KR20090013405A - 웨이퍼 연마장치 - Google Patents

Abstract

웨이퍼 연마장치가 개시된다. 본 발명의 웨이퍼 연마장치는, 회전 가능한 턴테이블; 턴테이블 상의 어느 일측에 마련되어 웨이퍼(wafer)를 흡착하는 황삭 테이블과, 황삭 테이블의 상부에 마련되어 웨이퍼에 대한 황삭(rough grinding) 공정을 진행하는 황삭 휠을 구비한 황삭 연마부; 턴테이블 상에 원주 방향을 따라 황삭 테이블의 배후에 마련되어 웨이퍼를 흡착하는 정삭 테이블과, 정삭 테이블의 상부에 마련되어 황삭 공정이 완료된 웨이퍼에 대한 정삭(fine grinding) 공정을 진행하는 정삭 휠을 구비한 정삭 연마부; 턴테이블 상에 원주 방향을 따라 정삭 테이블의 배후에 마련되어 웨이퍼를 흡착하는 폴리싱 테이블과, 폴리싱 테이블의 상부에 마련되어 정삭 공정이 완료된 웨이퍼에 대한 폴리싱(polishing) 공정을 진행하는 폴리셔를 구비한 폴리싱 연마부; 및 황삭 연마부와 정삭 연마부의 주변에 배치되어 황삭 공정과 정삭 공정 중에서 선택된 적어도 어느 한 공정을 추가로 더 진행하는 버퍼 연마부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 웨이퍼 후면 연마 공정의 각 공정들 사이의 시간 차이에 따라 전체적인 웨이퍼 후면 연마 공정 시간이 길어지는 것을 방지하여 택트타임을 감소시킬 수 있다.

Description

웨이퍼 연마장치{Apparatus for grinding wafer}

본 발명은, 웨이퍼 연마장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 웨이퍼 후면 연마 공정의 각 공정들 사이의 시간 차이에 따라 전체적인 웨이퍼 후면 연마 공정 시간이 길어지는 것을 방지하여 택트타임을 감소시킬 수 있는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

웨이퍼(wafer)의 활성면에 반도체 집적회로를 형성하는 웨이퍼 제조 공정에 있어서, 웨이퍼 제조 장치들 간의 이동이나 취급 시 발생되는 웨이퍼의 손상을 억제하기 위해 웨이퍼 제조 공정에 투입되는 웨이퍼는 실질적으로 반도체 패키지 제조 공정에 사용되는 웨이퍼에 비해서 상당히 두꺼운 상태로 제공된다.

따라서 웨이퍼 제조 공정 후에는 반도체 패키지 제조 공정에 제공되기 전에 불필요한 웨이퍼의 일면(후면)을 연마하는 공정이 수반된다. 웨이퍼의 후면 연마 공정을 통하여 반도체 칩의 부피를 줄일 수 있고 패키지화하여 사용할 때 양호한 열방출 특성을 확보할 수 있게 된다.

웨이퍼의 후면 연마를 위한 종래의 웨이퍼 연마장치는, 황삭(rough grinding), 정삭(fine grinding) 그리고 폴리싱(polishing) 공정 순으로 진행하여 웨이퍼 후면을 연마하는 장치이다.

이러한 종래의 웨이퍼 연마장치는, 회전 가능한 턴테이블(turn-table)과, 턴테이블 상에 마련되는 4개의 척 테이블(chuck table)과, 턴테이블의 일측으로 설치되는 공급용 웨이퍼 카세트와 수납용 웨이퍼 카세트를 구비한다. 그리고 척 테이블에 흡착된 웨이퍼에 대한 연마 공정을 진행하는 연마유닛이 3개의 척 테이블 위에 각각 설치된다.

자세히 후술하겠지만, 척 테이블은 웨이퍼를 진공 흡착하는 부분으로서, 턴테이블의 원주 방향을 따라 가장자리 부분에 4개가 설치되며, 턴테이블의 회전에 따라서 턴테이블과 함께 소정 각도로 회전한다.

이때 4개의 척 테이블은, 웨이퍼가 대기하는 대기 테이블, 황삭 공정이 진행되는 황삭 테이블, 정삭 공정이 진행되는 정삭 테이블, 그리고 폴리싱 공정이 진행되는 폴리싱 테이블로 구분된다.

연마유닛은 웨이퍼가 공급되거나 취출되는 부분인 대기 테이블을 제외하고, 황삭 테이블, 정삭 테이블 및 폴리싱 테이블 상부에 설치된다. 연마유닛에 대해 간략하게 부연하면, 연마유닛은, 황삭 테이블 상부에 설치되어 초기의 웨이퍼 후면을 거칠게 연마하는 황삭 휠과, 정삭 테이블 상부에 설치되어 황삭 공정이 완료된 웨이퍼 후면을 정밀하게 연마하는 정삭 휠과, 폴리싱 테이블 상부에 설치되어 정삭 공정이 완료된 웨이퍼의 후면을 화학적 물리적 방법(CMP, Chemical Mechanical Polishing)으로 연마하는 폴리셔를 포함한다.

공급용 웨이퍼 카세트와 수납용 웨이퍼 카세트는 대기 테이블에 근접하게 설 치된다. 공급용 웨이퍼 카세트는 후면 연마 공정을 진행할 웨이퍼를 대기 테이블로 제공하고, 수납용 웨이퍼 카세트는 후면 연마 공정이 완료된 웨이퍼를 제공받는다.

한편, 반도체 패키지의 경박화가 가속화됨에 따라서 웨이퍼의 후면 연마량이 점차 증가하고 있다.

