KR101786485B1 - 화학 기계적 연마시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 화학 기계적 연마시스템에 관한 것으로, 화학 기계적 연마시스템은 기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와; 상기 연마 파트에서 연마 공정이 완료된 상기 기판을 예비 세정(pre-cleaning)하는 전처리 파트와; 상기 전처리 파트에서 상기 예비 세정된 상기 기판을 세정하는 세정 파트를; 포함하여 구성됨으로써, 별도의 포스트 세정 공정을 추가적으로 수행하지 않고 기판에 잔존하는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
Description
본 발명은 화학 기계적 연마시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 세정 효율을 향상시킬 수 있으며, 다양한 종류의 케미컬을 이용하여 세정 공정을 수행할 수 있는 화학 기계적 연마시스템에 관한 것이다.
반도체 소자는 미세한 회로선이 고밀도로 집적되어 제조됨에 따라, 이에 상응하는 정밀 연마가 웨이퍼 표면에 행해질 수 있어야 한다. 웨이퍼의 연마를 보다 정밀하게 행하기 위해서는 기계적인 연마 뿐만 아니라 화학적 연마가 병행되는 화학 기계적 연마 공정(CMP공정)이 수행될 수 있다.
화학 기계적 연마(CMP) 공정은 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는 공정이다.
이러한 CMP 공정은 웨이퍼의 공정면이 연마 패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 가압하여 공정면의 화학적 연마와 기계적 연마를 동시에 행하는 것에 의해 이루어지고, 연마 공정이 종료된 웨이퍼는 캐리어 헤드에 의하여 파지되어 공정면에 묻은 이물질을 세정하는 세정 공정을 거치게 된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정은 로딩 유닛(20)에서 웨이퍼가 화학 기계적 연마 시스템(X1)에 공급되면, 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(S1, S2, S1', S2'; S)에 밀착된 상태로 정해진 경로(Po)를 따라 이동(66-68)하면서 다수의 연마 정반(P1, P2, P1', P2') 상에서 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 것에 의해 이루어진다. 화학 기계적 연마 공정이 행해진 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(S)에 의하여 언로딩 유닛의 거치대(10)로 이전되고, 그 다음의 세정 공정이 행해지는 세정 유닛(X2)으로 이전하여 다수의 세정 모듈(70)에서 웨이퍼(W)에 묻은 이물질을 세정하는 공정이 행해진다.
한편, 세정 모듈에서 웨이퍼의 세정 공정이 완료된 후에도 웨이퍼의 표면에 이물질이 잔존할 수 있다. 이에 따라, 다음 공정(예를 들어, 박막 증착 공정)이 진행되기 전에, 웨이퍼의 표면에 잔존하는 이물질을 제거하기 위한 포스트 세정 공정(post cleaning process)이 추가적으로 진행되고 있는 실정이다. 일반적으로, 포스트 세정 공정에서는 웨이퍼의 표면에 잔존하는 유기물을 제거할 수 있도록 케미컬(chemical)이 사용하여 세정 공정이 진행된다.
그러나, 기존에는 세정 모듈과 별도로 포스트 세정장비를 추가적으로 마련해야 함에 따라 설비의 레이아웃에 불리할 뿐만 아니라, 웨이퍼의 이송 및 세정 처리 공정이 복잡해지고 세정 시간이 증가하는 문제점이 있으며, 이에 따라 비용이 상승되고 수율이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 화학 기계적 연마 공정의 세정 효율 및 수율을 향상시킬 수 있으며, 비용을 절감하기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 세정 효율을 향상시킬 수 있으며, 세정 공정을 간소화할 수 있는 화학 기계적 연마시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 포스트 세정 공정을 추가적으로 수행하지 않고 기판에 잔존하는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 화학 기계적 연마시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 세정 공정 전에 수행되는 예비 공정을 통해 기판에 잔존하는 이물질을 최소화할 수 있는 화학 기계적 연마시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 세정 효율을 향상시킬 수 있으며, 수율을 향상시킬 수 있는 화학 기계적 연마시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 설계자유도를 향상시킬 수 있으며, 설비의 소형화에 기여할 수 있는 화학 기계적 연마시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마시스템은 기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와; 상기 연마 파트에서 연마 공정이 완료된 상기 기판을 예비 세정(pre-cleaning)하는 전처리 파트와; 상기 전처리 파트에서 상기 예비 세정된 상기 기판을 세정하는 세정 파트를; 포함하여 구성됨으로써, 별도의 포스트 세정 공정을 추가적으로 수행하지 않고 기판에 잔존하는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
이는, 기판에 대한 세정을 수행함에 있어서, 전처리 파트에서 예비 세정을 수행하고, 세정 파트에서 세정을 수행하는 것에 의하여 화학 기계적 연마시스템에서 모든 세정 공정이 완료되게 함으로써, 기판에 대한 다음 공정(예를 들어, 박막 증착 공정)을 수행할 시 별도의 포스트 세정 공정(post cleaning process)을 추가적으로 수행하지 않도록 하기 위함이다.
이와 같이, 화학 기계적 연마시스템 상에서 기판의 예비 세정 및 최후 세정을 거치는 것에 의하여, 기판의 표면에 잔존하는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 특히, 기판의 예비 세정에서는 기판의 표면에 존재하는 이물질 중 비교적 큰 크기의 이물질(예를 들어, 100㎚보다 큰 크기의 이물질)을 제거할 수 있고, 기판의 세정에서는 기판의 표면에 존재하는 이물질 중 비교적 작은 크기의 이물질(예를 들어, 40~100㎚ 크기의 이물질), 및 비교적 강한 부착력으로 부착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 별도의 포스트 세정 장비를 이용한 포스트 세정 공정을 거치지 않고도 기판에 대한 다음 공정을 곧바로 수행할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 예비 세정에서 케미컬을 이용하여 기판을 세정하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 세정 전에 예비 세정에서 미리 케미컬을 이용하여 유기물과 같은 이물질을 우선적으로 제거하는 것에 의하여, 세정 공정만으로도 기판에 잔류하는 유기물과 같은 이물질을 효과적으로 제거하는 것이 가능해지는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 전처리 파트는 기판의 표면에 세정액을 분사하는 세정액 분사부를 포함할 수 있다. 여기서 세정액은 케미컬, SC1(Standard Clean-1, APM), 암모니아, 과산화수소, 순수(DIW) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 따라서, 기판의 특성 또는 증착 특성에 따라 세정액 중 적어도 어느 하나를 선택하여 최적의 조건으로 예비 세정을 수행하는 것이 가능하다.
또한, 전처리 파트는 기판의 표면에 스팀을 분사하는 스팀 분사부를 포함할 수 있다. 특히, 스팀 분사부로부터 분사되는 스팀은 기판의 표면에 존재하는 유기물을 제거하는데 효과적이기 때문에, 예비 세정시 기판의 표면에 존재하는 유기물을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 바람직하게 스팀에 의한 유기물 제거 효율을 보장하면서 기판의 손상을 방지할 수 있도록, 스팀 분사부는 60℃~120℃의 온도로 스팀을 분사할 수 있다.
또한, 전처리 파트는 기판의 표면에 이종 유체를 분사하는 이종 유체 분사부를 포함할 수 있다. 이종 유체 분사부를 통해 분사되는 이종 유체를 사용하여 기판을 세정할 경우에는 기판을 세정하기 위한 유체가 보다 고속으로 분사되거나 보다 강한 타격력을 가질 수 있기 때문에, 세정 효과를 높이는 것이 가능하며, 기판의 표면에 강하게 달라붙은 이물질을 제거하는데 효과적이다. 또한, 이종 유체를 사용하여 기판을 세정할 경우에는 한가지 유체를 사용하는 경우 기대할 수 없는 세정 시너지 효과를 얻을 수 있기 때문에 세정 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
이종 유체 분사부는 이종 유체를 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 구체적으로, 이종 유체 분사부는 제1유체를 공급하는 제1유체 공급부, 및 제1유체와 다른 제2유체를 공급하는 제2유체 공급부를 포함할 수 있으며, 제1유체 및 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 통상의 노즐과 같은 분사수단에 의해 기판의 표면에 분사될 수 있다. 일 예로, 이종 유체 분사부는 독립적으로 제공되는 제1유체 분사노즐 및 제2유체 분사노즐을 포함할 수 있으며, 제1유체 분사노즐 및 제2유체 분사노즐에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 분리된 상태로 기판의 표면에 분사될 수 있다. 다른 일 예로, 이종 유체 분사부는 제1유체가 공급되는 제1유체 통로, 제2유체가 공급되는 제2유체 통로, 및 제1유체 및 제2유체가 혼합되어 분사되는 혼합 분사 통로를 포함할 수 있으며, 혼합 분사 통로에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 혼합된 상태로 기판의 표면에 고속으로 분사될 수 있다.
이종 유체 분사부에서 분사 가능한 이종 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 제1유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있고, 제2유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있다. 일 예로, 이종 유체 분사부는 이물질 제거 효율을 높일 수 있도록 액상 유체인 순수(DIW)와 기상 유체인 질소(N2)를 함께 분사하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 이종 유체에 의한 타력 및 이물질 제거 효율이 보장될 수 있다면 2가지 다른 종류의 액상 유체 또는 2가지 다른 종류의 기상 유체를 사용하는 것도 가능하다.
다르게는, 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자를 공급하는 드라이아이스 공급부와, 기판의 표면에 유체를 분사하는 유체 분사부를 포함할 수 있다. 여기서, 유체 분사부는 기상 유체 및 액상 유체 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 이종 유체 중 하나로서 고체 상태의 드라이아이스 입자를 사용할 경우 기체나 액체에 비하여 관성력이 높은 고체 상태의 드라이아이스 입자가 기판의 상측에 형성된 경계층을 뚫고 기판 표면에 직접 도달할 수 있게 되어, 기판 표면에 낮게 고착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 고체 상태의 드라이아이스는 기판에 분사되면서, 상온인 대기 중에 노출되면서 고체의 일부가 기화로 승화되면서 부피가 순간적으로 팽창하여, 팽창하는 힘에 의하여 기판의 표면에 고착되어 있는 이물질을 기판 표면으로부터 분리시킬 수 있다.
바람직하게, 이종 유체 분사부는, 유체의 유동 방향을 따라 단면이 점진적으로 감소하는 단면 감소 영역과, 단면 감소 영역으로부터 토출구까지 연장된 배출 영역으로 이루어진 유체 공급 통로와; 유체 공급 통로와 제1위치에서 연통되어 상기 드라이아이스를 공급하는 분기 통로를 포함하여 구성될 수 있다. 이를 통해, 기체 공급 통로를 통해 공급되는 압축 기체가 단면 감소 영역을 통과하면서 유속이 빨라진 상태에서, 일정한 유속으로 유동하는 단면 일정 영역의 제1위치에서 분기 통로를 통해 공급되는 드라이아이스와 혼합됨으로써, 드라이아이스가 기체 유동 내에 골고루 분포되면서 보다 균질화되게 분포된 드라이아이스 고체입자를 토출구를 통해 토출할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상기 기체 공급 통로의 중심축은 직선으로 형성되어, 기체의 압력이 저하되는 것을 억제하면서 드라이아이스와의 혼합을 향상시킬 수 있다. 그리고, 상기 분기 통로의 중심축은 상기 기체 공급 통로의 중심축에 대하여 예각인 같은 진행 방향 성분으로 배치되어, 기체의 유동을 저해하지 않으면서 기체와 액체의 균질한 혼합을 촉진할 수 있다.
그리고, 상기 분기 통로는 기체 공급 통로에 비하여 더 작은 단면으로 형성되어, 기체와 드라이아이스의 성분비는 기체가 드라이아이스에 비하여 보다 많은 체적을 차지한 상태로 분사체가 구성되는 것이 좋다.
그리고, 상기 제1위치는 상기 단면 감소 영역의 후류측에 위치한 단면 일정 영역에 위치하여, 기체의 유속이 증가된 상태로 일정하게 유동하는 동안에 분기 통로로부터 드라이아이스가 유입됨에 따라, 드라이아이스가 기체 유동에 의하여 압력이 강하되면서 원활하게 고체 입자로 분산된 상태가 된다.
이 뿐만 아니라, 단면 일정 영역의 후류측에는 유동 방향을 따라 단면이 점진적으로 증가하는 단면 확대 영역을 통과하면서, 기체가 팽창하면서 온도가 낮아지게 되므로, 토출되는 혼합 유체의 온도를 낮출 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이에 의하여, 기판의 표면에 보다 낮은 온도의 기체가 도달함으로써 세정 시 열영동 효과로 미세 입자의 재부착을 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게는, 상기 단면 감소 영역과 상기 단면 확대 영역은 연속하여 배치될 수 있다.
아울러, 전처리 파트의 세정액 분사부, 이종 스팀 분사부, 및 이종 유체 분사부 중 적어도 어느 하나는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 오실레이션 가능하게 제공될 수 있다. 이와 같은 구조는 세정액, 스팀, 이종 유체가 기판의 표면에 오실레이션 분사될 수 있게 함으로써, 세정액, 스팀, 이종 유체가에 의한 세정 효율을 극대화하고, 세정액, 스팀, 이종 유체가의 사용량을 보다 낮출 수 있게 한다. 또한, 이와 같은 방식은, 세정액, 스팀, 이종 유체가에 의한 세정력(타격력 포함)에 의해 기판 표면의 표면으로부터 이물질이 분리됨과 아울러, 분리된 이물질을 쓸어내 기판의 바깥으로 배출시키는 효과를 얻을 수 있게 한다.
또한, 전처리 파트는 기판의 표면에 진동 에너지를 공급하는 메가소닉 발생기를 포함할 수 있다. 메가소닉 발생기는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 기판의 표면에 진동 에너지(예를 들어, 고주파 진동 에너지 또는 저주파 진동 에너지)를 공급할 수 있다. 일 예로, 메가소닉 발생기는 세정액 분사부를 통해 기판의 표면에 분사되는 세정액 또는 케미컬을 매개로 기판의 표면을 진동시켜 기판의 표면에 존재하는 이물질이 기판으로부터 효과적으로 분리시킬 수 있게 한다. 아울러, 메가소닉 발생기는 파티클의 크기에 따라 선택적으로 주파수 대역을 달리하는 것이 가능하다. 이와 같은 주파수 대역 변경 방식은, 기판의 표면에 형성되는 트렌치(trench) 또는 콘택홀(contact hole)의 내부에 기포가 존재하는 경우 기포에 의해 초음파 진동이 기판의 표면에 전달되지 않는 문제를 해결하고, 기판의 표면에 초음파 진동이 균일하게 인가된 세정액을 제공할 수 있게 한다.
한편, 전처리 파트는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 위치에 제공될 수 있다. 바람직하게, 전처리 파트는 연마 파트의 언로딩 영역 상에 제공되며, 연마 공정이 완료된 기판은 언로딩 영역 상에서 전처리 파트에 의해 예비 세정된다. 이 경우 기존 설비의 레이 아웃을 거의 그대로 유지하고, 세정 파트의 오염도를 낮출 수 있도록 하는 효과를 얻을 수 있다.
전처리 파트에서 예비 세정이 수행되는 동안 전처리 파트의 예비 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단하는 차단유닛이 제공될 수 있다. 차단유닛은 전처리 파트의 예비 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단되게 함으로써 전처리 파트에서 사용되는 케미컬 및 세정액 등이 연마 공정이 이루어지는 기판에 유입되는 것을 원척적으로 차단할 수 있게 한다.
또한, 연마 파트 영역과 세정 파트 영역을 선택적으로 차단하는 차단유닛이 제공될 수 있다. 차단유닛은 연마 파트 영역과 세정 파트 영역을 선택적으로 차단 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 차단유닛의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 한정되거나 제한되는 것은 아니다.
차단유닛은 연마 파트 영역에서 발생된 연마물질 및 이물질이 세정 파트 영역으로 유입되는 것을 원척적으로 차단할 수 있게 함으로써, 세정 파트 영역이 보다 깨끗한 처리 환경을 유지할 수 있게 한다. 즉, 세정 파트 영역에 비해 연마 파트 영역에서는 비교적 많은 이물질이 발생하며, 연마 파트 영역에서 발생한 이물질이 세정 파트 영역으로 유입되면 이물질에 의한 세정 오류 또는 세정 저하 현상이 발생할 수 있다. 이에 개폐부재는 차단유닛은 연마 파트 영역과 세정 파트 영역의 경계를 전체적으로 차단함으로써, 연마 파트 영역에서 발생된 연마물질 및 이물질이 세정 파트 영역으로 유입되는 것을 원척적으로 차단시켜 세정 파트 영역에서 수행되는 세정 공정의 세정 효율을 높일 수 있게 한다.
세정 파트는 기판의 표면에 잔류하는 유기물 및 여타 다른 이물질을 제거하기 위한 세정을 효과적으로 수행할 수 있도록, 기판의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행하는 접촉식 세정 유닛, 및 기판의 표면에 물리적으로 비접촉되며 세정을 수행하는 비접촉식 세정 유닛 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 접촉식 세정 유닛은 기판에 표면에 물리적으로 직접 접촉하며 비교적 크기가 크거나 기판에 표면에 강하게 달라붙은 이물질을 제거할 수 있고, 비접촉식 세정 유닛은 기판에 유체를 분사하여 비접촉 방식으로 기판에 잔존하는 미세한 이물질을 제거할 수 있다.
