KR102412773B1 - 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 공정 중에 웨이퍼의 판면과 접촉하는 멤브레인과, 상기 멤브레인의 둘레에 배치된 리테이너 링을 구비한 캐리어 헤드로 상기 웨이퍼를 로딩하는 웨이퍼 로딩 장치로서, 상기 리테이너 링의 외주면과 접촉하여 상기 리테이너 링과 정해진 위치로 안내하는 안내 격벽과, 상기 리테이너 링의 저면이 접촉하는 접촉면이 구비되어, 상기 캐리어 헤드에 대한 위치 정렬을 보조하는 정렬 부재와; 상기 캐리어 헤드에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 거치면에 거치하는 거치대를; 포함하여 구성되어, 웨이퍼의 로딩 과정에서 웨이퍼와 캐리어 헤드의 위치 부정렬에 의하여 웨이퍼가 잘못된 위치에 로딩되거나 리테이너링과의 접촉에 의하여 웨이퍼 가장자리가 손상되거나 파손되는 것을 방지하고, 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 웨이퍼 손상없이 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 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(93)이 설치되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이닝 챔버(93C)의 공압에 의하여 리테이너 링(93)을 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, 도2에 도시된 바와 같이, 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 압력 조절부(95)에 의하여 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 높이는 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.
이와 같은 문제를 해소하기 위하여 본 출원의 출원일 이전에 공개되지 아니한 방안이 제시되었다. 도3a 및 도3b에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 로딩 장치(1)의 가장자리에 캐리어 헤드(9)의 리테이너 링(93)과 먼저 접촉하는 가동 접촉부(20)가 스프링(30)에 의하여 탄성 지지된 상태로 설치될 수 있다. 이에 의하여, 멤브레인(93)의 바닥판에 비하여 하방으로 처진 리테이너 링(93)이 가동 접촉부(20)와 접촉을 하게 되고, 캐리어 헤드(9)가 하방으로 이동함에 따라 리테이너 링(93)에 의하여 가동 접촉부(20)가 눌려지면서, 웨이퍼(W)가 흡착 고정되는 멤브레인(92)의 바닥판(92a)과 로딩 장치(1)의 웨이퍼(W) 사이의 간극을 보다 정교하게 조절할 수 있게 된다.
그러나, 웨이퍼(W)가 거치되는 거치대(10) 상에서 웨이퍼(W)의 위치가 조금이라도 틀어지면, 캐리어 헤드(9)가 하방 이동(9d)하면서 리테이너 링(93)의 저면(93a)과 웨이퍼(W)의 가장자리가 충돌하여 웨이퍼(W)의 위치가 틀어져 올바르게 캐리어 헤드(9)로 로딩하는 것이 불가능해질 뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 손상이 야기되는 심각한 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 웨이퍼(W)를 로딩 장치(1)로부터 캐리어 헤드(9)로 로딩하는 데 있어서 웨이퍼(W)의 손상 가능성을 배제한 상태로 오류없이 로딩할 수 있도록 할 필요성이 절실히 요구되고 있다.
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.
또한, 본 발명은 웨이퍼를 캐리어 헤드로 로딩하는 데 있어서, 웨이퍼의 가장자리와 캐리어 헤드의 충돌을 근본적으로 배제하여, 로딩 공정에서 웨이퍼의 파손이 발생되는 것을 방지하는 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 리테이너 링의 외주면과 접촉하여 상기 리테이너 링과 정해진 위치로 안내하는 안내 격벽과, 상기 리테이너 링의 저면이 접촉하는 접촉면이 구비되어, 상기 캐리어 헤드에 대한 위치 정렬을 보조하는 정렬 부재와; 상기 캐리어 헤드에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 거치면에 거치하는 거치대를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치를 제공한다.
이는, 웨이퍼를 캐리어 헤드로 로딩하는 공정 이전에, 캐리어 헤드의 리테이너 링의 둘레 외면과 접촉하여 리테이너 링과 정렬 부재 사이의 위치를 정렬시키는 것을 선행할 수 있도록 정렬 부재가 구비됨으로써, 거치대에 거치되어 있는 웨이퍼와 캐리어 헤드의 멤브레인 바닥판의 상대 위치가 예정된 위치로 정확하게 정렬된 상태에서 웨이퍼가 캐리어 헤드에 로딩될 수 있도록 하기 위함이다.
이를 통해, 본 발명은, 웨이퍼의 로딩 과정에서 웨이퍼와 캐리어 헤드의 위치 부정렬에 의하여 웨이퍼가 잘못된 위치에 로딩되거나 리테이너링과의 접촉에 의하여 웨이퍼 가장자리가 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 상기 정렬 부재는 스프링에 의하여 탄성 지지되는 것이 바람직하다. 이에 의하여, 캐리어 헤드의 리테이너 링이 정렬 부재에 대하여 정렬하는 과정에서 캐리어 헤드로부터 정렬 부재에 가해지는 힘을 스프링의 탄성 변형에 의하여 수용할 수 있게 되어, 정렬 부재를 캐리어 헤드의 리테이너 링이 누르더라도 정렬 부재의 자세가 틀어지는 변위나 변형이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기 정렬 부재가 스프링에 의하여 탄성 지지됨으로써, 정렬 부재가 스프링의 탄성 복원력에 의하여 원래의 위치로 자동 복귀하도록 함으로써, 연속적인 로딩 공정을 가능하게 한다.
그리고, 상기 정렬 부재가 상기 리테이너 링과 접촉하면서 상기 스프링이 하방 이동하여 눌리는 힘을 측정하는 측정부를; 더 포함하여, 상기 측정부에 의하여 상기 스프링의 압축 변형량에 따른 탄성 복원력을 측정하여, 상기 캐리어 헤드의 제어부로 전송하도록 구성될 수도 있다.
