KR20110037662A - 템플레이트 어셈블리 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자용 실리콘 웨이퍼 제조 공정 중 최종 연마 공정인 파이널 폴리싱 공정에서 웨이퍼를 지지하는 템플레이트 어셈블리에 관한 것이다.

본 발명은 원반 형상의 백 머터리얼을 준비하는 단계; 및 상기 백 머터리얼의 가장 자리에 에폭시 글라스를 적층하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 에폭시 글라스의 내측면은, 연마될 웨이퍼의 외부의 곡률과 동일하게 라운드 가공된 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 경면 연마 공정에서 템플레이트 어셈블리 상에서 웨이퍼의 이탈(wipe out) 및 패드의 손상을 방지하고 웨이퍼의 경면화 표면의 품질 향상을 기할 수 있다.

템플레이트 어셈블리, wipe out, Nap 구조

Description

템플레이트 어셈블리 및 그 제조방법{Template assembly and method for manufacturing the same}

본 발명은 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자용 실리콘 웨이퍼 제조 공정 중 최종 연마 공정인 파이널 폴리싱 공정에서 웨이퍼를 지지하는 템플레이트 어셈블리에 관한 것이다.

반도체소자 제조의 재료로서 웨이퍼 (wafer)가 널리 사용되고 있는데, 웨이퍼란 실리콘 반도체의 소재의 종류 결정을 원주상에 성장시킨 주괴를 얇게 깎아낸 원모양의 판이다.

통상적으로 반도체 소자용 실리콘 웨이퍼 제조 공정에서는 원통형 실리콘(잉곳)을 낱개의 웨이퍼로 절단하는 슬라이싱(slicing) 공정을 거치게 된다. 이 때, 절단된 웨이퍼의 표면에는 요철이 생기게 되므로 연마에 의한 평탄화 공정을 거쳐야 한다.

웨이퍼 연마 장치는, 정반과 장착블록과 가압헤드와 중심 가이드(center guide) 및 외부 가이드(out guide)를 포함하여 이루어진다. 그리고, 상기 가압 헤드가 회전하면서, 정반에 부착된 연마포와 연마용액의 상호 작용에 의하여 웨이퍼 의 연마가 진행된다.

이 때, 가압 헤드가 웨이퍼에 압력을 가하는 방법은 다음과 같다.

템플레이트 어셈블리(template assembly) 상에 웨이퍼가 구비되고, 상기 템플레이트 어셈플리가 장착 블록에 접착된다. 그리고, 상기 가압 헤드가 상기 장착 블록에 소정 압력을 가하면서 회전할 때, 웨이퍼와 연마포 사이에 마찰을 발생시켜 웨이퍼의 표면이 경면화되도록 하면서 웨이퍼를 평탄하게 연마한다.

여기서, 템플레이트 어셈블리는 상술한 바와 같이 웨이퍼 최종 연마공정인 파이널 폴리싱(polishing) 공정에서, 웨이퍼의 뒷면과 접촉하는 패드(pad)이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 에어 쳄버의 공압은 러버척에 전달되고, 상기 러버척에 부착된 템플레이트 어셈블리가 웨이퍼의 뒷면에 압력을 전달한다. 도 1에서 하부에 직사각형으로 구비된 것이 템플레이트 어셈블리이다.

도 2a는 종래의 템플레이트 어셈블리의 평면도이고, 도 2b는 종래의 템플레이트 어셈블리의 단면도이다. 이하에서, 도 2a와 도 2b를 참조하여 종래의 템플레이트 어셈블리를 설명한다.

도시된 바와 같이 종래의 템플레이트 어셈블리는, 백 머터리얼(back material, 200)의 가장 자리에 에폭시 글라스(210)가 적층되어 이루어진다. 여기서, 상기 에폭시 글라스(200)는 복수 개의 층이 적층되므로, 상기 템플레이트 어셈블리 상술한 웨이퍼의 폴리싱 공정에서 연마 가공 중인 헤드에서 빠져나가지 않게 가이드하고 지지하는 리테이너 링(retainer ring)의 역할을 한다.

