KR20190119305A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20190119305A
KR20190119305A KR1020180042583A KR20180042583A KR20190119305A KR 20190119305 A KR20190119305 A KR 20190119305A KR 1020180042583 A KR1020180042583 A KR 1020180042583A KR 20180042583 A KR20180042583 A KR 20180042583A KR 20190119305 A KR20190119305 A KR 20190119305A
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김경모
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치는, 기판을 일 방향에서 다른 일 방향으로 귄취하는 귄취 유닛과, 기판이 귄취 유닛에서 귄취되는 중에 기판을 연마하는 연마 유닛을 포함하는 것에 의하여, 기판의 처리 효율을 높이고, 기판의 처리 공정을 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판의 처리 효율을 높이고, 기판의 처리 공정을 간소화할 수 있는 기판 처리 장치에 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 기판이 사용되고 있는데, 최근 디스플레이 장치는 슬림화 및 고화소(high-pixel)를 지향하기 때문에, 이에 상응하는 기판이 준비될 수 있어야 한다.
특히, 기판은 점차 대형화되는 추세이며, 이러한 기판의 투과율을 균일화하면서 불필요한 부분을 연마하는 공정은 투과율 자체가 제품의 완성도를 좌우하는 만큼, 매우 중요한 공정으로 안정적인 연마 신뢰도를 필요로 한다.
보다 구체적으로 디스플레이 장치의 크기가 커지고 화소수가 높아질수록 기판의 평탄도(표면 균일도)가 낮으면, 기판의 표면 두께 편차에 의한 투과율 편차에 의해 영상이 왜곡되고 화질이 저하되기 때문에, 기판은 높은 표면 균일도를 갖도록 연마 처리될 수 있어야 한다.
기존에 알려진 기판의 연마 방식에는, 기판을 기계적으로 연마하는 방식과, 기판 전체를 연마 용액에 침지시켜 연마하는 방식이 있다. 그러나, 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 기판은 매우 큰 사이즈를 갖는 반면, 기존 화학 기계적 연마 방식은 연마가 이루어지는 동안 필연적으로 기판이 회전되어야 하기 때문에, 대면적 기판의 정밀 연마 방식으로서 기존의 화학 기계적 연마 방식을 적용하기 매우 어려운 문제점이 있다.
다시 말해서, 대면적 기판에 대해 화학 기계적 연마를 수행하기 위해서는, 필연적으로 대면적 기판을 회전시켜야 하는데, 대면적 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 기판을 정밀 연마하기 어려운 문제점이 있으며, 생산성 및 수율이 낮은 문제점이 있다.
이를 위해, 최근에는 기판의 처리 효율을 높이고 생산성 및 수율을 향상시키기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기판의 처리 효율을 높이고, 기판의 처리 공정을 간소화할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 대면적 플렉시블 기판의 처리 공정을 간소화하고, 처리 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 연마 안정성 및 연마 균일도를 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판을 연마하는 연마브러쉬의 컨디셔닝 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는데 소요되는 시간을 단축하고, 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 설비를 간소화할 수 있으며, 제조 비용을 절감할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 기판을 일 방향에서 다른 일 방향으로 귄취하는 귄취 유닛과, 기판이 귄취 유닛에서 귄취되는 중에 기판을 연마하는 연마 유닛을 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 처리 효율을 높이고, 기판의 처리 공정을 간소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 플렉시블 기판의 처리 공정을 간소화하고, 처리 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판의 연마 안정성 및 연마 균일도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판을 연마하는 연마브러쉬의 컨디셔닝 효율을 향상시키고, 컨디셔닝 시간에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 설비를 간소화하고, 제조 비용을 절감할 수 있으며, 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 컨디셔너를 설명하기 위한 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 컨디셔너의 다른 실시예를 설명하기 위한 측면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마브러쉬의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 세정 유닛을 설명하기 위한 도면,
도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 건조 유닛을 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 1 및 도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 컨디셔너를 설명하기 위한 측면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 컨디셔너의 다른 실시예를 설명하기 위한 측면도이다. 또한, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마브러쉬의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 세정 유닛을 설명하기 위한 도면이고, 도 10 내지 도 12는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 건조 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(10)는, 기판(20)을 일 방향에서 다른 일 방향으로 귄취하는 귄취 유닛과, 기판(20)이 귄취 유닛에서 귄취되는 중에 기판(20)을 연마하는 연마 유닛(200)을 포함한다.