이에 의하여, 웨이퍼를 캐리어 헤드에 로딩하는 과정에서, 캐리어 헤드의 리테이너 링의 저면이 멤브레인 바닥판에 비하여 보다 하측에 위치하므로, 리테이너 링이 먼저 정렬 부재와 접촉하여 리테이너 링에 의하여 하방으로 밀려 이동한 정렬 부재의 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 로딩시킬 수 있게 된다.
따라서, 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 뿐만 아니라, 정렬 부재가 스프링에 의하여 탄성 지지됨으로써, 정렬 부재의 하방 이동 거리에 따라, 리테이너 링과 정렬 부재 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.
여기서, 상기 측정부는 정렬 부재에 의하여 하방 이동 거리를 측정하여, 리테이너 링이 정렬 부재를 누르는 힘을 스프링의 탄성 복원력으로부터 측정하여, 상기 리테이너 링이 상기 접촉면을 가압하는 힘이 정해진 값에 도달하였는지를 감지할 수도 있다.
이와 병행하거나 별개로, 상기 측정부는 상기 정렬 부재가 하방으로 눌리는 힘을 측정하는 로드셀을 포함하여 구성되어, 상기 리테이너 링이 상기 접촉면을 가압하는 힘이 정해진 값에 도달하였는지를 감지할 수도 있다.
이와 같이, 리테이너 링이 정렬 부재를 하방으로 누르는 힘이 정해진 값에 도달하면, 이 정해진 값에 의하여 캐리어 헤드와 거치면에 거치된 웨이퍼 사이의 거리가 로딩에 적합한 거리에 도달한 것임을 알 수 있으므로, 이 때에 캐리어 헤드에서 흡입압이 인가되는 등에 의하여 웨이퍼를 멤브레인 바닥판에 파지하는 로딩 공정이 행해진다.
따라서, 웨이퍼는 항상 캐리어 헤드와 일정한 거리를 유지한 상태에서 캐리어 헤드에 로딩되므로, 웨이퍼의 로딩 공정 중에 웨이퍼를 흡입 파지하지 못하는 오류 발생 빈도를 줄여 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 안내 격벽의 상단은 내향 경사면이 형성될 수 있다. 이를 통해, 캐리어 헤드의 리테이너 링이 정렬 부재의 안내 격벽의 내주면과 맞닿아 접촉하는 공정이 매끄럽게 이루어질 수 있게 된다.
그리고, 상기 정렬 부재와 상기 거치대는 일체로 형성될 수 있다. 이는, 정렬 부재와 거치대가 하나의 몸체로 형성되는 구성을 포함할 뿐만 아니라, 정렬 부재와 거치대가 서로에 대하여 연결 부재 등에 의하여 상대 위치가 고정된 것을 포함한다. 이에 의하여, 정렬 부재와 캐리어 헤드의 위치가 정렬된 상태에서는, 거치대에 거치된 웨이퍼가 캐리어 헤드의 멤브레인 바닥판에 밀착될 수 있는 위치 정렬된 상태가 된다.
한편, 상기 정렬 부재와 상기 거치대는 링 형태로 형성될 수 있다. 이에 의하여, 정렬 부재의 접촉면이 링 형태의 리테이너 링의 저면과 접촉하고, 웨이퍼의 가장자리 영역을 거치면에 거치되게 접촉 지지하여, 웨이퍼의 중앙부가 거치면에 의하여 일부가 들뜬 상태가 되는 것을 방지하여, 캐리어 헤드에 웨이퍼의 로딩 동작을 안정되게 구현할 수 있다.
무엇보다도, 상기 거치면은 상기 접촉면보다 더 낮은 위치에 형성됨으로써, 리테이너 링이 정렬 부재의 접촉면과 접촉하는 순간이나, 리테이너 링이 정렬 부재를 하방으로 눌러 이동시키는 동안에, 리테이너 링이 거치면에 거치된 웨이퍼의 가장자리와 간섭되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 정렬 부재는 수평 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 이에 의하여, 웨이퍼 로딩 장치의 상측에 캐리어 헤드가 위치한 상태에서, 웨이퍼 로딩 장치의 정렬 부재와 캐리어 헤드를 정렬시키는 과정에서, 캐리어 헤드가 수평 방향으로의 이동을 하지 않더라도 정렬 부재의 수평 이동에 의하여 웨이퍼와 캐리어 헤드의 위치를 정렬 시킬 수 있게 되므로, 웨이퍼 로딩 공정에서 위치 정렬하는 동작이 보다 원활하게 이루어진다.
여기서, 상기 정렬 부재를 지지하도록 연직 방향으로 연장된 지지 축과; 상기 지지축이 수평 방향으로 이동하도록 수평 방향으로 설치된 탄성 스프링을; 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의하여, 정렬 부재가 탄성 스프링에 의한 탄성력을 극복하면서 수평 방향으로의 이동을 구현 할 수 있으며, 원래의 위치로 복귀하려는 성질을 갖게 된다.
이 때, 상기 탄성 스프링은 상기 지지축의 둘레에 원주 방향으로 간격을 두고 다수 배치된 것이 바람직하다. 이와 같이, 탄성 스프링이 지지축의 둘레에 원주 방향을 따라 45도 내지 120도 범위의 간격을 두고 다수 배치됨에 따라, 지지 축은 탄성 스프링에 의하여 수평 방향으로의 변위가 허용되면서도, 탄성 스프링의 탄성 복원력에 의하여 지지 축이 정해진 위치로 복귀하려는 성질을 갖게 된다.
