KR20110020527A - 기판 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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KR20110020527A
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김진섭
이지현
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다. 본 발명은 기판의 영역에 따라 연마레시피가 변경되도록 연마헤드 이동부재, 연마헤드 구동기, 연마패드 압력조절부재를 제어하는 제어기를 포함한다. 제어기는 기판의 영역에 따라 상이한 회전속도로 연마헤드가 회전되도록 연마헤드 구동기를 제어하며, 연마헤드가 기파의 중심영역과 가장자리영역을 상이한 속도로 이동하도록 연마헤드 이동부재를 제어하고, 기판의 영역에 따라 상이한 압력으로 연마패드가 기판을 가압하도록 연마패드 압력조절부재를 제어한다.
기판, 연마, 세정, 증착, 레시피, 박막

Description

기판 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATES}
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.
통상적으로, 연마공정에 제공되는 기판은 증착된 박막의 두께가 기판의 영역에 따라 상이하다. 또한, 증착되는 물질의 재질에 따라 기판에 증착된 박막의 형상은 서로 상이하다. 따라서, 기판의 영역에 따라 상이한 박막의 두께를 갖는 기판을 하나의 공정레시피로 연마하는 경우, 기판의 영역에 따라 연마되는 연마량이 일정하여 기판의 전체면에 걸쳐 박막의 두께가 균일하게 연마되지 못한다. 그리고, 증착된 박막의 재질이 상이한 복수개의 기판들을 하나의 공정레시피로 연마하게 되는 경우, 서로 대응되는 기판의 영역에서 연마되는 형태가 일정하지 못하므로, 복수개의 기판들은 서로 상이한 형태로 연마되는 문제가 발생한다.
본 발명은 기판의 전체면을 균일하게 연마할 수 있는 기판 처리 장치 및 방 법을 제공한다.
또한, 본 발명은 기판의 연마영역에 따라 연마량을 조절할 수 있는 기판 처리 장치 및 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 박막의 재질에 따라 연마량을 조절할 수 있는 기판 처리 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 스핀헤드; 상기 스핀헤드를 그 축을 중심으로 회전시키는 스핀헤드 구동기; 상기 스핀헤드에 지지된 기판을 연마하는 연마패드를 갖는 연마헤드; 상기 스핀헤드에 대한 상기 연마패드의 상대위치가 변경되도록 상기 연마헤드를 이동시키는 연마헤드 이동부재; 상기 연마헤드를 그 축을 중심으로 회전시키는 연마헤드 구동기; 상기 연마패드가 기판을 가압하는 압력을 조절하는 연마패드 압력조절부재; 기판의 영역에 따라 연마 레시피가 변경되도록 상기 연마헤드 이동부재, 상기 연마헤드 구동기, 그리고 상기 연마패드 압력조절부재 중 어느 하나 또는 복수개를 제어하는 제어기를 포함한다.
상기 연마 레시피는 상기 연마헤드의 회전 속도, 기판을 가압하는 상기 연마패드의 압력, 기판의 영역에 따른 연마시간, 그리고 상기 연마헤드가 이동하는 경로 중 어느 하나 또는 복수개를 포함한다.
상기 제어기는 상기 연마헤드가 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이를 상이한 속도로 이동하며 기판을 연마하도록 상기 연마헤드 이동부재를 제어하고, 기판의 영역에 따라 상기 연마헤드의 회전속도가 상이하도록 상기 연마헤드 구동기를 제어하고, 상기 연마패드가 기판을 가압하는 압력이 기판의 영역에 따라 상이하도록 상기 연마패드 압력조절부재를 제어하되, 상기 기판의 영역은 기판의 중심에서부터 거리가 상이한 지점이다.
또한, 본 발명은 기판 처리 방법을 제공한다. 기판 처리 방법은 회전되는 기판의 상부에서 연마패드가 기판의 각 영역을 이동하며 연마 레시피를 따라 기판을 연마하는 공정을 수행하되, 상기 연마 레시피는 상기 연마패드가 기판의 각 영역에서 연마하는 연마량이 상이하도록 변경된다.
상기 연마패드는 연마 공정이 진행되는 동안 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이를 이동하며 기판을 연마하며, 상기 연마 레시피는 기판이 연마되는 영역에 따라 상기 연마패드가 상이한 회전 속도로 회전하도록 변경된다.
상기 연마패드는 기판을 가압하여 연마하며, 상기 연마 레시피는 상기 연마패드가 기판을 가압하는 압력이 기판의 각 영역에 따라 변경된다.
상기 연마 레시피는 상기 연마패드가 기판을 연마하는 시간이 기판의 각 영역에 따라 상이하도록 변경된다.