이는, 기판의 기판의 처리 효율을 높이고, 기판의 처리 공정을 간소화하기 위함이다. 특히, 본 발명은 대면적 플렉시블 기판의 처리 공정을 간소화하고, 처리 효율을 향상시키기 위함이다.
즉, 수 내지 수십 미터의 길이를 갖는 대면적 플렉시블 기판을 연마하기 위해서는 기판을 거치 및 이송시키기 위한 매우 큰 장비 및 설치 공간이 필요하기 때문에, 공간효율성 및 설계자유도가 저하되는 문제점이 있다.
또한, 대면적 플렉시블 기판의 연마 공정이 행해지는 중에, 대면적 플렉시블 기판의 연마면에 묻어있던 연마 입자 등이 건조되면서 연마면에 고화되면, 연마면에 고화된 입자를 제거하는 데 훨씬 긴 시간의 세정 공정이 필요하고 세정 효과도 낮아지는 문제점이 있다.
이와 같은 문제를 해소하기 위해서는 대면적 플렉시블 기판의 연마 시간을 최대한 단축하고 연마 공정이 행해진 기판을 가능한 빠른 시간 내에 신속하게 세정 파트로 이송하여 세정 공정이 행해질 수 있어야 한다. 그러나, 대면적 플렉시블 기판보다 작은 크기를 갖는 판 형태의 연마패드로 기판을 연마하는 기존 연마 방식에 의해서는, 기판을 연마하는데 수 내지 수십분이 소요되므로, 연마 공정이 행해지는 중에, 기판의 연마면이 건조되면서 기판에 묻어있는 이물질이 기판 표면에 고화(또는 고착)되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 기판이 릴 투 릴(reel to reel) 권취 방식으로 오픈 루프 형태의 이동 궤적을 따라 이동(권취)하는 중에 기판을 연마하는 것에 의하여, 공간효율성 및 설계자유도를 크게 저하하지 않고도 대면적 플렉시블 기판을 연마하는 것이 가능한 이점이 있다.
또한, 본 발명은 기판이 릴 투 릴 권취 방식으로 오픈 루프 형태의 이동 궤적을 따라 이동(권취)하는 중에 기판을 연마하는 것에 의하여, 기판의 연마 시간을 최소화할 수 있고, 기판 연마면이 건조되면서 연마 입자 등이 연마면에 고화되는 것을 최소화할 수 있으며, 후속 세정 공정에 소요되는 공정 시간을 최소화하고 세정 효율을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
권취 유닛(100)은 오픈 루프 형태의 이동 궤적을 따라 일 방향에서 다른 일 방향으로 기판(20)을 귄취하도록 마련된다.
여기서, 기판(20)이 일 방향에서 다른 일 방향으로 권취된다 함은, 기판(20)이 통상의 카세트 테이프의 릴 투 릴(reel to reel) 권취 방식(제1릴에 권취되었다가 다시 제2릴에 반대 방향으로 권취되는 방식)으로 오픈 루프 형태의 이동 궤적을 따라 이동(권취)하는 것으로 정의된다.
기판(20)으로서는 권취 유닛(100)에 의해 권취 가능한 다양한 기판(20)이 사용될 수 있다. 바람직하게 기판(20)으로서는 가요성 재질의 플렉시블 기판이 사용된다.
권취 유닛(100)은 기판(20)을 일 방향에서 다른 일 방향으로 귄취 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 권취 유닛(100)은, 기판(20)의 일단이 고정되며 기판(20)을 제1방향으로 권취하는 제1롤러(110)와, 기판(20)의 타단이 고정되며 기판을 제1방향의 반대인 제2방향으로 귄취하는 제2롤러(120)를 포함한다.
제1롤러(110)와 제2롤러(120)는 통상의 구동 모터(단일 모터 또는 복수개의 모터)에 의해 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하도록 구성된다.
도 1을 참조하면, 제1롤러(110)와 제2롤러(120)가 반시계 방향으로 회전하면 기판(20)이 제2롤러(120)에서 제1롤러(110)로 권취된다. 이와 반대로, 도 2와 같이, 제1롤러(110)와 제2롤러(120)가 시계 방향으로 회전하면 기판(20)이 제1롤러(110)에서 제2롤러(120)로 권취된다.
