本實用新型涉及一種化學機械研磨系統的基板裝載裝置及其控制方法，更為具體地涉及一種化學機械研磨系統的基板裝載裝置及其控制方法，所述化學機械研磨系統的基板裝載裝置能夠防止將用于投入化學機械研磨系統的基板在研磨頭裝載的過程中產生基板的變形及損傷。

背景技術：

化學機械式研磨(CMP)系統是促進大面積平坦化、由用于電路形成的接觸/布線膜分離以及高集成元件化所致的晶元表面粗糙度提高等而使用于對晶元的表面進行精密研磨加工的裝置，所述大面積平坦化對因在半導體元件制造過程中反復執行掩蔽、蝕刻及布線等工藝時所生成的晶元表面的凹凸引起的單元(cell)區域和周邊電路區域間高度差進行去除。

通常，如韓國登記專利公報第10-1188579號等公開的一樣，CMP系統是將晶元裝載在研磨頭90之后，研磨頭移動的同時在規定的研磨平板上對晶元的研磨面同時施行通過機械式摩擦的機械研磨和通過研磨液的化學研磨。

此時，如圖1所示，在化學機械研磨工藝中將用于朝底板92a對晶元W進行下方加壓的膜92固定在本體部91，研磨頭90設置為在膜92和本體部91之間形成壓力室92C，并利用從壓力調節部95通過空氣壓力供給管95a所施加的空氣壓力而能夠對晶元W進行下方加壓。并且，設置為在膜92的周圍設置有在化學機械研磨工藝中防止晶元W脫離的護環(retainer ring)93，根據護圈室(retainer chamber)93C的空氣壓力而能夠進行下方加壓。

并且，如圖1及圖2所示，將晶元W裝載至研磨頭90的裝載裝置1包括：放置架 10，其放置晶元W；驅動部MH，其使放置架10朝上下方向移動。換句話說，在將晶元W 放置在放置架10的中央區域的狀態下，將放置架10朝上方移動規定的高度，則研磨頭 90靠近放置架10并將吸入壓施加至中央的貫通孔95x，由此晶元W緊貼至研磨頭90的膜底板92a形成裝載的狀態。此外，為了使被放置架10支撐的晶元W的接觸部位最小化，晶元W的底面中央部未放置在放置架10并且只有晶元W的底面邊緣位置區域放置在放置架10。

另外，在基板的裝載工藝中，晶元W可以在放置架10和研磨頭90之間得到加壓，但是由于放置架升降機(lift)的異常或者其他原因而對晶元W所作用的加壓力大于一定以上的情況下，存在由于加壓力而晶元W損傷或破損的問題。

換句話說，在晶元W裝載至研磨頭90的工藝中，在放置架10的移動停止的狀態下研磨頭90接觸至放置在放置架10的上面的晶元W，由此研磨頭90的荷重施加至晶元W，從而存在晶元W損傷或破損的問題。

尤其，研磨頭90的膜92以底板92a的中央部區域因自重而朝下部方向下垂的狀態移動，底板92a的中央部區域朝下部方向下垂的膜92接觸至晶元W的上面，由此向晶元W(尤其，未放置在放置架的晶元的中央部區域)施加膜92的荷重所致的壓力P，從而存在晶元W產生翹曲或者變形(圖2的W')或晶元W破損的問題。

此外，當研磨頭90和放置架10的加壓力大于一定以上的情況下，存在根據加壓力而研磨頭90的膜92可能損傷的問題。

另外，在所述化學機械研磨工藝進行的研磨區域，通常，存在如下問題：對于多個晶元同時進行化學機械研磨工藝，在裝載工藝中晶元損傷的情況下，在研磨區域對其他晶元進行的研磨工藝也要中斷。

此外，在研磨區域完成化學機械研磨工藝之前中斷的情況下，存在如下問題：不只是裝載時損傷的晶元而且正常進行工藝中的其他晶元也要廢棄，并且由此費用上升且收益率下降。

由此，最近可以防止基板及膜的損傷，并且可以提升化學機械研磨工藝的效率及收益率，雖然為了削減費用的多種方案正在進行，但是仍然存在不足而要求繼續開發。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供一種在進行基板的裝載工藝時能夠防止基板損傷的化學機械研磨系統的基板裝載裝置及其控制方法。

