KR102504029B1 - Cmp 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMP 공정 장치에 웨이퍼를 공급하는 다중 웨이퍼 이송 장치로서, 상하, 좌우 이동이 가능하고 회전이 가능한 회전축에 연결된 로봇암, 상기 로봇암의 일 단부에 연결된 이송 모듈을 포함하고, 상기 이송 모듈은 상판 고정 베이스, 상기 상판 고정베이스의 하부에 결착된 미들 베이스, 상기 미들 베이스의 하부에 위치하는 비전 보호 커버, 상기 비전 보호 커버 하부에 위치하는 하판 고정 베이스를 포함하고, 상기 하판 고정 베이스의 하부에는 4 이상의 웨이퍼를 동시에 흡착하는 방사형의 다중 웨이퍼 픽업 유닛을 포함하고, 상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛은 진공 흡착부 및 패드를 포함하며, 상기 비전 보호 커버의 내부에는 CMP 공정 중의 웨이퍼 손상 여부를 검사하는 비전 검사 장치를 포함하는 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 CMP 공정 장치에 웨이퍼를 공급하는 다중 웨이퍼 이송 장치에 관한 것으로서 비전 검사 장치를 포함하여 웨이퍼의 이송과 동시에 웨이퍼 표면 결함을 확인하여 고품질의 웨이퍼를 선별하여 이송할 수 있으며, 복수 개를 동시에 이송하여 공정 효율성이 향상된 효과를 갖는 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치이다.
반도체 산업은 고도화된 기술력을 바탕으로 고부가가지의 제품을 생산하고 있으며, 지속적 경쟁력을 갖추기 위한 생산 기술의 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
컴퓨터에 사용되는 ULSI 등의 집적 회로의 고도집적화 및 고속화를 실현하기 위해서, 반도체 디바이스의 미세화는 해마다 진행되고 있다.
이에 따라보다 미소한 표면 결함이 반도체 디바이스의 성능에 악영향을 주는 사례가 증가하고 있고, 종래 문제가 되지 않던 나노 오더의 결함을 관리하는 것의 중요성이 높아 지고 있다.
실리콘 웨이퍼 등의 기판은 잉곳을 제조하고 이의 표면을 연마하고, 표면 기판 형성 등의 다양한 처리를 거쳐 반도체 소자로서 제조되기 때문에, 다양한 공정을 거치는 와중에 발생될 수 있는 기판의 손상을 방지함으로써 보다 고품질의 반도체 소자를 제조하는 기술이 요구되고 있다.
화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP)장치는 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로 지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 조절을 위해 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
이러한 CMP 장치에 있어서, 캐리어 헤드는 연마공정 전후에 반도체 웨이퍼의 연마 면이 연마용 패드와 마주보게 한 상태로 반도체 웨이퍼를 가압하여 연마 공정을 행하도록 하고, 동시에 연마 공정이 종료되면 웨이퍼를 흡착하여 그 다음 공정으로 이동하도록 한다.
특히, 종래의 일반적인 연마장치는 웨이퍼의 연마과정에서 연마패드의 내측 하단 가장자리 영역에서 웨이퍼의 충돌에 의한 스크래치 등이 발생하게 된다. 이와 같은 스크래치 들은 웨이퍼의 연마공정을 방해하여 불량품을 양산하게 되는 등 많은 문제를 야기시킨다.
종래에는 이와 같은 스크래치의 검출을 위해서 작업자에 의한 육안이나 비전 장치를 이용한 검사 과정을 수행해왔지만, 미세한 스크래치, 일시적인 결함 등에 대하여 명확하게 진단하는 것이 사실 상 불가능하다.
최근에는 비전 검사 장치를 이용하여 표면 결함을 검사하고 있으나, 개별 웨이퍼 각각에 대해 검사를 수행하거나, 별도의 비전 검사 장치를 추가로 구비하여 검사 과정을 수행해야 하므로, 제조 공정 시간과 비용 측면에서 불리한 면이 있다.
