KR101487414B1 - 웨이퍼의 연마 장치 - Google Patents

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Abstract

실시예는 챔버; 상기 챔버에 공압(air pressure)을 제공하는 압력 제공 유닛; 상기 공압을 이용하여 웨이퍼에 압력을 가하는 가압 유닛; 상기 가압 유닛과 접하여, 상기 가압 유닛의 팽창력을 전달받아 상기 웨이퍼를 가압하는 템플레이트 어셈블리(template assembly); 상기 팽창요소의 가장자리 부분을 고정시키는 고정부재; 및 상기 고정 부재와 인접하여 배치되고, 상기 가압 유닛의 압력을 측정하는 압력 측정 유닛을 포함하는 웨이퍼의 연마 장치를 제공한다.

Description

웨이퍼의 연마 장치{APPARATUS FOR POLISHING A WAFER}
실시예는 웨이퍼의 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼의 최종 연마 단계에서 웨이퍼에 공압이 고르게 가해지는 장치에 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.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 배선구조가 다층화되어 반도체 기판 상에 적층된 단위 셀들 사이 또는 셀 어레이 영역과 주변 회로 영역들 간의 표면 단차가 점점 증가하고 있다. 전술한 표면 단차들을 줄이기 위해서 다양한 웨이퍼 평탄화 방법이 제시되고 있다.
웨이퍼의 평탄화를 위해서 웨이퍼 가공의 마지막 공정인 최종 연마 공정에서 웨이퍼에 압력을 가하여 연마를 수행하게 되는데, 웨이퍼를 직접 가압하지 않고, 공압을 이용하여 웨이퍼에 압력을 가하는 러버 헤드(rubber head)를 사용하면 피가공물에 전달되는 압력을 일정하게 유지한다.
그러나, 상술한 종래의 웨이퍼의 연마 장치는 다음과 같은 문제점이 있다.
현재 사용되는 웨이퍼의 연마 장치에서, 헤드 방향으로부터 웨이퍼에 가해지는 압력이 균일하지 않을 수 있고, 이때 연마되는 웨이퍼의 평탄도(Flatness) 및 연마량(Removal Amount)의 변동이 발생할 수 있다.
헤드 방향으로부터 웨이퍼에 가해지는 압력은 드라이브 링(Drive Ring)을 통하여 전달되는데, 드라이브 링의 갭(Gap) 변동과 압력에 따른 정상 변형 정도를 넘어서는 이상 변형이 발생할 수 있다.
그러나, 드라이브 링은 헤드의 내부에 배치되어 변형 유무를 판단할 수 없고, 연마 공정이 진행된 웨이퍼의 평탄도 등을 확인한 후에야 드라이브 링의 변형 여부를 판단할 수 있다.
실시예는 웨이퍼의 연마 공정에서, 웨이퍼에 가해지는 압력을 고르게 유지하고자 한다.
실시예는 챔버; 상기 챔버에 공압(air pressure)을 제공하는 압력 제공 유닛; 상기 공압을 이용하여 웨이퍼에 압력을 가하는 가압 유닛; 상기 가압 유닛과 접하여, 상기 가압 유닛의 팽창력을 전달받아 상기 웨이퍼를 가압하는 템플레이트 어셈블리(template assembly); 상기 팽창요소의 가장자리 부분을 고정시키는 고정부재; 및 상기 고정 부재와 인접하여 배치되고, 상기 가압 유닛의 압력을 측정하는 압력 측정 유닛을 포함하는 웨이퍼의 연마 장치를 제공한다.
압력 측정 유닛은 상기 가압 유닛의 서로 다른 3개의 영역에 배치될 수 있다.
압력 측정 유닛은, 가압 유닛과 컨택하는 몸체와, 상기 몸체 내에 삽입되고 상기 템플레이트 어셈플리와 컨택하는 압력 전달부와, 상기 압력 전달부의 둘레에 배치된 탄성부재를 포함할 수 있다.
압력 측정 유닛은, 상기 압력 전달부의 주변 영역에 배치된 측정 게이지(gauge)를 포함할 수 있다.
압력 측정 유닛은, 상기 측정 게이지에서 측정된 압력을 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
압력 측정 유닛은, 상기 측정 게이지에서 측정된 압력이 기설정된 범위를 벗어나면 알람을 표시하는 알람부를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 웨이퍼의 연마 장치는, 챔버나 가압 유닛으로부터 일정 범위 이상의 압력이 웨이퍼 방향으로 가해지면 알람 내지 표시를 통하여 인지하고, 웨이퍼 방향으로 가해지는 압력을 조절하여 연마 공정에서 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 웨이퍼의 연마 장치의 일실시예의 단면도이고,
도 2는 도 1의 가압 유닛의 사시도이고,
도 3은 도 1의 압력 측정 유닛의 단면도이고,
도 4는 도 1의 압력 제공 유닛의 구성을 나타낸 도면이고,
도 5는 웨이퍼의 연마 방법의 일실시예를 나타낸 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 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 두 개의 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)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 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 단면도이다.
실시예에 따른 웨이퍼의 연마 장치(100)는 정반(110)과, 챔버(150)와, 챔버(150)에 공압(air pressure)을 제공하는 압력 제공 유닛(170)과, 공압을 이용하여 웨이퍼(Wafer)에 압력을 가하는 가압 유닛(160)과, 가압 유닛(160)과 접하여 가압 유닛(160)의 팽창력을 전달받아 웨이퍼(Wafer)를 가압하는 템플레이트 어셈블리(template assembly, 120)와, 템플레이트 어셈블리(120)의 가장자리 부분을 고정시키는 고정부재(130), 및 고정 부재(130)와 인접하여 배치되어 가압 유닛(160)의 압력을 측정하는 압력 측정 유닛(200)을 포함하여 이루어질 수 있다.
정반(110)은 웨이퍼(Wafer)가 템플레이트 어셈블리(120) 내에 배치되어 연마될 수 있는 지지대로 작용할 수 있다. 챔버(150)는 압력 제공 유닛9170)과 연결되고, 내부에 가압 유닛(160)을 포함하며 밀폐된 공간을 형성할 수 있다.
