KR101130888B1 - 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템 - Google Patents

화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템에 관한 것으로, 기판을 파지하는 캐리어 헤드의 저면에 세정액을 하부로부터 상방으로 분사하고, 캐리어 헤드의 저면을 세척하고 낙하하는 세정액을 회수용기에 회수하고, 회수된 더러워진 세정액을 배수로를 통해 배출하도록 구성된 세정 유닛에 의하여, 캐리어 헤드의 저면에 기판을 파지하여 기판의 연마(polishing) 공정을 마친 후에 리테이너 링의 내측 가장자리를 포함하는 캐리어 헤드의 저면을 깨끗하게 세정함으로써, 캐리어 헤드에 파지되는 기판의 주변에는 연마 입자가 남지 않아 기판의 연마 공정을 항상 균일한 조건 하에서 이루어지도록 하여 매번 일정한 연마 품질을 얻을 수 있는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템을 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템 {CLEANING DEVICE OF CARRIER HEAD IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM AND SYSTEM HAVING SAME}
본 발명은 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기판 캐리어 유닛이 기판을 장착하여 순환형 경로를 따라 이동하면서 연마 정반 상에서 연마 공정을 행하더라도, 항상 일정한 연마 품질을 확보할 수 있도록 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 연마층이 구비된 반도체 제작을 위한 웨이퍼 등의 기판과 연마 정반 사이에 상대 회전 시킴으로써 기판의 표면을 연마하는 표준 공정으로 알려져 있다.
도1 내지 도3은 종래의 화학 기계적 연마시스템의 개략도이다.
도1 및 도2에 도시된 바와 같이 화학 기계적 연마시스템은 상면에 연마용 플래튼 패드(16) 및 배킹 패드(15)를 정반 베이스(14)에 부착한 상태로 회전하는 연마 정반(10)과, 연마하고자 하는 기판을 장착한 상태로 하방(22d')으로 가압하며 회전(22d)시키는 기판 캐리어 유닛(20)과, 플래튼 패드(16)의 상면에 슬러리(30a)를 공급하는 슬러리 공급부(30)로 구성된다.
상기 연마 정반(10)은 모터(12)에 의한 회전 구동력은 동력전달용 벨트(11)를 통해 회전축(13)에 전달되어, 회전축(13)과 함께 정반 베이스(14)가 회전하며, 정반 베이스(14)의 상면에 부드러운 재질로 형성된 배킹층(backing layer, 15)과 연마용 플래튼 패드(16)가 적층된다.
상기 기판 캐리어 유닛(20)은 기판(55)을 파지하여 장착하는 캐리어 헤드(21)와, 캐리어 헤드(21)와 일체로 회전하는 회전축(22)과, 회전축(22)을 회전 구동하는 모터(23)와, 모터(23)의 회전 구동력을 회전축(22)에 전달하도록 모터축에 고정된 피니언(24) 및 회전축(22)에 고정된 기어(25)와, 회전축(22)을 회전 가능하게 수용하는 구동대(26)와, 구동대(26)를 상하로 이동시켜 플래튼 패드(16)에 기판(55)을 하방으로 가압하는 실린더(27)로 구성된다.
상기와 같이 구성된 화학 기계적 연마시스템은 기판(55)이 플래튼 패드(16)의 회전 중심으로부터 이격된 위치에 하방 가압되면서 접촉하고 회전하며, 플래튼 패드(16)도 회전하면서, 연마제와 화학 물질이 포함된 슬러리를 공급하는 슬러리 공급관(30)에 의해 플래튼 패드(16)에 슬러리(30a)가 공급되면, 플래튼 패드(16)의 상면에 소정의 폭과 깊이를 갖는 X-Y 방향의 그루브 패턴에 의해 슬러리(30a)가 기판(55)과 플래튼 패드(16)의 접촉면으로 유입되면서, 기판(55)의 표면이 연마된다.
한편, 기판(55)을 플래튼 패드(16)에 하방 가압시키는 구성은 전기적 신호를 받아 유체를 작동시키는 로터리 유니온(rotary union)에 의해 이루어질 수 있으며, 이에 대한 구성은 대한민국 공개특허공보 제2004-75114호에도 잘 나타나 있다.
이와 같은 화학 기계적 연마시스템은 하나의 기판(55)을 기판 캐리어 유닛(20)의 캐리어 헤드(21)에 로딩하여 장착한 후, 플래튼 패드(16)와 접착하면서 하나씩 연마할 수도 있지만, 대한민국 공개특허공보 제2005-12586호에 나타난 바와 같이, 동시에 다수의 기판(55)을 연마하도록 구성될 수 도 있다.
즉, 도3에 도시된 바와 같이, 회전 중심(41)을 중심으로 회전 가능하게 설치되고 다수의 브랜치로 분기된 캐리어 운반기(40)를 구비하여, 캐리어 운반기(40)의 끝단(40A, 40B, 40C)에 기판 캐리어 유닛(20)이 설치되고, 기판 로딩/언로딩 유닛(K)에 의해 새로운 기판(55s, 55')이 기판 캐리어 유닛(20)에 장착시키면, 캐리어 운반기(40)가 회전하여 기판 캐리어 유닛(20)의 끝단(40A, 40B, 40C)에 장착된 다수의 기판이 각각의 연마 정반(10, 10', 10")에서 동시에 연마되도록 구성된 화학 기계적 연마시스템(1)가 사용되었다.
그러나, 도3에 도시된 종래의 화학 기계적 연마시스템(1)는 동시에 다수의 기판(55)을 다수의 연마 정반(10, 10', 10")에서 연마시키지만, 계속하여 연마를 행하는 경우에는 각각의 기판 캐리어 유닛(20)의 캐리어 헤드(21)에는 슬러리와 연마 입자가 부착되어 연마 공정을 행할 때마다 연마 품질이 저하되는 문제가 있었다.
특히, 도3에 도시된 화학 기계적 연마 시스템(1)은 순환 이동식 화학 기계적 연마 시스템이 아니지만, 다수의 기판이 순환형 경로를 따라 이동하면서 연마 정반 상에서 기판이 연속적으로 연마되는 경우에는 캐리어 헤드(21)에 묻은 슬러리와 연마 입자로 인하여 일정한 연마 품질을 확보하기 곤란해지는 문제점이 발생된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판 캐리어 유닛이 기판을 장착하여 순환형 경로를 따라 이동하면서 연마 정반 상에서 연마 공정을 행하는 경우에, 기판을 파지하는 캐리어 헤드의 리테이너 링의 내측 가장자리에 끼는 슬러리와 연마 입자를 제거함으로써, 기판 캐리어 유닛이 순환형 경로를 따라 연속하여 이동하면서 연마를 하더라도 항상 일정한 연마 품질을 확보할 수 있도록 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 2개 이상의 순환형 경로를 따라 기판 캐리어 유닛이 이동하면서 연마를 행하더라도, 하나의 세정 유닛으로 하나의 세정 유닛으로 2개 이상의 순환형 경로를 이동하는 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드를 세척할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 리테이너 링으로 둘러싸인 공간에 기판을 파지하여 화학 기계적 연마 공정을 행하는 데 사용되는 캐리어 헤드의 세정 유닛로서, 상기 노즐 캐리어에 고정되어 상방을 향하여 세정액을 분사하는 다수의 노즐과; 상기 노즐로부터 분사되어 상기 캐리어 헤드를 세척한 후 낙하하는 세정액을 회수하는 회수 용기와; 상기 회수 용기로 회수된 세정액을 배출하는 배수로를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛을 제공한다.
