KR200471622Y1 - 화학적 기계적 연마 장치의 연마헤드 세정장치 - Google Patents

화학적 기계적 연마 장치의 연마헤드 세정장치 Download PDF

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Abstract

본 고안에 따른 CMP 연마헤드 세정장치는 적어도 하나 이상의 세정룸과 상기 세정룸의 일측으로 개구된 입구와 상기 입구를 개폐하는 도어를 구비하는 본체, 상기 세정룸의 내부에 설치되어 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 연마헤드의 테두리 부분을 지지하며, 상기 연마헤드의 세정면이 하측으로 노출되도록 지지하는 지지 플레이트, 상기 지지 플레이트의 하부에 위치하며, 상기 지지 플레이트에 지지된 상기 연마헤드의 세정면으로 세정수를 분사하는 세정수 분사부, 상기 세정룸의 저면에 구비되어 세정 후 오염수가 외부로 배출되도록 하는 드레인부를 구비하는 것으로, 이러한 본 고안에 따른 CMP 연마헤드 세정장치는 연마헤드만을 CMP에서 분리하여 복수개의 연마헤드를 동시에 세정할 수 있도록 함으로써 연마헤드의 세정효율을 향상시킬 수 있다. 또한 미세 파티클들에 대한 세정 효율을 높일 수 있도록 버블 세정 기능을 포함하여 연마헤드에 대한 세정 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

화학적 기계적 연마 장치의 연마헤드 세정장치{Cleaning apparatus for polishing head of Chemical Mechanical Polishing}
본 고안은 화학적 기계적 연마 장치의 연마헤드 세정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 화학적 기계적 연마 장치의 연마헤드를 세정하도록 하는 화학적 기계적 연마 장치의 연마헤드 세정장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조공정중의 하나의 단위 공정인 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP, 이하 "CMP"라고 한다)공정은 반도체 장치의 이상적인 다층 배선 구조를 실현하기 위하여 층간 절연막 상면의 평탄화를 목적으로 층간 절연막의 상면 요철을 화학적 및 기계적으로 연마하는 공정이다.
화학적 기계적 연마 공정을 위하여 사용되는 CMP 장치는 폴리싱 패드와, 웨이퍼를 척킹하여 회전하는 연마헤드 및 컨디셔너 그리고 연마제 및 화학 반응재를 포함하는 연마 슬러리를 공급하는 슬러리 공급장치를 구비한다.
한편, 고집적, 대용량 메모리 소자에 대한 요구가 커지면서 이에 부응하여 반도체기판이 대구경화 됨에 따라 CMP 장치에서의 스크래치(scratch)에 대한 문제는 점차 증가하고 있다. 그런데 이전 연마 공정에서 공정이 끝난 연마헤드가 건조되면서연마헤드에 묻어있던 슬러리들이 굳어지게 되면, 이후 다음 연마 공정에서 이들 슬러리들은 마이크로 스크래치를 발생시키는 원인이 되거나, 또는 CMP 장치의 공정 챔버 내부에서 비산 파티클로 작용하여 공정 효율을 떨어뜨리는 문제를 발생시킨다.
대한민국 공개특허공보 "10-2007-0095096(공개일자 2007년 09월 28일), "화학 기계적 연마장치의 연마 헤드"
본 고안은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 CMP 장치의 CMP 장치에서 연마헤드를 분리한 후 이 연마헤드만을 보다 효과적으로 세정하도록 하는 CMP 연마헤드 세정장치를 제공하기 위한 것이다.
본 고안에 따른 CMP 연마헤드 세정장치는 적어도 하나 이상의 세정룸과 상기 세정룸의 일측으로 개구된 입구와 상기 입구를 개폐하는 도어를 구비하는 본체; 상기 세정룸의 내부에 설치되어 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 연마헤드의 테두리 부분을 지지하며, 상기 연마헤드의 세정면이 하측으로 노출되도록 지지하는 지지 플레이트; 상기 지지 플레이트의 하부에 위치하며, 상기 지지 플레이트에 지지된 상기 연마헤드의 세정면으로 세정수를 분사하는 세정수 분사부; 상기 세정룸의 저면에 구비되어 세정 후 오염수가 외부로 배출되도록 하는 드레인부를 구비한다.
