KR100697876B1 - 폴리싱장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 폴리싱장치는, 폴리싱표면을 구비한 폴리싱테이블; 판형 부재를 운반하고 이 판형 부재를 폴리싱표면과 접촉하게 하는 캐리어; 및 폴리싱표면을 드레싱 또는 정상화 하기 위해 폴리싱표면과 접촉하도록 되어있는 드레싱공구를 포함하는 드레서를 포함하여 이루어진다. 캐리어는 판형 부재를 폴리싱표면과 접촉하게 하는 작업위치와 휴식위치사이의 제 1경로를 따라 이동가능하며, 드레서는 드레싱공구를 폴리싱표면과 접촉하게 하는 작업위치와 휴식위치사이의 제 2경로를 따라 이동가능하다. 제 1경로와 제 2경로는 겹쳐지는 공통영역을 가진다. 캐리어와 드레서가 서로 접촉하게 되는 것을 방지하도록 접촉방지수단이 제공된다. 판형 부재의 표면의 소정영역이 폴리싱표면의 원주모서리를 넘어 연장하는 상태로 만들어지도록 액츄에이터가 제공된다.
Description
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 폴리싱장치의 평면도,
도 2는 도 1의 폴리싱장치의 폴리싱테이블의 평면도,
도 3은 도 2의 폴리싱테이블의 측면 입면도,
도 4은 도 1의 폴리싱장치에 사용되는 웨이퍼캐리어와 드레서의 사시도,
도 5는 도 4의 웨이퍼캐리어와 드레서의 운동관계를 나타내는 웨이퍼캐리어와 드레서의 평면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼캐리어와 드레서의 사시도,
도 7은 도 6의 웨이퍼캐리어와 드레서의 변형예를 나타내는 사시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폴리싱장치의 평면도,
도 9는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 폴리싱장치의 평면도,
도 10은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 웨이퍼캐리어와 폴리싱테이블의 측면 입면도,
도 11a는 폴리싱동작중의 폴리싱테이블과 웨이퍼캐리어의 사시도,
도 11b는 웨이퍼캐리어가 폴리싱테이블에 대해 측면으로 이동하기 시작할 때의 상태를 나타내는 폴리싱테이블과 웨이퍼캐리어의 사시도,
도 11c는 폴리싱테이블의 상부로 웨이퍼캐리어가 상승하는 폴리싱테이블에 대한 상대적인 소정위치로 웨이퍼캐리어가 이동되었을 때의 상태를 나타내는 폴리싱테이블과 웨이퍼캐리어의 사시도,
도 11d는 도 11c의 폴리싱테이블과 웨이퍼캐리어의 저면도,
도 11e는 웨이퍼캐리어가 폴리싱테이블로부터 분리되어 상승된 상태를 나타내는 폴리싱테이블과 웨이퍼캐리어의 사시도,
도 12는 종래 폴리싱장치의 측면 입면도이다.
본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 판형(plate-like)의 물품을 폴리싱하는 폴리싱장치에 관한 것이다.
최근, 고집적 반도체 디바이스의 제조 기술이 빠르게 진보되면서, 회로배선 패턴이 점점 미세해지게 되었으며, 그 결과, 배선패턴사이의 간격 또한 감소되어 왔다. 배선간격이 0.5 마이크론이하로 감소됨에 따라, 포토리소그래피등에 있어서 회로패턴 형성 초점심도는 점점 얕아지게 되었다. 따라서, 스텝퍼(stepper)에 의해 회로패턴 이미지가 형성되어야 하는 반도체웨이퍼 표면은 폴리싱장치에 의해 고도의 표면 평탄도로 폴리싱될 필요가 있다. 그러한 고도의 표면평탄도를 이루기 위해, "CMP", 즉 "화학적-기계적 폴리싱장치"라고 알려진 폴리싱장치를 사용하는 것이 일반적이다.
도 12는 이러한 형태의 폴리싱장치를 도시한다. 이 장치는 그 상부 표면에 연마포(100)가 마련된 폴리싱테이블(102), 폴리싱될 반도체웨이퍼(W)를 이송하는 웨이퍼캐리어(wafer carrier; 104), 및 연마포에 연마액을 공급하는 연마액 공급노즐(106)을 포함한다. 폴리싱공정에서, 웨이퍼(W)는 웨이퍼캐리어(104)의 하부 표면상에 고정되어 폴리싱테이블(102)에 마련된 연마포(100)의 표면(폴리싱 표면)과 가압되어 접촉하게 되고, 웨이퍼캐리어(104)와 폴리싱테이블(102)은 각각의 축선 주위로 회전된다. 동시에, 연마액 공급노즐(106)은 예를 들면, 화학적 기계적으로 반도체웨이퍼의 폴리싱을 행하는 실리카(silica)와 같은 연마입자를 포함하는 알칼리성 슬러리(slurry)로 이루어지는 연마액을 연마포(100)에 공급한다.
폴리싱장치에는 또한 반도체웨이퍼의 폴리싱동안에 또는 폴리싱후에 연마포의 폴리싱표면을 정상화하기 위해 채용된 드레싱공구(dressing tool; 108)가 일반적으로 제공된다. 연마포(100)의 폴리싱표면과 가압되어 접촉하게 되면서, 드레싱공구(108)는 회전되어 축적된 연마입자 및 파편을 제거하고 폴리싱표면을 평탄화시킨다. 웨이퍼캐리어(104) 및 드레싱공구(108)는 폴리싱테이블(102)의 방사상 외부에 인접하여 위치된 스트럿(strut; 미도시)상에 선회가능하게 지지되어, 각각의 유닛은 도 11에 도시된 작업위치와 폴리싱테이블(102) 방사상 바깥쪽의 휴식위치(rest position)사이에서 이동가능하게 되어있다.
