KR20170004552A - 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 로딩 장치 - Google Patents

화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 로딩 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 로딩 장치 및 이를 이용한 웨이퍼 로딩 방법에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면과 접촉하는 멤브레인과, 상기 멤브레인의 둘레에 배치된 리테이너 링을 구비한 캐리어 헤드로 상기 웨이퍼를 로딩하는 웨이퍼 로딩 장치로서, 상기 캐리어 헤드에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 거치하는 거치대와; 상기 거치대를 상하 이동시키는 구동 수단과; 상기 거치대의 둘레에 배치되어 상기 리테이너 링을 접촉 수용하고, 상기 거치대에 대하여 상하 이동이 가능하게 설치된 감지재와; 상기 감지재가 상기 리테이너 링과 접촉하면서 하방 이동하는 이동 거리를 측정하는 측정부를; 포함하여 구성되어, 리테이너 링이 먼저 감지재와 접촉하여 리테이너 링에 의하여 하방으로 밀려 이동한 감지재의 이동 거리로부터, 캐리어 헤드의 멤브레인 바닥판과 거치대 상의 웨이퍼와의 간격을 보다 정확하게 감지할 수 있으므로, 이를 이용하여 웨이퍼와 캐리어 헤드와의 간격을 정해진 간격으로 유지한 상태에서 웨이퍼를 캐리어 헤드에 오류없이 로딩시킬 수 있는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 로딩 장치를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 로딩 장치 {APPARATUS OF LOADING WAFEER IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM}
본 발명은 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 로딩 장치에 관한 것으로, 상세하게는 화학 기계적 연마 공정에 투입하기 위한 웨이퍼를 캐리어 헤드에 오류없이 정확하게 로딩할 수 있게 하는 웨이퍼 로딩 장치에 관한 것이다.
화학 기계적 연마(CMP) 시스템은 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
CMP 시스템은 웨이퍼를 캐리어 헤드(90)에 로딩한 후, 대한민국 등록특허공보 제10-1188579호 등에 개시된 바와 같이, 캐리어 헤드가 이동하면서 정해진 연마 정반에서 웨이퍼의 연마면을 기계적 마찰에 의한 기계적 연마와, 슬러리에 의한 화학적 연마를 동시에 행한다.
이 때, 캐리어 헤드(90)는 도1에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 공정 중에 바닥판(92a)으로 웨이퍼(W)를 하방 가압하기 위한 멤브레인(92)이 본체부(91)에 고정되고, 멤브레인(92)과 본체부(91)의 사이에는 압력 챔버(92C)가 형성되어 압력 조절부(95)로부터 공압 공급관(95a)을 통해 인가되는 공압에 의해 웨이퍼(W)를 하방 가압할 수 있게 구성된다. 그리고, 멤브레인(92)의 둘레에는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(93)이 설치되어, 리테이닝 챔버(93C)의 공압에 의하여 하방 가압할 수 있게 구성된다.
한편, 캐리어 헤드(90)에 웨이퍼(W)를 로딩하는 로딩 장치(1)는 도1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 거치시키는 거치대(10)와, 거치대(10)를 상하 방향(10d)으로 이동시키는 구동부(MH)로 이루어진다. 즉, 웨이퍼(W)를 거치대(10)의 중앙 영역(A1)에 거치시킨 상태에서, 거치대(10)를 정해진 높이(9H)만큼 상방(10d1)으로 이동시키면, 캐리어 헤드(90)가 거치대(10)에 근접하여 중앙의 관통구멍(95x)에 흡입압을 인가하는 것에 의하여, 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)에 밀착되어 로딩된 상태가 된다.
그러나, 화학 기계적 연마 공정이 행해지지 않는 동안에 캐리어 헤드(90)의 리테이너 챔버(93C)의 압력은 정교하게 조절되지 않으므로, 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)은 하방으로 처진 상태로 이동하게 된다. 이 뿐만 아니라, 이동 구동부(M)에 의하여 이동되는 캐리어 헤드(90)의 높이(9H)는 1mm 이내의 오차를 갖는 높이로 정교하게 조절하는 것이 어렵다.
