KR101703904B1 - 웨이퍼 그립핑 장치 및 이를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치 - Google Patents

웨이퍼 그립핑 장치 및 이를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치 Download PDF

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오승철
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Abstract

웨이퍼 그립핑 장치는 그 내부에서 웨이퍼를 이격적으로 수용할 수 있는 틸팅 플레이트 및 각각은 상기 틸팅 플레이트의 특정 위치들에서 결합되고, 상기 웨이퍼의 수용 과정에서 상기 웨이퍼의 그립 위치로 이동하여 상기 웨이퍼의 가장자리 양면을 그립하는 그립 롤러를 포함하는 복수의 그립퍼들을 포함한다. 따라서, 웨이퍼 그립핑 장치는 웨이퍼를 안정적으로 그립할 수 있다.

Description

웨이퍼 그립핑 장치 및 이를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치{WAFER GRIPPING APPARATUS AND DUAL WAFER STRESS INSPECTION APPARATUS HAVING THE SAME}
본 발명은 웨이퍼 그립핑 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼를 안정적으로 직립시킬 수 있는 웨이퍼 그립핑 장치 및 이를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 세정(Cleaning) 과정, 열처리(Thermal Treatment) 과정, 불순물 도입(Impurity Doping) 과정, 박막형성(Thin Film Deposition) 과정, 리소그래피(Lithography) 과정 및 평탄화(Planarization) 과정과 같은 기본공정들을 포함한다. 웨이퍼의 미세 패턴은 리소그래피 과정에서 형성되는데, 미세 패턴의 오류가 리소그래피 과정이 완료된 후에 검출되면 해당 웨이퍼는 폐기될 수 있다. 예를 들어, 이러한 미세 패턴의 오류는 웨이퍼 상에 있는 레이어들 간의 오정렬(이하, 레이어 오정렬)에 의해 발생될 수 있고 또는 웨이퍼 스트레스에 따른 웨이퍼 공정 변위로 인해 발생될 수 있다.
반도체 검사 장비는 리소그래피 과정에서 웨이퍼 스트레스를 사전에 측정하여 미세 패턴의 형성을 미리 제어할 수 있도록 도와줄 수 있다. 예를 들어, 반도체 검사 장비는 웨이퍼 상에 포토 레지스트를 도포한 후 노광을 수행하기 전에 간섭계를 이용하여 웨이퍼 스트레스를 측정할 수 있고, 특히, 웨이퍼 스트레스의 측정 정밀도를 향상시키기 위해 양면 피조 간섭계(Dual Fizeau Interferometer)를 이용하여 웨이퍼 양면에 대한 웨이퍼 스트레스를 측정할 수 있다.
한국 공개 특허 제1998-0035472호는 웨이퍼 표면분석장치 및 이를 이용한 웨이퍼 표면 분석방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반응 쳄버 외부에 구비되어 있으며, 그 내부에 광원에서 출발한 빛을 스플리팅하여 그 외부로 유출시키는 빔 스플리터를 구비한 간섭계 간섭계 외부로 유출된 스플릿된 빛을 받아들여 편광하는 편광기 및 입사부에서 공정 진행 중인 쳄버 내부에 장착된 웨이퍼 표면에 편광된 빛을 반응 쳄버 내부에 장착된 웨이퍼 표면에 입사시키면서 그 입사각을 임의로 조절할 수 있는 입사각조절수단을 구비한 입사부 웨이퍼 표면에서 반사되어 반응 쳄버 외부로 유출된 반사광의 경로 상에 위치하며, 소정 각도로 공정 진행 중인 쳄버 외부로 출사되는 출사광의 반사 경로에 따라 출사각을 조절할 수 있는 출사각조절수단을 구비한 출사부 및 출사부로부터 경로 변환된 반사광을 포집하고, 상기 포집된 광을 분석하여 공정 진행 중인 쳄버 내부에 장착된 웨이퍼의 표면 물성을 판별하는 검출기를 포함하여 웨이퍼 표면에 대한 분석을 가능하게 한다.
한국 공개 특허 제1998-0035472호
본 발명의 일 실시예는 웨이퍼를 안정적으로 직립시킬 수 있는 웨이퍼 그립핑 장치 및 이를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치를 제공하고자 한다. 예를 들어, 웨이퍼 그립핑 장치는 웨이퍼의 양면을 동시에 검사하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 웨이퍼의 그립 위치에서 웨이퍼의 양면을 그립할 수 있는 그립 롤러를 포함하는 웨이퍼 그립핑 장치 및 이를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치를 제공하고자 한다. 예를 들어, 그립 롤러는 특정 물질로 코팅할 수 있고 그립 과정에서 회전을 통해 특정 위치에 코팅된 특정 물질의 마모를 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 틸팅 플레이트를 통해 직립된 웨이퍼의 변형을 최소화할 수 있는 웨이퍼 그립핑 장치 및 이를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치를 제공하고자 한다. 예를 들어, 틸팅 플레이트는 사각형으로 구현되어 웨이퍼의 변형에 영향을 주는 응력을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 로드셀을 통해 웨이퍼에 대한 작용힘을 측정하여 그립퍼를 제어함으로써 웨이퍼의 변형 범위를 조절하고 예측할 수 있는 웨이퍼 그립핑 장치 및 이를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 웨이퍼 그립핑 장치는 그 내부에서 웨이퍼를 이격적으로 수용할 수 있는 틸팅 플레이트 및 각각은 상기 틸팅 플레이트의 특정 위치들에서 결합되고, 상기 웨이퍼의 수용 과정에서 상기 웨이퍼의 그립 위치로 이동하여 상기 웨이퍼의 가장자리 양면을 그립하는 그립 롤러를 포함하는 복수의 그립퍼들을 포함한다.
