KR102607586B1 - 기판 지지 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 기판 지지 장치는 프레임 내에 배치된 다공성 척(porous chuck), 상기 다공성 척 위에 배치되는 흡착 패드, 및 상기 다공성 척과 상기 흡착 패드 사이에 배치되는 점착층을 포함할 수 있다. 상기 흡착 패드는, 탄성층 및 상기 탄성층이 결합된 기포층을 포함할 수 있고, 상기 점착층, 탄성층 및 기포층은 각각 두께 방향으로 연장되는 관통부들을 포함할 수 있으며, 상기 흡착 패드는 100 이하의 Asker C 경도를 가질 수 있다.

Description

기판 지지 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법{SUBSTRATE SUPPORTIONG DEVICE AND METHOD OF POLISHING SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 기판 지지 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 디스플레이 기판을 연마하기 위하여 이를 진공 흡착하여 지지하는 기판 지지 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법에 관한 것이다.
화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing: CMP) 공정에서는 웨이퍼(wafer) 기판을 연마하기 위하여 이를 지지하는 장치로서 멤브레인 척(membrane chuck) 구조의 웨이퍼 기판 지지 장치를 사용하고 있다. 이러한 멤브레인 척 구조의 웨이퍼 기판 지지 장치는 실리콘 물질의 멤브레인에 웨이퍼를 흡착시킨 후, 웨이퍼 전체를 고른 압력으로 누르기 위하여 기압(air pressure)을 인가하여 가압하는 방식을 사용하고 있다.
상기 멤브레인 척 구조의 웨이퍼 기판 지지 장치를 디스플레이 공정에 그대로 사용할 경우, 디스플레이에서 사용되는 기판의 크기가 반도체 웨이퍼 기판에 비하여 약 20배 크기 때문에 압력 조절, 글라스 깨짐 등의 문제점들이 발생한다. 이에 대해, 글라스 기판을 프레임에 올린 후, 프레임 내부의 공기를 제거하여 진공 상태로 만들어 고정시키는 방식이 고안되었으나, 이후 수행되는 CMP 공정에서 인가되는 압력이 글라스 기판에 균일하게 전달되지 않아 연마 불균일이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 기판 지지 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는 상기 기판 지지 장치를 이용한 기판 연마 방법을 제공한다.
본 발명의 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 기판 지지 장치는 프레임 내에 배치된 다공성 척(porous chuck), 상기 다공성 척 위에 배치되는 흡착 패드, 및 상기 다공성 척과 상기 흡착 패드 사이에 배치되는 점착층을 포함할 수 있다. 상기 흡착 패드는 탄성층 및 상기 탄성층이 결합된 기포층을 포함할 수 있고, 상기 점착층, 탄성층 및 기포층은 각각 두께 방향으로 연장되는 제1 내지 제3 관통부들을 포함할 수 있으며, 상기 흡착 패드는 100 이하의 Asker C 경도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 각각 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리디메틸실록세인(PDMS) 및 폴리우레탄아크릴레이트(PUA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 각각 고분자에 함침된 직물(fabric)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 서로 다른 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착 패드의 기포층은 100㎛ 미만 크기의 지름을 갖는 기포들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 내지 제3 관통부들은 100㎛ 미만 크기의 지름을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착 패드는 50 이하의 Asker C 경도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 관통부의 적어도 일부는 제2 관통부와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 관통부의 적어도 일부는 제3 관통부와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 및 제3 관통부들은 서로 얼라인되어 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 흡착 패드의 두께는 800 내지 6,000㎛일 수 있고, 상기 흡착패드의 탄성층 및 기포층 각각의 두께는 400 내지 3,000㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 다공성 척은 세라믹 물질을 포함하며, 강체 구조(rigid-body structure)를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 점착층 및 흡착 패드는 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 과제를 달성하기 위한 예시적인 실시예들에 따른 기판 연마 방법은 프레임 내에 순차적으로 적층된 다공성 척(porous chuck), 점착층 및 흡착 패드를 포함하는 기판 지지 장치 위에, 기판을 배치하는 단계, 상기 기판 지지 장치를 통해 음압을 제공함으로써, 상기 기판을 상기 기판 지지 장치에 고정하는 단계, 및 슬러리를 이용하여 상기 기판을 연마하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 연마 공정에서 사용되는 기판 지지 장치는 다공성 척과 기판 사이에 배치되는 흡착 패드를 포함하며, 상기 흡착 패드는 탄성층 및 기포층을 포함한다. 