KR100902177B1

KR100902177B1 - 카로셀 회전식 화학기계 연마장치

Info

Publication number: KR100902177B1
Application number: KR1020080014917A
Authority: KR
Inventors: 박용길
Original assignee: 박용길
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2009-06-10

Abstract

본 발명은 카로셀 회전식 화학기계 연마장치에 관한 것으로서, 기부를 이루는 케이스; 상기 케이스의 중앙에 배치된 포스트를 중심으로 상기 케이스 위에서 360°회전 가능하게 장착된 카로셀; 파지된 상기 웨이퍼를 연마하기 위해 가압하는 연마헤드가 하단에 장착되어 있는 복수의 캐리어 조립체; 상기 연마헤드와의 사이에 상기 웨이퍼를 개재시킨 상태로 회전함으로써 상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마패드가 상단에 회전 가능하게 장착되어 있는 복수의 플래튼 조립체; 상기 연마패드 위에 슬러리를 공급하도록 되어 있는 슬러리 공급수단; 상기 캐리어 조립체로 상기 웨이퍼를 공급하거나 또는 상기 캐리어 조립체로부터 상기 웨이퍼를 회수하도록 되어 있는 웨이퍼 입출력수단; 및 상기 각 부품들의 동작을 제어하는 제어부;로 이루어지는 것을 특징으로 하며, 위와 같은 구성에 따르면 웨이퍼를 파지하는 카로셀이 슬립링 조립체에 의해 360°회전할 수 있게 되므로, 카로셀의 정역회전 반복으로 인해 발생하는 연마공정의 동선 중복을 피할 수 있게 되어 연마작업의 생산성을 향상시킬 수 있게 되며, 계측수단에 의해 마감 연마 전에 웨이퍼의 연마상태를 점검할 수 있으므로 연마정밀도의 향상을 기대할 수 있게 된다.

화학기계 연마장치, CMP, 웨이퍼, 연마, 슬립링

Description

카로셀 회전식 화학기계 연마장치{Carousel rotating type CMP apparatus}

본 발명은 화학기계 연마장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 웨이퍼를 파지하는 연마헤드가 복수개 구비되어 있는 카로셀의 회전을 360°가능하게 함으로써 연마공정의 동선이 중복되지 않도록 하고, 카로셀의 회전에 의해 이루어지는 연마공정 중에, 특히 마감 연마공정 직전에 계측공정을 설치하여 마감 연마시 연마량을 정확히 설정함으로써 마감 연마를 위한 재작업이 필요 없이도 연마정밀도를 높일 수 있도록 한 카로셀 회전식 화학기계 연마장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 웨이퍼 화학기계 연마(Chemical Mechanical Polishing) 장치는 반도체 웨이퍼 표면을 미세 단위로 평탄화시키는 장비로서, 세정장치 및 계측장치 등과 함께 반도체 웨이퍼 제조라인을 이루며, 연마패드에 의한 기계적 작용과 슬러리에 의한 화학적 작용의 상승효과에 따라 웨이퍼 표면을 연마하도록, 웨이퍼 위에 슬러리를 도포하고 연마헤드로 압력을 가해 웨이퍼를 연마패드에 대해 상대 회전시키는 기본적인 동작패턴을 가진다.

따라서, 화학기계 연마장치는 크게 연마헤드 조립체, 플래튼 조립체, 및 슬러리 공급수단으로 구성되는 바, 먼저 연마헤드는 웨이퍼를 진공 흡착하는 연마헤 드를 저면에 구비하고, 플래튼 조립체는 웨이퍼 연마를 위해 연마패드가 부착된 플래튼을 가지며, 슬러리 공급수단은 플래튼 위의 연마패드에 슬러리를 공급하는 역할을 한다.

그런데, 최근 들어 이러한 화학기계 연마장치는 반도체의 집적도 증가와 회로선 폭 감소로 인해 그 수요가 점차 증가하고 있으며, 이러한 수요증가 추세는 화학기계 연마장치의 생산성 향상을 가속화시키는 촉매 역할을 했다.

이에 따라, 화학기계 연마장치 하나에 사용되는 연마헤드 조립체, 플래튼 조립체 및 슬러리 공급수단으로 이루어진 단위 연마메카니즘의 개수가 점차 늘어나고 있는 바, 복수의 단위 연마메카니즘 즉, 연마헤드, 플래튼, 및 슬러리 공급관을 일렬로 길게 배열하여 복수의 웨이퍼를 동시에 순차적으로 연마할 수 있는 선형 배열의 화학기계 연마장치가 개발된 바 있다.

이러한 선형 배열 화학기계 연마장치의 한 예로 도 1에 도면부호 110으로 도시된 화학기계 연마장치를 들 수 있는데, 이 장치(110)는 각각 하나의 연마헤드(121-1,-2,-3), 플래튼(123-1,-2,-3), 및 슬러리 공급관(125-1,-2,-3)으로 이루어진 복수의 단위 연마메카니즘을 일렬로 배열하고, 각각의 플래튼(123-1,-2,-3) 상류측에 장전컵(117-1,-2,-3)을 설치하며, 양단의 플래튼(123-1,-3)에 웨이퍼 이송을 위한 로봇(119-1,-2)이 각각 장착되어 있다.

따라서, 선형 배열 화학기계 연마장치(110)는 상류측 로봇(119-1)에 의해 연속적으로 투입되는 웨이퍼를 순차적으로 연마하도록 함으로써, 연마공정시간을 단축시켜 연마작업의 효율성을 향상시킬 수 있게 된다.

