KR20180098996A - 기판 처리 시스템 - Google Patents

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KR20180098996A KR1020170025893A KR20170025893A KR20180098996A KR 20180098996 A KR20180098996 A KR 20180098996A KR 1020170025893 A KR1020170025893 A KR 1020170025893A KR 20170025893 A KR20170025893 A KR 20170025893A KR 20180098996 A KR20180098996 A KR 20180098996A
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Abstract

본 발명은 기판 처리 시스템에 관한 것으로, 기판 처리 시스템은, 기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와, 연마 공정이 완료된 기판을 미리 설정된 이송 경로를 따라 이송하는 캐리어 헤드와, 이송 경로 상에 배치되며 기판이 접촉되는 선형 유체 커튼(linear fluid curtain)을 형성하는 유체분사부를 포함하는 것에 의하여, 연마가 완료된 기판의 습식 상태를 안정적으로 유지할 수 있으며, 공간활용성 및 설계자유도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

기판 처리 시스템{SUBSTRATE PROCESING SYSTEM}
본 발명은 기판 처리 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 연마 공정이 완료된 기판의 습식(wetting) 상태를 유지함과 동시에 기판의 세정을 행할 수 있는 기판 처리 시스템에 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 세정유닛(X2)으로 이전하여 다수의 세정 모듈(70)에서 웨이퍼(W)에 묻은 이물질을 세정하는 공정이 행해진다.
이와 같이, 각 연마 정반(P1, P2, P1', P2')에서 연마가 완료된 웨이퍼(W)는, 이송 경로(Po)를 따라 이동하는 캐리어 헤드(S)에 의하여 언로딩 유닛의 거치대(10)에 언로딩된 후, 세정 모듈(70)로 이송되어 세정된다.
한편, 연마가 완료된 웨이퍼(W)가 이송 경로(Po)를 따라 언로딩 유닛으로 이송되는 도중에 건조되면, 웨이퍼(W)의 표면에 워터마크가 발생하거나 기판의 실장 부품이 손상되는 문제점이 있기 때문에, 연마가 완료된 웨이퍼(W)가 이송 경로(Po)를 따라 이송되는 도중에는 웨이퍼(W)가 젖은 상태를 유지할 수 있어야 한다.
이를 위해, 기존에는 연마가 완료된 웨이퍼(W)가 이송되는 이송 경로 상에 기판의 습식 상태(젖은 상태)를 유지하기 위한 유체(DIW) 분사장치 또는 습식 베스(wetting bath)를 장착하고, 연마가 완료된 웨이퍼(W)가 이송되는 도중에 유체에 의해 적셔질 수 있도록 한 방안이 제시된 바 있다.
그러나, 기존의 유체 분사장치 또는 습식 베스는 웨이퍼(W)의 면적에 대응하는 크기(평면 투영시 웨이퍼에 대응되는 크기)를 갖도록 형성되어, 웨이퍼(W)의 저면(연마면) 전체를 동시에 적시도록 구성됨에 따라 공간활용성 및 설계자유도가 저하되는 문제점이 있다. 특히, 기존에는 각 연마 정반(P1, P2, P1', P2')의 사이에 마련된 한정된 공간상에 유체 분사장치 또는 습식 베스를 장착해야 하기 때문에, 유체 분사장치 또는 습식 베스의 설계 및 장착이 매우 곤란한 문제점이 있다.
또한, 연마가 완료된 웨이퍼(W)의 저면(연마면)에는 연마 입자와 오염된 슬러리 등의 이물질이 잔류하기 때문에, 다음 화학 기계적 연마 공정이 행해지기 전에, 웨이퍼(W)의 저면이 세정될 수 있어야 한다. 구체적으로, 웨이퍼는 1차 연마 공정과 2차 연마 공정을 순차적으로 거치며 연마가 이루어지게 되는데, 1차 연마 공정과 2차 연마 공정에서 사용되는 슬러리의 종류가 다르기 때문에, 1차 연마 공정에서 사용된 슬러리가 웨이퍼에 잔류된 상태에서 2차 연마 공정이 행해지면, 2차 연마 공정에서의 연마 품질이 저하되는 문제점이 있다.
