KR102038508B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 기판 처리 장치는, 기판이 탑재되는 멤브레인과 멤브레인의 둘레에 배치되는 리테이너 링을 포함하는 캐리어 헤드와, 리테이너 링이 거치되는 리테이너 링 거치부재와 리테이너 링 거치부재에 형성되며 기판이 거치되는 기판거치부를 포함하며 캐리어 헤드에 기판을 로딩시키는 거치대와, 캐리어 헤드에 대해 리테이너 링 거치부재를 정해진 정렬 위치로 이동시키는 센터링 유닛을 포함하는 것에 의하여, 기판의 손상없이 기판을 안정적으로 로딩하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판의 로딩 중에 기판의 손상을 방지하고 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
화학 기계적 연마(CMP) 시스템은 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
CMP 시스템은 웨이퍼를 캐리어 헤드(90)에 로딩한 후, 대한민국 등록특허공보 제10-1188579호 등에 개시된 바와 같이, 캐리어 헤드가 이동하면서 정해진 연마 정반에서 웨이퍼의 연마면을 기계적 마찰에 의한 기계적 연마와, 슬러리에 의한 화학적 연마를 동시에 행한다.
이 때, 캐리어 헤드(90)는 도 1에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 공정 중에 바닥판(92a)으로 웨이퍼(W)를 하방 가압하기 위한 멤브레인(92)이 본체부(91)에 고정되고, 멤브레인(92)과 본체부(91)의 사이에는 압력 챔버(92C)가 형성되어 압력 조절부(95)로부터 공압 공급관(95a)을 통해 인가되는 공압에 의해 웨이퍼(W)를 하방 가압할 수 있게 구성된다. 그리고, 멤브레인(92)의 둘레에는 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(93)이 설치되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이닝 챔버(93C)의 공압에 의하여 리테이너 링(93)을 하방 가압할 수 있게 구성된다.
한편, 캐리어 헤드(90)에 웨이퍼(W)를 로딩하는 로딩 장치(1)는 도1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 거치시키는 거치대(10)와, 거치대(10)를 상하 방향(10d)으로 이동시키는 구동부(MH)로 이루어진다. 즉, 웨이퍼(W)를 거치대(10)의 중앙 영역(A1)에 거치시킨 상태에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 거치대(10)를 정해진 높이(9H)만큼 상방(10d1)으로 이동시키면, 캐리어 헤드(90)가 거치대(10)에 근접하여 중앙의 관통구멍(95x)에 흡입압을 인가하는 것에 의하여, 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)에 밀착되어 로딩된 상태가 된다.
그러나, 화학 기계적 연마 공정이 행해지지 않는 동안에 압력 조절부(95)에 의하여 캐리어 헤드(90)의 리테이너 챔버(93C)의 압력은 정교하게 조절되지 않으므로, 캐리어 헤드(90)의 리테이너 링(93)은 하방으로 처진 상태로 이동하게 된다. 이 뿐만 아니라, 이동 구동부(M)에 의하여 이동되는 캐리어 헤드(90)의 높이는 1mm 이내의 오차를 갖는 높이로 정교하게 조절하는 것이 어렵다.
이에 따라, 로딩 장치(1)의 거치대(10)의 높이를 일정하게 위치시키더라도, 웨이퍼(W)를 파지하는 멤브레인 바닥판(92a)과 로딩 장치(1)의 거치대(10)에 놓여진 웨이퍼(W) 사이의 간격(e)이 일정하지 않아, 이 간격(e)이 정해진 간격에 비하여 큰 경우에는 로딩 장치(10)에 거치된 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(90)에 로딩시키지 못하는 오류가 발생되는 문제가 있었다.
이와 같은 문제를 해소하기 위하여, 기존에는 도 3과 같이, 웨이퍼 로딩 장치(1)의 가장자리에 캐리어 헤드(9)의 리테이너 링(93)과 먼저 접촉하는 가동 접촉부(20)가 스프링(30)에 의하여 탄성지지된 상태로 설치되도록 한 방안이 제시되었다. 이에 의하여, 멤브레인(93)의 바닥판에 비하여 하방으로 처진 리테이너 링(93)이 가동 접촉부(20)와 접촉을 하게 되고, 캐리어 헤드(9)가 하방으로 이동함에 따라 리테이너 링(93)에 의하여 가동 접촉부(20)가 눌려지면서, 웨이퍼(W)가 흡착 고정되는 멤브레인(92)의 바닥판(92a)과 로딩 장치(1)의 웨이퍼(W) 사이의 간극을 보다 정교하게 조절할 수 있게 된다.
