KR20110013893A - 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 연마패드가 스핀헤드에 대해 상대위치가 변경되도록 이동하며 스핀헤드에 지지된 기판을 연마한다. 연마패드는 기판의 중심영역을 연마한 후 가장자리영역을 향하여 이동하며 기판을 연마한다. 연마패드가 기판의 중심영역을 연마하고 가장자리영역으로 이동하는 동안 액 공급부재는 연마가 완료된 영역으로 액을 공급하여 연마가 완료된 영역이 공기중에 노출되는 것을 방지한다.

기판, 웨이퍼, 연마, 세정, 슬러리

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE TREATING APPARATUS}

본 발명은 반도체 기판을 처리하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판에 대한 연마공정을 수행하는 기판 처리 장치 및 방법에 관한것이다.

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 사용된 다. 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.

종래의 연마장치는 일정한 크기를 갖는 연마패드가 기판의 상면을 이동하며 기판을 연마한다. 종래의 연마장치에 의할 때, 연마가 완료된 기판의 영역은 다른 영역의 연마가 진행되는 동안 공기중에 노출되어, 잔류하는 슬러리가 기판상에 고착된다. 고착된 슬러리는 세정공정 후에도 파티클로 존재하여 기판을 오염시킨다.

본 발명은 기판의 오염을 방지할 수 있는 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다. 기판 처리 장치는 기판을 지지하는 스핀헤드; 상기 스핀헤드를 회전시키는 스핀헤드 구동기; 상기 스핀헤드에 지지된 기판을 연마하는 연마패드; 상기 스핀헤드에 대해 상기 연마패드의 상대위치가 변경되도록 상기 연마패드를 이동시키는 연마패드 이동부재; 상기 스핀헤드에 지지된 기판으로 액을 공급하는 액 공급부재; 및 상기 연마패드와 함께 이동되도록 제공되어 기판을 연마하는 영역으로 연마재를 공급하는 연마재 공급부재를 포함한다.

상기 액 공급부재는 액을 분사하는 액 분사노즐; 상기 연마재 공급부재와 이격하여 상기 스핀헤드의 일측에 배치되며, 상기 액 분사노즐을 지지하는 분사노즐 지지아암; 상기 분사노즐 지지아암을 회전시키는 지지아암 구동기; 상기 액 분사노즐이 연마가 완료된 기판의 영역으로 액을 고정 공급하도록 상기 지지아암 구동기를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 연마패드 이동부재는 상기 연마패드를 지지하고, 상기 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이의 구간에서 상기 연마패드를 스윙이동시키는 지지아암을 포함한다.

본 발명에 의하면, 연마가 완료된 영역에 잔류하는 슬러리가 공기와 접촉하지 않아 슬러리가 고착되지 않으므로 기판 오염을 예방할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 5b를 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 처리 시스템(2000)은 로드 포트(load fort, 10), 인덱스 모듈(indext module)(20), 그리고 공정 모듈(30)을 포함한다. 로드 포트(10), 인덱스 모듈(20), 그리고 공정 모듈(30)은 순차적으로 일 방향으로 일렬로 배치된다. 이하, 로드 포트(10), 인덱스 모듈(20), 그리고 공정 모듈(30)이 배치되는 방향을 제1방향(3)이라 칭하고, 상부에서 바라볼 때 제 1 방향(3)에 수직한 방향을 제2방향(4)이라 칭하고, 제1방향(3) 및 제2방향(4)과 각각 수직한 방향을 제3방향(5)이라 칭한다. 이하, 각 구성에 대해 상세하게 설명한다.

로드 포트(10)는 수납된 용기(12)가 놓여지는 재치대(11)를 가진다. 재치 대(11)는 복수개가 제공되며, 제2방향(4)을 따라 일렬로 배치된다. 일 실시예에서는 4개의 재치대(11)가 제공되었다.