또한, 제1롤러(110)와 제2롤러(120)의 사이에는 기판(20)의 이동을 가이드하는 가이드롤러(구동 롤러 또는 아이들 롤러)(130)가 구비될 수 있다.
이때, 가이드롤러(130)의 개수 및 배치 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 가이드롤러(130)의 개수 및 배치 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 가이드롤러(130)는 제1롤러(110)의 상부에 인접하게 배치되는 제1가이드롤러(132)와, 제2롤러(120)의 상부에 인접하게 배치되는 제2가이드롤러(134)를 포함하고, 기판(20)은 제1가이드롤러(132)와 제2가이드롤러(134)를 따라 이동한다.
이하에서는 제1롤러(110), 제2롤러(120), 제1가이드롤러(132) 및 제2가이드롤러(134)가 상호 협조적으로 대략 사각형(사다리꼴) 오픈 루프 형태의 기판(20) 이동 경로(권취 경로)를 형성하는 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 제1롤러, 제2롤러와 가이드롤러가 V자 형태 또는 삼각형 형태의 기판 이동 경로를 형성하는 것도 가능하다.
연마 유닛(200)은 기판(20)이 귄취 유닛에서 귄취되는 중에 기판(20)을 연마하도록 마련된다.
일 예로, 도 1과 같이, 연마 유닛(200)은 기판(20)이 제2롤러(120)에서 제1롤러(110)로 권취되는 중에 기판(20)을 연마한다. 다른 일 예로, 도 2를 참조하면, 연마 유닛(200)은 기판(20)이 제1롤러(110)에서 제2롤러(120)로 권취되는 중에 기판(20)을 연마하는 것도 가능하다.
참고로, 본 발명에서 기판(20)을 연마한다 함은, 기판(20)에 대한 기계 연마 공정 또는 화학 기계적 연마(CMP) 공정에 의해 기판(20)을 연마하는 것으로 정의된다. 일 예로, 연마 파트에서는 기판(20)에 대한 기계적 연마가 행해지는 동안 화학적 연마를 위한 슬러리가 함께 공급되며 화학 기계적 연마(CMP) 공정이 행해진다.
연마 유닛(200)으로서는 기판(20)이 귄취되는 중에 기판(20)을 연마할 수 있는 다양한 연마수단이 사용될 수 있다.
일 예로, 연마 유닛(200)은 제1롤러(110) 또는 제2롤러(120)와 수평한 회전축을 중심으로 회전하며 기판(20)을 연마하는 연마브러쉬(210)를 포함한다.
이하에서는 연마브러쉬(210)가 가이드롤러(130)(제1가이드롤러 또는 제2가이드롤러)의 외표면을 마주하도록 배치되고, 기판(20)이 가이드롤러(130)의 외표면을 거쳐 이동하는 중에 기판(20)의 외표면을 연마하는 예를 들어 설명하기로 한다.
여기서, 기판(20)이 가이드롤러의 외표면을 거쳐 이동하는 중에 기판(20)의 외표면을 연마한다 함은, 기판(20)의 내표면이 제1가이드롤러(또는 제2가이드롤러)의 외표면에 접촉된 상태에서 제1가이드롤러(또는 제2가이드롤러)의 외표면에 대응하는 기판(20)의 외표면 부위가 연마되는 것으로 정의된다.
이와 같이, 연마 유닛(200)에 의해 연마되는 기판(20)의 내표면이 제1가이드롤러(또는 제2가이드롤러)에 의해 지지되도록 하는 것에 의하여, 연마 유닛(200)이 기판(20)의 외표면에 접촉 가압됨에 따른 기판(20)의 눌림(처짐) 및 유동을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 연마브러쉬(210)는 기판(20)에 대해 수평한(제1롤러(110) 또는 제2롤러(120)에 대해 수평한) 회전축(212)을 중심으로 회전하며, 기판(20)의 외표면을 선형 연마(평탄화)한다.
연마브러쉬(210)는 기판(20)에 대해 수평한 회전축(212)을 중심으로 회전 가능한 다양한 구조로 결합될 수 있으며, 연마브러쉬(210)의 회전 방식 및 회전 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이때, 기판(20)에 대한 연마브러쉬(210)의 접촉 면적은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 도 1 및 도 6을 참조하면, 연마브러쉬(210)는 기판(20)의 표면에 선접촉되도록 구비된다.
