KR20170061855A - 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템 - Google Patents

기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템에 관한 것으로, 화학 기계적 연마 공정용 기판 반전 장치는, 기판이 언로딩되는 언로딩 위치에 접근 및 이격 가능하게 제공되는 가동 어셈블리와, 가동 어셈블리에 연결되며 기판을 그립하는 그립 어셈블리를 포함하고, 그립 어셈블리는 선택적으로 언로딩 위치에 접근 및 이격되게 하여, 기판의 이송 경로를 단축할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템{SUBSTRATE TURNING APPARATUS AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM HAVING THE SAME}
본 발명은 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 캐리어 헤드의 이동 거리를 단축할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템에 관한 것이다.
반도체 소자는 미세한 회로선이 고밀도로 집적되어 제조됨에 따라, 이에 상응하는 정밀 연마가 웨이퍼 표면에 행해질 수 있어야 한다. 웨이퍼의 연마를 보다 정밀하게 행하기 위해서는 기계적인 연마 뿐만 아니라 화학적 연마가 병행되는 화학 기계적 연마 공정(CMP공정)이 수행될 수 있다.
화학 기계적 연마(CMP) 공정은 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는 공정이다.
이러한 CMP 공정은 웨이퍼의 공정면이 연마 패드와 마주보게 한 상태로 상기 웨이퍼를 가압하여 공정면의 화학적 연마와 기계적 연마를 동시에 행하는 것에 의해 이루어지고, 연마 공정이 종료된 웨이퍼는 캐리어 헤드에 의하여 파지되어 공정면에 묻은 이물질을 세정하는 세정 공정을 거치게 된다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정은 로딩 유닛(20)에서 웨이퍼가 화학 기계적 연마 시스템(X1)에 공급되면, 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(S1, S2, S1', S2'; S)에 밀착된 상태로 정해진 경로(Po)를 따라 이동(66-68)하면서 다수의 연마 정반(P1, P2, P1', P2') 상에서 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 것에 의해 이루어진다. 화학 기계적 연마 공정이 행해진 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(S)에 의하여 언로딩 유닛의 거치대(10)로 이전되고, 그 다음의 세정 공정이 행해지는 세정 유닛(X2)으로 이전하여 다수의 세정 모듈(70)에서 웨이퍼(W)에 묻은 이물질을 세정하는 공정이 행해진다.
아울러, 화학 기계적 연마 공정 중에는 웨이퍼의 공정면이 연마 정반(P1, P2,..)의 표면과 접촉하기 위하여 하측을 향하지만, 세정 공정 중에는 세정액이 중력 방향으로 공급되면서 세정이 이루어지므로 웨이퍼의 공정면이 상측을 향하게 된다. 이를 위하여, 언로딩 유닛에서는 웨이퍼를 180도 뒤집는 반전 작업이 웨이퍼 반전 장치에 의해 행해진다.
이를 위해, 도 1의 언로딩 유닛(U)에는 웨이퍼 반전 장치가 구비된다. 언로딩 유닛(U)에 위치한 거치대(10)는 전기적 힘이나 유압 또는 공압을 이용한 이동 수단에 의하여 상하 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 동시에 웨이퍼(W)를 파지하는 반전 장치의 그립퍼도 조작 수단에 의하여 상하 방향으로 이동 가능하며 그립퍼에 의해 웨이퍼를 파지할 수 있게 설치된다.
한편, 웨이퍼의 화학 기계적 연마 공정에서는, 웨이퍼의 이송 경로가 길어질수록 이송 중 의도하지 않은 충격 등에 의해 웨이퍼가 낙하하거나 손상될 우려가 높아지기 때문에, 웨이퍼의 이송 경로가 최단 경로로 설정될 수 있어야 한다.
