KR20160085597A - 템플레이트 어셈블리를 포함하는 웨이퍼 연마 장치 - Google Patents

템플레이트 어셈블리를 포함하는 웨이퍼 연마 장치 Download PDF

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KR20160085597A
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Abstract

본 발명의 실시예는 웨이퍼에 대한 연마를 수행하는 장치로서, 상기 웨이퍼를 지지하는 템플레이트 어셈블리, 상기 템플레이트 어셈블리 상면에 부착되면서 상기 템플레이트 어셈블리에 소정의 압력을 전달하는 러버 척 및 상기 템플레이트 어셈블리 하단에 배치된 거리측정 센서를 포함하고, 상기 템플레이트 어셈블리는, 상기 웨이퍼의 후면과 접촉하는 백 패드와, 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 상기 백 패드 하면의 가장자리에 부착되는 가이드 링으로 이루어지고, 상기 거리측정 센서는 상기 템플레이트 어셈블리의 회전에 따라 상기 가이드 링과의 거리를 측정하여, 상기 가이드 링의 탈착여부를 판단하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 웨이퍼의 연마 공정을 시작하기 전에 가이드 링의 부착상태를 판별하여 이상이 있는 경우 템플레이트 어셈블리의 교체가 수행되므로 웨이퍼의 연마 공정 도중에 웨이퍼가 이탈하는 현상을 미연에 방지할 수 있다.

Description

템플레이트 어셈블리를 포함하는 웨이퍼 연마 장치{Wafer Grinding Apparatus Including Template Assembly}
본 발명은 웨이퍼 연마 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 웨이퍼에 대해 연마 공정을 실시할시 웨이퍼를 파지하는 템플레이트 어셈블리의 부착상태를 감지하여 이를 웨이퍼 연마 공정 전에 교체함으로써 웨이퍼의 연마 품질을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 연마 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 등의 전자부품을 생산하기 위해 사용되는 실리콘 웨이퍼(wafer)는 여러 단계의 과정을 거쳐 제조될 수 있다.
우선, 반응 챔버에서 도가니 내부에 폴리실리콘을 충진시키고, 상기 도가니를 회전시키면서 소정의 길이와 직경을 갖는 실리콘 단결정 잉곳을 성장시킨다. 이어서, 성장된 단결정 실리콘 잉곳(ingot)을 얇게 절단하는 슬라이싱 공정(slicing)을 거치게 되는데, 절단된 웨이퍼의 표면에는 요철이 생기므로 웨이퍼의 표면을 연마하는 평탄화 공정을 실시해야 한다.
도 1은 종래의 웨이퍼 연마 장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 웨이퍼 연마 장치는 연마시 웨이퍼를 파지하는 수단으로 템플레이트 어셈블리가(15) 구비되며, 상기 템플레이트 어셈블리(15)의 상면은 러버척(11)에 부착된다.
상기 템플레이트 어셈블리(15) 내부에는 웨이퍼가 인입되는 소정의 공간이 형성되고, 상기 소정에 공간에 웨이퍼를 파지한 상태로 연마 패드(17) 상에 접촉되어 웨이퍼에 대한 연마가 수행된다.
상기 템플레이트 어셈블리(15)는 상단부에 형성되는 원반형의 패드인 백 패드(13)와, 상기 백 패드 하단부의 가장자리에 부착된 가이드 링(14)을 포함하여 형성된다. 상기 가이드 링(14)은 에폭시 글라스로 제조될 수 있고, 에폭시 글라스를 여러겹 적층하여 형성될 수 있으며, 상기 연마 패드에 의해 웨이퍼가 연마될 시 웨이퍼가 템플레이트 어셈블리에서 이탈되지 않도록 웨이퍼를 파지하는 역할을 한다.
에어 챔버에서 전달된 압력은 백 패드(13)에 전달되어 상기 백 패드(13)가 웨이퍼를 가압함으로써, 웨이퍼를 연마 패드(17)에 일정한 압력으로 접촉시킬 수 있다.
도 2는 종래의 웨이퍼 연마 장치에 포함되는 템플레이트 어셈블리의 문제점을 나타낸 도면이다. 템플레이트 어셈블리는 원반형의 백 패드(13)의 가장자리를 따라 가이드 링(14)이 접착되며, 웨이퍼의 폴리싱 공정에서 웨이퍼가 연마 가공중인 가압 헤드에서 빠져나가지 않도록 지지하는 역할을 한다.