이 때, 웨이퍼(250)의 연마는 템플레이트 어셈블리의 백 머터리얼(200)에 웨 이퍼(250)를 표면장력으로 부착하고, 공압을 이용하여 에어 챔버 내의 압력을 이용하여 템플레이트 어셈블리에 압력을 전달하여 이루어진다.

파이널 폴리싱 과정에 사용되는 패드(final pad, 300)는 도 3에 도시된 바와 같이 Nap 구조로 이루어져 있다. 상술한 Nap 구조는 슬러리(slurry) 포집 능력이 높고, 슬러리 화학적(chemical) 반응을 손쉽게 하여 원활한 경면 연마를 할 수 있다.

또한, 슬러리 층에 의한 웨이퍼 가공은 슬러리가 웨이퍼(250)에 직접적인 압력을 전달하기보다는, 슬러리층이 완충 작용을 하면서 슬러리가 웨이퍼(250)의 표면을 미끄러지면서 가공하여 웨이퍼(250)의 표면에 스크래치(scratch) 발생 및 손상(damage)를 최소화할 수 있다.

여기서, 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼(250)에 비하여 가장 자리의 에폭시 글라스(210)에 상대적으로 높은 압력을 가하여, 결과적으로 에폭시 글라스(210)의 눌림이 커져서 웨이퍼가 템플레이트 어셈블리 외부로 이탈하지 않게 한다.

그러나, 상술한 웨이퍼의 연마 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

상술한 Nap 구조의 패드는 경도(hardness)가 작고 탄성(elasticity)이 작은 특성을 가지고 있으므로, 전체적으로 부드러운 특성을 갖는다. 그런데, 상술한 Nap 구조의 패드에 일정 수준 이상의 압력을 가하면, 슬러리의 유입이 어려워져서 웨이퍼 표면 및 패드의 Nap 층의 손상이 발생할 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이 밸런스(balance)가 나빠지거나 패드(300)의 탄성률이 낮아질 경우, 웨이퍼(300)에 걸리는 실제의 압력이 에폭시 글라스(210)에 걸리는 압력헤 비해 순간적으로 높아지게 된다. 따라서, 도시된 바와 같이 웨이퍼(250)가 에폭시 글라스(210) 외부로 이탈하는 wipe out의 문제가 발생할 수 있다.

즉, 웨이퍼의 밸런스 및 패드의 탄성률은 시간에 따라 변하므로 임의로 컨트롤(control)하기가 어렵다. 그리고, 상술한 웨이퍼의 이탈을 방지하기 위하여 템플레이트 어셈블리에 가해지는 압력을 높일 수 있으나, 패드의 마모 및 손상으로 인하여 웨이퍼의 경면화 품질의 저하가 예상된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 경면 연마 공정에서 웨이퍼의 이탈(wipe out)을 방지하는 템플레이트 어셈블리 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 적절한 압력하에서 웨이퍼를 이탈시키지 않고 경면연마하여, 패드의 손상을 방지하고 웨이퍼의 경면화 표면의 품질 향상을 기할 수 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 원반 형상의 백 머터리얼을 준비하는 단계; 및 상기 백 머터리얼의 가장 자리에 에폭시 글라스를 적층하는 단계를 포함하여 이루어지고, 상기 에폭시 글라스의 내측면은, 연마될 웨이퍼의 외부의 곡률과 동일하게 라운드 가공된 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 원반 형상의 백 머터리얼; 및 상기 백 머터리얼의 가장 자리에 적층되고, 내측면이 연마될 웨이퍼의 외부의 곡률과 동일하게 라운드 가동된 에폭시 글라스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리를 제공한다.

상술한 본 발명에 따른 템플레이트 어셈블리 및 그 제조방법의 효과를 설명 하면 다음과 같다.

첫째, 경면 연마 공정에서 템플레이트 어셈블리 상에서 웨이퍼의 이탈(wipe out)을 방지할 수 있다.

