KR102307563B1

KR102307563B1 - Carrier for substrate and chemical mechanical polishing apparatus having the same

Info

Publication number: KR102307563B1
Application number: KR1020150062983A
Authority: KR
Inventors: 이근우; 박성현; 신인철
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2015-05-06
Filing date: 2015-05-06
Publication date: 2021-10-05
Also published as: KR20160131185A

Abstract

기판의 연마 공정 중에 기판에 가압력을 균일하게 작용시킬 수 있는 기판 캐리어 및 이를 구비하는 화학 기계적 기판 연마장치가 개시된다. 화학 기계적 기판 연마장치용 기판 캐리어는, 외부에서의 회전 구동력을 전달받아 회전하는 본체부, 상기 본체부에 고정되어서 상기 본체부와 같이 회전하고 기판을 파지하는 멤브레인, 상기 본체부 내부에서 상기 멤브레인과 이격된 상태로 구비되고, 연마공정 시 하강하여 상기 멤브레인에 결합되어서 내부에 복수의 압력 챔버를 형성하고 상기 멤브레인을 가압하는 분할부재 및 상기 분할부재에 결합되어서 상기 분할부재를 상하로 이동하고 상기 멤브레인에 대해서 상기 분할부재를 가압하는 홀더부를 포함하여 구성된다.Disclosed are a substrate carrier capable of uniformly applying a pressing force to a substrate during a substrate polishing process, and a chemical mechanical substrate polishing apparatus having the same. A substrate carrier for a chemical mechanical substrate polishing apparatus includes a main body portion that rotates by receiving a rotational driving force from the outside, a membrane fixed to the main body portion to rotate with the main body portion and grip the substrate, and the membrane and the membrane in the main body portion. It is provided in a spaced state, descends during the polishing process, and is coupled to the membrane to form a plurality of pressure chambers therein, and is coupled to the dividing member for pressing the membrane and the dividing member to move the dividing member up and down and move the membrane It is configured to include a holder for pressing the dividing member with respect to the.

Description

CARRIER FOR SUBSTRATE AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS HAVING THE SAME

본 발명은 기판의 화학 기계적 연마장치에 관한 것으로, 기판의 연마 공정 중에 기판에 가압력을 균일하게 작용시킬 수 있는 기판 캐리어 및 이를 구비하는 화학 기계적 기판 연마장치에 관한 것이다.The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus for a substrate, to a substrate carrier capable of uniformly applying a pressing force to a substrate during a substrate polishing process, and to a chemical mechanical substrate polishing apparatus having the same.

최근 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 반도체 공정 기술이 발전되고 있다.In recent years, with the rapid spread of information media such as computers, semiconductor devices are also developing rapidly. In terms of their functions, a semiconductor device is required to operate at a high speed while having a large storage capacity. In response to these demands, semiconductor processing technology is being developed in the direction of improving the degree of integration, reliability, and response speed of semiconductor devices.

반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 실리콘 기판은 다결정의 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 단결정 실리콘 박판을 말한다. 기판을 제조하는 공정은 성장된 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 박판으로 자르는 슬라이싱(slicing) 공정, 기판의 두께를 균일화하고 평면화하는 래핑(lapping) 공정, 슬라이싱 공정 및 래핑 공정에서 발생한 데미지를 제거 또는 완화하는 에칭(etching) 공정, 기판 표면을 경면화하는 연마(polishing) 공정 및 연마가 완료된 기판을 세척하고 표면에 부착된 이물질을 제거하는 세정(cleaning) 공정을 포함하여 이루어진다.A silicon substrate widely used as a material for manufacturing semiconductor devices refers to a single-crystal silicon thin plate made of polycrystalline silicon as a raw material. The substrate manufacturing process includes a slicing process for cutting a grown silicon single crystal ingot into a thin plate, a lapping process for equalizing and flattening the thickness of the substrate, a slicing process, and removing or mitigating damage generated in the lapping process an etching process, a polishing process for mirror-finishing the substrate surface, and a cleaning process for cleaning the polished substrate and removing foreign substances adhering to the surface.

여기서, 연마 공정은 기판의 표면 변질층을 제거하고 두께 균일도를 개선시키는 스톡 연마(stock polishing)와 기판의 표면을 경면으로 가공하는 파이널 연마(final polishing)로 나뉜다.Here, the polishing process is divided into stock polishing for removing the surface-damaged layer of the substrate and improving thickness uniformity, and final polishing for processing the surface of the substrate into a mirror surface.

파이널 연마 공정은 기판에 일정한 압력을 가하여 고정시키는 기판 캐리어(polishing carrier)와 연마포가 부착된 테이블인 정반이 회전하면서 작용하는 기계적 반응과 콜로이달 실리카로 구성된 연마 슬러리에 의한 화학적인 반응에 의해 연마되는 화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP) 장치가 사용된다.The final polishing process is polished by a mechanical reaction between a polishing carrier, which is fixed by applying a constant pressure to the substrate, and a surface plate, a table to which a polishing cloth is attached, while rotating, and a chemical reaction by a polishing slurry composed of colloidal silica. A chemical mechanical polishing (CMP) apparatus is used.

이러한 CMP 장치는, 기판을 파지하는 장치로서 기판 캐리어가 사용되는데, 기판 캐리어는, 기판을 직접 및 간접적으로 진공 흡착하여 파지하며, 멤브레인(membrane) 타입이 주로 사용되고 있다. 또한, 기판의 표면에 단순히 균일한 압력을 가하여 연마하는 단계를 넘어서, 하나의 기판에 국부적으로 다른 압력을 가하여 기판의 연마 프로파일을 다양하게 조절할 수 있는 다중영역분할 연마식의 기판 캐리어가 제안된 바 있다.In such a CMP apparatus, a substrate carrier is used as an apparatus for gripping a substrate, and the substrate carrier directly and indirectly vacuums and grips the substrate, and a membrane type is mainly used. In addition, a multi-region division polishing type substrate carrier capable of variously adjusting the polishing profile of a substrate by applying a different pressure locally to one substrate, beyond the simple polishing by applying a uniform pressure to the surface of the substrate, has been proposed. have.

여기서, 기판 캐리어는 연마공정 전후에 기판의 연마면이 연마패드와 마주한 상태로 기판을 연마패드에 대해서 가압하고, 연마공정이 완료되면 기판을 직접 또는 간접적으로 파지한 상태로 다음 공정으로 이동하는 역할을 한다. 그런데 기존의 기판 캐리어는 기판에 접촉되어 파지하는 멤브레인이 본체부와, 본체부를 둘러싸는 링 형태의 리테이너 링에 의해서 고정된다. 그리고 본체부 내부에는 멤브레인에 압력을 가하기 위한 다수의 압력 챔버가 형성되어서, 압력 챔버 내부에 공기를 주입하거나 배출시킴으로써 멤브레인 및 멤브레인을 통해 기판에 가해지는 압력을 조절한다.Here, the substrate carrier presses the substrate against the polishing pad with the polishing surface of the substrate facing the polishing pad before and after the polishing process, and when the polishing process is completed, it moves to the next process while holding the substrate directly or indirectly do However, in the conventional substrate carrier, a membrane that is in contact with and gripped by a substrate is fixed by a body portion and a ring-shaped retainer ring surrounding the body portion. In addition, a plurality of pressure chambers for applying pressure to the membrane are formed inside the main body, and the pressure applied to the substrate through the membrane and the membrane is controlled by injecting or discharging air into the pressure chamber.

