JP5004059B2 - 枚葉式基板研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、枚葉式基板研磨装置に関する。

一般に、半導体素子の製造工程においては、薄膜の形成及び積層のために蒸着工程、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程など多数の単位工程を繰り返し行わなければなれない。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まで前記の工程は繰り返され、回路パターンが形成された後ウェハの表面には多数の屈曲が生じるようになる。近年、半導体素子の高集積化に伴ってその構造が多層化し、ウェハ表面の屈曲の数とその屈曲間の段差が増加しつつある。ウェハ表面の非平坦化は、フォトリソグラフィ工程でデフォーカス（Ｄｅｆｏｃｕｓ）などの問題を発生させるので、ウェハ表面を平坦化するために周期的にウェハ表面を研磨しなければならない。

ウェハ表面を平坦化するための様々な表面平坦化技術を挙げられるが、このうち、狭い領域だけでなく広い領域の平坦化においても高い平坦度を得ることができる化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置が主に使用される。ＣＭＰ装置は、タングステンや酸化物などの形成されたウェハ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剤によって研磨する装置であり、非常に微細な研磨を可能とする。

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式で順次的に行うことができる枚葉式基板研磨装置を提供することにある。

本発明の目的は、これに制限されず、言及されないまた他の目的は下記の記載から当業者が明確に理解できるであろう。

前記の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、基板を研磨する装置であって、処理室と、前記処理室内に設けられ、基板を支持する基板支持ユニットと、前記基板を研磨する研磨ユニットと、研磨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、前記基板を真空吸着する真空プレートと、前記真空プレートの下部に離隔して配置され、前記基板をクランプするチャック部材が設けられた支持プレートと、前記チャック部材が前記真空プレートに載置される前記基板を前記真空プレートから上向き離隔した状態に支持するように前記真空プレートまたは前記支持プレートを上下方向に移動させる駆動部材と、を含み、前記駆動部材は、前記支持プレートの下に上下方向に沿って互いに面するように配置され、互いに磁気的反発力が作用するように磁極が配列される上部磁石部材及び下部磁石部材と、一端が前記真空プレートに連結され他端が前記上部磁石部材に連結される連結部材と、前記下部磁石部材を上下方向に移動させる直線駆動機と、を含み、前記洗浄ユニットは、前記基板支持ユニットの一側に設けられ、前記基板の上面を洗浄する第１洗浄ユニットと、前記支持プレートの上面中心部に設けられ、前記基板の下面に洗浄液を供給する第２洗浄ユニットと、を含み、前記真空プレートの中心部には前記洗浄液が前記第２洗浄ユニットから前記基板の下面に供給されるように開口部が形成され、前記支持プレートのチャック部材が前記真空プレートに載置される前記基板を前記真空プレートから上向き離隔して支持した状態で、前記第１洗浄ユニットと前記第２洗浄ユニットによって、研磨された前記基板の上面と下面を洗浄処理するように設けたことを特徴とする。

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クピンと、を含み、前記真空プレートには、前記真空プレートの上下移動時に前記支持ピンと前記チャックピンとが挿入されるように孔が貫通形成されることができる。

前記連結部材は、前記支持プレートに貫通形成される孔に挿入され設けられる棒形状であり、前記棒形状の連結部材を囲むコイル形状の弾性部材が前記支持プレートと前記上部磁石部材との間に設けられることができる。

前記下部磁石部材が既設定の高さに上下移動するか否かを検出する感知部材をさらに含むことができる。

前記真空プレートのエッジには、真空吸着される基板の離脱を防止するように離脱防止顎が突出形成され、前記真空プレートの上面には、真空吸着される前記基板と前記真空プレートとの間の異物によって前記基板が変形されることを防止するように、緩衝作用をする弾性材質の緩衝部材が設けられることができる。

