KR20010020625A - 폴리싱장치 - Google Patents

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KR20010020625A
KR20010020625A KR1020000004330A KR20000004330A KR20010020625A KR 20010020625 A KR20010020625 A KR 20010020625A KR 1020000004330 A KR1020000004330 A KR 1020000004330A KR 20000004330 A KR20000004330 A KR 20000004330A KR 20010020625 A KR20010020625 A KR 20010020625A
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도가와데츠지
다카다노부유키
와카바야시사토시
사이토겐이치로
세키모토마사히코
하야마다쿠지
고가다이스케
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마에다 시게루
가부시키 가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

폴리싱장치는 반도체웨이퍼와 같은 대상물을 평탄 경면 마무리(flat mirror finish)로 연마하는데 사용된다. 폴리싱장치는 연마면을 구비한 턴테이블, 대상물을 지지하여 연마면에 대해 대상물을 가압하여 대상물을 연마하는 톱링(top ring), 및 연마후의 대상물을 3대 이상의 세정장치 사이로 운반하는 운반기구를 포함한다. 운반기구는 복수의 로봇을 구비하고 3개의 세정장치 사이의 운반루트를 변경시킬 수 있다.

Description

폴리싱장치{POLISHING APPARATUS}
본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 대상물을 평탄 경면 마무리(flat mirror finish)로 연마하는 폴리싱장치에 관한 것으로, 특히 연마후의 대상물을 세정하는 세정장치를 구비한 폴리싱장치에 관한 것이다.
반도체 디바이스(device) 제조공정에 있어서, 반도체웨이퍼는 반도체웨이퍼 제작공정 내에서 평탄 경면 마무리로 연마되고, 반도체 장치상에 형성된 레이어(layer)는 반도체 디바이스 제작공정내에서 평탄 경면 마무리로 연마된다. 이들 반도체웨이퍼 제작공정 및 디바이스 제작공정내의 연마공정은 폴리싱장치에 의해 수행된다.
종래에는, 이러한 폴리싱장치는 반도체웨이퍼를 연마하는 하나의 기능만을 구비한 전용 폴리싱장치로서 설계되었다. 폴리싱장치에 의해 연마후의 반도체웨이퍼는 운반되는 동안 건조되지 않게 하기 위해 물속에 침수된 가동식 수조에 의해 다음의 세정공정으로 운반되었다. 하지만, 세정공정은 세정실의 청정도를 떨어뜨리는 경향이 있고, 연마후의 반도체웨이퍼는 작업자 또는 수동으로 작동되는 운반수단에 의해 운반될 필요가 있다. 또한, 폴리싱장치 및 그 후의 세정공정을 수행하는데 사용되는 세정장치를 포함하는 2종류의 장치때문에 넓은 설치공간이 요구된다.
연마공정의 청정화를 도모하고 장치의 설치공간을 줄이기 위해, 연마공정 및 세정공정을 수행하고, 반도체웨이퍼를 건조한 상태로 장치내에 넣어 처리한 후에 연마 및 세정된 반도체웨이퍼를 건조한 상태로 장치로부터 인출하는 드라이인(dry-in) 및 드라이아웃(dry-out) 방식의 폴리싱장치가 개발되었다. 하지만, 드라이인 및 드라이아웃방식의 폴리싱장치는 반도체웨이퍼를 연마하는 단일 기능만을 갖는 종래의 전용 폴리싱장치보다 단위시간 및 단위설치면적당 처리능력이 낮다. 상기의 문제를 해결하도록 설계된 폴리싱장치는 일본국 특원평 11-59522호에 제안되었고, 종래의 전용 폴리싱장치와 비교하여 많은 장점을 제공한다.
드라인인 및 드라이아웃방식의 폴리싱장치는 단위설치면적당 처리능력을 높이기 위하여, 연마후의 반도체웨이퍼를 세정하는 두개의 다른 세정방법에 기초하여 작동가능한 2개의 세정장치를 구비한다. 이러한 2개의 세정장치는 2단계에 걸쳐 반도체웨이퍼를 세정하고, 최소한의 세정기능으로 보다 작은 설치면적내에 설치된다. 하지만, 근래의 반도체웨이퍼가 통합된 형태로 보다 작은 회로요소를 구비하고 더 세밀하게 상호연결됨에 따라, 보다 높은 수준의 청정도에서 폴리싱장치로부터 연마후의 반도체웨이퍼를 반출하여야 하는 요구가 높아져, 연마후의 반도체웨이퍼를 세정하는 세정단계는 이러한 요구를 만족시키도록 2단계에서 3단계로 증가되었다. 보다 상세하게, 이러한 3개의 세정단계는 연마후의 반도체웨이퍼에 부착된 미세한 미립자를 제거하는 공정, 연마후의 반도체웨이퍼에 부착된 금속이온을 제거하는 공정, 및 연마후의 반도체웨이퍼를 건조시키는 단계를 포함한다. 어떤 경우에 있어서는, 연마후의 반도체웨이퍼에 부착된 둘 이상의 금속이온은 공급된 다른 화학약품에 의해 제거되고, 이러한 결과로 연마후의 반도체웨이퍼를 세정하는데 전체적으로 4단계가 관련된다. 4단계의 세정은 각각의 4대의 세정장치에 의해 수행되거나, 또는 4단계의 세정의 2단계가 3대의 세정장치중 하나에 의해 수행될 수도 있다.
만약 3단계 이상의 세정이 2대의 세정장치에 의해 수행되면, 2단계의 세정은 1대 이상의 세정장치에 의해 수행되어, 이 세정장치의 단위시간당 처리능력은 감소된다. 만약 3대이상의 세정장치가 일렬로 폴리싱장치내에 제공되면, 폴리싱장치 의 크기가 커지고 단위시간당 처리능력이 감소된다. 이들 구성중 어느 것을 취하더라도 일본국 특원평 11-59522호에 의해 제공된 장점을 손상시킨다.
본 발명의 목적은 드라이인 및 드라이아웃방식의 폴리싱장치로서 사용될 수 있고, 단위시간 및 단위설치면적당 처리능력이 높으며, 세정공정에 있어 3단계 이상의 세정단계를 구비하고, 반도체 디바이스상의 보다 작은 회로요소 및 세밀한 상호연결에 대한 요구를 만족시키도록 반도체웨이퍼를 더욱 청정화시킬 수 있는 폴리싱장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 드라이인 및 드라이아웃방식의 폴리싱장치로서 사용될 수 있고, 반도체웨이퍼와 같은 대상물의 단위시간 및 단위면적당 처리능력을 비약적으로 높일 수 있는 폴리싱장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제 1측면에 따르면, 연마면을 가지는 턴테이블; 대상물을 유지하여 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하여 대상물을 연마하는 톱링(top ring); 연마후의 대상물을 세정하는 3대 이상의 세정장치; 및 연마후의 대상물을 3대 이상의 세정장치 사이로 운반하는 운반기구을 포함하고, 상기 운반기구는 3대 이상의 세정장치 사이로 운반루트(transfer route)를 변경할 수 있는 폴리싱장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 폴리싱장치는 운반루트를 변경하여 단위설치면적당 처리능력을 감소시키지 않으면서 여러 연마 공정에 따라 원하는 수의 세정단계를 유지하는 요구된 세정공정을 만족시킬 수 있고, 또한 긴 시간주기를 필요로 하는 세정공정을 2대 이상의 세정장치에 할당함으로써 각 세정장치의 처리시간을 짧게 하여 단위시간당 처리된 대상물의 수, 즉 처리율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 제 2측면에 따르면, 각각의 연마면을 가지는 복수의 턴테이블; 대상물을 유지하여 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하여 대상물을 연마하는 복수의 톱링; 상기 톱링에 의해 접근될 수 있는 위치에 배치되고 그 회전중심으로부터 소정의 원주상에 위치되어 대상물을 지지하는 복수의 부분을 구비하며 부분에 위치되는 대상물을 교체할 수 있는 회전운반기; 상기 회전운반기 및 톱링 사아로 대상물을 운반하는 푸셔; 및 회전운반기로 또는 회전운반기로부터 대상물을 운반하고 대상물을 반전시키는 반전기를 포함하는 폴리싱장치가 제공된다.
반도체웨이퍼와 같은 연마전의 대상물을 톱링으로 운반하는데 요구되는 시간을 짧게 하는 것이 가능하여, 단위시간당 처리된 대상물의 수, 즉 처리율을 비약적으로 증가시킨다.
본 발명의 제 3측면에 따르면, 대상물을 연마하는 연마부; 연마후의 대상물을 세정하는 세정부; 및 연마전의 대상물 및 연마후의 대상물을 반전시키는 반전기를 포함하고, 연마부는 대상물의 피연마면을 아래로 향하게 한 상태로 대상물을 연마하도록 배치되고, 세정부는 대상물의 피연마면을 위로 향하게 한 상태로 상기 대상물을 세정하도록 배치된 폴리싱장치가 제공된다.
세정공정에 있어서, 연마후의 대상물의 피연마면을 위쪽을 향하게 한 상태로 처리될 수 있다.
본 발명의 제 4측면에 따르면, 연마면을 가지는 턴테이블; 대상물을 유지하고 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하여 대상물을 연마하는 톱링; 연마후의 대상물을 세정하는 복수의 세정장치; 및 대상물이 세정장치를 통해 복수의 단계에서 세정되는 동안 대상물을 대기상태로 유지시키는 대상물 지지체를 구비한 대상물 스테이션을 포함하는 폴리싱장치가 제공된다.
연마후의 대상물이 세정공정에서 처리되는 동안 기다릴 수 있기 때문에, 다른 처리시간을 갖는 복수의 세정공정은 복수의 연마후의 대상물상에서 서로 병렬로 수행될 수 있다.
본 발명의 제 5 측면에 따르면, 연마전의 대상물을 공급하고 연마후의 대상물을 수용하는 로딩ㆍ언로딩부(loading and unloading section); 대상물을 연마하는 연마부; 연마후의 대상물을 세정하는 세정부; 및 대상물이 그곳을 통해 지나가도록 하는 각각의 개구를 구비한 격벽에 의해 분리된 챔버를 포함하고, 상기 로딩ㆍ언로딩부, 연마부, 및 세정부는 상기 챔버내에 수용되는 폴리싱장치가 제공된다.
내부의 대기의 청정도가 서로 다른 챔버는 격벽에 의해 분리되어 있기 때문에, 오염된 챔버내의 대기가 청정한 챔버내로 흘러들어가는 것이 방지되어, 청정한 챔버의 청정도를 떨어뜨리지 않는다.
본 발명의 제 6측면에 따르면, 각각의 연마면을 가지는 복수의 턴테이블; 대상물을 지지하여 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하여 대상물을 연마하는 복수의 톱링; 연마후의 대상물을 세정하는 세정장치; 및 대상물을 운반하는 운반기구를 포함하며, 연마면은 대상물을 초벌 연마하는 연마면과 대상물을 마무리 연마하는 연마면을 포함하는 폴리싱장치가 제공된다.
높은 연마속도로 대상물을 연마하여 연마후의 면을 생성하는 연마면 및 낮은 연마 속도로 대상물을 연마하여 세밀한 연마후의 면을 생성하는 연마면이 서로 결합되어 대상물을 효과적으로 연마함으로써 양호하게 연마후의 면을 생성한다.
본 발명의 제 7측면에 따르면, 연마전의 대상물을 공급하고 연마후의 대상물을 수용하는 로딩ㆍ언로딩부; 연마면을 가지는 턴테이블; 대상물을 지지하여 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하여 대상물을 연마하는 톱링; 및 연마후의 대상물을 세정하는 3대 이상의 세정장치, 및 대상물을 운반하는 운반기구를 포함하며, 상기 3대의 세정장치중 2대 이상은 동일한 세정장치 기능을 갖는 폴리싱장치가 제공된다.
3대 이상의 세정장치중, 2대 이상의 세정장치는 동일한 세정모듈(cleaning module)을 구비한다. 결과적으로, 긴 시간주기동안 수행될 것이 요구되는 세정공정이 2대 이상의 세정장치에 의해 수행될 수 있어, 즉 택트타임(tact time)이 분배될 수 있어 단위시간당 처리된 대상물의 수, 즉 처리율을 증가시킨다.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점이 예시적으로 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 폴리싱장치의 여러 구성요소의 배치를 나타내는 평면도,
도 2는 톱링 및 턴테이블 사이의 관계를 나타내는 입면도,
도 3은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 공정을 예시하는 다이어그램,
도 4는 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 공정을 예시하는 다이어그램,
도 5는 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 공정을 예시하는 다이어그램,
도 6은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 공정을 예시하는 다이어그램,
도 7은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 공정을 예시하는 다이어그램,
도 8은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 9는 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 10은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 11은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 12는 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 13은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 14는 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 15는 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 16은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 17은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 18은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 19는 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 20은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 21은 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 22는 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 또 다른 공정을 예시하는 다이어그램,
도 23a 및 23b는 로딩ㆍ언로딩부의 정면 및 측면 입면도,
도 24는 다른 로딩ㆍ언로딩부의 정면도,
도 25는 세정실내의 공기흐름을 나타내는 개략적인 다이어그램,
도 26은 운반로봇의 측면 입면도,
도 27은 운반로봇의 사시도,
도 28a는 웨이퍼 스테이션의 정면 입면도,
도 28b는 웨이퍼 스테이션의 측면 입면도,
도 28c는 화살표 Ⅰ에 의해 지시된 방향에서의 본 웨이퍼스테이션을 나타내는 도,
도 28d는 화살표 Ⅱ에 의해 지시된 방향에서의 본 웨이퍼스테이션을 나타내는 도,
도 28e는 화살표 Ⅲ에 의해 지시된 방향에서의 본 웨이퍼스테이션을 나타내는 도,
도 29a는 반전기의 평면도,
도 29b는 부분적으로 단면인 반전기의 측면 입면도,
도 30은 리프터(lifter)의 종단면도,
도 31은 회전운반기의 평면도,
도 32는 회전운반기의 측면 입면도,
도 33은 푸셔(pusher)의 종단면도,
도 34a 내지 34e는 푸셔가 작동하는 방식을 예시하는 종단면도,
도 35는 부분적으로 단면인 톱링의 측면 입면도,
도 36은 다아아몬드 드레서(diamond dresser)의 종단면도,
도 37은 브러시 드레서(brush dresser)의 종단면도,
도 38은 제 2 턴테이블의 드레서의 종단면도,
도 39는 제 2 턴테이블의 드레서의 측면 입면도,
도 40은 회전형 턴테이블의 정면도,
도 41은 스크롤형(scroll-type) 턴테이블의 종단면도,
도 42a는 도 41의 선 P-P에 따른 단면도,
도 42b는 도 42a의 선 X-X에 따른 단면도,
도 43은 오버행형(overhang-type) 턴테이블의 종단면도,
도 44a는 연마액 공급노즐의 평면도,
도 44b는 부분적으로 단면인 연마액 공급노즐의 측면 입면도,
도 45는 턴테이블에 대한 연마액 공급노즐의 위치를 나타내는 평면도,
도 46은 연마액 공급시스템을 나타내는 개략적인 다이어그램,
도 47은 다른 연마액 공급시스템을 나타내는 개략적인 다이어그램, 및
도 48은 또 다른 연마액 공급시스템을 나타내는 개략적인 다이어그램이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱장치가 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 폴리싱장치의 여러 구성요소의 배치를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리싱장치는 복수의 반도체웨이퍼를 수용하는 웨이퍼 카세트(1, cassette)를 각각 위치시키는 4개의 로드-언로드 스테이지(2)(load-unload stage)를 포함한다. 로드-언로드 스테이지(2)는 웨이퍼 카세트(1)를 상승 및 하강시키는 기구를 구비할 수도 있다. 2개의 핸드를 가진 운반로봇(4)은 레일(3)을 따라 이동하여 각각의 로드-언로드 스테이지(2)상의 각 웨이퍼 카세트(1)에 접근할 수 있도록 레일(3)상에 제공된다.
운반로봇(4)은 수직적으로 이격되어 위치된 2개의 핸드를 구비하는데, 하부 핸드는 웨이퍼 카세트(1)로부터 반도체웨이퍼를 인출할때에만 사용되고, 상부핸드는 웨이퍼 카세트(1)로 반도체웨이퍼를 되돌릴 때에만 사용된다. 이러한 구성은 세정된 깨끗한 웨이퍼가 상측에 위치되어 오염되지 않게 한다. 하부핸드는 진공하에 반도체웨이퍼를 지지하는 진공 흡착형(vacuum attraction-type) 핸드이고, 상부핸드는 손에 형성된 오목부에 의해 반도체웨이퍼의 둘레 가장자리(edge)를 지지하는 오목부 지지형(recess support-type) 핸드이다. 진공 흡착형 핸드는 미세한 변위로 인해 반도체웨이퍼가 웨이퍼 카세트내에 정상위치에 위치되지 않을 때에도 반도체웨이퍼를 지지하여 반도체웨이퍼를 운반할 수 있으며, 오목부 지지형 핸드는 진공 흡착형 핸드와 달리 먼지가 수집되지 않기 때문에 반도체웨이퍼를 청정하게 유지하면서 반도체웨이퍼를 운반할 수 있다.
2대의 세정장치(5, 6)는 운반로봇(4)의 레일(3)에 대해 웨이퍼 카세트(1)의 반대측에 배치된다. 세정장치(5, 6)는 운반로봇(4)의 핸드에 의해 접근될 수 있는 위치에 배치된다. 2대의 세정장치(5, 6)사이 및 운반로봇(4)에 의해 접근 가능한 위치에, 4개의 웨이퍼 지지체(7, 8, 9, 10)를 구비한 웨이퍼 스테이션(50)이 제공된다. 세정장치(5, 6)는 고속으로 반도체웨이퍼를 회전시킴으로써 반도체웨이퍼를 건조시키는 스핀-드라이 기구(spin-dry mechanism)를 구비하여, 반도체웨이퍼의 2단계 세정 또는 3단계 세정이 세정모듈의 교체없이 수행될 수 있다.
세정장치(5, 6) 및 웨이퍼 지지체(7, 8, 9, 10)를 구비한 웨이퍼 스테이션(50)이 배치된 영역(B)과 웨이퍼 카세트(1) 및 운반로봇(4)이 배치되는 영역(A)은 영역(B) 및 영역(A)의 청정도가 분리될 수 있도록 격벽(14)에 의해 나누어진다. 격벽(14)은 반도체웨이퍼가 그곳을 통과하여 지나갈 수 있게 하는 개구를 구비하고, 셔텨(shutter, 11)는 격벽(14)의 개구에 제공된다. 2개의 핸드를 구비한 운반로봇(20)은 운반로봇(20)이 세정장치(5) 및 3개의 웨이퍼 지지체(7, 9, 10)에 접근할 수 있는 위치에 배치되고, 2개의 핸드를 구비한 운반로봇(21)은 운반로봇(21)이 세정장치(6) 및 3개의 웨이퍼 지지체(8, 9, 10)에 접근할 수 있는 위치에 배치된다.
웨이퍼 지지체(7)는 운반로봇(4) 및 운반로봇(20) 사이로 반도체웨이퍼를 운반하는데 사용되고, 반도체웨이퍼가 있는지를 검출하는 센서(71)를 구비한다. 웨이퍼 지지체(8)는 운반로봇(4) 및 운반로봇(21) 사이로 반도체웨이퍼를 운반하는데 사용되고, 반도체웨이퍼가 있는지를 검출하는 센서(72)를 구비한다. 웨이퍼 지지체(9)는 운반로봇(21)으로부터 운반로봇(20)으로 반도체웨이퍼를 운반하는데 사용되고, 반도체웨이퍼가 있는지를 검출하는 센서(73), 및 반도체웨이퍼가 건조되는 것을 방지하거나 또는 반도체웨이퍼의 린싱(rinsing)을 수행하도록 린싱액을 공급하는 린싱노즐(75)을 구비한다. 웨이퍼 지지체(10)는 운반로봇(20)으로부터 운반로봇(21)으로 반도체웨이퍼를 운반하는데 사용되고, 반도체웨이퍼가 있는지를 검출하는 센서(74), 및 반도체웨이퍼가 건조되는 것을 방지하거나 또는 반도체웨이퍼의 린싱(rinsing)을 수행하도록 린싱액을 공급하는 린싱노즐(76)을 구비한다. 웨이퍼 지지체(9, 10)는 반도체웨이퍼를 그곳을 통해 운반하도록 그 안에 형성되고 셔터(77)와 결합된 개구를 구비한 공통의 방수커버내에 배치된다. 웨이퍼지지체(9)는 웨이퍼 지지체(10)의 위쪽에 배치되고 세정된 반도체웨이퍼를 지지하는 역할을 하고, 웨이퍼 지지체(10)는 세정된 반도체웨이퍼를 지지하는 역할을 하여, 세정된 웨이퍼는 그렇지 않으면 그위로 떨어질 린싱액에 의해 오염되는 것이 방지된다. 센서(71, 72, 73, 74), 린싱노즐(75, 76), 및 셔터(77)는 도 1에 개략적으로 도시되고, 그 위치 및 형상은 정밀하게 나타나지는 않는다.
운반로봇(20) 및 운반로봇(21)은 수직적으로 이격되어 위치된 각각의 2개의 핸드를 구비한다. 운반로봇(20) 및 운반로봇(21)의 각각의 상부핸드는 세정된 반도체웨이퍼를 세정장치 또는 웨이퍼 스테이션(50)의 상부 지지체로 운반하는데 사용되고, 운반로봇(20) 및 운반로봇(21)의 각각의 하부핸드는 세정되지 않은 반도체웨이퍼 또는 연마전의 반도체웨이퍼를 운반하는데 사용된다. 하부핸드는 반전기로 또는 반전기로부터 반도체웨이퍼를 운반하는데 사용되기 때문에, 상부핸드는 반전기의 상부벽으로부터 떨어지는 린싱액 방울에 의해 오염되지 않는다.
세정장치(22)는 세정장치(5)에 인접하고 운반로봇(20)의 핸드에 의해 접근가능한 위치에 배치되고, 다른 세정장치(23)는 세정장치(6)에 인접하고 운반로봇(21)의 핸드에 의해 접근가능한 위치에 배치된다.
모든 세정장치(5, 6, 22, 23), 웨이퍼 스테이션(50)의 웨이퍼 지지체(7, 8, 9, 10), 및 운반로봇(20, 21)은 영역(B)내에 위치된다. 영역(B)내의 압력은 영역(A)내의 압력보다 낮게 조절된다. 세정장치(22, 23)의 각각은 반도체웨이퍼의 양면을 세정할 수 있다.
폴리싱장치는 그 안의 여러 구성요소를 감싸는 하우징(46)을 구비한다. 하우징(46)은 인클로징 구조(enclosing structure)를 구성한다. 하우징(46)의 내부는 격벽(14, 15, 16, 24, 47)에 의해 복수의 구획 또는 챔버(영역 A 및 B 포함)로 나누어진다.
격벽(24)에 의해 영역(B)으로부터 분리된 연마 챔버가 형성되고, 또한 격벽(47)에 의해 두 영역(C, D)으로 나누어진다. 각 두 영역(C, D)내에, 두 개의 턴테이블, 및 반도체웨이퍼를 지지하여 턴테이블에 대해 반도체웨이퍼를 가압하는 톱링이 제공된다. 즉, 턴테이블(34, 36)은 영역(C)내에 제공되고, 턴테이블(35, 37)은 영역(D)내에 제공된다. 또한, 톱링(32)은 영역(C)내에 제공되고, 톱링(33)은 영역(D)내에 제공된다.
