KR101900995B1

KR101900995B1 - 로드 컵 내의 기판을 감지하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101900995B1
Application number: KR1020147023920A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 제이. 리슈카; 짐 케이. 앳킨슨; 조나단 폴 도민; 앤드류 리우
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US9013176B2; TWI588447B; KR20140125824A; US20130193956A1; JP6322582B2; WO2013112301A1; JP2015506594A; TW201344154A

Abstract

로드 컵 내의 기판의 존재를 검출하기 위한 방법, 장치 및 시스템이 제공된다. 본 발명은 로드 컵 어셈블리의 접촉 표면 아래에 배치된 검출 패드를 갖는 근접 센서, 및 레버 부재 상에 배치되고, 기판이 레버 부재 상에 놓여질 때에는 검출 패드를 향해 이동하도록 되어 있고, 기판이 레버 부재로부터 제거될 때에는 검출 패드로부터 멀어지게 이동하도록 되어 있는 타겟을 포함한다. 다수의 추가적인 양태가 개시된다.

Description

로드 컵 내의 기판을 감지하기 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS FOR SENSING A SUBSTRATE IN A LOAD CUP}

<관련 출원>

본 출원은 2012년 1월 27일에 출원된 미국 특허 출원 제13/360,342호, "METHODS AND APPARATUS FOR SENSING A SUBSTRATE IN A LOAD CUP"(대리인 사건번호 16936/CMP/CMP/BOHN C)의 우선권 및 이득을 주장한다.

<기술 분야>

본 발명은 일반적으로 전자 디바이스 제조에 관한 것이고, 더 구체적으로는 로드 컵 내의 기판을 감지하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

로드 컵은 화학적 기계적 평탄화(CMP: chemical-mechanical planarization) 시스템의 폴리싱 헤드가 기판을 적절하게 들어올릴 수 있도록, 기판이 적절하게 정렬되고 위치될 것을 보장하기 위해 이용된다. 로드 컵을 포함하는 그러한 CMP 시스템의 예는 2006년 5월 16일에 Yilmaz 등에게 발행된 미국 특허 제7,044,832호에 상세하게 설명되어 있다. 기판이 로드 컵 내에 존재하는지를 판정하기 위해, 전형적으로 센서가 이용된다. 그러나, 다수의 요인으로 인해, 전형적으로 이용되는 비교적 저렴한 센서는 조기에 고장이 날 수 있다. 따라서, CMP 시스템의 제조 비용을 상당하게 증가시키지 않는, 로드 컵 내의 기판의 존재를 신뢰가능하게 감지하기 위한 개선된 방법 및 장치가 필요하다.

로드 컵 내의 기판의 존재를 검출하기 위한 본 발명의 방법 및 장치가 제공된다. 일부 실시예들에서, 장치는 로드 컵 어셈블리의 접촉 표면 아래에 배치된 검출 패드를 갖는 근접 센서; 및 레버 부재 상에 배치되고, 기판이 레버 부재 상에 놓여질 때에는 검출 패드를 향해 이동하도록 되어 있고, 기판이 레버 부재로부터 제거될 때에는 검출 패드로부터 멀어지게 이동하도록 되어 있는 타겟을 포함한다.

일부 다른 실시예들에서는, 로드 컵 시스템이 제공된다. 로드 컵 시스템은, 로드 컵 시스템의 접촉 표면 아래에 배치된 검출 패드를 각각 갖는 복수의 근접 센서; 및 복수의 근접 센서 중 상이한 근접 센서와 연관된 상이한 레버 부재 상에 각각 배치된 복수의 타겟을 포함하고, 각각의 타겟은 기판이 레버 부재 상에 놓여질 때, 연관된 근접 센서의 검출 패드를 향해 이동하도록 되어 있다. 타겟들은 또한 기판이 레버 부재들로부터 제거될 때, 자신에 연관된 검출 패드로부터 멀어지게 이동하도록 되어 있다.

또 다른 실시예들에서, 로드 컵 내의 기판의 존재를 감지하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 로드 컵 어셈블리의 접촉 표면 아래에 근접 센서의 검출 패드를 배치하는 단계; 기판이 레버 부재 상에 놓여질 때, 레버 부재 상에 배치된 타겟을 검출 패드를 향해 이동시키는 단계; 및 기판이 레버 부재로부터 제거될 때, 타겟을 검출 패드로부터 멀어지게 이동시키는 단계를 포함한다.

