KR102668400B1 - 화학 기계적 연마장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마장치에 관한 것으로, 화학 기계적 연마장치는, 기판을 연마패드에 가압하는 캐리어 헤드와, 연마패드에 대한 캐리어 헤드의 위치 변화를 감지하는 감지부를 포함하는 것에 의하여, 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 가능성을 신속하게 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

화학 기계적 연마장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 연마 공정 중에 기판의 이탈을 방지할 수 있는 화학 기계적 연마장치에 관한 것이다.
반도체 소자는 미세한 회로선이 고밀도로 집적되어 제조됨에 따라, 이에 상응하는 정밀 연마가 웨이퍼 표면에 행해진다. 웨이퍼의 연마를 보다 정밀하게 행하기 위해서는 기계적인 연마 뿐만 아니라 화학적 연마가 병행되는 화학 기계적 연마 공정(CMP공정)이 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 행해진다.
즉, 연마 정반(10)의 상면에는 웨이퍼(W)가 가압되면서 맞닿는 연마패드(11)가 연마 정반(10)과 함께 회전(11d)하도록 설치되며, 화학적 연마를 위해 공급 유닛(30)의 슬러리 공급구(32)를 통해 슬러리가 공급되면서, 마찰에 의한 기계적 연마를 웨이퍼(W)에 행한다. 이때, 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(20)에 의해 정해진 위치에서 회전(20d)하여 정밀하게 평탄화시키는 연마 공정이 행해진다.
연마패드(11)의 표면에 도포된 슬러리는 도면부호 40d로 표시된 방향으로 회전하면서 아암(41)이 41d로 표시된 방향으로 선회 운동을 하는 컨디셔너(40)에 의해 연마패드(11) 상에서 골고루 퍼지면서 웨이퍼(W)에 유입될 수 있고, 연마패드(11)는 컨디셔너(40)의 기계적 드레싱 공정에 의해 일정한 연마면을 유지할 수 있다.
한편, 웨이퍼(W)의 연마 공정 중에는 웨이퍼가 자전과 동시에 공전을 하면서 고속으로 회전함에 따라, 고속 회전시 발생되는 원심력에 의해 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(20)로부터 이탈되는 웨이퍼 이탈 현상, 즉, 슬립 아웃(slip-out) 현상이 빈번하게 발생한다. 특히, 연마 공정 중에 연마패드(11)로부터 캐리어 헤드(20)가 들려지면, 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 캐리어 헤드(20)의 리테이너 링이 연마패드(11)로부터 이격되게 들려짐에 따라, 리테이너 링의 저면과 연마패드의 사이 공간으로 웨이퍼가 빠져나가는 웨이퍼 이탈 현상이 발생한다.
아울러, 연마 공정 중에 웨이퍼(W) 이탈 현상이 발생한 상태에서 연마 공정이 중단되지 않고 지속되면, 이탈된 웨이퍼(W)가 주변 장비에 충돌함에 따라 웨이퍼 및 주변 장비가 파손되는 문제점이 있기 때문에, 웨이퍼의 이탈시 연마 공정이 신속하게 중단될 수 있어야 한다. 특히, 연마 공정 중에 웨이퍼가 파손되면 사후처리(예를 들어, 파손된 웨이퍼의 수거 및 연마패드의 연마면 정리)에 많은 시간이 소요되기 때문에 공정 효율이 저하되고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
이에 기존에는 도 3과 같이, 캐리어 헤드(20)의 외측에서 웨이퍼(W)의 이탈을 감지하는 센서(22)를 장착하고, 센서(22)에서 웨이퍼(W) 이탈 신호가 감지되면 연마공정이 중단되도록 하였다.
