KR20070048732A - 폴리싱장치 및 기판처리방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 폴리싱장치는 폴리싱 시에 톱링으로부터의 기판의 이탈을 검출할 수 있다. 상기 폴리싱장치는: 폴리싱패드(11)를 구비한 폴리싱테이블(10); 톱링(21); 및 상기 톱링으로부터의 기판의 이탈을 검출하기 위한 기판이탈검출부를 포함하되, 상기 기판이탈검출부는 상기 폴리싱패드의 상부면의 영역을 광으로 조사하기 위한 광조사부재(26), 상기 광조사부재의 광조사를 제어하기 위한 제어장치(32), 상기 광으로 조사된 영역의 상을 찍기 위한 촬상부재(27), 및 상기 촬상부재로부터 출력되는 정보를 처리하기 위한 정보처리부재(31)를 포함하고, 상기 제어장치는, 적어도 상기 기판이 상기 폴리싱패드와 접촉되어 있는 것으로 간주되는 시간 주기 동안에 광조사를 수행하는 방식으로 상기 광조사부재를 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

폴리싱장치 및 기판처리방법{POLISHING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 기판을 폴리싱하기 위한 폴리싱장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 폴리싱 시에 톱링으로부터의 기판의 이탈(escape)을 검출하기 위한 기판이탈검출부가 제공된 폴리싱장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 폴리싱장치와 통합된 기판처리장치 및 폴리싱장치에 이용될 수 있는 톱링으로부터의 기판의 이탈을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체디바이스의 집적도가 높아짐에 따라, 회로 배선이 더욱 미세해지고, 인접한 배선(interconnects)간의 거리가 더욱 좁아지고 있는 추세이다. 특히, 0.5 ㎛ 이하의 선폭을 갖는 광학 리소그래피에 의해 회로 패턴을 형성하는 경우에는, 광학계의 초점심도가 비교적 작기 때문에, 패턴 이미지들이 스테퍼에 의해 포커싱될 표면들이 가능한 한 평탄할 것이 요구된다. 화학적-기계적 폴리싱(CMP)을 실시하기 위한 폴리싱장치는 이러한 반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위한 수단으로 알려져 있다.
일반적인 폴리싱장치는, 폴리싱테이블 및 톱링을 회전시키면서, 상기 톱링에 의해 유지되는 기판의 표면을 상기 폴리싱테이블의 폴리싱패드(연마포)의 상부면과 접촉시켜 기판의 표면(폴리싱면)을 폴리싱하도록 설계되어 있다. 폴리싱장치에 있어서, 기판이 정상적인 방식으로 톱링에 의해 수용된 경우에는 폴리싱 시에 상기 톱링으로부터 기판이 이탈되는 일은 아주 드물다. 다른 한편으로, 기판이 정상적인 방식으로 톱링에 의해 수용되지 않거나 상기 톱링의 가이드링 상에서 작동되지 않는 경우에는, 상기 기판이 폴리싱 시에 상기 톱링으로부터 이탈될 수 있다. 만일 기판이 톱링으로부터 이탈된다면, 상기 기판은 회전하는 폴리싱테이블 상에서 회전되어, 상기 톱링과 충돌하게 되는데, 이는 기판 자체의 파손을 초래하거나 상기 톱링의 가이드링, 상기 폴리싱테이블 상의 폴리싱패드 등과 같은 폴리싱장치의 부재들에 손상을 입힐 수도 있다.
기판이 이탈하는 문제를 해결하기 위하여, 카메라 등이 폴리싱패드 위쪽에 제공되어, 상기 폴리싱패드의 상부면의 상(image)을 찍어, 상기 카메라로 찍은 상이 톱링으로부터의 기판의 이탈을 검출하도록 처리되는 방법이 채택되어 왔다. 또다른 종래의 방법으로는 폴리싱패드의 상부면을 향해 광을 방출하기 위한 발광부재 및 상기 발광부재로부터 방출되는 광의 반사광을 수신하기 위한 수광부재의 제공을 들 수 있다. 상기 수광부재에 의해 수신되는 광량은 광이 조사(irradiate)된 폴리싱패드 상의 기판의 존재 유무를 판정하도록 측정되어, 톱링으로부터의 기판의 이탈을 검출하게 된다. 이러한 방법은 폴리싱패드와 기판의 표면간의 광택도(glossiness)의 차이를 이용하여, 광이 조사된 폴리싱패드 상의 기판의 존재 유무를 판정한다. 즉, 수광부재에 의해 수신되는 광량의 변화를 검출하여 상기 톱링으로부터의 기판의 이탈을 검출한다.
요즘에는, 알루미늄 또는 알루미늄합금보다 전기전도도가 높은 구리가 기판 상의 배선회로를 형성하기 위한 재료로서 사용되기도 한다. 구리는 부식에 취약한 금속이다. 따라서, CMP에 의한 구리의 처리는 구리 부식의 문제를 수반한다. 슬러리 또는 세정용액과 같은 처리 환경 이외에도, 광기전력 또한 구리 부식, 소위 광부식(photocorrosion)을 발생시킬 수도 있다. 상기 광부식 현상은 배선의 형성을 위해 기판 상에 형성된 구리층이 광으로 조사될 때에 발생할 수 있다. 그러므로, 배선을 위한 표면구리층을 구비한 기판의 폴리싱은 차광암실에서 실시될 수도 있다(예컨대, 일본특허공개공보 제2004-63589호 참조).
상술된 바와 같이, 배선용 구리의 광부식은 기판의 표면(폴리싱면)이 광(光)으로 조사(irradiated)될 때에 발생할 수 있다. 그러므로, 구리의 광부식을 방지하면서 배선용 표면구리층을 구비한 기판을 폴리싱하기 위해서는, 톱링으로부터의 기판의 이탈의 검출을 위한 반사광검출 또는 상처리를 수반하는 상술된 방법을 이용하는 것이 바람직하지 않다.
