KR20110017678A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법을 개시한 것으로서, 기판상의 연마 패드의 접촉 위치에 따라, 기판에 상이한 음압을 작용시켜 기판을 척킹하는 것을 특징으로 가진다.
이러한 특징에 의하면, 진공 척킹 압력에 의한 기판의 변형을 최소화함으로써, 기판의 연마 균일도를 향상시킬 수 있다.
Figure P1020090075268
CMP, 진공 척킹, 음압, 이젝터, 전공 레귤레이터

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD OF TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 매엽 방식으로 기판을 연마 및 세정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자의 제조 공정은 박막의 형성 및 적층을 위해 증착 공정, 사진 공정, 식각 공정 등 다수의 단위 공정들을 반복 수행해야만 한다. 웨이퍼 상에 요구되는 소정의 회로 패턴이 형성될 때까지 이들 공정은 반복되며, 회로 패턴이 형성된 후 웨이퍼의 표면에는 많은 굴곡이 생기게 된다. 최근 반도체 소자는 고집적화에 따라 그 구조가 다층화되며, 웨이퍼 표면의 굴곡의 수와 이들 사이의 단차가 증가하고 있다. 웨이퍼 표면의 비평탄화는 사진 공정에서 디포커스(Defocus) 등의 문제를 발생시키므로 웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 주기적으로 웨이퍼 표면을 연마하여야 한다.
웨이퍼의 표면을 평탄화하기 위해 다양한 표면 평탄화 기술이 있으나 이 중 좁은 영역뿐만 아니라 넓은 영역의 평탄화에 있어서도 우수한 평탄도를 얻을 수 있는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 장치가 주로 사용된다. 화학적 기계적 연마 장치는 텅스텐이나 산화물 등이 입혀진 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마재에 의해 연마시키는 장치로서, 아주 미세한 연마를 가능하게 한다.
또한, 반도체 소자가 고밀도, 고집적화, 고성능화됨에 따라 회로 패턴의 미세화가 급속히 진행됨으로써, 기판 표면에 잔류하는 파티클(Particle), 유기 오염물, 금속 오염물 등의 오염 물질은 소자의 특성과 생산 수율에 많은 영향을 미치게 된다. 이 때문에 기판 표면에 부착된 각종 오염 물질을 제거하기 위한 세정 공정이 반도체 제조 공정에서 매우 중요하게 대두되고 있으며, 반도체 제조를 위한 각 단위 공정들의 전후 단계에서 기판의 세정 공정이 실시되고 있다.
본 발명은 기판의 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 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 처리 장치는 기판이 놓이며 회전 가능한 기판 지지 유닛; 및 상기 기판 지지 유닛에 놓인 상기 기판을 연마하는 연마 유닛을 포함하되, 상기 기판 지지 유닛은 상기 기판이 놓이는 면에 다수의 진공 흡입홀들이 형성된 지지판; 상기 지지판의 상기 진공 흡입홀들에 유체 연통되는 에어 이젝터; 및 상기 에어 이젝터 내부의 음압 생성을 위해 상기 에어 이젝터로 공급되는, 공기의 유량을 조절하는 전공 레귤레이터를 포함한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 처리 장치에 있어서, 상기 지지판은 상기 진공 흡입홀들이 형성된 제 1 영역과, 상기 지지판 상의 상기 진공 흡입홀들이 형성되지 않은 제 2 영역을 포함하고, 상기 연마 유닛이 상기 제 1 영역 상에 또는 상기 제 2 영역 상에 위치할 때, 상기 기판에 서로 상이한 음압이 작용하도록 상기 전공 레귤레이터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 진공 흡입홀들은 환형의 배열을 이루도록 상기 지지판의 가장자리 영역을 따라 형성될 수 있다.
