KR20110016710A - 연마 헤드 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연마 헤드 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 연마 헤드는 기판을 가압한 상태로 스핀 헤드에 대한 연마 패드의 상대 위치가 변경되도록 이동하며 기판을 연마한다. 연마 헤드는 내부에 제1가압공간과 제2가압공간을 갖는다. 제1가압공간과 제2가압공간은 연마 패드의 서로 상이한 영역을 가압한다. 연마 헤드가 연마하는 기판의 영역에 따라 제1가압공간과 제2가압공간으로 공급되는 가스의 제어에 의하여 연마 패드의 영역에 따라 상이한 압력으로 기판을 가압하여 기판을 연마한다.

웨이퍼, 기판, 연마, 세정, 가압, 연마패드, 가압공간

Description

연마 헤드 및 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 방법{POLISHING HEAD AND SUBSTRATE TREATING APPARATUS AND METHOD INCLUDING THE HEAD}

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 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.

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.

통상적으로, 연마장치는 기판의 크기보다 작은 구경을 갖는 연마패드가 회전하는 기판의 상면을 이동하며 기판을 연마한다. 회전하는 기판은 중심을 기준으로 반지름 방향으로 거리에 따라 선속도가 상이하므로, 연마패드가 기판을 연마하는 영역에 따라 연마량에 차이가 발생한다. 특히, 기판의 에지영역은 중심영역에 비하여 연마가 많이 진행되는 과연마 현상이 발생하는 문제가 있다.

본 발명은 기판의 전체면을 균일하게 연마할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 기판의 연마영역에 따라 연마량을 조절할 수 있는 기판 처 리 장치 및 방법을 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 스핀 헤드; 상기 스핀헤드를 그 축을 중심으로 회전시키는 스핀헤드 구동기; 상기 스핀헤드에 지지된 기판을 연마하는 연마 유닛을 구비하되, 상기 연마 유닛은, 연마 패드를 가지는 연마 헤드; 상기 스핀헤드에 대한 상기 연마 패드의 상대 위치가 변경되도록 상기 연마 헤드를 이동시키는 연마헤드 이동부재를 포함하고, 상기 연마 헤드는 상기 연마 패드의 영역에 따라 상이한 압력을 가할 수 있도록 제공된다.

상기 연마 헤드는, 제1가압공간을 가지는 하우징과; 상기 하우징의 저면에 결합되며, 상기 연마 패드가 고정결합된 지지 플레이트와; 상기 지지 플레이트의 상부에 위치되어 상기 지지 플레이트와의 사이에 상기 제1가압공간과 구획되는 제2가압공간을 제공하는 하부 플레이트와; 상기 제1가압공간으로 가스를 공급하는 제1공급라인과; 상기 제2가압공간으로 가스를 공급하는 제2공급라인을 포함하되, 하부에서 바라볼 때 상기 제2가압공간의 면적은 상기 연마패드의 면적보다 작게 제공된다.

일 실시예에 의하면, 상기 지지 플레이트의 상면 또는 상기 하부 플레이트의 하면에는 홈이 형성되고, 상기 제2가압공간은 상기 홈을 포함한다. 상기 제2가압공간은 상기 연마패드의 중앙영역과 마주보는 영역이다.

상기 하부 플레이트는 상기 지지 플레이트의 상면 가장자리 영역과 접촉되게 제공된다.

상기 연마 헤드는, 상기 하우징 내의 공간에 위치되며, 상기 하부 플레이트와 대향되게 위치되는 상부 플레이트와; 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트에 결합되며, 내부에 상기 제1가압공간을 가지는 벨로우즈를 더 포함한다.

상기 연마 헤드는 상기 하우징과 결합되어 상기 하우징을 회전시키는 회전축을 더 포함하되, 상기 상부 플레이트는 상기 회전축과 결합된다.

다른 실시예에 의하면, 상기 지지 플레이트는 상하 방향으로 관통된 홀을 포함하고, 상기 제2가압공간은 상기 홀을 포함한다.

상기 연마 헤드는 상기 스핀 헤드의 상부에 위치되고,

상기 연마 헤드 이동 부재는 상기 연마 헤드를 스윙 이동시키도록 제공된다.

또한, 본 발명은 연마 헤드를 제공한다. 연마 헤드는 제1가압공간을 가지는 하우징과; 상기 하우징의 저면에 위치되는 지지 플레이트와; 상기 지지 플레이트의 저면에 결합되는 연마 패드와; 상기 지지 플레이트의 상부에 위치되며, 상기 지지 플레이트와의 사이에 제2가압공간을 형성하고 상기 지지 플레이트와 접촉되게 위치되는 하부 플레이트와; 상기 제1가압공간으로 가스를 공급하는 제1공급라인과; 상기 제2가압공간으로 가스를 공급하는 제2공급라인을 포함한다.

상기 하부 플레이트는 상기 지지 플레이트의 상면 가장자리 영역과 접촉되고, 상기 지지 플레이트의 상면 중앙 영역 또는 상기 하부 플레이트의 하면 중앙 영역에는 홈이 형성되며, 상기 제2가압공간은 상기 홈을 포함한다.

상기 연마 헤드는, 일단이 상기 하부 플레이트와 결합되며 상기 하우징 내에 위치되는 벨로우즈를 더 포함하고, 상기 제1가압공간은 상기 벨로우즈 내부이다.