本発明によれば、基板が枚葉式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、前記研磨工程に続く基板の上下面に対する後洗浄工程を順次的に行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態による基板支持ユニット、前記ユニットを利用する枚葉式基板研磨装置及び前記装置を利用する基板研磨方法を、添付図面に基づき詳細に説明する。先ず、各図面の構成要素に参照符号を付けるにおいて、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に示されていても、できるだけ同一の符号を付けることに留意するべきである。また、本発明を説明するにおいて、関連した公知構成または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を不明確にするおそれがあると判断される場合には、その詳しい説明は省略する。
＜実施の形態＞
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前記研磨工程に続く基板Ｗの上下面に対する後洗浄工程を一つの処理室１０内で順次的に行うことができる。

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を含む。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の研磨工程と後洗浄工程が行われる間に処理容器１００内に搬入された基板Ｗを固定する。処理容器１００の一側には基板Ｗの上面を洗浄する洗浄ユニット３１０、３２０が備えられ、基板支持ユニット２００には基板Ｗの下面を洗浄する洗浄ユニット３３０が備えられる。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Ｗ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上面に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下面に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とが備えられる。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の表面粗度を調節する。

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を含む。本実施の形態において、処理容器１００は三つの回収筒１１０、１２０、１３０を有するが、回収筒１１０、１２０、１３０の個数は増加するか減少しても良い。第１乃至第３回収筒１１０、１２０、１３０は、基板Ｗの処理工程の進行時に基板Ｗに供給される洗浄液を回収する。基板研磨装置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洗浄液を利用して基板Ｗを洗浄処理する。これにより、基板Ｗに供給された洗浄液が飛散する場合があるが、第１乃至第３回収筒１１０、１２０、１３０は基板Ｗから飛散した洗浄液を回収する。

第１乃至第３回収筒１１０、１２０、１３０は、基板Ｗから飛散した洗浄液が流入する第１乃至第３回収空間Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を形成する。第１回収空間Ｓ１は第１回収筒によって定義され、基板Ｗを一次的に処理する第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定義され、基板Ｗを二次的に処理する第２洗浄液を回収する。第３回収空間Ｓ３は、第２回収筒と第３回収筒１２０との間の離隔空間によって定義され、基板Ｗを三次的に処理する第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に流入した第１洗浄液は第１回収ライン１４１を介して外部に排出される。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に流入した第２洗浄液は第２回収ライン１４３を介して外部に排出される。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に流入した第３洗浄液は第３回収ライン１４５を介して外部に排出される。

一方、処理容器１００には、処理容器１００の垂直位置を変更する垂直移動部１５０が結合されることができる。垂直移動部１５０は第３回収筒１３０の外側壁に備えられ、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／下に移動させる。これによって、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を異なるようにすることができる。

図３は、本発明の一実施の形態による基板支持ユニット２００を利用して基板Ｗを研磨する工程を示す図であり、図４は、本発明の一実施の形態による基板支持ユニット２００を利用して基板Ｗを洗浄する工程を示す図である。

図２、図３、及び図４を参照すると、基板支持ユニット２００は、支持プレート２１０、回転軸２２０、回転駆動部２３０、真空プレート２４０、そして駆動部材２５０を含む。基板支持ユニット２００は処理容器１００の内側に設けられ、工程の進行時に基板Ｗを支持し回転させることができる。真空プレート２４０は、図３に示すように基板Ｗの研磨工程の進行時に基板Ｗを支持し、支持プレート２１０は、図４に示すように基板Ｗの後洗浄工程の進行時に基板Ｗを支持する。駆動部材２５０は、基板Ｗの研磨工程時には真空プレート２４０を上側に移動させ真空プレート２４０が基板Ｗを支持するようにし、基板Ｗの後洗浄工程時には真空プレート２４０を下側に移動させ支持プレート２１０が基板Ｗを支持するようにする。回転軸２２０は支持プレート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。回転駆動部２３０はモータなどが用意されることができる。

支持プレート２１０の上部面には、基板Ｗをクランプ（Ｃｌａｍｐｉｎｇ）するチャック部材２１４、２１６が設けられる。チャック部材２１４、２１６は支持ピン２１４とチャックピン２１６とを含む。支持ピン２１４は支持プレート２１０の上面に一定配列に配置され、基板Ｗの下面を支持する。チャックピン２１６は支持プレート２１０の上面の支持ピン２１４の外側に配置され、基板Ｗの側面を支持する。

