KR20180106633A - 연마모듈 및 이를 구비하는 기판 연마 장치 - Google Patents

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KR20180106633A KR1020170035270A KR20170035270A KR20180106633A KR 20180106633 A KR20180106633 A KR 20180106633A KR 1020170035270 A KR1020170035270 A KR 1020170035270A KR 20170035270 A KR20170035270 A KR 20170035270A KR 20180106633 A KR20180106633 A KR 20180106633A
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Abstract

연마 패드가 기판에 면접촉되도록 하는 연마모듈 및 이를 구비하는 기판 연마 장치가 개시된다. 연마모듈은, 내부에 중공부가 형성된 원통형의 실린더 본체, 상기 실린더 본체의 외주면 둘레에 감기도록 구비되고 기판의 연마를 위한 연마 패드를 포함하는 연마부재 및 상기 연마부재와 상기 실린더 본체의 외주면 사이에 형성되어서 상기 연마부재가 상기 기판에 면접촉되도록 상기 연마부재에 인가되는 압력을 조절하는 압력조절부를 포함하여 구성된다.

Description

연마모듈 및 이를 구비하는 기판 연마 장치{POLISHING MODULE AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS FOR SUBSTRATE HAVING THE POLISHING MODULE}
본 발명은 실린더 형태의 연마 패드를 구비하는 연마모듈 및 이를 구비하는 기판 연마 장치에 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 기판 연마 작업이 과잉금속물을 제거하게 된다.
기판 연마 장치는 기판의 일면 또는 양면을 연마와 버핑 및 세정하기 위한 구성요소로서, 벨트, 패드 또는 브러시를 구비하는 연마패드를 구비한다. 슬러리는 기판 연마 작업을 촉진 및 강화시키기 위해 사용된다.
기존의 기판 연마 장치 중 원통형의 연마 패드를 이용하는 기판 연마 장치가 알려져 있다. 기판 연마 장치는 기판이 캐리어에 장착되어서 일 방향으로 이동하고, 원통형 연마 패드는 시계 방향 혹은 반시계 방향으로 회전함에 따라 기판에 소정의 힘이 가해진 상태로 밀착되어서, 원통형 연마 패드와 기판 사이의 상대 이송속도에 의해서 기판을 연마하게 된다.
한편, 기판의 면적이 점차 대면적이 되고 있는데, 대면적 기판의 연마 시 연마 균일도를 맞추기 위해서는 기판 하부에 여러 영역으로 분할된 가요성 필름을 구비하여 각 영역마다 다른 압력을 인가하여 연마량을 제어하는 방식이 알려져 있다. 그런데, 이와 같이 가요성 필름을 이용하는 경우, 대면적으로 가용성 필름을 구비하는 것이 매우 어려우며, 반대로 연마 패드의 뒷면에 가요성 필름으로 제어하는 데에도 한계가 있으므로 새로운 방식의 연마량 제어가 필요하다.
특히, 기판의 크기가 커짐에 따라 원통형 연마 패드의 길이 역시 길어져야 하므로, 원통형 연마 패드의 길이 방향을 따라 균일한 압력으로 기판에 접촉시키는 것이 어렵다. 또한, 진동에 의해서 원통형 연마 패드와 기판 사이의 접촉면적의 변화가 발생할 수 있다. 이와 같이 원통형 연마 패드의 길이가 길어질수록, 원통형 연마 패드의 길이 방향을 따라 압력 밀도가 다르기 때문에 연마 균일도가 현저히 저하될 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따르면 원통형 연마 패드를 구비하는 연마모듈 및 이를 구비하는 기판 연마 장치를 제공한다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예들에 따르면, 원통형 연마 패드를 구비하는 연마모듈은, 내부에 중공부가 형성된 원통형의 실린더 본체, 상기 실린더 본체의 외주면 둘레에 감기도록 구비되고 기판의 연마를 위한 연마 패드를 포함하는 연마부재 및 상기 연마부재와 상기 실린더 본체의 외주면 사이에 형성되어서 상기 연마부재가 상기 기판에 면접촉되도록 상기 연마부재에 인가되는 압력을 조절하는 압력조절부를 포함하여 구성된다.