상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기판 처리 방법은, 매엽 방식으로 기판을 처리하는 방법에 있어서, 기판을 지지판 상에 진공 척킹하고, 상기 기판에 연마 패드를 접촉시켜 상기 기판을 연마하되, 상기 기판상의 상기 연마 패드의 접촉 위치에 따라, 상기 기판에 상이한 음압을 작용시켜 상기 기판을 척킹하는 것을 포함한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 기판 처리 방법에 있어서, 상기 기판은 상기 지지판 상의 진공 흡입홀들이 형성된 영역의 상부에 위치한 제 1 영역과, 상기 지지판 상의 상기 진공 흡입홀들이 형성되지 않은 영역의 상부에 위치한 제 2 영역을 포함하고, 상기 연마 패드가 상기 제 1 영역 또는 상기 제 2 영역에 위치할 때, 상기 기판에 서로 상이한 음압을 작용시켜 상기 기판을 척킹할 수 있다.
상기 연마 패드가 상기 제 2 영역에 위치할 때보다 상기 제 1 영역에 위치할 때 상기 기판에 더 작은 음압을 작용시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 진공 척킹 압력에 의한 기판의 변형을 최소화할 수 있다.
그리고 본 발명에 의하면 기판을 균일하게 연마할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 기판 처리 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 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 기판 처리 장치(1)는, 기판을 연마 및 세정하기 위한 것으로, 공정 설비(10)와 설비 전방 단부 모듈(20)을 포함한다. 공정 설비(10)는 기판을 매엽 방식으로 연마 및 세정하는 공정을 진행한다. 설비 전방 단부 모듈(20)은 공정 설비(10)의 전방에 장착되며, 기판들이 수용된 용기(C)와 공정 설비(10)간에 기판을 이송한다.
설비 전방 단부 모듈(20)은 복수의 로드 포트들(22)과 프레임(24)을 가진다. 로드 포트들(22)은 일 방향으로 나란하게 배치되고, 프레임(24)은 로드 포트들(22)과 공정 설비(10) 사이에 위치한다.
기판을 수용하는 용기(C)는 오버헤드 트랜스퍼(Overhead Transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead Conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic Guided Vehicle)과 같은 이송 수단(미도시)에 의해 로드 포트(22) 상에 놓인다. 용기(C)는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod:FOUP)와 같은 밀폐용 용기가 사용될 수 있다.
프레임(24) 내에는 프레임 로봇(25)과 도어 오프너(미도시)가 설치된다. 프레임 로봇(25)은 제 1 이송 레일(26)을 따라 이동하며 로드 포트(22)에 놓인 용기(C)와 공정 설비(10) 간에 기판을 이송한다. 도어 오프너(미도시)는 용기(C)의 도어를 자동으로 개폐한다.
프레임(24)에는 청정 공기가 하강 기류를 형성하며 흐르도록, 프레임(24) 내로 청정 공기를 공급하는 팬 필터 유닛(Fan Filter Unit)(미도시)이 제공될 수 있다.
공정 설비(10)는 다수의 공정 처리부들(100,200,300)을 포함한다. 공정 처리부들(100,200,300)은 기판의 연마 및 세정을 위한 것으로, 공정상의 기능(Function)에 따라 기판 이송부(100), 버퍼부(200) 및 연마-세정부(300)로 나뉜다.
기판 이송부(100)는 설비 전방 단부 모듈(20)의 타 측에 수직 방향으로 배치 된 이송 통로(110)를 가진다. 이송 통로(110)에는 메인 이송 로봇(120)이 설치되며, 메인 이송 로봇(120)은 제 2 이송 레일(130)을 따라 이동한다.
버퍼부(200)는 기판 이송부(100)와 설비 전방 단부 모듈(20)의 사이에 배치되며, 공정 설비(10)에 로딩되는 기판과 공정 설비(10)로부터 언로딩되는 기판이 일시적으로 머무르는 공간을 제공한다.
연마-세정부들(300a,300b,300c,300d)은 기판 이송부(100)의 양측에 길이 방향을 따라 나란하게 배치되며, 기판을 연마 및 세정 처리하는 공정을 진행한다. 버퍼부(200)와 연마-세정부(300a,300b,300c,300d) 사이, 그리고 연마-세정부들(300a,300b,300c,300d) 사이에는 메인 이송 로봇(120)에 의해 기판이 이송된다.