본 발명은 이러한 상황의 배경기술의 관점에서 고안되었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 예컨대 배선의 형성을 위해 기판 상에 형성된 구리층의 광부식을 유발하지 않고도, 톱링으로부터의 기판의 이탈을 검출할 수 있는 폴리싱장치, 및 상기 폴리싱장치와 통합된 기판처리장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리싱패드를 구비한 폴리싱테이블; 기판을 잡아주어 상기 기판을 상기 폴리싱테이블에 대해 가압하기 위한 톱링; 및 상기 톱링으로부터 상기 기판의 이탈을 검출하기 위한 기판이탈검출부를 포함하여 이루어지고, 상기 기판이탈검출부는, 상기 폴리싱패드의 상부면의 영역을 광으로 조사하기 위한 광조사부재, 상기 광조사부재의 광조사를 제어하기 위한 제어장치, 상기 조사광의 반사광을 받아들이기 위한 수광부재 또는 상기 광으로 조사된 영역의 상을 찍기 위한 촬상부재(image-taking member), 및 상기 수광부재 또는 상기 촬상부재로부터 출력되는 정보를 처리하기 위한 정보처리부재를 포함하며, 상기 제어장치는 적어도 상기 기판이 상기 폴리싱패드와 접촉되어 있는 것으로 간주되는 시간 주기 동안에 광조사를 수행하는 방식으로 상기 광조사부재를 제어하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치를 제공한다.
상기 제어장치는, 적어도 상기 기판이 상기 폴리싱패드와 접촉되어 있는 것으로 간주되는 시간 주기 동안에 광조사를 수행하는 방식으로 상기 광조사부재를 제어한다. 이는 기판조사시간을 최소화하여, 예컨대 구리의 광부식을 방지할 수 있게 된다. 또한, 톱링으로부터의 기판의 이탈이 폴리싱의 개시로부터 종점까지 확실하게 검출될 수 있으므로, 기판의 파손과 같은 사고의 발생을 막을 수 있다. 또한, 기판이 폴리싱패드와 접촉되어 있는 것으로 간주되는 동안에 광조사가 수행되기 때문에, 상기 폴리싱패드와 기판의 접촉면은 광으로 조사되지 않는다. 이는 접촉면의 광부식을 확실하게 막을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어장치는 상기 톱링이 하강하기 시작하는 바로 그 때 또는 상기 톱링이 하강하기 시작한 이후 소정의 시간이 경과한 때, 상기 기판이 상기 폴리싱패드와 접촉하게 되는 것으로 간주한다.
이는 폴리싱패드와 기판의 접촉 직전으로부터 상기 톱링으로부터의 기판의 이탈을 확실하게 검출할 수 있어, 기판의 파손과 같은 사고의 발생을 막을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제어장치는 상기 톱링이 상승하기 시작하는 바로 그 때 또는 상기 톱링이 상승하기 시작한 이후 소정의 시간이 경과한 때, 상기 기판이 상기 톱링으로부터 분리된 것으로 간주한다.
이는 톱링으로부터의 기판의 분리 직후까지 상기 톱링으로부터의 기판의 이탈을 확실하게 검출할 수 있어, 기판의 파손과 같은 사고의 발생을 막을 수 있게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 광조사부재는 상기 폴리싱패드의 상부면의, 상기 톱링의 주변부 부근에 있는 영역만을 광으로 조사한다.
이는 폴리싱 시에 톱링으로부터 이탈되지 않은 기판이 광으로 조사되는 것을 막을 수 있으므로, 상기 기판의 광부식을 방지할 수 있게 된다.
상기 기판으로는, 예컨대 배선용 표면구리층을 구비한 반도체웨이퍼가 사용될 수도 있다.
광에 의해 부식되기 쉬운 표면구리층을 구비한 반도체웨이퍼가 기판으로 사용되는 경우에도, 상기 구리층의 광부식은 본 발명에 의해 효과적으로 방지될 수 있다.
본 발명은 또한 상술된 폴리싱장치 및 내부를 관측하기 위한 관측창을 그 주변벽에 구비하고, 적어도 상기 폴리싱장치를 암실 상태로 수용하는 하우징을 포함하여 이루어지고, 상기 관측창에는 외부광을 차폐하기 위한 차광부재(light-shielding member)가 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치를 제공한다.
상기 하우징 내의 폴리싱장치를 암실 상태로 수용하고, 내부 관측용 관측창에 외부광을 차폐하기 위한 차광부재를 제공함으로써, 폴리싱 시에 상기 기판이 외부광으로 조사되는 것을 막을 수 있으므로, 상기 기판의 광부식을 방지할 수 있게 된다.
상기 차광부재는, 예컨대 상기 관측창에 부착된 차광시트(light-shielding sheet)이다.
본 발명은 또한 상기 기판 및 폴리싱패드를 서로에 대해 이동시키는 동안, 톱링에 의해 유지되는 기판을 폴리싱테이블의 폴리싱테이블에 대해 가압하는 단계; 및 상기 기판이 상기 폴리싱패드와 접촉되어 있는 동안, 상기 폴리싱패드의 상부면의 영역을 광으로 조사하여, 상기 조사광의 반사광을 받아들이거나 또는 상기 광으로 조사된 영역의 상을 찍고, 상기 받아들인 광이나 상기 찍은 상에 관한 정보를 처리함으로써, 상기 톱링으로부터의 상기 기판의 이탈을 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 톱링으로부터의 기판의 이탈을 검출하기 위한 방법을 제공한다.
