KR102549518B1 - 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템 - Google Patents

기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 공정용 기판 반전 장치는, 기판의 측면을 지지하며 기판을 반전 회전시키는 기판그립부와, 기판의 측면이 접촉되며 기판그립부의 내면에 접근 및 이격 가능하게 구비되는 복수개의 가동그립부와, 기판그립부에 대한 가동그립부의 접근을 개별적으로 감지하는 복수개의 감지부를 포함하여 구성됨으로써, 기판의 그립(grip) 여부를 정확하게 감지하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템{SUBSTRATE TURNING APPARATUS AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판의 그립(grip) 여부를 정확하게 감지할 수 있는 기판 반전 장치 및 이를 구비한 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.
아울러, 화학 기계적 연마 공정 중에는 웨이퍼의 공정면이 연마 정반(P1, P2,..)의 표면과 접촉하기 위하여 하측을 향하지만, 세정 공정 중에는 세정액이 중력 방향으로 공급되면서 세정이 이루어지므로 웨이퍼의 공정면이 상측을 향하게 된다. 이를 위하여, 언로딩 유닛에서는 웨이퍼를 180도 뒤집는 반전 작업이 웨이퍼 반전 장치에 의해 행해진다.
이를 위해, 도 1의 언로딩 유닛(U)에는 웨이퍼 반전 장치가 구비된다. 언로딩 유닛(U)에 위치한 거치대(10)는 전기적 힘이나 유압 또는 공압을 이용한 이동 수단에 의하여 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 동시에 웨이퍼(W)를 파지하는 반전 장치의 그립퍼도 조작 수단에 의하여 상하 방향으로 이동 가능하며 그립퍼에 의해 웨이퍼를 파지할 수 있게 설치된다.
이와 같이, 연마 패드 및 슬러리를 이용한 화학 기계적 연마 공정이 끝난 웨이퍼(W)는, 반전 장치의 그립퍼에 파지(grip)된 상태에서, 그립퍼가 회전함에 따라 180도 반전된 후 이송될 수 있다.
그러나, 웨이퍼(W)가 반전 장치의 그립퍼에 정확하게 파지되지 않은 상태(예를 들어, 삐뚤어지게 파지된 상태)에서 웨이퍼(W)의 이송 또는 반전이 이루어지게 되면, 웨이퍼(W)의 이송 또는 반전 도중에 웨이퍼가 반전 장치로부터 분리되어 낙하할 우려가 있기 때문에, 웨이퍼(W)가 반전 장치에 의해 이송 또는 반전되기 전에 반전 장치의 그립퍼에 웨이퍼(W)가 정확하게 그립되어 있는지 여부를 감지할 수 있어야 한다.
또한, 반전 장치에 웨이퍼(W)가 그립된 상태를 정확히 감지하지 못하면 웨이퍼(W)의 이송 및 반전 공정을 정확히 제어하기 어렵기 때문에, 반전 장치에 대한 웨이퍼(W)의 그립 상태를 정확하게 감지할 수 있어야 한다.
이를 위해, 최근에는 반전 장치에 대한 웨이퍼의 그립 상태를 정확하게 감지하기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기판의 그립(grip) 여부를 정확하게 감지할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 복수개의 가동그립부를 이용하여 기판그립부에 대한 기판의 정상적인 그립 상태를 정확하게 감지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 손상을 방지하고, 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마 공정용 기판 반전 장치는, 기판의 측면을 지지하며 기판을 반전 회전시키는 기판그립부와, 기판의 측면이 접촉되며 기판그립부의 내면에 접근 및 이격 가능하게 구비되는 복수개의 가동그립부와, 기판그립부에 대한 가동그립부의 접근을 개별적으로 감지하는 복수개의 감지부를 포함한다.
이는 기판이 기판 반전 장치에 정확하게 그립되지 않은 상태(예를 들어, 삐뚤어지게 파지된 상태)를 정확하게 감지하고, 기판의 반전 회전 및 이송을 안전하게 수행할 수 있도록 하기 위함이다.
