KR20100060666A - 기판 지지부재, 이를 갖는 기판 연마 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 지지부재는 기판을 진공 흡착하여 고정시키는 스핀 헤드 및 스핀 헤드를 회전시키는 지지부를 고정시킨다. 스핀 헤드는 지지부와 결합되는 베이스 플레이트, 및 베이스 플레이트 상에 설치되고 기판이 안착되며 탄성을 갖는 다공성 재질로 이루어진 지지 시트를 포함한다. 연마 공정 시, 지지 시트는 탄성력을 이용하여 기판 상면의 평탄도를 균일하게 유치시킨다. 이에 따라, 기판 연마 장치는 진공 흡착 및 기판의 배면 이물로 인한 기판의 과연마를 방지하고, 연마 균일도를 향상시키며, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.

Description

기판 지지부재, 이를 갖는 기판 연마 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법{SUBSTRATE SUPPORTING MEMBER, SUBSTRATE POLISHING APPARATUS HAVING THE SAME AND METHOD OF POLISHING SUBSTRATE USING THE SAME}
본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판을 매엽 처리 방식으로 연마 및 세정하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 박막의 형성 및 적층을 위해 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 등 다수의 단위 공정들을 반복 수행해야만 한다. 웨이퍼 상에 요구되는 소정의 회로 패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되며, 회로 패턴이 형성된 후 웨이퍼의 표면에는 많은 굴곡이 생기게 된다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 웨이퍼 표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차가 증가하고 있다. 웨이퍼 표면의 비평탄화는 사진 공정에서 디포커스(Defocus) 등의 문제를 발생시키므로 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 웨이퍼 표면을 연마하여야 한다.
웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있으나 이 중 좁은 영역뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 장치가 주로 사용된다. 화학적 기계적 연마 장치는 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마재에 의해 연마시키는 장치로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다.
또한, 반도체 소자가 고밀도, 고집적화, 고성능화됨에 따라 회로 패턴의 미세화가 급속히 진행됨으로써, 기판 표면에 잔류하는 파티클(Particle), 유기 오염물, 금속 오염물 등의 오염 물질은 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미치게 된다. 이 때문에 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정이 반도체 제조 공정에서 매우 중요하게 대두되고 있으며, 반도체 제조를 위한 각 단위 공정들의 전후 단계에서 기판의 세정 공정이 실시되고 있다.
본 발명의 목적은 과연마를 방지할 수 있는 기판 지지부재를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기한 기판 지지부재를 구비하는 기판 연마 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기한 기판 지지부재를 이용하여 기판을 연마하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 지지부재는 스핀 헤드 및 지지부로 이루어진다.
스핀 헤드는 기판을 진공 흡착하여 상면에 상기 기판을 고정시킨다. 지지부는 상기 스핀 헤드의 아래에 설치되고, 상기 스핀 헤드를 회전시킨다. 구체적으로, 상기 스핀 헤드는, 상기 지지부와 결합되는 베이스 플레이트, 및 상기 베이스 플레이트 상에 설치되고 상기 기판이 안착되며 탄성을 갖는 다공성 재질로 이루어진 지지 시트를 포함한다.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 연마 장치는 기판 지지부재 및 연마 유닛으로 이루어진다.
기판 지지부재는 기판을 진공 흡착하여 상면에 기판을 고정시키는 스핀 헤드, 및 상기 스핀 헤드의 아래에 설치되어 상기 스핀 헤드를 회전시키는 지지부를 구비한다. 연마 유닛은 상기 기판 지지부재에 안착된 기판을 연마한다.
구체적으로, 상기 스핀 헤드는, 상기 지지부와 결합된 베이스 플레이트, 및 상기 베이스 플레이트 상에 설치되고 상기 기판이 안착되며 탄성을 갖는 다공성 재질로 이루어진 지지 시트를 포함한다.
또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 연마 방법은 다음과 같다. 먼저, 스핀 헤드가 기판을 진공 흡착하여 상기 기판을 상면에 고정시킨다. 연마 유닛의 연마 패드를 상기 기판의 상면에 배치시킨다. 상기 스핀 헤드 및 상기 연마 패드를 회전시켜 상기 기판의 상면을 연마한다. 상기 스핀 헤드는 진공압이 제공되는 다수의 진공홀이 형성된 지지 플레이트를 제공하여 상기 기판을 진공 흡착하고, 상기 지지 플레이트의 상면에는 탄성력을 갖는 다공성 재질로 이루어져 상기 다수의 진공홀을 차폐하는 지지 시트를 제공하여 상기 기판을 지지한다.
상술한 본 발명에 따르면, 연마 공정 시, 지지 시트는 탄성력을 이용하여 진공홀로 집중되는 압력을 완화시키고, 기판 상면의 평탄도를 균일하게 유치시킨다. 이에 따라, 기판 연마 장치는 진공 흡착으로 인한 진공홀 주변부의 과연마 및 기판 배면의 이물로 인한 과연마를 방지하고, 연마 균일도를 향상시키며, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하 게 설명한다. 이하에서는, 웨이퍼를 반도체 기판의 일례로 설명하나, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 이에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매엽식 연마 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 매엽식 연마 시스템을 나타낸 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기판 처리 시스템(2000)은 로딩/언로딩부(10), 인덱스 로봇(Index Robot)(20), 버퍼부(30), 메인 이송 로봇(Main Transfer Robot)(50), 다수의 기판 연마부(1000) 및 제어부(60)를 포함할 수 있다.
상기 로딩/언로딩부(10)는 다수의 로드 포트(11a, 11b, 11c, 11d)를 포함한다. 이 실시예에 있어서, 상기 로딩/언로딩부(11)는 네 개의 로드 포트(11a, 11b, 11c, 11d)를 구비하나, 상기 로드 포트(11a, 11b, 11c, 11d)의 개수는 상기 기판 처리 시스템(2000)의 공정 효율 및 풋 프린트(Foot print) 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.
상기 로드 포트들(11a, 11b, 11c, 11d)에는 웨이퍼들이 수납되는 풉들(Front Open Unified Pods: FOUPs)(12a, 12b, 12c, 12d)이 안착된다. 각 풉(12a, 12b, 12c, 12d)은 웨이퍼들을 지면에 대해 수평하게 배치한 상태로 수납하기 위한 다수의 슬롯이 형성된다. 상기 풉(12a, 12b, 12c, 12d)에는 각 기판 연마부(1000)에서 처리가 완료된 웨이퍼들 또는 상기 각 기판 연마부(1000)에 투입할 웨이퍼들을 수납한다. 이하, 설명의 편의를 위해, 상기 각 기판 연마부(1000)에 의해 처리가 완료된 웨이퍼를 가공 웨이퍼라 하고, 아직 처리되지 않은 웨이퍼를 원시 웨이퍼라 한다.
상기 로딩/언로딩부(11)와 상기 버퍼부(30) 사이에는 제1 이송 통로(41)가 형성되고, 상기 제1 이송 통로(41)에는 제1 이송 레일(42)이 설치된다. 상기 인덱스 로봇(20)은 상기 제1 이송 레일(42)에 설치되고, 상기 제1 이송 레일(42)을 따라 이동하면서 상기 로딩/언로딩부(11)와 상기 버퍼부(30) 간에 웨이퍼들을 이송한다. 즉, 상기 인덱스 로봇(20)은 상기 로딩/언로딩부(11)에 안착된 풉(12a, 12b, 12c, 12d)으로부터 적어도 한 매의 원시 웨이퍼를 인출하여 상기 버퍼부(30)에 적재한다. 또한, 상기 인덱스 로봇(20)은 상기 버퍼부(30)로부터 적어도 한 매의 가공 웨이퍼를 인출하여 상기 로딩/언로딩부(11)에 안착된 풉(12a, 12b, 12c, 12d)에 적재한다.
한편, 상기 버퍼부(30)는 상기 제1 이송 통로(41)의 일측에 설치된다. 상기 버퍼부(30)는 상기 인덱스 로봇(20)에 의해 이송된 원시 웨이퍼들을 수납하고, 상기 기판 연마부들에서 처리된 가공 웨이퍼들을 수납한다.
상기 메인 이송 로봇(50)은 제2 이송 통로(43)에 설치된다. 상기 제2 이송 통로(43)에는 제2 이송 레일(44)이 구비되고, 상기 제2 이송 레일(44)에는 상기 메인 이송 로봇(50)이 설치된다. 상기 메인 이송 로봇(50)은 상기 제2 이송 레일(44)을 따라 이동하면서, 상기 버퍼부(30)와 상기 기판 연마부들 간에 웨이퍼를 이송한다. 즉, 상기 메인 이송 로봇(50)은 상기 버퍼부(30)로부터 적어도 한 매의 원시 웨이퍼를 인출하여 상기 기판 연마부(1000)에 제공하고, 상기 기판 연마부(1000)에서 처리된 웨이퍼, 즉 가공 웨이퍼를 상기 버퍼부(30)에 적재한다.
상기 제2 이송 통로(43)의 양측에는 상기 기판 연마부들이 배치되고, 각 기판 연마부(1000)는 상기 원시 웨이퍼를 연마 및 세정하여 상기 가공 웨이퍼로 만든다. 상기 기판 연마부들은 적어도 두 개 이상의 기판 연마부가 상기 제2 이송 통로(43)를 사이에 두고 서로 마주하게 배치된다. 본 발명의 일례로, 기판 연마부들은 평면상에서 볼 때 상기 제2 이송 통로(43) 양측에 각각 두 개씩 상기 제2 이송 통로(43)를 따라 병렬 배치되나, 상기 제2 이송 통로(43)의 양 측에 각각 배치되는 기판 연마부의 개수는 상기 기판 연마 시스템(2000)의 공정 효율 및 풋 프린트에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.
또한, 상기 기판 연마부들은 다층으로 배치될 수 있다. 본 발명의 일 례로, 상기 기판 연마부들은 한 층에 두 개씩 두 개의 층으로 적층된다.
즉, 상기 기판 연마부들은 8개의 기판 연마부들로 이루어지고, 한층에 두 개씩 이층으로 배치된 4개의 기판 연마부들이 상기 제2 이송 통로(43)의 양 측에 각각 배치된다. 상기 기판 연마부들이 적층되는 층의 개수, 각 층에 배치되는 기판 연마부의 개수 및 상기 기판 연마부들이 연속하여 병렬 배치되는 열의 개수는 상기 기판 연마 시스템(1000)의 공정 효율 및 풋 프린트에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 상기 기판 연마부들이 병렬 배치되는 열의 개수가 증가할 경우, 상기 제2 이송 통로(43) 및 상기 메인 이송 로봇(50)의 개수 또한 증가한다. 또한, 상기 기판 연마부들이 적층되는 층의 개수가 증가할 경우, 상기 메인 이송 로봇(50)의 개수 또한 증가할 수 있다.