이에 따라, 로딩 장치(1)의 거치대(10)의 높이를 일정하게 위치시키더라도, 웨이퍼(W)를 파지하는 멤브레인 바닥판(92a)과 로딩 장치(1)의 거치대(10)에 놓여진 웨이퍼(W) 사이의 간격(e)이 일정하지 않아, 이 간격(e)이 정해진 간격에 비하여 큰 경우에는 로딩 장치(10)에 거치된 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(90)에 로딩시키지 못하는 오류가 발생되는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 기술적 배경하에서 창안된 것으로, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정에 투입하기 위한 웨이퍼를 캐리어 헤드에 오류없이 정확하게 로딩할 수 있게 하는 웨이퍼 로딩 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면과 접촉하는 멤브레인과, 상기 멤브레인의 둘레에 배치된 리테이너 링을 구비한 캐리어 헤드로 상기 웨이퍼를 로딩하는 웨이퍼 로딩 장치로서, 상기 캐리어 헤드에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 거치하는 거치대와; 상기 거치대를 상하 이동시키는 구동 수단과; 상기 거치대의 둘레에 배치되어 상기 리테이너 링을 접촉 수용하고, 상기 거치대에 대하여 상하 이동이 가능하게 설치된 감지재와; 상기 감지재가 상기 리테이너 링과 접촉하면서 하방 이동하는 이동 거리를 측정하는 측정부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치를 제공한다.
이는, 웨이퍼를 캐리어 헤드에 로딩하는 과정에서, 캐리어 헤드의 리테이너 링의 저면이 멤브레인 바닥판에 비하여 보다 하측에 위치하므로, 리테이너 링이 먼저 감지재와 접촉하여 리테이너 링에 의하여 하방으로 밀려 이동한 감지재의 이동 거리로부터, 캐리어 헤드의 멤브레인 바닥판과 거치대 상의 웨이퍼와의 간격을 보다 정확하게 감지할 수 있으므로, 이를 이용하여 웨이퍼와 캐리어 헤드와의 간격을 정해진 간격으로 유지한 상태에서 웨이퍼를 캐리어 헤드에 로딩시키기 위함이다.
이를 통해, 종래에 캐리어 헤드와 거치대의 절대적인 위치를 기준으로 웨이퍼와 캐리어 헤드의 사이 간격을 조절하고, 이와 같이 조절된 간격의 오차에 의하여 웨이퍼를 캐리어 헤드에 로딩하지 못하는 오류를 완전히 해소할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이 때, 상기 감지재는 스프링에 의하여 탄성 지지됨으로써, 캐리어 헤드와 거치대 사이의 간격이 근접한 상태에서 웨이퍼의 로딩 공정이 행해지고, 감지재는 스프링의 탄성 복원력에 의하여 원래의 위치로 자동 복귀하도록 함으로써, 연속적인 로딩 공정을 가능하게 한다.
이 뿐만 아니라, 감지재가 스프링에 의하여 탄성 지지됨으로써, 감지재의 하방 이동 거리에 따라, 리테이너 링과 감지재 사이의 눌리는 힘이 측정되므로, 리테이너 링의 하방 이동량에 따라 눌리는 힘과 리테이너 링의 상측에 위치한 리테이너 챔버의 공압의 합력 상태를 고려하여, 캐리어 헤드와 거치대와의 상대 위치를 보다 정확하게 정할 수 있는 잇점도 얻을 수 있다.
따라서, 상기 측정부는 감지재에 의하여 하방 이동 거리를 측정하여, 리테이너 링이 감지재를 누르는 힘을 스프링의 탄성 복원력으로부터 측정하게 된다.
상기 감지재는 링 형태로 형성되어 리테이너 링과 전체 표면에 걸쳐 균일하게 맞닿은 상태로 하방 이동되는 것이 바람직하다.