이와 같은 웨이퍼의 후면 연마량의 증가는 황삭 공정과 정삭 공정 시간의 증가를 불러오게 되는데, 턴테이블의 회전에 따라서 각각의 척 테이블에서의 시간 지연을 최소화하면서 웨이퍼 후면 연마 공정을 진행하기 위해서는 정삭량을 증가시킬 필요가 있다. 그런데 정삭량이 30㎛를 넘어갈 경우에는 웨이퍼 번닝(wafer burning)이 발생되어 웨이퍼 품질이 저하되는 문제가 발생되기 때문에 증가시킬 수 있는 정삭량은 제한될 수밖에 없다.

이와 같은 문제를 고려하여 종래에는 황삭량만을 늘려 웨이퍼 후면 연마 공정을 진행한 예가 있다. 그렇지만 이와 같이 황삭량만을 늘리는 경우, 황삭 공정 시간이 다른 공정 시간에 비해 상대적으로 길어짐에 따른 전체적인 웨이퍼 후면 연마 공정 시간이 길어져 웨이퍼 후면 연마 장치의 생산 수율이 떨어지는 문제가 야기된다.

따라서 웨이퍼 후면 연마 공정의 각 공정들 사이의 시간 차이에 따라 전체적인 웨이퍼 후면 연마 공정 시간이 길어지는 것을 방지하여 택트타임을 감소시키기 위한 구조의 개선이 요구된다. 다만, 단순하게 턴테이블의 크기를 증가시키거나 혹은 척 테이블의 수량을 증가시키는 구조 개선을 통해 웨이퍼 후면 연마 공정 시간이 길어지는 것을 방지하여 택트타임을 감소시키려 하는 경우, 턴테이블의 강성 및 진동 문제가 야기되어 오히려 웨이퍼에 대한 연마 품질이 저하될 수 있으므로 이에 대한 대책 역시 함께 강구되어야 할 것이다.

본 발명의 목적은, 웨이퍼 후면 연마 공정의 각 공정들 사이의 시간 차이에 따라 전체적인 웨이퍼 후면 연마 공정 시간이 길어지는 것을 방지하여 택트타임을 감소시킬 수 있는 웨이퍼 연마장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 턴테이블의 강성 및 진동 문제로 인해 웨이퍼에 대한 연마 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있는 웨이퍼 연마장치를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 회전 가능한 턴테이블; 상기 턴테이블 상의 어느 일측에 마련되어 웨이퍼(wafer)를 흡착하는 황삭 테이블과, 상기 황삭 테이블의 상부에 마련되어 상기 웨이퍼에 대한 황삭(rough grinding) 공정을 진행하는 황삭 휠을 구비한 황삭 연마부; 상기 턴테이블 상에 원주 방향을 따라 상기 황삭 테이블의 배후에 마련되어 상기 웨이퍼를 흡착하는 정삭 테이블과, 상기 정삭 테이블의 상부에 마련되어 상기 황삭 공정이 완료된 상기 웨이퍼에 대한 정삭(fine grinding) 공정을 진행하는 정삭 휠을 구비한 정삭 연마부; 상기 턴테이블 상에 원주 방향을 따라 상기 정삭 테이블의 배후에 마련되어 상기 웨이퍼를 흡착하는 폴리싱 테이블과, 상기 폴리싱 테이블의 상부에 마련되어 상기 정삭 공정이 완료된 상 기 웨이퍼에 대한 폴리싱(polishing) 공정을 진행하는 폴리셔를 구비한 폴리싱 연마부; 및 상기 황삭 연마부와 상기 정삭 연마부의 주변에 배치되어 상기 황삭 공정과 상기 정삭 공정 중에서 선택된 적어도 어느 한 공정을 추가로 더 진행하는 버퍼 연마부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 버퍼 연마부는, 상기 턴테이블 상에 마련되는 버퍼 테이블; 및 상기 버퍼 테이블의 상부에 마련되는 버퍼 휠을 포함할 수 있다.

상기 버퍼 테이블은, 상기 턴테이블의 원주 방향을 따라 상기 황삭 테이블과 상기 정삭 테이블의 사이 영역과, 상기 정삭 테이블과 상기 폴리싱 테이블의 사이 영역 중에서 선택된 적어도 어느 한 영역에 적어도 한 개 마련될 수 있다.

상기 버퍼 연마부는, 상기 턴테이블의 원주 방향을 따라 상기 황삭 연마부와 상기 정삭 연마부 사이에 마련되는 2차 황삭 연마부일 수 있다.

상기 턴테이블 상의 어느 일측에 마련되어 상기 웨이퍼가 대기하는 대기 테이블을 더 포함할 수 있으며, 상기 대기 테이블, 상기 황삭 테이블, 상기 정삭 테이블, 상기 폴리싱 테이블 및 상기 버퍼 테이블은 상기 테이블의 원주 방향을 따라 상호 등간격으로 배열되는 상기 웨이퍼를 진공 흡착하는 척 테이블일 수 있다.

상기 턴테이블의 회전 축심을 형성하는 테이블축을 더 포함할 수 있으며, 상기 테이블축에는 크로스 롤러 베어링이 결합될 수 있다.

상기 크로스 롤러 베어링은 상기 테이블축에서 서로 다른 위치에 적어도 2단으로 배치될 수 있다.

상기 황삭 테이블, 상기 버퍼 테이블, 상기 정삭 테이블 및 상기 폴리싱 테 이블 각각은, 진공라인이 형성된 테이블몸체; 상기 진공라인과 연통하는 다수의 기공을 가지며, 상기 테이블몸체의 상부에 마련되는 포로스(Porous) 척 몸체; 및 상기 포로스 척 몸체와 상기 웨이퍼 사이로 슬러지가 유입되는 것을 저지하기 위해 상기 포로스 척 몸체와 분리된 상태로 상기 포로스 척 몸체에 인접하게 마련되는 슬러지 유입 방지부를 포함할 수 있다.