인덱스 모듈(20)은 재치대(11)에 놓인 용기(12)와 버퍼부(40)간에 기판(W)을 이송한다. 인덱스 모듈(20)은 프레임(21), 인덱스 로봇(22), 그리고 가이드 레일(23)을 가진다. 프레임(21)은 대체로 내부가 빈 직육면체의 형상으로 제공되며, 로드 포트(10)와 버퍼부(40) 사이에 배치된다. 인덱스 로봇(22)과 가이드 레일(23)은 프레임(21)내에 배치된다. 인덱스 로봇(22)은 기판(W)을 직접 핸들링하는 핸드(24)가 제 1 방향(3), 제 2 방향(4), 제 3 방향(5)으로 이동 가능하고 회전될 수 있도록 4축 구동이 가능한 구조를 가진다. 가이드 레일(23)은 그 길이 방향이 제 2 방향(4)을 따라 배치되도록 제공된다. 인덱스 로봇(22)은 가이드 레일(23)을 따라 직선 이동 가능하도록 가이드 레일(23)과 결합한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 프레임(21)에는 용기(12)의 도어를 개폐하는 도어 오프너가 더 제공된다.

공정 모듈(30)은 버퍼부(40), 이송 통로(50), 메인 이송 로봇(Main Transfer Robot)(60), 그리고 다수의 기판 처리 장치(1000)를 포함한다.

이송 통로(50)는 공정 모듈(30)내에 제 1 방향(3)을 따라 구비되며, 메인 이송 로봇(60)이 이동하는 통로를 제공한다. 이송 통로(50)의 양측에는 기판 처리 장치들(1000)이 서로 마주보며 제1방향(3)을 따라 배치된다. 이송 통로(50)에는 메인 이송 로봇(60)이 제1방향(3)을 따라 이동할 수 있고, 기판 처리 장치(1000)의 상하층, 그리고 버퍼부(340)의 상하층으로 승강할 수 있는 이송 레일(51)이 설치된다.

메인 이송 로봇(60)은 이송 통로(50)에 설치되며, 각 기판 처리 장치(1000) 들 및 버퍼부(40) 간에 기판을 이송한다. 메인 이송 로봇(60)은 버퍼부(40)에 대기하는 미처리된 기판을 각 기판 처리 장치(1000)로 제공하거나, 기판 처리 장치(1000)에서 공정이 완료된 기판을 버퍼부(40)로 이송한다. 메인 이송 로봇(60)은 제1핸드부(미도시)와 제2핸드부(미도시)를 갖는다. 제1핸드부와 제2핸드부는 적어도 하나 이상의 핸드를 갖는다. 제1핸드부와 제2핸드부 중 어느 하나는 공정처리가 완료된 기판을 기판 처리 장치(1000)에서 인출하여 버퍼부(40) 상층에 수납하며, 나머지 하나는 미처리된 기판을 버퍼부(40) 하층에서 인출하여 기판 처리 장치(1000)로 이송한다. 제1핸드부와 제2핸드부는 서로 다른 높이에 설치되며, 독립적으로 전후 이동될 수 있다. 제1핸드부와 제2핸드부는 기판이 올려지는 포켓부(미도시)를 포함하며, 포켓부는 메인 이송 로봇(60)의 이동 및 핸드부의 이동시 기판이 이탈하는 것을 방지한다.

버퍼부(40)는 메인 이송 로봇(60)에 의해 미처리된 기판이 기판 처리 장치(1000)로 제공되기 전, 또는 기판 처리 장치(1000)에서 공정이 완료된 기판이 인덱스 로봇(22)에 의해 로드 포트(10)로 반송되기 전에 일시적으로 대기하는 장소를 제공한다. 버퍼부(40)는 이송통로(50)의 제1방향(3) 전방에 위치하며, 상층 또는 하층으로 상호 분리된 복층 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 버퍼부(40)의 상층은 공정 처리가 끝난 기판이 용기(12)로 이송되기 전에 대기하는 장소로 제공되고, 하층은 미처리된 기판이 각 기판 처리 장치(1000)로 이송되기 전에 대기하는 장소로 제공될 수 있다.

기판 처리 장치(1000)들은 기판을 연마 및 세정한다. 기판 처리 장치 들(1000)은 공정 모듈(30) 내부에서 이송통로(60)를 사이에 두고 서로 마주보도록 제1방향(3)을 따라 배치되며, 상층과 하층의 복층 구조를 가질 수 있다. 실시예에 의하면, 기판 처리 장치(1000)는 이송통로(50)의 양측에 각각 두 개의 기판 처리 장치(1000)가 제1방향(3)을 따라 공정처리부(30)의 하층에 배치된다. 공정처리부(30)의 상층에는 하층과 동일한 형태로 기판 처리 장치(1000)가 배치된다. 기판 처리 장치(1000)들은 독립적인 모듈의 형태로 제공될 수 있다. 모듈이라 함은 각 기판 처리 장치(1000)들이 각각의 기판 처리 기능을 수행함에 있어서 독립적인 동작이 가능하도록 관련 파트들이 하나의 독립적인 하우징 내에 설치된 것을 말한다. 모듈의 형태로 제공되는 기판 처리 장치(1000)는 기판 처리 설비의 레이아웃에 따라 공정 모듈(30)을 구성하게 된다.

