KR102036929B1

KR102036929B1 - 화학 기계적 연마 시스템의 캐리어 헤드의 세정 장치

Info

Publication number: KR102036929B1
Application number: KR1020130160995A
Authority: KR
Inventors: 김병석
Original assignee: 주식회사 케이씨텍
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2019-10-25
Also published as: KR20150073376A

Abstract

본 발명은 화학 기계적 연마 시스템의 캐리어 헤드의 세정 장치에 관한 것으로, 리테이너 링과, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 공간 내에 고정되어 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼를 가압하는 멤브레인을 구비한 캐리어 헤드의 세정 장치로서, 회전 구동되는 토출 유닛과; 상기 멤브레인을 가로지르는 형태로 상기 토출 유닛에 배열되어 상방을 향하여 세정액을 토출하는 다수의 제1토출구과; 상기 리테이너 링과 상기 멤브레인의 원형 경계에 대응하는 원형 형태로 상기 토출 유닛에 배열되어 상방을 향하여 세정액을 토출하는 다수의 제2토출구을; 포함하여 구성되어, 회전하는 토출 유닛에 설치된 다수의 제1토출구에 의하여 캐리어 헤드의 멤브레인의 저면에 세정액을 고압 토출하여 세정하고, 리테이너 링과 멤브레인의 경계에 위치한 홈의 형상대로 배열된 다수의 제2토출구에 의하여 리테이너 링과 멤브레인 사이의 홈의 내부로 정확하게 세정액을 고압 토출하여 세정하도록 구성되어, 화학 기계적 연마 공정에 사용되었던 캐리어 헤드를 짧은 시간 내에 리테이너 링과 멤브레인 사이의 홈에 끼어있는 이물질을 깨끗하게 세정 제거할 수 있는 화학 기계적 연마 시스템의 캐리어 헤드의 세정 장치를 제공한다.

Description

화학 기계적 연마 시스템의 캐리어 헤드의 세정 장치 {CLEANING DEVICE OF CARRIER HEAD IN CHEMICAL MECHANICAL POLISHING SYSTEM}

본 발명은 화학 기계적 연마 시스템의 캐리어 헤드의 세정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 캐리어 헤드를 보다 깨끗하고 짧은 시간에 세정할 수 있도록 하며, 캐리어 헤드를 세정하는 세정액의 공급 압력을 이용하여 회전 구동됨에 따라 구성 부품을 최소화할 수 있는 화학 기계적 연마 시스템의 캐리어 헤드의 세정 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학 기계식 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 공정은 연마층이 구비된 반도체 제작을 위한 웨이퍼 등의 기판과 연마 정반 사이에 상대 회전 시킴으로써 기판의 표면을 연마하는 표준 공정으로 알려져 있다.

화학 기계적 연마 공정은 웨이퍼를 캐리어 헤드(90)로 가압하면서 자전시키고, 웨이퍼가 맞닿아 있는 연마 패드를 회전시키고, 슬러리를 웨이퍼의 연마면에 공급하여, 웨이퍼의 연마면에서 기계적인 연마 공정과 화학적인 연마 공정을 동시에 행하는 방식이다.

따라서, 화학 기계적 연마 공정 중에 웨이퍼의 연마면으로터 미세 입자와 슬러리가 뒤섞이게 된다. 따라서, 웨이퍼의 정교하게 두께를 조절하면서 평탄화하기 위해서는 화학 기계적 연마 공정에 새롭게 투입되는 웨이퍼에 대해서는 입자 등의 이물질이 깨끗하게 제거된 상태가 되어야 한다.

이와 관련하여, 대한민국 등록특허공보 제10-1130888호의 '화학 기계적 연마장치의 캐리어 헤드의 세정 유닛 및 이를 이용한 이동식 화학 기계적 연마 시스템'에는 도1에 도시된 형태의 캐리어 헤드의 세정 유닛(1)이 개시되어 있다. 종래의 캐리어 헤드의 세정 유닛(1)은 회전 가능하고 직선 형태로 배열된 토출 유닛(10)와, 토출 유닛(10)에 일자로 배열된 다수의 토출구(20)과, 토출 유닛(10)를 감싸는 회수 용기(30)와, 회수 용기(30)를 외팔보 형태로 연결하는 연결부(35)와, 연결부(35) 및 회수 용기(30)를 선회 운동(40d)시키는 선회 구동 모터(40)로 구성된다.

여기서, 토출 유닛(10)는 회전 중심(15)을 기초로 에 위치 고정된 토출구(20)은 벨트(17)를 통해 회전 모터(18)로 회전하면서, 세정액 공급유닛(19)로부터 세정액을 공급받아 도3에 도시된 바와 같이 캐리어 헤드(90)의 저면에 세정액을 고압 토출한다. 이 때, 토출 유닛(10)에는 세정액 공급유닛(55, 56, 이들 사이의 연결관은 도시가 생략됨)를 통해 세정액이 공급되어, 각각의 토출구(20)을 통해 세정액을 상향 토출한다.