따라서, 이송 시 웨이퍼 기판의 손상을 방지하면서도, 표면 결함을 검사하여 가공 전 분류하여 고품질의 웨이퍼를 공급하는 것이 가능한 웨이퍼 공급 장치에 대한 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 300mm 실리콘 웨이퍼의 생산 및 제조공정 중 잉곳 제조 및 절단 후 연마기에 넣어 표면연마를 거치는 공정의 장비로써, 기존 작업자에 의존한 수작업과 자사의 1세대 개발된 생산현장 가동중인 실리콘 웨이퍼를 1장씩 연마기에 공급과 배출기능의 장비에서, 품질안정과 생산율 증가와 비전검사를 통해 고품질 스마트제조가 가능하도록 고안한 자동화 시스템 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 결함 여부를 확인하는 것이 용이하며, 동시에 복수의 웨이퍼를 손상없이 동시에 배출/공급이 가능하여 생산율이 향상되며, 고품질의 반도체 소자를 제조할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한, 비전 검사 장치를 통해 수집된 영상 데이터를 이용하여, 신속하고 정확하게 표면 결함 여부를 확인할 수 있는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치에 있어서, 상하, 좌우 이동이 가능하고 회전이 가능한 회전축에 연결된 로봇암; 및 상기 로봇암의 일 단부에 연결된 이송 모듈;을 포함하되,
상기 이송 모듈은 상판 고정 베이스, 상기 상판 고정베이스의 하부에 결착된 미들 베이스, 상기 미들 베이스의 하부에 위치하는 비전 보호 커버, 상기 비전 보호 커버 하부에 위치하는 하판 고정 베이스를 포함하고,
상기 하판 고정 베이스의 하부에는 4 이상의 웨이퍼를 동시에 흡착하는 방사형의 다중 웨이퍼 픽업 유닛을 포함하며,
상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛은 진공 흡착부 및 패드를 포함하고,
상기 비전 보호 커버의 내부에는 CMP 공정 중의 웨이퍼 손상 여부를 검사하는 비전 검사 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 비전 검사 장치는 영상 데이터를 분석하여 빛의 반사 정보를 추출하고, 제어 장치 내에서 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도를 제어 장치에 저장된 정상 영상 데이터의 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도와 대비하여 결함 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛은 상기 진공 흡착부에 흡착 보정 모듈을 구비하고, 상기 흡착 보정 모듈은 흡착된 웨이퍼의 진동을 방지하기 위해 추가 진공 흡착부를 구동하는 것을 특징으로 한다.
상기 이송 모듈은 상판 고정 베이스, 상기 상판 고정베이스의 하부에 결착된 미들 베이스, 상기 미들 베이스의 하부에 위치하는 비전 보호 커버, 상기 비전 보호 커버 하부에 위치하는 하판 고정 베이스를 포함하고,
상기 하판 고정 베이스의 하부에는 4 이상의 웨이퍼를 동시에 흡착하는 방사형의 다중 웨이퍼 픽업 유닛을 포함하며,
상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛은 진공 흡착부 및 패드를 포함하고,
상기 비전 보호 커버의 내부에는 CMP 공정 중의 웨이퍼 손상 여부를 검사하는 비전 검사 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 비전 검사 장치는 영상 데이터를 분석하여 빛의 반사 정보를 추출하고, 제어 장치 내에서 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도를 제어 장치에 저장된 정상 영상 데이터의 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도와 대비하여 결함 여부를 판단하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛은 상기 진공 흡착부에 흡착 보정 모듈을 구비하고, 상기 흡착 보정 모듈은 흡착된 웨이퍼의 진동을 방지하기 위해 추가 진공 흡착부를 구동하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명에 따르면, 품질안정과 생산율 증가와 비전검사를 통해 고품질 스마트제조가 가능한 효과를 갖는다.
본 발명에 따르면, 결함 여부를 확인하는 것이 용이하며, 동시에 복수의 웨이퍼를 손상없이 동시에 배출/공급이 가능하여 생산율이 향상되며, 고품질의 반도체 소자를 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 비전 검사 장치를 통해 수집된 영상 데이터를 이용하여, 신속하고 정확하게 표면 결함 여부를 확인할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치의 이송 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치를 포함하는 연마 공정 장비를 나타낸 도면이다.