폴리싱테이블(102)의 폴리싱표면은 회전중심으로 가까이 갈수록 회전이동이 감소하게 된다. 따라서, 폴리싱동안에, 반도체웨이퍼는 중심축선으로부터 먼 폴리싱표면과만 접촉해야 하며, 따라서, 폴리싱테이블의 직경은 폴리싱될 웨이퍼의 직경보다 두 배이상으로 될 필요가 있다. 따라서, 큰 폴리싱장치가 사용되어야 하 며, 그에 따라 생산비 및 설치비가 증가한다.
이러한 문제점을 극복하기 위해, 폴리싱표면을 가진 폴리싱테이블이 순환병진운동을 하도록 구동되는 폴리싱장치가 사용되어 왔으며, 이 장치에서는 폴리싱테이블의 배향에 어떠한 변화도 가져오지 않으면서 폴리싱테이블의 중심축선으로부터 이격되고 그 중심축선과 평행한 축선주위로 폴리싱테이블이 회전되며, 폴리싱표면상의 모든 포인트는 거의 동일한 궤적, 즉 원을 그리게 된다. 반도체웨이퍼의 표면에 대한 폴리싱표면의 운동은 폴리싱표면이 폴리싱표면의 모든 포인트에서 웨이퍼표면을 균일하게 폴리싱하는 것을 가능케 해준다. 따라서, 이것은 반도체 웨이퍼의 직경과 거의 동일한 크기의 직경을 가진 작은 직경의 폴리싱테이블의 폴리싱표면이 채택될 수 있게 해주며, 반도체 웨이퍼를 적절히 폴리싱할 수 있게 된다.
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그러나, 감소된 크기의 폴리싱테이블은 다음과 같은 문제점을 야기한다. 먼저, 폴리싱테이블의 폴리싱표면상에 위치되는 드레싱공구 및 웨이퍼캐리어의 작업위치가 서로 겹쳐지게 되어, 불의의 접촉 및 파손의 가능성이 증가한다. 또한, 폴리싱동작이 완료된 다음에, 웨이퍼캐리어는 폴리싱된 웨이퍼를 폴리싱테이블의 폴리싱표면으로부터 분리시키기 위해 상승되어져야만 한다. 그러나, 폴리싱된 웨이퍼와 폴리싱표면사이의 연마액의 존재로 인해 표면장력이 발생하며, 폴리싱된 웨이퍼를 폴리싱표면으로부터 분리시키기 위해서 상대적으로 큰 힘이 인가될 필요가 있다. 따라서, 폴리싱동작이 완료되면, 1회분의 웨이퍼가 폴리싱테이블의 폴리싱표면의 원주면으로부터 방사상으로 바깥쪽으로 연장하는 위치로 웨이퍼를 이동시키도록, 폴리싱테이블 외부에 위치된 고정스트럿주위로 웨이퍼캐리어가 일반적으로 먼저 선회되어, 웨이퍼캐리어의 상승 및 폴리싱된 웨이퍼를 폴리싱표면으로부터 분리하기 전에 표면장력이 감소된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 폴리싱테이블에 인가되는 순환병진운동으로 인해 폴리싱테이블내의 실질적인 회전중심점이 변하게 되어, 폴리싱테이블의 원주모서리가 불명확해 진다. 따라서, 전술한 바와 같이, 웨이퍼캐리어가 폴리싱표면으로부터 상승되어지기 전에 소정위치로 이동된다 하여도, 폴리싱표면과 접촉하고 있는 웨이퍼의 실질면적은 불명확해지며, 따라서 웨이퍼와 폴리싱표면사이에 표면장력이 작용하게 된다. 결과적으로, 폴리싱된 웨이퍼를 폴리싱표면으로부터 효과적으로 분리시키기 어렵게 되며, 부적절한 이동 가능성 및 그에 따른 웨이퍼의 파손의 가능성이 증가한다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 폴리싱장치는, 폴리싱표면을 구비한 폴리싱테이블; 반도체웨이퍼와 같은 판형 부재를 운반하고 이 판형 부재를 폴리싱표면과 접촉하게 하는 캐리어; 및 폴리싱표면을 드레싱 또는 정상화 하기 위해 폴리싱표면과 접촉하도록 되어있는 드레싱공구를 포함하는 드레서를 포함하여 이루어진다. 캐리어는 판 형 부재를 폴리싱표면과 접촉하게 하는 작업위치와 폴리싱표면의 방사상 바깥쪽에 위치된 휴식위치사이의 제 1경로를 따라 이동가능하며, 드레서는 작업위치와 휴식위치사이의 제 2경로를 따라 이동가능하다. 제 1경로와 제 2경로는 공통의 겹쳐지는 영역을 가진다.
폴리싱장치는 캐리어와 드레서가 전술한 제 1경로 및 제 2경로를 따라 이동하는 동안 서로 접촉하게 되는 것을 방지하는 접촉방지수단을 더욱 포함하여 이루어진다.
접촉방지수단은 캐리어와 드레서가 겹쳐지는 모든 영역에 동시에 들어가는 것을 방지하도록 설계될 수 있다.
폴리싱장치는 캐리어와 드레서가 소정한계이상으로 서로 근접한 것을 감지하는 수단을 더욱 포함하여 이루어지며, 이에 따라 어느 하나의 유닛 또는 양 유닛 모두의 이동은 정지된다.
