KR20090043194A - 기판 양면연마 장치용 캐리어 플레이트 - Google Patents

Abstract

기판의 양면연마 장치에 있어서, 기판의 연마후 평탄도를 향상시키고, 내구성과 수명을 향상시킨 캐리어 플레이트가 개시된다. 상기 캐리어 플레이트는 바콜 경도(Barcol hardness) 값이 40 내지 80의 크기를 갖고, 상기 캐리어 플레이트는 굽힘연성(Bend flexibility rate) 값이 19 내지 23 ㎬인 에폭시 재질로 형성된다.

CMP, DSP, 캐리어 플레이트

Description

기판 양면연마 장치용 캐리어 플레이트{CARRIER PALTE IN DOUBLE SIDE POLISHING APPARATUS FOR SUBSTRATE}

본 발명은 반도체 기판의 양면연마 장치에 관한 것으로, 반도체 기판의 평탄도를 개선하고 캐리어 플레이트의 수명을 연장하기 위한 캐리어 플레이트에 관한 것이다.

반도체 소자의 고집적화로 인해 반도체 기판 제조 공정 중 래핑(Lapping) 공정이나 화학기계적 양면연마(DSP; Double Side Polishing, Lapper) 공정은 반도체 기판의 평탄도(flatness)나 스크래치, 결함 등 반도체 제조공정에서 소자의 수율 및 생산성에 큰 영향을 끼치는 중요한 인자 중의 하나로 인식되어 가고 있다.

상기 래핑 공정이나 화학기계적 양면연마 공정을 수행할 수 있는 양면연마 장치가 개시된다. 상기 양면연마 장치는 반도체 기판의 양면을 동시에 연마할 수 있는 장치이다. 양면연마 장치는 기판의 평탄화를 위한 연마패드가 부착된 한 쌍의 상부 정반 및 하부 정반과 기판을 고정하는 캐리어 플레이트로 이루어진다.

여기서, 상기 캐리어 플레이트는 기판을 선회 가능하게 지지하는 홀더홀이 형성된 원형 플레이트 형태를 갖고, 외주면을 따라 회전을 위한 기어가 형성된다. 즉, 상기 기판은 상기 캐리어 플레이트의 홀더홀에 삽입되고, 상기 기판의 상하부에 각각 상기 상/하부 정반이 가압 접촉된다. 그리고, 상기 기판으로 슬러리를 공급하면서 상/하부 정반을 서로 반대방향으로 회전시킴으로써 상기 기판의 요철면이 제거되어 양면이 동시에 평탄화된다.

그런데, 양면연마 공정이 수행되는 동안 상기 캐리어 플레이트의 표면에 직접적으로 압력이 작용하지는 않으나, 상기 캐리어 플레이트의 일부가 연마되면서 마모가 발생하고, 내구성이 저하된다. 이와 같은 마모로 인해 캐리어 플레이트의 내구성이 저하되고 수명이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 상기 캐리어 플레이트는 상기 기어를 통해 회전 구동력이 전달되므로, 상기 캐리어 플레이트의 외주면에는 심한 마찰력이 작용하게 되어 파손이 발생하거나 마모가 발생하기 쉽다.

한편, 종래의 캐리어 플레이트는 스틸, 스테인리스 스틸 등의 금속재료 또는 에폭시 수지 등의 재질로 이루어진다. 특히, 금속 재질의 캐리어 플레이트는 연마 과정에서 발생되는 미량의 금속이라 할 지라도 반도체 기판을 오염시키게 되고, 더불어, 반도체 제조 공정 상에서 불량의 원인이 된다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 캐리어 플레이트의 내구성을 향상시킨 양면연마 장치용 캐리어 플레이트를 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 기판의 연마 결과 평탄도를 향상시키는 양면연마 장치용 캐리어 플레이트를 제공하기 위한 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 캐리어 플레이트의 내구성과 수명을 연장시킬 수 있도록, 상기 캐리어 플레이트의 경도를 재질을 증가시킨다. 상세하게는, 상기 캐리어 플레이트는 바콜 경도(Barcol hardness) 값이 40 내지 80의 크기를 갖는다.

실시예에서, 상기 캐리어 플레이트는 에폭시 재질로 형성된다. 따라서, 연마 공정 동안 금속 오염이 발생하는 것을 방지한다.

그리고, 상기 캐리어 플레이트는 기판의 연마후 평탄도를 향상시킬 수 있또록 상기 캐리어 플레이트의 굽힘연성(Bend flexibility rate) 값을 19 내지 23 ㎬로 증가시킨다.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 상기 기판의 평탄도를 향상시키기 위해서 상기 캐리어 플레이트의 굽힘연성(Bend flexibility rate)을 증가시킨다. 상세하게는, 상기 캐리어 플레이트는 굽 힘연성 값이, 상기 캐리어 플레이트의 높이 방향으로는 19 내지 23 ㎬이고, 너비 방향으로는 19 내지 23㎬이다.

