KR102260655B1

KR102260655B1 - 연마율 제어 기능을 구비한 cmp 장치

Info

Publication number: KR102260655B1
Application number: KR1020190119249A
Authority: KR
Inventors: 송종국; 이현택; 김종수; 윤종필
Original assignee: (주)에스티아이
Priority date: 2019-09-27
Filing date: 2019-09-27
Publication date: 2021-06-04
Also published as: KR20210037081A

Abstract

본 발명은 원 형상을 가지고, 하부 정반의 상부에 위치하며, 하면에 마찰력에 의해 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 구비한 상부 정반을 회전하는 하부 정반과 동시에 회전시킴에 의해 상부 정반과 하부 정반 간에 상대 속도를 발생시키고, 상대 속도를 제어함에 의해 연마량 및 연마율의 범위가 증대되고 이로 인해 마찰력의 범위가 확대되어 기판을 더욱 정밀하고 신속하게 연마할 수 있다.

Description

연마율 제어 기능을 구비한 CMP 장치{CMP apparatus having polishing rate control function}

본 문서는 CMP 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 디스플레이 기판을 화학 물리적 연마(Chemical mechanical polishing, CMP) 시 기판의 부분 영역에 연마 압력을 조정하는 기술에 관련된다.

최근 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED)를 이용한 표시장치가 주목 받고 있다.

유기 발광 표시 장치는 자체 발광 특성을 가지며, 액정 표시 장치(liquid crystal display device)와 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 두께와 무게를 줄일 수 있다. 유기 발광 표시 장치는 낮은 소비 전력, 높은 휘도 및 빠른 반응 속도 등의 고품위 특성을 나타낸다. 현재 중소형 유기발광다이오드(OLED) 패널에 적용되는 해상도는 QHD(Quad High Definition, 2560 x 1440)급이지만, 차세대 디스플레이인 VR(Virtual Reality)/AR(Augmented Reality)용의 패널은 QHD보다 선명도가 더 뛰어난 초고해상도의 UHD(Ultra High Definition, 3840 x 2160)급 이상의 OLED 제품이 요구되고 있다.

그러나, UHD급 차세대 OLED 패널을 개발하기 위해서는 픽셀 밀도 증가에 따른 Photolithography 공정의 미세화 패턴을 실현하고 패널의 잔상 문제를 해결하는 것이 무엇 보다 중요하다. 이러한 과제를 해결하기 위해 트랜지스터 소자 등이 형성될 OLED TFT(Thin Film Transistor)의 기판을 구성하는 Poly_Si 막을 평탄화(Smoothness)하는 것이 중요한데 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 통해 이를 해결할 수 있다. 이러한 CMP 공정은 SiO2층과 Poly-Si층으로 구성된 OLED TFT 글라스 기판을 결정화(ELA)하는 과정에서 Poly-Si층에 발생된 돌기(힐락, Hillock)를 제거하는 공정을 포함할 수 있다. 힐락은 추가적인 금속층의 형성도 어렵게 만든다.

도 1은 OLED TFT 글라스 기판의 CMP 공정 전후를 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, CMP 공정 전의 OLED TFT 글라스 기판은 Poly-Si층의 상부에 힐락이 발생하였고(도 1(a)), CMP 공정을 통해 힐락이 제거되어 평탄화가 실현되었다(도 1(b)).

일반적으로 CMP 장비를 이용한 공정은 연마 패드가 부착된 상반(Upper platen)을 병진 운동시키거나 원통형의 연마 실린더(롤러)를 굴려서 기계적 연마를 함과 동시에 기판에 슬러리(Slurry)를 도포하여 화학적 연마를 수행하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 기판이 안착된 하반(Lower platen)을 회전시키고 상반이 기판에 부분적으로 접촉되어 화학 기계적 연마 기술도 개시되고 있다.

그런데 상반 또는 하반을 회전시킬 경우 회전 속도를 조정한다고 할지라도 기판과 상반 간의 마찰력의 범위가 제한적이어서 정밀하고 신속한 연마를 수행하는데 한계가 있다. 이로 인해 편평도가 저하되고 작업 시간이 지연되는 문제가 발생하고 있다. 따라서 정밀하면서 빠른 연마율의 기능을 가지고 있는 CMP 장비의 개발이 시급하다.

