KR100607199B1 - 웨이퍼 이면 연마 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 이면 연마 장치에 관한 것으로서, 웨이퍼 이면 연마가 수행되는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되어 웨이퍼를 파지하고, 상기 웨이퍼를 회전시키는 스핀척; 상기 스핀척의 상부에 설치되어 상기 웨이퍼의 이면 연마를 위해 상기 스핀척에 파지된 상태로 회전하는 상기 웨이퍼의 이면에 워터제트를 고속·고압으로 분사하는 워터제트 분사기; 및 상기 워터제트 분사기에 고압의 물을 공급하는 고압펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이면 연마 장치를 제공한다.

본 발명에 의하면, 웨이퍼 이면 연마시 웨이퍼 이면에 스크래치(scratch) 및 열변형이 발생하는 것을 방지하여 웨이퍼의 파손을 최소화할 뿐만 아니라, 연마에 필요한 전체 공정 시간을 최소화함으로써 반도체 제조 수율 및 생산성을 최대화할 수 있는 이점이 있다.

웨이퍼, 연마, 워터제트(water jet)

Description

웨이퍼 이면 연마 장치{APPARATUS FOR GRINDING BACK OF WAFER}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 이면 연마 장치의 개략적 구성도이다.

도 2는 도 1의 A부 확대 사시도이다.

도 3은 도 1의 웨이퍼 이면 연마 장치의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.

도 4는 도 1의 웨이퍼 이면 연마 장치를 통해 웨이퍼 이면이 연마되는 상태를 보인 개략적 평면도이다.

**도면 중 주요 부분에 대한 부호의 설명**

100 : 챔버 110 : 스핀척

120 : 커버 122 : 배출구

130 : 워터제트 분사기 132 : 노즐

134 : 스핀들 150 : 고압펌프

152 : 워터공급관

본 발명은 웨이퍼 이면 연마 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 패키지의 제조를 위한 최종 공정인 조립 공정을 진행하기에 앞서 반도체 패키지의 소형화 및 고집적화를 위해 웨이퍼의 두께를 얇게 하기 위한 웨이퍼 이면 연마 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 패키지는 여러 단계의 공정을 거쳐 완성된다. 즉, 사진, 식각, 확산, 박막 공정 등을 여러 차례 반복하여 수행함으로써 웨이퍼 상에 전기회로 패턴을 형성하는 FAB(fabrication) 공정을 거친 후, 웨이퍼를 구성하고 있는 각 칩의 전기적 특성 및 동작 상태를 테스트하여 양품과 불량품을 분류하는 EDS(Electric Die Sorting) 공정을 거치게 된다. 또한, EDS 공정을 통해 양품으로 판정된 칩은 칩 단위로 절단되어 조립(assembly) 공정을 거쳐 하나의 완성된 반도체 패키지로 만들어지게 된다.

한편, FAB 공정 및 EDS 공정 중에 있는 웨이퍼는 핸들링 과정에서 가해지는 충격 기타 외력에 견디기 위해 어느 정도의 강도를 유지해야 할 필요성이 있고, 이를 위해 충분한 두께를 가져야만 한다. 그러나 다른 한편으로는 상술한 바와 같이 칩 단위로 절단한 후 조립 공정을 거쳐 완성된 반도체 패키지의 소형화 및 고집적화를 위해서는 웨이퍼의 두께가 얇은 것이 유리하다.

따라서 FAB 공정 및 EDS 공정 중에는 웨이퍼의 두께를 통상 750㎛ 정도로 유지하다가, 조립 공정을 위해 웨이퍼를 칩 단위로 절단하기 전에 웨이퍼의 이면, 즉 전기회로 패턴이 형성된 면의 반대면을 연마하여 웨이퍼의 두께를 대략 280㎛ 정도까지 감소시키고 있다.

웨이퍼 이면을 기계적으로 연마하는 종래의 기계적 연마 장치는 웨이퍼의 전 (前)면에 보호막이 피복된 상태로 이면이 위를 향하도록 웨이퍼가 놓여지는 회전 가능한 웨이퍼 척과, 상기 웨이퍼 척 상부에 위치하고, 회전 가능한 스핀들의 하부에 장착되는 다이아몬드 휠로 크게 구성된다. 상기 연마 장치를 통한 연마 과정은 다음과 같다. 먼저, 상기 스핀들이 하강하여 그 하부에 장착된 다이아몬드 휠이 웨이퍼의 이면을 가압하면서 회전하면, 상기 웨이퍼 척이 반대 방향으로 회전하면서 상기 다이아몬드 휠과 웨이퍼의 이면이 마찰에 의해 연마된다.

