KR20190073661A - 웨이퍼 연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리싱 헤드의 회전속도를 실시간 감지하여 구동 모터의 목표 회전속도를 보정할 수 있는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.
본 발명은, 웨이퍼들이 접착된 블록을 하면에 고정시키는 폴리싱 헤드; 상기 폴리싱 헤드의 상측에 연결되고, 상기 폴리싱 헤드에 회전 구동력을 전달하는 동력 전달부; 상기 동력 전달부에 연결되고, 목표 회전속도에 따라 회전 구동력을 제공하는 구동 모터; 상기 폴리싱 헤드의 실제 회전속도를 측정하는 회전속도 측정수단; 및 상기 구동 모터의 목표 회전속도와 상기 회전속도 측정수단의 실제 회전속도 오차에 따라 상기 구동 모터에 제공되는 목표 회전속도를 실시간 보정하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 연마장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 연마장치 {wafer polishing apparatus}

본 발명은 폴리싱 헤드의 회전속도를 실시간 감지하여 구동 모터의 목표 회전속도를 보정할 수 있는 웨이퍼 연마장치에 관한 것이다.

일반적으로 웨이퍼는 여러 단계에 걸쳐 연마 공정을 거치게 되는데, 웨이퍼와 연마패드가 서로 접촉 및 회전됨에 따라 연마 공정이 진행되는 웨이퍼 연마장치가 사용되고 있다.

물론, 웨이퍼를 하나씩 연마할 수도 있지만, 비교적 직경이 작은 웨이퍼들을 한꺼번에 여러 장씩 연마하고 있다.

따라서, 여러 개의 웨이퍼를 한꺼번에 폴리싱하기 위하여 여러 개의 웨이퍼를 세라믹 블럭에 접착제로 부착한 다음, 폴리싱 헤드에 세라믹 블럭을 고정시키는 동시에 연마패드를 회전 테이블에 고정시키고, 세라믹 블럭에 접촉된 웨이퍼들을 한꺼번에 연마패드와 접촉된 상태에서 회전되도록 하는 웨이퍼 연마장치가 사용되고 있다.

한국등록특허 제1466773호에는 폴리싱 헤드를 상하 실린더로 이동하는 동시에 모터로 회전하게 되는데, 폴리싱 헤드의 회전 시에 상하 실린더의 로드를 통하여 전달되는 진동을 저감시키는 구조가 적용된 웨이퍼 폴리싱 머신용 폴리싱 헤드의 스핀들이 개시되어 있다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 연마장치의 동력 전달부가 도시된 사시도이다.

일반적인 웨이퍼 연마장치의 폴리싱 헤드는 모터의 회전수에 따라 그 회전속도가 결정되는데, 도 1에 도시된 바와 같이 모터 측과 연결된 회전축(1)과 폴리싱 헤드 측과 맞물린 외부 기어(2)가 서로 연결된다.

이때, 상기 회전축(1) 외주면에 축 방향으로 한 쌍의 키 홈(1h)이 형성되고, 이와 대응되도록 상기 외부 기어(2)의 내주면에 마찬가지로 축 방향으로 한 쌍의 키 홈(2h)이 형성된다.

따라서, 상기 회전축(1)과 외부 기어(2) 사이에 키(key)가 맞물리게 되면, 상기 회전축(1)과 외부 기어(2)가 일체로 회전력을 전달할 수 있게 된다.