일 측에 따르면, 상기 압력조절부는, 상기 연마부재와 상기 실린더 본체 사이에 형성되는 제1 압력조절층 및 상기 제1 압력조절층 내부에 형성되고, 상기 제1 압력조절층과 독립된 공간으로 형성된 복수의 제2 압력조절층을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 압력조절층은 상기 연마부재 전면에 대해서 동일한 압력을 제공하도록 형성될 수 있다. 상기 제2 압력조절층은 상기 제1 압력조절층에 대해서 압력을 제공하도록 형성되고, 복수의 제2 압력조절층이 동일하거나 서로 다른 크기의 압력을 제공하도록 형성될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 제2 압력조절층은 탄성 재질의 격막을 포함하고, 상기 격막은 상기 실린더 본체의 길이 방향을 따라서 복수개가 구비될 수 있다. 제2 압력조절층은 상기 실린더 본체의 직경에 대응되는 내경을 갖는 튜브 형상을 가질 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 실린더 본체에는 상기 제1 압력조절층에 유체를 공급하는 제1 압력조절홀과, 상기 제2 압력조절층에 유체를 공급하는 제2 압력조절홀이 형성될 수 있다. 상기 제1 압력조절홀은 상기 실린더 본체의 길이 방향을 따라 복수의 위치에 형성되고, 상기 위치에서 상기 실린더 본체의 외주면 둘레를 따라 복수개가 형성될 수 있다. 상기 제2 압력조절홀은 상기 실린더 본체의 길이 방향을 따라 복수의 위치에 형성될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 실린더 본체에는 상기 제1 압력조절홀이 형성되는 제1 단차부와, 상기 제2 압력조절층이 구비되고 상기 제2 압력조절홀이 형성되는 제2 단차부가 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 단차부는 상기 실린더 본체 표면에서 상기 제2 단차부보다 돌출 형성될 수 있다. 또는, 상기 제1 단차부는 상기 실린더 본체 표면에서 상기 제2 단차부보다 요입되어 홈 형태로 형성될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 실린더 본체에서 일 측 회전축에는 상기 압력조절부에 유체를 공급하는 공급 유로가 형성되고, 상기 공급 유로를 통해 유체의 공급 압력을 조절하는 유체 공급부가 구비될 수 있다. 상기 공급 유로는, 상기 제1 압력조절홀에 공기를 공급하는 제1 유로와, 상기 제2 압력조절홀에 공기를 공급하는 제2 유로를 포함하고, 상기 제1 및 제2 유로는 서로 독립적으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 유로는 상기 중공부에 유체를 공급하도록 형성될 수 있다. 상기 제2 유로는 상기 복수의 제2 압력조절홀에 각각 유체를 공급하도록 복수개가 형성될 수 있다. 또한, 상기 유체 공급부는 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 각각 구비될 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 실린더 본체의 양 단부에는 상기 연마부재의 이탈을 방지하는 패드 클램프가 더 구비될 수 있다. 상기 패드 클램프는 상기 연마부재의 외주면 일부와 단부를 감싸는 형상을 가질 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 연마부재는, 외주면에 상기 기판의 연마를 위한 연마면이 형성된 연마 패드 및 상기 연마 패드의 내측에 구비되어서 상기 연마 패드를 탄성 지지하는 탄성 패드를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 실린더 본체는 양 단부는 상기 제2 압력조절층보다 높은 높이를 갖는 플랜지가 형성되고, 상기 연마부재는 상기 플랜지에 결합되어서, 상기 연마부재와 상기 실린더 본체 사이의 공간에 상기 제1 압력조절층이 형성될 수 있다. 상기 플랜지에는 상기 연마부재와 결합되는 부분에 실링부재가 구비될 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시 예들에 따르면, 원통형 연마 패드를 구비하는 기판 연마 장치는, 피연마면이 상부를 향하는 상태로 수평으로 기판이 안착되는 기판 캐리어 및 상기 기판의 피연마면에 접촉되어서 회전함에 따라 상기 기판을 연마하는 연마모듈을 포함하고, 상기 연마모듈은, 내부에 중공부가 형성된 원통형의 실린더 본체, 상기 실린더 본체의 외주면 둘레에 감기도록 구비되고 상기 기판의 연마를 위한 연마 패드를 포함하는 연마부재 및 상기 연마부재와 상기 실린더 본체의 외주면 사이에 형성되어서 상기 연마부재가 상기 기판에 면접촉되도록 상기 연마부재에 인가되는 압력을 조절하는 압력조절부를 포함하여 구성된다.
일 측에 따르면, 상기 압력조절부는, 상기 연마부재와 상기 실린더 본체 사이에 형성되는 제1 압력조절층 및 상기 제1 압력조절층 내부에 형성되고, 상기 제1 압력조절층과 독립된 공간으로 형성된 복수의 제2 압력조절층을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 압력조절층은 상기 연마부재 전면에 대해서 동일한 압력을 제공하고, 상기 제2 압력조절층은 외력이 작용하는 경우 복수의 제2 압력조절층의 체적을 조절하여 서로 다른 크기의 압력을 제공할 수 있다.
일 측에 따르면, 상기 기판 캐리어는 상기 연마모듈에 대해서 수평 방향으로 이동될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판 캐리어는 비가요성 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 기판 캐리어는 표면 경도가 높은 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예는 아래의 효과 중 하나 이상을 가질 수 있다.
이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따르면, 연마부재를 기판에 일정 크기 이상의 면적으로 면접촉 되도록 함으로써 기판의 연마율 및 균일도를 향상시킬 수 있다.