한편, 보다 구체적으로 다이아몬드 휠은 보통 두 종류로 구성되는데, 첫째는 연마 목표치에서 약 20㎛ 정도 모자란 양을 연마하기 위해 사용되는 다소 거친 표면을 갖는 약 350mesh 정도의 제 1 다이아몬드 휠이고, 둘째는 나머지 20㎛를 연마하기 위해 사용되는 보다 고운 표면을 갖는 약 2000mesh 정도의 제 2 다이아몬드 휠이다.

이러한 두 종류의 다이아몬드 휠을 구비한 종래의 기계적 연마 장치를 통해 이루어지는 웨이퍼 이면에 대한 연마는 먼저 상기 제 1 다이아몬드 휠을 이용하여 연마 목표치에서 약 20㎛ 정도 모자란 양을 연마한 후, 상기 제 2 다이아몬드 휠을 이용하여 나머지 20㎛를 연마하는 것으로 이루어진다.

그런데 상술한 종래의 기계적 연마 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째로, 상술한 제 1 다이아몬드 휠은 연마 공정중에 표면 입자가 떨어져 나가면서 다량의 파티클을 발생시킬 뿐만 아니라, 새롭게 노출된 부분의 입자가 종종 웨이퍼의 이면에 소위 쏘마크(sawmark)라 불리우는 깊은 스크래치(scratch)를 남기게 되는데, 이러한 쏘마크는 비교적 날카롭게 표면 굴곡을 형성하게 되어 외부의 충격에 파손을 일으키는 결을 형성하는 문제가 있다.

둘째로, 제 2 다이아몬드 휠에 의한 추가적 연마를 통해 상술한 쏘마크의 문제를 어느 정도 완화시킬 수 있으나, 제 2 다이아몬드 휠 자체에 의해서도 미세한 스크래치(scratch)가 여전히 유발되기 때문에 최종적인 평탄 경면 마무리(flat mirror finish)를 위해 별도의 후속 공정인 폴리싱(polishing) 공정을 필요로 하게 된다. 그러나 이러한 폴리싱 공정을 위해서는 별도의 장비를 필요로 할 뿐만 아니라 이러한 별도의 장비로 웨이퍼를 이송시켜야 하기 때문에 연마 공정이 연속적으로 이루어지지 못하게 된다. 따라서 시간적, 비용적 문제가 추가로 발생한다.

셋째로, 상술한 기계적 연마시 다이아몬드 휠과 웨이퍼의 마찰에 의해 높은 열이 발생하게 되고, 이러한 높은 열이 두께가 얇아진 상태의 웨이퍼에 작용하여 열변형을 일으킴으로써 웨이퍼가 크게 휘어지는 소위 바우(bow-warp) 현상이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 이러한 바우 현상으로 인해 상술한 별도의 폴리싱 장비로의 이동을 위해 카세트에 적재되는 과정에서 파손이 일어나는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 웨이퍼 이면 연마시 웨이퍼 이면에 스크래치(scratch) 및 열변형이 발생하는 것을 방지하여 웨이퍼의 파손을 최소화할 뿐만 아니라, 연마에 필요한 전체 공정 시간을 최소화할 수 있는 이면 연마 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 이면 연마 장치는, 웨이퍼 이면 연마가 수행되는 챔버; 상기 챔버 내부에 설치되어 웨이퍼를 파지하고, 상기 웨이퍼를 회전시키는 스핀척; 상기 스핀척의 상부에 설치되어 상기 웨이퍼의 이면 연마를 위해 상기 스핀척에 파지된 상태로 회전하는 상기 웨이퍼의 이면에 워터제트를 고압·고속으로 분사하는 워터제트 분사기; 및 상기 워터제트 분사기에 고압의 물을 공급하는 고압펌프를 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 웨이퍼 이면 연마 장치는, 고압·고속으로 분사되는 워터제트를 통해 웨이퍼 이면 연마를 수행함으로써, 웨이퍼 이면에 스크래치(scratch) 및 열변형이 발생하는 것을 방지하여 웨이퍼의 파손을 최소화할 뿐만 아니라, 연마에 필요한 전체 공정 시간을 최소화함으로써 궁극적으로 반도체 제조 수율 및 생산성을 최대화할 수 있다.

바람직하게, 상기 워터제트 분사기는 다수의 노즐이 구비된 원통형의 분사부와, 상기 분사부의 상부에 위치하여 상기 분사부를 회전시키는 스핀들, 및 상기 스핀들의 상부에 위치하여 상기 스핀들을 지탱하는 헤드를 포함하며, 상기 스핀척의 상부에서 수평운동 가능하게 설치할 수 있다.

또한, 상기 다수의 노즐은 상기 분사부의 하부 모서리를 따라 일정 간격을 갖도록 설치되되, 상기 분사부의 회전시 분사되는 워터제트가 깔때기 형상을 갖도록 경사지게 하향 설치될 수 있다.

