KR20180083097A - 기판 처리 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 연마 벨트에 의해 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치의 제어방법은, 연마 벨트에 미리 정해진 가압력을 인가하여 기판의 표면을 초기 연마하는 초기연마단계와, 초기 연마가 행해진 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정단계와, 두께측정단계에서 측정된 기판의 두께 분포에 따라 연마 벨트의 영역별로 서로 다른 가압력을 인가하여 기판의 표면을 재연마하는 재연마단계를 포함하는 것에 의하여, 대면적 기판의 두께 편차를 저감시킬 수 있으며, 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 그 제어방법{SUBSTRATE PROCESING APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 기판 처리 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 대면적 기판의 연마 두께를 정확하게 제어하고, 연마 효율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시장치인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박형 평판표시장치(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.
이러한 평판표시장치 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시장치(Liquid Crystal Display Device; LCD)가 가장 주목받는 디스플레이 장치였지만, 액정표시장치는 발광소자가 아니라 수광소자이며, 밝기, 명암비(contrast ratio) 및 시야각 등에 단점이 있기 때문에, 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 디스플레이 장치에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다. 이중, 최근에 각광받고 있는 차세대 디스플레이 중 하나로서는, 유기발광 디스플레이(OLED: Organic Light Emitting Display)가 있다.
일반적으로 디스플레이 장치에서는 강도 및 투과성이 우수한 유리 기판이 사용되고 있는데, 최근 디스플레이 장치는 슬림화 및 고화소(high-pixel)를 지향하기 때문에, 이에 상응하는 유리 기판이 준비될 수 있어야 한다.
특히, 유리 기판은 점차 대형화되는 추세이며, 이러한 유리 기판의 투과율을 균일화하면서 불필요한 부분을 연마하는 공정은 투과율 자체가 제품의 완성도를 좌우하는 만큼, 매우 중요한 공정으로 안정적인 연마신뢰도를 필요로 한다.
보다 구체적으로 디스플레이 장치의 크기가 커지고 화소수가 높아질수록 유리 기판의 평탄도(표면 균일도)가 낮으면, 유리 기판의 표면 두께 편차에 의한 투과율 편차에 의해 영상이 왜곡되고 화질이 저하되기 때문에, 유리 기판은 높은 표면 균일도를 갖도록 연마 처리될 수 있어야 한다.
기존에 알려진 유리 기판의 연마 방식에는, 유리 기판을 기계적으로 연마하는 방식과, 유리 기판 전체를 연마 용액에 침지시켜 연마하는 방식이 있다. 그러나, 유리 기판을 기계적으로만 연마하거나, 연마 용액에 침지시켜 연마하는 방식은 연마 정밀도가 낮고 생산효율이 낮은 문제점이 있다.
한편, 기판의 표면을 정밀하게 연마할 수 있는 방식 중 하나로서, 기계적인 연마와 화학적인 연마가 병행되는 화학 기계적 연마(CMP) 방식이 있다. 화학 기계적 연마는, 기판을 연마패드에 회전 접촉시켜 연마시킴과 동시에 화학적 연마를 위한 슬러리가 함께 공급되는 방식이다.
그러나, 대면적 유리 기판(예를 들어, 1500㎜*1850㎜의 6세대 기판)은 매우 큰 사이즈를 갖는 반면, 기존 화학 기계적 연마 방식은 연마가 이루어지는 동안 필연적으로 기판이 회전되어야 하기 때문에, 대면적 유리 기판의 정밀 연마 방식으로서 기존의 화학 기계적 연마 방식을 적용하기 매우 어려운 문제점이 있다.
다시 말해서, 대면적 유리 기판에 대해 화학 기계적 연마를 수행하기 위해서는, 필연적으로 대면적 유리 기판을 회전시켜야 하는데, 대면적 유리 기판은 큰 사이즈로 인해 회전시키기가 매우 어려울 뿐만 아니라, 회전시 배치 상태를 안정적으로 유지하기 어렵고, 매우 큰 회전 장비 및 공간이 필요하기 때문에, 기존 화학 기계적 연마 방식으로는 대면적 유리 기판을 정밀 연마하기 어려운 문제점이 있다.
이를 위해, 최근에는 대면적 기판(일측변의 길이가 1m 이상인 기판)의 연마 균일도를 높이고 연마 효율을 향상시키기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 대면적 기판의 연마 균일도를 높일 수 있으며, 수율을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 기판의 두께 분포 편차에 따라 연마 벨트의 영역별로 서로 다른 가압력을 인가하여 기판의 연마량을 영역별로 서로 다르게 조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 두께 편차를 균일하게 제어하고, 연마 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연마 제어에 필요한 응답속도를 단축하고, 대면적 기판에 가해지는 가압력을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 대면적 유리 기판의 표면 균일도를 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따르면, 연마 벨트에 의해 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치의 제어방법은, 연마 벨트에 미리 정해진 가압력을 인가하여 기판의 표면을 초기 연마하는 초기연마단계와, 상기 초기 연마가 행해진 상기 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정단계와, 상기 기판의 두께 분포에 따라 상기 연마 벨트의 영역별로 서로 다른 가압력을 인가하여 상기 기판의 표면을 재연마하는 재연마단계를 포함한다.
이는, 대면적 기판의 연마 균일도를 높이기 위하여, 기계적인 연마, 또는 기계적인 연마와 화학적인 연마가 병행되는 화학 기계적 연마 공정으로 대면적 기판(일측변의 길이가 1m 이상인 기판)의 연마를 정밀하게 수행하기 위함이다.
특히, 기판의 두께 분포 편차에 따라 연마 벨트의 영역별로 서로 다른 가압력이 인가되는 상태에서 기판의 재연마가 행해지도록 하는 것에 의하여, 기판의 두께 편차를 균일하게 제어하고, 기판의 두께 분포를 2차원 판면에 대하여 균일하게 조절하여 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기판이 최초 형성될 당시에 두께 분포가 균일하지 않거나, 연마 공정의 변수가 잘못 제어되면, 기판의 두께 편차가 발생하는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명은 기판의 두께 분포 편차에 따라 연마 벨트의 각 표면영역 별로 서로 다른 가압력이 인가되며 기판의 재연마가 행해지도록 하는 것에 의하여, 각 표면영역에 의한 연마량을 서로 다르게 조절할 수 있으므로, 기판의 두께 편차를 제거하여 기판의 두께 프로파일을 전체적으로 균일하게 조절할 수 있으며, 기판의 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 기판을 가압하는 연마 벨트의 표면은 복수개의 표면영역으로 분할되고, 재연마단계에서 복수개의 표면영역에는 서로 다른 가압력이 독립적으로 인가된다.
바람직하게, 연마 벨트의 표면영역은 연마 벨트의 길이 방향 및 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 분할될 수 있으며, 표면영역의 갯수 및 사이즈에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는 연마 벨트의 표면영역이 원형 또는 타원과 같은 곡선 형태나 여타 다른 기하학적 형태로 분할되는 것이 가능하다.
연마 벨트의 내부에는 복수개의 표면영역에 대응되게 복수개의 가압부가 독립적으로 구비되고, 재연마단계는, 가압부가 연마 벨트의 내표면을 비접촉 상태로 가압하여 행해진다.
바람직하게, 가압부는 전자기력을 이용하여 비접촉 방식으로 기판에 대한 연마 벨트의 가압력을 형성한다. 이는, 기판에 대한 연마 벨트의 가압력이 균일하게 유지되도록 하여 기판의 표면 균일도(연마 균일도)를 향상시키고, 기판의 연마 제어에 필요한 응답속도를 단축하기 위함이다.
즉, 기판에 대한 연마 벨트의 가압력을 조절하는 방법에는, 연마 벨트의 내면을 가압체로 직접 가압하거나, 연마 벨트의 내면에 유체(예를 들어, 공기 또는 물)를 분사하는 방법이 있다.
그런데, 연마 벨트의 내면을 가압체로 직접 가압하는 방식에서는, 연마 벨트의 내면에 가압체가 직접 접촉됨에 따라 연마 벨트의 내면에 마모 및 손상이 발생되는 문제점이 있고, 가압체의 가압 압력을 조절하기 위해서는 가압체의 가압력을 기구적으로 조절해야 하기 때문에, 가압력 제어에 따른 응답속도가 늦을 뿐만 아니라 가압력을 미세하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 연마 벨트의 내면에 유체를 분사하는 방식에서는, 연마 벨트의 양 측면 가장자리부가 외부로 개방됨에 따라, 연마 벨트의 가장자리부에서 분사된 유체 중 일부가 연마 벨트의 가장자리부에서 외부로 빠져나가게 되는 현상이 발생되고, 이에 따라 연마 벨트의 가장자리부에서의 가압력을 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있다. 더욱이, 유체를 이용한 가압 방식에서는, 유체의 공급량을 제어하는 펌프의 맥동 현상에 의해 유체에 의한 가압력을 일정하게 유지하기 어렵고, 유체에 의한 가압 압력을 조절하기 위해서는 유체의 공급량을 기구적으로 조절해야 하기 때문에, 응답속도가 늦고, 가압력을 미세하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명은 전자기력을 이용한 가압부에 의해 기판에 대한 연마 벨트의 가압력이 형성되도록 하는 것에 의하여, 연마 벨트의 중앙부 뿐만 아니라 가장자리부에서도 가압력을 균일하게 유지시킬 수 있으며, 궁극적으로 대면적 유리 기판의 표면 균일도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전자기력을 제어하여 연마 벨트의 가압력을 조절하는 것에 의하여, 연마 제어에 필요한 응답속도를 단축하고, 미세한 조절을 가능하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
기판의 연마 단계(초기연마단계와 재연마단계)에서 연마 벨트의 이동 경로는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 연마 벨트는 정해진 경로를 따라 순환 회전하며 기판을 연마한다. 다른 일 예로, 연마 벨트는 일 방향에서 다른 일 방향으로 권취되며 기판을 연마한다.