접촉식 세정 유닛은 기판의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 접촉식 세정 유닛은 기판의 표면에 회전하며 접촉되는 세정 브러쉬를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 세정 브러쉬에 의한 세정이 수행되는 동안에는 세정 브러쉬와 기판의 마찰 접촉에 의한 세정 효과를 높일 수 있도록, 세정 브러쉬가 기판에 접촉하는 동안 세정 브러쉬와 기판의 접촉 부위에 케미컬을 공급하는 케미컬 공급부를 포함할 수 있다.
세정 브러쉬에 분사되는 케미컬의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 바람직하게 미세한 유기물의 제거 효율을 높일 수 있도록, 세정 브러쉬에 분사되는 케미컬로서는 SC1(Standard Clean-1, APM) 및 불산(HF) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 제1세정 브러쉬와 기판의 접촉 부위에 케미컬 대신 순수가 분사되거나, 캐미컬 및 순수가 함께 또는 번갈아 분사되도록 구성하는 것도 가능하다.
아울러, 세정 브러쉬의 마찰 접촉 세정에 의해 기판으로부터 분리된 이물질이 세정 브러쉬에 부착되면, 기판이 재오염되거나 세정 효율이 저하될 수 있고, 세정 브러쉬에 부착된 이물질에 의해 기판의 손상이 발생될 수 있는 소지가 있다. 이를 해결하기 위해, 세정 브러쉬의 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부가 제공될 수 있다.
이물질 제거부는 세정 브러쉬의 표면에 부착된 이물질을 제거 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 이물질 제거부의 구조 및 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 이물질 제거부는 세정 브러쉬의 외표면에 접촉 가능하게 제공되는 접촉부재, 및 접촉부재에 초음파를 인가하는 초음파 발생부를 포함할 수 있다. 따라서, 진동하는 접촉부재가 세정 브러쉬에 접촉됨에 따라 기판으로부터 분리된 이물질은 세정 브러쉬의 표면에 부착되지 않고 세정 브러쉬의 표면으로부터 분리될 수 있다.
다른 일 예로, 이물질 제거부는 세정 브러쉬의 내부에서 외부 방향을 향해 액상 유체를 분사하는 유체분사부, 및 유체분사부로부터 분사되는 액상 유체에 초음파를 인가하는 초음파 발생부를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 유체분사부는 액상 유체를 공급하는 유체공급유로, 및 유체공급유로에 연결되며 세정 브러쉬의 길이 방향을 따라 세정 브러쉬의 내부에 배치되는 유체분사관을 포함할 수 있으며, 유체분사관의 표면에는 방사상으로 복수개의 분사홀이 형성된다. 이와 같이, 유체분사부 및 초음파 발생부에 의해 세정 브러쉬의 내부에서는 외부 방향을 향해 진동 에너지를 갖는 액상 유체가 분사될 수 있기 때문에, 세정 브러쉬에 의해 기판으로부터 분리된 이물질은 세정 브러쉬의 표면에 부착되지 않고 진동 에너지를 갖는 액상 유체와 함께 세정 브러쉬의 표면으로부터 분리될 수 있다. 더욱이, 이와 같은 방식은 세정 브러쉬와 기판의 마찰 접촉에 의한 세정 효과를 높이기 위한 케미컬을 세정 브러쉬에 부착되는 이물질을 제거하기 위한 용도로 함께 사용하는 것이 가능하다.
또한, 기판에 대한 세정 브러쉬의 비접촉 상태에서 세정 브러쉬의 표면을 가압하기 위한 가압부재가 제공될 수 있다. 여기서, 기판에 대한 세정 브러쉬의 비접촉 상태라 함은, 기판에 대해 세정 브러쉬가 접촉하지 않도록 이격되게 배치된 상태로 이해될 수 있다.
세정 브러쉬에 의한 세정 공정 중에는 세정 브러쉬가 기판의 표면에 접촉되며 세정 브러쉬의 표면이 가압(또는 압축)된 상태로 세정이 이루어지게 되며, 세정 브러쉬의 회전 속도 및 마찰력 등의 브러쉬 세정 조건은 세정 브러쉬가 기판에 접촉된 상태(가압된 상태)를 기준으로 설정될 수 있다. 하지만, 세정 브러쉬가 기판에 대해 비접촉 상태로 배치되는 동안에는, 케미컬 및 세정액 등이 세정 브러쉬로부터 탈수됨에 따라 압축되었던 세정 브러쉬의 표면이 복원(또는 원상태에 가깝게 팽창)될 수 있다. 이와 같이, 세정 브러쉬의 표면이 복원된 상태에서 또 다른 기판을 세정하게 되면, 세정 브러쉬에 의한 마찰력 및 가압력이 달라지기 때문에 세정 브러쉬에 의한 세정 효과가 각 기판에 대해 균일하게 유지되기 어려운 문제가 있다. 이를 위해, 가압부재는 기판에 대한 세정 브러쉬의 비접촉 상태에서 세정 브러쉬의 표면을 가압함으로써, 기판에 대한 세정 브러쉬의 비접촉 상태에서도 세정 브러쉬가 기판에 접촉된 상태와 유사한 조건을 유지할 수 있게 하여 세정 브러쉬에 의한 세정 효과가 균일하게 유지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 바람직하게 가압부재는 세정 브러쉬의 표면이 기판의 표면에 접촉된 상태로 가압되는 구간에 대응되게 세정 브러쉬의 표면을 가압하도록 구성될 수 있다.
또한, 세정 브러쉬에 의해 기판이 세정되는 동안, 기판에 대한 세정 브러쉬의 마찰력은 기판의 세정 효과에 큰 영향을 미치기 때문에 기판의 세정 효과를 균일하게 유지하기 위해서는 기판에 대한 세정 브러쉬의 마찰력이 균일하게 유지될 수 있어야 한다. 이를 위해, 기판에 대한 세정 브러쉬의 마찰력을 조절하는 마찰력 조절부가 제공될 수 있다.
마찰력 조절부는 기판에 대한 세정 브러쉬의 마찰력을 조절 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 마찰력 조절부는, 세정 브러쉬의 회전축에 연결되는 연결부재, 기판에 대한 세정 브러쉬의 마찰력에 따른 연결부재의 변위를 감지하는 감지부, 및 감지부에서 감지된 결과에 따라 기판에 대해 세정 브러쉬를 이동시키는 브러쉬 이동부를 포함할 수 있다.
또한, 세정 브러쉬에 의해 기판이 세정되는 동안, 세정 브러쉬에 의해 기판에 작용하는 수직하중은 기판의 세정 효과에 큰 영향을 미치기 때문에 기판의 세정 효과를 균일하게 유지하기 위해서는 세정 브러쉬에 의해 기판에 작용하는 수직하중이 균일하게 유지될 수 있어야 한다. 이를 위해, 기판에 대한 세정 브러쉬의 마찰력을 조절하는 수직하중 조절부가 제공될 수 있다.
수직하중 조절부는 세정 브러쉬에 의해 기판에 작용하는 수직하중을 조절 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 수직하중 조절부는 세정 브러쉬의 회전축에 수직하게 연결되는 수직연결부재, 세정 브러쉬와 기판의 접촉에 의해 수직연결부재에 작용하는 수직하중에 따른 수직연결부재의 변위를 감지하는 감지부, 및 감지부에서 감지된 결과에 따라 기판에 대해 세정 브러쉬를 이동시키는 브러쉬 이동부를 포함할 수 있다.
참고로, 세정 브러쉬가 기판에 비접촉(이격)되면 순수하게 세정 브러쉬의 하중('A')을 감지부가 감지할 수 있다. 반면, 세정 브러쉬가 기판에 접촉되면 세정 브러쉬의 하중이 기판으로 일부 분산될 수 있기 때문에, 감지부에서 감지된 'B'값은 'A'보다 작은 값을 갖게 된다. 따라서, 'A'와 'B'의 차이를 통해 기판에 작용하는 수직하중을 산출할 수 있다.
또한, 접촉식 세정 유닛은 또 다른 세정 브러쉬를 포함하는 것이 가능하며, 또 다른 세정 브러쉬에 의한 기판의 세정이 수행되는 동안 전술한 이물질 제거부, 케미컬 공급부, 가압부재, 마찰력 조절부, 수직하중 조절부 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있으며, 또 다른 세정 브러쉬에 의한 세정 공정은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
비접촉식 세정 유닛은 기판의 표면에 물리적으로 비접촉(non-contact)되며 세정을 수행 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 비접촉식 세정 유닛은 복수개가 제공될 수 있으며, 각 비접촉식 세정 유닛은 세정액 혼합에 의해 세정 오류가 발생되거나 그에 따른 기판의 손상을 방지할 수 있도록 각각 독립적으로 밀폐된 챔버 구조로 제공되는 것이 바람직하다.
또한, 비접촉식 세정 유닛은 회전 가능하게 제공되며 상면에 기판이 낱장 단위로 거치되는 거치대, 거치대의 둘레를 감싸도록 제공되며 기판의 표면으로부터 비산되는 처리유체를 회수하는 회수 용기를 포함할 수 있다. 바람직하게, 거치대는 상하 방향을 따라 이동 가능하게 제공되며, 회수 용기의 내벽에는 상하 방향을 따라 서로 다른 높이에서 서로 다른 처리유체를 회수하기 위한 복수개의 회수덕트를 형성하는 복수개의 회수컵이 형성될 수 있다. 이와 같은 구조는, 단일 처리 공간에서 거치대의 높이를 달리함으로써 여러 종류의 케미컬 및/또는 유체 등을 이용하여 다양한 방식으로 기판을 세정할 수 있기 때문에, 기판에 잔존하는 이물질의 제거 효율을 높일 수 있다.
그리고, 비접촉식 세정 유닛은 기판의 표면에 케미컬을 분사하는 케미컬 분사부를 포함할 수 있다. 바람직하게, 비접촉식 세정 유닛의 케미컬 분사부는 유기물 제거에 효과적인 오존불산(O3HF) 및 불산(HF) 중 적어도 어느 하나를 분사할 수 있다. 특히, 오존불산은 기존 포스트 세정 공정에서 사용되던 케미컬인 황산에 비해 친환경적이기 때문에, 환경오염을 줄일 수 있는 장점이 있다. 경우에 따라서는 비접촉식 세정 유닛의 케미컬 분사부가 SC1(Standard Clean-1, APM), 암모니아, 과산화수소 등과 같은 여타 다른 케미컬을 분사하는 것도 가능하다.
또한, 비접촉식 세정 유닛은 기판의 표면에 스팀을 분사하는 스팀 분사부를 포함할 수 있다. 특히, 스팀 분사부로부터 분사되는 스팀은 기판의 표면에 존재하는 유기물을 제거하는데 효과적이기 때문에, 세정시 기판의 표면에 잔존하는 유기물을 보다 효과적으로 제거할 수 있다. 바람직하게 스팀에 의한 유기물 제거 효율을 보장하면서 기판의 손상을 방지할 수 있도록, 스팀 분사부는 60℃~120℃의 온도로 스팀을 분사할 수 있다.
또한, 비접촉식 세정 유닛은 기판의 표면에 이종 유체를 분사하는 이종 유체 분사부를 포함할 수 있다. 이종 유체 분사부를 통해 분사되는 이종 유체를 사용하여 기판을 세정할 경우에는 기판을 세정하기 위한 유체가 보다 고속으로 분사되거나 보다 강한 타격력을 가질 수 있기 때문에, 세정 효과를 높이는 것이 가능하며, 기판의 표면에 강하게 달라붙은 이물질을 제거하는데 효과적이다. 또한, 이종 유체를 사용하여 기판을 세정할 경우에는 한가지 유체를 사용하는 경우 기대할 수 없는 세정 시너지 효과를 얻을 수 있기 때문에 세정 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
비접촉식 세정 유닛의 이종 유체 분사부는 이종 유체를 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 구체적으로, 이종 유체 분사부는 제1유체를 공급하는 제1유체 공급부, 및 제1유체와 다른 제2유체를 공급하는 제2유체 공급부를 포함할 수 있으며, 제1유체 및 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 통상의 노즐과 같은 분사수단에 의해 기판의 표면에 분사될 수 있다. 일 예로, 이종 유체 분사부는 독립적으로 제공되는 제1유체 분사노즐 및 제2유체 분사노즐을 포함할 수 있으며, 제1유체 분사노즐 및 제2유체 분사노즐에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 분리된 상태로 기판의 표면에 분사될 수 있다. 다른 일 예로, 이종 유체 분사부는 제1유체가 공급되는 제1유체 통로, 제2유체가 공급되는 제2유체 통로, 및 제1유체 및 제2유체가 혼합되어 분사되는 혼합 분사 통로를 포함할 수 있으며, 혼합 분사 통로에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 혼합된 상태로 기판의 표면에 고속으로 분사될 수 있다.
여기서, 비접촉식 세정 유닛의 이종 유체 분사부에서 분사 가능한 이종 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 제1유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있고, 제2유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 이종 유체 분사부는 이물질 제거 효율을 높일 수 있도록 액상 유체인 순수(DIW)와 기상 유체인 질소(N2)를 함께 분사하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 이종 유체에 의한 타력 및 이물질 제거 효율이 보장될 수 있다면 2가지 다른 종류의 액상 유체 또는 2가지 다른 종류의 기상 유체를 사용하는 것도 가능하다.
다르게는, 비접촉식 세정 유닛의 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자를 공급하는 드라이아이스 공급부와, 기판의 표면에 유체를 분사하는 유체 분사부를 포함할 수 있다. 여기서, 유체 분사부는 기상 유체 및 액상 유체 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 이종 유체 중 하나로서 고체 상태의 드라이아이스 입자를 사용할 경우 기체나 액체에 비하여 관성력이 높은 고체 상태의 드라이아이스 입자가 기판의 상측에 형성된 경계층을 뚫고 기판 표면에 직접 도달할 수 있게 되어, 기판 표면에 낮게 고착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 고체 상태의 드라이아이스는 기판에 분사되면서, 상온인 대기 중에 노출되면서 고체의 일부가 기화로 승화되면서 부피가 순간적으로 팽창하여, 팽창하는 힘에 의하여 기판의 표면에 고착되어 있는 이물질을 기판 표면으로부터 분리시킬 수 있다.
바람직하게, 이종 유체 분사부는, 유체의 유동 방향을 따라 단면이 점진적으로 감소하는 단면 감소 영역과, 단면 감소 영역으로부터 토출구까지 연장된 배출 영역으로 이루어진 유체 공급 통로와; 유체 공급 통로와 제1위치에서 연통되어 상기 드라이아이스를 공급하는 분기 통로를 포함하여 구성될 수 있다.
아울러, 비접촉식 세정 유닛의 케미컬 분사부, 이종 스팀 분사부, 및 이종 유체 분사부 중 적어도 어느 하나는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 오실레이션 가능하게 제공될 수 있다. 이와 같은 구조는 케미컬, 스팀, 이종 유체가 기판의 표면에 오실레이션 분사될 수 있게 함으로써, 케미컬, 스팀, 이종 유체가에 의한 세정 효율을 극대화하고, 케미컬, 스팀, 이종 유체가의 사용량을 보다 낮출 수 있게 한다. 또한, 이와 같은 방식은, 케미컬, 스팀, 이종 유체가에 의한 세정력(타격력 포함)에 의해 기판 표면의 표면으로부터 이물질이 분리됨과 아울러, 분리된 이물질을 쓸어내 기판의 바깥으로 배출시키는 효과를 얻을 수 있게 한다.
또한, 비접촉식 세정 유닛은 기판의 표면에 이소프로필 알콜(IPA)을 분사하는 이소프로필 알콜 분사부를 포함할 수 있다. 이소프로필 알콜을 분사하여 기판을 건조할 수 있기 때문에 건조 시간을 단축하고 이물질의 잔류를 최소화할 수 있다.
한편, 비접촉식 세정 유닛이 다층 구조로 제공되는 것이 가능하다. 비접촉식 세정 유닛이 다층 구조로 제공되면 설비의 전체적인 레이 아웃을 간소화할 수 있고, 동일한 공간 상에서 보다 다양한 세정 공정을 수행할 수 있기 때문에 세정 효율을 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마 시스템은, 기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와; 상기 기판의 표면에 케미컬(chemical)을 분사하는 케미컬 분사부를 구비하며, 상기 연마 파트에서 연마 공정이 완료된 상기 기판을 예비 세정(pre-cleaning)하는 전처리 파트와; 상기 전처리 파트에서 상기 예비 세정된 상기 기판을 세정하되, 상기 기판의 표면에 물리적으로 접촉되며 상기 기판을 세정하는 접촉식 세정 유닛, 및 상기 기판의 표면에 물리적으로 비접촉되며 상기 기판을 수행하는 비접촉식 세정 유닛을 구비하는 세정 파트를; 포함함으로써, 별도의 포스트 세정 공정을 추가적으로 수행하지 않고 기판에 잔존하는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 기판에 대한 세정을 수행함에 있어서, 전처리 파트에서 케미컬을 이용하여 예비 세정을 수행하고, 세정 파트에서 접촉식 및 비접촉식으로 세정을 수행하는 것에 의하여 화학 기계적 연마시스템에서 모든 세정 공정이 완료되게 함으로써, 기판에 대한 다음 공정(예를 들어, 박막 증착 공정)을 수행할 시 별도의 포스트 세정 장비를 이용한 포스트 세정 공정을 추가적으로 수행하지 않고도 기판에 대한 다음 공정을 곧바로 수행할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 본 발명에서 기판의 예비 세정이라 함은, 연마가 완료된 기판에 대해 최초로 수행되는 세정 공정을 의미하며, 세정이 진행되기 전에 기판의 표면에 존재하는 이물질을 최대한 세정하기 위한 세정 공정으로 이해될 수 있다.