캐리어 및 드레서는 각각 제 1경로 및 제 2경로를 따라 동시에 이동될 수 있도록 기계적으로 서로 연결될 수도 있다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 폴리싱장치는, 폴리싱표면을 구비한 폴리싱테이블; 반도체웨이퍼와 같은 판형 부재를 운반하고 판형 부재를 폴리싱표면과 접촉하게 하여 판형 부재의 표면을 폴리싱하는 캐리어; 판형 부재와 폴리싱표면과의 계속적인 접촉을 유지하면서 폴리싱테이블과 캐리어사이에 상대적인 순환병진운동을 발생시키는 순환병진운동기구; 및 폴리싱표면에 대해 캐리어를 이동시켜, 판형 부재를 판형 부재의 소정영역의 표면이 폴리싱표면의 원주모서리를 넘어 연장하는 상태로 만드는 액츄에이터(actuator)를 포함하여 이루어진다. 여기에서, 전술한 "순환병진운동"이란 용어는 "물품상의 모든 포인트가 서로 평형하게 폐쇄된 경로를 따라 이동하는 운동"으로 정의 된다. 폐쇄된 경로란, 예를 들면, 원, 타원, 및 다각형의 형태일 수 있다. 따라서, 전술한 "상대적인 순환병진운동"은 폴리싱표면상의 모든 포인트가 판형 부재에 대해 거의 동일한 궤적을 그리는 것으로 이해되어야 한다.
폴리싱장치는 판형 부재가 폴리싱표면에 대해 소정의 위치에서 소정의 배향(orientation)을 가지도록 상기 상대적인 순환병진운동을 정지시키기 위한 수단을 포함하여 이루어질 수도 있다. 캐리어는 판형 부재를 정지상태로 유지하는 소정위치에 위치되는 동안, 순환병진운동수단은 폴리싱테이블의 순환병진운동을 발생시킨다(여기서, 폴리싱테이블상의 모든 포인트는 폴리싱테이블의 배향의 변화없이 중심점 주위로 회전가능하다). 폴리싱장치는 폴리싱테이블에 인접하여 위치된 센서를 포함할 수도 있으며, 이 센서는 폴리싱테이블상의 소정 기준점이 센서를 지나갔는지를 감지하여 신호를 방출하며, 이 신호에 응답하여, 테이블이 센서신호와 관련한 소정위치에 도달하면, 폴리싱테이블의 순환병진운동은 정지수단에 의해 정지된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 폴리싱장치가 도시된다.
도시된 바와 같이, 평면도 구성에서의 폴리싱장치는 전체적으로 직사각형이며, 왼쪽 단부에 위치된 폴리싱 스테이션(10)과 , 다른 쪽 단부에 웨이퍼 저장케이스(12a 및 12b)를 포함한 웨이퍼 로딩/언로딩 스테이션(14)을 포함한다. 웨이퍼 로딩/언로딩 스테이션(14)과 폴리싱 스테이션(10) 사이에는, 웨이퍼 이송로봇(16a 및 16b)과 세정기구(18a 및 18b)가 평행하게 위치되어 있으며, 세정기구들 사이에 웨이퍼 반전기(20)가 개재되어 있다.
폴리싱 스테이션(10)은 그 중심에 위치된 폴리싱테이블(22), 웨이퍼캐리어(24), 및 웨이퍼캐리어(24)의 맞은 측면에 위치된 드레서(dresser; 26)를 포함한다. 폴리싱테이블(22)에 대한 웨이퍼캐리어(24) 및 드레서(26)의 이러한 배치구성은 폴리싱 스테이션(10)이 최소코기를 유지하도록 해준다. 이러한 구성은 또한 드레서와 웨이퍼캐리어가 상호 간섭할 가능성이 적은 상태에서 작동할 수 있도록 해준다. 참조부호 28은 폴리싱 스테이션(10)과 이송로봇(16b)사이에서 웨이퍼의 이송을 용이하게 해주는 웨이퍼 이송스테이션을 가리킨다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 폴리싱테이블(22)에는 그 상부 표면에 숫돌디스크 및 연마포와 같은 폴리싱부재(30)가 마련되며, 폴리싱부재(30)는 그 상부측에 폴리싱표면(30a)을 구비한다. 폴리싱테이블(22)의 아래에는, 이하 설명될 일련의 구동장치에 의해 폴리싱테이블(22)을 구동하는 모터(31)가 제공된다. 모터(31)는 중심축선(O1)을 가지는 수직 출력샤프트(32)를 포함한다. 구동 출력샤프트(32)에는 그 상단부면(upper end face)에 중심축선(O1)으로부터 거리 "e" 만큼 오프셋된 중심축선(O2)를 가지는 편심된 수직 구동핀(32a)이 마련된다. 구동핀(32a)의 최단부(top end)는 폴리싱테이블(22)의 저부 표면의 중심에 형성된 오목부(22a)내에 회전가능하게 수용되는 래디얼베어링(radial bearing; 34)의 중심홀내에 회전가능하게 수용된다. 모터의 출력샤프트(32)가 회전하면, 구동핀(32a)은 출력샤프트(32)의 중심축선(O1) 주위로 회전되며, 따라서 래디얼베어링(34)도 또한 출력샤프트(32)의 중심축선(O1) 주위로 회전된다. 폴리싱테이블(22)은 축선(O1)에 직교하는 수평면내에서 이동하도록 설계되지만, 그 자신의 중심축선 즉 중심축선(O2) 주위로 회전하는 것은 금지된다. 따라서, 전술한 바와 같이, 구동핀(32a)의 선회운동으로 인해, 폴리싱테이블(22)은 모터(31)의 출력샤프트(32)의 중심축선(O1) 주위로 순환병진운동을 하게 된다. 즉, 폴리싱테이블(22)은 그 자신의 배향에는 어떠한 변화없이 즉, 그 자신의 축선(O2) 주위로 회전됨없이 모터(31)의 출력샤프트(32)의 중심축선(O1) 주위를 선회하도록 모터에 의해 구동된다.