영역(C)내의 턴테이블(34) 및 턴테이블(34)을 드레싱(dressing)하는 드레서(dresser, 38)에 연마액을 공급하는 연마액 노즐(40)은 영역(C)내에 배치된다. 영역(D)내의 턴테이블(35) 및 턴테이블(35)을 드레싱하는 드레서(39)에 연마액을 공급하는 연마액 노즐(41)은 영역(D)내에 배치된다. 영역(C)내의 턴테이블(36)을 드레싱하는 드레서(48)는 영역(C)내에 배치되고, 영역(D)내의 턴테이블(37)을 드레싱하는 드레서(49)는 영역(D)내에 배치된다. 턴테이블(36, 37)은 반도체웨이퍼상의 레이어(layer)의 두께를 측정하는 습식 두께 측정장치로 교체될 수도 있다. 만약 습식 두께 측정장치가 제공된다면, 두께 측정장치가 연마후의 직후 반도체웨이퍼상의 레이어의 두께를 측정할 수 있어, 측정된 값에 기초하여 연마후의 반도체웨이퍼를 더욱 연마하거나 또는 다음 반도체웨이퍼를 연마하도록 연마 공정을 제어하는 것이 가능하다.
도 2는 톱링(32) 및 턴테이블(34, 36)사이의 관계를 나타낸다. 톱링(33) 및 턴테이블(35, 37) 사이의 관계는 톱링(32) 및 턴테이블(34, 36)사이의 관계와 동일하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 톱링(32)은 회전 가능한 톱링 구동샤프트(91)에 의해 톱링 헤드(31)로부터 지지된다. 톱링 헤드(31)는 각을 이뤄 위치될 수 있는 지지샤프트(92)에 의해 지지되고, 톱링(32)은 턴테이블(34, 36)에 접근할 수 있다. 드레서(38)는 회전 가능한 드레서 구동샤프트(93)에 의해 드레서 헤드(94)로부터 지지된다. 드레서 헤드(94)는 각을 이뤄 위치 가능한 지지샤프트(95)에 의해 지지되어 드레서(38)를 턴테이블(34)상의 대기위치 및 드레싱 위치 사이로 이동시킨다. 드레서(48)는 회전 가능한 드레서 구동샤프트(96)에 의해 드레서 헤드(97)로부터 유사하게 지지된다. 드레서 헤드(97)는 각을 이뤄 위치 가능한 지지샤프트(98)에 의해 지지되어 드레서(48)를 턴테이블(36)상의 대기위치 및 드레싱 위치 사이로 이동시킨다.
도 1에 도시된 바와 같이, 격벽(24)에 의해 영역(B)으로부터 분리된 영역(C)내 및 운반로봇(20)의 핸드에 의해 접근될 수 있는 위치에, 반도체웨이퍼를 반전시키는 반전기(28)가 제공되고, 운반로봇(21)의 핸드에 의해 접근될 수 있는 위치에 반도체웨이퍼를 반전시키는 반전기(28')가 제공된다. 영역(b) 및 영역(C, D) 사이의 격벽(24)은 그곳을 통해 반도체웨이퍼가 각각 통과하게 하는 2개의 개구를 구비하며, 그중 하나는 반전기(28)로 또는 반전기(28)로부터 반도체웨이퍼를 운반하는데 사용되고, 다른 하나는 반전기(28')로 또는 반전기(28')로부터 반도체웨이퍼를 운반하는데 사용된다. 셔터(25, 26)는 격벽(24)의 각각의 개구에 제공된다. 반전기(28, 28')는 반도체웨이퍼를 처킹(chucking)하는 처크기구, 반도체웨이퍼를 반전시키는 반전기, 및 처크기구가 반도체웨이퍼를 처킹했는지를 검출하는 반도체웨이퍼 검출센서를 각각 구비한다. 운반로봇(20)은 반도체웨이퍼를 반전기(28)로 운반하고, 운반로봇(21)은 반도체웨이퍼를 반전기(28')로 운반한다.
회전운반기(27)는 반전기(28, 28') 및 톱링(32, 33) 아래에 위치되어, 세정챔버(영역 B) 및 연마 챔버(영역 C 및 D) 사이로 반도체웨이퍼를 운반한다. 회전운반기(27)는 동일한 각 간격으로 반도체웨이퍼를 위치시키는 4개의 스테이지를 구비하고, 한번에 복수의 반도체웨이퍼를 지지할 수 있다. 회전운반기(27)의 스테이지의 중심이 반전기(28 또는 28')에 의해 지지된 반도체웨이퍼의 중심과 정렬되면, 반전기(28 또는 28')로 운반된 반도체웨이퍼는 회전운반기(27)의 아래에 배치된 리프터(lifter, 29 또는 29')를 작동시킴으로써 회전운반기(27)로 운반된다. 회전운반기(27)의 스테이지상에 위치된 반도체웨이퍼는 회전운반기(27)를 90°회전시킴으로써 톱링(32 또는 33) 아래 위치로 운반된다. 이때, 톱링(32 또는 33)은 그것의 요동운동(swing motion)에 의해 미리 회전운반기(27) 위로 위치된다. 톱링(32 또는 33)의 중심이 회전운반기(27)의 스테이지상에 위치된 반도체웨이퍼의 중심과 정렬되면, 회전운반기(27)의 아래에 배치된 푸셔(pusher, 30 또는 30')를 작동시킴으로써 반도체웨이퍼는 회전운반기(27)로부터 톱링(32 또는 33)으로 운반된다.
톱링(32 또는 33)으로 운반된 반도체웨이퍼는 톱링(32 또는 33)의 진공흡착기구에 의해 진공하에 흡착되어, 턴테이블(34 또는 35)로 운반된다. 그후, 반도체웨이퍼는 턴테이블(34 또는 35)상에 부착된 연마포 또는 숫돌(또는 고정 연마 플레이트)을 포함하는 연마면에 의해 연마된다. 제 2턴테이블(36, 37)은 톱링(32, 33)에 의해 각각 접근될 수 있는 위치에 배치된다. 이러한 구성으로, 반도체웨이퍼의 제 1연마가 턴테이블(34 또는 35)에 의해 수행될 수 있고, 그후 반도체웨이퍼의 제 2연마가 제 2턴테이블(36 또는 37)에 의해서 수행될 수 있다. 대안적으로, 반도체웨이퍼의 제 1연마가 제 2턴테이블(36 또는 37)에 의해서 수행될 수 있고, 그후 반도체웨이퍼의 제 2연마가 제 1턴테이블(34 또는 35)에 의해서 수행될 수도 있다. 이 경우에, 제 2턴테이블(36 또는 37)은 제 1턴테이블(34 또는 35)보다 작은 직경의 연마면을 구비하고, 연마포보다 비싼 숫돌(또는 고정 연마 플레이트)이 제 2턴테이블(36 또는 37)에 부착되어 반도체웨이퍼의 제 1연마를 수행한다. 반면, 숫돌(또는 고정 연마 플레이트)보다 수명은 짧지만 값은 싼 연마포가 제 1턴테이블(34 또는 35)에 부착되어 반도체웨이퍼의 마무리 연마를 수행한다. 이러한 구성 또는 활용은 폴리싱장치의 운영비를 감소시킬 것이다. 만약 연마포가 제 1턴테이블에 부착되고 숫돌(또는 고정 연마 플레이트)이 제 2턴테이블에 부착되면, 턴테이블 시스템은 보다 낮은 가격에 제공될 수 있다. 이는 숫돌(또는 고정 연마 플레이트)이 연마포보다 비싸고, 숫돌(또는 고정 연마 플레이트)의 가격이 숫돌의 직경에 거의 비례하기 때문이다. 또한, 연마포는 숫돌(또는 고정 연마 플레이트)보다 수명이 짧기 때문에, 만약 연마포가 마무리 연마같은 상대적으로 경하중하에서 사용된다면, 연마포의 수명은 연장될 것이다. 또한, 만약 연마포의 직경이 크다면, 반도체웨이퍼와 접촉할 기회 및 횟수가 분배되어 더 긴 수명, 더 긴 정비주기, 및 반도체 디바이스의 향상된 생산성을 제공한다.
반도체웨이퍼가 제 1턴테이블(34)에 의해 연마되고 톱링(32)이 제 2턴테이블(36)로 이동하기전, 세정액이 턴테이블(34)에 인접하여 배치된 세정액 노즐(510)로부터 톱링(32)이 턴테이블(34)로부터 이격된 위치에 톱링(32)에 의해 지지된 반도체웨이퍼에 공급된다. 반도체웨이퍼는 제 2턴테이블(36)로 이동하기전에 린스되기 때문에, 턴테이블 사이의 오염전달이 방지되어 턴테이블의 교차오염을 피할 수 있다.
또한, 2단계 연마는 로델 니타 코퍼레이션(Rodel Nitta corporation)에 의해 제작되어 상표명 IC1000/SUBA400으로 팔리는 연마포가 제 1연마면용으로 사용되고, 로델 니타 코퍼레이션에 의해 제작되어 상표명 POLITEX로 팔리는 연마포가 제 2연마면용으로 사용되며, 반도체웨이퍼는 제 1연마면에 의해 연마되고, 그후 제 2연마면에 의해 연마되는 방식으로 수행될 수 있다. 이 2단계 연마는 작은 크기의 제 2턴테이블이 사용되지 않더라도 두개의 큰 크기의 턴테이블의 사용에 의해서 수행될 수도 있다. 위에서, 비록 2단계 연마가 두개의 다른 연마포에 의해 수행되는 것처럼 설명되었지만, 동일한 연마포 또는 동일한 숫돌에 의해서 수행될 수도 있다. 반도체웨이퍼가 제 1 및 2연마면에 의해 연마되고, 제 1 및 2연마면은 드레서(38, 39, 48, 49)에 의해 각각 드레싱된다. 드레싱 공정은 반도체웨이퍼의 연마에 의해 악화된 턴테이블의 연마면을 회복하기 위한 공정이다. 이 공정은 또한 컨디셔닝(conditioning) 또는 교정(rectification)으로 불린다.
연마후의 반도체웨이퍼는 상기와 반대의 루트로 반전기(28, 28')로 되돌아 온다. 반전기(28, 28')로 되돌아온 반도체웨이퍼는 린싱노즐로부터 공급되는 순수(pure water) 및 화학약품에 의해 린스된다. 또한 반도체웨이퍼가 제거된 톱링(32 또는 33)의 반도체웨이퍼 지지면도 또한 세정노즐로부터 공급된 순수 및 화학약품에 의해 세정되고, 어떤 경우에 있어서는, 톱링(32 또는 33)의 반도체웨이퍼 지지면은 반도체웨이퍼 지지면이 건조되는 것을 방지하도록 린스된다. 푸셔를 세정하기 위한 세정노즐 또는 노즐은 격벽상에 제공된다. 반도체 디바이스의 생산량 및 반도체웨이퍼의 세정효과를 향상시키기 위해, 반도체웨이퍼는 반도체웨이퍼가 톱링(32 또는 33)에 의해 지지된 상태로 화학약품에 의해 린스될 수도 있다. 또한, 반도체웨이퍼는 반도체웨이퍼가 회전운반기(27)에 의해 지지된 상태로 화학약품에 의해 린스될 수도 있다. 또한, 리프터(29 또는 29')가 노즐에 의해 세정될 수도 있다(후술함).
도 2의 우측상에, 회전운반기(27), 반전기(28 또는 28'), 리프터(29 또는 29'), 및 푸셔(30 또는 30')의 관계가 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 반전기(28, 28')는 회전운반기(27) 위에 배치되고, 리프터(29, 29') 및 푸셔(30, 30')는 회전운반기(27) 아래에 배치된다.
다음, 반도체웨이퍼 운반용 운반루트에 대해 설명된다.
모든 소프트웨어는 모든 유닛 또는 장치가 폴리싱장치내에서 자유롭게 결합되어 반도체웨이퍼의 정상처리루트로 설정된다. 처리루트의 예는 다음과 같다:
1) 하나의 웨이퍼 카세트 내의 반도체웨이퍼가 두 영역(C, D)중 하나의 영역내에서 처리되고, 다른 웨이퍼 카세트내의 반도체웨이퍼가 두 영역(C, D)의 다른 하나의 영역내에서 처리되는 방법(2 카세트 병렬처리)
2) 하나의 웨이퍼 카세트내의 반도체웨이퍼가 임의적으로 영역(C, D)내로 분배되는 방법(1 카세트 병렬처리)
3) 하나의 웨이퍼 카세트내의 반도체웨이퍼가 영역(C, D)중 하나의 영역내에서 처리된후, 영역(C, D)의 다른 하나에서 처리되는 방법(직렬처리)
세정챔버내에, 연마 챔버로부터 배출된 연마후의 반도체웨이퍼는 다음 6개의 공정중 하나에 따라 처리된다:
A) 반도체웨이퍼가 2열의 세정장치에 의해 2단계에서 세정되고 배출되는, 즉 세정장치(22)로부터 세정장치(5)로 그리고 세정장치(23)로부터 세정장치(6)로 세정되어 배출되는 공정,
B) 반도체웨이퍼가 1열의 세정장치에 의해 3단계에서 세정되고 배출되는, 즉 세정장치(23)로부터 세정장치(6)로 그후 세정장치(5)로 또는 1열의 세정장치에 의해 3단계에서 세정되고 배출되는, 즉 세정장치(22)로부터 세정장치(23 또는 6)로 그후 세정장치(5)로 세정되어 배출되는 공정,
C) 반도체웨이퍼가 3단계에서 세정되어 배출되는, 즉 2개의 세정장치에 의한 1단계, 세정이 수행되지 않는 세정장치(22, 23)의 하나에서 세정되어 배출되는, 그리고 1열의 세정장치에 의해 2단계, 즉 세정장치(6)로부터 세정장치(5)로의 공정,
D) 반도체웨이퍼가 1열의 세정장치에 의해 4단계, 즉 세정장치(23)로부터 세정장치(6)로 그리고 세정장치(22) 그리고 세정장치(5)로 세정되고 배출되는 공정,
E) 반도체웨이퍼가 1열의 세정장치에 의해 4단계, 즉 세정장치(22)로부터 세정장치(23)로 그리고 세정장치(6) 그리고 세정장치(5)로 세정되고 배출되는 공정, 및
F) 제 1단계에서 연마후의 반도체웨이퍼가 세정장치(22)에 의해 세정되고 그리고 다시 제 2단계에서 연마되고, 반도체웨이퍼가 1열의 세정장치에 의해 3단계, 즉 세정장치(23)로부터 세정장치(6) 그리고 세정장치(5)로 세정되고 배출되는 공정.
방법 1) 내지 3) 및 공정 A) 내지 F)의 결합은 다음과 같은 각 특징을 제공한다.
(1-A):
이 결합은 다른 공정이 두 웨이퍼 카세트에 대해 수행되는 경우 및 복수 로트(lot)의 많은 반도체웨이퍼가 고처리량으로 배출되는 경우에 효과적이다. 만약 다른 공정이 두 웨이퍼 카세트에 대해 수행되면, 예를 들어, 2개의 드라이인 및 드라이 아웃 형식의 폴리싱장치에 의해 제공되는 장치구성 또는 배치가 채용된다. 이 결합은 가장 큰 처리량을 제공하기 때문에, 두 웨이퍼 카세트로부터 반도체웨이퍼상에 동일한 공정이 수행되면서 높은 생산능력을 달성하는데 사용된다.
(2-A):
이 결합은 반도체웨이퍼를 짧은 시간주기동안 하나의 웨이퍼 카세트내에서 처리하는데 효과적이다. 이 결합은 또한 하나의 웨이퍼 카세트내의 반도체웨이퍼가 임의적으로 다른 형식의 두 공정에서 처리되도록 한다.
(3-A):
2개의 세정단계중 하나 이상의 단계에서 반도체웨이퍼를 세정하는데 요구되는 시간이 두 연마단계중 하나에서 반도체웨이퍼를 연마하는데 요구되는 시간보다 더 긴경우, 만약 두 세정단계가 1열의 세정장치에 의해 수행된다면, 연마능력은 긴 세정시간때문에 낮아진다. 이 경우, 만약 두 세정단계가 2열의 세정장치에 의해 수행된다면, 연마후의 반도체웨이퍼는 세정시간에 영향을 받지 않고 운반될 수 있다. 이 결합은 이러한 경우에 매우 효율적이다.
(1-B):
이 결합은 연마공정후에 3개 이상의 형식의 세정공정이 요구되는 경우에 사용된다. 세정공정이 1열의 세정장치에 의해 수행되기 때문에, 이 결합에 따른 세정공정의 처리능력은 감소되고, 이 결합은 연마 시간이 세정시간보다 긴 경우에 매우 효율적이다.
(2-B):
이 결합은 결합(1-B)과 같이 복수의 로트를 한번에 처리하지 않고, 하나의 로트만이 처리되는 경우에 사용되고, 결합(1-B)과 동일한 장점을 제공한다.
(3-B):
이 결합은 결합(1-B)과 같이 3개의 세정단계가 요구되는 경우에 사용된다.
(1-C):
이 결합은 결합(1-B)과 동일한 장점을 제공한다. 만약 제 1세정단계에서의 세정시간이 다른 웨이퍼 처리유닛의 처리시간보다 길다면, 제 1세정단계는 2대의 세정장치에 의해 수행되어 제 1세정장치에서 반도체웨이퍼가 지체되는 것을 방지함으로써 처리능력을 증가시킨다.
(2-C):
결합(1-C)과 같이, 이 결합은 결합(2-B)과 동일한 이유로 사용된다.
(3-C):
결합(1-C)과 같이, 이 결합은 결합(3-B)과 동일한 이유로 사용된다.
(1, 2, 3-D, E):
이 결합은 각 연마 챔버의 사용에 추가하여 4개의 세정단계가 요구되는 경우에 사용된다.
(3-F):
2단계 연마 공정에 있어서, 이 결합은 제 2연마 단계전에 세정공정동안 반도체웨이퍼를 운반하여 제 1연마 단계에서 사용된 연마액이 부착된 반도체웨이퍼가 제 2연마 단계에서 연마되는 것을 방지하고자 하는 경우에 사용된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 폴리싱장치는 각 턴테이블(34, 35)을 구비한 2개의 연마부를 구비하기 때문에, 폴리싱장치가 하나의 연마부를 사용하여 작동하고 있는 동안 연마부의 다른 하나를 검사하고 정비할 수 있다.
세정부는 반도체웨이퍼를 세정하는 세정장치(5, 6, 22, 23)를 구비한다. 폴리싱장치가 세정장치중 하나 이상을 사용하여 작동되고 있는 동안, 나머지 세정장치는 검사되고 정비될 수 있다.
도 3 내지 22는 도 1에 도시된 폴리싱장치로 반도체웨이퍼를 연마하는 공정을 보여준다. 도 3 내지 14는 반도체웨이퍼가 웨이퍼 카세트(CS1)로부터 인출되어, 연마되고, 세정되고, 웨이퍼 카세트(CS1)로 되돌아 오는 공정, 및 반도체웨이퍼가 다른 웨이퍼 카세트(CS2)로부터 인출되어, 연마되고, 세정되고, 웨이퍼 카세트(CS2)로 되돌아 오는 공정을 보여준다. 도 15 내지 도 22는 반도체웨이퍼가 웨이퍼 카세트(CS1)로부터 인출되어, 연마되고, 세정되고, 웨이퍼 카세트(CS1)로 되돌아 오는 공정을 보여준다. 도 3 내지 22에 있어서, 웨이퍼 카세트(1)는 CS1, CS2, CS3, CS4로 나타나고, 운반로봇(4, 20, 21)은 RBD, RBL, RBR로 나타나고, 세정장치(22, 23, 6, 5)는 CL1, CL2, CL3, CL4에 의해 나타난다. 반전기(28, 28')는 TOL 및 TOR로 나타나고, 턴테이블(34, 35)은 TTL 및 TTR로 나타나며, 톱링(32, 33)은 TRL 및 TRR로 나타난다. 회전운반기(27)에서 로딩하는 웨이퍼스테이지는 LR 및 LL로 나타나고, 회전운반기(27)에서 언로딩하는 웨이퍼스테이지는 ULR 및 ULL로 나타나며, 웨이퍼 스테이션(50)의 웨이퍼 지지체(7, 8, 9, 10)는 DSL, DSR, WS1, WS2로 나타난다.
도 3 내지 7은 2단계 세정이 수행되는 두 카세트 병렬 처리공정을 보여준다.
도 3 내지 7에 도시된 바와 같이, 하나의 반도체웨이퍼는 다음의 루트에서 처리된다: 웨이퍼 카세트(CS1)→운반로봇(RBD)→웨이퍼 스테이션의 웨이퍼 지지체(DSL)→운반로봇(RBL)→반전기(TOL)→회전운반기내에서 로딩하는 웨이퍼 스테이지(LL)→톱링(TRL)→턴테이블(TTL)→톱링(TRL)→회전운반기내에서 언로딩하는 웨이퍼스테이지(ULL)→반전기(TOL)→운반로봇(RBL)→세정장치(CL1)→운반로봇(RBL) →세정장치(CL4)→운반로봇(RBD)→웨이퍼 카세트(CS1).
다른 반도체웨이퍼는 다음의 루트로 처리된다: 웨이퍼 카세트(CS2) →운반로봇(RBD)→웨이퍼스텐이션의 웨이퍼지지체(DSR)→운반로봇(RBR)→반전기(TOR) 회전운반기내에서 내에서 로딩하는 웨이퍼 스테이지(LR)→톱링(TRR)→ 턴테이블(TTR)→톱링(TRR)→회전운반기내에서 언로딩하는 웨이퍼 스테이지(ULR)→반전기(TOR)→운반로봇(RBR)→세정장치(CL2)→운반로봇(RBR)→세정장치(CL3)→운반로봇(RBD)→웨이퍼 카세트(CS2).
도 8 내지 14는 3단계 세정이 수행되는 두 카세트 병렬 공정을 보여준다.
도 8 내지 14에 도시된 바와 같이, 하나의 반도체웨이퍼는 다음의 루트로 처리된다: 웨이퍼카세트(CS1)→운반로봇(RBD) →웨이퍼스테이션의 웨이퍼 지지체(DSL) →운반로봇(RBL) →반전기(TOL)→회전운반기내에서 로딩하는 웨이퍼 스테이지(LL) →톱링(TRL) →턴테이블(TTL) →톱링(TRL) →회전운반기내에서 언로딩하는 웨이퍼 스테이지(ULL) →반전기(TOL) →운반로봇(RBL) →세정장치(CLl) →운반로봇(RBL) →웨이퍼스테이션의 웨이퍼 지지체(WS2) →운반로봇(RBR) →세정장치(CL3) →운반로봇(RBR) →웨이퍼스테이션의 웨이퍼 지지체(WS1) →운반로봇(RBL) →세정장치(CL4) →운반로봇(RBD) →웨이퍼카세트(CS1).
나머지 반도체웨이퍼는 다음의 루트로 처리된다: 웨이퍼카세트(CS2)→운반로봇(RBD)→웨이퍼스테이션의 웨이퍼 지지체(DSR)→운반로봇(RBR)→반전기(TOR)→회전운반기내에서 로딩하는 웨이퍼 스테이지(LR)→톱링(TRR)→턴테이블(TTR)→톱링(TRR)→회전운반기내에서 언로딩하는 웨이퍼 스테이지(ULR)→반전기(TOR)→운반로봇(RBR)→세정장치(CL2)→운반로봇(RBR)→세정장치(CL3) →운반로봇(RBR) →웨이퍼스테이션의 웨이퍼 지지체(WS1)→운반로봇(RBL)→세정장치(CL4)→운반로봇(RBD)→웨이퍼카세트(CS2).
