KR102503624B1 - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR102503624B1
KR102503624B1 KR1020180012107A KR20180012107A KR102503624B1 KR 102503624 B1 KR102503624 B1 KR 102503624B1 KR 1020180012107 A KR1020180012107 A KR 1020180012107A KR 20180012107 A KR20180012107 A KR 20180012107A KR 102503624 B1 KR102503624 B1 KR 102503624B1
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이근우
박성현
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주식회사 케이씨텍
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치 및 이에 사용되는 연마 패드에 관한 것으로, 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치는, 기판에 대해 이동 가능하게 구비되는 연마 헤드와, 연마 헤드의 하부에 구비되며 기판의 상면을 연마하는 연마 패드와, 연마 헤드에 대해 연마 패드를 구속하는 연마 패드 구속부를 포함하는 것에 의하여, 연마 안정성 및 연마 정확도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판의 처리 효율을 높이고, 연마 안정성 및 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 이에 사용되는 연마 패드에 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.
일 예로, OLED 공정 중 하나로서, 비정질실리콘(a-Si)에 레이저를 주사하여 폴리실리콘(poly-Si)으로 결정화하는 ELA(Eximer Laser Annealing) 공정에서는 폴리실리콘이 결정화되면서 표면에 돌기가 발생할 수 있고, 이러한 돌기는 무라 현상(mura-effects)을 발생시킬 수 있으므로, 유리 기판은 돌기가 제거되도록 연마 처리될 수 있어야 한다.
이를 위해, 최근에는 기판의 표면을 효율적으로 연마하기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기판의 처리 효율을 높이고, 연마 안정성 및 연마 균일도를 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 연마 공정 중 연마 패드의 배치 상태를 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연마 패드의 교체를 용이하게 행할 수 있으며, 연마 패드의 교체 공정을 간소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 생산성 및 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연마 헤드에 연마 패드가 구속되도록 하는 것에 의하여, 연마 공정 중 연마 패드의 배치 상태를 안정적으로 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 처리 효율을 높이고, 연마 안정성 및 연마 균일도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 연마 공정 중 연마 패드의 배치 상태를 안정적으로 유지하고, 연마 패드의 밀림 및 이탈 현상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 연마 패드의 교체를 용이하게 행할 수 있으며, 연마 패드의 교체 공정을 간소화하고 교체에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 생산성 및 수율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 측면도,
도 3은 도 1의 'A' 부분의 확대도,
도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 유닛을 설명하기 위한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 패드 구속부의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 5의 'B' 부분의 확대도,
도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 패드를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 패드 구속부의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 9는 도 8의 'C' 부분의 확대도,
도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 리테이너를 설명하기 위한 도면,
도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 유닛의 연마 경로를 설명하기 위한 평면도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 준비 스테이지를 설명하기 위한 도면,
도 14는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마패드의 다른 실시예를 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 1은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 측면도이며, 도 3은 도 1의 'A' 부분의 확대도이고, 도 4는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 유닛을 설명하기 위한 단면도이다. 또한, 도 5는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 패드 구속부의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5의 'B' 부분의 확대도이다. 또한, 도 7은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 패드를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 패드 구속부의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 도 8의 'C' 부분의 확대도이다. 또한, 도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 리테이너를 설명하기 위한 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마 유닛의 연마 경로를 설명하기 위한 평면도이다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치(10)는, 기판(W)에 대해 이동하는 연마 헤드(210)와, 연마 헤드(210)의 하부에 구비되며 기판(W)의 상면을 연마하는 연마 패드(220)와, 연마 헤드(210)에 대해 연마 패드(220)를 구속하는 연마 패드 구속부(230)를 포함한다.
이는, 연마 패드의 배치 안정성을 높이고, 기판의 연마 안정성 및 연마 균일도를 높이기 위함이다.
즉, 기판에 대한 연마 공정이 행해지는 중에 기판을 연마하는 연마 패드의 배치 상태가 일정하게 유지되지 못하면, 기판의 연마 균일도 및 연마 안정성이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 기판보다 작은 사이즈를 갖는 연마 패드를 기판에 가압시킨 상태로 연마 패드를 이동시켜 기판을 연마하는 방식에서는, 연마 패드를 기판에 가압하는 가압력이 커질수록 연마 헤드에 대한 연마 패드의 밀림 현상이 크게 발생하는 문제점이 있고, 연마 헤드에 대한 연마 패드의 밀림(이탈)이 일정 이상 커지면, 연마 헤드가 기판에 직접 접촉됨에 따라 기판이 손상되거나 파손되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 연마 패드 구속부(230)에 의해 연마 패드(220)가 연마 헤드(210)에 구속되도록 하는 것에 의하여, 연마 헤드(210)에 대한 연마 패드(220)의 배치 상태를 안정적으로 유지시킬 수 있으므로, 연마 패드의 밀림에 의한 연마 안정성 및 연마 균일도 저하를 방지하고, 기판의 손상을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도 본 발명은 연마 패드(220)의 측면과 연마 헤드(210)를 구속하는 것에 의하여, 연마 헤드(210)에 대한 연마 패드(220)의 수평 방향 이동을 효과적으로 제한하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명은 연마 헤드(210)와 연마 패드(220) 간의 결합 상태가 선택적으로 유지 또는 해제되도록 하는 것에 의하여, 연마 패드(220)의 교체 공정을 간소화하고, 연마 패드(220)의 교체에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기판을 연마하는 연마 패드(220)는 일정 사용 시간에 따라 주기적으로 교체될 수 있어야 한다. 그런데, 연마 패드(220)의 교체에 소요되는 시간이 증가할수록 기판의 처리 효율 및 생산성이 저하되므로, 연마 패드(220)의 교체에 소요되는 시간을 단축할 수 있어야 한다. 그러나, 기존에는 연마 패드가 접착제에 의해 연마 헤드에 고정되도록 구성됨에 따라, 연마 패드를 연마 헤드로부터 분리하고 다시 연마 헤드에 후속 연마 패드를 장착하는데 소요되는 시간이 증가하여 처리 효율 및 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
특히, 기존에는 연마 패드가 접착제에 의해 연마 헤드에 부착됨에 따라, 연마 패드를 교체하기 위해서는, 연마 헤드로부터 수명이 다한 연마 패드를 강제적으로 분리시킨 후, 다시 연마 헤드에 후속 연마 패드를 접착제로 부착시켜야 하는 번거로운 공정을 거쳐야 하는 문제점이 있으며, 연마 패드의 교체에 많은 시간이 소요되어 기판의 처리 효율이 저하되는 문제점이 있다. 더욱이, 접착제로 부착된 연마 패드를 연마 헤드로부터 분리시키기 위해서는 연마 패드에 강제적으로 외력을 가하여 연마 헤드로부터 연마 패드를 떼어내어야 하는데, 이 과정이 매우 번거로울 뿐만 아니라 많은 작업 시간이 소요되는 문제점이 있다.
또한, 연마 헤드에서 연마 패드가 부착되는 부착면에 접착제 등의 이물질이 잔류하게 되면, 후속 연마 패드가 연마 헤드의 부착면에 평행한 상태로 부착되기 어렵고, 연마 패드가 틀어지게 부착된 상태(이물질을 덮도록 연마 패드가 부착된 상태)에서 기판에 대한 연마가 행해지면 기판의 연마 균일도 및 연마 안정성이 저하되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 접착제를 사용하지 않는 비접착제 결합 방식으로 연마 패드(220)가 연마 유닛(200)에 결합되도록 하는 것에 의하여, 연마 유닛(200)에서 연마 패드(220)가 부착되는 부착면에 접착제 등의 이물질이 잔류되는 것을 최소할 수 있고, 후속 연마 패드(220')(교체되는 연마 패드)를 항상 정해진 자세(연마 유닛에 평행한 상태)로 연마 유닛(200)에 부착시킬 수 있으므로, 연마 균일도 및 연마 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
연마 헤드(210)와 연마 패드(220)는 연마 유닛(200)을 구성하도록 마련되며, 기판거치부(100)에 거치된 기판(W)을 연마한다.