따라서, 상기 흡착 패드 위에 배치되는 기판에 압력이 균일하게 인가될 수 있으며, 이에 따라 연마 공정 후 기판 표면의 균일성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 장치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2 내지 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 장치를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 연마 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 장치를 설명하기 위한 모식도이다. 구체적으로, 도 1은 디스플레이 장치의 제조 공정 중 연마 공정 예를 들어, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정에서 사용되는 기판 연마 장치에 포함된 기판 지지 장치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 지지 장치(1)는 예를 들어, 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing: CMP) 공정에서 사용되는 기판 연마 장치에서 상정반(10)과 하정반(20) 사이에 형성될 수 있다. 즉, 상기 기판 연마 장치는 상정반(10), 하정반(20) 및 상기 상정반(10)과 상기 하정반(20) 사이에 형성된 기판 지지 장치(1)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 상정반(10)은 연마 패드를 포함할 수 있고, 상기 하정반(20)은 상기 기판 지지 장치(1)의 저면을 관통하여 이에 연결되며, 상기 기판 지지 장치(1)의 내부 공기를 제거하거나 주입시키기 위한 개구부를 포함할 수 있다.
도 1에서는 상기 기판 지지 장치(1)에 음압을 제공함으로써, 상기 기판을 상기 기판 지지 장치(1)에 흡착시킨 후 상정반(10)에 포함된 연마 패드를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시켜 기판의 정반을 연마시키는 방식, 즉 오스카(Oscar) 연마 방식을 도시하고 있으나, 본 발명의 개념은 반드시 이에 한정되지 않을 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 상기 기판 지지 장치(1)는 복수 개의 기판들을 일 방향으로 연장된 벨트에 흡착시킨 후 상기 벨트를 이동시켜 연마 패드와 마찰시킴으로써 기판의 정반을 연마하는 인라인(In-line) 연마 방식, 또는 상기 인라인 연마 방식과 같이 벨트를 이용하면서도, 오스카 연마 방식과 같이 연마 패드를 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시켜 기판의 정반을 연마하는 하이브리드(hybrid) 연마 방식에도 적용될 수 있다.
도 2 내지 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 장치(1)를 설명하기 위한 평면도들 및 단면도들이다. 구체적으로 도 2 및 도 6은 평면도들이고, 도 3 내지 도 5는 단면도들이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 기판 지지 장치(1)는 프레임(100) 상에 순차적으로 배치된 다공성 척(porous chuck)(200), 점착층(adhesive layer)(300) 및 흡착 패드(adsorptive pad)(400)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 흡착 패드(400) 상에는 연마 공정을 수행하기 위하여 기판(500)이 배치될 수 있으며, 상기 연마 공정이 수행된 후에 상기 기판(500)은 상기 기판 지지 장치(1)로부터 분리될 수 있다. 또한, 상기 프레임(100)의 하부에는 상기 프레임(100)의 저면을 관통하여 두께 방향으로 연장되고, 디스플레이 연마 장치의 하정반(20)(도 1 참조)과 연결되며, 상기 프레임(100) 내부의 공기를 제거하거나 주입시키기 위한 통로 역할을 하는 개구부(150)가 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 프레임(100)의 양 측부의 상면들은 상기 기판(500)의 상면과 실질적으로 동일한 높이에 형성될 수 있다.
상기 다공성 척(200)은 예를 들어, 100 ㎛ 이하의 지름을 갖는 복수 개의 기공(air hole)을 포함할 수 있고, 상기 다공성 척(200) 내에 포함된 기공들은 원 또는 타원과 유사한 형상을 가질 수 있다.
상기 점착층(300)은 양면 테이프와 같은 역할을 수행하여 상기 다공성 척(200)의 상면과 상기 흡착 패드(400)의 저면을 서로 연결시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 점착층(300)은 생략될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 상기 점착층(300) 내에는 상기 점착층(300)의 저면 및 상면을 관통하여 두께 방향으로 연장되는 복수 개의 제1 관통부(350)가 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 관통부(350)는 100 ㎛ 이하의 지름을 가지는 실린더와 유사한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
상기 흡착 패드(400)는 순차적으로 적층되며 내부에 기포를 포함하지 않는 탄성층(400a) 및 내부에 복수 개의 기포들을 포함하는 기포층(400b)을 포함할 수 있다.
