JP4597168B2 - スラリ供給装置におけるバブルダンパ - Google Patents

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Description

本発明は、スラリ供給装置におけるバブルダンパに関し、より詳しくはスラリ供給装置によって発生される気泡をバブルダンパによって回収するスラリ供給装置におけるバブルダンパに関するものである。
一般に、化学機械平坦化（ＣＭＰ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）は、研磨剤による機械的研磨効果と、酸または塩基溶液による化学的反応効果を合わせてウエハ表面を平坦化させる工程をいう。
このようなＣＭＰ装置において使用される研磨溶液をスラリという。スラリは機械的研磨のための微細粒子が均一に分散されており、研磨される基板との化学的反応のための酸または塩基のような溶液を超純水（ＤＩ ｗａｔｅｒ）に分散及び混合させた溶液である。このようなスラリはＣＭＰ工程中にパッドと基板の間に浸透して基板表面の機械的、化学的研磨の核心的な役割を行う。
スラリは使用される物質によって大きく酸化膜ＣＭＰスラリと金属膜ＣＭＰスラリに区分し得る。酸化膜ＣＭＰスラリとしては、ヒュームドシリカを超純水に分散させたコロイドシリカが代表的に使用される。金属膜ＣＭＰスラリは主にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒子、セリア（ＣｅＯ２）粒子または銅（Ｃｕ）粒子を溶液に添加して使用する。
したがって、溶液の特性上、粒子が溶液に混ざりながら気泡が発生し得、スラリを供給する配管、ポンプまたはバルブを通過しながらスラリに発生する渦流または摩擦などによって気泡が生成され得る。
このような気泡の発生により、スラリを混合するベッセルではスラリを混合する配合の合せが難しくなる。それは、気泡が内在するスラリはセンサでその量を正確に感知できず、配合比を合せることができなくなるためである。
したがって、このようなスラリ内で気泡の発生を抑制したり、既に発生した気泡を回収するシステムが要求される。
本発明は、前記のような問題点を鑑みて案出したものであって、バブルダンパを備え、真空ポンプまたは加圧ポンプによって発生される気泡を効率的に回収して安定したスラリを供給することを目的とする。
本発明の目的は、以上に言及した目的に制限されず、言及していないさらなる目的は下記によって当業者に明確に理解できるものである。
前記目的を達成するために、本発明の一実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパは、スラリを貯蔵しているスラリドラムと、前記スラリドラムからスラリを受け入れるベッセル、及び前記スラリドラムと前記ベッセルの間に位置して前記スラリドラムから運搬されるスラリで発生する気泡を回収するバブルダンパを含む。
本発明によれば、バブルダンパをスラリ供給装置に適用してベッセルに供給されるスラリに気泡を減少させることができる。
これとともに、真空ポンプを利用してスラリをベッセルに供給し、吸入器によってバブルダンパの気泡を排出することができる。
また、加圧ポンプによってベッセルにスラリを供給し、バブルダンパによって気泡を回収して排気口に排出して、ベッセルに提供されるスラリに気泡を減少させることができる。
さらに、バブルダンパに回収された気泡をスラリドラムに連結された配管を介して再利用することによって、スラリの浪費を減らすことができる。
本発明の効果は、以上に言及した効果に制限されず、言及していないさらなる効果は特許請求の範囲によって当業者に明確に理解できるものである。
その他、実施形態の具体的な事項は詳細な説明及び図面に含まれている。本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付する図面とともに詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は以下に開示される実施形態に限定されず、相異なる多様な形態によって具現でき、単に本実施形態は本発明の開示を完全なものにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供するものであって、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。明細書全体にわたって同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
以下、本発明の好ましい実施形態について添付した図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態によるバブルダンパを含む構造を示す図面である。
本発明の一実施形態によるバブルダンパを含む構造は、バブルダンパ１００、ダンパセンサ１１０、ドラムフィルタ１３０、吸入器１２０、複数の配管１５０及び複数のバルブを含み得る。
