KR20140105993A - 웨이퍼 그라인딩 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 표면의 스크래치 및 깨짐 현상이 방지되도록 구조가 개선된 웨이퍼 그라인딩 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 웨이퍼 그라인딩 장치는 회전 가능하게 설치되며, 상면에 웨이퍼가 배치되는 척 테이블과, 상기 척 테이블의 상방에 회전 가능하게 설치되는 스핀들과, 상기 스핀들의 하단에 결합되며, 상기 웨이퍼를 그라인딩하는 그라인딩 휠을 포함하며, 상기 그라인딩 휠은, 상기 스핀들의 하단에 결합되는 휠본체와, 상기 휠본체에 원주 방향을 따라 복수로 결합되며 상기 웨이퍼에 접촉되어 상기 웨이퍼를 그라인딩하는 그라인딩 팁을 포함하며, 상기 그라인딩 팁의 하단부는 상측에서 하측으로 갈수록 두께가 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

웨이퍼 그라인딩 장치{Wafer grinding apparatus}

본 발명은 사파이어 웨이퍼 연마에 사용되는 웨이퍼 그라인딩 팁과 이를 구비한 웨이퍼 그라인딩 장치에 관한 것이다.

웨이퍼 그라인딩 장치는 웨이퍼의 두께 및 평탄도를 제어하기 위하여 웨이퍼를 그라인딩(연마)하는 장치이며, 이와 같은 웨이퍼 그라인딩 장치에 관해서는 공개특허 10-2008-0072989호(이하, 종래기술이라 함)가 출원된 바 있다.

도 1은 종래의 웨이퍼 그라인딩 장치의 개략적인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 웨이퍼 그라인딩 장치(9)는 회전 및 승강 가능한 스핀들(1)과, 스핀들의 하단에 결합되는 휠 블레이드를 가진다. 그리고, 휠 블레이드는 휠본체(2)와, 웨이퍼에 집촉되어 웨이퍼를 그라인딩하는 그라인딩 팁(3)으로 이루어지는, 이 그라인딩 팁(3)은 휠본체(2)의 가장자리 부분을 따라 대략 원형의 형태로 장착된다.

한편, 이 그라인딩 팁(3)은 다이아몬드 입자와 메탈 분말을 혼합하여 소결한 형태로 이루어지며, 그 단면(수직 방향으로의 단면)은 도 1에 도시된 바와 같이 직사각형 형상으로 이루어진다.

그런데, 이와 같이 형성된 그라인딩 팁(3)을 이용하여 웨이퍼를 가공하다 보면, 웨이퍼의 표면에 결함이 발생하는 현상이 나타나게 된다. 본 출원인이 결함의 원인에 의해 분석해 본 결과, 메탈 파우더와 다이아몬드 파우더를 혼합 소결하여 그라인딩 팁을 제작하는 과정에서, 팁의 외곽부 보다 구체적으로는 웨이퍼에 접촉되는 하면의 모서리부분, 즉 도 1에 A로 표시된 부분의 경도가 불균일해지고, 또한 이 부분의 다이아몬드 입자의 높이가 불균일해지는 것이 발견되었으며, 이로 인하여 다이아몬드 입자에 의한 웨이퍼 표면의 스크래치 및 깨짐 현상이 나타나는 것으로 확인되었다.

따라서, 이와 같은 문제를 해결할 수 있는 새로운 형태의 웨이퍼 그라인딩 팁 및 웨이퍼 그라인딩 장치의 개발이 요구된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼 표면의 스크래치 및 깨짐 현상이 방지되도록 구조가 개선된 웨이퍼 그라인딩 팁 및 웨이퍼 그라인딩 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 웨이퍼 그라인딩 장치는 회전 가능하게 설치되며, 상면에 웨이퍼가 배치되는 척 테이블과, 상기 척 테이블의 상방에 회전 가능하게 설치되는 스핀들과, 상기 스핀들의 하단에 결합되며, 상기 웨이퍼를 그라인딩하는 그라인딩 휠을 포함하며, 상기 그라인딩 휠은, 상기 스핀들의 하단에 결합되는 휠본체와, 상기 휠본체에 원주 방향을 따라 복수로 결합되며 상기 웨이퍼에 접촉되어 상기 웨이퍼를 그라인딩하는 그라인딩 팁을 포함하며, 상기 그라인딩 팁의 하단부는 상측에서 하측으로 갈수록 두께가 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 그라인딩 휠은 회전하는 스핀들에 결합되어 웨이퍼를 그라인딩 하는 그라인딩 휠에 있어서, 상기 스핀들의 하단에 결합되는 휠본체와, 상기 휠본체에 원주 방향을 따라 복수로 결합되며 상기 웨이퍼에 접촉되어 상기 웨이퍼를 그라인딩하는 그라인딩 팁을 포함하며, 상기 그라인딩 팁의 하단부는 상측에서 하측으로 갈수록 두께가 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 웨이퍼 표면의 스크래치 및 깨짐 현상이 방지된다.