한편, 이와 유사하게, 상기 정렬 부재를 지지하도록 연직 방향으로 연장된 지지 축과; 상기 지지 축의 일부 이상의 둘레에 이격된 상태로 감싸는 홀더 블록과; 상기 홀더 블록의 내부에 상기 지지축이 비접촉 상태로 지지되도록 상기 지지축과 상기 홀더 블록 중 어느 하나 이상에 설치된 홀더 자석을; 더 포함하여 구성될 수 있다. 이에 의하여, 지지 축이 홀더 자석과의 자력에 의하여 하나의 위치에 위치하려고 하지만, 외력이 작용하면 수평 방향으로의 이동이 구현될 수 있게 된다.
이 때, 상기 홀더 자석은 상기 지지축의 둘레에 원주 방향으로 간격을 두고 다수 배치된 것이 바람직하다.
한편, 상기 지지축에도 상기 홀더 자석과 대향하는 축 자석이 다수 배치될 수 있다. 그리고, 상기 홀더 자석과 상기 축 자석은 서로 척력이 작용하도록 배치함으로써, 지지 축이 홀더 자석과 축 자석의 자력에 의하여 원래의 위치(중심 위치)에 위치하려는 성질을 갖게 되고, 자력을 극복하는 외력이 작용하면 수평 방향으로의 이동도 허용된다.
이에 따라, 상기 정렬 부재가 상기 캐리어 헤드에 대하여 정렬하면, 상기 지지축이 수평 방향으로 이동하는 것을 구속하는 위치 고정 부재를; 더 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 정렬 부재와 지지 축이 수평 이동하여 웨이퍼와 캐리어 헤드가 서로 정렬되면, 위치 고정 부재에 의하여 지지축 및 정렬 부재가 위치 고정됨으로써, 웨이퍼가 캐리어 헤드에 로딩되는 과정에서 거치대가 안정되게 위치 고정된 상태를 유지할 수 있게 된다.
상기 정렬 부재는 링 형태로 형성되어 리테이너 링과 전체 표면에 걸쳐 균일하게 맞닿은 상태로 하방 이동되는 것이 바람직하다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 전술한 웨이퍼 로딩 장치를 이용한 웨이퍼 로딩 방법으로서, 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 상기 웨이퍼 로딩 장치의 상기 거치면에 거치시키는 웨이퍼 거치단계와; 상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링의 저면이 상기 접촉면과 접촉하는 시점까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제1이동단계와; 상기 정렬 부재가 정해진 거리만큼 하방 이동할 때까지 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시키는 제2이동단계와; 상기 제2이동단계에서 상기 정렬 부재가 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.
여기서, 상기 지지축은 수평 방향으로 이동 가능하게 설치된다.
그리고, 상기 지지축의 수평 위치를 고정시키는 정렬부재 구속단계를; 더 포함하여 구성되어, 웨이퍼와 캐리어 헤드의 위치 정렬된 상태에서 정렬부재의 위치를 구속하여 웨이퍼를 캐리어 헤드에 로딩시키는 과정에서 웨이퍼의 위치 변동없이 정확하게 캐리어 헤드에 로딩할 수 있게 된다.
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 정렬 부재와; 상기 정렬 부재가 상기 리테이너 링과 접촉하면서 하방 이동하여 눌리는 힘을 측정하는 로드셀을 포함하는 측정부를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치를 제공한다.
즉, 정렬 부재의 하측에는 정렬 부재가 눌리는 로드셀 등의 하중 센서가 측정부로서 배치되어, 캐리어 헤드와 거치대 사이의 거리가 가까워지면서 정렬 부재가 리테이너 링에 눌려 하방으로 이동하게 되면, 리테이너 링에 의하여 정렬 부재가 눌리는 힘을 측정할 수 있다. 이를 통해, 리테이너 챔버의 공압 크기에 따라, 리테이너 링이 정렬 부재에 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.
본 발명에 따르면, 웨이퍼를 캐리어 헤드로 로딩하는 공정 이전에, 캐리어 헤드의 리테이너 링의 둘레 외면과 접촉하여 리테이너 링과 정렬 부재 사이의 위치를 정렬시키는 것을 선행할 수 있도록 정렬 부재가 구비됨으로써, 거치대에 거치되어 있는 웨이퍼와 캐리어 헤드의 멤브레인 바닥판의 상대 위치가 예정된 위치로 정확하게 수평 방향으로 정렬된 상태에서 웨이퍼가 캐리어 헤드에 로딩할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은, 웨이퍼의 로딩 과정에서 웨이퍼와 캐리어 헤드의 위치 정렬 오류에 의하여 웨이퍼가 잘못된 위치에 로딩되거나 리테이너링과의 접촉에 의하여 웨이퍼 가장자리가 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 캐리어 헤드의 수평 방향으로의 위치를 정렬시키는 정렬 부재를 스프링에 의하여 탄성 지지함으로써, 정렬 부재가 스프링의 탄성 복원력에 의하여 원래의 위치로 자동 복귀하도록 함으로써, 연속적인 로딩 공정을 가능해지는 이점이 얻어진다.