그런데, 종래 기술에 따르면, 회전축과 외부 기어가 키에 의해 맞물리기 때문에 기구적 요소들 사이에 마찰 및 마모 또는 유격 등에 의해 모터의 회전력이 폴리싱 헤드로 그대로 전달되지 못하고, 그에 따라 모터의 회전속도를 제어하더라도 실제 폴리싱 헤드의 회전속도와 편차가 발생될 수 있으며, 이러한 폴리싱 헤드의 회전 불량으로 인하여 웨이퍼 표면을 손상시킬 뿐 아니라 웨이퍼의 평탄도를 저하시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 폴리싱 헤드의 회전속도를 실시간 감지하여 구동 모터의 목표 회전속도를 보정할 수 있는 웨이퍼 연마장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은, 웨이퍼들이 접착된 블록을 하면에 고정시키는 폴리싱 헤드; 상기 폴리싱 헤드의 상측에 연결되고, 상기 폴리싱 헤드에 회전 구동력을 전달하는 동력 전달부; 상기 동력 전달부에 연결되고, 목표 회전속도에 따라 회전 구동력을 제공하는 구동 모터; 상기 폴리싱 헤드의 실제 회전속도를 측정하는 회전속도 측정수단; 및 상기 구동 모터의 목표 회전속도와 상기 회전속도 측정수단의 실제 회전속도 오차에 따라 상기 구동 모터에 제공되는 목표 회전속도를 실시간 보정하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 연마장치를 제공한다.

본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치는 구동 모터에 의해 폴리싱 헤드가 회전되더라도 폴리싱 헤드의 실제 회전속도를 측정할 수 있는 회전속도 측정수단을 구비함으로써, 구동 모터의 목표 회전속도와 폴리싱 헤드의 실제 회전속도 오차를 고려하여 구동 모터의 목표 회전속도를 실시간 보정하도록 제어할 수 있다.

따라서, 구동 모터와 폴리싱 헤드 사이에 동력을 전달하기 위한 부품들이 마찰 및 마모되더라도 폴리싱 헤드의 실제 회전속도를 균일하게 제어할 수 있고, 이러한 폴리싱 헤드를 사용하여 연마되는 웨이퍼의 표면 손상을 방지할 뿐 아니라 웨이퍼의 평탄도를 더욱 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 연마장치의 동력 전달부 일예가 도시된 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 일예가 도시된 측면도 및 측단면도.
도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 폴리싱 헤드가 도시된 평면도.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 일예가 도시된 측면도 및 측단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 웨이퍼 연마장치의 폴리싱 헤드가 도시된 평면도이다.

본 발명의 웨이퍼 연마장치는 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이 폴리싱 헤드(110)와, 동력 전달부(120)와, 구동 모터(130)와, 회전속도 측정수단(140)과, 제어부(150)를 포함한다.

상기 폴리싱 헤드(110)는 웨이퍼들(W)이 접착된 블록(B)을 고정시킬 수 있도록 구성되는데, 상기 블록(B)을 소정 압력으로 가압하는 헤드(111)와, 상기 헤드(111)의 둘레에 구비되어 상기 블록(B)의 측면을 지지하는 블록 가이드(112)로 구성된다.

이때, 상기 헤드(111)는 소정의 압력을 제공받아 상기 블록(B)을 눌러줄 뿐 아니라 상기 구동 모터(130)의 회전력을 제공받아 상기 블록(B)과 같이 회전 가능하게 설치되고, 상기 블록 가이드(112)는 상기 헤드(111)의 회전 중 상기 블럭(B)이 상기 헤드(111)로부터 탈거되는 것을 방지한다.

상기 동력 전달부(120)는 상기 폴리싱 헤드(110)의 상측에 연결되고, 상기 폴리싱 헤드(110)에 회전 구동력을 전달할 뿐 아니라 소정의 압력도 전달하도록 구성된다.

실시에에 따르면, 상기 동력 전달부(120)는 상기 구동 모터(130)의 회전력을 수평하게 전달하는 구동 기어(G1) 및 종동 기어(G2)와, 상기 종동 기어(G2)의 중심에 수직하게 연결된 회전축(121)과, 상기 회전축(121)의 하단과 상기 헤드(111)의 중심부를 연결시키는 외부 기어(122)와, 상기 회전축(121) 둘레에 구비되어 상기 회전축(121)을 회전 가능하게 지지하는 볼 베어링(123)을 포함하도록 구성되며, 한정되지 아니한다.

물론, 상기 회전축(121)은 상기 헤드(111)에 소정의 압력을 전달하기 위하여 상하 방향으로 소정 간격 이동 가능하게 설치되며, 공지된 기술이기 때문에 자세한 설명은 생략한다.

