KR20210126104A - Cmp 공정을 위한 웨이퍼 로딩 브래킷, 웨이퍼 로딩 시스템 및 웨이퍼 마운팅 방법 - Google Patents

Cmp 공정을 위한 웨이퍼 로딩 브래킷, 웨이퍼 로딩 시스템 및 웨이퍼 마운팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 로딩 브래킷, 웨이퍼 로딩 시스템 및 웨이퍼 마운팅 방법에 관한 것으로, 승강 가능 웨이퍼 로딩 브래킷 및 다수의 압력 매체 챔버가 포함된 폴리싱 헤드를 채택하여, 웨이퍼 로딩 과정에, 폴리싱 헤드 흡착막은 압력하에서 원호형 모양으로 변형되어, 웨이퍼 로딩 브래킷 받침대의 웨이퍼를 로딩 위치로 상승시켜 흡착막과 접촉하며, 받침대는 테두리가 높고 중심이 낮은 대야형 브래킷을 구성하고, 받침대는 웨이퍼를 더욱 상승시키고, 웨이퍼는 받침대와 흡착막의 압력하에서 중심에서 주위로 점차적으로 흡착막과 밀착되어, 양자 사이의 공기를 배출하여, 이 과정에서 웨이퍼의 중심영역은 받침대와 접촉하지 않아, 로딩과정에서 웨이퍼 스크래치를 방지하며; 이때 흡착막을 접촉한 압력 매체 챔버에 진공을 가하고, 웨이퍼와 흡착막은 진공하에서 웨이퍼를 폴리싱 헤드로 회전하여 로딩을 완성하고, 웨이퍼 로딩 브래킷과 폴리싱 헤드내의 압력 모니터링 장치는 웨이퍼 로딩상태를 효과적으로 검지할 수 있다.

Description

CMP 공정을 위한 웨이퍼 로딩 브래킷, 웨이퍼 로딩 시스템 및 웨이퍼 마운팅 방법
본 발명은 반도체 집적회로 칩 제조 설비분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 로딩 브래킷, 웨이퍼 로딩 시스템 및 웨이퍼 마운팅 방법에 관한 것이다.
반도체 집적회로의 칩 제조 공정에서 평탄화 기술은 없어서는 안될 핵심기술의 하나가 되었다. 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 공정은 현재 가장 효과적이고, 가장 고도화된 평탄화 기술이다. CMP 설비는 완전히 자동화되어 웨이퍼 생산 과정 중 모든 모듈, 모든 링크의 안전성을 보장하며, 안전 생산, 손실 감소, 생산 효율을 향상시키는데 중요하다. CMP 장치는 주로 폴리싱 헤드를 통해 웨이퍼를 폴리싱 패드에 흡착시켜 폴리싱을 진행한다. 폴리싱 후 다시 폴리싱 헤드는 언로딩 및 배치를 위해 웨이퍼 로딩 브래킷에 의해 다시 이송된다.
CMP 공정에서 폴리싱 헤드의 웨이퍼 로딩 작업은 매우 중요한 기술이다. 만약 해당 작업이 제대로 처리되지 않고, 관련 공정 파라미터가 올바르게 조정되지 않으면, 로딩 중에 웨이퍼 로딩에 실패하거나 폴리싱 헤드가 탈락될 수 있다. 웨이퍼 탈락은 웨이퍼에 손상을 초래할 뿐만 아니라, 또한 기계를 정지시켜 설비에 대한 청소 및 점검 수리를 진행해야 하는데, 이것은 제품의 수율과 생산 효율을 떨어뜨릴 수 있으며, 또한 웨이퍼 로딩의 안정성은 화학 기계 폴리싱 과정에서 이의 폴리싱 효과에 직접적인 영향을 미치게 된다.
웨이퍼 로딩 기술은 업계에서 비교적 고도화된 모델이 사용되고 있다. 예를 들어, 미국 특허 문헌 US7527271B2에 개시된 기술 솔루션에서 로딩 장비는 웨이퍼 브래킷과 폴리싱 헤드로 구성된다. 작업을 진행할 때 웨이퍼 접촉의 중앙 공동은 상압 상태에 놓인다. 웨이퍼는 웨이퍼 브래킷 위에서 완전수평의 받침대에 의해 지지되고 캐비티 표면의 흡착막과 접촉되도록 상승하고, 흡착막과 완전히 접촉할 때까지 캐비티를 압착하기 위해 추가로 상승한다. 다음 웨이퍼 테두리 부근 캐비티가 흡착막과 웨이퍼 사이의 접촉 영역에 압력을 가해 밀폐한다. 중앙 캐비티는 진공화되어, 웨이퍼를 폴리싱 헤드로 전달하고, 웨이퍼 테두리 부근 캐비티는 상압 상태가 되어 웨이퍼 로딩 작동이 완료된다. 중앙 캐비티의 흡착 필름이 상압 상태에서 미소한 주름을 형성할 경우, 웨이퍼와 흡착 필름은 밀착 접촉을 유지할 수 없어, 웨이퍼 로딩의 성공률이 낮아진다. 더욱이, 웨이퍼가 웨이퍼 홀더에서 상승하여 중앙 캐비티를 압착할 때 수평 웨이퍼 홀더에 의해 웨이퍼의 하부 표면이 압착될 경우 스크래치, 입자 등의 결합이 발생할 수 있다.