아울러, 기판의 연마 단계(초기연마단계와 재연마단계)는, 스테이지는 위치가 고정되고, 연마 벨트가 스테이지에 대해 수평 이동하는 것에 의해 행해질 수 있다. 경우에 따라서는 연마 벨트의 위치가 고정되고, 스테이지가 연마 벨트에 대해 수평 이동하는 것에 의해 기판의 연마 공정이 행해지도록 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 바람직한 제2실시예에 따르면, 연마 벨트에 의해 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치의 제어방법은, 연마 벨트의 영역별로 연마 벨트가 기판을 가압하는 가압력을 독립적으로 인가하여 기판의 표면을 연마하는 연마단계와, 기판에 대한 연마가 행해지는 동안 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정단계와, 기판에 대한 연마가 행해지는 동안 기판의 두께 분포에 따라 연마 벨트의 영역별로 인가되는 가압력을 서로 다르게 조절하는 가압력 조절단계를 포함한다.
이와 같이, 기판의 두께 분포 편차별로 연마 벨트의 영역별로 서로 다른 가압력이 인가되도록 하는 것에 의하여, 기판의 두께 편차를 균일하게 제어하고, 기판의 두께 분포를 2차원 판면에 대하여 균일하게 조절하여 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 연마 공정 중에 기판의 두께 분포에 따라 실시간으로 연마 벨트에 의한 가압력이 연마 벨트의 영역별로 조절되도록 하는 것에 의하여, 기판의 두께 편차를 제거할 수 있으며, 기판의 연마량을 전체적으로 균일하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 다른 분야에 따르면, 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치는, 기판의 표면을 연마하는 연마 벨트와, 연마 벨트의 영역별로 연마 벨트가 기판을 가압하는 가압력을 독립적으로 인가하는 가압유닛과, 초기 연마가 행해진 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정부와, 초기 연마가 완료된 이후에, 기판에 대한 재연마가 행해지는 동안 기판의 두께 분포에 따라 가압유닛이 연마 벨트의 영역별로 인가하는 가압력을 서로 다르게 제어하는 제어부를 포함한다.
이와 같이, 기판의 두께 분포 편차에 따라 연마 벨트의 영역별로 서로 다른 가압력이 인가되는 상태에서 기판의 재연마가 행해지도록 하는 것에 의하여, 기판의 두께 편차를 균일하게 제어하고, 기판의 두께 분포를 2차원 판면에 대하여 균일하게 조절하여 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 기판을 가압하는 연마 벨트의 표면은 복수개의 표면영역으로 분할되고, 기판에 대한 재연마가 행해지는 동안, 제어부는 복수개의 표면영역에 서로 다른 가압력이 독립적으로 인가되도록 제어한다.
아울러, 기판에 대해 초기 연마가 행해지는 동안, 가압유닛은 복수개의 표면영역에 서로 동일한 가압력을 인가한다.
바람직하게, 두께측정부는, 기판에 대해 연마 벨트가 상대 이동하며 초기 연마가 행해지는 동안 기판의 두께 분포를 측정한다. 보다 구체적으로, 두께측정부는 기판에 대한 연마 벨트의 연마 진행 방향을 따라 연마 벨트의 후방에 배치되고, 연마 벨트와 함께 기판에 대해 상대 이동하며 기판의 두께 분포를 측정한다.
이와 같이, 초기 연마가 행해지는 도중에 기판의 두께 분포 측정이 함께 행해지도록 하는 것에 의하여, 기판의 두께 분포를 측정하기 위한 구조를 간소화하고, 기판의 두께 분포 측정에 필요한 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 초기 연마가 완료(기판에 대한 연마 벨트의 상대 이동이 정지)된 후, 기판의 두께 분포 측정을 행하는 것도 가능하다. 하지만, 초기 연마가 완료된 후에 기판의 두께 분포를 측정하기 위해서는, 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정부를 기판에 대해 개별적으로 이동시켜 기판의 두께 분포를 측정해야 하기 때문에, 두께측정부를 이동시키기 위한 이동 장비가 별도로 마련되어야 하고, 두께측정부의 이동 시간이 별도로 소요되기 때문에, 전체적인 공정 효율이 저하되는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 기판에 대한 초기 연마가 행해짐과 동시에, 이미 연마가 이루어진 기판 영역(초기 연마가 이루어진 영역)에서 두께 측정이 행해지도록 하는 것에 의하여, 기판의 두께 분포 측정에 필요한 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 분야에 따르면, 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치는, 기판의 표면을 연마하는 연마 벨트와, 연마 벨트의 영역별로 연마 벨트가 기판을 가압하는 가압력을 독립적으로 인가하는 가압유닛과, 기판에 대한 연마가 행해지는 동안 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정부와, 기판에 대한 연마가 행해지는 동안 기판의 두께 분포에 따라 가압유닛이 연마 벨트의 영역별로 인가하는 가압력을 서로 다르게 제어하는 제어부를 포함한다.
이와 같이, 기판의 두께 분포 편차별로 연마 벨트의 영역별로 서로 다른 가압력이 인가되도록 하는 것에 의하여, 기판의 두께 편차를 균일하게 제어하고, 기판의 두께 분포를 2차원 판면에 대하여 균일하게 조절하여 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 제어부가 기판에 대한 연마가 행해지는 동안 기판의 두께 분포를 실시간으로 반영하여 가압유닛에 의한 가압력을 실시간으로 제어하는 것에 의하여, 기판의 두께 편차를 제거할 수 있으며, 기판의 연마량을 전체적으로 균일하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이때, 두께측정부는 연마 벨트와 함께 기판에 대해 상대 이동하며 기판의 두께 분포를 측정할 수 있다. 다르게는, 두께측정부는 기판의 하부에서 복수의 지점에 고정 장착되어 기판의 두께 분포를 측정할 수 있다.
참고로, 본 발명에 기판이라 함은, 적어도 일측변의 길이가 1m 보다 큰 사각형 기판으로 형성된다. 일 예로, 화학 기계적 연마 공정이 수행되는 피처리 기판으로서, 1500㎜*1850㎜의 사이즈를 갖는 6세대 유리 기판이 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 대면적 기판의 연마 두께를 정확하게 제어하고, 연마 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 기판의 두께 분포 편차에 따라 연마 벨트의 영역별로 서로 다른 가압력이 인가되는 상태에서 기판의 재연마가 행해지도록 하는 것에 의하여, 기판의 두께 편차를 균일하게 제어하고, 기판의 두께 분포를 2차원 판면에 대하여 균일하게 조절하여 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기판이 최초 형성될 당시에 두께 분포가 균일하지 않거나, 연마 공정의 변수가 잘못 제어되면, 기판의 두께 편차가 발생하는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명은 기판의 두께 분포 편차에 따라 연마 벨트의 각 표면영역 별로 서로 다른 가압력이 인가되며 기판의 재연마가 행해지도록 하는 것에 의하여, 각 표면영역에 의한 연마량을 서로 다르게 조절할 수 있으므로, 기판의 두께 편차를 제거하여 기판의 두께 프로파일을 전체적으로 균일하게 조절할 수 있으며, 기판의 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 연마 공정 중에 기판의 두께 분포에 따라 실시간으로 연마 벨트에 의한 가압력이 연마 벨트의 영역별로 조절되도록 하는 것에 의하여, 기판의 두께 편차를 제거할 수 있으며, 기판의 연마량을 전체적으로 균일하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판에 대한 연마 벨트의 가압력이 균일하게 유지되도록 하여 기판의 표면 균일도(연마 균일도)를 향상시키고, 연마 제어에 필요한 응답속도를 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기판에 대한 연마 벨트의 가압력을 조절하는 방법에는, 연마 벨트의 내면을 가압체로 직접 가압하거나, 연마 벨트의 내면에 유체(예를 들어, 공기 또는 물)를 분사하는 방법이 있다. 그런데, 연마 벨트의 내면을 가압체로 직접 가압하는 방식에서는, 연마 벨트의 내면에 가압체가 직접 접촉됨에 따라 연마 벨트의 내면에 마모 및 손상이 발생되는 문제점이 있고, 가압체의 가압 압력을 조절하기 위해서는 가압체의 가압력을 기구적으로 조절해야 하기 때문에, 가압력 제어에 따른 응답속도가 늦을 뿐만 아니라 가압력을 미세하게 조절하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 연마 벨트의 내면에 유체를 분사하는 방식에서는, 연마 벨트의 양 측면 가장자리부가 외부로 개방됨에 따라, 연마 벨트의 가장자리부에서 분사된 유체 중 일부가 연마 벨트의 가장자리부에서 외부로 빠져나가게 되는 현상이 발생되고, 이에 따라 연마 벨트의 가장자리부에서의 가압력을 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있다. 더욱이, 유체를 이용한 가압 방식에서는, 유체의 공급량을 제어하는 펌프의 맥동 현상에 의해 유체에 의한 가압력을 일정하게 유지하기 어렵고, 유체에 의한 가압 압력을 조절하기 위해서는 유체의 공급량을 기구적으로 조절해야 하기 때문에, 응답속도가 늦고, 가압력을 미세하게 조절하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 전자기력을 이용한 가압유닛에 의해 비접촉 방식으로 기판에 대한 연마 벨트의 가압력이 형성되도록 하는 것에 의하여, 연마 벨트의 중앙부 뿐만 아니라 가장자리부에서도 가압력을 균일하게 유지시킬 수 있으며, 궁극적으로 대면적 유리 기판의 표면 균일도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 전자기력을 제어하여 연마 벨트의 가압력을 조절하는 것에 의하여, 연마 제어에 필요한 응답속도를 단축하고, 미세한 조절을 가능하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 기판 처리 장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 구성을 도시한 도면,
도 3은 도 2의 가압유닛을 설명하기 위한 절단사시도,
도 4는 도 2의 가압유닛 및 두께측정부를 설명하기 위한 측면도,
도 5는 도 2의 가압유닛 및 두께측정부를 설명하기 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 벨트에 의한 초기 연마 공정을 설명하기 위한 평면도,
도 7은 도 6의 초기 연마시 기판에 인가되는 가압력을 설명하기 위한 도면,
도 8은 도 6의 초기 연마가 행해진 의한 기판의 두께 분포를 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 벨트에 의한 재연마 공정을 설명하기 위한 평면도,
도 10은 도 9의 재연마시 기판에 인가되는 가압력을 설명하기 위한 도면,
도 11은 재연마가 행해진 기판의 두께 분포를 도시한 도면,
도 12 및 도 13은 도 2의 가압유닛 및 가압유닛에 의한 가압력 형성 과정을 설명하기 위한 도면,
도 14는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 가압유닛의 변형예를 설명하기 위한 도면,
도 15는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 가압유닛의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면,
도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 벨트의 다른 이동 경로를 설명하기 위한 도면,
도 18은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 컨디셔너 및 벨트지지부를 설명하기 위한 도면,
도 19는 도 18의 벨트지지부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 처리 장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도,
도 21 및 도 22는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 두께측정부의 변형예를 각각 설명하기 위한 도면,
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 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도이다. 또한, 도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치의 구성을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 가압유닛을 설명하기 위한 절단사시도이며, 도 4는 도 2의 가압유닛 및 두께측정부를 설명하기 위한 측면도이고, 도 5는 도 2의 가압유닛 및 두께측정부를 설명하기 평면도이다. 그리고, 도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 벨트에 의한 초기 연마 공정을 설명하기 위한 평면도이고, 도 7은 도 6의 초기 연마시 기판에 인가되는 가압력을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 6의 초기 연마가 행해진 의한 기판의 두께 분포를 도시한 도면이다. 또한, 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 벨트에 의한 재연마 공정을 설명하기 위한 평면도이고, 도 10은 도 9의 재연마시 기판에 인가되는 가압력을 설명하기 위한 도면이며, 도 11은 재연마가 행해진 기판의 두께 분포를 도시한 도면이다. 한편, 도 12 및 도 13은 도 2의 가압유닛 및 가압유닛에 의한 가압력 형성 과정을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 14는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 가압유닛의 변형예를 설명하기 위한 도면이고, 도 15는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 가압유닛의 다른 변형예를 설명하기 위한 도면이며, 도 16 및 도 17은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 벨트의 다른 이동 경로를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 17을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(1)는, 기판(10)의 표면을 연마하는 연마 벨트(120)와, 연마 벨트(120)의 영역별로 연마 벨트(120)가 기판(10)을 가압하는 가압력을 독립적으로 인가하는 가압유닛(140)을 포함한다.
