KR20210039024A

KR20210039024A - 웨이퍼 연마 헤드, 웨이퍼 연마 헤드의 제조방법 및 그를 구비한 웨이퍼 연마 장치

Info

Publication number: KR20210039024A
Application number: KR1020190121299A
Authority: KR
Inventors: 성재철
Original assignee: 에스케이실트론 주식회사
Priority date: 2019-10-01
Filing date: 2019-10-01
Publication date: 2021-04-09
Also published as: US20220379429A1; WO2021066242A1; JP7386979B2; CN114728399A; EP4039410A4; EP4039410A1; KR102270392B1; JP2022551610A

Abstract

본 발명은 베이스 기판의 가장자리에 복수 개의 층으로 이루어진 가이드링를 결합하는 단계; 상기 가이드링의 가장자리를 라운드 가공하는 단계; 상기 가이드링의 라운드면에 제1 코팅층을 코팅하는 단계; 상기 베이스 기판과 러버 척을 고정하는 단계; 및 상기 러버 척으로부터 상기 제1 코팅층까지 상기 접착제와 상기 접착 물질의 외주면에 제2 코팅층을 코팅하는 단계를 포함하는 웨이퍼 연마 헤드의 제조방법을 제공한다.

Description

웨이퍼 연마 헤드, 웨이퍼 연마 헤드의 제조방법 및 그를 구비한 웨이퍼 연마 장치{Wafer polishing head, method of manufacturing waper polishing head and wafer polishing Apparatus having the same}

본 발명은 웨이퍼 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 연마에 사용되는 연마 헤드에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼의 제조 공정은, 단결정 잉곳(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장(Growing) 공정과, 단결정 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱(Slicing) 공정과, 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 외주 그라인딩(Edge Grinding) 공정과, 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 랩핑(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정(Cleaning) 공정으로 이루어진다.

이 가운데 웨이퍼 연마 공정은 1차 연마, 2차 연마, 3차 연마 등 여러 단계를 거쳐 이루어질 수 있으며, 웨이퍼 연마 장치를 통해 수행될 수 있다.

일반적인 웨이퍼 연마 장치는 연마 패드가 부착된 정반과, 웨이퍼를 감싸며 정반 상에서 회전하는 연마 헤드(polishing head)와, 연마 패드로 슬러리를 공급하는 슬러리 분사노즐을 포함하여 구성될 수 있다.

연마 공정동안, 정반은 정반 회전축에 의해 회전할 수 있으며, 연마 헤드는 헤드 회전축에 의해 연마 패드와 밀착된 상태로 회전할 수 있다. 이때 슬러리 분사노즐에 의해 공급된 슬러리는 연마 헤드에 위치한 웨이퍼를 향해 침투되면서 연마 패드와 접촉되는 웨이퍼를 연마시킬 수 있다.

한편, 마지막 연마 공정인 FP(Final Polishing) 공정에서는 러버 척(Rubber chuck)과, 러버 척에 부착되면서 웨이퍼를 고정시키는 템플릿 어셈블리(Template Assembly)를 구비하는 연마 헤드가 사용된다.

도 1은 템플릿 어셈블리의 평면도이고, 도 2a는 도 1의 II-II' 단면도로서 템플릿 어셈블리 및 러버 척을 보여주며, 도 2b는 도 1의 템플릿 어셈블리와 러버 척이 결합된 연마 헤드에 웨이퍼가 장착된 상태를 보여준다.

도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이, 템플릿 어셈블리(10)는 백 머터리얼(Back Material)이라고도 불리는 원반형 필름(20)과, 원반형 필름(20)의 상면 외주부에 핫멜트 시트(30, Hot-melt Sheet)를 통해 접착된 가이드 링(30, Guide Ring)을 포함할 수 있다.

가이드 링(30)은 원반형 필름(20)에 안착된 웨이퍼(W, 도 2b)를 감쌀 수 있도록 원형의 내주면을 가질 수 있다. 가이드 링(30)은 여러 겹의 에폭시 글라스(epoxy glass)를 압착하여 그 두께를 조정할 수 있다.

여기서, 템플릿 어셈블리(10)는 소모재로서 러버 척(50)에 탈부착 가능하게구성된다. 따라서 템플릿 어셈블리(10)의 하단에는 러버 척(50)과의 결합을 위한 양면 접착제(20a)가 도포되어 있으며, 양면 접착제(20a)는 이형지(20b)에 의해서 덮여져 있다.

템플릿 어셈블리(10)의 부착 과정은 먼저 러버 척(50)을 예열(Preheating)하고 그 표면을 메탄올로 세척(cleaning)한다. 이어서 템플릿 어셈블리(10)를 러버 척(50)에 위치시키고, 이형지(20b)를 점점 떼어가면서 양면 테이프(20a)가 위치한 원반형 필름(20)을 러버 척(50)에 부착시키게 된다.

