KR20110088062A - 캐리어 및 이를 포함하는 웨이퍼 랩핑 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 기판으로 사용되는 웨이퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 랩핑 장치에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 웨이퍼 랩핑(lapping) 장치의 캐리어(carrier)에 있어서, 원반 타입으로 형성된 플레이트와, 상기 플레이트의 내측면에 형성된 착탈식 인서트(insert)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치의 캐리어를 제공한다.
따라서, 웨이퍼의 랩핑 장치에서 캐리어 내의 마모된 인서트 만을 새로운 것으로 교체하여 캐리어를 반영구적으로 사용할 수 있고, 캐리어 플레이트를 반영구적으로 사용하여 캐리어 플레이트의 교체 및 폐기 비용을 줄일 수 있다.

Description

캐리어 및 이를 포함하는 웨이퍼 랩핑 장치{Carrier and lapping apparatus of wafer including the same}

본 발명은 반도체 소자의 기판으로 사용되는 웨이퍼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼의 랩핑 장치의 캐리어에 관한 것이다.

최근에 반도체 소자의 고집적화로 인하여, 제조 공정 중에서 랩핑(Lapping) 공정에서 웨이퍼에 가해지는 스크래치나 결함이, 소자의 수율 및 생산성에 큰 영향을 끼치는 중요한 인자가 되고 있다.

따라서, 실리콘 웨이퍼의 제조 공정에서 슬라이싱(Slicing)이 완료된 웨이퍼 표면의 쏘우 마크(Saw Mark)나 와이어(Wire)자국으로 말하는 결함층이 존재하여 이를 지우기 위하여 랩핑 공정이 필요하다.

랩핑 공정은 웨이퍼 양면을 랩핑 상,하정반 사이에 밀착시킨 후에 연마제와 화학물질이 포함된 슬러리(Slurry)를 웨이퍼와 상,하정반 사이에 주입시켜 웨이퍼를 평탄화시키는 공정이다.

도 1은 종래의 웨이퍼 랩핑 장치의 내부 구조를 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이 하정반(100) 상에 캐리어(130)가 놓여지고, 상기 캐리어(130)는 하정반(100)과 내부 기어(120, sun gear) 및 외부 기어(110, internal gear)에 의하여 자전과 공전을 하게 된다.

이 때, 캐리어(130)의 웨이퍼 장착홀(140, hole) 내의 웨이퍼가 연마재의 마찰에 의하여 연마되어, 표면의 거칠기가 감소되어 평탄도가 증가될 수 있다.

그러나, 상술한 종래의 웨이퍼 랩핑 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼 랩핑 장치 내에 삽입되는 캐리어는 플레이트(132)와 인서트(134)로 이루어져 있다. 여기서, 캐리어(130)는 상,하정반 사이에서 웨이퍼를 지지하여 가공 중 불규칙한 방향으로의 웨이퍼 불규칙한 유동을 막아주고, 재질은 일반적으로 강철(Steel)로 제작된다.

여기서, 랩핑 공정에서 웨이퍼를 지지하는 캐리어는 상술한 강철 조성으로 인하여 반복되는 랩핑 공정에도 오랜기간 사용할 수 있으나, 웨이퍼의 에지(dege) 부분과의 접촉이 발생하는 인서트(134)는 마모에 따라 교체가 필요하다.

따라서, 인서트(134)의 마모에 따라 플레이트(132)를 포함한 캐리어 전체가 폐기된다. 그리고, 새로운 캐리어(130)의 교체 비용 뿐만 아니라, 폐기된 캐리어의 처리에도 추가 비용이 발생된다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 랩핑 공정에서 마모된 인서트 만을 교체할 수 있는 캐리어를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 랩핑 공정에서 캐리어의 교체 및 처리에 소모되는 비용을 줄이고자 하는 것이다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 웨이퍼 랩핑(lapping) 장치의 캐리어(carrier)에 있어서, 원반 타입으로 형성된 플레이트와, 상기 플레이트의 내측면에 형성된 착탈식 인서트(insert)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치의 캐리어를 제공한다.

본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 웨이퍼 랩핑 장치에 있어서, 원반 타입으로 형성된 플레이트와 상기 플레이트의 내측면에 형성된 착탈식 인서트(insert)를 포함하는 캐리어가 안착되는 하정반; 상기 하정반의 외곽에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 외부 기어; 상기 하정반의 중앙에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 내부 기어; 및 상기 캐리어를 덮는 상정반을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치를 제공한다.

여기서, 플레이트의 내측면은 중앙이 상부 및 하부에 대하여 수평 방향으로 돌출된 요철 구조를 이루고, 상기 인서트는 상기 플레이트와 면접하게 형성될 수 있다.

또한, 내측면은 중앙이 상부 및 하부에 대하여 수평 방향으로 함몰된 요철 구조를 이루고, 상기 인서트는 상기 플레이트와 면접하게 형성될 수 있다.

그리고, 플레이트의 내측면의 요철 구조는 80~160 마이크로 미터의 굴곡을 갖을 수 있다.

