JP2010130020A - 基板支持ユニットと、それを使用する基板研磨装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板を枚葉処理方式に支持する基板支持ユニットと、これを利用して基板を研磨、及び洗浄する基板研磨装置を提供する。
【解決手段】基板支持ユニットが研磨工程の時には、基板の下面を真空吸着し、洗浄後工程の時には、基板の下面洗浄のため基板を上向きに離隔された状態で支持することを特徴とする。
このような特徴によると、基板が枚葉方式の基板支持ユニットに支持された状態で基板の上面に対する研磨工程と、これに従う基板の上下面に対する洗浄後工程を順次的に進行できる基板支持ユニットと、これを利用する基板研磨装置及び方法を提供できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体製造装置及び方法に関し、より詳細には、半導体基板を枚葉処理方式に支持する基板支持ユニットと、これを使用して基板を研磨及び洗浄する基板研磨装置に関する。

一般的に半導体素子の製造工程は、薄膜の形成及び積層のため蒸着工程、写真工程、蝕刻工程等多数の単位工程を反復遂行しなければならない。ウェハ上に要求される所定の回路パターンが形成される時までこれらの工程は、反復され、回路パターンが形成された後、ウェハの表面には、多くの屈曲が生じる。最近半導体素子は、高集積化にしたがってその構造が多層化され、ウェハ表面の屈曲の数と、屈曲の間の段差が増加している。これにより、ウェハ表面の非平坦化に起因して、写真工程でディフォーカス（dｅｆｏｃｕｓ）が発生することがある。従って、ウェハの表面の平坦化を実現するため、定期的にウェハ表面を研磨しなければならない。

ウェハの表面を平坦化するため多様な表面平坦化技術があるが、そのうち狭い領域だけでなく広い領域の平坦化においても優れた平坦度を得られる化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）装置が主に使用される。化学的機械的研磨装置は、タングステンや酸化物等が覆うウェハの表面を機械的摩擦によって研磨すると同時に化学的研磨材によって研磨する装置として、非常に微細な研磨をできるようにする。

韓国特許公開第１０−２００３−００５３９８０号

本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基板の研磨工程と後洗浄工程を枚葉方式に順次的に進行できる基板支持ユニットと、これを利用する基板研磨装置及び方法を提供する。

本発明の目的は、これに制限されず、言及されなかった他の目的は、以下の記載から当業者に明確に理解されることができるであろう。

上述の目的を達成すべく、本発明による基板支持ユニットは、基板を真空吸着する真空プレートと、前記真空プレートへ貫通形成された多数のホールに挿入設置され、基板をクランピングする多数のチャック部材と、前記真空プレートに置かれた前記基板を前記真空プレートから上向きに離隔された状態で支持するように前記多数のチャック部材を上下方向に移動させる駆動部材と、を包含することを特徴とする。

上述したような構成を有する本発明による基板支持ユニットにおいて、前記駆動部材は、前記チャック部材に結合された上部磁石部材と、前記上部磁石部材の下に向き合うように配置され、前記上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された下部磁石部材と、前記下部磁石部材を上下方向に移動させる直線駆動器と、を包含する。

前記チャック部材は、前記基板の下面を支持する支持ピンと、前記基板の側面を支持するチャッキングピンと、を包含する。

前記上部磁石部材は、前記支持ピンに結合された第１上部磁石部材と、前記チャッキングピンに結合された第２上部磁石部材と、を包含できる。

前記下部磁石部材は、前記第１上部磁石部材の下に配置され、前記第１上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された第１下部磁石部材と、前記第２上部磁石部材の下に配置され、前記第２上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された第２下部磁石部材を包含し、前記直線駆動器は、前記第１下部磁石部材を上下方向に移動させる第１直線駆動器と、前記第２下部磁石部材を上下方向に移動させる第２直線駆動器と、を包含できる。

前記第１及び第２上部磁石部材と前記第１及び第２下部磁石部材は、リング形状に提供できる。

前記真空プレートの上面には、多数の真空吸着ホールが形成され、前記真空プレートの内部には、前記真空吸着ホールを連結する真空ラインが形成され、前記基板の真空吸着のため前記真空ラインへ負圧を提供する吸入部材と、前記基板が前記真空プレートから上向きに離隔された状態で前記真空吸着ホールへの異物質の浸透を防止するように前記真空ラインへガスを供給するガス供給部材と、をさらに包含できる。

前記基盤支持ユニットは、前記真空プレートを回転させる中空タイプの回転駆動器と、前記回転駆動器の中空部分に挿入設置され、前記真空プレートから上向きに離隔された前記基板の下面へ洗浄液を噴射するバックノズルアセンブリと、をさらに包含できる。

前記基盤支持ユニットは、前記バックノズルアセンブリが前記真空プレートの上面へ突出されるように前記バックノズルアセンブリを上下方向に移動させるバックノズル駆動器と、をさらに包含できる。

前述した課題を達成するために本発明による枚葉式基板研磨装置は、処理室と、前記処理室内に設置され、基板を支持する基板支持ユニットと、前記基板支持ユニットに支持された前記基板を研磨する研磨ユニットと、前記基板支持ユニットに支持された前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、を含み、前記基板支持ユニットは、基板を真空吸着する真空プレートと、前記真空プレートに貫通形成された多数のホールに挿入設置され、基板をクランピングする多数のチャック部材と、前記真空プレートに置かれた前記基板を前記真空プレートから上向きに離隔された状態で支持するように前記チャック部材らを上下方向に移動させる駆動部材と、を包含することを特徴とする。