상기 연마 헤드는 상기 하우징을 회전시키는 회전축과; 상기 회전축과 결합되며 상기 하우징 내에 위치되는 상부 플레이트를 더 포함하고, 상기 벨로우즈의 타단은 상기 상부 플레이트와 결합된다.

또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 기판 처리 방법은 회전되는 기판의 상부에서 연마 패드로 기판을 가압하여 기판을 연마하는 연마 공정을 수행하되, 상기 연마 공정 수행시 상기 연마 패드는 상기 기판에 대해 상대 이동되고 이와 동시에 그 중심축을 기준으로 회전되며, 상기 연마 공정 수행시 상기 연마 패드는 그 영역에 따라 상이한 압력으로 기판을 가압한다.

상기 연마 패드의 중심부가 상기 기판의 에지에 위치될 때, 상기 연마 패드의 중심부에서 기판을 가압하는 압력은 상기 연마 패드의 가장자리부에서 기판을 가압하는 압력보다 크다.

상기 연마 패드의 중심부가 상기 기판의 에지에 위치될 때, 상기 연마 패드의 중심부에서만 기판을 가압한다.

상기 연마 패드가 스윙 이동되는 동안 상기 연마 패드의 중심부에서 기판을 가압하는 압력은 상기 연마 패드의 가장자리부에서 기판을 가압하는 압력보다 크다.

본 발명에 의하면, 연마 패드의 영역에 따라 상이한 압력으로 기판을 가압하 여 기판을 연마할 수 있으므로, 기판의 연마량을 조절할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 기판의 연마영역에 따라 연마량이 조절가능하므로, 기판의 전체면을 균일하게 연마할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 9b를 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. 재치대(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 장치들(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), 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(500, 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, 제1 및 2 처리 유체 공급 유닛(500, 600)은 기판(W)의 세정 및 연마에 제공되는 처리 유체를 공급하며, 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 2 및 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 중심축을 중심으로 회전가능하도록 제공된다. 스핀헤드(110)의 회전축은 기판(W)에 대해 수직하게 형성된다. 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 용기유닛(200)의 일측에 위치하며, 기판 지지유닛(100)에 지지된 기판(W)의 표면을 화학적 기계적 방법으로 연마하여 기판(W)의 표면을 평탄화한다. 연마 유닛(300)은 연마 헤드(310), 연마헤드 지지부(320), 연마헤드 이동부재(swing part)(330) 및 구동부(340), 압력조절부(도 4의 360)를 포함한다.

연마 헤드(310)는 스핀 헤드(110)에 지지된 기판(W)을 연마하며, 연마헤드 지지부(320)는 연마 헤드(310)를 지지하고 연마 헤드(310)와 함께 회전한다. 연마 헤드 이동부재(330)는 구동부(340)에서 발생한 회전력을 연마 헤드 지지부(320)로 전달하며, 연마 헤드(310)를 스윙이동시킨다. 구동부(340)는 연마 헤드(310) 및 연마헤드 이동부재(330)를 회전시키는 회전력을 발생시키고, 압력조절부(360)는 연마패드의 영역에 따라 상이한 압력을 가할 수 있도록 압력을 조절한다. 이하, 각 구성에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 도 3에 도시된 연마헤드 및 연마헤드 지지부를 나타낸 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 연마 헤드(310)는 스핀헤드(110)의 상부에서 연마 패드(311)가 기판(W)의 상면에 접촉된 상태로 중심축(6)을 기준으로 회전하여 기 판(W)를 연마한다. 연마 헤드(310)는 연마 패드(311)와 연마 본체(312)를 포함한다. 연마헤드(310)는 후술하는 압력조절부(360)의 조절에 따라 연마 패드(311)의 영역에 따라 상이한 압력을 가할 수 있도록 제공된다.

연마 패드(311)는 원판형상으로 제공되며, 연마 헤드(310)의 저면에 위치한다. 연마 패드(311)는 연마 공정 시 기판(W)의 상면과 접촉된 상태에서 연마 헤드(310)의 중심축(6)과 동일한 중심축을 기준으로 회전하여 기판(W)을 연마한다. 연마 패드(311)는 스핀 헤드(110)의 상면보다 작은 면적을 갖는다.

연마 패드(311)의 상부에는 연마 본체(312)가 제공된다. 연마 본체(312)는 하우징(313), 지지플레이트(314), 하부 플레이트(315), 상부 플레이트(316), 벨로우즈(317), 제1공급라인(318), 그리고 제2공급라인(319)을 포함한다.

하우징(313)은 연마 본체(312)의 외벽으로 제공되며, 내부에 제1가압공간(PS1)을 가진다. 하우징(313)은 측벽(313a) 및 상부벽(313b)을 포함한다. 측벽(313a)은 원통형상을 가지며, 연마 본체(312)의 측벽으로 제공된다. 상부벽(313b)은 측벽(313a)의 상단에 결합되며, 연마 본체(312)의 상부를 덮는다. 상부벽(313b)의 중앙부에는 연마헤드 지지부재(320)의 회전축(322)을 수용할 수 있는 개구부(313c)가 형성된다. 회전축(322)은 일단이 개구부(313c)에 삽입된다.

지지플레이트(314)는 하우징(313)의 저면에 결합되며, 그 저면에는 연마 패드(311)가 고정결합된다. 지지플레이트(314)는 연마 패드(411)와 동일한 크기의 면적을 갖는 원판형상으로 제공된다. 지지플레이트(314)에는 제2가압공간(PS2)이 제공된다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지플레이트를 나타내는 단면도이다.

