KR20180075157A - 대면적 기판 연마 장치 - Google Patents

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KR20180075157A
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박성현
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Abstract

분할된 실린더형 연마패드를 구비하는 대면적 기판의 연마를 위한 대면적 기판 연마 장치가 개시된다. 대면적 기판 연마 장치는, 기판의 피연마면이 상부를 향하는 상태로 상기 기판이 안착되고, 수평 방향으로 이동되는 기판 지지부 및 외주면에 연마패드가 구비되어서 상기 기판의 피연마면 상에 접촉되어 회전함에 따라 상기 기판을 연마하고, 복수개의 이루어지는 연마패드를 포함할 수 있다.

Description

대면적 기판 연마 장치{CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS FOR LARGE SUBSTRATE}
본 발명은 실린더 형태의 연마패드를 구비하는 대면적 기판 연마 장치에 관한 것이다.
반도체소자의 제조에는, 연마와 버핑(buffing) 및 세정을 포함하는 CMP(chemical mechanical polishing) 작업이 필요하다. 반도체 소자는, 다층 구조의 형태로 되어 있으며, 기판층에는 확산영역을 갖춘 트랜지스터 소자가 형성된다. 기판층에서, 연결금속선이 패턴화되고 기능성 소자를 형성하는 트랜지스터 소자에 전기 연결된다. 공지된 바와 같이, 패턴화된 전도층은 이산화규소와 같은 절연재로 다른 전도층과 절연된다. 더 많은 금속층과 이에 연관된 절연층이 형성되므로, 절연재를 편평하게 할 필요성이 증가한다. 편평화가 되지 않으면, 표면형태에서의 많은 변동 때문에 추가적인 금속층의 제조가 실질적으로 더욱 어려워진다. 또한, 금속선패턴은 절연재로 형성되어, 금속 기판 연마 작업이 과잉금속물을 제거하게 된다.
기판 연마 장치는 기판의 일면 또는 양면을 연마와 버핑 및 세정하기 위한 구성요소로서, 벨트, 연마패드 또는 브러시를 구비하는 벨트를 구비한다. 슬러리는 기판 연마 작업을 촉진 및 강화시키기 위해 사용된다.
기존의 기판 연마 장치 중 원통형의 연마패드를 이용하는 실린더형 기판 연마 장치가 알려져 있다. 실린더형 기판 연마 장치는 기판이 캐리어에 장착되어서 일 방향으로 이동하고, 원통형 연마패드는 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전함에 따라 기판에 소정의 힘이 가해진 상태로 밀착되어 연마가 수행된다.
한편, 대면적 기판의 연마 시 연마 균일도를 맞추기 위해서는 기판 하부에 여러 영역으로 분할된 가요성 필름을 구비하여 각 영역마다 다른 압력을 인가하여 연마량을 제어하는 방식이 알려져 있다. 그런데, 이와 같이 가요성 필름을 이용하는 경우, 대면적으로 가용성 필름을 구비하는 것이 매우 어려우며, 반대로 연마패드의 뒷면에 가요성 필름으로 제어하는 데에도 한계가 있으므로 새로운 방식의 연마량 제어가 필요하다. 특히, 원통형 패드의 회전과 기판과의 상대 이송속도에 의한 연마 방식에서는 대면적 기판 크기 이상의 길이를 갖는 원통형 연마패드가 필요하다. 그런데, 이러한 원통형 연마패드를 사용하는 경우, 진동에 의해서 원통형 연마패드와 기판 사이의 접촉면적의 변화가 발생하고, 원통형 연마패드의 길이 방향을 따라 압력 밀도가 다르기 때문에 연마 균일도가 현저히 저하될 수 있으며, 원통형 연마패드의 눌림으로 인한 기판 엣지에서의 들뜸이 발생하여 기판을 지지하는 구조물에서 기판이 이탈되어 파손되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면 실린더 형태의 연마패드를 구비하는 대면적 기판 연마 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예들에 따르면, 대면적 기판 연마 장치는, 기판의 피연마면이 상부를 향하는 상태로 상기 기판이 안착되고, 수평 방향으로 이동되는 기판 지지부 및 외주면에 연마패드가 구비되어서 상기 기판의 피연마면 상에 접촉되어 회전함에 따라 상기 기판을 연마하고, 복수개로 이루어지는 연마패드를 포함할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마패드는 실린더 형태의 연마 실린더로 이루어지고, 상기 연마 실린더는 복수개의 분할 실린더로 이루어질 수 있다. 상기 연마 실린더는 회전축이 상기 기판의 이동 방향에 대해서 수직으로 교차하는 방향을 따라 배치되고, 상기 분할 실린더는 상기 회전축을 따라 복수개로 분할될 수 있다. 상기 분할 실린더는 회전축이 동일 선 상에 위치하도록 배치될 수 있다. 