KR20160055477A - 화학 기계식 연마시스템의 웨이퍼 캐리어의 이송 장치 - Google Patents

Abstract

발명은 화학 기계식 연마(CMP) 시스템의 이송 장치에 관한 것으로, 웨이퍼를 보유한 상태로 이동하는 웨이퍼 캐리어가 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 연마 정반을 거칠 수 있는 이동 경로의 일부에 해당하는 제1경로를 따라 배열된 가이드레일과; 상기 이동 경로의 다른 일부에 해당하는 제2경로를 따라 배열된 고정 레일과; 상기 고정 레일을 따라 이동 가능하게 설치되며, 상기 수용 레일이 축선 방향 성분을 갖고 이동 가능하게 설치되어 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉하게 형성된 캐리어 홀더를; 포함하여 구성되어, 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉한 상태에서 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 수용 레일과 상기 가이드레일 사이를 왕래하여, 웨이퍼 캐리어에 추가적인 공압을 공급받아 웨이퍼를 파지하는 힘을 높이지 않더라도, 이동 경로의 꺾임 영역에서 웨이퍼 캐리어에 파지하고 있던 웨이퍼가 제1경로와 제2경로의 꺾인 영역을 충격없이 통과할 수 있게 되므로, 꺾인 영역에서도 안정되고 신뢰성있게 이송하여 이송 정확성을 높일 수 있는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치를 제공한다.

Description

화학 기계식 연마시스템의 웨이퍼 캐리어의 이송 장치 {WAFER CARRIER TRANSFER APPARARTUS IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM }

본 발명은 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 캐리어의 이송 장치에 관한 것으로, 웨이퍼 캐리어에 의하여 웨이퍼가 이동 경로를 따라 운반되면서 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 시스템에 있어서, 이동 경로의 꺾인 영역에서 웨이퍼 캐리어를 수용하는 캐리어 홀더에 웨이퍼를 이동시킬 때에 발생되는 충격을 제거할 수 있는 화학 기계적 연마 시스템의 웨이퍼 캐리어의 이송 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학 기계식 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 연마층이 구비된 반도체 제작을 위한 웨이퍼 등의 기판과 연마 정반 사이에 상대 회전 시킴으로써 기판의 표면을 연마하는 표준 공정으로 알려져 있다.

대한민국 공개특허공보 제2005-12586호에 개시된 종래의 화학 기계적 연마 시스템은, 회전 가능한 캐리어 운반기에 웨이퍼 캐리어이 설치되어, 다수의 웨이퍼를 각각의 연마 정반에서 동시에 연마되도록 구성을 개시하고 있지만, 이는 캐리어 운반기의 회전에 의해 전기 배선이 서로 꼬이므로, 다시 원위치로 되돌리는 동작이 필수적이어서 공정의 효율이 저하되는 문제가 있었다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 본 출원인이 제안하여 특허등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1188579호에 따르면, 도1에 도시된 바와 같이, 순환하는 이동 경로(120d)를 따라 이동하는 웨이퍼 캐리어(120)에 웨이퍼(55)를 탑재한 상태로 다수의 연마 정반(110)에서 단계적으로 화학 기계적 연마 공정을 행하는 구성을 개시하고 있다. 이를 통해, 전기적인 배선이 꼬이지 않으면서 좁은 현장 공간 내에 다수의 연마 정반을 배치하여 공간 효율과 연마 효율을 향상시킬 수 있다.

여기서, 상기 순환형 이동 경로는 도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 다수의 연마 정반(110)을 통과하는 2열의 제1경로(132)와, 2열의 제1경로(132)의 사이에 제1경로(132)와 평행하게 배열된 제3경로(134)와, 상기 제1경로(132) 및 상기 제3경로(134)의 양단부에 배열된 한 쌍의 제2경로(131,133)로 이루어진다. 여기서, 제1경로(132)는 가이드레일(132R)에 의해 정해지고, 제2경로(131, 133)는 고정 레일(131R, 133R)에 의해 정해지며, 제3경로(134)는 제3가이드레일(134R)에 의해 정해진다.

여기서, 각각의 경로들(131-134)은 각각 서로 연결되지 않은 형태로 배열되지만, 제2경로(131,133)에는 웨이퍼 캐리어(120)를 파지한 상태로 이동하는 캐리어 홀더(135, 136)가 각각 설치되어, 캐리어 홀더(135, 136)가 제1경로(132) 또는 제3경로(134)로 옮겨갈 수 있는 위치(P1, P2, P3, P4, P5)에 도달한 경우에만, 웨이퍼 캐리어(120)가 서로 분절된 경로(131-134)를 서로 왕래할 수 있는 연결된 상태가 된다. 즉, 웨이퍼 캐리어(120)는 제1경로(132)와 제3경로(134)에서는 단독으로 가이드레일(132R)과 제3가이드레일(134R)을 따라 이동하지만, 제2경로(131, 133)에서는 단독으로 고정 레일(131R, 133R)을 따라 이동하지 못하고 캐리어 홀더(135, 136)에 위치한 상태에서 캐리어 홀더(135, 136)의 이동에 의해 이동하게 된다.

