KR102459832B1 - 캐리어 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리테이너링의 회전속도가 조절될 수 있는 캐리어에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 캐리어는, 웨이퍼를 흡착할 수 있는 캐리어 바디; 및 상기 캐리어 바디를 둘러싸고, 상기 캐리어 바디보다 더 빠른 각속도로 회전하는 리테이너링을 포함할 수 있다.

Description

캐리어{CARRIER}
본 발명은 리테이너링의 회전 속도가 조절될 수 있는 캐리어에 대한 것이다.
화학 기계적 연마(CMP)　장치는 웨이퍼 표면을 정밀하게 연마하기 위한 장치이다. 이러한 화학 기계적 연마 장치는 반도체소자 제조과정 중 마스킹,　에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 웨이퍼 표면에 발생한 요철과, 셀 지역과 주변 회로지역간의 높이 차를 제거하기 위한 평탄화 작업을 수행할 수 있다.　　대한민국 등록특허공보 제10-1188579호 등에 개시된 바와 같이,　화학 기계적 연마 장치는 웨이퍼의 연마면을 기계적으로 마찰하는 기계적 연마와,　슬러리를 제공해서 연마하는 화학적 연마를 동시에 수행한다.　이러한 화학 기계적 연마 장치는 연마면을 제공하는 연마패드를 구비한 폴리싱테이블 및 웨이퍼를 홀딩하기 위한 캐리어를 포함하고, 캐리어는 홀딩된 웨이퍼의 주변을 둘러싸는 리테이너링을 포함한다.
본 발명의 실시예들은 리테이너링의 회전 속도가 조절될 수 있는 캐리어 및 이를 포함하는 화학 기계적 연마 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 웨이퍼를 흡착할 수 있는 캐리어 바디; 및 캐리어 바디를 둘러싸고, 캐리어 바디보다 더 빠른 각속도로 회전하는 리테이너링을 포함하는 캐리어가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 캐리어가 웨이퍼의 연마 작업을 수행할 때 리테이너링이 캐리어 바디보다 더 빠른 각속도로 회전할 수 있다는 효과가 있다. 이에 따라, 캐리어가 웨이퍼의 연마 작업을 수행할 때 웨이퍼의 회전 속도가 캐리어 바디의 회전 속도보다 낮아지는 것이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐리어가 구비된 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐리어가 구비된 화학적 기계적 연마 장치를 나타내는 측면도이다.
도 3은 제1 실시예에 따른 캐리어의 단면 사시도이다.
도 4는 도 3의 캐리어에 구비되는 기어 유닛의 사시도이다.
도 5는 제1 실시예에 따른 기어들의 맞물림을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제1 실시예의 변형예에 따른 기어들의 맞물림을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 기어 유닛의 사시도이다.
도 8은 도 7의 기어 유닛이 제1 연결 모드일 때 기어들의 맞물림을 나타내는 평면도이다.
도 9은 도 7의 기어 유닛이 제2 연결 모드일 때 기어들의 맞물림을 나타내는 평면도이다.
도 10은 제2 실시예의 변형예에 따른 기어 유닛의 사시도이다.
도 11은 도 10의 기어 유닛이 제1 연결 모드일 때 기어들의 맞물림을 나타내는 평면도이다.
도 12는 도 10의 기어 유닛이 제2 연결 모드일 때 기어들의 맞물림을 나타내는 평면도이다.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '공급', '전달'된다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 공급, 전달될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 캐리어(10)를 포함하는 화학 기계적 연마 장치(1)를 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 화학 기계적 연마 장치(1)는 웨이퍼(W)를 저면에 위치시킨 상태에서 웨이퍼(W)를 가압하여 회전하는 캐리어(10), 웨이퍼(W)의 연마면과 접촉하면서 회전하여 웨이퍼(W)를 연마하는 연마 패드(20), 웨이퍼(W)의 화학적 연마를 위해 연마 패드(20) 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(30), 및 연마 패드(20)의 표면을 개질하는 컨디셔너(40)를 포함할 수 있다. 이하, 도 2 내지 도 6을 참조하여 제1 실시예에 따른 캐리어(10)를 설명한다.
도 3을 참조하면, 캐리어(10)는 일방향으로 회전하고 웨이퍼(W)를 흡착할 수 있는 캐리어 바디(100); 및 캐리어 바디(100)를 둘러싸는 링 형태를 가지며 캐리어 바디(100)의 회전 시 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너링(300)을 포함한다. 또한, 캐리어(10)는 캐리어 바디(100)를 지지하는 바디 지지부(도 2, 200); 캐리어 바디(100)의 하부를 커버하고 압력 챔버(430)를 형성하는 멤브레인(400); 캐리어 바디(100)와 리테이너링(300)의 사이에 배치되어 리테이너링(300)에 캐리어 바디(100)에 대한 회전 자유도를 제공하는 베어링(500); 및 캐리어 바디(100)와 리테이너링(300)의 사이에 배치되어 캐리어 바디(100)의 회전력을 리테이너링(300)에 전달하는 기어 유닛(600)을 더 포함할 수 있다.
