KR101191039B1 - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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    • H01L21/30625—With simultaneous mechanical treatment, e.g. mechanico-chemical polishing

Abstract

본 발명은 연마 유닛 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 연마 유닛은 복수개의 연마패드들 독립적으로 회전하여 기판을 연마한다. 각각의 연마패드들은 서로 상이한 면적을 가지며, 기판의 서로 다른 영역을 연마하도록 배치되다. 기판의 가장자리영역을 연마하는 연마패드는 중심영역을 연마하는 연마패드보다 면적이 작다. 복수개의 연마패드들은 하나의 지지아암에 지지되어 이동되며, 기판의 연마가 진행되는 동안 복수개의 연마패들은 위치가 고정된다.
기판, 연마, 세정, 연마패드

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 있 는 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.
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.
종래의 연마장치는 일정한 크기를 갖는 하나의 연마패드가 기판의 상면을 이동하며 기판을 연마한다. 종래의 연마장치에 의할 때, 하나의 연마패드가 기판의 전체면을 연마하므로 연마시간이 증가한다. 그리고, 일정한 크기를 갖는 연마패드로 연마하는 경우, 기판의 영역에 따라 발생하는 연마량에 차이를 제어하기 어렵다. 특히, 기판의 가장자리영역이 중심영역보다 과연마되는 현상을 제어하기 어렵다.
본 발명은 기판의 전체면을 균일하게 연마할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 연마공정시간을 줄일 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 기판의 연마영역에 따라 연마량을 조절할 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 연마유닛을 제공한다. 연마유닛은 기판을 연마하는 복수개의 연마패드들; 및 각각의 상기 연마패드들을 독립적으로 회전시키는 연마패드 구동기들; 상기 연마패드들을 동시에 지지하며, 상기 연마패드를 이동시키는 지지아암을 포함한다.
각각의 상기 연마패드들은 서로 상이한 면적을 갖는다.
상기 연마패드들 중 적어도 두 개의 상기 연마패드들의 중심은 상기 지지아암의 길이방향에 평행한 선으로부터 거리가 서로 상이하게 제공된다.
상기 연마패드들은 어느 하나의 상기 연마패드의 가장자리영역이 연마하는 기판의 영역과 인접한 상기 연마패드의 가장자리영역이 연마하는 기판의 영역이 중첩되도록 배치된다.
상기 연마패드들은 세 개 제공되며, 두 개의 상기 연마패드들의 중심을 연결하는 직선은 나머지 하나의 상기 연마패드의 중심으로부터 이격하여 위치한다.
또한, 본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 기판을 지지 하는 스핀헤드; 상기 스핀헤드를 회전시키는 스핀헤드 구동기; 상기 스핀헤드에 지지된 기판을 연마하는 제1연마패드; 상기 제1연마패드와 이격하여 배치되며, 상기 기판을 연마하는 제2연마패드; 상기 제1, 2연마패드를 지지하며, 상기 제1, 2연마패드를 이동시키는 지지아암; 상기 제1연마패드를 회전시키는 제1구동기; 상기 제2연마패드를 회전시키는 제2구동기를 포함한다.
상기 제1연마패드는 상기 제2연마패드의 면적과 상이한 면적을 갖는다.
상기 제1연마패드의 중심과 상기 제2연마패드의 중심을 연결하는 직선은 상기 지지아암의 길이방향 중심과 비평형하다.
상기 제2연마패드는 상기 제1연마패드의 가장자리영역이 연마하는 상기 기판의 영역과 상기 제2연마패드의 가장자리영역이 연마하는 상기 기판의 영역이 중첩되도록 상기 제1연마패드와 배치된다.
상기 제1연마패드와 상기 제2연마패드로부터 이격하여 배치되며, 상기 지지아암에 지지되는, 그리고 상기 기판을 연마하는 제3연마패드; 및 상기 제3연마패드를 회전시키는 제3구동기를 더 포함한다.
상기 제3연마패드의 면적은 상기 제1연마패드와 상기 제2연마패드보다 작은 면적을 가진다.
상기 제3연마패드는 상기 제1연마패드의 중심과 상기 제2연마패드의 중심을 연결하는 직선에 대해 상기 제3연마패드의 중심과 상기 제2연마패드의 중심을 연결하는 직선이 수직하도록 배치된다.
상기 제3연마패드는 상기 제2연마패드의 가장자리영역이 연마하는 상기 기판 의 영역과 상기 제3연마패드의 가장자리영역이 연마하는 상기 기판의 영역이 중첩되도록 배치된다.
또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 기판 처리 방법은 복수개의 연마패드들이 동시에 기판을 연마하되, 각각의 상기 연마패드들이 연마하는 기판의 영역은 서로 상이하다.
기판의 가장자리영역을 연마하는 상기 연마패드의 면적은 기판의 중심영역을 연마하는 상기 연마패드의 면적보다 작다.
기판의 중간영역과 가장자리영역 사이를 연마하는 상기 연마패드의 면적은 기판의 중심영역을 연마하는 상기 연마패드의 면적보다 작고, 기판의 가장자리영역을 연마하는 상기 연마패드의 면적보다 크다.
각각의 상기 연마패드들이 연마하는 기판상의 영역은 일부가 중첩된다.
상기 기판의 연마가 진행되는 동안 상기 연마패드들의 위치는 고정된다.