真空プレート２４０は、支持プレート２１０の上部に離隔配置され、後述される駆動部材２５０によって上下移動する。図５及び図６に示すように、真空プレート２４０は円板形状の下部壁２４１と、下部壁２４１のエッジから上側に延出した側壁２４２ｍを有する。下部壁２４１及び側壁２４２には孔２４５、２４６が貫通形成される。孔２４５、２４６は、支持プレート２１０の支持ピン２１４とチャックピン２１６に対応する位置に形成され、真空プレート２４０の上下移動時に支持プレート２１０の支持ピン２１４とチャックピン２１６が挿入される。下部壁２４１の中央には開口部２４３ａが貫通形成され、開口部２４３ａのエッジから下部壁２４１の下側に側壁２４３が延長される。そして下部壁２４１の上面には開口部２４３ａを中心に放射状に溝２４４が形成され、溝２４４は開口部２４３ａと繋がるように形成される。

真空プレート２４０の下部壁２４１上面には基板Ｗが載置され、基板Ｗは溝２４４を介して形成された陰圧によって真空プレート２４０に真空吸着される。この時、真空プレート２４０の側壁２４２は真空吸着された基板Ｗが真空プレート２４０から離脱することを防止することができ、側壁２４２は請求項によっては離脱防止顎とも記載する。

真空プレート２４０の下部壁２４１上面には弾性材質の緩衝部材２４７が設けられる。緩衝部材２４７は、シリコンまたはフッ素コムなどの材質から備えられ得る。真空プレート２４０の下部壁２４１と前記下部壁２４１に真空吸着された基板Ｗとの間にパーティクルのような異物が存在する場合、基板Ｗは異物によって変更され基板Ｗの平坦度が阻害される虞がある。基板Ｗの平坦度が阻害された状態で基板Ｗの研磨工程を行うと、基板Ｗ平面上の高さ差によって基板Ｗが均一に研磨されることができない。緩衝部材２４７はこのような問題点を解決するためのものであり、基板Ｗと真空プレート２４０との間に異物が存在しても研磨工程時に基板Ｗに加えられる圧力によって異物が弾性材質の緩衝部材２４７に陥没するので、基板Ｗの平坦度を均一に維持することができる。

支持プレート２１０の上面中心部にはバックノズルアセンブリ３３０が設けられ、支持プレート２１０とバックノズルアセンブリ３３０との間の離隔空間に真空プレート２４０の側壁２４３が上下移動可能に挿入され設けられる。

バックノズルアセンブリ３３０は基板Ｗの下面に洗浄液を供給するか、基板Ｗを真空吸着するための陰圧を提供する。バックノズルアセンブリ３３０は支持プレート２１０の上面に突出するように設けられたノズルボディ３３１を有する。ノズルボディ３３１には、図７に示すように、洗浄液供給部材３３２、３３３、リンス液供給部材３３４、乾燥ガス供給部材３３６、及び排気部材３３５が提供される。洗浄液供給部材３３２、３３３は基板Ｗの下面に洗浄液を噴射し、リンス液供給部材３３４は基板Ｗの下面にリンス液を噴射し、乾燥ガス供給部材３３６は基板Ｗの下面に乾燥ガスを噴射する。そして、排気部材３３５は、基板Ｗ下面の空気を吸入して基板Ｗを真空吸着するための陰圧を提供する。図８に示すように、洗浄液供給部材３３２、３３３、リンス液供給部材３３４、乾燥ガス供給部材３３６、及び排気部材３３５は、ノズルボディ３３１に挿入して設けられるチューブ形状のノズルに提供されることができる。

駆動部材２５０は、図３に示すように、基板Ｗの研磨工程時には真空プレート２４０を上側に移動させ真空プレート２４０が基板Ｗを支持するようにし、図４に示すように、基板Ｗの後洗浄工程時には真空プレート２４０を下側に移動させ支持プレート２１０が基板Ｗを支持するようにする。