도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 나타낸 사시도이다.

도 2를 참조하면, 기판 처리 시스템(2000)은 기판(W)의 상면을 연마하는 연마 공정 및 연마 공정 후 기판(W)의 표면을 세정하는 세정 공정을 하나의 기판 처리 장치(1000) 내에서 순차적으로 진행될 수 있도록 구성된다. 구체적으로, 기판 처리 장치(1000)는 기판 지지 유닛(100), 용기 유닛(bowl unit)(200), 연마 유닛(300), 액 공급 부재(400), 연마재 공급부재(500), 처리 유체 공급부재(600), 브러쉬 유닛(700), 그리고 에어로졸 유닛(800)을 포함한다.

기판 지지 유닛(100)은 기판(W)을 지지하며, 용기 유닛(200)은 회전하는 기판(W)으로부터 비산되는 유체가 회수되도록 기판 지지 유닛(100)을 감싼다. 연마 유닛(300)은 기판 지지 유닛(100)에 지지된 기판(W)을 연마하며, 액 공급 부 재(400)는 연마가 완료된 기판의 영역으로 액을 분사한다. 연마재 공급부재(500)는 연마유닛과 함께 이동하며 연마가 진행되는 영역으로 연마재를 공급하며, 처리 유체 공급부재(600)는 기판 지지 유닛(100)에 지지된 기판(W)으로 처리유체를 공급한다. 브러쉬 유닛(700)과 에어로졸 유닛(800)은 연마된 기판(W) 표면의 이물질을 제거한다. 이하, 각 유닛에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 유닛 및 용기 유닛을 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 기판 지지 유닛(100)은 기판(W)의 연마 공정과 세정 공정이 이루어지는 동안 기판(W)을 지지한다. 기판 지지 유닛(100)은 기판(W)을 지지하는 스핀 헤드(110), 스핀 헤드(110)를 지지하며 스핀 헤드(110)로 회전력을 전달하는 지지축(120), 그리고 스핀 헤드(110)를 회전시키는 스핀헤드 구동기(미도시)를 포함한다.

스핀 헤드(110)는 대체로 원판 형상을 가지며, 상면으로부터 하면으로 갈수록 점차 지름이 감소한다. 스핀 헤드(110)는 기판(W)을 지지하며, 기판(W)을 지지한 상태로 중심축(CR1)을 중심으로 회전가능하도록 제공된다. 스핀 헤드(110)로 진공척(vacuum chuck)이 사용될 수 있다.

지지축(120)은 스핀 헤드(110)의 하부에 위치하며, 스핀 헤드(110)를 지지한다. 지지축(120)는 대체로 원기둥 형상으로 제공되며, 연마 공정 및 세정 공정이 진행되는 동안 스핀헤드 구동기에 의하여 회전되어 스핀 헤드(110)를 회전시킨다.

스핀헤드 구동기는 지지축(120)의 하부에 설치되며, 외부에서 인가된 전력을 이용하여 스핀 헤드(110)를 회전시키는 회전력을 발생시킨다. 스핀헤드 구동기로는 모터가 사용될 수 있다.

용기 유닛(200)은 기판 지지 유닛(100)를 감싸도록 제공된다. 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 포함한다.

구체적으로, 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)는 기판 지지 유닛(100)을 둘러싸고, 기판(W)의 연마 공정 및 세정 공정이 이루어지는 공정 공간을 제공한다. 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)는 각각 상부가 개방되며, 제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 개방된 상부를 통해 스핀 헤드(110)가 노출된다.

제1 처리 용기(210)는 측벽(211), 상판(212) 및 가이드부(213)를 포함한다. 측벽(211)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 기판 지지 유닛(100)을 둘러싼다.