그런데 기존의 기판 캐리어는 압력 챔버에서 가해지는 압력이 멤브레인에 균일하게 전달되지 못하였다. 상세하게는, 압력 챔버에서 작용하는 힘이 측면을 따라 하방으로 전달됨에 따라 기판의 가장자리 부분에 압력이 집중되고, 그로 인해 과도한 가압력에 의해서 연마량이 과도해지는 문제점이 있었다. 그리고, 기판의 가장자리 부분에 압력이 집중됨에 따라 가장자리 영역에 인접한 내측 영역에서는 연마패드의 리바운드 현상이 발생되면서 오히려 작은 가압력이 작용하여서 연마량이 과소해지는 문제점이 있었다. 이에 따라, 멤브레인에 하나의 압력을 가하는 것이 아니라 부분적으로 압력을 다르게 가함으로써 기판을 균일하게 연마할 수 있다. 즉, 멤브레인에 립(rib)을 형성하여서 하나의 기판에 국부적으로 상이한 압력을 가하여서 기판의 연마 프로파일을 다양하게 조절하는 기술이 사용되고 있다. 그런데, 기존의 기판 캐리어는 립 영역에서는 그 두께와 구조에 의해 압력이 전달되지 못하기 때문에 연마 시 연마율이 저하되는 현상이 발생한다.
However, in the conventional substrate carrier, the pressure applied from the pressure chamber was not uniformly transmitted to the membrane. Specifically, as the force acting in the pressure chamber is transmitted downward along the side surface, the pressure is concentrated on the edge portion of the substrate, and thus there is a problem in that the amount of polishing is excessive due to the excessive pressing force. In addition, as the pressure is concentrated on the edge of the substrate, a rebound phenomenon of the polishing pad occurs in the inner region adjacent to the edge region, and a small pressing force is applied, thereby reducing the amount of polishing. Accordingly, the substrate can be uniformly polished by partially applying different pressures to the membrane, rather than applying a single pressure to the membrane. That is, a technique for variously adjusting the polishing profile of a substrate by forming ribs on the membrane and applying different pressures locally to one substrate is used. However, since the conventional substrate carrier does not transmit pressure due to its thickness and structure in the lip region, a phenomenon in which the polishing rate decreases during polishing occurs.

본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 캐리어에서 멤브레인을 분할하는 립 영역에서의 연마율 저하를 방지할 수 있는 기판 캐리어 및 이를 구비하는 화학 기계적 연마장치를 제공하기 위한 것이다.According to embodiments of the present invention, it is an object to provide a substrate carrier capable of preventing a reduction in a polishing rate in a lip region dividing a membrane in the substrate carrier, and a chemical mechanical polishing apparatus having the same.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 연마장치용 기판 캐리어는, 외부에서의 회전 구동력을 전달받아 회전하는 본체부, 상기 본체부에 고정되어서 상기 본체부와 같이 회전하고 기판을 파지하는 멤브레인, 상기 본체부 내부에서 상기 멤브레인과 이격된 상태로 구비되고, 연마공정 시 하강하여 상기 멤브레인에 결합되어서 내부에 복수의 압력 챔버를 형성하고 상기 멤브레인을 가압하는 분할부재 및 상기 분할부재에 결합되어서 상기 분할부재를 상하로 이동하고 상기 멤브레인에 대해서 상기 분할부재를 가압하는 홀더부를 포함하여 구성된다.According to embodiments of the present invention for achieving the object of the present invention described above, the substrate carrier for a substrate polishing apparatus is a main body portion that rotates by receiving a rotational driving force from the outside, and is fixed to the main body portion and A membrane that rotates together and grips a substrate, a partition member that is provided in a state spaced apart from the membrane inside the body part, descends during a polishing process, is coupled to the membrane to form a plurality of pressure chambers therein, and pressurizes the membrane and a holder coupled to the dividing member to move the dividing member up and down and press the dividing member against the membrane.

일 측에 따르면, 상기 분할부재는, 상기 홀더부에 결합되는 베이스부 및 상기 베이스부에서 상기 멤브레인을 향해 연장되어서 상기 멤브레인과 결합되었을 때 상기 복수의 압력 챔버를 형성하는 격벽을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 격벽은 하부가 개방되고, 상기 멤브레인과 결합되었을 때 상기 복수의 압력 챔버 사이를 밀폐시키도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 격벽의 단부는 단면적이 점차 작아지는 첨단부로 형성될 수 있다. 그리고 상기 멤브레인의 내측면에는 상기 격벽의 단부가 결합되는 결합홈이 형성될 수 있다. 또한, 상기 베이스부에는 상기 복수의 압력 챔버 내부로 공기를 주입 및 배출시킬 수 있도록 복수의 주입구가 형성되고, 상기 각 주입구는 상기 홀더부와 상기 각 압력 챔버를 연통시키도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 분할부재는 강체로 형성될 수 있다.According to one side, the dividing member may include a base part coupled to the holder part, and a partition wall extending from the base part toward the membrane to form the plurality of pressure chambers when combined with the membrane. For example, the partition wall may have an open lower portion and may be formed to seal between the plurality of pressure chambers when combined with the membrane. In addition, the end of the partition wall may be formed as a tip portion having a gradually smaller cross-sectional area. In addition, a coupling groove to which an end of the partition wall is coupled may be formed on the inner surface of the membrane. In addition, a plurality of injection holes may be formed in the base portion to inject and discharge air into and out of the plurality of pressure chambers, and each injection hole may be formed to communicate the holder portion and each of the pressure chambers. For example, the dividing member may be formed of a rigid body.

일 측에 따르면, 상기 홀더부는 상기 분할부재를 가압 및 상하 이동시키도록 가요성 재질로 형성될 수 있다. 그리고 상기 홀더부와 상기 분할부재 사이에는 상기 홀더부에서의 압력을 상기 분할부재에 전달하는 가이드부가 구비될 수 있다.According to one side, the holder part may be formed of a flexible material to press and move the dividing member up and down. In addition, a guide part for transferring the pressure from the holder part to the dividing member may be provided between the holder part and the dividing member.

일 측에 따르면, 상기 홀더부에 공기를 주입하거나 배출시켜서 상기 홀더부 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 압력 조절부는 상기 홀더부를 통해 상기 복수의 압력 챔버 내부로 공기를 주입하거나 배출시켜서 상기 압력 챔버의 압력을 조절할 수 있다. 또한, 상기 압력 조절부는 상기 홀더부가 상기 분할부재를 가압 시에는 상기 홀더부 내부의 압력이 상기 압력 챔버 내부의 압력보다 큰 압력을 가할 수 있다. 그리고 상기 압력 조절부는 상기 복수의 압력 챔버에 서로 다른 크기의 압력이 인가되도록 할 수 있다.According to one side, a pressure adjusting unit for controlling the pressure inside the holder unit by injecting or discharging air to the holder unit may be provided. For example, the pressure adjusting unit may adjust the pressure of the pressure chamber by injecting or discharging air into or out of the plurality of pressure chambers through the holder unit. In addition, the pressure adjusting unit may apply a pressure greater than a pressure inside the pressure chamber when the holder unit presses the dividing member. In addition, the pressure adjusting unit may allow pressures of different sizes to be applied to the plurality of pressure chambers.

한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 연마장치는, 기판의 화학 기계적 연마공정이 수행되는 연마정반, 상기 연마정반의 상면에 구비되는 연마패드 및 상기 기판을 파지하여서 이동하고, 상기 기판의 연마공정이 수행되는 동안 상기 연마패드에 접촉되도록 상기 기판을 가압하는 기판 캐리어를 포함하고, 상기 기판 캐리어는, 외부에서의 회전 구동력을 전달받아 회전하는 본체부, 상기 본체부에 고정되어서 상기 본체부와 같이 회전하고 상기 기판을 파지하는 멤브레인, 상기 본체부 내부에서 상기 멤브레인과 이격된 상태로 구비되고, 연마공정 시 하강하여 상기 멤브레인에 결합되어서 내부에 복수의 압력 챔버를 형성하고 상기 멤브레인을 가압하는 분할부재 및 상기 분할부재에 결합되어서 상기 분할부재를 상하로 이동하고 상기 멤브레인에 대해서 상기 분할부재를 가압하는 홀더부를 포함하여 구성된다.On the other hand, according to embodiments of the present invention for achieving the above object, a substrate polishing apparatus includes a polishing plate on which a chemical mechanical polishing process of a substrate is performed, a polishing pad provided on an upper surface of the polishing plate, and the and a substrate carrier that grips and moves the substrate and presses the substrate so as to be in contact with the polishing pad while the polishing process of the substrate is performed, wherein the substrate carrier rotates by receiving rotational driving force from the outside , a membrane fixed to the main body portion to rotate like the main body portion and to grip the substrate, provided in a state spaced apart from the membrane inside the main body portion, descending during the polishing process to be coupled to the membrane and have a plurality of inside and a partition member forming a pressure chamber and pressing the membrane, and a holder part coupled to the partition member to move the partition member up and down and press the partition member against the membrane.