둘째, 적절한 압력하에서 웨이퍼를 이탈시키지 않고 경면 연마하여, 패드의 손상을 방지하고 웨이퍼의 경면화 표면의 품질 향상을 기할 수 있다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 종래와 동일한 구성 요소는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여하며 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 5는 본 발명에 따른 템플레이트 어셈블리의 일실시예를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에서 에폭시 글라스의 형상을 구체적으로 도시한 도면이다. 이하에서, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 템플레이트 어셈블리의 일실시예를 설명한다.

본 실시예에 따른 템플레이트 어셈블리는, 원반 형상의 백 머터리얼(200)의 가장자리에 에폭시 글라스(epoxy glass, 210)가 구비된다. 백 머터리얼(200)은 후술할 웨이퍼 연마 공정에서 웨이퍼(250)를 지지하는 역할을 할 수 있고, 에폭시 글라스(210)는 복수 개의 층이 적층되어 충분한 두께를 얻을 수 있다. 또한, 에폭시 글라스(210)은 핫 멜트 쉬트(hot melt sheet, 205) 등의 접착물질을 통하여 상기 백 머터리얼(200) 상에 접착될 수 있다.

상기 에폭시 글라스(210)는 웨이퍼(250)의 폴리싱 공정 중 연마 가공 중에 헤드에서 웨이퍼(250)가 빠져나가지 않게 가이드하고 지지하는 역할을 한다. 따라서, 상기 에폭시 글라스(210)의 내측 반지름은 웨이퍼(250)가 놓여질 정도로 충분한 크기이어야 한다. 그리고, 상기 에폭시 글라스(210)의 두께는 가공하고자 하는 웨이퍼의 두께보다 두꺼워야 함은 당연하다.

그리고, 에폭시 글라스(210)의 내측과 외측이 라운드 가공되어 있다. 외측의 라운드 가공은 경면 연마 공정에서, 에폭시 글라스(210)의 표면에서 이탈한 미세한 유리 섬유 등이 웨이퍼의 프론트 면에 스크래치를 발생시키지 않게 하기 위하여 형성된 것이다.

그리고, 내측의 라운드 가공은 경면 연마 공정에서 웨이퍼의 이탈(wipe out)을 방지하기 위한 것이다. 따라서, 에폭시 글라스(210) 중 상술한 내측의 라운드 가공된 부분의 반경은 연마될 웨이퍼(250)의 외부의 반경와 동일한 것이 바람직하다. 여기서, 허용되는 오차는 ±10% 이내이어야 한다.

그리고, 직경 300 밀리미터 웨이퍼의 경우 775 내지 800 마이크로 미터의 두께를 갖는데, 도 6에 도시된 바와 같이 에폭시 글라스(210)의 내측면 중 일부만이 상술한 반경을 갖으면 충분하다. 즉, 상술한 에폭시 글라스(210)의 반경은 경면 연마 공정에서 웨이퍼의 이탈을 방지하기 위한 것이므로, 백 머터리얼(200) 상에 적층된 에폭시 글라스(210)의 하층이 아닌 상층에만 구비되면 충분하다. 여기서, 상층 또는 하층은 백 머터리얼(200)을 기준으로 판단하는 것으로, 도 5에서는 백 머터리얼(200)이 상부에 구비되어 에폭시 글라스(210)의 아래 부분에만 반경이 형성된 것으로 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 에폭시 글라스(210)의 내측면 중 일부에 형성되는데, 구체적으로는 라운드 가공부는 가로와 세로의 크기가 100 마이크로 이내로 구비되면 충분하다. 그리고, 상기 라운드 가공부의 곡률은 웨이퍼(250)의 그것과 동일하여야 한다. 따라서, 라운드 가공부는 크기는 가로와 세로가 100 마이크로 미터 정도이어야 하나, 그 곡률은 400 마이크로 미터의 반경을 갖는 원의 곡률과 동일하여야 한다. 상기 수치들은 10 % 이내의 오차를 가져야 함은 상술한 바와 같다.

여기서, 400 마이크로 미터의 반경은 300 밀리미터 직경의 웨이퍼의 두께가 775 내지 800 밀리미터인 것을 고려한 것이다. 그러므로, 가공하고자 하는 웨이퍼의 크기가 다른 때에는 그 직경에 따라 상술한 에폭시 글라스의 라운드 가공부의 크기를 조절하여야 한다.