또한, 상기 스핀척의 주위에는 상기 웨이퍼의 이면 연마를 위해 사용되는 워터제트의 비산을 방지하고, 사용된 워터제트를 모아 상기 챔버 외부로 배출하기 위한 배출구가 마련된 컵 형상의 커버가 상하운동 가능하게 설치될 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 이면 연마 장치의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 이면 연마 장치의 개략적 구성도이고, 도 2는 도 1의 A부 확대 사시도이다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼(W)의 이면 연마를 수행하는 챔버(100)가 도시되어 있다. 챔버(100)의 내부에는 웨이퍼(W)를 파지하고, 상기 웨이퍼(W)를 회전시키는 스핀척(110)이 구비되며, 상기 스핀척(110)의 상부면에는 웨이퍼(W)를 흡착하여 고정시키기 위한 진공홀(미도시)이 형성된다.

또한, 스핀척(110)의 하부에는 상기 스핀척(110)을 지지하고, 회전력을 전달하는 회전축(112)이 연결되며, 상기 회전축(112)의 하부에는 웨이퍼(W)를 회전시키기 위한 회전력을 제공하는 제 1 구동부(114)가 연결된다. 여기서 미설명부호 T는 웨이퍼(W)의 이면 연마가 수행되는 동안 웨이퍼(W)의 전(前)면에 형성된 전기회로 패턴을 보호하기 위한 보호테이프를 나타낸다.

한편, 상기 스핀척(110)의 주위에는 후술할 웨이퍼(W)의 이면 연마를 위해 사용되는 워터제트의 비산을 방지하고, 사용된 워터제트를 모아 챔버(100) 외부로 배출하기 위한 배출구(122)가 마련된 컵 형상의 커버(120)가 설치된다. 커버(120)의 하부에는 상기 커버(120)를 상하운동시키기 위한 구동축(124)이 연결되며, 상기 구동축(124)의 하부에는 상기 커버(120)를 상하운동시키기 위한 구동력을 제공하는 제 2 구동부(126)가 연결된다.

한편, 상기 스핀척(110)의 상부에는 웨이퍼(W)의 이면 연마를 위해 스핀척 (110)에 파지된 상태로 회전하는 상기 웨이퍼(W)의 이면에 워터제트를 고압·고속으로 분사하는 워터제트 분사기(130)가 설치된다.

상기 워터제트 분사기(130)는 다수의 노즐(138)이 구비된 원통형의 분사부(136)와, 상기 분사부(136)의 상부에 위치하여 상기 분사부(136)를 회전시키는 스핀들(134), 및 상기 스핀들(134)의 상부에 위치하여 상기 스핀들(134)을 지탱하는 헤드(132)를 포함하여 구성된다. 또한, 상기 워터제트 분사기(130)는 유동가능한 워터공급관(152)을 통해 고압펌프(150)로부터 상기 웨이퍼(W)의 이면에 고압·고속으로 분사되는 웨터제트를 생성하는데 필요한 고압의 물을 공급받는다.

한편, 상기 워터제트 분사기(130)의 헤드(132) 일측에는 제 3 구동부(140)에 의해 직선운동하는 작동로드(142)가 연결된다. 이를 통해 상기 워터제트 분사기(130)는 스핀척(110)에 파지된 웨이퍼(W)의 상부에서 수평운동이 가능하게 된다.

한편, 도 2를 참조하여 다수의 노즐(138)이 구비된 원통형의 분사부(136)에 대해 보다 상세히 설명한다. 상기 분사부(136)는 상부에 구비된 스핀들(134)에 의해 회전가능하게 구성된다. 또한, 상기 분사부(136)에 형성된 다수의 노즐(138)은 상기 분사부(136)의 하부 모서리를 따라 일정 간격을 갖도록 설치되되, 상기 분사부의 회전에 따라 상기 다수의 노즐(138)로부터 분사되는 워터제트가 깔때기 형상을 갖도록 경사지게 하향 설치된다.

도 3은 도 1의 웨이퍼 이면 연마 장치의 동작을 설명하기 위한 작동도인데, 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼 이면 연마 장치의 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 커버(120)의 상부 끝단이 스핀척(110)과 동일한 높이를 형성하도록 위치한 상태에서 웨이퍼(W)가 이송되어 이면이 위를 향하도록 상기 스핀척(110)에 놓여지고, 상기 스핀척(110)에 의해 진공 흡착되어 고정된다. 다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 3 구동부(140)에 의해 워터제트 분사기(130)가 상기 웨이퍼(W)의 상부에 위치하도록 수평이동된다.