일 측에 따르면, 상기 분할부재는, 상기 홀더부에 결합되는 베이스부 및 상기 베이스부에서 상기 멤브레인을 향해 연장되어서 상기 멤브레인과 결합되었을 때 상기 복수의 압력 챔버를 형성하는 격벽을 포함할 수 있다. 그리고 상기 격벽은 하부가 개방되게 형성되고, 상기 멤브레인에는 상기 격벽의 단부가 결합되는 결합홈이 형성될 수 있다. 또한, 상기 베이스부에는 상기 복수의 압력 챔버 내부로 공기를 주입 및 배출시킬 수 있도록 복수의 주입구가 형성되고, 상기 각 주입구는 상기 홀더부와 상기 각 압력 챔버를 연통시키도록 형성될 수 있다.According to one side, the dividing member may include a base part coupled to the holder part, and a partition wall extending from the base part toward the membrane to form the plurality of pressure chambers when combined with the membrane. In addition, the partition wall may have an open lower portion, and a coupling groove to which an end of the partition wall is coupled may be formed in the membrane. In addition, a plurality of injection holes may be formed in the base portion to inject and discharge air into and out of the plurality of pressure chambers, and each injection hole may be formed to communicate the holder portion and each of the pressure chambers.

일 측에 따르면, 상기 홀더부는 상기 분할부재를 가압 및 상하 이동시키도록 가요성 재질로 형성되고, 상기 홀더부와 상기 분할부재 사이에는 상기 홀더부에서의 압력을 상기 분할부재에 전달하는 가이드부가 구비될 수 있다.According to one side, the holder part is formed of a flexible material to pressurize and move up and down the dividing member, and a guide part for transmitting the pressure from the holder part to the dividing member is provided between the holder part and the dividing member. can be

일 측에 따르면, 상기 홀더부에 공기를 주입하거나 배출시켜서 상기 홀더부 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부가 구비되고, 상기 압력 조절부는 상기 복수의 압력 챔버 내부로 공기를 주입하거나 배출시켜서 상기 압력 챔버의 압력을 조절할 수 있다. 또한, 상기 압력 조절부는 상기 홀더부가 상기 분할부재를 가압 시에는 상기 홀더부 내부의 압력이 상기 압력 챔버 내부의 압력보다 커지도록 조절할 수 있다.According to one side, a pressure adjusting unit for controlling the pressure inside the holder unit by injecting or discharging air to the holder unit is provided, and the pressure adjusting unit injects or discharges air into or out of the plurality of pressure chambers to the pressure chamber pressure can be adjusted. In addition, the pressure adjusting unit may adjust the pressure inside the holder unit to be greater than the pressure inside the pressure chamber when the holder unit presses the dividing member.

본 발명의 다양한 실시예는 아래의 효과 중 하나 이상을 가질 수 있다.Various embodiments of the present invention may have one or more of the following effects.

이상에서 본 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 기판 캐리어에서 멤브레인의 립을 제거함으로써 립 영역에서의 연마율 저하를 방지하고, 멤브레인의 구조를 단순화하여 기계적인 안정화를 향상시킬 수 있다.As described above, according to embodiments of the present invention, by removing the lip of the membrane from the substrate carrier, it is possible to prevent a decrease in the polishing rate in the lip region, and to improve the mechanical stabilization by simplifying the structure of the membrane.

또한, 멤브레인에서 립을 제거하고, 립의 기능을 하는 분할부재(zone divider)를 적용함으로써 기판에 상이한 압력을 가할 수 있고, 국부적인 연마율 감소를 방지하고 개선할 수 있다.
In addition, by removing the lip from the membrane and applying a zone divider that functions as a lip, different pressures can be applied to the substrate, and the reduction in local polishing rate can be prevented and improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 기판 연마장치 및 세정 공정을 행하는 배치 구조를 도시한 평면도이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 캐리어의 요부 단면도들이다.
도 4는 도 3의 기판 캐리어의 요부 확대도이다.1 is a plan view illustrating an arrangement structure for performing a chemical mechanical substrate polishing apparatus and a cleaning process according to an embodiment of the present invention.
2 and 3 are partial cross-sectional views of a substrate carrier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an enlarged view of a main part of the substrate carrier of FIG. 3 .

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 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 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 실시예의 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.
In addition, in describing the components of the embodiment of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the component from other components, and the essence, order, or order of the component is not limited by the term. When it is described that a component is “connected”, “coupled” or “connected” to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but between each component another component It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 연마 공정 중에 기판(W)에 가압력을 균일하게 작용시킬 수 있는 기판 캐리어(100) 및 이를 구비하는 화학 기계적 기판 연마장치(1)에 대해서 상세하게 설명한다. 참고적으로, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 기판 연마장치(1) 및 세정 공정을 행하는 배치 구조를 도시한 평면도이다. 그리고 도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 캐리어(100)의 요부 단면도들로서, 도 2는 기판(W)의 연마공정 전의 상태이고, 도 3은 기판(W)의 연마공정 중의 상태를 도시하였다. 그리고 도 4는 도 3의 기판 캐리어(100)의 요부 확대도이다Hereinafter, with reference to the drawings, a substrate carrier 100 capable of uniformly applying a pressing force to the substrate W during a polishing process according to embodiments of the present invention and a chemical mechanical substrate polishing apparatus 1 having the same will be described in detail. explain in detail For reference, FIG. 1 is a plan view illustrating a chemical mechanical substrate polishing apparatus 1 and an arrangement structure for performing a cleaning process according to an embodiment of the present invention. 2 and 3 are cross-sectional views of main parts of the substrate carrier 100 according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a state before the polishing process of the substrate W, and FIG. state is shown. And FIG. 4 is an enlarged view of the main part of the substrate carrier 100 of FIG. 3 .

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 기판 연마장치(1)는, 기판(W)의 화학 기계적 연마가 수행되는 화학 기계적 연마 모듈(X1)과, 세정 공정이 수행되는 세정 모듈(X2)로 이루어진다. 화학 기계적 연마 모듈(X1)은 다수의 기판(W)에 대해서 동시 또는 순차적으로 연마공정을 수행할 수 있도록 다수의 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)이 구비되고, 상기 다수의 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)을 연결하는 순환 경로를 형성하도록 가이드 레일(G1, G2, G3; G)이 구비될 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다수의 연마정반(P1, P2, P3, P4: P) 중에서 일부의 연마정반에서만 연마공정이 수행되는 것도 가능하다. 마찬가지로, 연마정반(P1, P2, P3, P4: P)은 순환 경로를 따라 배열되는데, 도면에 도시한 일부의 연마정반만 순환 경로를 따라 배치될 수 있다. 그리고, 다수의 연마정반(P)이 아니라 하나의 연마정반이 구비되는 것도 가능하다.As shown in FIG. 1 , in the chemical mechanical substrate polishing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention, a chemical mechanical polishing module X1 in which chemical mechanical polishing of a substrate W is performed, and a cleaning process is performed and a cleaning module (X2). Chemical mechanical polishing module (X1) is provided with a plurality of polishing plates (P1, P2, P3, P4: P) to simultaneously or sequentially perform a polishing process for a plurality of substrates (W), the plurality of polishing Guide rails G1, G2, G3; G may be provided to form a circulation path connecting the surface plates P1, P2, P3, and P4: P. However, the present invention is not limited thereto, and it is also possible that the polishing process is performed only on some of the polishing plates P1, P2, P3, and P4: P. Similarly, the abrasive platens P1, P2, P3, P4: P are arranged along the circulation path, and only some of the grinding plates shown in the drawings may be arranged along the circulation path. In addition, it is also possible that one polishing plate is provided instead of a plurality of polishing platens (P).