발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 상기 웨이퍼 로딩 장치를 이용한 웨이퍼 로딩 방법으로서, 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 상기 웨이퍼 로딩 장치의 상기 거치대의 중앙 영역에 위치시키는 웨이퍼 거치단계와; 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링의 저면이 상기 감지재와 접촉하는 시점까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제1이동단계와; 상기 감지재가 정해진 거리만큼 하방 이동할 때까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제2이동단계와; 상기 제2이동단계에서 상기 감지재가 정해진 거리만큼 하방 이동한 것으로 감지되면, 상기 제2이동단계를 중단하고, 상기 캐리어 헤드에 의하여 상기 거치대 상의 상기 제1웨이퍼를 파지하는 웨이퍼 로딩단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 방법을 제공한다.
한편, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면과 접촉하는 멤브레인과, 상기 멤브레인의 둘레에 배치된 리테이너 링을 구비한 캐리어 헤드로 상기 웨이퍼를 로딩하는 웨이퍼 로딩 장치로서, 상기 캐리어 헤드에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 거치하는 거치대와; 상기 거치대를 상하 이동시키는 구동 수단과; 상기 거치대의 둘레에 배치되어 상기 리테이너 링을 접촉 수용하고, 상기 거치대에 대하여 상하 이동이 가능하게 설치된 감지재와; 상기 감지재가 상기 리테이너 링과 접촉하면서 하방 이동하여 눌리는 힘을 측정하는 측정부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치를 제공한다.
즉, 감지재의 하측에는 감지재가 눌리는 로드셀 등의 하중 센서가 측정부로서 배치되어, 캐리어 헤드와 거치대 사이의 거리가 가까워지면서 감지재가 리테이너 링에 눌려 하방으로 이동하게 되면, 리테이너 링에 의하여 감지재가 눌리는 힘을 측정할 수 있다. 이를 통해, 리테이너 챔버의 공압 크기에 따라, 리테이너 링이 감지재에 정해진 힘만큼 누른 상태가 되면, 거치대에 거치된 웨이퍼와 캐리어 헤드의 멤브레인 바닥판의 사잇 간격이 접촉한 상태이거나 웨이퍼를 탑재할 수 있을 정도로 근접한 상태가 되는 것을 신뢰성있게 감지할 수 있게 되어, 웨이퍼가 캐리어 헤드에 로딩되는 과정에서 오류가 발생하는 것을 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 상기와 같이 구성된 웨이퍼 로딩 장치를 이용한 웨이퍼 로딩 방법으로서, 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 상기 웨이퍼 로딩 장치의 상기 거치대의 중앙 영역에 위치시키는 웨이퍼 거치단계와; 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링의 저면이 상기 감지재와 접촉하는 시점까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제1이동단계와; 상기 감지재의 이동에 의하여 상기 측정부에서 정해진 하중이 작용할 때까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제2이동단계와; 면서 상기 감지재의 이동에 의하여 상기 측정부에서 정해진 하중이 측정되면, 상기 제2이동단계를 중단하고, 상기 캐리어 헤드에 의하여 상기 거치대 상의 상기 제1웨이퍼를 파지하는 웨이퍼 로딩단계를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼를 캐리어 헤드에 로딩하는 과정에서, 리테이너 링이 접촉하는 감지재를 웨이퍼를 거치시키는 거치대에 대하여 상하 이동 가능하게 설치하고, 캐리어 헤드와 로딩 장치가 서로 근접하여 캐리어 헤드의 리테이너 링이 먼저 감지재와 접촉하면서 감지재를 하방으로 이동시킨 거리나 하방으로 작용하는 힘을 측정하여, 캐리어 헤드와 로딩 장치의 상호간의 위치를 감지함으로써, 캐리어 헤드가 로딩 장치의 거치대에 거치된 웨이퍼에 근접하거나 살짝 접촉한 상태에서 웨이퍼를 로딩할 수 있도록 함으로써, 캐리어 헤드가 로딩 장치로부터 웨이퍼를 로딩하는 과정에서 오류가 발생되는 것을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 종래에 캐리어 헤드와 거치대의 절대적인 위치를 기준으로 웨이퍼와 캐리어 헤드의 사이 간격을 조절할 경우에, 간격 오차에 의해 웨이퍼를 캐리어 헤드에 로딩하지 못하게 되는 오류를 완전히 해소할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도1은 종래의 웨이퍼 로딩 장치의 구성을 도시한 도면,
