KR20160057585A

KR20160057585A - 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치 및 웨이퍼 평탄화 방법

Info

Publication number: KR20160057585A
Application number: KR1020140158307A
Authority: KR
Inventors: 이승석; 김장열
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2016-05-24

Abstract

웨이퍼의 휨 상태를 자연스럽게 유지하면서 척에 웨이퍼를 고정시킬 수 있도록, 웨이퍼가 고정되는 척, 상기 척에 고정된 웨이퍼를 연마하는 그라인딩 휠을 포함하는 웨이퍼 평탄화 설비의 척에 웨이퍼를 부착하기 위한 웨이퍼 부착장치로, 상기 척에 놓여지는 웨이퍼의 가장자리만을 가압하도록 된 가압부재와, 상기 가압부재에 압력을 가하기 위한 구동부를 포함하는 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치 및 웨이퍼 평탄화 방법{DEVICE FOR BONDING WAFER OF WAFER FLATTENING APPARATUS AND METHOD FOR FLATTENING WAFER}

본 기재는 웨이퍼를 평탄화하는 설비에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 웨이퍼 평탄화 설비에 웨이퍼를 부착하기 위한 장치 및 웨이퍼 평탄화 방법에 관한 것이다.

일반적으로 성장된 단결정 잉곳은 절삭(slicing) 공정을 거쳐 웨이퍼 형태로 만들고, 표면을 연마하는 공정을 거친다. 정밀한 반도체 제품을 제조하기 위해서는 웨이퍼의 표면을 보다 정밀하게 가공하며, 특히 웨이퍼의 휘어짐을 줄여야 한다.

최근들어 상업적인 디바이스는 완벽한 평탄화 및 표면 조도의 확보가 요구되기 때문에, 웨이퍼 평탄화를 위한 화학적 기계 연마(Chemical-Mechanical Planarization; CMP) 공정은 웨이퍼 제조 과정에서 핵심적인 역할을 한다.

연마 공정에서 웨이퍼의 표면을 정밀하게 연마함과 더불어 웨이퍼의 휨 현상을 줄이기 위해서는, 먼저 웨이퍼가 고정되는 척(chuck)에 웨이퍼를 부착하는 작업이 제대로 이루어져야 한다.

그런데, 종래 구조의 경우 척에 웨이퍼를 부착함에 있어서 웨이퍼의 휨을 효과적으로 제어하는 데 문제가 있다.

종래의 웨이퍼 부착 구조를 살펴보면, 웨이퍼 척에 본드를 도포하고 웨이퍼를 부착하며, 이 과정에서 웨이퍼에 압력을 가해 강제로 웨이퍼를 평평하게 편 상태로 부착하게 된다.

이에, 웨이퍼는 자연스럽게 휜 상태를 유지하지 못하고 강제로 펴진 상태로 변형되어 척에 고정된다. 따라서, 연마 공정을 통해 웨이퍼 표면을 평탄화시킨 후 웨이퍼를 척에서 분리하게 되면 강제로 변형되어 있던 웨이퍼가 원상태로 복구되면서 휨 현상이 나타내 평탄화가 제대로 이루어지지 못하였다.

웨이퍼의 휨 상태를 자연스럽게 유지하면서 척에 웨이퍼를 고정시킬 수 있도록 된 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치 및 웨이퍼 평탄화 방법을 제공한다.

또한, 웨이퍼 평탄화 공정 후 평탄도를 그대로 유지할 수 있도록 된 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치 및 웨이퍼 평탄화 방법을 제공한다.

본 실시예의 웨이퍼 부착 장치는 웨이퍼가 고정되는 척, 상기 척에 고정된 웨이퍼를 연마하는 그라인딩 휠을 포함하는 웨이퍼 평탄화 설비의 척에 웨이퍼를 부착하기 위한 웨이퍼 부착장치로, 상기 척에 놓여지는 웨이퍼의 가장자리만을 가압하도록 된 가압부재와, 상기 가압부재에 압력을 가하기 위한 구동부를 포함할 수 있다.

상기 가압부재는 원형의 링 구조로 이루어질 수 있다.

상기 구동부는 구동실린더와, 상기 구동실린더의 피스톤로드 선단에 설치되고 선단은 상기 가압부재의 상단 전체에 접하도록 된 원통형 누름부재를 포함할 수 있다.

상기 가압부재는 웨이퍼에 접하는 하단이 내측에서 외측을 향해 하향 경사진 경사면을 이룰 수 있다.

