WO2023106517A1 - 웨이퍼 연마량 측정장치 및 그 측정방법 - Google Patents

웨이퍼 연마량 측정장치 및 그 측정방법 Download PDF

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WO2023106517A1
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이상호
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    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Definitions

  • the present invention relates to a wafer polishing amount measuring device capable of precisely measuring and managing a wafer polishing amount and a measuring method thereof.
  • a wafer widely used as a material for manufacturing semiconductor devices refers to a single-crystal silicon thin plate made of poly-crystal silicon as a raw material.
  • Such wafers include a slicing process of growing polycrystalline silicon into a single crystal silicon ingot and then cutting the silicon ingot into a wafer shape, a lapping process of uniformizing and flattening the thickness of the wafer, and a machine It is manufactured through an etching process to remove or mitigate damage caused by chemical polishing, a polishing process to mirror the surface of the wafer, and a cleaning process to clean the wafer.
  • the polishing process is a very important process because it is the process of making the final flatness and surface roughness before the wafer enters the device process.
  • the wafer adsorbed to the head rotates while being pressed on the polishing pad so that the surface of the wafer is mechanically flattened, and at the same time, by supplying a slurry that performs a chemical reaction on the polishing pad, the surface of the wafer is It is chemically leveled.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-066964 (published on September 25, 2008) provides a device for polishing both sides of a wafer that can measure the thickness of a central portion of a wafer and can measure the thickness with high reliability.
  • a thickness measuring device is disposed on a support frame positioned above the window portion passing through, and the thickness measuring device includes a light emitting unit for emitting laser light toward the window, and the light emitting unit.
  • An objective lens moved by a driving device to focus the laser light emitted from the window on the front and rear surfaces of the wafer, a light receiving unit for receiving reflected light reflected on the front and rear surfaces of the wafer, and receiving light from the light receiving unit. and a calculation unit for calculating the thickness of the wafer from peak values of each reflected light of the front and back surfaces of the wafer when a signal is input.
  • an optical thickness measuring device is placed in the polishing equipment to measure the polishing amount of the wafer in real time, but the polishing amount of the wafer through the polishing process is so small that the discrimination ability to classify the resolution is poor even when measured optically.
  • the polishing process cannot be managed by accumulating the polishing amount data of the wafer, and the defect or flatness quality of the wafer after the polishing process There are problems that cannot be improved.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a wafer polishing amount measuring device and method for measuring and managing the polishing amount accurately.
  • the first weight measurement unit for measuring the weight of the loading cassette in which the wafers are accommodated before polishing;
  • the first weight measuring unit may be composed of a load cell supporting the loading cassette.
  • the second weight measurement unit may be composed of a load cell supporting the unloading cassette.
  • the first weighing unit measures the weight (first and second measured values) of the loading cassette before/after one wafer is accommodated in the loading cassette, and the control unit measures input from the first weighing unit.
  • the weight of one wafer before polishing can be calculated according to the variation of the first and second measured values.
  • the second weight measuring unit measures the weight (third and fourth measured values) of the unloading cassette before/after one wafer is accommodated in the unloading cassette
  • the control unit measures the weight of the unloading cassette
  • the control unit may include a calculation unit that calculates a polishing amount of one wafer according to a change in weight of one wafer before and after polishing.
  • the control unit may include a command unit generating a control signal for a next polishing process by comparing the polishing amount of the wafer with a target polishing amount.
  • the command unit may generate control signals for polishing pressure, polishing rotational speed, polishing time, and slurry supply amount.
  • Another embodiment of the present invention a first step of measuring the weight of the loading cassette in which wafers are accommodated before polishing; A second step of measuring the weight of an unloading cassette in which wafers are stored after polishing; and a third step of calculating the polishing amount of the wafer before/after polishing according to the measured values of the first and second steps.
  • the first step may include a process of measuring by a load cell supporting the loading cassette.
  • the second step may include a process of measuring by a load cell supporting the unloading cassette.
  • the first step includes measuring the weight (first and second measurement values) of the loading cassette before and after one wafer is stored in the loading cassette, respectively, and the third step includes the first and second measurements.
  • a first process of calculating the weight of one wafer before polishing according to the variation of the first and second measured values input in the step may be included.
  • the second step includes measuring the weight (third and fourth measurement values) of the unloading cassette before/after one wafer is stored in the unloading cassette, and the third step includes the step of measuring the weight of the unloading cassette.
  • a second process of calculating the weight of one wafer after polishing according to the variation of the third and fourth measured values input in the second step may be included.
  • the third step may further include a third step of calculating a polishing amount of one wafer according to a change in weight of one wafer before/after polishing calculated in the first and second steps.
  • the third step may further include a fourth step of generating a control signal for the next polishing process by comparing the wafer polishing amount calculated in the third step with a target polishing amount.
  • the fourth process may generate control signals for the polishing pressure, the polishing rotation speed, the polishing time, and the supply amount of the slurry.
  • the wafer polishing amount measuring device and method of the present embodiment precisely measure the weight of the loading cassette and the unloading cassette using a load cell, and measure the fine wafer polishing amount through the weight change of the loading cassette and the weight change of the unloading cassette. can be accurately calculated.
  • FIG. 1 is a diagram showing a wafer polishing apparatus of this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic view of a wafer polishing amount measuring device applied in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for measuring a polishing amount of a wafer according to the present embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a wafer polishing apparatus of this embodiment.