한국특허공보(공개공보번호: 10-2018-0075155, "대면적 기판 연마 장치")는 외주면에 연마패드가 구비되는 원통형의 연마실린더 및 연마 실린더의 수평을 조정하는 수평도 조정 장치를 구비하여 기판의 연마 균일도 및 연마율을 제어하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 상반과 하반을 동시에 회전시켜 상대 속도를 발생시켜 연마율을 조정하는 기술에 대해서는 개시되어 있지 않다.

본 발명은 기판의 연마율의 범위 및 마찰력의 범위를 확대시켜 기판의 균일도 및 평탄도를 증대시키고 연마 작업 시간을 줄이는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 일 양상에 따른 CMP 장치는,

기판이 안착되고, 회전 구동하는 하부 정반,

원 형상을 가지고, 하부 정반의 상부에 위치하며, 하면에 마찰력에 의해 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 구비한 상부 정반,

일단이 상부 정반의 중심에 체결되어 상부 정반에 회전력을 전달하는 회전 샤프트,

회전 샤프트와 직접 또는 간접적으로 연결되어 회전 샤프트를 회전시키는 구동 모터, 및

구동 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명은 상부 정반과 하부 정반 간에 상대 속도를 발생시키고, 상대 속도를 제어함에 의해 연마량, 연마율 및 마찰력의 범위를 확대시켜 기판을 더욱 정밀하고 신속하게 연마할 수 있고 연마 작업 시간을 단축 시킬 수 있다.

도 1은 OLED TFT 글라스 기판의 CMP 공정 전후를 설명하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 CMP 장치의 상면을 설명하는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 연마율 제어 기능을 구비한 CMP 장치의 수직 단면을 설명하는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 본 발명 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 용어들은 본 발명 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 사용자 또는 운용자의 의도, 관례 등에 따라 충분히 변형될 수 있는 사항이므로, 이 용어들의 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

또한 전술한, 그리고 추가적인 발명의 양상들은 후술하는 실시예들을 통해 명백해질 것이다. 본 명세서에서 선택적으로 기재된 양상이나 선택적으로 기재된 실시예의 구성들은 비록 도면에서 단일의 통합된 구성으로 도시되었다 하더라도 달리 기재가 없는 한 당업자에게 기술적으로 모순인 것이 명백하지 않다면 상호간에 자유롭게 조합될 수 있는 것으로 이해된다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 일 실시예에 따른 CMP 장치의 상면을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, CMP 장치(1000)는 하부 정반(Lower platen, 100), 상부 정반(Upper platen, 200), 스윙 암(Swing arm, 300), 가압 구동수단(400), 제어부(800)를 포함하여 구성될 수 있다. 하부 정반(100)은 디스플레이 기판(10)이 안착될 수 있는 플레이트이다. 하부 정반(100)은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전 구동할 수 있고, 디스플레이 기판(10)과 대응되는 형상, 즉 사각형의 형상을 가질 수 있다. 하부 정반(100)은 제어부(800)에 전기적으로 연결되어 동작이 제어될 수 있다.

디스플레이 기판(10)은 SiO2층과 Poly-Si층으로 구성된 OLED TFT 글라스일 수 있으며, 디스플레이 기판이 될 수 있는 어떤 기판도 이에 해당될 수 있다. 하부 정반(100)의 회전에 의해 디스플레이 기판(10)도 동일한 방향으로 회전할 수 있다. 도시된 바와 같이 하부 정반이 반시계 방향으로 회전함에 따라 디스플레이 기판(10)도 반시계 방향으로 회전한다.

상부 정반(200)은 디스플레이 기판(10)과 마찰을 일으켜 기판의 평탄화 또는 두께 균일화를 위한 플레이트로서 원형의 플레이트일 수 있다.

상부 정반(200)은 원형의 플레이트이므로 회전이 용이하여 연마 성능이 뛰어 나다. 상부 정반(200)은 하부 정반의 회전에 의한 마찰력에 의해 디스플레이 기판을 연마할 수 있다.