이 때, 웨이퍼 캐리어(120)는 순환형 경로(120d)를 이동할 때에 항상 일정한 방향을 향하는 것이 웨이퍼 캐리어(120)의 이동을 제어하는 데 보다 효과적이다. 이를 위하여, 캐리어 홀더(135, 136)에는 제1경로(132) 및 제3경로(134)를 한정하는 가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R)과 동일한 방향을 향하고 동일한 치수와 간격을 갖는 한 쌍의 수용 레일(135R)이 구비된다. 따라서, 웨이퍼 캐리어(120)는 수용 레일(135R)에 위치한 경우에 향하는 방향이 가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R)에 위치하고 있는 경우에 향하는 방향과 항상 일정하게 유지된다. 그리고, 수용 레일(135R)이 가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R)과 동일한 치수와 간격으로 형성됨에 따라, 제1경로(132) 및 제3경로(134)로부터 제2경로(131, 133)로 서로 왕래하는 것이 원활하게 이루어질 수 있다.

그러나, 제1경로(131) 및 제3경로(134)의 가이드레일(132R, 134R)과 제2경로(131, 133)의 고정 레일(131R)은 서로 90도 정도의 꺾인 영역을 형성하므로, 도4에 도시된 바와 같이 제2경로(131, 133)를 따라 이동하는 캐리어 홀더(135)의 수용 레일(135R)과 제1경로(131) 및 제3경로(134)의 가이드레일(132R, 134R)의 사이에는 공극(13c)이 존재할 수 밖에 없다. 이에 따라, 가이드레일(132R, 134R)과 캐리어 홀더(135)의 수용 레일(135R) 사이를 웨이퍼 캐리어(120)가 롤러(127U, 127L; 127)에 의해 지지되면서 이동되는 동안에, 공극(13c)에 따른 단턱의 충격이 웨이퍼 캐리어(120)에 작용하는 문제가 있었다.

그런데, 웨이퍼 캐리어(120)는 외부로부터 전원을 공급받지 않는 상태로 웨이퍼 캐리어(120)의 내부에 보유하고 있던 공압을 유지하면서 웨이퍼(W)를 파지하고 있으므로, 가이드레일(132R, 134R)로부터 수용 레일(135R)로 넘어가는 동안에 발생되는 충격으로 웨이퍼(W)의 파지 자세가 변동되거나 낙하하는 문제가 야기되었다.

따라서, 화학 기계적 연마 시스템의 순환 경로를 이동하는 동안에 가이드레일(132R, 134R)로부터 수용 레일(135R)로 넘어가는 동안에 발생되는 충격을 제거하여, 웨이퍼 캐리어(120)의 안정되고 신뢰성있는 이동을 구현할 필요성이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 웨이퍼 캐리어에 의하여 웨이퍼가 이동 경로를 따라 운반되면서 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 화학 기계적 연마 시스템에 있어서, 이동 경로의 꺾인 영역에서 웨이퍼 캐리어를 수용하는 캐리어 홀더에 웨이퍼를 이동시킬 때에 발생되는 충격을 제거하는 것을 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 기판을 이송하는 데 있어서 기판이 장착된 웨이퍼 캐리어에 기판의 이송에 필요한 구동 유닛을 구비하지 않고서도 경량화된 웨이퍼 캐리어이 꺾인 영역에서도 안정되고 신뢰성있게 이송하여 이송 정확성을 높이는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 웨이퍼를 보유한 상태로 이동하는 웨이퍼 캐리어가 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 연마 정반을 거칠 수 있는 이동 경로의 일부에 해당하는 제1경로를 따라 배열된 가이드레일과; 상기 이동 경로의 다른 일부에 해당하는 제2경로를 따라 배열된 고정 레일과; 상기 고정 레일을 따라 이동 가능하게 설치되며, 상기 수용 레일이 축선 방향 성분을 갖고 이동 가능하게 설치되어 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉하게 형성된 캐리어 홀더를; 포함하여 구성되어, 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉한 상태에서 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 수용 레일과 상기 가이드레일 사이를 왕래하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치를 제공한다.

이는, 제1경로의 가이드레일과 제2경로를 이동하는 캐리어 홀더의 수용 레일 사이를 웨이퍼 캐리어가 왕래할 때에, 수용 레일이 축선 방향 성분으로 이동하여 수용 레일의 끝단부와 가이드레일의 끝단부가 상호 접촉한 상태에서 웨이퍼 캐리어가 왕래하도록 함으로써, 가이드레일과 수용 레일 사이의 간극에 따른 단턱이 제거되므로, 웨이퍼 캐리어가 정숙한 상태를 유지하면서 충격이나 요동없이 넘어가 이송될 수 있도록 하기 위함이다.