한편, 도2에 도시된 바와 같이, 캐리어 헤드(90)는 화학 기계적 연마 공정 중에 리테이너 링(92)에 의하여 둘러싸인 가요성 멤브레인(91)으로 웨이퍼(W)를 가압하면서 회전한다. 그리고, 도면에 도시되지 않았지만, 리테이너 링(92)의 저면에는 홈이 형성되어, 리테이너 링(92)이 연마 패드와 밀착한 상태를 유지하면서 화학 기계적 연마 공정이 행해지더라도 연마 패드 상에 공급되는 슬러리가 홈을 통해 웨이퍼로 공급된다. 이에 따라, 화학 기계적 연마 공정이 행해지는 동안에는 웨이퍼(W)로부터 분리된 연마 입자와 슬러리 등이 주변 순수 등과 혼합되어 리테이너 링(92)과 멤브레인(91)에 묻게 되며, 특히 리테이너 링(92)과 멤브레인(91)의 사이 이들 사이의 틈새(93)에 묻게 된다.

그러나, 종래의 캐리어 헤드의 세정 유닛(1)은 토출 유닛(10)가 직선 형태로 형성되어 회전하므로, 캐리어 헤드의 멤브레인(91)의 저면과 리테이너 링(92)의 저면은 원활히 세정할 수 있지만, 이물질이 많이 끼는 멤브레인(91)과 리테이너 링(92)의 사잇 공간에는 충분한 수압으로 세정액을 토출하는 것이 제한될 수 밖에 없었다.

그리고, 종래의 캐리어 헤드의 세정 유닛(1)은 토출 유닛(10)가 선회 중심축으로부터 연결부(35)로 연장된 곳에 위치한 외팔보(cantilever) 구조이므로, 토출 유닛(10)는 선회 중심축에 비하여 수평면(95)으로부터 소정의 각도(α)만큼의 기울어지는 처짐이 발생되므로, 토출 유닛(10)의 일부 노즐(10)이 멤브레인(91)과 리테이너 링(92)의 사잇 홈에 정확히 배열되어 있더라도, 실제로는 노즐(10)로부터 토출되는 세정액의 토출 방향이 홈과 정렬되지 않을 뿐만 아니라, 토출구(10)로부터 토출되는 방향이 정확히 수직 방향으로 토출되지 않으므로 홈의 깊숙한 곳에까지 세정액이 도달하지 않아, 캐리어 헤드(90)의 세정이 깨끗하게 이루어지지 못하는 한계가 있었다.

이 뿐만 아니라, 종래의 캐리어 헤드의 세정 유닛(1)은 토출 유닛(10)를 회전 구동하는 구동 모터(18)를 별도로 구비함에 따라, 구성 부품의 수가 많아져 제조 비용이 증가할 뿐만 아니라, 토출 유닛(10)의 자중이 커져 처짐각(α)이 보다 더 커지는 문제가 야기되었다.

이와 같이, 홈(93)의 깊숙한 곳에 끼여있는 이물질은 화학 기계적 연마 공정이 재개되면, 캐리어 헤드(90)의 회전에 따라 다시 하방으로 일부 내려와 새로운 웨이퍼(W)의 화학 기계적 연마 공정이 불균일하게 이루어지도록 하는 원인이 되어 왔다. 따라서, 화학 기계적 연마 공정을 마친 캐리어 헤드(90)를 구석구석 깨끗하게 세정할 수 있으면서, 부품의 수를 줄이고 경량화하는 구조의 세정 장치의 필요성이 절실히 대두되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 캐리어 헤드를 세정하는 세정장치를 보다 적은 수의 부품으로 구성하여 경량화하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 캐리어 헤드의 저면을 세정함에 있어서 별도의 구동 모터를 구비하지 않더라도, 공급되는 세정액에 의해 회전 하면서 캐리어 헤드를 깨끗하게 세정하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 캐리어 헤드의 저면을 보다 깨끗하고 짧은 시간에 세정하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 화학 기계적 연마 공정이 행해진 캐리어 헤드의 멤브레인과 리테이너 사이의 오목한 홈에 세정액을 정확하게 고압 토출할 수 있도록 함으로써, 이 홈에 낀 이물질을 효과적으로 제거하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 리테이너 링과, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 공간 내에 고정되어 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼를 가압하는 멤브레인을 구비한 캐리어 헤드의 세정 장치로서, 다수의 블레이드가 외주면에 형성된 회전축에 결합되어 회전 가능하게 설치되고, 입구로부터 유입되는 세정액을 수용하는 제1챔버에 상기 캐리어 헤드를 향하여 세정액을 토출되는 토출구가 다수 형성된 토출 유닛과; 상기 입구를 통하여 상기 제1챔버와 연통되고 상기 블레이드가 수용되는 제2챔버가 형성되는 가동 유닛과; 상기 가동 유닛의 내부로 세정액을 고압으로 공급하여, 상기 블레이드를 밀어 상기 회전축을 회전시키는 세정액 공급유닛을; 포함하여 구성되어, 상기 회전축을 회전시킨 세정액이 상기 입구를 통해 상기 제2챔버로부터 상기 제1챔버로 유입된 후 상기 토출구에서 토출되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치를 제공한다.

