基板翻转装置及具备其的化学机械研磨系统的制作方法

本实用新型涉及一种基板翻转装置及具备其的化学机械研磨系统(SUBSTRATE TURNING APPARATUS AND CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM HAVING THE SAME)，更为具体地，涉及一种可以缩短载体头(carrier head)的移动距离且可以提高安全性和可靠性的基板翻转装置及具备其的化学机械研磨系统。

背景技术：

随着半导体元件由微小的电路线以高密度的方式聚集制造而成，在晶元表面需要可以进行与其相应的精密研磨。为了对晶元进行更加精密地研磨，可以进行机械研磨及化学研磨并行的化学机械研磨工艺(CMP工艺)。

化学机械研磨(CMP)工艺是一种在半导体元件制造过程中，为了实现根据大面积平坦化和用于形成电路的接触(contact)/配线膜分离及集成元件化的晶元表面粗糙度提高等而对晶元的表面进行精密研磨加工的工艺，所述大面积平坦化是指去除由通过反复进行掩蔽(masking)、蚀刻(etching)及配线工艺等而生成的晶元表面的凹凸所造成的单元(cell)区域与周围电路区域间的高度差。

所述CMP工艺通过如下方式完成，以晶元的工艺面与研磨垫相对的状态对所述晶元加压并同时进行工艺面的化学研磨与机械研磨，完成研磨工艺的晶元被载体头抓握从而进行对附着于工艺面的异物进行清洗的清洗工艺。

换句话说，如图1所示，一般地，晶元的化学机械研磨工艺通过如下方式完成，若加载单元20将晶元供给至化学机械研磨系统X1，则在将晶元W以紧贴于载体头S1、S2、 S1'、S2'，S的状态沿着规定的路径Po进行移动66-68的同时，在多个研磨平板P1、 P2、P1'、P2'上进行化学机械研磨工艺。进行了化学机械研磨工艺的晶元W通过载体头 S被移送至卸载单元的支架10，并移送至进行接下来的清洗工艺的清洗单元X2，从而在多个清洗模块(module)70进行对附着于晶元W的异物进行清洗的工艺。

并且，虽然在化学机械研磨工艺中，晶元的工艺面为了和研磨平板P1、P2…的表面接触而朝向下侧，但是在清洗工艺中，由于沿重力方向供给清洗液的同时完成清洗，因而晶元的工艺面朝向上侧。为此，通过晶元翻转装置在卸载单元上进行使晶元翻转180 度的翻转作业。

为此，在图1的卸载单元U上具备晶元翻转装置。位于卸载单元U上的支架10设置为通过利用电力、液压或空压的移动装置可以沿着上下方向移动。同时，抓握晶元W的翻转装置的夹子通过操作装置也可以沿着上下方向移动，且设置为可以通过夹子抓握晶元。

另外，在晶元的化学机械研磨工艺中，晶元的移送路径越长，则因移送中意想不到的冲击等晶元落下或受损的危险越高，所以应该可以将晶元的移送路径设置为最短路径。

但是，因为在现有技术中，进行化学机械研磨工艺的晶元需要以紧贴载体头的状态被移送至设置在卸载单元上的支架，因此，不可避免地具有移送路径变长且安全性和可靠性较低的问题。

特别是，在现有技术中，载体头在加载单元以沿着经过研磨平板而循环的路径移动的形式构成，且随着卸载单元上的支架配置在载体头的循环路径外侧，载体头需要额外移动至卸载单元上的支架，因此，不可避免地具有移动路径变长且安全性和可靠性较低的问题。

因此，最近进行了各种用于使基板的移送路径最小化，使安全性和可靠性提高的研究，但是仍存在不足，对此还需要研究开发。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，提供一种基板翻转装置及具备其的化学机械研磨系统，所述装置可以缩短基板的移动路径，并且可以提高安全性和可靠性。