이와 같이, 상기 기판 연마부들이 다수의 층 및 다수의 열로 배치되므로, 상 기 기판 연마 시스템(2000)은 동시에 다수의 웨이퍼를 연마 및 세정할 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 연마 시스템(2000)은 공정 효율 및 생상성이 향상되고, 풋 프린트를 감소시킬 수 있다.
한편, 각 기판 연마부(1000)는 상기 제어부(60)와 연결되고, 상기 제어부(60)의 제어에 따라 원시 웨이퍼를 연마 및 세정한다. 즉, 상기 제어부(60)는 상기 기판 연마부(1000)에 의한 원시 웨이퍼의 연마량이 국부적으로 조절되도록 상기 기판 연마부(1000)를 제어하여 상기 기판 연마부(1000)의 연마 균일도를 향상시킨다.
이하, 도면을 참조하여 상기 기판 연마부(1000)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 1에 도시된 기판 연마 장치를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 기판 지지 유닛 및 처리 용기를 구체적으로 나타낸 부분 절개 사시도이며, 도 5는 도 4의 'A'부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 기판 연마 시스템(2000)은 웨이퍼(70)의 상면을 연마하는 연마 공정 및 연마 공정 후 웨이퍼(70)의 표면을 세정하는 세정 공정을 하나의 기판 연마부(1000) 내에서 순차적으로 진행할 수 있다.
구체적으로, 상기 기판 연마부(1000)는 기판 지지 유닛(100), 용기 유닛(bowl unit)(200), 연마 유닛(300), 제1 및 제2 처리액 공급 유닛(400, 500), 브러쉬 유닛(600), 에어로졸 유닛(700) 및 패드 컨디셔닝 유닛(800)을 포함할 수 있 다.
상기 기판 지지 유닛(100)은 상기 메인 이송 로봇(50)으로부터 이송된 웨이퍼(70)가 안착된다. 상기 기판 지지 유닛(100)은 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정과 세정 공정이 이루어지는 동안 상기 웨이퍼(70)를 진공 흡착하여 고정시킨다. 상기 기판 지지 유닛(100)은 상기 웨이퍼(70)가 안착되는 스핀 헤드(110) 및 상기 스핀 헤드(110)를 지지하는 지지부(120)를 포함할 수 있다. 상기 스핀 헤드(110)는 평면상에서 볼 때, 대체로 원 형상을 갖고, 상면으로부터 하면으로 갈수록 점차 폭이 감소한다. 본 발명의 일례로, 상기 스핀 헤드(110)는 상기 웨이퍼(70)를 지지하는 상면의 크기가 상기 웨이퍼(70)의 크기 보다 작다. 따라서, 측면에서 볼 때 상기 스핀 헤드(110)에 안착된 웨이퍼(70)는 단부가 상기 스핀 헤드(110)의 상면 단부보다 외측으로 돌출된다.
상기 스핀 헤드(110)는 상기 베이스 플레이트(111) 및 상기 베이스 플레이트(111) 상면에 구비된 지지 시트(112)를 포함할 수 있다. 상기 베이스 플레이트(111)에는 상기 웨이퍼(70)를 진공 흡착하기 위한 다수의 진공홀(111a) 및 상기 진공홀들(111a)의 아래에 형성된 진공 유로(111b)가 형성된다. 상기 다수의 진공홀(111a)은 상기 베이스 플레이트(111)의 상면에 형성되고, 상기 진공 유로(111b)와 연통된다. 상기 진공 유로(111b)는 외부의 진공 펌프(미도시)와 연결되며, 상기 진공 펌프로부터의 진공압 상기 다수의 진공홀(111a)에 제공한다.
상기 지지 시트(112)는 연마 공정시 상기 웨이퍼(70)가 안착된다. 상기 지지 시트(112)는 탄성을 갖는 다공성 재질로 이루어진다. 이와 같이, 상기 지지 시 트(112)는 다공성 재질로 이루어지기 때문에, 상기 지지 시트(112)에 별도의 홀을 형성하지 않고도 상기 진공홀들(111a)로부터의 진공압을 상기 웨이퍼(70)에 제공할 수 있다. 즉, 상기 진공압 제공되는 경로(VF)를 살펴보면, 상기 진공 유로(111b)로부터 상기 다수의 진공홀(111a)에 제공된 진공압은 상기 지지 시트(112)를 통해 상기 웨이퍼(70)에 제공된다.
상기 다공성 재질은 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol : PVA)과 같은 수지 재질이나 우레탄 또는 실리콘을 포함할 수 있다. 본 발명의 일례로, 상기 지지 시트(112)는 약 0.1 내지 약 3mm의 두께를 갖고, 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정이나 연마 후 세정 공정 등에 사용되는 약액들, 예컨대, 불소산(Hydrogen Fluoride :HF) 용액 등이 상기 베이스 플레이트(111) 측으로 유입되는 것을 방지한다.
또한, 본 발명의 일례로, 상기 지지 시트(112)는 웨이퍼(70) 진공 흡착시 진공홀(111a)이 형성된 부분에 압력이 집중되는 것을 완화하기 위해, 약 60 이하의 쇼어(shore hardness) 경도와 약 10% 이상의 인장 변화률을 갖는다. 이에 따라, 상기 스핀 헤드(110)는 웨이퍼(70)의 진공 흡착으로 인한 과연마를 방지할 수 있으므로, 상기 기판 연마부(1000)는 연마 불량을 방지하고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 지지 시트(112)는 탄성을 갖기 때문에, 상기 웨이퍼(70) 파지 시 웨이퍼(70)와 스핀 헤드(110) 사이에 형성된 표면 장력을 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 기판 지지유닛(100)은 연마 공정 및 세정 공정 후 웨이퍼(70) 파지 시 표면 장력에 의한 웨이퍼(70)의 파손을 방지하고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있 다.
또한, 상기 지지 시트(112)는 탄성을 갖기 때문에, 상기 웨이퍼(70)와 상기 스핀 헤드(110) 사이에 이물이 개재되더라도 상기 웨이퍼(70) 상면을 평평하게 배치시킬 수 있다. 즉, 진공 흡착 시, 상기 지지 시트(112)는 상기 이물이 잔존하는 부분이 상기 이물의 크기 만큼 아래로 함몰된다. 이에 따라, 연마 공정시 상기 웨이퍼(70) 상면의 평탄도가 항상 유지될 수 있으므로, 상기 기판 연마부(1000)는 상기 이물이 개재된 부분에서 과연마되는 것을 방지하고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
상기 스핀 헤드(110)의 아래에는 상기 지지부(120)가 설치된다. 상기 지지부(120)는 대체로 원기둥 형상을 가지며, 상기 스핀 헤드(110)와 결합하고, 연마 공정 및 세정 공정이 진행되는 동안 상기 스핀 헤드(110)를 회전시킨다.
상기 기판 지지 유닛(100)은 상기 용기 유닛(200) 내부에 수용된다. 상기 용기 유닛(200)은 제1 및 제2 처리 용기(process bowl)(210, 220), 제1 및 제2 회수통(recovery vat)(230, 240), 제1 및 제2 회수관(251, 252), 및 승강부재(260)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)는 상기 기판 지지유닛(100)을 둘러싸고, 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정 및 세정 공정이 이루어지는 공정 공간을 제공한다. 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)는 각각 상부가 개방되며, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 개방된 상부를 통해 상기 스핀 헤드(110)가 노출된다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)는 원형의 링 형상을 가지나, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 형상은 이에 국한되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 처리 용기(210)는 측벽(211), 상판(212) 및 가이드부(213)를 포함할 수 있다. 상기 측벽(211)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 기판 지지 유닛(100)을 둘러싼다.
상기 측벽(211)의 상단부는 상기 상판(212)과 연결된다. 상기 상판(212)은 상기 측벽(211)으로부터 연장되어 형성되고, 상기 측벽(211)으로부터 멀어질수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 상기 상판(212)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 평면상에서 볼 때 상기 스핀 헤드(110)로부터 이격되어 상기 스핀 헤드(110)를 둘러싼다.
상기 가이드부(213)는 제1 및 제2 가이드 벽(213a, 213b)을 포함한다. 상기 제1 가이드 벽(213a)은 상기 측벽(211)의 내벽으로부터 돌출되어 상기 상판(212)과 마주하며, 상기 측벽으로부터 멀어질수록 하향 경사진 경사면으로 이루어지고, 원형의 링 형상을 갖는다. 상기 제2 가이드 벽(213b)은 상기 제1 가이드 벽(213a)으로부터 아래로 수직하게 연장되고, 상기 측벽(211)과 마주하며, 원형의 링 형상을 갖는다. 상기 가이드부(213)는 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정중 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)과 상판(212)의 내면들측으로 비산된 처리액이 상기 제1 회수통(230) 측으로 흐르도록 가이드한다.
상기 제1 처리 용기(210)의 외측에는 상기 제2 처리 용기(220)가 설치된다. 상기 제2 처리 용기(220)는 상기 제1 처리 용기(210)를 둘러싸고, 상기 제1 처리 용기(210)보다 큰 크기를 갖는다.
구체적으로, 상기 제2 처리 용기(220)는 측벽(221) 및 상판(222)을 포함할 수 있다. 상기 측벽(221)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)을 둘러싼다. 상기 측벽(221)은 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)과 이격되어 위치하며, 상기 제1 처리 용기(210)와 연결된다.
상기 측벽(221)의 상단부는 상기 상판(222)과 연결된다. 상기 상판(222)은 상기 측벽(221)으로부터 연장되어 형성되고, 상기 측벽(221)으로부터 멀어질수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 상기 상판(222)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 평면상에서 볼 때 상기 스핀 헤드(110)로부터 이격되어 상기 스핀 헤드(110)를 둘러싼다. 상기 상판(222)은 상기 제1 처리 용기(210)의 상판(211) 상부에서 상기 제1 처리 용기(210)의 상판(211)과 마주하며, 상기 제1 처리 용기(210)의 상판(211)과 이격되어 위치한다.