도 1은 종래의 웨이퍼 그라인딩 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그라인딩 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 웨이퍼 그라인딩 휠의 개략적인 사시도이다.
도 4는 그라인딩 팁을 가공하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 그라인딩 휠의 개략적인 사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 웨이퍼 그라인딩 장치 및 웨이퍼 그라인딩 휠에 관하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그라인딩 장치의 개략적인 구성도이며, 도 3은 도 2에 도시된 웨이퍼 그라인딩 휠의 개략적인 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 그라인딩 장치는 척 테이블(10)과, 스핀들(20)과, 그라인딩 휠(30)을 포함한다.

척 테이블(10)은 평판 형상으로 형성되어 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 이 척 테이블(10)에 웨이퍼(w)가 안착 및 고정된다. 그리고, 웨이퍼의 고정(흡착)을 위하여, 척 테이블(10)에는 진공압으로 웨이퍼를 흡착하기 위한 수단 또는 정전기력으로 웨이퍼를 흡착하기 위한 수단(정전척)이 마련될 수 있다.

스핀들(20)은 척 테이블(10)의 상측에 배치되며, 회전 및 승강 가능하게 설치된다.

그라인딩 휠(30)은 웨이퍼를 그라인딩하는 것으로, 휠본체(31)와, 복수의 그라인딩 팁(32)을 포함하여 구성된다. 휠본체(31)는 원환 형상의 평판으로 형성되며, 스핀들(20)의 하단부에 결합(고정)되어 스핀들과 함께 회전 및 승강된다. 그라인딩 팁(32)은 웨이퍼에 접촉되어 실제 웨이퍼를 그라인딩 하는 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 휠본체(31)에 원주 방향을 따라 복수로 결합된다. 이 그라인딩 팁(32)은 배경기술에서 언급한 바와 같이, 수~수십 마이크로미터 크기의 다이아몬드 입자와 메탈 분말을 혼합하여 소결하는 방식으로 제작된다.

특히, 본 실시예의 경우 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 그라인딩 팁(32)의 하단부는 상측에서 하측으로 갈수록 두께가 감소되도록 형성된다. 보다 구체적으로 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이 원주 방향을 따라 복수로 배치되는데, 이때 원주의 중심을 기준으로 하여 그라인딩 팁의 내측면(즉, 원주의 중심에 가까운 쪽의 면)과 외측면(즉, 원주의 중심에서 먼 쪽의 면)의 하단부가 테이퍼지게 형성된다. 그리고, 이와 같이 그라인딩 팁의 형상을 제작하면, 종래와 같이 다이아몬드 입자에 의한 웨이퍼 표면의 스크래치 및 깨짐 현상이 나타나는 것이 방지되는데, 이하 그 이유에 관하여 설명한다.

먼저, 웨이퍼 연마시 그라인딩 팁과 웨이퍼의 접촉 면적이 증가하면, 그라인딩 휠의 부하가 가중되어 연삭효율이 저감되는 문제점이 있다. 하지만, 그라인딩 팁과 웨이퍼의 접촉면적을 작게하기 위하여 그라인딩 팁의 두께를 매우 얇게 하면, 그라인딩 팁의 강도가 약해져서 웨이퍼 연마시 그라인딩 팁이 파손될 우려가 있으므로, 이러한 문제를 방지하기 위하여 그라인딩 팁은 일정 수준 이상의 두께로 제작되어야 한다. 그런데, 종래의 경우 그라인딩 팁의 단면이 직사각형 형태(즉, 그라인딩 팁의 상단과 하단의 단면적이 일정)이므로, 웨이퍼 연마시 그라인딩 팁과 웨이퍼의 접촉 면적이 최대화(즉, 그라인딩 팁의 단면적과 접촉면적이 동일함) 되며, 이에 따라 그라인딩 휠에 부하가 가중되어 연삭효율이 저감되는 문제점이 있다.