백 패드(13) 외주부에는 가이드 링(14)이 핫 멜트 쉬트(hot melt sheet, 16)와 같은 접착물질로 접착되는데, 웨이퍼의 연마 가공시 헤드 및 테이블의 회전으로 인해 웨이퍼와 가이드 링(14)과의 잦은 충돌이 발생하게 되며, 템플레이트 어셈블리의 교체주기가 길어짐에 따라 핫 멜트 쉬트(16)의 접착력이 약화된다.
이에, 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 연마 가공 중 가이드 링(14)이 백 패드(13)로부터 탈착되는 현상이 발생하며, 이러한 상태로 웨이퍼의 연마 공정을 실시하는 경우에 웨이퍼를 파지하는 헤드부분으로부터 웨이퍼의 이탈 현상이 발생할 가능성이 있다. 따라서, 웨이퍼 이탈시 템플레이트 어셈블리를 교체하여 안정화하는 시간이 추가적으로 발생하여 웨이퍼의 생산성이 떨어지는 문제점이 발생하였다.
또한, 가이드 링(14)과 백 패드(13) 사이의 접착력이 약화되어 가이드 링(14)과 백 패드(13) 사이에 일정 부분 벌어짐이 발생하게 되면, 이물질이 웨이퍼의 표면으로 전이되어 LLS 품질이 악화되는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨이퍼 연마 장치에 포함되는 템플레이트 어셈블리의 백 패드와 가이드 링의 접착 상태를 파악하여, 일정 기준 이상 가이드 링이 탈착된 경우 템플레이트 어셈블리를 웨이퍼 연마 공정이 시작되기 전에 교체하여 연마 공정 도중 웨이퍼가 이탈하는 현상을 미연에 방지할 수 있는 웨이퍼 연마 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치는, 상기 웨이퍼를 지지하는 템플레이트 어셈블리; 상기 템플레이트 어셈블리 상면에 부착되면서 상기 템플레이트 어셈블리에 소정의 압력을 전달하는 러버 척; 및 상기 템플레이트 어셈블리 하단에 배치된 거리측정 센서를 포함하고, 상기 템플레이트 어셈블리는, 상기 웨이퍼의 후면과 접촉하는 백 패드와, 상기 웨이퍼를 둘러싸도록 상기 백 패드 하면의 가장자리에 부착되는 가이드 링으로 이루어지고, 상기 거리측정 센서는 상기 템플레이트 어셈블리의 회전에 따라 상기 가이드 링과의 거리를 측정하여, 상기 가이드 링의 탈착여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 웨이퍼에 대한 폴리싱(polishing) 공정을 수행할 시 웨이퍼를 연마하는 방법으로서, 상기 웨이퍼를 템플레이트 어셈블리에 파지한 상태로 연마 테이블로 이동하기 위한 이동 스테이지에 배치하는 단계; 상기 템플레이트 어셈블리에 포함된 가이드 링 하부에 마련된 거리측정 센서로 상기 가이드 링과 거리측정 센서와의 거리를 주기적으로 도출하는 단계; 및 상기 가이드 링과 거리측정 센서와의 최대거리인 초기값을 설정하고, 사용자의 설정에 따른 임계값을 설정하는 단계;를 포함하고, 상기 거리측정 센서에서 측정된 측정 프로파일이 상기 임계값을 벗어나는 지에 대한 여부에 따라 템플레이트 어셈블리의 교체 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치는 템플레이트 어셈블리에 포함되는 가이드 링과 백 패드의 부착상태를 감지할 수 있는 센서가 구비되어, 웨이퍼의 연마 공정을 시작하기 전에 부착상태를 판별하여 이상이 있는 경우 템플레이트 어셈블리의 교체가 수행되므로 웨이퍼의 연마 공정 도중에 웨이퍼가 이탈하는 현상을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명은 백 패드와 가이드 링의 벌어짐에 따라 템플레이트 어셈블리의 교체가 바로 수행되므로, 웨이퍼의 표면으로 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있고 웨이퍼의 LLS 품질을 기존에 비해 향상시킬 수 있다.
본 발명은 웨이퍼의 연마 공정 도중 웨이퍼가 헤드부에서 이탈되는 것을 미연에 방지할 수 있으므로, 웨이퍼의 연마 공정 도중에 템플레이트 어셈블리를 교체할 가능성이 적어지고, 이에 웨이퍼를 안정적으로 연마할 수 있어 웨이퍼의 연마 품질 및 생산성을 동시에 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 연마 장치를 나타낸 단면도
도 2는 종래의 웨이퍼 연마 장치에 포함되는 템플레이트 어셈블리의 문제점을 나타낸 도면
도 3은 실시예에 따른 템플레이트 어셈블리를 포함하는 웨이퍼 연마 장치를 나타낸 도면
도 4는 실시예에 따른 템플레이트 어셈블리의 접착상태를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 실시예에 따른 템플레이트 어셈블리의 탈착 여부를 판단하는 방법을 나타낸 도면
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위해 생략될 수 있다.
