KR102564114B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR102564114B1 KR1020180055965A KR20180055965A KR102564114B1 KR 102564114 B1 KR102564114 B1 KR 102564114B1 KR 1020180055965 A KR1020180055965 A KR 1020180055965A KR 20180055965 A KR20180055965 A KR 20180055965A KR 102564114 B1 KR102564114 B1 KR 102564114B1
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 기판이 원호형 굴곡부에 거치된 상태에서 연마되도록 하는 것에 의하여, 연마량의 편차를 저감시키고 연마 균일도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판의 연마 안정성 및 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube;CRT)을 대체하는 경량 박형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.
이러한 평판표시장치 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD)가 가장 주목받는 디스플레이 장치였지만, 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며, 밝기, 명암비(contrast ratio) 및 시야각 등에 단점이 있기 때문에, 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 디스플레이 장치에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다. 이중, 최근에 각광받고 있는 차세대 디스플레이 중 하나로서는, 유기발광 디스플레이(OLED: Organic Light Emitting Display)가 있다.
일반적으로 디스플레이 장치에서는 강도 및 투과성이 우수한 유리 기판이 사용되고 있는데, 최근 디스플레이 장치는 슬림화 및 고화소(high-pixel)를 지향하기 때문에, 이에 상응하는 유리 기판이 준비될 수 있어야 한다.
일 예로, OLED 공정 중 하나로서, 비정질실리콘(a-Si)에 레이저를 주사하여 폴리실리콘(poly-Si)으로 결정화하는 ELA(Eximer Laser Annealing) 공정에서는 폴리실리콘이 결정화되면서 표면에 돌기가 발생할 수 있고, 이러한 돌기는 무라 현상(mura-effects)을 발생시킬 수 있으므로, 유리 기판은 돌기가 제거되도록 연마 처리될 수 있어야 한다.
이를 위해, 최근에는 기판의 표면을 효율적으로 연마하기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기판의 처리 효율을 높이고, 연마 안정성 및 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 연마패드의 중앙부와 가장자리부 별로 연마량을 서로 다르게 조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 두께 편차를 제거하여 기판의 두께 프로파일을 전체적으로 균일하게 조절할 수 있으며, 기판의 연마 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 처리 시간을 단축하고, 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 기판의 저면이 거치되는 원호형 굴곡부를 포함하는 기판거치부와, 원호형 굴곡부의 상부에서 기판의 상면에 접촉된 상태로 이동하며 기판의 상면을 연마하는 연마 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 처리 효율을 높이고, 연마 안정성 및 연마 균일도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 연마패드의 중앙부와 가장자리부 별로 연마량을 서로 다르게 조절하는 것에 의하여, 기판의 두께 편차를 제거하여 기판의 두께 프로파일을 전체적으로 균일하게 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판의 연마량 편차를 저감시키며, 연마 균일도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판의 연마 품질을 향상시키고, 연마 안정성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판의 처리 시간을 단축하고, 생산성 및 수율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 연마 유닛을 이동시키기 위한 장비를 간소화하고, 연마 유닛의 이동 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 설비를 간소화하고, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 측면도,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판거치부의 원호형 굴곡부를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 유닛을 설명하기 위한 도면,
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판의 로딩 공정을 설명하기 위한 도면,
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판에 대한 연마 유닛의 연마 경로를 설명하기 위한 평면도,
도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마패드에 의한 기판의 연마량을 설명하기 위한 도면,
도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판의 연마량 프로파일을 설명하기 위한 도면,
도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판의 언로딩 공정을 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 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 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 측면도이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판거치부의 원호형 굴곡부를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 유닛을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판의 로딩 공정을 설명하기 위한 도면이고, 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판에 대한 연마 유닛의 연마 경로를 설명하기 위한 평면도이다. 그리고, 도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마패드에 의한 기판의 연마량을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판의 연마량 프로파일을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 13 및 도 14는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판의 언로딩 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(10)는, 기판(W)의 저면이 거치되는 원호형 굴곡부(222)를 포함하는 기판거치부(201)와, 원호형 굴곡부(222)의 상부에서 기판(W)의 상면에 접촉된 상태로 이동하며 기판(W)의 상면을 연마하는 연마 유닛(230)을 포함한다.
이는, 연마패드(232)의 영역별로 연마량을 조절하고, 기판(W)의 연마 균일도를 높이기 위함이다.
즉, 편평하게 고정된 기판에 대해 연마패드가 자전하며 연마가 행해지는 방식에서는 연마패드의 중앙부와 연마패드의 가장자리부 간의 선속도(v = rw)의 차이에 의해 연마량이 불균일하게 나타날 수 있다.
특히, 연마패드의 가장자리부에서의 선속도는 연마패드의 중앙부에서의 선속도보다 크기 때문에, 연마패드의 가장자리부에 의한 연마량이 연마패드의 중앙부에 의한 연마량보다 크게 나타날 수 있으며, 이에 따라 기판의 연마 균일도 편차가 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명은 기판(W)이 원호형 굴곡부(222)에 거치된 상태에서 연마되도록 하는 것에 의하여, 연마패드(232)의 중앙부와 가장자리부 별로 연마량을 서로 다르게 조절할 수 있으므로, 기판(W)의 두께 편차를 제거하여 기판(W)의 두께 프로파일을 전체적으로 균일하게 조절할 수 있으며, 기판(W)의 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은 연마패드(232)의 가장자리부에 의한 기판의 제1연마량이 연마패드(232)의 중앙부에 의한 기판의 제2연마량보다 작게 되도록 하는 것에 의하여, 연마패드(232)의 가장자리부에서의 선속도가 연마패드(232)의 중앙부에서의 선속도보다 상대적으로 높음으로 인한 연마량 편차를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
기판거치부(201)는 로딩 파트(100)와 언로딩 파트(300)의 사이에 배치되고, 로딩 파트(100)에 공급된 기판(W)은 기판거치부로 이송되어 기판거치부에 안착된 상태에서 연마된 후, 언로딩 파트(300)를 통해 언로딩된다.
보다 구체적으로, 로딩 파트(100)는 연마 처리될 기판(W)을 연마 파트(200)에 로딩하기 위해 마련된다.
