KR20200055533A - 기판 처리 장치 - Google Patents

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KR20200055533A
KR20200055533A KR1020180139280A KR20180139280A KR20200055533A KR 20200055533 A KR20200055533 A KR 20200055533A KR 1020180139280 A KR1020180139280 A KR 1020180139280A KR 20180139280 A KR20180139280 A KR 20180139280A KR 20200055533 A KR20200055533 A KR 20200055533A
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KR1020180139280A
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손병철
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주식회사 케이씨텍
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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 캐리어 헤드와, 기판이 거치되며 캐리어 헤드에 기판을 로딩시키는 거치대와, 거치대에 마련되며 캐리어 헤드와 기판의 접촉에 의해 기판에 작용하는 가압력을 완화시키는 가압력 완화부를 포함한다.

Description

기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 기판의 로딩 중에 기판의 손상을 방지하고 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
화학 기계적 연마(CMP) 시스템은 반도체소자 제조과정 중 마스킹, 에칭 및 배선공정 등을 반복 수행하면서 생성되는 웨이퍼 표면의 요철로 인한 셀 지역과 주변 회로지역간 높이 차를 제거하는 광역 평탄화와, 회로 형성용 콘택/배선막 분리 및 고집적 소자화에 따른 웨이퍼 표면 거칠기 향상 등을 도모하기 위하여, 웨이퍼의 표면을 정밀 연마 가공하는데 사용되는 장치이다.
CMP 시스템은 웨이퍼를 캐리어 헤드(90)에 로딩한 후, 대한민국 등록특허공보 제10-1188579호 등에 개시된 바와 같이, 캐리어 헤드가 이동하면서 정해진 연마 정반에서 웨이퍼의 연마면을 기계적 마찰에 의한 기계적 연마와, 슬러리에 의한 화학적 연마를 동시에 행한다.
이 때, 캐리어 헤드(90)는 도 1에 도시된 바와 같이, 화학 기계적 연마 공정 중에 바닥판(92a)으로 웨이퍼(W)를 하방 가압하기 위한 멤브레인(92)이 본체부(91)에 고정되고, 멤브레인(92)과 본체부(91)의 사이에는 압력챔버(92C)가 형성되어 압력 조절부(95)로부터 공압 공급관(95a)을 통해 인가되는 공압에 의해 웨이퍼(W)를 하방 가압할 수 있게 구성된다. 그리고, 멤브레인(92)의 둘레에는 웨이퍼(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(93)이 설치되어, 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이닝 챔버(93C)의 공압에 의하여 리테이너 링(93)을 하방 가압할 수 있게 구성된다.
캐리어 헤드(90)에 웨이퍼(W)를 로딩하는 로딩 장치(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)를 거치시키는 거치대(10)와, 거치대(10)를 상하 방향(10d)으로 이동시키는 구동부(MH)로 이루어진다.
웨이퍼(W)를 거치대(10)의 중앙 영역(A1)에 거치시킨 상태에서, 거치대(10)를 정해진 높이만큼 상방으로 이동시키면, 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(90)의 멤브레인 바닥판(92a)에 근접하게 배치되고, 도 2와 같이, 압력챔버(92C)에 정압(P)을 인가하여 멤브레인 바닥판(92a)을 웨이퍼(W)에 밀착시킨 후, 압력챔버(92C)에 부압을 인가하는 것에 의하여, 웨이퍼(W)가 캐리어 헤드(90)에 로딩된 상태가 된다.
한편, 거치대(10)에 거치된 웨이퍼(W)를 캐리어 헤드(90)에 로딩시키는 공정 중에, 웨이퍼(W)에 과도한 가압력이 가해지면 웨이퍼(W)에 형성된 패턴이 손상되거나 웨이퍼(W)가 파손되는 문제점이 있으므로, 웨이퍼(W)의 로딩 공정 중에는 웨이퍼(W)에 가해지는 가압력이 최소화할 수 있어야 한다.
그러나, 기존에는 멤브레인 바닥판(92a)을 웨이퍼(W)에 밀착시키기 위해 압력챔버(92C)에 정압(P)(멤브레인 팽창)을 인가하는 공정 중에, 멤브레인 바닥판(92a)이 거치대(10)에 거치(고정)된 웨이퍼(W)를 가압하는 가압력(P)에 의해 웨이퍼(W)에 형성된 패턴이 손상되거나 웨이퍼(W)가 파손되는 문제점이 있다.