  • the wafer polishing apparatus of this embodiment includes a loading robot 10, an unloading robot 20, a transfer 30 in which a wafer is moved, and first, second, and third polishing polishing wafers.
  • An index 50 rotatably provided above the surface plates 41, 42, and 43, the transfer 30, and the first, second, and third polishing surface plates 41, 42, and 43, and an index 50 provided below the index 50. It includes a plurality of polishing heads 60 provided to be able to move up and down and rotate.
  • the loading robot 10 moves the wafers stored in the loading cassette C1 to the transfer 30 one by one before proceeding with the polishing process.
  • the unloading robot 20 moves the wafers seated on the transfer 30 one by one to the unloading cassette C2.
  • the transfer 30 is a circular shelf on which wafers are placed, is rotatably installed, and may include a loading part 31, a detachable part 32, and an unloading part 33 on which a pair of wafers are placed, respectively. .
  • the loading unit 31 is a space in which a pair of wafers moved from the loading cassette C1 by the loading robot 10 are placed, and the wafers placed in the loading unit 31 move whenever the transfer 30 is rotated. It is moved to the detachable part 32.
  • the detachable part 32 is a space where a pair of wafers are detached from the pair of polishing heads 60 for the polishing process, and the wafers seated on the detachable part 32 are unloaded whenever the transfer 30 is rotated. It is moved to section 33.
  • the unloading unit 33 is a space where a pair of wafers to be moved to the unloading cassette C2 by the unloading robot 20 are seated, and whenever the transfer 30 is rotated, the unloading unit 33 side The empty space is moved to the loading unit 31 .
  • the transfer 30 and the three polishing plates 41, 42 and 43 are located in all directions.
  • the first, second, and third polishing plates 41, 42, and 43 are rotatable shelves, and polishing pads for polishing wafers are attached to their upper surfaces.
  • the index 50 is rotatably installed on the upper side of the transfer-side detachable part 32 and the first, second, and third polishing plates 41, 42, and 43, and the transfer-side detachable part 32 and the first, second, and third A pair of polishing heads 60 are provided at positions opposite to the polishing plates 41, 42, and 43, respectively.
  • the pair of polishing heads 60 located above the transfer-side detachable part 32 move upward to the first polishing table 41, and the pair located above the first polishing table 41
  • the polishing head 60 of the upper side of the second polishing platen 42, the pair of polishing heads 60 located above the second polishing platen 42 are positioned above the third polishing platen 43, the third polishing platen (43)
  • the pair of polishing heads 60 located on the upper side are sequentially moved to the upper side of the transfer side detachable part 32.
  • the polishing head 60 is rotatably and liftably installed on the lower surface of the index 50, and a wafer is adsorbed on the lower surface of the polishing head 60. Therefore, whenever the index 50 is rotated, the wafer adsorbed to the polishing head 60 is sequentially moved along the transfer side detachable part 32 and the first, second, and third polishing plates 41, 42, and 43. .
  • the wafer polishing device configured as described above controls the polishing pressure, polishing rotation speed, polishing time, slurry supply amount, etc. in order to precisely manage the wafer polishing amount. It can be precisely measured and stored, and the next process can be controlled by reflecting the wafer polishing amount of the current process.
  • FIG. 2 is a view showing a wafer polishing amount measuring device applied in FIG. 1 .
  • the wafer polishing amount measuring device of the present embodiment includes a first weight measuring unit 71 for measuring the weight of the loading cassette C1 and a second weight measuring unit 72 for measuring the weight of the unloading cassette C2; It includes a control unit 73 that calculates the polishing amount of the wafer according to the measured values of the first and second weight measuring units 71 and 72 .
  • the first weight measuring unit 71 is a load cell type capable of measuring up to 1 ug, and may be configured to support the loading cassette C1, but is not limited thereto.
  • the first weight measuring unit 71 measures the weight of the loading cassette C1 every time wafers W are loaded from the loading cassette C1 to the transfer 30 one by one before polishing, and measures the weight of the loading cassette C1.
  • the weight measurement value may be transmitted to the control unit 73 .
  • the first weight measurement unit 71 measures the weight of the loading cassette C1 as a first measurement value before a single wafer W is loaded, that is, in a state where the wafer W is present, and measures the weight of the single wafer W as a first measurement value. After W) is loaded, that is, without the wafer W, the weight of the loading cassette C2 is measured as a second measurement value, and then the first and second measurement values may be transmitted to the controller 73.
  • the second weight measuring unit 72 is in the form of a load cell capable of measuring up to 1 ug, and may be configured to support the unloading cassette C2, but is not limited thereto. .
  • the second weight measuring unit 72 measures the weight of the unloading cassette C2 every time the wafers W are unloaded from the transfer 30 to the unloading cassette C2 one by one after polishing, and the unloading cassette
  • the weight measurement value of (C2) may be transmitted to the control unit 73.
  • the second weight measuring unit 72 measures the weight of the unloading cassette C2 as a third measured value before one wafer W is unloaded, that is, in a state without the wafer W, and measures the weight of the unloading cassette C2 as a third measurement value.
  • the weight of the unloading cassette (C2) is measured as the fourth measured value, and then the third and fourth measured values are transmitted to the controller 73.
  • the two load cells measure the same weight and calibrate the measured values periodically. It is desirable to do
  • the measured values of the first and second weighing units 71 and 72 are corrected within ⁇ 3%, and may be precisely corrected within ⁇ 10 nm based on the polishing amount of the wafer.