상세하게는, 기판 연마장치(1)는, 기판(W)을 보유한 상태로 이동하는 기판 캐리어(100)와, 제1 연마정반(P1)과 제2 연마정반(P2)을 통과하도록 배열되고 기판 캐리어(100)가 이동할 수 있게 설치된 제1 가이드 레일(G1)과, 제3 연마정반(P3)과 제4 연마정반(P4)을 통과하게 배열되어 기판 캐리어(100)가 이동할 수 있게 설치된 제2 가이드 레일(G2)과, 제1 가이드 레일(G1)과 제2 가이드 레일(G2) 사이에 배열되어 기판 캐리어(100)가 이동하는 제3 가이드 레일(G3)과, 제1 가이드 레일(G1)의 일단과 이격된 제1 위치(S4)와 제2 가이드 레일(G2)의 일단과 이격된 제2 위치(S4')를 연결하는 제1 연결 레일(CR1)과, 제1 가이드 레일(G1)의 타단과 이격된 제3 위치(S1)와 제2 가이드 레일(G2)의 타단과 이격된 제4 위치(S1')를 연결하는 제2 연결 레일(CR2)과, 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동하면서 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있는 제1 캐리어 홀더(H1) 및 제2 캐리어 홀더(H2)와, 제2 연결 레일(CR2)을 따라 이동하면서 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있는 제3 캐리어 홀더(H3) 및 제4 캐리어 홀더(H4)를 포함하여 구성된다.Specifically, the substrate polishing apparatus 1 is arranged to pass through the substrate carrier 100 moving while holding the substrate W, the first polishing platen P1 and the second polishing platen P2, and the substrate The carrier 100 is arranged to pass through the first guide rail (G1), the third polishing platen (P3), and the fourth polishing platen (P4) installed to be movable, the second substrate carrier 100 is installed to be movable A guide rail (G2), a third guide rail (G3) arranged between the first guide rail (G1) and the second guide rail (G2) to which the substrate carrier 100 moves, and the first guide rail (G1) A first connection rail CR1 connecting one end of the first position S4 spaced apart from one end and a second position S4' spaced apart from one end of the second guide rail G2, and a first guide rail G1 A second connection rail CR2 connecting the third position S1 spaced apart from the other end and a fourth position S1' spaced apart from the other end of the second guide rail G2, and the first connection rail CR1 The first carrier holder H1 and the second carrier holder H2 capable of accommodating the substrate carrier 100 while moving along the It is configured to include a third carrier holder (H3) and a fourth carrier holder (H4) that can be.

기판 캐리어(100)는 가이드 레일(G1, G2, G3; G)에서는 단독으로 이동하며, 연결 레일(CR1, CR2; CR)에서는 캐리어 홀더(H1, H2, H3, H4; H)에 수용된 상태로 캐리어 홀더(H)의 이동에 의해 이동한다. 도 1 및 도 2의 배치도에서 다수의 수직선으로 형성된 직사각형 형태가 기판 캐리어(100)를 단순화하여 표시한 것이다.The substrate carrier 100 moves alone on the guide rails G1, G2, G3; G, and is accommodated in the carrier holders H1, H2, H3, H4; H on the connection rails CR1, CR2; CR. It moves by the movement of the carrier holder (H). A rectangular shape formed by a plurality of vertical lines in the layout views of FIGS. 1 and 2 is a simplified representation of the substrate carrier 100 .

제1 가이드 레일(G1)은 기판 캐리어(100)가 보유하고 있는 기판(W)을 제1 연마정반(P1)과 제2 연마정반(P2)에서 각각 화학 기계적 연마 공정을 할 수 있도록 배치된다. 마찬가지로, 제2 가이드 레일(G2)은 기판 캐리어(100)가 보유하고 있는 기판(W)를 제3 연마정반(P3)과 제4 연마정반(P4)에서 각각 화학 기계적 연마 공정을 할 수 있도록 배치된다. 제3 가이드 레일(G3)에는 연마정반이 배치되지 않고, 기판 캐리어(100)가 이동하는 경로를 형성한다. 다만, 연결 레일(CR)에는 각각 2개씩의 캐리어 홀더(H)가 배치되므로, 연결 레일(CR)의 끝단(S1, S4)에서 다른 끝단(S1', S4')으로 이동하기 위해서는 한번에 이동할 수 없으므로, 제3 가이드 레일(G3)이 배열되는 임의의 위치에서 기판 캐리어(100)가 캐리어 홀더(H)를 갈아타기 위한 임시 적재소(TS)의 역할을 한다.The first guide rail G1 is disposed so that the substrate W held by the substrate carrier 100 may be subjected to a chemical mechanical polishing process in the first polishing platen P1 and the second polishing platen P2, respectively. Similarly, the second guide rail G2 is arranged so that the substrate W held by the substrate carrier 100 can be subjected to a chemical mechanical polishing process in the third polishing platen P3 and the fourth polishing platen P4, respectively. do. A polishing plate is not disposed on the third guide rail G3 , and a path through which the substrate carrier 100 moves is formed. However, since two carrier holders (H) are disposed on the connection rail (CR), each can be moved at once to move from the ends (S1, S4) of the connection rail (CR) to the other ends (S1', S4'). Therefore, the substrate carrier 100 serves as a temporary loading station TS for changing the carrier holder H at any position where the third guide rail G3 is arranged.

연결 레일(CR)은 가이드 레일(G)과 이격된 상태를 유지하며, 상하 높이 차이를 두고 배치될 수도 있다.The connection rail CR maintains a spaced apart state from the guide rail G, and may be disposed with an upper and lower height difference.

캐리어 홀더(H)는 기판 캐리어(100)를 수용하기 위한 홀더 레일(HR)이 형성되고, 연결 레일(CR)의 배치와 무관하게 가이드 레일(G)을 따라 이동하는 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있게 구성된다. 캐리어 홀더(H)는 하나의 연결 레일(CR)마다 2개씩 배치된다. 제1 연결 레일(CR1)에 대해서는 제1 캐리어 홀더(H1)와 제2 캐리어 홀더(H2)가 설치되어 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동할 수 있다. 그리고 제2 연결 레일(CR2)에 대해서는 제3 캐리어 홀더(H3)와 제4 캐리어 홀더(H4)가 설치되어 제2 연결 레일(CR2)을 따라 이동할 수 있다.The carrier holder H is provided with a holder rail HR for accommodating the substrate carrier 100 and accommodates the substrate carrier 100 moving along the guide rail G regardless of the arrangement of the connection rail CR. configured to do so. Two carrier holders H are arranged for each one of the connecting rails CR. A first carrier holder H1 and a second carrier holder H2 are installed on the first connection rail CR1 to move along the first connection rail CR1 . In addition, a third carrier holder H3 and a fourth carrier holder H4 are installed on the second connection rail CR2 to move along the second connection rail CR2 .