상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 아래에는 연마 공정 및 세정 공정에서 사용된 처리액들을 회수하는 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)이 설치된다. 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상부가 개방된다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)은 원형의 링 형상을 가지나, 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)의 형상은 이에 국한되지 않고 다양하게 형성될 수 있다.
상기 제1 회수통(230)은 상기 제1 처리 용기(210)의 아래에 설치되고, 연마 공정에서 사용된 처리액을 회수한다. 제2 회수통(240)은 상기 제2 처리 용기(220) 의 아래에 설치되고, 세정 공정에서 사용된 처리액을 회수한다.
구체적으로, 상기 제1 회수통(230)은 바닥판(231), 제1 측벽(232), 제2 측벽(233) 및 연결부(234)를 포함할 수 있다. 상기 바닥판(231)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 지지부(220)를 둘러싼다. 본 발명의 일례로, 상기 바닥판(231)은 상기 제1 회수통(230)에 회수된 처리액의 배출을 용이하게 하기 위해 종단면이 'V' 형상을 갖는다. 이에 따라, 상기 바닥판(231)에는 링 형상의 회수 유로(231a)가 형성되며, 상기 처리액의 배출 및 회수가 용이하다.
상기 제1 측벽(232)은 상기 바닥판(231)으로부터 수직하게 연장되어 처리액을 회수하는 제1 회수 공간(RS1)을 형성한다. 상기 제2 측벽(233)은 상기 제1 측벽(232)으로부터 이격되어 상기 제1 측벽(232)과 마주한다. 상기 연결부(234)는 상기 제1 측벽(232)의 상단부 및 상기 제2 측벽(233)의 상단부와 연결되고, 상기 제1 측벽(232)으로부터 상기 제2 측벽(233)으로 갈수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 상기 연결부(234)는 상기 제1 회수 공간(RS1) 밖으로 떨어진 처리액이 상기 제1 회수 공간(RS1)에 유입되도록 상기 제1 회수 공간(RS1) 측으로 가이드한다.
상기 제1 회수통(230)의 외측에는 상기 제2 회수통(240)이 설치된다. 상기 제2 회수통(240)은 상기 제1 회수통(230)을 둘러싸고, 상기 제1 회수통(230)으로부터 이격되어 위치한다. 구체적으로, 상기 제2 회수통(240)은 바닥판(241), 제1 측벽(242) 및 제2 측벽(243)을 포함할 수 있다. 상기 바닥판(241)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 제1 회수통(230)의 바닥판(231)을 둘러싼다. 본 발명의 일례로, 상기 바닥판(241)은 상기 제2 회수통(240)에 회수된 처리액의 배출을 용이하게 하기 위해 종단면이 'V' 형상을 갖는다. 이에 따라, 상기 바닥판(241)에는 링 형상의 회수 유로(241a)가 형성되며, 처리액의 배출 및 회수가 용이하다.
상기 제1 및 제2 측벽(242, 243)은 상기 바닥판(241)으로부터 수직하게 연장되어 처리액을 회수하는 제2 회수 공간(RS2)을 형성하며, 원형의 링 형상을 갖는다. 상기 제1 측벽(242)은 상기 제1 회수통(230)의 제1 측벽(232)과 제2 측벽(233)과의 사이에 위치하고, 상기 제1 회수통(230)의 제1 측벽(232)을 둘러싼다. 상기 제2 회수통(240)의 제2 측벽(243)은 상기 바닥판(241)을 사이에두고 상기 제1 측벽(242)과 마주하고, 상기 제1 측벽(242)을 둘러싼다. 상기 제2 회수통(240)의 제2 측벽(243)은 상기 제1 회수통(230)의 제2 측벽(233)을 둘러싸며, 상단부가 상기 제2 처리 용기(220)의 측벽(222) 외측에 위치한다.
상기 웨이퍼(70)의 연마 및 세정 공정시, 각 공정에 따라 상기 스핀 헤드(110)와 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220) 간의 수직 위치가 변경되며, 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)은 서로 다른 공정에서 사용된 처리액을 회수한다.
구체적으로, 상기 연마 공정시 상기 스핀 헤드(110)는 제1 처리 용기(210) 안에 배치되며, 상기 제1 처리 용기(210) 내부에서 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정이 이루어진다. 연마 공정이 이루어지는 동안 상기 스핀 헤드(110)의 회전에 의해 상기 웨이퍼(70)가 회전한다. 이에 따라, 상기 연마 공정 시 상기 웨이퍼(70)에 분사된 처리액이 상기 웨이퍼(70)의 회전력에 의해 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211) 내면 및 상판(212) 내면측으로 비산된다. 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)과 상판(212)의 내면들에 묻은 처리액은 상기 제1 처리 용기(210)의 상 판(212) 및 측벽(211)을 따라 중력 방향으로 흘러 상기 가이드부(213)에 도달하고, 상기 가이드부(213)의 내면을 따라 중력 방향으로 흘러 상기 제1 회수통(230)에 회수된다.
연마 공정 후 세정 공정시, 상기 스핀 헤드(110)는 상기 제1 처리 용기(210)의 상부에서 상기 제2 처리 용기(220)의 상판(222) 아래에 배치되며, 세정 공정이 이루어지는 동안 회전한다. 이에 따라, 세정 공정에서 상기 웨이퍼에 제공된 처리액이 상기 제2 처리 용기(220)의 상판(222) 내면과 측벽(221) 내면 및 상기 제1 처리 용기(210)의 외면측으로 비산된다. 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)은 상기 제2 회수통(240)의 바닥판(241) 상부에 위치하며, 상기 제1 처리 용기(210)의 외면에 묻은 처리액은 상기 제1 처리 용기(210)의 외면을 따라 중력 방향으로 흘러 상기 제2 회수통(240)에 회수된다. 또한, 상기 제2 처리 용기(220)의 내면에 묻은 처리액은 상기 제2 처리 용기(220)의 내면을 따라 중력 방향으로 흘러 상기 제2 회수통에 회수된다.
이와 같이, 상기 제1 회수통(230)은 연마 공정에서 사용된 처리액을 회수하고, 상기 제2 회수통(240)은 세정 공정에서 사용된 처리액을 회수한다. 이에 따라, 상기 용기 유닛(200)은 용기 유닛(200) 내에서 이루어진 각 공정 단계별로 처리액을 분리 회수할 수 있으므로, 처리액의 재이용이 가능하고, 처리액의 회수가 용이하다.
상기 제1 회수통(230)은 상기 제1 회수관(251)과 연결되고, 상기 제2 회수통(240)은 상기 제2 회수관(252)이 연결된다. 상기 제1 회수관(251)은 상기 제1 회 수통(230)의 바닥판(231)에 결합되고, 상기 제1 회수통(230)의 바닥판(231)에는 상기 제1 회수관(251)과 연통되는 제1 회수홀(231b)이 형성된다. 상기 제1 회수통(230)의 제1 회수 공간(RS1)에 회수된 처리액은 상기 제1 회수홀(231b)을 경유하여 상기 제1 회수관(251)을 통해 외부로 배출된다.
이 실시예에 있어서, 상기 용기 유닛(200)은 두 개의 처리 용기(210, 220)와 두 개의 회수통(230, 240)을 구비하나, 상기 처리 용기(210, 220)와 상기 회수통(230, 240)의 개수는 연마 공정 및 세정 공정에서 사용되는 처리액들의 종류수 및 분리 회수할 처리액의 종류수에 따라 증가할 수도 있다.
상기 제2 회수관(252)은 상기 제2 회수통(240)의 바닥판(241)에 결합되고, 상기 제2 회수통(240)의 바닥판(241)에는 상기 제2 회수관(252)과 연통되는 제2 회수홀(241b)이 형성된다. 상기 제2 회수통(240)의 제2 회수 공간(RS2)에 회수된 처리액은 상기 제2 회수홀(241b)을 경유하여 상기 제2 회수관(252)을 통해 외부로 배출된다.
이 실시예에 있어서, 상기 제1 회수관(251)과 상기 제2 회수관(252)은 각각 한 개씩 구비되나, 상기 제1 및 제2 회수관(251, 252)의 개수는 상기 제1 및 제2 회수통(230, 240)의 크기 및 회수 효율에 따라 증가할 수도 있다.
한편, 상기 제2 처리 용기(220)의 외측에는 수직 이동이 가능한 상기 승강 부재(260)가 설치된다. 상기 승강 부재(260)는 상기 제2 처리 용기(220)의 측벽(221)에 결합되고, 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 수직 위치를 조절한다. 구체적으로, 상기 승강 부재(260)는 브라켓(261), 이동축(262) 및 구동기(263) 를 포함할 수 있다. 브라켓(261)은 상기 제2 처리 용기(220)의 외측벽(221)에 고정 설치되고, 상기 이동축(262)과 결합한다. 상기 이동축(262)은 상기 구동기(263)에 연결되고, 상기 구동기(263)에 의해 상하 방향으로 이동된다.
상기 승강 부재(260)는 웨이퍼(70)가 스핀 헤드(110)에 안착되거나, 스핀 헤드(110)로부터 들어 올려질 때 스핀 헤드(110)가 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 상부로 돌출되도록 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 하강시킨다. 하강시, 상기 제1 회수통(230)의 제1 및 제2 측벽(232, 233)과 연결부(234)는 상기 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)과 제1 및 제2 가이드 벽(213a, 213b)에 의해 형성된 공간 안으로 인입된다.
또한, 승강 부재(260)는 웨이퍼(10)의 연마 공정 및 세정 공정 진행시, 상기 연마 공정에서 사용된 처리액과 상기 세정 공정에서 사용된 처리액을 분리 회수하기 위해 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 승강 및 하강시켜 각 처리 용기(210, 220)와 상기 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 조절한다.
이 실시예에 있어서, 상기 기판 연마부(1000)는 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 수직 이동시켜 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)와 상기 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시키나, 상기 스핀 헤드(110)를 수직 이동시켜 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)와 상기 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킬 수도 있다.
한편, 상기 용기 유닛(200)의 외측에는 상기 연마 유닛(300), 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(400, 500), 상기 브러쉬 유닛(600), 상기 에어로졸 유닛(700), 및 상기 패드 컨디셔닝 유닛(800)이 설치된다.
상기 연마 유닛(300)은 상기 기판 지지유닛(100)에 고정된 웨이퍼(70)의 표면을 화학적 기계적 방법으로 연마하여 상기 웨이퍼(70)의 표면을 평탄화한다. 상기 연마 유닛(300)의 구성에 대한 구체적인 설명은 후술하는 도 6 내지 도 8에서 구체적으로 설명한다.
