KR20180011943A - 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치 및 그 제어방법 - Google Patents

화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 캐리어 헤드에 기판을 로딩하기 위한 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치는, 기판이 거치되는 거치부와, 기판을 거치부로부터 부상시키는 기판부상부를 포함하고, 기판은 거치부로부터 부상된 상태에서 캐리어 헤드에 로딩되게 하는 것에 의하여, 기판의 손상없이 기판을 안정적으로 로딩하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치 및 그 제어방법{APPARATUS OF LOADING SUBSTRATE IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 화학 기계적 연마 공정에 투입하기 위한 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 과정에서 기판의 변형 및 손상을 방지할 수 있는 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
화학 기계적 연마(CMP) 시스템은 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
일반적으로 CMP 시스템은 웨이퍼를 캐리어 헤드(90)에 로딩한 후, 대한민국 등록특허공보 제10-1188579호 등에 개시된 바와 같이, 캐리어 헤드가 이동하면서 정해진 연마 정반에서 웨이퍼의 연마면을 기계적 마찰에 의한 기계적 연마와, 슬러리에 의한 화학적 연마를 동시에 수행한다.
이때, 캐리어 헤드(90)는 도 1에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 공정 중에 바닥판(92a)으로 웨이퍼(W)를 하방 가압하기 위한 멤브레인(92)이 본체부(91)에 고정되고, 멤브레인(92)과 본체부(91)의 사이에는 압력 챔버(92C)가 형성되어 압력 조절부(95)로부터 공압 공급관(95a)을 통해 인가되는 공압에 의해 웨이퍼(W)를 하방 가압할 수 있게 구성된다. 그리고, 멤브레인(92)의 둘레에는 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(93)이 설치되어, 리테이닝 챔버(93C)의 공압에 의하여 하방 가압할 수 있게 구성된다.
아울러, 캐리어 헤드(90)에 웨이퍼(W)를 로딩하는 로딩 장치(1)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 거치시키는 거치대(10)와, 거치대(10)를 상하 방향으로 이동시키는 구동부(MH)로 이루어진다. 즉, 웨이퍼(W)를 거치대(10)의 중앙 영역에 거치시킨 상태에서, 거치대(10)를 정해진 높이만큼 상방으로 이동시키면, 캐리어 헤드(90)가 거치대(10)에 근접하여 중앙의 관통구멍(95x)에 흡입압을 인가하는 것에 의하여, 웨이퍼(W)는 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)에 밀착되어 로딩된 상태가 된다. 또한, 거치대(10)에 지지되는 웨이퍼(W)의 접촉 부위를 최소화하기 위하여, 웨이퍼(W)의 저면 중앙부는 거치대(10)에 거치되지 않고 웨이퍼(W)의 저면 가장자리 영역만이 거치대(10)에 거치된다.
한편, 기판의 로딩 공정 중에는 웨이퍼(W)가 거치대(10)와 캐리어 헤드(90)의 사이에서 가압될 수 있는데, 거치대 리프트의 이상 또는 다른 이유에 의해 웨이퍼(W)에 작용하는 가압력이 일정 이상 큰 경우에는, 가압력에 의해 웨이퍼(W)가 손상되거나 파손될 수 있는 문제점이 있다.
다시 말해서, 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(90)에 로딩되는 공정 중에, 거치대(10)의 이동이 정지된 상태에서 거치대(10)의 상면에 거치된 웨이퍼(W)에 캐리어 헤드(90)가 접촉됨에 따라, 캐리어 헤드(90)의 하중이 웨이퍼(W)에 가해져 웨이퍼(W)가 손상되거나 파손되는 문제가 있다.
특히, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(92)은 바닥판(92a)의 중앙부 영역이 자중에 의해 하부 방향으로 쳐진 상태로 이동하게 되는데, 바닥판(92a)의 중앙부 영역이 하부 방향으로 쳐져 있던 멤브레인(92)이 웨이퍼(W)의 상면에 접촉됨에 따라, 웨이퍼(W)(특히, 거치대에 거치되지 않는 웨이퍼의 중앙부 영역)에 멤브레인(92)의 하중에 의한 압력(P)이 가해져, 웨이퍼(W)에 휨 또는 변형(도 2의 W')이 발생되거나 웨이퍼(W)가 파손되는 문제점이 있다.