도 5a를 참조하면, 지지플레이트(314)의 상면에는 홈(314a)이 형성되며, 홈(314a)은 제2가압공간(PS2)의 하나로써 제공된다. 구체적으로, 홈(314a)은 연마패드(311)의 중앙영역과 마주보는 영역에 형성된다. 홈(314a)은 연마패드(311)의 면적보다 작게 형성된다.

도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지플레이트를 나타내는 단면도이다.

도 5b를 참조하면, 지지플레이트(314)에는 상하방향으로 관통되는 홀(314b)이 형성되며, 홀(314b)은 제2가압공간(PS2)의 하나로써 제공된다. 홀(314b)은 연마패드(311)의 면적보다 작게 형성된다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 지지플레이트(314)의 상부에는 하부 플레이트(415)가 위치한다. 하부 플레이트(315)는 연마 패드와 동일한 크기의 면적을 갖는 원판형상으로 제공된다. 하부 플레이트(315)는 하면이 지지플레이트(314)의 상면 가장자리영역과 접촉된다. 하부플레이트(315)는 제1가압공간(PS1)과 제2가압공간(PS2)을 구획한다. 제1가압공간(PS1)은 하부 플레이트(314)의 상부에 위치하는 공간이며, 제2가압공간(PS2)은 하부플레이트(315)의 하부에 위치하는 공간이다. 구체적으로, 제1가압공간(PS1)은 하부플레이트(315), 상부플레이트(316), 그리고 벨로우즈(317)의 결합에 의해 내부에 형성되는 공간을 포함하며, 제2가압공간(PS2)은 지지플레이트(314)의 상면에 형성된 홈(도 5a의 314a) 또는 지지플레이트(314)의 상하면을 관통하는 홀(도 5b의 314b)에 형성되는 공간을 포함한다.

선택적으로, 하부플레이트(315)의 하면에 홈(미도시)이 형성된다. 홈은 연마패드(311)의 중앙영역과 마주보는 영역에 연마패(311)드의 면적보다 작게 형성된다. 선택적으로, 제2가압공간(PS2)은 하부플레이트(315)의 하면에 형성된 홈을 포함한다.

하부 플레이트(315)에는 홀(315a)이 형성된다. 홀(315a)은 하부 플레이트(315)의 상하면을 관통하여 하부플레이트(315)의 중심영역에 형성되며, 제2공급라인(319)과 제2가압공간(PS2)을 연결한다. 홀(315a)은 제2공급라인(319)으로부터 가스를 공급받아 제2가압공간(PS2)으로 공급한다.

지지플레이트(314)와 하부플레이트(315) 사이에는 지지플레이트(314)의 상면에 형성된 홈(도 5a의 314a) 또는 홀(도 5b의 314b)의 위주부를 따라 오링(327a)이 제공된다. 오링(327a)은 제2가압공간(PS2)으로 공급된 가스가 누출되는 것을 방지한다.

상부 플레이트(316)는 하부 플레이트(315)에 대향하도록 하우징(313)의 내부에 위치한다. 상부 플레이트(316)는 하부 플레이트(315)와 이격하여 하부 플레이트(315)의 상부에 위치한다. 상부 플레이트(316)는 하부 플레이트(315)에 대응하는 크기를 갖는 원판형상으로 제공된다. 상부 플레이트(316)의 중심영역에는 상부 플레이트(316)의 상하면을 관통하여 제1공급라인(318)과 제2공급라인(319)이 서로 이격하여 제공된다.

상부 플레이트(316)에는 벨로우즈(317)의 수축 정도를 조절하기 위한 내부 스톱퍼(316a)가 구비된다. 내부 스톱퍼(316a)는 상부 플레이트(316)의 하면으로부 터 아래방향으로 돌출된다. 스톱퍼(316a)는 벨로우즈(317) 수축 시 하부 플레이트(315)와 접촉되어, 하부 플레이트(315)가 적정 거리 이상 상측으로 이동하는 것을 방지한다.

상부 플레이트(316)의 상단은 회전축(322)과 결합한다. 회전축(322)의 회전에 의해 연마헤드(310)가 함께 회전된다. 상부 플레이트(316)의 상면과 회전축(322)의 하면 사이에는 오링(o-ring, 327b)이 제공된다. 오링(327b)은 제1공급라인(318)의 둘레와 제2공급라인(319)의 둘레를 따라 각각 제공되며, 제1공급라인(318) 및 제2공급라인(319)으로 공급되는 가스가 상부 플레이트(316)의 상면과 회전축(322)의 하면 사이의 공간으로 누출되는 것을 방지한다.

벨로우즈(317)는 하우징(313) 내부에 위치하며, 하부 플레이트(315)와 상부 플레이트(316)에 결합된다. 벨로우즈(317)는 내부에 공간을 가지며, 상기 공간은 제1가압공간(PS1)으로 제공된다. 제1공급라인(318)을 통하여 제1가압공간(PS1)으로 가스가 공급된다. 벨로우즈(317)는 제1가압공간(PS1)으로 공급되는 가스의 압력에 의해 수직 방향으로 신축 가능하다. 벨로우즈(317)는 연마 공정의 진행시 연마 패드(311)가 기판(W)에 밀착되도록 신장되어 연마패드(311)의 전체영역을 가압한다.