또한, 본 발명에서 세정이라 함은, 예비 세정이 진행된 후 기판의 표면에 잔류하는 이물질을 세정하기 위한 마무리 세정 공정으로 이해될 수 있다.
또한, 본 발명에서 세정 파트에서 세정된 기판을 무세정 상태로 다음 공정을 수행한다 함은, 세정 파트에서의 세정 공정을 마지막으로 기판에 대한 모든 세정 공정이 완료되는 것으로 이해될 수 있고, 세정 공정이 완료된 기판에 대해서는 추가적인 세정공정 없이 다음 공정(예를 들어, 증착 공정)이 진행되는 것을 의미한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 세정 효율을 향상시킬 수 있으며, 세정 공정을 간소화할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 별도의 포스트 세정 공정을 추가적으로 수행하지 않고 기판에 잔존하는 이물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 기판의 세정 공정을 간소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 별도의 포스트 세정 공정을 추가적으로 수행하지 않고도 세정 효과를 보장할 수 있기 때문에, 별도의 포스트 세정 장비를 구비할 필요가 없다. 따라서, 설계자유도를 향상시킬 수 있고, 설비의 소형화에 기여할 수 있음은 물론, 현장에서 추가적인 세정 공정없이 기판에 대해 곧바로 다음 공정을 수행하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명에 따르면 세정 공정 전에 수행되는 예비 공정을 통해 기판에 잔존하는 이물질을 최대한 많이 제거할 수 있기 때문에, 세정 공정에 의한 세정 효과를 극대화할 수 있고, 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판 세정에 따른 비용을 절감할 수 있으며, 공정 효율성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 별도의 포스트 세정 공정을 진행하지 않고 여러 종류의 케미컬을 이용하여 기판을 세정할 수 있기 때문에, 기판에 잔존하는 이물질의 제거 효율을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 특성에 따라 다양한 세정 방식을 채택하여 적용할 수 있기 때문에 기판의 표면에 고착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 세정 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판에 잔존하는 이물질을 최소화할 수 있기 때문에, 기판의 불량률을 최소화할 수 있고, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 화학 기계적 연마 장비의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 세정액 분사부를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 이종 유체 분사부를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 이종 유체 분사부의 다른예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트에서의 오실레이션 기능을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 스팀 분사부를 도시한 도면,
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 이종 유체 분사부의 또 다른예를 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 메가소닉 발생부를 도시한 도면,
도 12는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 제1세정 브러쉬를 도시한 도면,
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 이물질 제거부를 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 가압부재를 도시한 도면,
도 16은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 마찰력 조절부를 설명하기 위한 도면,
도 17은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 수직하중 조절부를 설명하기 위한 도면,
도 18은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 제2세정 브러쉬를 도시한 도면,
도 19는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 세정 파트를 설명하기 위한 도면,
도 20 내지 도 23은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 비접촉식 세정유닛의 거치대 및 회수 용기의 구조 및 작동구조를 설명하기 위한 도면,
도 24는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 비접촉식 세정유닛의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 25는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도,
도 26은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 예비 세정 단계를 설명하기 위한 블록도,
도 27은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 최종 단계를 설명하기 위한 블록도,
도 28은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 제1비접촉식 세정 단계를 설명하기 위한 블록도,
도 29는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 제2비접촉식 세정 단계를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템을 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 세정액 분사부를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 이종 유체 분사부를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 이종 유체 분사부의 다른예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트에서의 오실레이션 기능을 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 스팀 분사부를 도시한 도면,
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 이종 유체 분사부의 또 다른예를 도시한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 메가소닉 발생부를 도시한 도면,
도 12는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 제1세정 브러쉬를 도시한 도면,
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 이물질 제거부를 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 가압부재를 도시한 도면,
도 16은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 마찰력 조절부를 설명하기 위한 도면,
도 17은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 수직하중 조절부를 설명하기 위한 도면,
도 18은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 제2세정 브러쉬를 도시한 도면,
도 19는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 세정 파트를 설명하기 위한 도면,
도 20 내지 도 23은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 비접촉식 세정유닛의 거치대 및 회수 용기의 구조 및 작동구조를 설명하기 위한 도면,
도 24는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 비접촉식 세정유닛의 다른 예를 설명하기 위한 도면,
도 25는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도,
도 26은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 예비 세정 단계를 설명하기 위한 블록도,
도 27은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 최종 단계를 설명하기 위한 블록도,
도 28은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 제1비접촉식 세정 단계를 설명하기 위한 블록도,
도 29는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 제2비접촉식 세정 단계를 설명하기 위한 블록도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템을 도시한 도면, 도 3은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트를 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 세정액 분사부를 도시한 도면이다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 이종 유체 분사부를 도시한 도면, 도 6은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 이종 유체 분사부의 다른예를 도시한 도면, 도 7은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트에서의 오실레이션 기능을 설명하기 위한 도면이다.
또한, 도 8은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 스팀 분사부를 도시한 도면, 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 전처리 파트의 이종 유체 분사부의 또 다른예를 도시한 도면, 도 11은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 메가소닉 발생부를 도시한 도면이다. 또한, 도 12는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 제1세정 브러쉬를 도시한 도면, 도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 이물질 제거부를 설명하기 위한 도면, 도 15는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 가압부재를 도시한 도면이다.
아울러, 도 16은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 마찰력 조절부를 설명하기 위한 도면, 도 17은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 수직하중 조절부를 설명하기 위한 도면, 도 18은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 접촉식 세정유닛의 제2세정 브러쉬를 도시한 도면, 도 19는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 세정 파트를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 20 내지 도 23은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 비접촉식 세정유닛의 거치대 및 회수 용기의 구조 및 작동구조를 설명하기 위한 도면, 도 24는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 비접촉식 세정유닛의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템은 연마 파트(100), 전처리 파트(200) 및 세정 파트(300)를 포함한다.
상기 연마 파트(100)는 화학 기계적 연마 공정을 수행 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 연마 파트(100)의 구조 및 레이아웃(lay out)에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 연마 파트(100)에는 복수개의 연마 정반(110)이 제공될 수 있고, 각 연마 정반(110)의 상면에는 연마 패드가 부착될 수 있다. 연마 파트(100)의 영역 상에 제공되는 로딩 유닛에 공급된 기판(10)은 미리 설정된 경로를 따라 이동하는 캐리어 헤드(120)에 밀착된 상태로 슬러리가 공급되는 연마 패드의 상면에 회전 접촉됨으로써 화학 기계적 연마 공정이 수행될 수 있다.
상기 캐리어 헤드(120)는 연마 파트(100) 영역 상에서 기설정된 순환 경로를 따라 이동할 수 있으며, 로딩 유닛에 공급된 기판(10)(이하 기판의 로딩 위치에 공급된 기판이라 함)은 캐리어 헤드(120)에 밀착된 상태로 캐리어 헤드(120)에 의해 이송될 수 있다. 이하에서는 캐리어 헤드(120)가 로딩 유닛에서부터 시작하여 연마정반(110)을 거쳐 대략 사각형 형태의 순환 경로로 이동하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
또한, 상기 연마파트에는 연마파트의 로딩 영역에 진입된 기판(10)을 연마 정반(110)으로 이송하는 이송유닛, 및 상기 이송유닛이 로딩 영역에서 기판(10)을 로딩하기 전에 이송유닛의 로딩면을 세척하는 세척유닛(130)이 제공될 수 있다.
상기 이송유닛으로서는 전술한 캐리어 헤드(120)가 사용될 수 있으며, 상기 세척유닛(130)은 캐리어 헤드(120)가 기판(10)을 로딩하기 전에 로딩면이 미리 세척될 수 있게 함으로써, 캐리어 헤드(120)의 로딩면(저면)에 잔존할 수 있는 이물질에 의해 기판(10)이 연마되기 전에 오염되거나 손상되는 것을 방지할 수 있게 한다. 아울러, 상기 세척유닛(130)은 연마 파트(100)의 로딩 영역에 기판(100)이 로딩되는 동안에는 로딩을 방해하지 않는 위치로 배치되어 있다가, 로딩 영역에 기판(100)이 로딩된 이후에는 로딩 영역으로 이동하도록 제공될 수 있다.
상기 세척유닛(130)은 이송유닛(예를 들어, 캐리어 헤드)의 로딩면을 세척 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 세척유닛(130)의 구조 및 세척 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 연마파트에서 기판(10)의 연마면은 하부를 향해 배치되기 때문에 세척유닛(130)은 상하 방향을 따라 상부로 세척수를 분사 가능한 복수개의 세척수 노즐을 포함할 수 있다. 바람직하게 세척유닛(130)은 이송유닛의 하부에 배치된 상태에서 이송유닛의 중심을 기준으로 회전 가능하게 제공될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 전처리 파트(200)는 연마 파트(100)에서 연마 공정이 완료된 기판(10)을 예비 세정(pre-cleaning)하도록 제공된다.
참고로, 본 발명에서 기판(10)의 예비 세정이라 함은, 후술할 세정이 진행되기 전에 기판(10)의 표면(특히, 기판의 연마면)에 존재하는 이물질을 최대한 세정하기 위한 공정으로 이해될 수 있다. 특히, 기판(10)의 예비 세정에서는 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질 중 비교적 큰 크기의 이물질(예를 들어, 100㎚보다 큰 크기의 이물질)을 제거할 수 있으며, 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물을 제거할 수 있다.
상기 전처리 파트(200)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 위치에 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 전처리 파트(200)는 연마 파트(100)의 언로딩 영역 상에 제공되며, 연마 공정이 완료된 기판(10)은 언로딩 영역 상에서 전처리 파트(200)에 의해 예비 세정된다.
또한, 경우에 따라서는 전처리 파트가 세정 파트 영역에 위치하거나, 연마 파트와 세정 파트의 사이에 별도로 마련된 영역에 위치하는 것이 가능하다. 다만, 전처리 파트가 세정 파트 영역 상에 제공되면 세정 파트의 레이 아웃에 불리하고, 연마가 완료된 기판이 곧바로 세정 파트로 진입되면 세정 파트의 오염도가 높아질 수 있기 때문에, 기존 설비의 레이 아웃을 거의 그대로 유지하고, 세정 파트(300)의 오염도를 낮출 수 있도록 전처리 파트(200)는 연마 파트(100)의 언로딩 영역 상에 제공되는 것이 바람직하다.
더욱 바람직하게, 상기 전처리 파트(200)에서 예비 세정이 수행되는 동안 전처리 파트(200)의 예비 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단하는 차단유닛이 제공될 수 있다. 여기서, 상기 전처리 파타의 예비 세정 처리 공간이라 함은, 예비 세정이 이루어지는 공간으로 이해될 수 있으며, 예비 세정 처리 공간은 차단유닛에 의해 독립적으로 밀폐된 챔버 구조로 제공될 수 있다.
상기 차단유닛은 외부와 차단된 독립적인 밀폐 공간을 제공 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 이하에서는 상기 차단유닛이 기판(10)의 주변을 감싸도록 제공되며 독립적인 예비 세정 처리 공간을 제공하는 케이싱(210), 및 상기 케이싱(210)의 출입구를 개폐하는 개폐부재(212)를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
일 예로, 상기 케이싱(210)은 상단부에 출입구가 형성된 대략 사각 박스 형태로 제공될 수 있으며, 개폐부재(212)는 통상의 구동부(214)(예를 들어, 모터 및 동력 전달부재의 조합)에 의해 직선 이동하며 케이싱(210)의 출입구를 개폐하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 케이싱의 측벽부에 출입구를 형성하고, 개폐부재가 상하 방향을 따라 이동하며 출입구를 개폐하도록 구성하는 것도 가능하다.
아울러, 상기 전처리 파트(200)는 상부에 기판(10)이 안착되고 케이싱(210)의 내부에 회전축(221)을 중심으로 회전 가능하게 제공되는 기판거치부(220)를 포함할 수 있다.
상기 기판거치부(220)의 상면에는 기판(10)의 저면이 거치되는 거치핀이 형성될 수 있다. 일 예로, 기판거치부(220)를 형성하는 스핀 지그 플레이트(미도시)의 상면에는 소정 간격을 두고 이격되게 복수개의 거치핀(224)이 형성될 수 있으며, 기판(10)의 저면은 거치핀(224)의 상단에 거치될 수 있다. 상기 거치핀(224)의 갯수 및 배치구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 상기 기판거치부(220)는 기판(10)의 가장자리가 거치되는 가장자리 거치부(222)를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 기판거치부(220)는 스핀 지그 플레이트에 연결되어 기판(10)의 가장자리를 지지할 수 있다. 바람직하게, 고속 회전중에 기판(10)이 요동하는 것을 방지할 수 있도록 기판거치부(220)에는 기판(10)의 외주 끝단을 수용 지지하기 위한 요입부(미도시)가 형성될 수 있다. 아울러, 상기 케이싱(210)과 기판거치부(220)의 사이에는 기판(10)으로부터 비산되는 세정액을 막아주기 위한 커버부재(226)가 제공될 수 있다.
상기 전처리 파트(200)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 예비 세정을 수행하도록 구성될 수 있다.
일 예로, 도 4를 참조하면, 상기 전처리 파트(200)는 기판(10)의 표면에 세정액을 분사하는 세정액 분사부(230)를 포함할 수 있다.
상기 세정액 분사부(230)는 요구되는 조건에 따라 다양한 세정액을 기판(10)의 표면에 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 세정액 분사부(230)는 SC1(Standard Clean-1, APM), 암모니아, 과산화수소, 순수(DIW) 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 전처리 파트(200)의 예비 세정 처리 공간이 독립적으로 밀폐된 챔버 구조로 제공되기 때문에 세정액으로서 SC1와 같은 케미컬(chemical)을 사용하는 것이 가능하고, 케미컬을 이용하여 예비 세정을 수행할 수 있기 때문에 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물 일부를 후술할 세정 전에 미리 제거하는 것이 가능하다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 전처리 파트(200)는 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하는 이종 유체 분사부(240)를 포함할 수 있다.
상기 이종 유체 분사부(240)는 이종 유체를 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 이종 유체 분사부(240)는 제1유체를 공급하는 제1유체 공급부, 및 상기 제1유체와 다른 제2유체를 공급하는 제2유체 공급부를 포함할 수 있으며, 제1유체 및 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 통상의 노즐과 같은 분사수단에 의해 기판(10)의 표면에 분사될 수 있다.
일 예로, 도 5를 참조하면, 이종 유체 분사부(240)는 독립적으로 제공되는 제1유체 분사노즐(241) 및 제2유체 분사노즐(242)을 포함할 수 있으며, 제1유체 분사노즐 및 제2유체 분사노즐에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 분리된 상태로 기판(10)의 표면에 분사될 수 있다.
상기 이종 유체 분사부(240)의 다른 예로서, 도 6을 참조하면, 이종 유체 분사부(240)는 제1유체가 공급되는 제1유체 통로(241'), 제2유체가 공급되는 제2유체 통로(242'), 및 제1유체 및 제2유체가 혼합되어 분사되는 혼합 분사 통로(243')를 포함할 수 있으며, 혼합 분사 통로(243')에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 혼합된 상태로 기판(10)의 표면에 고속으로 분사될 수 있다.
상기 이종 유체 분사부(240)에서 분사 가능한 이종 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 제1유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있고, 상기 제2유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 이종 유체 분사부(240)는 이물질 제거 효율을 높일 수 있도록 액상 유체인 순수(DIW)와 기상 유체인 질소(N2)를 함께 분사하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 이종 유체에 의한 타력 및 이물질 제거 효율이 보장될 수 있다면 2가지 다른 종류의 액상 유체 또는 2가지 다른 종류의 기상 유체를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 상기 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240)에서 분사되는 세정액 및/또는 이종 유체는 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질을 충분한 타격력으로 타격할 수 있도록 고압으로 분사되는 것이 바람직하다.
아울러, 도 7을 참조하면 전술한 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240) 중 적어도 어느 하나는 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션(oscillation) 가능하게 제공되어, 세정액 및/또는 이종 유체를 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사(oscillation spray)하도록 구성될 수 있다.
상기 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240) 중 적어도 어느 하나는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 오실레이션 가능하게 제공될 수 있다. 이하에서는 상기 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240)를 스윙(swing) 회전시킴으로써, 세정액 및/또는 이종 유체가 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 이와 같은 구조는 세정액 및/또는 이종 유체가 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사될 수 있게 함으로써, 세정액 및/또는 이종 유체에 의한 세정 효율을 극대화하고, 세정액 및/또는 이종 유체의 사용량을 보다 낮출 수 있게 한다. 또한, 이와 같은 방식은, 세정액 및/또는 이종 유체에 의한 세정력(타격력 포함)에 의해 기판(10) 표면의 표면으로부터 이물질이 분리됨과 아울러, 분리된 이물질을 쓸어내 기판(10)의 바깥으로 배출시키는 효과를 얻을 수 있게 한다.