다수의 다른 양태가 제공된다. 본 발명의 다른 특징 및 양태는 이하의 상세한 설명, 첨부된 청구항들 및 첨부 도면들로부터 더 완전하게 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따라 기판을 연마하기 위한 예시적인 화학적 기계적 평탄화(CMP) 시스템의 측면도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 CMP 시스템의 예시적인 기판 로드 컵 어셈블리의 평면도를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 CMP 시스템의 예시적인 기판 로드 컵 어셈블리를 도시하는 부분 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 기판 로드 컵 어셈블리의 일부를 도시한 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 로드 컵 어셈블리 내의 예시적인 기판 센서의 평면도를 도시한 확대 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 로드 컵 어셈블리를 위한 예시적인 기판 센서를 도시한 확대 사시도이다.
도 7a 및 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 로드 컵 어셈블리를 위한 예시적인 기판 센서의 측면 및 배면 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 로드 컵 어셈블리 위에 기판을 갖는, 로드 컵 어셈블리를 위한 예시적인 기판 센서의 측면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예들에 따른 로드 컵 어셈블리 내에 기판을 갖는, 로드 컵 어셈블리를 위한 예시적인 기판 센서의 측면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 로드 컵 어셈블리 내의 기판의 존재를 검출하는 예시적인 방법을 도시한 흐름도이다.

본 발명의 실시예들은 화학적 기계적 평탄화(CMP) 시스템의 로드 컵 내의 기판의 개선된 감지를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명의 발명자들은, 기존의 로드 컵 설계들에서의 센서의 실제 수명이 예상되는 수명 주기(life cycle)보다 상당히 더 짧다고 판단하였다. 이와 같이 센서들이 조기에 고장나는 것은, 기판 존재 센서들로서 전형적으로 이용되는 전기 스위치들 내에 유체가 침투하는 것에 기인하는 경우가 많다. 이것은 스위치를 위한 인클로저가 30분 동안 1m 깊이까지의 내침수성(tolerance of immersion)을 규정하는 IP67의 IP(ingress protection) 등급을 가질 때조차도 사용 후 몇 개월 이내에 발생한다. 더 높은 IP 등급이 이용될 수 있지만, 그러한 해법은 비용 효율적이지 않을 수 있으며, 부식 저항성(corrosion resistance), 개스킷 노화(gasket aging), 내구조성(construction tolerances) 등과 같은 다른 잠재적 요인들을 해결하지 않으면서 비용만 추가할 수 있다. 그러므로, 본 발명은 종래의 로드 컵에서 이용되는 마이크로스위치를 비접촉 센서인 근접 센서로 교체하며, 그러한 센서는 센서 전자장치에의 수분 침투 가능성을 없앤다.

도 1을 보면, 기판을 연마하기 위한 예시적인 화학적 기계적 평탄화(CMP) 시스템(100)의 측면도가 도시되어 있다. 시스템(100)은 연마될 기판을 수취하고, 연마 헤드(104)가 들어올릴 위치에 기판을 유지하기 위한 로드 컵 어셈블리(102)를 포함한다. 연마 헤드(104)는 회전 플래튼(110) 상의 연마 패드(108)와 로드 컵 어셈블리(102) 사이에서 헤드(104)를 이동시키도록 동작하는 암(106)에 의해 지지된다. 동작 시에, 헤드(104)는 로드 컵 어셈블리(102)로부터 기판을 들어올리고, 그것을 연마 패드(108)에 운반한다. 연마 패드(108)가 플래튼(110) 상에서 회전될 때, 헤드(104)는 기판을 회전시키면서 연마 패드(108) 쪽으로 아래로 민다.

헤드(104)가 로드 컵 어셈블리(102)로부터 기판을 적절히 들어올리기 위해, 기판은 로드 컵 어셈블리(102) 내에 적절하게 위치되어야 한다. 도 2를 보면, 예시적인 기판 로드 컵 어셈블리(102)의 평면도가 도시되어 있다. 기판은 이상적으로는, 연마 헤드(104)가 기판을 신뢰가능하고 안전하게 들어올릴 수 있을 것을 보장하기 위해, 로드 컵 어셈블리(102)의 접촉 표면(202)과 동일 평면을 이루고 수평을 이루도록 위치된다. 기판이 로드 컵 어셈블리(102) 내에 적절하게 위치되어 있는지를 판정하기 위해, 로드 컵의 접촉 표면(202) 아래에 하나 이상의 센서(204)의 배열이 제공된다. 도 2의 예시적인 실시예에 도시되어 있는 바와 같이, 일부 실시예들에서는 3개의 센서(204)가 이용될 수 있고, 그들은 로드 컵 어셈블리(102)의 중심에 대하여 방사 패턴으로 배치될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 1개, 2개, 4개, 5개 또는 그 이상의 센서(204)가 이용될 수 있고, 그들은 유사하거나 다른 배열들로 배치될 수 있다.

