KR100631282B1

KR100631282B1 - 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치

Info

Publication number: KR100631282B1
Application number: KR1020040117688A
Authority: KR
Inventors: 오형근
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2004-12-31
Filing date: 2004-12-31
Publication date: 2006-10-02
Also published as: KR20060079482A

Abstract

본 발명은 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치에 관한 것이다. 본 발명의 웨이퍼 평탄화 장치는 레이저 빔을 반도체 웨이퍼의 표면에 수평 방향으로 조사하여 반도체 웨이퍼를 평탄하게 연마한다. 따라서 기존의 화학적 기계적 연마 방식에 비하여 작업 시간이 줄어들고 웨이퍼에 가해지는 스트레스도 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 웨이퍼 평탄화 장치는 연마 과정에서 발생하는 부스러기를 공기 분사와 흡입을 통하여 제거하므로 별도의 세정 공정이 필요 없으며, 직진성을 가지는 레이저 빔을 이용하므로 웨이퍼 크기가 증가하더라도 균일한 평탄화 작업이 가능하다.

웨이퍼 평탄화, 레이저, 화학적 기계적 연마, 공기 흡입

Description

레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치{Wafer Planarization Apparatus Using Laser}

도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치의 측면도이다.

<도면에 사용된 참조 번호의 설명>

10: 화학적 기계적 연마 장치 11: 연마 테이블

12: 연마 패드 13: 웨이퍼 캐리어

14: 연마제 공급기 15: 연마제

20: 반도체 웨이퍼 22: 연마 영역

24: 부스러기 100: 웨이퍼 평탄화 장치

110: 웨이퍼 고정 척 120: 레이저 빔 조사기

122: 레이저 빔 생성기 124: 레이저 빔 감쇄기

126: 레이저 빔 128: 제1 이송기

130: 흡입기 132: 송풍기

134: 공기 흡입구 135: 공기 배출구

136: 공기 138: 제2 이송기

본 발명은 반도체 제조 설비에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 레이저 빔을 반도체 웨이퍼의 표면에 수평 방향으로 조사하여 반도체 웨이퍼를 평탄하게 연마하는 웨이퍼 평탄화 장치에 관한 것이다.

반도체 제조 공정에서 웨이퍼 표면의 평탄화 공정은 반도체 소자의 고집적화, 초소형화에 매우 중요한 역할을 하는 공정이다. 반도체 웨이퍼는 다층 배선 구조로 형성되는데 각 층간 평탄도가 나쁘면 배선간 접촉에 악영향을 주게 된다. 또한, 회로 선폭의 미세화에 따라 반도체 웨이퍼의 광역 평탄화 기술이 필요하다. 이러한 필요에 의하여 개발된 것이 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 기술이다. 화학적 기계적 연마 기술은 말 그대로 화학적인 작용과 기계적인 작용이 동시에 이루어지면서 웨이퍼의 표면을 연마하는 방식이다.

도 1은 종래 기술에 따른 화학적 기계적 연마 장치(10)를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

도 1을 참조하면, 화학적 기계적 연마 장치(10)는 연마 패드(12)에 의한 기계적 작용과, 연마제(15)에 의한 화학적 작용을 이용하여 반도체 웨이퍼(20)를 연 마한다. 연마 패드(12, polishing pad)는 연마 테이블(11, polishing table) 위에 부착되며, 연마제(15, slurry)는 연마제 공급기(14)에 의하여 공급된다. 웨이퍼(20)는 웨이퍼 캐리어(13, wafer carrier)에 장착된다.

연마 테이블(11)은 단순히 회전 운동을 하고 웨이퍼 캐리어(13)는 회전 운동과 요동 운동을 동시에 수행한다. 웨이퍼 캐리어(13)에 장착된 반도체 웨이퍼(20)는 웨이퍼 캐리어(13)의 자체 하중과 인가되는 가압력에 의해 연마 패드(12)와 접촉하게 된다. 웨이퍼(20)와 연마 패드(12)의 접촉면 사이로 연마제(15)가 유동하면서, 연마제(15)에 함유된 연마 입자와 연마 패드(12)의 표면 돌기들에 의해 기계적인 제거 작용이 일어나고, 연마제(15) 내의 화학성분에 의해 화학적인 제거 작용이 이루어진다.