特別是，本實用新型的目的在于使得基板以浮起狀態附著在研磨頭，由此能夠使得基板沒有損傷地并準確地進行裝載。

此外，本實用新型的目的在于防止在進行基板的裝載工藝時由于施加于研磨頭的膜的加壓力而產生的膜的損傷。

此外，本實用新型的目的在于使基板沒有損傷地得到裝載，由此提升穩定性及信賴性，并在裝載基板后能夠準確地控制下一工藝。

此外，本實用新型的目的在于能夠提高工藝效率性及收率。

為了達到所述本實用新型的目的，根據本實用新型的實施例，用于將基板裝載至研磨頭的化學機械研磨系統的基板裝載裝置包括：放置部，其放置基板；基板浮起部，其使基板從放置部浮起，基板在從放置部浮起的狀態下裝載至研磨頭。

這是為了防止在基板的裝載工藝中因基板在放置架和研磨頭之間得到加壓而產生的基板變形及損傷，并用于將基板穩定地裝載至研磨頭。

換句話說，本實用新型在研磨頭和放置部之間使基板不被加壓，并且在基板從放置部浮起于空中的狀態下裝載至研磨頭，由此可以帶來防止基板由于加壓而翹曲或者變形，并且具有使施加于基板的損傷最小化的有利效果。

更重要的是，在現有技術中在放置部的移動處于停止的狀態下，根據研磨頭接觸于放置在放置部的上面的基板，研磨頭的荷重施加于基板而存在產生基板損傷或破損的問題，但是本實用新型中，基板從放置部浮在空中的狀態下以真空方式附著于研磨頭，因此能夠獲得以下有利效果：從根本上防止研磨頭的荷重施加于基板，并能夠防止基板的損傷。

基板浮起部可以設置為能夠使基板從放置部浮起的多種結構。例如，基板浮起部安裝于放置部，并設置為朝基板的底面噴射流體，并且基板通過從基板浮起部噴射出的流體的噴射力而從放置部的上面有間距地浮起。根據情況，基板浮起部能夠設置為利用磁力而使基板浮起的結構。

更為具體地，基板浮起部可以包括：第一流體噴射部，其供給第一流體的；第二流體噴射部，其供給與第一流體不同的第二流體，并且能夠以第一流體和第二流體混合或者分離的狀態噴射于基板的底面。

此時，可從基板浮起部噴射的異種流體的種類及特性可以根據要求的條件及設計樣式而進行多種變更。例如，第一流體可以是氣態流體和液態流體之中任何一個，第二流體可以是氣態流體和液態流體之中任何一個。優選地，第一流體噴射部以高壓噴射氣態流體(第一流體)，第二流體噴射部通過噴射液態流體(第二流體)，由此得到提供使基板浮起的充分的浮起力的同時維持基板的濕式(Wet)狀態的有利效果。更優選地，第一流體噴射部可以噴射氮(N₂)(例如，第一流體)，第二流體噴射部可以噴射純水 (DIW)(例如，第二流體)。

并且，組成基板浮起部的多個噴射噴嘴(第一流體噴射部及第二流體噴射部)可以配置為可以使基板浮起的多種排列。例如，將多個噴射噴嘴配置為沿著放置部的圓周方向或者半徑方向而等間距地間隔并進行排列，由此能夠得到用于使基板浮起的浮起力均等地形成于基板整體的有利效果。根據情況，能夠使得組成基板浮起部的多個噴射噴嘴配置為不規則的排列。

另外，根據本實用新型的其他領域，用于將基板裝載于研磨頭的化學機械研磨系統的基板裝載裝置的控制方法，包括：將基板放置于放置部的基板放置步驟；使基板從放置部浮起的基板浮起步驟；將從放置部浮起的基板裝載于研磨頭的裝載步驟。

如上所述，本實用新型使基板在研磨頭和放置部之間不受加壓，并且在基板從放置部浮在空中的狀態下裝載于研磨頭，由此能夠得到防止基板由于加壓而產生翹曲或變形并且使施加于基板的損傷最小化的有利效果。