도 3은 실시예에 따른 템플레이트 어셈블리를 포함하는 웨이퍼 연마 장치를 나타낸 도면이다. 실시예는 템플레이트 어셈블리의 백 패드와 가이드 링의 접착 상태를 파악하여, 웨이퍼의 연마 공정 전에 이를 검사하여 템플레이트 어셈블리의 교체여부를 판단할 수 있는 웨이퍼 연마 장치를 제안한다.
도 3을 참조하면, 실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치는 템플레이트 어셈블리(20)와 상기 템플레이트 어셈블리의 백 패드(23)와 가이드 링(24)의 접착 상태를 파악하기 위한 구성으로서, 템플레이트 어셈블리(20) 하단부에 거리측정 센서(25)를 구비할 수 있다.
템플레이트 어셈블리(20) 자체는 종래와 동일하게 구성될 수 있다. 러버 척(21) 하면에는 PSA(Pressure Sensitive Adhesive)와 같은 양면 접착물질에 의해 백 패드(23)가 부착되고, 상기 백 패드(23)의 하면에는 가장자리를 따라 소정의 두께를 갖는 원형의 띠로 형성된 가이드 링(24)이 핫 멜트 쉬트(Hot melt sheet)와 같은 접착 물질에 의해 부착될 수 있다. 상기 가이드 링(24)의 사이에 소정의 공간이 마련되며, 이 공간에 웨이퍼가 마운팅(Mounting)된다.
그리고, 거리측정 센서(25)는 상기 가이드 링(24)의 하단부에 마련되며, 거리측정 센서(25)는 가이드 링(24)과의 거리를 측정하기 위해 배치된다. 가이드 링(24)이 백 패드(23)에 완벽히 결합되어 있는 경우에 가이드 링(24)과 거리측정 센서(25)간 거리의 초기값(H)이 설정될 수 있다.
이어서, 상기 템플레이트 어셈블리(20)를 회전축에 따라 회전시키면, 상기 거리측정 센서(25)는 가이드 링(24)의 원주 방향으로 일정한 간격에 따라 거리를 산출할 수 있다. 즉, 상기 거리측정 센서(25)는 가이드 링(24)이 한바퀴 회전하는 동안 일정한 간격으로 거리를 산출하여, 이를 측정거리 프로파일로 나타낼 수 있다. 측정 시작 점에서 초기값은 H를 나타내며, 가이드 링(24)이 백 패드(23)에 완전히 결합되어 탈착이 발생하지 않은 경우에는 측정거리 프로파일이 초기값 H에 수렴하도록 나타날 것이다.
만약, 가이드 링(24)이 백 패드(23)에서 일정 부분 탈착이 발생한 경우에, 상기 거리측정 센서(25)가 이 부분을 지나가는 경우 측정 거리는 초기값(H)에 비해 작아지는 구간이 발생할 것이다. 이에, 사용자는 상기 거리측정 센서(25)가 도출한 측정 프로파일에 따라서 가이드 링(24)의 탈착 여부를 판단할 수 있고, 사용자가 설정한 임계값보다 측정 거리가 작아지는 경우에 템플레이트 어셈블리에 대한 교체를 결정할 수 있다.
그리고, 실시예의 거리측정 센서(25)는 센서 고정부(26)에 의해 위치가 결정되며, 가이드 링(24)의 폭(L)의 범위 안에서 이동이 가능하다. 제 1위치에 위치한 거리측정 센서에 의해 가이드 링(24)에 대한 제1 측정거리 프로파일이 산출되면, 상기 거리측정 센서는 가이드 링(24)의 폭방향으로 소정의 거리만큼 제2 위치로 이동하여, 템플레이트 어셈블리(20)의 회전에 따른 가이드 링(24)과의 거리를 다시 산출하여 제2 측정거리 프로파일을 산출할 수 있다. 즉, 가이드 링(24)의 내주면과 외주면에 대한 거리 측정을 함으로써, 가이드 링(24)이 백 패드(23) 상에서 외주 또는 내주 부분이 탈착된 경우 모두 템플레이트 교체 여부를 판단할 수 있다.