이상의 설명은 기술 개선의 관점에서 볼 때, 웨이퍼 로딩 공정이 여전히 최적화될 수 있는 여지가 있음을 보여주고 있다.
본 발명 일종 웨이퍼 로딩 받침대, 웨이퍼 로딩 시스템 및 웨이퍼 마운팅 방법에 관한 것으로, 승강가능 웨이퍼 로딩 브래킷 및 다수의 압력 매체 챔버가 포함된 폴리싱 헤드를 채택한다. 웨이퍼 로딩 과정에서, 폴리싱 헤드의 흡착막은 압력하에서 원호형 모양으로 변형하며, 웨이퍼 로딩 브래킷 받침대의 웨이퍼를 로딩 위치로 올려 흡착막과 접촉한다. 받침대는 테두리가 높고 중앙부가 낮은 대야형 브래킷을 구성한다. 받침대는 웨이퍼를 추가로 상승시키고, 웨이퍼는 받침대와 흡착막의 압력하에서 중심에서 주위로 점차적으로 흡착막과 밀착되어, 양자사이의 공기를 배출한다. 이 과정에서 웨이퍼의 중심영역은 받침대와 접촉하지 않아, 로딩 과정에서 웨이퍼 스크래치를 방지한다. 이때 흡착막을 접촉한 압력 매체 챔버에 진공이 가해지며, 웨이퍼와 흡착막은 진공하에서 웨이퍼를 폴리싱 헤드로 이송하여 로딩을 완료한다. 웨이퍼 로딩 브래킷과 폴리싱 헤드 내의압력 모니터링 장치는 웨이퍼 로딩상태를 효과적으로 검지할 수 있다.
상기 목적을 도달하기 위해 본 발명은 아래 기술방안을 통해 실현한다.
웨이퍼 로딩 브래킷은 베이스 및 그 위에 위치한 받침대를 포함하며, 상기 받침대는 웨이퍼 거치에 사용되고, 상기 웨이퍼 로딩 브래킷과 웨이퍼 로딩에 사용되는 폴리싱 헤드는 서로 대응되며, 상기 폴리싱 헤드는 상기 폴리싱 헤드의 수직 방향 운동을 제어하는 제1압력 매체 챔버와, 로딩 압력에 의해 상기 챔버가 밀폐된 상태로 유지하는 제2압력 매체 챔버와, 상기 제2압력 매체 챔버와 서로 연결되는 제3압력 매체 챔버 및 웨이퍼를 흡착하고 상기 제3압력 매체 챔버와 접촉하는 흡착막을 포함하며, 상기 받침대가 상기 베이스에서 상승할 때 상기 웨이퍼 상승을 이끌고, 상기 폴리싱 헤드 외측 방향의 원호형 변형을 일으키는 흡착막과 접촉 후, 상기 받침대를 더욱 상승시켜 상기 웨이퍼와 상기 흡착막을 밀착시키고; 상기 받침대는 테두리가 높고 중심이 낮은 대야형 브래킷 구조로서, 상기 웨이퍼와 상기 흡착막은 완전 접촉과정에서 상기 웨이퍼 테두리와 상기 받침대가 접촉되고, 상기 웨이퍼 중앙부는 상기 받침대와 접촉하지 않아, 웨이퍼 하면이 받침대 가압에 의한 스크래치, 입자 등 결함의 방생을 방지한다.
최적 선택으로 상기 받침대 하부에 승강판이 연결되어 있고, 상기 받침대는 상기 승강판을 통해 계속 상승하여 웨이퍼를 더욱 상승시키고, 상기 받침대는 계속 상승하는 과정에 상기 원호형 변형을 일으키는 흡착막)을 가압하고, 상기 받침대 위 웨이퍼에 대한 접촉면적이 증대하여, 이때 상기 흡착막 변형을 초래하여, 해당 변형은 우선 웨이퍼 중심위치 및 점차 밖으로 연장되어 웨이퍼 전부와 접촉되어, 웨이퍼와 받침대 사이의 공기를 배출한다.
최적 선택으로 상기 받침대의 하부는 여러 개의 승강 볼트를 통하여 승강판의 상부와 연결되어, 상기 받침대의 승강동작을 제어한다.
최적 선택으로 상기 베이스 승강 높이는 5mm ≤ Ha ≤ 150mm이며, 상기 받침대 승강 높이는 0mm ≤ Ha ≤ 30mm이다.
최적 선택으로, 상기 폴리싱 헤드의 상기 제3압력 매체 챔버는 하나 또는 복수개로 설치하여, 각각 다른 영역의 압력 조절에 사용하며, 상기 폴리싱 헤드 흡착막 형태를 제어한다.
최적 선택으로 상기 폴리싱의 상기 제2압력 매체 챔버의 로딩 설정 압력은 0.1psi ≤ P2 ≤ 9.0psi이며； 상기 폴리싱 헤드의 상기 제3압력 매체 챔버에 기체를 주입하여 압력값은 0.1psi ≤ P3 ≤ 8.0psi, 가압 시간은 200ms ≤ t3 ≤ 8000ms 으로 흡착막에 원호형 변형을 발생시킨다.
최적 선택으로, 상기 폴리싱 헤드의 상기 흡착막과 상기 받침대 위의 웨이퍼가 접촉한 후 상기 제3압력 매체 챔버는 가압상태로부터 진공상태로 변화되며, 상기 흡착막과 상기 웨이퍼는 폴리싱 헤드에 흡착되고, 제3압력 매체 챔버가 진공상태로 변화되는 진공값은 -9.0psi ≤ Vac ≤ -0.1psi이다.