연마-세정부들(300a,300b,300c,300d)은 동일한 구성을 가지므로, 이하에서는 이들 중 하나의 연마-세정부(300a)를 예로 들어 설명한다.
도 2는 도 1의 연마-세정부(300a)의 평면도이다. 도 2를 참조하면, 연마-세정부(300a)는 처리 용기(310), 기판 지지 유닛(320), 연마 유닛(340), 제 1 및 제 2 세정 유닛(350,360), 브러쉬 유닛(370), 에어로졸 유닛(380), 그리고 패드 컨디셔닝 유닛(390)을 포함한다. 연마-세정부(300a)는 기판에 대한 연마 공정과, 연마 공정 후의 세정 공정을 하나의 처리실(301) 내에서 진행할 수 있다. 이를 위해, 연마 유닛(340), 제 1 및 제 2 세정 유닛(350,360), 브러쉬 유닛(370), 에어로졸 유닛(380), 그리고 패드 컨디셔닝 유닛(390)이 처리실(301) 내의 처리 용기(310) 및 기판 지지 유닛(320)의 둘레에 적절한 배치 구조로 제공된다.
처리 용기(310)는 상부가 개구된 원통 형상을 가지고, 기판의 연마 및 세정 처리를 위한 공간을 제공한다. 처리 용기(310)의 개구된 상부는 기판의 반출입 통로로 제공된다. 처리 용기(310)의 내측에는 기판 지지 유닛(320)이 제공된다.
기판 지지 유닛(320)에는 기판 이송부(도 1의 도면 번호 100)의 메인 이송 로봇(도 1의 도면 번호 120)에 의해 전달되는 기판이 놓이며, 기판 지지 유닛(320)은 기판 처리 공정의 진행 중 기판을 척킹하고 회전시킨다.
처리 용기(310)의 외 측에는 연마 유닛(340), 제 1 및 제 2 세정 유닛(350,360), 브러쉬 유닛(370), 에어로졸 유닛(380), 그리고 패드 컨디셔닝 유닛(390)이 제공된다.
연마 유닛(340)은 기판 지지 유닛(320)에 놓인 기판(W)을 화학적 기계적 방법으로 연마하여 기판의 표면을 평탄화한다.
제 1 및 제 2 세정 유닛(350, 360)은 기판의 연마 공정 및 세정 공정에 필요한 처리 유체를 기판 지지 유닛(320)에 척킹된 기판에 공급한다. 제 1 세정 유닛(350)은 처리 용기(310)의 측벽 상단에 고정된 다수의 분사 노즐들을 구비하며, 기판으로 처리 유체를 분사한다. 분사 노즐들에서 분사되는 처리 유체는 기판의 세정 또는 건조를 위한 처리액일 수 있고, 건조를 위한 건조 가스일 수도 있다. 제 2 세정 유닛(360)은 처리 유체를 분사하는 약액 노즐을 구비하고, 세정 공정 시 기판에 처리 유체를 분사하여 기판을 세정한다. 제 2 세정 유닛(360)은 스윙 동작이 가능하며, 세정 공정시 스윙 동작을 통해 약액 노즐을 기판의 상부에 배치시킨 상태에서 기판에 처리 유체를 분사한다.
브러쉬 유닛(370)은 연마 공정 후 기판 표면의 이물질을 물리적으로 제거한다. 브러시 유닛(370)은 기판 표면에 접촉되어 기판 표면의 이물질을 물리적으로 닦아 내는 브러쉬 패드를 구비하고, 스윙 동작이 가능하다. 세정 공정시, 브러시 유닛(370)은 스윙 동작을 통해 브러쉬 패드를 기판의 상부에 배치시킨 상태에서 브러쉬 패드를 회전시켜 기판을 세정한다.
에어로졸 유닛(380)은 기판에 처리 유체를 미세 입자 형태로 고압 분무하여 기판 표면의 이물질을 제거한다. 예를 들어, 에어로졸 유닛(380)은 초음파를 이용하여 처리 유체를 미세 입자 형태로 분무한다. 브러시 유닛(370)은 비교적 큰 입자의 이물질을 제거하는 데 사용되며, 에어로졸 유닛(380)은 브러시 유닛(370)에 의해 제거되는 이물질과 비교하여 작은 입자의 이물질을 제거한다.