본 발명에 의하면, 기판의 연마영역에 따라 연마량 조절이 가능하므로 기판의 전체면을 균일하게 연마한다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수개의 연마패드가 동시에 기판을 연마하므로 연마공정시간이 감소된다.
또한, 본 발명에 의하면, 복수개의 연마패드들의 면적이 서로 상이하므로 연마영역에 따라 연마량이 조절된다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 7을 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 강조하기 위해 과장되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 1을 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)에 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, 제2방향(4)을 따라 일렬로 배치된다. 일 실시예에서는 4개의 재치대(11)가 제공되었다.
인덱스 모듈(20)은 재치대(11)에 놓인 용기(12)와 버퍼부(40)간에 기판(W)을 이송한다. 인덱스 모듈(20)은 프레임(21), 인덱스 로봇(22), 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 가능하고 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)과 결합한다. 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 처리 장치(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 처리 장치들(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 처리 장치(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 처리 장치(1000)들 및 버퍼부(40) 간에 기판을 이송한다. 메인 이송 로봇(60)은 버퍼부(40)에 대기하는 미처리된 기판을 각 기판 처리 장치(1000)로 제공하거나, 기판 처리 장치(1000)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 기판 처리 장치(1000)에서 인출하여 버퍼부(40) 상층에 수납하며, 나머지 하나는 미처리된 기판을 버퍼부(40) 하층에서 인출하여 기판 처리 장치(1000)로 이송한다. 제1핸드부와 제2핸드부는 서로 다른 높이에 설치되며, 독립적으로 전후 이동될 수 있다. 제1핸드부와 제2핸드부는 기판이 올려지는 포켓부(미도시)를 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 처리 장치(1000)로 제공되기 전, 또는 기판 처리 장치(1000)에서 공정이 완료된 기판이 인덱스 로봇(22)에 의해 로드 포트(10)로 반송되기 전에 일시적으로 대기하는 장소를 제공한다. 버퍼부(40)는 이송통로(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 처리 장치(1000)로 이송되기 전에 대기하는 장소로 제공될 수 있다.
기판 처리 장치(1000)들은 기판을 연마 및 세정한다. 기판 처리 장치들(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 처리 장치(1000)는 이송통로(50)의 양측에 각각 두 개의 기판 처리 장치(1000)가 제1방향(3)을 따라 공정처리부(30)의 하층에 배치된다. 공정처리부(30)의 상층에는 하층과 동일한 형태로 기판 처리 장치(1000)가 배치된다. 기판 처리 장치(1000)들은 독립적인 모듈의 형태로 제공될 수 있다. 모듈이라 함은 각 기판 처리 장치(1000)들이 각각의 기판 처리 기능을 수행함에 있어서 독립적인 동작이 가능하도록 관련 파트들이 하나의 독립적인 하우징 내에 설치된 것을 말한다. 모듈의 형태로 제공되는 기판 처리 장치(1000)는 기판 처리 설비의 레이아웃에 따라 공정 모듈(30)을 구성하게 된다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면, 기판 처리 시스템(2000)은 기판(W)의 상면을 연마하는 연마 공정 및 연마 공정 후 기판(W)의 표면을 세정하는 세정 공정을 하나의 기판 처리 장치(1000) 내에서 순차적으로 진행될 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 기판 처리 장치(1000)는 기판 지지 유닛(100), 용기 유닛(bowl unit)(200), 연마 유닛(300), 처리 유체 공급 유닛(500), 브러쉬 유닛(600) 그리고 에어로졸 유닛(700)을 포함한다.
기판 지지 유닛(100)은 기판(W)을 지지하며, 용기 유닛(200)은 회전하는 기판(W)으로부터 비산되는 유체가 회수되도록 기판 지지 유닛(100)을 감싼다. 연마 유닛(300)은 기판 지지 유닛(100)에 지지된 기판(W)을 연마하며, 처리 유체 공급 유닛(700)은 기판(W)의 세정 및 연마에 제공되는 처리 유체를 공급한다. 브러쉬 유닛(600)과 에어로졸 유닛(700)은 연마된 기판(W) 표면의 이물질을 제거한다. 이하, 각 유닛에 대하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 유닛 및 용기 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 기판 지지 유닛(100)은 기판(W)의 연마 공정과 세정 공정이 이루어지는 동안 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(100)은 기판(W)을 지지하는 스핀 헤드(110), 스핀 헤드(110)를 지지하며 스핀 헤드(110)로 회전력을 전달하는 지지축(120), 그리고 스핀 헤드(110)를 회전시키는 스핀헤드 구동기(미도시)를 포함한다.
스핀 헤드(110)는 대체로 원판 형상을 가지며, 상면으로부터 하면으로 갈수록 점차 지름이 감소한다. 스핀 헤드(110)는 기판(W)을 지지하며, 기판(W)을 지지한 상태로 중심축(CR1)을 중심으로 회전가능하도록 제공된다. 스핀헤드(110)의 회전축은 기판(W)에 대해 수직하게 형성된다. 스핀 헤드(110)로 진공척(vacuum chuck)이 사용될 수 있다.
지지축(120)은 스핀 헤드(110)의 하부에 위치하며, 스핀 헤드(110)를 지지한다. 지지축(120)는 대체로 원기둥 형상으로 제공되며, 연마 공정 및 세정 공정이 진행되는 동안 스핀헤드 구동기에 의하여 회전되어 스핀 헤드(110)를 회전시킨다.