본 발명은 상기 웨이퍼 로딩 브래킷에 기초한 웨이퍼 마운팅 방법을 제공하며, 해당 방법에는 다음과 같은 절차를 포함한다.
S1. 웨이퍼를 상기 웨이퍼 로딩 브래킷 받침대에 거치하는 단계;
S2. 폴리싱 헤드의 상기 제3압력 매체 챔버에 기체를 주입하여 상기 폴리싱 헤드의 흡착막이 상기 폴리싱 헤드의 외측 방향으로 원호형 변형이 생성되도록 하는 단계;
S3. 상기 폴리싱 헤드의 제2압력 매체 챔버에 설정 압력을 가한 후 챔버 밀폐 상태를 유지하는 단계;
S4. 상기 웨이퍼 로딩 브래킷 베이스는 웨이퍼를 로딩 위치로 상승시키고, 웨이퍼와 상단의 흡착막이 접촉하는 단계;
S5. 상기 베이스가 웨이퍼를 로딩 위치로 상승시키면 상기 받침대가 더 상승하여 계속하여 웨이퍼를 상승시키고 상기 웨이퍼가 적재된 상기 받침대를 위로 상승시켜 상기 흡착막에 위로 향하는 압력을 발생시켜, 상기 흡착막이 변형되고, 해당 변형은 우선 웨이퍼 중심위치와 접촉하고, 점차적으로 점차적으로 웨이퍼와 완전히 접촉할 때까지 바깥쪽으로 확장하여 웨이퍼와 상기 흡착막 사이의 공기를 배출하는 단계;
S6. 상기 흡착막과 접촉하는 제3압력 매체의 챔버는 가압상태로부터 진공상태로 변환되며, 상기 흡착막과 상기 웨이퍼는 상기 폴리싱 헤드에 흡착되는 단계;
최적 선택으로, 상기 웨이퍼 마운팅 방법은 다음 추가 절차를 포함한다.
S7. 1) 상기 제2압력 매체 챔버의 기압값 상승은 웨이퍼가 상기 폴리싱 헤드로 이송된다는 것을 의미하는 것과, 2) 베이스의 수압 감지 센서의 수압 감소는 베이스에서 웨이퍼가 이탈하여 로딩 동작을 완성하는 것의 두 가지 조건을 만족시켜야 웨이퍼 로딩 성공 판정을 하고, 이 두 조건을 동시에 충족시키지 못하면 흡착막과 웨이퍼 사이가 밀착되지 않았거나 웨이퍼가 상승하는 과정에서 흡착막에서 떨어졌음을 의미하므로, 웨이퍼 로딩에 실패하면 웨이퍼 로딩이 성공할 때까지 웨이퍼 로딩 과정을 반복한다.
본 발명은 웨이퍼 로딩 시스템을 제공하고, 이에는 웨이퍼 로딩에 이용되는 폴리싱 헤드, 웨이퍼 로딩 브래킷이 포함되며, 상기 폴리싱 헤드는, 압력 조절을 통해 상기 폴리싱 헤드의 수직 방향 이동을 제어하는 제1압력 매체 챔버; 설정된 압력에 의해 로딩되고 상기 챔버를 밀폐된 상태로 유지하는 제2압력 매체 챔버; 연결 밸브를 통하여 상기 제2압력 매체 챔버와 연결되는 하나 또는 복수의 제3압력 매체 챔버; 테두리가 높고 중심이 낮은 받침대 위의 웨이퍼를 흡착하기 위해 사용되는 흡착막;을 포함하고, 상기 제3압력 매체 챔버는 하측의 상기 흡착막과 접촉하고, 압력조절에 의해 상기 흡착막의 상태가 제어되고, 상기 제3압력 매체 챔버에 기체를 주입하면 상기 흡착막은 상기 폴리싱 헤드의 외측 방향으로 원호형 변형이 생기며, 상기 흡착막은 상기 받침대 위의 웨이퍼와 접촉하고, 상기 제3압력 매체 챔버을 가압상태로부터 진공상태로 변화시키고, 상기 흡착막과 웨이퍼는 상기 폴리싱 헤드에 흡착된다.
기존 기술과 비교할 경우, 본 발명은 아래와 같은 유익한 효과가 있다. (1) 본 발명의 받침대는 테두리가 높고 중심이 낮은 대야형 브래킷 구조로 설계되어, 로딩 과정에서 웨이퍼 하면이 받침대에 의해 가압되어 발생하는 스크래치, 알갱이 등 결함을 방지하고, 점차적으로 주변으로 흡착막을 밀착시켜 웨이퍼와 받침대 사이의 공기를 효과적으로 배출할 수 있다. (2) 본 발명이 채택한 웨이퍼 로딩 방법은 웨이퍼 가장자리에 압력을 가할 필요가 없으며, 더욱 간결하고, 시간이 짧으며, 효율이 높고, 효과가 우수하여, 적재과정에서의 성공률을 보장한다. (3) 본 발명의 브래킷과 폴리싱 헤드 내부의 압력 측정 장치는 효과적으로 웨이퍼의 흡착상태를 검사할 수 있으며, 웨이퍼의 로딩 공정 중 상태를 검사할 수 있다. 즉, 웨이퍼가 성공적으로 로딩된 후의 판정은 수압 수치와 기압 챔버 본체의 기압값 변화에 근거하여 한다. 이러한 판정의 방법은 간단하고 신속하며 정확도가 높다.