그리고, 본 발명은, 정렬 부재가 상기 리테이너 링과 접촉하면서 상기 스프링이 하방 이동하여 눌리는 힘을 측정하는 측정부를 더 포함하여, 캐리어 헤드와 웨이퍼 사이의 수직 간격이 로딩에 적합한 간격에 도달하는 것을 리테이너 링이 정렬 부재를 누르는 힘이 정해진 값에 도달하는 시점으로 파악함으로써, 웨이퍼와 캐리어 헤드와의 간격을 정해진 간격으로 유지한 상태에서 웨이퍼를 캐리어 헤드에 오류없이 정확하게 로딩시킬 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 상기 거치면은 상기 접촉면보다 더 낮은 위치에 형성됨으로써, 리테이너 링이 정렬 부재의 접촉면과 접촉하는 순간이나, 리테이너 링이 정렬 부재를 하방으로 눌러 이동시키는 동안에, 리테이너 링이 거치면에 거치된 웨이퍼의 가장자리와 간섭되는 것을 방지할 수 있는 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,
도3a 및 도3b는 종래의 다른 형태의 웨이퍼 로딩 장치의 구성을 도시한 도면,
도4는 도3b의 'A'부분의 확대도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 로딩 장치의 구성을 도시한 도면,
도6은 도5의 'B'부분의 확대도,
도7a는 도5의 절단선 Ⅶ-Ⅶ에 따른 단면도,
도7b는 도5의 절단선 Ⅶ-Ⅶ에 대응하는 다른 실시 형태에 따른 구성의 단면도,
도8a 내지 도8c는 도5의 웨이퍼 로딩 장치의 작동 순서에 따른 구성을 도시한 도면,
도9는 다른 실시 형태에 따른 측정부 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, 리테이너 링(93)의 저면(93a)과 접촉하는 접촉면(112)과 리테이너 링(93)을 안내하는 안내 격벽(111)이 형성된 정렬 부재(110A)와, 정렬 부재(110A)와 일체로 거동하고 캐리어 헤드(90)에 로딩하고자 하는 웨이퍼(W)를 거치시키는 거치면(117)이 형성된 거치대(110B)와, 거치대(110B)를 탄성 지지하는 스프링(130)과, 스프링(130)을 지지하고 수평 방향으로 이동 가능하게 설치된 수평 이동 부재(120)로부터 하방 연장된 지지 축(120)과, 지지 축(120)의 둘레를 감싸는 형태로 형성된 홀더 블록(140)과, 홀더 블록(140)과 지지 축(120)의 사이에 설치된 다수의 탄성 스프링(145)과, 지지 축(120) 및 정렬 부재(110A)의 수평 이동을 선택적으로 제한하는 위치 고정 부재(150)를 포함하여 구성된다.
상기 정렬 부재(110A)는 도5 및 도6에 도시된 바와 같이 링 형태로 형성되며, 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)의 저면(93a)과 맞닿는 접촉면(112)과, 캐리어 헤드(90)와의 정렬 공정을 보조하도록 접촉면(112)의 외주 경계로부터 상방 으로 연장 형성된 안내 격벽(111)이 형성된다. 안내 격벽(111)의 직경(Da)은 리테이너 링(93)의 외경(Dr)에 비하여 제2허용 오차 범위 내에서 약간 크게 형성된다.
안내 격벽(111)의 상단부에는 반경 내측을 향하는 내향 경사면(111a)이 형성되어, 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)이 안내 격벽(111)에 의하여 안내되면서 리테이너 링(93)의 저면(93a)이 정렬 부재(110A)의 접촉면(112)에 접촉하는 과정이 원활히 이루어지도록 한다. 도면에는 내향 경사면(111a)이 직선 형태로 형성된 구성이 예시되어 있지만, 내향 경사면(111a)은 곡선 형태로 형성되어 리테이너 링(93)을 안내하는 작용을 다양하게 할 수 있다.
접촉면(112)은 리테이너 링(93)의 저면(93a)의 형상대로 링 형태로 형성된다.
상기 거치대(110B)는 캐리어 헤드(90)에 로딩하고자 하는 웨이퍼(W)를 거치시키도록 형성된다. 도면에 도시된 바와 같이, 거치대(110B)의 거치면(117)은 링 형태로 형성되어 웨이퍼(W)의 가장자리 저면을 접촉 지지한다. 이에 따라, 거치면이 평탄한 평판 형태로 형성되는 경우에 비하여, 평판 중앙부에 유입될 수 있는 이물질에 의하여 웨이퍼(W)가 들리는 등 자세가 불안정해지는 것을 최소화할 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 거치면(117)은 원판 형태로 형성될 수도 있다.
상기 정렬 부재(110A)는 거치대(110)의 원형 중앙부(A1)의 둘레 영역(A2)에 링 형태로 형성된다. 정렬 부재(110A)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.
한편, 정렬 부재(110A)는 원주 방향을 따라 서로 분리된 3개 내지 6개의 링 절편으로 형성될 수도 있다. 리테이너 링(93)과 접촉하여 눌리는 힘을 분산 지지하기 위하여 전체가 하나의 링으로 형성될 수 있다. 정렬 부재는 스프링(130)에 의하여 탄성 지지되어 리테이너 링(93)에 의하여 눌리는 힘을 지지하므로, 자체의 무게를 최소화하기 위하여 알루미늄, 수지 등과 같은 경량 재질로 형성되고 얇게 형성될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 거치대(110B)는 정렬 부재(110A)와 볼트, 끼워맞춤, 접착 등으로 결합되어 일체로 형성된 로딩 부재(110)를 형성한다. 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 거치대(110B)와 정렬 부재(110A)는 도6에 도시된 바와 같이 일체로 결합되지 않고 연결 부재(미도시)에 의하여 연결되어 함께 이동하도록 구성될 수도 있다. 이에 따라, 정렬 부재(110A)가 리테이너 링(93)에 의해 캐리어 헤드(90)에 정렬하면, 거치대(110B)도 캐리어 헤드(90)에 정렬된 상태로 되므로, 거치대(110B)의 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(90)에 정렬되어 로딩될 수 있는 상태가 된다.