연마부재 내측에 2층의 압력조절부를 형성함으로써, 연마부재에 가해지는 압력을 조절할 수 있으며, 연마 시 접촉면 및 기판에 대해서 균일하게 압력을 가할 수 있다. 또한, 기판 전면에 대해서 연마량을 균일하게 제어하고 연마 균일도를 일정하게 유지시키고, 연마 효율을 향상시키며, 기판의 손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 연마 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 기판 연마 장치에서 연마모듈의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연마모듈에서 실린더 본체의 사시도이다.
도 4는 도 3의 실린더 본체에 제2 압력조절층을 형성한 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 실린더 본체에 탄성 패드를 구비한 상태를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 실린더 본체에 연마 패드를 구비한 상태를 도시한 사시도이다.
도 7은 도 6의 실린더 본체에 패드 클램프가 구비된 상태를 도시한 사시도이다.
도 8은 도 7의 연마모듈의 단면도이다.
도 9는 도 8의 연마모듈에서 압력조절부에 압력을 인가한 상태를 도시한 단면도이다.
도 10은 제1 압력조절층만 형성된 경우에 기판이 틀어졌을 경우를 도시한 개략도이다.
도 11은 제1 및 제2 압력조절층을 형성한 경우, 기판이 틀어졌을 경우를 도시한 개략도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, 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.
이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 실시 예들에 따른 연마모듈(13) 및 이를 구비하는 기판 연마 장치(10)에 대해서 상세하게 설명한다.
우선, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 연마 장치(10)의 사시도이고, 도 2는 도 1의 기판 연마 장치(10)에서 연마모듈(13)의 측면도이다.
도면을 참조하면, 기판 연마 장치(10)는 기판(1)을 이송하는 기판 캐리어(11)와, 기판(1)의 피연마면에 접촉되어 기판(1)을 연마하는 연마모듈(13)을 포함하여 구성된다.
이하의 설명에서 설명의 편의를 위해 기판(1)의 이동 방향을 기준으로 하여, '전후' 방향을 정의한다. 즉, 기판(1)이 이동하는 방향에 대해서 선단을 '전(前)' 방향이라 하고, 후단을 '후(後)' 방향이라 한다. 또한, 기판(1)의 이동 방향에 대해서 수직으로 교차하는 방향을 연마 실린더(12)의 '길이 방향'이라 한다.
기판(1)은 LCD(liquid crystal display), PDP(plasma display panel)와 같은 평판 디스플레이 장치(flat panel display device, FPD)용 글라스를 포함하는 투명 기판이고, 사각형일 수 있다. 그러나 본 발명의 기판(1)이 이에 한정되는 것은 아니며, 반도체 장치(semiconductor device) 제조용 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)일 수 있다. 또한, 기판(1)의 크기가 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.
기판 캐리어(11)는 기판(1)이 수평으로 안착된다. 예를 들어, 기판 캐리어(11)는 기판(1)의 피연마면이 상부를 향하도록 안착되고 수평으로 지지한다. 또한, 기판 캐리어(11)는 연마모듈(13)에 대해서 수평으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 기판 캐리어(11)는 기판(1)의 피연마면 상부에 연마모듈(13)이 접촉되도록, 연마모듈(13) 하부로 기판(1)을 이송한다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 기판 캐리어(11)에 대해서 연마모듈(13)이 이동하면서 기판(1)이 연마되는 것도 가능하다.
기판 캐리어(11)는 기판(1)이 안착되는 면이 비가요성의 재질로 형성되며, 해당 표면이 기판(1)에 손상을 주지 않는 정도의 경도/강도를 갖는 재질로 형성된다. 본 실시 예에 따르면, 기판 캐리어(11)를 비가요성 재질로 형성함으로써, 기판(1)의 연마 시 발생하는 진동에 매우 강하며, 진동에 의한 상하 변위가 발생하지 않아서 기판(1)의 파손 및 연마 불량을 방지할 수 있다.
연마모듈(13)은 소정 직경을 갖고 기판(1)의 폭보다 긴 길이를 갖는 원통 형태를 갖는다. 연마모듈(13)은 그 길이 방향에 대해서 기판(1)이 수직하게 이동되고, 기판(1)의 피연마면인 상면에 접촉되어서 회전한다. 연마모듈(13)의 일측 회전축(이하, '제2 축(133b)'이라 함)에는 연마모듈(13)의 구동을 위한 구동 모터(136, 도 8 및 도 9 참조)가 구비되고, 타측 회전축(이하, '제1 축(133a)'이라 함))에는 연마모듈(13) 내부의 압력을 조절하기 위한 유체를 공급하는 유체 공급부(135, 도 8 및 도 9 참조)가 형성된다.
