KR101191036B1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼를 연마세정하는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 기판 처리 장치는 연마헤드의 저면에 제공되는 연마패드가 연마헤드 이동부재에 의해 스핀헤드와의 상대위치가 변경되도록 이동되며 스핀헤드에 지지된 기판의 상면을 연마한다. 연마패드의 일측에는 웨이퍼로 연마재를 공급하는 연마재 공급부재가 배치되며, 연마재 공급부재는 기판에 연마재가 공급되는 영역에 따라 연마재를 분사하는 위치가 연마패드의 중심을 기준으로 변경되도록 연마재를 공급한다.

기판, 세정, 연마, 폴리싱

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}

본 발명은 반도체 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 대한 연마공정을 수행하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한것이다.

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 사용된 다. 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.

또한, 반도체 소자가 고밀도, 고집적화, 고성능화됨에 따라 회로 패턴의 미세화가 급속히 진행됨으로써, 기판 표면에 잔류하는 파티클(Particle), 유기 오염물, 금속 오염물 등의 오염 물질은 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미치게 된다. 이 때문에 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정이 반도체 제조 공정에서 매우 중요하게 대두되고 있으며, 반도체 제조를 위한 각 단위 공정들의 전후 단계에서 기판의 세정 공정이 실시되고 있다.

한편, 화학적 기계적 연마는 아주 미세한 연마를 가능하게 하지만, 연마에 사용되는 연마재가 다른 약액과 달리 고가의 물질이므로 연마공정시 효율적인 사용이 요구된다. 특히, 연마재가 공급되는 연마패드의 영역에 따라 연마효율의 차이가 발생하므로, 기판의 전체면을 연마함에 있어서 연마재가 공급되는 지점과 연마패드의 위치관계는 연마효율에 많은 영향을 미친다.

본 발명은 기판의 전체면을 효율적으로 연마할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 적은 양의 연마재로 기판의 전체면을 연마할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 반도체 소자의 생산비용을 감소시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 연마제가 공급되는 영역을 증대시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 기판을 연마하는 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 기판을 지지하는 스핀헤드; 상기 스핀헤드를 회전시키는 구동기; 상기 스핀헤드에 지지된 기판을 연마하는 연마헤드; 상기 스핀헤드에 대해 상기 연마헤드의 상대위치가 변경되도록 상기 연마헤드를 이동시키는 연마헤드 이동부재를 포함하되, 상기 연마헤드는 저면에 위치하며, 상기 기판을 연마하는 연마패드; 상기 연마패드의 일측에 제공되고, 상기 기판으로 연마재를 공급하는 연마재 공급부재를 포함하되, 상기 연마재 공급부재는 연마재가 분사되는 위치가 상기 연마패드의 중심을 기준으로 변경될 수 있도록 제공된다.

일 실시예에 의하면, 상기 연마재 공급부재는 제1연마재 분사노즐; 상기 연마패드의 중심을 기준으로 상기 제1연마재 분사노즐과 상이한 거리에 위치하는 제2연마재 분사노즐를 포함한다.

상기 연마재 공급부재는 상기 연마재를 저장하는 연마재 저장부; 일단이 상기 연마재 저장부와 연결되는 메인 라인; 일단이 분기된 상기 메인라인의 타단과 연결되며, 타단이 상기 제1연마재 분사노즐과 연결되는 제1공급라인; 일단이 분기된 상기 메인라인의 타단과 연결되며, 타단이 상기 제2연마재 분사노즐과 연결되는 제2공급라인; 상기 제1공급라인에 설치되는 제1밸브; 상기 제2공급라인에 설치되는 제2밸브; 및 상기 제1밸브와 상기 제2밸브의 개폐를 제어하는 밸브제어기를 포함한다.

상기 연마헤드 이동부재는 상기 연마헤드를 지지하고, 상기 연마헤드를 스윙이동시키는 지지아암을 포함한다.

상기 밸브제어기는 상기 기판의 중심영역으로 연마재를 분사하는 경우, 상기 제1밸브를 오픈시키고 상기 제2밸브를 차단하며, 상기 기판의 가장자리영역으로 연마재를 분사하는 경우, 상기 제2밸브를 오픈시키고 상기 제1밸브를 차단한다.

상기 연마헤드 이동부재는 상기 연마헤드를 지지하는 지지아암을 포함하되, 상기 제1연마재 공급노즐과 상기 제2연마재 공급노즐의 배열 방향은 상부에서 바라볼 때, 상기 지지아암의 길이방향에 수직하다.

상기 제1연마재 공급노즐과 상기 제2연마재 공급노즐간의 거리는 상기 연마패드의 반지름과 같거나 작다.

다른 실시예에 의하면, 상기 연마재 공급부재는 연마재를 분사하는 연마재 분사노즐; 상기 연마패스의 중심에 대한 상대위치가 변경되도록 상기 연마재 분사노즐을 이동시키는 분사노즐 구동부를 포함한다.

상기 분사노즐 구동부는 상기 연마패드의 중심과 상기 연마재 분사노즐의 거리가 상이해지도록 상기 연마재 분사노즐을 이동시킨다.

상기 연마재 공급부재는 연마재가 기판의 가장자리영역으로 분사될 때보다 기판의 중심영역으로 분사될 때, 상기 연마재 분사노즐이 상기 연마패드의 중심을 기준으로 더 멀리 위치하도록 상기 분사노즐 구동기를 제어하는 분사노즐 제어부를 더 포함한다.

또한, 기판 처리 장치는 기판을 지지하며, 그 중심축을 기준으로 회전가능하게 제공되는 스핀 헤드와; 상기 스핀헤드의 상부에 위치되어 상기 스핀 헤드에 놓인 기판을 연마하는 연마 헤드와; 상기 스핀 헤드에 대한 상기 연마 헤드의 상대 위치가 변경되도록 상기 연마 헤드를 이동시키는 연마헤드 이동부재를 포함하되, 상기 연마 헤드는 상기 스핀헤드의 상면보다 작은 면적을 가지며, 상기 연마 헤드 상에 놓인 기판과 접촉가능하게 제공되는 연마 패드와; 상기 기판으로 연마재를 공급하는 연마재 공급부재를 구비하고, 상기 연마재 공급부재는 상기 연마 패드의 중심을 기준으로 서로 상이한 복수의 지점에서 연마재를 공급할 수 있도록 제공된다.

일 실시예에 의하면, 상기 연마재 공급부재는 제1연마재 분사노즐과 제2연마재 분사노즐을 구비하며, 상기 제1연마재 분사노즐은 제1공급라인과 연결되고, 상기 제2연마재 분사노즐은 상기 제2공급라인과 연결되며, 상기 제1공급라인과 상기 제2공급라인은 연마재 저장부로부터 연마재를 공급받는 메인라인에서 분기되고, 상기 제1공급라인과 상기 제2공급라인에는 각각 밸브가 설치된다.

상기 연마재 공급부재는 동일한 연마재를 공급하도록 제공된 복수의 연마재 분사노즐들을 더 포함한다.

상기 연마헤드 이동부재는 상기 연마 헤드를 스윙이동시키도록 제공된다.

상기 제1연마재 분사노즐과 상기 제2연마재 분사노즐은 상기 연마 패드의 중심에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 제공된다.

상기 제1연마재 분사노즐과 상기 제2연마재 분사노즐은 상기 연마패드의 중심으로부터 거리가 상이하게 제공된다.

상기 연마헤드 이동부재는 일단에 상기 연마헤드가 지지되고, 타단을 축으로 회전가능하도록 제공되는 지지아암을 포함하고, 상기 제1연마재 분사노즐과 상기 제2연마재 분사노즐은 상기 지지아암의 길이 방향에 평행한 선으로부터 거리가 서로 상이하게 제공된다.

상부에서 바라볼 때, 상기 제1연마재 분사노즐과 상기 제2연마재 분사노즐의 배열 방향은 상기 지지아암의 길이방향에 수직하다.

다른 실시예에 의하면, 상기 연마재 공급부재는 연마재를 공급하는 연마재 분사노즐과; 상이 연마 패드의 중심에 대해 기판상으로 연마재가 공급되는 상대 위치가 변경되도록 상기 연마재 분사노즐을 이동시키는 분사노즐 구동부를 포함한다.

또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 연마패드가 기판의 상면을 이동하며 상기 기판을 연마하는 방법에 있어서, 상기 기판의 연마가 진행되는 동안 상기 기판의 상면으로 연마재를 분사하되, 연마재가 제공되는 기판상의 영역에 따라 연마패드의 중심을 기준으로 연마재가 분사되는 상대위치는 변경된다.

일 실시예에 의하면, 상기 연마재를 분사하는 상대위치의 변경은 상기 연마재를 분사하는 연마재 분사노즐을 변경함으로써 이루이진다.

기판의 중심영역으로 연마재를 분사하는 연마재 분사노즐은 기판의 가장자리 영역으로 연마재를 분사하는 연마재 분사노즐에 비하여 상기 연마패드의 중심을 기준으로 먼 거리에 위치한다.

다른 실시예에 의하면, 연마재 분사노즐은 연마패드와 함께 이동되도록 제공되고, 상기 연마재가 분사되는 위치는 연마재를 분사하는 연마재 분사노즐이 상기 연마패드의 중심으로부터 거리가 변하도록 움직임으로써 이동된다.

연마재 분사노즐은 기판의 중심영역으로 연마재를 분사할 때보다 기판의 가장자리영역으로 연마재를 분사할 때, 상기 연마패드의 중심으로부터 가까이 위치하도록 이동된다.