그리고, 상기 캐리어 플레이트의 내구성을 향상시키기 위해서, 상기 캐리어 플레이트는 바콜 경도 값이 50 내지 70의 크기를 갖는다.

실시예에서, 상기 캐리어 플레이트는 에폭시 재질로 형성되고, 기판이 수용되는 홀더홀이 형성된다. 그리고, 상기 캐리어 플레이트는 상기 기판보다 낮은 두께를 갖는 원형 플레이트 형태를 갖는다.

본 발명에 따르면, 첫째, 캐리어 플레이트의 강도를 증가시킴으로써 캐리어 플레이트의 내구성을 향상시키고 수명을 연장한다.

둘째, 캐리어 플레이트의 굽힘연성을 최적화하여 기판의 평탄도를 향상시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 양면연마 장치를 설명하기 위한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 양면연마 장치의 단면도이다. 도 3은 도 1의 캐리어 플레이트를 설명하기 위한 평면도이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판의 양면연마 장치에 대해 설명한다.

양면연마 장치(100)는 기판(10)을 고정하는 캐리어 플레이트(110)와 상기 기판(10)의 양쪽 표면을 연마하기 위한 상부 정반(130)과 하부 정반(140)으로 이루어진다. 그리고, 상기 캐리어 플레이트(110)의 구동을 위한 캐리어 홀더(120)를 포함한다.

상기 상부 정반(130)과 상기 하부 정반(140)은 상기 기판(10)을 사이에 두고 서로 마주보도록 구비된다. 그리고, 상기 상부 정반(130)과 상기 하부 정반(140)에서 상기 기판(10)에 맞닿는 면에는 연마패드(131, 141)가 구비된다.

또한, 상기 상부 정반(130)에는 제1 구동부(135)가 연결되고, 상기 하부 정반(140)에는 제2 구동부(145)가 연결된다. 상기 제1 구동부(135)와 상기 제2 구동부(145)는 상기 상부 정반(130)과 상기 하부 정반(140)의 회전을 위한 회전 구동력을 전달한다. 또한, 상기 각 구동부(135, 145)는 상기 정반(130, 140)들을 상기 기판(10)에 대해 접근/후퇴하는 운동을 위한 직선 구동력을 제공할 수 있다. 그리고, 상기 각 구동부(135, 145)는 상기 각 정반(130, 140)을 상기 기판(10)에 대해 가압시키는 역할을 한다.

도 3을 참조하면, 상기 캐리어 플레이트(110)는 상기 기판(10)이 선회 가능 하게 삽입되는 홀더홀(111)이 형성된 원형 플레이트 형태를 갖는다. 상기 홀더홀(111)은 상기 기판(10)에 대응되는 형태를 갖되, 상기 기판(10)이 상기 홀더홀(111) 내부에 삽입되어 선회운동이 가능하도록 상기 기판(10)보다 다소 큰 직경을 갖는다.

여기서, 상기 캐리어 플레이트(110)는 상기 기판(10)이 연마될 수 있도록 상기 기판(10)의 두께보다 얇은 두께를 갖는다.

한편, 도면에서는 홀더홀(111)이 1개로 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 홀더홀(111)은 1개 또는 복수개일 수 있다. 그리고, 상기 홀더홀(111)의 수에 의해 상기 캐리어 플레이트(110)의 크기가 변경될 수 있다.

도 3에서 설명되지 않은 도면부호 114는 상기 상부 정반(130) 및 상기 하부 정반(140)과의 마찰면을 줄이기 위해 형성된 마찰홀(114)이다.

상기 캐리어 플레이트(110)는 그 자체가 자전하지 않고, 상기 홀더홀(111)에 삽입된 기판(10)만 선회 운동하도록 구동된다. 즉, 상기 캐리어 플레이트(110)는 상기 캐리어 홀더(120)에 의해 상기 캐리어 플레이트(110)와 동일한 평면 상에서 원운동을 하게 된다. 특히, 상기 캐리어 플레이트(110)는 상기 상/하부 정반(130, 140)의 축으로부터 소정거리 평심된 상태의 원운동을 하게 된다.

상기 캐리어 홀더(120)는 상기 캐리어 플레이트(110)의 외주연부에 대응되는 링 형태를 갖는다. 상기 캐리어 홀더(120)의 내주연부에는 복수의 핀(121)이 일정 간격으로 구비된다. 그리고, 상기 캐리어 플레이트의 외주연부에는 상기 각 핀(121)과 대응되는 위치에 대응되는 수만큼 복수의 핀홀(116)이 형성된다. 여기 서, 상기 핀홀(116)은 상기 핀(121)이 삽입 가능하도록 상기 캐리어 플레이트(110)의 반경 방향 일부가 개구되게 형성된다.