이는, 종래에 캐리어 헤드에 장착된 기판의 연마 공정이 반복되더라도, 캐리어 헤드의 리테이너 링의 내측 가장자리를 따라 끼는 연마 입자나 슬러리를 제거하지 않음에 따라, 캐리어 헤드에 최초에 파지된 기판의 연마 품질과 캐리어 헤드에 나중에 파지된 기판의 연마 품질이 상이해지는 문제점을 해소하기 위한 것이다.
즉, 본 발명은 기판을 파지하는 캐리어 헤드의 저면에 세정액을 하부로부터 상방으로 분사하고, 캐리어 헤드의 저면을 세척하고 낙하하는 세정액을 회수용기에 회수하고, 회수된 더러워진 세정액을 배수로를 통해 배출하도록 구성되어, 캐리어 헤드의 저면에 기판을 파지하여 기판의 연마(polishing) 공정을 마친 후에 리테이너 링의 내측 가장자리를 포함하는 캐리어 헤드의 저면을 깨끗하게 세정함으로써, 캐리어 헤드에 파지되는 기판의 주변에는 연마 입자가 남지 않아 기판의 연마 공정을 항상 균일한 조건 하에서 이루어지도록 하여 매번 일정한 연마 품질을 얻을 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.
이 때, 상기 노즐 캐리어에는 상기 노즐이 일열 이상으로 나열되고, 상기 노즐 캐리어는 회전 가능하게 설치되어, 최소한의 노즐의 수로 노즐 캐리어의 저면을 효과적으로 세정할 수 있다. 이 뿐만 아니라, 노즐 캐리어의 회전 속도에 비례하여 노즐 캐리어의 회전 방향에 따른 원주 방향으로의 힘 성분이 세정액의 상방 분사력에 부가되어, 노즐 캐리어의 저면을 보다 깨끗하게 세정할 수 있다.
그리고, 노즐 캐리어의 구조를 간단하게 하기 위하여, 상기 노즐 캐리어에는 다수의 노즐과 연통하는 세정액 통로가 내설되어, 상기 세정액을 하나의 세정액 통로로 공급하는 것에 의하여 다수의 노즐로 세정액이 분사되도록 구성할 수 있다.
이를 위하여, 상기 노즐 캐리어의 회전 중심에 상기 세정액 통로와 연통되는 로터리 피팅(rotary fitting)이 장착되어, 로터리 피팅을 통해 상기 세정액 통로로 세정액이 공급될 수 있다.
한편, 상기 노즐 캐리어는 회전 구동되는 회전판에 고정되고, 상기 로터리 피팅은 상기 회전판의 중심부에 삽입 설치될 수도 있다.
상기 회전판은 직접 모터의 축과 연결되어 회전 구동될 수도 있지만, 노즐 캐리어로 공급하는 세정액의 경로와 간섭되는 것을 피하면서 노즐 캐리어를 회전 구동시키기 위하여, 상기 노즐 캐리어로부터 이격된 위치에 고정된 노즐회전모터에 의해 벨트, 기어, 체인 등 다양한 동력전달수단을 통해 구동되어 회전하도록 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛은 상기 회수 용기로부터 연장된 하우징과; 상기 회수 용기가 위치한 반대측에서 상기 하우징을 회전시키는 선회모터를; 더 포함하여, 상기 회수 용기가 선회 운동하도록 구성될 수 있다. 이를 통해, 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드가 여러 대가 설치되어, 동시에 여러 기판의 연마를 행하더라도, 캐리어 헤드의 연마 공정을 교대로 하면서, 노즐이 위치한 회수 용기를 선회하여 서로 다른 캐리어 헤드를 교대로 세정할 수 있다. 즉, 노즐이 위치한 회수 용기를 선회하도록 구성함으로써, 한 대의 세정 유닛으로 여러대의 캐리어 헤드를 세정할 수 있다.
한편, 상기 노즐 캐리어는 상기 캐리어 헤드의 중심으로부터 상기 캐리어 헤드의 리테이너 링에 이르도록 뻗어 형성된 구간을 포함한다. 예를 들어, 노즐 캐리어는 캐리어 헤드의 회전 중심으로부터 리테이너 링의 끝단까지 이르는 캐리어 헤드의 반경에 해당하는 길이로 형성될 수도 있고, 리테이너 링의 일단으로부터 캐리어 헤드의 회전 중심을 지나 리테이너 링의 반대편 끝단까지 이르는 캐리어 헤드의 직경에 해당하는 길이로 형성될 수도 있다. 또한, '+'자형태로 형성될 수도 있다. 이와 같이, 노즐 캐리어가 적어도 회전 중심으로부터 리테이너 링의 끝단까지 이르는 반경에 해당하는 길이를 포함함으로써, 노즐 캐리어의 회전에 따라 캐리어 헤드의 저면의 전체를 깨끗하게 세척할 수 있다.
그리고, 세정액을 상방으로 분사하는 노즐은 노즐 캐리어의 길이 방향을 따라 열을 형성하도록 설치된다.
노즐 캐리어의 회전 중심은 상기 캐리어 헤드의 중심에 정렬시켜, 캐리어 헤드의 저면이 전체적으로 깨끗하게 세정된다. 무엇보다도, 상기 노즐은 상기 리테이너 링의 내측 가장자리에도 세정액을 분사하여, 리테이너 링의 내측 가장자리에 낀 연마 입자나 슬러리를 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 본 발명은, 상면에 플래튼 패드가 장착되어 회전 가능하게 설치된 하나 이상의 연마 정반과; 상기 연마 정반 상에서 장착된 기판을 연마하도록 미리 정해진 경로를 따라 이동하는 기판 캐리어 유닛과; 상기 경로에 위치하여 상기 기판 캐리어 유닛에 연마할 기판을 장착하는 기판 로딩 유닛과; 상기 경로에 위치하여 상기 연마 정반에서 연마된 기판을 언로딩하는 기판 언로딩 유닛과; 상기 경로에 위치하여 기판을 장착하는 상기 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드의 저면을 세척하는 전술한 세정 유닛를; 포함하는 이동식 화학 기계적 연마 장치를 제공한다.
이 때, 상기 기판 캐리어 유닛이 이동하는 경로는 순환형으로 형성되어, 순환형 경로를 따라 기판을 이동시키면서 캐리어 헤드의 세정 없이 연속적으로 연마하는 경우에, 캐리어 헤드의 저면에 달라붙은 기판으로부터 분리된 연마 입자나 슬러리가 계속하여 부착된 상태로 있게 되어 기판의 연마 품질이 매번 달라지는 문제가 발생된다. 그러나, 본 발명은, 상기와 같이 기판 캐리어 유닛이 순환형 경로를 따라 이동하면서 연속적으로 기판의 연마 공정을 행하더라도, 기판의 연마 공정을 마친 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드의 저면을 매번 세정 유닛으로 세정함에 따라, 캐리어 헤드의 리테이너 링의 내측 가장자리 및 캐리어 헤드의 저면을 항상 청결한 상태로 유지할 수 있게 되어, 캐리어 헤드에 의해 파지된 상태로 연마 되는 기판은 항상 균일한 연마 품질을 확보할 수 있게 된다.
