KR102512133B1 - 기판 캐리어 및 그 제어방법 - Google Patents
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Abstract
기판 캐리어 및 그 제어방법을 개시한다. 일 실시 예에 따른 기판 캐리어는 캐리어 헤드; 상기 캐리어 헤드에 연결되고, 파지된 기판에 압력을 가하는 복수의 압력 챔버를 형성하는 멤브레인; 및 상기 압력 챔버의 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함하고, 상기 압력 조절부는 상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 일부의 압력을 선택적으로 조절할 수 있다.
Description
아래의 실시예는 기판 캐리어 및 그 제어방법에 관한 것이다.
반도체소자의 제조에는, 연마와 버핑(buffing) 및 세정을 포함하는 CMP(chemical mechanical polishing) 작업이 필요하다. 반도체 소자는, 다층 구조의 형태로 되어 있으며, 기판층에는 확산영역을 갖춘 트랜지스터 소자가 형성된다. 기판층에서, 연결금속선이 패턴화되고 기능성 소자를 형성하는 트랜지스터 소자에 전기 연결된다. 공지된 바와 같이, 패턴화된 전도층은 이산화규소와 같은 절연재로 다른 전도층과 절연된다. 더 많은 금속층과 이에 연관된 절연층이 형성되므로, 절연재를 편평하게 할 필요성이 증가한다. 편평화가 되지 않으면, 표면형태에서의 많은 변동 때문에 추가적인 금속층의 제조가 실질적으로 더욱 어려워진다. 또한, 금속선패턴은 절연재로 형성되어, 금속 CMP 작업이 과잉금속물을 제거하게 된다.
CMP 작업은 기판의 표면을 연마패드를 통해 물리적으로 연마하는 공정을 수행하게 된다. 연마패드를 통해 기판을 연마하기 위해서는, 기판의 위치를 유지하는 기판 유지 장치가 요구된다. 기판 유지 장치는 연마가 필요한 기판을 파지하는 척킹 동작, 파지된 기판을 연마패드에 접촉시키는 연마 동작 및 연마가 완료된 기판을 이탈시키는 디척킹 동작을 반복적으로 수행하게 된다. 상술한 일렬의 동작들은 기판에 가해지는 압력 조절을 통해 수행되게 된다. 기판에 가해지는 압력은 일반적으로 기판 유지 장치 내의 압력 챔버를 통해 결정된다. 기판에 가해지는 각 압력은 부위별로 상이하기 때문에, 기판의 척킹, 연마, 디척킹 과정에서 기판이 휘어지는 현상이 발생할 수 있다. 기판의 휘어짐 현상은 기판의 연마 균일도를 낮추고, 종국적으로는 기판에 심각한 손상을 야기할 수 있다. 따라서, 기판의 위치를 유지하는 과정에서 기판의 휘어짐 현상을 방지하기 위한 장치가 요구되는 실정이다.
일 실시 예에 따른 목적은, 기판의 각 영역에 가해지는 압력을 개별적으로 조절함으로써 기판의 휘어짐 현상을 방지하는 기판 캐리어 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 목적은, 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력 챔버의 압력 변동을 추가적으로 조절함으로써, 기판을 효율적으로 파지하는 기판 캐리어 및 그 제어방법을 제공하는 것이다.