도1은 본 발명 웨이퍼 로딩 브래킷 단면도이다.
도2는 웨이퍼 로딩 브래킷의 평면도이다.
도3A는본 발명의 폴리싱 헤드의 입체구조 개략도다.
도3B는본 발명의 폴리싱 헤드의 평면구조 개략도다.
도4는 본 발명의 폴리싱 헤드 흡착막 변형 개략도다.
도5는 본 발명의 받침대가 웨이퍼를 상승하는 개략도다.
도6은 본 발명의 흡착막이 웨이퍼를 흡착하는 개략도다.
도7은 본 발명의 웨이퍼 로딩 실패 개략도다.
도8은 본 발명의 웨이퍼 로딩 공정 개략도다.
이 발명의 특징, 목적 및 장점은 도 1~8에 정의된 비제한적 실시예에 대한 자세한 설명에 의해 더욱 분명해 진다. 본 발명의 실시예는 도 1 내지 도8에 표시되어 있으며 아래에 본 발명에 대해 더 자세히 설명한다. 그러나 이 발명은 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에 제시된 실시예에 의해 한정되는 것으로 해석될 수는 없다.
도1, 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 웨이퍼 로딩 브래킷은 베이스(1), 승강판(2), 제한 블록(3)과 받침대(4)를 포함된다. 원형 베이스(1)는 제한 블록(3)과 받침대(4)를 지지하는데 사용된다. 제한 블록(3)과 받침대(4)는 베이스(1) 상단에 위치하며, 제한 블록(3)은 받침대(4) 테두리를 따라 해당 받침대(4)를 둘러싼다. 해당 제한 블록(3)은 로딩 과정에서 웨이퍼(7) 위치 정밀도를 보장하며, 웨이퍼(7)를 적재할 때, 받침대(4)의 높이는 제한 블록(3)보다 약간 낮기 때문에, 웨이퍼(7)는 받침대(4) 내에 정확하게 배치되도록 할 수 있다.
받침대(4)는 테두리가 높고 중심이 낮은 대야형 브래킷 구조로 이루어져 있으며, 해당 받침대(4)의 하단은 승강판(2)의 상단과 여러 개의 승강 볼트(401)로 연결되어 웨이퍼(7)가 웨이퍼 로딩 위치에서 더 들어올려질 수 있도록 받침대(4)의 승강을 제어한다. 본 발명은 승강 볼트(401)를 통해 승강판(2)과의 연결에 한정되지 않는다.
도2에서 도시된 바와 같이, 복수 개의 탈이온수 노즐이 베이스(1)에 원주 방향을 따라 고르게 설치된다. 각각의 탈이온수 노즐에 대응하여 수압 감지 센서(5)와 연결되고, 해당 수압 신호는 수압 감지 센서(5)로 전송되어, 본 발명은 수압 검출 센서(5)의 수압 변화를 통해 받침대(4) 위에서 웨이퍼(7)의 존재 상태를 실시간으로 검출할 수 있다. 일반적으로 탈이온수 노즐의 수량은 3개 이상이다.
도 3A와 도3B에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 폴리싱 헤드(6)는 제1압력 매체 챔버(61), 제2압력 매체 챔버(62), 흡착막(64) 및 흡착막(64)와 접촉하는 압력 매체 챔버(63, 제3압력 매체 챔버(63)로 함)와 연결 밸브(65)가 포함된다. 제1압력 매체 챔버(61), 제2압력 매체 챔버(62), 제3압력 매체 챔버(63) 및 흡착막(64)은 위에서 아래로 순서대로 배열되며, 제2압력 매체 챔버(62)의 표면의 일부는 제3압력 매체 챔버(63)에 노출된다.
제1압력 매체 챔버(61)는 압력 조절을 통해 폴리싱 헤드(6)의 수직 이동을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제1압력 매체 챔버(61)의 챔버 내에 압력 매체(예를 들어, 공기)가 주입되면 제1압력 매체 챔버(61)가 팽창하여 폴리싱 헤드(6)가 아래 방향으로 이동하게 되고, 제1압력 매체 챔버(61)가 진공 작업을 수행할 때, 제1압력 매체 챔버(61)의 체적이 수축되고 폴리싱 헤드(6)가 위로 들어 올려진다. 그 중 폴리싱 헤드(6)가 웨이퍼(7)에 장착된 후, 제1압력 매체 챔버(61)가 압축되고, 폴리싱 헤드(6)가 회전되어 폴리싱 유닛의 상단으로 회전 수평이동된다. 그 후 챔버에 압력 매체가 주입되어 폴리싱 헤드가 하강하고, 그리고 웨이퍼(7)는 폴리싱 유닛에서 폴리싱되며, 폴리싱이 완료된 후, 폴리싱 헤드가 들어 올려지고 회전하여 수평으로 웨이퍼 로딩 브래킷의 상단으로 이동되어, 언로딩 작업을 완료한다.
제2압력 매체 챔버(62) 및 제3압력 매체 챔버(63)는 연결 밸브(65)에 의해 연결된다. 그 중, 상기 연결 밸브(65)는 하부 격벽과 상부 신축스프링으로 구성되며, 해당 연결 밸브(65)는 물리적인 접촉 후(즉, 진공의 작용에 의해 흡착막(64)이 안쪽으로 변형됨) 해당 연결 밸브(65)가 위쪽으로 들어 올려지고, 가압 격판이 스프링을 압축하고, 연결 밸브(65)가 안쪽으로 열려 두 개의 챔버(제2압력 매체 챔버(62) 및 제3압력 매체 챔버(63))가 연결된다.