상기 세정룸에는 상기 지지 플레이트가 외부로 슬라이딩 입출 가능하도록 상기 지지 플레이트의 양측부를 슬라이딩 지지하는 가이드부를 구비할 수 있다.
상기 지지 플레이트의 상기 양측단이 상기 가이드부에 지지되고, 상기 지지 플레이트의 중앙부에 상기 연마헤드의 세정면이 하부로 노출되도록 하는 노출홀이 형성될 수 있다.
상기 노출홀의 테두리에는 상기 연마헤드의 테두리 부분을 완충 지지하는 버퍼링이 설치될 수 있다.
상기 세정수 분사부는 상기 세정룸 내부에 설치되는 노즐 플레이트와 상기 노즐 플레이트에 배열되어 설치된 복수개의 노즐을 구비할 수 있다.
상기 노즐 플레이트에는 상기 노즐들 사이에 형성되어 세정후 오염수가 상기 드레인부로 안내되도록 하는 배출홀이 구비될 수 있다.
상기 세정수 분사부와 상기 드레인부 사이에는 상기 세정후 오염수 중의 이물질이 침전되는 이물질 걸름부가 구비될 수 있다.
상기 세정룸에는 상기 이물질 걸름부가 외부로 슬라이딩 입출 가능하도록 상기 걸름부의 양측부를 슬라이딩 지지하는 가이드부가 구비될 수 있다.
상기 본체에는 노즐부로 세정수를 공급하기 위하여 상기 노즐부와 외부 세정수 공급부를 연결하는 세정수 공급배관이 설치될 수 있다.
상기 본체에는 상기 노즐부로 공급되는 세정수에 버블이 생성되도록 버블 생성용 가스를 공급하기 위하여 상기 노즐부와 외부 가스 공급부를 연결하는 가스 공급배관이 구비될 수 있다.
상기 가스 공급배관은 질소 공급배관과 산소 공급배관을 포함하고, 상기 질소 공급배관과 상기 산소 공급배관이 연결되어 상기 노즐부로 공급되도록 하는 혼합배관을 포함할 수 있다.
본 고안에 따른 CMP 연마헤드 세정장치는 복수개의 연마헤드를 동시에 세정할 수 있도록 함으로써 연마헤드의 세정효율을 향상시킬 수 있고, 또한 미세 파티클들에 대한 효과적인 세정이 가능하도록 버블 세정 기능을 포함하여 연마헤드에 대한 세정성능을 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치를 도시한 정면도이다.
도 3은 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치의 세정룸을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치의 세정룸에 설치되는 노즐 플레이트를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치의 배관도이다.
이하에서는 본 고안에 따른 CMP 연마헤드 세정장치에 대한 실시예를 도면을 참조하여 설명하도록 한다. 그러나 본 고안은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 이하에서 설명되는 실시예는 본 고안의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치를 도시한 정면도이고, 도 3은 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치의 세정룸을 도시한 사시도이다.
도 1과 도 2 그리고 도 3에 도시된 바와 같이 CMP 연마헤드 세정장치는 복수개의 세정룸(140)이 구비된 본체(100)를 구비한다. 본 고안의 실시예에서 세정룸(140)은 상부 2개, 하부 2개로 구성되어 있다. 그러나 세정룸(140)의 개수와 위치 그리고 배치 구조 및 형상은 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
그리고 본체(100)의 세정룸(140)의 상부에는 각 세정룸(140)의 동작을 제어하는 제어박스(120)가 구비되고, 세정룸(140)의 하부에는 유압계통(130)이 구비된다. 또한 각각의 세정룸(140)은 전방으로 개구된 입구(141)를 구비한다. 그리고 입구(141)에는 여닫이 형태의 도어(110)가 설치된다.