그러나, 이 연마장치(110)의 경우, 로봇(119-1), 장전컵(117-1,-2,-3), 연마헤드(121-1,-2,-3), 로봇(119-2)으로 이어진 일련의 연마공정이 각각의 단위 연마메카니즘을 따라 순차적으로 이루어지므로, 즉 현재 장전되어 있는 웨이퍼를 하류측으로 전달한 후라야 새 웨이퍼를 장전할 수 있으므로, 각각의 단위 연마메카니즘마다 대기시간이 길어져 전체적인 연마 공정시간이 증대되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 도 2에 210으로 도시된 원형 배열의 화학기계 연마장치가 제안된 바 있다. 이 화학기계 연마장치는 도시된 것처럼, 복수의 단위 연마메카니즘이 원을 그리며 배열되어 있고, 각각의 단위 연마메카니즘은 회전형 카로셀(227)에 방사상으로 장착된 복수의 헤드 조립체(211), 이 헤드 조립체(211)에 대응하도록 원형으로 배열된 복수의 플래튼 조립체(213), 및 슬러리 공급수단(215)으로 구성되며, 미설명 부호 230은 세정모듈을, 240은 웨이퍼 입출력모듈을 각각 나타낸다.

따라서, 이 원형 배열 화학기계 연마장치(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 헤드 조립체(211)의 각 연마헤드(221-1,-2,-3,-4)가 카로셀(227)에 의해 원형으로 배열된 플래튼(223-1,-2,-3) 위를 동시에 이동하도록 함으로써, 플래튼과 연마헤드가 선형으로 배열되는 도 1의 선형 배열 화학기계 연마장치보다 공정시간을 더욱 줄일 수 있도록 되어 있다.

이를 위해, 연마장치(210)는 도 3a 내지 도 3f에 도시된 바와 같이, 복수의 웨이퍼A 내지 E를 순차적으로 연마하도록 되어 있는 바, 먼저 도 3a에 도시된 것처럼, 웨이퍼 입출력모듈(240)로부터 세정모듈(230)을 거쳐 이송반(229) 위로 적재된 웨이퍼A가 연마헤드(221-1)에 장전된다. 그리고 나서, 카로셀(227)이 반시계방향으로 화살표를 따라 90°회전한다.

다음에, 도 3b에 도시된 것처럼, 연마헤드(221-2)에 웨이퍼B가 장전되며, 연마헤드(221-1)에 의해 플래튼(223-1) 위에서 웨이퍼A가 초벌로 1차 연마된다. 연마가 완료되면, 카로셀(227)은 반시계방향으로 화살표를 따라 90°회전한다.

이어서, 도 3c에 도시된 것처럼, 연마헤드(221-3)에 웨이퍼C가 장전되며, 이때 연마헤드(221-1,-2)에 의해 플래튼(223-1,-2) 상의 웨이퍼A,B가 각각 2차 및 1차 연마되고, 연마가 완료되면 카로셀(227)에 의해 반시계방향으로 화살표를 따라 90°회전한다.

그리고 나서, 도 3d에 도시된 바와 같이, 연마헤드(221-4)에 웨이퍼D가 장전되고, 그 동안 연마헤드(221-1,-2,-3)에 의해 플래튼(223-1,-2,-3) 위에서 웨이퍼A,B,C가 각각 3차, 2차, 1차 연마되며, 연마가 완료되면 각각의 웨이퍼A,B,C는 카로셀(227)에 의해 화살표로 표시된 것처럼, 시계방향으로 화살표를 따라 270°회전한다.

그 다음, 도 3e에 도시된 것처럼, 3차례의 연마를 모두 마친 웨이퍼A는 이송반(229) 위에서 세척되며, 연마헤드(221-2,-3,-4)에 의해 플래튼(223-1,-2,-3) 위에서 웨이퍼B,C,D가 각각 3차, 2차, 1차 연마된다. 연마가 완료되면, 웨이퍼A는 연마헤드(221-1)에서 탈거되어 웨이퍼 입출력모듈(240)로 되돌아간다.

끝으로, 도 3f에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 입출력모듈(240)로부터 웨이퍼E가 연마헤드(221-1)에 장전되면 일련의 연마 동작이 종료되며, 카로셀(227)은 재차 화살표를 따라 반시계방향으로 90°회전하여 도 3b의 상태로 되면서 연마 동작을 반복하게 된다.

그런데, 위와 같은 종래의 화학기계 연마장치(210)는 유체 및 전기적인 접속을 위해 고정되어 있는 몸체로부터 회전체인 카로셀(227)로 이어지는 각종 라인들이 꼬이지 않도록 하기 위해, 도 3d에 도시된 것처럼 플래튼(223-3)에서 마지막 연마를 마친 웨이퍼A를 이송반(229)으로 복귀시킬 때, 카로셀(227)을 반시계방향으로 즉, 역방향으로 270°회전시키도록 되어 있는 바, 이는 카로셀(227)을 시계방향 즉, 정방향으로 90°회전시키는 것과 동일하게 웨이퍼A 내지 D들을 순차적으로 이동시키는 것이기는 하지만, 이로 인해 카로셀(227)의 회전시간이 3배 증가하므로, 장치 전체의 공정시간이 늘어나는 문제점이 있었다.

또한, 도 3a 내지 도 3d에서 알 수 있듯이, 이송반(229)에서 플래튼(223-1,-2,-3)을 90°씩 차례로 거치는 정회전 구간과, 플래튼(223-3)에서 이송반(229)으로 직접 이동하는 270° 역회전하는 구간이 번갈아 반복되므로 카로셀(227)을 회전 지지하는 중심축(228) 상에 편하중이 발생하여 카로셀(227)이나 카로셀(227)에 장착된 연마헤드(221-1 내지 -4)에 오동작을 일으킬 수 있고, 더 나아가 연마 정도를 저하시킬 수 있는 문제점도 있었다.