상기 기판이탈검출방법은, 기판을 광으로 조사하기 위한 시간을 최소화하여 기판의 광부식을 방지할 수 있고, 폴리싱의 개시로부터 종점까지 톱링으로부터의 기판의 이탈을 확실하게 검출하여, 기판의 파손과 같은 사고의 발생을 방지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 개략적인 측면도;
도 2a는 LED 조명장치 및 CCD 카메라의 형태를 예시한 개략도이고, 도 2b는 상기 CCD 카메라의 목표범위를 예시한 다이어그램;
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 폴리싱장치의 개략적인 측면도;
도 4는 폴리싱장치를 포함한 본 발명의 일 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적인 평면도; 및
도 5는 기판처리장치가 내부에 수용된 하우징의 외부를 도시한 개략적인 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리싱장치의 구성을 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 폴리싱장치(1)는 상부면에 폴리싱패드(11)를 구비한 폴리싱테이블(10), 및 폴리싱 대상물로서 배선용 표면구리층을 구비한 반도체웨이퍼(기판)(W)를 유지하여, 상기 웨이퍼(W)를 폴리싱하기 위해 상기 폴리싱테이블(10)의 폴리싱패드(11)의 표면에 대해 웨이퍼(W)를 가압하기 위한 톱링(21)을 포함하는 톱링유닛(20)을 포함한다. 상기 폴리싱테이블(10)은 구동부(12)에 의해 도 1에 도시된 화살표 A의 방향으로 회전하고, 상기 톱링(21)은 톱링샤프트(24)에 의해 도 1에 도시된 화살표 B의 방향으로 회전한다. 폴리싱테이블(10) 위쪽 에는 폴리싱을 위한 연마액을 폴리싱패드(11) 및 웨이퍼(W)의 슬라이딩면에 공급하기 위한 연마액노즐(25)이 배치되어 있다. 상기 폴리싱장치(1)는 후술하는 바와 같이, 그 내부가 암실 상태로 유지되는 하우징 내에 배치되어, 외부광에 의해 조사되지 않고도 상기 웨이퍼(W)가 하우징 내에서 폴리싱되도록 한다.
상기 폴리싱장치(1)에는, 폴리싱패드(11)의 상부면의 영역을 광으로 조사하기 위한 광조사부재로서 스폿형 LED 조명장치(26) 및 상기 폴리싱패드(11)의 상부면의, 상기 LED 조명장치(26)로부터의 광으로 조사되는 영역의 상을 찍기 위한 촬상부재를 포함하는 기판(웨이퍼)이탈검출부가 제공되어 있다. 도 2a는 상기 LED 조명장치(광조사부재)(26) 및 CCD 카메라(촬상부재)(27)의 형태를 도시한, 도 1의 일부분의 확대도이다. 상기 LED 조명장치(26)는 상기 폴리싱테이블(10) 위쪽에 설치되어, 상기 폴리싱패드(11)의 상부면의, 상기 톱링(21)의 주변부 부근에 있는 영역을 스폿광으로 조사할 수 있도록 배향되어 있다. 상기 LED 조명장치(26)는, 후술하는 바와 같이, CCD 카메라(27)로 찍은 상에서, 상기 CCD 카메라(27)의 목표범위 내에 있는 웨이퍼(W)를 검출하기 위한 충분한 광량을 제공할 수 있도록 하는 상기 폴리싱패드(11)로부터의 소정 높이에 설치되어 있다. 상기 조사되는 LED 광은 여하한의 컬러가 사용될 수도 있지만, CCD 카메라(27)를 이용하여 뚜렷한 상을 찍기 위해서는 비교적 밝은 백색 LED 광을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 LED 조명장치(26) 이외의 여타의 조명장치가 광조사부재로서 채택될 수도 있지만, 광원의 빈번한 변경을 피한다는 관점에서 수명이 긴 LED 조명장치를 채택하는 것이 바람직하다.
상기 CCD 카메라(27)는, 상기 폴리싱패드(11)의 상부면의, 상기 톱링(21)의 주변부 부근에 있는 LED 광조사영역 바로 위쪽에, 그리고 상기 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 이탈이 광원으로서 LED 조명장치를 이용하여 찍은 상에서 검출될 수 있도록 하는 높이의 위치에 설치된다. 도 2b는 상기 CCD 카메라(27)의 상목표범위(28)의 일 례를 예시한다. 상기 CCD 카메라(27)는 도 2b에 도시된 바와 같이, 톱링(21)의 하부면으로부터 이탈되는 웨이퍼(W)를 그 목표범위(28) 내에서 잡아내어, 상기 웨이퍼(W)의 상을 찍을 수 있는 위치에 설치된다.
도 1로 다시 돌아가면, 전원장치(30)로부터의 전력이 상기 LED 조명장치(26)에 공급된다. CCD 카메라(27)로 찍은 이미지 데이터는 이미지 처리를 위한 상처리장치(정보처리부재)(31)로 전송된다. 상기 전원장치(30) 및 상처리장치(31)는 제어장치(32)에 의해 제어된다. 상기 상처리장치(31)에 의해 처리된 이미지 정보는 상기 제어장치(32)로 입력되고, 상기 제어장치(32)는 상기 이미지 정보를 토대로 웨이퍼(W)의 이탈을 검출한다. 상기 제어장치(32)는 또한 폴리싱테이블(10)을 회전시키기 위한 구동부(12) 및 상기 톱링(21)을 피봇 및 회전시키기 위한 톱링아암(22)의 동작들을 제어한다.