또한, 캐리어 헤드(90)와 거치대(10)에 의한 가압력이 일정 이상 큰 경우에는 가압력에 의해 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(92)이 손상될 수 있는 우려가 있다.
더욱이, 상기 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 연마 영역에서는 일반적으로 복수개의 웨이퍼에 대해 화학 기계적 연마 공정이 동시에 수행되는데, 로딩 공정 중 웨이퍼가 손상되는 경우에도, 연마 영역에서 진행되는 다른 웨이퍼의 연마 공정까지 중단되어야 하는 문제점이 있다.
또한, 연마 영역에서 화학 기계적 연마 공정이 완료되기 전에 중단될 경우에는, 로딩시 손상된 웨이퍼 뿐만 아니라 정상적으로 공정 중에 있던 다른 웨이퍼까지 폐기되어야 하는 문제점이 있으며, 이에 따라 비용이 상승되고 수율이 저하되는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 기판 및 멤브레인의 손상을 방지할 수 있고, 화학 기계적 연마 공정의 효율 및 수율을 향상시킬 수 있으며, 비용을 절감하기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기판의 로딩 공정시 기판의 손상을 방지할 수 있는 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치 및 그 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 기판을 부상시킨 상태로 캐리어 헤드에 부착함으로써, 기판을 손상없이 정확하게 로딩할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 로딩 공정시 캐리어 헤드의 멤브레인에 가해지는 가압력에 의한 멤브레인의 손상을 방지할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판을 손상없이 로딩되게 함으로써, 안정성 및 신뢰성을 향상시키고, 기판의 로딩후 다음 공정을 정확하게 제어하도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공정 효율성 및 수율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 캐리어 헤드에 기판을 로딩하기 위한 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치는, 기판이 거치되는 거치부와, 기판을 거치부로부터 부상시키는 기판부상부를 포함하고, 기판은 거치부로부터 부상된 상태에서 캐리어 헤드에 로딩된다.
이는, 기판의 로딩 공정 중에 기판이 거치대와 캐리어 헤드의 사이에서 가압됨에 따른 기판의 변형 및 손상을 방지하고, 기판을 캐리어 헤드에 안정적으로 로딩하기 위함이다.
즉, 본 발명은 캐리어 헤드와 거치부의 사이에서 기판이 가압되지 않고, 거치부로부터 기판이 공중에 부상된 상태에서 캐리어 헤드에 로딩되게 함으로써, 기판이 가압됨에 따른 휨 또는 변형을 방지하고 기판에 가해지는 데미지를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 기존에는 거치부의 이동이 정지된 상태에서 거치부의 상면에 거치된 기판에 캐리어 헤드가 접촉됨에 따라, 캐리어 헤드의 하중이 기판에 가해져 기판이 손상되거나 파손되는 문제가 있지만, 본 발명에서는 기판이 거치부로부터 공중에 부상된 상태에서 캐리어 헤드에 진공으로 부착되기 때문에, 기판에 캐리어 헤드에 의한 하중이 가해지는 것을 근본적으로 방지하여 기판의 손상을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
기판부상부는 거치부로부터 기판을 부상시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 기판부상부는 거치부에 장착되어, 기판의 저면을 향해 유체를 분사하도록 구성되며, 기판은 기판부상부로부터 분사되는 유체의 분사력에 의해 거치부의 상면으로부터 이격되게 부상된다. 경우에 따라서는 기판부상부가 자기력을 이용하여 기판을 부상시키도록 구성되는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 기판부상부는 제1유체를 공급하는 제1유체분사부와, 제1유체와 다른 제2유체를 공급하는 제2유체분사부를 포함할 수 있으며, 제1유체와 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 기판의 저면에 분사될 수 있다.