로딩 파트(100)는 연마 파트(200)에 기판(W)을 로딩 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 로딩 파트(100)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 로딩 파트(100)는 이송 벨트(210)와 동일한 높이에서 기판(W)을 이송하도록 마련되되, 소정 간격을 두고 이격되게 배치되는 복수개의 로딩 이송 롤러(110)를 포함하며, 복수개의 로딩 이송 롤러(110)의 상부에 공급된 기판(W)은 로딩 이송 롤러(110)가 회전함에 따라 복수개의 로딩 이송 롤러(110)에 의해 상호 협조적으로 이송된다. 경우에 따라서는 로딩 파트가 로딩 이송 롤러에 의해 순환 회전하는 순환 벨트를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
여기서, 로딩 파트(100)가 이송 벨트(210)와 동일한 높이에서 기판(W)을 이송한다 함은, 로딩 파트(100)가 기판(W)의 휨 변형을 허용하는 높이에 배치되어 기판(W)을 이송하는 것으로 정의된다. 가령, 로딩 파트에서 기판이 돌출된 상태(최외각에 배치된 로딩 이송 롤러를 벗어나도록 기판이 이송된 상태)에서 기판의 돌출된 부분의 자중에 의한 휨 변형을 고려하여 로딩 파트는 이송 벨트보다 약간 높은 높이(예를 들어, 10㎜ 이내)에 배치될 수 있다. 다만, 기판의 휨 변형이 억제될 수 있다면, 로딩 파트(100)에서 기판(W)이 이송되는 높이와, 이송 벨트(210)에서 기판(W)이 안착 및 이송되는 높이가 서로 동일할 수 있다.
아울러, 로딩 파트(100)에 공급되는 기판(W)은 로딩 파트(100)로 공급되기 전에 얼라인 유닛(미도시)에 의해 자세 및 위치가 정해진 자세와 위치로 정렬될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 사용되는 기판(W)으로서는 일측변의 길이가 1m 보다 큰 사각형 기판(W)이 사용될 수 있다. 일 예로, 화학 기계적 연마 공정이 수행되는 피처리 기판(W)으로서, 1500㎜*1850㎜의 사이즈를 갖는 6세대 유리 기판(W)이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 7세대 및 8세대 유리 기판이 피처리 기판으로 사용되는 것도 가능하다. 다르게는, 다르게는 일측변의 길이가 1m 보다 작은 기판(예를 들어, 2세대 유리 기판)이 사용되는 것도 가능하다.
기판거치부(201)는 기판(W)의 저면이 거치되는 원호형 굴곡부(222)를 포함하는 다양한 구조로 마련될 수 있으며, 기판거치부(201)의 구조 및 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 기판(W)을 연마한다 함은, 기판(W)에 대한 기계적 연마 공정 또는 화학 기계적 연마(CMP) 공정에 의해 기판(W)을 연마하는 것으로 정의된다. 일 예로, 기판(W)에 대한 기계적 연마가 행해지는 동안 화학적 연마를 위한 슬러리가 함께 공급되며 화학 기계적 연마(CMP) 공정이 행해진다
일 예로, 기판거치부(201)는, 정해진 경로를 따라 이동 가능하게 구비되며 외표면에 기판(W)이 안착되는 이송 벨트(210)와, 이송 벨트(210)의 내부에 배치되며 이송 벨트(210)를 사이에 두고 기판(W)의 저면을 지지하는 원호형 굴곡부(222)가 형성된 기판지지부(220)를 포함한다. 이하에서는 연마 유닛(230)이 기판(W)이 이송되는 중에 기판(W)에 대해 왕복 이동하며 기판의 표면을 연마하는 예를 들어 설명하기로 한다.
보다 구체적으로, 이송 벨트(210)는 기판(W)을 제1방향을 따라 이송하고, 연마 유닛(230)은 기판(W)이 제1방향을 따라 이송되는 중에 제1방향에 직교하는 제2방향을 따라 왕복 이동하며 기판(W)의 표면을 연마한다.
일 예로, 이송 벨트(210)는, 로딩 파트(100)에 인접하게 배치되며, 정해진 경로를 따라 무한 루프 방식으로 순환 회전하도록 구성된다. 로딩 파트(100)에서 이송 벨트(210)로 이송된 기판(W)은 이송 벨트(210)의 외표면에 안착된 상태에서 이송 벨트(210)가 순환 회전함에 따라 제1방향으로 이송된다.
보다 구체적으로, 로딩 파트(100)에서 이송 벨트(210)로 이송된 기판(W)은 이송 벨트(210)가 순환 회전함에 따라 이송 벨트(210)의 외표면에 안착된 상태로 연마 위치(기판지지부의 상부 위치)로 이송될 수 있다. 또한, 연마가 완료된 기판(W)은 이송 벨트(210)가 순환 회전함에 따라 연마 위치에서 언로딩 파트(300) 측으로 이송될 수 있다.
이송 벨트(210)의 순환 회전은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 행해질 수 있다. 일 예로, 이송 벨트(210)는 롤러 유닛(212)에 의해 정해지는 경로를 따라 순환 회전하고, 이송 벨트(210)의 순환 회전에 의하여 이송 벨트(210)에 안착된 기판(W)이 직선 이동 경로를 따라 이송된다.
이송 벨트(210)의 이동 경로(예를 들어, 순환 경로)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 롤러 유닛(212)은 제1롤러(212a)와, 제1롤러(212a)로부터 수평하게 이격되게 배치되는 제2롤러(212b)를 포함하며, 이송 벨트(210)는 제1롤러(212a)와 제2롤러(212b)에 의해 무한 루프 방식으로 순환 회전한다.
이때, 제1롤러(212a)와 제2롤러(212b) 중 어느 하나 이상은 통상의 구동 모터(단일 모터 또는 복수개의 모터)에 의해 회전하도록 구성된다.
참고로, 이송 벨트(210)의 외표면이라 함은, 이송 벨트(210)의 외측에 노출되는 외측 표면을 의미하며, 이송 벨트(210)의 외표면에는 기판(W)이 안착된다. 그리고, 이송 벨트(210)의 내표면이라 함은, 제1롤러(212a)와 제2롤러(212b)가 접촉되는 이송 벨트(210)의 내측 표면을 의미한다.
또한, 제1롤러(212a)와 제2롤러(212b) 중 어느 하나 이상은 선택적으로 서로 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제1롤러(212a)는 고정되는 제2롤러(212b)는 제1롤러(212a)에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제조 공차 및 조립 공차 등에 따라 제1롤러(212a)에 대해 제2롤러(212b)가 접근 및 이격되도록 하는 것에 의하여, 이송 벨트(210)의 장력을 조절할 수 있다.
여기서, 이송 벨트(210)의 장력을 조절한다 함은, 이송 벨트(210)를 팽팽하게 잡아 당기거나 느슨하게 풀어 장력을 조절하는 것으로 정의된다. 경우에 따라서는, 별도의 장력 조절 롤러를 마련하고, 장력 조절 롤러를 이동시켜 이송 벨트의 장력을 조절하는 것도 가능하다. 하지만, 구조 및 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 제1롤러와 제2롤러 중 어느 하나 이상을 이동시키는 것이 바람직하다.
