KR100901979B1 - 슬러리 공급 장치 및 공급 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 연마 장치용 슬러리 공급 장치가 개시된다. 슬러리 공급 장치는 복수의 연마유닛이 구비되고, 상기 복수의 연마유닛으로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부와, 상기 복수의 연마유닛에서 회수되는 회수액을 수용하는 슬러리 회수부를 포함한다. 그리고, 사용전의 신액과 사용후의 회수액을 혼합하여 혼합액을 형성하고, 상기 복수의 연마유닛으로부터 회수액의 회수가 가능하고, 상기 혼합액을 상기 복수의 연마유닛으로 직접 공급 가능한 슬러리 혼합부를 포함한다. 슬러리의 품질 저하를 억제하여, 슬러리의 품질을 일정하게 유지시킬 수 있으며, 상기 슬러리 공급부 또는 상기 슬러리 회수부에 이상이 발생하더라도 슬러리 공급 장치가 원활하게 동작할 수 있다.
Figure R1020070119169
슬러리 공급, 배관

Description

슬러리 공급 장치 및 공급 방법{SLURRY SUPLY APPARATUS AND SUPPLY METHOD OF THE SAME}
본 발명은 기판의 연마를 위한 슬러리 공급 장치와 그 공급 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 슬러리의 교체 주기를 연장시키고, 슬러리를 교체하기 전까지 사용하는 동안 슬러리의 품질을 일정 수준 이상으로 유지시킬 수 있는 슬러리 공급 장치에 관한 것이다.
오늘날 반도체 소자 제조용 재료로서 광범위하게 사용되고 있는 실리콘 웨이퍼는 다결정의 실리콘을 원재료로 하여 만들어진 결정 실리콘 박판을 말한다.
웨이퍼를 제조하는 세이핑 공정(shaping process)은 성장된 실리콘 단결정 잉곳(ingot)을 웨이퍼 형태로 자르는 슬라이싱(slicing) 공정, 웨이퍼의 두께를 균일화하고 평면화하는 래핑(lapping) 공정, 기계적인 연마에 의하여 발생한 데미지를 제거 또는 완화하는 에칭(etching) 공정, 웨이퍼 표면을 경면화하는 연마(polishing) 공정과, 연마가 완료된 웨이퍼를 세척하고 표면에 부착된 이물질을 제거하는 세정(cleaning) 공정으로 이루어진다.
반도체 소자의 고집적화로 인해 반도체 기판 제조 공정 중 래핑(lapping) 공 정이나 화학기계적 양면연마(double side polishing, DSP) 공정은 반도체 기판의 평탄도(flatness)나 스크래치, 결함 등 반도체 제조공정에서 소자의 수율 및 생산성에 큰 영향을 끼치는 중요한 인자 중의 하나로 인식되어 가고 있다.
화학기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)는 연마입자와 각종 약액으로 이루어지는 슬러리를 기판으로 제공하고, 상기 슬러리와 상기 기판 사이의 화학반응과 상기 연마입자 및 연마패드와의 기계적인 작용에 의해 기판 표면의 요철을 제거하여 평탄화 시킨다.
슬러리 공급 장치는 슬러리를 저장하는 슬러리 저장부와 상기 슬러리를 연마유닛으로 공급하는 공급탱크 및 상기 연마유닛에서 사용된 슬러리를 회수하는 리턴탱크를 포함한다.
그런데, 종래의 슬러리 공급 장치에서 탱크와 배관들은 내열성 염화비닐 수지(chlorinated polyvinyl chloride, CPVC) 재질로 이루어지는데, 이와 같은 CPVC는 내식성과 내약품성이 낮다. 따라서, 기존의 슬러리 공급 장치는 장시간 슬러리에 접촉되었을 때 슬러리로 인해 상기 탱크 또는 배관에 마모 또는 파손이 발생할 수 있어서, 슬러리를 장기간 보관하고 순환시키기에 적합하지 않으며, 이로 인해 수명이 단축되는 문제점이 있다.
