KR20120108269A - 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체 및 리테이너 링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼의 표면을 연마하기 위한 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체 및 리테이너 링에 관한 것이다. 상기 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체는, 공기 구멍이 형성된 헤드 본체; 상기 헤드 본체의 하부에 위치되어, 상기 공기 구멍으로부터 유입되는 공기에 의해 팽창 가능한 팽창부재; 상기 웨이퍼의 측면을 지지하여 연마 공정 중 상기 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이너 링; 을 포함하고, 상기 리테이너 링은 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide; PPS)로 이루어지고, 상기 리테이너 링의 내측 단부 하단은 내측으로 돌출된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 따르면, 리테이너 링에서 발생되는 이물질을 줄일 수 있고, 연마 공정 중 웨이퍼의 이탈을 방지할 수 있는 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체 및 리테이너 링을 제공할 수 있다.

Description

웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체 및 리테이너 링{Head assembly and retainer ring for water grinding apparatus}

본 발명은 웨이퍼의 표면을 연마하기 위한 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체 및 리테이너 링에 관한 것이다.

반도체 기술은 생산 원가 절감 및 제품 성능 향상을 위해 보다 고집적화 공정으로 급속하게 발전하고 있으며, 이에 따라 실리콘 웨이퍼에 요구되는 편평도 조건 역시 더욱 엄격해지고 있다.

이러한 엄격한 편평도 조건은 기존의 소구경 웨이퍼를 제작할 때 적용되던 랩핑(lapping), 에칭, 단면 연마 등의 제조 공정만으로는 만족시킬 수 없었다. 그리고, 양면 연마 후의 최종 연마 단계에서 편평도 저하는 극복하기 힘든 난제였다.

실리콘 웨이퍼의 편평도 관련 기술 중 가장 중요한 것은 화학적/기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP)이다. 화학적/기계적 연마는 웨이퍼 연마 장치를 사용하여 실리카(SiO₂) 등의 숫돌 입자를 포함한 연마액을 연마 패드 등의 연마면 상에 공급하면서 웨이퍼 등의 기판을 연마면에 미끄럼 접촉시키는 것이다.

이러한 웨이퍼 연마 장치는 연마 패드로 이루어진 연마면을 가진 연마 테이블과, 웨이퍼를 지지하기 위한 헤드 조립체를 구비한다. 웨이퍼 연마 장치에 있어서, 헤드 조립체는 웨이퍼를 유지하면서 웨이퍼를 연마 테이블에 대하여 소정의 압력으로 가압한다. 이 과정에서, 연마 테이블과 헤드 조립체는 상대 운동을 하게 되고, 웨이퍼는 연마면에 미끄럼 접촉하게 되고, 웨이퍼의 표면이 평탄화되어 경면으로 연마된다.

웨이퍼 연마 장치에서, 연마 중의 웨이퍼와 연마 패드의 연마면 사이에 상대적인 가압력이 웨이퍼의 전면에 걸쳐 균일하지 않을 경우, 웨이퍼의 각 부분에 인가되는 가압력에 따라 연마 부족 또는 과연마 형상이 발생된다. 따라서, 종래기술에 따르면, 웨이퍼를 유지시키는 헤드 조립체의 표면에 고무 등의 탄성재로 이루어지는 탄성막을 설치하고, 탄성막의 이면에 공기압 등의 유체압을 가하여 웨이퍼에 인가되는 가압력을 웨이퍼의 전면에 걸쳐 균일화시키는 방법이 알려져 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체의 단면도이다.

이러한 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체(1)는 헤드 본체(2), 러버 척(3), 팽창부재(4), 백 필름(5) 및 리테이너 링(7)을 구비한다. 일반적으로, 백 필름(5)과 리테니어 링(7)이 본딩된 조립품을 템플릿 조립체(template assembly)라고 한다. 도면부호 8은 연마 패드를 나타낸다.

상기 탬플릿 조립체는 일정한 두께를 가지는 환형의 리테이너 링(7)이 백 플름(5)에 접착된 구조로서, 수지 계열의 재료를 이용하여 제조된 리테이너 링(7)을 백 필름(5)의 표면에 접착제를 도포한후 가열 압착함으로써 완성된다.