또한, 도 8을 참조하면, 상기 전처리 파트(200)는 기판(10)의 표면에 스팀발생부(252)로부터 발생된 스팀을 분사하는 스팀 분사부(250)를 포함할 수 있다.
특히, 상기 스팀 분사부(250)로부터 분사되는 스팀은 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물을 제거하는데 효과적이다. 참고로, 상기 스팀 분사부(250)는 스팀에 의한 유기물 제거 효율을 보장하면서 기판(10)의 손상을 방지할 수 있는 온도로 스팀을 분사하도록 구성될 수 있다. 바람직하게 스팀 분사부(250)는 60℃~120℃의 온도로 스팀을 분사할 수 있다.
전술한 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240)와 마찬가지로, 상기 스팀 분사부(250) 역시 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션 가능하게 제공되어, 스팀을 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사하도록 구성될 수 있다.(도 7 참조)
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 전처리 파트(200)는 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종 유체를 분사하는 이종 유체 분사부(260)를 포함하되, 상기 이종 유체 분사부(260)는 드라이아이스 입자를 공급하는 드라이아이스 공급부와, 상기 기판(10)의 표면에 유체를 분사하는 유체 분사부를 포함할 수 있다.
상기 유체분사부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 유체를 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 유체 분사부는 기상 유체 및 액상 유체 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 이하에서는 상기 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자와 함께 기상 유체(261a)를 분사하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자와 함께 액상 유체(예를 들어, DIW)를 분사하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 유체분사부는 드라이아이스 입자(262a)와 유체를 혼합하여 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 유체분사부는 기상 유체가 공급되는 기상 유체 공급 통로(261), 드라이아이스가 공급되는 드라이아이스 공급 통로(262), 기상 유체(261a)와 드라이아이스 입자(262a)가 혼합 및 분사되는 분사체 배출통로(263)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 상기 드라이아이스 공급 통로(262)를 통해 공급되는 드라이아이스가 액체 상태의 이산화탄소로 공급되어 분사체 배출통로(263)를 통과하면서 드라이아이스 고체 입자로 고화되도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
이를 위해, 상기 기상 유체 공급 통로(261)는 기상 유체(261a)의 유동 방향을 따라 단면이 일정한 제1단면 일정 영역(S1)과, 기상 유체(261a)의 유동 방향을 따라 단면이 점진적으로 감소하는 단면 감소 영역(S2)과, 기상 유체(261a)의 유동 방향을 따라 단면이 일정한 제2단면 일정 영역(S31)의 일부로 이루어진다.
이에 따라, 기상 유체(261a)는 제1단면 일정 영역(S1)을 통과하면서 유동이 안정화되고, 단면 감소 영역(S2)을 통과하면서 압력이 점점 낮아져 기체의 유속이 빨라지며, 제2단면 일정 영역(S31)의 일부를 통과하면서 유동이 안정화된다. 이때, 제2단면 일정 영역(S31)이 시작되는 지점으로부터 정해진 거리만큼 떨어진 제1지점에서 분기 통로(드라이아이스 공급 통로)의 출구가 형성됨에 따라, 기상 유체 공급 통로(261)를 통해 공급되는 압축 기체가 단면 감소 영역(S2)을 통과하면서 유속이 빨라지고, 제2단면 일정 영역(S31)을 통과하기 시작하면서 유동이 안정된 상태가 된다.
이 상태에서, 분기 통로(드라이아이스 공급 통로)를 통해 액체 상태의 고압의 이산화탄소가 제2단면일정영역의 제1위치(X1)로 유입되면서, 액체 상태의 이산화탄소는 상대적으로 낮은 압력의 제2단면 일정 영역(S31)에 도달하면 압력이 급감하면서 드라이아이스 고체 입자로 고화된다.
한편, 상기 기체 공급부는 기상 유체 공급 통로(261)를 통해 공기, 질소가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 중 어느 하나 이상을 공급하도록 구성될 수 있다. 상기 기상 유체 공급 통로(261)를 통해 불활성 가스를 공급하는 경우에는, 기판(10) 상에서 화학 반응이 억제되므로 세정 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.
상기 분기 통로는 기상 유체 공급 통로(261)를 따르는 기체 유동 방향과 동일한 방향 성분을 가지면서, 직선 형태의 중심선을 따라 기상 유체가 공급되는 기상 유체 공급 통로(261)에 대하여 예각을 이루도록 형성된다. 이에 의하여, 분기 통로를 통해 유입되는 액체 상태의 이산화탄소는 원활하게 기상 유체 공급 통로(261) 끝단의 제1위치(X1)로 유입된다.
일 예로, 분기 통로(드라이아이스 공급 통로)에는, 40 내지 60bar의 고압 탱크로부터 액체 상태의 이산화탄소가 공급된다. 그리고, 분기 통로로 주입하는 액체 상태의 이산화탄소의 압력도 높게 유지된다. 이에 따라, 분기 통로를 통해 공급되던 액체 상태의 이산화탄소가 제1위치(X1)에서 기상 유체 공급 통로(261)에 합류하는 순간, 고압 상태의 이산화탄소는 고압에서 저압으로 압력이 낮아지고, 이에 따라 액체 상태의 이산화탄소는 고체 상태의 드라이아이스로 고화된다.
더욱이, 분기 통로를 통해 고체 상태의 드라이아이스 입자들을 공급하는 대신에, 액체 상태의 이산화탄소를 분기 통로를 통해 공급함으로써, 액체 상태의 이산화탄소가 저압의 기상 유체 공급 통로(261)에 도달하면서 미세한 드라이아이스 고체 입자로 고화되므로, 기상 유체 공급 통로(261)를 통해 유동하던 기체 유동과 함께 배출 통로를 통과하면서 균일하게 혼합된다.
분기 통로의 단면은 기상 유체 공급 통로(261)에 비하여 더 작은 단면으로 형성되며, 제1위치(X1)에서 고화되는 드라이아이스 입자의 크기는 분기 통로의 단면 크기를 조절하는 것에 의해 조절할 수 있다. 예를 들어, 드라이아이스 입자의 직경은 100㎛ 내지 2000㎛의 크기로 형성될 수 있다.
상기 분사체 배출통로(263)는 기상 유체 공급 통로(261)와 연속하여 일자 형태로 배치되며, 분기 통로와 연통하는 제1위치(X1)에서, 분기 통로를 통해 공급된 액체상태의 이산화탄소가 고화된 드라이아이스 입자가 기상 유체와 합쳐지면서 분사체를 형성한다. 그리고, 기상 유체 공급 통로(261)와 분기 통로로부터 공급되는 기상 유체와 이산화탄소의 유동 압력으로 분사체는 토출구를 향하여 이동하여 배출된다.
이 때, 분사체가 배출되는 배출 영역(S3)은, 유동 방향을 따라 단면이 일정하게 유지되는 제2단면 일정 영역(S31)과, 유동 방향을 따라 단면이 점진적으로 확장되는 단면 확장 영역(S32)으로 형성된다. 이에 따라, 제2단면 일정 영역(S31)의 제1위치(X1)에서, 안정적으로 유동하는 기체 유동 내에 미세한 드라이아이스 고체 입자가 균일하게 퍼지면서 배출 영역(S3)을 통과한다. 따라서, 토출구에서 토출되는 분사체에는 기상 유체와 미세한 드라이아이스 고체 입자가 균질하게 혼합된 상태로 배출된다.
특히, 단면 감소 영역(S2)에서 유속이 빨라진 기상 유체가 단면 확대 영역을 통과하면서 기체가 팽창하여 온도를 낮추므로, 토출되는 분사체의 온도를 낮출 수 있는 효과가 얻어진다. 따라서, 기판(10)의 표면을 타격하는 분사체에 의하여 기판(10)이 냉각되므로, 기판(10)을 세정하는 동안에 열영동(Thermo-phoresis) 효과에 의해 기판(10)으로부터 떨어져나간 미세 입자(이물질 입자)가 주변을 부유하다가 기판(10)에 재부착되는 것을 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부(240)는 화학 기계적 연마 공정이 행해진 기판(10)의 표면에 고착된 다양한 슬러지를 보다 짧은 시간 내에 깨끗하게 제거할 수 있게 하고, 후술할 브러쉬 세정 공정 시간을 단축하게 할 뿐만 아니라, 기판(10)의 표면에 묻은 이물질을 제거하기 위한 케미컬의 양을 줄일 수 있게 한다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 액체 상태의 이산화탄소를 고화시켜 드라이아이스 고체 입자가 공급되도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 이미 고화된 드라이아이스 고체 입자가 드라이아이스 공급 통로를 통해 공급되도록 구성하는 것도 가능하다. 또한, 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부가 긴 길이를 갖는 슬릿 형태를 토출구를 갖도록 형성되는 것도 가능하다.
또한, 상기 드라이아이스와 유체를 함께 분사하는 이종 유체 분사부(260) 역시 역시 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션 가능하게 제공되어, 드라이아이스 및 유체를 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사하도록 구성될 수 있다.(도 7 참조)
아울러, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부가 기상 유체 공급 통로, 분기 통로 및 배출통로를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 전술한 세정액 또는 케미컬이 기상 유체 공급 통로, 분기 통로 및 배출통로를 포함하는 이종 유체 분사부와 동일 또는 유사한 구조에 의해 고속으로 분사되도록 구성하는 것이 가능하다.
또한, 기상 유체와 액상 유체(또는 2가지 기상 유체 또는 2가지 액상 유체)가 분사되는 이종 유체 분사부의 경우에도 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부와 동일 또는 유사한 분사 구조를 적용하는 것이 가능하다. 가령, 기상 유체와 액상 유체를 분사하는 이종 유체 분사부는, 기체의 유동 방향을 따라 단면이 점진적으로 감소하여 기체의 유속을 증대시키는 단면 감소 영역이 구비되고 상기 단면 감소 영역으로부터 토출구까지 제3영역이 형성된 기체 공급 통로(도 9의 261 참조)와, 상기 토출구에 근접한 제1위치에서 액체를 상기 기체 공급 통로에 합류시키는 액체 공급 통로(도 9의 262 참조)를 포함하여 구성될 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 전처리 파트(200)는 기판(10)의 표면에 진동 에너지를 공급하는 메가소닉 발생기(270)를 포함할 수 있다.
상기 메가소닉 발생기(270)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 기판(10)의 표면에 진동 에너지(예를 들어, 고주파 진동 에너지 또는 저주파 진동 에너지)를 공급할 수 있다. 이하에서는 메가소닉 발생기(270)가 세정액 분사부(230)를 통해 기판(10)의 표면에 분사되는 세정액 또는 케미컬을 매개로 기판(10)의 표면을 진동시켜 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질이 기판(10)으로부터 효과적으로 분리될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 메가소닉 발생기가 기판에 직접 진동 에너지를 공급하도록 구성되는 것도 가능하다.
또한, 진동의 주파수 대역에 따라 제거되는 파티클(이물질)의 크기가 달라질 수 있는 바, 메가소닉 발생기(270)는 파티클의 크기에 따라 선택적으로 주파수 대역을 달리하는 것이 가능하다. 이와 같은 주파수 대역 변경 방식은, 기판(10)의 표면에 형성되는 트렌치(trench) 또는 콘택홀(contact hole)의 내부에 기포가 존재하는 경우 기포에 의해 초음파 진동이 기판(10)의 표면에 전달되지 않는 문제를 해결하고, 기판(10)의 표면에 초음파 진동이 균일하게 인가된 세정액을 제공할 수 있게 한다.
한편, 상기 전처리 파트(200)에서 예비 세정된 기판(10)은 통상의 이송암(미도시)에 의해 후술할 세정 파트(300)로 이송될 수 있다. 상기 이송암은 전처리 파트(200)와 세정파트(예를 들어, 후술할 접촉식 세정 유닛)를 왕복 이동 가능하게 제공되어, 예비 세정된 기판(10)을 세정 파트(300)로 이송하는 용도로만 사용될 수 있다. 참고로, 상기 전처리 파트(200)와 세정 파트(300)에서 각각 서로 다른 기판(10)이 동시에 세정되는 동안에는, 상기 이송암이 전처리 파트(200)와 세정 파트(300)의 사이에 제공되는 도피영역 상에 일시적으로 대기할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 상기 세정파트는 연마 파트(100)의 인접한 측부에 제공되며, 전처리 파트(200)에서 예비 세정된 기판(10)의 표면에 잔류하는 이물질을 세정하기 위해 제공된다.
참고로, 본 발명에서 기판(10)의 세정이라 함은, 전술한 예비 세정이 진행된 후 기판(10)의 표면(특히, 기판의 연마면, 기판의 비연마면도 세정 가능)에 잔류하는 이물질을 세정하기 위한 공정으로 이해될 수 있다. 특히, 기판(10)의 세정에서는 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질 중 비교적 작은 크기의 이물질(예를 들어, 40~100㎚ 크기의 이물질), 및 비교적 강한 부착력으로 부착된 이물질을 제거할 수 있다.
아울러, 상기 세정 파트(300)에서 세정된 기판(10)은 무세정 상태로 기설정된 다음 공정을 수행하도록 구성된다. 여기서, 상기 기판(10)을 무세정 상태로 다음 공정을 수행한다 함은, 세정 파트(300)에서의 세정 공정을 마지막으로 기판(10)에 대한 모든 세정 공정이 완료되는 것으로 이해될 수 있고, 세정 공정이 완료된 기판(10)에 대해서는 추가적인 세정 공정없이 다음 공정(예를 들어, 증착 공정)이 진행될 수 있다.
상기 세정 파트(300)는 여러 단계의 세정 및 건조 공정을 수행 가능한 구조로 제공될 수 있으며, 세정 파트(300)를 구성하는 세정 스테이션의 구조 및 레이아웃에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 상기 세정 파트(300)는 기판(10)의 표면에 잔류하는 유기물 및 여타 다른 이물질을 제거하기 위한 세정을 효과적으로 수행할 수 있도록, 기판(10)의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행하는 접촉식 세정 유닛(400), 및 기판(10)의 표면에 물리적으로 비접촉되며 세정을 수행하는 비접촉식 세정 유닛(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 세정 파트가 접촉식 세정 유닛 및 비접촉식 세정 유닛 중 어느 하나만을 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
상기 접촉식 세정 유닛(400)은 기판(10)의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 이하에서는 접촉식 세정 유닛(400)이 제1접촉식 세정 유닛(402) 및 제2접촉식 세정 유닛(404)을 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
도 12를 참조하면, 일 예로, 상기 제1접촉식 세정 유닛(402)은 기판(10)의 표면에 회전하며 접촉되는 제1세정 브러쉬(410)를 포함하여 구성될 수 있다.
일 예로, 예비 세정된 기판(10)은 통상의 스핀들(미도시)에 의해 회전하는 상태에서 회전하는 한 쌍의 제1세정 브러쉬(410)에 의해 세정될 수 있다. 경우에 따라서는 기판이 회전하지 않고 고정된 상태로 제1세정 브러쉬에 의해 세정되도록 구성하는 것도 가능하다. 다르게는 기판의 하나의 판면(예를 들어, 연마면)에 대해서만 단 하나의 제1세정 브러쉬가 세정을 수행하는 것이 가능하다.
상기 제1세정 브러쉬(410)로서는 기판(10)의 표면에 마찰 접촉 가능한 통상의 소재(예를 들어, 다공성 소재의 폴리 비닐 알코올)로 이루어진 브러쉬가 사용될 수 있다. 아울러, 상기 제1세정 브러쉬(410)의 표면에는 브러쉬의 접촉 특성을 향상시키기 위한 복수개의 세정 돌기가 형성되는 것이 가능하다. 물론, 경우에 따라서는 세정 돌기가 없는 브러쉬를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의한 세정이 수행되는 동안에는 제1세정 브러쉬(410)와 기판(10)의 마찰 접촉에 의한 세정 효과를 높일 수 있도록, 상기 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 접촉하는 동안 제1세정 브러쉬(410)와 기판(10)의 접촉 부위에 케미컬을 공급하는 케미컬 공급부(420)를 포함할 수 있다.
상기 케미컬 공급부(420)는 기판(10) 또는 제1세정 브러쉬(410) 중 적어도 어느 하나에 케미컬을 분사하도록 구성될 수 있으며, 제1세정 브러쉬(410)에 분사되는 케미컬의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 바람직하게 미세한 유기물의 제거 효율을 높일 수 있도록, 제1세정 브러쉬(410)에 분사되는 케미컬로서는 SC1(Standard Clean-1, APM) 및 불산(HF) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 제1세정 브러쉬와 기판의 접촉 부위에 케미컬 대신 순수가 분사되거나, 캐미컬 및 순수가 함께 분사되도록 구성하는 것도 가능하다.