更重要的是，現有技術中在放置部停止移動的狀態下，隨著研磨頭接觸于放置在放置部上面的基板，研磨頭的荷重施加于基板，從而產生基板損傷或破損的問題，但是本實用新型中在使得基板從放置部浮在空中的狀態下以真空方式附著于研磨頭，因此能夠得到從根本上防止研磨頭的荷重施加于基板，從而防止基板損傷的有利效果。

并且，在基板浮起步驟中可以朝基板的底面噴射流體而使基板浮起。優選地，通過在基板浮起步驟中朝基板的底面噴射各不相同的異種(heterogeneity)流體，特別是，通過朝基板的底面同時噴射氣態流體和液態流體，從而得到提供使基板浮起的充分的浮起力的同時維持基板濕式(Wet)狀態的有利效果。

本說明書及權利要求書中記載的‘浮起’或者與此類似的術語定義為基板從放置部的上面間隔一定距離地浮在空中的狀態。

本說明書及權利要求書中記載的‘流體’或者與此類似的術語定義為包括氣態流體和液態流體之中至少任何一種。

如上所述，根據本實用新型，在基板的裝載工藝時可以防止基板的損傷。

特別是，根據本實用新型，使得基板在研磨頭和放置部之間不受加壓，并且使得基板在從放置部浮在空中的狀態下裝載于研磨頭，由此能夠得到防止基板由于加壓而翹曲或變形并使施加于基板的損傷最小化的有利效果。

更重要的是，現有技術中在放置部停止移動的狀態下，隨著研磨頭接觸于放置在放置部上面的基板，研磨頭的荷重施加于基板，從而產生基板損傷或破損的問題，但是本實用新型中使得基板在從放置部浮在空中的狀態下以真空方式附著于研磨頭，因此能夠得到從根本上防止研磨頭的荷重施加于基板，從而防止基板損傷的有利效果。

此外，根據本實用新型，通過朝基板的底面同時噴射氣態流體和液態流體，從而得到提供使基板浮起的充分的浮起力的同時維持基板濕式(Wet)狀態的有利效果。

此外，根據本實用新型，不僅可以在基板的裝載工藝時防止基板的損傷，并且還可以得到防止由于研磨頭施加于膜的沖擊而產生膜的損傷的效果。

此外，根據本實用新型，可以提升穩定性及信賴性，并且可以得到提升工藝效率性及收率的效果。

附圖說明

圖1是示出現有晶元裝載裝置的構成的圖，

圖2是示出圖1的研磨頭靠近晶元的狀態的圖，

圖3是用于說明根據本實用新型的一個實施例的化學機械研磨系統的基板裝載裝置的圖，

圖4是用于說明通過圖3的基板浮起部的基板的浮揚狀態的圖，

圖5是用于說明基板裝載于圖3的研磨頭的狀態的圖，

圖6及圖7是用于說明圖3的基板浮起部的配置結構的圖，

圖8是用于說明根據本實用新型的另一個實施例的化學機械研磨系統的基板裝載裝置的圖，

圖9是用于說明根據本實用新型的一個實施例的化學機械研磨系統的基板裝載裝置的控制方法的框圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對本實用新型的優選實施例進行詳細說明，但是本實用新型并非受實施例的限制或限定。作為參考，本實用新型中相同的標號實質上指代相同的要素，并且在所述規則下，可引用其他附圖中所記載的內容來說明，并且可省略對于從業者不言而喻的內容或反復出現的內容。

圖3是用于說明根據本實用新型的一個實施例的化學機械研磨系統的基板裝載裝置的圖，圖4是用于說明通過圖3的基板浮起部的基板的浮揚狀態的圖，圖5是用于說明基板裝載于圖3的研磨頭的狀態的圖。此外，圖6及圖7是用于說明圖3的基板浮起部的配置結構的圖。

參照圖3至圖7，根據本實用新型的用于將基板10裝載于研磨頭100的化學機械研磨系統的基板裝載裝置200包括：放置部210，其放置基板10；基板浮起部300，其使基板從放置部210浮起，并且基板在從放置部210浮起的狀態下裝載于研磨頭。

