KR102637827B1 - 기판 처리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 시스템에 관한 것으로, 기판 처리 시스템은, 기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와, 연마 파트에 마련되며 연마 공정이 완료된 기판이 언로딩되는 언로딩 영역과, 언로딩 영역에 구비되며 언로딩 영역에서 기판을 수취하여 반전 회전시키는 반전유닛과, 언로딩 영역에 구비되며 반전 회전된 기판이 거치되는 기판거치부와, 기판거치부에 거치된 기판을 예비 세정(pre-cleaning)하는 예비 세정 유닛과, 언로딩 영역에서 예비 세정이 수행되는 동안 언로딩 영역의 예비 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단하는 차단 유닛과, 예비 세정 유닛에 의해 예비 세정된 기판을 세정하는 세정 파트를 포함하는 것에 의하여, 공정 효율을 저하시키기 않고, 세정 공정 전에 기판에 잔존하는 이물질을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

기판 처리 시스템{SUBSTRATE PROCESING SYSTEM}
본 발명은 기판 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판의 세정 공정이 진행되기 이전에 언로딩 영역에서 기판에 잔존하는 이물질을 일차적으로 분리시켜 세정 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 시스템에 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 세정유닛(X2)으로 이전하여 다수의 세정 모듈(70)에서 웨이퍼(W)에 묻은 이물질을 세정하는 공정이 행해진다.
한편, 반도체가 미세화 및 고집적화됨에 따라 웨이퍼의 세정 효율에 대한 중요성이 점차 커지고 있다. 특히, 세정 모듈에서 웨이퍼의 세정 공정이 완료된 후에도 웨이퍼의 표면에 이물질이 잔존하면, 수율이 저하되고, 안정성 및 신뢰성이 저하되기 때문에 세정 모듈에서 이물질이 최대한 제거될 수 있어야 한다.
이를 위해, 기존에는 연마 공정이 완료된 웨이퍼를 세정 모듈로 이송하기 전에, 웨이퍼를 먼저 한번 세정하여 이물질을 제거한 후, 세정 모듈에서 다시 세정함으로써, 세정 효율을 높일 수 있도록 한 방안이 제시된 바 있다.
그러나, 기존에는 세정 모듈과 별도로 예비 세정을 진행하기 위한 예비 세정 공간을 추가적으로 마련해야 함에 따라, 설비의 레이아웃에 불리할 뿐만 아니라, 웨이퍼의 이송 및 세정 처리 공정이 복잡해지고 세정 시간이 증가하는 문제점이 있으며, 이에 따라 비용이 상승되고 수율이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 연마 공정이 완료되어 언로딩 위치에 언로딩된 웨이퍼는 후 별도의 예비 세정 공간으로 옮겨져 예비 세정을 수행한 후, 다시 세정 모듈로 이송되어야 하는 복잡한 이송 과정을 거쳐야 하기 때문에, 기판의 전체적인 처리 공정 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 화학 기계적 연마 공정의 세정 효율 및 수율을 향상시킬 수 있으며, 비용을 절감하기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 세정 효율을 향상시킬 수 있으며, 수율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 연마 공정이 완료된 기판이 언로딩되는 언로딩 영역에서 기판을 반전 회전시키고 기판에 잔존하는 이물질을 일차적으로 제거할 수 있도록 한 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기존 설비의 레이아웃을 변경 또는 추가하거나 공정 효율을 저하시키기 않고도, 세정 공정 전에 기판에 잔존하는 이물질을 최소화할 수 있도록 한 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기판 처리 시스템은, 기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와, 연마 파트에 마련되며 연마 공정이 완료된 기판이 언로딩되는 언로딩 영역과, 언로딩 영역에 구비되며 언로딩 영역에서 기판을 수취하여 반전 회전시키는 반전유닛과, 언로딩 영역에 구비되며 반전 회전된 기판이 거치되는 기판거치부와, 기판거치부에 거치된 기판을 예비 세정(pre-cleaning)하는 예비 세정 유닛과, 언로딩 영역에서 예비 세정이 수행되는 동안 언로딩 영역의 예비 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단하는 차단 유닛과, 예비 세정 유닛에 의해 예비 세정된 기판을 세정하는 세정 파트를 포함한다.
이는, 기판에 대한 세정을 수행함에 있어서, 기판이 언로딩되는 언로딩 영역에서 기판을 반전 회전시킴과 아울러 기판에 잔존하는 이물질을 일차적으로 예비 세정하고, 세정 파트에서 기판의 본 세정 공정이 진행되도록 하는 것에 의하여, 기판에 잔존하는 이물질을 효과적으로 제거하고, 기판의 세정 효율을 향상시키기 위함이다.
특히, 기존 설비의 레이아웃(layout)을 변경하거나 추가하지 않고, 연마 파트에 마련되어 기판이 언로딩되는 언로딩 영역에서 기판의 수취, 반전 회전, 예비 세정을 수행하는 것에 의하여, 공정 효율을 저하시키기 않고, 세정 공정 전에 기판에 잔존하는 이물질을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 연마 공정이 완료된 기판을 세정 파트로 이송하여 본 세정 공정을 진행하기 전에, 기판을 별도의 세정 영역으로 이송하여 예비 세정을 진행한 후 다시 세정 파트로 이송하는 것도 가능하지만, 이 경우 언로딩 영역에 언로딩된 기판을 별도의 세정 영역으로 이송한 후 다시 세정 파트로 이송되어야 하는 복잡한 이송 과정을 거쳐야 하기 때문에, 기판의 전체적인 처리 공정 효율이 저하되는 문제점이 있고, 별도의 세정 영역을 추가적으로 마련하기 위해서는 기존 설비의 레이아웃을 변경하거나 추가해야 하기 때문에 공간활용성이 저하되고, 설비 변경에 필요한 비용이 증가하는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명은 연마 공정이 완료된 기판을 언로딩 영역에 언로딩한 후 세정 파트로 이송하는 공정 순서를 그대로 유지하되, 기판이 언로딩되는 언로딩 영역에서 기판에 잔존하는 이물질을 일차적으로 예비 세정하는 것에 의하여, 기존 설비의 레이아웃을 변경하거나 추가하지 않고도, 공정 효율의 저하없이 본 세정 공정이 진행되기 전에 기판에 잔존하는 이물질을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 세정 공정 전에 언로딩 영역에서 수행되는 예비 공정을 통해 기판에 잔존하는 이물질을 최대한 많이 제거할 수 있기 때문에, 본 세정 공정에 의한 세정 효과를 높일 수 있고, 세정 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 언로딩 영역의 예비 세정 처리 공간은 차단 유닛에 의해 외부 공간과 차단될 수 있게 때문에, 예비 세정에 사용되는 케미컬 및 세정액 등이 연마 공정이 이루어지는 기판에 유입되는 것을 원천적으로 차단하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 차단 유닛은 예비 세정시 발생된 세정액 및 이물질이 연마 공정 중인 다른 기판에 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 함으로써, 세정액 또는 이물질에 의한 연마 오류 또는 연마 효율 저하를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
반전 유닛은 언로딩 영역에서 기판을 반전 회전시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 반전유닛은, 언로딩 영역에서 상하 방향으로 이동하는 가동 어셈블리와, 가동 어셈블리에 반전(turning) 회전 가능하게 연결되는 회전 어셈블리와, 회전 어셈블리에 연결되며, 기판을 그립하는 그립 어셈블리를 포함한다.
바람직하게, 그립 어셈블리는 상하 방향을 따라 회전 어셈블리의 회전축으로부터 기설정된 편심거리만큼 이격되게 배치된다.
이와 같이, 그립 어셈블리를 회전 어셈블리의 회전축으로부터 기설정된 편심거리만큼 이격되게 배치하는 것에 의하여, 반전 유닛의 이동 스트로크를 최소화하고, 반전 유닛의 제어를 보다 용이하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 다시 말해서, 본 발명에서는, 그립 어셈블리를 회전 어셈블리의 회전축으로부터 기설정된 편심거리만큼 이격되게 배치하는 것에 의하여, 기판이 그립된 그립 어셈블리는 반전 회전하기 전에 단 한번만 기설정된 스트로크만큼 하향 직선 이동하면 되고, 그립 어셈블리가 반전 회전한 후에는 별도의 추가 직선 이동없이 기판이 곧바로 기판거치부에 거치될 수 있다. 따라서, 연마 공정이 완료된 기판을 기판거치부에 반전된 상태로 거치하는데 있어서, 그립 어셈블리의 직선 이동 횟수 및 이동 거리를 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있으며, 그립 어셈블리의 구동 제어를 보다 간편하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 그립 어셈블리는, 내측에 기판 수용부가 형성되며 기판의 측면을 지지하는 측면그립부와, 기판 수용부의 내측에 제공되며 기판의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부재를 포함한다.
측면 그립부는 기판의 측면을 지지 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 측면 그립부는 제1그립부재와, 제1그립부재를 마주하며 제1그립부재에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2그립부재를 포함할 수 있고, 기판의 연마면이 연마면 지지부재에 지지된 상태에서 제1그립부재 및 제2그립부재는 서로 접근되며 기판의 측면을 지지할 수 있다.
