KR20140028287A - 웨이퍼 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치는, 회전가능한 정반 상에 배치되고, 고정 연마입자가 부착된 연마 패드; 상기 정반의 회전축과는 상이한 회전축에 의하여 회전되고, 상기 정반의 상측에 위치하는 헤드부; 상기 헤드부의 외주면에 장착되는 리테이너; 및 상기 리테이너와 접촉되고, 상기 연마 패드의 드레싱을 수행하기 위한 드레싱부;를 포함하고, 상기 웨이퍼는 일부가 상기 연마 패드의 외곽으로부터 소정 길이 돌출되도록 상기 헤드부에 장착된다.

Description

웨이퍼 연마 장치{APPARATUS FOR POLISHING WAFER}

실시예는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

종래 기술은 스톡 제거 연마(stock removal polishing)로서 연마제(polishing agent)를 공급하면서 연마 패드에 의해 반도체 웨이퍼의 양면을 연마하는 것(DSP 단계)과, 다른 경우에 소위 헤이즈 프리 연마(haze-free polishing) 기법뿐만 아니라 신규한 소위 "고정 연마재 연마"(FAP) 기법으로서 보다 연성인 연마 패드를 사용하여 단지 정면(부품측)만을 최종 연마하는 것(CMP 단계, "피니싱")이 개시되어 있으며, 상기 고정 연마재 연마기법에서는 연마 패드에 연마 재료가 결합되어 있는 연마 패드("고정 연마재 패드") 상에서 반도체 웨이퍼가 연마된다.

상기 FAP 연마 패드가 사용되는 연마 단계는 이하에서는 축약하여 FAP 단계라고 한다. WO 99/55491 A1에는 제1 FAP 연마 단계와 후속하는 제2 CMP 연마 단계를 포함하는 2 단계 연마 방법이 설명되어있다. CMP의 경우, 연마 패드에는 연마 재료가 결합되어 있지 않다. 이 경우에는 DSP의 경우에서와 같이 연마재료가 슬러리 형태로 반도체 웨이퍼와 연마 패드 사이에 유입된다. 상기 2단계 연마 방법은 특히 FAP 단계에 의해 기판의 연마된 면에 남겨진 스크래치를 제거하는데 사용된다.

이와 같은 웨이퍼 연마장치들에 의해서, 웨이퍼의 평탄도를 향상시키고자 하는 연구가 다양하게 진행되고 있다.

실시예는 웨이퍼의 평탄도를 향상시키고, 효율적으로 웨이퍼를 연마할 수 있는 웨이퍼 연마장치를 제공하고자 한다.

본 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치는, 회전가능한 정반 상에 배치되고, 고정 연마입자가 부착된 연마 패드; 상기 정반의 회전축과는 상이한 회전축에 의하여 회전되고, 상기 정반의 상측에 위치하는 헤드부; 상기 헤드부의 외주면에 장착되는 리테이너; 및 상기 리테이너와 접촉되고, 상기 연마 패드의 드레싱을 수행하기 위한 드레싱부;를 포함하고, 상기 웨이퍼는 일부가 상기 연마 패드의 외곽으로부터 소정 길이 돌출되도록 상기 헤드부에 장착된다.

본 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치에 의해서, 단일의 장치를 통하여 웨이퍼 연마 또는 연마 패드의 드레싱이 이루어질 수 있는 장점이 있다.

그리고, 고정 연마 패드를 통하여 웨이퍼 연마시에, 웨이퍼의 오버행 구조로 인하여 웨이퍼 에지 영역의 평탄도를 향상시킬 수 있으며, 드레싱부에 의한 연마 패드의 드레싱 역시 원활히 이루어질 수 있다.

도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치를 단면도이다.
도 2는 실시예의 웨이퍼 연마 장치에서 웨이퍼와 연마 패드 사이의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치에 의해서 웨이퍼의 연마를 수행하는 것을 보여주는 도면이다.
도 4와 도 5는 본 실시예에 따른 리테이너와 드레싱부를 자세히 설명하기 위한 도면이다.

웨이퍼 연마시 웨이퍼 측면부의 평탄도를 향상시킬 수 있고, 복잡하지 않은 구조에서 웨이퍼 에지 형상을 개선시킬 수 있는 본 실시예의 연마 장치를 첨부되는 도면과 함께 상세히 설명하여 본다.