  • the control unit 73 includes a calculation unit for calculating the polishing amount of each wafer of the current process through the measured values transmitted from the first and second weighing units 71 and 72, a storage unit for storing the polishing amount of each wafer for each polishing process, and , It may include, but is not limited to, a command unit generating a control signal for the next process in consideration of the wafer polishing amount of the current process.
  • the weight of the wafer before polishing is calculated through the amount of change in the first and second measurement values
  • the weight of the wafer after polishing is calculated through the change in the third and fourth measured values, and then through the change in the weight of the wafer before and after polishing
  • the amount of wafer polishing can be calculated.
  • Each wafer polishing amount calculated in this way can be stored and managed as data in the storage unit, and the control signal for controlling the polishing pressure, polishing rotation speed, polishing time, and slurry supply amount in consideration of the wafer polishing amount of the current process in the command unit By generating, it is possible to control the amount of wafer polishing in the next process in real time.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for measuring a polishing amount of a wafer according to the present embodiment.
  • the weight of the loading cassette C1 is measured before/after loading the wafers stored in the loading cassette C1 into the transfer 30 one by one. (See S1)
  • the first weight measurement unit 71 measures the weight of the loading cassette C1 as a first measurement value
  • the first weight measurement unit 71 measures the weight of the loading cassette C1. It is measured by the second measured value. As described above, the first weight measurement unit 71 repeats the process of measuring the weight of the loading cassette C1.
  • the weight of one wafer before polishing is calculated according to the weight change with the loading cassette (C1) (see S2).
  • the control unit 73 may calculate the difference between the first and second measurement values input from the first weight measurement unit 71 as the weight of one wafer, and store and manage the weight of each wafer before polishing.
  • the wafers W loaded in the transfer 30 may be sequentially polished, and the polished wafers W may be unloaded to the transfer 30 (see S3 and S4).
  • the transfer 30 rotates, the pair of wafers W loaded in the loading unit 31 are moved to the detachable unit 32 and the pair of wafers W loaded on the detachable unit 32 are unloaded. The process of moving along the loading part 33 is repeated.
  • the polishing head 60 adsorbs the pair of wafers W located on the detachable part 32 of the transfer, the index 50 rotates and the polishing head 60 moves while each surface plate 41, After sequentially polishing the pair of wafers (W) in 42 and 43), the polishing head 60 moves the polished pair of wafers (W) to the detachable part 32 of the transfer again, repeating the process. do.
  • the polishing pressure, polishing rotation speed, polishing time, and slurry supply amount can be controlled precisely in real time during the current polishing process.
  • the weight of the unloading cassette C2 may be measured before/after the wafers W unloaded from the transfer 30 are stored in the unloading cassette C2 one by one (see S5).
  • the second weight measuring unit 72 measures the weight of the unloading cassette C2 as a third measured value. After measuring, the unloading robot 20 stores the wafers W in the unloading unit 33 of the transfer one by one into the unloading cassette C2, and then the second weight measuring unit 72 moves the unloading cassette ( The weight of C2) is measured as the fourth measurement value. As described above, the second weight measurement unit 72 repeats the process of measuring the weight of the unloading cassette C2.
  • the weight of one wafer after polishing can be calculated according to the weight change of the unloading cassette C2 (see S6).
  • the control unit 73 may calculate the difference between the third and fourth measurement values input from the second weight measurement unit 72 as the weight of one wafer, and store and manage the weight of each wafer after polishing.
  • polishing amount can be calculated and stored according to the weight change of the wafer before/after polishing (see S7).
  • the control unit 73 may calculate a value obtained by subtracting the weight of the wafer after polishing from the weight of the wafer before polishing as the polishing amount of the wafer, and accumulate and store the polishing amount of each wafer as data for management.
  • a control signal for the next polishing process according to the polishing amount of the wafer may be generated (see S8).
  • the control unit 73 compares the polishing amount of each wafer with the target polishing amount, and generates a control signal related to the polishing pressure, polishing rotation speed, polishing time, and slurry supply amount of the next process to control the polishing amount of the wafer. .
  • the amount of polishing each wafer can be precisely controlled in real time by automatically controlling the degree of pressurization of the polishing head, the rotational speed and rotation time of the head or surface plate in the next process by the control signal.
  • This embodiment can be applied to manufacturing a single crystal silicon wafer by polishing a single crystal silicon thin plate.

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Abstract

본 발명의 실시예는, 연마 전 웨이퍼들이 수납되는 로딩 카세트의 무게를 측정하는 제1무게 측정부; 연마 후 웨이퍼들이 수납되는 언로딩 카세트의 무게를 측정하는 제2무게 측정부; 및 상기 제1,2무게 측정부의 측정값에 따라 연마 전/후 웨이퍼의 연마량을 산출하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 연마량 측정장치를 제공한다.

Description

웨이퍼 연마량 측정장치 및 그 측정방법
본 발명은 웨이퍼 연마량을 정밀하게 측정 및 관리할 수 있는 웨이퍼 연마량 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자 제조용 재료로 광범위하게 사용되고 있는 웨이퍼(wafer)는 다결정의 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 단결정 실리콘 박판을 말한다.