연마면 지지부재는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 갯수 및 이격 간격을 갖도록 제공될 수 있으며, 연마면 지지부재의 갯수 및 이격 간격에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 연마면 지지부재는 기판의 연마면에 접촉을 최소화할 수 있는 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 연마면 지지부재에는 하향 경사지게 경사안내부가 형성될 수 있고, 경사안내부에는 기판의 연마면 모서리(edge)가 접촉되게 함으로써, 연마면 지지부재에 대한 기판의 접촉을 최소화할 수 있다.
또한, 경사안내부의 선단에는 가이드챔퍼부(guide chamfer portion)가 형성될 수 있고, 기판의 연마면 모서리는 가이드챔퍼부를 따라 안정적으로 접촉되는 것이 가능하다.
기판 수용부의 내측에는 기판의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부재가 제공될 수 있다. 참고로, 본 발명에서 기판의 비연마면이라 함은, 기판의 연마면의 반대쪽 면을 의미한다.
그리고, 예비 세정 유닛은 기판의 표면에 세정액을 분사하는 세정액 분사부와, 기판의 표면에 스팀을 분사하는 스팀 분사부와, 기판의 표면에 이종 유체를 분사하는 이종 유체 분사부, 기판의 표면에 회전 접촉되는 세정 브러쉬와, 기판의 표면에 진동 에너지를 공급하는 메가소닉 발생기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있으며, 기판의 특성 또는 증착 특성에 따라 예비 세정 종류를 선택하여 최적의 조건으로 예비 세정을 수행하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 언로딩 영역에서 세정액 분사부, 이종 스팀 분사부, 및 이종 유체 분사부 중 적어도 어느 하나는 오실레이션 가능하게 제공될 수 있다. 이와 같은 구조는 세정액, 스팀, 이종 유체가 기판의 표면에 오실레이션 분사될 수 있게 함으로써, 세정액, 스팀, 이종 유체에 의한 세정 효율을 극대화하고, 세정액, 스팀, 이종 유체가의 사용량을 보다 낮출 수 있게 한다. 또한, 이와 같은 방식은, 세정액, 스팀, 이종 유체에 의한 세정력(타격력 포함)에 의해 기판 표면의 표면으로부터 이물질이 분리됨과 아울러, 분리된 이물질을 쓸어내 기판의 바깥으로 배출시키는 효과를 얻을 수 있게 한다.
차단 유닛은 외부와 차단된 독립적인 밀폐 공간을 제공 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 차단 유닛은 기판의 주변을 감싸도록 제공되며 독립적인 예비 세정 처리 공간을 제공하는 케이싱과, 케이싱의 출입구를 개폐하는 개폐부재를 포함한다.
개폐부재는 통상의 구동부(예를 들어, 모터 및 동력 전달부재의 조합)에 의해 일 지점을 중심으로 회전하며 케이싱의 출입구를 개폐하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 개폐부재가 직선 이동하며 출입구를 개폐하도록 구성하는 것도 가능하며, 다르게는 출입구를 케이싱의 측벽부에 형성하는 것도 가능하다.
그리고, 케이싱의 벽면에 형성되는 배기구와, 케이싱의 외측에 연결되며 배기구와 연통되는 배기 공간을 형성하는 배기챔버와, 배기챔버에 연통되는 배기관을 포함할 수 있으며, 배기챔버는 배기관보다 확장된 단면적을 갖도록 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 케이싱의 내부 기체(예를 들어, 흄)이 배기구와 배기챔버를 거쳐 배기관을 통해 외부로 배출될 수 있게 하되, 배기구 및 배기챔버가 배기관보다 확장된 단면적을 갖도록 하는 것에 의하여, 배기관에 의한 배기압이 배기챔버를 거쳐 배기구의 전체 영역에 고르게 작용할 수 있게 함으로써, 케이싱의 내부 기체가 외부로 배출될 시 케이싱 내부에 비정상적인 와류가 발생하는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 더욱 바람직하게, 배기구와 배기챔버를 케이싱의 측면 둘레를 따라 전체적으로 형성(예를 들어, 링 형태)로 형성하는 것에 의하여, 케이싱의 내부에 균일한 배기압을 형성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 언로딩 영역에서 기판의 상부에 배치되는 제1위치와, 언로딩 영역에서 기판의 외측에 배치되는 제2위치로 회전 가능하게 구비되는 회전암을 포함하고, 세정 유닛은 회전암에 장착된다.
이와 같이, 하나의 회전암에 세정 유닛이 분리 가능하게 장착되도록 하는 것에 의하여, 서로 다른 종류의 세정 유체를 분사하는 분사부를 장착하기 위한 여러개의 회전암 또는 지지수단을 각각 구비할 필요없이, 하나의 회전암을 공용으로 사용할 수 있기 때문에, 구조를 간소화하고 공간활용성을 증가시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 기판이 반전 유닛에 의해 반전되거나, 예비 세정된 기판이 외부로 이송되는 동안에는 회전암이 제2위치에 배치되게 함으로써, 반전 유닛 또는 이송 유닛과 같은 주변 장치와의 충돌을 미연에 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
세정 파트는 기판의 표면에 잔류하는 유기물 및 여타 다른 이물질을 제거하기 위한 세정을 효과적으로 수행할 수 있도록, 기판의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행하는 접촉식 세정유닛과, 기판의 표면에 물리적으로 비접촉되며 세정을 수행하는 비접촉식 세정유닛 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 접촉식 세정유닛은 기판에 표면에 물리적으로 직접 접촉하며 비교적 크기가 크거나 기판에 표면에 강하게 달라붙은 이물질을 제거할 수 있고, 비접촉식 세정유닛은 기판에 유체를 분사하여 비접촉 방식으로 기판에 잔존하는 미세한 이물질을 제거할 수 있다.
보다 구체적으로, 접촉식 세정유닛에는 세정 브러쉬, 케미컬 공급부가 구비될 수 있고, 비접촉식 세정유닛은 세정 유체 분사부(세정액 분사부, 스팀 분사부, 이종 유체 분사부), 이소프로필 알콜 분사부, 메가소닉 발생기 중 적어도 어느 하나를 이용하여 기판을 세정할 수 있다.
참고로, 본 발명에서 기판의 '예비 세정'이라 함은, 연마가 완료된 기판에 대해 최초로 수행되는 세정 공정을 의미하며, 세정이 진행되기 전에 기판의 표면에 존재하는 이물질을 일차적으로 세정하기 위한 세정 공정으로 이해될 수 있다.
또한, 본 발명에서 세정 파트에 의한 세정이라 함은, 예비 세정이 진행된 후 기판의 표면에 잔류하는 이물질을 세정하기 위한 마무리 세정 공정으로 이해될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 세정 효율을 향상시킬 수 있으며, 세정 공정을 간소화할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 기판이 언로딩되는 언로딩 영역에서 기판을 반전 회전시킴과 아울러 기판에 잔존하는 이물질을 일차적으로 예비 세정하고, 세정 파트에서 기판의 본 세정 공정이 진행되도록 하는 것에 의하여, 기판에 잔존하는 이물질을 효과적으로 제거하고, 기판의 세정 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면 설비의 레이아웃(layout)을 변경하거나 추가하지 않고, 연마 파트에 마련되어 기판이 언로딩되는 언로딩 영역에서 기판의 수취, 반전 회전, 예비 세정을 수행하는 것에 의하여, 공정 효율을 저하시키기 않고, 세정 공정 전에 기판에 잔존하는 이물질을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 연마 공정이 완료된 기판을 세정 파트로 이송하여 본 세정 공정을 진행하기 전에, 기판을 별도의 세정 영역으로 이송하여 예비 세정을 진행한 후 다시 세정 파트로 이송하는 것도 가능하지만, 이 경우 언로딩 영역에 언로딩된 기판을 별도의 세정 영역으로 이송한 후 다시 세정 파트로 이송되어야 하는 복잡한 이송 과정을 거쳐야 하기 때문에, 기판의 전체적인 처리 공정 효율이 저하되는 문제점이 있고, 별도의 세정 영역을 추가적으로 마련하기 위해서는 기존 설비의 레이아웃을 변경하거나 추가해야 하기 때문에 공간활용성이 저하되고, 설비 변경에 필요한 비용이 증가하는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명은 연마 공정이 완료된 기판을 언로딩 영역에 언로딩한 후 세정 파트로 이송하는 공정 순서를 그대로 유지하되, 기판이 언로딩되는 언로딩 영역에서 기판을 반전 회전시키고 기판에 잔존하는 이물질을 일차적으로 예비 세정하는 것에 의하여, 기존 설비의 레이아웃을 변경하거나 추가하지 않고도, 공정 효율의 저하없이 본 세정 공정이 진행되기 전에 기판에 잔존하는 이물질을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면 세정 공정 전에 언로딩 영역에서 수행되는 예비 공정을 통해 기판에 잔존하는 이물질을 최대한 많이 제거할 수 있기 때문에, 본 세정 공정에 의한 세정 효과를 높일 수 있고, 세정 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 언로딩 영역의 예비 세정 처리 공간은 차단 유닛에 의해 외부 공간과 차단될 수 있게 때문에, 예비 세정에 사용되는 케미컬 및 세정액 등이 연마 공정이 이루어지는 기판에 유입되는 것을 원천적으로 차단하는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 차단 유닛은 예비 세정시 발생된 세정액 및 이물질이 연마 공정 중인 다른 기판에 유입되는 것을 원천적으로 차단할 수 있게 함으로써, 세정액 또는 이물질에 의한 연마 오류 또는 연마 효율 저하를 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 종류와 특성에 따라 다양한 예비 세정 방식을 채택하여 적용할 수 있기 때문에 기판의 표면에 고착된 이물질을 효과적으로 제거할 수 있으며, 세정 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판에 잔존하는 이물질을 최소화할 수 있기 때문에, 기판의 불량률을 최소화할 수 있고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 화학 기계적 연마 장비의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 시스템을 도시한 도면,
도 3은 도 2의 차단 유닛을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 3의 차단 유닛의 내부 구조를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 4의 회전암을 설명하기 위한 도면,
도 6 내지 도 8은 도 2의 반전 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 9 및 도 10은 도 2의 반전 유닛의 작동 구조를 설명하기 위한 도면,
도 11 내지 도 17은 도 2의 예비 세정 유닛을 설명하기 위한 도면,
도 18 내지 도 22는 도 2의 기판 처리 시스템에 의한 기판 처리 공정을 설명하기 위한 도면,
도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 도시한 블록도이다.