도 1은 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치를 단면도이고, 도 2는 실시예의 웨이퍼 연마 장치에서 웨이퍼와 연마 패드 사이의 위치 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치에 의해서 웨이퍼의 연마를 수행하는 것을 보여주는 도면이다.

먼저, 도 1을 참조하면, 실시예의 웨이퍼 연마 장치는, 정반(100), 연마 패드(120), 헤드부(130), 리테이너(160) 및 드레싱부(150)를 포함한다.

상기 정반(100)은 상기 연마 패드(120)를 지지하고, 고정된 상기 연마 패드(120)는 상기 정반(100)의 회전에 종속된다. 상기 연마 패드는 고정연마입자가 부착된 고정 연마 패드로서, 탄화규소 화합물, 질화붕소 화합물이나 다이아몬드 또는 이들의 화합물로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 정반(100)은 플레이트 형상을 가지며, 예를 들어, 원형 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 정반(100)으로 사용되는 물질의 예로서는 스테인레스 스틸 등을 들 수 있다.

상기 정반(100)은 모터 등의 구동수단으로부터 전달되는 회전력에 의하여 회전(자전)될 수 있다.

상기 연마 패드(120)는 고정 연마 입자가 부착됨으로써, 상기 웨이퍼(W)를 연마할 수 있으며, 상기 웨이퍼(W)의 연마를 돕기 위해서, 실리카 또는 알루미나 연마제 등이 더 사용될 수 있다.

상기 헤드부(130)는 상기 정반(100) 상측에서 소정 거리를 두고 배치되며, 모터와 같은 구동수단으로부터 전달되는 회전력에 따라 회전하게 된다. 본 실시예의 웨이퍼 연마 장치를 통해서, 연마 패드 드레싱과 웨이퍼 연마를 선택적으로 수행할 수 있으며, 상기 정반(100)의 회전되는 때에 상기 헤드부(130)도 회전됨으로써, 연마 패드의 드레싱 또는 웨이퍼 연마가 이루어진다.

그리고, 상기 헤드부(130)는 상기 리테이너(160) 및 상기 드레싱부(150)를 고정시키며, 상기 리테이너(160)는 상기 헤드부(130) 보다 큰 사이즈로 이루어져 상기 헤드부(130) 외주면에 착탈될 수 있다. 그리고, 상기 리테이너(160)의 하측에는 연마 패드(120)를 드레싱하기 위한 드레싱부(150)가 장착된다.

상기 헤드부(130)가 회전되면, 상기 헤드부(130)에 결합된 리테이너(160) 및 드레싱부(150)가 함께 회전하게 되고, 상기 헤드부(130)에 웨이퍼(W)가 결합된 경우에는 웨이퍼 연마가 이루어지고, 웨이퍼(W)가 부착되지 않은 경우에는 연마 패드의 드레싱이 이루어진다.

즉, 상기 헤드부(130)와 정반(100)의 회전축은 서로 상이하므로, 상기 헤드부(130)와 정반(100)이 모두 회전하게 되면, 회전축 차이로 인하여 상기 정반(100)과 함께 회전되는 연마 패드(120)는 웨이퍼(W) 또는 드레싱부(150)와 접하게 된다.

한편, 상기 리테이너(160)는 고리 형상으로 이루어지고, 상기 헤드부(130)의 직경보다 크게 형성되어 헤드부(130)의 외주면을 둘러싸도록 끼워진다. 그리고, 상기 리테이너(160)는 스테인레스 스틸의 재질이 될 수 있으며, 상기 드레싱부(150)와 직접 접촉된다.

그리고, 상기 드레싱부(150)는 앞서 설명한 바와 같이 고정 연마 패드를 드레싱하는 역할을 수행하고, 웨이퍼의 이탈을 방지하는 역할도 함께 수행한다. 재질은 알루미나 등으로 이루어질 수 있으나, 이러한 사항에 한정되는 것은 아니다.

또한, 웨이퍼의 연마를 위하여 상기 웨이퍼를 헤드부(130)에 고정시키기 위하여, 세라믹 플레이트(140)가 상기 웨이퍼(W)와 헤드부(130) 사이에 개재될 수 있으며, 상기 웨이퍼(W)가 상기 세라믹 플레이트(140)에 접착될 수 있다. 이때, 상기 웨이퍼(W)의 평탄도를 향상시키기 위해서, 고도의 접착 정밀도가 요구될 수 있다.