도 2b에 도시된 바와 같이 템플릿 어셈블리(10)가 러버 척(50)에 부착되면, 러버 척(50)은 템플릿 어셈블리(10)가 아래에 위치하도록 연마 헤드에 장착된다. 그리고 템플릿 어셈블리(10)의 가이드링(30) 내측에는 웨이퍼(W)가 장착되면서 템플릿 어셈블리(10)는 연마 패드와 접하게 된다.

한편, 연마 공정을 수행하는 동안, 연마 헤드와 연마 패드 사이에는 슬러리가 공급되면서 웨이퍼의 연마가 수행된다. 그런데 연마시 발생하는 열에 의해 러버 척과 템플릿 어셈블리에 포함된 점착층(접착제)이 슬러리에 용출되면, 웨이퍼를 오염시켜 웨이퍼의 평탄도 품질을 저하시킬 우려가 있다.

따라서 본 발명은 연마 공정을 수행하는 동안, 러버 척과 템플릿 어셈블리에 포함된 점착층이 슬러리에 용출되는 것을 방지하여 웨이퍼의 평탄도 품질을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드 및 그를 구비한 웨이퍼 연마 장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 베이스 기판과, 상기 베이스 기판의 가장자리에 배치되는 가이드링과, 상기 가이드링과 상기 베이스 기판을 접합하는 접착 물질을 갖는 템플릿 어셈블리; 및 상기 접착 물질의 외주면과 상기 가이드링의 외주면에 코팅되는 제2 코팅층을 포함하는 웨이퍼 연마 헤드를 제공한다.

상기 제2 코팅층은 에폭시 코팅층일 수 있다.

상기 제2 코팅층은 에폭시와 폴리머가 2 : 1 내지 4 : 1의 질량비를 가질 수 있다.

상기 제2 코팅층은 1 mm 내지 5 mm 두께를 가질 수 있다.

한편, 본 발명은 베이스 기판과, 상기 베이스 기판의 가장자리에 배치되는 가이드링과, 상기 가이드링과 상기 베이스 기판을 접합하는 접착 물질과, 상기 가이드링의 외측면에 형성된 라운드면과, 상기 베이스 기판의 일면에 도포된 접착제를 갖는 템플릿 어셈블리; 상기 라운드면에 코팅되는 제1 코팅층; 상기 베이스 기판을 고정하며 상기 템플릿 어셈블리를 지지하는 러버 척; 상기 접착제와 상기 접착 물질의 외주면에 코팅되는 제2 코팅층을 포함하는 웨이퍼 연마 헤드를 제공한다.

상기 제1 및 제2 코팅층은 에폭시 코팅층일 수 있다.

상기 제1 및 제2 코팅층은 각각 에폭시와 폴리머가 2 : 1 내지 4 : 1의 질량비를 가질 수 있다.

상기 제2 코팅층의 두께는 상기 제1 코팅층의 두께와 동일하거나 작은 두께를 가질 수 있다.

상기 제2 코팅층은 1 mm 내지 5 mm 두께를 가질 수 있다.

상기 제2 코팅층은 상기 러버 척으로부터 상기 제1 코팅층까지 길이를 가질 수 있다.

한편, 본 발명은 베이스 기판의 가장자리에 복수 개의 층으로 이루어진 가이드링를 결합하는 단계; 상기 가이드링의 가장자리를 라운드 가공하는 단계; 상기 가이드링의 라운드면에 제1 코팅층을 코팅하는 단계; 상기 베이스 기판과 러버 척을 고정하는 단계; 및 상기 러버 척으로부터 상기 제1 코팅층까지 상기 접착제와 상기 접착 물질의 외주면에 제2 코팅층을 코팅하는 단계를 포함하는 웨이퍼 연마 헤드의 제조방법을 제공한다.

상기 제2 코팅층은 에폭시와 폴리머가 2 : 1 내지 4 : 1로 포함된 재료를 도포하고 건조할 수 있다.

상기 건조는 45℃이상에서 1차 건조하고, 상온에서 2차 건조할 수 있다.

상기 제2 코팅층은 상기 에폭시와 폴리머를 포함한 재료를 1 mm 내지 5 mm 두께로 도포할 수 있다.

한편, 본 발명은 상술한 어느 한 형태의 웨이퍼 연마 헤드; 및 연마 패드가 부착되고, 상기 웨이퍼 연마 헤드 아래에 배치되는 연마 테이블을 포함하는 웨이퍼 연마 장치를 제공한다.

