KR100563123B1 - 폴리싱장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 폴리싱 장치는 상부에 폴리싱 표면을 갖는 턴테이블과, 가공물을 유지시키면서 턴테이블의 폴리싱 표면에 대하여 가압하는 상부링을 구비한다. 가공물은 턴테이블과 상부링이 회전하는 동안 턴테이블의 폴리싱 표면에 의해 폴리싱 처리된다. 가공물 이탈 검출기가 제공되어 상부링으로부터 가공물이 이탈되는 것을 검출한다. 가공물 이탈 검출기는 상부링에 인접하여 설치된 센서를 구비하고, 이 센서는 상부링의 옆쪽에 그리고 턴테이블이 회전하는 방향에 대하여 상부링의 뒷쪽에 배치되는 것이 바람직하다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼와 같은 가공물을 폴리싱하는 폴리싱 장치에 관한 것으로, 특히 가공물이 폴리싱처리되는 도중에 가공물이 상부링으로부터 이탈되는 것을 검출하는 가공물 이탈 검출기를 구비한 폴리싱 장치에 관한 것이다.
최근 반도체 소자 집적이 급격히 발전함에 따라, 배선 패턴 또는 접속 구조(interconnection)와 아울러, 활성 영역을 연결하는 접속구조들 사이의 간격을 더욱 더 좁혀야 할 필요가 생겼다. 상기와 같은 접속구조를 형성하는데 유용한 공정들 중 하나는 포토리소그래피(photolithography)이다. 포토리소그래피 공정을 이용할 경우 최대 너비 0.5㎛ 정도의 접속구조를 형성시킬 수 있지만, 광학 시스템의 초점심도가 상대적으로 작기 때문에, 스테퍼(stepper)에 의하여 패턴 이미지가 조사될 표면은 가능한 한 평평하여야 한다. 통상적으로, 반도체 웨이퍼를 평탄하게 하는 장치로서 자가-평탄화(self-planarizing) CVD 장치, 에칭 장치 등이 사용되고 있으나, 이러한 장치는 반도체 웨이퍼를 완전히 평탄하게 하지 못한다. 최근에는, 상기 종래의 평탄화 장치를 사용하는 것보다 더욱 용이하게 평면 가공하기 위하여, 반도체 웨이퍼를 평탄하게 하는 폴리싱 장치를 사용하고자 시도하였다.
통상적으로, 폴리싱 장치는 각기 개별적인 속도로 회전하는 상부링과 턴테이블을 구비한다. 턴테이블의 상부면에는 연마포(polishing cloth)가 부착된다. 폴리싱처리될 반도체 웨이퍼가 연마포 상에 배치되어 상부링과 턴테이블 사이에서 클램프된다. 연마 입자를 함유한 연마액이 연마포 상에 공급되어 유지된다. 동작 중에, 상부링이 일정한 압력을 턴테이블에 가하기 때문에, 상부링과 턴테이블이 회전하는 동안, 연마포에 대향하여 지지되는 반도체 웨이퍼의 표면은 화학적 폴리싱 및 기계적 폴리싱 작용에 의해서 평면경 상태로 연마된다. 이러한 공정은 화학적 기계적 폴리싱(Chemical Mechanical polishing)이라 불린다.
반도체 웨이퍼가 상부링으로 정상적으로 전달된다면, 폴리싱처리되는 동안에는 이 반도체 웨이퍼가 상부링으로부터 이탈되거나 분리되지 않게 된다. 그러나, 반도체 웨이퍼가 상부링으로 정상적으로 전달되지 않거나, 상부링의 리테이너링에 부분적으로만 배치된다면, 폴리싱처리 되는 동안 이 반도체 웨이퍼는 상부링으로부터 쉽게 이탈하게 된다.
반도체 웨이퍼가 이탈될 경우, 즉 상부링으로부터 미끄러질 경우, 상기 반도체 웨이퍼는 턴테이블과 함께 회전하면서 상부링과 충돌하게 되고, 결과적으로 반도체 웨이퍼가 쉽게 손상을 입거나, 그리고/또는 내부에 웨이퍼를 유지시키는 리테이너 링(retainer ring). 턴테이블 상의 연마포, 상부링의 하부면에 장착되어 반도체 웨이퍼를 지지하는 배킹패드(backing pad), 및 드레싱 장치에 장착되는 드레싱 공구 등을 포함하는 폴리싱 장치의 구성성분에 손상을 주게 된다. 지금까지는 연마포 상에 이물질이 있는지 여부를 검출하기 위해 연마포의 표면을 직접 육안 검사하거나 또는 연마포 상에 설치된 텔레비젼 카메라로 연마포의 표면을 이미지 처리하는 등의 방법을 사용하여 왔다.
육안이나 텔레비젼 카메라로 연마포의 표면을 시각적으로 관찰하는 것은, 예를 들어, 검출된 표면에 평면경 다듬질 또는 거친 다듬질로 폴리싱처리되거나 산화층을 운반하는지 여부와 같은 반도체 특성에 따라, 또한 연마포 상에 물 또는 연마액이 있는지 여부, 또는 연마포에 존재하는 연마액의 종류에 따라 연마포상의 반도체 웨이퍼 또는 이물질을 정확하게 검출하지 못하였다.