그러나, 기존의 유체 분사장치 또는 습식 베스는 웨이퍼(W)의 연마면을 단순히 적셔주기 위한 용도의 설비로서, 웨이퍼의 연마면에 잔류된 슬러리 등의 이물질을 충분하게 제거하기 어렵고, 웨이퍼에 슬러리 등의 이물질이 잔류함에 따라, 연마 품질이 저하되고, 안정성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 공간활용성 및 설계자유도를 향상시킬 수 있으며, 기판의 습식 상태를 유지하면서 세정 효율을 향상시키기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 연마가 완료된 기판의 습식 상태를 안정적으로 유지할 수 있으며, 공간활용성 및 설계자유도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 연마가 완료된 기판의 습식 상태를 충분하게 보장함과 동시에 기판의 세정을 행할 수 있으며, 이물질의 잔류 및 기판의 건조에 의한 기판의 손상을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 1차 연마 공정이 완료된 기판에 대한 2차 연마 공정이 행해지기 전에 기판에 존재하는 이물질을 제거하여 연마 효율 및 세정 효율을 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연마 정반의 사이에 마련된 한정된 공간에서의 공간활용성 및 설계자유도를 높일 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 처리 환경에 따라 기판에 분사되는 유체의 분사 조건을 적절하게 조절할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 비용을 절감하고, 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기판 처리 시스템은, 기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와, 연마 공정이 완료된 기판을 미리 설정된 이송 경로를 따라 이송하는 캐리어 헤드와, 이송 경로 상에 배치되며 기판이 접촉되는 선형 유체 커튼(linear fluid curtain)을 형성하는 유체분사부를 포함한다.
이는, 화학 기계적 연마가 완료된 기판의 습식 상태가 유지됨과 동시에 기판의 세정이 이루어지도록 하는 것에 의하여, 기판의 손상을 방지하고, 기판의 연마 품질을 높이기 위함이다.
무엇보다도, 본 발명은 유체를 분사하여 기판이 접촉되는 선형 유체 커튼(linear fluid curtain)을 형성하고, 연마 공정이 완료된 기판이 선형 유체 커튼을 통과하는 동안 습식 처리 및 세정 처리되도록 하는 것에 의하여, 기판이 이송되는 도중에 기판의 습식 상태를 안정적으로 유지함과 아울러, 연마 입자와 오염된 슬러리 등의 이물질이 기판에 잔류하는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 기판의 건조에 의한 워터마크의 발생을 방지하고, 기판의 실장 부품의 손상을 방지할 수 있으며, 기판의 표면에 이물질의 잔류를 최소화하여 연마 품질 및 연마 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 1차 연마 공정이 완료된 기판에 대한 2차 연마 공정이 행해지기 전에 기판에 존재하는 이물질을 제거하는 것에 의하여 연마 효율 및 세정 효율을 보다 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 유체분사부는 선형 유체 커튼을 형성하도록 매우 슬림한 구조로 형성될 수 있기 때문에, 연마 정반의 사이에 마련된 한정된 공간에 자유롭게 배치될 수 있다. 따라서, 연마 정반의 사이에서의 공간활용성 및 설계자유도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 연마 파트는, 제1연마 공정이 행해지는 제1연마정반과, 제1연마정반에 이격되게 배치되며 제1연마 공정이 완료된 기판에 대한 제2연마 공정이 행해지는 제2연마정반을 포함하고, 유체분사부는 제1연마정반과 제2연마정반의 사이에 배치된다.
보다 구체적으로, 제1연마정반과 제2연마정반의 사이의 간격은 기판의 직경보다 작게 형성되는 것이 가능하다.
유체분사부는 유체를 분사하여 선형 유체 커튼을 형성 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 여기서, 선형 유체 커튼이라 함은, 선형적으로 형성되는 유체에 의한 막 형태의 커튼을 정의한다. 이때, 유체분사부에서 분사되는 유체라 함은, 액상 유체(예를 들어, 순수), 기상 유체 및 스팀 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 정의된다.
일 예로, 유체분사부로서는 선형 유체 커튼을 형성하기 위한 유체를 분사하는 분사 슬릿이 형성된 분사노즐이 사용된다. 보다 구체적으로, 분사노즐은 제1노즐바디와, 제1노즐바디에 결합되며 분사슬릿이 형성된 제2노즐바디를 포함한다.
바람직하게 분사슬릿은 기판의 지름 이상의 길이를 갖도록 형성된다. 이와 같이, 분사슬릿이 기판의 지름 이상의 길이를 갖도록 형성하는 것에 의하여, 분사슬릿을 통해 형성되는 선형 유체 커튼의 길이 역시 기판의 지름 이상의 길이로 형성될 수 있으며, 기판이 선형 유체 커튼을 통과하는 동안 선형 유체 커튼의 길이 방향을 따른 기판의 모든 부위가 동시에 선형 유체 커튼에 접촉될 수 있다.