상기 가압부재는 세라믹, 금속, 테프론 재질 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 웨이퍼 평탄화 방법은 웨이퍼 평탄화 설비의 척에 웨이퍼를 고정하는 단계와, 웨이퍼의 외측면을 평탄화 가공하는 단계, 웨이퍼의 평탄화된 면을 척에 고정하는 단계, 웨이퍼의 외측면을 가공하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 웨이퍼를 고정하는 단계는 웨이퍼 평탄화 설비의 척에 본드를 도포하는 단계와, 웨이퍼를 본드가 도포된 척 상에 올려놓는 단계, 웨이퍼의 가장자리만을 가압하여 웨이퍼를 척에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 웨이퍼를 고정하는 단계에서, 웨이퍼의 휘어진 볼록면이 외측을 향하도록 하여 척에 고정하는 구조일 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 웨이퍼의 휘어있는 상태 그대로 척에 부착되어 연마가 이루어짐 따라, 연마 후에 웨이퍼를 척에서 분리하였을 때 웨이퍼가 평탄하게 연마된 상태를 그대로 유지할 수 있게 된다.

이에, 보다 용이하게 휨 없이 평탄한 웨이퍼를 가공할 수 있게 된다.

도 1은 본 실시예 따른 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치를 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 웨이퍼 부착 장치의 가압부재를 도시한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 웨이퍼 평탄화 과정을 도시한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따라 평탄화 공정을 거친 웨이퍼의 평탄도를 종래와 비교하여 도시한 도면이다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 이에, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하 본 실시예는 웨이퍼로 탄화규소(SiC) 단결정 기판을 예로서 설명한다. 본 실시예는 이에 한정하지 않으며, 웨이퍼로 실리콘(Si)이나 GaN, AlN, ZnO 등의 모든 기판에 대해 적용 가능하다.

도 1과 도 2는 본 실시예 따른 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치를 도시하고 있다.

웨이퍼(100) 평탄화 설비는 예를 들어, 웨이퍼(100)가 고정되는 척(20)과, 척(20)이 장착되는 테이블(10), 고속 회전되어 척(20)에 고정된 웨이퍼(100)를 연마하는 그라인딩 휠(30)을 포함한다. 또한, 상기 평탄화 설비는 웨이퍼(100)와 그라인딩 휠(30) 사이로 냉각수를 공급하기 위한 냉각수 공급라인(도시되지 않음)과, 연마가속제를 공급하기 위한 연마제 공급라인(도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다.

상기 그라인딩 휠(30)은 테이블 상부에서 테이블과 평행하게 배치된다. 웨이퍼(100)를 향하는 그라인딩 휠(30)의 하면에는 웨이퍼(100)에 접하여 웨이퍼(100)를 평탄하게 연마하기 위한 연마팁이 장착된다. 본 실시예에서 상기 연마팁은 탄화규소 재질의 웨이퍼(100)를 가공할 수 있도록 다이아몬드 재질로 이루어진다.

상기 웨이퍼(100)는 척(20)의 상단에 본드(40) 또는 왁스를 매개로 부착되어 고정된다.

여기서, 상기 웨이퍼(100)는 양면 중 어느 일측면이 외측으로 볼록하게 휘어져 있어 상기 평탄화 설비를 통해 연마되어 평탄화된다. 이하 설명의 편의를 위해 웨이퍼(100)의 양 면 중 외측으로 볼록한 면을 볼록면(110)이라 하고, 그 반대쪽 면을 오목면(120)이라 한다.

본 실시예에서, 상기 웨이퍼(100)는 부착 장치를 통해 휘어진 상태 그대로 상기 척(20)에 부착 고정된다.

이를 위해, 상기 부착장치는 상기 척(20)에 놓여지는 웨이퍼(100)의 가장자리만을 가압하도록 된 가압부재와, 상기 가압부재에 압력을 가하기 위한 구동부를 포함한다.

본 실시예에서 상기 가압부재는 원형의 링 구조로 이루어진다. 상기 가압부재는 대략 웨이퍼(100)의 직경에 대응되는 외경으로 형성된다. 상기 가압부재는 웨이퍼(100)의 가장자리를 눌러 가압할 수 있을 정도면 충분하며 내경의 크기는 특별히 한정되지 않는다.

이와 같이 가압부재는 중앙부가 개방된 링 형태로 이루어져 웨이퍼(100)의 가장자리에만 압력을 가할 수 있게 된다. 따라서, 가압부재가 웨이퍼(100)를 가압하더라도 웨이퍼(100)는 중앙부가 볼록하게 휘어진 상태를 그대로 유지하면서 척(20)에 부착 고정된다.

