KR20110137030A - 웨이퍼 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 평탄도를 향상시키기 위하여 웨이퍼의 양면을 함께 연마하는 웨이퍼 연마 장치에 관한 것이다. 상기 웨이퍼 연마 장치는, 웨이퍼를 지지하기 위한 상정반 및 하정반; 상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 위치되어, 그 위에 웨이퍼를 장착하기 위한 웨이퍼 캐리어; 상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 상면과 상기 상정반의 하면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 상부 슬러리 공급 장치; 상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 하면과 상기 하정반의 상면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 하부 슬러리 공급 장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 하부 슬러리 공급 장치에 의해 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 하면과 하정반의 상면 사이의 공간으로 충분한 양으로 균일하게 슬러리를 공급될 수 있어, 웨이퍼의 연마 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

웨이퍼 연마 장치 {Apparatus for polishing wafer}

본 발명은 웨이퍼의 평탄도를 향상시키기 위하여 웨이퍼의 양면을 함께 연마하는 웨이퍼 연마 장치에 관한 것이다.

반도체 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)는, 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 얇게 절단하는 슬라이싱 공정, 원하는 웨이퍼의 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping), 웨이퍼 내부의 손상(damage)층 제거를 위한 식각 공정(etching), 표면 경면화 및 평탄도를 향상시키기 위한 폴리싱 공정(polishing), 웨이퍼 표면의 오염물질을 제거하기 위한 세정 공정(cleaning) 등의 단계를 거쳐 웨이퍼로 생산된다.

도 1은 종래의 웨이퍼용 래핑 공정을 설명하는 단면도이다. 도 2는 종래의 웨이퍼 연마 장치를 도시하는 평면도이다.

도 1을 참조하면, 래핑 공정을 위해 먼저, 상정반(1)과 하정반(2) 사이에 웨이퍼 캐리어(3)를 배치하고, 웨이퍼 캐리어(3) 위에는 웨이퍼(W)를 장착한다. 이후, 연마용 입자와, 분산제와, 희석제(물) 등이 혼합된 슬러리(slurry)(S)를 상정반(1)을 통해 지속적으로 공급하면서 상정반(1) 또는 하정반(2)을 회전시키면, 슬러리(S)에 포함된 연마용 입자에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 연마된다.

이때, 웨이퍼(W)를 실질적으로 연마하는 슬러리(S)의 적절한 공급은 웨이퍼(W)의 평탄도에 중대한 영향을 미치게 된다. 따라서, 상정반(1) 및 하정반(2)의 표면에는 슬러리(S)의 원활한 공급 및 배출을 위한 격자형의 홈(groove; G)이 형성되어 있으며, 이 홈(G)을 통하여 슬러리(S)가 공급 및 배출된다.

도 2를 참조하면, 하정반(2) 위에 배치된 웨이퍼 캐리어(3)는 태양기어(4) 및 내주기어(5)에 형성된 기어 이와 맞물리면서 태양기어(4)를 중심으로 공전을 하면서 자전도 같이 하게 된다. 또한, 상정반 또는 하정반(2)도 회전하게 된다. 이러한 과정에서, 웨이퍼(W)는 상정반으로부터 공급된 슬러리(S)에 의해 표면이 연마된다.

종래의 웨이퍼 연마 장치는 웨이퍼(W)의 양면을 함께 연마하도록 구성된 것으로서, 상정반(1)으로 이송된 슬러리가 상정반(1)에 형성된 홈(G)을 통해 웨이퍼(W)의 상면으로 공급되는 방식을 취하고 있다. 상정반(1)을 통해 공급된 슬러리는 공간을 통해 하정반(2)의 상면으로 이동되고, 이러한 슬러리는 하정반(2) 및 웨이퍼 캐리어(3)가 회전하는 과정에서 웨이퍼(W)의 하면과 하정반(2)의 상면 사이의 공간으로 이동되어, 이러한 연마용 입자에 의해 웨이퍼(W)의 하면이 연마된다.