본 발명에 의하면, 기판의 영역에 따라 연마량이 상이하게 조절가능하므로 기판의 전체면을 균일하게 연마할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 재질에 따라 상이한 형상을 갖는 박막을 연마하는데 있어 박막의 형상에 따라 연마레시피를 달리하므로, 박막의 형상이 서로 다른 복수개의 기판들을 균일하게 연마할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 9c를 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 시스템은 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 유 체 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 축(C1)을 중심으로 회전가능하도록 제공된다. 스핀 헤드(110)로는 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)을 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. 가이드부(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, 지지부(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 바닥판(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, 상단부 가 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 결합한다. 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 각각 의 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 지지부재(320), 연마헤드 이동부재(330) 연마헤드 구동부재(341, 345), 제어기(350) 그리고 연마패드 압력조절부재(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. 연마헤드 구동부재(341,345)는 연마 헤드(310) 및 연마헤드 이동부재(330)를 회전시키는 회전력을 발생시키고, 제어기(350)는 기판(W)의 영역에 따라 연마 레시피가 변경되도록 연마헤드 이동부재(330), 연마헤드 구동기(도 6의 345), 그리고 연마패드 압력조절부재(360) 중 어느 하나 또는 복수개를 제어한다. 연마패드 압력조절부재(360)는 연마패드(311)가 기판(W)을 가압하는 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 기판(W)를 연마한다. 연마 헤드(310)는 연마 패드(311)와 연마 본체(312)를 포함한다.
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 연마 하우징(312a), 하부 플레이트(312b), 패드 홀더(313), 클램프 부재(314), 상부 플레이트(312c), 결합 플레이트(315), 벨로우즈(316), 그리고 커버(317)를 포함한다.
연마 하우징(312a)은 원통 형상을 가지며, 연마 본체(312)의 측벽으로 제공된다. 연마 하우징(312a)의 하단에는 하부 플레이트(312b)가 설치된다. 하부 플레이트(312b)는 연마 패드(311)와 동일한 크기의 면적을 갖는 원판형상으로 제공된다. 하부 플레이트(312b)는 연마 하우징(312a)의 하부를 밀폐시킨다.
하부 플레이트(312b)의 아래에는 패드 홀더(313)가 제공되며, 패드 홀더(313)의 하면에는 연마 패드(311)가 결합한다. 패드 홀더(313)는 연마 패드(311)를 하부 플레이트(312b)에 고정시키기 위한 연결부 역할을 한다. 패드 홀더(313)는 하부 플레이트(312b)로부터 탈착 가능하도록 하부 플레이트(312b)의 저면에 결합된다. 하부 플레이트(312b)와 패드 홀더(313)와의 사이에는 클램프 부재(314)가 제공 된다. 실시예에 의하면, 클램프 부재(314)로 자석이 사용될 수 있다. 클램프 부재(314)는 자력에 의해 패드 홀더(313)를 하부 플레이트(312b)에 고정시킨다. 자력에 의해 패드 홀더(313)가 하부 플레이트(312b)에 부착되므로, 하부 플레이트(312b)로부터 패드 홀더(313)의 탈착이 용이하다.
연마 패드(311)에는 연마 공정의 효율을 향상시키기 위해 기판(W)과 접촉하는 면에 소정의 연마 패턴이 형성된다. 연마 패턴은 기판(70)의 연마량에 따라 마모되므로 연마 패드(311)의 주기적인 교체가 요구된다. 본 발명에 의하면, 패더 홀더(313)가 클램프 부재(314)의 자력에 의해 하부 플레이트(312b)에 용이하게 탈부착되므로, 연마 패드(311)의 교체에 소요되는 시간이 단축되어 연마 패드(311)의 교체로 인한 공정 대기 시간을 줄일 수 있다.
상부 플레이트(312c)는 연마 하우징(312b)의 내부에 제공되며, 하부 플레이트(312b)의 상부에 위치한다. 상부 플레이트(312c)는 하부 플레이트(312b)에 대응하는 크기를 갖는 원판형상으로 제공된다. 상부 플레이트(312c)의 중심영역에는 상하방향으로 관통하는 제1공기유로(324a)가 형성된다. 제1공기유로(324a)는 후술하는 제2공기유로(324b)와 연결되며, 공기주입홀(322a)을 통해 유입되는 공기가 상부 플레이트(312c)와 하부플레이트(312b) 사이의 공간으로 공급되는 통로로 제공된다. 상부플레이트(312c)의 상면과 결합 플레이트(315)의 하면 사이에는 오링(o-ring, 318a)이 제공된다. 오링(318a)은 제1공기유로(324a)의 둘레를 따라 제공되며, 제1공기유로(324a)로 공급되는 공기가 상부 플레이트(312c)의 상면과 결합 플레이트(315)의 하면 사이의 공간으로 누설되는 것을 방지한다.
상부 플레이트(312c)에는 벨로우즈(316)의 수축 정도를 조절하기 위한 내부 스톱퍼(312d)가 구비된다. 내부 스톱퍼(312d)는 상부 플레이트(312c)의 하면으로부터 돌출된다. 스톱퍼(312d)는 벨로우즈(316) 수축 시 하부 플레이트(312b)와 접촉되어, 하부 플레이트(312b)가 적정 거리 이상 상측으로 이동하는 것을 방지한다.
상부 플레이트(312c)의 상단에는 결합 플레이트(315)가 제공된다. 결합 플레이트(351)는 대체로 원형의 플레이트 형상으로 제공된다. 상부플레이트(312c)는 결합 플레이트(315)와 볼트로 체결된다. 결합 플레이트(315)는 상단이 회전축(322)과 결합하며, 회전축(322)의 회전에 의해 함께 회전된다. 결합플레이트(315)의 상면과 회전축의 하면 사이에는 오링(o-ring, 318b)이 제공된다. 오링(318b)은 제2공기유로(324b)의 둘레를 따라 제공되며, 제2공기유로(324b)로 공급되는 공기가 결합 플레이트(315)의 상면과 회전축(322)의 하면 사이의 공간으로 누설되는 것을 방지한다. 결합 플레이트(315)의 중심영역에는 상하방향으로 관통하는 제2공기유로(324b)가 형성된다. 제2공기유로(324b)는 공기주입홀(322a)과 제1공기유로(324a)를 연결하며, 공기주입홀(322a)을 통해 유입된 공기가 제1공기유로(324a)로 공급되는 통로로 제공된다.