상부 정반(200)은 하부 정반의 상측에 배치되고, 가압 구동 수단(400)에 의해 승하강 구동이 가능할 수 있다. 상부 정반(200)은 상부에 상부 정반 커버를 구비하며 상부 정반 커버는 슬러리(Slurry)가 유입되고 배출되는 슬러리 홀(210)이 구비될 수 있다. 슬러리 홀은 파이프(미도시)와 연결되어 외부로부터 슬러리를 공급 받을 수 있다.

암(300)은 상부 정반(200)과 가압 구동수단(400)을 연결하며 힌지(Hinge) 결합되어 있을 수 있다.

가압 구동수단(400)은 가압 구동수단(400)은 암(300)의 일단에 연결되어 상부 정반(200)을 승하강시키는 기능을 수행하여 상부 정반이 디스플레이 기판(10)에 접촉 및 비접촉하도록 할 수 있다. 또한, 가압 구동수단(400)은 암(300)의 일단에 수평 방향의 힘을 일으킬 수 있으며 이로 인해 상부 정반(200)도 수평 방향으로 이동이 가능할 수 있다. 가압 구동수단(400)은 실린더 방식이 바람직하나 모터 방식도 적용될 수 있고, 양자를 결합한 방식, 예를 들어 승강 구동은 실린더 방식으로 적용 하고 수평 구동은 모터 방식으로 적용할 수도 있다.

가압 구동수단(400)은 제어부(800)에 전기적으로 연결되어 동작이 제어될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 연마율 제어 기능을 구비한 CMP 장치의 수직 단면을 설명하는 도면이다. 도시된 바와 같이, CMP 장치(1000)는 상부 정반(Upper platen, 200), 스윙 암(300, Swing arm), 회전 샤프트(500, Rotation shaft), 구동 모터(600, Driving motor), 인덱스(700, Index), 회전판(801, Rotation plate)를 포함하여 구성될 수 있다.

상부 정반(Upper platen, 200)은 원 형상을 가지고, 슬러리(Slurry)가 유입되고 배출되는 슬러리 홀(210)이 구비될 수 있고, 상부 정반의 하면에 디스플레이 기판과 접촉하여 마찰력을 일으켜 연마하는 연마 패드(211)가 구비되어 있다. 연마 패드(211)는 원형일 수 있다. 상부 정반의 하부는 디스플레이 기판(10)이 안착되고, 자체적으로 회전 구동하는 하부 정반(100)이 구비되어 있다(도 2 참고).

회전 샤프트(500, Rotating shaft)는 일단이 상부 정반의 중심에 체결되어 상부 정반에 회전력을 전달할 수 있다. 또한, 부드러운 회전력 전달과 하부 기판의 기계적 변위의 변화에 수평 유지에 따른 안정적인 구동력 전달을 능동적으로 가능하도록 하기 위해, 회전 샤프트(500)와 상부 정반의 중심에 벨로우즈 커플러(501, Bellows coupler)를 통해 상호 체결시킬 수 있다. 또한 디스플레이 기판이 안착될 하부 정반의 편평도와 수평 상태의 환경을 안정적으로 받아 들일 수 있도록 베어링(502, Bearing)이 회전 샤프트(500)에 체결될 수 있다.

구동 모터(600, Driving motor)는 회전 샤프트와 직접 또는 간접적으로 연결되어 회전 샤프트를 회전시킬 수 있다. 구동 모터가 회전 샤프트를 회전 시킴에 의해 상부 정반이 회전할 수 있다. 구동 모터는 스윙 암(300)의 일단 부위에 배치될 수 있다. 구동 모터(600)는 제어부(800)에 전기적으로 연결되어 동작이 제어될 수 있다.

CMP 장치(1000)는 인덱스(700)를 더 포함할 수 있다. 인덱스는 회전 샤프트(500)와 구동 모터(600) 사이에 연결되어 구동 모터의 회전력을 회전 샤프트에 전달하여 회전 샤프트를 회전할 수 있다.