실시예는 한점의 거리만을 측정하는 하나의 거리 측정 센서가 구비된 웨이퍼 연마 장치에 대해 설명하나, 가이드 링(24)의 여러 지점과의 거리를 측정하도록 센서 고정부(26) 상에 복수개의 센서를 구비하는 것도 가능하다. 또한, 연마 테이블 상에 웨이퍼를 파지한 복수개의 템블레이트 어셈블리가 구비되는 경우에는, 거리 측정 센서가 각 템플레이트 어셈블리에 구비된 가이드 링과의 거리를 측정할 수 있도록 배치될 수도 있다.
도 4는 실시예에 따른 템플레이트 어셈블리의 접착상태를 판단하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
웨이퍼는 파이널 연마를 수행하는 장치로 이동되기 위해 템플레이트 어셈블리에 마운팅되어 이동 스테이지 상에 대기한다(S10). 상기 이동 스테이지 상에서 템플레이트 어셈블리와 대향되는 면에는 거리측정 센서가 설치될 수 있다. 상기 거리측정 센서는 템플레이트 어셈블리에 마련된 가이드 링과의 거리를 측정하기 위해 마련되고, PLC를 이용한 제어부와 연결되어 측정거리 프로파일을 생성한다.
이어서, 상기 가이드 링과 거리측정 센서와의 최대거리인 초기값을 설정한다(S20). 상기 초기값은 가이드 링이 백 패드에 온전히 접착되어 있는 상태에서의 거리를 의미한다. 가이드 링이 백 패드와 탈착이 발생하게 되면, 가이드 링이 거리 센서방향으로 근접하게 되므로, 거리측정 센서에서 측정되는 값은 초기값보다 작아질 것이다.
그리고, 가이드 링이 백 패드로부터 탈착된 정도에 따라 교체를 판별하기 위한 임계값을 설정한다(S30). 상기 임계값은 사용자가 교체를 결정하기 위한 설정값에 의해 결정될 수 있다. 만약, 사용자가 가이드 링이 백 패드로부터 벌어진 거리가 설정값 이내에서는 허용 스펙을 만족하는 것으로 설정하고, 가이드 링이 백 패드로부터 벌어진 거리가 설정값 이상일 경우에 허용 스펙을 만족하지 않아 교체가 필요하다고 결정할 경우, 초기값에서 설정값을 뺀 값이 임계값이 된다.
이어서, 템플레이트 어셈블리의 교체 여부를 판단하기 위한 과정이 수행되는데, 구체적으로 측정값이 임계값보다 큰지의 여부를 판단하는 단계를 수행한다(S40).
상기 측정값은 거리측정 센서에서 실시간으로 측정되는 가이드 링과 거리측정 센서와의 거리이며, 이 값이 임계값보다 작은 경우에는 사용자가 원하는 스펙보다 가이드 링과 백 패드 간의 탈착이 더 발생한 경우를 의미하므로 알람을 발생하고, 템플레이트 어셈블리의 교체를 수행한다(S50). 상기 측정값이 임계값보다 크게 나타나는 경우에는 가이드 링의 부착 상태가 사용자가 원하는 스펙 허용 범위 안에 있는 것이므로, 현재의 템플레이트 어셈블리로 웨이퍼 연마 공정을 수행한다(S60).
도 5는 실시예에 따른 템플레이트 어셈블리의 탈착 여부를 판단하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 가이드 링의 외주부와 내주부에서 하단부에 위치한 거리측정 센서와의 거리를 나타낸 것이다. 실시예는, 테이블에서 웨이퍼의 연마를 실시하기 전에 템플레이트 어셈블리 내부에 웨이퍼를 마운팅한 상태에서 거리측정 센서를 배치하여, 템플레이트 어셈블리의 탈착여부를 검사할 수 있다.
거리측정 센서가 가이드 링의 특정 부분과의 측정거리 프로파일을 산출하도록 연결되면, 템플레이트 어셈블리의 헤드부를 회전시키면서 10도당 1회씩 360도에 대해 거리를 측정한다. 가이드 링이 백 패드에서 탈착되지 않은 경우에는, 가이드 링이 백 패드와 완전히 접착된 상태에서 측정된 초기값인 H에 수렴하는 값이 측정되지만, 탈착이 발생한 경우에는 도 5와 같이 측정값이 특정 각도에서 감소하는 영역이 나타난다. 내주부와 외주부의 감소폭을 판단하여, 그 중 어느 하나가 임계값(I)보다 작아지는 구간이 발생하는 경우에는 가이드 링이 포함된 템플레이트 어셈블리를 웨이퍼 연마 공정이 수행되기 전에 교체한다.
