KR20100129246A - 기판 지지 유닛 - Google Patents

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KR20100129246A
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Abstract

본 발명은 기판 지지 유닛과, 이를 이용한 기판 연마 장치 및 방법을 개시한 것으로서, 기판 지지 유닛이 연마 공정 시에는 기판의 하면을 진공 흡착하고, 후-세정 공정 시에는 기판의 하면 세정을 위해 기판을 상향 이격된 상태로 지지하는 것을 특징으로 가진다.
이러한 특징에 의하면, 기판이 매엽 방식의 기판 지지 유닛에 지지된 상태에서 기판의 상면에 대한 연마 공정과 이에 따르는 기판의 상하면에 대한 후-세정 공정을 순차적으로 진행할 수 있는 기판 지지 유닛과, 이를 이용한 기판 연마 장치 및 방법을 제공할 수 있다.

Description

기판 지지 유닛{SUBSTRATE SUPPORTING UNIT}
본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판을 매엽 처리 방식으로 지지하는 기판 지지 유닛과 이를 이용하여 기판을 연마 및 세정하는 기판 연마 장치에 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.
본 발명은 기판의 연마 공정과 후세정 공정을 매엽 방식으로 순차적으로 진행할 수 있는 기판 지지 유닛과, 이를 이용한 기판 연마 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 지지 유닛은 기판을 진공 흡착하는 진공 플레이트; 상기 진공 플레이트에 관통 형성된 홀들에 삽입 설치되며, 기판을 클램핑할 척 부재들; 및 상기 진공 플레이트에 놓인 상기 기판을 상기 진공 플레이트로부터 상향 이격된 상태로 지지하도록 상기 척 부재들을 상하 방향으로 이동시키는 구동 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 지지 유닛에 있어서, 상기 구동 부재는 상기 척 부재들에 결합된 상부 자석 부재; 상기 상부 자석 부재의 아래에 마주보도록 배치되며, 상기 상부 자석 부재와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 자극이 배열된 하부 자석 부재; 및 상기 하부 자석 부재를 상하 방향으로 이동시키는 직선 구동기를 포함할 수 있다.
상기 척 부재들은 상기 기판의 하면을 지지하는 지지 핀들과 상기 기판의 측면을 지지하는 척킹 핀들을 포함할 수 있다.
상기 상부 자석 부재는 상기 지지 핀들에 결합된 제 1 상부 자석 부재와, 상기 척킹 핀들에 결합된 제 2 상부 자석 부재를 포함할 수 있다.
상기 하부 자석 부재는 상기 제 1 상부 자석 부재의 아래에 배치되며 상기 제 1 상부 자석 부재와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 자극이 배열된 제 1 하부 자석 부재; 및 상기 제 2 상부 자석 부재의 아래에 배치되며 상기 제 2 상부 자석 부재와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 자극이 배열된 제 2 하부 자석 부재를 포함하고, 상기 직선 구동기는 상기 제 1 하부 자석 부재를 상하 방향으로 이동시키는 제 1 직선 구동기; 및 상기 제 2 하부 자석 부재를 상하 방향으로 이동시키는 제 2 직선 구동기를 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 상부 자석 부재와 상기 제 1 및 제 2 하부 자석 부재는 링 형상으로 제공될 수 있다.
상기 진공 플레이트의 상면에는 다수의 진공 흡착 홀들이 형성되고, 상기 진공 플레이트의 내부에는 상기 진공 흡착 홀들을 연결하는 진공 라인이 형성되며, 상기 기판의 진공 흡착을 위해 상기 진공 라인에 음압을 제공하는 흡입 부재; 및 상기 기판이 상기 진공 플레이트로부터 상향 이격된 상태에서 상기 진공 흡착 홀들로의 이물질의 침투를 방지하도록 상기 진공 라인에 가스를 공급하는 가스 공급 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 진공 플레이트를 회전시키는 중공 타입의 회전 구동기; 및 상기 회전 구동기의 중공 부분에 삽입 설치되며, 상기 진공 플레이트로부터 상향 이격된 상기 기판의 하면으로 처리액을 분사하는 백 노즐 어셈블리를 더 포함할 수 있다.
상기 백 노즐 어셈블리가 상기 진공 플레이트의 상면으로 돌출되도록 상기 백 노즐 어셈블리를 상하 방향으로 이동시키는 백 노즐 구동기를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 연마 장치는, 기판을 연마하는 장치에 있어서, 처리실; 상기 처리실 내에 설치되며, 기판을 지지하는 기판 지지 유닛; 상기 기판 지지 유닛에 지지된 상기 기판을 연마하는 연마 유닛; 및 상기 기판 지지 유닛에 지지된 상기 기판을 세정하는 세정 유닛을 포함하되, 상기 기판 지지 유닛은 기판을 진공 흡착하는 진공 플레이트; 상기 진공 플레이트에 관통 형성된 홀들에 삽입 설치되며, 기판을 클램핑할 척 부재들; 및 상기 진공 플레이트에 놓인 상기 기판을 상기 진공 플레이트로부터 상향 이격된 상태로 지지하도록 상기 척 부재들을 상하 방향으로 이동시키는 구동 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 연마 장치에 있어서, 상기 구동 부재는 상기 척 부재들에 결합된 상부 자석 부재; 상기 상부 자석 부재의 아래에 마주보도록 배치되며, 상기 상부 자석 부재와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 자극이 배열된 하부 자석 부재; 및 상기 하부 자석 부재를 상하 방향으로 이동시키는 직선 구동기를 포함할 수 있다.