압력 제공 유닛(170)으로부터 에어(air)가 챔버(150) 내부로 공급되고, 밀폐된 챔버(150) 내에서 가압 유닛(160) 내부에 에어가 채워져서 부풀어오를 수 있다. 이때, 압력 제공 유닛(170)에서 화살표로 에어의 흐름을 도시하고 있으나, 공압 라인(미도시)이 구비되어 외부로부터 에어가 공급될 수 있다.
가압 유닛(160)은 직접 템플레이트 어셈블리(120)에 압력을 가하거나, 챔버(150) 내부의 빈 공간(155)이 에어로 인하여 팽창하여 템플레이트 어셈블리(120)에 압력을 가할 수 있다.
도 2는 도 1의 가압 유닛의 사시도이다.
가압 유닛(160)의 몸체(162)는 원반형으로 형성되고 유연한 재질로 이루어져서, 압력 제공 유닛(170)을 통하여 챔버(150)로 공급된 압력에 의해 몸체(162) 내부의 팽창 요소(164)가 팽창하게 된다. 가압 유닛(160)은 고무로 이루어질 수 있고, 가장자리 부분은 볼트 등에 의하여 고정되어 있어서, 중앙 영역에 비하여 가장자리 부분이 팽창에 불리하다.
가압 유닛(160)이 팽창되거나 챔버(150) 내부의 빈 공간에 에어(air)가 채워져서 템플레이트 어셈블리에 압력을 가할 수 있다.
템플레이트 어셈블리(120)는 제1 면에서 챔버(150)와 접하고, 제2 면에서 웨이퍼(Wafer)와 접하고 있으며, 챔버(150) 내지 가압 유닛(160)의 압력을 웨이퍼에 전달하는 역할을 한다.
고정 부재(130)는 템플레이트 어셈블리(120)의 둘레에 배치되는데, 고정 부재(130)와 챔버(150)의 사이에는 압력 측정 유닛(200)이 배치되어, 챔버(150) 또는 가압 유닛(160)으로부터 템플레이트 어셈블피(120) 내지 웨이퍼에 가해지는 압력을 측정할 수 있다.
압력 측정 유닛(200)은 가압 유닛(160) 또는 챔버(150)의 서로 다른 3개의 영역에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 3개의 영역이 서로 동일하게 이격되어 배치될 수 있는데, 템플레이트 어셈블리(120) 또는 웨이퍼의 전면적에 고르게 압력을 전달하기 위하여서이다.
도 3은 도 1의 압력 측정 유닛의 단면도이다.
압력 측정 유닛(200)은 가압 유닛(160) 또는 챔버(150)와 컨택하는 몸체(210)와, 몸체(210) 내에 삽입되고 템플레이트 어셈플리(130)와 컨택하는 압력 전달부(220)와, 압력 전달부(220)의 둘레에 배치된 탄성 부재(230)와, 압력 전달부(220)의 주변 영역에 배치된 측정 게이지(gauge, 240)를 포함하여 이루어질 수 있다.
가압 유닛(160)이 팽창되거나 챔버(150) 내부의 빈 공간에 에어(air)가 채워져서 템플레이트 어셈블리에 압력을 가하면, 압력 측정 유닛(200)의 제1 면으로부터 템플레이트 어셈블리 또는 웨이퍼 방향으로 압력이 가해지고, 몸체(210)에 연결된 압력 전달부(220)가 수축할 수 있으며 이때, 스프링 등의 탄성 부재(230)의 작용에 의하여 몸체(210)는 템플레이트 어셈블리와 직접 접촉하지 않을 수 있다.
그리고, 측정 게이지(240)는 몸체(210)로부터 가해지는 압력을 측정하여 템플레이트 어셈블리 및/또는 웨이퍼의 적어도 3개의 영역에 가해지는 압력을 측정할 수 있다.
도 3에서 제어부(250)에는 알람부 내지 경고등(254)가 배치되어 측정 게이지(240)에서 측정된 압력이 기설정된 범위를 벗어나면 알릴 수 있고, 표시부(252)에서는 측정 게이지(240)에서 측정된 압력을 표시할 수 있다.
따라서, 챔버(150)나 가압 유닛(160)으로부터 일정 범위 이상의 압력이 웨이퍼 방향으로 가해지면 알람 내지 표시를 통하여 인지하고, 웨이퍼 방향으로 가해지는 압력을 조절하여 연마 공정에서 웨이퍼의 손상을 방지할 수 있다.
도 4는 도 1의 압력 제공 유닛의 구성을 나타낸 도면이다.
압력 제공 유닛(170)은 연마 장비단(180)으로부터 신호(a, b)를 받고 챔버 방향에 가해지는 공압을 조절할 수 있다. 연마 장비단(180)은 입력부(182)와 PLC(184)와 웨이퍼 압력 조절부(186) 및 가이드 압력 조절부(188)를 포함하여 이루어질 수 있다.
입력부에서는 압력 제공 유닛(170)에서 챔버 방향으로 공급할 공압을 입력하면, PLC(184)에서 입력된 압력을 두 개의 조절부로 송부하며, 웨이퍼 압력 조절부(186) 및 가이드 압력 조절부(188)에서 압력 제공 유닛(170)으로 신호(a, b)를 전송하여 압력 제공 유닛(170)의 에어 주입을 조절할 수 있다.
웨이퍼 압력 조절부(186) 및 가이드 압력 조절부(188)은, 각각 템플레이트 어셈블리에 전해지는 압력과 가압 유닛에 가해지는 압력을 별개로 조절할 수도 있다.
도 5는 웨이퍼의 연마 방법의 일실시예를 나타낸 도면이다.
먼저, 고정 부재 상에 압력 측정 유닛을 배치한다(S110). 그리고, 0점 조절(S120)을 하여, 현재 압력 측정 유닛에 가해지는 압력을 0으로 셋팅한다.
그리고, 압력 제공 유닛에서 공압을 제공하면 가압 제공 유닛에서 템플레이트 어셈블리 방향으로 압력을 가하고(S130), 상술한 압력 측정 유닛에서 가압 유닛으로부터 전달되는 압력을 측정할 수 있다(S140).
그리고 가압 유닛으로부터 전달되는 압력이 기설정된 범위 이내인지 판단하여(S150), 만일 기설정된 범위를 벗어나면 가압 유닛이 손상되는 등의 경우이므로 가압 유닛을 교체할 수 있다(S160).
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 110: 정반
120: 템플레이트 어셈블리 130: 고정부재
150: 챔버 155: 빈 공간
160: 가압 유닛 162: 몸체
164: 팽창 요소 170: 압력 제공 유닛
180: 연마 장비단 182: 입력부
184: PLC 186: 웨이퍼 압력 조절부
188: 가이드 압력 조절부
200: 압력 측정 유닛 210: 몸체
220: 압력 전달부 230: 탄성 부재
240: 측정 게이지 250: 제어부
252: 표시부 254: 경고등