캐리어 바디(100)는 일방향으로 회전할 수 있으며, 캐리어 바디(100)의 회전 중심(C1)은 위에서 보았을 때 캐리어 바디(100)의 정중앙일 수 있다. 캐리어 바디(100)는 상부에 연결되는 바디 지지부(200)로부터 회전력을 제공받을 수 있으며, 캐리어 바디(100)의 하측에는 멤브레인(400)이 고정될 수 있다. 또한, 캐리어 바디(100)는 외측 둘레면(102); 및 리테이너링(300)의 회전을 위해 외측 둘레면(102)에 형성되는 외주 톱니(101)를 포함할 수 있다.
도 2를 다시 참조하면, 바디 지지부(200)는 캐리어 바디(100)를 회전 가능하게 지지하며, 캐리어 바디(100)에 회전력을 제공한다. 바디 지지부(200)는 캐리어 바디(100)와 연결되며 상하 방향으로 연장되는 구동축(210); 및 이러한 구동축(210)을 지지하는 메인 프레임(220)을 포함할 수 있다. 이때, 캐리어 바디(100)는 구동축(210)의 하부에 연결될 수 있다. 이러한 바디 지지부(200)는 화학 기계적 연마 장치(1)의 레이아웃 프레임에 고정될 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 구동축(210)을 상하 방향으로 연장되는 하나의 축으로 구성되는 것으로 도시되었으나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다
도 3을 참조하면, 리테이너링(300)은 웨이퍼(W)가 멤브레인(400)을 통해 캐리어 바디(100)의 하측에 고정될 때, 웨이퍼(W)의 둘레를 커버할 수 있도록 배치된다. 캐리어 바디(100)가 웨이퍼(W)를 연마 패드(20) 측으로 가압하면서 회전함에 따라 웨이퍼(W)가 연마될 때, 리테이너링(300)도 캐리어 바디(100)에 의해 연마 패드(20) 측으로 가압되어 회전하게 된다.
또한, 리테이너링(300)은 캐리어 바디(100)의 외측 둘레면의 외곽에 배치되고, 캐리어 바디(100)에 대하여 상대적인 회전이 가능하도록 베어링(500) 및 기어 유닛(600)을 통하여 캐리어 바디(100)와 연결될 수 있다. 또한, 리테이너링(300)은 캐리어 바디(100)의 외측 둘레면(101)에 대향하도록 배치된 내측 둘레면(302); 및 기어 유닛(600)과 맞물리기 위해 내측 둘레면(302)에 형성된 내주 톱니(301)를 포함할 수 있다. 이러한 리테이너링(300)은 기어 유닛(600)의 기어비에 의해 캐리어 바디(100)와 다른 각속도로 회전할 수 있으며, 일 예로 캐리어 바디(100)보다 더 빠른 각속도로 회전할 수 있다. 또한, 리테이너링(300)은 일방향으로 회전되도록 구성될 수 있으나 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 리테이너링(300)은 반영구적으로 사용 가능하도록 스텐레스 등의 금속 재질로 형성된 상측 리테이너링(310), 및 상측 리테이너링(310)의 하측에 구비되며, 반복 하중에도 균열이 생기지 않고 화학적으로 불활성인 재질로 형성된 하측 리테이너링(320)을 포함할 수 있다. 또한, 하측 리테이너링(320)은 그 내측 둘레면이 멤브레인(400)에 흡착된 웨이퍼(W)의 외측 둘레면과 맞닿도록 구성될 수 있으며, 하측 리테이너링(320)의 내측 둘레면은 마찰력이 높은 소재로 제공되어, 웨이퍼(W)의 외측 둘레면의 적어도 일부가 하측 리테이너링(320)의 내측 둘레면 중 일부에 접촉하였을 때 미끄러지는 것이 방지될 수 있다. 이러한 하측 리테이너링(320)은 소모성 재질로 형성될 수 있고 교체가 예정되어 있으므로, 앞서 서술한 내주 톱니(301)는 상측 리테이너링(310)에 형성될 수 있다.
멤브레인(400)은 웨이퍼(W)의 연마를 위해 웨이퍼(W)를 가압하는 가압면을 형성하는 바닥판(410) 및 바닥판(410)으로부터 연장된 격벽(420)을 포함할 수 있다. 격벽(420)은 그 단부가 캐리어 바디(100)에 고정됨으로써, 바닥판(410)과 캐리어 바디(100)의 사이에 압력 챔버(430)를 구획 형성할 수 있다.
베어링(500)은 캐리어 바디(100)와 리테이너링(300)의 사이에 배치될 수 있으며, 리테이너링(300)에 회전 자유도를 부여한다. 다시 말해, 베어링(500)으로 인해 리테이너링(300)은 캐리어 바디(100)에 대하여 상대적인 회전이 가능하게 된다. 본 실시예에서는 베어링(500)이 캐리어 바디(100)의 외주면과 리테이너링(300)의 내주면 사이에 배치되는 레이디얼 볼 베어링인 경우를 예로 들어 도시되었다. 그러나, 본 발명의 사상이 이에 한정되는 것은 아니고, 일 예로 베어링(500)은 캐리어 바디(100)의 하면과 리테이너링(300)의 하면 사이에 배치되는 스러스트 베어링으로 구성될 수도 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 기어 유닛(600)은 캐리어 바디(100)가 일방향으로 회전할 때 리테이너링(300)은 캐리어 바디(100)보다 빠른 각속도로 캐리어 바디(100)의 회전방향과 동일한 방향으로 회전될 수 있다. 다시 말해, 기어 유닛(600)은 캐리어 바디(100)와 리테이너링(300) 사이에서 변속기의 역할을 수행할 수 있다. 또한, 기어 유닛(600)은 복수 개로 제공되어 캐리어 바디의 회전 중심(C1)에 대하여 대칭적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 3개의 기어 유닛(600)이 120°의 간격으로 캐리어 바디(100)와 리테이너링(300)의 사이에 배치될 수 있다.
