520) 내측에는 도 4에 도시된 바와 같이 흡입공(521)과 연통되면서 흡입되는 파티클(P)이 이동하는 이동유로가 형성될 수 있다. 이동유로는 에어펌프(530)와 연결되며, 이동유로를 따라 이동하는 파티클(P)을 웨이퍼 연마 장치 외부로 배출시킬 수 있는 별도의 배기라인이 더 설치될 수 있다.
에어펌프(530)는 가이드(520)의 흡입공(521)을 통해 파티클(P)을 강제로 흡입시키도록 동작할 수 있다. 예를 들어 에어펌프(530)는 인덱스(600)에 설치될 수 있으며, 필요에 따라 인덱스(600)의 외부에 설치될 수도 있다.
파티클 흡입부(500)는 상술한 형태에 제한되지 않을 것이며, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 파티클 흡입부(500a)처럼 복수개로 이루어질 수 있다. 즉, 본체(510) 및 가이드(520)는 다수개로 이루어지며, 서로 일정 간격 이격되면서 연마헤드 유닛(200), 즉 연마헤드(210)의 외주면을 감싸도록 배치될 수도 있다.
상술한 구성을 포함하는 파티클 흡입부(500)는 도 4에 도시된 바와 같이 연마 공정이 진행되는 동안이나 연마 공정 후, 연마헤드(210)에 인접한 위치에서 비산하는 파티클(P)을 즉각적으로 흡입하여 제거할 수 있다.
한편, 정반(110)의 하부 가장자리에는 상술한 파티클 흡입부(500)에 의해 제거되지 않은 상태로 비산하다가 아래로 떨어지는 파티클(P)을 흡입하여 배출시키는 배출부(400)가 설치될 수 있다. 즉, 배출부(400)는 비산하는 파티클(P)이 정반(110)의 아래로 떨어지는 경우, 이를 흡입하여 제거할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 웨이퍼 연마 장치에 따르면, 파티클 흡입부와 배출부를 통해 웨이퍼 연마 공정시 발생하는 파티클(P)을 연마 공정중 또는 공정 완료 후에 효율적으로 제거하여 PID를 개선시킴으로써 웨이퍼 연마 품질을 높일 수 있다.
이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 정반 유닛 110 : 정반
120 : 정반 회전축 130 : 연마패드
200 : 연마헤드 유닛 210 : 연마헤드
220 : 헤드 회전축 300 : 슬러리 분사노즐
400 : 배출부(Exhaust) 500, 500a : 파티클 흡입부
510 : 본체 520 : 가이드
521 : 흡입공 530 : 에어펌프
600 : 인덱스 P : 파티클
W : 웨이퍼 S : 슬러리

Claims (10)

  1. 상면에 연마패드가 부착되는 정반;
    상기 연마패드를 향해 슬러리를 분사하는 슬러리 분사노즐;
    웨이퍼를 수용하며, 상기 정반의 상부에서 회전하는 적어도 하나의 연마헤드;
    상부에서 상기 적어도 하나의 연마헤드를 연결하도록 지지하는 인덱스; 및
    상기 인덱스에 결합되어, 상기 웨이퍼의 연마시 발생되는 파티클을 흡입하는 파티클 흡입부;를 포함하며,
    상기 파티클 흡입부는
    상기 연마헤드의 외주를 감싸도록 상기 인덱스에 결합되는 본체;
    하부로 갈수록 뾰족한 형상을 가지며, 상기 본체의 하부에 배치되는 가이드;
    상기 연마헤드에 인접하도록 상기 가이드의 내측에 형성되는 흡입공;
    상기 본체와 상기 가이드의 내부에 위치하며 상기 흡입공과 연통되면서 흡입되는 파티클을 이동시키는 이동유로; 및
    상기 인덱스에 설치되며 상기 가이드를 통해 파티클을 흡입시켜 상기 이동유로를 따라 이동시키도록 하는 에어펌프를 포함하는 웨이퍼 연마 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파티클 흡입부의 양 단부는 상기 슬러리 분사노즐을 사이에 두도록 서로 이격 배치되는 웨이퍼 연마 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡입공은 상기 가이드의 내주면을 따라 길게 배치되는 장공(slot) 형상을 갖는 웨이퍼 연마 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 흡입공은 상기 가이드에 다수개가 이격배치되는 웨이퍼 연마 장치.
  9. 제1항, 제3항, 제7항, 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체 및 상기 가이드는 다수개로 이루어지며, 서로 일정 간격 이격되면서 상기 연마헤드의 외주면을 감싸도록 배치되는 웨이퍼 연마 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 정반의 하부에 배치되어 파티클을 흡입하여 배출시키는 배출부를 더 포함하는 웨이퍼 연마 장치.
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