KR20110015993A

KR20110015993A - 연마 유닛 및 이를 갖는 기판 연마 장치

Info

Publication number: KR20110015993A
Application number: KR1020090073476A
Authority: KR
Inventors: 오세훈; 최기훈
Original assignee: 세메스 주식회사
Priority date: 2009-08-10
Filing date: 2009-08-10
Publication date: 2011-02-17
Also published as: KR101042323B1

Abstract

연마 유닛은 기판을 가압하여 연마하는 가압부 및 가압부를 회전시키는 수직암부를 구비한다. 수직암부는 가압부를 회전시키는 회전축, 회전축을 둘러싼 고정축, 회전축과 고정축 사이에 구비되어 회전축을 지지하는 베어링, 및 회전축과 고정축 사이에 개재된 자석을 구비한다. 자석은 베어링의 아래에 구비되어 회전축을 둘러싸며, 자력을 이용하여 고정축 내에서 발생된 이물이 외부로 유출되는 것을 방지한다. 이에 따라, 연마 유닛은 연마 공정 시 수직암부 내에서 발생된 이물이 기판에 떨어지는 것을 방지할 수 있으므로, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.

Description

연마 유닛 및 이를 갖는 기판 연마 장치{POLISHING UNIT AND SUBSTRATE POLISHING APPARATUS HAVING THE SAME}

본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판을 매엽식 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 있 는 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.

웨이퍼 연마시, 연마 장치는 연마 패드의 상면에 웨이퍼를 배치시킨 후 웨이퍼를 연마 패드에 가압하면서 회전시켜 웨이퍼를 연마한다. 연마 공정시, 웨이퍼를 고정하는 고정부재가 회전하면서 웨이퍼의 연마가 이루어지므로, 고정부재의 회전에 의해 고정부재 내부에서 발생된 이물이 연마 패드 측으로 떨어질 수 있고, 이로 인해, 연마 불량이 발생한다.

본 발명의 목적은 제품 효율을 향상시킬 수 있는 연마 유닛을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 상기한 연마 유닛을 구비하는 기판 연마 장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 연마 유닛은, 가압부, 수직암부, 스윙암부 및 구동부로 이루어진다.

가압부는 기판의 표면을 연마하는 연마 패드를 구비하며, 중심축을 기준으로 회전 가능하다. 수직암부는 기둥 형상을 갖고, 일 단부가 상기 가압부에 결합되며, 상기 가압부를 회전시킨다. 스윙암부는 상기 수직암부와 결합하고, 상기 수직암부의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장되며, 스윙 가능하다. 구동부는 상기 스윙암부와 결합하고, 상기 스윙암부 및 상기 수직암부에 각각 회전력을 제공한다.

구체적으로, 상기 수직암부는 회전축, 고정축, 적어도 하나의 베어링 및 자석을 구비한다. 회전축은 상기 가압부에 고정 결합되고, 상기 가압부를 회전시킨다. 고정축은 상기 회전축으로부터 이격되어 상기 회전축을 둘러싼다. 베어링은 상기 회전축과 상기 고정축 사이에 개재되어 회전축을 둘러싸고, 상기 회전축의 위치를 고정시킨다. 자석은 상기 회전축과 상기 고정축 사이에서 상기 베어링의 아래에 구비되고, 상기 회전축을 둘러싼다.

또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 연마 유닛은 가압부, 수직암부 및 구동부로 이루어진다.

가압부는 기판의 표면을 연마하는 연마 패드를 구비하며, 중심축을 기준으로 회전 가능하다. 수직암부는 기둥 형상을 갖고, 일 단부가 상기 가압부에 분리 가능하게 결합되며, 상기 가압부를 회전시킨다. 구동부는 상기 수직암부에 회전력을 제공한다. 구체적으로, 상기 수직암부는 고정축, 회전축, 및 자성 유체를 구비한다. 고정축은 관통홀이 형성된 하면, 및 상기 하면의 단부로부터 수직하게 연장되어 중공형의 통 형상을 갖는 측벽을 갖고, 상면이 개구된다. 회전축은 상기 고정축 내에서 상기 고정축으로부터 이격되어 설치되고, 하단부가 상기 관통홀을 관통하여 상기 가압부에 고정 결합되며, 회전하여 상기 가압부를 회전시키고, 외주면에 단턱이 형성된다. 자성 유체는 상기 고정축 내에서 상기 회전축과 상기 고정축 사이에 개 재되고, 상기 고정축의 하면과 상기 회전축의 단턱에 의해 정의되는 공간에 주입되어 상기 회전축과 접하며, 상기 회전축을 둘러싸고, 상기 관통홀을 통해 외부로 노출된다.