상기 슬러지 유입 방지부는 기공이 형성되지 않은 슬러지 유입 방지링일 수 있으며, 상기 포로스 척 몸체는 상기 웨이퍼의 증착구간을 하부에서 지지하고, 상기 슬러지 유입 방지부는 상기 웨이퍼의 비증착구간을 하부에서 지지할 수 있으며, 상기 포로스 척 몸체는 상기 테이블몸체의 상면보다 작은 면적을 가질 수 있다.

상기 슬러지 유입 방지부는, 상기 테이블몸체에 형성되어 상기 웨이퍼의 에지(edge) 영역으로 슬러지 유입 방지용 에어를 분사하는 에어분사공일 수 있다.

상기 황삭 테이블, 상기 버퍼 테이블, 상기 정삭 테이블 및 상기 폴리싱 테이블 사이 중에서 적어도 어느 일 영역에 마련되어 해당 영역을 지나는 웨이퍼를 클리닝하는 클리닝부를 더 포함할 수 있다.

상기 클리닝부는, 상기 웨이퍼의 상부 영역에 배치되는 클리닝몸체부; 및 상기 클리닝몸체부에 형성되어 상기 웨이퍼의 연마면을 향해 물(water)과 공기(air) 중에서 선택된 어느 하나의 클리닝물질을 분사하는 분사부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 웨이퍼 후면 연마 공정의 각 공정들 사이의 시간 차이에 따라 전체적인 웨이퍼 후면 연마 공정 시간이 길어지는 것을 방지하여 택트타임을 감소시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 턴테이블의 강성 및 진동 문제로 인해 웨이퍼에 대한 연마 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 개략적인 종단면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치는, 회전 가능한 턴테이블(10, turn-table)과, 1차 황삭(rough grinding) 공정을 진행하는 황삭 연마부(30)와, 2차 황삭 공정을 진행하는 버퍼 연마부(40)와, 정삭(fine grinding) 공정을 진행하는 정삭 연마부(50)와, 폴리싱(polishing) 공정을 진행하는 폴리싱 연마부(60)를 구비한다.

황삭 연마부(30), 버퍼 연마부(40), 정삭 연마부(50), 폴리싱 연마부(60)는 각기 턴테이블(10) 상에서 원주 방향을 따라 마련되어 해당 공정을 순차적으로 진행하면서 웨이퍼(W, Wafer)의 후면(일면 혹은 이면)을 연마한다.

앞서도 기술한 바와 같이, 황삭 공정에서의 연마 가공량은 다른 공정에 비해 훨씬 많기 때문에 자연적으로 황삭에 소요되는 시간이 늘어나게 되는데, 만약 황삭량만을 늘려 웨이퍼(W) 후면 연마 공정을 진행하게 되면, 황삭 공정 시간이 다른 공정 시간에 비해 상대적으로 길어짐에 따른 전체적인 웨이퍼(W) 후면 연마 공정 시간이 길어져 웨이퍼(W) 후면 연마 장치의 생산 수율이 떨어지는 문제가 야기된다.

따라서 웨이퍼(W) 후면 연마 공정의 각 공정들 사이의 시간 차이에 따라 전체적인 웨이퍼(W) 후면 연마 공정 시간이 길어지는 것을 방지하여 택트타임을 감소시키기 위한 구조의 개선이 요구되는데, 이를 위해 본 실시예에서는 별도의 버퍼 연마부(40)를 더 마련하고, 버퍼 연마부(40)가 2차 황삭 공정 진행을 위한 2차 황삭 연마부로서의 역할을 수행하도록 하고 있다. 이와 같이, 연마 공정이 가장 긴 공정인 황삭 공정을 복수의 공정으로 수행함으로써 전체적으로 택트타임이 증가되는 것을 저지할 수 있게 되는 것이다.

버퍼 연마부(40)가 2차 황삭 공정을 진행할 수 있도록, 본 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 턴테이블(10)에는 모두 5개의 척 테이블(미도시, chuck table)이 마련되고, 5개의 척 테이블 중 대기 테이블(21)을 제외한 4개의 척 테이블 상부에 4개의 연마유닛(미도시)이 마련된다.

참고로, 도면 참조부호가 부여되지 않은 5개의 척 테이블이란, 대기 테이블(21), 황삭 테이블(31), 버퍼 테이블(41), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61)을 가리키고, 역시 도면 참조부호가 부여되지 않은 4개의 연마유닛은 황삭 휠(32), 버퍼 휠(42), 정삭 휠(52) 및 폴리셔(62)를 가리킨다.

이 때에, 5개의 척 테이블의 구조는 모두 동일하게 마련되며, 턴테이블(10)의 원주 방향을 따라 상호 등간격으로 마련된다. 이러한 5개의 척 테이블은 턴테이블(10)에 의해 회전하기 때문에, 실질적으로 5개의 척 테이블은 대기 테이블(21), 황삭 테이블(31), 버퍼 테이블(41), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61)로서의 역할을 모두 수행한다. 다만, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 황삭 휠(32), 버퍼 휠(42), 정삭 휠(52) 및 폴리셔(62) 영역에 위치되는 순간의 척 테이블을 각각 황삭 테이블(31), 버퍼 테이블(41), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61)이라 하는 것이다.

