KR101083778B1 - 패드 컨디셔닝 유닛, 이를 갖는 기판 연마 장치 및 이를 이용한 연마 패드 재생 방법 - Google Patents

Abstract

패드 컨디셔닝 유닛은 처리조, 재생 부재, 및 적어도 하나의 세정 노즐을 구비한다. 재생 부재는 처리조 내에서 처리조의 바닥면과 마주하게 설치되고, 연마 패드와 접촉하여 연마 패드의 연마면을 연마한다. 세정 노즐은 처리조의 바닥면에 설치되고, 재생 부재와 인접하게 위치하며, 상측을 향해 제1 세정 유체를 분사하여 연마 패드의 연마면을 세정한다. 이와 같이, 세정 노즐이 연마 패드의 아래에서 연마 패드의 연마면을 향해 세정 유체를 분사하므로, 패드 컨디셔닝 유닛은 연마 패드의 세정 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

패드 컨디셔닝 유닛, 이를 갖는 기판 연마 장치 및 이를 이용한 연마 패드 재생 방법{PAD CONDITIONING UNIT, SUBSTRATE POLISHING APPARATUS HAVING THE SAME AND METHOD OF CONDITIONING POLISHING PAD USING THE SAME}

본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판을 연마하는 연마 패드를 재생시키는 패드 컨디셔닝 유닛, 이를 갖는 기판 연마 장치 및 이를 이용한 연마 패드 재생 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 박막의 형성 및 적층을 위해 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 등 다수의 단위 공정들을 반복 수행해야만 한다. 웨이퍼 상에 요구되는 소정의 회로 패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되며, 회로 패턴이 형성된 후 웨이퍼의 표면에는 많은 굴곡이 생기게 된다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 웨이퍼 표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차가 증가하고 있다. 웨이퍼 표면의 비평탄화는 사진 공정에서 디포커스(Defocus) 등의 문제를 발생시키므로 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 웨이퍼 표면을 연마하여야 한다.

웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있으나 이 중 좁은 영역뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 장치가 주로 사용된다. 화학적 기계적 연마 장치는 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마재에 의해 연마시키는 장치로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다.

본 발명의 목적은 기판 연마용 연마 패드의 재생 효율을 향상시킬 수 있는 패드 컨디셔닝 유닛을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 상기한 패드 컨디셔닝 유닛을 구비하는 기판 연마 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 상기한 패드 컨디셔닝 유닛을 이용하여 연마 패드를 재생시키는 방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 연마용 연마 패드를 재생시키는 패드 컨디셔닝 유닛은, 처리조, 재생 부재, 및 적어도 하나의 세정 노즐로 이루어진다.

처리조는 상부가 개구된 통 형상을 갖고, 상기 연마 패드 재생시 상기 연마 패드가 수용된다. 재생 부재는 상기 처리조 내에서 상기 처리조의 바닥면과 마주하게 설치되고, 상기 연마 패드와 접촉하여 상기 연마 패드의 연마면을 연마한다. 세 정 노즐은 상기 처리조의 바닥면에 설치되고, 상기 재생 부재와 인접하게 위치하며, 상측을 향해 제1 세정 유체를 분사하여 상기 연마 패드의 연마면을 세정한다.

또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 연마용 연마 패드를 재생시키는 패드 컨디셔닝 유닛은, 처리조, 및 재생 부재로 이루어진다.

처리조는 상부가 개구된 통 형상을 갖고, 상기 연마 패드 재생시 상기 연마 패드가 수용된다. 재생 부재는 상기 처리조 내에서 상기 처리조의 바닥면과 마주하게 설치되고, 직사각형의 플레이트 형상을 가지며, 상기 연마 패드와 접촉하여 상기 연마 패드의 연마면을 연마한다.

또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 연마 장치는 기판 지지부재, 연마 유닛 및 패드 컨디셔닝 유닛으로 이루어진다.

기판 지지부재에는 기판이 안착된다. 연마 유닛은 상기 기판 지지부재의 외측에 설치되고, 연마 패드를 구비한다. 연마 패드는 연마 공정시 상기 기판 지지부재에 안착된 기판의 상면에 배치되어 상기 기판을 연마하며, 스윙 및 자기 중심축을 기준으로 회전 가능하다. 패드 컨디셔닝 유닛은 상기 기판 지지부재의 외측에 설치되고, 상기 연마 패드를 재생시킨다. 구체적으로, 상기 패드 컨디셔닝 유닛은 처리조, 재생 부재, 및 적어도 하나의 세정 노즐로 이루어진다. 처리조는 상부가 개구된 통 형상을 갖고, 상기 연마 패드 재생시 상기 연마 패드가 수용된다. 재생 부재는 상기 처리조 내에서 상기 처리조의 바닥면과 마주하게 설치되고, 상기 연마 패드와 접촉하여 상기 연마 패드의 연마면을 연마한다. 세정 노즐은 상기 처리조의 바닥면에 설치되고, 상기 재생 부재와 인접하게 위치하며, 상측을 향해 제1 세정 유체를 분사하여 상기 연마 패드의 연마면을 세정한다.

또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판을 연마하는 연마 패드를 재생시키는 방법은 다음과 같다. 먼저, 연마 패드를 처리조의 상부로부터 상기 처리조 내로 인입시켜 재생 부재의 상부에 배치시킨다. 회전중인 상기 연마 패드의 연마면을 상기 재생 부재의 상면에 밀착시켜 상기 연마 패드를 연마한다. 회전중인 상기 연마 패드의 아래에서 상기 연마 패드의 연마면을 향해 제1 세정 유체를 분사하여 상기 연마 패드를 세정한다. 상기 연마 패드를 상기 처리조로부터 인출한다.

상술한 본 발명에 따르면, 세정 노즐은 연마 패드의 아래에서 연마 패드의 연마면을 향해 세정 유체를 분사하므로, 연마 패드의 세정 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이하에서는, 웨이퍼를 반도체 기판의 일례로 설명하나, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 이에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매엽식 기판 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 처리 시스템(2000)은 로딩/언로딩부(10), 인덱스 로봇(Index Robot)(20), 버퍼부(30), 메인 이송 로봇(Main Transfer Robot)(50), 다수의 기판 연마부(1000) 및 제어부(60)를 포함할 수 있다.

상기 로딩/언로딩부(10)는 다수의 로드 포트(11a, 11b, 11c, 11d)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 상기 로딩/언로딩부(11)는 네 개의 로드 포트(11a, 11b, 11c, 11d)를 구비하나, 상기 로드 포트(11a, 11b, 11c, 11d)의 개수는 상기 기판 처리 시스템(2000)의 공정 효율 및 풋 프린트(Foot print) 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.

상기 로드 포트들(11a, 11b, 11c, 11d)에는 웨이퍼들이 수납되는 풉들(Front Open Unified Pods: FOUPs)(12a, 12b, 12c, 12d)이 안착된다. 각 풉(12a, 12b, 12c, 12d)은 웨이퍼들을 지면에 대해 수평하게 배치한 상태로 수납하기 위한 다수의 슬롯이 형성된다. 상기 풉(12a, 12b, 12c, 12d)에는 각 기판 연마부(1000)에서 처리가 완료된 웨이퍼들 또는 상기 각 기판 연마부(1000)에 투입할 웨이퍼들을 수납한다. 이하, 설명의 편의를 위해, 상기 각 기판 연마부(1000)에 의해 처리가 완료된 웨이퍼를 가공 웨이퍼라 하고, 아직 처리되지 않은 웨이퍼를 원시 웨이퍼라 한다.