그러나, 종래의 웨이퍼 연마 장치에서 웨이퍼(W)의 상면은 상정반(1)을 통해 직접 공급된 슬러리(S)에 의해 비교적 균일하게 연마되지만, 웨이퍼(W)의 하면은 상정반(1)을 통해 공급된 슬러리(S)가 이동되는 방식을 취하고 있어, 불균일 또는 불충분한 슬러리(S) 공급으로 인해 하정반(2) 홈(G)의 에지에 의한 스크래치 등에 의해 웨이퍼(W) 상면에 비해 열위한 품질을 나타내는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 웨이퍼 연마 장치의 상정반 및 하정반과 웨이퍼 표면 사이에 균일하게 슬러리가 유입되도록 함으로써, 웨이퍼의 연마 품질을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 연마 장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 장치는, 웨이퍼를 지지하기 위한 상정반 및 하정반; 상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 위치되어, 그 위에 웨이퍼를 장착하기 위한 웨이퍼 캐리어; 상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 상면과 상기 상정반의 하면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 상부 슬러리 공급 장치; 상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 하면과 상기 하정반의 상면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 하부 슬러리 공급 장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 슬러리 공급 장치는 상기 하정반의 상면과 평행한 방향으로 상기 하정반의 내측에서 외측으로 슬러리를 분사하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 위치되어 회전하는 태양기어; 내주에 기어 이가 형성되어, 상기 태양기어와 동심으로 회전하는 내주기어; 를 더 포함하고, 상기 웨이퍼 캐리어는 상기 태양기어와 상기 내주기어 사이에서 기어 접촉되어 상기 태양 기어를 중심으로 공전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 슬러리 공급 장치는 상기 태양기어와 상기 하정반 사이의 공간에 설치되는 노즐인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐은 상기 태양기어의 주위를 따라 이격되어 3개소 이상 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하정반은 구동수단에 의해 회전구동하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 장치는, 웨이퍼를 지지하고, 그 표면에는 슬러리의 유동을 위한 다수의 홈이 형성된 상정반 및 하정반; 상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 위치되어, 그 위에 웨이퍼를 장착하기 위한 웨이퍼 캐리어; 상기 상정반의 하면에 형성된 상기 홈을 통해 상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 상면과 상기 상정반의 하면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 상부 슬러리 공급 장치; 상기 하정반의 상면에 형성된 상기 홈을 향해 상기 하정반의 내측에서 외측으로 슬러리를 분사함으로써, 상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 하면과 상기 하정반의 상면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 하부 슬러리 공급 장치; 를 포함하고, 상기 하정반은 구동수단에 의해 회전구동하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 위치되어 회전하는 태양기어; 내주에 기어 이가 형성되어, 상기 태양기어와 동심으로 회전하는 내주기어; 를 더 포함하고, 상기 웨이퍼 캐리어는 상기 태양기어와 상기 내주기어 사이에서 기어 접촉되어 상기 태양 기어를 중심으로 공전하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 하부 슬러리 공급 장치는 상기 태양기어와 상기 하정반 사이의 공간에 설치되는 노즐인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐은 상기 태양기어의 주위를 따라 이격되어 3개소 이상 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼 연마 장치는 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 상면과 상정반의 하면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 상부 슬러리 공급 장치와, 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 하면과 하정반의 상면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 하부 슬러리 공급 장치를 포함하므로, 이러한 하부 슬러리 공급 장치에 의해 웨이퍼의 하면으로 충분한 양으로 균일하게 슬러리가 공급될 수 있어, 웨이퍼의 연마 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 하부 슬러리 공급 장치는 태양기어와 하정반 사이의 공간에 노즐 형태로 설치될 수 있고, 노즐을 통해 하정반의 홈을 향해 하정반의 내측에서 외측 방향으로 분사된 슬러리는 하정반이 회전함에 따라 웨이퍼의 하면에 균일하게 공급될 수 있어, 간단한 구성으로 웨이퍼의 하면으로 충분한 양으로 균일하게 슬러리를 공급하여, 웨이퍼의 연마 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼용 래핑 공정을 설명하는 단면도이다.
도 2는 종래의 웨이퍼 연마 장치를 도시하는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 구성을 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 하부 슬러리 공급 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치의 하부 슬러리 공급 장치의 구성을 도시하는 단면도이다.

본 발명의 웨이퍼 연마 장치(100)는 반도체 등의 전자부품을 생산하기 위한 소재로 사용되는 웨이퍼(wafer) 생산 공정에서, 웨이퍼를 원하는 두께로 연마하면서 평탄도를 개선하는 래핑 공정(lapping)과, 식각된 웨이퍼의 표면을 경면화하고 평탄도를 더욱 향상시키기 위한 폴리싱 공정(polishing)에서 주로 사용되는 장비이다. 바람직하게는, 본 발명의 웨이퍼 연마 장치(100)는 웨이퍼 래핑 공정에서 사용된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예의 웨이퍼 연마 장치(100)는 상정반(110), 하정반(120), 태양기어(130), 내주기어(140), 웨이퍼 캐리어(150), 상부 슬러리 공급장치(160), 하부 슬러리 공급장치(170)를 포함한다.

상정반(110)과 하정반(120)은 각각 원형의 판형상으로 이루어지며, 서로 마주하도록 배치되어 있다. 상정반(110)의 하면과 하정반(120)의 상면에는 슬러리(S)의 원활한 공급 및 배출을 위한 격자형의 홈(G)이 형성되어 있어, 이 홈(G)을 통해 슬러리(S)가 공급 및 배출된다. 하정반(120)은 위치가 고정되고, 상정반(110)은 하정반(120)에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 승강 가능하게 설치될 수 있다. 상정반(110)을 승강시키는 승강수단은 유압액츄에이트 또는 모터 등을 포함하도록 구성될 수 있다. 상정반(110) 또는 하정반(120)은 모터 등과 같은 구동수단에 의해 회전하며, 연마 과정에서 서로 반대방향으로 회전되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 상정반(110)은 고정되고, 하정반(120)이 회전하도록 구성된다.