이는, 캐리어 헤드의 저면을 골고루 세정하기 위해서는 토출 유닛을 이동시키거나 회전하는 운동이 필요한 데, 토출 유닛의 회전 운동이 세정액 공급유닛로부터 공급되는 고압의 세정액이 토출 유닛의 블레이드를 밀어 토출 유닛을 회전시키고, 공급된 세정액이 제2챔버를 채운 이후에는 입구를 통해 제1챔버로 유입되고, 지속적으로 공급되는 세정액에 의하여 제1챔버 내의 수압이 높아지면서 다수의 토출구를 통해 세정액이 캐리어 헤드의 저면으로 토출됨으로써, 구동 모터를 별도로 구비하지 않더라도 세정액의 유동 에너지를 이용하여 토출구를 회전시키면서 캐리어 헤드의 저면을 깨끗하게 세정할 수 있도록 하기 위함이다.

이를 통해, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 캐리어 헤드를 세정하는 세정장치를 구성함에 있어서 무거운 구동 모터를 구비하지 않더라도, 세정액의 압력에 의하여 토출 유닛을 회전시키면서 캐리어 헤드를 세정할 수 있으므로, 보다 적은 수의 부품으로 보다 저렴하면서도 경량화된 캐리어 헤드의 세정 장치를 구현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 이에 따라, 캐리어 헤드의 세정 장치의 자중에 의한 처짐을 최소화하여 토출되는 세정액이 정확하게 리테이너 링과 멤브레인의 사이로 분사하는 것이 가능해진다.

이 때, 상기 제1챔버는 상기 제2챔버에 적층 형성됨으로써, 상기 입구를 형성하는 구조가 단순해질 뿐만 아니라, 제1챔버를 형성하는 토출 유닛과 제2챔버를 형성하는 가동 유닛이 적층되어, 보다 콤팩트한 구성을 이룰 수 있다.

이 때, 상기 토출구는 상기 리테이너 링과 상기 멤브레인의 원형 경계에 대응하는 원형 형태로 상기 토출 유닛에 배열되어 상방을 향하여 세정액을 토출하는 다수의 제2토출구를 포함하여 구성되고, 동시에 상기 상기 멤브레인의 중앙부를 지나는 배열의 제1토출구을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 회전하는 토출 유닛에 설치된 다수의 제1토출구에 의하여 캐리어 헤드의 멤브레인의 저면에 세정액을 고압 토출하여 세정하고, 리테이너 링과 멤브레인의 경계에 위치한 홈의 형상대로 배열된 다수의 제2토출구에 의하여 리테이너 링과 멤브레인 사이의 홈의 내부로 정확하게 세정액을 고압 토출하여 세정하도록 구성되어, 화학 기계적 연마 공정에 사용되었던 캐리어 헤드를 짧은 시간 내에 리테이너 링과 멤브레인 사이의 홈에 끼어있는 이물질을 깨끗하게 세정 제거할 수 있게 된다.

특히, 이물질이 집중적으로 잔류하는 캐리어 헤드의 리테이너 링과 멤브레인 사이의 홈과 대응하는 원형 배열로 제2토출구가 다수로 분포되어, 이 홈에 세정액을 집중적으로 고압 토출함으로써, 캐리어 헤드의 홈에 깊이 끼어 있는 이물질을 완전히 제거할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다. 이 잇점을 보다 확실히 얻기 위하여, 상기 제2토출구는 상기 제1토출구에 비하여 개수가 더 많게 형성되는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 제1토출구는 상기 멤브레인의 중심을 지나는 형태로 가로질러 배열되어, 멤브레인의 저면을 전체적으로 세정한다.

그리고, 상기 제2토출구의 바깥에 배치되어, 상기 리테이너 링의 표면을 향하여 세정액을 상방 토출하는 제3토출구을; 더 포함하여 구성될 수도 있다.

한편, 제2챔버로부터 제1챔버로 유입되는 세정액의 압력 저하를 최소화하면서, 제1챔버 내에서의 세정액의 유동이 와류 등에 의하여 에너지 손실되는 것을 최소화하여 토출구에서의 토출 압력을 보다 높게 하기 위하여, 상기 제1챔버 내의 세정액이 상기 제1토출구와 상기 제2토출구로 유도하는 가이드 벽이 상기 제1챔버 내에 형성된 것이 바람직하다.