그러나, 기존에는 화학 기계적 연마 공정이 행해진 웨이퍼가 캐리어 헤드에 밀착된 상태로 언로딩 유닛 상에 구비된 거치대로 이송되어야 하기 때문에 불가피하게 이송 경로가 길어지고, 안정성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
특히, 기존에는 캐리어 헤드가 로딩 유닛에서 연마 정반을 거쳐 순환하는 경로를 따라 이동하도록 구성되며, 언로딩 유닛 상의 거치대는 캐리어 헤드의 순환 경로 외측에 배치됨에 따라, 캐리어 헤드는 언로딩 유닛 상의 거치대까지 추가적으로 이동해야 하기 때문에, 불가피하게 캐리어 헤드의 이동 경로가 길어지고, 안정성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 기판의 이송 경로를 최소화하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시키기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기판의 이송 경로를 단축할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 기판 반전 장치가 선택적으로 기판의 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 이동할 수 있게 함으로써, 기판의 이송 경로를 단축할 수 있는 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 손상을 방지하고, 수율을 향상시킬 수 있는 기판 반전 장치 및 이를 구비한 화학 기계적 연마시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마 공정용 기판 반전 장치는, 기판이 언로딩되는 언로딩 위치에 접근 및 이격 가능하게 제공되는 가동 어셈블리와, 가동 어셈블리에 연결되며 기판을 그립하는 그립 어셈블리를 포함하고, 그립 어셈블리는 선택적으로 언로딩 위치에 접근 및 이격될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 기판의 이송 경로를 단축할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
참고로, 본 발명에 기판이라 함은 화학 기계적 연마 공정이 수행될 수 있는 처리대상물로 이해될 수 있으며, 기판의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기판으로서는 웨이퍼가 사용될 수 있다.
기판 반전 장치는 선택적으로 기판을 반전시키기 위해 다양한 위치에 적용되는 것이 가능하며, 기판 반전 장치의 제공 위치 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기판 반전 장치는 화학 기계적 연마 시스템의 연마 파트 영역 상에 제공될 수 있다. 경우에 따라서는 기판 반전 장치가 화학 기계적 연마 시스템의 세정 파트 영역 상에 제공되는 것이 가능하다.
바람직하게 기판 반전 장치는 연마 파트 영역 상에 제공될 수 있으며, 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판이 세정 파트로 공급되기 전에 기판의 연마면(polishing surface)이 반대 방향으로 반전될 수 있게 한다. 참고로, 본 발명에서 기판의 연마면이라 함은 연마 패드에 접촉되며 연마되는 기판의 면(저면 또는 상면)을 의미한다. 실질적으로 화학 기계적 연마 공정 중에는 기판의 연마면(예를 들어, 기판의 저면)이 하측을 바라보도록 배치될 수 있으며, 기판 반전 장치는 기판의 연마면이 상측을 향하도록 기판을 180도 뒤집어 반전시킬 수 있다.
기판의 언로딩 위치는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 바람직하게 캐리어 헤드의 이동 경로를 단축할 수 있도록 언로딩 위치는 캐리어 헤드의 이동 경로 상에 제공될 수 있다. 더욱 바람직하게 기판의 언로딩 위치는 처리 전 기판이 로딩되는 로딩 위치와 동일하게 설정될 수 있다. 기판의 언로딩 위치가 캐리어 헤드의 이동 경로 외측에 제공될 경우에는, 캐리어 헤드가 이동 경로를 따라 이동한 후, 추가적으로 이동 경로 외측에 제공되는 기판의 언로딩 위치까지 다시 이동해야 하기 때문에, 불가피하게 캐리어 헤드의 이동 경로가 증가하는 문제점이 있다. 하지만, 기판의 언로딩 위치가 캐리어 헤드의 이동 경로 상에 제공될 경우에는, 캐리어 헤드가 이동 경로만을 이동하면 되기 때문에, 캐리어 헤드의 이동 경로를 최소화할 수 있다.
가동 어셈블리는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 언로딩 위치에 접근 및 이격 가능하게 제공될 수 있다. 일 예로, 가동 어셈블리는 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공될 수 있다. 경우에 따라서는 가동 어셈블리가 일 지점을 기준으로 회전하며 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 이동하도록 구성하는 것도 가능하다. 또한, 가동 어셈블리는 구동 어셈블리에 의한 구동력에 의해 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다.