커버(317)는 연마 하우징(312a)의 상단에 결합되어, 연마 본체(312)의 상부를 덮는다. 커버(317)의 중앙부에는 결합 플레이트(315)를 수용할 수 있는 개구부가 형성된다. 결합 플레이트(315)는 일부분이 외부로 돌출되도록 개구부에 삽입된다.
벨로우즈(316)는 연마 하우징(312a) 내부에서 하부 플레이트(312b)와 상부 플레이트(312c)가 이격된 공간에 제공된다. 벨로우즈(316)는 제1공기유로(324a)를 통해 공급되는 공기의 압력에 의해 수직 방향으로 신축 가능하다. 벨로우즈(316)의 신장으로 연파 패드(311)는 연마 공정의 진행시 기판(W)을 가압한다.
연마헤드 지지부재(320)는 연마 헤드(310)의 상부에 위치하며, 연마 헤드(310)를 지지한다. 또한, 연마헤드 지지부재(320)는 구동부(340)로부터 제공된 회전력에 의해 회전되어 연마 헤드(310)를 회전시킨다. 연마헤드 지지부재(320)는 하우징(321), 회전축(322), 제1 및 제2 베어링(323a, 323b), 그리고 공기 주입관(325)을 포함한다.
하우징(321)은 대체로 원통형의 관 형상을 갖고, 상단부가 연마헤드 이동부재(330)의 회전 케이스(331) 안에 삽입되어 회전 케이스(331)에 결합되며, 하단부가 연마 헤드(310)와 결합한다.
회전축(322)은 하우징(321) 안에 구비되고, 하우징(321)과 이격하여 위치한다. 회전축(322)은 하우징(321)의 길이 방향으로 연장된다. 회전축(322)의 상단부는 종동 풀리(343)와 볼트(337)결합되며, 하단부는 결합 플레이트(315)와 결합한다. 회전축(322)은 종동 풀리(343)에 의해 회전되며, 회전축(322)의 회전에 의해 연마 헤드(310)가 회전된다.
회전축(322)의 내부에는 회전축(322)의 상단과 하단을 관통하는 공기주입홀(322a)이 형성된다. 공기 주입홀(322a)은 제2공기유로(324b)를 통해 제1공기유로(324a)와 연결되며, 연마패드 압력조절부재(260)에서 공급된 공기를 제1공기유로(324a)로 공급한다.
회전축(322)의 상단에는 공기 주입홀(324a)과 연결되는 홈이 형성된다. 홈 내부에는 로터리 조인트(325)가 제공한다. 로터리 조인트(325)는 회전축(322)이 길이방향으로 배치되며, 상단에 유체 유입구(325a)가 형성되고 하단에 유체 유출구(325b)가 형성된다. 로터리 조인트(325)의 내부에는 유체 유입구(325a)와 유체 유출구(325b)를 연결하는 통로가 형성된다. 유체 유입구(325a)는 연마패드 압력조절부재(360)의 공급 라인(362)과 연결되며, 유체 유출구(325b)는 공기 유입홀(322a)과 연결된다. 유체 유입구(325a)로 유입된 공기는 통로(325c)를 거쳐 유체 유출구(325b)로 배출되며, 배출된 공기는 공기 유입홀(322a)로 공급된다. 로터리 조인트(325)는 상단이 고정되고, 하단이 회전축(322)과 결합되며 회전축(322)과 함께 회전한다. 로터리 조인트(325)는 회전축(322)이 회전되는 동안 공기 유입홀(322a)로 공기를 공급한다.
제1 및 제2 베어링(323a, 323b)은 하우징(321)과 회전축(322) 사이에 제공되고, 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 상기 회전축(322)에 끼워져 회전축(322)과 함께 회전하고, 외륜들은 하우징(321)에 결합되어 회전축(322) 회전시 회전되지 않는다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연마 유닛을 나타내는 부분 분해 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연마 유닛을 나타내는 부분 절개 측면도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 연마헤드 지지부재(320)의 상부에는 연마헤드 이동부재(330)가 설치된다. 연마헤드 이동부재(330)는 지지아암(331), 제1아암 구동기(334), 그리고 제2아암 구동기를 포함한다.
지지아암(331)은 내부에 벨트-풀리 어셈블리(341)가 제공되는 공간을 갖는 암(arm) 형태로 제공되며, 그 일측에는 연마헤드 지지부재(320)가 결합하고, 타측에는 제1아암 구동기(334)가 결합한다. 지지아암(331)은 제1아암 구동기(334)의 구동으로 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이의 구간에서 연마헤드(310)를 이동시킨다. 구체적으로, 지지아암(331)은 연마헤드(310)를 스윙이동시킨다.
제1아암 구동기(334)는 지지아암(331)에 결합되고, 지지아암(331)에 회전력을 제공한다. 제1아암 구동기(334)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전력을 제공한다. 이에 의해, 지지아암(331)은 제1아암 구동기(334)가 결합된 지점을 중심으로 스윙이동된다.