여기서, 연마브러쉬(210)가 기판(20)의 표면에 선접촉한다 함음, 기판(평면)에 대해 접촉하는 연마브러쉬(210)가 원형 형태 또는 구형 형태를 가지는 것으로 정의된다. 연마브러쉬(210)는 기판(20)에 선접촉 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 연마브러쉬(210)는 원형 단면을 갖는 원형 롤 형태로 형성된다.
다른 일 예로, 도 7을 참조하면, 연마브러쉬(210)는 기판(20)의 표면에 면접촉되도록 구성되는 것도 가능하다.
연마브러쉬(210)는 기판(20)에 대한 기계적 연마에 적합한 재질로 형성된다. 예를 들어, 연마브러쉬(210)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, 연마브러쉬(210)의 재질 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
바람직하게 연마브러쉬(210)는 기판(20)이 이송(권취)되는 방향에 직교하는 방향을 따른 기판(20)의 일단에서 타단까지 연속적으로 접촉 가능한 충분한 길이를 갖도록 형성된다.
이와 같이, 연마브러쉬(210)가 기판(20)의 일단에서 타단까지 기판(20)을 동시에 연마하도록 하는 것에 의하여, 기판(20)의 일단에서 타단까지 연마브러쉬(210)에 의한 연마량을 전체적으로 균일하게 유지하고, 연마 균일도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
경우에 따라서는 연마브러쉬를 기판보다 짧은 길이(기판이 이송되는 방향에 직교하는 방향을 따른 기판의 일단에서 타단까지의 길이보다 짧은 길이)로 형성하는 것도 가능하다.
다른 일 예로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 연마브러쉬(210)가 기판(20)에 접촉되는 접촉 압력을 조절하여 연마브러쉬(210)에 의한 기판(20)의 단위 시간당 연마량을 제어하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 연마브러쉬(210)는, 기판(20)에 접촉되는 브러쉬몸체(214)와, 브러쉬몸체(214)의 내부에 형성되며 선택적으로 브러쉬몸체(214)를 팽창 또는 수축시키는 압력챔버(216)를 포함하고, 압력챔버(216)의 압력 조절하여 기판(20)에 대한 연마브러쉬(210)의 접촉 압력을 제어할 수 있다.
이때, 압력챔버(216)의 압력은 압력챔버(216)에 공급되는 유체(예를 들어, 기체)의 공급 압력을 조절하여 제어될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6과 같이, 압력챔버(216)의 압력이 제1압력(P1)으로 유지되면 브러쉬몸체(214)가 팽창되며 기판(20)에 선접촉되고, 도 7과 같이, 압력챔버(216)의 압력이 제1압력(P1)보다 낮은 제2압력(P2)으로 유지되면 브러쉬몸체(214)가 수축되며 기판(20)에 면접촉된다.
이때, 제1압력(P1)과 제2압력(P2)은 하나로 정해진 압력값이거나, 소정의 범위로 정해질 수 있다. 아울러, 기판(20)에 대한 연마브러쉬(210)의 접촉 압력은, 압력챔버(216)의 압력이 제2압력(P2)에서 제1압력(P1)으로 높아짐에 따라 증가하게 된다. 다르게는 연마브러쉬(210)의 회전 속도를 제어하여 연마브러쉬(210)에 의한 단위 시간당 연마량을 제어하는 것도 가능하다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 연마 유닛(200)으로서 기판(20)에 대해 회전하는 연마브러쉬(210)가 사용된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 연마브러쉬 대신에 기판에 접촉되도록 고정(회전 및 이동이 구속되게 고정) 설치되는 연마부재(미도시)를 이용하여 기판을 연마하는 것도 가능하다.
또한, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 연마브러쉬(210)가 기판(20)을 사이에 두고 가이드롤러를 마주하도록 배치(도 1 참조)된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 연마브러쉬를 가이드롤러(또는 제1롤러, 제2롤러)로부터 이격되게 배치하는 것도 가능하다.
예를 들어, 연마브러쉬(210)를 마주하도록 기판의 내표면(제1롤러 또는 제2롤러의 외표면에 접촉되는 면)에 지지부(미도시)를 마련하고, 연마브러쉬(210)가 접촉되는 기판(20)의 내표면이 가이드롤러가 아닌 지지부에 의해 지지되도록 구성하는 것도 가능하다.