上述したような構成を有する本発明による基板研磨装置において、前記チャック部材らに結合された上部磁石部材と、前記上部磁石部材の下に向き合うようにに配置され、前記上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された下部磁石部材と、前記下部磁石部材を上下方向に移動させる直線駆動器と、を包含できる。

前記チャック部材は、前記基板の下面を支持する多数の支持ピンと前記基板の側面を支持する多数のチャッキングピンと、を包含できる。

前記上部磁石部材は、前記支持ピンに結合された第１上部磁石部材と、前記チャッキングピンに結合された第２上部磁石部材と、を包含できる。

前記下部磁石部材は、前記第１上部磁石部材の下に配置され、前記第１上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された第１下部磁石部材と、前記第２上部磁石部材の下に配置され、前記第２上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された第２下部磁石部材を包含し、前記直線駆動器は、前記第１下部磁石部材を上下方向に移動させる第１直線駆動器と、前記第２下部磁石部材を上下方向に移動させる第２直線駆動器と、を包含できる。

前記洗浄ユニットは、前記基板支持ユニットの一側に設置され、前記基板の上面へ洗浄液を供給する第１洗浄ユニットと、前記真空プレートを回転させる中空タイプ回転駆動器の中空部分に挿入設置され、前記基板の下面へ洗浄液を供給する第２洗浄ユニットと、を包含できる。

前記枚葉式基盤研磨装置は、前記第２洗浄ユニットが前記真空プレートの上面へ突出されるように前記第２洗浄ユニットを上下方向に移動させる駆動部材と、をさらに包含できる。

前記枚葉式基盤研磨装置は、前記基板の洗浄処理の時、前記真空プレートに形成された多数の真空吸着ホールへ前記洗浄液が流し込まれることを防止するように多数の前記真空吸着ホールへガスを供給するガス供給部材と、をさらに包含できる。

前述した課題を達成するために本発明による基板研磨方法は、請求項１０の装置を利用して基板を研磨する方法において、前記真空プレートに前記基板を真空吸着して基板の上面を研磨し、前記チャック部材らを昇降させて前記真空プレートに置かれた前記研磨された基板を上向きに離隔された状態で支持し、前記研磨された基板へ洗浄液を供給して前記基板を洗浄することを特徴とする。

上述したような特徴を有する本発明による基板研磨方法において、前記チャック部材は、前記基板の下面を支持する多数の支持ピンと、を包含し、前記支持ピンの昇降の時には、前記基板の研磨工程の時より前記真空プレートを低速に回転させるか、或は停止させられる。

前記チャック部材は、前記基板の側面を支持する多数のチャッキングピンと、をさらに包含し、前記チャッキングピンらを昇降させて前記支持ピンによって支持された前記基板の側面を支持し、前記真空プレートを工程速度に加速させるさせられる。

前記真空プレートから上向きに離隔された前記研磨された基板の上面と下面へ前記洗浄液を供給して前記基板の上面と下面とを同時に洗浄処理できる。

前記基板の下面洗浄の時、前記洗浄液を噴射するバックノズルアセンブリが前記真空プレートの上部に突出されるように前記バックノズルアセンブリを上下方向に移動させられる。

前記基板の洗浄処理の時、前記真空プレートの真空吸着ホールへ前記洗浄液が流し込まれることを防止するように前記真空吸着ホールへガスを供給できる。

本発明によると、基板が枚葉方式の基板支持ユニットに支持された状態で基板の上面に対する研磨工程とこれに従う基板の上下面に対する後洗浄工程を順次的に進行できる。

以下に説明された図面は、一例として説明するが、本発明の技術的思想と範囲は、これに限定されない。
本発明による枚葉式基板研磨装置の斜視図である。 図１の処理容器と基板支持ユニットとの側断面図である。 本発明の一実施形態による基板支持ユニットを利用して基板を研磨する工程を示す図面である。 本発明の一実施形態による基板支持ユニットを利用して基板を洗浄する工程を示す図面である。 図３の真空プレートを拡大して示す図面である。 図１の研磨ユニットの斜視図である。 図６の研磨ユニットの側断面図である。 図７の研磨ヘッドを拡大して示す図面である。 研磨パッドを利用する研磨工程の例を示す図面である。 研磨パッドを利用する研磨工程の例を示す図面である。 図１のパッドコンディショニングユニットの斜視図である。 図１０のパッドコンディショニングユニットの側断面図である。 パッドコンディショニングユニットの動作状態を示す断面図である。 パッドコンディショニングユニットの動作状態を示す平面図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施形態をよる基板支持ユニットと、これを利用する基板研磨装置及び方法を詳細に説明する。
まず、各図面の構成要素に参照符号を付加することにおいて、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されても、できるだけ同一の符号を有するようにする。以下の説明においては、本発明のあいまいな解釈を避けるために、既知の構造や機能は詳細に説明しない。
（実施形態）