일 실시 예에 따른 기판 캐리어는, 캐리어 헤드; 상기 캐리어 헤드에 연결되고, 파지된 기판에 압력을 가하는 복수의 압력 챔버를 형성하는 멤브레인; 및 상기 압력 챔버의 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함하고, 상기 압력 조절부는 상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 일부의 압력을 선택적으로 조절할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는 상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 하나의 압력 챔버의 압력을 유지한 상태에서, 나머지 압력 챔버의 압력을 조절할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는, 상기 멤브레인으로부터 기판이 디척킹 되는 과정에서, 상기 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력은 상승시키고, 나머지 상기 압력 챔버의 압력은 유지시킬 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는, 상기 기판의 디척킹 과정에서, 상기 기판의 국부적 휘어짐에 대한 프로파일을 설정하고, 상기 설정된 프로파일에 기초하여 상기 멤브레인에 근접한 기판 부위에 대응되는 압력 챔버의 압력을 상승시킬 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는, 상기 멤브레인에 기판이 척킹되는 과정에서, 상기 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력은 감압하고, 나머지 상기 압력 챔버의 압력은 유지시킬 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는 상기 기판의 국부적 휘어짐에 대한 프로파일을 설정하고, 상기 설정된 프로파일에 기초하여 복수의 압력 챔버의 압력 변화 정도를 개별적으로 조절할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는, 상기 복수의 압력 챔버의 압력이 설정 압력으로 감압되는 경우, 일부의 압력 챔버의 압력은 설정 압력 미만으로 감압시키고, 상기 복수의 압력 챔버의 압력이 설정 압력으로 가압되는 경우, 일부의 압력 챔버의 압력은 설정 압력을 초과하도록 가압시킬 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는, 상기 멤브레인 및 기판 사이의 간격에 대한 기준간격을 설정하고, 상기 복수의 압력 챔버에 대응하는 각각의 멤브레인 부위 및 기판 사이의 간격을 상기 기준간격으로부터 설정 간격 미만으로 유지되도록 상기 압력 챔버의 압력을 조절할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는, 상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 일부의 압력 챔버에 압력 진동(Pressure fluctuation)을 발생시킬 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 챔버에는, 제1압력 및 제1압력보다 높은 제2압력이 반복적으로 인가될 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 챔버는 설정된 압력을 기준으로 설정 범위 내에서 압력이 변화할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 챔버에는 상기 설정된 압력이 단속적으로 인가될 수 있다.
일 실시 예에 따른 기판 캐리어는, 기판이 파지되는 캐리어 헤드; 상기 파지된 기판의 비연마면에 국부적인 압력을 가하는 복수의 압력 챔버를 형성하도록, 상기 캐리어 헤드에 연결되는 멤브레인; 상기 파지된 기판의 둘레를 감싸도록 상기 캐리어 헤드에 연결되는 리테이너링; 및 상기 복수의 압력 챔버 각각의 압력을 개별적으로 조절하는 압력 조절부를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는, 상기 기판의 디척킹 과정에서, 상기 복수의 압력 챔버의 압력을 상승시키되, 각각의 압력챔버의 압력 상승 정도를 다르게 조절할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 기판 캐리어는, 상기 기판의 휘어짐 정도를 검출하는 검출부를 더 포함하고, 상기 검출부는 상기 멤브레인 및 상기 각각의 압력 챔버에 대응하는 기판 부위 사이의 간격을 검출할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 압력 조절부는, 상기 기판 및 멤브레인 사이 간격에 대한 기준 간격을 설정하고, 상기 기준 간격 미만에 해당한 기판 부위에 대응하는 압력 챔버의 압력을 상승시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 파지된 기판의 부위별로 압력을 작용하는 복수의 압력챔버를 형성하는 멤브레인을 포함하는 기판 캐리어의 제어 방법은, 상기 복수의 압력 챔버의 압력을 상승시키는 단계; 상기 압력 상승에 따른 기판의 휘어짐 정도를 검출하는 단계; 상기 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력을 상승시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 기판의 휘어짐 정도를 검출하는 단계는, 상기 멤브레인 및 기판 사이 간격에 대한 기준 간격을 설정하는 단계; 및 상기 기준 간격 미만에 해당하는 기판 부위를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
일 측에 있어서, 상기 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력을 상승시키는 단계는, 상기 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력은 유지한 상태에서, 나머지 압력 챔버의 압력을 상승시킬 수 있다.
일 실시 예에 따른 기판 캐리어 및 그 제어방법은, 기판의 각 영역에 가해지는 압력을 개별적으로 조절함으로써 기판의 휘어짐 현상을 방지할 수 있다.
일 실시 예에 따른 기판 캐리어 및 그 제어방법은, 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력 챔버의 압력 변동을 추가적으로 조절함으로써, 기판을 효율적으로 파지할 수 있다.
일 실시예에 따른 기판 캐리어 및 그 제어방법의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어에 기판이 척킹되는 상태를 도시하는 작동도이다.
도 4 및 도 5는 일 실시 예에 따른 기판 캐리어에서 기판이 디척킹 되는 상태를 도시하는 작동도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어가 기판의 각 부위별로 압력을 작용하는 상태를 도시하는 작동도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어의 제어 방법의 순서도이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어에 기판이 척킹되는 상태를 도시하는 작동도이다.
