KR20110099454A - 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치 - Google Patents

Abstract

실시예는 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.
실시예에 따른 웨이퍼 연마헤드는 웨이퍼를 장착하는 멤브레인; 및 상기 웨이퍼의 측면을 지지하는 템플리트 어셈블리 가이드;를 포함하고, 상기 템플리트 어셈블리 가이드는 홈을 포함한다.

Description

웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치{WAFER POLISHING HEAD AND WAFER POLISHING APPARATUS INCLUDING THE SAME}

실시예는 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼는 랩핑, 에칭, 연삭 등의 일련의 성형(Shaping)공정과 양면연마, 최종연마 및 세정작업을 거쳐 제조된다.

통상적인 웨이퍼 연마장치는 연마패드 표면에 부착되어 있는 원반형 연마 테이블과, 연마할 웨이퍼의 표면들 중 한 표면을 지지하고 그 웨이퍼의 다른 표면이 연마패드와 접촉하도록 하는 복수개의 웨이퍼 연마헤드와, 웨이퍼 연마헤드들이 연마 테이블에 대해서 회전하게 하는 헤드 구동기구를 포함한다. 그리고, 연마패드와 웨이퍼 사이에 연마제(Polishing agent)인 슬러리(slurry)가 공급되면서 연마 작업이 진행된다. 여기에서, 연마헤드는 웨이퍼를 연마패드에 접촉 및 가압한 후 회전하여 연마시킨다.

연마공정에서 웨이퍼의 평탄도를 향상시키는 종래의 방법으로서, 웨이퍼를 가이드하는 템플리트 어셈블리 가이드(Template Assembly Guide)의 두께 조정 방법이 있다.

이러한, 템플리트 어셈블리 가이드의 두께 조정방법은 연마시 웨이퍼의 이탈을 방지하기 위해 웨이퍼의 측면에 형성된 템플리트 어셈블리 가이드의 두께를 웨이퍼의 두께보다 높게 형성함으로써, 에지부의 평탄도를 제어하는 방법이다.

그런데, 이 경우 템플리트 어셈블리 가이드의 하면이 웨이퍼 가공시 동시에 연마됨에 따라 평탄도 개선 정도가 변화하고, 또한 템플리트 어셈블리 가이드 두께를 미세하게 관리하기 어렵다는 단점이 있다.

또한, 이러한 방법을 통해 에지부의 평탄도를 개선할 수 있으나, 에지부의 평탄도 개선 위치를 임의로 조정하기가 어렵다는 추가적인 단점이 있다.

또한, 종래기술에 의하면 웨이퍼를 가이드하는 템플리트 어셈블리 가이드가 연마패드와의 마찰에 의해 마모, 변형되는 문제가 있다.

실시예는 웨이퍼 에지부(Edge)의 평탄도(Flatness)를 개선할 수 있는 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치를 제공하고자 한다.

또한, 실시예는 템플리트 어셈블리 가이드의 마모를 방지할 수 있는 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치를 제공하고자 한다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마헤드는 웨이퍼를 장착하는 멤브레인; 및 상기 웨이퍼의 측면을 지지하는 템플리트 어셈블리 가이드;를 포함하고, 상기 템플리트 어셈블리 가이드는 홈을 포함한다.

또한, 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 연마면을 포함하는 웨이퍼 연마패드; 웨이퍼를 장착하고 상기 연마패드 상에 위치하여 상기 연마패드에 의해 상기 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마헤드; 상기 연마면 상에 연마제를 공급하는 연마제 공급유닛;을 포함하며, 상기 웨이퍼 연마헤드는 홈을 포함하는 템플리트 어셈블리 가이드를 포함한다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치에 의하면, 웨이퍼 에지부(Edge)로 원활한 슬러리(Slurry) 공급을 통해 웨이퍼 에지부 평탄도(Flatness)를 개선할 수 있다.

또한, 실시예는 템플리트 어셈블리 가이드와 연마패드 간의 마찰력 감소를 통해 템플리트 어셈블리 가이드의 마모, 변형을 저감할 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 단면 예시도.
도 2는 종래기술에 따른 웨이퍼 연마공정에서 연마율(Removal rate) 예시도.
도 3은 실시예에 따른 웨이퍼 헤드의 저면 예시도.
도 4는 실시예에 따른 웨이퍼 헤드의 일 단면 예시도.
도 5는 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치 적용시 웨이퍼 연마공정에서 연마율 예시도.