또한, 상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 하나의 특징에 따른 기판 연마 장치는 기판 지지유닛 및 연마 유닛으로 이루어진다.

기판 지지유닛은 기판이 안착되고, 회전 가능하다. 연마 유닛은 상기 기판 지지유닛의 일측에 설치되고, 상기 기판의 표면을 연마한다. 구체적으로, 상기 연마 유닛은 가압부, 수직암부, 스윙암부 및 구동부를 구비한다. 가압부는 상기 기판의 표면을 연마 패드를 구비하며, 중심축을 기준으로 회전 가능하다. 수직암부는 하단부가 상기 가압부의 상면에 고정 결합되어 상기 가압부를 회전시키는 회전축, 상기 회전축으로부터 이격되어 상기 회전축을 둘러싸는 고정축, 상기 회전축과 상기 고정축 사이에 개재되어 회전축을 둘러싸는 적어도 하나의 베어링, 및 상기 회전축과 상기 고정축 사이에서 상기 베어링의 아래에 설치되어 상기 회전축을 둘러싸는 자석을 구비한다. 스윙암부는 상기 수직암부와 결합하고, 상기 수직암부의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장되며, 스윙 가능하다. 구동부는 상기 스윙암부와 결합하고, 상기 스윙암부 및 상기 수직암부에 각각 회전력을 제공한다.

상술한 본 발명에 따르면, 고정축 내에서 발생된 이물이 자석 또는 자성 유체 측으로 유도되므로, 수직암부는 내부의 이물이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 연마 유닛은 수직암부내의 이물이 연마 공정 중인 기판에 떨어지 는 것을 방지하고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. 이하에서는, 웨이퍼를 반도체 기판의 일례로 설명하나, 본 발명의 기술적 사상과 범위는 이에 한정되지 않는다.

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

도 1을 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 이송한 다. 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 연마부(1000)의 개수는 상기 기판 연마 시스템(2000)의 공정 효율 및 풋 프린트에 따라 증가하거나 감소할 수도 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)를 제어하여 각 기판 연마부(1000)의 연마 공정을 제어한다.

이하, 도면을 참조하여 상기 기판 연마부(1000)의 구성에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 기판 연마부를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 기판 지지유닛 및 용기 유닛을 구체적으로 나타낸 부분 절개 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 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 지지유닛(100), 용기 유닛(bowl unit)(200), 연마 유닛(300), 제1 및 제2 처리액 공급 유닛(410, 420), 브러쉬 유닛(510), 에어로졸 유닛(520) 및 패드 컨디셔닝 유닛(600)을 포함할 수 있다.

상기 기판 지지유닛(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 지지 및 고정시킨다. 상기 기판 지지 유닛(100)은 상기 웨이퍼(70)가 안착되는 스핀 헤드(110), 상기 스핀 헤드(110)를 지지하는 지지부(120), 및 회전력을 제공하는 스핀 구동부(미도시)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 면적이 상기 웨이퍼(70)의 면적 보다 작다. 따라서, 측면에서 볼 때 상기 스핀 헤드(110)에 안착된 웨이퍼(70)는 단부가 상기 스핀 헤드(110) 상면의 단부보다 외측으로 돌출된다.

상기 스핀 헤드(110)의 아래에는 상기 지지부(120)가 설치되고, 상기 지지부(120)는 상기 스핀 구동부(130)와 연결된다. 상기 지지부(120)는 대체로 원기둥 형상을 가지며, 상기 스핀 헤드(110)와 결합한다. 상기 스핀 구동부는 상기 지지부(120)를 회전시키고, 상기 지지부(120)의 회전력은 상기 스핀 헤드(110)에 전달 되어 상기 스핀 헤드(110)가 회전된다. 연마 공정 및 세정 공정이 이루어지는 동안, 상기 스핀 헤드(110)는 상면에 상기 기판(70)을 고정시킨 상태에서 상기 스핀 구동부로부터 제공되는 회전력에 의해 회전한다.