도 4 및 도 5는 일 실시 예에 따른 기판 캐리어에서 기판이 디척킹 되는 상태를 도시하는 작동도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어가 기판의 각 부위별로 압력을 작용하는 상태를 도시하는 작동도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어의 제어 방법의 순서도이다.
이하, 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어의 단면도이다.
일 실시 예에 따른 기판 캐리어는 기판(W)의 연마 공정에 사용될 수 있다.
기판(W)은 반도체 장치(semiconductor) 제조용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수도 있다. 그러나, 기판(W)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기판(W)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치(flat panel display device, FPD)용 글라스를 포함할 수 있다. 한편, 도면에서는 기판(W)이 원형 형상을 가지는 것으로 예시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 예시에 불과하며, 기판(W)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시 예에 따른 기판 캐리어는 기판(W)의 연마를 위해 기판(W)을 파지할 수 있다. 기판 캐리어는 연마가 필요한 기판(W)을 파지하고, 파지된 기판(W)을 연마 위치로 이송할 수 있다. 기판 캐리어는 연마 위치로 이송된 기판(W)을 연마 패드에 접촉시켜 기판(W)을 연마할 수 있다. 기판 캐리어는 기판(W)을 연마 패드로 가압함으로써, 기판(W) 및 연마 패드 사이의 마찰 정도를 조절함으로써, 기판(W)의 연마 정도를 조절할 수 있다. 기판 캐리어는 기판(W)의 연마 공정 과정에서, 기판(W)이 휘는 것을 방지하도록 기판(W)의 각 부위를 서로 다른 강도로 가압할 수 있다. 일 실시 예에 따른 기판 캐리어는, 캐리어 헤드(100), 리테이너(120), 멤브레인(110) 및 압력 조절부(130)를 포함할 수 있다.
캐리어 헤드(100)는 기판(W)의 위치를 조절할 수 있다. 캐리어 헤드(100)는 외부로부터 동력을 전달받아 축을 중심으로 회전할 수 있다. 캐리어 헤드(100)의 회전에 따라 기판(W)은 연마패드에 접촉한 상태로 회전하면서 연마될 수 있다.
캐리어 헤드(100)는 연마 패드에 수평한 방향으로 움직일 수 있다. 예를 들어, 캐리어 헤드(100)는 연마 패드 면에 평행한 제 1 방향 및 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 병진 운동할 수 있다. 캐리어 헤드(100)의 수평 이동에 따라, 기판(W)은 연마 위치로 이송되거나 연마 위치로부터 제거될 수 있다.
리테이너(120)는 기판(W)의 연마 과정에서 기판(W)이 기판 캐리어로부터 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 리테이너(120)는 파지된 기판(W)의 둘레를 감싸는 형태로 배치되도록 캐리어 헤드(100)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판(W)이 연마되는 과정에서 리테이너(120)는 기판(W)이 연마에 따라 발생하는 외력으로 인해 파지된 위치로부터 이탈하지 않도록 기판(W)의 측면을 지지하는 역할을 수행할 수 있다.
멤브레인(110)은 캐리어 헤드(100)에 연결되고, 기판(W)의 파지 및 연마를 위한 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)를 형성할 수 있다. 멤브레인(110)이 형성하는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)는 파지된 기판(W)에 압력을 가할 수 있다. 멤브레인(110)은 바닥판 및 플랩을 포함할 수 있다.
바닥판은 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 바닥을 형성할 수 있다. 바닥판에는 파지된 기판(W)이 위치할 수 있다. 다시 말하면, 기판(W)은 멤브레인(110)의 바닥판의 외면을 마주보도록 기판 캐리어에 파지될 수 있다. 바닥판은 기판(W)에 대응하는 크기 및 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 바닥판은 원형의 원반 형태로 형성될 수 있다. 바닥판은 신축 가능한 가요성 재질을 포함할 수 있다. 이 경우, 바닥판의 신축 정도에 따라 기판(W)에 가해지는 압력이 조절될 수 있다.