웨이퍼캐리어(24)는 수직스트럿(36), 그 기단부(proximal end)에서 수직스트럿(36)의 최단부상에 선회가능하게 장착되고 서보모터(미도시)와 같은 엑츄에이터에 의해 스트럿의 수직축선 주위로 선회되도록 된 캐리어헤드(38), 디스크 형태의 웨이퍼 운반부재(42), 및 캐리어헤드의 원단부(distal end)로부터 아래쪽으로 연장하고 그 하단부에서 운반부재(42)의 중심에 연결된 운반부재 구동샤프트(40)를 포함한다. 구동샤프트(40)는 모터와 리프트(미도시)에 연결되며, 모터와 리프트는 양자 모두 캐리어헤드(38)상에 장착되어, 구동샤프트(40)가 운반부재(42)의 저부 표면상에 웨이퍼를 운반하거나 홀딩(holding)하면서 그 축선주위로 회전가능하고 상하로 이동가능하다. 폴리싱동작은 운반부재(42)를 회전시키면서 운반부재(42)를 하강시켜 웨이퍼(W)를 폴리싱부재(30)의 폴리싱표면과 접촉시킴으로써 행해진다. 캐리어헤드(38)는 전술한 바와 같이 선회가능하여, 운반부재는 폴리싱테이블(22)상의 작업위치, 폴리싱테이블 방사상 외부의 후퇴위치(retracted position), 및 폴리싱 스테이션(10)내의 웨이퍼 이송스테이션(28)상의 웨이퍼 이송위치 사이에서 이동될 수 있다. 참조번호 38a는 완성된 캐리어헤드(38)를 덮는 커버를 가리킨다.
유사한 방식으로 드레서(26)는 수직스트럿(44), 그 기단부에서 수직스트럿의 최단부상에 선회가능하게 장착되고 서보모터(미도시)와 같은 엑츄에이터에 의해 스트럿(44)의 수직축선 주위로 선회되도록 된 드레서헤드(46), 디스크 형태의 드레싱공구(50), 및 드레서헤드(46)의 원단부로부터 아래쪽으로 연장하고 그 하단부에서 드레싱공구(50)의 중심에 연결된 드레싱공구 구동샤프트(48)를 포함한다. 구동샤프트(48)는 모터와 리프트(미도시)에 연결되며, 모터와 리프트는 양자 모두 드레서헤드(46)상에 장착되어 드레싱공구(50)는 그 축선 주위로 회전될 수 있으며 상하로 이동될 수 있다. 드레싱동작은 드레싱공구를 회전시키면서 드레싱공구(50)를 폴리싱부재(30)의 폴리싱표면과 접촉시킴으로써 행해진다. 드레서헤드(46)는 전술한 바와 같이 선회가능하여, 드레싱공구는 폴리싱테이블(22)상의 작업위치, 폴리싱테이블(22)의 방사상 외부의 후퇴위치 사이에서 이동될 수 있다. 참조번호 46a는 완성된 드레서헤드(46)를 덮는 커버를 가리킨다.
이 실시예에서는, 캐리어헤드(38)와 드레서헤드(46)가 각각 상호 간섭함이 없이 스트럿(36 및 44)의 축선 주위로 선회되도록 캐리어헤드(38) 및 드레서헤드(46)의 모터를 제어하는 제어기(C)(도 1참조)가 제공된다. 예를 들면, 스트럿(36 및 44)의 축선 주위로 캐리어헤드(38)와 드레서헤드(46)의 선회 각도를 각각 감지하기 위한 센서들이 마련되고, 제어기(C)는 캐리어헤드(38)와 드레서헤드(46)의 선회위치를 나타내는 센서로부터의 신호에 기초하여 캐리어헤드(38)와 드레서헤드(46)의 선회운동을 제어하게 된다. 도 5는 제어기(C)에 의해 제어되는 캐리어헤드(38)와 드레서헤드(46)사이의 위치관계의 예를 나타낸다. 이 예에서, 제어기(C)는 드레서헤드(46)가 도 5에 도시된 각범위(α)내에 위치된 휴식위치(rest position)에 있다는 것을 확인한 경우에만, 제어기(C)는 캐리어헤드(38)의 모터에 지령을 내려 캐리어헤드(38)를 반시계방향으로 선회시켜, 캐리어헤드(38)가 폴리싱테이블(22)상의 작업위치로 오게 하여, 캐리어헤드(38)는 드레서헤드(46)로부터 어떠한 간섭도 받지않고 선회가능하다. 유사한 방식으로, 제어기(C)는 캐리어헤드(38)가 각범위(β)내에 위치된 휴식위치에 또는 휴식위치보다도 웨이퍼 이송스테이션에 더 가까운 위치에 있다는 것을 확인한 경우에만, 제어기(C)는 드레서헤드(46)의 모터에 지령을 내려 드레서헤드를 도 5에 도시된 바와 같이 시계방향으로 선회시켜, 드레싱공구(50)가 폴리싱테이블상의 작업위치로 오게 한다.