상기 로딩/언로딩부(11)와 상기 버퍼부(30) 사이에는 제1 이송 통로(41)가 형성되고, 상기 제1 이송 통로(41)에는 제1 이송 레일(42)이 설치된다. 상기 인덱스 로봇(20)은 상기 제1 이송 레일(42)에 설치되고, 상기 제1 이송 레일(42)을 따라 이동하면서 상기 로딩/언로딩부(11)와 상기 버퍼부(30) 간에 웨이퍼들을 이송한 다. 즉, 상기 인덱스 로봇(20)은 상기 로딩/언로딩부(11)에 안착된 풉(12a, 12b, 12c, 12d)으로부터 적어도 한 매의 원시 웨이퍼를 인출하여 상기 버퍼부(30)에 적재한다. 또한, 상기 인덱스 로봇(20)은 상기 버퍼부(30)로부터 적어도 한 매의 가공 웨이퍼를 인출하여 상기 로딩/언로딩부(11)에 안착된 풉(12a, 12b, 12c, 12d)에 적재한다.

한편, 상기 버퍼부(30)는 상기 제1 이송 통로(41)의 일측에 설치된다. 상기 버퍼부(30)는 상기 인덱스 로봇(20)에 의해 이송된 원시 웨이퍼들을 수납하고, 상기 기판 연마부들에서 처리된 가공 웨이퍼들을 수납한다.

상기 메인 이송 로봇(50)은 제2 이송 통로(43)에 설치된다. 상기 제2 이송 통로(43)에는 제2 이송 레일(44)이 구비되고, 상기 제2 이송 레일(44)에는 상기 메인 이송 로봇(50)이 설치된다. 상기 메인 이송 로봇(50)은 상기 제2 이송 레일(44)을 따라 이동하면서, 상기 버퍼부(30)와 상기 기판 연마부들 간에 웨이퍼를 이송한다. 즉, 상기 메인 이송 로봇(50)은 상기 버퍼부(30)로부터 적어도 한 매의 원시 웨이퍼를 인출하여 상기 기판 연마부(1000)에 제공하고, 상기 기판 연마부(1000)에서 처리된 웨이퍼, 즉 가공 웨이퍼를 상기 버퍼부(30)에 적재한다.

상기 제2 이송 통로(43)의 양측에는 상기 기판 연마부들이 배치되고, 각 기판 연마부(1000)는 상기 원시 웨이퍼를 연마 및 세정하여 상기 가공 웨이퍼로 만든다. 상기 기판 연마부들은 적어도 두 개 이상의 기판 연마부가 상기 제2 이송 통로(43)를 사이에 두고 서로 마주하게 배치된다. 본 발명의 일례로, 기판 연마부들은 평면상에서 볼 때 상기 제2 이송 통로(43) 양측에 각각 두 개씩 상기 제2 이송 통로(43)를 따라 병렬 배치되나, 상기 제2 이송 통로(43)의 양 측에 각각 배치되는 기판 연마부(1000)의 개수는 상기 기판 연마 시스템(2000)의 공정 효율 및 풋 프린트에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.

한편, 각 기판 연마부(1000)는 상기 제어부(60)와 연결되고, 상기 제어부(60)의 제어에 따라 원시 웨이퍼를 연마 및 세정한다. 즉, 상기 제어부(60)는 상기 기판 연마부(1000)를 제어하여 각 기판 연마부(1000)의 연마 공정을 제어한다.

이하, 도면을 참조하여 상기 기판 연마부(1000)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 기판 연마 장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 기판 지지유닛 및 용기 유닛을 구체적으로 나타낸 부분 절개 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 기판 연마 시스템(2000)은 웨이퍼(70)의 상면을 연마하는 연마 공정 및 연마 공정 후 웨이퍼(70)의 표면을 세정하는 세정 공정을 하나의 기판 연마부(1000) 내에서 순차적으로 진행할 수 있다.

구체적으로, 상기 기판 연마부(1000)는 기판 지지유닛(100), 용기 유닛(bowl unit)(200), 연마 유닛(300), 제1 및 제2 처리액 공급 유닛(410, 420), 브러쉬 유닛(510), 에어로졸 유닛(520) 및 패드 컨디셔닝 유닛(600)을 포함할 수 있다.

상기 기판 지지유닛(100)은 상기 메인 이송 로봇(50)으로부터 이송된 웨이퍼(70)가 안착된다. 상기 기판 지지 유닛(100)은 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정과 세정 공정이 이루어지는 동안 상기 웨이퍼(70)를 지지 및 고정시킨다. 상기 기판 지지 유닛(100)은 상기 웨이퍼(70)가 안착되는 스핀 헤드(110), 상기 스핀 헤드(110)를 지지하는 지지부(120), 및 회전력을 제공하는 스핀 구동부(130)를 포함할 수 있다.

상기 스핀 헤드(110)는 평면상에서 볼 때, 대체로 원 형상을 갖고, 상면으로부터 하면으로 갈수록 점차 폭이 감소한다. 본 발명의 일례로, 상기 스핀 헤드(110)는 상기 웨이퍼(70)를 지지하는 상면의 면적이 상기 웨이퍼(70)의 면적 보다 작다. 따라서, 측면에서 볼 때 상기 스핀 헤드(110)에 안착된 웨이퍼(70)는 단부가 상기 스핀 헤드(110) 상면의 단부보다 외측으로 돌출된다.

상기 스핀 헤드(110)의 아래에는 상기 지지부(120)가 설치되고, 상기 지지부(120)는 상기 스핀 구동부(130)와 연결된다. 상기 지지부(120)는 대체로 원기둥 형상을 가지며, 상기 스핀 헤드(110)와 결합한다. 상기 스핀 구동부(130)는 상기 지지부(120)를 회전시키고, 상기 지지부(120)의 회전력은 상기 스핀 헤드(110)에 전달되어 상기 스핀 헤드(110)가 회전된다. 연마 공정 및 세정 공정이 이루어지는 동안, 상기 스핀 헤드(110)는 상면에 상기 기판(70)을 고정시킨 상태에서 상기 스핀 구동부(130)로부터 제공되는 회전력에 의해 회전한다.

상기 기판 지지 유닛(100)은 상기 용기 유닛(200) 내부에 수용된다. 상기 용기 유닛(200)은 제1 및 제2 처리 용기(process bowl)(210, 220), 제1 및 제2 회수통(recovery vat)(230, 240), 제1 및 제2 회수관(251, 252), 및 승강부재(260)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)는 상기 기판 지지유 닛(100)을 둘러싸고, 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정 및 세정 공정이 이루어지는 공정 공간을 제공한다. 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)는 각각 상부가 개방되며, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 개방된 상부를 통해 상기 스핀 헤드(110)가 노출된다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)는 원형의 링 형상을 가지나, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 형상은 이에 국한되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 제1 처리 용기(210)는 측벽(211), 상판(212) 및 가이드부(213)를 포함할 수 있다. 상기 측벽(211)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 기판 지지 유닛(100)을 둘러싼다.

상기 측벽(211)의 상단부는 상기 상판(212)과 연결된다. 상기 상판(212)은 상기 측벽(211)으로부터 연장되어 형성되고, 상기 측벽(211)으로부터 멀어질수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 상기 상판(212)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 평면상에서 볼 때 상기 스핀 헤드(110)로부터 이격되어 상기 스핀 헤드(110)를 둘러싼다.

상기 가이드부(213)는 제1 및 제2 가이드 벽(213a, 213b)을 포함한다. 상기 제1 가이드 벽(213a)은 상기 측벽(211)의 내벽으로부터 돌출되어 상기 상판(212)과 마주하며, 상기 측벽으로부터 멀어질수록 하향 경사진 경사면으로 이루어지고, 원형의 링 형상을 갖는다. 상기 제2 가이드 벽(213b)은 상기 제1 가이드 벽(213a)으로부터 아래로 수직하게 연장되고, 상기 측벽(211)과 마주하며, 원형의 링 형상을 갖는다. 상기 가이드부(213)는 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정중 상기 제1 처리 용 기(210)의 측벽(211)과 상판(212)의 내면들측으로 비산된 처리액이 상기 제1 회수통(230) 측으로 흐르도록 가이드한다.

상기 제1 처리 용기(210)의 외측에는 상기 제2 처리 용기(220)가 설치된다. 상기 제2 처리 용기(220)는 상기 제1 처리 용기(210)를 둘러싸고, 상기 제1 처리 용기(210)보다 큰 크기를 갖는다.