特别是，本实用新型的目的在于，提供一种基板翻转装置及具备其的化学机械研磨系统，所述装置通过可以使基板翻转装置有选择地沿着靠近及离开基板的卸载位置的方向移动，从而可以缩短基板的移送路径。

此外，本实用新型的目的在于，提供一种基板翻转装置及具备其的化学机械研磨系统，所述装置可以防止基板的损伤、提高收益率。

根据用于实现本实用新型的上述目的的本实用新型的优选实施例，用于化学机械研磨工艺的基板翻转装置包括：可动组件，其以可靠近及离开基板被卸载的卸载位置的形式设置；夹紧组件，其连接于可动组件并夹紧基板，并且夹紧组件可有选择地靠近及离开卸载位置。根据所述结构，可以缩短基板的移送路径，并且可以提高安全性及可靠性。

作为参考，在本实用新型中，基板可以理解为可以执行化学机械研磨工艺的处理对象物，且本实用新型并不受基板的种类及特性的限制或限定。例如，可以使用晶元作为基板。

为了有选择地使基板翻转，基板翻转装置可使用于各种位置，且本实用新型并不受基板翻转装置的设置位置及特性的限制或限定。例如，基板翻转装置可设置在化学机械研磨系统的研磨部区域上。根据情况，基板翻转装置也可设置在化学机械研磨系统的清洗部区域上。

优选地，基板翻转装置可以设置在研磨部区域上，且在向清洗部供给完成化学机械研磨工艺的基板之前，基板的研磨面(polishing surface)可以向相反的方向翻转。作为参考，在本实用新型中，基板的研磨面是指与研磨垫接触且受到研磨的基板的面(底面或者上面)。实质上，在化学机械研磨工艺中，基板的研磨面(例如，基板的底面) 可以配置为朝向下侧，且为了使基板的研磨面朝向上侧，基板翻转装置可使基板翻转180 度。

基板的卸载位置可以根据要求的条件及设计样式进行多种变更。优选地，为了可以缩短载体头的移动路径，卸载位置可以设置在载体头的移动路径上。更加优选地，基板的卸载位置可以设置在和处理前加载基板的加载位置相同的位置。基板的卸载位置设置在载体头的移动路径外侧的情况下，由于载体头沿着移动路径移动后需要额外重新移动至设置在移动路径外侧的基板的卸载位置，因此，不可避免地具有增加载体头的移动路径的问题。但是，当基板的卸载位置设置在载体头的移动路径上的情况下，因为载体头只需要沿着移动路径移动，所以可以使载体头的移动路径最小化。

根据要求的条件以及设计样式，可动组件可以以通过各种方式靠近或离开卸载位置的形式设置。例如，所述可动组件可以设置为可沿着靠近及离开卸载位置的方向直线移动。根据情况，可动组件也可以设置为以一个支点为基准旋转且沿着靠近及离开卸载位置的方向移动。此外，所述可动组件可以设置为通过可动组件的驱动力沿着靠近及离开卸载位置的方向移动。

夹紧组件可以设置为可有选择地夹紧基板的各种结构，且本实用新型并不受夹紧组件的结构以及特性的限制或限定。例如，夹紧组件可包括：侧面夹紧部，其在内侧形成基板收纳部且对基板的侧面进行支撑；研磨面支撑部件，其设置在基板收纳部的内侧并对基板的研磨面(polishing surface)进行支撑。

侧面夹紧部可以设置为可对基板的侧面进行支撑的多种结构。例如，侧面夹紧部可以包括：第一夹紧部件；第二夹紧部件，其设置为和第一侧面夹紧部件相对且可沿着靠近及离开第一侧面夹紧部件的方向直线移动，在基板的研磨面因研磨面支撑部件而得到支撑的状态下，第一夹紧部件及第二夹紧部件相互靠近并可对基板的侧面进行支撑。