실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on/over)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on/over)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

(실시예)

도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치(1000)의 단면 예시도이다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마장치(1000)는 연마면(132)을 포함하는 웨이퍼 연마패드(130)와, 웨이퍼(W)를 장착하고 상기 연마패드(130) 상에 위치하여 상기 연마패드(130)에 의해 상기 웨이퍼(W)를 연마하는 웨이퍼 연마헤드(200)와, 상기 연마면(132) 상에 연마제를 공급하는 연마제 공급유닛(미도시)을 포함할 수 있다.

상기 연마패드(130)는 웨이퍼(W)의 표면을 연마할 수 있는 패드 연마면(132)이 형성될 수 있으며, 상기 연마면(132)은 연마의 효율을 높이기 위해 다양한 형상의 요철이 형성될 수 있다.

실시예는 플래튼(120)을 구비할 수 있고, 상기 플래튼(120)은 상기 연마패드(130) 하부에 위치하여 상기 연마패드(130)를 임의의 방향과 속도로 회전할 수 있는 제1 구동부(110)를 더 포함할 수 있다. 상기 플래튼(120)은 제1 구동부(110)와 결합하고, 상기 제1 구동부(110)는 모터가 구비되어 구동력을 생성할 수 있으며, 제어부가 형성되어 상기 플래튼(120)을 원하는 속도로 각각 회전할 수 있다.

상기 연마제 공급유닛(미도시)은 상기 연마헤드(200)를 통해 상기 웨이퍼(W)를 연마하고자 할 때, 상기 패드 연마면(132)으로 일정량의 연마제(Slurry:S)를 공급할 수 있다. 상기 연마제는 실리카 입자를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 연마헤드(200)는 상기 연마패드(130)의 상측에 위치하며, 상하 이동 가능하다. 상기 연마헤드(200)는 그 하부측에 상기 웨이퍼(W)를 장착하는데, 연마하고자 하는 상기 웨이퍼(W)의 표면이 상기 연마면(132)을 향하도록 하여 장착할 수 있다.

상기 연마헤드(200)는 본체(220), 공기압 분배수단(미도시), 멤브레인(210), 멤브레인 지지대(214) 및 템플리트 어셈블리 가이드(230)를 포함할 수 있다.

상기 본체(220)는 공기의 입출을 안내하는 적어도 하나 이상의 공기유로를 형성하고, 그 상측에는 회전 및 직선 운동시키는 제2 구동부(230)가 결합될 수 있다.

예를 들어, 상기 연마헤드(200)는 제2 구동부(230)와 결합하고, 상기 제2 구동부(230)는 모터가 구비되어 구동력을 생성할 수 있으며, 제어부가 형성되어 상기 연마헤드(200)를 원하는 속도로 각각 회전할 수 있다.

상기 공기압 분배수단(미도시)은 상기 본체(220)와 결합되어 상기 본체(220) 내부로 공기를 유입하거나, 상기 본체 내부로부터 공기를 외부로 유출시킬 수 있다.

상기 연마헤드(200)는 상기 웨이퍼(W)를 흡착방식으로 장착할 수 있으며, 이를 위해 상기 연마헤드(200)는 신축성 재질의 멤브레인(210) 및 상기 멤브레인(210)의 외측부에 위치하는 멤브레인 지지대(214)를 포함할 수 있다.

상기 멤브레인(210)은 상기 공기압 분배수단을 폐쇄하여 상기 공기의 유출입에 의해 팽창되거나 수축될 수 있다. 상기 공기압 분배수단에 의해 상기 본체(220) 내부에 저장된 공기를 유출하면, 상기 본체(220) 내부의 압력이 낮아지게 되고, 상기 웨이퍼(W)는 내외부의 압력차로 인해 상기 멤브레인(210)의 하부측에 장착된다.

반대로, 상기 웨이퍼(W)를 연마하고자 할 때는 상기 공기압 분배수단을 통해 상기 본체(220) 내부로 공기를 유입시켜 상기 멤브레인(210)을 팽창시키고, 상기 팽창된 멤브레인(210)에 의해 상기 웨이퍼(W)는 하방으로 밀려 상기 패드 연마면(132)와 밀착한다.