CMP 장치(1000)는 제어부(800, Controller)를 더 포함할 수 있고, 제어부는 구동 모터의 회전 속도를 제어할 수 있다. 이로 인해 상부 정반의 회전 속도가 제어 될 수 있다. 예를 들어, 제어부(800)는 상부 정반이 하부 정반의 회전 속도 보다 빠르게 하거나 느리게 제어할 수 있으며, 연마량을 높이기 위해 하부 정반의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하도록 구동 모터를 제어할 수 있다. 연마 패드의 유효 연마 범위는 연마 패드의 직경에 따른 하부 정반의 접촉 위치에서의 상호 간의 상대속도에 의해 결정될 수 있다. 따라서, 상부 정반의 회전 속도 제어를 통해 원하는 직경에서의 연마율을 조정할 수 있다. 제어부(800)는 전자적인 CMP 장치의 어느 위치에 구비되어 있을 수 있고, PC로 존재할 수도 있다.

또 다른 일 실시예에 따른 CMP 장치에 있어서, 회전 샤프트의 타단에 체결되어, 회전 샤프트의 회전에 따라 함께 회전하는 회전판(801, Rotating platen)을 더 포함할 수 있다. 회전판(801)은 인덱스(700) 상에 배치되어 인덱스의 회전과 동시에 회전 될 수 있다. 그리고 CMP 장치는, 회전판 상(Over)에 설치되어, 회전판의 회전 속도를 산정하고, 회전 속도 정보(데이터)를 제어부(800)에 제공하는 센서(Sensor, 900)를 더 포함할 수 있다. 센서가 회전판의 회전 속도를 검출함에 의해 상부 정반의 회전 속도가 결정될 수 있다. 도 3에 일부 영역(점선 영역)을 단면이 아닌 완전 구성체 재구성하여 도시된 도면(실선 영역)을 살펴 보면, 프레임에 구비된 센서(900)가 회전판(801) 상에 배치되어 회전판의 회전 속도를 감지 할 수 있다.

제어부(800)는 회전판의 회전 속도와 하부 정반의 회전 속도에 기반하여, 구동 모터의 회전 속도를 제어할 수 있다.

또한, 제어부(800)는, 연마량을 높이기 위해, 상부 정반이 하부 정반의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하도록 구동 모터를 제어할 수 있다. 이로 인해 연마 시간이 단축될 수 있다.

제어부(800)는 하부 정반, 센서, 구동 모터, 가압 구동수단에 전기적으로 연결되어 센서로부터 데이터를 제공 받고 구동 동작을 제어할 수 있다.

1000 : CMP 장치
10 : 디스플레이 기판
100 : 하부 정반
200 : 상부 정반
210 : 슬러리 홀
211 : 연마 패드
300 : 스윙 암
400 : 가압 구동수단
500 : 회전 샤프트
501 : 벨로우즈 커플러
502 : 베어링
600 : 구동 모터
700 : 인덱스
800 : 제어부
801 : 회전판
900 : 센서

Claims

대면적 디스플레이 기판이 안착되고, 회전 구동하는 하부 정반;
원 형상을 가지고, 하부 정반의 상부에 위치하며, 하면에 마찰력에 의해 기판을 연마하기 위한 연마 패드를 구비하되, 상부에 슬러리가 유입되고 배출되는 슬러리 홀이 구비된 슬러리 커버를 구비한 상부 정반;
일단이 상부 정반의 중심에 체결되어 상부 정반에 회전력을 전달하는 회전 샤프트;
회전 샤프트와 직접 또는 간접적으로 연결되어 회전 샤프트를 회전시키는 구동 모터; 및
구동 모터의 회전 속도를 제어하는 제어부;
회전 샤프트와 구동 모터 사이에 연결되어, 구동 모터의 회전력을 회전 샤프트에 전달하여 회전 샤프트를 회전시키는 인덱스; 및
인덱스상에 배치되고 회전 샤프트의 타단에 체결되어, 회전 샤프트의 회전에 따라 함께 회전하는 회전판; 및, 회전판 상에 설치되어, 회전판의 회전 속도를 산정하고, 회전 속도 정보를 제어부에 제공하는 센서;를 포함하고,
제어부는,
회전판의 회전 속도와 하부 정반의 회전 속도 간 상대 속도에 기반하여, 구동 모터의 회전 속도를 제어하는 CMP 장치.
제1항에 있어서,
제어부는,
연마량을 높이기 위해, 상부 정반이 하부 정반의 회전 방향과 반대 방향으로 회전하도록 구동 모터를 제어하는 CMP 장치.
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