KR20230160882A - 통합된 회전 헹굼 건조 및 계측을 갖는 실리콘 기판들의 자동화된 드라이-인 드라이-아웃 양면 연마 - Google Patents

통합된 회전 헹굼 건조 및 계측을 갖는 실리콘 기판들의 자동화된 드라이-인 드라이-아웃 양면 연마 Download PDF

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마노즈 에이. 가젠드라
마하데브 조시
조셉 안토니 조나단
제이미 에스. 레이턴
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

기판을 연마하기 위한 방법 및 장치가 본원에 개시된다. 더 구체적으로, 장치는 기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템에 관련된다. CMP 시스템은 기판들을 연마하도록 구성된 연마 스테이션; 기판들을 세정하고 건조시키도록 구성된 회전 헹굼 건조(spin rinse dry; SRD) 스테이션; 기판들의 파라미터들을 측정하도록 구성된 계측 스테이션; SRD 스테이션 안팎으로 기판을 이동시키도록 구성된 로봇; 및 로봇의 엔드 이펙터를 세정 및 건조시키도록 구성된 엔드 이펙터 헹굼 및 건조(end effector rinse and dry; EERD) 스테이션을 갖는다.

Description

통합된 회전 헹굼 건조 및 계측을 갖는 실리콘 기판들의 자동화된 드라이-인 드라이-아웃 양면 연마
[0001] 본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 반도체 디바이스 제조에 사용되는 방법들 및 장치들에 관한 것이다. 특히, 본원의 실시예들은 연마 시스템에서 기판으로부터 재료 제거를 검증하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
[0002] 화학적 기계적 연마(chemical mechanical polishing; CMP)는 기판 상에 증착되는 재료의 층을 평탄화하거나 또는 연마하기 위해 고밀도 집적 회로들의 제조에서 일반적으로 사용된다. CMP 시스템은 전형적으로 제1 부분, 예를 들면, 하나 이상의 연마 스테이션들을 특징으로 하는 기판 연마 부분, 및 CMP 후 세정 예컨대 회전 헹굼 건조(spin rinse dry; SRD) 스테이션 및 CMP 전 또는 후 계측 스테이션들 중 하나를 특징으로 하는 제2 부분을 포함한다. 제2 부분은 종종 제1 부분과 통합되어 단일의 연마 시스템을 형성한다. 제2 부분은, 전형적으로, 제1 부분과 제2 부분 사이에서, 그리고 제2 부분 내의 개개의 시스템들 또는 스테이션들 사이에서 기판들을 전달하기 위해 사용되는 기판 핸들러들을 포함한다.
[0003] 연마 프로세스 동안, 기판들은, 슬러리일 수 있는 연마 유체의 존재 하에 연마 패드에 대해 디바이스 면 표면(device side surface)을 압박하기 위해 수평 또는 수직 배향으로 배치될 수 있다. 기판들은 먼저 연마되고, 그런 다음, 이동되어 클리너에서 세정된다.
[0004] 실리콘 탄화물(SiC) 기판들의 사용은 전력 전자기기들 및 전기 차량들(electric vehicle; EV)들의 미래이다. SiC 기판들은 그들의 고유의 재료 속성들, 예컨대 경도 및 투명성 때문에 특수하게 수정된 프로세스들을 필요로 한다. SiC 기판은 화학적 기계적 연마(CMP) 도구 상에서 연마 사이클을 거쳐 재료를 제거하고 기판을 평탄화한다. 기판 상의 재료 제거는 레시피에 따라 CMP 도구에 의해 수행된다. 기판의 SiC 재료가 매우 단단하기 때문에, 연마 프로세스는 재료 제거를 지원하기 위해 강산화제 기반의 슬러리(high oxidizer based slurry)를 수반한다. 그러나, SiC 제거 프로세스는 여전히 매우 느리다. 추가적으로, SiC 기판은 또한 투명하며, 따라서, 레시피와의 비교를 위한 재료 제거의 지속적인 검증을 매우 까다롭게 만들고 소망되는 재료 두께를 획득하기가 어렵다.
[0005] 따라서, SiC 기판들로부터 재료 제거를 용이하게 하는 기판 프로세싱 시스템들에 대한 기술 분야에서의 필요성이 존재한다.
[0006] 기판을 연마하기 위한 방법 및 장치가 본원에 개시된다. 더 구체적으로, 장치는 기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템에 관련된다. CMP 시스템은 기판들을 연마하도록 구성된 연마 스테이션; 기판들을 세정하고 건조시키도록 구성된 회전 헹굼 건조(SRD) 스테이션; 기판들의 파라미터들을 측정하도록 구성된 계측 스테이션; SRD 스테이션 안팎으로 기판을 이동시키도록 구성된 로봇; 및 로봇의 엔드 이펙터(end effector)를 세정하고 건조시키도록 구성된 엔드 이펙터 헹굼 및 건조(end effector rinse and dry; EERD) 스테이션 및 세정 또는 연마를 대기하는 동안 기판들을 젖은 상태로 유지하도록 구성된 습식 탱크를 갖는다.
[0008] 다른 실시예들에서, 기판을 연마하기 위한 방법이 제공된다. 방법은 기판을 연마 유닛의 헤드 세정 로드 언로드 스테이션으로 이동시키는 것에 의해 시작된다. 그런 다음, 기판은 연마 유닛에서 연마된다. 연마된 기판은 로봇의 엔드 이펙터를 이용하여, 기판을 세정하기 위한 회전 헹굼 건조(SRD) 스테이션으로 이동된다. 기판이 SRD 스테이션에 의해 세정되고 있는 동안, 엔드 이펙터 헹굼 건조(end effector rinse dry; EERD) 스테이션에서 로봇의 엔드 이펙터를 세정한다. 그런 다음, SRD 스테이션에 의해 세정된 기판은 로봇의 세정 엔드 이펙터를 이용하여 계측 스테이션으로 이동된다.
[0009] 본 개시내용의 상기 열거된 특징들이 상세히 이해될 수 있는 방식으로, 앞서 간략히 요약된 본 개시내용의 보다 구체적인 설명이 실시예들을 참조로 하여 이루어질 수 있는데, 이러한 실시예들의 일부는 첨부된 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 첨부된 도면들은 단지 예시적인 실시예들을 예시하는 것이므로 그 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 하며 다른 균등하게 유효한 실시예들을 허용할 수 있다는 것이 주목되어야 한다.
[0010] 도 1은 예시적인 화학적 기계적 연마(CMP) 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도이다.
[0011] 도 2는 도 1의 CMP 시스템의 엔드 이펙터 헹굼 및 건조(EERD) 스테이션을 예시한다.
[0012] 도 3은 도 1의 CMP 시스템의 계측 스테이션을 예시한다.
[0013] 도 4a는 도 1의 CMP 시스템의 회전 헹굼 건조(SRD) 스테이션을 예시한다.
[0014] 도 4b는 도 4a의 회전 헹굼 건조(SRD) 스테이션의 회전식 그리퍼(rotary gripper)를 예시한다.
[0015] 도 5는 도 1의 CMP 시스템에서 기판을 연마하기 위한 방법의 흐름도이다.
[0016] 이해를 용이하게 하기 위해, 도면들에 대해 공통인 동일한 엘리먼트들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 실시예의 엘리먼트들 및 특징들이 추가의 언급 없이 다른 실시예들에 유익하게 통합될 수 있음이 고려된다.
[0017] 본원에서 설명되는 실시예들에서, 화학적 기계적 연마(CMP) 프로세싱 시스템이 제공된다. CMP 시스템은 고밀도 집적 회로들의 제조에서 기판 상에 증착되는 재료의 층을 평탄화하거나 또는 연마하기 위해 사용된다. CMP 시스템은 실리콘 탄화물(SiC) 또는 다른 기판들의 "드라이인/드라이아웃" 양면 연마를 가능하게 한다. CMP 시스템은 연마기(polisher), 습식 카세트 탱크(wet cassette tank), 건식 카세트 탱크(dry cassette tank), 통합된 회전 헹굼 건조(SRD) 스테이션, 엔드 이펙터 헹굼 및 건조(EERD) 스테이션, 및 광학 문자 인식을 갖는 계측 스테이션을 갖는다. 계측 스테이션은 광학 문자 인식(OCR) 스테이션을 통한 실시간 계측 및 기판 식별을 포함한다. CMP 시스템은 효율적이고 높은 스루풋의 기판 연마를 위해 고도로 자동화된다.