또한, 이송 벨트(210)의 외표면에는 기판(W)에 대한 마찰계수를 높여서 슬립을 억제하는 표면층(미도시)이 형성될 수 있다.
이와 같이, 이송 벨트(210)의 외표면에 표면층을 형성하는 것에 의하여, 기판(W)이 이송 벨트(210)의 외표면에 안착된 상태에서, 이송 벨트(210)에 대한 기판(W)의 이동을 구속(미끄러짐을 구속)할 수 있으며, 기판(W)의 배치 위치를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
표면층은 기판(W)과의 접합성을 갖는 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 표면층의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 표면층은 신축성 및 점착성(마찰력)이 우수한 엔지니어링 플라스틱으로 형성된다. 경우에 따라서는 제1표면층을 논슬립 기능을 갖는 다른 재질, 예를 들어, 논슬립 기능을 갖는 폴리우레탄으로 형성하는 것도 가능하다.
더욱이, 신축성을 갖는 표면층을 이송 벨트(210)의 외표면에 형성하는 것에 의하여, 기판(W)과 이송 벨트(210)의 사이에 이물질이 유입되더라도 이물질의 두께만큼 이물질이 위치한 부분에서 표면층이 눌려질 수 있으므로, 이물질에 의한 기판(W)의 높이 편차(이물질에 의해 기판의 특정 부위가 국부적으로 돌출)를 해소할 수 있으며, 기판(W)의 특정 부위가 국부적으로 돌출됨에 따른 연마 균일도 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 바람직하게, 표면층은 20~50%의 압축율을 갖도록 형성된다.
이때, 표면층은 이송 벨트(210)의 외표면에 전체적으로 형성되는 것이 바람직하다.
기판지지부(220)는 이송 벨트(210)의 내부에 배치되며 이송 벨트(210)를 사이에 두고 기판(W)의 저면을 지지하도록 마련된다.
보다 구체적으로, 기판지지부(220)는 기판(W)의 저면을 마주하도록 이송 벨트(210)의 내부에 배치되며, 이송 벨트(210)의 내표면을 지지한다.
기판지지부(220)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 이송 벨트(210)의 내표면을 지지하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 기판지지부(220)는 이송 벨트(210)의 내표면에 밀착되는 지지플레이트(221)(예를 들어, 석정반)를 포함하며, 지지플레이트(221)의 상단에는 상부를 향해(이송 벨트의 내표면을 향해) 볼록한 원호형 굴곡부(222)가 형성된다.
이와 같이, 지지플레이트(221)가 기판(W)의 하부에서 이송 벨트(210)의 내표면을 지지하도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 자중 및 연마 유닛(230)이 기판(W)을 가압함에 따른 이송 벨트(210)의 처짐을 방지할 수 있다.
원호형 굴곡부(222)는 연마패드(232)의 영역별로 연마량을 조절하고, 기판(W)의 연마 균일도를 높이기 위해 기판지지부(220)의 상단에 형성된다.
즉, 고정된 기판에 대해 연마패드가 자전하며 연마가 행해지는 방식에서는 연마패드의 중앙부와 연마패드의 가장자리부 간의 선속도(v = rw)의 차이에 의해 연마량이 불균일하게 나타날 수 있다.
특히, 연마패드의 가장자리부에서의 선속도는 연마패드의 중앙부에서의 선속도보다 크기 때문에, 연마패드의 가장자리부에 의한 연마량이 연마패드의 중앙부에 의한 연마량보다 크게 나타날 수 있으며, 이에 따라 기판의 연마 균일도 편차가 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명은 기판(W)이 원호형 굴곡부(222)에 거치된 상태에서 연마되도록 하는 것에 의하여, 연마패드(232)의 중앙부와 가장자리부 별로 연마량을 서로 다르게 조절할 수 있으므로, 기판(W)의 두께 편차를 제거하여 기판(W)의 두께 프로파일을 전체적으로 균일하게 조절할 수 있으며, 기판(W)의 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 원호형 굴곡부(222)는, 정점(頂點) 높이를 갖는 피크부(peak portion)(222a)와, 상기 피크부(222a)의 양 가장자리에 형성되며, 피크부(222a)로부터 이격되는 방향을 따라 갈수록 피크부(222a)보다 점진적으로 낮은 높이를 갖는 기저부(fundus portion)(222b)를 포함하여 상부로 볼록한 원호 형태로 형성된다.
이때, 피크부(222a)와 기저부(222b)는 각각 소정 영역으로 정의될 수 있고, 피크부(222a) 영역(S1)과 기저부(222b) 영역(S2)의 크기에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
원호형 굴곡부(222)의 표면 형상 계수는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 도 4를 참조하면, 직경이 300mm인 연마패드(232)를 지지하는 원호형 굴곡부(222)의 표면 형상 계수는 1로 정해질 수 있다. 경우에 따라서는 원호형 굴곡부의 표면 형상 계수를 1보다 작거나 크게 형성하는 것도 가능하다.
바람직하게, 원호형 굴곡부(222)는 제2방향을 따라 연속적으로 형성되어, 제2방향을 따라 기판을 연속적으로 지지하도록 구성된다.
이송 벨트는 원호형 굴곡부(222)의 외표면에 밀착되고, 기판은 원호형 굴곡부(222)의 상부에서 이송 벨트의 외표면에 밀착된다. 기판은 원호형 굴곡부(222)의 상부에 거치된 상태에서 원호형 굴곡부(222)에 대응하는 곡률로 휘어진 원호 형태로 배치된다.
연마 유닛(230)은 원호형 굴곡부(222)의 상부에서 기판(W)의 표면에 접촉된 상태로 이동하며 기판(W)의 상면을 연마하도록 마련된다.
도 5를 참조하면, 연마 유닛(230)은, 기판(W)에 대해 이동하는 캐리어 헤드(234)와, 캐리어 헤드(234)의 하부에 구비되며 기판의 상면을 연마하는 연마패드를 포함한다.
캐리어 헤드(234)는 연마패드(232)를 자전시키면서 가압할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 캐리어 헤드(234)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 캐리어 헤드(234)는, 본체부(235)와, 본체부(235)의 저면에 구비되며 연마패드(232)를 기판에 가압하는 멤브레인(236)을 포함한다.
본체부(235)는 하나의 몸체로 구성되거나, 복수개의 몸체가 결합되어 구성될 수 있으며, 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하도록 구성된다.
멤브레인(236)은 본체부의 저면에 장착되며, 연마패드(220)를 기판(W)에 가압하는 가압력을 전달하도록 마련된다.
또한, 캐리어 헤드(234)에는 연마패드를 기판(W)의 표면에 가압하기 위한 가압부(예를 들어, 공압으로 연마패드를 가압하는 공압가압부)가 구비된다. 보다 구체적으로, 멤브레인(236)의 상부에는 하나로 연통된 단일 압력 챔버(C)가 형성된다.