본 발명에 의하면, 기판의 중심영역과 가장자리영역으로 연마재가 제공되므로 기판의 전체면이 효율적으로 연마된다.

또한, 본 발명에 의하면, 연마패드의 중심영역으로 연마재가 제공되어 연마패드의 전체면으로 연마가 진행되므로, 연마재의 사용량을 감소되고 생산비용이 절감된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 13를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조 하기 위해 과장되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매엽식 연마 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 매엽식 연마 시스템을 나타낸 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기판 처리 시스템(2000)은 로드 포트(load fort, 10), 인덱스 모듈(indext module)(20), 그리고 공정 모듈(30)을 포함한다. 로드 포트(10), 인덱스 모듈(20), 그리고 공정 모듈(30)은 순차적으로 일 방향으로 일렬로 배치된다. 이하, 로드 포트(10), 인덱스 모듈(20), 그리고 공정 모듈(30)이 배치되는 방향을 제1방향(3)이라 칭하고, 상부에서 바라볼 때 제 1 방향(3)과 수직한 방향을 제2방향(4)이라 칭하고, 제1방향(3) 및 제2방향(4)과 각각 수직한 방향을 제3방향(5)이라 칭한다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.

로드 포트(10)는 수납된 용기(12)가 놓여지는 재치대(11)를 가진다. 재치대(11)는 복수개가 제공되며, 재치대들(11)은 제2방향(4)을 따라 일렬로 배치된다. 도 1에서는 4개의 재치대(11)가 제공되었다.

인덱스 모듈(20)은 로드 포트(10)의 재치대(11)에 놓인 용기(12)와 버퍼부(40)간에 기판(W)을 이송한다. 인덱스 모듈(20)은 프레임(21), 인덱스 로봇(42), 그리고 가이드 레일(23)을 가진다. 프레임(21)은 대체로 내부가 빈 직육면체의 형상으로 제공되며, 로드 포트(10)와 버퍼부(40) 사이에 배치된다. 인덱스 로봇(22)과 가이드 레일(23)은 프레임(21) 내에 배치된다. 인덱스 로봇(22)은 기판(W)을 직접 핸들링하는 핸드(24)가 제 1 방향(3), 제 2 방향(4), 제 3 방향(5)으로 이동 가 능하고 회전될 수 있도록 4축 구동이 가능한 구조를 가진다. 가이드 레일(23)은 그 길이 방향이 제 2 방향(4)을 따라 배치되도록 제공된다. 인덱스 로봇(22)은 가이드 레일(23)을 따라 직선 이동 가능하도록 가이드 레일(23)에 결합된다. 또한, 도시되지는 않았지만, 프레임(21)에는 용기(12)의 도어를 개폐하는 도어 오프너가 더 제공된다.

공정 모듈(30)은 버퍼부(40), 이송 통로(50), 메인 이송 로봇(Main Transfer Robot)(60), 그리고 다수의 기판 연마 챔버(1000)를 포함한다.

이송 통로(50)는 공정 모듈(30)내에 제 1 방향(3)을 따라 구비되며, 메인 이송 로봇(60)이 이동하는 통로를 제공한다. 이송 통로(50)의 양측에는 기판 연마 챔버들(1000)이 서로 마주보며 제1방향(3)을 따라 배치된다. 이송 통로(50)에는 메인 이송 로봇(60)이 제1방향(3)을 따라 이동할 수 있고, 기판 연마 챔버(1000)의 상하층, 그리고 버퍼부(340)의 상하층으로 승강할 수 있는 이송 레일(51)이 설치된다.

메인 이송 로봇(60)은 이송 통로(50)에 설치되며, 각 기판 연마 챔버(1000)들 및 버퍼부(40) 간에 기판을 이송한다. 메인 이송 로봇(60)은 버퍼부(40)에 대기하는 미처리된 기판을 각 기판연마부(1000)로 제공하거나, 기판연마부(330)에서 공정이 완료된 기판을 버퍼부(40)로 이송한다. 메인 이송 로봇(60)은 제1핸드부(미도시)와 제2핸드부(미도시)를 갖는다. 제1핸드부와 제2핸드부는 적어도 하나 이상의 핸드를 갖는다. 제1핸드부와 제2핸드부 중 어느 하나는 공정처리가 완료된 기판을 기판연마부(1000)에서 인출하여 버퍼부(40) 상층에 수납하는 작업을 수행하며, 나머지 하나는 미처리된 기판을 버퍼부(40) 하층에서 인출하여 기판 연마 챔버(1000) 로 이송하는 작업을 수행한다. 제1핸드부와 제2핸드부는 서로 다른 높이에 설치되며, 독립적으로 전후 이동될 수 있다. 제1핸드부와 제2핸드부는 기판이 올려지는 포켓부를 포함하며, 포켓부는 메인 이송 로봇(60)의 이동 및 핸드부의 이동시 기판이 이탈하는 것을 방지한다.

버퍼부(40)는 메인 이송 로봇(60)에 의해 미처리된 기판이 기판 연마 챔버(1000)로 제공되기 전, 또는 기판 연마 챔버(1000)에서 공정이 완료된 기판이 인덱스 로봇(22)에 의해 로드 포트(10)로 반송되기 전에 일시적으로 대기하는 장소를 제공한다. 버퍼부(40)는 이동통로(50)의 제1방향(3) 전방에 위치하며, 상층 또는 하층으로 상호 분리된 복층 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 버퍼부(40)의 상층은 공정 처리가 끝난 기판이 용기(12)로 이송되기 전에 대기하는 장소로 제공되고, 하층은 미처리된 기판이 각 기판 연마 챔버(1000)로 이송되기 전에 대기하는 장소로 제공될 수 있다.

기판 연마 챔버(1000)들은 기판을 연마 및 세정한다. 기판 연마 챔버들(1000)은 공정 모듈(30) 내부에서 이송통로(60)를 사이에 두고 서로 마주보도록 제1방향(3)을 따라 배치되며, 상층과 하층의 복층 구조를 가질 수 있다. 실시예에 의하면, 기판 연마 챔버(1000)는 이송통로(50)의 양측에 각각 두 개의 기판 연마 챔버(1000)가 제1방향(3)을 따라 공정처리부(30)의 하층에 배치된다. 공정처리부(30)의 상층에는 하층과 동일한 형태로 기판 연마 챔버(1000)가 배치된다. 기판 연마 챔버(1000)들은 독립적인 모듈의 형태로 제공될 수 있다. 모듈이라 함은 각 기판 연마 챔버(1000)들이 각각의 기판 처리 기능을 수행함에 있어서 독립적인 동 작이 가능하도록 관련 파트들이 하나의 독립적인 하우징 내에 설치된 것을 말한다. 모듈의 형태로 제공되는 기판 연마 챔버(1000)은 기판 처리 설비의 레이아웃에 따라 공정처리부(30)를 구성하게 된다.

도 3은 도 1에 도시된 기판 연마 장치를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 기판 지지 유닛 및 처리 용기를 구체적으로 나타낸 부분 절개 사시도이다.

도 1 내지 4를 참조하면, 기판 연마 시스템(2000)은 기판(70)의 상면을 연마하는 연마 공정 및 연마 공정 후 기판(70)의 표면을 세정하는 세정 공정을 하나의 기판 연마 챔버(1000) 내에서 순차적으로 진행한다.

구체적으로, 기판 연마 챔버(1000)는 기판 지지 유닛(100), 용기 유닛(bowl unit)(200), 연마 유닛(300), 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(400, 500), 브러쉬 유닛(600), 에어로졸 유닛(700) 및 패드 컨디셔닝 유닛(800)을 포함한다.

기판 지지 유닛(100)에는 메인 이송 로봇(50)으로부터 이송된 기판(70)이 안착된다. 기판 지지 유닛(100)은 기판(70)의 연마 공정과 세정 공정이 이루어지는 동안 기판(70)을 지지 및 고정시킨다. 기판 지지 유닛(100)은 기판(70)을 지지하는 스핀 헤드(110), 스핀 헤드(110)를 지지하며 스핀 헤드(110)로 회전력을 전달하는 지지축(120), 그리고 회전력을 발생시키는 구동기(130)를 포함한다.

스핀 헤드(110)는 평면상에서 볼 때, 대체로 원 형상을 갖고, 상면으로부터 하면으로 갈수록 점차 폭이 감소한다.

스핀 헤드(110)의 아래에는 지지축(120)가 설치된다. 지지축(120)는 대체로 원기둥 형상을 가지며, 스핀 헤드(110)와 결합하고, 연마 공정 및 세정 공정이 진 행되는 동안 스핀 헤드(110)를 회전시킨다.

구동기(130)는 지지축(120)의 하부에 설치되며, 지지축(120)으로 전달되는 회전력을 발생시킨다. 구동기(130)로는 구동모터가 제공될 수 있다.

기판 지지 유닛(100)은 용기 유닛(200) 내부에 수용된다. 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 포함한다.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

이와 같이, 제1 회수통(230)은 연마 공정에서 사용된 처리 유체을 회수하고, 제2 회수통(240)은 세정 공정에서 사용된 처리 유체을 회수한다. 이에 따라, 용기 유닛(200)은 용기 유닛(200) 내에서 이루어진 각 공정 단계별로 처리 유체을 분리 회수할 수 있으므로, 처리 유체의 재이용이 가능하고, 처리 유체의 회수가 용이하 다.