제1공급라인(318)은 제1가압공간(PS1)으로 가스를 공급한다. 제1공급라인(318)은 회전축(322)에 형성된 제1가스주입홀(322a)과 제1가압공간(PS1)을 연결한다. 실시예에 의하면, 제1공급라인(318)은 상부플레이트(316) 내부에 상하방향으로 제공된다.

제2공급라인(319)은 제2가압공간(PS2)으로 가스를 공급한다. 제2공급라 인(PS2)은 회전축(322)에 형성된 제2가스주입홀(322b)과 제2가압공간(PS2)을 연결한다. 실시예에 의하면, 제2공급라인(319)은 제1공급라인(318)과 이격되어 일부(319a)가 상부플레이트(316) 내부에 상하방향으로 삽입되며, 나머지 일부(319b)는 벨로우즈(317)의 내부공간(PS2)에 제공되어 끝단이 하부플레이트(315)에 형성된 홀(315a)과 연결된다.

연마헤드 지지부(320)는 연마 헤드(310)의 상부에 위치하며, 연마 헤드(310)를 지지한다. 연마헤드 지지부(320)는 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 회전되어 연마 헤드(310)를 회전시킨다. 연마헤드 지지부(320)는 커버(321), 회전축(322), 그리고, 제1 및 제2 베어링(323a, 323b)을 포함한다.

커버(321)은 대체로 원통형의 관 형상을 갖고, 상단부가 연마헤드 이동부재(330)의 지지아암(331)의 내부공간에 삽입되어 지지아암(331)에 결합된다. 커버(321)은 회전축(322)의 둘레를 감싸도록 제공된다.

회전축(322)은 커버(321) 안에 구비되고, 커버(321)와 이격하여 위치한다. 회전축(322)은 커버(321)의 길이 방향을 따라 제공된다. 회전축(322)의 상단부는 종동 풀리(333)와 볼트결합되며, 하단부는 상부 플레이트(315)와 결합한다. 회전축(322)은 종동 풀리(333)에 의해 회전되며, 회전축(322)의 회전에 의해 연마 헤드(310)가 회전된다.

회전축(322)의 내부에는 회전축(322)의 상단과 하단을 관통하는 제1, 2공기주입홀(322a. 322b)이 형성된다. 제1공기주입홀(322a)과 제2공기주입홀(322b)은 이격하여 회전축(322)의 내부에 회전축(322)의 길이방향을 따라 형성된다. 제1공기주 입홀(322a)은 일단이 제1공급라인(318)과 연결되며, 제1공급라인(318)으로 가스를 공급한다. 제2공기주입홀(322b)은 일단이 제2공급라인(319)과 연결되며, 제2공급라인(319)으로 가스를 공급한다.

회전축(322)의 상부에는 제1, 2로터리 조인트(324, 325)가 제공한다. 각각의 제1, 2로터리 조인트(324, 325)에는 유체 유입구(324a, 325a)와 유체 유출구(324b, 325b)가 각각 형성된다. 제1로터리 조인트(324)와 제2로터리 조인트(325)는 유체 유출구(324a, 325a)가 대향하도록 배치된다. 각각의 로터리 조인트(324,325)의 내부에는 유체 유입구(325a)와 유체 유출구(325b)를 연결하는 통로(324c, 325c)가 형성된다. 제1로터리 조인터(324)의 유체 유입구(324a)는 후술하는 제1라인(363a)과 연결되며, 유체 유출구(324b)는 제1공기 유입홀(322a)과 연결된다. 제2로터리 조인터(325)의 유체 유입구(325a)는 제2라인(363b)과 연결되며, 유체 유출구(325b)는 제2공기 유입홀(322b)과 연결된다. 각각의 유체 유입구(325a, 325b)로 유입된 공기는 통로(324c, 325c)를 거쳐 유체 유출구(324b, 325b)로 배출되며, 배출된 공기는 각각의 공기 유입홀(322a, 322b)로 공급된다.

제1 및 제2 베어링(323a, 323b)은 커버(321)와 회전축(322) 사이에 개재된다. 제1 및 제2 베어링(323a. 323b)은 커버(321)와 회전축(322)을 연결하고, 회전축(322)이 안정적으로 회전하도록 회전축(322)을 지지한다. 제1 베어링(323a)은 연마헤드 이동부재(330)와 인접하게 위치하고, 제2 베어링(323b)은 연마 헤드(310)와 인접하게 위치한다. 제1 및 제2 베어링(323a, 323b)의 내륜들은 회전축(322)에 끼워져 회전축(322)과 함께 회전하고, 외륜들은 커버(321)에 결합되어 회전축(322) 회전시 회전되지 않는다. 따라서, 회전축(322)만 회전하고, 커버(321)는 회전하지 않는다.

압력 조절부(360)는 연마 헤드(310)의 제1, 2가압공간(PS1, PS2)으로 공급되는 가스의 량을 조절하여 연마패드(311)의 영역에 따라 기판(W)을 가압하는 압력이 상이하도록 조절한다. 압력 조절부(360)은 제1가압공간(PS1) 또는 제2가압공간(PS2)으로 공급되는 가스의 양을 선택적으로 조절한다. 압력 조절부(360)는 가스 저장부(361), 메인라인(362), 제1라인(363a), 제2라인(363b), 제1밸브(364a), 제2밸브(364b), 그리고 제어부(367)를 포함한다.