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 처리액 을 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 상판(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 상 기 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 회수통(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 형성 된 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(510, 520), 상기 브러쉬 유닛(610), 상기 에어로졸 유닛(620), 및 상기 패드 컨디셔닝 유닛(700)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.

도 4는 도 2에 도시된 연마 유닛을 나타낸 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 연마 유닛을 나타낸 부분 절개 측면도이다.

도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면, 연마 유닛(300)은 가압부(310), 수직암부(320), 스윙암부(swing arm part)(330) 및 구동부(340)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 가압부(310)는 연마 공정 시 상기 스핀 헤드(110)에 고정 된 웨이퍼(70)의 상부에 배치된다. 상기 가압부(310)는 상기 웨이퍼(70)에 접촉된 상태로 회전하여 상기 웨이퍼(70)를 연마하며, 상기 가압부(310)가 상기 웨이퍼(70)를 연마하는 동안 상기 웨이퍼(70)의 상면에는 상기 웨이퍼(70)를 위한 약액, 예컨대, 슬러리가 제공된다.

상기 가압부(310)의 상단부에는 상기 수직암부(320)가 고정 설치된다. 상기 수직암부(320)는 상기 스핀 헤드(110)의 상면에 대해 수직하게 연장되어 배치되고, 상기 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 길이 방향의 중심축을 기준으로 회전한다. 상기 가압부(310) 및 상기 수직압부(320)의 구성에 대한 구체적인 대한 설명은 후술한 도 6에서 하기로 한다.

상기 수직암부(320)의 상부에는 상기 스윙암부(330)가 설치된다. 상기 스윙암부(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 스윙암부(330)를 회전시키는 제1 구동 모터(341), 상기 수직암부(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 따 라, 상기 스윙암부(330)는 상기 구동부(340)에 결합된 부분을 중심축으로하여 상기 구동부(340)에 의해 스윙한다. 연마 공정 시, 상기 가압부(310)는 상기 스윙암부(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 수직암부(320)의 상부에 설치되어 상기 수직암부(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 유 체 공급부(320)에 전달되고, 이에 따라, 상기 가압부(310) 및 상기 수직암부(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 스크류(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 스윙암부(330)가 상하 이동하고, 이에 따라, 상기 수직암부(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.

한편, 상기 스윙 구동부(341), 스핀 구동부(342), 상기 볼 스크류(343a), 상 기 너트(343b) 및 수직 암(344)은 구동 케이스(345)에 내장되고, 상기 구동 케이스(345)는 수직 방향으로 긴 막대 형상을 갖는다.

이하, 도면을 참조하여 상기 가압부(310) 및 상기 수직암부(320)에 대해 구체적으로 설명한다.

도 6은 도 5에 도시된 수직암부와 가압부를 나타낸 종단면도이고, 도 7은 도 6의 절단선 I-I'에 따른 횡단면도이다.

도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 수직암부(320)는 상기 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 회전하여 상기 가압부(310)를 회전시키고, 상기 가압부(310)가 상기 웨이퍼(70)를 가압하는 압력을 제어하기 위한 공기를 상기 가압부(310)에 제공한다.

구체적으로, 상기 수직암부(320)는 하우징(321), 회전축(322), 로터리 조인트(323), 제1 및 제2 베어링(324a, 324b), 제1 및 제2 보조축(325a, 325b), 자석(326), 및 자성 유체(magnetic fluid)(327)를 포함할 수 있다.

상기 하우징(321)은 대체로 원통형의 관 형상을 갖는다. 이 실시예에 있어서, 상기 하우징(321)은 상기 가압부(310)와 인접한 하면(321a) 및 상기 하면(321a)의 단부로부터 위로 연장되어 링 형상을 갖는 측벽(321b)을 구비한다. 상기 하우징(321)의 하면(321a)에는 상기 회전축(322)이 관통하여 삽입되는 관통홀이 형성된다. 상기 하우징(321)의 상단부는 상기 스윙암부(330)의 회전 케이스(331) 안에 삽입되어 상기 회전 케이스(331)에 고정 결합된다.