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 기판 처리 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 차단 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3의 차단 유닛의 내부 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 4의 회전암을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 6 내지 도 8은 도 2의 반전 유닛의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 9 및 도 10은 도 2의 반전 유닛의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 11 내지 도 17은 도 2의 예비 세정 유닛을 설명하기 위한 도면이고, 도 18 내지 도 22는 도 2의 기판 처리 시스템에 의한 기판 처리 공정을 설명하기 위한 도면,
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 시스템(1)은, 기판(10)에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트(100)와, 연마 파트(100)에 마련되며 연마 공정이 완료된 기판(10)이 언로딩되는 언로딩 영역(P1)과, 언로딩 영역(P1)에 구비되며 언로딩 영역(P1)에서 기판(10)을 수취하여 반전 회전시키는 반전 유닛(210)과, 언로딩 영역(P1)에 구비되며 반전 회전된 기판(10)이 거치되는 기판거치부(220)와, 기판거치부(220)에 거치된 기판(10)을 예비 세정(pre-cleaning)하는 예비 세정 유닛(230)과, 언로딩 영역(P1)에서 예비 세정이 수행되는 동안 언로딩 영역(P1)의 예비 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단하는 차단 유닛(240)과, 예비 세정 유닛(230)에 의해 예비 세정된 기판(10)을 세정하는 세정 파트(300)를 포함한다.
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 유닛에 공급된 기판(10)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(10)(이하 기판의 로딩 위치에 공급된 기판이라 함)은 캐리어 헤드(120)에 밀착된 상태로 캐리어 헤드(120)에 의해 이송될 수 있다. 이하에서는 캐리어 헤드(120)가 로딩 유닛에서부터 시작하여 연마정반(110)을 거쳐 대략 사각형 형태의 순환 경로로 이동하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
다르게는, 연마 파트(100)에 구비된 한 쌍의 서로 마주하는 연마영역의 사이에 센터이송라인을 마련하고, 연마 파트(100)에 진입된 기판(10)이 센터이송라인을 따라 먼저 이송되고, 각 연마영역에서 연마된 후, 곧바로 언로딩 영역(P1)에 언로딩되게 하는 것도 가능하다. 이와 같이 기판(10)이 연마영역에서 연마되기 전에 센터이송라인을 통해 먼저 이송되는 방식은, 연마가 완료된 기판(10)의 습식 상태를 유지하기 위한 별도의 분사장치를 배제하고, 워터마크의 발생을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
언로딩 영역(P1)은 연마 파트(100)의 영역 상에 마련되며, 연마 공정이 완료된 기판(10)은 언로딩 영역(P1)에 언로딩된다.
도 2 내지 도 10을 참조하면, 반전 유닛(210)은 언로딩 영역(P1)에 구비되며, 언로딩 영역(P1)에서 기판(10)을 수취하여 기판(10)의 연마면(polishing surface)이 상측을 향하도록 기판(10)을 180도 뒤집어 반전 회전시킨다.
보다 구체적으로, 반전 유닛(210)은, 언로딩 영역(P1)에서 상하 방향으로 이동하는 가동 어셈블리(212)와, 가동 어셈블리(212)에 반전(turning) 회전 가능하게 연결되는 회전 어셈블리(214)와, 회전 어셈블리(214)에 연결되며 기판(10)을 그립하는 그립 어셈블리(216)를 포함한다.
가동 어셈블리(212)는 언로딩 영역(P1) 상에서 상하 방향을 따라 직선 이동 가능하게 제공된다.
가동 어셈블리(212)는 리니어 모터와 같은 구동 수단에 의해 상하 방향으로 직선 이동하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 가동 어셈블리가 모터 및 동력전달부재의 조합(예를 들어, 기어 또는 벨트의 조합)에 의해 직선 이동하거나, 스크류 부재를 이용하여 직선 이동하도록 구성될 수 있으며, 가동 어셈블리(212)의 직선 구동방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
회전 어셈블리(214)는 가동 어셈블리(212)에 반전(turning) 회전 가능하게 연결되며, 그립 어셈블리(216)는 회전 어셈블리(214)에 연결되어, 회전 어셈블리(214)와 함께 가동 어셈블리(212)에 대해 반전 회전할 수 있다.
회전 어셈블리(214)는 통상의 회전축 및 구동수단을 이용하여 가동 어셈블리(212)에 회전 가능하게 연결된다. 경우에 따라서는 회전 어셈블리를 가동 어셈블리에 고정하고, 가동 어셈블리가 반전하도록 구성하는 것도 가능하다.
그립 어셈블리(216)는 기판(10)을 선택적으로 그립 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 그립 어셈블리(216)의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 그립 어셈블리(216)는, 내측에 기판(10) 수용부(441)가 형성되며 기판(10)의 측면을 지지하는 측면그립부(217)와, 상기 기판(10) 수용부(441)의 내측에 제공되며 기판(10)의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부재(218)를 포함한다.
측면그립부(217)는 기판(10)의 측면을 지지 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 측면그립부(217)는 제1그립부재(217a)와, 상기 제1그립부재(217a)를 마주하며 제1그립부재(217a)에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2그립부재(217b)를 포함할 수 있고, 기판(10)의 연마면이 연마면 지지부재(218)에 지지된 상태에서 제1그립부재(217a) 및 제2그립부재(217b)는 서로 접근되며 기판(10)의 측면을 지지할 수 있다. 경우에 따라서는 측면 그립부가 3개 이상의 그립부재를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
참고로, 제1그립부재(217a) 및 제2그립부재(217b) 간의 접근 및 이격은 제1그립부재(217a) 및 제2그립부재(217b) 중 어느 하나가 다른 하나에 대해 이동함으로써 수행되거나, 제1그립부재(217a) 및 제2그립부재(217b)가 모두 서로 접근되는 방향으로 이동함으로써 수행될 수 있다.
연마면 지지부재(218)는 기판(10)의 연마면을 지지한다. 여기서, 기판(10)의 연마면이라 함은, 화학 기계적 연마 공정시 연마 패드에 접촉되며 연마되는 기판(10)의 면을 의미한다.
연마면 지지부재(218)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 갯수 및 이격 간격을 갖도록 제공될 수 있으며, 연마면 지지부재(218)의 갯수 및 이격 간격에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 원주 방향을 따라 이격된 4개의 연마면 지지부재(218)가 서로 대칭적으로 배치된 예를 들어 설명하기로 한다.
바람직하게 연마면 지지부재(218)는 기판(10)의 연마면에 접촉을 최소화할 수 있는 구조로 제공될 수 있다. 물론, 연마면 지지부재가 기판(10)의 연마면에 직접 접촉되도록 구성하는 것도 가능하나, 연마면 지지부재가 기판(10)의 직접 연마면에 접촉될 경우에는 접촉에 의한 손상이 발생될 우려가 있다. 따라서, 연마면 지지부재(218)는 기판(10)의 연마면에 접촉을 최소화할 수 있는 구조로 제공되는 것이 바람직하다.
기판(10)의 연마면 접촉을 최소화할 수 있는 연마면 지지부재(218)의 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 연마면 지지부재(218)에는 하향 경사지게 경사안내부(218a)가 형성될 수 있고, 경사안내부(218a)에는 기판(10)의 연마면 모서리(edge)가 접촉되도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구조는, 기판(10)의 연마면이 연마면 지지부재(218)에 직접 접촉되지 않고, 기판(10)의 연마면 모서리만이 연마면 지지부재(218)에 접촉되게 함으로써, 접촉에 의한 연마면의 손상을 미연에 방지할 수 있게 한다.