상기 가압부재는 척(20) 상부에서 척(20)에 수평하게 배치된다. 이에 가압부재가 하강하여 웨이퍼(100)의 볼록면(110) 가장자리를 눌러주게 되면, 웨이퍼(100)가 고르게 눌려져 척(20) 상단에 어느 한쪽으로 쏠리지 않고 균일하게 부착된다.

상기 가압부재는 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(100)에 접하는 하단이 볼록하게 휘어진 웨이퍼(100)의 볼록면(110)에 대응하여 경사면을 이루는 구조로 되어 있다. 본 실시예에서, 상기 가압부재의 하단 경사면은 내측에서 외측을 향해 하향 경사진 구조로 되어 있다.

이에, 가압부재의 경사면 전체가 웨이퍼(100)의 볼록면(110) 가장자리에 균일하게 압력을 가하여 보다 원활하게 웨이퍼(100)를 휘어진 상태 그대로 척(20)에 고정할 수 있게 된다.

본 실시예에서 상기 가압부재는 세라믹, 금속, 테프론(teflon) 재질 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

상기 구동부는 구동실린더(50)와, 상기 구동실린더(50)의 피스톤로드 선단에 설치되고 선단은 상기 가압부재의 상단 전체에 접하도록 된 원통형 누름부재(52)를 포함한다.

상기 구동실린더(50)는 척(20) 상부에 수직으로 배치되고 유압이나 공압에 의해 신축 구동되어 가압부재에 외력을 가하는 구조로 되어 있다. 상기 누름부재(52)는 예를 들어 대략 상기 링 형태의 가압부재와 대응되는 직경을 갖는 원통 형태로 이루어진다.

이에, 누름부재(52)는 하단이 가압부재 상단 전체에 접한 상태로 가압부재에 연결된다. 따라서, 구동실린더(50)가 신장작동되면, 피스톤로드를 통해 전달되는 구동력이 누름부재(52)를 통해 가압부재 전면에 고르게 전달되어 가압부재는 전체적으로 고른 압력으로 웨이퍼(100)의 가장자리 전체를 눌러주게 된다.

이와 같이, 웨이퍼(100) 가장자리가 고르게 눌려짐에 따라 웨이퍼(100)는 볼록한 형태를 유지하면서 척(20) 상부에 고정됨과 더불어, 척(20) 상부에서 일측으로 기울어지지 않고 수평상태를 유지하면서 부착 고정된다.

이하, 도 3를 참조하여 본 실시예의 웨이퍼(100) 평탄화 과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 웨이퍼(100) 평탄화 방법은 먼저, 웨이퍼(100) 평탄화 설비의 척(20)에 웨이퍼(100)를 고정하는 공정과, 웨이퍼(100)의 볼록면(110)을 평탄화 가공하는 공정, 웨이퍼(100)의 평탄화된 면을 척(20)에 고정하는 공정, 웨이퍼(100)의 오목면(120)을 가공하는 공정를 포함한다.

척(20)에 웨이퍼(100)를 고정하는 과정은, 상기 척(20)의 상단에 본드를 도포하는 단계와, 웨이퍼(100)를 본드가 도포된 척(20) 상에 올려놓는 단계, 웨이퍼(100)의 가장자리만을 가압하여 웨이퍼(100)를 척(20)에 부착하는 단계를 포함한다.

여기서, 상기 척(20)에 웨이퍼(100)를 고정할 때, 웨이퍼(100)의 볼록면(110)이 외측을 향하도록 하고, 즉, 웨이퍼(100)의 오목면(120)이 척(20)을 향하도록 하여 척(20)에 웨이퍼(100)를 올려놓고, 웨이퍼(100)를 가압 고정한다.

웨이퍼(100)는 가장자리만이 눌려져 척(20) 상단에 고정된다. 웨이퍼(100)의 불록한 중앙부에는 외력이 가해지지 않고 높이가 상대적으로 낮은 가장자리에만 압력이 가해진다. 이에, 웨이퍼(100)는 볼록하게 휘어진 상태를 그대로 유지하면서 웨이퍼(100)의 척(20)에 가압 고정된다.

이 상태에서 그라인딩 휠(30)을 구동하여 웨이퍼(100)의 외측면 즉, 볼록면(110)을 연마하여 평탄화시킨다. 최초 웨이퍼(100)는 휘어진 상태 그대로 척(20)에 고정되므로 볼록면(110)을 연마한 후 웨이퍼(100)를 척(20)에서 분리하더라도 웨이퍼(100)는 변형되지 않으며, 볼록면(110)은 연마되어 평탄된 상태 그대로 유지된다.