상술된 구성을 갖는 폴리싱장치(1)의 동작에 있어서, 상기 톱링(21)은 웨이퍼(W)가 상기 톱링(21)의 하부면의 주변영역에 제공된 가이드링(23) 안으로 핏팅되어 진공흡인에 의해 상기 웨이퍼(W)를 유지시키는 방식으로, 후술하는 푸셔(51a 또는 51b)(도 4 참조)로부터 웨이퍼(W)를 수용한다. 그런 다음, 상기 톱링아암(22)은 상기 톱링(21)이 상기 폴리싱테이블(10) 위쪽의 소정 위치에 도달할 때까지 피봇된 다음, 상기 톱링(21)이 하강되어, 상기 웨이퍼(W)의 표면(폴리싱면)을 상기 폴리싱패드(11)의 상부면과 접촉시키게 된다. 상기 폴리싱테이블(10)은, 도 1에 도시된 화살표 A의 방향으로 회전되는 한편, 상기 톱링(21)은 도 1에 도시된 화살표 B의 방향으로 회전되므로, 상대운동을 발생시킨다. 상기 웨이퍼(W)의 표면은 웨이퍼(W)와 폴리싱패드(11)간의 상대운동에 의해 폴리싱된다. 폴리싱 시, 연마액노즐(25)로부터 웨이퍼(W)의 슬라이딩면과 폴리싱패드(11)로 연마액이 공급된다.
웨이퍼(W)가 톱링(21)에 의해 정상적인 방식으로 상기 푸셔(51a 또는 51b)로부터 수용되는 경우, 상기 웨이퍼(W)는 상기 가이드링(23) 내에 핏팅된다. 웨이퍼(W)는 폴리싱 시에 가이드링(23)에 의해 안내된 상태로 유지되기 때문에, 상기 웨이퍼(W)가 상기 가이드링(23)을 벗어나 이탈할 위험이 전혀 없다. 다른 한편으로, 웨이퍼(W)가 정상적인 방식으로 수용되지 않아 상기 톱링(21) 상에서 작동하는 경우에는, 상기 톱링(21)이 폴리싱 시에 틸팅될 수 있어, 상기 웨이퍼(W)가 상기 톱링(21)으로부터 옆으로 이탈하여 상기 폴리싱장치(1)의 일부분과 충돌함으로써, 파손과 같은 사고를 유발할 수도 있다.
웨이퍼(W)의 폴리싱 종료 후, 톱링아암(22)은 톱링(21)의 진공흡인에 의해 유지된 웨이퍼(W)를 상기 폴리싱패드(11) 위쪽으로 철수시키도록 상승된다. 하지만, 톱링(21)의 진공흡인에 의해 웨이퍼(W)를 유지하는 것이 어떠한 이유로 인해 정상적인 상태에 있지 않다면, 상기 웨이퍼(W)가 상승될 수 없어 상기 톱링(21)이 상승될 때에 폴리싱패드(11) 상에 남겨지는 경우가 있다. 이 경우, 폴리싱패드(11) 상에 남아 있는 웨이퍼(W)는 폴리싱테이블(10)의 회전으로 인하여 가이드링(23)으 로부터 옆으로 이탈하여, 상기 폴리싱장치(1)의 일부분과 충돌함으로써, 파손과 같은 사고를 초래할 수도 있다.
이러한 사고를 막기 위해서는, 폴리싱 시에 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 이탈을 검출하는 것이 필요하다. 이하, 기판(웨이퍼)이탈검출부를 이용한 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 이탈을 검출하기 위한 절차를 설명하기로 한다. 우선, 상기 제어장치(32)는, 상기 톱링(21)을 하강하기 위한 지령이 내려져 상기 톱링(21)이 하강하기 시작하는 바로 그 때에 웨이퍼(W)가 상기 폴리싱패드(11)와 접촉하게 되는 것으로 간주하여, 상기 제어장치(32)가 광조사를 개시하기 위해 LED 조명장치(26)를 턴 온시킨다. 대안적으로, 상기 제어장치(32)는, 웨이퍼(W)가 하강하기 시작한 이후 소정의 시간이 경과한 때에 상기 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)와 접촉하게 되는 것으로 간주하여, 상기 제어장치(32)가 광조사를 개시하기 위해 LED 조명장치(26)를 턴 온시킬 수도 있다. 따라서, 상기 LED 광조사는 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)와 접촉하게 되는 직전이나 또는 접촉하는 것과 거의 동시에 개시된다. 상기 CCD 카메라(27)는 상기 LED 조명장치(26)의 광조사의 개시와 동시에 또는 상기 개시로부터 소정의 시간이 경과한 이후에 연속적인 방식으로 광조사영역의 상을 찍기 시작한다.
상기 제어장치(32)는, 웨이퍼(W)의 폴리싱 완료 시에 톱링(21)을 상승시키기 위한 지령이 내려져 상기 톱링(21)이 상승하기 시작하는 바로 그 때에 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)로부터 분리된 것으로 간주하여, 상기 제어장치(32)가 CCD 카메라(27)의 상 촬영을 중단시킨다. 대안적으로, 상기 제어장치(32)는 톱링(21)이 상승 하기 시작한 이후 소정의 시간이 경과한 때에 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)로부터 분리된 것으로 간주하여, 상기 CCD 카메라(27)가 상을 찍는 것을 중단시킬 수도 있다. 상기 LED 조명장치(26)의 광조사는 상기 CCD 카메라(27)가 상을 찍는 것을 중단하는 것으로부터 소정의 시간이 경과한 이후에 또는 그와 동시에 중단된다. 상기 CCD 카메라(27)가 상을 찍는 것을 중단하는 것과 동시에 상기 LED 조명장치(26)의 광조사를 중단하는 경우에는, 상기 CCD 카메라(27)가 광조사의 중단 이후에 암실 상태로 상을 찍을 수 있어, 상기 제어장치(32)가 상기 상을 토대로 상기 웨이퍼(W)의 이탈을 잘못 검출할 수도 있는 위험이 있다. 이를 막기 위해서는, CCD 카메라(27)가 상을 찍는 것을 중단하는 것으로부터 소정의 시간이 경과한 이후에 상기 LED 조명장치(26)의 광조사를 중단하는 것이 좋다.
