KR100567982B1

KR100567982B1 - 연마액 공급장치

Info

Publication number: KR100567982B1
Application number: KR1019997007089A
Authority: KR
Inventors: 기무라노리오; 가와시마기요다카; 츠지무라마나부; 가와모토다카요시; 히야마히로구니; 와다유타카
Original assignee: 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date: 1997-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2006-04-05
Also published as: KR20000070826A; WO1999029505A8; EP0990486A4; WO1999029505A1; DE69823194D1; EP0990486A1; EP0990486B1; US6406364B1; DE69823194T2

Abstract

본　발명은　일정한　연마용입자의　입도　분포의　연마액을　안정되게　공급할　수　있는 연마액 공급장치를 제공하는 것이며, 연마장치(22)에 연마액을 공급하는 연마액 공급장치로서 연마액이 유통하는 연마액 유통경로의 적어도 일부에 초음파진동장치(72)가 설치되어 있다.

Description

연마액 공급장치{POLISHING SOLUTION FEEDER}

본 발명은 예를 들어 반도체기판의 연마장치에 이용하는 연마액의 공급장치에 관한 것으로, 특히 연마용 입자가 균일하게 분산된 연마액를 안정되게 공급할 수 있는 연마액공급장치에 관한 것이다.

최근, 반도체디바이스의 고집적화가 진행됨에 따라 회로의 배선이 미세화하여 배선간 거리도 보다 좁아지고 있다. 이에 따라 광리소그래피 등으로 회로형성을 행할 경우에 초점의 심도가 얕아지기 때문에 스텝퍼의 결상면의 보다 높은 평탄도를 필요로 한다.

반도체웨이퍼의 표면을 평탄화하는 수단으로서 연마공구(예를 들어 연마크로스를 가지는 연마테이블)와, 그 연마테이블에 대하여 피연마재를 파지(把持)하여 그 연마면을 누르는 파지부재를 가지고, 이들의 접촉면사이에 연마액을 공급하면서 공구와 연마면을 상대적으로 미끄럼이동시킴으로써 연마를 행하는 연마장치가 알려져 있다. 이러한 장치는 연마용 입자를 포함하는 연마액를 사용하여 기계적인 연마를 행할 뿐만 아니라, 경우에 따라 알칼리성이나 산성의 연마액을 사용하여 화학적 작용에 따른 연마를 행한다. 예를 들어 산화막용 슬러리로서는, KOH, NH₄을 기 초로 하여 미세한 실리카를 분산시킨 것이 있다.

이러한 연마장치에 있어서 양호한 연마를 행하기 위해서는 일정한 농도 및 유량의 연마액을 안정되게 공급하는 것이 요구된다. 연마액 공급시스템은 KOH, NH₄등과 분말실리카를 혼합하여 원액으로 하는 원액탱크, 이 원액을 순수 등으로 희석하는 희석탱크, 이 희석탱크로부터 연마장치의 노즐에 공급하기 위한 연마액공급배관 등을 구비하고 있다.

그런데 설비나 가동코스트의 저감을 위해, 복수의 연마장치에 대하여 하나의 탱크로부터 연마액를 공급하는 것이 요청되고 있고, 연마액 배관이 길어지는 경향에 있다. 그 결과 배관속에서 연마액이 체류하여 연마용 입자의 응집이 일어나기 쉬워지고, 입자지름이 커져 연마면을 손상하는(스크래치) 문제, 또는 농도의 변화에 의하여 연마량이 변화되는 문제, 게다가 배관중에서의 로딩이 생기는 등의 단점이 있다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 일정한 연마용 입자의 입도(粒度) 분포의 연마액을 안정되게 공급할 수 있는 연마액 공급장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1 기재의 발명은, 연마장치에 연마액을 공급하는 연마액 공급장치로서 연마액이 유통하는 연마액 유통경로의 적어도 일부에 초음파진동장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 연마액공급장치이다. 이에 따라 응집한 연마용 입자를 초 음파진동에 의한 에너지로 분산시켜 균일한 미세한 입도 분포를 가지는 연마액이 공급된다. 이러한 처리에 의한 연마용 입자의 분산화의 효과는, 소정시간의 경과후에 있어서도 지속되기 때문에, 연마액 유통경로를 경유하여 연마장치에 도달하기까지 응집하여 비대화하는 것이 방지된다.

