KR20000070318A - 폴리싱 장치 - Google Patents

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KR20000070318A
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마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

폴리싱 장치는, 턴테이블 대기시간을 최소화하고 처리율을 최대화하는 것에 의하여 효율적인 병렬처리를 수행하기 위해서 두 개의 처리라인을 구비한다. 이 폴리싱 장치는, 저장부로부터 병렬로 연장하는 적어도 두 개의 처리라인을 포함한다. 각 라인에는 세정유닛(18a, 18b) 및 폴리싱 유닛(10a, 10b), 세정유닛(18a, 18b)과 폴리싱 유닛(10a, 10b) 사이에 배치되어 처리라인들에 의해 공유되는 임시 저장 스테이션(20)이 제공된다. 적어도 두 개의 로봇장치(22, 24)가 각 처리라인상에 배치되어 임시 저장 스테이션(20), 폴리싱 유닛(10a, 10b) 및 세정유닛(18a, 18b) 사이에서 대상물을 이송한다.

Description

폴리싱 장치{POLISHING APPARATUS}
최근 반도체 소자의 회로 집적도가 증가함에 따라서, 회로 라인들이 더욱 미세화 되고 라인 사이의 공간이 매우 감소되고 있다. 회로 제조에 있어서 보다 미세한 분해능을 요구하는 이러한 경향과 함께, 회로 레이아웃의 스태퍼 재생(stepper reproduction)을 이용하는 광전사에서 요구되는 촛점의 깊이가 매우 얕기 때문에, 평평도가 높은 서브스트레이트 표면을 제공할 필요가 있다. 평면을 얻는 하나의 방법으로서, 연마분을 포함하는 용액을 경계면에 투입하면서 회전 턴테이블 상에 장착된 연마포에 대향하여 캐리어 상에 유지되는 웨이퍼를 가압하여 수행되는 기계-화학적 폴리싱이 있다.
도 11은 일본 공개특허 H9-117857에 개시된 폴리싱 장치를 나타낸다. 이 장치는, 직사각형 플로어의 한 쪽 단부에 대칭적으로 배치된 한 쌍의 폴리싱 유닛(101a, 101b) 및 웨이퍼를 저장하기 위해 플로어의 반대쪽 단부에 배치된 웨이퍼 카세트(102a, 102b)를 포함하는 적재/하역 유닛으로 구성된다. 이송레일(103)은 폴리싱 유닛과 적재/하역 유닛을 연결하는 선을 따라서 배치되고, 이송레일(103) 측면을 따라서 각각의 세정유닛(107a, 107b 및 108a, 108b)으로 둘러싸인 웨이퍼 인버터(105, 106)가 있다.
이송레일의 양쪽 측면에 배치된 한 쌍의 병렬처리 라인으로 구성된 이러한 폴리싱 장치는 장치의 각 라인에서 1단계 처리를 통해 폴리싱된 대상물을 조절할 수가 있어서 생산성을 향상시킬 수 있다. 서로 다른 용액을 이용하는 폴리싱 단계를 필요로하는 복합 반도체 재료와 같이 2단계 폴리싱을 필요로하는 대상물에 대하여는, 제 1 폴리싱 라인(101a)을 통하여 제 1 폴리싱 단계를 완료한 후에 대상물이 세정되고, 그 후 제 2 폴리싱 단계를 수행하는 제 2라인(101b)으로 이송된다. 따라서, 이러한 폴리싱 장치는 2단계 폴리싱 처리된 대상물에 대한 일련의 작업을 수행할 수 있고, 1단계 폴리싱 처리된 대상물에 대하여 병렬로 작업을 수행할 수 있다.
병렬 폴리싱 처리에서의 대상물 이송은 다음과 같이 수행된다. 폴리싱 유닛(101a, 101b) 상에서 폴리싱 작업을 완료한 후에, 상부링(110)(대상물 캐리어)이 회전하고, 폴리싱된 대상물을 이송하는 대상물 푸셔(112)(이송장치) 위로 이동한다. 제 2 로봇(104b)은 대상물을 세정유닛(107a 또는 107b) 위로 이송시키고, 폴리싱되지 않은 대상물을 인버터(105, 106)로부터 받아서 대상물 푸셔(112)로 넘겨준다. 상부링(110)은 폴리싱되지 않은 대상물을 받아서 폴리싱을 개시하는 턴테이블(109)까지 대상물을 뒤로 이동시킨다. 드레서(111)는 연마포를 보수(recondition)하기 위해 제공된다.
도 12에 도시된 것과 같은 폴리싱 유닛은, 그 상부면에 연마포(115)가 접착되어 있는 턴테이블(109) 및 이 턴테이블(109) 상으로 웨이퍼를 지지 및 가압하는 상부링(113)을 포함한다. 연마동작은, 폴리싱 용액(Q)이 웨이퍼(W) 및 연마포(115) 사이의 경계면에 공급되는 동안 회전하는 턴테이블(109)에 대향하여 웨이퍼를 상부링(113)에 의해 회전 및 가압함으로써 제공된다. 웨이퍼가 폴리싱되는 동안, 폴리싱 용액(Q)이 웨이퍼(W)의 폴리싱 대상 표면과 연마포(115) 사이에 유지된다.