스핀헤드 구동기는 지지축(120)의 하부에 설치되며, 외부에서 인가된 전력을 이용하여 스핀 헤드(110)를 회전시키는 회전력을 발생시킨다. 스핀헤드 구동기로는 모터가 사용될 수 있다.
용기 유닛(200)은 기판 지지 유닛(100)를 감싸도록 제공된다. 용기 유닛(200)은 제1 및 제2 처리 용기(process bowl)(210, 220), 제1 및 제2 회수 통(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 지지 유닛(100)을 둘러싸고, 기판(W)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.
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 이루어진다. 제2 가이드 벽(213b)은 제1 가이드 벽(213a)으로부터 아래로 수직하게 연장되고, 측벽(211)과 마주한다. 가이드부(213)는 기판(W)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.
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 제1처리 용기(210)의 상판(211)의 상부에서 제1 처리 용기(210)의 상판(211)과 이격하여 서로 마주한다.
제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 하부에는 연마 공정 및 세정 공정에서 사용된 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.
제1 회수통(230)은 제1 처리 용기(210)의 아래에 설치되고, 연마 공정에서 사용된 처리 유체를 회수한다. 제2 회수통(240)은 제2처리 용기(220)의 아래에 설치되고, 세정 공정에서 사용된 처리 유체를 회수한다.
구체적으로, 제1 회수통(230)은 바닥판(231), 제1측벽(232), 제2측벽(233) 및 연결부(234)를 포함한다. 바닥판(231)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 지지부(220)를 둘러싼다. 실시예에 의하면, 바닥판(231)은 제1회수통(230)에 회수된 처리 유체의 배출을 용이하게 하기 위해 종단면이 'V' 형상을 갖는다.
제1측벽(232)은 바닥판(231)으로부터 수직하게 연장되어 처리 유체을 회수하는 제1회수 공간(RS1)을 형성한다. 제2 측벽(233)은 제1측벽(232)으로부터 이격되 어 제1 측벽(232)과 마주한다. 연결부(234)는 제1측벽(232)의 상단부 및 제2측벽(233)의 상단부와 연결되고, 제1측벽(232)으로부터 제2측벽(233)으로 갈수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 연결부(234)는 제1회수공간(RS1) 밖으로 떨어진 처리 유체가 제1 회수 공간(RS1)에 유입되도록 제1회수공간(RS1) 측으로 가이드한다. 제1회수통(230)은 제1회수관(251)과 연결되며, 제1회수공간(RS1)에 회수된 처리 유체를 제1회수관(251)을 통해 외부로 배출된다.
제1회수통(230)의 외측에는 제2 회수통(240)이 설치된다. 제2회수통(240)은 제1회수통(230)을 둘러싸고, 제1 회수통(230)으로부터 이격되어 위치한다. 구체적으로, 제2회수통(240)은 바닥판(241), 제1측벽(242) 및 제2측벽(243)을 포함한다. 바닥판(241)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 제1회수통(230)의 바닥판(231)을 둘러싼다. 실시예에 의하면, 바닥판(241)은 제2회수통(240)에 회수된 처리 유체의 배출을 용이하게 하기 위해 종단면이 'V' 형상을 갖는다.
제1 및 제2측벽(242, 243)은 바닥판(241)으로부터 수직하게 연장되어 처리 유체을 회수하는 제2회수공간(RS2)을 형성하며, 원형의 링 형상을 갖는다. 제1측벽(242)은 제1회수통(230)의 제1측벽(232)과 제2측벽(233)과의 사이에 위치하고, 제1회수통(230)의 제1측벽(232)을 둘러싼다. 제2회수통(240)의 제2측벽(243)은 바닥판(241)을 사이에 두고 제1측벽(242)과 마주하고, 제1측벽(242)을 둘러싼다. 제2 회수통(240)의 제2측벽(243)은 제1회수통(230)의 제2측벽(233)을 둘러싸며, 상단부가 제2처리 용기(220)의 측벽(221) 외측에 위치한다. 제2회수통(240)은 제2회수관(252)이 연결되며, 제2회수 공간(RS2)에 회수된 처리 유체를 제2회수관(252)을 통해 외부로 배출된다.
기판(W)의 연마 및 세정 공정시, 각 공정에 따라 스핀 헤드(110)와 제1 및 2 처리 용기(210, 220) 간의 수직 위치가 변경되며, 제1 및 제2 회수통(230, 240)은 서로 다른 공정에서 사용된 처리 유체를 회수하여 외부로 배출한다. 구체적으로, 연마 공정시 스핀 헤드(110)는 제1 처리 용기(210) 안에 배치되며, 제1처리 용기(210) 내부에서 기판(W)의 연마 공정이 이루어진다. 연마 공정 시 기판(W)에 분사된 처리 유체가 기판(W)의 회전력에 의해 제1처리 용기(210)내측면으로 비산되어 제1회수통(230)에 회수되며, 제1회수관(251)을 통해 외부로 배출된다.
세정 공정시, 스핀 헤드(110)는 상기 제1처리 용기(210)의 상부에서 제2처리 용기(220)의 상판(222) 아래에 배치된다. 세정 공정에서 기판에 제공된 처리 유체은 기판(W)의 회전력에 의해 제2처리 용기(220)내측면으로 비산되어 제2회수통(240)에 회수되며, 제2회수관(252)을 통해 외부로 배출된다.