상기 척 부재들은 상기 기판의 하면을 지지하는 지지 핀들과 상기 기판의 측면을 지지하는 척킹 핀들을 포함할 수 있다.
상기 상부 자석 부재는 상기 지지 핀들에 결합된 제 1 상부 자석 부재와, 상기 척킹 핀들에 결합된 제 2 상부 자석 부재를 포함할 수 있다.
상기 하부 자석 부재는 상기 제 1 상부 자석 부재의 아래에 배치되며 상기 제 1 상부 자석 부재와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 자극이 배열된 제 1 하부 자석 부재; 및 상기 제 2 상부 자석 부재의 아래에 배치되며 상기 제 2 상부 자석 부재와의 사이에 자기적 반발력이 작용하도록 자극이 배열된 제 2 하부 자석 부재를 포함하고, 상기 직선 구동기는 상기 제 1 하부 자석 부재를 상하 방향으로 이동시키는 제 1 직선 구동기; 및 상기 제 2 하부 자석 부재를 상하 방향으로 이동시키는 제 2 직선 구동기를 포함할 수 있다.
상기 세정 유닛은 상기 기판 지지 유닛의 일 측에 설치되며, 상기 기판의 상면으로 처리액을 공급하는 제 1 세정 유닛; 및 상기 진공 플레이트를 회전시키는 중공 타입 회전 구동기의 중공 부분에 삽입 설치되며, 상기 기판의 하면으로 처리액을 공급하는 제 2 세정 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제 2 세정 유닛이 상기 진공 플레이트의 상면으로 돌출되도록 상기 제 2 세정 유닛을 상하 방향으로 이동시키는 구동 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 기판의 세정 처리시 상기 진공 플레이트에 형성된 진공 흡착 홀들로 상기 처리액이 유입되는 것을 방지하도록 상기 진공 흡착 홀들로 가스를 공급하는 가스 공급 부재를 더 포함할 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 연마 방법은, 제 10 항의 장치를 이용하여 기판을 연마하는 방법에 있어서, 상기 진공 플레이트에 상기 기판을 진공 흡착하여 기판의 상면을 연마하고, 상기 척 부재들을 승강시켜 상기 진공 플레이트에 놓인 상기 연마된 기판을 상향 이격된 상태로 지지하고, 상기 연마된 기판으로 세정액을 공급하여 상기 기판을 세정하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명에 의한 기판 연마 방법에 있어서, 상기 척 부재들은 상기 기판의 하면을 지지하는 지지 핀들을 포함하며, 상기 지지 핀들의 승강시에는 상기 기판의 연마 공정시 보다 상기 진공 플레이트를 저속으로 회전시키거나 정지시킬 수 있다.
상기 척 부재들은 상기 기판의 측면을 지지하는 척킹 핀들을 더 포함하며, 상기 척킹 핀들을 승강시켜 상기 지지 핀들에 의해 지지된 상기 기판의 측면을 지지하고, 상기 진공 플레이트를 공정 속도로 가속시킬 수 있다.
상기 진공 플레이트로부터 상향 이격된 상기 연마된 기판의 상면과 하면에 상기 세정액을 공급하여 상기 기판의 상면과 하면을 동시에 세정 처리할 수 있다.
상기 기판의 하면 세정시, 상기 세정액을 분사하는 백 노즐 어셈블리가 상기 진공 플레이트의 상부로 돌출되도록 상기 백 노즐 어셈블리를 상하 방향으로 이동시킬 수 있다.
상기 기판의 세정 처리시, 상기 진공 플레이트의 진공 흡착 홀들로 상기 세정액이 유입되는 것을 방지하도록 상기 진공 흡착 홀들로 가스를 공급할 수 있다.
본 발명에 의하면, 기판이 매엽 방식의 기판 지지 유닛에 지지된 상태에서 기판의 상면에 대한 연마 공정과 이에 따르는 기판의 상하면에 대한 후세정 공정을 순차적으로 진행할 수 있다.
이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 매엽식 기판 연마 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 처리 용기와 기판 지지 유닛의 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛을 이용하여 기판을 연마하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛을 이용하여 기판을 세정하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3의 진공 플레이트를 확대하여 보여주는 도면이다.
도 6은 도 1의 연마 유닛의 사시도이다.