구체적으로, 상기 제2 처리 용기(220)는 측벽(221) 및 상판(222)을 포함할 수 있다. 상기 측벽(221)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)을 둘러싼다. 상기 측벽(221)은 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)과 이격되어 위치하며, 상기 제1 처리 용기(210)와 연결된다.

상기 측벽(221)의 상단부는 상기 상판(222)과 연결된다. 상기 상판(222)은 상기 측벽(221)으로부터 연장되어 형성되고, 상기 측벽(221)으로부터 멀어질수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 상기 상판(222)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 평면상에서 볼 때 상기 스핀 헤드(110)로부터 이격되어 상기 스핀 헤드(110)를 둘러싼다. 상기 상판(222)은 상기 제1 처리 용기(210)의 상판(211) 상부에서 상기 제1 처리 용기(210)의 상판(211)과 마주하며, 상기 제1 처리 용기(210)의 상판(211)과 이격되어 위치한다.

상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 아래에는 연마 공정 및 세정 공정에서 사용된 처리액들을 회수하는 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)이 설치된다. 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상부가 개방된다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)은 원형의 링 형상을 가지나, 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)의 형상은 이에 국한되지 않고 다양하게 형성될 수 있다.

상기 제1 회수통(230)은 상기 제1 처리 용기(210)의 아래에 설치되고, 연마 공정에서 사용된 처리액을 회수한다. 제2 회수통(240)은 상기 제2 처리 용기(220)의 아래에 설치되고, 세정 공정에서 사용된 처리액을 회수한다.

구체적으로, 상기 제1 회수통(230)은 바닥판(231), 제1 측벽(232), 제2 측벽(233) 및 연결부(234)를 포함할 수 있다. 상기 바닥판(231)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 지지부(220)를 둘러싼다. 본 발명의 일례로, 상기 바닥판(231)은 상기 제1 회수통(230)에 회수된 처리액의 배출을 용이하게 하기 위해 종단면이 'V' 형상을 갖는다. 이에 따라, 상기 바닥판(231)에는 링 형상의 회수 유로(231a)가 형성되며, 상기 처리액의 배출 및 회수가 용이하다.

상기 제1 측벽(232)은 상기 바닥판(231)으로부터 수직하게 연장되어 처리액을 회수하는 제1 회수 공간(RS1)을 형성한다. 상기 제2 측벽(233)은 상기 제1 측벽(232)으로부터 이격되어 상기 제1 측벽(232)과 마주한다. 상기 연결부(234)는 상기 제1 측벽(232)의 상단부 및 상기 제2 측벽(233)의 상단부와 연결되고, 상기 제1 측벽(232)으로부터 상기 제2 측벽(233)으로 갈수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 상기 연결부(234)는 상기 제1 회수 공간(RS1) 밖으로 떨어진 처리액이 상기 제1 회수 공간(RS1)에 유입되도록 상기 제1 회수 공간(RS1) 측으로 가이드한다.

상기 제1 회수통(230)의 외측에는 상기 제2 회수통(240)이 설치된다. 상기 제2 회수통(240)은 상기 제1 회수통(230)을 둘러싸고, 상기 제1 회수통(230)으로부 터 이격되어 위치한다. 구체적으로, 상기 제2 회수통(240)은 바닥판(241), 제1 측벽(242) 및 제2 측벽(243)을 포함할 수 있다. 상기 바닥판(241)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 제1 회수통(230)의 바닥판(231)을 둘러싼다. 본 발명의 일례로, 상기 바닥판(241)은 상기 제2 회수통(240)에 회수된 처리액의 배출을 용이하게 하기 위해 종단면이 'V' 형상을 갖는다. 이에 따라, 상기 바닥판(241)에는 링 형상의 회수 유로(241a)가 형성되며, 처리액의 배출 및 회수가 용이하다.

상기 제1 및 제2 측벽(242, 243)은 상기 바닥판(241)으로부터 수직하게 연장되어 처리액을 회수하는 제2 회수 공간(RS2)을 형성하며, 원형의 링 형상을 갖는다. 상기 제1 측벽(242)은 상기 제1 회수통(230)의 제1 측벽(232)과 제2 측벽(233)과의 사이에 위치하고, 상기 제1 회수통(230)의 제1 측벽(232)을 둘러싼다. 상기 제2 회수통(240)의 제2 측벽(243)은 상기 바닥판(241)을 사이에두고 상기 제1 측벽(242)과 마주하고, 상기 제1 측벽(242)을 둘러싼다. 상기 제2 회수통(240)의 제2 측벽(243)은 상기 제1 회수통(230)의 제2 측벽(233)을 둘러싸며, 상단부가 상기 제2 처리 용기(220)의 측벽(222) 외측에 위치한다.

상기 웨이퍼(70)의 연마 및 세정 공정시, 각 공정에 따라 상기 스핀 헤드(110)와 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220) 간의 수직 위치가 변경되며, 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)은 서로 다른 공정에서 사용된 처리액을 회수한다.

구체적으로, 상기 연마 공정시 상기 스핀 헤드(110)는 제1 처리 용기(210) 안에 배치되며, 상기 제1 처리 용기(210) 내부에서 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정이 이루어진다. 연마 공정이 이루어지는 동안 상기 스핀 헤드(110)의 회전에 의해 상 기 웨이퍼(70)가 회전한다. 이에 따라, 상기 연마 공정 시 상기 웨이퍼(70)에 분사된 처리액이 상기 웨이퍼(70)의 회전력에 의해 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211) 내면 및 상판(212) 내면측으로 비산된다. 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)과 상판(212)의 내면들에 묻은 처리액은 상기 제1 처리 용기(210)의 상판(212) 및 측벽(211)을 따라 중력 방향으로 흘러 상기 가이드부(213)에 도달하고, 상기 가이드부(213)의 내면을 따라 중력 방향으로 흘러 상기 제1 회수통(230)에 회수된다.

연마 공정 후 세정 공정시, 상기 스핀 헤드(110)는 상기 제1 처리 용기(210)의 상부에서 상기 제2 처리 용기(220)의 상판(222) 아래에 배치되며, 세정 공정이 이루어지는 동안 회전한다. 이에 따라, 세정 공정에서 상기 웨이퍼에 제공된 처리액이 상기 제2 처리 용기(220)의 상판(222) 내면과 측벽(221) 내면 및 상기 제1 처리 용기(210)의 외면측으로 비산된다. 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)은 상기 제2 회수통(240)의 바닥판(241) 상부에 위치하며, 상기 제1 처리 용기(210)의 외면에 묻은 처리액은 상기 제1 처리 용기(210)의 외면을 따라 중력 방향으로 흘러 상기 제2 회수통(240)에 회수된다. 또한, 상기 제2 처리 용기(220)의 내면에 묻은 처리액은 상기 제2 처리 용기(220)의 내면을 따라 중력 방향으로 흘러 상기 제2 회수통에 회수된다.

이와 같이, 상기 제1 회수통(230)은 연마 공정에서 사용된 처리액을 회수하고, 상기 제2 회수통(240)은 세정 공정에서 사용된 처리액을 회수한다. 이에 따라, 상기 용기 유닛(200)은 용기 유닛(200) 내에서 이루어진 각 공정 단계별로 처리액 을 분리 회수할 수 있으므로, 처리액의 재이용이 가능하고, 처리액의 회수가 용이하다.

상기 제1 회수통(230)은 상기 제1 회수관(251)과 연결되고, 상기 제2 회수통(240)은 상기 제2 회수관(252)이 연결된다. 상기 제1 회수관(251)은 상기 제1 회수통(230)의 바닥판(231)에 결합되고, 상기 제1 회수통(230)의 바닥판(231)에는 상기 제1 회수관(251)과 연통되는 제1 회수홀(231b)이 형성된다. 상기 제1 회수통(230)의 제1 회수 공간(RS1)에 회수된 처리액은 상기 제1 회수홀(231b)을 경유하여 상기 제1 회수관(251)을 통해 외부로 배출된다.