또한, 분사노즐에는 복수개의 유체공급통로와, 유체공급통로와 연통되는 유체공급챔버가 형성되고, 복수개의 유체공급통로로 공급된 유체는 유체공급챔버를 거쳐 분사 슬릿을 통해 분사된다.
이와 같이, 복수개의 유체공급통로로 공급된 유체가 유체공급챔버를 거쳐 분사 슬릿을 통해 분사되도록 하는 것에 의하여, 분사 슬릿으로부터 분사되는 유체의 분사 압력 및 분사량을 전체적으로 균일하게 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 분사노즐의 상단에는 챔퍼부가 형성될 수 있다. 이와 같이, 분사노즐의 상단에 챔퍼부를 형성하는 것에 의하여, 기판으로부터 되튀어진 유체(이물질을 포함하는 유체)가 분사노즐의 상단에 잔류된 상태로 고화되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기판 처리 시스템은, 기판의 처리 환경에 따라 기판으로 분사되는 유체의 분사 조건을 조절하는 조절부를 포함할 수 있다.
즉, 조절부는 기판의 처리 환경(예를 들어, 사용되는 유체의 종류, 기판의 사이즈 또는 슬러리의 종류 등)에 따라 유체의 분사 조건(예를 들어, 분사 속도 또는 분사량)을 조절함으로써, 유체에 의한 세정력(예를 들어, 유체에 의한 타격력)을 조절할 수 있다.
일 예로, 조절부는 서로 다른 크기의 분사 슬릿이 형성된 복수개의 교체형 노즐바디를 포함하여 구성될 수 있으며, 복수개의 교체형 노즐바디 중 어느 하나를 제1노즐바디에 장착하여 유체의 분사조건을 조절할 수 있다. 이와 같이, 복수개의 교체형 노즐바디를 이용하여 유체의 분사 조건이 조절되도록 하는 것에 의하여, 유체의 분사 조건을 조절하기 위해 분사 노즐을 전체적으로 교체할 필요없이 교체형 노즐바디만을 간단하게 교체하여 유체의 분사 조건을 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 분사노즐은 기판에 대한 유체의 분사 각도(선형 유체 커튼의 각도)를 선택적으로 조절 가능하게 마련될 수 있다.
이와 같이, 기판의 처리 환경에 따라, 예를 들어, 사용되는 유체의 종류, 기판의 사이즈 또는 슬러리의 종류 등에 따라 분사노즐의 분사 각도를 조절하는 것에 의하여, 유체에 의한 세정력(예를 들어, 유체에 의한 타격력)을 선택적으로 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 바람직하게, 기판의 처리 환경에 따라 분사노즐에 의한 유체의 분사 각도는 수직선을 기준으로 10°이하(0.1°~ 10°)로 형성된다.
또한, 분사노즐의 주변을 감싸도록 노즐하우징이 배치될 수 있다.
바람직하게, 노즐 하우징에는 기판으로부터 되튀어진 유체를 수집하는 유체 수집 공간이 형성된다. 이와 같이, 분사노즐로부터 분사된 후 기판으로부터 되튀어진 유체가 노즐하우징의 유체 수집 공간에 수집되도록 하는 것에 의하여, 분사노즐로부터 분사된 유체가 의도하지 않게 주변 장치로 비산됨에 따른 각종 오류를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
일 예로, 노즐하우징은, 하우징 본체와, 하우징 본체에 분리 가능하게 결합되는 하우징 커버를 포함한다.
