KR20120103126A

KR20120103126A - 웨이퍼 연마속도 제어장치, 웨이퍼 연마장치 및 그를 이용한 웨이퍼 연마방법

Info

Publication number: KR20120103126A
Application number: KR1020110021192A
Authority: KR
Inventors: 이병수
Original assignee: 주식회사 지멤스; 이병수
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-09-19
Also published as: KR101225490B1

Abstract

본 발명은 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있는 웨이퍼 연마장치를 위하여, 회전가능하게 마련되고 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼홀더; 상기 웨이퍼홀더에 장착된 웨이퍼와 접촉되면서 상기 웨이퍼를 연마하는 연마패드; 및 연마되는 상기 웨이퍼의 두께를 모니터하고 연마속도를 국부적으로 제어하기 위해 상기 웨이퍼홀더에 다수개 설치되는 피에조 액츄에이터;를 포함하는 웨이퍼 연마장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 연마속도 제어장치, 웨이퍼 연마장치 및 그를 이용한 웨이퍼 연마방법{Wafer Polishing Velocity Controlling Apparatus, Wafer Polishing Apparatus and Polishing Method Using The Same}

본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 웨이퍼를 연마하는 웨이퍼 연마장치 및 그를 이용한 웨이퍼 연마방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조공정에서는 박막층의 평판화(planarization) 또는 웨이퍼의 두께를 줄이기 위해(thinning) 연마 공정을 수행한다. 예를 들어, 웨이퍼의 전면에 반도체 소자의 회로 패턴들이 형성될 경우, 박막층의 평탄화를 위해 연마 공정을 수행할 수 있다.

다른 예로 반도체 제품의 하나인 이미지 센서(Image Sensor)는 고해상도화가 진행되면서 제조시 후면수광(BSI, Back Side Illumination) 공정기술과, 3차원 스태킹 센서(3D Stacking Sensor) 제작 공정기술이 이용될 수 있는데, 이 경우에도 웨이퍼의 두께를 줄이기 위해 연마 공정이 수행될 수 있다.

그러나 이러한 웨이퍼의 연마 공정을 위해 마련된 종래의 웨이퍼 연마장치는 연마된 웨이퍼의 일정 부분이 두껍거나 얇아지는 등 웨이퍼가 불균일하게 연마될 수 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있는 웨이퍼 연마속도 제어장치, 웨이퍼 연마장치 및 그를 이용한 웨이퍼 연마방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 회전가능하게 마련되고 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼홀더; 상기 웨이퍼홀더에 장착된 웨이퍼와 접촉되면서 상기 웨이퍼를 연마하는 연마패드; 및 연마되는 상기 웨이퍼의 두께를 모니터하고 연마속도를 국부적으로 제어하기 위해 상기 웨이퍼홀더에 다수개 설치되는 피에조 액츄에이터;를 포함하는 웨이퍼 연마장치를 제공한다.

상기 웨이퍼홀더는 웨이퍼에 대응하는 형상을 가지며, 상기 피에조 액츄에이터들은 각각 상기 웨이퍼홀더에 일정 간격으로 배치될 수 있다.

상기 피에조 액츄에이터는 전극이 양면에 설치된 피에조 소자를 포함하고, 상기 웨이퍼 연마장치는 상기 전극들과 연결되면서 상기 피에소 소자에 탄성파를 발생시키도록 상기 피에조 소자에 병렬로 연결된 직류전원 또는 교류전원 중 적어도 어느 하나를 갖는 전원부를 더 포함할 수 있다.

상기 피에조 소자로부터 발생된 탄성파가 상기 연마패드를 통해 반사되는 시간 지연을 계산하여 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 측정된 웨이퍼의 두께 분포를 통해 평균값보다 높은 두께를 갖는 웨이퍼에 위치한 상기 피에조 소자에 상기 전원부를 통해 전압을 인가할 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 회전가능하게 마련되고 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼홀더; 상기 웨이퍼홀더에 장착된 웨이퍼와 접촉되면서 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마패드; 상기 웨이퍼홀더에 다수개 설치되는 피에조 액츄에이터; 및 상기 피에조 액츄에이터를 통해 연마되는 상기 웨이퍼의 두께를 모니터하고 연마속도를 국부적으로 제어하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 연마장치를 제공한다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 웨이퍼홀더에 다수개 설치되는 피에조 액츄에이터; 및 상기 피에조 액츄에이터를 통해 연마되는 상기 웨이퍼의 두께를 모니터하고 연마속도를 국부적으로 제어하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 연마속도 제어장치를 제공한다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 웨이퍼홀더에 장착된 웨이퍼를 연마하는 단계; 상기 웨이퍼홀더에 장착된 피에조 액츄에이터들을 이용하여 웨이퍼의 두께를 측정하는 단계; 및 측정된 상기 웨이퍼의 두께 정보를 통해 상기 피에조 액츄에이터들 중 웨이퍼의 남은 두께가 두꺼운 부분에 위치한 피에조 액츄에이터에 전원을 인가하는 단계; 를 포함하는 웨이퍼 연마방법을 제공한다.