또, 도 3e와 도 3f에서 알 수 있듯이, 연마헤드(221-1 내지 -4)의 개수를 넘어서는 웨이퍼E를 연마헤드(221-1)에 장전하기 위해서는, 이송반(229)에서 세척이 완료된 웨이퍼A를 로봇(219) 등의 이송장치를 통해 세정모듈(230)로 이동시킨 다음, 장전 대기 중인 웨이퍼E를 로봇(219)에 의해 다시 이송반(229) 위에 적재하는 과정을 거쳐야 한다. 따라서, 이와 같이 하나의 이송반(229)을 통해 웨이퍼A,E를 입출시킴에 따라 장치 전체의 대기시간이 늘어나고, 이는 곧 공정시간의 증대로 이어지는 문제점도 있었다.

뿐만 아니라, 웨이퍼의 연마상태를 확인하는 계측장치가 연마장치(210)와 별도로 외부에 설치되어 있기 때문에 수차례 반복되는 연마공정 중에 웨이퍼의 연마량 등 막질을 확인할 수가 없고, 따라서 연마가 마감된 다음 최종적으로 막질을 확인하게 되므로 불량률이 높아지며, 연마공정 중에 막질을 확인하는 경우 계측장치에 의한 웨이퍼 측정시간이 별도로 소요되므로 웨이퍼 제조라인 전체적으로 볼 때에도 공정시간이 길어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 위와 같은 종래의 화학기계 연마장치가 가지고 있는 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 고정체인 전원이나 통신장치로 이어진 전선이 회전체인 카로셀에 연결되어 카로셀과 함께 360°회전하더라도 꼬임이 발생하지 않도록 하여, 카로셀을 정역방향으로 왕복 회전시킴으로 인해 발생되는 연마공정의 동선 중복과 포스트의 편마모를 방지함으로써 연마작업의 생산성을 높이고 연마장치의 고장율을 낮출 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

또한, 연마장치 내에서 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마 상태를 중간 점검하고 그 결과를 마감 연마 시에 반영함으로써 연마 정밀도를 향상시킴은 물론, 연마작업의 생산성을 향상시키고자 하는 데 또 다른 목적이 있다.

또한, 웨이퍼의 입출력 즉, 장전 및 배출 동작이 동시에 수행되도록 함으로써 웨이퍼의 입력과 출력이 순차적으로 진행될 때보다 연마작업의 생산성을 더 높일 수 있도록 하는 데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위해, 기부를 이루는 케이스; 상기 케이스의 중앙에 배치된 포스트를 중심으로 상기 케이스 위에서 360°회전 가능하게 장착된 카로셀; 상기 카로셀 저면에 원주방향으로 설치되어 웨이퍼를 파지 및 이송하도록 되어 있고, 파지된 상기 웨이퍼를 연마하기 위해 가압하는 연마헤드가 하단에 장착되어 있는 복수의 캐리어 조립체; 상기 케이스의 상면에 상기 캐리어 조립체와 대향하도록 설치되어 상기 연마헤드와의 사이에 상기 웨이퍼를 개재시킨 상태로 회전함으로써 상기 웨이퍼를 연마하기 위한 연마패드가 상단에 회전 가능하게 장착되어 있는 복수의 플래튼 조립체; 상기 케이스 상면의 상기 플래튼 조립체와 인접한 위치에 설치되어, 상기 연마패드 위에 슬러리를 공급하도록 되어 있는 슬러리 공급수단; 상기 케이스의 상기 플래튼 조립체 중 연마개시측 플래튼 조립체와 연마마감측 플래튼 조립체 사이에 설치되어, 상기 캐리어 조립체로 상기 웨이퍼를 공급하거나 또는 상기 캐리어 조립체로부터 상기 웨이퍼를 회수하도록 되어 있는 웨이퍼 입출력수단; 및 상기 웨이퍼 입출력수단에 공급된 상기 웨이퍼를 순차적으로 연마하여 상기 웨이퍼 입출력수단에서 회수할 때까지 관여하는 상기 카로셀, 상기 캐리어 조립체, 상기 플래튼 조립체, 상기 슬러리 공급수단, 및 상기 웨이퍼 입출력수단의 동작을 제어하는 제어부;로 이루어지는 카로셀 회전식 화학기계 연마장치를 제공한다.

따라서, 본 발명의 카로셀 회전식 화학기계 연마장치에 의하면, 전원이나 통신장치로 이어진 전선 등을 슬립링 조립체를 통해 카로셀에 연결하여 고정체인 전원 등에 연결된 전선이 회전체인 카로셀에 연결되어 함께 회전하더라도 전선 등의 꼬임이 전혀 발생하지 않으므로, 카로셀을 역회전시킬 필요없이 같은 방향으로 360°이상 계속해서 회전시킬 수 있게 된다. 따라서 카로셀이 정역회전을 반복함으로 인해 발생되는 웨이퍼의 동선 중복이나 포스트의 편마모를 방지할 수 있게 되므로, 장치 전체의 고장률 및 불량률을 감소시킬 수 있음은 물론이고, 작업생산성을 십분 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 마감 연마 전에 장치 내에 장착된 계측수단에 의해 다른 웨이퍼의 연마가 진행되는 동안 웨이퍼의 연마량을 측정하여 연마상태를 점검하고, 그 결과를 마감 연마 시에 반영할 수 있으므로 연마 정밀도를 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 연마작업 종료 후 실시되는 연마량 측정작업을 생략할 수 있으므로 전체 웨이퍼 생산효율을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.

아울러, 연마장치에 웨이퍼를 장전 및 배출시키는 웨이퍼 입출력장치를 입력단과 출력단으로 이원화시켜 웨이퍼의 입출력 동작이 동시에 수행되도록 함으로써 연마공정 단축에 따른 연마작업의 생산성 향상을 기대할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 카로셀 회전식 화학기계 연마장치를 첨부 도면을 참조로 설명한다.