연마포의 표면이 텔레비젼 카메라와 같은 모니터링 장치에 의해 모니터 되면, 모니터링 장치로부터의 출력 신호는 이미지 처리와 같은 복잡한 공정에 의해 처리되어 연마포 상에 이물질이 있는지 여부, 또는 연마포가 손상되었는지 여부를 검출하게 된다. 이러한 복잡한 공정은 많은 시간을 소모하므로, 반도체 웨이퍼가 턴테이블로부터 이탈되었는지를 실제적으로 검출하기까지는 많은 시간이 소요된다. 오기능이 실제로 검출되어 폴리싱 장치가 전원이 차단되었을 때도, 턴테이블과 상부링의 회전이 정지되기 까지는 약간의 시간이 소모되므로 반도체 웨이퍼가 손상을 입거나 깨어지게 되고, 연마포, 배킹패드 및 드레싱 공구를 포함하는 폴리싱 장치의 구성성분에 손상을 주게 된다.
이미지 처리 시스템의 다른 문제점은, 고속의 모니터링 장치로부터의 이미지 정보를 처리하는 고속 연산을 수행하는 마이크로 컴퓨터를 필요로 하기 때문에, 전체 폴리싱 장치의 구조가 복잡해지고 제작비가 상승하게 된다.
본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼가 폴리싱처리 되는 도중에 상부링으로부터 이탈된 것을 즉각적으로 검출하는 가공물 이탈 검출기를 구비하고, 검출을 위한 조절이 센서로부터의 출력신호에 대한 임계값을 설정하는 것만으로 수행될 수 있는 상대적으로 단순한 구조이고, 비교적 저렴하게 제작할 수 있는 폴리싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시형태에 따르면, 가공물을 폴리싱처리하는 폴리싱 장치는: 폴리싱 표면을 갖는 턴테이블; 가공물을 유지시키면서 턴테이블의 폴리싱 표면에 대하여 가압하는 상부링; 및 상부링으로부터 가공물이 이탈되는 것을 검출하는 가공물 이탈 검출기를 포함하고, 상기 가공물 이탈 검출기는 상부링에 인접하여 배치된 센서를 포함한다.
상기 가공물 이탈 검출기는 광선을 방출하고 반사되는 광선을 받아들여 반사되는 광선량의 변화에 기초하여 상부링으로부터 가공물이 이탈되는 것을 검출하는 광전 센서를 포함한다.
상기 광전 센서는 글로스 센서를 포함하고, 상기 글로스 센서는 적색광을 방출하는 적색광-방출 다이오드, 이 적색광-방출 다이오드로부터 방출되는 광선 중 S파 만이 통과하도록 하는 편광 필터, 및 반사되는 광선을 S파와 P파로 분리시키는 빔 분할기를 포함하고, 광택차이에 기초하여 상부링으로부터 가공물이 이탈되는 것을 검출한다.
가공물 이탈 검출기의 센서는 상부링에 직접 또는 연결 장치를 통해 장착된다.
턴테이블과 상부링의 회전은 가공물 이탈 검출기가 가공물이 상부링으로부터 이탈한 것을 검출하였을 때 즉각적으로 정지된다.
상부링은 가공물 이탈 검출기가 가공물이 상부링으로부터 이탈한 것을 검출하였을 때 즉각적으로 상승될 수 있다.
폴리싱 장치는 턴테이블 주위에 배치되어 상부링으로부터 이탈된 가공물을 완충시키는 범퍼를 더욱 포함한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 상부링에 의해 유지되는 가공물을 턴테이블 상의 폴리싱 표면에 대하여 가압함으로써 가공물을 폴리싱처리하는 단계; 폴리싱하는 동안에 가공물이 상부링으로부터 이탈된 것을 검출하는 단계; 가공물이 이탈한 것이 검출되었을 때 턴테이블과 상부링의 회전을 정지시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시형태에 따르면, 상부링에 의해 유지되는 가공물을 턴테이블 상의 폴리싱 표면에 대하여 가압함으로써 가공물을 폴리싱처리하는 단계; 폴리싱하는 동안에 가공물이 상부링으로부터 이탈된 것을 검출하는 단계; 가공물이 상부링으로부터 이탈한 것이 검출되었을 때 상부링을 상승시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 목적과 다른 목적, 특징 및 장점은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하는 첨부도면을 참조하여 이하에 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르는 웨이퍼 이탈 검출기를 갖는 폴리싱 장치는 일반적으로 턴테이블(10) 및 상부링(20)을 포함한다. 연마포(11)가, 반도체 웨이퍼와 같은 가공물을 폴리싱처리하는 폴리싱 표면을 제공하는 턴테이블(10)의 상부면에 장착된다. 폴리싱 장치가 작동할 때, 턴테이블(10)은 화살표 C 방향으로 자체의 축을 중심으로 회전하고, 상부링(20)은 화살표 D 방향으로 자체의 축을 중심으로 회전한다.
반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링(20)에 장착되어 턴테이블(10) 상의 연마포(11)의 상부면에 대하여 가압된다. 턴테이블(10)이 화살표 C 방향으로 회전하고 상부링(20)이 화살표 D 방향으로 회전하면서 반도체 웨이퍼(Wf)의 하부면이 화학적 폴리싱과 기계적 폴리싱의 조합에 의해 폴리싱처리된다. 상부링(20)으로부터 반도체 웨이퍼(Wf)의 이탈을 검출하는 웨이퍼 센서 유닛(21)이, 턴테이블(10)이 회전하는 방향에 대하여 상부링(20)의 옆쪽으로 그리고 상부링(20)의 뒷쪽에서 센서 지지 아암(22)에 의해 지지된다. 즉, 상기 웨이퍼 센서 유닛(21)이 상부링(20)에 인접하여 설치된다. 상부링(20)의 외주와 웨이퍼 센서 유닛(21) 사이의 거리는 150mm 이내이고, 바람직하게는 30mm 이내이다.