駆動部材２５０は、上部磁石部材２５１、下部磁石部材２５３、連結部材２５５、そして直線駆動機２５７を含む。上部及び下部磁石部材２５１、２５３はリング形状を有し、回転軸２２０を囲むように支持プレート２１０の下に上下方向に配置される。上部及び下部磁石部材２５１、２５３には磁石２５２、２５４が各々設けられ、磁石２５２、２５４は互いに磁気的反発力が作用するように磁極が配列される。

連結部材２５５は棒形状を有し、支持プレート２１０に上下方向に貫通形成された孔２１３に挿入される。連結部材２５５の一端は真空プレート２４０の下部壁２４１に連結され、連結部材２５５の他端は上部磁石部材２５１に連結される。そして下部磁石部材２５３には、下部磁石部材２５３を上下方向に直線移動させる直線駆動機２５７が連結される。

前記のような構成によって、直線駆動機２５７が下部磁石部材２５３を上側に移動させると、下部磁石部材２５３との間に磁気的反発力が作用する上部磁石部材２５１が上側に移動し、結果的に連結部材２５５によって上部磁石部材２５１に連結された真空プレート２４０が上側に移動する。前記の状態で真空プレート２４０上に基板Ｗがロードされ、バックノズルアセンブリ３３０の排気部材３３５によって基板Ｗ下部に陰圧が形成されることによって基板Ｗが真空吸着される。以後、後述される研磨ヘッド４２０を基板Ｗの上部に移動させ、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Ｗの研磨工程を行う。

研磨工程が完了された後、基板Ｗの上下面に対して後洗浄工程が行われる。直線駆動機２５７は下部磁石部材２５３を下側に移動させる。この時、上部磁石部材２５１は、支持プレート２１０と上部磁石部材２５１との間に設けられた弾性部材の弾性反発力によって下側に移動し、結果的に、連結部材２５５によって上部磁石部材２５１に連結された真空プレート２４０が下側に移動する。真空プレート２４０が下側に移動することによって、基板Ｗは支持プレート２１０のチャック部材２１４、２１６によって支持される。この状態で洗浄ユニット３１０が基板Ｗの上面に洗浄液を供給し、洗浄ユニット３２０が基板Ｗの上面に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。また、これと同時にバックノズルアセンブリ３３０の洗浄液供給部材３３２が基板Ｗの下面に洗浄液を供給して基板Ｗの下面を洗浄する。

一方、本発明による枚葉式基板研磨装置１には、下部磁石部材２５３が研磨工程または洗浄工程によって既設定の高さに上下移動するか否かを検出する感知部材２６０が提供され得る。感知部材２６０には光センサなど様々なセンサが利用されることができる。感知部材２６０は、下部磁石部材２５３の上昇位置に対応する高さと下部磁石部材２５３の下降位置に対応する高さに設けられ得る。そして下部磁石部材２５３の下部には鎹形状のロード２６２が設けられ得る。下部磁石部材２５３の上下移動によってロード２６２の段部が下部磁石部材２５３の上昇位置に対応する高さまたは下部磁石部材２５３の下降位置に対応する高さに位置し、この時、感知部材２６０がロード２６２端部の位置を検出することによって下部磁石部材２５３が上下移動するか否かを検出することができる。

以上では支持プレートが固定され、真空プレートが上下移動する基板支持ユニット２００を例に取り上げて説明したが、これとは反対に真空プレートが固定され支持プレートが上下移動することもできる。

図９は、本発明の他の実施の形態による基板支持ユニット２００を利用して基板Ｗを研磨する工程を示す図であり、図１０は、本発明の他の実施の形態による基板支持ユニット２００を利用して基板Ｗを洗浄する工程を示す図である。