제2처리 용기(220)의 외측에는 승강 부재(260)가 설치된다. 승강 부재(260)는 처리 용기(210, 220)와 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 조절한다. 승강 부재(260)는 브라켓(261), 이동축(262) 및 구동기(263)를 포함한다. 브라켓(261)은 제2처리 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 스핀 헤드(110)에 기판(W)이 로딩/언로딩되거나 각각의 공정에서 사용된 처리 유체을 분리 회수하기 위해 처리 용기(210, 220)를 승강시켜 처리 용기(210, 220)와 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 조절한다. 선택적으로, 승강 부재(260)는 스핀 헤드(110)를 수직 이동시켜 처리 용기(210, 220)와 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킬 수도 있다.
연마 유닛(300)은 기판 지지유닛(100)에 지지된 기판(W)의 표면을 화학적 기계적 방법으로 연마하여 기판(W)의 표면을 평탄화한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 유닛을 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 연마유닛의 저면을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 5를 참조하면, 연마 유닛(300)은 연마헤드부(310), 연마패드 지지부재(320), 연마패드 이동부재(330), 그리고 구동부(340)를 포함한다
연마헤드부(310)는 복수개의 연마헤드(310a 내지 310c)를 포함하며, 각각의 연마헤드(310a 내지 310c)는 동시에 기판(W)을 연마한다. 연마헤드들(310a 내지 310c)은 각각 연마패드(311a 내지 311c), 연마본체(312a 내지 312c)를 포함한다.
연마패드(311a 내지 311c)들은 각각 원판형상으로 제공되며, 각각의 연마헤드들(310a 내지 310c)의 저면에 제공된다. 연마패드들(311a 내지 311c)은 스핀 헤드(110)의 상면보다 작은 면적을 갖는다. 연마패드들(311a 내지 311c)은 기판(W)의 상면에 접촉된 상태로 중심축을 기준으로 회전하여 동시에 기판(W)을 연마한다. 각각의 연마패드들(311a 내지 311c)이 연마하는 기판(W)의 영역은 대체로 상이하다.
연마패드들(311a 내지 311c)은 후술하는 지지아암(331)에 동시에 지지된다. 구체적으로, 연마패드들(311a 내지 311c)은 각각의 연마패드들(311a 내지 311c)이 연마하는 기판(W)의 영역이 대체로 상이하도록 배치되어 지지아암(331)에 지지된다. 실시예에 의하면, 연마패드들(311a 내지 311c) 중 적어도 두 개의 연마패드들 은 그 중심이 지지아암(331)의 길이방향에 평행한 선(A)으로부터 상이한 거리에 위치하도록 배치된다. 그리고, 어느 하나의 연마패드(311c)의 중심(C3)은 두 개의 연마패드들(311a, 311b)의 중심을 연결하는 직선(L1)으로부터 이격하여 위치한다. 또한, 연마패드들(311a 내지 311c)은 어느 하나의 연마패드의 가장자리영역이 연마하는 기판(W)의 영역이 인접한 연마패드의 가장자리영역이 연마하는 기판(W)의 영역과 중첩되도록 배치된다.
연마패드들(311a 내지 311c)은 각각 서로 상이한 면적을 갖는다. 구체적으로, 기판(W)의 가장자리영역을 연마하는 연마패드의 면적이 기판(W)의 중심영역을 연마하는 연마패드의 면적보다 작도록 배치된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 연마헤드부(310)는 제1 내지 3연마헤드(310a 내지 310c)를 포함한다. 제1 내지 3연마헤드(310a 내지 310c)는 지지아암(331)에 동시에 지지되어 이동한다. 제1 내지 3 연마헤드(310a 내지 310c)의 저면에는 연마패드(311a 내지 311c)가 제공된다. 이하, 제1연마헤드(310a)의 저면에 제공되는 연마패드를 제1연마패드(311a), 제2연마헤드(310b)의 저면에 제공되는 연마패드를 제2연마패드(311b), 그리고 제3연마헤드(310c)의 저면에 제공되는 연마패드를 제3연마패드(311c)라고 한다. 제1 내지 3연마패드(311a 내지 311c)는 각각의 연마패드들이 연마하는 기판(W)의 영역이 대체로 상이하도록 배치된다. 제1연마패드(311a)는 지지아암(331)의 일단에 지지되고, 제3연마패드(311c)는 제1연마패드(311a)와 지지아암(311)의 타단에 설치되는 구동부(340) 사이의 구간에서 지지아암(331)에 지지된다. 그리고, 제2연마패드(311b)는 그 중심(C2)이 제1연마패드(311a)의 중심(C1) 과 제3연마패드(311c)의 중심(C3) 사이의 구간에서 지지아암(331)에 지지된다.
제1 내지 3연마패드(311a 내지 311c) 중 적어도 두 개의 연마패드는 그 중심이 지지아암(331)의 길이방향과 평행한 선(A)으로부터 상이한 거리에 위치하도록 배치된다. 구체적으로, 제1연마패드(311a)의 중심(C1)으로부터 평행한 선(A)까지의 거리(d1)는 제2연마패드(311b)의 중심으로부터 평행한 선(A)까지의 거리(d2) 또는 제3연마패드(311d)의 중심으로부터 평행한 선(A)까지의 거리(d3)와 상이하다. 제3연마패드(311c)는 그 중심(C3)은 제1연마패드(311a)의 중심(C1)과 제2연마패드(311b)의 중심(C2)을 연결하는 직선(L1)으로부터 이격하여 위치한다.