이 실시예에서, 드레서헤드(46)에는 그 커버(46a)상에 접촉형 센서(56)가 마련된다. 특히, 접촉형 센서(56)는 "U" 자 형태이며, 복수의 지지부재(54)에 의해 드레서헤드 커버(46a)의 하부로부터 분리되어 그 하부 주위로 지지된다. 센서(56)는, U자 형태로 서로 평행하게 배열되고 절연 필름부재와 같은 절연부재에 의해 그 대향단부에서 함께 고정되는, 한쌍의 가늘고 긴 전기도체를 포함한다. 도체는 탄성부재로 만들어진 테이프형태의 부재에 구리를 도금함으로써 마련될 수 있다. 만약 캐래어헤드(38)가 도체와 접촉하게 되면, 도체는 전기적으로 연결되고 센서(56)내의 회로를 차단하게 되어, 제어기(C)를 작동시켜 캐리어헤드(38) 및/또는 드레서헤드(46)의 선회이동을 정지시킴으로써, 캐래어헤드 및/또는 드레서헤드에 가해질 수 있는 파손을 피하게 한다.
이러한 형태의 접촉형 센서는 대기상태에 대해 내성이 매우 높아, 예를 들면, 수분 및 화학물에 잘 견딘다. 또한, 이러한 형태의 센서는 값이 싸고 유지하기 쉬우며, 복잡한 조절을 필요로 하지 않으며, 또한 용이하게 교체가능하고 상대적으로 자유롭게 구성될 수 있다. 비록 접촉형 센서는 작동을 위해서 캐리어헤드 및 드레서헤드와 접촉되어져야 할 필요가 있으나, 캐리어헤드와 드레서헤드사이의 직접적인 접촉은 전술한 실시예에 도시된 바와 같이, 센서를 드레서헤드로부터 분리시켜 유지하도록 구성함으로써 피할 수 있다.
비록 이 실시예에서는, 캐리어헤드가 정비를 위해 종종 폴리싱장치로부터 이탈된다는 사실을 고려하여, 센서(56)가 드레서헤드(46)상에 마련되었지만, 센서는 캐리어헤드(38)상에 장착되어도 된다.
동작에 있어서, 폴리싱될 웨이퍼는 제 1이송로봇(16a)에 의해 웨이퍼케이스(12a 또는 12b)로부터 이탈된 후, 반전기(20)에 의해 반전되고, 제 2이송로봇(16b)에 의해 웨이퍼 이송스테이션(28)상에 놓여진다. 다음에, 제어기(C)는 드레서헤드(46)가 각범위(α)내에 위치된 휴식위치내에 위치된 것을 확인한 후, 캐리어헤드(38)를 각범위(β)내의 휴식위치로부터 제 2이송로봇(16b)에 의해 웨이퍼가 놓여진 웨이퍼 이송스테이션상의 위치로 이동시킨다. 웨이퍼는 캐리어헤드(38)쪽으로 상승된 다음, 캐리어헤드는 그 하부 표면에 의해 진공하에서 웨이퍼를 홀딩한다. 제어기(C)는 드레서헤드가 각범위(α)내에 유지되어 있는 것을 다시 확인한 후, 캐래어헤드(38)를 선회시켜, 웨이퍼(W)를 운반하는 운반부재(42)를 폴리싱테이블(22)의 폴리싱표면(30a)상의 작업위치로 오게한다.
다음, 운반부재(42)는 그 자신의 축선 주위로 회전되면서 하강하여, 전술한 순환병진운동을 하는 폴리싱테이블(22)상의 폴리싱부재(30)의 폴리싱표면(30a)과 접촉하게 된다. 웨이퍼(W)를 폴리싱한 후에, 제어기는 드레서헤드(46)가 휴식위치에 있다는 것을 확인한 후에, 운반부재(42)를 상승시키고 웨이퍼 이송스테이션(28)쪽으로 이동시켜, 운반부재(42)를 웨이퍼 이송스테이션(28)상으로 오게한다.
다음에, 제어기(C)는 운반부재(42)가 웨이퍼 이송스테이션(28)상의 위치에 있다는 것을 확인한 후, 휴식위치에 있는 드레서헤드(46)를 선회시켜, 드레싱공구(50)를 폴리싱테이블(22)상의 폴리싱표면(30a)상의 위치로 오게한다. 그 다음, 드레싱공구는 저속으로 회전하면서 하강되어, 순환병진운동을 하고 있는 폴리싱테이블상의 폴리싱표면(30a)과 접촉하게 되며, 여기서 드레싱공정이 폴리싱표면(30a)상에서 행해진다.
드레싱공정이 완료되면, 제어기(C)는 캐리어헤드가 웨이퍼 이송스테이션(28)상의 지정위치에 있다는 것을 확인한 후, 드레싱공구(50)를 상승시킨 후 휴식위치로 이동시킨다. 드레싱공구(50)의 휴식위치에는 드레싱공구용 세정기구가 마련된다.
드레싱공정과 동시에 또는 드레싱공정후에, 폴리싱된 웨이퍼(W)는, 필요하다 면 순수 또는 린싱액(rinsing liquid)으로 세정되면서, 운반부재(42)로부터 웨이퍼 이송스테이션(28)으로 이송된다.
이 실시예에서, 전술한 제어기(C)의 작동에도 불구하고, 캐래어헤드(38)와 드레서헤드(46)의 급박한 접근이 발생되는 경우에, 접촉형 센서(56)는 그러한 접근을 감지할 수 있으며, 그에 따라 캐래어헤드(38) 및 드레서헤드(46)의 어떠한 선회운동도 그 즉시 중지하게 되며, 그들 사이의 충돌을 회피한다. 이러한 보호기능은 예를 들면, 폴리싱장치의 설치후에 조절과정동안 폴리싱장치가 수동으로 작동될 때 유용하다.