즉, 본 발명은 기판에 의해 복수개의 가동그립부가 동시에 이동(기판 그립부에 접근되게 이동)하도록 하고, 감지부가 기판그립부에 대한 가동그립부의 접근을 개별적으로 감지하는 것에 의하여, 기판그립부에 대한 기판의 정상적 그립 상태를 정확히 감지하고, 기판의 정상적 그립 상태에서만 기판의 반전 회전이 이루어질 수 있게 함으로써, 기판의 반전 회전 및 이송을 안전하게 수행하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 복수개의 감지부에서 동시에 복수개의 가동그립부의 접근을 감지하는 경우에만, 기판의 반전 회전이 이루어지게 하는 것에 의하여, 기판의 그립 상태를 정확하게 감지하고, 기판이 반전 회전 및 이송되는 동안 기판이 분리되어 낙하하는 것을 미연에 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
구체적으로, 가동그립부는, 기판그립부의 내면에 접근되는 제1위치와, 기판그립부의 내면으로부터 이격되는 제2위치로 이동 가능하게 구비되고, 가동그립부가 기판에 의해 제1위치로 이동하면, 감지부는 가동그립부의 접근을 감지하도록 구성될 수 있다.
여기서, 감지부가 제1위치에 이동된 가동그립부의 접근을 감지한다 함은, 가동그립부가 제1위치에서 감지부에 직접 접촉되거나, 가동그립부가 제1위치에서 감지부로부터 미리 설정된 거리 이내로 인접(이격)하게 배치되는 것을 모두 포함하는 개념으로 이해된다. 바람직하게, 가동그립부가 제1위치에서 감지부에 직접 접촉되도록 하는 것에 의하여, 다시 말해서, 제1위치에서 가동그립부의 일측이 감지부에 접촉된 상태로 유지되도록 하는 것에 의하여, 가동그립부 상에 그립된 기판의 유동을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 기판그립부에 기판의 반경 방향을 따라 가이드홈을 형성하고, 가동그립부에 가이드홈을 따라 직선 이동하는 가이드돌기를 형성하는 것에 의하여, 기판그립부에 대한 가동그립부의 이동이 유동없이 안정적으로 이루어지게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 가동그립부가 기판그립부에 대해 탄성적으로 접근 및 이격되도록 하는 것에 의하여, 기판이 기판그립부로부터 분리될 시 가동그립부가 초기 위치(제2위치)로 자동적으로 복귀될 수 있다. 일 예로, 가동그립부와 기판그립부의 사이에는 스프링부재가 개재될 수 있고, 가동그립부는 스프링부재의 탄성력에 의해 기판그립부에 대해 탄성적으로 접근 및 이격될 수 있다.
여기서, 기판그립부는, 제1그립부재와, 제1그립부재를 마주하며, 제1그립부재에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2그립부재를 포함하며, 가동그립부는 동일 평면 상에서 제1그립부재와 제2그립부재의 내면에 각각 접근 및 이격 가능하게 구비된다. 바람직하게, 가동그립부는 기판의 원주 방향을 따라 이격되게 배치되되, 제1그립부재와 제2그립부재의 내면에 각각 상호 대칭적으로 배치하는 것에 의하여, 가동그립부에 의한 감지 정확도를 보다 높이는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 기판그립부에 연결되며 기판의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부를 포함하고, 기판그립부에 연결되며 기판의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부를 기판의 그립 상태를 보다 안정적으로 유지하고, 반전 회전시 기판의 분리를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 분야에 따르면, 화학 기계적 연마 시스템은, 기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와; 연마 파트의 영역에 구비되되, 기판의 측면을 지지하는 기판그립부와, 기판의 측면이 접촉되며 기판그립부의 내면에 접근 및 이격 가능하게 구비되는 복수개의 가동그립부와, 기판그립부에 대한 가동그립부의 접근을 개별적으로 감지하는 복수개의 감지부를 포함하는 그립 어셈블리와; 복수개의 감지부에서 동시에 기판그립부에 대한 가동그립부의 접근을 감지하면, 그립 어셈블리가 기판을 반전 회전시키도록 제어하는 제어부를; 포함한다.