상기 캐리어 플레이트(110)는 에폭시 수지 재질로 형성된다. 특히, 본 발명에의하면 상기 캐리어 플레이트(110)는 그 수명을 연장시키기에 최적화된 경도를 갖는다. 또한, 상기 캐리어 플레이트(110)는 상기 기판(10)의 평탄도를 향상시기에 최적화된 굽힘연성을 갖는다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 양면연마 장치(100)를 이용하여 상기 기판(10)의 양면연마 방법에 대해 설명한다.

먼저, 상기 기판(10)을 상기 캐리어 플레이트(110)의 홀더홀(111)에 삽입한다. 그리고, 상기 상부 정반(130) 및 상기 하부 정반(140)을 상기 기판(10)에 가압 접촉시킨다.

상기 기판(10)으로 연마입자가 포함된 슬러리가 제공되고, 상기 상부 정반(130)과 상기 하부 정반(140)은 서로 반대 방향으로 회전함에 따라 상기 기판(10) 표면의 요철이 제거되어 평탄화된다.

여기서, 상기 캐리어 플레이트(110)는 상기 캐리어 플레이트(110)는 자전하지 않도록 편심 원운동할 수 있다. 그리고, 상기 캐리어 플레이트(110)의 원운동에 의해 상기 기판(10)을 상기 홀더홀(111) 내부에서 선회하게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 플레이트(110)에 대해 상세하게 설명한다. 상기 캐리어 플레이트(110)는 수명을 연장하고 기판(10)의 표면 평탄도 를 향상시킬 수 있도록 경도와 굽힘연성을 최적화하였다.

표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 플레이트(실시예)와 종래의 캐리어 플레이트(비교예)의 물성치를 비교한 것이다.

이하, ‘비교예’는 기존의 에폭시 재질로 형성된 캐리어 플레이트이고, ‘실시예’는 본 발명에 의한 에폭시 재질로 형성된 캐리어 플레이트를 가리킨다.

	방향	비교예	실시예
굽힘강도 bend strength	height	220 ㎫	220±10 ㎫
	width	210 ㎫	230±10 ㎫
굽힘연성 bend flexibility rate	height	17100 ㎫	21000±1000 ㎫
	width	16400 ㎫	21000±1000 ㎫
로크웰 경도 Rockwell hardness	-	79	90±10
바콜 경도 Barcol hardness	-	50	60±10

표 1을 참조하면, 실시예에 따른 캐리어 플레이트(110)의 경도는 로크웰 경도로 80 내지 100이고, 바콜 경도는 50 내지 70으로서, 비교예에 따른 캐리어 플레이트의 경도인 79와 50보다 크다.

상기 캐리어 플레이트(110)의 경도는 내마모성과 연관되는 특성으로서, 상기 캐리어 플레이트(110)의 경도와 내마모성은 비례하는 특징을 갖는다. 즉, 상기 캐리어 플레이트(110)의 경도를 강화시킴으로써 상기 캐리어 플레이트(110)의 마모와 마모로 인한 강도 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따르면 상기 캐리어 플레이트(110)는 연마 공정을 수행하는 동안 상기 캐리어 플레이트(110) 역시 연마되면서 발생하는 마모를 방지하는 데 효과적이다. 또한, 이와 같은 마모에 의해 상기 캐리어 플레이트(110)의 내구성이 저하되는 것을 방지하고, 결과적으로 상기 캐리어 플레이트(110)의 수명을 연장시킬 수 있다.

한편, 상기 캐리어 플레이트(110)의 경도가 로크웰 경도 80 또는 바콜 경도로 50보다 작은 경우, 연마 공정 동안 상기 캐리어 플레이트(110)의 마모를 방지하기에 효과적이지 않고, 결과적으로 내구성과 수명을 연장하는 효과를 얻을 수 없다.

그리고, 상기 캐리어 플레이트(110)의 경도가 로크웰 경도100 또는 바콜 경도로 70 이상으로 큰 경우에는, 상기 기판(10)과 접촉되는 부분에서 상기 기판(10)에 마모 또는 손상이 발생할 수 있다. 즉, 경도가 서로 다른 물질끼리 접촉하는 경우 경도가 높은 물질에 의해 경도가 낮은 물질의 표면이 손상될 수 있는데, 상기 캐리어 플레이트(110)의 경도가 강한 경우, 상기 기판(10)의 모서리가 상기 캐리어 플레이트(110)에 접촉되는 부분에서 상기 기판(10)의 모서리 부분이 마모되거나 손상될 수 있다.

표 1을 참조하면, 실시예에 따른 캐리어 플레이트(110)의 굽힘연성은 높이 방향과 너비 방향 모두 20000 내지 22000 ㎫서, 비교예에 비해 굽힘연성이 큰 것을 알 수 있다.