리테이너 링(7)은 헤드 본체(2)에 가해지는 가압력(P1)에 의해 연마 패드(9)의 표면을 눌러 가공 중인 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하고, 헤드 본체(2)를 통해 유입되는 공기압(P2)에 의해 팽창되는 팽창부재(4) 및 그에 접촉된 백 필름(5)의 변형에 의해 웨이퍼(W)에 전달되는 압력을 지지하는 기능을 한다.

또한, 리테이너 링(7)은 웨이퍼(W)가 헤드 조립체(1)에 로딩되거나 그것으로부터 언로딩될 때, 웨이퍼(W)를 안내하여 헤드 본체(2)의 중심에 웨이퍼(W)를 위치시키는 기능도 한다. 헤드 본체(2)와 팽창부재(4) 사이의 공간에 일정한 압력의 공기가 유입되면 팽창부재(4)와 백 필름(5)은 부풀어 오르게 되고, 이때, 웨이퍼(W)와 백 필름(5)의 접촉 면적은 리테이너 링(7)의 형상에 의해 제어되는 구조이다. 여기서, 리테이너 링(7)의 두께는 웨이퍼(W)의 두께에 따라 변경될 수 있다.

리테이너 링(7)은 에폭시 글라스라 불리는 수지 계열의 재료를 이용하여 제조되는데, 에폭시 글라스는 단면 가공이 거칠어 연마 공정 중 이물질의 발생이 쉽고, 이러한 이물질은 연마 패드(8)를 손상시켜 웨이퍼(W) 표면의 파티클을 발생시키는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 리테이너 링에서 발생되는 이물질을 줄일 수 있고, 연마 공정 중 웨이퍼의 이탈을 방지할 수 있는 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체 및 리테이너 링에 관한 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 의하면, 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체는, 공기 구멍이 형성된 헤드 본체; 상기 헤드 본체의 하부에 위치되어, 상기 공기 구멍으로부터 유입되는 공기에 의해 팽창 가능한 팽창부재; 상기 웨이퍼의 측면을 지지하여 연마 공정 중 상기 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이너 링; 을 포함하고, 상기 리테이너 링은 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide; PPS)로 이루어지고, 상기 리테이너 링의 내측 단부 하단은 내측으로 돌출된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 팽창부재와 상기 리테이너 링 사이에 위치되어, 상기 리테이너 링이 부착되는 백 필름; 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 백 필름은 상기 팽창부재의 팽창에 의해 상기 웨이퍼와 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리테이너 링의 외측 단부는 라운드 가공된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리테이너 링의 상기 돌출부는 0.5 내지 1.5mm의 높이를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 리테이너 링의 돌출부는 오목하게 라운드 가공되는 것을 특징으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 의하면, 웨이퍼 연마 장치에서 웨이퍼의 측면을 지지하여 연마 공정 중 상기 웨이퍼의 이탈을 방지하는 웨이퍼 연마 장치용 리테이닝 링은, 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide; PPS)로 이루어지고, 상기 리테이너 링의 외측 단부는 라운드 가공되고, 내측 단부는 하단이 내측으로 돌출된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 돌출부는 오목하게 라운드 가공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 리테이너 링에서 발생되는 이물질을 줄일 수 있고, 연마 공정 중 웨이퍼의 이탈을 방지할 수 있는 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체 및 리테이너 링을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체의 리테이너 링을 확대하여 도시한 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 2는 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 3은 도 2의 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체의 리테이너 링을 확대하여 도시한 단면도이다.

상기 헤드 조립체(100)는 헤드 본체(110), 러브 척(120), 팽창부재(130), 백 필름(140) 및 리테이너 링(150)을 포함한다. 도면부호 160은 연마 패드를 나타낸다.

상기 헤드 본체(110)는 공압에 의해 리테이너 링(150) 안의 웨이퍼(W)를 연마 패드(160)에 대해 가압하기 위한 것으로, 상부에는 공기 구멍(111)이 형성된다. 이를 위해, 헤드 본체(110)는 공압공급수단(미도시)에 연통된 공기 구멍(111)을 통해 공급되는 양압이나 음압을 이용하여 웨이퍼(W)를 지지하거나 가압하게 된다. 상기 헤드 본체(110)는 속이 비어 있고, 세라믹 또는 스테인리스, 금속 등과 같이 강도가 큰 재질로 형성될 수 있다.