제2아암 구동기(336)는 스핀헤드(110)에 대한 연마 헤드(310)의 수직위치가 조절되도록 지지아암(331)을 승강시킨다. 제2아암 구동기(336)는 제1아암 구동기(334)의 배후에 설치되며, 볼 스크류(336a), 너트(336b) 및 모터(336c)를 포함한다.
볼 스크류(336a)는 막대 형상으로 제공되며, 지면에 대해 수직하게 설치된다. 너트(336b)는 모터(336c)의 구동으로 회전하며 볼 스크류(336a)의 길이 방향을 따라 승강한다. 너트(336b)의 승강으로 이와 고정 결합된 연마헤드 구동부재(345)가 승강하고, 지지아암(331)이 함께 승강한다. 이러한 구동으로 스핀헤드(110)에 대한 연마헤드(310)의 수직위치가 조절된다.
연마헤드 구동부재는 연마헤드(310)를 그 축을 중심으로 회전시킨다. 연마헤드 구동부재는 벨트-풀리 어셈블리(341) 및 연마헤드 구동기(345)를 포함한다.
벨트-풀리 어셈블리(341)는 연마헤드 구동기(345)에서 발생한 회전력을 연마헤드 지지부(320)로 전달한다. 벨트-풀리 어셈블리(335)는 지지아암(331)의 내부에 위치하며, 구동 풀리(342), 종동 풀리(343) 및 벨트(344)를 포함한다.
구동 풀리(342)는 아암 구동기(334)의 상부에 설치되고, 아암 구동기(334)를 관통하는 수직 암(346)의 일측과 결합한다. 수직 암(346)의 타측에는 연마헤드 구동기(345)가 결합된다.
종동 풀리(343)는 구동 풀리(342)와 마주하도록 배치된다. 종동 풀리(343)는 연마헤드 지지부재(320)의 상부에 위치하며, 회전축(322)과 결합한다. 구동 풀리(342)와 종동 풀리(343)는 벨트(344)를 통해 서로 연결된다.
연마헤드 구동기(345)는 벨트-풀리 어셈블리(335)에 회전력을 제공한다. 연마헤드 구동기(345)는 아암 구동기(334)의 하부에 위치하며, 수직 암(346)을 통하여 구동풀리(342)와 연결된다. 연마헤드 구동기(345)로 모터가 사용될 수 있다.
연마패드 압력조절부재(360)은 연마패드(311)가 기판(W)을 가압하는 압력을 조절한다. 연마패드 압력조절부재(360)는 벨로우즈(316)에 주입되는 공기의 유량을 조절하므로써, 연마 패드(311)가 기판(70)를 가압하는 압력을 조절한다. 연마패드 압력조절부재(360)는 공기 저장부(361), 공급 라인(362), 그리고 밸브(363)를 포함한다.
공기 저장부(361)는 공기를 저장하며, 저장된 공기를 공급라인(362)으로 공 급한다. 공급라인(362)은 일단이 공기 저정부(361)와 연결되고, 타단이 로터리 조인트(325)의 공기 유입홀(325a)와 연결된다. 공급라인(362)에는 밸브(363)가 설치된다. 밸브(363)는 제어기(350)와 연결되며, 제어기(350)의 제어로 공급라인(362)으로 공급되는 공기의 유량을 조절한다.
제어기(350)는 연마헤드 이동부재(330), 연마헤드 구동기(345), 그리고 연마패드 압력조절부재(360)와 연결되며, 기판(W)의 영역에 따라 연마 레시피(recipe)가 변경되도록 연마헤드 이동부재(330), 연마헤드 구동기(345), 그리고 연마패드 압력조절부재(360) 중 어느 하나를 제어한다. 연마 레시피는 연마헤드(310)의 회전속도, 기판(W)을 가압하는 연마패드(311)의 압력, 기판(W)의 영역에 따른 연마 시간, 그리고 연마헤드(310)가 이동하는 경로 중 어느 하나를 포함한다. 이하, 연마레시피의 요소들 중 어느 하나가 변경되면서 기판(W)을 연마하는 과정을 설명한다.
도 7a는 기판에 증착된 박막의 형상을 나타내는 단면도이다.