이를 통해, 웨이퍼 캐리어에 추가적인 공압을 공급받아 웨이퍼를 파지하는 힘을 높이지 않더라도, 웨이퍼 캐리어에 파지하고 있던 웨이퍼가 제1경로와 제2경로의 꺾인 영역을 충격없이 통과할 수 있게 되므로, 꺾인 영역에서도 안정되고 신뢰성있게 이송하여 이송 정확성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

이 때, 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉한 상태에서 상기 수용 레일의 상면 높이와 상기 가이드레일의 상면 높이는 서로 동일하게 형성된다. 이를 통해, 수용 레일과 가이드레일 사이의 간극이 없고 동시에 높이 차이도 없게 되므로, 꺾인 영역에서의 정숙한 이송이 가능해진다.

그리고, 상기 가이드레일의 끝단과 상기 수용 레일의 끝단은 상호 맞물리는 볼록부와 오목부 중 어느 하나 이상이 형성되어, 웨이퍼 캐리어가 제1경로로부터 제2경로로 넘어가는 꺾인 영역에서의 레일 연결 상태를 보다 확실하고 정확한 위치로 유도할 수 있다.

상기 수용 레일의 이동 방식은 다양한 형태로 구동할 수 있지만, 위치 정밀도가 높은 리니어 모터에 의하여 축선 방향으로 이동하는 것이 좋다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 도면에 도시되지 않았지만 회전형 모터에 의한 리드 스크류나 실린더 등의 구동 수단에 의하여 이동하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명은, 웨이퍼를 보유한 상태로 이동하는 웨이퍼 캐리어가 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 연마 정반을 거칠 수 있는 이동 경로의 일부에 해당하는 제1경로를 따라 배열된 가이드레일과; 상기 이동 경로의 다른 일부에 해당하는 제2경로를 따라 배열된 고정 레일과; 상기 고정 레일을 따라 이동 가능하게 설치되며, 상기 수용 레일이 축선 방향 성분을 갖고 이동 가능하게 설치되어 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉하게 형성된 캐리어 홀더와; 상기 가이드레일과 상기 수용 레일 중 어느 하나 이상에서 축선 방향으로 인입되거나 인출되는 형태로 이동 가능하게 설치되어, 상기 가이드레일과 상기 수용 레일의 단부가 상호 접촉하도록 이동 가능한 가동 레일을; 포함하여 구성되어, 상기 가동 레일이 상기 가이드레일과 상기 수용 레일 중 어느 하나에 선택적으로 접촉한 상태에서 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 수용 레일과 상기 가이드레일 사이를 왕래하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치를 제공한다.

즉, 본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 가이드레일에 비하여 크기가 작은 캐리어 홀더의 수용 레일을 이동시키는 대신에, 가이드레일이나 캐리어 홀더의 수용 레일이 삽입이나 인출 가능한 가동 레일을 추가로 구비하여, 가동 레일이 왕복 이동하는 것에 의하여 가이드레일과 수용 레일을 연속적으로 배열시키는 것이 가능해진다.

마찬가지로, 상기 가동 레일이 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부중 어느 하나에 선택적으로 상호 접촉한 상태에서 상기 가동 레일의 상면 높이와 상기 가동 레일이 접촉하고 있는 레일의 상면 높이는 서로 동일한 것이 바람직하다.

그리고, 상기 가이드레일의 끝단과 상기 수용 레일의 끝단은 상호 맞물리는 볼록부와 오목부 중 어느 하나 이상이 형성되어, 가이드레일과 제1수용레일이 예정된 자세와 위치로 상호 접촉하는 것에 의하여, 이어지는 부분의 레일 상면의 단차를 확실하게 제거할 수 있다.

상기 제1경로와 상기 제2경로는 평행하지 않고 꺾인 영역이 있게 배열되고, 가이드레일과 수용 레일이 꺾인 영역에서 가동 레일에 의하여 웨이퍼 캐리어의 이동을 보조한다.

본 발명은 본 출원인이 등록특허받은 대한민국 등록특허공보 제 제10-1188579호의 기재 사항을 본 발명의 일부 구성으로 포함하기로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은, 이동식 화학 기계적 연마 시스템의 제1경로의 가이드레일과 제2경로를 이동하는 캐리어 홀더의 수용 레일 사이를 웨이퍼 캐리어가 왕래할 때에, 수용 레일이 축선 방향 성분으로 이동하여 수용 레일의 끝단부와 가이드레일의 끝단부가 상호 접촉하거나, 수용 레일이나 가이드레일의 끝단부로부터 가동 레일이 이동하여 상호 접촉한 상태에서 웨이퍼 캐리어가 왕래하도록 함으로써, 이동 경로의 꺾임 영역에서 웨이퍼 캐리어가 왕래하는 동안에 가이드레일과 수용 레일 사이의 간극에 따른 단턱이 제거되므로, 웨이퍼 캐리어가 정숙한 상태를 유지하면서 충격이나 요동없이 넘어가는 이동을 구현할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