[0018] 일 예에서, 유입하는 SiC 기판들은 입력 카세트에 배치되며, 그런 다음, 입력 카세트는, 기판들을 헹구고(rinse) 기판들의 표면으로부터 느슨한 오염 물질(contamination)을 제거하기 위해, 수조에 침지(submerge)된다. 헹굼된 기판들은 SRD로, 그리고 그런 다음 (필요로 되는 재료 제거의 기준 정확도(baseline accuracy)에 따라) 계측 파라미터들의 사전 체크를 위해 계측 스테이션으로 전송되거나 또는 사전 체크 없이 연마 스테이션으로 공급된다.
[0019] SiC 기판의 연삭 이후, 기판은 CMP 시스템의 양면 연마 프로세스를 사용하여 연마된다. SiC 재료가 매우 단단하기 때문에, 기판으로부터 재료를 제거하기 위해, 강력한 산화제 기반의 슬러리가 사용된다. 강력한 산화제의 사용에도 불구하고, SiC 기판으로부터의 재료의 제거는 매우 느린 프로세스일 수 있다. SiC 기판이 투명하기 때문에, 특정한 CMP 레시피를 활용하여 예상되는 바와 같은 목표 제거 양들과 비교하여 재료 제거의 양을 지속적으로 검증하기 위해, 본원에서 설명되는 신규의 자동화된 기법이 활용된다. CMP 시스템은 기판을 세정하여 슬러리 입자들을 제거하고 계측 스테이션의 계측 기기를 사용하여 기판의 중량을 높은 정확도로 체크한다. 계측 기기는 기판의 표면적을 정확하게 측정하는 카메라를 또한 갖는다. 측정된 표면적을 통해, CMP 시스템은 재료 제거를 정확하게 그리고 자동적으로 결정할 수 있다.
[0020] CMP 시스템은 CMP 시스템 전반에 걸쳐 기판을 운반하도록 구성된 엔드 이펙터를 갖는 로봇을 갖는다. EERD 스테이션은 로봇 엔드 이펙터(블레이드)를 세정하기 위해 CMP 시스템 상에 통합되어, 엔드 이펙터가 젖은(오염된) 기판과 건조한(세정된) 기판들을 이송하는 것을 가능하게 한다. 엔드 이펙터의 세정은 교차 오염을 방지하기 위해 2 대의 별개의 로봇들에 대한 필요 없이 기판들을 SRD 스테이션으로 그리고 그로부터 원활하게(seamlessly) 이송하는 것을 허용한다.
[0021] SRD 스테이션은 습식 세정을 수행하고, 그런 다음, 기판의 잔류 슬러리 증착물들을 건조시킨다. SRD 스테이션은 많은 종류들의 기판들을 핸들링하도록 설계된다. 기판이 SRD 스테이션에서 세정된 이후, 기판은 트랙 로봇에 의한 중량 및 표면적의 측정을 위해 방금 세정된 로봇 엔드 이펙터에 의해 계측 스테이션으로 이동된다.
[0022] 연마 이후 제거되는 재료의 측정된 양은 기판 ID와 함께 기판 식별 정보(identification; ID)에 의해 자동적으로 저장된다. 기판 ID 및 기판 계측 정보는 어떠한 수동의 개입도 없이 즉시(on the fly) 판독될 수 있다. 기판은 로봇에 의해, 기판 ID를 판독하는 기판 ID 판독기 스테이션으로 로딩/기판 ID 판독기 스테이션으로부터 언로딩된다. 기판 ID 판독기 스테이션 내의 카메라는, 기판 ID가 판독되는 것을 가능하게 하기 위해 플랫/노치를 임의의 특정한 배향으로 유지하기 위한 플랫/노치 배향기(flat/notch orienter)의 필요 없이 기판 ID에 대해 기판 표면을 스캐닝한다.
[0023] 계측 유닛은 기판 ID 판독을 위한 조명을 갖는 비전 시스템을 갖는다. 계측 유닛은, 중량, 표면적을 측정하기 위해 그리고 기판 ID를 판독하기 위해, 연마 시스템과 통합된다. 기판의 초기 및 최종 두께들을 비교하는 것에 의해, 기판으로부터 제거된 재료의 양이 정확하게 측정될 수 있다. 일 예에서, 두께는 (기판들이 그들 사이에서 상당한 공차들을 가지기 때문에), 두께 = 질량/(표면적 × 밀도)의 공식을 사용하여 결정될 수 있다. 밀도는 일반적으로 기판에 대한 상수로서 간주된다. 밀도는 사전에 측정, 계산 또는 공지될 수 있거나 또는 다른 기법들을 통해 결정될 수 있으며, CMP 시스템의 메모리 또는 다른 소스로부터 획득될 수 있다. 질량은 고정밀 저울(scale)에 의해 정확하게 측정되는 한편 표면적은 이미지 프로세싱, 즉, 카메라에 의해 계산한다. 따라서, 연마 이전 및 이후의 밀도, 표면적, 중량을 사용하여, 두께의 변화가 계산될 수 있으며, 두께의 변화로부터, 기판으로부터 제거된 재료의 양이 정확하게 결정될 수 있다.
[0024] 카메라가 기판 ID를 검출할 수 있기 때문에, 정보, 예컨대 계측 결과들(기판 상의 미세 크랙들을 포함함), 두께 및 재료 손실 결정치(determination)들이 특정한 기판과, 그 기판의 검출 기판 ID를 통해, 전기적으로 연관(즉, 메모리에 저장)될 수 있다. 정보는, 추가적인 평가 및 레시피 튜닝을 위해, 다른 기판들과 연관되는 정보와 함께 활용될 수 있다. 카메라의 기능 및 정확도를 개선하기 위해, 조명 유닛이 기판 아래에 고유하게 포지셔닝되는 한편, 카메라가 기판 위에 장착된다. 카메라에 대한 조명 유닛의 상대적 포지션은 기판 ID의 대비(contrast)와 판독을 개선하는 기판의 백라이팅(backlighting)을 제공한다. 조명 대 기판 대 카메라 사이의 간격은 기판 ID의 정확한 판독을 개선하도록 선택 및 캘리브레이팅될 수 있다.
[0025] 따라서, CMP 시스템은 상기에서 언급되는 모든 기능들을 수동의 개입 없이 고도로 자동화된 방식으로 수행할 수 있다. 이 CMP 시스템은 또한 (플랫 피처들/노치 피처들/상이한 사이즈들을 갖는) 대부분의 타입들의 기판들을 핸들링할 수 있다. 카메라는, 전체 기판을 하나의 방향에서 스캐닝할 수 있고 1 초 미만에 파라미터들을 검출할 수 있도록 하는 그러한 방식으로 셋업된다. 기판 ID 및 기판 계측 명세는 어떠한 수동의 개입도 없이 즉시(즉, 계측 스테이션에 있는 동안) 판독될 수 있다.
[0026] 이제, 이 CMP 시스템이 도 1과 관련하여 논의될 것이다. 도 1은 예시적인 화학적 기계적 연마(CMP) 프로세싱 시스템(100)의 개략적인 평면도이다. CMP 시스템(100)은 기판(120)을 프로세싱하기 위한 복수의 통합 스테이션들을 포함한다. CMP 시스템(100)은 연마 스테이션(116), 습식 탱크 카세트 스테이션(112), 건식 탱크 카세트 스테이션(114), 회전 헹굼 건조(SRD) 스테이션(400), 계측 스테이션(300), 엔드 이펙터 헹굼 및 건조(EERD) 스테이션(200), 및 CMP 시스템(100) 주위로 기판을 이동시키기 위한 복수의 로봇들(152, 154, 156)을 포함한다.