도 5 내지 7a를 참조하면, 일 예에 의하면 증착공정이 완료된 기판(W)은 중심영역(3a)에 비하여 가장자리영역(3b)의 박막(3)이 두껍다. 후속공정에서 공정불량 발생을 예방하기 위해서는 기판(W)의 영역에 따라 박막(3)의 두께가 균일하도록 박막(3)을 연마하는 연마공정이 요구된다. 영역에 따라 두께가 상이한 박막(3)을 균일한 두께로 연마하기 위해서는 연마레시피 또한 기판(W)의 영역에 따라 달리 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제어기(350)는 연마헤드(310)가 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이를 상이한 속도로 이동하며 기판(W)을 연마하도록 연 마헤드 이동부재(330)를 제어한다. 구체적으로, 연마패드(311)는 지지아암(331)에 의해 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이를 스윙이동하며 기판(W)을 연마하되, 기판(W)의 각 영역에 따라 연마패드(311)가 스윙되는 속도는 상이하다. 연마패드(311)가 기판(W)을 일정한 압력으로 가압하고, 그 축(C2)을 중심으로 일정한 속도로 회전하는 경우, 기판(W)의 중심영역에 비하여 박막의 두께(3)가 상대적으로 두꺼운 가장자리영역을 연마하기 위해서는 더 많은 연마시간이 요구된다. 따라서, 기판(W)의 가장자리영역에서 연마패드(311)가 스위이동되는 속도는 기판(W)의 중심영역에서 스윙이동되는 속도보다 느리다. 이처럼, 연마패드(311)가 기판(W)의 중심영역보다 가장자리영역에서 더 많은 시간동안 기판(W)을 연마하므로 기판(W)의 전체면이 균일하게 연마될 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 제어기(350)는 기판(W)의 영역에 따라 연마헤드(310)의 회전속도가 상이하도록 연마헤드 구동기(345)를 제어한다. 구체적으로, 기판(W)의 중심영역을 연마할 때보다 가장자리영역을 연마할 때, 연마헤드(310)의 회전속도가 더 빠르도록 연마헤드 구동기(345)를 제어된다. 연마패드(311)가 일정한 압력으로 기판(W)을 가압하고, 일정한 이동속도로 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이를 이동하며 기판(W)을 연마하는 경우, 연마헤드(310)의 회전속도가 빠르면 빠를수록 같은 시간동안 기판(W)을 연마하는 연마량은 증가한다. 따라서, 제어기(350)가 기판(W)의 중심영역보다 가장자리영역에서 연마패드(311)의 회전속도를 빠르도록 연마헤드 구동기(345)를 제어함으로써, 기판(W)의 전체면을 균일하게 연마할 수 있다.
또 다른 실시예에 의하면, 제어기(350)는 연마패드(311)가 기판(W)을 가압하는 압력이 기판(W)의 영역에 따라 상이하도록 연마패드 압력조절부재(360)를 제어한다. 구체적으로, 기판(W)의 중심영역을 연마할 때보다 가장자리영역을 연마할 때, 연마패드(311)가 더 큰 압력으로 기판(W)을 가압하도록 연마패드 압력조절부재(360)를 제어한다. 즉, 제어기(350)는 연마패드(311)가 기판(W)의 중심영역을 연마할 때보다 가장자리영역을 연마할 때, 밸로우즈(316)로 주입되는 공기의 유량이 증가하도록 밸브(363)를 더 많이 개방시킨다. 연마패드(311)가 일정한 회전속도로 회전하고, 일정한 이동속도로 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이를 이동하며 기판(W)을 연마하는 경우, 연마패드(311)가 기판(W)을 가압하는 압력이 클수록 연마량은 증가한다. 따라서, 제어기(350)가 기판(W)의 중심영역보다 가장자리영역에서 연마패드(311)의 가압력이 높도록 연마패드 압력조절부재(360)를 제어함으로써, 기판(W)의 전체면을 균일하게 연마할 수 있다.
상기 실시예에서는 제어기(350)가 연마레시피의 요소들 중 어느 하나를 변경시키는 것으로 설명하였으나, 제어기(350)는 연마레시피의 요소들 중 복수개를 동시에 변경시키면서 연마패드(311)가 기판(W)을 연마하도록 제어할 수 있다. 예컨데, 제어기(350)는 연마헤드(310)가 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이를 상이한 속도로 이동하며 기판(W)을 연마하도록 연마헤드 이동부재(330)를 제어하고, 연마패드(311)가 기판(W)을 가압하는 압력이 기판(W)의 영역에 따라 상이하도록 연마패드 압력조절부재(360)를 제어하고, 기판(W)의 영역에 따라 연마헤드(310)의 회전속도가 상이하도록 연마헤드 구동기(345)를 제어할 수 있다.
한편, 상기 실시예에서는 연마패드(311)가 지지아암(331)에 의해 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이를 스윙이동되는 것으로 설명하였으나, 연마패드(311)는 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이를 스캔이동하며 기판(W)을 연마할 수 있다.
도 7b는 도 7a의 박막의 재질과 상이한 박막이 증착된 형상을 나타내는 단면도이다.
도 5 내지 도 7b를 참조하면, 기판(W)에 증착되는 박막의 물성으로 인하여, 증착되는 박막의 형상은 증착되는 막의 재질에 따라 상이하다. 예컨데, 제1박막(3)은 재질의 특성상 기판(W)의 중심영역(3a)에 비하여 가장자리영역(3b)이 두껍게 증착된다. 그리고 제1박막(3)과 상이한 재질을 갖는 제2박막(4)은 기판(W)의 가장자리영역(4b)에 비하여 중심영역(4a)이 두껍게 증착된다. 이처럼 기판(W)에 증착되는 막의 재질에 따라 박막의 형상이 상이하게 증착되므로, 박막의 재질에 따라 기판(W)을 연마하는 연마레시피를 또한 다르게 하여 기판(W)을 연마하는 것이 요구된다. 구체적으로, 연마패드(311)는 제1연마레시피를 따라 제1박막(3)을 연마하고, 제1연마레시피와 상이한 제2연마레시피를 따라 제2박막(4)을 연마한다. 제1연마레시피와 제2연마레시피는 기판(W)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하는 제1박막(3)과 제2박막(4)의 연마영역에서 연마헤드(310)의 회전속도, 기판(W)을 가압하는 연마패드(311)의 압력, 기판(W)의 영역에 따른 연마 시간, 그리고 연마헤드(310)가 이동하는 경로 중 어느 하나가 상이한 상태에서 각각의 박막(3, 4)을 연마한다.