도 15 내지 22는 3단계 세정이 수행되는 직렬공정을 보여준다.
도 15 내지 22에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼는 다음이 루트로 처리된다: 웨이퍼카세트(CS1) →운반로봇(RBD) →웨이퍼스테이션의 웨이퍼 지지체(DSL) →운반로봇(RBL) →반전기(TOL) →회전운반기내에서 로딩하는 웨이퍼 스테이지(LL) →톱링(TRL) →턴테이블(TTL) →톱링(TRL) →회전운반기내에서 언로딩하는 웨이퍼 스테이지(ULL) →반전기(TOL) →운반로봇(RBL) →세정장치(CL1) →운반로봇(RBL) →웨이퍼스테이션의 웨이퍼 지지체(WS2) →운반로봇(RBR) →반전기(TOR) →회전운반기내에서 로딩하는 웨이퍼 스테이지(LR) →톱링(TRR) →턴테이블(TTR) →톱링(TRR) →회전운반기내에서 언로딩하는 웨이퍼 스테이지(ULR) →반전기(TOR) →운반로봇(RBR) →세정장치(CL2) →운반로봇(RBR) →세정장치(CL3) →운반로봇(RBR) →웨이퍼스테이션의 웨이퍼 지지체(WS1) →운반로봇(RBL) →세정장치(CL4) →운반로봇(RBD) → 웨이퍼카세트(CS1).
도 3 내지 22에 도시된 예에서, 하나의 반도체웨이퍼가 웨이퍼 카세트(CS1)으로부터 인출되고, 다른 반도체웨이퍼는 웨이퍼 카세트(CS2)로부터 인출되는 것으로 설명되었다. 하지만, 웨이퍼 카세트(CS1, CS2)는 턴테이블(TTL)에 반도체웨이퍼를 전용으로 공급하도록 사용될 수도 있고, 웨이퍼 카세트(CS3, CS4)는 턴테이블(TTR)에 반도체웨이퍼를 전용으로 공급하도록 사용될 수도 있다.
다음에 도 1에 도시된 폴리싱장치의 구성요소가 상세하게 설명된다.
도 1, 23a, 및 23b에 도시된 바와 같이, 로딩ㆍ언로딩부는 각각 웨이퍼 카세트(1, 개방 카세트)를 위치시키는 4개의 로드-언로드 스테이지(2)를 구비한다. 로드-언로드 스테이지(2)는 웨이퍼 카세트(1)의 하부의 형상과 일치하도록 형성된 블럭형태의 위치지정기구를 구비하며, 웨이퍼 카세트가 반복적으로 그 위에 위치되는 경우에도 항상 동일위치에 웨이퍼 카세트를 유지시킨다. 웨이퍼 카세트가 적당한 위치에 위치되면, 웨이퍼 카세트의 존재는 버튼형 센서에 의해 검출된다. 한 쌍의 투과형 광센서(351)는 웨이퍼 카세트의 상하에 위치되어 투과형 광센서(351) 사이의 빛은 정위치로부터 돌출한 웨이퍼에 의해 차단된다. 따라서, 투과형 광센서(351)는 정위치로부터 돌출한 모든 반도체웨이퍼를 검출할 수 있고 반도체웨이퍼가 웨이퍼 카세트내의 각 슬롯(slot)내에 적절하게 위치되었는지를 결정할 수 있다. 만약 정위치로부터 돌출한 반도체웨이퍼가 검출되면, 인터로킹(interlocking) 기구가 작동되어 운반로봇(4) 및 서치(search)기구(352)를 로딩ㆍ언로딩부에 접근하지 못하도록 제어한다.
더미(dummy) 웨이퍼 스테이션(353)은 각 로드-언로드 스테이지(2)의 아래에 배치된다. 각 더미 웨이퍼 스테이션(353)은 하나 이상의 웨이퍼를 그 위에 위치시킬 수 있으며, 생산웨이퍼가 처리되기 전에 연마포를 안정화시키는데 사용하기 위한 더미 웨이퍼, 및 폴리싱장치의 상태 및 조건을 확신하기 위하여 운반되는 QC(질제어)웨이퍼를 지지할 수 있다. 더미 웨이퍼 스테이션(353)의 각각은 그 안의 반도체웨이퍼의 존재를 확인하는 한 쌍의 웨이퍼 검출센서(354)를 구비한다. 더미 웨이퍼 스테이션(353)의 각각은 또한 정위치로부터 돌출한 반도체웨이퍼를 검출하는 센서를 구비하지만, 투과형 광센서(351)가 또한 이러한 센서로서 사용될 수도 있다. 만약 웨이퍼 카세트가 로드-언로드 스테이지(2)상에 위치되지 않으면, 각 더미 웨이퍼 스테이션(353)의 위에 위치된 로드-언로드 스테이지(2)는 상승되고, 웨이퍼는 수동으로 더미 웨이퍼 스테이션(353)상에 위치되어질 것이다. 표준공정에 따르면, 그안에 삽입된 웨이퍼를 구비한 웨이퍼 카세트가 로드-언로드 스테이지(2)의 하나 이상에 위치된 후, 웨이퍼가 서치되고, 지시가 제어패널로부터 보내져 웨이퍼가 선택된 더미 웨이퍼 스테이션으로 보내져야 한다는 것을 나타낸다. 그후, 선택된 웨이퍼는 웨이퍼 카세트 및 더미 웨이퍼 스테이션에 접근할 수 있는 운반로봇(4)에 의해 웨이퍼 카세트로부터 더미 웨이퍼 스테이션으로 운반된다.
웨이퍼 서치기구(352)는 각 로드-언로드 스테이지(2) 및 (만약 있다면)각 더미 웨이퍼 스테이션의 아래에 배치된다. 웨이퍼 서치기구(352)는 펄스모터(pulse motor)를 포함하는 구동원(355)에 의해 그 말단상에 장착된 한 쌍의 웨이퍼 서치센서(356)와 함께 수직적으로 이동 가능하다. 웨이퍼 서치기구(352)가 웨이퍼 서치작동을 하지 않는 동안, 웨이퍼 서치기구(352)는 다른 작동부재와의 간섭을 피하도록 장치내에서 대기위치로 유지된다. 웨이퍼 서치센서(356)는 서로 마주보게 배치되어 그들 사이를 지나는 빛은 로딩ㆍ언로딩부의 측면에서 볼때 웨이퍼 카세트를 수직적으로 통과한다. 웨이퍼 서치기구(352)가 웨이퍼 서치작동을 하는 동안, 웨이퍼 서치기구(352)는 더미 웨이퍼 스테이션(353) 아래의 위치로부터 웨이퍼 카세트내의 최종 슬롯위의 위치로 왕복적으로 이동하여, 빛이 반도체웨이퍼에 의해 차광되는 횟수를 세어 웨이퍼 카세트내의 웨이퍼의 수를 계산하고, 구동원으로서의 펄스모터의 펄스로부터 반도체웨이퍼의 위치를 검출하며, 웨이퍼 카세트내의 어느 곳에 반도체웨이퍼가 위치되었나를 결정한다. 웨이퍼 서치기구(352)는 또한 웨이퍼 서치센서(356) 사이의 빛이 미리 저장된 웨이퍼 카세트내의 슬롯사이의 간격에 대응하는 펄스의 수보다 큰 펄스의 수에 대응하는 시간동안 차광될때 경사지게 삽입된 웨이퍼를 검출하는 경사진 웨이퍼 검출기능을 구비한다.
에어실린더에 의해 수직적으로 이동 가능한 셔터(357)는 웨이퍼 카세트내의 개구 및 장치의 사이에 배치되어 카세트 위치영역과 장치의 내부를 분리시킨다. 셔터(357)는 운반로봇(4)이 웨이퍼 카세트로 또는 웨이퍼 카세트로부터 반도체웨이퍼를 운반할때를 제외하고는 폐쇄된다. 격벽(358)은 장치의 전반에 배열된 로드-언로드 스테이지(2) 사이에 배치되어 작업자가 작동중인 인접 웨이퍼 카세트를 손대지 않고 교체를 위해 처리된 웨이퍼 카세트에 접근할 수 있도록 한다.
로드-언로드 스테이지(2)는 도어(360)에 의해 장치의 외부와 분리된 각각의 전면을 구비한다. 도어(360)는 잠금기구 및 도어가 열려있는지 닫혀있는지를 검출하는 센서(361)를 구비한다. 웨이퍼 카세트가 처리되는 동안, 도어(360)는 잠금기구에 의해 잠겨져 웨이퍼 카세트를 보호하고 작업자를 위험으로부터 보호한다. 도어(360)가 소정의 시간주기동안 개방되어 있으면, 경보가 발생된다.
웨이퍼 카세트를 로딩ㆍ언로딩부내로 위치시키는 방법은 두가지가 있다.
(1) 일방법에 따르면, 반도체웨이퍼를 수용하는 웨이퍼 카세트는 웨이퍼 지지부상에 직접적으로 위치된다. 이 절차는 로딩ㆍ언로딩부과 마주보는 세정실의 챔버가 상대적으로 청정할때, 즉 예를 들어 클래스(class) 100 또는 더 낮은 세정실 환경일 때 채용된다.
(2) 다른 방법에 따르면, 로딩ㆍ언로딩부과 마주보는 세정실의 챔버가 상대적으로 더러울 때, 즉 예를 들어 클래스 1000 또는 더 높은 세정실 환경일 때, 웨이퍼 카세트는 약 클래스 100 세정실 환경으로 제어된 상자내에 위치되어, 세정실내로 운반되고 로딩ㆍ언로딩부상에 위치된다.
만약 상술된 방법(1)이 채용되면, 필터 팬 유닛(10000)이 로딩ㆍ언로딩부상에 장착되어 웨이퍼 지지부를 항상 청정하게 유지시킨다.
도 24는 상술된 방법(2)에 따라 작동되는 다른 로딩ㆍ언로딩부를 도시한다. 방법(2)에 따르면, 웨이퍼 카세트(1)는 상자(367)내에 수용되고 로드-언로드 스테이지(2)상에 위치된다. 상자(367)가 로드-언로드 스테이지(2)상에 위치되면, 로드-언로드 스테이지(2) 및 상자(367)의 바닥 플레이트(363)에 부착된 스테이지(366)는 잠겨져 서로 고정된다. 바닥 플레이트(363)는 상자(367)을 충분히 닫도록 상자(367)에 부착된다. 스테이지(366) 및 바닥 플레이트(363)가 서로 잠겨지는것과 동시에, 로드-언로드 스테이지(2) 및 상자(367)는 밀착되고, 상자(367) 및 바닥 플레이트(363)는 서로로부터 풀어져 서로로부터 자유롭게 떨어질 수 있다.
스테이지(366)는 스테이지(366) 및 웨이퍼 카세트(1)가 위치되는 바닥 플레이트(363)를 승강 및 하강시키는 승강기구(362)를 구비한다. 스테이지(366) 및 바닥 플레이트(363)가 서로 잠겨진것이 확인되면, 스테이지(366)는 하강되어 웨이퍼 카세트(1)를 장치내부(364)로 반입시킨다. 만약 장치내부(364)가 청정하게 유지되면, 웨이퍼 카세트(1)는 장치내부(364)보다 더 더러운 외부공기(365)에 노출됨이 없이 장치내부(364)로 운반될 수 있다. 운반로봇(4)을 웨이퍼 카세트(1)에 인접한 위치로 이동하게 하여 로드-언로드 스테이지(2) 아래에 위치된 웨이퍼 카세트(1)내의 반도체웨이퍼를 받아들이도록 함으로써, 반도체웨이퍼는 폴리싱장치내로 반입될 수 있다.
세정장치
폴리싱장치내에 장착된 세정장치중, 세정장치(22, 23)는 자신의 축선 주위로 회전가능하고 반도체웨이퍼에 대해 압착되어 반도체웨이퍼의 반대측을 세정하는 롤형상의 스폰지를 구비한다. 반도체웨이퍼의 면측(연마후의 면)을 세정하기 위해, 세정장치(22, 23)는 롤형상의 스폰지를 반도체웨이퍼에 대해 회전 및 압착시키는 롤형태의 세정기구 또는 반구형의 스폰지를 반도체웨이퍼에 대해 회전 및 압착시키는 펜슬(pencile) 형태의 세정기구를 구비할 수도 있다. 두 형태중 어느 하나가 선택될 수 있다. 또한, 초음파 진동이 공급된 세정액으로 반도체웨이퍼를 세정하는 메가소닉 형태(megasonic type)의 세정기구가 추가될 수도 있다. 세정장치(22, 23)는 주로 반도체웨이퍼로부터 미립자를 제거하는 역할을 한다. 세정장치의 형식에 상관없이, 각 세정장치는 반도체웨이퍼의 면(연마후의 면) 및 반대측면에 3종류 이상의 세정액을 공급할 수 있다.
각 세정장치(5, 6)는 반도체웨이퍼의 반대측면을 린싱할 수 있다. 반도체웨이퍼의 면을 세정하기 위해, 세정장치(5, 6)는 반구형 스폰지를 반도체웨이퍼에 대해 회전 및 압착시키는 펜슬형식의 세정기구에 의한 세정, 및 초음파진동이 가해진 세정액으로 반도체웨이퍼를 세정하는 메가소닉형식의 세정기구에 의한 세정을 수행할 것이다. 각 세정장치(5, 6)는 반도체웨이퍼의 면(연마후의 면) 및 반대측면에 3종류 이상의 세정액을 공급할 수 있다. 세정액은 순수를 포함할 것이다. 반도체웨이퍼를 처킹하는 스테이지는 고속으로 회전될 것이고, 세정된 웨이퍼를 건조시키는 기능을 구비한다.
메가소닉형식의 세정기구 대신에, 각 세정장치는 메가소닉 형식과 동일한 효과를 나타내기 때문에 세정액에 공동(cavitation)이 가해진 공동효과(cavitation effect)를 이용하는 공동 제트형식을 구비할 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 세정장치(5, 6, 22, 23)는 반도체웨이퍼가 그 안으로 반입되거나 또는 그곳으로 제거될 때에만 개방될 수 있는 각 셔터(5a, 5b, 6a, 6b, 22a, 23a)와 연관된 각 개구를 구비한다. 셔터(5b, 6b)를 구비한 개구는 세정 및 건조된 반도체웨이퍼가 그곳을 통해 통과하게 하는 역할을 한다. 즉, 연마되고, 세정되고, 건조된 반도체웨이퍼는 운반로봇(4)에 의해 세정장치(5, 6)로부터 셔터(5b, 6b)를 구비한 개구를 통해 웨이퍼 카세트(1)로 운반될 것이다. 또한, 연마되고, 세정되고, 건조된 반도체웨이퍼는 운반로봇(4)에 의해 세정장치(5, 6)로부터 셔터(5a, 6a)를 구비한 개구 및 웨이퍼 스테이션(50)을 통해 웨이퍼 카세트(1)로 운반될 것이다.
각 세정장치(5, 6, 22, 23)는 공기압에 의해 제어될 수 있는 정유량(constant-rate flow)밸브와 연관된 복수의 세정액 공급라인을 구비한다. 공기압을 제어하는 전자공기식 조절기와 결합된 정유량밸브에 의해, 세정액 공급라인내의 유량은 자유롭게 제어패널로부터 설정될 수 있다. 세정장치에 공급된 세정액, 및 세정공정과 세정시간은 제어패널로부터 설정될 수 있다.
세정챔버(영역B)의 베이스상에 가이드가 장착되고, 세정장치는 가이드내에 장착되어, 세정장치는 다른 형식의 세정장치와 용이하게 교체될 수 있다. 교체된 세정장치를 동일위치에 위치시키는 위치지정기구가 제공된다.
공기흐름
폴리싱장치는 로딩ㆍ언로딩부(영역A), 세정챔버(영역B), 연마챔버(영역 C 및 D)를 포함하는 4개의 영역으로 나누어진다.
연마챔버(영역 C 및 D)내로의 공기흐름은 4개의 공기흐름으로 구분된다. 제 1공기흐름은 슬러리같은 먼지가 비산하는 것을 방지할 목적으로 턴테이블 주위에 발생한다. 제 2공기흐름은 반도체웨이퍼, 푸셔 및 톱링이 푸셔영역내에서 세정될때 발생된 세정액의 안개(mist)가 비산하는 것을 방지할 목적으로 푸셔주위에 발생한다. 제 3공기흐름은 연마챔버내의 습한 분위기로 통하는 도어를 개방함과 동시에 연마같은 소모품이 교체될때 습한 분위기가 연마챔버로부터 빠져나오는 것을 방지하기 위해 전체 습한 영역으로부터 공기를 배출함으로써 연마챔버내의 전체 습한 영역에서 야기된다. 제 4공기흐름은 모터 및 다른 제어유닛으로부터 방출된 열을 흡수하기 위해 발생된다. 모든 공기흐름은 연마챔버내의 공기를 외부로 배기시킴으로써 발생되기 때문에, 연마 챔버 전체는 연마챔버 외부에서 발생된 압력과 비교할때 부압을 발생시킨다. 제 3공기흐름을 생성하기 위해, 도어가 개방되는 것과 동시에 공기를 배출하도록, 도어센서로부터의 신호에 대응하여 댐퍼를 자동적으로 개방시키는 것이 필요하다. 이러한 요구를 만족시키기 위해, 작동기가 댐퍼에 부착되어 댐퍼를 개방 및 폐쇄한다.
다른 배기통로는 각 배기량을 조절하는 댐퍼를 구비한다. 각 배기통로내의 배기량은 전체적인 배기균형을 달성하도록 댐퍼에 의해 조절된다. 압력스위치는 폴리싱장치의 배기포트내에 배치되어 만약 공기가 배출되지 않으면 폴리싱장치가 경보를 울리게 하거나 폴리싱장치를 닫음으로써, 폴리싱장치는 안전하게 작동될 수 있다.
도 25는 세정챔버(영역B)내의 공기흐름을 보여준다. 도 25에 도시된 바와 같이, 세정챔버(영역B)내의 공기흐름을 발생시키는 구조는 필터(190, 즉 ULPA 필터 또는 HEPA필터) 및 세정챔버(영역B)의 천정상에 장착된 팬(191)을 포함하는 필터 팬 유닛(194), 세정챔버(영역B)내의 공기를 필터 팬 유닛(194)으로 되돌려 공기를 순환시키는 덕트(193), 4개의 세정장치로부터 공기를 배출시키는 개별 공기배출통로(197), 및 필터 팬 유닛(194)과 결합된 흡기포트(195)를 구비한다. 화학필터가 공기내에 포함된 이온(즉, NH4 -K+등)을 제거하도록 추가될 수도 있다.
공기는 필터 팬 유닛(194)의 팬(191)에 의해 필터(190)를 통해 세정챔버(영역B)내로 공급되고, 팬(191)의 공기유량을 조절하는 기구(198)에 의해 조절되어 하류로서 유입된다. 기구(198)는 인버터 및 사이리스터-제어(thyristor-controlled)의 AC 전원조절기를 포함한다. 세정장치로부터 배출된 공기(E)는 필터 팬 유닛(194)과 결합된 흡기포트(195)로부터 세정챔버(영역B)내로 유입된다. 세정장치로부터 배출된 다른 공기(F)는 덕트(193)를 경유하여 필터 팬 유닛(194)으로 전달되고, 공기순환을 위해 세정챔버(영역B)로 되돌아온 청정한 공기로서 필터(190)를 통과한다. 세정챔버(영역B)내의 공기압력은 덕트(193)내에 배치된 댐퍼(192)의 개방도에 의해 조절된다.
세정장치로부터의 공기는 개별 공기배출통로를 통해 배출된다. 이들 개별 공기배출통로는 만약 세정장치에 사용된 세정화학물이 그들 사이의 반응으로 인해 역효과를 일으키지 않으면 세정장치로부터 공기를 배출하도록 함께 결합될 수도 있다. 댐퍼는 개별 공기배출통로내에 배치되어 배출된 공기의 균형량을 생성한다.
로딩ㆍ언로딩부(영역A)내의 공기흐름을 발생시키는 구조는 세정장치로부터 개별 공기배출통로가 생략된 것을 제외하고 세정챔버(영역B)내의 공기흐름을 생성시키는 구조와 동일하다. 로딩ㆍ언로딩부(영역A)내의 공기흐름을 제어하는 공정은 또한 로딩ㆍ언로딩부(영역A)내의 공기압력이 세정챔버(영역B)내의 공기압력보다 높게 조절되는 것을 제외하고 세정챔버(영역B)내의 공기흐름을 조절하는 공정과 동일하다.
폴리싱장치내의 공기는 리턴덕트(193, return duct)에 의해 순환되어 필터(190)를 거쳐 재사용된다. 따라서, 세정실로부터 폴리싱장치내로 유입되는 청정공기량은 감소되어 에너지를 절약한다.
전체 폴리싱장치내의 공기흐름은 최고수준의 청정도가 요구되는 로딩ㆍ언로딩부(영역A)내의 공기압력이 최고 높고, 세정챔버(영역B) 및 연마챔버(영역C 및 D)순으로 점차적으로 낮게 조절된다. 만약 세정실내의 청정도 수준이 반도체웨이퍼에 대해 요구되는 청정도 수준보다 낮으면, 전체 폴리싱장치내의 공기압력은 폴리싱장치내의 공기압력이 세정실내의 공기압력보다 높게 만들도록 조절될 수 있다. 만약 세정실내의 청정도 수준이 반도체웨이퍼에 대해 요구되는 청정도 수준과 동일하거나 높으면, 전체 폴리싱장치내의 공기압력은 폴리싱장치내의 공기압력이 세정실내의 공기압력보다 낮게 만들도록 조절될 수 있다.
운반로봇
도 26은 운반로봇(4)의 측면 입면도이다. 도 26에 도시된 바와 같이, 운반로봇(4)은 로봇몸체를 회전시키는 θ축(120), 핸드를 연장 및 수축시키는 R1(상부핸드) 및 R2(하부핸드)축(121-1, 121-2, 즉 X축 및 Y축), 수직방향으로의 Z축(122), 및 웨이퍼 카세트가 배열되는 방향으로의 X축(123)을 구비한다. 상부 및 하부핸드는 그 안에 개별 진공라인을 구비할수도 있고, 진공흡착형 핸드로서 사용될 수도 있다. 또한 반도체웨이퍼(101)의 반대측면이 오염되는 것을 방지하기 위해, 상부핸드는 반도체웨이퍼의 둘레 가장자리를 지지하는 세라믹으로 만들어진 얇은 오목부 지지형 핸드(125)을 포함한다. 얇은 오목부 지지형 핸드(125)는 만약 세정장치(5, 6)로부터 웨이퍼를 제거하고 웨이퍼 카세트(1)내로 웨이퍼를 되돌리는 운반공정에서 사용된다면 효과적이다. 즉, 얇은 오목부 지지형 핸드(125)는 세정된 반도체웨이퍼를 운반시키는데 바람직하다. 만약 반도체웨이퍼상의 레이어의 두께를 측정하는 두께측정유닛이 제공된다면, 얇은 오목부 지지형 핸드(125)는 두께측정유닛으로 또는 두께측정유닛으로부터 웨이퍼를 운반하는데 사용된다. 하부핸드는 세라믹으로 만들어지고 핸드몸체로부터 분기된 두 지지부를 구비한 진공 흡착형 핸드(126)를 포함한다. 진공 흡착형 핸드(126)는 그 안에 진공라인을 구비한다. 진공 흡착형 핸드(126)는 웨이퍼 카세트(1)로부터 반도체웨이퍼를 인출하고 반도체웨이퍼를 웨이퍼 스테이션(50)으로 운반하는 역할을 한다.