이와 같이, 기판에 의해 복수개의 가동그립부가 동시에 이동(기판 그립부에 접근되게 이동)하도록 하고, 감지부가 기판그립부에 대한 가동그립부의 접근을 개별적으로 감지하는 것에 의하여, 기판그립부에 대한 기판의 정상적 그립 상태를 정확히 감지하고, 기판의 정상적 그립 상태에서만 기판의 반전 회전이 이루어질 수 있게 함으로써, 기판의 반전 회전 및 이송을 안전하게 수행하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 복수개의 감지부에서 동시에 복수개의 가동그립부의 접근을 감지하는 경우에만, 기판의 반전 회전이 이루어지게 하는 것에 의하여, 기판의 그립 상태를 정확하게 감지하고, 기판이 반전 회전 및 이송되는 동안 기판이 분리되어 낙하하는 것을 미연에 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 그립 어셈블리를 연마파트에서 기판이 언로딩되는 언로딩 영역에 구비함으로써, 화학 기계적 연마가 완료된 기판을 안전하게 반전 회전시킬 수 있다.
구체적으로, 가동그립부는, 기판그립부의 내면에 접근되는 제1위치와, 기판그립부의 내면으로부터 이격되는 제2위치로 이동 가능하게 구비되고, 가동그립부가 기판에 의해 제1위치로 이동하면, 감지부는 가동그립부의 접근을 감지하되, 복수개의 감지부에서 동시에 기판그립부에 대한 가동그립부의 접근을 감지하면, 기판이 기판그립부에 정상적으로 그립된 것으로 인식하도록 하는 것에 의하여, 기판의 정상적인 그립 상태를 정확하게 감지하는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 기판그립부에 기판의 반경 방향을 따라 가이드홈을 형성하고, 가동그립부에 가이드홈을 따라 직선 이동하는 가이드돌기를 형성하는 것에 의하여, 기판그립부에 대한 가동그립부의 이동이 유동없이 안정적으로 이루어지게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 가동그립부와 기판그립부의 사이에는 스프링부재가 개재되고, 가동그립부는 기판그립부에 대해 탄성적으로 접근 및 이격되게 하는 것에 의하여, 기판이 기판그립부로부터 분리될 시 가동그립부가 초기 위치(제2위치)로 자동적으로 복귀될 수 있다.
여기서, 기판그립부는, 제1그립부재와, 제1그립부재를 마주하며, 제1그립부재에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2그립부재를 포함하며, 가동그립부는 동일 평면 상에서 제1그립부재와 제2그립부재의 내면에 각각 접근 및 이격 가능하게 구비된다. 바람직하게, 가동그립부는 기판의 원주 방향을 따라 이격되게 배치되되, 제1그립부재와 제2그립부재의 내면에 각각 상호 대칭적으로 배치하는 것에 의하여, 가동그립부에 의한 감지 정확도를 보다 높이는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 기판그립부에 연결되며 기판의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부를 포함하고, 기판그립부에 연결되며 기판의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부를 기판의 그립 상태를 보다 안정적으로 유지하고, 반전 회전시 기판의 분리를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 복수개의 가동그립부 중 적어도 어느 하나가 감지부에 미감지되면 경보신호를 발생시키는 경보발생부를 포함하는 것에 의하여, 기판의 비정상적인 그립 상태를 사용자에게 신속하게 인지시키는 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 그립 상태를 정확하게 감지할 수 있으며, 기판의 이송을 정확하게 제어할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 기판에 의해 복수개의 가동그립부가 동시에 이동(기판 그립부에 접근되게 이동)하도록 하고, 감지부가 기판그립부에 대한 가동그립부의 접근을 개별적으로 감지하는 것에 의하여, 기판그립부에 대한 기판의 정상적 그립 상태를 정확히 감지하고, 기판의 정상적 그립 상태에서만 기판의 반전 회전이 이루어질 수 있게 함으로써, 기판의 반전 회전 및 이송을 안전하게 수행하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 복수개의 감지부에서 동시에 복수개의 가동그립부의 접근을 감지하는 경우에만, 기판의 반전 회전이 이루어지게 하는 것에 의하여, 기판의 그립 상태를 정확하게 감지하고, 기판이 반전 회전 및 이송되는 동안 기판이 분리되어 낙하하는 것을 미연에 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 낙하 및 손상을 최소화하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있음은 물론, 공정 효율성 및 수율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 화학 기계적 연마 장비의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템을 설명하기 위한 도면,
도 3 및 도 4는 도 2의 그립 어셈블리를 설명하기 위한 도면,
도 5 내지 도 7은 도 2의 그립 어셈블리의 구조 및 작동 구조를 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 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 3 및 도 4는 도 2의 그립 어셈블리를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5 내지 도 7은 도 2의 그립 어셈블리의 구조 및 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 시스템(10)은, 기판(12)에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트(100)와; 연마 파트(100)의 영역에 구비되되, 기판(12)의 측면을 지지하는 기판그립부(445)와, 기판(12)의 측면이 접촉되며 기판그립부(445)의 내면에 접근 및 이격 가능하게 구비되는 복수개의 가동그립부(500)와, 기판그립부(445)에 대한 가동그립부(500)의 접근을 개별적으로 감지하는 복수개의 감지부(600)를 포함하는 그립 어셈블리(440)와; 복수개의 감지부(600)에서 동시에 기판그립부(445)에 대한 가동그립부(500)의 접근을 감지하면, 그립 어셈블리(440)가 기판(12)을 반전 회전시키도록 제어하는 제어부(610)를; 포함하다.