연마모듈(13)은 기판(1)과 접촉되는 부분에서의 속도 벡터가 기판(1)의 이동 방향과 동일한 방향이 되도록 회전한다. 그리고 연마모듈(13)이 회전함에 따라 기판(1)과 연마모듈(13)이 접촉되는 부분에서의 상대속도 차에 의해서 연마가 수행된다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 연마모듈(13)은 기판(1)과 접촉되는 부분에서의 속도 벡터가 기판(1)의 이동 방향과 반대 방향(즉, 상술한 실시예와 반대 방향)으로 회전하도록 구성하는 것도 가능하다.
연마모듈(13)은 실린더 본체(131)와, 실린더 본체(131)의 외주면에 구비되는 기판(1)의 연마를 위한 연마부재(12) 및 실린더 본체(131)와 연마부재(12) 사이에 형성되어서 연마부재(12)에 가해지는 압력을 조절하는 압력조절부(14)를 포함하여 구성된다.
연마부재(12)는 기판(1)의 연마를 위한 연마 패드(121)와, 연마 패드(121) 내측에 구비되어서 연마 패드(121)를 탄성적으로 지지하는 탄성 재질의 탄성 패드(122)로 이루어진다.
여기서, 도 2에 도시한 바와 같이, 연마모듈(13)은 기판(1)과 접촉되는 부분에서 연마부재(12)가 일정 정도 눌려서 면접촉된다. 이를 위해서, 압력조절부(14)는 내부의 압력을 조절하여 연마부재(12)에 가해지는 압력을 조절함으로써, 연마부재(12)가 기판(1)에 면접촉되도록 한다.
압력조절부(14)는 실린더 본체(131)와 연마부재(12) 사이에 2개의 압력조절층(141, 142)으로 이루어지고, 2개의 압력조절층(141, 142)의 압력으로 독립적으로 조절하여 연마부재(12)가 기판(1)에 면접촉되도록 한다.
또한, 연마모듈(13)의 길이가 길어지면 기판(1)의 전면에 대해서 동일한 압력을 가하는 것이 어려운데, 압력조절부(14)는 연마모듈(13)의 길이 방향을 따라서 기판(1)의 전면에 대해서 동일한 압력이 가해질 수 있도록 한다.
이하, 도 3 내지도 도 9를 참조하여, 연마모듈(13)에 대해서 상세하게 설명한다.
참고적으로, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 연마모듈(13)의 구조를 설명하기 위한 사시도들이다. 도 8과 도 9는 도 7에 도시한 연마모듈(13)의 단면도들로서, 도 8은 압력조절부(14)에 압력이 인가되지 않은 상태를 도시하였고, 도 9는 압력조절부(14)에 소정 크기의 압력을 인가한 상태를 도시하였다.
도 3은 실린더 본체(131)의 사시도이다.
실린더 본체(131)는 소정 길이와 직경을 갖는 원통형으로 형성되고, 실린더 본체(131)의 양단부에는 실린더 본체(131)의 회전을 위한 회전축(133)이 형성된다. 예를 들어, 실린더 본체(131)는 적어도 기판(1)의 폭보다 긴 길이를 갖도록 형성된다.
실린더 본체(131)는 내부가 중공인 중공부(130, 도 8 및 도9 참조)가 형성되고, 실린더 본체(131)를 관통하여 압력조절부(14)에 유체를 공급하도록 복수의 압력조절홀(311, 312)이 형성된다. 상세하게는, 실린더 본체(131)는 제1 압력조절층(141)의 유체를 공급하는 복수의 제1 압력조절홀(311)과 제2 압력조절층(142)에 유체를 공급하는 복수의 제2 압력조절홀(312)이 형성된다.
제1 압력조절홀(311)은 실린더 본체(131)의 길이 방향을 따라 복수의 위치에 형성되며, 복수의 제2 압력조절층(142) 사이에 형성된다. 또한, 제1 압력조절홀(311)은 해당 위치에서 실린더 본체(131)의 외주면을 따라 복수개의 홀이 형성되며, 예를 들어, 등간격으로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 압력조절홀(311)의 수와 위치는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
제2 압력조절홀(312)은 후술하는 격막(143)에 유체를 공급할 수 있도록 실린더 본체(131)의 길이 방향을 따라 복수의 위치에 형성된다. 그리고 제2 압력조절홀(312)은 각 격막(143)에 각각 1개씩의 홀이 대응되도록 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 압력조절홀(312)은 하나의 격막(143)에 복수의 홀이 대응되도록 형성될 수 있다.
실린더 본체(131)에는 복수의 단차부(313, 314)가 형성된다. 실린더 본체(131)에서 격막(143)이 결합되는 부분을 제2 단차부(314)라 하고, 제2 단차부(314) 사이에서 제1 압력조절홀(311)이 형성된 부분을 제1 단차부(313)라 한다.