도 27은 운반로봇(20 또는 21)의 사시도이다. 도 27에 도시된 바와 같이, 운반로봇(20 또는 21)은 로봇몸체를 회전시키는 θ축(120), 핸드를 연장 및 수축시키는 R1(상부핸드) 및 R2(하부핸드)축(121-1, 121-2, X축 및 Y축포함), 및 수직방향으로의 Z축(122)을 구비한다. 또한 상부핸드(125) 및 하부핸드(126)는 오목부 지지형 핸드이다. 운반로봇(20)의 상부핸드(125)는 세정장치(22), 세정장치(5), 및 반도체 스테이션(50)의 웨이퍼 지지체(9, 10)로 접근할 수 있다. 운반로봇(20)의 하부핸드(126)는 웨이퍼 스테이션(50)의 웨이퍼 지지체(7), 세정장치(22), 및 반전기(28)에 접근할 수 있다. 또한 운반로봇(21)의 상부핸드(125)는 세정장치(23), 세정장치(6), 및 웨이퍼 스테이션(50)의 웨이퍼 지지체(9, 10)에 접근할 수 있다. 운반로봇(21)의 하부핸드(126)는 웨이퍼 스테이션(50)의 웨이퍼 지지체(8), 세정장치(23), 및 반전기(28')에 접근할 수 있다. 도 27에서, 상부핸드(125) 및 하부핸드(126)는 각각 반도체웨이퍼(101)를 지지하는 것처럼 도시된다.
웨이퍼 스테이션
도 28a 내지 28e는 웨이퍼 스테이션을 도시한다. 도 28a는 웨이퍼 스테이션의 정면도, 도 28b는 웨이퍼 스테이션의 측면 입면도, 도 28c는 화살표 Ⅰ방향에서 본 웨이퍼 스테이션의 도, 도 28d는 화살표 Ⅱ방향에서 본 웨이퍼 스테이션의 도, 및 도 28e는 화살표 Ⅲ방향에서 본 웨이퍼 스테이션의 도이다.
도 28a 내지 28e에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 스테이션(50)은 동시에 4개의 웨이퍼를 잡을 수 있는 웨이퍼 지지체(7, 8, 9, 10)를 포함한다. 웨이퍼 스테이션(50)은 상호 수평방향으로 이격된 웨이퍼 지지체(7, 8)로 구성된 건식 스테이션, 및 상호 수직방향으로 이격된 웨이퍼 지지체(9, 10)로 구성된 습식 스테이션으로 엄격히 나누어진다.
건식 스테이션(7, 8)은 연마되기전에 반도체웨이퍼를 일시적으로 지지하는 웨이퍼 지지체 역할을 한다. 건식 스테이션(8)은 운반로봇(4, 21)에 의해 접근될 수 있고, 운반로봇(4)으로부터 운반된 반도체웨이퍼가 그곳을 통해 반도체웨이퍼를 오른쪽 연마부로 운반하는 운반로봇(21)으로 운반될 수 있게 한다. 유사하게, 건식 스테이션(7)은 운반로봇(4)으로부터 운반된 반도체웨이퍼가 그곳을 통해 반도체웨이퍼를 왼쪽 연마부로 운반하는 운반로봇(20)으로 운반될 수 있게 한다. 웨이퍼 지지체가 운반로봇(20, 21)에 대해 각각 제공되기 때문에, 각 연마 챔버에 대한 전용루트는 턴테이블상의 각 연마공정의 연마 시간이 서로 다를때 다른 턴테이블에서보다 연마 시간이 긴 턴테이블에 의한 지체없이 항상 처리될 반도체웨이퍼를 연마 챔버로 공급하도록 이용가능하다. 운반로봇(4)에 의해 진공흡착하에 웨이퍼 카세트로부터 인출된 반도체웨이퍼는 건식 스테이션(7, 8)으로 운반된다. 웨이퍼 카세트내의 반도체웨이퍼의 위치정밀도가 그리 높지 않기 때문에, 로봇의 진공흡착핸드에 의해 지지되는 반도체웨이퍼의 위치정밀도는 그다지 높지 않다. 이러한 위치정밀도 에러를 완화시키고 반도체웨이퍼가 이어지는 로봇핸드로 또는 로봇핸드로부터 운반될 수 있게 하기 위해, 그 위에 반도체웨이퍼를 위치시키는 가이드 블럭(78, 79)은 반도체웨이퍼의 중심을 맞추는 위치지정 테이퍼(180, positioning taper)를 구비한다. 웨이퍼 카세트내의 웨이퍼 편차가 다른 기구내에서 보다 크기 때문에, 가이드 블럭의 테이퍼의 수직길이는 클것이 요구된다. 운반로봇(4)은 건식 스테이션(7, 8)의 가이드 블럭내로 하부핸드를 위치시키고, 핸드의 진공차단을 수행하여 반도체웨이퍼를 그곳으로부터 떨어뜨리고, 반도체웨이퍼를 그것에 의해 반도체웨이퍼가 중심이 맞추어지는 가이드 블럭으로 운반시킨다. 건식 스테이션(7, 8)은 건식 스테이션(7, 8)내에 반도체웨이퍼가 있는 지를 검출하는 투과형 광센서(71, 72)를 각각 구비한다.
건식 스테이션(7, 8)은 청정영역 및 건식영역 사이의 중간에 위치되기 때문에, 셔터(11)가 제공되어 다른 청정도를 갖는 영역의 분위기가 서로 섞이는 것을 방지하도록 서로로부터 이들 영역을 분리시킨다. 셔터(11)는 정상적으로는 폐쇄되지만, 운반로봇(4)이 건식 스테이션(7, 8)에 접근할때만 개방된다.
습식 스테이션(9, 10)은 연마후의 반도체웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 지지체로서 역할을 한다. 습식 스테이션(9, 10)은 운반로봇(20, 21)에 의해 각각 접근될 수 있고, 반도체웨이퍼가 운반로봇(20, 21) 사이로 운반되도록 한다. 습식 스테이션(9)은 한 번 이상 세정된 반도체웨이퍼를 위치시키는 웨이퍼 지지체로서 역할을 하고, 습식 스테이션(10)은 세정단계의 수가 습식 스테이션(9)상에 위치된 반도체웨이퍼의 세정단계의 수보다 작은 세정공정중인 반도체웨이퍼를 위치시키는 웨이퍼 지지체로서 역할을 한다. 습식 스테이션(9, 10)은 청정도에 따라 분리적으로 사용되기 때문에, 오염이 스테이션을 통해 확산되는 것을 방지할 수 있다.
각 습식 스테이션(9, 10)은 핀을 포함하는 웨이퍼 가이드를 구비하고, 오리엔테이션 플랫(orientation flat)을 갖는 반도체웨이퍼 및 노치(notch)를 갖는 반도체웨이퍼에 적합하다. 습식 스테이션(9, 10)은 반도체웨이퍼와의 점 대 점 접촉용 핀을 구비한 구조이기 때문에, 오염이 스테이션을 통해 확산되는 것을 방지하는데 효과적이다. 습식 스테이션(9, 10)은 습식 스테이션(9, 10)내에 반도체웨이퍼가 있는지를 검출하는 투과형 광센서(73, 74)를 각각 구비한다.
습식스테이션은 반도체웨이퍼가 건조되는 것을 방지하고, 반도체웨이퍼의 상부면 및 하부면에 세정액을 공급함으로써 반도체웨이퍼를 세정하는 각각의 노즐(75, 76)을 구비한다. 국부적인 공기배출라인은 새정액의 안개가 웨이퍼 스테이션(50)으로부터 주위로 비산되는 것을 방지하고자 제공된다. 세정액은 세정될 레이어(필름)의 형식에 따라 순수, 이온수등을 포함하는 여러 액체일 수 있다.
습식 스테이션을 방수하기 위해, 습식 스테이션은 그곳을 통해 반도체웨이퍼를 운반하는 운반로봇(20, 21)용 개구에 배치된 셔터(77)를 구비하고, 셔터(77)는 에어실린더(81)에 의해 수직적으로 이동 가능하다. 셔터(77)는 정상적으로는 닫혀 있지만, 운반로봇(20, 21)이 스테이션에 접근할때만 개방된다.
반전기
도 29a및 29b는 반전기를 도시한다. 도 29a는 반전기의 평면도이고, 도 29b는 부분적으로 단면인 반전기의 측면 입면도이다. 반전기(28, 28')는 동일한 구조이기 때문에, 아래에서는 반전기(28)만 설명된다. 도 29a및 29b에 도시된 바와 같이, 반전기(28)는 그 안의 반도체웨이퍼를 클램핑하는 그루브(groove)를 구비한 그 곳에 고정된 복수(예를 들어, 6개)의 핀(231)을 지지하는 한 쌍의 아치형상의 아암(230)을 갖는다. 아암(230)은 에어실린더(232)에 의해 밀려지고 당겨질 수 있는 샤프트(234) 및 압축링(233)의 운동에 대응하여 개방 및 폐쇄될 수 있다. 에어실린더(232)가 연장되면, 그에 의해 아암(23)은 개방된다. 에어실린더(232)가 수축되면, 아암(23)은 압축링(233)의 압축력하에 폐쇄된다. 샤프트(234) 및 에어실린더(232)의 말단은 서로 거리를 두고 이격되고, 샤프트(234)는 스토퍼(235)가 압축스프링(233)의 바이어스(bias)하에 단부블럭(236)과 접촉할 때까지 당겨진다.
단부블럭(236)은 반도체웨이퍼(101)가 쳐질때 스토퍼(235) 및 단부 블럭(236) 사이에 1mm의 간극이 형성되도록 조절된다. 스토퍼(235)는 그 안에 형성된 슬릿을 구비하고, 투과형 광센서(237)는 반도체웨이퍼(101)가 아암(230)에 의해 클램프(clamp)될때 슬릿을 통과하는 빛을 검출하도록 배치된다. 따라서, 반도체웨이퍼(101)가 클램프되지 않거나 또는 적절하게 클램프될 수 없을때, 투과형 광센서(237)는 빛을 검출하지 않는다. 따라서, 투과형 광센서(237)는 반도체웨이퍼(101)가 반전기(28)내에 존재하는지를 인식할 수 있다.
샤프트(234)용 슬라이드(slide) 기구와 풀리(238)는 서로 연결되고, 풀리(238)는 벨트(241)를 통해 스테핑모터(239)의 샤프트 단부에 고정된 풀리(240)에 결합된다. 스테핑모터(239)에 전원이 공급되면, 아암(230)은 수평축 주위로 회전된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 셔터(25, 26)는 반전기(28, 28') 및 운반로봇(20, 21) 사이에 배치되어 그 안에 배치된 운반로봇을 구비한 세정챔버로부터 그 안에 배치된 반전기를 구비한 연마 챔버를 분리시킨다. 반도체웨이퍼를 운반하기 위해, 셔터(25, 26)는 개방되고, 운반로봇(20, 21)의 핸드는 개구를 출입한다. 운반로봇(20, 21)의 핸드가 개구를 출입하지 않을때, 셔터(25, 26)는 폐쇄되어, 반도체웨이퍼 및 아암에 고정된 처크핑커(chuck finger)가 세정될 수 있게 하는 방수기구를 제공한다.
다음, 도 29a및 29b를 참조하여 반전기의 작동이 설명된다.
운반로봇(20) 및 리프터(29)는 반전기(28)에 접근하여 반도체웨이퍼를 반전기(28)로 운반할 수 있다. 운반로봇(21) 및 리프터(29')는 반전기(28')에 접근하여 반도체웨이퍼를 반전기(28')로 운반할 수 있다.
반전기(28)는 아암(230)이 개방된 상태에서 운반로봇(20) 또는 리프터(29)에 의해 운반된 반도체웨이퍼를 기다린다. 아암(230)은 운반로봇(20)의 하부핸드 또는 리프터(29)에 의해 운반된 반도체웨이퍼가 아암(230)에 고정된 핀(231)의 웨이퍼 지지 그루브의 수직높이와 동일한 높이에 위치되고, 반도체웨이퍼의 중심이 거의 아암(230)상의 핀구성의 중심에 위치될 때, 및 운반로봇(20) 또는 리프터(29)로부터의 이동의 완료를 나타내는 신호를 받은 후 폐쇄된다. 반도체웨이퍼(101)의 존재가 센서(237)에 의해 확인된 후, 운반로봇(20)의 핸드는 소정의 높이로 내려가 수축된다. 대안적으로, 반도체웨이퍼(101)의 존재가 센서(237)에 의해 확인된 후, 리프터(29)는 내려간다. 이러한 방식에 있어서, 반도체웨이퍼(101)는 운반로봇(20) 또는 리프터(29)로부터 반전기(28)로 운반된다. 반전기(28)로 운반된 반도체웨이퍼(101)는 스테핑모터(239)로 아암(230)을 작동시킴으로써 반전된다. 반전된 반도체웨이퍼(101)는 운반로봇(20) 또는 리프터(29)가 반전기(28)에 접근하여 반도체웨이퍼를 받을 때까지 동일조건으로 유지된다.
반도체웨이퍼의 반전작동은 반도체웨이퍼의 연마 전후에 수행된다. 연마후의 반도체웨이퍼(101)를 반전시키는 경우에, 연마동안 반도체웨이퍼(101)상에 부착된 연마액 또는 연마찌꺼기가 반도체웨이퍼(101)상에서 건조되는 것을 방지하기 위해, 반도체웨이퍼(101)는 반도체웨이퍼의 반전 전후에 세정액에 의해 린싱된다. 반도체웨이퍼(101)를 린싱하는데 사용되는 세정액은 순수 또는 화학용액을 포함하고, 소정의 시간주기동안 최적의 각도에서 요구되는 압력하에 요구되는 속도로 분무노즐로부터 인가된다. 린싱공정은 이어지는 세정공정이 충분한 세정성능하에서 수행되도록 한다. 반도체웨이퍼(101)가 반전기(28)에서 기다리고 있는 동안, 세정액은 반도체웨이퍼(101)에 연속적으로 공급된다. 하지만, 가동비 측면에서, 세정액은 사용되는 양을 줄이도록 간헐적으로 공급될 수도 있다.
반전기(28)가 반도체웨이퍼(101)를 클램핑하고 있지 않는 동안, 반도체웨이퍼(101)를 클램핑하는 그루브 및 그 주위영역은 세정액에 의해 세정되어 반도체웨이퍼(101)가 반도체웨이퍼(101)와 접촉할 부재에 의해 오염되는 것을 방지한다.
리프터
도 30은 리프터의 종단면도이다. 리프터(29, 29')는 동일한 구조를 가지고 있으므로 리프터(29)만이 설명될 것이다. 리프터(29)는 반도체웨이퍼를 위치시키는 스테이지(260) 및 스테이지(260)를 승강 및 하강시키는 에어실린더(261)를 포함한다. 에어실린더(261) 및 스테이지(260)는 수직적으로 이동가능한 샤프트(262)에 의해 결합된다. 스테이지(260)는 원주방향으로 동일한 각간격으로 배치되고 반지름방향 바깥쪽으로 연장하는 3개의 지지부(263)를 구비한다. 3개의 지지부(263)는 동일한 각간격으로 배치되어 오리엔테이션 플랫을 구비한 반도체웨이퍼가 지지되어 안전하게 운반될 수 있다. 3개의 지지부(263)는 반전기(28)내의 반도체웨이퍼를 처킹하는 핀(231)과 정렬되지 않는 위치에 배치된다. 즉, 핀(231)에 의해 지지된 반도체웨이퍼의 제 1원주상 가장자리는 리프터(29)의 지지부(263)에 의해 지지되는 반도체웨이퍼의 제 2원주상 가장자리에 대응하지 않는다. 반도체웨이퍼를 반전기(28) 또는 회전운반기(27)로 운반하는 리프터(29)의 웨이퍼 지지부(263)는 반도체웨이퍼를 지지하는 개별 지지면, 및 반도체웨이퍼가 지지면상에 위치될때 반도체웨이퍼를 중심맞추는 지지면으로부터 바깥 위쪽으로 연장하는 개별 테이퍼면을 구비한다.
스테이지(260)의 웨이퍼 지지면은 에어실린더(261)의 작동에 의해 반도체웨이퍼가 반전기(28)에 지지되는 위치로 올려진다. 충격흡수기능을 구비한 스토퍼(264)가 제공되어 스테이지(260)의 상승을 중지시킨다. 샤프트(262)에 고정된 스토퍼 베이스(265)가 스토퍼(264)와 접촉하면, 에어실린더(261)의 추가작동은 정지되고, 샤프트(262)에 고정된 스테이지(260)의 상승은 동시에 정지된다. 스토퍼(264)의 위치를 조절함으로써, 스테이지(260)의 상승높이는 반도체웨이퍼의 위치를 리프터(29) 및 반전기(28) 사이로 옮기도록 조절될 수 있다. 센서(266, 267)가 에어실린더(261)상에 제공되어 에어실린더(261)의 상승 및 하강의 완료를 각각 검출한다.
다음, 상술된 구조를 갖는 리프터의 작동이 설명된다. 리프터(29)는 반도체웨이퍼를 반전기(28) 및 회전운반기(27) 사이로 운반하는 웨이퍼 운반기구를 구성한다. 연마전의 반도체웨이퍼는 운반로봇(20)으로부터 반전기(28)로 운반된다. 그후, 반도체웨이퍼는 반전기(28)에 의해서 반전되어 반도체웨이퍼의 패턴면(pattern surface, 반도체 디바이스가 형성되는 면)이 아래로 향하게 한다. 리프터(29)의 스테이지(260)는 반전기(28)에 의해 지지되는 반도체웨이퍼를 향해 상승되어 반도체웨이퍼 바로 아래에서 정지된다. 에어실린더(261)상에 제공된 센서(266)는 스테이지(260)가 반도체웨이퍼 바로 아래에 위치되는 위치에서의 리프터(29)의 정지를 검출하면, 반전기(28)는 아암(230)의 개방하여 반도체웨이퍼를 놓고, 반도체웨이퍼는 리프터(29)의 스테이지(260)상에 위치된다. 그후, 리프터(29)는 반도체웨이퍼를 지지한 상태로 하강된다. 반도체웨이퍼가 리프터(29)에 의해 하강되는 동안, 반도체웨이퍼는 회전운반기(27)로 운반된다. 이때, 반도체웨이퍼는 회전운반기(27)의 핀상에 위치된다. 반도체웨이퍼가 회전운반기(27)의 핀상에 위치된 후, 리프터(29)는 스테이지(260)를 하강시키도록 계속 작동되고, 스테이지(260)가 에어실린더(261)의 행정에 의해 하강될때 정지된다.
연마후의 반도체웨이퍼는 리프터(29)에 의해 회전운반기(27)로부터 반전기(28)로 운반된다. 즉, 연마후의 반도체웨이퍼는 회전운반기(27)에 의해 리프터(29) 위쪽 위치로 운반된다. 이때, 리프터(29)의 스테이지(260)는 회전운반기(27)의 바로 아래에 위치된다. 회전운반기(27) 상에 위치된 반도체웨이퍼가 리프터(29)의 스테이지(260) 바로 위쪽 위치에 위치되고 반도체웨이퍼의 이동이 정지된 것이 확인된 후, 리프터(29)의 스테이지(260)는 승강하기 시작한다. 리프터(29)의 스테이지(260)는 스테이지(260)가 상승되는 동안 회전운반기(27)로부터 반도체웨이퍼를 받는다. 그후, 리프터(29)의 스테이지(260)는 계속하여 상승된다. 이때, 반전기(28)는 아암(230)이 개방되어 반도체웨이퍼를 클램핑할 준비가 된 상태로 반도체웨이퍼를 기다린다. 반도체웨이퍼의 상승은 반도체웨이퍼가 아암(230)상의 핀(231)의 웨이퍼 지지 그루브와 수평적으로 정렬되는 위치에서 정지된다. 리프터(29)의 스테이지(260)의 상승완료는 에어실린더(261)상에 제공된 센서(266)에 의해 검출되고, 센서(266)에 의한 검출신호는 폴리싱장치의 제어기에 보내져 제어기가 스테이지(260)의 상승완료를 인식하도록 한다. 폴리싱장치의 제어기가 검출신호를 수신하면, 반전기(28)는 아암(230)을 폐쇄하도록 작동된다. 이러한 작동에 의해, 반도체웨이퍼는 반전기(28)에 의해 지지된다. 반도체웨이퍼가 반전기(28)에 의해 지지된 것이 확인되면, 리프터(29)의 스테이지(260)는 하강된다.
회전운반기
도 31 및 32는 회전운반기(27)를 도시하는 것으로서, 도 31은 회전운반기의 평면도이고, 도 32는 회전운반기의 종단면도이다. 도 31 및 32에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼(101)를 운반하는 회전운반기는 90°동일한 각 간격으로 4개의 웨이퍼 지지 스테이지를 구비하고, 4개의 웨이퍼 지지 스테이지 각각은 6지점에서 반도체웨이퍼를 지지하는 스테이지상에 위치된 6개의 핀(201)을 구비한다. 반도체웨이퍼는 적어도 3개의 핀에 의해서 지지될 수 있지만, 이 실시예에서는, 6개의 핀(201)이 제공되어 오리엔테이션 플랫을 구비한 반도체웨이퍼 및 노치를 구비한 반도체웨이퍼를 지지한다. 수직으로부터 15° 내지 25°의 테이퍼각을 갖는 테이퍼면(202)이 핀(201)의 전방단부에 형성되어 반도체웨이퍼가 운반될때 반도체웨이퍼의 중심을 맞춘다.
웨이퍼 검출센서(200)가 회전운반기(27)로부터 이격된 소정의 위치에 제공된다. 센서(200)는 빛을 방출하는 요소(200a) 및 빛을 수신하는 요소(200b)를 포함하는 감광장치이고, 회전운반기(27)의 스테이지와 함께 이동되지 않는다. 스테이지상에 위치된 반도체웨이퍼의 상태는 회전운반기(27)의 각 스테이지에서 결정된다. 보다 상세하게, 회전운반기(27)는 연마전의 반도체웨이퍼를 위치시키는 2개의 로드 스테이지(우측 및 좌측) 및 연마후의 반도체웨이퍼를 위치시키는 2개의 로드 스테이지(우측 및 좌측)를 포함한다. 각 스테이지상에 위치된 반도체웨이퍼의 상태는 항상 고정되고, 회전운반기(27)는 연마전의 반도체웨이퍼를 턴테이블(34)상에 위치시키는 스테이지(210), 연마후의 반도체웨이퍼를 턴테이블(34)상에 위치시키는 스테이지(211), 연마전의 반도체웨이퍼를 턴테이블(35)상에 위치시키는 스테이지(212), 및 연마후의 반도체웨이퍼를 턴테이블(35)상에 위치시키는 스테이지(213)를 구비한다.