도 1에는 웨이퍼(W) 연마를 위하여 상기 웨이퍼(W)가 플레이트(140)가 부착된 모습이 도시되고 있으나, 본 실시예에 따라 연마 패드의 드레싱이 수행되는 때에는 상기 웨이퍼(W)가 장착되지 않은 상태가 된다. 연마 패드의 드레싱이 수행되는 동안에는 도 2와 같이 헤드부(130)의 외주면을 감싸는 드레싱부(150)가 연마 패드(120)의 상부면에 접하게 된다.

그리고, 정반(100)의 회전과 함께, 상기 정반(100)의 회전축과는 상이한 회전축을 갖는 헤드부(130) 역시 회전하게 됨으로써, 정반(100)과 함께 회전되는 연마 패드(120)의 상부면이 드레싱부(150)과 접촉하게 된다.

특히, 본 실시예에서는, 웨이퍼가 플레이트(140)에 부착되고, 웨이퍼(W)의 연마가 이루어지는 경우에, 웨이퍼의 에지부 연마 평탄도를 향상시키기 위하여, 상기 웨이퍼(W)의 부착 위치가 상기 연마 패드(120)에 대하여 오버행되도록 한다. 즉, 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(120)의 외곽과 중첩되고, 상기 웨이퍼(W)의 일부(121)가 상기 연마 패드(120)의 외곽보다 더 외곽에 위치되도록 장착될 수 있다. 이에 따라서, 상기 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(120)에 대해서 오버행 구조로 배치될 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼(W)의 일 외곽 부분(121)은 상기 연마 패드(120)의 외곽보다 더 바깥에 배치될 수 있다.

더 자세하게, 웨이퍼(W)의 직경을 기준으로 대략 3% 내지 30% 범위에 해당하는 웨이퍼 일부분이 연마 패드(120)보다 더 바깥쪽으로 배치된다(도면부호 A).

이러한 웨이퍼의 오버행 배치로 인하여, 상기 웨이퍼(W)의 가장 자리 부분에서 상기 연마 패드(120)에 대한 슬라이딩 거리 및 상기 웨이퍼(W)의 중앙 부분에서 상기 연마 패드(120)에 대한 슬라이딩 거리의 차이가 줄어들 수 있다. 즉, 상기 웨이퍼(W)의 외곽 부분이 상기 연마 패드(120)의 외곽으로부터 바깥으로 돌출되기, 상기 웨이퍼(W)의 외곽 부분이 과도하게 연마되는 것이 방지될 수 있다.

따라서, 상기 웨이퍼(W)는 전체적으로 균일한 슬라이딩 거리를 가진다. 이에 따라서, 상기 웨이퍼(W)에 전체적으로 균일한 압력을 가하는 경우, 상기 웨이퍼(W)는 전체적으로 균일하게 연마될 수 있다. 결국, 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치는 상기 웨이퍼(W)를 전체적으로 균일하게 연마할 수 있다.

도 4와 도 5는 본 실시예에 따른 리테이너와 드레싱부를 자세히 설명하기 위한 도면이다.

도 4와 도 5를 참조하면, 상기 리테이터(160)와 드레싱부(150)는 폐루프 형상으로 이루어질 수 있으며, 헤드부(130)의 사이즈(직경)보다는 더 크게 이루어져 상기 헤드부(130)의 외주면에 억지끼움 방식 또는 부착을 통하여 결합될 수 있다.

상기 드레싱부(150)는 리테이너(160)에 의하여 헤드부(130)에 고정되며, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 리테이너(160)의 내측에는 웨이퍼 연마시에 상기 웨이퍼가 배치된다.

상기 드레싱부(150)는 상기 연마 패드(120)와 직접 접촉되어, 상기 연마 패드(120)를 드레싱할 수 있으며, 상기 드레싱부(150)는 상기 웨이퍼(W)가 연마되는 동안 상기 연마 패드(120)를 드레싱할 수 있다. 예를 들어, 상기 드레싱부(150)는 상기 연마 패드(120)의 상면을 절삭하여, 상기 고정 연마입자를 노출시킬 수 있다.

또한, 상기 드레싱부(150)는 다수 개의 홈들(151)을 포함하며, 이들 홈들(151)은 상기 드레싱부(150)의 내부(152)로부터 외부로 연장될 수 있다. 즉, 상기 홈들(151)은 상기 드레싱부(150)의 내주면으로부터 외주면으로 연장되거나, 상기 드레싱부(150)의 중심으로부터 외곽으로 연장될 수 있다. 상기 홈들(151)은 서로 등간격으로 배치형성될 수 있다.