본 발명의 카로셀 회전식 화학기계 연마장치(1)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 크게 케이스(2), 카로셀(3), 복수의 캐리어 조립체(4), 복수의 플래튼 조립체(5a,5b,5c), 슬러리 공급수단(6), 웨이퍼 입출력수단(7), 및 제어부(8)로 이루어져 있다.

여기에서, 먼저 케이스(2)는 도 4에 도시된 바와 같이, 카로셀 회전식 화학기계 연마장치(1)의 기부를 형성하는 부분으로서, 지지테이블 형태로 되어 있으며, 중심부에 원기둥 형태의 포스트(11)가 수직하게 장착되어 있고, 이 포스트(11)를 중심으로 하여 복수의 플래튼 조립체(5a,5b,5c)가 상면으로 노출되도록 방사상으로 배열, 설치되어 있다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 케이스(2) 중앙의 포스트(11) 둘레에 장착되는 카로셀(3)은 이 포스트(11)를 중심으로 360°회전 가능하도록 되어 있는 바, 이와 같이 포스트(11)를 중심으로 360°회전함에 있어, 전원 및 통신장치 등 외부설비와 연마장치(1)를 연결시켜 주는 인입선(21)이 꼬이는 것을 방지하기 위해 포스트(11) 둘레에 슬립링 조립체(13)가 장착되어 있다.

이 슬립링 조립체(13)는 다시 도 6에 보다 상세히 도시된 것처럼, 내륜(31), 외륜(33), 브러시(35), 및 연결수단(37)으로 구성되는 바, 외륜(33)이 내륜(31)에 대해 상대 회전함으로써 외부에서 회전하는 카로셀(3)의 내부로 전류를 주고받을 수 있도록 하는데, 이를 위해 내륜(31)은 포스트(11)의 상단 외주면 둘레에 고정되어 전원 및 통신장치 등 외부설비와 접속된 인입선(21)을 연결하도록 되어 있다. 또, 내륜(31)의 외주면 둘레에 장착되는 외륜(33)은 도시된 것처럼 내륜(31)의 외 주면과 외륜(33)의 내주면 사이에 형성되는 틈새 상하단에 장착되는 지지베어링(38,39)에 의해 내륜(31)에 대해 회전 가능하게 설치되며, 포스트(11)를 중심으로 동기 회전하는 제어부(8) 등 카로셀(3) 내부장치와 내선(23)을 통해 연결되어 있다.

이때, 내외륜(31,33) 사이의 틈새에는 브러시(35)가 장착되는 바, 이 브러시(35)는 인입선(21)을 통해 내륜(31)으로 공급된 전류를 외륜(33)을 통해 내선(23)으로 연결된 카로셀(3) 내부장치로 전달하거나 반대로, 카로셀(3) 내부에서 발생하여 내선(23)을 통해 외륜(33)에 전달된 피드백 신호 등의 전류를 내륜(31)을 통해 인입선(21)에 연결된 외부장치로 끌어내는 역할을 한다. 이를 위해, 브러시(35)는 내륜(31)과 외륜(33) 사이의 틈새에서 내륜(31)의 외주면 또는 외륜(33)의 내주면 중 어느 한 쪽에 부착되며, 대향한 다른 한 쪽 즉, 외륜(33)의 내주면 또는 내륜(31)의 외주면에 탄력적으로 접촉된다.

끝으로, 연결수단(37)은 외륜(33)을 카로셀(3)의 내부장치와 연동하여 회전하도록 연결하기 위한 수단으로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제어부(8) 같은 내부장치와 외륜(33) 사이에 장착되는 바, 외륜(33)이 포스트(11)를 중심으로 회전하는 내부장치와 함께 내륜(31) 주위를 동기 회전하도록 한다. 이를 위해 사용할 수 있는 연결수단(37)에는 다양한 형태의 것이 있는데, 예컨대, 도 6에 도시된 것처럼 제어부(8)의 상면 일측에 피벗 가능하게 부착되어 외륜(33)의 외주면 하단에 걸려 고정되는 힌지링크가 사용될 수 있음은 물론이고, 반대로 도시되어 있지는 않지만 외륜(33) 쪽에서 끼워져 제어부(8) 상면에 걸려 고정되는 링 형태의 연결부재가 사 용될 수도 있다.

한편, 도 4 및 도 5에 도시된 복수의 캐리어 조립체(4)는 각각의 연마헤드(15-1,-2,-3,-4,-5,-6)를 카로셀(3)에 장착하기 위한 것으로, 케이스(2)를 향해 카로셀(3)에 원주방향으로 배열되어 설치되어 있으며, 각각의 연마헤드(15-1 내지 -6)를 통해 연마하고자 하는 웨이퍼(10)를 파지하여 이송하도록 되어 있고, 웨이퍼(10) 연마 시에는 파지된 웨이퍼(10)를 연마패드(17-1,-2,-3) 위에 가압하도록 되어 있다. 이때, 본 실시예에서는 예컨대, 도 4에 도시된 것처럼, 카로셀(3)이 방사상으로 연장된 6개의 지지암(12)을 갖는 육각 별 모양으로 되어 있는 바, 별의 꼭지점에 해당하는 6지점에 각각 하나 씩 모두 6개의 캐리어 조립체(4) 즉, 연마헤드(15-1 내지 -6)가 카로셀(3)에 장착된다. 그러나, 이는 하나의 예로서 제시된 것일 뿐, 본 발명의 카로셀(3)이 반드시 6개의 지지암(12)을 가져야 하는 것은 아니고, 3개 이상의 지지암을 가지는 것이면 모두 본 발명의 카로셀에 해당될 수 있다.