태양기어(130)는 전체적으로 환형으로 이루어지며 하정반(120)의 상측 중심부에 배치된다. 태양기어(130)는 상정반(110)에 삽입되는 중심축(131)에 회전 가능하게 결합되며 모터 등의 구동수단에 의해 회전된다. 태양기어(130)는 상정반(110)과 동축으로 배치되어 있다. 태양기어(130)의 외주면에는 기어 이가 형성되어 있다.

내주기어(140)는 전체적으로 환형으로 이루어져 하정반(120)의 둘레를 감싸도록 배치된다. 내주기어(140)의 내주면에는 기어 이가 형성되어 있다. 내주기어(140)도 모터 등의 구동수단에 의해 태양기어(130)와 동심으로 태양기어(130)에 대해 상대회전 가능하다.

웨이퍼 캐리어(150)는 웨이퍼(W)의 연마공정시 웨이퍼(W)를 장착하여 지지하기 위한 것으로서, 대략 원반 형상이고 가공하고자 하는 웨이퍼(W)의 두께보다 작은 두께로 형성된다. 대체로, 웨이퍼 캐리어(150)의 두께는 연마가공이 종료된 후의 웨이퍼(W)의 두께와 비슷한 두께로 형성된다.

웨이퍼 캐리어(150)는 태양기어(130)와 내주기어(140) 사이에 위치되어, 그 외주면에 형성된 기어 이에 의해 태양기어(130) 및 내주기어(140)와 기어 접촉된다. 따라서, 태양기어(130)와 내주기어(140)의 상대회전에 따라, 웨이퍼 캐리어(150)는 스스로 자전하면서, 태양기어(130)를 중심으로 공전하게 된다. 도시된 실시예에서는, 웨이퍼 캐리어(150)는 하정반(120) 위에 5개가 놓여지고, 하나의 웨이퍼 캐리어(150)에는 4개의 웨이퍼(W)가 지지되어 연마작업이 진행된다.

도 4를 참조하면, 태양기어(130)와 내주기어(140)의 상대회전에 의해 웨이퍼 캐리어(150)에 지지된 웨이퍼(W)가 회전하는 동안, 상부 슬러리 공급장치(160)에 의해 슬러리(S)가 상정반(110)의 홈(G)을 통해 지속적으로 공급된다. 상부 슬러리 공급장치(160)에 의해 공급된 슬러리(S)는 여러 개의 라인으로 분기되어, 상정반(110)의 홈(G)을 통해 떨어진다. 웨이퍼(W)는 빠른 속도로 자전 및 공전을 하므로, 이러한 슬러리(S)는 상정반(110)의 하면과 웨이퍼(W)의 상면 사이의 공간으로 공급되어 전체적으로 퍼지면서, 슬러리(S)에 포함된 연마용 입자에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 연마된다.

본 발명에서는 웨이퍼 캐리어(150)에 장착된 웨이퍼(W)의 하면과 하정반(120)의 상면 사이의 공간으로 슬러리(S)를 공급하기 위한 하부 슬러리 공급 장치(170)를 더 포함한다. 예를 들어, 이러한 하부 슬러리 공급 장치(170)는 태양기어(130)와 하정반(120) 사이의 공간에 설치되는 노즐일 수 있다. 이러한 노즐은 태양기어(130)의 주위를 따라 2개소 이상 설치될 수 있다. 예를 들어, 노즐은 태양기어(130)의 주위를 따라 120°간격으로 이격되어 3개소에 설치될 수 있다.

하부 슬러리 공급 장치(170)는 하정반(120)의 상면과 평행한 방향으로 하정반(120)에 형성된 홈(G)을 향해 하정반(120)의 내측에서 외측으로 슬러리(S)를 분사하도록 구성되는 것이 바람직하다. 하정반(120)은 구동수단에 의해 회전되므로, 하정반(120)의 홈(G)을 향해 분사된 슬러리(S)는 원심력에 의해 홈(G)을 따라 하정반(120)의 내측에서 외측으로 빠르게 전파되면서 하정반(120)의 표면에 전체적으로 퍼지게 된다. 따라서, 웨이퍼(W)의 상면 및 하면에 균일하게 분포되는 슬러리(S)에 포함된 연마용 입자에 의해 웨이퍼(W)의 표면이 전체적으로 균일하게 연마될 수 있다.

