연마 장치 및 연마 방법 document_id A220623023805

반도체 제조에 있어서 수율 향상의 관점에서, 반도체 웨이퍼의 주연부의 표면 상태의 관리가 최근 주목받고 있다. 반도체 제조 공정에서, 많은 재료가 웨이퍼 상에 증착되어 다중층 구조를 형성한다. 그 결과, 제품용으로 사용되지 않는 주연부에 불필요한 재료 및 거친 표면이 형성된다. 최근에는, 웨이퍼의 주연부만을 유지하여 웨이퍼를 반송하는 것이 일반화되어 있다. 이러한 환경 하에서, 여러 공정을 거치는 동안, 불필요한 재료가 주연부에서 웨이퍼 상의 디바이스 위로 박리될 수 있고, 수율의 저하를 초래한다. 따라서, 연마 장치를 이용하여, 웨이퍼의 주연부를 연마해서 불필요한 구리막 및 거친 표면을 제거하는 것이 종래부터 행해지고 있다. 도1은 웨이퍼의 주연부를 연마하기 위한 종래의 연마 장치를 도시한 개략도이다. 도1에 도시된 바와 같이, 이러한 유형의 연마 장치는, 웨이퍼(W)를 유지하도록 구성된 웨이퍼 스테이지 유닛(120), 연마 테이프(141)를 웨이퍼(W)의 주연부를 향해 가압하도록 구성된 연마 헤드(142), 연마 테이프(141)를 연마 헤드(142)에 공급하는 공급 릴(145a), 및 사용된 연마 테이프(141)를 회수(rewind)하는 회수 릴(145b)을 가진다. 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)은 연마 테이프(141)를 공급 및 회수하도록 회전된다. 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)은 연마 장치의 일부인 고정 부재에 고정된다. 연마 헤드(142)는 그 내부에 테이프 이송 기구(143)를 가진다. 상기 테이프 이송 기구(143)는 테이프 이송 롤러 및 유지 롤러를 가진다. 연마 테이프(141)는 테이프 이송 롤러와 유지 롤러 사이에 파지되는 한편, 테이프 이송 롤러를 회전시킴으로써 연마 테이프(141)를 이송한다. 연마 테이프(141)는 테이프 이송 기구(143)에 의해 연마 헤드(142)를 향해 인출된다. 연마 테이프(141)가 웨이퍼(W)의 주연부에 접촉하도록 연마 테이프(141)의 진행 방향이 가이드 롤러(157a, 157b, 157c, 157d, 157e)에 의해 안내된다. 웨이퍼(W)의 주연부와 접촉한 후, 연마 테이프(141)는 회수 릴(145b)에 감겨진다. 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)은 도시하지 않은 모터에 연결되어 연마 테이프(141)에 적절한 장력을 부여한다. 연마 헤드(142)는 도1의 화살표로 나타낸 바와 같이, 상하방향으로 직선 왕복 운동을 행하고, 이에 의해 연마 테이프(141)와 웨이퍼(W) 사이에 상대 운동을 부여하여, 웨이퍼(W)의 주연부를 연마한다. 도2는 연마 헤드(142)의 직선 왕복 운동의 기구를 설명하기 위한 평면도이다. 도3a 내지 도3d는 도2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다. 연마 헤드(142)는 가동 아암(160)의 일단부에 고정되고, 가동 아암(160)의 타단부에는 캠 샤프트(161)가 배치된다. 가동 아암(160)은 리니어 가이드(163)를 통하여 지지 아암(162)에 의해 지지된다. 이 리니어 가이드(163)는 가동 아암(160)이 지지 아암(162)에 대하여 직선 운동을 할 수 있게 안내하도록 구성된다. 지지 아암(162)에는 캠 샤프트(161)를 구동하기 위한 모터(M)가 설치되어 있다. 모터(M)의 회전축은 풀리(p101, p102) 및 벨트(b100)를 통해서 캠 샤프트(161)에 연결된다. 모터(M)의 회전축 및 캠 샤프트(161)는 지지 아암(162)에 설치된 베어링(164A, 164B)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 캠 샤프트(161)는 베어링(164B)의 중심축에 대하여 편심된 편심 샤프트(161a)를 가진다. 편심 샤프트(161a)의 선단에는 캠(165)이 설치된다. 캠(165)은 가동 아암(160)의 U자 형상의 홈(166) 내로 끼워진다(도3a 참조). 모터(M)가 가동되면, 풀리(p101, p102) 및 벨트(b100)를 통해서 캠 샤프트(161)가 회전 구동된다. 편심 샤프트(161a)는 베어링(164B)의 중심축으로부터 편향된 중심축을 중심으로 편심 회전하므로, 캠(165)도 편심 회전된다. 