상기 회전축(322)은 상기 하우징(321) 내에 설치되고, 상기 하우징(321)과 이격되어 위치한다. 상기 회전축(322)은 대체로 원 기둥 형상을 갖고, 하단부가 상기 하우징(321)의 하면(321a)에 형성된 관통홀을 관통하여 상기 가압부(310)에 고정 결합된다.

상기 회전축(322)은 상기 하우징(321)의 길이 방향으로 연장되며, 중앙부에 상기 회전축(322)의 길이 방향으로 연장된 공기 통로(322a)가 형성된다. 상기 회전축(322)은 상기 종동 풀리(333)에 연결되어 상기 종동 풀리(333)의 회전력에 의해 길이 방향의 중심축을 기준으로 회전한다. 상기 회전축(322)의 회전시, 상기 하우징(321)은 고정된 상태에서 상기 회전축(322)만 회전한다. 즉, 상기 하우징(321)은 일종의 고정축 기능을 한다.

상기 회전축(322)의 상단부는 상기 로터리 조인트(323)에 연결 결합되고, 상기 로터리 조인트(323)는 상기 회전축(322)의 공기 통로(322a)에 공기를 제공한다. 상기 종동 풀리(333)에 고정 결합된다. 상기 로터리 조인트(323)는 회전부와 고정부로 이루어지고, 상기 회전부는 상기 종동 풀리(333)에 고정 결합되어 상기 종동 풀리(333)의 회전력에 의해 회전한다. 상기 로터리 조인트(323)의 고정부는 공기를 제공하는 에어 라인(80)에 연결된다. 상기 에어 라인(80)으로부터 제공된 공기는 상기 로터리 조인트(323)를 통해 상기 공기 통로(322a)에 유입되고, 상기 공기 통로(322a)를 따라 흘러 상기 가압부(310)에 유입된다.

상기 하우징(321)과 상기 회전축(322)과의 사이에는 상기 제1 및 제2 베어링(324a, 324b)이 설치된다. 상기 제1 및 제2 베어링(324a. 324b)은 상기 하우징(321)과 상기 회전축(322)을 연결 결합하고, 상기 하우징(321)이 고정된 상태에 서 상기 회전축(322)이 안정적으로 회전하도록 상기 회전축(322)의 위치를 고정시킨다. 상기 제1 베어링(323a)은 상기 스윙암부(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.

또한, 상기 회전축(322)과 상기 하우징(321)과의 사이에는 상기 제1 및 제2 보조축(325a, 325b)이 더 설치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 보조축(325a, 325b)은 상기 제1 및 제2 베어링(324a, 324b) 사이에 설치되고, 상기 하우징(321)의 측벽(321b)과 상기 회전축(322) 사이에 구비된다. 상기 제1 보조축(325a)은 상기 하우징(321) 내벽을 둘러싸고, 상기 하우징(321)을 보호한다. 상기 제2 보조축(325b)은 상기 회전축(322)의 외벽을 둘러싸고, 상기 회전축(322)을 보호한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 제2 베어링(324b)의 아래에는 상기 자석(326)이 구비된다. 상기 자석(326)은 상기 하우징(321) 내에서 상기 하우징(321)의 측벽(321b)과 상기 회전축(322) 사이에 개재되고, 상기 하우징(321)의 하면(321a)에 구비되며, 상기 자석(326)은 상기 회전축(322)을 둘러싸는 링 형상을 갖는다. 이 실시예에 있어서, 상기 자석(326)은 상기 하우징(321)의 하면(321a)에 안착된 바닥면, 및 상기 바닥면의 단부로부터 수직하게 연장되어 링 형상을 갖는 측면을 구비한다. 상기 자석(326)의 바닥면에는 상기 회전축(322)이 관통하여 삽입 되는 홀이 형성된다. 또한, 이 실시예에 있어서, 상기 자석(326)은 영구 자석으로 이루어진다.