연마패드(232)는 캐리어 헤드(234)에 장착되어 가압되며, 기판(W)의 표면에 접촉된 상태로 자전하면서 기판(W)의 표면을 선형 연마(평탄화)한다.
연마패드(232)는 기판(W)에 대한 기계적 연마에 적합한 재질로 형성된다. 예를 들어, 연마패드(232)는 폴리우레탄, 폴리유레아(polyurea), 폴리에스테르, 폴리에테르, 에폭시, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 플루오르중합체, 비닐 중합체, 아크릴 및 메타아크릴릭 중합체, 실리콘, 라텍스, 질화 고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 및 스티렌, 부타디엔 및 아크릴로니트릴의 다양한 공중합체를 이용하여 형성될 수 있으며, 연마패드(232)의 재질 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
바람직하게 연마패드(232)로서는 기판(W)보다 작은 크기를 갖는 원형 연마패드(232)가 사용된다. 즉, 기판보다 큰 크기를 갖는 연마패드를 사용하여 기판을 연마하는 것도 가능하나, 기판보다 큰 크기를 갖는 연마패드를 사용하게 되면, 연마패드를 자전시키기 위해 매우 큰 회전 장비 및 공간이 필요하기 때문에, 공간효율성 및 설계자유도가 저하되고 안정성이 저하되는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게, 연마패드(232)는 기판의 가로 길이 또는 세로 길이의 1/2 보다 작은 직경을 갖도록 형성된다.
실질적으로, 대면적 기판은 적어도 일측변의 길이가 1m 보다 큰 크기를 갖기 때문에, 기판보다 큰 크기를 갖는 연마패드(예를 들어, 1m 보다 큰 직경을 갖는 연마패드)를 자전시키는 것 자체가 매우 곤란한 문제점이 있다. 또한, 비원형 연마패드(예를 들어, 사각형 연마패드)를 사용하면, 자전하는 연마패드에 의해 연마되는 기판의 표면이 전체적으로 균일한 두께로 연마될 수 없다. 하지만, 본 발명은, 기판(W)보다 작은 크기를 갖는 원형 연마패드(232)를 자전시켜 기판(W)의 표면을 연마하도록 하는 것에 의하여, 공간효율성 및 설계자유도를 크게 저하하지 않고도 연마패드(232)를 자전시켜 기판(W)을 연마하는 것이 가능하고, 연마패드(232)에 의한 연마량을 전체적으로 균일하게 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 기판(W)에 접촉되는 연마패드(232)의 저면은 편평하게 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 연마 유닛(230)의 연마 패드(232)는 연마 공정 중에 자전하고, 연마 패드(232)의 자전 중심부(z1)는 연마 패드(232)의 가장자리부(z2)에 비하여 피크부(222a)에 보다 가깝게 배치되어 기판의 상면을 연마한다. 이에 따라, 연마 유닛(230)의 연마패드(232)는 원호형 굴곡부(222)의 피크부(222a)에서 기판(W)에 밀착되고, 피크부(222a)에서 기저부(222b)로 갈수록 연마 유닛(230)의 연마패드(232)는 기판(W)으로부터 점진적으로 이격된다.
이와 같이, 연마패드가 피크부(222a)에서는 기판(W)에 밀착되고 기저부(222b)에서는 기판(W)으로부터 점진적으로 이격되도록 하는 것에 의하여, 연마패드(232)의 가장자리부에 접촉되는 기판(W)의 제1연마량을 연마패드(232)의 중앙부에 접촉되는 기판(W)의 제2연마량보다 작게 할 수 있으므로, 연마패드(232)의 가장자리부에서의 선속도가 연마패드(232)의 중앙부에서의 선속도보다 상대적으로 높음으로 인한 연마량 편차를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱 바람직하게, 연마패드(232)의 가장자리부에서의 제1연마량은 연마패드(232)의 반경 방향을 따라 내측에서 외측으로 갈수록 점진적으로 감소한다.
즉, 도 11을 참조하면, 기판이 편평한 지지플레이트에 지지된 상태로 연마패드에 의해 연마되는 구조의 경우, 연마패드에 의한 기판의 연마량(RR1)이 연마패드의 가장자리부(edge)에서는 높고 연마패드의 중앙부(center)에서 낮은 쌍봉낙타(two-humped camel) 형태로 나타나는 것을 확인할 수 있다.
반면, 기판(W)이 원호형 굴곡부(222)에 지지된 상태(원호 형태로 굴곡된 상태)로 연마패드(232)에 의해 연마되는 구조의 경우, 연마패드(232)에 의한 기판(W)의 연마량(RR2)이 연마패드(232)의 중앙부(center)에서는 높고 연마패드(232)의 가장자리부(edge)에서는 점진적으로 감소하는 단봉낙타(one-humped camel) 형태로 나타나는 것을 확인할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 기존 방식에 의한 기판의 연마량(RR1)과 달리, 기판(W)의 연마량(RR2)이 연마패드(232)의 가장자리부에서는 연마패드의 중앙부보다 높지 않고 점진적으로 낮아짐을 확인할 수 있다.
이와 같이, 연마패드(232)의 가장자리부에서 연마패드(232)가 기판(W)으로부터 점진적으로 이격되도록 하는 것에 의하여, 연마패드(232)의 가장자리부에서 연마패드(232)와 기판(W)의 접촉(접촉 시간)을 연마패드의 중앙부에서 보다 낮출 수 있으므로, 기판(W)의 연마량(RR2)은 연마패드(232)의 중앙부(center)에서는 높고 연마패드(232)의 가장자리부(edge)에서는 점진적으로 감소하는 형태로 나타난다.
예를 들어, 연마패드(232)의 직경이 300mmm이고, 연마패드(232)의 왕복 이동 속도가 100mm/s이며, 연마패드(232)의 회전 속도가 150rpm이고, 연마패드(232)의 중심을 기준으로 연마패드(232)의 이동 거리가 36mm인 조건하에서, 기판(W)의 연마량을 일정 간격으로 겹쳐서 배치하면 도 12와 같은 연마량 프로파일을 얻을 수 있다.
즉, 도 12를 참조하면, 기존 방식(지지플레이트가 편평한 구조)(a)에 의한 기판의 연마량 프로파일(RR1 sum)의 연마 불균일도는 약 1.98%인데 반해, 본 발명(원호형 굴곡부에 기판 지지)(b)에 의한 기판(W)의 연마량 프로파일(RR2 sum)의 연마 불균일도는 약 0.48%인 것에서 확인할 수 있듯이, 연마 불균일도가 기존 대비 70% 이상 낮아짐 확인할 수 있다.