그러나, 캐리어 헤드(20)의 외측에서 웨이퍼(W)의 이탈을 감지하는 방식은, 이미 웨이퍼(W)의 이탈이 시작된 이후에만 웨이퍼(W)의 이탈을 감지할 수 있기 때문에, 다시 말해서 웨이퍼(W)의 적어도 일부(WSO)가 캐리어 헤드(20)의 외측으로 벗어난 상태에서만 웨이퍼(W)의 이탈을 감지할 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 이탈 여부를 신속하게 감지하기 어렵고, 웨이퍼(W)의 이탈이 감지되면 불가피하게 연마 공정을 중단해야 하므로, 공정 효율이 저하되고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 캐리어 헤드의 외측에서 웨이퍼의 이탈을 비접촉식 센서(예를 들어, 광센서)로 감지하는 방식에서는, 웨이퍼(또는 연마패드)의 표면에 잔류하는 연마액이나 파티클 등의 오염물질에 의한 간섭에 의하여 센싱 오류가 발생하는 문제점이 있으며, 웨이퍼의 이탈 여부를 정확하게 감지하기 어려운 문제점이 있다.
이를 위해, 최근에는 캐리어 헤드에 대한 웨이퍼의 이탈 여부를 신속하고 정확하게 감지하기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 연마 공정 중에 기판의 이탈을 감지 및 방지할 수 있는 화학 기계적 연마장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 가능성을 신속하게 감지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연마 공정의 중단없이 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정 효율 및 생산성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마장치는, 기판을 연마패드에 가압하는 캐리어 헤드와, 연마패드에 대한 캐리어 헤드의 위치 변화를 감지하는 감지부를 포함한다.
이는, 연마 공정 중에 캐리어 헤드로부터 기판이 이탈되는 것을 정확하게 감지 및 방지하기 위함이다.
무엇보다도, 연마패드에 대한 캐리어 헤드의 위치 변화를 감지하여 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈 가능성을 감지하는 것에 의하여, 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 가능성을 신속하게 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이는, 기판의 연마 공정 중에 발생되는 기판의 이탈(slip-out) 현상이, 연마패드에 대한 캐리어 헤드의 위치(예를 들어, 자세)가 변화함에 따라 발생한다는 점에 기초한 것으로, 연마패드에 대한 캐리어 헤드의 위치 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈 가능성을 감지할 수 있다.
다시 말해서, 기판의 연마 공정 중에 발생되는 기판의 이탈 현상은, 예를 들어, 연마패드에 대한 캐리어 헤드의 자세가 기울어(들림)짐에 따라, 연마패드로부터 이격되게 들려진 캐리어 헤드의 저면과 연마패드의 사이에 형성된 공간으로 기판이 빠져나가기 때문에 발생한다. 따라서, 연마패드에 대한 캐리어 헤드의 위치 변화를 감지하면, 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈 가능성을 감지할 수 있게 된다. 이와 같이, 본 발명은 연마패드에 대한 캐리어 헤드의 위치 변화를 감지하여 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈 가능성을 감지하는 것에 의하여, 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 여부를 알 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게 감지부는 기판의 연마 공정 중에 리테이너링의 적어도 일부의 들림(lifting)을 감지하도록 구성된다. 더욱 바람직하게, 감지부는 기판에 대한 연마 공정에 행해지는 중에 실시간으로 캐리어 헤드의 위치 변화를 감지한다.
일 예로, 감지부는 리테이너링에 의해 가해지는 압력을 측정하여 리테이너링의 위치 변화(예를 들어, 들림)를 감지한다. 다시 말해서, 감지부는 리테이너링의 들림이 발생할 시, 리테이너링에 의해 가해지는 압력을 측정하여 리테이너링의 위치 변화를 감지하도록 구성된다. 예를 들어, 감지부는 리테이너링에 의해 가해지는 압력이 일정 이상 증가하면, 리테이너링의 들림(lifting)이 발생된 것으로 감지할 수 있다. 이때, 감지부는 제2링부재의 상부에 장착되며, 제2링부재에 의해 가해지는 압력 변화를 측정하여 리테이너링의 위치 변화를 감지한다. 다르게는, 리테이너링에 의해 가해지는 압력이 낮아지면 감지부가 리테이너링의 들림(lifting)을 감지하도록 구성되는 것도 가능하다.
다른 일 예로, 감지부를 제2링부재의 상부에 이격되게 배치하고, 감지부와 제2링부재 사이의 거리 변화를 측정하여 리테이너링의 위치 변화를 감지하는 것도 가능하다.