이때, 지지부는 기판의 내표면을 밀착되게 접촉된 상태로 지지하거나, 비접촉 방식으로 지지하도록 구성될 수 있다.
일 예로, 지지부는 기판의 내표면에 유체를 분사하고, 유체에 의한 분사력에 의해 기판의 내표면이 지지되도록 구성될 수 있다. 아울러, 지지부는 기판의 저면에 기체(예를 들어, 공기)와 액체(예를 들어, 순수) 중 적어도 어느 하나를 분사할 수 있으며, 유체의 종류는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
경우에 따라서는, 지지부가 자기력(예를 들어, 척력; repulsive force) 또는 초음파 진동에 의한 부상력을 이용하여 기판의 내표면을 비접촉 방식으로 지지하도록 구성하는 것도 가능하다.
한편, 전술한 본 발명의 실시예에서는 제1롤러(110)와 제2롤러(120)의 사이에 가이드롤러가 구비된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 도 5와 같이, 제1롤러(110)(또는 제2롤러)에서 풀려진 기판이 별도의 가이드롤러를 거치지 않고 제2롤러(120)(또는 제1롤러)에 직접 권취되도록 구성하는 것도 가능하다. 이때, 제1롤러(110)와 제2롤러(120)의 배치 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(10)는 연마브러쉬(210)의 외표면(기판에 접촉되는 표면)을 개질(컨디셔닝)하는 컨디셔너(300)를 포함한다.
참고로, 컨디셔너(300)가 연마브러쉬(210)를 컨디셔닝한다 함은, 연마브러쉬(210)의 외표면을 미리 정해진 가압력으로 가압하며 미세하게 절삭하여 연마브러쉬(210)의 외표면에 형성된 미공이 표면에 나오도록 개질시키는 것으로 정의된다.
다시 말해서, 컨디셔너(300)는 연마브러쉬(210)의 외표면에 연마제와 화학 물질이 혼합된 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 컨디셔너(300)의 외표면을 미세하게 절삭하여, 컨디셔너(300)의 발포 기공에 채워졌던 슬러리가 기판(20)에 원활하게 공급되게 한다.
바람직하게, 컨디셔너(300)는 연마브러쉬(210)가 기판(20)을 연마하는 중에 연마브러쉬(210)를 컨디셔닝하도록 마련된다. 특히, 본 발명에서는 연마브러쉬(210)가 기판(20)에 수평한 회전축(212)을 중심으로 회전하며 기판(20)을 연마하고, 연마 공정 중에 연마브러쉬(210)의 외표면이 외부로 노출될 수 있으므로, 연마브러쉬(210)에 의한 기판(20)의 연마 공정이 행해짐과 동시에 연마브러쉬(210)의 컨디셔닝 공정이 함께 행해질 수 있다.
이는, 기판의 처리 공정을 간소화하고, 처리 시간을 단축하기 위함이다.
즉, 기판을 연마하는 연마브러쉬(210)는 일정 사용 시간에 따라 주기적으로 개질(컨디셔닝) 또는 교체될 수 있어야 한다. 그런데, 연마브러쉬(210)의 개질에 소요되는 시간이 증가할수록 기판의 처리 효율 및 생산성이 저하되므로, 연마브러쉬(210)의 개질에 소요되는 시간을 단축할 수 있어야 한다.
그러나, 판 형태의 연마패드로 기판을 연마하는 기존 연마 방식에서는, 연마 공정 중에 연마패드의 연마면이 기판에 전체적으로 접촉되어 외부로 노출될 수 없으므로, 기판의 연마 공정과 연마패드의 개질 공정이 함께 행해질 수 없다. 따라서, 기존에는 연마패드의 개질 공정이 행해지는 중에 기판의 연마 공정이 중단되어야 함에 따라, 기판의 처리 효율 및 생산성이 저하되고, 기판의 처리 시간이 증가하는 문제점이 있다. 특히, 연마패드의 개질 공정에는 수분(예를 들어, 10분) 이상의 시간이 소요되는데, 연마패드의 개질 공정 중에는 연마패드에 의한 기판의 연마 공정이 중단되므로, 불가피하게 기판의 처리 시간이 증가하고 처리 효율이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 연마브러쉬(210)에 의한 기판의 연마 공정이 행해짐과 동시에 연마브러쉬(210)의 컨디셔닝 공정이 함께 행해지도록 하는 것에 의하여, 연마브러쉬(210)의 개질에 소요되는 시간을 단축하고, 기판의 처리 효율 및 생산성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 연마브러쉬(210)를 별도의 컨디셔닝 위치로 이동시키지 않고 연마 위치에서 곧바로 컨디셔닝 공정이 행해지도록 하는 것에 의하여, 연마브러쉬(210)의 이동 경로를 최소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
컨디셔너(300)는 연마 공정 중에 연마브러쉬(210)를 컨디셔닝할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 도 3을 참조하면, 컨디셔너(300)는 연마브러쉬(210)의 외주면에 선접촉되는 평면 컨디셔닝 패드(310)를 포함한다.