일 실시예에 의하면, 연마패드(311)는 연마공정이 진행되는 동안 기판(W)의 중심영역과 가장자리영역 사이를 이동하며 기판(W)을 연마한다. 이때, 제1연마레시피와 제2연마레시피는 기판(W)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하는 연마영역에서 상이한 연마패드(311)의 이동속도를 갖는다. 구체적으로, 제어기(350)는 제1박막(3)을 연마하는 경우, 기판(W)의 가장자리영역에서 연마패드(311)가 스윙이동되는 속도가 기판(W)의 중심영역에서 스윙이동되는 속도보다 느리도록 연마헤드 이동부재(330)를 제어하고, 제2박막(4)을 연마하는 경우, 기판(W)의 중심영역에서 연마패드(311)가 스윙이동되는 속도가 기판(W)의 가장자리영역에서 스윙이동되는 속도보다 느리도록 연마헤드 이동부재(330)를 제어한다. 이처럼, 상대적으로 박막의 두께가 두꺼운 영역에서 연마시간을 길게 함으로써, 기판(W)의 전체면이 균일하게 연마될 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 제1연마레시피와 제2연마레시피는 기판(W)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하는 연마영역에서 상이한 연마패드(311)의 회전속도를 갖는다. 구체적으로, 제어기(350)는 제1박막(3)을 연마하는 경우, 기판(W)의 가장자리영역에서 연마패드(311)의 회전속도는 기판(W)의 중심영역에서 연마패드(311)의 회전속도보다 빠르도록 연마헤드 구동기(345)를 제어하고, 제2박막(4)을 연마하는 경우, 기판(W)의 중심영역에서 연마패드(411)의 회전속도가 기판(W)의 가장자리영역에서 회전속도 빠르도록 연마헤드 구동기(345)를 제어한다. 이처럼, 상대적으로 박막의 두께가 두꺼운 영역에서 연마패드(311)의 회전속도를 빠르게 함으로써, 기판(W)의 전체면이 균일하게 연마될 수 있다.
또, 다른 실시예에 의하면, 제1연마레시피와 제2연마레시피는 기판(W)의 중심으로부터 동일한 거리에 위치하는 연마영역에서 상이한 연마패드(311)의 가압력을 갖는다. 구체적으로, 제어기(350)는 제1박막(3)을 연마하는 경우, 기판(W)의 가장자리영역을 가압하는 연마패드(311)의 가압력이 기판(W)의 중심영역을 가압하는 가압력보다 크도록 연마패드 압력조절부재(360)를 제어하고, 제2박막(4)을 연마하는 경우, 기판(W)의 중심영역을 가압하는 연마패드(311)의 가압력이 기판(W)의 가장자리영역을 가압하는 가압력보다 크도록 연마패드 압력조절부재(360)를 제어한다. 이처럼, 상대적으로 박막의 두께가 두꺼운 영역에서 연마패드(311)의 가압력을 크게 함으로써, 기판(W)의 전체면이 균일하게 연마될 수 있다.
상기 실시예에서는 제어기(350)가 제1연마레시피와 제2연마레시피의 요소들 중 어느 하나가 상이한 상태에서 박막을 연마하는 것으로 설명하였으나, 제어기(350)는 복수개의 요소가 상이한 상태에서 기판(W)이 연마되도록 제어할 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 제1, 2 처리 유체 공급 유닛(400, 500)은 기판의 연마 공정 및 세정 공정에 필요한 처리 유체를 기판에 공급한다.
제1처리 유체 공급 유닛(400)은 스핀 헤드(110)에 지지된 기판에 처리 유체를 분사하여 기판(W)를 세정한다. 제1처리 유체 공급 유닛(400)은 용기 유닛(200)을 사이에 두고 연마 유닛(300)과 마주하여 용기 유닛(200)에 고정 설치된다. 제1 처리 유체 공급 유닛(400)은 다수의 분사 노즐을 구비하며, 각 분사 노즐은 기판의 중앙영역으로 처리 유체를 분사한다. 선택적으로, 분사되는 처리 유체는 기판의 세 정 또는 건조에 사용되는 유체이다.
제2처리 유체 공급 유닛(500)은 용기 유닛(200) 및 제1처리 유체 공급 유닛(400)을 사이에 두고 연마 유닛(300)과 마주하게 설치된다. 제2처리 유체 공급유닛(500)은 유체분사노즐(510)과 노즐아암(520)을 포함한다. 유체분사노즐(510)은 기판(W)으로 유체를 분사한다. 선택적으로 분사되는 유체는 연마재가 제공될 수 있다. 유체분사노즐(510)은 노즐아암(520)에 의해 스윙이동되어 연마영역으로 유체가 제공되도록 회전하는 기판(W)으로 연마재를 분사한다. 연마재로는 슬러리(slurry)가 사용된다. 노즐아암(520)은 유체분사노즐(510)을 지지하고, 유체분사노즐(510)을 기판(W)의 상면을 따라 스윙이동시킨다. 노즐아암(520)은 '∩'형상으로 제공되며, 일단에는 유체분사노즐(510)이 제공되며, 타단에는 노즐아암(520)을 회전시키는 구동기(530)가 설치된다. 구동기(530)의 구동으로 노즐아암(520)은 타단을 축으로 회전하여 유체분사노즐(510)을 스윙이동시킨다.
