KR20080062660A - 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠 - Google Patents

반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠을 개시한다. 본 발명에 따른 연마 휠은 회전 샤프트가 삽입될 수 있는 관통공이 마련된 바디 휠; 및 상기 바디 휠의 둘레를 따라 견고하게 결합된 연마 그루브 어셈블리;를 포함하고, 상기 연마 그루브 어셈블리는 트루잉 그루브, 금속 본드 그루브 및 레진 본드 그루브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 하나의 연마 휠로 황삭(rough grinding)과 정삭(finish grinding)을 동시에 진행할 수 있을 뿐만 아니라 트루잉 웨이퍼의 엣지 연마 공정도 통합하여 운용할 수 있으므로 반도체 웨이퍼 엣지 연마 공정의 생산성 향상이 가능하다. 그리고 금속 본드 그루브를 복수로 구성하여 레진 본드 그루브의 연마 로드를 저감시킬 수 있고 레진 본드 그루브 측으로 갈수록 그루브의 수를 증가시킴으로써 각 그루브의 연마가 균일하게 이루어지도록 하여 연마 휠의 교체 주기를 증가시킬 수 있다.
엣지 연마, 연마 휠, 금속 본드 그루브, 레진 본드 그루브, 트루잉

Description

반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠{Wheel used for polishing edge part of semiconductor wafer}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠의 단면도이다.
도 2는 도 1의 I 부분을 확대하여 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 3은 그루브의 상부 폭과 하부의 곡률 반경을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 연마 휠에 구비된 그루브의 종류별 설계 조건을 예시한 도면이다.
<도면의 주요 참조번호>
10: 연마 휠 20: 관통공
30: 바디 휠 40: 연마 그루브 어셈블리
41: 트루잉 그루브 42: 제1금속 본드 그루브
43: 제2금속 본드 그루브 44: 레진 본드 그루브
W: 그루브 상부 폭 R: 그루브 하부의 곡률 반경
본 발명은 반도체 웨이퍼 연마 휠에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼의 엣지 연마용 휠에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼의 엣지를 연마 가공하는 방식은 크게 수평 연마 방식과 헬리컬 연마 방식으로 나뉜다. 수평 연마 방식은 금속 본드 그루브(groove)가 구비된 연마 휠을 반도체 웨이퍼의 표면과 수평으로 회전시키면서 반도체 웨이퍼의 엣지를 그루브의 표면과 마찰시켜 연마 가공하는 방식이다. 그리고 헬리컬 연마 방식은 레진 본드 그루브가 구비된 연마 휠을 반도체 웨이퍼의 표면과 일정한 각도로 회전시키면서 반도체 웨이퍼의 엣지를 그루브의 표면과 마찰시켜 연마 가공하는 방식이다.
여기서, 금속 본드 그루브는 구리(Cu), 주석(Sn), 철(Fe), 코발트(Co) 등의 금속 결합제와 다이아몬드 분말, CBN 분말 등의 지립(연삭제)을 혼합하여 600 ~ 800℃의 온도에서 소결 및 성형한 것으로서, 반도체 웨이퍼의 엣지 형상에 대응되는 그루브를 갖는다. 그리고 레진 본드 그루브는 페놀 수지, 폴리이미드 수지 등의 수지 결합제와 다이아몬드 분말, CBN(CubicBoroNitride) 분말 등의 지립(연삭제)을 혼합하여 적절한 온도와 압력에서 몰딩한 것으로서, 반도체 웨이퍼의 엣지 형상에 대응되는 그루브를 갖는다.
그런데 상기 금속 본드 그루브가 구비된 연마 휠은 내마모성이 우수하므로 웨이퍼의 연마 매수가 증가하여도 마모에 의한 그루브의 형상 변화가 작고 웨이퍼의 연마 가공 중에 금속 본드 그루브의 트루잉(truing)이나 드레싱(dressing)을 시행할 필요가 없는 장점이 있지만, 연마가 이루어진 엣지 표면에 휠 마크(wheel mark)와 같은 미세 스크래치가 발생하여 고객이 요구하는 웨이퍼의 연마 품질을 만족시키기 어려운 단점이 있다.