그립 어셈블리는 기판을 선택적으로 그립 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 그립 어셈블리의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 그립 어셈블리는, 내측에 기판 수용부가 형성되며 기판의 측면을 지지하는 측면그립부와, 기판 수용부의 내측에 제공되며 기판의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부재를 포함할 수 있다.
측면 그립부는 기판의 측면을 지지 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 측면 그립부는 제1그립부재와, 제1그립부재를 마주하며 제1그립부재에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2그립부재를 포함할 수 있고, 기판의 연마면이 연마면 지지부재에 지지된 상태에서 제1그립부재 및 제2그립부재는 서로 접근되며 기판의 측면을 지지할 수 있다.
연마면 지지부재는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 갯수 및 이격 간격을 갖도록 제공될 수 있으며, 연마면 지지부재의 갯수 및 이격 간격에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 바람직하게 연마면 지지부재는 기판의 연마면에 접촉을 최소화할 수 있는 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 연마면 지지부재에는 하향 경사지게 경사안내부가 형성될 수 있고, 경사안내부에는 기판의 연마면 모서리(edge)가 접촉되게 함으로써, 연마면 지지부재에 대한 기판의 접촉을 최소화할 수 있다.
또한, 경사안내부의 선단에는 가이드챔퍼부(guide chamfer portion)가 형성될 수 있고, 기판의 연마면 모서리는 가이드챔퍼부를 따라 접촉되는 것이 가능하다.
기판 수용부의 내측에는 기판의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부재가 제공될 수 있다. 참고로, 본 발명에서 기판의 비연마면이라 함은, 기판의 연마면의 반대쪽 면을 의미한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 화학 기계적 연마 시스템은, 기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와, 연마 파트의 영역 상에서 기설정된 순환 경로를 따라 기판을 이송하는 캐리어 헤드, 캐리어 헤드의 순환 경로 상에 제공되는 기판의 언로딩 위치에 접근 및 이격 가능하게 제공되는 가동 어셈블리와, 가동 어셈블리에 연결되며 기판을 그립하는 그립 어셈블리를 포함하고, 그립 어셈블리는 선택적으로 언로딩 위치에 접근 및 이격되게 함으로써, 기판의 이송 경로를 단축할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
바람직하게 언로딩 위치에서는 화학 기계적 연마 공정을 수행하기 위한 다른 기판을 로딩할 수 있다.
또한, 화학 기계적 연마 시스템은, 가동 어셈블리가 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동하도록 구동력을 제공하는 구동 어셈블리, 그립 어셈블리를 반전 회전시킬 수 있도록 가동 어셈블리에 반전(turning) 회전 가능하게 연결되는 회전 어셈블리를 포함할 수 있다.
또한, 화학 기계적 연마 시스템에서, 그립 어셈블리는, 내측에 기판 수용부가 형성되며 기판의 측면을 지지하는 측면그립부와, 기판 수용부의 내측에 제공되며 기판의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부재를 포함할 수 있다. 아울러, 연마면 지지부재에는 경사안내부가 형성될 수 있고, 경사안내부에는 기판의 연마면 모서리(edge)가 접촉될 수 있다. 또한, 경사안내부의 선단에는 가이드챔퍼부(guide chamfer portion)가 형성될 수 있고, 기판의 연마면 모서리는 가이드챔퍼부를 따라 접촉될 수 있다.
측면그립부는, 제1측면그립부재와, 제1측면그립부재를 마주하며 제1측면그립부재에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2측면그립부재를 포함할 수 있고, 기판의 연마면이 연마면 지지부재에 지지된 상태에서 제1측면그립부재 및 상기 제2측면그립부재는 서로 접근되며 기판의 측면을 지지할 수 있다. 아울러, 기판 수용부의 내측에는 기판의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부재가 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 이송 경로를 단축할 수 있으며, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 기판 반전 장치가 기설정된 기판의 이송 경로에 접근 및 이격되는 방향으로 이동할 수 있게 함으로써, 기판의 언로딩 위치를 기판의 이송 경로 상에 배치하는 것이 가능하고, 결과적으로 기판의 이송 경로를 단축할 수 있다.