図１は、本発明による枚葉式基板研磨装置１の斜視図であり、図２は、図１の処理容器１００と基板支持ユニット２００の側断面図である。

本発明による枚葉式基板研磨装置１は、基板Ｗの上面に対する研磨工程と、これに従う基板Ｗの上下面に対する洗浄後工程を１つの処理室１０内で順次的に進行できる。

図１及び図２を参照すると、本発明による枚葉式基板研磨装置１は、処理容器１００、基板支持ユニット２００、洗浄ユニット３１０、３２０、３３０、研磨ユニット４００、そしてパッドコンディショニングユニット５００と、を包含する。

処理容器１００は、基板Ｗを処理するための空間を提供する。処理容器１００の内側には、基板支持ユニット２００が収容され、基板支持ユニット２００は、基板Ｗの研磨工程と洗浄後工程の進行の中処理容器１００内へ搬入された基板Ｗを固定する。

処理容器１００の一側には、基板の上面を洗浄する洗浄ユニット３１０、３２０が具備され、基板支持ユニット２００には、基板の下面を洗浄する洗浄ユニット３３０が具備される。洗浄ユニット３１０、３２０、３３０は、研磨ユニット４００によって研磨された基板を洗浄処理する。洗浄ユニット３１０は、基板Ｗ上面に洗浄液を供給する洗浄液供給部材であり、洗浄ユニット３２０は、基板Ｗ上面へ供給された洗浄液に超音波を印加して洗浄効率を増大させるための超音波洗浄部材であり、洗浄ユニット３３０は、基板Ｗ下面へ洗浄液を供給する洗浄液供給部材である。

処理容器１００の他の一側には、研磨ユニット４００とパッドコンディショニングユニット５００が具備される。研磨ユニット４００は、基板Ｗの上面を化学的機械的方法で研磨し、パッドコンディショニングユニット５００は、研磨ユニット４００の研磨パッド（図示せず）を研磨して研磨パッド（図示せず）の表面照度を調節する。

処理容器１００は、円筒形状を有する第１、第２及び第３回収筒１１０、１２０、１３０を包含する。本実施形態において、処理容器１００は、３つの回収筒１１０、１２０、１３０を有するか、回収筒１１０、１２０、１３０の個数は、増加しても減少してもよい。第１、第２及び第３回収筒１１０、１２０、１３０は、基板Ｗ処理工程の進行の時、基板Ｗへ供給される洗浄液を回収する。基板処理装置１は、基板Ｗを基板支持ユニット２００によって回転させながら基板Ｗを洗浄処理する。そのため、基板Ｗへ供給された洗浄液が飛散されられ、第１、第２及び第３回収筒１１０、１２０、１３０は、基板Ｗから飛散された洗浄液を回収する。

第１、第２及び第３回収筒１１０、１２０、１３０は、基板Ｗから飛散された洗浄液が流し込まれる第１、第２及び第３回収空間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を形成する。第１回収空間Ｓ１は、第１回収筒１１０によって画定され、基板Ｗを１次的に処理する第１洗浄液を回収する。第２回収空間Ｓ２は、第１回収筒１１０と第２回収筒１２０との間の離隔空間によって画定され、基板Ｗを２次的に処理する第２洗浄液を回収する。第３回収空間Ｓ３は、第２回収筒１２０と第３回収筒１３０との間の離隔空間によって画定され、基板Ｗを３次的に処理する第３洗浄液を回収する。

第１回収筒１１０は、第１回収ライン１４１と連結される。第１回収空間Ｓ１に流し込まれた第１洗浄液は、第１回収ライン１４１を通じて外部へ排出される。第２回収筒１２０は、第２回収ライン１４３と連結される。第２回収空間Ｓ２に流し込まれた第２洗浄液は、第２回収ライン１４３を通じて外部へ排出される。第３回収筒１３０は、第３回収ライン１４５と連結される。第３回収空間Ｓ３へ流し込まれた第３洗浄液は、第３回収ライン１４５を通じて外部へ排出される。

一方、処理容器１００には、処理容器１００の垂直位置を変更させる垂直移動部１５０が結合できる。垂直移動部１５０は、第３回収筒１３０の外側壁に具備され、基板支持ユニット２００の垂直位置が固定された状態で処理容器１００を上下へ移動させる。これに従って、処理容器１００と基板Ｗとの間の相対的な垂直位置が変更される。従って、処理容器１００は、各回収空間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３別に回収される洗浄液の種類が異なりうる。

図３は、本発明の一実施形態による基板支持ユニットを利用して基板を研磨する工程を示す図面であり、図４は、本発明の一実施形態による基板支持ユニットを利用して基板を洗浄する工程を示す図面である。

図２、図３及び図４を参照すると、基板支持ユニット２００は、真空プレート２１０、回転軸２２０、回転駆動部２３０、そして駆動部材２６０を包含する。基板支持ユニット２００は、処理容器１００の内側に設置され、工程進行の中に基板Ｗを支持し、回転させられる。

真空プレート２１０は、図３に示されたように基板の研磨工程進行の時、基板を支持する。回転軸２２０は、真空プレート２１０の下部に連結され、回転軸２２０は、その下端に連結された回転駆動部２３０によって回転する。回転軸２２０は、中空軸として備えうり、回転駆動部２３０は、中空形のモーターとして備えうる。