이송 벨트(210)의 회전에 의해 기판(W)이 제1방향으로 이송됨과 동시에 연마 유닛(230)은 제1방향에 직교하는 제2방향을 따라 왕복 이동하도록 구성된다.
이와 같이, 기판(W)의 이송과 동시에 기판(W)의 연마가 이루어지도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 연마 공정을 간소화하고 기판(W)의 연마 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기판의 위치가 고정된 상태(이송 벨트의 회전이 정지된 상태)에서 기판에 대해 연마 유닛을 이동시켜 기판을 연마한 후 기판을 언로딩 파트로 이송하는 것도 가능하다. 하지만, 기판의 연마 공정과 기판의 이송 공정이 개별적으로 행해짐에 따라 기판의 처리 시간이 증가하고 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 기판(W)의 연마 공정와 기판의 이송 공정이 동시에 행해지도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 처리 시간을 단축하고 생산성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 이송 벨트(210)가 회전하면 기판(W)을 제1방향으로 이송함과 동시에 연마 유닛(230)이 제2방향으로 왕복 이동하며 기판(W)을 연마하는 방식에서는, 기판지지부(220)와 이송벨트(210)를 보다 소형으로 제작하는 것이 가능한 이점이 있다.
즉, 이송 벨트에 의한 기판의 이동이 정지된 상태에서 기판을 연마하기 위해서는 필연적으로 기판의 저면 전체가 기판지지부에 의해 지지되어야 한다. 이와 같이, 연마 공정 중에 기판의 저면 전체를 지지해야 하는 구조에서는, 기판지지부가 기판보다 같거나 큰 사이즈로 형성되어야 하고, 이송 벨트의 내부에 기판지지부를 배치시키기 위하여 불가피하게 이송 벨트의 사이즈도 함께 커져야 하기 때문에, 설계자유도 및 공간활용성이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 기판(W)이 제1방향으로 이송되면서 제2방향으로 왕복 이동하는 연마 유닛(230)에 의하여 기판(W)이 연마되므로, 기판지지부(220)를 기판(W)보다 작은 사이즈로 형성하고, 기판지지부(220)가 기판(W)의 저면 전체를 지지하지 않고 기판(W)의 저면 일부만을 부분적으로 지지하도록 하는 것이 가능하다. 일 예로, 도 9를 참조하면, 기판지지부(220)를 구성하는 지지플레이트(221)는 기판(W)보다 작은 사이즈를 갖도록 형성되며, 연마 유닛(230)의 하부 위치(연마 유닛에 의한 연마가 행해지는 위치)에서 기판(W)의 저면을 부분적으로 지지한다.
이와 같이, 지지플레이트(221)를 기판(W)보다 소형으로 제작할 수 있도록 하는 것에 의하여, 이송 벨트(210) 역시 소형으로 제작하는 것이 가능하며, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에서 연마 유닛(230)은 단일 방향(제2방향)으로만 이동하면 되므로, 연마 유닛(230)을 이동시키기 위한 겐트리 등의 장비를 간소화하고, 연마 유닛(230)의 이동 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
기판(W)이 제1방향을 따라 이송됨과 동시에 연마 유닛(230)이 제1방향에 직교하는 제2방향으로 왕복 이동함에 따라, 기판(W)에 대한 연마 유닛(230)의 연마 경로는 지그재그 형태를 이루게된다.
즉, 도 10을 참조하면, 기판(W)이 제1방향을 따라 이송됨과 동시에 연마 유닛(230)이 제1방향에 직교하는 제2방향으로 왕복 이동함에 따라, 연마패드(232)는 기판(W)의 일변에 대해 경사진 제1사선경로(L1)와, 제1사선경로(L1)의 반대 방향으로 경사진 제2사선경로(L2)를 따라 기판에 대해 반복적으로 지그재그 이동하면서 기판(W)의 표면을 연마한다.
여기서, 제1사선경로(L1)라 함은, 예를 들어 기판(W)의 좌측변에 대해 소정 각도(θ)로 경사진 경로를 의미한다. 또한, 제2사선경로(L2)라 함은, 제1사선경로(L1)와 교차하도록 제1사선경로(L1)의 반대 방향을 향해 소정 각도로 경사진 경로를 의미한다.
또한, 본 발명에서 연마패드(232)가 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 반복적으로 지그재그 이동한다 함은, 연마패드(232)가 기판(W)의 표면에 접촉된 상태로 이동하는 중에 기판(W)에 대한 연마패드(232)의 이동 경로가 중단되지 않고 다른 방향으로 전환(제1사선경로에서 제2사선경로로 전환)되는 것으로 정의된다. 다시 말해서, 연마패드(232)는 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 연속적으로 이동하며 연속적으로 연결된 파도 형태의 이동 궤적을 형성한다.
보다 구체적으로, 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)는 기판(W)의 일변을 기준으로 선대칭이며, 연마패드(232)는 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 반복적으로 지그재그 이동하며 기판(W)의 표면을 연마한다. 이때, 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)가 기판(W)의 일변을 기준으로 선대칭이라 함은, 기판(W)의 일변(11)을 중심으로 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 대칭시켰을 때, 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)가 완전히 겹쳐지는 것을 의미하고, 기판(W)의 일변과 제1사선경로(L1)가 이루는 각도와, 기판(W)의 일변과 제2사선경로(L2)가 이루는 각도가 서로 동일한 것으로 정의된다.
바람직하게, 연마패드(232)는, 연마패드(232)의 직경보다 작거나 같은 길이를 왕복 이동 피치로 하여 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 기판(W)에 대해 왕복 이동한다. 이때, 기판에 대한 연마패드(232)의 왕복 이동 피치는 이송 벨트의 회전에 의한 기판의 제1방향 이송 속도를 제어함으로써 조절될 수 있다. 이하에서는 연마패드(232)가 연마패드(232)의 직경 만큼의 길이를 왕복 이동 피치로 하여 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 기판(W)에 대해 규칙적으로 왕복 이동하는 예를 설명하기로 한다.
이때, 연마 유닛(230)은 겐트리(Gantry)와 같은 구조물(미도시)에 의해 제2방향을 따라 선형 이동하도록 구성될 수 있으며, 연마 유닛(230)을 이동시키는 구조물의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 겐트리는 기판을 사이에 두고 기판의 양측에 배치되는 제1지지축과 제2지지축, 및 제1지지축과 제2지지축을 연결하는 연결축을 포함할 수 있으며, 연마 유닛(230)은 연결축 상에 제2방향을 따라 직선 이동 가능하게 장착될 수 있다.