이를 위해, 최근에는 로딩 공정 중에는 웨이퍼에 가해지는 가압력을 최소화하고, 웨이퍼가 손상 및 파손되는 것을 방지하기 위한 다양한 검토가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 기판의 손상 및 파손 없이 기판을 안정적으로 로딩할 수 있는 기판 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명은 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 공정 중에 기판에 가해지는 가압력을 최소화할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 손상 및 파손을 최소화하고, 기판의 로딩 안정성을 높이는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 안정성 및 신뢰성을 향상시키고, 기판의 로딩후 다음 공정을 정확하게 제어하도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 캐리어 헤드와, 기판이 거치되며 캐리어 헤드에 기판을 로딩시키는 거치대와, 거치대에 마련되며 캐리어 헤드와 기판의 접촉에 의해 기판에 작용하는 가압력을 완화시키는 가압력 완화부를 포함하는 기판 처리 장치를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판의 손상 및 파손 없이 기판을 안정적으로 로딩하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 공정 중에 기판에 가해지는 가압력을 최소화하는 것에 의하여, 기판에 과도한 가압력이 인가되는 것을 막아, 기판에 휨 또는 변형이 발생하거나 파손되는 것을 미연에 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판에 작용하는 가압력의 세기에 따라 기판의 영역별로 완화 정도를 다르게 조절하는 것에 의하여, 캐리어 헤드의 종류, 크기, 하중 및 로딩 환경 등에 따라 적합한 조건으로 기판에 가해지는 가압력을 효과적으로 완충하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기판이 캐리어 헤드에 로딩되는 과정(안착단계 및 흡착단계) 동안 기판에 가해지는 가압력이 정해진 범위 이내가 되도록 하는 것에 의하여, 과도한 가압력에 따른 기판의 손상을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 안정성 및 신뢰성을 향상시키고, 기판의 로딩후 다음 공정을 정확하게 제어하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 웨이퍼 로딩 장치의 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1의 캐리어 헤드가 웨이퍼에 접촉된 상태를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면,
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 거치대를 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 6의 "A"부위의 확대도,
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 가압력 완화부의 작동 구조를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판의 로딩 공정 중에 압력챔버의 압력 변화를 설명하기 위한 도면,
도 11은 로딩 공정 중에 캐리어헤드의 압력챔버에 압력이 가해지는 상태에서 기판에 작용하는 가압력을 설명하기 위한 도면,
도 12는 로딩 공정 중에 압력챔버에 압력이 비인가되는 상태에서 기판에 작용하는 가압력을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 기판 처리 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 거치대를 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 6의 "A"부위의 확대도이다. 또한, 도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 가압력 완화부의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 기판 처리 장치로서, 기판의 로딩 공정 중에 압력챔버의 압력 변화를 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 11은 로딩 공정 중에 압력챔버에 양압이 가해지는 상태에서 기판에 작용하는 가압력을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 로딩 공정 중에 압력챔버에 압력이 비인가되는 상태에서 기판에 작용하는 가압력을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 기판 처리 장치는, 캐리어 헤드(100)와, 기판(W)이 거치되며 캐리어 헤드(100)에 기판(W)을 로딩시키는 거치대(200)와, 거치대(200)에 마련되며 캐리어 헤드(100)와 기판(W)의 접촉에 의해 기판(W)에 작용하는 가압력을 완화시키는 가압력 완화부(300)를 포함한다.
이는, 기판(W)의 손상 및 파손없이 거치대(200)에서 기판(W)을 안정적으로 캐리어 헤드(100)에 로딩하기 위함이다.
거치대에 거치된 기판을 캐리어 헤드에 로딩시키는 공정 중에, 기판에 과도한 가압력이 가해지면 기판에 형성된 패턴이 손상되거나 기판가 파손되는 문제점이 있으므로, 기판의 로딩 공정 중에는 기판에 가해지는 가압력이 최소화할 수 있어야 한다.
그러나, 기존에는 멤브레인 바닥판을 기판에 밀착시키기 위해 압력챔버에 정압(멤브레인 팽창)을 인가하는 공정 중에, 멤브레인 바닥판이 거치대에 거치(고정)된 기판을 가압하는 가압력에 의해 기판에 형성된 패턴이 손상되거나 기판이 파손되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 캐리어 헤드(100)와 기판(W)의 접촉에 의해 기판(W)에 작용하는 가압력이 완화되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 로딩 공정 중에 기판(W)에 가해지는 가압력을 최소화할 수 있으며, 기판(W)에 과도한 가압력이 인가되는 것을 막아, 기판(W)에 휨 또는 변형이 발생하거나 파손되는 것을 미연에 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도 본 발명은, 캐리어 헤드(100)와 기판(W)의 접촉에 의해 기판(W)에 작용하는 가압력이 완화되도록 하는 것에 의하여, 압력챔버(192c)에 압력(정압)을 인가하지 않고도, 캐리어 헤드(100)와 기판을 밀착시킬 수 있으므로, 로딩 공정 중에 기판(W)에 가해지는 가압력을 최소화하고, 기판(W)의 손상 및 파손을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
캐리어 헤드(100)는 거치대(200)로부터 기판(W)을 로딩 받은 후, 연마 정반(미도시) 상에 제공되는 연마 패드(미도시) 상면에 슬러리가 공급되는 상태에서 기판(W)을 가압하여 화학 기계적 연마 공정을 수행하도록 제공되며, 연마 패드 및 슬러리를 이용한 화학 기계적 연마 공정이 끝난 후에는 기판(W)이 세정 장치로 이송된다.