상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 단계는 상기 피에조 액츄에이터들로부터 탄성파가 발생되도록 하는 단계; 상기 탄성파로부터 반사되는 반사파의 시간 지연에 의해 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 웨이퍼들의 두께들과 연마된 부분들 두께의 평균값을 비교 분석하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼의 두께가 균일하도록 웨이퍼를 연마할 수 있어 반도체 제품의 품질 향상을 가져올 수 있는 웨이퍼 연마속도 제어장치, 웨이퍼의 연마장치 및 그를 이용한 웨이퍼 연마방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 웨이퍼가 장착된 웨이퍼홀더를 과장되게 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 피에조 액츄에이터의 구성도이다.
도 4는 불균일하게 연마된 웨이퍼의 두께를 측정하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 5는 웨이퍼홀더에 다른 형태의 웨이퍼가 결합된 상태의 두께 측정 과정을 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 웨이퍼를 연마하여 이미지 센서를 제조하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

이하, 설명하는 웨이퍼 연마장치는 박막층을 평판화시키거나 웨이퍼의 두께를 줄이기 위한 목적 이외에도 웨이퍼를 연마하는데 사용되는 장치를 총칭하는 의미로 사용될 수 있다. 예를 들어 웨이퍼 연마장치는 화학적 연마와 기계적 연마를 동시에 수행하는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 기술을 이용한 웨이퍼 백그라인딩(back grinding) 연마장치일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 웨이퍼가 장착된 웨이퍼홀더를 과장되게 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2의 피에조 액츄에이터의 구성도이고, 도 4는 불균일하게 연마된 웨이퍼의 두께를 측정하는 과정을 보여주는 도면이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는 웨이퍼(5)가 장착되는 웨이퍼홀더(100, wafer holder)와, 웨이퍼홀더(100)에 장착된 웨이퍼(5, wafer)와 접촉되면서 웨이퍼(5)를 연마하는 연마패드(210, polishing pad)를 포함하여 이루어질 수 있다.

웨이퍼홀더(100)는 웨이퍼(5)가 장착되는 홀더본체(110)와, 홀더본체(110)를 회전시킬 수 있는 회전축(120)을 포함할 수 있다. 홀더본체(110)는 웨이퍼(5)에 대응하는 형상이거나 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 웨이퍼(5)가 원반형일 경우에는 홀더본체(110)는 원형의 단면을 가질 수 있다.

홀더본체(110)에는 웨이퍼(5)의 전면이 부착되고 후면이 노출되도록 웨이퍼(5)가 장착될 수 있다. 웨이퍼(5)를 홀더본체(110)에 장착하기 위해 웨이퍼(5)의 전면에는 탈부착 가능한 접착용 테이프가 사용될 수 있다. 접착용 테이프는 웨이퍼(5)의 연마시, 웨이퍼(5)로부터 발생되는 분진이나 마찰열 등으로부터 웨이퍼(5)의 전면에 형성된 회로패턴을 보호하는 역할을 겸할 수 있다.

홀더본체(110)는 웨이퍼(5)를 연마패드(210)에 밀착된 상태로 회전축(120)에 의해 일정한 방향으로 회전할 수 있다. 따라서 웨이퍼홀더(100)에 장착된 웨이퍼(5)는 연마패드(210)와 밀착된 상태로 회전하게 되므로 후면이 평탄화될 수 있다. 웨이퍼(5)는 일정 두께를 가질 때까지 연마가 계속 될 수 있다.

