KR102570044B1

KR102570044B1 - 양면 연마 장치용 캐리어

Info

Publication number: KR102570044B1
Application number: KR1020210016862A
Authority: KR
Inventors: 정상원; 이형락
Original assignee: 에스케이실트론 주식회사
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2023-08-23
Also published as: KR20220113095A

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 연마 평탄도를 향상시키기 위해 최적의 연마 궤적을 갖도록 배치된 웨이퍼홀을 구비한 양면 연마 장치의 캐리어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 웨이퍼가 안착지지되는 복수 개의 웨이퍼홀이 형성되는 양면 연마 장치용 캐리어에 있어서, 상기 웨이퍼홀 각각의 중심을 연결한 원의 직경인 PCD(Pitch Circle Diameter)가 최대치로 형성되도록 상기 웨이퍼홀이 배치되는 양면 연마 장치용 캐리어에 관한 것이다.

Description

양면 연마 장치용 캐리어{CARRIER FOR DOUBLE SIDE POLISHING APPARATUS}

본 발명은 양면 연마 장치의 캐리어에 관한 것으로서, 특히, 웨이퍼의 연마 평탄도를 향상시키기 위해 최적의 연마 궤적을 갖도록 배치된 웨이퍼홀을 구비한 양면 연마 장치의 캐리어에 관한 것이다.

일반적으로, 양면 연마 장치용 캐리어(Carrier)는 웨이퍼가 안착지지되는 복수 개의 웨이퍼홀이 구비되며, 웨이퍼홀 주변의 상부면과 하부면에는 각각 마모방지층(미도시)이 코팅된다.

웨이퍼 연마시 이와 같은 마모방지층이 함께 연마되면서 연마 가공된 웨이퍼의 두께 불균형 현상을 초래한다.

도 1은 종래 캐리어 사용시 웨이퍼의 연마궤적을 나타낸 도면이고, 도 2는 종래 캐리어에 탑재된 웨이퍼 연마시 웨이퍼의 연마면 형태를 나노 단위로 환산하여 나타낸 그래프이며, 도 3은 캐리어의 두께에 따른 웨이퍼의 센터(Center)부와 에지(Edge)부의 연마상태를 3차원 모델링으로 나타낸 도면이다.

웨이퍼(Wafer)의 양면을 동시에 연마할 경우 양면 연마 장치용 캐러어(Carrier)에 의해 웨이퍼가 유지된다. 캐리어는 중심에 위치한 선 기어(Sun Gear)와 인터널 기어(Internal Gear)에 맞물려서 선 기어의 회전에 의해 캐리어는 공전하고, 웨이퍼는 웨이퍼홀 안에서 자전하면서 웨이퍼가 연마된다.

일반적인 캐리어를 사용하여 웨이퍼 연마시, 도 1에 도시된 바와 같이, 중심(Middle)부에 웨이퍼의 연마 궤적이 집중되는 경향이 있다. 안쪽(Inner)은 선 기어가 위치된 웨이퍼의 센터(Center)부로, 바깥쪽(Outer)은 웨이퍼의 에지(Edge)부로 이해할 수 있다. 따라서, 종래의 일반적인 캐리어를 이용하여 웨이퍼를 연마시, 중심부의 연마도가 증가함에 따라 캐리어 자체도 함께 연마되면서 부산물들이 발생된다. 이와 같이 발생된 부산물들은 정반에 부착된 연마패드에 달라붙은 상태에서 연마공정이 이루어지므로, 시간이 경과함에 따라 오히려 웨이퍼의 중심부에 대한 연마도가 저하되는 문제가 발생한다.

결과적으로, 도 2에 점선으로 표시한 부분과 같이 웨이퍼의 중심 부분에 대한 연마도가 저하되면서 연마 공정 후 웨이퍼의 중심부가 산처럼 올라와 에지부분과 차이를 나타낸다. 이를 해결하고자 중심부에 대한 연마량(연마 시간)을 늘리게 되면 굵은 실선으로 표시한 부분과 같이 웨이퍼의 중심부에 대한 연마량이 많아지면서 웨이퍼의 중심부는 내려가지만, 반대로 에지부의 연마도가 저하되면서 에지부가 위로 올라오는 현상이 발생된다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼의 두께를 동일하게 하고, 캐리어의 두께를 얇게 하면 센터부에 대한 연마도가 저하되면서 센터부의 두께가 두꺼워지고, 이와 동시에 에지부의 연마도가 높아지면서 에지부의 두께가 얇아지는 평탄도 불균형 현상이 초래된다. 이와 반대로 웨이퍼의 두께를 동일하게 하고, 캐리어의 두께를 두껍게 하면 센터부에 대한 연마도가 상승하면서 센터부의 두께가 얇아지고, 이와 동시에 에지부의 연마도가 낮아지면서 에지부의 두께가 두꺼워지는 평탄도 불균형 현상이 초래된다. 더욱이, 캐리어의 두께를 두껍게 할 경우 웨이퍼의 두께도 함께 두꺼워지면서 고객사에서 요구하는 웨이퍼의 두께를 만족시킬 수 없게 된다.