즉, 기판의 언로딩 위치가 캐리어 헤드의 이동 경로 외측에 제공될 경우에는, 캐리어 헤드가 기설정된 이동 경로를 따라 이동한 후, 추가적으로 이동 경로 외측에 제공되는 기판의 언로딩 위치까지 다시 이동해야 하기 때문에, 불가피하게 캐리어 헤드의 이동 경로가 증가하고, 의도하지 않은 충격 등에 의해 웨이퍼가 낙하하거나 손상될 우려가 높다. 하지만, 본 발명에 따르면 선택적으로 기판 반전 장치의 위치를 가변시킴으로써, 기판의 언로딩 위치를 캐리어 헤드의 이동 경로 상에 설정하는 것이 가능하고, 이 경우, 캐리어 헤드가 기설정된 이동 경로만을 이동하면 되기 때문에, 캐리어 헤드의 이동 경로 및 기판의 이송 경로를 단축할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 이송 경로를 단축함으로써, 기판의 낙하 및 손상을 최소화하고, 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있음은 물론, 공정 효율성 및 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 경사안내부 및 가이드챔퍼부를 이용하여 기판 반전 장치와 기판의 접촉 부위를 최소화할 수 있으며, 접촉에 의한 기판의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 화학 기계적 연마 장비의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템을 설명하기 위한 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 기판 반전 장치를 설명하기 위한 도면,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 그립 어셈블리의 구조를 설명하기 위한 도면,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 기판 반전 장치의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템을 설명하기 위한 도면이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 기판 반전 장치를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 그립 어셈블리의 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 화학 기계적 연마시스템으로서, 기판 반전 장치의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 시스템(10)은, 연마 파트(100) 및 기판 반전 장치(400)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 연마 파트(100)는 기판(12)에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하기 위해 제공된다.
상기 연마 파트(100)는 화학 기계적 연마 공정을 수행 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 연마 파트(100)의 구조 및 레이아웃(lay out)에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
상기 연마 파트(100)에는 복수개의 연마 정반(110)이 제공될 수 있고, 각 연마 정반(110)의 상면에는 연마 패드가 부착될 수 있다. 연마 파트(100)의 영역 상에 제공되는 로딩 유닛에 공급된 기판(12)은 미리 설정된 경로를 따라 이동하는 캐리어 헤드(120)에 밀착된 상태로 슬러리가 공급되는 연마 패드의 상면에 회전 접촉됨으로써 화학 기계적 연마 공정이 수행될 수 있다.
상기 캐리어 헤드(120)는 연마 파트 영역 상에서 기설정된 순환 경로를 따라 이동할 수 있으며, 로딩 유닛에 공급된 기판(12)(이하 기판의 로딩 위치에 공급된 기판이라 함)은 캐리어 헤드에 밀착된 상태로 캐리어 헤드에 의해 이송될 수 있다. 이하에서는 캐리어 헤드가 로딩 유닛에서부터 시작하여 연마 정반을 거쳐 대략 사각형 형태의 순환 경로로 이동하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
상기 연마 파트(100)의 인접한 측부에는 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판(12)의 표면에 잔류하는 이물질을 제거하기 위한 세정 공정을 수행하는 세정 파트(200)가 제공될 수 있다.
상기 세정 파트(200)는 여러 단계의 세정 및 건조 공정을 수행 가능한 구조로 제공될 수 있으며, 세정 파트(200)를 구성하는 스테이션(210)의 구조 및 레이아웃에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 가령, 상기 세정 파트(200)에는 브러시 세정 스테이션, 및 헹굼 건조 스테이션 등이 제공될 수 있다.