図５に示されたように真空プレート２１０の上面には、多数の真空吸着ホール２１１が形成され、真空プレート２１０の内部には、多数の真空吸着ホール２１１を連結する真空ライン２１２が形成される。真空ライン２１２には、吸入部材２４０とガス供給部材２５０が連結できる。吸入部材２４０は、基板の真空吸着のため真空ライン２１２に負圧を提供する。ガス供給部材２５０は、洗浄工程の進行のため基板が真空プレート２１０から上向離隔された状態で、真空吸着ホール２１１へ洗浄液が流し込まれることを防止するため真空ライン２１２にガスを供給する。ガスとしては、窒素ガスのような不活性ガスが使用できる。

真空プレート２１０のエッジ領域には、多数のホール２１３、２１４が貫通形成される。ホール２１３、２１４には、基板Ｗをクランピング（cｌａｍｐｉｎｇ）するチャック部材２１５、２１６が挿入される。チャック部材２１５、２１６は、支持ピン２１５とチャッキングピン２１６とを包含する。支持ピン２１５は、一定配列で配置され、基板の下面を支持する。チャッキングピン２１６は、支持ピン２１５の外側に配置され、基板の側面を支持する。

駆動部材２６０は、チャック部材２１５、２１６を上下方向に移動させて、真空プレート２１０に置かれた基板が真空プレート２１０から上向離隔された状態で支持されるようにする。

駆動部材２６０は、上部磁石部材２６２ａ、２６２ｂ、下部磁石部材２６４ａ、２６４ｂ、そして直線駆動器２６６ａ、２６６ｂを包含する。上部磁石部材２６２ａ、２６２ｂは、支持ピン２１５に結合される第１上部磁石部材２６２ａと、チャッキングピン２１６に結合される第２上部磁石部材２６２ｂ、とを有する。下部磁石部材２６４ａ、２６４ｂは、第１上部磁石部材２６２ａの下に配置される第１下部磁石部材２６４ａと、第２上部磁石部材２６２ｂの下に配置される第２下部磁石部材２６４ｂを有する。第１上部磁石部材２６２ａと第１下部磁石部材２６４ａは、相互の間へ磁気的反発力が作用するように磁極が配列された磁石２６３ａ、２６５ａを有し、第２上部磁石部材２６２ｂと第２下部磁石部材２６４ｂは、相互の間へ磁気的反発力が作用するように磁極が配列された磁石２６３ｂ、２６５ｂを有する。第１及び第２上部磁石部材２６２ａ、２６２ｂと第１及び第２下部磁石部材２６４ａ、２６４ｂは、回転軸２２０を覆うリング形状に提供できる。

直線駆動器２６６ａ、２６６ｂは、第１下部磁石部材２６４ａを上下方向に移動させる第１直線駆動器２６６ａと、第２下部磁石部材２６４ｂを上下方向に移動させる第２直線駆動器２６６ｂを包含する。

真空プレート２１０、回転軸２２０及び回転駆動部２３０の中空領域には、洗浄ユニット３３０が挿入設置される。洗浄ユニット３３０は、真空プレート２１０から上向離隔された基板Ｗの下面へ洗浄液を供給する洗浄液供給部材である。洗浄ユニット３３０は、請求項でバックノズルアセンブリと称する。

洗浄ユニット３３０は、バックノズル駆動器３３２によって上下方向に直線移動できる。洗浄ユニット３３０は、基板下面を洗浄する時には、バックノズル駆動器３３２によって上側に移動して真空プレート２１０の上面へ突出でき、基板上面の研磨の時には、バックノズル駆動器３３２によって下側へ移動して真空プレート２１０内に後退できる。

駆動部材２６０は、図３に示したように基板の研磨工程の時には、チャック部材２１５、２１６を下降させて真空プレート２１０が基板を支持するようにし、図４に示したように基板の洗浄後工程の時には、チャック部材２１５、２１６を昇降させて基板を上向離隔させた状態で支持する。

移送ロボット（図示せず）によって真空プレート２１０の上部領域へ基板Ｗがローディングされると、第１直線駆動器２６６ａは、第１下部磁石部材２６４ａを昇降させる。第１下部磁石部材２６４ａは、磁気的反発力が作用する第１上部磁石部材２６２ａを昇降させ、これによって支持ピン２１５が昇降してローディングされた基板Ｗを引継する。支持ピン２１５へ基板Ｗが引継されると、第１直線駆動器２６６ａは、第１下部磁石部材２６４ａを下降させ、これにしたがって第１上部磁石部材２６２ａと、支持ピン２１５が下降して基板Ｗが真空プレート２１０上に置かれる。

基板Ｗが真空プレート２１０上に置かれると、吸入部材２４０は、真空ライン２１２に負圧を作用させて、真空吸着ホール２１１を通じて基板Ｗと真空プレート２１０との間の空気を吸入する。このような作用によって基板Ｗが真空プレート２１０に真空吸着される。後述する研磨ヘッド４２０を基板Ｗの上部へ移動させ、研磨ヘッド４２０に装着された研磨パッド４２３を利用して基板の研磨工程を進行する。

研磨工程が完了された後、基板Ｗの上下面に対して洗浄後工程が進行される。第１直線駆動器２６６ａは、第１下部磁石部材２６４ａを昇降させる。第１下部磁石部材２６４ａは、磁気的反発力が作用する第１上部磁石部材２６２ａを昇降させ、これによって支持ピン２１５が昇降して基板Ｗを真空プレート２１０から上向離隔させる。この時、真空プレート２１０は、基板の研磨工程の時より低速に回転されるか、或は停止できる。