패드 컨디셔닝 유닛(390)은 다이아몬드 디스크를 이용해서 연마 유닛(340)의 연마 패드를 연마하여 연마 패드의 표면 조도를 조절한다.
도 3은 도 2의 기판 지지 유닛(320)의 평면도이고, 도 4는 도 3의 기판 지지 유닛(320)의 측단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 기판 지지 유닛(320)은 지지판(322)과 진공 발생 부재를 포함한다. 지지판(322)은 원판 형상으로 제공될 수 있다. 지지판(322)의 상면에는 기판이 놓이고, 지지판(322)의 하면에는 회전 축(326)이 결합된다. 회전 축(326)은 모터와 같은 회전 구동 부재(미도시)에 의해 회전될 수 있다.
지지판(322)의 상면에는 다수의 진공 흡입홀들(323)이 형성된다. 진공 흡입 홀들(323)은 지지판(322)의 가장자리 영역을 따라 형성될 수 있으며, 대체로 원 모양의 배열을 이루도록 형성될 수 있다. 지지판(322)의 하면 중심에는 배기구(325)가 형성되며, 진공 흡입홀들(323)은 지지판(322)의 내부에 형성된 유로들(324)에 의해 배기구(325)에 유체 연통된다.
진공 발생 부재는 지지판(322)에 놓인 기판(W)이 지지판(322)에 척킹되도록 진공 흡입홀들(323)에 음압을 작용시킨다. 진공 발생 부재는 에어 이젝터(331)를 가진다. 에어 이젝터(331)는 제 1 배기 라인(332)에 의해 지지판(322)의 배기구(325)에 연결되며, 에어 이젝터(331)는 공기 라인(335)에 의해 압축 공기 공급원(334)에 연결된다. 공기 라인(335) 상에는 에어 이젝터(331)로 공급되는 공기의 유량을 조절하는 전공 레귤레이터(336)가 배치된다. 그리고 에어 이젝터(331)에는 제 2 배기 라인(333)이 연결된다.
압축 공기 공급원(334)으로부터 에어 이젝터(331)로 압축 공기가 공급된다. 공급 공기의 유량은 전공 레귤레이터(336)에 의해 조절된다. 에어 이젝터(331)로 공급된 압축 공기는 제 2 배기 라인(333)의 흐름 방향을 따라 외부로 배기되고, 에어 이젝터(331) 내부에는 음압이 형성된다. 에어 이젝터(331) 내부에 형성된 음압에 의해, 지지판(322)의 진공 흡입홀들(323) 및 유로들(324), 그리고 제 1 배기 라인(332)과 에어 이젝터(331) 사이에는 압력 차가 발생되고, 이것에 의해 지지판(322)의 진공 흡입홀들(323) 및 유로들(324), 그리고 제 1 배기 라인(332) 내부의 공기가 에어 이젝터(331)로 유입된다. 결과적으로, 진공 흡입홀들(323)에는 음압이 형성되고, 이 음압에 의해 기판(W)이 지지판(322) 상면에 고정된다. 그리고 에어 이젝터(331)로 유입된 공기는 제 2 배기 라인(333)을 통해 외부로 배출된다.
전공 레귤레이터(336)는 제어부(337)에 의해 동작이 제어된다. 제어부(337)는 연마 패드의 기판상의 접촉 위치에 따라, 기판에 상이한 음압이 작용하도록 전공 레귤레이터(336)의 동작을 제어한다.
기판(W)은 지지판(322) 상의 진공 흡입홀들(323)이 형성된 영역의 상부에 위치한 제 1 영역과, 지지판(322) 상의 진공 흡입홀들(323)이 형성되지 않은 영역의 상부에 위치한 제 2 영역으로 구획될 수 있다. 예를 들어, 제어부(337)는 연마 유닛의 연마 패드가 제 2 영역에 위치할 때보다 제 1 영역에 위치할 때 기판에 더 작은 음압이 작용하도록 전공 레귤레이터(336)의 동작을 제어할 수 있다. 이는 기판에 작용하는 음압에 의한 기판 변형을 최소화하고, 이에 따라 기판의 연마 균일도를 높이기기 위함이다.