도 2를 참조하면, 연마 파트(100)는 기판(12)에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하기 위해 제공된다.
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.
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 유닛(130)에 공급된 기판(12)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.
캐리어 헤드(120)는 연마 파트(100) 영역 상에서 기설정된 순환 경로를 따라 이동할 수 있으며, 로딩 유닛에 공급된 기판(12)(이하 기판의 로딩 위치에 공급된 기판이라 함)은 캐리어 헤드(120)에 밀착된 상태로 캐리어 헤드에 의해 이송될 수 있다. 일 예로, 캐리어 헤드는 로딩 유닛에서부터 시작하여 연마 정반(110)을 거쳐 대략 사각형 형태의 순환 경로로 이동하도록 구성될 수 있다.
연마 파트(100)의 인접한 측부에는 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판(12)의 표면에 잔류하는 이물질을 제거하기 위한 세정 공정을 수행하는 세정 파트(200)가 마련된다.
세정 파트(200)는 여러 단계의 세정 및 건조 공정을 수행 가능한 구조로 제공될 수 있으며, 세정 파트(200)를 구성하는 스테이션(210)의 구조 및 레이아웃에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 세정 파트(200)에는 브러시 세정 스테이션, 및 헹굼 건조 스테이션 등이 제공될 수 있다.
그립 어셈블리(440)는 연마 파트(100) 영역 상에 제공되며, 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판(12)이 세정 파트(200)로 공급되기 전에 기판(12)의 연마면(polishing surface)이 반대 방향으로 반전시키기 위해 구비된다. 일 예로, 그립 어셈블리(440)는 연마파트에서 기판(12)이 언로딩되는 언로딩 영역에 구비될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 기판(12)의 연마면이라 함은, 연마 패드에 접촉되며 연마되는 기판(12)의 면(저면 또는 상면)을 의미한다. 실질적으로 화학 기계적 연마 공정 중에는 기판(12)의 연마면(예를 들어, 기판(12)의 저면)이 하측을 바라보도록 배치될 수 있으며, 그립 어셈블리(440)는 기판(12)의 연마면이 상측을 향하도록 기판(12)을 180도 뒤집어 반전시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 그립 어셈블리(440)는, 기판(12)의 측면을 지지하며 기판(12)을 반전 회전시키는 기판그립부(445)와, 기판(12)의 측면이 접촉되며 기판그립부(445)의 내면에 접근 및 이격 가능하게 구비되는 복수개의 가동그립부(500)와, 기판그립부(445)에 대한 가동그립부(500)의 접근을 개별적으로 감지하는 복수개의 감지부(600)를 포함한다.
기판 그립부는 회전 어셈블리(430)에 연결되어 회전 어셈블리(430)에 의해 선택적으로 반전(turning) 회전할 수 있으며, 회전 어셈블리(430)는 구동 어셈블리에 의해 구동되는 가동 어셈블리에 장착되어 가동 어셈블리에 의해 상하 방향(또는 좌우 방향)을 따라 이동(예를 들어, 직선 이동)하도록 구성될 수 있다.