根据要求的条件以及设计样式，研磨面支撑部件可以设置为具有多种数量及间隔距离，且本实用新型并不受研磨面支撑部件的个数及间隔距离的限制或限定。优选地，研磨面支撑部件可以设置为可以使与基板的研磨面的接触最小化的结构。例如，在研磨面支撑部件上可以向下倾斜地形成倾斜引导部，通过基板的研磨面边缘(edge)与倾斜引导部接触，从而可以使针对研磨面支撑部件的基板的接触最小化。

此外，在倾斜引导部的前端可以形成导槽部(guide chamfer portion)，基板的研磨面边缘可以沿着导槽部接触。

在基板收纳部的内侧可以设置对基板的非研磨面(non-polishing surface)进行支撑的非研磨面支撑部件。作为参考，在本实用新型中，基板的非研磨面是指基板的研磨面的对立面。

根据本实用新型的其他的优选实施例，化学机械研磨系统包括：研磨部，其对基板执行化学机械研磨(CMP)工艺；载体头，其在研磨部的区域上沿着既定的循环路径移送基板；可动组件，其以可靠近及离开设置在载体头的循环路径上的基板的卸载位置的形式设置；夹紧组件，其连接于可动组件并夹紧基板，通过使夹紧组件有选择地靠近及离开卸载位置，从而可以缩短基板的移送路径，提高安全性和可靠性。

优选地，在卸载位置可以加载用于执行化学机械研磨工艺的其他基板。

此外，化学机械研磨系统可包括：驱动组件，其为了使可动组件沿着靠近及离开卸载位置的方向直线移动而提供驱动力；旋转组件，其为了使夹紧组件可以翻转旋转以可翻转(turning)旋转的形式连接于可动组件。

此外，在化学机械研磨系统中，夹紧组件可包括：侧面夹紧部，其在内侧形成基板收纳部且对基板的侧面进行支撑；研磨面支撑部件，其设置在基板收纳部的内侧并对基板的研磨面(polishing surface)进行支撑。并且，在研磨面支撑部件上可以形成倾斜引导部，基板的研磨面边缘(edge)可与倾斜引导部接触。此外，在倾斜引导部的前端可以形成导槽部(guide chamfer portion)，基板的研磨面边缘可以沿着导槽部接触。

侧面夹紧部可以包括：第一侧面夹紧部件；第二侧面夹紧部件，其设置为和第一侧面夹紧部件相对且可沿着靠近及离开第一侧面夹紧部件的方向直线移动，在基板的研磨面因研磨面支撑部件而得到支撑的状态下，第一侧面夹紧部件及第二侧面夹紧部件相互靠近并可对基板的侧面进行支撑。并且，在基板收纳部的内侧，可以设置对基板的非研磨面(non-polishing surface)进行支撑的非研磨面支撑部件。

如上所述，根据本实用新型，可以缩短基板的移送路径，并提高安全性和可靠性。

特别是，根据本实用新型，通过使基板翻转装置可以沿着靠近及离开既定的基板的移送路径的方向移动，从而可以将基板的卸载位置配置在基板的移送路径上，结果可以缩短基板的移送路径。

换句话说，基板的卸载位置设置在载体头的移动路径外侧的情况下，由于载体头沿着既定的移动路径移动后需要额外重新移动至设置在移动路径外侧的基板的卸载位置，因此不可避免地使载体头的移动路径增加，并且因意想不到的冲击等晶元落下或受损的危险加大。但是，根据本实用新型，通过有选择地使基板翻转装置的位置变化，从而可将基板的卸载位置设置在载体头的移动路径上，这种情况下，因为载体头只需要沿着既定的移动路径移动，所以可以缩短载体头的移动路径及基板的移送路径。