제1 캐리어 홀더(H1)는 제1 가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(100)를 수용한 상태로 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(100)가 제 1가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다. 이와 유사하게, 제2 캐리어 홀더(H2)는 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(100)를 수용한 상태로 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제1 연결 레일(CR1)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(100)가 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다. 또한, 제3 캐리어 홀더(H3)는 제1 가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(100)를 수용한 상태로 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(100)가 제1 가이드 레일(G1)과 제3 가이드 레일(G3) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다. 이와 유사하게, 제4 캐리어 홀더(H4)는 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나에 위치한 기판 캐리어(100)를 수용할 수 있고, 기판 캐리어(100)를 수용한 상태로 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동 가능하며, 제2 연결 레일(CR2)을 따라 왕복 이동하다가 수용하고 있던 기판 캐리어(100)가 제3 가이드 레일(G3)과 제2 가이드 레일(G2) 중 어느 하나로 이동할 수 있는 위치로 이동한다.The first carrier holder H1 may accommodate the substrate carrier 100 positioned on any one of the first guide rail G1 and the third guide rail G3, and 1 It is possible to reciprocate along the connection rail CR1, and the substrate carrier 100 that was accommodated while reciprocating along the first connection rail CR1 is moved between the first guide rail G1 and the third guide rail G3. Move to a position where you can move to either one. Similarly, the second carrier holder H2 may accommodate the substrate carrier 100 positioned on any one of the third guide rail G3 and the second guide rail G2 , and accommodate the substrate carrier 100 . It is possible to reciprocate along the first connection rail CR1 in one state, and the substrate carrier 100 accommodated while reciprocating along the first connection rail CR1 is the third guide rail G3 and the second guide rail. Move to a position where you can move to any one of (G2). In addition, the third carrier holder (H3) can accommodate the substrate carrier 100 positioned on any one of the first guide rail (G1) and the third guide rail (G3), the state in which the substrate carrier 100 is accommodated can reciprocate along the second connection rail CR2, and the substrate carrier 100 accommodated while reciprocating along the second connection rail CR2 is the first guide rail G1 and the third guide rail G3 ) to a position that can be moved to any one of the Similarly, the fourth carrier holder H4 may accommodate the substrate carrier 100 positioned on any one of the third guide rail G3 and the second guide rail G2 , and accommodate the substrate carrier 100 . It is possible to reciprocate along the second connection rail CR2 in one state, and the substrate carrier 100 accommodated while reciprocating along the second connection rail CR2 is the third guide rail G3 and the second guide rail. Move to a position where you can move to any one of (G2).

기판 캐리어(100)는 제3 캐리어 홀더(H3)나 제4 캐리어 홀더(H4)에 수용된 상태로 제2 연결 레일(CR2)을 따라 이동하면서, 화학 기계적 연마 공정이 수행될 예정인 새로운 기판(W)을 로딩 유닛(20)에서 공급받는다. 로딩 유닛(20)과 예비 세정 장치(30) 및 언로딩 유닛(10)은 제3 캐리어 홀더(H3) 및 제4 캐리어 홀더(H4)의 이동 영역에 각각 배치된다.The substrate carrier 100 moves along the second connection rail CR2 while being accommodated in the third carrier holder H3 or the fourth carrier holder H4, and a new substrate W on which a chemical mechanical polishing process is to be performed. is supplied from the loading unit 20 . The loading unit 20 , the pre-cleaning device 30 , and the unloading unit 10 are respectively disposed in the moving areas of the third carrier holder H3 and the fourth carrier holder H4 .

화학 기계적 연마 공정을 완료한 기판(W)은 예비 세정 장치(30)에서 예비 세정되며, 예비 세정된 기판(W)은 언로딩 유닛(10)에서 반전기(미도시)에 의하여 180° 뒤집힌 상태로 세정 유닛(C1, C2; C1', C2')으로 이송된다. 예비 세정 장치(30)는 기판 캐리어(100)에 탑재되어 있는 기판(W)의 연마면에 높은 수압으로 세정액을 분사하는 세정 노즐(미도시)이 구비되고, 세정 노즐이 이동하면서 기판(W)의 연마면 전체에 세정액을 고압 분사함으로써, 기판(W) 연마면의 슬러리나 연마 입자 등의 큰 이물질을 제거한다. 그리고 예비 세정 장치(30)에 의하여 기판(W)의 연마면에서 이물질을 제거함으로써, 기판 캐리어(100)가 그 다음으로 이동하는 언로딩 유닛(10)에서 반전기가 기판(W)을 연마면이 상측으로 위치하도록 180° 뒤집는 공정에서, 기판(W)이 반전기의 암에 의해 오염되는 것을 방지할 수 있다.The substrate W, which has completed the chemical mechanical polishing process, is pre-cleaned in the pre-cleaning device 30 , and the pre-cleaned substrate W is inverted 180° by an inverter (not shown) in the unloading unit 10 . It is transferred to the furnace cleaning units C1, C2; C1', C2'. The pre-cleaning apparatus 30 is provided with a cleaning nozzle (not shown) that sprays a cleaning liquid at high water pressure on the polishing surface of the substrate W mounted on the substrate carrier 100 , and the cleaning nozzle moves while the substrate W is moved. By high-pressure spraying of the cleaning liquid over the entire polishing surface of the substrate W, large foreign substances such as slurry and abrasive particles on the polishing surface of the substrate W are removed. And by removing foreign substances from the polishing surface of the substrate W by the pre-cleaning device 30, the inverter cleans the substrate W in the unloading unit 10 to which the substrate carrier 100 moves next. In the process of inverting 180° so as to be positioned upward, it is possible to prevent the substrate W from being contaminated by the arm of the inverter.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 기판 연마장치(1)를 이용하여 기판(W)의 화학 기계적 연마 공정을 행하는 일 실시형태를 상술한다.An embodiment of performing the chemical mechanical polishing process of the substrate W using the chemical mechanical substrate polishing apparatus 1 according to an embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail.

우선, 2개의 로딩 유닛(20)에 새로운 제1 기판(W1)과 제2 기판(W2)이 각각 공급되면, 제1 기판(W1)은 제3 캐리어 홀더(H3)의 기판 캐리어(100)에 탑재되고, 제2 기판(W2)은 제4 캐리어 홀더(H4)의 기판 캐리어(100)에 탑재된다.First, when the new first substrate W1 and the second substrate W2 are respectively supplied to the two loading units 20 , the first substrate W1 is placed on the substrate carrier 100 of the third carrier holder H3. is mounted, and the second substrate W2 is mounted on the substrate carrier 100 of the fourth carrier holder H4 .

다음으로, 제3 캐리어 홀더(H3)와 제4 캐리어 홀더(H4)는 각각 이동하여 제3 위치(S1) 및 제4 위치(S1')로 이동한 후, 제3 캐리어 홀더(H3)로부터 기판 캐리어(100)는 제1 가이드 레일(G1)로 이동하고, 제4 캐리어 홀더(H4)로부터 기판 캐리어(100)는 제3 가이드 레일(G3)로 이동한다. 여기서, 제1 가이드 레일(G1)을 따라 이동하는 기판 캐리어(100)는 제1 연마정반(P1) 상에서 제1 기판(W1)에 대한 제1 화학 기계적 연마공정이 수행되고, 제1 화학 기계적 연마 공정을 마친 후에는 다시 제1 가이드 레일(G1)을 따라 S2 위치로 이동하여 제2 연마정반(P2) 상에서 제1 기판(W1)에 대한 제2 화학 기계적 연마공정이 수행된다.Next, the third carrier holder H3 and the fourth carrier holder H4 move respectively to the third position S1 and the fourth position S1 ′, and then move the substrate from the third carrier holder H3 to the fourth position S1 ′. The carrier 100 moves to the first guide rail G1 , and the substrate carrier 100 moves from the fourth carrier holder H4 to the third guide rail G3 . Here, the substrate carrier 100 moving along the first guide rail G1 is subjected to a first chemical mechanical polishing process on the first substrate W1 on the first polishing platen P1, and the first chemical mechanical polishing After the process is completed, the second chemical mechanical polishing process is performed on the first substrate W1 on the second polishing platen P2 by moving to the position S2 along the first guide rail G1 again.