상기 자석(326)과 상기 회전축(322)과의 사이에는 상기 자성 유체(327)가 주입된다. 상기 자성 유체(327)는 상기 하우징(321) 내에 구비되고, 상기 하우징(321)의 하면과 접한다. 여기서, 상기 하우징(321)의 하면(321a)과 상기 회전축(322) 간의 이격 거리는 상기 하우징(321)의 측벽(321b)과 상기 회전축(322) 간의 이격 거리 보다 좁다.

상기 자성 유체(327)는 상기 상기 회전축(322)을 둘러싸며, 상기 자석(326)의 자력에 의해 상기 자석(326)과 상기 회전축(322) 사이에 고정된다. 상기 자성 유체(327)는 상기 회전축(322)의 외주면에 형성된 단턱(322b)과 상기 하우징(321)의 하면 및 상기 자석(236)에 의해 정의된 공간 안에 구비되어 상기 자석(236)과 상기 회전축(322) 사이의 공간을 밀폐한다. 여기서, 상기 단턱(322b)은 상기 하우징(321)의 하면(321a)과 인접하게 위치하며, 상기 자성 유체(327)는 상기 하우징(321)의 하면(321a)에 형성된 관통홀의 바로 위에 위치한다. 이에 따라, 상기 자성 유체(327)는 상기 관통홀을 통해 외부로 노출된다.

도 8은 수직암부 내에서 발생된 이물이 자석과 자성 유체 측으로 가이드되는 과정을 나타낸 횡단면도이다.

도 8을 참조하면, 상기 자성 유체(327)는 상기 자석(326)과 상기 회전축(322) 사이의 공간을 밀폐하므로, 상기 하우징(321) 내에 발생된 이물(PC), 예컨대, 상기 제1 및 제2 베어링(324a, 324b)의 작동에 의해 발생된 이물(PC)이 상기 하우징(321) 하면(321a)에 형성된 홀을 통해 외부로 유출되는 것을 방지한다.

즉, 상기 회전축(321)의 회전 동작에 의해 상기 하우징(321) 안의 공간(DS)에서 발생되는 이물은 주로 자성에 반응하는 금속 물질이 많다. 이러한 이물(PC)은 상기 자석(326)과 상기 자성 유체(327)의 자력에 의해 상기 자석(326)과 상기 자성 유체(327) 측으로 유도된다. 도 8에서 도면 부호 PF는 상기 이물(PC)이 상기 자석(326)과 상기 자성 유체(327) 측으로 유도되는 흐름을 나타낸다.

상기 자석(326)과 상기 자성 유체(327) 측으로 유도된 이물(PC)은 상기 자석(326)에 달라 붙거나 상기 자성 유체(327) 내로 유입된다. 이에 따라, 상기 이물(PC)이 상기 하우징(321)과 상기 회전축(322) 사이의 틈새를 통해 외부로 유출되지 못하므로, 상기 연마 유닛(300)은 상기 수직암부(320) 내에서 발생된 이물(PC)이 연마 공정 중인 웨이퍼로 떨어지는 것을 방지하고, 제품의 수율을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 수직암부(320)는 상기 수직암부(320) 내에서 발생된 이물(PC)이 외부로 유출되는 것을 2차적으로 방지하는 이물 방지링(328)을 더 포함할 수 있다. 상기 이물 방지링(328)는 상기 하우징(321)과 상기 가압부(310) 사이에 설치되고, 상기 회전축(322)을 둘러싼다. 상기 이물 방지링(328)은 링 형상을 갖고, 상기 이물 방지링(328)은 상기 회전축(322)에 끼워져 상기 회전축(322)에 밀착 고정되며, 상기 하우징(321)의 하면(321a)에 형성된 홀을 정의하는 면과 상기 회전축(322) 간의 이격 거리 보다 더 넓은 폭을 갖는다. 이에 따라, 상기 하우징(321)과 상기 회전축(322) 사이의 틈새를 통해 이물이 유출되더라도 상기 이물 방지링(328)에 의해 2차적으로 차단된다. 본 발명의 일례로, 상기 이물 방지링(328)은 탄성을 갖는 수지 재질로 이루어지며, 상기 회전축(322)과 함께 회전한다.