또 다른 일 예로, 제1링부재는 제2링부재에 대해 상하 방향으로 이동 가능하게 연결되되, 감지부는 제1링부재와 제2링부재의 사이에 장착되며, 제1링부재와 제2링부재가 서로 이격됨에 따른 압력 변화를 측정하여 리테이너링의 위치 변화를 감지한다.
또한, 감지부는 리테이너링의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 구비된다.
이와 같이, 복수개 감지부를 이격되게 배치하고, 복수개의 감지부 중 적어도 어느 하나에서 이상 신호(예를 들어, 압력 증가 신호)가 감지되면, 리테이너링의 들림(lifting)이 발생된 것으로 감지하는 것에 의하여, 감지부에 의한 감지 정확도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 복수개의 감지부 중 이상 신호(예를 들어, 압력 증가 신호)가 감지된 감지부를 알 수 있기 때문에, 리테이너링에서 들림이 발생한 위치까지도 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 화학 기계적 연마장치는 감지부에서 감지된 결과에 따라 압력조절부에 의한 가압력을 제어하는 제어부를 포함한다.
보다 구체적으로, 리테이너링의 위치 변화가 감지되면, 압력제어부는 압력조절부에 의한 가압력을 높여 리테이너링을 연마패드의 표면에 강제적으로 가압한다.
즉, 감지부가 리테이너링의 위치 변화(들림)를 감지하면, 압력제어부는 압력조절부에 의한 가압력을 높여 리테이너링이 다시 연마패드의 표면에 강제적으로 접촉되게 함으로써, 연마패드와 리테이너링의 사이에 기판이 이탈되는 공간이 형성되는 것을 차단한다.
이와 같이, 본 발명은, 기판에 대한 연마 공정에 행해지는 중에 실시간으로 리테이너링의 위치 변화를 감지하여 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈 가능성을 감지하고, 리테이너링의 위치 변화(들림)가 감지되면, 리테이너링을 연마패드에 가압하는 압력조절부의 가압력을 높여 리테이너링이 연마패드의 표면에 밀착되도록 하는 것에 의하여, 연마패드와 리테이너링의 사이에 기판이 이탈되는 공간이 형성되는 것을 차단할 수 있으므로, 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 가능성을 원천적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 기존과 달리 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈이 시작한 이후에 기판의 이탈을 감지하지 않고, 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 가능성을 차단하도록 하는 것에 의하여, 기판의 이탈을 원천적으로 방지하고, 기판의 이탈에 의한 기판 및 주변 장비의 파손을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기판의 이탈 가능성이 발생(리테이너링의 위치 변화가 발생)하여도, 실질적으로 기판이 이탈되기 전에 리테이너링이 연마패드의 표면에 밀착되도록 하는 것에 의하여, 기판의 연마 공정을 중단할 필요가 없기 때문에, 공정 중단에 따른 공정 효율 저하 및 생산성 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마장치는, 기판의 측면을 구속하는 리테이너링을 구비하며 기판을 연마패드에 가압하는 캐리어 헤드와, 리테이너링에 의해 가해지는 압력을 측정하여 연마패드에 대한 리테이너링의 들림을 감지하는 감지부를 포함한다.