청구항 2 기재의 발명은, 상기 초음파진동장치는 원액을 저장하는 원액탱크에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1 기재의 연마액 공급장치이다. 원액탱크는 외부로부터의 원액을 저장하는 것이어도 되며, 여기서 분말연마용 입자와 연마액을 혼합하여 연마액의 원액 또는 연마액 자체를 제작하는 것이어도 좋다.

청구항 3 기재의 발명은, 상기 연마액 유통경로가 연마액을 순환시키는 순환배관경로와, 그 순환배관경로로부터 상기 연마장치를 향하여 연장되는 분기배관 경로를 가지며, 상기 초음파진동장치는 상기 순환배관경로에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1 기재의 연마액 공급장치이다. 이에 의하여 연마액를 항시 순환시켜 배관내에서의 체류에 의한 연마용 입자의 농도변화나 퇴적에 의한 로딩을 방지할 수 있다. 또 하나의 연마액 공급원으로부터 복수의 연마장치에 연마액을 공급하므로 장치코스트를 저하시킬 수 있다.

청구항 4 기재의 발명은, 상기 연마액 유통경로는 연마액을 순환시키는 순환배관경로와, 그 순환배관경로로부터 상기 연마장치를 향하여 연장되는 분기배관경로를 가지며, 상기 초음파진동장치는 상기 분기배관경로에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1 기재의 연마액 공급장치이다.

또 상기 연마액을 입자 지름의 평균치가 0.1∼0.2㎛인 연마용 입자를 포함하 게 하여도 좋다.

청구항 5 기재의 발명은 상기 초음파진동장치가 원액과 희석액을 혼합하여 농도를 조정하는 혼합부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 청구항 1 기재의 연마액 공급장치이다.

청구항 6 기재의 발명은 피연마재를 파지하는 파지기구와, 그 파지장치에 대향하는 연마공구와, 상기 피연마재와 상기 연마공구의 대향면을 향하여 연마액을 공급하는 연마액 노즐을 구비하고, 상기 파지기구 및 / 또는 상기 연마공구의 연마액 수용부에는 초음파진동장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치이다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 연마액 공급장치의 전체구성을 나타내는 도,

도 2A 내지 도 2C, 도 3A 내지 도 3C 및 도 4는 초음파처리의 효과를 나타내는 그래프,

도 5는 본 발명의 다른 실시형태의 연마액 공급장치의 구성을 나타내는 도,

도 6A 내지 도 6C는 도 5의 실시형태의 초음파진동장치의 구조를 나타내는 도,

도 7은 본 발명의 또 다른 실시형태의 연마액 공급장치의 구성을 나타내는 도이다.

이하 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1을 참조하여 설명한다. 이 연마액 공급장치는 연마액 원액을 수용하는 2개의 원액탱크(10)와, 이 원액을 소정의 농도로 묽게 하기 위한 희석액을 공급하는 희석액 탱크(12)와, 이들 공급원으로부터 배관 (14, 16)을 거쳐 공급되는 원료를 합류시켜 소정농도의 연마액으로 하는 혼합부(18)와, 연마액을 순환시키는 순환경로(20)와, 그 순환경로(20)로부터 연마장치(22)를 향하여 연마액을 공급하는 분기배관(24)을 구비하고 있다. 이 원액탱크(10)는 내부에 교반블레이드(70)를 가지며, 바닥부에는 초음파진동장치(72)가 설치되어 있다. 또 원액탱크(10)에는 각각 레벨센서(73), 온도센서(75) 등이 설치되어 있다.

원액탱크(10)는 2개 설치되고, 한쪽이 비게 되었을 때 밸브(11)를 개폐하여 원액공급라인(14)에 대한 공급을 전환하여 사용하도록 되어 있다. 원액라인(14) 및 희석액 라인(16)은 각각 예를 들어 개폐밸브(26) 및 유량조정밸브(28)를 거쳐 혼합부인 버퍼튜브(18)에 접속되고, 이로써 버퍼튜브(18)내에서 소정의 혼합비의 연마액이 제조된다.

혼합부인 버퍼튜브(18)는 이 예에서는 복수의 연마장치(22)에 연마액을 공급하는 순환배관(20)의 도중에 설치되어 있다. 이 버퍼튜브(18)는 순환배관(20)보다 큰 지름의 원통형상 용기(30)로서 세로로 배치되어 구성되고, 바닥부에 배출구(32)가 설치되며, 상부는 O링(34)을 거쳐 접합된 덮개(36)로 덮여져 있다. 버퍼튜브(18)에는 그 상부에 순환배관(20)의 복귀배관 및 원액 및 희석액의 라인의 배관(14, 16)이 각각 접속되어 있다.