此外，根据本实用新型，通过缩短基板的移送路径，从而使基板的落下及受损最小化，不仅可以提高安全性及可靠性，还可以提高工艺效率及收益率。

此外，根据本实用新型，利用倾斜引导部及导槽部可以使基板翻转装置和基板的接触部位最小化，并且可以防止由接触造成的基板的受损。

附图说明

图1是示出现有的化学机械研磨设备的构成的图，

图2是用于说明根据本实用新型的化学机械研磨系统的图，

图3及图4是用于说明作为根据本实用新型的化学机械研磨系统的基板翻转装置的图，

图5及图6是用于说明作为根据本实用新型的化学机械研磨系统的夹紧组件的结构的图，

图7及图8是用于说明作为根据本实用新型的化学机械研磨系统的基板翻转装置的操作结构的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实用新型的优选实施例进行详细说明，但是本实用新型并非受实施例的限制或限定。作为参考，本实用新型中相同的标号实质上指代相同的要素，并且在所述规则下可引用其他附图中所记载的内容来说明，并且可省略对于从业者来说显而易见或反复的内容。

图2是用于说明根据本实用新型的化学机械研磨系统的图，图3及图4是用于说明作为根据本实用新型的化学机械研磨系统的基板翻转装置的图。此外，图5及图6是用于说明作为根据本实用新型的化学机械研磨系统的夹紧组件的结构的图，图7及图8是用于说明作为根据本实用新型的化学机械研磨系统的基板翻转装置的操作结构的图。

如所述这些图所示，根据本实用新型的化学机械研磨系统10包括：研磨部100及基板翻转装置400。

参照图2，所述研磨部100用于对基板12进行化学机械研磨工艺(CMP)而设置。

所述研磨部100可设置为可进行化学机械研磨工艺的多种结构，且本实用新型并非受到研磨部100的结构及布局(layout)的限制或限定。

在所述研磨部100可形成多个研磨平板110，并且在各研磨平板110的上面可附着研磨垫。供给至设置于研磨部100的区域上的加载单元的基板12以紧贴于沿着预先设定的路径进行移动的载体头120的状态旋转接触于供给研磨液的研磨垫的上面，由此可进行化学机械研磨工艺。

所述载体头120可在研磨部区域上沿着已设定的循环路径移动，且供给至加载单元的基板12(以下称作供给至基板的加载位置的基板)以紧贴于载体头的状态可通过载体头被移送。以下举例进行说明：载体头以从加载单元开始经过研磨平板大致沿着四边形形态的循环路径移动的形式设置。

在临近所述研磨部100的侧部可设置执行清洗工艺的清洗部200，所述清洗工艺为用于对残留于完成化学机械研磨工艺的基板12的表面的异物进行去除的工艺。

所述清洗部200可设置为可以执行多个步骤的清洗及干燥工艺的结构，且本实用新型并非受到构成清洗部200的站(station)210的结构及布局的限制或限定。比如，在所述清洗部200可以设置刷式清洗站及冲洗干燥站等。

所述基板翻转装置400设置在研磨部区域上，在向清洗部供给完成化学机械研磨工艺的基板12之前，可以使基板12的研磨面(polishing surface)向相反的方向翻转。

作为参考，在本实用新型中，基板12的研磨面是指与研磨垫接触且被研磨的基板 12的面(底面或者上面)。实质上，在化学机械研磨工艺中，基板12的研磨面(例如，基板的底面)可以配置为朝向下侧，且为了使基板12的研磨面朝向上侧，基板翻转装置400可使基板12翻转180度。

参照图3及图4，所述基板翻转装置400包括可动组件(assembly)420和夹紧组件 (assembly)440，

所述可动组件420以可靠近及离开完成化学机械研磨工艺的基板12被卸载的卸载位置(参考图4的P1)的形式设置。

所述基板12的卸载位置可以根据要求的条件及设计样式进行多种变更。优选地，为了缩短载体头的移动路径，卸载位置可设置在载体头的移动路径(例如，循环路径)上。更加优选地，所述基板12的卸载位置可以设置在和处理前加载基板(用于执行化学机械研磨工艺的其他基板)的加载位置相同的位置。

换句话说，基板的卸载位置设置在载体头的移动路径外侧的情况下，由于载体头沿着移动路径移动后需要额外重新移动至设置在移动路径外侧的基板的卸载位置，因此不可避免地具有使载体头的移动路径增加的问题。但是，当基板12的卸载位置设置在载体头120的移动路径上的情况，因为载体头120只需要沿着移动路径移动，因此可以使载体头120的移动路径最小化。