기판(10)에 대한 기계적 연마 공정 또는 화학 기계적 연마(CMP) 공정은 연마 벨트(120)에 의해 행해지며, 연마 벨트(120)가 기판(10)의 표면에 접촉하는 동안 연마 벨트(120)와 기판(10) 중 적어도 어느 하나에는 화학적 연마를 위한 슬러리가 공급된다.
참고로, 본 발명에 기판(10)이라 함은, 적어도 일측변의 길이가 1m 보다 큰 사각형 기판(10)으로 형성된다. 일 예로, 화학 기계적 연마 공정이 수행되는 피처리 기판(10)으로서, 1500㎜*1850㎜의 사이즈를 갖는 6세대 유리 기판(10)이 피처리 기판(10)으로 사용된다. 경우에 따라서는 7세대 및 8세대 유리 기판이 피처리 기판(10)으로 사용되는 것도 가능하다.
기판(10)은 스테이지(20)의 상면에 거치된다. 일 예로, 스테이지(20)에는 대략 사각 형태로 형성될 수 있으며, 스테이지(20)의 형상 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 아울러, 스테이지(20)에는 기판(10)의 이탈을 방지하기 위해 흡착수단, 이탈구속부재(예를 들어, 리테이너링) 등이 마련될 수 있으며, 스테이지(20)의 구조 및 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
연마 벨트(120)는 롤러 유닛(110)에 의해 정해지는 경로를 따라 이동하며 기판(10)의 표면을 선형 연마(평탄화)하도록 마련된다. 일 예로, 연마 벨트(120)는 무한 루프 방식으로 순환 회전하며 기판(10)의 표면을 선형 연마(평탄화)하도록 마련될 수 있다.
연마 벨트(120)는 축 방향(롤러의 회전축 방향)을 따른 길이가 기판(10)의 폭(연마 벨트(120)의 축선 방향을 따른 폭)에 대응하는 길이로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 연마 벨트의 축 방향 길이가 기판의 폭보다 크거나 작게 형성되는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 순환 회전하는 연마 벨트(120)는 상부 연마 표면 및 하부 연마 표면을 가지며, 기판(10)은 상부 연마 표면 또는 하부 연마 표면에 의해 연마된다.
연마 벨트(120)는 기판(10)에 대한 기계적 연마에 적합한 재질로 형성된다. 예를 들어, 연마 벨트(120)는 폴리우레탄, 폴리유레아(polyurea), 폴리에스테르, 폴리에테르, 에폭시, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 플루오르중합체, 비닐 중합체, 아크릴 및 메타아크릴릭 중합체, 실리콘, 라텍스, 질화 고무, 이소프렌 고무, 부타디엔 고무, 및 스티렌, 부타디엔 및 아크릴로니트릴의 다양한 공중합체를 이용하여 형성될 수 있으며, 연마 벨트(120)의 재질 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서는 단 하나의 연마 벨트(120)가 사용된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 복수개의 연마 벨트를 이용하여 동시에 또는 순차적으로 기판을 연마하는 것도 가능하다.
그리고, 연마 벨트(120)의 주변에는 연마 벨트(120)의 표면을 세정하기 위한 세정유닛이 구비될 수 있다. 세정유닛은 접촉 방식 또는 비접촉 방식으로 연마 벨트(120)의 표면을 세정할 수 있으며, 세정유닛의 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
롤러 유닛(110)에 의해 정해지는 연마 벨트(120)의 이동 경로(예를 들어, 순환 경로)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 도 3 및 도 4를 참조하면, 롤러 유닛(110)은 제1롤러(112)와, 제1롤러(112)로부터 수평하게 이격되게 배치되는 제2롤러(114)를 포함하며, 연마 벨트(120)는 제1롤러(112)와 제2롤러(114)에 의해 무한 루프 방식으로 순환 회전하며 기판(10)의 표면을 연마할 수 있다.
이때, 제1롤러(112)와 제2롤러(114)는 통상의 구동 모터(단일 모터 또는 복수개의 모터)에 의해 회전하도록 구성된다.
또한, 제1롤러(112)와 제2롤러(114)의 사이에 다른 가이드롤러(115)가 구비될 수 있으며, 가이드롤러(115)의 개수 및 배치 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 아울러, 가이드롤러(115)는 구동 롤러(driving roller)와 아이들 롤러(idle roller) 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
일 예로, 도 16을 참조하면, 롤러 유닛(110)은 기판(10)에 인접하게 배치되는 제1롤러(112) 및 제2롤러(114)와, 제1롤러(112)와 제2롤러(114)의 상부에 배치되며 제1롤러(112) 및 제2롤러(114)와 함께 연마 벨트(120)의 순환 경로를 형성하는 제1가이드롤러(115a)와 제2가이드롤러(115b)를 포함할 수 있으며, 제1롤러(112), 제2롤러(114), 제1가이드롤러(115a), 제2가이드롤러(115b)는 상호 협조적으로 대략 사각형 형상(사다리꼴 형상)의 연마 벨트(120) 순환 경로를 형성할 수 있다.
한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 연마 벨트(120)가 복수개의 롤러에 의해 의해 정해지는 경로를 따라 순환 회전하는 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 연마 벨트가 순환 회전하지 않고, 통상의 카세트 테이프의 릴 투 릴(reel to reel) 귄취 방식(제1릴에 귄취되었다가 다시 제2릴에 반대 방향으로 귄취되는 방식)으로 오픈 루프 형태의 이동 궤적을 따라 이동(귄취)하도록 구성하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 도 17을 참조하면, 롤러 유닛(110)은, 연마 벨트(120)의 일단이 고정되며 연마 벨트(120)를 제1방향으로 권취하는 제1롤러(112)와, 연마 벨트(120)의 타단이 고정되며 연마 벨트(120)를 제1방향과 반대인 제2방향으로 권취하는 제2롤러(114)를 포함한다.
제1롤러(112)와 제2롤러(114)가 반시계 방향으로 회전하면 연마 벨트(120)가 제1롤러(112)로 권취된다. 이와 반대로, 제1롤러(112)와 제2롤러(114)가 시계 방향으로 회전하면 연마 벨트(120)가 제2롤러(114)로 권취된다.
또한, 제1롤러(112)와 제2롤러(114)의 의해 귄취되는 연마 벨트(120)를 가이드하기 위한 가이드롤러(구동 롤러 또는 아이들 롤러)(115a',115b')가 구비될 수 있으며, 롤러의 개수 및 배치 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제1롤러(112)의 하부에는 1가이드롤러(115a)가 배치되고, 제2롤러(114)의 하부에는 제2가이드롤러(115b)가 배치되며, 기판(10)은 제1가이드롤러(115a)와 제2가이드롤러(115b)의 사이에서 연마 벨트(120)에 의해 연마된다. 즉, 제1롤러(112), 제2롤러(114), 제1가이드롤러(115a), 제2가이드롤러(115b)는 상호 협조적으로 대략 사각형(사다리꼴) 오픈 루프 형태의 연마 벨트(120) 이동 경로(권취 경로)를 형성하고, 연마 벨트(120)의 하부(제1가이드롤러와 제2가이드롤러의 사이에 배치되는 연마 벨트(120)의 아랫변 구간)에서는 기판(10)에 대한 연마가 행해진다.
이와 같이, 연마 벨트(120)가 릴 투 릴(reel to reel) 권취 방식으로 오픈 루프 형태의 이동 궤적을 따라 이동(권취)하며 기판(10)을 연마하도록 하는 것에 의하여, 연마 벨트(120)의 회전수를 정확하게 제어하고, 연마 벨트(120)의 회전에 의한 연마량을 정확하게 실시간으로 파악할 수 있으므로, 과도하지도 않고 부족하지도 않은 적절한 연마량으로 대면적 기판(10)을 균일하게 연마하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 연마 벨트가 순환 회전하는 구조에서는, 연마 공정 중에 연마 벨트의 롤러(연마 벨트를 순환 회전시키는 롤러)의 사이에 슬러리 및 세정액 등이 유입되면, 슬러리 및 세정액에 의한 수막 현상에 의해 롤러와 연마 벨트 간에 슬립 현상이 발생하는 문제점이 있다. 특히, 기판의 연마량은 롤러에 의해 순환 회전하는 연마 벨트의 회전수를 기초로 하여 산출되기 때문에, 롤러의 회전수와 연마 벨트의 순환 회전수가 정확하지 않을 경우에는 기판의 연마량을 정확하게 제어하기 어려운 문제점이 있다.