또한 레진 본드 그루브가 구비된 연마 휠은 양호한 연마 품질을 보장한다는 장점은 있지만 연마 속도가 느리고 그루브의 내마모성이 좋지 않아 웨이퍼의 연마 가공 중에 그루브의 형상 변화가 빠르게 나타나므로, 이를 보완해 주기 위해 일정한 주기로 트루잉이나 드레싱을 시행하고 그루브의 빠른 형상 변화를 지연시키기 위해 연마 휠을 일정한 각도로 기울여서 연마 공정을 시행해야 하므로 번거로움이 있다.
여기서, 트루잉은 그루브의 형상이 변화되었을 때 그루브의 표준 형상에 대응되는 엣지 형상을 갖는 트루잉 웨이퍼(주로 SiC 웨이퍼가 사용됨)를 이용하여 그루브의 형상을 복원시켜주는 작업을 의미하고, 드레싱은 외부로 노출된 지립이 마모에 의해 납작해지거나 외부로 노출된 기공에 칩이 끼었을 때 다이아몬드 드레서를 이용하여 새로운 지립이 표면에 노출될 수 있도록 그루브 표면을 갈아주는 작업을 의미한다.
따라서 종래에는 금속 본드 그루브가 구비된 연마 휠을 이용하여 반도체 웨이퍼의 엣지를 상당량 연마 가공한 후, 레진 본드 그루브가 구비된 연마 휠을 이용 하여 반도체 웨이퍼의 엣지에 존재하는 휠 마크 등의 미세 스크래치 정도를 연마 제거하는 2중 연마 공정을 적용하였다. 이러한 방법은 금속 본드 그루브의 단점으로 지적되는 연마 품질 저하 문제와 레진 본드 그루브의 단점으로 지적되는 낮은 내마모성으로 인한 수명 저하 문제를 동시에 보완할 수 있는 장점이 있다.
하지만 위와 같은 종래의 방법은 2개의 연마 휠이 필요할 뿐만 아니라 연마 휠의 변경 과정에서 시간이 소요되므로 그 만큼 연마 공정의 생산성을 저하시키는 문제가 있다. 또한 레진 본드 그루브의 경우 주기적으로 트루잉을 시행해야 하는데, 트루잉을 시행하기 위해서는 사전에 트루잉 웨이퍼의 엣지를 표준 형상으로 연마해야 하므로 트루잉 웨이퍼의 연마를 위한 전용 연마 휠을 따로 사용해야 하는 번거로움이 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 하나의 연마 휠에 의해 2중 연마 공정을 동시에 수행할 수 있을 뿐만 아니라 트루잉 웨이퍼의 연마와 그루브의 트루잉까지도 연속 공정으로 수행할 수 있도록 하여 반도체 웨이퍼의 엣지 연마 공정에 대한 생산성을 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠은, 회전 샤프트가 삽입될 수 있는 관통공이 마련된 바디 휠; 및 상기 바디 휠의 둘레를 따라 견고하게 결합된 연마 그루브 어셈블리;를 포함하고, 상기 연마 그루 브 어셈블리는 트루잉 그루브, 금속 본드 그루브 및 레진 본드 그루브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 연마 그루브 어셈블리는 트루잉 그루브, 금속 본드 그루브 및 레진 본드 그루브의 순서로 또는 그 반대의 순서로 배치된다.
바람직하게, 상기 연마 그루브 어셈블리는 트루잉 그루브, 금속 본드 그루브 및 레진 본드 그루브 순서로 입도가 증가한다.
바람직하게, 상기 금속 본드 그루브의 표면에 형성된 그루브의 수보다 레진 본드 그루브의 표면에 형성된 그루브의 수가 더 많다.
바람직하게, 상기 금속 본드 그루브의 표면에 형성된 그루브의 상부 폭 및 하부의 곡률 반경이 레진 본드 그루브의 표면에 형성된 그루브의 상부폭 및 하부의 곡률 반경보다 크다.
바람직하게, 상기 금속 본드 그루브는 입도가 서로 다른 복수의 금속 본드 그루브가 연접하고 있고, 입도가 클수록 그루브의 상부폭과 하부의 곡률 반경이 감소한다. 이 때, 각 금속 본드 그루브는 입도가 작은 순서 또는 그 반대로 연접하여 배치된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠의 단면도이고, 도 2는 도 1의 점선 박스 부분(I)을 확대하여 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연마 휠(10)은 회전 샤프트가 삽입될 수 있는 관통공(20)이 마련된 바디 휠(30)과, 상기 바디 휠(30)의 둘레를 따라 견고하게 결합된 연마 그루브 어셈블리(40)를 포함한다.