흡착막(64)은 밀폐된 탄성막이며, 제3압력 매체 챔버(63)는 압력 조절을 통해 그 아래에 있는 흡착막(64)의 상태를 제어할 수 있다.
본 발명의 제3압력 매체 챔버(63)의 수량은 1개로 한정되지 않고, 복수일 수도 있으며, 본 발명은 한 개 또는 복수 개 제3압력 매체 챔버(63)로 서로 다른 영역의 기압을 조절할 수 있고, 신속하고 정확하게 흡착막(64)의 변형 범위 및 상태를 제어할 수 있다.
도 4에서 도시한 바와 같이, 제3압력 매체 챔버(63)에 일정량의 기체가 주입(압력 값 0.1psi ≤ P3 ≤ 8.0psi, 가압 시간 200ms ≤ t3 ≤ 8000ms)되면, 흡착막(64)은 압력 매체의 작용 하에서 폴리싱 헤드(6)의 외부 방향으로 일정한 원호형 모양으로 변형(도 4중 숫자표기 64a와 같이)되며, 제3압력 매체 챔버(63)에 일정한 기체가 주입된 후, 제3압력 매체 챔버(63)의 기압이 증가되어, 외부 대기압력보다 높으면, 탄성 흡착막(64)은 외부로 압축되어 원호형 모양으로 변형되어, 제2압력 매체 챔버(62)에 일정한 압력을 가해 챔버 밀폐상태(예: 압력 범위는 0.1psi ≤ P2 ≤ 9.0psi)를 유지한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(7)를 받침대(4)에 배치하고, 베이스(1)가 상승하여 웨이퍼(7)를 상승하도록 구동하고(예를 들어, 베이스 높이가 5mm ≤ Ha ≤ 150mm), 상승된 웨이퍼(7)는 이의 상단에 있는 흡착막(64)과 접촉한다.
웨이퍼(7)가 받침대(4)에 안착되면, 정상적인 상황에서 베이스(1) 상의 탈이온수 노즐의 출구는 웨이퍼(7)에 의해 커버되고, 탈이온수 노즐의 수압은 증가될 것이며, 해당 수압 상승 신호는 수압 감지 센서(5)로 전송된다. 따라서, 각 수압 감지 센서(5)의 수압 신호가 상승 수압 신호인 경우, 이러한 신호는 받침대(4) 위의 웨이퍼(7)의 배치 위치가 정확함을 나타내고, 아니면 웨이퍼(7)가 받침대(4) 위에서 위치가 잘못됨을 표시한다.
이어서, 받침대(4)는 승강판(2)을 통해 현재 높이 위치에서 계속 상승하게 되는데, 즉 웨이퍼(7)의 높이는 계속해서 상승한다(예를 들어, 받침대(4)의 승강 높이는 0mm ≤ Hb ≤ 30mm). 받침대(4)가 계속 상승하는 과정에 흡착막(64)이 압착되므로, 흡착막(64)이 제3압력 매체 챔버(63)의 하향 압력 하에 받침대(4)가 상향 상승하여 흡착막(64)에 상향 압력을 생성한다. 흡착막(64)이 압착되어 서로 상호작용하게 되는데, 받침대(4) 위의 웨이퍼(7)의 접촉 면적은 증가되어, 이때 흡착막(64)은 압력 매체의 결합 작용 하에서 일정한 변형을 일으킨다. 이러한 변형은 먼저 웨이퍼(7)의 중심에 접촉하고 웨이퍼(7)가 완전히 접촉할 때까지 바깥쪽으로 점차 확장된다. 따라서, 웨이퍼(7)와 받침대 사이의 공기를 효과적으로 배출된다.