무엇보다도, 거치대(110B)의 거치면(117)은 리테이너 링(93)의 저면이 접촉하는 접촉면(112)에 비하여 보다 하방에 위치한다. 이에 따라, 리테이너 링(93)이 안내 격벽(111)에 의하여 안내되어 접촉면(112)에 도달하고, 정렬 부재(110B)를 캐리어 헤드(90)가 눌러 하방 이동시키는 동안에도, 접촉면(117) 상에 거치된 웨이퍼(W)는 리테이너 링(93)과 접촉할 가능성을 완전히 배제할 수 있다. 이에 따라, 캐리어 헤드(90)가 로딩하고자 하는 웨이퍼(W)에 접촉하는 과정에서 리테이너 링(93)과 웨이퍼(W)의 가장자리가 충돌하여 웨이퍼가 손상되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
한편, 웨이퍼(W)가 거치되는 거치면(117)의 외측 경계에도 웨이퍼(W)가 거치면(117)에 거치되도록 하는 데 필요한 안내면(116)이 형성되며, 웨이퍼(W)의 가장자리가 안내면(116)에 삽입되는 것이 원활하도록 안내면(116)의 상단부에 내향 경사면(116a)이 형성될 수 있다. 이 때, 안내면(116)의 내경(Db)은 웨이퍼의 직경(Dw)에 비하여 제2허용 오차 범위 내에서 더 크게 형성된다.
여기서, 제1허용오차와 제2허용 오차의 합은 로딩하고자 하는 웨이퍼의 중심과 케리어 헤드(90)의 중심이 완전히 일치된 상태로부터 캐리어 헤드(90)에 정상적으로 로딩된 최대 편심 거리(eccentric distance)보다 더 작게 정해진다. 예를 들어, 제1허용오차와 제2허용오차의 합은 0.2mm 내지 1.0mm 로 정해질 수 있다.
정렬 부재(110A)와 거치대(110B)가 결합된 로딩 부재(110)는 캐리어 헤드(90)와 접촉할 때에 눌리는 힘에 의한 변형이 최소화되도록 강재 등 높은 강성을 갖는 재질로 형성되며, 경우에 따라서는, 캐리어 헤드(90)가 상하 방향으로 이동하는 대신에, 캐리어 헤드(90)에 접근하거나 멀어지도록 구동 수단(MH)에 의하여 상하 방향으로 이동 구동될 수도 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 정렬 부재(110A)의 상하 운동을 안내하는 가이드 부재가 추가적으로 구비될 수 있다.
상기 스프링(130)은 수평 이동 부재(120)와 로딩 부재(110)의 사이에 설치되어, 로딩 부재(110)가 상하 방향으로 이동할 수 있도록 허용한다. 이에 따라, 캐리어 헤드(90)가 웨이퍼 로딩 장치(100)에 접근하고, 리테이너 링(93)의 저면이 정렬 부재(110A)의 접촉면(112)을 하방으로 누르는 경우에도, 스프링(130)에 의하여 로딩 부재(110)가 탄성 지지된 상태로 하방 이동되어, 정렬 부재(110A)에 응력이 국부적으로 집중되지 않게 된다.
또한, 후술하는 바와 같이, 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)은 통상적으로 이동 중에 멤브레인(92)의 바닥면보다 더 하측에 처진 상태로 있으므로, 리테이너 챔버(92C)를 별도로 제어하지 않는 이상, 멤브레인 바닥면과 웨이퍼(W) 사이의 간극이 로딩에 적합한 치수가 될 때까지 리테어너 링(93)을 보다 상측으로 이동시킬 필요가 있는 데, 리테이너 링(93)을 상측으로 이동시키기 위하여 리테이너 링(93)의 저면(93a)이 접촉면(112)과 접촉된 상태로 캐리어 헤드(90)를 하방 이동시키게 된다. 이 과정에서, 로딩 부재(110)를 지지하는 스프링(130)의 탄성 복원력에 의하여, 캐리어 헤드(90)가 하방 이동하는 과정에서 리테이너 링(93)을 상방으로 들어올리는 작용을 구현할 수 있게 된다.
스프링(130)은 링 형태의 로딩 부재(110)에 대하여 원주 방향으로 정해진 간격으로 다수 배치된다. 예를 들어, 15도 내지 120도 간격을 두고 3개 내지 12개의 스프링(130)이 다수 배치될 수 있다.
상기 수평 이동 부재(120)는 로딩 부재(110)를 스프링(130)에 의하여 탄성 지지한 상태로 전,후,좌,우 방향의 수평 방향으로 이동할 수 있게 형성된다. 이를 위하여, 수평 이동 부재(120)의 중심부에는 하방으로 연장된 지지 축(125)이 구비되고, 도7a에 도시된 바와 같이, 지지 축(125)의 둘레에 탄성 스프링(145)이 원주 방향으로 간격을 두고 배치된다.
이에 따라, 지지축(125)은 수평 방향으로 위치 고정된 것이 아니라 탄성 스프링(145)에 의하여 탄성 지지된 상태이므로, 탄성 스프링(145)의 탄성 복원력을 극복하는 수평 방향으로의 힘이 작용하면 수평 방향으로 이동할 수 있는 상태가 된다.
여기서, 수평 이동 부재(120)의 둘레에 대하여 탄성 복원력이 균일하게 작용하도록, 지지 축(125)의 원주 방향에 대하여 15도 내지 120도 간격을 두고 다수의 탄성 스프링(145)이 배치된다. 도7a에는 90도 간격을 두고 탄성 스프링(125)이 배치된 구성이 예시되어 있다. 이 때, 탄성 스프링(125)의 끝단이 접촉하는 홀더 블록(140)의 내벽에는 스프링 시트(144)가 설치되고, 탄성 스프링(125)의 다른 끝단이 접촉하는 지지축(125)의 외주면은 평탄면(120a)으로 형성되어, 탄성 스프링(125)의 위치 고정이 견고하고 안정적으로 행해질 수 있다.