그러나, 캐리어 헤드(9)에 대한 거치대(10)의 위치(중심 정렬 위치)가 조금이라도 틀어지면, 도 4와 같이, 캐리어 헤드(9)가 하방 이동(9d)하면서 리테이너 링(93)의 저면(93a)이 웨이퍼(W)의 가장자리에 충돌하여 웨이퍼(W)의 위치가 틀어져 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(9)에 올바르게 로딩하는 것이 불가능해질 뿐만 아니라, 웨이퍼(W)의 손상이 야기되는 심각한 문제가 발생될 수 있다.
이에 따라, 최근에는 웨이퍼(W)를 로딩 장치(1)로부터 캐리어 헤드(9)로 로딩함에 있어서 웨이퍼(W)의 손상 가능성을 배제한 상태로 오류없이 로딩시키기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고있다.
본 발명은 기판의 손상 및 파손 없이 기판을 안정적으로 로딩할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 공정 중에 리테이너 링과 기판의 접촉에 의한 기판의 손상 및 파손을 방지하고, 기판의 로딩 안정성을 높이는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 위치 정렬을 신속하고 안정적으로 수행할 수 있으며, 기판을 오류없이 로딩할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 로딩 공정 중에 기판에 가해지는 힘을 저감시킬 수 있으며, 기판을 손상을 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 안정성 및 신뢰성을 향상시키고, 기판의 로딩후 다음 공정을 정확하게 제어하도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 기판이 탑재되는 멤브레인과 멤브레인의 둘레에 배치되는 리테이너 링을 포함하는 캐리어 헤드와, 리테이너 링이 거치되는 리테이너 링 거치부재와 리테이너 링 거치부재에 형성되며 기판이 거치되는 기판거치부를 포함하며 캐리어 헤드에 기판을 로딩시키는 거치대와, 캐리어 헤드에 대해 리테이너 링 거치부재를 정해진 정렬 위치로 이동시키는 센터링 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 손상 및 파손 없이 기판을 안정적으로 로딩하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 공정 중에 리테이너 링과 기판의 접촉에 의한 기판의 손상 및 파손을 방지하고, 기판의 로딩 안정성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 위치 정렬을 신속하고 안정적으로 수행할 수 있으며, 기판을 오류없이 정확하게 로딩하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 로딩 공정 중에 기판에 가해지는 힘(기판을 누르는 힘) 저감시킬 수 있으며, 기판에 가해지는 힘이 증가함에 따른 기판의 손상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 안정성 및 신뢰성을 향상시키고, 기판의 로딩후 다음 공정을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 로딩 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 캐리어 헤드가 웨이퍼에 근접한 상태를 도시한 도면,
도 3 및 도 4는 종래의 다른 형태의 웨이퍼 로딩 장치의 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 거치대를 설명하기 위한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 거치대를 설명하기 위한 평면도,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판을 로딩 공정을 설명하기 위한 도면,
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 구속 유닛을 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 이동 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 캐리어 헤드가 웨이퍼에 근접한 상태를 도시한 도면,
도 3 및 도 4는 종래의 다른 형태의 웨이퍼 로딩 장치의 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 측면도,
도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 거치대를 설명하기 위한 사시도,
도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 거치대를 설명하기 위한 평면도,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판을 로딩 공정을 설명하기 위한 도면,
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 구속 유닛을 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 이동 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
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 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 측면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 거치대를 설명하기 위한 사시도이며, 도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 거치대를 설명하기 위한 평면도이다. 또한, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판을 로딩 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 구속 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 13은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 이동 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 기판(10)이 탑재되는 멤브레인(192)과 멤브레인(192)의 둘레에 배치되는 리테이너 링(193)을 포함하는 캐리어 헤드(100)와, 리테이너 링(193)이 거치되는 리테이너 링 거치부재(210)와 리테이너 링 거치부재(210)에 형성되며 기판(10)이 거치되는 기판거치부(220)를 포함하며 캐리어 헤드(100)에 기판(10)을 로딩시키는 거치대(200)와, 캐리어 헤드(100)에 대해 리테이너 링 거치부재(210)를 정해진 정렬 위치로 이동시키는 센터링 유닛(250)을 포함한다.
이는, 기판(10)의 손상 및 파손없이 거치대(200)에서 기판(10)을 안정적으로 캐리어 헤드(100)에 로딩하기 위함이다.
즉, 거치대에 거치된 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 중에, 캐리어 헤드에 대한 거치대의 위치(중심 정렬 위치)가 조금이라도 틀어지면, 캐리어 헤드의 리테이너 링이 기판에 충돌하면서 기판의 위치가 틀어져 기판을 캐리어 헤드에 올바르게 로딩하는 것이 불가능해질 뿐만 아니라, 기판의 손상 및 파손이 야기되는 문제점이 있다.