이러한 웨이퍼는, 다결정의 실리콘을 단결정 실리콘 잉곳(ingot)으로 성장시킨 다음, 실리콘 잉곳을 웨이퍼의 형태로 자르는 슬라이싱(slicing) 공정과, 웨이퍼의 두께를 균일화하여 평면화하는 래핑(lapping) 공정과, 기계적인 연마에 의하여 발생한 손상을 제거 또는 완화하는 에칭(etching) 공정과, 웨이퍼 표면을 경면화하는 폴리싱(polishing) 공정과, 웨이퍼를 세정하는 세정 공정(cleaning) 등을 거쳐 제조된다.
폴리싱 공정은 웨이퍼가 디바이스 과정에 들어가기에 앞서 최종적으로 평탄도와 표면 조도를 만드는 과정이기 때문에 매우 중요한 과정이다.
폴리싱 공정은 헤드에 흡착된 웨이퍼가 연마 패드 위에서 가압된 상태에서 회전함으로써, 웨이퍼의 표면이 기계적으로 평탄화되도록 하고, 동시에 연마 패드 위로 화학적 반응을 수행하는 슬러리(slurry)를 공급함으로써, 웨이퍼의 표면이 화학적으로 평탄화되도록 한다.
일본공개특허 제2007-066964호(2008.09.25.공개)에는 웨이퍼의 중심부의 두께의 측정도 가능하고, 신뢰성이 높은 두께 측정이 가능해지는 웨이퍼의 양면 연마 장치를 제공한다.
상정반에 창부가 형성되어 상정반이 회전할 때, 통과하는 창부의 상부에 위치되는 지지 프레임에 두께 측정 장치가 배치되고, 두께 측정 장치는 레이저 광을 창부로 향해서 발광하는 발광부와, 발광부로부터 발광되는 레이저 광을 창부의 하부에 위치하는 웨이퍼의 표면과 이면에 초점을 맞추도록 구동장치에 의해서 이동되는 대물렌즈와, 웨이퍼의 표면과 이면으로 반사하는 반사광을 수광하는 수광부와, 수광부로부터 수광 신호가 입력되어 웨이퍼의 표면과 이면의 각 반사광의 피크치로부터 웨이퍼의 두께를 연산하는 연산부를 포함한다.
종래 기술에 따르면, 폴리싱 장비에 광학식 두께 측정 장치를 배치하여 실시간 웨이퍼의 연마량을 측정하지만, 폴리싱 공정을 통한 웨이퍼의 연마량이 워낙 작아 광학식으로 측정하더라도 해상도를 분류할 수 있는 변별 능력이 떨어진다.
이와 같이, 폴리싱 공정의 연마 정밀도를 충족할만큼 웨이퍼의 연마량을 정밀하게 측정할 수 없으므로, 웨이퍼의 연마량 데이터를 축적하여 폴리싱 공정을 관리할 수 없고, 폴리싱 공정 후 웨이퍼의 결함 또는 평탄도 품질을 개선시킬 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 웨이퍼 연마량을 정밀하게 측정 및 관리할 수 있는 웨이퍼 연마량 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예는, 연마 전 웨이퍼들이 수납되는 로딩 카세트의 무게를 측정하는 제1무게 측정부; 연마 후 웨이퍼들이 수납되는 언로딩 카세트의 무게를 측정하는 제2무게 측정부; 및 상기 제1,2무게 측정부의 측정값에 따라 연마 전/후 웨이퍼의 연마량을 산출하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 연마량 측정장치를 제공한다.
상기 제1무게 측정부는, 상기 로딩 카세트를 지지하는 로드 셀로 구성될 수 있다.
상기 제2무게 측정부는, 상기 언로딩 카세트를 지지하는 로드 셀로 구성될 수 있다.
상기 제1무게 측정부는, 한 장의 웨이퍼가 상기 로딩 카세트에 수납되기 전/후 각각 상기 로딩 카세트의 무게(제1,2측정값)를 측정하고, 상기 제어부는, 상기 제1무게 측정부에서 입력된 제1,2측정값의 변화량에 따라 연마 전 한 장의 웨이퍼 무게를 산출할 수 있다.
상기 제2무게 측정부는, 한 장의 웨이퍼가 상기 언로딩 카세트에 수납되기 전/후에 상기 언로딩 카세트의 무게(제3,4측정값)를 측정하고, 상기 제어부는, 상기 제2무게 측정부에서 입력된 제3,4측정값의 변화량에 따라 연마 후 한 장의 웨이퍼 무게를 산출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 연마 전/후 한 장의 웨이퍼 무게 변화량에 따라 한 장의 웨이퍼 연마량을 산출하는 연산부를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 웨이퍼 연마량을 목표 연마량과 비교하여 다음 연마 공정의 제어신호를 발생시키는 명령부를 포함할 수 있다.
상기 명령부는, 연마 압력, 연마 회전속도, 연마 시간, 슬러리 공급량에 대한 제어신호를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 연마 전 웨이퍼들이 수납되는 로딩 카세트의 무게를 측정하는 제1단계; 연마 후 웨이퍼들이 수납되는 언로딩 카세트의 무게를 측정하는 제2단계; 및 상기 제1,2단계의 측정값에 따라 연마 전/후 웨이퍼의 연마량을 산출하는 제3단계;를 포함하는 웨이퍼 연마량 측정방법을 제공한다.
상기 제1단계는, 상기 로딩 카세트를 지지하는 로드 셀에 의해 측정되는 과정을 포함할 수 있다.