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

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

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

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

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

승강 부재(260)는 기판(70)가 스핀 헤드(110)에 안착되거나, 스핀 헤드(110)로부터 들어 올려질 때 스핀 헤드(110)가 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 상부로 돌출되도록 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 하강시킨다. 하강시, 제1 회수통(230)의 제1 및 제2 측벽(232, 233)과 연결부(234)는 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 기판(10)의 연마 공정 및 세정 공정 진행시, 연마 공정에서 사용된 처리 유체과 세정 공정에서 사용된 처리 유체을 분리 회수하기 위해 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 승강 및 하강시켜 각 처리 용기(210, 220)와 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 조절한다.

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

한편, 용기 유닛(200)의 외측에는 연마 유닛(300), 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(400, 500), 브러쉬 유닛(600), 에어로졸 유닛(700), 및 패드 컨디셔닝 유닛(800)이 설치된다.

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

도 5는 도 4에 도시된 연마 헤드 및 연마헤드 지지부를 나타낸 종단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마재 공급부재를 나타내는 도면이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 연마 유닛(300)은 연마 헤드(310), 연마헤드 지지부(320), 연마헤드 이동부재(swing part)(330) 및 구동부(340)를 포함한다.

연마 헤드(310)는 스핀 헤드(110)에 지지된 기판(70)을 연마하며, 연마헤드 지지부(320)는 연마 헤드(310)를 지지하고 연마 헤드(310)와 함께 회전한다. 연마 헤드 이동부재(330)는 구동부에서 발생한 회전력을 연마 헤드 지지부(320)로 전달하며, 연마 헤드(310)를 스윙이동시킨다. 구동부(340)는 연마 헤드(310) 및 연마헤드 이동부재(330)를 회전시키는 회전력을 발생시킨다. 이하, 각 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

연마 헤드(310)는 스핀헤드(110)의 상부에서 연마 패드(311)가 기판(70)의 상면에 접촉된 상태로 중심축(6)을 기준으로 회전하여 기판(70)를 연마한다. 연마 헤드(310)는 연마 패드(311), 연마 본체(312), 연마재 공급부재(350)를 포함한다.

연마 패드(311)는 원판형상으로 제공되며, 연마 헤드(310)의 저면에 위치한다. 연마 패드(311)는 연마 공정 시 기판의 상면과 접촉된 상태에서 연마 헤드(310)의 중심축(6)과 동일한 중심축을 기준으로 회전하여 기판(70)을 연마한다. 연마 패드(311)는 스핀 헤드(110)의 상면보다 작은 면적을 갖는다.

연마 패드(311)의 상부에는 연마 본체(312)가 제공된다. 연마 본체(312)는 연마 하우징(312a), 하부 플레이트(312b), 패더 홀더(313), 클램프 부재(314), 상부 플레이트(312c), 결합 플레이트(315), 커버(317), 그리고 벨로우즈(316)를 포함한다.

연마 하우징(312a)은 원통 형상을 가지며, 연마 본체(312)의 측벽으로 제공된다. 연마 하우징(312a)의 하단에는 하부 플레이트(312b)가 설치된다. 하부 플레이트(312b)는 연마 패드(311)와 동일한 크기의 면적을 갖는 원판형상으로 제공된다. 하부 플레이트(312b)는 연마 하우징(312a)의 하부를 밀폐시킨다.

하부 플레이트(312b)의 아래에는 패더 홀더(313)가 제공되며, 패더 홀더(313)의 하면에는 연마 패드(311)가 결합한다. 패더 홀더(313)는 연마 패드(311)를 하부 플레이트(312b)에 고정시키기 위한 연결부 역할을 한다. 패더 홀더(313)는 하부 플레이트(312b)로부터 탈착 가능하도록 하부 플레이트(312b)의 저면에 결합된다. 하부 플레이트(312b)와 패드 홀더(313)와의 사이에는 클램프 부재(314)가 제공된다. 실시예에 의하면, 클램프 부재(314)로 자석이 사용될 수 있다. 클램프 부재(314)는 자력에 의해 패드 홀더(313)를 하부 플레이트(312b)에 고정시킨다. 자력에 의해 패드 홀더(313)가 하부 플레이트(312b)에 부착되므로, 하부 플레이트(312b)로부터 패더 홀더(313)의 탈착이 용이하다.

연마 패드(311)에는 연마 공정의 효율을 향상시키기 위해 기판와 접촉하는 면에 소정의 연마 패턴이 형성되어 있는데, 연마 패턴은 기판(70)의 연마량에 따라 마모되므로 연마 패드(311)의 주기적인 교체가 요구된다. 본 발명에 의하면, 패더 홀더(313)가 클램프 부재(314)의 자력에 의해 하부 플레이트(312b)에 용이하게 탈 부착되므로, 연마 패드(311)의 교체에 소요되는 시간이 단축되어 연마 패드(311)의 교체로 인한 공정 대기 시간을 줄일 수 있다.

상부 플레이트(312c)는 하부 플레이트(312b)에 대향하도록 연마 하우징(312b)의 내부에 제공된다. 상부 플레이트(312c)는 하부 플레이트(312b)와 이격하여 하부 플레이트(312b)의 상부에 위치한다. 상부 플레이트(312c)는 하부 플레이트(312b)에 대응하는 크기를 갖는 원판형상으로 제공된다. 상부 플레이트(312c)의 중심영역에는 상하방향으로 관통하는 제1공기유로(324b)가 형성된다. 제1공기유로(324b)는 후술하는 제2공기유로(324c)와 연결되며, 공기주입홀(324a)을 통해 유입되는 공기가 상부 플레이트(312c)와 하부플레이트(312b) 사이의 공간으로 공급되는 통로로 제공된다. 상부플레이트(312c)의 상면과 결합 플레이트(315)의 하면 사이에는 오링(o-ring)이 제공된다. 오링은 제1공기유로(324b)의 둘레를 따라 제공되며, 제1공기유로(324b)로 공급되는 공기가 상부 플레이트(312c)의 상면과 결합 플레이트(315)의 하면 사이의 공간으로 누설되는 것을 방지한다.

상부 플레이트(312c)에는 벨로우즈(316)의 수축 정도를 조절하기 위한 내부 스톱퍼(312d)가 구비된다. 내부 스톱퍼(312d)는 상부 플레이트(312c)의 하면으로부터 돌출된다. 스톱퍼(312d)는 벨로우즈(316) 수축 시 하부 플레이트(312b)와 접촉되어, 하부 플레이트(312b)가 적정 거리 이상 상측으로 이동하는 것을 방지한다.

상부 플레이트(312c)의 상단에는 결합 플레이트(315)가 제공된다. 결합 플레이트(351)는 대체로 원형의 플레이트 형상으로 제공된다. 상부플레이트(312c)는 결합 플레이트(315)와 볼트(325)로 체결된다. 결합 플레이트(351)는 상단이 회전 축(322)과 결합하며, 회전축(322)의 회전에 의해 함께 회전된다. 결합플레이트(315)의 상면과 회전축의 하면 사이에는 오링(o-ring)이 제공된다. 오링은 제2공기유로(324c)의 둘레를 따라 제공되며, 제2공기유로(324c)로 공급되는 공기가 결합 플레이트(315)의 상면과 회전축(322)의 하면 사이의 공간으로 누설되는 것을 방지한다. 결합 플레이트(315)의 중심영역에는 상하방향으로 관통하는 제2공기유로(324c)가 형성된다. 제2공기유로(324c)는 공기주입홀(324a)과 제1공기유로(324b)를 연결하며, 공기주입홀(324a)을 통해 유입된 공기가 제1공기유로(324b)로 공급되는 통로로 제공된다.

커버(317)는 연마 하우징(312a)의 상단에 결합되어, 연마 본체(312)의 상부를 덮는다. 커버(317)의 중앙부에는 결합 플레이트(315)를 수용할 수 있는 개구부(317a)가 형성된다. 결합 플레이트(315)는 일부분이 외부로 돌출되도록 개구부(317a)에 삽입된다.

벨로우즈(316)는 연마 하우징(312a) 내부에서 하부 플레이트(312b)와 상부 플레이트(312c)가 이격된 공간 안에 제공된다. 벨로우즈(316)는 금속 재질로 이루어진다. 벨로우즈(316)는 제1공기유로를 통해 공급되는 공기의 압력에 의해 수직 방향으로 신축 가능하다. 벨로우즈(316)는 연마 공정의 진행시 연마 패드(311)가 기판(70)에 밀착되도록 신장될 수 있으며, 연마 패드(311)가 기판(70)에 밀착된 상태에서 연마 공정이 진행되면 기판(70)의 연마가 균일하게 효율적으로 진행될 수 있다.

연마재 공급부재(350)는 연마 패드(311)의 일측에 제공되며, 기판(70)으로 연마재를 공급한다. 연마재 공급부재(350)는 연마재가 분사되는 위치가 연마 패드(311)의 중심을 기준으로 변경되면서 연마재를 공급한다. 일 실시예에 의하면, 연마재 공급부재(350)는 연마재 분사노즐(351), 연마재 저장부(352), 연마재 공급라인(353), 밸브(354), 밸브제어기(355), 그리고 노즐 지지부(357)를 포함한다.

연마재 분사노즐(351)은 기판(70)의 상면으로 연마재를 분사한다. 연마제 분사노즐(351)은 연마재가 공급되는 기판(70)의 영역에 따라 연마 패드(311)의 중심을 기준으로 연마재가 분사되는 위치가 변경되면서 연마재를 분사한다. 연마재 분사노즐(351)은 연마 패드(311)의 중심을 기준으로 상이한 거리에 위치하는 복수개의 분사노즐(351)들을 포함한다. 각각의 분사노즐(351)들은 하나의 연마재저장부(352)로부터 동일한 종류의 연마재를 공급받아 기판(70)으로 분사한다. 분사되는 연마재로는 슬러리(slurry) 등이 사용될 수 있다.