이러한 폴리싱 유닛에서는 턴테이블(109) 및 상부링(113)이 그들 고유의 독립된 속도로 회전되고 상부링(113)이 제 12도에 나타나듯이 위치되므로, 웨이퍼(W)의 내측 모서리가 턴테이블(109)의 중심으로부터 거리 "a" 만큼 떨어지고 웨이퍼(W)의 외측 모서리가 턴테이블 외주로부터 거리 "b" 만큼 떨어지게 되고, 웨이퍼(W)가 이러한 상태에서 높은 속도로 연마되기 때문에 웨이퍼 표면이 균일하고 빠르게 폴리싱된다. 그러므로, 다음 수학식에 따라서 턴테이블(109)의 직경 "D"는 웨이퍼(W)의 직경 "d"의 두 배 이상이 선택된다.
D = 2 (d + a + b).
폴리싱된 웨이퍼(W)는 1회 이상의 세정단계 및 건조단계를 거친 후 웨이퍼 카세트에 저장된다. 웨이퍼 세정방법은 나일론 또는 모헤어(mohair)로 된 브러쉬 마찰법 및 폴리비닐 알코올(PVA)로 된 스폰지 마찰법을 포함한다.
종래의 폴리싱 장치에 존재하는 문제점 중의 하나는 생산성이다. 이러한 장치에서 처리율을 향상시키기 위해서는, 턴테이블(109)에서의 폴리싱을 포함하는 처리를 결정하는 효율성이 상승되어야 한다. 그러나, 종래기술에서는 하나의 로봇(104b)이, 두 개의 대상물 푸셔(112)로 혹은 푸셔(112)로부터 폴리싱된 웨이퍼의 제거 및 폴리싱되지 않은 웨이퍼의 공급이라는 다중 임무를 수행할 것이 요구되었다. 이것은 시간을 소비하게 되고, 결국 턴테이블(109)에 대기시간을 초래하게 된다.
따라서, 첫번째 목적으로는 턴테이블에 대한 대기시간을 최소화하고 처리율을 최대화하여 효율적인 병렬처리를 수행할 수 있는 두 개의 병렬처리 라인을 구비한 폴리싱 장치를 제공할 필요가 있었다.
또한, 종래의 폴리싱 장치에서는, 턴테이블(109)과 상부링(113) 사이에서 높은 상대속도가 이용되어 웨이퍼 표면을 매우 평평하게 하였을 뿐 아니라 효율적인 폴리싱을 달성하였지만, 이러한 것들은 폴리싱 용액에 포함된 연마입자들에 의해 웨이퍼 상에 미세한 긁힘자국을 초래할 수도 있다.
이러한 미세한 긁힘을 방지하기 위해서는, 두 세트의 턴테이블(109)을 사용하는 것을 고려하고, 연마포(115)의 연마특성, 턴테이블(109)의 회전속도 및 폴리싱 용액과 재료 등의 폴리싱 파라미터를 변화시켜서 폴리싱을 두 단계로 수행할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 턴테이블(109)을 대형화하는 이러한 방법은 설치공간을 크게 차지하고 높은 비용을 필요로하는 단점이 있으므로, 웨이퍼 직경이 대형화되는 추세에 있어서 이러한 형태의 문제점은 더욱 심각해질 것이다.
반면에, 이러한 문제점을 해결하기 위하여는, 폴리싱 용액을 스위칭하거나 회전속도를 감소시킴으로써 하나의 턴테이블을 사용하는 것을 고려할 수도 있지만, 이러한 방법에서는 용액을 혼합시키는 것이 성능을 저해하고 및 폴리싱 시간이 길어질 수 있기 때문에 향상된 생산성을 기대할 수 없다.
또 다른 문제점은 웨이퍼의 세정에 관한 것이다. 연마입자로 폴리싱을 한 후 웨이퍼가 마찰될 때 초-미세 크기의 입자들은 제거되기 어렵고, 웨이퍼와 입자들 사이의 고착력이 강한 경우에는 상기 입자들을 제거하는데 상기 세정방법이 종종 효율적이지가 않다.
따라서, 두 번째 목적으로는 우수한 평평도와 효율적인 세정을 제공할 수 있는 소형 폴리싱 장치를 제공할 필요가 있다.
본 발명은 일반적으로 폴리싱 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼와 같은 대상물 상에 평평하고 경면화된 표면을 제공하는 폴리싱 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리싱 장치에 대하여 대상물의 흐름을 나타내는 개략 평면도;
도 2는 폰 발명에 따른 폴리싱 장치의 폴리싱 유닛 정면도;
도 3은 폴리싱 유닛의 평면도;
도 4A는 버핑 테이블의 측면도;
도 4B는 드레서 승강장치의 측면도;
도 5A는 버핑 테이블의 평면도;
도 5B는 버핑유닛의 측면도;
도 6은 버핑 테이블과 대상물의 상대적 위치를 나타내는 개략 평면도;
도 7은 임시 저장 스테이션의 단면도;
도 8은 폴리싱 유닛의 동작을 나타내는 평면도;
도 9는 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 폴리싱 장치에 대한 대상물의 흐름을 나타내는 평면도;
도 10은 본 발명에 따른 또 다른 폴리싱 장치의 정면도;
도 11은 종래의 폴리싱 장치의 개략 평면도; 및
도 12는 종래의 폴리싱 장치의 개략 측면도이다.