각각의 세정룸(140)의 내부 최상측에는 세정이 이루어지는 CMP 연마헤드(10)가 안착되어 지지되는 지지 플레이트(150)가 설치된다. 지지 플레이트(150)는 중앙부에 안착된 연마헤드(10)의 세정면이 하부로 노출되도록 하는 노출홀(151)이 형성된다. 그리고 노출홀(151)의 내측 가장자리의 대칭하는 두 위치에는 연마헤드(10)의 안착과 인출을 위하여 작업자의 손이 진입할 수 있도록 절개된 절개부(152)가 형성된다.
또한, 노출홀(151)의 내측 테두리 부분에는 연마헤드(10)가 지지되는 테두리 부분인 지지면을 완충 지지하는 테프론 재질의 버퍼링(153)이 설치된다. 이 버퍼링(153)은 연마헤드(10)의 테두리부분에 설치된 피크(PEEK) 재질의 리테이너링이 연마헤드(10)의 안착과 인출에 의하여 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다.
그리고 세정룸(140)의 내부 양측벽과 지지 플레이트(150)의 양측단 사이에는 가이드부(154)가 구비된다. 이 가이드부(154)는 지지 플레이트(150)가 세정룸(140)의 내부에서 외부로 슬라이딩 인출되도록 하여 연마헤드(10)를 지지 플레이트(150)에서 보다 용이하게 안착시키거나 인출시키도록 하기 위한 것이다.
이를 위하여 가이드부(154)는 세정룸(140)의 내측 양측벽에 설치된 가이드 레일(154a)과 이 가이드 레일(154a)에 결합되도록 지지 플레이트(150)의 양측단에 길이 방향으로 연장 형성된 가이드 돌기(154b)를 구비한다.
다음으로 지지 플레이트(150)의 하부에는 세정수 분사부(160)가 구비된다. 이 세정수 분사부(160)는 지지 플레이트(150) 측으로 세정수를 상향 분사한다. 즉, 노출홀(151)을 통하여 노출된 연마헤드(10)의 세정면 전체에 다수의 노즐(162)로 세정수를 분사한다. 세정수는 탈이온수가 사용될 수 있다.
도 4는 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치의 세정룸에 설치되는 노즐 플레이트를 도시한 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 세정수 분사부(160)는 세정룸(140) 내부에 설치되는 노즐 플레이트(161)와 이 노즐 플레이트(161)에 배열되어 설치된 복수개의 노즐(162)을 구비한다. 그리고 노즐 플레이트(161)에는 노즐(162)들 사이에 형성되어 세정 후 오염수가 노즐 플레이트(161) 하부로 흘러내릴 수 있도록 다수개의 배출홀(163)이 형성되어 있다.
계속해서 노즐 플레이트(161) 하부에는 걸름부(170)가 구비된다. 이 걸름부(170)는 노즐 플레이트(161)를 통하여 흘러내리는 오염수와 이물질 중에서 이물질들이 담겨서 침전되도록 하기 위한 것이다. 이를 위하여 걸름부(170)는 상부가 개구된 박스 형상의 받침대(171)를 구비한다.
그리고 오염수는 이 받침대(171)에서 세정룸(140)의 바닥으로 범람하여 외부로 배출된다. 따라서 받침대(171)는 주기적으로 받침대(171)에 침전된 이물질을 제거하는 과정이 필요하다. 이를 위하여 받침대(171)를 외부로 인출할 수 있도록 하는 가이드부(172)가 구비된다.
가이드부(172)는 세정룸(140)의 바닥에서 상부로 연장된 가이드 레일(172a)과 이 가이드 레일(172a)에 결합되도록 걸름부(170)의 양측단에서 길이 방향으로 연장 형성된 가이드 돌기(172b)로 형성된다.
그리고 세정룸(140)의 바닥에는 외부로 오염수를 배출하기 위한 드레인부(142)가 구비된다. 드레인부(142)는 세정룸(140)의 바닥에 형성된 드레인홀(142a)과 이 드레인홀(142a)에 연결되어 본체(100) 외부로 연장된 드레인관(142b)을 포함한다.
