KR20210152226A - 웨이퍼의 연마 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

실시예는 웨이퍼의 연마 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 연마 유닛; 상기 연마 유닛 각각에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부; 상기 연마 유닛 각각에 DIW를 공급하는 DIW 공급부; 상기 챔버의 측면에 구비되는 메인 배기부; 및 상기 챔버의 하부에 구비되는 DIW 배기부를 포함하는 웨이퍼의 연마 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼의 연마 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR POLISHING WAFER}
실시예는 웨이퍼의 연마 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 최종 연마 장치와 방법에서 연마 부산물을 원활하게 배출하는 장치와 방법에 관한 것이다.
통상적인 실리콘 웨이퍼는, 단결정(Ingot)을 만들기 위한 단결정 성장 공정과, 단결정을 절삭(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 절삭공정과, 상기 절삭으로 인하여 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하는 연삭(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼를 경면화하고 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정 공정을 포함하여 이루어진다.
웨이퍼의 연마 공정은, 웨이퍼가 디바이스 과정에 들어가기에 앞서 평탄도와 표면 조도를 형성하는 중요한 과정이다.
특히, 웨이퍼의 최종 연마는, 캐리어에 의하여 이송된 웨이퍼가 연마 패드 위에서 회전함으로써, 웨이퍼의 표면이 기계적으로 연마가 진행되고 동시에 연마 패드 위로 화학적 반응을 수행하는 슬러리가 공급되어 화학적 연마도 진행될 수 있다.
상술한 웨이퍼의 최종 연마 공정은 웨이퍼의 표면의 미세 파티클을 제어하고 헤이즈를 제어하는 역할을 수행한다. 이와 같은 연마 공정에서 연마액의 이물질이나 찌꺼기 및 연마되지 않는 이물질 등이 발생할 수 있다.
이러한 연마 부산물은 연마 패드의 하부로 배출되어 챔버 외부의 배기부로 배출될 수 있다.
그러나, 종래의 웨이퍼의 최종 연마 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
챔버 내부에서 연마 부산물이 배기부 방향으로 이동하는 도중에 챔버의 내벽 등에 고착화가 진행되거나, 또는 배기부가 연마 부산물로 막히는 문제점이 발생할 수 있다.
실시예는 웨이퍼의 최종 연마 공정 중에 연마 부산물이 챔버나 배기부에 고착되지 않고 용이하게 배출되는 웨이퍼의 연마 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
실시예는 웨이퍼의 연마 공간을 제공하는 챔버; 상기 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 연마 유닛; 상기 연마 유닛 각각에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부; 상기 연마 유닛 각각에 DIW를 공급하는 DIW 공급부; 상기 챔버의 측면에 구비되는 메인 배기부; 및 상기 챔버의 하부에 구비되는 DIW 배기부를 포함하는 웨이퍼의 연마 장치를 제공한다.
웨이퍼의 연마 장치는 상기 DIW 공급부에 구비된 밸브; 및 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 연마 유닛 각각은, 웨이퍼가 안착되는 정반과, 상기 정반을 회전시키는 회전축과, 상기 정반 위에 구비되어 상기 웨이퍼의 제1 면과 접촉하는 패드와, 상기 정반 위에 구비되어 상기 웨이퍼의 제2 면을 가압하는 적어도 하나의 헤드를 포함할 수 있다.
DIW 공급부는 복수 개의 노즐을 포함하고, 상기 노즐의 분사 방향은 상기 패드에 대하여 60도 내지 120도의 각도를 이룰 수 있다.
제어부는, DIW 공급 라인에 공급되는 DIW의 유량이 복수의 단계로 변화되도록 상기 밸브의 개폐를 제어할 수 있다.
각각의 연마 유닛의 정반에 구비된 배기 라인을 포함하고, 상기 배기 라인은 상기 메인 배기부와 연결될 수 있다.