이와 같이, 기판(W)에 대해 연마패드(232)가 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 반복적으로 지그재그 이동하면서 기판(W)의 표면을 연마하되, 연마패드(232)가 연마패드(232)의 직경보다 작거나 같은 길이를 왕복 이동 피치(P)로 하여 기판(W)에 대해 전진 이동하도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 전체 표면 영역에서 연마패드(232)에 의한 연마가 누락되는 영역없이 기판(W)의 전체 표면을 규칙적으로 균일하게 연마하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 기판(W)에 대해 연마패드(232)가 전진 이동한다 함은, 연마패드(232)가 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 기판(W)에 대해 이동하면서 기판(W)의 전방을 향해(예를 들어, 도 10을 기준으로 기판의 좌측변에서 우측변을 향해) 직진 이동하는 것으로 정의된다. 다시 말해서, 밑변, 빗변, 대변으로 이루어진 직각삼각형을 예를 들면, 직각삼각형의 밑변은 기판(W)의 좌측변으로 정의되고, 직각삼각형의 빗변은 제1사선경로(L1) 또는 제2사선경로(L2)로 정의될 수 있으며, 직각삼각형의 대변은 기판(W)에 대한 연마패드(232)의 전진 이동 거리로 정의될 수 있다.
다시 말해서, 연마패드(232)의 직경보다 작거나 같은 길이를 왕복 이동 피치로 하여 기판(W)에 대해 연마패드(232)가 반복적으로 지그재그 이동(제1사선경로와 제2사선경로를 따라 이동)하면서 기판(W)을 연마하도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 전체 표면 영역에서 연마패드(232)에 의한 연마가 누락되는 영역이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 기판(W)의 두께 편차를 균일하게 제어하고, 기판(W)의 두께 분포를 2차원 판면에 대하여 균일하게 조절하여 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(10)는, 이송 벨트의 내표면과 지지플레이트(221)의 상면 사이에 구비되어 지지플레이트(221)에 대한 이송 벨트의 마찰계수를 낮추는 윤활층을 포함할 수 있다.
이는, 기판에 대한 연마가 행해지는 중에 기판을 제1방향으로 이송시키기 위한 이송 벨트(210)의 순환 회전이 보다 원활하게 이루어지도록 하기 위함이다.
즉, 기판에 대한 연마가 행해지는 중에는 이송 벨트(210)의 내표면에 지지플레이트(221)의 상면이 밀착되는 바, 이송 벨트(210)의 내표면이 지지플레이트(221)의 상면에 접촉된 상태에서는 이송 벨트(210)의 회전이 원활하게 이루어지기 어렵다.
하지만, 본 발명은 이송 벨트의 내표면과 지지플레이트(221)의 상면 사이에 윤활층을 마련하는 것에 의하여, 이송 벨트(210)의 내표면이 지지플레이트(221)에 지지된 상태에서 이송 벨트(210)의 회전을 원활하게 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 이송 벨트의 내표면과 지지플레이트(221)의 상면 사이에 윤활층이 구비된다 함은, 윤활층이 지지플레이트(221)의 상면에 형성되거나, 윤활층이 이송 벨트의 내표면에 형성되는 것을 모두 포함하는 것으로 정의된다. 경우에 따라서는 지지플레이트의 상면과 이송 벨트의 내표면에 모두 윤활층을 형성하는 것도 가능하다. 이때, 윤활층은 피윤활면(이송 벨트의 내표면 또는 지지플레이트의 상면)에 접착 또는 코팅 방식 등으로 형성될 수 있다.
윤활층은 비 점착 및 자기 윤활 특성이 우수한 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 윤활층의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 바람직하게, 윤활층은 불소, 폴리에틸렌 수지 중 어느 하나 이상을 이용하여 형성된다.
한편, 기판 처리 장치(10)는, 기판(W)을 로딩 파트(100)에서 연마 파트(200)로 이송하는 로딩 이송 공정 중에, 로딩 파트(100)가 기판(W)을 이송하는 로딩 이송 속도와, 이송 벨트(210)가 기판(W)을 이송하는 벨트 이송 속도를 동기화하는 로딩 제어부(120)를 포함한다.
보다 구체적으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 로딩 제어부(120)는, 기판(W)의 일단이 이송 벨트(210)에 미리 정의된 안착 시작 위치(SP)에 배치되면, 로딩 이송 속도와 벨트 이송 속도를 동기화시킨다.
여기서, 이송 벨트(210)에 미리 안착 시작 위치(SP)라 함은, 이송 벨트(210)의 순환 회전에 의해 기판(W)이 이송되기 시작할 수 있는 위치로 정의되며, 안착 시작 위치(SP)에서는 이송 벨트(210)와 기판(W) 간의 접합성이 부여된다. 일 예로, 안착 시작 위치(SP)는 로딩 파트(100)에서부터 이송되는 기판(W)의 선단을 마주하는 기판수용부(214a)의 일변(또는 기판수용부의 일변에 인접한 위치)에 설정될 수 있다.
참고로, 센서 또는 비젼 카메라와 같은 통상의 감지수단에 의하여 기판수용부(214a)의 일변이 안착 시작 위치(SP)에 위치된 것으로 감지되면, 기판수용부(214a)의 일변이 안착 시작 위치(SP)에 위치된 상태가 유지되도록 이송 벨트(210)의 회전이 정지된다.
그 후, 이송 벨트(210)의 회전이 정지된 상태에서, 감지수단에 의해 기판(W)의 선단이 안착 시작 위치(SP)에 배치된 것으로 감지되면, 로딩 제어부(120)는 로딩 파트(100)가 기판(W)을 이송하는 로딩 이송 속도와, 이송 벨트(210)가 기판(W)을 이송하는 벨트 이송 속도가 서로 동일한 속도가 되도록 이송 벨트(210)를 회전(동기화 회전)시켜 기판(W)이 연마 위치로 이송되게 한다.
그리고, 언로딩 파트(300)는 연마 처리가 완료된 기판(W)을 연마 파트(200)에서 언로딩하기 위해 마련된다.