무엇보다도, 리테이너링에 의해 가해지는 압력 변화를 감지하여 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈 가능성을 감지하는 것에 의하여, 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 가능성을 신속하게 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연마 공정 중에 캐리어 헤드로부터 기판이 이탈되는 것을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 연마패드에 대한 캐리어 헤드의 위치 변화를 감지하여 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈 가능성을 감지하는 것에 의하여, 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 가능성을 신속하게 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판에 대한 연마 공정에 행해지는 중에 실시간으로 리테이너링의 위치 변화를 감지하여 캐리어 헤드에 대한 기판의 이탈 가능성을 감지하고, 리테이너링의 위치 변화(들림)가 감지되면, 리테이너링을 연마패드에 가압하는 압력조절부의 가압력을 높여 리테이너링이 연마패드의 표면에 밀착되도록 하는 것에 의하여, 연마패드와 리테이너링의 사이에 기판이 이탈되는 공간이 형성되는 것을 차단할 수 있으므로, 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 가능성을 원천적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 기존과 달리 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈이 시작한 이후에 기판의 이탈을 감지하지 않고, 캐리어 헤드로부터 기판의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판의 이탈 가능성을 차단하도록 하는 것에 의하여, 기판의 이탈을 원천적으로 방지하고, 기판의 이탈에 의한 기판 및 주변 장비의 파손을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기판의 이탈 가능성이 발생(리테이너링의 위치 변화가 발생)하여도, 실질적으로 기판이 이탈되기 전에 리테이너링이 연마패드의 표면에 밀착되도록 하는 것에 의하여, 기판의 연마 공정을 중단할 필요가 없기 때문에, 공정 중단에 따른 공정 효율 저하 및 생산성 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 복수개 감지부를 이격되게 배치하고, 복수개의 감지부 중 적어도 어느 하나에서 이상 신호(예를 들어, 압력 증가 신호)가 감지되면, 리테이너링의 들림(lifting)이 발생된 것으로 감지하는 것에 의하여, 감지부에 의한 감지 정확도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 복수개의 감지부 중 이상 신호(예를 들어, 압력 증가 신호)가 감지된 감지부를 알 수 있기 때문에, 리테이너링에서 들림이 발생한 위치까지도 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 또한, 본 발명에 따르면 세정액과 같은 이물질에 따른 노이즈와 무관하게 기판의 이탈 여부를 정확하게 감지할 수 있으며, 감지 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 이탈 가능성 뿐만 아니라, 기판의 이탈 방향을 정확하게 예측하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1 및 도 2는 종래 화학 기계적 연마 장치를 설명하기 위한 도면,
도 3은 종래 웨이퍼 이탈 감지 센서를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치를 설명하기 위한 단면도,
도 6은 도 5의 'A'의 확대도,
도 7은 도 5의 감지부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면,
도 8은 도 5의 감지부의 배열 형태를 설명하기 위한 평면도,
도 9는 도 5의 압력감지부에 의한 캐리어 헤드의 위치 변화 감지 과정을 설명하기 위한 도면,
도 10 및 도 11은 도 5의 제어부에 의한 리테이너링 가압력 제어 과정을 설명하기 위한 도면,
도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치를 도시한 도면,
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치를 도시한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치를 설명하기 위한 단면도이며, 도 6은 도 5의 'A'의 확대도이다. 또한, 도 7은 도 5의 감지부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 5의 감지부의 배열 형태를 설명하기 위한 평면도이다. 그리고, 도 9는 도 5의 압력감지부에 의한 캐리어 헤드의 위치 변화 감지 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 10 및 도 11은 도 5의 제어부에 의한 리테이너링 가압력 제어 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치는, 기판(W)을 연마패드(11)에 가압하는 캐리어 헤드(11)와, 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지하는 감지부(200)를 포함한다.
참고로, 본 발명에 기판(W)이라 함은 캐리어 헤드(100)를 이용하여 연마패드 (11)상에 연마될 수 있는 연마대상물로 이해될 수 있으며, 기판(W)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기판(W)으로서는 웨이퍼가 사용될 수 있다.
도 5를 참조하면, 캐리어 헤드(100)는, 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하는 본체(110)와 본체(110)와 연결되어 함께 회전하는 베이스(120)를 포함하는 캐리어 헤드 본체(105)와, 베이스(120)에 고정되어 베이스(120)와의 사이에 압력 챔버(..., C4, C5)를 형성하고 탄성 가요성 소재로 형성되는 멤브레인(140)과, 압력 챔버에 공압을 공급하여 압력을 형성하는 압력조절부(150)와, 멤브레인(140)의 둘레를 감싸고 화학 기계적 연마 공정 중에 연마패드(11)와 접촉하는 리테이너 링(130)을 포함한다.
본체(110)는 도면에 도시되지 않은 구동 샤프트에 상단이 결합되어 회전 구동된다. 본체(110)는 하나의 몸체로 형성될 수도 있지만, 2개의 부재(미도시)가 서로 결합된 상태로 이루어질 수도 있다.
베이스(120)는 본체(110)에 대하여 동축 상에 정렬되도록 본체(110)에 결합되며, 본체(110)와 함께 회전한다.