이와 같이 본 발명의 웨이퍼 연마 헤드 및 그를 구비한 웨이퍼 연마 장치는 연마 공정을 수행하는 동안, 러버 척과 템플릿 어셈블리에 포함된 점착층이 제2 코팅층에 의해 덮여 있으므로 슬러리에 용출될 우려가 없고, 웨이퍼의 평탄도 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 템플릿 어셈블리의 평면도이다.
도 2a는 도 1의 II-II' 단면도로서 템플릿 어셈블리 및 러버 척을 보여준다.
도 2b는 도 1의 템플릿 어셈블리와 러버 척이 결합된 연마 헤드에 웨이퍼가 장착된 상태를 보여준다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 헤드를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5는 도 3의 템플릿 어셈블리를 제작하는 과정을 순차적으로 보여준다.
도 6은 도 5의 템플릿 어셈블리와 러버 척을 부착하고 제2 코팅층을 코팅하는 과정을 보여준다.
도 7은 도 6의 주요부 확대도이다.
도 8은 비교예로서 서로 다른 템플릿 어셈블리를 갖는 연마 헤드를 도시하였다.

이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 연마 헤드를 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 웨이퍼 연마 장치(1)는 크게 웨이퍼 연마 헤드(5)와, 연마 테이블(7)을 포함할 수 있다. 연마 테이블(7)은 정반으로 불릴 수 있으며, 상면에는 연마 패드(8)가 장착될 수 있다.

웨이퍼 연마 헤드(5)는 바디(500), 백플레이트(510), 러버 척(520) 등을 포함하여 구성될 수 있다.

바디(500)는 연마 헤드(5)의 주된 몸체를 이루며, 승하강 가능하게 구성될 수 있다. 바디(500)는 세라믹 또는 스테인레스 스틸 등으로 이루어지며, 압축 공기가 유입될 수 있는 공압라인(600)이 설치될 수 있다. 공압라인(600)을 통해 바디(500) 내부에는 압축 공기가 유입되면서 백플레이트(510)와 러버 척(520) 사이에는 팽창공간(530)이 형성될 수 있다. 팽창공간(530)은 압축 공기에 따라서 부피가 변화할 수 있다.

백플레이트(510)는 바디(500)의 아래에 배치되며, 러버 척(520)이 장착될 수 있다. 백플레이트(510)는 바디(500)에 볼트 등으로 고정될 수 있다. 자세히 도시하지는 않았지만 백플레이트(510) 내부에는 상술한 공압라인(600)을 통해 압축 공기가 유동할 수 있는 공기유입로가 형성될 수 있다.

러버 척(520)은 백플레이트(510) 아래에 배치되는데, 백플레이트(510)의 외주면을 감싸도록 백플레이트(510)에 결합된다. 러버 척(520)은 압축 공기에 의해 두께가 가변되고 팽창하면서 웨이퍼(W)를 가압할 수 있다.

러버 척(520)은 고무 재질로 이루어질 수 있고, 러버 척(520)의 가장자리는 고정수단을 통해 고정될 수 있다. 또한 러버 척(520)은 가장자리 부분의 팽창에 불리할 수 있으므로, 러버 척(520)의 가장자리 부분을 중앙 부분에 비하여 더 얇게 형성할 수 있다.

러버 척(520)의 아래에는 템플릿 어셈블리(100)가 장착된다. 러버 척(520)은 연마 공정동안 아래로 팽창하면서 템플릿 어셈블리(100)를 가압하여 웨이퍼(W)가 연마 패드(8)와 밀착되도록 할 수 있다. 템플릿 어셈블리(100)는 러버 척(520)과 접하면서 웨이퍼(W)를 고정 지지할 수 있다.

템플릿 어셈블리(100)는 백 머터리얼(Back Material)이라고도 불리는 베이스 기판(120)과, 베이스 기판(120)의 상면 외주부에 핫멜트 시트(135, Hot-melt Sheet, 도 4 참조)를 통해 접착된 가이드 링(130, Guide Ring)을 포함할 수 있다.

여기서 베이스 기판(120)은 원반형 필름으로 불릴 수 있다. 가이드 링(130)은 베이스 기판(120)에 안착된 웨이퍼(W)를 감쌀 수 있도록 원형의 내주면을 가질 수 있다. 가이드 링(130)은 여러 겹의 에폭시 글라스(epoxy glass)를 압착하여 그 두께를 조정할 수 있다. 가이드링은 웨이퍼(W)를 지지하므로 지지부로 불릴 수 있다.