그리고, 지지축(125)의 저면은 볼(ball, 129)이나 슬라이딩 부재(미도시)이 설치되어, 지지축(125) 및 수평 이동 부재(120)의 자중에도 불구하고 수평 방향으로의 이동을 가능하게 한다.
한편, 도5 및 도7a에는 지지 축(125)이 탄성 스프링(145)의 탄성 복원력(145F)에 의하여 수평 이동 부재(120)의 수평 이동을 허용하면서 설치되는 구성이 예시되어 있지만, 도7b에 도시된 다른 실시 형태에 따르면, 지지 축(125)이 홀더 자석(245)과 축 자석(225)의 자력(245F)에 의하여 수평 이동 부재(120)의 수평 이동을 허용하면서 설치될 수도 있다. 자력(245F)에 의하여 수평 이동 부재(120)의 수평 이동을 허용할 경우에는, 수평 이동 부재(120)의 수평 이동 변위가 서로 마주보는 자석(225, 245)의 간극 이하로 제한되므로 스토퍼 역할을 할 수도 있다. 도면에는 지지 축(125)과 홀더 블록(140)에 각각 서로 반대 방향으로 대향하는 자석(225, 245)에 의하여 척력이 작용하는 구성이 도시되어 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 다르면, 지지 축(125)은 자력에 반응하는 자성체로 형성되고, 홀더 블록(140)의 내벽에만 자석(245)이 설치되어 반경 바깥 방향으로 잡아당기는 자석(245)의 인력에 의해 지지 축(125)이 지지될 수도 있다.
이와 같이, 지지 축(125)이 탄성 스프링(145)이나 자석(225, 245)에 의하여 수평 이동 변위가 허용(120d)되도록 설치됨에 따라, 캐리어 헤드(90)가 로딩 장치(100)의 정렬 부재(110A)에 정렬하는 과정에서, 캐리어 헤드(90)와 정렬 부재(110A)의 수평 방향으로 편심된 상태에서 캐리어 헤드(90)와 정렬 부재(110A)가 근접하면서 접하면, 캐리어 헤드(90)를 수평 방향으로 이동시키지 않고 상하 방향으로만 이동시키더라도, 정렬 부재(110A)가 캐리어 헤드(90)와의 편심 변위만큼 수평 방향으로 이동할 수 있어서 정렬 부재(110A)의 수평 이동에 의하여 캐리어 헤드(90)와 수평 방향으로 정렬된 상태로 될 수 있다.
상기 위치 고정 부재(150)는 지지 축(120, 지지축과 함께 이동하는 지지 블록(128)을 포함한다)과 맞닿는 면이 형성되어 구동부(Mf)에 의하여 이동(150d) 가능하게 설치된다. 이에 따라, 캐리어 헤드(90)와 정렬 부재(110A)가 수평 방향으로 상호 정렬된 상태가 되면, 구동부(Mf)가 위치 고정 부재(150)를 이동시켜 지지 축(120)과 맞닿게 작동함으로써, 지지 축(120)이 수평 방향으로 이동하는 것을 구속한다.
여기서, 위치 고정 부재(150)가 지지 축(125)과 직접 맞닿는 경우에는 지지 축(125)의 외주면과 맞닿는 곡면으로 형성될 수 있고, 지지 축(125)의 하측에 위치한 지지 블록(128)과 맞닿는 경우에는 지지 블록(128)의 외주면의 형상(평면 또는 단턱진 면)과 맞물리는 형상의 표면으로 형성된다. 이에 따라, 위치 고정 부재(150)가 지지 축(125, 지지 블록을 포함한다)과 맞닿은 상태에서는, 지지 축(1125)의 수평 이동이 제한되므로, 캐리어 헤드(90)와 정렬 부재(110A)의 정렬 상태를 안정적으로 유지시킬 수 있다.
도면에는 위치 고정 부재(150)가 수평 방향으로 이동하여 지지축(125)의 수평 이동을 제한하는 구성이 예시되어 있지만, 공압 등에 의하여 지지축(125)의 수평 방향으로의 이동을 구속할 수도 있으며, 수직 방향으로 이동하여 지지 축(125)의 수평 이동을 제한하도록 구성될 수도 있다.
한편, 정렬 부재(110A)와 거치대(110B)가 결합된 로딩 부재(110)의 상하 이동(110d) 변위를 측정하여, 로딩 부재(110)가 하방으로 눌리는 힘을 측정하는 측정부(135)가 구비된다. 측정부(135)는 도6에 도시된 바와 같이 로딩 부재(110)의 저면에 설치되어 수평 이동 부재(120)의 상면까지의 거리(y)를 비접촉 방식으로 측정하여, 스프링(130)의 탄성 계수와 로딩 부재(110)의 하방 이동 거리를 곱하는 것에 의하여, 정렬 부재(110A)가 하방으로 눌리는 힘을 측정할 수 있다.
도9에 도시된 바와 같이, 로딩 부재(110)와 수평 이동 부재(120)의 사이에 로드셀 등의 하중 센서(235)가 설치되어, 로딩 부재(110)가 하방으로 눌리는 힘을 직접 측정할 수 도 있다. 이 경우에 하중 센서(235)는 고정부(235b)에 대하여 플런저(235a)가 로딩 부재(110)에 접촉한 상태를 유지하다가, 로딩 부재(110)가 캐리어 헤드(90)에 의하여 하방으로 눌려 이동하는 힘을 측정한다.