연마패드(210)는 웨이퍼홀더(100)의 홀더본체(100)에 비해 큰 단면적을 가질 수 있으며, 예를 들어 원형, 다각형 등 다양한 단면형상을 가질 수 있다. 연마패드(210)는 다수의 웨이퍼홀더(100)에 장착된 웨이퍼(5)를 동시에 연마할 수 있다. 즉, 하나의 연마패드(210)가 회전하는 다수의 웨이퍼홀더(100)와 결합되면서 다수의 웨이퍼(5)들이 동시에 연마될 수 있다.

연마패드(210)는 연마 플래튼(220, Polish Platen)에 장착될 수 있다. 연마 플래튼(220)은 연마패드(210)를 지지할 수 있으며 일정한 방향으로 회전가능하게 구성될 수 있다. 연마패드(210)는 다양한 재질로 이루어질 수 있는데, 예를 들어 폴리우레탄, 양모(wool)와 같은 절연물질로 이루어질 수 있다.

도 1에는 상술한 웨이퍼홀더(100)가 상부에 위치하고 하부에 연마패드(210)가 위치하는 것을 도시하였으나 웨이퍼홀더(100)가 하부에 위치하고 연마패드(210)가 상부에 위치할 수도 있을 것이다. 이처럼 웨이퍼홀더(100)와 연마패드(210)의 위치는 상술한 형태에 제한되지 않고 다양하게 변형가능할 것이다.

웨이퍼(5)의 연마시 웨이퍼(5)의 후면과 연마패드(210) 사이에 슬러리(Slurry)를 공급하는 슬러리 디스펜서(150, slurry dispenser)가 더 제공될 수 있다. 슬러리는 유동성을 가진 고체와 액체의 혼합물로서 화학적 연마에 사용되는 연마재를 지칭한다.

웨이퍼 연마장치로 웨이퍼(5)의 후면이 연마되는 과정 중에 웨이퍼홀더(100)의 기울어짐, 연마패드(210)의 불균일한 마모, 슬러리 공급의 불균형 등을 이유로 웨이퍼(5)의 두께가 불균일하게 연마될 수 있다.

따라서 도 2에 과장되게 도시된 바와 같이, 웨이퍼홀더(100)에는 다수개의 피에조 액츄에이터(300), piezo Actuator)가 결합될 수 있다. 피에조 액츄에이터(300)는 연마되는 웨이퍼(5)의 두께를 측정하여, 두껍게 연마된 부분이 우선적으로 연마될 수 있도록 하여 웨이퍼(5)가 균일한 두께 및 표면상태를 갖도록 할 수 있다.

피에조 액츄에이터(300)들은 웨이퍼(5)에 인접하도록 웨이퍼홀더(100)의 홀더본체(110) 내측에 설치될 수 있다. 예를 들어 피에조 액츄에이터(300)들은 웨이퍼(5)의 전면에 접촉되도록 웨이퍼홀더(100)에 배치될 수 있다.

피에조 액츄에이터(300)들은 상호 일정한 간격을 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어 피에조 액츄에이터(300)는 웨이퍼홀더(100)의 홀더본체(110) 내측에 방사상 형태로 다수개가 배치될 수 있다.

도 2에는 피에조 액츄에이터(300)들이 웨이퍼(5)의 중심영역과 가장자리 영역에 4개가 배치된 것을 도시하였으나 이 실시예의 범위는 이러한 피에조 액츄에이터(300)들의 배치 및 개수에 제한되지 않는다. 이처럼 피에조 액츄에이터(300)들은 웨이퍼(5)의 여러 영역에 대한 두께를 고르게 측정할 수 있도록 적정한 개수와 간격으로 설치될 수 있다.

피에조 액츄에이터(300)는 적층형(stack type), 고리형(ring type), 칩형(chip type) 등이 사용될 수 있다. 예를 들어, 피에조 액츄에이터(300)는 도 3에 도시된 바와 같이 피에조 소자(310, piezo element)와, 피에소 소자(310)의 양면에 전극(320, 330)이 부착된 적층형일 수 있다.

피에조 소자(310)는 일정한 방향에서 압력, 즉 기계적인 외력을 가하면 외력에 비례하는 전기가 발생하고, 역으로 전기를 주면 기계적인 변형이 발생하는 소자로 압전소자로도 알려져 있다. 예를 들어, 피에조 소자(310)로서 수정, 전기석, 로셀염 등이 사용될 수 있다.

피에조 소자(310)에 전압을 인가하면 소자의 금속변형이 일어날 수 있다. 교류전원이 제공되면 피에조 소자(310)의 두께 변화에 의해 진동이 발생하고 직류전원이 제공되면 피에조 소자(310)는 두께가 변화된 상태를 유지할 수 있다.