기판그립부(445)는 기판(12)의 측면을 지지 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 기판그립부(445)의 구조 및 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절히 변경될 수 있다. 일 예로, 기판그립부(445)는 제1그립부재(450)와, 제1그립부재(450)를 마주하며 제1그립부재(450)에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2그립부재(460)를 포함할 수 있고, 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460)는 서로 접근되며 기판(12)의 측면을 지지할 수 있다. 경우에 따라서는 기판그립부가 3개 이상의 그립부재를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
참고로, 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460) 간의 접근 및 이격은 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460) 중 어느 하나가 다른 하나에 대해 이동함으로써 수행되거나, 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460)가 동시에 모두 이동함으로써 수행될 수 있다.
또한, 기판그립부(445)의 내측에는 기판(12)의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부(452,462)가 연결될 수 있으며, 기판(12)은 연마면 지지부(452,462)의 상면에 배치된 상태에서 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460)에 의해 그립될 수 있다.
아울러, 연마면 지지부(452,462)는 기판(12)의 원주 방향을 따라 연속적으로 연결된 형태로 형성되거나, 기판(12)의 원주 방향을 따라 이격된 형태로 형성될 수 있으며, 연마면 지지부(452,462)의 구조 및 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
바람직하게 연마면 지지부(452,462)는 기판(12)의 연마면에 접촉을 최소화할 수 있는 구조로 제공될 수 있다. 물론, 연마면 지지부가 기판(12)의 연마면에 직접 접촉되도록 구성하는 것도 가능하나, 연마면 지지부가 기판(12)의 연마면에 직접 접촉될 경우에는 접촉에 의한 손상이 발생될 우려가 있다. 따라서, 연마면 지지부(452,462)는 기판(12)의 연마면에 접촉을 최소화할 수 있는 구조로 제공되는 것이 바람직하다. 일 예로, 연마면 지지부(452,462)에는 하향 경사지게 경사안내부가 형성될 수 있으며, 경사안내부에는 기판(12)의 연마면 모서리(edge)가 접촉되도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구조는, 기판(12)의 연마면이 연마면 지지부(452,462)에 직접 접촉되지 않고, 기판(12)의 연마면 모서리만이 연마면 지지부(452,462)에 접촉되게 함으로써, 접촉에 의한 연마면의 손상을 미연에 방지할 수 있게 한다.
또한, 기판그립부(445)에는 기판(12)의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부(454,464)가 연결될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 기판(12)의 비연마면이라 함은, 기판(12)의 연마면의 반대쪽 면을 의미한다. 실질적으로 화학 기계적 연마 공정 중에는 기판(12)의 비연마면(예를 들어, 기판(12)의 상면)이 상측을 바라보도록 배치될 수 있으며, 기판 반전 장치(400)는 기판(12)의 비연마면이 하측을 향하도록 기판(12)을 180도 뒤집어 반전시킬 수 있다.
기판(12)의 연마면과 달리 기판(12)의 비연마면은 접촉에 의한 영향에 구애받지 않으며, 비연마면 지지부(454,464)는 비연마면을 지지 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 바람직하게 비연마면 지지부(454,464)는 연마면 지지부보다 짧은 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
복수개의 가동그립부(500)는 동일 평면 상에서 기판그립부(445)의 내면에 개별적으로 접근 및 이격 가능하게 구비되며, 다시 말해서, 복수개의 가동그립부(500)는 서로 동일한 평면에 수평하게 배치되며 기판(12)의 측면은 각 가동그립부(500)에 동시에 접촉된다.
아울러, 감지부(600)는 기판그립부(445)에 대한 가동그립부(500)의 접근을 개별적으로 감지하도록 구비된다. 일 예로, 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460)에 구비된 총 6개의 가동그립부(500)를 각각 개별적으로 감지하기 위한 6개의 감지부(600)가 구비될 수 있다.
보다 구체적으로, 가동그립부(500)는, 기판(12)의 반경 방향을 따라 기판그립부(445)의 내면에 접근되는 제1위치와, 기판그립부(445)의 내면으로부터 이격되는 제2위치로 이동 가능하게 구비되고, 가동그립부(500)가 기판(12)에 의해 제1위치로 이동하면, 감지부(600)는 가동그립부(500)의 접근을 감지하도록 구성된다.