기어 유닛(600)은 각속도의 변화를 위한 기어가 마련되는 변속부(601); 및 변속부(601)에서 변환되는 회전방향을 복원시키기 위한 기어가 마련되는 방향 전환부(602)를 포함할 수 있다. 변속부(601) 및 방향 전환부(602)는, 둘 중 어느 하나가 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)에 맞물리고, 둘 중 다른 하나가 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)에 맞물리도록 배치된다.
변속부(601)는 제1 변속기어(610); 제1 변속기어(610)보다 많은 톱니수를 가지고 제1 변속기어(610)보다 상측에 배치될 수 있는 제2 변속기어(620) 및 제1 변속기어(610)와 제2 변속기어(620)의 회전축으로 제공되는 제1 기어축(640)을 포함하고, 방향전환부(602)는 캐리어 바디(100)와 리테이너링(300)의 회전방향을 동일하게 하기 위한 방향 전환 기어(650) 및 그 회전축으로 제공되는 제2 기어축(660)을 포함할 수 있다. 또한, 기어 유닛(600)은 제1 기어축(640)과 제2 기어축(660)을 고정하기 위한 기어축 지지부(670)를 포함할 수 있다.
또한, 기어 유닛(600)은 캐리어 바디(100)의 회전중심(도 3, C1)에 대하여 수평 방향에 있어서의 상대 위치가 유지될 수 있다. 여기서, 수평 방향에 있어서의 상대 위치는 캐리어 바디(100)의 회전중심(C1)이 지나는 축(회전축(도2, A))에 수직한 평면에서의 위치를 의미한다. 캐리어 바디(100)와 리테이너링(300)이 회전할 때에, 제1 변속기어(610)와 제2 변속기어(620)는 제1 기어축(640)에 의해 동일한 각속도로 자전하고, 방향 전환 기어(650)는 제2 기어축(660)에 의해 동일한 각속도로 자전하지만, 제1 변속기어(610), 제2 변속기어(620) 및 방향 전환 기어(650)가 회전축(A)에 대하여 공전하는 것은 아니다. 이를 위해, 기어 유닛(600)은 바디 지지부(200)의 메인 프레임(220) 또는 화학 기계적 연마 장치(1)에 마련되는 기어 유닛용 고정부재(미도시)에 고정될 수 있다.
여기서, '자전'과 '공전'은 모두 '회전'의 하위 개념에 해당되지만, 본 명세서 전반에 걸쳐서 '회전'은 기본적으로 '자전'을 의미하는 것으로 사용되었다. 다만, 그렇다고 해서 '회전'이 '공전'을 배제하는 의미로 해석되는 것은 아니다.
제1 실시예에 따르면, 변속부(601)의 제1 변속기어(610)는 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)와 맞물릴 수 있다. 또한, 방향 전환부(602)의 방향 전환 기어(650)는 일측에서 제2 변속기어(620)와 맞물리며 타측에서 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)와 맞물릴 수 있다.
이하에서, 캐리어 바디(100), 기어 유닛(600)의 각 기어들, 및 리테이너링(300)의 회전 방향에 대하여 설명한다. 캐리어 바디(100)가 일방향(예를 들면, 상측에서 보았을 때 시계 방향)으로 회전하면, 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)와 맞물리는 제1 변속기어(610)는 타방향(예를 들면, 상측에서 보았을 때 반시계 방향)으로 회전한다. 또한, 이러한 제1 변속기어(610)의 회전에 의해, 제1 기어축(640) 및 이와 연결된 제2 변속기어(620)도 타방향으로 회전한다. 제2 변속기어(620)가 타방향으로 회전하면, 이와 맞물리는 방향 전환 기어(650)가 일방향으로 회전한다. 이러한 방향 전환 기어(650)는 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)와 맞물리므로, 방향 전환 기어(650)의 일방향으로의 회전에 의해 리테이너링(650)도 일방향으로 회전한다.
다음으로, 캐리어 바디(100), 기어 유닛(600)의 각 기어들, 및 리테이너링(300)의 각속도의 크기를 설명한다. 이하의 설명에서 캐리어 바디(100), 제1 변속기어(610), 제2 변속기어(620), 방향 전환 기어(650) 및 리테이너링(300) 각각의 각속도의 크기는 'w1', 'wa1', 'wa2', 'wb', 'w2'로 나타내고, 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101), 제1 변속기어(610), 제2 변속기어(620), 방향 전환 기어(650) 및 리테이너링(300)의 내주 톱니(301) 각각의 기어반경은 'r1', 'ra1', 'ra2', 'rb', 'r2'로 나타낸다. 한편, 본 명세서의 '기어반경'은 기어의 회전중심으로부터 기어의 오목부와 볼록부의 중간지점까지의 거리로 정의된다. 캐리어 바디(100)의 외측 둘레면(102), 기어유닛의 기어들 및 리테이너링(300)의 내주 둘레면(302)은 기어반경이 클수록 더 많은 수의 톱니를 가지도록 구성될 수 있다.