상기 기판 반전 장치(400)는 연마 파트 영역 상에 제공되며, 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판(12)이 세정 파트로 공급되기 전에 기판(12)의 연마면(polishing surface)이 반대 방향으로 반전될 수 있게 한다.
참고로, 본 발명에서 기판(12)의 연마면이라 함은 연마 패드에 접촉되며 연마되는 기판(12)의 면(저면 또는 상면)을 의미한다. 실질적으로 화학 기계적 연마 공정 중에는 기판(12)의 연마면(예를 들어, 기판의 저면)이 하측을 바라보도록 배치될 수 있으며, 기판 반전 장치(400)는 기판(12)의 연마면이 상측을 향하도록 기판(12)을 180도 뒤집어 반전시킬 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 기판 반전 장치(400)는 가동 어셈블리(420) 및 그립 어셈블리(440)를 포함한다.
상기 가동 어셈블리(420)는 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판(12)이 언로딩되는 언로딩 위치(도 4의 P1 참조)에 접근 및 이격 가능하게 제공된다.
상기 기판(12)의 언로딩 위치는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 바람직하게 캐리어 헤드의 이동 경로를 단축할 수 있도록 언로딩 위치는 캐리어 헤드의 이동 경로(예를 들어, 순환 경로) 상에 제공될 수 있다. 더욱 바람직하게 상기 기판(12)의 언로딩 위치는 처리 전 기판(화학 기계적 연마 공정을 수행하기 위한 다른 기판)이 로딩되는 로딩 위치와 동일하게 설정될 수 있다.
즉, 기판의 언로딩 위치가 캐리어 헤드의 이동 경로 외측에 제공될 경우에는, 캐리어 헤드가 이동 경로를 따라 이동한 후, 추가적으로 이동 경로 외측에 제공되는 기판의 언로딩 위치까지 다시 이동해야 하기 때문에, 불가피하게 캐리어 헤드의 이동 경로가 증가하는 문제점이 있다. 하지만, 기판(12)의 언로딩 위치가 캐리어 헤드(120)의 이동 경로 상에 제공될 경우에는, 캐리어 헤드(120)가 이동 경로만을 이동하면 되기 때문에, 캐리어 헤드(120)의 이동 경로를 최소화할 수 있다.
상기 가동 어셈블리(420)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 언로딩 위치에 접근 및 이격 가능하게 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 가동 어셈블리(420)는 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공될 수 있다. 경우에 따라서는 가동 어셈블리가 일 지점을 기준으로 회전하며 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 이동하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 가동 어셈블리(420)는 구동 어셈블리(410)에 의한 구동력에 의해 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 상기 가동 어셈블리(420)는 구동 어셈블리(410)에 의한 구동력에 의해 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동할 수 있다.
상기 구동 어셈블리(410)로서는 구동력을 제공 가능한 통상의 구동수단이 사용될 수 있으며, 구동 어셈블리(410)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 구동 어셈블리(410)로서는 통상의 리니어 모터가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는, 통상의 모터 및 동력전달부재의 조합(예를 들어, 기어 또는 벨트의 조합)으로 구동 어셈블리를 구성하거나, 스크류 부재를 이용하여 구동 어셈블리를 구성하는 것이 가능하다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 그립 어셈블리(440)는 가동 어셈블리(420)에 연결되어 선택적으로 기판(12)을 그립하도록 구성되며, 상기 그립 어셈블리(440)는 가동 어셈블리(420)에 의해 선택적으로 언로딩 위치에 접근 및 이격될 수 있다. 바람직하게 상기 그립 어셈블리(440)는 기판(12)의 화학 기계적 연마 공정 중(또는 기판의 로딩 중)에는 캐리어 헤드의 이동 경로로부터 벗어난 영역으로 도피될 수 있고, 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판(12)을 언로딩할 시에만 언로딩 위치로 접근할 수 있다.