반면, 일단 및 타단이 제1롤러(112)와 제2롤러(114)에 고정된 연마 벨트(120)가 릴 투 릴 권취 방식으로 일 방향에서 다른 일 방향으로 권취되며 기판(10)에 대한 연마가 행해지도록 하는 것에 의하여, 롤러와 연마 벨트(120) 간의 슬립 현상을 방지하고, 연마 벨트(120)의 회전수를 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 연마 벨트(120)의 회전에 의한 연마량을 정확하게 실시간으로 파악할 수 있기 때문에, 과도하지도 않고 부족하지도 않은 적절한 연마량으로 대면적 기판(10)을 균일하게 연마하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면 연마 벨트(120)의 일단 및 타단이 제1롤러(112)와 제2롤러(114)에 고정된 상태에서 권취되도록 하는 것에 의하여, 연마 벨트(120)의 이동(권취) 중에 연마 벨트(120)의 처짐을 최소화하고, 연마 벨트(120)와 기판(10)의 접촉을 균일하게 유지할 수 있으므로, 기판(10)의 표면 균일도(연마 균일도)를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 기판(10)의 연마 공정은, 스테이지는 위치가 고정되고, 연마 벨트(120)가 스테이지에 대해 수평 이동하는 것에 의해 행해질 수 있다. 경우에 따라서는 연마 벨트의 위치가 고정되고, 스테이지가 연마 벨트에 대해 수평 이동하는 것에 의해 기판의 연마 공정이 행해지도록 구성하는 것도 가능하다.
가압유닛(140)은 연마 벨트(120)의 영역별로 서로 다른 가압력으로 연마 벨트(120)를 기판(10)에 가압하도록 마련된다.
보다 구체적으로, 기판(10)을 가압하는 연마 벨트(120)의 표면(기판(10)에 면접촉하며 기판(10)을 연마하는 표면)은 복수개의 표면영역으로 분할되고, 가압유닛(140)은 복수개의 표면영역을 서로 다른 가압력으로 독립적으로 가압한다.
바람직하게, 연마 벨트(120)의 표면영역은 연마 벨트(120)의 길이 방향 및 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 분할될 수 있으며, 표면영역의 갯수 및 사이즈에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는 연마 벨트의 표면영역이 원형 또는 타원과 같은 곡선 형태나 여타 다른 기하학적 형태로 분할되는 것이 가능하다.
이와 같이, 가압유닛(140)이 연마 벨트(120)의 각 표면영역을 서로 다른 가압력으로 독립적으로 가압하도록 하는 것에 의하여, 각 표면영역 별로(예를 들어, 기판의 길이 방향 또는 폭 방향으로 분할된 각 표면영역 별로) 압력 편차(도 10의 ㅿF)를 두고 가압력(F1,F2)을 서로 다르게 인가함으로써, 기판(10)의 두께 편차를 제거할 수 있다.
즉, 기판(10)이 최초 형성될 당시에 두께 분포가 균일하지 않거나, 연마 공정의 변수가 잘못 제어되면, 기판(10)의 길이 방향 또는 폭 방향으로의 두께 편차(도 8의 ㅿT)가 발생하기 때문에, 기판(10)의 연마 균일도를 높이기 위해서는 연마 공정 중에 기판(10)의 두께 편차(ㅿT)에 따라 연마 벨트(120)에 의한 압력 조절이 이루어질 수 있어야 한다.
이에 본 발명은, 가압유닛(140)이 연마 벨트(120)의 각 표면영역 별로 서로 다른 가압력(예를 들어, F1, F2)이 인가되도록 하는 것에 의하여, 기판(10)의 두께 편차(ㅿT)를 제거할 수 있으며, 기판(10)의 연마 균일도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 가압유닛(140)은, 연마 벨트(120)의 제1표면영역을 제1가압력으로 가압하는 제1가압부(142)와, 연마 벨트(120)의 제2표면영역을 제1가압력과 다른 제2가압력으로 가압하는 제2가압부(144)를 포함한다.
참고로, 본 발명에서 제1표면영역이라 함은, 예를 들어, 도 5에 도시된 6개의 표면영역(Z1~Z6) 중 어느 하나일 수 있고, 제2표면영역이라 함은 도 5에 도시된 6개의 표면영역(Z1~Z6) 중 다른 하나일 수 있다. 이하에서는 도 5에 도시된 6개의 표면영역(Z1~Z6) 중 최상단에 배치되는 표면영역 중 하나가 제1표면영역이고, 최상단에 배치되는 표면영역 중 다른 하나가 제2표면영역으로 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
바람직하게, 기판 처리 장치는, 기판(10)의 두께 분포를 측정하는 두께측정부(150)와, 두께측정부(150)에서 측정된 기판(10)의 두께 분포에 따라 가압유닛(140)에 의한 가압력을 제어하는 제어부(160)를 포함한다.
일 예로, 두께측정부(150)로서는 하나 이상의 파장을 갖는 광을 조사하였다가 기판(10)의 저면 및 상면에서 반사된 반사광(도 21 및 도 22의 S1,S2,S1',S2' 참조)을 수신신호로 수신하는 광 센서가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 광 센서 대신 기판의 두께를 측정 가능한 여타 다른 센서가 사용될 수 있으며, 두께측정부(150)의 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
제어부(160)는 두께측정부(150)에서 측정된 기판(10)의 두께 분포에 따라 가압유닛(140)을 구성하는 각 가압부(예를 들어, 제1가압부 및 제2가압부)에 의한 가압력을 제어한다.
구체적으로, 도 8과 같이, 제1표면영역의 두께가 두껍고, 제2표면영역의 두께가 낮은 것으로 측정되면, 도 9 및 도 10과 같이, 제어부(160)는 제1표면영역에 가압력(F1)을 인가하는 제1가압부(142)가 제2표면영역에 가압력(F2)을 인가하는 제2가압부(144)보다 상대적으로 높은 가압력(F1 〉F2)을 인가하도록 제어한다. 이와 같이, 제어부(160)는 기판(10)의 두께 편차별로 연마 벨트(120)의 각 표면영역에 인가되는 가압력을 제어함으로써, 도 11과 같이, 기판(10)의 두께 편차를 최소화할 수 있다.
제1가압부(142)와 제2가압부(144)는 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력을 독립적으로 형성 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1가압부(142)와 제2가압부(144)는 연마 벨트(120)의 내표면에 접촉된 상태로 가압하거나 비접촉 상태로 가압하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 제1가압부(142)와 제2가압부(144)가 연마 벨트(120)의 내부에 배치되며, 연마 벨트(120)의 내표면을 비접촉 상태로 가압하는 예를 들어 설명하기로 한다. 이와 같이, 제1가압부(142)와 제2가압부(144)가 연마 벨트(120)의 내표면을 비접촉 상태로 가압하는 것에 의하여, 마찰 저항(연마 벨트(120)의 이동(회전)을 방해하는 인자)에 의한 연마 효율 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
일 예로, 도 12 내지 도 14를 참조하면, 제1가압부(142)와 제2가압부(144)는 전자기력을 이용하여 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력을 형성하기 위해 마련된다.
이는, 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력이 균일하게 유지되도록 하여 기판(10)의 표면 균일도(연마 균일도)를 향상시키고, 기판(10)의 연마 제어에 필요한 응답속도를 단축하기 위함이다.
즉, 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력을 조절하는 방법에는, 연마 벨트(120)의 내표면을 가압체로 직접 가압하거나, 연마 벨트(120)의 내표면에 유체(예를 들어, 공기 또는 물)를 분사하는 방법이 있다.
그런데, 연마 벨트의 내표면을 가압체로 직접 가압하는 방식에서는, 연마 벨트의 내표면에 가압체가 직접 접촉됨에 따라 연마 벨트의 내표면에 마모 및 손상이 발생되는 문제점이 있고, 가압체의 가압 압력을 조절하기 위해서는 가압체의 가압력을 기구적으로 조절해야 하기 때문에, 가압력 제어에 따른 응답속도가 늦을 뿐만 아니라 가압력을 미세하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 연마 벨트의 내표면에 유체를 분사하는 방식에서는, 연마 벨트의 양 측면 가장자리부가 외부로 개방됨에 따라, 연마 벨트의 가장자리부에서 분사된 유체 중 일부가 연마 벨트의 가장자리부에서 외부로 빠져나가게 되는 현상이 발생되고, 이에 따라 연마 벨트의 가장자리부에서의 가압력을 균일하게 유지하기 어려운 문제점이 있다. 더욱이, 유체를 이용한 가압 방식에서는, 유체의 공급량을 제어하는 펌프의 맥동 현상에 의해 유체에 의한 가압력을 일정하게 유지하기 어렵고, 유체에 의한 가압 압력을 조절하기 위해서는 유체의 공급량을 기구적으로 조절해야 하기 때문에, 응답속도가 늦고, 가압력을 미세하게 조절하기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명은 전자기력을 이용한 제1가압부(142)와 제2가압부(144)에 의해 비접촉 방식으로 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력이 형성되도록 하는 것에 의하여, 연마 벨트(120)의 중앙부 뿐만 아니라 가장자리부에서도 가압력을 균일하게 유지시킬 수 있으며, 궁극적으로 대면적 유리 기판(10)의 표면 균일도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전자기력을 제어하여 연마 벨트(120)의 가압력을 조절하는 것에 의하여, 연마 제어에 필요한 응답속도를 단축하고, 미세한 조절을 가능하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
일 예로, 제1가압부(142)는, 연마 벨트(120)의 내표면에 구비되는 자성 벨트(122)와, 연마 벨트(120)의 내부에 배치되며 자성 벨트(122)와 상호 척력(RF1)을 형성하는 제1가압자석부(142a)를 포함하고, 자성 벨트(122)와 제1가압자석부(142a) 간의 척력에 의해 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력이 제1표면영역에 형성된다.
그리고, 제2가압부(144)는, 연마 벨트(120)의 내표면에 구비되는 자성 벨트(122)와, 연마 벨트(120)의 내부에 배치되며 자성 벨트(122)와 상호 척력(RF2)을 형성하는 제2가압자석부(144a)를 포함하고, 자성 벨트(122)와 제2가압자석부(144a) 간의 척력에 의해 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력이 제2표면영역에 형성된다.