상기 제2단계는, 상기 언로딩 카세트를 지지하는 로드 셀에 의해 측정되는 과정을 포함할 수 있다.
상기 제1단계는, 한 장의 웨이퍼가 상기 로딩 카세트에 수납되기 전/후 각각 상기 로딩 카세트의 무게(제1,2측정값)를 측정하는 과정을 포함하고, 상기 제3단계는, 상기 제1단계에서 입력된 제1,2측정값의 변화량에 따라 연마 전 한 장의 웨이퍼 무게를 산출하는 제1과정을 포함할 수 있다.
상기 제2단계는, 한 장의 웨이퍼가 상기 언로딩 카세트에 수납되기 전/후에 상기 언로딩 카세트의 무게(제3,4측정값)를 측정하는 과정을 포함하고, 상기 제3단계는, 상기 제2단계에서 입력된 제3,4측정값의 변화량에 따라 연마 후 한 장의 웨이퍼 무게를 산출하는 제2과정을 포함할 수 있다.
상기 제3단계는, 상기 제1,2과정에서 산출된 연마 전/후 한 장의 웨이퍼 무게 변화량에 따라 한 장의 웨이퍼 연마량을 산출하는 제3과정을 더 포함할 수 있다.
상기 제3단계는, 상기 제3과정에서 산출된 웨이퍼 연마량을 목표 연마량과 비교하여 다음 연마 공정의 제어신호를 발생시키는 제4과정을 더 포함할 수 있다.
상기 제4과정은, 연마 압력, 연마 회전속도, 연마 시간, 슬러리 공급량에 대한 제어신호를 발생킬 수 있다.
본 실시예의 웨이퍼 연마량 측정장치 및 그 측정방법은 로드 셀을 이용하여 로딩 카세트와 언로딩 카세트의 무게를 정밀하게 측정하고, 로딩 카세트의 무게 변화량과 언로딩 카세트의 무게 변화량을 통하여 미세한 웨이퍼 연마량을 정확하게 산출할 수 있다.
또한, 각 웨이퍼 연마량을 데이터로 누적 저장 및 관리함으로서, 웨이퍼 연마량에 따른 제어 신호를 발생시켜 다음 폴리싱 공정을 실시간으로 제어할 수 있으며, 폴리싱 공정에서 발생할 수 있는 웨이퍼의 결함 또는 평탄도 품질을 효과적으로 개선시킬 수 있다.
도 1은 본 실시예의 웨이퍼 연마장치가 도시된 도면이다.
도 2는 도 1에 적용된 웨이퍼 연마량 측정장치가 개략적으로 도시된 도면이다.
도 3은 본 실시예의 웨이퍼 연마량 측정방법이 도시된 순서도이다.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다.
도 1은 본 실시예의 웨이퍼 연마장치가 도시된 도면이다.
본 실시예의 웨이퍼 연마장치는 도 1에 도시된 바와 같이 로딩 로봇(10)과, 언로딩 로봇(20)과, 웨이퍼가 이동되는 트랜스퍼(30)와, 웨이퍼가 연마되는 제1,2,3연마 정반(41,42,43)과, 트랜스퍼(30)와 제1,2,3연마 정반(41,42,43) 상측에 회전 가능하게 구비된 인덱스(50)와, 인덱스(50)의 하측에 승강 및 회전 가능하게 구비된 복수개의 연마 헤드(60)를 포함한다.
로딩 로봇(10)은 폴리싱 공정을 진행하기 전 로딩 카세트(C1)에 수납된 웨이퍼들을 한 장씩 트랜스퍼(30)로 이동시킨다.
언로딩 로봇(20)은 폴리싱 공정을 진행한 후 트랜스퍼(30)에 안착된 웨이퍼들을 한 장씩 언로딩 카세트(C2)로 이동시킨다.
트랜스퍼(30)는 웨이퍼들이 안착되는 원형 선반으로서, 회전 가능하게 설치되며, 한 쌍의 웨이퍼가 각각 안착되는 로딩부(31)와 착탈부(32)와 언로딩부(33)를 포함할 수 있다.
로딩부(31)는 로딩 로봇(10)에 의해 로딩 카세트(C1)에서 이동된 한 쌍의 웨이퍼가 안착되는 공간으로서, 트랜스퍼(30)가 회전될 때 마다 로딩부(31)에 안착된 웨이퍼들이 착탈부(32)로 이동된다.
착탈부(32)는 폴리싱 공정을 위해 한 쌍의 웨이퍼가 한 쌍의 연마 헤드(60)에 탈착되는 공간으로서, 트랜스퍼(30)가 회전될 때 마다 착탈부(32)에 안착된 웨이퍼들이 언로딩부(33)로 이동된다.
언로딩부(33)는 언로딩 로봇(20)에 의해 언로딩 카세트(C2)로 이동될 한 쌍의 웨이퍼가 안착되는 공간으로서, 트랜스퍼(30)가 회전될 때 마다 언로딩부(33) 측 빈 공간이 로딩부(31)로 이동된다.
트랜스퍼(30)와 세 개의 연마 정반(41,42,43)은 사방에 위치한다.
제1,2,3연마 정반(41,42,43)은 각각 회전 가능한 선반으로서, 각각의 상면에 웨이퍼를 폴리싱하기 위한 연마 패드가 부착된다.