이와 같이, 하우징 커버가 하우징 본체에서 선택적으로 분리되도록 하는 것에 의하여, 유지 및 보수 필요할 시 노즐하우징 전체를 분리할 필요없이 간단히 하우징 커버만을 분리하여 분사노즐 또는 분사노즐에 연결되는 각종 부품을 수리 또는 교환할 수 있으므로, 유지 및 보수를 용이하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연마가 완료된 기판의 습식 상태를 안정적으로 유지할 수 있으며, 기판의 연마 품질을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 유체를 분사하여 기판이 접촉되는 선형 유체 커튼(linear fluid curtain)을 형성하고, 연마 공정이 완료된 기판이 선형 유체 커튼을 통과하는 동안 습식 처리 및 세정 처리되도록 하는 것에 의하여, 기판이 이송되는 도중에 기판의 습식 상태를 안정적으로 유지함과 아울러, 연마 입자와 오염된 슬러리 등의 이물질이 기판에 잔류하는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면 기판의 건조에 의한 워터마크의 발생을 방지하고, 기판의 실장 부품의 손상을 방지할 수 있으며, 기판의 표면에 이물질의 잔류를 최소화하여 연마 품질 및 연마 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 1차 연마 공정이 완료된 기판에 대한 2차 연마 공정이 행해지기 전에 기판에 존재하는 이물질을 제거하는 것에 의하여 연마 효율 및 세정 효율을 보다 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면 유체분사부는 선형 유체 커튼을 형성하도록 매우 슬림한 구조로 형성될 수 있기 때문에, 연마 정반의 사이에 마련된 한정된 공간에 자유롭게 배치될 수 있다. 따라서, 연마 정반의 사이에서의 공간활용성 및 설계자유도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판에 분사되는 유체의 분사 압력 및 분사량을 전체적으로 균일하게 유지하여 기판의 습식 처리 및 세정 처리의 균일도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 처리 환경(예를 들어, 사용되는 유체의 종류, 기판의 사이즈 또는 슬러리의 종류 등)에 따라 유체의 분사 조건(예를 들어, 분사 속도 또는 분사량)을 조절함으로써, 유체에 의한 세정력(예를 들어, 유체에 의한 타격력)을 보다 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 유지 및 보수를 용이하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있으며, 기판의 불량률을 최소화하고, 공정 효율성 및 수율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래 화학 기계적 연마 장비의 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 시스템을 도시한 도면,
도 3 내지 도 6은 도 2의 유체분사부를 설명하기 위한 도면,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 시스템으로서, 유체분사부의 슬릿노즐을 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 시스템으로서, 간극조절부를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 시스템으로서, 분사된 유체의 처리 과정을 설명하기 위한 도면,
도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 시스템으로서, 유체분사부의 변형예를 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 기판 처리 시스템을 도시한 도면이고, 도 3 내지 도 6은 도 2의 유체분사부를 설명하기 위한 도면이며, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 시스템으로서, 유체분사부의 슬릿노즐을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 시스템으로서, 간극조절부를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 시스템으로서, 분사된 유체의 처리 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 시스템으로서, 유체분사부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 시스템(1)은, 기판(10)에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트(100)와, 연마 공정이 완료된 기판(10)을 미리 설정된 이송 경로를 따라 이송하는 캐리어 헤드(120)와, 이송 경로 상에 배치되며 기판(10)이 접촉되는 선형 유체 커튼(linear fluid curtain)을 형성하는 유체분사부(130)를 포함한다.
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.
연마 파트(100)에는 복수개의 연마 정반(110,110',111,111')이 제공될 수 있고, 각 연마 정반(110,110',111,111')의 상면에는 연마 패드가 부착될 수 있다. 연마 파트(100)의 영역 상에 제공되는 로딩 유닛에 공급된 기판(10)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.
캐리어 헤드(120)는 연마 파트(100) 영역 상에서 기설정된 순환 경로를 따라 이동하도록 구성되며, 로딩 유닛에 공급된 기판(10)(이하 기판의 로딩 위치에 공급된 기판이라 함)은 캐리어 헤드(120)에 밀착된 상태로 캐리어 헤드(120)에 의해 이송된다. 이하에서는 캐리어 헤드(120)가 로딩 유닛에서부터 시작하여 연마정반(110)을 거쳐 대략 사각형 형태의 순환 경로로 이동하도록 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
일 예로, 연마 파트(100)는, 제1연마정반(110)과 제2연마정반(110')이 배치된 제1연마영역(101)과, 제1연마영역(101)을 마주하며 제1연마정반(111)과 제2연마정반(111')이 배치된 제2연마영역(102)을 포함하고, 로딩 영역(P2)에 로딩된 기판(10)은 제1연마영역(101) 또는 제2연마영역(102)에서 연마된 후, 캐리어 헤드(120)에 의해 이송되어 언로딩 영역(P1)에 언로딩된다.
도 3 내지 도 12를 참조하면, 유체분사부(130)는 미리 설정된 이송 경로 상에 배치되도록 연마 파트(100)에 마련되며, 연마 공정이 완료된 기판(10)이 이송 경로를 따라 이송되는 동안 기판(10)을 습식(wetting) 상태로 처리함과 동시에 세정 처리될 수 있게 한다.
여기서, 기판(10)의 습식 상태라 함은, 기판(10)의 표면이 건조되지 않고 축축하게 젖은 상태를 의미하고, 기판(10)의 습식 처리라 함은, 기판(10)의 표면이 건조되지 않고 축축하게 젖은 상태를 유지시키는 공정을 의미한다. 또한, 기판(10)의 세정 처리라 함은, 기판(10)의 표면에 달라 붙은 이물질을 제거하는 공정을 의미한다.