이때, 기판부상부에서 분사 가능한 이종 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 제1유체는 기상 유체와 액상 유체 중 어느 하나일 수 있고, 제2유체는 기상 유체와 액상 유체 중 어느 하나일 수 있다. 바람직하게 제1유체분사부는 기상 유체(제1유체)를 고압으로 분사하고, 제2유체분사부는 액상 유체(제2유체)를 분사하는 것에 의하여, 기판을 부상시키는 충분한 부상력을 제공함과 동시에 기판을 습식(Wet) 상태로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱 바람직하게, 제1유체분사부는 질소(N2)(예를 들어, 제1유체)를 분사하고, 제2유체분사부는 순수(DIW)(예를 들어, 제2유체)를 분사할 수 있다.
그리고, 기판부상부를 구성하는 복수개의 분사노즐(제1유체분사부 및 제2유체분사부)은 기판을 부상시킬 수 있는 다양한 배열로 배치될 수 있다. 일 예로, 복수개의 분사노즐을 거치부의 원주 방향 또는 반경 방향을 따라 등간격으로 이격되게 배치하는 것에 의하여, 기판을 부상시키기 위한 부상력이 기판 전체에 균등하게 형성되게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 기판부상부를 구성하는 복수개의 분사노즐이 불규칙한 배열로 배치되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 캐리어 헤드에 기판을 로딩하기 위한 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치의 제어방법은, 기판을 거치부에 거치하는 기판 거치 단계, 기판을 거치부로부터 부상시키는 기판부상단계와, 거치부로부터 부상된 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 로딩 단계를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 캐리어 헤드와 거치부의 사이에서 기판이 가압되지 않고, 거치부로부터 기판이 공중에 부상된 상태에서 캐리어 헤드에 로딩되게 함으로써, 기판이 가압됨에 따른 휨 또는 변형을 방지하고 기판에 가해지는 데미지를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 기존에는 거치부의 이동이 정지된 상태에서 거치부의 상면에 거치된 기판에 캐리어 헤드가 접촉됨에 따라, 캐리어 헤드의 하중이 기판에 가해져 기판이 손상되거나 파손되는 문제가 있지만, 본 발명에서는 기판이 거치부로부터 공중에 부상된 상태에서 캐리어 헤드에 진공으로 부착되기 때문에, 기판에 캐리어 헤드에 의한 하중이 가해지는 것을 근본적으로 방지하여 기판의 손상을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 기판부상단계에서는 기판의 저면을 향해 유체를 분사하여 기판을 부상시킬 수 있다. 바람직하게, 기판부상단계에서는 기판의 저면을 향해 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하는 것에 의하여, 특히, 기판의 저면을 향해 기상 유체와 액상 유체를 함께 분사하는 것에 의하여, 기판을 부상시키는 충분한 부상력을 제공함과 동시에 기판을 습식(Wet) 상태로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '부상' 또는 이와 유사한 용어는 기판이 거치부의 상면으로부터 이격되게 공중에 띄워진 상태를 정의한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 기재된 '유체' 또는 이와 유사한 용어는 기상 유체와 액상 유체 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것으로 정의한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 로딩 공정시 기판의 손상을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 캐리어 헤드와 거치부의 사이에서 기판이 가압되지 않고, 거치부로부터 기판이 공중에 부상된 상태에서 캐리어 헤드에 로딩되게 함으로써, 기판이 가압됨에 따른 휨 또는 변형을 방지하고 기판에 가해지는 데미지를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 기존에는 거치부의 이동이 정지된 상태에서 거치부의 상면에 거치된 기판에 캐리어 헤드가 접촉됨에 따라, 캐리어 헤드의 하중이 기판에 가해져 기판이 손상되거나 파손되는 문제가 있지만, 본 발명에서는 기판이 거치부로부터 공중에 부상된 상태에서 캐리어 헤드에 진공으로 부착되기 때문에, 기판에 캐리어 헤드에 의한 하중이 가해지는 것을 근본적으로 방지하여 기판의 손상을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 저면을 향해 기상 유체와 액상 유체를 함께 분사하는 것에 의하여, 기판을 부상시키는 충분한 부상력을 제공함과 동시에 기판을 습식(Wet) 상태로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판의 로딩 공정시 기판의 손상을 방지할 수 있음은 물론, 캐리어 헤드의 멤브레인에 가해지는 충격에 의한 멤브레인의 손상을 방지하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 공정 효율성 및 수율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 로딩 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 캐리어 헤드가 웨이퍼에 근접한 상태를 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치를 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 3의 기판부상부에 의한 기판의 부양 상태를 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 3의 캐리어 헤드에 기판이 로딩된 상태를 설명하기 위한 도면,
도 6 및 도 7은 도 3의 기판부상부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치의 제어방법을 설명하기 위한 블록도이다.