그 다음, 웨이퍼 이송스테이션상에 놓여진 폴리싱된 웨이퍼(W)는 제 2이송로봇(16b)에 의해 제 1세정기구(18a)로 이송되어, 여기에서 웨이퍼의 대향 측면들이 예를 들면, 스폰지 롤(roll)을 사용하여 세정되며, 다음에, 반전기(20)로 이송되어 반전기(20)에 의해 반전된다. 그 다음, 반전된 웨이퍼는 제 1이송로봇(16a)에 의해 픽업(pick-up)되어, 예를 들면, 펜형태(pen-type)의 스폰지 세정부재를 사용하는 세정공정 및 웨이퍼의 상부 표면에 대한 스핀건조 공정을 행하도록 설계된 제 2세정기구(18b)상에 놓여지며, 마지막으로 웨이퍼 케이스(12a 및 12b)를 포함하는 로딩/언로딩 스테이션으로 이송된다.
전술한 제 1실시예에서, 드레서는 접촉형태이다. 그러나, 본 발명은 예를 들면, 공기, 질소가스, 물 또는 다른 유체를 분사하도록 되어 있는 유체분사형태의 비접촉형 드레서를 포함하는 폴리싱장치에도 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 제 2실시예를 도시하며, 이 실시예에서는 제 1실시예에서의 접촉형 센서대신에, 복수의 근접스위치(proximity switch; 60)가 캐리어커버(38a)와 맞물릴 수 있는 영역인 드레서 커버(46a)의 하부 표면상의 영역에 마련된다. 도시된 바와 같이, 근접스위치는 소정거리간격으로 서로 이격되어 있다.
도 7은 본 발명의 제 3실시예를 도시하며, 이 실시예는 제 2실시예의 근접스위치(60) 대신에, 각각 광 방출기(light emitter; 62)와 광 수용기(light receiver; 64)를 포함하는 광 스위치(photoswitch; 66)를 채용한다.
제 2실시예 및 제 3실시예에서, 캐래어헤드(38)와 드레서헤드(46)의 부적절한 접근은 캐래어헤드(38)와 드레서헤드(46)의 어떠한 직접적인 접촉없이 근접스위치(60) 및 광 스위치(66)에 의해 각각 감지된다. 캐리어헤드와 드레서헤드의 부적절한 접근을 감지하기 위해서는, 제 2실시예 및 제 3실시예에서 개시된 복수의 스위치대신에 단일스위치가 적절히 채용될 수도 있다는 것에 유의해야 한다.
도 8은 본 발명의 제 4실시예에 따른 폴리싱장치를 도시한다. 이 장치는 한쌍의 폴리싱 스테이션(10, 10)을 포함한다. 각각의 폴리싱 스테이션에는, 일직선으로 배열된 2개의 세정기구(18a 및 18b) 및 하나의 반전기(20)가 제공된다. 이 장치는 세정기구(18a 및 18b)와 단일 반전기(20)의 라인들 사이에 평행하게 일직선으로 배치된 제 1이송로봇(16a) 및 제 2이송로봇(16b)과, 폴리싱 스테이션(10, 10)이 마련된 단부에 대향하는 장치의 단부에 위치된 단일 로딩/언로딩 스테이션(14)을 더욱 포함한다. 이 실시예에 따른 폴리싱장치는 하나의 폴리싱 스테이션이 웨이퍼의 폴리싱공정을 행하면서 다른 폴리싱 스테이션이 드레싱공정을 행하는 것이 가능하다. 이 실시예에 따르면, 한 쌍의 제 1 및 제 2 웨이퍼 이송로봇(16a 및 16b)은 폴리싱 스테이션(10, 10) 양자 모두를 위해 사용되어질 수 있도록 되어 있어, 한쌍의 웨이퍼 이송로봇(16a 및 16b)이 단일 폴리싱 스테이션(10)용으로만 사용되던 제 1실시예에 따른 폴리싱장치에 비해, 단위설치면적당 더 많은 웨이퍼를 폴리싱장치가 폴리싱하는 것을 가능케 해준다.
도 9는 본 발명의 제 5실시예에 따른 폴리싱장치를 도시하며, 이 폴리싱장치는 각 대향단부에 운반부재(42) 및 드레싱공구(50)가 각각 마련된 단일 벨크랭크 형태(bell-crank type)의 헤드(70)를 폴리싱 스테이션(10)내에 포함한다. 헤드(70)는 폴리싱테이블(22)로부터 측면으로 이격된 수직스트럿(68)에 의해 선회가능하게 지지된다. 이 장치에서, 운반부재(42)와 드레싱공구(50)는 스트럿(68)주위로 헤드(70)의 선회이동에 의해 서로에 대해 반대방향으로 작업위치와 휴식위치사이에서 동시에 이동되어, 그들 사이에 어떠한 접촉도 피할 수 있다. 따라서 이 장치는 도 4 내지 도 7에 도시된 것과 같은 충돌방지수단이 불필요하다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예를 도시하며, 이 장치는 폴리싱공정이 완료되면, 모터(31)의 출력샤프트의 중심축선(O1)에 대해 폴리싱테이블(22)을 고정위치 또는 소정위치에 정지시키는 제어기(C1)를 채용한다. 도시된 바와 같이, 제어기(C1)는, 모터(31)상에 마련되고 모터의 출력샤프트(32)의 회전이동을 나타내는 펄스신호를 발생시키는 엔코더(encoder; 60)와, 폴리싱테이블(22)의 하부 표면에 마련되고 검출기 위로 지나가는 특정기준점을 감지하도록 폴리싱테이블(22) 하부에 위치 된 검출기(detector; 61)에 연결된다.