그리고, 상기 기판 캐리어 유닛이 이동하는 경로는 2개 이상의 순환형 경로로 형성되더라도, 상기 세정 유닛은 일측을 중심으로 선회 이동하여 상기 2개의 순환형 경로를 따라 이동하는 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드에 상기 노즐 캐리어의 회전 중심이 위치하도록 설치된다. 이를 통해, 하나의 세정 유닛으로 2개 이상의 순환형 경로를 따라 이동하는 캐리어 헤드를 모두 세정할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 미리 정해진 순환 경로를 따라 이동하는 기판 캐리어 유닛에 장착된 기판을 회전 구동하는 방법으로서, 상기 기판 캐리어 유닛에 기판을 장착하는 기판장착단계와; 상기 기판 캐리어 유닛을 이동시켜 연마 정반 상에서 상기 기판을 연마시키는 연마 단계와; 상기 기판을 언로딩하는 기판언로딩단계와; 상기 기판을 장착하였던 상기 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드의 저면을 세척하는 세척단계를; 반복하여 행하는 것을 특징으로 하는 이동식 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
이 때, 상기 세척 단계는 전술한 세정 유닛으로 행해진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 기판을 파지하는 캐리어 헤드의 저면에 세정액을 하방으로부터 분사하고, 캐리어 헤드의 저면을 세척하고 낙하하는 세정액을 회수용기에 회수하여 회수된 세정액을 배수로를 통해 배출하도록 구성되어, 캐리어 헤드의 저면에 기판을 파지하여 기판의 연마(polishing) 공정을 마친 후에 리테이너 링의 내측 가장자리를 포함하는 캐리어 헤드의 저면을 세정함으로써, 캐리어 헤드에 파지되는 기판의 주변에는 연마 입자가 남지 않아 기판의 연마 공정을 항상 균일한 조건 하에서 이루어지도록 하여 매번 일정한 연마 품질을 얻을 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.
그리고, 본 발명은 2개 이상의 순환형 경로를 따라 기판 캐리어 유닛이 이동하면서 연마를 행하더라도, 세정 유닛의 노즐이 위치하는 회수 용기가 각각의 순환형 경로 상에 위치할 수 있도록 선회 가능하게 설치됨으로써, 하나의 세정 유닛으로 2개 이상의 순환형 경로를 이동하는 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드를 세정할 수 있어서, 세정 유닛의 공간을 덜 차지하면서 설비의 제작 비용을 낮출 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
그리고, 기판을 파지하는 캐리어 헤드의 저면을 노즐이 장착된 노즐 캐리어를 회전하면서 세정함에 따라, 최소한의 수의 노즐에 의해서도 캐리어 헤드의 저면을 골고루 깨끗하게 세정할 수 있는 효과가 얻어진다.
도1은 종래의 일반적인 화학 기계적 연마시스템의 구성을 도시한 개략도
도2는 도1의 연마 정반과 캐리어 유닛의 구성을 도시한 상세도
도3은 도1의 평면도
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 배치를 도시한 평면도
도5는 도4의 순환형 경로를 도시한 개략도
도6은 도4의 화학 기계적 연마 시스템으로부터 연마 정반을 제외한 구성의 저면 사시도
도7은 도4의 측면도
도8은 도7의 절단선 A-A에 따른 종단면도
도9는 도6의'X'부분의 확대 사시도
도10은 도9의 기판 캐리어 유닛의 절개 사시도
도11은 도10의 측면도
도12는 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드의 저면을 도시한 사시도
도13은 도4의 세정 유닛의 종방향으로의 절개 사시도
도14는 도13의 노즐 주변의 확대도
도15는 도4의 세정 유닛의 사시도
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드의 세정 유닛(190)를 구비한 화학 기계적 연마시스템(100)를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 배치를 도시한 평면도, 도5는 도4의 순환형 경로를 도시한 개략도, 도6은 도4의 화학 기계적 연마 시스템으로부터 연마 정반을 제외한 구성의 저면 사시도, 도7은 도4의 측면도, 도8은 도7의 절단선 A-A에 따른 종단면도, 도9는 도6의'X'부분의 확대 사시도, 도10은 도9의 기판 캐리어 유닛의 절개 사시도, 도11은 도10의 측면도, 도12는 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드의 저면을 도시한 사시도, 도13은 도4의 세정 유닛의 종방향으로의 절개 사시도, 도14는 도13의 노즐 주변의 확대도, 도15는 도4의 세정 유닛의 사시도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마시스템(100)은, 상면에 플래튼 패드가 장착되어 회전 가능하게 프레임(10)에 고정 설치된 다수의 연마 정반(110)과, 장착된 기판(55)을 연마 정반(110) 상에서 연마하도록 기판(55)을 하부에 장착한 상태로 이동하고 내부에 로터리 유니온(123)이 설치된 기판 캐리어 유닛(120)과, 기판 캐리어 유닛(120)을 미리 정해진 경로(130)를 따라 이동시키거나 파지하는 가이드 레일(132R, 134R, 135R, 136R)과, 기판(55)이 연마 정반(110) 상에서 회전하면서 연마할 때에 화학 연마 공정을 위하여 플래튼 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급 유닛(150)과, 슬러리 공급 유닛(150)에 의해 공급되는 슬러리가 플래튼 패드 상에서 골고루 퍼지도록 하는 컨디셔너(140)와, 상기 경로(130)에 위치한 기판 캐리어 유닛(120)에 연마 공정을 거칠 기판(55)을 공급하는 기판 로딩 유닛(160)과, 기판 캐리어 유닛(120)에 의해 이동되어 연마 정반(110) 상에서 연마 공정을 마친 기판(55)을 언로딩하는 기판 언로딩 유닛(170)과, 기판 캐리어 유닛(120)이 연마 정반(110)의 상측에 위치하면 기판 캐리어 유닛(120)의 로터리 유니온(123)에 공압을 각각 공급하고 장착된 기판(55)을 회전구동시키는 회전 구동력을 전달하도록 기판 캐리어 유닛(120)에 도킹되는 도킹 유닛(180)과, 순환형 경로를 따라 이동하는 기판 캐리어 유닛(120)의 캐리어 헤드(121)의 저면을 세척하는 세정 유닛(190)으로 구성된다.
상기 연마 정반(110)은 웨이퍼 등의 기판(55)을 연마하기 위해 회전 가능하게 프레임(10', 10" ; 10)에 고정 설치되며, 최상층에는 기판(55)의 연마를 위한 플래튼 패드가 부착되고, 그 하부에는 이보다 부드러운 재질의 배킹층(backing layer)이 개재되어, 도3에 도시된 연마 정반과 그 개별 구성이 동일하거나 유사하게 구성된다.
여기서, 연마 정반(110)은 서로 연속하지 않게 직선 형태로 구분되게 배열된 경로로 이루어진 순환형 경로(130) 중 제1경로(132)상에 다수개로 배열된다. 도5에 도시된 바와 같이, 제1경로(132)에서는 기판 캐리어 유닛(130)이 한 방향(왼쪽 방향)으로만 기판(55)을 이동시키면서 연마 정반(110) 상에 연마하도록 작동된다. 이와 같이, 연마될 기판(55)이 어느 한 방향으로만 일률적으로 이동하면서 기판(55)의 연마 공정이 이루어짐으로써 공정의 효율이 향상된다.
상기 컨디셔너(140)는 슬러리 공급 유닛(150)으로부터 연마 정반(110)의 플래튼 패드 상에 슬러리가 공급되면, 도면부호 140d로 표시된 방향으로 스윕(sweep) 운동을 행하여, 플래튼 패드 상의 슬러리가 골고루 넓고 균일하게 퍼지도록 한다. 이를 통해, 캐리어 헤드(121)에 장착된 기판(55)이 플래튼 패드와 접촉하며 서로 상대 회전 운동을 행하는 동안에 공급된 슬러리가 기판(55)에 균일하고 충분한 양만큼 공급될 수 있도록 한다.
상기 슬러리 공급 유닛(150)은 연마 정반(110)의 플래튼 패드 상에 슬러리를 공급하는 데, 기판(55)의 연마에 있어서 2종류 이상의 슬러리로 연마 공정을 행하고자 하는 경우에는 서로 다른 연마 정반(110)에서 연마를 행하도록 한다. 이를 위하여, 연마 정반(110)상에 공급되는 슬러리는 모두 동일한 종류로 공급되지 않으며, 기판(55)의 연마 공정에 따라 순차적으로 적당한 슬러리가 선택되어 플래튼 패드 상에 공급된다.