바람직하게 자성 벨트(122)를 가요성을 갖는 고무자석으로 형성하는 것에 의하여, 자성 벨트(122)의 손상없이 자성 벨트(122)의 순환 회전을 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 자성 벨트(122)는 접착층(122a)을 매개로 연마 벨트(120)의 내표면에 부착되어 연마 벨트(120)와 함께 일체로 모듈화된다. 여기서, 자성 벨트(122)와 연마 벨트(120)가 일체로 모듈화된다 함은, 자성 벨트(122)와 연마 벨트(120)가 접착층(122a)을 매개로 일체로 연결되어 단일 구성품인 연마 벨트(120) 조립체를 구성하는 것으로 이해된다.
제1가압자석부(142a)는 자성 벨트(122)의 내표면을 마주하도록 연마 벨트(120)의 내부에 배치되며, 자성 벨트(122)와 상호 척력(RF1)을 형성하여 연마 벨트(120)를 기판(10)에 가압한다. 일 예로, 제1가압자석부(142a)는 자성 벨트(122)와 상호 척력을 형성 가능한 전자석 또는 영구자석으로 형성될 수 있다.
이때, 제1가압자석부(142a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF1,RF1')에 의한 가압력은 다양한 방식으로 조절될 수 있다.
일 예로, 제1가압자석부(142a)는 전자석으로 형성되며, 제1가압자석부(142a)에 인가되는 전압을 제어하여 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력(제1표면영역에서의 가압력)을 조절할 수 있다. 즉, 도 12 및 도 13을 참조하면, 전자석을 형성된 제1가압자석부(142a)에 인가되는 전압(V1,V1')을 다르게 제어함으로써, 제1가압자석부(142a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF1,RF1')을 조절하는 것에 의하여, 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1가압자석부(142a)에 인가되는 전압에 비례하여 제1가압자석부(142a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF1,RF1')이 조절될 수 있는 바, 제1가압자석부(142a)에 인가되는 전압(V1')이 높아지면 제1가압자석부(142a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF1')이 커질 수 있다.
같은 방식으로, 제2가압자석부(144a)는 자성 벨트(122)의 내표면을 마주하도록 연마 벨트(120)의 내부에 배치되며, 자성 벨트(122)와 상호 척력(RF2)을 형성하여 연마 벨트(120)를 기판(10)에 가압한다. 일 예로, 제2가압자석부(144a)는 자성 벨트(122)와 상호 척력을 형성 가능한 전자석 또는 영구자석으로 형성될 수 있다.
이때, 제2가압자석부(144a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF2,RF2')에 의한 가압력은 다양한 방식으로 조절될 수 있다.
일 예로, 제2가압자석부(144a)는 전자석으로 형성되며, 제2가압자석부(144a)에 인가되는 전압을 제어하여 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력(제2표면영역에서의 가압력)을 조절할 수 있다. 즉, 도 12 및 도 13을 참조하면, 전자석을 형성된 제2가압자석부(144a)에 인가되는 전압(V2,V2')을 다르게 제어함으로써, 제2가압자석부(144a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF2,RF2')을 조절하는 것에 의하여, 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 제2가압자석부(144a)에 인가되는 전압에 비례하여 제2가압자석부(144a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF2,RF2')이 조절될 수 있는 바, 제2가압자석부(144a)에 인가되는 전압(V2')이 높아지면 제2가압자석부(144a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF2')이 커질 수 있다.
다른 일 예로, 제1가압자석부(142a)와 제2가압자석부(144a)는 영구자석으로 형성되고 자성 벨트(122)에 선택적으로 접근 및 이격 가능하게 제공되며, 자성 벨트(122)와 제1가압자석부(142a) 및 제2가압자석부(144a)의 사이 거리를 제어하여 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력을 조절할 수 있다. 즉, 도 14를 참조하면, 자성 벨트(122)와 제1가압자석부(142a) 및 제2가압자석부(144a)의 사이 거리(H1,H2,H1',H2')를 다르게 조절함으로써, 제1가압자석부(142a) 및 제2가압자석부(144a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF1',RF2")을 조절하는 것에 의하여, 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 가압력을 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 자성 벨트(122)와 제1가압자석부(142a)의 사이 거리(H1,H2)에 비례하여 제1가압자석부(142a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF1,RF1')이 조절될 수 있는 바, 자성 벨트(122)와 제1가압자석부(142a)의 사이 거리(H2)가 작아지면 제1가압자석부(142a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF1')이 커질 수 있다. 같은 방식으로, 자성 벨트(122)와 제2가압자석부(144a)의 사이 거리(H1',H2')에 비례하여 제2가압자석부(144a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF2,RF2")이 조절될 수 있는 바, 자성 벨트(122)와 제2가압자석부(144a)의 사이 거리(H2')가 작아지면 제2가압자석부(144a)와 연마 벨트(120) 간의 척력(RF2")이 커질 수 있다.
한편, 가압유닛(140')의 변형예로서, 도 15를 참조하면, 제1가압부(142')와 제2가압부(144')는 연마 벨트(120)의 내표면에 유체를 분사하고, 유체에 의한 분사력에 의해 연마 벨트(120)의 내표면을 가압하도록 구성될 수 있다.
일 예로, 제1가압부(142')와 제2가압부(144')는 연마 벨트(120)의 내표면에 유체를 분사하기 위한 복수개의 분사 노즐을 포함할 수 있다. 여기서, 유체라 함은, 기체(예를 들어, 공기)와 액체(예를 들어, 순수) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 정의된다.
또한, 도 18은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 컨디셔너 및 벨트지지부를 설명하기 위한 도면이고, 도 19는 도 18의 벨트지지부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 18을 참조하면, 기판 처리 장치는 연마 벨트(120)의 외표면(기판(10)에 접촉되는 표면)을 개질하는 컨디셔너(200)를 포함할 수 있다.
컨디셔너(200)는 연마 벨트(120)의 표면을 미리 정해진 가압력으로 가압하며 미세하게 절삭하여 연마 벨트(120)의 표면에 형성된 미공이 표면에 나오도록 개질한다. 다시 말해서, 컨디셔너(200)는 연마 벨트(120)의 외표면에 연마제와 화학 물질이 혼합된 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 연마 벨트(120)의 외표면을 미세하게 절삭하여, 연마 벨트(120)의 발포 기공에 채워졌던 슬러리가 기판(10)에 원활하게 공급되도록 한다.
바람직하게 컨디셔너(200)는 롤러(112,114)으로부터 이격되게 배치되며, 연마 벨트(120)의 외표면에 회전 접촉한다.
참고로, 컨디셔너(200)가 롤러으로부터 이격되게 배치된다 함은, 컨디셔너(200)가 연마 벨트(120)의 이동 경로를 정의하는 롤러(제1롤러 또는 제2롤러)로부터 소정 간격을 두고 이격되게 배치된 상태로 정의되며, 컨디셔너(200)가 접촉되는 연마 벨트(120)의 외표면 영역에 대응하는 연마 벨트(120)의 내표면 영역에는 롤러가 접촉하지 않는다. 일 예로, 컨디셔너(200)는 제1롤러(112)와 제2롤러(114)의 사이에 배치되어 상부 연마 표면에 접촉하도록 구성된다. 경우에 따라서는 컨디셔너가 제1롤러와 제2롤러의 사이에서 하부 연마 표면에 접촉하도록 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 발명은 컨디셔너(200)가 롤러로부터 이격되게 배치된 상태에서 연마 벨트(120)의 외표면을 개질하도록 하는 것에 의하여, 컨디셔너(200)에 의한 개질 면적을 충분하게 확보함과 아울러, 컨디셔너(200)에 의한 개질 공정 중에 발생한 진동이 롤러에 영향을 미치는 것을 방지하여 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 롤러의 둘레 외측에서 롤러에 의해 지지되는 연마 벨트의 외표면 부위를 컨디셔너가 개질하도록 구성하는 것도 가능하다. 다시 말해서, 연마 벨트의 내표면이 제1롤러(또는 제2롤러)에 접촉(지지)된 상태에서 접촉 영역(연마 벨트가 제1롤러에 접촉되는 영역)의 외표면을 컨디셔너가 개질하도록 구성하는 것도 가능하다.
그러나, 제1롤러의 표면에 지지되는 연마 벨트가 제1롤러의 곡면을 따라 곡선형으로 배치되고, 실질적으로 컨디셔닝 공정이 행해지는 컨디셔너의 컨디셔닝 디스크는 평판형으로 형성되기 때문에, 컨디셔너가 연마 벨트의 외표면에 선접촉(평면과 곡면의 접촉)하게 되므로, 연마 벨트에 대한 컨디셔너의 접촉면(컨디셔닝이 이루어지는 접촉부위)이 충분하게 확보하기 어려운 문제점이 있고, 이에 따라 연마 벨트의 컨디셔닝 효율이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 컨디셔너가 가압되는 연마 벨트의 내표면에는 제1롤러가 직접 접촉하기 때문에, 컨디셔너가 연마 벨트에 접촉하는 동안 발생된 진동이 연마 벨트를 거쳐 제1롤러에 전달되면, 제1롤러의 회전 변위에 진동이 야기되면서 연마 벨트의 이동 경로(이동 궤적)가 일정하기 유지되기 어렵고, 이에 따라 연마 벨트에 의한 연마 품질이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명에서는 롤러와 이격되게 컨디셔너(200)를 배치하고, 롤러와 이격된 연마 벨트(120)의 평면 부위(예를 들어, 상부 연마 표면)에서 컨디셔닝 공정이 행해지도록 하는 것에 의하여, 연마 벨트(120)에 대한 컨디셔너(200)의 접촉 면적을 충분하게 확보(면접촉)할 수 있게 되므로, 다시 말해서, 컨디셔너(200)가 연마 벨트(120)의 외표면에 면접촉하게 되므로, 컨디셔닝 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있으며, 컨디셔너(200)가 연마 벨트(120)에 접촉하는 동안 발생된 진동이 연마 벨트(120)를 거쳐 제1롤러(112)로 전달되는 것을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 결과적으로 연마 벨트(120)의 이동 궤적을 불규칙적인 유동없이 균일하게 유지할 수 있으며, 기판(10)의 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 컨디셔너(200)를 마주하도록 배치되어 연마 벨트(120)의 내표면을 지지하는 벨트지지부(300)가 구비된다. 이와 같이, 벨트지지부(300)를 구비하는 것에 의하여, 연마 벨트(120)에 컨디셔너(200)가 가압됨에 따른 연마 벨트(120)의 처짐을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
벨트지지부(300)는 롤러와 이격되며 컨디셔너(200)를 마주하도록 배치되어 연마 벨트(120)의 내표면을 지지 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 벨트지지부(300)는 연마 벨트(120)의 내표면을 접촉된 상태로 지지하거나 비접촉 상태로 지지하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 벨트지지부(300)가 연마 벨트(120)의 내표면에 이격되게 배치되며, 연마 벨트(120)의 내표면을 비접촉 상태로 지지하는 예를 들어 설명하기로 한다. 이와 같이, 벨트지지부(300)가 연마 벨트(120)의 내표면을 비접촉 상태로 지지하는 것에 의하여, 마찰 저항(연마 벨트(120)의 이동(회전)을 방해하는 인자)에 의한 연마 효율 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게 벨트지지부(300)는 연마 벨트(120)의 내표면을 컨디셔너(200)에 대해 평행하게 지지한다. 이와 같이, 벨트지지부(300)에 의해 연마 벨트(120)의 내표면이 컨디셔너(200)에 평행하게 지지되도록 하는 것에 의하여, 연마 벨트(120)에 대한 컨디셔너(200)의 접촉 면적을 보다 효과적으로 확보(면접촉)하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
벨트지지부(300)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 연마 벨트(120)의 내표면을 지지하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 벨트지지부(300)는 전자기력을 이용하여 연마 벨트(120)의 내표면을 비접촉 방식으로 지지하도록 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 18을 참조하면, 연마 벨트(120)의 내표면에는 자성 벨트(122)가 구비되고, 연마 벨트(120)의 내측에 배치되는 벨트지지부(300)와 자성 벨트(122) 간의 전자기력에 의해 연마 벨트(120)의 내표면이 지지된다.