특히, 거치대에서 기판이 거치되는 기판거치부와 리테이너 링이 거치되는 리테이너 링 거치부가 상호 이동 가능하게 분리된 구조에서는, 리테이너 링 거치부를 캐리어 헤드에 대해 위치를 정렬시킨다 하더라도, 캐리어 헤드에 대한 기판거치부의 위치가 틀어지면 로딩 공정중에 기판과 리테이너 링의 충돌이 발생되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 리테이너 링(193)이 거치되는 리테이너 링 거치부재(210) 상에 기판(10)이 거치되는 기판거치부(220)를 형성하는 것에 의하여, 캐리어 헤드(100)에 대해 리테이너 링 거치부재(210)를 정렬시킴과 동시에 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(10)의 정렬이 함께 이루어질 수 있으므로, 기판(10)의 로딩 공정 중에 캐리어 헤드(100)(리테이너 링)와 기판의 충돌을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명은 멤브레인(192)에 기판(10)을 탑재하기 직전까지 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(10)의 정렬 상태를 유지하고 기판(10)의 흔들림을 최소화할 수 있으므로, 기판(10)의 로딩 안정성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 캐리어 헤드(100)와 가장 먼저 접촉되는 리테이너 링 거치부재(210)가 캐리어 헤드(100)에 대해 정렬됨과 동시에 기판거치부(220)가 함께 정렬될 수 있으므로, 캐리어 헤드(100)에 대한 거치대(200)의 정렬 공정을 간소화하고 정렬에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 기판(10)의 로딩시에는, 캐리어 헤드(100)의 하부에서 거치대(200)가 상방으로 이동함에 따라, 캐리어 헤드(100)의 리테이너 링(193)이 먼저 거치대(200)의 상면에 접촉될 수 있으며, 거치대(200)의 상면(기판의 상면)과 캐리어 해드의 멤브레인(192)의 사이 간격이 일정 이상 근접되면 기판(10)이 캐리어 헤드(100)로 로딩된다.
캐리어 헤드(100)는 거치대(200)로부터 기판(10)을 로딩 받은 후, 연마 정반(미도시) 상에 제공되는 연마 패드(미도시) 상면에 슬러리가 공급되는 상태에서 기판(10)을 가압하여 화학 기계적 연마 공정을 수행하도록 제공되며, 연마 패드 및 슬러리를 이용한 화학 기계적 연마 공정이 끝난 후에는 기판(10)이 세정 장치로 이송된다.
캐리어 헤드(100)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 캐리어 헤드(100)는 회전 가능하게 제공되는 본체부(191), 본체부(191)의 저면에 제공되는 멤브레인(192), 및 멤브레인(192)의 둘레에 배치되도록 본체부(191)의 엣지부에 결합되며 기판(10)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(193)을 포함한다.
멤브레인(192)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 멤브레인(192)에는 복수개의 플립(예를 들어, 링 형태의 플립)이 형성될 수 있으며, 복수개의 플립에 의해 본체부(191)와 멤브레인(192)의 사이에는 본체부(192)의 반경 방향을 따라 구획된 복수개의 압력챔버(192C)가 제공될 수 있다.
각 압력챔버(192C)에는 각각 압력을 측정하기 위한 압력센서가 제공될 수 있다. 각 압력챔버(192C)의 압력은 압력제어부(195)에 의한 제어에 의해 개별적으로 조절될 수 있으며, 각 압력챔버(192C)의 압력을 조절하여 기판(10)이 가압되는 압력을 개별적으로 조절할 수 있다.
캐리어 헤드(100)의 중심부에는 멤브레인(192)의 개구에 의해 관통 형성되는 중심부 압력챔버(195X)가 형성될 수 있다. 중심부 압력챔버(195X)는 기판(10)과 직접 연통되며 흡입압이 작용되어 기판(10)을 캐리어 헤드(100)의 멤브레인(192)에 밀착시킴으로써 기판(10)을 로딩할 수 있다.
거치대(200)는 상하 방향을 따라 승강 가능하게 제공되며, 거치대(200)의 상면에는 로딩(또는 언로딩)되기 위한 기판(10)이 거치된다.
보다 구체적으로, 거치대(200)는 리테이너 링(193)이 거치되는 리테이너 링 거치부재(210)와, 리테이너 링 거치부재(210)에 형성되며 기판(10)이 거치되는 기판거치부(220)를 포함한다.