반도체웨이퍼에 세정액을 공급하는 린싱노즐(501, 502, 503, 504)은 회전운반기(27)의 위쪽 또는 아래쪽과 회전운반기(27)로부터 이격된 위치에 제공된다. 린싱노즐(501, 502, 503, 504)은 고정적이고 스테이지와 함께 회전되지 않는다. 세정액으로서 순수 또는 이온수가 주로 사용된다. 서로로부터 웨이퍼 지지 스테이지(210 내지 213)를 분리하도록 회전운반기(27)상에 분리기(204)가 제공되어 반도체웨이퍼 또는 톱링을 세정하는데 사용된 슬러리 및 세정액이 주위로 비산되는 것을 방지한다. 회전운반기(27)는 서보모터(205)에 결합되고, 회전운반기(27)상의 반도체웨이퍼는 서보모터(205)를 구동시킴으로써 운반된다. 원점센서(206)가 회전운반기(27)의 하부상에 제공되고, 웨이퍼 운반위치의 위치지정은 원점센서(206) 및 서보모터(205)에 의해 제어된다. 위치될 수 있는 운반위치는 중심으로서의 원점에 대해 90°간격의 3지점이다.
다음, 상술된 구조를 갖는 회전운반기(27)의 작동이 설명된다. 도 31은 회전운반기(27)의 원점을 도시한다. 회전운반기(27)는 90°만큼 반시계방향으로 회전되고, 스테이지(210)는 리프터(29) 위쪽에 위치된다.
톱링(32)으로 운반될 반도체웨이퍼(101)는 운반로봇(20)에 의해 반전기(28)로 운반된다. 반도체웨이퍼(101)는 반전기(28)에 의해 지지되어 반전, 즉 뒤집힌다. 반전된 반도체웨이퍼(101)는 리프터(29)에 의해 수신되어 하강된다. 반도체웨이퍼(101)가 리프터(29)에 의해 하강되는 동안 반도체웨이퍼(101)는 핀(201)의 테이퍼면(202)에 의해 웨이퍼 지지 스테이지(210)상에서 중심이 맞추어지고, 핀(201)의 쇼울더(shoulder)상에 위치된다. 반도체웨이퍼(101)가 핀(201)상에 위치되고 난 후, 리프터(29)는 계속 작동되어 회전운반기(27)가 회전될 때에도 스테이지(260)가 회전운반기(27)를 간섭하지 않을때까지 스테이지(260)를 하강되게 한다. 그후, 회전운반기(27)는 시계방향으로 90°만큼 회전되고, 회전운반기(27)상의 반도체웨이퍼(101)는 푸셔(30) 위쪽에 위치된다. 회전운반기(27)의 위치지정이 완료된후, 푸셔(30)가 작동되고, 반도체웨이퍼(101)는 회전운반기(27) 위쪽에 위치된 톱링(23)으로 운반된다.
톱링(23)에 의해 연마후의 반도체웨이퍼(101)는 푸셔(30)에 의해 톱링(23)의 아래에 위치된 회전운반기(27)의 웨이퍼 지지 스테이지(211)를 향해 이동된다. 톱링(32)으로부터 푸셔(30)로 운반된 반도체웨이퍼(101)는 핀(201)의 테이퍼면(202)에 의해 웨이퍼 지지 스테이지(211)상에 중심이 맞추어지고, 핀(201)의 쇼울더상에 위치된다. 반도체웨이퍼(101)가 웨이퍼 지지 스테이지(211)상에 위치된후, 푸셔(30)는 계속 작동되어 푸셔(30)는 회전운반기(27)를 간섭하지 않는다. 그후, 회전운반기(27)는 반시계방향으로 90°만큼 회전되고, 스테이지상의 반도체웨이퍼(101)는 리프터(29)의 위쪽에 위치된다. 회전운반기(27)의 위치지정이 완료된후, 리프터(29)의 스테이지(260)는 승강되고, 반도체웨이퍼(101)는 웨이퍼 지지 스테이지(211)로부터 스테이지(260)에 의해 수신되어 반전기(28)로 운반된다.
푸셔
도 33 및 도 34a 내지 34e는 푸셔를 도시하는 것으로서, 도 33은 푸셔의 종단면도이고, 도 34a 내지 34e는 푸셔의 작동을 설명하는 도이다. 푸셔(30, 30')는 동일한 구조이므로, 푸셔(30)만 설명된다.
도 33에 도시된 바와 같이, 톱링을 지지하는 가이드 스테이지(141)는 중공샤프트(140) 위쪽에 제공되고, 스플라인 샤프트(142, spline shaft)는 중공샤프트(140)내에 제공된다. 푸시 스테이지(143)는 스플라인 샤프트(142)의 위쪽에 제공된다. 에어실린더(145)는 가요성 조인트(144)를 통해 스플라인 샤프트(142)에 결합된다. 2개의 에어실린더가 직렬로 수직적으로 배치된다. 하부 에어실린더(146)는 가이드 스테이지(141) 및 푸시 스테이지(143)를 승강 및 하강시키고, 에어실린더(145)와 함께 중공샤프트(140)를 승강 및 하강시키는 역할을 한다. 에어실린더(145)는 푸시 스테이지(143)를 승강 및 하강시는 역할을 한다.
X축 및 Y축 방향의 선형웨이(linear way, 149)는 톱링 가이드(148)가 정렬기구를 갖도록 하기 위해 제공된다. 가이드 스테이지(141)는 선형 웨이(149)에 고정되고, 선형 웨이(149)는 중공샤프트(140)에 고정된다. 중공샤프트(140)는 슬라이드 부시(150, slide bush)를 통해 베어링 케이스(151)에 의해 지지된다. 에어실린더(146)의 행정은 압축링(152)를 통해 중공샤프트(140)로 전달된다.
푸시 스테이지(143)는 가이드 스테이지(141) 위쪽에 위치되고, 푸시 스테이지(143)의 중심으로부터 아래쪽으로 연장하는 푸시로드(160)는 가이드 스테이지(141)의 중심에 위치된 슬라이드 부시(147)를 관통하여 푸시로드(160)가 중심이 맞추어지도록 한다. 푸시로드(160)는 스플라인 샤프트(142)의 상단과 접촉한다. 푸시 스테이지(143)는 스플라인 샤프트(142)를 통해 에어실린더(145)에 의해 수직적으로 이동되어, 반도체웨이퍼(101)는 톱링(32)상에 적재된다. 압축스프링(159)은 푸시 스테이지(143)의 외주부상에 제공된다.
3개의 톱링 가이드(148)은 가이드 스테이지(141)의 외주부에 제공된다. 각 톱링 가이드(148)는 2단 구조를 가지고, 상단(200)은 톱링(32 또는 33)의 가이드링(301)의 하부면과의 접촉부 역할을 하고, 하단(201)은 반도체웨이퍼(101)를 지지하는 지지부 역할을 한다. 수직으로부터 25°내지 35°의 각을 갖는 테이퍼면(208)은 상단(200)에 형성되어 가이드링(301)을 상단(200)을 향해 안내하고, 수직으로부터 10°내지 20°의 각을 갖는 테이퍼면(207)은 하단(201)에 형성되어 반도체웨이퍼(101)를 하단(201)을 향해 안내한다. 반도체웨이퍼(101)가 톱링(32)으로부터 언로드되면, 톱링가이드(148)은 반도체웨이퍼의 외주 가장자리를 받는다.
가이드 슬리브(153)는 가이드 스테이지(141)에 고정되어 물이 가이드 스테이지(141)의 중심부로 들어가는 것을 방지하고 가이드 스테이지(141)가 최초위치로 되돌아 오도록 가이드 스테이지(141)를 안내한다. 가이드 슬리브(153)의 내부에 위치된 중심슬리브(154)는 베어링케이스(151)에 고정되어 가이드 스테이지(141)를 중심맞춘다. 푸셔는 베어링케이스(151)를 통해 연마부내의 모터하우징(104)에 고정된다.
V링(155)은 물이 푸시스테이지(143) 및 가이드 스테이지(141) 사이로 들어가는 것을 방지하는데 사용되고, 가이드 스테이지(141)와 접촉을 유지하는 립(lip)을 구비하여 물이 그곳을 관통하는 것을 방지한다. 가이드 스테이지(141)가 승강되면, 부분(G)의 체적은 증가되어, 압력이 낮아짐으로써 물을 끌어들인다. 물이 끌어들여지는 것을 방지하기 위해, V링(155)은 그 내측에 형성된 홀(hole, 202)을 구비하여 압력이 낮아지는 것을 방지한다.
완충장치(156)는 수직방향으로의 톱링 가이드(148)의 위치지정 및 톱링 가이드(148)가 톱링(32)과 접촉할때 충격흡수를 위해 제공된다. 에어실린더(145, 146)의 각각에, 상부 및 하부 리밋센서(limit sensor)가 제공되어 수직방향으로의 푸셔의 위치를 검출한다. 즉, 센서(203, 204)는 에어실린더(145)상에 제공되고, 센서(205, 206)는 에어실린더(146)상에 제공된다. 푸셔를 세정하는 세정노즐 또는 노즐은 푸셔에 부착된 슬러리가 반도체웨이퍼를 오염시키는 것을 방지하도록 제공된다. 푸셔상의 반도체웨이퍼의 존재 또는 부존재 확인용 센서가 제공될 수도 있다. 에어실린더(145, 146)의 제어는 이중 솔레노이드 밸브에 의해 각각 수행된다. 푸셔(30, 30')는 톱링(32, 33)에 전용으로 각각 제공된다.
다음, 상술된 구조를 갖는 푸셔의 작동이 설명된다.
1) 반도체웨이퍼 로딩
도 34a에 도시된 바와 같이, 반도체웨이퍼(101)는 회전운반기(27)에 의해 푸셔(30)의 위쪽 위치로 운반된다. 톱링(32)이 푸셔(30) 위쪽의 로딩위치에 위치되고 반도체웨이퍼를 지지하고 있지 않을때, 푸시 스테이지(143)는 에어실린더(145)에 의해 상승된다. 푸시 스테이지(143)의 상승의 완료가 센서(203)에 의해 검출되면, 도 34c에 도시된 바와 같이, 가이드 스테이지(141) 및 가이드 스테이지(141)와 연관된 구성요소가 에어실린더(146)에 의해 상승된다. 가이드 스테이지(141)가 상승되는 동안, 가이드 스테이지(141)는 회전운반기(27)의 웨이퍼 지지위치를 통과한다. 이때, 반도체웨이퍼(101)는 톱링가이드(148)의 테이퍼면(207)에 의해 중심이 맞추어지고, 반도체웨이퍼의 외주부를 제외한 패턴표면이 푸시 스테이지(143)에 의해 지지된다. 반도체웨이퍼(101)는 둘레 가장자리를 제외한 부분에서 푸시 스테이지(143)에 의해 지지된다.
푸시 스테이지(143)가 반도체웨이퍼를 지지하고 있는 동안, 톱링(148)은 정지됨 없이 상승되고, 가이드링(301)은 톱링가이드(148)의 테이퍼면(208)에 의해 안내된다. 톱링가이드(148)의 중심은 X축 및 Y축 방향으로 이동 가능한 선형웨이(149)에 의해 톱링(32)의 중심과 정렬되고, 톱링가이드(148)의 상단(200)은 가이드링(301)의 하부면과 접촉하며, 가이드 스테이지(141)의 상승은 정지된다.
톱링가이드(148)의 상단(200)이 가이드링(301)의 하부면과 접촉하면, 가이드 스테이지(141)는 고정되고 더 이상 상승되지 않는다. 하지만, 에어실린더(146)는 계속하여 에어실린더(146)의 로드에 고정된 스토퍼가 완충장치(156)와 접촉할 때까지 작동되어, 압축스프링(152)이 압축되기 때문에 스플라인 샤프트(142)만이 계속 상승된다. 이때, 도 34d에 도시된 바와 같이, 푸시스테이지(143)는 반도체웨이퍼(101)의 둘레 가장자리를 제외한 부분에서 반도체웨이퍼(101)를 지지하여, 반도체웨이퍼(101)를 톱링(32)으로 운반한다. 반도체웨이퍼(101)가 톱링(32)과 접촉한 후, 에어실린더(146)의 상승행정은 압축스프링(159)에 의해 흡수되어 반도체웨이퍼(101)를 보호한다.
톱링(32)이 반도체웨이퍼(101)의 흡착을 완료한후, 푸셔는 작동되기 시작하고, 가이드 스테이지(141) 및 푸시스테이지(143)는 도 34a에 도시된 부분으로 하강된다. 가이드 스테이지(141)가 하강되면, 가이드 스테이지(141)는 가이드슬리브(153)상에 형성된 테이퍼부 및 중심슬리브(154)상에 형성된 테이퍼부에 의해 중심이 맞춰진다. 가이드 스테이지(141)의 하강이 완료되면, 반도체웨이퍼(101)의 로딩작동이 완료된다.
2) 반도체웨이퍼 언로딩
반도체웨이퍼(101)는 톱링(32)에 의해 푸셔(30)의 위쪽에 위치된 웨이퍼 언로딩위치로 운반된다. 회전운반기(27)의 웨이퍼 언로딩 스테이지가 푸셔(30) 위쪽에 위치되고 반도체웨이퍼를 지지하고 있지 않을때, 가이드 스테이지(141)와 연관된 구성요소는 에어실린더(146)에 의해 상승되고, 톱링(32)의 가이드링(301)은 톱링가이드(148)의 테이퍼면(208)에 의해 안내된다. 톱링가이드(148)의 중심은 선형웨이(149)에 의해 톱링(32)의 중심과 정렬되고, 톱링가이드(148)의 상단(200)은 가이드링(301)의 하부면과 접촉하며, 가이드 스테이지(141)의 상승은 정지된다. 에어실린더(146)는 에어실린더(146)의 로드상에 고정된 스토퍼가 완충장치(156)와 접촉할 때까지 계속 작동된다. 하지만, 톱링가이드(148)의 상단(200)이 가이드링(301)의 하부면과 접촉하여 가이드 스테이지(141)를 이 위치에 고정되게 하므로, 에어실린더(146)는 압축스프링(152)의 반발력에 대해 에어실린더(145)와 함께 스플라인샤프트(142)을 밀어, 푸시 스테이지(143)를 상승시킨다. 이때, 도 34e에 도시된 바와 같이, 푸시 스테이지(143)는 톱링가이드(148)의 하단(201)의 웨이퍼 지지부보다 높은 위치로 상승되지 않는다. 이 실시예에서, 에어실린더(146)는 톱링가이드(148)가 톱링(301)과 접촉한 후에도 계속 작동되게 배치된다. 이때 충격은 압축스프링(152)에 의해 흡수된다.
에어실린더(146)의 상승작동이 완료된후, 반도체웨이퍼(101)는 톱링(32)으로부터 제거된다. 이때, 반도체웨이퍼(101)는 톱링가이드(148)의 하부 테이퍼면(207)에 의해 중심이 맞추어지고, 반도체웨이퍼(101)는 반도체웨이퍼(101)의 둘레 가장자리에서 톱링가이드(148)의 하단(201)에 의해 지지된다. 반도체웨이퍼(101)가 푸셔에 의해 지지된후, 푸셔는 가이드 스테이지(141)를 하강시키도록 작동된다. 가이드 스테이지(141)가 하강되는 동안, 가이드 스테이지(141)는 가이드 슬리브(153) 및 중심슬리브(154)에 의해 중심이 맞추어진다. 가이드 스테이지(141)가 하강되는 동안, 반도체웨이퍼(101)는 푸셔(30)로부터 회전운반기(27)로 운반된다. 가이드 스테이지(141)의 하강이 완료되면, 반도체웨이퍼의 언로딩 작동은 완료된다.
도 33 및 도 34a 내지 34e에 도시된 구조를 갖는 푸셔에 따라, 푸셔(30)는 톱링(32)에 대해 푸셔의 주요 구성요소를 중심맞추는 중심맞춤기구를 구비하기 때문에, 푸셔(30) 및 톱링(32) 사이의 위치관계의 조절은 용이하게 수행될 수 있다. 푸시스테이지(143)의 상승행정은 톱링(32)의 하부면보다 약 2mm 높은 위치로 설정되어 수직방향으로의 위치지정은 용이하게 수행된다. 이때, 수직방향으로의 접촉의 충격은 스프링에 의해 흡수될 수 있다.
톱링
도 35는 톱링을 도시하는 부분적으로 단면인 측면도이다. 톱링(32, 33)은 동일한 구조를 갖고 있기 때문에 톱링(32)만이 설명될 것이다.
톱링(32)은 톱링헤드(31)에 의해 지지되어 톱링(32)은 회전, 압착 및 스윙(swing)을 포함한 여러 운동을 수행할 수 있다. 톱링(32)은 반도체웨이퍼의 상부면을 지지하고 턴테이블의 연마면에 대해 반도체웨이퍼를 가압하는 톱링몸체(300), 반도체웨이퍼의 외주를 지탱하는 가이드링(301), 및 톱링몸체(300)의 하부면에 부착되고 톱링(32) 및 반도체웨이퍼 사이의 완충기능을 구비한 배킹패드(302, backing pad)를 포함한다. 톱링몸체(300)는 세라믹과 같이 경도를 갖는 재료로 만들어지고, 평편하게 마무리된 면으로 형성된 웨이퍼 지지면을 구비하여 반도체웨이퍼의 전체 표면이 연마면에 대해 균일하게 압착될 수 있다. 하지만, 톱링몸체(300)의 웨이퍼 지지면은 연마전의 반도체웨이퍼의 종류에 따라 약간 오목하거나 또는 볼록한 면을 구비할 수도 있다.
가이드링(301)은 반도체웨이퍼의 직경보다 약간 큰 내경을 구비하여 반도체웨이퍼는 가이드링(301)내로 삽입되어 가이드링(301)에 의해 지탱된다. 톱링몸체(300)는 웨이퍼 지지면 및 웨이퍼 지지면의 반대표면을 향해 개방된 복수의 관통홀(303)을 구비한다. 부압을 갖는 청정공기 또는 질소가스가 관통홀(303)을 통해 웨이퍼 지지면에 의해 지지되는 반도체웨이퍼에 공급되고, 반도체웨이퍼의 소정영역이 연마면에 대해 선택적 및 국부적으로 압착될 수 있다. 또한 부압이 관통홀(303)내에 발생되고, 반도체웨이퍼는 반도체웨이퍼가 운반될때 진공하에 흡착된다. 또한, 청정공기 또는 질소가스가 관통홀(303)을 통해 반도체웨이퍼를 향해 분사되어 반도체웨이퍼는 톱링(300)으로부터 제거될 수 있다. 이 경우에 있어서, 웨이퍼 제거력은 순수와 청정공기 또는 가스를 혼합함으로써 높아져, 반도체웨이퍼를 확실하게 제거하는 것이 가능하다.
부착플랜지(304)는 톱링(32)의 상부면상에 장착된다. 부착플랜지(304)는 상부면내의 중앙에 형성된 반구형 구멍을 구비한다. 톱링 구동샤프트(91)에 고정된 구동플랜지(314)는 부착플랜지(304) 위쪽에 배치된다. 구동플랜지(314)는 또한 그 안에 형성된 반구형 구멍을 구비한다. 예를 들어, 딱딱하고 세라믹으로 만들어진 볼(305)이 반구형 구멍내에 제공된다. 구동플랜지(314)에 가해진 하향 압축력은 볼(305)을 통해 그 아래에 배치된 부착플랜지(304)로 전달된다.
반면, 톱링헤드(31)는 스플라인 샤프트를 포함하는 톱링 구동샤프트(91)를 통해 톱링(32)을 지지한다. 톱링헤드(31)는 지지샤프트(92)에 의해 지지된다. 지지샤프트(92)는 지지샤프트(92)의 하단에 결합된 모터(도 40의 참조번호 407)에 의해 회전되고, 톱링헤드(31)는 지지샤프트(92)의 회전에 의해 선회된다. 이러한 톱링헤드(31)의 선회운동에 의해, 톱링(32)은 연마위치, 정비위치, 및 운반위치로 이동될 수 있다. 모터(309)는 지지샤프트(92) 위쪽 톱링헤드(31)의 상부면상에 제공되고, 모터(309)의 샤프트의 단부에 고정된 구동풀리(310)는 모터(309)에 의해 회전되며, 톱링 구동샤프트(91)에 고정된 구동풀리(311)는 벨트(312)를 통해 회전된다. 구동풀리(311)가 회전되면, 톱링 구동샤프트(91)는 회전되고, 톱링 구동샤프트(91)의 회전은 톱링(32)에 전달되어 톱링(32)을 회전시킨다.
또한, 에어실린더(313)는 에어실린더(313)의 샤프트가 하향으로 연장하도록 톱링헤드(31)의 상부면에 고정된다. 톱링헤드(31) 및 에어실린더(313)의 샤프트는 유연하게 결합된다. 에어실린더(313)에 공급된 공기압력을 제어함으로써, 톱링 구동샤프트(91)를 상승 또는 하강시키는 힘, 즉 톱링(32)을 상승 또는 하강시키는 힘이 제어될 수 있다. 인장/압축식의 하중계(322)는 에어실린더(313) 및 톱링헤드(31) 사이의 결합부분에 삽입 설치되어 톱링헤드(31)에 고정된 에어실린더(313)에 의해 발생된 수직 추력을 측정한다. 이 추력은 반도체웨이퍼를 가압하는 힘과 동일하기 때문에, 반도체웨이퍼를 가압하는 힘을 제어할 목적으로 측정된 추력을 이용하여 피드백회로가 형성될 수도 있다. 에어실린더(313)의 몸체 및 스플라인 샤프트를 포함하는 톱링 구동샤프트(91)는 톱링 구동샤프트(91)가 회전될 수 있도록 서로 결합된다. 에어실린더(313)가 수직적으로 작동되면, 톱링 구동샤프트(91)는 동시에 수직적으로 작동된다. 톱링 구동샤프트(91)는 튜브(미도시됨)가 그 안에 배치된, 톱링 구동샤프트(91)내에 형성된 수직 관통구멍을 구비한다. 톱링 구동샤프트(91) 및 톱링(32)은 회전되기 때문에, 회전식 조인트(316)가 튜브의 상단상에 장착된다. 진공, N2또는 청정공기와 같은 가스 및/또는 순수와 같은 액체가 회전식 조인트(316)를 통해 톱링몸체(300)로 제공된다.
상기와 같은 구조를 갖는 톱링(32)은 진공하에 푸셔(30)로 운반된 반도체웨이퍼를 흡착하고, 반도체웨이퍼를 톱링(32)의 가이드링(301)내에 유지한다. 그후, 톱링(32)은 푸셔(30) 위쪽의 위치로부터 턴테이블상의 연마면으로 선회된다. 톱링(32)이 턴테이블 위쪽 위치로 이동된후, 톱링(32)은 주어진 속도로 회전되고, 에어실린더(313)에 의해 하강되어, 턴테이블상의 연마면과 반도체웨이퍼가 접촉한다. 톱링(32)이 턴테이블의 상부면으로 하강되면, 에어실린더(313)의 행정의 하단을 검출하는 센서(321)가 작동되어 에어실린더(313)의 하향이동이 완료되었음을 알리는 신호를 발생시킨다. 이 신호에 응답하여, 에어실린더(313)에 턴테이블(34)에 대해 톱링(32)을 압착하도록 원하는 압착하중에 대응하는 압력하에 공기가 제공되어 압착력이 반도체웨이퍼에 인가된다. 이와 동시에, 반도체웨이퍼를 흡착하는 부압을 발생시키는 진공라인은 차단된다. 이때, 연마전의 반도체웨이퍼의 레이어의 형식에 따라, 부압발생이 유지되거나 또는 반도체웨이퍼의 상부면에 정압을 인가하도록 가스의 압력을 제어하게 작동되어, 반도체웨이퍼의 연마후의 프로필(profile)을 제어한다. 이때 압력은 톱링(32)의 웨이퍼 지지부내에 형성된 관통홀(303)에만 인가된다. 따라서, 압력이 인가될 반도체웨이퍼의 면적에 따라, 관통홀(303)의 직경, 수, 및 위치가 원하는 연마 프로필을 달성하도록 변경된다.