각속도는 선속도와 기어반경을 곱한 값으로 나타낼 수 있으므로, 캐리어 바디(100)의 기어반경에서의 선속도의 크기는 r1·w1이다. 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)는 제1 변속기어(610)와 맞물리므로, 외주 톱니(101)의 선속도의 크기 r1·w1는 제1 변속기어(610)의 기어반경에서의 선속도의 크기와 동일하다.
또한, 각속도의 크기는 선속도의 크기를 기어반경으로 나눈 값이므로, 제1 변속기어(610)의 각속도의 크기(wa1)는 (r1·w1)/ ra1 이다. 제1 변속기어(610)와 제2 변속기어(620)는 동축으로 회전하므로, 제2 변속기어(620)의 각속도의 크기(wa2)는 제1 변속기어(610)의 각속도의 크기(wa1)인 (r1·w1)/ ra1 와 동일하다. 또한, 제2 변속기어(620)의 기어반경에서의 선속도의 크기는 제2 변속기어(620)의 각속도의 크기(wa2)에 제2 변속기어(620)의 기어반경(ra2)를 곱한 값이므로, (ra2·r1·w1)/ ra1 이다.
또한, 제2 변속기어(620), 방향 전환 기어(650) 및 리테이너링(300)의 내주 톱니(301) 간의 맞물림에서, 방향 전환 기어(650)는 그 각속도(wb) 및 기어반경(rb)과 관계없이 선속도의 크기를 변화시키지 않고 회전방향만 변화시킨다. 다시 말해, 제2 변속기어(620)의 기어반경에서의 선속도의 크기는 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)에서의 선속도의 크기와 동일하다. 따라서, 리테이너링(300)의 내주 톱니에서의 선속도는 제2 변속기어(620)의 선속도인 (ra2·r1·w1)/ ra1 이다.
마찬가지로, 리테이너링(300)의 각속도(w2)는 (ra2·r1·w1)/ (ra1·r2) 이다. 다시 말해, 캐리어 바디(100)의 각속도(w1)와 리테이너링(300)의 각속도(w2)는 아래의 관계가 성립한다.
w2 = [(ra2/ra1)·(r1/r2)] ·w1 (관계식 1)
상기 관계식 1에 따라, 제1 변속기어(610)의 기어반경에 대한 제2 변속기어(620)의 기어반경의 비율(ra2/ra1)이, 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)의 기어반경에 대한 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)의 기어반경의 비율(r2/r1)보다 큰 값을 갖도록 제1 변속기어(610)의 기어반경(ra1), 제2 변속기어(620)의 기어반경(ra2), 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)의 기어반경(r1), 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)의 기어반경(r2)이 선택되면, 이로 인해 리테이너링(300)의 각속도(w2)가 캐리어 바디(100)의 각속도(w1)보다 큰 값을 가진다.
한편, 제1 실시예에서는 변속부(601)가 방향 전환부(602)보다 캐리어 바디의 회전중심(C1)에 더 가까이 배치되는 것으로 서술하였으나, 제1 실시예의 변형예로서, 방향 전환부(602)가 변속부(601)보다 캐리어 바디의 회전중심(C1)에 더 가까이 배치되는 것도 가능하다. 이하 도 6을 참조하여 제1 실시예의 변형예를 설명한다.
이하 도 6을 참조하면, 방향 전환부(602)의 방향 전환 기어(650)는 일측에서 캐리어 바디의 외주 톱니(101)와 맞물리고, 타측에서 변속부(601)의 제1 변속기어(620)와 맞물릴 수 있다. 또한, 제2 변속기어(620)는 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)와 맞물릴 수 있다.
제1 실시예의 변형예에서 캐리어 바디(100)가 일방향(예를 들면, 상측에서 보았을 때 시계 방향)으로 회전하면, 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)와 맞물리는 방향 전환 기어(650)는 타방향(예를 들면, 상측에서 보았을 때 반시계 방향)으로 회전한다. 이러한 방향 전환 기어(650)는 제1 변속기어(610)와 맞물리므로, 방향 전환 기어(650)의 타방향으로의 회전에 의해 제1 변속기어(610)는 일방향으로 회전한다. 이러한 제1 변속기어(610)의 회전에 의해, 제1 기어축(640) 및 이와 연결된 제2 변속기어(620)도 일방향으로 회전된다. 이러한 제2 변속기어(620)는 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)와 맞물리므로, 제2 변속기어(620)의 일방향으로의 회전에 의해 리테이너링(650)도 일방향으로 회전한다.
리테이너링(300)의 각속도(w2)는 제1 변속기어(610)의 기어반경(ra1), 제2 변속기어(620)의 기어반경(ra2), 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)의 기어반경(r1), 및 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)의 기어반경의 비율(r2)에 의해 결정된다. 따라서, 리테이너링(650)의 각속도의 크기(w2)는 기어 유닛(600) 내에서의 변속부(601) 및 방향 전환부(602)의 배치와는 관계없이 (ra2·r1·w1)/ (ra1·r2) 이다. 다시 말해, 제1 실시예의 변형예에 따르더라도 리테이너링(650)의 각속도의 크기(w2)는 관계식 1에 따라 결정될 수 있다.