상기 캐리어 헤드를 세정한 이후에 낙하하는 오염된 세정액을 회수하는 회수 용기를; 더 포함하여 구성되어, 캐리어 헤드를 세정하여 슬러리 및 연마 입자가 뒤섞인 오염된 세정액을 별도로 배출함으로써, 이물질의 처리를 보다 쉽게 할 수 있다.

무엇보다도, 상기 토출 유닛은 상기 회수 용기에 대하여 회전 가능하게 지지되고, 상기 회수 용기는 양단 지지되도록 구성된다. 이를 통해, 토출 유닛의 처짐량이 종래 외팔보 형태인 경우에 비하여 현저히 감소되므로, 토출 유닛에 위치한 제2토출구가 리테이너 링과 멤브레인 사이의 원형 홈에 정확하게 정렬될 수 있고, 토출 유닛이 고정되는 회수 용기가 양단 지지됨에 따라, 토출 유닛의 처짐량이 최소화될 뿐 아니라 처짐이 발생되더라도 처짐 중앙부에 위치한 토출 유닛은 수평 상태를 유지할 수 있으므로, 토출 유닛의 제2토출구가 경사진 방향으로 세정액을 토출하지 않고 정확하게 연직 방향으로 세정액을 고압 토출할 수 있게 되어, 리테이너 링과 멤브레인 사이의 원형 홈의 깊숙이 세정액을 유입시켜, 이 홈에 끼어있는 이물질을 확실하게 세정 제거할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에 따르면, 토출 유닛의 회전 운동이 세정액 공급유닛로부터 공급되는 고압의 세정액이 토출 유닛의 블레이드를 밀어 토출 유닛을 회전시키고, 공급된 세정액이 제2챔버를 채운 이후에는 입구를 통해 제1챔버로 유입되어, 지속적으로 공급되는 세정액에 의하여 제1챔버 내의 수압이 높아지면서 다수의 토출구를 통해 세정액이 캐리어 헤드의 저면으로 토출됨으로써, 구동 모터를 별도로 구비하지 않더라도 세정액의 유동 에너지를 이용하여 토출구를 회전시키면서 캐리어 헤드의 저면을 깨끗하게 세정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이를 통해, 본 발명은, 화학 기계적 연마 공정에 사용되는 캐리어 헤드를 세정하는 세정장치를 구성함에 있어서 무거운 구동 모터를 구비하지 않더라도, 세정액의 압력에 의하여 토출 유닛을 회전시키면서 캐리어 헤드를 세정할 수 있으므로, 보다 적은 수의 부품으로 보다 저렴하면서도 경량화된 캐리어 헤드의 세정 장치를 구현할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고, 본 발명은, 회전하는 토출 유닛에 설치된 다수의 제1토출구 및 제3토출구에 의하여 캐리어 헤드의 멤브레인의 저면과 리테이너 링의 저면에 세정액을 고압 토출하여 세정하고, 리테이너 링과 멤브레인 사이의 경계에 위치한 홈의 형상대로 토출 유닛에 배열된 다수의 제2토출구에 의하여 리테이너 링과 멤브레인 사이의 원형홈에 정확하게 세정액을 고압 토출하여 세정함으로써, 화학 기계적 연마 공정에 사용되었던 캐리어 헤드를 짧은 시간 내에 깨끗하게 세정 제거하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명은 이물질이 집중적으로 잔류하는 캐리어 헤드의 리테이너 링과 멤브레인 사이의 홈과 대응하는 원형 배열로 제2토출구가 다수로 분포되고, 토출 유닛이 설치된 회수 용기가 양단 지지되어 자중에 의한 처짐량이 발생되더라도 토출 유닛에 고정된 토출구가 연직 방향으로 세정액을 토출할 수 있으므로, 토출 유닛에 원형으로 분포된 제2토출구가 캐리어 헤드의 리테이너 링과 멤브레인 사이의 원형 홈 내부에 세정액을 깊숙이 고압 토출하여, 캐리어 헤드의 홈에 깊이 끼어 있는 이물질까지도 완전히 제거할 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