상기 틸팅 플레이트는 상기 웨이퍼가 수용되면 그 일단에 직접 또는 간접적으로 결합된 회전축을 통해 직립되는 사각 플레이트로 구현될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 그립퍼들 중 제1 그립퍼는 상기 틸팅 플레이트가 직립될 때 상기 웨이퍼의 자중에 의한 기울임에 대항한 중심에 설치될 수 있다.
다른 일 실시예에서, 상기 복수의 그립퍼들 중 제1 그립퍼는 상기 그립 롤러의 이동 과정에서 상기 그립 롤러의 상기 웨이퍼에 대한 작용힘을 완충하는 탄성제공부재를 포함할 수 있다.
상기 복수의 그립퍼들 중 제1 그립퍼는 상기 중심의 연장선 상에서 결합되고 상기 이동에 의한 이동거리에 따라 상기 탄성제공부재의 탄성력을 제어하는 마이크로미터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 복수의 그립퍼들 중 제1 및 제2 그립퍼들은 상기 웨이퍼의 무게중심에 상호 대칭되는 위치에서 상기 그립 롤러가 상기 웨이퍼를 그립하도록 구현될 수 있다.
다른 일 실시예에서, 상기 복수의 그립퍼들 중 제1 및 제2 그립퍼들은 상기 그립 롤러에 의한 상기 웨이퍼에 대한 작용힘을 측정하여 해당 그립퍼의 이동을 제어하는 제1 및 제2 로드셀들을 포함할 수 있다.
상기 그립 롤러는 상기 틸팅 플레이트와 결합되어 상기 이동을 제공하는 클램퍼 및 상기 클램퍼와 회전축을 통해 결합되고 상기 웨이퍼의 그립과정에서 상기 웨이퍼의 가장자리와 접촉하는 롤러를 포함할 수 있다.
상기 롤러는 최외곽에 배치되어 웨이퍼의 가장자리와 접촉하고, 웨이퍼의 그립과정에서 회전할 수 있는 완충부재를 포함할 수 있다.
실시예들 중에서, 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치는 상호 대향하는 광학계들 및 웨이퍼를 직립한 후 상기 광학계들 사이에 상기 웨이퍼를 배치하는 웨이퍼 그립핑 장치를 포함한다. 상기 웨이퍼 그립핑 장치는 그 내부에서 상기 웨이퍼를 이격적으로 수용할 수 있는 틸팅 플레이트 및 각각은 상기 틸팅 플레이트의 특정 위치들에서 결합되고, 상기 웨이퍼의 수용 과정에서 상기 웨이퍼의 그립 위치로 이동하여 상기 웨이퍼의 가장자리 양면을 그립하는 그립 롤러를 포함하는 복수의 그립퍼들을 포함한다.
상기 웨이퍼 그립핑 장치는 상기 복수의 그립퍼들을 통해 상기 웨이퍼의 가장자리 양면이 그립되면 상기 틸팅 플레이트를 직립시킬 수 있다. 상기 웨이퍼 그립핑 장치는 상기 틸팅 플레이트가 직립되면 상기 틸팅 플레이트를 상기 광학계들 사이에 삽입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치는 웨이퍼를 안정적으로 직립시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치는 웨이퍼의 그립 위치에서 웨이퍼의 양면을 그립할 수 있는 그립 롤러를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치는 틸팅 플레이트를 통해 직립된 웨이퍼의 변형을 최소화할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치는 로드셀을 통해 웨이퍼에 대한 작용힘을 측정하여 그립퍼를 제어함으로써 웨이퍼의 변형 범위를 조절하고 예측할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립 및 직립 시스템을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립 롤러의 구조를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치 및 이를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치를 설명하는 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립 및 직립 시스템을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 그립 시스템은 웨이퍼 그립핑 장치(100) 및 회전축(102)을 포함하고, 회전축(102)은 웨이퍼 그립핑 장치(100)와 직접 또는 간접적으로 결합될 수 있다.
웨이퍼 그립핑 장치(100)는 웨이퍼(130)의 양면에 대한 접촉을 최소화하면서 웨이퍼(130)를 고정할 수 있고, 일 측면에서 회전축(102)과 결합하여 웨이퍼(130)를 직립시킬 수 있다. 일 실시예에서, 회전축(102)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니나, 웨이퍼(130)의 자중 방향에 위치될 수 있다.