図９及び図１０を参照すると、基板支持ユニット２００は、真空プレート２１２´、回転軸２２０´、回転駆動部２３０´、支持プレート２５１´、そして駆動部材２５０´を含む。真空プレート２１２´は図９に示すように基板Ｗの研磨工程の進行時に基板Ｗを支持し、支持プレート２５１´は図１０に示すように基板Ｗの後洗浄工程の進行時に基板Ｗを支持する。駆動部材２５０´は、基板Ｗの研磨工程時には支持プレート２５１´を下側に移動させ真空プレート２１２´が基板Ｗを支持するようにし、基板Ｗの後洗浄工程時には支持プレート２５１´を上側に移動させ支持プレート２５１´が基板Ｗを支持するようにする。

真空プレート２１２´は円板形状を有する。真空プレート２１２´の中心部にはバックノズルアセンブリ３３０が設けられ、真空プレート２１２´の上面には基板Ｗの真空吸着のための溝２４４´が形成される。バックノズルアセンブリ３３０の排気部材３５５は、基板Ｗの下面と溝２４４´によって形成された空間内の空気を吸入して基板Ｗを真空吸着するための陰圧を提供する。真空プレート２１２´には後述される支持プレート２５１´の支持ピン２１４´が挿入される孔２１３´が貫通形成される。真空プレート２１２´の下部には回転軸２２０´が連結され、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。回転駆動部２３０´はモータなどが用意されることができる。

支持プレート２５１´は真空プレート２１２´の下部に離隔して配置される。支持プレート２５１´の上部面には、基板Ｗをクランプ（Ｃｌａｍｐｉｎｇ）するチャック部材２１４´、２１６´が設けられる。チャック部材２１４´、２１６´は支持ピン２１４´とチャックロッド２１６´を含む。支持ピン２１４´は支持プレート２５１´の上面に一定配列に配置され、真空プレート２１２´に形成された孔２１３´に挿入される。チャックロッド２１６´は、垂直部２１６´ａと水平部２１６´ｂを有するＬ字形状のロッドが備えられることができ、支持ピン２１４´の外側に回転可能にヒンジ結合される。垂直部２１６´ａを基準に水平部２１６´ｂの反対側にはカウンターウエート２１６´ｃが設けられる。カウンターウエート２１６´ｃは、チャックロッド２１６´の垂直部２１６´ａが外向き傾斜した初期状態になるようにチャックロッド２１６´を回転させる。そして真空プレート２１２´の下面には、支持プレート２５１´の昇降時にチャックロッド２１６´の水平部２１６´ｂを加圧するように加圧部材２１５´が突出形成される。支持プレート２５１´が昇降しながら加圧部材２１５´がチャックロッド２１６´の水平部２１６´ｂを加圧すると、チャックロッド２１６´の垂直部２１６´ａは内側に回転して基板Ｗの側面を支持し、この時、支持ピン２１４´は基板Ｗの下面を支持する。

真空プレート２１２´に連結された回転軸２２０´にはＬＭガイドのようなガイド部材２５５´が設けられる。ガイド部材２５５´には支持プレート２５１´が連結され、ガイド部材２５５´は支持プレート２５１´の上下方向移動を案内する。そして真空プレート２１２´と支持プレート２５１´との間には互いに弾性反発力が作用するように弾性部材２５６´が設けられる。

駆動部材は、支持プレート２５１´に設けられた上部磁石２５２´と、上部磁石２５２´と面するように配置された下部磁石２５３´と、を含む。上部磁石２５２´の磁極と下部磁石２５３´の磁極は互いに磁気的反発力が作用するように配列される。下部磁石２５３´はリング形状の下部磁石部材２５４´によって支持され、下部磁石部材２５４´は直線駆動機２５７´によって上下方向に直線移動する。

図９に示すように、直線駆動機２５７´が下部磁石部材２５４´を下側に移動させると、真空プレート２１２´と支持プレート２５１´との間に設けられた弾性部材２５６´の弾性反発力によって支持プレート２５１´が下側に移動する。この状態で真空プレート２１２´上に基板Ｗがロードされ、バックノズルアセンブリ３３０の排気部材３３５によって基板Ｗ下部に陰圧が形成されることによって基板Ｗが真空吸着される。以後、後述される研磨ヘッド４２０を基板Ｗの上部に移動させ、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Ｗの研磨工程を行う。