상기 CCD 카메라(27)에 의한 상 촬영과 광조사가 실시되는 동안에 상기 톱링(21)으로부터 웨이퍼(W)가 이탈하여, 상기 웨이퍼(W)의 일부는 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 CCD 카메라(27)의 목표범위(28) 이내에 있게 되면, 상기 웨이퍼(W)의 상이 상기 CCD 카메라(27)에 의해 촬영되어, 상기 촬영된 상은 상처리장치(31)로 입력되어 그곳에서 처리된다. 처리 결과들을 토대로, 상기 제어장치(32)는 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 이탈을 검출하고, 상기 폴리싱테이블(10) 및 상기 톱링(21)의 회전을 즉시 정지시킨다. 필요하다면, 상기 톱링(21)이 상승될 수도 있다. 따라서, 톱링(21)으로부터 이탈된 웨이퍼(W)가 회전하는 폴리싱테이블(10) 상에서 이동되어 상기 톱링(21)과 충돌하기 전에 폴리싱 작업이 중단되어, 웨이퍼(W) 자체의 파손을 방지하고, 상기 톱링(21)과 같은 디바이스 또는 부재의 손상을 막을 수 있게 된다.
상기 LED 조명장치(26)의 광조사 및 상기 CCD 카메라(27)의 상 촬영은 적어도 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)와 접촉하게 되는 것으로 간주되는 시간 주기 동안에 실시된다. 따라서, 상기 광조사는 톱링(21)을 하강시키기 위한 지령이 내려져 상기 톱링(21)이 하강하기 시작하는 바로 그 때 또는 그 이후에 소정의 시간이 경과한 때에 개시되는 한편, 상기 CCD 카메라(27)의 상 촬영은 상기 광조사의 개시로부터 소정의 시간이 경과한 이후 또는 그와 동시에 개시된다. 상기 상 촬영은 톱링(21)을 상승시키기 위한 지령이 내려져 상기 톱링(21)이 상승하기 시작하는 바로 그 때 또는 그 이후에 소정의 시간이 경과한 때에 중단되는 한편, 상기 광조사는 상기 상 촬영의 중단으로부터 소정의 시간이 경과한 이후 또는 그와 동시에 중단된다.
상기 폴리싱장치(1)는 외부차광하우징 내에 배치되고, 상기 하우징의 내부 조명은 꺼진다. 이에 따라, 폴리싱 시 외부광에 의한 웨이퍼(W)의 조사가 없으므로, 상기 웨이퍼(W)의 광부식이 방지될 수 있다. 또한, 상기 웨이퍼(W)는 단지 폴리싱패드(11)와의 접촉 직전으로부터, 접촉 동안과 접촉 직후까지의 짧은 시간 주기 동안에만 상기 LED 조명장치(26)로부터의 광에 의하여 조사된다. 이는 웨이퍼(W)의 표면 상의 광조사의 영향을 최소화하여, 그 광부식을 방지할 수 있다. 또한, 하우징의 내부 조명이 꺼짐으로써, 상기 폴리싱패드(11)의 상부면의, 상기 톱링(21)의 주변부 부근의 제한된 영역만이 광으로 조사된다. 따라서, 폴리싱장치(1)의 여타 부분, 폴리싱되지 않는 웨이퍼(W), 폴리싱 시 톱링(21)으로부터의 이탈이 없 는 웨이퍼(W) 등의 광에 의한 조사의 위험이 전혀 없다.
또한, 웨이퍼(W)의 이탈 검출 및 스폿광에 의한 조사가 폴리싱패드(11)와 웨이퍼(W)의 접촉과 거의 동시에 또는 그 직전에 개시되어, 상기 웨이퍼(W)가 상기 폴리싱패드(11)로부터 분리되거나 그 직후까지, 상기 스폿광의 조사 및 웨이퍼의 이탈 검출이 계속된다. 이는 상기 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 이탈을 확실하게 검출하여, 폴리싱의 개시로부터 종점까지의 사고를 막을 수 있게 한다.
도 3은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 폴리싱장치를 보여준다. 도 3에서, 도 1에 도시된 폴리싱장치(1)와 동일한 부재 또는 구성요소들은 동일한 도면부호로 표시되어 있으며, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 도 3에 도시된 폴리싱장치(1-2)는 도 1에 도시된 폴리싱장치(1)의 LED 조명장치(26), CCD 카메라(27) 및 상처리장치(31) 대신, 웨이퍼센서(35) 및 정보처리장치(정보처리부재)(33)를 포함한다. 상기 웨이퍼센서(35)는 폴리싱패드(11)의 상부면에 광을 방출시키기 위한 발광부재(광조사부재)(36), 상기 발광부재(36) 밑에 배치된 수광부재(37), 및 상기 수광부재(37)에 의해 수용되는 광량을 토대로 웨이퍼(W)의 존재를 검출하기 위한 검출부(38)를 포함한다. 400 ~ 700 nm의 범위 이내의 방출파장을 갖는 가시 레이저가 웨이퍼센서(35)를 위해 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, JIS Class 2에 속하는 670 nm의 방출파장을 갖는 가시 레이저가 사용될 수도 있다.