또한, 상기 이물 방지링(328)은 상기 하우징(321)의 하면(321a)과 결합하는 결합 돌기(328a)를 더 포함할 수 있다. 상기 결합 돌기(328a)는 상기 이물 방지링(328)의 상면으로부터 돌출되어 상기 하우징(321)의 하면(321a)에 형성된 결합홈(321c)에 삽입된다.

한편, 상기 회전축(322)의 하단부에는 상기 가압부(310)가 고정 설치된다. 상기 가압부(310)는 연마 패드(311), 연마 케이스(312), 상부 및 하부 플레이트(313, 314), 패드 홀더(315), 결합 플레이트(316), 및 벨로우즈(317)를 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 케이스(312)가 구비된다. 상기 연마 본체(312)는 대체로 원형의 링 형상을 갖고, 내부에는 상기 상부 및 하부 플레이트(313, 314)와 상기 벨로우즈(317)가 설치된다. 상기 연마 본체(312)의 상면 중앙부에는 결합홀이 형성되고, 상기 결합홀에는 결합 플레이트(316)가 구비된다. 상기 결합 플레이트(316)는 상기 연마 본체(312)와 이격되어 위치하며, 상기 수직암부(320)의 회전축(322)에 고정 결합된다.

상기 결합 플레이트(316)의 하면에는 상기 상부 플레이트(313)가 고정 설치되고, 상기 상부 플레이트(313)의 아래에는 상기 상부 플레이트(313)와 이격되어 상기 하부 플레이트(314)가 설치된다. 상기 하부 플레이트(314)의 하면에는 상기 패드 홀더(315)가 결합되며, 상기 패드 홀더(315)의 하면에는 상기 연마 패드(311)가 결합된다.

한편, 상기 상부 플레이트(313)와 상기 하부 플레이트(314) 사이에는 상기 벨로우즈(317)가 구비된다. 상기 벨로우즈(317)는 금속 재질로 이루어지고, 상기 회전축(322)의 공기 통로(322a)로부터 제공되는 공기를 주입받으며, 공기압에 의해 수직 방향으로 팽창 및 수축한다. 연마 공정의 진행시, 상기 벨로우즈(317)는 공기압에 의해 연마 패드(311)가 웨이퍼에 밀착되도록 신장된다. 또한, 상기 기판 지지부재(100)(도 2 참조)의 상부에서 대기 시, 상기 벨로우즈(316)는 상기 공기 통로(322a)로부터 제공되는 진공압에 의해 수축되고, 이에 따라, 상기 연마 패드(311)가 상기 기판 지지부재(100)에 안착된 웨이퍼로부터 이격된다.

이와 같이, 상기 가압부(310)는 공기압에 의해 신장 및 수축되는 상기 벨로우즈(317)를 이용하므로, 연마 공정 시 상기 연마 패드(311)는 상기 웨이퍼의 상면 형상에 따라 틸팅이 가능하다.

다시, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 용기 유닛(200)의 외측에는 상기 제 1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(410, 420)이 설치된다. 상기 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(410, 420)은 상기 웨이퍼(70)의 연마 공정 및 세정 공정에 필요한 처리 유체를 상기 기판 지지유닛(100)에 고정된 웨이퍼(70)에 분사한다. 구체적으로, 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(410)은 상기 제2 처리 용기(220)의 측벽(221)에 고정 설치된다. 연마 공정 또는 세정 공정 시, 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(410)은 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)에 처리 유체를 분사하여 상기 웨이퍼(70)를 처리한다. 이 실시예에 있어서, 상기 제1 처리 유체 공급 유닛(420)에서 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(410)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(420)은 스윙 가능하게 설치되고, 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 웨이퍼(70)의 상면에 처리 유체를 분사한다. 상기 제2 처리 유체 공급 유닛(420)에서 제공되는 처리 유체는 슬러리일 수도 있다. 또한, 상기 연마 공정시, 슬러리는 상기 제2 처리 유체 공급 유닛(420)이 아닌 별도의 약액 분사 부재(미도시)에 의해 상기 웨이퍼(70)에 분사될 수도 있다.