피에조 액츄에이터(300)는 전원부(400)와 연결될 수 있다. 전원부(400)는 피에조 소자(300)에 병렬로 연결되는 직류전원 또는 교류전원 중 적어도 어느 하나를 가질 수 있다. 예를 들어, 전원부(400)는 직류전원과 교류전원을 함께 가질 수도 있고, 직류전원만 또는 교류전원만을 가질 수도 있다.

피에조 액츄에이터(300)의 전극(320, 330)들은 전원부(400)와 연결될 수 있는데, 전원부(400)에 전압이 인가되면 피에조 소자(310)는 물리적으로 변형될 수 있다.

제어부(500)는 전원부(400)를 통해 전기적 신호인 펄스(pulse)를 발생시켜 다양한 형태의 파형들 중 어느 하나를 피에조 액츄에이터(400)에 전달할 수 있다. 예를 들어, 피에조 액츄에이터(300)에 전달되는 파형은 탄성파(elastic wave)일 수 있다. 탄성파는 탄성 매질 내에서 매질의 교란 상태 변화로 인해 에너지가 전달되는 파동으로서, 굴절파, 반사파, 표면파를 수반할 수 있다.

제어부(500)는 전원부(400)를 통해 피에소 소자(310)에 펄스를 인가시켜 피에조 소자(310)가 탄성파를 발생시키도록 할 수 있다. 예를 들어 전원부(400)에서 인가된 교류전원에 의해서 피에조 소자(310)는 탄성파를 발생할 수 있다. 도 2에 화살표로 표시된 바와 같이 피에조 액츄에이터(300)로부터 발생된 탄성파(P1)는 웨이퍼(5)의 두께방향을 따라 이동한 후 연마패드(210)에서 반사되는 반사파를 수반할 수 있다.

제어부(500)는 불균일 웨이퍼(5)의 영역을 연마할 경우 피에조 소자(310)에 직류전원을 공급할 수도 있다. 전원부(400)는 피에조 액츄에이터(300)에 직류 전원을 공급하여 피에조 소자(310)가 압전효과에 의해 두께가 변화되도록 할 수 있다.

제어부(500)는 연마된 웨이퍼(5)의 두께를 모니터하고, 연마속도를 국부적으로 제어할 수 있도록 피에조 액츄에이터(300)의 동작을 제어할 수 있다. 먼저 제어부(500)는 연마되는 웨이퍼(5)의 불균일 여부 측정하기 위해 전원부(400)를 통해 교류 전압을 인가하여 피에조 액츄에이터(300)가 진동하면서 탄성파가 발생되도록 할 수 있다.

피에조 액츄에이터(300)로부터 웨이퍼(5)의 두께방향을 따라 이동한 탄성파는 연마패드(210)에서 반사되어 피에조 액츄에이터(300)로 되돌아온다. 제어부(500)는 각각의 피에조 액츄에이터(300)들로부터 되돌아오는 반사파들의 시간 지연을 계산하여 피에조 액츄에티어(300)들과 인접한 웨이퍼(5)의 두께들을 측정할 수 있다.

즉, 피에조 액츄에이터(300)로부터 반사파가 되돌아오면 압전효과에 의해 피에조 소자(310)는 물리적으로 형상이 변화되고, 이를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 따라서 제어부(500)는 반사파에 의해 피에조 액츄에이터(300)로부터 발생한 전기적 신호를 수신하여 시간 지연을 통해 웨이퍼(5)의 두께를 측정할 수 있다.

이처럼 피에조 액츄에이터(300)로부터 발생된 탄성파가 연마패드(210)에 반사되어 되돌아오는 시간 지연을 계산하여 도 4에 예시한 바와 같이 특정 위치에서 연마되는 웨이퍼(5)의 두께(d1, d2)들을 측정할 수 있다. 예를 들어 2개의 피에조 액츄에이터(300)들 중 어느 하나가 다른 하나보다 반사파의 측정 시간이 지연되면 웨이퍼(5)의 두께가 상대적으로 두껍다고 판단할 수 있다.

도 4의 (a)는 슬러리의 불균일 또는 연마패드(210)의 불균일로 웨이퍼(5)의 연마된 두께가 달라지는 경우이고, 도 4의 (b)는 X-Y 좌표상에서 웨이퍼홀더(100)의 축선이 어긋나서 웨이퍼(5)의 연마된 두께가 달라지는 것을 예시한 도면이다.