플랩은 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 측벽을 형성할 수 있다. 플랩은 바닥판으로부터 캐리어 헤드(100) 방향으로 연장 형성될 수 있다. 플랩의 단부는 캐리어 헤드(100)에 체결됨으로써 멤브레인(110)을 캐리어 헤드(100)에 연결시킬 수 있다. 플랩은 바닥판의 중심을 원점으로 하는 원형의 단면을 가질 수 있다. 다시 말하면, 멤브레인(110)을 상부에서 바라본 상태에서 플랩은 링 형태일 수 있다. 플랩은 복수개가 형성될 수 있다. 복수개의 플랩은 바닥판의 중심을 원점으로, 서로 다른 반지름을 가지는 원형의 단면을 가질 수 있다. 서로 인접한 플랩은 하나의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)를 구획하기 때문에, 복수의 플랩을 통해 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)가 형성될 수 있다. 플랩에 의해 구획되는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 크기는 인접한 플랩 사이의 간격을 통해 결정될 수 있다.
정리하면, 멤브레인(110)은 바닥판, 플랩 및 캐리어 헤드(100)를 통해 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)를 형성할 수 있다. 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)가 형성되는 경우, 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 바닥부위에 위치한 기판(W)면에는 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에 인가되는 압력이 작용될 수 있다. 따라서, 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력이 상이한 경우, 기판(W)에는 각 부위별로 서로 다른 압력이 작용할 수 있다. 다시 말하면, 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에 인가되는 압력에 따라 기판(W)이 국부적으로 가압될 수 있다.
압력 조절부(130)는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력을 조절할 수 있다. 압력 조절부(130)는 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에 연결됨으로써, 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력을 선택적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에는 서로 다른 포트를 통해 유체가 제공되고, 각 유체의 유입 또는 배출 정도에 따라 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 내의 압력이 상승하거나 하강할 수 있다. 압력 조절부(130)는 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 중 적어도 일부의 압력을 선택적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)는 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 중 일부의 압력은 유지한 상태에서 나머지 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력을 조절할 수 있다.
압력 조절부(130)는 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 중 적어도 일부의 압력을 반복적으로 변화시킴으로써, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력 진동(pressure fluctuation)을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 압력 조절부(130)는 제 1 압력 및 제 1 압력보다 높은 제 2 압력을 설정하고, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력이 제 1 압력 및 제 2 압력 사이에서 변화하도록 제어할 수 있다. 이와 같은 방식에 의하면, 기판 캐리어로부터 기판(W)이 흔들어 디척킹 하는 것과 유사한 효과가 구현될 수 있다. 특히, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력이 설정된 압력 범위에서 반복적으로 변화하기 때문에 기판(W)의 휘어짐 현상을 일정한 범위 내에서 제한하면서도 기판(W)을 이탈시키는 효과를 가질 수 있다.
반면, 압력 조절부(130)는 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 중 적어도 일부에 설정 압력을 단속적으로 인가할 수 있다. 예를 들어, 압력 조절부(130)는 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 중 일부의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에 대하여 특정 압력을 설정하고, 설정된 압력을 기준으로 설정 범위 내에서 압력을 변화시킬 수 있다. 다시 말하면, 압력 챔버에는 설정된 압력이 단속적으로 인가될 수 있다. 따라서, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에 부착된 기판(W)에는 설정된 압력을 기준으로 하는 압력 진동이 작용할 수 있다.
기판 캐리어는 기판(W)의 연마를 위해 일렬의 동작을 반복하게 된다. 예를 들어, 기판 캐리어는 기판(W)을 이송하기 위해 보관된 기판(W)을 파지하는 척킹(Chucking) 동작, 파지된 기판(W)을 연마 패드에 가압하는 동작 및, 연마가 완료된 기판(W)을 이탈시키는 디척킹(dechucking) 동작을 반복적으로 수행하게 된다.