본 발명의 이러한 목적들은, 폴리싱될 대상물을 저장하는 저장부; 각각 세정유닛 및 폴리싱 유닛이 제공되며 상기 저장부로부터 실질적으로 평행하게 연장하는 적어도 두 개의 처리라인; 상기 세정유닛과 폴리싱 유닛 사이에 배치되며 상기 처리라인에 공유되는 임시 저장 스테이션; 상기 임시 저장 스테이션, 폴리싱 유닛 및 세정유닛에 대상물을 이송하기 위해 상기 각각의 처리라인 상에 배치된 적어도 두 개의 로봇장치를 포함하는 폴리싱 장치로서 구현된다.
따라서, 임시 저장 스테이션에 위치된 폴리싱되지 않은 웨이퍼를 폴리싱 유닛에 공급하는데 각각의 로봇장치가 사용되고, 다른 폴리싱 유닛에서 폴리싱된 웨이퍼는 바로 세정유닛으로 보내지므로, 처리중에 웨이퍼 교환이 빠르게 수행된다. 따라서, 생산성을 떨어뜨리는 폴리싱 유닛 대기시간이 최소화 될 수 있으므로, 폴리싱 장치의 처리율을 향상시킬 수 있다.
이러한 폴리싱 장치에서는, 로봇장치로 혹은 로봇장치로부터 대상물을 이송하는 기능을 하는 대상물 푸셔, 턴테이블 및 상부링 장치가 폴리싱 유닛에 제공될 수 있다.
이러한 폴리싱 장치에서 상기 상부링 장치는, 턴테이블 및 대상물 푸셔와 함께 작동하도록 배치된 두 개의 상부링 및 수평면에서 회전가능하게 상부링을 지지하는 스윙암(swing arm)으로 구성될 수도 있다. 이 경우에, 하나의 상부링이 폴리싱을 수행하는 동안 다른 상부링은 폴리싱된 웨이퍼와 폴리싱되지 않은 웨이퍼를 교환하기 위해 위치하여서, 턴테이블 대기시간이 감소되기 때문에 장치의 처리율을 증가시킬 수 있다.
이러한 폴리싱 장치에서는, 상부링에서 유지되는 대상물 상에 형성된 박막의 두께를 원격으로 계측하는 박막 두께 계측장치가 폴리싱 장치에 제공되기도 한다. 이러한 구성을 채용하면, 대상물 표면으로부터 제거되는 재료의 양을 미세하게 제어할 수 있다. 또한, 버핑 디스크(buffing disk)를 구비한 버핑 테이블이 폴리싱 유닛에 제공되기도 한다.
본 발명의 다른 실시예에서는 폴리싱 장치가, 설치 플로어 공간의 한 쪽 단부에서 배치된 대상물을 저장하는 저장부; 각각 턴테이블, 상부링 장치 및 대상물 푸셔를 구비하며 설치 플로어 공간의 반대쪽 단부에 배치된 두 개의 폴리싱 유닛; 폴리싱 유닛에서 폴리싱된 대상물을 세정하는 적어도 두 개의 세정유닛; 및 상기 처리유닛들 사이에서 대상물을 이송하는 이송장치를 포함하여 이루어지고, 폴리싱 유닛과 세정유닛으로 이루어지는 하나의 그룹 및 또 다른 그룹이 설치 플로어 공간의 상기 한 쪽 단부로부터 다른 쪽 단부로 연장하는 중심 라인을 가로질러 서로 대칭을 이루며 대향 배치되고, 상기 이송장치는 중심 라인상에 배치된 임시 저장 스테이션 및 이 임시 저장 스테이션의 양쪽 횡측면에 배치된 로봇장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는, 원형 폴리싱 툴(tool)의 회전 폴리싱 표면상에서 대상물을 회전 및 가압함으로써, 홀더(holder device)에 부착된 원형 대상물을 폴리싱하는 폴리싱 장치로서, 대상물 직경보다 큰 폴리싱 표면 반경을 구비한 제 1 폴리싱 테이블; 및 대상물의 반경보다는 크지만 그 직경보다는 작은 폴리싱 표면 반경을 구비한 제 2 폴리싱 테이블을 포함한다.
이러한 폴리싱 장치는 2단계 폴리싱 작업을 수행하는데 사용된다. 제 1 폴리싱 테이블상에서는 대상물을 통상의 처리에 따라서 폴리싱하기 위하여 고속 폴리싱이 적용되는 반면에 제 2 폴리싱 테이블은 미세한 긁힘을 제거하거나 예비 세정을 수행하기 위하여 사용된다. 제 2 폴리싱 테이블상에서는 대상물 표면 전체가 폴리싱 표면과 항상 접촉하는 것은 아니지만 대상물의 진동으로 인하여 대상물 자체가 회전되어 대상물 전체 영역이 폴리싱 표면과 접촉하게 되어, 결국 균일한 재료제거를 할 수 있다. 폴리싱된 표면이 경사지게 되는 것을 방지하기 위하여, 대상물 축은 폴리싱 표면상에서 일정하게 유지되어야 한다. 제 2 폴리싱 테이블의 크기는 제 1 폴리싱 테이블의 매우 큰 크기에 비하여 작게 만들어질 수 있으므로, 부가적인 폴리싱 장치에도 불구하고 소형 장치를 제공할수 있게 된다.