다른 실시예는 챔버 내의 연마 유닛의 정반에 웨이퍼를 배치하는 (a) 단계; 상기 웨이퍼를 헤드로 가압하고 슬러리를 공급하며, 상기 웨이퍼의 표면을 연마하는 (b) 단계; 상기 연마 유닛의 정반에 고압의 DIW를 분사하는 (c) 단계; 및 상기 연마 부산물과 DIW를 각각 상기 챔버의 측면과 하부로 배기하는 (d) 단계를 포함하는 웨이퍼의 연마 방법을 제공한다.
(c) 단계에서, 밸브의 개폐를 제어하여 상기 DIW의 분사를 제어할 수 있다.
챔버 내에는 복수 개의 연마 유닛이 구비되어, 제1 연마 유닛에서 상기 웨이퍼를 연마한 후 제2 연마 유닛에서 상기 웨이퍼를 재연마할 수 있다.
복수 개의 연마 유닛에는 각각 복수 개의 헤드가 구비되고, 상기 (b) 단계에서, 하나의 정반 상에 복수 개의 웨이퍼와 복수 개의 헤드가 배치되고, 각각의 웨이퍼를 각각의 헤드가 가압할 수 있다.
(d) 단계에서, 상기 연마 부산물을 상기 연마 유닛의 정반에 연결된 배기 라인을 통하여 상기 챔버의 측면으로 배기할 수 있다.
실시예에 따른 웨이퍼의 연마 장치 및 방법에 따르면, 웨이퍼의 연마 후에 정반의 패드 위에 잔존하는 연마 부산물인, 슬러리나 기타 찌꺼기를 고압의 DIW를 통하여 제거할 수 있으며, DIW가 챔부 하부의 별도의 배기부로 배출되어 챔버 측면의 메인 배기부에 연마 부산물이 고착화되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 실시예에 따른 웨이퍼의 연마 장치의 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 도 1의 연마 유닛을 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2의 연마 유닛에 구비된 하나의 헤드를 나타낸 도면이고,
도 4는 도 1의 DIW 공급부를 상세히 나타낸 도면이고,
도 5는 실시예에 따른 웨이퍼의 연마 방법의 흐름도이다.
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.
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.
도 1은 실시예에 따른 웨이퍼의 연마 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
실시예에 따른 웨이퍼의 연마 장치(100)는 웨이퍼의 연마 공간을 제공하는 챔버(100)와, 챔버(100)의 내부에 구비되는 적어도 하나의 연마 유닛(400)과, 연마 유닛 각각(400)에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(200)와, 연마 유닛 각각에 DIW를 공급하는 DIW 공급부(300)와, 챔버(100)의 측면에 구비되는 메인 배기부(200) 및 챔버(100)의 하부에 구비되는 DIW 배기부(300)를 포함할 수 있다.
도 2는 도 1의 연마 유닛을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 연마 유닛에 구비된 하나의 헤드를 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 연마 유닛(400) 각각은, 웨이퍼(W)가 안착되는 정반(450)과, 정반(450)을 회전시키는 회전축(440)과, 정반(450) 위에 구비되어 웨이퍼(W)의 하면인 제1 면과 접촉하는 패드(460)와, 정반(450) 위에 구비되어 웨이퍼(W)의 상면인 제2 면을 가압하는 적어도 하나의 헤드(470)를 포함할 수 있다.
도 2에서 하나의 정반(450) 위에 2개의 헤드(470)가 구비되나, 반드시 이에 한정하지 않는다.
정반(450)은 회전 가능하게 구비되고 정반(450)의 하부에는 회전축(440)이 구비되는데, 도시되지는 않았으나 모터 등의 구동 장치가 구비되어 회전축(440)을 중심으로 정반(450)을 회전시킬 수 있다.
패드(460)는 원형의 단면을 가지고, 예를 들면 접착제에 의하여 정반(450) 위에 고정될 수 있다. 패드(460)의 연마면인 상면은 웨이퍼(W)와 직접 접촉에 의하여 웨이퍼(W)를 기계적으로 연마할 수 있다.