리테이너 링 거치부재(210)는 리테이너 링(193)이 거치될 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 리테이너 링 거치부재(210)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 리테이너 링 거치부재(210)는 리테이너 링(193)의 원주 방향을 따라 이격(예를 들어, 120도 간격으로 이격)된 위치에서 리테이너 링(193)의 저면을 부분적으로 지지할 수 있다. 경우에 따라서는 리테이너 링 거치부재가 리테이너 링의 원주 방향을 따라 링 형태로 형성되어 리테이너 링의 저면을 연속적으로 지지하는 것도 가능하다.
기판거치부(220)는 리테이너 링 거치부재(210)에 일체로 형성되어 기판(10)의 저면을 지지하도록 마련된다.
바람직하게, 기판거치부(220)는 리테이너 링(193)의 내측에 배치되고, 리테이너 링(193)은 기판거치부(220)보다 높은 위치에서 리테이너 링 거치부재(210)에 거치된다.
일 예로, 기판거치부(220)는 리테이너 링 거치부재(210)의 상면에 돌출되게 형성된다. 이하에서는 기판거치부(220)가 대략 원뿔 형태로 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 기판거치부가 다각 기둥 형태 또는 여타 다른 형태로 형성될 수 있으며, 기판거치부의 형태 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
바람직하게, 기판의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개의 기판거치부(220)를 마련하고, 복수개의 기판거치부(220)에 기판이 거치되도록 하는 것에 의하여, 기판의 거치 안정성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 기판의 원주 방향을 따라 링 형태로 기판거치부를 형성하는 것도 가능하다.
또한, 기판 처리 장치는, 리테이너 링 거치부재(210)에 대해 상하 이동 가능하게 구비되며 기판거치부(220)로부터 선택적으로 기판을 상승시키는 기판 안착부재(230)와, 기판 안착부재(230)를 선택적으로 승강시키는 승강부재(240)를 포함한다.
기판 안착부재(230)는 기판거치부(220)에 거치된 기판을 선택적으로 상승시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 기판 안착부재(230)는 기판거치부(220)에 거치된 기판의 저면과 이격되게 리테이너 링 거치부재(210)의 상면에 배치되고, 승강부재(240)가 상승함에 따라 기판의 원주 방향을 따라 이격(예를 들어, 120도 간격으로 이격)된 위치에서 기판의 저면을 부분적으로 지지할 수 있다. 경우에 따라서는 기판 안착부재가 기판의 원주 방향을 따라 링 형태로 형성되어 기판의 저면을 연속적으로 지지하는 것도 가능하다.
참고로, 본 발명에서는 기판 안착부재(230)가 플레이트 형태로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 기판 안착부재를 봉 또는 로드 형태로 형성하는 것도 가능하다.
승강부재(240)는 기판 안착부재(230)를 선택적으로 승강시키도록 마련되고, 리테이너 링 거치부재(210)는 승강부재(240)에 의해 선택적으로 승강되도록 구성된다.
일 예로, 기판 안착부재(230)는 리테이너 링 거치부재(210)를 통과하여 리테이너 링 거치부재(210)의 저면으로 노출되는 승강안내부(232)를 포함하고, 승강부재(240)는 승강안내부(232)를 선택적으로 승강시키도록 구성된다.
이를 위해, 리테이너 링 거치부재(210)에는 상하 방향을 따라 관통공(미도시)이 관통 형성되며, 승강안내부(232)는 관통부를 통해 기판 안착부재(230)의 저면에 결합된다.
보다 구체적으로, 승강부재(240)는, 거치대(200)의 저면에 장착된 센터링 유닛(250)을 지지하되 센터링 유닛(250)에 대해 상하 이동 가능하게 구비되는 승강샤프트(242)와, 승강샤프트(242)에 연결되며 승강샤프트(242)의 상하 이동에 따라 선택적으로 승강안내부(232)에 접촉되며 승강안내부(232)를 승강시키는 샤프트 연장부(244)를 포함한다. 일 예로, 샤프트 연장부(244)는 승강안내부(232)에 접촉 가능하게 승강샤프트(242)의 외주면에 돌출된 형태로 형성될 수 있다.
이와 같은 구조에 의해, 승강샤프트(242)의 상승에 의해 캐리어 헤드(100)와 거치대(200)의 사이 간격이 일정 이상 근접(리테이너 링이 리테이너 링 거치부재에 접촉)되면, 리테이너 링 거치부재(210)의 상승이 구속되고, 리테이너 링 거치부재(210)의 상승이 구속된 상태에서 리테이너 링 거치부재(210)(센터링 유닛)에 대해 승강샤프트(242)가 상부 방향으로 이동한다.
아울러, 리테이너 링(193)이 리테이너 링 거치부재(210)에 접촉되는 중에는 캐리어 헤드(100)에 대해 리테이너 링 거치부재(210)가 정렬됨과 동시에 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(10)의 정렬이 함께 행해진다.