이러한 폴리싱 장치에서는, 대상물을 제 1 폴리싱 테이블 및 제 2 폴리싱 테이블 양쪽으로 이송할 수 있도록 홀더가 배열될 수도 있다. 폴리싱 유닛과 웨이퍼 이송위치 사이에서 대상물을 이송하기 위해 축선 주위를 회전하기 때문에, 제 2 폴리싱 테이블은 웨이퍼 홀더의 스윙 궤적내에 위치되어야 한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 폴리싱 테이블의 회전 폴리싱 표면상에서 대상물을 회전 및 가압함으로써 홀더에 부착된 원형 대상물을 폴리싱하는 폴리싱 장치로서, 폴리싱 표면의 반경이 대상물 표면의 반경보다는 크지만 그 직경보다는 작고, 대상물 표면의 중심이 폴리싱 표면상에서 유지되고, 대상물 표면의 중심과 폴리싱 표면의 모서리 부분 사이의 거리가 대상물 표면의 반경보다는 작다. 이러한 배열은 장치 소형화와 경제성에 있어서 유리하다.
이하, 바람직한 실시예가 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리싱 장치 제 1 실시예의 개략도이다. 이 폴리싱 장치는 직사각형 플로어 공간(F)에 포함되고, 좌/우 라인에 배열된 구성요소들은 중심 라인(C)에 대하여 대칭적인 패턴으로 배치된다. 특히, 직사각형 플로어의 한 쪽 단부에 한 쌍의 폴리싱 유닛(10a, 10b)이 좌우로 대칭 배치되고, 웨이퍼를 저장하는 한 쌍의 카세트(12a, 12b)를 장착하는 적재/하역유닛(12)이 플로어의 반대쪽 단부에 배치된다. 양쪽 단부 사이에는 적재/하역유닛 측면으로부터 차례로, 한 쌍의 2차 세정유닛(14a, 14b), 한 쌍의 웨이퍼 인버터(16a, 16b), 한 쌍의 1차 세정유닛(18a, 18b) 및 하나의 임시 저장 스테이션(20)이 배치된다. 1차 세정유닛(18a, 18b)과 2차 세정유닛(14a, 14b) 쌍들과 한 쌍의 웨이퍼 인버터(16a, 16b)가 중심 라인(C)을 가로질러 상호 반대편에 배치되고, 관절 조인트를 갖는 팔을 구비하는 고정로봇(22, 24)이 중심 라인(C)상에 제공된다. 임시 저장 스테이션(20)의 양쪽 측면에는 고정로봇(26a, 26b)이 제공된다.
도 2 및 도 3에 나타나듯이, 각각의 폴리싱 유닛(10a, 10b)은 중심 라인에 대략 평행하게 배치된 한 세트의 작동장치가 제공되고, 대상물(W) 이송용 대상물 푸셔(30); 두 개의 상부링(32, 34)을 구비한 상부링 장치(36); 그 상부 표면에 연마툴을 구비한 턴테이블(38)(제 1 폴리싱 테이블); 및 연마툴 수선용 드레서(40)로 구성된다. 또한, 본 실시예에서 버핑(최종 폴리싱)을 수행하는 버핑 테이블(42)(최종 폴리싱 테이블)이 상부링 장치(36)에 근접하여 배치된다.
도 2에 나타나듯이, 상부링 장치(36)는, 턴테이블 지지 베이스(44)로부터 측면으로 돌출하는 브래킷(46)상에 장착된 베이스(48)에 의해 회전가능하게 지지되는 수직 지지샤프트(50); 지지샤프트(50)의 상단부에 부착되어 수평으로 연장하는 스윙암(52); 및 스윙암(52)의 양쪽 단부에 부착된 한 쌍의 상부링(32, 34)으로 구성된다. 지지샤프트(50) 주위로 스윙암을 진동시키는 스윙암 구동모터(47)가 브래킷(46) 내에 제공된다. 각각의 상부링(32, 34)은 진공흡입에 의해 대상물을 유지하기 위해 바닥면에 흡입장치를 구비하고, 구동모터(56)에 의해 구동되어 수평으로 회전하며, 에어 실린더(58)를 사용하여 상호 독립적으로 상승 또는 하강될 수도 있다.
턴테이블(38)은 도 12에 도시된 턴테이블과 기본적으로 동일한 상부 표면상에 장착된 연마포를 구비하며 회전가능한 폴리싱 테이블로서, 폴리싱 테이블 지지용 지지 베이스(44), 턴테이블 구동모터(45) 및 폴리싱 용액 공급노즐을 포함한다.
