KR20180060034A - 웨이퍼의 연마 장치 - Google Patents

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이형락
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Abstract

실시예는 제1 정반; 상기 제1 정반의 중앙 영역과 가장 자리 영역에 각각 배치되는 제1 기어와 제2 기어; 상기 제1 정반 상에서, 상기 제1 기어와 제2 기어의 사이에 배치되는 웨이퍼 캐리어; 상기 웨이퍼 캐리어 상부에 배치되고, 상기 제1 정반과 마주보고 배치되며, 복수 개의 관통 홀이 구비된 제2 정반; 및 상기 제2 정반의 복수 개의 관통 홀 상에 배치되는 복수 개의 슬러리 공급 노즐을 포함하고, 상기 슬러리 공급 노즐의 측면은 상기 관통 홀의 내벽과 적어도 일부 영역에서 이격되는 웨이퍼의 연마 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼의 연마 장치{APPARATUS FOR POLISHING A WAFER}
실시예는 웨이퍼의 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 연마 공정 중에 일정 온도의 슬러리가 공급되는 웨이퍼의 연마 장치에 관한 것이다.
반도체소자 제조의 재료로서 실리콘(Si) 웨이퍼 (wafer)가 널리 사용되고 있다.
실리콘 웨이퍼는, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱 공정과, 상기 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 그라인딩(Grinding) 공정과, 상기 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 상기 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 연마하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.
웨이퍼의 연마 공정에서 상정반과 하정반 사이에 웨이퍼 캐리어를 배치하고, 웨이퍼 캐리어 위에 웨이퍼를 장착한 후, 연마용 입자(연마재)와, 분산제와, 희석제(물) 등이 혼합된 슬러리(slurry)를 상정반을 통해 지속적으로 공급하면서 상정반 또는 하정반을 회전시키면서, 슬러리에 포함된 연마용 입자에 의해 웨이퍼의 표면을 연마한다.
그러나, 종래의 웨이퍼 연마 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급 노즐은 상정반에 삽입되어 배치될 수 있는데, 웨이퍼의 연마 공정에서 웨이퍼와 특히 상정반의 마찰에 의한 열이 상정반을 통하여 슬러리 공급 노즐에 공급될 수 있다.
따라서, 슬러리의 온도가 상승할 수 있으며, 슬러리의 온도 상승은 웨이퍼의 연마 특성의 변화를 초래할 수 있다.
실시예는 연마 공정이 진행되어도 웨이퍼의 슬러리의 온도가 변하지 않고 웨이퍼의 연마 특성도 변하지 않는 웨이퍼의 연마 장치를 제공하고자 한다.
실시예는 제1 정반; 상기 제1 정반의 중앙 영역과 가장 자리 영역에 각각 배치되는 제1 기어와 제2 기어; 상기 제1 정반 상에서, 상기 제1 기어와 제2 기어의 사이에 배치되는 웨이퍼 캐리어; 상기 웨이퍼 캐리어 상부에 배치되고, 상기 제1 정반과 마주보고 배치되며, 복수 개의 관통 홀이 구비된 제2 정반; 및 상기 제2 정반의 복수 개의 관통 홀 상에 배치되는 복수 개의 슬러리 공급 노즐을 포함하고, 상기 슬러리 공급 노즐의 측면은 상기 관통 홀의 내벽과 적어도 일부 영역에서 이격되는 웨이퍼의 연마 장치를 제공한다.
슬러리 공급 노즐의 측면은 상기 관통 홀의 내벽과 제1 영역에서 접촉하고 제2 영역에서 이격될 수 있다.
슬러리 공급 노즐의 측면에는 상기 제1 영역과 제2 영역이 높이를 달리하며 교대로 배치될 수 있다.
웨이퍼의 연마 장치는, 슬러리 공급 노즐의 측면과 상기 관통 홀의 내벽 사이에 배치된 단열 부재를 더 포함할 수 있다.
웨이퍼의 연마 장치는 슬러리 공급 노즐의 측면에 형성된 돌출부를 더 포함하고, 상기 돌출부는 상기 제2 정반의 상부면에 지지될 수 있다.
웨이퍼의 연마 장치는 제2 정반의 상부면과 상기 돌출부의 사이에 배치된 단열 부재를 더 포함할 수 있다.