도 5는 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치의 배관도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치의 유체 배관은 4개의 노즐 플레이트(161)로 세정수를 공급하는 4개의 세정수 공급배관(231)이 하나의 주배관(230)으로부터 분기되어 노즐 플레이트(161)의 일측면에 연결된다.
그리고 주배관(230)에는 외부의 세정수 공급부(200)가 연결되어 있다. 또한 주배관(230) 상에는 적어도 하나 이상의 밸브(231a)가 설치되어 세정수의 공급 제어가 이루어지도록 되어 있고, 각각의 세정수 공급배관(231)은 해당 노즐 플레이트(161)의 노즐(162)들에 연통되어 있다.
노즐 플레이트(161)의 타측면에는 노즐(162)로부터 세정수가 공급될 때 버블이 생성되어 공급되도록 하는 가스 공급배관(240)이 연결된다. 이 가스 공급배관(240)은 외부의 가스 공급부와 연결되어 있다. 외부의 가스 공급부는 질소 공급부(210)과 산소 공급부(220)를 포함할 수 있다.
따라서 가스 공급배관(240)은 질소 공급배관(241)과 산소 공급배관(242)을 구비한다. 그리고 질소 공급배관(241)과 산소 공급배관(242)은 각각의 노즐 플레이트(161)에 개별적으로 질소 및 산소 가스를 공급할 수 있도록 복수개로 분기되어 있고, 분기된 각각의 질소 공급배관(241)과 산소 공급배관(242)은 서로 연결되어 노즐 플레이트(161)로 질소와 산소가 함께 공급되도록 하는 혼합배관(243)에 연결된다.
그리고 이때 공급되는 질소와 산소의 비율은 50:50이 적절하고, 이 비율을 맞출 수 있도록 각각의 분기된 질소 공급배관(241)과 산소 공급배관(242)에는 개별적으로 제어되는 질량유량계(244)(MFC: Mass Flow Controller)가 설치된다. 또한 각각의 배관의 온오프를 위한 밸브(245)가 설치된다. 그리고 다른 실시예로 가스는 압축공기(CDA)만을 공급하도록 할 수 있다.
이하에서는 전술한 바와 같이 구성된 본 고안의 실시예에 따른 CMP 연마헤드 세정장치의 동작에 대하여 설명한다.
CMP 공정에서 사용된 연마헤드(10)를 CMP 장치에서 분리하여 준비한다. 그리고 세정룸(140)의 도어(110)를 열고, 지지 플레이트(150)를 세정룸(140)의 입구(141)를 통하여 외부로 인출한다. 지지 플레이트(150)가 인출되면 지지 플레이트(150)의 상부로 연마헤드(10)를 안착시킨다. 이때 연마헤드(10)는 버퍼링(153)에 테두리 부분이 안정적으로 지지되도록 안착시킨다.
이후 세정룸(140)의 도어(110)를 닫고 해당 세정룸(140)에 설치된 노즐 플레이트(161)로 세정수 공급배관(231)과 가스 공급배관(240)을 통하여 세정수와 가스를 공급하여 각각의 노즐(161)에서 버블이 형성된 세정수를 연마헤드(10)의 하부 세정면으로 분사한다.
이때 공급되는 세정수와 버블에 의하여 연마헤드(10)의 세정면은 효과적인 세정이 이루어지는데, 본 고안의 실시예에서 세정 방향은 지상방향으로 세정수를 분사하는 형태이다. 그런데 세정수와 함께 공급되는 버블은 연마헤드(10)에 형성된 각종 홈과 그루부에 버블에 의한 세정수 및 세정력이 보다 원활하게 전달되도록 하여 세정효율을 보다 높일 수 있다. 즉, 버블과 함께 공급되는 세정수는 복잡한 표면 구조를 가지는 연마헤드(10)의 표면이 보다 효과적으로 세정되도록 한다.
