KR20060002335A - 화학기계적 연마장치의 헤드 클리너 및 이를 이용한헤드의 세척방법 - Google Patents

Abstract

화학 기계적 연마장치의 헤드 전용 클리너와 이를 사용하는 오염물질 세척 방법을 개시한다. 개시된 헤드전용 클리너는 울트라 소닉 배쓰 내에 담겨진 헤드 내부로 서로 다른 제1 및 제2 압력을 번갈아가면서 반복적으로 가하는 압력 생성기를 구비한다. 상기 헤드 클리너를 사용하는 세척 방법 또한 제공된다.

Description

화학기계적 연마장치의 헤드 클리너 및 이를 이용한 헤드의 세척방법{Chemical mechanical polishing head cleaner and method of cleaning a CMP head using the same}

도1은 본발명의 실시예들에 따른 헤드전용 클리너의 구성도.

도2는 본발명의 전용 클리너에 의하여 헤드 내부에 전달되는 진공/압력흐름 및 진동발생 경로 도시도.

*도면의 주요부분에 대한 도면 부호의 설명

1... 울트라 소닉 베쓰 3... 로더

5... 진공/압력 공급기 7... 콘트롤러

11... 노즐

본 발명은 반도체 소자의 제조에 사용되는 장비의 클리너 및 이를 사용하는 세정방법 에 관한 것으로, 상세하게는 화학기계적 연마장치의 헤드 클리너와 이를 사용하는 세척방법에 관한 것이다.

고집적화 추세에 따라 반도체 소자의 제조공정 중에는 반도체 웨이퍼상에 형성된 물질층의 평탄화를 위한 연마공정이 필수적으로 포함된다. 이러한 연마공정은 주로 화학기계적 연마 장치를 사용하여 실시된다. 화학기계적 연마 프로세스는 텅스텐이나 산화물 등이 형성된 웨이퍼의 표면을 기계적 마찰에 의해 연마시킴과 동시에 화학적 연마제에 의해 연마시키는 프로세스이다. 상기 기계적 연마는 연마패드라고 하는 회전하는 연마용 판 위에 웨이퍼를 올린 상태에서 웨이퍼에 소정의 하중을 가하며 회전시킴으로써 연마패드와 웨이퍼 표면간의 마찰에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이고, 화학적 연마는 연마패드와 웨이퍼 사이에 공급되는 슬러리라는 화학적 연마제에 의해 웨이퍼 표면의 연마가 이루어지게 하는 것이다. 상기 웨이퍼는 연마 헤드에 의해 상기 연마 패드에 접촉되고 회전된다. 상기 연마패드 및 연마헤드와 같은 부품들은 앞서 언급한 바와 같이 기계적 연마 공정과 직접 관련되므로 그들의 사용시간에 따라 일정 주기로 교체 및 세정해 주어야 한다.

종래의 헤드 세척 방법은 먼저 헤드를 분해하고 각 부품들을 이소프로필 알코올(IPA) 세정을 통하여 오염물질을 제거한 후 상기 헤드를 상기 분해와 역순으로 조립하게 된다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 헤드의 부품들인 맴브레인, 리테이너 링 및 인너 튜브는 이소프로필 알코올(IPA)을 사용하여 세정된다. 그 후 상기 세정된 인너 튜브, 맴브레인 및 리테이너 링을 조립한다. 그러나 상기 헤드의 조립과정에서 공기중의 오염물질이 각 부품들에 흡착되어 결과적으로 상기 헤드의 표면 뿐만 아니라 내부에도 오염물질이 쌓이게 된다. 또 다른 방법으로 부품교체 및 조립이 완료된 헤드를 울트라 소닉 세정을 통한 방법이 있으나 이 역시 헤드 표면에 흡착된 오염물질은 제거가 가능하나 조립과정에서 흡착된 헤드 내부의 오염물질은 근본적으로 제거하기가 불가능하다.

상기 부품들, 특히 상기 연마헤드에 잔존하는 오염물질들은 화학기계적적 연마 공정 중에 웨이퍼에 떨어져 마이크로 스크래치를 유발시키게 된다. 상기 오염물질은 멤부레인의 상하 이동이나 연마시 발생되는 미소한 진동에 의해 연마도중에 연마패드의 표면에 떨어지게 된다. 이때 연마패드의 표면에 떨어지는 오염물질의 크기는 수 um 이상으로 웨이퍼의 표면에 마이크로 스크래치를 발생시키는 요인이 된다.따라서 상기 오염물질을 제거하기 위해서는 상기 헤드를 효과적으로 세척해 주어야 한다.

자세히 설명하자면, 울트라 소닉 베쓰의 초순수에 조립 완료된 헤드를 침지시킴으로써 헤드 표면에 흡착되어 있는 오염물질은 제거할 수 있지만 각 부품들사이에 존재하는 오염물질은 제거할 수 없다.