도 7은 도 6의 연마 유닛의 측단면도이다.
도 8은 도 7의 연마 헤드를 확대하여 보여주는 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 연마 패드를 이용한 연마 공정의 예들을 보여주는 도면이다.
도 10은 도 1의 패드 컨디셔닝 유닛의 사시도이다.
도 11은 도 10의 패드 컨디셔닝 유닛의 측단면도이다.
도 12는 패드 컨디셔닝 유닛의 동작 상태를 보여주는 단면도이다.
도 13은 패드 컨디셔닝 유닛의 동작 상태를 보여주는 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 지지 유닛과, 이를 이용한 기판 연마 장치 및 방법을 상세히 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
( 실시 예 )
도 1은 본 발명에 따른 매엽식 기판 연마 장치(1)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 처리 용기(100)와 기판 지지 유닛(200)의 측단면도이다.
본 발명에 따른 매엽식 기판 연마 장치(1)는 기판(W)의 상면에 대한 연마 공정과 이에 따르는 기판(W)의 상하면에 대한 후-세정 공정을 하나의 처리실(10) 내에서 순차적으로 진행할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 매엽식 기판 연마 장치(1)는 처리 용기(100), 기판 지지 유닛(200), 세정 유닛(310,320,330), 연마 유닛(400), 그리고 패드 컨디셔닝 유닛(500)을 포함한다.
처리 용기(100)는 기판(W)을 처리하기 위한 공간을 제공한다. 처리 용기(100)의 내측에는 기판 지지 유닛(200)이 수용되고, 기판 지지 유닛(200)은 기판(W)의 연마 공정과 후-세정 공정의 진행 중 처리 용기(100) 안으로 반입된 기판(W)을 고정한다.
처리 용기(100)의 일 측에는 기판의 상면을 세정하는 세정 유닛(310, 320)이 구비되고, 기판 지지 유닛(200)에는 기판의 하면을 세정하는 세정 유닛(330)이 구비된다. 세정 유닛(310,320,330)은 연마 유닛(400)에 의해 연마된 기판을 세정 처리한다. 세정 유닛(310)은 기판(W) 상면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 부재이고, 세정 유닛(320)은 기판(W) 상면에 공급된 세정액에 초음파를 인가하여 세정 효율을 증대시키기 위한 초음파 세정 부재이며, 세정 유닛(330)은 기판(W) 하면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 부재이다.
처리 용기(100)의 다른 일 측에는 연마 유닛(400)과 패드 컨디셔닝 유닛(500)이 구비된다. 연마 유닛(400)은 기판(W)의 상면을 화학적 기계적 방법으로 연마하고, 패드 컨디셔닝 유닛(500)은 연마 유닛(400)의 연마 패드(미도시)를 연마하여 연마 패드(미도시)의 표면 조도를 조절한다.
처리 용기(100)는 원통 형상을 갖는 제 1, 제 2 및 제 3 회수통(110, 120, 130)을 포함한다. 본 실시 예에 있어서, 처리 용기(100)는 세 개의 회수통(110, 120, 130)을 가지나, 회수통(110, 120, 130)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 제 1 내지 제 3 회수통(110, 120, 130)은 기판(W) 처리 공정의 진행시 기판(W)으로 공급되는 세정액을 회수한다. 기판 처리 장치(1)는 기판(W)을 기판 지지 유닛(200)에 의해 회전시키면서 기판(W)을 세정 처리한다. 이 때문에, 기판(W)으로 공급된 세정액이 비산될 수 있으며, 제 1 내지 제 3 회수통(110, 120, 130)은 기판(W)으로부터 비산된 세정액을 회수한다.
제 1 내지 제 3 회수통(110, 120, 130)은 기판(W)으로부터 비산된 세정액이 유입되는 제 1 내지 제 3 회수 공간(S1, S2, S3)을 형성한다. 제 1 회수 공간(S1)은 제1 회수통(110)에 의해 정의되고, 기판(W)을 1차적으로 처리하는 제 1 세정액을 회수한다. 제 2 회수 공간(S2)은 제 1 회수통(110)과 제 2 회수통(120) 간의 이격 공간에 의해 정의되고, 기판(W)을 2차적으로 처리하는 제 2 세정액을 회수한다. 제 3 회수 공간(S3)은 제 2 회수통(120)과 제 3 회수통(130) 간의 이격 공간에 의해 정의되고, 기판(W)을 3차적으로 처리하는 제 3 세정액을 회수한다.