제1 실시예 및 그 변형예에 따른 캐리어(10)는 상기에서 서술되는 구성을 가짐으로써, 캐리어 바디(100)와 리테이너링(300)이 캐리어 바디의 회전중심(C1)에 대하여 회전함에 있어서, 리테이너링(300)의 각속도가 캐리어 바디(100)의 각속도보다 더 빠를 수 있다.
제1 실시예에 따른 캐리어(10)에서는, 리테이너링(300)이 그 내측 둘레면에서 웨이퍼(W)의 외측 둘레면의 적어도 일부와 마찰 접촉한 상태로 캐리어 바디(100)보다 빠른 각속도로 회전하게 된다. 다시 말해, 멤브레인(400) 뿐만 아니라 리테이너링(300)도 웨이퍼(W)를 회전시키게 되므로, 웨이퍼(W)의 각속도가 캐리어 바디(100)의 각속도보다 저하되는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 캐리어(10)는 웨이퍼(W)가 캐리어 바디(100)의 회전속도를 보다 높은 정확도로 추종할 수 있게 된다는 효과를 가진다.
한편, 상술한 제1 실시예 이외에도, 캐리어 바디(100)의 각속도(w1)에 대한 리테이너링(300)의 각속도(w2)의 비율을 보다 용이하게 변경하기 위해 이하에서 설명되는 제2 실시예가 제안될 수 있다. 이하, 본 발명의 제2 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 제1 실시예와 비교하였을 때 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 제1 실시예를 원용한다. 이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
도 7을 참조하면, 기어 유닛(600)은 제1 기어축(640)을 회전축으로 갖는 제3 변속기어(630)를 더 포함할 수 있다. 이러한 제3 변속기어(630)는 제2 변속기어(620)보다 더 많은 톱니수를 가지고 더 큰 기어반경을 가질 수 있다. 또한 제3 변속기어(630)는 제1 기어축(640)에서 제2 변속기어(620)보다 상측에 배치될 수 있다.
이러한 기어 유닛(600)은 제2 변속기어(620)와 방향 전환 기어(650)가 맞물리는 제1 연결 모드 및 제3 변속기어(630)와 방향 전환 기어(650)가 맞물리는 제2 연결 모드를 가질 수 있다. 제2 연결 모드의 제3 변속기어(630)는 제1 연결 모드의 제2 변속기어(620)보다 큰 기어반경을 가지므로, 제2 연결 모드는 제1 연결 모드보다 리테이너링(300)을 더 빠르게 회전시킬 수 있다. 이러한 제1 연결 모드일 때의 제1 기어축(640)과 제2 기어축(660) 간의 거리(d1)는, 제2 연결 모드일 때의 상기 제1 기어축(640)과 상기 제2 기어축(660) 간의 거리(d2)보다 더 가깝게 배치될 수 있다.
연결 모드의 전환은 기어의 배열 및 연결관계의 변동을 수반한다. 이를 위해, 기어축 지지부(670)는 제1 및 제2 기어축(640, 660)과 대략 수직한 지지면을 가질 수 있으며, 이러한 지지면에는 연결 모드가 전환될 때 제1 기어축(640) 및 제2 기어축(660) 중 적어도 하나를 이동시키기 위한 기어축 이동경로(도 7, 671, 도 10, 672)가 형성될 수 있다. 또한, 기어축 지지부(670)는 제1 및 제2 기어축(640, 660)을 고정하기 위한 베어링 클램프(미도시) 등을 포함할 수 있다. 한편, 기어축 이동경로(671, 672)는, 도 8 내지 도 12를 참조하여 후술할 기어축(610, 640)의 고정 위치(P1, P2, P3, P4) 중 어느 하나(P1, P3)로부터 다른 하나(P2, P4)를 향해 연장 형성되는 장형의 홈을 포함할 수 있으나, 본 발명의 사상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 도 8 내지 도 9를 참조하여 제2 실시예에 따른 제1 연결 모드에서의 작동 상태와 제2 연결 모드에서의 작동 상태에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 8을 참조하여 제1 연결 모드에서의 작동 상태에 대하여 설명한다. 기어 유닛(600)이 제1 연결 모드에 놓이면, 제1 기어축(640)은 제1 연결 모드일 때 제1 기어축 이동경로(671)의 제1 고정 위치(P1)에서 회전 가능하게 고정된다. 제2 기어축(660) 상의 방향 전환 기어(650)는 일측에서 제2 변속기어(620)와 맞물리며 타측에서 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)와 맞물린다. 또한, 기어 유닛의 변속부(601)의 제1 변속기어(610)는 캐리어 바디의 외주 톱니(101)와 맞물린다. 이러한 제1 연결 모드에서는 제3 변속기어(630)는 다른 기어와 맞물리지 않는다.