이와 같이 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 장치는 템플레이트 어셈블리에 포함되는 가이드 링과 백 패드의 부착상태를 감지할 수 있는 센서를 구비하여, 웨이퍼의 연마 공정을 시작하기 전에 가이드 링의 부착상태를 판별하여 이상이 있는 경우 경보를 발생하여 템플레이트 어셈블리의 교체가 수행되므로 웨이퍼의 연마 공정 도중에 웨이퍼가 이탈하는 현상을 미연에 방지할 수 있다. 템플레이트 어셈블리의 교체가 바로 수행되므로, 웨이퍼의 표면으로 이물질이 부착되는 것을 방지할 수 있고 웨이퍼의 LLS 품질을 기존에 비해 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 웨이퍼의 연마 공정 도중 웨이퍼가 헤드부에서 이탈되는 것을 미연에 방지할 수 있으므로, 웨이퍼를 안정적으로 연마할 수 있어 웨이퍼의 연마 품질 및 생산성을 동시에 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 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.
11, 21: 러버 척
13, 23: 백 패드
14, 24: 가이드 링
15, 20: 템플레이트 어셈블리
17: 연마패드
25: 거리측정 센서
26: 센서 고정부

Claims (8)

  1. 웨이퍼에 대한 연마를 수행하는 장치로서,
    상기 웨이퍼를 지지하는 템플레이트 어셈블리;
    상기 템플레이트 어셈블리 상면에 부착되면서 상기 템플레이트 어셈블리에 소정의 압력을 전달하는 러버 척; 및
    상기 템플레이트 어셈블리 하단에 배치된 거리측정 센서를 포함하고
    상기 템플레이트 어셈블리는,
    상기 웨이퍼의 후면과 접촉하는 백 패드와,
    상기 웨이퍼를 둘러싸도록 상기 백 패드 하면의 가장자리에 부착되는 가이드 링으로 이루어지고,
    상기 거리측정 센서는 상기 템플레이트 어셈블리의 회전에 따라 상기 가이드 링과의 거리를 측정하여, 상기 가이드 링의 탈착여부를 판단하는 웨이퍼 연마 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 거리측정 센서는 상기 가이드 링 하부에 고정 배치되며, 상기 가이드 링의 회전에 따라 상기 가이드 링의 원주 방향으로의 거리를 일정한 간격에 따라 측정하여 측정거리 프로파일을 산출하는 웨이퍼 연마 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 거리측정 센서는 상기 가이드 링이 10도 회전할 때마다 1회씩 측정하여, 총 360도에 대해 거리값을 산출하는 웨이퍼 연마 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 거리측정 센서에 의해 측정된 측정 프로파일을 생성하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 사용자의 설정값보다 측정된 거리가 작게 나타나는 구간이 발생하는 경우에 알람을 발생시켜 상기 가이드 링을 포함한 템플레이트 어셈블리를 교체하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 거리측정 센서는 상기 가이드 링의 폭방향으로 이동이 가능하며, 상기 거리측정 센서의 위치에 따른 측정거리 프로파일을 복수개 산출하여 가이드 링의 탈착여부를 판단하는 웨이퍼 연마 장치.
  6. 웨이퍼에 대한 폴리싱(polishing) 공정을 수행할 시 웨이퍼를 연마하는 방법으로서,
    상기 웨이퍼를 템플레이트 어셈블리에 파지한 상태로 연마 테이블로 이동하기 위한 이동 스테이지에 배치하는 단계;
    상기 템플레이트 어셈블리에 포함된 가이드 링 하부에 마련된 거리측정 센서로 상기 가이드 링과 거리측정 센서와의 거리를 주기적으로 도출하는 단계; 및
    상기 가이드 링과 거리측정 센서와의 최대거리인 초기값을 설정하고, 사용자의 설정에 따른 임계값을 설정하는 단계;를 포함하고
    상기 거리측정 센서에서 측정된 측정 프로파일이 상기 임계값을 벗어나는 지에 대한 여부에 따라 템플레이트 어셈블리의 교체 여부를 판단하는 웨이퍼 연마 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 임계값에 비해 상기 거리측정 센서에서 측정된 거리가 작아지는 구간이 발생하는 경우에 알람을 발생시키고 상기 템플레이트를 교체하는 단계를 수행하는 웨이퍼 연마 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 임계값과 비교하여 상기 거리측정 센서에서 측정된 거리가 모두 크게 나타난 경우에는 상기 웨이퍼를 파지한 템플레이트 어셈블리를 연마 테이블로 이동시켜 에이퍼의 연마를 수행하는 웨이퍼 연마 방법.
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