웨이퍼 그립핑 장치(100)는 접촉 최소화를 통해 웨이퍼(130)에 구현될 또는 이미 구현된 칩 영역의 바깥으로부터 웨이퍼(130)의 직립 과정에서 웨이퍼(130)의 파손 또는 변형을 방지할 수 있는 가장자리까지를 고정 위치로 결정할 수 있다. 예를 들어, 웨이퍼의 반지름이 R(R>0)에 해당하고 칩 영역이 r(0<r<R)에 해당하면, 접촉 최소화에 따른 최대 영역은 반지름 r로부터 반지름 R에 해당하는 영역을 의미할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치를 설명하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 웨이퍼 그립핑 장치(100)은 틸팅 플레이트(210, Tilting Plate), 복수의 그립퍼들(220a~c) 및 웨이퍼 감지 센서(230)를 포함한다.
틸팅 플레이트(210)는 내부에서 웨이퍼(130)를 이격적으로 수용할 수 있다. 일 실시예에서, 틸팅 플레이트(210)는 판형으로 구현되고 내부에 웨이퍼(130)를 이격적으로 수용할 수 있는 홀(hole)을 포함 할 수 있다. 또한, 틸팅 플레이트(210)는 일 측면에서 회전축(102)과 직접 또는 간접적으로 결합하여 회전축(102)의 회전에 따라 기울거나 직립할 수 있다. 일 실시예에서, 틸팅 플레이트(210)는 일 측면에서 회전축(102)과 직접 또는 간접적으로 결합하여 회전축(102)을 통해 직립되는 사각 플레이트로 구현될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 틸팅 플레이트(210)는 원형 플레이트 또는 육각형 플레이트로 구현될 수 있다.
복수의 그립퍼들(220a~c)은 리니어 가이드(221, Linear Guide), 그립 롤러(222), 탄성제공부재(224), 마이크로미터(226) 및 로드셀(228)을 포함한다.
복수의 그립퍼들(220a~c) 각각은 틸팅 플레이트(210)의 특정 위치들에서 결합되고, 웨이퍼의 수용 과정에서 웨이퍼(130)의 그립 위치로 이동하여 웨이퍼(130)의 가장자리 양면을 그립할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 그립퍼들(220a~c)은 웨이퍼(130)를 이격적으로 수용하는 틸팅 플레이트(210)의 홀의 가장자리에 일정 간격으로 배치되어 웨이퍼(130)의 가장자리 양면을 그립할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 복수의 그립퍼들(220a~c) 중 제1 그립퍼(220a)는 틸팅 플레이트(210)가 회전축(102)의 회전에 의해 직립될 때 수용된 웨이퍼의 자중에 의한 기울임에 대항한 중심에 설치될 수 있다. 여기에서, 제1 그립퍼(220a)는 그 위치를 조정 또는 고정할 수 있는 기준 그립퍼에 해당할 수 있다. 나머지 제2 그립퍼(220b) 및 제3 그립퍼(220c)는 수용된 웨이퍼의 무게중심에 상호 대칭되는 위치에서 웨이퍼를 그립하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 복수의 그립퍼들(220a~c)은 웨이퍼(130)의 무게중심(C)을 기준으로 120도 등 간격으로 배치되거나 또는 웨이퍼(130)의 무게중심(C)를 기준으로 제2 및 제3 그립퍼들(220c) 간의 사이각은 30도 내지 120도 정도로 서로 동일한 높이에서 대칭되게 배치될 수 있다.
리니어 가이드(221)는 그립퍼(220)에 직선운동경로를 제공할 수 있다. 즉, 그립퍼(220)는 리니어 가이드(221)에 의해 직선방향으로만 이동할 수 있다. 즉, 리니어 가이드(221)는 그립퍼(220)의 이동이 필요한 경우 해당 그립 위치까지 직선이동하기 위한 경로를 제공할 수 있다. 여기에서, 리니어 가이드(221)는 그립퍼(220)의 이동이 종료되면 해당 위치에 그립퍼(220)를 고정시키기 위한 잠금장치를 더 포함할 수 있다.
그립 롤러(222)는 웨이퍼(130)의 수용 과정에서 웨이퍼(130)의 그립 위치로 이동하여 웨이퍼(130)의 가장자리 양면을 그립할 수 있다. 그립 롤러(222)는 그립퍼(220)가 웨이퍼(130)를 그립하는 경우 그립된 웨이퍼(130)와 직접 접촉하는 부분에 해당한다. 여기에서 그립 롤러(222)는 그립 롤러(222)와 직접 또는 간접적으로 연결된 모터의 구동에 의해 이동할 수 있다. 도 2에서, 제2 그립 롤러(222b) 및 제3 그립 롤러(222c)는 그립된 웨이퍼(130)의 무게중심(C)와 연결된 연장선 상에서 전진 또는 후진 이동할 수 있다(화살표 방향).
탄성제공부재(224)은 그립 롤러(222)의 이동 과정에서 그립 롤러(222)의 웨이퍼에 대한 작용힘을 완충할 수 있다. 웨이퍼(130)에 대한 작용힘은 그립 롤러(222)가 웨이퍼와 접촉하였을 때 발생하는 웨이퍼(130)와 그립 롤러(222) 사이의 압력에 해당할 수 있다. 탄성제공부재(224)는 그립 롤러(222)가 웨이퍼(130) 방향으로 과도하게 이동하여 웨이퍼(130)와 강하게 접촉한 경우, 웨이퍼(130)의 변형을 야기할 수 있는 웨이퍼(130)에 대한 작용힘을 완충할 수 있다. 여기에서, 탄성제공부재(224)는 코일스프링(Coil Spring)으로 구현되어 리니어 가이드(221) 좌우에 하나씩 배치될 수 있다.