이하에서는, 본 발명에 따른 템플리트 어셈블리의 제조방법의 일실시예를 설명한다.

먼저, 백 머터리얼(back material)을 준비한다. 그리고, 백 머터리얼의 일면에는 접착제를 형성할 수 있는데, 후술할 웨이퍼 연마 공정에서 가압헤드에 템플레이트 어셈블리를 접착하기 위함이다. 접착제로서는 양면 접착제를 사용할 수 있다. 여기서, 백 머터리얼의 일면에는 접착제가 형성되고, 다른 면에는 후술할 공정에서 웨이퍼가 놓여지게 된다.

백 머터리얼은 원반 형상으로 준비되는 것이 바람직한데, 원주 형상의 웨이퍼를 지지하는 데 사용되기 때문이다. 그리고, 백 머터리얼의 직경은 연마 가동될 웨이퍼보다 커야 함은 당연하다.

이어서, 백 머터리얼의 가장 자리에 에폭시 글라스(epoxy glass)를 적층한다. 이 때, 에폭시 글라스는 도시된 바와 같이 복수 개의 층이 적층되어 충분한 두께를 얻을 수 있고, 핫 멜트 쉬트(hot melt sheet) 등의 접착물질을 통하여 상기 백 머터리얼 상에 접착된다.

상기 에폭시 글라스의 두께는 가공하고자 하는 웨이퍼의 두께보다 두꺼워야 한다. 여기서, 상기 에폭시 글라스는 웨이퍼의 폴리싱 공정 중 연마 가공 중에 헤드에서 웨이퍼가 빠져나가지 않게 가이드하고 지지하는 역할을 한다. 따라서, 백 머터리얼의 외주에 소정 폭을 가지고 접착되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 에폭시 글라스의 내측 반지름은 웨이퍼가 놓여질 정도로 충분한 크기이어야 한다.

이어서, 상기 에폭시 글라스의 내측면과 외측면을 라운드 가공한다. 도 7a 및 7b는 라운드 가공 이전과 이후를 각각 나타낸 도면이다.

도 7a에서 백 머터리얼(200)의 일면에는 접착제(220)가 부착되고, 다른 면의 외주에는 접착물질(205)을 통하여 에폭시 글라스(210)가 접착되어 있다. 그리고, 상기 에폭시 글라스(210)의 외측면도 라운드 가공될 수도 있다.

상기 에폭시 글라스(210)의 내측면의 라운드 가공 공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 에폭시 글라스(210)의 내측면 일부를 샌드 페이퍼(sand paper) 등의 방법으로 1차 연마한다. 그리고, 에어 클리닝(air cleaning) 공정을 통하여 남아 있는 샌드(sand) 등을 제거한다.

상술한 1차 연마 공정을 거친 에폭시 글라스(210)의 라운드 가공된 부위는 거친 면이 잔존하여 부드럽게 가공하는 것이 필요하다.

따라서, 상술한 1차 연마 공정에서 연마된 부분을 클로쓰 러빙(cloth rubbing) 등의 방법으로 2차 연마한다. 그리고, 2차 연마된 부분을 DIW 클리닝 등의 공정을 통하여 세정하여, 남아 있는 불순물을 충분히 제거한다.

상술한 공정에서 에폭시 글라스(210)의 내측면은 400 마이크로 미터의 반경을 갖는 원의 곡률과 동일하게 라운드 가동되어야 한다. 이 때, 허용되는 오차의 범위는 10% 이내이다.

그리고, 에폭시 글라스(210)의 내측면 중 일부만이 라운드 가공되는데, 구체적으로는 가로와 세로의 크기가 100 마이크로 이내로 라운드 가공되어야 한다. 여기서, 허용되는 오차는 10 % 범위 이내이어야 한다.

그리고, 상술한 크기들은 본 템플레이트 어셈블리가 775 내지 800 밀리미터의 두께를 갖는 300 밀리미터 직경의 웨이퍼를 가공하고자 하는 경우의 수치이다.따라서, 가공하고자 하는 웨이퍼의 크기가 다른 때에는 그 직경에 따라 상술한 에폭시 글라스의 라운드 가공부의 크기를 조절하여야 한다.