구체적으로, 유체분사부(130)는 제1연마정반(110,111)과 제2연마정반(110',111')의 사이에 배치되어, 제1연마 공정이 완료된 기판(10)에 대한 제2연마 공정이 행해지기 전에 기판(10)을 습식 처리 및 세정 처리한다.
이때, 유체분사부(130)는 유체를 분사하여 기판(10)이 접촉되는 선형 유체 커튼(linear fluid curtain)을 형성하고, 연마 공정이 완료된 기판(10)은 선형 유체 커튼을 통과하는 동안 습식 및 세정처리된다. 여기서, 선형 유체 커튼이라 함은, 선형적으로 형성되는 유체에 의한 막 형태의 커튼을 의미한다.
이와 같이, 유체분사부(130)는 선형 유체 커튼을 형성하도록 매우 슬림한 구조로 형성될 수 있기 때문에, 연마 정반의 사이에 마련된 한정된 공간에 자유롭게 배치될 수 있다. 따라서, 연마 정반의 사이에서의 공간활용성 및 설계자유도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 도 3을 참조하면, 유체분사부(130)는 매우 슬림한 두께로 형성될 수 있기 때문에, 제1연마정반(110)과 제2연마정반(110')의 사이의 간격(L)은 기판(10)의 직경보다 작게 형성되는 것이 가능하다.
참고로, 유체분사부(130)에서 분사되는 유체라 함은, 액상 유체(예를 들어, 순수), 기상 유체 및 스팀 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 정의된다. 경우에 따라서는, 유체분사부에서 액상 유체 또는 스팀이 기상 유체 또는 드라이아이스 입자 등과 혼합된 형태로 분사되는 것도 가능하다.
유체분사부(130)는 선형 유체 커튼을 형성 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 유체분사부(130)로서는 선형 유체 커튼을 형성하기 위한 유체를 분사하는 분사슬릿(134a)이 형성된 분사노즐(132)이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 분사노즐 대신 여타 다른 분사수단이 사용될 수 있으며, 분사수단의 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 분사노즐(132)은 제1노즐바디(133)와, 제1노즐바디(133)에 결합되며 분사슬릿(134a)이 형성된 제2노즐바디(134)를 포함한다.
제2노즐바디(134)의 내면에는 제2노즐바디(134)의 길이 방향을 따라 소정 길이를 갖는 선형 홈 형태의 분사슬릿(134a)이 형성되고, 제1노즐바디(133)와 제2노즐바디(134)가 결합된 상태에서 분사슬릿(134a)의 출구는 분사노즐(132)의 상부를 향해 개방된다.
바람직하게 분사슬릿(134a)은 기판(10)의 지름(D) 이상의 길이(W)를 갖도록 형성된다. 이와 같이, 분사슬릿(134a)이 기판(10)의 지름(D) 이상의 길이(W)를 갖도록 형성하는 것에 의하여, 분사슬릿(134a)을 통해 형성되는 선형 유체 커튼의 길이(W) 역시 기판(10)의 지름(D) 이상의 길이로 형성될 수 있으며, 기판(10)이 선형 유체 커튼을 통과하는 동안 선형 유체 커튼의 길이 방향을 따른 기판(10)의 모든 부위가 동시에 선형 유체 커튼에 접촉될 수 있다.
또한, 분사노즐(132)에는 복수개의 유체공급통로(133a)와, 유체공급통로(133a)와 연통되는 유체공급챔버(133b)가 형성되고, 복수개의 유체공급통로(133a)로 공급된 유체는 유체공급챔버(133b)를 거쳐 분사슬릿(134a)을 통해 분사된다.
이와 같이, 복수개의 유체공급통로(133a)로 공급된 유체가 유체공급챔버(133b)를 거쳐 분사슬릿(134a)을 통해 분사되도록 하는 것에 의하여, 분사슬릿(134a)으로부터 분사되는 유체의 분사 압력 및 분사량을 전체적으로 균일하게 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 기판 처리 시스템(1)은, 기판(10)의 처리 환경에 따라 기판(10)으로 분사되는 유체의 분사 조건을 조절하는 조절부(130')를 포함할 수 있다.