도 4 및 도 5에 나타나듯이, 버핑 테이블(42)은 그 상부 표면에 버핑포(buffing cloth)(80)를 구비한 작은 직경의 버핑 디스크(82)를 포함하고, 하우징(84)에 포함된 구동장치에 의해 회전될 수 있다. 회전 구동기(88); 스윙장치(90); 및 에어 실린더(93)를 갖는 승강장치(92)를 포함하는 드레서(94)가 버핑 테이블(42)에 인접하여 배치된다. 버핑 테이블(42)의 크기는 폴리싱 표면의 반경(R)이 대상물의 직경(2r)보다 작지만 그 반경(r)보다 크게 되어있다.
버핑 테이블(42)은 1차 폴리싱 단계를 통과한 웨이퍼(W)상에 2차 폴리싱 단계를 수행하는데 사용된다. 2차 폴리싱은 최종 폴리싱 단계로서, 폴리싱 입자를 포함하는 폴리싱 용액, "수성 폴리싱(water polishing)" 경우의 순수한 물 또는 특정 화학용액 중 하나를 이용하여 수행된다. 도 4A에 도시된 실시예에서는, 웨이퍼(W)의 중심을 폴리싱 및 세정을 수행하는 버핑 디스크(82) 모서리로부터 "e" 거리만큼 떨어진 곳에 위치함으로써 최종 폴리싱이 수행된다. 거리(e)는 대상물(W)의 반경(r)에 비하여 그 크기가 작다. 따라서, 도 6에 나타나듯이, 폴리싱될 표면이 최대폭(r-e)을 갖는 초생달 형상으로 버핑 디스크(82)의 외부에 노출된다.
이러한 상태에서는, 대상물 표면에 대한 상대속도가 디스크 내주 영역과 비교하여 커지게 되어서, 디스크(82)상에 부착된 버핑포(80)의 폴리싱 표면 외주영역이 최대 폴리싱 기능을 제공할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이 폴리싱 영역은 유효 폴리싱 영역(Ep)으로 지칭된다. 대상물 표면도 또한 회전되므로, 대상물 표면의 각 부분이 순차적으로 유효 폴리싱 영역(Ep)에 접촉을 이루게 되고, 결국 대상물 표면의 모든 부분으로부터 제거되는 재료량이 평균화된다.
버핑동작의 정밀도를 향상시키기 위하여, 대상물의 폴리싱 지속시간 뿐만 아니라 거리(e) 및 회전속도도 조절되어야 한다. 폴리싱은 상부링(32, 34)의 스윙암(52) 회전에 의해 거리(e)를 조절하면서 수행될 수 있고, 정상적인 폴리싱 동작에 부가하여 동일한 방법으로 교정 폴리싱이 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 대상물 푸셔(30)가 턴테이블(38)에 대하여 지지샤프트(50)의 반대쪽 측면에 위치되고, 하나의 상부링(32 또는 34)이 턴테이블(38)상에 있을 때, 또 다른 상부링(34 또는 32)은 대상물 푸셔(30)의 바로 위에 있게 된다. 대상물 푸셔(30)는, 상승 또는 하강이 가능한 대상물 테이블(60)을 구비하고, 상부링(32, 34)과 로봇(26a, 26b) 사이에서 대상물을 이송하는 기능을 한다. 도 2를 참조하면, 베이스(44)로부터 상부링(32, 34)의 반대쪽으로 연장하는 브래킷(62)이 드레서 샤프트(64)를 드레서(40)에 대해 회전가능하게 지지한다.
도 7에 나타나듯이, 임시 저장 스테이션(20)은 상위레벨 및 하위레벨로 구분된다. 상위레벨은 건식 대상물을 위치시키는 건식 스테이션(20A)이고, 하위레벨은 습식 대상물을 위치시키는 습식 스테이션(20B)이다. 건식 스테이션(20A)은 개방된 구조이지만, 습식 스테이션은 대상물의 상부와 바닥부에 배치된 스프레이 노즐(66)을 구비하는 폐쇄된 박스구조이다. 대상물(W)은 박스의 측면상에 제공된 게이트(70)를 통해 조작된다.
세정유닛(14a, 14b 및 18a, 18b)은 응용에 따라서 적절하게 선택되지만, 본 실시예에서는 폴리싱 유닛(10a, 10b) 측면의 1차 세정유닛(18a, 18b)이, 예를 들면 웨이퍼의 전방면 및 후방면을 문지를 수 있는 스폰지 롤러형태로 만들어지고, 2차 세정유닛(14a, 14b)은 세정용액을 공급하는 동안 웨이퍼의 모서리를 유지함으로써 웨이퍼를 수평으로 회전시키도록 만들어 진다. 2차 세정유닛은 원심력에 의한 탈수용 스핀 구동기로서 기능할 수도 있다.