즉, 본 발명은, 웨이퍼 캐리어에 추가적인 공압을 공급받아 웨이퍼를 파지하는 힘을 높이지 않더라도, 이동 경로의 꺾임 영역에서 웨이퍼 캐리어에 파지하고 있던 웨이퍼가 제1경로와 제2경로의 꺾인 영역을 충격없이 통과할 수 있게 되므로, 꺾인 영역에서도 안정되고 신뢰성있게 이송하여 이송 정확성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 가이드레일과 상기 수용 레일이 상호 접촉된 상태로 연결되기 위하여, 맞닿는 면에 상호 맞물리는 볼록부와 오목부 중 어느 하나씩 형성됨으로써, 웨이퍼 캐리어가 제1경로로부터 제2경로로 넘어가는 꺾인 영역에서의 레일 연결 상태를 단차없는 상태로 항상 일정하고 확실하면서 정확하게 조정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도1은 종래의 이동식 화학 기계식 연마시스템의 이송 장치의 구성을 도시한 평면 개략도,
도2는 도1의 구성을 도시한 사시도,
도3은 도2의 'A'부분의 확대도,
도4는 도1의 꺾인 영역에서의 레일 구조를 도시한 개략도,
도5는 본 발명의 제1실시예에 따른 이동식 화학 기계식 연마 시스템의 이송 장치의 구성을 도시한 평면 개략도,
도6은 도5의 꺾인 영역에서의 레일 구조를 도시한 개략도,
도7a는 도6의 'A'부분의 확대도,
도7b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 도6의 'A'부분의 확대도,
도8은 도7a의 절단선 Ⅷ-Ⅷ에 따른 단면도,
도9a 및 도9b는 웨이퍼 캐리어가 꺾인 영역을 통과하는 작용을 도시한 도면,
도10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 꺾인 영역의 구성을 도시한 개략도,
도11a는 본 발명의 제2실시예에 따른 이동식 화학 기계식 연마 시스템의 꺾인 영역에서의 구성을 도시한 도면,
도11b는 도11a의 'C'부분의 확대도,
도12는 도10의 절단선 ⅩⅡ-ⅩⅡ에 따른 단면도,
도13a 및 도14b는 본 발명이 적용될 수 있는 다양한 꺾인 영역을 도시한 평면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계식 연마시스템(100)를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계식 연마시스템(100)은, 상면에 연마 패드가 장착되어 회전 가능하게 프레임(10)에 고정 설치된 다수의 연마 정반(110)과, 장착된 기판(55)을 연마 정반(110) 상에서 연마시키도록 기판(55)을 하부에 장착한 상태로 이동하고 내부에 로터리 유니온이 설치된 웨이퍼 캐리어(120)와, 웨이퍼 캐리어(120)를 미리 정해진 경로(120d)를 따라 이동시키거나 파지하는 가이드레일(132R, 134R) 및 고정 레일(131R, 136R)과, 기판(55)이 회전하면서 연마할 때에 화학 연마 공정이 행해지는 연마 정반(110)과, 웨이퍼 캐리어(120)가 이동 경로(120d)를 따라 이동하다가 연마 정반(110)의 상측에 위치하면 웨이퍼 캐리어(120)에 도킹되어 웨이퍼 캐리어(120)의 로터리 유니온에 공압을 공급하고 장착된 기판(55)을 회전구동시키는 회전 구동력을 전달하도록 도킹 유닛(180)으로 구성된다.

상기 연마 정반(110)은 웨이퍼 등의 기판(55)을 연마하기 위해 회전 가능하게 프레임(10)에 고정 설치되며, 최상층에는 기판(55)의 연마를 위한 연마 패드가 부착되고, 그 하부에는 이보다 부드러운 재질의 배킹층(backing layer)이 개재되어 이루어진다. 그리고, 도면에 도시되지 않았지만, 연마 정반(110)에는 연마 패드 상에 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부와 연마 패드를 개질하는 컨디셔너가 구비된다.

여기서, 연마 정반(110)은 서로 연속하지 않게 직선 형태로 구분되게 배열된 경로로 이루어진 순환형 경로(120d) 중 제1경로(132)상에 다수개로 배열된다. 도5에 도시된 바와 같이, 제1경로(132)에서는 웨이퍼 캐리어(120)가 한 방향(왼쪽 방향)으로만 기판(55)을 이동시키면서 연마 정반(110) 상에 연마하도록 작동된다. 이와 같이, 연마될 기판(55)이 어느 한 방향으로만 일률적으로 이동하면서 기판(55)의 연마 공정이 이루어짐으로써 공정의 효율이 향상된다.

상기 웨이퍼 캐리어(120)는 다양한 구성 부품(123-127)을 케이싱(122) 내에 고정한 상태로 경로(120d)을 따라 이동하도록 제어되며, 다수의 웨이퍼 캐리어(120)는 상호 독립적으로 이동 제어된다. 참고로, 도4에서는 웨이퍼 캐리어(120)를 ‘조밀한 수직선’으로 표시되어 있다.