도2는 도1의 캐리어 헤드와 웨이퍼 로딩 장치가 근접한 상태를 도시한 도면,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 로딩 장치의 구성을 도시한 도면,
도4는 도3의 'B'부분의 확대도,
도5a 내지 도5c는 도3의 웨이퍼 로딩 장치를 이용하여 캐리어 헤드에 웨이퍼를 로딩하는 구성을 순차적으로 도시한 도면으로서, 도5b 및 도5c는 도5a의 'C'부분의 확대도,
도6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼 로딩 장치의 일부 구성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 로딩 장치(100)에 관하여 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 로딩 장치(100)는, 캐리어 헤드(90)에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼(W)를 거치하는 거치대(110)와, 거치대(110)를 상하 이동시키는 구동 수단(MH)rh과, 거치대(110)의 둘레에 배치되어 캐리어 헤드(9)의 리테이너 링(93)과 접촉하고 거치대(110)에 대하여 상하 이동(120d)이 가능하게 설치된 감지재(120)와, 감지재(120)를 탄성 지지하도록 감지재(120)의 하측에 설치된 스프링(130)과, 감지재(120)가 리테이너 링(93)과 접촉하면서 하방 이동하는 이동 거리(y)를 측정하는 측정부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 거치대(110)는, 도3에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)와 동일하거나 약간 크게 형성된 원형 중앙부(A1)가 구비되고, 원형 중앙부(A1)의 바깥으로 링 형태로 연장된 연장부(111)로 이루어진다. 즉, 원형 중앙부(A1)에 로딩하고자 하는 웨이퍼(W)가 거치되고, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)이 원형 중앙부(A1)에 거치된 웨이퍼(W)의 판면을 파지하여 캐리어 헤드(90)에 로딩한다.
거치대(110)는 캐리어 헤드(90)와 접촉할 때에 눌리는 힘에 의한 변형이 최소화되도록 강재 등 높은 강성을 갖는 재질로 형성되며, 캐리어 헤드(90)에 접근하거나 멀어지도록 구동 수단(MH)에 의하여 상하 방향(110d)으로 이동 구동될 수 있다.
상기 감지재(120)는 거치대(110)의 원형 중앙부(A1)의 둘레 영역(A2)에 링 형태로 형성된다. 감지재(120)는 웨이퍼(W)의 로딩 공정 중에 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)과 접촉하기 위한 것이므로, 리테이너 링(93)의 폭과 유사한 폭으로 형성될 수 있다.
감지재(120)는 원주 방향을 따라 서로 분리된 3개 내지 6개의 링 절편으로 형성될 수 있지만, 리테이너 링(93)과 접촉하여 눌리는 힘을 분산 지지하기 위하여 전체가 하나의 링으로 형성될 수 있다. 감지재는 스프링(130)에 의하여 탄성 지지되어 리테이너 링(93)에 의하여 눌리는 힘을 지지하므로, 자체의 무게를 최소화하기 위하여 알루미늄, 플라스틱, 수지 등과 같은 경량 재질로 형성되고 얇게 형성될 수 있다.
상기 스프링(130)은 거치대(110)의 연장부(111) 상에 설치되어 감지재(120)를 탄성 지지한다. 이에 따라, 로딩 공정 중에 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)이 감지재(120)와 먼저 접촉하여 감지재(120)를 하방으로 눌러 이동시키는 동안에, 스프링(130)의 탄성 복원력에 의하여 감지재(120)를 지지한다.
이를 통해, 리테이너 링(93)의 상측에 위치한 리테이너 챔버(93C)의 공압과 스프링의 탄성 복원력(130)의 상호 관계에 따라, 감지재(120)의 하방 이동 거리가 정해진 설정값에 도달하면, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)이 거치대(110)의 상면에 놓여진 웨이퍼(W)에 매우 가까운 상태로 근접하였다는 것을 정확하게 감지할 수 있다.