언로딩 파트(300)는 연마 파트(200)에서 기판(W)을 언로딩 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 언로딩 파트(300)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 언로딩 파트(300)는 이송 벨트(210)와 동일한 높이에서 기판(W)을 이송하되, 소정 간격을 두고 이격되게 배치되는 복수개의 언로딩 이송 롤러(310)를 포함하며, 복수개의 언로딩 이송 롤러(310)의 상부에 공급된 기판(W)은 언로딩 이송 롤러(310)가 회전함에 따라 복수개의 언로딩 이송 롤러(310)에 의해 상호 협조적으로 이송된다. 경우에 따라서는 언로딩 파트가 언로딩 이송 롤러에 의해 순환 회전하는 순환 벨트를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
여기서, 언로딩 파트(300)가 이송 벨트(210)와 동일한 높이에서 기판(W)을 이송한다 함은, 언로딩 파트(300)가 기판(W)의 휨 변형을 허용하는 높이에 배치되어 기판(W)을 이송하는 것으로 정의된다. 가령, 이송 벨트로부터 기판이 돌출된 상태(기판의 일부가 이송 벨트 외측으로 이송된 상태)에서 기판의 돌출 부분의 자중에 의한 휨 변형을 고려하여 로딩 파트는 이송 벨트보다 약간 낮은 높이(예를 들어, 10㎜ 이내)에 배치될 수 있다. 다만, 기판의 휨 변형이 억제될 수 있다면, 언로딩 파트(300)에서 기판(W)이 이송되는 높이와, 이송 벨트(210)에서 기판(W)이 안착 및 이송되는 높이가 서로 동일할 수 있다.
바림직하게, 기판(W)은 이송 벨트(210)가 기판(W)의 저면으로부터 이격되는 방향으로 이동함에 따라 이송 벨트(210)로부터 분리된다.
이는, 연마가 완료된 기판(W)을 언로딩함에 있어서, 별도의 픽업 장치(예를 들어, 기판(W) 흡착 장치)를 이용하여 기판(W)을 픽업한 후, 다시 기판(W)을 언로딩 파트에 내려놓는 공정을 배제하고, 기판(W)의 언로딩 시간을 단축하기 위함이다.
보다 구체적으로, 도 13을 참조하면, 이송 벨트(210)는 정해진 경로를 따라 순환 회전하며 기판(W)을 이송하도록 구성된다. 기판(W)은 이송 벨트(210)가 회전 경로를 따라 이동하기 시작하는 위치(이송 벨트가 제2롤러의 외표면을 따른 곡선 경로를 따라 이동하기 시작하는 위치)에서, 이송 벨트(210)가 기판(W)의 저면으로부터 이격되는 방향으로 이동함에 따라 이송 벨트(210)로부터 분리된다.
이와 같이, 기판(W)을 이송하는 이송 벨트(210)가 기판(W)을 일정 구간 이상 이송시킨 상태에서는, 이송 벨트(210)가 기판(W)의 저면으로부터 이격되는 방향으로 이동되게 하는 것에 의하여, 별도의 픽업 공정없이 이송 벨트(210)로부터 기판(W)을 자연스럽게 분리하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기존에는 로딩 파트로 공급된 기판을 연마 파트로 로딩시키기 위하여, 별도의 픽업 장치(예를 들어, 기판 흡착 장치)를 이용하여 로딩 파트에서 기판을 픽업한 후, 다시 기판을 연마 파트에 내려놓아야 했기 때문에, 기판을 로딩하는데 소요되는 시간이 수초~수십초가 걸릴 정도로 처리 시간이 증가하는 문제점이 있다. 더욱이, 기존에는 연마가 완료된 기판을 언로딩 파트로 언로딩시키기 위하여, 별도의 픽업 장치(예를 들어, 기판 흡착 장치)를 이용하여 연마 파트에서 기판을 픽업한 후, 다시 기판을 언로딩 파트에 내려놓아야 했기 때문에, 기판을 언로딩하는데 소요되는 시간이 수초~수십초가 걸릴 정도로 처리 시간이 증가하는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 로딩 파트(100)에서 공급된 기판(W)이 이송 벨트(210)로 직접 이송된 상태에서, 기판(W)에 대한 연마 공정이 행해지고, 기판(W)이 이송 벨트(210) 상에서 직접 언로딩 파트(300)로 이송되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 처리 공정을 간소화하고, 처리 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 기판(W)의 로딩 및 언로딩시 별도의 픽업 공정을 배제하고, 순환 회전하는 이송 벨트(210)를 이용하여 인라인 방식으로 기판(W)이 처리되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 로딩 시간 및 언로딩 공정을 간소화하고, 기판(W)의 로딩 및 언로딩에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 기판(W)의 로딩 및 언로딩시 기판(W)을 픽업하기 위한 픽업 장치를 마련할 필요가 없기 때문에, 장비 및 설비를 간소화할 수 있으며, 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(10)는, 기판(W)을 연마 파트(200)에서 언로딩 파트(300)로 이송하는 언로딩 이송 공정 중에, 이송 벨트(210)가 기판(W)을 이송하는 벨트 이송 속도와 언로딩 파트(300)가 기판(W)을 이송하는 언로딩 이송 속도를 동기화하는 언로딩 제어부(320)를 포함한다.
일 예로, 도 13을 참조하면, 언로딩 제어부(320)는 기판(W)의 일단이 감지되면, 이송 벨트(210)가 기판(W)을 이송하는 벨트 이송 속도와 동일한 속도로 언로딩 이송 속도를 동기화시킨다. 경우에 따라서는, 기판의 일단의 감지 여부와 관계없이, 벨트 이송 속도와 언로딩 이송 속도가 동일하도록 언로딩 이송 롤러를 회전시키고 있는 상태에서 이송 벨트를 회전시켜 기판을 언로딩 파트로 언로딩하는 것도 가능하다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 이송 벨트가 정해진 경로를 따라 순환 회전하는 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 이송 벨트가 일 방향에서 다른 일 방향으로 권취되며 기판을 이송하는 것도 가능하다.(미도시)
여기서, 이송 벨트가 일 방향에서 다른 일 방향으로 권취된다 함은, 이송 벨트가 통상의 카세트 테이프의 릴 투 릴(reel to reel) 권취 방식(제1릴에 권취되었다가 다시 제2릴에 반대 방향으로 권취되는 방식)으로 오픈 루프 형태의 이동 궤적을 따라 이동(권취)하는 것으로 정의된다.
이때, 기판은 이송 벨트의 이동 경로가 꺽여지는 위치(예를 들어, 도 13과 같이, 이송 벨트가 롤러의 외표면을 따른 곡선 경로를 따라 이동하기 시작하는 위치)에서, 이송 벨트가 기판의 저면으로부터 이격되는 방향으로 이동함에 따라 이송 벨트로부터 분리될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 이송 벨트(210)가 일단과 타단이 연속적으로 연결된 링 형상의 엔드리스(endless) 구조로 형성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 이송 벨트를 일단과 타단이 분리 가능한 구조로 형성하는 것도 가능하다. 이송 벨트의 일단과 타단이 분리되는 구조에서 체결부재를 이용한 통상의 패스너에 의해 이송 벨트의 일단과 타단이 선택적으로 분리 결합될 수 있다.
한편, 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 단 하나의 연마 패드로 기판을 연마하는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 2개 이상의 연마 패드를 동시에 이용하여 단일 기판을 연마하는 것도 가능하다.