그 결과, 도3a 내지 도3d에 도시한 바와 같이, 홈(166)내에서 캠(165)이 편심 회전함으로써 가동 아암(160)은 상하로 직선 왕복 운동하고, 가동 아암(160)의 선단에 설치된 연마 헤드(142)가 상하 방향으로 직선 왕복 운동한다. 테이프 이송 기구(143)는 연마 테이프(141)를 공급 릴(145a)로부터 회수 릴(145b)까지 일정한 속도로 이송하도록 작동된다. 이 테이프 이송 속도는 지극히 저속인 한편, 연마 헤드(142)의 직선 왕복 속도는 매우 고속이다. 따라서, 다음에 설명하는 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)의 테이프 공급 및 회수 동작에서는, 연마 헤드(142)의 왕복 속도에 비해서, 테이프 이송 속도는 실질적으로 무시할 수 있다. 도4a 내지 도4c는 연마 헤드(142), 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)의 동작을 설명하는 도면이다. 도4a 내지 도4c에 있어서, 도면 부호 A 및 B는 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)에 설치된 연마 테이프(141)상의 소정 지점을 나타낸다. 도4a는 연마 헤드(142)의 중심(Ch)이 웨이퍼(W)의 두께 방향의 중심(Cw)(이하, 간단히 웨이퍼 중심이라고 칭함)과 일치된 상태를 도시한다. 웨이퍼 중심(Cw)은 연마 중에는 위치 고정된다. 한편, 연마 헤드(142)는 웨이퍼 중심(Cw)을 가로질러 직선 왕복 운동을 수행한다. 도4b는 연마 헤드(142)가 웨이퍼 중심(Cw)으로부터 하방으로 선형으로 이동된 상태를 도시한다. 상기 하향 이동 중에, 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)로부터 연마 테이프(141)가 인출되고, 연마 테이프(141) 상의 A 지점 및 B 지점은 도4b에 도시된 바와 같이 하방으로 이동된다. 결과로서, 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)은 연마 테이프(141)의 인출된 길이에 상응하는 소정 각도만큼 회전된다. 도4c는 연마 헤드(142)가 웨이퍼 중심(Cw)으로부터 상방으로 선형으로 이동된 상태를 도시한다. 상기 상향 이동 중에, 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)에 의해 연마 테이프(141)가 회수되고, 연마 테이프(141) 상의 A 지점 및 B 지점은 도4c에 도시된 바와 같이 상방으로 이동된다. 결과로서, 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)은 연마 테이프(141)가 회수된 길이에 상응하는 소정 각도만큼 회전된다. 이러한 방식에서, 연마 헤드(142)와 공급 및 회수 릴(145a, 145b) 사이의 거리의 변화에 따라, 도4b 및 도4c에 도시된 바와 같이, 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)은 연마 테이프(141)의 공급 및 회수를 반복한다. 그렇지만, 공급 릴(145a) 및 회수 릴(145b)이 연마 테이프(141)의 공급 및 회수를 반복하면, 공급 및 회수 동작이 절환될 때, 연마 테이프(141)의 장력이 변화될 것이고, 불안정한 연마 성능을 초래한다. 특히, 왕복 운동이 고속으로 하면, 공급 및 회수 동작이 절환될 때, 과도한 장력이 연마 테이프(141)에 인가될 수 있다. 결과로서, 연마 테이프(141)는 절단 또는 신장(영구 변형)될 수 있다. 한편, 공급 및 회수 동작이 절환될 때, 연마 테이프(141)의 장력이 영이 될 수 있다. 결과로서, 연마 테이프(141)가 느슨해지고, 원하는 연마 성능이 얻어지지 않을 수 있다. 연마 헤드(142)의 왕복 속도가 증가될 수 있으면, 단위 시간당 재료의 제거량(즉, 연마 속도 또는 제거율)이 증가될 수 있다. 그러므로, 연마 장치의 연마 성능이 개선될 수 있다. 그렇지만, 전술된 문제로 인하여, 연마 헤드(142)의 왕복 속도를 고속으로 증가시킬 수 없다. 이러한 문제의 해결책으로서, 공급 릴(145a)이 연마 헤드(142) 내에 통합될 수 있다. 그렇지만, 이러한 경우에, 연마 테이프(141)에 장력을 부여하는 모터의 중량이 커진다. 게다가, 긴 연마 테이프(141)를 사용해야 하는 경우에, 공급 릴(145a)이 커져야 한다. 이는 연마 헤드(142) 및 왕복 운동을 위한 구동 기구가 대형화되어야 한다는 것을 의미한다.