バブルダンパ１００は、スラリドラムから供給されるスラリを臨時に貯蔵する役割をする。バブルダンパ１００にスラリを供給する方法は多様に提示できる。第一に、図１に示すように、吸入器１２０を作動させて吸入器にエアなどのガスを通過させれば、バブルダンパに相対的に低い圧力が生成される。したがって、スラリは圧力差によって、相対的に高い圧力を有するスラリドラム側からバブルダンパに供給できる。第二に、吸入器を使用せずにスラリドラム側で加圧ポンプを使用する方法がある。スラリドラムとバブルダンパの間に取り付けられる加圧ポンプによってスラリを運搬することができる。第三に、ベッセル部分の真空ポンプに相対的に低い圧力を誘発して圧力差による力でスラリドラムからバブルダンパに、バブルダンパからベッセルにスラリを運搬することができる。
ダンパセンサ１１０は、バブルダンパ１００にあるスラリの量を感知する役割をする。ダンパセンサ１１０は、センサが取り付けられた高さにおいてバブルダンパ内にスラリがある場合はオン状態になり、スラリがない場合はオフ状態になる。このようなセンサは、発光部と受光部を有する赤外線センサまたは超音波センサなどによってバブルダンパ内におけるスラリの存在を感知することができる。ただし、スラリ内に複数の気泡が発生することによって、スラリが存在してもダンパセンサがオンとオフを繰り返すことがある。
ドラムフィルタ１３０は、スラリドラムから供給されるスラリで異物質を濾過する役割をする。スラリに含まれている微細粒子の大きさを考慮して濾過することによって、スラリに使用される研磨粒子の大きさより相対的に大きい異物質を濾過して均一した微細粒子を含むスラリを提供することができる。
吸入器１２０は、バブルダンパ１００に相対的に低い圧力を生成する役割をする。吸入器１２０は、エアなどのガスが通過するようにパイプを有し、吸入器１２０の中心部におけるパイプの直径を最小化して中心部を通過するガスの速力を上げる。したがって、吸入器１２０は、相対的に速い速力では圧力が減少する原理であるベルヌーイの定理によって吸入器部分における圧力を下げ、これによってバブルダンパの圧力もスラリドラムがある部分より相対的に下げることができる。吸入器は、エアなどのガスを吸い込んで排気するために、モータまたはエンジンなどの駆動部によって回転する風車を含むことができる。このような吸入器１２０の作動によってバブルダンパにおけるスラリが消耗されたり、不足する場合にはスラリドラムからスラリを運搬することができる。
配管１５０は、スラリ、超純水（ＤＩ ｗａｔｅｒ）またはエアなどが通過する空間を提供する。要求される位置または容器に要求される物質を供給するために複数の配管が設置され、配管と配管の間に取り付けられている容器またはバルブなどによって連結され得る。配管は、単位時間当たり運搬できる量とポンプなどによって加えられる圧力を考慮して直径及び材質を選択することができる。また、スラリ内に化学的添加剤または酸化剤などによって酸化されたり、侵食されないようにコーティング処理した配管を使用することができる。
バルブ１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０は、配管を開閉する役割をする。例えば、複数のバルブがあるバブルダンパにおいて、吸入器１２０を介してエアを吸入するときにはバルブ７０を開き、バブルダンパ１００にあるスラリを排気するためにはバルブ２０を開き、ベッセルにスラリを供給するためにはバルブ３０を開かなければならない。このように供給や排出を必要とするときには配管に連結されているバルブを開放して要求される物質の供給または排出を行うことができる。
図２は本発明の第１実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムを示す図面である。
本発明の第１実施形態による真空ポンプによって気泡を除去するスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムは、バブルダンパ１００、ダンパセンサ１１０、ドラムフィルタ１３０、吸入器１２０、複数の配管１５０、複数のバルブ１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０、スラリドラム２００、ベッセル２１０、ベッセルセンサ２２０及び真空ポンプ２３０を含み得る。
バブルダンパ１００、ダンパセンサ１１０、ドラムフィルタ１３０、吸入器１２０、複数の配管１５０及び複数のバルブ１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０については前述したため説明を省略し、これを除く構成要素について説明する。
スラリドラム２００はスラリを供給する容器である。スラリは微細粒子と溶媒とからなる研磨溶液をいう。したがって、微細粒子が溶媒に混ざりながら気泡が発生し得る。スラリドラムから提供されるスラリが不足する場合はスラリドラムを取り替えたり、スラリドラムにスラリを充填することができる。
ベッセル２１０は、バブルダンパ１００によって供給されるスラリを貯蔵する容器の役割をする。ベッセル２１０は、工程にスラリを提供する容器になるため、ベッセルに貯蔵されるスラリには気泡が最小限に存在するのが好ましい。ベッセル２１０は貯蔵しているスラリを、配管を介してバフ機能を行うバフ容器（図示せず）にスラリを提供し、バフ容器からＣＭＰ工程で使用されるスラリが提供されるようにする。
ベッセルセンサ２２０は、ベッセル２１０に貯蔵されているスラリの量を感知する役割をする。複数のベッセルセンサを高さに応じて取り付けることによって、各センサのオンとオフを認識してスラリの量を感知することができる。低い位置のセンサがオフになる場合はスラリがほとんど消耗されているため、バブルダンパを介してスラリを供給することができる。このようなセンサ２２０は、発光部と受光部を有する赤外線センサまたは超音波センサなどによってベッセル２１０内におけるスラリの存在を感知することができる。