그 후, 리테이너 링 거치부재(210)에 대해 승강샤프트(242)가 상부 방향을 이동함에 따라 승강샤프트(242)로부터 연장된 샤프트 연장부(244)가 기판 안착부재(230)로부터 연장된 승강안내부(232)에 접촉될 수 있으며, 샤프트 연장부(244)와 승강안내부(232)가 접촉된 상태에서 승강샤프트(242)가 상부 방향을 이동함에 따라, 기판거치부(220)에 거치된 기판이 기판 안착부재(230)에 안착된 상태로 기판 안착부재(230)와 함께 상승되며 캐리어 헤드(100)(멤브레인)에 밀착된다.
이와 같이, 본 발명은 리테이너 링(193)이 거치되는 리테이너 링 거치부재(210) 상에 기판(10)이 거치되는 기판거치부(220)를 일체로 형성하는 것에 의하여, 캐리어 헤드(100)에 대해 리테이너 링 거치부재(210)를 정렬시킴과 동시에 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(10)의 정렬이 함께 이루어질 수 있으므로, 기판(10)의 로딩 공정 중에 캐리어 헤드(100)(리테이너 링)와 기판(10)의 충돌을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명은 멤브레인(192)에 기판(10)을 탑재하기 직전까지 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(10)의 정렬 상태를 유지하고 기판(10)의 흔들림을 최소화할 수 있으므로, 기판(10)의 로딩 안정성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 캐리어 헤드(100)와 가장 먼저 접촉되는 리테이너 링 거치부재(210)가 캐리어 헤드(100)에 대해 정렬됨과 동시에 기판거치부(220)가 함께 정렬될 수 있으므로, 캐리어 헤드(100)에 대한 거치대(200)의 정렬 공정을 간소화하고 정렬에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 리테이너 링 거치부재(210)에 대한 기판 안착부재(230)의 상하 이동은 제1탄성부재(246)에 의해 탄성적으로 지지된다.
제1탄성부재(246)로서는 통상의 스프링부재가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 스프링부재 대신 여타 다른 탄성체를 사용하거나, 공압 또는 유압을 이용하여 제1탄성부재를 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 리테이너 링 거치부재(210)에 대한 기판 안착부재(230)의 상하 이동이 탄성적으로 지지되도록 하는 것에 의하여, 멤브레인(192)이 기판에 접촉될 시, 기판 안착부재(230)가 리테이너 링 거치부재(210)에 대해 하부 방향으로 탄성적으로 이동할 수 있으므로, 기판(10)에 멤브레인(192)이 접촉됨에 따라 기판(10)에 가해지는 힘을 감쇄시킬 수 있으며, 기판(10)에 가해지는 충격력에 의한 기판(10)의 손상 및 변형을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 센터링 유닛(250)(리테이너 링 거치부재)에 대한 승강샤프트(242)의 상하 이동은 제2탄성부재(234)에 의해 탄성적으로 지지된다.
제2탄성부재(234)로서는 통상의 스프링부재가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 스프링부재 대신 여타 다른 탄성체를 사용하거나, 공압 또는 유압을 이용하여 제2탄성부재를 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 센터링 유닛(250)에 대한 승강샤프트(242)의 상하 이동이 탄성적으로 지지되도록 하는 것에 의하여, 멤브레인(192)이 기판에 접촉될 시, 승강샤프트(242)가 센터링 유닛(250)(리테이너 링 거치부재)에 대해 하부 방향으로 탄성적으로 이동할 수 있으므로, 기판(10)에 멤브레인(192)이 접촉됨에 따라 기판(10)에 가해지는 힘을 감쇄시킬 수 있으며, 기판에 가해지는 충격력에 의한 기판의 손상 및 변형을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명은 기판의 로딩 공정 중에 기판에 가해지는 힘(기판을 누르는 힘)이 제1탄성부재(246)와 제2탄성부재(234)에 의해 이중으로 감쇄되도록 하는 것에 의하여, 기판(10)에 가해지는 힘을 저감시킬 수 있으며, 기판(10)의 손상 및 변형을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
센터링 유닛(250)은 캐리어 헤드(100)에 대해 리테이너 링 거치부재(210)를 정해진 정렬 위치로 이동시키기 위해 마련된다.
여기서, 센터링 유닛(250)이 캐리어 헤드(100)에 대해 리테이너 링 거치부재(210)를 정렬 위치로 이동시킨다 함은, 캐리어 헤드(100)의 중심 위치와 리테이너 링 거치부재(210)의 중심 위치가 일치되도록 리테이너 링 거치부재(210)의 위치를 조절하는 것으로 정의된다.