도 3을 보면, 도 2의 예시적인 로드 컵 어셈블리(102)의 부분 측단면도가 도시되어 있다. 센서(204)는 기판 접촉 표면(202) 아래에 있는 부분과, 기판이 존재하지 않을 때 접촉 표면(202)의 레벨보다 높게 상향 연장되는 부분을 포함한다는 점에 주목해야 한다. 도 4를 보면, 로드 컵 어셈블리(102) 내의 센서(204)의 사시도가 도시되어 있다. 센서(204)는 기판이 센서(204) 상에 위치될 때 검출 패드(502)(도 6)를 향해 이동하는 타겟(402)을 포함한다는 점에 주목해야 한다. 도 5는 로드 컵 어셈블리(102) 내의 센서(204)의 확대 평면도이다. 굵은 윤곽선 내에, 타겟(402)의 상대적인 위치 및 면적이 나타나 있다. 타겟(402)은 센서(204)의 근접 검출 컴포넌트의 전자장치들을 하우징하는 검출 패드(502)에 근접하게 될 때 검출될 수 있는, 예를 들어 스테인레스 스틸과 같은 재료를 포함한다. 센서(204)의 동작의 추가의 상세는 이하에서 도 6 내지 도 8에 관련하여 설명된다.

이제, 도 6, 7a 및 7b를 보면, (각각) 센서(204)의 사시도, 측면도 및 후면도가 로드 컵 어셈블리(102) 없이 도시되어 있다. 센서(204)는 타겟(402)이 기판의 중량 하에서 검출 패드(502)를 향해 이동하도록 펄크럼(fulcrum)(606)을 중심으로 선회(pivot)하는 긴 레버 부재(elongated lever member)(604) 아래의 위치에 유지되는 근접 센서(602)를 포함한다. 기판이 존재하지 않을 때, 레버 부재(604)를 상향 위치(up position)로 바이어스하기 위해, 카운터 웨이트(counter-weight)(610)가 이용된다. 스프링, 자석 등과 같은 다른 바이어스 수단이 이용될 수 있다.

근접 센서(602)는 타겟(402)이 검출 패드(502)의 약 0.1mm 내지 약 1mm 이내에 있는 것을 검출할 수 있는 임의의 실시가능한 센서(예를 들어, 유도성 근접 센서)일 수 있다. 예를 들어, 미국 미네소타주 플리머스의 Turck, Inc.에 의해 제조된 모델 번호 Bi1.5-EG08F-AN6X 센서가 이용될 수 있다. 검출 패드(502)의 표면(face)은 스테인레스 스틸일 수 있고, 근접 센서(602)는 스테인레스 스틸 내에 하우징될 수 있다. 다른 재료들이 이용될 수 있다. 근접 센서(602)는 근접 센서(602)의 쉬운 조정(calibration) 및 위치결정(positioning)을 허용하도록, 고정 나사 또는 다른 조절가능한 고정 수단으로 제자리에 유지될 수 있다.

도 7b에서 가장 분명하게 볼 수 있는 바와 같이, 레버 부재(604)는 기판과의 접촉을 최소화하기 위한 첨두형 최상부면(peaked top surface)을 가질 수 있다. 이러한 형상은 기판의 손상을 방지하고, 유체 또는 입자가 레버 부재(604)와 기판 사이에 가두어지는 것을 방지한다. 첨두(tip)로부터 피벗 포인트(pivot point)까지의 레버 부재(604)의 길이는 300mm 기판을 유지하도록 설계된 로드 컵 어셈블리(102)의 경우 약 38mm 내지 약 42mm의 범위 내일 수 있다. 다른 길이들이 이용될 수 있고, 특히 상이한 크기의 기판들에 대하여 다른 길이들이 이용될 수 있다.

레버 부재(604)의 베이스에서, 타겟(402)은 레버 부재(604)가 기판에 의해 아래로 눌려질 때 타겟(402)이 검출 패드(502)에 접근하도록 위치된다. 타겟(402) 및 레버 부재(604)를 합친 중량은 펄크럼(606)의 반대측에 배치된 카운터 웨이트(610)보다 작다. 일부 실시예들에서, 카운터 웨이트(610)는 3개의 센서(204)를 구비하고 300mm 기판을 유지하도록 설계된 로드 컵 어셈블리(102)에 대해 약 4g 내지 약 4.5g의 범위 내이다.