이에 따라, 고평탄도 웨이퍼 제작에 있어서, 웨이퍼의 센터부와 에지부의 품질 불균형 해소가 필수적으로 요구되고 있다.

그러나, 이와 같은 웨이퍼 평탄도 개선을 위한 소모품 측면에서 원부자재인 캐리어의 두께 조정 이외에 재현성이 확인된 인자가 없으며, 캐리어의 경우에도 그 지속성이 떨어진다. 즉, 현재의 캐리어 구조로는 웨이퍼 양면 연마시, 웨이퍼의 평탄도에 대한 품질 열위를 극복하기 위해 캐리어를 자주 교체할 수 밖에 없는 실정이다.

(0001) 국내등록특허 제10-1292226호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 웨이퍼의 마찰 궤적 변경을 위해 웨이퍼의 위치 즉, 캐리어 내 웨이퍼가 안착지지되는 웨이퍼홀의 위치 변경을 통해 종래 대비 웨이퍼 연마 평탄도를 향상시킬 수 있도록 구성한 양면 연마 장치용 캐리어를 제공하는데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명인 양면 연마 장치용 캐리어는, 웨이퍼가 안착지지되는 복수 개의 웨이퍼홀이 형성되는 양면 연마 장치용 캐리어에 있어서, 상기 웨이퍼홀 각각의 중심을 연결한 원의 직경인 PCD(Pitch Circle Diameter)가 최대치로 형성되도록 상기 웨이퍼홀이 배치되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 PCD는, 상기 웨이퍼홀 상호간에 간섭되지 않도록 상기 웨이퍼홀 상호간의 최소 간격보다 크거나 같고, 캐리어의 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 웨이퍼홀의 내측 둘레부에는 상기 웨이퍼홀에 안착되는 웨이퍼를 지지시키기 위한 인서트재가 포함되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 웨이퍼홀의 주변 상부와 하부에 형성된 마모방지층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 본 발명인 양면 연마 장치용 캐리어에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

먼저, 웨이퍼의 연마 궤적 즉, PCD(Pitch Circle Diameter)를 캐리어 내에서 최대 크기가 되도록 웨이퍼홀을 배치함으로써, 종래 대비 평탄도의 품질과 함께 고객 만조고를 향상시킬 수 있다.

또한, 종래와 같은 두께와 재질의 캐리어를 사용하면서도 평탄도의 품질을 향상시킬 수 있으므로, 종래 대비 양면 연마 공정에 사용되던 소모품 비용을 절감시킬 수 있으며, 이는 곧 제품 가격의 경쟁력 확보로 이어질 수 있다.

도 1은 종래 캐리어 사용시 웨이퍼의 연마궤적을 나타낸 도면,
도 2는 종래 캐리어에 탑재된 웨이퍼 연마시 웨이퍼의 연마면 형태를 나노 단위로 환산하여 나타낸 도면,
도 3은 캐리어의 두께에 따른 웨이퍼의 센터(Center)부와 에지(Edge)부의 연마상태를 3차원 모델링으로 나타낸 도면,
도 4는 양면 연마 장치용 캐리어(Carrier)를 나타낸 개념도,
도 5는 PCD(Pitch Circle Diameter)를 나타낸 도면,
도 6은 종래와 본 발명에 따른 캐리어 사용시 웨이퍼의 연마궤적을 비교하여 나타낸 도면,
도 7은 본 발명에 따른 캐리어 사용시 정반의 중심부로부터 에지부까지의 마찰 상태를 종래와 비교하여 표현한 도면,
도 8은 본 발명에 따라 PCD를 증가시킨 캐리어 사용시 평탄도를 종래와 비교하여 나타낸 실험 데이터,
도 9는 도 8의 실험 데이터를 토대로 PCD별 웨이퍼의 평균 프로파일(Profile)을 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 최적의 PCD를 갖는 캐리어 사용시 평탄도를 종래와 비교하여 나타낸 실험 데이터,
도 11은 도 10의 실험 데이터를 토대로 지점별 평균 프로파일을 나타낸 도면.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시례를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니며, 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다.