이 실시예에 있어서, 상기 용기 유닛(200)은 두 개의 처리 용기(210, 220)와 두 개의 회수통(230, 240)을 구비하나, 상기 처리 용기(210, 220)와 상기 회수통(230, 240)의 개수는 연마 공정 및 세정 공정에서 사용되는 처리액들의 종류수 및 분리 회수할 처리액의 종류수에 따라 증가할 수도 있다.

상기 제2 회수관(252)은 상기 제2 회수통(240)의 바닥판(241)에 결합되고, 상기 제2 회수통(240)의 바닥판(241)에는 상기 제2 회수관(252)과 연통되는 제2 회수홀(241b)이 형성된다. 상기 제2 회수통(240)의 제2 회수 공간(RS2)에 회수된 처리액은 상기 제2 회수홀(241b)을 경유하여 상기 제2 회수관(252)을 통해 외부로 배출된다.

이 실시예에 있어서, 상기 제1 회수관(251)과 상기 제2 회수관(252)은 각각 한 개씩 구비되나, 상기 제1 및 제2 회수관(251, 252)의 개수는 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)의 크기 및 회수 효율에 따라 증가할 수도 있다.

한편, 상기 제2 처리 용기(220)의 외측에는 수직 이동이 가능한 상기 승강 부재(260)가 설치된다. 상기 승강 부재(260)는 상기 제2 처리 용기(220)의 측벽(221)에 결합되고, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 수직 위치를 조절한다. 구체적으로, 상기 승강 부재(260)는 브라켓(261), 이동축(262) 및 구동기(263)를 포함할 수 있다. 브라켓(261)은 상기 제2 처리 용기(220)의 외측벽(221)에 고정 설치되고, 상기 이동축(262)과 결합한다. 상기 이동축(262)은 상기 구동기(263)에 연결되고, 상기 구동기(263)에 의해 상하 방향으로 이동된다.

상기 승강 부재(260)는 웨이퍼(70)가 스핀 헤드(110)에 안착되거나, 스핀 헤드(110)로부터 들어 올려질 때 스핀 헤드(110)가 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 상부로 돌출되도록 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 하강시킨다. 하강시, 상기 제1 회수통(230)의 제1 및 제2 측벽(232, 233)과 연결부(234)는 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)과 제1 및 제2 가이드 벽(213a, 213b)에 의해 형성된 공간 안으로 인입된다.

또한, 승강 부재(260)는 웨이퍼(10)의 연마 공정 및 세정 공정 진행시, 상기 연마 공정에서 사용된 처리액과 상기 세정 공정에서 사용된 처리액을 분리 회수하기 위해 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 승강 및 하강시켜 각 처리 용기(210, 220)와 상기 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 조절한다.

이 실시예에 있어서, 상기 기판 연마부(1000)는 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 수직 이동시켜 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)와 상기 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시키나, 상기 스핀 헤드(110)를 수직 이동 시켜 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)와 상기 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킬 수도 있다.

한편, 상기 용기 유닛(200)의 외측에는 상기 연마 유닛(300), 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(510, 520), 상기 브러쉬 유닛(610), 상기 에어로졸 유닛(620), 및 상기 패드 컨디셔닝 유닛(700)이 설치된다.

상기 연마 유닛(300)은 상기 기판 지지유닛(100)에 고정된 웨이퍼(70)의 표면을 화학적 기계적 방법으로 연마하여 상기 웨이퍼(70)의 표면을 평탄화한다.

도 4는 도 2에 도시된 연마 유닛을 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 연마 유닛을 나타낸 부분 절개 측면도이다.

도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 연마 유닛(300)은 가압부(310), 수직암부(320), 스윙암부(swing arm part)(330) 및 구동부(340)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 가압부(310)는 연마 공정 시 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)의 상부에 배치된다. 상기 가압부(310)는 상기 웨이퍼(70)에 접촉된 상태로 회전하여 상기 웨이퍼(70)를 연마하며, 상기 가압부(310)가 상기 웨이퍼(70)를 연마하는 동안 상기 웨이퍼(70)의 상면에는 상기 웨이퍼(70)를 위한 약액, 예컨대, 슬러리가 제공된다.

상기 가압부(310)의 상단부에는 상기 수직암부(320)가 고정 설치된다. 상기 수직암부(320)는 상기 스핀 헤드(110)의 상면에 대해 수직하게 연장되어 배치되고, 상기 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 길이 방향의 중심축을 기준으로 회전한다. 상기 가압부(310) 및 상기 수직압부(320)의 구성에 대한 구체적인 대한 설 명은 후술한 도 6에서 하기로 한다.

상기 수직암부(320)의 상부에는 상기 스윙암부(330)가 설치된다. 상기 스윙암부(330)는 막대 형상의 회전 케이스(331) 및 상기 구동부(340)로부터의 회전력을 상기 유체 공급부(320)에 전달하는 벨트-풀리 어셈블리(335)를 포함할 수 있다. 상기 회전 케이스(331)는 일측이 상기 유체 공급부(320)에 결합되며, 타측이 상기 구동부(340)에 결합된다.

상기 구동부(340)는 상기 스윙암부(330)를 회전시키는 제1 구동 모터(341), 상기 수직암부(320)를 회전시키는 제2 구동 모터(342) 및 상기 가압부(310)의 수직 위치를 조절하는 수직 이동부(343)를 포함할 수 있다.

상기 제1 구동 모터(341)는 상기 회전 케이스(331)에 결합되고, 상기 회전 케이스(331)에 회전력을 제공한다. 상기 제1 구동 모터(341)는 시계 방향으로의 회전력과 반시계 방향으로의 회전력을 교대로 반복적으로 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 스윙암부(330)는 상기 구동부(340)에 결합된 부분을 중심축으로하여 상기 구동부(340)에 의해 스윙한다. 연마 공정 시, 상기 가압부(310)는 상기 스윙암부(330)의 스윙 동작에 의해 상기 웨이퍼(70)의 상부에서 원호 형태로 수평 왕복 이동할 수 있다.

상기 제1 구동 모터(341)의 아래에는 상기 제2 구동 모터(342)가 설치된다. 상기 제2 구동 모터(342)는 상기 벨트-풀리 어셈블리(335)에 회전력을 제공하고, 상기 벨트-풀리 어셈블리(335)는 상기 제2 구동 모터(342)의 회전력을 상기 유체 공급부(320)에 제공한다. 상기 벨트-풀리 어셈블리(335)는 상기 회전 케이스(331) 에 내장되고, 구동 풀리(332), 종동 풀리(333) 및 벨트(334)를 포함할 수 있다. 상기 구동 풀리(332)는 상기 제1 구동 모터(341)의 상부에 설치되고, 상기 제1 구동 모터(341)를 관통하는 수직 암(344)의 일측에 결합된다. 상기 수직 암(344)의 타측에는 상기 제2 구동 모터(342)가 결합된다.

상기 종동 풀리(333)는 상기 구동 풀리(332)와 마주하게 배치되고, 상기 수직암부(320)의 상부에 설치되어 상기 수직암부(320)에 결합된다. 상기 구동 풀리(332)와 상기 종동 풀리(333)는 상기 벨트(334)를 통해 서로 연결되며, 상기 벨트(334)는 상기 구동 풀리(332) 및 상기 종동 풀리(333)에 감긴다.

상기 제2 구동 모터(342)의 회전력은 상기 수직 암(344)을 통해 상기 구동 풀리(332)에 전달되고, 이에 따라, 상기 구동 풀리(332)가 회전한다. 상기 구동 풀리(332)의 회전력은 상기 벨트(334)를 통해 상기 종동 풀리(333)에 전달되고, 이에 따라, 상기 종동 풀리(333)가 회전한다. 상기 종동 풀리(333)의 회전력은 상기 유체 공급부(320)에 전달되고, 이에 따라, 상기 가압부(310) 및 상기 수직암부(320)가 회전한다.