조절부(130')는 기판(10)의 처리 환경(예를 들어, 사용되는 유체의 종류, 기판의 사이즈 또는 슬러리의 종류 등)에 따라 유체의 분사 조건(예를 들어, 분사 속도 또는 분사량)을 조절함으로써, 유체에 의한 세정력(예를 들어, 유체에 의한 타격력)을 조절할 수 있다.
조절부(130')는 유체의 분사 조건을 조절 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 조절부(130')는 서로 다른 크기(L1≠L2≠L3)의 분사슬릿(134a')이 형성된 복수개의 교체형 노즐바디(134',134",134'")를 포함하여 구성될 수 있으며, 복수개의 교체형 노즐바디(134',134",134'") 중 어느 하나를 제1노즐바디(133)에 장착하여 유체의 분사조건을 조절할 수 있다. 가령, 유체에 의한 타격력을 높여야 하는 상황에서는 비교적 좁은 크기(L1〈 L2, L3)를 갖는 분사슬릿(134a')이 형성된 교체형 노즐바디(134')를 사용할 수 있다.
이와 같이, 복수개의 교체형 노즐바디(134',134",134'")를 이용하여 유체의 분사 조건이 조절되도록 하는 것에 의하여, 유체의 분사 조건을 조절하기 위해 분사 노즐을 전체적으로 교체할 필요없이 교체형 노즐바디(134',134",134'")만을 간단하게 교체하여 유체의 분사 조건을 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 조절부가 서로 다른 크기를 갖는 복수개의 부재(교체형 노즐바디)가 아닌, 분사슬릿의 크기를 자체적으로 가변시킬 수 있는 가변구조로 제공되는 것도 가능하다.
그리고, 분사노즐(132)의 주변을 감싸도록 노즐 하우징(135)이 배치될 수 있다.
바람직하게, 도 10을 참조하면, 노즐 하우징(135)에는 기판(10)으로부터 되튀어진 유체를 수집하는 유체 수집 공간(135c)이 형성된다. 이와 같이, 분사노즐(132)로부터 분사된 후 기판(10)으로부터 되튀어진 유체가 노즐 하우징(135)의 유체 수집 공간(135c)으로 수집되도록 하는 것에 의하여, 기판(10)으로부터 되튀어진 유체가 의도하지 않게 주변 장치(연마정반의 주변 영역에 배치된 장치)로 비산됨에 따른 각종 오류를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
노즐 하우징(135)은 유체 수집 공간(135c)을 갖는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 노즐 하우징(135)은, 하우징 본체(135a)와, 하우징 본체(135a)에 분리 가능하게 결합되는 하우징 커버(135b)를 포함한다.
이와 같이, 하우징 커버(135b)가 하우징 본체(135a)에서 선택적으로 분리되도록 하는 것에 의하여, 유지 및 보수 필요할 시 노즐 하우징(135) 전체를 분리할 필요없이 간단히 하우징 커버(135b)만을 분리하여 분사노즐(132) 또는 분사노즐(132)에 연결되는 각종 부품을 수리 또는 교환할 수 있으므로, 유지 및 보수를 용이하게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 11을 참조하면, 분사노즐(132)은 기판(10)에 대한 유체의 분사 각도(θ)(선형 유체 커튼의 각도)를 선택적으로 조절 가능하게 마련될 수 있다.
즉, 기판(10)의 처리 환경에 따라, 예를 들어, 사용되는 유체의 종류, 기판(10)의 사이즈 또는 슬러리의 종류 등에 따라 분사노즐(132)의 분사 각도를 조절하는 것에 의하여, 유체에 의한 세정력(예를 들어, 유체에 의한 타격력)을 선택적으로 조절하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 바람직하게, 기판(10)의 처리 환경에 따라 분사노즐(132)에 의한 유체의 분사 각도(θ)는 수직선을 기준으로 10°이하(0.1°~ 10°)로 형성된다.
일 예로, 분사노즐(132)은 회전핀(미도시)를 중심으로 노즐 하우징(135)의 내부에서 회전하며 유체의 분사 각도를 하도록 조절하도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 분사노즐에 분사 각도를 조절하기 위한 별도의 가이드부재를 장착하거나 여타 다른 방식으로 분사노즐에 의한 유체의 분사 각도를 조절하는 것도 가능하다.