상기 순환형 경로(130)는 도4 내지 도6에 도시된 바와 같이, 다수의 연마 정반(110)을 통과하는 2열의 제1경로(132)와, 2열의 제1경로(132)의 사이에 제1경로(132)와 평행하게 배열된 제3경로(134)와, 상기 제1경로(132) 및 상기 제3경로(134)의 양단부에 배열된 한 쌍의 제2경로(131,133)로 이루어진다. 여기서, 제1경로(132)는 제1가이드레일(132R)에 의해 정해지고, 제2경로(131, 133)는 고정 레일(131R, 133R)에 의해 정해지며, 제3경로(134)는 제3가이드레일(134R)에 의해 정해진다.
여기서, 각각의 경로들(131-134)은 각각 서로 연결되지 않은 형태로 배열되지만, 제2경로(131,133)에는 기판 캐리어 유닛(120)을 파지한 상태로 이동하는 캐리어 홀더(135, 136)가 각각 설치되어, 캐리어 홀더(135, 136)가 제1경로(132) 또는 제3경로(134)로 옮겨갈 수 있는 위치(P1, P2, P3, P4, P5)에 도달한 경우에만, 기판 캐리어 유닛(120)이 서로 분절된 경로(131-134)를 서로 왕래할 수 있는 연결된 상태가 된다. 즉, 기판 캐리어 유닛(120)은 제1경로(132)와 제3경로(134)에서는 단독으로 제1가이드레일(132R)과 제3가이드레일(134R)을 따라 이동하지만, 제2경로(131, 133)에서는 단독으로 고정 레일(131R, 133R)을 따라 이동하지 못하고 캐리어 홀더(135, 136)에 위치한 상태에서 캐리어 홀더(135, 136)의 이동에 의해 이동하게 된다.
이 때, 기판 캐리어 유닛(120)은 순환형 경로(130)를 이동할 때에 항상 일정한 방향을 향하는 것이 기판 캐리어 유닛(120)의 이동을 제어하는 데 보다 효과적이며, 후술하는 도킹 유닛(180)의 배열 측면에서도 유리하다. 이를 위하여, 도6에 도시된 바와 같이, 캐리어 홀더(135, 136)에는 제1경로(132) 및 제3경로(134)를 한정하는 제1가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R)과 동일한 방향을 향하고 동일한 치수와 간격을 갖는 한 쌍의 제2가이드 레일(135R, 136R)이 구비된다. 따라서, 기판 캐리어 유닛(120)은 제2가이드레일(135R, 136R)에 위치한 경우에 향하는 방향이 제1가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R)에 위치하고 있는 경우에 향하는 방향과 항상 일정하게 유지된다. 그리고, 제2가이드레일(135R, 136R)이 제1가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R)과 동일한 치수와 간격으로 형성됨에 따라, 제1경로(132) 및 제3경로(134)로부터 제2경로(131, 133)로 서로 왕래하는 것이 부드럽고 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치의 운반 시스템은 제1경로(132) 및 제3경로(134)의 양단에 이들에 대하여 이격되어 수직으로 배열된 제2경로(131, 133)가 분리된 상태로 있지만, 캐리어 홀더(135, 136)에 의해 선택적으로 연결되는 것에 의하여, 순환형 경로(130)의 방향 전환 부위를 뾰족한 꼭지점 경로에서도 기판 캐리어 유닛(120)을 이동시킬 수 있으므로, 순환형 경로(130)를 직사각형, 삼각형 등으로 배열하는 것이 가능해진다. 따라서, 도7에 도시된 바와 같이, 제3경로(134)를 안내하는 제3가이드레일(134R)은 제1경로(132)를 안내하는 제1가이드레일(132R)과 간격없이 밀착 배열될 수 있다. 즉, 기판 캐리어 유닛(120)의 경로를 콤팩트하게 밀착 제작하는 것이 가능해진다.
한편, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치는 캐리어 홀더(135,136)를 구비한 배열로 인하여 직사각형으로 배열하는 것이 가능하여 콤팩트한 설비로 구현하는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라, 도4에 도시된 바와 같이, 기존의 설비에 연마 정반(110)과 제1가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R) 등이 설치된 프레임(10")을 기존의 프레임(10') 사이에 끼워 넣거나 빼기만 하면, 간단히 연마 정반의 수를 늘리거나 줄일 수 있는 장점을 얻을 수 있다. 이와 유사하게, 도5에 도시된 구성에 대하여 제1경로(132) 및 제3경로(134)를 선택적으로 아래 또는 위쪽으로 추가 설치하는 것에 의해서도 간단히 연마 정반의 수를 조절할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치는 생산 계획에 따라 연마 설비를 쉽게 확장할 수 있다.
이를 위하여, 기판 캐리어 유닛(120)의 이송 경로를 따라, 특히 연마 정반(110)이 다수 위치한 제1경로(132)와 제3경로(134)를 따라 배열된 코일(90)은 하나의 경로에 대하여 한몸체로 형성되지 않고 분절된 형태로 배열된다. 이에 따라, 화학 기계적 연마 시스템(100)의 연마 정반(110)의 수를 늘리고자 하는 경우에, 연마 정반(110)과 분절 형태의 코일(90)이 설치된 프레임 모듈을 삽입하는 것에 의하여, 기판 캐리어 유닛(120)이 새로 삽입 설치된 프레임의 분절 코일(90)과 기존의 프레임의 분절 코일(90)을 연속하여 이동할 수 있게 되므로, 연마 정반의 수를 확장하는 것이 매우 용이해지고, 각 프레임을 모듈 단위로 제작할 수 있게 되는 장점을 얻을 수 있다.
상기 기판 캐리어 유닛(120)은 다양한 구성 부품(123-127)을 케이싱(122) 내에 고정한 상태로 경로(130)을 따라 이동하도록 제어되며, 다수의 기판 캐리어 유닛(120)은 상호 독립적으로 이동 제어된다. 참고로, 도4에서는 기판 캐리어 유닛(120)을 '조밀하게 밀집된 수직선'으로 표시되어 있다.
그리고, 기판 캐리어 유닛(120)이 순환 경로(130)를 따라 도면부호 120d로 표시된 방향으로 이동하는 과정에서, 기판 캐리어 유닛(120)의 양측에 배열된 직선 형태의 가이드 레일(132R, 133R, 134R, 135R, 136R)을 따라 타고 이동하므로, 기판 캐리어 유닛(120)은 항상 일정한 방향을 바라보는 자세가 유지되어 이동 중에 회전 운동(rotational movement)은 행해지지 않으며 이동 운동(translational movement)만 행하게 된다.
각각의 기판 캐리어 유닛(120)은 도10에 도시된 바와 같이 기판(55)을 파지하는 캐리어 헤드(121)와, 기판(55)의 회전을 허용하면서 기판(55)의 판면 방향으로 가압하는 로터리 유니온(123)과, 도킹 유닛(180)으로부터 회전 구동력을 전달받는 중공부를 구비한 피구동축(124)과, 피구동축(124)에 전달되는 회전 구동력을 전달하도록 축, 기어 등으로 이루어진 동력 전달 요소들(125)과, 동력 전달 요소(125)에 의해 전달된 회전 구동력에 의해 캐리어 헤드(121)를 회전 구동시키도록 캐리어 헤드(121)의 회전축 상에 설치된 피동 기어(126)와, 기판 캐리어 유닛(120)이 양측의 상,하부에 각각 회전 가능하게 설치되어 그 사이 공간에 가이드 레일(132R, 134R, 135R, 136R)을 수용하는 안내 롤러(127)와, 리니어 모터의 원리로 기판 캐리어 유닛(120)이 이동되도록 상면에 N극 영구자석(128n)과 S극 영구자석(128s)이 교대로 배열된 영구자석 스트립(128)으로 구성된다.