그리고, 웨이퍼 캐리어(120)가 순환 경로(120d)를 따라 이동하는 과정에서, 웨이퍼 캐리어(120)의 양측에 직선 형태로 배열된 가이드레일(132R, 133R, 134R, 200R)을 따라 타고 이동하므로, 웨이퍼 캐리어(120)는 항상 일정한 방향을 바라보는 자세가 유지되어 이동 중에 회전 운동(rotational movement)은 행해지지 않으며 이동 운동(translational movement)만 행하게 된다.

각각의 웨이퍼 캐리어(120)는 기판(55)을 파지하는 캐리어 헤드와, 기판(55)의 회전을 허용하면서 기판(55)의 판면 방향으로 가압하는 로터리 유니온과, 도킹 유닛(180)으로부터 회전 구동력을 전달받는 피구동 중공회전축과, 피구동 중공회전축(124)에 전달되는 회전 구동력을 전달하도록 축, 기어 등으로 이루어진 동력 전달 요소들과, 동력 전달 요소에 의해 전달된 회전 구동력에 의해 캐리어 헤드를 회전 구동시키는 피동 기어와, 웨이퍼 캐리어(120)가 양측의 상,하부에 각각 회전 가능하게 설치되어 그 사이 공간에 레일(132R, 134R, 200R)을 수용하는 안내 롤러(127)와, 리니어 모터의 원리로 웨이퍼 캐리어(120)가 이동되도록 상면에 N극 영구자석(128N)과 S극 영구자석(128S)이 교대로 배열된 영구자석(128)으로 구성된다.

그리고, 웨이퍼 캐리어(120)가 제1경로(132) 및 제3경로(134)를 따라 이동할 수 있도록, 웨이퍼 캐리어(120)의 케이스(122)의 상측에 형성된 영구자석 스트립(128)과 이격된 위치에 코일(90)이 경로(132, 133)의 방향을 따라 배열되어, 외부 전원(88)으로부터 프레임(10)에 고정된 코일(90)로 인가되는 전류의 세기와 방향을 조절함으로써, 프레임(10)에 고정된 코일(90)과 웨이퍼 캐리어(120)에 고정된 영구자석 스트립(128S, 128N; 128)과의 상호 작용에 의하여, 리니어 모터의 작동 원리와 유사하게 웨이퍼 캐리어(120)는 제1경로(132) 및 제3경로(134)를 따라 가이드레일(132R, 134R)에 의해 안내되면서 이동한다. 그리고, 웨이퍼 캐리어(120)를 파지하는 캐리어 홀더(200)가 제2경로(131, 133)을 따라 이동할 수 있도록, 캐리어 홀더(200)의 상측에 배열된 영구자석 스트립(미도시)과 이격된 위치에 코일(90)이 배열되어, 코일(90)에 인가되는 전류의 세기와 방향을 조절함으로써 코일(90)과 영구자석 스트립과의 상호 작용에 의하여 리니어 모터의 작동 원리로 캐리어 홀더(200)는 제2경로(131, 133)를 따라 고정 레일(131R, 133R)에 의해 안내되면서 이동한다.

마찬가지로, 캐리어 홀더(200)와 제1경로(132) 및 제3경로(134)로 상호 왕래할 수 있도록, 캐리어 홀더(200)의 상측에도 코일(90)이 배열되어, 웨이퍼 캐리어(120)의 상측에 배열된 영구자석 스트립(128)과의 상호작용으로 캐리어 홀더(200)의 바깥으로 이동할 수도 있고 캐리어 홀더(200)의 내부로 이동할 수도 있다.

이와 같이, 웨이퍼 캐리어(120)에 장착된 기판(55)을 연마하기 위하여 연마 정반을 향하여 미리 정해진 경로(120d)를 따라 이동하는 데 있어서, 웨이퍼 캐리어(120)에 이동을 위한 모터나 전원 공급부(88) 등의 구동 장치를 구비하지 않더라도, 웨이퍼 캐리어(120)의 외부에 설치된 코일(90)에 외부 전원(88)으로부터 인가되는 전류의 세기와 방향을 조절하면서 웨이퍼 캐리어(120)에 배열된 다수 쌍의 N극 영구자석 스트립(128N)과 S극 영구자석 스트립(128S)과 자기적인 상호작용을 통하여 웨이퍼 캐리어(120)를 상기 경로(120d)를 따라 이동시킬 수 있게 된다.

이를 통해, 웨이퍼 캐리어(120)의 내부에 이동구동수단을 구비하지 않으므로, 웨이퍼 캐리어(120)는 보다 가벼운 상태가 되어 낮은 동력을 소모하면서 보다 용이한 위치 제어를 통해 연마 정반 상의 미리 정해진 위치로 이동시킬 수 있게 된다. 또한, 웨이퍼 캐리어(120)의 내부에 이동구동수단이 구비되었더라면, 이동구동수단에 전원을 공급해야 하는데, 이 전원 공급 배선이 웨이퍼 캐리어의 이동에 따라 꼬임이 발생되는 치명적인 문제가 생기는 것도 근본적으로 방지할 수 있다.