참고로, 본 발명에서 기판(W)이라 함은 연마 패드 상에 연마될 수 있는 연마대상물로 이해될 수 있으며, 기판(W)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기판(W)으로서는 웨이퍼가 사용될 수 있다.
캐리어 헤드(100)는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 도 3을 참조하면, 캐리어 헤드(100)는 회전 가능하게 제공되는 본체부(191), 본체부(191)의 저면에 제공되는 멤브레인(192), 및 멤브레인(192)의 둘레에 배치되도록 본체부(191)의 엣지부에 결합되며 기판(W)의 이탈을 방지하는 리테이너 링(193)을 포함한다.
멤브레인(192)은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 제공될 수 있다. 일 예로, 멤브레인(192)에는 복수개의 플립(예를 들어, 링 형태의 플립)이 형성될 수 있으며, 복수개의 플립에 의해 본체부(191)와 멤브레인(192)의 사이에는 본체부(192)의 반경 방향을 따라 구획된 복수개의 압력챔버(192c)가 제공될 수 있다.
각 압력챔버(192c)에는 각각 압력을 측정하기 위한 압력센서(미도시)가 제공될 수 있다. 각 압력챔버(192c)의 압력은 압력제어부(195)에 의한 제어에 의해 개별적으로 조절될 수 있으며, 각 압력챔버(192c)의 압력을 조절하여 기판(W)이 가압되는 압력을 개별적으로 조절할 수 있다.
거치대(200)는 상하 방향을 따라 승강 가능하게 제공되며, 거치대(200)의 상면에는 로딩(또는 언로딩)되기 위한 기판(W)이 거치된다.
참고로, 기판(W)의 로딩시에는, 캐리어 헤드(100)의 하부에서 거치대(200)가 상방으로 이동함에 따라, 캐리어 헤드(100)의 리테이너 링(193)이 먼저 거치대(200)의 상면에 접촉될 수 있으며, 거치대(200)의 상면(기판의 상면)과 캐리어 해드의 멤브레인(192)의 사이 간격이 일정 이상 근접되면 기판(W)이 캐리어 헤드(100)로 로딩된다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기판의 로딩시 기판이 거치된 거치대의 상부에서 캐리어 헤드가 하방으로 이동하도록 구성하는 것도 가능하다.
거치대(200)는 기판(W)이 거치될 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 거치대(200)의 구조 및 특성은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
거치대(200)는 승강부재(400)에 의해 선택적으로 승강되도록 구성된다.
승강부재(400)는 거치대(200)를 선택적으로 승강시킬 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 승강부재(400)는 베이스부재(210)의 하부를 지지하는 승강샤프트(410)를 포함하며, 승강샤프트는 모터와 같은 구동원에 의해 선택적으로 승강하도록 구성된다.
도 4 내지 도 9를 참조하면, 가압력 완화부(300)는 캐리어 헤드(100)와 기판(W)의 접촉에 의해 기판(W)에 작용하는 가압력(예를 들어, 도 8의 P)을 완화시키도록 거치대(200)에 마련된다.
여기서, 캐리어 헤드(100)와 기판(W)의 접촉에 의해 기판(W)에 작용하는 가압력(P)이라 함은, 캐리어 헤드(100)와 거치대(200)의 사이에서 기판(W)이 가압되는 가압력으로 정의된다.
이와 같이, 캐리어 헤드(100)와 기판(W)의 접촉에 의해 기판에 작용하는 가압력이 가압력 완화부(300)에 의해 완화되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 손상 및 파손없이 거치대(200)에서 기판(W)을 안정적으로 캐리어 헤드(100)에 로딩하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 거치대에 거치된 기판을 캐리어 헤드에 로딩시키는 공정 중에, 기판에 과도한 가압력이 가해지면 기판에 형성된 패턴이 손상되거나 기판가 파손되는 문제점이 있으므로, 기판의 로딩 공정 중에는 기판에 가해지는 가압력이 최소화할 수 있어야 한다.