이와 같은 일렬의 동작은, 기판(W)의 양면에 가해지는 압력 평형에 의해 수행된다. 예를 들어, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)가 가압되는 경우, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 위치한 유체(공기) 압력이 증가함으로써, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 간격이 벌어지게 된다. 반면, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)가 감압되는 경우, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이 위치한 유체 압력이 감소하기 때문에, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 간격이 좁아지게 된다. 이와 같이 압력 평형에 의해 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 간격이 조절되는 경우에, 기판(W)의 수평 위치를 정밀하게 제어할 필요가 있다. 기판(W)의 수평 위치가 정밀하게 제어되지 않는 경우에는, 기판(W)의 수평 상태가 유지되지 않기 때문에, 멤브레인(110) 및 기판(W)의 각 영역 사이의 간격이 상이해지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제는 기판(W)이 국부적으로 휘어지는 현상을 야기하게 되고, 결과적으로 기판(W)의 손상 문제를 발생시키게 된다. 한편, 기판(W)을 연마패드에 접촉시켜 연마하는 과정은 필연적으로 리테이너(120)의 마모 현상이 발생하게 된다. 리테이너(120)의 마모가 진행됨에 따라, 연마패드 및 멤브레인(110) 사이의 간격이 짧아지게 된다. 이 경우, 리테이너(120)의 마모 정도가 일정하지 않기 때문에 멤브레인(110) 및 연마패드에 접촉한 기판(W) 사이의 간격이 국부적으로 변경되므로, 기판(W)의 연마 프로파일(polishing profile)이 인가한 압력 조건과 달라지는 현상이 발생하게 된다.
일 실시 예에 따른 기판 캐리어는, 기판(W)의 연마를 위한 일렬의 동작동안, 기판(W)이 휘어지는 현상을 방지하고, 기판(W)의 피연마면 전체가 균일하게 연마되도록 기판(W)의 각 부위별로 국소적으로 가해지는 압력을 개별적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 기판 캐리어는, 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 중 일부의 압력은 유지한 상태에서, 국소적인 압력 변동이 필요한 부분의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력만을 선택적으로 상승시키거나 하강시킬 수 있다.
구체적으로, 압력 조절부(130)는, 기판(W)의 국부적 휘어짐에 대한 프로파일을 설정하고, 상기 설정된 프로파일에 기초하여 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력 변화 정도를 개별적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 압력 조절부(130)는 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력이 설정 압력으로 감압되는 경우, 일부의 압력 챔버의 압력은 설정 압력 미만으로 감압시킬 수 있다. 반면, 압력 조절부(130)는 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력이 설정 압력으로 가압되는 경우, 일부의 압력 챔버의 압력은 설정 압력을 초과하도록 가압시킬 수 있다.
도 2 및 도 3은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어에 기판이 척킹되는 상태를 도시하는 작동도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 기판 캐리어는 기판(W)이 척킹되는 과정에서 발생하는 기판(W)의 휘어짐 현상을 방지할 수 있다.
도 2와 같이, 기판(W)의 척킹 과정에서, 기판 캐리어는 기판(W)이 리테이너(120) 링 사이 공간에 위치하도록 이동하게 된다. 이 경우, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이에는 유체층이 형성되게 된다. 도 2와 같이, 멤브레인(110)이 형성하는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력이 감압되게 되면, 멤브레인(110)의 바닥면은 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 방향으로 수축하게 되고, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 유체층의 압력이 감소함으로써 기판(W)이 캐리어 헤드(100)에 척킹될 수 있다.
기판(W)의 척킹 과정에서 기판(W)의 수평 상태가 유지되지 않으면, 멤브레인(110) 및 기판(W) 사이의 간격이 일정하지 않는 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 도 3과 같이 기판(W)이 국부적으로 휘어지는 현상이 발생할 수 있다. 기판 캐리어의 압력 조절부(130)는 멤브레인(110) 방향으로 휘어진 기판(W) 부위에 해당하는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력은 유지한 상태에서, 나머지 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력을 감압함으로써 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 간격을 일정하게 조절할 수 있다. 결과적으로, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 간격이 유지됨으로써, 기판(W)의 휘어짐 현상이 해결될 수 있다. 이와 같이, 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 중 일부의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력만을 감압하는 경우, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 재 가압 동작 없이, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 내의 압력 하강을 유지한 상태에서 압력의 변화 정도만을 조절하므로, 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 내의 압력 조절에 소요되는 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 기판(W)의 척킹에 소요되는 압력 변동 과정을 연속적으로 수행함으로써, 척킹에 소요되는 시간을 절감할 수 있다.
도 4 및 도 5는 일 실시 예에 따른 기판 캐리어에서 기판이 디척킹 되는 상태를 도시하는 작동도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 기판 캐리어는 기판(W)의 디척킹 과정에서 발생하는 기판(W)의 휘어짐 현상을 방지할 수 있다.