以後、第２直線駆動器２６６ｂは、第２下部磁石部材２６４ｂを昇降させる。第２下部磁石部材２６４ｂは、磁気的反発力が作用する第２上部磁石部材２６２ｂを昇降させ、これによって多数のチャッキングピン２１６が昇降して基板Ｗの側面を支持する。基板Ｗの側面が多数のチャッキングピン２１６によって支持されると、真空プレート２１０は、洗浄工程のため工程速度に加速できる。

この状態で、洗浄ユニット３１０が基板Ｗの上面へ洗浄液を供給し、洗浄ユニット３２０が基板Ｗの上面へ供給された洗浄液に超音波を印加して基板Ｗの上面を洗浄する。又、これと同時に洗浄ユニット３３０が基板Ｗの下面へ洗浄液を供給して基板Ｗの下面を洗浄する。基板の洗浄処理の時、ガス供給部材２５０は、真空プレート２１０の真空吸着ホール２１１へ洗浄液が流し込まれることを防止するように真空吸着ホール２１１にガスを供給できる。そして、基板Ｗの下面洗浄の時、洗浄ユニット３３０（バックノズルアセンブリとも称する）は、真空プレート２１０の上部に突出されるように移動された状態で洗浄液を噴射できる。

続いて、前記のような構成を有する基板支持ユニット２００に固定された基板を研磨する研磨ユニット４００について説明する。

図６は、図１の研磨ユニットの斜視図であり、図７は、図６の研磨ユニットの側断面図であり、図８は、図７の研磨ヘッドを拡大して示す図面である。

研磨ユニット４００は、化学的機械的方法で基板表面を平坦化する研磨工程を進行する。図６乃至図８を参照すると、研磨ユニット４００は、研磨ヘッド４２０と、研磨ヘッド４２０を動作モードにしたがって駆動させるため第１、第２及び第３駆動部材４４０、４６０、４８０を包含する。研磨ヘッド４２０には、、基板を研磨する研磨パッド４２３が装着される。第１駆動部材４４０は、研磨工程の進行の時、研磨パッド４２３を磁気中心軸を基準として回転させる。第２駆動部材４６０は、研磨ヘッド４２０をスイング動作させるため研磨ヘッド４２０を水平面上で移動させる。第３駆動部材４８０は、研磨ヘッド４２０を上下方向に移動させる。

研磨ヘッド４２０は、下部が開放された円筒形状のハウジング４２１を有する。ハウジング４２１の開放された下部には、板形状の研磨パッドホルダー４２２が設置され、研磨パッドホルダー４２２の下面には、研磨パッド４２３が結合される。研磨パッド４２３は、金属材質のプレート４２４の一面に付着でき、研磨パッドホルダー４２２には、金属プレート４２４の他の一面が研磨パッドホルダー４２２に脱着できるように結合されるように金属プレート４２４に磁力を作用させる磁石部材４２２ａが内蔵できる。

研磨パッドホルダー４２２の上部面には、ベルーズ（ｂｅｌｌｏｗｓ）４２５が設置され、ベルーズ４２５は、空圧部材４２６によって作用される空気圧力によって上下方向に伸縮できる。ベルーズ４２５は、研磨工程の進行の時、研磨パッド４２３が基板Ｗに密着されるように伸張でき、研磨パッド４２３が基板Ｗへ密着された状態で研磨工程が進行されると研磨工程が均一にそしてより効率的に進行できる。

空圧部材４２６は、ベルーズ４２５の上部に連結され、中が空いている中空軸形状の軸部材として具備できる。空圧部材４２６は、長さ方向が鉛直方向に向かうように提供できる。

空圧部材４２６は、ベアリング４２７ａ、４２７ｂによって回転できるように支持される。空圧部材４２６には、空気を供給するエアーライン（図示せず）が連結され、エアーライン（図示せず）上には、エアーライン（図示せず）を開閉するバルブ（図示せず）と、空気の供給流量を調節する流量計（図示せず）が設置でき、これらの構成は、関連技術分野の当業者に自明な事項であるので、これに対する詳細な説明は、省略する。

第１駆動部材４４０は、研磨工程の進行の時、研磨パッド４２３を磁気中心軸を基準として回転させる。第１駆動部材４４０は、回転力を提供する第１駆動モーター４４１と、第１駆動モーター４４１の回転力を研磨パッド４２３へ伝達する第１ベルト−プーリーアセンブリ４４３を包含する。第１ベルト−プーリーアセンブリ４４３は、第１駆動プーリー４４３−１、第１縦動プーリー４４３−２、及び第１ベルト４４３−３の組合でなされていることができる。第１駆動プーリー４４３−１は、第１駆動モーター４１１の回転軸４１１ａに設置される。第１縦動プーリー４４３−２は、中空軸形状の空圧部材４２６の外側面に設置される。第１ベルト４４３−３は、第１駆動プーリー４４３−１と第１縦動プーリー４４３−２に巻かれる。ここで、第１駆動プーリー４４３−１が設置された第１駆動モーター４４１は、後述する第２駆動部材４６０のスイングアーム４６１の一端内部に設置され、第１ベルト４４３−３は、スイングアーム４６１の長さ方向に沿ってスイングアーム４６１の内部を通じて第１駆動プーリー４４３−１と第１縦動プーリー４４３−２に巻かれうる。