인덱스(50)는 트랜스퍼 측 착탈부(32)와 제1,2,3연마 정반(41,42,43) 상측에 회전 가능하게 설치되는데, 트랜스퍼 측 착탈부(32)와 제1,2,3연마 정반(41,42,43)과 대향되는 위치에 각각 한 쌍의 연마 헤드(60)가 구비된다.
인덱스(50)가 회전될 때 마다 트랜스퍼 측 착탈부(32) 상측에 위치한 한 쌍의 연마 헤드(60)가 제1연마 정반(41) 상측으로, 제1연마 정반(41) 상측에 위치한 한 쌍의 연마 헤드(60)가 제2연마 정반(42) 상측으로, 제2연마 정반(42) 상측에 위치한 한 쌍의 연마 헤드(60)가 제3연마 정반(43) 상측으로, 제3연마 정반(43) 상측에 위치한 한 쌍의 연마 헤드(60)가 트랜스퍼 측 착탈부(32) 상측으로 순차적으로 이동된다.
연마 헤드(60)는 인덱스(50)의 하면에 회전 및 승강 가능하게 설치되고, 웨이퍼가 연마 헤드(60)의 하면에 흡착된다. 따라서, 인덱스(50)가 회전될 때 마다 연마 헤드(60)에 흡착된 웨이퍼가 트랜스퍼 측 착탈부(32)와 제1,2,3연마 정반(41,42,43)을 따라 순차적으로 이동된다.
이와 같이 구성된 웨이퍼 폴리싱 장치는 웨이퍼 연마량을 정밀하게 관리하기 위하여 연마 압력, 연마 회전속도, 연마 시간, 슬러리 공급량 등을 제어하는데, 하기의 웨이퍼 연마량 측정장치를 이용하여 연마 공정 중 웨이퍼 연마량을 정밀하게 측정 및 저장하고, 현재 공정의 웨이퍼 연마량을 반영하여 다음 공정을 제어할 수 있다.
도 2는 도 1에 적용된 웨이퍼 연마량 측정장치가 도시된 도면이다.
본 실시예의 웨이퍼 연마량 측정장치는 로딩 카세트(C1)의 무게를 측정하는 제1무게 측정부(71)와, 언로딩 카세트(C2)의 무게를 측정하는 제2무게 측정부(72)와, 제1,2무게 측정부(71,72)의 측정값에 따라 웨이퍼의 연마량을 산출하는 제어부(73)를 포함한다.
제1무게 측정부(71)는 1ug 단위까지 측정 가능한 로드 셀(load cell) 형태로서, 로딩 카세트(C1)를 지지하도록 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
제1무게 측정부(71)는 연마 전 웨이퍼(W)가 한 장씩 로딩 카세트(C1)에서 트랜스퍼(30)로 로딩될 때 마다 로딩 카세트(C1)의 무게를 측정하고, 로딩 카세트(C1)의 무게 측정값을 제어부(73)에 전송할 수 있다. 제1무게 측정부(71)는 한 장의 웨이퍼(W)가 로딩되기 전 즉, 그 웨이퍼(W)가 있는 상태에서 로딩 카세트(C1)의 무게를 제1측정값으로 측정하고, 한 장의 웨이퍼(W)가 로딩된 후 즉, 그 웨이퍼(W)가 없는 상태에서 로딩 카세트(C2)의 무게를 제2측정값으로 측정한 다음, 제1,2측정값을 제어부(73)에 전송할 수 있다.
제2무게 측정부(72)는 제1무게 측정부(73)와 마찬가지로 1ug 단위까지 측정 가능한 로드 셀(load cell) 형태로서, 언로딩 카세트(C2)를 지지하도록 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.
제2무게 측정부(72)는 연마 후 웨이퍼(W)가 한 장씩 트랜스퍼(30)에서 언로딩 카세트(C2)로 언로딩될 때 마다 언로딩 카세트(C2)의 무게를 측정하고, 언로딩 카세트(C2)의 무게 측정값을 제어부(73)에 전송할 수 있다. 제2무게 측정부(72)는 한 장의 웨이퍼(W)가 언로딩되기 전 즉, 그 웨이퍼(W)가 없는 상태에서 언로딩 카세트(C2)의 무게를 제3측정값으로 측정하고, 한 장의 웨이퍼(W)가 언로딩된 후 즉, 그 웨이퍼(W)가 있는 상태에서 언로딩 카세트(C2)의 무게를 제4측정값으로 측정한 다음, 제3,4측정값을 제어부(73)에 전송할 수 있다.
제1,2무게 측정부(71,72)를 로드 셀로 구성할 경우, 측정값에 대한 정확도를 높이기 위하여 두 로드 셀이 동일한 무게를 측정하여 그 측정값을 보정하는 작업(calibration)을 주기적으로 진행하는 것이 바람직하다.
일예로, 제1,2무게 측정부(71,72)의 측정값은 ±3% 이내로 보정되는데, 웨이퍼 연마량을 기준으로 ±10nm 이내로 정밀하게 보정될 수 있다.
제어부(73)는 제1,2무게 측정부(71,72)에서 전송된 측정값들을 통하여 현재 공정의 각 웨이퍼 연마량을 산출하는 연산부와, 연마 공정 별로 각 웨이퍼 연마량을 저장하는 저장부와, 현재 공정의 웨이퍼 연마량을 고려하여 다음 공정의 제어 신호를 발생시키는 명령부를 포함할 수 있으나, 한정되지 아니한다.