러브 척(120)은 헤드 본체(110)의 측면에 접촉되도록 설치된다.

팽창부재(130)는 헤드 본체(110)의 하부에 배치되어, 헤드 본체(110)로부터 공급되는 공기압에 의해 웨이퍼(W)를 지지하거나 웨이퍼(W)를 가압하기 위한 것으로서, 통상의 고무 재질로 제조된다. 팽창부재(130)는 공기 구멍(111)으로부터 유입되는 공기에 의해 팽창 가능하게 구성된다.

백 필름(140)은 팽창부재(130)의 하부에 위치되어, 팽창부재(130)의 팽창에 의해 연마 패드(160)에 놓여진 웨이퍼(W)와 접촉된다. 백 필름(140)은 헤드 본체(110)의 금속 재질에 의해 웨이퍼(W)에 가해질 수도 있는 압력의 불균일성을 조절함으로써 웨이퍼(W)의 표면 손상을 최소화하기 위한 것으로서, 연마 압력이 웨이퍼(W)의 표면 전체에 균일하게 미치도록 하는 일종의 완충수단이다. 상기 백 필름(140)은 양면 접착제 등과 같은 접착수단(미도시)에 의해 러버 척(120)의 표면에 부착될 수 있다. 백 필름(140)의 반대 면에는 연마 대상 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있는 넌-슬립 패드층이 형성될 수 있다. 백 필름(140)은 팽창부재(130)의 팽창에 의해 웨이퍼(W)를 연마 패드(160)에 밀착시키게 된다.

리테이너 링(150)은 웨이퍼(W)의 측면을 지지하여 연마 공정 중 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 역할을 한다. 리테이너 링(150)은 웨이퍼(W)를 둘러쌀 수 있도록 백 필름(140)의 테두리 하단에 설치되고 웨이퍼(W)의 두께보다 더 큰 두께를 가진다. 리테이너 링(150)의 하면은 연마 패드(160)를 가압하여 신축성 있는 연마 패드(160)를 압착하게 된다. 공기 구멍(111)을 통해 공기가 헤드 본체(110) 내부로 유입되어 팽창부재(130)가 팽창하게 되면, 리테이너 링(150)의 하면과 웨이퍼(W)의 표면은 실질적으로 동일 선상에서 연마 패드(160)에 접촉하게 된다.

본 실시예에서 리테이너 링(150)은 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide; PPS)로 이루어진다. PPS는 내식성, 내마모성, 가공성이 우수한 장점이 있다.

리테이너 링(150)의 외측 단부(151)는 연마 과정 중에 슬러리의 유입이 용이하도록 라운드 가공되는 것이 바람직하다. 리테이너 링(150)이 가공성이 뛰어난 PPS로 제작되면, 라운드 가공을 할 때 가공 단면이 깨끗하게 가공되어, 연마 과정 중에 슬러리의 유입이 용이하게 된다. 또한, 리테이너 링(150)이 연마 과정 중에 연마 패드(160)와 접촉되어도 리테이너 링(150)의 표면이 거칠지 않으므로 연마 패드(160)로부터 이물질의 발생을 최소화한다.

리테이너 링(150)의 내측 단부(152)는 웨이퍼(W)를 둘러싸서 연마 가공 중에 웨이퍼(W)가 헤드 조립체(100)로부터 이탈되는 것을 방지한다. 상기 내측 단부(152)의 하단부는 웨이퍼(W)가 있는 내측으로 돌출된 돌출부(152a)를 갖는다. 리테이너 링(150)의 내측 단부(152)에 형성된 이러한 돌출부(152a)에 의해 연마 가공 중에 웨이퍼(W)가 리테이너 링(150) 밖으로 이탈되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 돌출부(152a)는 오목하게 라운드 가공되는 것이 바람직하다. 라운드 가공에서, R은 웨이퍼(W)의 두께에 따라 달라지지만, 대체로 0.5~1.5 mm 사이가 바람직하다. 여기서, R은 라운드 가공되는 부분의 곡률반경을 말한다. 연마 가공 중에 웨이퍼(W)는 오목하게 라운드 가공된 돌출부(152a)에 의해 리테이너 링(150)을 이탈하기 어렵게 된다.