研磨頭100從基板裝載裝置200接收基板10的裝載后，在使得研磨液供給至研磨平板上所設置的研磨墊上面的狀態下加壓基板10從而進行化學機械研磨工藝，在利用研磨墊及研磨液的化學機械研磨工藝結束后，可以通過清洗裝置移送基板10。

作為參考，本實用新型中的基板10可以理解為在研磨墊上能夠被研磨的研磨對象物，并且本實用新型并非根據基板10的種類及特性受到限制或者局限。例如，晶元可以用作基板10。

研磨頭100包括：本體部191，其以能夠旋轉的形式設置；膜192，其設置于本體部 191的底面；及護環193，其以配置于膜192的周圍的形式結合于本體部191的邊緣部，并防止基板10的脫離。根據情況，研磨頭可以設置為其他不一樣的結構，本實用新型并非受研磨頭的結構而限制或局限。

膜192中可以形成多個活板(flip)(例如，環形的活板)，根據多個活板而在本體部191和膜192之間可以設置沿著本體部192的半徑方向劃分的多個壓力室192C。

在此，在各個壓力室192C可以設置用于測量各個壓力的壓力傳感器。各個壓力室 192C的壓力可以根據壓力控制部195的控制而分別進行調節，調節各個壓力室192C的壓力從而可以分別調節加壓于基板10的壓力。

并且，在研磨頭100的中心部可以形成有被膜192的開口所貫通形成的中心部壓力室195X。中心部壓力室195X與基板10直接連通并作用有吸入壓而使基板10緊貼于研磨頭100的膜192，由此可以進行基板10裝載。

并且，研磨頭100以通過研磨頭移送部180而上下移動的形式構成。作為研磨頭移送部180可以使用通過馬達進行旋轉的導螺桿或者線形驅動手桿，本實用新型并非根據研磨頭移送部180的種類及結構而限制或局限。

放置部210設置為能夠沿著上下方向而進行升降，在放置部210的上面放置用于裝載的基板10。

放置部210可以設置為能夠放置基板10的多種結構。例如，放置部210可以包括：放置板220，其以距離基板10的底面分離地進行配置；邊緣位置放置部230，其形成于放置板220的上面且支撐基板10的底面邊緣位置。

放置板220可以設置為上面為平坦的形態，邊緣位置放置部230設置于放置板220 的邊緣位置且在比放置板220的上面高的高度設置放置基板10的底面邊緣位置的放置面。

并且，邊緣位置放置部230可以沿著放置板220的圓周方向形成環形，但是根據情況，邊緣位置放置部也能夠沿著放置板的圓周方向有間距地設置多個。

如此，基板10通過邊緣位置放置部230僅部分支撐邊緣位置區域，因此使放置部 210和基板10的接觸面積最小化，并使放置部210和基板10之間殘留的灰塵、清洗液、化學制劑等異物最小化，由此隨著放置部210和基板10的接觸面積增加而可以使基板 10的損傷最小化。

并且，放置板220可以根據連接于其底面的升降軸212朝上下方向進行升降，升降軸212可以通過如馬達一樣的驅動部(MH)240得到升降。作為參考，放置板220的升降結構可以根據要求的條件及設計樣式而進行多種變更，本實用新型并非因放置板220 的升降結構而限制或局限。此外，護環193接觸的接觸部能夠設置為一體形成于邊緣位置接觸部或設置為分離的形態。

基板浮起部300是為使基板10從放置部210浮起而設置。

在此，基板從放置部210浮起，定義為基板10從放置部210的上面有間距地浮在空中的狀態。

基板浮起部300可以設置為使基板10浮起的多種結構。例如，基板浮起部300安裝于放置部210，并設置為朝基板10的底面噴射流體，基板根據從基板浮起部300噴射出的流體的噴射力而從放置部210的上面有間距地浮起。根據情況，能夠設置為基板浮起部利用磁力使基板浮起。

基板浮起部300根據要求的條件及設計樣式可以設置為噴射多種流體使基板浮起。例如，基板浮起部300可以將互不相同的異種(heterogeneity)流體噴射于基板10的底面從而使基板浮起。