측벽(211)의 상단부는 상판(212)과 연결된다. 상판(212)은 측벽(211)으로부터 연장되어 형성되고, 측벽(211)으로부터 멀어질수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 상판(212)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 평면상에서 볼 때 스핀 헤드(110)로부터 이격되어 스핀 헤드(110)를 둘러싼다.

가이드부(213)는 제1 및 제2 가이드 벽(213a, 213b)을 포함한다. 제1 가이드 벽(213a)은 측벽(211)의 내벽으로부터 돌출되어 상판(212)과 마주하며, 측벽으로부터 멀어질수록 하향 경사진 경사면으로 이루어진다. 제2 가이드 벽(213b)은 제1 가이드 벽(213a)으로부터 아래로 수직하게 연장되고, 측벽(211)과 마주한다. 가이드 부(213)는 기판(W)의 연마 공정중 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)과 상판(212)의 내면들측으로 비산된 처리 유체이 제1 회수통(230) 측으로 흐르도록 가이드한다.

제1 처리 용기(210)의 외측에는 제2 처리 용기(220)가 설치된다. 제2 처리 용기(220)는 제1 처리 용기(210)를 둘러싸고, 제1 처리 용기(210)보다 큰 크기를 갖는다.

제2 처리 용기(220)는 측벽(221) 및 상판(222)을 포함한다. 측벽(221)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)을 둘러싼다. 측벽(221)은 제1 처리 용기(210)의 측벽(211)과 이격되어 위치하며, 제1 처리 용기(210)와 연결된다. 측벽(221)의 상단부는 상판(222)과 연결된다. 상판(222)은 측벽(221)으로부터 연장되어 형성되고, 측벽(221)으로부터 멀어질수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 상판(222)은 제1처리 용기(210)의 상판(211)의 상부에서 제1 처리 용기(210)의 상판(211)과 이격하여 서로 마주한다.

제1 및 제2 처리 용기(210, 220)의 하부에는 연마 공정 및 세정 공정에서 사용된 처리 유체들을 회수하는 제1 및 제2 회수통(230, 240)이 설치된다. 제1 및 제2 회수통(230, 240)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 상부가 개방된다.

제1 회수통(230)은 제1 처리 용기(210)의 아래에 설치되고, 연마 공정에서 사용된 처리 유체를 회수한다. 제2 회수통(240)은 제2처리 용기(220)의 아래에 설치되고, 세정 공정에서 사용된 처리 유체를 회수한다.

구체적으로, 제1 회수통(230)은 바닥판(231), 제1측벽(232), 제2측벽(233) 및 연결부(234)를 포함한다. 바닥판(231)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 지지 부(220)를 둘러싼다. 실시예에 의하면, 바닥판(231)은 제1회수통(230)에 회수된 처리 유체의 배출을 용이하게 하기 위해 종단면이 'V' 형상을 갖는다.

제1측벽(232)은 바닥판(231)으로부터 수직하게 연장되어 처리 유체을 회수하는 제1회수 공간(RS1)을 형성한다. 제2 측벽(233)은 제1측벽(232)으로부터 이격되어 제1 측벽(232)과 마주한다. 연결부(234)는 제1측벽(232)의 상단부 및 제2측벽(233)의 상단부와 연결되고, 제1측벽(232)으로부터 제2측벽(233)으로 갈수록 상향 경사진 경사면으로 이루어진다. 연결부(234)는 제1회수공간(RS1) 밖으로 떨어진 처리 유체가 제1 회수 공간(RS1)에 유입되도록 제1회수공간(RS1) 측으로 가이드한다. 제1회수통(230)은 제1회수관(251)과 연결되며, 제1회수공간(RS1)에 회수된 처리 유체를 제1회수관(251)을 통해 외부로 배출된다.

제1회수통(230)의 외측에는 제2 회수통(240)이 설치된다. 제2회수통(240)은 제1회수통(230)을 둘러싸고, 제1 회수통(230)으로부터 이격되어 위치한다. 구체적으로, 제2회수통(240)은 바닥판(241), 제1측벽(242) 및 제2측벽(243)을 포함한다. 바닥판(241)은 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 제1회수통(230)의 바닥판(231)을 둘러싼다. 실시예에 의하면, 바닥판(241)은 제2회수통(240)에 회수된 처리 유체의 배출을 용이하게 하기 위해 종단면이 'V' 형상을 갖는다.