상부링(20)은 상부링 헤드(24)의 수직축(23)에 의해 지지된다. 이 수직축(23)은 상부링 헤드(24)에 의해 지지되고 모터(도시되지 않음)와 같은 회전 기구에 의해 회전가능하게 된다.
상부링 헤드(24)는 상부링(20)이 푸셔와 같은 이송장치로부터 반도체 웨이퍼(Wf)를 받아들이는 웨이퍼 이송부로 회전하여, 반도체 웨이퍼(Wf)를 리테이너 링 내에 수용시키고, 리테이닝 링의 하면에 의하여 반도체 웨이퍼(Wf)를 진공상태로 유지시킨다. 그런 다음, 상부링 헤드(24)는 상부링(20)이 턴테이블(10) 상의 소정 위치에 걸쳐 위치되도록 회전되고, 상부링(20)이 턴테이블(10) 상의 연마포(11)의 상부면에 대하여 반도체 웨이퍼(Wf)의 하부면을 가압하여, 반도체 웨이퍼(Wf)의 하부면을 폴리싱처리하게 된다.
반도체 웨이퍼(Wf)가 웨이퍼 이송부 내의 상부링(20)에 의해 정상적으로 그리고 적합하게 수용되면, 반도체 웨이퍼(Wf)가 리테이너링 안에 배치되기 때문에, 반도체 웨이퍼(Wf)가 폴리싱처리되는 중에 이탈하지 않도록 리테이너 링에 의해 유지된다. 그러나, 반도체 웨이퍼(Wf)가 웨이퍼 이송부 내의 상부링(20)에 의해 정상적으로 수용되지 않고 리테이너 링 상에 부분적으로만 배치된다면, 도 1 및 도 2의 이점쇄선으로 표시된 바와 같이 상부링(20)이 기울어지고 반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링의 원주 가장자리로부터 부분적으로 돌출하게 된다.
따라서, 상부링(20)으로부터 이동된 반도체 웨이퍼(Wf)는 웨이퍼 센서 유닛(21)에 의해 검출된다. 웨이퍼 센서 유닛(21)으로부터의 출력 신호에 응답하여, 턴테이블(10)과 상부링(20)의 회전이 즉각적으로 정지하므로, 반도체 웨이퍼(Wf), 턴테이블(10) 상의 연마포(11), 및 배킹패드와 드레싱 공구(나중에 설명)를 포함하는 여러 구성성분이 손상되는 것이 방지된다.
도 3 내지 도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 폴리싱 장치를 상세하게 도시한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 폴리싱 장치는 내부에 턴테이블(10), 상부링(20), 웨이퍼 센서 유닛(21), 연마액 노즐(25), 드레서(27), 및 커버(40)를 수용하는 하우징(50)을 구비한다.
턴테이블(10)은 하우징(50)의 중앙에 배치되고 회전기구(도시되지 않음)에 의해 화살표 C 방향으로 회전가능하다. 연마포(11)는 턴테이블(10)의 상부면에 부착된다. 상부링(20)은 상부링 헤드(24)에 의해 화살표 E 방향으로 그 축(I)을 중심으로 선회한다. 상부링(20)은 턴테이블(10) 위의 실선으로 지시된 폴리싱 위치와 턴테이블(10)의 외측 위치에 이점쇄선으로 지시된 웨이퍼 이송부(38) 사이에서 선회가능하게 된다.
로딩/언로딩부 및 세정부가 화살표 J 로 표시된 쪽에 배치되고, 폴리싱부가 화살표 K 로 지시된 쪽에 배치된다. 웨이퍼 이송부(38)는 로봇 아암(60)으로부터 폴리싱처리될 반도체 웨이퍼(Wf)를 받아들이고, 폴리싱처리될 반도체 웨이퍼(Wf)를 상부링(20)으로 전달하고, 폴리싱처리가 끝난 반도체 웨이퍼(Wf)를 상부링으로부터 받아들이고, 이 폴리싱처리가 끝난 반도체 웨이퍼(Wf)를 로봇 아암(60)으로 전달하는 푸셔(도시되지 않음)를 구비한다. 웨이퍼 이송부(38)는 측면과 바닥이 하우징(50) 내에 배치된 케이싱(39)에 의해 둘러싸인다. 웨이퍼 이송부(38)는 로봇 아암(60), 푸셔, 및 상부링(20)을 세정하는 세정기구(도시되지 않음) 구비한다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 센서 유닛(21)은 센서지지아암(22)의 선단부에 고정된 센서홀더(21a)에 장착되는 광전센서(31)를 포함한다. 상기 광전센서(31)는 나사조절기구(37)에 의해 수직으로 위치를 조절할 수 있다. 광전센서(31)로부터 방출되는 광선량(LI)과 광전센서(31)로부터 반사되는 광선량(LR)은 나사조절기구(37)에 의해 센서홀더(21a)에 대한 광전센서(31)의 위치를 수직으로 조절되는 경우에 조절될 수 있다. 센서지지아암(22)을 거쳐 연장하는 입력/출력 케이블(32)이 광전센서(31)에 연결된다.
센서지지아암(22)은 브래킷(35)에 볼트(36)로 조여지는 베이스(33)에 고정된 선단부를 가진다. 또한, 상기 브래킷(35)은 폴리싱 장치의 프레임(34)에 고정된다. 상술된 바와 같이, 웨이퍼 센서 유닛(21)은 회전하는 방향에 대하여 상부링(20)의 옆쪽에 그리고 턴테이블(10)이 상부링(20)의 뒷쪽에 배치된다.