레버 부재(604)는 이상적으로는, 기판이 존재하지 않거나 기판이 로드 컵 어셈블리(102) 내에 적절하게 위치되지 않은 때에, 타겟(402)이 검출 패드(502)의 범위 밖으로 이동하게 하는 충분한 힘으로 상향으로 바이어스된다. 그리고, 기판이 존재하고 적절하게 위치된 때, 카운터 웨이트(610)로부터 레버 부재(604)에 가해지는 바이어스 힘은 기판의 중량이 검출 패드(502)의 감지 범위 내에서 타겟(402)을 미는 것을 방지하기에 불충분하다.

일부 실시예들에서, 로드 컵 어셈블리(102)의 센서들(204) 내의 근접 센서들(602)은 레버 부재(604) 상의 기판의 검출 및/또는 레버 부재(604) 상의 기판의 부재를 나타내는 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 로드 컵 어셈블리(102)와 배치되는 복수의 센서(204)는 함께, 또는 개별적으로, 로드 컵 어셈블리(102) 내의 기판의 존재 및 적절한 위치 결정을 판정하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서들(204)은 센서들(204)로부터 신호를 수신하도록 구성될 수 있는 제어기(도시되지 않음)에 연결될 수 있다.

이제 도 8을 보면, 기판(802)을 로드 컵 어셈블리(102) 위에 둔 채로, 로드 컵 어셈블리(102)를 위한 기판 센서(204)의 측면도가 도시되어 있다. 기판(802)은 예를 들어 CMP 시스템(100)의 연마 헤드(104) 또는 기판 핸들링 로봇(substrate handling robot)(도시되지 않음)을 이용하여 로드 컵 어셈블리(102) 내에 놓이도록 위치된다. 타겟(402)이 검출 패드(502)의 감지 범위 밖에 있도록, 레버 부재(604)가 로드 컵 어셈블리(102)의 접촉 표면(202) 위의 상향 위치로 바이어스된다는 점에 주목해야 한다. 레버 부재(604)가 기판을 수취하도록 접촉 표면(202) 위로 기울어지는 것을 허용하기 위해, 접촉 표면(202) 내의 개구부가 제공된다. 일부 실시예들에서, 상향 위치에 있는 레버 부재(604)는 접촉 표면(202)에 평행한 수평 면으로부터 약 13도 벗어난 각도로 배치된다. 다른 각도들이 이용될 수 있다. 또한, 레버 부재(604)는 기판의 주요 표면 상에 있는 임의의 구조물의 손상을 방지하기 위해, 기판의 에지 제외 영역(edge exclusion region)에서만 기판에 접촉하도록 배치된다.

이제 도 9를 보면, 도 8과 동일한 센서(204)의 뷰가 도시되어 있지만, 이제는 기판이 로드 컵 어셈블리(102)의 접촉 표면(202) 상에 놓여 있다. 타겟(402)이 검출 패드(502)의 감지 범위 내에 있도록, 레버 부재(604)가 기판의 중량에 의해 거의 수평인 위치로 내려눌러진다(forced down).

이제 도 10을 보면, 로드 컵 어셈블리(102) 내의 기판의 존재를 검출하는 예시적인 방법(1000)이 흐름도로 도시된다. 단계(1002)에서, 근접 센서(602)의 검출 패드(502)는 로드 컵 어셈블리(102)의 접촉 표면(202) 아래에 배치된다. 단계(1004)에서, 기판(802)이 레버 부재(604) 상에 놓여질 때, 센서(204)의 레버 부재(604) 상에 배치된 타겟(402)은 검출 패드(502)를 향해 이동된다. 단계(1006)에서, 기판(802)이 레버 부재(604)로부터 제거될 때, 타겟(402)은 검출 패드(502)로부터 멀어지게 이동된다. 레버 부재 위에 기판이 없을 때, 레버 부재(604)는 제1 위치로 상향 바이어스되고(도 8), 레버 부재(604)가 제1 위치에 있을 때, 타겟(402)은 근접 센서(602)의 검출 범위 밖에 있다. 기판(802)이 레버 부재(604) 위에 있을 때, 레버 부재(604)는 기판(802)의 중량에 의해 제2 위치로 하향 바이어스되고(도 9), 레버 부재(604)가 제2 위치에 있을 때, 타겟(402)은 근접 센서(602)의 검출 범위 내에 있다. 기판(802)이 레버 부재(604)로부터 제거될 때, 타겟(402)은 검출 패드(502)로부터 멀어지게 이동된다. 타겟(402)은 레버 부재(604) 상에 또한 배치된 카운터 웨이트(610) 또는 다른 바이어스 수단에 의해 이동된다.