真空ポンプ２３０は、ベッセル２１０にスラリを供給する役割をする。真空ポンプ２３０は、真空状態を生成する役割をするため、真空ポンプ２３０が位置するベッセル２１０の圧力を相対的に下げる。したがって、ベッセル２１０に連結されているバブルダンパ１００の圧力が増加するため、圧力差によってバブルダンパ１００にあるスラリがベッセルに移動することができる。これと同様に、スラリドラム２００に貯蔵されているスラリが配管を介してバブルダンパ１００に移動する。
前記のように構成される本発明の第１実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムの作用を以下に説明する。
スラリドラム２００のスラリがドラムフィルタ１３０を通過してバブルダンパ１００に提供される。バブルダンパ１００にスラリが充填され、これをベッセル２１０に供給するために真空ポンプ２３０が作動する。真空ポンプ２３０によってバブルダンパ１００とベッセル２１０の圧力差が発生し、このような圧力差によってバブルダンパ１００に貯蔵されているスラリがベッセル２１０に供給される。
バブルダンパ１００がない場合は、スラリドラム２００からベッセル２１０に直接連結されているため、薬液の特性上、スラリドラムから気泡が発生したり、ドラムフィルタ１３０を通過するかまたはフィルタを取り替える過程で紛れ込む空気などによって配管の間に気泡が発生し得る。また、真空ポンプによって吸い込む過程で配管を介する流動が絡まって渦流が発生して気泡が発生し得る。このような気泡の発生によって配管に一定の圧力が伝達されずスラリの運搬が不安定になり、これとともに、ベッセルに複数の気泡がスラリの間に存在してベッセルセンサの誤作動を誘発し、ベッセルでスラリを均一に混合する過程において配合比を適宜に合わせることができなくなる。
したがって、スラリドラム２００とベッセル２１０の間にバブルダンパ１００を位置させて、スラリドラムからドラムフィルタを通過しながら誘発される気泡をバブルダンパのダンパ上側に回収するようにする。したがって、バブルダンパの下側には気泡が減少するため、バブルダンパの下側にベッセルに通じる配管を連結してスラリを運搬することができる。これにより、気泡を除去しなくてもバブルダンパを設けることによって、ベッセルに運搬されるスラリに気泡を減少させることができるため、後続工程で均一のスラリを使用することができる。
ベッセル２１０にスラリを供給する途中にダンパセンサ１１０がオフになることによって、バブルダンパ１００にスラリが減っている場合は、真空ポンプ２３０の作動が止まり、バブルダンパ１００が作動する。バルブ３０を閉じ、吸入器１２０を作動させてバブルダンパ１００にスラリを充填する。吸入器１２０に低い圧力を誘導することによって、スラリドラム２００からスラリをバブルダンパ１００に運搬することができる。このようにスラリを運搬しながらバブルダンパの上側に回収した気泡を排気口を介して外部に排出することができる。
吸入器の作動によってバブルダンパを充填すれば、ダンパセンサがオンになり、真空ポンプが再作動してベッセルにスラリを運搬することができる。
繰り返して作動することによりバブルダンパが汚染される場合はバブルダンパを洗浄することができる。まず、バルブ２０，４０を開き、ガスを吹き込んでバブルダンパ１００にある残留スラリを排出する。または、バルブ５０，６０を開いて超純水をバブルダンパに入れることによって、バブルダンパに残留するスラリを排出し、バブルダンパを洗浄することができる。また、真空状態である配管が外部空気と接触すれば、スラリが固まって配管が詰まったり汚染されるため、バルブ６０を開いて超純水で配管を一定時間の間洗浄することができる。
図３は本発明の第２実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムを示す図面である。
本発明の第２実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムは、バブルダンパ１００、ダンパセンサ１１０、ドラムフィルタ１３０、複数の配管、複数のバルブ、スラリドラム２００、ベッセル２１０、ベッセルセンサ２２０及び加圧ポンプ３００を含み得る。
バブルダンパ１００、ダンパセンサ１１０、ドラムフィルタ１３０、複数の配管、複数のバルブ、スラリドラム２００、ベッセル２１０及びベッセルセンサ２２０については前述したため説明を省略し、これを除く構成要素について説明する。
加圧ポンプ３００は、一定の圧力に到達させるポンプであって、圧力によってスラリをバブルダンパ１００またはベッセル２１０に供給する役割をする。加圧ポンプ３００は、スラリドラム２００に位置してスラリドラムがある位置に高い圧力を発生させ、ベッセル２１０にあるバルブ８０を開放して圧力を下げることによる圧力差によってスラリを配管を介して移動させることができる。
図３に示す本発明の一実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムの作用を以下に説明する。
加圧ポンプ３００によってスラリをスラリドラムからバブルダンパ１００及びベッセル２１０に移動させることができる。このとき、ベッセル２１０にあるバルブ８０を開放して発生する加圧ポンプにおける圧力とベッセルにおける圧力との差がスラリを移動させる力になる。スラリをベッセルに供給する間にダンパセンサがオフになる場合は動作を中断し、バブルダンパ１００を作動させる。