그리고 세정시에 발생하는 오염수와 각종 이물질은 노즐 플레이트(161)의 배출홀(163)을 통하여 하부로 흘러내린다. 이때 흘러내리는 오염수와 이물질은 1차적으로 걸름부(170)의 받침대(171)에서 걸러지게 되고, 받침대(171)에는 세정시 발생한 이물질이 침전된다. 그리고 오염수는 받침대(171)를 범람하여 세정룸(140)의 드레인부(142)를 통하여 외부로 배수된다.
이러한 과정으로 세정작업이 완료되면 세정수와 가스의 공급을 중단시키고, 세정룸(140)의 도어(110)를 열어서 세정룸(140)을 개방한다. 그런 다음 지지 플레이트(150)를 외부로 인출시켜 세정된 연마헤드(10)를 회수한다. 또한 세정 후 받침대(171)를 함께 인출하여 받침대(171)에 침전된 이물질을 제거함으로써 세정장치는 연마헤드(10)의 세정을 완료한다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.
10...연마헤드
100...본체
110...도어
140...세정룸
150...지지 플레이트
160...세정수 분사부
170...걸름부
200...세정수 공급부
210...질소 공급부
220...산소 공급부

Claims (11)

  1. 적어도 하나 이상의 세정룸과 상기 세정룸의 일측으로 개구된 입구와 상기 입구를 개폐하는 도어를 구비하는 본체;
    상기 세정룸의 내부에 설치되어 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 연마헤드의 테두리 부분을 지지하며, 상기 연마헤드의 세정면 하측이 하부로 노출되도록 중앙부에 형성된 노출홀과 상기 노출홀의 테두리 부분에 설치되어 상기 연마헤드의 테두리 부분을 완충 지지하는 버퍼링을 구비하는 지지 플레이트 ;
    상기 세정룸에 설치되며, 상기 지지 플레이트가 외부로 슬라이딩 입출 가능하도록 상기 지지 플레이트의 양측부를 슬라이딩 지지하는 가이드부,
    상기 지지 플레이트의 하부에 위치하며, 상기 지지 플레이트에 지지된 상기 연마헤드의 세정면으로 세정수를 분사하도록 상기 세정룸 내부에 설치되는 노즐 플레이트와 상기 노즐 플레이트에 배열되어 설치된 복수개의 노즐을 구비하는 세정수 분사부;
    상기 세정룸의 저면에 구비되어 세정 후 오염수가 외부로 배출되도록 하는 드레인부와 상기 노즐 플레이트의 상기 노즐들 사이에 형성되어 세정후 오염수가 상기 드레인부로 안내되도록 하는 배출홀;
    상기 세정수 분사부와 상기 드레인부 사이에 구비되어 상기 세정후 오염수 중의 이물질이 침전되는 이물질 걸름부;
    상기 세정룸에 구비되어 상기 이물질 걸름부가 외부로 슬라이딩 입출 가능하도록 상기 걸름부의 양측부를 슬라이딩 지지하는 가이드부;
    상기 본체 내부에 설치되어 상기 노즐로 세정수를 공급하기 위하여 상기 노즐과 외부 세정수 공급부를 연결하는 세정수 공급배관과 상기 노즐로 공급되는 세정수에 버블이 생성되도록 버블 생성용 가스를 공급하기 위하여 상기 세정수 분사부와 외부 가스 공급부를 연결하는 가스 공급배관;
    상기 가스 공급배관은 질소 공급배관과 산소 공급배관을 포함하고, 상기 질소 공급배관과 상기 산소 공급배관이 연결되어 상기 세정수 분사부로 질소와 산소를 공급되도록 하는 혼합배관을 포함하는 CMP 연마헤드 세정장치.
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KR19980013733A (ko) * 1996-08-02 1998-05-15 김광호 반도체 캐리어 세정장치
KR200186760Y1 (ko) 2000-01-27 2000-06-15 손정하 반도체 장비 부품 세정장치
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