상기 웨이퍼센서(35)는, 상기 폴리싱패드(11)의 광택도가 비교적 낮은 반면, 웨이퍼(W)의 표면의 광택도는 비교적 높다는 사실을 이용하여 상기 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 이탈을 검출한다. 특히, 상기 수광부재(37)는 상기 발광부재(36) 로부터 방출되는 광의 확산반사광(diffusely reflected light)을 수용하고, 상기 수광부재(37)에 의해 수용되는 확산반사광량은 상기 방출광이 상기 폴리싱패드(11) 상에 닿는 경우와 상기 방출광이 상기 웨이퍼(W) 상에 닿는 경우가 다르다. 따라서, 상기 검출부(38)는 소정량의 확산반사광이 상기 수광부재(37)에 의해 수용될 때 상기 톱링(21)으로부터의 이탈없이 웨이퍼(W)가 정상적인 위치에 있는 것으로 간주하는 반면, 상기 검출부(38)는 상기 수광부재(37)가 소정량의 확산반사광을 수용하지 않을 때에는 상기 웨이퍼(W)가 상기 톱링(21)으로부터 이탈한 것으로 간주한다.
상기 폴리싱장치(1-2)에서도, 상기 제어장치(32)는 톱링(21)을 하강시키기 위한 지령이 내려져 상기 톱링(21)이 하강하기 시작하는 바로 그 때에 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)와 접촉하게 되는 것으로 간주하고, 상기 제어장치(32)는 상기 발광부재(36)로부터의 광의 방출을 개시한다. 대안적으로, 상기 제어장치(32)는 톱링(21)이 하강하기 시작한 이후 소정의 시간이 경과한 때 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)와 접촉하게 되는 것으로 간주하여, 상기 발광부재(36)로부터의 광의 방출을 개시할 수도 있다. 따라서, 상기 발광부재(36)로부터의 광의 방출 및 상기 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 이탈 검출은 상기 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)와 접촉하기 직전 또는 접촉하는 것과 거의 동시에 개시된다. 다른 한편으로, 상기 제어장치(32)는 웨이퍼(W)의 폴리싱 완료 시에 톱링(21)을 상승시키기 위한 지령이 내려져 상기 톱링(21)이 상승하기 시작하는 바로 그 때에 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)로부터 분리된 것으로 간주하여, 상기 제어장치(32)가 상기 발광부재(36)로부터의 광의 방출을 중단시킨다. 대안적으로, 상기 제어장치(32)는 톱링(21)이 상승하기 시작한 이후 소정의 시간이 경과한 때에 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)로부터 분리된 것으로 간주하여, 상기 발광부재(36)로부터의 광의 방출을 중단시킬 수도 있다.
도 4는 상술된 폴리싱장치(1 또는 1-2)를 포함하는 기판처리장치를 도시한 개략적인 평면도이다. 상기 기판처리장치(40)는 그 일단부에 상술된 폴리싱장치(1 또는 1-2)인 한 쌍의 폴리싱장치(1a, 1b)를 포함하고, 그 타단부에는 웨이퍼를 하우징하기 위해 카세트(42a, 42b, 42c, 42d)를 장착한 로딩/언로딩유닛(42)을 포함한다. 웨이퍼(W)를 이송하기 위한 3대의 이송장치(43a, 43b, 43c)가 상기 폴리싱장치(1a, 1b)와 로딩/언로딩유닛(42) 사이에 배치되고, 상기 이송장치(43a, 43b, 43c) 주위에는 세정유닛(47a, 47b, 48a, 48b)이 배치된다.
상기 폴리싱장치(1a, 1b) 부근에는, 반전기계(45, 46), 상기 반전기계(45, 46) 밑에 배치된 리프터(56a, 56b), 그들과 톱링(21) 사이에서 웨이퍼(W)를 옮기기 위한 푸셔(51a, 51b), 및 상기 리프터(56a, 56b)와 푸셔(51a, 51b) 사이에서 웨이퍼(W)를 이송 및 옮기기 위한 선형이송장치(57a, 57b)가 설치되어 있다. 상기 푸셔(51a, 51b)는 반전기계(45, 46)와 선형이송장치(57a, 57b)를 통해 이송된 폴리싱되지 않은 웨이퍼(W)를 받아 그것을 톱링(21)으로 전달하고, 상기 톱링(21)으로부터 폴리싱된 웨이퍼(W)를 받아 그것을 선형이송장치(57a, 57b)로 전달한다.
폴리싱을 통해 열화된 폴리싱패드(11)의 표면을 재생 및 드레싱하기 위해 제공되는 드레서(52)는 상기 톱링(21)으로부터 상기 폴리싱테이블(10)의 중앙의 대향하는 쪽에 배치된다. 상술된 톱링(21)에서와 같이, 상기 드레서(52)는 드레서아암 (53)의 자유단으로부터 현수된 드레서샤프트(도시안됨)의 하부단에 결합되어 있다. 상기 드레서(52)는 드레서아암(53)의 피봇에 의해 회전될 수 있고, 폴리싱테이블(10)의 상부면과 드레서의 대기위치(54) 사이에서 이동한다. 폴리싱패드(11)를 드레싱하기 위해 드레싱부재와 폴리싱패드(11)를 문지르기 위한 도시되지 않은 드레싱부재가 상기 드레서(52)의 하부면에 장착된다.