기판거치부(100)는 로딩 파트(미도시)와 언로딩 파트(미도시)의 사이에 배치되고, 로딩 파트에 공급된 기판(W)은 기판거치부(100)로 이송되어 기판거치부(100)에 안착된 상태에서 연마된 후, 언로딩 파트를 통해 언로딩된다.
보다 구체적으로, 로딩 파트는 연마 처리될 기판(W)을 연마 파트에 로딩하기 위해 마련된다.
로딩 파트는 연마 파트에 기판(W)을 로딩 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 로딩 파트의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 로딩 파트는 소정 간격을 두고 이격되게 배치되는 복수개의 로딩 이송 롤러(미도시)를 포함하며, 복수개의 로딩 이송 롤러의 상부에 공급된 기판(W)은 로딩 이송 롤러가 회전함에 따라 복수개의 로딩 이송 롤러에 의해 상호 협조적으로 이송된다. 경우에 따라서는 로딩 파트가 로딩 이송 롤러에 의해 순환 회전하는 순환 벨트를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
아울러, 로딩 파트에 공급되는 기판(W)은 로딩 파트로 공급되기 전에 얼라인 유닛(미도시)에 의해 자세 및 위치가 정해진 자세와 위치로 정렬될 수 있다.
참고로, 본 발명에서 사용되는 기판(W)으로서는 일측변의 길이가 1m 보다 큰 사각형 기판이 사용될 수 있다. 일 예로, 화학 기계적 연마 공정이 수행되는 피처리 기판으로서, 1500㎜*1850㎜의 사이즈를 갖는 6세대 유리 기판이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 7세대 및 8세대 유리 기판이 피처리 기판으로 사용되는 것도 가능하다. 다르게는, 다르게는 일측변의 길이가 1m 보다 작은 기판(예를 들어, 2세대 유리 기판)이 사용되는 것도 가능하다.
기판거치부(100)와, 연마 유닛(200)은 로딩 파트와 언로딩 파트의 사이에서 연마 파트를 구성하도록 마련된다.
기판거치부(100)는 기판(W)을 거치 가능한 다양한 구조로 마련될 수 있으며, 기판거치부(100)의 구조 및 형태는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 도 1 내지 도 11를 참조하면, 기판거치부(100)는, 기판지지부(110)와, 기판지지부(110)의 상면에 구비되며 기판(W)에 대한 마찰계수를 높여서 슬립을 억제하는 표면패드(120)를 포함하고, 기판(W)은 패드의 상면에 안착된다.
참고로, 본 발명에서 기판(W)을 연마한다 함은, 기판(W)에 대한 기계 연마 공정 또는 화학 기계적 연마(CMP) 공정에 의해 기판(W)을 연마하는 것으로 정의된다. 일 예로, 연마 파트에서는 기판(W)에 대한 기계적 연마가 행해지는 동안 화학적 연마를 위한 슬러리가 함께 공급되며 화학 기계적 연마(CMP) 공정이 행해진다. 이때, 슬러리는 연마 패드(220)의 내측 영역에서 공급되거나 연마 패드(220)의 외측 영역에서 공급될 수 있다.
기판지지부(110)는 기판(W)의 저면을 지지하도록 마련된다.
기판지지부(110)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 기판(W)을 지지하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 기판지지부(110)가 대략 사각 플레이트 형상으로 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 기판지지부가 여타 다른 형상 및 구조로 형성될 수 있으며, 2개 이상의 기판지지부를 이용하여 기판을 저면을 지지하는 것도 가능하다.
아울러, 기판지지부(110)로서는 석정반이 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 기판지지부가 금속 재질 또는 다공성 재질로 형성될 수 있으며, 기판지지부의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
기판지지부(110)의 상면에는 기판(W)에 대한 마찰계수를 높여서 슬립을 억제하는 표면패드(120)가 구비된다.
이와 같이, 기판지지부(110)의 상면에 표면패드(120)를 마련하고, 기판(W)이 표면패드(120)의 외표면에 안착되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)이 기판지지부(110)에 거치된 상태에서, 기판지지부(110)에 대한 기판(W)의 이동을 구속(미끄러짐을 구속)할 수 있으며, 기판(W)의 배치 위치를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
표면패드(120)는 기판(W)과의 접합성을 갖는 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 표면패드(120)의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 표면패드(120)는 신축성 및 점착성(마찰력)이 우수한 폴리우레탄, 엔지니어링 플라스틱, 실리콘 중 어느 하나 이상을 이용하여 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 표면패드를 논슬립 기능을 갖는 다른 재질로 형성하는 것도 가능하다.
또한, 표면패드(120)는 비교적 높은 압축율을 갖도록 형성된다. 여기서, 표면패드(120)가 비교적 높은 압축율을 갖도록 형성된다 함은, 표면패드(120)가 비교적 높은 연신율을 갖는 것으로도 표현될 수 있으며, 표면패드(120)가 쉽게 압축될 수 있는 푹신푹신한 재질로 형성된 것으로 정의된다.
바람직하게, 표면패드(120)는 20~50%의 압축율을 갖도록 형성된다. 이와 같이, 표면패드(120)가 20~50%의 압축율을 갖도록 형성하는 것에 의하여, 기판(W)과 표면패드(120)의 사이에 이물질이 유입되더라도 이물질의 두께만큼 표면패드(120)가 쉽게 압축될 수 있으므로, 이물질에 의한 기판(W)의 높이 편차(이물질에 의해 기판(W)의 특정 부위가 국부적으로 돌출)를 최소화할 수 있으며, 기판(W)의 특정 부위가 국부적으로 돌출됨에 따른 연마 균일도 저하를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 기판지지부가 접촉 방식으로 기판을 지지하도록 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 기판지지부가 기판의 저면을 비접촉 방식으로 지지하도록 구성하는 것도 가능하다.
일 예로, 기판지지부는 기판의 저면에 유체를 분사하고, 유체에 의한 분사력에 의해 기판의 저면(또는 표면패드의 저면)을 지지하도록 구성될 수 있다. 이때, 기판지지부는 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, 기판지지부가 자기력(예를 들어, 척력; repulsive force) 또는 초음파 진동에 의한 부상력을 이용하여 기판의 내표면을 비접촉 방식으로 지지하도록 구성하는 것도 가능하다.
연마 유닛(200)은 기판(W)의 표면에 접촉된 상태로 기판(W)의 표면을 연마하도록 마련된다.
보다 구체적으로, 연마 유닛(200)은, 기판에 대해 이동하는 연마 헤드(210)와, 연마 헤드(210)의 하부에 구비되며 기판의 상면을 연마하는 연마 패드(220)와, 연마 헤드(210)에 대해 연마 패드(220)를 구속하는 연마 패드 구속부(230)를 포함한다.
연마 헤드(210)는 연마 패드(220)를 자전시키면서 가압할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 연마 헤드(210)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 연마 헤드(210)는, 본체부(212)와, 본체부(212)의 저면에 구비되며 연마 패드(220)를 기판에 가압하는 멤브레인(214)과, 본체부(212)에 연결되며 연마 패드(220)가 장착되는 연마패드 리테이너(216)를 포함한다.