기존의 슬러리 공급 장치는 연마 공정에 사용된 슬러리를 회수하여 재사용한다. 그런데, 회수되는 슬러리는 사용전의 슬러리에 비해 품질이 낮아서 이와 같은 슬러리의 품질 저하로 인한 연마 성능과 품질이 저하되는 문제점이 있다. 그리고, 상기 회수된 슬러리를 계속 사용할수록 상기 슬러리의 품질이 지속적으로 저하되므로, 일정 횟수를 사용한 후에는 상기 슬러리를 교체해야 한다. 그러나, 종래의 슬러리 공급 장치에는 이와 같은 슬러리의 품질 저하를 조정할 수 있는 장치가 없다. 또한, 기존의 슬러리 공급 장치는 상기 슬러리를 자주 교체해야 하므로 슬러리의 사용량이 많고, 이와 같은 슬러리의 사용량 증가는 기판의 생산 비용을 증가시키게 된다.
한편, 시간이 경과함에 따라 상기 슬러리를 공급하고 순환시키는 배관 내에서 연마입자들이 응집되면서 입자의 크기가 커지게 되는데, 이와 같이 응집된 슬러리가 연마유닛으로 공급되면 응집된 입자로 인해 웨이퍼의 표면에 스크래치 결함이 발생하게 되고, 반도체 소자의 전기적인 특성을 저하시키거나, 신뢰성을 떨어뜨리는 원인이 된다.
또한, 종래의 슬러리 공급 장치는 연마유닛 하나에 슬러리 공급부와 공급탱크 및 리턴탱크가 각각 구비된다. 따라서, 상기 연마유닛의 수를 증가시키기 위해서는 구비되어야 할 탱크와 배관의 수가 증가하게 되고, 이는 설비를 복잡하게 하고 설비비용을 증가시키게 된다. 또한, 상기 연마유닛의 수에 비례하여 슬러리의 사용량이 증가하게 되고, 이와 같은 비용 증가는 기판의 생산비용을 증가시키게 된다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 슬러리의 품질을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있고, 안정적으로 슬러리의 공급량을 유지할 수 있는 슬러리 공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 슬러리의 교체 주기를 최적화하고 연장시킴으로써, 슬러리의 사용량을 줄일 수 있는 슬러리 공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 슬러리 공급 장치를 구성하는 구성요소들의 내구성과 내약품성을 향상시키고, 수명을 증가시킨 슬러리 공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 사용된 슬러리를 회수하는 탱크와 배관을 세정하는 세정부를 구비하여 슬러리의 응집을 억제한 슬러리 공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 하나의 슬러리 공급부에 여러 대의 연마유닛을 동시에 연결하는 것이 가능한 슬러리 공급 장치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예들에 따르면, 슬러리 공급 장치는 복수의 연마유닛이 구비되고, 상기 복수의 연마유닛으로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부와, 상기 복수의 연마유닛에서 회수되는 회수액을 수용하는 슬러리 회수부를 포함한다. 그리고, 사용전의 신액과 사용후의 회수액을 혼합하여 혼합액을 형성하고, 상기 복수의 연마유닛으로부터 회수액의 회수가 가능하고, 상기 혼합액을 상기 복수의 연마유닛으로 직접 공급 가능한 슬러리 혼합부를 포함한다.
실시예에서, 상기 슬러리 공급부와 상기 슬러리 회수부 및 상기 슬러리 혼합부는 각각 슬러리가 저장되는 탱크, 상기 각 탱크에서 슬러리가 유출되는 배관으로 이루어진다. 그리고, 상기 배관 상에는 상기 슬러리를 유동시키기 위한 펌프와, 상기 배관 상의 슬러리 양을 조절하기 위한 밸브가 구비된다.