제1연마패드(311a)와 제2연마패드(311b)는 제1연마패드(311a)의 중심과 제2연마패드(311b)의 중심을 연결하는 직선(L1)이 지지아암(331)의 길이방향과 비평형하도록 배치된다. 그리고, 제3연마패드(311c)는 제1연마패드(311a)의 중심(C1)과 제2연마패드(311b)의 중심(C2)을 연결하는 직선(L1)에 대해 제3연마패드(311c)의 중심(C3)과 제2연마패드(311b)의 중심(C2)을 연결하는 직선(L2)이 일정한 각도(θ)를 이루도록 배치된다. 실시예에 의하면, 상기 각도는 90°을 이룬다.
제1 내지 3연마패드들(311a 내지 311c)은 서로 상이한 면적을 가진다. 구체적으로, 제1연마패드(311a)의 반경(R1)이 가장 크고, 제3연마패드(311c)의 반경(R3)이 가장 작게 제공된다. 제2연마패드(311b)의 반경(R2)은 제1연마패드(311a)의 반경(R1)보다 작고, 제3연마패드(311c)의 반경(R3)보다 크다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제3연마패드가 기판을 연마하는 연마영역을 나타내는 도면이다.
도 5 및 6을 참조하면, 제1연마패드(311a)는 기판(W)의 중심영역을 연마하고, 제3연마패드(311c)는 기판(W)의 가장자리영역을 연마한다. 그리고 제2연마패드(311b)는 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이의 구간을 연마한다. 연마패드들이 균일한 압력으로 가압하여 기판(W)을 연마하는 경우, 기판(W)의 영역에 따라 연마되는 양이 다르다. 특히 기판(W)의 가장자리영역은 다른 영역에 비해 과연마가 발생한다. 과연마 발생은 구경이 작은 연마패드를 사용하므로써, 컨트롤이 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 기판(W)의 전체면을 균일하게 연마하기 위하여 제1 내지 3연마패드(311a 내지 311c)의 반경이 순차적으로 작아지도록 제공된다.
각각의 연마패드들(311a 내지 311c)은 각각의 연마패드들(311a 내지 311c)이 연마하는 기판(W)상의 영역의 일부가 중첩되도록 배치된다. 구체적으로, 각각의 연마패드들(311a 내지 311c)의 가장자리영역이 연마하는 기판(W)의 영역이 인접한 연마패드의 가장자리영역이 연마하는 영역과 중첩되도록 배치된다. 연마패드의 가장자리영역은 기판(W)을 가압하는 힘이 중심영역보다 작게 제공되므로, 연마패드의 가장자리영역이 기판(W)을 연마하는 양은 중심영역이 연마하는 양보다 작다. 본 발명은 이러한 연마 불균형을 예방하기 위하여 인접한 연마패드들(311a 내지 311c)의 가장자리영역이 연마하는 기판(W)의 영역이 중첩되도록 연마패드들(311a 내지 311c)을 배치한다.
실시예에 의하면, 기판(W)의 제1영역(A1)에서 제1연마패드(311a)의 가장자리영역이 연마하는 기판(W)의 영역과 제2연마패드(311b)의 가장자리영역이 연마하는 영역이 중첩되고, 기판(W)의 제2영역(A2)에서 제2연마패드(311b)의 가장자리영역이 연마하는 기판(W)의 영역과 제3연마패드(311c)의 가장자리영역이 연마하는 영역이 중첩된다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 연마헤드 및 연마헤드 지지부재를 나타내는 단면도이다.
도 4 및 7를 참조하면, 연마본체들(312a 내지 312c)는 연마패드들(311a 내지 311c)의 상부에 각각 위치한다. 각각의 연마본체들(312a 내지 312c)은 동일한 구조를 가지므로, 이하, 제1연마헤드(310a)에 제공되는 연마본체(312a)를 실시예로 설명한다.
연마 본체(312a)는 연마 하우징(313a), 하부 플레이트(313b), 상부 플레이트(313c), 패더 홀더(314), 클램프 부재(315),벨로우즈(316), 그리고 커버(317)를 포함한다.
연마 하우징(313a)은 원통 형상을 가지며, 연마 본체(312a)의 측벽으로 제공된다. 연마 하우징(313a)의 하단에는 하부 플레이트(313b)가 설치된다. 하부 플레이트(313b)는 연마 패드(311a)와 동일한 크기의 면적을 갖는 원판형상으로 제공된다. 하부 플레이트(313b)는 연마 하우징(313a)의 하부를 밀폐시킨다.
하부 플레이트(313b)의 아래에는 패더 홀더(314)가 제공되며, 패더 홀더(314)의 하면에는 제1연마패드(311a)가 결합한다. 패더 홀더(314)는 제1연마패드(311a)를 하부 플레이트(313b)에 고정시키기 위한 연결부 역할을 한다. 패더 홀더(314)는 하부 플레이트(313b)로부터 탈착 가능하도록 하부 플레이트(313b)의 저면에 결합된다. 하부 플레이트(313b)와 패드 홀더(312)와의 사이에는 클램프 부 재(315)가 제공된다. 실시예에 의하면, 클램프 부재(315)로 자석이 사용될 수 있다. 클램프 부재(315)는 자력에 의해 패드 홀더(314)를 하부 플레이트(313b)에 고정시킨다. 자력에 의해 패드 홀더(314)가 하부 플레이트(313b)에 부착되므로, 하부 플레이트(313b)로부터 패더 홀더(314)의 탈착이 용이하다.