패드(460)는 예를 들면 폴리에스테르 펠트 조직에 폴리우레탄을 함침하여 제조될 수 있고, 또는 미세한 다공성의 탄성 중합체(micro porous elastomer)가 함유된 섬유들의 펠트 시트(felt sheet)일 수도 있다.
헤드(470)는 패드(460) 상에 배치되어 패드(460)의 상부면에 연마하고자 하는 웨이퍼(W)의 표면이 향하도록 하기 위해 웨이퍼(W)를 그 하부면에 장착 고정하고 패드(460) 상에 웨이퍼(W)를 가압한다.
상세하게는, 헤드(470)에 웨이퍼(W)가 고정되는 방법은 일반적으로 접착제의 일종인 왁스(wax)를 이용하거나, 헤드(470)에 부착되어 있는 배킹 필름(backing film)과 웨이퍼(W) 사이에 물에 의한 표면 장력을 이용할 수 있다.
헤드(470)의 상부에는 구동축(475)이 구비되고, 구동축(475)은 모터(미도시)와 연결되어 있어 헤드(470)의 회전을 제어할 수 있다. 상기 구동축(475)은 왕복이동수단, 예컨대 리니어 모터(미도시)와도 연결되어 있어 헤드(470)를 패드(460)에 대하여 접근되는 방향과 이격하는 방향을 따라 왕복운동시킬 수도 있다.
패드(460)의 상부면에 대응되어 헤드(470)의 하부면에는 연마층(미도시)이 구비될 수 있다. 헤드(470)는 연마층을 패드(460)에 접촉 및 가압시키게 된다. 여기서, 연마층은 복수의 다이아몬드 입자들이 링 타입으로 헤드(470) 하부의 가장자리에 고정된 층일 수 있다.
본 실시예에서, 연마층의 다이아몬드 입자들의 크기, 형상 및 연마 압력, 연마 시간, 연마 슬러리 유량 등에 따라 패드(460)의 상부면의 연마량을 다양하게 구현할 수 있다. 그리고, 헤드(470)와 패드(460)의 회전속도에 따라 패드(460)의 상부면의 형상을 다양하게 구현할 수 있다.
도 4는 도 1의 DIW 공급부를 상세히 나타낸 도면이다.
패드(460)가 구비된 정반(450)의 상부에 DIW 공급부(420)가 구비될 수 있다. DIW 공급부(420)는 DIW 공급 라인(421)과 밸브(422)와 제어부(423) 및 복수의 노즐(424)을 포함할 수 있다.
DIW 공급 라인(421)은 웨이퍼의 연마 장치의 챔버의 내부로부터 연장되어 DIW를 공급하고, DIW 공급 라인(421)에는 밸브(422)가 구비되어 공급되는 DIW의 유량을 조절할 수 있다. 밸브(422)에는 제어부(423)가 연결되어 밸브(422)의 개폐를 제어할 수 있다.
이때, 제어부(423)는 밸브(422)를 열림과 닫힘의 2개 단계로 조절하는 작용 외에, DIW 공급 라인(421)을 통하여 노즐(424)에 공급되는 DIW의 유량이 복수의 단계로 변화되도록 조절할 수 있으며, 이를 통하여 노즐(424)에 공급되는 DIW의 분사 압력을 조절할 수 있다.
또한, 제어부(423)는 밸브(422)의 열림과 닫힘을 제어함으로써, 연마 유닛의 웨이퍼 연마 작용 중에는 밸브(422)를 닫고, 연마 작용 후에 밸브(422)를 오픈(open)하여 정반(450) 위의 패드(460) 위의 연마 부산물을 제거할 수 있다.