상기 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(400, 500)은 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정 및 세정 공정에 필요한 처리 유체를 상기 기판 지지유닛(100)에 고정된 웨이퍼(70)에 분사한다. 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(400)은 상기 용기 유닛(200)을 사이에 두고 상기 연마 유닛(300)과 마주하게 설치되며, 상기 제2 처리 용기(220)의 측벽(221)에 고정 설치된다. 연마 공정 또는 세정 공정 시, 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(400)은 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)에 처리 유체를 분사하여 상기 웨이퍼(70)를 세정한다. 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(400)은 상기 제2 처리 용기(220)의 측벽(221) 상단에 고정된 다수의 분사 노즐을 구비할 수 있고, 각 분사 노즐은 웨이퍼(70)의 중앙부측으로 처리 유체를 분사한다. 상기 분사 노즐에서 분사되는 처리 유체는 웨이퍼(70)의 세정 또는 건조를 위한 처리액일 수도 있고, 건조를 위한 건조 가스일 수도 있다.
본 발명의 일례로, 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(400)은 네 개의 분사 노즐을 구비하나, 상기 분사 노즐의 개수는 웨이퍼(70) 세정에 사용되는 상기 처리 유체의 종류수에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.
상기 제2 처리 유체 공급 유닛(500)은 상기 용기 유닛(200) 및 상기 제1 처 리 유체 공급 유닛(400)을 사이에 두고 상기 연마 유닛(300)과 마주하게 설치된다. 상기 제2 처리 유체 공급 유닛(500)은 처리액을 분사하는 약액 노즐을 구비하고, 세정 공정 시 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)에 처리액을 분사하여 상기 웨이퍼(70)를 세정한다. 상기 제2 처리 유체 공급 유닛(500)은 스윙이 가능하며, 세정 공정시 스윙 동작을 통해 상기 약액 노즐을 상기 스핀 헤드(110)의 상부에 배치시킨 상태에서 처리액을 분사한다.
상기 브러쉬 유닛(600)은 연마 공정 후 웨이퍼(70) 표면의 이물을 물리적으로 제거한다. 상기 브러쉬 유닛(600)은 상기 웨이퍼(70)에 표면에 접촉되어 상기 웨이퍼(70) 표면의 이물을 물리적으로 닦아 내는 브러쉬 패드를 구비하고, 스윙이 가능하다. 세정 공정시, 상기 브러쉬 유닛(600)은 스윙 동작을 통해 상기 브러쉬 패드를 상기 스핀 헤드(110)의 상부에 배치시킨 상태에서 상기 브러쉬 패드를 회전시켜 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)를 세정한다.
상기 브러쉬 유닛(600)의 일측에는 상기 에어로졸 유닛(700)이 배치된다. 상기 에어로졸 유닛(700)은 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)에 처리액을 미세 입자형태로 고압 분무하여 상기 웨이퍼(70) 표면의 이물을 제거한다. 본 발명의 일례로, 상기 에어로졸 유닛(700)은 초음파를 이용하여 상기 처리액을 작은 입자 형태로 분무한다. 상기 브러쉬 유닛(600)은 비교적 큰 입자의 이물을 제거하는 데 사용되며, 상기 에어로졸 유닛(700)은 상기 브러쉬 유닛(600)에 비해 비교적으로 작은 입자의 이물을 제거하는 데 사용된다.
한편, 상기 패드 컨디셔닝 유닛(800)은 상기 연마 유닛(300)이 홈 포트(home port)에서 대기 중일 때, 상기 연마 유닛(300)을 세정 및 재생시킨다.
상술한 바와 같이, 상기 기판 연마 시스템(2000)은 각 기판 연마부(1000)에서 웨이퍼(70)의 연마 공정 및 세정 공정이 모두 이루어지므로, 연마 공정 후 세정 공정용 챔버로 웨이퍼를 이송할 필요가 없고, 별도의 세정 공정용 챔버를 구비할 필요가 없다. 이에 따라, 상기 기판 연마 시스템(2000)은 웨이퍼(70)의 이송 시간 및 공정 시간을 단축시키고, 생산성을 향상시키며, 풋 프린트를 감소시킬 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 상기 연마 유닛(300)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.
도 6은 도 3에 도시된 연마 유닛을 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 연마 유닛을 나타낸 부분 절개 측면도이며, 도 8은 도 6에 도시된 연마 유닛을 나타낸 종단면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 연마 유닛(300)은 가압부(310), 유체 공급부(320), 회전부(swing part)(330) 및 구동부(340)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 가압부(310)는 연마 공정 시 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)의 상부에 배치된다. 상기 가압부(310)는 웨이퍼(70)를 연마하는 약액을 분사하면서 상기 웨이퍼(70)에 접촉된 상태로 회전하여 상기 웨이퍼(70)를 연마한다. 상기 가압부(310)의 상부에는 상기 유체 공급부(320)가 구비된다. 상기 유체 공급부(320)는 상기 가압부(310)에 상기 약액을 제공하고, 상기 구동부(340)로부터의 회전력을 상기 회전부(330)를 통해 전달받아 상기 가압부(310)와 함께 회전 한다.
상기 유체 공급부(320)의 상부에는 상기 회전부(330)가 설치된다. 상기 회전부(330)는 막대 형상의 회전 케이스(331) 및 상기 구동부(340)로부터의 회전력을 상기 유체 공급부(320)에 전달하는 벨트-풀리 어셈블리(335)를 포함할 수 있다. 상기 회전 케이스(331)는 일측이 상기 유체 공급부(320)에 결합되며, 타측이 상기 구동부(340)에 결합된다.
상기 구동부(340)는 상기 회전부(330)를 회전시키는 제1 구동 모터(341), 상기 유체 공급부(320)를 회전시키는 제2 구동 모터(342) 및 상기 가압부(310)의 수직 위치를 조절하는 수직 이동부(343)를 포함할 수 있다.
상기 제1 구동 모터(341)는 상기 회전 케이스(331)에 결합되고, 상기 회전 케이스(331)에 회전력을 제공한다. 상기 제1 구동 모터(341)는 시계 방향으로의 회전력과 반시계 방향으로의 회전력을 교대로 반복적으로 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 회전부(330)는 상기 구동부(340)에 결합된 부분을 중심축으로하여 상기 구동부(340)에 의해 스윙한다. 연마 공정 시, 상기 가압부(310)는 상기 회전부(330)의 스윙 동작에 의해 상기 웨이퍼(70)의 상부에서 원호 형태로 수평 왕복 이동할 수 있다.
상기 제1 구동 모터(341)의 아래에는 상기 제2 구동 모터(342)가 설치된다. 상기 제2 구동 모터(342)는 상기 벨트-풀리 어셈블리(335)에 회전력을 제공하고, 상기 벨트-풀리 어셈블리(335)는 상기 제2 구동 모터(342)의 회전력을 상기 유체 공급부(320)에 제공한다. 상기 벨트-풀리 어셈블리(335)는 상기 회전 케이스(331) 에 내장되고, 구동 풀리(332), 종동 풀리(333) 및 벨트(334)를 포함할 수 있다. 상기 구동 풀리(332)는 상기 제1 구동 모터(341)의 상부에 설치되고, 상기 제1 구동 모터(341)를 관통하는 수직 암(344)의 일측에 결합된다. 상기 수직 암(344)의 타측에는 상기 제2 구동 모터(342)가 결합된다.
상기 종동 풀리(333)는 상기 구동 풀리(332)와 마주하게 배치되고, 상기 유체 공급부(320)의 상부에 설치되어 상기 유체 공급부(320)에 결합된다. 상기 구동 풀리(332)와 상기 종동 풀리(333)는 상기 벨트(334)를 통해 서로 연결되며, 상기 벨트(334)는 상기 구동 풀리(332) 및 상기 종동 풀리(333)에 감긴다.
상기 제2 구동 모터(342)의 회전력은 상기 수직 암(344)을 통해 상기 구동 풀리(332)에 전달되고, 이에 따라, 상기 구동 풀리(332)가 회전한다. 상기 구동 풀리(332)의 회전력은 상기 벨트(334)를 통해 상기 종동 풀리(333)에 전달되고, 이에 따라, 상기 종동 풀리(333)가 회전한다. 상기 종동 풀리(333)의 회전력은 상기 유체 공급부(320)에 전달되고, 이에 따라, 상기 가압부(310) 및 상기 유체 공급부(320)가 회전한다.
상기 제1 구동 모터(341) 및 상기 제2 구동 모터(342)의 배후에는 상기 수직 이동부(343)가 설치된다. 상기 수직 이동부(343)는 볼 스크류(343a), 너트(343b) 및 제3 구동 모터(343c)를 포함할 수 있다. 상기 볼 스크류(343a)는 막대 형상을 갖고, 지면에 대해 수직하게 설치된다. 상기 너트(343b)는 상기 볼 스크류(343a)에 끼워지고, 상기 제2 구동 모터(342)에 고정된다. 상기 볼 스크류(343a)의 아래에는 상기 제3 구동 모터(343c)가 설치된다. 상기 제3 구동 모터(343c)는 상기 볼 스크 류(343a)와 결합하고, 시계 방향의 회전력 및 반시계 방향의 회전력을 상기 볼 스트류(343a)에 제공할 수 있다. 상기 볼 스크류(343a)는 상기 제3 구동 모터(343c)에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 상기 너트(343b)는 상기 볼 스크류(343a)의 회전에 의해 상기 볼 스크류(343a)를 따라 상하 이동하며, 이에 따라, 상기 너트(343b)에 결합된 제2 구동 모터(342)가 상기 너트(343b)와 함께 상하 이동한다. 상기 제2 구동 모터(342)의 수직 이동에 의해 상기 제1 구동 모터(341) 및 상기 회전부(330)가 상하 이동하고, 이에 따라, 상기 유체 공급부(320) 및 가압부(310) 또한 상하 이동한다.
이 실시예에 있어서, 상기 수직 이동부(343)는 볼 스크류(343a), 너트(343b) 및 제3 구동 모터(343c)를 구비하여 리니어 모터 방식으로 수직 이동력을 제공하나, 실린더를 구비하여 수직 이동력을 제공할 수도 있다.
상기 스윙 구동부(341), 스핀 구동부(342), 상기 볼 스크류(343a), 상기 너트(343b) 및 수직 암(344)은 구동 케이스(345)에 내장되고, 상기 구동 케이스(345)는 수직 방향으로 긴 막대 형상을 갖는다.