상술한 공정으로 제조된 템플레이트 어셈블리는, 템플레이트 어셈블리의 가장자리의 에폭시 글라스의 내측면을 웨이퍼의 엣지(edge)와 동일한 곡률로 가공하여, 웨이퍼와 에폭시와의 접촉면적을 넓힘으로써 연마 공정에서 웨이퍼의 이탈을 방지할 수 있다. 또한, 웨이퍼와 템플레이트 어셈블리의 접촉면적이 증가되어, 연마 가공 시간을 더 늘일 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 템플레이트 어셈블리를 이용하여 웨이퍼를 연마가공 한 결과, 웨이퍼의 이탈이 종전의 대당 4.2회에서 대당 1.2회로 감소하는 효과를 얻었다. 또한, DFO(Down Time for Operation)이 변경 전의 4.8%에서 3.5%로 감소함을 알 수 있었다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 템플레이트 어셈블리는 웨이퍼의 연마 공정에 사용되어, 웨이퍼의 경면화 표면의 품질 향상을 기할 수 있다.

도 1에 웨이퍼 연마 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,

도 2a는 종래의 템플레이트 어셈블리의 평면도이고,

도 2b는 종래의 템플레이트 어셈블리의 단면도이고,

도 3은 웨이퍼와 Nap 구조의 패드에 가해지는 압력을 나타낸 도면이고,

도 4는 도 3에서 웨이퍼에 걸리는 압력이 높아져서 웨이퍼가 이탈하는 현상을 나타낸 도면이고,

도 5는 본 발명에 따른 템플레이트 어셈블리의 일실시예를 나타낸 도면이고,

도 6은 도 5에서 에폭시 글라스의 형상을 구체적으로 도시한 도면이고,

도 7a 및 7b는 본 발명에 따른 템플레이트 어셈블리의 에폭시 글라스의 가공 공정을 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 템플레이트 어셈블리 200 : 백 머터리얼

205 : 핫 멜트 쉬트 210 : 에폭시 글라스

215 : 에폭시 코팅층 220 : 접착제

250 : 웨이퍼 300 : 패드

Claims (9)

1. 원반 형상의 백 머터리얼을 준비하는 단계; 및

   상기 백 머터리얼의 가장 자리에 에폭시 글라스를 적층하는 단계를 포함하여 이루어지고,

   상기 에폭시 글라스의 내측면은, 연마될 웨이퍼의 외부의 곡률과 동일하게 라운드 가공된 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 에폭시 글라스의 적층은,

   복수 개의 에폭시 글라스를 적층하고, 상기 에폭시 글라스의 내측면을 라운드형으로 식각하여 이루어지는 것으로 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 에폭시 글라스의 라운드 가공된 부분은 400 마이크로 미터(㎛)의 반경을 갖고, 10% 범위 내의 오차를 갖는 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 에폭시 글라스의 라운드 가공된 부분은 100 마이크로 미터의 높이를 갖 고, 10% 범위 내의 오차를 갖는 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리의 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 에폭시 글라스의 라운드 가공된 부분은 100 마이크로 미터의 폭을 갖고, 10% 범위 내의 오차를 갖는 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리의 제조방법.
6. 원반 형상의 백 머터리얼; 및

   상기 백 머터리얼의 가장 자리에 적층되고, 내측면이 연마될 웨이퍼의 외부의 곡률과 동일하게 라운드 가동된 에폭시 글라스를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 에폭시의 글라스의 라운드 가공된 부분은 400 마이크로 미터(㎛)의 반경을 갖고, 10% 범위 내의 오차를 갖는 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 에폭시 글라스의 라운드 가공된 부분은 100 마이크로 미터의 높이를 갖고, 10% 범위 내의 오차를 갖는 것을 특징으로 하는 템플레이트 어셈블리.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 에폭시 글라스의 라운드 가공된 부분은 100 마이크로 미터의 폭을 갖고, 10% 범위 내의 오차를 갖는 것을 템플레이트 어셈블리.

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