또한, 상기 가동 어셈블리(420)에는 회전 어셈블리(430)가 반전(turning) 회전 가능하게 연결될 수 있으며, 상기 그립 어셈블리(440)는 회전 어셈블리(430)에 연결되어, 회전 어셈블리(430)에 의해 선택적으로 가동 어셈블리(420)에 대해 반전 회전할 수 있다.
상기 회전 어셈블리(430)는 통상의 회전축 및 구동수단을 이용하여 구성될 수 있으며, 회전 어셈블리(430)의 구조 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 경우에 따라서는 그립 어셈블리가 가동 어셈블리 상에 고정되고, 가동 어셈블리가 구동 어셈블리에 반전 회전 가능하도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 그립 어셈블리(440)는 기판(12)을 선택적으로 그립 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 그립 어셈블리(440)의 구조 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 상기 그립 어셈블리(440)는, 내측에 기판 수용부(441)가 형성되며 기판의 측면을 지지하는 측면그립부(442)와, 상기 기판 수용부(441)의 내측에 제공되며 기판의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부재(444)를 포함할 수 있다.
상기 측면그립부(442)는 기판의 측면을 지지 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 상기 측면그립부(442)는 제1그립부재(442a)와, 상기 제1그립부재(442a)를 마주하며 제1그립부재(442a)에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2그립부재(442b)를 포함할 수 있고, 상기 기판(12)의 연마면이 연마면 지지부재(444)에 지지된 상태에서 제1그립부재(442a) 및 제2그립부재(442b)는 서로 접근되며 기판의 측면을 지지할 수 있다. 경우에 따라서는 측면 그립부가 3개 이상의 그립부재를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
참고로, 상기 제1그립부재(442a) 및 제2그립부재(442b) 간의 접근 및 이격은 제1그립부재(442a) 및 제2그립부재(442b) 중 어느 하나가 다른 하나에 대해 이동함으로써 수행되거나, 제1그립부재(442a) 및 제2그립부재(442b)가 모두 이동함으로써 수행될 수 있다.
상기 연마면 지지부재(444)는 기판(12)의 연마면을 지지하도록 구성되는 바, 전술한 바와 같이, 기판(12)의 연마면이라 함은, 화학 기계적 연마 공정시 연마 패드에 접촉되며 연마되는 기판(12)의 면을 의미한다.
상기 연마면 지지부재(444)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 갯수 및 이격 간격을 갖도록 제공될 수 있으며, 연마면 지지부재(444)의 갯수 및 이격 간격에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 원주 방향을 따라 이격된 4개의 연마면 지지부재(444)가 대칭적으로 배치된 예를 들어 설명하기로 한다.
바람직하게 상기 연마면 지지부재(444)는 기판의 연마면에 접촉을 최소화할 수 있는 구조로 제공될 수 있다. 물론, 연마면 지지부재가 기판의 연마면에 직접 접촉되도록 구성하는 것도 가능하나, 연마면 지지부재가 기판의 직접 연마면에 접촉될 경우에는 접촉에 의한 손상이 발생될 우려가 있다. 따라서, 연마면 지지부재(444)는 기판(12)의 연마면에 접촉을 최소화할 수 있는 구조로 제공되는 것이 바람직하다.
상기 기판(12)의 연마면 접촉을 최소화할 수 있는 연마면 지지부재(444)의 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 상기 연마면 지지부재(444)에는 하향 경사지게 경사안내부(444a)가 형성될 수 있고, 상기 경사안내부(444a)에는 기판의 연마면 모서리(edge)가 접촉되도록 구성될 수 있다. 이와 같은 구조는, 기판(12)의 연마면이 연마면 지지부재(444)에 직접 접촉되지 않고, 기판(12)의 연마면 모서리만이 연마면 지지부재(444)에 접촉되게 함으로써, 접촉에 의한 연마면의 손상을 미연에 방지할 수 있게 한다.