이와 같이, 로딩 공정 중에 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)이 정렬 부재(110A)와 먼저 접촉하여 정렬 부재(110A)를 하방으로 눌러 이동시키는 동안에, 스프링(130)의 탄성 복원력에 의하여 정렬 부재(110A)가 지지되며, 리테이너 링(93)의 상측에 위치한 리테이너 챔버(93C)의 공압과 스프링의 탄성 복원력(130)의 상호 관계에 따라, 정렬 부재(110A)의 하방으로 눌리는 힘(하방 이동 거리로부터 환산 가능하므로 하방 이동 거리를 포함한다)이 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 실시간으로 감지할 수 있다.
도면에는 측정부(135)가 정렬 부재(110A)의 저면에 설치되어 거치대(120)의 연장부(111)의 상면까지의 거리(y)를 측정하는 거리 센서인 것을 예로 들었지만, 제3의 위치로부터 정렬 부재(110A)의 상면의 거리 변화를 측정하는 거리 센서로 구성될 수도 있다.
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, 수평 방향으로 이동 가능한 정렬 부재(110A)의 안내 격벽(111)에 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판에 비하여 하방으로 처진 리테이너 링(93)이 끼워지면서 수평 방향으로의 정렬을 행하고, 정렬 부재(110A)의 접촉면(112)에 리테이너 링(93)의 저면(93a)이 수평 정렬하여 접촉한 상태에서 리테이너 링(93)이 정렬 부재(110A)에 대하여 추가적으로 하방 이동한다. 이에 따라, 캐리어 헤드(90)와 거치대(110) 사이의 간격이 가까워질수록 리테이너 링(93)에 의하여 정렬 부재(110A)를 하방으로 밀어내므로, 정렬 부재(110A)의 하방 이동거리나 하방으로 눌리는 힘(120F)을 측정부(135, 235)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 하중에 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 링 형태의 거치면(117)에 거치시킨다.
단계 2: 그리고 나서, 도8a에 도시된 바와 같이, 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(9d)은 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)의 저면(93a)이 정렬 부재(110A)의 상면에 접촉할 때까지 행해진다.
제1이동공정이 행해지면서, 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)은 정렬 부재(110A)의 하향 경사면(111a)에 의해 안내되고 안내 격벽(111)으로 둘러싸인 공간에 끼워지고, 이 과정에서 캐리어 헤드(90)와 로딩 장치(100)의 수평 방향으로의 편심량은, 리테이너 링(93)이 안내 격벽(111)으로 둘러싸인 공간으로 끼워지면서 작용하느 수평 방향의 힘에 의해 수평 이동 부재(120) 및 지지 축(125)의 수평 이동됨으로써 허용 범위 이내로 제거된다. 정렬 부재(110A)와 리테이너 링(93)의 정렬에 의하여, 정렬 부재(110A)와 일체로 이동하는 거치대(110B)에 거치된 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(90)에 대하여 수평 방향으로 정렬된 상태가 된다.
제1이동공정에 의하여 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)의 저면이 정렬 부재(110A)의 접촉면(112)에 접촉한 상태로 되더라도, 도8b에 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: 단계 2에 의하여, 캐리어 헤드(90)와 웨이퍼(W)의 수평 방향으로의 정렬이 이루어지면, 위치 고정 부재(150)를 구동부(Mf)가 이동(150d)시켜, 지지축(125) 및 수평 지지 부재(120)가 수평 방향으로 이동하는 것을 물리적으로 간섭하여 구속한다.
위치 고정 부재(150)에 의하여 로딩 부재(110)는 수평 방향으로의 이동이 제한되며, 수평 방향으로의 이동이 제한됨에 따라 캐리어 헤드(90)와 로딩 부재(110)와 수평 방향으로의 정렬된 상태는 웨이퍼 로딩 공정이 종료될 때까지 안정적으로 유지된다.
단계 4: 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)의 저면(93a)이 정렬 부재(110A)의 상면에 접촉한 이후에도, 도8c에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(90)와 거치대(110) 중 어느 하나 이상은 서로를 향하여 계속하여 이동(9d)하는 제2이동공정이 행해진다. 제2이동공정은 제1이동공정과 나뉘어서 진행될 수도 있지만, 대체로 제1이동공정과 연속적으로 행해진다.
이와 같이, 정렬 부재(110A)는 거치대(110)에 대하여 하방으로 이동함에 따라, 로딩 부재(110)와 수평 이동 부재(120)의 상면까지의 거리(y)는 점점 작아지고, 로딩 부재(110)를 탄성 지지하는 스프링(130)의 압축 변위가 발생됨에 따라 스프링(130)의 탄성 복원력에 의하여 정렬 부재(110A)를 상방으로 밀어내는 힘이 발생된다.
따라서, 리테이너 챔버(93a)의 압력값에 따라 리테이너 링(93a)이 정렬 부재(110A)를 하방으로 밀어내게 되고, 이에 따라 정렬 부재(110A)의 높이는 초기값 yo에서 미리 정해진 설정값인 y1에 도달하게 된다. 이와 같이, 정렬 부재(110A)의 높이가 미리 정해진 설정값(y1)에 도달하거나 정렬 부재(110A)를 누르는 힘이 미리 정해진 설정값에 도달한 것으로 측정부(135, 235)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(9d)하는 제2이동공정을 종료한다.
이 때, 정렬 부재(110A)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 5: 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, 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(90)로 로딩하는 공정 이전에, 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)의 둘레 외면과 접촉하여 리테이너 링(93)과 정렬 부재(110A) 사이의 위치를 정렬시키는 것을 선행할 수 있도록 정렬 부재(110A)가 구비됨으로써, 거치대에 거치되어 있는 웨이퍼(W)와 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)의 상대 위치가 예정된 위치로 정확하게 수평 방향으로 정렬된 상태에서 웨이퍼가 캐리어 헤드에 로딩하므로, 웨이퍼의 로딩 과정에서 웨이퍼(W)와 캐리어 헤드(90)의 위치 정렬 오류에 의하여 웨이퍼(W)가 잘못된 위치에 로딩되거나 리테이너링(93)과의 접촉에 의하여 웨이퍼 가장자리가 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은, 리테이너 링(93)이 먼저 정렬 부재(110A)에 접촉하여 정렬 부재(110A)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.