소정의 연마 시간후, 톱링(32)은 진공하에서 반도체웨이퍼를 지지한다. 그후, 톱링(32)에 의해 지지된 반도체웨이퍼(101)는 반도체웨이퍼가 턴테이블상의 연마포과 접촉하면서 턴테이블(34)의 외주를 향해 이동된다. 최종적으로, 반도체웨이퍼(101)는 반도체웨이퍼(101)의 중심이 턴테이블(34)상에 가능한한 많이 턴테이블(34)의 외주에 가깝게 위치되고 반도체웨이퍼 표면의 약 40%가 턴테이블(34)로부터 돌출하도록 턴테이블(34)의 외주로부터 돌출한다. 그후, 에어실린더(313)가 작동되고, 반도체웨이퍼(101)를 지지하는 톱링(32)이 상승된다. 사용되는 연마포에 따라, 연마포상의 슬러리 및 반도체웨이퍼 사이의 표면장력은 톱링의 흡착력보다 강해, 반도체웨이퍼를 연마포상에 남겨두는 경향이 있다. 표면장력을 감소시키기 위해, 반도체웨이퍼는 턴테이블로부터 돌출하도록 되고, 톱링(32)이 상승된다. 만약 반도체웨이퍼 표면의 40%이상이 턴테이블로부터 돌출한다면, 톱링은 기울어지게 되고, 반도체웨이퍼가 턴테이블의 가장자리를 치도록 하여 크랙이 발생된다. 따라서, 약 40%의 반도체웨이퍼가 턴테이블로부터 돌출하는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 반도체웨이퍼의 중심이 턴테이블(34)상에 위치되는 것이 중요하다.
톱링(32)의 상승이 완료되면, 센서(320)는 에어실린더(313)의 상승작용의 완료를 검출한다. 그후, 톱링(32)은 선회되기 시작하여 푸셔(30) 위쪽의 위치로 이동되고, 반도체웨이퍼(101)를 푸셔(30)로 운반한다. 반도체웨이퍼가 톱링(32)으로부터 제거된 후, 세정액이 톱링(32)의 아래에 위치된 노즐로부터 톱링(32)의 하부표면에 공급되어, 톱링(32)의 웨이퍼 지지표면 및 주위영역이 세정된다. 세정액 공급의 목적은 톱링이 반도체웨이퍼가 톱링으로 운반될 때까지 건조되는 것을 방지하기 위해서이고, 세정액의 공급은 계속될 수도 있다. 세정액은 가동비를 감소시키기 위해 노즐로부터 간헐적으로 분사될 수도 있다. 반도체웨이퍼가 연마되는 동안, 연마시간은 복수의 단계로 나누어지고, 톱링의 압착력 및 회전속도와 반도체웨이퍼를 지지하는 방법은 각 단계에서 변화될 수 있다. 또한 사용되는 연마액의 종류, 양, 농도, 온도 및 공급시간을 변화시키는 것도 가능하다.
만약 톱링을 회전시키기 위해 모터로 공급된 전류가 연마공정동안 감시된다면, 모터에 의한 토크출력이 계산될 수 있다. 반도체웨이퍼의 연마가 종점에 도달하면, 반도체웨이퍼 및 연마포 사이의 마찰은 변화된다. 반도체웨이퍼의 연마의 종점은 모터의 토크의 변화를 기초하여 검출될 수도 있다. 유사하게 턴테이블(34)을 회전시키기 위해 모터에 공급된 전류가 감시될 수도 있고, 토크의 변화가 계산될 수도 있으며, 반도체웨이퍼의 연마의 종점이 계산된 토크의 변화에 기초하여 검출될 수도 있다. 반도체웨이퍼가 연마되는 동안, 톱링의 진동은 측정되고, 반도체웨이퍼의 연마의 종점은 진동파형의 반곡점를 검출함으로써 검출될 수도 있다. 또한, 정전용량이 측정되어 연마공정의 종점을 검출할 수도 있다. 연마 공정의 종점을 검출하는 이들 4가지 방식은 반도체웨이퍼가 연마되는 전후의 표면요철의 차 또는 표면 레이어 질의 차 또는 남은 레이어의 두께의 차로부터의 결정에 기초한다. 연마후의 반도체웨이퍼의 표면은 세정되고, 반도체웨이퍼로부터 제거된 물질의 양이 확인되고, 불충분한 연마가 확인되면, 반도체웨이퍼는 불충분한 연마를 보충하도록 다시 연마된다.
드레서
도 36 및 37은 드레서의 종단면도이다. 도 36은 다이아몬드 드레서를 나타내고, 도 37은 브러시 드레서를 나타낸다. 드레서(38, 39)는 거의 동일한 구조이기 때문에, 드레서(38)만 설명될 것이다.
도 36에 도시된 바와 같이, 드레서(38)는 연마포를 드레싱하는 드레싱 표면을 구비한 드레서 플레이트를 갖는다. 드레서 플레이트(370)는 그 상부면내의 중심에 형성된 반구형 구멍을 구비한 부착 플랜지(375)에 체결된다. 드레서 구동 샤프트(93)에 고정된 구동 플랜지(371)는 부착 플랜지(375) 위쪽에 배치된다. 구동 플랜지(371)는 또한 그 안에 형성된 반구형 구멍을 구비한다. 예를 들어, 딱딱하고 세라믹으로 만들어진 볼(372)이 반구형 구멍내에 제공된다. 구동 플랜지(371)에 인가된 하향압착력은 볼(372)을 통해 드레서 플레이트(370)로 전달된다. 연마포의 형상을 수정하고 연마포를 드레싱하는 다이아몬드 입자(373)는 드레서 플레이트(370)의 하부표면상에 전착된다. 대안적으로, 예를 들어, 다수의 세라믹 돌기가 드레서 플레이트(370)상에 배치될 수도 있다. 다이아몬드 입자 또는 경질의 돌기는 드레서 플레이트(370)만을 교체함으로써 교체될 수 있어 다른 방식의 드레싱공정을 용이하게 수행할 수 있게 한다. 어떤 경우에도, 드레서 플레이트(370)의 표면형상은 드레싱되는 연마포의 표면형상에 반영되기 때문에, 드레서의 드레싱 표면은 편평한 표면으로 마무리된다.
드레서 구동 샤프트(93)는 드레서 헤드(94, 도 2참조)상에 지지된다. 드레서 헤드(94)는 근본적으로 톱링헤드(31)와 동일한 기능을 구비한다. 드레서 구동 샤프트(93)는 모터에 의해 회전되고, 에어실린더에 의해 수직적으로 이동된다. 드레서 헤드(94) 구조의 세부사항은 톱링헤드(31)의 구조와 거의 동일하기 때문에 설명되지 않을 것이다.
도 37은 다이아몬드 입자(373) 대신에 드레서 플레이트(370)의 하부표면상에 장착된 브러시(374)를 구비한 브러시 드레서를 나타낸다. 브러시 드레서의 구조의 다른 세부사항은 도 36에 도시된 다이아몬드 드레서의 구조와 거의 동일하다.
연마포의 형상을 수정하거나 또는 연마포를 드레싱하기 위해, 드레서는 세정위치로부터 각방향으로 턴테이블상의 드레싱위치 위로 이동된다. 드레서의 각운동이 완료되자 마자, 드레서는 원하는 회전속도로 회전하고, 에어실린더에 의해 하강된다. 드레서가 턴테이블의 상부면과 접촉하면, 그것의 행정의 하단을 검출하는 에어실린더와 연관된 센서가 작동되어 드레서(38)가 턴테이블에 닿았다는 것을 알리는 신호를 발생시킨다. 이 신호에 응답하여, 에어실린더는 드레서(38)에 압착력을 인가하여 원하는 압착력하에서 턴테이블상의 연마포를 드레싱한다. 드레서(38)가 원하는 시간주기동안 연마포를 드레싱한후, 에어실린더가 작동되어 드레서(38)를 턴테이블로부터 상승시킨다. 그후, 드레서(38)는 드레서(38)가 수조(43, 43', 도 1참조)내에 침수되어 세정되는 세정위치로 각방향으로 이동된다. 드레서는 물탱크내에 침수되기 보다는, 분무노즐로부터 분사되는 분무에 의해 세정될 것이고, 물탱크의 바닥에 제공된 브러시에 대해 압착되어 회전될 것이다. 물탱크(43')는 드레서(39)와 관련된다.
드레서(38)가 수조(43)내에 침수되면, 수조(43)내의 세정수는 초음파에너지에 의해 진동된다. 만약 드레서(38)의 상부면이 수조(43)내의 세정수내에 위치되고, 드레서(38)가 수조(43)로부터 상승된후 건조되면, 드레서(38)상의 찌꺼기가 굳어져 연마공정중에 턴테이블상으로 떨어져, 연마 공정에 악영향을 미친다. 따라서, 드레서(38)의 하부면만이 세정수내로 침수되고, 상부면은 분무노즐에 의해 세정될 것이다. 이때, 분무의 작은 방울이 드레서(38)의 상부면에 인가되기 쉽다. 이러한 분무의 작은 방울은 방수캡(376), V링(377) 및 부재(378a 및 378b)를 포함하는 래버린스(378, labyrinth)에 의해 드레서(38)내로 들어가는 것이 방지된다. 드레서를 세정하는데 사용되는 세정액은 순수 및 화학용액을 포함한다. 드레서의 상술된 구조는 도 35에 도시된 톱링(32)에 적용되거나 또는 도 37에 도시된 드레서(38)에 적용될 수도 있다. 드레싱작동은 드레서를 회전시키는 모터에 공급된 전류가 측정되면서 수행되고, 측정된 전류의 소정의 기준값이 연마포의 수정 또는 연마포의 드레싱의 공정의 종점을 알리는 신호로서 사용될 것이다.
제 2턴테이블의 드레싱
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 폴리싱장치에 있어서, 제 1턴테이블(34, 35)보다 작은 직경의 제 2턴테이블(36, 37)이 제공된다. 이들 제 2턴테이블(36, 37)은 반도체웨이퍼의 표면을 약간 깍아내는, 즉 버핑오프(buffing-off) 공정과 같은 마무리 연마공정에 사용된다. 제 2턴테이블은 각 드레서, 즉 도 1에 도시되듯이 드레서(48, 49)에 의해서 각각 드레싱된다. 이들 드레서(48, 49)는 아래에 자세히 설명될 것이다. 이들 드레서는 도 1 및 2에서 집합적으로 드레서(48, 49)로 언급되었으나, 그 말단의 일부분이 드레서(3000)로서 설명될 것이다.
도 38은 드레서의 구조를 나타내는 종단면도이고, 도 39는 턴테이블 및 드레서의 측면 입면도이다. 도 1 및 2에 도시된 드레서(48, 49)는 턴테이블과 면하는 원형 플레이트를 구비하지만, 도 38 및 39에 도시된 드레서(3000)는 턴테이블과 면하는 사각형 플레이트를 구비한다.
드레서(3000)는 반도체웨이퍼가 연마되는 동안 수조(3020)내에 수축되어 있다. 반도체웨이퍼의 연마가 완료된후, 드레서(3000)는 에어실린더(3008)에 의해 상승된다. 드레서(3000)를 상승 및 하강시키는 기구는 아래에서 설명될 것이다. 드레서(3000)는 그들 사이에 삽입배치된 구동플랜지(3019)를 구비한 브러시 고정 시트(3002)의 단부에서 스플라인된(splined) 드레서 구동 샤프트(96)에 결합된다. 드레서 구동 샤프트(96)는 그 사이에 삽입배치된 브래킷(3007)을 구비한 에어실린더(3008)에 체결된 베어링 케이스(3023)내에 수용되는 베어링(3006)에 의해 지지되는 상단부를 구비한다. 에어실린더(3008)는 베이스(3009)의 상부의 하부면에 고정되어 에어실린더(3008)의 수직운동을 드레서(3000)로 전달하는 기구를 제공한다. 에어실린더(3008)의 수직 선형 운동을 안내하는 가이드(3010)는 베이스(3009)상에 장착된다. 가이드(3010)상에서 비교적 선형적으로 이동가능한 슬라이더(3018, slider)는 브래킷(3007)상에 장착되어 에어실린더(3008)의 이동을 안내한다.
에어실린더(3008)로부터 드레서(3000)까지에 이르는 수직으로 이동가능한 구성요소의 선형운동을 안내하는 회전식 볼 스플라인(3028)이 드레서 구동 샤프트(96)상에 장착된다. 회전식 볼 스플라인(3028)은 스플라인 링(3029) 및 외부 플랜지 링(3030)을 포함한다. 스플라인 링(3029)은 드레서 구동 샤프트(96)의 선형운동을 안내하고, 드레서 구동 샤프트(96)로 회전운동을 전달한다. 외부 플랜지 링(3030)은 스플라인 링(3029)의 회전을 지지한다. 풀리(3005)는 스플라인 링(3029)상에 장착된다. 회전될때 풀리(3005)는 스플라인 링(3029)을 회전시키고, 이 회전은 드레서 구동 샤프트(96)로 전달된다.
드레서(3000)가 상승된 위치에 도달하면, 상승된 위치에서 드레서(3000)의 도착을 검출하는 센서(3021)가 신호를 발생시킨다. 그후, 드레서(3000) 및 드레서 헤드(97)는 에어실린더(3016), 에어실린더(3016)의 선형운동을 회전운동으로 변환하는 크랭크(3017), 및 드레서 헤드(97)에 결합되고 크랭크(3017)의 회전운동에 의해 회전가능한 중공의 회전가능한 샤프트(98)을 포함하는 스윙기구에 의해 드레싱 시작위치로 각방향으로 이동된다. 따라서, 스윙기구는 크랭크(3017)를 통해 에어실린더(3016)의 선형운동을 중공의 회전가능한 샤프트(98)의 회전운동으로 변환시킨다.
드레서(3000)가 드레싱위치에 도달하면, 에어실린더(3016)상에 장착된 터미널센서(terminal sensor, 3024)는 신호를 발생시키고, 드레서(3000)는 드레서 구동 샤프트(96) 주위로 회전된다. 드레서(3000)는 다음과 같이 회전된다. 중공의 회전가능한 샤프트(98)내에 삽입된 회전가능한 샤프트(3013)는 모터(3014)에 연결된다. 모터(3014)에 전원이 공급되면, 회전가능한 샤프트(3013)는 회전된다. 회전가능한 샤프트(3013)는 중공 샤프트(98)의 대향단부상에 각각 배치된 베어링(3032)에 의해 지지된다. 회전가능한 샤프트(3013)가 모터(3014)에 의해 회전되면, 샤프트(3013)의 상단상에 장착된 풀리(3011)가 회전되고, 풀리(3011)의 회전은 타이밍 벨트(3012)를 통해 풀리(3005)에 전달된다. 풀리(3005)의 회전은 스플라인링(3029)을 통해 드레서 구동 샤프트(96)로 전달된다.
만약 모터(3014)가 드레서(3000)의 회전속도가 안정된 때를 검출하면, 에어실린더(3008)는 드레서 구동 샤프트(96)를 하강시켜, 드레서(3000)가 연마포를 드레싱하는 것을 시작하게 한다. 만약 하강된 위치에서 드레서(3000)의 도착을 검출하는 센서(3022)가 신호를 발생시키지 않으면, 드레서(3000)가 적당한 하부위치에 도달하지 않은 것으로 결정되어, 에러가 지시된다. 연마포가 드레싱되는 동안, 순수 또는 화학용액을 드레싱액 공급포트(3031)로부터 턴테이블(36)상에 도입시키는 것이 가능하다.
드레싱 공정후, 드레서(3000)는 상승된다. 상승된 위치에서 드레서(3000)의 도착을 검출하는 센서(3021)가 신호를 발생시킨후, 드레서(3000)의 회전은 정지된다. 모터(3014)가 회전의 정지를 확인한후, 드레서(3000)는 각방향으로 대기위치로 이동된다. 에어실린더(3016)의 터미널센서(3025)가 신호를 발생시킨후, 드레서(3000)는 수조(3020)내로 하강된다. 이제, 일련의 드레싱 공정이 종료된다.
연마포 및 고정 연마입자 플레이트(또는 숫돌)는 교체가능하다. 브러시몸체(3001) 및 다이아몬드 드레서는 또한 교체가능하다. 드레서(3000)는 브러시몸체(3001) 및 브러시 고정시트(3002)를 포함한다. 브러시몸체(3001)는 소모품으로서 교환가능하다.
회전가능한 샤프트(98) 및 회전식 볼 스플라인(3028)은 드레서(3000)가 사용되고 있는 동안 순수, 슬러리 및 화학용액을 포함하는 액체가 보호성 외부 케이싱(3026, 3027)내로 들어가는 것을 방지하는 래버린스 기구를 각각 포함하는 개별 보호성 외부 케이싱(3026, 3027)과 연관된다.
턴테이블과 면하는 드레서(3000)의 일부는 가늘고 긴 형상이다. 드레서(3000)는 가늘고 회전가능한 샤프트는 그 단부에 위치되기 때문에, 드레서(3000)는 원형의 드레서와 비교하여 작은 점유면적 및 동등한 드레싱 영역을 구비한다.
도 40은 턴테이블의 정면도이다. 턴테이블(34, 35)은 각각 영역(C, D)내에 배치된다. 연마공정에 따라, 2단계 연마의 처리능력을 향상시키기 위해, 소형의 턴테이블(36, 37)이 도 1에 도시되듯이 영역(C, D)내에 제공될 것이다. 연마 테이블(34, 35, 36, 37)은 두 종류의 턴테이블, 즉 회전식 턴테이블 및 스크롤형(scroll-type) 턴테이블을 포함한다. 두 종류는 동일지역내에서 결합될수 있고, 여러 연마 공정이 선택될 수 있다.
도 40에 도시된 턴테이블은 회전형 턴테이블을 포함한다. 회전형 턴테이블(34)은 반지름이 반도체웨이퍼의 직경보다 큰 연마면을 구비하고, 턴테이블(34) 및 반도체웨이퍼는 동일방향으로 회전되며, 반도체웨이퍼는 턴테이블의 중심으로부터 이격된 위치에서 연마된다. 이러한 방식으로, 만약 턴테이블(34) 및 반도체웨이퍼가 동일한 회전속도로 회전된다면, 반도체웨이퍼 및 턴테이블 사이의 상대속도는 반도체웨이퍼상의 어느 위치에서도 동일할 수 있다.
도 40에 도시된 바와 같이, 턴테이블(34)은 모터(401)에 의해 직접적으로 구동되고, 스러스트(thrust) 및 레이디얼(radial) 샤프트 로드가 모터(401)의 베어링에 의해 지지되는 구조를 구비한다. 모터(401)는 톱링을 각방향으로 이동시키는 스윙샤프트를 수용하는 하우징(403) 및 드레서를 각방향으로 이동시키는 스윙샤프트를 수용하는 하우징(403)과 일체적인 모터하우징(402)내에 수용된다. 모터하우징(402)은 전체적으로 폴리싱장치를 지지하는 베이스상에 직접적으로 장착되거나 또는 이러한 베이스와 일체이다. 모터(401)는 그 곳을 관통하는 복수의 파이프를 구비한 중공로터를 구비한다. 중공로터내의 파이프는 중공로터의 하단에 연결된 회전식 조인트(405)에 연결된다.
중공로터는 중공로터와 동기하여 작동할 수 있는 기구를 구비한다. 인코더(406, encoder)는 항상 모터(401)의 회전속도를 측정하는 기구에 결합된다. 측정된 회전속도를 나타내는 신호는 모터(401)를 제어하는 구동기에 공급되어 모터(401)가 적당한 회전속도로 회전하게 한다. 연마 공정의 종점은 모터(401)의 전류를 감시함으로써 검출될 수 있다. 모터(401)는 그 안에 형성된 통로를 갖는 고정자 케이스를 구비하여 모터 냉각제가 그곳을 관통하게 하여, 모터(401)는 고하중하에서 연속적으로 작동될 수 있다.
턴테이블(34)은 톱링(32)으로부터 반도체웨이퍼가 튀어나오는 등의 이상을 광학적으로 검지하는 센서를 가질 수 있다. 그러한 이상 발생시에는 센서로부터 신호를 받아 모터(401)는 턴테이블(34)을 바로 정지시킬 수 있다.
턴테이블(34)과 모터(401)는 폴리싱장치내에 탈착가능하게 설치되어 있다. 턴테이블(34)은 연마포가 턴테이블(34)상에 부착되는 방식이거나, 연마포가 턴테이블(34)상에 탈착가능하게 장착된 카트리지(cartridge)에 부착되는 방식이다. 턴테이블(34)이 어느 방식이거나, 턴테이블(34)은 평평한 형상, 볼록한 형상 또는 오목한 형상의 정반(surface plate)을 가진다. 턴테이블(34)이 전자의 방식이면, 연마포는 턴테이블(34)의 정반에 부착된다. 턴테이블(34)이 후자의 방식이면, 연마포 또는 고정연마입자 플레이트가 카트리지에 부착된다. 턴테이블(34)이 전자의 방식이면, 정반은 스테인레스 스틸 또는 세라믹으로 만들어지며, 턴테이블(34)이 후자의 방식이면, 정반, 연마포 또는 고정연마입자 플레이트는 카트리지를 교체함으로써 쉽게 변경가능하다. 연마포가 부착된 카트리지식 정반을 준비해둠으로써 정반상의 연마포 교환시간을 단축하는 것이 가능하다. 카트리지식 정반에는 중실구조(solid structure)와 경량화를 위한 중공(hollow)의 벌집구조가 있다. 중공 벌집구조의 카트리지식 정반은 카트리지 교환작업시의 작업자의 부담을 저감할 수 있다.
턴테이블냉각 및 온도조정
정반은 그 하부에 정반의 온도를 조정하는 기구를 구비하고 있다. 온도조정수는 모터(401)의 중공샤프트내의 파이프를 통해 정반하부의 테이블냉각챔버에 공급된다. 테이블냉각챔버는 테이블의 전체 표면을 균일하게 냉각하기 위해 배치된 냉각제 통로가 설치되고 있다. 사용되는 정반에 따라 냉각제 통로의 배치방법이 다르다.
온도조정수를 폴리싱장치에 공급하는 파이프에는 온도센서가 설치된다. 온도조정수의 온도가 설정된 온도에 비해 허용할 수 있는 범위를 벗어나면, 공정은 인터록(interlock) 된다. 피드백 제어를 위해 이 검지된 온도를 나타내는 신호는 장치외부의 온도조정수 제어유닛에 보내진다. 또한, 온도조정수를 폴리싱장치에 공급하는 파이프에는 유량계나 압력계를 설치함으로써 온도조정수가 비정상 유량 또는 비정상 압력하에 공급될 때, 공정이 인터록이 걸리도록 되어 있다. 또 폴리싱장치내의 온도조정수의 유량이나 압력을 제어할 수 있도록, 유량조정밸브와 압력레귤레이터(regulator)도 설치되어 있다. 다른 온도제어방법으로서는, 턴테이블(34)상의 연마면의 온도를 비접촉식의 온도센서를 사용하여 계측하고, 이 측정된 온도를 나타내는 신호를 피드백 제어를 하도록 온도조정수 제어유닛에 보낸다.