제 1 회수통(110)은 제 1 회수라인(141)과 연결된다. 제 1 회수 공간(S1)에 유입된 제 1 세정액은 제 1 회수 라인(141)을 통해 외부로 배출된다. 제 2 회수통(120)은 제 2 회수 라인(143)과 연결된다. 제 2 회수 공간(S2)에 유입된 제 2 세정액은 제 2 회수 라인(143)을 통해 외부로 배출된다. 제 3 회수통(130)은 제 3 회수 라인(145)과 연결된다. 제 3 회수 공간(S3)에 유입된 제 3 세정액은 제 3 회수 라인(145)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 처리 용기(100)에는 처리 용기(100)의 수직 위치를 변경시키는 수직 이동부(150)가 결합될 수 있다. 수직 이동부(150)는 제 3 회수통(130)의 외 측벽에 구비되고, 기판 지지 유닛(200)의 수직 위치가 고정된 상태에서 처리 용기(100)를 상/하로 이동시킨다. 이에 따라, 처리 용기(100)와 기판(W) 간의 상대적인 수직 위치가 변경된다. 따라서, 처리 용기(100)는 각 회수 공간(S1, S2, S3) 별로 회수되는 세정액의 종류를 다르게 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛을 이용하여 기판을 연마하는 공정을 보여주는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 지지 유닛을 이용하여 기판을 세정하는 공정을 보여주는 도면이다.
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 기판 지지 유닛(200)은 진공 플레이트(210), 회전 축(220), 회전 구동부(230), 그리고 구동 부재(260)를 포함한다. 기판 지지 유닛(200)은 처리 용기(100)의 내측에 설치되며, 공정 진행 중 기판(W)을 지지하고 회전시킬 수 있다.
진공 플레이트(210)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판의 연마 공정 진행시 기판을 지지한다. 회전 축(220)은 진공 플레이트(210)의 하부에 연결되며, 회전 축(220)은 그 하단에 연결된 회전 구동부(230)에 의해 회전한다. 회전 축(220)은 중공 축으로 마련될 수 있고, 회전 구동부(230)는 중공형의 모터로 마련될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 진공 플레이트(210)의 상면에는 다수의 진공 흡착 홀들(211)이 형성되고, 진공 플레이트(210)의 내부에는 진공 흡착 홀들(211)을 연결하는 진공 라인(212)이 형성된다. 진공 라인(212)에는 흡입 부재(240)와 가스 공급 부재(250)가 연결될 수 있다. 흡입 부재(240)는 기판의 진공 흡착을 위해 진공 라인(212)에 음압을 제공한다. 가스 공급 부재(250)는 세정 공정의 진행을 위해 기판이 진공 플레이트(210)로부터 상향 이격된 상태에서, 진공 흡착 홀들(211)로 세정액이 유입되는 것을 방지하기 위해 진공 라인(212)에 가스를 공급한다. 가스로는 질소 가스와 같은 불활성 가스가 사용될 수 있다.
진공 플레이트(210)의 가장자리 영역에는 다수의 홀들(213,214)이 관통 형성된다. 홀들(213,214)에는 기판(W)을 클램핑(Clamping)하는 척 부재들(215,216)이 삽입된다. 척 부재들(215,216)은 지지 핀들(215)과 척킹 핀들(216)을 포함한다. 지지 핀들(215)은 일정 배열로 배치되며, 기판의 하면을 지지한다. 척킹 핀들(216)은 지지 핀들(216)의 외 측에 배치되며, 기판의 측면을 지지한다.
구동 부재(260)는 척 부재들(215,216)을 상하 방향으로 이동시켜, 진공 플레이트(210)에 놓인 기판이 진공 플레이트(210)로부터 상향 이격된 상태로 지지되도록 한다.
구동 부재(260)는 상부 자석 부재(262a,262b), 하부 자석 부재(264a,264b), 그리고 직선 구동기(266a,266b)를 포함한다. 상부 자석 부재(262a,262b)는 지지 핀들(215)에 결합되는 제 1 상부 자석 부재(262a)와, 척킹 핀들(216)에 결합되는 제 2 상부 자석 부재(262b)를 갖는다. 하부 자석 부재(264a,264b)는 제 1 상부 자석 부재(262a)의 아래에 배치되는 제 1 하부 자석 부재(264a)와, 제 2 상부 자석 부재(262b)의 아래에 배치되는 제 2 하부 자석 부재(264b)를 갖는다. 제 1 상부 자석 부재(262a)와 제 1 하부 자석 부재(264a)는 상호 간에 자기적 반발력이 작용하도록 자극이 배열된 자석(263a,265a)을 가지며, 제 2 상부 자석 부재(262b)와 제 2 하부 자석 부재(264b)는 상호 간에 자기적 반발력이 작용하도록 자극이 배열된 자석(263b,265b)을 갖는다. 제 1 및 제 2 상부 자석 부재(262a,262b)와 제 1 및 제 2 하부 자석 부재(264a,264b)는 회전 축(220)을 감싸는 링 형상으로 제공될 수 있다.
직선 구동기(266a,266b)는 제 1 하부 자석 부재(264a)를 상하 방향으로 이동시키는 제 1 직선 구동기(266a)와, 제 2 하부 자석 부재(264b)를 상하 방향으로 이동시키는 제 2 직선 구동기(266b)를 포함한다.