이중 웨이퍼(7)와 흡착막(64)이 완전히 접촉하는 과정에서 웨이퍼(7)의 중심은 가장 큰 압력을 받고 테두리는 받는 압력이 작다(웨이퍼(7)의 중심이 받는 제 3 압력 매체 챔버(63) 하방의 압력이 제일 큼). 받침대(4)는 테두리가 높고 중앙부가 낮은 대야형 브래킷 구조로 설계되기 때문에, 웨이퍼(7)의 테두리 위치는 받침대(4)와 접촉하여 지지대 역할을 하고, 중심 압력이 더 큰 영역은 받침대(4)와 접촉되지 않아, 웨이퍼(7)의 하면에 대한 압력으로 인한 스크래치 결함의 발생을 방지한다. 따라서, 이런 흡착막의 변형을 통해 중심에서 주변으로 공기를 배출하는 이 방법은 합리적으로 설계되고, 로딩 공정이 간단하며, 웨이퍼(7)의 가장자리를 가압할 필요가 없고, 짧은 시간, 고효율적으로 실시효과가 우수하여, 웨이퍼(7)이 로딩과정에서 성공율을 보장한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 흡착막(64)이 웨이퍼(7)를 완전히 덮은 후, 제3압력 매체 챔버(63)는 가압 상태에서 진공 상태로 변경된다. 흡착막(64)이 웨이퍼에 완전하고 밀착하게 부착됨에 따라, 웨이퍼 로딩 동작을 완료하기 위해 동시에 폴리싱 헤드(6)의 표면에 흡착된다. 이 때, 제2압력 매체 챔버(62)는 제3압력 매체 챔버(63)에 의해 압착되고(제3압력 매체 챔버(63)가 가압에서 진공 상태로 변화하기 때문에, 내측 변형은 제2압력 매체 챔버(62)가 압출을 겪도록 한다), 제2압력 매체 챔버(62)의 부피가 작아지고 공기 압력 값이 상승한다. 이것은 웨이퍼가 폴리싱 헤드(6)에 로드되었음을 나타낸다. 한편, 받침대(4) 상의 웨이퍼(7)는 폴리싱 헤드(6)로 원활하게 이송되어 수압 검출 센서(5)의 수압 저하를 통해 웨이퍼가 베이스를 이탈한 것을 확인한다. 따라서, 수압 감지 센서(5)의 수압의 강하 및 제2압력 매체 챔버(62)의 기압 값의 증가는 웨이퍼 로딩의 성공 여부를 판단하는 기준으로 사용된다. 즉, 이 두 가지 조건이 충족되면 로딩이 성공한 것이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 흡착막(64)과 웨이퍼(7)가 밀착되지 않은 경우, 웨이퍼(7)는 흡착막(64)에 의해 흡착 및 리프팅되지 않는다. 수압 감지 센서(5)의 수압은 그대로 유지된다. 또는, 웨이퍼(7)가 리프팅 과정에서 흡착막(64)으로부터 떨어질 때, 이때 제3 압력 매체 챔버(63)의 챔버 속은 진공 상태로 전환되어 외부 대기압과의 차압이 발생하며 흡착막(64)을 폴리싱 헤드(6) 내측 방향으로 변형된다. 변형된 흡착막(64)이 연결 밸브(65) 하부의 격판에 닿으면, 가압된 격판은 제2압력 매체 챔버(62)와 제3압력 매체 챔버(63)가 서로 연결되도록 연결 밸브(65) 상부의 스프링을 압축하여 연결 밸브(65)를 안쪽으로 연다(제3압력 매체 챔버의 진공과 대기압 사이의 차이가 파일럿을 접촉할 수 있는 합리적인 변형을 생성하도록 보장하기 위해 밸브, 진공 값은 -9.0psi ≤ Vac ≤ -0.1psi로 설정될 수 있다). 제2압력 매체 챔버(62) 내의 기체는 제3압력 매체 챔버(63)에 연결된 진공 발생기를 통해 진공 상태로 배기된다. 따라서, 수압 감지 센서(5)의 수압이 변하지 않는지 여부 또는 제2압력 매체 챔버(62)가 진공 상태가 되는지 여부를 통해 웨이퍼 로딩의 실패를 판단할 수 있고 로딩 과정 동안 웨이퍼의 상태가 감지될 수 있다.
상기와 같이, 수압 감지 센서(5)의 수압 값과 제2압력 매체 챔버(62)의 상태를 합리적으로 설계하여, 웨이퍼의 로딩 상태를 판단하기 위한 설비판단기준은 간단하고 빠르며, 높은 안전성과 정확성을 특징으로 갖는다.
도 3A 및 도 3B의 조합에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 흡착막(64)의 내면은 복수의 원형 구멍을 갖는 지지 프레임에 밀착된다. 지지 프레임이 존재하지 않으면 흡착막(64)에 내측 변형이 발생하여 연결 밸브(65)와 접촉하게 된다. 지지프레임의 역할은 흡착막(64)이 전체로서 챔버 내로 흡수되는 것을 방지하는 것이다. 원형 구멍은 웨이퍼(7)를 흡착하기 위해 일부가 안쪽으로 변형되도록 제공되며, 웨이퍼(7)가 떨어질 때 안쪽 변형이 연결 밸브(65)에 접촉할 수 있도록 설정된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명은 다음과 같은 단계를 포함하는 웨이퍼 마운팅 방법을 제공한다.
S1. 웨이퍼를 웨이퍼 로딩 브래킷 받침대에 거치한다.
S2. 폴리싱 헤드의 제3압력 매체 챔버에 기체를 주입하여 폴리싱 헤드의 흡착막이 폴리싱 헤드의 외측 방향으로 원호형 변형이 생성되도록 한다.
S3. 폴리싱 헤드의 제2압력 매체 챔버에 설정 압력을 가한 후 챔버 밀폐 상태를 유지한다.
S4. 웨이퍼 로딩 브래킷 베이스는 웨이퍼를 로딩 위치로 상승시키고, 웨이퍼와 상단의 흡착막이 접촉된다.
S5. 베이스가 웨이퍼를 로딩 위치로 상승시키면 받침대가 더 상승하여 계속하여 웨이퍼를 상승시킬 수 있다. 상기 웨이퍼가 적재된 받침대를 위로 상승시켜 흡착막에 위로 향하는 압력을 생성시켜, 흡착막이 변형된다. 해당 변형은 우선 웨이퍼 중심위치와 접촉하고, 점차적으로 웨이퍼와 완전히 접촉할 때까지 바깥쪽으로 확장하여 웨이퍼와 흡착막 사이의 공기를 배출한다.
S6. 상기 흡착막과 접촉하는 제3압력 매체의 챔버는 가압상태로부터 진공상태로 변환되며, 상기 흡착막과 상기 웨이퍼는 폴리싱 헤드에 흡착된다.