또한, 경사안내부(218a)의 선단에는 가이드챔퍼부(guide chamfer portion)(218b)가 형성될 수 있고, 기판(10)의 연마면 모서리는 가이드챔퍼부(218b)를 따라 접촉되는 것이 가능하다. 가이드챔퍼부(218b) 역시 하향 경사진 경사 각도를 가질 수 있으며, 가이드챔퍼부(218b)의 경사 각도는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
가이드챔퍼부(218b)는 경사안내부(218a)에 접촉되는 기판(10)의 연마면 모서리의 접촉 부위가 보다 확장될 수 있게 함으로써, 기판(10)이 보다 안정적으로 안착 및 지지될 수 있게 한다.
또한, 기판(10) 수용부(441)의 내측에는 기판(10)의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부재(219)가 제공될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 기판(10)의 비연마면이라 함은, 기판(10)의 연마면의 반대쪽 면을 의미한다. 실질적으로 화학 기계적 연마 공정 중에는 기판(10)의 비연마면(예를 들어, 기판(10)의 상면)이 상측을 바라보도록 배치될 수 있으며, 반전 유닛(210)은 기판(10)의 비연마면이 하측을 향하도록 기판(10)을 180도 뒤집어 반전시킬 수 있다.
이때, 기판(10)의 연마면과 달리 기판(10)의 비연마면은 접촉에 의한 영향에 구애받지 않으며, 비연마면 지지부재(219)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 비연마면을 지지 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 바람직하게 비연마면 지지부재(219)는 기판(10) 수용부의 반경 방향을 따라 연마면 지지부재(218)보다 짧은 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판(10)은 캐리어 헤드(120)에 의해 이송되어 반전 유닛(210)의 연마면 지지부재(218) 상에 이전될 수 있다. 이때, 제1그립부재(217a) 및 제2그립부재(217b)가 서로 이격된 상태로 배치된다. 아울러, 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판(10)은 별도의 거치대를 거치지 않고, 캐리어 헤드(120)로부터 연마면 지지부재(218)의 상부에 직접 이전되는 것이 가능하다.
도 10을 참조하면, 기판(10)이 연마면 지지부재(218)에 이전된 상태에서 제1그립부재(217a) 및 제2그립부재(217b)가 서로 접근되는 방향으로 이동함에 따라, 기판(10)의 연마면 모서리는 연마면 지지부재(218)의 경사안내부(218a)에 형성된 가이드챔퍼부(218b)에 접촉된 상태로 가이드챔퍼부(218b)를 따라 상향 이동할 수 있다. 따라서, 기판(10)의 측면은 제1그립부재(217a) 및 제2그립부재(217b)에 의해 지지됨과 동시에, 기판(10)의 연마면(저면) 및 비연마면(상면)은 연마면 지지부재(218) 및 비연마면 지지부재(219)에 의해 지지될 수 있다.
도 4를 참조하면, 기판거치부(220)는 언로딩 영역(P1)에 구비되며, 반전 유닛(210)에 의해 반전 회전된 기판(10)은 거핀거치부(220)에 수평하게 거치된다.
일 예로, 기판거치부(220)는 회전축(221)을 중심으로 회전 가능하게 구비되며, 기판거치부(220)의 상면에는 기판(10)의 저면이 거치되는 거치핀(224)이 형성될 수 있다. 기판거치부(220)를 형성하는 스핀 지그 플레이트(미도시)의 상면에는 소정 간격을 두고 이격되게 복수개의 거치핀(224)이 형성될 수 있으며, 기판(10)의 저면은 거치핀(224)의 상단에 거치될 수 있다. 거치핀(224)의 갯수 및 배치구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 기판거치부(220)는 기판(10)의 가장자리가 거치되는 가장자리 거치부(222)를 포함할 수 있다. 일 예로, 기판거치부(220)는 스핀 지그 플레이트에 연결되어 기판(10)의 가장자리를 지지할 수 있다. 바람직하게, 고속 회전중에 기판(10)이 요동하는 것을 방지할 수 있도록 기판거치부(220)에는 기판(10)의 외주 끝단을 수용 지지하기 위한 요입부(미도시)가 형성될 수 있다. 아울러, 케이싱(242)과 기판거치부(220)의 사이에는 기판(10)으로부터 비산되는 세정액을 막아주기 위한 커버부재(226)가 제공될 수 있다. 경우에 따라서는 기판거치부가 거치핀이나 가장자리 거치부없이 단순한 플레이트 형태로 형성되는 것도 가능하다.
다시 도 8을 참조하면, 반전 유닛(210)의 그립 어셈블리(216)는 상하 방향을 따라 회전 어셈블리(214)의 회전축(214a)으로부터 기설정된 편심거리(H1)만큼 이격되게 배치될 수 있다.
여기서, 그립 어셈블리(216)가 회전 어셈블리(214)의 회전축(214a)으로부터 기설정된 편심거리(H1)만큼 이격되게 배치된다 함은, 그립 어셈블리(216)에서 기판(10)이 거치되는 수평면이 회전 어셈블리(214)의 회전축(214a)으로부터 편심거리(H1)만큼 이격된 것으로 정의된다.
이와 같이, 그립 어셈블리(216)를 회전 어셈블리(214)의 회전축(214a)으로부터 기설정된 편심거리(H1)만큼 이격되게 배치하는 것에 의하여, 반전 유닛(210)의 이동 스트로크(도 9의 L1 참조)를 최소화하고, 반전 유닛(210)의 제어를 보다 용이하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 말해서, 기판(10)은 그립 어셈블리(216)에 그립된 상태에서 반전 회전한 후 기판거치부(220)에 거치된다. 기존과 같이, 그립 어셈블리(216)가 회전 어셈블리(214)의 회전축에 동축적으로 배치(그립 어셈블리에서 기판이 거치되는 수평면이 회전 어셈블리의 회전축과 동일 평면상에 배치)되면, 기판(10)이 그립된 그립 어셈블리(216)가 제1스트로크만큼 하향 직선 이동한 후, 반전 회전하고, 다시 그립 어셈블리(216)가 다시 제2스트로크만큼 하향 직선 이동해야 하기 때문에, 반전 유닛(210)의 스트로크가 길어질뿐만 아니라 반전 유닛(210)의 구동 제어가 번거롭고 복잡해지는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명에서는, 그립 어셈블리(216)를 회전 어셈블리(214)의 회전축(214a)으로부터 기설정된 편심거리(H1)만큼 이격되게 배치하는 것에 의하여, 기판(10)이 그립된 그립 어셈블리(216)는 반전 회전하기 전에 단 한번만 기설정된 스트로크만큼 하향 직선 이동하면 되고, 그립 어셈블리(216)가 반전 회전한 후에는 별도의 추가 직선 이동없이 기판(10)이 곧바로 기판거치부(220)에 거치될 수 있다. 따라서, 연마 공정이 완료된 기판(10)을 기판거치부(220)에 반전된 상태로 거치하는데 있어서, 그립 어셈블리(216)의 직선 이동 횟수 및 이동 거리(도 9의 L1 참조)를 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있으며, 그립 어셈블리(216)의 구동 제어를 보다 간편하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
예비 세정 유닛(230)은 기판거치부(220)에 거치된 기판(10)을 예비 세정(pre-cleaning)하기 위해 마련된다.
참고로, 본 발명에서 기판(10)의 예비 세정이라 함은, 세정 파트(300)에서 세정이 진행되기 전에 기판(10)의 표면(특히, 기판의 연마면)에 존재하는 이물질을 최대한 세정하기 위한 공정으로 이해될 수 있다. 특히, 기판(10)의 예비 세정에서는 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질 중 비교적 큰 크기의 이물질(예를 들어, 100㎚보다 큰 크기의 이물질)을 제거할 수 있으며, 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물을 제거할 수 있다.
이와 같이, 언로딩 영역(P1)에서 연마 공정이 완료된 기판(10)이 언로딩됨과 아울러, 예비 세정이 함께 진행되도록 하는 것에 의하여, 예비 세정을 진행하기 위한 별도의 공간을 추가적으로 마련하지 않아도 되기 때문에, 기존 설비의 레이아웃을 변경하거나 추가하지 않고 거의 그대로 유지할 수 있으며, 연마가 완료된 기판(10)이 곧바로 세정 파트로 곧바로 진입됨에 따른 세정 파트(300)의 오염도의 증가를 낮출 수 있다.
아울러, 차단 유닛(240)은 언로딩 영역(P1)에서 예비 세정이 수행되는 동안 언로딩 영역(P1)의 예비 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단하기 위해 마련된다.
여기서, 언로딩 영역(P1)의 예비 세정 처리 공간이라 함은, 예비 세정이 이루어지는 공간으로 이해될 수 있으며, 예비 세정 처리 공간은 차단 유닛(240)에 의해 독립적으로 밀폐된 챔버 구조로 제공될 수 있다.
차단 유닛(240)은 기판(10)의 예비 세정시 사용된 세정액(예를 들어, 케미컬) 등이 인접한 다른 장비(예를 들어, 연마패드)로 유입되는 것을 방지할 수 있게 한다.
차단 유닛(240)은 외부와 차단된 독립적인 밀폐 공간을 제공 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 차단 유닛(240)은 기판(10)의 주변을 감싸도록 제공되며 독립적인 예비 세정 처리 공간을 제공하는 케이싱(242)과, 케이싱(242)의 출입구를 개폐하는 개폐부재(244)를 포함한다.