참고로, 에폭시(epoxy) 또는 에폭시 수지는 열경화성 플라스틱의 하나로 물과 날씨 변화에 잘 견디고, 빨리 굳으며, 접착력이 강하다. 접착제·강화플라스틱·주형·보호용 코팅 등에 사용한다. 에폭시는 기계적인 강도·내수성·전기적 특성 등이 뛰어나지만, 그 밖에 경화할 때 줄지 않는 것과 접착성이 매우 크다는 점에서 주형품(注型品)이나 적층판(積層板)으로, 또한 접착제로 쓰이고 있다.

여기서, 템플릿 어셈블리(100)는 소모재로서 러버 척(520)에 탈부착 가능하게 구성된다. 따라서 템플릿 어셈블리(100)의 일면에는 러버 척(520)과의 결합을 위한 양면 접착제(120a)가 도포될 수 있다. 러버 척(520)과의 결합전에는 양면 접착제(120a)의 일면은 템플릿 어셈블리(100)에 부착되고, 다른 면은 이형지(미도시, 도2a의 20b 참조)에 의해서 덮여져 있다. 도 3에는 이형지가 제거된 템플릿 어셈블리(100)가 러버 척(520)에 장착된 상태가 도시되어 있다.

상술한 바와 같이 템플릿 어셈블리(100)는 베이스 기판(120)과 가이드링(130)의 접착, 베이스 기판(120)과 러버 척(520)의 부착을 위해 접착제 또는 접착 물질 등 점착층이 존재하게 된다. 이러한 점착층은 웨이퍼 연마 공정 동안, 슬러리와의 접촉이나 고온의 환경에 의해 슬러리에 용출되면, 웨이퍼를 오염시켜 웨이퍼의 평탄도 품질을 저하시킬 우려가 있다.

따라서 본 발명은 이러한 문제를 미연에 방지할 수 있는 템플릿 어셈블리와 러버 척을 구비하는 웨이퍼 연마 헤드 및 그의 제조방법을 제공할 수 있다.

도 4 및 도 5는 도 3의 템플릿 어셈블리를 제작하는 과정을 순차적으로 보여준다.

이하, 도 4 및 도 5를 참조하여 템플릿 어셈블리의 제조방법의 일 실시예를 설명한다.

먼저, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 베이스 기판(120)을 준비한다. 베이스 기판(120)은 웨이퍼 연마공정시 웨이퍼(W)의 일면을 접촉되면서 웨이퍼(W)를 가압하는 역할을 한다. 연마 헤드(5)에 템플릿 어셈블리(100)를 부착하기 위해서 베이스 기판(120)의 제1 면에는 접착제(120a)를 부착할 수 있다. 예를 들어 접착제(120a)로 양면 접착제가 사용될 수 있다. 접착제(120a)의 일면은 이형지(미도시)가 부착될 수 있다.

베이스 기판(120)의 일면에는 상술한 접착제(120a)가 부착되고, 다른 면의 외주부에는 가이드링(130)이 부착될 수 있다. 가이드링(130)의 내측과 베이스 기판(120)의 다른 면에는 웨이퍼(W)가 놓여지게 된다.

베이스 기판(120)은 웨이퍼(W)의 형상에 대응되도록 원반 형상을 가질 수 있다. 따라서 전술한 바와 같이 베이스 기판(120)은 원반형 필름으로 불릴 수 있다. 베이스 기판(120)의 직경은 웨이퍼(W)보다 크게 이루어질 수 있다.

이어서, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 베이스 기판(120)의 가장자리에 가이드링(130)을 적층한다. 가이드링(130)은 웨이퍼(W)의 연마 공정시, 연마 헤드(5)에서 웨이퍼(W)를 가이드하고 지지하는 역할을 한다. 가이드링(130)의 내주면은 웨이퍼(W)가 놓여질 정도로 충분한 지름을 가져야 한다.

이를 위해 가이드링(130)은 베이스 기판(120)의 외주면에 소정 두께로 접착될 수 있다. 가이드링(130)은 복수 개의 층(131, 132, 133, 134)이 적층되면서, 필요로 하는 일정한 두께를 얻을 수 있다. 예를 들어 가이드링(130)은 에폭시 글라스(epoxy glass) 등으로 이루어질 수 있다.

가이드링(130)은 접착 물질(135)를 통하여 베이스 기판(120) 상에 고정될 수 있다. 예를 들어 접착 물질(135)은 핫 멜트 쉬트(hot melt sheet) 등이 사용될 수 있으며 점착층을 이룬다.

가이드링(130)이 접착 물질(135)에 의해 베이스 기판(120)에 접착된 후에는 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이 가이드링(130)의 가장자리를 라운드 가공할 수 있다. 예를 들어 베이스 기판(120) 상에 적층된 가이드링(130)의 상층 중 외측면을 라운드 형으로 부드럽게 가공할 수 있다(이하, 라운드면, 130a). 여기서, 외측면은 웨이퍼(W)와 접촉할 수 있는 부분과 반대 방향을 뜻한다.