따라서, 캐리어 바디(100)가 일방향(예를 들면, 상측에서 보았을 때 시계 방향)으로 회전하면, 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)와 맞물리는 제1 변속기어(610) 및 이러한 제1 변속기어(610)와 동축 배치되는 제2 변속기어(620)가 타방향(예를 들면, 상측에서 보았을 때 반시계 방향)으로 회전하고, 제2 변속기어(620)와 맞물리는 방향 전환 기어(650)가 일방향으로 회전된다. 또한, 방향 전환 기어(650)의 일방향으로의 회전에 의해 리테이너링(650)이 일방향으로 회전한다.
이러한 제1 연결 모드에서의 기어들의 맞물림은 상술한 제1 실시예에서의 기어들의 맞물림과 동일하므로, 리테이너링(300)의 각속도(w2)는 앞서 서술한 관계식 1과 동일하게 유도된다. 따라서, 기어 유닛(600)이 제1 연결 모드에 놓일 때의 캐리어 바디(100)의 각속도(w1)에 대한 리테이너링(300)의 각속도(w2)의 비율(제1 비율)은 (ra2/ra1)·(r1/r2)이다.
다음으로, 도 9를 참조하여 제2 연결 모드에서의 작동 상태에 대하여 설명한다. 기어 유닛(600)이 제2 연결 모드에 놓이면, 제1 기어축(640)은 제1 기어축 이동경로(671)의 제2 고정 위치(P2)에서 회전 가능하게 고정된다. 이때, 제1 기어축(640)은 소정 거리 하강한 후에 회전 가능하도록 위치 고정될 수 있고, 이때의 하강 거리는 축방향(도 2의 회전축(A) 방향)에 있어서의 제2 변속기어(620)와 제3 변속기어(630) 사이의 거리일 수 있다. 또한, 제1 변속기어(610)와 맞물리는 톱니(외주 톱니(101))의 축방향 길이는 제2 변속기어(620)와 제3 변속기어(630) 사이의 거리 이상일 수 있다. 이에 따라 제2 연결 모드에서 제2 기어축(660) 상의 방향 전환 기어(650)는 일측에서 제3 변속기어(630)와 맞물리게 되며 타측에서 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)와 맞물린다. 또한, 기어 유닛의 변속부(601)의 제1 변속기어(610)는 캐리어 바디의 외주 톱니(101)와 맞물린다. 또한, 이러한 제2 연결 모드에서는 제2 변속기어(620)는 다른 기어와 맞물리지 않는다. 한편, 상술한 제2 고정 위치(P2)는 제1 고정 위치(P1)보다, 캐리어 바디의 회전중심(C1)과 상기 제1 기어축의 중심(C2)을 연결하는 가상의 선(L1)으로부터 이격된 지점일 수 있다.
따라서, 캐리어 바디(100)가 일방향(예를 들면, 상측에서 보았을 때 시계 방향)으로 회전하면, 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)와 맞물리는 제1 변속기어(610) 및 이러한 제1 변속기어(610)와 동축 배치되는 제3 변속기어(630)가 타방향(예를 들면, 상측에서 보았을 때 반시계 방향)으로 회전하고, 제3 변속기어(630)와 맞물리는 방향 전환 기어(650)가 일방향으로 회전된다. 또한, 방향 전환 기어(650)의 일방향으로의 회전에 의해 리테이너링(650)이 일방향으로 회전한다.
이러한 제2 연결 모드에 따른 리테이너링(650)의 각속도(w2)에는, 제2 변속기어(620)의 기어반경(ra2) 대신에, 제3 변속기어(630)의 기어반경(ra3)이 변수에 포함된다는 점에서 차이가 있으나, 기어들이 맞물리는 방식은 상술한 제1 실시예와 동일하다. 따라서, 제2 연결 모드에서의 캐리어 바디(100)의 각속도(w1)와 리테이너링(300)의 각속도(w2) 간의 관계도 제1 실시예와 유사한 방식으로 도출할 수 있으며, 이들간의 관계는 아래와 같다.
w2 = (ra3/ra1)·(r1/r2)·w1 (관계식 2)
따라서, 기어 유닛(600)이 제2 연결 모드에 놓일 때의 캐리어 바디(100)의 각속도(w1)에 대한 리테이너링(300)의 각속도(w2)의 비율(제2 비율)은 (ra3/ra1)·(r1/r2)이다. ra3이 ra2보다 큰 값을 가지므로, 제2 비율은 제1 비율보다 큰 값을 가진다.
또한, 상기 관계식 2에 따라, 리테이너링(300)의 각속도(w2)가 캐리어 바디(100)의 각속도(w1)보다 큰 값을 가지기 위해서, 제1 변속기어(610)의 기어반경에 대한 제3 변속기어(620)의 기어반경의 비율(ra3/ra1)이, 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)의 기어반경에 대한 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)의 기어반경의 비율(r2/r1)보다 큰 값을 갖도록, 제1 변속기어(610)의 기어반경(ra1), 제3 변속기어(630)의 기어반경(ra3), 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)의 기어반경(r1), 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)의 기어반경(r2)이 선택되어야 함은 당연하다.
한편, 상술한 제2 실시예에서는 연결 모드의 전환에 따라 제1 기어축(640)이 이동 배치되는 경우를 예시하여 설명하였으나, 연결 모드가 전환됨에 따라 제2 기어축(660)이 기어축 지지부(670) 상의 다른 지점으로 이동되도록 변형 실시되는 것도 가능하다. 이하, 이러한 제2 실시예의 변형예를 도 10 내지 도 12를 참고하여, 설명한다.