실시예는 상기 멤브레인(210)이 상기 연마헤드(200)로부터 분리되는 것을 방지하기 위해 상기 연마헤드(200)에는 상기 멤브레인 지지대(214)가 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 멤브레인 지지대(214)는 상기 멤브레인(210)의 외측부에 위치하여 상기 멤브레인(210)을 하방으로 가압할 수 있다. 상기 멤브레인(210)을 가압함으로써 상기 멤브레인(210)이 공기압에 의해 팽창할 때도 상기 연마헤드(200)로부터 분리되지 않게 된다. 이러한 상기 멤브레인(210)은 실리콘이나 고무 계통의 팽창성을 가지고 있는 재질을 이용하여 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 템플리트 어셈블리 가이드(230)는 상기 웨이퍼(W)의 측면부와 접촉할 수 있다. 상기 템플리트 어셈블리 가이드(230)는 연마공정 중에 상기 웨이퍼(W)가 상기 연마헤드(200)로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.

상기 멤브레인(210)은 상기 웨이퍼(W)와 상기 템플리트 어셈블리 가이드(230)의 상측까지 덮을 수 있도록 크게 형성될 수 있다. 이는 상기 웨이퍼(W)의 전면에 대해서 하방으로 균일한 압력으로 밀어주기 위함이다.

상기 멤브레인 지지대(214)는 상기 템플리트 어셈블리 가이드(230)를 덮는 상기 멤브레인(210)의 외측부분을 접촉가압할 수 있다.

도 2는 종래기술에 따른 웨이퍼 연마공정에서 연마율(Removal rate) 예시도이다.

도 2의 그래프 상에서 x축은 웨이퍼 중심을 지나는 선을 의미하고, y축은 연마율을 의미한다.

그런데,종래기술에 의하면 연마공정시 템플리트 어셈블리 가이드 높이와 웨이퍼 두께의 차이에 의해 연마공정의 연마율에서 웨이퍼 센터와 웨이퍼 에지(E)간의 일정한 단차가 발생하게 된다.

이에 따라 종래기술에 의하면 연마공정 후 웨이퍼 에지의 평탄도가 악화하는 문제가 있었다.

이에, 실시예는 웨이퍼 에지부(Edge)의 평탄도(Flatness)를 개선할 수 있는 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치를 제공하고자 한다.

또한, 실시예는 템플리트 어셈블리 가이드의 마모를 방지할 수 있는 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치를 제공하고자 한다.

도 3은 실시예에 따른 웨이퍼 헤드의 저면 예시도이며, 도 4는 실시예에 따른 웨이퍼 헤드의 일 단면 예시도이다.

실시예는 상기 과제를 해결하기 위해, 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치에서, 상기 웨이퍼 연마헤드(200)는 홈(G)을 구비하는 템플리트 어셈블리 가이드(230)를 포함할 수 있다.

상기 템플리트 어셈블리 가이드(230)는 상기 웨이퍼 연마패드의 연마면(132)과 접촉하는 영역에 상기 홈(G)을 구비할 수 있다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치에 의하면, 웨이퍼 에지부(Edge)로 원활한 슬러리(Slurry) 공급을 통해 웨이퍼 에지부 평탄도(Flatness)를 개선할 수 있다.

도 5는 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치 적용시 웨이퍼 연마공정에서 연마율(Removal rate) 예시도이다.

상기 템플리트 어셈블리 가이드(230)는 상기 웨이퍼 연마패드의 연마면(132)과 접촉하는 영역에 상기 홈(G)을 구비하여 웨이퍼 에지(E) 영역으로의 슬러리의 공급을 원활히 함으로써 웨이퍼 에지(E)의 연마율을 증가시키 웨이퍼 센서와 웨이퍼 에지에서의 연마율 단차를 현저히 줄일 수 있고, 이에 따라 웨이퍼 에지부 평탄도(Flatness)를 개선할 수 있고, 결국 웨이퍼 전체 평탄도를 높일 수 있는 장점이 있다.

상기 템플리트 어셈블리 가이드의 홈(G)은 단면이 다각형 형상일 수 있다. 예들 들어, 상기 템플리트 어셈블리 가이드의 홈(G)은 단면이 삼각형 형상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 상기 홈의 단면 높이(b)는 상기 템플리트 어셈블리 가이드의 높이(a)의 약 0.8 이하의 높이로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 템플리트 어셈블리 가이드의 높이(a)가 약 870㎛인 경우 상기 홈의 깊이(b)는 약 700㎛ 이하로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 홈의 단면 폭(c)은 약 3mm 이하로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 실시예는 상기 홈의 단면 폭(c)을 조절하여 슬러리의 유입량을 조절할 수 있다.