한편, 상기 유체 공급부(320)는 웨이퍼의 연마를 위한 약액을 상기 가압부(310)에 제공하고, 상기 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 회전하여 상기 가압부(310)를 회전시킨다.
구체적으로, 상기 유체 공급부(320)는 하우징(321), 회전축(322), 제1 및 제2 베어링(323a, 323b), 고정축(324), 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b), 공기 주입관(327), 및 제1 및 제2 로터리 립씰(rotary lip seal)(328a, 328b)을 포함할 수 있다.
상기 하우징(321)은 대체로 원통형의 관 형상을 갖고, 상단부가 상기 회전부(330)의 회전 케이스(331) 안에 삽입되어 상기 회전 케이스(331)에 결합되며, 하단부가 상기 가압부(310)에 결합된다.
상기 회전축(322)은 상기 하우징(321) 안에 구비되고, 상기 하우징(321)과 이격되어 위치한다. 상기 회전축(322)은 상기 하우징(321)의 길이 방향으로 연장된 중공형의 관으로 이루어진다. 상기 회전축(322)의 상단부는 상기 회전부(330)의 종동 풀리(333)에 삽입되어 상기 종동 풀리(333)와 결합하고, 상기 회전축(322)은 상기 종동 풀리(333)의 회전에 의해 회전한다. 상기 회전축(322)의 하단부는 상기 가압부(310)에 결합되고, 상기 가압부(310)는 상기 회전축(322)의 회전에 의해 회전한다. 즉, 상기 제2 구동 모터(342)의 회전력은 수직 암(344) -> 구동 풀리(332) -> 벨트(334) -> 종동 풀리(333) -> 회전축(322) -> 가압부(310) 순으로 전달되어 상기 가압부(310)가 중심중을 기준으로 회전한다.
상기 제1 및 제2 베어링(323a, 323b)은 상기 하우징(321)과 상기 회전축(322) 사이에 개재된다. 상기 제1 및 제2 베어링(323a. 323b)은 상기 하우징(321)과 상기 회전축(322)을 연결하고, 상기 회전축(322)이 안정적으로 회전하도록 상기 회전축(322)을 지지한다. 상기 제1 베어링(323a)은 상기 회전부(330)와 인접하게 위치하고, 상기 제2 베어링(323b)은 상기 가압부(310)와 인접하게 위치한다. 상기 제1 및 제2 베어링(323a, 323b)의 내륜들은 상기 회전축(322)에 끼워져 상기 회전축(322)과 함께 회전하고, 외륜들은 상기 하우징(321)에 결합되어 상기 회전축(322) 회전 시 회전하지 않는다. 따라서, 상기 회전축(322)만 회전하고, 상기 하우징(321)은 회전하지 않는다.
상기 회전축(322) 안에는 상기 고정축(324)이 설치된다. 상기 고정축(324)은 상기 회전축(332)과 동일한 방향으로 연장된 중공형의 관으로 이루어진다. 상기 고정축(324)은 상기 회전축(322)으로부터 이격되게 위치하여 상기 회전축(332) 회전시 회전하지 않는다. 상기 고정축(324)의 상단부는 상기 회전 케이스(331) 안으로 삽입되며, 상기 회전 케이스(331)에 고정된 제1 사프트 브라켓(325a)에 결합되어 상기 고정축(324)이 상기 회전 케이스(331)에 고정된다. 상기 고정축(324)의 하단부는 상기 가압부(310) 안에 삽입되며, 상기 가압부(310) 내에 설치된 제2 샤프트 브라켓(325b)에 결합되어 상기 고정축(324)이 상기 가압부(310)에 고정된다.
상기 고정축(324) 안에는 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)가 설치된다. 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)는 상기 고정축(324) 안에서 상기 고정축(324)과 동일한 방향으로 연장되며, 서로 평행하게 배치된다. 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)는 연마 공정에 사용되는 약액의 이송 유로를 제공하며, 상기 약액을 배출하는 출력단이 상기 가압부(310) 내에 위치한다.
상기 제1 약액 튜브(326a)의 입력단은 제1 약액 공급라인(83a)에 연결되고, 상기 제1 약액 공급라인(83a)은 웨이퍼의 연마에 사용되는 제1 약액(CL1)을 공급하는 제1 약액 공급부(81)에 연결된다. 상기 제1 약액 튜브(326a)는 상기 제1 약액 공급라인(83a)을 통해 상기 제1 약액 공급부(81)로부터의 제1 약액(CL1)을 공급받는다.
상기 제2 약액 튜브(326b)의 입력단은 제2 약액 공급라인(83b)에 연결되고, 상기 제2 약액 공급라인(83b)은 웨이퍼의 연마에 사용되는 제2 약액(CL2)을 공급하는 제2 약액 공급부(82)에 연결된다. 상기 제2 약액 튜브(326b)는 상기 제2 약액 공급라인(83b)을 통해 상기 제2 약액 공급부(82)로부터의 제2 약액(CL2)을 공급받는다.
이 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 약액(CL1, CL2)은 서로 다른 종류의 약액일 수도 있고, 서로 동일한 약액일 수도 있다. 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)에서 배출되는 약액(CL1, CL2)의 일례로는 웨이퍼를 연마하기 위한 슬러리(slurry) 등이 있다.
본 발명의 일례로, 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)는 상기 회전 케이스(331)를 경유하여 외부에 설치된 제1 및 제2 약액 공급라인(83a, 83b)과 각각 연결된다.
한편, 상기 공기 주입관(327)은 상기 하우징(321)의 상단부에 설치된다. 상기 공기 주입관(327)은 패드 압력 조절부(900)와 연결되고, 상기 패드 압력 조절부(900)로부터 공기를 주입받는다. 본 발명의 일례로, 상기 공기 주입관(327)은 상기 회전 케이스(331) 내부에 위치한다.
상기 공기 주입관(327)은 상기 하우징(321)에 형성된 제1 공기 유로(AFP1)와 연통되고, 상기 공기 주입관(327)에 주입된 공기는 상기 제1 공기 유로(AFP1)에 유입된다. 상기 제1 공기 유로(AFP1)는 상기 하우징(321) 벽 내부에 형성되고, 상기 하우징(321)의 상단부로부터 상기 하우징(321)의 길이 방향을 따라 연장된다. 상기 제1 공기 유로(AFP1)의 출력단은 상기 하우징(321)과 상기 회전축(322) 사이에 형성된 제2 공기 유로(AFP2)와 연통되고, 상기 제1 공기 유로(AFP1)에 제공된 공기는 상기 제2 공기 유로(AFP2)로 유입된다.
상기 제2 공기 유로(AFP2)는 상기 제1 및 제2 로타리 립씰(328a, 328b)에 의해 정의된다. 상기 제1 및 제2 로타리 립씰(328a, 328b)는 상기 하우징(321)과 상기 회전축(322) 사이에 개재되고, 상기 하우징(321)과 상기 회전축(322) 사이의 공간을 실링한다. 상기 상기 제1 및 제2 로타리 립씰(328a, 328b)은 서로 마주하게 설치되며, 대체로 링 형상을 갖는다. 상기 제1 로타리 립씰(328a)은 상기 제1 베어링(323a)의 아래에서 상기 제1 베어링(323a)과 인접하게 위치한다. 상기 제2 로타리 립씰(328b)은 상기 제1 로타리 립씰(328a)의 아래에 설치되며, 상기 제1 로타리 립씰(328a)로부터 이격되어 위치한다. 상기 제1 로타리 립씰(328a)과 상기 제2 로타리 립씰(328b)이 서로 이격된 공간은 상기 제2 공기 유로(AFP2)로 제공되며, 상기 제2 공기 유로(AFP2)는 상기 회전축(322)을 둘러싼다.
상기 제2 공기 유로(AFP2)는 상기 회전축(322) 벽 내부에 형성된 제3 공기 유로(AFP3)와 연통되고, 상기 제2 공기 유로(AFP2)에 제공된 공기는 상기 제3 공기 유로(AFP3)에 유입된다. 상기 제3 공기 유로(AFP3)는 상기 회전축(322)의 길이 방향으로 상기 제2 공기 유로(AFP2)와 연결되는 지점에서부터 상기 회전축(322)의 하단부까지 연장되어 형성된다. 상기 패드 압력 조절부(900)로부터 주입된 공기는 상기 공기 주입관(327) -> 제1 공기 유로(AFP1) -> 제2 공기 유로(AFP2) -> 제3 공기 유로(AFP3) 순으로 경유하여 상기 가압부(310)에 제공된다.
상기 유체 공급부(320)의 아래에는 상기 가압부(310)가 설치되고, 상기 가압부(310)는 웨이퍼의 표면을 가압하면서 회전하여 웨이퍼의 표면을 연마한다. 연마 공정 시, 상기 가압부(310)가 상기 웨이퍼를 가압하는 압력은 상기 제3 공기 유로(AFP3)를 통해 상기 가압부(310)로 유입된 공기의 압력에 의해 조절된다.
상기 가압부(310)는 연마 패드(311), 연마 본체(312), 패드 홀더(313), 클램프 부재(314), 결합 플레이트(315), 벨로우즈(316), 커버(317) 및 약액 노즐(318)을 포함할 수 있다.
상기 연마 패드(311)는 플레이트 형상을 갖고, 대체로 원형의 링 형상을 갖는다. 상기 연마 패드(311)는 연마 공정 시 하면을 웨이퍼의 상면에 접촉시킨 상태에서 회전하여 웨이퍼를 연마한다. 상기 연마 패드(311)는 상기 웨이퍼의 지름 보다 작은 지름을 갖고, 연마 공정 시 상기 구동부(340)에 의해 스윙하면서 상기 웨이퍼를 연마한다. 이와 같이, 상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼보다 작은 크기를 가지므로, 상기 연마 유닛(300)은 상기 웨이퍼를 국부적으로 연마할 수 있고, 특정 영역에서의 과연마를 방지할 수 있다.
상기 연마 패드(311)의 상부에는 상기 연마 본체(312)가 구비된다. 상기 연마 본체(312)는 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 유체 공급부(320)의 고정축(324)과 결합된다. 구체적으로, 상기 연마 본체(312)는 연마 하우징(312a), 하부 플레이트(312b) 및 상부 플레이트(312c)를 포함할 수 있다.