그런데 화학적 기계적 연마 공정은 작업 시간이 많이 필요하고 또한 웨이퍼에 스크레스를 많이 주게 된다. 예를 들어, 웨이퍼의 가장자리 부분이 미세하게 떨어져 나가는 칩핑(chipping) 현상은 웨이퍼에 가해지는 스트레스로 인하여 발생하는 현상이다. 칩핑 현상은 웨이퍼에 미세한 균열을 만들고, 패키지 조립을 하기 위해 개별 칩으로 잘라낼 때 이 균열로 인하여 웨이퍼가 파손될 수도 있다. 이와 같이 웨이퍼에 가해지는 스트레스는 여러 공정들을 거치면서 계속 누적되고, 결국 수율이 떨어지는 한 요인이 된다.

아울러, 화학적 기계적 연마 공정은 세정 공정을 필수적으로 거쳐야 하기 때문에, 공정 시간은 더 길어지며 설비와 자원이 추가적으로 필요하다. 또한, 반도체 웨이퍼의 직경이 점점 더 커질수록 균일한 평탄화는 점점 더 어려워지고 있으며, 그만큼 웨이퍼가 손상될 가능성은 커지고 있다. 화학적 기계적 연마 공정은 웨이퍼의 중심 부위와 가장자리 부위에서 연마되는 양 사이에 편차가 발생할 수 있으며, 이러한 편차는 웨이퍼의 직경이 커질수록 더욱 증가한다. 따라서 웨이퍼가 커질수록 웨이퍼 평탄화 작업은 점점 더 어려운 과제가 되고 있다.

본 발명은 종래의 화학적 기계적 연마 방식이 안고 있는 여러 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼에 가해지는 스트레스를 줄이면서 평탄화 작업을 신속하게 진행할 수 있는 새로운 웨이퍼 평탄화 장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 웨이퍼 평탄화 작업과 동시에 세정 작업을 병행할 수 있는 웨이퍼 평탄화 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼의 크기가 증가하더라도 균일한 평탄화 작업이 가능한 웨이퍼 평탄화 장치를 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 레이저 빔을 반도체 웨이퍼의 표면에 수평 방향으로 조사하여 반도체 웨이퍼를 평탄하게 연마하는 웨이퍼 평탄화 장치를 제공한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 평탄화 장치는 반도체 웨이퍼를 지지하고 고정하며 반도체 웨이퍼를 소정의 속도로 회전시키는 웨이퍼 고정 척과, 웨이퍼 고정 척에서 회전하는 반도체 웨이퍼의 표면에 수평 방향으로 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사기를 포함하여 구성된다. 따라서 본 발명의 웨이퍼 평탄화 장치는 레이저 빔에 의하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마할 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 평탄화 장치는 흡입기를 더 포함할 수 있다. 흡입기는 반도체 웨이퍼의 위쪽에 설치되며, 레이저 빔에 의한 반도체 웨이퍼의 표면 연마에 따라 발생하는 부스러기를 진공 압력으로 제거한다.

또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 평탄화 장치는 송풍기를 더 포함할 수 있다. 송풍기는 반도체 웨이퍼의 위쪽에서 흡입기의 맞은 편에 설치되며, 반도체 웨이퍼에 소정의 분사 압력으로 공기를 분사한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 평탄화 장치에 있어서, 송풍기는 레이저 빔 조사기와 근접한 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써 부스러기들이 레이저 빔의 조사 경로를 방해하지 않도록 레이저 빔의 조사 방향으로 공기를 분사할 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 평탄화 장치에 있어서, 레이저 빔 조사기는 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성기를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 평탄화 장치에 있어서, 레이저 빔 생성기는 레이저 빔을 여러 종류 생성할 수 있도록 여러 종류의 레이저 빔 생성기들이 하나로 통합된 모듈인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 평탄화 장치에 있어서, 레이저 빔 조사기는 레이저 빔 생성기에서 조사되는 레이저 빔의 출력을 조절하는 레이저 빔 감쇄기를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 웨이퍼 평탄화 장치는 제1 이송기를 더 포함할 수 있다. 제1이송기는 레이저 빔 조사기를 고정하며, 레이저 빔의 조사 방향과 수직인 방향으로 레이저 빔 조사기를 이동시킨다.