제어부(73)의 동작을 살펴보면, 연산부에서 제1무게 측정부(71)로부터 제1,2측정값이 입력될 때 마다 제1,2측정값의 변화량을 통하여 연마 전 웨이퍼의 무게를 산출하고, 제2무게 측정부(72)로부터 제3,4측정값이 입력될 때 마다 제3,4측정값의 변화량을 통하여 연마 후 웨이퍼의 무게를 산출한 다음, 연마 전/후 웨이퍼의 무게 변화를 통하여 웨이퍼 연마량을 산출할 수 있다.
이와 같이 산출된 각 웨이퍼 연마량은 저장부에서 데이터로 저장 및 관리될 수 있고, 명령부에서 현재 공정의 웨이퍼 연마량을 고려하여 연마 압력, 연마 회전속도, 연마 시간, 슬러리 공급량을 제어하는 제어 신호를 발생시킴으로서, 다음 공정의 웨이퍼 연마량을 실시간 제어할 수 있다.
도 3은 본 실시예의 웨이퍼 연마량 측정방법이 도시된 순서도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 살펴보면, 로딩 카세트(C1)의 수납된 웨이퍼를 하나씩 트랜스퍼(30)로 로딩하기 전/후 로딩 카세트(C1)의 무게를 측정한다.(S1 참조)
폴리싱 공정을 진행해야 되는 웨이퍼들(W)이 수납된 로딩 카세트(C1)가 로딩 위치에 제공되면, 제1무게 측정부(71)가 로딩 카세트(C1)의 무게를 제1측정값으로 측정하고, 로딩 로봇(10)이 로딩 카세트(C1)에 수납된 웨이퍼(W1)를 하나씩 트랜스퍼의 로딩부(31)에 로딩한 다음, 제1무게 측정부(71)가 로딩 카세트(C1)의 무게를 제2측정값으로 측정한다. 상기와 같이 제1무게 측정부(71)가 로딩 카세트(C1)의 무게를 측정하는 과정을 반복한다.
다음, 로딩 카세트(C1)로 무게 변화에 따라 연마 전 한장의 웨이퍼 무게를 산출한다.(S2 참조)
제어부(73)는 제1무게 측정부(71)에서 입력된 제1,2측정값의 차이를 한 장의 웨이퍼 무게로 산출하고, 연마 전 각 웨이퍼의 무게를 저장 및 관리할 수 있다.
다음, 트랜스퍼(30)에 로딩된 웨이퍼(W)를 순차적으로 연마하고, 연마 완료된 웨이퍼(W)를 트랜스퍼(30)에 언로딩할 수 있다.(S3,S4 참조)
트랜스퍼(30)가 회전됨에 따라 로딩부(31)에 로딩된 한 쌍의 웨이퍼(W)를 착탈부(32)로 이동시키고, 착탈부(32)에 로딩된 한 쌍의 웨이퍼(W)를 언로딩부(33)를 따라 이동시키는 과정을 반복한다.
또한, 연마 헤드(60)가 트랜스퍼의 착탈부(32)에 위치한 한 쌍의 웨이퍼(W)를 흡착하면, 인덱스(50)가 회전됨에 따라 연마 헤드(60)가 이동하면서 각각의 정반(41,42,43)에서 한 쌍의 웨이퍼(W)를 순차적으로 연마시킨 다음, 다시 연마 헤드(60)가 연마된 한 쌍의 웨이퍼(W)를 다시 트랜스퍼의 착탈부(32)로 이동시키는 과정을 반복한다.
특히, 이전 연마 공정에서 웨이퍼 연마량을 고려하여 제어 신호를 발생시킴으로서, 현재 연마 공정 중 연마 압력, 연마 회전속도, 연마 시간, 슬러리 공급량을 제어하여 실시간으로 웨이퍼의 연마량을 정밀하게 제어할 수 있다.
다음, 트랜스퍼(30)에서 언로딩된 웨이퍼(W)를 하나씩 언로딩 카세트(C2)에 수납하기 전/후 언로딩 카세트(C2)의 무게를 측정할 수 있다.(S5 참조)
폴리싱 공정이 완료된 웨이퍼들(W)이 수납되기 전 언로딩 카세트(C2)가 언로딩 위치에 제공되면, 제2무게 측정부(72)가 언로딩 카세트(C2)의 무게를 제3측정값으로 측정하고, 언로딩 로봇(20)이 트랜스퍼의 언로딩부(33)에 있는 웨이퍼(W)를 하나씩 언로딩 카세트(C2)에 수납한 다음, 제2무게 측정부(72)가 언로딩 카세트(C2)의 무게를 제4측정값으로 측정한다. 상기와 같이 제2무게 측정부(72)가 언로딩 카세트(C2)의 무게를 측정하는 과정을 반복한다.
다음, 언로딩 카세트(C2)의 무게 변화에 따라 연마 후 한장의 웨이퍼 무게를 산출할 수 있다.(S6 참조)
제어부(73)는 제2무게 측정부(72)에서 입력된 제3,4측정값의 차이를 한 장의 웨이퍼 무게로 산출하고, 연마 후 각 웨이퍼의 무게를 저장 및 관리할 수 있다.
다음, 연마 전/후 웨이퍼의 무게 변화에 따라 연마량을 산출 및 저장할 수 있다.(S7 참조)
제어부(73)는 연마 전 웨이퍼의 무게에서 연마 후 웨이퍼의 무게를 뺀 값을 웨이퍼 연마량으로 산출하고, 각 웨이퍼 연마량을 데이터로 누적 저장하여 관리할 수 있다.