제1연마패드(311a)에는 연마 공정의 효율을 향상시키기 위해 기판(W)와 접촉하는 면에 소정의 연마 패턴이 형성되어 있는데, 연마 패턴은 기판(W)의 연마량에 따라 마모되므로 제1연마패드(311a)의 주기적인 교체가 요구된다. 본 발명에 의하면, 패더 홀더(314)가 클램프 부재(315)의 자력에 의해 하부 플레이트(313b)에 용이하게 탈부착되므로, 제1연마패드(311a)의 교체에 소요되는 시간이 단축되어 제1연마 패드(311a)의 교체로 인한 공정 대기 시간을 줄일 수 있다.
상부 플레이트(313c)는 하부 플레이트(313b)에 대향하도록 하우징(313a)의 내부에 제공된다. 상부 플레이트(313c)는 하부 플레이트(313b)와 이격하여 하부 플레이트(313b)의 상부에 위치한다. 상부 플레이트(313c)는 하부 플레이트(313b)에 대응하는 크기를 갖는 원판형상으로 제공된다. 상부 플레이트(313c)의 중심영역에는 상하방향으로 관통하는 제1공기유로(324c)가 형성된다. 제1공기유로(324c)는 후술하는 제2공기유로(324c)와 연결되며, 공기주입홀(324a)을 통해 유입되는 공기가 상부 플레이트(313c)와 하부플레이트(313b) 사이의 공간으로 공급되는 통로로 제공된다. 상부플레이트(313c)의 상면과 결합 플레이트(318)의 하면 사이에는 오링(o-ring)이 제공된다. 오링은 제1공기유로(324c)의 둘레를 따라 제공되며, 제1공기유로(324c)로 공급되는 공기가 상부 플레이트(313c)의 상면과 결합 플레이트(318)의 하면 사이의 공간으로 누설되는 것을 방지한다.
상부 플레이트(313c)에는 벨로우즈(316)의 수축 정도를 조절하기 위한 내부 스톱퍼(313d)가 구비된다. 내부 스톱퍼(313d)는 상부 플레이트(313c)의 하면으로부터 돌출된다. 스톱퍼(313d)는 벨로우즈(316) 수축 시 하부 플레이트(313b)와 접촉되어, 하부 플레이트(313b)가 적정 거리 이상 상측으로 이동하는 것을 방지한다.
상부 플레이트(313c)의 상단에는 결합 플레이트(318)가 제공된다. 결합 플레이트(318)는 대체로 원형의 플레이트 형상으로 제공된다. 상부플레이트(313c)는 결합 플레이트(318)와 볼트(325)로 체결된다. 결합 플레이트(318)는 상단이 회전축(322)과 결합하며, 회전축(322)의 회전에 의해 함께 회전된다. 결합플레이트(318)의 상면과 회전축의 하면 사이에는 오링(o-ring)이 제공된다. 오링은 제2공기유로(324b)의 둘레를 따라 제공되며, 제2공기유로(324b)로 공급되는 공기가 결합 플레이트(318)의 상면과 회전축(322)의 하면 사이의 공간으로 누설되는 것을 방지한다. 결합 플레이트(318)의 중심영역에는 상하방향으로 관통하는 제2공기유로(324b)가 형성된다. 제2공기유로(324b)는 공기주입홀(324a)과 제1공기유로(324c)를 연결하며, 공기주입홀(324a)을 통해 유입된 공기가 제1공기유로(324c)로 공급되는 통로로 제공된다.
커버(317)는 연마 하우징(313a)의 상단에 결합되어, 연마 본체(312a)의 상부를 덮는다. 커버(317)의 중앙부에는 결합 플레이트(318)를 수용할 수 있는 개구부가 형성된다. 결합 플레이트(318)는 일부분이 외부로 돌출되도록 개구부에 삽입된다.
벨로우즈(316)는 연마 하우징(313a) 내부에서 하부 플레이트(313b)와 상부 플레이트(313c)가 이격된 공간 안에 제공된다. 벨로우즈(316)는 금속 재질로 이루어진다. 벨로우즈(316)는 제1공기유로(324c)를 통해 공급되는 공기의 압력에 의해 수직 방향으로 신축 가능하다. 벨로우즈(316)는 연마 공정의 진행시 제1연마패드(311a)가 기판(W)에 밀착되도록 신장될 수 있으며, 제1연마패드(311a)가 기판(W)에 밀착된 상태에서 연마 공정이 진행되면 기판(W)의 연마가 균일하게 효율적으로 진행될 수 있다.
연마헤드 지지부재(320)는 각각의 연마헤드(310)들의 상부에 위치하며, 연마 헤드(310)들을 지지한다. 연마헤드 지지부재(320)는 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 회전되어 각각의 연마헤드(310)들을 회전시킨다.
실시예에 의하면, 제1 내지 3의 연마헤드(310a 내지 310c)의 상부에 각각 위치하는 연마헤드 지지부재(320a 내지 320c)는 동일한 구성을 가지므로, 이하, 제1연마헤드(310a)의 상부에 위치하는 연마헤드 지지부재(320a)의 실시예로 설명한다.