[0027] 습식 탱크 카세트 스테이션(112)은 CMP 시스템(100) 외부로부터 기판들(120)의 하나 이상의 카세트들을 수용하도록 구성된다. 습식 탱크 카세트 스테이션(112)은 연마 이전에 기판들(120)이 적어도 부분적으로 침지되는 깨끗한 물 또는 다른 유체를 갖는다. 습식 탱크 카세트 스테이션(112)은 유체 입력부 및 출력부, 즉, 배수구(drain)를 갖는다. 습식 탱크 카세트 스테이션(112)은 선택적으로, 물이 기판들 위에 분무되거나 또는 부어지고 습식 탱크 카세트 스테이션(112)으로부터 배수되는 세척 시스템(wash-down system)을 가질 수 있다. 이러한 방식으로, 습식 탱크 카세트 스테이션(112)의 기판들(120)은 젖은 상태로 유지되며, 오염 물질 또는 다른 입자들이 기판(120)에 건조되어 기판(120)에 부착되는 것을 실질적으로 방지한다.
[0028] 복수의 로봇들 중 제1 로봇(152)은 습식 탱크 카세트 스테이션(112), SRD 스테이션(400), 및 연마 스테이션(116) 사이에서 기판들(120)을 이동시킨다.
[0029] 연마 스테이션(116)은 기판(120)을 연마하도록 구성된 복수의 연마 스테이션들(162, 163, 164)을 갖는다. 각각의 연마 스테이션(162, 163, 164)은 연마 패드(166) 및 연마 암(168)을 갖는다. 각각의 연마 스테이션(162, 163, 164)은 연마 유체, 예컨대 슬러리 또는 다른 적절한 재료를 연마 패드(166) 상으로 도입하기 위한 하나 이상의 밸브들을 추가적으로 갖는다. 연마 암(168)은 연마 동안 기판(120)을 유지하도록 구성된 연마 헤드를 갖는다. 연마 헤드는 기판(120)을 연마 패드(166) 위에 포지셔닝하고, 기판(120)을 연마 패드(166)에 맞대어 연마 유체와 접촉하도록 압박한다. 일반적으로 컴퓨터 판독 가능 명령들로서 저장되는 레시피에 따라, 재료가 연마 스테이션(116)에서 기판(120)으로부터 제거된다. 기판(120)은 CMP 레시피를 사용한 연마 또는 제거를 필요로 하는 경질 재료(hard material) 층, 예컨대 SiC 재료 층을 가질 수 있다. 연마 스테이션에서 기판(120)으로부터 SiC 재료를 제거할 때, 경질 재료의 제거를 지원하기 위해, 강산화제 기반의 슬러리가 연마 패드(166)에 제공된다. 일 예에서, 각각의 연마 스테이션(162, 163, 164)은 레시피에 따라 기판(120)으로부터 재료 층을 순차적으로 제거하기 위해 더 미세한 그릿 슬러리(grit slurry) 또는 상이한 타입의 연마 패드(166)를 가지고 구성될 수 있다.
[0030] 제1 로봇(152)은 SRD 스테이션(400)으로의 이송을 위해 기판(120)을 버퍼 스테이션으로 이동시킨다. 도 4a는 SRD 스테이션(400)을 예시한다. 예컨대 CMP 시스템(100)을 활용하는 반도체 습식 프로세싱 애플리케이션들에서, 기판들(120)은 손상 및 오염의 가능성을 감소시키기 위해 기판을 세정하고 건조시키기 위해 회전된다. 예를 들면, 잠재적으로 기판(120)의 표면 상에서 건조되어 결함들을 생성할 수 있는 잔류 슬러리가 SRD 스테이션(400)에서 제거된다. 추가적으로, SRD 스테이션(400)에서 기판으로부터 슬러리 및 유체를 제거하는 것에 의해, 기판(120)의 정확한 중량이 결정될 수 있으며, 정확한 중량은 기판으로부터 제거된 재료의 양의 정확한 결정을 가능하게 한다.
[0031] SRD 스테이션(400)은 본체(430)를 갖는다. 본체(430)는 최상부(top) 표면(432), 최하부(bottom) 표면(434) 및 측면들(433)을 갖는다. 최상부 표면(432), 최하부 표면(434) 및 측면들(433)은 본체(430)의 내부 프로세싱 영역(420)을 둘러싼다. 본체(430)의 내부 프로세싱 영역(420)에는 회전식 그리퍼(420)가 배치된다. 도 4b는 회전식 그리퍼(420)를 예시한다. SRD 스테이션(400)의 회전식 그리퍼(420)는 기판들(120)을 수직 배향으로 포지셔닝하도록 구성된다. 그러나, 회전식 그리퍼(420)는 대안적으로 기판들(120)을 수평 또는 다른 배향으로 포지셔닝하도록 구성될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
[0032] 유체 분무기(fluid sprayer; 462) 및 배수구(464)는 본체(430)를 통해 배치되고 내부 프로세싱 영역에 유체 흐름 가능하게 커플링된다. 유체 분무기(462)는 본체(430)의 측면들(433), 최하부 표면(434) 또는 최상부 표면(432)을 통해 배치될 수 있다. 유체 분무기(462)는 유체, 예컨대 깨끗한 물의 스트림을 회전식 그리퍼(420)에 의해 지지되는 기판(120)을 향해 지향시키도록 구성된다. 배수구(464)는 측면들(433) 또는 최하부 표면(424)을 통해 배치되고, 내부 프로세싱 영역(420)으로부터 유체 분무기(462)에 의해 제공되는 유체를 배수한다. 배수구(464)는 내부 프로세싱 영역(420)으로부터 유체를 제거하기 위해 펌프에 커플링될 수 있거나 또는 중력을 활용할 수 있다. 최상부 표면(432) 또는 측면들(433)에 슬롯(454)이 배치될 수 있다. 슬롯(454)은 로봇(152)의 엔드 이펙터 상에 배치되는 기판(120)이 내부 프로세싱 영역(420) 안팎으로 이동되는 것을 허용하도록 사이즈가 정해진다. 일 실시예에서, 슬롯(454)은 최상부 표면(432)에 배치되고 기판(120)이 회전식 그리퍼(420)와 로봇(152)의 엔드 이펙터 사이에서 이송되는 것을 허용하도록 사이즈가 정해진다.
[0033] 회전식 그리퍼(420)는 유지 표면(holding surface; 422) 및 후면 표면(backside surface; 424)을 갖는다. 유지 표면(422)은 다수의 핑거(finger)들(470)을 갖는다. 후면 표면(424)은 복수의 액추에이터들(471)을 갖는다. 각각의 액추에이터(471)는 핑거들(470) 중 개개의 핑거에 커플링되어 그것을 이동시키도록 구성된다. 제1 포지션으로 작동되는 경우, 핑거들(470)은 기판(120)을 회전식 그리퍼(420)의 유지 표면(422)에 고정한다. 제2 포지션으로 작동되는 경우, 핑거들(470)은 회전식 그리퍼(420)의 유지 표면(422)으로부터 기판(120)을 해제한다.