예를 들어, 평면 컨디셔닝 패드(310)는 연마브러쉬(210)의 외주면에 선접촉 가능한 판 형태로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 평면 컨디셔닝 패드를 연마브러쉬의 외주면에 선접촉 가능한 여타 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다.
다른 일 예로, 도 4를 참조하면, 컨디셔너(300)는 연마브러쉬(210)의 외주면에 면접촉되는 곡면 컨디셔닝 패드(310')를 포함한다.
바람직하게, 곡면 컨디셔닝 패드(310')는 연마브러쉬(210)의 외주면에 대응하는 곡면 형태로 형성되어 연마브러쉬(210)의 외주면에 면접촉된다. 이와 같이, 곡면 컨디셔닝 패드(310')가 연마브러쉬(210)의 외주면에 면접촉되도록 하는 것에 의하여, 연마브러쉬(210)와 곡면 컨디셔닝 패드(310')의 접촉 면적을 충분하게 확보할 수 있으므로, 연마브러쉬(210)의 컨디셔닝 시간을 단축하고 컨디셔닝 효율을 보다 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱, 바람직하게, 컨디셔너(300)(평면 컨디셔닝 패드 또는 곡면 컨디셔닝 패드)는 연마브러쉬(210)의 길이 방향을 따라 연마브러쉬(210)의 일단에서 타단까지 연속적으로 접촉된다.
이와 같이, 컨디셔너(300)가 연마브러쉬(210)의 길이 방향을 따라 연마브러쉬(210)의 일단에서 타단까지 연속적으로 접촉되도록 하는 것에 의하여, 연마브러쉬(210)의 컨디셔닝 균일도를 높이고, 컨디셔닝 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기판 처리 장치(10)는 연마 유닛(200)에서 연마된 기판(20)의 외표면을 세정하는 세정 유닛(400)을 포함한다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 세정 유닛(400)은 연마브러쉬(210)에 의해 연마된 기판(20)이 제1롤러(110)(또는 제2롤러)에 귄취되기 전에 기판(20)을 세정하도록 마련된다.
기판(20)에 대한 화학 기계적 연마 공정 중에는 슬러리가 사용되고, 연마 공정이 행해진 기판의 외표면에는 슬러리 등의 이물질이 잔류될 수 있다. 이와 같이, 기판의 외표면에 이물질이 잔류된 상태에서 기판이 귄취되면, 기판의 사이에 잔류된 이물질이 고화되며 기판의 권취 상태를 구속하게 되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은, 연마 처리된 기판이 권취되기 전에 세정되도록 하는 것에 의하여, 권취된 기판의 사이에 이물질이 고화되는 것을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
세정 유닛(400)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 기판(20)의 외표면을 세정하도록 구성될 수 있으며, 세정 유닛(400)의 세정 방식에 의하여 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 8을 참조하면, 세정 유닛(400)은 기판(20)의 외표면에 세정 유체를 분사하는 분사노즐(410)을 포함한다.
분사노즐(410)은 단 한가지 종류의 세정 유체(기체 또는 액체)를 분사하거나, 서로 다른 이종 유체를 분사하도록 구성될 수 있으며, 분사노즐(410)에서 분사되는 세정 유체의 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
다른 일 예로, 도 9를 참조하면, 세정 유닛(400)은 기판(20)의 외표면에 회전 접촉되는 세정 브러쉬(420)를 포함한다.
세정 브러쉬(420)로서는 기판(20)의 외표면에 마찰 접촉 가능한 통상의 소재(예를 들어, 다공성 소재의 폴리 비닐 알코올)로 이루어진 브러쉬가 사용될 수 있다. 아울러, 세정 브러쉬(420)의 표면에는 접촉 특성을 향상시키기 위한 복수개의 세정 돌기를 형성하는 것이 가능하다. 물론, 경우에 따라서는 세정 돌기가 없는 브러쉬를 사용하는 것도 가능하다.