그 다음, 제 2 구동부(126)가 작동하여 커버(120)를 상기 워터제트 분사기(130)에 구비된 다수의 노즐(138) 높이까지 이동시킨다. 그 다음, 제 1 구동부가 작동하여 스핀척(110)을 회전시킨다. 다음으로, 고압펌프(150)가 작동하여 고압의 물이 워터제트 분사기(130)에 공급되고, 스핀들(134)이 상기 스핀척(110)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하여 하부에 연결된 분사부(136)를 회전시키면서 상기 분사부(136) 하부에 설치된 다수의 노즐(138)을 통해서 워터제트를 고압·고속으로 웨이퍼(W)의 이면을 향해 분사한다.

도 4는 도 1의 웨이퍼 이면 연마 장치를 통해 웨이퍼 이면이 연마되는 상태를 보인 개략적 평면도인데, 전술한 바와 같이 워터제트 분사기(130)에 구비된 분사부(136)를 스핀척(110)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전시키면서 상기 분사부(136) 하부에 설치된 다수의 노즐(138)을 통해 고압·고속으로 분사되는 워터제트(139)는, 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 이면(10)과 부딪치면서 호 형상을 이룬다.

이때, 상기 웨이퍼(W)는 고속으로 회전하고 있는 상태이므로 상기 웨이퍼(W)의 이면(10)은 전(全)면이 균일하게 연마될 수 있다. 또한, 연마 과정 중 열이 거 의 발생하지 않기 때문에 열변형에 의한 소위 바우(bow-warp) 현상이 발생되지 않는다.

또한, 종래의 기계적 연마 장치에 의할 때 발생하기 쉬운 소위 쏘마크(sawmark)라 불리우는 스크래치(scratch)가 형성되지 않기 때문에 웨이퍼의 파손을 방지할 수 있고, 상기 쏘마크를 제거하기 위한 별도의 후속 공정인 폴리싱(polishing) 공정이 불필요하다. 따라서 그러한 폴리싱(polishing) 공정에 소요되는 비용 및 시간을 절약할 수 있기 때문에 반도체 제조 수율 및 생산성을 최대화할 수 있다.

한편, 다시 도 3을 참조하면, 웨이퍼(W)의 이면 연마를 위해 사용된 워터제트는 커버(120)에 의해 차단되어 주위로 비산되는 것이 방지되며, 한 데 모아져 배출구(122)를 통해 챔버(100) 외부로 배출된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 의하면, 웨이퍼의 이면 전(全)면에 대한 균일한 연마가 가능하고, 연마 과정 중 열이 거의 발생하지 않기 때문에 열변형에 의한 소위 바우(bow-warp) 현상이 발생되지 않는 이점이 있다.

또한, 종래의 기계적 연마 장치에 의할 때 발생하기 쉬운 소위 쏘마크(sawmark)라 불리우는 스크래치(scratch)가 형성되지 않기 때문에 웨이퍼의 파손을 방지할 수 있고, 상기 쏘마크를 제거하기 위한 별도의 후속 공정인 폴리싱(polishing) 공정이 불필요하다. 따라서 그러한 폴리싱(polishing) 공정에 소요되는 비용 및 시간을 절약할 수 있기 때문에 반도체 제조 수율 및 생산성을 최대화할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 웨이퍼 이면 연마가 수행되는 챔버;

   상기 챔버 내부에 설치되어 웨이퍼를 파지하고, 상기 웨이퍼를 회전시키는 스핀척;

   상기 스핀척의 상부에 설치되어 상기 웨이퍼의 이면 연마를 위해 상기 스핀척에 파지된 상태로 회전하는 상기 웨이퍼의 이면에 워터제트를 고속·고압으로 분사하는 워터제트 분사기; 및

   상기 워터제트 분사기에 고압의 물을 공급하는 고압펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이면 연마 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 워터제트 분사기는 다수의 노즐이 구비된 원통형의 분사부와, 상기 분사부의 상부에 위치하여 상기 분사부를 회전시키는 스핀들, 및 상기 스핀들의 상부에 위치하여 상기 스핀들을 지탱하는 헤드를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이면 연마 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 다수의 노즐은 상기 분사부의 하부 모서리를 따라 일정 간격을 갖도록 설치되되, 상기 분사부의 회전시 분사되는 워터제트가 깔때기 형상을 갖도록 경사 지게 하향 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이면 연마 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 워터제트 분사기는 상기 스핀척의 상부에서 수평운동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이면 연마 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 스핀척의 주위에는 상기 웨이퍼의 이면 연마를 위해 사용되는 워터제트의 비산을 방지하고, 사용된 워터제트를 모아 상기 챔버 외부로 배출하기 위한 배출구가 마련된 컵 형상의 커버가 상하운동 가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 이면 연마 장치.

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