도1은 화학 기계적 연마 시스템의 종래의 캐리어 헤드의 세정 장치를 도시한 분해 사시도,
도2는 화학 기계적 연마 공정 중인 캐리어 헤드의 구성을 개략적으로 도시한 모식도,
도3은 도1의 세정 장치로 캐리어 헤드를 세정하는 상태를 도시한 개략도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드의 세정 장치를 도시한 사시도,
도5은 도4의 캐리어 헤드의 종단면도,
도6은 도5의 절단선 Ⅵ-Ⅵ에 따른 단면도,
도7은 도5의 절단선 Ⅶ-Ⅶ에 따른 단면도,
도8은 도5의 토출 유닛의 구성을 도시한 사시도,
도9는 도8의 토출 유닛의 구성을 도시한 평면도,
도10은 도5의 세정 장치로 캐리어 헤드를 세정하는 구성을 도시한 개략도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 화학 기계적 연마 시스템의 캐리어 헤드의 세정 장치(100)를 상술한다. 다만, 본 발명의 일 실시예를 설명함에 있어서, 종래의 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일 또는 유사한 도면부호를 부여하고, 이에 대한 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드의 세정 장치를 도시한 사시도, 도5은 도4의 캐리어 헤드의 종단면도, 도6은 도5의 절단선 Ⅵ-Ⅵ에 따른 단면도, 도7은 도5의 절단선 Ⅶ-Ⅶ에 따른 단면도, 도8은 도5의 토출 유닛의 구성을 도시한 사시도, 도9는 도8의 토출 유닛의 구성을 도시한 평면도, 도10은 도5의 세정 장치로 캐리어 헤드를 세정하는 구성을 도시한 개략도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 장치(100)는, 캐리어 헤드(90)의 저면에 세정액(77)을 토출하여 분사하는 토출 유닛(110)과, 캐리어 헤드(90)의 저면을 향하여 분사되는 세정액(77)의 운동 에너지를 이용하여 토출 유닛(110)을 회전시키는 가동 유닛(120)과, 캐리어 헤드(90)의 저면에 분사된 세정액(77)이 캐리어 헤드(90)의 저면을 씻어낸 오염된 세정액을 모아 배출시키는 회수 용기(130)와, 회수 용기(130)를 양단 지지된 상태로 이동하는 슬라이더(135)로 구성된다.

상기 토출 유닛(110)은 회전축(112)의 상단부에 제1챔버(110c)가 형성되는 하우징(111)이 형성되고, 상기 하우징(111)의 상면에는 다수의 토출공(200)이 형성되어, 가동 유닛(120)의 회전 지지부(120b)에 회전 가능하게 설치된다. 그리고, 회전축(112)에는 다수의 블레이드(113)가 반경 방향으로 돌출 형성되어, 가동 유닛(120)의 제2챔버(120c)로 유입되는 고압의 세정액(77a)에 의하여 다수의 블레이드(113)가 밀려 회전축(113)이 회전 구동된다.

즉, 토출 유닛(110)이 캐리어 헤드(90)의 세정 시에 회전 구동되는 것은 구동 모터에 의해 이루어지지 않고, 그 대신에 캐리어 헤드(90)를 세정하기 위하여 제2챔버(120c)로 고압으로 유입되는 세정액(77a)에 의해 회전 구동된다. 이를 통해, 상대적으로 높은 중량의 구동 모터를 세정 장치(100)로부터 배제할 수 있게 되어, 세정 장치(100)의 전체적인 중량이 낮아져 처짐량을 크게 줄일 수 있고, 부품 수의 절감에 따라 제조 비용을 줄일 수 있는 잇점을 얻을 수 있다.

이를 위하여, 상기 가동 유닛(120)은 토출 유닛(110)의 회전축(112) 및 블레이드(113)를 감싸는 밀폐된 제2챔버(120c)를 내부에 형성되고, 세정액 공급원(280)으로부터 세정액(77a)이 블레이드(113)를 밀기에 좋은 방향으로 유입되도록 공급관(270)이 향하도록 배열시킨다.

예를 들어, 도6에 도시된 바와 같이, 블레이드(113)의 판면에 수직한 방향(즉, 회전축(112)에 접선 방향)으로 세정액(77a)이 제2챔버(120c)의 내부로 유입되도록 한다. 그리고, 제2챔버(120c) 내부에 세정액(77a)을 공급하는 세정액 공급관(270)은 하나만 형성될 수도 있지만, 보다 효율적으로 회전축(113)을 회전시키기 위하여 서로 이격된 다수의 위치에서 세정액(77a)이 고압 분사되도록 구성되는 것이 바람직하다.

도5에 도시된 바와 같이, 제1챔버(110c)에 형성된 다수의 입구(99)를 통하여 제2챔버(120c)와 제1챔버(110c)는 서로 연통된다. 이에 따라, 제2챔버(120c)에 고압으로 유입되는 세정액(77a)은 회전축(112)에 반경 방향으로 돌출된 블레이드(113)를 밀어 회전시킨 후, 입구(99)를 통해 제1챔버(110c)로 유입(77b)되고, 도6에 도시된 바와 같이 입구(99)로부터 제1챔버(110c)내의 주변으로 유동(77d)하면서, 제1챔버(110c)에 형성된 다수의 토출구(200)를 통해 상측으로 토출된다(참고로 도6에는 슬롯 형태로 형성된 입구(99')의 형상을 간단히 원형으로 표시하였음).