제1 및 제2측벽(242, 243)은 바닥판(241)으로부터 수직하게 연장되어 처리 유체을 회수하는 제2회수공간(RS2)을 형성하며, 원형의 링 형상을 갖는다. 제1측벽(242)은 제1회수통(230)의 제1측벽(232)과 제2측벽(233)과의 사이에 위치하고, 제1회수통(230)의 제1측벽(232)을 둘러싼다. 제2회수통(240)의 제2측벽(243)은 바 닥판(241)을 사이에 두고 제1측벽(242)과 마주하고, 제1측벽(242)을 둘러싼다. 제2 회수통(240)의 제2측벽(243)은 제1회수통(230)의 제2측벽(233)을 둘러싸며, 상단부가 제2처리 용기(220)의 측벽(221) 외측에 위치한다. 제2회수통(240)은 제2회수관(252)이 연결되며, 제2회수 공간(RS2)에 회수된 처리 유체를 제2회수관(252)을 통해 외부로 배출된다.

기판(W)의 연마 및 세정 공정시, 각 공정에 따라 스핀 헤드(110)와 제1 및 2 처리 용기(210, 220) 간의 수직 위치가 변경되며, 제1 및 제2 회수통(230, 240)은 서로 다른 공정에서 사용된 처리 유체를 회수하여 외부로 배출한다. 구체적으로, 연마 공정시 스핀 헤드(110)는 제1 처리 용기(210) 안에 배치되며, 제1처리 용기(210) 내부에서 기판(W)의 연마 공정이 이루어진다. 연마 공정 시 기판(W)에 분사된 처리 유체가 기판(W)의 회전력에 의해 제1처리 용기(210)내측면으로 비산되어 제1회수통(230)에 회수되며, 제1회수관(251)을 통해 외부로 배출된다.

세정 공정시, 스핀 헤드(110)는 상기 제1처리 용기(210)의 상부에서 제2처리 용기(220)의 상판(222) 아래에 배치된다. 세정 공정에서 기판에 제공된 처리 유체은 기판(W)의 회전력에 의해 제2처리 용기(220)내측면으로 비산되어 제2회수통(240)에 회수되며, 제2회수관(252)을 통해 외부로 배출된다.

제2처리 용기(220)의 외측에는 승강 부재(260)가 설치된다. 승강 부재(260)는 처리 용기(210, 220)와 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 조절한다. 승강 부재(260)는 브라켓(261), 이동축(262) 및 구동기(263)를 포함한다. 브라켓(261)은 제2처리 용기(220)의 외측벽(221)에 고정 설치되고, 이동축(262)과 결합 한다. 이동축(262)은 구동기(263)에 연결되고, 구동기(263)에 의해 상하 방향으로 이동된다. 승강 부재(260)는 스핀 헤드(110)에 기판(W)이 로딩/언로딩되거나 각각의 공정에서 사용된 처리 유체을 분리 회수하기 위해 처리 용기(210, 220)를 승강시켜 처리 용기(210, 220)와 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 조절한다. 선택적으로, 승강 부재(260)는 스핀 헤드(110)를 수직 이동시켜 처리 용기(210, 220)와 스핀 헤드(110) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킬 수도 있다.

연마 유닛(300)은 기판 지지유닛(100)에 지지된 기판(W)의 표면을 화학적 기계적 방법으로 연마하여 기판(W)의 표면을 평탄화한다.

도 2 및 3을 참조하면, 연마 유닛(300)은 연마 패드(310), 연마패드 지지부재(320), 연마패드 이동부재(swing part)(330) 및 구동부(340)를 포함한다.

연마패드(310)는 스핀헤드(110)에 지지된 기판(W)을 연마한다. 연마패드(310)는 원형의 판 또는 환형의 판 형상으로 제공된다. 연마패드(310)는 중심축이 스핀헤드(220)의 회전축과 나란하도록 배치된다. 연마패드(310)는 저면(311)이 스핀헤드(110)에 지지된 기판(W)의 상면에 접촉된 상태로 연마패드(310)의 중심축을 기준으로 회전하여 기판(W)를 연마한다.

연마패드(310)의 상부에는 연마패드 지지부재(320)가 위치한다. 연마패드 지지부재(320)는 연마 패드(311)를 지지하며, 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 회전되어 연마 패드(310)를 회전시킨다. 연마패드 지지부재(320)는 커버(321), 회전축(미도시)을 포함한다.