상기 측정부(140)는 감지재(120)의 저면에 설치되어 거치대(110)의 연장부(111)의 상면까지의 거리(y)를 실시간으로 측정한다. 이를 통해, 감지재(120)의 높이(y)의 변동을 실시간으로 측정할 수 있고, 동시에 감지재(120)의 하방 이동 거리와 스프링(130)의 탄성계수를 곱하여 리테이너 링(93)이 감지재(120)를 누르는 힘을 측정할 수도 있다.
도면에는 측정부(140)가 감지재(120)의 저면에 설치되어 거치대(120)의 연장부(111)의 상면까지의 거리(y)를 측정하는 거리 센서인 것을 예로 들었지만, 제3의 위치로부터 감지재(120)의 상면의 거리 변화를 측정하는 거리 센서로 구성될 수도 있다.
그리고, 도6에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서와 같이, 측정부(240)는 감지재(120)를 통해 전달되는 하중 센서로 구성될 수도 있다. 즉, 센서 고정부(241)에 대하여 상하 이동 가능한 센서 이동부(243)로 이루어져, 센서 이동부(243)의 상면이 감지재(120)의 저면에 접촉하여 감지재(120)의 하방 이동에 따른 하중을 측정한다. 도면에 도시되지 않았지만, 감지재(120)의 상하 운동을 안내하는 가이드 부재가 추가적으로 구비된다.
상기와 같이, 캐리어 헤드(90)의 절대적인 좌표와 거치대(10)의 절대적인 좌표로 이동시킨 상태에서, 거치대(10)와 캐리어 헤드(90) 사이의 간격을 웨이퍼(W)를 흡입 파지할 수 있는 정도로 조절하였던 종래 기술과 달리, 본 발명은, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판에 비하여 하방으로 처진 리테이너 링(93)이 감지재(120)에 먼저 접촉하여, 캐리어 헤드(90)와 거치대(110) 사이의 간격이 가까워질수록 리테이너 링(93)에 의하여 감지재(120)를 하방으로 밀어내므로, 감지재(120)의 하방 이동거리나 하방으로 눌리는 힘(120F)을 측정부(140, 240)로 측정하여, 리테이너 챔버(93C)의 정해진 압력 상태에서, 캐리어 헤드(90)와 거치대(110) 사이의 간격이 웨이퍼(W)를 파지할 수 있는 근접한 거리(예를 들어, 0.3mm 내지 0mm)가 되었는지 여부를 미리 구해 알고 있는 이동 거리나 하중(120F)에 도달하였는지로 알 수 있게 된다.
즉, 본 발명은, 웨이퍼 로딩을 위하여 거치대(110)와 캐리어 헤드(90)의 절대 좌표에 의지하지 않고, 거치대(110)와 캐리어 헤드(90) 사이의 상호 작용하는 힘과 이들 사이의 간격과의 관계를 이용하여, 웨이퍼의 로딩에 최적의 이격 거리가 되었는지를 정확하게 감지할 수 있으므로, 거치대(110) 및 캐리어 헤드(90)의 위치 제어에 오류가 있더라도, 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(90)에 오류없이 정상적으로 로딩할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이하, 상기와 같이 구성된 본 발명의 웨이퍼 로딩 장치(100)의 작동 원리를 상술한다.
단계 1: 먼저, 거치대(110) 상에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼(W)를 거치시킨다. 이 때, 제1웨이퍼(W)는 거치대(110)의 원형 중앙부(A1)에 위치하며, 가장자리의 바깥으로 튀어나오지 않게 위치가 정해진다.
단계 2: 그리고 나서, 거치대(110)와 캐리어 헤드(90)를 서로를 향하여 근접시키도록 이동시키는 제1이동공정을 행한다. 도면에는 거치대(110)가 상방 이동하는 구성이 예시되어 있지만, 거치대(110)는 제자리에 정지한 상태로 캐리어 헤드(90)가 하방 이동하게 구성될 수도 있고, 거치대(110)와 캐리어 헤드(90)가 함께 서로를 향하여 이동할 수도 있다. 이와 같은 제1이동공정(110d1)은 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)의 저면(93a)이 감지재(120)의 상면에 접촉할 때까지 행해진다.