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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 기판부상부에 의한 기판의 부양 상태를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 3의 캐리어 헤드에 기판이 로딩된 상태를 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 6 및 도 7은 도 3의 기판부상부의 배치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 캐리어 헤드(100)에 기판(10)을 로딩하기 위한 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치(200)는 기판(10)이 거치되는 거치부(210)와, 기판을 거치부(210)로부터 부상시키는 기판부상부(300)를 포함하고, 기판은 거치부(210)로부터 부상된 상태에서 캐리어 헤드에 로딩된다.
캐리어 헤드(100)는 기판 로딩 장치(200)로부터 기판(10)을 로딩 받은 후, 연마 정반 상에 제공되는 연마 패드 상면에 슬러리가 공급되는 상태에서 기판(10)을 가압하여 화학 기계적 연마 공정을 수행하고, 연마 패드 및 슬러리를 이용한 화학 기계적 연마 공정이 끝난 후에는 기판(10)을 세정 장치로 이송할 수 있다.
참고로, 본 발명에 기판(10)이라 함은 연마 패드 상에 연마될 수 있는 연마대상물로 이해될 수 있으며, 기판(10)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기판(10)으로서는 웨이퍼가 사용될 수 있다.
캐리어 헤드(100)는 회전 가능하게 제공되는 본체부(191), 본체부(191)의 저면에 제공되는 멤브레인(192), 및 멤브레인(192)의 둘레에 배치되도록 본체부(191)의 엣지부에 결합되며 기판(10)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(193)을 포함하여 구성될 수 있다. 경우에 따라서는 캐리어 헤드가 여타 다른 구조로 제공될 수 있으며, 캐리어 헤드의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
멤브레인(192)에는 복수개의 플립(예를 들어, 링 형태의 플립)이 형성될 수 있으며, 복수개의 플립에 의해 본체부(191)와 멤브레인(192)의 사이에는 본체부(192)의 반경 방향을 따라 구획된 복수개의 압력챔버(192C)가 제공될 수 있다.
여기서, 각 압력챔버(192C)에는 각각 압력을 측정하기 위한 압력센서가 제공될 수 있다. 각 압력챔버(192C)의 압력은 압력제어부(195)에 의한 제어에 의해 개별적으로 조절될 수 있으며, 각 압력챔버(192C)의 압력을 조절하여 기판(10)이 가압되는 압력을 개별적으로 조절할 수 있다.
그리고, 캐리어 헤드(100)의 중심부에는 멤브레인(192)의 개구에 의해 관통 형성되는 중심부 압력챔버(195X)가 형성될 수 있다. 중심부 압력챔버(195X)는 기판(10)과 직접 연통되며 흡입압이 작용되어 기판(10)을 캐리어 헤드(100)의 멤브레인(192)에 밀착시킴으로써 기판(10)을 로딩할 수 있다.
아울러, 캐리어 헤드(100)는 캐리어 헤드 이송부(180)에 의해 상하 이동하도록 구성된다. 캐리어 헤드 이송부(180)로서는 모터에 의해 회전하는 리드스크류 또는 리니어 구동 수간이 사용될 수 있으며, 캐리어 헤드 이송부(180)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
거치부(210)는 상하 방향을 따라 승강 가능하게 제공되며, 거치부(210)의 상면에는 로딩되기 위한 기판(10)이 거치된다.