바람직하게, 상기 바디 휠(30)은 원반형의 형상을 가진다. 대안적으로, 상기 바디 휠(30)은 1면 접시형, 양면 접시형, 세이프티형 등 다양한 형상을 가질 수도 있다. 그리고 상기 바디 휠(30)의 재질은 알루미늄인 것이 바람직하다. 하지만 본 발명은 바디 휠(30)의 재질에 의해 한정되지 않는다.
상기 연마 그루브 어셈블리(40)는 트루잉 그루브(41), 제1금속 본드 그루브(42), 제2금속 본드 그루브(43) 및 레진 본드 그루브(44)를 포함한다. 여기서, 금속 본드 그루브는 2개로 구성하였지만, 경우에 따라 하나를 생략하거나 3개 이상으로 증가시킬 수도 있다. 금속 본드 그루브가 복수개인 경우, 각 금속 본드 그루브는 도면에 도시된 바와 같이 상호 연접시키는 것이 바람직하다.
상기 트루잉 그루브(41)는 제1 및 제2금속 본드 그루브(42, 43)와 마찬가지로 금속 본드로 구성되며, 레진 본드 그루브(44)의 트루잉시 사용되는 트루잉 웨이퍼(SiC 웨이퍼)의 엣지를 표준 형상으로 연마하는데 사용된다. 여기서, 금속 본드는 금속 분말 결합제와 지립 분말을 혼합한 후 소결 성형한 연마 재료로서 이미 상술한 바 있다.
상기 제1 및 제2 금속 본드 그루브(42, 43)는 빠른 속도로 반도체 웨이퍼 엣지를 황삭(rough grinding)한다. 상기 제1 및 제2금속 본드(42, 43)는 트루잉 그루브(41)와 레진 본드 그루브(44) 사이에 개재되며, 그 재질은 금속 본드로 이루어진다. 상기 제1 및 제2금속 본드 그루브(42, 43)는 트루잉 그루브(41)보다 많은 수의 그루브가 구비되며, 제1금속 본드 그루브(42) 보다는 제2금속 본드 그루브(43)가 더 많은 수의 그루브를 구비한다. 아울러 상기 제1 및 제2금속 본드 그루브(42, 43)는 트루잉 그루브(41)보다 큰 입도를 가지며, 제1금속 본드 그루브(42)보다는 제2금속 본드 그루브(43)가 더 큰 입도를 가진다. 즉 트루잉 그루브(41)로부터 제2금속 본드 그루브(43) 측으로 갈수록 입도와 그루브의 수가 증가한다.
상기 레진 본드 그루브(44)는 제1 및 제2금속 본드 그루브(42, 43)에 의해 황삭된 반도체 웨이퍼 엣지를 정삭(finish grinding)한다. 상기 레진 본드 그루브(44)는 제2금속 본드 그루브(43)에 연접하여 배치되고, 가장 많은 수의 그루브와 가장 큰 입도를 가진다. 따라서 트루잉 그루브(41)로부터 레진 본드 그루브(44)로 갈수록 그루브의 수와 연마재의 입도가 증가한다.
상술한 실시예에 따르면, 제1금속 본드 그루브(42), 제2금속 본드 그루 브(43) 및 레진 본드 그루브(44) 순으로 입도가 증가한다. 따라서 입도가 작은 제1금속 본드 그루브(42)로부터 연마를 개시하여 제2금속 본드 그루브(43)와 레진 본드 그루브(44)를 순차적으로 거쳐 레진 본드 그루브(44)에서 연마를 마치게 되면, 하나의 연마 휠로 황삭과 정삭을 동시에 진행할 수 있다. 따라서 생산성이 향상될 뿐만 아니라 양호한 연마 품질을 보장할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연마 휠(10)은 트루잉 그루브(41)를 포함하고 있으므로, 레진 본드 그루브(44)가 마모되어 트루잉이 필요한 경우 별도의 연마 휠을 사용하지 않고 트루잉 그루브(41)를 이용하여 트루잉 웨이퍼의 엣지를 연마한 후 곧 바로 레진 본드 그루브(44)를 트루잉할 수 있다. 이에 따라 트루잉 웨이퍼의 연마 공정을 반도체 웨이퍼 엣지 연마 공정과 통합하여 운용할 수 있게 되며, 그 결과 연마 공정의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명은 내마모성이 작은 그루브일수록 그루브의 수를 증가시킴으로써, 그루브의 마모가 편차 없이 균일하게 진행될 수 있도록 하였다. 이에 따라, 특정 그루브(대개는, 레진 본드 그루브)가 과도하게 마모되어 연마 휠을 교체해야 하는 불합리한 문제를 해결할 수 있고, 연마 휠의 교체 주기를 연장할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 연마 휠에 구비된 그루브 하나를 확대하여 도시한 도면이다. 도면을 참조하면, 상기 제1금속 본드 그루브(42), 제2금속 본드 그루브(43) 및 레진 본드 그루브(44)에 구비된 그루브의 상부 폭(W)과 하부의 곡률 반경(R)은 제1금속 본드 그루브(42) 측으로부터 레진 본드 그루브(44) 측으로 갈수록 점진적으로 감소시켜 소망하는 연마 형상에 서서히 근접되도록 하는 것이 바람직하 다. 이러한 경우, 레진 본드 그루브(44) 측으로 갈수록 연마 부하가 서서히 감소되므로, 내마모성이 상대적으로 약한 레진 본드 그루브(44)의 수명을 연장시켜 연마 휠의 교체 주기를 증가시킬 수 있다.