상기 기포층(400b)에 포함된 복수 개의 기포들은 100 ㎛ 이하의 지름을 가지는 원 또는 타원과 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 이는 기판(500)의 백플레인과 직접 접촉하는 부분인 기포층(400b)에 포함된 기포들의 크기가 100 ㎛ 보다 큰 지름을 가질 경우, 연마 공정 후 기판(500)의 표면에 상기 기포층(400b)에 포함된 기포들의 모양이 전사되어 얼룩 불량이 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(400b) 각각은 400 내지 3,000㎛의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(400b)은 대략 1:1 비율로 형성될 수 있으나, 연마 공정의 특성에 따라 서로 다른 비율의 두께로 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 흡착 패드(400)의 두께는 800 내지 6,000㎛일 수 있다.
한편, 상기 흡착 패드(400)의 탄성층(400a)은 상기 탄성층(400a)의 저면 및 상면을 관통하여 두께 방향으로 연장되는 제2 관통부(450a)를 포함할 수 있고, 상기 흡착 패드(400)의 기포층(400b)은 상기 기포층(400b)의 저면 및 상면을 관통하여 두께 방향으로 연장되는 제3 관통부(450b)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 및 제3 관통부들(450a, 450b)은 각각 100 ㎛ 이하의 지름을 가지는 실린더와 유사한 형상을 가지도록 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제2 및 제3 관통부들(450a, 450b)은 상기 흡착 패드(400)에 마스크(도시되지 않음)를 형성한 후 상기 마스크를 식각 마스크로 사용하는 식각 공정을 통하여 형성될 수 있다.
이때, 상기 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(400b)에 각각 포함된 제2 및 제3 관통부들(450a. 450b)은 서로 얼라인되어 연결되도록 형성될 수 있다. 한편, 제2 및 제3 관통부들(450a, 450b)은 상기 점착층(300) 내에 포함된 복수 개의 제1 관통부(350)와는 얼라인되지 않을 수 있다. 다만, 상기 제2 및 제3 관통부들(450a, 450b)은 상기 복수 개의 제1 관통부(350)의 적어도 일부와는 서로 연결되도록 형성되어 프레임(100) 내부의 공기가 이들을 통하여 제거되거나 주입될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 기포층(400b)에 제1 마스크(도시되지 않음)를 형성한 후, 상기 제1 마스크를 식각 마스크로 사용하는 제1 식각 공정을 수행하여 제3 관통부(450b)를 형성할 수 있다. 이후, 흡착 패드(400)를 반전시켜 탄성층(400a)의 저면이 윗부분을 향하도록 배치한 후, 상기 탄성층(400a)의 저면 상에 제2 마스크(도시되지 않음)를 형성한 후, 상기 제2 마스크를 식각 마스크로 사용하는 제2 식각 공정을 수행하여 제2 관통부(450a)를 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 제2 및 제3 관통부들(450a, 450b)은 서로 얼라인되지 않도록 형성될 수도 있다. 다만, 이 경우에도 상기 제2 관통부들(450a)과 제3 관통부들(450b)의 적어도 일부는 서로 연결되도록 형성되어 프레임(100) 내부의 공기가 이들을 통하여 제거되거나 주입될 수 있고, 상기 제2 및 제3 관통부들(450a, 450b)과 상기 제2 관통부(350)의 적어도 일부도 서로 연결되도록 형성되어 프레임(100) 내부의 공기가 이들을 통하여 제거되거나 주입될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 관통부들(350, 450a, 450b) 각각의 적어도 일부는 서로 연결되어 전체적으로 프레임(100) 내부의 공기가 이동하는 통로 역할을 수행할 수 있다.
이에 따라, 상기 기판(500)의 저면을 흡착시키기 위하여 상기 프레임(100) 내부의 공기를 제거하거나, 또는 상기 기판(500)을 탈착시키기 위하여 상기 프레임(100) 내부에 공기를 주입시킬 수 있다. 순차적으로 적층된 다공성 척(200), 점착층(300), 및 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(400b)는 각각 기공, 제1 내지 제3 관통부들(350, 450a, 450b)을 포함하므로, 공기가 이동하는 통로 역할을 수행할 수 있다.