다음에 도 40에 나타내는 턴테이블이외의 턴테이블을 설명한다.
스크롤형 턴테이블
도 41은 스크롤형의 제 2 연마 턴테이블을 나타내는 단면도이며, 도 42a는 도 41의 P-P선 단면도이며, 도 42b는 도 42a의 X-X선 단면도이다.
스크롤형의 제 2 턴테이블(36)은 모터(750)의 상부플랜지(751), 및 볼트에 의해 상부플랜지(751)에 연결된 중공 샤프트(752)를 가진다. 세트링(754)은 베어링(753)을 통해 샤프트(752)의 상부에 의해 지지된다. 이 세트링(754)에 테이블(759)이 고정되고, 연마테이블(755)이 볼트(790)에 의하여 테이블(759)에 고정된다. 연마테이블(755)은 전체가 숫돌(고정 연마 플레이트)을 포함하거나 또는 스테인레스 스틸등의 내부식성이 뛰어난 금속으로 만들어진 플레이트 및 상기 플레이트에 부착된 연마포를 포함할 수도 있다. 숫돌이나 연마포를 이용하는 경우, 연마테이블(755)의 상면은 평탄하여도 좋고, 약간 오목 또는 볼록하여도 좋다. 연마테이블(755)의 상면의 형상은 피연마물인 반도체웨이퍼(101)의 종류에 따라 선택된다. 테이블(755)의 외경은 반도체웨이퍼의 직경 더하기 2e(후술함) 또는 그이상의 직경으로 설정되어 있다. 즉, 연마테이블(755)의 직경은 연마테이블(755)이 병진운동을 할 때 반도체웨이퍼가 연마테이블(755)의 외주로부터 튀어나오지 않도록 하는 직경으로 구성된다. 병진운동은 스크롤운동 또는 궤도운동으로도 불릴 수 있다.
상기 세트링(754)은 원주방향에 3개 이상의 지지부(758)를 가지며, 테이블(759)이 지지부(758)에 의해 지지되어 있다. 이 지지부(758)의 상면 및 원통형 부재(795)의 상단에 대응하는 위치에는, 원주방향으로 등각의 간격으로 복수의 오목부(760, 761)가 형성되고, 이들 오목부(760, 761)에는 베어링(762, 763)이 각각 장착되어 있다. 도 41 및 도 42에 나타내는 바와 같이, 중심축선이 "e" 만큼 이격되어 있는 2개의 샤프트(764, 765)를 가지는 지지부재(766)는 베어링(762, 763)에 의해 지지된다. 특히 2개의 샤프트(764, 765)는 베어링(762, 763)내에 각각 삽입된다. 따라서, 모터(750)에 의해 연마테이블(755)이 반경 "e"의 원을 따라 병진운동가능하게 되어 있다.
또 샤프트(752)의 중심은 모터(750)의 중심으로부터 "e"만큼 편심되어 있다. 편심에 의한 부하(load)에 밸런스를 주기 위하여 밸런서(767)(balancer)가 샤프트 (752)에 고정된다. 연마테이블(755)상에 연마액의 공급은, 모터(750)와 샤프트(752)의 내부, 테이블(759)의 중앙부에 설치된 관통구멍(757), 및 커플링(791)을 통해 행해진다. 공급된 연마액은 일단 연마테이블(755)과 테이블(759)사이에서 형성되는 공간(756)에 저장되고, 연마테이블(755)에 설치된 복수의 관통구멍(768)을 경유하여, 연마테이블(755)의 상면에 공급된다. 관통구멍(768)은 공정의 종류에 따라 수나 위치가 적절히 선택될 수 있다. 연마포가 연마테이블(755)에 부착되는 경우에는, 연마포는 관통구멍(768)의 위치에 대응하는 위치에 관통구멍을 가진다. 연마테이블(755)이 전체적으로 숫돌로 제작되는 경우에는, 턴테이블(755)의 상면은 격자형상, 스파이럴(spiral)형상, 또는 방사상의 홈을 가지며, 관통구멍(768)은 이들 홈과 연통하게 된다.
또 공급되는 연마액은 순수, 화학약품, 또는 슬러리(slurry)중 선택될 수 있으며, 필요에 따라 1종류 이상의 연마액이 동시에 또는 교대로 또는 순서대로 공급될 수 있다. 연마동안에 연마액으로부터 병진운동을 행하는 기구를 보호하기 위하여, 테이블(755)에 프링거(769)(flinger) 스로워(769)(thrower)가 설치되고, 홈통(770)(trough)과 함께 래버린스기구(labyrinth mechanism)를 형성한다.
상기한 구조를 가진 턴테이블에 있어서, 상하부 베어링(762, 763)내에 각각 끼워맞춰진 상하부 샤프트(764, 765)을 가지는 크랭크 조인트(cranked joint)를 포함하는 지지부재(766)에 의해 상하부 베어링(762, 763)은 축방향으로 연결되어진다. 샤프트(764, 765) 및 그에 따른 상하부 베어링(762, 763)은 거리 "e" 만큼 서로 수평방향으로 이격되어 있는 축선들을 각각 가진다. 하부 베어링(763)을 지지하는 원통형 부재(795)는 프레임에 고정되며, 따라서 움직이지 않는다. 모터(750)에 에너지가 인가되면, 샤프트(752)는 관성반경(e)만큼 모터(750)의 중심축선주위로 회전되고, 따라서, 연마테이블(755)이 크랭크 조인트를 통해 병진원운동(스크롤운동)하며, 톱링(32)에 부착된 반도체웨이퍼(101)는 연마테이블(755)의 연마면상에 대해 가압된다. 반도체웨이퍼(101)는 관통구멍(757), 공간(756), 관통구멍(768)을 거쳐 연마액에 의하여 연마된다. 반도체웨이퍼(101)는 연마테이블(755)의 연마면과 반도체웨이퍼(101)의 사이에 반경 "e"를 가지는 상대 병진원운동으로 인해 연마되며, 반도체웨이퍼(101)는 반도체웨이퍼의 전면에 걸쳐 균일하게 연마된다. 만약, 반도체웨이퍼(101)의 연마될 표면과 연마면이 동일한 위치관계를 가진다면, 연마된 반도체웨이퍼는 연마면의 국부적인 차에 의한 영향을 받게 된다. 이러한 영향을 피하기 위하여, 톱링(32)을 서서히 자전시켜, 연마면의 동일장소에서만 연마되는 것을 방지하고 있다.
오버행형(overhang-type) 턴테이블
도 43은 오버행형의 제 2 턴테이블을 나타내는 단면도이다. 오버행형의 제 2 턴테이블(36)은 정반(700)이 플랜지(704)를 거쳐 모터(705)에 연결되어 있다. 정반(700)은 모터(705)에 의해 회전된다. 정반(700)의 회전속도는 정반(700)에 설치된 도그(707)(dog)가 근접스위치(708)를 통과하는 회수를 카운트함으로써 계측되고 표시된다. 또 오버행형 턴테이블은, 연마나 드레싱시에 사용되는 슬러리나 순수로부터 래버린스(701), O 링(702, 703), 래버린스(701)의 안쪽에 구비된 제 2 래버린스(710)에 의하여 보호된다. 또 고하중 연마나 장시간의 연속연마에 견딜 수 있도록 하우징(706)에는 배기 포트(709)가 형성되어 있다. 즉, 하우징(706)과 모터(705)의 간극내의 열을 배기포트(709)로부터 배출하여, 모터(705)의 부하를 경감하고 있다.
오버행형 턴테이블은, 연마되는 반도체웨이퍼 직경내에 턴테이블의 중심이 위치하도록 하고 있다. 또 반도체웨이퍼 및 테이블 쌍방 모두 동일방향으로 회전함으로써 반도체웨이퍼상의 임의의 점에서의 반도체웨이퍼와 턴테이블의 상대속도는 같아진다. 턴테이블 상면에는 정반(700)이 배치되고, 정반(700)에는 연마포 또는 숫돌이 부착될 수도 있다. 연마액, 화학약품 또는 물은 정반(700) 위쪽에 위치한 노즐 또는 노즐들로부터 정반(700)에 공급될 수 있다.
연마액 공급노즐
연마액 공급노즐은 턴테이블상의 연마포와 같은 연마면에 연마액을 공급하는 장치이다.
도 44a, 도 44b 및 도 45는 연마액공급노즐을 나타내는 도면이다. 도 44a는 연마액공급노즐의 평면도이며, 도 44b는 연마액공급노즐의 부분단면을 가지는 측면 입면도이며, 도 45는 연마액공급노즐(40)의 턴테이블(34)에 대한 위치를 나타내는 평면도이다.
연마액공급노즐(40)은 도 45에 나타내는 바와 같이, 턴테이블(34)상에 연마액을 공급하는 공급위치(F), 제 1 대기위치(E), 및 제 2 대기위치(D)로 이동가능하다. 연마액공급노즐(40)은 회전샤프트(3051)을 중심으로 하여 회전함으로써 중공의 액체공급아암(3050)의 선단을 상기 위치들 중 어느 하나의 위치로 유지할 수 있게 되어 있다.
다음에 연마액공급노즐(40)의 회전기구에 관하여 설명한다.
회전샤프트(3051)는 회전샤프트(3051)의 하단에 부착되어 있는 요동아암(3052)이 회전샤프트(3051)의 축선을 중심으로 요동운동함으로써 회전된다. 요동아암(3052)은 에어실린더(3053, 3054)와 같이 링크기구를 구성하고 있다. 에어실린더(3053, 3054)의 로드가 선형적으로 신축할 때, 요동아암(3052)은 요동운동하여 요동아암(3052)의 회전중심에 위치하는 회전샤프트(3051)을 회전시킨다. 에어실린더(3054)는 베이스(3055)에 고정된 실린더브래킷(3056)에 고정되어 있다. 에어실린더(3053)는 에어실린더(3054)의 로드선단에 핀에 의해 연결되어져서 에어실린더(3053)는 에어실린더(3054)의 로드선단에 대하여 회전할 수 있다. 회전샤프트(3051)은 베어링베이스(3058)내에 수용된 베어링(3057)에 의하여 회전자유롭게 지지되어 있다.
다음에 2개의 에어실린더(3053, 3054)의 동작에 관하여 설명한다.
액체공급아암(3050)의 선단이 턴테이블(34)상에, 예를 들어 턴테이블(34)의 중심에 위치하는 경우에, 에어실린더(3053)의 로드는 신장된 상태이고, 에어실린더(3054)의 로드는 수축된 상태이다. 이때 에어실린더(3053)의 위치센서 (3066) 및 에어실린더(3054)의 위치센서(3068)가 각각 신호를 발한다. 만약 그러한 신호가 발생되지 않으면, 제어컴퓨터는 연마액공급노즐(40)이 정상적인 위치에 있지 않다고 판단하고 에러표시를 내고, 공정은 인터록된다.
액체공급아암(3050)의 선단이 위치(E)에 있는 경우는, 에어실린더(3053)의 로드 및 에어실린더(3054)의 로드는 모두 수축된 상태에 있다. 이 때, 에어실린더(3053)의 위치센서(3067) 및 에어실린더(3054)의 위치센서(3068)가 각각 신호를 발함으로써 제어컴퓨터가 연마액공급노즐(40)의 위치를 인식할 수 있도록 되어 있다.
액체공급아암(3050)의 선단이 위치(D)에 있는 경우는, 에어실린더(3053)의 로드는 수축된 상태이고, 에어실린더(3054)의 로드는 신장된 상태이다. 이 때, 에어실린더(3053)의 위치센서(3067) 및 에어실린더(3054)의 위치센서(3069)가 각각 신호를 발함으로써 제어컴퓨터가 연마액공급노즐(40)의 위치를 인식할 수 있게 되어 있다.
다음에 액체공급아암(3050)에 부착된 센서(3064)에 관하여 설명한다.
턴테이블(34) 주위에 비산방지커버(3070)를 정상 위치에 설치하였을 때, 센서(3064)는 센서(3064)의 바로밑에 있는 비산방지커버(3070)상에 장착된 도그(3065)를 감지하여 신호를 발한다. 이에 따라, 비산방지커버(3070)의 설치이상 또는 비산방지커버(3070)의 위치어긋남을 용이하게 검출할 수 있도록 되어 있다. 특히, 비산방지커버(3070)는 상하이동이 가능하므로, 턴테이블(34)이 정비를 위해 검사되고 수리될 때 내려가게 된다. 만약, 비산방지커버(3070)가 내려간 채로 반도체웨이퍼가 턴테이블(34)상에서 연마되면, 연마액 등이 주위로 비산할 염려가 있다. 센서(3064)가 발하는 신호에 의하여, 턴테이블(34)을 회전시키는 모터는 오동작되는 것이 방지되며, 따라서, 연마액이 주위로 비산하는 것이 방지된다.
액체공급아암(3050)은 회전샤프트(3051)를 회전시키는 기구를 연마액, 화학 액체, 순수 등을 포함하는 액체로부터 보호하기 위한 보호기구로서, 프링거(3060)(flinger)가 장착되는 아암본체(3050)을 가진다. 프링거(3060)는 연마기 팬(3061)과 함께 래버린스기구를 형성하고 있다.
다음에 액체공급아암(3050)의 동작을 설명한다.
액체공급아암(3050)은 액체공급위치(F)에 있어서, 액체공급아암(3050)내에 4개의 튜브(3063)가 턴테이블(34)의 회전중심에 일치하도록 위치하고, 4개의 튜브(3063)중 하나로부터 연마액을 배출한다. 배출된 연마액은 턴테이블(34)의 중심상에 떨어져, 턴테이블(34)의 전면에 균일하게 확산되어 그 연마면 전체를 덮는다. 튜브(3063)는 중공의 액체공급아암(3050)속에 삽입되고, 고정부재(3062)에 그곳에 고정되어 튜브(3063)의 선단이 턴테이블(34)에 대하여 수직하게 향하도록 하고 있다.
연마면이 드레싱 될 때, 4개의 튜브(3063)의 하나는 드레싱액을 배출한다. 배출된 드레싱액도 상기 연마액과 같이 턴테이블(34)의 중앙에 수직으로 떨어지게 되어 턴테이블(34)전면에 균일하게 확산된다.
따라서, 액체공급아암(3050)으로, 어느 튜브(3063)로부터 배출된 액체도 턴테이블(34)의 연마면의 원하는 위치에 정확하게 턴테이블(34)의 중앙에 수직하게 떨어지도록 공급된다.
튜브(3063)의 선단을 턴테이블(34)쪽으로 수직하향으로 향하게 하는 방법외에, 튜브(3063)선단으로부터 배출된 액체가 턴테이블(34)로 즉시 수직하게 흐르도록 액체탱크(Tl, T2)와 튜브사이에 배치된 유량조정밸브(V1, V2)로 튜브에 공급하는 유량을 조절함으로써 액체가 턴테이블(34)상에 수직하게 공급될 수 있다.
턴테이블(34)상의 연마포의 교체를 위해, 상기 2개의 에어실린더(3053, 3054)를 포함하는 링크기구에 의하여 액체공급아암(3050)을 제1 대기위치(E)까지 요동시킨다. 액체공급아암(3050)은 더이상 턴테이블(34)위에 존재하지 않으므로, 그위의 연마포는 쉽게 교체될 수 있다. 이 때, 액체공급아암(3050)의 선단에 있는 튜브(3063)의 선단은 비산방지커버(3070)의 오목부(3071)의 바로 위에 위치한다. 이 때, 튜브(3063)로부터 배출되는 어떠한 액체도 오목부(3071)를 통하여 그 밑에 위치하는 컨테이너내로 낙하하여, 턴테이블(34)의 주위의 구성부품을 더럽히는 일은 없다.
튜브(3063)는 순수의 소스(source)에 연결될 수 있으며, 주위 구성부품을 오염시키는 일 없이 그곳을 통해 흐르는 순수에 의해 세정된다.
위치(E, F)에서는 행할 수 없는 정비공정, 예를 들면, 액체의 배출유량계측 공정, 턴테이블 주변의 구성부품의 점검공정 등이 필요하다면, 링크기구에 의하여 액체공급아암(3050)을 제 2 대기위치(D)까지 이동시킨다. 액체공급아암(3050)은 더이상 턴테이블(34) 및 비산방지커버(3070)상에 존재하지 않게 되므로, 상기 정비공정이 용이하게 행해질 수 있다.
상기 실시형태에서는, 에어실린더(3053, 3054)를 포함하는 링크기구에 의해 액체공급아암(3050)은 선택적으로 3개의 위치에서 정지되고, 액체공급아암(3050)은 적어도 하나의 액체공급위치와 적어도 하나의 대기위치에서 정지될 수도 있다.
도 46 내지 도 48은 다양한 연마액공급시스템 나타낸다.
연마 장치는 복수의 연마면을 가지고, 연마면에 대하여 복수의 슬러리 또는 연마액이 공급가능하게 되어 있다. 외부소스로부터 연마공정에 필요한 유량으로 연마액을 안정되게 공급하는 시스템, 압력이나 유량이 일정하게 제어되는 일 없이 연마액을 공급하는 시스템, 및 폴리싱장치 외부에 설치된 연마액 저장탱크로부터 연마액을 빨아 올리는 시스템을 포함하는 복수의 연마액공급 시스템이 있다. 연마액이 안정되게 공급된다면, 도 46 및 도 47에 나타내는 바와 같이, 연마액용 공급라인의 일차 입구포트(inlet port)에 3방밸브를 연결하고, 연마액이 연마면상에 공급되지 않을 때에는, 3방밸브중 밸브(420)를 폐쇄하고, 3방밸브중 밸브(421)를 개방함으로써 연마액을 폴리싱장치밖으로 되돌려 순환시킨다. 연마액을 연마면상에 공급할 때에는, 밸브(420)를 개방하고, 밸브(421)를 폐쇄한다.
이들 밸브 외에, 연마액용 공급라인상에 압력센서를 설치하여 연마액의 압력을 감시한다. 만약, 연마액압력이 지나치게 높거나, 연마액이 공급되지 않는 경우에는, 검지된 압력은 공정을 인터록하는데 사용된다. 밸브의 하류측에 정유량밸브(constant-rate valve)를 설치함으로써, 연마면상에 공급하는 연마액의 유량을 연마면에 가까운 곳에서 정밀하게 제어할 수 있다. 이 시스템은 정유량밸브를 전기적 신호로 제어하여 정유량밸브를 통한 연마액의 유량을 변화시키도록 구성되어 있어서, 공급되는 연마액의 유량을 반도체웨이퍼가 연마될 때마다 변화 시킬 수 있거나 또는 반도체웨이퍼를 다양한 회전속도와 다양한 유량을 조합한 방식으로 단계적으로 연마할 수 있다.
연마공정후에, 연마액 대신에 순수를 공급하여 반도체웨이퍼의 연마 또는 세정을 행할 수 있다. 따라서, 순수라인(pure water line)이 순수를 공급하기 위해 제공된다. 순수의 공급타이밍은 밸브(426)를 개폐함으로써 제어된다. 이 순수라인은 연마포가 드레싱될 때에 순수를 연마면상에 공급하는데 사용될 수도 있다.
만약, 공급되는 연마액의 유량이 일정하지 않는 경우나, 장치밖에 놓여진 탱크로부터 연마액을 빨아 들이는 것 같은 때에는, 도 48에 나타낸 바와 같이, 연마액용 공급라인상에 펌프(430, 432)를 설치한다. 펌프(430, 432)는 의료기기로서 종종 사용되는 튜빙펌프를 포함하는 것이 바람직한 바, 이들은 소형이고 사용하기편리하기 때문이다. 펌프(430, 432)는 공급되는 연마액의 유량을 일정하게 하거나, 반도체웨이퍼가 연마될 때마다 유량을 변화시키거나, 다양한 회전속도 및 유량을 다른 단계에서 조합하여 단계적 방식으로 반도체웨이퍼를 연마하는데 유용하다.
연마면에 연마액을 공급하기 직전에 2종류 이상의 연마액을 혼합하거나, 연마액을 순수로 희석하기 위해, 도 46에 나타내는 바와 같이, 밸브(440, 441)가 추가될 수도 있다. 자유롭게 변화시킨 농도로 연마액을 공급하기 위해 이들 밸브(440, 441)에 연결된 라인에는 정유량밸브 및 압력센서가 포함될 수도 있다.
도 46 내지 도 48에 도시된 모든 시스템은 남아있는 연마액이 건조하여 굳어지지 않도록 연마액공급라인으로부터 남아있는 연마액을 순수로 제거하기 위한 플러싱라인(flushing line)과 밸브(424, 425)를 포함한다. 이 밸브(424, 425)는 반도체웨이퍼의 연마공정의 종료때마다 일정시간만큼, 또는 폴리싱장치가 다음의 공정이 시작되기를 기다리는 있는 일정간격에서 개방되여 라인내를 세정할 수도 있다.
반도체웨이퍼세정
도 32는 반도체웨이퍼의 세정 및 반도체웨이퍼를 취급하는 각 기기의 세정동작을 나타내는 개략도이다.
회전운반기(27)에 의해 운반되는 반도체웨이퍼, 푸셔(30, 30')(pusher), 리프터(29, 29'), 톱링(32, 33), 및 반전기(28, 28')(reversing device)는 연마후에 행해지는 운반중에 세정된다. 연마중에 연마액이나 부유입자가 부착된 반도체웨이퍼는 이른 단계에서 세정되고, 연마액의 화학성분에 의한 불필요한 에칭이나 산화가 방지된다. 만약, 연마액이나 부유입자가 반도체웨이퍼상에서 건조하면 반도체웨이퍼에 강하게 부착되어 그후 세정에 의해 제거되기가 힘들어 진다. 따라서, 반도체웨이퍼는 건조됨없이 세정장치에 운반될 필요가 있다. 반도체웨이퍼를 운반하는 5개의 유닛도 오염된 반도체웨이퍼에 접촉하기 때문에 각각 세정될 필요가 있다.
푸셔(30, 30')는 톱링(32, 33)과 회전운반기(27)의 사이에서 반도체웨이퍼의 운반을 행한다. 연마전의 반도체웨이퍼는 회전운반기(27)에 의해 푸셔(30, 30')의 위쪽으로 운반되어 진다. 푸셔(30, 30')는 이 반도체웨이퍼를 톱링(32, 33)에 운반한다. 연마후의 반도체웨이퍼는 톱링(32, 33)으로부터 푸셔 (30, 30')를 거쳐 회전운반기(27)에 운반된다. 연마후의 반도체웨이퍼는 연마액이나 부유입자가 부착되어 있기 때문에, 퓨셔(30, 30')에도 이 연마액이나 부유입자가 부착되는 경향이 있다. 따라서, 만약 푸셔가 세정되지 않으면, 푸셔는 다음에 연마전의 반도체웨이퍼를 오염시키게 된다. 또한, 푸셔를 세정하지 않고 장시간 방치하면, 연마액이나 부유입자가 굳어져 큰 입자를 형성하고 그러한 입자는 반도체웨이퍼에 부착된다. 만약, 반도체웨이퍼가 이 상태에서 연마되면, 반도체웨이퍼는 부착된 입자로 인해 손상받게된다. 따라서, 푸셔(30, 30')를 세정할 필요가 있으며, 특히 반도체웨이퍼를 얹어 놓는 푸셔(30, 30')의 스테이지를 세정하는 것이 필요하다.