브러쉬 유닛(600)은 연마 공정 후 기판(W) 표면의 이물을 물리적으로 제거한다. 브러쉬 유닛(600)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(600)의 일측에는 에어로졸 유닛(700)이 배치된다. 에어로졸 유닛(700)은 스핀 헤드(110)에 지지된 기판(W)에 처리 유체을 미세 입자형태로 고압 분무하여 기판(W)표면의 이물을 제거한다. 실시예에 의하면, 에어로졸 유닛(700)은 초음파를 이용하여 처리 유체을 작은 입자 형태로 분무한다. 에어로졸 유닛(700)은 브러쉬 유닛(600)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 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8을 참조하면, 기판 처리 방법은 기판에 증착된 박막의 재질에 따라 사용자가 신호를 입력하는 단계(S100), 입력된 신호에 따라 선택된 연마레시피로 기판을 연마하는 단계(S200), 그리고 연마가 완료된 기판을 세정하는 단계(S300)를 포함한다. 이하, 각 단계에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 사용자가 기판에 증착된 박막의 재질에 따라 그에 맞는 신호를 입력한다. 박막의 재질에 따라 기판에 증착되는 박막의 형상(도 7a 및 7b 참조)은 상이하므로, 사용자는 박막의 재질에 맞는 연마레시피로 기판이 연마되도록 신호를 입력한다.
기판 처리 장치에는 박막의 재질에 따라 기판에 증착된 박막의 형상에 대한 정보와 그에 따른 연마레시피가 기 설정되어 있다. 신호가 입력되면, 신호에 맞는 연마레시피가 선택되어 기판을 연마한다.
한편, 동일한 재질의 박막이더라도, 박막이 증착되는 두께는 기판의 영역에 따라 상이하다.(도 7a참조) 따라서, 기판의 전체면을 균일하게 연마하기 위해서는 기판의 영역에 따라 연마량이 상이하도록 기판을 연마하여야 한다. 기판 처리 장치 에는 기판의 영역에 따라 박막의 두께 차이를 고려하여, 연마레시피가 기판의 영역에 따라 변경되도록 설정되어 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 연마패드는 회전되는 기판의 각 영역을 이동하며 연마레시피에 따라 기판을 연마한다. 그리고, 연마공정이 진행되는 동안 기판의 각 영역에서 연마량이 상이하도록 연마레시피는 변경된다.
일 실시예에 의하면, 연마패드는 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이를 이동하며 기판을 연마하며, 연마공정이 진행되는 동안 기판의 연마영역에 따라 연마패드가 상이한 회전속도로 회전하도록 연마레시피가 변경된다.
다른 실시예에 의하면, 연마패드는 기판을 가압하여 연마하며, 연마공정이 진행되는 동안 기판의 연마영역에 따라 연마패드가 기판을 가압하는 압력이 변경되도록 연마레시피가 변경된다.
또 다른 실시예에 의하면, 연마레시피는 연마시간이 기판의 연마영역에 따라 상이하도록 변경되며 기판을 연마한다.
이하, 도면을 참조하여 연마레시피가 변경되는 과정을 상세하게 설명한다.
도 9a 내지 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 도면이다.
도 8 내지 9b를 참조하면, 기판(W)을 연마하는 단계(S200)는 크게 제1연마레시피로 기판(W)의 제1영역(A)을 연마하는 단계(S210), 제1영역(A) 연마 후 대기상태에서 제1영역(A)의 연마상태를 점검하는 단계(S220), 그리고, 제2연마레시피로 기판(W)의 제2영역(B)을 연마하는 단계(S230)로 구분된다.
먼저, 기판(W)의 제1영역(A)의 연마는 제1연마레시피로 진행된다. 실시예에 의하면, 제1영역(A)은 기판(W)의 중심영역이다. 제1연마레시피는 연마헤드(310)가 제1회전속도(VA)로 회전하고, 연마패드(311)는 제1가압력(PA)으로 기판(W)을 가압한다. 그리고, 연마패드(311)가 제1영역(A)을 연마하고 스윙이동되어 중심영역을 벗어나는 데 걸리는 시간, 즉 제1영역(A)의 연마시간은 제1시간(tA)이 소요된다. 상기 제1연마레시피에 의하여 연마패드(311)가 제1영역(A)을 연마라인(L)에 이르기까지 연마한다.
제1영역(A)의 연마가 완료되면, 연마패드(311)는 제1영역(A)과 제2영역(B)의 경계영역에서 대기시간(tm)동안 대기한다. 대기시간(tm)동안, 제1영역(A)에서의 연마상태를 점검한다. 선택적으로, 연마헤드(310)는 대기시간동안 회전되지 않을 수 있다.
제1영역(A)의 연마가 균일하게 이루어지면, 연마헤드(310)가 스윙이동되어 제2영역(B)을 연마한다. 제2영역(B)은 기판(W)의 가장자리영역이다. 제2영역(B)의 연마는 제1연마레시피와 상이한 제2연마레시피로 변경되어 이루어진다.
일 실시예에 의하면, 제2연마레시피는 제1연마레시피의 연마헤드(310)의 회전속도, 연마패드(311)의 가압력, 그리고 연마시간 중 어느 하나가 변경되어 이루어진다.