이러한 논리에 의해, 본 실시예의 경우에는 황삭 테이블(31) 및 황삭 휠(32)이 한 쌍을 이루어 황삭 연마부(30)를, 버퍼 테이블(41) 및 버퍼 휠(42)이 한 쌍을 이루어 버퍼 연마부(40)를, 정삭 테이블(51) 및 정삭 휠(52)이 한 쌍을 이루어 정삭 연마부(50)를, 그리고 폴리싱 테이블(61) 및 폴리셔(62)가 한 쌍을 이루어 폴리싱 연마부(60)를 이루게 된다. 각 구성들에 대해 순차적으로 설명한다.

턴테이블(10)은 5개의 척 테이블이 그 상면에서 원주 방향을 따라 지지되는 부분이다. 턴테이블(10)은 원반 형상으로 제작될 수 있다. 이러한 턴테이블(10)의 하부에는 턴테이블(10)의 회전 축심을 형성하는 테이블축(12)이 결합되어 있다.

종래기술의 경우, 턴테이블(10) 상에 4개의 척 테이블이 마련되어 있었으나, 본 실시예의 경우에는 앞서도 기술한 바와 같이, 총 5개의 척 테이블이 마련된다. 따라서 본 실시예의 턴테이블(10)은 종래기술의 턴테이블(미도시)과는 달리 그 크 기가 커지면서 5개의 척 테이블로 인해 하중이 증가하게 된다.

따라서 턴테이블(10)의 강성 및 진동 문제가 야기될 수 있으며, 이를 방치하는 경우, 웨이퍼(W)의 연마 품질이 저하될 우려가 있다. 이를 해결하기 위해 테이블축(12)에는 크로스 롤러 베어링(14)이 결합된다. 크로스 롤러 베어링(14)은 도 2에 도시된 바와 같이, 테이블축(12)에서 서로 다른 위치에 적어도 2단으로 배치되어 턴테이블(10)의 강성 및 진동 문제를 해소하고 있다.

참고로, 크로스 롤러 베어링(14)에 대해 부연한다. 자세히 도시하고 있지는 않지만, 크로스 롤러 베어링(14)의 구조와 특징을 살펴보면, 크로스 롤러 베어링(14)은 90도 의 V홈 형상의 구름면에 원통 롤러가 스페이서 리테이너 사이에 상호 직교 배열되어 있으므로 1개의 베어링으로 레이디얼 하중, 축방향 하중 및 모멘트 하중 등의 모든 방향의 하중을 부하하는 것이 가능하다. 내외륜의 치수는 최소한으로 콤팩트화 될 수 있으며 고강성이므로 본 실시예의 연마장치 외에도 공업용 로보트의 관절부나 선회부, 머시닝센터의 선회테이블, 메뉴플레이터의 회전부, 정밀로터리테이블, 의료기기, 계측기, IC제조 장치 등의 용도에 적합한 것으로 알려지고 있다.

크로스 롤러 베어링(14)은, 직교 배열된 롤러 사이에 스페이서 리테이너가 배열됨으로써 롤러의 스큐 방지나 롤러끼리의 상호 마찰에 의한 회전 토오크의 증가를 방지할 수 있다. 또한 롤러의 편접촉 현상이나 록현상이 생기지 않고 예압을 부여한 상태에서도 안정된 회전이 얻어진다. 그리고 내륜 또는 외륜이 2분할 구조이므로 베어링의 클리어런스를 조정할 수 있고 예압을 부여하는 것도 가능하므로 고정도의 회전 운동이 얻어진다.

크로스 롤러 베어링(14)은 조립 시 취급이 용이하며, 스페이서 리테이너에 의해 롤러는 항상 정규 위치에 유지되어 있으므로 롤러의 스큐(롤러의 어긋남)를 방지하고 롤러끼리의 상호 마찰이 없으므로 안정된 회전 성능이 얻어진다. 특히, 크로스 롤러 베어링(14)은, 롤러가 직교 배열되어 있으므로 박형 앵귤러 볼베어링이 복열로 사용되는 것에 비해 1개의 베어링으로 각 방향의 하중이 부하되어도 강성이 3배 내지 4배 이상으로 향상되는 것으로 알려지고 있다. 이와 같이, 턴테이블(10) 상에 5개의 척 테이블을 마련하면서 테이블축(12)에 크로스 롤러 베어링(14)을 적용함으로써 턴테이블(10)에 야기될 수 있는 강성 및 진동 문제를 적절하게 해소할 수 있게 된다.

한편, 앞서도 기술한 바와 같이, 5개의 척 테이블은, 웨이퍼(W)가 대기하는 대기 테이블(21)과, 1차 황삭 공정이 진행되는 황삭 테이블(31)과, 2차 황삭 공정이 진행되는 버퍼 테이블(41)과, 정삭 공정이 진행되는 정삭 테이블(51)과, 폴리싱 공정이 진행되는 폴리싱 테이블(61)로 구분된다.

5개의 척 테이블인 대기 테이블(21), 황삭 테이블(31), 버퍼 테이블(41), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61)은 턴테이블(10) 상에서 원주 방향을 따라 가장자리 부분에 방사형으로 설치된다. 이 때, 턴테이블(10)은, 회전에 의해 임의의 척 테이블이, 이웃하는 척 테이블의 위치로 위치할 수 있도록 척 테이블들을 일괄적으로 회전 이동시키면서 동시에 웨이퍼(W) 후면 연마 공정의 각 공정이 진행될 수 있도록 한다. 즉, 5개의 척 테이블은 턴테이블(10)의 회전에 의해서 대기 테이 블(21), 황삭 테이블(31), 버퍼 테이블(41), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61)로서의 역할을 수행하게 되는 것이다.

척 테이블을 위치별로 살펴보면, 시계방향으로 대기 테이블(21)과, 황삭 테이블(31), 버퍼 테이블(41), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61)로 구분되며, 이들은 턴테이블(10) 중심에서 서로 72도를 이룰 수 있는 위치에 배치된다. 턴테이블(10)은 소정의 시간마다 72도씩 회전하는데, 턴테이블(10)의 회전 주기는 웨이퍼(W)의 연마 공정 중에서 제일 길게 진행되는 시간을 기준으로 설정될 수 있다.