또한, 상기 분할 실린더는 상기 기판의 이동 방향에 대해서 적어도 2열 이상으로 배치될 수 있다. 상기 분할 실린더는 회전축 방향으로 서로 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 실린더는 상기 분할 실린더가 2열로 배치되고, 상기 2열의 분할 실린더가 상기 기판의 이동 방향을 따라 서로 겹치지 않도록 배치될 수 있다. 그리고 상기 분할 실린더는, 제1 열의 분할 실린더와 제2 열의 분할 실린더가 서로 밀착되도록 배치될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마 실린더는 상기 기판의 중앙과 가장자리에 다른 크기를 갖는 분할 실린더가 배치될 수 있다. 또한, 상기 분할 실린더는, 지름이 동일하고 회전축 방향의 길이가 다르게 형성될 수 있다. 상기 분할 실린더는 상기 기판의 중앙과 가장자리에서 서로 다른 크기의 압력을 가하도록 구성될 수 있다. 상기 분할 실린더는 상기 기판의 중앙보다 가장자리에서 더 큰 압력이 가해지도록 구성될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 분할 실린더는 서로 동일한 속도로 회전하고, 상기 기판의 중앙과 가장자리에서 서로 다른 압력이 가해질 수 있다. 또는, 상기 분할 실린더는 상기 기판의 중앙과 가장자리에서 서로 다른 속도로 회전하고, 상기 기판의 중앙과 가장자리에서 서로 다른 압력이 가해질 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 기판 지지부는 비가요성 재질로 형성될 수 있다. 상기 기판 지지부는 표면 경도가 높은 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예는 아래의 효과 중 하나 이상을 가질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 복수 개로 분할된 연마 실린더를 이용함으로써, 기판의 위치에 따라 가해지는 압력의 크기를 조절하여 기판 전면에 대해서 연마량을 균일하게 제어하고 연마 균일도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한, 대면적 기판의 연마 시 연마 균일도를 향상시키고, 연마 효율을 향상시키며, 기판의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대면적 기판 연마 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 대면적 기판 연마 장치의 정면도이다.
도 3은 도 1의 대면적 기판 연마 장치에서 연마 실린더의 사시도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 대면적 기판 연마 장치(10)에 대해서 상세하게 설명한다.
참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대면적 기판 연마 장치(10)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 대면적 기판 연마 장치(10)의 정면도이고, 도 3은 도 1의 대면적 기판 연마 장치(10)에서 연마 실린더(12)의 사시도이다.
이하의 설명에서 설명의 편의를 위해 기판(1)의 이동 방향을 기준으로 하여, '전후' 방향을 정의한다. 즉, 기판(1)이 이동하는 방향에 대해서 선단을 '전(前)' 방향이라 하고, 후단을 '후(後)' 방향이라 한다. 또한, 기판(1)의 이동 방향에 대해서 수직으로 교차하는 방향을 연마 실린더(12)의 '길이 방향'이라 한다.
대면적 기판 연마 장치(10)는 기판(1)을 이송하는 기판 지지부(11)와 기판(1)의 피연마면에 접촉되어 기판(1)을 연마하는 연마 실린더(12)를 포함하여 구성된다.
기판(1)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치(flat panel display device, FPD)용 글라스를 포함하는 투명 기판이고, 사각형일 수 있다. 그러나 본 발명의 기판(1)이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 장치(semiconductor device) 제조용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 또한, 기판(1)의 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
기판 지지부(11)는 기판(1)의 피연마면이 상부를 향하도록 기판(1)이 안착된 상태에서 수평으로 직선 이동함에 따라 기판(1)을 이송한다. 또한, 기판 지지부(11)는 기판(1)의 피연마면 상부에서 연마 실린더(12)가 접촉되도록 연마 실린더(12)의 하부로 기판(1)을 이송한다.