마이크로미터(226)는 틸팅 플레이트(210)가 직립될 때 웨이퍼(130)의 자중에 의한 기울임에 대항한 중심의 연장선 상에서 결합될 수 있고, 그립 롤러(222)의 이동에 의한 이동거리에 따라 탄성제공부재(224)의 탄성력을 제어할 수 있다.
로드셀(228)은 그립 롤러(222)에 의한 웨이퍼(130)에 대한 작용힘을 측정하여 해당 그립퍼(220)의 이동을 제어할 수 있다. 다시 말해, 로드셀(228)은 측정된 작용힘을 기초로 모터의 구동을 조절하여 그립 롤러(222)의 이동을 제어할 수 있다. 즉 로드셀(228)은 그립 롤러(222)의 이동을 제어함으로써 그립으로 인한 웨이퍼(130)의 변형을 최소화할 수 있다.
이하, 제1 내지 제3 그립퍼들(220a~c)을 설명한다.
우선, 제1 그립퍼(220a)는 리니어 가이드(221a), 그립 롤러(222a), 탄성제공부재(224) 및 마이크로미터(226)를 포함한다. 제1 그립퍼(220)는 기준 그립퍼에 해당할 수 있고, 그립 롤러(222a)와 결합된 리니어 가이드(221a)를 따라 수용된 웨이퍼(130)의 중심과 연결된 연장선(L1) 상에서 전진 또는 후진 이동할 수 있으며, 마이크로미터(226)에 의해 탄성제공부재(224)의 탄성력을 제어할 수 있다.
다음으로, 제2 그립퍼(220b)는 그립 롤러(222b) 및 로드셀(228b)을 포함한다. 도 2에서, 그립 롤러(222b)는 화살표 방향으로 전진 또는 후진 하여 웨이퍼(130)와 접촉 또는 분리될 수 있다. 로드셀(228b)은 그립 롤러(222b)가 전진하여 웨이퍼(130)와 접촉하는 경우 해당 접촉에 따른 작용힘을 측정 및 모니터링하여 그립 롤러(222b)의 이동을 제어할 수 있다. 로드셀(228b)은 그립 롤러(222b)와 웨이퍼(130)사이의 작용힘이 과도하여 웨이퍼(130)의 변형이 증가하는 경우 작용힘이 감소하도록 그립 롤러(222b)의 이동을 제어할 수 있다.
마지막으로, 제3 그립퍼(220c)는 그립 롤러(222c) 및 로드셀(228c)을 포함한다. 그립 롤러(222b)는 화살표 방향으로 전진 또는 후진 하여 웨이퍼(130)와 접촉 또는 분리될 수 있다. 로드셀(228c)은 그립 롤러(222c)가 전진하여 웨이퍼(130)와 접촉하는 경우 해당 접촉에 따른 작용힘을 측정 및 모니터링하여 그립 롤러(222c)의 이동을 제어할 수 있다. 로드셀(228c)은 그립 롤러(222c)와 웨이퍼(130)사이의 작용힘이 과도하여 웨이퍼(130)의 변형이 증가하는 경우 작용힘이 감소하도록 그립 롤러(222c)의 이동을 제어할 수 있다.
복수의 그립퍼들(220a~c)은 웨이퍼(130)의 변형이 최소화되는 그립 위치로 이동하는 과정이 종료되면 해당 그립 위치에 고정될 수 있다.
웨이퍼 감지 센서(230)은 틸팅 플레이트(210)의 특정 위치에 배치되어 웨이퍼(130)의 수용여부, 위치 등을 감지할 수 있다. 일 실시예에서, 그립퍼(220)는 웨이퍼 감지 센서(230)에 의해 감지된 웨이퍼(130)의 위치 정보를 이용하여 웨이퍼(130) 그립 위치를 조정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치를 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼 그립핑 장치(100)은 틸팅 플레이트(310), 복수의 그립퍼들(320a~c), 모터(330) 및 웨이퍼 감지 센서(230)를 포함한다.
틸팅 플레이트(310)는 내부에서 웨이퍼(130)를 이격적으로 수용할 수 있다. 즉, 틸팅 플레이트(310)는 판형으로 구현되고 내부에 웨이퍼(130)를 이격적으로 수용할 수 있는 홀(hole)을 포함 할 수 있다. 또한, 틸팅 플레이트(310)는 일 측면에서 회전축(102)과 직접 또는 간접적으로 결합하여 회전축(102)의 회전에 따라 기울거나 직립할 수 있다. 일 실시예에서, 틸팅 플레이트(310)는 일 측면에서 회전축(102)과 직접 또는 간접적으로 결합하여 회전축(102)을 통해 직립되는 사각 플레이트로 구현될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 틸팅 플레이트(310)는 원형 플레이트 또는 육각형 플레이트로 구현될 수 있다.
복수의 그립퍼들(320a~c)은 리니어 가이드(321, Linear Guide), 그립 롤러(322), 탄성제공부재(324), 마이크로미터(326) 및 로드셀(328, Load Cell)을 포함한다.