상기 캐리어 플레이트(110)의 굽힘연성은 상기 기판(10)의 연마 후 평탄도와 관계되는 특성으로서, 굽힘연성이 클수록 상기 캐리어 플레이트(110)의 굽힘에 의한 변형이 발생하지 않는다. 따라서, 상기 캐리어 플레이트(110)의 굽힘연성이 크면 상기 기판(10)이 수평을 유지하도록 일정하게 지지할 수 있어서, 연마 후 상기 기판(10)의 평탄도가 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 캐리어 플레이트(110)의 굽힘연성이 20000 ㎫보다 작거나, 22000 ㎫이 보다 큰 경우 모두 상기 기판(10)의 연마 후 평탄도에 악영향을 미치게 된다.

즉, 상기 캐리어 플레이트(110)의 굽힘연성이 20000 ㎫보다 작은 경우, 연마 공정 동안 상기 캐리어 플레이트(110)의 굽힘변형으로 인해 상기 기판(10)의 연마정도가 균일하지 않아서 상기 기판(10)의 평탄도가 저하된다.

또한, 상기 캐리어 플레이트(110)의 굽힘연성이 22000 ㎫보다 큰 경우, 상기 캐리어 플레이트(110)가 너무 비탄력적이어서, 연마 공정 동안 발생할 수 있는 상기 기판(10)의 높이나 위치 변화에 유연하게 대응하는 것이 어려워서, 상기 기판(10)의 평탄도가 저하된다.

도 4와 도 5는 기존의 캐리어 플레이트와 본 실시예에 따른 캐리어 플레이트를 이용하여 기판을 연마한 결과를 도시한 그래프들이다.

도 4와 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 캐리어 플레이트와 비교예에 따른 캐리어 플레이트를 이용하여 기판을 고정시키고, 동일한 양면연마 장치와 동일한 조건에서 기판을 양면연마 한 후, 기판의 평탄도(flatness)를 측정하였다.

상기 기판의 평탄도는 연마 후 기판에서 최대 국부평면도값(maximum local flatness value)으로 측정되었다. 그리고, 실시예에 따른 기판의 SFQR(front-surface referenced least squares)의 값은 0.025㎛로서 비교예에 의한 SFQR 0.035㎛보다 개선되었음을 알 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 양면연마 장치를 설명하기 위한 사시도;

도 2는 도 1의 양면연마 장치의 단면도;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 플레이트를 설명하기 위한 평면도;

도 4와 도 5는 종래의 캐리어 플레이트와 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 플레이트를 이용하여 기판을 가공한 결과를 비교한 그래프들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 기판 100: 양면연마 장치

110: 캐리어 플레이트 111: 기판 홀더

112: 홀더홀 114: 마찰홀

116: 핀홀 120: 캐리어 홀더

121: 홀더핀 130: 상부 정반

131: 제1 연마패드 135: 제1 구동부

140: 하부 정반 141: 제2 연마패드

145: 제2 구동부

Claims (7)

1. 기판의 양면을 연마하는 양면연마 장치에서 기판을 고정시키는 캐리어 플레이트에 있어서,

   상기 캐리어 플레이트는 바콜 경도(Barcol hardness) 값이 40 내지 80의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 양면연마 장치용 캐리어 플레이트.
2. 제1항에 있어서,

   상기 캐리어 플레이트는 에폭시 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 양면연마 장치용 캐리어 플레이트.
3. 제2항에 있어서,

   상기 캐리어 플레이트는 굽힘연성(Bend flexibility rate) 값이 19 내지 23 ㎬인 것을 특징으로 하는 양면연마 장치용 캐리어 플레이트.
4. 기판의 양면을 연마하는 양면연마 장치에서 기판을 고정시키는 캐리어 플레이트에 있어서,

   상기 캐리어 플레이트는 굽힘 연성(Bend flexibility rate) 값이, 상기 캐리어 플레이트의 높이 방향으로는 19 내지 23 ㎬이고, 너비 방향으로는 19 내지 23㎬ 인 것을 특징으로 하는 양면연마 장치용 캐리어 플레이트.
5. 제4항에 있어서,

   상기 캐리어 플레이트는 에폭시 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 양면연마 장치용 캐리어 플레이트.
6. 제5항에 있어서,

   상기 캐리어 플레이트는 바콜 경도(Barcol hardness) 값이 50 내지 70의 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 양면연마 장치용 캐리어 플레이트.
7. 제5항에 있어서,

   상기 캐리어 플레이트는 기판이 수용되는 홀더홀이 형성되고, 상기 기판보다 낮은 두께를 갖는 원형 플레이트 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 양면연마 장치용 캐리어 플레이트.

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