기판 지지부(11)는 기판(1)의 뒷면에 손상이 발생하지 않도록 비가요성의 딱딱한 재질로 형성되며, 표면 경도가 높은 재질로 형성된다. 기판 지지부(11)는 표면이 기판(1)에 손상을 주지 않는 정도의 경도/강도를 갖는 재질로 형성되며, 고체로 형성된다. 그리고 이와 같이 기판 지지부(11)를 높은 경도/강도를 갖는 재질로 형성함으로써, 기판(1)의 연마 시 발생하는 진동에 매우 강하며, 진동에 의한 상하 변위가 발생하지 않아서 기판(1)의 파손 및 연마 불량을 방지할 수 있다
연마 실린더(12)는 외주면에 기판(1)의 연마를 위한 연마패드(120)가 구비되고, 소정 직경을 갖는 원통 형태를 갖는다. 또한, 연마 실린더(12)는 기판(1)의 피연마면에 접촉되어서 회전하도록 구비되며, 회전축에 연마 실린더(12)의 회전을 위한 구동수단(미도시)이 구비된다. 또한, 연마 실린더(12)는 그 회전축이 기판(1)의 이동 방향에 대해서 수직으로 교차하도록 배치된다.
연마 실린더(12)가 회전함에 따라 기판(1)과 연마 실린더(12)는 선접촉하면서 연마 실린더(12)와 기판(1)이 접촉되는 부분에서의 상대속도 차에 의해서 연마가 수행된다. 여기서, 연마 실린더(12)는 기판(1)의 피연마면과 접촉되는 부분에서의 회전 방향이 기판(1)의 이동 방향과 동일 방향으로 회전하게 된다. 즉, 연마 실린더(12)는 도 1에서 반시계 방향으로 회전하게 된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 연마 실린더(12)는 기판(1)과 접촉되는 부분에서의 회전 방향이 기판(1)의 이동 방향과 반대 방향(즉, 도 1에서는 시계 방향)으로 회전하도록 구성하는 것도 가능하다.
한편, 기판(1)의 면적이 크면 연마 실린더(12)의 길이가 길어지기 때문에 기판(1)의 전면에 대해서 동일한 압력으로 접촉될 수 없다. 즉, 기판(1)의 중앙 부분과 가장자리 부분에서, 연마 실린더(12)와 기판(1)의 접촉 면적 또는 압력 밀도가 서로 다르고, 그로 인해 기판(1)의 연마율이 달라지게 된다. 이는, 연마 실린더(12)가 기판(1)의 피연마면에 소정 크기의 압력으로 가압 접촉되는데, 연마 실린더(12)의 길이가 길기 때문에, 연마 실린더(12)의 중앙과 양단부에서의 압력이 달라지게 된다. 예를 들어, 연마 실린더(12)의 중앙을 가압하면 양단부에서는 들뜸이 발생하게 되고, 반대로, 양단부에 큰 압력을 가하면 중앙에서 들뜸이 발생할 수 있다.
본 실시 예에서는 연마 실린더(12)는 기판(1)의 폭 방향에 대해서 복수 개로 분할된 분할 실린더(121, 122)로 구성된다.
또한, 연마 실린더(12)는 기판(1)의 길이 방향을 따라 2열로 분할 실린더(121, 122)가 배치되어 구성된다. 또한, 연마 실린더(12)는 2열의 분할 실린더(121, 122)가 기판(1)의 이동 방향을 따라 서로 겹치지 않도록 배치된다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 연마 실린더(12)를 정면에서 보았을 때 2열의 분할 실린더(121, 122)는 서로의 간격 사이에 배치되어서 겹쳐지지 않는 크기로 형성된다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 연마 실린더(12)는 2열 이상의 복수의 분할 실린더(121, 122)가 배치되는 것도 가능하다. 그리고 2열 이상의 분할 실린더(121, 122)로 구성되는 경우에도, 기판(1)의 이동 방향의 정면에서 보았을 때, 서로 이웃하는 열 사이의 분할 실린더는 서로 겹치지 않도록 배치된다.
연마 실린더(12)를 복수의 분할 실린더(121, 122)로 구성함으로써 기판(1)에 서로 다른 크기의 압력을 가하도록 하여, 기판(1) 전면에 균일한 압력이 가해지도록 하고, 연마율 및 연마 품질을 향상시킬 수 있다.
분할 실린더(121, 122)는 기판(1)의 위치에 따라 서로 다른 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 분할 실린더(121, 122)는 기판(1)의 중앙에 가장자리에 비해 길이가 긴 분할 실린더(121, 122)가 배치될 수 있다. 또한, 분할 실린더(121, 122)는 기판(1)의 중심선(기판(1)의 이동 방향에 평행한 중심선)을 기준으로 하여 양측에 대칭되도록 배치될 수 있다.