한편, 제1세정 브러쉬(410)의 마찰 접촉 세정에 의해 기판(10)으로부터 분리된 이물질이 제1세정 브러쉬(410)에 부착되면, 기판(10)이 재오염되거나 세정 효율이 저하될 수 있고, 제1세정 브러쉬(410)에 부착된 이물질에 의해 기판(10)의 손상이 발생될 수 있는 소지가 있다.
이를 해결하기 위해, 제1세정 브러쉬(410)의 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부(430)가 제공될 수 있다.
상기 이물질 제거부(430)는 제1세정 브러쉬(410)의 표면에 부착된 이물질을 제거 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 이물질 제거부(430)의 구조 및 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 13을 참조하면, 상기 이물질 제거부(430)는 제1세정 브러쉬(410)의 외표면에 접촉 가능하게 제공되는 접촉부재(432), 및 상기 접촉부재(432)에 초음파를 인가하는 초음파 발생부(434)를 포함할 수 있다.
상기 접촉부재(432)는 제1세정 브러쉬(410)의 외표면에 접촉 가능한 다양한 구조 및 형태로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 접촉부재(432)는 제1세정 브러쉬(410)의 길이에 대응하는 길이를 갖는 바(bar) 또는 로드 형태로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 접촉부재가 원호형 단면을 갖는 구조로 형성되거나, 접촉부재가 표면에 접촉돌기가 갖는 구조로 제공되는 것이 가능하다.
상기 초음파 발생부(434)는 접촉부재(432)에 초음파를 인가하여 접촉부재(432)의 표면에 진동 에너지를 공급될 수 있게 한다. 상기 초음파 발생부(434)로서는 초음파를 발생 가능한 통상의 초음파 발생수단이 사용될 수 있다.
상기 초음파 발생부(434)에 의해 접촉부재(432)의 표면은 진동될 수 있고, 이에 따라 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)으로부터 분리된 이물질은 제1세정 브러쉬(410)의 표면에 부착되지 않고 진동하는 접촉부재(432)가 접촉됨에 따라 제1세정 브러쉬(410)의 표면으로부터 분리될 수 있다. 경우에 따라서는 접촉부재에 의해 제1세정 브러쉬로부터 분리된 이물질이 별도의 수거통 또는 흡입수단에 의해 수거되도록 구성하는 것도 가능하다.
다른 일 예로, 도 14를 참조하면, 상기 이물질 제거부(430)는 상기 제1세정 브러쉬(410)의 내부에서 외부 방향을 향해 액상 유체를 분사하는 유체분사부(432'), 및 상기 유체분사부(432')로부터 분사되는 액상 유체에 초음파를 인가하는 초음파 발생부(434')를 포함할 수 있다.
상기 유체분사부(432')는 제1세정 브러쉬(410)의 내부에서 외부 방향을 향해 액상 유체를 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 유체분사부(432')는 상기 액상 유체를 공급하는 유체공급유로(432a'), 및 상기 유체공급유로(432a')에 연결되며 제1세정 브러쉬(410)의 길이 방향을 따라 제1세정 브러쉬(410)의 내부에 배치되는 유체분사관(432b')을 포함할 수 있으며, 상기 유체분사관(432b')의 표면에는 방사상으로 복수개의 분사홀(432c')이 형성된다.
상기 유체공급유로(432a')으로부터 공급된 액상 유체는 유체분사관(432b')을 따라 제1세정 브러쉬(410)의 내부에 축방향으로 이송될 수 있고, 유체분사관(432b')으로 공급된 액상 유체는 유체공급유로(432a')의 공급 압력 및 제1세정 브러쉬(410)의 회전력에 의해 분사홀(432c')을 통해 분사될 수 있다.
상기 초음파 발생부(434')는 유체분사부(432')로부터 분사되는 액상 유체에 초음파를 인가하기 위해 제공되며, 상기 초음파 발생부(434')로서는 초음파를 발생 가능한 통상의 초음파 발생수단이 사용될 수 있다.
상기 이물질 제거부(430)의 유체분사부(432')로부터 분사 가능한 액상 유체로서는 액상 상태를 갖는 통상의 유체가 사용될 수 있으며, 액상 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 이물질 제거부(430)의 유체분사부(432')는 순수(DIW)를 분사할 수 있다.
상기 유체분사부(432') 및 초음파 발생부(434')에 의해 제1세정 브러쉬(410)의 내부에서는 외부 방향(예를 들어, 제1세정 브러쉬의 반경 방향)을 향해 진동 에너지를 갖는 액상 유체가 분사될 수 있고, 이에 따라 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)으로부터 분리된 이물질은 제1세정 브러쉬(410)의 표면에 부착되지 않고 진동 에너지를 갖는 액상 유체와 함께 제1세정 브러쉬(410)의 표면으로부터 분리될 수 있다.
또한, 도 15를 참조하면, 상기 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 비접촉 상태에서 제1세정 브러쉬(410)의 표면을 가압하기 위한 가압부재(440)가 제공될 수 있다.
여기서, 상기 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 비접촉 상태라 함은, 상기 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)가 접촉하지 않도록 이격되게 배치된 상태로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1세정 브러쉬(410)에서 세정된 기판(10)은 다음 공정으로 이송될 수 있고, 제1세정 브러쉬(410)의 세정 영역에는 세정되기 위한 또 다른 기판(10)이 이송될 수 있으며, 이와 같이 기판(10)이 이송되는 동안에는 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 대해 비접촉 상태로 배치된다.
상기 제1세정 브러쉬(410)에 의한 세정 공정 중에는 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)의 표면에 접촉되며 제1세정 브러쉬(410)의 표면이 가압(또는 압축)된 상태로 세정이 이루어지게 되며, 상기 제1세정 브러쉬(410)의 회전 속도 및 마찰력 등의 브러쉬 세정 조건은 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 접촉된 상태(가압된 상태)를 기준으로 설정될 수 있다.
그러나, 상기 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 대해 비접촉 상태로 배치되는 동안에는, 케미컬 및 세정액 등이 제1세정 브러쉬(410)로부터 탈수됨에 따라 압축되었던 제1세정 브러쉬(410)의 표면이 복원(또는 원상태에 가깝게 팽창)될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1세정 브러쉬(410)의 표면이 복원된 상태에서 또 다른 기판(10)을 세정하게 되면, 제1세정 브러쉬(410)에 의한 마찰력 및 가압력이 달라지기 때문에 제1세정 브러쉬(410)에 의한 세정 효과가 각 기판(10)에 대해 균일하게 유지되기 어려운 문제가 있다.
이를 위해, 상기 가압부재(440)는 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 비접촉 상태에서 제1세정 브러쉬(410)의 표면을 가압함으로써, 제1세정 브러쉬(410)에 의한 세정 효과가 균일하게 유지될 수 있게 한다. 바람직하게 상기 가압부재(440)는 제1세정 브러쉬(410)의 표면이 기판(10)의 표면에 접촉된 상태로 가압되는 구간에 대응되게 제1세정 브러쉬(410)의 표면을 가압하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 제1세정 브러쉬(410)는 기판(10)에 대한 접촉 및 비접촉 상태에서 모두 동일한 조건으로 표면이 가압될 수 있기 때문에, 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의한 각 기판(10)의 세정 효과를 균일하게 유지할 수 있다.
상기 가압부재(440)는 제1세정 브러쉬(410)의 표면을 가압 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 가압부재(440)는 제1세정 브러쉬(410)의 길이에 대응하는 길이를 갖는 바(bar) 또는 로드 형태로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 가압부재가 원호형 단면을 갖는 구조로 형성되거나, 제1세정 브러쉬의 전체 표면을 덮는 구조로 형성되는 것이 가능하다.
한편, 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)이 세정되는 동안, 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력은 기판(10)의 세정 효과에 큰 영향을 미치기 때문에 기판(10)의 세정 효과를 균일하게 유지하기 위해서는 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력이 균일하게 유지될 수 있어야 한다. 이를 위해, 상기 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력을 조절하는 마찰력 조절부(450)가 제공될 수 있다.
상기 마찰력 조절부(450)는 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력을 조절 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 바람직하게 마찰력 조절부(450)는 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력을 제1세정 브러쉬(410)에 의한 세정 공정이 이루어지는 동안 실시간으로 조절하도록 구성될 수 있다.
일 예로, 도 16을 참조하면, 상기 마찰력 조절부(450)는, 상기 제1세정 브러쉬(410)의 회전축에 연결되는 연결부재(452), 상기 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력에 따른 연결부재(452)의 변위를 감지하는 감지부(454), 및 상기 감지부(454)에서 감지된 결과에 따라 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)를 이동시키는 브러쉬 이동부(456)를 포함할 수 있다.
상기 연결부재(452)는 제1세정 브러쉬(410)의 회전축에 일체로 연결되며, 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력(Ff) 변화에 따라 제1세정 브러쉬(410)에 수평 방향 변위가 발생되면 연결부재(452)에도 동일한 변위가 발생할 수 있다.
상기 감지부(454)는 연결부재(452)의 변위를 감지 가능한 다양한 수단이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 감지부(454)로서는 통상의 로드셀이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 여타 다른 통상의 센싱수단을 이용하여 연결부재의 변위를 감지하는 것이 가능하다.
상기 브러쉬 이동부(456)는 감지부(454)에서 감지된 결과에 따라 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)를 이동시켜 마찰력을 조절할 수 있다. 가령, 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력(Ff)이 기설정된 조건보다 크면 브러쉬 이동부(456)는 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)가 이격되는 방향으로 제1세정 브러쉬(410)를 이동시킬 수 있고, 반대로, 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력(Ff)이 기설정된 조건보다 작으면 브러쉬 이동부(456)는 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)가 접근되는 방향으로 제1세정 브러쉬(410)를 이동시킬 수 있다.
상기 브러쉬 이동부(456)는 제1세정 브러쉬(410)를 기판(10)에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 이동시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 브러쉬 이동부(456)의 구조 및 이동 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 브러쉬 이동부(456)는 구동모터의 구동력에 회전하는 리드스크류 및 리드스크류를 따라 이동하는 가이드부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)이 세정되는 동안, 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중은 기판(10)의 세정 효과에 큰 영향(예를 들어, 수직하중이 높아지면 마찰력이 커짐)을 미치기 때문에 기판(10)의 세정 효과를 균일하게 유지하기 위해서는 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중이 균일하게 유지될 수 있어야 한다. 이를 위해, 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중을 조절하는 수직하중 조절부(460)가 제공될 수 있다.
상기 수직하중 조절부(460)는 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중을 조절 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 바람직하게 수직하중 조절부(460)는 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중을 실시간으로 조절하도록 구성될 수 있다.
일 예로, 도 17을 참조하면, 상기 수직하중 조절부(460)는, 상기 제1세정 브러쉬(410)의 회전축에 수직하게 연결되는 수직연결부재(462), 상기 세정 브러쉬와 기판(10)의 접촉에 의해 수직연결부재(462)에 작용하는 수직하중에 따른 수직연결부재(462)의 변위를 감지하는 감지부(464), 및 상기 감지부(464)에서 감지된 결과에 따라 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)를 이동시키는 브러쉬 이동부(466)를 포함할 수 있다.
상기 수직연결부재(462)는 중력 방향을 따라 수직하게 배치되도록 제1세정 브러쉬(410)의 회전축에 일체로 연결되며, 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 접촉될 시 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중(Fn) 변화에 따라 제1세정 브러쉬(410)에 수직 방향 변위가 발생되면 수직연결부재(462)에도 동일한 변위가 발생할 수 있다.
상기 감지부(464)는 수직연결부재(462)와 동일한 수직 선상에 배치되며, 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 접촉 및 비접촉 상태에서 수직연결부재(462)에 발생하는 수직 변위를 감지하도록 구성된다.
상기 감지부(464)로서는 수직연결부재(462)의 수직 방향 변위를 감지 가능한 다양한 수단이 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 감지부(464)로서는 통상의 로드셀이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 여타 다른 통상의 센싱수단을 이용하여 수직연결부재의 변위를 감지하는 것이 가능하다.
가령, 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 비접촉될 시 수직연결부재(462)를 통해 감지부(464)에서 감지된 결과가 'A'이고, 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 접촉될 시 감지부(464)에서 감지된 결과가 'A'보다 작은 'B'로 감지되면, 'A'와 'B'의 차이를 통해 기판(10)에 작용하는 수직하중(Fn)을 산출하는 것이 가능하다. 참고로, 상기 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 비접촉(이격)되면 순수하게 제1세정 브러쉬(410)의 하중('A')을 감지부가 감지할 수 있다. 반면, 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 접촉되면 제1세정 브러쉬(410)의 하중이 기판(10)으로 일부 분산될 수 있기 때문에, 감지부에서 감지된 'B'값은 'A'보다 작은 값을 갖게 된다. 따라서, 'A'와 'B'의 차이를 통해 기판(10)에 작용하는 수직하중(Fn)을 산출할 수 있다.
상기 브러쉬 이동부(466)는 감지부(464)에서 감지된 결과에 따라 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)를 이동시켜 기판(10)에 작용하는 수직하중(Fn)을 조절할 수 있다. 가령, 기판(10)에 작용하는 수직하중(Fn)이 기설정된 조건보다 크면 브러쉬 이동부(466)는 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)가 이격되는 방향으로 제1세정 브러쉬(410)를 이동시킬 수 있고, 반대로, 기판(10)에 작용하는 수직하중(Fn)이 기설정된 조건보다 작으면 브러쉬 이동부(466)는 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)가 접근되는 방향으로 제1세정 브러쉬(410)를 이동시킬 수 있다.
상기 브러쉬 이동부(466)는 제1세정 브러쉬(410)를 기판(10)에 대해 접근 및 이격되는 방향으로 이동시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 브러쉬 이동부(466)의 구조 및 이동 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 브러쉬 이동부(466)는 구동모터의 구동력에 회전하는 리드스크류 및 리드스크류를 따라 이동하는 가이드부재를 포함할 수 있다.
한편, 도 18을 참조하면, 제2접촉식 세정 유닛(405)는 기판(10)의 표면에 회전하며 접촉되는 제2세정 브러쉬(412)를 포함할 수 있다.
상기 제2세정 브러쉬(412)는 전술한 제1세정 브러쉬(410)와 동일 또는 유사한 구조 및 방식으로 기판(10)에 대한 세정을 수행할 수 있다. 경우에 따라서는 접촉식 세정 유닛이 제2세정 브러쉬(412)를 배제하고 제1세정 브러쉬만으로 구성되는 것이 가능하다.
아울러, 상기 제2세정 브러쉬(412)에 의한 기판(10)이 세정이 수행되는 동안에도, 전술한 이물질 제거부(430), 케미컬 공급부(420), 가압부재(440), 마찰력 조절부(450), 수직하중 조절부(460) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있으며, 제2세정 브러쉬(412)에 의한 세정 공정은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
아울러, 전술한 제1세정 브러쉬(410) 및 제2세정 브러쉬(412)는 각각 별도의 차단유닛(도 19의 402, 404 참조)에 의해 제공되는 독립적인 세정 처리 공간에서 각각 세정 공정을 수행할 수 있다.
한편, 상기 제1접촉식 세정 유닛(예를 들어, 제1세정 브러쉬)에서 세정 처리된 기판(10)은 통상의 이송암에 의해 제2접촉식 세정 유닛(예를 들어, 제2세정 브러쉬)으로 이송될 수 있다. 상기 이송암은 제1접촉식 세정 유닛과 제2접촉식 세정 유닛을 왕복 이동 가능하게 제공되어, 제1접촉식 세정 유닛에서 세정 처리된 기판(10)을 제2접촉식 세정 유닛으로 이송할 수 있다. 참고로, 제1접촉식 세정 유닛과 제2접촉식 세정 유닛에서 각각 서로 다른 기판(10)이 동시에 세정되는 동안에는, 상기 이송암이 제1접촉식 세정 유닛과 제2접촉식 세정 유닛의 사이에 제공되는 도피영역 상에 일시적으로 대기할 수 있다.
또한, 상기 제2접촉식 세정 유닛(예를 들어, 제2세정 브러쉬)에서 세정 처리된 기판(10)은 통상의 이송암에 의해 후술할 비접촉식 세정 유닛(500)으로 이송될 수 있다. 상기 이송암은 제2접촉식 세정 유닛과 비접촉식 세정 유닛(500)을 왕복 이동 가능하게 제공되어, 제2접촉식 세정 유닛에서 세정 처리된 기판(10)을 비접촉식 세정 유닛(500)으로 이송할 수 있다. 참고로, 제2접촉식 세정 유닛과 비접촉식 세정 유닛에서 각각 서로 다른 기판(10)이 동시에 세정되는 동안에는, 상기 이송암이 제2접촉식 세정 유닛과 비접촉식 세정 유닛의 사이에 제공되는 도피영역 상에 일시적으로 대기할 수 있다.
상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 기판(10)의 표면에 물리적으로 비접촉(non-contact)되며 세정을 수행 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 이하에서는 비접촉식 세정 유닛(500)이 제1비접촉식 세정 유닛(502) 및 제2비접촉식 세정 유닛(504)을 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 비접촉식 세정 유닛이 단 하나의 세정 유닛만으로 구성되는 것도 가능하다.