[0034] 상기에서 설명되는 바와 같이, 기판(120)은 회전식 그리퍼(420)에 의해 회전되기 이전에 다수의 핑거들(470)에 의해 파지된다. 핑거들(470)에 의한 기판(120)의 파지는 회전식 그리퍼(420)가 기판을 회전시키는 동안 기판(120)을 회전식 그리퍼(420)에 유지하기에 충분하다. 일 예에서, 회전식 그리퍼(420)의 핑거들(470)은 기판(120)에 약 1 lbf 내지 약 3 lbf를 인가한다. 정상(normal) 동작에서, 핑거들(470)은 액추에이터들(471)에 의해 푸시되어 개방된다. 핑거들(470)은 기판을 유지 표면에 고정하는 폐쇄된 포지션에서 핑거들(470)을 유지하기 위해 스프링에 의해 부하를 받을 수 있다. 그런 다음, 기판(120)은 기판(120)을 배치하기 위한 플랫폼으로서 역할을 하는 유지 표면(422)으로부터 연장되는 다수의 스탠드오프(standoff)들(479) 사이에 제1 로봇(152)의 엔드 이펙터에 의해 배치된다. 배치된 기판(120)의 반경 방향 움직임은 기판(120)의 주변을 따르는 스탠드오프들(479)에 의해 제한된다. 스탠드오프들(479)은 또한, 기판(120)으로 하여금, 회전식 그리퍼(420) 상에서 중심이 맞춰져 정렬되게 하며, 여기서 핑거들(470)은 기판(120) 상으로 가까워지고 기판(120)을 유지한다. 핑거들(470)을 개방된 상태로 유지하는 액추에이터들(471)에 의한 기계적 작동이 제거되면, 스프링들은, 기판(120)을 외접하는 핑거들(470)에 대해 압박하는 폐쇄된 포지션으로 핑거들(470)을 변위시키고, 따라서, 기판을 유지 표면 상에서 중심을 맞추어 정렬한다. 회전식 그리퍼(420) 설계는 기판(120)이 어떤 정렬에 들어가든 중심을 맞추고 유지한다. 다른 실시예들에서, 회전식 그리퍼(420)는 기판(120)을 사전 결정된 포지션에, 예를 들면, 분할 포지션(cut up position)에서 정렬한다.
[0035] 회전식 그리퍼(420)는 프로세싱 동안 회전식 그리퍼(420) 및 이것에 장착되는 기판(120)을 회전시키는 모터에 연결된다. 편평하게 된(또는 노치가 있는) 기판들을 프로세싱할 때, 핑거(470)가 기판(120)을 파지할 수 없는 로케이션에서 기판 평면(substrate flat), 컷아웃 또는 노치가 포지셔닝되는 것을 방지하는 사전 정의된 배향으로 기판(120)을 회전시키기 위해, 사전 정렬 스테이션이 사용된다. 다수의 핑거들(470)은 유지 표면(422) 상에서 대칭적으로 로케이팅되는 한편, 다수의 스탠드오프들(479)은 유지 표면(422) 상에서 비대칭적으로 배치된다. 스탠드오프들(479)의 간격은 로봇의 엔드 이펙터에 의한 액세스를 허용하도록 선택된다. 일 예에서, 핑거들(470)은 임의의 2 개의 인접한 핑거들 사이의 거리가 기판 평면의 최대 코드(chord) 치수보다 더 크도록 포지셔닝된다. 이것은, 최악의 경우들에서, 기판 평면이 단지 하나의 핑거(470) 근처에만 있을 수 있고 기판(120)이 나머지 모든 핑거들(470)에 의해 여전히 파지될 수 있다는 것을 보장한다. 핑거(470)는 유지 보수에 도움이 되도록 제거 가능하다.
[0036] 비대칭 스탠드오프들(479) 및 기판 평면에서의 누락된 기판 질량은 회전식 그리퍼(420)를 회전시킴에 있어서 불균형(정적 및 동적)을 야기할 수 있다. 이러한 불균형을 보상하기 위해, 기판(120)을 회전시키는 동안 로터 균형을 제공하고 그리퍼(420)의 흔들림을 최소화하도록 회전식 그리퍼(420) 또는 로터 부착부에 비대칭 홀(499)이 형성된다. 비대칭 스탠드오프들(479) 및 대칭 핑거들(470)은, 기판(120)이 회전식 그리퍼(420) 상에 중심을 두는 포지션에서 1.5 mm 미만만큼 이동하는 것을 방지하면서, 즉, 회전식 그리퍼(420) 상에서 기판(120)을 정렬하면서, 기판(120)에서의 상이한 에지 상황들(경사짐, 톱니 형상 등)을 수용할 수 있다. 회전식 그리퍼(420)는 다양한 기판 두께들(예를 들면, 300 ㎛ 내지 825 ㎛)뿐만 아니라, 최대 약 200 ℃까지의 온도들을 핸들링할 수 있다.
[0037] 일 예에서, 회전식 그리퍼(420)는 기판(120)을 유지지하고 회전시키는 한편, 유체 분무기(462)는 기판(120)에 깨끗한 물을 분무하여 기판(120)의 전체 표면으로부터 슬러리 및 다른 입자들을 완전히 제거한다. 배수구(464)는, 내부 프로세싱 영역(420)에 존재하는 유체로부터의 기판(120)의 표면에 대한 입자들의 재도입 또는 오염을 방지하기 위해, SRD 스테이션(400)의 내부 프로세싱 영역(420)으로부터 입자들을 함유하는 유체를 제거한다. 유체 분무기(462)는 턴오프되고, 기판(120)은, 원심력에 의해 기판(120)으로부터 임의의 남아 있는 유체를 제거하고 기판(120)을 건조시키기 위해, 회전식 그리퍼(420) 상에서 회전하도록 허용된다. 이제, SRD 스테이션(400)은 기판을 세정하고 건조시켰으며 기판은 후속하는 프로세싱 동작들을 위한 준비가 되었다.
[0038] 상기에서 논의되는 바와 같이, 기판들은 로봇들에 의해 CMP 시스템의 스테이션들 사이에서 이송된다. 로봇 블레이드, 즉, 이송 동안 기판(120)을 유지하는 엔드 이펙터는, 다수의 로봇들 또는 단일의 로봇 상에 다수의 로봇 블레이드들을 갖는 실시예들을 제외하면, 프로세싱 전 기판들 및 프로세싱 후 기판들 둘 모두를 핸들링한다. SRD 스테이션(400)이 기판(120)을 세정하고 로봇 블레이드에 기판들이 없는 동안, SRD 스테이션(400)을 빠져나오는 이제 깨끗한 기판 상으로 오염 물질, 예컨대 슬러리 입자들의 도입을 방지하기 위해, 기판이 없는 로봇 블레이드는 EERD에서 세정된다. 도 2는 도 1의 CMP 시스템에 대한 EERD 스테이션(200)을 예시한다.
[0039] EERD 스테이션(200)은 본체(220)를 갖는다. 본체(220)는 최상부(226), 최하부(224), 및 측벽들(222)을 갖는다. 최상부(226), 최하부(224) 및 측벽들(222)은 본체(220)의 내부 볼륨(228)을 둘러싼다. 개구(232)가 최상부(226)에 형성될 수 있다. 대안적으로, 개구(232)는 측벽들(222) 중 하나에 형성될 수 있다. 개구(232)는 제1 로봇(152)의 엔드 이펙터(153)가 EERD 스테이션(200)의 내부 볼륨(228)에 액세스하여 진입하는 것을 허용하도록 사이즈가 정해진다.
[0040] EERD 스테이션(200)은 다수의 헹굼 노즐들(216) 및 에어 나이프들(212)을 갖는다. 헹굼 노즐들(216)은, 제1 로봇(152)의 엔드 이펙터(153)를 효과적으로 헹구기 위해, 탈이온수(de-ionized water; DIW) 또는 다른 적절한 유체 화학 물질들을 분배한다. 본체(220)의 최하부(224)에 배수구(218)가 형성된다. 최하부(224)는 배수구(218)를 향해 기울어질 수 있다. 일 예에서, 배수구(218)는 배수구(218)를 향하는 DIW의 배수를 촉진하기 위해 측벽들(222) 중 하나 근처에 배치된다. 대안적으로, 배수구(218)는 최하부(224)가 배수구(218)를 향해 기울어진 상태에서 최하부(224)의 임의의 곳에 형성될 수 있다. 예를 들면, 배수구(218)는 최하부(224)의 중앙에 형성될 수 있고, 최하부는 보울(bowl)의 최하부에 배수구(218)를 갖는 보울 형상으로 될 수 있다.