바람직하게 자성 벨트(122)를 가요성을 갖는 고무자석으로 형성하는 것에 의하여, 자성 벨트(122)의 손상없이 자성 벨트(122)의 순환 회전을 보장하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 자성 벨트(122)는 접착층(122a)을 매개로 연마 벨트(120)의 내면에 부착되어 연마 벨트(120)와 함께 일체로 모듈화된다. 여기서, 자성 벨트(122)와 연마 벨트(120)가 일체로 모듈화된다 함은, 자성 벨트(122)와 연마 벨트(120)가 접착층(122a)을 매개로 일체로 연결되어 단일 구성품인 연마 벨트(120) 조립체를 구성하는 것으로 이해된다.
벨트지지부(300)는 자성 벨트(122)의 내면을 마주하도록 연마 벨트(120)의 내부에 배치되며, 자성 벨트(122)와 상호 척력(repulsive force)(RF1)을 형성하여 연마 벨트(120)의 내표면을 지지한다. 일 예로, 벨트지지부(300)는 자성 벨트(122)와 상호 척력을 형성 가능한 전자석 또는 영구자석으로 형성될 수 있다.
이때, 벨트지지부(300)와 자성 벨트(122) 간의 척력(RF1)에 의한 지지력은 다양한 방식으로 조절될 수 있다.
일 예로, 벨트지지부(300)는 전자석으로 형성되며, 벨트지지부(300)에 인가되는 전압을 제어하여 연마 벨트(120)의 지지력을 조절할 수 있다. 즉, 전자석을 형성된 벨트지지부(300)에 인가되는 전압을 다르게 제어함으로써, 벨트지지부(300)와 자성 벨트(122) 간의 척력(RF1)을 조절하는 것에 의하여, 자성 벨트(122)에 대한 지지력을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 벨트지지부(300)에 인가되는 전압에 비례하여 벨트지지부(300)와 자성 벨트(122) 간의 척력이 조절될 수 있는 바, 벨트지지부(300)에 인가되는 전압이 높아지면 벨트지지부(300)와 자성 벨트(122) 간의 척력(RF2)이 커질 수 있다.
다른 일 예로, 벨트지지부(300)는 영구자석으로 형성되고 자성 벨트(122)에 선택적으로 접근 및 이격 가능하게 제공되며, 자성 벨트(122)와 벨트지지부(300)의 사이 거리를 제어하여 연마 벨트(120)의 지지력(척력)을 조절할 수 있다. 즉, 자성 벨트(122)와 벨트지지부(300)의 사이 거리를 다르게 조절함으로써, 벨트지지부(300)와 자성 벨트(122) 간의 척력을 조절하는 것에 의하여, 연마 벨트(120)의 지지력을 조절할 수 있다. 보다 구체적으로, 자성 벨트(122)와 벨트지지부(300)의 사이 거리에 비례하여 벨트지지부(300)와 자성 벨트(122) 간의 척력이 조절될 수 있는 바, 자성 벨트(122)와 벨트지지부(300)의 사이 거리가 작아지면 벨트지지부(300)와 자성 벨트(122) 간의 척력이 커질 수 있다.
다른 일 예로, 도 19를 참조하면, 벨트지지부(300')는 연마 벨트(120)의 내표면에 유체를 분사하고, 유체에 의한 분사력(JF1)에 의해 연마 벨트(120)의 내표면을 지지하도록 구성된다.
이때, 벨트지지부(300')는 연마 벨트(120)의 내표면에 기체(예를 들어, 공기)와 액체(예를 들어, 순수) 중 적어도 어느 하나를 분사할 수 있다.
다만, 연마 벨트(120)의 내면에 유체를 분사하는 방식에서는, 연마 벨트(120)의 양 측면 가장자리부(120a)가 외부로 개방됨에 따라, 연마 벨트(120)의 가장자리부(120a)에서 분사된 유체 중 일부가 연마 벨트(120)의 가장자리부(120a)에서 외부로 빠져나가게 되는 현상이 발생되고, 이에 따라 연마 벨트(120)의 가장자리부(120a)에서의 부상력(지지력)을 균일하게 유지하기 어렵다. 더욱이, 유체를 이용한 지지 방식에서는, 유체의 공급량을 제어하는 펌프의 맥동 현상에 의해 유체에 의한 지지력을 일정하게 유지하기 어렵고, 유체에 의한 지지 압력을 조절하기 위해서는 유체의 공급량을 기구적으로 조절해야 하기 때문에, 응답속도가 늦고, 가압력을 미세하게 조절하기 어렵다.
이에 반해, 전자기력을 이용한 벨트지지부(300)에 의해 비접촉 방식으로 연마 벨트(120)의 내표면이 지지되도록 하는 것에 의하여, 연마 벨트(120)의 내표면 중앙부 뿐만 아니라 내표면 가장자리부(120a)에서도 지지력을 균일하게 유지시킬 수 있으며, 궁극적으로 컨디셔닝이 행해지는 연마 벨트(120)의 평탄도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 전자기력을 제어하여 연마 벨트(120)의 지지력을 조절하는 것에 의하여, 연마 제어에 필요한 응답속도를 단축하고, 미세한 조절을 가능하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 기판 처리 장치의 제어방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 연마 벨트(120)에 의해 기판(10)의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치의 제어방법은, 연마 벨트(120)에 미리 정해진 가압력을 인가하여 기판(10)의 표면을 초기 연마하는 초기연마단계(S10)와, 초기 연마가 행해진 기판(10)의 두께 분포를 측정하는 두께측정단계(S20)와, 두께측정단계(S20)에서 측정된 기판(10)의 두께 분포에 따라 연마 벨트(120)의 영역별로 서로 다른 가압력을 인가하여 기판(10)의 표면을 재연마하는 재연마단계(S30)를 포함한다.
단계 1-1 :
먼저, 연마 벨트(120)에 미리 정해진 가압력을 인가하여 기판(10)의 표면을 초기 연마한다.(S10)
참고로, 기판(10)의 초기 연마라 함은, 연마 벨트(120)에 의해 기판(10)에 최초로 행해지는 연마로 정의된다.
일 예로, 연마 벨트(120)에 의한 기판(10)의 초기 연마는, 연마 벨트(120)가 롤러 유닛에 의해 정해지는 이동 경로를 따라 순환 회전함과 동시에 연마 벨트(120)가 기판(10)에 대해 직선 이동하는 것에 의해 행해진다.
초기연마단계(S10)는 연마 벨트(120)의 각 표면영역에 서로 동일한 가압력이 독립적으로 인가되는 상태에서 행해진다. 보다 구체적으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 기판(10)의 초기 연마는 연마 벨트(120)의 각 표면영역(Z1~Z6)에 서로 같은 크기의 가압력(F)을 인가하는 상태에서 행해지며, 연마 벨트(120)의 각 표면영역(Z1~Z6)에 대응하여 독립적으로 연마되는 각 기판(10) 영역(예를 들어, 연마 벨트의 제1표면영역에 의해 연마되는 기판의 제1영역과, 연마 벨트(120)의 제2표면영역에 의해 연마되는 기판)의 제2영역)의 연마량(단위 시간당 연마량)은 서로 동일하다.
연마 벨트(120)의 각 표면영역(Z1~Z6)에 독립적으로 가압력을 인가하기 위해, 연마 벨트(120)의 내부에는 복수개의 표면영역에 대응되게 복수개의 가압부(142,144)가 독립적으로 구비된다.
이때, 가압부(142,144)는 전자기력을 이용하여 연마 벨트(120)의 내표면을 가압(도 12 내지 도 14 참조)하거나, 유체에 의한 분사력에 의해 연마 벨트(120)의 내표면을 가압(도 15 참조)하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 도 12 및 도 13을 참조하면, 연마 벨트(120)의 내부에 배치되는 가압자석부(142a,144a)에 전압을 인가하고, 연마 벨트(120)의 내표면에 마련되는 자성 벨트와 가압자석부 간에 상호 척력을 발생시켜, 연마 벨트(120)의 내표면을 가압할 수 있다.
단계 1-2 :
다음, 초기 연마가 행해진 기판(10)의 두께 분포를 측정한다.(S20)
두께측정단계(S20)에서는 초기 연마가 행해진 기판(10)의 두께 분포(예를 들어, 기판(10)의 길이 방향 또는 폭 방향으로의 두께 편차)를 측정한다.
일 예로, 기판(10)의 두께 분포는, 하나 이상의 파장을 갖는 광을 기판(10)에 조사하였다가 다시 기판(10)의 저면 및 상면에서 반사된 반사광(도 21 및 도 22의 S1,S2,S1',S2' 참조)을 수신신호로 수신하는 광 센서를 이용하여, 기판(10)의 복수의 지점에서 두께를 측정하여 얻어질 수 있다.