다음, 웨이퍼 연마량에 따른 다음 연마 공정의 제어신호를 발생시킬 수 있다.(S8 참조)
제어부(73)는 각 웨이퍼의 연마량을 목표 연마량과 비교하고, 웨이퍼의 연마량을 제어하기 위해 다음 공정의 연마 압력, 연마 회전속도, 연마 시간, 슬러리 공급량과 관련된 제어신호를 발생시킬 수 있다.
이러한 제어신호에 의해 다음 공정에서 연마 헤드의 가압 정도, 헤드 또는 정반의 회전 속도 및 회전 시간을 자동으로 제어함으로서, 각 웨이퍼의 연마량을 실시간으로 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 누적 저장된 데이터를 이용하여 폴리싱 공정 발생할 수 있는 웨이퍼의 결함 또는 평탄도 품질을 효과적으로 개선시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 실시예는 단결정 실리콘 박판을 연마하여 단결정 실리콘 웨이퍼를 제조하는데 적용될 수 있다.

Claims (16)

  1. 연마 전 웨이퍼들이 수납되는 로딩 카세트의 무게를 측정하는 제1무게 측정부;
    연마 후 웨이퍼들이 수납되는 언로딩 카세트의 무게를 측정하는 제2무게 측정부; 및
    상기 제1,2무게 측정부의 측정값에 따라 연마 전/후 웨이퍼의 연마량을 산출하는 제어부;를 포함하는 웨이퍼 연마량 측정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1무게 측정부는,
    상기 로딩 카세트를 지지하는 로드 셀로 구성되는 웨이퍼 연마량 측정장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2무게 측정부는,
    상기 언로딩 카세트를 지지하는 로드 셀로 구성되는 웨이퍼 연마량 측정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1무게 측정부는,
    한 장의 웨이퍼가 상기 로딩 카세트에 수납되기 전/후 각각 상기 로딩 카세트의 무게(제1,2측정값)를 측정하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1무게 측정부에서 입력된 제1,2측정값의 변화량에 따라 연마 전 한 장의 웨이퍼 무게를 산출하는 웨이퍼 연마량 측정장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2무게 측정부는,
    한 장의 웨이퍼가 상기 언로딩 카세트에 수납되기 전/후에 상기 언로딩 카세트의 무게(제3,4측정값)를 측정하고,
    상기 제어부는,
    상기 제2무게 측정부에서 입력된 제3,4측정값의 변화량에 따라 연마 후 한 장의 웨이퍼 무게를 산출하는 웨이퍼 연마량 측정장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연마 전/후 한 장의 웨이퍼 무게 변화량에 따라 한 장의 웨이퍼 연마량을 산출하는 연산부를 포함하는 웨이퍼 연마량 측정장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 웨이퍼 연마량을 목표 연마량과 비교하여 다음 연마 공정의 제어신호를 발생시키는 명령부를 포함하는 웨이퍼 연마량 측정장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 명령부는,
    연마 압력, 연마 회전속도, 연마 시간, 슬러리 공급량에 대한 제어신호를 발생시키는 웨이퍼 연마량 측정장치.
  9. 연마 전 웨이퍼들이 수납되는 로딩 카세트의 무게를 측정하는 제1단계;
    연마 후 웨이퍼들이 수납되는 언로딩 카세트의 무게를 측정하는 제2단계; 및
    상기 제1,2단계의 측정값에 따라 연마 전/후 웨이퍼의 연마량을 산출하는 제3단계;를 포함하는 웨이퍼 연마량 측정방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    상기 로딩 카세트를 지지하는 로드 셀에 의해 측정되는 과정을 포함하는 웨이퍼 연마량 측정방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    상기 언로딩 카세트를 지지하는 로드 셀에 의해 측정되는 과정을 포함하는 웨이퍼 연마량 측정방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1단계는,
    한 장의 웨이퍼가 상기 로딩 카세트에 수납되기 전/후 각각 상기 로딩 카세트의 무게(제1,2측정값)를 측정하는 과정을 포함하고,
    상기 제3단계는,
    상기 제1단계에서 입력된 제1,2측정값의 변화량에 따라 연마 전 한 장의 웨이퍼 무게를 산출하는 제1과정을 포함하는 웨이퍼 연마량 측정방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    한 장의 웨이퍼가 상기 언로딩 카세트에 수납되기 전/후에 상기 언로딩 카세트의 무게(제3,4측정값)를 측정하는 과정을 포함하고,
    상기 제3단계는,
    상기 제2단계에서 입력된 제3,4측정값의 변화량에 따라 연마 후 한 장의 웨이퍼 무게를 산출하는 제2과정을 포함하는 웨이퍼 연마량 측정방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 제1,2과정에서 산출된 연마 전/후 한 장의 웨이퍼 무게 변화량에 따라 한 장의 웨이퍼 연마량을 산출하는 제3과정을 더 포함하는 웨이퍼 연마량 측정방법.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제3단계는,
    상기 제3과정에서 산출된 웨이퍼 연마량을 목표 연마량과 비교하여 다음 연마 공정의 제어신호를 발생시키는 제4과정을 더 포함하는 웨이퍼 연마량 측정방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제4과정은,
    연마 압력, 연마 회전속도, 연마 시간, 슬러리 공급량에 대한 제어신호를 발생시키는 웨이퍼 연마량 측정방법.
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