이하, 가이드링(130)에 라운드면(130a)을 형성하는 라운드 가공 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 가이드링(130)의 상층 중 외측면을 샌드 페이퍼(sand paper) 등의 방법으로 라운드 형상을 갖도록 1차 연마한다. 이때, 마스크(미도시) 등을 사용하여 가공하고자 하는 부분을 제외한 나머지 부분의 가이드링(130)을 보호할 수 있다.

1차 연마 후에는 에어 클리닝(air cleaning) 등의 공정을 통하여 남아 있는 샌드(sand) 등을 제거한다. 가이드링(130)의 라운드 가공된 부위는 거친 면이 잔존하므로 러빙(rubbing) 등의 방법으로 2차 연마한다.

1차 연마 공정을 통하여 가이드링(130)의 가장자리가 라운드 가공되었다면, 2차 연마 공정을 통하여 가이드링(130)의 표면이 매끄럽게 가공되면서 라운드면(130a)이 완성될 수 있다. 라운드면(130a)이 완성된 후에 가이드링(130) 표면의 잔존물 등은 DIW 클리닝 등의 세정 공정을 통하여 충분히 제거될 수 있다.

이어서, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 가이드링(130)의 라운드면(130a)에 코팅을 수행할 수 있다(이하, 제1 코팅층, 200).

제1 코팅층(200)은 1, 2차 연마와 에어 클리닝 및 DIW 클리닝 공정 후에 가이드링(130) 상에 미량 남아 있을 수 있는 불순물 및 식각물을 제거하고, 라운드면(130a)의 거친 부분을 부드럽게 하여 연마 패드(8)의 손상을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

예를 들어, 제1 코팅층(200)은 복수 개의 가이드링(130) 중 최상단의 레이어(layer)에 주로 코팅될 수 있다. 물론, 제1 코팅층(200)은 라운드면(130a)의 곡률이나 형상에 따라서 복수 개의 가이드링(130) 중 한 개 또는 몇 개의 레이어에 코팅될 수도 있다.

이때, 제1 코팅층(200)을 이루는 코팅 재료로는 에폭시 등이 사용될 수 있다. 코팅 재료는 일정한 비율로 섞은 에폭시를 라운드면(130a)에 도포해야 하고, 특정 조건으로 경화 및 건조하여야 한다. 만일, 일정 비율로 배합하지 않으면 제1 코팅층(200)이 일정 수준이상의 경도로 경화되지 않을 수 있고, 건조 방식에 따라 제1 코팅층(200)의 흘러 내림이나 기포가 발생할 수 있다.

코팅 공정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 코팅 재료를 준비한다. 코팅 재료로는 에폭시와 폴리머가 10 : 3의 질량비로 포함된 재료를 사용할 수 있다. 에폭시와 폴리머의 비율은 에폭시 대 폴리머의 질량비가 2 : 1 내지 4 : 1의 범위이면, 상술한 제1 코팅층(200) 재료로 충분하다.

코팅 재료를 도포한 후, 코팅 재료에서 유기물 등을 제거한다. 본 실시예에서는 도핑된 코팅 재료를 45℃ 이상의 온도에서 1차 건조하고, 상온에서 2차 건조한다. 1차 건조 과정에서 소성이 주로 이루어져서 코팅 재료 내의 유기물 등이 제거되고, 2차 건조 과정에서는 코팅 재료의 경화가 이루어질 수 있다.

이때, 지나치게 낮은 온도에서 건조하면 에폭시를 충분히 경화시키지 못하고, 지나치게 높은 온도에서 건조시키면 접착 물질(135)의 단락을 유발시킬 수 있다.

이와 같이 실시예의 템플릿 어셈블리(100)는 베이스 기판(120)과, 베이스 기판(120)의 가장자리에 배치되는 가이드링(130)과, 가이드링(130)과 베이스 기판(120)을 접합하는 접착물질(135)과, 가이드링(130)의 외측면에 형성된 라운드면(130a)과, 라운드면(130a)에 코팅된 제1 코팅층(200)과, 베이스 기판(120)의 일면에 도포된 접착제(120a)를 포함하여 제조될 수 있다.

도 6은 도 5의 템플릿 어셈블리와 러버 척을 부착하고 제2 코팅층을 코팅하는 과정을 보여준다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상술한 과정을 통해 제조된 템플릿 어셈블리(100)는 러버 척(520)에 부착되어 연마 헤드(5)를 구성할 수 있다.