바람직하게, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)에서 세정이 수행되는 동안 비접촉식 세정 유닛(500)의 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단하는 차단유닛(502",504")이 제공될 수 있다. 여기서, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)의 세정 처리 공간이라 함은, 비접촉식 세정 유닛(500)에 의해 세정이 이루어지는 공간으로 이해될 수 있으며, 비접촉식 세정 유닛(500)의 세정 처리 공간은 차단유닛에 의해 독립적으로 밀폐된 챔버 구조로 제공될 수 있다.
상기 차단유닛(502",504")은 외부와 차단된 독립적인 밀폐 공간을 제공 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 이하에서는 상기 차단유닛(502",504")이 기판(10)의 주변을 감싸도록 제공되며 독립적인 세정 처리 공간을 제공하는 케이싱(502a,504a), 및 상기 케이싱(502a,504a)의 출입구를 개폐하는 개폐부재(502b,504b)를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.(도 19 참조)
일 예로, 상기 케이싱(502a,504a)은 측벽부에 출입구가 형성된 대략 사각 박스 형태로 제공될 수 있으며, 개폐부재(502b,504b)는 통상의 구동부(모터 및 동력 전달부재의 조합)에 의해 상하 방향을 따라 직선 이동하며 케이싱(502a,504a)의 출입구를 개폐하도록 구성될 수 있다.
아울러, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 상부에 기판(10)이 낱장 단위로 거치되고 케이싱(402a)의 내부에 회전축(521)을 중심으로 회전 가능하게 제공되는 거치대(520), 및 상기 거치대(520)의 둘레를 감싸도록 제공되며 기판(10)의 표면으로부터 비산되는 처리유체를 회수하는 회수 용기(530)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 거치대(520)는 상하 방향을 따라 이동 가능하게 제공되며, 상기 회수 용기(530)의 내벽에는 상하 방향을 따라 서로 다른 높이에서 서로 다른 처리유체를 회수하기 위한 복수개의 회수덕트를 형성하는 복수개의 회수컵(532~538)이 형성될 수 있다. 이하에서는 회수 용기(530)가 4개의 회수덕트를 각각 독립적으로 형성하는 4개의 회수컵(532~538)을 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 회수 용기가 3개 이하 또는 5개 이상의 회수컵을 포함하여 구성되는 것이 가능하다.(도 20 내지 도 23 참조)
이와 같은 구조는, 단일 처리 공간에서 거치대(520)의 높이를 달리함으로써 여러 종류의 케미컬 및/또는 유체 등을 이용하여 다양한 방식으로 기판(10)을 세정할 수 있기 때문에, 기판(10)에 잔존하는 이물질의 제거 효율을 높일 수 있게 한다.
상기 거치대(520)의 상부에는 거치대(520)에 거치된 기판(10)의 상면에 케미컬, 유체, 이종 유체 및 스팀 등을 분사하기 위한 후술할 분사부가 배치될 수 있으며, 기판(10)의 표면으로부터 비산되는 처리유체(기판 표면의 세정 처리에 사용된 유체)는 거치대(520)의 높이에 따라 서로 다른 회수컵(532~538)에 회수될 수 있다. 아울러, 상기 회수컵(532~538)에는 각각 회수된 처리유체를 배출하기 위한 배수로가 개별적으로 연결된다.
상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 세정을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 20을 참조하면, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 기판(10)의 표면에 적어도 한 종류 이상의 케미컬(chemical)을 분사하는 케미컬 분사부(540)를 포함할 수 있다.
본 발명에서는 비접촉식 세정 유닛(500)의 세정 처리 공간이 독립적으로 밀폐된 챔버 구조로 제공되기 때문에 세정액으로서 케미컬(chemical)을 사용하는 것이 가능하다.
상기 케미컬 분사부(540)로서는 케미컬을 분사 가능한 통상의 노즐이 사용될 수 있으며, 노즐의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 케미컬을 기판(10)의 표면에 고압으로 균일하게 분사할 수 있는 노즐이 사용될 수 있다.
상기 케미컬 분사부(540)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 케미컬을 기판(10)의 표면에 분사하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)의 케미컬 분사부는 유기물 제거에 효과적인 오존불산(O3HF) 및 불산(HF) 중 적어도 어느 하나를 분사할 수 있다. 경우에 따라서는 비접촉식 세정 유닛의 케미컬 분사부가 SC1(Standard Clean-1, APM), 암모니아, 과산화수소 등과 같은 여타 다른 케미컬을 분사하는 것도 가능하다.
또한, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)의 케미컬 분사부(540)는 전술한 전처리 파트(200)의 케미컬 분사부와 동일 또는 유사한 방식으로 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션(oscillation) 가능하게 제공되어, 케미컬을 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사(oscillation spray)하도록 구성될 수 있다.(도 7 참조)
참고로, 거치대(520)의 거치 조건(높이)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)의 케미컬 분사부(540)에서 케미컬이 분사될 시, 거치대(520)는 최상단에 배치될 수 있고, 기판(10)으로부터 비산되는 처리유체(케미컬)은 제1회수컵(532)을 통해 회수될 수 있다.
도 21을 참조하면, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 기판(10)의 표면에 스팀을 분사하는 스팀 분사부(550)를 포함할 수 있다.
특히, 상기 스팀 분사부(550)로부터 분사되는 스팀은 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물을 제거하는데 효과적이다. 참고로, 상기 스팀 분사부(550)는 스팀에 의한 유기물 제거 효율을 보장하면서 기판(10)의 손상을 방지할 수 있는 온도로 스팀을 분사하도록 구성될 수 있다. 바람직하게 스팀 분사부(550)는 60℃~120℃의 온도로 스팀을 분사할 수 있다.
일 예로, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)의 스팀 분사부(550)에서 스팀이 분사될 시, 거치대(520)는 최상단 바로 첫번째 하단에 배치될 수 있고, 기판(10)으로 비산되는 처리유체는 제2회수컵(534)을 통해 회수될 수 있다.
또한, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 기판(10)의 표면에 세정액을 분사하는 세정액 분사부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 세정액 분사부는 요구되는 조건에 따라 다양한 세정액을 기판(10)의 표면에 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 세정액 분사부는 순수(DIW)와 같은 세정액을 분사하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 케미컬이 분사된 후 순수가 분사되는 과정을 반복적으로 수행하는 것도 가능하다.
또한, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하는 이종 유체 분사부(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 이종 유체 분사부는 이종 유체를 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 이종 유체 분사부는 제1유체를 공급하는 제1유체 공급부, 및 상기 제1유체와 다른 제2유체를 공급하는 제2유체 공급부를 포함할 수 있으며, 제1유체 및 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 통상의 노즐과 같은 분사수단에 의해 기판의 표면에 분사될 수 있다.
가령, 이종 유체 분사부는 독립적으로 제공되는 제1유체 분사노즐 및 제2유체 분사노즐을 포함할 수 있으며, 제1유체 분사노즐 및 제2유체 분사노즐에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 분리된 상태로 기판(10)의 표면에 분사될 수 있다.(도 5 참조)
상기 이종 유체 분사부의 다른 예로서, 이종 유체 분사부는 제1유체가 공급되는 제1유체 통로, 제2유체가 공급되는 제2유체 통로, 및 제1유체 및 제2유체가 혼합되어 분사되는 혼합 분사 통로를 포함할 수 있으며, 혼합 분사 통로에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 혼합된 상태로 기판(10)의 표면에 고속으로 분사될 수 있다.(도 6 참조)
상기 이종 유체 분사부에서 분사 가능한 이종 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 제1유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있고, 상기 제2유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 이종 유체 분사부는 이물질 제거 효율을 높일 수 있도록 액상 유체인 순수(DIW)와 기상 유체인 질소(N2)를 함께 분사하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 이종 유체에 의한 타력 및 이물질 제거 효율이 보장될 수 있다면 2가지 다른 종류의 액상 유체 또는 2가지 다른 종류의 기상 유체를 사용하는 것도 가능하다.
전술한 케미컬 분사부(540)와 마찬가지로, 상기 세정액 분사부, 스팀 분사부, 이종 유체 분사부 중 적어도 어느 하나는 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션 가능하게 제공되어, 세정액, 스팀, 및 이종 유체를 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사하도록 구성될 수 있다.(도 7 참조)
또한, 도 22를 참조하면, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종 유체를 분사하는 이종 유체 분사부(560)를 포함하되, 상기 이종 유체 분사부(560)는 드라이아이스 입자를 공급하는 드라이아이스 공급부와, 상기 기판(10)의 표면에 유체를 분사하는 유체 분사부를 포함할 수 있다.
상기 유체분사부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 유체를 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 유체 분사부는 기상 유체 및 액상 유체 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 이하에서는 상기 이종 유체 분사부(560)가 드라이아이스 입자와 함께 기상 유체를 분사하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자와 함께 액상 유체(예를 들어, DIW)를 분사하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 도 23을 참조하면, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 기판(10)의 표면에 이소프로필 알콜(IPA)을 분사하는 이소프로필 알콜 분사부(570)를 포함할 수 있다.
상기 이소프로필 알콜 분사부(570)가 기판(10)의 표면에 이소프로필 알콜을 분사함에 따라 기판(10)의 표면에 건조될 수 있으며, 기판(10)의 세정 공정이 완료될 수 있다.
아울러, 상기 제1비접촉식 세정 유닛(502)에서 세정 처리된 기판(10)은 통상의 이송암에 의해 제2비접촉식 세정 유닛(504)으로 이송될 수 있다. 상기 이송암은 제1비접촉식 세정 유닛(502)과 제2비접촉식 세정 유닛(504)을 왕복 이동 가능하게 제공되어, 제1비접촉식 세정 유닛(502)에서 세정 처리된 기판(10)을 제2비접촉식 세정 유닛(504)으로 이송할 수 있다. 참고로, 제1비접촉식 세정 유닛(502)과 제2비접촉식 세정 유닛(504)에서 각각 서로 다른 기판(10)이 동시에 세정되는 동안에는, 상기 이송암이 제1비접촉식 세정 유닛(502)과 제2비접촉식 세정 유닛(504)의 사이에 제공되는 도피영역 상에 일시적으로 대기할 수 있다.
한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 비접촉식 세정 유닛(또는 접촉식 세정 유닛)이 단일층 상에 배열된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 비접촉식 세정 유닛이 다층 구조로 제공되는 것이 가능하다.
도 24를 참조하면, 상기 비접촉식 세정 유닛(500')은 2층 구조로 제공되며 독립적으로 밀폐된 처리 공간을 제공하는 복수개의 차단유닛(501'~504')을 포함할 수 있으며, 기판(10)은 기설정된 경로를 따라 복수개의 차단유닛(501'~504')을 이동하며 세정될 수 있다. 경우에 따라서는 비접촉식 세정 유닛 3층 이상의 구조로 제공되는 것이 가능하며, 차단유닛의 배치 구조 및 배치 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 전처리 파트가 단순히 독립적으로 밀폐된 챔버 구조로 제공된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 연마 파트 영역과 세정 파트 영역을 선택적으로 차단하는 차단유닛이 제공될 수 있다.
상기 차단유닛은 연마 파트 영역과 세정 파트 영역을 선택적으로 차단 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 차단유닛의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 한정되거나 제한되는 것은 아니다. 일 예로, 차단유닛은 통상의 좌우 슬라이딩 개폐 방식 또는 상하 셔터 방식으로 구현되는 것이 가능하다.
이와 같은 구조는 연마 파트 영역에서 발생된 연마물질 및 이물질이 세정 파트 영역으로 유입되는 것을 원척적으로 차단할 수 있게 함으로써, 세정 파트 영역이 보다 깨끗한 처리 환경을 유지할 수 있게 한다. 즉, 세정 파트 영역에 비해 연마 파트 영역에서는 비교적 많은 이물질이 발생하며, 연마 파트 영역에서 발생한 이물질이 세정 파트 영역으로 유입되면 이물질에 의한 세정 오류 또는 세정 저하 현상이 발생할 수 있다. 이에 상기 차단유닛은 연마 파트 영역과 세정 파트 영역의 경계를 전체적으로 차단함으로써, 연마 파트 영역에서 발생된 연마물질 및 이물질이 세정 파트 영역으로 유입되는 것을 원척적으로 차단시켜 세정 파트 영역에서 수행되는 세정 공정의 세정 효율을 높일 수 있게 한다.
이하에서는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법을 설명하기로 한다.
도 25는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법을 설명하기 위한 블록도, 도 26은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 예비 세정 단계를 설명하기 위한 블록도, 도 27은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 최종 단계를 설명하기 위한 블록도이다. 또한, 도 28은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 제1비접촉식 세정 단계를 설명하기 위한 블록도, 도 29는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법으로서, 제2비접촉식 세정 단계를 설명하기 위한 블록도이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 25 내지 도 29를 참조하면, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템의 제어 방법은 기판(10)에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 단계(S10)와, 상기 연마 단계에서 연마 공정이 완료된 기판(10)을 전처리 파트(200)를 이용하여 예비 세정(pre-cleaning)하는 전처리 단계(S20)와, 상기 전처리 단계에서 예비 세정된 기판(10)을 세정 파트(300)를 이용하여 세정하는 세정 단계(S30)를 포함하고, 상기 세정 단계에서 세정된 기판(10)은 무세정 상태로 기설정된 다음 공정을 수행한다.
단계 1:
상기 연마 단계(S10)에서는 연마 파트(100)를 이용하여 기판(10)에 대해 화학 기계적 연마 공정을 수행한다.
상기 연마 파트(100)에는 복수개의 연마 정반(110)이 제공될 수 있고, 각 연마 정반(110)의 상면에는 연마 패드가 부착될 수 있다. 연마 파트(100)의 영역 상에 제공되는 로딩 유닛에 공급된 기판(10)은 미리 설정된 경로를 따라 이동하는 캐리어 헤드(120)에 밀착된 상태로 슬러리가 공급되는 연마 패드의 상면에 회전 접촉됨으로써 화학 기계적 연마 공정이 수행될 수 있다.
또한, 상기 캐리어 헤드(120)는 연마 파트(100) 영역 상에서 기설정된 순환 경로를 따라 이동할 수 있으며, 로딩 유닛에 공급된 기판(10)(이하 기판의 로딩 위치에 공급된 기판이라 함)은 캐리어 헤드(120)에 밀착된 상태로 캐리어 헤드에 의해 이송될 수 있다.
또한, 상기 연마 파트(100)에는 연마파트의 로딩 영역에 진입된 기판(10)을 연마 정반(110)으로 이송하는 이송유닛, 및 상기 이송유닛이 로딩 영역에서 기판(10)을 로딩하기 전에 이송유닛의 로딩면을 세척하는 세척유닛(130)이 제공될 수 있다.
상기 이송유닛으로서는 전술한 캐리어 헤드(120)가 사용될 수 있으며, 상기 세척유닛(130)은 캐리어 헤드(120)가 기판(10)을 로딩하기 전에 로딩면이 미리 세척될 수 있게 함으로써, 캐리어 헤드(120)의 로딩면(저면)에 잔존할 수 있는 이물질에 의해 기판(10)이 연마되기 전에 오염되거나 손상되는 것을 방지할 수 있게 한다.
단계 2:
상기 전처리 단계(S20)에서는 전처리 파트(200)를 이용하여 연마 단계에서 연마 공정이 완료된 기판(10)을 예비 세정(pre-cleaning)한다.
참고로, 본 발명에서 기판(10)의 예비 세정이라 함은, 후술할 세정이 진행되기 전에 기판(10)의 표면(특히, 기판의 연마면)에 존재하는 이물질을 최대한 세정하기 위한 공정으로 이해될 수 있다. 특히, 기판(10)의 예비 세정에서는 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질 중 비교적 큰 크기의 이물질(예를 들어, 100㎚보다 큰 크기의 이물질)을 제거할 수 있으며, 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물을 제거할 수 있다.
상기 전처리 파트(200)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 위치에 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 전처리 파트(200)는 연마 파트(100)의 언로딩 영역 상에 제공되며, 연마 공정이 완료된 기판(10)은 언로딩 영역 상에서 전처리 파트(200)에 의해 예비 세정될 수 있다.
상기 전처리 단계(S20)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 예비 세정을 수행하도록 구성될 수 있다.
일 예로, 상기 전처리 단계(S20)는 세정액 분사부(230)를 이용하여 기판(10)의 표면에 세정액을 분사하는 세정액 분사 단계를 포함할 수 있다.(도 4 참조)
상기 세정액 분사부(230)는 요구되는 조건에 따라 다양한 세정액을 기판(10)의 표면에 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 세정액 분사부(230)는 SC1(Standard Clean-1, APM), 암모니아, 과산화수소, 순수(DIW) 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 전처리 파트(200)의 예비 세정 처리 공간이 독립적으로 밀폐된 챔버 구조로 제공되기 때문에 세정액으로서 SC1와 같은 케미컬(chemical)을 사용하는 것이 가능하고, 케미컬을 이용하여 예비 세정을 수행할 수 있기 때문에 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물 일부를 후술할 세정 전에 미리 제거하는 것이 가능하다.
상기 전처리 단계(S20)는 이종 유체 분사부(240)를 이용하여 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하는 이종 유체 분사 단계를 포함할 수 있다.(도 5 및 도 6 참조)
상기 이종 유체 분사부(240)는 이종 유체를 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 이종 유체 분사부(240)는 제1유체를 공급하는 제1유체 공급부, 및 상기 제1유체와 다른 제2유체를 공급하는 제2유체 공급부를 포함할 수 있으며, 제1유체 및 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 통상의 노즐과 같은 분사수단에 의해 기판(10)의 표면에 분사될 수 있다.