도 32에 나타내는 바와 같이, 순수, 화학약품, 이온수 또는 오존수와 같은 세정액은 스프레이노즐(500)로부터 분출된다. 연마후의 반도체웨이퍼(101)가 푸셔(30, 30')에 의해 받아들여지고, 하강된 다음, 회전운반기(27)로 운반되고 센서로부터 푸셔(30, 30')를 완전히 하강하였다는 신호를 받을 때까지 하강된 후, 노즐(500)로부터 세정액을 분사함으로써 세정이 행해진다.
회전운반기(27)는 반도체웨이퍼를 상면에 얹어 놓고 리프터(29, 29')와의 운반위치와 푸셔(30, 30')와의 운반위치 사이를 회전하여 반도체웨이퍼를 운반한다. 연마후 반도체웨이퍼의 운반에서, 연마액이나 부유입자가 부착된 반도체웨이퍼가 운반되기 때문에, 핀(201)이나 그 주변이 연마액이나 부유입자로 오염된다. 연마후의 반도체웨이퍼는 회전운반기(27)상의 핀(201)의 위로 푸셔(30, 30')를 경유하여 운반된다. 반도체웨이퍼가 회전운반기(27)에 운반된 후, 반도체웨이퍼의 상하면을 세정하기 위해 반도체웨이퍼의 상하면에 순수, 화학약품, 이온수, 또는 오존수와 같은 세정액이 공급된다. 세정액을 공급하기 위해서 연마기 팬(80, 80')이나 격벽(24)에 고정된 스프레이노즐(501, 502, 503, 504)이 세정액을 공급하기 위해 사용되며, 반도체웨이퍼는 원하는 유량과 압력의 세정액, 및 원하는 각도의 노즐로 세정될 수 있다. 반도체웨이퍼의 상하면의 세정은 동시에 행해지고, 세정액을 공급하기 위한 에어동작형밸브(air operating valve)는 공유될 수 있다. 이 경우, 에어동작형밸브의 출구의 하류측에서 파이프가 분기되고, 분기된 파이프로부터 세정액이 반도체웨이퍼의 상하면에 공급되어도 좋다. 또한, 반도체웨이퍼의 패턴면(pattern surface)은 밑을 향하고 있기 때문에, 반도체웨이퍼의 상면보다 반도체웨이퍼의 하면이 더욱 충실히 세정되면, 반도체웨이퍼의 수율이 좋아진다.
따라서, 반도체웨이퍼의 하면에 대한 공급용 노즐은 반도체웨이퍼의 상면에 대한 공급용 노즐보다도 더 큰 유량을 흘릴 수 있는 것이 바람직하다. 또는, 반도체웨이퍼의 하면에 대한 세정액 공급용 파이프의 직경은 반도체웨이퍼의 상면에 대한 세정액 공급용 파이프의 직경보다도 더 큰 것이 바람직하다. 또한, 2개의 에어동작형밸브가 각각 반도체웨이퍼의 상면 및 하면용으로 사용되도록 하는 것도 가능하다.
또한, 회전운반기(27)가 반도체웨이퍼를 유지하지 않을 때, 웨이퍼 지지핀(201)은 반도체웨이퍼 세정용 상기 노즐에 의해 세정될 수도 있다.
리프터(29, 29')는 반전기(28, 28')와 회전운반기(27)사이에서 반도체웨이퍼를 각각 운반한다. 연마전의 반도체웨이퍼는 로봇에 의하여 반전기(28, 28')에 운반되어 온다. 리프터(29, 29')는 이 반도체웨이퍼를 반전기(28, 28')로부터 회전운반기(27)로 운반한다. 연마후의 반도체웨이퍼는 회전운반기(27)에 의해 리프터 (29, 29')위쪽으로 운반되어 오고, 이 반도체웨이퍼는 리프커(29. 29')에 의해 반전기(28, 28')에 운반된다. 연마후의 반도체웨이퍼는 연마액 또는 부유입자들이 제거되도록 회전운반기(27)상에서 세정된다. 그러나 이 세정은 연마액 또는 부유입자를 충분히 제거할 수 없으며, 따라서, 반도체웨이퍼를 운반하는 리프터(29, 29')는 오염될 수 있다. 따라서, 반도체웨이퍼의 운반사이의 간격동안에 그위에 반도체웨이퍼를 얹어 놓는 스테이지(260)(stage)(도 30참조)는 세정될 필요가 있다. 이 경우에, 순수 또는 화학약품과 같은 세정액은 스프레이노즐(505)로부터 스프레이될 수도 있다. 특히, 반도체웨이퍼가 반전기(28, 28')에 운반되고, 리프터(29, 29')가 하강하고, 센서(267)가 리프트(29, 29')의 하강의 완료를 나타내는 신호를 발할 때, 연마후의 반도체웨이퍼(101)의 세정을 개시하는 것이 효과적이다.
톱링(32, 33)은 각 연마마다 연마액이나 부유입자로 오염된다. 따라서, 연마후의 반도체웨이퍼를 제거하고 나서 다음 연마전의 반도체웨이퍼를 받기 전에 톱링(32, 33)은 세정될 필요가 있다. 반도체웨이퍼가 톱링(32, 33)으로부터 제거된 후, 웨이퍼유지면(32a, 33a)이 노출된다. 다음의 반도체웨이퍼를 연마하기 전에 연마액 또는 부유입자를 제거하기 위해 웨이퍼유지면(32a, 33a)은 세정되어져서, 연마액 또는 부유입자가 웨이퍼유지면(32a, 33a)과 반도체웨이퍼 사이에 들어가는 것을 방지할 수 있다. 도 32에 나타내는 바와 같이, 순수, 화학약품, 이온수, 또는 오존수와 같은 세정액을 스프레이노즐(506)로부터 웨이퍼유지면(32a, 33a)으로 공급된다. 또한, 연마후의 반도체웨이퍼가 톱링(32, 33)으로부터 제거되고 푸셔(30, 30')로 운반되기 전에, 반도체웨이퍼의 패턴면은 노즐(506)로부터 공급된 세정액에 의해 세정될 수도 있다.
반전기(28, 28')는 로봇(20, 21)과 리프터(30, 30')의 사이에서 운반동안 반도체웨이퍼를 각각 반전시킨다. 연마후의 반도체웨이퍼는 반전기(28, 28')에 운반되기 전에 단지 단순 세정동작만을 받게 되므로, 반도체웨이퍼가 반전기(28, 28')내에 있는 동안에, 순수, 화학약품, 이온수, 또는 오존수와 같은 세정액이 스프레이노즐(507, 508)로부터 반도체웨이퍼로 공급된다. 연마후의 반도체웨이퍼는 반전기에 운반되고, 그곳에서 반전된 후, 반도체웨이퍼는 패턴면이 위를 향하고 있다. 반전된 반도체웨이퍼는 그것이 운반되어질 로봇을 기다린다. 어떤 경우에, 반전된 반도체웨이퍼는 연마 또는 세정의 공정시간에 따라 장시간동안 로봇을 기다린다. 그러한 경우에, 세정액의 공급은 주로 반도체웨이퍼가 건조되는 것을 방지하기 위한 것이다. 세정장치(5, 6, 22, 23)중에서, 하나 또는 그 이상의 세정장치에서의 세정시간이 연마시간보다도 극단적으로 긴 경우에, 반도체웨이퍼(101)는 회전운반기(27)상의 스테이지(211, 213)(도 31참조)내에 있게된다. 또한 이 경우에도, 회전운반기(27)상의 반도체웨이퍼가 건조되는 것을 방지하기 위한 세정액을 공급하기 위해 스프레이노즐(503, 504)이 사용될 수 있다.
이상과 같이, 회전운반기 및 회전운반기주변의 여러 유닛내에서의 세정에 관하여 설명하였다. 요약하면, 연마후의 반도체웨이퍼는 다음의 일련과정으로 세정된다:
1) 톱링(32, 33)상에서의 세정
2) 회전운반기(27)상에서의 세정
3) 반전기(28, 28')에서의 세정
연마액에 의한 불필요한 에칭이나 산화를 막기 위하여, 화약약액에 의한 세정은 반도체웨이퍼의 연마완료후 즉시 행해지는 것이 바람직하다. 따라서, 톱링상에서나 회전운반기상에서의 반도체웨이퍼를 순수보다는 화학약품에 의해 세정하는 것이 더 유효하다.
반대로, 반전기에서의 세정은 세정보다는 반도체웨이퍼가 건조되는 것을 방지하기 위해 행해진다. 왜냐하면, 반도체웨이퍼는 이미 어느 정도 세정되었기 때문이다.
따라서, 만약 반도체웨이퍼가 톱링 및 회전운반기에서 화학약품에 의해 반전기에서는 순수로 세정된다면, 반도체웨이퍼는 최소비용으로 가장 적합하게 세정될 수 있다.
만약, 톱링과 회전운반기에서 반도체웨이퍼를 세정하는데 일정한 시간이 소비된다면, 그것은 반도체웨이퍼의 공정시간에 직접 영향을 미치게 된다. 그러나, 반전기에서 대기시간동안 반도체웨이퍼를 세정하는 것은 폴리싱장치의 공정시간에 영향을 주지 않는다. 따라서, 톱링이나 회전운반기에서의 세정수의 분출은 강하게 단시간으로 행하고, 반전기에서의 세정은 건조를 방지하는 정도의 유량으로 예를 들어, 반전기에서의 반도체웨이퍼를 순수로 간헐적으로 세정하는 것이 좋다.
본 발명에 의하면, 폴리싱장치는, 단위설치면적당 공정능력을 저하시킴없이 다양한 연마공정에 따라 필요한 세정단수(number of cleaning stage)을 유지하기 위한 필요한 세정공정에 부합하도록, 또한 긴 시간이 소요되는 세정공정은 적어도 2개의 세정장치에 할당함으로써 각 세정공정에 있어서의 세정공정시간을 단축하도록 운반루트를 변경할 수 있으며, 그에 따라, 단위시간당 대상물의 처리매수, 즉 처리율(throughput)을 증가시킬 수 있다.
또한, 반도체웨이퍼와 같은 연마전의 대상물을 톱링에 운반하는데 필요한 시간을 단축하는 것이 가능해 지므로, 단위시간당의 대상물의 처리매수, 즉 처리율을 비약적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 연마후의 대상물은 세정공정내에서 처리되는 동안 대기가능하므로, 세정공정시간이 다른 복수의 세정공정을 복수의 연마후의 대상물에 대하여 서로 병렬로 행해질 수 있다. 특히, 운반루트는 긴 시간을 필요로 하는 세정공정에 의해 방해되지 않으며, 연마후의 대상물은 세정공정으로 끊임없이 공급될 수 있다.
또한, 대기의 청정도가 서로 다른 챔버는 격벽에 의하여 분리되기 때문에, 오염된 챔버의 대기가 다른 청정한 챔버로 유입하는 것이 방지되며, 따라서 청정한 챔버의 청정도를 저하시키는 것이 방지된다.
비록 본 발명의 특정한 바람직한 실시예가 도시되고 상세히 설명되었지만, 첨부된 청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변화 및 수정이 가능하다는 것을 알아야 한다.

Claims (45)

  1. 연마면을 가지는 턴테이블;
    대상물을 유지하고, 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하는 톱링;
    연마후의 대상물을 세정하는 3대 이상의 세정장치; 및
    상기 3대 이상의 세정장치사이에서 상기 연마후의 대상물을 운반하는 운반기구를 포함하여 이루어지며,
    상기 운반기구는 상기 3대 이상의 세정장치사이에서의 운반루트를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 3대 이상의 세정장치는 연마후의 상기 대상물을 3단계 이상으로 세정할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 운반기구는 2개의 병렬 운반루트를 따라 상기 세정장치들 사이에서 연마후의 대상물을 운반할 수 있고, 상기 3대 이상의 세정장치는 연마후의 대상물을 2단계 이상으로 세정할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 세정장치의 2대 이상은 상기 세정된 연마후의 대상물을 회전시킴으로써 상기 세정된 연마후의 대상물을 건조시키는 스핀-드라이기능을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 운반기구는 복수의 로봇을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  6. 연마면을 가지는 복수의 턴테이블;
    대상물을 유지하고, 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하는 복수의 톱링;
    연마후의 대상물을 세정하는 3대 이상의 세정장치; 및
    상기 3대 이상의 세정장치사이에서 상기 연마후의 대상물을 운반하는 2개 이상의 로봇을 포함하여 이루어지며,
    상기 2개 이상의 로봇은 상기 3대 이상의 세정장치사이에서의 운반루트를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 3대 이상의 세정장치는 연마후의 상기 대상물을 3단계 이상으로 세정할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 로봇은 2개의 병렬 운반루트를 따라 상기 세정장치들 사이에서 연마후의 대상물을 운반할 수 있고, 상기 3대 이상의 세정장치는 연마후의 대상물을 2단계 이상으로 세정할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 세정장치의 2대 이상은 상기 세정된 연마후의 대상물을 회전시킴으로써 상기 세정된 연마후의 대상물을 건조시키는 스핀-드라이기능을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  10. 각각 연마면을 가지는 복수의 턴테이블;
    대상물을 유지하고, 대상물을 연마하기 위해 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하는 복수의 톱링;
    상기 복수의 톱링에 의해 접근가능한 위치에 배치되고, 회전중심에서 소정 원주상에 위치하여 대상물을 유지하는 복수의 부분을 가지고, 그 위에 놓여지는 하나 이상의 대상물을 회전시킬 수 있는 회전운반기;
    상기 회전운반기와 톱링과의 사이에서 대상물을 운반하는 푸셔;
    상기 회전운반기로 및 상기 회전운반기로부터 상기 대상물을 운반하고 상기 대상물을 반전시키는 반전기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 복수의 톱링의 각각은 회전샤프트를 중심으로 하여 상기 하나 이상의 턴테이블 위쪽의 위치 및 상기 회전운반기 위쪽의 위치로 요동할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 복수의 톱링의 각각은 회전샤프트를 중심으로 하여 상기 2개의 턴테이블의 위쪽으로 요동할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 복수의 턴테이블의 하나는 스크롤형 턴테이블을 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 각각의 턴테이블과 결합된 각각의 전용드레서 및 상기 드레서를 세정하기 위한 각각의 기구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  15. 제 10항에 있어서,
    상기 톱링은 대상물이 연마된 후 상기 턴테이블로부터 이격되고 상기 턴테이블에 인접한 오버행위치로 요동하고, 이 오버행위치에서 상기 턴테이블에 인접하여 설치된 노즐로부터 상기 톱링에 유지된 대상물에 세정액이 공급되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  16. 제 10항에 있어서,
    상기 회전운반기의 상기 부분은 연마전의 반도체웨이퍼를 지지하는 로딩용 스테이지와 연마후의 반도체웨이퍼를 지지하는 언로딩용 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  17. 제 10항에 있어서,
    상기 반전기는 회전운반기의 위쪽 또는 아래쪽에 위치하고, 상기 반전기와 상기 회전운반기사이에 있어서의 대상물의 운반은 대상물을 유지하고 수직으로 이동가능한 리프터에 의하여 행하는 지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  18. 제 10항에 있어서,
    상기 반전기는 연마면이 위쪽을 향하도록 상기 연마후의 대상물을 반전할 수 있으며, 상기 연마면이 위쪽으로 향한 상태에서 상기 연마후의 대상물이 세정되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  19. 대상물을 연마하는 연마부;
    연마후의 대상물을 세정하는 세정부;
    연마전 및 연마후의 대상물을 반전하는 반전기를 포함하여 이루어지며,
    상기 연마부에서는 대상물의 피연마면이 아래쪽을 향하게 한 상태에서 대상물을 연마하도록 구성되고, 상기 세정부에서는 연마후의 대상물의 피연마면이 위쪽을 향하게 한 상태에서 상기 연마후의 대상물을 세정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  20. 연마면을 가지는 턴테이블;
    대상물을 유지하고, 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하는 톱링;
    연마후의 대상물을 세정하는 복수의 세정장치; 및
    상기 세정장치를 경유하여 상기 대상물이 복수단계의 세정공정을 거치는 사이에 대상물을 대기상태에서 유지하기 위한 대상물 지지체를 가지는 대상물 스테이션을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 대상물 스테이션은 상기 대상물이 건조되는 것을 방지하기 위해 대기상태의 상기 대상물에 세정액을 공급하는 노즐을 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  22. 제 20항에 있어서,
    복수의 대상물을 수용하기 위한 카세트를 더 포함하며, 상기 대상물 스테이션은 상기 턴테이블과 상기 카세트와의 사이에 배치되고, 상기 대상물 스테이션은 상기 대상물이 상기 턴테이블로 운반되기 전에 대기상태에 있는 연마전의 대상물을 유지하기 위한 대상물 지지체를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 대상물 스테이션은 상기 대상물이 상기 카세트로 운반되기 전에 대기상태에 있는 연마후의 대상물을 유지하기 위한 대상물 지지체를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 대상물 스테이션은 상기 카세트와 상기 세정장치를 포함하는 영역을 서로 분리하기 위한 셔터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  25. 제 20항에 있어서,
    상기 대상물 스테이션은 대기상태에 있는 연마전의 대상물을 전용으로 유지하기 위한 하나 이상의 대상물 지지체와 대기상태에 있는 연마후의 대상물을 전용으로 유지하기 위한 하나 이상의 대상물 지지체를 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  26. 제 23항에 있어서,
    상기 대상물 스테이션은 대기상태에 있는 연마전의 대상물을 유지하기 위한 2 이상의 대상물 지지체와 대기상태에 있는 연마후의 대상물을 유지하기 위한 2 이상의 대상물 지지체를 포함하며, 상기 연마전의 대상물을 유지하기 위한 2개의 대상물 지지체는 서로 수평방향으로 이격되고, 상기 연마후의 대상물을 유지하기 위한 2개의 대상물 지지체는 상기 연마전의 대상물을 유지하기 위한 상기 2개의 대상물 지지체 밑에 배치되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 연마후의 대상물을 유지하기 위한 상기 2개의 대상물 지지체는 서로 수직방향으로 이격되고, 2대의 운반로봇이 대상물을 운반할 수 있는 영역사이의 교점에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 연마후의 대상물을 유지하기 위한 2개의 대상물 지지체는 상부 및 하부 대상물 지지체로서 수직방향으로 이격되고, 상기 상부 대상물 지지체는 대기상태에서 상기 세정장치중 하나 이상에 의한 한번이상 세정후의 대상물을 유지하고, 상기 하부 대상물 지지체는 대기상태에서 상기 세정장치중 하나 이상에 의한 세정전의 대상물을 유지하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  29. 연마전의 대상물을 공급하고 연마후의 대상물을 수용하는 로딩ㆍ언로딩부;
    대상물의 연마를 행하는 연마부;
    연마후의 대상물을 세정하는 세정부; 및
    상기 대상물이 그곳을 통과하도록 각각 개구를 가지는 격벽에 의해 분리된 챔버를 포함하여 이루어지며,
    상기 로딩ㆍ언로딩부, 연마부 및 세정부는 상기 챔버내에 수용되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  30. 제 29항에 있어서,
    상기 격벽의 상기 개구에 각각 배치되는 개폐가능한 셔터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  31. 제 29항에 있어서,
    상기 챔버내의 기압은 서로 독립적으로 제어가능한 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  32. 제 29항에 있어서,
    상기 연마부는 복수개가 제공되고, 상기 연마부는 서로 하나 이상의 격벽으로 분리되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  33. 제 32항에 있어서,
    상기 연마부의 적어도 하나가 동작중일 때, 상기 다른 연마부는 정비를 위해 수리될 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  34. 제 29항에 있어서,
    상기 세정부는 상기 대상물을 세정하는 복수의 세정장치를 구비하고, 상기 세정장치의 적어도 하나가 동작중일 때, 상기 다른 세정장치는 정비를 위해 수리될 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  35. 제 29항에 있어서,
    상기 로딩ㆍ언로딩부는 복수의 연마전의 대상물을 수용하기 위한 복수의 카세트를 놓을 수 있으며, 상기 카세트를 분리하기 위한 격벽을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  36. 제 35항에 있어서,
    상기 로딩ㆍ언로딩부는 복수의 연마전의 대상물을 수용하기 위한 4개 이상의 카세트를 놓을 수 있으며, 상기 연마부는 상기 4개의 카세트중 적어도 2개의 카세트내에 수용된 대상물을 서로 병행하여 처리할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  37. 각각 연마면을 가지는 복수의 턴테이블;
    대상물을 연마하기 위해 대상물을 유지하고, 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하는 복수의 톱링; 및
    연마후의 대상물을 세정하는 복수의 세정장치를 포함하며,
    상기 연마면은 대상물을 초벌 연마하기 위한 연마면과 대상물을 마무리 연마하기 위한 연마면을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  38. 제 37항에 있어서,
    상기 연마면의 적어도 하나는 연마포를 포함하고, 상기 연마면의 적어도 하나는 연마 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  39. 제 37항에 있어서,
    상기 턴테이블은 직경이 다른 적어도 2개의 턴테이블을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  40. 제 38항에 있어서,
    대상물은 연마 플레이트를 포함하는 연마면에 의해 제 1단계로 연마된 후, 연마포를 포함하는 연마면에 의해 제 2단계로 연마되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  41. 연마전의 대상물을 공급하고 연마후의 대상물을 수용하는 로딩ㆍ언로딩부;
    연마면을 가지는 턴테이블;
    대상물을 유지하고, 대상물을 상기 연마면에 대해 가압하는 톱링;
    연마후의 대상물을 세정하는 3대 이상의 세정장치; 및
    상기 대상물을 운반하는 운반기구를 포함하여 이루어지며,
    상기 3대 이상의 세정장치중 적어도 2대는 동일한 세정기능을 가지는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  42. 제 41항에 있어서,
    상기 운반기구는 복수의 로봇을 포함하여 이루어지고, 상기 로봇중 하나는 상기 로딩ㆍ언로딩부에 얹어 놓여진 카세트와의 사이에서 대상물을 주고받기 위한 2개의 핸드를 가지며, 상기 하나의 핸드는 대상물을 진공하에서 유지하는 진공흡착형 핸드이고, 상기 다른 하나의 핸드는 핸드상에 형성된 오목부에 의해 상기 대상물의 둘레 가장자리를 지지하기 위한 오목부 지지형 핸드이며, 상기 진공흡착형 핸드는 상기 카세트로부터 상기 대상물을 받아 들일 때 사용되고, 상기 오목부 지지형 핸드는 상기 카세트에 상기 대상물 되돌릴 때 사용되는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  43. 제 41항에 있어서,
    상기 운반기구는 복수의 로봇을 포함하여 이루어지고, 적어도 1개의 로봇은 수직방향으로 이격된 2개의 핸드를 구비하며, 상측의 핸드는 적어도 한번이상 세정된 대상물을 유지하고, 하측의 핸드는 세정되지 않은 연마전의 대상물을 유지하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  44. 제 41항에 있어서,
    상기 세정장치의 적어도 2대는 상기 대상물의 양면을 세정할 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  45. 제 42항에 있어서,
    대기상태에 있는 대상물을 유지하기 위한 대상물 지지체를 더 포함하여 이루어지며, 상기 대상물 지지체는 상기 진공흡착형핸드가 상기 대상물을 유지하면서 상기 지지체상에 위치된 후, 그로부터 대상물을 놓기 위해 진공파괴하고, 상기 지지체에 의해 가이드되어 대상물의 중심을 맞추어, 상기 대상물을 상기 지지체에 운반하도록 동작될 수 있는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
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