또한, 인서트는 PBT(polybutylene Terephthalate)로 이루어질 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 웨이퍼 랩핑 장치 및 그 캐리어의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 웨이퍼의 랩핑 장치에서 캐리어 내의 마모된 인서트 만을 새로운 것으로 교체하여 캐리어를 반영구적으로 사용할 수 있다.

둘째, 캐리어 플레이트를 반영구적으로 사용하여 캐리어 플레이트의 교체 및 폐기 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 랩핑 장치의 내부 구조를 나타낸 도면이고,
도 2는 종래의 웨이퍼 랩핑 장치의 캐리어의 플레이트와 인서트 및 접촉하는 웨이퍼를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 랩핑 장치의 일실시예의 캐리어의 플레이트와 인서트 및 접촉하는 웨이퍼를 나타낸 도면이고,
도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 캐리어의 플레이트와 인서트의 접촉면을 나타낸 도면이고,
도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 랩핑 장치의 캐리어의 평면도이다.

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 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 랩핑 장치의 일실시예의 캐리어의 플레이트와 인서트 및 접촉하는 웨이퍼를 나타낸 도면이고, 도 4a 및 4b는 도 3에 도시된 캐리어의 플레이트와 인서트의 접촉면을 나타낸 도면이다. 이하에서, 도 3 내지 도 4b를 참조하여, 본 발명에 따른 웨이퍼 랩핑 장치의 일실시예의 캐리어를 설명한다.

도시된 바와 같이, 캐리어는 플레이트(232)와 인서트(234)로 이루어져 있다. 여기서, 상기 플레이트(232)는 원반 타입(type)의 형상으로 이루어지고, 상기 인서트(234)는 상기 플레이트(232)의 내측면에 착탈식으로 구비된다.

즉, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이 플레이트(232)와 인서트(234)는 단면이 서로 면접하여 구비된다. 그리고, 상기 플레이트(232)와 인서트(234)의 단면은 평면이 아닌 요철 구조를 이루는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 플레이트(232)와 인서트(234)의 단면이 복잡하게 요철 구조를 이루면 상호간의 합착을 유지하기에는 유리하나, 분리 공정이 번거롭게 된다. 따라서, 도 4a에 도시된 바와 같이 플레이트(232)의 내측면의 중앙 부분이 상부 및 하부에 대하여 수평 방향으로 돌출된 요철 구조를 하거나, 도 4b에 도시된 바와 같이 플레이트(232)의 내측면의 중앙 부분이 상부 및 하부에 대하여 수평 방향으로 함몰된 요철 구조로 형성된다.

즉, 캐리어의 플레이트(232)의 내측면이 '>' 또는 '<' 형상을 하고, 이때 상기 인서트(234)는 각각 >' 또는 '<' 형상으로 상기 플레이트(232)와 동일한 형상으로 면접하게 된다.

여기서, 캐리어의 플레이트(232)의 내측면이 볼록/오목한 경우 인서트(234)는 오목/볼록하여 서로 반대 형상이라고 판단할 수도 있으나, 플레이트(232)가 '<' 형상인 경우 인서트(234)도 '<'형상이고, 플레이트(232)가 '>'형상인 경우 인서트(234)도 '>'형상으로 동일하며, 어느 경우에나 플레이트(232)와 인서트(234)가 면접하도록 형성된다는 의미이다.

그리고, 상기 인서트(234)는 웨이퍼가 안착될 홀을 감싸고 형성되므로, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이 단면에서 좌/우가 서로 반대인 것으로 도시되어 있다.

그리고, 상기 캐리어의 플레이트(232)의 내측면에 형성된 요철은 80~160 마이크로 미터(㎛)의 굴곡을 갖는다. 즉, 도 4a 및 4b에서, 캐리어의 플레이트(232)가 가장 돌출된 부분은 가장 오목한 부분은 80~160 밀리미터의 거리 차를 갖는다. 여기서, 상기 '거리'는 대각선 상의 거리가 아닌 수평 방향의 거리의 차를 뜻한다.

그리고, 상기 인서트(234)는 PBT(polybutylene Terephthalate)로 이루어질 수 있다. 즉, 플레이트(232)는 고온에서 열처리하여 강도를 높인 강철(steel) 등을 사용할 수 있으나, 인서트(234)는 웨이퍼와 접촉하는 부분이므로 전체적으로는 반원 형상으로 구비된다. 그리고, 인서트(234)는 플레이트(232)에 탈부착이 가능하도록 탄성율이 높으면서도 마모도와 마찰계수가 양호한 재료로 이루어지는 것이 바람직하고, 본 실시예에서는 PBT로 이루어진다.

도 5는 본 발명에 따른 웨이퍼 랩핑 장치의 캐리어의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 캐리어(230) 내에는 웨이퍼가 안착될 홀(hole)이 복수 개 구비되어 있다. 그리고, 각각의 홀은 인서트(234)를 통하여 플레이트(232)와 접하고 있다. 또한, 웨이퍼가 안착될 홀 외에 웨이퍼의 연마에 사용되는 슬러리 등이 주입될 연마재 주입 홀(236)이 복수 개 구비되어 있다.