상기 구동 모터(130)는 설정된 목표 회전속도(St)에 따라 회전 구동력을 제공하고, 상기와 같은 동력 전달부(120)에 의해 상기 헤드(111)를 회전시킬 수 있도록 구비된다.

상기 회전속도 측정수단(140)은 상기 폴리싱 헤드(110)의 실제 회전속도를 빛을 이용하여 측정하도록 구성되는데, 반사판(141)과 광센서(142)로 구성될 수 있다.

상세하게, 상기 반사판(141)은 빛을 반사시키는 재질로 상기 헤드(111)의 상면 일측에 설치되고, 상기 광센서(142)는 발광 및 수광 가능하게 구성되어 상기 반사판(141)에 대해 수직하게 대향되는 위치에 설치되는데, 상기 광센서(142)가 상기 반사판(141)에서 반사되는 빛을 감지할 수 있도록 상기 반사판(141)과 광센서(142) 사이의 간격이 조절되어야 한다.

이때, 상기 헤드(111)의 상면은 수평하게 형성된 내주부(111a)와, 상기 내주부와 외측에 외주로 갈수록 하향 경사지게 형성된 외주부(111b)로 구성되는데, 상기 반사판(141)은 상기 헤드(111)의 경사진 외주부(111b)에 고정되고, 상기 광센서(142)는 상기 반사판(141)과 수직하게 대향되도록 별도의 브래킷(143)에 의해 설치 각도 및 위치가 조정 가능하게 설치된다.

따라서, 상기 폴리싱 헤드(110)가 회전되는 동안, 상기 광센서(142)는 빛을 발생시키고 반사되는 빛을 감지하는데, 상기 반사판(141)이 상기 광센서(142)와 대향되는 위치에 도달할 시점마다 반사되는 빛을 감지할 수 있으며, 상기 광센서(142)가 상기 반사판(141)에서 반사되는 빛을 감지하는 시간 간격에 따라 상기 폴리싱 헤드(110)의 실제 회전속도(Sr)를 산출할 수 있다.

나아가, 상기 반사판(141)은 상기 헤드(111)의 상면에 원주 방향으로 일정 간격을 두고 복수개(141a,141b)가 구비될 수 있는데, 이를 통하여 원주 방향 위치별로 상기 폴리싱 헤드(110)의 실제 회전속도(Sr)를 산출함으로써, 상기 헤드(111)의 원주 방향 위치별로 발생한 기구적인 마모를 판단할 수 있다.

상기 제어부(150)는 상기 구동 모터(130)에 설정된 목표 회전속도(St)와 상기 회전속도 측정수단(140)에 의해 측정된 실제 회전속도(Sr)와 비교하여 그 오차(ΔS=St-Sr)를 산출하고, 이러한 목표 회전속도(St)와 실제 회전속도(Sr)의 오차(ΔS)에 따라 상기 구동 모터(130)에 제공되는 목표 회전속도(St)를 실시간 보정하도록 구성된다.

실시예에서, 상기 제어부(150)는 목표 회전속도(St)와 실제 회전속도(Sr)의 오차(ΔS)가 1rpm 보다 크게 3회 연속하여 발생하면, 소리, 빛, 문자 등과 같은 별도의 경고 알람을 발생시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 웨이퍼 연마장치의 작동을 살펴보면, 다음과 같다.

먼저, 상기 블록(B)에 접착된 웨이퍼들(W)을 연마패드가 부착된 회전 테이블(T) 위에 올리고, 상기 블록(B)을 상기 헤드(111)의 하측 및 상기 블록 가이드(112) 내측에 위치시킨 다음, 슬러리(S)를 공급하는 동시에 상기 헤드(111)를 가압 및 회전시키면서 폴리싱 공정이 이뤄진다.