관통 홀의 내벽과 상기 슬러리 공급 노즐의 측면의 거리는, 상기 관통 홀의 상부 영역에서 상기 관통 홀의 하부 영역보다 작을 수 있다.
실시예에 따른 웨이퍼의 연마 장치는 웨이퍼의 연마 공정 중에 연마 패드와 웨이퍼의 마찰에 의한 열이 제2 정반으로부터 슬러리 공급 노즐로 전달되지 않거나 전달 정도가 낮아서, 슬러리의 열 특성이 변하지 않아서 웨이퍼의 연마 특성이 일정할 수 있다.
도 1은 웨이퍼의 연마 장치의 일실시예의 사시도이고,
도 2는 도 1의 측단면도이고,
도 3 내지 도 8은 상정반의 관통 홀에 삽입된 슬러리 공급 노즐의 형상의 실시예들을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시 예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시 예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 element의 " 상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위)" 또는 "하(아래)(on or under)”로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
또한, 이하에서 이용되는 "제1" 및 "제2," "상부" 및 "하부" 등과 같은 관계적 용어들은, 그런 실체 또는 요소들 간의 어떠한 물리적 또는 논리적 관계 또는 순서를 반드시 요구하거나 내포하지는 않으면서, 어느 한 실체 또는 요소를 다른 실체 또는 요소와 구별하기 위해서만 이용될 수도 있다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 웨이퍼의 연마 장치의 일실시예의 사시도이고, 도 2는 도 1의 측단면도이다. 이하에서 도 1과 도 2를 참조하여, 웨이퍼의 연마 장치의 일실시예를 설명한다.
실시예에 따른 웨이퍼 연마 장치(100)는 하정반인 제1 정반(110), 상정반인 제2 정반(150), 제1 정반(110)의 중앙 영역의 썬 기어(sun gear)인 제1 기어(120), 제1 정반(110)의 가장 자리 영역의 인터널 기어(internal gear)인 제2 기어(130), 제1 기어(120)와 제2 기어(130)의 사이에 배치되고 웨이퍼(w)가 삽입된 웨이퍼 캐리어(140), 제1 정반(110)과 제2 정반(150)의 표면에 배치된 연마 패드(160)를 포함한다.
제1 정반(110)과 제2 정반(150)은 각각 원형의 판 형상으로 이루어지며, 서로 마주하도록 배치되어 있다. 제1 정반(110)은 위치가 고정되고, 제2 정반(150)은 제1 정반(110)에 대해 승강이 가능하게 설치될 수 있다.
제2 정반(150)을 승강시키는 승강 수단은 유압 액츄에이터 또는 모터 등을 포함할 수 있다. 제1 정반(110) 또는 제2 정반(150)은 모터 등과 같은 구동수단에 의해 회전하며, 연마 과정에서 서로 반대방향으로 회전될 수 있다.
제1 기어(120)는 전체적으로 환형으로 이루어지며 제1 정반(110)의 상측 중심부에 배치된다. 제2 기어(130)는 제2 정반(150)에 삽입되는 중심축(1701)에 회전 가능하게 결합되며 모터 등의 구동수단에 의해 회전될 수 있다.
제1 기어(120)는 제2 정반(150)과 동축으로 배치될 수 있고, 제1 기어(120)의 외주면에는 제2 기어(130)의 기어 이가 형성될 수 있다. 제2 기어(130)는 전체적으로 환형으로 이루어져 제1 정반(110)의 둘레를 감쌀 수 있다.
제2 기어(130)의 내주면에도 기어 이가 형성될 수 있다. 제2 기어(130)도 모터 등의 구동수단에 의해 제1 기어(120)와 동심으로 제1 기어(120)에 대해 상대회전이 가능하다.
웨이퍼 캐리어(140)는 웨이퍼(W)의 연마공정시 웨이퍼(W)를 장착하여 지지하고, 대략 원반 형상이고 가공하고자 하는 웨이퍼(W)의 두께보다 작은 두께로 형성된다. 웨이퍼 캐리어(140)의 두께는 연마가공이 종료된 후의 웨이퍼(W)의 두께와 비슷한 두께일 수 있다.