멤브레인(140)은 캐리어 헤드 본체(105)의 저면에 장착되며, 기판(예를 들어, 웨이퍼)(W)을 연마패드에 가압하도록 구성된다.
일 예로, 멤브레인(140)은 도 5에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 즉, 멤브레인(140)은, 우레탄 등의 가요성 재질로 형성된 바닥판(141)과, 바닥판(141)의 가장자리 끝단으로부터 절곡되어 상측 연직 방향으로 연장 형성되고 가요성 재질로 형성된 측면(미도시)과, 바닥판(141)의 중심과 측면의 사이에 베이스(120)에 결합되는 다수의 링형태의 격벽(143)으로 구성되며, 멤브레인(140)과 베이스(120)의 사이에는 격벽(143)에 의해 분할된 다수의 압력 챔버(C1,C2,C3,C4,C5)가 형성된다.
리테이너 링(130)은, 연마패드(11)에 접촉하는 링 형태의 제1링부재(132)와, 제1링부재(132)의 상부에 적층되게 배치되는 링 형태의 제2링부재(134)를 포함하며, 화학 기계적 연마 공정 중에 멤브레인(140) 바닥판(141)의 하측에 위치하는 기판(W)의 둘레를 감싸는 링 형태로 형성된다.
일 예로, 제1링부재(132)는 도전성 소재로 형성되고, 제2링부재(134)는 비도전성 부재(예를 들어, 엔지니어링 플라스틱이나 수지 등의 재질)로 형성되어 화학 기계적 연마 공정 중에 연마패드에 접촉한다.
리테이너 링(130)은 상측에 위치한 링 형태의 가압 챔버(Cr)의 압력에 의하여 상하 이동되게 구동된다. 구체적으로는, 리테이너 링(130)과 일체로 상하 이동하는 하측 부재(130a)와, 하측 부재(130a)의 상측에 위치하여 하측 부재(130a)의 상면을 마주하는 상태로 배치된 상측 부재(130b)와, 하측 부재(130a)와 상측 부재(130b)의 접촉면의 둘레를 감싸는 가요성 링부재에 의해 가압 챔버(Cr)가 형성되며, 압력조절부(150)로부터 가압 챔버(Cr)로 공급되는 압력에 따라 하측 부재(130a)와 상측 부재(130b) 사이의 간격이 조절되면서, 리테이너 링(130)이 연마패드(11)의 표면을 가압하는 가압력이 제어된다.
감지부(200)는 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지하기 위해 마련된다.
여기서, 감지부(200)가 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지한다 함은, 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 배치 상태(예를 들어, 접촉 상태 또는 배치 각도) 변화를 감지하는 것으로 정의된다.
바람직하게, 감지부(200)는 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지하여 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(W)의 이탈 가능성을 감지한다.
이는, 기판(W)의 연마 공정 중에 발생되는 기판(W)의 이탈(slip-out) 현상이, 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 자세가 변화함에 따라 발생한다는 점에 기초한 것으로, 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지하는 것에 의하여, 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(W)의 이탈 가능성을 감지할 수 있다.
다시 말해서, 기판(W)의 연마 공정 중에 발생되는 기판(W)의 이탈 현상은, 예를 들어, 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 자세가 기울어(들림)짐에 따라, 연마패드(11)로부터 이격되게 들려진 캐리어 헤드(100)의 저면과 연마패드(11)의 사이에 형성된 공간으로 기판(W)이 빠져나가기 때문에 발생한다. 따라서, 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지하면, 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(W)의 이탈 가능성을 감지할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지하여 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(W)의 이탈 가능성을 감지하는 것에 의하여, 캐리어 헤드(100)로부터 기판(W)의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판(W)의 이탈 여부를 알 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
감지부(200)는 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지 가능한 다양한 구조로 마련될 수 있다.
바람직하게 감지부(200)는 기판(W)의 연마 공정 중에 리테이너링(130)의 적어도 일부의 들림(lifting)을 감지하도록 구성된다. 더욱 바람직하게, 감지부(200)는 기판(W)에 대한 연마 공정에 행해지는 중에 실시간으로 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지한다.