여기서, 로터리 유니온(123)은 대한민국 공개특허공보 제2004-75114호에 나타난 구성 및 작용과 유사하게 구성된다.
한편, 프레임(10)에는 제1경로(132)의 제1가이드레일(132R)과 제3경로(134)의 제3가이드레일(134R)과 제2경로(131, 133)의 고정 레일(131R, 133R)이 고정된다. 이 때, 제1가이드레일(132R)과 제3가이드레일(134R)은 프레임으로부터 하방으로 연장된 브라켓(30G)에 의해 연결 고정된다.
그리고, 기판 캐리어 유닛(120)이 제1경로(132) 및 제3경로(134)를 따라 이동할 수 있도록, 기판 캐리어 유닛(120)의 케이스(122)의 상측에 형성된 영구자석 스트립(128)과 이격된 위치에 코일(90)이 경로(132, 133)의 방향을 따라 배열되어, 코일(90)에 인가되는 전류의 세기와 방향을 조절함으로써 코일(90)과 영구자석 스트립과의 상호 작용에 의하여 리니어 모터의 작동 원리에 의하여 기판 캐리어 유닛(120)은 제1경로(132) 및 제3경로(134)를 따라 가이드레일(132R, 134R)에 의해 안내되면서 이동한다. 그리고, 기판 캐리어 유닛(120)을 파지하는 캐리어 홀더(135, 136)가 제2경로(131, 133)을 따라 이동할 수 있도록, 캐리어 홀더(135, 136)의 상측에 배열된 영구자석 스트립(미도시)과 이격된 위치에 코일(90)이 배열되어, 코일(90)에 인가되는 전류의 세기와 방향을 조절함으로써 코일(90)과 영구자석 스트립과의 상호 작용에 의하여 리니어 모터의 작동 원리로 캐리어 홀더(135, 136)는 제2경로(131, 133)를 따라 고정 레일(131R, 133R)에 의해 안내되면서 이동한다.
마찬가지로, 캐리어 홀더(135, 136)와 제1경로(132) 및 제3경로(134)로 상호 왕래할 수 있도록, 캐리어 홀더(135, 136)의 상측에도 코일(90)이 배열되어, 기판 캐리어 유닛(120)의 상측에 배열된 영구자석 스트립(128)과의 상호작용으로 캐리어 홀더(135, 136)의 바깥으로 이동할 수도 있고 캐리어 홀더(135, 136)의 내부로 이동할 수도 있다.
기판 캐리어 유닛(120)의 상측 안내 롤러(127U)와 하측 안내 롤러(127L)의 사이에 수용되는 가이드 레일(132R, 134R, 135R, 136R)에는, 도9에 도시된 바와 같이, 보다 정숙한 이동을 구현하기 위하여 안내 롤러(127U, 127L; 127)와 접촉하는 가이드 레일(132R, 134R, 135R, 136R)의 끝단부에는 고무 재질의 방음 레일(G, G')이 부착된다.
상기 도킹 유닛(180)은 도9에 도시된 바와 같이 프레임(10)에 고정 설치되어, 기판 캐리어 유닛(120)이 미리 정해진 위치에 도달한 것이 감지되면, 기판 캐리어 유닛(120)에 도킹되어 기판(55)을 회전 구동하는 회전 구동력과 로터리 유니온(123)이 필요로 하는 공압을 공급한다. 이를 위하여, 도킹 유닛(180)은 기판 캐리어 유닛(120)에 접근하여 도킹하거나 멀어져 도킹 상태를 해제하는 것을 구동하는 도킹 모터(181)와, 도킹 모터(181)에 의해 회전하는 리드 스크류(182)와, 리드 스크류(182)와 맞물리는 암나사부를 구비하고 회전이 억제되도록 설치되어 리드 스크류(182)의 회전에 따라 도면부호 185d로 표시된 방향으로 이동하는 이동 블록(183)과, 이동 블록(183)과 결합되어 이동 블록(183)의 이동과 일체로 이동하는 지지 몸체(184)와, 지지 몸체(184)에 고정되어 회전 구동력을 발생시키는 회전 구동 모터(185)와, 회전 구동 모터(185)의 회전에 연동하여 함께 회전하는 커플링축(186)과, 기판 캐리어 유닛(120)의 로터리 유니온(123)에 공압 공급관(187a)을 통해 공압을 전달하도록 지지 몸체(184)와 함께 이동하도록 연결 설치된 다수의 공압 접속구(187)로 구성된다.
도9에 도시된 바와 같이, 기판 캐리어 유닛(120)에는 회전 구동력을 발생시키거나 공압을 발생시키는 구동원이 구비되지 않았으므로, 기판 캐리어 유닛(120)에 장착된 기판(55)의 연마 공정을 진행하기 위해서는 이들 구동력 및 공압을 공급받아야 한다. 따라서, 기판 캐리어 유닛(120)에 장착된 기판(55)이 연마 정반(110)의 미리 정해진 상측 위치에 도달하면, 연마 정반(110)이 상방으로 이동하여 연마 정반(110)의 플래튼 패드와 기판(55)이 접촉한 상태가 된다.
그리고, 도킹 유닛(180)의 도킹 모터(181)가 정방향으로 회전하면, 리드 스크류(182)의 회전에 따라 회전이 구속된 이동 블록(183)은 기판 캐리어 유닛(120)을 향하여 이동하고, 이동 블록(183)의 이동에 따라 지지 몸체(183) 및 이에 결합된 회전 구동 모터(185) 및 커플링축(186)이 함께 기판 캐리어 유닛(120)을 항햐여 이동하여, 커플링 축(186)은 피구동 중공회전축(124)의 내부에 소정의 간격을 두고 수용되고, 공압 접속구(187)는 기판 캐리어 유닛의 공압 수용구(123X)에 끼워지는 도킹 상태가 된다.
여기서, 커플링 축(186)의 외주면에는 N극 영구자석과 S극 영구자석이 교대로 이루어진 영구자석 스트립이 대략 6개 내지 12개씩 부착되게 배열되고, 중공부를 구비한 피구동축(124)의 내주면에도 N극 영구자석과 S극 영구자석이 교대로 이루어진 영구자석 스트립(124s)이 대략 6개 내지 12개씩 배열된다. 따라서, 커플링 축(186)이 회전하면, 피구동축(124)의 중공부의 내주면에 배열된 영구자석(124s)과 커플링 축(186)의 외주면에 배열된 영구자석의 자기력의 상호 작용에 의하여, 도킹 유닛(180)의 커플링 축(186)으로부터 피구동축(124)에 회전 구동력이 전달되어 동일한 방향으로 함께 회전된다. 즉, 외주면에 N극 영구자석과 S극 영구자석이 교대로 번갈아가며 배열된 커플링 축(186)과 내주면에 N극 영구자석과 S극 영구자석이 교대로 번갈아가며 배열된 피구동축(124)이 마그네틱 커플링을 구성하면서, 회전 구동 모터(185)에 의해 발생된 회전 구동력을 기판 캐리어 유닛(120)으로 전달하게 되는 것이다. 기판 캐리어 유닛(120)으로 전달된 회전 구동력은 피구동 중공회전축(124)과 함께 회전하는 피니언(125a)과, 웜 기어 박스(125w)를 거쳐 전달 기어(125b)에 전달되어, 기판(55)을 장착한 캐리어 헤드(121)가 회전 구동된다.