가스 저장부(361)는 가스를 저장하며, 저장된 가스를 메인라인(362)으로 공급한다. 메인라인(362)은 일단이 가스 저정부(361)와 연결되고, 타단이 분기되어 제1라인(363a)과 제2라인(363b)과 연결된다. 제1라인(363a)은 분기된 메인라인(362)과 제1로터리 조인트(324)의 유체 유입구(324a)를 연결하고, 제2라인(363b)은 분기된 메인라인(362)과 제2로터리 조인트(325)의 유체 유입구(325a)를 연결한다. 제1라인(363a)에는 제1밸브(364a)가 설치되고, 제2라인(363b)에는 제2밸브(364b)가 설치된다. 각각의 밸브(364a, 364b)는 제1, 2라인(363a, 363b)을 통해 공급되는 가스의 량을 조절한다. 제어부(367)는 연마패드(311)의 영역에 따라 압력이 상이하도록 조절되도록 제1,2라인(363a, 363b)을 통해 공급되는 가스의 유량을 조절하기 위해 선택적으로 제1,2밸브(364a, 364b)를 제어한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드의 압력이 조절되는 영역을 나타내는 도면이다.

도 4 및 6을 참조하면, 연마패드(311)는 전체면(A1+A2)이 균일한 압력으로 기판(W)을 가압하거나, 중심영역(A2)이 가장자리영역(A1)보다 큰 압력으로 기판(W)을 가압하도록 조절가능하다. 실시예에 의하면, 제어부(367)는 연마패드(311)의 중심부(A2)가 기판(W)의 에지에 위치할 때, 연마패드(311)의 중심부(A2)에서 기판(W)을 가압하는 압력이 연마패드(311)의 가장자리부(A1)에서 기판(W)을 가압하는 압력보다 크도록 제어한다. 예컨데, 제2밸브(363b)를 제1밸브(363a)보다 많이 개방시켜, 제2가압공간(PS2)으로 제공되는 가스의 량이 제1가압공간(PS1)으로 제공되는 가스의 양보다 많도록 제어한다. 그리고, 제어부(367)는 연마패드(311)가 기판(W)의 중심에서 에지로 스윙이동되며 기판(W)을 연마하는 동안, 상기와 같은 제1, 2밸브(363a, 363b)의 제어로 연마패드(311)의 중심부(A2)에서 기판(W)을 가압하는 압력이 연마패드(311)의 가장자리부(A1)에서 기판(W)을 가압하는 압력보다 크도록 제어할 수 있다. 또는, 선택적으로, 제어부(367)는 연마패드(311)가 기판(W)의 중심에서 에지로 스윙이동되며 기판(W)을 연마하는 동안, 연마패드(311)의 전체면(A1+A2)이 균일한 압력으로 기판(W)을 가압할 수 있도록 제어할 수 있다. 예컨데, 제2가압공간(PS2)으로 가스의 공급을 차단하고, 제1가압공간(PS1)으로만 가스를 공급하여 연마패드(311)의 전체면(A1+A2)으로 기판(W)을 가압할 수 있다.

상기 실시예에서는 기판(W)을 가압하는 연마패드(311)의 영역을 두 개의 영역, 즉 연마패드(311)의 전체면(A1+A2)과 연마패드(311)의 중심부(A2)로 구분하였으나, 기판(W)을 가압할 수 있는 연마패드(311)의 영역 구분은 이에 한정되지 않는다. 선택적으로, 연마패드(311)의 영역은 동심을 가지는 세 개 이상의 영역으로 구 분될 수 있을 뿐만 아니라, 서로 상이한 중심을 갖는 복수개의 영역으로 구분될 수 있다.

다시 도 3 및 4를 참조하면, 연마헤드 지지부(320)의 상부에는 연마헤드 이동부재(330)가 설치된다. 연마헤드 이동부재(330)는 스핀헤드(110)에 대한 연마 패드(311)의 상대 위치가 변경되도록 연마 헤드(310)를 이동시킨다. 구체적으로, 연마헤드 이동부재(330)는 연마 헤드(310)를 스윙이동시킨다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마헤드 이동부재를 나타내는 분해 사시도이고 도 8은 본 발명의 일 실시예에 다른 구동부의 분해 사시도이다.

도 7 및 8을 참조하면, 연마헤드 이동부재(330)는 지지아암(331) 및 구동부(340)에서 발생한 회전력을 연마헤드 지지부(320)로 전달하는 벨트-풀리 어셈블리(335)를 포함한다.

지지아암(331)은 일측이 연마헤드 지지부(320)에 결합되며, 타측이 구동부(340)에 결합된다. 지지아암(331)은 구동부(340)가 설치된 타측을 축으로 회전하여 기판(W)의 중심영역와 에지영역 사이의 구간에서 연마패드(311)를 스윙이동시킨다. 지지아암(331)의 내부에는 벨트-풀리 어셈블리(335)가 제공된다. 벨트-풀리 어셈블리(335)는 구동 풀리(332), 종동 풀리(333) 및 벨트(334)를 포함한다.

구동 풀리(332)는 제1 구동 모터(341)의 상부에 설치되고, 제1구동 모터(341)를 관통하는 수직 암(344)의 일측과 결합한다. 수직 암(344)의 하부에는 제2 구동 모터(342)가 결합된다.