IDW 공급 라인(421)의 단부에는 복수 개의 노즐(424)이 구비되는데, 각각의 노즐에서 분사되는 DIW의 분사 방향은 패드(460)에 대하여 각각 제1 각도 내지 제4 각도(θ1~θ4)를 이루는데, 제1 각도 내지 제4 각도(θ1~θ4)는 서로 다를 수 있고, 예를 들면 60도 내지 120도의 각도일 수 있다.
상기의 제1 각도 내지 제4 각도(θ1~θ4)가 상술한 범위의 각도를 이루며 서로 다르게 분포하여, 노즐들(424)로부터 DIW가 정반(450)의 전영역에 고르게 분사될 수 있다. 그리고, DIW의 분사 각도가 상술한 각도를 벗어나면, DIW가 정반(450)의 가장 자리 방향으로 분사되어 정반(450) 위의 연마 부산물을 제거하기에 충분하지 않을 수 있다.
노즐로부터 분사되는 DIW의 분사 각도인 제1 각도 내지 제4 각도(θ1~θ4)가 상술한 각도의 범위를 만족할 때, 정반(450) 위의 패드(460)의 중앙 영역으로 DIW가 분사되되 바깥 영역 방향으로 경사를 이루고 분사되어, 패드(460)의 중앙 영역으로부터 바깥 영역에 구비된 연마 부산물을 함께 패드(400)의 에지(edge)의 바깥으로 제거할 수 있다.
각각의 연마 유닛의 정반에는 배기 라인(430)이 구비되고, 상기 배기 라인은 웨이퍼의 연마 장치 내의 메인 배기부와 연결되어 연마 부산물을 챔버의 외부로 배출할 수 있다. 그리고, DIW는 챔버의 바닥 방향으로 흘러서 DIW 배기부를 통하여 챔버의 외부로 배출될 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 웨이퍼의 연마 방법의 흐름도이다. 이하에서, 도 5를 참조하여, 상수한 웨이퍼의 연마 장치를 사용하여 웨이퍼를 연마하는 방법을 설명한다.
먼저, 챔버 내의 연마 유닛의 정반에 웨이퍼를 배치한다(S100).
그리고, 웨이퍼를 헤드로 가압하고 슬러리를 공급하며, 웨이퍼의 표면을 연마한다(S200).
이때, 챔버 내에는 복수 개의 연마 유닛이 배치될 수 있고, 각각의 연마 유닛에는 하나의 정반과 복수 개의 헤드가 배치되어, 하나의 정반 위에서 복수 개의 웨이퍼의 연마가 이루어질 수 있다.
그리고, 하나의 연마 유닛에서 웨이퍼의 연마가 완료된 후, 헤드가 정반 외의 다른 영역으로 이동하고, DIW 공급부가 정반 위로 이동하고 연마 유닛의 정반에 고압의 DIW를 분사하여, 정반 위의 패드 표면의 연마 부산물 등을 제거할 수 있다(S300). 이때, DIW 공급 라인에 구비된 밸브를 제어부의 작용으로 열어서, DIW를 노즐을 통하여 정반 위의 패드 표면의 여러 지점에 여러 각도로 분사할 수 있다.
그리고, 연마 부산물과 DIW를 각각 상기 챔버의 측면과 하부로 배기할 수 있다(S400). 이때, 연마 부산물을 주로 정반에 연결된 배기 라인을 통하여 챔버의 측면의 메인 배기부를 통하여 배출될 수 있다. 그리고, DIW는 챔버 하부의 DIW 배기부를 통하여 배기될 수 있다.
이때, 하나의 챔버 내에는 복수 개의 연마 유닛이 구비되어, 제1 연마 유닛에서 웨이퍼를 연마한 후 제2 연마 유닛에서 웨이퍼를 다시 연마할 수 있다. 이때, 각각의 연마 유닛의 정반에는, 위의 S200의 웨이퍼의 연마가 종료된 후에 위의 S300의 DIW 분사 공정이 진행될 수 있다.