또한, 상기 경사안내부(444a)의 선단에는 가이드챔퍼부(guide chamfer portion)(444b)가 형성될 수 있고, 상기 기판의 연마면 모서리는 가이드챔퍼부(444b)를 따라 접촉되는 것이 가능하다. 상기 가이드챔퍼부(444b) 역시 하향 경사진 경사 각도를 가질 수 있으며, 가이드챔퍼부(444b)의 경사 각도는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
상기 가이드챔퍼부(444b)는 경사안내부(444a)에 접촉되는 기판의 연마면 모서리의 접촉 부위가 보다 확장될 수 있게 함으로써, 기판(12)이 보다 안정적으로 안착 및 지지될 수 있게 한다.
또한, 상기 기판 수용부(441)의 내측에는 기판(12)의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부재(446)가 제공될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 기판(12)의 비연마면이라 함은, 기판(12)의 연마면의 반대쪽 면을 의미한다. 실질적으로 화학 기계적 연마 공정 중에는 기판(12)의 비연마면(예를 들어, 기판의 상면)이 상측을 바라보도록 배치될 수 있으며, 기판 반전 장치(400)는 기판(12)의 비연마면이 하측을 향하도록 기판을 180도 뒤집어 반전시킬 수 있다.
전술한 기판(12)의 연마면과 달리 기판의 비연마면은 접촉에 의한 영향에 구애받지 않으며, 비연마면 지지부재(446)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 비연마면을 지지 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 바람직하게 상기 비연마면 지지부재(446)는 기판 수용부의 반경 방향을 따라 전술한 연마면 지지부재(444)보다 짧은 길이를 갖도록 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판은 기판 반전 장치(400)의 연마면 지지부재(444) 상에 이전될 수 있다. 이때, 상기 제1그립부재(442a) 및 제2그립부재(442b)가 서로 이격된 상태로 배치된다. 더욱이, 본 발명에 따르면 화학 기계적 연마 공정을 마친 기판(12)은 별도의 거치대를 거치지 않고, 캐리어 헤드(120)로부터 연마면 지지부재(444)의 상부에 직접 이전되는 것이 가능하다.
도 8을 참조하면, 기판이 연마면 지지부재(444)에 이전된 상태에서 제1그립부재(442a) 및 제2그립부재(442b)가 서로 접근되는 방향으로 이동함에 따라, 기판(12)의 연마면 모서리는 연마면 지지부재(444)의 경사안내부(444a)에 형성된 가이드챔퍼부(444b)에 접촉된 상태로 가이드챔퍼부(444b)를 따라 상향 이동할 수 있다. 따라서, 기판(12)의 측면은 제1그립부재(442a) 및 제2그립부재(442b)에 의해 지지됨과 동시에, 기판(12)의 연마면(저면) 및 비연마면(상면)은 연마면 지지부재(444) 및 비연마면 지지부재(446)에 의해 지지될 수 있다.
한편, 전술한 본 발명에 따른 기판 반전 장치(400)는 선택적으로 기판(12)을 반전시키기 위해 다양한 위치에 적용되는 것이 가능하며, 기판 반전 장치(400)의 제공 위치 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는, 기판 반전 장치가 화학 기계적 연마 시스템의 세정 파트 영역 상에 제공되는 것도 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 연마 파트 110 : 연마 정반
120 : 캐리어 헤드 130 : 로딩 유닛
200 : 세정 파트 300 : 이송 파트
400 : 기판 반전 장치 410 : 구동 어셈블리
420 : 가동 어셈블리 430 : 회전 어셈블리
440 : 그립 어셈블리 442 : 측면그립부
444 : 연마면 지지부재 446 : 비연마면 지지부재

Claims (19)

  1. 화학 기계적 연마 공정용 기판 반전 장치에 있어서,
    기판이 언로딩되는 언로딩 위치에 접근 및 이격 가능하게 제공되는 가동 어셈블리와;
    상기 가동 어셈블리에 연결되며, 상기 기판을 그립하는 그립 어셈블리를; 포함하고,
    상기 그립 어셈블리는 선택적으로 상기 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 언로딩위치는 화학 기계적 연마 공정을 마친 상기 기판을 이송하는 캐리어 헤드의 이송 경로 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 언로딩위치에서는 화학 기계적 연마 공정을 수행하기 위한 다른 기판을 로딩 가능한 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가동 어셈블리가 상기 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동하도록 구동력을 제공하는 구동 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가동 어셈블리에 반전(turning) 회전 가능하게 연결되는 회전 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 그립 어셈블리는 상기 회전 어셈블리에 연결되어, 상기 회전 어셈블리에 의해 선택적으로 상기 가동 어셈블리에 대해 반전 회전하는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그립 어셈블리는,