도 10 내지 도 12를 참고하면, 제2 기어축(660)은 제1 연결 모드일 때 제2 기어축 이동경로(672)의 제3 고정 위치(P3)에서 회전 가능하게 고정되고, 제2 연결 모드일 때 제2 기어축 이동경로(672)의 제4 고정 위치(P4)에서 회전 가능하게 고정될 수 있다. 이때, 제2 기어축(660)은 소정 거리 승강한 후에 회전 가능하도록 위치 고정될 수 있고, 이때의 승강 거리는 축방향(도 2의 회전축(A) 방향)에 있어서의 제2 변속기어(620)와 제3 변속기어(630) 사이의 거리일 수 있다. 또한, 제1 변속기어(610)와 맞물리는 톱니(내주 톱니(301))의 축방향 길이는 제2 변속기어(620)와 제3 변속기어(630) 사이의 거리 이상일 수 있다. 제4 고정 위치(P4)는 제3 고정 위치(P3)보다, 캐리어 바디의 회전중심(C1)과 제1 기어축(640)의 중심을 연결하는 가상의 선(L2)으로부터 더 이격된 지점일 수 있다.
이러한 제2 실시예의 변형예는, 상술한 제2 실시예의 일 예와 비교하여 제2 기어축(660)이 이동 배치된다는 점에서 차이가 있으나, 기어 유닛(600)의 기어비에서 차이가 있는 것은 아니다. 따라서, 제2 실시예의 변형예에서의 제1 연결 모드에서의 제1 비율과 제2 연결 모드 각각에서의 제2 비율은 상술한 제2 실시예의 일 예와 동일하게 관계식 1 및 2로부터 유도될 수 있다.
한편, 이상의 제2 실시예의 예시들에서는 변속부(601)가 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)에 맞물리도록 배치되고, 방향 전환부(602)가 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)에 맞물리도록 배치되는 것을 예시하여 설명하였으나, 반대로 배치되는 것도 가능하다. 다시 말해, 방향 전환부(602)가 캐리어 바디(100)의 외주 톱니(101)에 맞물리도록 배치되고, 변속부(601)가 리테이너링(300)의 내주 톱니(301)에 맞물리도록 배치되는 것도 가능하다.
한편, 본 실시예에 따른 도면에서는 캐리어 바디(100), 리테이너링(300) 및 기어 유닛(600)의 기어가 평기어로 형성되는 것으로 나타내었으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 캐리어를 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1: 화학적 기계적 연마 장치 10: 캐리어
20: 연마 패드 30: 슬러리 공급부
40: 컨디셔너 W: 웨이퍼
100: 캐리어 바디 101: 외주 톱니
102: 외측 둘레면 200: 바디 지지부
210: 구동축 220: 메인 프레임
300: 리테이너링 301: 내주 톱니
302: 내측 둘레면 400: 멤브레인
410: 마닥판 420: 격벽
430: 압력 챔버 500: 베어링
600: 기어 유닛 601: 변속부
610: 제1 변속기어 620: 제2 변속 기어
630: 제3 변속기어 640: 제1 기어축
602: 방향 전환부 650: 방향 전환 기어
660: 제2 기어축 670: 기어축 지지부
671: 제1 기어축 이동경로 672: 제2 기어축 이동경로

Claims (13)

  1. 웨이퍼를 흡착할 수 있는 캐리어 바디;
    상기 캐리어 바디를 둘러싸고, 상기 캐리어 바디보다 더 빠른 각속도로 회전하는 리테이너링; 및
    상기 캐리어 바디와 상기 리테이너링 사이에 맞물려 상기 캐리어 바디가 일방향으로 회전시 상기 리테이너링을 상기 캐리어 바디보다 더 빠른 각속도로 상기 일방향으로 회전시키도록 구성된 기어 유닛을 포함하고,
    상기 기어 유닛은 제1 연결 모드 및 상기 제1 연결 모드일 때보다 상기 리테이너링이 더 빠르게 회전되기 위한 제2 연결 모드 중 어느 한 모드에 놓이고,
    상기 기어 유닛은 복수 개의 기어를 포함하고,
    상기 복수 개의 기어 중 적어도 하나는 상기 기어 유닛이 상기 제1 연결 모드 및 상기 제2 연결모드 중 어느 하나로 전환될 때, 상기 캐리어 바디의 외면 또는 상기 리테이너링의 내면을 따라 이동되는,
    캐리어.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어 바디는 외측 둘레면과, 상기 외측 둘레면에 형성된 외주 톱니를 구비하고,
    상기 리테이너링은 상기 캐리어 바디의 상기 외측 둘레면에 대향하도록 배치된 내측 둘레면과, 상기 내측 둘레면에 형성된 내주 톱니를 구비하며,
    상기 기어유닛은,
    상기 외주 톱니와 상기 내주 톱니에 맞물리는, 캐리어.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 기어 유닛은,
    제1 변속기어;
    상기 제1 변속기어와 동축으로 연결되고, 상기 제1 변속기어보다 많은 톱니수를 갖는 제2 변속기어; 및