여기서, 감지부(600)가 제1위치에 이동된 가동그립부(500)의 접근을 감지한다 함은, 가동그립부(500)가 제1위치에서 감지부(600)에 직접 접촉되거나, 가동그립부(500)가 제1위치에서 감지부(600)로부터 미리 설정된 거리 이내로 인접(이격)하게 배치되는 것을 모두 포함하는 개념으로 이해된다. 바람직하게, 도 7과 같이, 가동그립부(500)가 제1위치에서 감지부(600)에 직접 접촉되도록 하는 것에 의하여, 다시 말해서, 제1위치에서 가동그립부(500)의 일측이 감지부(600)에 접촉된 상태로 유지되도록 하는 것에 의하여, 가동그립부(500) 상에 그립된 기판(12)의 유동을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
가동그립부(500)의 갯수 및 배치 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 바람직하게 가동그립부(500)에 의한 감지 정확도를 보다 높일 수 있도록, 가동그립부(500)는 기판(12)의 원주 방향을 따라 이격되게 배치되되, 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460)의 내면에 각각 상호 대칭적으로 배치될 수 있다. 일 예로, 제1그립부재(450)의 내면과, 제2그립부의 내면에는 상호 대칭되게 각각 3개의 가동그립부(500)가 배치될 수 있다. 경우에 따라서는 제1그립부재와 제2그립부재의 내면에 각각 2개 또는 4개 이상의 가동그립부를 장착하는 것도 가능하다.
또한, 기판그립부(445)에는 기판(12)의 반경 방향을 따라 가이드홈(452a)이 형성되고, 가동그립부(500)에는 가이드홈(452a)을 따라 직선 이동하는 가이드돌기(520)가 형성될 수 있다.
이와 같이, 기판그립부(445)에 대한 가동그립부(500)의 이동시 가이드돌기(520)가 가이드홈(452a)을 따라 직선 이동하도록 하는 것에 의하여, 기판그립부(445)에 대한 가동그립부(500)의 이동이 유동없이 안정적으로 이루어지게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
경우에 따라서는 기판그립부에 가이드돌기를 형성하고, 가동그립부에 가이드홈을 형성하는 것도 가능하다. 아울러, 가이드돌기와 가이드홈의 형상 및 구조는 요구되는 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 가이드돌기와 가이드홈의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
아울러, 가동그립부(500)는 기판그립부(445)에 탄성적으로 접근 및 이격될 수 있다. 일 예로, 가동그립부(500)와 기판그립부(445)의 사이에는 스프링부재(510)가 개재될 수 있고, 가동그립부(500)는 스프링부재(510)의 탄성력에 의해 기판그립부(445)에 탄성적으로 접근 및 이격될 수 있다. 경우에 따라서는 스프링부재 대신 여타 다른 탄성수단이 사용될 수 있다. 다르게는 자기력을 이용한 탄성수단에 의해 가동그립부가 탄성적으로 이동하도록 구성하는 것도 가능하다.
감지부(600)로서는 가동그립부(500)의 접근을 감지 가능한 다양한 센서 또는 감지수단이 사용될 수 있다. 일 예로, 감지부(600)로서는 가동그립부(500)의 접촉을 감지하는 접촉식 센서가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 감지부로서 가동그립부의 접근을 비접촉식으로 감지하는 비접촉식 센서가 사용되는 것도 가능하다.
제어부(610)는 복수개의 감지부(600)에서 동시에 기판그립부(445)에 대한 가동그립부(500)의 접근을 감지하면, 그립 어셈블리(440)가 기판(12)을 반전 회전시키도록 제어한다.
예를 들어, 도 6과 같이, 제어부(610)는, 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460)에 구비된 총 6개의 가동그립부(500)가 모두 각 감지부(600)에 접근된 것으로 감지(예를 들어, 접촉을 감지)되면, 그립 어셈블리(440)가 기판(12)을 반전 회전시키도록 제어한다.