그러므로 제어부(500)는 측정된 웨이퍼(5)의 두께값들과 평균값을 비교하여 상대적으로 웨이퍼(5)가 두껍게 연마된 부분(d1)을 다른 부분(d2)에 비해 더 연마할 필요가 있다는 것을 판단할 수 있다.

이처럼 더 연마할 필요가 있는 웨이퍼(5)의 두께(d1) 부분이 감지가 되면, 제어부(500)는 해당 위치의 피에조 액츄에이터(300)에 전원부(400)을 통해 고전압을 인가할 수 있다. 예를 들어 직류전원을 인가하면 해당 피에조 액츄에이터(300)는 피에조 소자(310)가 일정두께만큼 팽창될 수 있다. 또한, 교류전원을 인가하면 해당 피에조 액츄에이터(300)는 피에조 소자(310)가 진동하면서 두께가 간헐적으로 변화될 수 있다.

이와 같이, 피에조 액츄에이터(300)에 고전압이 인가됨으로써 피에조 소자(310)는 웨이퍼(5)의 두께방향을 따라 길이가 증대될 수 있다. 이때, 나머지 피에조 액츄에이터(300)들에는 전압이 인가되지 않아 변형이 발생하지 않도록 한다.

그러면 웨이퍼(5)를 더 연마할 영역은 피에조 액츄에이터(300)의 두께가 증가함에 따라 연마패드(210)를 향해 돌출될 수 있다. 피에조 액츄에이터(300)의 두께 증가는 전압의 크기를 조절하면서 조절될 수 있다. 따라서 연마된 부분이 평균값보다 높은 두께를 갖던 웨이퍼(5) 영역이 연마패드(210)를 향해 돌출되기 때문에 이를 연마할 수 있어 웨이퍼(5)의 후면은 균형적으로 연마될 수 있다.

도 5는 웨이퍼홀더에 다른 형태의 웨이퍼가 결합된 상태의 두께 측정 과정을 보여주는 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 웨이퍼를 연마하여 이미지 센서를 제조하는 과정을 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 웨이퍼 연마장치는 연마대상의 웨이퍼(5a)가 달라진 형태에도 적용할 수 있다. 마찬가지로 도 5의 (a)는 슬러리의 불균일 또는 연마패드(210)의 불균일로 웨이퍼(5a)의 연마된 두께가 달라지는 경우이고, 도 5의 (b)는 X-Y 좌표상에서 웨이퍼홀더(100)의 축선이 어긋나서 웨이퍼(5a)의 연마된 두께가 달라지는 것을 예시한 도면이다.

웨이퍼홀더(100)에 장착된 웨이퍼(5a)는 후면수광용(BSI, Back Side Illumination) CMOS 이미지 센서가 형성된 것일 수 있다. 상술한 웨이퍼(5a)에는 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 실리콘 기판(10) 상에 CMOS 회로가 형성된 회로형성층(20)이 적층되고, 회로형성층(20)의 상부에는 절연물질에 코딩된 다수의 금속패드(30)가 노출될 수 있다.

이러한 웨이퍼들(5a)은 도 6의 (a)와 같이 실리콘 기판(10)의 두께가 크게 형성되므로 도 6의 (b)처럼 실리콘 기판(10)은 관통전극(TSV, Through Silicon Via)이 후면에 노출되도록 일정한 두께로 가공이 될 수 있다.

도 6의 (b)처럼 가공된 웨이퍼(5a)는 분리된 상태로 여러 공정들을 수행한 후 패키징될 수도 있지만, 도 6의 (c)와 같이 2개가 서로 본딩되면서 적층된 후에 패키징될 수 있다.

상술한 형태의 웨이퍼(5a)의 후면을 가공하기 위한 본 실시예의 웨이퍼 연마장치에서는 도 5에 도시된 바와 같이 피에조 액츄에이터(300)들은 웨이퍼(5)의 전면에 위치한 금속패드(30)에 인접하거나 접촉되도록 웨이퍼홀더(100)의 홀더본체(110) 내측에 설치될 수 있다. 금속패드(30)는 회로형성층(20)을 관통하여 실리콘 기판(10) 영역까지 연장된 관통전극을 포함할 수 있다.