이하에서는 상기 캐리어가 구비된 웨이퍼 랩핑 장치의 작용을 설명한다.

웨이퍼의 랩핑 공정은, 상,하정반과 웨이퍼의 상대 운동에 의한 마찰력과 연마 입자와 각종 첨가물을 혼합한 슬러리(Slurry)의 반응에 의하여 이루어진다.

즉, 하정반 상에, 상술한 바와 같이 웨이퍼가 안착되는 홀의 내측면이 역라운드 타입으로 가공된 캐리어가 안착되는 하정반이 놓여진다. 그리고, 상정반이 상기 캐리어를 덮으며 가압한다.

그리고, 상정반과 하정반에는 웨이퍼를 회전 및 가압하기 위한 동력이 회전축을 통하여 전달된다.

여기서, 하정반 상의 외부 기어(Internal Gear) 및 내부 기어(Sun Gear)가 각각 독립적으로 회전이 가능하도록 제작되어, 각 축의 회전비에 따라 웨이퍼의 자전 및 공전 회수가 결정된다.

구체적으로, 캐리어는 상하정반이 각각 회전축을 중심으로 회전하는 동안에 상하정반의 회전축에 대한 일정한 편심을 가지고 편심회전을 하게 된다.

그리고, 상술한 하정반, 내부 기어 및 외부 기어의 회전에 의하여 캐리어에 삽입된 웨이퍼가 회전 운동을 하고, 마찰력에 의하여 웨이퍼의 표면이 연삭된다. 그리고, 상정반은 캐리어를 덮으며, 하정반과 반대 방향으로 회전한다.

여기서, 상하정반이 각각 반대방향으로 회전하게 되면, 캐리어는 상하정반으로부터 회전력을 전달받아 편심회전하게 된다. 따라서, 상하정반의 축방향의 회전과 웨이퍼 캐리어의 편심회전에 의해 웨이퍼 전체가 고르게 연삭된다.

그리고, 상술한 연마 공정이 수 회 반복되면, 캐리어의 내의 인서트(234)는 마모가 심하여 변형이 발생한다. 그리고, 상술한 바와 같이 인서트(234)는 '>' 또는 '<' 형상의 플레이트(232)와 동일 형상이므로 분리가 용이하다.

따라서, 캐리어의 인서트(234) 만을 새것으로 교체한 후, 상기 캐리어를 다시 웨이퍼 랩핑 공정에 사용할 수 있으므로, 캐리어를 반영구적으로 사용할 수 있다.

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.

100: 하정반 110 : 외부 기어
120 : 내부 기어 130, 230 : 캐리어
132, 232 : 플레이트 134, 234 : 인서트
140, 240 : 웨이퍼 장착홀 150 : 상정반
236 : 연마재 주입 홀

Claims (10)

1. 웨이퍼 랩핑(lapping) 장치의 캐리어(carrier)에 있어서,
   원반 타입으로 형성된 플레이트와, 상기 플레이트의 내측면에 형성된 착탈식 인서트(insert)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치의 캐리어.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 플레이트의 내측면은 중앙이 상부 및 하부에 대하여 수평 방향으로 돌출된 요철 구조를 이루고, 상기 인서트는 상기 플레이트와 면접하게 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치치의 캐리어.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 플레이트의 내측면은 중앙이 상부 및 하부에 대하여 수평 방향으로 함몰된 요철 구조를 이루고, 상기 인서트는 상기 플레이트와 면접하게 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치의 캐리어.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 플레이트의 내측면의 요철 구조는 80~160 마이크로 미터의 굴곡을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치의 캐리어.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 인서트는 PBT(polybutylene Terephthalate)로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치의 캐리어.
6. 웨이퍼 랩핑 장치에 있어서,
   원반 타입으로 형성된 플레이트와 상기 플레이트의 내측면에 형성된 착탈식 인서트(insert)를 포함하는 캐리어가 안착되는 하정반;
   상기 하정반의 외곽에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 외부 기어;
   상기 하정반의 중앙에 구비되어 상기 캐리어를 회전시키는 내부 기어; 및
   상기 캐리어를 덮는 상정반을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 플레이트의 내측면은 중앙이 상부 및 하부에 대하여 수평 방향으로 돌출된 요철 구조를 이루고, 상기 인서트는 상기 플레이트와 면접하게 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 플레이트의 내측면은 중앙이 상부 및 하부에 대하여 수평 방향으로 함몰된 요철 구조를 이루고, 상기 인서트는 상기 플레이트와 면접하게 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 플레이트의 내측면의 요철 구조는 80~160 마이크로 미터의 굴곡을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치.
10. 제 6 항에 있어서,
    상기 인서트는 PBT(polybutylene Terephthalate)로 이루어진 것을 특징으로 하는 웨이퍼 랩핑 장치.

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