更具體地，基板浮起部300可以包括：第一流體噴射部310，其供給第一流體；第二流體噴射部320，其供給與第一流體不同的第二流體，并且可以以第一流體和第二流體混合或分離的狀態通過類似于常規的噴嘴一樣的噴射工具噴射于基板10的底面。以下，對于使得第一流體和第二流體以相互分離的狀態從第一流體噴射部310和第二流體噴射部320噴射于基板10的底面的例子進行說明。根據情況，從第一流體噴射部和第二流體噴射部供給的第一流體和第二流體能夠從一個混合流路以混合的狀態進行噴射。

能夠從基板浮起部300噴射的異種流體的種類及特性可以根據要求的條件及設計樣式進行多種變更。例如，第一流體可以是氣態流體和液態流體之中任何一個，第二流體可以是氣態流體和液態流體之中任何一個。

優選地，可以設置為第一流體噴射部310以高壓噴射氣態流體(第一流體)，第二流體噴射部320噴射液態流體(第二流體)。如上所述，通過同時噴射高壓的氣態流體和液態流體，可以得到提供使基板10浮起的充分的浮起力F的同時維持基板10濕式 (Wet)狀態W的有利效果。更優選地，通過第一流體噴射部310噴射氮(N₂)(例如，第一流體)，第二流體噴射部320噴射純水(DIW)(例如，第二流體)，可以得到維持基板10濕式狀態的同時使基板從放置部210充分浮起的有利效果。根據情況，基板浮起部能夠設置為噴射兩種氣態流體或者噴射兩種液態流體。

參照圖6及圖7，組成基板浮起部300的多個噴射噴嘴(nozzle)(第一流體噴射部310及第二流體噴射部320)可以配置為能夠使基板10浮起的多種排列。

例如，參照圖7，組成基板浮起部300的多個噴射噴嘴(第一流體噴射部310及第二流體噴射部320)可以以沿放置部210的圓周方向等間距地間隔的形式進行配置。例如，參照圖8，組成基板浮起部300的多個噴射噴嘴(第一流體噴射部310及第二流體噴射部320)可以以沿放置部210的半徑方向等間距地間隔的形式進行配置。如上所述，通過將組成基板浮起部300的多個噴射噴嘴沿放置部210的圓周方向或半徑方向有規律地間隔配置，可以得到用于使得基板10浮起的浮起力均等地形成于基板10整體的有利效果。根據情況，組成基板浮起部的多個噴射噴嘴也能夠以不規則地形式進行配置。

并且，本實用新型的實施例中雖然以從噴射噴嘴使得流體以點(spot)方式噴射為例進行說明，但是也能夠將噴射噴嘴的噴嘴頭(nozzle tip)形成為狹縫形態或者環形并設置為以面噴射方式噴射流體。

根據所述結構，在基板10放置于放置部210的上面的狀態下(參照圖3)，如圖4 所示，通過從基板浮起部300噴射異種流體(例如，氮及純水)，通過異種流體(例如，氮及純水)而基板10可以有間距地浮起于放置部210的上面。

其后，如圖5所示，基板10在有間距地浮起于放置部210的上面的狀態下，可以裝載(附著)于研磨頭100。優選地，研磨頭100以預先設定的間距鄰近地設置于基板10，則通過使浮起的基板10真空附著于研磨頭100，能夠得到使施加于基板10的過度的加壓力或沖擊最小化，并且防止因加壓力或沖擊所致的基板10損傷及破損的有利效果。

如上所述，本實用新型在研磨頭100和放置部210之間未直接加壓基板10，在基板 10浮在空中的狀態下裝載于研磨頭100，由此可以得到防止基板10由于加壓產生的翹曲或變形，并且使施加于基板10的損傷最小化的有利效果。

另外，圖8是用于說明根據本實用新型的另一個實施例的化學機械研磨系統的基板裝載裝置的圖。并且，對于與上述的結構相同且相當于相同的部分利用相同或相當于相同的參考標號，并省略對其的詳細說明。