예를 들어, 상기 배관들은 내약품성과 내구성 및 기계적 강도를 확보하기 위해서 이중관으로 형성된다. 그리고, 상기 배관들은 내약품성과 기계적 강도가 우수한 불소수지 계열의 재질로 형성될 수 있으며, 바람직하게는, PFA 또는 PVDF로 형성된다. 또한, 상기 탱크의 내약품성과 내구성 및 기계적 강도를 확보하기 위해서 상기 탱크는 스테인리스스틸(SUS)로 프레임을 형성하고, 상기 슬러리와 접촉되는 내부는 테플론(PTFE)로 라이닝한다.
그리고, 상기 각 배관 상에는 상기 배관의 압력이 기준 압력 이상으로 높아지는 것을 방지하여 상기 배관을 통해 유동하는 슬러리의 유동량을 조절하는 밸브인 PCV 밸브가 구비된다. 따라서, 상기 배관 상에서 슬러리 유랑의 급작스런 변동에 능동적으로 신속하게 대처할 수 있다.
실시예에서, 상기 슬러리 혼합부에는 상기 회수액의 품질을 측정하는 모니터링부가 구비된다. 상기 모니터링부는 상기 회수액의 측정 결과를 이용하여 상기 회수액에 첨가할 신액의 양을 산출하고, 상기 신액을 혼합하여 상기 혼합액의 품질을 일정 수준 이상으로 유지한다.
그리고, 상기 모니터링부에서 측정된 결과를 이용하여 상기 회수액에 알칼리 용액을 첨가하는 pH 조절부가 구비된다.
실시예에서, 상기 슬러리 혼합부와 상기 슬러리 회수부에는 상기 각 탱크로 순수를 공급하여 세정하는 순수 세정부가 구비된다. 상기 슬러리 혼합부와 상기 슬러리 회수부의 각 탱크 내에는 노즐이 구비되고, 상기 노즐에는 상기 순수 세정부와 연결되는 순수라인이 연결된다. 따라서, 상기 순수 세정부에서 상기 순수라인을 통해 순수를 공급하면, 상기 슬러리 혼합부 또는 상기 슬러리 회수부의 탱크 내벽에 상기 순수가 소정 압력으로 분사되면서 상기 탱크들을 세정하게 된다. 여기서, 상기 노즐은 상기 순수를 상기 탱크 내벽으로 균일하게 분사할 수 있도록 적어도 하나 이상의 노즐이 구비된다. 그리고, 상기 노즐은 상기 각 탱크의 상부에 구비된다.
한편, 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예들에 따르면, 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치에서 슬러리를 공급하는 방법은, 복수의 연마유닛에서 사용된 슬러리를 회수하고, 상기 회수된 슬러리인 회수액의 품질을 측정하고, 상기 회수액의 품질이 기설정된 품질이 되도록 상기 회수액에 첨가할 사용 전 슬러리인 신액의 첨가량을 산출하고, 상기 회수액의 품질이 기설정된 품질이 되도록 상기 회수액에 첨가할 알칼리 용액의 첨가량을 산출하여, 상기 회수액에 상기 산출된 양의 신액 및 상기 산출된 양의 알칼리 용액을 혼합하여 혼합액을 형성한다. 그리고 상기 혼합액을 상기 복수의 연마유닛으로 공급하며, 이와 같은 단계들을 반복함에 따라 연마공정이 수행된다.