第１駆動モーター４４１の回転力は、ベルト−プーリーアセンブリ４４３によって空圧部材４２６へ伝達され、空圧部材４２６が回転することによって空圧部材４２６の下に順次的に結合されているベルーズ４２５、研磨パッドホルダー４２２及び研磨パッド４２３が回転される。この時、第１駆動部材４４０の第１駆動モーター４４１は、選択的に右回り（ｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）の回転力又は反時計回り（ｃｏｕｎｔｅｒｃｌｏｃｋｗｉｓｅ）の回転力を提供でき、これによって図９ａ及び図９ｂに示したように研磨パッド４２３が右回り又は反時計回りに回転できる。このように研磨パッド４２３の回転方向を右回り又は反時計回りに可変させられることによって、研磨パッド４２３を基板Ｗの回転方向と同一の方向又は基板Ｗの回転方向に反対方向に回転させながら選択的に研磨工程を進行できる。

第２駆動部材４６０は、研磨ヘッド４２０を基板上でスイング動作させるため研磨ヘッド４２０を水平面上で移動させる。第２駆動部材４６０は、スイングアーム４６１、垂直アーム４６２、第２駆動モーター４６３、そして第２ベルト−プーリーアセンブリ４６４を包含する。スイングアーム４６１は、研磨ヘッド４２０のハウジング４２１の一側に水平方向に結合され、垂直アーム４６２は、スイングアーム４６１の他端に垂直に下の方向に結合される。第２駆動モーター４６３は、第２ベルト−プーリーアセンブリ４６４を通じて垂直アーム４６２へ回転力を提供する。第２ベルト−プーリーアセンブリ４６４は、第２駆動プーリー４６４−１、第２縦動プーリー４６４−２及び第２ベルト４６４−３の組合でなされていることができる。第２駆動プーリー４６４−１は、第２駆動モーター４６３の回転軸に設置される。第２縦動プーリー４６４−２は、垂直アーム４６２の外側面に設置される。第２ベルト４６４−３は、第２駆動プーリー４６４−１と第２縦動プーリー４６４−２に巻かれる。

第２駆動モーター４６３の回転力は、第２ベルト−プーリーアセンブリ４６４によって垂直アーム４６２へ伝達され、垂直アーム４６２が磁気中心軸を基準として回転することによってスイングアーム４６１が垂直アーム４６２を中心としてスイング動作する。これによって研磨パッド４２３が装着された研磨ヘッド４２０が円形の曲線軌跡に沿って移動する。

第３駆動部材４８０は、研磨ヘッド４２０を上下方向に移動させる。第３駆動部材４８０は、支持ブロック４８２、ガイド部材４８４、そして直線駆動器４８６を包含する。支持ブロック４８２は、垂直アーム４６２を支持し、垂直アーム４６２は、ベアリング４８２ａ、４８２ｂによって回転できるように支持される。直線駆動器４８６は、支持ブロック４８２を上下方向に直線移動させるため駆動力を提供し、直線駆動器４８６としては、シリンダ部材又は、リニアモーターのような直線駆動部材が使用できる。ガイド部材４８４は、支持ブロック４８２の直線移動を案内する。

直線駆動器４８６の直線駆動力は、支持ブロック４８２へ伝達され、支持ブロック４８２に支持された垂直アーム４６２が支持ブロック４８２と共に上下方向に移動することによって研磨パッド４２３が装着された研磨ヘッド４２０が上下方向に移動する。

研磨パッド４２３を利用して基板の研磨工程を反復的に進行する場合、周期的に研磨パッド４２３の表面を研磨して研磨パッド４２３の表面照度を調節しなければならない。そのため、図１に示されたように処理室１０内の研磨ユニット４００に隣接した位置にパッドコンディショニングユニット５００が具備される。

図１０は、図１のパッドコンディショニングユニットの斜視図であり、図１１は、図１０のパッドコンディショニングユニットの側断面図である。そして図１２及び１３は、パッドコンディショニングユニットの動作状態を示す図面である。

図１０乃至図１３を参照すると、パッドコンディショニングユニット５００は、研磨パッド４２３が装着された研磨ヘッド４２０の端部が収容される上部が開放された筒形状の処理槽５１０を有する。処理槽５１０は、底壁５１２と、底壁５１２のエッジから上側に延長された側壁５１４を有し、底壁５１２の下部には、支持フレーム５１６が提供される。処理槽５１０の底壁５１２は、第１高さに位置した第１底壁５１２ａと、第１底壁５１２ａより低い第２高さで段差された第２底壁５１２ｂでなされていることができる。

処理槽５１０の第１底壁５１２ａには、ダイヤモンドコンディショナー５２０が設置される。ダイヤモンドコンディショナー５２０は、研磨パッド４２３と接触して研磨パッド４２３の表面を研磨するためのものとして、環形又は円形のダイヤモンドコンディショナー５２０が提供できる。そして、ダイヤモンドコンディショナー５２０は、処理槽５１０の第１底壁５１２ａの対応する大きさを有しうり、又処理槽５１０の第１底壁５１２ａの大きさより小さい大きさで多数個が提供できる。