연마헤드 지지부재(320a)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 상단부 는 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 제2공기유로(324b)와 연결되며, 패드 압력조절부(900)에서 공급된 공기를 제2공기유로(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(325c)가 형성된다. 로터리 조인트(325)의 내부에는 유체 유입구(325a)와 유체 유출구(325c)를 연결하는 통로(325b)가 형성된다. 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 함께 회전한다. 로터리 조인트(325)는 회전축(322)이 회전되는 동안 공기 유입홀(325a)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 회전 축(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.
각각의 연마헤드 지지부재(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(미도시)를 포함한다.
지지아암(331)은 암(arm)형상으로 제공되며, 연마패드들을 동시에 지지한다. 지지아암(331)은 제1 내지 3연마패드(311a 내지 311c)를 동시에 지지된다. 지지아암(331)의 타측에는 구동부(340)가 결합되며, 내부에는 벨트-풀리 어셈블리들이 제공된다. 벨트-풀리 어셈블리들은 각각의 연마패드들(311a 내지 311c)마다 제공되며, 후술하는 연마패드 구동기(341)들로부터 회전력을 전달받아 연마패드들(311a 내지 311c)을 독립적으로 회전시킨다. 실시예에 의하면, 제1 내지 3연마패드(310a 내지 310c)에 대응하여 세 개의 벨트-풀리 어셈블리가 제공된다. 각각의 벨트-풀리 어셈블리는 이와 연결되는 어느 하나의 연마패드에 독립하여 회전력을 전달한다. 각각의 벨트-풀리 어셈블리들은 구동 풀리, 종동 풀리 및 벨트를 포함한다. 연마패드 구동기(341)의 구동으로 구동풀리가 회전되고, 구동풀리의 회전력이 구동풀리와 종동풀리를 연결하는 벨트를 통해 종동풀리에 전달되어 종동풀리가 회전한다. 종동풀리의 회전으로 이와 결합하는 연마패드 지지부재(320)의 회전축(322)이 회전되어 연마패드(311)가 회전한다.
구동부(340)는 지지아암(331)의 타측에 제공된다. 구동부(340)는 연마패드들 을(311a 내지 311c) 회전시키는 연마패드 구동기(341)와 연마헤드 이동부재(340)를 이동시키는 이동부재 구동기(342)를 포함한다.
연마패드 구동기(341)는 각각의 연마패드들(311a 내지 311c)을 독립하여 회전시킨다. 실시예에 의하면, 연마패드 구동기(341)는 제1연마패드(311a)를 회전시키는 제1구동기(341a), 제2연마패드(311b)를 회전시키는 제2구동기(341b), 그리고 제3연마패드(311c)를 회전시키는 제3구동기(341c)를 포함한다. 각각의 구동기(341a 내지 341c)는 벨트-풀리 어셈블리를 통하여 어느 하나의 연마패드와 연결된다.
이동부재 구동기(342)는 연마헤드 이동부재(330)를 이동시킨다. 이동부재 구동기(342)는 제1, 2구동모터(미도시)를 포함한다. 제1구동모터는 스핀헤드(110)에 대해 연마헤드들(310a 내지 310c)의 상대위치가 변경되도록 지지아암(331)을 회전시키고, 제2구동모터는 스핀헤드(110)의 상면에 대한 연마헤드들(310a 내지 310c)의 수직위치가 조절되도록 지지아암(331)을 승강시킨다.
처리 유체 공급 유닛(500)은 용기 유닛(200)을 사이에 두고 연마 유닛(300)과 마주하게 설치된다. 처리 유체 공급 유닛(500)은 처리 유체을 분사하는 약액 노즐을 구비하고, 세정 공정 시 스핀 헤드(110)에 고정된 기판(W)에 처리 유체을 분사하여 상기 기판(W)를 세정한다. 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(W) 표면의 이물을 물리적으로 제거한다. 브러쉬 유닛(600)은 기판(W)에 표면에 접촉되어 기판(W) 표면의 이물을 물리적 으로 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(W)를 세정한다.
브러쉬 유닛(600)의 일측에는 에어로졸 유닛(700)이 배치된다. 에어로졸 유닛(700)은 스핀 헤드(110)에 고정된 기판(W)에 처리 유체을 미세 입자형태로 고압 분무하여 기판(W) 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 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 사용하여 기판을 연마하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
다시 도 4 내지 6을 참조하면, 지지아암(331)에 동시에 지지되는 제1 내지 3연마패드(311a 내지 311c)가 스윙이동되어, 제1 내지 3연마패드(311a 내지 311c)가 기판(W)의 상면과 접촉하도록 위치한다. 제1 내지 3연마패드(311a 내지 311c)가 기판(W)의 상면과 접촉한 상태에서 중심축을 중심으로 각각 회전하여 동시에 기판(W)을 연마한다. 연마가 진행되는 동안, 제1 내지 3연마패드(311a 내지 311c)의 위치가 고정되도록 지지아암(W)은 이동하지 않는다. 제1 내지 3연마패드(311a 내지 311c)가 연마하는 기판(W)의 영역은 서로 상이하다. 구제척으로, 제1연마패드(311a)는 기판(W)의 중심영역을 연마하고, 제3연마패드(311c)는 기판(W)의 가장 자리영역을 연마한다. 그리고 제2연마패드(311b)는 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이의 영역을 연마한다. 실시예에 의하면, 제1연마패드(311a)의 반경은 제2 및 3 연마패드(311b, 311c)의 반경보다 크고, 제2연마패드(311b)는 제3연마패드(311c)의 반경보다 크게 제공된다. 따라서, 기판(W)의 가장자리영역을 연마하는 연마패드(311c)의 면적은 기판(W)의 중심영역을 연마하는 연마패드(311a)의 면적보다 작게 제공된다. 그리고, 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이를 연마하는 연마패드(311b)의 면적은 기판(W)의 중심영역을 연마하는 연마패드(311a)의 면적보다 작고, 기판(W)의 가장자리영역을 연마하는 연마패드(311c)의 면적보다 크게 제공된다. 이와 같이, 기판(W)의 가장자리영역를 연마하는 연마패드(311c)는 구경이 상대적으로 작에 제공되므로 기판(W)의 가장자리영역에서 발생되는 과연마를 컨트롤 할 수 있다.