본 실시예에서는 웨이퍼 저장방법에 있어, 카세트(12a, 12b)를 사용한다는 것 및 로봇 메카니즘 조작에 대한 그들의 동작관계 때문에 웨이퍼 인버터(16a, 16b)가 필요하게 되지만, 폴리싱된 웨이퍼가 항상 그 폴리싱된 표면을 예를 들어 아래쪽으로 향하고 이송되는 시스템에서는 이러한 장치가 필요없다. 또한, 로봇이 인버팅 기능을 포함하는 곳에서도 이러한 인버터(16a, 16b)가 필요없다. 본 실시예에서는, 두 개의 웨이퍼 인버터(16a, 16b)가 각각 건식 웨이퍼 및 습식 웨이퍼를 조작하도록 할당된다.
본 실시예에서는, 네 개의 로봇(22, 24, 26a, 26b)이 제공되고, 이들은 그 단부에 손을 구비하는 관절암에 의해 고정형 동작을 이룬다. 제 1 로봇(22)은 대상물을 한 쌍의 카세트, 2차 세정유닛(14a, 14b) 및 웨이퍼 인버터(16a, 16b)에 대하여 조작한다. 제 2로봇(24)은 대상물을 한 쌍의 웨이퍼 인버터(16a, 16b), 1차 세정유닛(18a, 18b) 및 임시 저장 스테이지에 대하여 조작한다. 제 3로봇(26a) 및 제 4로봇(26b)은 대상물을 임시 저장 스테이션(20), 세정유닛(18a, 18b) 중 하나 및 대상물 푸셔(30) 중 하나에 대하여 조작한다.
폴리싱 장치는 이하 설명되는 바와 같이 직렬동작 또는 병렬동작으로 사용될 수 있다. 도 1은 적재/하역유닛에서 하나의 카세트를 이용한 병렬동작에서의 대상물(W) 흐름을 나타낸다. 이하 설명에서, 도 1의 상부에 있는 처리라인은 "우측" 처리라인으로 지칭되고, 바닥부에 있는 처리라인은 "좌측" 처리라인으로 지칭된다. 여기서, 웨이퍼(대상물)(W)는, 그 작업표면(폴리싱되는 표면)이 위를 향하는 경우에는 비어있는 원으로, 그 작업표면이 아래를 향하는 경우에는 촘촘한 그물이 있는 원으로, 인버트된 경우에는 촘촘하지 않은 그물이 있는 원으로 도시된다.
병렬처리용 우측 처리라인에서의 대상물(반도체 웨이퍼) 흐름은 다음과 같다: 우측 카세트(12a) -> 제 1로봇(22) -> 건식 인버터(16a) -> 제 2로봇(24) -> 건식 스테이션(20A) -> 제 3로봇(26a) -> 우측 폴리싱 유닛(10a)용 대상물 푸셔(30) -> 상부링(32 또는 34) -> 턴테이블(38)상에서의 폴리싱 -> 필요하다면, 버핑 테이블(42)상에서의 버핑 -> 대상물 푸셔(30) -> 제 3로봇(26a) -> 1차 세정유닛(18a) -> 제 2로봇(24) -> 습식 인버터(16b) -> 제 1로봇(22) -> 2차 세정유닛(14a) -> 우측 카세트(12a).
각 폴리싱 유닛(10a, 10b)에서의 처리 흐름을 도 8A 내지 도 8C를 참조하여 설명한다. 대상물 푸셔(30)에는 제 3로봇(26a)(또는 제 4로봇(26b))에 의해 이송되고 폴리싱되지 않은 새로운 웨이퍼가 이미 제공되어 있다. 도 8A에 나타나듯이, 웨이퍼를 유지하는 상부링(32)을 사용하여 폴리싱이 수행되고, 그 동안 다른 상부링(34)은 대상물 푸셔(30)의 위에서 폴리싱되지 않은 웨이퍼를 받아들인다. 턴테이블(38)상에서의 폴리싱을 마친 후에, 도 8B에 도시된 바와 같이 스윙암(52)의 스윙동작에 의해 상부링(32)이 버핑(buffing)작업, 즉 세정 뿐만 아니라 마무리 작업을 동시에 수행하는 이중목적의 수성 폴리싱(water polishing)을 수행하기 위해 버핑 테이블(42) 위로 이동한다. 웨이퍼는 1차 폴리싱 후 대상물 푸셔(30)에 의해 바로 이송되기도 한다.
수성 폴리싱이 완료되면, 도 8C에 도시된 바와 같이 스윙암(52)이 회전되고 상부링(32)이 대상물 푸셔(30) 바로 위로 이동된다. 그리고, 폴리싱된 웨이퍼는 상부링(32)을 하강시키거나 대상물 푸셔(30)를 상승시키는 것에 의하여 대상물 푸셔(30)로 이송된다. 폴리싱된 웨이퍼는 제 3로봇(26a)(또는 제 4로봇(26b))을 이용하여 폴리싱되지 않은 새로운 웨이퍼로 교체된다. 이러한 동안에, 다른 상부링(34)은 턴테이블(38) 위로 이동되고, 웨이퍼가 턴테이블(38)상에서 폴리싱되고, 도 8D에 도시되듯이 스윙암(52)의 스윙동작에 의해 버핑 테이블(42) 위로 이동된다. 폴리싱된 웨이퍼는 작업완료 및 세정을 위해서 수성 폴리싱되고, 도 8A에 도시된 단계로부터 모든 처리가 시작된다.