그러나, 기존에는 멤브레인 바닥판을 기판에 밀착시키기 위해 압력챔버에 정압(멤브레인 팽창)을 인가하는 공정 중에, 멤브레인 바닥판이 거치대에 거치(고정)된 기판을 가압하는 가압력에 의해 기판에 형성된 패턴이 손상되거나 기판이 파손되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 캐리어 헤드(100)와 기판(W)의 접촉에 의해 기판(W)에 작용하는 가압력(P)이 완화되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 로딩 공정 중에 기판(W)에 가해지는 가압력을 최소화할 수 있으며, 기판(W)에 과도한 가압력이 인가되는 것을 막아, 기판(W)에 휨 또는 변형이 발생하거나 파손되는 것을 미연에 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 가압력 완화부(300)는 기판(W)에 작용하는 가압력을 서로 독립적으로 완화 가능하게 복수개가 구비된다.
일 예로, 복수개의 가압력 완화부(300)는 기판(W)의 원주 방향을 따라 이격되게 배치된다. 이하에서는 기판(W)의 원주 방향을 따라 등간격으로 이격되게 3개의 가압력 완화부(300)가 구비된 예를 들어 설명하기로 한다.
이때, 가압력 완화부(300)의 개수 및 이격 간격은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 복수개의 가압력 완화부를 기판의 반경 방향을 따라 이격되게 배치하는 것도 가능하다.
더욱 바람직하게, 복수개의 가압력 완화부(300)는 기판(W)의 영역별로 작용하는 서로 다른 세기의 가압력을 독립적으로 완화시키도록 구성된다.
이와 같이, 복수개의 가압력 완화부(300)가 기판(W)의 영역별로 작용하는 서로 다른 세기의 가압력을 독립적으로 완화시키도록 하는 것에 의하여, 기판(W)에 작용하는 가압력의 세기에 따라 기판(W)의 영역별로 완화(완충) 정도를 다르게 조절할 수 있으므로, 기판(W)에 작용하는 가압력을 전체적으로 균일한 범위로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
예를 들어, 압력챔버(192c)에 압력이 가해지지 않은 상태(비팽창 상태)에서는 멤브레인(192)의 처짐 정도가 멤브레인(192)의 영역 별로 다르게 나타날 수 있으며, 멤브레인(192)의 영역별 처짐 편차가 발생함에 따라, 캐리어 헤드(100)와 기판의 접촉에 의해 기판에 작용하는 가압력이 기판의 영역 별로 다르게 나타날 수 있다.
하지만, 본 발명은 기판(W)에 작용하는 가압력이 기판(W)의 영역 별로 다르게 나타나더라도, 기판(W)에 작용하는 가압력의 세기에 따라 기판(W)의 영역별로 완화(완충) 정도를 다르게 조절할 수 있으므로, 기판(W)에 작용하는 가압력을 전체적으로 균일한 범위로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 캐리어 헤드(100)의 종류, 크기 등과 같은 로딩 환경 등에 구애받지 않고 기판(W)에 작용하는 가압력을 효과적으로 완충하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
가압력 완화부(300)는 캐리어 헤드(100)와 기판(W)의 접촉에 의해 기판에 작용하는 가압력을 완화 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 도 7을 참조하면, 가압력 완화부(300)는, 거치대(200)에 상하 이동 가능하게 결합되며 기판이 안착되는 기판거치부(310)와, 거치대(200)에 대한 기판거치부(310)의 상하 이동을 탄성적으로 지지하는 제1탄성부재(320)를 포함한다.
기판거치부(310)는 기판(W)을 거치하기 위해 마련되며, 거치대(200)에 상하 이동 가능하게 결합된다.
기판거치부(310)는 기판(W)의 저면을 거치할 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, 거판거치부(310)는 기판(W)의 저면 가장자리를 부분적으로 거치하도록 구성된다. 경우에 따라서는 기판거치부가 기판의 저면을 전체적으로 거치하는 것도 가능하다.
보다 구체적으로, 거치대(200)의 상단에는 베이스부재(210)가 구비되고, 기판거치부(310)는 베이스부재(210)에 상하 이동 가능하게 결합된다. 일 예로, 베이스부재(210)에는 상하 방향을 따라 가이드홀(212)이 관통 형성되고, 기판거치부(310)에는 가이드홀(212)을 따라 이동 가능하게 가이드부재(312)가 결합된다.
바람직하게, 기판거치부(310)에는 원주 방향을 따라 이격되게 복수개(예를 들어, 3개)의 가이드부재(312)가 결합되고, 각 가이드부재(312)는 기판에 작용하는 가압력에 의해 베이스부재(210)에 대해 상하 이동하면서 기판에 작용하는 가압력을 완화시킬 수 있다.