도 2는 발명의 일 실시예에 따른 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치를 포함하는 연마 공정 장비를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
본 발명에 사용된 "바람직한" 또는 "바람직하게는"은 특정 조건에서 특정 장점을 갖는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 그러나, 다른 실시예 또한 동일 조건 또는 다른 조건에서 바람직할 수 있다. 또한, 하나 이상의 바람직한 실시예는 다른 실시예가 유용하지 않다는 것을 의미하는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에 있는 다른 실시예를 배제하는 것도 아니다.
본 명세서에 사용된 "포함한다"는 용어는 본 발명에 유용한 재료, 조성물, 장치, 및 방법들을 나열할 때 사용되며 그 나열된 예에 제한되는 것은 아니다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치의 이송 모듈을 나타낸 도면이고, 도 2는 발명의 일 실시예에 따른 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치를 나타낸 도면이다.
도 1 및 2를 참고하면, 상하, 좌우 이동이 가능하고 회전이 가능한 회전축에 연결된 로봇암과 상기 로봇암의 일 단부에 연결된 이송 모듈을 포함하는 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치로서, 이송 모듈에서 복수의 웨이퍼를 동시에 공급/배출할 수 있고, 이송 과정에서 웨이퍼의 결함을 확인하여 선택적으로 웨이퍼의 이송을 수행하여, 생산성을 향상시키면서도 웨이퍼 품질을 향상시킬 수 있는 기술에 관한 것이다.
상기 이송 모듈은 상판 고정 베이스, 상기 상판 고정베이스의 하부에 결착된 미들 베이스, 상기 미들 베이스의 하부에 위치하는 비전 보호 커버, 상기 비전 보호 커버 하부에 위치하는 하판 고정 베이스를 포함하고,
상기 하판 고정 베이스의 하부에는 4 이상의 웨이퍼를 동시에 흡착하는 방사형의 다중 웨이퍼 픽업 유닛을 포함하고,
상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛은 진공 흡착부 및 패드를 포함하며,
상기 비전 보호 커버의 내부에는 CMP 공정 중의 웨이퍼 손상 여부를 검사하는 비전 검사 장치를 포함하도록 구성된다.
상기 상판 고정 베이스(10)는, 로봇암에 연결된 이송 모듈에서 복수의 웨이퍼를 흡착할 수 있도록 다중 웨이퍼 이송 유닛이 개별적으로 작동하고 기능할 수 있도록 하기 위한 베이스부이다.
상기 미들 베이스(20) 비전 검사 장치(30)와 상기 상판 고정 베이스(10)를 연결하는 부분으로서, 비전 검사 장치를 보호하는 비전 보호 커버(31)의 안정적인 부착이 가능하게 하는 수단이다.
상기 하판 고정 베이스(40)는 상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛(50)을 회전축으로부터 방사형으로 위치시킨 상태로 지지하기 위한 부분이다.
도 3은 발명의 일 실시예에 따른 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치를 포함하는 연마 공정 장비를 나타낸 도면이다.
캐리어에 안착된 복수 개의 웨이퍼를 한번에 픽업하기 위한 것으로써, 3축 로봇에 의해 수직 및 수평방향으로 이송이 가능하며, 회전 서보모터에 의해 제어명령에 맞춰 일정 각도로 회전이 가능한 회전축에 결합된 로봇암(100)과 상기 로봇암(100)의 단부에 진공 흡착부와 패드를 구비한 다중 웨이퍼 픽업 유닛(50)이 구비된 이송 모듈(200)을 포함한다.
특히, 상기 이송 모듈(200)에는 웨이퍼의 표면 결함을 확인할 수 있는 비전 검사 장치(30)를 구비하고, 비전 검사 장치(30)는 영상 데이터를 수집하고, 제어 장치에 저장된 정상 영상 데이터와 대비하여 결함 여부를 검사할 수 있다.
상기 영상 데이터는 비전 검사 장치(30) 내에서 빛의 반사 정보로 해석될 수 있고, 이를 이용하여 제어 장치 내에서 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도를 제어 장치에 저장된 정상 영상 데이터의 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도와 대비하여 결함 여부를 판단할 수 있다.