[0041] 에어 나이프들(212)은 개구(232) 근처에 포지셔닝된다. 에어 나이프들(212)은 개구(232)를 통과하는 헹궈진 엔드 이펙터(153)를 건조시키기 위해 깨끗한 건조 공기(clean dry air; CDA) 또는 다른 적절한 가스(예컨대 N2 등)를 유동시킨다. 예를 들면, 에어 나이프들(212)은, 엔드 이펙터(153)가 EERD 스테이션(200)의 내부 볼륨(228)으로부터 제거될 때, 엔드 이펙터(153)로부터 유체를 제거한다.
[0042] 본체(220)의 측벽들(222)에는 통기구(vent; 214)가 형성될 수 있다. 통기구(214)는 배수구(218) 위로 상승된다. 통기구(214)는, 배수구(218)를 통해 본체(220)의 내부 볼륨(228)으로부터 제거되도록 의도되는 유체가 통기구(214)에 진입하는 것을 실질적으로 방지하기 위해, 최하부(224)와 배수구(218) 위로 이격되어 있다. 에어 나이프들(212)을 통해 내부 볼륨(228)에 진입하는 CDA 또는 다른 적절한 가스들은 통기구(214)에 의해 내부 볼륨(228)으로부터 제거된다. 하나 이상의 예들에서, 본체(220)는 에어 나이프들(212)로부터의 가스들을 내부 볼륨으로부터 효과적으로 제거하기 위해 1개 초과의 통기구(214)를 가질 수 있다. 통기구(214)는 직접적으로 또는 펌프를 통해 공장 배기부(factory exhaust)에 연결될 수 있다.
[0043] 동작 동안, 로봇의 엔드 이펙터(153)는, 헹굼이 턴온될 때 EERD 스테이션(200) 외부에 사전 포지셔닝된다. 엔드 이펙터(153)는 개구(332)를 통해 내부 볼륨(228) 안으로 연장된다. 엔드 이펙터(153)는 개구(232)를 통해 진입할 때 다수의 헹굼 노즐들(216)에 의해 헹궈진다. 엔드 이펙터(153)가 충분히 헹궈진 이후, 헹굼 노즐들(216)은 턴오프되고 에어 나이프들(212)이 턴온된다. 그런 다음, 엔드 이펙터(153)는 개구(332)를 통해 내부 볼륨(228) 밖으로 후퇴하고, 그것이 후퇴될 때 양 면들이 건조된다. 이제, 로봇의 엔드 이펙터(153)는 건조되고 오염 물질이 실질적으로 없으며, 깨끗하고 건조한 기판(120)을 픽업할 준비가 되어 있다.
[0044] EERD 스테이션(200)은 제1 로봇(152)의 엔드 이펙터(153)가 헹궈지고 건조되며, 건조된 깨끗한 기판(120)을 픽업할 준비가 이루어지는 곳이다. 젖은 엔드 이펙터(153)는 기판(120)이 젖어 있을 때마다 기판을 핸들링한다. 엔드 이펙터(153)가 건조하고 깨끗한 기판(120)을 핸들링할 필요가 있는 경우, 엔드 이펙터(153)는 깨끗한 건조 기판(120)을 핸들링하기 이전에 헹궈지고 건조된다. 따라서, 세정된 기판들을 오염시키지 않으면서 SRD 스테이션(400) 안팎으로 세정된 기판들(120) 및 세정되지 않은 기판들(120) 둘 모두의 이동을 핸들링하는 데, 단지 하나의 로봇, 예컨대 제1 로봇(152)만이 필요로 된다.
[0045] 제1 로봇(152)은 기판(120)으로부터 제거된 재료의 양을 결정하기 위한 측정을 위해 기판(120)을 계측 스테이션(300)으로 이동시킨다. 기판(120)으로부터 제거된 재료의 양으로부터, 기판(120)의 추가적인 프로세싱에 대한 필요성이 결정될 수 있다.
[0046] 계측 스테이션(300)은 연마 이전 및/또는 이후에 기판(120) 상에 배치되는 재료 층의 두께를 측정하기 위해, 연마 이후 기판(120)을 검사하여 재료 층이 기판의 표면으로부터 제거되었는지를 결정하기 위해, 및/또는 연마 이전 및/또는 이후에 결함들에 대해 기판 표면을 검사하기 위해 사용된다. 일부 예들에서, 기판(120)은 계측 스테이션(300)을 사용하여 획득되는 측정 또는 표면 검사 결과들에 기초하여 추가적인 연마를 위해 연마 패드들(166)로 복귀될 수 있고 및/또는 상이한 기판 프로세싱 스테이션 또는 스테이션, 예컨대 건식 탱크 카세트 스테이션(114)으로 지향될 수 있다. 도 3은 도 1의 CMP 시스템(100)에 대한 계측 스테이션(300)을 예시한다.
[0047] 계측 스테이션(300)은 기판 홀더(326), 지지 프레임(322), 기판을 계량(weighing)하기 위한 저울(340), 및 카메라(360)를 갖는다. 저울(340)은 진동 아이솔레이터(vibration isolator; 324) 상에 배치된다. 진동 아이솔레이터(324)는 지지 프레임(322)에 커플링된다. 진동 아이솔레이터(324)는 아이솔레이터(324)를 통해 전달되는 에너지의 양을 감소시키는 플라스틱들 및 엘라스토머들과 같은 에너지 전달 감쇠 재료들을 포함한다. 따라서, 진동 아이솔레이터(324)는, 저울(340)의 성능 및 정확도에 영향을 끼칠 수 있는 진동들과 같은 외부 환경 간섭이, 진동 아이솔레이터(324)를 통해 지지 프레임(322)과 저울(340) 사이에서 이동하는 것을 완화한다. 일 예에서, 저울(340)은 기판(120)의 중량을 약 플러스 또는 마이너스 0.0001 그램 이내로 측정하는 데 적절한 정확도를 갖는다.
[0048] 카메라(360)는 기판(120)의 표면을 스캐닝하도록 동작 가능하다. 카메라(360)에 의해 획득되는 하나 이상의 이미지들은 기판들(120)의 표면적을 측정하기 위해 그리고 기판(120)의 기판 ID를 검출하기 위해 사용된다. 계측 스테이션(300)은 카메라(360)로부터의 정상의(regular) 또는 거울 대칭의(mirrored) 이미지를 핸들링하도록 구성된다. 계측 스테이션(300)은 조명 시스템(350) 및 차폐물(shield)(370)을 포함한다. 차폐물(370)은 카메라(360), 지지 프레임(322) 및 조명 시스템(350) 주위에 배치된다. 조명 시스템(350)은 저울(340)과 기판(120) 사이에 배치된다. 조명 시스템(350)은 카메라(360)가 기판 파라미터들, 예컨대 표면적 및 기판 ID를 더 쉽고 정확하게 측정하는 것을 가능하게 하기 위해 기판(120)을 조명하도록 구성된다. 조명 시스템(350)에 의한 기판(120)의 조명은 기판(120)의 표면 스캔의 정확도를 개선하는 데 도움이 된다. 차폐물(370)은 주변 광이 카메라(360)를 방해하는 것을 방지한다. 조명 시스템(350)과의 기판 홀더(326)의 간섭을 감소시키기 위해, 기판 홀더(326)는 로봇에 의해 이송되는 기판(120)을 수용하기 위한 적은 수의 핑거들, 예를 들면, 3 개의 핑거들을 갖는다. 기판 홀더(326)의 핑거들의 넓은 간격은, 기판(120) 위에 장착되는 카메라(360)를 사용하여 기판 ID를 검출하기 위한 더 나은 대비를, 기판 아래의 조명 시스템(350)이 제공하는 것을 허용한다.