도 4는 양면 연마 장치용 캐리어(Carrier)를 나타낸 개념도로써, 도 4의 (a)는 캐리어의 평면 개념도이고, 도 4의 (b)는 캐리어의 웨이퍼가 장착된 측면 구성 상태를 나타낸 개념도이다.

먼저, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 캐리어(10, Carrier)의 기본적인 구조를 설명하면 다음과 같다.

캐리어(10)는 금속(Metal) 또는 에폭시(Epoxy) 재질로 이루어져, 원판 형태로 바디가 형성된다. 바디에는 적어도 복수 개의 웨이퍼홀(11)이 형성된다. 웨이퍼홀(11)은 캐리어(10)의 중심을 기준으로 각각 등 간격을 형성하나, 다른 간격을 형성하며 구성될 수도 있다. 웨이퍼홀(11)의 중심은 캐리어(10)의 중심을 기준으로 동일한 원주 상에 위치된다. 웨이퍼홀(11)의 내측 둘레부에는 인서트(12, Insert)가 형성된다. 인서트(12)는 아라미드(Aramid) 계열의 플라스틱 수지로 구성된다. 웨이퍼홀(11)에는 연마 가공될 웨이퍼(1)가 삽입된다. 웨이퍼홀(11)에 삽입된 웨이퍼(1)는 인서트(12)에 의해 안착지지된다. 이때, 인서트(12)가 플라스틱 재질로 구성되어 연마 가공시 웨이퍼(1)의 외측 둘레면에 발생할 수 있는 디팩트(Defect)를 방지할 수 있다. 또한, 미도시 하였으나, 웨이퍼홀(11)의 주변 상부와 하부에는 각각 마모방지층이 형성될 수 있다.

도 5는 PCD(Pitch Circle Diameter)를 나타낸 도면이고, 도 6은 종래와 본 발명에 따른 캐리어 사용시 웨이퍼의 연마궤적을 비교하여 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 캐리어 사용시 정반의 중심부로부터 에지부까지의 마찰 상태를 종래와 비교하여 표현한 도면이다.

PCD는 캐리어(10)에 형성된 웨이퍼홀(11) 각각의 중심을 연결한 원의 직경을 나타낸다. 본 발명에 따르면, PCD의 직경을 캐리어(10) 내에서 최대치로 형성되도록 웨이퍼홀(11)을 배치할 경우 종래와 같은 센터부와 에지부의 평탄도 불균형 문제를 해결할 수 있다. 즉, 웨이퍼홀(11)의 위치를 캐리어의 중심을 기준으로 외측 방향으로 각각 20㎜ 이동시켰을 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, 종래(Ref)와 비교하여 웨이퍼의 내측(Inner)과 외측(Outer)의 웨이퍼 접촉 빈도수가 늘어나고, 중심부(Middle)의 웨이퍼 접촉 빈도수는 줄어든다. 이는 곧, 도 7에 도시된 바와 같이, 정반 중심부의 웨이퍼와의 마찰은 감소되고, 정반 안쪽과 바깥쪽의 웨이퍼와의 마찰은 늘어남을 의미하며, 이를 통해 웨이퍼 양면 연마 시 전체 평탄도를 향상시키게 된다.

이와 같이, 양면 연마된 웨이퍼의 전체 평탄도를 향상시키기 위해서는, 전술한 바와 같이 PCD의 직경을 최대치로 설정해야 가능하다. 즉, PCD는 웨이퍼홀(11) 상호간에 간섭되지 않도록 설정된 최소 간격보다 크거나 같고, 캐리어(10)의 직경보다 작게 형성되어야 한다. 이때, 웨이퍼홀(11)은 캐리어(10)의 둘레부로부터 내측으로 0.5㎜까지 위치될 수 있다. 즉, 웨이퍼홀(11)의 최외곽으로부터 캐리어(10)의 둘레부까지의 거리는 최소 0.5㎜를 유지해야 한다. 따라서, 이를 고려하여 PCD의 최대 직경을 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 도면상에는 웨이퍼홀(11)의 개수를 4개로 도시하였으나, 이는 일 실시례에 의한 캐리어(10)를 도시한 것으로써 도시된 상태로만 웨이퍼홀(11)의 개수를 한정하는 것은 바람직하지 않으며, 일례로 웨이퍼홀(11)을 3개로도 구성할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 캐리어 사용시 종래 대비 연마 평탄도가 향상되는 것을 비교하기 위해 다음과 같이 테스트하였다.