일 예로, 케이싱(242)은 상단부에 출입구가 형성된 대략 사각 박스 형태로 제공될 수 있으며, 개폐부재(244)는 통상의 구동부(예를 들어, 모터 및 동력 전달부재의 조합)에 의해 일 지점을 중심으로 회전하며 케이싱(242)의 출입구를 개폐하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 개폐부재가 직선 이동하며 출입구를 개폐하도록 구성하는 것도 가능하며, 다르게는 출입구를 케이싱의 측벽부에 형성하는 것도 가능하다.
그리고, 케이싱(242)의 벽면에 형성되는 배기구(242a)와, 케이싱(242)의 외측에 연결되며 배기구(242a)와 연통되는 배기 공간을 형성하는 배기챔버(242b)와, 배기챔버(242b)로부터 연장되는 배기관(242c)을 포함할 수 있으며, 배기챔버(242b)는 배기관(242c)보다 확장된 단면적을 갖도록 형성된다.
이와 같이, 본 발명은 케이싱(242)의 내부 기체(예를 들어, 흄)이 배기구(242a)와 배기챔버(242b)를 거쳐 배기관(242c)을 통해 외부로 배출될 수 있게 하되, 배기구(242a) 및 배기챔버(242b)가 배기관(242c)보다 확장된 단면적을 갖도록 하는 것에 의하여, 배기관(242c)에 의한 배기압이 배기챔버(242b)를 거쳐 배기구(242a)의 전체 영역에 고르게 작용할 수 있게 함으로써, 케이싱(242)의 내부 기체가 외부로 배출될 시 케이싱(242) 내부에 비정상적인 와류가 발생하는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 더욱 바람직하게, 배기구(242a)와 배기챔버(242b)를 케이싱(242)의 측면 둘레를 따라 전체적으로 형성(예를 들어, 링 형태)로 형성하는 것에 의하여, 케이싱(242)의 내부에 균일한 배기압을 형성하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 예비 세정 유닛(230)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 세정 방식으로 기판(10)을 예비 세정하도록 구성될 수 있다.
일 예로, 예비 세정 유닛(230)은 언로딩 영역(P1)에는 기판(10)의 표면에 세정 유체를 분사하여 예비 세정을 수행하는 세정 유체 분사부(232)를 포함할 수 있다.
여기서, 세정 유체라 함은, 세정액, 스팀, 이종 유체 등과 같이 기판(10)의 표면에 분사되어 예비 세정을 수행할 수 있는 분사 대상 물질을 모두 포함하는 개념으로 이해될 수 있으며, 세정 유체의 종류의 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 11을 참조하면, 세정 유체 분사부(232)는 언로딩 영역(P1)에 구비되며, 기판(10)의 표면에 세정액을 분사하는 세정액 분사부(233)를 포함할 수 있다.
세정액 분사부(233)는 요구되는 조건에 따라 다양한 세정액을 기판(10)의 표면에 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 세정액 분사부(233)는 SC1(Standard Clean-1, APM), 암모니아, 황산(H2SO4), 오존불산(O3HF), 과산화수소, 순수(DIW) 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 언로딩 영역(P1)의 예비 세정 처리 공간이 독립적으로 밀폐된 챔버 구조로 제공되기 때문에 세정액으로서 SC1와 같은 케미컬(chemical)을 사용하는 것이 가능하고, 케미컬을 이용하여 예비 세정을 수행할 수 있기 때문에 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물 일부를 후술할 세정 전에 미리 제거하는 것이 가능하다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 세정 유체 분사부(232)는 언로딩 영역(P1)에 구비되며, 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하는 이종 유체 분사부(235)를 포함할 수 있다.
이종 유체 분사부(235)는 이종 유체를 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 이종 유체 분사부(235)는 제1유체를 공급하는 제1유체 공급부(235a,235a')와, 제1유체와 다른 제2유체를 공급하는 제2유체 공급부(235b,235b')를 포함할 수 있으며, 제1유체 및 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 통상의 노즐과 같은 분사수단에 의해 기판(10)의 표면에 분사될 수 있다.
일 예로, 도 12를 참조하면, 이종 유체 분사부(235)는 독립적으로 제공되는 제1유체 분사노즐(235a) 및 제2유체 분사노즐(235b)을 포함할 수 있으며, 제1유체 분사노즐 및 제2유체 분사노즐에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 분리된 상태로 기판(10)의 표면에 분사될 수 있다.
이종 유체 분사부(235')의 다른 예로서, 도 13을 참조하면, 이종 유체 분사부(235)는 제1유체가 공급되는 제1유체 통로(235a'), 제2유체가 공급되는 제2유체 통로(235b')와, 제1유체 및 제2유체가 혼합되어 분사되는 혼합 분사 통로(235c')를 포함할 수 있으며, 혼합 분사 통로(235c')에서는 제1유체 및 제2유체가 서로 혼합된 상태로 기판(10)의 표면에 고속으로 분사될 수 있다.
이종 유체 분사부(235)에서 분사 가능한 이종 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 제1유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있고, 제2유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 이종 유체 분사부(235)는 이물질 제거 효율을 높일 수 있도록 액상 유체인 순수(DIW)와 기상 유체인 질소(N2)를 함께 분사하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 이종 유체에 의한 타력 및 이물질 제거 효율이 보장될 수 있다면 2가지 다른 종류의 액상 유체 또는 2가지 다른 종류의 기상 유체를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 세정액 분사부(233) 및 이종 유체 분사부(235)에서 분사되는 세정액 및/또는 이종 유체는 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질을 충분한 타격력으로 타격할 수 있도록 고압으로 분사되는 것이 바람직하다.
다시 도 12를 참조하면, 언로딩 영역(P1)에는 기판(10)의 표면에 진동 에너지를 공급하는 메가소닉 발생기(236)가 구비될 수 있다.
메가소닉 발생기(236)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 기판(10)의 표면에 진동 에너지(예를 들어, 고주파 진동 에너지 또는 저주파 진동 에너지)를 공급할 수 있다. 이하에서는 메가소닉 발생기(236)가 이종 유체 분사부(235)를 통해 기판(10)의 표면에 분사되는 세정액 또는 케미컬을 매개로 기판(10)의 표면을 진동시켜 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질이 기판(10)으로부터 효과적으로 분리될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 메가소닉 발생기가 기판에 직접 진동 에너지를 공급하도록 구성되는 것도 가능하다.
또한, 진동의 주파수 대역에 따라 제거되는 파티클(이물질)의 크기가 달라질 수 있는 바, 메가소닉 발생기(236)는 파티클의 크기에 따라 선택적으로 주파수 대역을 달리하는 것이 가능하다. 이와 같은 주파수 대역 변경 방식은, 기판(10)의 표면에 형성되는 트렌치(trench) 또는 콘택홀(contact hole)의 내부에 기포가 존재하는 경우 기포에 의해 초음파 진동이 기판(10)의 표면에 전달되지 않는 문제를 해결하고, 기판(10)의 표면에 초음파 진동이 균일하게 인가된 세정액을 제공할 수 있게 한다.
아울러, 도 14를 참조하면, 세정 유체 분사부(232)(예를 들어, 세정액 분사부 또는 이종 유체 분사부)는 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션(oscillation) 가능하게 제공되어, 세정액 및/또는 이종 유체를 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사(oscillation spray)하도록 구성될 수 있다.
세정 유체 분사부(232)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 오실레이션 가능하게 제공될 수 있다. 이하에서는 세정 유체 분사부(232)를 스윙(swing) 회전시킴으로써, 세정액 및/또는 이종 유체가 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사될 수 있도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 이와 같은 구조는 세정액 및/또는 이종 유체가 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사될 수 있게 함으로써, 세정액 및/또는 이종 유체에 의한 세정 효율을 극대화하고, 세정액 및/또는 이종 유체의 사용량을 보다 낮출 수 있게 한다. 또한, 이와 같은 방식은, 세정액 및/또는 이종 유체에 의한 세정력(타격력 포함)에 의해 기판(10) 표면의 표면으로부터 이물질이 분리됨과 아울러, 분리된 이물질을 쓸어내 기판(10)의 바깥으로 배출시키는 효과를 얻을 수 있게 한다.
또한, 도 8을 참조하면, 세정 유체 분사부(232)는 언로딩 영역(P1)에 구비되며, 기판(10)의 표면에 스팀발생부(234a)로부터 발생된 스팀을 분사하는 스팀 분사부(234)를 포함할 수 있다.
특히, 스팀 분사부(234)로부터 분사되는 스팀은 기판(10)의 표면에 존재하는 유기물을 제거하는데 효과적이다. 참고로, 스팀 분사부(234)는 스팀에 의한 유기물 제거 효율을 보장하면서 기판(10)의 손상을 방지할 수 있는 온도로 스팀을 분사하도록 구성될 수 있다. 바람직하게 스팀 분사부(234)는 60℃~120℃의 온도로 스팀을 분사할 수 있다.