제1 단차부(313)는 제2 단차부(314) 표면보다 소정 높이 돌출되게 형성되어서, 제2 단차부(314)를 구획한다. 즉, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 단차부(313)가 격막(143)의 양측 위치를 한정하게 된다. 한편, 상술한 실시 예와는 달리, 제1 단차부(313)가 제2 단차부(314)보다 낮은 높이로 형성되어서, 제1 단차부(313)가 홈의 형태를 갖는 것도 가능하다.
여기서, 본 실시예에서는 제2 압력조절층(142)이 3개의 공간으로 구성되는 것을 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 압력조절층(142)의 수는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 제2 압력조절층(142)은 중앙의 것이 좌우 양측의 것에 비해서 크기가 큰 것으로 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 압력조절층(142)의 크기가 모두 동일하게 형성할 수 있다. 또는 제2 압력조절층(142)은 양측의 것이 중앙의 것보다 크게 형성되는 것도 가능하다. 이외에도 제2 압력조절층(142)의 크기는 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
도 4는 실린더 본체(131)에 제2 압력조절층(142)을 형성하기 위해서 격막(143)을 결합한 상태를 도시한 사시도이다.
격막(143)은 내부에 소정의 공간이 형성되어서, 제2 압력조절층(142)을 형성한다. 제2 압력조절층(142)은 복수의 공간으로 형성되고, 격막(143)은 복수개가 구비된다.
격막(143)은 팽창 가능하도록 탄성 재질로 형성되고, 제2 압력조절홀(312)과 연통되도록 형성된다. 격막(143)은 제2 압력조절홀(312)과 연통되어서 내부로 유체가 공급됨에 따라 팽창/수축하여 내부 압력이 조절된다.
또한, 격막(143)은 제2 압력조절층(142)이 제1 압력조절층(141)과 독립된 공간으로 형성되도록 폐쇄된 형태를 갖는다. 예를 들어, 격막(143)은 소정 두께 및 내부 체적을 갖고, 제2 단차부(314)의 직경에 대응되는 내경을 갖는 튜브 형태를 갖는다. 또한, 격막(143)은 실린더 본체(131)의 길이 방향을 따라 자른 단면이 사각형 형태를 가질 수 있고, 모서리가 둥근 사각형 형태를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 격막(143)의 크기와 두께 등의 형상은 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다.
도 5는 실린더 본체(131)에 탄성 패드(122)를 결합한 상태를 도시한 사시도이다.
실린더 본체(131)는 양측 단부(이하, '플랜지(132)'라 함)가, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 압력조절층(142)보다 높은 높이를 갖도록 형성된다. 그리고 플랜지(132)에는 소정 두께의 실링부재(132a)가 구비된다. 실링부재(132a)는 제1 압력조절층(131)을 밀폐시킨다.
탄성 패드(122)는 양측 플랜지(132)에 결합된다. 탄성 패드(122)가 플랜지(132)에 결합되면, 제2 압력조절층(142)의 외측과 탄성 패드(122)의 내주면 사이의 공간이 제1 압력조절층(141)이 된다.
도 6은 탄성 패드(122)의 외주면에 연마 패드(121)를 구비한 상태를 도시한 사시도이다.
연마 패드(121)는 표면이 기판(1)의 연마를 위한 연마면이 형성되고, 탄성 패드(122)의 외주면에 부착된다.
연마 패드(121)를 부착한 후, 도 7에 도시한 바와 같이, 연마부재(12)의 양 단부에 각각 한 쌍의 패드 클램프(134)를 장착한다.
패드 클램프(134)는 연마부재(12)가 실린더 본체(131)에서 이탈되는 것을 방지한다. 패드 클램프(134)는 연마부재(12)의 단부를 감싸는 형태를 갖고, 연마부재(12)의 외주면 일부를 감싸는 링 형상을 갖는다. 즉, 패드 클램프(134)는 실린더 본체(131)의 길이 방향을 따라 자른 단면 형상이 대략 'ㄱ'자 형태를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 패드 클램프(134)의 형상은 실질적으로 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 패드 클램프(134)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 연마부재(12)의 외주면을 감싸되 기판(1)에 접촉되지 않을 정도의 크기로 형성된다.
도 8과 도 9를 참조하면, 연마모듈(13)은 회전축(133) 중 제1축(133a)에는 압력조절부(14)에 유체를 공급하는 공급 유로(331)가 형성되고, 공급 유로(331)에 유체를 공급하는 유체 공급부(135)가 구비되고, 공급 유로(331)와 유체 공급부(135)를 결합시키는 로터리 조인트(332)가 구비된다. 또한, 연마모듈(13)은 제2 축(133b)에는 연마모듈(13)을 회전시키기 위한 구동 모터(136)가 구비된다.
공급 유로(331)는 제1 축(133a)을 관통하여 형성되고, 제1 압력조절층(141) 및 제2 압력조절층(142)에 독립적으로 유체를 공급하도록 복수의 유로(331a, 331b)가 형성된다.