진공 플레이트(210), 회전 축(220) 및 회전 구동부(230)의 중공 영역에는 세정 유닛(330)이 삽입 설치된다. 세정 유닛(330)은 진공 플레이트(210)로부터 상향 이격된 기판(W)의 하면에 세정액을 공급하는 세정액 공급 부재이다. 세정 유닛(330)은 청구항에 따라서는 백 노즐 어셈블리라 한다.
세정 유닛(330)은 백 노즐 구동기(332)에 의해 상하 방향으로 직선 이동할 수 있다. 세정 유닛(330)은 기판 하면의 세정시에는, 백 노즐 구동기(332)에 의해 상측으로 이동하여 진공 플레이트(210)의 상면으로 돌출될 수 있으며, 기판 상면의 연마시에는, 백 노즐 구동기(332)에 의해 하측으로 이동하여 진공 플레이트(210) 내로 후퇴할 수 있다.
구동 부재(260)는 도 3에 도시된 바와 같이 기판의 연마 공정 시에는 척 부재(215,216)를 하강시켜 진공 플레이트(210)가 기판을 지지하도록 하고, 도 4에 도시된 바와 같이 기판의 후-세정 공정 시에는 척 부재(215,216)를 승강시켜 기판을 상향 이격시킨 상태로 지지한다.
이송 로봇(미도시)에 의해 진공 플레이트(210)의 상부 영역으로 기판이 로딩되면, 제 1 직선 구동기(266a)는 제 1 하부 자석 부재(264a)을 승강시킨다. 제 1 하부 자석 부재(264a)는 자기적 반발력이 작용하는 제 1 상부 자석 부재(262a)를 승강시키고, 이에 의해 지지 핀들(215)이 승강하여 로딩된 기판을 인계한다. 지지 핀들(215)에 기판이 인계되면, 제 1 직선 구동기(266a)는 제 1 하부 자석 부재(264a)을 하강시키고, 이에 따라 제 1 상부 자석 부재(262a)와, 지지 핀들(215)이 하강하여 기판이 진공 플레이트(210)상에 놓인다.
기판이 진공 플레이트(210)상에 놓이면, 흡입 부재(240)는 진공 라인(212)에 음압을 작용시켜, 진공 흡착 홀들(211)을 통해 기판과 진공 플레이트(210) 사이의 공기를 흡입한다. 이러한 작용에 의해 기판이 진공 플레이트(210)에 진공 흡착된다. 이후 후술할 연마 헤드(420)를 기판의 상부로 이동시키고, 연마 헤드(420)에 장착된 연마 패드(423)를 이용하여 기판의 연마 공정을 진행한다.
연마 공정이 완료된 후, 기판의 상하면에 대해 후-세정 공정이 진행된다. 제 1 직선 구동기(266a)는 제 1 하부 자석 부재(264a)을 승강시킨다. 제 1 하부 자석 부재(264a)는 자기적 반발력이 작용하는 제 1 상부 자석 부재(262a)를 승강시키고, 이에 의해 지지 핀들(215)이 승강하여 기판을 진공 플레이트(210)로부터 상향 이격시킨다. 이때, 진공 플레이트(210)는 기판의 연마 공정시 보다 저속으로 회전되거나 정지될 수 있다.
이후, 제 2 직선 구동기(266b)는 제 2 하부 자석 부재(264b)을 승강시킨다. 제 2 하부 자석 부재(264b)는 자기적 반발력이 작용하는 제 2 상부 자석 부재(262b)를 승강시키고, 이에 의해 척킹 핀들(216)이 승강하여 기판의 측면을 지지한다. 기판의 측면이 척킹 핀들(216)에 의해 지지되면, 진공 플레이트(210)는 세정 공정을 위한 공정 속도로 가속될 수 있다.
이 상태에서 세정 유닛(310)이 기판(W)의 상면에 세정액을 공급하고, 세정 유닛(320)이 기판(W)의 상면에 공급된 세정액에 초음파를 인가하여 기판의 상면을 세정한다. 또한, 이와 동시에 세정 유닛(330)이 기판의 하면에 세정액을 공급하여 기판의 하면을 세정한다. 기판의 세정 처리시, 가스 공급 부재(250)는 진공 플레이트(210)의 진공 흡착 홀들(211)로 세정액이 유입되는 것을 방지하도록 진공 흡착 홀들(211)로 가스를 공급할 수 있다. 그리고, 기판의 하면 세정시, 세정 유닛(330, 백 노즐 어셈블리라도고 함.)은 진공 플레이트(210)의 상부로 돌출되도록 이동된 상태에서 세정액을 분사할 수 있다.
다음으로, 상기와 같은 구성을 가지는 기판 지지 유닛(200)에 고정된 기판을 연마하는 연마 유닛(400)에 대해 설명한다.