연마가 완료된 기판(W)을 디척킹 하는 과정에서, 기판 캐리어는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력을 상승시킴으로써, 기판(W)을 멤브레인(110)의 반대 측으로 가압하게 된다. 멤브레인(110)이 형성하는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력이 상승하게 되면, 멤브레인(110)의 바닥면은 기판(W) 방향을 향해 팽창하게 되고, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 유체층이 형성하는 압력을 증가하게 된다. 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이 유체층의 압력이 외부 압력보다 높아지는 경우, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 간격이 벌어지면서 기판(W)이 기판 캐리어로부터 이탈하게 된다.
기판(W)의 디척킹 과정에서, 기판(W)의 각 영역 별로 불균일한 압력이 가해질 수 있다. 특히, 지면에 대한 기판(W)의 수평 상태가 유지되지 않으면, 도 4와 같이, 기판(W)이 국부적으로 휘어지는 현상이 발생할 수 있다. 기판 캐리어의 압력 조절부(130)는 멤브레인(110) 방향으로 굴곡진 기판(W) 부위에 대응하는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력은 상승시키고, 나머지 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력을 유지시킴으로써, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 간격을 균일하게 조절할 수 있다. 결과적으로, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이 간격이 일정하게 유지됨으로써, 기판(W)의 국부적 휘어짐 현상이 해결될 수 있다. 이와 같은 방식에 의하면, 기판 캐리어는 기판(W)의 국부적 휘어짐이 방지되는 상태를 유지하면서, 기판(W)을 멤브레인(110)으로부터 제거하는 디척킹 동작을 효율적으로 수행할 수 있다. 특히, 기판 캐리어는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4) 내의 압력 상승을 유지한 상태에서, 일부 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력의 상승 폭만을 증가시키기 때문에, 디척킹 동작 및 기판(W)의 국부적 가압 동작의 연속성을 확보할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 디척킹 과정에서 소요되는 시간을 절감할 수 있다.
한편, 압력 조절부(130)는, 기판(W)의 디척킹 과정에서 발생하는 기판(W)의 국부적 휘어짐에 대한 프로파일을 설정하고, 설정된 프로파일에 따라 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에 인가되는 각각의 압력을 개별적으로 조절할 수도 있다. 예를 들어, 압력 조절부(130)는 기판(W)의 디척킹 과정에서 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력을 상승시키되, 상기 인가된 압력에 따라 결정되는 기판(W) 휘어짐 현상에 대한 프로파일을 설정하고, 이에 따라 상향으로 굴곡지는 기판(W) 부위에 대응하는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력 상승 정도를 증가시킴으로써, 기판(W)의 휘어짐을 방지하면서도 기판(W)을 효과적으로 디척킹할 수 있다.
도 6은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어가 기판의 각 부위별로 압력을 작용하는 상태를 도시하는 작동도이다.
도 6을 참조하면, 기판 캐리어는 CMP공정간 기판(W)의 국부적 휘어짐 현상이 방지하도록 기판(W)의 각 부위에 가해지는 압력을 개별적으로 조절할 수 있다. 기판 캐리어는, 캐리어 헤드(100), 멤브레인(110), 리테이너(120)링, 압력 조절부(130) 및, 검출부(140)를 포함할 수 있다.
검출부(140)는 파지된 기판(W)의 휘어짐 정도를 검출할 수 있다. 검출부(140)는 멤브레인(110)의 바닥판 및 기판(W) 사이의 간격을 검출할 수 있다. 멤브레인(110)이 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)를 형성하는 경우, 검출부(140)는 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 바닥면 및 상기 각각의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에 대응하는 기판(W) 부위 사이 간격을 검출함으로써, 기판(W)의 국부적 휘어짐 정도를 검출할 수 있다.
압력 조절부(130)는 검출부(140)가 검출한 정보에 기초하여, 기판(W)에 각 부위별로 가해지는 압력 정도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 압력 조절부(130)는 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이 간격에 대한 기준 간격을 설정하고, 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에 대응하는 각각의 멤브레인(110) 및 기판(W) 사이의 간격을 상기 기준간격으로부터 설정 간격 미만으로 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 도 6과 같이, 기판(W)의 특정 부위가 설정된 기준 간격 미만만큼 멤브레인(110)에 접근하는 경우, 압력 조절부(130)는 해당 기판(W) 부위에 대응하는 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)의 압력을 상승시킴으로써, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 거리를 제 1 간격만큼 유지시킬 수 있다.