제1탄성부재(320)는 거치대(200)(베이스부재)에 대한 기판거치부(310)(가이드부재)의 상하 이동을 탄성적으로 지지 가능한 다양한 구조로 형성될 수 있다.
일 예로, 제1탄성부재(320)로서는 베이스부재(210)와 가이드부재(312)의 사이에 장착되는 통상의 스프링부재가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 스프링부재 대신 여타 다른 탄성체를 사용하거나, 공압 또는 유압을 이용하여 제1탄성부재를 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 베이스부재(210)에 대한 가이드부재(312)의 상하 이동이 탄성적으로 지지되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)과 멤브레인(192)이 접촉될 시, 기판(W)이 안착된 기판거치부(310)가 멤브레인(192)에 대해 하부 방향으로 탄성적으로 이동할 수 있으므로, 기판(W)과 멤브레인(192)이 접촉됨에 따라 기판(W)에 가해지는 가압력을 감쇄시킬 수 있으며, 기판(W)에 가해지는 가압력에 의한 기판(W)의 손상(예를 들어, 패턴의 손상) 및 변형을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기판거치부(310)에는 리테이너 링(193)이 거치되는 리테이너 링 거치부재(220)가 결합된다.
리테이너 링 거치부재(220)는 리테이너 링(193)이 거치될 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 리테이너 링 거치부재(220)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 리테이너 링 거치부재(220)는 리테이너 링(193)의 원주 방향을 따라 리테이너 링(193)의 저면을 부분적으로 지지할 수 있다. 경우에 따라서는 리테이너 링 거치부재가 리테이너 링의 원주 방향을 따라 링 형태로 형성되어 리테이너 링의 저면을 연속적으로 지지하는 것도 가능하다. 바람직하게, 리테이너 링은 기판거치부(310)보다 높은 위치에서 리테이너 링 거치부재(220)에 거치된다.
바람직하게, 리테이너 링 거치부재(220)는 기판거치부(310)에 대해 상하 이동 가능하게 결합되고, 기판거치부(310)에 대한 리테이너 링 거치부재(220)의 상하 이동은 제2탄성부재(도 4의 222 참조)에 의해 탄성적으로 지지된다.
제2탄성부재(222)로서는 통상의 스프링부재가 사용될 수 있다. 경우에 따라서는 스프링부재 대신 여타 다른 탄성체를 사용하거나, 공압 또는 유압을 이용하여 제2탄성부재를 구성하는 것도 가능하다.
이와 같이, 기판거치부(310)에 대한 리테이너 링 거치부재(220)의 상하 이동이 탄성적으로 지지되도록 하는 것에 의하여, 리테이너 링(193)이 리테이너 링 거치부재(220)에 접촉될 시, 리테이너 링 거치부재(220)가 하부 방향으로 탄성적으로 이동할 수 있으므로, 리테이너 링(193)이 리테이너 링 거치부재(220)에 접촉됨에 따른 충격력을 감쇄시킬 수 있으며, 멤브레인(192)과 기판(W)이 보다 근접하게 배치된 상태에서 기판(W)의 로딩이 이루어질 수 있게 된다.
더욱 바람직하게, 리테이너 링 거치부재(220)에는 상하 방향을 따라 관통홀(221)이 형성되고, 기판거치부(310)에는 관통홀(221)을 통과하도록 배치되며 기판의 저면이 안착되는 거치핀(311)이 연장 형성된다. 일 예로, 리테이너 링 거치부재(220)에는 원주 방향을 따라 이격되게 복수개의 관통홀(221)이 형성될 수 있으며, 기판거치부(310)에는 각 관통홀(221)에 대응되게 복수개의 거치핀(311)이 형성될 수 있다. 각 거치핀(311)은 관통홀(221)을 통과하여 리테이너 링 거치부재(220)의 상부에 돌출된 형태로 배치된다.
이와 같이, 본 발명은 기판거치부(310)의 거치핀(311)이 리테이너 링 거치부에 형성된 관통홀(221)을 통과하여 배치되도록 하는 것에 의하여, 캐리어 헤드(100)에 대해 리테이너 링 거치부재(220)를 정렬시킴과 동시에 캐리어 헤드(100)에 대한 기판거치부(310)의 정렬이 함께 이루어질 수 있으므로, 기판(W)의 로딩 공정 중에 캐리어 헤드(100)(리테이너 링)와 기판의 충돌을 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명은 멤브레인(192)에 기판(W)을 탑재하기 직전까지 캐리어 헤드(100)에 대한 기판(W)의 정렬 상태를 유지하고 기판(W)의 흔들림을 최소화할 수 있으므로, 기판(W)의 로딩 안정성을 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 캐리어 헤드(100)와 가장 먼저 접촉되는 리테이너 링 거치부재(220)가 캐리어 헤드(100)에 대해 정렬됨과 동시에 기판거치부(310)가 함께 정렬될 수 있으므로, 캐리어 헤드(100)에 대한 기판거치부(310)의 정렬 공정을 간소화하고 정렬에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 기판거치부(310)는 가이드부재(312)에 대해 수평 이동 가능하게 결합될 수 있으며, 캐리어 헤드(100)에 대해 기판거치부(310)를 정해진 정렬 위치로 이동시키는 정렬부(500)를 포함할 수 있다.