根据要求的条件以及设计样式，所述可动组件420可以用各种方式靠近及离开卸载位置的形式设置。例如，所述可动组件420可以设置为可沿着靠近及离开卸载位置的方向直线移动。根据情况，可动组件也可以设置为以一个支点为基准旋转且沿着靠近及离开卸载位置的方向移动。

所述可动组件420可以设置为通过驱动组件410的驱动力沿着靠近及离开卸载位置的方向移动。例如，所述可动组件420通过驱动组件410的驱动力可沿着靠近及离开卸载位置的方向直线移动。

作为所述驱动组件410可以使用可以提供驱动力的一般的驱动装置，且本实用新型并非受驱动组件410的种类及特性的限制或限定。例如，作为所述驱动组件410可以使用一般的线形发动机。根据情况，可由一般的发动机及动力传递部件的组合(例如，齿轮或传动带的组合)构成驱动组件，或者可利用螺旋部件构成驱动组件。

参照图5及图6，所述夹紧组件440连接于可动组件420并可有选择地夹紧基板12，所述夹紧组件440通过可动组件420可有选择地靠近及离开卸载位置。优选地，所述夹紧组件440在基板12的化学机械研磨工艺中(或者基板的加载中)可以避开脱离载体头的移动路径的区域，仅在对完成化学机械研磨工艺的基板12进行卸载时可向卸载位置靠近。

此外，旋转组件430能够以可翻转(turning)旋转的形式连接于所述可动组件420，且所述夹紧组件440连接于旋转组件430，通过旋转组件430可以有选择地对可动组件 420进行翻转旋转。

所述旋转组件430可以利用一般的旋转轴及驱动装置构成，且旋转组件430的结构及特性根据要求的条件及设计样式可以进行多种变更。根据情况，夹紧组件可以固定于可动组件上，可动组件也能够以可翻转旋转的形式设置于驱动组件。

所述夹紧组件440可以设置为可选择地夹紧基板12的多种结构，且本实用新型并不受夹紧组件440的结构及特性的限制或限定。例如，所述夹紧组件440可包括：侧面夹紧部442，其在内侧形成基板收纳部441且对基板的侧面进行支撑；研磨面支撑部件444，其设置在所述基板收纳部441的内侧并对基板的研磨面(polishing surface)进行支撑。

所述侧面夹紧部442可以设置为可对基板的侧面进行支撑的多种结构。例如，所述侧面夹紧部442可以包括：第一夹紧部件442a；第二夹紧部件442b，其设置为和所述第一夹紧部件442a相对且可沿着靠近及离开第一夹紧部件442a的方向直线移动，在所述基板12的研磨面因研磨面支撑部件444而得到支撑的状态下，第一夹紧部件442a及第二夹紧部件442b相互靠近并可对基板的侧面进行支撑。根据情况，侧面夹紧部可以包括三个以上的夹紧部件。

作为参考，所述第一夹紧部件442a及第二夹紧部件442b之间的靠近及离开可通过使得第一夹紧部件442a及第二夹紧部件442b中的某一个相对另一个移动的方式来执行，或者可通过使得第一夹紧部件442a及第二夹紧部件442b全部移动的方式来执行。

所述研磨面支撑部件444可以设置为对基板12的研磨面进行支撑，如上所述，基板 12的研磨面是指在化学机械研磨工艺时与研磨垫接触且被研磨的基板12的面。

所述研磨面支撑部件444根据要求的条件以及设计样式可以设置为具有多种数量及间隔间距，且本实用新型并不受研磨面支撑部件444的个数以及间隔间距的限制或限定。以下以沿着圆周方向隔开的四个研磨面支撑部件444对称配置的例子进行说明。