커버(321)는 대체로 원통형상으로 제공되며, 회전축을 감싼다. 커버(321)의 상단은 연마패드 이동부재(330)의 지지아암(331)과 결합한다.

회전축은 커버(321)의 내부에 커버(321)의 길이 방향으로 연장되도록 제공된다. 회전축은 커버(321)와 이격하여 위치한다. 회전축의 상단부는 후술하는 종동 풀리와 결합되며, 하단부는 연마패드(310)의 상단과 결합한다. 회전축은 종동 풀리에 의해 회전되어, 연마 패드(310)를 회전시킨다

연마패드 이동부재(330)는 연마패드(310)를 지지하며, 스핀헤드(110)에 대해 연마패드(310)의 상대위치가 변경되도록 연마패드(310)를 이동시킨다. 연마패드 이동부재(330)는 지지아암(331)과 벨트-풀리 어셈블리(미도시)를 포함한다.

지지아암(331)은 암(arm)형상으로 제공되며, 일단에는 연마패드 지지부재(320)가 결합하고, 타단에는 구동부(340)가 결합한다. 지지아암(341)은 구동부(340)에 의해 타단을 축으로 회전되어 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이의 구간에서 연마패드(310)를 스윙이동시킨다.

지지아암(331)의 내부공간에는 벨트-풀리 어셈블리(미도시)가 제공된다. 벨트-풀리 어셈블리(335)는 구동 풀리, 종동 풀리 및 벨트를 포함한다. 구동부(340)의 구동으로 구동풀리가 회전되고, 구동풀리의 회전력이 구동풀리와 종동풀리를 연결하는 벨트를 통해 종동풀리에 전달되어 종동풀리가 회전한다. 종동풀리의 회전으로 이와 결합하는 연마패드 지지부재(320)의 회전축이 회전되어 연마패드(310)가 회전한다.

구동부(340)는 지지아암(331)의 하부에 위치하며, 세 개의 구동모터(미도시)들을 포함한다. 제1구동모터는 스핀헤드(110)에 대해 연마패드(310)의 상대위치가 변경되도록 지지아암(331)을 회전시키고, 제2구동모터는 구동풀리로 회전력을 전달하여 연마패드(310)를 회전시킨다. 그리고, 제3구동모터는 스핀헤드(110)의 상면에 대한 연마패드(310)의 수직위치가 조절되도록 지지아암(331)을 승강시킨다. 제1 내지 3구동모터는 순차적으로 위에서 아래로 배치된다.

액 공급부재(400)는 용기 유닛(200) 및 처리 유체 공급부재(600)을 사이에 두고 연마 유닛(300)과 마주하게 설치된다. 액 공급부재(400)는 연마가 완료된 기판(W)의 영역으로 액을 고정 공급한다. 액 공급부재(400)는 액 분사노즐(410), 분사노즐 지지아암(420), 지지아암 구동기(430), 그리고 제어기(440)를 포함한다.

액 분사노즐(410)은 기판(W)으로 액을 분사한다. 액 분사노즐(410)은 원통형상의 몸체를 가진다. 몸체는 저면에 토출구가 형성되며, 내부에는 액 공급라인(미도시)과 토출구를 연결하는 홀이 형성된다. 몸체의 상단은 분사노즐 지지아암(420)과 결합한다. 기판(W)으로 분사되는 액으로는 슬러리 또는 초순수가 사용될 수 있다.

분사노즐 지지아암(420)은 액 분사노즐(410)을 지지하고, 액 분사노즐(410)을 기판(W)의 상면으로 이동시킨다. 분사노즐 지지아암(420)은 '∩'형상으로 제공되며, 일단에는 액 분사노즐(410)이 제공되며, 타단에는 분사노즐 지지아암(420)을 회전시키는 지지아암 구동기(430)가 설치된다. 지지아암 구동기(430)의 구동으로 분사노즐 지지아암(420)이 회전되어 액 분사노즐(410)이 기판(W)의 상면에 위치한다.