종동 풀리(333)는 구동 풀리(332)와 마주하도록 배치된다. 종동 풀리(333)는 연마헤드 지지부(320)의 상부에 위치하며, 연마헤드 지지부(320)이 회전축(322)과 결합한다. 구동 풀리(332)와 종동 풀리(333)는 벨트(334)를 통해 서로 연결된다.

구동부(340)는 연마헤드 이동부재(330)를 회전시키는 제1 구동 모터(341), 연마헤드 지지부(320)의 회전축(322)을 회전시키는 제2 구동 모터(342) 및 연마 헤드(310)의 수직 위치를 조절하는 수직 이동부(343)를 포함한다.

제1 구동 모터(341)는 지지아암(331)에 결합되고, 지지아암(331)에 회전력을 제공한다. 제1 구동 모터(341)는 시계 방향으로의 회전력과 반시계 방향으로의 회전력을 교대로 반복적으로 회전한다. 이에 따라, 연마헤드 이동부재(330)는 구동부(340)가 결합된 부분을 중심으로 스윙한다. 연마 공정 시, 연마 헤드(310)는 연마헤드 이동부재(330)의 스윙 동작에 의해 기판(W)의 상부에서 원호 형태로 수평 왕복 이동할 수 있다.

제1 구동 모터(341)의 아래에는 제2 구동 모터(342)가 설치된다. 제2 구동 모터(342)는 벨트-풀리 어셈블리(335)에 회전력을 제공하고, 벨트-풀리 어셈블리(335)는 제2 구동 모터(342)의 회전력을 연마헤드 지지부(320)에 제공한다.

제2 구동 모터(342)의 회전력은 수직 암(344)을 통해 구동 풀리(332)에 전달되고, 이에 따라, 구동 풀리(332)가 회전한다. 구동 풀리(332)의 회전력은 벨트(334)를 통해 종동 풀리(333)에 전달되고, 이에 따라, 종동 풀리(333)가 회전한다. 종동 풀리(333)의 회전력은 연마헤드 지지부(320)의 회전축(322)에 전달되고, 이에 따라, 연마 헤드(310) 및 상기 연마헤드 지지부(320)의 회전축(322)이 회전한다.

제1 구동 모터(341) 및 제2 구동 모터(342)의 배후에는 수직 이동부(343)가 설치된다. 수직 이동부(343)는 볼 스크류(343a), 너트(343b) 및 제3 구동 모터(343c)를 포함한다. 볼 스크류(343a)는 막대 형상을 갖고, 지면에 대해 수직하게 설치된다. 너트(343b)는 볼 스크류(343a)에 끼워지고, 제2 구동 모터(342)에 고정된다. 볼 스크류(343a)의 아래에는 제3 구동 모터(343c)가 설치된다. 제3 구동 모터(343c)는 볼 스크류(343a)와 결합한다. 볼 스크류(343a)는 제3 구동 모터(343c)에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전한다. 너트(343b)는 볼 스크류(343a)의 회전에 의해 볼 스크류(343a)를 따라 상하 이동하며, 이에 따라, 너트(343b)에 결합된 제2구동 모터(342)가 너트(343b)와 함께 상하 이동한다. 제2 구동 모터(342)의 수직 이동에 의해 제1 구동 모터(341) 및 연마헤드 이동부재(330)가 상하 이동하고, 이에 따라, 연마헤드 지지부(320) 및 연마 헤드(310) 또한 상하 이동한다.

상기 실시예에 있어서, 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.

다시 도 3을 참조하면, 제1 및 제2 처리 유체 공급 유닛(500, 600)은 상기 기판(W)의 연마 공정 및 세정 공정에 필요한 처리 유체를 기판 지지유닛(100)에 고정된 기판(W)에 분사한다. 제1 처리 유체 공급 유닛(500)은 용기 유닛(200)을 사이에 두고 연마 유닛(300)과 마주하게 설치되며, 제2 처리 용기(220)의 측벽(221)에 고정 설치된다. 연마 공정 또는 세정 공정 시, 제1 처리 유체 공급 유닛(500)은 스 핀 헤드(110)에 고정된 기판(W)에 처리 유체를 분사하여 기판(W)를 세정한다. 제1 처리 유체 공급 유닛(500)은 제2 처리 용기(220)의 측벽(221) 상단에 고정된 다수의 분사 노즐을 구비할 수 있고, 각 분사 노즐은 기판(W)의 중앙부측으로 처리 유체를 분사한다. 분사 노즐에서 분사되는 처리 유체는 기판(W)의 세정 또는 건조를 위한 처리 유체일 수도 있고, 건조를 위한 건조 가스일 수도 있다.

본 발명의 일례로, 제1 처리 유체 공급 유닛(500)은 네 개의 분사 노즐을 구비하나, 분사 노즐의 개수는 기판(W) 세정에 사용되는 상기 처리 유체의 종류수에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다.

제2 처리 유체 공급 유닛(600)은 용기 유닛(200) 및 제1 처리 유체 공급 유닛(500)을 사이에 두고 연마 유닛(300)과 마주하게 설치된다. 제2 처리 유체 공급 유닛(600)은 처리 유체을 분사하는 약액 노즐을 구비하고, 세정 공정 시 상기 스핀 헤드(110)에 고정된 기판(W)에 처리 유체을 분사하여 상기 기판(W)를 세정한다. 제2 처리 유체 공급 유닛(600)은 스윙이 가능하며, 세정 공정시 스윙 동작을 통해 약액 노즐을 스핀 헤드(110)의 상부에 배치시킨 상태에서 처리 유체을 분사한다.