바람직하게, 초기 연마가 행해진 기판(10)의 두께 분포 측정은, 기판(10)에 대해 연마 벨트(120)가 상대 이동하며 초기 연마가 행해지는 중에 측정된다.
여기서, 기판(10)의 두께 분포 측정이 기판(10)의 초기 연마가 행해지는 중에 측정된다 함은, 기판(10)에 대해 연마 벨트(120)가 상대 이동(기판에 대해 연마 벨트가 이동하거나, 연마 벨트에 대해 기판이 이동)하는 동안 기판(10)이 두께 분포 측정이 행해지는 것으로 이해된다.
이와 같이, 초기 연마가 행해지는 도중에 기판(10)의 두께 분포 측정이 함께 행해지도록 하는 것에 의하여, 기판(10)의 두께 분포를 측정하기 위한 구조를 간소화하고, 기판(10)의 두께 분포 측정에 필요한 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 초기 연마가 완료(기판에 대한 연마 벨트의 상대 이동이 정지)된 후, 기판의 두께 분포 측정을 행하는 것도 가능하다. 하지만, 초기 연마가 완료된 후에 기판의 두께 분포를 측정하기 위해서는, 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정부를 기판에 대해 개별적으로 이동시켜 기판의 두께 분포를 측정해야 하기 때문에, 두께측정부를 이동시키기 위한 이동 장비가 별도로 마련되어야 하고, 두께측정부의 이동 시간이 별도로 소요되기 때문에, 전체적인 공정 효율이 저하되는 문제점이 있다. 하지만, 본 발명에서는 기판(10)에 대한 초기 연마가 행해짐과 동시에, 이미 연마가 이루어진 기판(10) 영역(초기 연마가 이루어진 영역)에서 두께 측정이 행해지도록 하는 것에 의하여, 기판(10)의 두께 분포 측정에 필요한 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
일 예로, 도 4를 참조하면, 두께측정부(150)는 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 연마 진행 방향을 따라 연마 벨트(120)의 후방에 배치되고, 연마 벨트(120)와 함께 기판(10)에 대해 상대 이동하며 기판(10)의 두께 분포를 측정하도록 구성된다.
경우에 따라서는, 연마 벨트(120)의 내부에 두께측정부(150')를 배치하고, 연마 벨트(120)에 형성된 투명창(120a)을 통해 기판(10)의 두께 분포를 측정하는 것도 가능하다.(도 21 참조) 이때, 투명창(120a)은 연마 벨트(120)의 축 방향을 따라 띠 형태로 형성되거나, 연마 벨트(120)와 함께 순환 회전하는 원형 벨트 형태로 형성되는 것이 가능하다. 다르게는, 기판(10)의 하부에 복수의 지점에 복수개의 두께측정부(150")를 고정 장착하고, 기판(10)에 대해 연마 벨트(120)가 이동하는 동안 복수개의 두께측정부(150")에서 측정되는 신호를 이용하여 기판(10)의 두께 분포를 측정하는 것도 가능하다.(도 22 참조)
참고로, 초기 연마가 행해진 기판(10)에는 불가피하게 두께 분포 편차가 발생하게 된다. 즉, 기판(10)이 최초 형성될 당시에 두께 분포가 균일하지 않거나, 연마 공정(기판에 대한 초기 연마)의 변수가 잘못 제어되면, 초기 연마가 행해진 기판(10)에는 길이 방향 또는 폭 방향으로의 두께 편차(도 8의 ㅿT 참조)가 발생하게 된다.
보다 구체적으로, 도 8을 참조하면, 초기 연마가 행해진 기판(10)에는, 연마 벨트(120)의 제1표면영역(Z1)에 의해 연마되는 기판(10)의 제1영역과, 연마 벨트(120)의 제2표면영역(Z2)에 의해 연마되는 기판(10)의 제2영역 간에 두께 편차(ㅿT)가 발생한다.
단계 1-3 :
다음, 두께측정단계(S20)에서 측정된 기판(10)의 두께 분포에 따라 연마 벨트(120)의 영역별로 서로 다른 가압력을 인가하여 기판(10)의 표면을 재연마한다.(S30)
재연마단계(S30)는 기판(10)의 두께 분포에 따라 연마 벨트(120)의 각 표면영역에 서로 다른 가압력이 인가되는 상태에서 행해진다. 보다 구체적으로, 도 9 및 도 10을 참조하면, 기판(10)의 재연마는 연마 벨트(120)의 각 표면영역(Z1~Z6)에 서로 다른 크기의 가압력(예를 들어, F1,F2)을 인가하는 상태에서 행해지며, 연마 벨트(120)의 각 표면영역(Z1~Z6)에 대응하여 독립적으로 연마되는 각 기판(10) 영역(예를 들어, 연마 벨트의 제1표면영역에 의해 연마되는 기판의 제1영역과, 연마 벨트의 제2표면영역에 의해 연마되는 기판의 제2영역)의 연마량(단위 시간당 연마량)은 서로 다르다.
이와 같이, 재연마단계(S30)에서는, 기판(10)의 두께 분포에 따라 연마 벨트(120)의 각 표면영역 별로 압력 편차(도 10의 ㅿF)를 두고 서로 다른 가압력이 인가되도록 하는 것에 의하여, 기판(10)의 두께 편차를 제거할 수 있으며, 기판(10)의 평탄도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 20은 본 발명의 제2실시예에 따른 기판 처리 장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도이다. 아울러, 전술한 구성과 동일 및 동일 상당 부분에 대해서는 동일 또는 동일 상당한 참조 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 20을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연마 벨트(120)에 의해 기판(10)의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치의 제어방법은, 연마 벨트(120)의 영역별로 연마 벨트(120)가 기판(10)을 가압하는 가압력을 독립적으로 인가하여 기판(10)의 표면을 연마하는 연마단계(S10')와, 기판(10)에 대한 연마가 행해지는 동안 기판(10)의 두께 분포를 측정하는 두께측정단계(S20')와, 기판(10)에 대한 연마가 행해지는 동안 기판(10)의 두께 분포에 따라 연마 벨트(120)의 영역별로 인가되는 가압력을 서로 다르게 조절하는 가압력 조절단계(S30')를 포함한다.
단계 2-1 :
먼저, 연마 벨트(120)의 영역별로 연마 벨트(120)가 기판(10)을 가압하는 가압력을 독립적으로 인가하여 기판(10)의 표면을 연마한다.(S10')
일 예로, 연마 벨트(120)에 의한 기판(10)의 연마는, 연마 벨트(120)가 롤러 유닛에 의해 정해지는 이동 경로를 따라 순환 회전함과 동시에 연마 벨트(120)가 기판(10)에 대해 직선 이동하는 것에 의해 행해진다.
연마단계(S10')는 연마 벨트(120)의 각 표면영역(도 6 및 도 9의 Z1~Z6 참조)에 가압력을 독립적으로 인가하는 상태에서 행해진다.
연마 벨트(120)의 각 표면영역(Z1~Z6)에 독립적으로 가압력을 인가하기 위해, 연마 벨트(120)의 내부에는 복수개의 표면영역에 대응되게 복수개의 가압부(142,144)가 독립적으로 구비된다.
이때, 가압부(142,144)는 전자기력을 이용하여 연마 벨트(120)의 내표면을 가압(도 12 내지 도 14 참조)하거나, 유체에 의한 분사력에 의해 연마 벨트(120)의 내표면을 가압(도 15 참조)하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 도 12 및 도 13을 참조하면, 연마 벨트(120)의 내부에 배치되는 가압자석부(142a,144a)에 전압을 인가하고, 연마 벨트(120)의 내표면에 마련되는 자성 벨트(122)와 가압자석부(142a,144a) 간에 상호 척력을 발생시켜, 연마 벨트(120)의 내표면을 가압할 수 있다.
단계 2-2 :
다음, 기판(10)에 대한 연마가 행해지는 동안 기판(10)의 두께 분포를 측정한다.(S20')
두께측정단계(S20')에서는 연마가 행해지는 동안 기판(10)의 두께 분포(예를 들어, 기판(10)의 길이 방향 또는 폭 방향으로의 두께 편차)를 측정한다.
일 예로, 기판(10)의 두께 분포는, 하나 이상의 파장을 갖는 광을 기판(10)에 조사하였다가 다시 기판(10)의 저면 및 상면에서 반사된 반사광(도 21 및 도 22의 S1,S2,S1',S2' 참조)을 수신신호로 수신하는 광 센서(두께측정부)를 이용하여, 기판(10)의 복수의 지점에서 두께를 측정하여 얻어질 수 있다.
이때, 두께측정부는 기판(10)에 대한 연마 벨트(120)의 연마 진행 방향을 따라 연마 벨트(120)의 전방에 배치되고, 연마 벨트(120)와 함께 기판(10)에 대해 상대 이동하며 연마가 행해지는 동안 기판(10)의 두께 분포를 측정하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는, 연마 벨트(120)의 내부에 두께측정부(150')를 배치하고, 연마 벨트(120)에 형성된 투명창(120a)을 통해 기판(10)의 두께 분포를 측정하는 것도 가능하다.(도 21 참조) 이때, 투명창(120a)은 연마 벨트(120)의 축 방향을 따라 띠 형태로 형성되거나, 연마 벨트(120)와 함께 순환 회전하는 원형 벨트 형태로 형성되는 것이 가능하다. 다르게는, 기판(10)의 하부에 복수의 지점에 복수개의 두께측정부(150")를 고정 장착하고, 기판(10)에 대해 연마 벨트(120)가 이동하는 동안 복수개의 두께측정부(150")에서 측정되는 신호를 이용하여 기판(10)의 두께 분포를 측정하는 것도 가능하다.(도 22 참조)
바람직하게, 기판(10)의 두께 분포 측정은, 기판(10)에 대한 연마가 행해지는 동안 연속적으로 측정된다.
참고로, 기판(10)이 최초 형성될 당시에 두께 분포가 균일하지 않거나, 연마 공정의 변수가 잘못 제어되면, 연마가 행해지는 동안 기판(10)에는 길이 방향 또는 폭 방향으로의 두께 편차(도 8의 ㅿT 참조)가 발생할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 8을 참조하면, 연마가 행해지는 동안 기판(10)에는, 연마 벨트(120)의 제1표면영역에 의해 연마되는 기판(10)의 제1영역과, 연마 벨트(120)의 제2표면영역에 의해 연마되는 기판(10)의 제2영역 간에 두께 편차(ㅿT)가 발생할 수 있다.