다음으로, 기판 캐리어(100)는 S3 위치에서 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동하는 제1 캐리어 홀더(H1)로 옮겨져 제1 캐리어 홀더(H1)가 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동함과 함께 이동하였다가, 제1 분기위치(S5)에서 다시 제3 가이드 레일(G3)의 S6 위치로 넘어와 제3 가이드 레일(G3)을 따라 이동한 후, 제2 분기위치(S7)에서 제3 캐리어 홀더(H1)로 옮겨진 이후에, 예비세정장치(30)로 이동한다. 즉, 도면 상에서 표시된 경로를 따라 이동하면서 2단계의 화학 기계적 연마 공정이 행해진다.Next, the substrate carrier 100 is moved from the position S3 to the first carrier holder H1 moving along the first connection rail CR1 so that the first carrier holder H1 moves along the first connection rail CR1. After moving along with the box, it moves from the first branching position (S5) back to the S6 position of the third guide rail (G3) and moves along the third guide rail (G3), and then at the second branching position (S7). After moving to the third carrier holder (H1), it moves to the pre-cleaning device (30). That is, the two-step chemical mechanical polishing process is performed while moving along the path indicated in the drawing.

그리고 나서, 2단계의 화학 기계적 연마 공정이 행해진 제1 기판(W1)의 연마면을 세정하고, 언로딩 유닛(10)으로 이송되어 반전기에 옮겨진 이후에 180° 반전된 상태로 메인 세정 공정으로 이송된다.Then, the polishing surface of the first substrate W1 on which the two-step chemical mechanical polishing process has been performed is cleaned, transferred to the unloading unit 10 and transferred to the inverter, and then transferred to the main cleaning process in a 180° inverted state do.

이와 유사하게, 제2 가이드 레일(G2)을 따라 이동하는 기판 캐리어(100)는 제4 연마정반(P4) 상에서 제2 기판(W2)에 대한 제1 화학 기계적 연마공정을 행하고, 제1 화학 기계적 연마 공정을 마친 후에는 다시 제2 가이드 레일(G2)을 따라 이동(S2)하여 제3 연마정반(P3) 상에서 제2 기판(W2)에 대한 제2 화학 기계적 연마공정을 행한다.Similarly, the substrate carrier 100 moving along the second guide rail G2 performs a first chemical mechanical polishing process on the second substrate W2 on the fourth polishing platen P4, and the first chemical mechanical polishing process is performed. After the polishing process is finished, the second chemical mechanical polishing process is performed on the second substrate W2 on the third polishing platen P3 by moving again along the second guide rail G2 ( S2 ).

그 다음으로, 기판 캐리어(100)는 S3 위치에서 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동하는 제2 캐리어 홀더(H2)로 옮겨져 제2 캐리어 홀더(H2)가 제1 연결 레일(CR1)을 따라 이동함과 함께 이동하였다가, S5위치에서 다시 제3 가이드 레일(G3)의 S6 위치로 넘어와 제3 가이드 레일(G3)을 따라 이동한 후, S7위치에서 제3 캐리어 홀더(H1)로 옮겨진 이후에, 예비세정장치(30)로 이동한다. 즉, 표시된 경로를 따라 이동하면서 2단계의 화학 기계적 연마 공정이 행해진다.Next, the substrate carrier 100 is moved from the S3 position to the second carrier holder H2 that moves along the first connection rail CR1 so that the second carrier holder H2 moves along the first connection rail CR1. After moving along with the movement, it moves from the S5 position to the S6 position of the third guide rail G3 again, moves along the third guide rail G3, and then moves from the S7 position to the third carrier holder H1. After that, it moves to the preliminary cleaning device 30 . That is, a two-step chemical mechanical polishing process is performed while moving along the indicated path.

다음으로, 2단계의 화학 기계적 연마 공정이 행해진 제2 기판(W2)의 연마면을 세정하고, 언로딩 유닛(10)으로 이송되어 반전기(50)에 옮겨진 이후에 180° 반전된 상태로 메인 세정 공정으로 이송된다.Next, the polishing surface of the second substrate W2 on which the two-step chemical mechanical polishing process has been performed is cleaned, transferred to the unloading unit 10 and transferred to the inverter 50, and then the main inverted state by 180° transferred to the cleaning process.

이와 같이, 상기와 같이 구성된 화학 기계적 기판 연마장치(1)를 이용하여 서로 다른 2개의 기판(W1, W2)에 대한 2단계의 화학 기계적 연마 공정을 동시에 행할 수 있다.
In this way, using the chemical mechanical substrate polishing apparatus 1 configured as described above, the two-step chemical mechanical polishing process for two different substrates W1 and W2 can be simultaneously performed.

연마정반(P) 표면에는 기판(W)이 접촉되어 기판(W)을 연마하기 위한 연마패드(미도시)가 부착되고, 연마정반(P) 하부에는 연마정반(P)의 회전을 위한 구동력을 제공하는 구동부(미도시)에 회전축이 연결된다. 기판 연마장치(1)는, 연마패드(미도시)에 기판(W)이 가압 접촉된 상태에서 기판 캐리어(100)와 연마정반(P)이 각각 소정 속도로 회전함에 따라 기판(W)이 연마된다.A polishing pad (not shown) for polishing the substrate W is attached to the surface of the polishing platen P by contacting the substrate W, and a driving force for rotation of the polishing platen P is applied to the lower portion of the polishing platen P. A rotating shaft is connected to a driving unit (not shown) provided. In the substrate polishing apparatus 1, the substrate W is polished as the substrate carrier 100 and the polishing platen P rotate at a predetermined speed, respectively, in a state in which the substrate W is in press contact with a polishing pad (not shown). do.

연마공정 동안 기판(W)을 고정하는 기판 캐리어(100)는, 기판(W)의 연마면이 연마패드와 마주한 상태로 기판(W)을 연마패드에 대해서 가압한다. 그리고 기판 캐리어(100)는 연마공정이 완료되면 기판을 직접 또는 간접적으로 파지한 상태로 다음 공정으로 이동하는 역할을 한다.The substrate carrier 100 for fixing the substrate W during the polishing process presses the substrate W against the polishing pad while the polishing surface of the substrate W faces the polishing pad. And, when the polishing process is completed, the substrate carrier 100 serves to move to the next process while holding the substrate directly or indirectly.

기판 캐리어(100)는 외부에서의 회전 구동력을 받아 회전하는 본체부(110)와, 본체부(110) 하부에 고정되고 기판(W)에 접촉되어 기판(W)을 파지하는 멤브레인(130) 및 본체부(110)를 둘러싸는 링 형태로 형성되어서 멤브레인(130)을 본체부(110)에 고정시키는 캐리어 링(120)을 포함하여 구성된다.The substrate carrier 100 includes a main body 110 that rotates by receiving a rotational driving force from the outside, a membrane 130 fixed to the lower portion of the main body 110 and in contact with the substrate W to hold the substrate W, and It is formed in a ring shape surrounding the main body 110 and is configured to include a carrier ring 120 for fixing the membrane 130 to the main body 110 .

기판 캐리어(100)는 본체부(110) 내부에 기판(W)에 압력을 가하기 위해서 압력 챔버(CP)가 구비되며, 압력 챔버(132) 내부에 공기를 주입하거나 배출시킴으로써 멤브레인(130) 및 기판(W)에 압력을 가한다. 또한, 기판 캐리어(100)는 복수의 압력 챔버(132)를 구비하여서, 복수의 압력 챔버(132)에 서로 다른 압력을 인가함으로써 기판(W)에 국부적으로 서로 다른 압력을 가하여 기판(W)의 연마 프로파일을 다양하게 조절할 수 있다.The substrate carrier 100 is provided with a pressure chamber CP in order to apply pressure to the substrate W inside the main body 110 , and by injecting or discharging air into the pressure chamber 132 , the membrane 130 and the substrate Apply pressure to (W). In addition, the substrate carrier 100 includes a plurality of pressure chambers 132 , and by applying different pressures to the plurality of pressure chambers 132 , locally different pressures are applied to the substrate W to increase the pressure of the substrate W. The abrasive profile can be adjusted in various ways.