본 발명에 따른 웨이퍼 평탄화 장치는 제2 이송기를 더 포함할 수 있다. 제2이송기는 흡입기를 고정하여 레이저 빔의 조사 방향과 동일한 방향으로 흡입기를 이동시키거나, 흡입기와 송풍기를 고정하여 레이저 빔의 조사 방향과 동일한 방향으로 흡입기와 송풍기를 이동시킨다.

실시예

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 보다 명확히 전달하기 위함이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 다소 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치(100)의 평면도 및 측면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 평탄화 장치(100)는 웨이퍼(20) 표면에 레이저 빔(126)을 조사하여 웨이퍼(20)를 연마하는 물리적 연마 장 치이다. 웨이퍼 평탄화 장치(100)는 웨이퍼 고정 척(110)과 레이저 빔 조사기(120)와 흡입기(130)와 송풍기(132)를 포함한다. 도면에서 참조 번호 22번은 웨이퍼(20)의 표면에서 연마가 진행되는 영역을 나타낸다.

반도체 웨이퍼(20)는 웨이퍼 고정 척(110) 위에 장착된다. 웨이퍼 고정 척(110)은 반도체 웨이퍼(20)를 고정하며, 일정한 방향으로 웨이퍼(20)에 조사되는 레이저 빔(126)에 의해 웨이퍼(20) 표면이 균일하게 연마될 수 있도록 웨이퍼(20)를 소정의 속도로 회전시킨다.

레이저 빔 조사기(120)는 웨이퍼 고정 척(110)에 장착된 웨이퍼(20)의 표면에 수평 방향으로 레이저 빔(126)을 조사한다. 레이저 빔 조사기(120)는 제1 이송기(128)에 고정되며, 제1 이송기(128)에 의해 X축 방향으로 움직일 수 있다. 즉, 제1 이송기(128)는 레이저 빔(126)의 조사 방향과 수직인 X축 방향으로 레이저 빔 조사기(120)를 이동시켜 레이저 빔(126)의 조사 위치를 조정할 수 있다.

레이저 빔 조사기(120)는 레이저 빔 생성기(122)와 레이저 빔 감쇄기(124)를 포함한다.

레이저 빔 생성기(122)는 레이저 빔(126)을 생성하는 부분이다. 레이저 빔 생성기(122)는 여러 종류의 레이저 빔(126)들을 생성할 수 있도록 여러 종류의 레이저 빔 생성기들을 하나로 통합한 모듈 형태가 바람직하다. 따라서 연마 공정을 진행할 웨이퍼(20) 표면의 물질 종류에 따라 레이저 빔(126)의 종류를 변경할 수 있다.

레이저 빔 생성기(122)에서 조사되는 레이저 빔(126)의 출력은 레이저 빔 감 쇄기(124)에서 조절한다. 따라서 레이저 빔 감쇄기(124)는 순간적으로 조사되는 높은 에너지의 레이저 빔(126)으로부터 웨이퍼(20)를 보호하고, 평탄화 작업의 정밀도와 작업 시간을 조절할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 레이저 빔 조사기(120)는 소정의 속도로 회전하는 웨이퍼(20)에 수평 방향으로 레이저 빔(126)을 조사함으로써, 웨이퍼(20) 표면을 균일하고 빠르게 연마할 수 있다. 아울러, 레이저 빔(126)의 종류와 출력을 선택하고 조절할 수 있기 때문에, 웨이퍼(20) 표면의 연마 대상 물질이 다르더라도 균일하고 정밀한 연마 작업이 가능하다.