먼저, 캐리어에 위치한 각각의 웨이퍼홀의 중심을 연결하는 동심원(PCD)을 그려 그 지름을 계산하고, 시뮬레이션 및 실제 실험계획법(DOE : Design Of Experiments) 평가를 통해 웨이퍼 연마궤적 변경을 일으키는 최적의 PCD를 선정하였다.

선정된 PCD를 기준, 정반 외주부 방향으로 440㎜(종래), 450㎜(Test1), 460㎜(Test2)와 같이 이동시킨 캐리어를 디자인하고 각각 제작하였다. 이후 각각 제작된 캐리어를 양면 연마 장치에 장착하고 실제 양면 연마시와 동일하게 웨이퍼 연마 공정을 수행하고, 수행결과를 통해 평탄도 관련 데이터를 추출하였다.

도 8은 본 발명에 따라 PCD를 증가시킨 캐리어 사용시 평탄도를 종래와 비교하여 나타낸 실험 데이터이고, 도 9는 도 8의 실험 데이터를 토대로 PCD별 웨이퍼의 평균 프로파일(Profile)을 나타낸 도면이며, 도 10은 본 발명에 따른 최적의 PCD를 갖는 캐리어(Test2) 사용시 평탄도를 종래와 비교하여 나타낸 실험 데이터이고, 도 11은 도 10의 실험 데이터를 토대로 지점별 평균 프로파일을 나타낸 도면으로써, 좌측은 종래 캐리어와 Test2의 캐리어에 대해 센터부를 매칭시킨 웨이퍼 평탄도를 나타내고, 우측은 종래 캐리어와 Test2의 캐리어에 대해 에지부를 매칭시킨 웨이퍼 평탄도를 나타낸다.

전술한 바와 같이 각각의 캐리어를 제작하여 연마 작업을 수행한 결과, 도 8 내지 도 9에 나타난 바와 같이, 센터부의 연마량(GBIR)은 PCD가 커질수록 줄어들고, 연마된 웨이퍼 센터부의 두께와 연마된 웨이퍼 전체 평균 두께의 차이(CEN-AVE)도 PCD가 커질수록 줄어드는 것을 알 수 있다. 이는 양면 연마 작업 시, 웨이퍼 궤적 분포 개선을 통한 센터부의 연마량 증가로 전체 평탄도가 개선됨을 나타낸다. 또한, 연마패드 중심부에 집중된 연마량이 분산됨으로써, 부산물이 발생되는 영역 또한 분산되며, 연마패드의 사용 누적에 따라 발생하는 센터부 연마량 감소 현상에 대해서도 제어가 가능하다는 것을 말해준다.

즉, 이상에서 설명한 본 발명에 따라 PCD가 최대치로 형성된 캐리어의 사용시, 현재 양면 연마 공정에서 문제가 되는 센터부로부터 에지부까지 영역 간 평탄도 불균형 문제를 해소시킬 수 있으며, 동일 에지부 구간 내 평탄도 단차를 감소시킬 수 있다.

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

1 : 웨이퍼
10 : 캐리어 11 : 웨이퍼홀
12 : 인서트

Claims

웨이퍼가 안착지지되는 복수 개의 웨이퍼홀이 형성되는 양면 연마 장치용 캐리어에 있어서,
상기 웨이퍼홀 각각의 중심을 연결한 원의 직경인 PCD(Pitch Circle Diameter)는 상기 웨이퍼홀 상호간에 간섭되지 않도록 상기 웨이퍼홀 상호간의 최소 간격보다 크거나 같고, 캐리어의 직경보다 작게 형성되도록 상기 웨이퍼홀이 배치되는 양면 연마 장치용 캐리어.
삭제
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼홀의 내측 둘레부에는 상기 웨이퍼홀에 안착되는 웨이퍼를 지지시키기 위한 인서트재가 포함되는 양면 연마 장치용 캐리어.
제1항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 웨이퍼홀의 주변 상부와 하부에 형성된 마모방지층을 포함하는 양면 연마 장치용 캐리어.