이는, 화학 기계적 연마 공정에 투입하기 위한 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 과정에서 기판과 캐리어 헤드의 충돌을 근본적으로 배제하여, 로딩 공정에서 기판이 손상되거나 파손되는 것을 방지하기 위함이다.
즉, 기판거치부에 거치된 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 중에, 캐리어 헤드에 대한 기판거치부의 위치(중심 정렬 위치)가 조금이라도 틀어지면, 캐리어 헤드의 리테이너 링이 기판에 충돌하면서 기판의 위치가 틀어져 기판을 캐리어 헤드에 올바르게 로딩하는 것이 불가능해질 뿐만 아니라, 기판의 손상 및 파손이 야기되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 기판(W)을 캐리어 헤드(100)에 로딩하는 공정 이전에, 캐리어 헤드(100)에 대해 기판거치부(310)가 정해진 정렬 위치로 정확하게 정렬되도록 하는 것에 의하여, 화학 기계적 연마 공정에 투입하기 위한 기판(W)을 캐리어 헤드(100)에 오류없이 정확하게 로딩하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 기판(W)의 로딩 과정에서 기판(W)과 캐리어 헤드(100)(예를 들어, 리테이너 링)의 위치 부정렬에 의하여 기판(W)이 잘못된 위치에 로딩되거나 리테이너 링(193)과의 접촉에 의하여 기판(W) 가장자리가 손상되거나 파손되는 것을 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
정렬부(500)는 캐리어 헤드(100)에 대한 기판거치부(310)의 위치 정렬이 자동적으로 이루어질 수 있게 한다.
여기서, 정렬 유닛(500)이 캐리어 헤드(100)에 대해 기판거치부(310)를 정해진 정렬 위치로 이동시킨다 함은, 기판거치부(310)의 상부에 캐리어 헤드(100)가 접촉할 시, 리테이너 링(193)의 저면이 기판(W)의 가장자리에 충돌되지 않는 위치(거치대와 캐리어 헤드가 동축적으로 배치되는 위치)로 이동하도록 캐리어 헤드(100)에 대해 기판거치부(310)를 이동시키는 것으로 정의된다.
이는, 기판거치부(310)에 거치된 기판(W)을 손상 및 파손없이 캐리어 헤드(100)에 로딩하기 위함이다.
즉, 기판거치부에 거치된 기판을 캐리어 헤드에 로딩하는 중에, 캐리어 헤드에 대한 기판거치부의 위치(중심 정렬 위치)가 조금이라도 틀어지면, 캐리어 헤드의 리테이너 링이 기판에 충돌하면서 기판의 위치가 틀어져 기판을 캐리어 헤드에 올바르게 로딩하는 것이 불가능해질 뿐만 아니라, 기판의 손상 및 파손이 야기되는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 기판(W)을 캐리어 헤드(100)에 로딩하는 공정 이전에, 캐리어 헤드(100)에 대해 기판거치부(310)가 정해진 정렬 위치로 정확하게 정렬되도록 하는 것에 의하여, 기판(W)의 로딩 공정 중에 캐리어 헤드(100)(리테이너 링)와 기판(W)의 충돌을 방지하고, 기판(W)을 캐리어 헤드(100)에 오류없이 정확하게 로딩하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
일 예로, 도 8을 참조하면, 정렬부(500)는 기판거치부(310)가 정해진 정렬 위치로 이동하도록 탄성력을 제공하는 스프링부재(510)를 포함한다. 예를 들어, 스프링부재(510)로서는 원추형 코일 스프링이 사용될 수 있으며, 원추형 코일 스프링은 가이드부재(312)와 기판거치부(310)의 사이에 개재되어 가이드부재(312)에 대한 기판거치부(310)의 수평 이동이 탄성적으로 지지되도록 한다. 바람직하게, 스프링부재(510)가 접촉되는 기판거치부(310)의 접촉부위(예를 들어, 스프링부재의 둘레)에는 스프링부재의 접촉에 의한 마찰 및 마모를 저감시키기 위한 부시(도 7의 512 참조)가 마련될 수 있다.