Claims (6)

  1. 챔버;
    상기 챔버에 공압(air pressure)을 제공하는 압력 제공 유닛;
    상기 공압을 이용하여 웨이퍼에 압력을 가하는 가압 유닛;
    상기 가압 유닛과 접하여, 상기 가압 유닛의 팽창력을 전달받아 상기 웨이퍼를 가압하는 템플레이트 어셈블리(template assembly);
    상기 템플레이트 어셈블리의 가장자리 부분을 고정시키는 고정부재; 및
    상기 고정 부재와 인접하여 배치되고, 상기 가압 유닛의 압력을 측정하는 압력 측정 유닛을 포함하고,
    상기 압력 측정 유닛은, 상기 가압 유닛과 컨택하는 몸체와, 상기 몸체 내에 삽입되고 상기 템플레이트 어셈플리와 컨택하는 압력 전달부와, 상기 압력 전달부의 둘레에 배치된 탄성부재를 포함하는 웨이퍼의 연마 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 압력 측정 유닛은 상기 가압 유닛의 서로 다른 3개의 영역에 배치된 웨이퍼의 연마 장치.
  3. 삭제
  4. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 압력 측정 유닛은, 상기 압력 전달부의 주변 영역에 배치된 측정 게이지(gauge)를 더 포함하는 웨이퍼의 연마 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 압력 측정 유닛은, 상기 측정 게이지에서 측정된 압력을 표시하는 표시부를 더 포함하는 웨이퍼의 연마 장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 압력 측정 유닛은, 상기 측정 게이지에서 측정된 압력이 기설정된 범위를 벗어나면 알람을 표시하는 알람부를 더 포함하는 웨이퍼의 연마 장치.
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