이와 같이, 회전 구동 모터(185)의 회전 구동력을 기판 캐리어 유닛(120)에 전달하는 데 있어서 마그네틱 커플링(124, 186)을 이용하는 것을 통해, 기판 캐리어 유닛(120)이 미리 정해진 위치에 엄격하게 일치하지 않고 약간의 위치 오차가 있더라도, 비접촉 형태의 마그네틱 커플링(124, 186)을 통해 회전 구동력이 전달되므로, 기판 캐리어 유닛(120)의 위치 제어를 보다 용이하게 할 수 있고, 기판 캐리어 유닛(120)의 바깥에서 생성된 회전 구동력을 기판 캐리어 유닛(120)의 내부로 안정되게 전달할 수 있는 장점이 얻어진다.
한편, 도9의 도킹 유닛(180)의 공압 접속구(187)가 기판 캐리어 유닛(120)의 공압 수용구(123X)에 각각 끼워지면, (도면에는 기판 캐리어 유닛(120) 내부의 공압 전달튜브가 도시되지 않았지만) 공압 공급관(187a)을 통해 공압이 로터리 유니온(123)의 다수의 수압구(123a)로 각각 공급된다. 도9에 도시된 바와 같이, 로터리 유니온(123)에는 높이에 따라 공압이 각각 공급되어야 하므로, 공압 공급관(187a)과 공압 접속구(187)는 공압 수용구(123X)의 수만큼 많은 수가 한꺼번에 접속되어, 외부로부터의 공압이 로터리 유니온(123)으로 공급된다.
그리고, 기판 캐리어 유닛(120)이 정해진 위치에서 장착한 기판(55)의 연마 공정을 모두 마쳤으면, 도킹 모터(181)는 반대 방향으로 회전 구동되어 도킹 유닛(180)과 기판 캐리어 유닛(120)과의 도킹 상태가 해제된다. 그리고 나서 기판 캐리어 유닛(120)은 그 다음 연마 공정을 행할 연마 정반으로 이동하거나, 모든 연마 공정이 종료되었으면 제2경로(133), 제3경로(134)를 거쳐 제2경로(131)의 기판 언로딩 유닛(170)으로 이동된다.
한편, 기판 캐리어 유닛(120)이 기판(55)을 장착한 상태로 순환형 경로(130)를 따라 순환하면서 연마 공정을 행하면, 흡입공(123a)에 흡입압을 작용시켜 기판(55)을 장착하고 있었던 로터리 유니온(123)의 저면(123s)의 주변에는 기판(55)의 연마 입자와 슬러리가 부착되어 오염되어, 그 다음에 새로운 연마하고자 하는 기판(55)이 캐리어 헤드(121)에 장착되어 연마 공정을 행하게 되면, 캐리어 헤드(121)의 저면에 부착되어 있던 입자와 슬러리의 영향을 받게 되므로, 캐리어 헤드(121)의 청결 상태에 따라 기판의 연마 품질이 상이해지는 문제가 야기된다.
이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 상기 세정 유닛(190)은 도12에 도시된 캐리어 헤드(121)에 하나의 기판이 연마되어 언로딩된 때마다 캐리어 헤드(121)의 저면, 특히 리테이터 링(1211)의 돌출부(1211b)사이의 홈(1211a)과 리테이너 링(1211)의 내측 가장자리(g)에 낀 입자를 제거하는 세정 공정을 거침으로써, 연마하고자 하는 새로운 기판이 캐리어 헤드(121)에 장착될 때에는 항상 깨끗한 캐리어 헤드(121)의 저면(123s)에 장착되도록 한다.
도면 중 미설명 부호인 1212는 캐리어 헤드(121)의 몸체부이다.
이를 위하여, 도13 내지 도15에 도시된 바와 같이, 상기 세정 유닛(190)은 끝단에 사용된 세정액을 수거하는 회수 용기(191w)가 일단에 구비된 연장 하우징(191)과, 회수 용기(191w) 내에 회전 가능하게 설치된 노즐 캐리어(192)와, 노즐 캐리어(192)에 일열로 설치된 다수의 노즐(193)과, 노즐 캐리어(192)와 고정되어 회전 중심으로부터 이격된 위치에 설치된 구동 모터(194m)의 구동력을 벨트(194b)로 전달받아 노즐 캐리어(192)와 함께 회전하는 회전판(194)과, 노즐 캐리어(192)의 회전 중심부에 끼워져 세정액 통로(192p)에 세정액을 공급하되 회전 변위를 수용할 수 있는 로터리 피팅(rotary fitting, 195)과, 프레임(10)에 고정된 고정 플레이트(196)와, 연장 하우징(191)의 타단에 고정되어 연장 하우징(191)의 일단에 위치한 회수 용기(191w)의 선회 운동(190d)의 축을 형성하는 회전축 하우징(197)과, 회전축 하우징(197)을 회전 구동하여 회수 용기(191w)를 선회 운동시키는 선회 모터(196m)와, 캐리어 헤드(191)의 저면을 향하여 분사하였다가 기판 입자와 슬러리 등과 함께 회수 용기(191w)에 회수된 세정액을 외부로 배출시키는 배수로(198-198', 199-199')로 구성된다.
여기서, 노즐 캐리어(192)에 설치된 다수의 노즐(193)은 캐리어 헤드(121)의 저면을 모두 커버할 수 있을 정도로 배열된다. 즉, 노즐 캐리어(192)의 양끝단에 위치한 노즐은 캐리어 헤드(121)의 리테이너 링(1211)의 홈(1211a) 및 내측 가장자리(g)에 낀 입자 등을 제거할 수 있도록 위치가 결정된다.
그리고, 노즐 캐리어(192)의 중앙부에 끼워진 로터리 피팅(195)을 통해 세정액을 공급하면, 노즐 캐리어(192)의 세정액 통로(192p)에 세정액이 채워져 다수의 노즐(193)을 통해 세정액(88)이 상방으로 분무되는 것이 가능해진다. 또한, 로터리 피팅(195)은 노즐 캐리어(192)의 회전 중심에 위치함에 따라, 노즐 캐리어(192)가 회전하면서 캐리어 헤드(121)의 저면(123s, g, 1211a)을 세정하더라도, 노즐 캐리어(192)의 세정액 통로(192p)로 세정액을 연속하여 공급할 수 있다.
회수 용기(191w)는 캐리어 헤드(121)를 세정하고 낙하하는 세정액과 입자를 수용하기 위한 것이므로, 캐리어 헤드(121)의 직경보다 크게 형성된다. 도면에는 도면부호 198과 198' 및 199와 199'가 서로 분리된 것으로 도시되어 있으나, 이는 이해를 돕기 위한 것으로 실제는 이들이 각각 연결되어 배수로를 형성한다. 배수로(198-198', 199-199')는 자연 배수되도록 구성될 수도 있고, 펌프가 끝단에 설치되어 강제 배수되도록 구성될 수도 있다.
회전판(194)은 외주면에 벨트(194b)가 자리잡을 수 있는 홈이 형성되어, 회전판(194)의 회전 중심으로부터 떨어진 위치에 고정된 구동 모터(194m)의 회전 구동력을 안정적으로 공급받아, 노즐 캐리어(192)와 함께 회전하는 것이 가능하다.
도13 내지 도15에는 노즐 캐리어(192)가 캐리어 헤드(121)의 직경에 대응하는 길이로 일자(一字)형으로 형성된 것을 예로 들었지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 노즐 캐리어(192)는 회전 중심으로부터 캐리어 헤드(121)의 리테이너 링(1211)에 이르는 길이로 뻗어있는 형태라면, 곡선, '+'자형 등 다양한 다른 형태로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성된 세정 유닛(190)은 도4에 도시된 바와 같이 기판 캐리어 유닛(120)이 순환하는 2개의 순환형 경로(130)에 1대만 설치되어, 상측 순환 경로를 순환하면서 연마 공정을 마친 기판(55)이 도4의 상측의 기판 언로딩 유닛(170)에서 언로딩되면, 선회 모터(196m)가 구동되어 회수 용기(191w)가 기판 캐리어 유닛(120)의 하측에 위치하도록 도면부호 190d로 표시된 방향으로 선회시킨 후, 새로운 연마할 기판이 기판 로딩 유닛(160)에서 장착되기 이전에, 노즐 캐리어(192)를 회전시키면서 다수의 노즐(193)로부터 세정액(88)을 상방으로 고압 분무하는 것에 의하여, 캐리어 헤드(121)의 저면(132s, g, 2311a)에 부착되어 있던 입자나 슬러리를 모두 깨끗하게 제거하는 세정 공정을 행한다.