본 실시예에 따르면, 본체부(110) 내부에는 복수의 압력 챔버(132)가 미리 구획되지 않고, 연마공정 시 선택적으로 멤브레인(130)과 결합되어서 내부에 복수의 압력 챔버(132)를 구획하는 분할부재(140)가 구비된다. 여기서, 분할부재(140)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 연마공정의 전후에는 본체부(110) 내부에서 멤브레인(130)과 이격된 상태로 구비되며, 도 3에 도시한 바와 같이, 연마공정 시에는 하강하여 멤브레인(130)에 결합되면서 멤브레인(130)과 함께 복수의 압력 챔버(132)를 형성하며 멤브레인(130)을 가압한다.According to this embodiment, the plurality of pressure chambers 132 are not partitioned in advance inside the main body 110, but are selectively combined with the membrane 130 during the polishing process to partition the plurality of pressure chambers 132 therein. A dividing member 140 is provided. Here, the dividing member 140 is provided in a state spaced apart from the membrane 130 inside the main body 110 before and after the polishing process, as shown in FIG. 2 , and as shown in FIG. 3 , the polishing process During the process, it descends and is coupled to the membrane 130 to form a plurality of pressure chambers 132 together with the membrane 130 to pressurize the membrane 130 .

분할부재(140)는 강체로 형성되고, 압력 챔버(132)를 형성할 수 있도록 기밀성 있게 형성된다.The dividing member 140 is formed of a rigid body and is airtightly formed to form the pressure chamber 132 .

상세하게는, 분할부재(140)는 베이스부(141)와, 베이스부(141)에서 하부의 멤브레인(130)을 향해 소정 길이 연장되며, 멤브레인(130)과 결합되었을 때 내부에 복수의 압력 챔버(132)를 형성하는 격벽(143)을 포함하여 구성된다.In detail, the dividing member 140 extends a predetermined length from the base portion 141 and the base portion 141 toward the lower membrane 130 , and when combined with the membrane 130 , therein a plurality of pressure chambers. It is configured to include a partition wall 143 forming a (132).

베이스부(141)는 분할부재(140)를 가압하기 위한 홀더부(150)에 결합되며, 분할부재(140)를 지지하는 역할을 한다. 또한, 베이스부(141)에는 분할부재(140)가 형성하는 복수의 압력 챔버(132) 내부로 공기를 주입할 수 있도록 주입구(142)가 형성되고, 주입구(142)를 통해 홀더부(150)와 연통된다. 예를 들어, 베이스부(141)는 멤브레인(130)에 평행한 플레이트 형태를 가질 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해서 한정되는 것은 아니며 베이스부(141)의 형태는 실질적으로 다양하게 변형될 수 있다.The base part 141 is coupled to the holder part 150 for pressing the dividing member 140 , and serves to support the dividing member 140 . In addition, an injection hole 142 is formed in the base part 141 to inject air into the plurality of pressure chambers 132 formed by the dividing member 140 , and the holder part 150 is formed through the injection hole 142 . communicates with For example, the base part 141 may have a plate shape parallel to the membrane 130 . However, the present invention is not limited by the drawings, and the shape of the base part 141 may be substantially variously modified.

격벽(143)은 하부가 개방되게 형성되고, 개방된 하부가 멤브레인(130)과 결합되었을 때 그 내부에 소정의 공간을 형성하게 되고, 이와 같이 형성된 공간이 압력 챔버(132)가 된다. 그리고 격벽(143)은 멤브레인(130)에 결합되었을 때 복수의 압력 챔버(132) 사이가 서로 연통되는 것을 방지하고 밀폐시키도록 형성된다.The partition wall 143 is formed to have an open lower portion, and when the open lower portion is combined with the membrane 130 , a predetermined space is formed therein, and the formed space becomes the pressure chamber 132 . In addition, the partition wall 143 is formed to prevent and seal the communication between the plurality of pressure chambers 132 when coupled to the membrane 130 .

또한, 격벽(143)의 단부(144)는 멤브레인(130)과의 결합력 및 밀폐력을 향상시키도록 단부로 갈수록 단면적이 점차 작아지는 첨단부로 형성될 수 있다. 또한, 격벽(143)의 단부(144)가 첨단부로 형성됨으로써 멤브레인(130)과 격벽(143)의 접촉 면적을 줄임으로써 격벽(143) 영역에서 두께와 구조 때문에 압력이 멤브레인(130)이 전달되지 못하고, 그로 인해 연마 시 연마율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the end 144 of the partition wall 143 may be formed as a tip portion whose cross-sectional area becomes gradually smaller toward the end in order to improve the bonding force and sealing force with the membrane 130 . In addition, since the end 144 of the partition wall 143 is formed as a tip, the contact area between the membrane 130 and the partition wall 143 is reduced, so that pressure is not transmitted to the membrane 130 due to the thickness and structure in the partition wall 143 region Therefore, it is possible to prevent a reduction in the polishing rate during polishing.

격벽(143)과 멤브레인(130)의 결합력 및 밀폐력을 향상시키기 위해서, 멤브레인(130)의 내측면에는 격벽(143)의 단부(144)가 결합되는 결합홈(131)이 형성될 수 있다. 그러나 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니며 결합홈(131)이 생략되는 것도 가능하다.In order to improve the bonding force and sealing force between the partition wall 143 and the membrane 130 , a coupling groove 131 to which the end 144 of the partition wall 143 is coupled may be formed on the inner surface of the membrane 130 . However, the present invention is not limited by the drawings and it is also possible that the coupling groove 131 is omitted.

기판 캐리어(100)는 분할부재(140)의 상부에 분할부재(140)의 상하 이동 및 가압을 위한 홀더부(150)가 구비된다. 예를 들어, 홀더부(150)는 가요성 재질로 형성되고, 내부(이하, 내부 챔버(151)라 한다)에 공기가 주입 및 배출됨에 따라 팽창 및 수축되도록 형성된다. 홀더부(150)는 내부 챔버(151)에 공기가 주입되면 팽창하여서 분할부재(140)가 멤브레인(130)에 결합되도록 하강시키고, 멤브레인(130)에 대해서 분할부재(140)를 가압한다. 그리고 홀더부(150)는 내부 챔버(151)에서 공기가 배출되면 수축하여서 분할부재(140)를 상승시켜서 멤브레인(130)에서 분리시킨다.The substrate carrier 100 is provided with a holder 150 for vertical movement and pressurization of the dividing member 140 on the upper portion of the dividing member 140 . For example, the holder part 150 is formed of a flexible material, and is formed to expand and contract as air is injected and discharged into the inside (hereinafter, referred to as the internal chamber 151 ). The holder unit 150 expands when air is injected into the inner chamber 151 to lower the partition member 140 to be coupled to the membrane 130 , and presses the partition member 140 against the membrane 130 . In addition, when the air is discharged from the inner chamber 151 , the holder unit 150 contracts to lift the partition member 140 to separate it from the membrane 130 .

홀더부(150)와 분할부재(140) 사이에는 홀더부(150)에서의 압력이 분할부재(140)에 균일하게 전달되고 홀더부(150)가 동시에 하강 및 상승하도록 가이드부(152)가 구비된다.A guide part 152 is provided between the holder part 150 and the partition member 140 so that the pressure in the holder part 150 is uniformly transmitted to the partition member 140 and the holder part 150 descends and rises at the same time. do.

