KR20110073846A - 래핑장치용 싱글 캐리어 및 이를 이용한 래핑 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 래핑장치용 싱글 캐리어는 래핑장치의 상정반과 하정반 사이에 위치하며 래핑의 대상이 되는 웨이퍼가 장착되는 캐리어로서, 캐리어 본체를 이루는 원반 형상의 플레이트; 상기 캐리어의 회전을 위한 외부 구동력이 인가되는 구동인가부; 상기 플레이트에 형성되며 웨이퍼가 장착되는 복수 개의 웨이퍼장착홀; 및 상기 플레이트에 형성된 하나 이상의 슬러리홀을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명에 의하면 래핑 공정 중 캐리어와 캐리어 사이의 물리적 공간에서 야기되는 상정반 또는 하정반의 응력 집중에 의한 정반 처짐 현상을 효과적으로 극복할 수 있다.

Description

래핑장치용 싱글 캐리어 및 이를 이용한 래핑 장치{Single carrier for lapping device and lapping device using it}

본 발명은 웨이퍼 래핑 장치용 캐리어 또는 이를 이용한 래핑장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 응력 집중에 의한 정반 처짐 현상을 효과적으로 극복하기 위하여 상정반과 하정반 사이에 개재되는 캐리어의 구조를 단일 객체 구조로 개선시킨 싱글 캐리어 및 이를 이용한 래핑 장치에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼를 제조하는 주된 공정은 단결정 잉곳(ingot)을 슬라이스하여 얇은 디스크 모양의 웨이퍼를 생성하는 슬라이스 공정, 상기 슬라이스 공정에 의하여 생성된 웨이퍼의 균열, 갈라짐 또는 홈 등을 방지하기 위하여 외주부를 챔퍼링(chamfering)하는 챔퍼링 공정, 웨이퍼를 평탄화하는 래핑(lapping)공정, 챔퍼링 및 래핑공정이 완료된 웨이퍼에 잔존하는 가공 변형 부위를 제거하는 에칭공정, 웨이퍼 표면을 경면화하는 연마(polishing)공정 및 이물질을 제거하는 세정공정 등으로 구성되며, 상기 공정 과정은 제작 환경이나 대상 웨이퍼의 스펙 등에 따라 부가적인 공정이 추가될 수도 있으며 상기 공정 수행의 순서가 다소 변경되기도 한다.

상기의 공정 중 슬라이싱(slicing)공정이 완료된 웨이퍼에는 Saw Mark, Wire 자국으로 야기되는 결함층이 존재하게 되는데, 상기 래핑공정은 이러한 결함층을 제거하는 공정을 의미한다.

상기 래핑공정에 이용되는 종래 래핑장치(10)는 첨부된 1에 도시된 바와 같이 구상흑연주철 등의 재질로 이루어지는 상정반(15), 상기 상정반(15)에 대향하여 설치되는 하정반(11) 및 상기 상정반(15)과 하정반(11) 사이에 위치하고 래핑의 대상이 되는 웨이퍼(1)가 장착홀(16)에 장착되는 캐리어(13)를 포함하여 구성된다.

동작 및 구조 관계를 간략히 살펴보면, 우선, 하정반(11)의 외주에는 인터널 기어(internal gear)(12)가 구비되며, 장치의 중앙 부위에는 선기어(sun gear)(14)가 설치되며, 상기 하나 이상의 웨이퍼가 장착된 캐리어(13)는 상기 인터널 기어(12) 및 선기어(14)와 치합되어 회전운동을 하게 된다.

상기와 같은 구조에서 래핑의 대상이 되는 대상 웨이퍼는 상정반 및 하정반과의 회전 운동에 의한 마찰력과 연마 입자와 분산제 등의 첨가물을 혼합한 연마액인 슬러리(slurry)의 반응 등에 래핑이 수행된다. 상기 슬러리에 의한 반응과 배출의 효율을 높이기 위하여 상기 캐리어(13)에는 하나 이상의 슬러리홀(17)이 형성된다.