도 6은 도 1의 연마 유닛의 사시도이고, 도 7은 도 6의 연마 유닛의 측단면도이며, 도 8은 도 7의 연마 헤드를 확대하여 보여주는 도면이다.
연마 유닛(400)은 화학적 기계적 방법으로 기판 표면을 평탄화하는 연마 공정을 진행한다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 연마 유닛(400)은 연마 헤드(420)와, 연마 헤드(420)를 동작 모드에 따라 구동시키기 위한 제 1 , 제 2 및 제 3 구동 부재(440,460,480)를 포함한다. 연마 헤드(420)에는 기판을 연마하는 연마 패드(423)가 장착된다. 제 1 구동 부재(440)는 연마 공정의 진행시 연마 패드(423)를 자기 중심 축을 기준으로 회전시킨다. 제 2 구동 부재(460)는 연마 헤드(420)를 스윙 동작시키기 위해 연마 헤드(420)를 수평면상에서 이동시킨다. 제 3 구동 부재(480)는 연마 헤드(420)를 상하 방향으로 이동시킨다.
연마 헤드(420)는 하부가 개방된 원통 형상의 하우징(421)을 가진다. 하우징(421)의 개방된 하부에는 판 형상의 연마 패드 홀더(422)가 설치되며, 연마 패드 홀더(422)의 하면에는 연마 패드(423)가 결합된다. 연마 패드(423)는 금속 재질의 플레이트(424)의 일면에 부착될 수 있으며, 연마 패드 홀더(422)에는 금속 플레이트(424)의 다른 일 면이 연마 패드 홀더(422)에 탈착 가능하게 결합되도록 금속 플레이트(424)에 자력을 작용시키는 자석 부재(422a)가 내장될 수 있다.
연마 패드 홀더(422)의 상부 면에는 벨로우즈(425)가 설치되고, 벨로우즈(425)는 공압 부재(426)에 의해 작용되는 공기 압력에 의해 상하 방향으로 신축될 수 있다. 벨로우즈(425)는 연마 공정의 진행시 연마 패드(423)가 기판(W)에 밀착되도록 신장될 수 있으며, 연마 패드(423)가 기판(W)에 밀착된 상태에서 연마 공정이 진행되면 연마 공정이 균일하게 그리고 보다 효율적으로 진행될 수 있다.
공압 부재(426)는 벨로우즈(425)의 상부에 연결되며, 속이 빈 중공 축 형상의 축 부재로 구비될 수 있다. 공압 부재(426)는 길이 방향이 연직 방향을 향하도록 제공될 수 있으며, 베어링(427a,427b)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 공압 부재(426)에는 공기를 공급하는 에어 라인(미도시)이 연결되고, 에어 라인(미도시) 상에는 에어 라인(미도시)을 개폐하는 밸브(미도시)와, 공기의 공급 유량을 조절하는 유량계(미도시)가 설치될 수 있으며, 이들의 구성은 관련 기술 분야의 당업자에게 자명한 사항이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제 1 구동 부재(440)는 연마 공정의 진행시 연마 패드(423)를 자기 중심 축을 기준으로 회전시킨다. 제 1 구동 부재(440)는 회전력을 제공하는 제 1 구동 모터(441)와, 제 1 구동 모터(441)의 회전력을 연마 패드(423)로 전달하는 제 1 벨트-풀리 어셈블리(443)를 포함한다. 제 1 벨트-풀리 어셈블리(443)는 제 1 구동 풀리(443-1), 제 1 종동 풀리(443-2) 및 제 1 벨트(443-3)의 조합으로 이루어질 수 있다. 제 1 구동 풀리(443-1)는 제 1 구동 모터(411)의 회전 축(411a)에 설치된다. 제 1 종동 풀리(443-2)는 중공 축 형상의 공압 부재(426)의 외 측면에 설치된다. 제 1 벨트(443-3)는 제 1 구동 풀리(443-1)와 제 1 종동 풀리(443-2)에 감긴다. 여기서, 제 1 구동 풀리(443-1)가 설치된 제 1 구동 모터(441)는 후술할 제 2 구동 부재(460)의 스윙 암(461)의 일단 내부에 설치되고, 제 1 벨트(443-3)는 스윙 암(461)의 길이 방향을 따라 스윙 암(461)의 내부를 통해 제 1 구동 풀리(443-1)와 제 1 종동 풀리(443-2)에 감길 수 있다.
제 1 구동 모터(441)의 회전력은 벨트-풀리 어셈블리(443)에 의해 공압 부재(426)로 전달되고, 공압 부재(426)가 회전함에 따라 공압 부재(426)의 아래에 순차적으로 결합되어 있는 벨로우즈(425), 연마 패드 홀더(422) 및 연마 패드(423)가 회전된다. 이때, 제 1 구동 부재(440)의 제 1 구동 모터(441)는 선택적으로 시계 방향의 회전력 또는 반시계 방향의 회전력을 제공할 수 있으며, 이에 따라 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 연마 패드(423)가 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 이와 같이 연마 패드(423)의 회전 방향을 시계 방향 또는 반시계 방향으로 가변시킬 수 있게 됨으로써, 연마 패드(423)를 기판(W)의 회전 방향과 동일한 방향 또는 기판(W)의 회전 방향에 반대 방향으로 회전시키면서 선택적으로 연마 공정을 진행할 수 있다.