한편, 유체분사부(130)는 별도의 감지 센서를 이용하여 기판(10)(또는 캐리어 헤드)이 제1연마정반과 제2연마정반의 사이를 통과하는 동안에만 유체를 분사하고, 제1연마정반과 제2연마정반의 사이에서 기판(10)(또는 캐리어 헤드)이 감지되지 않으면 유체의 분사가 정지되도록 구성되는 것도 가능하다. 이와 같이, 기판(10)이 제1연마정반과 제2연마정반의 사이를 통과하는 동안에만 유체분사부(130)에서 유체가 분사되도록 하는 것에 의하여, 유체의 사용량을 최소화할 수 있으며, 분사노즐(132)로부터 분사된 유체가 의도하지 않게 주변 장치(연마정반의 주변 영역에 배치된 장치)로 비산됨에 따른 각종 오류를 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 12를 참조하면, 분사노즐(132)의 상단에는 챔퍼부(133b,134b)가 형성될 수 있다.
보다 구체적으로 분사슬릿(134a)의 출구에 인접한 제1노즐바디(133)의 상단과, 제2노즐바디(134)의 상단에는 각각 챔퍼부(133b,134b)가 형성될 수 있다.
이와 같이, 제1노즐바디(133)의 상단과, 제2노즐바디(134)의 상단에 각각 챔퍼부(133b,134b)를 형성하는 것에 의하여, 기판(10)으로부터 되튀어진 유체(이물질을 포함하는 유체)가 챔퍼부(133b,134b)를 따라 아래로 흘러 내려가도록 유도할 수 있으므로, 제1노즐바디(133)의 상단과 제2노즐바디(134)의 상단에 이물질이 잔류된 상태로 고화되는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 세정 파트(300)는 연마 파트(100)의 인접한 측부에 제공되며, 언로딩 영역(P1)에 언로딩된 기판(10)의 표면에 잔류하는 이물질을 세정하기 위해 마련된다.
참고로, 본 발명에서 세정 파트(300)에서 진행되는 기판(10)의 세정이라 함은, 연마 공정이 완료된 후 기판(10)의 표면(특히, 기판(10)의 연마면, 기판(10)의 비연마면도 세정 가능)에 잔류하는 이물질을 최대한 세정하기 위한 공정으로 이해될 수 있다.
세정 파트(300)는 여러 단계의 세정 및 건조 공정을 수행 가능한 구조로 제공될 수 있으며, 세정 파트(300)를 구성하는 세정 스테이션의 구조 및 레이아웃에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 세정 파트(300)는 기판(10)의 표면에 잔류하는 유기물 및 여타 다른 이물질을 제거하기 위한 세정을 효과적으로 수행할 수 있도록, 기판(10)의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행하는 접촉식 세정유닛(400)과, 기판(10)의 표면에 물리적으로 비접촉되며 세정을 수행하는 비접촉식 세정유닛(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 세정 파트가 접촉식 세정유닛 및 비접촉식 세정유닛 중 어느 하나만을 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
접촉식 세정유닛(400)은 기판(10)의 표면에 물리적으로 접촉되며 세정을 수행 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 이하에서는 접촉식 세정유닛(400)이 제1접촉식 세정유닛(402) 및 제2접촉식 세정유닛(404)을 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다.
일 예로, 제1접촉식 세정유닛(402) 및 제2접촉식 세정유닛(404)은 기판(10)의 표면에 회전하며 접촉되는 세정 브러쉬를 포함하여 구성될 수 있다.
연마 공정이 완료된 기판(10)은 통상의 스핀들(미도시)에 의해 회전하는 상태에서 회전하는 한 쌍의 세정 브러쉬에 의해 세정될 수 있다. 경우에 따라서는 기판이 회전하지 않고 고정된 상태로 세정 브러쉬에 의해 세정되도록 구성하는 것도 가능하다. 다르게는 기판의 하나의 판면(예를 들어, 연마면)에 대해서만 단 하나의 세정 브러쉬가 세정을 수행하는 것이 가능하다.
또한, 세정 브러쉬에 의한 세정이 수행되는 동안에는 세정 브러쉬(410)와 기판(10)의 마찰 접촉에 의한 세정 효과를 높일 수 있도록, 세정 브러쉬가 기판(10)에 접촉하는 동안 세정 브러쉬(410)와 기판(10)의 접촉 부위에 케미컬(예를 들어, SC1, 불산)을 공급하는 것도 가능하다.
비접촉식 세정유닛(500)은 기판(10)의 표면에 물리적으로 비접촉(non-contact)되며 세정을 수행 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다. 이하에서는 비접촉식 세정유닛(500)이 제1비접촉식 세정유닛(502) 및 제2비접촉식 세정유닛(504)을 포함하여 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 비접촉식 세정유닛이 단 하나의 세정유닛만으로 구성되는 것도 가능하다.