상측 순환 경로를 순환한 캐리어 헤드(121)의 세정 공정 중에, 하측 순환 경로를 순환하면서 연마 공정을 마친 기판(55)이 도4의 하측의 기판 언로딩 유닛(170)에서 언로딩되면, 선회 모터(196m)가 반대 방향으로 구동되어 회수 용기(191w)가 하측 순환 경로를 순환한 기판 캐리어 유닛(120)의 하측에 위치하도록 선회된 후, 새로운 연마할 기판이 기판 로딩 유닛(160)에서 장착되기 이전에, 노즐 캐리어(192)를 회전시키면서 다수의 노즐(193)로부터 세정액(88)을 상방으로 고압 분무하는 것에 의하여, 캐리어 헤드(121)의 저면(132s, g, 2311a)에 부착되어 있던 입자나 슬러리를 모두 깨끗하게 제거하는 세정 공정을 행한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 유닛(190)은 연장 하우징(191)의 일단에 캐리어 헤드(121)의 저면을 세정하는 노즐(193) 등이 구비되고, 연장 하우징(191)의 일단을 선회 가능하게 구성함에 따라, 한 대의 세정 유닛(190)으로 복수의 순환 경로를 순환하는 기판 캐리어 유닛(120)의 캐리어 헤드(121)를 세척할 수 있으므로, 보다 좁은 설치 공간에서 공간 효율을 향상시킬 수 있고 설비의 제작 비용을 낮출 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.
이하 도5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 장치의 작동 원리를 상술한다.
단계 1: 먼저, 기판 캐리어 유닛(120)이 캐리어 홀더(135)에 위치한 상태로 기판 로딩 유닛(160)에서 기판(55)을 로딩받은 후, 캐리어 홀더(135)의 상측 코일에 인가되는 전류를 조절하여 캐리어 홀더(135)가 제2경로(131)를 한정하는 고정 레일(131R)을 따라 P1위치에 도달하도록 이동시킨다. P1위치에서는, 캐리어 홀더(135)에 설치된 제2가이드레일(135R)이 실질적으로 제1경로(132)의 제1가이드레일(132R)과 연속하도록 배열되어, 제2경로(131)로부터 제1경로(132)에 충격없이 매끄럽게 옮겨갈 수 있게 된다.
단계 2: 캐리어 홀더(135)의 상측에 설치된 코일에 흐르는 전류를 조절하여, 캐리어 홀더(135)에 위치하였던 기판 캐리어 유닛(120)을 리니어 모터 방식으로 이동시켜, 제2경로(131)로부터 도면부호 120d1으로 표시된 방향으로 옮겨가 제1경로(132)에 이르게 된다. 그리고 나서, 첫 번째로 연마 공정을 행할 제1연마 정반(I)으로 이동하여 P2위치에 도달한다.
기판 캐리어 유닛(120)이 제1연마 정반(I)에 도달한 것이 감지되면, 도킹 유닛(180)의 도킹 모터(181)의 작동으로, 기판 캐리지 유닛(120)에는 도킹 유닛(180)의 회전 구동 모터(185)의 회전 구동력이 전달될 수 있는 상태가 되고, 동시에 도킹 유닛(180)의 공압이 로터리 유니온(123)에 공급되어 기판(55)을 플래튼 패드를 향하여 하방 가압할 수 있는 상태가 된다. 그리고, 로터리 유니온(123)에 공압이 공급되면, 로터리 유니온(120)의 내부 챔버가 팽창하면서 캐리어 헤드(121)에 장착된 기판(55)이 하방으로 이동하면서 기판(55)이 플래튼 패드(111)에 접촉한 상태가 된다. 그리고 나서, 도킹 유닛(180)으로부터 회전 구동력이 전달되어 기판(55)을 회전 구동함으로써, 기판 캐리어 유닛(120)에 장착된 기판에 대하여 화학 기계적 연마 공정을 수행할 수 있게 된다. 즉, 기판 캐리어 유닛(120) 내에는 기판(55)을 회전시킬 수 있는 구동원과 로터리 유니온(123)에 공압을 공급할 공급원이 없었지만, 도킹 유닛(180)의 도킹에 의하여 제1연마정반(I)에서 장착한 기판(55)의 화학 기계적 연마 공정을 수행하게 된다.
연마 공정을 수행한 후 기판 캐리어 유닛이 이동하더라도, 기판 캐리어 유닛에 설치된 체크 밸브로 로터리 유니온의 공압상태를 부압상태로 일정하게 유지시킬 수 있으므로, 로터리 유니온의 공압으로 기판을 장착한 상태로 유지하는 것이 가능하다.
단계 3: 그리고 나서, 기판의 종류에 따라 제1연마정반(I), 제2연마정반(II), 제3연마정반(III)... 중 하나 또는 다수의 연마 정반 상에서 연마 공정을 행한다. 한편, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연마 정반(110)에서 연마하고 있는 기판 캐리어 유닛(120) 이외에 대기중인 기판 캐리어 유닛이 준비되어, 연마 정반(110)에서의 연마 효율을 향상시킬 수 있다.
단계 4: 그 다음, 기판(55)의 연마 공정이 종료되면, 기판 캐리어 유닛(120)은 제1경로(132) 상의 코일(90)의 전류 제어를 통해 P3위치로 이동시킨다. 기판 캐리어 유닛(120)이 P3 위치에 도달하면, 제2경로(133)의 캐리어 홀더(136)가 P4위치로 이동하여, 캐리어 홀더(136)의 제2가이드레일(136R)이 제1경로(132)의 제1가이드레일(132R)과 연속 배열되도록 한다. 이에 따라, 제1경로(132)의 기판 캐리어 유닛(120)은 120d2로 표시된 방향으로 제2경로(133)로 원활하게 옮겨 올수 있게 된다.
그 다음, 기판 캐리어 유닛(120)을 수용하고 있는 캐리어 홀더(136)는 136d로 표시된 방향으로 이동하여, 제3경로(134)의 제3가이드레일(134R)과 캐리어 홀더(136)의 제2가이드레일(136R)이 서로 연속 배열되도록 한다.
단계 5: 그 다음, 상측 제1경로(132)에서 연마 공정을 행한 기판 캐리어 유닛(120)과 하측 제1경로(132)에서 연마 공정을 행한 기판 캐리어 유닛(120)은 모두 제3경로(134)를 통해 기판을 배출시킨다. 이를 위하여, 제2경로(133)상의 기판 캐리어 유닛(120)은 20d4 방향으로 이동하여 제3경로(134)로 이동한 후, 제3경로(134)를 따라 P6위치까지 이동한다.
기판 캐리어 유닛(120)이 P6 위치에 도달하면, 제2경로(131)의 캐리어 홀더(135)가 이에 연속하는 P7위치로 이동하여, 캐리어 홀더(135)의 제2가이드레일(135R)이 제3경로(134)의 제3가이드레일(134R)과 연속 배열되도록 한다. 이에 따라, 제3경로(134)의 기판 캐리어 유닛(120)은 120d5로 표시된 방향으로 제2경로(131)로 원활하게 옮겨 올수 있게 된다.