위의 처리에 있어서, 폴리싱 유닛(10a, 10b)에 대하여 웨이퍼를 조작하기 위해서 로봇(26a, 26b)이 각 처리라인에 대하여 제공되기 때문에, 대상물 푸셔(30)상의 폴리싱된 웨이퍼는 폴리싱되지 않은 새로운 웨이퍼와 빠르게 교체된다. 따라서, 폴리싱될 다음 웨이퍼를 위한 상부링(32, 34) 대기시간이 없게되고, 턴테이블(38) 대기시간이 감소된다.
이와는 반대로, 웨이퍼 교체가 빠르게 수행되므로 폴리싱되지 않은 웨이퍼를 진공에 의해 유지하는 동안 상부링(32, 34)은 턴테이블(38)이 폴리싱을 끝내기를 기다린다. 이러한 경우에, 장시간 동안 웨이퍼가 진공에 의해 고정되면 웨이퍼와 상부링(32, 34) 사이에 제공된 후방측 박막이 변형될 것이다. 따라서, 본 실시예에서는 장시간 대기가 예상되는 경우에 상부링(32, 34)이 진공을 해제하도록 프로그램된다. 웨이퍼는 습기가 있는 후방 박막에 남아있는 고착력에 의해 상부링(32, 34)의 하측면상에 유지된다.
또한, 본 실시예에서 상부링 장치(36)에는 스윙암(52)의 양쪽 단부에 배치된 두 개의 상부링(32, 34)이 제공되므로, 하나의 웨이퍼가 하나의 상부링에 의해 처리되는 동안 또 다른 상부링 상의 웨이퍼는 폴리싱되지 않은 새로운 웨이퍼로 교체된다. 따라서, 처리를 위해서 웨이퍼가 이송되는 것을 상부링(32)이 기다릴 필요가 없다. 즉, 턴테이블(38)의 처리율이 향상되고, 이에 의하여 고효율 병렬동작을 수행하는 것이 가능하다.
도 1에 도시된 장치에 의한 처리율을 도 11에 도시된 종래 장치의 처리율과 비교하여 보자. 하나의 웨이퍼에 대한 폴리싱 시간이 2분이고 그 후 1차 세정단계 및 2차 세정단계로 세정이 이루어진다고 가정하자. 종래의 장치에서는 한 시간 동안 40개의 웨이퍼가 폴리싱되는 반면에 본 장치에서는 53개의 웨이퍼가 폴리싱된다. 설치공간의 단위영역 당 처리율을 비교하면, 종래 시스템에서는 7.4 웨이퍼/m2ㆍhour 이지만 본 장치에서는 7.9 웨이퍼/m2ㆍhour 이다.
도 9는 2단계 폴리싱 즉 직렬동작에 대한 처리 흐름을 나타낸다. 처리는 다음과 같다: 우측 카세트(12a) -> 제 1로봇(22) -> 건식 인버터(16a) -> 제 2로봇(24) -> 건식 스테이션(20A) -> 제 3로봇(26a) -> 제 1폴리싱 유닛(10a) -> 제 3로봇(26a) -> 우측 1차 세정유닛(18a) -> 제 2로봇(24) -> 습식 스테이션(20B) -> 제 3로봇(26b) -> 제 2폴리싱 유닛(10b) -> 제 3로봇(26b) -> 좌측 1차 세정유닛(18b) -> 제 2로봇(24) -> 습식 인버터(16b) -> 제 1로봇(22) -> 좌측 2차 세정유닛(14b) -> 제 1로봇(22) -> 우측 카세트(12a).
이 직렬처리 동작에서 습식 웨이퍼는 폴리싱 유닛(10b)에 공급되므로 건식 스테이션(20A) 및 습식 스테이션(20B)은 건식 웨이퍼 및 습식 웨이퍼를 각각 위치시키는데 구분되어 사용된다. 습식 스테이션(20B)에서는 웨이퍼의 상부면 및 바닥면이 폴리싱된 웨이퍼가 건조하게 되는 것을 방지하기 위하여 헹굼액(rinsing solution)으로 씻겨 진다. 습식 스테이션(20A) 및 건식 스테이션(20B)은 편의상 도면에서 구분되어 도시되었지만 도 7에 도시된 바와같이 수직방향 층으로 되어있다.
도 10은 본 발명에 따른 또 다른 실시예를 나타낸다. 이 폴리싱 장치에서는 박막 두께 계측장치(72)가, 상부링에 유지되는 웨이퍼의 박막 두께를 계측할 목적으로 대상물 푸셔(30) 위에 위치된 상부링에 인접하여 제공된다. 박막 두께 계측장치(72)는, 암(76)의 선단부에 부착되어 박막 두께의 비접촉 계측을 수행하는 광헤드(74)와, x-y 테이블과 같이 대상물 표면을 따라서 암(76)을 이동시키는 위치장치(78)로 구성된다.