본체부(212)는 하나의 몸체로 구성되거나, 복수개의 몸체가 결합되어 구성될 수 있으며, 구동 샤프트(미도시)와 연결되어 회전하도록 구성된다. 또한, 연마 헤드(210)에는 연마 패드(220)를 기판(W)의 표면에 가압하기 위한 가압부(예를 들어, 공압으로 연마 패드를 가압하는 공압가압부)가 구비된다.
멤브레인(214)은 본체부(212)의 저면에 장착되며, 연마 패드(220)를 기판에 가압하도록 마련된다.
보다 구체적으로, 멤브레인(214)는, 복수개의 가압판부(미도시)로 이루어진 바닥판(214a)과, 복수개의 가압판부를 구획하도록 바닥판(214a)의 상면에 연장 형성되어 복수개의 압력 챔버(C1~C5)를 형성하는 격벽(214b)을 포함하며, 탄성 가요성 소재(예를 들어, 폴리우레탄)로 형성된다.
복수개의 압력 챔버(C1~C5)에는 각각 압력을 측정하기 위한 압력센서(미도시)가 제공될 수 있다. 각 압력 챔버(C1~C5)의 압력은 압력제어부(미도시)에 의한 제어에 의해 개별적으로 조절될 수 있으며, 각 압력 챔버(C1~C5)의 압력을 조절하여 각 가압판부가 기판을 가압하는 압력을 개별적으로 조절할 수 있다.
바닥판(214a)을 형성하는 가압판부의 갯수 및 사이즈는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 이하에서는 바닥판(214a)이 5개의 가압판부로 구성된 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 4개 이하 또는 6개 이상의 가압판부를 포함하여 바닥판을 구성하는 것도 가능하다.
격벽(214b)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 형태로 가압판부를 구획하도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 격벽(214b)은 링 형태로 형성되어 기판(W)의 반경 방향을 따라 복수개의 가압판부를 구획하며, 복수개의 가압판부는 링 형태로 형성된다. 경우에 따라서는 복수개의 가압판부가 기판의 원주 방향을 따라 구획되거나, 격자 형태 또는 여타 다른 형태로 구획되도록 구성하는 것도 가능하다.
연마패드 리테이너(216)는 본체부(212)에 연결되며, 연마 패드(220)를 장착하기 위해 마련된다.
연마패드 리테이너(216)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 연마 패드(220)가 결합될 수 있는 다양한 위치 및 형태로 마련될 수 있다.
일 예로, 연마패드 리테이너(216)는 멤브레인(214)의 둘레를 따라 멤브레인(214)의 외측에 링 형태로 형성되어 본체부(212)의 측면에 연결된다. 경우에 따라서는 연마패드 리테이너가 멤브레인(214)의 둘레를 따라 부분적으로 형성되거나, 본체부(212)의 상면에 연결되도록 구성하는 것도 가능하다.
연마 패드 구속부(230)는 연마 헤드(210)에 대해 연마 패드(220)를 구속하도록 마련된다. 보다 구체적으로, 연마 패드 구속부(230)는 연마 헤드에 대한 연마 패드의 수평 방향 이동을 제한하도록 마련된다.
이는, 연마 패드(220)의 배치 안정성을 높이고, 기판(W)의 연마 안정성 및 연마 균일도를 높이기 위함이다.
즉, 기판에 대한 연마 공정이 행해지는 중에 기판을 연마하는 연마 패드의 배치 상태가 일정하게 유지되지 못하면, 기판의 연마 균일도 및 연마 안정성이 저하되는 문제점이 있다. 특히, 기판보다 작은 사이즈를 갖는 연마 패드를 기판에 가압시킨 상태로 연마 패드를 이동시켜 기판을 연마하는 방식에서는, 연마 패드를 기판에 가압하는 가압력이 커질수록 연마 헤드에 대한 연마 패드의 밀림 현상이 크게 발생하는 문제점이 있고, 연마 헤드에 대한 연마 패드의 밀림(이탈)이 일정 이상 커지면, 연마 헤드가 기판에 직접 접촉됨에 따라 기판이 손상되거나 파손되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 연마 패드 구속부(230)에 의해 연마 패드(220)가 연마 헤드(210)에 구속되도록 하는 것에 의하여, 연마 헤드(210)에 대한 연마 패드(220)의 배치 상태를 안정적으로 유지시킬 수 있으므로, 연마 패드의 밀림에 의한 연마 안정성 및 연마 균일도 저하를 방지하고, 기판의 손상을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도 본 발명은 연마 패드(220)의 측면과 연마 헤드(210)를 구속하는 것에 의하여, 연마 헤드(210)에 대한 연마 패드(220)의 수평 방향 이동을 효과적으로 제한하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
연마 패드 구속부(230)는 연마패드 리테이너(216)에 대해 연마 패드(220)를 구속할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 연마 패드 구속부(230)는, 연마 패드(220)의 측면과 연마 헤드(210)를 구속하며, 연마 헤드(210)에 대한 연마 패드(220)의 수평 방향 이동을 제한하는 구속부재(231)를 포함한다.
보다 구체적으로, 구속부재(231)는 연마 패드(220)의 측면과 연마패드 리테이너(216)의 측면을 구속하도록 마련된다.
이때, 구속부재(231)는 연마 패드(220)의 측면과 연마패드 리테이너(216)의 측면을 구속할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 구속부재(231)는 연마패드 리테이너(216)의 둘레를 따라 링 형태로 형성된다.
이와 같이, 구속부재(231)를 링 형태로 형성하고, 구속부재(231)가 연마 패드(220)의 둘레 전체를 감싸도록 배치하는 것에 의하여, 연마 패드(220)의 반경 방향을 따른 연마 패드(220)의 이동이 모두 제한될 수 있으므로, 연마 헤드(210)에 대한 연마 패드(220)의 이동을 보다 안정적으로 제한하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 링 형태로 형성된 구속부재(231)의 내부에 연마패드 리테이너(216)와 연마 패드(220)가 삽입되어, 구속부재(231)의 내면에 연마 패드(220)의 외측면과 연마패드 리테이너(216)의 외측면이 함께 접촉되며 연마 패드(220)와 연마패드 리테이너(216)가 서로 구속되도록 하는 것에 의하여, 구속부재(231)를 연마 패드(220)의 측면 또는 연마패드 리테이너(216)의 측면에 고정시키기 위한 별도의 고정부재의 사용을 배제할 수 있으며, 구속부재(231)의 장착 공정을 간소화하고 장착 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
경우에 따라서는 연마패드 리테이너의 둘레를 따라 이격되게 복수개 구속부재(예를 들어, 120도 간격으로 배치되는 3개의 구속부재)를 마련하고, 복수개의 구속부재에 의해 연마 헤드에 대한 연마 패드의 밀림이 구속되도록 하는 것도 가능하다.
다른 일 예로, 도 5 내지 도 6을 참조하면, 연마 패드 구속부(230)는 연마패드 리테이너(216)와 연마 패드(220) 간에 상호 인력(attractive force; AF)을 형성하여 연마패드 리테이너(216)와 연마 패드(220)를 결합할 수 있다.