한편, 상기 브러쉬 유닛(510)은 연마 공정 후 웨이퍼(70) 표면의 이물을 물리적으로 제거한다. 상기 브러쉬 유닛(510)은 상기 웨이퍼(70)에 표면에 접촉되어 상기 웨이퍼(70) 표면의 이물을 물리적으로 닦아 내는 브러쉬 패드를 구비하고, 스 윙이 가능하다. 세정 공정시, 상기 브러쉬 유닛(510)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(510)의 일측에는 상기 에어로졸 유닛(520)이 배치된다. 상기 에어로졸 유닛(520)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(520)은 초음파를 이용하여 상기 처리액을 작은 입자 형태로 분무한다. 상기 브러쉬 유닛(510)은 비교적 큰 입자의 이물을 제거하는 데 사용되며, 상기 에어로졸 유닛(520)은 상기 브러쉬 유닛(510)에 비해 비교적으로 작은 입자의 이물을 제거하는 데 사용된다.

한편, 상기 패드 컨디셔닝 유닛(600)은 상기 연마 유닛(300)이 홈 포트(home port)에서 대기 중일 때, 상기 연마 유닛(300)을 세정 및 재생시킨다. 즉, 상기 연마 패드(311)(도 6 참조)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(600)은 연마 패드(311)의 표면을 연마하여 상기 연마 패드(311)를 재생시킨다.

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 기판 연마 장치를 나타낸 사시도이다.

도 3은 도 2에 도시된 기판 지지유닛 및 용기 유닛을 구체적으로 나타낸 부분 절개 사시도이다.

도 4는 도 2에 도시된 연마 유닛을 나타낸 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시된 연마 유닛을 나타낸 부분 절개 측면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 수직암부와 가압부를 나타낸 종단면도이다.

도 7은 도 6의 절단선 I-I'에 따른 횡단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

100 : 기판 지지부재 200 : 용기 유닛

300 : 연마 유닛 410 : 제1 처리액 공급 유닛

420 : 제2 처리액 공급 유닛 510 : 브러쉬 유닛

520 : 에어로졸 유닛 600 : 패드 컨디셔닝 유닛

1000 : 기판 연마부

Claims

기판의 표면을 연마하는 연마 패드를 구비하며, 중심축을 기준으로 회전 가능한 가압부;

기둥 형상을 갖고, 일 단부가 상기 가압부에 결합되며, 상기 가압부를 회전시키는 수직암부;

상기 수직암부와 결합하고, 상기 수직암부의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장되며, 스윙 가능한 스윙암부; 및

상기 스윙암부와 결합하고, 상기 스윙암부 및 상기 수직암부에 각각 회전력을 제공하는 구동부를 포함하고,

상기 수직암부는,

상기 가압부에 고정 결합되고, 상기 가압부를 회전시키는 회전축,

상기 회전축으로부터 이격되어 상기 회전축을 둘러싸는 고정축;

상기 회전축과 상기 고정축 사이에 개재되어 회전축을 둘러싸고, 상기 회전축의 위치를 고정시키는 적어도 하나의 베어링; 및

상기 회전축과 상기 고정축 사이에서 상기 베어링의 아래에 구비되고, 상기 회전축을 둘러싸며, 자력을 이용하여 상기 고정축 내부에서 발생된 이물이 외부로 유출되는 것을 방지하는 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 유닛.
제1항에 있어서, 상기 수직암부는,

상기 자석과 상기 회전축 사이에 개재되고, 자성을 가지며, 상기 자석과 상기 회전축 사이의 공간을 밀폐시키는 자성 유체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 유닛.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수직암부는,

상기 고정축의 아래에 설치되고, 상기 회전축에 밀착 고정되어 상기 회전축을 둘러싸며, 상기 고정축의 하단부와 상기 회전축 간의 간격보다 더 넓은 폭을 갖는 이물 방지링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 유닛.
제3항에 있어서,

상기 이물 방지링은 탄성을 갖는 수지 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 연마 유닛.
제3항에 있어서,