레이저 연마 공정에서 발생하는 부스러기(92)는 반도체 웨이퍼(20)의 위쪽에 설치된 송풍기(132)와 흡입기(130)에 의해 제거된다.

송풍기(132)는 웨이퍼(20)의 표면 쪽에 소정의 분사 압력으로 공기(136)를 불어 넣고, 레이저 빔(126)에 의하여 연마된 웨이퍼 부스러기(92)를 밖으로 배출시킨다. 송풍기(132)는 레이저 빔 조사기(120)와 근접한 위치에 설치하는 것이 바람직하다. 그렇게 함으로써 레이저 빔(126)이 조사되는 방향으로 공기(136)를 분사할 수 있고, 레이저 빔(126)에 의해 깎여진 부스러기(92)들이 레이저 빔(126)의 조사 경로를 방해하지 않도록 한다.

흡입기(130)는 송풍기(132)의 맞은 편에 설치된다. 흡입기(130)는 웨이퍼(20) 쪽을 향하는 공기 흡입구(134)와 웨이퍼(20) 바깥쪽을 향하는 공기 배출구(135)로 이루어진다. 흡입기(130)는 공기(136)에 의해 날려진 부스러기(92)를 공기 흡입구(134)를 통하여 진공 압력으로 흡입하고, 공기 배출구(135)를 통하여 외부로 배출한다.

송풍기(132)와 흡입기(130)는 제2 이송기(138)에 고정되며, 제2 이송기(138)에 의해 Y축 방향으로 움직일 수 있다. 즉, 제2 이송기(138)는 Y축 방향으로 송풍기(132)와 흡입기(130)를 이동시켜 웨이퍼 연마 과정에서 발생하는 부스러기(92)를 효과적으로 제거할 수 있다.

이상과 같은 구성을 가지는 웨이퍼 평탄화 장치(100)를 이용하여 웨이퍼(20)를 연마하는 공정을 설명하면, 먼저 웨이퍼 고정 척(110)의 상부면에 웨이퍼(20)를 장착하고 고정시킨다. 그리고 웨이퍼 고정 척(110)은 웨이퍼(20)를 소정의 속도로 회전시킨다.

이어서, 레이저 빔 조사기(120)가 웨이퍼(20)의 표면과 나란한 방향으로 레이저 빔(126)을 조사하여 연마 공정을 진행한다. 레이저 빔(126)을 조사하기 전에 먼저 연마하고자 하는 웨이퍼(20) 표면의 대상 물질에 대응하여 레이저 빔 생성기(122)를 선택하고, 선택된 레이저 빔 생성기(122)로부터 레이저 빔(126)을 조사한다. 레이저 빔(126)의 출력은 레이저 빔 감쇄기(124)를 통하여 조절한다.

레이저 빔(126)을 조사하기 전에 제1 이송기(128)를 통하여 레이저 빔 조사기(120)의 위치를 조절할 수 있다. 또한, 레이저 빔 조사가 이루어지는 동안에 제1 이송기(128)를 통하여 X축 방향으로 레이저 빔 조사기(120)를 이동시키면서 Y축 방향으로 레이저 빔(126)을 조사할 수 있다. 이렇게 함으로써 소정의 속도로 회전하는 웨이퍼(20)의 가장자리 쪽부터 가운데 쪽으로 연마 공정을 순차적으로 진행할 수 있다. 물론 레이저 빔 조사기(120)를 X축 방향으로 이동시키지 않고 웨이퍼(20) 중앙을 향하여 고정한 상태에서 웨이퍼 고정 척(110)의 회전에만 의존하여 연마 공정을 진행할 수도 있다.

레이저 빔(126)을 조사하는 동안, 송풍기(132)는 레이저 빔(126)의 조사 방향과 거의 나란한 방향으로 공기(136)를 분사한다. 그리고 흡입기(130)는 공기(136)의 분사 압력에 의해 날려진 부스러기(92)를 공기 흡입구(134)를 통하여 진공 압력으로 흡입하고, 공기 배출구(135)를 통하여 외부로 배출한다. 이 때, 송풍기(132)와 흡입기(130)는 제2 이송기(138)를 통하여 Y축 방향으로 이동하면서 부스러기(92)를 제거한다.