バブルダンパの作動は次のような過程によって行われる。バルブ３０を閉じ、バルブ５０を開放して加圧ポンプ３００を作動させる。加圧ポンプ３００によってバブルダンパ１００にスラリドラムからスラリが供給される。これにより、バブルダンパにはスラリが充填され、バブルダンパの上側に回収されている気泡はバルブ５０を通過し、排気口を介して排出することができる。
バブルダンパ１００を充填した後にはバルブ５０を閉じ、バルブ３０とバルブ８０を開放して加圧ポンプ３００によってスラリをベッセル２１０に供給することができる。
図４は本発明の第３実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムを示す図面である。
本発明の一実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムは、バブルダンパ１００、ダンパセンサ１１０、ドラムフィルタ１３０、複数の配管、複数のバルブ、スラリドラム２００、ベッセル２１０、ベッセルセンサ２２０及び加圧ポンプ３００を含み得る。
各構成要素については前述したため説明を省略し、図４を参考して本発明の一実施形態による作用を説明する。
図３と同様に加圧ポンプ３００によってスラリをスラリドラム２００からバブルダンパ１００及びベッセル２１０に移動させることができる。このとき、ベッセル２１０にあるバルブ８０を開放して発生する加圧ポンプ３００における圧力とベッセルにおける圧力との差がスラリを移動させる力になる。スラリをベッセルに供給する間にダンパセンサがオフになる場合は動作を中断し、バブルダンパを作動させる。
バルブ３０を閉じ、バルブ５０を開放しながら加圧ポンプを作動させる。したがって、バブルダンパにはスラリが充填され、バブルダンパの上側に回収されている気泡はバブルダンパとスラリドラムの間の配管を介してスラリに再び入り込む。したがって、スラリドラムに入り込んだ気泡に含まれているスラリを再利用するようになる。バブルダンパが配管によって密閉されている状態であるため、気泡がバブルダンパに存在してもベッセルに運搬されずベッセルに残留するスラリには気泡が減少する。また、スラリドラムに再利用される気泡はスラリドラムで粉砕できるため、気泡が除去され得る。
以上、添付する図面を参照して本発明の実施形態を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明がその技術的思想や必須的な特徴を変更せずに他の具体的な形態によって実施できることを理解することができる。したがって、前述した実施形態はすべての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。
本発明の一実施形態によるバブルダンパを含む構造を示す図面である。 本発明の第１実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムを示す図面である。 本発明の第２実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムを示す図面である。 本発明の第３実施形態によるスラリ供給装置におけるバブルダンパシステムを示す図面である。
符号の説明
１００ バブルダンパ
１１０ ダンパセンサ
１２０ 吸入器
１３０ ドラムフィルタ
２００ スラリドラム
２１０ ベッセル
２２０ ベッセルセンサ
２３０ 真空ポンプ
３００ 加圧ポンプ

Claims (5)

  1. スラリを貯蔵しているスラリドラムと、
    前記スラリドラムからスラリを受け入れるベッセルと、
    前記スラリドラムと前記ベッセルの間に位置して、前記スラリドラムから運搬されるスラリで発生する気泡を回収するバブルダンパと、
    前記バブルダンパに連結され、流速の速いガス流動によって前記バブルダンパに低い圧力を誘導することによって、前記スラリドラムから前記バブルダンパにスラリを運搬する吸入器および、
    前記ベッセルに連結されて前記ベッセルの圧力を下げて、前記バブルダンパにあるスラリを前記ベッセルに供給する真空ポンプを含むことを特徴とするスラリ供給装置におけるバブルダンパシステム。
  2. 前記バブルダンパは、前記バブルダンパにスラリの量を感知するダンパセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のスラリ供給装置におけるバブルダンパシステム。
  3. 前記ベッセルは、前記ベッセルにあるスラリの量を感知するベッセルセンサを含むことを特徴とする請求項１に記載のスラリ供給装置におけるバブルダンパシステム。
  4. 前記スラリドラムと前記バブルダンパの間に位置して前記スラリドラムから運搬されるスラリで異物質を濾過するドラムフィルタをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のスラリ供給装置におけるバブルダンパシステム。
  5. ガスまたは超純水によって前記バブルダンパを洗浄することを特徴とする請求項１に記載のスラリ供給装置におけるバブルダンパシステム。
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