일 예로, 감지부(200)는 리테이너링(130)에 의해 가해지는 압력을 측정하여 리테이너링(130)의 위치 변화(예를 들어, 들림)를 감지한다. 다시 말해서, 감지부(200)는 리테이너링(130)의 들림이 발생할 시, 리테이너링(130)에 의해 가해지는 압력을 측정하여 리테이너링(130)의 위치 변화를 감지하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 도 9를 참조하면, 감지부(200)는 제2링부재(134)의 상부에 장착되며, 제2링부재(134)에 의해 가해지는 압력 변화(예를 들어, 압력 OFF→ 압력 ON)를 측정하여 리테이너링(130)의 위치 변화를 감지한다. 즉, 리테이너링(130)의 들림이 발생하면, 리테이너링(130)이 상부 방향으로 이동함에 따라 제2링부재(134)의 상부에 배치된 감지부(200)가 제2링부재(134)와 상측 부재(130b)(캐리어 헤드의 본체에 고정 장착된 상측 부재)의 사이에서 가압(압력 ON)되며, 감지부(200)에서는 다른 압력 신호(가압되기 전과 다른 압력 신호)가 감지된다.
이와 같이, 감지부(200)는 제2링부재(134)에 의해 가해지는 압력이 일정 이상 증가(압력 ON)하면, 리테이너링(130)의 들림(lifting)이 발생된 것으로 감지함으로써, 기판(W)의 이탈 가능성을 감지한다.
참고로, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 리테이너링에 의해 가해지는 압력이 증가하면 리테이너링의 들림(lifting)이 발생된 것으로 감지하는 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 리테이너링에 의해 가해지는 압력이 낮아지면 감지부가 리테이너링의 들림(lifting)을 감지하도록 구성되는 것도 가능하다. 예를 들어, 감지부는 리테이너링의 측면에 연장된 연장부의 하부에 배치(캐리어 헤드에 고정)될 수 있다. 리테이너링의 위치 변화가 발생하기 전(이하, 초기 상태라 함)에는, 연장부가 자중에 의해서 감지부를 하부 방향으로 가압함으로써 감지부에는 리테이너링의 하중만큼의 압력이 감지(압력 ON)된다. 반대로, 리테이너링의 들림이 발생하면 연장부가 감지부로부터 상부 방향으로 이동함으로써 감지부에 감지되는 압력이 낮아지게(압력 OFF) 된다.
감지부(200)로서는 리테이너링(130)에 의해 가해지는 압력 변화를 측정 가능한 다양한 센싱 수단이 사용될 수 있다. 바람직하게, 감지부(200)로서는 로드셀이 사용된다. 경우에 따라서는 감지부로서 공압 또는 유압 등을 이용한 센서를 사용하거나 여타 다른 압력 센서가 사용될 수 있으며, 감지부의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
또한, 감지부(200)는 리테이너링(130)의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 구비될 수 있으며, 복수개의 감지부(200)는 리테이너링(130)의 서로 다른 지점에서 리테이너링(130)의 들림에 의한 이상 신호(예를 들어, 압력 증가 신호)를 개별적으로 감지할 수 있다. 일 예로, 복수개의 감지부(200)는 90도 간격으로 이격 배치되도록 4개가 마련될 수 있다. 경우에 따라서는 3개 이하 또는 5개 이상의 감지부를 사용하는 것도 가능하다.
이와 같이, 복수개 감지부(200)를 이격되게 배치하고, 복수개의 감지부(200) 중 적어도 어느 하나에서 이상 신호(예를 들어, 압력 증가 신호)가 감지되면, 리테이너링(130)의 들림(lifting)이 발생된 것으로 감지하는 것에 의하여, 감지부(200)에 의한 감지 정확도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 복수개의 감지부(200) 중 이상 신호(예를 들어, 압력 증가 신호)가 감지된 감지부(200)를 알 수 있기 때문에, 리테이너링(130)에서 들림이 발생한 위치까지도 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마장치는 감지부(200)에서 감지된 결과에 따라 압력조절부(150)에 의한 가압력을 제어하는 제어부(210)를 포함한다.
보다 구체적으로, 리테이너링(130)의 위치 변화가 감지되면, 압력제어부(210)는 압력조절부(150)에 의한 가압력을 높여 리테이너링(130)을 연마패드(11)의 표면에 강제로 접촉시킨다.