용기(30)에는 액면의 레벨을 검지하는 레벨검지기(40a, 40b, 40c)가 설치되며, 이것은 예를 들어 상한, 하한, 최하한을 검지하고, 그 신호를 도시생략한 제어 장치에 출력하도록 되어 있다. 이 신호에 의거하여 제어장치는 원액 및 희석액의 라인의 개폐밸브(26)나 유량조정밸브(28)에 신호를 출력하여 액면레벨이 하한이 되었을 때에는 원액 및 희석액을 공급하고, 상한이 되면 공급을 정지하도록 제어한다. 만일, 액면레벨이 최하한에 도달하였을 때는 경보나 연마장치(22)의 정지신호 등을 낸다.

순환배관(20)은 버퍼튜브(18)의 하단의 배출구(32)로부터 연마액을 공급하도록 하나 또는 복수의 연마장치(22)의 근방을 돌아 버퍼튜브(18)로 복귀하여 그 복귀관에 접속되어 구성되어 있다. 순환배관(20)에는 연마액을 순환시키는 순환펌프(46), 역류를 방지하는 체크밸브(48), 압력센서(50) 등이 설치되어 있다. 압력센서(50)의 출력은 제어장치에 입력되고, 제어장치는 그 검출치에 따라 순환펌프(46)의 운전을 제어하여 순환배관(20)내의 압력을 일정하게 유지하도록 되어 있다. 순환배관(20)에는 각각의 연마장치(22)에 가까운 위치로부터 그 연마장치를 향하여 이젝터관(24)이 분기하여 연장되어 있고, 이는 개폐밸브(52)와 유량조정가능한 펌프(54)를 거쳐 연마장치(22)의 소정위치에 개구하는 연마액 노즐(56)에 접속되어 있다.

이와 같이 연마액을 연마장치(22)근방으로 유도하기 위한 배관내의 연마액을 항시 순환시킴으로써 배관내에서의 체류에 의한 액농도변화나 고형물의 침적에 의한 로딩을 방지할 수 있다. 또 배관을 길게할 수 있으므로, 1개의 연마액 공급원(혼합부)(18)으로부터 복수의 연마장치(22)에 연마액을 안정되게 공급할 수 있고, 장치코스트를 저하시킬 수 있다. 각 연마장치(22)에는 정지시간이 있기 때문에 분 기한 이젝터관(24)에서는 체류가 일어나나, 운전개시때 마다 세정용 연마액을 이젝터관 내의 연마액이 교체될 정도의 소량 흘림으로써 체류의 영향을 배제할 수 있다.

다음에 연마액에 초음파처리를 실시한 경우의 연마용 입자에 대한 영향 또는 연마성능의 영향에 관하여 도 2A ~ 도 4를 사용하여 설명한다.

도 2A 내지 도 2C는 초음파 진동처리시간의 경과에 따른 입자지름 분포의 변화의 일예이다. 여기에서 교반블레이드(70)에 의한 교반 30분후에는 도 2A에 나타내는 바와 같이 평균입자지름이 51.7㎛, 표준편차 49.7㎛였으나, 도 2B에 나타내는 초음파처리 10분후에는 평균입자지름이 0.29㎛, 표준편차 2.73㎛, 도 2C에 나타내는 초음파처리 60분후에는 평균입자지름이 0.15㎛, 표준편차 0.029㎛였다. 또한 60분이상 처리한 경우에도 도 2C 이상의 효과는 얻어지지 않았다.

도 3A 내지 도 3C는 초음파처리를 행한 후에 정치한 경우의 입도 분포의 변화를 나타낸 것이다. 도 3A는 120분의 초음파처리 직후, 도 3B는 처리로부터 1일 경과한 후, 도 3C는 처리로부터 6일이 경과한 후의 각각의 입도분포를 조사한 결과를 나타내는 그래프이다. 일단, 충분히 초음파처리를 한 것은 상당히 긴 시간이 경과한 후도 미세한 입도를 유지하고 있음을 알 수 있다.

도 4는 이 초음파처리를 행한 연마액과 초음파처리를 행하고 있지 않은 연마액의 쌍방을 사용하여 연마성능시험을 행한 결과와, 시판의 실리카계 연마액의 연마성능 시험결과를 나타내는 것이다. 초음파처리를 행하면 연마액의 입자의 분산성이 증가하기 때문에 연마속도가 향상하는 것을 알 수 있다. 또 초음파 처리를 행한 연마액은 시판의 실리카계 연마액과 거의 동등한 연마속도를 가지는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서는 상기 도 2A ~ 4에 나타낸 바와 같이 초음파처리가 연마액에 주는 입도 분포의 변화 및 연마성능에 대한 효과를 연마액 공급장치에 응용하였다.