상세하게는, 공급 유로(331)는 제1 압력조절층(141)에 유체를 공급하는 제1 유로(331a)와 제2 압력조절층(142)에 유체를 공급하는 제2 유로(331b)를 포함한다. 여기서, 제1 압력조절층(141)은 중공부(130)를 통해서 유체가 공급되므로, 제1 유로(331a)는 중공부(130)에 연통되는 1개의 유로로 형성된다. 제2 유로(331b)는 복수의 격막(143)에 각각 독립적으로 유체를 공급하도록 복수 개로 형성된다.
유체 공급부(135)는 공급되는 유체의 압력을 모니터링하는 압력 센서(351)와 유체 공급을 On/OFF 하는 공급 밸브(352) 및 유체 공급량을 조절하는 레귤레이터(353)를 포함하여 구성된다. 유체 공급부(135)는 공급 유로(133)에 소정 압력으로 유체를 공급하고, 공급되는 유체량을 조절함으로써 제1 및 제2 압력조절층(141, 142)의 압력을 각각 제어한다.
여기서, 본 실시 예에서는 1개의 유체 공급부(135)만을 도시하였으나, 제1 및 제2 유로(133a, 133b)에 각각 유체 공급부(135)가 구비되어서, 각 유로(133a, 133b)에 독립적으로 유체를 공급하고 압력을 제어할 수 있다. 물론, 하나의 유체 공급부(135)에서 각 유로(133a, 133b)에 공급되는 유체를 독립적으로 공급 및 제어하는 것도 가능하다.
압력조절부(14)는 실린더 본체(131)와 연마부재(12) 사이의 공간 전체로 이루어지는 제1 압력조절층(141)과, 상기 제1 압력조절층(141) 내부에서 복수의 공간으로 구획되는 제2 압력조절층(142)으로 구성된다.
제1 압력조절층(141)은 기판(1) 전면에 대해서 압력을 가하는 역할을 한다. 제1 압력조절층(141)은 기판(1)과 접촉 시, 연마모듈(13)의 내부 및 외부의 압력변화에 대해서 1차 완충 작용을 한다. 또한, 제1 압력조절층(141)은 제2 압력조절층(142)의 압력 변화를 연마부재(12)로 전달하여 연마부재(12)가 기판(1)에 면접촉이 되도록 한다.
제2 압력조절층(142)은 제1 압력조절층(141)에 의해서 연마부재(12)가 가압될 때, 부분적으로 압력이 불균일 할 경우, 부분적으로 압력을 조정하는 역할을 한다. 제2 압력조절층(142)은 불균일한 외력이 연마부재(12)에 가해졌을 경우, 제1 압력조절층(141)을 통해서 전달되는 압력을 상쇄시켜서 연마부재(12)의 압력이 균일하도록 제어 및 유지한다.
한편, 기판(1)의 연마 균일도에 영향을 주는 하드웨어적인 요소로는, 기판(1)이 틀어졌거나, 연마모듈(13)이 틀어졌거나, 이러한 두 가지가 복합적으로 작용할 수 있다.
이하에서는 도 10과 도 11에서 기판(1)이 틀어진 상태를 예시하여 설명한다. 참고적으로, 도 10은 제1 압력조절층(141)만 형성된 경우에 기판(1)이 틀어졌을 경우를 도시한 개략도이고, 도 11은 제1 및 제2 압력조절층(141, 142)을 형성한 경우, 기판(1)이 틀어졌을 경우를 도시한 개략도이다.
여기서, '틀어졌다'함은, 기판(1) 또는 연마모듈(13)이 수평에 대해서 높이 차가 생기도록 기울어진 상태를 말한다. 그리고 도 10과 도 11은 기판(1)이 틀어진 상태 및 연마모듈(13)의 내부를 과장하여 도시하였다. 또한, 도 10과 도 11에서 제1 압력조절층(141)의 내부 공간의 체적을 Z1, Z2, Z3으로 분할하여 설명한다.
기판(1)이 틀어졌을 경우, 기판(1)과 접촉되는 연마부재(12) 역시 기판(1)이 틀어진 형상에 대해 평행하게 경사면이 형성된다. 이 경우, 연마모듈(13)에 제1 압력조절층(141)만 형성되어 있다면, 도 10에 도시한 바와 같이, 제1 압력조절층(141)의 내부 체적은 Z1<Z2<Z3이 되므로, 내부 분압이 Z1>Z2>Z3으로 불균일하게 된다.
기판(1)의 연마 시 공정 압력은, 식(1)과 같이 연마모듈(13)이 기판(1)에 가하는 압력 P가압과 연마모듈(13)의 내부 압력 P내부 으로 구해진다. 그런데, 기판(1)이 틀어진 경우에는, 식(2)와 기판(1)에서 작용하는 반작용 압력(P1, P2, P3)이 외력으로 작용하면서 공정압력이 상승하게 된다.