실시예에 의하면, 연마재 분사노즐(351)은 제1분사노즐(351a) 및 제2분사노즐(351b)을 포함한다. 제1분사노즐(351a)은 연마 패드(311)의 중심을 기준으로 제2분사노즐(351b)과 상이한 거리에 위치한다. 제1분사노즐(351a)은 연마패드(311)의 중심으로부터 제2분사노즐(351b)보다 멀리 위치한다. 그리고, 제1분사노즐(351a)과 제2분사노즐(351b)은 지지아암(331)의 길이방향에 평행한 선으로부터 거리가 서로 상이하게 제공된다. 상부에서 바라볼 때, 제1분사노즐(351a)과 제2분사노즐(351b)의 배열방향은 지지아암(331)의 길이방향에 수직하다. 제1분사노즐(351a)과 제2분사노즐(351b)간의 거리는 연마 패드(311)의 반지름과 같거나, 그보다 작다.

연마재 공급라인(353)은 연마재 저장부(352)에 저장된 연마재를 연마재 분사 노즐(351)로 공급한다. 실시예에 의하면, 연마재 공급라인(353)은 메인라인(353a), 제1공급라인(353b), 그리고 제2공급라인(353c)을 포함한다.

메인라인(353a)은 일단이 연마재 저장부(353)와 연결되고 타단이 분기되어 각각 제1공급라인(353b)과 제2공급라인(353c)과 연결된다. 메인라인(353a)은 연마재 저장부(352)에 저장된 연매재를 제1공급라인(353b)과 제2공급라인(353c)으로 공급한다.

제1공급라인(353b)은 메인라인(353a)과 제1분사노즐(351a)을 연결한다. 제1공급라인(353b)은 메인라인(353a)으로부터 연마재를 제공받아 제1분사노즐(351a)로 공급한다. 제1공급라인(353b)상에는 제1밸브(354a)가 설치된다. 제1밸브(354a)의 개폐에 의하여 제1공급라인(353b)을 통해 이송되는 연마재의 공급이 차단된다.

제2공급라인(353c)은 메인라인(353a)과 제2분사노즐(351b)을 연결한다. 제2공급라인(353c)은 메인라인(353a)으로부터 연마재를 제공받아 제2분사노즐(351b)로 공급한다. 제2공급라인(353c)상에는 제2밸브(354b)가 설치된다. 제2밸브(354b)의 개폐에 의하여 제2공급라인(353c)을 통해 이송되는 연마재의 공급이 차단된다.

밸브제어기(355)는 제1밸브(354b) 및 제2밸브(354a)와 연결되어 제1밸브(354b)와 제2밸브(354a)의 개폐를 제어한다. 구체적으로, 밸브제어기(355)는 연마재가 토출되는 기판(70)의 영역에 따라 선택적으로 제1밸브(354b)와 제2밸브(354a)를 개폐시킨다. 실시예에 의하면, 밸브제어기(355)는 기판(70)의 중심영역으로 연마재를 분사하는 경우 제1밸브(354a)를 개방하고, 제2밸브(354b)를 닫는다. 이에 의하여, 제1공급라인(353b)으로만 연마재가 공급되어 제1연마재 분사유 닛(351a)으로 연마재가 분사된다. 그리고 기판(70)의 중심영역에서 가장자리영역으로 연마헤드(310)가 스윙이동하며 연마패드(311)가 기판(70)을 연마하는 경우, 제1밸브(354a)가 개방되고, 제2밸브(354b)가 닫힌 상태를 유지한다. 한편, 기판(70)의 가장자리영역으로 연마재가 분사되는 경우 제2밸브(354b)를 개방하고 제1밸브(354a)를 닫는다. 이에 의하여, 제2공급라인(354c)으로만 연마재가 공급되어 제2연마재 분사유닛(351b)으로 연마재가 분사된다.

노즐 지지부(357)는 기 설정된 위치에서 연마재 공급노즐(351)을 지지한다. 노즐 지지부(357)는 연마헤드 지지부(320)와 구동부(340) 사이의 구간에서 연마헤드 지지부(320)에 인접하도록 설치된다. 노즐 지지부(357)는 지지판(357a)과 지지블럭(357b)을 포함한다. 지지판(357a)은 직사각의 판 형상으로 연마헤드 지지부(320)의 일측에 연마헤드 지지부(320)의 길이방향과 나란하게 배치된다. 지지판(357a)의 상단은 지지아암(331)의 하면에 고정되며, 하단은 연마 헤드(310)의 일측에 위치한다. 지지판(357a)이 지지아암(331)에 고정설치되므로, 노즐 지지부(357)는 연마헤드 이동부재(330)와 함께 이동되며, 노즐 지지부(357)의 이동에 의하여 연마재 분사노즐(351)이 이동한다.

지지블럭(357b)은 지지판(357a)에 결합하며, 연마재 분사노즐(351)을 고정시킨다. 지지블럭(357b)은 구동부(340)와 대향하는 지지판(357a)의 일면 하부에 위치한다. 지지블럭(357)은 직육면체 형상의 블럭으로 제공되며, 내부에는 상면과 하면을 관통하는 홀이 형성된다. 지지블럭(357b)의 홀에는 연마재를 분사하는 분사구가 아래를 향하도록 연마재 분사노즐(351)이 삽입된다. 지지블럭(357)에 형성된 홀은 연마재 분사노즐(351)보다 큰 지름을 갖는다. 실시예에 의하면, 지지블럭(357)에는 서로 이격하여 두 개의 홀이 나란하게 형성된다. 두 개의 홀의 열 방향은 상부에서 바라볼 때 지지아암(331)의 길이방향에 수직하다. 하나의 홀에는 제1연마재 분사노즐(351a)이 삽입되고, 다른 하나의 홀에는 제2연마재 분사노즐(351b)이 삽입된다. 제1연마재 분사노즐(351a)과 제2연마재 분사노즐(351b)은 연마 패드(311)의 중심에 대한 상대 위치가 변하지 않는다.

도 7은 도 6의 연마재 공급부재를 이용하여 기판를 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 6 및 7을 참조하면, 연마 헤드(310)가 지지아암(331)에 의해 스윙이동되어, 기판(70)의 중심영역 상부에 위치한다. 연마 헤드(310)의 저면에 위치하는 연마패드(311)가 기판(70)의 상면과 접촉한 상태에서 중심을 축으로 회전하여 기판(70)을 연마한다. 연마패드(311)는 선택적으로 기판(70)의 회전방향에 대해 순방향 또는 역방향으로 회전될 수 있다. 연마 패드(311)는 기판(70)보다 작은 면적을 가지므로 국부적으로 기판(70) 표면을 연마한다. 따라서, 기판(70) 전체면을 연마하기 위해 연마헤드(311)가 기판(70)의 중심영역에서 가장자리영역으로 스윙이동된다.

연마공정을 수행하는 동안, 기판(70) 표면으로 연마재가 공급된다. 연마재가 제공되는 연마패드(311)의 영역에 따라 연마정도에 차이가 발생한다. 연마재가 연마패드(311)의 중심영역(C)으로 제공되는 경우, 연마패드(311)의 회전에 의해 연마재가 연마패드(311)의 전체면으로 제공되므로 기판의 연마효율이 향상된다. 따라 서, 기판(70)의 중심을 기준으로 연마재가 공급되는 기판(70)상의 지점간의 거리에 의해 형성되는 원주의 반경과 기판(70)의 중심과 연마패드(311)의 중심(C)간의 거리가 동일한 경우, 공급된 연마재가 기판(70)의 회전에 의해 연마패드(311)의 중심으로 공급되므로, 기판(70)의 연마효율이 향상된다.

실시예에 의하면, 연마 패드(311)가 기판(70)의 중심영역을 연마하는 경우, 제1분사노즐(351a)에서 연마재가 분사된다. 기판(70)의 중심과 제1분사노즐(351a)에 의해 연마재가 공급되는 지점간의 거리(r1, 이하, '제1거리'라고 한다.)는 기판(70)의 중심과 제2분사노즐(351b)에 의해 연마재가 공급되는 지점간의 거리(r2, 이하, '제2거리'라고 한다.)보다 기판(70)의 중심과 연마패드(311)의 중심(C)간의 거리(r3, 이하, '기준거리'라 한다)에 근접하다. 제1분사노즐(351a)에 의해 분사된 연마재는 기판(70)의 회전에 의해 연마패드(311)의 중심으로 공급되므로 기판(70)의 중심영역의 연마가 효율적으로 진행된다.

기판(70)의 중심영역을 연마한 연마패드(311)는 지지아암(331)에 의해 스윙이동되어 기판(70)의 가장자리영역으로 이동하며 기판(70)을 연마한다. 연마패드(311)가 스윙이동되며 기판(70)의 가장자리영역으로 이동하는 동안 기판(70)으로 연마재가 공급된다. 기판(70)의 중심영역과 가장자리영역 사이의 구간에서, 제1거리는 제2거리보다 기준거리에 근접하므로 제1분사노즐(351a)에서 연마재가 분사되며, 분사된 연마재는 기판(70)의 회전에 의해 연마패드(311)의 중심으로 공급되어 기판(70) 중심영역과 가장자리영역간의 구간을 효율적으로 연마한다.