한편, 상기 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(400b)는 각각 Asker C 경도를 기준으로 100 이하의 값, 바람직하게는 10 이상 50 이하의 값을 가질 수 있다. 이는 흡착 패드(400)의 Asker C 경도가 100 이상의 값을 가질 경우, 상기 흡착 패드(400)의 강도(stiffness)가 증가하여 기판(500)의 연마율(abrasive rate)은 증가할 수 있으나, 탄성도(elasticity)는 감소하여 연마 공정에서 발생하는 압력을 제대로 흡수하지 못할 수 있고, 이에 따라 상기 연마 공정 후 기판(500)의 표면이 균일하게 연마되지 않을 수 있다. 흡착 패드(400)의 Asker C 경도가 100 이하인 경우에는 상기 흡착 패드(400)의 강도가 감소하여 연마율은 감소할 수 있으나, 탄성도가 증가하여 연마 공정 후 기판(500)의 표면이 균일하게 연마될 수 있으며, 특히 Asker C 경도가 50 이하인 경우에는 탄성도가 크게 증가하여 연마 공정 후 기판(500)의 표면이 더욱 균일하게 연마될 수 있다.
상기 프레임(100)은 금속 물질을 포함할 수 있고, 상기 다공성 척(200)은 예를 들어, 세라믹(ceramic) 물질을 포함하는 강체 구조로 형성될 수 있다. 한편, 상기 점착층(300)은 접착력을 가지는 물질 예를 들어, 아크릴계 물질을 포함하여 양면 테이프와 같은 역할을 할 수 있고, 상기 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(400b)은 각각 탄성을 가지는 물질 예를 들어, 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리디메틸실록세인 및 폴리우레탄아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 상기 기판(500)은 유리, 쿼츠, 플라스틱과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 이때, 상기 플라스틱은 폴리에틸렌테트라프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르케톤, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리이미드 등을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(400b)는 각각 부직포와 같은 섬유(fabric) 물질을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 탄성층(400a)과 기포층(400b)는 서로 같은 물질을 포함하도록 형성될 수 있으나, 본 발명의 개념은 반드시 이에 한정되지 않으며, 서로 다른 물질을 포함하도록 형성될 수도 있다. 즉, 상기 탄성층(400a)과 기포층(400b)은 서로 같은 물질을 포함할 수 있고, 일체로 형성되어 서로 분리되지 않을 수 있다. 이와는 달리, 상기 탄성층(400a)과 기포층(400b)은 서로 다른 물질을 포함할 수 있고, 개별적으로 형성되어 서로 분리될 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 흡착막(도시되지 않음) 상에 발포 조성물(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 흡착막의 상면에 대하여 발포 및 경화하고 패터닝함으로써 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(400b)를 형성할 수 있다.
이와는 달리, 제1 흡착막(도시되지 않음) 상에 발포 조성물을 형성한 후, 상기 제1 흡착막의 상면에 대하여 발포 및 경화하고 패터닝 함으로써 기포층(400b)를 형성할 수 있고, 이후 상기 기포층(400b)을 반전시켜 기포층(400b)의 저면이 윗부분을 향하도록 배치한 후, 제2 흡착막(도시되지 않음)을 형성한 후 패터닝 함으로써 탄성층(400a)를 형성할 수 있으며, 상기 탄성층(400a) 및 기포층(400b) 사이에 접착력을 가지는 물질 예를 들어, 점착층(300)을 포함하도록 형성함으로써 흡착 패드(400)를 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 점착층(300)과 흡착 패드(400)은 서로 분리 가능하도록 형성될 수 있으나, 경우에 따라 서로 일체적으로 형성될 수 있다. 상기 점착층(300) 및 상기 흡착 패드(400)는 필요에 따라 교체될 수 있으나, 본 발명의 개념은 반드시 이에 한정되지 않고, 서로 분리되지 않도록 일체로 형성되어 한번에 교체될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 지지 장치(1)를 설명하기 위한 단면도이다. 상기 기판 지지 장치(1)는 프레임의 형상을 제외하면, 도 2 내지 도 4를 참조로 설명한 기판 지지 장치(1)와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 5를 참조하면, 프레임(100)의 양 측부의 상면들은 다공성 척(200)의 상면과 실질적으로 동일한 높이에 형성될 수 있다. 이에 따라, 흡착 패드(400)는 점착층(300)에 의해 다공성 척(200) 상에 용이하게 부착될 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 장치(1)를 설명하기 위한 평면도이다. 구체적으로, 도 6은 점착층(300)에 포함된 복수 개의 제2 관통부들(350)이 일정한 간격으로 형성된 것을 설명하기 위한 평면도이다.