여기서, 기판 캐리어(100)는 홀더부(150)에 공기를 주입하거나 홀더부(150)에서 공기를 배출시킴으로써 분할부재(140)를 상승 및 하강시킴과 더불어, 분할부재(140)를 멤브레인(130)에 대해서 가압하게 된다. 또한, 기판 캐리어(100)는 분할부재(140)가 멤브레인(130)에 결합되었을 때 압력 챔버(132) 내부로 공기를 주입하여 멤브레인(130)을 기판(W)에 대해서 가압하게 되는데, 압력 챔버(132) 내부로 주입되는 공기는 홀더부(150)를 통해 공급된다.Here, the substrate carrier 100 raises and lowers the dividing member 140 by injecting air into the holder unit 150 or discharging air from the holder unit 150 , and attaches the dividing member 140 to the membrane 130 . ) is pressed against In addition, the substrate carrier 100 presses the membrane 130 against the substrate W by injecting air into the pressure chamber 132 when the partition member 140 is coupled to the membrane 130 . (132) The air injected into the inside is supplied through the holder (150).

이와 같이 홀더부(150)의 내부 챔버(151)의 압력을 조절하고, 더불어 압력 챔버(132) 내부의 압력을 조절하는 압력 조절부(160)가 구비된다. 압력 조절부(160)는 홀더부(150)에 주입 및 배출되는 공기의 압력을 조절하여서 홀더부(150)의 압력을 조절하고, 압력 챔버(132) 내부로 주입 및 배출되는 공기의 압력을 조절하여 압력 챔버(132)의 압력을 조절한다. 여기서, 압력 조절부(160)는 연마공정 중에는 홀더부(150)의 압력이 압력 챔버(132)의 압력보다 커지도록 한다. 이는, 홀더부(150)의 압력은 홀더부(150)가 분할부재(140)를 가압하는 방향으로 작용하는데, 압력 챔버(132)의 압력은 분할부재(140)가 멤브레인(130)에서 분리되는 방향으로 작용하기 때문에, 홀더부(150)의 압력과 압력 챔버(132)의 압력이 분할부재(140)에 대해서 서로 반대 방향으로 작용한다. 따라서, 홀더부(150)의 압력이 압력 챔버(132)의 압력보다 크게 되면, 분할부재(140)가 멤브레인(130)을 정확하게 가압하고 분할부재(140)와 멤브레인(130) 사이의 결합 상태를 유지할 수 있다.As described above, the pressure adjusting unit 160 for adjusting the pressure of the inner chamber 151 of the holder unit 150 and adjusting the pressure inside the pressure chamber 132 is provided. The pressure control unit 160 adjusts the pressure of the holder unit 150 by adjusting the pressure of the air injected and discharged into the holder unit 150 , and adjusts the pressure of the air injected and discharged into the pressure chamber 132 . to adjust the pressure of the pressure chamber 132 . Here, the pressure adjusting unit 160 causes the pressure of the holder unit 150 to be greater than the pressure of the pressure chamber 132 during the polishing process. In this case, the pressure of the holder part 150 acts in a direction in which the holder part 150 presses the dividing member 140 , and the pressure of the pressure chamber 132 is the dividing member 140 is separated from the membrane 130 . Since it acts in the direction, the pressure of the holder part 150 and the pressure of the pressure chamber 132 act in opposite directions with respect to the dividing member 140 . Accordingly, when the pressure of the holder part 150 is greater than the pressure of the pressure chamber 132 , the partition member 140 presses the membrane 130 accurately and maintains the coupling state between the partition member 140 and the membrane 130 . can keep

본 실시예들에 따르면, 기판 캐리어(100)에서 복수의 압력 챔버(132)를 구획하기 위한 멤브레인(130)의 립 구조를 제거함으로써 립 영역에서의 연마율 저하를 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 멤브레인(130)은 하나의 평면 구조를 가지므로 멤브레인(130)의 구조를 단순화하여 기계적인 안정화를 향상시킬 수 있다. 또한, 멤브레인(130)과 결합되어 복수의 압력 챔버(132)를 구획하는 분할부재(zone divider)(140)를 적용함으로써 기판(W)에 국부적으로 서로 다른 압력을 가할 수 있고, 국부적인 연마율 감소를 방지하고 연마율 및 연마품질을 개선할 수 있다.According to the present exemplary embodiments, the reduction of the polishing rate in the lip region may be prevented by removing the lip structure of the membrane 130 for partitioning the plurality of pressure chambers 132 in the substrate carrier 100 . In addition, since the membrane 130 according to the present embodiment has a single planar structure, the structure of the membrane 130 may be simplified to improve mechanical stabilization. In addition, by applying a zone divider 140 coupled to the membrane 130 to partition the plurality of pressure chambers 132 , different pressures can be applied locally to the substrate W, and a local polishing rate can be applied. It can prevent reduction and improve the polishing rate and polishing quality.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 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.As described above, although the embodiments have been described with reference to the limited embodiments and drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those skilled in the art. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components of the system, structure, apparatus, circuit, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components Or substituted or substituted by equivalents may achieve an appropriate result.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

1: 기판 연마장치
10: 로딩 유닛
20: 언로딩 유닛
30: 예비 세정 장치
100: 기판 캐리어
110: 본체부
120: 캐리어 링
130: 멤브레인
131: 결합홈
132: 압력 챔버
140: 분할부재
141: 베이스부
142: 주입구
143: 격벽
144: 단부
150: 홀더부
151: 내부 챔버
152: 가이드부
160: 압력조절부
CR: 연결 레일
C1, C2, C1', C2': 세정 유닛
D: 도킹 유닛
G: 가이드 레일
H: 캐리어 홀더
P: 연마정반
PP: 연마패드
R: 캐리어 링
X1: 연마 모듈
X2: 세정 모듈
W: 기판1: substrate polishing device
10: loading unit
20: unloading unit
30: pre-cleaning device
100: substrate carrier
110: body part
120: carrier ring
130: membrane
131: coupling groove
132: pressure chamber
140: split member
141: base part
142: inlet
143: bulkhead
144: end
150: holder part
151: inner chamber
152: guide unit
160: pressure control unit
CR: connecting rail
C1, C2, C1', C2': cleaning unit
D: docking unit
G: guide rail
H: carrier holder
P: polishing plate
PP: polishing pad
R: carrier ring
X1: Polishing module
X2: cleaning module
W: substrate

Claims

The body portion rotates by receiving rotational driving force from the outside;
a membrane fixed to the main body to rotate with the main body and grip the substrate;
It is configured to include a base portion and a partition wall extending from the base portion toward the membrane, and is provided in a state spaced apart from the membrane inside the body portion, and descends during a polishing process so that an end of the partition wall is coupled to the membrane a partition member to form a plurality of pressure chambers therein and press the membrane; and
a holder part coupled to the base part to move the partition member up and down and press the partition member against the membrane;
including,
A substrate carrier of a chemical mechanical substrate polishing apparatus in which a coupling groove is formed in the membrane to which an end of the partition wall is coupled.

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According to claim 1,
The barrier rib is formed to have an open lower portion, and is formed to seal between the plurality of pressure chambers when combined with the membrane.

4. The method of claim 3,
The end of the barrier rib is a substrate carrier of a chemical mechanical substrate polishing apparatus formed with a tip portion that gradually decreases in cross-sectional area.

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According to claim 1,
A plurality of injection holes are formed in the base portion to inject and discharge air into and out of the plurality of pressure chambers,
Each of the injection holes is a substrate carrier of a chemical mechanical substrate polishing apparatus formed to communicate the holder portion and each of the pressure chamber.

According to claim 1,
The division member is a substrate carrier of a chemical mechanical substrate polishing apparatus formed of a rigid body.

According to claim 1,
The holder portion is a substrate carrier of a chemical mechanical substrate polishing apparatus formed of a flexible material.

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