복수의 그립퍼들(320a~c)은 각각 틸팅 플레이트(310)의 특정 위치들에서 결합되고, 웨이퍼(130)의 수용 과정에서 웨이퍼(130)의 그립 위치로 이동하여 웨이퍼(130)의 가장자리 양면을 그립할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 그립퍼들(320a~c)은 웨이퍼(130)를 이격적으로 수용하는 틸팅 플레이트(310)의 홀의 가장자리에 일정 간격으로 배치되어 웨이퍼(130)의 가장자리 양면을 그립할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 복수의 그립퍼들(320a~c) 중 제1 그립퍼(320a)는 틸팅 플레이트(310)가 회전축(102)의 회전에 의해 직립될 때 수용된 웨이퍼의 자중에 의한 기울임에 대항한 중심에 설치될 수 있다. 여기에서 제1 그립퍼(320a)는 그 위치를 조정 또는 고정할 수 있는 기준 그립퍼에 해당할 수 있다. 나머지 제2 그립퍼(320b) 및 제3 그립퍼(320c)는 수용된 웨이퍼의 무게중심에 상호 대칭되는 위치에서 웨이퍼를 그립하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 복수의 그립퍼들(320a~c)은 웨이퍼(130)의 무게중심(C)을 기준으로 120도 등 간격으로 배치되거나 또는 웨이퍼(130)의 무게중심(C)를 기준으로 제2 및 제3 그립퍼들(320c) 간의 사이각은 30도 내지 120도 정도로 서로 동일한 높이에서 대칭되게 배치될 수 있다.
리니어 가이드(321)는 그립퍼(320)에 직선운동경로를 제공할 수 있다. 즉, 그립퍼(320)는 리니어 가이드(321)에 의해 직선방향으로만 이동할 수 있다. 다시 말해, 리니어 가이드(321)는 그립퍼(320)의 이동이 필요한 경우 해당 그립 위치까지 직선이동하기 위한 경로를 제공할 수 있다. 여기에서, 리니어 가이드(321)는 그립퍼(320)의 이동이 종료되면 해당 위치에 그립퍼(320)를 고정시키기 위한 잠금장치를 더 포함할 수 있다.
그립 롤러(322)는 웨이퍼(130)의 수용 과정에서 웨이퍼(130)의 그립 위치로 이동하여 웨이퍼(130)의 가장자리 양면을 그립할 수 있다. 그립 롤러(322)는 그립퍼(320)가 웨이퍼(130)를 그립하는 경우 그립된 웨이퍼(130)와 직접 접촉하는 부분에 해당한다. 여기에서 그립 롤러(322)는 그립 롤러(322)와 직접 또는 간접적으로 연결된 모터(Moter)의 구동에 의해 이동할 수 있다.
탄성제공부재(324)은 그립 롤러(322)의 이동 과정에서 그립 롤러(322)의 웨이퍼에 대한 작용힘을 완충할 수 있다. 웨이퍼(130)에 대한 작용힘은 그립 롤러(322)가 웨이퍼와 접촉하였을 때 발생하는 웨이퍼(130)와 그립 롤러(322) 사이의 압력에 해당할 수 있다. 탄성제공부재(324)는 그립 롤러(322)가 웨이퍼(130) 방향으로 과도하게 이동하여 웨이퍼(130)와 강하게 접촉한 경우, 웨이퍼(130)의 변형을 야기할 수 있는 웨이퍼(130)에 대한 작용힘을 완충할 수 있다. 여기에서, 탄성제공부재(324)는 코일스프링(Coil Spring)으로 구현되어 리니어 가이드(321) 좌우에 하나씩 배치될 수 있다.
마이크로미터(326)는 틸팅 플레이트(310)가 직립될 때 웨이퍼(130)의 자중에 의한 기울임에 대항한 중심의 연장선 상에서 결합될 수 있고, 그립 롤러(322)의 이동에 의한 이동거리에 따라 탄성제공부재(324)의 탄성력을 제어할 수 있다.
로드셀(328)은 그립 롤러(322)에 의한 웨이퍼(130)에 대한 작용힘을 측정하여 해당 그립퍼(320)의 이동을 제어할 수 있다. 다시 말해, 로드셀(328)은 측정된 작용힘을 기초로 모터의 구동을 조절하여 그립 롤러(322)의 이동을 제어할 수 있다. 즉 로드셀(328)은 그립 롤러(322)의 이동을 제어함으로써 그립으로 인한 웨이퍼(130)의 변형을 최소화할 수 있다.
이하, 제1 내지 제3 그립퍼들(320a~c)을 설명한다.
우선, 제1 그립퍼(320a)는 리니어 가이드(321a), 그립 롤러(322a), 탄성제공부재(324) 및 마이크로미터(326)를 포함한다. 제1 그립퍼(320)는 기준 그립퍼에 해당하고, 그립 롤러(322a)와 결합된 리니어 가이드(321a)를 따라 수용된 웨이퍼(130)의 중심과 연결된 연장선(L1) 상에서 전진 또는 후진 이동할 수 있으며, 마이크로미터(326)에 의해 탄성제공부재(324)의 탄성력을 제어할 수 있다.