기판(70)의 가장자리영역으로 이동된 연마패드(311)은 기판(70)의 가장자리 영역을 연마한다. 연마패드(70)의 중심이 기판의 가장자리영역에 위치하는 경우, 제2거리는 제1거리보다 기준거리에 근접하므로, 제2분사노즐(351b)에서 연마재가 분사되며, 분사된 연마재는 기판(70)의 회전에 의해 연마패드(311)의 중심으로 공급되어 기판(70)위 가장자리영역간을 효율적으로 연마한다.

이와 같이, 본 발명은 연마패드(311)의 중심을 기준으로 상이한 거리에 위치하는 제1, 2연마재 분사노즐(351a, 351b)들을 이용하여 기판(70)의 영역에 따라 선택적으로 연마재를 분사함으로써, 기판의 전체면을 효율적으로 연마할 수 있다.

본 발명에서는 기판이 연마되는 영역에 따라 두 개의 분사노즐(351a, 351b) 중 어느 하나로 연마재를 분사하는 것으로 설명하였으나, 연마재 분사노즐(351)은 연마되는 기판의 크기, 연마재의 분사가 요구되는 영역수에 따라 3개 이상이 제공될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마재 공급부재를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 연마재 공급부재(350)는 연마재 분사노즐(351), 연마재 저장부(352), 연마재 공급라인(353), 밸브(354), 분사노즐 구동기(355), 분사노즐 제어부(356) 그리고, 노즐 지지부(357)를 포함한다.

도 6의 실시예와 달리, 연마재 분사노즐(351)은 하나의 분사노즐이 제공된다. 연마재 분사노즐(351)은 연마재 공급라인(353)을 통하여 연마재 저장부(352)로부터 연마재를 공급받아 기판(70)에 분사한다. 연마재 분사노즐(351)은 연마패드(311)에 대한 상대위치가 변경되도록 이동하며 연마재를 분사한다. 연마재 공급 라인(353)상에는 밸브(354)가 제공된다.

지지블럭(357b)에는 상하면을 관통하는 하나의 홀이 형성된다. 홀은 상부에서 바라볼 때, 지지아암(331)의 길이방향에 수직한 방향으로 길게 형성된다. 연마재 분사노즐(351)은 지지블럭(357)의 홈에 삽입되며, 홈의 길이방향을 따라 이동가능하도록 제공된다. 홀의 길이는 연마 패드(311)의 반지름과 같거나, 그보다 작다.

분사노즐 구동부(354)는 연마패드(311)의 중심에 대한 상대위치가 변경되도록 연마재 분사노즐(351)을 이동시킨다. 구체적으로, 연마패드(311)의 중심과 연마재 분사노즐(351)의 거리가 상이해지도록 연마재 분사노즐(351)을 이동시킨다. 연마재 분사노즐(351)의 이동에 의하여 연마재가 분사되는 위치가 연마패드(311)의 중심을 기준으로 변경된다. 실시예에 의하면, 분사노즐 구동부(354)는 지지블럭(357)에 형성된 홀의 길이방향을 따라 연마재 분사노즐(351)을 이동시킨다. 분사노즐 구동부(354)로는 실린더 또는 모터가 사용될 수 있다.

분사노즐 제어부(355)는 분사노즐 구동기(354)를 제어한다. 구체적으로, 연마재가 기판(70)의 가장자리영역으로 분사될 때보다 기판(70)의 중심영역으로 분사될 때 연마재 분사노즐(351)이 연마패드(311)의 중심을 기준으로 더 멀리 위치되도록 분사노즐 구동기(354)를 제어한다.

도 9는 도 8의 연마재 공급부재를 이용하여 기판를 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 8 및 9를 참조하면, 분사노즐 구동부(354)는 기판(70)을 연마하는 영역에 따라 연마패스(311)의 중심에 대한 연마재 분사노즐(351)의 상대위치가 변경되도록 연마재 분사노즐(351)을 이동시킨다. 기판(70)의 중심영역을 연마하는 경우, 연마재 분사노즐(351)은 연마패드(311)의 중심으로부터 제1거리(d1)의 위치에 위치한다. 그리고, 기판(70)의 가장자리영역을 연마하는 경우 연마재 분사노즐(351)은 연마패드(311)의 중심으로부터 제2거리(d2)의 위치에 위치한다. 제1거리(d1)는 제2거리(d2)보다 연마패드(311)의 중심으로부터 먼 지점이다. 제1거리(d1)의 위치에서 연마재가 공급되는 기판(70)상의 지점과 기판(70)의 중심간의 거리(이하, '제1거리'라고 한다.)는 제2거리(d2)의 위치에서 연마재가 공급되는 기판(70)상의 지점과 기판(70)의 중심간의 거리(이하, '제2거리'라고 한다.)보다 연마패드(311)의 중심과 기판 중심간의 거리(이하, '기준거리'라고 한다.)에 근접하다. 따라서, 제1거리(d1)의 위치에서 분사된 연마재는 기판(70)의 회전에 의해 연마패드(311)의 중심으로 공급되므로 기판(70)의 중심영역의 연마가 효율적으로 진행된다.

기판(70)의 중심영역을 연마한 연마패드(311)는 지지아암(331)에 의해 스윙이동되어 기판(70)의 가장자리영역으로 이동하며 기판(70)을 연마한다. 연마패드(311)가 스윙이동되며 기판(70)의 가장자리영역으로 이동하는 동안 기판(70)으로 연마재가 공급된다. 기판(70)의 중심영역과 가장자리영역 사이의 구간에서, 제1거리는 제2거리보다 기준거리에 근접하므로 제1거리(d1)의 위치에서 연마재가 분사되며, 분사된 연마재는 기판(70)의 회전에 의해 연마패드(311)의 중심으로 공급되어 기판(70) 중심영역과 가장자리영역간의 구간을 효율적으로 연마한다.

기판(70)의 가장자리영역으로 이동된 연마패드(311)은 기판(70)의 가장자리영역을 연마한다. 연마패드(70)의 중심이 기판의 가장자리영역에 위치하는 경우, 제2거리는 제1거리보다 기준거리에 근접하므로, 제2거리(d2)의 위치에서 연마재가 분사되며, 분사된 연마재는 기판(70)의 회전에 의해 연마패드(311)의 중심으로 공급되어 기판(70)위 가장자리영역간을 효율적으로 연마한다.

본 발명에서는 기판(70)이 연마되는 영역에 따라 연마재 분사노즐(351)이 두 개의 구간을 이동하는 것으로 설명하였으나, 연마재 분사노즐(351)은 연마되는 기판의 크기, 연마재의 분사가 요구되는 영역수에 따라 3개 이상의 구간으로 이동하며 연마재를 분사할 수 있다.

다시 도 5를 참조하면, 연마헤드 지지부(320)는 연마 헤드(310)의 상부에 위치하며, 연마 헤드(310)를 지지한다. 연마헤드 지지부(320)는 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 회전되어 연마 헤드(310)를 회전시킨다. 연마헤드 지지부(320)는 하우징(321), 회전축(322), 제1 및 제2 베어링(323a, 323b), 그리고 공기 주입관(327)을 포함한다.

하우징(321)은 대체로 원통형의 관 형상을 갖고, 상단부가 연마헤드 이동부재(330)의 회전 케이스(331) 안에 삽입되어 회전 케이스(331)에 결합되며, 하단부가 연마 헤드(310)와 결합한다.

회전축(322)은 하우징(321) 안에 구비되고, 하우징(321)과 이격하여 위치한다. 회전축(322)은 하우징(321)의 길이 방향으로 연장된다. 회전축(322)의 상단부는 종동 풀리(333)와 볼트결합되며, 하단부는 결합 플레이트(315)와 결합한다. 회전축(322)은 종동 풀리(333)에 의해 회전되며, 회전축(322)의 회전에 의해 연마 헤드(310)가 회전된다.

회전축(322)의 내부에는 회전축(322)의 상단과 하단을 관통하는 공기주입홀(324a)이 형성된다. 공기 주입홀(324a)은 제1공기유로(324b)와 연결되며, 패드 압력조절부(900)에서 공급된 공기를 제1공기유로(324b)로 공급한다.

회전축(322)의 상단에는 공기 주입홀(324a)과 연결되는 홈이 회전축(322)의 길이방향으로 형성된다. 홈 내부에는 로터리 조인트(325)가 제공한다. 로터리 조인트(325)는 회전축(322)이 길이방향으로 배치되며, 상단에 유체 유입구(325a)가 형성되고 하단에 유체 유출구(325b)가 형성된다. 로터리 조인트(325)의 내부에는 유체 유입구(325a)와 유체 유출구(325b)를 연결하는 통로가 형성된다. 유체 유입구(325a)는 패드 압력 조절부(900)의 메인 라인(920)과 연결되며, 유체 유출(325b)구는 공기 유입홀(324a)과 연결된다. 유체 유입구(325a)로 유입된 공기는 통로를 거쳐 유체 유출구(325b)로 배출되며, 배출된 공기는 공기 유입홀(324a)로 공급된다. 로터리 조인트(325)는 상단이 고정되고, 하단이 회전축(322)과 결합되어 회전축(322)과 함께 회전한다. 로터리 조인트(325)는 회전축(322)이 회전되는 동안 공기 유입홀(324a)로 공기를 공급한다.