선택적으로, 제2연마레시피는 연마헤드(310)가 제1회전속도(VA)보다 큰 제2 회전속도(VB)로 회전한다. 이때, 연마패드(311)의 가압력(PB)과 연마시간(tB)은 제1연마레시피와 동일하다. 연마헤드(310)가 제1영역(A)에서의 회전속도보다 빠른 속도로 회전하므로, 같은 시간동안 제2영역(B)에서 더 많은 박막이 연마된다. 이로 인해 기판(W)의 전체면이 균일하게 연마된다.
또한, 선택적으로 제2연마레시피는 제1가압력(PA )보다 큰 제2가압력(PB)으로 기판(W)을 가압하며 연마한다. 이때, 연마헤드(310)의 회전속도(VB)와 연마시간(tB)은 제1연마레시피와 동일하다. 연마패드(311)가 제1가압력(PA)보다 큰 제2가압력(PB )으로 기판(W)을 가압하여 연마하므로, 같은 시간동안 제2영역(B)에서 더 많은 박막이 연마된다. 이로 인해 기판(W)의 전체면이 균일하게 연마된다.
또한, 선택적으로 제2연마레시피는 제1연마시간(tA)보다 큰 제2연마시간(tB)동안 기판(W)을 연마한다. 이때, 연마헤드(310)의 회전속도(VB)와 연마패드(311)의 가압력(PB)은 제1연마레시피와 동일하다. 제1영역보다 오랜 시간동안 제2영역(B)을 연마하므로, 제2영역(B)에서 더 많은 박막이 연마된다. 이로 인해 기판(W)의 전체면이 균일하게 연마된다.
상기 실시예에서는 제1연마레시피와 제2연마레시피의 요소들 중 어느 하나가 변경되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며 연마레시피의 요소들 중 복수개가 동시에 변경될 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 연마구간이 두 개의 구간으로 구분되는 것으로 설 명하였으나, 연마구간은 두 개이상의 구간으로 구분될 수 있으며, 각각의 구간에서 서로 상이한 연마레시피로 연마공정이 진행될 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 5는 본 발명의 실시예에 따른 연마 유닛을 나타내는 부분 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연마 유닛을 나타내는 부분 절개 측면도이다.
도 7a는 기판에 증착된 박막의 형상을 나타내는 단면도이다.
도 7b는 도 7a의 박막의 재질과 상이한 박막이 증착된 형상을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 9a 내지 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 도면이다.

Claims (7)

  1. 기판을 지지하는 스핀헤드;
    상기 스핀헤드를 그 축을 중심으로 회전시키는 스핀헤드 구동기;
    상기 스핀헤드에 지지된 기판을 연마하는 연마패드를 갖는 연마헤드;
    상기 스핀헤드에 대한 상기 연마패드의 상대위치가 변경되도록 상기 연마헤드를 이동시키는 연마헤드 이동부재;
    상기 연마헤드를 그 축을 중심으로 회전시키는 연마헤드 구동기;
    상기 연마패드가 기판을 가압하는 압력을 조절하는 연마패드 압력조절부재;
    기판의 영역에 따라 연마 레시피가 변경되도록 상기 연마헤드 이동부재, 상기 연마헤드 구동기, 그리고 상기 연마패드 압력조절부재 중 어느 하나 또는 복수개를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마 레시피는
    상기 연마헤드의 회전 속도, 기판을 가압하는 상기 연마패드의 압력, 기판의 영역에 따른 연마시간, 그리고 상기 연마헤드가 이동하는 경로 중 어느 하나 또는 복수개를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어기는
    상기 연마헤드가 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이를 상이한 속도로 이동하며 기판을 연마하도록 상기 연마헤드 이동부재를 제어하고,
    기판의 영역에 따라 상기 연마헤드의 회전속도가 상이하도록 상기 연마헤드 구동기를 제어하고,
    상기 연마패드가 기판을 가압하는 압력이 기판의 영역에 따라 상이하도록 상기 연마패드 압력조절부재를 제어하되,
    상기 기판의 영역은 기판의 중심에서부터 거리가 상이한 지점인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 회전되는 기판의 상부에서 연마패드가 기판의 각 영역을 이동하며 연마 레시피를 따라 기판을 연마하는 공정을 수행하되,
    상기 연마 레시피는
    상기 연마패드가 기판의 각 영역에서 연마하는 연마량이 상이하도록 변경되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연마패드는
    연마 공정이 진행되는 동안 기판의 중심영역과 가장자리영역 사이를 이동하며 기판을 연마하며,
    상기 연마 레시피는
    기판이 연마되는 영역에 따라 상기 연마패드가 상이한 회전 속도로 회전하도록 변경되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 연마패드는 기판을 가압하여 연마하며,
    상기 연마 레시피는
    상기 연마패드가 기판을 가압하는 압력이 기판의 각 영역에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연마 레시피는
    상기 연마패드가 기판을 연마하는 시간이 기판의 각 영역에 따라 상이하도록 변경되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190130239A (ko) * 2018-05-14 2019-11-22 주식회사 케이씨텍 기판 처리 장치
KR20200071907A (ko) * 2018-12-11 2020-06-22 삼성디스플레이 주식회사 디스플레이 장치 및 디스플레이 장치 제조 방법
CN115716237A (zh) * 2022-11-24 2023-02-28 西安奕斯伟材料科技有限公司 一种用于对硅片进行抛光的装置和方法

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