상기 이송장치(43a ,43b, 43c)는 수평면으로 구부러질 수 있는 분절아암(articulate arm)을 각각 구비한다. 본 실시예에 사용되는 3대의 이송장치는 각각 그 자체 임무를 담당한다. 따라서, 기본적으로, 이송장치(43b)는 기판처리장치(40)의 좌측영역(도 4의 하부영역)에 설치된 세정유닛(47b, 48b) 및 반전기계(46)를 담당한다. 이송장치(43a)는 기판처리장치(40)의 우측영역(도 4의 상부영역)에 설치된 세정유닛(47a, 48a) 및 반전기계(45)를 담당한다. 이송장치(43c)는 카세트(42a, 42b, 42c, 42d) 중 하나로부터 웨이퍼(W)를 받아 상기 웨이퍼(W)를 카세트로 전달한다. 상기 반전기계(45, 46)는 웨이퍼(W)를 거꾸로 뒤집어, 상기 이송장치(43a, 43b)에 의해 접근가능한 위치들에 각각 배치된다.
상기 세정유닛(47a, 47b, 48a, 48b)은 각각 여하한의 원하는 종류일 수도 있다. 예를 들어, 폴리싱장치(1a, 1b)측에 있는 세정유닛(47a, 47b)은 스폰지 롤러에 의해 웨이퍼(W)의 양 면을 브러싱하고, 카세트(42a, 42b, 42c, 42d)측에 있는 세정유닛(48a, 48b)은 웨이퍼의 에지를 클램핑하여 상기 웨이퍼를 수평면으로 회전시키면서, 세정액을 공급하여 웨이퍼(W)를 세정한다. 후자의 유닛들은 또한 원심건조장치로서의 기능도 가진다. 세정유닛(47a, 47b)들은 웨이퍼(W)의 1차 세정을 수행할 수도 있고, 세정유닛(48a, 48b)은 상기 1차 세정 이후에 상기 웨이퍼(W)의 2차 세정을 수행할 수도 있다.
도 5는 기판처리장치(40)가 수용되는 하우징(60)의 외부 구조를 도시한 개략적인 사시도이다. 상기 기판처리장치(40)는 그 내부가 암실 상태로 유지되는 하우징(60) 내에 수용되어, 웨이퍼 처리가 암실 상태에서 실시되도록 한다. 상기 하우징(60)에는 내부에 설치된 각종 장치들의 처리 상태를 관측하기 위한 관측창(61)이 제공된다. 상기 관측창(61)을 통과하여 웨이퍼(W)에 도달하는 외부광은 상기 웨이퍼(W)의 광부식을 초래할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상기 관측창(61)을 통해 외부광이 들어오는 것을 막기 위한 차광부재로서 차광막(62)이 각각의 관측창(61)에 부착된다.
이하, 기판처리장치(40)의 동작을 설명하기로 한다. 우선, 카세트(42a 내지 42d) 중 하나로부터 이송장치(43c)에 의해 웨이퍼(W)가 꺼내져, 웨이퍼임시저장테이블(55) 상에 놓여진다. 상기 이송장치(43a)(또는 43b)는 상기 웨이퍼임시저장테이블(55)로부터 웨이퍼(W)를 받아 그것을 반전기계(45)(또는 46)로 이송하여 상기 웨이퍼(W)가 뒤집어진다. 리프터(56a)(또는 56b)가 반전된 웨이퍼(W)를 받아 그것을 선형이송장치(57a)(또는 57b)로 옮긴다. 상기 선형이송장치(57a)(또는 57b)는 상기 웨이퍼(W)를 수평방향으로 이동시켜 푸셔(51a)(또는 51b) 상에 놓는다. 그 후, 톱링아암(22)이 피봇되어 상기 톱링(21)을 상기 푸셔(51a)(또는 51b) 위쪽으로 이동시키게 된다.
상기 톱링(21)이 상기 푸셔(51a)(또는 51b)로부터 웨이퍼(W)를 받는 한편, 가이드링(23) 내부에서 진공흡인에 의해 상기 웨이퍼(W)를 유지시키면서, 상기 웨이퍼(W)를 푸셔(51a)(또는 51b) 위쪽으로부터 폴리싱테이블(10) 위쪽의 폴리싱 위치로 이동시킨다. 그 후, 톱링(21)이 하강되어 웨이퍼(W)가 폴리싱패드(11)의 표면과 접촉하게 됨으로써, 상술된 방식으로 웨이퍼(W)를 폴리싱하게 된다. 상기 진공흡인은 웨이퍼(W)를 폴리싱패드(11)로 폴리싱하는 동안 깨어질 수도 있다. 폴리싱 이후의 웨이퍼(W)는 다시 푸셔(51a)(또는 51b) 위쪽으로 이동되어 그 위에 놓이게 되고, 선형이송장치(57a)(또는 57b) 및 리프터(56a)(또는 56b)를 통해 반전기계(45)(또는 46)로 이동되어, 그곳에서 뒤집힌다. 뒤집힌 웨이퍼(W)는 이송장치(43a)(또는 43b)에 의해, 예컨대 웨이퍼의 양쪽 면을 롤 스폰지로 세정하는 기능을 하는 세정유닛(47a)(또는 47b)으로 이송되어, 상기 웨이퍼(W)의 양 면이 세정된다.
그런 다음, 상기 이송장치(43a)(또는 43b)는 상기 세정유닛(47a)(또는 47b)으로부터 세정된 웨이퍼(W)를 꺼내어, 예컨대 웨이퍼의 상부면을 펜형 스폰지로 세정하고 상기 웨이퍼를 스핀-건조하는 기능을 하는 세정유닛(48a)(또는 48b)으로 이송하여, 상기 웨이퍼(W)가 세정 및 건조된다. 세정 이후의 웨이퍼는 이송장치(43c)에 의해 원래의 카세트(42a, 42b, 42c, 42d)로 되돌아간다.