한편, 상기 래핑 공정에 이용되는 래핑 장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 자전 및 공전에 의한 복합 회전 운동을 하는 복수 개의 캐리어(13)가 구비되는데, 상기와 같은 종래 래핑 장치의 구조에서는 캐리어(13)와 캐리어(13) 사이에는 물리적으로 빈 공간이 형성될 수 밖에 없다(도 2의 A).

구체적으로 상기 빈 공간에 대한 문제점을 살펴볼 때, 상기 도 2의 A부분은 캐리어가 존재하지 않은 빈 영역으로 가압에 의하여 캐리어를 압착하는 상정반과 하정반의 응력을 지지하는 객체가 존재하지 않으므로 도 2의 A부분에 대한 확대 단면도인 도 3에 도시된 바와 정반(11,15)의 응력 부하에 의하여 처짐현상이 미세하게 발생하게 되며, 이러한 상태에서 래핑 장치를 중장기적으로 구동시키게 되면 상기 처짐현상은 웨이퍼 불량률을 증대시킬 뿐만 아니라 미세한 굴곡으로 인하여 Nano 품질에 악영향을 미치는 문제를 발생시키게 된다.

또한, 종래 기술에 의한 래핑 장치는 도 4에 도시된 바와 같이 캐리어(13)와 인터널 기어와의 물리적 치합 공간을 확보하기 위하여 정반의 직경이 캐리어의 이동 경로를 감안한 이동 영역에 대한 직경보다 작게 형성되게 된다.

이러한 경우, 정반의 직경을 벗어나는 공간(B)으로 캐리어에 탑재된 웨이퍼가 이탈(overhang)되게 되는데 상기 이탈된 영역에서는 정반의 가압에 의한 힘이 균일하게 전달되지 못하는 응력 불균형 현상이 발생하여 웨이퍼 평탄도 저하, 정반 손상 및 마모율 증가, 교체 주기 단축 등과 같은 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서 래핑 공정에 이용되는 캐리어의 물리적 구조를 개선시킴으로써 정반의 처짐 현상을 극복할 수 있는 캐리어 및 이를 이용한 래핑장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 래핑장치용 싱글 캐리어는 래핑장치의 상정반과 하정반 사이에 위치하며 래핑의 대상이 되는 웨이퍼가 장착되는 캐리어로서, 캐리어 본체를 이루는 원반 형상의 플레이트; 상기 캐리어의 회전을 위한 외부 구동력이 인가되는 구동인가부; 상기 플레이트에 형성되며 웨이퍼가 장착되는 복수 개의 웨이퍼장착홀; 및 상기 플레이트에 형성된 하나 이상의 슬러리홀을 포함하여 구성된다.

상기 본 발명에서 상기 구동인가부는 상기 플레이트 중심부위에 통공의 형태로 형성되며 상기 통공의 내측에 상기 래핑장치의 선기어에 치합되는 기어부가 형성된 선기어 치합부 또는 상기 플레이트 외주면에 형성되며 상기 래핑장치의 인터널 기어에 치합되는 외부치합부로 구성할 수 있다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여, 상기 플레이트에 형성된 웨이퍼장 착홀 중 최외각 웨이퍼장착홀은 상기 상정반 또는 하정반을 벗어나지 않는 위치에 형성되도록 구성할 수 있으며, 또한, 상기 플레이트에 형성된 웨이퍼장착홀 중 최외각 웨이퍼장착홀은 상기 플레이트 최외각에서 30mm 내지 50mm 이격되어 형성되도록 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 래핑 장치는 웨이퍼를 대상으로 래핑공정을 수행하는 상정반과 하정반; 캐리어 본체를 이루는 원반 형상의 플레이트, 상기 캐리어의 회전을 위한 외부 구동력이 인가되는 구동인가부, 상기 플레이트에 형성되며 웨이퍼가 장착되는 복수 개의 웨이퍼장착홀과 상기 플레이트에 형성된 하나 이상의 슬러리홀을 포함하는 싱글캐리어; 및 상기 구동인가부와 치합되어 상기 싱글캐리어에 회전력을 전달하는 회전구동부를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 구동인가부는 상기 플레이트 중심부위에 통공의 형태로 형성되며 상기 통공의 내측에 기어부가 형성된 선기어치합부로 구성될 수 있으며, 이 때, 상기 회전구동부는 상기 선기어치합부와 치합되어 상기 싱글캐리어에 회전력을 전달하는 선기어로 구성된다.