이때, 캐리어 헤드(100)에 대한 리테이너 링 거치부재(210)의 위치 정렬은, 캐리어 헤드(100)에 대한 리테이너 링 거치부재(210)의 편심 거리(어긋나게 배치된 거리)만큼, 캐리어 헤드(100)에 대해 리테이너 링 거치부재(210)를 수평 이동시키는 것에 의해 행해질 수 있다.
특히, 센터링 유닛(250)은 기판(10)이 캐리어 헤드(100)에 로딩되기 전에 캐리어 헤드(100)에 대해 거치대(200)가 정렬되도록 하는 것에 의하여, 로딩 공정 중에 리테이너 링(193)과 기판(10)의 접촉을 미연에 방지하고 기판(10)의 손상 및 파손을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 센터링 유닛(250)은, 승강샤프트(242)에 결합되는 제1센터링블럭(252)과, 리테이너 링 거치부재(210)에 결합되며 제1센터링블럭(252)에 대해 수평 이동하는 제2센터링블럭(254)을 포함한다.
제1센터링블럭(252)과 제2센터링블럭(254)은 상대 수평 이동 가능한 다양한 구조로 결합될 수 있으며, 제1센터링블럭(252)과 제2센터링블럭(254)의 결합 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게 제1센터링블럭(252)과 제2센터링블럭(254)은 외력(제1센터링블럭(252)에 대해 제2센터링블럭(254)을 이동시키는 힘)이 해제되면, 제1센터링블럭(252)과 제2센터링블럭(254)의 상호 자기력에 의해 제1센터링블럭(252)과 제2센터링블럭(254)의 중심이 서로 정렬되는 초기 위치로 복귀되도록 구성된다. 경우에 따라서는 제1센터링블럭과 제2센터링블럭이 짐벌(gimbal) 구조로 결합되는 것도 가능하다.
또한, 기판 처리 장치는 거치대(200)에서 기판(10)을 선택적으로 구속하는 구속 유닛(260)을 포함한다.
구속 유닛(260)은 거치대(200)(기판거치부)에 거치된 기판(10)의 거치 상태를 안정적으로 유지하기 위해 마련된다.
구속 유닛(260)은 기판(10)을 선택적으로 구속할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 구속 유닛(260)은, 기판(10)의 가장자리 측면에 접근 및 이격되는 방향을 따라 이동 가능하게 리테이너 링 거치부재(210)에 장착되는 그립퍼(262)와, 리테이너 링 거치부재(210)에 대한 그립퍼(262)의 이동을 탄성적으로 지지하는 스프링부재(264)를 포함한다.
그립퍼(262)는 기판(10)의 가장자리 측면에 접근 및 이격되는 방향(예를 들어, 기판의 반경 방향이나 수평 방향)을 따라 이동 가능하게 리테이너 링 거치부재(210)에 장착되며, 그립퍼(262)가 기판(10)의 가장자리 측면에 접촉되면 기판(10)의 거치 상태가 구속된다.
일 예로, 그립퍼(262)는 기판(10)의 원주 방향을 따라 이격되게 3개가 구비된다. 경우에 따라서는 구속 유닛이 2개 이하의 그립퍼로 구성되거나, 4개 이상의 그립퍼를 포함하는 것도 가능하다.
스프링부재(264)는 리테이너 링 거치부재(210)에 대한 그립퍼(262)의 이동이 탄성적으로 이루어 그립퍼(262)를 지지한다. 일 예로, 스프링부재(264)로서는 통상의 코일스프링이 사용될 수 있다.
또한, 기판 처리 장치는 리테이너 링(193)이 리테이너 링 거치부재(210)에 접근하면 그립퍼(262)에 의한 기판의 구속을 해제(unlock)하는 해제 유닛(270)을 포함한다.
해제 유닛(270)은 캐리어 헤드(100)의 리테이너 링(193)이 리테이너 링 거치부재(210)에 접근하면 그립퍼(262)에 의한 기판(10)의 구속이 자동적으로 해제되도록 마련된다.
일 예로, 해제 유닛(270)은, 그립퍼(262)의 상부에 형성되는 상부 경사안내부(272)와, 상하 방향을 따라 이동 가능하게 리테이너 링 거치부재(210)에 장착되며 리테이너 링(193)이 접촉되면 상부 경사안내부(272)를 따라 이동하며 그립퍼(262)를 기판으로부터 이격되는 방향으로 이동시키는 언록부재(274)를 포함한다.
이와 같은 구조에 의해, 리테이너 링(193)이 언록부재(274)의 상부에 접촉되면, 언록부재(274)가 리테이너 링(193)에 의해 가압되며 하부 방향으로 이동한다. 언록부재(274)가 하부 방향으로 이동하면서 언록부재(274)의 하단이 상부 경사안내부(272)를 따라 이동하는 것에 의하여, 언록부재(274)의 상하 이동이 그립퍼(262)의 좌우 이동으로 전환될 수 있으며, 그립퍼(262)가 기판으로부터 이격되는 방향으로 이동함으로써 그립퍼(262)에 의한 기판의 구속이 해제된다.