브러쉬 유닛(700)은 연마 공정 후 기판(W) 표면의 이물을 물리적으로 제거한다. 브러쉬 유닛(700)은 기판(W)에 표면에 접촉되어 기판(W) 표면의 이물을 물리적으로 닦아 내는 브러쉬 패드를 구비하고, 스윙이 가능하다. 세정 공정시, 브러쉬 유닛(700)은 스윙 동작을 통해 브러쉬 패드를 스핀 헤드(110)의 상부에 배치시킨 상태에서 브러쉬 패드를 회전시켜 스핀 헤드(110)에 고정된 기판(W)를 세정한다.

브러쉬 유닛(700)의 일측에는 에어로졸 유닛(800)이 배치된다. 에어로졸 유 닛(700)은 스핀 헤드(110)에 고정된 기판(W)에 처리 유체을 미세 입자형태로 고압 분무하여 기판(W) 표면의 이물을 제거한다. 본 발명의 일례로, 에어로졸 유닛(800)은 초음파를 이용하여 처리 유체을 작은 입자 형태로 분무한다. 브러쉬 유닛(700)은 비교적 큰 입자의 이물을 제거하는 데 사용되며, 에어로졸 유닛(800)은 브러쉬 유닛(700)에 비해 비교적으로 작은 입자의 이물을 제거하는 데 사용된다.

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

도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드가 기판의 중심영역을 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 4 및 9a를 참조하면, 지지아암(331)에 의해 연마헤드(310)가 기판(W)의 중심영역 상부로 스윙이동되어, 연마패드(311)가 기판(W)의 상면과 접촉하도록 연마헤드(310)가 위치한다. 스핀헤드 구동기(미도시)의 구동으로 스핀헤드(110)와 함께 기판(W)이 회전된다. 회전되는 기판(W)의 상부에서 연마 패드(311)가 중심축을 기준으로 회전함과 동시에 기판(W)을 가압하며 기판(W)을 연마한다.

일 실시예에 의하면, 기판(W)의 중심영역의 연마는 연마패드(311)의 전체영역이 균일하게 기판(W)을 가압하여 진행된다. 제어부(367)가 제1밸브(364a)를 개방하고, 제2밸브(364b)를 차단하여, 제1가압공간(PS1)으로만 가스가 공급된다. 제1가압공간(PS1)으로 가스의 공급으로 벨로우즈(317)가 신장되어 연마패드(311)의 전체영역이 기판(W)을 가압한다.

기판(W)의 중심영역의 연마가 완료되면, 연마패드(311)는 지지아암(331)의 스윙이동에 의하여 스핀헤드(110)에 대한 상대위치가 변경되도록 이동하며 기판(W)을 연마한다. 실시예에 의하면, 연마패드(311)는 기판(W)의 중심영역으로부터 에지영역을 향하여 스윙이동하며 기판(W)을 연마한다. 연마패드(311)가 기판(W)의 에지영역을 향하여 이동하며 기판(W)을 연마하는 동안, 연마패드(311)의 전체영역이 균일하게 기판(W)을 가압한다.

다른 실시예에 의하면, 연마패드(311)가 기판(W)의 에지영역을 향하여 이동하며 기판(W)을 연마하는 동안, 기판(W)을 가압하는 연마패드(311)의 영역이 상이하도록 변할 수 있다. 선택적으로, 연마패드(311)가 기판(W)의 에지영역에 가까이 접근함에 따라, 연마패드(311)의 중심부가 기판(W)을 가압하는 압력이 연마 패드(311)의 가장자리부가 기판(W)을 가압하는 압력보다 크도록 조절될 수 있다. 예컨데, 제어부(367)가 제2밸브(363b)를 제1밸브(364a)보다 많이 개방시켜, 제2가압공간(PS2)으로 제공되는 가스의 량이 제1가압공간(PS1)으로 제공되는 가스의 양보다 많도록 제어하여 연마패드(311)의 중심부가 가장자리부보다 큰 압력으로 기판(W)을 가압하여 기판(W)을 연마할 수 있다.

도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드가 기판의 에지영역을 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 9b를 참조하면, 기판(W)의 에지영역의 연마는 연마패드(311)의 중심부에서 기판(W)을 가압하는 압력이 연마패드(311)의 가장자리부에서 기판(W)을 가압하는 압력보다 큰 상태에서 진행된다. 예컨데, 제어부(367)가 제2밸브(363b)를 제1밸 브(363a)보다 많이 개방시켜, 제2가압공간(PS2)으로 제공되는 가스의 양이 제1가압공간(PS1)으로 제공되는 가스의 양보다 많도록 제어한다. 이에 의하여, 제2가압공간(PS2)에 해당하는 연마패드(311)의 영역이 제1가압공간(PS1)에 해당하는 연마패드(311)의 영역에 비하여 상대적으로 큰 압력으로 기판(W)을 가압하여 연마한다. 이와 같이, 기판(W)의 에지 영역의 연마시 연마패드(311)가 기판(W)을 가압하는 영역을 작게 조절하므로써, 기판(W)의 에지영역에서 발생되는 과연마를 예방할 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 구현하기 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 4는 도 3에 도시된 연마헤드 및 연마헤드 지지부를 나타낸 단면도이다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 지지플레이트를 나타내는 단면도이다.