비접촉식 세정유닛(500)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 세정을 수행하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 비접촉식 세정유닛(500)은, 기판(10)의 표면에 케미컬, 순수(DIW), 스팀, 이종 유체 등과 같은 세정 유체를 분사하거나, 기판(10)의 표면에 진동 에너지(메가소닉)를 공급하거나, 기판(10)의 표면에 이소프로필 알콜(IPA)을 분사하는 것에 의하여 세정을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 세정 파트의 각 세정유닛(비접촉식 세정유닛 또는 접촉식 세정유닛)이 단일층 상에 배열된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 세정 파트의 각 세정유닛이 상하 방향을 따라 적층되게 다층 구조로 제공되는 것이 가능하다.
또한, 세정 파트(300)의 인접한 측부에는 기판(10) 반입출 파트(Equipment Front End Module; EFEM)(600)가 구비되며, 처리(연마 및 세정)될 기판(10)과 처리 완료된 기판(10)은 기판(10) 반입출 파트(600)를 통해 반입되거나 반출된다.
일 예로, 기판(10)은 풉(front opening unified pod; FOUP)에 적재된 상태로 기판(10) 반입출 파트(600)에 반입되거나, 기판(10) 반입출 파트(600)로부터 반출될 수 있다. 경우에 따라서는 풉 대신 여타 다른 보관 용기를 이용하여 기판(10)이 반입출되는 것이 가능하며, 기판(10)의 반입출 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
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 100 : 연마 파트
110,111 : 연마 정반 120 : 캐리어 헤드
130 : 유체분사부 132 : 분사노즐
133 : 제1노즐바디 133a : 유체공급통로
133b : 유체공급챔버 134 : 제2노즐바디
134a : 분사슬릿 130' : 조절부
135 : 노즐 하우징 135a : 하우징 본체
135b : 하우징 커버 135c : 유체 수집 공간
300 : 세정 파트

Claims (16)

  1. 기판 처리 시스템에 있어서,
    기판에 대해 화학 기계적 연마(CMP) 공정을 수행하는 연마 파트와;
    연마 공정이 완료된 상기 기판을 미리 설정된 이송 경로를 따라 이송하는 캐리어 헤드와;
    상기 이송 경로 상에 배치되며, 상기 기판이 접촉되는 선형 유체 커튼(linear fluid curtain)을 형성하는 유체분사부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체분사부는 상기 선형 유체 커튼을 형성하기 위한 유체를 분사하는 분사 슬릿이 형성된 분사노즐인 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분사노즐은,
    제1노즐바디와;
    상기 제1노즐바디에 결합되며, 상기 분사슬릿이 형성된 제2노즐바디를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 분사슬릿은 상기 기판의 지름 이상의 길이를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 기판에 대한 상기 유체의 분사 각도를 조절 가능하게 마련된 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분사노즐에 의한 상기 유체의 분사 각도는 수직선을 기준으로 10°이하인 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 분사노즐에는 복수개의 유체공급통로와, 상기 유체공급통로와 연통되는 유체공급챔버가 형성되고,
    상기 복수개의 유체공급통로로 공급된 상기 유체는 상기 유체공급챔버를 거쳐 상기 분사 슬릿을 통해 분사되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 분사노즐의 주변을 감싸도록 배치되는 노즐하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 노즐 하우징에는 상기 기판으로부터 되튀어진 유체를 수집하는 유체 수집 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 노즐하우징은,
    하우징 본체와;
    상기 하우징 본체에 분리 가능하게 결합되는 하우징 커버를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 유체는 액상 유체, 기상 유체 및 스팀 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  12. 제3항에 있어서,
    상기 유체의 분사조건을 조절하는 조절부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 조절부는 서로 다른 크기의 상기 분사 슬릿이 형성된 복수개의 교체형 노즐바디를 포함하고,
    상기 복수개의 교체형 노즐바디 중 어느 하나를 상기 제1노즐바디에 장착하여 상기 유체의 분사조건을 조절 가능한 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 분사노즐의 상단에는 챔퍼부가 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 파트는,
    제1연마 공정이 행해지는 제1연마정반과;
    상기 제1연마정반에 이격되게 배치되며, 상기 제1연마 공정이 완료된 상기 기판에 대한 제2연마 공정이 행해지는 제2연마정반을; 포함하고,
    상기 유체분사부는 상기 제1연마정반과 상기 제2연마정반의 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1연마정반과 상기 제2연마정반의 사이의 간격은 상기 기판의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 기판 처리 시스템.
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