이 때, 제2챔버(120c)에 고압으로 공급되는 세정액의 압력을 보다 높이는 것에 의하여, 제1챔버(110c)의 토출구(200)에서 고압으로 분사되게 할 수 있다. 그리고, 제2챔버(120c)에 고압 공급되는 세정액(77a)의 유동 방향을 수평 방향으로 분사하지 않고, 도5에 도시된 바와 같이 다수 상측을 향하는 방향으로 분사하고, 입구(99)의 크기를 보다 크게 형성하는 것에 의하여, 제2챔버(120c)에서 제1챔버(110c)로 유입(77b)되어 제1챔버(110c)내에서 유동하는 세정액의 유속을 높게 유지시킬 수 있다. 경우에 따라서는, 제1챔버(110c)에 형성되는 입구(99)의 형상을 유동 방향을 따라 길게 형성된 슬롯 형태(90')로 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 토출 유닛(110)에는, 도9에 도시된 바와 같이 캐리어 헤드(90)의 저면 둘레와 유사한 크기의 원형띠(220A)와, 그 사이를 가로지르는 직선띠(210A)로 형성되고, 원형 띠와 직선 띠에는 상방으로 세정액을 고압 토출하는 토출구(200)이 다수 설치된다.

보다 구체적으로는, 다수의 제1토출구(210)가 토출 유닛(110)의 직선 띠(210A)에 직선 배열되어, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(91)의 저면을 향하여 연직 방향으로 세정액을 고압 토출한다. 제1토출구(210)는 멤브레인(91)의 중심과 정렬하는 위치에도 설치되어, 토출 유닛(110)이 회전하면서 제1토출구(210)로부터 세정액이 토출되면, 멤브레인(91)의 전체 표면이 깨끗하게 세정된다.

특히, 다수의 제2토출구(220)가 토출 유닛(110)의 원형띠(220A)에 원형 배열되어, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(91)과 리테이너 링(92)의 사이에 요입 형성된 홈(93)과 정렬된다. 즉, 제2토출구(220)의 중심을 잇는 가상선(220c)의 직경은 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(91)과 리테이너 링(92)의 사이에 요입 형성된 홈(93)의 직경과 일치한다. 따라서, 토출 유닛(110)이 회전하면서 제2토출구(220)로부터 세정액이 상방으로 고압 토출되면, 다수의 제2토출구(220)로부터 연직 방향으로 토출되는 세정액은 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(91)과 리테이너 링(92)의 사이에 요입 형성된 홈(93) 내부로 깊숙이 그리고 보다 많은 유량의 세정액이 집중적으로 유입되면서, 홈(93)에 끼여있던 슬러리나 연마 입자를 외부로 배출시켜, 많은 이물질이 있던 홈(93) 내부를 깨끗하게 세정할 수 있다.

한편, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(91)과 리테이너 링(92)의 사이에 요입 형성된 홈(93)과 일치하는 원형 가상선(220c)의 바깥쪽 영역(230A, 즉 제2토출구의 바깥 위치)에도 다수의 제3토출구(230)가 배열되어, 리테이너 링(92)의 저면을 세정한다. 도면에는 리테이너 링(92)을 세정하기 위한 제3토출구(230)가 제1토출구(210)과 연장된 위치에 2개 형성된 구성을 예로 들었지만, 제2토출구(220)과 유사하게 원주 방향으로 더 배치될 수 있다. 그러나, 멤브레인(91)의 저면과 리테이너 링(92)은 상대적으로 세정이 용이하고, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(91)과 리테이너 링(92)의 사이에 요입 형성된 홈(93) 내부에는 상대적으로 세정이 까다로우므로, 제2토출구(220)가 제1토출구(210) 및 제3토출구(230)에 비하여 보다 많은 수로 배치되는 것이 바람직하다.

이 때, 토출 유닛(110)의 제1챔버(110c)에는 토출구(200)가 형성되어 있는 위치로만 세정액이 유동(77d)하여, 제1챔버(110c) 내에서의 세정액의 압력 저하를 최소화하면서, 제1챔버(110c) 내에서의 세정액의 유동이 와류 등에 의하여 에너지 손실되는 것을 최소화하여, 토출구(200)에서의 보다 높은 압력으로 분사될 수 있도록, 제1챔버(110c) 내에는 가이드 벽(115a, 115b; 115)이 형성된다. 따라서, 가이드 벽(115)에 의하여 제1토출구(210), 제2토출구(220) 및 제3토출구(230)가 위치한 경로로만 세정액(77)이 제1챔버(110c) 내에서 이동(77d)하면서 캐리어 헤드(90)가 위치한 상방향으로 토출하게 된다.

이에 따라, 제2챔버(120c)로부터 입구(99, 99')를 통해 세정액(77)이 유입(77b)되면, 가이드 벽(115)에 의해 둘러싸인 통로가 세정액(77)으로 채워지면서, 다수의 토출구(210, 220, 230; 200)로부터 세정액(77)이 상방으로 분출된다.