가령, 이종 유체 분사부(240)는 독립적으로 제공되는 제1유체 분사노즐(241) 및 제2유체 분사노즐(242)을 포함할 수 있으며, 제1유체 분사노즐(241) 및 제2유체 분사노즐(242)에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 분리된 상태로 기판(10)의 표면에 분사될 수 있다.(도 5 참조)
상기 이종 유체 분사부(240)의 다른 예로서, 이종 유체 분사부(240)는 제1유체가 공급되는 제1유체 통로(241'), 제2유체가 공급되는 제2유체 통로(242'), 및 제1유체 및 제2유체가 혼합되어 분사되는 혼합 분사 통로(243')를 포함할 수 있으며, 혼합 분사 통로(243')에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 혼합된 상태로 기판(10)의 표면에 고속으로 분사될 수 있다.(도 6 참조)
상기 이종 유체 분사부(240)에서 분사 가능한 이종 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 제1유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있고, 상기 제2유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 이종 유체 분사부(240)는 이물질 제거 효율을 높일 수 있도록 액상 유체인 순수(DIW)와 기상 유체인 질소(N2)를 함께 분사하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 이종 유체에 의한 타력 및 이물질 제거 효율이 보장될 수 있다면 2가지 다른 종류의 액상 유체 또는 2가지 다른 종류의 기상 유체를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 전술한 상기 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240)에서 분사되는 세정액 및/또는 이종 유체는 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질을 충분한 타격력으로 타격할 수 있도록 고압으로 분사되는 것이 바람직하다.
아울러, 전술한 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240) 중 적어도 어느 하나는 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션(oscillation) 가능하게 제공되어, 세정액 및/또는 이종 유체를 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사(oscillation spray)하도록 구성될 수 있다.(도 7 참조)
상기 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240) 중 적어도 어느 하나는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 오실레이션 가능하게 제공될 수 있다. 이하에서는 상기 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240)를 스윙(swing) 회전시킴으로써, 세정액 및/또는 이종 유체가 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 이와 같은 구조는 세정액 및/또는 이종 유체가 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사될 수 있게 함으로써, 세정액 및/또는 이종 유체에 의한 세정 효율을 극대화하고, 세정액 및/또는 이종 유체의 사용량을 보다 낮출 수 있게 한다. 또한, 이와 같은 방식은, 세정액 및/또는 이종 유체에 의한 세정력(타격력 포함)에 의해 기판(10) 표면의 표면으로부터 이물질이 분리됨과 아울러, 분리된 이물질을 쓸어내 기판(10)의 바깥으로 배출시키는 효과를 얻을 수 있게 한다.
또한, 상기 전처리 단계(S20)는 스팀 분사부(250)를 이용하여 기판(10)의 표면에 스팀을 분사하는 스팀 분사 단계를 포함할 수 있다.(도 8 참조)
특히, 상기 스팀 분사부(250)로부터 분사되는 스팀은 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물을 제거하는데 효과적이다. 참고로, 상기 스팀 분사부(250)는 스팀에 의한 유기물 제거 효율을 보장하면서 기판(10)의 손상을 방지할 수 있는 온도로 스팀을 분사하도록 구성될 수 있다. 바람직하게 스팀 분사부(250)는 60℃~120℃의 온도로 스팀을 분사할 수 있다.
전술한 세정액 분사부(230) 및 이종 유체 분사부(240)와 마찬가지로, 상기 스팀 분사부(250) 역시 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션 가능하게 제공되어, 스팀을 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사하도록 구성될 수 있다.(도 7 참조)
상기 전처리 단계(S20)는 이종 유체 분사부(260)를 이용하여 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종 유체를 분사하는 이종 유체 분사 단계를 포함하되, 상기 이종 유체 분사부(260)는 드라이아이스 입자를 공급하는 드라이아이스 공급부와, 상기 기판(10)의 표면에 유체를 분사하는 유체 분사부를 포함할 수 있다.(도 9 및 도 10 참조)
상기 유체분사부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 유체를 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 유체 분사부는 기상 유체 및 액상 유체 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 이하에서는 상기 이종 유체 분사부(260)가 드라이아이스 입자와 함께 기상 유체를 분사하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자와 함께 액상 유체(예를 들어, DIW)를 분사하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 유체분사부는 드라이아이스 입자와 유체를 혼합하여 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 유체분사부는 기상 유체가 공급되는 기상 유체 공급 통로(도 9의 261 참조), 드라이아이스가 공급되는 드라이아이스 공급 통로(도 9의 262 참조), 기상 유체와 드라이아이스 입자가 혼합 및 분사되는 분사체 배출통로(도 9의 263 참조)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 드라이아이스와 유체를 함께 분사하는 이종 유체 분사부(260) 역시 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션 가능하게 제공되어, 드라이아이스 및 유체를 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사하도록 구성될 수 있다.(도 7 참조)
아울러, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부가 기상 유체 공급 통로, 분기 통로 및 배출통로를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 전술한 세정액 또는 케미컬이 기상 유체 공급 통로, 분기 통로 및 배출통로를 포함하는 이종 유체 분사부와 동일 또는 유사한 구조에 의해 고속으로 분사되도록 구성하는 것이 가능하다.
또한, 기상 유체와 액상 유체(또는 2가지 기상 유체 또는 2가지 액상 유체)가 분사되는 이종 유체 분사부의 경우에도 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부와 동일 또는 유사한 분사 구조를 적용하는 것이 가능하다.
상기 전처리 단계(S20)는 메가소닉 발생기(270)를 이용하여 기판(10)의 표면에 진동 에너지를 공급하는 메가소닉 발생 단계를 포함할 수 있다.(도 11 참조)
상기 메가소닉 발생기(270)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 기판(10)의 표면에 진동 에너지(예를 들어, 고주파 진동 에너지 또는 저주파 진동 에너지)를 공급할 수 있다. 이하에서는 메가소닉 발생기(270)가 세정액 분사부(230)를 통해 기판(10)의 표면에 분사되는 세정액 또는 케미컬을 매개로 기판(10)의 표면을 진동시켜 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질이 기판(10)으로부터 효과적으로 분리될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 메가소닉 발생기가 기판에 직접 진동 에너지를 공급하도록 구성되는 것도 가능하다.
이하에서는 도 26과 같이, 상기 전처리 단계(S20)에서 기판(10)의 표면에 케미컬을 분사하는 단계(S22), 기판(10)의 표면에 스팀을 분사하는 단계(S24), 및 기판(10)의 표면에 이종 유체를 분사하는 단계(S26)가 순차적으로 수행되도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 아울러, 상기 이종 유체를 분사하는 단계(S26)에서는 기판(10)의 표면에 진동 에너지를 공급하는 메가소닉 발생 단계가 동시에 진행되는 것이 가능하다.
단계 3:
상기 세정 단계(S30)에서는 예비 세정된 기판(10)을 세정 파트(300)를 이용하여 세정한다.
참고로, 본 발명에서 기판(10)의 세정이라 함은, 전술한 예비 세정이 진행된 후 기판(10)의 표면(특히, 기판의 연마면, 기판의 비연마면도 세정 가능)에 잔류하는 이물질을 세정하기 위한 공정으로 이해될 수 있다. 특히, 기판(10)의 세정에서는 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질 중 비교적 작은 크기의 이물질(예를 들어, 40~100㎚ 크기의 이물질), 및 비교적 강한 부착력으로 부착된 이물질을 제거할 수 있다.
아울러, 상기 세정 파트(300)에서 세정된 기판(10)은 무세정 상태로 기설정된 다음 공정을 수행하도록 구성된다. 여기서, 상기 기판(10)을 무세정 상태로 다음 공정을 수행한다 함은, 세정 파트(300)에서의 세정 공정을 마지막으로 기판(10)에 대한 모든 세정 공정이 완료되는 것으로 이해될 수 있고, 세정 공정이 완료된 기판(10)에 대해서는 추가적인 세정 공정없이 다음 공정(예를 들어, 증착 공정)이 진행될 수 있다.
상기 세정 단계(S30)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 세정을 수행하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 도 27을 참조하면, 상기 세정 단계(S30)는 기판(10)의 표면에 잔류하는 유기물 및 여타 다른 이물질을 제거하기 위한 세정을 효과적으로 수행할 수 있도록, 접촉식 세정을 이용하여 기판(10)의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행하는 접촉식 세정 단계(S32,S34), 및 비접촉식 세정 유닛(500)을 이용하여 기판(10)의 표면에 물리적으로 비접촉되며 세정을 수행하는 비접촉식 세정 단계(S36,S38)를 포함하여 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 세정 단계가 접촉식 세정 단계 및 비접촉식 세정 단계 중 어느 하나만을 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
상기 접촉식 세정 단계(S32,S34)는 기판(10)의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행 가능한 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 이하에서는 접촉식 세정 단계(S32,S34)가 제1접촉식 세정 단계(S32) 및 제2 접촉식 세정 단계(S34)를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
일 예로, 상기 접촉식 세정 단계(S32,S34)는 기판(10)의 표면에 회전하며 접촉되는 제1세정 브러쉬(410)를 이용하여 수행될 수 있다.(도 12 참조)
일 예로, 예비 세정된 기판(10)은 통상의 스핀들(미도시)에 의해 회전하는 상태에서 회전하는 한 쌍의 제1세정 브러쉬(410)에 의해 세정될 수 있다. 경우에 따라서는 기판이 회전하지 않고 고정된 상태로 제1세정 브러쉬에 의해 세정되도록 구성하는 것도 가능하다. 다르게는 기판의 하나의 판면(예를 들어, 연마면)에 대해서만 단 하나의 제1세정 브러쉬가 세정을 수행하는 것이 가능하다.
또한, 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의한 세정이 수행되는 동안에는 제1세정 브러쉬(410)와 기판(10)의 마찰 접촉에 의한 세정 효과를 높일 수 있도록, 케미컬 공급부(420)를 이용하여 상기 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 접촉하는 동안 제1세정 브러쉬(410)와 기판(10)의 접촉 부위에 케미컬을 공급하는 케미컬 공급 단계를 포함할 수 있다.
상기 케미컬 공급부(420)는 기판(10) 또는 제1세정 브러쉬(410) 중 적어도 어느 하나에 케미컬을 분사하도록 구성될 수 있으며, 제1세정 브러쉬(410)에 분사되는 케미컬의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 바람직하게 미세한 유기물의 제거 효율을 높일 수 있도록, 제1세정 브러쉬(410)에 분사되는 케미컬로서는 SC1(Standard Clean-1, APM) 및 불산(HF) 중 적어도 어느 하나가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 제1세정 브러쉬와 기판의 접촉 부위에 케미컬 대신 순수가 분사되거나, 캐미컬 및 순수가 함께 분사되도록 구성하는 것도 가능하다.
한편, 제1세정 브러쉬(410)의 마찰 접촉 세정에 의해 기판(10)으로부터 분리된 이물질이 제1세정 브러쉬(410)에 부착되면, 기판(10)이 재오염되거나 세정 효율이 저하될 수 있고, 제1세정 브러쉬(410)에 부착된 이물질에 의해 기판(10)의 손상이 발생될 수 있는 소지가 있다. 이를 해결하기 위해, 이물질 제거부(430)를 이용하여 제1세정 브러쉬(410)의 표면에 부착된 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거 단계를 포함할 수 있다.
상기 이물질 제거부(430)는 제1세정 브러쉬(410)의 표면에 부착된 이물질을 제거 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 이물질 제거부(430)의 구조 및 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 상기 이물질 제거부(430)는 제1세정 브러쉬(410)의 외표면에 접촉 가능하게 제공되는 접촉부재(432), 및 상기 접촉부재(432)에 초음파를 인가하는 초음파 발생부(434)를 포함할 수 있다.(도 13 참조)
상기 초음파 발생부(434)에 의해 접촉부재(432)의 표면은 진동될 수 있고, 이에 따라 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)으로부터 분리된 이물질은 제1세정 브러쉬(410)의 표면에 부착되지 않고 진동하는 접촉부재(432)가 접촉됨에 따라 제1세정 브러쉬(410)의 표면으로부터 분리될 수 있다.
다른 일 예로, 상기 이물질 제거부(430)는 상기 제1세정 브러쉬(410)의 내부에서 외부 방향을 향해 액상 유체를 분사하는 유체분사부(432'), 및 상기 유체분사부(432')로부터 분사되는 액상 유체에 초음파를 인가하는 초음파 발생부(434')를 포함할 수 있다.(도 14 참조)
상기 유체분사부(432')는 제1세정 브러쉬(410)의 내부에서 외부 방향을 향해 액상 유체를 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 유체분사부(432')는 상기 액상 유체를 공급하는 유체공급유로(432a'), 및 상기 유체공급유로(432a')에 연결되며 제1세정 브러쉬(410)의 길이 방향을 따라 제1세정 브러쉬(410)의 내부에 배치되는 유체분사관(432b')을 포함할 수 있으며, 상기 유체분사관(432b')의 표면에는 방사상으로 복수개의 분사홀(432c')이 형성된다.
상기 유체분사부(432') 및 초음파 발생부(434')에 의해 제1세정 브러쉬(410)의 내부에서는 외부 방향(예를 들어, 제1세정 브러쉬의 반경 방향)을 향해 진동 에너지를 갖는 액상 유체가 분사될 수 있고, 이에 따라 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)으로부터 분리된 이물질은 제1세정 브러쉬(410)의 표면에 부착되지 않고 진동 에너지를 갖는 액상 유체와 함께 제1세정 브러쉬(410)의 표면으로부터 분리될 수 있다.
또한, 가압부재(440)를 이용하여 상기 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 비접촉 상태에서 제1세정 브러쉬(410)의 표면을 가압하기 위한 가압 단계를 포함할 수 있다.(도 15 참조)
상기 제1세정 브러쉬(410)가 기판(10)에 대해 비접촉 상태로 배치되는 동안에는, 케미컬 및 세정액 등이 제1세정 브러쉬(410)로부터 탈수됨에 따라 압축되었던 제1세정 브러쉬(410)의 표면이 복원(또는 원상태에 가깝게 팽창)될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1세정 브러쉬(410)의 표면이 복원된 상태에서 또 다른 기판(10)을 세정하게 되면, 제1세정 브러쉬(410)에 의한 마찰력 및 가압력이 달라지기 때문에 제1세정 브러쉬(410)에 의한 세정 효과가 각 기판(10)에 대해 균일하게 유지되기 어려운 문제가 있다. 이를 위해, 상기 가압부재(440)는 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 비접촉 상태에서 제1세정 브러쉬(410)의 표면을 가압함으로써, 제1세정 브러쉬(410)에 의한 세정 효과가 균일하게 유지될 수 있게 한다. 바람직하게 상기 가압부재(440)는 제1세정 브러쉬(410)의 표면이 기판(10)의 표면에 접촉된 상태로 가압되는 구간에 대응되게 제1세정 브러쉬(410)의 표면을 가압하도록 구성될 수 있다. 따라서, 상기 제1세정 브러쉬(410)는 기판(10)에 대한 접촉 및 비접촉 상태에서 유사한 조건으로 표면이 가압될 수 있기 때문에, 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의한 각 기판(10)의 세정 효과를 균일하게 유지할 수 있다.
한편, 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)이 세정되는 동안, 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력은 기판(10)의 세정 효과에 큰 영향을 미치기 때문에 기판(10)의 세정 효과를 균일하게 유지하기 위해서는 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력이 균일하게 유지될 수 있어야 한다. 이를 위해, 마찰력 조절부(450)를 이용하여 상기 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력을 조절하는 마찰력 조절 단계를 포함할 수 있다.
상기 마찰력 조절부(450)는 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력을 조절 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 바람직하게 마찰력 조절부(450)는 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력을 실시간으로 조절하도록 구성될 수 있다.
일 예로, 상기 마찰력 조절부(450)는, 상기 제1세정 브러쉬(410)의 회전축에 연결되는 연결부재(452), 상기 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력에 따른 연결부재(452)의 변위를 감지하는 감지부(454), 및 상기 감지부(454)에서 감지된 결과에 따라 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)를 이동시키는 브러쉬 이동부(456)를 포함할 수 있다.(도 16 참조)
따라서, 상기 브러쉬 이동부(456)는 감지부(454)에서 감지된 결과에 따라 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)를 이동시켜 마찰력을 조절할 수 있다. 가령, 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력(Ff)이 기설정된 조건보다 크면 브러쉬 이동부(456)는 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)가 이격되는 방향으로 제1세정 브러쉬(410)를 이동시킬 수 있고, 반대로, 기판(10)에 대한 제1세정 브러쉬(410)의 마찰력(Ff)이 기설정된 조건보다 작으면 브러쉬 이동부(456)는 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)가 접근되는 방향으로 제1세정 브러쉬(410)를 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)이 세정되는 동안, 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중은 기판(10)의 세정 효과에 큰 영향(예를 들어, 수직하중이 높아지면 마찰력이 커짐)을 미치기 때문에 기판(10)의 세정 효과를 균일하게 유지하기 위해서는 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중이 균일하게 유지될 수 있어야 한다. 이를 위해, 수직하중 조절부(460)를 이용하여 상기 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중을 조절하는 수직하중 조절 단계를 포함할 수 있다.