바람직하게, 해제 유닛(270)은 언록부재(274)의 상하 이동을 탄성적으로 지지하는 언록 스프링부재(276)를 포함한다. 리테이너 링과 언록부재(274)의 접촉이 해제되면 언록 스프링부재(276)의 탄성력에 의해 그립퍼(262)가 다시 기판을 구속하는 위치로 복귀된다.
아울러, 기판 처리 장치는 기판(10)이 기판거치부(220)에 거치되기 전에, 그립퍼(262)를 기판(10)으로부터 이격되는 방향으로 이동시키는 이동 유닛(280)을 포함한다.
그립퍼(262)가 기판(10)에 접근되는 방향으로 이동한 상태에서는 기판거치부(220)에 기판(10)이 거치되기 어렵다. 이를 위해, 이동 유닛(280)은 기판거치부(220)에 기판(10)이 거치되기 전에 그립퍼(262)를 해제 위치에 위치시키기 위해 마련된다. 여기서, 그립퍼(262)의 해제 위치라 함은, 그립퍼(262)가 기판(10)의 둘레로부터 이격되게 배치되는 상태로 정의된다.
일 예로, 이동 유닛(280)은, 그립퍼(262)의 하부에 형성되는 하부 경사안내부(282)와, 상하 방향을 따라 이동 가능하게 그립퍼(262)의 하부에 구비되며 그립퍼(262)가 접촉되면 하부 경사안내부(282)를 따라 이동하며 그립퍼(262)를 기판으로부터 이격되는 방향으로 이동시키는 이동부재(284)를 포함한다.
이와 같은 구조에 의해, 기판(10)이 기판거치부(220)에 거치되기 전에는 이동부재(284)가 그립퍼(262)에 대해 상부 방향으로 이동한다. 이동부재(284)가 상부 방향으로 이동하면서 이동부재(284)의 상단이 하부 경사안내부(282)를 따라 이동하는 것에 의하여, 이동부재(284)의 상하 이동이 그립퍼(262)의 좌우 이동으로 전환될 수 있으며, 그립퍼(262)는 기판(10)으로부터 이격되는 해제 위치에 위치된다.
기판거치부(220)에 기판(10)이 거치된 후에는 거치대(200)가 일정 높이로 상승됨으로써, 그립퍼(262)는 다시 기판(10)을 구속하는 구속 위치(기판이 접촉되는 위치)로 이동하게 된다.
바람직하게, 이동 유닛(280)은 이동부재(284)의 상하 이동을 탄성적으로 지지하는 이동 스프링부재(286)를 포함한다. 거치대(200)가 일정 높이로 상승하면 이동 스프링부재(286)의 탄성력에 의해 이동부재(284)가 하부 방향으로 복귀된다.
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 : 캐리어 헤드
200 : 거치대 210 : 리테이너 링 거치부재
220 : 기판거치부 230 : 기판 안착부재
232 : 승강안내부 234 : 제2탄성부재
240 : 승강부재 242 : 승강샤프트
244 : 샤프트 연장부 246 : 제1탄성부재
250 : 센터링 유닛 252 : 제1센터링블럭
254 : 제2센터링블럭 260 : 구속 유닛
262 : 그립퍼 264 : 스프링부재
270 : 해제 유닛 272 : 상부 경사안내부
274 : 언록부재 276 : 언록 스프링부재
280 : 이동 유닛 282 : 하부 경사안내부
284 : 이동부재 286 : 이동 스프링부재
200 : 거치대 210 : 리테이너 링 거치부재
220 : 기판거치부 230 : 기판 안착부재
232 : 승강안내부 234 : 제2탄성부재
240 : 승강부재 242 : 승강샤프트
244 : 샤프트 연장부 246 : 제1탄성부재
250 : 센터링 유닛 252 : 제1센터링블럭
254 : 제2센터링블럭 260 : 구속 유닛
262 : 그립퍼 264 : 스프링부재
270 : 해제 유닛 272 : 상부 경사안내부
274 : 언록부재 276 : 언록 스프링부재
280 : 이동 유닛 282 : 하부 경사안내부
284 : 이동부재 286 : 이동 스프링부재
Claims (19)
- 멤브레인과, 상기 멤브레인의 둘레에 배치되는 리테이너 링을 구비한 캐리어 헤드에 기판을 탑재하는 기판 처리 장치로서,
상기 리테이너 링이 거치되는 리테이너 링 거치부재와, 리테이너 링 거치부재에 형성되며 상기 기판이 거치되는 기판거치부를 포함하며, 상기 캐리어 헤드에 상기 기판을 로딩시키는 거치대와;
상기 거치대에 상기 기판이 위치하면, 상기 기판의 가장자리 측면을 향하여 수평 방향으로 이동하여 스프링 부재에 의해 탄성 지지된 상태로 상기 기판의 가장자리 측면에 접촉하여 상기 기판의 거치 상태를 구속하는 그립퍼를 상기 거치대에 구비한 구속 유닛과;
상기 캐리어 헤드의 상기 리테이너 링이 상기 리테이너 링 거치 부재에 하방 이동하여 근접하면, 상기 그립퍼를 상기 기판의 가장자리 측면으로부터 멀어지도록 수평 방향으로 이동시켜 상기 기판의 구속 상태를 해제하며 상기 거치대에 구비된 해제 유닛을;
포함하고, 상기 구속 유닛과 상기 해제 유닛은 상기 기판의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 구비된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 기판거치부는 상기 리테이너 링의 내측에 배치되고,