상기 홈들(151)은 상기 드레싱부(150)를 관통하도록 형성될 수 있으며, 상기 드레싱부(150)는 상기 홈들(151)에 의해서, 복수의 블럭들로 나누어질 수 있다. 즉, 상기 드레싱부(150)는 복수의 세라믹 블럭들로 이루어질 수 있다.

상기 리테이너(160)는 상기 드레싱부(150)와 실질적으로 동일한 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 리테이너(160)는 스테인레스 스틸 등으로 이루어질 수 있다.

실시예에 따른 웨이퍼 연마장치에 의해서, 상기 웨이퍼(W)는 다음과 같은 공정에 의해서 연마될 수 있다.

먼저, 상기 세라믹 플레이트(140)에 하나 이상의 웨이퍼(W)가 접착된다. 상기 웨이퍼(W)는 왁스에 의해서 접착될 수 있다

이후, 상기 헤드부(130) 외주면에 상기 드레싱부(150) 및 상기 리테이너(160)가 장착된다. 그리고, 상기 세라믹 플레이트(140) 및 상기 웨이퍼(W)는 상기 드레싱부(150) 내측에 배치된다. 이후, 상기 연마 패드(120) 상에, 상기 웨이퍼(W)가 접촉되도록, 상기 세라믹 플레이트(140), 상기 웨이퍼(W), 상기 드레싱부(150) 및 상기 리테이너(160)가 배치된다.

이후, 상기 헤드부(130)가 하강하여, 상기 헤드부(130)에 상기 세라믹 플레이트(140)가 고정되고, 상기 리테이너(160) 및 드레싱부(150)도 함께 고정된다.

이후, 상기 웨이퍼(W)는 상기 헤드부(130)의 회전 및 상기 정반(100)의 회전에 의해서 연마된다. 이때, 상기 웨이퍼(W)는 상기 연마 패드(120)에 대해서 오버행 구조로 연마될 수 있다.

이때, 상기 연마 패드(120)의 폴리머의 일부를 제거하기 위한 폴리머 제거제가 사용될 수 있다. 상기 폴리머 제거제는 알루미나 입자를 포함할 수 있다. 특히, 상기 폴리머 제거제는 알루미나 입자가 콜로이드 형태로 탈이온수에 분산된 용액일 수 있다. 이때, 탈이온수 및 알루미나 입자의 비는 약 100:1 내지 약 80:1일 수 있다.

반면에, 고정 연마입자가 부착된 고정 연마 패드(120)에 대한 드레싱을 수행하는 경우에는, 상기 플레이트(140)에 웨이퍼를 접착시키지 않은 상태에서, 상기 드레싱부(150)에 의한 연마 패드의 드레싱이 이루어진다.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 회전가능한 정반 상에 배치되고, 고정 연마입자가 부착된 연마 패드;
   상기 정반의 회전축과는 상이한 회전축에 의하여 회전되고, 상기 정반의 상측에 위치하는 헤드부;
   상기 헤드부의 외주면에 장착되는 리테이너; 및
   상기 리테이너와 접촉되고, 상기 연마 패드의 드레싱을 수행하기 위한 드레싱부;를 포함하고,
   상기 웨이퍼는 일부가 상기 연마 패드의 외곽으로부터 소정 길이 돌출되도록 상기 헤드부에 장착되는 웨이퍼 연마 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 웨이퍼는 직경을 기준으로 3% 내지 30%가 상기 연마 패드의 외곽으로부터 돌출되도록 상기 헤드부에 장착되는 웨이퍼 연마 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 웨이퍼와 헤드부 사이에는 상기 웨이퍼와 직접 접촉되는 플레이트가 더 마련되는 웨이퍼 연마 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 연마 패드는 고정 연마 패드로서, 탄화규소 화합물, 질화불소 화합물 및 다이아몬드 중 어느 하나로 이루어지거나 이들의 화합물로 이루어지는 웨이퍼 연마 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 드레싱부는 알루미나로 이루어지는 웨이퍼 연마 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 연마 패드와 접촉되는 상기 드레싱부의 일면에는 적어도 하나 이상의 홈이 형성되는 웨이퍼 연마 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 리테이너와 드레싱부는 링 형상으로 이루어지는 웨이퍼 연마 장치.

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