이와 함께, 실시형태에 따라 상기 구동인가부는 상기 플레이트 외주면에 형성된 외부치합부로 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 회전구동부는 상기 외부치합부에 치합되어 상기 싱글캐리어에 회전력을 전달하는 인터널기어로 구성될 수 있다.

더욱 바람직하게는, 상기 플레이트에 형성된 웨이퍼장착홀 중 최외각 웨이퍼장착홀은 상기 상정반 또는 하정반을 벗어나지 않는 위치에 형성되도록 구성하거 나, 상기 플레이트 최외각에서 30mm 내지 50mm 이격되어 형성되도록 구성될 수 있다.

상기 본 발명에 의하면 래핑 작업의 대상이 되는 복수 개의 웨이퍼를 단일의 캐리어에 장착하여 래핑 공정이 진행되도록 구성하여, 정반과 캐리어 사이의 물리적 빈 공간이 형성되지 않도록 할 수 있어 정반의 응력 불균일 및 이로부터 파생되는 2차적 문제점을 일소시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 정반과 캐리어의 직경을 상호 대응되도록 물리적으로 구성할 수 있어, overhang현상을 최소화할 수 있어 더욱 효과적으로 효율적인 래핑 공정을 수행할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들 이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 래핑장치용 싱글 캐리어(이하 싱글 캐리어로 칭한다)의 구성을 도시하는 도면이다. 상기 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 싱글 캐리어(100)는 래핑장치의 상정반과 하정반 사이에 위치하며 래핑의 대상이 되는 웨이퍼가 장착되는 캐리어에 해당하는 구성으로서, 플레이트(110), 선기어치합부(120), 웨이퍼장착홀(130) 및 슬러리홀(140)을 포함하여 구성된다.

상기 도 5에 도시된 본 발명에 의한 싱글 캐리어(100)는 상정반 또는 하정반과 물리적으로 맞닿는 부분에 해당하는 구성요소로서 앞서 기술된 바와 같이 종래 캐리어와 캐리어 사이의 물리적 빈 공간을 원천적으로 제거하기 위하여 캐리어 본체를 이루는 단일의 원반 형상의 플레이트(110)로 구성된다.

이와 같이 하나의 단일 플레이트(110)로 캐리어 구조를 개선시킴으로써 캐리어와 캐리어 사이에 종래와 같은 물리적으로 빈 공간이 형성되지 않으므로 정반에 의한 응력의 처짐이나 분산 등의 현상이 일어나지 않도록 구성된다.

본 발명의 싱글 캐리어(100)의 본체를 이루는 플레이트에는 래핑 작업 공정의 대상이 되는 웨이퍼가 장착되는 웨이퍼 장착홀(130)이 복수 개 마련되며, 싱글 캐리어로 구조를 개선시키는 경우, 공간 밀집도를 높일 수 있어 단일 공정에서 작업 대상이 되는 웨이퍼의 탑재 개수를 증진시킬 수도 있다.

또한, 상기 도 5에 도시된 바와 같이 웨이퍼 장착홀(130) 사이 또는 주변에는 슬러리의 혼합과 배출 등의 효율성을 높이기 위한 슬러리홀(140)이 복수 개 구비된다.

이와 함께, 상기 싱글 캐리어(100)가 래핑 장치에 구비되는 회전 구동부의 회전력에 의하여 회전될 수 있도록 상기 싱글 캐리어(100)에는 상기 래링 장치의 회전 구동력이 인가되는 구동인가부가 포함된다.