상기 리테이너 링은 상기 기판거치부보다 높은 위치에서 상기 리테이너 링 거치부재에 거치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제2항에 있어서,
상기 기판거치부는 상기 기판의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 마련된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 리테이너 링 거치부재에 대해 상하 이동 가능하게 구비되며, 상기 기판거치부로부터 선택적으로 상기 기판을 상승시키는 기판 안착부재와;
상기 기판 안착부재를 선택적으로 승강시키는 승강부재를;
포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 리테이너 링 거치부재에 대한 상기 기판 안착부재의 상하 이동을 탄성적으로 지지하는 제1탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 기판 안착부재는 상기 리테이너 링 거치부재를 통과하여 상기 리테이너 링 거치부재의 저면으로 노출되는 승강안내부를 포함하고,
상기 승강부재는 상기 승강안내부를 선택적으로 승강시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 캐리어 헤드에 대해 상기 리테이너 링 거치부재를 정해진 정렬 위치로 이동시키는 센터링 유닛을; 더 포함하고,
상기 승강부재는,
상기 센터링 유닛을 지지하며, 상기 센터링 유닛에 대해 상하 이동 가능하게 구비되는 승강샤프트와;
상기 승강샤프트에 연결되며, 상기 승강샤프트의 상하 이동에 따라 선택적으로 상기 승강안내부에 접촉되며 상기 승강안내부를 승강시키는 샤프트 연장부를;
포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 리테이너 링 거치부재는 상기 승강샤프트와 함께 승강되되,
상기 리테이너 링 거치부재가 상기 리테이너 링에 접촉되면, 상기 리테이너 링 거치부재에 대해 상기 승강샤프트가 이동하며 상기 기판 안착부재를 승강시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 센터링 유닛에 대한 상기 승강샤프트의 상하 이동을 탄성적으로 지지하는 제2탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 센터링 유닛은,
상기 승강샤프트에 결합되는 제1센터링블럭과;
상기 리테이너 링 거치부재에 결합되며, 상기 제1센터링블럭에 대해 수평 이동하는 제2센터링블럭을;
포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 리테이너 링이 언록 부재를 하방으로 이동시키고, 상기 언록 부재의 하방 이동에 연동하여 상기 그립퍼가 이동하여 상기 기판의 상기 구속 상태를 해제하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 그립퍼는 상기 기판에 대하여 수평 방향을 유지하면서 반경 방향으로 왕복 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 그립퍼에는 상부에 상부 경사안내부가 형성되어, 상기 언록부재가 상기 리테이너 링에 의해 하방 이동하면, 상기 언록 부재가 상기 상부 경사안내부를 따라 이동하며 상기 그립퍼를 상기 기판으로부터 이격되는 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 언록부재의 상하 이동을 탄성적으로 지지하는 언록 스프링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 기판이 상기 기판거치부에 거치되기 전에, 상기 그립퍼를 상기 기판으로부터 이격되는 방향으로 이동시키는 이동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제15항에 있어서,
상기 이동 유닛은,
상기 그립퍼의 하부에 형성되는 하부 경사안내부와;
상하 방향을 따라 이동 가능하게 상기 그립퍼의 하부에 구비되며, 상기 그립퍼가 접촉되면 상기 하부 경사안내부를 따라 이동하며 상기 그립퍼를 상기 기판으로부터 이격되는 방향으로 이동시키는 이동부재를;
포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
- 제16항에 있어서,
상기 이동부재의 상하 이동을 탄성적으로 지지하는 이동 스프링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치. - 삭제
- 삭제
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