상기 회수 용기(130)는 내부에 수용부(130c)를 구비하여 토출 유닛(110)의 회전 중심이 회수 용기(130)의 중심에 회전 가능하게 설치된다. 회수 용기(130)가 캐리어 헤드(90)의 저면에서 중심이 서로 일치하도록 정렬된 상태에서, 다수의 토출구(200)로부터 세정액이 상방 토출되면, 캐리어 헤드(90)에 묻어있던 슬러리, 연마 입자 등의 이물질과 섞인 오염된 세정액이 회수 용기(130)로 수집되어 드레인(136)을 통해 외부로 배출된다.

회수 용기(130)는 180도 간격을 두고 배치된 한 쌍의 슬라이더(135)에 대칭으로 결합되거나 슬라이더(135)와 대칭으로 일체 형성되어 함께 이동한다. 슬라이더(135)는 레일이나 리드 스크류와 같은 가이드 부재(180)를 따라 정해진 경로를 이동한다. 예를 들어, 가이드 부재(180)는 N극과 S극의 영구자석(표시하지 않음)이 번갈아가며 부착되어 있는 가이드 레일이고, 슬라이더(135)에는 영구 자석과 마주보는 코일(135M)이 구비되어, 코일(135M)에 인가되는 전류에 의하여 슬라이더(135)가 이동하는 리니어 모터의 구동 원리로 이동(130S)하게 구성되어, 정교하게 위치 제어를 할 수 있으면서 이동 방향 및 상하 지지 방향으로의 백래쉬를 최소화하여, 정교한 위치 제어를 할 수 있다.

이와 같이, 회수 용기(130)는 한 쌍의 슬라이더(135)에 의하여 양단 지지된 상태로 설치되고, 따라서 회수 용기(130)의 내부에 설치되는 토출 유닛(110)도 한 쌍의 슬라이더에 의하여 양단 지지된 상태가 된다. 즉, 회수 용기(130)가 한 쌍의 슬라이더(135)에 대칭 중심에 위치하고 있고, 토출 유닛(110)의 회전 중심이 회수 용기(130)의 중심에 있으며, 상대적으로 중량이 큰 회전 구동 모터가 회수 용기(130)의 중앙부에 위치한 상태가 된다.

따라서, 토출 유닛(110), 가동 유닛(120) 및 회수 용기(130)의 자중에 의하여 처짐이 발생되더라도, 양단 지지된 회수 용기(130)의 처짐량은 크게 억제될 뿐만 아니라, 처짐이 발생되더라도 양단 지지된 상태의 중앙부에 위치하는 토출 유닛(110)는 어느 일측으로 기울어지는 현상이 발생되지 않게 되어, 토출 유닛(110)에 위치한 토출구(200)은 항상 연직 방향으로 세정액(77)을 고압 토출할 수 있게 된다.

발명의 상세한 설명에서 '세정액'에 관하여 세정액의 위치에 따라 설명의 편의상 '77', '77a' 등 서로 다른 도면 부호를 부여하였지만, 도면 부호가 다르다고 하여 다른 성질의 세정액으로 변경되는 것은 아니다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드(90)의 세정 장치(100)는, 도10에 도시된 바와 같이, 멤브레인(91)의 중심과 토출 유닛(110)의 중심이 일치하는 위치가 되도록 한 쌍의 슬라이더(135)에 의하여 캐리어 헤드(90)의 저면으로 이동하면, 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(91)과 리테이너 링(92)의 사이에 요입 형성된 홈(93)과 제2토출구(220)는 정확하게 정렬된 상태가 된다. 이와 동시에, 회수 용기(130) 및 토출 유닛(110)는 한 쌍의 슬라이더(135)에 양단 지지된 상태이므로, 처짐량이 매우 작은 범위로 억제될 뿐만 아니라, 양단 지지되는 중앙부에 위치하는 토출 유닛(110)는 일측으로 기울어지지 않고 수평 상태를 유지할 수 있다.