센서지지아암(22)은 베이스(33) 또는 브래킷(35)에 장착된 회전기구(도시되지 않음)에 의해 선회될 수 있어 웨이퍼 센서 유닛(21)의 위치를 조절하게 된다.
도 3에서, 연마액 노즐(25)은 턴테이블(10) 상의 연마포(11)에 연마액을 공급하는 기능을 한다. 연마액 노즐(25)은 연마액 노즐 아암(26)의 선단부에 고정되고, 이 연마액 노즐 아암(26)에 의해 턴테이블(10) 상의 실선으로 지시된 연마액 공급 위치와 이점쇄선으로 지시된 턴테이블(10)의 외측 위치인 대기 위치 사이에서 화살표 F 방향으로 축(M)을 중심으로 선회가능하게 된다. 연마액 공급 노즐(25)에는 연마액 노즐 아암(26)을 통해 연장하는 연마액 공급 파이프(도시되지 않음)로부터 연마액이 공급된다.
드레서(27)는 다이아몬드 입자 또는 SiC로 구성된 드레싱 공구를 하부면에 부착하고 있다. 드레싱 공구는 연마포(11)에 대하여 유지되어 연마포(11)를 드레싱함으로써, 연마포(11)의 폴리싱 작용에 의해 초래되는 표면 기복(undulation) 또는 불규칙을 제거한다. 드레서(27)는 드레서 아암(30)에 의해 지지되고 회전 기구(도시되지 않음)에 의해 자체의 축을 중심으로 회전가능하다. 또한 드레서(27)는 실선으로 지시된 턴테이블(10)의 외측 위치인 대기부(29)와 턴테이블(10) 위의 이점쇄선으로 지시된 작동위치 사이에서 화살표 G 방향으로 축(N)을 중심으로 선회가능하다. 대기부(29)는 드레서(27)를 세정하는 드레서 세정 기구(도시되지 않음)를 구비한다. 커버(40)가 턴테이블(10)을 둘러싸고 있어 반도체 웨이퍼(Wf)가 폴리싱처리될 때 발생되는 슬러리(slurry) 및 입자가 턴테이블(10) 밖으로 뿌려지는 것을 방지하는 역할을 한다.
폴리싱 장치의 동작이 이하에 설명된다.
로봇 아암(60)에 의해 운반되는 폴리싱처리될 반도체 웨이퍼(Wf)는 웨이퍼 이송부(38) 내의 푸셔로 전달된다. 그런 다음, 폴리싱처리될 반도체 웨이퍼(Wf)는 웨이퍼 이송부(38) 내의 상부링(20)으로 전달된다. 상부링(20)은 폴리싱처리될 반도체 웨이퍼(Wf)가 그 하부면에 의하여 진공상태로 유지되고, 화살표 E 방향으로(턴테이블(10)의 반경 안쪽으로) 턴테이블(10) 위의 폴리싱 위치로 회전된다. 폴리싱 위치에서, 상부링(20)은 반도체 웨이퍼(Wf)를 연마포(11)의 상부면에 대하여 가압하면서, 반도체 웨이퍼(Wf)의 진공흡입된 상태를 풀어준다. 턴테이블(10)이 화살표 C 방향으로 회전하고 상부링(20)이 화살표 D 방향으로 회전함에 따라, 반도체 웨이퍼(Wf)가 연마포(11)에 대하여 가압되면서 반도체 웨이퍼(Wf)의 하부면을 폴리싱처리한다. 반도체 웨이퍼(Wf)가 폴리싱처리되는 동안, 연마액 노즐(25)은 연마포(11) 위로 연마액을 공급한다.
반도체 웨이퍼(Wf)가 폴리싱처리된 이후에, 상부링(20)은 반도체 웨이퍼(Wf)를 다시 진공상태로 유지시키면서, 화살표 E 방향으로(턴테이블(10)의 반경 바깥쪽으로) 웨이퍼 이송부(38)로 회전되고, 폴리싱처리가 끝난 반도체 웨이퍼(Wf)를 웨이퍼 이송부(38) 내의 푸셔로 전달한다. 로봇 아암(60)은 폴리싱처리가 끝난 반도체 웨이퍼(Wf)를 푸셔로부터 받아들여, 세정부로 운반한다.
폴리싱처리될 반도체 웨이퍼(Wf)가 푸셔로부터 상부링(20)으로 정상적으로 그리고 적합하게 전달된다면, 반도체 웨이퍼(Wf)는 리테이너링(20a)의 안쪽에 배치된다(도 4참조). 반도체 웨이퍼(Wf)가 폴리싱처리되는 동안, 반도체 웨이퍼(Wf)는 연마포(11)와 반도체 웨이퍼(Wf)의 상대이동에 의해 반도체 웨이퍼(Wf)에 작용하는 마찰력 및 연마액에 의해 반도체 웨이퍼(Wf)에 작용하는 표면장력과는 무관하게 반경 바깥쪽으로 이탈되지 않도록 리테이너 링(20a)에 의해 상부링(20) 내에 유지된다.
폴리싱처리될 반도체 웨이퍼(Wf)가 푸셔로부터 상부링(20)으로 정상적으로 전달되지 않는다면, 도 6에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼(Wf)는 상부링(20)의 리테이너링(20a) 상에 부분적으로만 배치된다. 리테이너링(20a) 상에 부분적으로 배치된 반도체 웨이퍼(Wf)가 연마포(11)에 대하여 가압되고 폴리싱처리되는 동안, 반도체 웨이퍼(Wf)가 쉽게 이탈될 수 있고, 즉 연마포(11)와 반도체 웨이퍼(Wf)의 상대이동에 의해 반도체 웨이퍼(Wf)에 작용하는 마찰력 및 연마액에 의해 반도체 웨이퍼(Wf)에 작용하는 표면장력에 의해 상부링(20) 밖으로 쉽게 미끄러질 수도 있다.