상기 고정축은 상기 가압부와 마주하는 면에 삽입홈이 제공되고,

상기 이물 방지링은 상기 삽입홈에 삽입되는 삽입 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 유닛.
기판의 표면을 연마하는 연마 패드를 구비하며, 중심축을 기준으로 회전 가능한 가압부;

기둥 형상을 갖고, 일 단부가 상기 가압부에 분리 가능하게 결합되며, 상기 가압부를 회전시키는 수직암부; 및

상기 수직암부에 회전력을 제공하는 구동부를 포함하고,

상기 수직암부는,

관통홀이 형성된 하면, 및 상기 하면의 단부로부터 수직하게 연장되어 중공형의 통 형상을 갖는 측벽을 갖고, 상면이 개구된 고정축;

상기 고정축 내에서 상기 고정축으로부터 이격되어 설치되고, 하단부가 상기 관통홀을 관통하여 상기 가압부에 고정 결합되며, 회전하여 상기 가압부를 회전시키고, 외주면에 단턱이 형성된 회전축; 및

상기 고정축 내에서 상기 회전축과 상기 고정축 사이에 개재되고, 상기 고정축의 하면과 상기 회전축의 단턱에 의해 정의되는 공간에 주입되어 상기 회전축과 접하며, 상기 회전축을 둘러싸고, 상기 관통홀을 통해 외부로 노출된 자성 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 유닛.
제6항에 있어서, 상기 수직암부는,

상기 회전축과 상기 고정축 사이에 개재되어 회전축을 둘러싸고, 상기 회전축의 위치를 고정시키는 적어도 하나의 베어링; 및

상기 회전축과 상기 고정축 사이에서 상기 베어링의 아래에 구비되고, 상기 회전축을 둘러싸며, 자력을 이용하여 상기 고정축 내에서 발생된 이물이 외부로 유출되는 것을 방지하는 자석을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 유닛.
제7항에 있어서,

상기 자성 유체는 상기 자석과 상기 회전축 사이에 개재되어 상기 자석과 상기 회전축 사이의 공간을 밀폐하는 것을 특징으로 하는 연마 유닛.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수직암부는,

상기 고정축의 아래에 설치되고, 상기 회전축에 밀착 고정되어 상기 회전축을 둘러싸며, 상기 고정축의 하단부와 상기 회전축 간의 간격보다 더 넓은 폭을 갖는 이물 방지링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 유닛.
기판이 안착되고, 회전 가능한 기판 지지유닛; 및

상기 기판 지지유닛의 일측에 설치되고, 상기 기판의 표면을 연마하는 연마 유닛을 포함하고,

상기 연마 유닛은,

상기 기판의 표면을 연마 패드를 구비하며, 중심축을 기준으로 회전 가능한 가압부;

하단부가 상기 가압부의 상면에 고정 결합되어 상기 가압부를 회전시키는 회전축, 상기 회전축으로부터 이격되어 상기 회전축을 둘러싸는 고정축, 상기 회전축과 상기 고정축 사이에 개재되어 회전축을 둘러싸는 적어도 하나의 베어링, 및 상기 회전축과 상기 고정축 사이에서 상기 베어링의 아래에 설치되어 상기 회전 축을 둘러싸고 자력을 이용하여 상기 고정축 내에서 발생된 이물이 외부로 유출되는 것을 방지하는 자석을 구비하는 수직암부;

상기 수직암부와 결합하고, 상기 수직암부의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장되며, 스윙 가능한 스윙암부; 및

상기 스윙암부와 결합하고, 상기 스윙암부 및 상기 수직암부에 각각 회전력을 제공하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
제10항에 있어서, 상기 수직암부는,

상기 자석과 상기 회전축 사이에 개재되고, 자성을 가지며, 상기 자석과 상기 회전축 사이의 공간을 밀폐시키는 자성 유체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 수직암부는,

상기 고정축의 아래에 설치되고, 상기 회전축에 밀착 고정되어 상기 회전축을 둘러싸며, 상기 고정축의 하단부와 상기 회전축 간의 간격보다 더 넓은 폭을 갖는 이물 방지링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마 장치.