또한, 세정 브러쉬(420)에 의한 세정이 수행되는 동안에는 세정 브러쉬(420)와 기판(20)의 마찰 접촉에 의한 세정 효과를 높일 수 있도록, 세정 브러쉬(420)가 기판(20)에 접촉하는 동안 세정 브러쉬(420)와 기판(20)의 접촉 부위에 세정액을 공급하는 것도 가능하다.
또 다른 일 예로, 세정 유닛(400)은 기판(20)의 외표면에 접촉되는 선형 유체 커튼(linear fluid curtain)을 형성하는 슬릿노즐(미도시)을 포함할 수 있다.
여기서, 선형 유체 커튼이라 함은, 선형적으로 형성되는 유체에 의한 막 형태의 커튼을 의미한다.
슬릿노즐은 유체를 분사하여 기판(20)의 외표면에 접촉되는 선형 유체 커튼을 형성하고, 기판(20)의 외표면은 선형 유체 커튼을 통과하는 동안 세정 처리된다.
참고로, 슬릿노즐에서 분사되는 유체라 함은, 액상 유체(예를 들어, 순수), 기상 유체 및 스팀 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 정의된다. 경우에 따라서는, 슬릿노즐에서 액상 유체 또는 스팀이 기상 유체 또는 드라이아이스 입자 등과 혼합된 형태로 분사되는 것도 가능하다.
슬릿노즐은 선형 유체 커튼을 형성 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 슬릿노즐에는 선형 유체 커튼을 형성하기 위한 유체를 분사하는 분사슬릿(미도시)이 형성될 수 있다.
또한, 기판 처리 장치는 세정 유닛(400)을 통과한 기판(20)를 건조하는 건조 유닛(500)을 포함한다.
건조 유닛(500)은 기판(20)이 세정된 후 제1롤러(110)(또는 제2롤러)에 권취되기 전에 기판(20)를 건조시키기 위해 마련된다.
건조 유닛(500)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 기판(20)의 외표면을 건조하도록 구성될 수 있으며, 건조 유닛의 건조 방식에 의하여 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 10 및 도 11을 참조하면, 건조 유닛(500)은 기판(20)의 외표면에 접촉되는 선형 공기 커튼을 형성하는 공기분사 슬릿노즐(510)을 포함한다.
여기서, 선형 공기 커튼이라 함은, 선형적으로 형성되는 공기에 의한 막 형태의 커튼을 의미한다.
공기분사 슬릿노즐(510)은 공기를 분사하여 기판(20)의 외표면에 접촉되는 선형 공기 커튼을 형성하고, 기판(20)의 외표면은 선형 공기 커튼을 통과하는 동안 건조 처리된다.
공기분사 슬릿노즐(510)은 선형 공기 커튼을 형성 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 공기분사 슬릿노즐(510)에는 선형 공기 커튼을 형성하기 위한 공기를 분사하는 분사슬릿(미도시)이 형성될 수 있다.
다른 일 예로, 건조 유닛(500)은 기판(20)의 외표면에 건조 유체를 분사하는 건조유체 분사노즐(미도시)을 포함한다.
건조유체 분사노즐은 단 한가지 종류의 건조 유체를 분사하거나, 서로 다른 이종 건조 유체를 분사하도록 구성될 수 있으며, 건조유체 분사노즐에서 분사되는 건조 유체의 종류에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 건조유체 분사노즐은 공기를 분사하도록 구성될 수 있다. 다르게는, 건조유체 분사노즐이 이소프로필(IPA)을 분사하는 것도 가능하다.
또 다른 일 예로, 건조 유닛(500)은 기판(20)의 외표면에 접촉되며, 기판(20)의 외표면에 잔류된 세정 유체를 흡수하는 흡수부재(520)를 포함한다.
흡수부재(520)로서는 기판(20)의 외표면에 접촉하며 기판(20)의 외표면에 잔류한 세정 유체를 흡수할 수 있는 다양한 소재 및 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 흡수부재(520)로서는 스펀지 롤러가 사용될 수 있다. 바람직하게 스펀지 롤러는 기판(20)의 외표면에 접촉된 상태에서 기판(20)이 이동함에 따라 회전한다.