웨이퍼 캐리어(140)는 제1 기어(120)와 제2 기어(130) 사이에 위치되어, 그 외주면에 형성된 기어 이에 의해 제1 기어(120) 및 제2 기어(130)와 기어 접촉될 수 있다.
이에 따라, 제1 기어(120)와 제2 기어(130)의 상대회전에 따라, 웨이퍼 캐리어(130)는 스스로 자전하면서, 제1 기어(120)를 중심으로 공전할 수 있다.
웨이퍼(W)와 마주하는 제1 정반(120)과 제2 정반(150)의 표면에는 연마 패드(160)가 각각 부착된다.
웨이퍼의 연마 공정에서 슬러리가 웨이퍼로 지속적으로 공급될 수 있는데, 제2 정반(150)에는 복수 개의 관통 홀이 구비되고, 상기 관통 홀에 슬러리 공급 노즐이 삽입되어 배치될 수 있다.
슬러리 공급 노즐을 통하여 슬러리가 웨이퍼가 연마될 영역으로 공급될 수 있는데, 슬러리는 연마용 입자(연마재)와, 분산제와, 희석제(순수) 등이 혼합될 수 있다.
웨이퍼(w)의 연마가 진행되면 연마 패드(160)와 웨이퍼(w)와의 마찰열이 제2 정반으로 전달될 수 있는데, 관통 홀의 내벽을 통하여 슬러리 공급 노즐의 측면으로 열이 전달되지 않도록 할 필요가 있다.
도 3 내지 도 8은 상정반의 관통 홀에 삽입된 슬러리 공급 노즐의 형상의 실시예들을 나타낸 도면이다.
도 3에서 제2 정반(150)의 관통 홀의 내벽(b)과 슬러리 공급 노즐(180)의 측면(a)이 서로 이격되어 구비될 수 있다. 이러한 배치는 제2 정반(150)과 슬러리 공급 노즐(180)이 이격되어서, 상술한 마찰열이 제2 정반(150)으로부터 슬러리 공급 노즐(180)로 전달되지 않을 수 있다.
도 4에서 슬러리 공급 노즐(180)의 측면은 제2 정반(150)에 형성된 관통 홀의 내벽과 제1 영역에서 접촉하고 제2 영역에서 이격될 수 있다. 이때, 제1 영역과 제2 영역은 높이를 달리하여 배치될 수 있고, 도 4에서는 2개의 제1 영역의 사이에 하나의 제2 영역이 배치되나, 복수 개의 제1 영역과 제2 영역이 서로 교대로 배치될 수도 있다.
도 4의 슬러리 공급 노즐(180)의 배치는, 제2 정반(150)의 관통 홀의 내벽이 일부만 슬러리 공급 노즐(180)과 접촉하여 열 전달이 비교적 적으면서도 슬러리 공급 노즐(180)이 제2 정반(150)의 관통 홀의 내벽과 일부 영역에서 접촉하며 고정될 수 있다.
도 5에서 제2 정반(150)의 관통 홀의 내벽(b)과 슬러리 공급 노즐(180)의 측면(a)이 서로 이격되어 구비되되, 단열 부재(200)이 관통 홀의 내벽(b)과 슬러리 공급 노즐(180)의 측면(a)의 사이에 구비될 수 있다. 단열 부재(200)는 코르크 등의 재료 또는 기타 열전도율이 낮은 재료가 사용될 수 있다.
이러한 배치는 상술한 마찰열이 제2 정반(150)으로부터 슬러리 공급 노즐(180)로 전달되지 않을 수 있고, 또한 슬러리 공급 노즐(180)이 제2 정반(150)의 관통 홀의 내벽에서 고정될 수 있다.
도 6에서 슬러리 공급 노즐(180)은 측면에 돌출부(185)가 형성될 수 있고, 돌출부(185)의 하부면은 제2 정반(150)의 관통 홀 주변의 상부면(c)과 접촉하며 지지될 수 있다.
이러한 배치는, 제2 정반(150)의 관통 홀의 내벽이 슬러리 공급 노즐(180)과 직접 접촉하지 않아서 열 전달이 비교적 적으면서도, 슬러리 공급 노즐(180)이 제2 정반(150)의 관통 홀의 주변에서 돌출부(185)를 통하여 고정될 수 있다.