세정액 분사부(233) 및 이종 유체 분사부(235)와 마찬가지로, 스팀 분사부(234) 역시 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션 가능하게 제공되어, 스팀을 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사하도록 구성될 수 있다.(도 14 참조)
도 16 및 도 17을 참조하면, 세정 유체 분사부(232)는 언로딩 영역(P1)에 구비되며, 기판(10)의 표면에 서로 다른 이종 유체를 분사하는 이종 유체 분사부(237)를 포함하되, 이종 유체 분사부(237)는 드라이아이스 입자를 공급하는 드라이아이스 공급부와, 기판(10)의 표면에 유체를 분사하는 유체 분사부를 포함할 수 있다.
유체분사부는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 유체를 분사하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 유체 분사부는 기상 유체 및 액상 유체 중 적어도 어느 하나를 분사하도록 구성될 수 있다. 이하에서는 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자와 함께 기상 유체(G1)를 분사하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 이종 유체 분사부가 드라이아이스 입자와 함께 액상 유체(예를 들어, DIW)를 분사하도록 구성하는 것도 가능하다.
유체분사부는 드라이아이스 입자(D1)와 유체를 혼합하여 분사 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 유체분사부는 기상 유체가 공급되는 기상 유체 공급 통로(237a), 드라이아이스가 공급되는 드라이아이스 공급 통로(237b), 기상 유체(G1)와 드라이아이스 입자(D1)가 혼합 및 분사되는 분사체 배출통로(237c)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하에서는 드라이아이스 공급 통로(237b)를 통해 공급되는 드라이아이스가 액체 상태의 이산화탄소로 공급되어 분사체 배출통로(237c)를 통과하면서 드라이아이스 고체 입자로 고화되도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
이를 위해, 기상 유체 공급 통로(237a)는 기상 유체(G1)의 유동 방향을 따라 단면이 일정한 제1단면 일정 영역(S1)과, 기상 유체(G1)의 유동 방향을 따라 단면이 점진적으로 감소하는 단면 감소 영역(S2)과, 기상 유체(G1)의 유동 방향을 따라 단면이 일정한 제2단면 일정 영역(S31)의 일부로 이루어진다.
이에 따라, 기상 유체(G1)는 제1단면 일정 영역(S1)을 통과하면서 유동이 안정화되고, 단면 감소 영역(S2)을 통과하면서 압력이 점점 낮아져 기체의 유속이 빨라지며, 제2단면 일정 영역(S31)의 일부를 통과하면서 유동이 안정화된다. 이때, 제2단면 일정 영역(S31)이 시작되는 지점으로부터 정해진 거리만큼 떨어진 제1지점에서 분기 통로(드라이아이스 공급 통로)의 출구가 형성됨에 따라, 기상 유체 공급 통로(237a)를 통해 공급되는 압축 기체가 단면 감소 영역(S2)을 통과하면서 유속이 빨라지고, 제2단면 일정 영역(S31)을 통과하기 시작하면서 유동이 안정된 상태가 된다.
이 상태에서, 분기 통로(드라이아이스 공급 통로)를 통해 액체 상태의 고압의 이산화탄소가 제2단면일정영역의 제1위치(X1)로 유입되면서, 액체 상태의 이산화탄소는 상대적으로 낮은 압력의 제2단면 일정 영역(S31)에 도달하면 압력이 급감하면서 드라이아이스 고체 입자로 고화된다.
한편, 기체 공급부는 기상 유체 공급 통로(237a)를 통해 공기, 질소가스, 아르곤 가스 등의 불활성 가스 중 어느 하나 이상을 공급하도록 구성될 수 있다. 기상 유체 공급 통로(237a)를 통해 불활성 가스를 공급하는 경우에는, 기판(10) 상에서 화학 반응이 억제되므로 세정 효과를 높일 수 있는 이점이 있다.
분기 통로는 기상 유체 공급 통로(237a)를 따르는 기체 유동 방향과 동일한 방향 성분을 가지면서, 직선 형태의 중심선을 따라 기상 유체가 공급되는 기상 유체 공급 통로(237a)에 대하여 예각을 이루도록 형성된다. 이에 의하여, 분기 통로를 통해 유입되는 액체 상태의 이산화탄소는 원활하게 기상 유체 공급 통로(237a) 끝단의 제1위치(X1)로 유입된다.
일 예로, 분기 통로(드라이아이스 공급 통로)에는, 고압 탱크로부터 액체 상태의 이산화탄소가 공급된다. 그리고, 분기 통로로 주입하는 액체 상태의 이산화탄소의 압력도 높게 유지된다. 이에 따라, 분기 통로를 통해 공급되던 액체 상태의 이산화탄소가 제1위치(X1)에서 기상 유체 공급 통로(237a)에 합류하는 순간, 고압 상태의 이산화탄소는 고압에서 저압으로 압력이 낮아지고, 이에 따라 액체 상태의 이산화탄소는 고체 상태의 드라이아이스로 고화된다.
더욱이, 분기 통로를 통해 고체 상태의 드라이아이스 입자들을 공급하는 대신에, 액체 상태의 이산화탄소를 분기 통로를 통해 공급함으로써, 액체 상태의 이산화탄소가 저압의 기상 유체 공급 통로(237a)에 도달하면서 미세한 드라이아이스 고체 입자로 고화되므로, 기상 유체 공급 통로(237a)를 통해 유동하던 기체 유동과 함께 배출 통로를 통과하면서 균일하게 혼합된다.
분기 통로의 단면은 기상 유체 공급 통로(237a)에 비하여 더 작은 단면으로 형성되며, 제1위치(X1)에서 고화되는 드라이아이스 입자의 크기는 분기 통로의 단면 크기를 조절하는 것에 의해 조절할 수 있다. 예를 들어, 드라이아이스 입자의 직경은 100㎛ 내지 2000㎛의 크기로 형성될 수 있다.
분사체 배출통로(237c)는 기상 유체 공급 통로(237a)와 연속하여 일자 형태로 배치되며, 분기 통로와 연통하는 제1위치(X1)에서, 분기 통로를 통해 공급된 액체상태의 이산화탄소가 고화된 드라이아이스 입자가 기상 유체와 합쳐지면서 분사체를 형성한다. 그리고, 기상 유체 공급 통로(237a)와 분기 통로로부터 공급되는 기상 유체와 이산화탄소의 유동 압력으로 분사체는 토출구를 향하여 이동하여 배출된다.
이 때, 분사체가 배출되는 배출 영역(S3)은, 유동 방향을 따라 단면이 일정하게 유지되는 제2단면 일정 영역(S31)과, 유동 방향을 따라 단면이 점진적으로 확장되는 단면 확장 영역(S32)으로 형성된다. 이에 따라, 제2단면 일정 영역(S31)의 제1위치(X1)에서, 안정적으로 유동하는 기체 유동 내에 미세한 드라이아이스 고체 입자가 균일하게 퍼지면서 배출 영역(S3)을 통과한다. 따라서, 토출구에서 토출되는 분사체에는 기상 유체와 미세한 드라이아이스 고체 입자가 균질하게 혼합된 상태로 배출된다.
특히, 단면 감소 영역(S2)에서 유속이 빨라진 기상 유체가 단면 확대 영역을 통과하면서 기체가 팽창하여 온도를 낮추므로, 토출되는 분사체의 온도를 낮출 수 있는 효과가 얻어진다. 따라서, 기판(10)의 표면을 타격하는 분사체에 의하여 기판(10)이 냉각되므로, 기판(10)을 세정하는 동안에 열영동(Thermo-phoresis) 효과에 의해 기판(10)으로부터 떨어져나간 미세 입자(이물질 입자)가 주변을 부유하다가 기판(10)에 재부착되는 것을 억제할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부(235)는 화학 기계적 연마 공정이 행해진 기판(10)의 표면에 고착된 다양한 슬러지를 보다 짧은 시간 내에 깨끗하게 제거할 수 있게 하고, 후술할 브러쉬 세정 공정 시간을 단축하게 할 뿐만 아니라, 기판(10)의 표면에 묻은 이물질을 제거하기 위한 케미컬의 양을 줄일 수 있게 한다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 액체 상태의 이산화탄소를 고화시켜 드라이아이스 고체 입자가 공급되도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 이미 고화된 드라이아이스 고체 입자가 드라이아이스 공급 통로를 통해 공급되도록 구성하는 것도 가능하다. 또한, 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부가 긴 길이를 갖는 슬릿 형태를 토출구를 갖도록 형성되는 것도 가능하다.
또한, 드라이아이스와 유체를 함께 분사하는 이종 유체 분사부(237) 역시 역시 기판(10)의 표면에 대해 오실레이션 가능하게 제공되어, 드라이아이스 및 유체를 기판(10)의 표면에 오실레이션 분사하도록 구성될 수 있다.(도 14 참조)
아울러, 본 발명의 실시예에서는 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부가 기상 유체 공급 통로, 분기 통로 및 배출통로를 포함하여 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 세정액 또는 케미컬이 기상 유체 공급 통로, 분기 통로 및 배출통로를 포함하는 이종 유체 분사부와 동일 또는 유사한 구조에 의해 고속으로 분사되도록 구성하는 것이 가능하다.