또한, 복수의 플래튼 조립체(5a,5b,5c)는 복수의 캐리어 조립체(4)와 각각 짝을 이루어 캐리어 조립체(4)와의 사이에 개재되는 웨이퍼(10)를 연마하는 부분으로, 케이스(2)의 상면으로 각각 노출되어 각각의 캐리어 조립체(4) 아래에 대향하도록 설치되는 바, 연마헤드(15-2,-3,-5)와 연마패드(17-1,-2,-3) 사이에 개재된 웨이퍼(10)가 연마헤드(15-2,-3,-5)의 하향 가압에 의해 연마되며, 이를 위해 연마패드(17-1,-2,-3)는 연마헤드(15-2,-3,-5)에 대해 상대 회전이 가능하도록 각각의 플래튼 조립체(5a,5b,5c) 상단에 회전 가능하게 장착되어 있다. 그리고 각 플래튼 조립체(5a,5b,5c)에 인접한 케이스(2) 상면 일측에는 연마패드(17-1,-2,-3) 위에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급수단(6)이 장착되어 있다.

이때, 특히 본 발명의 카로셀 회전식 화학기계 연마장치(1)는 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(10)의 연마량을 장치 내에서 측정할 수 있는 계측수단(9)이 케이스(2) 상면에 설치되는 바, 도 4에 도시된 것처럼 계측수단(9)은 인접한 두 플래튼 조립체(5b,5c) 사이에 또는 도시되어 있지는 않지만 또 다른 인접한 두 플래튼 조립체(5a,5b) 사이에 위치하거나 플래튼 조립체(5b,5c) 사이와 플래튼 조립체(5a,5b) 사이 양쪽 모두에 위치할 수 있다.

따라서, 계측수단(9)은 카로셀(3)의 회전방향으로 선행하는 즉, 앞쪽에 있는 플래튼 조립체(5a)(5b)에서 연마된 웨이퍼(10)의 선연마량을 측정함으로써, 카로셀(3) 회전방향으로 후행하는 즉, 뒤쪽에 있는 플래튼 조립체(5b)(5c)에서 같은 웨이퍼(10)를 재차 연마할 때 연마 정밀도를 높일 수 있도록 해준다. 즉, 일종의 피드백 시스템으로서, 앞쪽의 플래튼 조립체(5a)(5b)에서 연마된 웨이퍼(10)의 선연마량을 장치(1) 내에서 즉각 측정하여 확인하고, 그 결과를 제어부(8)로 피드백시켜 뒤쪽의 플래튼 조립체(5b)(5c)에서 웨이퍼(10)를 재차 연마할 때 측정결과를 감안하여 웨이퍼(10)의 후연마량을 결정할 수 있도록 함으로써 연마 정밀도를 높일 수 있게 된다.

이를 위해, 계측수단(9)은 도 7에 도시된 바와 같이 크게 세척수(41), 세척수용기(43), 계측기(45)로 이루어지는 바, 여기에서 먼저, 세척수(41)는 연마헤드(15-1 내지 -6) 세척에 널리 사용되는 DIW(Deionized Water)와 같은 초순수가 사용되는 바, 연마량을 측정할 웨이퍼(10)를 파지하고 있는 연마헤드(15-1)의 하단 부분을 웨이퍼(10)와 함께 잠기도록 하여, 선행 플래튼 조립체(5a)(5b)에서 1차 연마되는 과정에서 발생하여 웨이퍼(10) 저면에 들러붙어 있는 연마찌꺼기를 웨이퍼(10) 저면에서 제거하여 웨이퍼(10) 저면에 대한 연마량 측정을 가능하게 한다.

한편, 위와 같이 웨이퍼(10)를 세척할 세척수(41)를 담고 있는 세척수용기(43)는 도 7에 도시된 것처럼, 연마량을 측정할 웨이퍼(10)를 파지하고 있는 연마헤드(15-1)가 충분히 들어갈 수 있는 크기 및 형태의 평면 형상을 가지고 있으며, 도 4에 도시된 것처럼 케이스(2) 상면의 두 플래튼 조립체(5b,5c) 사이에 또는 도시되어 있지 않지만 두 플래튼 조립체(5a,5b) 사이에 모두 또는 각각 장착된다.

끝으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 세척수용기(43)의 바닥 벽면에, 보다 바람직하게는 바닥 벽면의 중앙에 장착되는 계측기(45)는 세척수(41)에 의해 연마찌꺼기가 제거된 웨이퍼(10) 저면의 연마막질을 측정하는 부분으로서, 예컨대, 웨이퍼(10) 저면에 측정광을 투사하고, 저면에서 반사되어 온 반사광을 수광하여 그 편차에 의해 웨이퍼 면의 막질을 측정하는 광학적 측정장치 등 다양한 종류의 것이 사용될 수 있다. 이때, 도 7에 도시된 것처럼, 계측기(45)가 하나이거나 세척수용기(43)가 작을 경우에는 계측기(45)에 의한 연마헤드(15-1)의 측정범위가 좁아지므로, 필요에 따라 계측기(45) 개수를 하나 이상으로 늘림으로써 또는 세척수용기(43)를 연마헤드(15-1)보다 크게 하여 세척수용기(43) 내에서의 연마헤드(15-1)의 이동범위를 넓힘으로써 계측기(45)에 의해 측정할 수 있는 연마헤드(15-1)의 측정범위를 넓힐 수 있다.

위와 같이, 본 발명의 계측수단(9)은 세척수(41)를 담은 세척수용기(43)와 이 용기(43)에 장착된 계측기(45)로 이루어져 있으나, 반드시 이러한 형태로 국한되는 것은 아니고, 웨이퍼(10) 저면의 연마량 또는 연마막질을 측정할 수 있는 것이면 어떤 형태의 계측장치이든 사용이 가능함은 물론이다.