제1 및 제2 베어링(323a, 323b)은 하우징(321)과 회전축(322) 사이에 개재된다. 제1 및 제2 베어링(323a. 323b)은 하우징(321)과 회전축(322)을 연결하고, 회전축(322)이 안정적으로 회전하도록 회전축(322)을 지지한다. 제1 베어링(323a)은 연마헤드 이동부재(330)와 인접하게 위치하고, 제2 베어링(323b)은 연마 헤드(310)와 인접하게 위치한다. 제1 및 제2 베어링(323a, 323b)의 내륜들은 상기 회전축(322)에 끼워져 회전축(322)과 함께 회전하고, 외륜들은 하우징(321)에 결합되어 회전축(322) 회전시 회전되지 않는다. 따라서, 회전축(322)만 회전하고, 하우징(321)은 회전하지 않는다.

도 10은 연마 유닛의 배면을 나타낸 부분 분해 사시도이다.

도 5 및 도 10을 참조하면, 연마헤드 지지부(320)의 상부에는 연마헤드 이동부재(330)가 설치된다. 연마헤드 이동부재(330)는 지지아암(331) 및 구동부(340)에서 발생한 회전력을 연마헤드 지지부(320)로 전달하는 벨트-풀리 어셈블리(335)를 포함한다.

지지아암(331)은 일측이 연마헤드 지지부(320)에 결합되며, 타측이 구동부(340)에 결합된다. 지지아암(331)의 내부에는 벨트-풀리 어셈블리(335)가 제공된다. 벨트-풀리 어셈블리(335)는 구동 풀리(332), 종동 풀리(333) 및 벨트(334)를 포함한다.

구동 풀리(332)는 제1 구동 모터(341)의 상부에 설치되고, 제1 구동 모터(341)를 관통하는 수직 암(344)의 일측과 결합한다. 수직 암(344)의 타측에는 제2 구동 모터(342)가 결합된다.

종동 풀리(333)는 구동 풀리(332)와 마주하도록 배치된다. 종동 풀리(333)는 연마헤드 지지부(320)의 상부에 위치하며, 연마헤드 지지부(320)와 결합한다. 구동 풀리(332)와 종동 풀리(333)는 벨트(334)를 통해 서로 연결된다.

도 11은 연마 유닛의 배면을 나타낸 사시도이고, 도 12는 연마 유닛을 나타낸 부분 절개 측면도이다.

도 11 및 12을 참조하면, 구동부(340)는 연마헤드 이동부재(330)를 회전시키 는 제1 구동 모터(341), 연마헤드 지지부(320)를 회전시키는 제2 구동 모터(342) 및 연마 헤드(310)의 수직 위치를 조절하는 수직 이동부(343)를 포함한다.

제1 구동 모터(341)는 지지아암(331)에 결합되고, 지지아암(331)에 회전력을 제공한다. 제1 구동 모터(341)는 시계 방향으로의 회전력과 반시계 방향으로의 회전력을 교대로 반복적으로 제공한다. 이에 따라, 연마헤드 이동부재(330)는 구동부(340)가 결합된 부분을 중심으로하여 스윙한다. 연마 공정 시, 연마 헤드(310)는 연마헤드 이동부재(330)의 스윙 동작에 의해 기판(70)의 상부에서 원호 형태로 수평 왕복 이동할 수 있다.

제1 구동 모터(341)의 아래에는 제2 구동 모터(342)가 설치된다. 제2 구동 모터(342)는 벨트-풀리 어셈블리(335)에 회전력을 제공하고, 벨트-풀리 어셈블리(335)는 제2 구동 모터(342)의 회전력을 연마헤드 지지부(320)에 제공한다.

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

제1 구동 모터(341) 및 제2 구동 모터(342)의 배후에는 수직 이동부(343)가 설치된다. 수직 이동부(343)는 볼 스크류(343a), 너트(343b) 및 제3 구동 모터(343c)를 포함한다. 볼 스크류(343a)는 막대 형상을 갖고, 지면에 대해 수직하게 설치된다. 너트(343b)는 볼 스크류(343a)에 끼워지고, 제2 구동 모터(342)에 고정 된다. 볼 스크류(343a)의 아래에는 제3 구동 모터(343c)가 설치된다. 제3 구동 모터(343c)는 볼 스크류(343a)와 결합한다. 볼 스크류(343a)는 제3 구동 모터(343c)에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 너트(343b)는 볼 스크류(343a)의 회전에 의해 볼 스크류(343a)를 따라 상하 이동하며, 이에 따라, 너트(343b)에 결합된 제2 구동 모터(342)가 너트(343b)와 함께 상하 이동한다. 제2 구동 모터(342)의 수직 이동에 의해 제1 구동 모터(341) 및 연마헤드 이동부재(330)가 상하 이동하고, 이에 따라, 연마헤드 지지부(320) 및 연마 헤드(310) 또한 상하 이동한다.

이 실시예에 있어서, 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.

다시 도 5를 참조하면, 패드 압력 조절부(900)은 벨로우즈(316)의 공기 압력을 조절한다. 벨로우즈(316)에 주입된 공기의 압력에 따라 연마 패드(311)가 기판(70)를 가압하는 압력이 조절된다. 패드 압력 조절부(900)는 공기 제공부(910), 메인 라인(920), 레귤레이터(Regulator)(930), 전공 레귤레이터(Electro-Pneumatic Regulator)(940), 제1 밸브(950), 압력계(960), 진공 부재(970), 서브 라인(980) 및 제2 밸브(990)를 포함한다.

공기 제공부(910)는 벨로우즈(316)에 제공될 공기를 저장한다. 메인 라인(920)은 입력단이 공기 제공부(910)에 연결되고, 출력단이 공기 주입홀(327)과 연결된다. 메인 라인(920)은 연마 공정 시 공기 제공부(910)로부터 공급된 공기를 공기 주입홀(327)으로 공급한다. 공기 주입홀(327)에 공급된 공기는 제1, 2공기유로를 거쳐 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이의 공간으로 공급된다. 공급된 공기에 의해 벨로우즈(316)가 이완된다. 또한, 메인 라인(920)은 연마 유닛(300)이 대기 시 진공 부재(970)로부터 제공되는 진공압을 공기 주입관(327)에 제공한다. 이에 의해, 벨로우즈(316)가 수축된다.

메인 라인(920)에는 레귤레이터(930), 전공 레귤레이터(940), 제1 밸브(950) 및 압력계(960)가 순차적으로 설치된다. 레귤레이터(930)는 공기 제공부(910)로부터 메인 라인(920)으로 제공된 공기의 압력을 적정 압력으로 감압시킨다. 레귤레이터(930)에 의해 감압된 공기는 전공 레귤레이터(940) 측으로 이동한다. 전공 레귤레이터(940)는 연마 공정시 레귤레이터(930)에 의해 감압된 공기의 압력을 기 설정된 압력으로 자동 조절한다. 메인 라인(920)안의 공기는 전공 레귤레이터(940)를 거쳐 제1 밸브(950) 측으로 이동한다. 제1 밸브(950)는 온/오프 동작을 통해 메인 라인(920)에 주입된 공기를 공기 주입홀(327)에 공급 및 차단한다. 압력계(960)는 제1 밸브(950)와 공기 주입홀(327) 사이에 설치되어 공기 주입홀(327)에 제공되는 공기의 최종 압력을 측정한다.

패드 압력 조절부(900)는 공기 주입홀(327)에 제공되는 공기의 최종 압력을 조절하여 연마 유닛(300)이 상기 기판를 가압하는 압력을 조절한다. 패드 압력 조절부(900)로부터 제공되는 공기의 최종 압력에 따라 벨로우즈(316)에 주입되는 공기의 압력이 조절되며, 벨로우즈(316)는 내부 공기의 압력에 따라 이완되는 정도가 달라진다. 벨로우즈(316)에 주입되는 공기의 압력이 높을수록 벨로우즈(316)가 많 이 이완되고, 압력이 낮을수록 벨로우즈(316)가 적게 이완된다. 벨로우즈(316)의 이완 정도에 따라, 연마 패드(311)가 상기 기판를 가압하는 압력이 증감한다.

다시 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(400, 500)은 상기 기판(70)의 연마 공정 및 세정 공정에 필요한 처리 유체를 기판 지지유닛(100)에 고정된 기판(70)에 분사한다. 제1 처리 유체 공급 유닛(400)은 용기 유닛(200)을 사이에 두고 연마 유닛(300)과 마주하게 설치되며, 제2 처리 용기(220)의 측벽(221)에 고정 설치된다. 연마 공정 또는 세정 공정 시, 제1 처리 유체 공급 유닛(400)은 스핀 헤드(110)에 고정된 기판(70)에 처리 유체를 분사하여 기판(70)를 세정한다. 제1 처리 유체 공급 유닛(400)은 제2 처리 용기(220)의 측벽(221) 상단에 고정된 다수의 분사 노즐을 구비할 수 있고, 각 분사 노즐은 기판(70)의 중앙부측으로 처리 유체를 분사한다. 분사 노즐에서 분사되는 처리 유체는 기판(70)의 세정 또는 건조를 위한 처리 유체일 수도 있고, 건조를 위한 건조 가스일 수도 있다.

본 발명의 일례로, 제1 처리 유체 공급 유닛(400)은 네 개의 분사 노즐을 구비하나, 분사 노즐의 개수는 기판(70) 세정에 사용되는 상기 처리 유체의 종류수에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.

제2 처리 유체 공급 유닛(500)은 용기 유닛(200) 및 제1 처리 유체 공급 유닛(400)을 사이에 두고 연마 유닛(300)과 마주하게 설치된다. 제2 처리 유체 공급 유닛(500)은 처리 유체을 분사하는 약액 노즐을 구비하고, 세정 공정 시 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 기판(70)에 처리 유체을 분사하여 상기 기판(70)를 세정한다. 제2 처리 유체 공급 유닛(500)은 스윙이 가능하며, 세정 공정시 스윙 동작을 통해 약액 노즐을 스핀 헤드(110)의 상부에 배치시킨 상태에서 처리 유체을 분사한다.