웨이퍼(100)의 볼록면(110)이 평탄화 가동되면, 평탄화가공된 불록면이 척(20)을 향하도록 하여 웨이퍼(100)를 척(20)에 부착 고정한다. 상기 웨이퍼(100)의 볼록면(110)은 연마를 통해 평탄화되어 있으므로, 척(20)에 고정시 웨이퍼(100)는 휨 없이 부착 고정된다.

웨이퍼(100)가 척(20)에 고정되면 웨이퍼(100)의 오목면(120)이 외측을 향하여 배치된다. 이에, 그라인딩 휠(30)을 구동하여 웨이퍼(100)의 외측면 즉, 오목면(120)을 연마하여 평탄화시킨다. 따라서, 웨이퍼(100)의 오목면(120) 가공을 통해 휨 없는 평탄한 웨이퍼(100)를 가공할 수 있게 된다.

이와 같이, 웨이퍼(100)의 가장자리만을 눌러 휘어진 상태 그대로 척(20)에 부착함으로써, 웨이퍼(100)의 볼록면(110)과 오목면(120)을 변형없이 평탄하게 연마 가공할 수 있게 된다.

(실시예)

탄화규소(SiC) 단결정 기판에 대해 표면 연마를 수행하였다.

동일하게 제조된 기판에 대해 비교예는 종래 기술에 따라 기판의 전체면을 가압하여 기판을 강제로 평평하게 편 상태로 척에 부착하고 연마를 실시하였다. 그리고 실시예는 언급한 바와 같이 기판의 가장자리만을 가압하여 기판을 척에 부착한 후 연마를 실시하였다.

비교예와 실시예 모두 기판 부착 후 기판의 외측면을 연마하여 평탄화 공정을 진행하였다. 연마는 비교예와 실시예 모두 #2500, #8000 연삭 휠을 사용하여 표면을 연마하였다.

기판 표면 연마 후 기판의 휨 정도를 측정하였으며, 측정 결과는 아래 표 1과 도 4에 도시된 바와 같다.

연마 후 휨(SORI) 측정 결과

	부착방법	연마 전	#2500	#8000
SORI(um)	비교예	70.1	39.56	35.96
	실시예	65.4	8.65	7.82

위 표 1과 도 4에서 확인할 수 있는 같이, 본 실시예의 경우 기판 표면 연마 후 휨이 비교예보다 월등히 감소되어 평탄도가 향상되었음을 알 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

10 : 테이블 20 : 척
30 : 그라인딩 휠 40 : 본드
50 : 가압부재 60 : 구동실린더
62 : 누름부재

Claims

웨이퍼가 고정되는 척, 상기 척에 고정된 웨이퍼를 연마하는 그라인딩 휠을 포함하는 웨이퍼 평탄화 설비의 척에 웨이퍼를 부착하기 위한 웨이퍼 부착장치로,
상기 척에 놓여지는 웨이퍼의 가장자리만을 가압하도록 된 가압부재와,
상기 가압부재에 압력을 가하기 위한 구동부를 포함하는 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 가압부재는 원형의 링 구조로 이루어진 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 구동부는 구동실린더와, 상기 구동실린더의 피스톤로드 선단에 설치되고 선단은 상기 가압부재의 상단 전체에 접하도록 된 원통형 누름부재를 포함하는 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 가압부재는 웨이퍼에 접하는 하단이 내측에서 외측을 향해 하향 경사진 경사면을 이루는 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 가압부재는 세라믹, 금속, 테프론 재질 또는 이들의 조합으로 이루어진 웨이퍼 평탄화 설비의 웨이퍼 부착 장치.
웨이퍼 평탄화 설비의 척에 웨이퍼를 고정하는 단계와,
웨이퍼의 외측면을 평탄화 가공하는 단계,
웨이퍼의 평탄화된 면을 척에 고정하는 단계,
웨이퍼의 외측면을 가공하는 단계
를 포함하는 웨이퍼 평탄화 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 웨이퍼를 고정하는 단계는, 웨이퍼 평탄화 설비의 척에 본드를 도포하는 단계와, 웨이퍼를 본드가 도포된 척 상에 올려놓는 단계, 웨이퍼의 가장자리만을 가압하여 웨이퍼를 척에 부착하는 단계를 포함하는 웨이퍼 평탄화 방법.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 웨이퍼를 고정하는 단계에서, 웨이퍼의 휘어진 볼록면이 외측을 향하도록 하여 척에 고정하는 웨이퍼 평탄화 방법.