반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링(20) 밖으로 이탈되었을 때에도 반도체 웨이퍼(Wf)는 턴테이블(10)과 함께 회전한다. 턴테이블(10)의 일회전 중에, 반도체 웨이퍼(Wf)는 상부링(20)과 충돌하게 된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(Wf), 및 상부링(20)을 구성하고 리테이너링(20a)과 배킹패드(상부링(20)의 하부면에 장착된 탄성막을 포함)를 포함하는 구성성분이 쉽게 손상을 입게 된다. 반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링(20)과 충돌할 때, 반도체 웨이퍼(Wf)는 방출되어 연마포(11), 드레서(27) 등을 포함하는 폴리싱 장치의 구성성분과 충돌하게 된다. 따라서, 반도체 웨이퍼(Wf), 및 연마포(11)와 드레싱 공구를 포함하는 구성성분이 쉽게 손상을 입게 된다.
본 발명에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링(20)의 밖으로 이탈되었을 때, 반도체 웨이퍼(Wf)는 광전 센서(31)에 의해 즉각적으로 검출되고, 이는 출력신호를 제어 장치에 인가하여 턴테이블(10)과 상부링(20)의 회전을 정지시킨다. 이와 동시에, 상부링(20)은 상부링 헤드(24) 내에 배치된 에어 실린더와 같은 상승/하강 기구(도시되지 안음)에 의해 승강될 수 있다. 결과적으로, 턴테이블(10)이 일회전을 하기 이전에 그리고 이탈된 반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링(20)과 충돌하기 이전에 폴리싱 공정이 중단되므로, 반도체 웨이퍼(Wf)와 폴리싱 장치의 구성성분이 손상을 입는 것이 효과적으로 방지된다.
쿠션 재료로 만들어진 범퍼(41)가 턴테이블(10) 주위, 즉, 커버(40)의 내부면에 배치되어, 반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링(20)으로부터 이탈되고, 그 가장자리가 범퍼(41)에 부딪히더라도 반도체 웨이퍼(Wf)가 손상되는 것을 방지하게 된다. 범퍼(41)는 폴리우레탄 등으로 만들어지고, 커버(40)의 내부면을 따라 연장하는 사실상 원통형이다. 반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링(20)으로부터 이탈하고 반경방향 외부로 방출되더라도, 반도체 웨이퍼(Wf)는 범퍼(41)에 의해 탄성적으로 완충되므로, 크래킹되는 것이 방지된다.
이탈된 반도체 웨이퍼(Wf)는 다음과 같이 광전 센서(31)에 의해 검출된다: 광전 센서(31)는 연마포(11)를 향해 광선량(LI)을 방출하고 반사되는 광선량(LR)을 검출한다. 광선량(LR)이 광전 센서(31) 아래의 이탈된 반도체 웨이퍼(Wf)에 의해 반사될 때의 광선량(LI 및 LR) 사이의 차이값은 광선량(LR)이 광전 센서(31) 아래의 이탈되지 않은 반도체 웨이퍼(Wf)에 의해 반사될 때의 광선량(LI 및 LR) 사이의 차이값과 다르게 된다. 광전 센서(31)가 일정한 광선량(LI)을 연마포(11)를 향해 지속적으로 방출한다면, 광전센서(31) 아래의 이탈된 반도체 웨이퍼(Wf)에 의해 반사되는 광선량(LR)은, 광전센서(31) 아래의 이탈되지 않은 반도체 웨이퍼(Wf)에 의해 반사되는 광선량(LR)과는 차이가 있게 된다. 따라서, 광전센서(31) 아래의 이탈된 반도체 웨이퍼(Wf)는 광선량(LI 및 LR) 사이의 차이값의 변화에 기초하여, 또는 광선량(LI)이 일정하다면 반사되는 광선량(LR)의 변화에 기초하여 검출될 수 있다.
상기 원리에 따라 동작하는 광전 센서(31)는, 반사된 광선이 반도체 웨이퍼(Wf)의 특성, 즉 그 검출된 표면이 평면경 다듬질로 또는 거친 다름질 폴리싱처리되었는지 또는 산화층을 운반하는지 여부에 따라 상이한 강도를 갖기 때문에, 이탈된 반도체 웨이퍼(Wf)가 있는지의 여부를 정확하게 검출하지 못하게 된다. 이러한 결점은 광전센서(31)로 글로스 센서(또는 글로스미터)를 사용함으로써 제거될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 글로스 센서는 적색광을 방출하는 적색광-방출 다이오드를 갖는 발광소자(71), 렌즈(72), 및 S파(수직 광선)만이 통과하도록 하는 편광 필터(73)를 포함하므로, 표면(77)에 인가되는 S파만을 검출한다. 상기 글로스 센서(70)는 빔 분할기(75)를 더욱 포함한다. 검출될 표면(77)이 광택이 난다면, 표면(77)에 의해 S파(2차파(secondary wave))가 반사되어 광섬유(74) 안으로 S파를 반사시키는 빔 분할기(75)에 인가된다. 검출될 표면(77)이 광택이 없다면, S파가 방산(diffuse)되므로, 분극 방향이 무작위화 된다. 결과적으로, P파(평행파)가 발생되고, 빔 분할기(75)를 거쳐 광섬유(76) 안을 통과하게 된다. 각각의 광섬유(74, 76)를 통해 전달된 S파와 P파(1차파(primary wave))의 신호 지시가 처리되어 표면(77)의 광택도 차이를 구별하게 된다.