본 발명자는 도 4에 도시된 바와 같은 조건으로 연마 그루브 어셈블리를 제작한 후 12 인치 실리콘 웨이퍼의 엣지를 실제 연마 가공을 해 보았다. 각 그루브의 입도는 다음과 같다.
- 트루잉 그루브: 재질은 금속 본드이고, 입도는 600
- 제1금속 본드 그루브: 재질은 금속 본드이고, 입도는 800
- 제2금속 본드 그루브: 재질은 금속 본드이고, 입도는 1500
- 레진 본드 그루브: 재질은 레진 본드이고, 입도는 3000
도 4를 참조하면, (a)는 트루잉 그루브와 레진 본드 그루브의 설계 조건이고, (b)는 제1금속 본드 그루브의 설계 조건이고, (c)는 제2금속 본드 그루브의 설계 조건이다.
상기한 조건에 따라 제작된 연마 휠을 약 4000rpm의 속도로 회전시키고, 12 인치의 실리콘 웨이퍼 엣지를 연마한 결과, 모폴로지와 표면 걸치기가 매우 향상된 가공면을 얻을 수 있었다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범 위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 따르면, 하나의 연마 휠로 황삭과 정삭을 동시에 진행할 수 있을 뿐만 아니라 트루잉 웨이퍼의 엣지 연마 공정도 통합하여 운용할 수 있으므로 반도체 웨이퍼 엣지 연마 공정의 생산성 향상이 가능하다. 그리고 금속 본드 그루브를 복수로 구성하여 레진 본드 그루브의 연마 로드를 저감시킬 수 있고 레진 본드 그루브 측으로 갈수록 그루브의 수를 증가시킴으로써 각 그루브의 연마가 균일하게 이루어지도록 하여 연마 휠의 교체 주기를 증가시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 회전 샤프트가 삽입될 수 있는 관통공이 마련된 바디 휠; 및
    상기 바디 휠의 둘레를 따라 견고하게 결합된 연마 그루브 어셈블리;를 포함하고,
    상기 연마 그루브 어셈블리는 트루잉 그루브, 금속 본드 그루브 및 레진 본드 그루브를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마 그루브 어셈블리는 트루잉 그루브, 금속 본드 그루브 및 레진 본드 그루브 순서 또는 그 반대의 순서로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마 그루브 어셈블리는 트루잉 그루브, 금속 본드 그루브 및 레진 본드 그루브 순서로 입도가 증가하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 본드 그루브의 표면에 형성된 그루브의 수보다 레진 본드 그루브 의 표면에 형성된 그루브의 수가 많은 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 본드 그루브의 표면에 형성된 그루브의 상부 폭 및 하부의 곡률 반경이 레진 본드 그루브의 표면에 형성된 그루브의 상부폭 및 하부의 곡률 반경보다 큰 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 금속 본드 그루브는 입도가 서로 다른 복수의 금속 본드 그루브가 연접하고 있고,
    입도가 클수록 그루브의 상부폭과 하부의 곡률 반경이 감소하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 금속 본드 그루브는 입도가 서로 다른 2개의 금속 본드 그루브가 연접하고 있고, 각 금속 본드 그루브는 입도가 작은 순서 또는 그 반대로 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 엣지 연마 휠.
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