이러한 미세 오염물질은 연마 공정중에서 로딩되는 웨이퍼에 옮겨져서 웨이퍼의 표면상에 마이크로 스크래치를 발생시킬 수 있다. 이러한 마이크로 스크래치는 반도체 소자의 게이트 산화막의 누설전류 또는 게이트 라인 브리지와 같은 결함을 유발시켜 반도체 소자의 수율과 신뢰성을 저하시키는 요인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으 로, 특히 웨이퍼 표면에 스크래치를 유발시키는 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 화학기계적 연마장치의 헤드 전용 클리너 및 이를 이용한 오염물질 세척방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 화학기계적 연마장치의 헤드 클리너는 울트라 소닉 배쓰 및 상기 배쓰 내에 로딩되는 화학기계적 연마헤드의 내부로 반복적으로 서로 다른 제1 및 제2 압력들을 공급하는 가변 압력 생성기를 포함한다.

본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 제1 압력은 대기압보다 낮을 수 있고, 상기 제2 압력은 대기압보다 높을 수 있다.

다른 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 압력들은 상기 가변 압력 생성기에 접속된 압력 제어기에 의해 제어될 수 있다.

또한, 상기 헤드는 상기 울트라 소닉 베쓰 내로 로더에 의해 이동될 수 있다. 상기 로더는 상기 헤드를 상하로 이동시키는 기능을 갖는다.

한편, 상기 목적들을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 세척방법은 울트라 소닉 배쓰 내의 세정용액 내로 화학기계적 연마헤드를 담구는 것과 상기 연마헤드 내부로 서로 다른 제1 및 제2 압력을 번갈아가면서 반복적으로 공급하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 압력은 대기압보다 낮을 수 있고 상기 제2 압력은 대기압보다 높을 수 있다.

다른 실시예들에서, 상기 세정용액은 초순수일 수 있다.

또 다른 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 압력들을 상기 연마헤드 내부로 반복적으로 공급하는 동안 상기 세정용액에 초음파를 추가로 인가할 수 있다.

이와같이 본 발명에 의하면 상기 진공과 압력에 의한 진동발생을 통하여 세척효과를 극대화시킴으로써, 상기 헤드의 표면뿐만 아니라 헤드부분 교체시 발생하는 헤드내부의 오염물질을 효과적으로 제거가 가능하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 헤드전용 클리너의 구성을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 헤드전용 클리너의 흡입/배기에 의하여 헤드 내부의 유체의 흐름 및 진동발생 경로를 나타낸 것이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 헤드전용 클리너(100)는 울트라 소닉 베쓰(1)을 포함한다. 상기 베쓰(1)안에는 초순수가 준비되고 상기 초순수 내로 헤드(9)가 담겨진다. 상기 헤드(9)는 상기 초순수에 의해 세정된다. 상기 헤드(9)의 세정은 헤드 부품 조립후에 실시될 수 있다. 그러나 상기 세정은 교체전 또는 조립도중에도 실시될 수 있다.

상기 헤드(9)는 로더(3)에 의하여 상기 베쓰(1) 내로 로딩된다. 상기 로더(3)는 세정공정 중 상기 헤드(9)를 지지하는 역할뿐만 아니라 상기 헤드(9)를 상하좌우로 이동시키는 기능을 가진다. 본 발명의 클리너(100)은 가변 압력 생성기, 즉 진공/압력 공급기(5)를 포함한다. 상기 공급기(5)는 진공/압력 공급을 위한 적어도 3개 의 노즐(11)을 포함한다. 상기 노즐(11)은 상기 헤드(9)의 메니폴드(17)에 형성되어 있는 3개의 홀(13)과 연결된다. 더 자세하게 설명하면, 상기 헤드(9)는 크게 몸체인 캐리어(15), 메니폴드(17), 인너튜브(19), 리테이너 링(21), 멤브레인(23) 및 퍼포레이티드 플레이트(25)등을 포함한다. 상기 메니폴드(17)는 중앙에 맴브레인(23)과 통하는 하나의 홀(13')과 그 양 가장자리에 리테이너 링(21) 과 인너튜브(19)와 통하는 2개의 홀(13a, 13b)을 갖는다. 따라서 화학연마공정 중에 헤드(9)의 기계적인 스트레스를 분산시키기 위하여 공기압력을 상기 홀(13)들을 통하여 공급하게 된다. 종래의 헤드(9)에 형성된 상기 홀(13)들은 상기 노즐(11)과 연결되고 세정 중 상기 진공/압력 공급기(5)로부터 진공/압력을 전달받아 헤드(9)의 맴브레인(23) 리테이너 링(21) 및 인너튜브(19)에 공급한다.

상기 진공/압력은 번갈아가면서 반복적으로 제공하는 것이 바람직하다. 반복적으로 제공하기 위하여 상기 공급기(5)에 연결된 콘트롤러(7)가 필요한다. 상기 진공/압력은 1-14psi의 진공/압력으로 실시하면 좋다.