즉, 감지부(200)가 리테이너링(130)의 위치 변화(들림)를 감지하면, 압력제어부(210)는 압력조절부(150)에 의한 가압력을 높여 리테이너링(130)이 다시 연마패드(11)의 표면에 강제적으로 접촉되게 함으로써, 연마패드(11)와 리테이너링(130)의 사이에 기판(W)이 이탈되는 공간이 형성되는 것을 차단한다.
이와 같이, 본 발명은, 기판(W)에 대한 연마 공정에 행해지는 중에 실시간으로 리테이너링(130)의 위치 변화를 감지하여 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(W)의 이탈 가능성을 감지하고, 리테이너링(130)의 위치 변화(들림)가 감지되면, 리테이너링(130)을 연마패드(11)에 가압하는 압력조절부(150)의 가압력을 높여 리테이너링(130)이 연마패드(11)의 표면에 밀착되도록 하는 것에 의하여, 연마패드(11)와 리테이너링(130)의 사이에 기판(W)이 이탈되는 공간이 형성되는 것을 차단할 수 있으므로, 캐리어 헤드(100)로부터 기판(W)의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판(W)의 이탈 가능성을 원천적으로 차단하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 기존과 달리 캐리어 헤드(100)로부터 기판(W)의 이탈이 시작한 이후에 기판(W)의 이탈을 감지하지 않고, 캐리어 헤드(100)로부터 기판(W)의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판(W)의 이탈 가능성을 차단하도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 이탈을 원천적으로 방지하고, 기판(W)의 이탈에 의한 기판(W) 및 주변 장비의 파손을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기판(W)의 이탈 가능성이 발생(리테이너링(130)의 위치 변화가 발생)하여도, 실질적으로 기판(W)이 이탈되기 전에 리테이너링(130)이 연마패드(11)의 표면에 밀착되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 연마 공정을 중단할 필요가 없기 때문에, 공정 중단에 따른 공정 효율 저하 및 생산성 저하를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 12은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치를 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마장치를 도시한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 리테이너링(130)은, 연마패드(11)에 접촉하는 제1링부재(132)와, 제1링부재(132)의 상부에 배치되는 제2링부재(134)를 포함하고, 제1링부재(132)는 제2링부재(134)에 대해 상하 방향으로 이동 가능하게 연결되되, 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지하는 감지부(200)는 제1링부재(132)와 제2링부재(134)의 사이에 장착되며 제1링부재(132)와 제2링부재(132)가 서로 이격됨에 따른 압력 변화를 측정하여 리테이너링(130)의 위치 변화를 감지한다.
구체적으로, 감지부(200)는 제1링부재(132)와 제2링부재(134)의 사이에 장착(예를 들어, 제1링부재의 상면)된다. 리테이너링(130)의 위치 변화가 발생하기 전(이하, 초기 상태라 함)에는, 제2링부재(134)가 자중 및 압력조절부(150)에 의한 압력에 의해 감지부(200)를 하부 방향으로 가압함으로써 감지부(200)에는 압력이 감지(압력 ON)된다. 반대로, 리테이너링(130)의 들림이 발생하면 제2링부재(134)에 대해 제1링부재(132)가 하부 방향으로 이동함으로써 감지부(200)에 감지되는 압력이 낮아지게(압력 OFF) 된다.
또한, 도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 연마패드(11)에 대한 캐리어 헤드(100)의 위치 변화를 감지하는 감지부(200')는, 제2링부재(134)의 상부에 이격되게 배치되며, 감지부(200')와 제2링부재(134) 사이의 거리 변화를 측정하여 리테이너링(130)의 위치 변화를 감지한다.
예를 들어, 감지부(200')는 제2링부재(134)의 상부에 이격되게 배치되도록 상측 부재(130b)에 장착된다. 리테이너링(130)의 들림이 발생하면, 리테이너링(130)이 상부 방향으로 이동함에 따라 감지부(200')와 제2링부재(134) 사이의 거리가 변화(거리 단축)하며, 감지부(200')에는 다른 거리 신호(리테이너링(130)이 이동하기 전과 다른 거리 신호)가 감지된다.