제어부(440)는 액 분사노즐(410)이 연마가 완료된 기판(W)의 영역으로 액을 공급하도록 지지아암 구동기(430)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(440)는 액 분사노즐(410)이 고정된 위치에서 연마가 완료된 기판(W)의 영역으로 액을 공급하도록 지지아암 구동기(430)를 제어한다. 실시예에 의하면, 연마패드(310)는 기판(W)의 중심영역을 연마한 후, 기판(W)의 가장자리영역을 향해 스윙이동되며 기판(W)을 연마한다. 제어부(440)는 연마가 완료된 기판(W)의 중심영역의 상부에 액 분사노즐(410)을 위치시키고, 연마패드(310)가 스위이동되며 기판(W)을 연마하는 동안 액 분사노즐(410)이 연마가 완료된 기판(W)의 영역으로 액을 고정 분사하도록 지지아암 구동기(430)를 제어한다. 분사된 액은 기판(W)의 원심력에 의해 중심영역으로부터 반경방향으로 제공된다.

연마패드(310)가 기판(W)의 가장자리영역을 스윙이동되며 기판(W)을 연마하는 동안 이미 연마가 완료된 기판(W)으로 슬러리 또는 초순수가 제공되므로, 연마된 기판(W)의 영역은 공기와 접촉되는 것이 방지된다. 이에 의하여, 연마가 완료된 영역에 잔류하는 연마재가 건조되는 것이 예방되므로 후속공정에서 용이하게 기판(W)을 세정할 수 있다.

실시예에 의하면, 초순수는 연마재 공급부재(500)를 통해 연마가 진행되는 영역으로 공급되는 슬러리를 희석화시킬 수 있으므로, 이를 감안한 적절한 양이 공급된다.

연마재 공급부재(500)는 기판(W)의 연마영역으로 연마재를 공급한다. 구체적으로, 연마재 공급부재(500)는 연마패드(310)와 함께 이동되도록 제공되어 기판(W)을 연마하는 영역으로 연마재를 공급한다. 연마재 공급부재(500)는 연마재 분사노 즐(511), 노즐 지지부(512)를 포함한다.

연마재 분사노즐(511)은 연마패드(310)와 함께 이동되며, 연마영역으로 연마재를 공급되도록 회전하는 기판(W)으로 연마재를 분사한다. 분사되는 연마재로는 슬러리(slurry) 등이 사용될 수 있다. 연마재 분사노즐(511)은 연마재 공급라인과 연결되어, 연마재 저장부(미도시)로부터 연마재를 공급받는다. 연마재 공급라인에는 공급되는 연마재의 유량을 조절하는 밸브(미도시)가 설치된다.

노즐 지지부(512)는 연마패드(310)의 일측에 연마재 분사노즐(511)이 고정되도록 연마재 분사노즐(511)을 지지한다. 노즐 지지부(512)는 상단이 지지아암(331)에 결합하며, 연마헤드 지지부(320)의 길이방향과 나란하게 배치된다. 노즐지지부(512)의 하단에는 노즐지지부(512)의 길이방향과 나란한 방향으로 홀이 형성된다. 연마재 분사노즐(511)은 토출구가 아래를 향하도록 홀에 삽입되어 연마패드(310)의 일측에 고정된다. 노즐 지지부(512)가 지지아암(331)에 고정설치되므로, 지지아암(331)의 이동에 따라 연마재 분사노즐(511)이 연마패드(310)와 함께 이동하며 연마재를 분사한다.

다시 도 2를 참조하면, 처리 유체 공급부재(600)는 스핀 헤드(110)에 지지된 기판에 처리 유체를 분사하여 기판(W)를 세정한다. 처리 유체 공급부재(600)는 용기 유닛(200)을 사이에 두고 연마 유닛(300)과 마주하여 용기 유닛(200)에 고정 설치된다. 처리 유체 공급부재(600)는 다수의 분사 노즐을 구비하며, 각 분사 노즐은 기판의 중앙영역으로 처리 유체를 분사한다. 선택적으로, 분사되는 처리 유체는 기판의 세정 또는 건조에 사용되는 유체이다.

브러쉬 유닛(700)은 연마 공정 후 기판(W) 표면의 이물을 물리적으로 제거한다. 브러쉬 유닛(700)은 기판(W) 표면에 접촉되어 기판(W) 표면의 이물질을 물리적으로 제거하는 브러쉬 패드(미도시)를 포함한다. 브러쉬 패드는 기판(W)의 상면을 스윙이동하며 기판(W) 표면의 이물질을 제거한다. 기판(W) 표면의 이물질을 제거하는 동안 브러쉬 패드는 그 중심축을 기준으로 회전가능하다.