상기 연마 하우징(312a)은 대체로 원통 형상을 갖고, 하부에는 상기 하부 플레이트(312b)가 설치된다. 상기 하부 플레이트(312b)는 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상기 연마 패드(311)와 동일한 크기를 갖는다. 상기 하부 플레이트(312b)는 상기 연마 하우징(312a)의 하부에 결합되어 상기 연마 하우징(312a)의 하부를 밀폐한다.
상기 하부 플레이트(312b)의 아래에는 상기 연마 패드(311)가 설치된다. 상기 연마 패드(311)와 상기 하부 플레이트(312b)의 사이에는 상기 패드 홀더(313)가 개재된다. 상기 패드 홀더(313)는 상기 연마 패드(311)를 상기 연마 본체(312)에 탈착 가능하게 고정시킨다. 즉, 상기 패드 홀더(313)의 하면은 상기 연마 패드(311)의 상면과 결합하고, 상면은 상기 클램프 부재(314)에 의해 상기 하부 플레이트(312b)에 탈착 가능하게 결합된다.
상기 클램프 부재(314)는 상기 하부 플레이트(312b)와 상기 패드 홀더(313)와의 사이에 개재되고, 자기력을 이용하여 상기 패드 홀더(313)를 상기 하부 플레이트(312b)에 고정 결합시킨다. 구체적으로, 상기 클램프 부재(314)는 자석(314a), 클램프 플레이트(314b), 및 나사(314c)를 포함한다. 상기 자석(314a)은 상기 클램프 플레이트(314b)와 상기 하부 플레이트(312b)와의 사이에 개재되고, 대체로 원형의 링 형상을 갖는다. 본 발명의 일례로, 상기 클램프 부재(314)는 링 형상을 갖는 하나의 자석(314a)을 구비하나, 상기 자석(314ba)의 개수는 상기 클램프 부재(314)의 크기 및 상기 자석(314a)의 크기에 따라 증가할 수도 있으며, 상기 자석(314a)의 형상은 다양한 형태로 변경 가능하다. 상기 클램프 플레이트(314b)는 상기 하부 플레이트(312b)와 마주하며, 상기 나사(314c)를 이용하여 상기 하부 플레이트(312b)에 결합된다. 상기 클램프 플레이트(314b)는 자성체를 갖지 않는 금속 재 질, 예컨대, 알루미늄과 같은 재질로 이루어지므로, 상기 자석(312a)에 반응하지 않는다. 상기 클램프 플레이트(314)는 반면, 상기 패드 홀더(313)는 자성체를 갖는 재질, 예컨대, 스테인리스강(stainless steel)이나 탄소강과 같은 재질로 이루어지므로, 상기 자석(312a)의 자력에 의해 상기 하부 플레이트(312b)에 결합된다.
이와 같이, 상기 클램프 부재(314)는 자력을 이용하여 상기 패드 홀더(313)를 상기 하부 플레이트(312b)에 고정시키므로, 상기 하부 플레이트(312b)에 상기 패드 홀더(313)를 탈부착시키기가 용이하다. 특히, 상기 연마 패드(311)는 소모품이므로, 주기적인 교체가 필요하다. 따라서, 상기 패드 홀더(313)를 상기 하부 플레이트(312b)에 고정시키는 과정과 상기 하부 플레이트(312b)로부터 분리시키는 과정이 빈번하게 발생한다. 상기 가압부(310)는 상기 클램프 부재(314)의 자력에 의해 상기 패드 홀더(313)와 상기 하부 플레이트(312b)가 결합되므로, 상기 연마 패드(311)의 교체에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 가압부(310)는 공정 대기 시간을 단축시키고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일례로, 상기 클램프 플레이트(314b)는 상기 자석(314a)이 배치되는 부분에 상기 자석(314a)이 일부분 삽입되는 삽입홈이 형성된다. 또한, 상기 하부 플레이트(312b)도 상기 플램프 부재(314)가 결합되는 부분에 상기 자석(314a) 및 상기 클램프 플레이트(314b)가 삽입되는 삽입홈이 형성된다.
도 8에는 하나의 클램프 부재(314)만 도시하였으나, 상기 패드 홀더(3130는 다수의 클램프 부재(314)를 이용하여 상기 하부 플레이트(312b)에 결합될 수 있다.
한편, 상기 하부 플레이트(312b)는 상기 상부 플레이트(312c)에 결합된다. 상기 상부 플레이트(312c)는 상기 하부 플레이트(312b)의 상부에서 구비되고, 상기 하부 플레이트(312b)와 마주하게 배치된다. 상기 상부 플레이트(312c)는 상기 연마 하우징(312a) 내에 설치되어 상기 연마 하우징(312b)의 상부를 밀폐하며, 대체로 원형의 링 형상을 갖는다.
상기 상부 플레이트(312c)는 상면에 구비된 상기 결합 플레이트(315)에 고정 결합된다. 상기 결합 플레이트(351)는 상기 유체 공급부(320)의 회전축(322)에 결합되어 상기 회전축(322)과 함께 회전한다. 이에 따라, 상기 가압부(310) 전체가 회전한다. 상기 결합 플레이트(351)는 대체로 원형의 플레이트 형상을 가지며, 내부에 상기 회전축(322)으로부터 배출된 공기가 흐르는 제4 공기 유로(AFP)가 형성된다. 상기 제4 공기 유로(AFP)는 상기 회전축(322)의 제3 공기 유로(AFP3)와 연통되며, 상기 제3 공기 유로(AFP3)를 통해 공기가 유입된다. 상기 제4 공기 유로(APF4)에 유입된 공기는 상기 벨로우즈(316)에 주입된다.
상기 벨로우즈(316)는 상기 연마 하우징(312a) 내부에서 하부 플레이트(312b)와 상기 상부 플레이트(312c)가 이격된 공간 안에 설치되고, 금속 재질로 이루어진다. 상기 벨로우즈(316)는 상기 제4 공기 유로(AFP4)로부터 제공되는 공기의 압력에 의해 수직 방향으로 신축 가능하다. 상기 벨로우즈(316)는 연마 공정의 진행시 연마 패드(311)가 웨이퍼에 밀착되도록 신장될 수 있으며, 연마 패드(311)가 웨이퍼에 밀착된 상태에서 연마 공정이 진행되면 웨이퍼의 연마가 균일하게 효율적으로 진행될 수 있다.
연마 공정시 상기 연마 패드(311)가 스핀 헤드(110)(도 4 참조)에 고정된 웨 이퍼를 가압하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 상기 가압부(310)가 웨이퍼(70)의 상부에 배치되어 대기 시, 상기 벨로우즈(316)는 상기 패드 압력 조절부(900)로부터 제공되는 진공압에 의해 수축된다. 이에 따라, 상기 하부 플레이트(312b)가 상기 상부 플레이트(312c) 측으로 이동하고, 상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼로부터 이격된다. 상기 상부 플레이트(312c)에는 상기 벨로우즈(316)의 수축 정도를 조절하기 위한 내부 스톱퍼(312d)가 구비된다. 상기 내부 스톱퍼(312d)는 상기 상부 플레이트(312c)의 하면으로부터 돌출되고, 상기 벨로우즈(316) 수축 시 상기 하부 플레이트(312b)와 접촉된다. 상기 스톱퍼(312d)는 상기 벨로우즈(316) 수축시 상기 하부 플레이트(312b)가 적정 거리 이상 상측으로 이동하는 것을 저지하여 상기 하부 플레이트(312b)와 상기 상부 플레이트(312c)간의 간격이 적정 간격 이하로 좁혀지는 것을 방지한다.
연마 공정 시, 상기 패드 압력 조절부(900)로부터 상기 공기 주입관(327)에 공기가 주입되고, 상기 공기 주입관(327)에 주입된 공기가 상기 제1 내지 제4 공기 유로(AFP1, AFP2, AFP3, AFP4)를 순차적으로 경유하여 상기 벨로우즈(316)에 주입된다. 상기 벨로우즈(316)는 주입된 공기의 압력에 의해 이완하고, 이에 따라, 상기 벨로우즈(316)의 길이가 수축했을때의 길이 보다 늘어난다. 상기 벨로우즈(316)의 이완에 의해 상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼에 접촉되며, 상기 가압부(310)는 상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼에 접촉된 상태에 상기 연마 패드(311)의 중심축을 기준으로 회전하여 상기 웨이퍼를 연마한다.
상기 가압부(310)는 상기 벨로우즈(316)의 공기압을 이용하여 상기 웨이퍼를 가압하므로, 상기 연마 패드(311)의 틸팅이 가능하다. 특히, 웨이퍼는 패터닝된 다수의 박막을 구비하므로, 상면이 평평하게 형성되지 않을 수 있다. 연마 공정 시, 상기 연마 패드(311)는 상기 벨로우즈(316)에 의해 틸팅이 가능하므로, 상기 웨이퍼(70) 표면과의 밀착력 향상된다. 본 발명의 일례로, 상기 연마 패드(311)의 틸팅 각도는 약 ±1도이다.
상기 연마 패드(311)는 상기 벨로우즈(316)에 주입된 공기의 압력에 따라 상기 웨이퍼(70)를 가압하는 압력이 조절된다. 상기 벨로우즈(316)의 공기 압력은 상기 패드 압력 조절부(900)에 의해 조절되며, 공기 압력을 조절하는 과정은 후술하는 상기 패드 압력 조절부(900)의 구성 설명에서 하기로 한다.
한편, 상기 커버(317)는 상기 연마 본체(312)의 상부에 설치되어 상기 연마 본체(312)의 상부를 커버한다. 상기 커버(317)는 상기 연마 하우징(312a)의 상단부에 결합되고, 내부에 상기 결합 플레이트(315)를 수용할 수 있는 공간이 마련된다. 상기 커버(317)의 중앙부에는 개구부(317a)가 형성되고, 상기 개구부(317a)를 통해 상기 결합 플레이트(315)의 일부분이 외부로 돌출되어 상기 회전축(322)과 결합한다. 상기 개구부(317a)를 정의하는 면은 상기 연마 패드(311)의 틸팅을 위해 상기 개구부(317a)에 삽입된 결합 플레이트(315)로부터 이격되어 위치한다.