참고로, 감지부(200')가 감지하는 거리 신호라 함은, 광을 매체로 신호를 전송하는 광신호일 수 있다. 예를 들어, 거리 신호는 가시광선 및 적외선 중 적어도 어느 하나를 매체로 이용한 광신호일 수 있다.
감지부(200')로서는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 센서가 사용될 수 있다. 일 예로, 감지부(200')로서는 광신호를 전기적인 신호로 변환하여 검출하는 소자인 광센서가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 감지부로서 광센서 대신 여타 다른 거리 센서가 사용될 수 있으며, 감지부의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이와 같이, 감지부(200')와 제2링부재(134)의 사이 거리를 감지하여 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(W)의 이탈 가능성을 감지하는 것에 의하여, 캐리어 헤드(100)로부터 기판(W)의 이탈이 시작되기 전에 미리 기판(W)의 이탈 여부를 알 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 감지부(200')는 리테이너링(130)을 가압하는 가압 챔버(Cr)의 내부에 장착되어, 기판(또는 연마패드)의 표면에 잔류하는 연마액이나 파티클 등의 오염물질에 노출되지 않기 때문에, 오염물질의 간섭에 의한 센싱 오류를 방지하고, 기판(W)의 이탈 여부를 정확하게 감지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 연마정반 11 : 연마패드
100 : 캐리어 헤드 110 : 본체부
120 : 베이스부 130 : 리테이너링
130a : 하측 부재 130b : 상측 부재
132 : 제1링부재 134 : 제2링부재
140 : 멤브레인 150 : 압력조절부
200 : 감지부 210 : 제어부

Claims (25)

  1. 화학 기계적 연마장치로서,
    연마패드에 접촉하고 기판의 측면을 구속하는 리테이너링을 포함하고, 상기 기판을 상기 연마패드에 가압하는 캐리어 헤드와;
    상기 리테이너 링의 상부에 장착되며, 상기 리테이너 링에 의해 가해지는 압력 변화를 측정하여, 상기 연마패드에 대한 상기 리테이너링의 위치 변화를 감지하는 감지부를;
    포함하여, 상기 리테이너링에 의해 가해지는 압력이 증가하면 상기 리테이너링의 들림(lifting)이 발생되어 상기 기판의 이탈 가능성을 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치
  2. 제 1항에 있어서, 상기 리테이너 링은,
    상기 연마패드에 접촉하고 제1링부재와;
    상기 제1링부재의 상부에 배치되는 제2링부재를;
    포함하고, 상기 감지부는 상기 제2링부재의 상부에 장착된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 화학 기계적 연마장치로서,
    제2링부재 및 상기 제2링부재의 하부에 배치되어 연마 패드에 접촉하고 상기 제2링부재에 대해 상하 방향으로 이동 가능하게 연결된 제1링부재를 구비하여, 기판의 측면을 구속하는 리테이너링을 포함하고, 상기 기판을 상기 연마패드에 가압하는 캐리어 헤드와;
    상기 제1링부재와 상기 제2링부재의 사이에 장착되며, 상기 제1링부재와 상기 제2링부재가 서로 이격됨에 따른 압력 변화를 측정하여, 상기 연마패드에 대한 상기 리테이너링의 위치 변화를 감지하는 감지부를;
    포함하여, 상기 리테이너링에 의해 가해지는 압력이 낮아지면 상기 리테이너링의 들림(lifting)이 발생되어 상기 기판의 이탈 가능성을 감지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  11. 삭제
  12. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 감지부는 상기 리테이너링의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 구비된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  13. 삭제
  14. 제1항 또는 제10항에 있어서,
    상기 리테이너링을 상기 연마패드에 가압하는 가압력을 조절하는 압력조절부와;
    상기 감지부에서 감지된 결과에 따라 상기 압력조절부에 의한 상기 가압력을 제어하는 제어부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 리테이너링의 위치 변화가 감지되면, 상기 제어부는 상기 압력조절부에 의한 상기 가압력을 높여 상기 리테이너링을 상기 연마패드의 표면에 강제로 접촉시키는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마장치.

  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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