예를 들어, 도면에 도시된 실시예에서는 로딩 장치(100)의 위치가 고정된 상태에서 캐리어 헤드(90)가 하방 이동하면서 상호 정렬하고 적정 거리만큼 이격된 상태에서 웨이퍼를 이동하는 구성을 예시로 설명하였지만, 캐리어 헤드(90)의 위치가 고정되고 로딩 장치(100)가 상방 이동하면서 상호 정렬하고 적정 거리만큼 이격된 상태에서 웨이퍼를 이동할 수도 있다. 또한, 캐리어 헤드(90)와 로딩 장치(100)가 함께 이동하도록 구성될 수도 있다.
W: 웨이퍼 100: 웨이퍼 로딩 장치
110: 로딩 부재 110A: 정렬 부재
110B: 거치대 112: 접촉면
111: 안내 격벽 117: 거치면
120: 수평 이동 부재 125: 지지 축
130: 스프링 140: 홀더 블록
145: 탄성 스프링 225: 자석
130: 스프링 140, 240: 측정부

Claims (21)

  1. 리테이너 링을 구비한 캐리어 헤드로 웨이퍼를 로딩하는 웨이퍼 로딩 장치로서,
    상기 리테이너 링의 외주면과 접촉하여 상기 리테이너 링과 정해진 위치로 안내하는 안내 격벽과, 상기 리테이너 링의 저면이 접촉하는 접촉면이 구비되어, 상기 캐리어 헤드에 대한 위치 정렬을 보조하고, 스프링에 의해 탄성 지지되는 정렬 부재와;
    상기 캐리어 헤드에 로딩하고자 하는 제1웨이퍼를 거치면에 거치하는 거치대와;
    상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상을 이동시켜, 상기 정렬 부재가 상기 리테이너 링과 접촉한 상태에서의 상기 스프링의 압축 변형량을 측정하여, 상기 정렬 부재가 미리 정해진 거리만큼 하방 이동하였는지를 감지하는 측정부를;
    포함하고, 상기 측정부에 의하여 상기 정렬 부재가 정해진 거리만큼 하방 이동한 것으로 감지되면, 상기 캐리어 헤드와 상기 거치대 중 어느 하나 이상의 이동을 중단하고, 상기 캐리어 헤드에 의하여 상기 거치대 상의 상기 제1웨이퍼를 파지하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 정렬 부재와 상기 거치대는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 정렬 부재는 수평 방향으로 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 정렬 부재를 지지하도록 연직 방향으로 연장된 지지 축과;
    상기 지지축의 둘레에 원주 방향으로 간격을 두고 다수 배치되어, 상기 지지축이 수평 방향으로 이동하도록 수평 방향으로 탄성 복원력이 작용하도록 설치된 탄성 스프링을;
    더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  13. 삭제
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 정렬 부재를 지지하도록 연직 방향으로 연장된 지지 축과;
    상기 지지 축의 일부 이상의 둘레에 이격된 상태로 감싸는 홀더 블록과;
    상기 홀더 블록의 내부에 상기 지지축을 비접촉 상태로 지지하도록 상기 지지축과 상기 홀더 블록 중 어느 하나 이상에 원주 방향으로 간격을 두고 다수 설치된 홀더 자석을;
    더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 홀더 자석과 대향하는 위치에 축자석이 배치되고, 상기 홀더 자석은 상기 축 자석에 대하여 상기 지지 축과 상기 홀더 블록의 사이에 척력이 작용하도록 설치된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  18. 제 11항에 있어서,
    상기 정렬 부재가 상기 캐리어 헤드에 대하여 정렬하면, 상기 정렬 부재를 지지하는 지지축의 수평 방향으로의 이동을 구속하는 위치 고정 부재를;
    더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 장치.
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102038508B1 (ko) * 2018-03-26 2019-10-30 주식회사 케이씨텍 기판 처리 장치
CN110142689B (zh) * 2019-04-17 2021-09-14 杭州众硅电子科技有限公司 一种晶圆装载支架、晶圆装载***及晶圆装片方法
CN112885738B (zh) * 2020-09-03 2024-02-23 天虹科技股份有限公司 晶片固定机构及使用该晶片固定机构的晶片预清洁机台

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030003848A1 (en) * 1999-06-14 2003-01-02 Applied Materials, Inc. Edge contact loadcup
JP2009272464A (ja) * 2008-05-08 2009-11-19 Techno Fine:Kk サンプル保持機構
JP2011049320A (ja) * 2009-08-26 2011-03-10 Nikon Corp ステージ支持装置および基板貼り合わせ装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08236484A (ja) * 1995-02-28 1996-09-13 Hitachi Ltd 半導体ウエハのブレーキング方法および装置
KR101902049B1 (ko) * 2012-01-25 2018-09-27 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 리테이닝 링 모니터링 및 압력 제어

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030003848A1 (en) * 1999-06-14 2003-01-02 Applied Materials, Inc. Edge contact loadcup
JP2009272464A (ja) * 2008-05-08 2009-11-19 Techno Fine:Kk サンプル保持機構
JP2011049320A (ja) * 2009-08-26 2011-03-10 Nikon Corp ステージ支持装置および基板貼り合わせ装置

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