한편, 본 발명의 연마장치(1)로 웨이퍼를 입출력시키는 웨이퍼 입출력수단(7)은 연마할 웨이퍼(10)를 캐리어 조립체(4)로 공급하거나 또는 연마가 끝난 웨이퍼(10)를 캐리어 조립체(4)로부터 회수하는 부분으로서, 케이스(2)의 상면의 연마개시측 플래튼 조립체(5a)와 연마마감측 플래튼 조립체(5c) 사이에 되는 바, 종래의 일반적인 카로셀 회전식 화학기계 연마장치에서와 마찬가지로 입출력단이 하나의 이송 스테이션으로 이루어질 수 있을 뿐 아니라, 도 4에 도시된 바와 같이, 입력단(7a)과 출력단(7b)이 구분된 두 개의 이송 스테이션으로 구성될 수도 있으며, 따라서 연마할 웨이퍼(10)를 외부에서 입력단(7a)으로 투입하는 동작(P01)과 연마된 상기 웨이퍼(10)를 상기 출력단(7b)에서 외부로 배출하는 동작(P02)이 동시에 이루어질 수 있도록 되어 있다.

끝으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부(8)는 웨이퍼(10)가 연마장치(1)로 공급되어 연마를 마치고 배출될 때까지 거치게 되는 일련의 과정에 관여하는 모든 부품 즉, 카로셀(3), 캐리어 조립체(4), 플래튼 조립체(5a,5b,5c), 슬러리 공급수단(6), 및 웨이퍼 입출력수단(7)의 동작을 제어하는 부분으로, 포스트(11)의 슬립링 조립체(13) 바로 아래쪽에 설치되어 내선(23)을 통해 전기적으로, 연결수단(37)에 의해 기계적으로 슬립링 조립체(13)와 연결되어 있다.

위와 같이 구성된 본 발명의 카로셀 회전식 화학기계 연마장치(1)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 카로셀 회전식 화학기계 연마장치(1)에 의해 웨이퍼(10)를 연마하고자 할 때 먼저, 웨이퍼 입출력모듈(60;EFEM)에 장입되어 있는 웨이퍼(10)가 세정모듈(50)을 거쳐 순차적으로 투입되어야 하는 바, 최초, 도 8a에 도시된 바와 같이, 첫 번째로 연마할 웨이퍼A(10)가 세정모듈(50)의 장전대기위치(51)로부터 도4에 도시된 이송로봇(53)의 투입동작(P01)에 의해 입력단(7a)으로 투입된다. 여기에서, 웨이퍼(10)는 투입되는 순서에 따라 설명을 하면서 구분하기 쉽도록 편의상 웨이퍼A~I로 표기하나 같은 웨이퍼(10)를 가리키고 있음에 주의한다. 한편, 장전대기위치(51)에는 다음 번 웨이퍼B가 위치하며, 이렇게 해서 입력단(7a)으로 웨이퍼A가 투입되고 나면, 캐리어 조립체(4)가 동작하여 연마헤드(15-1)에 의해 웨이퍼A를 파지한 다음, 카로셀(3)이 도 8a의 화살표(a) 방향으로 60°회전한다.

카로셀(3)이 회전하여 도 8b의 상태가 되면, 캐리어 조립체(4)로부터 연마헤드(15-1)가 하강하여 입력단(7a)에서 파지한 웨이퍼A(10)를 플래튼 조립체(5a) 위에서 연마패드(17-1)에 의해 1차로 연마하게 된다. 이때의 연마과정은 당해 기술분야에서 잘 알려진 내용이므로 상세한 설명을 생략한다. 1차 연마가 종료되면, 카로셀(3)은 다시 화살표(b) 방향으로 60°회전한다. 이때, 입력단(7a)에는 두 번째로 웨이퍼B가 투입되며, 장전대기위치(51)에는 웨이퍼C가 세 번째로 위치한다.

카로셀(3)이 회전하여 도 8c의 상태가 되면, 캐리어 조립체(4)의 연마헤드(15-1)에 의해 파지된 웨이퍼A(10)가 플래튼 조립체(5b)의 연마패드(17-2)에 의해 2차로 연마되고, 2차 연마가 종료되면 카로셀(3)이 화살표(c) 방향으로 60° 회전한다. 이때, 웨이퍼A에 대한 연마 정밀도가 높지 않다면 캐리어 조립체(4)로부터 연마헤드(15-1)가 하강하지 않고, 연마패드(17-2)는 회전을 일시 정지하거나 아이들링 함으로써 연마를 생략할 수도 있다. 이와 동시에, 웨이퍼B는 연마헤드(15-2)에 파지되어 연마패드(17-1)에 의해 1차 연마되며, 장전 대기 중이던 웨이퍼C는 웨이퍼 입출력수단(7)의 입력단(7a)으로 투입되고, 네 번째로 웨이퍼D가 장전대기위치(51)에 위치한다.

카로셀(3)이 도 8d의 상태로 위치하게 되면, 웨이퍼A(10)는 도 7에 도시된 것처럼, 계측수단(9)에서 연마헤드(15-1)의 하단에 파지되어 세척수(41)에 잠긴 상태로, 연마헤드(15-1)에 의해 회전하여 저면에 들러붙어 있던 연마찌꺼기를 제거한 다음, 계측기(45)에 의해 연마면의 두께 및 연마량 등 막질이 측정된다. 측정 결과는 제어부(8)로 전달되어 다음 번 플래튼 조립체(5c)에서의 연마량 결정에 반영된다. 연마량 측정이 완료되면, 카로셀(3)은 다시 화살표(d) 방향으로 60°회전한다. 이와 같이 웨이퍼A의 연마량이 측정되는 동안 플래튼 조립체(5b)에서는 웨이퍼B가 2차 연마되거나 아이들링 되며, 플래튼 조립체(5a)에서는 연마헤드(15-3)에 파지된 웨이퍼C가 연마패드(17-1)에 의해 1차 연마되고, 입력단(7a)에는 웨이퍼D가 투입되며, 장전대기위치(51)에는 웨이퍼E가 다섯 번째로 위치한다.