    내측에 기판 수용부가 형성되며, 상기 기판의 측면을 지지하는 측면그립부와;
    상기 기판 수용부의 내측에 제공되며, 상기 기판의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부재를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연마면 지지부재에는 경사안내부가 형성되고,
    상기 경사안내부에는 상기 기판의 연마면 모서리(edge)가 접촉되는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 경사안내부의 선단에는 상기 가이드챔퍼부(guide chamfer portion)가 형성되고, 상기 기판의 연마면 모서리는 상기 가이드챔퍼부를 따라 접촉되는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 측면그립부는,
    제1그립부재와;
    상기 제1그립부재를 마주하며, 상기 제1그립부재에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2그립부재를; 포함하고,
    상기 기판의 연마면이 상기 연마면 지지부재에 지지된 상태에서 상기 제1그립부재 및 상기 제2그립부재는 서로 접근되며 상기 기판의 측면을 지지하는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 기판 수용부의 내측에 제공되며, 상기 기판의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 반전 장치.
  11. 화학 기계적 연마 시스템에 있어서,
    기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와;
    상기 연마 파트의 영역 상에서 기설정된 순환 경로를 따라 상기 기판을 이송하는 캐리어 헤드;
    상기 캐리어 헤드의 상기 순환 경로 상에 제공되는 상기 기판의 언로딩 위치에 접근 및 이격 가능하게 제공되는 가동 어셈블리와;
    상기 가동 어셈블리에 연결되며, 상기 기판을 그립하는 그립 어셈블리를; 포함하고,
    상기 그립 어셈블리는 선택적으로 상기 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 언로딩 위치에서는 화학 기계적 연마 공정을 수행하기 위한 다른 기판을 로딩 가능한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가동 어셈블리가 상기 언로딩 위치에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동하도록 구동력을 제공하는 구동 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 가동 어셈블리에 반전(turning) 회전 가능하게 연결되는 회전 어셈블리를 더 포함하고,
    상기 그립 어셈블리는 상기 회전 어셈블리에 연결되어, 상기 회전 어셈블리에 의해 선택적으로 상기 가동 어셈블리에 대해 반전 회전하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 그립 어셈블리는,
    내측에 기판 수용부가 형성되며, 상기 기판의 측면을 지지하는 측면그립부와;
    상기 기판 수용부의 내측에 제공되며, 상기 기판의 연마면(polishing surface)을 지지하는 연마면 지지부재를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연마면 지지부재에는 경사안내부가 형성되고,
    상기 경사안내부에는 상기 기판의 연마면 모서리(edge)가 접촉되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 경사안내부의 선단에는 상기 가이드챔퍼부(guide chamfer portion)가 형성되고, 상기 기판의 연마면 모서리는 상기 가이드챔퍼부를 따라 접촉되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 측면그립부는,
    제1그립부재와;
    상기 제1그립부재를 마주하며, 상기 제1그립부재에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동 가능하게 제공되는 제2그립부재를; 포함하고,
    상기 기판의 연마면이 상기 연마면 지지부재에 지지된 상태에서 상기 제1그립부재 및 상기 제2그립부재는 서로 접근되며 상기 기판의 측면을 지지하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 기판 수용부의 내측에 제공되며, 상기 기판의 비연마면(non-polishing surface)을 지지하는 비연마면 지지부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템.
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