이와 같이, 본 발명이 그의 바람직한 실시예들에 관련하여 개시되었지만, 다른 실시예들은 이하의 청구항들에 의해 정의되는 것과 같은 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있음을 이해해야 한다.

Claims

로드 컵(load cup) 내의 기판을 검출하기 위한 장치로서,
로드 컵 어셈블리의 접촉 표면 아래에 배치된 검출 패드를 갖는 근접 센서; 및
레버 부재(lever member) 상에 배치되고, 기판이 상기 레버 부재 상에 놓여질 때에는 상기 검출 패드를 향해 이동하도록 되어 있고, 기판이 상기 레버 부재로부터 제거될 때에는 상기 검출 패드로부터 멀어지게 이동하도록 되어 있는 타겟(target)
을 포함하고,
상기 레버 부재는 상기 레버 부재 상에 기판이 없을 때 상기 레버 부재 상에 배치된 바이어스 수단에 의해 제1 위치로 바이어스되고, 상기 레버 부재가 상기 제1 위치에 있을 때 상기 타겟은 상기 근접 센서의 검출 범위 밖에 있고,
상기 레버 부재는 상기 레버 부재 상에 기판이 있을 때 제2 위치로 바이어스되고, 상기 레버 부재가 상기 제2 위치에 있을 때 상기 타겟은 상기 근접 센서의 검출 범위 내에 있는, 장치.
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제1항에 있어서, 상기 레버 부재는 기판과 접촉하도록 되어 있는 첨두형 최상부면(peaked top surface)을 포함하는, 장치.
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로드 컵 시스템으로서,
상기 로드 컵 시스템의 접촉 표면 아래에 배치된 검출 패드를 각각 갖는 복수의 근접 센서; 및
상기 복수의 근접 센서 중 상이한 근접 센서와 연관된 상이한 레버 부재 상에 각각 배치된 복수의 타겟
을 포함하고, 각각의 타겟은 기판이 레버 부재들 상에 놓여질 때, 연관된 근접 센서의 검출 패드를 향해 이동하도록 되어 있고,
상기 타겟들은 또한 기판이 상기 레버 부재들로부터 제거될 때, 자신에 연관된 검출 패드로부터 멀어지게 이동하도록 되어 있고,
상기 레버 부재들은 상기 레버 부재들 상에 기판이 없을 때 상기 레버 부재들 상에 각각 배치된 바이어스 수단에 의해 각각 제1 위치로 바이어스되고, 상기 타겟들은 연관된 레버 부재들이 각각 상기 제1 위치에 있을 때 상기 타겟들의 연관된 근접 센서의 검출 범위 밖에 있고,
상기 레버 부재들은 상기 레버 부재들 상에 기판이 있을 때 각각 제2 위치로 바이어스되고, 상기 타겟들은 각각, 상기 타겟들의 연관된 레버 부재가 상기 제2 위치에 있을 때 상기 타겟들의 연관된 근접 센서의 검출 범위 내에 있는, 로드 컵 시스템.
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제8항에 있어서, 상기 레버 부재들은 기판과 접촉하도록 되어 있는 첨두형 최상부면을 포함하는, 로드 컵 시스템.
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제8항에 있어서, 3개의 근접 센서가 상기 로드 컵 시스템의 상기 접촉 표면 주위에 동일한 거리를 두고 방사상으로 배치되는, 로드 컵 시스템.
로드 컵 내의 기판의 존재를 감지하는 방법으로서,
로드 컵 어셈블리의 접촉 표면 아래에 근접 센서의 검출 패드를 배치하는 단계;
기판이 레버 부재 상에 놓여질 때, 상기 레버 부재 상에 배치된 타겟을 상기 검출 패드를 향해 이동시키는 단계; 및
기판이 상기 레버 부재로부터 제거될 때, 상기 타겟을 상기 검출 패드로부터 멀어지게 이동시키는 단계
를 포함하고,
상기 레버 부재는 상기 레버 부재 상에 기판이 없을 때 상기 레버 부재 상에 배치된 바이어스 수단에 의해 제1 위치로 바이어스되고, 상기 레버 부재가 상기 제1 위치에 있을 때 상기 타겟은 상기 근접 센서의 검출 범위 밖에 있고,
상기 레버 부재는 상기 레버 부재 상에 기판이 있을 때 제2 위치로 바이어스되고, 상기 레버 부재가 상기 제2 위치에 있을 때 상기 타겟은 상기 근접 센서의 검출 범위 내에 있는, 방법.
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