S7. 웨이퍼 로딩 성공 판정은 다음과 같은 두 가지 조건을 만족시켜야 한다. 1) 상기 제2압력 매체 챔버의 기압값 상승은 웨이퍼가 폴리싱 헤드로 이송된다는 것을 나타낸다. 2) 베이스의 수압 감지 센서의 수압 감소는 베이스에서 웨이퍼가 이탈하여 로딩 동작이 완료되었음을 확인한다. 이 두 조건을 동시에 충족시키지 못하면 흡착막과 웨이퍼 사이가 밀착되지 않았거나 웨이퍼가 상승하는 과정에서 흡착막에서 떨어졌음을 의미한다. 즉, 웨이퍼 로딩에 실패하면 웨이퍼 로딩이 성공할 때까지 웨이퍼 로딩 과정이 계속된다.
상기 내용을 총괄하면, 본 발명은 승강가능 웨이퍼 로딩 브래킷 및 다수의 압력 매체 챔버가 포함된 폴리싱 헤드를 채택한다. 웨이퍼 로딩 과정에, 폴리싱 헤드 흡착막은 압력하에서 원호형 모양으로 변형을 일으켜 웨이퍼 로딩 브래킷의 받침대에 있는 웨이퍼를 로딩 위치로 상승시켜 흡착막과 접촉시킨다. 받침대는 테두리가 높고 중심이 낮은 대야형 브래킷을 구성된다. 받침대는 웨이퍼를 더욱 상승시키고, 웨이퍼는 받침대와 흡착막의 압력하에서 중심에서 주위 방향으로 점차적으로 흡착막과 밀착되어, 양자 사이의 공기를 배출한다. 이 과정에서 웨이퍼의 중심영역은 받침대와 접촉하지 않아, 로딩과정에서 웨이퍼 스크래치를 방지한다. 이때 흡착막을 접촉한 압력 매체 챔버에 진공을 가하고, 웨이퍼와 흡착막은 진공하에서 웨이퍼를 폴리싱 헤드로 회전하여 로딩을 완료한다. 웨이퍼 로딩 브래킷과 폴리싱 헤드 내의 압력 모니터링 장치는 웨이퍼 로딩상태를 효과적으로 검지할 수 있다.
본 발명의 내용은 바람직한 실시예를 통하여 상세하게 설명하였지만, 위의 설명이 본 발명을 한정하는 것으로 간주되어서는 안된다. 본 분야의 기술자들은 상기 내용을 읽은 후 본 발명에 대한 다양한 수정 및 대체를 진행할 수 있다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위에 의해 한정하여야 한다.

Claims (10)

  1. 베이스(1) 및 그 위에 위치한 받침대(4)를 포함하는 웨이퍼 로딩 브래킷에 있어서,
    상기 받침대(4)는 웨이퍼 거치에 사용되고, 상기 웨이퍼 로딩 브래킷과 웨이퍼 로딩에 사용되는 폴리싱 헤드는 서로 대응되며, 상기 폴리싱 헤드는 상기 폴리싱 헤드의 수직 방향 운동을 제어하는 제1압력 매체 챔버(61)와, 로딩 압력에 의해 상기 챔버가 밀폐된 상태로 유지하는 제2압력 매체 챔버(62)와, 상기 제2압력 매체 챔버(62)와 서로 연결되는 제3압력 매체 챔버(63) 및 웨이퍼를 흡착하고 상기 제3압력 매체 챔버(63)와 접촉하는 흡착막(64)을 포함하며,
    상기 베이스(1)가 상승할 때 상기 받침대(4)는 상기 웨이퍼를 상승시키고, 상기 폴리싱 헤드 외측 방향의 원호형 모양 변형을 일으키는 흡착막(64)과 접촉 후, 상기 받침대(4)는 상기 웨이퍼가 상기 흡착막(64)에 부착되도록 더욱 상승되고;
    상기 웨이퍼와 상기 흡착막(64)이 완전 접촉되어 있는 동안 상기 웨이퍼의 테두리와 상기 받침대(4)가 접촉하도록 상기 받침대(4)는 테두리가 높고 중심이 낮은 대야형 브래킷 구조로 형성되고, 스크래치, 입자, 및 다른 결함이 받침대에 의해 고정된 웨이퍼의 하면에 형성되는 것을 방지하도록 상기 웨이퍼의 중앙부는 상기 받침대(4)와 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 브래킷.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 받침대(4) 하부에 승강판(2)이 연결되어 있고, 상기 받침대(4)는 상기 승강판(2)을 통해 계속 상승하여 웨이퍼 높이를 높이고, 상기 받침대(4)는 계속 상승하는 과정에 상기 원호형 변형을 일으킨 흡착막(64)을 가압하고, 상기 받침대(4)위 웨이퍼 접촉면적이 증가하여, 상기 흡착막(64)의 변형을 일이키고, 그 변형은 웨이퍼 중심위치에서 점차 밖으로 연장되어 웨이퍼 전체와 접촉되어, 웨이퍼와 받침대 사이의 공기를 배출함을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 브래킷.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 받침대(4)의 하부는 여러 개의 승강 볼트를 통하여 승강판(2)의 상부와 연결되어, 상기 받침대(4)의 승강동작을 제어함을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 브래킷.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 베이스의 승강 높이는 5mm ≤ ha ≤ 150mm 이고, 상기 받침대(4)의 승강 높이는 0mm ≤ hb ≤ 30mm임을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 브래킷.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리싱 헤드의 제3 압력 매체 챔버(63)는 하나 또는 복수로 설치되어 다른 영역의 압력을 조절하며, 상기 폴리싱 헤드의 흡착막(64) 형태를 제어함을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 브래킷.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 폴리싱 헤드의 제2압력 매체 챔버(62)의 로딩 설정 압력은 0.1psi ≤ P2 ≤ 9.0psi이며;