연마 패드 구속부(230)는 연마패드 리테이너(216)와 연마 패드(220) 간에 상호 인력을 형성할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 연마 패드 구속부(230)는, 연마 패드(220)의 상면에 구비되는 제1자성체(232)와, 제1자성체(232)를 마주하도록 연마패드 리테이너(216)의 저면에 구비되는 제2자성체(234)를 포함하고, 제1자성체(232)와 제2자성체(234) 간의 상호 인력(AF)(전자기력)에 의해 연마패드 리테이너(216)와 연마 패드(220)가 결합된다.
제1자성체(232)와 제2자성체(234) 간의 상호 인력(AF)은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1자성체(232)와 제2자성체(234) 중 어느 하나 이상은 상호 인력(AF)을 형성 가능한 전자석 또는 영구자석으로 형성될 수 있다. 경우에 따라서는, 자석과 금속을 이용하여 인력을 형성하는 것도 가능하다.
이하에서는 제2자성체(234)가 전자석으로 형성되고, 제2자성체(234)가 영구자석으로 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 이와 같이, 전자석으로 이루어진 제2자성체(234)에 전원을 인가하면, 제1자성체(232)와 제2자성체(234) 간에 상호 인력(AF)에 의해 연마 패드(220)가 연마패드 리테이너(216)에 고정된다. 반면, 제2자성체(234)로의 전원 공급이 중단되면 제1자성체(232)와 제2자성체(234) 간에 상호 인력이 해제된다.
따라서, 연마 패드(220)의 교체시에는, 연마패드 리테이너(216)로부터 연마 패드(220)를 강제적으로 분리시키기 위한 별도의 분리 공정없이, 제2자성체(234)로의 전원 공급을 중단하는 것에 의하여 연마패드 리테이너(216)로부터 연마 패드(220)를 간단하게 분리할 수 있다.
바람직하게, 제1자성체(232)와 제2자성체(234)는 연마패드 리테이너(216)의 원주 방향을 따라 링 형태로 형성된다. 이와 같이, 제1자성체(232)와 제2자성체(234)를 각각 링 형태로 형성하고, 연마패드 리테이너(216)의 원주 방향을 따라 연속적으로 연마패드 리테이너(216)와 연마 패드(220)가 결합되도록 하는 것에 의하여, 연마패드 리테이너(216)와 연마 패드(220)의 결합 상태를 보다 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또 다른 일 예로, 도 8 및 도 9를 참조하면, 연마 패드 구속부(230')는 연마패드 리테이너(216)로부터 연마 패드(220)에 흡입압을 인가하여 연마패드 리테이너(216)와 연마 패드(220)를 결합한다.
보다 구체적으로, 연마 패드 구속부(230')는 연마패드 리테이너(216)의 저면에 형성되며, 흡입압(진공압)이 인가되는 흡입홀(218)을 포함한다.
이때, 흡입홀(218)은 연마패드 리테이너(216)의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개가 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 흡입홀(218)을 연마패드 리테이너(216)의 원주 방향을 따라 연속적인 링 형태로 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 흡입홀(218)에 진공압을 인가하면, 흡입홀(218)에 형성되는 흡입력(VF)에 의해 의해 연마 패드(220)가 연마패드 리테이너(216)에 흡착 고정된다. 반면, 흡입홀(218)로의 진공압 공급이 중단되면 연마패드 리테이너(216)로부터 연마 패드(220)가 분리된다.
따라서, 연마 패드(220)의 교체시에는, 연마패드 리테이너(216)로부터 연마 패드(220)를 강제적으로 분리시키기 위한 별도의 분리 공정없이, 흡입홀(218)로의 진공압 공급을 중단하는 것에 의하여 연마패드 리테이너(216)로부터 연마 패드(220)를 간단하게 분리할 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 연마 패드(220)에는 흡입홀(218)에 수용되는 가이드돌기(228)가 돌출되게 형성될 수 있다.
이때, 가이드돌기(228)는 복수개의 흡입홀(218)에 대응되게 복수개가 형성되거나, 복수개의 흡입홀 중 일부에만 수용되도록 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 가이드돌기를 링 형태로 형성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 연마 패드(220)의 상면에 가이드돌기(228)를 형성하고, 가이드돌기(228)가 흡입홀(218)에 수용되도록 하는 것에 의하여, 연마 공정 중에 연마 유닛(200)에 대한 연마 패드(220)의 수평 방향 이동을 구속하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 가이드돌기(228)의 상단에는 테이퍼부(228a)가 경사지게 형성되고, 연마 헤드(210)는 테이퍼부(228a)를 따라 이동하며, 가이드돌기(228)와 흡입홀(218)을 정렬시킨다.
여기서, 테이퍼부(228a)가 가이드돌기(228)와 흡입홀(218)을 정렬시킨다 함은, 가이드돌기(228)가 흡입홀(218)에 진입될 시, 가이드돌기(228)와 흡입홀(218)이 동축적으로 배치되는 위치로 이동하도록 연마 패드(220)에 대한 연마 유닛(200)의 수평 위치(또는 연마 유닛(200)에 대한 연마 패드(220)의 수평 위치)를 조절하는 것으로 정의된다.
이와 같이, 가이드돌기(228)의 상단에 테이퍼부(228a)를 형성하고, 흡입홀(218)의 입구단이 테이퍼부(228a)를 따라 이동하며 흡입홀(218)과 가이드돌기(228)가 동축적으로 배치되도록 하는 것에 의하여, 흡입홀(218)의 내부를 향한 가이드돌기(228)의 진입이 보다 원활하게 이루어지게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 연마 패드(220)는 연마 헤드(210)의 연마패드 리테이너(216)에 장착되며, 기판(W)의 표면에 접촉된 상태로 자전하면서 기판(W)의 표면을 선형 연마(평탄화)한다.
연마 패드(220)는 기판(W)에 대한 기계적 연마에 적합한 재질로 형성된다. 예를 들어, 연마 패드(220)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 패드(220)의 재질 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
바람직하게, 연마 패드(220)로서는 기판(W)보다 작은 크기를 갖는 원형 연마 패드(220)가 사용된다. 즉, 기판(W)보다 큰 크기를 갖는 연마 패드를 사용하여 기판을 연마하는 것도 가능하나, 기판보다 큰 크기를 갖는 연마 패드를 사용하게 되면, 연마 패드를 자전시키기 위해 매우 큰 회전 장비 및 공간이 필요하기 때문에, 공간효율성 및 설계자유도가 저하되고 안정성이 저하되는 문제점이 있으므로, 기판(W)보다 작은 크기의 연마 패드(220)을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 연마 패드(220)는 기판(W)의 가로 길이 또는 세로 길이에 대응하는 직경을 갖도록 형성되거나, 기판(W)의 가로 길이 또는 세로 길이의 1/2 보다 작은 직경을 갖도록 형성될 수 있다.
실질적으로, 기판(W)은 적어도 일측변의 길이가 1m 보다 큰 크기를 갖기 때문에, 기판(W)보다 큰 크기를 갖는 연마 패드(예를 들어, 1m 보다 큰 직경을 갖는 연마 패드)를 자전시키는 것 자체가 매우 곤란한 문제점이 있다. 또한, 비원형 연마 패드(예를 들어, 사각형 연마 패드)를 사용하면, 자전하는 연마 패드에 의해 연마되는 기판(W)의 표면이 전체적으로 균일한 두께로 연마될 수 없다. 하지만, 본 발명은, 기판(W)보다 작은 크기를 갖는 원형 연마 패드(220)를 자전시켜 기판(W)의 표면을 연마하도록 하는 것에 의하여, 공간효율성 및 설계자유도를 크게 저하하지 않고도 연마 패드(220)를 자전시켜 기판(W)을 연마하는 것이 가능하고, 연마 패드(220)에 의한 연마량을 전체적으로 균일하게 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
보다 구체적으로, 도 7을 참조하면, 연마 패드(220)는 판에 접촉되는 연마판부(222)와, 연마판부(222)의 가장자리에 형성되며 연마 헤드(210)에 결합되는 가장자리 결합판부(224)를 포함한다.