상기 제1 구동 모터(341) 및 상기 제2 구동 모터(342)의 배후에는 상기 수직 이동부(343)가 설치된다. 상기 수직 이동부(343)는 볼 스크류(343a), 너트(343b) 및 제3 구동 모터(343c)를 포함할 수 있다. 상기 볼 스크류(343a)는 막대 형상을 갖고, 지면에 대해 수직하게 설치된다. 상기 너트(343b)는 상기 볼 스크류(343a)에 끼워지고, 상기 제2 구동 모터(342)에 고정된다. 상기 볼 스크류(343a)의 아래에는 상기 제3 구동 모터(343c)가 설치된다. 상기 제3 구동 모터(343c)는 상기 볼 스크 류(343a)와 결합하고, 시계 방향의 회전력 및 반시계 방향의 회전력을 상기 볼 스트류(343a)에 제공할 수 있다. 상기 볼 스크류(343a)는 상기 제3 구동 모터(343c)에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 상기 너트(343b)는 상기 볼 스크류(343a)의 회전에 의해 상기 볼 스크류(343a)를 따라 상하 이동하며, 이에 따라, 상기 너트(343b)에 결합된 제2 구동 모터(342)가 상기 너트(343b)와 함께 상하 이동한다. 상기 제2 구동 모터(342)의 수직 이동에 의해 상기 제1 구동 모터(341) 및 상기 스윙암부(330)가 상하 이동하고, 이에 따라, 상기 수직암부(320) 및 가압부(310) 또한 상하 이동한다.

이 실시예에 있어서, 상기 수직 이동부(343)는 볼 스크류(343a), 너트(343b) 및 제3 구동 모터(343c)를 구비하여 리니어 모터 방식으로 수직 이동력을 제공하나, 실린더를 구비하여 수직 이동력을 제공할 수도 있다.

한편, 상기 스윙 구동부(341), 스핀 구동부(342), 상기 볼 스크류(343a), 상기 너트(343b) 및 수직 암(344)은 구동 케이스(345)에 내장되고, 상기 구동 케이스(345)는 수직 방향으로 긴 막대 형상을 갖는다.

이하, 도면을 참조하여 상기 가압부(310) 및 상기 수직암부(320)에 대해 구체적으로 설명한다.

도 6은 도 5에 도시된 수직암부와 가압부를 나타낸 종단면도이다.

도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 수직암부(320)는 상기 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 회전하여 상기 가압부(310)를 회전시키고, 상기 가압부(310)가 상기 웨이퍼(70)를 가압하는 압력을 제어하기 위한 공기를 상기 가압 부(310)에 제공한다.

구체적으로, 상기 수직암부(320)는 하우징(321), 회전축(322), 로터리 조인트(323), 제1 및 제2 베어링(324a, 324b), 및 제1 및 제2 보조축(325a, 325b)을 포함할 수 있다.

상기 하우징(321)은 대체로 원통형의 관 형상을 갖는다. 상기 하우징(321)의 상단부는 상기 스윙암부(330)의 회전 케이스(331) 안에 삽입되어 상기 회전 케이스(331)에 고정 결합된다.

상기 회전축(322)은 상기 하우징(321) 내에 삽입되고, 상기 하우징(321)과 이격되어 위치한다. 상기 회전축(322)은 대체로 원 기둥 형상을 갖고, 상기 하우징(321)의 길이 방향으로 연장된다. 상기 회전축(322)의 하단부는 상기 하우징(321)의 하단부를 관통하여 상기 하우징(321)의 외부로 돌출되며, 상기 가압부(310)의 상단부에 고정 결합된다.

상기 회전축(322)의 중앙부에는 상기 회전축(322)의 길이 방향으로 연장된 공기 통로(322a)가 형성된다. 상기 회전축(322)은 상기 종동 풀리(333)에 연결되어 상기 종동 풀리(333)의 회전력에 의해 길이 방향의 중심축을 기준으로 회전한다. 상기 회전축(322)의 회전시, 상기 하우징(321)은 고정된 상태에서 상기 회전축(322)만 회전한다. 즉, 상기 하우징(321)은 일종의 고정축 기능을 한다.

상기 회전축(322)의 상단부는 상기 로터리 조인트(323)에 연결 결합되고, 상기 로터리 조인트(323)는 상기 회전축(322)의 공기 통로(322a)에 공기를 제공한다. 상기 종동 풀리(333)에 고정 결합된다. 상기 로터리 조인트(323)는 회전부와 고정부로 이루어지고, 상기 회전부는 상기 종동 풀리(333)에 고정 결합되어 상기 종동 풀리(333)의 회전력에 의해 회전한다. 상기 로터리 조인트(323)의 고정부는 공기를 제공하는 에어 라인(80)에 연결된다. 상기 에어 라인(80)으로부터 제공된 공기는 상기 로터리 조인트(323)를 통해 상기 공기 통로(322a)에 유입되고, 상기 공기 통로(322a)를 따라 흘러 상기 가압부(310)에 유입된다.

상기 하우징(321)과 상기 회전축(322)과의 사이에는 상기 제1 및 제2 베어링(324a, 324b)이 설치된다. 상기 제1 및 제2 베어링(324a. 324b)은 상기 하우징(321)과 상기 회전축(322)을 연결 결합하고, 상기 하우징(321)이 고정된 상태에서 상기 회전축(322)이 안정적으로 회전하도록 상기 회전축(322)의 위치를 고정시킨다. 상기 제1 베어링(323a)은 상기 스윙암부(330)와 인접하게 위치하고, 상기 제2 베어링(323b)은 상기 가압부(310)와 인접하게 위치한다. 상기 제1 및 제2 베어링(323a, 323b)의 내륜들은 상기 회전축(322)에 끼워져 상기 회전축(322)과 함께 회전하고, 외륜들은 상기 하우징(321)에 결합되어 상기 회전축(322) 회전 시 회전하지 않는다. 따라서, 상기 회전축(322)만 회전하고, 상기 하우징(321)은 회전하지 않는다.

또한, 상기 회전축(322)과 상기 하우징(321)과의 사이에는 상기 제1 및 제2 보조축(325a, 325b)이 더 설치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 보조축(325a, 325b)은 상기 제1 및 제2 베어링(324a, 324b) 사이에 설치되고, 상기 하우징(321)의 측벽과 상기 회전축(322) 사이에 구비된다. 상기 제1 보조축(325a)은 상기 하우징(321) 내벽을 둘러싸고, 상기 하우징(321)을 보호한다. 상기 제2 보조축(325b)은 상기 회전 축(322)의 외벽을 둘러싸고, 상기 회전축(322)을 보호한다.

한편, 상기 회전축(322)의 하단부에는 상기 가압부(310)가 고정 설치된다. 상기 가압부(310)는 연마 패드(311), 연마 케이스(312), 상부 및 하부 플레이트(313, 314), 패드 홀더(315), 결합 플레이트(316), 및 벨로우즈(317)를 포함할 수 있다.

상기 연마 패드(311)는 플레이트 형상을 갖고, 대체로 원형의 링 형상을 갖는다. 상기 연마 패드(311)는 연마 공정 시 하면을 웨이퍼의 상면에 접촉시킨 상태에서 회전하여 웨이퍼를 연마한다. 상기 연마 패드(311)는 상기 웨이퍼의 지름 보다 작은 지름을 갖고, 연마 공정 시 상기 구동부(340)에 의해 스윙하면서 상기 웨이퍼를 연마한다. 이와 같이, 상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼보다 작은 크기를 가지므로, 상기 연마 유닛(300)은 상기 웨이퍼를 국부적으로 연마할 수 있고, 특정 영역에서의 과연마를 방지할 수 있다.

상기 연마 패드(311)의 상부에는 상기 연마 케이스(312)가 구비된다. 상기 연마 본체(312)는 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 내부에는 상기 상부 및 하부 플레이트(313, 314)와 상기 벨로우즈(317)가 설치된다. 상기 연마 본체(312)의 상면 중앙부에는 결합홀이 형성되고, 상기 결합홀에는 결합 플레이트(316)가 구비된다. 상기 결합 플레이트(316)는 상기 연마 본체(312)와 이격되어 위치하며, 상기 수직암부(320)의 회전축(322)에 고정 결합된다.