이러한 구성을 이용하면, 도 10에 도시된 위치에서 암(52)이 회전하는 경우에 상부링(34) 상에 유지되며 폴리싱된 웨이퍼 상에 제조된 박막 두께를 계측할 수 있다. 두께의 계측은 제거될 재료량을 결정하는 기초를 제공하게 되며, 필요한 경우 다음 웨이퍼에 대한 폴리싱 시간이 피드백 제어장치에 의해 조절된다. 또는, 상기 값이 아직 허용범위에 도달하지 않았을 경우에는 다시 폴리싱되도록 제어장치가 폴리싱 스케줄을 재배치할 수도 한다. 대상물 푸셔위에 있는 두께를 결정하는 것을 가능하게 함으로써 폴리싱된 웨이퍼의 박막 두께를 결정하기 위한 별도의 공간이 필요하지 않다는 장점이 있다. 제 3로봇(26a) 또는 제 4로봇(26b)에 의해 웨이퍼를 교환하는데 요구되는 시간이 웨이퍼를 폴리싱하는 턴테이블(38)에 의해 요구되는 시간보다 짧기때문에, 이러한 박막 계측은 라인의 시간저해를 발생시키지 않고서도 상기 시간동안 수행될 수 있다.
본 발명은 표면 평평도가 높을 것이 요구되는 반도체 웨이퍼, 유리판 및 액정 표시장치 패널과 같은 대상물을 폴리싱하는데 유용하다.

Claims (9)

  1. 폴리싱 장치에 있어서,
    폴리싱될 대상물을 저장하기 위한 저장부;
    상기 저장부로부터 실질적으로 평행하게 연장하며 각 라인에 세정유닛 및 폴리싱 유닛이 제공되는 적어도 두 개의 처리라인;
    상기 세정유닛과 폴리싱 유닛 사이에 배치되어 상기 처리라인들에 의해 공유되는 임시 저장 스테이션; 및
    상기 임시 저장 스테이션, 폴리싱 유닛 및 세정유닛 사이에서 대상물을 이송하기 위하여 상기 각 처리라인 상에 배치된 적어도 두 개의 로봇장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리싱 유닛에는, 턴테이블, 상부링 장치, 및 상기 로봇장치로/로봇장치로부터 대상물을 이송하는 기능을 하는 대상물 푸셔가 제공되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 상부링 장치는, 상기 턴테이블 및 대상물 푸셔와 함께 작동하도록 배치될 수 있고 웨이퍼를 각각 유지하기 위한 두 개의 상부링 및 상기 상부링을 수평면에서 회전가능하게 지지하기 위한 스윙암을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 폴리싱 유닛에는, 상기 상부링 상에 유지되고 있는 대상물 상에 형성된 박막의 두께를 원격으로 계측할 수 있는 박막 두께 계측장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 폴리싱 유닛에는 버핑 디스크를 구비한 버핑 테이블이 제공되는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  6. 폴리싱 장치에 있어서,
    설치 플로어 공간의 한 쪽 단부에 배치되며 대상물을 저장하기 위한 저장부;
    각각 턴테이블, 상부링 장치 및 대상물 푸셔를 구비하며 상기 설치 플로어 공간의 반대편 단부에 배치된 두 개의 폴리싱 유닛;
    상기 폴리싱 유닛에서 폴리싱된 대상물을 세정하는 적어도 두 개의 세정유닛; 및
    상기 처리유닛들 사이에서 대상물을 이송하는 이송장치를 포함하며 이루어지고,
    폴리싱 유닛과 세정유닛으로 이루어진 하나의 그룹과, 다른 폴리싱 유닛과 세정유닛으로 이루어진 다른 그룹이, 상기 설치 플로어 공간의 한 쪽 단부로부터 다른 쪽 단부로 연장하는 중심선을 가로질러 상호 반대편에 대칭적으로 배치되며,
    상기 이송장치는, 상기 중심선 상에 배치된 임시 저장 스테이션과, 상기 임시 저장 스테이션의 양 측면에 배치된 로봇장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  7. 원형 폴리싱 툴의 회전하는 폴리싱 표면상에 대상물 표면을 회전 및 가압함으로써, 홀더에 부착되어 있는 원형 대상물을 폴리싱하는 폴리싱 장치에 있어서,
    폴리싱 표면 반경이 상기 대상물의 직경보다는 큰 제 1 폴리싱 테이블; 및
    폴리싱 표면 반경이 상기 대상물의 직경보다는 작지만 그 반경보다는 큰 제 2 폴리싱 테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 홀더는 대상물을 상기 제 1 폴리싱 테이블 및 제 2 폴리싱 테이블 양쪽으로 이송할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
  9. 폴리싱 테이블의 회전하는 폴리싱 표면상에 대상물 표면을 회전 및 가압함으로써, 홀더에 부착되어 있는 원형 대상물을 폴리싱하는 폴리싱 장치에 있어서,
    상기 폴리싱 표면의 반경은 상기 대상물 표면의 직경보다는 작지만 그 반경보다는 크고, 상기 대상물 표면의 중심은 상기 폴리싱 표면상에 머무르며, 상기 대상물 표면의 중심과 상기 폴리싱 표면의 모서리 부분 사이의 거리는 상기 대상물 표면의 반경보다 작은 것을 특징으로 하는 폴리싱 장치.
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