연마판부(222)는 멤브레인(214)에 대응하는 원형 형태로 형성되고, 가장자리 결합판부(224)는 연마패드 리테이너(216)에 대응하는 링 형태로 형성된다.
참고로, 연마 공정 중에 연마판부(222)는 기판에 밀착되고, 가장자리 결합판부(224)는 기판으로부터 이격되게 배치된다. 경우에 따라서는, 연마 공정 중에 가장자리 결합판부(224)가 기판에 가압력을 인가하지 않은 상태로 기판에 접촉되는 것도 가능하다.
이때, 연마 패드(220)의 연마판부(222)와 가장자리 결합판부(224)는 서로 동일한 재질로 형성되거나, 서로 다른 재질로 형성될 수 있다.
바람직하게, 연마 패드(220)의 연마판부(222)와 가장자리 결합판부(224)는 서로 다른 재질로 형성되되, 가장자리 결합판부(224)는 연마판부(222)보다 높은 경도를 갖는 재질로 형성된다.
이는, 연마 유닛(200)에 대한 연마 패드(220)의 결합 상태를 보다 안정적으로 유지하기 위함이다.
즉, 가장자리 결합판부(224)와 연마판부(222)를 모두 가요성 재질(예를 들어, 폴리우레탄)로 형성하는 것도 가능하다. 하지만, 가장자리 결합판부(224)가 가요성 재질로 형성됨에 따라, 연마 공정 중에 가장자리 결합판부(224)에서 뜰뜸 현상 또는 휨 현상이 발생하면, 가장자리 결합판부(224)와 연마패드 리테이너(216)의 결합 상태가 안정적으로 유지되기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명은, 가장자리 결합판부(224)를 연마판부(222)보다 높은 경도를 갖는 경질 소재로 형성하는 것에 의하여, 가장자리 결합판부(224)의 변형을 억제하고, 가장자리 결합판부(224)의 결합 상태를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 가장자리 결합판부에 높은 경도를 갖는 보강부재를 부착하는 것도 가능하다.
또한, 도 6을 참조하면, 가장자리 결합판부(224)의 상면에 고정돌기(226)를 돌출되게 형성하고, 연마 유닛(200)의 연마패드 리테이너(216)의 저면에 고정돌기(226)가 수용되는 고정홈(217)을 형성할 수 있다.
이와 같이, 가장자리 결합판부(224)의 상면에는 고정돌기(226)를 형성하고, 고정돌기(226)가 연마패드 리테이너(216)의 저면에 형성된 고정홈(217)에 수용되도록 하는 것에 의하여, 연마 공정 중에 연마 유닛(200)에 대한 연마 패드(220)의 수평 방향 이동을 보다 확실하게 구속하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 연마 유닛(200)에 접촉하는 연마 패드(220)의 상면에는 연마 유닛(200)에 대한 마찰계수를 높여서 슬립을 억제하는 마찰패드(미도시)가 구비될 수 있다.
이와 같이, 연마 패드(220)의 상면에 마찰패드를 마련하고, 연마 유닛(200)의 멤브레인(214)이 마찰패드에 접촉되도록 하는 것에 의하여, 연마 패드(220)가 연마 유닛(200)에 장착된 상태에서, 멤브레인(214)에 대한 연마 패드(220)의 이동을 억제(미끄러짐을 구속)할 수 있으며, 연마 패드(220)의 배치 위치를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
마찰패드는 연마 유닛(200)의 멤브레인(214)과 접합성을 갖는 다양한 재질로 형성될 수 있으며, 마찰패드의 재질에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 마찰패드는 신축성 및 점착성(마찰력)이 우수한 폴리우레탄, 엔지니어링 플라스틱, 실리콘 중 어느 하나 이상을 이용하여 형성될 수 있다. 경우에 따라서는 마찰패드를 논슬립 기능을 갖는 다른 재질로 형성하는 것도 가능하다.
연마 유닛(200)은 갠트리(gantry) 유닛(20)에 의해 X축 방향 및 Y축 방향을 따라 이동하도록 구성된다.
보다 구체적으로, 갠트리 유닛(20)은, X축 방향을 따라 직선 이동하는 X축 갠트리(22)와, X축 갠트리(22)에 장착되어 X축 방향에 직교하는 Y축 방향을 따라 직선 이동하는 Y축 갠트리(24)를 포함하며, 연마 유닛(200)은 Y축 갠트리(24)에 장착되어 X축 방향 및 Y축 방향을 따라 이동하면서 기판(W)을 연마 한다.
X축 갠트리(22)는 "U"자 형상으로 형성될 수 있으며, X축 방향을 따라 배치된 가이드 레일(22a)을 따라 이동하도록 구성된다. 가이드 레일(22a)에는 N극과 S극의 영구 자석이 교대로 배열되고, X축 갠트리(22)는 X축 갠트리(22)의 코일에 인가되는 전류 제어에 의하여 정교한 위치 제어가 가능한 리니어 모터의 원리로 구동될 수 있다.
이때, 연마 유닛(200)의 연마 경로는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 도 11을 참조하면, 연마 패드(220)는 기판(W)의 일변에 대해 경사진 제1사선경로(L1)와, 제1사선경로(L1)의 반대 방향으로 경사진 제2사선경로(L2)를 따라 반복적으로 지그재그 이동하면서 기판(W)의 표면을 연마하도록 구성된다.
여기서, 제1사선경로(L1)라 함은, 예를 들어 기판(W)의 밑변에 대해 소정 각도(θ)로 경사진 경로를 의미한다. 또한, 제2사선경로(L2)라 함은, 제1사선경로(L1)와 교차하도록 제1사선경로(L1)의 반대 방향을 향해 소정 각도로 경사진 경로를 의미한다.
또한, 본 발명에서 연마 패드(220)가 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 반복적으로 지그재그 이동한다 함은, 연마 패드(220)가 기판(W)의 표면에 접촉된 상태로 이동하는 중에 기판(W)에 대한 연마 패드(220)의 이동 경로가 중단되지 않고 다른 방향으로 전환(제1사선경로에서 제2사선경로로 전환)되는 것으로 정의된다. 다시 말해서, 연마 패드(220)는 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 연속적으로 이동하며 연속적으로 연결된 파도 형태의 이동 궤적을 형성한다.
보다 구체적으로, 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)는 기판(W)의 일변을 기준으로 선대칭이며, 연마 패드(220)는 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 반복적으로 지그재그 이동하며 기판(W)의 표면을 연마한다. 이때, 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)가 기판(W)의 일변을 기준으로 선대칭이라 함은, 기판(W)의 일변(11)을 중심으로 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 대칭시켰을 때, 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)가 완전히 겹쳐지는 것을 의미하고, 기판(W)의 일변과 제1사선경로(L1)가 이루는 각도와, 기판(W)의 일변과 제2사선경로(L2)가 이루는 각도가 서로 동일한 것으로 정의된다.
바람직하게, 연마 패드(220)는, 연마 패드(220)의 직경보다 작거나 같은 길이를 왕복 이동 피치로 하여 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 기판(W)에 대해 왕복 이동한다. 이하에서는 연마 패드(220)가 연마 패드(220)의 직경 만큼의 길이를 왕복 이동 피치(P)로 하여 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 기판(W)에 대해 규칙적으로 왕복 이동하는 예를 설명하기로 한다.