    상기 내주 톱니와 상기 제2 변속기어의 사이, 또는 상기 외주 톱니와 상기 제1 변속기어의 사이에 맞물리는 방향 전환 기어를 포함하는, 캐리어.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 변속기어의 기어반경에 대한 상기 제2 변속기어의 기어반경의 비율은, 상기 캐리어 바디의 상기 외주 톱니의 기어반경에 대한 상기 리테이너링의 상기 내주 톱니의 기어반경의 비율보다 크게 구성되는, 캐리어.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 기어 유닛은,
    상기 제1 변속기어와 상기 제2 변속기어를 동축으로 연결하는 제1 기어축; 및
    상기 방향 전환 기어에 연결되는 제2 기어축을 더 포함하고,
    상기 제1 기어축 및 상기 제2 기어축은, 상기 캐리어 바디 및 상기 리테이너링이 회전하는 동안 상기 캐리어 바디의 회전중심에 대한 수평 방향에 있어서의 상대 위치가 유지되는, 캐리어.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 기어 유닛은,
    상기 제1 기어축에 연결되고, 상기 제2 변속기어보다 많은 톱니수를 갖는 제3 변속기어를 더 포함하고,
    상기 기어 유닛은 상기 제1 연결 모드 또는 상기 제2 연결 모드로 상기 외주 톱니와 상기 내주 톱니에 맞물릴 수 있도록 구성되며,
    상기 기어 유닛이 상기 제1 연결 모드일 때에 상기 방향 전환 기어가 상기 제2 변속기어에 맞물리고,
    상기 기어 유닛이 상기 제2 연결 모드일 때에 상기 방향 전환 기어가 상기 제3 변속기어에 맞물리는, 캐리어.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 기어 유닛이 상기 제1 연결 모드일 때에 상기 방향 전환 기어가 상기 내주 톱니와 상기 제2 변속기어의 사이에 맞물리고 상기 제1 변속기어가 상기 외주 톱니와 맞물리고,
    상기 기어 유닛이 상기 제2 연결 모드일 때에, 상기 방향 전환 기어가 상기 내주 톱니와 상기 제3 변속기어의 사이에 맞물리고 상기 제1 변속기어가 상기 외주 톱니와 맞물리는, 캐리어.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 기어 유닛이 상기 제1 연결 모드일 때에 상기 방향 전환 기어가 상기 외주 톱니와 상기 제1 변속기어의 사이에 맞물리고 상기 제2 변속기어가 상기 내주 톱니와 맞물리고,
    상기 기어 유닛이 상기 제2 연결 모드일 때에 상기 방향 전환 기어가 상기 외주 톱니와 상기 제1 변속기어의 사이에 맞물리고 상기 제3 변속기어가 상기 내주 톱니와 맞물리는, 캐리어.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 변속기어의 기어반경에 대한 상기 제3 변속기어의 기어반경의 비율은, 상기 캐리어 바디의 상기 외주 톱니의 기어반경에 대한 상기 리테이너링의 상기 내주 톱니의 기어반경의 비율보다 크게 구성되는, 캐리어.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 기어 유닛은 상기 제1 및 제2 기어축과 수직한 지지면을 갖는 기어축 지지부를 더 포함하고,
    상기 기어축 지지부에는,
    상기 연결 모드의 전환에 따라 상기 제1 기어축 및 상기 제2 기어축 중 적어도 하나를 상기 지지면을 따라 이동시키기 위한 기어축 이동경로가 형성되고,
    상기 기어축 이동경로는,
    상기 기어 유닛이 상기 제1 연결 모드일 때의 상기 제1 기어축과 상기 제2 기어축 간의 거리가, 상기 기어 유닛이 상기 제2 연결 모드일 때의 상기 제1 기어축과 상기 제2 기어축 간의 거리보다 더 가깝게 배치되도록 구성되는, 캐리어.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기어축 지지부는,
    상기 기어 유닛이 상기 제1 연결 모드일 때에, 상기 제1 기어축을 상기 기어축 이동경로의 제1 고정 위치에 고정시키고,
    상기 기어 유닛이 상기 제2 연결 모드일 때에, 상기 제1 기어축을 기어축 이동경로의 제2 고정 위치에 고정시키며,
    상기 제2 고정 위치는 상기 제1 고정 위치보다, 상기 캐리어 바디의 회전중심과 상기 제2 기어축의 중심을 연결하는 가상의 선으로부터 이격된 지점인, 캐리어.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기어축 지지부는,
    상기 기어 유닛이 상기 제1 연결 모드일 때에, 상기 제2 기어축을 상기 기어축 이동경로의 제3 고정 위치에 고정시키고,
    상기 기어 유닛이 상기 제2 연결 모드일 때에, 상기 제2 기어축을 상기 기어축 이동경로의 제4 고정 위치에 고정시키며,
    상기 제4 고정 위치는 상기 제3 고정 위치보다, 상기 캐리어 바디의 회전중심과 상기 제1 기어축의 중심을 연결하는 가상의 선으로부터 이격된 지점인, 캐리어.
  13. 제 2 항에 있어서,
    상기 기어 유닛은 복수 개로 제공되고,
    복수 개의 상기 기어 유닛은 상기 캐리어 바디의 회전중심에 대하여 대칭적으로 배치되는, 캐리어.
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