상기 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도는 제어 장치에 입력되어 있는 영상 데이터의 밝기와, 장치 환경 정보로 입력된 표준 데이터를 기초로 분석될 수 있다.
상기 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도에 기초하여, 웨이퍼 표면에 형성된 미세 결함을 감지할 수 있다.
경우에 따라서는, 반복 공정을 통해 수집된 데이터를 저장하여 최적 보정과정을 거쳐, 반복적으로 최적의 표준 데이터 수치를 업데이트하도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 결함이 없는 경우에는, 해당 진공 흡착부의 고유 번호 정보를 제어 장치로 전달하여, 캐리어의 상부에서 로봇암(100)의 회전축을 설정된 각도로 회전시고, 상기 고유 번호에 대응되는 진공 흡착부만 가동되어 웨이퍼를 흡착할 수 있다.
결합 여부를 판단하여 결함이 없는 것으로 판단된 웨이퍼만을 이송시킴으로써 불량율을 저감시킬 수 있으며 공정 효율성이 향상되는 효과를 갖는다.
상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛(50)은 상기 진공 흡착부에 흡착 보정 모듈을 구비하고, 상기 흡착 보정 모듈은 흡착된 웨이퍼의 진동을 방지하기 위해 추가 진공 흡착부를 구동하도록 구성될 수 있다.
진공 흡착부는 2개 이상으로 구성되고, 회전축으로부터 방사형으로 배치되어 진공 흡착부 간의 간격을 최대로 하여 상호 간섭을 방지하도록 구성될 수 있다.
상기 진공 흡착부는 진공 흡착을 통해 웨이퍼를 픽업하도록 구성됨이 바람직하다. 회전축의 회전에 따라 로봇암(100)이 상하, 좌우로 위치를 조정한 후, 이송 및 소정의 각도로 회전된 후 로봇암(100)의 동작에 따라 이송 모듈(200)이 하강하여 웨이퍼가 복수 개의 진공 흡착부에 의해 진공 흡착되어 픽업된다.
한편, 상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛(50)은 상기 진공 흡착부에 흡착 보정 모듈을 구비하고,
상기 흡착 보정 모듈은 흡착된 웨이퍼의 진동을 방지하기 위해 추가 진공 흡착부를 구동하도록 구성될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 웨이퍼의 흡착, 이송 시에 발생될 수 있는 진동을 방지하고, 진동으로 인한 웨이퍼 표면에 추가 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치를 포함하는 연마 공정 장비를 나타낸 도면이다.
CMP 공정에 웨이퍼를 공급하기 위한 이송 장치는 한번에 하나씩 공급/배출되는 방식이나, 또는 복수개 동시에 공급/배출이 가능하더라도 연마 공정을 거친 후에 그 결함을 확인할 수 있거나, 별도의 장치를 거쳐 결함을 판단하도록 구성되었으나, 본 발명에서는 연마기에 공급되기 전에 캐리어에 위치한 웨이퍼의 표면 상태에 따라 선택적으로 이송하여 화학적 기계적 연마 공정에서 반도체 웨이퍼의 미끄러지거나, 다음 공정으로 전달시 릴리즈 현상에 의해 수율이 저하되는 문제를 해결하였다.
본 발명에 따른 CMP 공정 장치에 웨이퍼를 공급하는 다중 웨이퍼 이송 방법은, 비전 검사 장치(30)가 영상 데이터를 수집하는 단계, 상기 영상 데이터를 분석하여 웨이퍼의 결함여부를 판단하는 단계, 미결함 웨이퍼 위치에 대응되는 진공 흡착부의 고유 번호 정보를 제어 장치로 전달하고, 상기 캐리어의 상부에서 로봇암(100)의 회전축을 회전시키는 단계, 상기 고유 번호에 대응되는 진공 흡착부만을 가동시켜 웨이퍼를 흡착하는 단계를 포함한다.
보다 상세하게는, 비전 검사 장치(30)가 영상 데이터를 수집하고, 영상 데이터를 분석한다.