    상기 폴리싱 헤드의 제3압력 매체 챔버(63)에 기체를 주입하여, 압력 값 0.1psi ≤ p3 ≤ 8.0psi, 가압 시간 200ms ≤ t3 ≤ 8000ms 으로 상기 흡착막(64)에 원호 변형을 발생시킴을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 브래킷.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리싱 헤드의 상기 흡착막(64)과 상기 받침대(4) 위의 웨이퍼가 접촉한 후 상기 제3압력 매체 챔버(63)는 가압상태로부터 진공상태로 변화되며, 상기 흡착막과 상기 웨이퍼는 폴리싱 헤드에 흡착되고, 상기 제3압력 매체 챔버(63)가 진공상태로 변화되는 진공값은 -9.0psi ≤ Vac ≤ -0.1psi임을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 브래킷.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 상기 웨이퍼 로딩 브래킷에 기초한 웨이퍼 마운팅 방법에 있어서,
    S1. 웨이퍼를 상기 웨이퍼 로딩 브래킷 받침대에 거치하는 단계;
    S2. 폴리싱 헤드의 상기 제3압력 매체 챔버에 기체를 주입하여 상기 폴리싱 헤드의 흡착막이 상기 폴리싱 헤드의 외측 방향으로 원호형 변형이 생성되도록 하는 단계;
    S3. 상기 폴리싱 헤드의 제2압력 매체 챔버에 설정 압력을 가한 후 챔버 밀폐 상태를 유지하는 단계;
    S4. 상기 웨이퍼 로딩 브래킷 베이스는 웨이퍼를 로딩 위치로 상승시키고, 웨이퍼와 상단의 흡착막이 접촉하는 단계;
    S5. 상기 베이스가 웨이퍼를 로딩 위치로 상승시키면 상기 받침대가 더 상승하여 계속하여 웨이퍼를 상승시키고 상기 웨이퍼가 적재된 상기 받침대를 위로 상승시켜 상기 흡착막에 위로 향하는 압력을 발생시켜, 상기 흡착막이 변형되고, 해당 변형은 우선 웨이퍼 중심위치와 접촉하고, 점차적으로 점차적으로 웨이퍼와 완전히 접촉할 때까지 바깥쪽으로 확장하여 웨이퍼와 상기 흡착막 사이의 공기를 배출하는 단계;
    S6. 상기 흡착막과 접촉하는 제3압력 매체의 챔버는 가압상태로부터 진공상태로 변환되며, 상기 흡착막과 상기 웨이퍼는 상기 폴리싱 헤드에 흡착되는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 마운팅 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    S7. 1) 상기 제2압력 매체 챔버의 기압값 상승은 웨이퍼가 상기 폴리싱 헤드로 이송된다는 것을 의미하는 것과, 2) 상기 베이스의 수압 감지 센서의 수압 감소는 상기 베이스에서 웨이퍼가 이탈하여 로딩 동작을 완성하는 것의 두 가지 조건을 만족시켜야 웨이퍼 로딩 성공 판정을 하고, 이 두 조건을 동시에 충족시키지 못하면 상기 흡착막과 웨이퍼 사이가 밀착되지 않았거나 웨이퍼가 상승하는 과정에서 상기 흡착막에서 떨어졌음을 의미하므로, 웨이퍼 로딩에 실패하면 웨이퍼 로딩이 성공할 때까지 웨이퍼 로딩 과정을 반복하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 마운팅 방법.
  10. 웨이퍼를 로딩하는 폴리싱 헤드와 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 상기 웨이퍼 로딩 브래킷을 포함하고,
    상기 폴리싱 헤드는,
    압력 조절을 통해 상기 폴리싱 헤드의 수직 방향 이동을 제어하는 제1압력 매체 챔버(61);
    설정된 압력에 의해 로딩되고 상기 챔버를 밀폐된 상태로 유지하는 제2압력 매체 챔버(62);
    연결 밸브(65)를 통하여 상기 제2압력 매체 챔버(62)와 연결되는 하나 또는 복수의 제3압력 매체 챔버(63);
    테두리가 높고 중심이 낮은 받침대(4) 위의 웨이퍼를 흡착하기 위해 사용되는 흡착막(64);을 포함하고,
    상기 제3압력 매체 챔버(63)는 하측의 상기 흡착막(64)과 접촉하고, 압력조절에 의해 상기 흡착막(64)의 상태가 제어되고,
    상기 제3압력 매체 챔버(63)에 기체를 주입하면 상기 흡착막(64)은 상기 폴리싱 헤드의 외측 방향으로 원호형 변형이 생기며, 상기 흡착막(64)은 상기 받침대(4) 위의 웨이퍼와 접촉하고, 상기 제3압력 매체 챔버(63)을 가압상태로부터 진공상태로 변화시키고, 상기 흡착막(64)과 웨이퍼는 상기 폴리싱 헤드에 흡착되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 로딩 시스템.
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