브러쉬 유닛(700)의 일측에는 에어로졸 유닛(800)이 배치된다. 에어로졸 유닛(800)은 스핀 헤드(110)에 지지된 기판(W)에 처리 유체을 미세 입자형태로 고압 분무하여 기판(W)표면의 이물을 제거한다. 실시예에 의하면, 에어로졸 유닛(800)은 초음파를 이용하여 처리 유체을 작은 입자 형태로 분무한다. 에어로졸 유닛(800)은 브러쉬 유닛(700)에 비해 비교적으로 작은 입자의 이물질을 제거하는 데 사용된다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 사용하여 기판을 연마하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 중심영역을 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 4a 및 4b를 참조하면, 연마패드 이동부재(330)에 의해 연마패드(310)가 기판(W)의 중심영역으로 이동되어 연마패드(310)의 저면이 기판(W)의 중심영역의 상면과 접촉한다. 연마패드(310)는 중심을 축으로 회전하며, 기판(W)의 중심영역을 연마한다. 연마재 분사노즐(511)은 연마가 진행되는 영역(A1)으로 연마재가 제공되도록 회전하는 기판(W)으로 연마재를 분사한다. 기판(W)의 중심영역의 연마가 진행 되는 동안, 액 분사노즐(411)은 스핀헤드(110)의 일측에서 대기한다.

도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예에 따른 연마패드가 이동하여 기판을 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 5a 및 5b를 참조하면, 기판(W)의 중심영역의 연마가 완료되면, 연마패드(310)는 기판(W)의 가장자리영역을 향해 스윙이동되며 기판(W)을 연마한다. 연마재 분사노즐(511)은 연마패드(310)와 함께 이동되며, 연마영역(A1)으로 연마재가 공급되도록 회전하는 기판(W)으로 연마재를 분사한다. 기판(W)의 연마가 진행되는 동안, 제어부(도 3의 440)는 연마가 완료된 기판(W)의 영역(A2)의 상부에 액 분사노즐(511)이 위치하도록 지지아암 구동기(도 3의 430)를 제어한다.

액 분사노즐(511)이 연마가 완료된 영역(A2)의 상부에 위치하면, 액 분사노즐(511)dms 고정된 위치에서 연마가 완료된 영역(A2)으로 액을 분사한다. 분사된 액은 기판(W)의 원심력에 의해 반경방향으로 제공되며, 연마된 영역(A2)이 공기와 접촉되는 것이 방지한다. 이에 의하여, 연마가 완료된 영역(A2)에 잔류하는 연마재가 건조되는 것이 예방되어 후속공정에서 용이하게 기판을 세정할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나태 내고 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당 업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현 하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한, 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.

도 2는 도 1에 도시된 기판 처리 장치를 나타낸 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 지지 유닛 및 용기 유닛을 나타내는 단면도이다.

도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 중심영역을 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 5a 및 5b는 본 발명의 실시예에 따른 연마패드가 이동하여 기판을 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

Claims (2)

1. 기판을 지지하는 스핀헤드;

   상기 스핀헤드를 회전시키는 스핀헤드 구동기;

   상기 스핀헤드에 지지된 기판을 연마하는 연마패드;

   상기 스핀헤드에 대해 상기 연마패드의 상대위치가 변경되도록 상기 연마패드를 이동시키는 연마패드 이동부재;

   상기 스핀헤드에 지지된 기판으로 액을 공급하는 액 공급부재; 및

   상기 연마패드와 함께 이동되도록 제공되어 기판을 연마하는 영역으로 연마재를 공급하는 연마재 공급부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 액 공급부재는

   액을 분사하는 액 분사노즐;

   상기 연마재 공급부재와 이격하여 상기 스핀헤드의 일측에 배치되며, 상기 액 분사노즐을 지지하는 분사노즐 지지아암;

   상기 분사노즐 지지아암을 회전시키는 지지아암 구동기;

   상기 액 분사노즐이 연마가 완료된 기판의 영역으로 액을 고정 공급하도록 상기 지지아암 구동기를 제어하는 제어기를 포함하며,

   상기 연마패드 이동부재는

   상기 연마패드를 지지하고, 상기 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이의 구간에서 상기 연마패드를 스윙이동시키는 지지아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.

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