상기와 같이 구성한 연마액 공급장치의 작용을 설명한다. 원액탱크(10)에서는 상부의 덮개를 열고, 예를 들어 분말의 실리카와, 소정농도의 KOH, NH₄ 등의 연마액을 소정량씩 첨가하여 교반블레이드(70)를 회전시켜 연마입자(실리카)를 균일하게 분산시킨다. 교반과 동시에 또는 소정시간의 교반후, 초음파진동장치(72)를 소정시간 동작시킨다. 이로써 응집하여 비교적 넓은 범위로 분포하고 있던 입자가 분산되고, 그 결과 아주 작은 지름으로 집중한 분포가 얻어진다. 또한 초음파 처리의 시간 및 간격은 탱크의 규모에 따라 다르다. 예를 들어 60분 동안에 2분간이나 30분 동안에 5분간 등 정기적으로 초음파처리를 행한다.

다음에 원액공급펌프(28) 및 희석수펌프(28)를 작동시키면, 버퍼튜브(18)내에서 소정의 혼합비의 연마액이 제조된다. 제어장치는 순환펌프(46)를 그 하류측의 압력이 소정치 이상이 되도록 운전하도록 제어하고, 이로써 연마액의 순환경로(20) 내의 순환류를 항시 형성한다.

각 연마장치(22)가 작동하면, 그 이젝터관(24)으로부터 연마액의 일부가 그 연마장치(22)의 노즐(56)로부터 유출된다. 버퍼튜브(18)내의 연마액이 하한 이하가 되면, 레벨센서(40c)의 신호에 의하여 제어장치는 개폐밸브(26)를 개방으로 하고, 이에 의하여 유량조정밸브(28)에 의하여 유량을 제어한 원액 및 순수가 일정비율로 레벨이 상한에 도달하기 까지 버퍼튜브(18)에 공급되어 혼합된다. 상기 공정에 있어서 연마액은 원액탱크에서 초음파진동에 의한 소정시간의 처리를 행하고 있으므로 연마용 입자인 실리카의 응집이 일어나기 어렵다.

도 5는 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 것으로, 초음파진동장치를 연마액 공급배관시스템의 각종 위치에 설치한 구성을 나타내고 있다. 즉 적당한 크기와 형상의 초음파진동장치(72a, 72b, 72c, 72d)를 원액과 희석액을 혼합하는 혼합부(버퍼튜브)(18), 순환배관(20), 노즐(56)근방, 턴테이블(23)중의 어느 하나, 또는 복수개소에 설치하고 있다.

도 6A ~ 도 6C는 초음파진동장치(72a, 72b, 72c, 72d)의 설치상세도이다. 각 도면에 나타내는 바와 같이 초음파진동장치(72a, 72b, 72c, 72d)는 초음파칩(74a ~ 74d)과 초음파 발진기(76a ~ 76d)로 이루어진다. 도 6A는 초음파진동장치(72a)를 버퍼튜브(18)의 하부에 설치한 도면을 나타내고 있다. 초음파진동장치(72b)도 마찬가지로 순환배관(20)의 주위에 설치된다. 도 6B에 나타내는 초음파진동장치(72c)는 턴테이블(23) 위를 향하여 연마액을 공급하는 노즐(56)의 선단부 가까이에 설치되어 있다. 초음파진동장치(72a ~ 72c)는 버퍼튜브(18) 및 각 배관의 임의의 장소에 설치할 수 있다.

도 6C는 턴테이블(23)에 매립된 초음파진동장치(72d)의 설치단면도를 나타낸다. 초음파진동장치(72d)는 연마패드(78)의 밑에서 턴테이블중앙의 연마면으로부터 가까운 위치에 매립되어 있다. 본 실시예에서는 턴테이블 중앙에 매립되어 있 으나, 초음파진동장치(72d)의 위치는 턴테이블에 연마액이 공급되는 부근, 또는 웨이퍼를 누름으로써 연마가 행하여지는 위치의 아래쪽에 위치하도록 중앙으로부터 편심시킨 위치라도 좋다.