상기 수직하중 조절부(460)는 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중을 조절 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 바람직하게 수직하중 조절부(460)는 제1세정 브러쉬(410)에 의해 기판(10)에 작용하는 수직하중을 실시간으로 조절하도록 구성될 수 있다.
일 예로, 상기 수직하중 조절부(460)는, 상기 제1세정 브러쉬(410)의 회전축에 수직하게 연결되는 수직연결부재(462), 상기 세정 브러쉬와 기판(10)의 접촉에 의해 연결부재(452)에 작용하는 수직하중에 따른 수직연결부재(462)의 변위를 감지하는 감지부(464), 및 상기 감지부(464)에서 감지된 결과에 따라 기판(10)에 대해 세정 브러쉬를 이동시키는 브러쉬 이동부(466)를 포함할 수 있다.(도 17 참조)
상기 브러쉬 이동부(466)는 감지부에서 감지된 결과에 따라 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)를 이동시켜 기판(10)에 작용하는 수직하중(Fn)을 조절할 수 있다. 가령, 기판(10)에 작용하는 수직하중(Fn)이 기설정된 조건보다 크면 브러쉬 이동부(466)는 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)가 이격되는 방향으로 제1세정 브러쉬(410)를 이동시킬 수 있고, 반대로, 기판(10)에 작용하는 수직하중(Fn)이 기설정된 조건보다 작으면 브러쉬 이동부(466)는 기판(10)에 대해 제1세정 브러쉬(410)가 접근되는 방향으로 제1세정 브러쉬(410)를 이동시킬 수 있다.
상기 비접촉식 세정 단계(S36,S38)는 기판(10)의 표면에 물리적으로 비접촉(non-contact)되며 세정을 수행 가능한 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 이하에서는 비접촉식 세정 단계(S36,S38)가 제1비접촉 세정 단계(S36) 및 제2비접촉 세정 단계(S38)를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
아울러, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)은 상부에 기판(10)이 낱장 단위로 거치대(520)고 케이싱의 내부에 회전 가능하게 제공되는 거치대(520), 및 상기 거치대(520)의 둘레를 감싸도록 제공되며 기판(10)의 표면으로부터 비산되는 처리유체를 회수하는 회수 용기(530)를 포함할 수 있다. 따라서, 단일 처리 공간에서 거치대(520)의 높이를 달리함으로써 여러 종류의 케미컬 및/또는 유체 등을 이용하여 다양한 방식으로 기판(10)을 세정할 수 있기 때문에, 기판(10)에 잔존하는 이물질의 제거 효율을 높일 수 있다.(도 20 참조)
상기 비접촉식 세정 단계(S36,S38)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 세정을 수행하도록 구성될 수 있다.
상기 비접촉식 세정 단계(S36,S38)는 케미컬 분사부(540)를 이용하여 기판(10)의 표면에 적어도 한 종류 이상의 케미컬(chemical)을 분사하는 케미컬 분사 단계를 포함할 수 있다.(도 20 참조)
상기 케미컬 분사부(540)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 케미컬을 기판(10)의 표면에 분사하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 상기 비접촉식 세정 유닛(500)의 케미컬 분사부는 유기물 제거에 효과적인 오존불산(O3HF) 및 불산(HF) 중 적어도 어느 하나를 분사할 수 있다. 경우에 따라서는 비접촉식 세정 유닛의 케미컬 분사부가 SC1(Standard Clean-1, APM), 암모니아, 과산화수소 등과 같은 여타 다른 케미컬을 분사하는 것도 가능하다.
또한, 상기 비접촉식 세정 단계(S36,S38)에서 케미컬 분사부는 판의 표면에 대해 오실레이션(oscillation) 가능하게 제공되어, 케미컬을 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사(oscillation spray)하도록 구성될 수 있다.(도 7 참조)
상기 비접촉식 세정 단계(S36,S38)는 스팀 분사부(550)를 이용하여 기판(10)의 표면에 스팀을 분사하는 스팀 분사 단계를 포함할 수 있다.(도 21 참조)
특히, 상기 스팀 분사부(550)로부터 분사되는 스팀은 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물을 제거하는데 효과적이다. 참고로, 상기 스팀 분사부(550)는 스팀에 의한 유기물 제거 효율을 보장하면서 기판(10)의 손상을 방지할 수 있는 온도로 스팀을 분사하도록 구성될 수 있다. 바람직하게 스팀 분사부(550)는 60℃~120℃의 온도로 스팀을 분사할 수 있다.
또한, 상기 비접촉식 세정 단계(S36,S38)는 세정액 분사부를 이용하여 기판(10)의 표면에 세정액을 분사하는 세정액 분사 단계를 포함할 수 있다.
상기 세정액 분사부는 요구되는 조건에 따라 다양한 세정액을 기판(10)의 표면에 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 세정액 분사부는 순수(DIW)와 같은 세정액을 분사하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 케미컬이 분사된 후 순수가 분사되는 과정을 반복적으로 수행하는 것도 가능하다.
또한, 상기 비접촉식 세정 단계(S36,S38)는 이종 유체 분사부를 이용하여 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하는 이종 유체 분사 단계를 포함할 수 있다.
상기 이종 유체 분사부(240)는 이종 유체를 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 이종 유체 분사부(240)는 제1유체를 공급하는 제1유체 공급부, 및 상기 제1유체와 다른 제2유체를 공급하는 제2유체 공급부를 포함할 수 있으며, 제1유체 및 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 통상의 노즐과 같은 분사수단에 의해 기판(10)의 표면에 분사될 수 있다.
상기 이종 유체 분사부에서 분사 가능한 이종 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 제1유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있고, 상기 제2유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 이종 유체 분사부는 이물질 제거 효율을 높일 수 있도록 액상 유체인 순수(DIW)와 기상 유체인 질소(N2)를 함께 분사하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 이종 유체에 의한 타력 및 이물질 제거 효율이 보장될 수 있다면 2가지 다른 종류의 액상 유체 또는 2가지 다른 종류의 기상 유체를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 비접촉식 세정 단계(S36,S38)는 이종 유체 분사부를 이용하여 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종 유체를 분사하는 이종 유체 분사 단계를 포함하되, 상기 이종 유체 분사부(560)는 드라이아이스 입자를 공급하는 드라이아이스 공급부와, 상기 기판(10)의 표면에 유체를 분사하는 유체 분사부를 포함할 수 있다.(도 22 참조)
상기 유체분사부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 유체를 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 유체 분사부는 기상 유체 및 액상 유체 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 이하에서는 상기 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자와 함께 기상 유체를 분사하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자와 함께 액상 유체(예를 들어, DIW)를 분사하도록 구성하는 것도 가능하다.
또한, 상기 비접촉식 세정 단계(S36,S38)는 이소프로필 알콜 분사부(570)를 이용하여 기판(10)의 표면에 이소프로필 알콜(IPA)을 분사하는 이소프로필 알콜 분사 단계를 포함할 수 있다.(도 23 참조) 상기 이소프로필 알콜 분사부(570)가 기판(10)의 표면에 이소프로필 알콜을 분사함에 따라 기판(10)의 표면에 건조될 수 있으며, 기판(10)의 세정 공정이 완료될 수 있다.
도 28과 같이, 상기 제1비접촉식 세정 단계(S36)는, 기판(10)의 표면에 제1케미컬(오존불산)을 분사하는 단계(S36a), 기판(10)의 표면에 기판(10)의 표면에 제2케미컬(불산)을 분사하는 단계(S36b), 및 기판(10)의 표면에 스팀, 드라이아이스를 포함하는 이종유체, 이종 유체(기상 유체 및/또는 액상 유체) 중 적어도 어느 하나를 분사하는 단계(S36c)가 순차적으로 수행되도록 구성될 수 있다.
또한, 도 29와 같이, 상기 제2비접촉식 세정 단계(S38)는, 기판(10)의 표면에 케미컬을 분사하는 단계(S38a), 기판(10)의 표면을 건조하는 단계(S38b)가 순차적으로 수행되도록 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 기판 100 : 연마 파트
110 : 연마 정반 120 : 캐리어 헤드
200 : 전처리 파트 210 : 케이싱
212 : 개폐부재 220 : 기판거치부
230 : 세정액 분사부 240,260 : 이종 유체 분사부
250 : 스팀 분사부 270 : 메가소닉 발생기
300 : 세정 파트 400 : 접촉식 세정 유닛
420 : 케미컬 공급부 430 : 이물질 제거부
432 : 접촉부재 434 : 초음파 발생부
440 : 가압부재 450 : 마찰력 조절부
452 : 연결부재 454 : 감지부
456 : 브러쉬 이동부 460 : 수직하중 조절부
462 : 수직연결부재 464 : 감지부
466 : 브러쉬 이동부 500 : 비접촉식 세정 유닛
520 : 거치대 530 : 회수 용기
532~538 : 회수컵 540 : 케미컬 분사부
550 : 스팀 분사부 560 : 이종 유체 분사부
570 : 이소프로필 알콜 분사부
110 : 연마 정반 120 : 캐리어 헤드
200 : 전처리 파트 210 : 케이싱
212 : 개폐부재 220 : 기판거치부
230 : 세정액 분사부 240,260 : 이종 유체 분사부
250 : 스팀 분사부 270 : 메가소닉 발생기
300 : 세정 파트 400 : 접촉식 세정 유닛
420 : 케미컬 공급부 430 : 이물질 제거부
432 : 접촉부재 434 : 초음파 발생부
440 : 가압부재 450 : 마찰력 조절부
452 : 연결부재 454 : 감지부
456 : 브러쉬 이동부 460 : 수직하중 조절부
462 : 수직연결부재 464 : 감지부
466 : 브러쉬 이동부 500 : 비접촉식 세정 유닛
520 : 거치대 530 : 회수 용기
532~538 : 회수컵 540 : 케미컬 분사부
550 : 스팀 분사부 560 : 이종 유체 분사부
570 : 이소프로필 알콜 분사부
Claims (97)
- 화학 기계적 연마 시스템으로서,
기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와;
상기 기판의 표면에 케미컬(chemical)을 포함하는 세정액을 분사하는 세정액 분사부가 구비되어, 상기 연마 파트에서 상기 연마 공정이 완료된 상기 기판이 언로딩 영역에 언로딩된 상태로, 상기 언로딩 영역에서 상기 세정액 분사부로부터 분사되는 상기 케미컬에 의해 상기 기판의 예비 세정(pre-cleaning) 공정이 행해지고, 상기 언로딩 영역은 연마 파트에 배치된 전처리 파트와;
개폐 부재에 의하여 출입구가 개폐되고, 상기 기판의 주변을 감싸도록 상기 언로딩 영역에 제공되어, 상기 예비세정공정이 행해지는 공간을 그 이외의 공간과 차단하는 독립적인 챔버를 형성하여, 상기 챔버 내에서 상기 예비 세정 공정이 행해지는 동안에 상기 케미컬이 상기 챔버의 바깥으로 유출되는 것을 차단시키는 차단 유닛과;
상기 언로딩 영역에서 상기 예비 세정 공정이 행해진 상기 기판을 이송받아 후속 세정 공정이 행해지는 세정 파트를;
포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 세정액 분사부는 상기 기판의 표면에 대해 오실레이션(oscillation) 가능하게 제공되어,
상기 세정액을 상기 기판의 표면에 오실레이션 분사(oscillation spray) 가능한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 케미컬은 SC1(Standard Clean-1, APM), 암모니아, 과산화수소 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 전처리 파트는 상기 기판의 표면에 60℃~120℃의 온도로 스팀을 분사하는 스팀 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 전처리 파트는 상기 기판의 표면에 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하는 이종 유체 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제8항에 있어서,
상기 이종 유체 분사부는 상기 기판의 표면에 대해 오실레이션(oscillation) 가능하게 제공되어,
상기 이종 유체를 상기 기판의 표면에 오실레이션 분사(oscillation spray) 가능한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 전처리 파트는 상기 기판의 표면에 진동 에너지를 공급하는 메가소닉 발생기를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 세정 파트는 상기 기판의 표면에 물리적으로 접촉되며 상기 세정을 수행하는 접촉식 세정 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제17항에 있어서,
상기 접촉식 세정 유닛은,
회전 가능하게 제공되며, 상기 기판의 표면에 접촉되는 세정 브러쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제18항에 있어서,
상기 세정 브러쉬의 표면에 부착되는 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제19항에 있어서,
상기 이물질 제거부는,
상기 세정 브러쉬의 내부에서 외부 방향을 향해 액상 유체를 분사하는 유체분사부와;
상기 유체분사부로부터 분사되는 상기 액상 유체에 초음파를 인가하는 초음파 발생부를;
포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제20항에 있어서,
상기 유체분사부는,
상기 액상 유체를 공급하는 유체공급유로와;
상기 유체공급유로에 연결되며, 상기 세정 브러쉬의 길이 방향을 따라 상기 세정 브러쉬의 내부에 배치되는 유체분사관을; 포함하고,
상기 유체분사관의 표면에는 방사상으로 복수개의 분사홀이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 삭제
- 제18항에 있어서,
상기 세정 브러쉬가 상기 기판에 접촉하는 동안 상기 세정 브러쉬와 상기 기판의 접촉 부위에 케미컬을 공급하는 케미컬 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제23항에 있어서,
상기 케미컬은 SC1(Standard Clean-1, APM) 및 불산(HF) 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 삭제
- 삭제
- 제18항에 있어서,
상기 기판에 대한 상기 세정 브러쉬의 마찰력을 조절하는 마찰력 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제27항에 있어서,
상기 마찰력 조절부는,
상기 세정 브러쉬의 회전축에 연결되는 연결부재와;
상기 기판에 대한 상기 세정 브러쉬의 마찰력에 따른 상기 연결부재의 변위를 감지하는 감지부와;
상기 감지부에서 감지된 결과에 따라 상기 기판에 대해 상기 세정 브러쉬를 이동시키는 브러쉬 이동부를;
포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제18항에 있어서,
상기 세정 브러쉬에 의해 상기 기판에 작용하는 수직하중을 조절하는 수직하중 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제29항에 있어서,
상기 수직하중 조절부는,
상기 세정 브러쉬의 회전축에 수직하게 연결되는 수직연결부재와;
상기 세정 브러쉬와 상기 기판의 접촉에 의해 상기 수직연결부재에 작용하는 수직하중에 따른 상기 수직연결부재의 변위를 감지하는 감지부와;
상기 감지부에서 감지된 결과에 따라 상기 기판에 대해 상기 세정 브러쉬를 이동시키는 브러쉬 이동부를;
포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 세정 파트는 상기 기판의 표면에 물리적으로 비접촉되며 상기 세정을 수행하는 비접촉식 세정 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제32항에 있어서,
상기 비접촉식 세정 유닛은 상기 기판의 표면에 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하는 이종 유체 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
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- 제33항에 있어서,
상기 이종 유체 분사부는,
드라이아이스 입자를 공급하는 드라이아이스 공급부와;
상기 기판의 표면에 유체를 분사하는 유체 분사부를; 포함하고,
상기 드라이아이스 입자 및 상기 유체는 서로 혼합된 상태로 상기 기판의 표면에 분사되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제40항에 있어서,
상기 유체 분사부는 기상 유체 및 액상 유체 중 적어도 어느 하나를 분사하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제32항에 있어서,
상기 비접촉식 세정 유닛은 상기 기판의 표면에 적어도 한 종류 이상의 케미컬(chemical)을 분사하는 케미컬 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제42항에 있어서,
상기 케미컬 분사부는 상기 기판의 표면에 오존불산(O3HF) 및 불산(HF) 중 적어도 어느 하나를 분사하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 삭제
- 제32항에 있어서,
상기 비접촉식 세정 유닛은 상기 기판의 표면에 이소프로필 알콜(IPA)을 분사하는 이소프로필 알콜 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 삭제
- 제32항 또는 제33항 또는 제40항 내지 제43항 중 어느 한 항 또는 제45항에 있어서,
상기 비접촉식 세정 유닛은,
회전 가능하게 제공되며, 상면에 상기 기판이 낱장 단위로 거치되는 거치대와;
상기 거치대의 둘레를 감싸도록 제공되며, 상기 기판의 표면으로부터 비산되는 처리유체를 회수하는 회수 용기를;
포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제47항에 있어서,
상기 거치대는 상하 방향을 따라 이동 가능하게 제공되며,
상기 회수 용기의 내벽에는 상하 방향을 따라 서로 다른 높이에서 서로 다른 상기 처리유체를 회수하기 위한 복수개의 회수덕트를 형성하는 복수개의 회수컵이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제47항에 있어서,
상기 기판의 표면에 두 종류 이상의 케미컬(chemical)을 분사하는 케미컬 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 연마 파트의 로딩 영역에 진입된 상기 기판을 이송하는 이송유닛과;
상기 이송유닛이 상기 로딩 영역에서 상기 기판을 로딩하기 전에 상기 이송유닛의 로딩면을 세척하는 세척유닛을;
포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 연마 파트 영역과 상기 세정 파트 영역을 선택적으로 차단하는 차단유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마시스템.
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