공정압력 전압=P가압+P내부 - 식(1)
외력 작용 시 공정압력 전압=P가압+P내부+P1+P2+P3 - 식(2)
또한, 외력인 반작용 압력(P1, P2, P3)은 제어가 안 되는 요소이기 때문에 기판(1)에 균일하게 압력을 작용시키기가 어렵다. 또한, 연마부재(12)의 내부 분압이 달라지면 기판(1)의 연마율이 불균일하게될 수 있다.
본 실시 예에서는 제1 압력조절층(141)과 제2 압력조절층(142)을 형성하므로, 기판(1)이 틀어졌을 경우에도 기판(1)에 균일하게 압력을 작용시킬 수 있다.
도 11을 참조하면, 기판(1)이 틀어진 형상에 대해 평행하게 연마부재(12) 역시 경사면이 형성된다. 이 경우, 제2 압력조절층(142)의 체적이 변화되면서 외력을 흡수하고, 제1 압력조절층(141)의 체적을 일정하게 유지시킨다.
상세하게는, 제2 압력조절층(142)은 복수의 체적이 외부 압력에 따라서 변화되면서, 외부 압력이 크면 부피가 줄어들고, 외부 압력이 작으면 부피가 늘어난다. 즉, 외력에 의한 압력(P1, P2, P3)은 제2 압력조절층(142)에서 흡수하여 상쇄시킨다. 또한, 제2 압력조절층(142)의 압력을 조절함으로써 외력을 제어할 수 있다.
제1 압력조절층(141)의 내부 체적이 Z1=Z2=Z3로 일정하게 유지됨에 따라 내부 분압 역시 Z1=Z2=Z3로 일정하게 유지된다. 즉, 기판(1)이 틀어져서 외부에서 외력이 가해지더라도 공정압력은 식(1)의 P가압+P내부를 유지하게 된다. 그리고 연마부재(12)의 내부 분압을 일정하게 유지하므로 기판(1)의 연마 균일도를 일정하게 유지하고, 향상시킬 수 있다.
본 실시 예들에 따르면, 연마부재(12)가 기판(1)에 면접촉되므로 기판(1)의 연마 시 연마율 및 균일도를 향상시킬 수 있다. 또한, 연마모듈(13)은 2개의 압력조절층(141, 142)이 형성되므로, 연마부재(12)의 형상과 기판(1)에 접촉되는 압력을 항상 일정하게 유지시킬 수 있다.
이상과 같이 실시 예들이 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 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 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시 예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
1: 기판
10: 기판 연마 장치
11: 기판 캐리어
12: 연마부재
121: 연마 패드
122: 탄성패드
13: 연마모듈
130: 중공부
131: 실린더 본체
311: 제1 압력조절홀
312: 제2 압력조절홀
313: 제1 단차부
314: 제2 단차부
132: 플랜지
132a: 실링부재
133: 회전축
133a: 제1 축
133b: 제2 축
331: 공급 유로
331a: 제1 유로
331b: 제2 유로
332: 로터리 조인트
134: 패드 클램프
135: 유체 공급부
351: 압력센서
352: 공급 밸브
353: 레귤레이터
136: 구동 모터
14: 압력조절부
141, 142: 압력조절층
143: 제2 압력조절층의 격막

Claims (28)

  1. 내부에 중공부가 형성된 원통형의 실린더 본체;
    상기 실린더 본체의 외주면 둘레에 감기도록 구비되고 기판의 연마를 위한 연마 패드를 포함하는 연마부재; 및
    상기 연마부재와 상기 실린더 본체의 외주면 사이에 형성되어서 상기 연마부재가 상기 기판에 면접촉되도록 상기 연마부재에 인가되는 압력을 조절하는 압력조절부;
    를 포함하는 연마모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력조절부는,
    상기 연마부재와 상기 실린더 본체 사이에 형성되는 제1 압력조절층; 및
    상기 제1 압력조절층 내부에 형성되고, 상기 제1 압력조절층과 독립된 공간으로 형성된 복수의 제2 압력조절층;
    을 포함하는 연마모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 압력조절층은 상기 연마부재 전면에 대해서 동일한 압력을 제공하도록 형성된 연마모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 압력조절층은 상기 제1 압력조절층에 대해서 압력을 제공하도록 형성되고,
    복수의 제2 압력조절층이 동일하거나 서로 다른 크기의 압력을 제공하도록 형성된 연마모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 압력조절층은 탄성 재질의 격막을 포함하고,
    상기 격막은 상기 실린더 본체의 길이 방향을 따라서 복수개가 구비되는 연마모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    제2 압력조절층은 상기 실린더 본체의 직경에 대응되는 내경을 갖는 튜브 형상을 갖는 연마모듈.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 실린더 본체에는 상기 제1 압력조절층에 유체를 공급하는 제1 압력조절홀과, 상기 제2 압력조절층에 유체를 공급하는 제2 압력조절홀이 형성되는 연마모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 압력조절홀은 상기 실린더 본체의 길이 방향을 따라 복수의 위치에 형성되고,