돌출부(152a)의 높이(h)는 리테이너 링(150)의 전체 높이(H)의 30% 이내, 바람직하게는 20% 이내인 것이 바람직하다. 웨이퍼(W)의 두께를 고려할 때, 돌출부(152a)의 높이(h)는 0.5 내지 1.5mm 가 될 수 있다. 또한, 돌출부(152a)의 돌출거리(x)도 0.5 내지 1.5mm 가 될 수 있다.

한편, 연마 패드(160)는 웨이퍼 연마 장치의 하부에서 회전하도록 설치된 연마 블록(미도시)의 상부에 양면 접착 패드에 의하여 접착된 탄성 패드(미도시)에 설치되고 그 표면에는 소정 형태의 그루브 패턴이 형성될 수 있다.

도 2를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 백 필름(140)의 하면에 웨이퍼(W)를 부착한 상태에서 헤드 조립체(100)를 연마 패드(160) 위에 올려놓게 되면, 리테이너 링(150)의 하면은 연마 패드(160)에 접촉되지만 웨이퍼(W)는 연마 패드(160)에 접촉되지 않는다. 이 상태에서, 공기 구멍(111)을 통해 공기를 유입시키면서 헤드 조립체(100)와 연마 패드(160)를 포함하는 연마 블록이 서로 다른 방향으로 회전하면, 팽창부재(130) 및 백 필름(140)이 팽창하여 웨이퍼(W)가 연마 패드(160)에 접촉되어 마찰을 일으키면서 웨이퍼(W)의 표면을 연마할 수 있게 된다.

이 과정에서, 리테이너 링(150)의 내측 단부(152)의 하단에는 돌출부(152a)가 형성되어 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 회전에 의해 원심력이 발생해도 웨이퍼(W)는 내측 단부(152)의 돌출부(152a)와 접촉되어 리테이너 링(150)을 이탈하지 않을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 헤드 조립체(100)에서, 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하기 위한 리테이너 링(150)은 PPS로 형성되므로, 가공성이 우수하여 깨끗한 단면으로 가공될 수 있어 연마 과정 중에 이물질의 발생을 최소화할 수 있고, 리테이너 링(150)의 내측 단부(152)에 형성된 돌출부(152a)에 의해 연마 과정 중에 웨이퍼(W)의 이탈을 효과적으로 방지할 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 : 헤드 조립체
110 : 헤드 본체
111 : 공기 구멍
120 : 러브 척
130 : 팽창부재
140 : 백 필름
150 : 리테이너 링
151 : 외측 단부
152 : 내측 단부
152a : 돌출부
160 : 연마 패드

Claims (8)

1. 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체에 있어서,
   공기 구멍이 형성된 헤드 본체;
   상기 헤드 본체의 하부에 위치되어, 상기 공기 구멍으로부터 유입되는 공기에 의해 팽창 가능한 팽창부재;
   상기 웨이퍼의 측면을 지지하여 연마 공정 중 상기 웨이퍼의 이탈을 방지하는 리테이너 링;
   을 포함하고,
   상기 리테이너 링은 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide; PPS)로 이루어지고,
   상기 리테이너 링의 내측 단부 하단은 내측으로 돌출된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 팽창부재와 상기 리테이너 링 사이에 위치되어, 상기 리테이너 링이 부착되는 백 필름;
   을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 백 필름은 상기 팽창부재의 팽창에 의해 상기 웨이퍼와 접촉되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체.
4. 제2항에 있어서,
   상기 리테이너 링의 외측 단부는 라운드 가공된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체.
5. 제2항에 있어서,
   상기 리테이너 링의 상기 돌출부는 0.5 내지 1.5mm의 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체.
6. 제2항에 있어서,
   상기 리테이너 링의 돌출부는 오목하게 라운드 가공되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치용 헤드 조립체.
7. 웨이퍼 연마 장치에서 웨이퍼의 측면을 지지하여 연마 공정 중 상기 웨이퍼의 이탈을 방지하는 웨이퍼 연마 장치용 리테이닝 링에 있어서,
   상기 리테이너 링은 폴리페닐렌설파이드(Polyphenylene sulfide; PPS)로 이루어지고,
   상기 리테이너 링의 외측 단부는 라운드 가공되고, 내측 단부는 하단이 내측으로 돌출된 돌출부를 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치용 리테이너 링.
8. 제7항에 있어서,
   상기 돌출부는 오목하게 라운드 가공되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치용 리테이너 링.

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