도 7은 도 6의 실시예와 유사하나, 슬러리 공급 노즐(180)의 돌출부(185)와 제2 정반(150)의 상부면(c)의 사이에 단열 부재(200)가 배치될 수 있으며, 단열 부재(200)는 도 5의 단열 부재(200)와 동일할 수 있다.
이러한 배치는, 상술한 마찰열이 단열 부재(200)에서 차단되어 제2 정반(150)으로부터 슬러리 공급 노즐(180)로 전달되지 않을 수 있고, 또한 슬러리 공급 노즐(180)이 돌출부(185)를 통하여 제2 정반(150)의 상부면(c)에서 고정될 수 있다.
도 8에서 제2 정반(150)의 관통 홀의 내벽(b)과 슬러리 공급 노즐(180)의 측면(a)은 이격되되, 관통 홀의 최상부에서는 서로 접촉할 수 있다. 그리고, 관통 홀의 상부 영역과 하부 영역에서 제2 정반(150)과 슬러리 공급 노즐(180)이 이격될 수 있으며, 관통 홀의 내벽(b)과 슬러리 공급 노즐의 측면(a)의 거리는, 관통 홀의 상부 영역에서의 거리(d2)가 하부 영역에서의 거리(d1)보다 작을 수 있다.
이러한 배치는, 마찰열이 주로 발생하는 연마 패드와 인접한 관통 홀의 하부 영역에서 슬러리 공급 노즐(180)이 제1 정반(150)과 멀리 이격되어, 상술한 마찰열이 제2 정반(150)으로부터 슬러리 공급 노즐(180)로 덜 전달될 수 있다.
상술한 실시예들에 따른 웨이퍼의 연마 장치는 웨이퍼의 연마 공정 중에 연마 패드와 웨이퍼의 마찰에 의한 열이 제2 정반으로부터 슬러리 공급 노즐로 전달되지 않거나 전달 정도가 낮아서, 슬러리의 열 특성이 변하지 않아서 웨이퍼의 연마 특성이 일정할 수 있다.
이상과 같이 실시예는 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 연마 장치 110: 제1 정반
120: 제1 기어 130: 제2 기어
140: 웨이퍼 캐리어 150: 제2 정반
160: 연마 패드 170: 회전축
180: 슬러리 공급 노즐 185: 돌출부
200: 단열 부재

Claims (7)

  1. 제1 정반;
    상기 제1 정반의 중앙 영역과 가장 자리 영역에 각각 배치되는 제1 기어와 제2 기어;
    상기 제1 정반 상에서, 상기 제1 기어와 제2 기어의 사이에 배치되는 웨이퍼 캐리어;
    상기 웨이퍼 캐리어 상부에 배치되고, 상기 제1 정반과 마주보고 배치되며, 복수 개의 관통 홀이 구비된 제2 정반; 및
    상기 제2 정반의 복수 개의 관통 홀 상에 배치되는 복수 개의 슬러리 공급 노즐을 포함하고,
    상기 슬러리 공급 노즐의 측면은 상기 관통 홀의 내벽과 적어도 일부 영역에서 이격되는 웨이퍼의 연마 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 슬러리 공급 노즐의 측면은 상기 관통 홀의 내벽과 제1 영역에서 접촉하고 제2 영역에서 이격되는 웨이퍼의 연마 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 슬러리 공급 노즐의 측면에는 상기 제1 영역과 제2 영역이 높이를 달리하며 교대로 배치되는 웨이퍼의 연마 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 슬러리 공급 노즐의 측면과 상기 관통 홀의 내벽 사이에 배치된 단열 부재를 더 포함하는 웨이퍼의 연마 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 슬러리 공급 노즐의 측면에 형성된 돌출부를 더 포함하고, 상기 돌출부는 상기 제2 정반의 상부면에 지지되는 웨이퍼의 연마 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 정반의 상부면과 상기 돌출부의 사이에 배치된 단열 부재를 더 포함하는 웨이퍼의 연마 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 홀의 내벽과 상기 슬러리 공급 노즐의 측면의 거리는, 상기 관통 홀의 상부 영역에서 상기 관통 홀의 하부 영역보다 작은 웨이퍼의 연마 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020184768A1 (ko) * 2019-03-11 2020-09-17 에스케이실트론 주식회사 웨이퍼 랩핑 장치

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