상기 매니폴드의 3개의 홀(13)중에서 중앙의 홀(13')을 통하여 상기 노즐(11)에 의하여 공급되는 진공/압력은 상기 헤드(9)의 맴브레인(23), 퍼포레이티드 플레이트(25)등에 진동을 발생시킨다. 상기 멤브레인(23)은 화학연마공정에서 상기 공기압력에 의하여 팽창되어 웨이퍼에 힘을 전달하는 역할을 한다. 또한 상기 퍼포레이티드 플레이트(25)는 화학연마공정에서 연마될 웨이퍼를 지지하면서 상기 플레이트에 형성된 홀을 통하여 압력을 전달하는 역할을 한다. 상기 인너튜브(19)는 일종의 고무링으로서 화학연마공정에서 상기 매니폴드의 홀(13",13"')을 통하여 공급된 압력에 의하여 팽창되어 연마도중 웨이퍼의 치우침을 방지하고 웨이퍼의 수평을 유지하는 역할을 한다. 상기 리테이너 링(21)은 웨이퍼의 가장자리영역의 연마특성을 콘트롤하는 역할을 한다.

또한 매니폴드의 양 가장자리에 형성된 홀(13a, 13b)들을 통하여 상기 노즐(11)에 의하여 공급되는 진공/압력은 상기 헤드(9)의 인너튜브(19) 및 리테이너 링(21) 영역 부근을 진동시킨다.

다음에, 상술한 헤드전용 클리너(100)을 이용하여 본 발명에 따른 헤드 세척방법을 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 먼저 울트라 소닉 베쓰(1) 내에 세척될 헤드(9)를 로더(3)를 사용하여 침지시킨다. 이어서, 가변 압력 생성기, 즉 진공/압력 공급기(5)로부터 진공/압력을 반복적으로 생성시키어 상기 헤드(9)의 내부로 공급한다. 그 결과, 상기 울트라 소닉 베쓰(1) 내의 세정용액, 즉 초순수가 상기 헤드(9)의 내부로 흡입되는 동작과 상기 헤드(9)로부터 배출되는 동작이 반복적으로 이루어질 수 있다. 이에 더하여, 상기 헤드(9) 내부로 상기 진공/압력이 공급되는 동안 상기 울트라 소닉 배쓰(1) 내의 상기 초순수에 초음파가 가해질 수 있다. 이러한 초음파는 상기 헤드(9)를 더욱 효율적으로 세정시킨다. 상기 진공 및 압력은 콘트롤러(7)에 의해 제어될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 헤드전용 클리너(100)를 이용한 헤드 세척방법은 리테이너 링(21), 맴브레인(23) 및 인너 튜브(19)에 진공과 압력을 반복적으로 공급할 수 있어 울트라 소닉 세정 효과를 극대화시킬 수 있다.

본발명은 개시된 실시예를 참조하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 종래의 세척방법에 의하여 제거되기 곤란한 헤드 내부에 형성된 오염물질까지도 효과적으로 제거할 수 있다. 따라서, 이러한 오염물질에 의한 웨이퍼 표면상의 스크래치 발생이 억제되므로 스크래치에 기인한 반도체 소자의 결함이 감소되어 반도체 소자의 수율 및 신뢰성이 향상되는 효과가 있다. 아울러, 헤드부품 교체시 백업시간을 줄일 수 있으므로 생산성 향상에도 기여할 수 있다.

Claims (11)

1. 울트라 소닉 세정기;

   상기 울트라 소닉 세정기의 배쓰 내로 화학기계적 연마 헤드를 로딩시키는 로더; 및

   상기 헤드 내부로 서로 다른 제1 및 제2 압력을 번갈아가면서 반복적으로 공급하는 가변 압력 생성기를 포함하는 화학기계적 연마헤드 클리너.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가변 압력 생성기에 접속되어 상기 제1 및 제2 압력을 제어하는 콘트롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마헤드 클리너.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 압력은 대기압보다 낮고 상기 제2 압력은 대기압보다 높은 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마헤드 클리너.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 헤드는 매니폴드, 리테이너 링, 맴브레인 및 인너튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마헤드 클리너.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 매니폴드는 중앙부위에서 상기 맴브레인과 연결되는 제1 홀을 갖고 그 양쪽에 각각 상기 리테이너 링 및 인너튜브와 연결되는 제2 홀들을 갖는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마헤드 클리너.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 공급기로부터 생성된 상기 제1 및 제2 압력은 상기 제1홀을 통하여 맴브레인에 전달하고 제2홀을 통하여 상기 리테이너 링 및 상기 인너튜브에 전달되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마헤드 클리너.
7. 울트라 소닉 배쓰 내의 세정용액 내로 화학기계적 연마헤드를 담구는 단계; 및

   상기 연마헤드 내부로 서로 다른 제1 및 제2 압력을 번갈아가면서 반복적으로 공급하는 단계를 포함하는 화학기계적 연마헤드의 세척방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 제1 압력은 대기압보다 낮고, 상기 제2 압력은 대기압보다 높은 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마헤드의 세척방법.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 세정용액 내로 상기 화학기계적 연마헤드를 담그는 것은 로더를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마헤드의 세척방법.
10. 제 7항에 있어서,

    상기 연마헤드 내부로 상기 제1 및 제2 압력을 반복적으로 공급하는 동안 상기 세정용액에 초음파를 가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마헤드의 세척방법.
11. 제 7항에 있어서,

    상기 제1 및 제2 압력들은 1-14 psi의 범위 내인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마헤드의 세척방법.

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