[0049] 저울(340) 및 카메라(360)에 의해 획득되는 정보는 상기에서 설명되는 바와 같이 기판(120)으로부터 제거된 재료의 양을 결정하는 데 활용된다. 기판(120)의 표면적 및 중량에서의 변화(즉, 연마 전 중량과 연마 후 중량 사이의 변화)가 공지되어 있는 상태에서, 연마 프로세스에 의해 제거된 재료의 양의 정확한 결정이 결정될 수 있다. (초기 두께 - 최종 두께)의 공식을 사용하면, 재료 손실이 정확하게 결정될 수 있다. (기판들이 각각의 기판 사이에서 상당한 공차들을 가지기 때문에) 두께를 획득하기 위해, 두께 = 질량/(표면적 × 밀도)의 공식이 사용될 수 있다. 밀도는 기판(120)의 속성이다. 질량은 저울(340)에 의해 정확하게 측정된다. 표면적은 카메라(360)에 의해 측정된다. 따라서, 상기의 기법을 사용하여, 기판(120)으로부터 제거된 재료의 양은 매우 정확하게 결정될 수 있으며 종료 지점 검출, 프로세스 모니터링 또는 다른 용도를 위해 활용될 수 있다.
[0050] 도 5는 도 1의 CMP 시스템에서 기판을 연마하기 위한 방법에 대한 흐름도이다. 블록(510)에서, 연마 전 기판들의 카세트가 습식 탱크 카세트 스테이션 안으로 로딩된다. 카세트는 10 개 이상의 기판들, 예를 들면, 50 개의 기판들을 포함할 수 있다. 카세트 내의 기판들은 습식 탱크 카세트 스테이션(112) 내의 유체 배쓰(fluid bath) 내에 배치된다. 카세트에 포함되는 기판들은 증착 동작, 에칭 동작, 또는 다른 동작과 같은 이전 프로세싱 동작을 거쳤을 수 있으며, 이것은 이제 기판의 연마 또는 평탄화가 소망되는 상황에 기판을 남기게 된다. 각각의 기판은 기판을 식별하는 고유의 기판 ID를 갖는다.
[0051] 블록(520)에서, 카세트들 내의 기판들은 세정을 위해 SRD 스테이션으로 이송된다. SRD 스테이션에서, 연마 이전에 기판으로부터 외부(extraneous) 또는 느슨한(loose) 재료를 제거하기 위해, 기판은 헹궈지고 건조된다. 헹굼 유체가 미래의 동작들을 방해하는 것을 방지하기 위해, 기판은 건조된다. 기판들은 선택적으로, 기판으로부터 제거된 재료의 양의 나중의 계산을 위한 기준을 결정하기 위한 기판의 물리적 파라미터들의 사전 체크를 위해 계측 스테이션으로 이동될 수 있다. 예를 들면, 기판의 초기 두께는 연마 이전에 계측 스테이션에 의해 결정될 수 있다. 대안적으로, 기판들 파라미터들이 알려져 있을 수 있으며, 이것은 기준 정보에 대한 사전 체크 없이 기판들이 연마기로 직접적으로 공급되는 것을 허용한다. 기판에 대한 물리적 파라미터들은 하기의 블록(592)에서 논의되는 바와 같이 대응하는 기판 ID와 함께 저장되고 그와 연관된다. 예를 들면, 기판의 초기 두께 및 소망되는 최종 두께가 CMP 시스템에 의해 액세스 가능한 각각의 고유의 기판 ID에 대한 데이터베이스에 저장될 수 있다.
[0052] 블록(530)에서, 기판은 연마 유닛의 헤드 세정 로드 언로드 스테이션으로 이동된다. 기판은 헤드 세정 로드 언로드 스테이션과 연관되는 로봇에 의해 이동될 수 있다. 헤드 세정 로드 언로드 스테이션에서, 기판은 연마 동작들 동안 기판을 연마 유닛 내에서 유지하는 연마 헤드 안으로 로딩된다.
[0053] 블록(540)에서, 기판은 연마 헤드에서 유지되는 동안 연마 유닛에서 연마된다. 기판들은 양면 연마 프로세스를 필요로 할 수 있다. 일 실시예에서, 기판은 기판의 양 면들이 동시에 연마되도록 수직으로 연마된다. 다른 실시예들에서, 기판은 제1 면 상에서 연마 패드에 맞닿아 수평으로 연마되고, 그런 다음, 뒤집혀 기판의 제2 면을 연마한다. 기판은 제1 면 및 제2 면 상에서 SiC와 같은 경질 재료를 가질 수 있다. 경질 재료를 제거하기 위해 연마 프로세스에서 더 강한 산화제 기반의 슬러리가 사용될 수 있다. 연마 이후, 기판은 습식 탱크, 버퍼 로케이션으로 다시 이동될 수 있거나 또는 회전 헹굼 건조 스테이션으로 직접적으로 이동될 수 있다.
[0054] 블록(550)에서, 기판은 SRD 스테이션으로 이동된다. SRD 스테이션은, 기판의 표면으로부터 잔류 슬러리를 제거하기 위해, 물 또는 다른 적절한 용액들을 사용하여 기판을 세정한다. 그런 다음, SRD는 기판을 건조시킨다. SRD 스테이션은 대부분의 종류들의 기판을 핸들링하도록 구성된다.
[0055] 블록(560)에서, 기판이 SRD 스테이션에 의해 세정되고 있는 동안, 로봇의 엔드 이펙터는 EERD 스테이션에 배치된다. 기판을 SRD 스테이션으로 이송하기 위해 활용되는 로봇의 엔드 이펙터는 EERD 스테이션에서 세정된다. EERD 스테이션에서의 엔드 이펙터의 세정 이후, 엔드 이펙터는 기판에 오염 물질을 다시 도입하지 않으면서 SRD 스테이션으로부터 방금 세정된 기판을 자유롭게 회수할 수 있다. 예시적인 CMP 애플리케이션들의 경우, 연마되지 않은 기판을 가져와 프로세스 전 탱크(pre-process tank)에 배치한다. 로봇 블레이드는 이 기판을 집어들고 기판의 연마를 위해 기판을 연마 유닛으로 이송한다. 연마 이후, 기판은, 종종 프로세스 화학 물질을 갖는 액체를 떨어뜨리면서, 동일한 로봇 블레이드에 의해 픽업되고 SRD 스테이션과 같은 나중의 프로세스 스테이션들로 이동된다. 로봇 블레이드가 젖은 기판들만을 핸들링하는 경우, 세정된 기판들의 교차 또는 재오염의 위험은 최소화된다. 그러나, 연마 단계 이후 프로세싱된 기판을 건조시킬 필요가 있는 경우, 동일한 로봇 블레이드를 사용하여 젖은 기판들 및 건조한 기판들 둘 모두를 이송하는 것은 건조한 기판의 허용 가능하지 않을 정도로 높은 오염의 위험을 도입한다. 유리하게는, 젖은 기판을 이송하기 위한 사용과 건조한 기판을 이송하기 위한 사용 사이에서 엔드 이펙터를 세정하기 위해 EERD 스테이션을 활용하는 것은, 세정된 건조 기판의 표면에 오염 물질들을 재도입할 위험을 실질적으로 감소시킨다. EERD 스테이션은, 유익하게도, 로봇 엔드 이펙터(블레이드)를 세정하여, 2 개의 별개의 비용이 많이 드는 로봇들에 대한 필요 또는 프로세스 스루풋에서의 감소 없이 젖은(및 오염된) 기판들과 건조한(그리고 세정된) 기판들 둘 모두를 원활하게 이송하기 위해 단일의 엔드 이펙터가 사용되는 것을 가능하게 한다.
[0056] 블록(570)에서, 깨끗한 기판은 이제 깨끗한 로봇의 엔드 이펙터에 의해 SRD 스테이션으로부터 계측 스테이션으로 이동된다. 계측 스테이션은 단일의 빠른 통과로 기판 ID와 함께 표면적을 측정하기 위한 카메라 및 높은 정확도의 계량 저울을 포함한다. 계측 스테이션은 기판 ID의 개선된 판독 정확도를 위해 백라이팅을 포함한다.
[0057] 블록(580)에서, 기판의 중량은 계측 스테이션에서 측정된다. 중량은 고정밀 측정 디바이스에 의해 측정된다.