다음으로, 제2 그립퍼(320b)는 그립 롤러(322b), 가이드 베이스(323b), 스토퍼(325), 스프링(327), 로드셀(328) 및 그립퍼 플레이트(329a)를 포함한다. 가이드 베이스(323b)는 그립퍼 플레이트(329a)와 힌지(Hinge)를 통해 연결되어 리니어 가이드(321b)를 따라 좌우로 이동할 수 있다. 그립 롤러(322b)는 그립퍼 플레이트(329b)의 한 쪽 끝에 결합되어 가이드 베이스(323b)의 오른쪽 방향 이동에 따라 웨이퍼(130)와 접촉하여 웨이퍼(130)를 그립할 수 있다. 스프링(327)은 그립 롤러(322b)가 결합되지 않은 그립퍼 플레이트(329b)의 다른 한쪽 끝에 결합되어 그립퍼 플레이트(329b)의 다른 한쪽 끝을 잡아당기고, 스토퍼(325)를 통하여 수직 원점으로 고정되게 한다. 그립퍼 플레이트(329b)는 오른쪽으로 이동하여 그립 롤러(322b)를 웨이퍼(130)와 접촉시키고 동시에 로드셀(328)을 누른다. 로드셀(328)은 그립퍼 플레이트(329b)에 의해 눌려진 압력을 측정하여 그립퍼 플레이트(329b)의 이동을 제어할 수 있다.
마지막으로, 제3 그립퍼(320c)는 그립 롤러(322c), 가이드 베이스(323c) 및 그립퍼 플레이트(329c)를 포함한다. 그립 롤러(322c)는 그립퍼 플레이트(329c)의 한쪽 끝에 결합되어 있고 그립퍼 플레이트(329c)는 가이드 베이스(323c)상에 고정되어있다. 가이드 베이스(323c)는 리니어 가이드(321b)를 따라 좌우로 직선운동 할 수 있고, 그에 따라 그립 롤러(322c)는 웨이퍼(130)와 접촉할 수 있다.
복수의 그립퍼들(320a~c)은 웨이퍼(130)의 변형이 최소화되는 그립 위치로 이동하는 과정이 종료되면 해당 그립 위치에 고정될 수 있다.
모터(330)는 연결된 볼 스크류(340, Ball Screw)를 회전시킴으로써 그립퍼 플레이트(323)를 좌우로 이동시킬 수 있다. 모터(330)는 볼 스크류(340)의 회전 방향을 바꿈으로써 그립퍼 플레이트(323)를 왼쪽 또는 오른쪽으로 이동시킬 수 있다. 도 3에서, 제3 그립퍼(320c)의 가이드 베이스(323c)가 오른쪽으로 이동하는 경우, 제2 그립퍼(320b)의 가이드 베이스(323b)는 왼쪽으로 이동하여 제2 그립퍼(320b) 및 제3 그립퍼(320c) 사이의 거리가 멀어진다. 반대로 제3 그립퍼(320c)의 가이드 베이스(323c)가 왼쪽으로 이동하는 경우, 제2 그립퍼(320b)의 가이드 베이스(323b)는 오른쪽으로 이동하여 제2 그립퍼(320b) 및 제3 그립퍼(320c) 사이의 거리가 거리가 가까워진다.
도 3에서, 웨이퍼 감지 센서(230)은 틸팅 플레이트(310)의 특정 위치에 배치되어 웨이퍼(130)의 수용여부, 위치 등을 감지할 수 있다. 일 실시예에서, 그립퍼(320)는 웨이퍼 감지 센서(230)에 의해 감지된 웨이퍼(130)의 위치 정보를 이용하여 웨이퍼(130) 그립 위치를 조정할 수 있다.
도 4는 도2 및 도3에 있는 그립 롤러의 구조를 설명하는 도면이다.
도 4a에서, 그립 롤러(222,322)는 틸팅 플레이트(210,310)와 결합되어 그립 롤러(222,322)의 이동을 제공하는 클램퍼(420) 및 클램퍼(420)와 회전축을 통해 결합되고 웨이퍼(130)의 그립과정에서 웨이퍼(130)의 가장자리와 접촉하는 롤러(410)를 포함한다.
도 4b에서, 클램퍼(420)는 클램퍼(420)의 하부에 해당하는 클램프 스테이지(422)와 클램프 스테이지(422)위에 ㄱ자로 형성된 클램프 블록(242)를 포함할 수 있다. 클램프 스테이지(422)는 그립 롤러(222,322)의 하부에 해당하는 부분으로, 그립 롤러(222,322)가 이동할 수 있도록 틸팅 플레이트(210,310)와 결합할 수 있다. 도 4b에서, 클램프 스테이지(422)는 클램프 스테이지(422)에 직접 또는 간접적으로 결합된 모터의 구동에 의해 화살표 방향(좌우)으로 이동할 수 있다. 그립 롤러(222,322)는 클램프 스테이지(422)가 왼쪽으로 이동하는 경우 웨이퍼(130)과 접촉할 수 있다. 반대로, 그립 롤러(222,322)는 클램프 스테이지(422)가 오른쪽으로 이동하는 경우 웨이퍼(130)와 분리될 수 있다. 클램프 블록(424)은 볼트(426)를 통해 클램프 스테이지(422)와 결합할 수 있다. 클램프 블록(424)은 그립 롤러(222,322)의 상부에 해당하는 부분이다.