도 15를 참조하면, 연마 유닛은, 기판에 접촉된 상태로 제2방향을 따라 왕복 이동하며 기판(W)을 연마하는 제1연마패드(232)와, 제2방향을 따라 제1연마패드(232)와 이격되게 배치되며 기판(W)에 접촉된 상태로 제2방향을 따라 왕복 이동하며 기판(W)을 연마하는 제2연마패드(232')를 포함한다. 경우에 따라서는 제1연마패드와 제2연마패드가 제1방향을 따라 이격되게 배치되는 것도 가능하다.
일 예로, 제1연마패드(232)는 기판(W)의 제1영역(S1)을 연마하고, 제2연마패드(232')는 기판(W)의 제2영역(S2)을 연마하되, 제1연마패드(232)와 제2연마패드(232')는 서로 동일한 방향(제2방향)으로 이동하며 제1영역과 제2영역에서 동시에 기판(W)을 연마한다.
바람직하게, 제1연마패드(232)는 제2방향을 따른 기판(W)의 일단부와 기판(W)의 중앙부 사이를 왕복 이동하며 기판(W)의 제1영역(S1)을 연마하고, 제2연마패드(232')는 제2방향을 따른 기판(W)의 중앙부와 기판(W)의 타단부 사이를 왕복 이동하며 기판(W)의 제2영역(S2)을 연마한다. 경우에 따라서는 3개 이상의 연마패드를 이용하여 단일 기판을 동시에 연마하는 것도 가능하다.
전술한 실시예와 마찬가지로, 제1연마패드(232)와 제2연마패드(232')가 기판에 접촉되는 상태에서 기판(W)의 저면은 원호형 굴곡부(도 2의 222)에 의해 지지된다.
이와 같이, 제1연마패드(232)와 제2연마패드(232')를 이용하여 단일 기판(W)을 동시에 연마하는 것에 의하여, 기판(W)의 연마 시간을 보다 단축하고 기판의 처리 효율을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 단 하나의 연마패드를 왕복 이동시켜 기판을 연마하는 방식(도 9 참조)에 비하여, 제1연마패드(232)와 제2연마패드(232')의 왕복 이동 스트로크를 1/2 수준으로 축소시킬 수 있으므로, 제1연마패드(232)와 제2연마패드(232')에 의한 기판의 처리 효율을 높이고 생산성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 단 하나의 겐트리를 이용하여 제1연마패드(232)와 제2연마패드(232')를 동시에 왕복 이동시킬 수 있으므로, 설비를 소형화하고 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 기판의 사이즈가 커질수록 기판을 전체적으로 연마하는데 소요되는 시간이 길어지므로, 예를 들어, 6세대 유리 기판의 경우 단일 연마패드를 이용하여 기판 전체를 연마하는데 5분 이상 소요되므로, 연마 공정이 행해지는 중에 이물질이 기판에 고화될 우려가 높은 문제점이 있으며, 세정 공정이 오래 소요되고 세정 효과가 낮은 문제점이 있다. 하지만, 본 발명은 기판의 사이즈가 커지더라도 연마에 소요되는 시간을 단축할 수 있으며, 연마 입자 등이 포함된 이물질이 기판에 고착되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 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 처리 장치 100 : 로딩 파트
110 : 로딩 이송 롤러 120 : 로딩 제어부
200 : 연마 파트 201 : 기판거치부
210 : 이송 벨트 212 : 롤러 유닛
212a : 제1롤러 212b : 제2롤러
220 : 기판지지부 221 : 지지플레이트
222 : 원호형 굴곡부 222a : 피크부
222b : 기저부 230 : 연마 유닛
232,232' : 연마패드 234 : 캐리어 헤드
236 : 멤브레인 300 : 언로딩 파트
310 : 언로딩 이송 롤러 320 : 언로딩 제어부

Claims (17)

  1. 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치로서,
    정해진 경로를 따라 이동 가능하게 구비되며 외표면에 상기 기판이 안착되는 이송 벨트와;
    정점(peak) 높이를 갖는 피크부와, 상기 피크부의 양 가장자리에 형성되며 상기 피크부로부터 이격되는 방향을 따라 갈수록 상기 피크부보다 점진적으로 낮은 높이를 갖는 기저부를 갖는 원호형 굴곡부를 포함하는 기판 지지부와;
    상기 원호형 굴곡부에서 상기 기판의 상면에 접촉된 상태로 자전하는 연마 패드를 구비하고, 상기 연마 패드는 상기 기판에 비하여 더 작게 형성되어 상기 기판에 대하여 이동하면서 상기 기판을 연마하며, 상기 연마 패드의 자전 중심부가 상기 피크부의 상측에 배치되고 상기 연마 패드의 가장자리부가 상기 기저부에 배치되어 상기 기판의 상면을 연마하는 연마 유닛을;
    포함하여, 상기 연마패드의 가장자리부에 접촉되는 상기 기판의 제1연마량은 상기 연마패드의 중앙부에 접촉되는 상기 기판의 제2연마량보다 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연마 유닛은 상기 피크부에서 상기 기판에 밀착되고,
    상기 피크부에서 상기 기저부로 갈수록 상기 연마 유닛은 상기 기판으로부터 점진적으로 이격되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 제1방향을 따라 이송되고,
    상기 연마 유닛은 상기 기판이 상기 제1방향을 따라 이송되는 중에, 상기 제1방향에 직교하는 제2방향을 따라 왕복 이동하며 상기 기판의 상면을 연마하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 상기 이송 벨트의 내부에 배치되되, 상기 이송 벨트를 사이에 두고 상기 기판의 저면을 지지하고,
    상기 기판 지지부와 상기 이송 벨트는 기판거치부를 형성하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이송 벨트는 상기 제1방향으로 상기 기판을 이송하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 이송 벨트는 상기 원호형 굴곡부의 외표면에 밀착되고,
    상기 기판은 상기 원호형 굴곡부의 상부에서 상기 이송 벨트의 외표면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 원호형 굴곡부는 상기 제2방향을 따라 상기 기판을 연속적으로 지지하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제1항 또는 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 유닛은 상기 기판의 가로 길이 또는 세로 길이보다 작은 직경을 갖고 상기 기판의 표면에 접촉된 상태로 자전하는 연마패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연마 유닛은 상기 연마패드의 상면에 접촉하는 멤브레인을 포함하고,
    상기 멤브레인에는 상기 연마패드를 상기 기판에 가압하는 가압력이 인가되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항 또는 제3항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1연마량은 상기 연마패드의 반경 방향을 따라 내측에서 외측으로 갈수록 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 삭제
  15. 제9항에 있어서,
    상기 연마패드는 이격되게 복수개가 마련된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치
  16. 삭제
  17. 삭제
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