[0058] 블록(590)에서, 기판 ID는 카메라에 의해 판독된다. 추가적으로, 표면적은 카메라에 의해 측정된다. 기판 ID는 데이터베이스 또는 다른 컴퓨터 대응 시스템(computer enabled system)에서 기록된다. 기판 ID는 추가적인 평가 및 레시피 튜닝을 위해 계측 결과들을 각각의 개개의 기판과 연관시키기 위해 사용된다. 기판 아래에 포지셔닝되는 조명 시스템은 기판 위에 장착되는 카메라에 대한 기판 ID의 더 나은 대비를 제공한다. 조명 시스템과 기판 사이의, 그리고 기판과 카메라 사이의 간격은 기판 ID의 검출을 향상시키기 위해 선택된다. 조명 유닛은 기판의 하면을 조명하여 기판 표면적의 정확한 결정들을 행하기 위한 더 나은 대비를 카메라에게 제공한다. 조명 및 카메라 시스템은 불투명한 또는 반투명한 기판들, 예컨대 반투명 SiC 웨이퍼들 및 정상의 거울 대칭의 불투명 웨이퍼(regular mirrored opaque wafer)들의 핸들링을 가능하게 한다.
[0059] 카메라는 표면적을 계산하고 기판 ID를 결정하기 위한 정상의 또는 거울 대칭의 이미지를 획득할 수 있다.
[0060] 상기에서 설명되는 공식(초기 두께 - 최종 두께)을 사용하여, 연마에 기인하는 기판으로부터의 연마 후 재료 손실, 즉, 연마 후 기판 두께가 정확하게 결정될 수 있다. 상기의 기법을 사용하면, 제거된 재료의 양은 CMP 시스템에서 인시튜로 매우 빠르고 정확하게 체크될 수 있다.
[0061] 블록(592)에서, 기판으로부터 제거된 재료의 양은 데이터베이스에 기록되고 기판 ID와 연관된다. 추가적으로, 기판의 중량 및 표면적이 또한 데이터베이스에 기록되고 기판 ID와 연관될 수 있다. 기판이 CMP 시스템 전체에 걸쳐 이동됨에 따라, 기판을 연마하기 위해 활용되는 동작들은 소망되는 층 두께 또는 기판으로부터 재료 제거의 양을 달성하도록 레시피가 조정될 수 있다. 예를 들면, 기판의 연마 후 두께가 목표 두께 미만이라는 것을 결정하면, 기판을 연마 유닛으로 되돌리고 목표 두께에 도달하는 데 필요한 재료의 양을 제거하기 위해 선택되는 새로운 연마 레시피를 수행한다. 대안적으로, 다른 예에서, 기판 두께가 소망되는 최종 두께가 되게 하는 것으로 제거된 재료의 양이 결정되자마자, 기판은 건식 카세트로 이동된다.
[0062] 본원에서 설명되는 예들에서, 계측 스테이션(300) 및 EERD 스테이션(200)을 포함하는 CMP 시스템(100)의 동작은 시스템 컨트롤러(160)에 의해 지시된다. 시스템 컨트롤러(160)는 메모리(182)(예를 들면, 비-휘발성 메모리) 및 지원 회로들(183)과 함께 동작 가능한 프로그래머블 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit; CPU)(181)을 포함한다. 지원 회로들(183)은 종래에는 CPU(181)에 커플링되고 캐시, 클록 회로들, 입력/출력 서브시스템들, 전력 공급부들 등, 및 이들의 제어를 용이하게 하기 위해, CMP 시스템(100)의 다양한 컴포넌트들에 커플링되는 이들의 조합들을 포함한다. CPU(181)는 프로세싱 시스템의 다양한 컴포넌트들 및 하위 프로세서들을 제어하기 위한, 산업 환경에서 사용되는 임의의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서 중 하나, 예컨대 프로그래머블 로직 컨트롤러(programmable logic controller; PLC)이다. CPU(181)에 커플링되는 메모리(182)는 비-일시적이며, 전형적으로, 로컬의 또는 원격의, 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM), 판독 전용 메모리(read only memory; ROM), 플로피 디스크 드라이브, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 스토리지와 같은 쉽게 이용 가능한 메모리들 중 하나 이상이다. 연마 레시피, 기판 ID, 표면적, 중량 등과 같은 계측 결과들, 두께, 제거된 재료의 양 등과 같은 결정치들, 다른 물리적 기판 정보, 예컨대 다른 것들 중에서도 밀도, 및 다른 정보가 메모리(182)에 저장되거나 또는 다르게는 컨트롤러(160)에 의해 액세스 가능하다.
[0063] 전형적으로, 메모리(182)는, CPU(181)에 의해 실행될 때, CMP 시스템(100)의 동작을 용이하게 하는 명령들을 포함하는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들(예를 들면, 비-휘발성 메모리)의 형태이다. 메모리(182)의 명령들은 본 개시내용의 방법들을 구현하는 프로그램과 같은 프로그램 제품의 형태이다. 프로그램 코드는 다수의 상이한 프로그래밍 언어들 중 임의의 하나를 따를 수 있다. 일 예에서, 본 개시내용은 컴퓨터 시스템과의 사용을 위해 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들 상에 저장되는 프로그램 제품으로서 구현될 수 있다. 프로그램 제품의 프로그램(들)은 (본원에서 설명된 방법들을 포함하는) 실시예들의 기능들을 정의한다.
[0064] 예시적인 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들은 다음의 것을 포함하지만, 그러나 이들로 제한되지는 않는다: (i) 정보가 영구적으로 저장될 수 있는 기록 불가능 저장 매체들(예를 들면, CD-ROM 드라이브에 의해 판독 가능한 CD-ROM 디스크들, 플래시 메모리, ROM 칩들 또는 임의의 타입의 솔리드 스테이트 비-휘발성 반도체 메모리 디바이스들, 예를 들면, 솔리드 스테이트 드라이브(solid state drive; SSD)들과 같은 컴퓨터 내의 판독 전용 메모리 디바이스들); 및 (ii) 변경 가능한 정보가 저장되는 쓰기 가능 저장 매체들(예를 들면, 디스켓 드라이브 내의 플로피 디스크들 또는 하드 디스크 드라이브 또는 임의의 타입의 솔리드 스테이트 랜덤 액세스 반도체 메모리). 그러한 컴퓨터 판독 가능 저장 매체들은, 본원에서 설명되는 방법들의 기능들을 지시하는 컴퓨터 판독 가능 명령들을 보유하는 경우, 본 개시내용의 실시예들이다. 일부 실시예들에서, 본원에서 기술되는 방법들, 또는 그 일부들은, 하나 이상의 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC)들, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(field-programmable gate array; FPGA)들, 또는 다른 타입들의 하드웨어 구현예들에 의해 수행된다. 일부 다른 실시예들에서, 본원에서 기술되는 기판 프로세싱 및/또는 핸들링 방법들은 소프트웨어 루틴들, ASIC(들), FPGA들 및, 또는, 다른 타입들의 하드웨어 구현예들의 조합에 의해 수행된다. 하나 이상의 시스템 컨트롤러들(180)은 본원에서 설명되는 다양한 모듈식 연마 시스템들 중 하나 또는 이들의 임의의 조합과 함께 및/또는 이들의 개개의 연마 스테이션들과 함께 사용될 수 있다.
[0065] 본원에서 개시되는 실시예들은 SiC 기판들을 연마하는 데 필요한 기기 및 핸들링의 양을 감소시킨다. CMP 시스템은 상기에서 언급되는 모든 기능들을 수동의 개입 없이 일반적으로 고도로 자동화된 방식으로 수행할 수 있다. CMP 시스템은 대부분의 타입들의 기판들, 예컨대 편평한 피처들, 노치 피처들을 갖는 기판들 및/또는 상이한 사이즈들의 기판들을 핸들링할 수 있다. EERD 스테이션은, 유리하게는, 필요로 되는 로봇들의 수 및 SRD 스테이션으로부터 깨끗한 기판들로의 오염 물질 전달을 감소시키기 위해 로봇 블레이드를 세정하도록 구성된다. 계측 스테이션은 또한, 중량, 두께, 재료 제거 및 다른 정보가 기판 ID를 통해 고유의 기판에 연관되는 것을 가능하게 하여, 개선된 프로세스 제어, 스루풋 및 제품 수율을 가능하게 한다.