실시예에서, 상기 회수액의 품질 측정 결과를 이용하여, 상기 회수액에 첨가할 알칼리 용액의 양을 산출하여 알칼리 용액을 첨가함에 따라 상기 혼합액의 품질과 pH를 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
실시예에서, 상기 회수액이 수용되는 탱크를 세정하는 단계가 수행된다. 예를 들어, 상기 회수액을 회수하기 전에 상기 회수액이 수용되는 회수탱크로 순수를 제공하여 상기 회수탱크를 세정한다. 또한, 상기 혼합액을 상기 연마유닛으로 공급한 후 상기 혼합액이 수용되는 혼합탱크로 순수를 제공하여 상기 혼합탱크를 세정한다. 따라서, 상기 회수액으로 인해 탱크 내에 침전물이 발생하는 것을 방지하고, 이와 같은 침전물로 인해 탱크와 배관들이 오염되는 것을 사전에 방지할 수 있다. 또한, 침전물로 인해, 혼합액의 품질이 저하되는 것을 방지하고, 침전물이 연마유닛으로 제공되어 연마 성능이 저하되고 기판에 스크래치 결함 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 첫째, 회수액의 품질을 측정하여 측정된 결과를 통해 신액의 첨가량을 산출함으로써 혼합액의 품질을 일정 수준 이상으로 유지시킬 수 있다. 또한, 상기 회수액의 품질 측정 결과를 통해 상기 혼합액에 알칼리 용액을 첨가함으로써 상기 혼합액의 pH를 일정하게 유지할 수 있다.
둘째, 상기 혼합액의 품질을 일정 수준 이상으로 유지하므로, 상기 회수액에 첨가하여야 하는 신액의 양을 줄일 수 있고, 상기 슬러리 공급 장치에서 신액으로 완전 교체해야 하는 주기를 단축시킬 수 있다. 따라서, 슬러리의 소모량 줄일 수 있고, 기판의 생산 비용을 절약할 수 있다.
셋째, 상기 슬러리 혼합부는 상기 슬러리 공급부 및 상기 슬러리 회수부의 역할을 대신할 수 있으므로, 상기 슬러리 공급부 또는 상기 슬러리 회수부 중 하나에 이상이 발생하더라도 안정적으로 슬러리 공급 장치가 동작할 수 있다.
넷째, 상기 슬러리 회수부, 슬러리 혼합부 및 슬러리 공급부를 구성하는 탱크의 재질을 스테인리스스틸(SUS) 프레임으로 형성하고, 탱크에서 슬러리와 접촉되는 부분에는 테프론 라이닝을 함으로써 내식성과 내약품성 및 내구성 등의 특성을 향상시킨다. 또한, 배관을 내약품성과 내식성이 우수한 PVDF와 PFA 재질의 이중 배관으로 형성함으로써 재질로 형성함으로써 배관의 내구성을 향상시키고, 슬러리 공급 장치의 수명을 연장시킬 수 있다.
다섯째, 사용된 슬러리가 회수되는 상기 슬러리 회수부와 상기 슬러리 혼합부에 세정을 위한 순수를 공급함으로써, 사용된 슬러리로 인해 탱크와 배관들이 오염되는 것을 방지한다. 또한, 슬러리의 응집으로 인해 기판의 연마불량이 발생할 수 있는 것을 방지한다.
여섯째, 슬러리 공급부 하나에 여러 대의 연마유닛이 동시에 연결될 수 있으므로, 연마유닛의 수가 증가하더라도 슬러리 공급 장치의 설비가 복잡해지는 것을 방지하고, 설비비용이 상승하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 슬러리의 사용량은 역시 연마유닛의 전체 대수와 일정 부분 비례하기는 하나, 슬러리 공급 장치에서 사용되는 전체 슬러리의 사용량을 줄일 수 있다. 따라서, 기판의 생산 비용을 줄일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영 역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 도 1의 슬러리 공급 장치의 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 공급 장치에 대해 설명한다.
도면을 참조하면, 슬러리 공급 장치는 슬러리 저장부(110), 슬러리 공급부(120), 슬러리 혼합부(140), 슬러리 회수부(130) 및 복수의 연마유닛(10)을 포함한다. 그리고, 상기 슬러리 혼합부(140)와 상기 슬러리 회수부(130)의 세정을 위한 순수 세정부(150)를 포함한다.