상술한 바와 같이, 종래에는, 슬러리(S)가 상정반(110)의 홈(G)을 통해 웨이퍼(W)의 상면으로만 공급되고, 웨이퍼(W) 및 하정반(120)의 회전에 따라 웨이퍼(W)의 상면으로 공급된 슬러리(S)의 유동에 의해 웨이퍼(W)의 하면으로도 슬러리(S)가 공급될 수 있도록 하였다. 그러나, 유동에 의한 슬러리(S)의 공급으로는 웨이퍼(W)의 하면에 상대적으로 적은 슬러리(S)가 불균일하게 도포되게 한다. 이와 같이, 슬러리(S) 양이 적은 상태에서 연마작업을 진행하게 되면, 하정반(120) 홈(G)의 에지에 의한 스크래치(scratch)가 생겨 웨이퍼(W)가 품질적으로 열위한 연마면을 갖게 된다. 그러나, 본 발명에서는 하부 슬러리 공급 장치(170)에 의해 웨이퍼(W)의 하면으로 직접 슬러리(S)를 공급하므로, 웨이퍼(W)의 하면으로도 충분한 양으로 균일하게 슬러리(S)가 공급될 수 있어, 웨이퍼의 연마 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 하부 슬러리 공급 장치(170)는 태양기어(130)와 하정반(120) 사이의 공간에 노즐 형태로 설치될 수 있고, 노즐을 통해 하정반(120)의 홈(G)을 향해 하정반(120)의 내측에서 외측 방향으로 분사된 슬러리(S)는 하정반(120)이 회전함에 따라 웨이퍼(W)의 하면에 균일하게 공급될 수 있다. 따라서, 간단한 구성으로 웨이퍼(W)의 하면으로도 충분한 양으로 균일하게 슬러리(S)를 도포할 수 있어, 웨이퍼의 연마 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 웨이퍼 연마 장치
110 : 상정반
120 : 하정반
130 : 태양기어
131 : 중심축
140 : 내주기어
150 : 웨이퍼 캐리어
160 : 상부 슬러리 공급장치
170 : 하부 슬러리 공급장치
G : 홈
S : 슬러리
W : 웨이퍼

Claims (10)

1. 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 장치에 있어서,
   웨이퍼를 지지하기 위한 상정반 및 하정반;
   상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 위치되어, 그 위에 웨이퍼를 장착하기 위한 웨이퍼 캐리어;
   상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 상면과 상기 상정반의 하면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 상부 슬러리 공급 장치;
   상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 하면과 상기 하정반의 상면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 하부 슬러리 공급 장치;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하부 슬러리 공급 장치는 상기 하정반의 상면과 평행한 방향으로 상기 하정반의 내측에서 외측으로 슬러리를 분사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 위치되어 회전하는 태양기어;
   내주에 기어 이가 형성되어, 상기 태양기어와 동심으로 회전하는 내주기어;
   를 더 포함하고,
   상기 웨이퍼 캐리어는 상기 태양기어와 상기 내주기어 사이에서 기어 접촉되어 상기 태양 기어를 중심으로 공전하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 하부 슬러리 공급 장치는 상기 태양기어와 상기 하정반 사이의 공간에 설치되는 노즐인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 노즐은 상기 태양기어의 주위를 따라 이격되어 2개소 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 하정반은 구동수단에 의해 회전구동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
7. 웨이퍼를 연마하기 위한 웨이퍼 연마 장치에 있어서,
   웨이퍼를 지지하고, 그 표면에는 슬러리의 유동을 위한 다수의 홈이 형성된 상정반 및 하정반;
   상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 위치되어, 그 위에 웨이퍼를 장착하기 위한 웨이퍼 캐리어;
   상기 상정반의 하면에 형성된 상기 홈을 통해 상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 상면과 상기 상정반의 하면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 상부 슬러리 공급 장치;
   상기 하정반의 상면에 형성된 상기 홈을 향해 상기 하정반의 내측에서 외측으로 슬러리를 분사함으로써, 상기 웨이퍼 캐리어에 장착된 웨이퍼의 하면과 상기 하정반의 상면 사이의 공간으로 슬러리를 공급하기 위한 하부 슬러리 공급 장치;
   를 포함하고,
   상기 하정반은 구동수단에 의해 회전구동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 상정반과 상기 하정반의 사이에 위치되어 회전하는 태양기어;
   내주에 기어 이가 형성되어, 상기 태양기어와 동심으로 회전하는 내주기어;
   를 더 포함하고,
   상기 웨이퍼 캐리어는 상기 태양기어와 상기 내주기어 사이에서 기어 접촉되어 상기 태양 기어를 중심으로 공전하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 하부 슬러리 공급 장치는 상기 태양기어와 상기 하정반 사이의 공간에 설치되는 노즐인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 태양기어의 주위를 따라 이격되어 2개소 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.

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