상기 결합 플레이트(316)의 하면에는 상기 상부 플레이트(313)가 고정 설치되고, 상기 상부 플레이트(313)의 아래에는 상기 상부 플레이트(313)와 이격되어 상기 하부 플레이트(314)가 설치된다. 상기 하부 플레이트(314)의 하면에는 상기 패드 홀더(315)가 결합되며, 상기 패드 홀더(315)의 하면에는 상기 연마 패드(311)가 결합된다.

한편, 상기 상부 플레이트(313)와 상기 하부 플레이트(314) 사이에는 상기 벨로우즈(317)가 구비된다. 상기 벨로우즈(317)는 금속 재질로 이루어지고, 상기 회전축(322)의 공기 통로(322a)로부터 제공되는 공기를 주입받으며, 공기압에 의해 수직 방향으로 팽창 및 수축한다. 연마 공정의 진행시, 상기 벨로우즈(317)는 공기압에 의해 연마 패드(311)가 웨이퍼에 밀착되도록 신장된다. 또한, 상기 기판 지지부재(100)(도 2 참조)의 상부에서 대기 시, 상기 벨로우즈(316)는 상기 공기 통로(322a)로부터 제공되는 진공압에 의해 수축되고, 이에 따라, 상기 연마 패드(311)가 상기 기판 지지부재(100)에 안착된 웨이퍼로부터 이격된다.

이와 같이, 상기 가압부(310)는 공기압에 의해 신장 및 수축되는 상기 벨로우즈(317)를 이용하므로, 연마 공정 시 상기 연마 패드(311)는 상기 웨이퍼의 상면 형상에 따라 틸팅이 가능하다.

다시, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 용기 유닛(200)의 외측에는 상기 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(410, 420)이 설치된다. 상기 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(410, 420)은 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정 및 세정 공정에 필요한 처리 유체를 상기 기판 지지유닛(100)에 고정된 웨이퍼(70)에 분사한다. 구체적으로, 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(410)은 상기 제2 처리 용기(220)의 측벽(221)에 고정 설치된다. 연마 공정 또는 세정 공정 시, 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(410)은 상 기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)에 처리 유체를 분사하여 상기 웨이퍼(70)를 처리한다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(420)에서 분사되는 처리 유체는 웨이퍼(70)의 세정 또는 건조를 위한 처리액일 수도 있고, 건조를 위한 건조 가스일 수도 있다.

본 발명의 일례로, 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(410)은 네 개의 분사 노즐을 구비하나, 상기 분사 노즐의 개수는 웨이퍼(70) 세정에 사용되는 상기 처리 유체의 종류수에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.

상기 제2 처리 유체 공급 유닛(420)은 스윙 가능하게 설치되고, 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)의 상면에 처리 유체를 분사한다. 상기 제2 처리 유체 공급 유닛(420)에서 제공되는 처리 유체는 슬러리일 수도 있다. 또한, 상기 연마 공정시, 슬러리는 상기 제2 처리 유체 공급 유닛(420)이 아닌 별도의 약액 분사 부재(미도시)에 의해 상기 웨이퍼(70)에 분사될 수도 있다.

한편, 상기 브러쉬 유닛(510)은 연마 공정 후 웨이퍼(70) 표면의 이물을 물리적으로 제거한다. 상기 브러쉬 유닛(510)은 상기 웨이퍼(70)에 표면에 접촉되어 상기 웨이퍼(70) 표면의 이물을 물리적으로 닦아 내는 브러쉬 패드를 구비하고, 스윙이 가능하다. 세정 공정시, 상기 브러쉬 유닛(510)은 스윙 동작을 통해 상기 브러쉬 패드를 상기 스핀 헤드(110)의 상부에 배치시킨 상태에서 상기 브러쉬 패드를 회전시켜 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)를 세정한다.

상기 브러쉬 유닛(510)의 일측에는 상기 에어로졸 유닛(520)이 배치된다. 상기 에어로졸 유닛(520)은 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)에 처리액을 미 세 입자형태로 고압 분무하여 상기 웨이퍼(70) 표면의 이물을 제거한다. 본 발명의 일례로, 상기 에어로졸 유닛(520)은 초음파를 이용하여 상기 처리액을 작은 입자 형태로 분무한다. 상기 브러쉬 유닛(510)은 비교적 큰 입자의 이물을 제거하는 데 사용되며, 상기 에어로졸 유닛(520)은 상기 브러쉬 유닛(510)에 비해 비교적으로 작은 입자의 이물을 제거하는 데 사용된다.

한편, 상기 패드 컨디셔닝 유닛(600)은 상기 연마 유닛(300)이 홈 포트(home port)에서 대기 중일 때, 상기 연마 유닛(300)을 세정 및 재생시킨다. 즉, 상기 연마 패드(311)(도 6 참조)에는 상기 연마 공정의 효율을 향상시키기 위해 상기 웨이퍼와 접촉되는 면에 소정의 연마 패턴이 형성된다. 이러한 연마 패턴은 상기 웨이퍼를 연마하는 과정에서 상기 웨이퍼와의 마찰에 의해 점점 마모되며, 연마 과정에서 사용되는 약액들이 상기 연마 패턴 내에서 경화될 수도 있다. 상기 패드 컨디셔닝 유닛(600)은 연마 패드(311)의 표면을 연마하여 상기 연마 패드(311)를 재생시킨다.

이하, 도면을 참조하여 상기 패드 컨디셔닝 유닛(600)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

도 7은 도 3에 도시된 패드 컨디셔닝 유닛을 구체적으로 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 패드 컨디셔닝 유닛을 나타낸 평면도이며, 도 9는 도 7에 도시된 패드 컨디셔닝 유닛을 나타낸 종단면도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 패드 컨디셔닝 유닛(600)은 처리조(610), 재생 부재(620), 제1 및 제2 세정 노즐(631, 632), 및 다수의 습윤 노즐(641, 642, 651, 652)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 처리조(610)는 상부가 개방된 통 형상을 갖고, 상기 연마 패드(311)의 재생 공정시 개방된 상부를 통해 상기 연마 유닛(300)의 가압부(310)가 내부로 인입된다. 구체적으로, 상기 처리조(610)는 바닥면(611), 및 상기 바닥면(611)의 단부로부터 수직하게 연장되어 상기 연마 패드(311)의 재생 공정이 이루어지는 공간을 형성하는 측벽들(612a, 612b, 612c, 612d)을 포함할 수 있다.

상기 처리조(610)의 바닥면(611)에는 상기 재생 부재(620)가 설치된다. 본 발명의 일례로, 상기 처리조(610)의 바닥면(611)은 상기 재생 부재(620)가 구비되는 부분이 돌출되어 상기 재생 부재(620)를 지지하는 지지대(611a)로 제공되며, 상기 재생 부재(620)는 상기 지지대(611a) 상면에 설치된다.

상기 재생 부재(620)는 대체로 직사각형의 플레이트 형상을 갖고, 상기 연마 패드(311)의 지름 보다 큰 길이를 가지며, 상기 연마 패드(311)의 지름 보다 작은 폭을 갖는다. 이에 따라, 상기 재생 부재(620)는 상기 연마 패드(311)의 재생 균일도를 향상시킬 수 있다.

상기 재생 공정 시, 상기 연마 패드(311)는 상기 재생 부재(620)의 상면에 연마면이 접촉된 상태로 자기 중심축을 기준으로 회전하며, 이와 함께, 상기 재생 부재(620)의 길이 방향으로 스윙한다. 이에 따라, 상기 연마 패드(311)의 연마면이 상기 재생 부재(620)에 의해 연마된다.

이 실시예에 있어서, 상기 재생 부재(620)는 다이아몬드 디스크로 이루어지 며, 상기 다이아몬드 디스크는 세라믹 재질이나 금속 재질 또는 수지 재질에 다이아몬드를 증착시키거나 접착 또는 전착시켜 형성될 수 있다.