도 8은 글로스 센서, 레이저 센서(변위검출형), 색상차 센서 No.1, 및 색상차 센서 No.2를 포함하는 다양한 센서의 성능 평가를 도시하는 표이다. 평가 항목어는, (1) 상이한 형식의 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하는 능력, (2) 실내조명 하에서 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하는 능력, (3) 물이 있는 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하는 능력, (4) 연마액이 있는 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하는 능력, (5) 특정 크기의 반도체 웨이퍼 조각을 검출하는 능력, (6) 물이 있는 반도체 웨이퍼 조각을 검출하는 능력, (7) 센서가 물로 덮였을 때 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하는 능력, 및 (8) 물을 가지는 다양한 폴리싱 조건하에서 반도체 웨이퍼(Wf)가 폴리싱처리되는 도중에 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하는 능력 등이 포함된다.
평가항목(1)에서, 가공 안된 반도체 웨이퍼와 위에 산화층을 갖는 반도체 웨이퍼 중 하나가 검출될 수 있도록 임계값이 설정되는 경우에, 상기한 반도체 웨이퍼 중 다른 하나가 검출될 수 있는지 여부를 검사한다. 검사 결과, 글로스 센서와 변위검출형의 레이저 센서는 모두 반도체 웨이퍼(Wf)의 두 형태를 검출할 수 있엇지만, 색상차 센서 No.1 및 No.2는 어떤 경우에는 상기 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출할 수 없었다.
평가 항목(2)에서, 반도체 웨이퍼가 실내조명 하에서 검출될 수 있는지 여부가 검사된다. 검사 결과, 모든 센서가 실내조명 하에서 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하였다.
평가 항목(3)에서, 물이 0.5 liter/min의 속도로 턴테이블 상의 연마포 또는 반도체 웨이퍼(Wf)로 공급될 때, 반도체 웨이퍼가 검출될 수 있는지 여부를 검사한다. 검사 결과, 물이 턴테이블(T/T) 상의 연마포로 공급될 때 모든 센서가 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하였다. 반도체 웨이퍼(Wf)로 물이 공급될 때, 글로스 센서 및 레이저 센서가 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하였지만, 색상차 센서 No.1 및 No.2는 몇몇 경우 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하지 못하였다.
평가 항목(4)에서, 연마액이 0.5 liter/min의 속도로 턴테이블(T/T) 상의 연마포 또는 반도체 웨이퍼(Wf)로 공급될 때, 반도체 웨이퍼가 검출될 수 있는지 여부를 검사한다. 검사 결과, 연마액이 턴테이블(T/T) 상의 연마포로 공급될 때 모든 센서가 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하였다. 반도체 웨이퍼(Wf)로 연마액이 공급될 때, 글로스 센서 및 레이저 센서가 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하였지만, 색상차 센서 No.1 및 No.2는 몇몇 경우 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하지 못하였다.
평가 항목(5)에서, 10mm의 폭을 갖는 반도체 웨이퍼 조각이 검출될 수 있는지 여부를 검사한다. 검사 결과, 글로스 센서 및 색상차 센서 No.1 및 No.2가 반도체 웨이퍼 조각을 검출하였지만, 레이저 센서는 몇몇 경우 반도체 웨이퍼 조각을 검출하지 못하였다.
평가 항목(6)에서, 물이 턴테이블(T/T) 상의 연마포 또는 반도체 웨이퍼(Wf)로 공급될 때, 10mm의 폭을 갖는 반도체 웨이퍼 조각이 검출될 수 있는지 여부를 검사한다. 검사 결과, 물이 턴테이블(T/T) 상의 연마포로 공급될 때 글로스 센서와 색상차 센서 No.1 및 No.2가 반도체 웨이퍼 조각을 검출하였고 레이저 센서는 몇몇 경우에 반도체 웨이퍼 조각을 검출하는데 에러를 발생시켰다. 반도체 웨이퍼 조각으로 물이 공급될 때, 모든 센서가 반도체 웨이퍼 조각을 검출하였다.
평가 항목(7)에서, 센서가 소량의 작은 물방울 또는 다량의 큰 물방울로 덮였을 때, 반도체 웨이퍼가 검출될 수 있는지 여부를 검사한다. 검사 결과, 글로스 센서와 레이저 센서 및 색상차 센서 No.1이 소량의 작은 물방울 또는 다량의 큰 물방울로 센서가 덮였을 때 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하였지만, 색상차 센서N0.2는 몇몇 경우 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하지 못하였다.
평가 항목(8)에서, 턴테이블(T/T)이 30rpm으로 회전하고 상부링이 30rpm으로 회전하면서, 또는 턴테이블(T/T)이 100rpm으로 회전하고 상부링이 30rpm으로 회전하면서 반도체 웨이퍼가 물로 폴리싱처리될 때, 반도체 웨이퍼가 검출될 수 있는지 여부가 검사된다. 검사 결과, 글로스 센서가 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하였지만, 레이저 센서는 몇몇 경우 반도체 웨이퍼를 검출하는데 에러를 발생시켰다.
도 8에 도시된 바와 같이, 글로스 센서는 상기 평가 항목 (1) 내지 (8)에서 모두 정확하게 반도체 웨이퍼(Wf)를 검출하였다. 반면에 레이저 센서, 색상차 센서 No.1, 및 색상차 센서 No.2는 본질적으로 양호한 결과를 나타내었고, 레이저 센서는 평가항목 (5)와 (6) 및 (8)에서 검출에러를 발생시키거나 검출에 실패하였고, 색상차 센서 No.1 및 색상차 센서 No.2는 평가항목 (1)과 (3) 및 (4)에서 검출에러를 발생시키거나 검출에 실패하였다. 따라서, 레이저 센서, 색상차 센서 No.1, 및 색상차 센서No.2는 통상적인 연마포와 연마액을 사용하여 폴리싱 공정을 수행하는데 충분하지 않은 성능 안정성을 나타내었다.