이 상태에서 회전 구동 모터(130)의 구동에 의하여 토출 유닛(110)이 회전하면서, 세정액 공급원(280)으로부터 세정액(77)이 공급되어 토출구(200)로부터 세정액(77)이 상방으로 토출되면, 제1토출구(210)로부터 토출되는 세정액에 의하여 멤브레인(91)의 저면이 깨끗하게 세정되고, 제3토출구(230)로부터 토출되는 세정액에 의하여 리테이너 링(92)의 저면이 깨끗하게 세정되며, 원형으로 배열된 제2토출구(220)로부터 연직 방향으로 토출되는 세정액이 멤브레인(91)과 리테이너 링(92) 사이에 요입된 홈(93)으로 깊숙이 고압으로 유입되어, 홈(93) 내부에 끼여있는 연마 입자 및 슬러리 등의 이물질을 완전히 제거하여, 화학 기계적 연마 공정에 사용되었던 캐리어 헤드(90)를 보다 짧은 시간 내에 보다 깨끗하게 세정 제거할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 캐리어 헤드의 세정 장치(100)는, 제2챔버(120c)로 공급되는 세정액의 공급 압력을 이용하여 블레이드(113)를 밀어 토출 유닛(110)을 회전시키고, 제2챔버(120c)로 공급된 세정액이 입구(99, 99')를 통해 제1챔버로 유입된 후, 가이드 벽(115)에 의해 둘러싸인 공간이 채워진 이후에, 제1챔버(110c) 내의 수압이 높아지면서 다수의 토출구(200)를 통해 세정액(77)이 캐리어 헤드(90)의 저면으로 토출됨으로써, 구동 모터를 별도로 구비하지 않더라도 세정액(77)의 유동 에너지를 이용하여 토출 유닛(110)을 회전시키면서 캐리어 헤드(90)의 저면을 깨끗하게 세정할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은, 회전하는 토출 유닛(110)에 배열된 다수의 제1토출구(210) 및 제3토출구(230)에 의하여 캐리어 헤드(90)의 멤브레인(91)의 저면과 리테이너 링(92)의 저면에 세정액(77)을 고압 토출하여 세정하고, 리테이너 링(92)과 멤브레인(91) 사이의 경계에 위치한 홈(93)의 형상대로 토출 유닛에 배열된 다수의 제2토출구에 의하여 리테이너 링과 멤브레인 사이의 원형홈에 정확하게 세정액을 고압 토출하여 세정함으로써, 화학 기계적 연마 공정에 사용되었던 캐리어 헤드를 짧은 시간 내에 깨끗하게 세정 제거하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 예시적으로 설명하였으나, 본 발명은 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며 본 발명에서 제시한 기술적 사상, 구체적으로는 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 다양한 형태로 수정, 변경, 또는 개선될 수 있을 것이다.

W: 웨이퍼 90: 캐리어 헤드
91: 멤브레인 92: 리테이너 링
93: 홈 100: 세정 장치
110: 토출 유닛 120: 가동 유닛
130: 회수 용기 135: 슬라이더
135M: 코일 200: 토출구
210: 제1토출구 220: 제2토출구
230: 제3토출구 270: 세정액 공급관
280: 세정액 공급원

Claims

리테이너 링과, 상기 리테이너 링으로 둘러싸인 공간 내에 고정되어 화학 기계적 연마 공정 중에 저면에 위치한 웨이퍼를 가압하는 멤브레인을 구비한 캐리어 헤드의 세정 장치로서,
다수의 블레이드가 외주면에 형성된 회전축에 결합되어 회전 가능하게 설치되고, 입구로부터 유입되는 세정액을 수용하는 제1챔버에 상기 캐리어 헤드를 향하여 세정액을 토출되는 토출구가 다수 형성된 토출 유닛과;
상기 입구를 통하여 상기 제1챔버와 연통되고 상기 블레이드가 수용되는 제2챔버가 형성되는 가동 유닛과;
상기 가동 유닛의 내부로 세정액을 고압으로 공급하여, 상기 블레이드를 밀어 상기 회전축을 회전시키는 세정액 공급유닛을;
포함하여 구성되어, 상기 회전축을 회전시킨 세정액이 상기 입구를 통해 상기 제2챔버로부터 상기 제1챔버로 유입된 후 상기 토출구에서 토출되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제1챔버는 상기 제2챔버에 적층 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.
제 1항에 있어서,
상기 제2챔버로부터 상기 제1챔버에 세정액이 유입되는 상기 입구는 다수로 형성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.
제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 토출구는 상기 리테이너 링과 상기 멤브레인의 원형 경계에 대응하는 원형 형태로 상기 토출 유닛에 배열되어 상방을 향하여 세정액을 토출하는 다수의 제2토출구를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.
제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 토출구는 상기 멤브레인의 중앙부를 지나는 배열의 제1토출구을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.
제 4항에 있어서,
상기 토출구는, 상기 제2토출구의 바깥에 배치되어, 상기 리테이너 링의 표면을 향하여 세정액을 상방 토출하는 제3토출구을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.
제 5항에 있어서,
상기 제2토출구는 상기 제1토출구에 비하여 개수가 더 많은 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.
제 5항에 있어서,
상기 제1토출구가 배치된 영역 및 상기 제2토출구가 배치된 영역을 그 이외의 영역과 구획하도록 상기 제1챔버 내에 형성된 가이드벽을;
더 포함하여, 상기 가이드 벽에 의해 상기 제1챔버 내의 세정액을 상기 제1토출구와 상기 제2토출구로 유도하는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.
제 5항에 있어서,
상기 캐리어 헤드를 세정한 이후에 낙하하는 오염된 세정액을 회수하는 회수 용기를; 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.
제 9항에 있어서,
상기 토출 유닛은 상기 회수 용기에 대하여 회전 가능하게 지지되고, 상기 회수 용기는 양단 지지되는 것을 특징으로 하는 캐리어 헤드의 세정 장치.