다른 일 예로, 정렬부(500)는, 기판거치부(310)에 결합되는 제1자석부(미도시)와, 가이드부재(312)에 결합되는 제2자석부(미도시)를 포함할 수 있으며, 제1자석부와 제2자석부 간의 상호 전자기력(예를 들어, 척력)에 의해 기판거치부(310)가 정해진 정렬 위치로 이동하도록 구성될 수 있다.
더욱 바람직하게, 정렬부(500)는 복수개의 가이드부재(312)에 개별적으로 구비되며, 기판거치부(310)는 서로 이격된 위치에서 독립적으로 캐리어 헤드(100)에 대해 기판거치부(310)를 정해진 정렬 위치로 이동시키는 복수개의 정렬부(500)에 의해 자동 조심(위치 정렬)된다.
이와 같이, 개별적으로 자동 조심 가능하게 마련된 복수개의 정렬부(500)에 기판거치부(310)가 위치 정렬되도록 하는 것에 의하여, 기판거치부(310)의 위치 정렬 정확도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
무엇보다도, 본 발명은 캐리어 헤드(100)에 대한 기판거치부(310)의 위치 정렬이 서로 이격된 위치에서 독립적으로 행해지도록 하는 것에 의하여, 기판거치부(310)가 일측으로 치우치거나 틀어지는 것을 최소화하고, 위치 정렬 정확도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 기판거치부의 중앙부(예를 들어, 승강샤프트와 기판거치부의 연결부위)에 단 하나의 정렬부를 마련하고, 캐리어 헤드에 대해 기판거치부가 자동 조심되도록 하는 것도 가능하다. 그러나, 반복된 공정에 의해 정렬부의 변형이 발생하거나 오작동되면, 기판거치부가 일측으로 치우치거나 틀어짐으로 인하여, 기판거치부가 정확한 위치에 위치 정렬되기 어려운 문제점이 있다.
하지만, 본 발명은 개별적으로 자동 조심 가능하게 마련된 복수개의 정렬부(500)에 의해 기판거치부(310)가 위치 정렬되도록 하는 것에 의하여, 정렬부(500)의 변형 및 오작동을 최소화할 수 있으며, 기판거치부(310)가 일측으로 치우치거나 틀어지는 것을 최소화하고, 위치 정렬 정확도를 높이는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 기판거치부(310)의 위치 별로 비정렬 상태(정렬 위치에서 어긋난 정도)가 다르게 나타나더라도, 기판거치부(310)의 위치 별로 비정렬 상태에 따라 정렬 정도를 다르게 조절할 수 있으므로, 기판거치부(310)의 위치 정렬 정확도를 높이고, 기판거치부(310)가 어느 일측으로 치우치거나 틀어지는 것을 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 승강샤프트(410)와 비동축적으로 정렬부(500)를 장착하는 것에 의하여, 거치대(200)의 높이 증가를 최소화하고 설비를 소형화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 승강샤프트와 정렬부를 동축적으로 설치하는 것도 가능하나, 승강샤프트의 상단에 정렬부가 설치됨에 따라 불가피하게 기판거치부의 높이가 증가하고 설비를 소형화하기 어려운 문제점이 있다. 하지만, 본 발명은 승강샤프트(410)와 정렬부(500)를 비동축적으로 장착하는 것에 의하여, 정렬부(500)를 승강샤프트(410)와 동일한 높이범위에 장착하는 것이 가능하므로, 기판거치부(310)의 높이 증가를 최소화하고 설비를 소형화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
한편, 압력제어부(195)는 압력챔버(192c)에 압력이 비인가되는 상태에서 거치대(200)에 거치된 기판과 멤브레인(192)이 접촉되면, 압력챔버(192c)에 부압(V)(흡입압)을 인가하도록 구성된다.
여기서, 압력챔버(192c)에 압력이 비인가되는 상태라 함은, 압력챔버(192c)에 정압(멤브레인(192) 팽창)이 인가되지 않은 상태로 정의된다.
이와 같이, 본 발명은 캐리어 헤드(100)와 기판의 접촉에 의해 기판(W)에 작용하는 가압력이 완화되도록 하는 것에 의하여, 압력챔버(192c)에 압력(정압)을 인가하지 않고도, 캐리어 헤드(100)와 기판(W)이 안정적으로 밀착될 수 있다. 따라서, 로딩 공정 중에 기판(W)에 가해지는 가압력을 최소화할 수 있으며, 압력챔버(192c)에 부압(흡입압)을 인가하는 것만으로도 멤브레인(192)에 기판을 안정적으로 로딩하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
참고로, 도 11은 기판의 표면에 스트레인 게이지를 부착하고, 압력챔버(도 3의 192c 참조)에 정압을 인가하여 기판을 멤브레인(192)에 밀착시킨 상태에서 기판을 로딩하는 조건으로 기판에 작용하는 가압력(stress)을 측정한 결과이다. 도 11과 같이, 캐리어 헤드(100)와 기판이 접촉된 상태에서 압력챔버(192c)에 정압이 인가되면, 기판에 가해지는 스트레트가 -60까지 커짐을 확인할 수 있다.