단계 6: 그리고 나서, 제2경로(131)의 캐리어 홀더(135)에 수용된 기판 캐리어 유닛(120)은 기판 언로딩 유닛(170)으로 이동되어, 연마 공정이 종료된 기판을 언로딩한다. 그리고, 기판 캐리어 유닛(120)의 캐리어 헤드(121)에 새로운 기판을 장착하기 이전에, 세정 유닛(190)의 선회 모터(196m)가 구동하여 회수 용기(191w)가 캐리어 헤드(121)의 하측에 위치하도록 선회 운동한 이후에, 노즐 캐리어(192)를 회전시키면서 다수의 노즐(193)로부터 세정액(88)을 상방으로 고압 분무하여, 이전의 연마 공정 중에 캐리어 헤드(121)의 저면(132s, g, 2311a)에 부착되어 있던 입자나 슬러리를 모두 깨끗하게 제거하는 세정 공정을 행한다.
세정 유닛(190)에 의해 깨끗하게 세정된 캐리어 헤드(121)를 구비한 기판 캐리어 유닛(120)은 기판 로딩 유닛(160)으로 이동하여 연마 공정을 행할 새로운 기판을 로딩한다. 이와 동시에, 세정 유닛(190)은 도면부호 190d로 표시된 방향으로 선회하여 다른 순환형 경로를 이동하면서 기판 연마를 행한 캐리어 헤드의 저면을 세정한다.
상기와 같은 단계 1 내지 단계 6을 반복한다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛(190) 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템(100)은 기판(55)을 파지하는 캐리어 헤드(121)의 저면에 세정액(88)을 하방으로부터 분사하고, 캐리어 헤드(121)의 저면을 세척하고 낙하하는 세정액을 회수용기(191w)에 회수하여 회수된 세정액을 배수로를 통해 배출하도록 구성되어, 캐리어 헤드(121)의 저면에 기판을 파지하여 기판의 연마(polishing) 공정을 마친 후에 리테이너 링(1211)의 내측 가장자리(g)를 포함하는 캐리어 헤드(121)의 저면을 세정함으로써, 캐리어 헤드(121)의 저면에는 연마 입자나 슬러지의 잔유물이 남지 않아 기판의 연마 공정을 항상 균일한 조건 하에서 이루어지도록 하여 매번 일정한 연마 품질을 얻을 수 있는 유리한 효과가 얻어진다.
또한, 2개 이상의 순환형 경로(130)를 따라 기판 캐리어 유닛(120)이 이동하면서 연마 공정을 행하더라도, 세정 유닛(190)의 노즐(193)이 위치하는 회수 용기(191w)가 각각의 순환형 경로(130) 상에 위치할 수 있도록 선회 가능하게 설치됨으로써, 하나의 세정 유닛(190)으로 2개 이상의 순환형 경로(130)를 이동하는 기판 캐리어 유닛(120)의 캐리어 헤드(121)를 세정할 수 있게 되어, 이동식 화학 기계적 연마 시스템(100)을 보다 콤팩트하게 구성할 수 있으면서 설비의 제작 비용을 낮출 수 있는 잇점도 얻어진다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
100: 화학 기계적 연마시스템 110: 연마 정반
120: 기판 캐리어 유닛 130: 순환 경로
132: 제1경로 131, 133: 제2경로
134: 제3경로 180: 도킹 유닛
190: 세정 유닛 191: 회수 용기
192: 노즐 캐리어 193: 노즐
194: 회전판 195: 로터리 피팅

Claims (16)

  1. 리테이너 링으로 둘러싸인 공간에 기판을 파지하여 화학 기계적 연마 공정을 행하는 데 사용되는 캐리어 헤드의 세정 유닛로서,
    상방을 향하여 세정액을 분사하는 다수의 노즐과;
    상기 캐리어 헤드의 중심으로부터 상기 캐리어 헤드의 리테이너 링에 뻗어 형성된 구간을 포함하며 회전 가능하게 설치되고, 상기 캐리어 헤드의 중심으로부터 상기 캐리어 헤드의 리테이너 링에 이르는 구간에 상기 다수의 노즐이 나열된 노즐 캐리어와;
    상기 노즐로부터 분사되어 상기 캐리어 헤드를 세척한 후 낙하하는 세정액을 회수하는 회수 용기와;
    상기 회수 용기로 회수된 세정액을 배출하는 배수로를;
    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 캐리어에는 다수의 노즐과 연통하는 세정액 통로가 내설되어, 상기 세정액을 상기 세정액 통로로 공급하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 노즐 캐리어의 회전 중심에 상기 세정액 통로와 연통되는 로터리 피팅(rotary fitting)이 장착되어, 로터리 피팅을 통해 상기 세정액 통로로 세정액이 공급되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 노즐 캐리어는 회전 구동되는 회전판에 고정되고, 상기 로터리 피팅은 상기 회전판의 중심부에 삽입 설치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 회전판은 상기 노즐 캐리어로부터 이격된 위치에 고정된 노즐회전모터에 의해 구동되어 회전하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 회수 용기로부터 연장된 하우징과;
    상기 회수 용기가 위치한 반대측에서 상기 하우징을 회전시키는 선회모터를;
    포함하여, 상기 회수 용기는 선회 운동하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 노즐 캐리어는 상기 캐리어 헤드의 리테이너 일단으로부터 상기 캐리어 헤드의 중심을 지나 상기 리테이너 링의 타단에 이르도록 뻗는 형태를 포함하도록 형성되고, 상기 노즐이 상기 노즐 캐리어의 길이 방향을 따라 열을 형성하도록 설치된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛.
  8. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 캐리어의 회전 중심은 상기 캐리어 헤드의 중심에 위치한 상태로 상기 캐리어 헤드를 세척하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛.
  9. 제 1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 리테이너 링의 내측 가장자리에도 세정액을 분사하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛.
  10. 상면에 플래튼 패드가 장착되어 회전 가능하게 설치된 하나 이상의 연마 정반과;
    상기 연마 정반 상에서 장착된 기판을 연마하도록 미리 정해진 경로를 따라 이동하는 기판 캐리어 유닛과;
    상기 경로에 위치하여 상기 기판 캐리어 유닛에 연마할 기판을 장착하는 기판 로딩 유닛과;
    상기 경로에 위치하여 상기 연마 정반에서 연마된 기판을 언로딩하는 기판 언로딩 유닛과;
    상기 경로에 위치하여 기판을 장착하는 상기 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드의 저면을 세척하는 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 세정 유닛를;
    포함하는 이동식 화학 기계적 연마 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 기판 캐리어 유닛이 이동하는 경로는 순환형으로 형성된 것을 특징으로 하는 이동식 화학 기계적 연마 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 기판 캐리어 유닛이 이동하는 경로는 2개 이상의 순환형 경로로 형성되고, 상기 세정 유닛은 일측을 중심으로 선회 이동하여 상기 2개의 순환형 경로를 따라 이동하는 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드에 상기 노즐 캐리어의 회전 중심이 위치하도록 설치된 것을 특징으로 하는 이동식 화학 기계적 연마 장치.
  13. 미리 정해진 순환 경로를 따라 이동하는 기판 캐리어 유닛에 장착된 기판을 회전 구동하는 방법으로서,
    상기 기판 캐리어 유닛에 기판을 장착하는 기판장착단계와;
    상기 기판 캐리어 유닛을 이동시켜 연마 정반 상에서 상기 기판을 연마시키는 연마 단계와;
    상기 기판을 언로딩하는 기판언로딩단계와;
    상기 기판을 장착하였던 상기 기판 캐리어 유닛의 캐리어 헤드의 저면을 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 세정 유닛을 이용하여 세척하는 세척단계를;
    반복하여 행하는 것을 특징으로 하는 이동식 화학 기계적 연마 방법.
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