    상기 위치에서 상기 실린더 본체의 외주면 둘레를 따라 복수개가 형성되는 연마모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 압력조절홀은 상기 실린더 본체의 길이 방향을 따라 복수의 위치에 형성되는 연마모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 실린더 본체에는 상기 제1 압력조절홀이 형성되는 제1 단차부와, 상기 제2 압력조절층이 구비되고 상기 제2 압력조절홀이 형성되는 제2 단차부가 형성되는 연마모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 단차부는 상기 실린더 본체 표면에서 상기 제2 단차부보다 돌출 형성된 연마모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 단차부는 상기 실린더 본체 표면에서 상기 제2 단차부보다 요입되어 홈 형태로 형성된 연마모듈.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 실린더 본체에서 일 측 회전축에는 상기 압력조절부에 유체를 공급하는 공급 유로가 형성되고, 상기 공급 유로를 통해 유체의 공급 압력을 조절하는 유체 공급부가 구비되는 연마모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 공급 유로는, 상기 제1 압력조절홀에 공기를 공급하는 제1 유로와, 상기 제2 압력조절홀에 공기를 공급하는 제2 유로를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 유로는 서로 독립적으로 형성되는 연마모듈.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 유로는 상기 중공부에 유체를 공급하도록 형성되는 연마모듈.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 제2 유로는 상기 복수의 제2 압력조절홀에 각각 유체를 공급하도록 복수개가 형성되는 연마모듈.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 유체 공급부는 상기 제1 유로와 상기 제2 유로에 각각 구비되는 연마모듈.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 실린더 본체의 양 단부에는 상기 연마부재의 이탈을 방지하는 패드 클램프가 더 구비되는 연마모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 패드 클램프는 상기 연마부재의 외주면 일부와 단부를 감싸는 형상을 갖는 연마모듈.
  20. 제2항에 있어서,
    상기 연마부재는,
    외주면에 상기 기판의 연마를 위한 연마면이 형성된 연마 패드; 및
    상기 연마 패드의 내측에 구비되어서 상기 연마 패드를 탄성 지지하는 탄성 패드;
    를 포함하는 연마모듈.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 실린더 본체는 양 단부는 상기 제2 압력조절층보다 높은 높이를 갖는 플랜지가 형성되고,
    상기 연마부재는 상기 플랜지에 결합되어서, 상기 연마부재와 상기 실린더 본체 사이의 공간에 상기 제1 압력조절층이 형성되는 연마모듈.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 플랜지에는 상기 연마부재와 결합되는 부분에 실링부재가 구비되는 연마모듈.
  23. 피연마면이 상부를 향하는 상태로 수평으로 기판이 안착되는 기판 캐리어; 및
    상기 기판의 피연마면에 접촉되어서 회전함에 따라 상기 기판을 연마하는 연마모듈;
    을 포함하고,
    상기 연마모듈은,
    내부에 중공부가 형성된 원통형의 실린더 본체;
    상기 실린더 본체의 외주면 둘레에 감기도록 구비되고 상기 기판의 연마를 위한 연마 패드를 포함하는 연마부재; 및
    상기 연마부재와 상기 실린더 본체의 외주면 사이에 형성되어서 상기 연마부재가 상기 기판에 면접촉되도록 상기 연마부재에 인가되는 압력을 조절하는 압력조절부;
    를 포함하는 기판 연마 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 압력조절부는,
    상기 연마부재와 상기 실린더 본체 사이에 형성되는 제1 압력조절층; 및
    상기 제1 압력조절층 내부에 형성되고, 상기 제1 압력조절층과 독립된 공간으로 형성된 복수의 제2 압력조절층;
    을 포함하는 기판 연마 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1 압력조절층은 상기 연마부재 전면에 대해서 동일한 압력을 제공하고, 상기 제2 압력조절층은 외력이 작용하는 경우 복수의 제2 압력조절층의 체적을 조절하여 서로 다른 크기의 압력을 제공하는 기판 연마 장치.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 기판 캐리어는 상기 연마모듈에 대해서 수평 방향으로 이동되는 기판 연마 장치.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 기판 캐리어는 비가요성 재질로 형성되는 기판 연마 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 기판 캐리어는 표면 경도가 높은 재질로 형성되는 기판 연마 장치.
KR1020170035270A 2017-03-21 2017-03-21 연마모듈 및 이를 구비하는 기판 연마 장치 KR20180106633A (ko)

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KR102182309B1 (ko) 2019-09-06 2020-11-24 임재영 연마장치

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