제 2 구동 부재(460)는 연마 헤드(420)를 기판상에서 스윙 동작시키기 위해 연마 헤드(420)를 수평면상에서 이동시킨다. 제 2 구동 부재(460)는 스윙 암(461), 수직 암(462), 제 2 구동 모터(463), 그리고 제 2 벨트-풀리 어셈블리(464)를 포함한다. 스윙 암(461)은 연마 헤드(420)의 하우징(421) 일 측에 수평 방향으로 결합되고, 수직 암(462)은 스윙 암(461)의 타단에 수직하게 아래 방향으로 결합된다. 제 2 구동 모터(463)는 제 2 벨트-풀리 어셈블리(464)를 통해 수직 암(462)에 회전력을 제공한다. 제 2 벨트-풀리 어셈블리(464)는 제 2 구동 풀리(464-1), 제 2 종동 풀리(464-2) 및 제 2 벨트(464-3)의 조합으로 이루어질 수 있다. 제 1 구동 풀리(464-1)는 제 2 구동 모터(463)의 회전 축에 설치된다. 제 2 종동 풀리(464-2)는 수직 암(462)의 외 측면에 설치된다. 제 2 벨트(464-3)는 제 2 구동 풀리(464-1)와 제 2 종동 풀리(464-2)에 감긴다.
제 2 구동 모터(463)의 회전력은 제 2 벨트-풀리 어셈블리(464)에 의해 수직 암(462)으로 전달되고, 수직 암(462)이 자기 중심축을 기준으로 회전함에 따라 스윙 암(461)이 수직 암(462)을 중심으로 스윙 동작한다. 이에 따라 연마 패드(423)가 장착된 연마 헤드(420)가 원형의 곡선 궤적을 따라 이동한다.
제 3 구동 부재(480)는 연마 헤드(420)를 상하 방향으로 이동시킨다. 제 3 구동 부재(480)는 지지 블록(482), 가이드 부재(484), 그리고 직선 구동기(486)를 포함한다. 지지 블록(482)은 수직 암(462)을 지지하며, 수직 암(462)은 베어링(482a,482b)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 직선 구동기(486)는 지지 블록(482)을 상하 방향으로 직선 이동시키기 위한 구동력을 제공하며, 직선 구동기(486)로는 실린더 부재 또는 리니어 모터와 같은 직선 구동 부재가 사용될 수 있다. 가이드 부재(484)는 지지 블록(482)의 직선 이동을 안내한다.
직선 구동기(486)의 직선 구동력은 지지 블록(482)에 전달되고, 지지 블록(482)에 지지된 수직 암(462)이 지지 블록(482)과 함께 상하 방향으로 이동함에 따라 연마 패드(423)가 장착된 연마 헤드(420)가 상하 방향으로 이동한다.
연마 패드(423)를 이용하여 기판의 연마 공정을 반복적으로 진행하는 경우, 주기적으로 연마 패드(423)의 표면을 연마하여 연마 패드(423)의 표면 조도를 조절하여야 한다. 이를 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 처리실(10) 내의 연마 유닛(400)에 인접한 위치에 패드 컨디셔닝 유닛(500)이 구비된다.
도 10은 도 1의 패드 컨디셔닝 유닛의 사시도이고, 도 11은 도 10의 패드 컨디셔닝 유닛의 측단면도이다. 그리고 도 12 및 13은 패드 컨디셔닝 유닛의 동작 상태를 보여주는 도면들이다.
도 10 내지 도 13을 참조하면, 패드 컨디셔닝 유닛(500)은 연마 패드(423)가 장착된 연마 헤드(420)의 단부가 수용되는 상부가 개방된 통 형상의 처리조(510)를 가진다. 처리조(510)는 바닥 벽(512)과, 바닥 벽(512)의 가장자리로부터 상측으로 연장된 측벽(514)을 가지며, 바닥 벽(512)의 하부에는 지지 프레임(516)이 제공된다. 처리조(510)의 바닥 벽(512)은 제 1 높이에 위치한 제 1 바닥 벽(512a)과, 제 1 바닥 벽(512a)보다 낮은 제 2 높이로 단차진 제 2 바닥 벽(512b)으로 이루어질 수 있다.