이때, 연마 유닛(200)은 겐트리(Gantry)와 같은 구조물(미도시)에 의해 선형 이동하도록 구성될 수 있으며, 연마 유닛(200)을 이동시키는 구조물의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 겐트리는 기판(W)을 사이에 두고 기판(W)의 양측에 배치되며 기판(W)의 이송 방향을 따라 직선 이동 가능하게 마련되는 제1지지축과 제2지지축, 및 제1지지축과 제2지지축을 연결하는 연결축을 포함할 수 있으며, 연마 유닛(200)은 연결축 상에 장착될 수 있다.
이와 같이, 기판(W)에 대해 연마 패드(220)가 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 반복적으로 지그재그 이동하면서 기판(W)의 표면을 연마하되, 연마 패드(220)가 연마 패드(220)의 직경보다 작거나 같은 길이를 왕복 이동 피치(P)로 하여 기판(W)에 대해 전진 이동하도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 전체 표면 영역에서 연마 패드(220)에 의한 연마가 누락되는 영역없이 기판(W)의 전체 표면을 규칙적으로 균일하게 연마하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
여기서, 기판(W)에 대해 연마 패드(220)가 전진 이동한다 함은, 연마 패드(220)가 제1사선경로(L1)와 제2사선경로(L2)를 따라 기판(W)에 대해 이동하면서 기판(W)의 전방을 향해(예를 들어, 도 11을 기준으로 기판의 밑변에서 윗변을 향해) 직진 이동하는 것으로 정의된다. 다시 말해서, 밑변, 빗변, 대변으로 이루어진 직각삼각형을 예를 들면, 직각삼각형의 밑변은 기판(W)의 밑변으로 정의되고, 직각삼각형의 빗변은 제1사선경로(L1) 또는 제2사선경로(L2)로 정의될 수 있으며, 직각삼각형의 대변은 기판(W)에 대한 연마 패드(220)의 전진 이동 거리로 정의될 수 있다.
다시 말해서, 연마 패드(220)의 직경보다 작거나 같은 길이를 왕복 이동 피치로 하여 기판(W)에 대해 연마 패드(220)가 반복적으로 지그재그 이동(제1사선경로와 제2사선경로를 따라 이동)하면서 기판(W)을 연마하도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 전체 표면 영역에서 연마 패드(220)에 의한 연마가 누락되는 영역이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 기판(W)의 두께 편차를 균일하게 제어하고, 기판(W)의 두께 분포를 2차원 판면에 대하여 균일하게 조절하여 연마 품질을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
다른 일 예로, 연마 패드(220)는 기판(W)의 일변 방향을 따른 제1직선경로(미도시)와, 제1직선경로의 반대 방향인 제2직선경로(미도시)를 따라 반복적으로 지그재그 이동하면서 기판(W)의 표면을 연마하는 것도 가능하다.
여기서, 제1직선경로라 함은, 예를 들어 기판(W)의 밑변의 일단에서 다른 일단을 향하는 방향을 따른 경로를 의미한다. 또한, 제2직선경로라 함은, 제1직선경로와 반대 방향을 향하는 경로를 의미한다.
참고로, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 연마 파트가 단 하나의 연마 유닛(200)으로 구성된 예를 들어 설명하고 있지만, 경우에 따라서는 연마 파트가 2개 이상의 연마 유닛을 포함하는 것을 가능하다. 예를 들어, 연마 파트는 2개 이상의 연마 유닛을 포함할 수 있다. 이때, 복수개의 연마 유닛의 연마 패드는 각각 연마 패드 구속부에 의해 연마 헤드에 구속될 수 있다.
또한, 기판 처리 장치는 연마 패드(220)의 외표면(기판(W)에 접촉되는 표면)을 개질하는 컨디셔너(미도시)를 포함할 수 있다.
일 예로, 컨디셔너는 기판(W)의 외측 영역에 배치될 수 있으며, 연마 패드(220)의 표면(저면)을 미리 정해진 가압력으로 가압하며 미세하게 절삭하여 연마 패드(220)의 표면에 형성된 미공이 표면에 나오도록 개질한다. 다시 말해서, 컨디셔너는 연마 패드(220)의 외표면에 연마제와 화학 물질이 혼합된 슬러리를 담아두는 역할을 하는 수많은 발포 미공들이 막히지 않도록 연마 패드(220)의 외표면을 미세하게 절삭하여, 연마 패드(220)의 발포 기공에 채워졌던 슬러리가 기판(W)에 원활하게 공급되도록 한다. 바람직하게 컨디셔너는 회전 가능하게 구비되며, 연마 패드(220)의 외표면(저면)에 회전 접촉한다.
또한, 도 10을 참조하면, 연마 파트는 기판(W)의 둘레 주변을 감싸도록 표면패드(120)의 외표면에 돌출된 형태로 구비되는 리테이너(130)를 포함한다.
리테이너(130)는, 연마 공정 중에 연마 유닛(200)의 연마 패드(220)가 기판(W)의 외측 영역에서 기판(W)의 내측 영역으로 진입할 시, 기판(W)의 가장자리 부위에서 연마 패드(220)가 리바운드되는 현상(튀어오르는 현상)을 최소화하고, 연마 패드(220)의 리바운드 현상에 의한 기판(W)의 가장자리 부위에서의 비연마 영역(dead zone)(연마 패드에 의한 연마가 행해지지 않는 영역)을 최소화하기 위해 마련된다.
보다 구체적으로, 리테이너(130)에는 기판(W)의 형태에 대응하는 기판수용부(130a)가 관통 형성되고, 기판(W)은 기판수용부(130a)의 내부에서 표면패드(120)의 외표면에 안착된다.
기판(W)이 기판수용부(130a)에 수용된 상태에서 리테이너(130)의 표면 높이는 기판(W)의 가장자리의 표면 높이와 비슷한 높이를 가진다. 이와 같이, 기판(W)의 가장자리 부위와 기판(W)의 가장자리 부위에 인접한 기판(W)의 외측 영역(리테이너(130) 영역)이 서로 비슷한 높이를 가지도록 하는 것에 의하여, 연마 공정 중에 연마 패드(220)가 기판(W)의 외측 영역에서 기판(W)의 내측 영역으로 이동하거나, 기판(W)의 내측 영역에서 기판(W)의 외측 영역으로 이동하는 중에, 기판(W)의 내측 영역과 외측 영역 간의 높이 편차에 따른 연마 패드(220)의 리바운드 현상을 최소화할 수 있으며, 리바운드 현상에 의한 비연마 영역의 발생을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아울러, 리테이너(130)는 기판(W)이 거치되는 기판거치부(100)의 거치면으로부터 돌출되게 구비되고, 연마 유닛(200)의 연마 패드(220)는 리테이너(130)의 상면과 기판(W)의 상면에 함께 접촉된 상태로 기판(W)의 가장자리를 통과하며 기판(W)의 상면을 연마하도록 구성된다.
바람직하게, 연마 유닛(200)의 연마 패드(220)에 의한 기판(W)의 연마 공정이 시작되는 연마시작위치에서, 연마 패드(220)의 일부는 리테이너(130)의 상면에 접촉되고, 연마 패드(220)의 다른 일부는 기판(W)의 상면에 접촉된 상태로 배치된다.