따라서 피에조 액츄에이터(300)로부터 발생된 탄성파는 웨이퍼(5a)의 두께방향을 따라 금속패드(30), 실리콘 웨이퍼(10)를 통과하면서 연마패드(210)에 반사되어 피에조 액츄에이터(300)로 되돌아올 수 있다.

이와 같이 웨이퍼(5a)가 달라지더라도 전술한 바와 같이 웨이퍼(5a)의 두께(d1, d2)들을 측정할 수 있으며, 웨이퍼(5a)를 더 연마할 영역(d1)을 연마할 수 있으므로 웨이퍼(5a)의 후면은 균일하게 연마될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 제어방법을 나타내는 흐름도이다. 이하에서는 도 7과 전술한 도면들을 참조하며 본 발명의 일 실시예의 웨이퍼 연마방법에 대해 설명한다.

본 실시예의 웨이퍼 연마방법은 먼저 웨이퍼홀더(100)에 장착된 웨이퍼(5, 5a)를 연마패드(210)에 접촉하면서 웨이퍼(5, 5a)의 후면을 연마하는 웨이퍼 연마단계가 진행된다. 웨이퍼 연마단계에서는 웨이퍼홀더(100)와 연마패드(210)가 회전할 수 있으며 슬러리가 함께 공급될 수 있다.

웨이퍼 연마단계에서 웨이퍼(5, 5a)의의 후면이 연마되는 과정 중에 웨이퍼홀더(100)의 기울어짐, 연마패드(210)의 불균일한 마모, 슬러리 공급의 불균형 등을 이유로 웨이퍼(5, 5a)의 두께가 불균일하게 연마될 수 있다.

따라서 피에조 액츄에이터(300)들에 전원를 인가하여 웨이퍼 연마단계에서 연마되는 웨이퍼(5, 5a)의 두께를 측정하는 웨이퍼 측정단계가 수행될 수 있다.

웨이퍼 측정단계는 피에조 액츄에이터(300)에 펄스를 인가하여 탄성파를 발생시키는 탄성파 발생 단계(S10)와, 반사되는 탄성파의 시간 지연에 의해 반사파를 측정하는 반사파 측정 단계(S20)와, 측정된 웨이퍼(5)의 두께들과 평균값을 비교하는 비교분석 단계(S30)를 포함할 수 있다.

탄성파 발생단계(S10)에서 제어부(500)는 전원부(400)를 통해 직류 또는 교류 전압을 인가하여 피에조 액츄에이터(300)를 진동시켜 탄성파가 발생되도록 할 수 있다. 피에조 액츄에이터(300)로부터 웨이퍼(5, 5a)의 두께방향을 따라 이동한 탄성파는 연마패드(210)에 반사되어 피에조 액츄에이터(300)로 되돌아올 수 있다.

반사파 측정 단계(S20)에서는 제어부(500)는 각각의 피에조 액츄에이터(300)들로부터 되돌아오는 반사파들의 전기적 신호를 수신하여 시간 지연을 계산하게 된다. 따라서 피에조 액츄에티어(300)들과 인접한 웨이퍼(5, 5a)의 두께들을 측정할 수 있다.

비교분석 단계(S30)에서는 측정된 웨이퍼(5, 5a)들의 두께들과 연마된 두께의 평균값을 비교하여 분석할 수 있다. 비교분석 단계(S30)를 통해 연마가 제대로 이루어지지 않게 다른 위치보다 웨이퍼(5)의 연마된 부분이 두꺼운 부분을 판단할 수 있다.

탄성파 발생 단계(S10)와, 반사파 측정 단계(S20) 및 비교분석 단계(S30)를 포함할 수 있는 웨이퍼 측정단계에서 측정된 결과를 통해 평균값보다 높은 두께를 갖는 피에조 액츄에이터(300)에 전압를 인가하는 단계(S40)가 수행된다.

상기 단계(S40)에서 제어부(500)는 해당 웨이퍼(5, 5a)에 위치한 피에조 액츄에이터(300)에 전원부(400)을 통해 직류 또는 교류의 고전압을 인가할 수 있다. 따라서 해당 피에조 액츄에이터(300)는 피에조 소자(310)가 일정 두께만큼 팽창될 수 있으므로 웨이퍼(5, 5a)를 더 연마할 영역은 피에조 액츄에이터(300)의 두께가 증가함에 따라 연마패드(210)를 향해 돌출될 수 있다.