카로셀(3)이 도 8e의 상태로 위치하게 되면, 웨이퍼A(10)는 계측수단(9)에 의한 직전의 연마량 측정 결과에 따라 연마를 생략하거나, 목표치까지 다시 한 번 정밀하게 마감 연마되며, 연마가 완료되면 카로셀(3)은 다시 화살표(e) 방향으로 60°회전한다. 이때, 웨이퍼B는 계측수단(9)에 의해 연마량이 측정되고, 연마헤드(15-3,-4)에 파지된 웨이퍼C,D는 플래튼 조립체(5b,5a)에서 각각 2차 및 1차 연 마되며, 웨이퍼E는 입력단(7a)에 투입되고, 웨이퍼F가 여섯 번째로 장전대기위치(51)에 위치하게 된다.

뒤이어, 도 8f에 도시된 상태에서 웨이퍼A(10)는 웨이퍼 입출력수단(7)의 출력단(7b)으로 이동하여 도 4에 도시된 이송로봇(54)의 배출동작(P02)에 의해 배출대기위치(52)로 배출될 준비를 한다. 이때, 웨이퍼B는 마감 연마되거나 아이들링 되며, 웨이퍼C는 연마량이 측정되고, 연마헤드(15-4,-5)에 파지된 웨이퍼D,E는 플래튼 조립체(5b,5a)에서 각각 2차 및 1차 연마되며, 웨이퍼F는 입력단(7a)으로 투입되고, 웨이퍼G가 일곱 번째로 장전대기위치(51)에 위치하게 된다.

끝으로, 도 8f의 상태에서 카로셀(3)이 화살표(f) 방향으로 60°회전하는 동안, 웨이퍼A(10)는 도 8g에 도시된 바와 같이 이송로봇(54)의 배출동작(P02)에 의해 배출대기위치(52)로 이송되며, 연마헤드(15-1)는 도 8g에 도시된 것처럼 입력단(7a)으로 이동하여 웨이퍼G(10)를 파지함으로써 1회차의 연마동작을 종료하고 새로운 즉, 2회차의 연마동작을 준비하게 된다. 이때, 카로셀(3)은 도 5에 도시된 바와 같이 외부에서 연결된 인입선(21)이 슬립링 조립체(13)의 내륜(31)에 연결되고, 내륜(31)은 다시 외륜(33)을 통해 내선(23)에 연결되어 있으므로, 인입선(21)을 꼬이지 않게 하면서 무난히 360°회전을 하게 된다. 또, 웨이퍼B는 출력단(7b)으로 이동하여 배출 준비를 하며, 웨이퍼C는 마감 연마되거나 아이들링 되고, 웨이퍼D는 연마량이 측정되며, 연마헤드(15-5,-6)에 파지된 웨이퍼E,F는 플래튼 조립체(5b,5a)에서 각각 2차 및 1차 연마되며, 웨이퍼H가 여덟 번째로 장전대기위치(51)에 위치하면서, 진행 중인 일련의 연마동작을 계속해 나간다.

한편, 카로셀(3)이 도 8g에서 화살표(g) 방향으로 60°회전하면, 도 8h에 도시된 바와 같이, 웨이퍼C는 출력단(7b)으로 이동하여 배출 준비를 하며, 웨이퍼D는 마감 연마되거나 아이들링 되고, 웨이퍼E는 연마량이 측정되며, 웨이퍼F,G는 각각 2차 및 1차 연마되며, 웨이퍼H는 입력단(7a)으로 투입되고, 웨이퍼I가 아홉 번째로 장전대기위치(51)에 위치하게 된다. 이와 같이, 카로셀(3)이 도 8g의 화살표(g) 방향으로 회전하는 동안 웨이퍼B는 도 8h에 도시된 것처럼, 이송로봇(54)의 배출동작(P02)에 의해 배출대기위치(52)로 이송되며, 웨이퍼A(10)는 배출대기위치(52)에서 또 다른 이송장치(미도시)에 의해 세정모듈(50)의 세정조(55)로 배출된다.

도 1은 종래의 선형 배열 화학기계 연마장치를 도시한 평면도.

도 2는 종래의 원형 배열 화학기계 연마장치를 도시한 평면도.

도 3a 내지 도 3f는 도 2에 도시된 연마장치의 동작을 설명하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 카로셀 회전식 화학기계 연마장치를 도시한 개략 평면도.

도 5는 도 4에 도시된 카로셀의 개략 정면도.

도 6은 도 5에 도시된 슬립링을 확대 도시한 개략 정면도.

도 7은 도 4에 도시된 계측수단을 확대 도시한 개략 정단면도.

도 8a 내지 도 8h는 본 발명에 따른 연마장치의 연마동작을 설명하는 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 화학기계 연마장치 2 : 케이스

3 : 카로셀 4 : 캐리어 조립체

5a,5b,5c : 플래튼 조립체 6 : 슬러리 공급수단

7 : 웨이퍼 입출력수단 8 : 제어부

9 : 계측수단 10 : 웨이퍼

11 : 포스트 12 : 지지암

13 : 슬립링 조립체 15-1,-2,-3,-4,-5,-6 : 연마헤드:

17-1,-2,-3 : 연마패드 21 : 인입선

23 : 내선 31 : 내륜

33 : 외륜 35 : 브러시

37 : 연결수단 38,39 : 지지베어링

41 : 세척수 43 : 세척수용기

45 : 계측기 50 : 세정모듈

51 : 장전대기위치 52 : 배출대기위치

53,54 : 이송로봇 55 : 세정조

Claims

삭제
기부를 이루는 케이스(2);