优选地，所述研磨面支撑部件444可以设置为可使与基板的研磨面的接触最小化的结构。当然，也可以设置为使得研磨面支撑部件直接接触基板的研磨面，但是在研磨面支撑部件接触基板的直接研磨面的情况下具有会发生由接触引起的损坏的危险。因此，优选地，研磨面支撑部件444设置为可使与基板12的研磨面的接触最小化的结构。

可使所述基板12的研磨面接触最小化的研磨面支撑部件444的结构可以根据要求的条件及设计样式进行多种变更。例如，在所述研磨面支撑部件444可以向下倾斜地形成倾斜引导部444a，基板的研磨面边缘(edge)可以设置为与所述倾斜引导部444a接触。所述结构，使基板12的研磨面不与研磨面支撑部件444直接接触，只使基板12的研磨面边缘与研磨面支撑部件444接触，因此，可以预先防止由接触导致的研磨面的受损。

此外，在所述倾斜引导部444a的前端可以形成导槽部(guide chamfer portion) 444b，所述基板的研磨面边缘可以沿着导槽部444b接触。所述导槽部444b也可以具有向下方倾斜的倾斜角度，且根据要求的条件及设计样式导槽部444b的倾斜角度可以进行多种变更。

所述导槽部444b可使接触于倾斜引导部444a的基板的研磨面边缘的接触部位更为扩大，因此基板12能够得到更为稳定的安装及支撑。

此外，在所述基板收纳部441的内侧可设置对基板12的非研磨面(non-polishing surface)进行支撑的非研磨面支撑部件446。

作为参考，本实用新型中，基板12的非研磨面是指基板12的研磨面的对立面。实质上，在化学机械研磨工艺中，基板12的非研磨面(例如，基板的上面)可配置为朝向上侧，且为了使基板12的非研磨面朝向下侧，基板翻转装置400可以使基板翻转180 度。

和上述基板12的研磨面不同，基板的非研磨面不受接触的影响的制约，根据要求的条件和设计样式，非研磨面支撑部件446可以设置为可支撑非研磨面的各种结构。优选地，所述非研磨面支撑部件446可以形成为沿着基板收纳部的半径方向具有比前述的研磨面支撑部件444更短的长度。

参照图7，完成化学机械研磨工艺的基板可转移至基板翻转装置400的研磨面支撑部件444上。此时，所述第一夹紧部件442a及第二夹紧部件442b以相互隔开的状态配置。特别是，根据本实用新型，完成化学机械研磨工艺的基板12可不经过另外的支架，直接从载体头120转移至研磨面支撑部件444的上部。

参照图8，随着在使得基板转移至研磨面支撑部件444的状态下向第一夹紧部件442a 及第二夹紧部件442b相互靠近的方向移动，基板12的研磨面边缘可以以与形成于研磨面支撑部件444的倾斜引导部444a的导槽部444b接触的状态沿着导槽部444b向上移动。因此，基板12的侧面通过第一夹紧部件442a及第二夹紧部件442b得到支撑的同时，基板12的研磨面(底面)及非研磨面(上面)可以通过研磨面支撑部件444及非研磨面支撑部件446得到支撑。

另一方面，根据所述的本实用新型的基板翻转装置400，为了有选择地使基板12翻转，可以使用于各种位置，且本实用新型并不受到基板翻转装置400的设置位置及特性的限制或限定。根据情况，基板翻转装置也可以设置在化学机械研磨系统的清洗部区域上。

如上所述，虽然参照本实用新型的优选实施例进行了说明，但可以理解为，如果是所属技术领域的熟练的从业人员，只要是在不脱离下述权利要求所记载的本实用新型的思想及领域的范围内，可以对本实用新型进行各种修正及变更。

标号说明

100：研磨部 110：研磨平板

120：载体头 130：加载单元

200：清洗部 300：移送部

400：基板翻转装置 410：驱动组件

420：可动组件 430：旋转组件

440：夹紧组件 442：侧面夹紧部

444：研磨面支撑部件 446：非研磨面支撑部件。