한편, 대기 테이블(21)에 인접한 턴테이블(10)의 일측에는 공급용 웨이퍼 카세트(15)와 수납용 웨이퍼 카세트(16)가 마련된다. 그리고 대기 테이블(21)과, 공급용 웨이퍼 카세트(15)와 수납용 웨이퍼 카세트(16) 사이에는 이송기(17)가 구비된다. 이러한 이송기(17)에 의해 연마 대상의 웨이퍼(W)는 공급용 웨이퍼 카세트(15)로부터 대기 테이블(21)로 이송될 수 있고, 반대로 연마 완료된 웨이퍼(W)는 대기 테이블(21)로부터 수납용 웨이퍼 카세트(16)로 이송될 수 있다. 참고로, 이송기(17)에 의해 연마 대상의 웨이퍼(W)는 공급용 웨이퍼 카세트(15)로부터 대기 테이블(21)로 이송될 때는, 카메라(미도시)와 같은 정렬 수단으로 웨이퍼(W)의 위치를 정렬하는 공정이 더 진행된 후에 대기 테이블(21)로 이송되는 것이 바람직할 것이다.

4개의 연마유닛은 대기 테이블(21)을 제외한 나머지 황삭 테이블(31), 버퍼 테이블(41), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61) 상부에 설치된다. 즉, 4개의 연마유닛은, 황삭 테이블(31)의 상부에 설치되어 초기의 웨이퍼(W) 후면을 1차로 거칠게 연마하는 황삭 휠(32)과, 버퍼 테이블(41)의 상부에 설치되어 웨이퍼(W) 후면을 2차로 거칠게 연마하는 버퍼 휠(42)과, 정삭 테이블(51)의 상부에 설치되어 황삭 공정이 완료된 웨이퍼(W) 후면을 정밀하게 연마하는 정삭 휠(52)과, 폴리싱 테이블(61)의 상부에 설치되어 정삭 공정이 완료된 웨이퍼(W)의 후면을 화학적 물리적 방법(CMP, Chemical Mechanical Polishing)으로 연마하는 폴리셔(62)를 포함한다.

황삭 테이블(31)과 더불어 황삭 연마부(30)를 형성하는 황삭 휠(32)은 300~350 메시(mesh), 예컨대 325 메시의 입도(粒度)를 가지고, 목표로 하는 웨이퍼(W)의 최종 두께보다 20~30㎛ 정도 두껍게 웨이퍼(W) 후면을 1차로 거칠게 연마한다.

버퍼 테이블(41)과 더불어 버퍼 연마부(40)를 형성하는 버퍼 휠(42)은 황삭 휠(32)과 동일하게 적용되며, 2차로 웨이퍼(W) 후면을 거칠게 연마한다.

정삭 테이블(51)과 더불어 정삭 연마부(50)를 형성하는 정삭 휠(52)은 1500~2500 메시, 예컨대 2000 메시의 입도를 가지고, 황삭 연마된 웨이퍼(W) 후면을 목표 두께까지 정밀하게 연마한다.

그리고 폴리싱 테이블(61)과 더불어 폴리싱 연마부(60)를 형성하는 폴리셔(62)는, 폴리싱 연마 패드라 불리기도 하는데, 이러한 폴리셔(62)는 밑면이 천과 같은 재질로 덮여 있고, 내부에 슬러리(slurry) 공급부가 형성된 통상적인 구성을 갖는다. 폴리셔(62)는 슬러리를 이용하여 정삭 연마된 웨이퍼(W)의 후면을 최종 두께까지로 경면화한다.

이러한 구성을 갖는 웨이퍼 연마장치의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

우선, 이송기(17)가 공급용 웨이퍼 카세트(15)로부터 웨이퍼(W)를 파지하여 대기 테이블(21)로 이송시킨다. 이 때는, 앞서도 기술한 바와 같이, 카메라(미도시)와 같은 정렬 수단으로 웨이퍼(W)의 위치를 정렬하는 공정이 더 진행될 수 있다.

웨이퍼(W)가 대기 테이블(21)에 위치되면, 테이블축(12)을 축심으로 하여 턴테이블(10)이 시계 방향으로 72도 회전한다. 턴테이블(10)의 회전에 의해 웨이퍼(W)가 황삭 테이블(31)에 위치되면, 황삭 휠(32)에 의해 웨이퍼(W)의 후면이 1차로 거칠게 연마되고(1차 황삭 공정), 이와 동시에 대기 테이블(21)에는 다시 새로운 웨이퍼(W)가 이송된다.

황삭 휠(32)에 의해 웨이퍼(W)의 후면이 1차로 거칠게 연마되고 나면, 다시 턴테이블(10)이 72도 회전하여, 웨이퍼(W)가 버퍼 테이블(41)로 위치되고 이어 버퍼 휠(42)에 의해 웨이퍼(W)의 후면이 2차로 거칠게 연마된다(2차 황삭 공정).

그리고는 계속되는 턴테이블(10)의 공정적인 회전에 의해 정삭 휠(52)에 의한 정삭 공정 및 폴리셔(62)에 의한 폴리싱 공정이 진행된 후, 연마가 완료된 웨이퍼(W)는 다시 대기 테이블(21)로 위치된다. 대기 테이블(21)에 위치된 웨이퍼(W)는 최종적으로 이송기(17)를 통해 수납용 웨이퍼 카세트(16)로 이송되게 된다.