지금까지 실시예를 통하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 웨이퍼 평탄화 장치는 회전하는 웨이퍼의 표면에 레이저 빔을 조사하여 웨이퍼의 표면을 연마한다. 따라서 기존의 화학적 기계적 연마 방식에 비하여 매우 신속하고 안전하게 웨이퍼 평탄화 작업을 진행할 수 있다. 웨이퍼 평탄화에 소요되는 작업 시간이 줄어들면 웨이퍼에 가해지는 스트레스도 줄일 수 있다. 따라서 웨이퍼의 칩핑 현상, 웨이퍼의 균열 및 파손, 수율 저하 등의 문제점들을 효과적으로 방지하거나 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 웨이퍼 평탄화 장치는 레이저 빔에 의한 웨이퍼 연마 작업과 병행하여 세정 작업을 동시에 병행한다. 즉, 연마 과정에서 발생하는 부스러기를 공기 분사와 흡입을 통하여 제거하기 때문에, 별도의 세정 공정이 필요하지 않으며 작업 시간 단축과 스트레스 감소에 더욱 효과적이다.

또한, 본 발명의 웨이퍼 평탄화 장치는 직진성을 가지는 레이저 빔을 이용하기 때문에, 웨이퍼 표면의 위치에 관계없이 균일한 두께로 연마 작업을 진행할 수 있다. 따라서 웨이퍼의 크기가 증가하더라도 균일한 평탄화 작업이 가능하다는 장점이 있다.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims

반도체 웨이퍼를 지지하고 고정하며 상기 반도체 웨이퍼를 소정의 속도로 회전시키는 웨이퍼 고정 척과;

상기 웨이퍼 고정 척에서 회전하는 상기 반도체 웨이퍼의 표면에 수평 방향으로 레이저 빔을 조사하는 레이저 빔 조사기를 포함하며,

상기 레이저 빔 조사기는 상기 레이저 빔을 생성하는 레이저 빔 생성기를 다수 포함하고, 상기 레이저 빔을 여러 종류로 생성하기 위해서, 상기 여러 종류의 레이저 빔 생성기들이 하나의 통합된 모듈로 포함되며, 상기 레이저 빔에 의하여 상기 반도체 웨이퍼의 표면이 연마되는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치.
제1항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 위쪽에 설치되며 상기 레이저 빔에 의한 상기 반도체 웨이퍼의 표면 연마에 따라 발생하는 부스러기를 진공 압력으로 제거하는 흡입기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치.
제2항에 있어서, 상기 반도체 웨이퍼의 위쪽에서 상기 흡입기의 맞은 편에 설치되며 상기 반도체 웨이퍼에 소정의 분사 압력으로 공기를 분사하는 송풍기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치.
제3항에 있어서, 상기 송풍기는 상기 레이저 빔 조사기와 근접한 위치에 설치되며 상기 부스러기들이 상기 레이저 빔의 조사 경로를 방해하지 않도록 상기 레 이저 빔의 조사 방향으로 공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치.
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제1항에 있어서, 상기 레이저 빔 조사기는 상기 레이저 빔 생성기에서 조사되는 상기 레이저 빔의 출력을 조절하는 레이저 빔 감쇄기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 레이저 빔 조사기를 고정하며 상기 레이저 빔의 조사 방향과 수직인 방향으로 상기 레이저 빔 조사기를 이동시키는 제1 이송기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치.
제2항에 있어서, 상기 흡입기를 고정하며 상기 레이저 빔의 조사 방향과 동일한 방향으로 상기 흡입기를 이동시키는 제2 이송기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 흡입기와 상기 송풍기를 고정하며 상기 레이저 빔의 조사 방향과 동일한 방향으로 상기 흡입기와 상기 송풍기를 이동시키는 제2 이송기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저를 이용한 웨이퍼 평탄화 장치.