상기 순환형 경로(120d)는 다수의 연마 정반(110)을 통과하는 2열의 제1경로(132)와, 2열의 제1경로(132)의 사이에 제1경로(132)와 평행하게 배열된 제3경로(134)와, 상기 제1경로(132) 및 상기 제3경로(134)의 양단부에 배열된 한 쌍의 제2경로(131,133)로 이루어진다. 여기서, 제1경로(132)는 가이드레일(132R)에 의해 정해지고, 제2경로(131, 133)는 고정 레일(131R, 133R)에 의해 정해지며, 제3경로(134)는 제3가이드레일(134R)에 의해 정해진다.

한편, 웨이퍼 캐리어(120)가 이동하는 이동 경로(120d)를 따라 상측 또는 하측에 분절 형태의 코일(90)이 배열되고, 웨이퍼 캐리어(120)에는 코일(90)에 대향하는 영구 자석(128)이 N극(128N)과 S극(128S)이 교대로 배열되어, 코일(90)에 인가되는 전류 제어에 의하여 웨이퍼 캐리어(120)에 별도로 전원을 공급하지 않더라도 이동 경로(120d)를 따라 이동시킨다.

여기서, 각각의 경로들(131-134)은 각각 서로 연결되지 않은 형태로 배열되지만, 제2경로(131,133)에는 웨이퍼 캐리어(120)를 파지한 상태로 이동하는 캐리어 홀더(200)가 각각 설치되어, 캐리어 홀더(200)가 제1경로(132) 또는 제3경로(134)로 옮겨갈 수 있는 위치(P1, P2, P3, P4, P5)에 도달한 경우에만, 웨이퍼 캐리어(120)가 서로 분절된 경로(131-134)를 서로 왕래할 수 있는 연결된 상태가 된다. 즉, 웨이퍼 캐리어(120)는 제1경로(132)와 제3경로(134)에서는 단독으로 가이드레일(132R)과 제3가이드레일(134R)을 따라 이동하지만, 제2경로(131, 133)에서는 단독으로 고정 레일(131R, 133R)을 따라 이동하지 못하고 캐리어 홀더(200)에 위치한 상태에서 캐리어 홀더(200)의 이동에 의해 이동하게 된다.

이를 위하여, 캐리어 홀더(200)에는 제1경로(132) 및 제3경로(134)를 한정하는 가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R)과 동일한 방향을 향하고 동일한 치수와 간격을 갖는 한 쌍의 수용 레일(200R)이 구비된다. 따라서, 웨이퍼 캐리어(120)는 수용 레일(200R)에 위치한 경우에 향하는 방향이 가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R)에 위치하고 있는 경우에 향하는 방향과 항상 일정하게 유지된다. 그리고, 수용 레일(200R)이 가이드레일(132R) 및 제3가이드레일(134R)과 동일한 치수와 간격으로 형성됨에 따라, 제1경로(132) 및 제3경로(134)로부터 제2경로(131, 133)로 서로 왕래하는 것이 원활하게 이루어질 수 있다.

이 때, 도6에 도시된 바와 같이, 캐리어 홀더(200)의 수용 레일(200R)에는 레일이 뻗어 있는 방향(축선 방향)을 따라 이동 가능한 가동 레일(200E)이 구비될 수 있다. 가동 레일(200E)은 수용 레일(200R)에 대하여 삽입되거나 인출되는 것에 의하여 축선 방향(200d)으로 수용 레일(200R)에 대하여 이동하여, 가이드레일(132R)의 끝단과 접촉한다. 이에 따라, 웨이퍼 캐리어(120)는 가이드레일(132R)과 수용 레일(200R)의 사이에 빈 공간(13c)이 제거되어 빈 공간에 의한 단턱이 없이 원활히 왕래할 수 있게 된다.

또한, 도8에 도시된 바와 같이 가동 레일(200E)의 상면(S2)은 수용 레일(200R)의 상면(S1)과 동일한 높이로 형성되어, 웨이퍼 캐리어(120)가 이동하는 동안에 롤러(127)의 접촉 높이를 일정하게 유지함으로써, 웨이퍼 캐리어(120)는 가이드레일(132R)과 수용 레일(200R)의 사이에 높이 차에 의한 단턱 없이 정숙한 상태로 충격없이 왕래할 수 있게 된다.

이 때, 가동 레일(200E)이 수용 레일(200R)에 대하여 축선 방향(200d)으로 이동하기 위하여, 도8에 도시된 바와 같이 가동 레일(200E)에는 N극과 S극의 영구자석(220)이 축선 방향을 따라 고정되고, 영구 자석(220)에 대향하는 위치에 설치된 코일(210)에 전류를 구동부(M1)로부터 인가하여, 전류의 인가 방향에 따라 가동 레일(200E)을 수용 레일(200R)로부터 인출시키거나 인입시키는 동작을 구현할 수 있다. 이와 같이 가동 레일(200E)이 수용 레일(200R)에 대하여 리니어 모터 원리로 이동하도록 구성될 수 있지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면 회전형 모터를 이용한 리드 스크류나 유공압 실린더에 의하여 이동하도록 구성될 수도 있다.