研磨工程が完了された後、基板Ｗの上下面に対して後洗浄工程が行われる。図１０に示すように、直線駆動機２５７´は下部磁石部材２５４´を上側に移動させる。この時、上部磁石２５２´と下部磁石２５３´との間に作用する磁気的反発力によって支持プレート２５１´が上側に移動する。支持プレート２５１´が上側に移動することによって加圧部材２１５´がチャックロッド２１６´の水平部２１６´ｂを加圧し、これによってチャックロッド２１６´の垂直部２１６´ａが内側に回転して基板Ｗの側面を支持する。この時、支持ピン２１４´は基板Ｗの下面を支持する。この状態で洗浄ユニット３１０が基板Ｗの上面に洗浄液を供給し、洗浄ユニット３２０が基板Ｗの上面に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。また、これと同時にバックノズルアセンブリ３３０の洗浄液を洗浄液供給部材３３２が基板Ｗの下面に洗浄液を供給して基板Ｗの下面を洗浄する。

次に、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Ｗを研磨する研磨ユニット４００に対して説明する。

図１１は、図１の研磨ユニットの斜視図であり、図１２は、図１１の研磨ユニットの側断面図であり、図１３は、図１２の研磨ヘッドを拡大した図である。

研磨ユニット４００は、化学的機械的方法で基板Ｗ表面を平坦化する研磨工程を行なう。図１１乃至図１３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を動作モードによって駆動するための第１、第２及び第３駆動部材４４０、４６０、４８０を含む。研磨ヘッド４２０には、基板Ｗ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、研磨工程の進行時に研磨パッド４２３をその中心軸を基準に回転させる。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に、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が設けられ、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の一面に付着することができ、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に着脱可能に結合されるよう、金属プレート４２４に磁力を作用させる磁石部材４２２ａが内蔵されることができる。

研磨パッドホルダー４２２の上部面にはベローズ４２５が設けられ、ベローズ４２５は空圧部材４２６により作用する空気圧力によって上下方向に伸縮することができる。ベローズ４２５は研磨工程の進行時に研磨パッド４２３が基板Ｗに密着するように伸縮でき、研磨パッド４２３が基板Ｗに密着した状態で研磨工程が行なわれると、研磨工程がより均一かつ効率的に行なわれることができる。

空圧部材４２６ベローズ４２５の上部に連結され、中空軸形状の軸部材で備えられることができる。空圧部材４２６は、長さ方向が鉛直方向に向うように提供でき、ベアリング４２７ａ、４２７ｂにより回転可能に支持される。空圧部材４２６には空気を供給するエアライン（図示せず）が連結され、エアライン（図示せず）上にはエアライン（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）が設けられることができ、これらの構成は関連技術分野の当業者には自明な事項なので、これに対する詳細な説明は省略する。

第１駆動部材４４０は、研磨工程の進行時に研磨パッド４２３をその中心軸を基準に回転させる。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に伝達する第１ベルト‐プーリーアセンブリ４４３とを含む。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従動プーリー４４３−２及び第１ベルト４４３−３の組合せからなることができる。第１駆動プーリー４４３−１は、第１駆動モーター４４１の回転軸４４１ａに設けられる。第１従動プーリー４４３−２は、中空軸形状の空圧部材４２６の外側面に設けられる。第１ベルト４４３−３は、第１駆動プーリー４４３−１と第１従動プーリー４４３−２に巻かれる。ここで、第１駆動プーリー４４３−１が設けられた第１駆動モーター４４１は、後述される第２駆動部材４６０のスイングアーム４６１の一端内部に設けられ、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の内部を介して第１駆動プーリー４４３−１と第１従動プーリー４４３−２に巻かれることができる。