상기 케이스(2)의 중앙에 배치된 포스트(11)를 중심으로 상기 케이스(2) 위에서 360°회전 가능하게 장착된 카로셀(3);

상기 카로셀(3) 저면에 원주방향으로 설치되어 웨이퍼(10)를 파지 및 이송하도록 되어 있고, 파지된 상기 웨이퍼(10)를 연마하기 위해 가압하는 연마헤드(15-1,-2,-3,-4,-5,-6)가 하단에 장착되어 있는 복수의 캐리어 조립체(4);

상기 케이스(2)의 상면에 상기 캐리어 조립체(4)와 대향하도록 설치되어 상기 연마헤드(15-1 내지 -6)와의 사이에 상기 웨이퍼(10)를 개재시킨 상태로 회전함으로써 상기 웨이퍼(10)를 연마하기 위한 연마패드(17-1,-2,-3)가 상단에 회전 가능하게 장착되어 있는 복수의 플래튼 조립체(5a,5b,5c);

상기 케이스(2) 상면의 상기 플래튼 조립체(5a,5b,5c)와 인접한 위치에 설치되어, 상기 연마패드(17-1,-2,-3) 위에 슬러리를 공급하도록 되어 있는 슬러리 공급수단(6);

상기 케이스(2)의 상기 플래튼 조립체(5a,5b,5c) 중 연마개시측 플래튼 조립체(5a)와 연마마감측 플래튼 조립체(5c) 사이에 설치되어, 상기 캐리어 조립체(4)로 상기 웨이퍼(10)를 공급하거나 또는 상기 캐리어 조립체(4)로부터 상기 웨이퍼(10)를 회수하도록 되어 있는 웨이퍼 입출력수단(7); 및

상기 웨이퍼 입출력수단(7)에 공급된 상기 웨이퍼(10)를 순차적으로 연마하여 상기 웨이퍼 입출력수단(7)에서 회수할 때까지 관여하는 상기 카로셀(3), 상기 캐리어 조립체(4), 상기 플래튼 조립체(5a,5b,5c), 상기 슬러리 공급수단(6), 및 상기 웨이퍼 입출력수단(7)의 동작을 제어하는 제어부(8);로 이루어지며,

상기 카로셀(3)은 상기 포스트(11) 둘레에 슬립링 조립체(13)를 장착하여 전원 및 통신장치를 포함하는 외부설비와 접속된 인입선(21)을 연결함으로써, 상기 포스트(11)를 중심으로 360°회전할 때 상기 인입선(21)의 꼬임을 방지하도록 되어 있고,

상기 슬립링 조립체(13)는,

상기 포스트(11)의 외주면에 고정되어 전원 및 통신장치를 포함하는 외부설비와 인입선(21)을 통해 연결되어 있는 내륜(31);

상기 내륜(31)의 외주면에 회전 가능하게 장착되어 상기 포스트(11)를 중심으로 회전하는 상기 제어부(8)와 내선(23)을 통해 연결되어 상기 제어부(8)를 상기 외부설비와 전기적으로 연결하는 외륜(33);

상기 내륜(31)과 상기 외륜(33) 사이에서 상기 내륜(31)의 외주면 또는 상기 외륜(33)의 내주면 중 어느 한 쪽에 부착되어 대향한 다른 한 쪽 면과 접촉하면서, 상기 인입선(21)을 통해 상기 내륜(31)으로 공급된 전류가 상기 내선(23)을 통해 상기 제어부(8)로 전달되도록 하는 브러시(35); 및

상기 외륜(33)과 상기 제어부(8) 사이에 장착되어 상기 제어부(8)와 상기 외륜(33)을 연결함으로써 상기 포스트(11)를 중심으로 회전하는 상기 제어부(8)에 의해 상기 외륜(33)도 상기 포스트(11)를 중심으로 동기 회전하도록 하는 연결수단(37);으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 카로셀 회전식 화학기계 연마장치.
제2 항에 있어서,

상기 복수의 플래튼 조립체(5a,5b,5c) 중 인접한 두 플래튼 조립체(5a,5b)(5b,5c) 사이에서 상기 케이스(2)의 상면에 설치되어, 선행 플래튼 조립체(5a)(5b)에서 연마된 상기 웨이퍼(10)의 선연마량을 측정하고, 그 측정결과를 후행 플래튼 조립체(5b)(5c)에서 상기 웨이퍼(10)의 후연마량을 결정할 때 반영함으로써 상기 웨이퍼(10)의 연마 정밀도를 높이도록 되어 있는 계측수단(9)을 포함하고 있으며,

상기 계측수단(9)은,

상기 케이스(2) 상면의 상기 두 플래튼 조립체(5a,5b)(5b,5c) 사이에 장착되어, 상기 선행 플래튼 조립체(5a)(5b)에서 상기 웨이퍼(10)를 연마할 때 발생하여 상기 웨이퍼(10)의 저면에 들러붙어 있는 연마찌꺼기를 상기 웨이퍼(10)로부터 제거하는 세척수(41)를 수용하도록 되어 있는 세척수용기(43); 및

상기 세척수용기(43)에 관통 장착되어 상기 세척수(41)에 의해 연마찌꺼기가 제거된 상기 웨이퍼 저면의 연마막질을 측정하는 계측기(45);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 카로셀 회전식 화학기계 연마장치.
제3 항에 있어서,

상기 웨이퍼 입출력수단(7)은 입력단(7a)과 출력단(7b) 두 부분으로 나누어져 있어, 연마할 상기 웨이퍼(10)를 외부에서 상기 입력단(7a)으로 투입하는 동작(P01)과 연마된 상기 웨이퍼(10)를 상기 출력단(7b)에서 외부로 배출하는 동작(P02)이 동시에 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 카로셀 회전식 화학기계 연마장치.