그리고, 각각의 연마패드들(311a 내지 311c)이 연마하는 기판(W)상의 영역은 일부가 중첩된다. 구체적으로, 각각의 연마패드들(311a 내지 311c)의 가장자리영역이 연마하는 기판(W)의 영역은 인접한 연마패드의 가장자리영역이 연마하는 영역과 중첩된다. 연마패드의 가장자리영역이 연마하는 기판의 영역을 연마패드들이 중첩되도록 연마함으로써, 연마패드의 영역에 따른 연마 불균형을 예방할 수 있다. 실시예에 의하면, 제1연마패드(311a)의 가장자리영역과 제2연마패드(311b)의 가장자리영역이 기판(W)의 제1영역(A1)을 중첩하여 연마하고, 제2연마패드(311b)의 가장자리영역과 제3연마패드(311c)의 가장자리영역이 기판(W)의 제2영역(A2)을 중첩하여 연마한다.
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 기판 처리 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 유닛 및 용기 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4의 연마유닛의 저면을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 내지 제3연마패드가 기판을 연마하는 연마영역을 나타내는 도면이다.
도 7는 본 발명의 실시예에 따른 연마헤드 및 연마헤드 지지부재를 나타내는 단면도이다.

Claims (18)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 용기 내에서 기판을 지지하는 스핀헤드와;
    상기 스핀헤드를 회전시키는 스핀헤드 구동기와;
    회전되는 상기 기판을 연마하는 제1연마패드와;
    상기 제1연마패드와 이격되게 배치되며, 상기 기판을 연마하는 제2연마패드와;
    상기 제1연마패드를 회전시키는 제1구동기와;
    상기 제2연마패드를 회전시키는 제2구동기와
    상기 제1연마패드 및 상기 제2연마패드를 동시에 지지하는 지지아암과;
    상기 지지아암을 이동시키는 구동부를 포함하되;
    연마 공정 시 상기 제2연마패드는 상기 제1연마패드에 비해 상기 기판의 가장자리영역에 가깝게 배치되고,
    상기 제2연마패드의 면적은 상기 제1연마패드의 면적보다 작게 제공되며,
    상기 제1연마패드의 가장자리영역이 연마하는 상기 기판의 영역과 상기 제2연마패드의 가장자리영역이 연마하는 상기 기판의 영역은 서로 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1연마패드의 중심과 상기 제2연마패드의 중심을 연결하는 직선은 상기 지지아암의 길이방향 중심과 비평형한 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1연마패드와 상기 제2연마패드로부터 이격하여 배치되며, 상기 지지아암에 지지되는, 그리고 상기 기판을 연마하는 제3연마패드와;
    상기 제3연마패드를 회전시키는 제3구동기를 더 포함하되;
    연마 공정 시 상기 제3연마패드는 상기 제2연마패드에 비해 상기 기판의 가장자리영역에 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3연마패드의 면적은 상기 제2연마패드보다 작은 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제3연마패드는 상기 제1연마패드의 중심과 상기 제2연마패드의 중심을 연결하는 직선에 대해 상기 제3연마패드의 중심과 상기 제2연마패드의 중심을 연결하는 직선이 수직하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제3연마패드는
    상기 제2연마패드의 가장자리영역이 연마하는 상기 기판의 영역과
    상기 제3연마패드의 가장자리영역이 연마하는 상기 기판의 영역이 중첩되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 기판의 서로 상이한 영역을 복수개의 연마패드들이 동시에 연마하되,
    복수개의 상기 연마패드들 중 상기 기판의 가장자리영역을 연마하는 연마패드의 면적은 상기 기판의 중심영역을 연마하는 연마패드의 면적보다 작게 제공되고, 어느 하나의 상기 연마패드가 연마하는 상기 기판의 영역 중 가장자리영역은 이와 인접하게 배치된 상기 연마패드가 연마하는 상기 기판의 영역 중 가장자리영역과 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  15. 삭제
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이를 연마하는 상기 연마패드의 면적은 상기 기판의 중심영역을 연마하는 상기 연마패드의 면적보다 작고, 상기 기판의 가장자리영역을 연마하는 상기 연마패드의 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  17. 삭제
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판의 연마가 진행되는 동안 상기 연마패드들의 위치는 고정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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