상기 구동인가부의 일 실시형태는, 상기 래핑 장치의 선기어에 의한 회전력이 전달될 수 있도록 상기 플레이트(110) 중심부위에 통공의 형태로 구성되며, 상기 래핑장치의 선기어와 치합되는 기어부(121)가 상기 통공의 내측에 형성되는 선기어 치합부(120)로 구현될 수 있다.

상기 기어부(121)과 래핑장치의 선기어가 치합됨으로써 선기어의 회전력에 의하여 본 발명의 싱글 캐리어(100)가 회전하면서, 상정반과 하정반의 압착에 의한 래핑이 진행된다.

본 발명에 의한 싱글 캐리어(100)는 하나의 단일 캐리어에 의한 래핑 작업을 위한 매개체에 해당하므로 상기와 같이 선기어만의 회전력에 의하여 캐리어를 회전시키도록 구성할 수 있음은 물론, 회전 운동의 안정성을 높이기 위하여 도 6에 도시된 바와 같이 상기 플레이트(110) 외주면에 상기 래핑장치의 인터널 기어에 치합되는 외부치합부(150)가 더 형성되도록 구성할 수도 있다.

도 6에 도시된 본 발명의 다른 바람직한 실시예와 같이 인터널 기어와 선 기어 모두가 구동되는 형태의 래핑 장치인 경우, 회전의 안정성을 보장하기 위하여 상기 인터널 기어 및 선 기어에 의한 회전력 또는 회전 각속도가 일치될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명과 같이 단일의 플레이트로 형성되는 싱글 캐리어(100)를 구현 하는 경우, 종래와 달리 회전력 전달을 위한 구동인가부로서 인터널 기어와 선 기어의 사용은 선택적 내지 조합적으로 적용될 수 있다. 이러한 측면에서 고찰할 때, 도 7에 도시된 본 발명의 또 다른 실시예와 같이 인터널 기어만의 회전력을 사용할 수 있는데 이 경우, 선 기어와의 결합을 위한 공간을 웨이퍼 장착홀을 위한 공간으로 추가 확보할 수 있어(도 7참조) 래핑 공정에서 작업 대상이 되는 웨이퍼의 개수를 증가시킬 수 있어 단일 공정에 대한 작업 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 종래 기술의 문제점으로 지적된 바와 같이 정반의 너비를 벗어난 영역으로 캐리어(이에 장착되는 웨이퍼)의 회전 궤도가 형성되지 않도록 상기 플레이트(110)에 형성된 웨이퍼장착홀(130) 중 최외각에 형성되는 웨이퍼장착홀(130)은 상기 상정반 또는 하정반의 너비 이내에 형성되도록 구성하여 상기 상정반 또는 하정반을 벗어나지 않는 위치에 형성되도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 인터널 기어에 의한 회전력이 가해지는 실시예에서 플레이트(110)의 외주면은 인터널 기어와 치합되어 상대적으로 강한 물리적 접촉이 이루어지는 영역이므로 중장기적인 래핑 공정 수행 시 상대적으로 큰 마모, 균열 또는 크랙 등이 발생될 수 있는데, 이러한 현상을 최소화하고 앞서 설명된 바와 같이 정반이 위치하는 영역 내에 모든 캐리어(이에 장착되는 웨이퍼)가 위치할 수 있도록 상기 플레이트(110)에 형성된 웨이퍼장착홀(130) 중 최외각 웨이퍼장착홀(130)은 상기 플레이트 최외각에서 30mm 내지 50mm 이격되도록 즉, 상기 플레이트(110)의 최외각에서의 거리(도 6의 D)가 30mm 내지 50mm 되도록 구성하는 것이 가장 바람직하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발 명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 종래 래핑 장치의 구성을 도시한 분해 사시도,

도 2는 종래 래핑 장치에서 캐리어와 캐리어 사이의 물리적 빈 공간(A)을 도시하고 있는 도면,

도 3은 상기 도 2의 A부분에 대한 확대 단면도,

도 4는 종래 래핑 장치의 정반의 너비를 기준으로 웨이퍼의 회전 궤적을 상대적으로 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 싱글 캐리어에 대한 구성을 도시한 사시도,

도 6은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 의한 싱글 캐리어에 대한 구성을 도시한 사시도,

도 7은 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 의한 싱글 캐리어에 대한 구성을 도시한 사시도이다.