상술된 바와 같이, 글로스 센서는 통상적인 연마포와 연마액을 사용하여 폴리싱 공정을 수행하는 데 아주 양호한 성능 안정성을 나타내었다. 도 8의 경우, 백색 IC1000(Rodel,Inc 제조)과 흑색 폴리텍스(Politex)(Rodel,Inc 제조)가 연마포로 사용되고, 백색 SC-1(Cabot 주식회사 제조)와 황색 WA355(Cabot 주식회사 제조)가 연마액으로 사용된다. 더욱이, 레이저 센서와 색상차 센서들이 특정한 연마포와 연마액을 사용한 특정한 폴리싱 조건 및 폴리싱 환경 하에서 상부링으로부터 반도체 웨이퍼가 이탈하는 것을 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 광전 센서(31)는 글로스 센서뿐만 아니라 변위검출형 레이저 센서 또는 색상차 센서를 포함하기도 한다.
상기 실시예에서, 웨이퍼 센서 유닛(21)은 상부링(20)의 옆쪽에 그리고 턴테이블(10)의 회전 방향에 대하여 상부링(20)의 뒷쪽에 센서지지 아암(22) 상에서 지지된다. 그러나, 도 9에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 센서 유닛(21)은 상부링 헤드(24)의 선단부 상의 연결장치에 의해 장착될 수도 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 센서 유닛(21)은 화살표 P 방향으로 축(81)을 중심으로 수직으로 선회가능하므로, 웨이퍼 센서 유닛(21)은 상부링(20)이 있는 영역으로 그리고 유지 보수용 구성성분 근처로 상승될 수 있다.
도 10에서, 웨이퍼 센서 유닛(21)은 도 7에 도시된 글로스 센서(70)를 내부에 수용하고, 발광소자(71)로부터 나온 광선은 표면(77)에 반사되어 광섬유(74, 76)로 들어가고, 이 광선은 광섬유 케이블(82)를 거쳐 광전변환과 신호처리를 수행하는 신호처리기로 전달된다.
웨이퍼 센서 유닛(21)이 반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링으로부터 이탈된 것을 검출하였을 때, 웨이퍼 센서 유닛(21)은 출력신호를 발생시키고, 이는 신호 처리기로 보내어져 턴테이블(10)과 상부링(20)의 회전을 즉각적으로 중지시킨다.
도 11은 턴테이블(10)을 회전시키는 턴테이블 회전 시스템의 블록도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 턴테이블 회전 시스템은 구동 모터(86)를 제어하는 구동 모터 제어기(85)를 구비하여 주어진 회전 속도로 턴테이블(10)을 회전시킨다.
웨이퍼 센서 유닛(21)으로부터의 출력신호는 광섬유 케이블(82)을 통해 신호를 전기 신호로 변환시키고 이 전기 신호를 증폭시키는 광전 변환 및 증폭 유닛(83)으로 전달된다. 증폭된 전기 신호는 전기 신호를 처리하는 신호 처리기(84)로 입력된다. 이런 방식으로, 반도체 웨이퍼(Wf)가 상부링(20)으로부터 이탈된 것이 검출되었을 때, 신호 처리기(84)는 회생제동 명령신호(S)를 구동모터 제어기(85)로 보내고, 이는 구동모터(86)에 회생제동(regenerative bracking)을 인가한다.
상기 실시예에서, 턴테이블(10)은 회생제동에 의해 정지된다. 그러나, 이러한 회생제동 시스템은, 턴테이블(10)과 결합된 브레이크 드럼과 신호 처리기(84)로부터의 제동 명령 신호에 응답하여 브레이크 드럼을 가압할 수 있는 브레이크 슈를 포함하는 기계적 제동 시스템으로 대체되거나 원조될 수도 있다. 상부링(20)의 회전은 회생제동 시스템 및/또는 기계적 제동 시스템에 의해 정지될 수 있고, 또는 대안적으로, 상부링(20)의 관성력이 비교적 작기 때문에 상부링(20)을 회전시키는 모터의 전원 공급기가 단순히 차단될 수도 있다.
웨이퍼 센서 유닛(21)이 상부링(20)으로부터 반도체 웨이퍼(Wf)의 이탈을 검출하는 글로스 센서와 같은 광전 센서를 사용하기 때문에, 복잡한 처리를 수행하지 않고도 광전 센서로부터의 출력신호를 처리하는 소정의 임계값을 설정함으로써 상부링(20)으로부터 반도체 웨이퍼(Wf)의 이탈을 짧은 시간 내에 용이하게 검출할 수 있다. 따라서, 턴테이블(10)과 상부링(20)의 회전이 신속히 정지될 수 있어 반도체 웨이퍼(Wf)와 폴리싱 장치의 구성 성분이 손상을 입는 것을 방지하게 된다.