또한, 분할 실린더(121, 122)는 기판(1) 전면에 균일하게 연마가 수행될 수 있도록, 분할 실린더(121, 122)의 회전 속도를 서로 다르게 회전시킬 수 있다. 예를 들어, 분할 실린더(121, 122)는 기판(1)의 가장자리가 들뜨는 것을 방지하기 위해서, 기판(1)의 가장자리 쪽의 분할 실린더(121, 122)에 더 큰 크기의 압력이 가해지도록 구성될 수 있다
또한, 분할 실린더(121, 122)는 기판(1)에 가하는 압력의 크기가 서로 다르게 가해지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 분할 실린더(121, 122)는 기판(1)의 중앙에 비해 가장자리 쪽의 분할 실린더(121, 122)가 더 빠른 속도록 회전하도록 구성될 수 있다.
그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 분할 실린더(121, 122)의 크기와, 회전 속도 및 가하는 압력은 기판(1)의 연마율 및 연마속도에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
본 실시 예들에 따르며, 연마 실린더(12)를 복수 개의 분할 실린더(121, 122)로 분할하고 각 분할 실린더(121, 122)의 회전 속도와 기판(1)에 가하는 압력의 크기를 조절함으로써 기판(1) 전면에 대해서 연마량을 균일하게 제어하고, 연마 균일도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 또한, 대면적 기판(1)의 연마 시 연마 균일도를 향상시키고, 연마 효율을 향상시키며, 기판(1)의 손상을 방지할 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1: 기판
10: 대면적 기판 연마 장치
11: 기판 지지부
12: 연마 실린더
120: 연마패드
121, 122: 분할 실린더

Claims (16)

  1. 기판의 피연마면이 상부를 향하는 상태로 상기 기판이 안착되고, 수평 방향으로 이동되는 기판 지지부; 및
    외주면에 연마패드가 구비되어서 상기 기판의 피연마면 상에 접촉되어 회전함에 따라 상기 기판을 연마하고, 복수개로 이루어지는 연마패드;
    를 포함하는 대면적 기판 연마 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연마패드는 실린더 형태의 연마 실린더로 이루어지고, 상기 연마 실린더는 복수개의 분할 실린더로 이루어지는 대면적 기판 연마 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연마 실린더는 회전축이 상기 기판의 이동 방향에 대해서 수직으로 교차하는 방향을 따라 배치되고,
    상기 분할 실린더는 상기 회전축을 따라 복수개로 분할되는 대면적 기판 연마 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 분할 실린더는 회전축이 동일 선 상에 위치하도록 배치되는 대면적 기판 연마 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 분할 실린더는 상기 기판의 이동 방향에 대해서 적어도 2열 이상으로 배치되는 대면적 기판 연마 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분할 실린더는 회전축 방향으로 서로 일정 간격 이격되어 배치되는 대면적 기판 연마 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연마 실린더는 상기 분할 실린더가 2열로 배치되고,
    상기 2열의 분할 실린더가 상기 기판의 이동 방향을 따라 서로 겹치지 않도록 배치되는 대면적 기판 연마 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분할 실린더는, 제1 열의 분할 실린더와 제2 열의 분할 실린더가 서로 밀착되도록 배치되는 대면적 기판 연마 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 연마 실린더는 상기 기판의 중앙과 가장자리에 다른 크기를 갖는 분할 실린더가 배치되는 대면적 기판 연마 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분할 실린더는, 지름이 동일하고 회전축 방향의 길이가 다르게 형성되는 대면적 기판 연마 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 분할 실린더는 상기 기판의 중앙과 가장자리에서 서로 다른 크기의 압력을 가하도록 구성되는 대면적 기판 연마 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 분할 실린더는 상기 기판의 중앙보다 가장자리에서 더 큰 압력이 가해지도록 구성되는 대면적 기판 연마 장치.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 분할 실린더는 서로 동일한 속도로 회전하고, 상기 기판의 중앙과 가장자리에서 서로 다른 압력이 가해지는 대면적 기판 연마 장치.
  14. 제3항에 있어서,
    상기 분할 실린더는 상기 기판의 중앙과 가장자리에서 서로 다른 속도로 회전하고, 상기 기판의 중앙과 가장자리에서 서로 다른 압력이 가해지는 대면적 기판 연마 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 비가요성 재질로 형성되는 대면적 기판 연마 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 기판 지지부는 표면 경도가 높은 재질로 형성되는 대면적 기판 연마 장치.
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