반면, 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460)에 구비된 총 6개의 가동그립부(500) 중 어느 하나가 감지부(600)에 접근되지 않은 것으로 감지되면, 그립 어셈블리(440)에 의한 기판(12)의 회전이 중지되도록 제어한다. 예를 들어, 기판(12)이 삐뚤어지게(수평 방향에 대해 기울어지게) 배치된 상태에서는 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460)에 구비된 총 6개의 가동그립부(500) 중 적어도 어느 하나가 감지부(600)에 접근되지 않기 때문에, 기판(12)의 그립 상태가 비정상적으로 이루어졌음을 알 수 있다.
또한, 복수개의 가동그립부(500) 중 적어도 어느 하나가 감지부(600)에 미감지되면 경보신호를 발생시키는 경보발생부(620)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 경보발생부(620)는 제1그립부재(450)와 제2그립부재(460)에 구비된 총 6개의 가동그립부(500) 중 어느 하나가 감지부(600)에 접근되지 않은 것으로 감지되면, 경보신호를 발생시키도록 구성된다.
여기서, 경보신호라 함은 통상의 음향수단에 의한 청각적 경보신호, 및 통상의 경고등에 의한 시각적 경보신호 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이외에도 작업자에게 그립 어셈블리(440)에 대한 기판(12)의 비정상 그립 상황을 인지시킬 수 있는 여타 다른 다양한 경보신호가 이용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 기판그립부(445)에 대한 기판(12)의 그립 상태를, 복수개의 가동그립부(500)를 이용하여 감지하는 것에 의하여, 기판(12)의 정상적 그립 상태를 정확하게 감지할 수 있고, 기판(12)의 정상적 그립 상태에서만 기판(12)의 반전 회전이 이루어질 수 있게 함으로써, 기판(12)의 반전 회전 및 이송을 안전하게 수행하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 복수개의 감지부(600)에서 동시에 복수개의 가동그립부(500)의 접근을 감지하는 경우에만, 기판(12)의 반전 회전이 이루어지게 하는 것에 의하여, 기판(12)이 반전 회전 및 이송되는 동안 기판(12)이 분리되어 낙하하는 것을 미연에 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 기판 반전 장치는 선택적으로 기판을 반전시키기 위해 다양한 위치에 적용되는 것이 가능하며, 기판 반전 장치의 제공 위치 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 기판 반전 장치가 화학 기계적 연마 시스템의 세정 파트 영역 상에 제공되는 것도 가능하다.
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.
100 : 연마 파트 110 : 연마 정반
120 : 캐리어 헤드 130 : 로딩 유닛
200 : 세정 파트 300 : 이송 파트
400 : 기판 반전 장치 410 : 구동 어셈블리
420 : 가동 어셈블리 430 : 회전 어셈블리
440 : 그립 어셈블리 445 : 기판그립부
450 : 제1그립부재 460 : 제2그립부재
500 : 가동그립부 510 : 스프링부재
600 : 감지부 610 : 제어부
620 : 경보발생부

Claims (21)

  1. 화학 기계적 연마 공정용 기판 반전 장치에 있어서,
    하향 경사진 경사 안내부가 형성되어 원반 형태의 기판의 연마면(polishing surface)의 모서리만을 지지하면서 상기 연마면에 대향하는 연마면 지지부를 포함하여 상기 기판을 지지하고, 상기 기판을 반전 회전시키는 기판그립부와;
    상기 기판그립부의 내면에 스프링 부재에 의해 탄성 지지되면서 상기 기판의 반경 방향으로 형성된 가이드 홈을 따라 직선 이동하는 가이드 돌기와 함께 이동하며 상기 기판의 측면에 접근하거나 멀어지고, 상기 기판의 원주 방향을 따라 이격된 다수의 위치에 배치되는 복수개의 가동그립부와;
    복수개의 상기 가동 그립부가 상기 기판그립부에 접근하는 것을 개별적으로 감지하는 복수개의 감지부를;
    포함하고, 상기 감지부에 의하여 상기 기판이 위치한 상태로 감지되면 상기 기판 그립부에 의해 상기 기판이 반전 회전시키는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
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  12. 화학 기계적 연마 시스템에 있어서,
    기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와;
    상기 연마 파트의 영역에 구비되고, 제1항에 따른 기판 반전 장치를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
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