도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지지플레이트를 나타내는 단면도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드의 압력이 조절되는 영역을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마헤드 이동부재를 나타내는 분해 사시도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동부의 분해 사시도이다.

도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드가 기판의 중심영역을 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드가 기판의 에지영역을 연마하는 과정을 나타내는 도면이다.

Claims (17)

1. 기판을 지지하는 스핀 헤드;

   상기 스핀헤드를 그 축을 중심으로 회전시키는 스핀헤드 구동기;

   상기 스핀헤드에 지지된 기판을 연마하는 연마 유닛을 구비하되,

   상기 연마 유닛은,

   연마 패드를 가지는 연마 헤드;

   상기 스핀헤드에 대한 상기 연마 패드의 상대 위치가 변경되도록 상기 연마 헤드를 이동시키는 연마헤드 이동부재를 포함하고,

   상기 연마 헤드는 상기 연마 패드의 영역에 따라 상이한 압력을 가할 수 있도록 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 연마 헤드는,

   제1가압공간을 가지는 하우징과;

   상기 하우징의 저면에 결합되며, 상기 연마 패드가 고정결합된 지지 플레이트와;

   상기 지지 플레이트의 상부에 위치되어 상기 지지 플레이트와의 사이에 상기 제1가압공간과 구획되는 제2가압공간을 제공하는 하부 플레이트와;

   상기 제1가압공간으로 가스를 공급하는 제1공급라인과;

   상기 제2가압공간으로 가스를 공급하는 제2공급라인을 포함하되,

   하부에서 바라볼 때 상기 제2가압공간의 면적은 상기 연마패드의 면적보다 작게 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 지지 플레이트의 상면 또는 상기 하부 플레이트의 하면에는 홈이 형성되고,

   상기 제2가압공간은 상기 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 제2가압공간은 상기 연마패드의 중앙영역과 마주보는 영역인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 하부 플레이트는 상기 지지 플레이트의 상면 가장자리 영역과 접촉되게 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 연마 헤드는,

   상기 하우징 내의 공간에 위치되며, 상기 하부 플레이트와 대향되게 위치되는 상부 플레이트와;

   상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트에 결합되며, 내부에 상기 제1가압공간을 가지는 벨로우즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 연마 헤드는 상기 하우징과 결합되어 상기 하우징을 회전시키는 회전축을 더 포함하되,

   상기 상부 플레이트는 상기 회전축과 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 지지 플레이트는 상하 방향으로 관통된 홀을 포함하고,

   상기 제2가압공간은 상기 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
9. 제 5 항에 있어서,

   상기 연마 헤드는 상기 스핀 헤드의 상부에 위치되고,

   상기 연마 헤드 이동 부재는 상기 연마 헤드를 스윙 이동시키도록 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
10. 기판을 연마하는 연마 헤드에 있어서,

    제1가압공간을 가지는 하우징과;

    상기 하우징의 저면에 위치되는 지지 플레이트와;

    상기 지지 플레이트의 저면에 결합되는 연마 패드와;

    상기 지지 플레이트의 상부에 위치되며, 상기 지지 플레이트와의 사이에 제2가압공간을 형성하고 상기 지지 플레이트와 접촉되게 위치되는 하부 플레이트와;

    상기 제1가압공간으로 가스를 공급하는 제1공급라인과;

    상기 제2가압공간으로 가스를 공급하는 제2공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
11. 제10항에 있어서,

    상기 하부 플레이트는 상기 지지 플레이트의 상면 가장자리 영역과 접촉되고,

    상기 지지 플레이트의 상면 중앙 영역 또는 상기 하부 플레이트의 하면 중앙 영역에는 홈이 형성되며,

    상기 제2가압공간은 상기 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
12. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    상기 연마 헤드는

    일단이 상기 하부 플레이트와 결합되며 상기 하우징 내에 위치되는 벨로우즈를 더 포함하고,

    상기 제1가압공간은 상기 벨로우즈 내부인 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
13. 제12항에 있어서,

    상기 연마 헤드는

    상기 하우징을 회전시키는 회전축과;

    상기 회전축과 결합되며 상기 하우징 내에 위치되는 상부 플레이트를 더 포함하고,

    상기 벨로우즈의 타단은 상기 상부 플레이트와 결합되는 것을 특징으로 하는 연마 헤드.
14. 기판을 처리하는 방법에 있어서,

    회전되는 기판의 상부에서 연마 패드로 기판을 가압하여 기판을 연마하는 연마 공정을 수행하되,

    상기 연마 공정 수행시 상기 연마 패드는 상기 기판에 대해 상대 이동되고 이와 동시에 그 중심축을 기준으로 회전되며,

    상기 연마 공정 수행시 상기 연마 패드는 그 영역에 따라 상이한 압력으로 기판을 가압하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 연마 패드의 중심부가 상기 기판의 에지에 위치될 때, 상기 연마 패드의 중심부에서 기판을 가압하는 압력은 상기 연마 패드의 가장자리부에서 기판을 가압하는 압력보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 연마 패드의 중심부가 상기 기판의 에지에 위치될 때, 상기 연마 패드의 중심부에서만 기판을 가압하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
17. 제 14 항에 있어서,

    상기 연마 패드가 스윙 이동되는 동안 상기 연마 패드의 중심부에서 기판을 가압하는 압력은 상기 연마 패드의 가장자리부에서 기판을 가압하는 압력보다 큰 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.

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