상술된 것에 의해 명백한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상부링과 150mm 이내의 거리를 두고 옆쪽에 그리고 턴테이블의 회전 방향에 대하여 상부링의 뒷쪽에 웨이퍼 이탈 검출기가 제공되기 때문에, 폴리싱처리 도중에 반도체 웨이퍼가 상부링으로부터 이탈한 것을 정확하게 검출할 수 있다. 반도체 웨이퍼가 이탈된 것을 검출하면, 폴리싱 동작이 즉각적으로 정지되어 반도체 웨이퍼 및 리테이너링, 연마포, 배킹패드 및 드레싱 공구를 포함하는 폴리싱 장치의 구성성분이 손상을 입는 것을 방지하게 된다. 상기 실시예에서, 반도체 웨이퍼의 이탈 원인은 전달 장치와 상부링 사의에서 전달에 실패하는 것이지만, 이탈 원인이 이에 한정되지는 않는다. 반도체 웨이퍼가 정상적으로 그리고 적합하게 상부링으로 전달되었더라도, 폴리싱 공정 중에 상부링의 하부면과 연마포의 상부면 사이의 틈을 통해 반도체 웨이퍼가 상부링으로부터 이탈될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예가 상세하게 설명되었지만, 다양한 변경과 수정이 첨부된 청구항의 정신에 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 웨이퍼 이탈 검출기를 구비한 폴리싱 장치의 주요 부품을 도시하는 평면도,
도 2는 도 1의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 취한 단면도,
도 3은 도 1에 도시된 폴리싱 장치의 평면도,
도 4는 도 3의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취한 확대 단면도,
도 5는 도 4에 도시된 웨이퍼 센서 유닛의 평면도,
도 6은 반도체 웨이퍼가 상부링 상에 정상적으로 장착되지 않은 것을 도시하는 단면도,
도 7은 웨이퍼 이탈 검출기로서의 글로스 센서를 도시하는 개략도,
도 8은 다양한 센서의 성능 평가를 도시하는 표,
도 9는 수정된 웨이퍼 이탈 검출기를 갖는 폴리싱 장치의 전면도,
도 10은 도 9에 도시된 수정된 폴리싱 장치에 부착된 웨이퍼 센서 유닛을 도시하는 확대 사시도,
도 11은 턴테이블 회전 시스템의 블록도.
Claims (6)
- 가공물을 폴리싱처리하는 폴리싱 장치에 있어서,폴리싱 표면을 갖는 턴테이블과,상기 가공물을 유지시키면서 상기 턴테이블의 상기 폴리싱 표면에 대하여 상기 가공물을 가압하는 상부링과,상기 상부링은, 상기 가공물이 상기 상부링 내에서 유지될 수 있도록 리테이너링을 구비하고,폴리싱처리 도중에 상기 상부링으로부터 상기 가공물이 이탈한 것을 검출하는 가공물 이탈 검출기를 포함하고,상기 가공물 이탈 검출기는 상기 상부링에 인접하여 위치된 센서를 포함하고,상기 센서는 광선을 방출하고, 반사되는 광선을 받아들여 상기 반사되는 광선량의 변화에 기초하여 상기 가공물이 상기 상부링으로부터 이탈된 것을 검출하는 광전센서를 포함하고,상기 광전 센서는 글로스 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 센서는 상시 텐테이블이 회전하는 방향에 대하여 상기 상부링의 뒷쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 광전센서는 반사된 광선을 S파와 P파로 분리하는 빔 분할기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 턴테이블이 완전히 회전되기 전에 상기 상부링의 회전 및 상기 턴테이블의 회전을 정지시킬 수 있도록, 이탈된 가공물을 검출하는 상기 가공물 이탈 검출기에 반응하여 조작가능한 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
- 가공물을 폴리싱처리하는 폴리싱 장치에 있어서,폴리싱 표면을 갖는 턴테이블과,상기 가공물을 유지시키면서 상기 턴테이블의 상기 폴리싱 표면에 대하여 상기 가공물을 가압하는 상부링과,상기 상부링은, 상기 가공물이 상기 상부링 내에서 유지될 수 있도록 리테이너링을 구비하고,폴리싱처리 도중에 상기 상부링으로부터 상기 가공물이 이탈한 것을 검출하는 가공물 이탈 검출기를 포함하고,상기 가공물 이탈 검출기는 상기 상부링에 인접하여 위치된 센서를 포함하고,상기 센서는 상기 턴테이블이 회전하는 방향에 대하여 상기 상부링의 뒷쪽에 배치되고,상기 센서는 광선을 방출하고, 반사되는 광선을 받아들여 상기 반사되는 광선량의 변화에 기초하여 상기 가공물이 상기 상부링으로부터 이탈된 것을 검출하는 광전센서를 포함하고,상기 광전 센서는 글로스 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
- 가공물을 폴리싱처리하는 폴리싱 장치에 있어서,폴리싱 표면을 갖는 턴테이블과,상기 가공물을 유지시키면서 상기 턴테이블의 상기 폴리싱 표면에 대하여 상기 가공물을 가압하는 상부링과,상기 상부링은, 상기 가공물이 상기 상부링 내에서 유지될 수 있도록 리테이너링을 구비하고,폴리싱처리 도중에 상기 상부링으로부터 상기 가공물이 이탈한 것을 검출하는 가공물 이탈 검출기와,상기 턴테이블이 완전히 회전되기 전에 상기 상부링의 회전 및 상기 턴테이블의 회전을 정지시킬 수 있도록, 이탈된 가공물을 검출하는 상기 가공물 이탈 검출기에 반응하여 조작가능한 기구를 포함하고,상기 가공물 이탈 검출기는 상기 상부링에 인접하여 위치된 센서를 포함하고,상기 센서는 광선을 방출하고, 반사되는 광선을 받아들여 상기 반사되는 광선량의 변화에 기초하여 상기 가공물이 상기 상부링으로부터 이탈된 것을 검출하는 광전센서를 포함하고,상기 광전 센서는 글로스 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
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