そして、処理槽５１０には、研磨パッド４２３の研磨進行の中に生成された異物質を除去するため処理槽５１０の第１底壁５１２ａへ脱イオン水を供給するための第１及び第２脱イオン水供給部材５３０、５４０が設置される。第１脱イオン水供給部材５３０は、第１底壁５１２ａを通じて処理槽５１０内に脱イオン水を供給するように第１底壁５１２ａに連結され、第２脱イオン水供給部材５４０は、第１底壁５１２ａの上側で第１底壁５１２ａを向いて脱イオン水を供給するように処理槽５１０の一側に設置される。第１及び第２脱イオン水供給部材５３０、５４０から処理槽５１０へ供給された脱イオン水は、第１底壁５１２ａに沿って流れながら異物質を除去し、以後第１底壁５１２ａより低い高さで段差された第２底壁５１２ｂへ異物質が混入された脱イオン水が流し込まれる。第２底壁５１２ｂへ流し込まれた脱イオン水は、第２底壁５１２ｂに連結された排水部材５５０を通じて外部へ排出される。

研磨パッド４２３の研磨工程は、図１２に示されたように研磨ヘッド４２０が処理槽５１０に収容された状態で進行される。この時、第３駆動部材４８０（図６参照）は、処理槽５１０に収容された研磨ヘッド４２０を上下方向に移動させて研磨パッド４２３をダイヤモンドコンディショナー５２０に接触させる。この状態で、図１３に示されたように第１駆動部材４４０（図６参照）は、研磨パッド４２３を回転させ、第２駆動部材４６０（図６参照）は、研磨ヘッド４２０を水平面上で移動させてダイヤモンドコンディショナー５２０上で研磨パッド４２３をスキャニングさせる。この時、第１及び第２脱イオン水供給部材５３０、５４０は、処理槽５１０内に脱イオン水を供給し、脱イオン水は、研磨パッド４２３の研磨の中に発生する異物質を除去した後排水部材５５０を通じて外部へ排出される。

上述では、本発明の技術的な思想を例示的に説明したことに過ぎないこととして、本発明が属する技術分野で通常の知識を有した者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲内で多様に修正及び変形することが可能である。従って、本発明に開示された実施形態は、本発明の技術的な思想を限定するためではなく、説明するためであり、このような実施形態によって本発明の技術的な思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、後述の請求範囲によって解析されなければならなく、それと同等な範囲内にある全ての技術的な思想は、本発明の権利範囲に含まれることと解析されるべきである。

１００ 処理容器
２００ 基板支持ユニット
２１０ 真空プレート
２１１ 真空吸着ホール
２１５ 支持ピン
２１６ チャッキングピン
２５０ ガス供給部材
２６０ 駆動部材
２６２ａ、２６２ｂ 上部磁石部材
２６４ａ、２６４ｂ 下部磁石部材
２６６ａ、２６６ｂ 直線駆動器
３１０、３２０、３３０ 洗浄ユニット
４００ 研磨ユニット
５００ パッドコンディショニングユニット

Claims (23)