처리조(510)의 제 1 바닥 벽(512a)에는 다이아몬드 컨디셔너(520)가 설치된다. 다이아몬드 컨디셔너(520)는 연마 패드(423)와 접촉하여 연마 패드(423)의 표면을 연마하기 위한 것으로, 환형 또는 원형의 다이아몬드 컨디셔너(520)가 제공될 수 있다. 그리고, 다이아몬드 컨디셔너(520)는 처리조(510)의 제 1 바닥 벽(512a)에 대응하는 크기를 가질 수 있으며, 또한 처리조(510)의 제 1 바닥 벽(512a)의 크기보다 작은 크기로 복수 개가 제공될 수도 있다.
그리고, 처리조(510)에는 연마 패드(423)의 연마 진행 중 생성된 이물질을 제거하기 위해 처리조(510)의 제 1 바닥벽(512a)으로 탈이온수를 공급하기 위한 탈이온수 공급 부재(530,540)가 설치된다. 제 1 탈이온수 공급 부재(530)는 제 1 바닥 벽(512a)을 통해 처리조(510) 내로 탈이온수를 공급하도록 제 1 바닥 벽(512a)에 연결되며, 제 2 탈이온수 공급 부재(540)는 제 1 바닥 벽(512a)의 상측에서 제 1 바닥 벽(512a)을 향해 탈이온수를 공급하도록 처리조(510)의 일 측에 설치된다. 제 1 및 제 2 탈이온수 공급 부재(530,540)로부터 처리조(510)로 공급된 탈이온수는 제 1 바닥 벽(512a)을 타고 흐르면서 이물질을 제거하고, 이후 제 1 바닥 벽(512a) 보다 낮은 높이로 단차진 제 2 바닥 벽(512b)으로 이물질이 혼입된 탈이온수가 유입된다. 제 2 바닥 벽(512b)으로 유입된 탈이온수는 제 2 바닥 벽(512b)에 연결된 배수 부재(550)를 통해 외부로 배출된다.
연마 패드(423)의 연마 공정은, 도 12에 도시된 바와 같이, 연마 헤드(420)가 처리조(510)에 수용된 상태에서 진행된다. 이때, 제 3 구동 부재(도 6의 도면 참조 번호 480)는 처리조(510)에 수용된 연마 헤드(420)를 상하 방향으로 이동시켜 연마 패드(423)를 다이아몬드 컨디셔너(520)에 접촉시킨다. 이 상태에서, 도 13에 도시된 바와 같이, 제 1 구동 부재(도 6의 도면 참조 번호 440)는 연마 패드(423)를 회전시키고, 제 2 구동 부재(도 6의 도면 참조 번호 460)는 연마 헤드(420)를 수평면상에서 이동시켜 다이아몬드 컨디셔너(520) 상에서 연마 패드(423)를 스캐닝시킨다. 이때, 제 1 및 제 2 탈이온수 공급 부재(530,540)는 처리조(510) 내로 탈이온수를 공급하고, 탈이온수는 연마 패드(423)의 연마 중 발생하는 이물질을 제거한 후 배수 부재(550)를 통해 외부로 배출된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 처리 용기 200 : 기판 지지 유닛
210 : 진공 플레이트 211 : 진공 흡착 홀
215 : 지지 핀 216 : 척킹 핀
250 : 가스 공급 부재 260 : 구동 부재
262a, 262b : 상부 자석 부재 264a,264b : 하부 자석 부재
266a,266b : 직선 구동기 310,320,330 : 세정 유닛
400 : 연마 유닛 500 : 패드 컨디셔닝 유닛

Claims (5)

  1. 기판을 진공 흡착하는 진공 플레이트;
    상기 진공 플레이트에 관통 형성된 홀들에 삽입 설치되며, 기판을 클램핑할 척 부재들; 및
    상기 진공 플레이트에 놓인 상기 기판을 상기 진공 플레이트로부터 상향 이격된 상태로 지지하도록 상기 척 부재들을 상하 방향으로 이동시키는 구동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 척 부재들은 상기 기판의 하면을 지지하는 지지 핀들과 상기 기판의 측면을 지지하는 척킹 핀들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 진공 플레이트의 상면에는 다수의 진공 흡착 홀들이 형성되고, 상기 진공 플레이트의 내부에는 상기 진공 흡착 홀들을 연결하는 진공 라인이 형성되며,
    상기 기판의 진공 흡착을 위해 상기 진공 라인에 음압을 제공하는 흡입 부재; 및
    상기 기판이 상기 진공 플레이트로부터 상향 이격된 상태에서 상기 진공 흡착 홀들로의 이물질의 침투를 방지하도록 상기 진공 라인에 가스를 공급하는 가스 공급 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 진공 플레이트를 회전시키는 중공 타입의 회전 구동기; 및
    상기 회전 구동기의 중공 부분에 삽입 설치되며, 상기 진공 플레이트로부터 상향 이격된 상기 기판의 하면으로 세정액을 분사하는 백 노즐 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 백 노즐 어셈블리가 상기 진공 플레이트의 상면으로 돌출되도록 상기 백 노즐 어셈블리를 상하 방향으로 이동시키는 백 노즐 구동기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 지지 유닛.
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