도 4b에서, 롤러(410)는 클램프 스테이지(422)와 클램프 블록(424) 사이의 빈 공간에 볼트(416)를 통해 연결되고, 볼트(416) 둘레에 위치해 롤러(410)를 회전시키는 베어링(414), 베어링(414) 둘레에 위치해 웨이퍼(130)와 직접 접촉할 수 있는 완충부재(412) 및 볼트(416)와 베어링(414)사이의 빈 공간을 채우는 스페이서(418)을 포함한다.
완충부재(412)는 최외곽에 배치되어 웨이퍼의 가장자리와 접촉하고, 웨이퍼(130)의 그립과정에서 베어링(414)에 의해 회전할 수 있다. 롤러(410)는 그립과정에서 완충부재(412)를 회전시킴으로써 완충부재(412)의 마모를 최소화할 수 있다. 완충부재(412)는 그립과정이 종료되면 회전하지 않고 고정되어 웨이퍼(130)를 안정적으로 그립할 수 있다.
완충부재(412)는 웨이퍼(130)의 가장자리와 직접 접촉하는 부분으로, 압축강도 기준을 만족하는 탄성을 가진 물질로 구현될 수 있다. 여기에서, 압축강도 기준은 웨이퍼(130)와의 접촉에 의해 발생할 수 있는 특정 작용힘에 따라 플라스틱이 변형되는 정도에 대한 기준을 의미한다. 다시 말해, 완충부재(412)는 웨이퍼(130)와 접촉할 때 상호 작용힘에 의해 압축되어 변형될 수 있고, 그러한 웨이퍼(130)와의 작용힘에 따른 완충부재(412)의 변형 정도는 베어링(414)을 감싸는 완충부재(412)의 종류 및 두께에 따라 달라질 수 있다. 보다 구체적으로, 웨이퍼(130)와의 작용힘에 따른 완충부재(412)의 변형 정도는 완충부재(412)의 두께가 얇을수록 감소할 수 있다. 완충부재(412) 내부의 베어링(414)은 완충부재(412)의 두께가 얇을수록 압축강도에 따른 완충부재(412)의 변형을 억제할 수 있다. 일 실시예에서, 베어링(414)을 감싸는 완충부재(412)의 두께는 1mm 이하로 구현될 수 있다. 여기에서, 완충부재(412)은 압축강도(예를들어, 2,190kgf/cm^2)를 만족하는 폴리이미드계 수지(Polyimide Resin) 또는 PEEK(폴리에테르에테르케톤, Polyether Ether Ketone)로 구현될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 그립핑 장치를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치를 설명하는 도면이다.
도 5를 참조하면 웨이퍼 그립핑 장치(100)를 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사 장치(10)는 제1 간섭계(20), 제2 광학계(40), 컴퓨터(38) 및 웨이퍼 그립핑 장치(100)를 포함한다.
제1 광학계(20)는 멀티모드 광파이버(22, Multimode Optic Fiber), 광원(24), 광분리기(26), 쿼터-웨이브 플레이트(28, Quarter-Wave Plate), 콜리메이터(30, Collimator), 참조 플랫(32, Reference Flat), 참조면(33, Reference Surface), 이미징 렌즈(34, Imaging Lens) 및 디텍터(36, Detector)를 포함할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제2 광학계(40)는 멀티모드 광파이버(42, Multimode Optic Fiber), 광원(44), 광분리기(46), 쿼터-웨이브 플레이트(48, Quarter-Wave Plate), 콜리메이터(50, Collimator), 참조 플랫(52, Reference Flat), 참조면(53, Reference Surface), 이미징 렌즈(54, Imaging Lens) 및 디텍터(56, Detector)를 포함할 수 있다.
제1 광학계(20)는 제1 광학계(40)와 이격적으로 대향하도록 배치될 수 있다. 제1 광학계(20)와 제2 광학계(40)사이의 이격된 공간은 회전축(102)에 의해 직립된 웨이퍼 그립핑 장치(100)을 수용할 수 있다.
제1 광학계(20)는 광원(24)으로부터 방사된 빛을 웨이퍼(130)의 한 쪽 표면에 비추어서 해당 표면에 대한 간섭무늬를 얻을 수 있고, 제2 광학계(40)는 광원(44)으로부터 방사된 빛을 웨이퍼(130)의 다른 한 쪽 표면에 비추어서 해당 표면에 대한 간섭무늬를 얻을 수 있다.
컴퓨터(38)는 제1 광학계(20) 및 제2 광학계(40)에 의해 얻어진 웨이퍼(130) 양면의 간섭무늬를 분석하여 웨이퍼(130) 양면의 스트레스를 계산 또는 추정할 수 있다.
웨이퍼 그립핑 장치(100)는 회전축(102)을 통해 웨이퍼(130)를 직립시켜 제1 광학계(20)의 참조면(33)과 제2 광학계(40)의 참조면(53) 사이에 배치할 수 있다. 웨이퍼 그립핑 장치(100)는 복수의 그립퍼들(220a~c, 320a~c)을 통해 웨이퍼(130)의 가장자리 양면이 그립되면 틸팅 플레이트(210, 310)를 제1 광학계(20)와 제2 광학계(40) 사이에 삽입할 수 있다.