이와 같은 방식에 의하면, 기판 캐리어를 통한 기판(W)의 연마 공정에서, 기판(W)의 휘어짐 현상을 방지하여 기판(W)이 손상되는 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 기판(W) 연마 과정에서 리테이너(120)가 마모되는 경우, 기판 캐리어가 지면에 대해 기울어지는 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 기판(W) 및 멤브레인(110) 사이의 간격이 일정하지 않기 때문에, 복수의 압력 챔버(C1, C2, C3, C4)에 동일한 압력이 가해지는 경우에도 기판(W)에 각 부위에 실제 작용하는 압력이 달라져 기판(W)이 휘어지는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 휘어짐 정도를 검출하고, 검출된 정보에 의해 기판(W)의 각 부위에 가해지는 압력을 조절함으로써, 기판(W)의 손상을 최소한으로 방지할 수 있다.
도 7은 일 실시 예에 따른 기판 캐리어의 제어 방법의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시 예에 따른 기판 캐리어의 제어 방법은, 파지된 기판의 부위별로 각각 압력을 작용하는 복수의 압력 챔버를 형성하는 멤브레인을 포함하는 기판 캐리어에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 기판 캐리어의 제어 방법은 기판의 디척킹 과정에서 수행될 수 있다. 기판 캐리어의 제어 방법은, 복수의 압력 챔버의 압력을 상승시키는 단계(210), 압력 상승에 따른 기판의 휘어짐 정도를 검출하는 단계(220), 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력을 추가적으로 상승시키는 단계(230)를 포함할 수 있다.
단계 210은, 복수의 압력 챔버의 압력을 상승시킴으로써, 각 압력챔버에 대응하는 기판 부위를 가압할 수 있다. 단계 210은, 기판을 가압함으로써, 기판 및 멤브레인 사이의 간격을 벌릴 수 있다.
단계 220은, 기판의 휘어짐 정도를 검출할 수 있다. 단계 220에서는, 기판의 가압에 따라 기판의 각 영역이 국부적으로 휘어지는 정도를 검출할 수 있다. 단계 220은, 멤브레인 및 기판 사이 간격에 대한 기준 간격을 설정하는 단계 및, 기준 간격 미만에 해당하는 기판 부위를 검출하는 단계를 포함할 수 있다. 다시 말하면, 단계 220은 기판의 각 영역 중 멤브레인에 근접하도록 구부러지는 영역을 검출할 수 있다.
단계 230은, 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력을 상승시킴으로써, 기판의 휘어짐 현상을 완화할 수 있다. 단계 230은 압력이 상승된 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력은 유지된 상태에서, 멤브레인에 근접한 기판 부위에 해당하는 압력 챔버의 압력을 추가적으로 상승시킬 수 있다.
이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
100: 캐리어 헤드
110: 멤브레인
120: 리테이너
140: 압력 조절부
110: 멤브레인
120: 리테이너
140: 압력 조절부
Claims (19)
- 캐리어 헤드;
상기 캐리어 헤드에 연결되고, 파지된 기판에 압력을 가하는 복수의 압력 챔버를 형성하는 멤브레인; 및
상기 압력 챔버의 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함하고,
상기 압력 조절부는,
상기 멤브레인 및 상기 파지된 기판 사이의 각 영역별 간격이 일정하도록, 상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 일부의 압력을 선택적으로 조절하고,
상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 일부의 압력 챔버에 압력 진동(Pressure fluctuation)을 발생시키는, 기판 캐리어.
- 제1항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 하나의 압력 챔버의 압력을 유지한 상태에서, 나머지 압력 챔버의 압력을 조절하는, 기판 캐리어.
- 제2항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
상기 멤브레인으로부터 기판이 디척킹 되는 과정에서, 상기 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력은 상승시키고, 나머지 상기 압력 챔버의 압력은 유지시키는, 기판 캐리어.
- 제3항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
상기 기판의 디척킹 과정에서, 상기 기판의 국부적 휘어짐에 대한 프로파일을 설정하고, 상기 설정된 프로파일에 기초하여 상기 멤브레인에 근접한 기판 부위에 대응되는 압력 챔버의 압력을 상승시키는, 기판 캐리어.