보다 상세하게는 템플릿 어셈블리(100)는 베이스 기판(120)의 일면에 도포된 접착제(120a) 또는 양면 테이프에 의해 러버 척(520)에 결합될 수 있다.

상술한 바와 같이 템플릿 어셈블리(100)는 베이스 기판(120)과 가이드링(130)의 접착, 베이스 기판(120)과 러버 척(520)의 부착을 위해 접착 물질(135) 또는 접착제(120a) 등 점착층이 존재하게 된다. 웨이퍼 연마 헤드(5)는 이러한 점착층을 포함하므로 웨이퍼 연마 공정 동안, 슬러리와의 접촉이나 고온의 환경에 의해 슬러리에 용출될 우려가 있다. 따라서 본 실시예는 이러한 문제를 사전에 방지하도록 제2 코팅층(300)을 더 포함하여 제조될 수 있다.

도 6의 (b) 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 코팅층(300)은 접착 물질의 외주면과 가이드링의 외주면의 노출 부위를 덮도록 코팅될 수 있다.

이때, 제1 코팅층(200)을 이루는 코팅 재료로는 에폭시 등이 사용될 수 있다. 코팅 재료는 일정한 비율로 섞은 에폭시를 분사 형태로 도포한 후, 특정 조건으로 경화 및 건조할 수 있다.

코팅 과정은, 템플릿 어셈블리(100)와 러버 척(520)이 결합된 상태에서 이루어진다. 코팅 재료로는 에폭시와 폴리머가 10 : 3의 질량비로 포함된 재료를 사용할 수 있다. 에폭시와 폴리머의 비율은 에폭시 대 폴리머의 질량비가 2 : 1 내지 4 : 1의 범위이면, 상술한 제2 코팅층(300) 재료로 충분하다.

코팅 재료를 도포한 후, 코팅 재료에서 유기물 등을 제거할 수 있다. 본 실시예에서는 도핑된 코팅 재료를 45℃ 이상의 온도에서 1차 건조하고, 상온에서 2차 건조한다. 1차 건조 과정에서 소성이 주로 이루어져서 코팅 재료 내의 유기물 등이 제거되고, 2차 건조 과정에서는 코팅 재료의 경화가 이루어질 수 있다.

상술한 제1 코팅층(200)은 가이드링(130)의 라운드면(130a)에 형성되고, 제2 코팅층(200)은 도 7에 도시된 바와 같이 러버 척(520)으로부터 제1 코팅층(200) 까지의 길이(L)를 가질 수 있다. 물론 제2 코팅층(200)의 길이는 템플릿 어셈블리(100)와 러버 척(520)에 포함된 점착층이 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있는 영역에만 최소한도로 도포될 수도 있다.

한편, 제1 코팅층(200)의 두께(T1)는 2 mm 내지 5 mm의 두께를 갖도록 적층될 수 있다. 만일, 제1 코팅층(200)의 두께(T1)가 2 mm 이하이면 웨이퍼(W)의 연마 공정 중에 제1 코팅층(200)이 손상될 수 있으며, 제1 코팅층(200)의 두께(T2)가 5 mm 이상이면 가장자리 부분의 압력이 불균일하여 웨이퍼(W)의 연마 중 웨이퍼(W)가 템플릿 어셈블리(100)의 외부로 이탈할 수 있다.

제1 코팅층(200)의 폭(W2)은 가이드링(130) 중 라운드 가공된 부분의 폭(W1)보다 넓게 구비될 수 있다. 즉, 가이드링(130) 중 라운드 가공된 부분 전체를 보호하려면, 제1 코팅층(200)이 더 넓게 구비되어야 한다.

가이드링(130) 중 라운드 가공된 부분의 폭(W1)은 30 mm 정도이고, 10%의 오차 이내의 폭으로 가공될 수 있다. 그리고, 라운드 가공된 에폭시 글라스의 폭(W1)과 제1 코팅층(200)의 폭(W2)의 비는, 1 : 14 내지 1 : 16 일 수 있다.

또한, 제1 코팅층(200)의 두께는 가이드링(130)의 내부보다 외부에서 두꺼운데, 건조 및 경화되기 전에 도포된 에폭시 등의 재료가 외부로 흘러내릴 수 있기 때문이다.

한편, 제2 코팅층(300)의 두께(T2)는 1 mm 내지 5 mm의 두께를 가질 수 있다. 제2 코팅층(300)은 제1 코팅층(200)과 다르게 연마 패드(8, 도 3 참조)과 접촉하지 않는다. 따라서 제1 코팅층(200)의 두께(T1)보다는 작아도 무방하다.