하지만, 본 실시예와 같이 그라인딩 팁의 하단부를 테이퍼진 형상으로 형성하면, 그라인딩 팁의 두께를 일정 수준으로 유지되면서도 웨이퍼와 그라인딩 팁이 실제로 접촉되는 면적이 감소되므로 이에 따라 연삭부하가 감소되며, 그 결과 연삭효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 그라인딩 팁이 다이아몬드 입자와 메탈 분말을 혼합하여 소결하는 방식으로 제작되므로, 종래의 경우 그라인딩 팁의 모서리 부분(즉, 도 1의 A 부분)은 아무래도 다이아몬드 입자가 불규칙하게 돌출되는 경우가 많이 발생하였고, 이에 따라 웨이퍼에 스크래치 또는 깨짐 현상이 발생하게 되었다.

하지만, 본 실시예와 같이 그라인딩 팁의 하단부를 테이퍼진 형상으로 형성하면, 그라인딩 팁의 내측면 및 외측면에 모서리진 부분이 없으므로, 종래와 같이 모서리부에 분포된 불규칙하게 돌출된 다이아몬드 입자에 의하여 발생하는 웨이퍼 손상을 방지할 수 있다.

나아가, 웨이퍼 그라인딩 시 그라인딩 팁과 웨이퍼 사이의 마찰열을 억제하기 위하여 연삭유가 공급되는데, 본 실시예와 같이 그라인딩 팁을 형성하면 원심력에 의한 연삭유의 흐름(즉, 외측 방향으로 흐름)이 원활해지며, 가공 중에 발생하는 칩의 배출을 용이하게 할 수 있도록 하는 부가적인 효과를 얻는다.

한편, 상기와 같은 형상으로 형성된 그라인딩 팁을 사용하다보면, 그라인딩 팁이 마모되어 그 형상이 변형될 수 있는데, 이하에서는 그라인딩 팁의 형상을 유지할 수 있는 가공방법에 관하여 설명한다.

도 4는 그라인딩 팁을 가공하는 방법을 설명하는 도면이다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이 그라인딩 팁의 하단부 형성에 대응되는 형상을 가지는 지석(51)이 결합되어 있는 스테이지(50)를 그라인딩 휠의 하방에 배치시킨다. 이때, 지석(51)은 그라인딩 팁(32)과 같이 스테이지(50) 상에 원주 방향을 따라 복수로 배치될 수 있다. 그리고, 지석(51)은 알루미나 등의 메탈 파우더를 소결하여 제작된다.

이후, 그라인딩 휠(30)을 회전시키면서 하강시키면, 그라인딩 팁(32)이 지석(51)에 의해 마모되면서 그라인딩 팁(32)의 하단부가 도 2에 도시된 형상으로 가공된다.

이때, 그라인딩 팁의 다이아몬드 사이즈를 200 메쉬로 가정한다면, 가공 초기에는 지석의 파우더를 150 메쉬 크기로 하여 먼저 그라인딩 팁의 형상 변화를 일으킨 후(즉, 빠른 가공), 이후 더 작은 크기의 파우더로 이루어진 지석(예를 들어, 300 메쉬)으로 그라인딩 팁의 표면을 매끄럽게 연마하는 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

예를 들어, 앞서 설명한 실시예에서는 도 2에 도시된 바와 같이 그라인딩 팁의 하단부를 테이퍼지게 형성하였으나, 도 5에 도시된 바와 같이 그라인딩 팁(132)의 하단부를 라운더처리하여 곡면으로 형성할 수도 있다.

10...척 테이블 20...스핀들
30...그라인딩 휠 31...휠본체
32...그라인딩 팁

Claims (2)

1. 회전 가능하게 설치되며, 상면에 웨이퍼가 배치되는 척 테이블;
   상기 척 테이블의 상방에 회전 가능하게 설치되는 스핀들; 및
   상기 스핀들의 하단에 결합되며, 상기 웨이퍼를 그라인딩하는 그라인딩 휠;을 포함하며,
   상기 그라인딩 휠은, 상기 스핀들의 하단에 결합되는 휠본체와, 상기 휠본체에 원주 방향을 따라 복수로 결합되며 상기 웨이퍼에 접촉되어 상기 웨이퍼를 그라인딩하는 그라인딩 팁을 포함하며,
   상기 그라인딩 팁의 하단부는 상측에서 하측으로 갈수록 두께가 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 그라인딩 장치.
2. 회전하는 스핀들에 결합되어 웨이퍼를 그라인딩 하는 그라인딩 휠에 있어서,
   상기 스핀들의 하단에 결합되는 휠본체와, 상기 휠본체에 원주 방향을 따라 복수로 결합되며 상기 웨이퍼에 접촉되어 상기 웨이퍼를 그라인딩하는 그라인딩 팁을 포함하며,
   상기 그라인딩 팁의 하단부는 상측에서 하측으로 갈수록 두께가 감소되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 그라인딩 휠.

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