브러쉬 유닛(600)은 연마 공정 후 기판(70) 표면의 이물을 물리적으로 제거한다. 브러쉬 유닛(600)은 기판(70)에 표면에 접촉되어 기판(70) 표면의 이물을 물리적으로 닦아 내는 브러쉬 패드를 구비하고, 스윙이 가능하다. 세정 공정시, 브러쉬 유닛(600)은 스윙 동작을 통해 브러쉬 패드를 스핀 헤드(110)의 상부에 배치시킨 상태에서 브러쉬 패드를 회전시켜 스핀 헤드(110)에 고정된 기판(70)를 세정한다.

브러쉬 유닛(600)의 일측에는 에어로졸 유닛(700)이 배치된다. 에어로졸 유닛(700)은 스핀 헤드(110)에 고정된 기판(70)에 처리 유체을 미세 입자형태로 고압 분무하여 기판(70) 표면의 이물을 제거한다. 본 발명의 일례로, 에어로졸 유닛(700)은 초음파를 이용하여 처리 유체을 작은 입자 형태로 분무한다. 브러쉬 유닛(600)은 비교적 큰 입자의 이물을 제거하는 데 사용되며, 에어로졸 유닛(700)은 브러쉬 유닛(600)에 비해 비교적으로 작은 입자의 이물을 제거하는 데 사용된다.

상술한 바와 같이, 기판 연마 시스템(2000)은 각 기판 연마 챔버(1000)에서 기판(70)의 연마 공정 및 세정 공정이 모두 이루어지므로, 연마 공정 후 세정 공정용 챔버로 기판를 이송할 필요가 없고, 별도의 세정 공정용 챔버를 구비할 필요가 없다. 이에 따라, 상기 기판 연마 시스템(2000)은 기판(70)의 이송 시간 및 공정 시간을 단축시키고, 생산성을 향상시키며, 풋 프린트를 감소시킬 수 있다.

도 13은 도 3에 도시된 패드 컨디셔닝 유닛을 나타낸 사시도이다.

도 13을 참조하면, 패드 컨디셔닝 유닛(800)은 연마 유닛(300)이 홈 포 트(home port)에서 대기 중일 때, 연마 유닛(300)을 세정 및 재생시킨다. 패드 컨디셔닝 유닛(800)은 처리조(810), 제1 및 제2 다이아몬드 디스크(820, 830), 세정 노즐(840) 및 다수의 습윤 노즐(850)을 포함한다.

구체적으로, 처리조(810)는 상부가 개방된 통 형상을 갖고, 연마 패드(311)의 재생 공정시 내부에 연마 유닛(300)의 연마 헤드(310)(도 5 참조)가 수용된다.

제1 및 제2 다이아몬드 디스크(820, 830)는 처리조(810) 안에 설치된다. 제1 및 제2 다이아몬드 디스크(820, 830)는 처리조(810)의 바닥면에 구비된 디스크 지지부(860) 상에 설치된다. 제1 및 제2 다이아몬드 디스크(820, 830)는 수평 방향으로 서로 나란히 배치되며, 재생 공정시 상기 연마 패드(311)의 표면과 접촉하여 연마 패드(311)의 표면을 연마한다.

연마 유닛(310)은 연마 공정이 완료되면 연마 헤드(310)가 처리조(810) 안에 수용된 상태로 대기하며, 연마 패드(311)의 재생 공정은 연마 유닛(310)이 대기 상태일 때 이루어진다. 재생 공정시, 연마 패드(311)는 제1 및 제2 다이아몬드 디스크(820, 830)와 접촉된 상태에서 회전하며, 이에 따라, 연마 패드(311)의 표면이 제1 및 제2 다이아몬드 디스크(820, 830)에 의해 연마된다.

세정 노즐(840)은 디스크 지지부(840)의 일측면에 설치되고, 제1 및 제2 다이아몬드 디스크(820, 830)와 인접하게 위치한다. 세정 노즐(840)은 제1 및 제2 제2 다이아몬드 디스크(820, 830)에 의한 연마 패드(311)의 연마가 완료되면, 세정액을 연마 패드(311)의 표면에 분사하여 연마 패드(311)를 세정한다. 특히, 연마 패드(311)는 표면에 연마 패턴이 형성되므로, 연마 패턴 안에 이물질이 잔존할 수 있 으며, 이러한 이물질은 위치적인 조건상 제거하기가 어렵다. 세정 노즐(840)은 이러한 이물질을 효과적으로 제거하기 위해 상기 세정액을 고압으로 분사하여 연마 패드(311)의 표면에 물리적인 힘을 가한다. 본 발명의 일례로, 세정 노즐(840)은 약 0.01 내지 약 0.5 MPa의 압력으로 세정액을 분사할 수 있으며, 세정액으로는 초순수가 사용될 수 있다.

처리조(810)의 내벽에는 다수의 습윤 노즐(851, 852, 853, 854)이 설치된다. 이 실시예에 있어서, 상기 패드 컨디셔닝 유닛(800)은 네 개의 습윤 노즐(851, 852, 853, 854)을 구비하나, 상기 습윤 노즐(851, 852, 853, 854)의 개수는 공정 효율에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.

네 개의 습윤 노즐(851, 852, 853, 854)은 처리조(810)의 서로 마주하는 두 개의 측벽에 각각 두 개씩 설치된다. 습윤 노즐들(851, 852, 853, 854)은 연마 패드(311)를 연마하기 전에 연마 패드(311)에 린스액을 분사하여 연마 패드(311)에 잔존하는 약액, 예컨대, 연마재를 제거한다.

또한, 습윤 노즐들(851, 852, 853, 854)은 연마 패드(311)의 재생 공정이 진행되는 동안 린스액을 계속 분사하여 처리조(810) 안을 습윤 상태로 유지시킨다. 이에 따라, 패드 컨디셔닝 유닛(300)은 연마 패드(311)의 재생 공정이 진행되는 동안 연마 패드(311)에 잔존하는 연마재가 경화되는 것을 방지한다.

이와 같이, 패드 컨디셔닝 유닛(800)은 연마 유닛(300)과 별도로 구비되어 대기 상태의 연마 패드(311)에 재생 공정을 실시한다. 즉, 연마 패드(311)의 재생 공정은 기판의 연마 공정과 별개로 진행된다. 이에 따라, 기판 연마 챔버(1000)는 재생 공정에서 연마 패드(311)에 묻은 다이아몬드 조각이 기판에 낙하되는 것을 방지하고, 이로 인한 기판의 연마 불량을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 사용하여 기판을 연마하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

연마헤드 이송부재(330)에 의하여 연마헤드(310)가 스윙되어 연마패드(311)가 기판(70)의 상면으로 이동한다. 연마패드(311)가 기판(70)의 상면과 접촉된 상태에서 회전하여 기판(70)의 연마가 진행된다. 연마가 진행되지 전 또는 진행되는 동안 기판(70)의 상면으로 연마재를 분사된다. 연마재가 분사되는 위치는 연마재가 제공되는 기판 상면의 영역에 따라 연마패드(311)의 중심을 기준으로 상대위치가 변경된다.

도 6 및 7을 참조하면, 연마재가 분사되는 상대위치의 변경은 연마재를 분사하는 연마재 분사노즐(351)들을 변경함으로써 이루어진다. 구체적으로, 기판(70)의 중심영역으로 연마재를 분사하는 연마재 분사노즐(351a)은 기판(70)의 가장자리영역으로 연마재를 분사하는 연마재 분사노즐(351b)에 비하여 연마패드(311)의 중심(C)을 기준으로 먼 거리에 위치한다.

기판(70)의 중심영역을 연마하는 경우, 제1연마재 분사노즐(351a)에서 연마재를 분사한다. 기판(70)의 중심과 제1연마재 분사노즐(351a)에 의해 연마재가 공급되는 지점간의 거리는 제2연마재 분사노즐(351b)에 의해 연마재가 공급되는 지점보다 기판(70)의 중심과 연마패드(311)의 중심(C)간의 거리에 근접한다. 제1연마재 분사노즐(351a)에 의해 분사된 연마재는 기판(70)의 회전에 의해 연마패드(311)의 중심으로 공급되므로 기판(70)의 중심영역의 연마가 효율적으로 진행된다.

기판의 가장자리영역을 연마하는 경우 제2연마재 분사노즐(351b)에서 연마재를 분사한다. 제2연마재 분사노즐(351b)에서 분사된 연마재는 연마패드(311)의 중심에 근접하여 공급된다. 연마패드(311)의 중심으로 공급된 연마재는 연마패드(311)의 회전력에 의해 연마패드(311)의 가장자리영역으로 분산되며, 기판(70)의 가장자리영역을 효과적으로 연마한다.

도 8 및 9를 참조하면, 연마재를 분사하는 위치는 연마재 분사노즐(351)이 연마패드(311)의 중심으로부터 거리가 변하도록 움직임으로써 변경된다. 구체적으로, 연마재 분사노즐(351)은 기판(70)의 중심영역으로 연마재를 분사할 때보다 기판(70)의 가장자리영역으로 연마재를 분사할 때, 연마패드(311)의 중심에 가까이 위치하도록 움직인다.