그러나 제1 코팅층(200)과의 균형, 제작시 편의 등을 위해 제2 코팅층(300)의 두께(T2)와 제1 코팅층(T1)의 두께는 동일하게 제작할 수 있다.

이하, 상술한 웨이퍼 연마 헤드의 제조방법을 단계별로 약술하기로 한다.

먼저 베이스 기판(120)을 준비한다. 베이스 기판(120)의 일면에는 접착제(120a)가 덮여 있을 수 있다. 이이서 베이스 기판(120)의 다른 면의 가장자리에 복수 개의 층(131, 132, 133, 134)으로 이루어진 가이드링(130)를 결합하는 단계를 수행한다.

가이드링(130)은 접착 물질(135)을 통해 베이스 기판(120)에 부착될 수 있다. 가이드링(130)이 베이스 기판(120)에 부착되면, 가이드링(130)의 가장자리를 라운드 가공한다. 라운드 가공에 의해 가이드링(130)의 외측면에는 라운드면(130a)이 형성된다. 라운드면(130a)은 연마 및 세정을 거칠 수 있다.

가이드링(130)의 라운드면(130a)에 제1 코팅층(200)을 코팅하는 단계가 이어진다. 제1 코팅층(200)은 에폭시와 폴리머가 2 : 1 내지 4 : 1로 포함된 재료를 도포하고 건조할 수 있다. 제1 코팅층(200)의 두께는 2 mm 내지 5 mm 를 가질 수 있다.

여기서, 제1 코팅층(200)이 도포된 후 45℃이상에서 1차 건조하고, 상온에서 2차 건조할 수 있다.

상술한 바와 같은 형태의 템플릿 어셈블리(100)의 제조가 이루어지면, 템플릿 어셈블리(100)의 베이스 기판(120)과 러버 척(520)을 고정하는 단계가 수행된다. 이때, 베이스 기판(120)의 일면에 부착된 접착제(120a)를 통해 템플릿 어셈블리(100)는 러버 척(520)에 고정될 수 있다.

이어서, 러버 척으로부터 제1 코팅층(200)까지 접착제와 접착 물질의 외주면이 노출되지 않도록 제2 코팅층(300)을 코팅하는 단계를 수행한다.

제2 코팅층(300)은 에폭시와 폴리머가 2 : 1 내지 4 : 1로 포함된 재료를 도포하고 건조할 수 있다. 제2 코팅층(300)의 두께는 제1 코팅층(200)의 두께보다 작거나 같은 1 mm 내지 5 mm 를 가질 수 있다. 여기서, 제2 코팅층(300)이 도포된 후 45℃이상에서 1차 건조하고, 상온에서 2차 건조할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 웨이퍼 연마 헤드 및 그를 구비한 웨이퍼 연마 장치는 연마 공정을 수행하는 동안, 러버 척과 템플릿 어셈블리에 포함된 점착층이 제2 코팅층에 의해 덮여 있으므로 슬러리에 용출될 우려가 없다. 따라서, 웨이퍼의 평탄도 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 상술한 구성을 포함하는 본 실시예의 웨이퍼 연마 헤드 및 그를 구비한 웨이퍼 연마 장치는 모든 형태의 템플릿 어셈블리에 적용가능한 것은 아니다.

도 8은 비교예로서 서로 다른 템플릿 어셈블리를 갖는 연마 헤드를 도시하였다.

도 8의 (A)에 도시된 템플릿 어셈블리는 가이드링(30)의 수직 길이(h1)가 도 8의 (B)에 도시된 템플릿 어셈블리의 가이드링(30b)의 수직 길이(h2) 보다 더 길게 형성된다(h1 > h2).

따라서 도 8의 (A)에 도시된 템플릿 어셈블리의 가이드링(30)은 연마 패드(8, 도 3 참조)와 직접 접촉(Contact)하는 구성이며, 도 8의 (B)에 도시된 템플릿 어셈블리는 가이드링(30b)이 연마 패드(8)와 접촉되지 않게 된다.

본 실시예에서 적용된 제1 코팅층(200) 또는 제2 코팅층(300)은 도 8의 (A)에 도시된 바와 같이 가이드링(30)이 연마 패드(8)와 직접 접촉되는 템플릿 어셈블리에 적용될 수 있다.

반면에, 도 8의 (B)에 도시된 템플릿 어셈블리는 가이드링(30b)이 연마 패드(8)와 접촉되지 않으므로 웨이퍼(W)와 가이드링(30b) 사이에 틈새(G)가 존재한다. 따라서 상술한 형태는 틈새(G)를 보상하기 위해서 하드웨어(H/W) 타입의 링형 커버부(C)가 가이드링(30b)의 외측을 덮도록 설치되고 있다. 그러므로 상술한 형태는 본 발명이 적용될 여지가 없다.