거치부(210)는 기판(10)이 거치될 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 거치부(210)는 기판(10)의 저면으로부터 이격되게 배치되는 거치플레이트(220)와, 거치플레이트(220)의 상면에 형성되며 기판(10)의 저면 가장자리를 지지하는 가장자리 거치부(230)를 포함하여 구성될 수 있다.
거치플레이트(220)는 상면이 평평한 형태로 제공될 수 있고, 가장자리 거치부(230)는 거치플레이트(220)의 가장자리에 형성되며 거치플레이트(220)의 상면보다 높은 높이에서 기판(10)의 저면 가장자리가 거치되는 거치면을 제공한다.
아울러, 가장자리 거치부(230)는 거치플레이트(220)의 원주 방향을 따라 링 형태로 형성될 수 있으나, 경우에 따라서는 가장자리 거치부가 거치플레이트의 원주 방향을 따라 이격되게 복수개로 제공되는 것도 가능하다.
이와 같이, 기판(10)은 가장자리 거치부(230)에 의해 저면 가장자리 영역만이 부분적으로 지지되기 때문에, 거치부(210)와 기판(10)의 접촉 면적을 최소화하고, 거치부(210)와 기판(10)의 사이에 먼지, 세정액, 케미컬 등의 이물질이 잔류하는 것을 최소화하는 것에 의하여, 거치부(210)와 기판(10)과의 접촉 면적이 증가함에 따른 기판(10)의 손상을 최소화할 수 있다.
아울러, 거치플레이트(220)는 그 저면에 연결되는 승강샤프트(212)에 의해 상하 방향으로 승강될 수 있으며, 승강샤프트(212)는 모터와 같은 구동부(MH)(240)에 의해 승강될 수 있다. 참고로, 거치플레이트(220)의 승강 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 거치플레이트(220)의 승강 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 리테이너 링(193)이 접촉되는 접촉부는 가장자리 접촉부에 일체로 형성되거나 분리된 형태로 제공되는 것이 가능하다.
기판부상부(300)는 거치부(210)로부터 기판(10)을 부상시키기 위해 마련된다.
여기서, 기판이 거치부(210)로부터 부상된다 함은, 기판(10)이 거치부(210)의 상면으로부터 이격되게 공중에 띄워진 상태로 정의된다.
기판부상부(300)는 기판(10)을 부상시킬 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 기판부상부(300)는 거치부(210)에 장착되어, 기판(10)의 저면을 향해 유체를 분사하도록 구성되며, 기판은 기판부상부(300)로부터 분사되는 유체의 분사력에 의해 거치부(210)의 상면으로부터 이격되게 부상된다. 경우에 따라서는 기판부상부가 자기력을 이용하여 기판을 부상시키도록 구성되는 것도 가능하다.
기판부상부(300)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 유체를 분사하여 기판을 부상시키도록 구성될 수 있다. 일 예로, 기판부상부(300)는 기판(10)의 저면에 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하여 기판을 부상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 기판부상부(300)는 제1유체를 공급하는 제1유체분사부(310)와, 제1유체와 다른 제2유체를 공급하는 제2유체분사부(320)를 포함할 수 있으며, 제1유체와 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 통상의 노즐과 같은 분사수단에 의해 기판(10)의 저면에 분사될 수 있다. 이하에서는 제1유체분사부(310)와 제2유체분사부(320)로부터 제1유체와 제2유체가 서로 분리된 상태로 기판(10)의 저면에 분사되는 예를 들어 설명하기로 한다. 경우에 따라서는 제1유체분사부와 제2유체분사부로부터 공급된 제1유체와 제2유체가 하나의 혼합 유로에서 혼합된 상태로 분사되는 것도 가능하다.