이들 실시형태에서는 진동장치를 연마액 흐름의 하류측 또는 연마액의 유스포인트의 가까이에 설치하고 있으므로, 연마용 입자가 분산된 상태 그대로 연마액이 연마장치(22)에 공급된다. 또 각 연마장치(22)가 정지하여 이들 배관의 유속이 저하하고, 또는 체류하는 경우에도 응집이 일어나기 어렵다. 본 실시예에서는 원액탱크 이외에도 초음파처리를 실시하므로 원액탱크만에 관하여 행하고 있는 경우와 비교하여 연마액 공급장치가 대형화한 경우에도 연마액의 응집을 방지하는 데 효과적이다.

도 7은 순환배관(20)을 설치할 만큼 연마장치(22)의 수가 많지 않은 경우 등에 연마액 공급원으로서 버퍼튜브 대신 공급보틀(80)을 사용한 형태를 나타낸다.

공급보틀(80)은 서포트(82)에 의하여 수조(84)속에 설치되어 있고, 수조에는 항시 물을 공급하는 물공급배관(86)과, 수면을 일정하게 유지하도록 배수하는 이젝터배관(88)이 설치되어 있으며, 이것에 의하여 공급보틀(80)의 바닥면이 항상 수중에 있게 되어 있다. 수조(84)에는 공급보틀(80)의 바로 밑에 투입식 초음파진동장치(72e)가 설치되어 있다. 초음파진동장치(72e)는 수조(84)의 밖에 있는 콘트롤러(77)로 콘트롤된다. 공급보틀(80)과 초음파진동장치(72e)의 사이는 서포트(82)가 잘라내어져 개구부(83)가 형성되어 있고, 초음파진동장치(72e)로부터 발진된 초음파는 물을 거쳐 공급보틀(80)의 바닥면에 닿는 구조로 되어 있다. 또 보 틀(80)에는 상부의 개구로부터 교반기(90)가 설치되어 있고, 연마액에 초음파를 조사하면서 동시에 교반하는 것도 가능하게 되어 있다. 공급보틀(80), 수조(84), 서포트(82) 등의 재질은 수지, 석영유리, 스테인레스, 수지코팅한 금속 등의 재질을 사용하고 있다. 도시 생략하였으나, 공급보틀(80)에는 덮개 등을 설치하여 증발이나 분위기와의 반응을 방지하는 것이 바람직하다.

이 실시형태에서는 연마에 사용하는 연마액 원액과 희석액을 각각의 공급원(10, 12)으로부터 펌프(28)로 소정량이 공급보틀(80)에 보내진다. 공급보틀 (80)에서 소정농도로 조정된 연마액은 필요에 따라 교반되면서 초음파진동을 부여받아, 앞서 설명한 바와 같은 분산상태를 얻는다. 이 연마액은 하나 또는 복수의 연마액 공급배관(92)으로부터 슬러리공급펌프(94)에 의하여 연마장치에 보내진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 응집한 연마용 입자를 초음파 진동에 의한 에너지로 분산시킴으로써 일정한 연마용 입자의 입도 분포를 가지는 연마액을 안정되게 공급할 수 있다. 따라서 입자지름이 커져 연마면을 손상하거나 연마용 입자 농도의 변화에 의하여 연마량이 변화하는 일 없이 반도체 기판 등의 연마장치에 있어서 양호한 연마를 안정되게 행할 수 있다.

본 발명은 예를 들어 고도로 집적화한 반도체 디바이스를 제작하기 위한 반도체기판의 연마장치에 사용하는 연마액의 공급장치로서 유용하다.

Claims

연마장치에 연마액를 공급하는 연마액 공급장치에 있어서,

상기 연마액을 순환시키는 순환배관경로와 상기 순환배관경로로부터 연마 장치까지 연장되는 분기배관경로를 포함하며 상기 연마액을 전달하는 유통경로; 및

상기 순환배관경로 중 적어도 하나에 제공되는 초음파진동장치를 포함하는 연마액 공급장치.
제 1항에 있어서,

상기 초음파진동장치는 원액을 저장하는 원액탱크에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마액 공급장치.
삭제
삭제
제 1항에 있어서,

상기 초음파진동장치는 원액과 희석액을 혼합하여 농도를 조정하는 혼합부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마액 공급장치.
피연마재를 파지하는 파지기구와,

상기 파지장치에 대향하는 연마공구와,

상기 피연마재와 상기 연마공구의 대향면을 향하여 연마액를 공급하는 연마액 노즐을 구비하고,

상기 파지기구 및 / 또는 상기 연마공구의 연마액 수용부에는 초음파진동장치가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마장치.