상기 실시예들에서 폴리싱될 기판으로는 반도체웨이퍼가 사용되었지만, 본 발명에서의 폴리싱 대상물로서 사용가능한 기판이 반도체웨이퍼로 제한되는 것은 물론 아니다. 폴리싱패드(11)로는 각종 폴리싱패드가 채택될 수도 있다. 사용가능한 폴리싱패드로는 일반적인 연마포 이외에도, 만일 썩는다면 자가-재생가능한 비교적 경성의 폴리싱면을 모두 갖는 무연마제폴리싱패드 또는 연마입자들이 주입된 고착연마패드를 들 수 있다.
지금까지 본 발명을 그 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예들로 국한되는 것이 아니라, 청구범위와 명세서 및 도면에 기술된 본 발명의 기술적 사상 내에서 상기 실시예들을 다양하게 변경할 수도 있다. 본 발명의 기술적 효과를 발생시키는 한, 명세서 및 도면에 특별히 언급되지 않은 여하한의 구조, 구성 또는 재료가 본 발명의 기술적 사상 내에 있음은 자명하다. 예를 들어, 상술된 기판처리장치(40)는 두 병렬처리라인을 가지지만, 단 하나의 처리라인을 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상술된 바와 같이 본 발명에 따라 폴리싱 직전, 폴리싱 도중 및 폴리싱 직후에 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 이탈을 검출하는 것 이외에도, 진공흡인을 가하거나 깨뜨려 푸셔(51a, 51b)에 의한 웨이퍼(W)의 톱링(21)과의 탈부착 시, 또는 톱링(21)을 이동시키거나 상승시키고, 예컨대 푸셔(51a, 51b)로부터 진공흡인에 의해 웨이퍼(W)를 유지시킬 때, 예를 들면 도시되지 않은 진공측정수단을 이용하여 상기 톱링(21) 내의 웨이퍼(W)의 유지 상태를 검출하거나 조사하는 것과 상기 웨이퍼(W)가 정상적으로 유지되지 않을 때 작업을 중단시키는 것이 가능하다. 이는 폴리싱 시에 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 이탈을 초래할 수도 있는 폴리싱 전에 결함있는 웨이퍼(W)의 유지를 검출할 수 있고, 폴리싱 이후 상기 톱링(21)의 이동 시에 상기 톱링(21)으로부터의 웨이퍼(W)의 가능성 있는 이탈로 인한 사고를 막을 수도 있다.
본 발명에 따른 폴리싱장치는 배선의 형성을 위해 기판 상에 형성된 구리층의 광부식을 유발시키지 않고도 톱링으로부터의 기판의 이탈을 검출할 수 있다.

Claims (8)

  1. 폴리싱장치에 있어서,
    폴리싱패드를 구비한 폴리싱테이블;
    기판을 잡아주어 상기 기판을 상기 폴리싱테이블에 대해 가압하기 위한 톱링; 및
    상기 톱링으로부터 상기 기판의 이탈(escape)을 검출하기 위한 기판이탈검출부를 포함하여 이루어지고,
    상기 기판이탈검출부는,
    (i) 상기 폴리싱패드의 상부면의 영역을 광으로 조사(irradiating)하기 위한 광조사부재,
    (ii) 상기 광조사부재의 광조사를 제어하기 위한 제어장치,
    (iii) 상기 조사광의 반사광을 받아들이기 위한 수광부재 또는 상기 광으로 조사된 영역의 상(image)을 찍기 위한 촬상부재, 및
    (iv) 상기 수광부재 또는 상기 촬상부재로부터 출력되는 정보를 처리하기 위한 정보처리부재를 포함하며,
    상기 제어장치는, 적어도 상기 기판이 상기 폴리싱패드와 접촉되어 있는 것으로 간주되는 시간 주기 동안에 광조사를 수행하는 방식으로 상기 광조사부재를 제어하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 톱링이 하강하기 시작하는 바로 그 때 또는 상기 톱링이 하강하기 시작한 이후 소정의 시간이 경과한 때, 상기 기판이 상기 폴리싱패드와 접촉하게 되는 것으로 간주하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어장치는, 상기 톱링이 상승하기 시작하는 바로 그 때 또는 상기 톱링이 상승하기 시작한 이후 소정의 시간이 경과한 때, 상기 기판이 상기 톱링으로부터 분리된 것으로 간주하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광조사부재는, 상기 폴리싱패드의 상부면의, 상기 톱링의 주변부 부근에 있는 영역만을 광으로 조사하는 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 배선(interconnects)을 위한 표면구리층을 구비한 반도체웨이퍼인 것을 특징으로 하는 폴리싱장치.
  6. 기판처리장치에 있어서,
    제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 폴리싱장치; 및
    내부를 관측하기 위한 관측창을 그 주변벽에 구비하고, 적어도 상기 폴리싱장치를 암실 상태로 수용하는 하우징을 포함하여 이루어지고,
    상기 관측창에는 외부광을 차폐하기 위한 차광부재가 제공되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 차광부재는 상기 관측창에 부착된 차광시트인 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  8. 기판이 톱링으로부터 이탈하는 것을 검출하는 방법에 있어서,
    상기 기판 및 폴리싱패드를 서로에 대해 이동시키는 동안, 톱링에 의해 유지되는 기판을 폴리싱테이블의 폴리싱테이블에 대해 가압하는 단계; 및
    상기 기판이 상기 폴리싱패드와 접촉되어 있는 동안, 상기 폴리싱패드의 상부면의 영역을 광으로 조사하여, 상기 조사광의 반사광을 받아들이거나 또는 상기 광으로 조사된 영역의 상을 찍고, 상기 받아들인 광이나 상기 찍은 상에 관한 정보를 처리함으로써, 상기 톱링으로부터의 상기 기판의 이탈을 검출하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판이탈검출방법.
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