또한, 기상 유체와 액상 유체(또는 2가지 기상 유체 또는 2가지 액상 유체)가 분사되는 이종 유체 분사부의 경우에도 드라이아이스와 유체를 분사하는 이종 유체 분사부와 동일 또는 유사한 분사 구조를 적용하는 것이 가능하다. 가령, 기상 유체와 액상 유체를 분사하는 이종 유체 분사부는, 기체의 유동 방향을 따라 단면이 점진적으로 감소하여 기체의 유속을 증대시키는 단면 감소 영역이 구비되고 단면 감소 영역으로부터 토출구까지 제3영역이 형성된 기체 공급 통로(도 16의 237a 참조)와, 토출구에 근접한 제1위치에서 액체를 기체 공급 통로에 합류시키는 액체 공급 통로(도 16의 237b 참조)를 포함하여 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는 기판(10)의 표면에 세정액 등을 분사하여 비접촉 방식으로 기판(10)의 예비 세정이 이루어지는 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 예비 세정 유닛이 기판의 표면에 회전 접촉되는 세정 브러쉬를 포함하는 것도 가능하다.
한편, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 시스템(1)은, 언로딩 영역(P1)에서 기판(10)의 상부에 배치되는 제1위치(RP1)와, 언로딩 영역(P1)에서 기판(10)의 외측에 배치되는 제2위치(RP1)로 회전 가능하게 구비되는 회전암(231)을 포함할 수 있고, 세정 유닛(230)은 회전암(231)에 장착될 수 있다.
바람직하게 세정 유닛(230)은 회전암(231)에 선택적으로 분리 가능하게 장착된다. 이와 같이, 하나의 회전암(231)에 세정 유닛(230)이 분리 가능하게 장착되도록 하는 것에 의하여, 서로 다른 종류의 세정 유체를 분사하는 분사부를 장착하기 위한 여러개의 회전암 또는 지지수단을 각각 구비할 필요없이, 하나의 회전암을 공용으로 사용할 수 있기 때문에, 구조를 간소화하고 공간활용성을 증가시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱이, 기판(10)이 반전 유닛(210)에 의해 반전되거나, 예비 세정된 기판(10)이 외부로 이송되는 동안에는 회전암(231)이 제2위치(RP1)에 배치되게 함으로써, 반전 유닛(210) 또는 이송 유닛과 같은 주변 장치와의 충돌을 미연에 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 세정 파트(300)는 연마 파트(100)의 인접한 측부에 제공되며, 언로딩 영역(P1)에서 예비 세정된 기판(10)의 표면에 잔류하는 이물질을 세정하기 위해 제공된다.
참고로, 본 발명에서 세정 파트(300)에서 진행되는 기판(10)의 세정이라 함은, 예비 세정이 진행된 후 기판(10)의 표면(특히, 기판(10)의 연마면, 기판(10)의 비연마면도 세정 가능)에 잔류하는 이물질을 최대한 세정하기 위한 공정으로 이해될 수 있다. 특히, 기판(10)의 세정에서는 기판(10)의 표면에 존재하는 이물질 중 비교적 작은 크기의 이물질(예를 들어, 40~100㎚ 크기의 이물질)과, 비교적 강한 부착력으로 부착된 이물질을 제거할 수 있다.
아울러, 세정 파트(300)에서 세정된 기판(10)은 무세정 상태로 기설정된 다음 공정을 수행하도록 구성된다. 여기서, 기판(10)을 무세정 상태로 다음 공정을 수행한다 함은, 세정 파트(300)에서의 세정 공정을 마지막으로 기판(10)에 대한 모든 세정 공정이 완료되는 것으로 이해될 수 있고, 세정 공정이 완료된 기판(10)에 대해서는 추가적인 세정 공정없이 다음 공정(예를 들어, 증착 공정)이 진행될 수 있다.
세정 파트(300)는 여러 단계의 세정 및 건조 공정을 수행 가능한 구조로 제공될 수 있으며, 세정 파트(300)를 구성하는 세정 스테이션의 구조 및 레이아웃에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 세정 파트(300)는 기판(10)의 표면에 잔류하는 유기물 및 여타 다른 이물질을 제거하기 위한 세정을 효과적으로 수행할 수 있도록, 기판(10)의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행하는 접촉식 세정유닛(400)과, 기판(10)의 표면에 물리적으로 비접촉되며 세정을 수행하는 비접촉식 세정유닛(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 세정 파트가 접촉식 세정유닛 및 비접촉식 세정유닛 중 어느 하나만을 포함하여 구성되는 것도 가능하다. 아울러, 세정 파트를 구성하는 복수개의 세정유닛은 단층 구조로 배치되는 것이 가능하나, 경우에 따라서는 세정 파트를 구성하는 복수개의 세정유닛을 상하 방향을 따라 적층하여 다층 구조로 배치하는 것도 가능하다.
접촉식 세정유닛(402,404)에는 세정 브러쉬, 케미컬 공급부 등이 구비될 수 있다.
비접촉식 세정유닛(502,504)에서, 기판(10)은 거치대에 낱장 단위로 거치된 상태로, 세정 유체 분사부(세정액 분사부, 스팀 분사부, 이종 유체 분사부), 이소프로필 알콜 분사부, 메가소닉 발생기 중 적어도 어느 하나에 의해 세정될 수 있다.
이하에서는 도 18 내지 도 22를 참조하여 본 발명의 따른 기판 처리 시스템에 의한 기판(10) 처리 공정을 설명하기로 한다.
도 18을 참조하면, 연마 공정이 완료된 기판(10)은 캐리어 헤드(120)에 의해 케이싱(242)의 상면에 형성된 출입부를 거쳐 반전 유닛(210)에 수취된다. 이때, 반전 유닛(210)은 기판(10)을 수취하기 전에 미리 케이싱(242)의 상부 영역으로 이동한 상태로 배치되어 있다가, 캐리어 헤드(120)로부터 기판(10)을 수취하게 된다.
다음, 도 19를 참조하면, 기판(10)이 수취된 반전 유닛(210)은 기절성된 스트로크(L1)만큼 하향 직선 이동한다.
그 후, 도 20과 같이, 반전 유닛(210)의 그립 어셈블리(216)는 회전 어셈블리(214)의 회전축을 중심으로 180도 반전 회전한다. 그립 어셈블리(216)가 반전 회전함에 따라 기판(10)은 기판거치부(220)의 바로 상단에 배치될 수 있고, 기판(10)은 그립 어셈블리(216)로부터 기판거치부(220)로 이전된다.
도 21을 참조하면, 기판(10)이 기판거치부(220)에 거치된 후, 회전암(231)이 기판(10)의 상부에 배치되는 제1위치(RP1)로 회전한 상태에서, 기판(10)은 예비 세정 유닛(230)에 의해 예비 세정된다. 이때, 기판(10)이 예비 세정되는 동안, 커버부재(226)는 상향 이동되어 기판(10)으로부터 비산되는 세정액을 막아준다.
도 22를 참조하면, 기판(10)에 대한 예비 세정이 완료되면, 회전암(231)이 기판(10)의 외측에 배치되는 제2위치로 회전함과 동시에, 커버부재(226)가 하향 이동한다. 그 후, 기판(10)은 이송유닛에 의해 세정 파트로 이송된다. 이때, 이송유닛은 케이싱(242)에 형성된 보조 출입부를 통해 출입될 수 있으며, 보조 출입부는 별도의 개폐부재(244)에 의해 선택적으로 개폐되도록 구성된다.
한편, 도 23 및 도 24는 본 발명에 따른 기판 처리 방법을 도시한 블록도이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 23을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 방법은, 기판(10)에 대한 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 연마 파트(100)에서 수행하는 연마 단계(S10)와, 연마 공정이 완료된 기판(10)을 연마 파트(100)에 마련된 언로딩 영역(P1)에서 수취하여 반전 회전시키는 반전 회전 단계(S20)와, 반전 회전된 기판(10)을 언로딩 영역(P1)에 마련된 기판거치부(220)에 거치시키는 기판(10) 거치 단계(S30)와, 기판거치부(220)에 거치된 기판(10)을 언로딩 영역(P1)에 마련된 예비 세정 유닛(230)을 이용하여 예비 세정(pre-cleaning)하는 예비 세정 단계(S40)와, 예비 세정 단계에서 예비 세정된 기판(10)을 세정 파트에서 세정하는 세정 단계(S50)를 포함한다.
단계 1:
먼저, 기판(10)에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행한다.(S10)
연마 단계(S10)에서는, 기판(10)이 캐리어 헤드(도 2의 120)에 밀착된 상태로 슬러리가 공급되는 연마 패드의 상면에 회전 접촉됨으로써 화학 기계적 연마 공정이 수행된다.
단계 2:
다음, 연마 공정이 완료된 기판(10)을 연마 파트(100)에 마련된 언로딩 영역(P1)에서 수취하여 반전 회전시킨다.(S20)
반전 회전 단계(S20)에서, 연마 공정이 완료된 기판(10)은 언로딩 영역(P1)에 구비된 반전 유닛(210)에 의해 180도 반전 회전된다.
구체적으로, 반전 회전 단계는, 연마 공정이 완료된 기판(10)을 언로딩 영역(P1)에 마련된 반전 유닛(210)에서 수취하는 수취 단계와, 기판(10)이 수취된 반전 유닛(210)을 기판거치부(220)에 인접하게 이동시키는 이동 단계와, 기판(10)이 수취된 반전 유닛(210)을 180도 회전시키는 회전 단계를 포함한다.