상기 영상 데이터는 상술한 바와 같이, 비전 검사 장치(30) 내에서 빛의 반사 정보로 해석될 수 있고, 이를 이용하여 제어 장치 내에서 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도를 제어 장치에 저장된 정상 영상 데이터의 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도와 대비하여 결함 여부를 판단할 수 있다.
상기 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도는 제어 장치에 입력되어 있는 영상 데이터의 밝기와, 장치 환경 정보로 입력된 표준 데이터를 기초로 분석될 수 있다.
상기 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도에 기초하여, 웨이퍼 표면에 형성된 미세 결함을 감지할 수 있다.
경우에 따라서는, 반복 공정을 통해 수집된 데이터를 저장하여 최적 보정과정을 거쳐, 반복적으로 최적의 표준 데이터 수치를 업데이트하도록 구성될 수 있다.
이를 통해, 결함이 없는 경우에는, 해당 진공 흡착부의 고유 번호 정보를 제어 장치로 전달하여, 캐리어의 상부에서 로봇암(100)의 회전축을 설정된 각도로 회전시고, 상기 고유 번호에 대응되는 진공흡착부만 가동되어 웨이퍼를 흡착할 수 있다.
또한, 상기 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 방법은 현재 연마 장치 내로 웨이퍼 배출 위치를 로봇암(100)이 고정된 바닥 고정부의 중심으로부터 연마 장치로의 웨이퍼 투입부 상에 웨이퍼는 적치하는 중심점, 즉, 웨이퍼의 중심점과 대응되는 웨이퍼 투입부 상의 중심점을 상호 비교 연산하여 중심점 이송위치 및 회전축 회전각도를 연산하는 연산단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연산단계는 제어 장치에서 수행되며, 연산단계를 통해 복수개의 웨이퍼가 손상없이 연마 장치로 안착될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 전술한 실시 형태로 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 실시 형태로 기재된 효과는 본 발명으로부터 생기는 가장 매우 적합한 효과를 열거하는 것으로 지나지 않고, 본 발명에 의한 효과는 본 실시 형태로 기재된 것으로 한정되는 것은 아니다.
100: 로봇암
200: 이송로봇
10: 상판 고정 베이스
20: 미들 베이스
30: 비전 검사 장치
31: 비전 보호 커버
40: 하판 고정 베이스
50: 다중 웨이퍼 픽업 유닛
200: 이송로봇
10: 상판 고정 베이스
20: 미들 베이스
30: 비전 검사 장치
31: 비전 보호 커버
40: 하판 고정 베이스
50: 다중 웨이퍼 픽업 유닛
Claims (6)
- CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치에 있어서, 상하, 좌우 이동이 가능하고 회전이 가능한 회전축에 연결된 로봇암; 및 상기 로봇암의 일 단부에 연결된 이송 모듈;을 포함하되,
상기 이송 모듈은 상판 고정 베이스, 상기 상판 고정베이스의 하부에 결착된 미들 베이스, 상기 미들 베이스의 하부에 위치하는 비전 보호 커버, 상기 비전 보호 커버 하부에 위치하는 하판 고정 베이스를 포함하고,
상기 하판 고정 베이스의 하부에는 4 이상의 웨이퍼를 동시에 흡착하는 방사형의 다중 웨이퍼 픽업 유닛을 포함하며,
상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛은 진공 흡착부 및 패드를 포함하고,
상기 비전 보호 커버의 내부에는 CMP 공정 중의 웨이퍼 손상 여부를 검사하는 비전 검사 장치를 포함하는 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 비전 검사 장치는 영상 데이터를 분석하여 빛의 반사 정보를 추출하고, 제어 장치 내에서 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도를 제어 장치에 저장된 정상 영상 데이터의 빛의 반사율, 반사속도 및 반사각도와 대비하여 결함 여부를 판단하는 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 다중 웨이퍼 픽업 유닛은 상기 진공 흡착부에 흡착 보정 모듈을 구비하고, 상기 흡착 보정 모듈은 흡착된 웨이퍼의 진동을 방지하기 위해 추가 진공 흡착부를 구동하는 것인 CMP 공정용 다중 웨이퍼 이송 장치.
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