반면, 12를 참조하면, 압력챔버(192c)에 압력이 비인가되는 상태에서 압력챔버(192c)에 부압(흡입압)을 인가하여 기판을 로딩하는 조건에서는, 기판에 가해지는 스트레스가 대략 -20 정도까지 줄어듬을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 기판의 로딩 공정 중에 기판에 가해지는 가압력을 최소화할 수 있으며, 기판에 과도한 가압력이 인가되는 것을 막아, 기판에 휨 또는 변형이 발생하거나 파손되는 것을 미연에 방지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
W : 기판 100 : 캐리어 헤드
192 : 멤브레인 192c : 압력챔버
195 : 압력제어부 200 : 거치대
210 : 베이스부재 212 : 가이드홀
220 : 리테이너 링 거치부재 221 : 관통홀
222 : 제2탄성부재 300 : 가압력 완화부
310 : 기판거치부 311 : 거치핀
320 : 제1탄성부재 312 : 가이드부재
400 : 승강부재 500 : 정렬부
510 : 스프링부재

Claims (17)

  1. 기판 처리 장치로서,
    캐리어 헤드와;
    기판이 거치되며 상기 캐리어 헤드에 상기 기판을 로딩시키는 거치대와;
    상기 거치대에 마련되며, 상기 캐리어 헤드와 상기 기판의 접촉에 의해 상기 기판에 작용하는 가압력을 완화시키는 가압력 완화부를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압력 완화부는 상기 기판에 작용하는 가압력을 서로 독립적으로 완화 가능하게 복수개가 구비된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    복수개의 상기 가압력 완화부는 상기 기판의 영역별로 작용하는 서로 다른 세기의 가압력을 독립적으로 완화시키는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    복수개의 상기 가압력 완화부는 상기 기판의 원주 방향을 따라 이격되게 배치된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가압력 완화부는,
    상기 거치대에 상하 이동 가능하게 결합되며, 상기 기판이 안착되는 기판거치부와;
    상기 거치대에 대한 상기 기판거치부의 상하 이동을 탄성적으로 지지하는 제1탄성부재를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거치대에 고정되는 베이스부재를 포함하고,
    상기 기판거치부는 상기 베이스부재에 상하 이동 가능하게 결합된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 베이스부재에는 상하 방향을 따라 가이드홀이 관통 형성되고,
    상기 기판거치부에는 상기 가이드홀을 따라 이동 가능하게 가이드부재가 결합된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 거치대를 선택적으로 승강시키는 승강부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 캐리어 헤드는 상기 멤브레인의 둘레에 배치되는 리테이너 링을 포함하고,
    상기 기판거치부에 결합되며, 상기 리테이너 링이 거치되는 리테이너 링 거치부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 리테이너 링은 상기 기판거치부보다 높은 위치에서 상기 리테이너 링 거치부재에 거치되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 리테이너 링 거치부재는 상기 기판거치부에 대해 상하 이동 가능하게 결합되며,
    상기 기판거치부에 대한 상기 리테이너 링 거치부재의 상하 이동을 탄성적으로 지지하는 제2탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 리테이너 링 거치부재에는 상하 방향을 따라 관통홀이 형성되고,
    상기 기판거치부에는 상기 관통홀을 통과하며 상기 기판의 저면이 안착되는 거치핀이 연장 형성된 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 기판거치부는 상기 가이드부재에 대해 수평 이동 가능하게 결합되고,
    상기 캐리어 헤드에 대해 상기 기판거치부를 정해진 정렬 위치로 이동시키는 정렬부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 정렬부는 상기 기판거치부가 상기 정해진 정렬 위치로 이동하도록 탄성력을 제공하는 스프링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 정렬부는,
    상기 기판거치부에 결합되는 제1자석부와;
    상기 가이드부재에 결합되는 제2자석부를; 포함하고,
    상기 제1자석부와 상기 제2자석부 간의 상호 전자기력에 의해 상기 기판거치부가 상기 정해진 정렬 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐리어 헤드는,
    상기 기판이 접촉되는 멤브레인과;
    상기 멤브레인의 상부에 형성되는 압력챔버를;
    포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 압력챔버에 압력이 비인가되는 상태에서 상기 거치대에 거치된 상기 기판과 상기 멤브레인이 접촉되면, 상기 압력챔버에 부압을 인가하는 압력제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
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