이처럼 연마된 부분이 평균값보다 높은 두께를 갖던 웨이퍼(5, 5a)의 영역이 연마패드(210)를 향해 돌출되기 때문에 이를 연마할 수 있어 웨이퍼(5, 5a)의 후면은 균일하게 연마될 수 있다(S50).

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피에조 액츄에이터를 통해 연마되는 웨이퍼의 두께를 모니터하고 연마속도를 국부적으로 제어할 수 있다. 따라서 웨이퍼의 두께를 균일하게 연마할 수 있어 반도체 제품의 품질 향상을 가져올 수 있는 웨이퍼 연마속도 제어장치, 웨이퍼의 연마장치 및 그를 이용한 웨이퍼 연마방법을 구현할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 웨이퍼홀더 110 : 홀더본체
120 : 회전축 150 : 슬러리 디스펜서
210 : 연마패드 220 : 연마 플래튼
300 : 피에조 액츄에이터 310 : 피에조 소자
320, 330 : 전극 400 : 전원부
500 : 제어부

Claims

회전가능하게 마련되고 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼홀더;
상기 웨이퍼홀더에 장착된 웨이퍼와 접촉되면서 상기 웨이퍼를 연마하는 연마패드; 및
연마되는 상기 웨이퍼의 두께를 모니터하고 연마속도를 국부적으로 제어하기 위해 상기 웨이퍼홀더에 다수개 설치되는 피에조 액츄에이터;
를 포함하는 웨이퍼 연마장치.
제1항에 있어서,
상기 웨이퍼홀더는 웨이퍼에 대응하는 형상을 가지며, 상기 피에조 액츄에이터들은 각각 상기 웨이퍼홀더에 일정 간격으로 배치되는, 웨이퍼 연마장치.
제1항에 있어서,
상기 피에조 액츄에이터는 전극이 양면에 설치된 피에조 소자를 포함하고,
상기 웨이퍼 연마장치는 상기 전극들과 연결되면서 상기 피에소 소자에 탄성파를 발생시키도록 상기 피에조 소자에 병렬로 연결된 직류전원 또는 교류전원 중 적어도 어느 하나를 갖는 전원부를 더 포함하는, 웨이퍼 연마장치.
제3항에 있어서,
상기 피에조 소자로부터 발생된 탄성파가 상기 연마패드를 통해 반사되는 시간 지연을 계산하여 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 제어부를 더 포함하는, 웨이퍼 연마장치.
제4항에 있어서,
상기 제어부는 측정된 웨이퍼의 두께 분포를 통해 평균값보다 높은 두께를 갖는 웨이퍼에 위치한 상기 피에조 소자에 상기 전원부를 통해 전압을 인가하는, 웨이퍼 연마장치.
회전가능하게 마련되고 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼홀더;
상기 웨이퍼홀더에 장착된 웨이퍼와 접촉되면서 웨이퍼의 표면을 연마하는 연마패드;
상기 웨이퍼홀더에 다수개 설치되는 피에조 액츄에이터; 및
상기 피에조 액츄에이터를 통해 연마되는 상기 웨이퍼의 두께를 모니터하고 연마속도를 국부적으로 제어하는 제어부;
를 포함하는 웨이퍼 연마장치.
웨이퍼홀더에 다수개 설치되는 피에조 액츄에이터; 및
상기 피에조 액츄에이터를 통해 연마되는 상기 웨이퍼의 두께를 모니터하고 연마속도를 국부적으로 제어하는 제어부;
를 포함하는 웨이퍼 연마속도 제어장치.
웨이퍼홀더에 장착된 웨이퍼를 연마하는 단계;
상기 웨이퍼홀더에 장착된 피에조 액츄에이터들을 이용하여 웨이퍼의 두께를 측정하는 단계; 및
측정된 상기 웨이퍼의 두께 정보를 통해 상기 피에조 액츄에이터들 중 웨이퍼의 남은 두께가 두꺼운 부분에 위치한 피에조 액츄에이터에 전원을 인가하는 단계;
를 포함하는 웨이퍼 연마방법.
제8항에 있어서,
상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 단계는
상기 피에조 액츄에이터들로부터 탄성파가 발생되도록 하는 단계;
상기 탄성파로부터 반사되는 반사파의 시간 지연에 의해 상기 웨이퍼의 두께를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 웨이퍼들의 두께들과 연마된 부분들 두께의 평균값을 비교 분석하는 단계;를 포함하는 웨이퍼 연마방법.