기판(70)의 중심영역을 연마하는 경우, 기판(80)의 가장자리영역을 연마할 때(d2)보다 연마재 분사노즐(351)이 연마패드(311)의 중심으로부터 더 멀리 위치(d1)한다. 상기 연마재 분사노즐의 위치에서 연마재가 공급되는 기판상의 지점은 기판(70)의 중심을 기준으로 연마패드(311)의 중심과 기판 중심간의 거리에 근접하다. 따라서, 상기 위치에서 분사된 연마재는 기판(70)의 회전에 의해 연마패드(311)의 중심으로 공급되므로 기판(70)의 중심영역의 연마가 효율적으로 진행된다.

기판(70)의 가장자리영역을 연마하는 경우, 연마제 분사노즐(351)은 기 판(70)의 중심영역을 연마할 때보다 연마제 분사노즐(351)이 연마패드(311)의 중심을 기준으로 가까이 위치하도록 이동된다. 기판(70)의 중심영역을 연마할 때보다 연마재 분사노즐(351)이 연마 패드(311)의 중심에 가까이 위치(d2)하여 연마재를 분사하면, 연마패드(311)의 중심에 근접하여 연마재가 공급될 수 있다. 이로 인하여, 연마패드(311)의 중심영역으로 연마재가 제공되어 연마가 효율적으로 진행된다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나태 내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

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

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매엽식 연마 시스템을 나타낸 측면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 연마 챔버를 나타낸 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 유닛 및 처리 용기를 구체적으로 나타낸 부분 절개 사시도이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 헤드 및 연마헤드 지지부를 나타낸 종단면도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마재 공급부재를 나타내는 도면이다.

도 7은 도 6의 연마재 공급부재를 이용하여 웨이퍼를 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마재 공급부재를 나타내는 도면이다.

도 9는 도 8의 연마재 공급부재를 이용하여 웨이퍼를 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 유닛을 나타낸 부분 분해 사시도이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 유닛의 배면을 나타낸 사시도이 다.

도 12은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 유닛을 나타낸 부분 절개 측면도이다.

도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 패드 컨디셔닝 유닛을 나타낸 사시도이다.

Claims (24)

1. 기판을 지지하는 스핀헤드;

   상기 스핀헤드를 회전시키는 구동기;

   상기 스핀헤드에 지지된 기판을 연마하는 연마헤드;

   상기 스핀헤드에 대해 상기 연마헤드의 상대위치가 변경되도록 상기 연마헤드를 이동시키는 연마헤드 이동부재를 포함하되,

   상기 연마헤드는

   저면에 위치하며, 상기 기판을 연마하는 연마패드;

   상기 연마패드의 일측에 제공되고, 상기 기판으로 연마재를 공급하는 연마재 공급부재를 포함하되,

   상기 연마재 공급부재는 연마재가 분사되는 위치가 상기 연마패드의 중심을 기준으로 변경될 수 있도록 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 연마재 공급부재는

   제1분사노즐;

   상기 연마패드의 중심을 기준으로 상기 제1분사노즐과 상이한 거리에 위치하는 제2분사노즐를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 연마재 공급부재는

   상기 연마재를 저장하는 연마재 저장부;

   일단이 상기 연마재 저장부와 연결되는 메인 라인;

   일단이 분기된 상기 메인라인의 타단과 연결되며, 타단이 상기 제1분사노즐과 연결되는 제1공급라인;

   일단이 분기된 상기 메인라인의 타단과 연결되며, 타단이 상기 제2분사노즐과 연결되는 제2공급라인;

   상기 제1공급라인에 설치되는 제1밸브;

   상기 제2공급라인에 설치되는 제2밸브; 및

   상기 제1밸브와 상기 제2밸브의 개폐를 제어하는 밸브제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 연마헤드 이동부재는

   상기 연마헤드를 지지하고, 상기 연마헤드를 스윙이동시키는 지지아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 밸브제어기는

   상기 기판의 중심영역으로 연마재를 분사하는 경우, 상기 제1밸브를 오픈시키고 상기 제2밸브를 차단하며,

   상기 기판의 가장자리영역으로 연마재를 분사하는 경우, 상기 제2밸브를 오픈시키고 상기 제1밸브를 차단하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 연마헤드 이동부재는

   상기 연마헤드를 지지하는 지지아암을 포함하되,

   상기 제1분사노즐과 상기 제2분사노즐의 배열 방향은

   상부에서 바라볼 때, 상기 지지아암의 길이방향에 수직한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제1분사노즐과 상기 제2분사노즐간의 거리는

   상기 연마패드의 반지름과 같거나 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 연마재 공급부재는

   연마재를 분사하는 연마재 분사노즐;

   상기 연마패드의 중심에 대한 상대위치가 변경되도록 상기 연마재 분사노즐을 이동시키는 분사노즐 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 분사노즐 구동부는

   상기 연마패드의 중심과 상기 연마재 분사노즐의 거리가 상이해지도록 상기 연마재 분사노즐을 이동시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 연마재 공급부재는

    연마재가 기판의 가장자리영역으로 분사될 때보다 기판의 중심영역으로 분사될 때, 상기 연마재 분사노즐이 상기 연마패드의 중심을 기준으로 더 멀리 위치하도록 상기 분사노즐 구동기를 제어하는 분사노즐 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
11. 기판을 지지하며, 그 중심축을 기준으로 회전가능하게 제공되는 스핀 헤드와;

    상기 스핀헤드의 상부에 위치되어 상기 스핀 헤드에 놓인 기판을 연마하는 연마 헤드와;

    상기 스핀 헤드에 대한 상기 연마 헤드의 상대 위치가 변경되도록 상기 연마 헤드를 이동시키는 연마헤드 이동부재를 포함하되,

    상기 연마 헤드는

    상기 스핀헤드의 상면보다 작은 면적을 가지며, 상기 연마 헤드 상에 놓인 기판과 접촉가능하게 제공되는 연마 패드와;

    기판으로 연마재를 공급하는 연마재 공급부재를 구비하고,

    상기 연마재 공급부재는

    연마재를 공급하는 연마재 분사노즐과;

    상기 연마 패드의 중심에 대해 기판 상으로 연마재가 공급되는 상대 위치가 변경되도록 상기 연마재 분사노즐을 이동시키는 분사노즐 구동부를 포함하고,

    상기 연마재 공급부재는 상기 연마 패드의 중심을 기준으로 서로 상이한 복수의 지점에서 연마재를 공급할 수 있도록 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 연마재 공급부재는 제1분사노즐과 제2분사노즐을 구비하며,

    상기 제1분사노즐은 제1공급라인과 연결되고, 상기 제2분사노즐은 제2공급라인과 연결되며,

    상기 제1공급라인과 상기 제2공급라인은 연마재 저장부로부터 연마재를 공급받는 메인라인에서 분기되고,

    상기 제1공급라인과 상기 제2공급라인에는 각각 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 연마재 공급부재는

    동일한 연마재를 공급하도록 제공된 복수의 분사노즐들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 연마헤드 이동부재는

    상기 연마 헤드를 스윙이동시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 제1분사노즐과 상기 제2분사노즐은 상기 연마 패드의 중심에 대한 상대 위치가 변하지 않도록 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 제1분사노즐과 상기 제2분사노즐은 상기 연마패드의 중심으로부터 거리가 상이하게 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
17. 제 12 항에 있어서,

    상기 연마헤드 이동부재는

    일단에 상기 연마헤드가 지지되고, 타단을 축으로 회전가능하도록 제공되는 지지아암을 포함하고,

    상기 제1분사노즐과 상기 제2분사노즐은 상기 지지아암의 길이 방향에 평행 한 선으로부터 거리가 서로 상이하게 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
18. 제 17 항에 있어서,

    상부에서 바라볼 때, 상기 제1분사노즐과 상기 제2분사노즐의 배열 방향은 상기 지지아암의 길이방향에 수직한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
19. 삭제
20. 삭제
21. 연마패드가 기판의 상면을 이동하며 상기 기판을 연마하는 방법에 있어서,

    상기 기판의 연마가 진행되는 동안 상기 기판의 상면으로 연마재를 분사하되,

    연마재가 제공되는 상기 기판 상의 영역에 따라 상기 연마패드의 중심을 기준으로 연마재가 분사되는 상대위치는 변경되고,

    상기 연마재를 분사하는 상대위치의 변경은

    연마재를 분사하는 분사노즐을 변경함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
22. 제 21 항에 있어서,

    기판의 중심영역으로 연마재를 분사하는 분사노즐은 기판의 가장자리영역으로 연마재를 분사하는 분사노즐에 비하여 상기 연마패드의 중심을 기준으로 먼 거리에 위치하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
23. 연마패드가 기판의 상면을 이동하며 상기 기판을 연마하는 방법에 있어서,

    상기 기판의 연마가 진행되는 동안 상기 기판의 상면으로 연마재를 분사하되,

    연마재가 제공되는 상기 기판 상의 영역에 따라 상기 연마패드의 중심을 기준으로 연마재가 분사되는 상대위치는 변경되고,

    연마재 분사노즐은 상기 연마패드와 함께 이동되도록 제공되며,

    상기 연마재가 분사되는 상대위치 변경은

    연마재를 분사하는 상기 연마재 분사노즐이 상기 연마패드의 중심으로부터 거리가 변하도록 움직임으로써 이동되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
24. 제 23 항에 있어서,

    연마재 분사노즐은

    기판의 중심영역으로 연마재를 분사할 때보다 기판의 가장자리영역으로 연마재를 분사할 때, 상기 연마패드의 중심으로부터 가까이 위치하도록 이동되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.

Images