그리고, 가동 레일(200E)의 끝단부에는 가이드레일(132R)의 끝단에 형성된 오목부(132n)과 맞물리는 볼록부(200p)가 형성된다. 이에 따라, 가동 레일(200E)이 가이드레일(132R)과 접촉한 상태에서, 오목부(132n)와 볼록부(200p)가 서로 끼워 맞춰지면서 레일(200E, 132R) 상호간의 위치 및 자세가 예정된 상태에 도달하게 되므로, 가동 레일(200E)과 가이드레일(132R) 중 어느 하나가 다른 하나에 비하여 보다 많은 처짐량이 발생됨에 따른 높이 편차 단턱이 형성되는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 여기서, 오목부(132n)와 볼록부(200p)는 도7b에 도시된 바와 같은 형상(200p' 200n')으로 형성될 수 있으며, 상호 맞물려 상호간의 높이를 일정하게 할 수 있는 다양한 형태를 모두 포함한다.

한편, 도면에는 캐리어 홀더(200)의 수용 레일(200R)에 가동 레일(200E)이 장착되는 구성을 예로 들었지만, 본 발명의 다른 실시 형태에 따르면, 도10에 도시된 바와 같이 캐리어 홀더(200)의 수용 레일(201R) 대신에 가이드레일(300R)에 가동 레일(300E)이 장착될 수도 있으며, 캐리어 홀더(200)의 수용 레일(200R)과 가이드레일(300R)에 모두 가동 레일(200E, 300E)이 장착될 수도 있다.

그리고, 도면에는 제1경로(132)와 제2경로(131)의 연결부인 꺾임 영역(Ec)에서의 구성을 예시하였지만, 본 발명은 제1경로(132)와 제2경로(133)의 연결부인 꺾임 영역(Ec)과, 3경로(134)와 제2경로(131, 133)의 연결부인 꺾임 영역(Ec)에도 동일하게 적용된다.

한편, 본 발명에 따른 화학 기계식 연마 시스템의 이송 장치은 제1경로(132) 및 제3경로(134)의 양단에 이들에 대하여 이격되어 수직으로 배열된 제2경로(131, 133)가 분리된 상태로 있지만, 캐리어 홀더(200)에 의해 선택적으로 연결되는 것에 의하여, 순환형 경로(120d)의 방향 전환 부위를 뾰족한 꼭지점 경로으로 형성하는 꺾임 영역(Ec)에서도 웨이퍼 캐리어(120)를 이동시킬 수 있으므로, 순환형 경로(120d)를 직사각형, 삼각형 등으로 배열하여 이동시키는 것에 적용된다.그리고, 도13a 및 도13b에 도시된 바와 같이, 제1경로(132', 132")와 제3경로(134', 134") 및 제2영역(231, 232; 331, 333)은 곡선 영역을 포함하여 다양하게 형성될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예의 작용을 상술한다.

단계 1: 도9a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 캐리어(120)가 영구 자석(128)과 코일(90)의 상호 작용에 의하여 가이드레일(132R)을 따라 이동하면, 캐리어 홀더(200)의 수용 레일(200R)로부터 가동 레일(200E)이 인출(200d1)되면서, 가동 레일(200E)의 돌출부(200p)가 가이드레일(132R)의 오목부(132n)와 맞물리면서, 수용 레일(200R)과 가이드레일(132R)의 상면 높이가 일치되며 상호 연결된 상태가 된다. 이 상태에서, 웨이퍼 캐리어(120)는 제1가이드롤러(132R)로부터 가동 레일(200E)을 통해 수용 레일(200R)로 충돌없이 정숙한 상태로 이동(120x)할 수 있게 된다.

단계 2: 그리고 나서, 가동 레일(200E)이 수용 레일(200R)로 후퇴(200d2)하여, 가동 레일(E)과 가이드레일(132R)의 사이가 이격된 상태가 되면, 웨이퍼 캐리어(120)가 캐리어 홀더(200)의 수용 레일(200R)로 이동하면, 캐리어 홀더(200)는 고정 레일(131R)을 따라 제2경로(131)를 따라 이동한다.