제어기(C1)는 다음과 같이 작동한다. 웨이퍼 폴리싱공정이 완료되었다고 결정된 때, 검출기(61)는 그 때에 검출기(61) 위를 지나가는 폴리싱테이블(22)의 하부 표면상의 기준점을 검출하여, 기준점의 검출을 나타내는 신호를 제어기(C1)에 전달한다. 그러면, 제어기는 엔코더(60)로부터 전달된 펄스신호를 카운팅하기 시작한다. 제어기(C1)에 의해 카운트된 펄스의 갯수가 제어기(C1)내에 미리 저장된 소정값에 도달하면, 제어기(C1)는 모터(31)의 동작을 중지시킨다. 그 결과, 폴리싱테이블(22)은 중심축선(O1)에 대해 소정위치에서 정지된다. 따라서, 이 실시예에서는, 폴리싱공정이 완료되고 폴리싱테이블(22)의 이동이 중지된 후 캐리어헤드(38)를 스트럿(36) 주위로 소정각도로 단지 선회시킴으로써, 웨이퍼 운반부재(42)가 운반부재(42)에 의해 운반된 웨이퍼(W)를 폴리싱표면(30a)에 대해, 폴리싱표면(30a)을 향한 웨이퍼(W)의 소정영역이 폴리싱표면(30a)의 원주 모서리를 지나 방사상 바깥쪽으로 연장되도록 하는, 고정위치에 위치시키는 것이 가능하다. 특히, 도 11a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 폴리싱공정동안, 폴리싱부재(30)가 제공된 폴리싱테이블(22)이 순환병진운동을 할 때에, 웨이퍼(W)를 운반하는 운반부재(42)가 그 자신의 축선 주위로 회전된다. 웨이퍼 폴리싱공정이 완료된 다음, 폴리싱테이블의 병진운동은 전술한 바와 같이 정지되어 폴리싱표면(30a)이 모터의 출력샤프트의 축선(O1)에 대해 소정위치에 위치된다. 그 다음, 도 11b에 도시된 바와 같이, 운반부재가 계속 회전하고 폴리싱표면(30a)과 접촉을 유지하면서, 웨이퍼 캐리어헤드(38)는 운반부재(42)와 함께 소정 각도로 스트럿(36) 주위를 선회한다. 캐리어헤드가 소정각도로 선회될 때, 웨이퍼(W)의 표면이 폴리싱표면의 원주 모서리로부터 방사상 바깥쪽으로 대략 전체 표면 면적의 20 내지 50 퍼센트정도가 연장하도록 웨이퍼(W)의 표면이 위치되는 것이 바람직하다. 비록 연장범위가 증가하면, 그에따라 표면장력이 감소되어 폴리싱표면(30a)으로부터 폴리싱된 웨이퍼(W)의 분리가 용이해지나, 웨이퍼표면의 중심이 폴리싱표면의 원주모서리에 접근할수록, 웨이퍼 운반부재(42)의 자세를 유지하기가 매우 힘들어진다. 따라서, 상기한 연장범위는 웨이퍼의 전체 표면면적의 50 퍼센트정도를 초과하지 않는 것이 바람직하다.
도 10의 실시예의 변형예에 따르면, 폴리싱장치는, 웨이퍼 폴리싱공정후 정지된 폴리싱테이블(22)의 위치를 감지하고, 캐리어헤드용 모터에 지령을 내려 중심축선(O1)에 대해 감지된 폴리싱테이블의 위치에 기초하여 결정된 소정각도로 캐리어헤드를 선회시켜, 웨이퍼표면이 웨이퍼 표면의 전체 면적의 소망하는 퍼센트만큼 폴리싱표면의 원주모서리를 지나 연장하도록 하는 위치에 오도록 하는 제어기를 포함할 수도 있다. 또한, 도 10을 참조하여 전술한 폴리싱테이블에 대한 캐리어헤드의 위치제어는 폴리싱테이블과 드레서헤드사이에서의 상대위치에도 적용될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예에만 반드시 국한되는 것이 아니며, 본 발명의 핵심을 벗어남이 없이 다양한 방식으로 변화될 수 있음을 유의해야 한다.
본 발명에 따르면, 폴리싱테이블의 폴리싱표면상에 위치되는 드레싱공구 및 웨이퍼캐리어의 작업위치가 서로 겹쳐지는 것을 방지하여 드레싱공구 및 웨이퍼캐리어에 가해질 수 있는 불의의 접촉 및 파손을 방지할 수 있으며, 순환병진운동을 하는 폴리싱테이블의 폴리싱표면의 원주 모서리로부터 폴리싱된 웨이퍼를 소망하는 소정영역만큼 연장시킬 수 있어 폴리싱된 웨이퍼를 폴리싱표면으로부터 효과적으로 분리시킬 수 있다.