제1이동공정에 의하여 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)의 저면이 감지재(120)의 상면에 접촉한 상태로 있지만, 도5b에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)은 웨이퍼(W)와 충분히 큰 이격 거리(e1)를 둔 상태가 된다.
이 때, 리테이너 링(93)의 상측에 형성되어 있는 리테이너 챔버(93a)의 공압은 압력 조절부(95)로부터 별도의 제어가 행해지지 않아 대기압으로 유지되거나, 압력 조절부(95)에 의해 제어되는 정해진 압력으로 유지된다. 이 때, 캐리어 헤드(90)에 웨이퍼(W)를 로딩할 때에 리테이너 챔버(93a)의 압력은 미리 정해진 값(예를 들어, -0.5atm ~ 0.5atm 중에 어느 하나의 값)으로 유지되는 것이, 멤브레인 바닥판(92a)과 웨이퍼(W) 사이의 간격을 정교하게 유지할 수 있다는 측면에서 바람직하다.
단계 3: 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)의 저면(93a)이 감지재(120)의 상면에 접촉한 이후에도, 캐리어 헤드(90)와 거치대(110) 중 어느 하나 이상은 서로를 향하여 계속하여 이동(110d2)하는 제2이동공정이 행해진다. 제2이동공정은 제1이동공정과 나뉘어서 진행될 수도 있지만, 대체로 제1이동공정과 연속적으로 행해진다.
이와 같이, 감지재(120)는 거치대(110)에 대하여 하방으로 이동함에 따라, 감지재(120)의 저면과 거치대(110)의 연장부(111)의 상면까지의 거리(y)는 점점 작아지고, 감지재(120)를 탄성 지지하는 스프링(130)의 압축 변위가 발생됨에 따라 스프링(130)의 탄성 복원력에 의하여 감지재(120)를 상방으로 밀어내는 힘이 발생된다.
따라서, 리테이너 챔버(93a)의 압력값에 따라 리테이너 링(93a)이 감지재(120)를 하방으로 밀어내게 되고, 이에 따라 감지재(120)의 높이는 초기값 yo에서 미리 정해진 설정값인 y1에 도달하게 된다. 이와 같이, 감지재(120)의 높이가 미리 정해진 설정값(y1)에 도달하거나 감지재(120)를 누르는 힘(120F)이 미리 정해진 설정값에 도달한 것으로 측정부(140, 240)가 감지하면, 웨이퍼(W)와 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)의 사잇 간격(e2)이 0.3mm 이하로 웨이퍼(W)의 로딩에 적정한 간격이 되므로, 캐리어 헤드(90)와 거치대(110) 중 어느 하나 이상이 서로를 향하여 계속하여 이동(110d2)하는 제2이동공정을 종료한다.
이 때, 감지재(120)의 높이나 감지재(120)를 누르는 힘이 도달하는 미리 정해진 설정값은 리테이너 링(93)을 지지하는 리테이너 챔버(93C)의 압력에 따라 변동되므로, 상기 설정값은 리테이너 챔버(93C)의 압력에 따라 다르게 정해진다.
단계 4: 그리고 나서, 캐리어 헤드(90)의 중앙 흡입공(95x)에 흡입압을 인가하여, 거치대(110) 상의 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)에 밀착되어 로딩된 상태가 된다.