기판부상부(300)에서 분사 가능한 이종 유체의 종류 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 일 예로, 제1유체는 기상 유체와 액상 유체 중 어느 하나일 수 있고, 제2유체는 기상 유체와 액상 유체 중 어느 하나일 수 있다.
바람직하게 제1유체분사부(310)는 기상 유체(제1유체)를 고압으로 분사하고, 제2유체분사부(320)는 액상 유체(제2유체)를 분사하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 고압의 기상 유체와 액상 유체를 함께 분사하는 것에 의하여, 기판(10)을 부상시키는 충분한 부상력(F)을 제공함과 동시에 기판(10)을 습식(Wet) 상태(W)로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱 바람직하게, 제1유체분사부(310)는 질소(N2)(예를 들어, 제1유체)를 분사하고, 제2유체분사부(320)는 순수(DIW)(예를 들어, 제2유체)를 분사하도록 하는 것에 의하여, 기판(10)을 습식 상태로 유지하면서 거치부(210)로부터 충분하게 부상시키는 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 기판부상부가 2가지 종류의 기상 유체를 분사하거나, 2가지 종류의 액상 유체를 분사하도록 구성되는 것도 가능하다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 기판부상부(300)를 구성하는 복수개의 분사노즐(제1유체분사부(310) 및 제2유체분사부(320))은 기판(10)을 부상시킬 수 있는 다양한 배열로 배치될 수 있다.
일 예로, 도 7을 참조하면, 기판부상부(300)를 구성하는 복수개의 분사노즐(제1유체분사부(310) 및 제2유체분사부(320))은 거치부(210)의 원주 방향을 따라 등간격으로 이격되게 배치될 수 있다. 다른 일 예로, 도 8을 참조하면, 기판부상부(300)를 구성하는 복수개의 분사노즐(제1유체분사부(310) 및 제2유체분사부(320))은 거치부(210)의 반경 방향을 따라 등간격으로 이격되게 배치될 수 있다. 이와 같이, 기판부상부(300)를 구성하는 복수개의 분사노즐을 거치부(210)의 원주 방향 또는 반경 방향을 따라 규칙적으로 이격되게 배치하는 것에 의하여, 기판(10)을 부상시키기 위한 부상력이 기판(10) 전체에 균등하게 형성되게 하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 기판부상부를 구성하는 복수개의 분사노즐이 불규칙한 배열로 배치되는 것도 가능하다.
아울러, 본 발명의 실시예에서는 분사노즐에서 유체가 스팟(spot) 방식으로 분사되는 예를 들어 설명하고 있지만, 다르게는 분사노즐의 노즐팁을 슬릿 형태 또는 링 형태로 형성하고 유체가 면분사 방식으로 분사되도록 구성하는 것도 가능하다.
이러한 구성에 의하여, 기판(10)이 거치부(210)의 상면에 거치된 상태(도 3 참조)에서, 도 4와 같이, 기판부상부(300)로부터 이종 유체(예를 들어, 질소 및 순수)가 분사됨에 따라, 이종 유체(예를 들어, 질소 및 순수)에 의해 기판(10)은 거치부(210)의 상면에 이격되게 부상될 수 있다.
그 후, 도 5와 같이, 기판(10)은 거치부(210)의 상면에 이격되게 부상된 상태에서, 캐리어 헤드(100)에 로딩(부착)될 수 있다. 바람직하게, 캐리어 헤드(100)가 기판(10)에 미리 설정된 이격 거리만큼 인접하게 배치되면, 부상된 기판(10)이 캐리어 헤드(100)에 진공으로 부착되도록 하는 것에 의하여, 기판(10)에 과도한 가압력 또는 충격이 가해지는 것을 최소화하고, 가압력 또는 충격에 따른 기판(10)의 손상 및 파손을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 캐리어 헤드(100)와 거치부(210)의 사이에서 기판(10)이 직접 가압되지 않고, 기판(10)이 공중에 부상된 상태에서 캐리어 헤드(100)에 로딩되게 함으로써, 기판(10)이 가압됨에 따른 휨 또는 변형을 미연에 방지하고 기판(10)에 가해지는 데미지를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치를 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 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 거치부(210)는 기판(10)이 거치되며 상하 방향으로 승강하는 거치플레이트(220')만으로 구성될 수 있으며, 기판의 저면은 전체적으로 거치플레이트(220')의 상면에 접촉될 수 있다.