한편, 상기 제1 및 제2 세정 노즐(631, 632)은 상기 처리조(610)의 바닥면(611)에 설치된다. 상기 제1 및 제2 세정 노즐(631, 632)은 상기 재생 부재(620)와 인접하게 설치되고, 상기 재생 부재(620)를 사이에 두고 상기 재생 부재(620)의 폭 방향으로 서로 마주하게 배치된다. 이 실시예에 있어서, 상기 패드 컨디셔닝 유닛(600)은 두 개의 세정 노즐(631, 632)을 구비하나, 상기 세정 노즐(631, 632)의 개수는 공정 효율 및 연마 패드(311)의 크기에 따라 증가하거나 감소할 수 있다.

상기 제1 및 제2 세정 노즐(631, 632)은 상측, 즉, 상기 연마 패드(311)의 연마면을 향해 제1 세정 유체(CL2, CL3)를 분사하여 상기 연마 패드(311)의 연마면에 잔존하는 이물을 세정한다. 본 발명의 일례로, 상기 제1 및 제2 세정 노즐(631, 632)은 약 0.001 내지 약 0.5 MPa 압력으로 상기 제1 세정 유체(CL2, CL3)를 분사하며, 상기 제1 세정 유체(CL2, CL3)로는 초순수가 사용될 수 있다.

상기 제1 및 제2 세정 노즐(631, 632)은 상기 연마 패드(311)의 연마면에 대해 서로 다른 분사 영역(Z1, Z2)을 갖는다.

구체적으로, 상기 제1 세정 노즐(631)은 상기 연마 패드(311)의 중앙부(Z2)를 제외한 영역(Z1)에 상기 제1 세정 유체(CL2)를 분사하고, 상기 제2 세정 노즐(632)은 상기 연마 패드(311)의 중앙부(Z2)에 상기 제1 세정 유체(CL3)를 분사한다. 즉, 상기 제1 세정 노즐(631)은 상기 연마 패드(311) 중앙부(Z2)의 주변부로부터 상기 연마 패드(311)의 에지까지의 영역(Z1)에 상기 제1 세정 유체(CL2)를 분사 하고, 상기 제2 세정 노즐(632)은 상기 연마 패드(311)의 중앙부(Z2)를 향해 상기 제1 세정 유체(CL3)를 분사한다.

이와 같이, 상기 제1 및 제2 세정 노즐(631, 632)은 상기 연마 패드(311)의 아래에서 상기 연마 패드(311)를 향해 서로 다른 분사 영역에 상기 제1 세정 유체(CL2, CL3)를 분사하므로, 상기 연마 패드(311)의 연마 패턴에 낀 이물질을 효적으로 제거하고, 상기 연마 패드(311)의 전 영역에 상기 제1 세정 유체(CL2, CL3)를 균일하게 분사할 수 있다. 이에 따라, 상기 패드 컨디셔닝 유닛(600)은 상기 연마 패드(311)의 세정 효율 및 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 처리조(610)의 측벽들(612a, 612b, 612c, 612d) 중 서로 마주하는 제1 및 제2 측벽(612a, 612b)에는 상기 다수의 습윤 노즐(641, 642, 651, 652)이 설치된다. 이 실시예에 있어서, 상기 패드 컨디셔닝 유닛(600)은 네 개의 습윤 노즐(641, 642, 651, 652)을 구비하나, 상기 습윤 노즐(641, 642, 651, 652)의 개수는 공정 효율에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.

상기 다수의 습윤 노즐(641, 642, 651, 652) 중 제1 및 제2 습윤 노즐(641, 642)은 상기 제1 측벽(612a)에 설치되고, 제3 및 제4 습윤 노즐(651, 652)은 상기 제2 측벽(612b)에 설치된다. 여기서, 상기 제1 및 제2 측벽(612a, 612b)이 배치된 방향은 상기 재생 부재(620)의 폭 방향이다.

이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 습윤 노즐(641, 642)과 상기 제3 및 제4 습윤 노즐(651, 652)은 상기 처리조(610)의 측면에서 볼 때 서로 다른 위치에 위치하며, 본 발명의 일례로, 상기 제1 및 제2 습윤 노즐(641, 642)이 상기 제3 및 제4 습윤 노즐(651, 652) 보다 상측에 위치한다.

상기 제1 내지 제4 습윤 노즐들(641, 642, 651, 652)은 상기 연마 패드(311)를 연마하기 전에 상기 가압부(310)를 향해 제2 세정 유체(CL1)를 분사하여 상기 연마 패드(311)에 잔존하는 약액, 예컨대, 슬러리를 제거한다.

또한, 상기 제1 내지 제4 습윤 노즐들(641, 642, 651, 652)은 상기 연마 패드(311)의 재생 공정이 진행되는 동안 상기 제2 세정 유체(CL1)를 계속 분사하여 상기 처리조(610) 안을 습윤 상태로 유지시킨다. 이에 따라, 상기 패드 컨디셔닝 유닛(600)은 상기 연마 패드(311)의 재생 공정이 진행되는 동안 상기 연마 패드(311)에 잔존하는 슬러리가 경화되는 것을 방지한다.

상기 처리조(610)의 일 측벽에는 상기 습윤 노즐들(641, 642, 651, 652)에 상기 제2 세정 유체(CL1)를 제공하는 유체 저장부(660)가 설치될 수 있다. 상기 유체 저장부(660)는 상기 처리조(610)의 외측에 설치되고, 유체 공급관(670)을 통해 외부로부터 상기 제2 세정 유체(CL1)를 공급받아 저장한다.

한편, 상기 처리조(610)의 바닥면(611)에는 상기 처리조(610) 내의 이물을 배출하는 배출구(611b)가 형성된다. 재생 공정 과정에서 상기 제1 및 제2 세정 노즐(631, 632)로부터 분사된 제1 세정 유체(CL2, CL3)와 상기 습윤 노즐들(641, 642, 651, 652)로부터 분사된 제2 세정 유체(CL1) 등은 상기 배출구(611b)를 통해 외부로 배출된다.

상기 처리조(610)의 상기 바닥면(611)은 상기 처리조(610) 내의 이물, 즉, 상기 연마 패드(311)에 고착되었던 슬러리나 제1 및 제2 세정 유체(CL1, CL2, CL3) 를 상기 처리조(610) 밖으로 용이하게 배출하기 위해 상기 배출구(811a)와 인접한 제1 측벽(612a)측으로 갈 수록 하향 경사진 경사면으로 이루어진다.

이하, 도면을 참조하여 패드 컨디셔닝 유닛(600)이 연마 패드(311)를 재생시키는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.

도 10a 내지 도 10c는 도 9에 도시된 패드 컨디셔닝 유닛이 연마 패드를 재생시키는 과정을 나타낸 단면도이다.

도 9 및 도 10a를 참조하면, 먼저, 웨이퍼의 연마 공정이 완료되면 상기 연마 유닛(300)(도 3 참조)은 가압부(310)를 기판 지지부재(100)(도 1 참조)의 상부에서 홈 포트 위치, 즉, 패드 컨디셔닝 유닛(600)의 상부로 이동시킨 후, 상기 가압부(310)를 하향 이동시켜 상기 처리조(610) 내로 인입시킨다.

상기 가압부(310)가 상기 처리조(610) 내로 인입되면, 상기 습윤 노즐들(641, 642, 651, 652)은 상기 연마 패드(311)의 재생 공정이 완료되어 상기 가압부(310)가 상기 처리조(610)로부터 인출될 때 까지 계속해서 상기 제2 세정 유체(CL1)를 분사한다.

한편, 상기 가압부(310)는 계속해서 하향 이동하여 상기 연마 패드(311)가 상기 재생 부재(620)의 상면에 배치된다. 상기 연마 패드(311)의 연마면이 상기 재생 부재(620)의 상면과 밀착된 상태에서 상기 가압부(310)가 자기 중심축을 기준으로 회전함과 동시에 상기 재생 부재(620)의 길이 방향으로 스윙한다. 이에 따라, 상기 연마 패드(311)의 연마면이 상기 재생 부재(620)에 의해 연마된다.