第１駆動モーター４４１の回転力は第１ベルト‐プーリーアセンブリ４４３によって空圧部材４２６に伝達され、空圧部材４２６が回転することによって、空圧部材４２６の下方に順次的に結合されているベローズ４２５、研磨パッドホルダー４２２及び研磨パッド４２３が回転する。この時、第１駆動部材４４０の第１駆動モーター４４１は、選択的に時計方向の回転力または反時計方向の回転力を提供でき、これによって、図１４Ａ及び図１４Ｂに示すように、研磨パッド４２３が時計方向または反時計方向に回転できる。このように、研磨パッド４２３の回転方向を時計方向または反時計方向に可変できるので、研磨パッド４２３を基板Ｗの回転方向と同一の方向または基板Ｗの回転方向の逆方向に回転させながら、選択的に研磨工程を行なうことができる。

第２駆動部材４６０は、研磨ヘッド４２０を基板Ｗ上でスイング動作させるために、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及び第２ベルト‐プーリーアセンブリ４６４を含む。スイングアーム４６１は、研磨ヘッド４２０のハウジング４２１一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を介して垂直アーム４６２に回転力を提供する。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従動プーリー４６４−２及び第２ベルト４６４−３の組合せからなることができる。第１駆動プーリー４６４−１は、第２駆動モーター４６３の回転軸に設けられる。第２従動プーリー４６４−２は、垂直アーム４６２の外側面に設けられる。第２ベルト４６４−３は、第２駆動プーリー４６４−１と第２従動プーリー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により垂直アーム４６２に伝達され、垂直アーム４６２がその中心軸を基準に回転することにより、スイングアーム４６１が垂直アーム４６２を中心にスイング動作する。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及び直線駆動機４８６を含む。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により回転可能に支持される。直線駆動機４８６は、支持ブロック４８２を上下方向に直線移動させるための駆動力を提供し、直線駆動機４８６としては、シリンダー部材また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。

直線駆動機４８６の直線駆動力は支持ブロック４８２に伝達され、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り、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を用いて基板Ｗの研磨工程を繰り返し行なう場合、周期的に研磨パッド４２３の表面を研磨して研磨パッド４２３の表面粗度を調節する必要がある。そのために、図１に示すように、処理室１０内の研磨ユニット４００に隣接する位置にパッドコンディショニングユニット５００が備えられる。

図１５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１６は、図１５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１７及び図１８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である。

図１５乃至図１８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とを有し、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高さに位置する第１底壁５１２ａと、第１底壁５１２ａより低い第２高さの段差を有する第２底壁５１２ｂとからなることができる。

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５２０が設けられる。ダイヤモンドコンディショナ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で、環形または円形のダイヤモンドコンディショナ５２０が提供できる。そして、ダイヤモンドコンディショナ５２０は、処理槽５１０の第１底壁５１２ａに対応する大きさを有することができ、また処理槽５１０の第１底壁５１２ａの大きさより小さな大きさで複数が提供されても良い。

そして、処理槽５１０には、研磨パッド４２３の研磨進行中に生成された異物を取り除くために、処理槽５１０の第１底壁５１２ａに脱イオン水を供給するための脱イオン水供給部材５３０、５４０が設けられる。第１脱イオン水供給部材５３０は、第１底壁５１２ａを介して処理槽５１０内に脱イオン水を供給するよう第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の上側から第１底壁５１２ａに向って脱イオン水を供給するよう処理槽５１０の一側に設けられる。第１及び第２脱イオン水供給部材５３０、５４０から処理槽５１０に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を取り除き、以降第１底壁５１２ａより低い高さの第２底壁５１２ｂに異物が混入された脱イオン水が流入する。第２底壁５１２ｂに流入した脱イオン水は、第２底壁５１２ｂに連結された排水部材５５０を介して外部に排出される。

研磨パッド５２３の研磨工程は、図１７に示すように、研磨ヘッド４２０が処理槽５１０に収容された状態で行なわれる。この時、第３駆動部材（図１１の参照符号４８０）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５２０に接触させる。この状態で、図１８に示すように、第１駆動部材（図１１の参照符号４４０）は研磨パッド４２３を回転させ、第２駆動部材（図１１の参照符号４６０）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５２０上で研磨パッド４２３をスキャンする。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の研磨中に発生する異物を取り除いた後、排水部材５５０を介して外部に排出される。