아울러, 거치플레이트(220')의 상면에는 유체를 분사하는 기판부상부(300)가 장착될 수 있으며, 거치플레이트(220')에 거치된 기판(10)은 기판부상부(300)로부터 유체가 분사됨에 따라 부상될 수 있다.
또한, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 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 9를 참조하면, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 캐리어 헤드에 기판을 로딩하기 위한 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치의 제어방법은, 기판(10)을 거치부(210)에 거치하는 기판 거치 단계(S10)와, 기판(10)을 거치부(210)로부터 부상시키는 기판부상단계(S20)와, 거치부(210)로부터 부상된 기판(10)을 캐리어 헤드(100)에 로딩하는 로딩 단계(S30)를 포함한다.
단계 1:
먼저, 기판(10)을 거치부(210)의 상면에 거치한다.(S10)
기판 거치 단계(S10)에서 기판(10)은 통상의 로봇암 등에 의해 거치부(210)의 상면으로 공급되어 배치된다.
일 예로, 거치부(210)는 기판(10)의 저면으로부터 이격되게 배치되는 거치플레이트(220)와, 거치플레이트(220)의 상면에 형성되며 기판(10)의 저면 가장자리를 지지하는 가장자리 거치부(230)를 포함할 수 있고, 기판(10)은 가장자리 거치부(230)의 상면에 배치될 수 있다. 이는 가장자리 거치부(230)와 기판(10)의 접촉 면적을 최소화하고 접촉 면적 증가에 따른 기판(10)을 손상을 방지하는 효과를 얻을 수 있게 한다.
아울러, 기판(10)이 거치부(210)에 거치된 후, 거치부(210)는 기설정된 소정 높이로 상향 이동될 수 있다.
단계 2:
다음, 기판을 거치부(210)로부터 부상시킨다.(S20)
기판부상단계(S20)에서는 요구되는 조건에 따라 다양한 방식으로 기판(10)을 거치부(210)로부터 부상시킬 수 있다. 일 예로, 기판부상단계(S20)에서는 기판(10)의 저면을 향해 유체를 분사하고, 기판(10)의 저면으로 분사되는 유체의 분사력에 의해 기판(10)이 거치부(210)의 상면으로부터 이격되게 부상될 수 있다.
일 예로, 기판부상단계(S20)에서는 기판(10)의 저면에 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하여 기판(10)을 부상시킬 수 있다.
바람직하게 기판부상단계(S20)에서는 기상 유체(제1유체)를 고압으로 분사함과 동시에 액상 유체(제2유체)를 분사하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 고압의 기상 유체와 액상 유체를 함께 분사하는 것에 의하여, 기판(10)을 부상시키는 충분한 부상력(F)을 제공함과 동시에 기판(10)을 습식(Wet) 상태(W)로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 더욱 바람직하게, 제1유체분사부(310)는 질소(N2)(예를 들어, 제1유체)를 분사하고, 제2유체분사부(320)는 순수(DIW)(예를 들어, 제2유체)를 분사하도록 하는 것에 의하여, 기판(10)을 습식 상태로 유지하면서 거치부(210)로부터 충분하게 부상시키는 효과를 얻을 수 있다. 경우에 따라서는 기판부상부가 서로 다른 종류의 기상 유체만을 분사하거나, 서로 다른 종류의 액상 유체만을 분사하도록 구성되는 것도 가능하다.
참고로, 기판부상단계(S20)에서 기판(10)에 분사되는 이종 유체는 혼합된 상태로 분사되거나, 개별적으로 분리된 상태로 분사되는 것이 가능하다.