한편, 건조 유닛(500)의 또 다른 실시예로서, 건조 유닛(500)은 기판(20)의 외표면에 잔류된 세정 유체를 흡입하는 유체흡입부(미도시)를 포함할 수 있다.
유체흡입부는 통상의 진공 흡입 방식으로 기판(20)의 외표면에 잔류된 세정 유체를 흡입하도록 구성될 수 있다.
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 : 권취 유닛 110 : 제1롤러
120 : 제2롤러 130 : 가이드롤러
132 : 제1가이드롤러 134 : 제2가이드롤러
200 : 연마 유닛 210 : 연마브러쉬
212 : 회전축 214 : 브러쉬몸체
216 : 압력챔버 300 : 컨디셔너
310 : 평면 컨디셔닝 패드 310' : 곡면 컨디셔닝 패드
400 : 세정 유닛 410 : 분사노즐
420 : 세정 브러쉬 500 : 건조 유닛
510 : 공기분사 슬릿노즐 520 : 흡수부재

Claims (22)

  1. 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치로서,
    기판을 일 방향에서 다른 일 방향으로 귄취하는 귄취 유닛과;
    상기 기판이 상기 귄취 유닛에서 귄취되는 중에 상기 기판을 연마하는 연마 유닛을;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 귄취 유닛은,
    상기 기판의 일단이 고정되며, 상기 기판을 제1방향으로 권취하는 제1롤러와;
    상기 기판의 타단이 고정되며, 상기 기판을 상기 제1방향의 반대인 제2방향으로 귄취하는 제2롤러를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연마 유닛은 상기 제1롤러 또는 상기 제2롤러와 수평한 회전축을 중심으로 회전하며 상기 기판을 연마하는 연마브러쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1롤러와 상기 제2롤러의 사이에 배치되며, 상기 기판의 이동을 안내하는 가이드롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연마브러쉬는,
    상기 가이드롤러의 외표면을 마주하도록 배치되고, 상기 기판이 상기 가이드롤러의 외표면을 거쳐 이동하는 중에 상기 기판의 외표면을 연마하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 연마브러쉬를 마주하도록 배치되며, 상기 기판을 사이에 두고 상기 연마브러쉬를 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 연마브러쉬는,
    상기 기판에 접촉되는 브러쉬몸체와;
    상기 브러쉬몸체의 내부에 형성되며, 선택적으로 상기 브러쉬몸체를 팽창 또는 수축시키는 압력챔버를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압력챔버의 압력이 제1압력으로 유지되면, 상기 브러쉬몸체가 팽창되며 상기 기판에 선접촉되고,
    상기 압력챔버의 압력이 상기 제1압력보다 낮은 제2압력으로 유지되면, 상기 브러쉬몸체가 수축되며 상기 기판에 면접촉되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 연마브러쉬를 컨디셔닝하는 컨디셔너를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 컨디셔너는 상기 연마브러쉬가 상기 기판을 연마하는 중에 상기 연마브러쉬를 컨디셔닝하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 컨디셔너는 상기 연마브러쉬의 외주면에 선접촉되는 평면 컨디셔닝 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 컨디셔너는 상기 연마브러쉬의 외주면에 면접촉되는 곡면 컨디셔닝 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 컨디셔너는 상기 연마브러쉬의 길이 방향을 따라 상기 연마브러쉬의 일단에서 타단까지 연속적으로 접촉되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 가요성 재질의 플렉시블 기판인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  15. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마 유닛에서 연마된 상기 기판의 외표면을 세정하는 세정 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 세정 유닛은 상기 기판의 외표면에 세정 유체를 분사하는 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 세정 유닛은 상기 기판의 외표면에 회전 접촉되는 세정 브러쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 세정 유닛은 상기 기판의 외표면에 접촉되는 선형 유체 커튼(linear fluid curtain)을 형성하는 슬릿노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 세정 유닛을 통과한 상기 기판을 건조하는 건조 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 건조 유닛은 상기 기판의 외표면에 건조 유체를 분사하는 건조유체 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 건조 유닛은 상기 기판의 외표면에 접촉되는 선형 공기 커튼을 형성하는 공기분사 슬릿노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 건조 유닛은 상기 기판의 외표면에 접촉되며, 상기 기판의 외표면에 잔류된 세정 유체를 흡수하는 흡수부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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