종래의 경우, 기판상의 연마 패드의 위치에 무관하게 일정한 음압으로 기판을 척킹한다. 지지판에 의해 지지되는 기판 영역에 대한 연마 공정을 진행할 경우에는, 기판이 지지판에 의해 지지되므로 기판이 변형되지 않는다. 그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, 지지판(322')의 진공 홀 상부에 위치하는 기판 영역에 대한 연마 공정을 진행할 경우, 기판은 음압의 작용에 의해 변형되고, 기판의 변형된 부분은 지지판(332')에 의해 지지된 기판의 부분보다 저연마되어, 기판 전체로 보았을 때 연마 균일도가 저하될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명은 기판의 제 2 영역의 연마 공정시에는 제 1 음압을 작용시키고, 기판의 제 1 영역의 연마 공정시에는 제 1 음압보다 작은 제 2 음압을 기판에 작용시킨다. 이는 전공 레귤레이터(336)를 이용하여 이젝터(331) 내부의 음압을 조절함으로써 이룰 수 있다. 이와 같이, 제 1 영역의 연마 공정시 상대적으로 작은 음압을 작용시킴으로써, 음압에 의한 기판 변형을 최소화할 수 있고, 이를 통해 기판의 연마 균일도를 향상시킬 수 있다.
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.
이하에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이고, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다.
도 1은 기판 처리 장치의 일 예를 보여주는 평면도이다.
도 2는 도 1의 연마-세정부의 평면도이다.
도 3은 도 2의 기판 지지 유닛의 평면도이다.
도 4는 도 3의 기판 지지 유닛의 측단면도이다.
도 5는 종래의 기판 연마 공정을 보여주는 도면이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
320: 기판 지지 유닛 331: 이젝터
336: 전공 레귤레이터 337: 제어부
340: 연마 유닛

Claims (6)

  1. 기판이 놓이며 회전 가능한 기판 지지 유닛; 및
    상기 기판 지지 유닛에 놓인 상기 기판을 연마하는 연마 유닛을 포함하되,
    상기 기판 지지 유닛은,
    상기 기판이 놓이는 면에 다수의 진공 흡입홀들이 형성된 지지판;
    상기 지지판의 상기 진공 흡입홀들에 유체 연통되는 에어 이젝터; 및
    상기 에어 이젝터 내부의 음압 생성을 위해 상기 에어 이젝터로 공급되는, 공기의 유량을 조절하는 전공 레귤레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지판은 상기 진공 흡입홀들이 형성된 제 1 영역과, 상기 지지판 상의 상기 진공 흡입홀들이 형성되지 않은 제 2 영역을 포함하고,
    상기 연마 유닛이 상기 제 1 영역 상에 또는 상기 제 2 영역 상에 위치할 때, 상기 기판에 서로 상이한 음압이 작용하도록 상기 전공 레귤레이터의 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 진공 흡입홀들은 환형의 배열을 이루도록 상기 지지판의 가장자리 영역 을 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 매엽 방식으로 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    기판을 지지판 상에 진공 척킹하고,
    상기 기판에 연마 패드를 접촉시켜 상기 기판을 연마하되,
    상기 기판상의 상기 연마 패드의 접촉 위치에 따라, 상기 기판에 상이한 음압을 작용시켜 상기 기판을 척킹하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 지지판 상의 진공 흡입홀들이 형성된 영역의 상부에 위치한 제 1 영역과, 상기 지지판 상의 상기 진공 흡입홀들이 형성되지 않은 영역의 상부에 위치한 제 2 영역을 포함하고,
    상기 연마 패드가 상기 제 1 영역 또는 상기 제 2 영역에 위치할 때, 상기 기판에 서로 상이한 음압을 작용시켜 상기 기판을 척킹하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 연마 패드가 상기 제 2 영역에 위치할 때보다 상기 제 1 영역에 위치할 때 상기 기판에 더 작은 음압을 작용시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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