이와 같이, 본 실시예에서는 상대적으로 가공량이 많은 황삭 공정을 분할하여 진행함으로써, 웨이퍼(W) 후면 연마 공정의 각 공정들 사이의 시간 차이에 따라 전체적인 웨이퍼(W) 후면 연마 공정 시간이 길어지는 것을 방지하여 택트타임을 감 소시킬 수 있게 된다.

또한 본 실시예에 따르면, 턴테이블(10)의 강성 및 진동 문제로 인해 웨이퍼(W)에 대한 연마 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 구성도이다.

전술한 제1 실시예에서는 버퍼 연마부(40)를 2차 황삭 연마부로 적용함으로써 상대적으로 가공량이 많은 초기 황삭 가공을 분할하여 가공하였다.

하지만, 버퍼 연마부(40a)는 도 3에 도시된 바와 같이, 2차 정삭 연마부로 적용될 수도 있다.

도 3과 같이, 버퍼 연마부(40a)가 2차 정삭 연마부로 적용되는 경우, 대기 테이블(21)에 위치된 웨이퍼(W)는 턴테이블(10)의 회전에 기초하여, 황삭 공정, 1차 정삭 공정, 2차 정삭 공정 및 폴리싱 공정을 거쳐 그 후면이 연마된다. 이 때는, 황삭 휠(32)의 가공 속도를 증가하여 고속 가공의 형태로 황삭 공정을 진행한 다음, 기존 방식보다 정삭 공정을 미세하게 가공하여 초정밀 가공을 수행하도록 하는 편이 유리할 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 구성도이다.

본 실시예의 경우, 버퍼 연마부(40,40a)는 2개가 마련되고 있다. 하나는 제1 실시예와 같은 2차 황삭 연마부로 적용되고 나머지는 제2 실시예와 같은 2차 정삭 연마부로 적용되고 있다.

본 실시예의 경우, 가공량이 많은 초기 황삭 가공을 분할하여 가공할 수 있으며, 정삭 가공 역시 분할하여 기존 방식보다 미세 가공을 수행할 수 있는 이점이 있다.

결국, 도 3 및 도 4와 같이 구성하더라도, 웨이퍼(W) 후면 연마 공정의 각 공정들 사이의 시간 차이에 따라 전체적인 웨이퍼(W) 후면 연마 공정 시간이 길어지는 것을 방지하여 택트타임을 감소시킬 수 있는 효과를 제공하기에 충분한 것이다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 요부 구성도이다.

도 1을 참조하여 함께 살펴보면, 황삭 연마부(30), 더미 연마부(40), 정삭 연마부(50) 및 폴리싱 연마부(60)에 의해 각각 1차 황삭, 2차 황삭, 정삭 및 폴리싱 공정이 진행될 때는 각 공정에 부합하는 연마재인 슬러지가 제공된다. 그런데, 만약 이러한 슬러지가 척 테이블과 그 위에 로딩된 웨이퍼(W) 사이로 유입될 경우에는, 웨이퍼(W)의 백 그라인드 테이프(BG Tape) 및 증착면에 오염을 유발시켜 불량(다이크랙)을 초래할 수 있으며, 또한 척 테이블의 기공이 막히는 현상이 발생될 수 있으므로 이를 저지할 필요가 있다. 이는 이하에서 설명될 도 5의 구조에 의해 해결될 수 있다. 참고로 도 5의 구조는, 대기 테이블(21), 황삭 테이블(31), 더미 테이블(41), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61)의 모든 척 테이블에 공히 적용된다.

도 5에 도시된 바와 같이, 대기 테이블(21), 황삭 테이블(31), 더미 테이블(41), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61)이 될 수 있는 척 테이블은, 크게 테이블몸체(71)와, 포로스(Porous) 척 몸체(73), 그리고 슬러지 유입 방지부(75)를 구비한다.

테이블몸체(71)는 척 테이블의 하부 영역을 형성한다. 참고로 테이블몸체(71)를 형성하지 않는 대신에 턴테이블(10)의 일부 영역을 테이블몸체(71)로 활용할 수도 있다. 이러한 테이블몸체(71)의 중앙 영역에는 진공라인(71a)이 형성되어 있다. 진공라인(71a)을 통해 도 5의 (a) 방향으로 진공이 형성됨으로써 포로스 척 몸체(73)의 상면에 웨이퍼(W)가 흡착 지지될 수 있다.

포로스 척 몸체(73)는 테이블몸체(71)의 상부 영역에 마련된다. 실질적으로 웨이퍼(W)는 포로스 척 몸체(73)의 상면에 흡착 지지된다. 웨이퍼(W)는 포로스 척 몸체(73)의 상면에 흡착 지지될 수 있도록 포로스 척 몸체(73)에는 진공라인(71a)과 연통하는 다수의 기공(73a)이 형성된다. 이에, 진공라인(71a)을 통해 도 5의 (a) 방향으로 진공이 형성되어 다수의 기공(73a)을 통해 공기를 (a) 방향으로 흡입함으로써 포로스 척 몸체(73)의 상면에 로딩(loading)된 웨이퍼(W)가 흡착될 수 있다. 이 때, 포로스 척 몸체(73)는 테이블몸체(71)의 상면보다 작은 면적을 갖도록 제작된다.

한편, 슬러지 유입 방지부(75)는, 포로스 척 몸체(73)와 웨이퍼(W) 사이로 슬러지가 유입되는 것을 저지하기 위해 포로스 척 몸체(73)와 분리된 상태로 포로스 척 몸체(73)에 인접하게 마련된다. 포로스 척 몸체(73)에 다수의 기공(73a)이 형성되어 있는 반면에, 슬러지 유입 방지부(75)에는 기공(미도시)이 형성되지 않는다. 본 실시예에서 슬러지 유입 방지부(75)는 슬러지 유입 방지링(75)으로 적용된다.