이와 같이, 연마시작위치에서 연마 유닛(200)의 연마 패드(220)가 기판(W)의 상면과 리테이너(130)의 상면에 동시에 접촉된 상태에서 연마가 시작되도록 하는 것에 의하여, 연마 유닛(200)의 연마 패드(220)가 기판(W)의 가장자리를 통과할 시 연마 패드(220)가 기판(W)으로부터 리바운드되는 현상을 보다 억제하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 리테이너(130)는 기판(W)보다 얇거나 같은 두께(T1≥T2)를 갖도록 형성된다. 이와 같이, 리테이너(130)를 기판(W)보다 얇거나 같은 두께(T2)를 갖도록 형성하는 것에 의하여, 연마 패드(220)가 기판(W)의 외측 영역에서 기판(W)의 내측 영역으로 이동하는 중에, 연마 패드(220)와 리테이너(130)의 충돌에 의한 리바운드 현상의 발생을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
리테이너(130)는 요구되는 조건에 따라 다양한 재질로 형성될 수 있다. 다만, 리테이너(130)에는 연마 패드(220)가 접촉되므로, 연마 공정시 비교적 갈림이 적은 폴리에틸렌(PE), 불포화 폴리에스테르(unsaturated polyester ; UPE) 등과 같은 재질로 리테이너(130)를 형성하는 것이 바림직하다.
한편, 언로딩 파트는 연마 처리가 완료된 기판(W)을 연마 파트에서 언로딩하기 위해 마련된다.
언로딩 파트는 연마 파트에서 기판(W)을 언로딩 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 언로딩 파트의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 언로딩 파트는 소정 간격을 두고 이격되게 배치되는 복수개의 언로딩 이송 롤러(미도시)를 포함하며, 복수개의 언로딩 이송 롤러의 상부에 공급된 기판(W)은 언로딩 이송 롤러가 회전함에 따라 복수개의 언로딩 이송 롤러에 의해 상호 협조적으로 이송된다. 경우에 따라서는 언로딩 파트가 언로딩 이송 롤러에 의해 순환 회전하는 순환 벨트를 포함하여 구성되는 것도 가능하다.
한편, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 13은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 준비 스테이지를 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 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판 처리 장치는, 정해진 경로를 따라 이동하며 외표면에 기판(W)이 안착되는 이송 벨트(120')와, 이송 벨트(120')의 내부에 배치되며 이송 벨트(120')를 사이에 두고 기판(W)의 저면을 지지하는 기판지지부(110)와, 기판(W)에 대해 이동하며 기판(W)의 상면을 연마하는 연마 유닛(200)를 포함한다.
이송 벨트(120')는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 정해진 경로를 따라 이동하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 이송 벨트(120')는 정해진 경로를 따라 순환 회전하도록 구성될 수 있다.
이송 벨트(120')의 순환 회전은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 행해질 수 있다. 일 예로, 이송 벨트(120')는 롤러 유닛(150)에 의해 정해지는 경로를 따라 순환 회전하고, 이송 벨트(120')의 순환 회전에 의하여 이송 벨트(120')에 안착된 기판(W)이 직선 이동 경로를 따라 이송된다.
이송 벨트(120')의 이동 경로(예를 들어, 순환 경로)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 롤러 유닛(150)은 제1롤러(152)와, 제1롤러(152)로부터 수평하게 이격되게 배치되는 제2롤러(154)를 포함하며, 이송 벨트(120')는 제1롤러(152)와 제2롤러(154)에 의해 무한 루프 방식으로 순환 회전한다.
참고로, 이송 벨트(120')의 외표면이라 함은, 이송 벨트(120')의 외측에 노출되는 외측 표면을 의미하며, 이송 벨트(120')의 외표면에는 기판(W)이 안착된다. 그리고, 이송 벨트(120')의 내표면이라 함은, 제1롤러(152)와 제2롤러(154)가 접촉되는 이송 벨트(120')의 내측 표면을 의미한다.
또한, 제1롤러(152)와 제2롤러(154) 중 어느 하나 이상은 선택적으로 서로 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제1롤러(152)는 고정되는 제2롤러(154)는 제1롤러(152)에 접근 및 이격되는 방향으로 직선 이동하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제조 공차 및 조립 공차 등에 따라 제1롤러(152)에 대해 제2롤러(154)가 접근 및 이격되도록 하는 것에 의하여, 이송 벨트(120')의 장력을 조절할 수 있다.
여기서, 이송 벨트(120')의 장력을 조절한다 함은, 이송 벨트(120')를 팽팽하게 잡아 당기거나 느슨하게 풀어 장력을 조절하는 것으로 정의된다. 경우에 따라서는, 별도의 장력 조절 롤러를 마련하고, 장력 조절 롤러를 이동시켜 이송 벨트의 장력을 조절하는 것도 가능하다. 하지만, 구조 및 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 제1롤러와 제2롤러 중 어느 하나 이상을 이동시키는 것이 바람직하다.
기존에는 로딩 파트로 공급된 기판을 연마 파트로 로딩시키기 위하여, 별도의 픽업 장치(예를 들어, 기판 흡착 장치)를 이용하여 로딩 파트에서 기판을 픽업한 후, 다시 기판을 연마 파트에 내려놓아야 했기 때문에, 기판을 로딩하는데 소요되는 시간이 수초~수십초가 걸릴 정도로 처리 시간이 증가하는 문제점이 있다. 더욱이, 기존에는 연마가 완료된 기판을 언로딩 파트로 언로딩시키기 위하여, 별도의 픽업 장치(예를 들어, 기판 흡착 장치)를 이용하여 연마 파트에서 기판을 픽업한 후, 다시 기판을 언로딩 파트에 내려놓아야 했기 때문에, 기판을 언로딩하는데 소요되는 시간이 수초~수십초가 걸릴 정도로 처리 시간이 증가하는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 로딩 파트에 공급된 기판(W)이 순환 회전하는 이송 벨트(120')로 직접 이송된 상태에서, 기판(W)에 대한 연마 공정이 행해지고, 기판(W)이 이송 벨트(120') 상에서 직접 언로딩 파트로 이송되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 처리 공정을 간소화하고, 처리 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 기판(W)의 로딩 및 언로딩시 별도의 픽업 공정을 배제하고, 순환 회전하는 이송 벨트(120')를 이용하여 인라인 방식으로 기판(W)이 처리되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 로딩 시간 및 언로딩 공정을 간소화하고, 기판(W)의 로딩 및 언로딩에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 기판(W)의 로딩 및 언로딩시 기판(W)을 픽업하기 위한 픽업 장치를 마련할 필요가 없기 때문에, 장비 및 설비를 간소화할 수 있으며, 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이송 벨트의 다른 일 예로, 이송 벨트는 일 방향에서 다른 일 방향으로 권취되며 기판(W)을 이송하도록 구성되는 것도 가능하다.(미도시)
여기서, 이송 벨트가 일 방향에서 다른 일 방향으로 권취된다 함은, 이송 벨트가 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.
또한, 도 1 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판 처리 장치는, 기판거치부(100)의 외측에 배치되며 후속 연마 패드(220')가 준비되는 준비 스테이지(300)를 포함할 수 있다.
준비 스테이지(300)에는 교체될 후속 연마 패드(220')가 준비된다. 일 예로, 준비 스테이지(300)는 상하 방향을 따라 승강 가능하게 구비될 수 있으며, 준비 스테이지(300)의 상면에 는 후속 연마 패드(220')가 마련된다.