그리고, 복수의 연마 유닛이 챔버 내에 구비되는 경우, 각각의 연마 유닛에서의 연마 공정이 종료된 후에, DIW 분사를 통하여 각각의 연마 유닛의 정반 상의 패드 위의 연마 부산물을 제거할 수 있다.
따라서, 웨이퍼의 연마 후에 정반의 패드 위에 잔존하는 연마 부산물인, 슬러리나 기타 찌꺼기를 고압의 DIW를 통하여 제거할 수 있으며, DIW가 챔부 하부의 별도의 배기부로 배출되어 챔버 측면의 메인 배기부에 연마 부산물이 고착화되는 것을 방지할 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: 웨이퍼의 연마 장치 200: 메인 배기부
300: DIW 배기부 400: 연마 유닛
410: 슬러리 공급부 420: DIW 공급부
421: DIW 공급 라인 422: 밸브
423: 제어부 424: 노즐

Claims (11)

  1. 웨이퍼의 연마 공간을 제공하는 챔버;
    상기 챔버의 내부에 구비되는 적어도 하나의 연마 유닛;
    상기 연마 유닛 각각에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부;
    상기 연마 유닛 각각에 DIW를 공급하는 DIW 공급부;
    상기 챔버의 측면에 구비되는 메인 배기부; 및
    상기 챔버의 하부에 구비되는 DIW 배기부를 포함하는 웨이퍼의 연마 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 DIW 공급부에 구비된 밸브; 및
    상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 더 포함하는 웨이퍼의 연마 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 연마 유닛 각각은,
    웨이퍼가 안착되는 정반과, 상기 정반을 회전시키는 회전축과, 상기 정반 위에 구비되어 상기 웨이퍼의 제1 면과 접촉하는 패드와, 상기 정반 위에 구비되어 상기 웨이퍼의 제2 면을 가압하는 적어도 하나의 헤드를 포함하는 웨이퍼의 연마 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 DIW 공급부는 복수 개의 노즐을 포함하고,
    상기 노즐의 분사 방향은 상기 패드에 대하여 60도 내지 120도의 각도를 이루는 웨이퍼의 연마 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제어부는, DIW 공급 라인에 공급되는 DIW의 유량이 복수의 단계로 변화되도록 상기 밸브의 개폐를 제어하는 웨이퍼의 연마 장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 각각의 연마 유닛의 정반에 구비된 배기 라인을 포함하고, 상기 배기 라인은 상기 메인 배기부와 연결된 웨이퍼의 연마 장치.
  7. 챔버 내의 연마 유닛의 정반에 웨이퍼를 배치하는 (a) 단계;
    상기 웨이퍼를 헤드로 가압하고 슬러리를 공급하며, 상기 웨이퍼의 표면을 연마하는 (b) 단계;
    상기 연마 유닛의 정반에 고압의 DIW를 분사하는 (c) 단계; 및
    상기 연마 부산물과 DIW를 각각 상기 챔버의 측면과 하부로 배기하는 (d) 단계를 포함하는 웨이퍼의 연마 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 밸브의 개폐를 제어하여 상기 DIW의 분사를 제어하는 웨이퍼의 연마 방법.
  9. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 챔버 내에는 복수 개의 연마 유닛이 구비되어, 제1 연마 유닛에서 상기 웨이퍼를 연마한 후 제2 연마 유닛에서 상기 웨이퍼를 재연마하는 웨이퍼의 연마 방법.
  10. 제7 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 연마 유닛에는 각각 복수 개의 헤드가 구비되고,
    상기 (b) 단계에서, 하나의 정반 상에 복수 개의 웨이퍼와 복수 개의 헤드가 배치되고, 각각의 웨이퍼를 각각의 헤드가 가압하는 웨이퍼의 연마 방법.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 상기 연마 부산물을 상기 연마 유닛의 정반에 연결된 배기 라인을 통하여 상기 챔버의 측면으로 배기하는 웨이퍼의 연마 방법.
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