상세하게, 상기 구동 모터(130)를 목표 회전속도(St)로 작동시키면, 상기 동력 전달부(120)를 통하여 상기 헤드(111)가 회전하게 되고, 상기 회전속도 측정수단(140)에 의해 상기 헤드(111)의 실제 회전속도(Sr)가 감지된다.

이때, 상기 반사판(141)의 위치는 상기 헤드(111)가 회전됨에 따라 가변되는 반면, 상기 광센서(142)의 위치는 한 곳에 고정되는데, 상기 헤드(111)가 회전됨에 따라 상기 반사판(141)이 상기 광센서(142)와 서로 수직하게 대향되는 위치에 오면, 상기 광센서(142)에서 발생시킨 빛이 상기 반사판(141)에 의해 반사됨에 따라 상기 광센서(142)가 빛을 감지하게 된다.

또한, 상기 제어부(150)는 상기 광센서(142)에 의해 빛이 감지되는 시간 간격에 따라 상기 헤드(111)의 실제 회전속도(Sr)를 감지하고, 상기 구동 모터(130)의 목표 회전속도(St)를 상기 헤드(111)의 실제 회전속도(Sr)와 비교하여 그 오차(ΔS)를 산출한 다음, 그 오차(ΔS)를 반영하여 상기 구동 모터(130)의 목표 회전속도(St)를 실시간 보정한다.

반면, 상기 제어부(150)는 그 오차(ΔS)가 설정값 보다 크게 설정 횟수 이상으로 발생하면, 별도의 알람을 통하여 작업자에게 상기 헤드(111)의 회전 불량을 공지하고, 폴리싱 공정을 중단하도록 한다.

따라서, 폴리싱 공정 중 상기 헤드(111)의 실제 회전속도(Sr)를 균일하게 유지하는 동시에 상기 헤드(111)의 회전 불량을 방지할 수 있고, 이로 인하여 웨이퍼(W) 표면의 파손을 방지할 뿐 아니라 웨이퍼(W)의 평탄도를 개선시킬 수 있다.

110 : 폴리싱 헤드 120 : 동력 전달부
130 : 구동 모터 140 : 회전속도 측정수단
150 : 제어부

Claims (6)

1. 웨이퍼들이 접착된 블록을 하면에 고정시키는 폴리싱 헤드;
   상기 폴리싱 헤드의 상측에 연결되고, 상기 폴리싱 헤드에 회전 구동력을 전달하는 동력 전달부;
   상기 동력 전달부에 연결되고, 목표 회전속도에 따라 회전 구동력을 제공하는 구동 모터;
   상기 폴리싱 헤드의 실제 회전속도를 측정하는 회전속도 측정수단; 및
   상기 구동 모터의 목표 회전속도와 상기 회전속도 측정수단의 실제 회전속도 오차에 따라 상기 구동 모터에 제공되는 목표 회전속도를 실시간 보정하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 연마장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 동력 전달부는,
   상기 구동 모터에 의해 회전되는 회전축과,
   상기 회전축과 상기 폴리싱 헤드를 연결시키는 외부 기어와,
   상기 회전축 둘레에 구비되어 상기 회전축을 회전 가능하게 지지하는 볼 베어링을 포함하는 웨이퍼 연마장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 회전속도 측정수단은,
   상기 폴리싱 헤드의 상면 일측에 구비되어 빛을 반사시키는 반사판과,
   상기 반사판에 대해 수직하게 대향되는 위치에 고정되어 빛을 발생시키고 반사되는 빛을 감지하는 광센서를 포함하는 웨이퍼 연마장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 반사판은,
   상기 폴리싱 헤드의 상면에 원주 방향으로 일정 간격을 두고 복수개가 구비되는 웨이퍼 연마장치.
5. 제3항에 있어서,
   상기 광센서는,
   별도의 브래킷에 의해 설치 각도 및 위치가 조정 가능하게 설치되는 웨이퍼 연마장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어부는,
   목표 회전속도와 실제 회전속도의 오차가 설정값 이상 또는 설정횟수 이상 발생한 경우에 경고 알람을 발생시키는 웨이퍼 연마장치.
   

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