사용이 완료된 연마 패드(220)는 연마 유닛(200)으로부터 분리되어 폐기되고, 연마 유닛(200)이 준비 스테이지(300)의 상면으로 접근함에 따라, 후속 연마 패드(220')는 연마 패드 구속부(230)에 의하여 연마패드 리테이너(도 2의 216 참조)에 결합 및 구속된다.
한편, 도 14는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 연마패드의 다른 실시예를 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 14를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연마패드(220')는 기판(W)에 접촉되는 연마판부(222')와, 연마판부(222')에 일체로 돌출 형성되며 연마판부(222')를 이동시키는 연마 헤드(210)에 구속되는 구속부(224')를 포함한다.
보다 구체적으로, 구속부(224')는 연마판부(222')에 일체로 돌출 형성되어 연마패드 리테이너(216)의 측면을 구속하도록 마련된다.
이때, 구속부(224')는 연마판부(222')에 일체로 돌출 형성되어 연마패드 리테이너(216)의 측면을 구속할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 구속부(224')는 연마패드 리테이너(216)의 둘레를 따라 링 형태로 형성된다.
이와 같이, 구속부(224')를 링 형태로 형성하고, 구속부(224')가 연마패드 리테이너(216)의 둘레 전체를 감싸도록 배치하는 것에 의하여, 연마 패드(220)의 반경 방향을 따른 연마 패드(220')의 이동이 모두 제한될 수 있으므로, 연마 헤드(210)에 대한 연마 패드(220')의 이동을 보다 안정적으로 제한하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 링 형태로 형성된 구속부(224')의 내부에 형성된 포켓(공간)에 연마패드 리테이너(216)가 삽입되어, 구속부(224')의 내면에 연마패드 리테이너(216)의 외측면이 접촉되며 연마 패드(220')와 연마패드 리테이너(216)가 서로 구속되도록 하는 것에 의하여, 구속부(224')를 연마패드 리테이너(216)의 측면에 고정시키기 위한 별도의 고정부재의 사용을 배제할 수 있으며, 구속부의 장착 공정을 간소화하고 장착 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
경우에 따라서는 연마판부의 둘레를 따라 이격되게 복수개 구속부(예를 들어, 120도 간격으로 배치되는 3개의 구속부)를 마련하고, 복수개의 구속부에 의해 연마 헤드에 대한 연마 패드의 밀림이 구속되도록 하는 것도 가능하다.
바람직하게, 연마 패드(220')의 연마판부(222')와 구속부는 서로 다른 재질로 형성되되, 구속부(224')는 연마판부(222')보다 높은 경도를 갖는 재질로 형성된다. 일 예로, 연마판부(222')와 구속부(224')는 이중 사출에 의해 형성될 수 있다.
이는, 연마 유닛(200)에 대한 연마 패드(220')의 결합 상태를 보다 안정적으로 유지하기 위함이다.
즉, 연마판부와 구속부를 모두 가요성 재질(예를 들어, 폴리우레탄)로 형성하는 것도 가능하다. 하지만, 구속부가 가요성 재질로 형성됨에 따라, 연마 공정 중에 구속부에서 뜰뜸 현상 또는 휨 현상이 발생하면, 연마 유닛에 대한 연마 패드의 결합 상태가 안정적으로 유지되기 어려운 문제점이 있다.
이에 본 발명은, 구속부(224')를 연마판부(222')보다 높은 경도를 갖는 경질 소재로 형성하는 것에 의하여, 구속부(224')의 변형을 억제하고, 구속부(224')에 의한 구속 상태를 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 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.
10 : 기판 처리 장치 20 : 갠트리 유닛
22 : X축 갠트리 24 : Y축 갠트리
100 : 기판거치부 110 : 기판지지부
120 : 표면패드 120' : 이송 벨트
130 : 리테이너 130a : 기판수용부
200 : 연마 유닛 210 : 연마 헤드
212 : 본체부 214 : 멤브레인
216 : 연마패드 리테이너 217 : 고정홈
220 : 연마 패드 222 : 연마판부
224 : 가장자리 결합판부 226 : 고정돌기
228 : 가이드돌기 228a : 테이퍼부
229 : 마찰패드 230,230' : 연마 패드 구속부
231 : 구속부재 232 : 제1자성체
234 : 제2자성체 300 : 준비 스테이지

Claims (37)

  1. 기판의 연마 공정이 행해지는 기판 처리 장치로서,
    본체부와, 상기 본체부의 저면에 구비되어 압력 챔버를 형성하는 멤브레인과, 상기 본체부에 연결되고 상기 멤브레인의 외측에 링 형태로 형성된 연마패드 리테이너를 구비하고, 상기 기판에 대하여 이동 가능하게 구비되는 연마 헤드와;
    상기 연마패드 리테이너에 장착되어 상기 연마 헤드의 하부에 구비되며, 상기 기판에 비하여 작은 사이즈로 형성되어, 상기 연마 공정 중에 자전하면서 이동하여 상기 기판의 상면을 연마하는 연마 패드와;
    상기 연마 패드의 가장자리를 상기 연마패드 리테이너에 고정시켜, 상기 연마 헤드에 대한 상기 연마 패드의 수평 방향 이동을 제한하는 연마 패드 구속부를;
    포함하고, 상기 연마 공정 중에 상기 압력 챔버의 압력 조절에 의해 상기 연마 패드를 상기 기판을 향하는 가압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    구속부재는 상기 연마패드 리테이너의 둘레를 따라 링 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    구속부재는 상기 연마패드 리테이너의 둘레를 따라 이격되게 복수개가 구비된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연마 패드 구속부는,
    상기 연마 패드에 구비되는 제1자성체와;
    상기 제1자성체를 마주하도록 상기 연마패드 리테이너에 구비되는 제2자성체를 포함하고,
    상기 제1자성체와 상기 제2자성체 간의 상호 인력에 의해 상기 연마패드 리테이너와 상기 연마 패드가 결합되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연마 패드 구속부는,
    상기 연마패드 리테이너에 형성되며, 상기 연마 패드에 흡입압을 인가하여 상기 연마 패드를 상기 연마패드 리테이너에 구속하는 흡입홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연마 패드에는 상기 흡입홀에 수용되는 가이드 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제1항 또는 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항 또는 제9항에 있어서,
    상기 연마 패드는,
    상기 기판에 접촉되는 연마판부와;
    상기 연마판부의 가장자리에 형성되며, 상기 연마판부보다 높은 경도를 갖는 재질로 형성되어 상기 연마 헤드에 결합되는 가장자리 결합판부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제11항에 있어서,
    상기 가장자리 결합판부의 상면에는 고정돌기가 돌출 형성되고,
    상기 연마 헤드에는 상기 고정돌기가 수용되는 고정홈이 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  15. 삭제
  16. 제1항 또는 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항 또는 제9항에 있어서,
    정해진 경로를 따라 이동하며 외표면에 상기 기판이 안착되는 이송 벨트를 포함하고,
    상기 이송 벨트의 하부에는 상기 이송 벨트를 사이에 두고 상기 기판의 저면을 지지하는 기판거치부가 배치된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 기판의 둘레 주변을 감싸도록 상기 이송 벨트의 표면에 돌출되게 배치되는 리테이너를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 리테이너는 상기 기판보다 얇거나 같은 두께를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 멤브레인은,
    복수개의 가압판부를 포함하는 바닥판과;
    상기 복수개의 가압판부를 구획하도록 상기 바닥판의 상면에 연장 형성되어 복수개의 압력 챔버를 형성하는 격벽을;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 복수개의 압력 챔버의 압력은 개별적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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