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正及び変形が可能であろう。従って、本発明に開示された実施の形態は本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施の形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるのではない。本発明の保護範囲は、添付の特許請求の範囲によって解釈されるべきで、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれると解釈されるべきであろう。

本発明の実施の形態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の側断面図である。 本発明の一実施の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である。 本発明の一実施の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である。 図３の真空プレートの平面図である。 図５のＡ−Ａ´線に沿う断面図である。 図３のバックノズルアセンブリの平面図である。 図７のＢ−Ｂ´線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の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である。 本発明の他の実施の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である。 図１の研磨ユニットの斜視図である。 図１１の研磨ユニットの側断面図である。 図１２の研磨ヘッドを拡大した図である。 研磨パッドを利用した研磨工程の例を示す図である。 研磨パッドを利用した研磨工程の例を示す図である。 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１５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。

符号の説明

１００ 処理容器
２００ 基板支持ユニット
２１０ 支持プレート
２２０ 回転軸
２３０ 回転駆動部
２４０ 真空プレート
２５０ 駆動部材
３１０、３２０ 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 (5)

1. 基板を研磨する装置であって、
   処理室と、
   前記処理室内に設けられ、基板を支持する基板支持ユニットと、
   前記基板を研磨する研磨ユニットと、
   研磨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、
   前記基板を真空吸着する真空プレートと、
   前記真空プレートの下部に離隔して配置され、前記基板をクランプするチャック部材が設けられた支持プレートと、
   前記チャック部材が前記真空プレートに載置される前記基板を前記真空プレートから上向き離隔した状態に支持するように前記真空プレートまたは前記支持プレートを上下方向に移動させる駆動部材と、を含み、
   前記駆動部材は、
   前記支持プレートの下に上下方向に沿って互いに面するように配置され、互いに磁気的反発力が作用するように磁極が配列される上部磁石部材及び下部磁石部材と、
   一端が前記真空プレートに連結され他端が前記上部磁石部材に連結される連結部材と、
   前記下部磁石部材を上下方向に移動させる直線駆動機と、を含み、
   前記洗浄ユニットは、
   前記基板支持ユニットの一側に設けられ、前記基板の上面を洗浄する第１洗浄ユニットと、
   前記支持プレートの上面中心部に設けられ、前記基板の下面に洗浄液を供給する第２洗浄ユニットと、を含み、
   前記真空プレートの中心部には前記洗浄液が前記第２洗浄ユニットから前記基板の下面に供給されるように開口部が形成され、
   前記支持プレートのチャック部材が前記真空プレートに載置される前記基板を前記真空プレートから上向き離隔して支持した状態で、
   前記第１洗浄ユニットと前記第２洗浄ユニットによって、研磨された前記基板の上面と下面を洗浄処理するように設けたことを特徴とする枚葉式基板研磨装置。
2. 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クピンと、を含み、
   前記真空プレートには、前記真空プレートの上下移動時に前記支持ピンと前記チャックピンとが挿入されるように孔が貫通形成されることを特徴とする請求項１に記載の枚葉式基板研磨装置。
3. 前記連結部材は、前記支持プレートに貫通形成される孔に挿入され設けられる棒形状であり、
   前記棒形状の連結部材を囲むコイル形状の弾性部材が前記支持プレートと前記上部磁石部材との間に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の枚葉式基板研磨装置。
4. 前記下部磁石部材が既設定の高さに上下移動するか否かを検出する感知部材をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の枚葉式基板研磨装置。
5. 前記真空プレートのエッジには、真空吸着される前記基板の離脱を防止するように離脱防止顎が突出形成され、
   前記真空プレートの上面には、真空吸着される前記基板と前記真空プレートとの間の異物によって前記基板が変形されることを防止するように、緩衝作用をする弾性材質の緩衝部材が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の枚葉式基板研磨装置。

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