이처럼 기공(73a)이 형성된 포로스 척 몸체(73)와, 기공(미도시)이 형성되지 않은 슬러지 유입 방지부(75)가 상호 분리된 상태로 제작된 상태에서 웨이퍼(W)를 지지하게 됨으로써, 슬러지가 포로스 척 몸체(73)와 웨이퍼(W) 사이로 유입되는 현상이 저지될 수 있게 된다.

특히, 웨이퍼(W)는 실질적으로 증착막이 형성될 부분인 증착구간(W1)이 포로스 척 몸체(73)의 상면에 지지되고, 비증착구간(W2)이 슬러지 유입 방지부(75)의 상면에 지지되기 때문에, 만약 슬러지가 웨이퍼(W)의 하부로 침투하더라도 상호 분리된 포로스 척 몸체(73)와 슬러지 유입 방지부(75) 사이로 낙하된다. 따라서 슬러지가 포로스 척 몸체(73)와 웨이퍼(W) 사이로 유입되는 현상이 저지될 수 있게 되어 불량 웨이퍼가 양산되거나 혹은 포로스 척 몸체(73)의 기공(73a)이 막히는 현상을 예방할 수 있게 되는 것이다.

한편, 전술한 바와 같이, 기공(73a)이 형성된 포로스 척 몸체(73)와, 기공(미도시)이 형성되지 않은 슬러지 유입 방지부(75)가 상호 분리된 상태로 제작하는 것만으로도, 슬러지가 포로스 척 몸체(73)와 웨이퍼(W) 사이로 유입되는 현상은 저지될 수 있다.

하지만, 위의 구조에 더하여, 테이블몸체(71)에 에어분사공(72)을 더 마련하는 경우, 슬러지가 포로스 척 몸체(73)와 웨이퍼(W) 사이로 유입되는 현상은 저지하는데 보다 유리할 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 에지(edge) 영역에 해당하는 위치의 테이블몸체(71)에 에어분사공(72)을 마련한 후, 연마 작업 시 도 5의 (b) 방향으로 에어를 분사하면, 분사되는 에어로 인해 슬러지는 포로스 척 몸체(73)와 웨 이퍼(W) 사이로 더더욱 유입되기 힘들게 된다.

참고로, 본 실시예에서는 기공(73a)이 형성된 포로스 척 몸체(73)와, 기공(미도시)이 형성되지 않은 슬러지 유입 방지부(75)가 상호 분리된 구조와, 에어분사공(72)을 함께 적용하고 있다. 하지만 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니므로, 기공(73a)이 형성된 포로스 척 몸체(73)와, 기공(미도시)이 형성되지 않은 슬러지 유입 방지부(75)가 상호 분리된 구조와, 에어분사공(72)은 각각 개별적으로 적용될 수도 있는 것이다.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 요부 구성도이다.

도 1을 참조하여 함께 살펴보면, 본 실시예의 경우, 1차 황삭, 2차 황삭, 정삭 및 폴리싱 공정 후 다음 공정으로의 이동 시 웨이퍼(W)의 표면을 클리닝하기 위한 클리닝부(80)를 더 마련하고 있다.

클리닝부(80)는, 해당 연마 공정을 마치고 다음의 연마 공정으로 향하는 웨이퍼(W)에 잔류 가능한 이물질을 제거하는 역할을 한다. 따라서 클리닝부(80)는 대기 테이블(21), 황삭 테이블(31), 버퍼 테이블(51), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61) 사이 중에서 적어도 어느 일 영역에 마련되면 족하다.

클리닝부(80)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 상부 영역에 배치되는 클리닝몸체부(81)와, 클리닝몸체부(81)에 형성되어 웨이퍼(W)의 연마면을 향해 클리닝물질을 분사하는 분사부(82)를 포함한다. 이때, 분사부(82)를 통해 분사되는 클리닝물질은, 물(water)과 공기(air) 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

참고로 웨이퍼(W)는 원반 형상을 가지므로, 분사부(82)를 통해 분사되는 클 리닝물질 역시, 원반 형상의 웨이퍼(W)의 전 영역 모두에 분사되는 것이 바람직할 것이다. 따라서 자세히 도시하고 있지는 않지만, 클리닝부(80) 역시 웨이퍼(W)와 마찬가지의 원반 형상을 갖는 것이 바람직할 것이다.

하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 클리닝부(80)의 분사부(82)가 척 테이블들 사이에서 막대 형상으로 배치되고, 분사부(82)를 통해 분사되는 클리닝물질이 마치 에어 커튼 식으로 분사되도록 하여도 좋다. 이러한 구조를 갖는다 하더라도, 웨이퍼(W)는 분사부(82)를 지나면서 클리닝될 수 있게 된다.

또한 클리닝부(80)의 설치 위치와 관련하여 간략하게 살펴보면, 클리닝부(80)는 웨이퍼(W)의 상부에서 하방으로 클리닝물질을 분사해야 한다. 따라서 클리닝부(80)는 황삭 휠(32), 정삭 휠(52) 및 폴리셔(62)에 간섭을 일으키지 않는 범위 내에서 대기 테이블(21), 황삭 테이블(31), 정삭 테이블(51) 및 폴리싱 테이블(61) 사이에 설치되는 것이 바람직할 것이다. 뿐만 아니라 클리닝의 효율을 높이기 위해 클리닝부(80)가 웨이퍼(W)에 대해 접근 및 이격되도록 한다면 보다 우수한 클리닝 효과를 제공할 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 구성도이다.

도 2는 도 1의 개략적인 종단면도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 구성도이다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 구성도이다.

도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 요부 구성도이다.