단계 2-3 :
그 후, 기판(10)에 대한 연마가 행해지는 동안, 두께측정단계(S20')에서 측정된 기판(10)의 두께 분포에 따라 연마 벨트(120)에 인가되는 가압력을 서로 다르게 조절한다.(S30')
바람직하게, 가압력 조절단계(S30')는 기판(10)의 대한 연마가 행해지는 동안 기판(10)의 두께 분포 변화에 따라 실시간으로 행해진다. 일 예로, 도 9 및 도 10을 참조하면, 기판(10)의 두께 분포 편차가 발생하는 경우, 연마 벨트(120)의 각 표면영역(Z1~Z6)에는 서로 다른 크기의 가압력(예를 들어, F1,F2)이 인가될 수 있으며, 연마 벨트(120)의 각 표면영역(Z1~Z6)에 대응하여 독립적으로 연마되는 각 기판(10) 영역(예를 들어, 연마 벨트의 제1표면영역에 의해 연마되는 기판의 제1영역과, 연마 벨트의 제2표면영역에 의해 연마되는 기판의 제2영역)의 연마량(단위 시간당 연마량)은 서로 다르다.
이와 같이, 가압력 조절단계(S30)에서는, 기판(10)의 두께 분포에 따라 연마 벨트(120)의 각 표면영역 별로 서로 다른 가압력이 인가되도록 하는 것에 의하여, 다시 말해서, 기판(10)의 두께 분포에 따라 연마 공정 중에 실시간으로 각 표면영역에 의한 가압력이 조절되도록 하는 것에 의하여, 기판(10)의 두께 편차를 제거할 수 있으며, 기판(10)의 연마량을 전체적으로 균일하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
반면, 연마 공정 중에 기판(10)의 두께 분포가 균일한 경우에는, 연마 벨트(120)의 각 표면영역에는 서로 동일한 가압력이 인가될 수 있다.(도 6 및 도 7을 참조)
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.
10 : 기판 20 : 스테이지
110 : 롤러 유닛 112 : 제1롤러
114 : 제2롤러 120 : 연마 벨트
122 : 자성 벨트 122a : 접착층
140 : 가압유닛 142 : 제1가압부
142a : 제1가압자석부 144 : 제2가압부
144a : 제2가압자석부 200 : 컨디셔너
300 : 벨트지지부 150 : 두께측정부
160 : 제어부

Claims (36)

  1. 연마 벨트에 의해 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치의 제어방법으로서,
    연마 벨트에 미리 정해진 가압력을 인가하여 기판의 표면을 초기 연마하는 초기연마단계와;
    상기 초기 연마가 행해진 상기 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정단계와;
    상기 기판의 두께 분포에 따라 상기 연마 벨트의 영역별로 서로 다른 가압력을 인가하여 상기 기판의 표면을 재연마하는 재연마단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  2. 제2항에 있어서,
    상기 기판을 가압하는 상기 연마 벨트의 표면은 복수개의 표면영역으로 분할되고,
    상기 재연마단계에서 상기 복수개의 표면영역에는 서로 다른 가압력이 독립적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연마 벨트의 상기 표면영역은 상기 연마 벨트의 길이 방향 및 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 분할되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 초기연마단계에서 상기 복수개의 표면영역에는 서로 동일한 가압력이 독립적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 연마 벨트의 내부에는 상기 복수개의 표면영역에 대응되게 복수개의 가압부가 독립적으로 구비되고,
    상기 재연마단계는, 상기 가압부가 상기 연마 벨트의 내표면을 비접촉 상태로 가압하여 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가압부는 전자기력을 이용하여 상기 연마 벨트의 내표면을 가압하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 연마 벨트의 내표면에 유체를 분사하고, 상기 유체에 의한 분사력에 의해 상기 연마 벨트의 내표면을 가압하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 초기연마단계와 상기 재연마단계 중 적어도 어느 하나에서, 상기 연마 벨트는 정해진 경로를 따라 순환 회전하며 상기 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 초기연마단계와 상기 재연마단계 중 적어도 어느 하나에서, 상기 연마 벨트는 일 방향에서 다른 일 방향으로 권취되며 상기 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 초기연마단계와 상기 재연마단계 중 적어도 어느 하나에서, 상기 기판은 위치가 고정되고, 상기 연마 벨트는 상기 기판에 대해 수평 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 초기연마단계와 상기 재연마단계 중 적어도 어느 하나에서, 상기 연마 벨트는 위치가 고정되고, 상기 연마 벨트에 대해 상기 기판이 수평 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 두께 분포는, 상기 기판에 대해 상기 연마 벨트가 상대 이동하며 상기 초기연마단계가 행해지는 중에 측정되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 적어도 일측변의 길이가 1m 보다 큰 사각형 기판인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초기연마단계와 상기 재연마단계 중 적어도 어느 하나에서는, 상기 연마 벨트에 의해 상기 기판에 대한 기계적 연마가 행해지는 동안 화학적 연마를 위한 슬러리가 함께 공급되며 화학 기계적 연마(CMP) 공정이 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  15. 연마 벨트에 의해 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치의 제어방법으로서,
    연마 벨트의 영역별로 상기 연마 벨트가 상기 기판을 가압하는 가압력을 독립적으로 인가하여 상기 기판의 표면을 연마하는 연마단계와;
    상기 기판에 대한 연마가 행해지는 동안, 상기 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정단계와;
    상기 기판에 대한 연마가 행해지는 동안, 상기 기판의 두께 분포에 따라 상기 연마 벨트의 영역별로 인가되는 가압력을 서로 다르게 조절하는 가압력 조절단계;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 두께측정단계와 상기 가압력 조절단계는 상기 연마단계가 행해지는 동안 실시간으로 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 기판을 가압하는 상기 연마 벨트의 표면은 복수개의 표면영역으로 분할되고,
    상기 가압력 조절단계에서 상기 복수개의 표면영역에는 서로 다른 가압력이 독립적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 연마 벨트의 상기 표면영역은 상기 연마 벨트의 길이 방향 및 폭 방향 중 적어도 어느 한 방향을 따라 분할되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 연마 벨트의 내부에는 상기 복수개의 표면영역에 대응되게 복수개의 가압부가 독립적으로 구비되고,
    상기 연마단계는, 상기 가압부가 상기 연마 벨트의 내표면을 비접촉 상태로 가압하여 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 가압부는 전자기력을 이용하여 상기 연마 벨트의 내표면을 가압하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 가압부는 상기 연마 벨트의 내표면에 유체를 분사하고, 상기 유체에 의한 분사력에 의해 상기 연마 벨트의 내표면을 가압하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 연마단계에서, 상기 연마 벨트는 정해진 경로를 따라 순환 회전하며 상기 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 연마단계에서, 상기 연마 벨트는 일 방향에서 다른 일 방향으로 권취되며 상기 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  24. 제15항에 있어서,
    상기 연마단계에서, 상기 기판은 위치가 고정되고, 상기 연마 벨트는 상기 기판에 대해 수평 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  25. 제15항에 있어서,
    상기 연마단계에서, 상기 연마 벨트는 위치가 고정되고, 상기 연마 벨트에 대해 상기 기판이 수평 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  26. 제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 적어도 일측변의 길이가 1m 보다 큰 사각형 기판인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  27. 제15항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마단계에서는, 상기 연마 벨트에 의해 상기 기판에 대한 기계적 연마가 행해지는 동안 화학적 연마를 위한 슬러리가 함께 공급되며 화학 기계적 연마(CMP) 공정이 행해지는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치의 제어방법.
  28. 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치로서,
    기판의 표면을 연마하는 연마 벨트와;
    상기 연마 벨트의 영역별로 상기 연마 벨트가 상기 기판을 가압하는 가압력을 독립적으로 인가하는 가압유닛과;
    초기 연마가 행해진 상기 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정부와;
    상기 초기 연마가 완료된 이후에, 상기 기판에 대한 재연마가 행해지는 동안, 상기 기판의 두께 분포에 따라 상기 가압유닛이 상기 연마 벨트의 영역별로 인가하는 가압력을 서로 다르게 제어하는 제어부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 기판을 가압하는 상기 연마 벨트의 표면은 복수개의 표면영역으로 분할되고,
    상기 기판에 대한 상기 재연마가 행해지는 동안, 상기 제어부는 상기 복수개의 표면영역에 서로 다른 가압력이 독립적으로 인가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 기판에 대해 상기 초기 연마가 행해지는 동안, 상기 가압유닛은 상기 복수개의 표면영역에 서로 동일한 가압력을 인가하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  31. 제28항에 있어서,
    상기 두께측정부는, 상기 기판에 대해 상기 연마 벨트가 상대 이동하며 상기 초기 연마가 행해지는 동안 상기 기판의 두께 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 두께측정부는 상기 기판에 대한 상기 연마 벨트의 연마 진행 방향을 따라 상기 연마 벨트의 후방에 배치되고, 상기 연마 벨트와 함께 상기 기판에 대해 상대 이동하며 상기 기판의 두께 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  33. 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치로서,
    기판의 표면을 연마하는 연마 벨트와;
    상기 연마 벨트의 영역별로 상기 연마 벨트가 상기 기판을 가압하는 가압력을 독립적으로 인가하는 가압유닛과;
    상기 기판에 대한 연마가 행해지는 동안, 상기 기판의 두께 분포를 측정하는 두께측정부와;
    상기 기판에 대한 연마가 행해지는 동안, 상기 기판의 두께 분포에 따라 상기 가압유닛이 상기 연마 벨트의 영역별로 인가하는 가압력을 서로 다르게 제어하는 제어부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 기판에 대한 연마가 행해지는 동안 상기 기판의 두께 분포를 실시간으로 반영하여 상기 가압유닛에 의한 가압력을 실시간으로 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 두께측정부는 상기 연마 벨트와 함께 상기 기판에 대해 상대 이동하며 상기 기판의 두께 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  36. 제33항에 있어서,
    상기 두께측정부는 상기 기판의 하부에서 복수의 지점에 고정 장착되어 상기 기판의 두께 분포를 측정하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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