전술한 바와 같이, 프레임(100) 내에 순차적으로 적층된 다공성 척(200), 점착층(300) 및 흡착 패드(400) 상에 기판(500)을 올릴 수 있고, 상기 프레임(100)의 하부에는 상기 프레임(100)의 저면을 관통하여 디스플레이 연마 장치의 하정반(20)(도 1 참조)과 연결되며, 상기 프레임(100) 내부의 공기를 제거하거나 주입시키기 위한 통로 역할을 하는 개구부(150)가 형성될 수 있다. 한편, 상기 흡착 패드(400)는 순차적으로 적층되며 내부에 기포를 포함하지 않는 탄성층(400a) 및 내부에 복수 개의 기포들을 포함하는 기포층(400b)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 점착층(300) 내에는 상기 점착층(300)의 저면 및 상면을 관통하여 두께 방향으로 연장되는 복수 개의 제1 관통부(350)가 형성될 수 있고, 상기 흡착 패드(400)의 탄성층(400a)은 상기 탄성층(400a)의 저면 및 상면을 관통하여 두께 방향으로 연장되는 제2 관통부(450a)를 포함할 수 있으며, 상기 흡착 패드(400)의 기포층(400b)은 상기 기포층(400b)의 저면 및 상면을 관통하여 두께 방향으로 연장되는 제3 관통부(450b)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 흡착 패드(400)에 포함된 제2 및 제3 관통부들(450a. 450b)은 서로 얼라인되어 연결되도록 형성될 수 있으나, 상기 점착층(300) 내에 포함된 복수 개의 제1 관통부(350)와는 얼라인되지 않을 수 있다. 다만, 상기 제2 및 제3 관통부들(450a, 450b)은 상기 복수 개의 제1 관통부(350)의 적어도 일부와는 서로 연결되도록 형성될 수 있다. 이와는 달리, 상기 제2 및 제3 관통부들(450a, 450b)은 서로 얼라인되지 않도록 형성될 수도 있으나, 이 경우에도 상기 제2 관통부들(450a)과 제3 관통부들(450b)의 적어도 일부는 서로 연결되도록 형성될 수 있으며, 상기 제1 및 제2 관통부들(350, 450a) 각각의 적어도 일부는 서로 연결되도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 내지 제3 관통부들(350, 450a, 450b) 각각의 적어도 일부는 서로 연결될 수 있다.
이에 따라, 상기 기판(500)을 흡착시키기 위하여 상기 프레임(100) 내부의 공기를 제거하거나, 또는 상기 기판(500)을 탈착시키기 위하여 상기 프레임(100) 내부에 공기를 주입시킬 때, 순차적으로 적층된 다공성 척(200), 점착층(300), 및 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(450b)는 각각 개구부 및 제1 내지 제3 관통부들(350, 450a, 450b)을 포함하므로, 공기가 이동하는 통로 역할을 수행할 수 있다.
한편, 상기 흡착 패드(400)의 탄성층(400a) 및 기포층(400b) 각각은 탄성을 가지는 물질 예를 들어, 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리디메틸실록세인 및 폴리우레탄아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, Asker C 경도를 기준으로 100 이하의 값, 바람직하게는 10 내지 50 이하의 값을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 흡착 패드(400)의 경도가 크지 않고 탄성을 가짐에 따라 상기 기판(500)에 압력이 균일하게 인가되어 연마 불균일을 개선할 수 있으며, 연마 공정 후 기판(500) 표면의 균일성을 개선할 수 있다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 장치(1)를 이용한 기판 연마 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
상기 기판 지지 장치(1)는 도 1 내지 도 6을 참조로 설명한 기판 지지 장치(1)와 실질적으로 동일하거나 유사하다. 이에 따라, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 프레임(100) 상에 순차적으로 형성된 다공성 척(200), 점착층(300) 및 흡착 패드(400) 상에 기판(500)을 배치할 수 있고, 음압을 제공함으로써 상기 기판(500)을 상기 흡착 패드(400)에 고정시킬 수 있으며, 상기 기판(500) 상에 버퍼층(505)을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(500)은, 유리, 쿼츠, 플라스틱과 같은 절연성 물질을 포함할 수 있다. 상기 플라스틱은 폴리에틸렌테트라프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르케톤, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르술폰, 폴리이미드 등을 포함할 수 있다.