상기 고정축(324)과 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)의 하단부는 상기 결합 플레이트(317), 상기 상부 플레이트(312c) 및 상기 하부 플레이트(312b)의 각 중앙부에 형성된 홀들에 삽입된다. 상기 상부 플레이트(312c)와 상기 고정축(324)과의 사이에는 상기 제2 샤프트 브라켓(325b)이 개재된다. 상기 제2 샤프트 브라 켓(325b)은 상기 상부 플레이트(312c)에 결합되고, 상기 고정축(324)의 하단부에 고정 결합되어 상기 고정축(324)을 상기 상부 플레이트(312c)에 고정시킨다. 상기 제2 샤프트 브라켓(325b)은 베어링(미도시)을 이용하여 상기 상부 플레이트(312c)와 결합하며, 이에 따라, 상기 상부 플레이트(312c)는 상기 제2 샤프트 브라켓(325b)에 회전 가능하게 결합된다.
상기 가압부(310) 안에 삽입된 상기 고정축(324) 및 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)는 상기 약액 노즐(318)에 결합된다. 상기 약액 노즐(318)은 상기 패드 홀더(313)의 중앙부에 형성된 홀에 삽입되어 상기 패드 홀더(313)에 결합된다. 상기 약액 노즐(318)의 입력단은 상기 고정축(324) 및 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)에 결합되고, 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)의 출력단과 연통된다. 상기 약액 노즐(318)의 출력단은 상기 연마 패드(311)의 중앙에 형성된 패드홀(311a)을 통해 외부로 노출되며, 연마 공정 시 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b)로부터 제공된 제1 및 제2 약액(CL1, CL2)을 웨이퍼(70)에 분사한다. 본 발명의 일례로, 상기 약액 노즐(318)은 상기 제1 약액 튜브(326a)로부터 제공된 제1 약액(CL1)이 유입되는 유로와 상기 제2 약액 튜브(326b)로부터 제공된 제2 약액(CL2)이 유입되는 유로가 서로 분리되어 형성된다.
연마 공정시, 상기 고정축(324)과 상기 제1 및 제2 약액 튜브(326a, 326b) 및 상기 약액 노즐(318)은 회전하지 않으며, 상기 연마 패드(311) 및 상기 패드 홀더(313)는 회전한다. 이와 같이, 상기 약액 노즐(318)이 고정된 상태에서 상기 패드 홀더(313)가 회전하므로, 상기 약액 노즐(318)로부터 분사된 약액(CL1, CL2)이 상기 패드 홀더(313)와 상기 약액 노즐(318) 사이의 틈으로 유입되어 이물질을 생성할 수 있다. 상기 패드 홀더(313)와 상기 약액 노즐(318) 사이에 생성된 이물질은 연마 공정시 웨이퍼(70)에 떨어질 수 있으므로, 연마 불량 및 웨이퍼(70)의 오염을 유발할 수 있다.
이를 방지하기 위해, 상기 가압부(310)는 상기 약액 노즐(318)과 상기 패드 홀더(313)와의 사이에 개재되는 오링(O-Ring)(319)을 더 포함할 수 있다. 상기 오링(319)은 상기 약액 노즐(318)을 둘러싸고, 상기 약액 노즐(318)에서 분사된 약액들(CL1, CL2)이 상기 가압부(310) 내부로 유입되는 것을 방지한다. 상기 오링(319)은 상기 패드 홀더(313)의 회전에 의한 마찰로 인해 마모되기 쉬우므로, 주기적으로 교체해야한다. 상기 오링(319)의 교체는 상기 연마 패드(311)의 교체와 함께 이루어질 수 있다.
연마 공정시 상기 연마 유닛(300)의 가압하는 압력은 상기 패드 압력 조절부(900)에 의해 조절된다. 상기 패드 압력 조절부(900)는 공기 제공부(910), 메인 라인(920), 레귤레이터(Regulator)(930), 전공 레귤레이터(Electro-Pneumatic Regulator)(940), 제1 밸브(950), 압력계(960), 진공 부재(970), 서브 라인(980) 및 제2 밸브(990)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 공기 제공부(910)는 상기 가압부(310)의 벨로우즈(316)에 제공될 공기를 상기 메인 라인(920)에 배출한다. 상기 메인 라인(920)은 입력단이 상기 공기 제공부(910)에 연결되고, 출력단이 상기 공기 주입관(327)에 연결된다. 상기 메인 라인(920)은 연마 공정 시 상기 공기 제공부(910)로부터 주입된 공기를 상기 공기 주입관(327)에 제공한다. 이에 따라, 상기 벨로우즈(316)가 이완된다. 또한, 상기 메인 라인(920)은 상기 연마 유닛(300)이 대기 시 상기 진공 부재(970)로부터 제공되는 진공압을 상기 공기 주입관(327)에 제공한다. 이에 따라, 상기 벨로우즈(316)가 수축된다.
상기 메인 라인(920)에는 상기 레귤레이터(930), 상기 전공 레귤레이터(940), 상기 제1 밸브(950) 및 상기 압력계(960)가 순차적으로 설치된다. 상기 레귤레이터(930)는 상기 공기 제공부(910)로부터 상기 메인 라인(920)에 제공된 공기의 압력을 적정 압력으로 감압시킨다. 상기 레귤레이터(930)에 의해 감압된 공기는 상기 전공 레귤레이터(940) 측으로 이동한다. 상기 전공 레귤레이터(940)는 연마 공정시 상기 레귤레이터(930)에 의해 감압된 공기의 압력을 기 설정된 압력으로 자동 조절한다. 상기 메인 라인(920) 안의 공기는 상기 전공 레귤레이터(940)를 거쳐 제1 밸브(950) 측으로 이동한다. 상기 제1 밸브(950)는 온/오프 동작을 통해 상기 메인 라인(920)에 주입된 공기를 상기 공기 주입관(327)에 공급 및 차단한다. 상기 압력계(960)는 상기 제1 밸브(950)와 상기 공기 주입관(327) 사이에 설치되어 상기 공기 주입관(327)에 제공되는 공기의 최종 압력을 측정한다.
상기 패드 압력 조절부(900)는 상기 공기 주입관(327)에 제공되는 공기의 최종 압력을 조절하여 상기 연마 유닛(300)이 상기 웨이퍼를 가압하는 압력을 조절한다. 즉, 상기 연마 유닛(300)은 상기 패드 압력 조절부(900)로부터 제공되는 공기의 최종 압력에 따라 상기 벨로우즈(316)에 주입되는 공기의 압력이 조절되며, 상기 벨로우즈(316)는 내부 공기의 압력에 따라 이완되는 정도가 달라진다. 즉, 상기 벨로우즈(316)에 주입되는 공기의 압력이 높을 수록 상기 벨로우즈(316)가 많이 이완되고, 이에 따라, 상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼를 가압하는 압력이 증가한다. 반면, 상기 벨로우즈(316)에 주입되는 공기의 압력이 낮을 수록 상기 벨로우즈(316)가 적게 이완되고, 이에 따라, 상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼를 가압하는 압력이 감소한다.
특히, 상기 패드 압력 조절부(900)는 연마 공정 시 상기 공기의 최종 압력을 상기 웨이퍼 상에서의 상기 연마 패드(311)의 수평 위치에 따라 조절한다. 즉, 상기 전공 레귤레이터(940)는 상기 제어부(60)와 전기적으로 연결되고, 상기 제어부(60)는 상기 전공 레귤레이터(940)를 제어하여 상기 공기의 최종 압력이 상기 웨이퍼 상에서의 상기 연마 패드(311)의 수평 위치에 따라 해당 위치에 대응하여 설정된 기준 압력과 동일하도록 조절한다. 상기 제어부(60)는 상기 웨이퍼를 다수의 조절 구간으로 분리 구획하고, 조절 구간별로 적합한 기준 압력을 설정한다.
이와 같이, 상기 패드 압력 조절부(900)는 배출되는 공기의 최종 압력이 상기 웨이퍼의 각 조절 구간별로 상기 제어부(60)에 의해 조절된다. 그 결과, 상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼를 가압하는 압력이 상기 웨이퍼의 각 조절 구간별로 조절된다. 이에 따라, 상기 연마 유닛(300)은 상기 웨이퍼의 특정 영역에서의 과연마를 방지하고, 상기 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있다.
또한, 상기 제어부(60)는 압력계(960)와 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 압력계는 상기 메인 라인(920)의 최종 공기 압력값을 출력하여 상기 제어부(60)에 제공한다. 상기 제어부(60)는 상기 공기의 최종 압력 조절시 현재 상기 상기 압력 계(900)로부터 측정된 압력값과 현재 상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼 상에서 위치하는 지점에 대응하는 기준 압력 값에 근거하여 상기 연마 패드(311)의 가압 압력이 상기 기준 압력과 동일하도록 조절한다.
이와 같이, 상기 제어부(60)는 상기 압력계(960)에서 측정된 압력값에 근거하여 상기 메인 라인(920)의 최종 공압을 조절하므로, 연마 공정시 연마 유닛(300)의 가압 압력을 현재 상기 연마 패드(311)가 위치하는 조절 구간의 기준 압력과 동일하도록 정확하게 조절할 수 있다.
상기 메인 라인(920)은 상기 서브 라인(980)과 연결된다. 상기 서브 라인(980)은 진공압을 제공하는 상기 진공 부재(970)와 연결되고, 상기 메인 라인(920)에서 상기 압력계(960)가 연결된 지점과 상기 제1 밸브(950)가 설치된 지점 사이에 연결된다. 상기 서브 라인(980)은 상기 진공 부재(970)로부터 제공된 진공압을 상기 메인 라인(920)을 통해 상기 유체 공급부(320)에 제공한다. 상기 패드 압력 조절부(900)로부터 제공된 진공압은 상기 공기 주입관(327) 및 상기 제1 내지 제3 공기 유로(AFP1, AFP2, AFP3)를 통해 상기 벨로우즈(316)에 제공된다. 상기 벨로우즈(316)는 상기 패드 압력 조절부(900)로부터 제공된 진공압에 의해 내부 압력이 강하되고, 그 결과, 상기 벨로우즈(316)가 수축된다.
상기 서브 라인(980)에는 상기 공기 주입관(327)에 제공되는 상기 진공압의 차단 및 공급 여부를 조절하는 제2 밸브(990)가 설치된다.
한편, 상기 연마 패드(311)에는 상기 연마 공정의 효율을 향상시키기 위해 상기 웨이퍼와 접촉되는 면에 소정의 연마 패턴이 형성된다. 이러한 연마 패턴은 상기 웨이퍼를 연마하는 과정에서 상기 웨이퍼와의 마찰에 의해 점점 마모되며, 연마 과정에서 사용되는 약액들이 상기 연마 패턴 내에서 경화될 수도 있다. 상기 패드 컨디셔닝 유닛(800)(도 2 참조)은 연마 패드(311)의 표면을 연마하여 상기 연마 패드(311)를 재생시킨다.