1. 基板支持ユニットであって、
   基板を真空吸着する真空プレートと、
   前記真空プレートへ貫通しているホールに挿入されたチャック部材と、
   前記真空プレートに置かれた前記基板を前記真空プレートから上向きに離隔された状態で支持するように前記チャック部材を上下方向に移動させる駆動部材と、
   を包含することを特徴とする基板支持ユニット。
2. 前記駆動部材は、
   前記チャック部材に結合された上部磁石部材と、
   前記上部磁石部材の下に向き合うように配置され、前記上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された下部磁石部材と、
   前記下部磁石部材を上下方向に移動させる直線駆動器と、を包含することを特徴とする請求項１に記載の基板支持ユニット。
3. 前記チャック部材は、前記基板の下面を支持する支持ピンと、前記基板の側面を支持するチャッキングピンと、を包含することを特徴とする請求項２に記載の基板支持ユニット。
4. 前記上部磁石部材は、前記支持ピンに結合された第１上部磁石部材と、前記チャッキングピンに結合された第２上部磁石部材と、を包含することを特徴とする請求項３に記載の基板支持ユニット。
5. 前記下部磁石部材は、
   前記第１上部磁石部材の下に配置され、前記第１上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された第１下部磁石部材と、
   前記第２上部磁石部材の下に配置され、前記第２上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された第２下部磁石部材と、を包含し、
   前記直線駆動器は、
   前記第１下部磁石部材を上下方向に移動させる第１直線駆動器と、
   前記第２下部磁石部材を上下方向に移動させる第２直線駆動器と、を包含することを特徴とする請求項４に記載の基板支持ユニット。
6. 前記第１及び第２上部磁石部材と前記第１及び第２下部磁石部材とは、リング形状に提供されることを特徴とする請求項５に記載の基板支持ユニット。
7. 前記真空プレートの上面には、真空吸着ホールが画定され、前記真空プレートの内部には、前記真空吸着ホールをお互いに連結する真空ラインが形成され、
   前記基板の真空吸着のため前記真空ラインへ負圧を提供する吸入部材と、
   前記基板が前記真空プレートから上向きに離隔された状態で前記真空吸着ホールへの異物質の侵入を防止するように前記真空ラインへガスを供給するガス供給部材と、をさらに包含することを特徴とする請求項２に記載の基板支持ユニット。
8. 前記真空プレートを回転させる中空タイプの回転駆動器と、
   前記回転駆動器の中空部分に挿入され、前記真空プレートから上向きに離隔された前記基板の下面へ洗浄液を噴射するバックノズルアセンブリと、をさらに包含することを特徴とする請求項２に記載の基板支持ユニット。
9. 前記バックノズルアセンブリが前記真空プレートの上面から突出するように、前記バックノズルアセンブリを上下方向に移動させるバックノズル駆動器と、をさらに包含することを特徴とする請求項８に記載の基板支持ユニット。
10. 枚葉式基板研磨装置であって、
    基板を研磨する装置において、
    処理室と、
    前記処理室内に設置され、基板を支持する基板支持ユニットと、
    前記基板支持ユニットに支持された前記基板を研磨する研磨ユニットと、
    前記基板支持ユニットに支持された前記基板を洗浄する洗浄ユニットと、を含み、
    前記基板支持ユニットは、
    基板を真空吸着する真空プレートと、
    前記真空プレートに貫通しているホールに挿入されたチャック部材と、
    前記真空プレートに置かれた前記基板を前記真空プレートから上向きに離隔された状態で支持するように前記チャック部材を上下方向に移動させる駆動部材と、
    を包含することを特徴とする枚葉式基板研磨装置。
11. 前記駆動部材は、
    前記チャック部材に結合された上部磁石部材と、
    前記上部磁石部材の下に向き合うように配置され、前記上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用ように磁極が配列された下部磁石部材と、
    前記下部磁石部材を上下方向に移動させる直線駆動器と、を包含することを特徴とする請求項１０に記載の枚葉式基板研磨装置。
12. 前記チャック部材は、前記基板の下面を支持する支持ピンと前記基板の側面を支持するチャッキングピンと、を包含することを特徴とする請求項１１に記載の枚葉式基板研磨装置。
13. 前記上部磁石部材は、前記支持ピンに結合された第１上部磁石部材と、前記チャッキングピンに結合された第２上部磁石部材と、を包含することを特徴とする請求項１２に記載の枚葉式基板研磨装置。
14. 前記下部磁石部材は、
    前記第１上部磁石部材の下に配置され、前記第１上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された第１下部磁石部材と、
    前記第２上部磁石部材の下に配置され、前記第２上部磁石部材との間に磁気的反発力が作用するように磁極が配列された第２下部磁石部材と、を包含し、
    前記直線駆動器は、
    前記第１下部磁石部材を上下方向に移動させる第１直線駆動器と、
    前記第２下部磁石部材を上下方向に移動させる第２直線駆動器と、を包含することを特徴とする請求項１３に記載の枚葉式基板研磨装置。
15. 前記洗浄ユニットは、
    前記基板支持ユニットの一側に設置され、前記基板の上面へ洗浄液を供給する第１洗浄ユニットと、
    前記真空プレートを回転させる中空タイプ回転駆動器の中空部分に挿入され、前記基板の下面へ洗浄液を供給する第２洗浄ユニットと、を包含することを特徴とする請求項１０に記載の枚葉式基板研磨装置。
16. 前記第２洗浄ユニットが前記真空プレートの上面から突出するように、前記第２洗浄ユニットを上下方向に移動させる駆動部材と、をさらに包含することを特徴とする請求項１５に記載の枚葉式基板研磨装置。
17. 前記基板の洗浄処理の間、前記真空プレートに画定された真空吸着ホールへ前記洗浄液が流し込まれることを防止するために、前記真空吸着ホールへガスを供給するガス供給部材と、をさらに包含することを特徴とする請求項１５に記載の枚葉式基板研磨装置。
18. 請求項１０の装置を使用して基板を研磨する方法において、
    前記真空プレートに前記基板を真空吸着して、基板の上面を研磨し、
    前記チャック部材を上昇させて、前記真空プレートに置かれた前記研磨された基板を上向きに離隔された状態で支持し、
    前記研磨された基板へ洗浄液を供給して前記基板を洗浄することを特徴とする基板研磨方法。
19. 前記チャック部材は、前記基板の下面を支持する支持ピンと、を包含し、
    前記支持ピンが上昇する時には、前記基板の研磨工程の時より前記真空プレートを低速に回転させるか、或は停止させることを特徴とする請求項１８に記載の基板研磨方法。
20. 前記チャック部材は、前記基板の側面を支持するチャッキングピンと、をさらに包含し、
    前記チャッキングピンを上昇させて、前記支持ピンによって支持された前記基板の側面を支持し、
    前記真空プレートを工程速度に加速させることを特徴とする請求項１９に記載の基板研磨方法。
21. 前記真空プレートから上向きに離隔された前記研磨された基板の上面と下面へ前記洗浄液を供給して、前記基板の上面と下面とを同時に洗浄処理することを特徴とする請求項１８に記載の基板研磨方法。
22. 前記基板の下面洗浄の時、前記洗浄液を噴射するバックノズルアセンブリが前記真空プレートの上部から突出するように前記バックノズルアセンブリを上下方向に移動させることを特徴とする請求項２１に記載の基板研磨方法。
23. 前記基板の洗浄処理の時、前記真空プレートの真空吸着ホールへ前記洗浄液が流し込まれることを防止するために前記真空吸着ホールへガスを供給することを特徴とする請求項２１に記載の基板研磨方法。

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