[0066] 전술한 바가 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 그리고 추가적인 실시예들이, 본 개시내용의 기본적인 범위를 벗어나지 않으면서 안출될 수 있으며, 본 개시내용의 범위는 다음의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템으로서,
    기판을 연마하도록 구성된 연마 스테이션;
    상기 기판을 세정하고 건조시키도록 구성된 회전 헹굼 건조(spin rinse dry; SRD) 스테이션;
    상기 기판의 파라미터들을 측정하도록 구성된 계측 스테이션;
    상기 SRD 스테이션 안팎으로 상기 기판을 이동시키도록 구성된 로봇;
    상기 로봇의 엔드 이펙터(end effector)를 세정 및 건조시키도록 구성된 엔드 이펙터 헹굼 및 건조(end effector rinse and dry; EERD) 스테이션; 및
    세정 또는 연마를 대기하는 동안 상기 기판들을 젖은 상태로 유지하도록 구성된 습식 탱크(wet tank)를 포함하는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 EERD 스테이션은,
    내부 볼륨을 정의하는, 최상부(top), 최하부(bottom), 및 측벽들을 갖는 본체;
    상기 본체에 형성된 개구 ― 상기 개구는 상기 로봇의 엔드 이펙터가 상기 본체의 내부 볼륨에 액세스하는 것을 허용하도록 사이즈가 정해짐 ― 를 더 포함하는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 EERD 스테이션은,
    상기 내부 볼륨에 포지셔닝될 때 상기 엔드 이펙터에서 유체를 분무(spray)하도록 구성된 헹굼 노즐(rinse nozzle)들; 및
    상기 개구 근처에 배치되며, 상기 엔드 이펙터가 상기 내부 볼륨으로부터 추출될 때 상기 엔드 이펙터에 대해 가스를 유동시키도록 구성된 에어 나이프(air knife)를 더 포함하는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 EERD 스테이션은,
    상기 본체의 측벽들에 형성된 통기구(vent) ― 상기 통기구는 배기 펌프를 통해 공장 배기부(factory exhaust)에 연결되며, 상기 통기구는 상기 에어 나이프에 의해 제공되는 모든 가스를 상기 내부 볼륨으로부터 제거하도록 구성됨 ―; 및
    상기 본체에 배치되며, 상기 헹굼 노즐들로부터의 상기 유체가 상기 내부 볼륨을 빠져나가는 것을 허용하도록 구성된 배수구(drain) ― 상기 통기구는 상기 배수구에 비해 상승됨 ― 를 더 포함하는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 계측 스테이션은,
    지지 프레임;
    상기 지지 프레임 상에 배치되며 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더;
    상기 기판 홀더 위에 배치되는 카메라; 및
    상기 지지 프레임과 상기 기판 홀더 사이에 커플링되는 저울(scale)을 더 포함하는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 계측 스테이션은,
    상기 지지 프레임과 상기 저울 사이에 배치되는 진동 아이솔레이터(vibration isolator);
    상기 저울과 상기 지지 프레임 사이에 배치되는 조명 시스템; 및
    상기 카메라, 상기 지지 프레임 및 상기 조명 시스템 주위에 배치되는 차폐물(shield)을 더 포함하는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 카메라는 표면적을 측정하도록 그리고 상기 기판의 기판 ID를 검출하도록 구성되는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 기판은 반투명하거나 또는 불투명한,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 SRD는,
    복수의 핑거(finger)들 및 스탠드오프(standoff)들로 구성되는 회전식 그리퍼(rotary gripper)를 더 포함하고,
    상기 핑거들 및 스탠드오프들은 상기 회전식 그리퍼 상에서 상기 기판의 중심을 맞추어 정렬하는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 다양한 두께들의 편평하게 된 또는 노치가 있는 기판들을 핸들링할 수 있는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 기판 홀더는 최대 200 ℃까지 상승된 온도들의 기판들을 핸들링할 수 있는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  12. 기판을 연마하기 위한 방법으로서,
    상기 기판을 연마 유닛의 헤드 세정 로드 언로드 스테이션(head clean load unload station)으로 이동시키는 단계;
    상기 연마 유닛에서 상기 기판을 연마하는 단계;
    로봇의 엔드 이펙터를 이용하여 상기 기판을 회전 헹굼 건조(SRD) 스테이션으로 이동시키는 단계;
    상기 SRD 스테이션에서 상기 기판을 세정하는 단계;
    상기 기판이 상기 SRD 스테이션에 의해 세정되고 있는 동안, 엔드 이펙터 헹굼 건조(EERD) 스테이션에서 상기 로봇의 엔드 이펙터를 세정하는 단계; 및
    상기 SRD 스테이션에 의해 세정된 상기 기판을 상기 세정된 엔드 이펙터를 이용하여 계측 스테이션으로 이동시키는 단계를 포함하는,
    기판을 연마하기 위한 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    계측 스테이션에서 상기 기판을 계량(weighing)하는 단계; 및
    상기 계측 스테이션에서 상기 기판의 표면적을 결정하는 단계를 더 포함하는,
    기판을 연마하기 위한 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 기판으로부터 제거된 재료의 양을 계산하는 단계; 및
    상기 제거된 재료의 양을 상기 기판에 대한 연관된 기판 ID와 함께 데이터베이스에 기록하는 단계를 더 포함하는,
    기판을 연마하기 위한 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제거된 재료의 양을 계산하는 단계는,
    초기 두께로부터 연마 후 두께를 감산하는 단계를 포함하고,
    상기 초기 두께는 연마 이전의 상기 기판의 중량을 상기 표면적과 밀도의 곱으로 나눈 값과 동일하고, 상기 연마 후 두께는 연마 이후의 중량을 상기 표면적과 상기 밀도의 곱으로 나눈 값과 동일한,
    기판을 연마하기 위한 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 기판의 제2 면의 이미지를 획득하면서 상기 기판의 제1 면을 조명하는 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 면은 상기 제2 면 반대편에 있는,
    기판을 연마하기 위한 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 연마 후 두께가 목표 두께 미만이라는 것을 결정하면, 상기 기판을 상기 연마 유닛으로 되돌리고 상기 목표 두께에 도달하는 데 필요한 재료의 양을 제거하기 위해 선택되는 새로운 연마 레시피를 수행하는,
    기판을 연마하기 위한 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 연마 후 두께가 목표 두께와 동일하다는 것을 결정하면, 상기 기판을 건식 카세트(dry cassette)로 이송하는,
    기판을 연마하기 위한 방법.
  19. 기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템으로서,
    기판을 연마하도록 구성된 연마 스테이션;
    상기 기판을 세정하고 건조시키도록 구성된 회전 헹굼 건조(SRD) 스테이션; 및
    상기 기판의 파라미터들을 측정하도록 구성된 계측 스테이션을 포함하고,
    상기 계측 스테이션은,
    지지 프레임;
    상기 지지 프레임 상에 배치되며 상기 기판을 지지하도록 구성된 기판 홀더;
    상기 기판 홀더 위에 배치되는 카메라;
    상기 지지 프레임과 상기 기판 홀더 사이에 커플링되는 저울; 및
    상기 저울과 상기 지지 프레임 사이에 배치되는 조명 시스템을 더 포함하는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
  20. 제19 항에 있어서,
    엔드 이펙터 헹굼 건조(EERD) 스테이션을 더 포함하고,
    상기 EERD 스테이션은,
    기판 이동 로봇의 엔드 이펙터에서 유체를 분무하도록 구성된 헹굼 노즐들;
    상기 엔드 이펙터에 대해 가스를 유동시키도록 구성된 에어 나이프;
    상기 분무된 유체를 수집하기 위한 배수구; 및
    상기 유동된 가스를 배기하도록 구성된 통기구를 더 포함하는,
    기판들을 연마하기 위한 통합 CMP 시스템.
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