- 제2항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
상기 멤브레인에 기판이 척킹되는 과정에서, 상기 복수의 압력 챔버 중 일부의 압력은 감압하고, 나머지 상기 압력 챔버의 압력은 유지시키는, 기판 캐리어.
- 제2항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
상기 기판의 국부적 휘어짐에 대한 프로파일을 설정하고, 상기 설정된 프로파일에 기초하여 복수의 압력 챔버의 압력 변화 정도를 개별적으로 조절하는, 기판 캐리어.
- 제6항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
상기 복수의 압력 챔버의 압력이 설정 압력으로 감압되는 경우, 일부의 압력 챔버의 압력은 설정 압력 미만으로 감압시키고,
상기 복수의 압력 챔버의 압력이 설정 압력으로 가압되는 경우, 일부의 압력 챔버의 압력은 설정 압력을 초과하도록 가압시키는, 기판 캐리어.
- 제2항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
상기 멤브레인 및 기판 사이의 간격에 대한 기준간격을 설정하고,
상기 복수의 압력 챔버에 대응하는 각각의 멤브레인 부위 및 기판 사이의 간격을 상기 기준간격으로부터 설정 간격 미만으로 유지되도록 상기 압력 챔버의 압력을 조절하는, 기판 캐리어.
- 삭제
- 캐리어 헤드;
상기 캐리어 헤드에 연결되고, 파지된 기판에 압력을 가하는 복수의 압력 챔버를 형성하는 멤브레인; 및
상기 압력 챔버의 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함하고,
상기 압력 조절부는 상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 일부의 압력을 선택적으로 조절하고,
상기 압력 챔버에는, 제1압력 및 제1압력보다 높은 제2압력이 반복적으로 인가되는, 기판 캐리어.
- 제1항에 있어서,
상기 압력 챔버는 설정된 압력을 기준으로 설정 범위 내에서 압력이 변화하는, 기판 캐리어.
- 제11항에 있어서,
상기 압력 챔버에는 상기 설정된 압력이 단속적으로 인가되는, 기판 캐리어.
- 삭제
- 기판이 파지되는 캐리어 헤드;
상기 파지된 기판의 비연마면에 국부적인 압력을 가하는 복수의 압력 챔버를 형성하도록, 상기 캐리어 헤드에 연결되는 멤브레인;
상기 파지된 기판의 둘레를 감싸도록 상기 캐리어 헤드에 연결되는 리테이너링; 및
상기 복수의 압력 챔버 각각의 압력을 개별적으로 조절하는 압력 조절부를 포함하고,
상기 압력 조절부는,
상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 일부의 압력 챔버에 압력 진동(Pressure fluctuation)을 발생시키고,
상기 기판의 디척킹 과정에서, 상기 복수의 압력 챔버의 압력을 상승시키되, 각각의 압력챔버의 압력 상승 정도를 다르게 조절하는, 기판 캐리어.
- 기판이 파지되는 캐리어 헤드;
상기 파지된 기판의 비연마면에 국부적인 압력을 가하는 복수의 압력 챔버를 형성하도록, 상기 캐리어 헤드에 연결되는 멤브레인;
상기 파지된 기판의 둘레를 감싸도록 상기 캐리어 헤드에 연결되는 리테이너링;
상기 복수의 압력 챔버 각각의 압력을 개별적으로 조절하는 압력 조절부; 및
상기 기판의 휘어짐 정도를 검출하는 검출부를 포함하고,
상기 압력 조절부는 상기 복수의 압력 챔버 중 적어도 일부의 압력 챔버에 압력 진동(Pressure fluctuation)을 발생시키고,
상기 검출부는 상기 멤브레인 및 상기 각각의 압력 챔버에 대응하는 기판 부위 사이의 간격을 검출하는, 기판 캐리어.
- 제15항에 있어서,
상기 압력 조절부는,
상기 기판 및 멤브레인 사이 간격에 대한 기준 간격을 설정하고,
상기 기준 간격 미만에 해당한 기판 부위에 대응하는 압력 챔버의 압력을 상승시키는, 기판 캐리어.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
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| KR20190129307A (ko) | 2019-11-20 |
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