參照圖8，根據本實用新型的另一個實施例，放置部210可以僅包括放置基板10并且朝上下方向升降的放置板220'，基板的底面可以整體接觸于放置板220'的上面。

并且，在放置板220'的上面可以安裝噴射流體的基板浮起部300，放置于放置板220' 的基板10可以隨著從基板浮起部300噴射流體而浮起。

此外，圖9是用于說明根據本實用新型的一個實施例的化學機械研磨系統的基板裝載裝置的控制方法的框圖。并且，對于與上述的結構相同且相當于相同的部分利用相同或相當于相同的參考標號，并省略對其的詳細說明。

參照圖9，根據本實用新型的不同領域，用于將基板裝載于研磨頭的化學機械研磨系統的基板裝載裝置的控制方法，包括：將基板10放置于放置部210的基板放置步驟 (S10)；使基板10從放置部210浮起的基板浮起步驟(S20)；將從放置部210浮起的基板10裝載于研磨頭100的裝載步驟(S30)。

步驟1：

首先，將基板10放置于放置部210的上面。(S10)

在基板放置步驟(S10)中，基板10通過常規的機械臂等向放置部210的上面進行供給并配置。

例如，放置部210可以包括：放置板220，其從基板10的底面有間距地得到配置；邊緣位置放置部230，其形成于放置板220的上面且支撐基板10的底面邊緣位置，并且基板10可以配置于邊緣位置放置部230的上面。所述可以得到使邊緣位置放置部230 和基板10的接觸面積最小化且根據接觸面積增加而防止基板10損傷的效果。

并且，基板10放置于放置部210之后，放置部210可以以已設定的規定高度進行上向移動。

步驟2：

其次，使基板從放置部210浮起。(S20)

在基板浮起步驟(S20)根據要求的條件能夠以多種方式使基板10從放置部210浮起。例如，在基板浮起步驟(S20)中朝基板10的底面噴射流體，通過朝基板10的底面噴射的流體的噴射力而基板10可以從放置部210的上面有間距地浮起。

例如，在基板浮起步驟(S20)中可以將互不相同的異種(heterogeneity)流體噴射于基板10的底面從而使基板10浮起。

優選地，在基板浮起步驟(S20)中可以設置為以高壓噴射氣態流體(第一流體)的同時噴射液態流體(第二流體)。如此，通過同時噴射高壓的氣態流體和液態流體，可以得到提供使基板10浮起的充分的浮起力(F)的同時維持基板10濕式(Wet)狀態(W) 的有利效果。更優選地，通過第一流體噴射部310噴射氮(N₂)(例如，第一流體)，第二流體噴射部320噴射純水(DIW)(例如，第二流體)，可以得到使基板10維持濕式狀態的同時從放置部210充分地浮起的效果。根據情況，基板浮起部能夠設置為僅噴射相互不同種類的氣態流體，或者也能夠設置為僅噴射相互不同種類的液態流體。

作為參考，在基板浮起步驟(S20)中噴射于基板10的異種流體能夠以混合的狀態進行噴射，或者能夠以分別分離的狀態進行噴射。

步驟3：

其次，將從放置部210浮起的基板10裝載于研磨頭100。(S30)

在裝載步驟(S30)中基板10可以在有間距地浮起于放置部210的上面的狀態下，裝載(附著)于研磨頭。

優選地，裝載步驟(S30)中，如果研磨頭100以預先設定的間距鄰近地配置于基板 10，則通過使得浮起的基板10以真空方式附著于研磨頭100，可以得到使施加于基板 10的過度的加壓力或者沖擊最小化，并且防止由于加壓力或沖擊而發生基板10損傷及破損的有利效果。

如上所述，雖然參照本實用新型的優選實施例進行說明，但是可理解為，如果是相應技術領域的熟練的從業者，在不超過記載于下述的專利權利要求的本實用新型的思想及領域的范圍內可對本實用新型進行多種修改及變更。

標號說明

10：基板 100：研磨頭

192：膜 193：護環

200：基板裝載裝置 210：放置部

220：放置板 230：邊緣位置放置部

240：驅動部 300：基板浮起部

310：第一流體噴射部 320：第二流體噴射部