이하, 도면을 참조하여 상기 기판 연마부(1000)가 상기 웨이퍼를 연마하는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 연마 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 10은 도 4에 도시된 연마 유닛이 웨이퍼를 연마하는 동작 상태를 나타낸 부분 절개 사시도이다.
도 1, 도 9 및 도 10을 참조하면, 먼저, 메인 이송 로봇(50)이 버퍼부(30)로부터 웨이퍼(70)를 인출하여 스핀 헤드(110)의 지지 시트(112) 상에 웨이퍼(70)를 안착시키고, 상기 승강 유닛(260)이 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 승강시켜 상기 스핀 헤드(10)를 상기 제1 처리 용기(210) 안에 위치시킨다(단계 S110). 상기 스핀 헤드(110)는 다수의 진공홀(111a)에 제공되는 진공압을 이용하여 상기 웨이퍼(70)를 고정시킨다.
이어, 연마 유닛(300)의 구동부(340)는 상기 가압부(310)를 상기 웨이퍼(70)의 상부에 상기 웨이퍼(70)와 인접하게 위치시킨다(단계 S120).
상기 연마 유닛(300)은 제1 및 제2 약액(CL1, CL2)을 상기 웨이퍼(70)에 분사하고, 이와 동시에 상기 가압부(310)의 연마 패드(311)를 상기 웨이퍼(70)의 표 면에 접촉시킨 상태에서 상기 연마 패드(311)의 중심축을 중심으로 회전시켜 상기 웨이퍼(70)를 연마한다(단계 S130). 연마 공정시, 상기 제1 및 제2 약액(CL1, CL2)은 상기 가압부(310)의 약액 노즐(318)에서 분사되며, 상기 연마 패드(311)는 자전과 동시에 스윙한다.
이 실시예에 있어서, 상기 기판 연마부(1000)는 상기 연마 유닛(300)이 상기 제1 및 제2 약액(CL1, CL2)을 분사하면서 상기 웨이퍼(70)를 연마한다. 그러나, 상기 연마 유닛(300)이 상기 제1 및 제2 약액(CL1, CL2)을 분사하지 않고, 별도의 약액 분사 유닛, 예컨대, 상기 제1 처리액 공급 유닛(400)(도 3 참조)이나 상기 제2 처리액 공급 유닛(500)(도 3 참조)에서 상기 웨이퍼(70) 연마를 위한 상기 제1 및 제2 약액(CL1, CL2)이 분사될 수도 있다.
상기 연마 공정 시, 상기 스핀 헤드(110)의 지지 시트(112)는 탄성력을 이용하여 진공홀(111a)로 집중되는 압력을 완화시키고, 웨이퍼(70) 상면의 평탄도를 균일하게 유치시킨다. 이에 따라, 기판 연마부(1000)는 상기 스핀 헤드(110)의 진공 흡착으로 인한 진공홀(111a) 주변부의 과연마 및 이물로 인한 과연마를 방지하고, 연마 균일도를 향상시키며, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.
상기 연마 패드(311)가 상기 웨이퍼(70)를 연마하는 동안, 상기 제어부(60)는 상기 기판 지지유닛(100), 상기 연마 유닛(300) 및 상기 패드 압력 조절부(900)를 제어하여 상기 웨이퍼(70)의 연마량을 조절할 수 있다.
상기 연마 유닛(300)에 의한 연마 공정이 완료되면, 상기 웨이퍼(70)를 세정한다(단계 S140).
상기 웨이퍼(70)를 세정하는 과정을 간략히 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 브러쉬 유닛(600)이 상기 웨이퍼(70)의 상면을 물리적으로 닦아낸다. 이때, 상기 스핀 헤드(110)는 상기 제1 처리 용기(210) 내에 위치한다. 이후, 승강 유닛(260)이 상기 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)를 하강시켜 상기 웨이퍼(70)를 상기 제2 처리 용기(220) 내에서 상기 제1 처리 용기(210)의 상부에 위치시킨다. 이어, 제1 처리 유체 공급 유닛(400) 또는 제2 처리 유체 공급 유닛(500)이 상기 웨이퍼(70)에 처리액을 분사하여 상기 웨이퍼(70)를 세정한다. 이어, 상기 에어로졸 유닛(500)이 처리 유체를 상기 웨이퍼(70)에 분사하여 상기 웨이퍼(70)에 잔존하는 이물을 제거한다.
이어, 상기 웨이퍼(70)를 린스 처리 및 건조시킨다. 상기 웨이퍼(70)의 린스 처리를 위한 린스액과 건조 유체는 상기 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(400, 500) 중 어느 하나로부터 분사될 수 있다.
이와 같이, 상기 기판 연마부(1000)는 하나의 용기 유닛(200) 내에서 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정과 세정 공정이 순차적으로 이루어지므로, 웨이퍼(70)의 이송 시간 및 공정 시간을 단축시키고, 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 기판 연마부(1000)는 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정 및 브러쉬 공정이 유체를 이용한 웨이퍼(70)의 세정 공정과 서로 다른 처리 용기에서 이루어진다. 이에 따라, 상기 기판 연마부(1000)는 연마 공정에 사용된 처리액과 세정 공정에서 사용된 처리액을 서로 분리하여 회수할 수 있다.
상기 세정 공정이 완료되면, 상기 메인 이송 로봇(50)이 상기 스핀 헤 드(110) 상의 웨이퍼(70)를 언로딩하여 버퍼부(30)에 적재한다(단계 S150). 인덱스 로봇(20)은 기판 연마부(1000)에서 공정 완료된 웨이퍼(70)를 버퍼부(30)로부터 인출하여 로딩/언로딩부(10)에 안착된 풉(12a, 12b, 12c, 12d)(도 1 참조)에 적재한다. 연마 공정 및 세정 공정이 완료된 웨이퍼들은 상기 풉(12a, 12b, 12c, 12d) 단위로 외부로 이송된다.
이상 실시예를 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매엽식 연마 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 매엽식 연마 시스템을 나타낸 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 기판 연마부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 기판 지지 유닛 및 처리 용기를 구체적으로 나타낸 부분 절개 사시도이다.
도 5는 도 4의 'A'부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 연마 유닛을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 연마 유닛을 나타낸 부분 절개 측면도이다.
도 8은 도 6에 도시된 연마 유닛을 나타낸 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 연마 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 도 4에 도시된 연마 유닛이 웨이퍼를 연마하는 동작 상태를 나타낸 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
100 : 기판 지지부재 200 : 용기 유닛
300 : 연마 유닛 400 : 제1 처리액 공급 유닛
500 : 제2 처리액 공급 유닛 600 : 브러쉬 유닛
700 : 에어로졸 유닛 800 : 패드 컨디셔닝 유닛
1000 : 기판 연마

Claims (13)

  1. 기판을 진공 흡착하여 상면에 상기 기판을 고정시키는 스핀 헤드; 및
    상기 스핀 헤드의 아래에 설치되고, 상기 스핀 헤드를 회전시키는 지지부를 포함하고,
    상기 스핀 헤드는,
    상기 지지부와 결합되는 베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트 상에 설치되고, 상기 기판이 안착되며, 탄성을 갖는 다공성 재질로 이루어진 지지 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에는 상기 기판을 흡착하기 위한 진공압이 제공되는 다수의 진공홀이 형성된 것을 특징으로 하는 기판 지지부재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지 시트는 상기 베이스 플레이트 상면의 전 영역을 커버하고,
    상기 다수의 진공홀은 상기 지지 시트에 의해 차폐된 것을 특징으로 하는 기판 지지부재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다공성 재질은 수지, 우레탄 및 실리콘 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부재.
  5. 제4항에 있어서, 상기 다공성 재질은 폴리비닐 알코올을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지부재.
  6. 제5항에 있어서, 상기 지지 시트는 0.1mm 내지 0.3mm의 두께를 갖고, 쇼어 경도(shore hardness)가 60 이하이며, 인장 변형률이 10%이하인 것을 특징으로 하는 기판 지지부재.
  7. 기판을 진공 흡착하여 상면에 기판을 고정시키는 스핀 헤드, 및 상기 스핀 헤드의 아래에 설치되어 상기 스핀 헤드를 회전시키는 지지부를 구비하는 기판 지지부재; 및
    상기 기판 지지부재에 안착된 기판을 연마하는 연마 유닛을 포함하고,
    상기 스핀 헤드는,
    상기 지지부와 결합된 베이스 플레이트; 및
    상기 베이스 플레이트 상에 설치되고, 상기 기판이 안착되며, 탄성을 갖는 다공성 재질로 이루어진 지지 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 베이스 플레이트에는 상기 기판을 흡착하기 위한 진공압이 제공되는 다수의 진공홀이 형성되고,
    상기 지지 시트는 상기 베이스 플레이트 상면의 전 영역을 커버하며,
    상기 다수의 진공홀은 상기 지지 시트에 의해 차폐된 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연마 유닛은,
    상기 기판의 연마 공정시 상기 스핀 헤드에 안착된 기판의 상부에 배치되고, 상기 기판의 상면에 접촉된 상태로 회전하여 상기 기판을 연마하는 연마 패드; 및
    상기 연마 패드를 회전시키는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 연마 패드는 상기 기판의 크기보다 작은 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연마 유닛은, 상기 연마 패드의 중앙부에 위치하고 상기 스핀 헤드에 안착된 기판에 약액을 분사하는 약액 노즐을 더 포함하고,
    상기 연마 패드는 상기 약액 노즐을 노출시키는 패드홀을 제공하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
  12. 스핀 헤드가 기판을 진공 흡착하여 상기 기판을 상면에 고정시키는 단계;
    연마 유닛의 연마 패드를 상기 기판의 상면에 배치시키는 단계; 및
    상기 스핀 헤드 및 상기 연마 패드를 회전시켜 상기 기판의 상면을 연마하는 단계를 포함하고,
    상기 스핀 헤드는 진공압이 제공되는 다수의 진공홀이 형성된 지지 플레이트를 제공하여 상기 기판을 진공 흡착하고, 상기 지지 플레이트의 상면에는 탄성력을 갖는 다공성 재질로 이루어져 상기 다수의 진공홀을 차폐하는 지지 시트를 제공하여 상기 기판을 지지하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 다수의 진공홀에 제공되는 진공압은 상기 지지 시트를 관통하여 상기 웨이퍼에 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 연마 방법.
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