단계 3:
다음, 거치부(210)로부터 부상된 기판(10)을 캐리어 헤드(100)에 로딩한다.(S30)
로딩 단계(S30)에서 기판(10)은 거치부(210)의 상면에 이격되게 부상된 상태에서, 캐리어 헤드에 로딩(부착)될 수 있다.
바람직하게, 로딩 단계(S30)에서는, 캐리어 헤드(100)가 기판(10)에 미리 설정된 이격 거리만큼 인접하게 배치되면, 부상된 기판(10)이 캐리어 헤드(100)에 진공으로 부착되도록 하는 것에 의하여, 기판(10)에 과도한 가압력 또는 충격이 가해지는 것을 최소화하고, 가압력 또는 충격에 따른 기판(10)의 손상 및 파손을 방지하는 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 100 : 캐리어 헤드
192 : 멤브레인 193 : 리테이너 링
200 : 기판 로딩 장치 210 : 거치부
220 : 거치플레이트 230 : 가장자리 거치부
240 : 구동부 300 : 기판부상부
310 : 제1유체분사부 320 : 제2유체분사부

Claims (16)

  1. 캐리어 헤드에 기판을 로딩하기 위한 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치에 있어서,
    기판이 거치되는 거치부와;
    상기 기판을 상기 거치부로부터 부상시키는 기판부상부를; 포함하고,
    상기 기판은 상기 거치부로부터 부상된 상태에서 상기 캐리어 헤드에 로딩되는 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판부상부는 상기 거치부에 장착되며, 상기 기판의 저면을 향해 유체를 분사하여 상기 기판을 부상시키는 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기판부상부는 상기 기판의 저면을 향해 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판부상부는,
    제1유체를 분사하하는 제1유체분사부와;
    상기 제1유체와 다른 제2유체를 분사하는 제2유체분사부를; 포함하고,
    상기 제1유체 및 상기 제2유체는 혼합 또는 분리된 상태로 상기 기판의 표면에 분사되는 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나이고, 상기 제2유체는 기상 유체 및 액상 유체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1유체는 질소(N2)이고, 상기 제2유체는 순수(DIW)인 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 캐리어 헤드가 상기 기판에 미리 설정된 이격 거리만큼 인접하게 배치되면, 부상된 상기 기판이 상기 캐리어 헤드에 진공으로 부착되는 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 기판부상부는 복수개의 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 기판 로딩 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분사노즐은 상기 거치부의 원주 방향 또는 반경 방향을 따라 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 거치부는 상기 기판이 거치되며 상하 방향으로 승강하는 거치플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 거치부는,
    상기 기판의 저면으로부터 이격되게 배치되는 거치플레이트와;
    상기 거치플레이트의 상면에 형성되며, 상기 기판의 저면 가장자리를 지지하는 가장자리 거치부를; 포함하고,
    상기 기판부상부는 상기 거치플레이트의 상면에 장착된 것을 특징으로 하는 기판 로딩 장치.
  12. 캐리어 헤드에 기판을 로딩하기 위한 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치의 제어방법에 있어서,
    기판을 거치부에 거치하는 기판 거치 단계와;
    상기 기판을 상기 거치부로부터 부상시키는 기판부상단계와;
    상기 거치부로부터 부상된 상기 기판을 상기 캐리어 헤드에 로딩하는 로딩 단계를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 기판부상단계에서는 상기 기판의 저면을 향해 유체를 분사하여 상기 기판을 부상시키는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치의 제어방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기판부상단계에서는 상기 기판의 저면을 향해 서로 다른 이종(heterogeneity) 유체를 분사하여 상기 기판을 부상시키는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치의 제어방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 기판부상단계에서는 상기 기판의 저면을 향해 기상 유체와 액상 유체를 동시에 분사하여 상기 기판을 부상시키는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치의 제어방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 로딩단계에서는, 상기 캐리어 헤드가 상기 기판에 미리 설정된 이격 거리만큼 인접하게 배치되면, 부상된 상기 기판이 상기 캐리어 헤드에 진공으로 부착되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 기판 로딩 장치의 제어방법.
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