Claims (9)

1. 래핑장치의 상정반과 하정반 사이에 위치하며 래핑의 대상이 되는 웨이퍼가 장착되는 캐리어에 있어서,

   캐리어 본체를 이루는 원반 형상의 플레이트;

   상기 캐리어의 회전을 위한 외부 구동력이 인가되는 구동인가부;

   상기 플레이트에 형성되며 웨이퍼가 장착되는 복수 개의 웨이퍼장착홀; 및

   상기 플레이트에 형성된 하나 이상의 슬러리홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 래핑장치용 싱글 캐리어.
2. 제 1항에 있어서, 상기 구동인가부는,

   상기 플레이트 중심부위에 통공의 형태로 형성되며 상기 통공의 내측에 상기 래핑장치의 선기어에 치합되는 기어부가 형성된 선기어 치합부 또는 상기 플레이트 외주면에 형성되며 상기 래핑장치의 인터널 기어에 치합되는 외부치합부인 것을 특징으로 하는 래핑장치용 싱글 캐리어.
3. 제 2항에 있어서, 상기 플레이트에 형성된 웨이퍼장착홀 중 최외각 웨이퍼장착홀은 상기 상정반 또는 하정반을 벗어나지 않는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 래핑장치용 싱글 캐리어.
4. 제 3항에 있어서, 상기 플레이트에 형성된 웨이퍼장착홀 중 최외각 웨이퍼장착홀은 상기 플레이트 최외각에서 30mm 내지 50mm 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 래핑장치용 싱글 캐리어.
5. 웨이퍼를 대상으로 래핑공정을 수행하는 상정반과 하정반;

   캐리어 본체를 이루는 원반 형상의 플레이트, 상기 캐리어의 회전을 위한 외부 구동력이 인가되는 구동인가부, 상기 플레이트에 형성되며 웨이퍼가 장착되는 복수 개의 웨이퍼장착홀과 상기 플레이트에 형성된 하나 이상의 슬러리홀을 포함하는 싱글캐리어; 및

   상기 구동인가부와 치합되어 상기 싱글캐리어에 회전력을 전달하는 회전구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 싱글 캐리어를 이용한 래핑 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 구동인가부는,

   상기 플레이트 중심부위에 통공의 형태로 형성되며 상기 통공의 내측에 기어부가 형성된 선기어치합부이며,

   상기 회전구동부는 상기 선기어치합부와 치합되어 상기 싱글캐리어에 회전력을 전달하는 선기어인 것을 특징으로 하는 싱글 캐리어를 이용한 래핑 장치.
7. 제 5항에 있어서, 상기 구동인가부는,

   상기 플레이트 외주면에 형성된 외부치합부이며,

   상기 회전구동부는 상기 외부치합부에 치합되어 상기 싱글캐리어에 회전력을 전달하는 인터널기어인 것을 특징으로 하는 싱글 캐리어를 이용한 래핑 장치.
8. 제 6항 또는 제7항에 있어서, 상기 플레이트에 형성된 웨이퍼장착홀 중 최외각 웨이퍼장착홀은 상기 상정반 또는 하정반을 벗어나지 않는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 싱글 캐리어를 이용한 래핑 장치.
9. 제 8항에 있어서, 상기 플레이트에 형성된 웨이퍼장착홀 중 최외각 웨이퍼장착홀은 상기 플레이트 최외각에서 30mm 내지 50mm 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 싱글 캐리어를 이용한 래핑 장치.

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