상기 버퍼층(505)은, 상기 기판(500)으로부터 발생하는 수분 또는 불순물이 확산되는 것을 방지할 수 있으며, 상기 기판(500)의 표면을 평탄화할 수 있다. 상기 버퍼층(505)은 유기물질, 무기물질 또는 이들의 적층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 버퍼층(505)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산화질화물의 단일층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 버퍼층(505)은 생략될 수도 있다.
다음으로, 상기 버퍼층(505) 위에 비정질 실리콘막(510)을 형성한다. 예를 들어, 상기 비정질 실리콘막(510)은, 스퍼터링, 저압화학증착(low-pressure chemical vapor deposition, LPCVD), 플라즈마강화 화학증착(plasma-enhanced chemical vapor deposition, PECVD) 등에 의해 형성될 수 있다.
도 8 및 도 9을 참조하면, 상기 비정질 실리콘막(510)을 결정화하여, 다결정 실리콘막(515)을 형성할 수 있다. 상기 비정질 실리콘막(510)을 결정화하기 위하여, 상기 비정질 실리콘막(510)에 레이저가 조사될 수 있다. 예를 들어, 상기 비정질 실리콘막(510)은 엑시머 레이저 어닐링(Excimer Laser Annealing), 순차 측면 고상화(Sequential Lateral Solidification) 등에 의해 결정화될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 비정질 실리콘막(510)은 엑시머 레이저 어닐링에 의해 결정화된다.
도 10은 도 9에 도시된 다결정 실리콘막(515)을 확대 도시한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 다결정 실리콘막(515)의 상면에는 미세한 크기의 돌기가 형성될 수 있다. 상기 레이저 어닐링에 의한 결정화될 때, 그레인 가장자리에 돌기가 형성될 수 있다.
상기 돌기를 제거하지 않는 경우, 게이트 절연층의 두께가 증가함으로써, 고성능 박막 트랜지스터를 구현하기 어렵다.
도 11를 참조하면, 연마 패드(600)와 슬러리(610)를 이용하여, 상기 다결정 실리콘막(515)을 기계적/화학적으로 연마할 수 있다. 상기 연마 패드(600)는 회전하는 헤드를 가질 수 있고, 상기 연마 패드(600)의 헤드와 상기 다결정 실리콘막(515) 사이에 상기 슬러리(610)가 제공될 수 있다.
상기 슬러리(610)는 예를 들어, 연마 입자, 분산제, 안정제, 친수처리제 및 물을 포함할 수 있다. 상기 연마 입자는, 상기 다결정 실리콘막(515)과 마찰하여, 돌기를 제거할 수 있고, 상기 다결정 실리콘막(515)을 평탄화 할 수 있다.
상기 슬러리(610)를 이용한 연마 이후에, 버핑 공정이 추가로 행하여질 수 있다. 상기 버핑 공정은, 상기 다결정 실리콘막(515) 표면에 잔류하는 연마 입자 및 흠결 등을 효과적으로 제거할 수 있다.
예를 들어, 상기 버핑 공정은, 물(탈이온수)과 연마 패드(600)를 이용하여 행해지거나, 친수처리제와 연마 패드(600)를 이용하여 행해질 수 있다. 상기 친수처리제는 상기 슬러리에 포함된 것과 동일한 것일 수 있으며, 물에 용해되어 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 버핑 공정은 상기 다결정 실리콘막(515)에 물을 제공하며 연마하는 제1 버핑 단계 및 상기 다결정 실리콘막(515)에 친수처리제를 제공하며 연마하는 제2 버핑 단계를 포함할 수 있다.
상기 친수처리제를 이용한 버핑 단계를 더 행하는 경우, 상기 다결정 실리콘막(515)의 친수성을 더욱 증가시킬 수 있다.
이후, 탈이온수 등을 분사하여, 상기 다결정 실리콘막(515)을 세정한다. 상기 세정 공정에 의해, 상기 다결정 실리콘막(515) 상에 잔류하는, 연마 입자 및 부산물을 추가적으로 제거할 수 있다.