도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 웨이퍼 연마장치의 요부 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 턴테이블 12 : 테이블축

14 : 크로스 롤러 베어링 15 : 공급용 웨이퍼 카세트

16 : 수납용 웨이퍼 카세트 17 : 이송기

21 : 대기 테이블 30 : 황삭 연마부

31 : 황삭 테이블 32 : 황삭 휠

40 : 버퍼 연마부 41 : 버퍼 테이블

42 : 버퍼 휠 50 : 정삭 연마부

51 : 정삭 테이블 52 : 정삭 휠

60 : 폴리싱 연마부 61 : 폴리싱 테이블

62 : 폴리셔 71 : 테이블몸체

73 : 포로스 척 몸체 75 : 슬러지 유입 방지부

80 : 클리닝부

Claims (12)

1. 회전 가능한 턴테이블;

   상기 턴테이블 상의 어느 일측에 마련되어 웨이퍼(wafer)를 흡착하는 황삭 테이블과, 상기 황삭 테이블의 상부에 마련되어 상기 웨이퍼에 대한 황삭(rough grinding) 공정을 진행하는 황삭 휠을 구비한 황삭 연마부;

   상기 턴테이블 상에 원주 방향을 따라 상기 황삭 테이블의 배후에 마련되어 상기 웨이퍼를 흡착하는 정삭 테이블과, 상기 정삭 테이블의 상부에 마련되어 상기 황삭 공정이 완료된 상기 웨이퍼에 대한 정삭(fine grinding) 공정을 진행하는 정삭 휠을 구비한 정삭 연마부;

   상기 턴테이블 상에 원주 방향을 따라 상기 정삭 테이블의 배후에 마련되어 상기 웨이퍼를 흡착하는 폴리싱 테이블과, 상기 폴리싱 테이블의 상부에 마련되어 상기 정삭 공정이 완료된 상기 웨이퍼에 대한 폴리싱(polishing) 공정을 진행하는 폴리셔를 구비한 폴리싱 연마부; 및

   상기 황삭 연마부와 상기 정삭 연마부의 주변에 배치되어 상기 황삭 공정과 상기 정삭 공정 중에서 선택된 적어도 어느 한 공정을 추가로 더 진행하는 버퍼 연마부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 버퍼 연마부는,

   상기 턴테이블 상에 마련되는 버퍼 테이블; 및

   상기 버퍼 테이블의 상부에 마련되는 버퍼 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 버퍼 테이블은, 상기 턴테이블의 원주 방향을 따라 상기 황삭 테이블과 상기 정삭 테이블의 사이 영역과, 상기 정삭 테이블과 상기 폴리싱 테이블의 사이 영역 중에서 선택된 적어도 어느 한 영역에 적어도 한 개 마련되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 버퍼 연마부는, 상기 턴테이블의 원주 방향을 따라 상기 황삭 연마부와 상기 정삭 연마부 사이에 마련되는 2차 황삭 연마부인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
5. 제2항에 있어서,

   상기 턴테이블 상의 어느 일측에 마련되어 상기 웨이퍼가 대기하는 대기 테이블을 더 포함하며,

   상기 대기 테이블, 상기 황삭 테이블, 상기 정삭 테이블, 상기 폴리싱 테이블 및 상기 버퍼 테이블은 상기 테이블의 원주 방향을 따라 상호 등간격으로 배열 되는 상기 웨이퍼를 진공 흡착하는 척 테이블인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 턴테이블의 회전 축심을 형성하는 테이블축을 더 포함하며,

   상기 테이블축에는 크로스 롤러 베어링이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 크로스 롤러 베어링은 상기 테이블축에서 서로 다른 위치에 적어도 2단으로 배치되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
8. 제2항에 있어서,

   상기 황삭 테이블, 상기 버퍼 테이블, 상기 정삭 테이블 및 상기 폴리싱 테이블 각각은,

   진공라인이 형성된 테이블몸체;

   상기 진공라인과 연통하는 다수의 기공을 가지며, 상기 테이블몸체의 상부에 마련되는 포로스(Porous) 척 몸체; 및

   상기 포로스 척 몸체와 상기 웨이퍼 사이로 슬러지가 유입되는 것을 저지하기 위해 상기 포로스 척 몸체와 분리된 상태로 상기 포로스 척 몸체에 인접하게 마 련되는 슬러지 유입 방지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 슬러지 유입 방지부는 기공이 형성되지 않은 슬러지 유입 방지링이며,

   상기 포로스 척 몸체는 상기 웨이퍼의 증착구간을 하부에서 지지하고, 상기 슬러지 유입 방지부는 상기 웨이퍼의 비증착구간을 하부에서 지지하며,

   상기 포로스 척 몸체는 상기 테이블몸체의 상면보다 작은 면적을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
10. 제8항에 있어서,

    상기 슬러지 유입 방지부는, 상기 테이블몸체에 형성되어 상기 웨이퍼의 에지(edge) 영역으로 슬러지 유입 방지용 에어를 분사하는 에어분사공인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
11. 제2항에 있어서,

    상기 황삭 테이블, 상기 버퍼 테이블, 상기 정삭 테이블 및 상기 폴리싱 테이블 사이 중에서 적어도 어느 일 영역에 마련되어 해당 영역을 지나는 웨이퍼를 클리닝하는 클리닝부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.
12. 제11항에 있어서,

    상기 클리닝부는,

    상기 웨이퍼의 상부 영역에 배치되는 클리닝몸체부; 및

    상기 클리닝몸체부에 형성되어 상기 웨이퍼의 연마면을 향해 물(water)과 공기(air) 중에서 선택된 어느 하나의 클리닝물질을 분사하는 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 연마장치.

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