실시예에 의하면 템플리트 어셈블리 가이드(230)에 홈(G)을 구비함으로써 웨이퍼 에지부(Edge)로 원활한 슬러리(Slurry) 공급을 통해 웨이퍼 에지부 평탄도(Flatness)를 개선할 수 있다.

또한, 실시예에 의하면 템플리트 어셈블리 가이드(230)에 홈(G)을 구비함으로써 템플리트 어셈블리 가이드와 연마패드 간의 마찰력 감소를 통해 템플리트 어셈블리 가이드의 마모, 변형을 저감할 수 있는 효과가 있다.

실시예에서 템플리트 어셈블리 가이드의 홈(G)은 도 3과 같이 상기 템플리트 어셈블리 가이드(230)의 외측 테두리에서 내측 테두리까지 연결된 라인 형태일 수 있다. 상기 홈(G)의 라인 형태는 직선 또는 굽은선일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 홈(G)의 라인 형태는, 타원호일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

상기 홈(G)의 라인 형태가 굽은 선인 경우 상기 홈(G)은 상기 연마헤드(200)의 회전방향 방향과 대응되게 굽은선일 수 있다.

예를 들어, 상기 홈(G)의 라인 형태는 상기 연마헤드(200)의 회전방향 같은 방향으로 굽은선이 됨으로써 웨이퍼 에지로 좀더 많은 양의 슬러리(S)의 유입이 이루어질 수 있다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마헤드 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마장치에 의하면, 웨이퍼 에지부(Edge)로 원활한 슬러리(Slurry) 공급을 통해 웨이퍼 에지부 평탄도(Flatness)를 개선할 수 있다.

또한, 실시예는 템플리트 어셈블리 가이드와 연마패드 간의 마찰력 감소를 통해 템플리트 어셈블리 가이드의 마모, 변형을 저감할 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (12)

1. 웨이퍼를 장착하는 멤브레인; 및
   상기 웨이퍼의 측면을 지지하는 템플리트 어셈블리 가이드;를 포함하고,
   상기 템플리트 어셈블리 가이드는 홈을 포함하는 웨이퍼 연마헤드.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 템플리트 어셈블리 가이드는,
   웨이퍼 연마패드와 접촉하는 영역에 상기 홈을 구비하는 웨이퍼 연마헤드.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 템플리트 어셈블리 가이드의 홈은,
   단면이 다각형 형상인 웨이퍼 연마헤드.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 홈은 상기 템플리트 어셈블리 가이드의 외측 테두리에서 내측 테두리까지 연결된 라인 형태인 웨이퍼 연마헤드.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 홈의 라인 형태는 직선 또는 굽은선인 웨이퍼 연마헤드.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 홈의 라인 형태가 굽은 선인 경우,
   상기 연마헤드의 회전방향 방향과 대응되게 굽은선인 웨이퍼 연마헤드.
7. 연마면을 포함하는 웨이퍼 연마패드;
   웨이퍼를 장착하고 상기 연마패드 상에 위치하여 상기 연마패드에 의해 상기 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마헤드;
   상기 연마면 상에 연마제를 공급하는 연마제 공급유닛;을 포함하며,
   상기 웨이퍼 연마헤드는 홈을 포함하는 템플리트 어셈블리 가이드를 포함하는 웨이퍼 연마장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 템플리트 어셈블리 가이드는,
   상기 웨이퍼 연마패드의 연마면과 접촉하는 영역에 상기 홈을 구비하는 웨이퍼 연마장치.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 템플리트 어셈블리 가이드의 홈은,
   단면이 다각형 형상인 웨이퍼 연마장치.
10. 제7 항에 있어서,
    상기 홈은 상기 템플리트 어셈블리 가이드의 외측 테두리에서 내측 테두리까지 연결된 라인 형태인 웨이퍼 연마장치.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 홈의 라인 형태는 직선 또는 굽은선인 웨이퍼 연마장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 홈의 라인 형태가 굽은 선인 경우,
    상기 연마헤드의 회전방향 방향과 대응되게 굽은선인 웨이퍼 연마장치.

Images