한편, 상기 연마 패드(600)를 이용하여 기판(500)을 연마할 때, 상기 흡착 패드(400)의 경도가 크지 않고 탄성을 가짐에 따라 상기 기판(500)에 압력이 균일하게 인가되어 연마 불균일을 개선할 수 있으며, 연마 공정 후 기판(500) 표면의 균일성을 개선할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 액정표시장치, 유기발광장치와 같은 표시장치의 제조 또는 실리콘을 이용하는 각종 전자장치의 제조에 사용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 프레임 내에 배치된 다공성 척(porous chuck);
    상기 다공성 척 위에 배치되는 흡착 패드; 및
    상기 다공성 척과 상기 흡착 패드 사이에 배치되는 점착층을 포함하고,
    상기 흡착 패드는 내부에 기포를 포함하지 않는 탄성층 및 상기 탄성층 상에 적층되고 내부에 기포를 포함하는 기포층을 포함하고,
    상기 점착층, 탄성층 및 기포층은 각각 두께 방향으로 연장되는 관통부들을 포함하고,
    상기 흡착 패드는 100 이하의 Asker C 경도를 갖는 기판 지지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 각각 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리디메틸실록세인(PDMS) 및 폴리우레탄아크릴레이트(PUA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 기판 지지 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 각각 고분자에 함침된 직물(fabric)을 포함하는 기판 지지 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 서로 다른 물질을 포함하는 기판 지지 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 서로 동일한 물질을 포함하는 기판 지지 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 흡착 패드의 기포층은 100㎛ 미만 크기의 지름을 갖는 기포들을 포함하는 기판 지지 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 관통부들은 100㎛ 미만 크기의 지름을 갖는 기판 지지 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 흡착 패드는 50 이하의 Asker C 경도를 갖는 기판 지지 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 점착층은 제1 관통부를 포함하고, 상기 탄성층은 제2 관통부를 포함하며, 상기 제1 관통부의 적어도 일부는 제2 관통부와 연결되는 기판 지지 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 탄성층은 제2 관통부를 포함하고, 상기 기포층은 제3 관통부를 포함하며, 상기 제2 관통부의 적어도 일부는 제3 관통부와 연결되는 기판 지지 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 탄성층은 제2 관통부를 포함하고, 상기 기포층은 제3 관통부를 포함하며, 상기 제2 및 제3 관통부들은 서로 얼라인되어 연결되는 기판 지지 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 흡착 패드의 두께는 800 내지 6,000㎛이고, 상기 흡착패드의 탄성층 및 기포층 각각의 두께는 400 내지 3,000㎛인 기판 지지 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 다공성 척은 세라믹 물질을 포함하며, 강체 구조(rigid-body structure)를 갖는 기판 지지 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 점착층 및 흡착 패드는 일체로 형성된 기판 지지 장치.
  15. 프레임 내에 순차적으로 적층된 다공성 척(porous chuck), 점착층 및 흡착 패드를 포함하는 기판 지지 장치 위에, 기판을 배치하는 단계;
    상기 기판 지지 장치를 통해 음압을 제공함으로써, 상기 기판을 상기 기판 지지 장치에 고정하는 단계; 및
    슬러리를 이용하여 상기 기판을 연마하는 단계를 포함하고,
    상기 흡착 패드는 내부에 기포를 포함하지 않는 탄성층 및 상기 탄성층 상에 적층되고 내부에 기포를 포함하는 기포층을 포함하며,
    상기 점착층, 탄성층 및 기포층은 각각 두께 방향으로 연장되는 관통부들을 포함하고,
    상기 흡착 패드는 100 이하의 Asker C 경도를 갖는 기판 연마 방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 각각 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리디메틸실록세인(PDMS) 및 폴리우레탄아크릴레이트(PUA)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 기판 연마 방법.
  18. 제15항에 있어서, 상기 흡착 패드의 탄성층 및 기포층은 각각 고분자에 함침된 직물(fabric)을 포함하는 기판 연마 방법.
  19. 제15항에 있어서, 상기 기판은 실리콘층을 포함하는 기판 연마 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 실리콘층은 비정질 실리콘 또는 다결정 실리콘을 포함하는 기판 연마방법.
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