도면에는 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)의 중앙부에 흡입공(95x)이 형성된 구성이 예시되어 있지만, 멤브레인 바닥판(92a)에 흡입압을 직접 인가하는 흡입공(95x)이 형성되지 않고, 다수의 챔버로 분할되어 분할된 챔버의 압력을 조절하여 웨이퍼(W)를 파지하는 형태로 로딩하는 캐리어 헤드에 대해서도 본 발명이 동일하게 적용된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 로딩 장치(100)는, 리테이너 링(93)이 먼저 감지재(120)에 접촉하여 감지재(120)를 거치대(110)에 대하여 하방으로 이동시키는 이동거리(y) 또는 하방으로의 누르는 힘(120F)이 미리 정해진 설정값에 도달하였을 때에, 거치대(110) 상의 웨이퍼(W)와 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a) 사이의 간격이 웨이퍼 로딩에 적정한 간격(e2)이 되는 원리로 웨이퍼(W)를 로딩함에 따라, 로딩 장치(100)로부터 캐리어 헤드(90)에 웨이퍼(W)를 로딩하는 과정에서 오류가 발생되는 것을 확실하게 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.
W: 웨이퍼 100: 웨이퍼 로딩 장치
110: 거치대 120: 감지재
130: 스프링 140, 240: 측정부

Claims (9)

  1. 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면과 접촉하는 멤브레인과, 상기 멤브레인의 둘레에 배치된 리테이너 링을 구비한 캐리어 헤드로 상기 웨이퍼를 로딩하는 웨이퍼 로딩 장치로서,
    상기 캐리어 헤드에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 거치하는 거치대와;
    상기 거치대를 상하 이동시키는 구동 수단과;
    상기 거치대의 둘레에 배치되어 상기 리테이너 링과 접촉하고, 상기 거치대에 대하여 상하 이동이 가능하게 설치된 감지재와;
    상기 감지재가 상기 리테이너 링과 접촉하면서 하방 이동하는 이동 거리를 측정하는 측정부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 감지재는 스프링에 의하여 탄성 지지되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 측정부는 감지재에 의하여 하방 이동 거리에 따른 탄성 복원력을 측정하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 감지재는 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 웨이퍼 로딩 장치를 이용한 웨이퍼 로딩 방법으로서,
    로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 상기 웨이퍼 로딩 장치의 상기 거치대의 원형 중앙부에 위치시키는 웨이퍼 거치단계와;
    상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링의 저면이 상기 감지재와 접촉하는 시점까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제1이동단계와;
    상기 감지재가 정해진 거리만큼 하방 이동할 때까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제2이동단계와;
    상기 제2이동단계에서 상기 감지재가 정해진 거리만큼 하방 이동한 것으로 감지되면, 상기 제2이동단계를 중단하고, 상기 캐리어 헤드에 의하여 상기 거치대 상의 상기 제1웨이퍼를 파지하는 웨이퍼 로딩단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 리테이너 링의 상측에 위치한 리테이너 챔버의 압력은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 방법.
  7. 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 판면과 접촉하는 멤브레인과, 상기 멤브레인의 둘레에 배치된 리테이너 링을 구비한 캐리어 헤드로 상기 웨이퍼를 로딩하는 웨이퍼 로딩 장치로서,
    상기 캐리어 헤드에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 거치하는 거치대와;
    상기 거치대를 상하 이동시키는 구동 수단과;
    상기 거치대의 둘레에 배치되어 상기 리테이너 링을 접촉 수용하고, 상기 거치대에 대하여 상하 이동이 가능하게 설치된 감지재와;
    상기 감지재가 상기 리테이너 링과 접촉하면서 하방 이동하여 눌리는 힘을 측정하는 측정부를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  8. 제7항에 따른 웨이퍼 로딩 장치를 이용한 웨이퍼 로딩 방법으로서,
    로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 상기 웨이퍼 로딩 장치의 상기 거치대의 원형 중앙부에 위치시키는 웨이퍼 거치단계와;
    상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링의 저면이 상기 감지재와 접촉하는 시점까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제1이동단계와;
    상기 감지재의 이동에 의하여 상기 측정부에서 정해진 하중이 작용할 때까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제2이동단계와;
    면서 상기 감지재의 이동에 의하여 상기 측정부에서 정해진 하중이 측정되면, 상기 제2이동단계를 중단하고, 상기 캐리어 헤드에 의하여 상기 거치대 상의 상기 제1웨이퍼를 파지하는 웨이퍼 로딩단계를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 리테이너 링의 상측에 위치한 리테이너 챔버의 압력은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 방법.
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