즉, 도 18과 같이, 연마 공정이 완료된 기판(10)은 캐리어 헤드(120)에 의해 케이싱(242)의 상면에 형성된 출입부를 거쳐 반전 유닛(210)에 수취된다. 이때, 반전 유닛(210)은 기판(10)을 수취하기 전에 미리 케이싱(242)의 상부 영역으로 이동한 상태로 배치되어 있다가, 캐리어 헤드(120)로부터 기판(10)을 수취한다.
도 19와 같이, 기판(10)이 수취된 반전 유닛(210)은 기절성된 스트로크(L1)만큼 하향 직선 이동한 후, 도 20과 같이, 반전 유닛(210)의 그립 어셈블리(216)가 회전 어셈블리(214)의 회전축을 중심으로 180도 반전 회전함에 따라 기판(10)은 기판거치부(220)의 바로 상단에 배치될 수 있다.
단계 3:
다음, 반전 회전된 기판(10)을 언로딩 영역(P1)에 마련된 기판거치부(220)에 거치시킨다.(S30)
기판(10) 거치 단계(S30)에서는 반전 유닛(210)에 의해 반전 회전된 기판(10)이 기판거치부(220)의 상부에 수평하게 거치된다.
바람직하게 기판(10) 거치 단계(S30)에서 기판(10)의 가장자리는 가장자리 거치부(도 4의 222 참조)에 의해 지지되도록 하는 것에 의해 고속 회전중에 기판(10)이 요동하는 것을 방지할 수 있다.
단계 4:
다음, 기판거치부(220)에 거치된 기판(10)을 언로딩 영역(P1)에 마련된 예비 세정 유닛(230)을 이용하여 예비 세정(pre-cleaning)한다.(S40)
참고로, 기판(10)의 예비 세정이라 함은, 세정 파트(300)에서 기판(10)에 대한 세정이 진행되기 전에 기판(10)의 표면(특히, 기판의 연마면)에 존재하는 이물질을 최대한 세정하기 위한 공정으로 이해될 수 있다.
바람직하게, 예비 세정 단계(S40)는, 연마 파트(도 2의 100 참조)에 마련된 예비 세정 영역(P1)에서 진행된다. 즉, 연마 파트(100)에 마련된 예비 세정 영역(P1)에는 연마 공정이 완료된 기판(10)이 언로딩되며, 예비 세정 단계(S40)에서는 언로딩된 기판(10)에 대해 예비 세정이 진행된다.
이때, 연마 공정이 완료된 기판(10)은 180도 반전되어 기판거치부(220)에 거치된 상태에서 예비 세정된다.
이와 같이, 연마 공정이 완료된 기판(10)을 예비 세정 영역(P1)에 언로딩한 후 세정 파트로 이송하는 공정 순서를 그대로 유지하되, 기판(10)이 언로딩되는 예비 세정 영역(P1)에서 기판(10)에 잔존하는 이물질을 일차적으로 예비 세정하는 것에 의하여, 기존 설비의 레이아웃을 변경하거나 추가하지 않고도, 공정 효율의 저하없이 본 세정 공정(세정 파트에 의한 세정 단계)이 진행되기 전에 기판(10)에 잔존하는 이물질을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 예비 세정 단계(S40)에서는, 기판(10)의 표면에 케미컬, 순수(DIW), 스팀, 이종 유체 등과 같은 세정 유체를 분사하거나, 기판(10)의 표면에 세정 브러쉬를 회전 접촉시키거나, 기판(10)의 표면에 진동 에너지를 공급하는 것에 의하여 예비 세정을 수행할 수 있다.(도 10 내지 도 17 참조)
아울러, 예비 세정 단계에서, 기판(10)이 언로딩 영역(P1)의 예비 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단하는 차단 유닛(240)의 내부에서 예비 세정되도록 하는 것에 의하여, 예비 세정시 사용된 세정액(예를 들어, 케미컬) 등이 인접한 다른 장비(예를 들어, 연마패드)로 유입되는 것을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
단계 5:
다음, 예비 세정 단계에서 예비 세정된 기판(10)을 세정 파트에서 세정한다.(S50)
세정 단계(S50)에서는, 예비 세정 단계(S30)에서 예비 세정된 기판(10)을 세정 파트(300)를 이용하여 다시 세정한다.
참고로, 세정 단계(S40)에서 기판(10)의 세정이라 함은, 예비 세정이 진행된 후 기판(10)의 표면(특히, 기판의 연마면, 기판의 비연마면도 세정 가능)에 잔류하는 이물질을 세정하기 위한 공정으로 이해될 수 있다.
아울러, 세정 단계(S50)에서 세정된 기판(10)은 무세정 상태로 기설정된 다음 공정을 수행하도록 구성된다. 여기서, 기판(10)을 무세정 상태로 다음 공정을 수행한다 함은, 세정 단계(S50)에서의 세정 공정을 마지막으로 기판(10)에 대한 모든 세정 공정이 완료되는 것으로 이해될 수 있고, 세정 공정이 완료된 기판(10)에 대해서는 추가적인 세정 공정없이 다음 공정(예를 들어, 증착 공정)이 진행될 수 있다.
아울러, 세정 단계(S50)에서는, 기판(10)의 표면에 케미컬, 순수(DIW), 스팀, 이종 유체 등과 같은 세정 유체를 분사(비접촉식 세정)하거나, 기판(10)의 표면에 세정 브러쉬를 회전 접촉(접촉식 세정)시키거나, 기판(10)의 표면에 진동 에너지를 공급하거나, 기판(10)의 표면에 이소프로필 알콜(IPA)을 분사하는 것에 의하여 세정을 수행할 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 100 : 연마 파트
110 : 연마 정반 120 : 캐리어 헤드
210 : 반전 유닛 212 : 가동 어셈블리
214 : 회전 어셈블리 216 : 그립 어셈블리
217 : 측면 그립부 217a : 제1그립부재
217b : 제2그립부재 218 : 연마면 지지부재
218a : 경사안내부 218b : 가이드 챔퍼부
219 : 비연마면 지지부재 220 : 기판거치부
230 : 예비 세정 유닛 232 : 세정 유체 분사부
233 : 세정액 분사부 234 : 스팀분사부
235 : 이종 유체 분사부 236 : 메가소닉 발생기
240 : 차단 유닛 242 : 케이싱
242a : 배기구 242b : 배기챔버
242c : 배기관 244 : 개폐부재
300 : 세정 파트

Claims (26)

  1. 기판 처리 시스템에 있어서,
    기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와;
    상기 연마 파트에 마련되며, 연마 공정이 완료된 상기 기판이 언로딩되는 언로딩 영역과;
    상기 언로딩 영역에 구비되며, 상기 언로딩 영역에서 상기 기판을 수취하여 반전 회전시키는 반전유닛과;
    상기 언로딩 영역에 구비되며, 반전 회전된 상기 기판이 거치되는 기판거치부와;
    상기 기판거치부에 거치된 상기 기판을 예비 세정(pre-cleaning)하는 예비 세정 유닛과;
    상기 언로딩 영역에 구비되며, 상기 기판의 주변을 감싸도록 형성되어 독립적인 상기 예비 세정 처리 공간을 제공하는 케이싱과, 상기 케이싱의 출입구를 개폐하는 개폐부재를 구비하여, 상기 예비 세정이 수행되는 동안에 상기 예비 세정 처리 공간을 그 이외의 공간과 차단하는 차단 유닛과;
    상기 케이싱의 벽면에 형성된 배기구와 연통되는 배기 공간을 형성하고 상기 케이싱의 외측에 상기 케이싱과 일체로 형성되는 배기 챔버와;
    상기 배기 챔버로부터 연장되어 상기 케이싱의 내부 기체를 외부로 배출하는 배기관과;
    상기 예비 세정 유닛에 의해 상기 예비 세정된 기판을 세정하는 세정 파트를;
    포함하고, 상기 배기구와 상기 배기챔버가 상기 배기관에 비하여 보다 확장된 단면적을 갖도록 형성되고, 상기 배기구와 상기 배기챔버와 상기 배기관을 순차적으로 통과하여 상기 상기 케이싱의 내부 기체를 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반전유닛은,
    상기 언로딩 영역에서 상하 방향으로 이동하는 가동 어셈블리와;
    상기 가동 어셈블리에 반전(turning) 회전 가능하게 연결되는 회전 어셈블리와;
    상기 회전 어셈블리에 연결되며, 상기 기판을 그립하는 그립 어셈블리를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 그립 어셈블리는,
    내측에 기판 수용부가 형성되며, 상기 기판의 측면을 지지하는 측면그립부와;
    상기 기판 수용부의 내측에 제공되며, 상기 기판의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부재를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연마면 지지부재에는 경사안내부가 형성되고,
    상기 경사안내부에는 상기 기판의 연마면 모서리(edge)가 접촉되되, 상기 경사안내부의 선단에는 가이드챔퍼부(guide chamfer portion)가 형성되고, 상기 기판의 연마면 모서리는 상기 가이드챔퍼부를 따라 접촉되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.


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