한편, 본 발명의 제2실시예에 따르면, 도11a 내지 도12에 도시된 바와 같이, 캐리어 홀더의 수용 레일(301R)이 직접 축선 방향으로 이동(301d)하도록 구성될 수 있다. 즉, 도12에 도시된 바와 같이, 수용 레일(301R)에 영구 자석(320)이 S극과 N극이 교대로 배치되고, 그 주변의 프레임(299)에 코일(310)을 설치하여, 수용 레일(301R)을 직접 축선 방향(301d)으로 이동시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 이동식 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치는 제1경로(132)나 제3경로(134)의 가이드레일(132R)과 제2경로(135)를 이동하는 캐리어 홀더(200)의 수용 레일(200R) 사이를 상호 단차 없이 접촉된 상태로 이동 제어함으로써, 이동 경로(120d)의 꺾임 영역(Ec)에서 웨이퍼 캐리어(120)가 왕래하는 동안에 제1경로 및 제3경로의 가이드레일(132R, 134R)과 캐리어 홀더(200)의 수용 레일(200R) 사이의 간극에 따른 단턱이 제거되므로, 웨이퍼 캐리어가 정숙한 상태를 유지하면서 충격이나 요동없이 넘어가는 이동을 구현하여, 꺾인 영역(Ec)에서도 안정되고 신뢰성있게 이송하여 충격에 의하여 이송 중인 웨이퍼를 웨이퍼 캐리어(200)로부터 놓치는 것을 확실하게 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 서로 이격된 경로 간의 가이드레일(132R)과 수용 레일(200R)이 상호 접촉된 상태로 연결되기 위하여, 맞닿는 면에 상호 맞물리는 볼록부와 오목부 중 어느 하나씩 형성됨으로써, 상호간의 상면 편차가 없도록 볼록부와 오목부의 형상을 정함으로써, 볼록부와 오목부가 상호 맞물린 상태에서는 상면의 높이 편차를 확실하게 없앨 수 있게 되어, 웨이퍼 캐리어가 제1경로로부터 제2경로로 넘어가는 꺾인 영역(Ec)에서의 레일 연결 상태를 단차없는 상태로 항상 일정하고 확실하면서 정확하게 조정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100: 화학 기계식 연마시스템 110: 연마 정반
120: 웨이퍼 캐리어 120d: 순환 경로
132: 제1경로 134: 제3경로
131, 133: 제2경로 132R, 134R: 가이드레일
131R: 고정 레일 200: 캐리어 홀더
200R: 수용 레일 200E: 가동 레일

Claims (10)

1. 웨이퍼를 보유한 상태로 이동하는 웨이퍼 캐리어가 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 연마 정반을 거칠 수 있는 이동 경로의 일부에 해당하는 제1경로를 따라 배열된 가이드레일과;
   상기 이동 경로의 다른 일부에 해당하는 제2경로를 따라 배열된 고정 레일과;
   상기 고정 레일을 따라 이동 가능하게 설치되며, 상기 수용 레일이 축선 방향 성분을 갖고 이동 가능하게 설치되어 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉하게 형성된 캐리어 홀더를;
   포함하여 구성되어, 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉한 상태에서 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 수용 레일과 상기 가이드레일 사이를 왕래하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉한 상태에서 상기 수용 레일의 상면 높이와 상기 가이드레일의 상면 높이는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 가이드레일의 끝단과 상기 수용 레일의 끝단은 상호 맞물리는 볼록부와 오목부 중 어느 하나 이상이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수용 레일은 리니어 모터, 리드 스크류, 실린더 중 어느 하나 이상에 의하여 축선 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
   
5. 웨이퍼를 보유한 상태로 이동하는 웨이퍼 캐리어가 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 연마 정반을 거칠 수 있는 이동 경로의 일부에 해당하는 제1경로를 따라 배열된 가이드레일과;
   상기 이동 경로의 다른 일부에 해당하는 제2경로를 따라 배열된 고정 레일과;
   상기 고정 레일을 따라 이동 가능하게 설치되며, 상기 수용 레일이 축선 방향 성분을 갖고 이동 가능하게 설치되어 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부가 선택적으로 상호 접촉하게 형성된 캐리어 홀더와;
   상기 가이드레일과 상기 수용 레일 중 어느 하나 이상에서 축선 방향으로 인입되거나 인출되는 형태로 이동 가능하게 설치되어, 상기 가이드레일과 상기 수용 레일의 단부가 상호 접촉하도록 이동 가능한 가동 레일을;
   포함하여 구성되어, 상기 가동 레일이 상기 가이드레일과 상기 수용 레일 중 어느 하나에 선택적으로 접촉한 상태에서 상기 웨이퍼 캐리어가 상기 수용 레일과 상기 가이드레일 사이를 왕래하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 가동 레일이 상기 수용 레일의 끝단부와 상기 가이드레일의 끝단부중 어느 하나에 선택적으로 상호 접촉한 상태에서 상기 가동 레일의 상면 높이와 상기 가동 레일이 접촉하고 있는 레일의 상면 높이는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
   
7. 제 5항에 있어서,
   상기 가이드레일의 끝단과 상기 수용 레일의 끝단은 상호 맞물리는 볼록부와 오목부 중 어느 하나 이상이 형성된 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
   
8. 제 5항에 있어서,
   상기 가동 레일은 리니어 모터, 리드 스크류, 실린더 중 어느 하나 이상에 의하여 축선 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
   
9. 제 1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1경로와 상기 제2경로는 평행하지 않고 꺾인 영역이 있게 배열되는 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
   
10. 제 1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 경로는 순환식 경로이고, 상기 연마 정반은 다수인 것을 특징으로 하는 화학 기계적 연마 시스템의 이송 장치.
    
    
    
    

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