Claims (18)
- 폴리싱장치에 있어서,폴리싱표면을 구비한 폴리싱테이블;반도체웨이퍼와 같은 판형 부재를 운반하고 상기 판형 부재를 상기 폴리싱표면과 접촉하게 하는 캐리어; 및상기 폴리싱표면을 드레싱 또는 정상화 하기 위해 상기 폴리싱표면과 접촉하도록 되어있는 드레싱공구를 포함하는 드레서를 포함하여 이루어지고,상기 캐리어는 상기 판형 부재를 상기 폴리싱표면과 접촉하게 하는 작업위치와 상기 폴리싱표면의 방사상 바깥쪽에 위치된 휴식위치사이의 제 1경로를 따라 이동가능하며,상기 드레서는 상기 드레싱공구를 상기 폴리싱표면과 접촉하게 하는 작업위치와 상기 폴리싱표면의 방사상 바깥쪽에 위치된 휴식위치사이의 제 2경로를 따라 이동가능하며,상기 제 1경로와 상기 제 2경로는 서로 겹쳐지는 공통영역을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 1항에 있어서,상기 캐리어와 상기 드레서가 서로 접촉하게 되는 것을 방지하는 접촉방지수단을 더욱 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 2항에 있어서,상기 접촉방지수단은 상기 캐리어 및 상기 드레서가 동시에 상기 공통영역에 들어가는 것을 방지하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 3항에 있어서,상기 접촉방지수단은, 상기 캐리어 및 상기 드레서가 위치된 곳을 결정하고, 상기 캐리어 및 상기 드레서중 어느 하나가 상기 공통영역내로 들어가지 않도록 결정한 다음, 상기 캐리어 및 상기 드레서중 다른 하나가 그 경로를 따라 이동하도록 허용하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 1항에 있어서,상기 캐리어와 상기 드레서가 소정 한계를 지나 서로 접근한 상태를 감지하는 감지수단을 더욱 포함하여 이루어지며,상기 수단에 의해 상기 상태가 검출되면 상기 캐리어 및/또는 드레서의 이동은 정지되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 2항에 있어서,상기 캐리어와 상기 드레서가 소정 한계를 지나 서로 접근한 상태를 감지하는 감지수단을 더욱 포함하여 이루어지며,상기 수단에 의해 상기 상태가 검출되면 상기 캐리어 및/또는 드레서의 이동은 정지되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 3항에 있어서,상기 캐리어와 상기 드레서가 소정 한계를 지나 서로 접근한 상태를 감지하는 감지수단을 더욱 포함하여 이루어지며,상기 수단에 의해 상기 상태가 검출되면 상기 캐리어 및/또는 드레서의 이동은 정지되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 4항에 있어서,상기 캐리어와 상기 드레서가 소정 한계를 지나 서로 접근한 상태를 감지하는 감지수단을 더욱 포함하여 이루어지며,상기 수단에 의해 상기 상태가 검출되면 상기 캐리어 및/또는 드레서의 이동은 정지되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 1항에 있어서,상기 캐리어는 상기 작업위치와 상기 휴식위치사이에서 상기 캐리어가 그 주위로 선회되는 축선을 포함하고 상기 드레서는 상기 작업위치와 상기 휴식위치사이에서 상기 드레서가 그 주위로 선회하는 축선을 포함하며,상기 캐리어의 축선과 상기 드레서의 축선은 상기 폴리싱테이블의 직경으로 대향하는 측에 위치되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 2항에 있어서,상기 캐리어는 상기 작업위치와 상기 휴식위치사이에서 상기 캐리어가 그 주위로 선회되는 축선을 포함하고 상기 드레서는 상기 작업위치와 상기 휴식위치사이에서 상기 드레서가 그 주위로 선회하는 축선을 포함하며,상기 캐리어의 축선과 상기 드레서의 축선은 상기 폴리싱테이블의 직경으로 대향하는 측에 위치되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 3항에 있어서,상기 캐리어는 상기 작업위치와 상기 휴식위치사이에서 상기 캐리어가 그 주위로 선회되는 축선을 포함하고 상기 드레서는 상기 작업위치와 상기 휴식위치사이에서 상기 드레서가 그 주위로 선회하는 축선을 포함하며,상기 캐리어의 축선과 상기 드레서의 축선은 상기 폴리싱테이블의 직경으로 대향하는 측에 위치되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 4항에 있어서,상기 캐리어는 상기 작업위치와 상기 휴식위치사이에서 상기 캐리어가 그 주위로 선회되는 축선을 포함하고 상기 드레서는 상기 작업위치와 상기 휴식위치사이에서 상기 드레서가 그 주위로 선회하는 축선을 포함하며,상기 캐리어의 축선과 상기 드레서의 축선은 상기 폴리싱테이블의 직경으로 대향하는 측에 위치되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 1항에 있어서,상기 캐리어와 상기 드레서는 기계적으로 상호 연결되어 상기 캐리어와 상기 드레서 양자는 각각 상기 제 1경로 및 상기 제 2경로를 따라 동시에 이동되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 폴리싱장치에 있어서,폴리싱표면을 구비한 폴리싱테이블;반도체웨이퍼와 같은 판형 부재를 운반하고 상기 판형 부재를 상기 폴리싱표면과 접촉하게 하는 캐리어;상기 폴리싱표면을 드레싱 또는 정상화 하기 위한 드레서; 및상기 캐리어와 상기 드레서가 소정한계를 넘어 서로 접근한 상태를 감지하여 상기 캐리어와 상기 드레서가 서로 접촉하게 되는 것을 방지하는 센서를 포함하여 이루어지고,상기 캐리어는 상기 판형 부재를 상기 폴리싱표면과 접촉시켜 상기 판형 부재를 폴리싱하는 작업위치와 상기 작업위치로부터 이격된 휴식위치사이의 제 1경로를 따라 이동가능하며,상기 드레서는 상기 폴리싱표면을 드레싱 또는 정상화하기 위한 작업위치와 상기 작업위치로부터 이격된 휴식위치사이의 제 2경로를 따라 이동가능하며,상기 제 1경로와 상기 제 2경로는 서로 겹쳐지는 공통영역을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
- 제 14항에 있어서,상기 센서는 상기 캐리어와 드레서중 적어도 하나상에 장착되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
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