도 10b 및 도 10c를 참조하면, 상기 연마 패드(311)를 연마한 후, 상기 가압부(310)를 상측으로 이동시켜 상기 재생 부재(620)로부터 상기 연마 패드(311)를 이격시킨다. 이어, 상기 제1 세정 노즐(631)이 상기 연마 패드(311)의 중앙부(Z2)를 제외한 영역(Z1)에 상기 제1 세정 유체(CL2)를 분사하고, 상기 제2 세정 노즐(632)이 상기 연마 패드(311)의 중앙부(Z2)에 상기 제1 세정 유체(CL3)를 분사하여 상기 연마 패드(311)를 세정한다. 이때, 상기 연마 패드(311)는 스윙하지 않고 자기 중심축을 기준으로 회전한다.

여기서, 상기 제1 및 제2 세정 노즐(631, 632)은 상기 제1 세정 유체(CL2, CL3)를 분사하는 분사형태가 서로 다르다. 즉, 도 10c에 도시된 바와 같이, 상기 제1 세정 노즐(631)은 상기 제1 세정 유체(CL2)를 상기 연마 패드(311)의 반지름 방향으로 긴 타원 형태로 분사하나, 상기 제2 세정 노즐(632)은 상기 제1 세정 유체(CL3)를 원 형태로 분사한다.

이어, 상기 가압부(310)를 승강시켜 상기 가압부(310)를 상기 처리조(610)로부터 인출한다.

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매엽식 연마 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 기판 연마 장치를 나타낸 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 기판 지지유닛 및 용기 유닛을 구체적으로 나타낸 부분 절개 사시도이다.

도 4는 도 2에 도시된 연마 유닛을 나타낸 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 연마 유닛을 나타낸 부분 절개 측면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 수직암부와 가압부를 나타낸 종단면도이다.

도 7은 도 3에 도시된 패드 컨디셔닝 유닛을 구체적으로 나타낸 사시도이다.

도 8은 도 7에 도시된 패드 컨디셔닝 유닛을 나타낸 평면도이다.

도 9는 도 7에 도시된 패드 컨디셔닝 유닛을 나타낸 종단면도이다.

도 10a 내지 도 10c는 도 9에 도시된 패드 컨디셔닝 유닛이 연마 패드를 재생시키는 과정을 나타낸 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

100 : 기판 지지부재 200 : 용기 유닛

300 : 연마 유닛 410 : 제1 처리액 공급 유닛

420 : 제2 처리액 공급 유닛 510 : 브러쉬 유닛

520 : 에어로졸 유닛 600 : 패드 컨디셔닝 유닛

1000 : 기판 연마부

Claims (19)

1. 기판 연마용 연마 패드를 재생시키는 패드 컨디셔닝 유닛에 있어서,

   상부가 개구된 통 형상을 갖고, 상기 연마 패드 재생시 상기 연마 패드가 수용되는 처리조;

   상기 처리조 내에서 상기 처리조의 바닥면과 마주하게 설치되고, 상기 연마 패드와 접촉하여 상기 연마 패드의 연마면을 연마하는 재생 부재; 및

   상기 처리조의 바닥면에 설치되고, 상기 재생 부재와 인접하게 위치하며, 상측을 향해 제1 세정 유체를 분사하여 상기 연마 패드의 연마면을 세정하는 적어도 하나의 세정 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 유닛.
2. 제1항에 있어서,

   상기 세정 노즐은 다수 구비되고,

   다수의 세정 노즐은 상기 연마 패드의 연마면에 대해 서로 다른 분사 영역을 갖는 제1 및 제2 세정 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 유닛.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 세정 노즐의 분사 영역은 상기 연마 패드의 중앙부를 제외한 영역이고, 상기 제2 세정 노즐의 분사 영역은 상기 연마 패드의 중앙부인 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 유닛.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 세정 노즐은 상기 재생 부재를 사이에 두고 서로 마주하게 배치된 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 유닛.
5. 제1항에 있어서,

   상기 처리조 내에서 상기 처리조의 서로 마주하는 양 측벽에 적어도 하나씩 설치되고, 서로를 향해 제2 세정 유체를 분사하는 다수의 습윤 노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 유닛.
6. 제5항에 있어서,

   상기 다수의 습윤 노즐 중 상기 처리조의 서로 다른 측벽에 위치하는 두 개의 습윤 노즐들은 상기 처리조의 측면에서 볼 때 서로 다른 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 유닛.
7. 제1항에 있어서,

   상기 처리조의 바닥면에는 측벽과 인접하게 배출구가 제공되고, 상기 바닥면은 상기 배출구와 인접한 측벽측으로 갈수록 하향 경사진 경사면으로 이루어진 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 유닛.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 재생 부재는 직사각형의 플레이트 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 패드 컨디셔닝 유닛.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 기판이 안착되는 기판 지지부재;

    연마 공정시 상기 기판 지지부재에 안착된 기판의 상면에 배치되어 상기 기판을 연마하며 스윙 및 자기 중심축을 기준으로 회전 가능한 연마 패드를 구비하고, 상기 기판 지지부재의 외측에 설치된 연마 유닛; 및

    상기 기판 지지부재의 외측에 설치되고, 상기 연마 패드를 재생시키는 패드 컨디셔닝 유닛을 포함하고,

    상기 패드 컨디셔닝 유닛은,

    상부가 개구된 통 형상을 갖고, 상기 연마 패드 재생시 상기 연마 패드가 수용되는 처리조;

    상기 처리조 내에서 상기 처리조의 바닥면과 마주하게 설치되고, 상기 연마 패드와 접촉하여 상기 연마 패드의 연마면을 연마하는 재생 부재; 및

    상기 처리조의 바닥면에 설치되고, 상기 재생 부재와 인접하게 위치하며, 상측을 향해 제1 세정 유체를 분사하여 상기 연마 패드의 연마면을 세정하는 적어도 하나의 세정 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 세정 노즐은 다수 구비되고,

    다수의 세정 노즐은 상기 연마 패드의 연마면에 대해 서로 다른 분사 영역을 갖는 제1 및 제2 세정 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
15. 기판을 연마하는 연마 패드를 재생시키는 방법에 있어서,

    연마 패드를 처리조의 상부로부터 상기 처리조 내로 인입시켜 재생 부재의 상부에 배치시키는 단계;

    회전중인 상기 연마 패드의 연마면을 상기 재생 부재의 상면에 밀착시켜 상기 연마 패드를 연마하는 단계;

    회전중인 상기 연마 패드의 아래에서 상기 연마 패드의 연마면을 향해 제1 세정 유체를 분사하여 상기 연마 패드를 세정하는 단계; 및

    상기 연마 패드를 상기 처리조로부터 인출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 재생 방법.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제1 세정 유체는 제1 및 제2 세정 노즐에 의해 제공되고,

    상기 연마면에 대한 상기 제1 세정 노즐의 분사영역과 상기 제2 세정 노즐의 분사영역이 서로 다른 것을 특징으로 하는 연마 패드 재생 방법.
17. 제16항에 있어서,

    상기 제1 세정 노즐은 상기 연마면의 중앙부를 제외한 영역에 상기 제1 세정 유체를 분사하고,

    상기 제2 세정 노즐은 상기 연마면의 중앙부에 상기 제1 세정 유체를 분사하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 재생 방법.
18. 제15항에 있어서,

    상기 연마 패드의 재생 공정이 이루어지는 동안, 상기 처리조의 측벽에 설치된 습윤 노즐들이 상기 연마 패드측으로 제2 세정 유체를 분사하여 상기 처리조 내부를 습윤 상태로 유지시키는 것을 특징으로 하는 연마 패드 재생 방법.
19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 재생 부재는 직사각형의 플레이트 형상으로 제공되고,

    상기 연마 패드를 연마하는 단계는, 상기 연마 패드의 연마면이 상기 재생 부재의 상면에 밀착된 상태에서 상기 연마 패드가 자신의 중심축을 기준으로 회전하면서 상기 재생 부재의 길이 방향으로 스윙하는 것을 특징으로 하는 연마 패드 재생 방법.

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