양면 웨이퍼 스트레스 검사 장치(10)는 웨이퍼 그립핑 장치(100)를 통해 웨이퍼(130)를 수용한 틸팅 플레이트(210,310)가 제1 광학계(20)와 제2 광학계(40)사이에 삽입되면 해당 웨이퍼(130) 양면의 스트레스를 측정할 수 있다.
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치
100: 웨이퍼 그립핑 장치
130: 웨이퍼 210, 310: 틸팅 플레이트
220, 320: 그립퍼 222, 322: 그립 롤러
410: 롤러 420: 클램퍼
412: 완충부재

Claims (12)

  1. 그 내부에서 웨이퍼를 이격적으로 수용할 수 있고, 상기 웨이퍼가 수용되면 그 일단에 직접 또는 간접적으로 결합된 회전축을 통해 직립되는 사각 플레이트로 구현되는 틸팅 플레이트;
    각각은 상기 틸팅 플레이트의 특정 위치들에서 결합되고, 상기 웨이퍼의 수용 과정에서 상기 웨이퍼의 그립 위치로 이동하여 상기 웨이퍼의 가장자리 양면을 그립하고 완충부재가 코팅되며 그립 과정에서 회전을 통해 최외곽 위치에 코팅된 상기 완충부재의 마모를 감소시키는 그립 롤러를 포함하는 제1 내지 제3 그립퍼들; 및
    상기 제1 그립퍼는 상기 틸팅 플레이트가 직립될 때 상기 웨이퍼의 자중에 의한 기울임에 대항한 중심에 설치되고, 상기 제2 및 제3 그립퍼들은 상기 웨이퍼의 무게중심에 상호 대칭되는 위치에서 상기 그립 롤러가 상기 웨이퍼를 그립하도록 구현되며, 상기 그립 롤러에 의해 상기 웨이퍼에 대한 작용힘을 측정하여 해당 그립퍼의 이동을 제어하는 제1 및 제2 로드셀들을 포함하는 웨이퍼 그립핑 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 복수의 그립퍼들 중 제1 그립퍼는
    상기 그립 롤러의 이동 과정에서 상기 그립 롤러의 상기 웨이퍼에 대한 작용힘을 완충하는 탄성제공부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 그립핑 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 그립퍼들 중 제1 그립퍼는
    상기 중심의 연장선 상에서 결합되고 상기 이동에 의한 이동거리에 따라 상기 탄성제공부재의 탄성력을 제어하는 마이크로미터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 그립핑 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 그립 롤러는
    상기 틸팅 플레이트와 결합되어 상기 이동을 제공하는 클램퍼; 및
    상기 클램퍼와 회전축을 통해 결합되고 상기 웨이퍼의 그립과정에서 상기 웨이퍼의 가장자리와 접촉하는 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 그립핑 장치
  9. 제8항에 있어서, 상기 롤러는
    최외곽에 배치되어 웨이퍼의 가장자리와 접촉하고, 웨이퍼의 그립과정에서 회전할 수 있는 완충부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 그립핑 장치.
  10. 상호 대향하는 광학계들; 및
    웨이퍼를 직립한 후 상기 광학계들 사이에 상기 웨이퍼를 배치하는 웨이퍼 그립핑 장치를 포함하고,
    상기 웨이퍼 그립핑 장치는
    그 내부에서 상기 웨이퍼를 이격적으로 수용할 수 있고, 상기 웨이퍼가 수용되면 그 일단에 직접 또는 간접적으로 결합된 회전축을 통해 직립되는 사각 플레이트로 구현되는 틸팅 플레이트;
    각각은 상기 틸팅 플레이트의 특정 위치들에서 결합되고, 상기 웨이퍼의 수용 과정에서 상기 웨이퍼의 그립 위치로 이동하여 상기 웨이퍼의 가장자리 양면을 그립하고 완충부재가 코팅되며 그립 과정에서 회전을 통해 최외곽 위치에 코팅된 상기 완충부재의 마모를 감소시키는 그립 롤러를 포함하는 제1 내지 제3 그립퍼들; 및
    상기 제1 그립퍼는 상기 틸팅 플레이트가 직립될 때 상기 웨이퍼의 자중에 의한 기울임에 대항한 중심에 설치되고, 상기 제2 및 제3 그립퍼들은 상기 웨이퍼의 무게중심에 상호 대칭되는 위치에서 상기 그립 롤러가 상기 웨이퍼를 그립하도록 구현되며, 상기 그립 롤러에 의해 상기 웨이퍼에 대한 작용힘을 측정하여 해당 그립퍼의 이동을 제어하는 제1 및 제2 로드셀들을 포함하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 웨이퍼 그립핑 장치는
    상기 복수의 그립퍼들을 통해 상기 웨이퍼의 가장자리 양면이 그립되면 상기 틸팅 플레이트를 직립시키는 것을 특징으로 하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 웨이퍼 그립핑 장치는
    상기 틸팅 플레이트가 직립되면 상기 틸팅 플레이트를 상기 광학계들 사이에 삽입하는 것을 특징으로 하는 양면 웨이퍼 스트레스 검사장치.
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