한편, 전술한 실시예에서 템플릿 어셈블리는 라운드면과, 라운드면에 코팅된 제1 코팅층을 구비하는 경우에서 제2 코팅층을 함께 포함하는 실시예를 설명하였으나 필요에 따라서 제2 코팅층은 라운드면과 제1 코팅층을 구비하지 않는 형태의 템플릿 어셈블리에 적용될 수도 있을 것이다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 웨이퍼 연마 장치 5 : 웨이퍼 연마 헤드
7 : 연마 테이블 8 : 연마 패드
100 : 템플릿 어셈블리(T/A) 120 : 베이스 기판
120a : 접착제 130 : 가이드링
130a : 라운드면 131, 132, 133, 134 : 레이어
135 : 접착 물질 200 : 제1 코팅층
300 : 제2 코팅층 500 : 바디
510 : 백플레이트 520 : 러버 척
530 : 팽창공간 600 : 공압라인

Claims

베이스 기판과, 상기 베이스 기판의 가장자리에 배치되는 가이드링과, 상기 가이드링과 상기 베이스 기판을 접합하는 접착 물질을 갖는 템플릿 어셈블리; 및
상기 접착 물질의 외주면과 상기 가이드링의 외주면에 코팅되는 제2 코팅층을 포함하는 웨이퍼 연마 헤드.
제1항에 있어서,
상기 제2 코팅층은 에폭시 코팅층인 웨이퍼 연마 헤드.
제1항에 있어서,
상기 제2 코팅층은 에폭시와 폴리머가 2 : 1 내지 4 : 1의 질량비를 갖는 웨이퍼 연마 헤드.
제1항에 있어서,
상기 제2 코팅층은 1 mm 내지 5 mm 두께를 갖는 웨이퍼 연마 헤드.
베이스 기판과, 상기 베이스 기판의 가장자리에 배치되는 가이드링과, 상기 가이드링과 상기 베이스 기판을 접합하는 접착 물질과, 상기 가이드링의 외측면에 형성된 라운드면과, 상기 베이스 기판의 일면에 도포된 접착제를 갖는 템플릿 어셈블리;
상기 라운드면에 코팅되는 제1 코팅층;
상기 베이스 기판을 고정하며 상기 템플릿 어셈블리를 지지하는 러버 척;
상기 접착제와 상기 접착 물질의 외주면에 코팅되는 제2 코팅층을 포함하는 웨이퍼 연마 헤드.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 코팅층은 에폭시 코팅층인 웨이퍼 연마 헤드.
제5항에 있어서,
상기 제1 및 제2 코팅층은 에폭시와 폴리머가 2 : 1 내지 4 : 1의 질량비를 갖는 웨이퍼 연마 헤드.
제5항에 있어서,
상기 제2 코팅층의 두께는 상기 제1 코팅층의 두께와 동일하거나 작은 두께를 갖는 웨이퍼 연마 헤드.
제8항에 있어서,
상기 제2 코팅층은 1 mm 내지 5 mm 두께를 갖는 웨이퍼 연마 헤드.
제5항에 있어서,
상기 제2 코팅층은 상기 러버 척으로부터 상기 제1 코팅층까지 길이를 갖는 웨이퍼 연마 헤드.
베이스 기판의 가장자리에 복수 개의 층으로 이루어진 가이드링를 결합하는 단계;
상기 가이드링의 가장자리를 라운드 가공하는 단계;
상기 가이드링의 라운드면에 제1 코팅층을 코팅하는 단계;
상기 베이스 기판과 러버 척을 고정하는 단계; 및
상기 러버 척으로부터 상기 제1 코팅층까지 상기 접착제와 상기 접착 물질의 외주면에 제2 코팅층을 코팅하는 단계를 포함하는 웨이퍼 연마 헤드의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 제2 코팅층은 에폭시와 폴리머가 2 : 1 내지 4 : 1로 포함된 재료를 도포하고 건조하는 웨이퍼 연마 헤드의 제조방법.
제12항에 있어서,
상기 건조는 45℃이상에서 1차 건조하고, 상온에서 2차 건조하는 웨이퍼 연마 헤드의 제조방법.
제11항에 있어서,
상기 제2 코팅층은 상기 에폭시와 폴리머를 포함한 재료를 1 mm 내지 5 mm 두께로 도포하는 웨이퍼 연마 헤드의 제조방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 웨이퍼 연마 헤드; 및
연마 패드가 부착되고, 상기 웨이퍼 연마 헤드 아래에 배치되는 연마 테이블을 포함하는 웨이퍼 연마 장치.