상기 슬러리 저장부(110)는 연마입자와 약액을 포함하는 슬러리(이하, ‘신액(S1)’이라 한다)를 저장하고 공급한다.
여기서, 상기 연마유닛(10)은 반도체 기판의 표면을 평탄화시키는 편면 화학기계적 연마(CMP) 장치 또는 양면 화학기계적 연마(DSP) 장치이고, 상기 슬러리는 상기 반도체 기판의 표면 연마를 위한 실리카(silica)와 같은 연마입자를 포함하는 졸(sol) 상태의 용액이다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 슬러리는 세정용 약액일 수 있다.
상기 슬러리 저장부(110)의 유출단에는 상기 신액(S1)을 공급하는 신액라인(20)과 상기 신액 공급펌프(210)가 구비된다.
상기 신액라인(20)은 상기 슬러리 공급부(120)와 상기 슬러리 혼합부(140)에 각각 연결되고, 상기 신액(S1)을 상기 슬러리 공급부(120)와 상기 슬러리 혼합부(140)로 각각 공급한다.
상기 슬러리 공급부(120)는 상기 슬러리 저장부(110) 및 상기 연마유닛(10)과 연결된다. 즉, 상기 슬러리 공급부(120)는 상기 슬러리 저장부(110)로부터 신액(S1)을 공급받고, 상기 연마유닛(10)으로 슬러리를 공급한다. 여기서, 상기 슬러리 공급부(120)는 후술하는 회수액(S2)과 상기 신액(S1)이 혼합된 슬러리(이하, ‘혼합액(S3)’이라 한다)를 공급한다.
상세하게는, 상기 슬러리 공급부(120)는 상기 혼합액(S3)이 수용되는 공급탱크(122)와 상기 공급탱크(122)의 유출단에 구비된 제1 공급라인(121)과 상기 제1 공급라인(121) 상에 구비된 제1 공급펌프(221)를 포함한다.
상기 제1 공급라인(121)은 복수의 연마유닛(10)과 연결되어, 상기 혼합액(S3)을 상기 복수의 연마유닛(10)으로 공급한다.
여기서, 상기 슬러리 공급 장치는 하나의 슬러리 공급부(120)와 복수의 연마유닛(10)이 동시에 연결된다. 예를 들어, 상기 연마유닛(10)은 최대 6대가 구비된다. 따라서, 상기 슬러리 공급 장치에서 상기 연마유닛(10)의 수를 증가시킴에 따라 추가되어야 할 탱크 및 배관의 수를 줄일 수 있으며, 설비를 간단하게 하고, 비용을 줄일 수 있다.
한편, 도 1에서 미설명 도면부호 11 내지 15는 각각의 연마유닛이다.
상기 슬러리 회수부(130)는 상기 연마유닛(10)과 연결된다. 즉, 상기 슬러리 회수부(130)는 상기 연마유닛(10)에서 연마공정에 사용된 슬러리(이하, ‘회수액(S2)’이라 한다)를 수용한다.
상세하게는, 상기 슬러리 회수부(130)는 상기 회수액(S2)이 수용되는 회수탱크(132)와 상기 회수탱크(132)의 유출단에 구비된 제2 공급라인(131)과 상기 제2 공급라인(131) 상에 구비되어 상기 회수액(S2)을 공급하는 제2 공급펌프(222)로 이루어진다.
상기 제2 공급라인(131)은 상기 회수탱크(132)에 일정량 이상의 회수액(S2)이 포집되면, 상기 회수액(S2)을 상기 슬러리 혼합부(140)로 제공한다.
한편, 상기 연마유닛(10)에서 회수액(S2)이 회수되는 회수액라인(40)은 상기 슬러리 회수부(130)와 상기 슬러리 혼합부(140)에 연결된다. 따라서, 상기 회수액(S2)은 상기 슬러리 회수부(130) 뿐만 아니라 상기 슬러리 혼합부(140)로도 유입된다.
상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 회수액(S2)과 상기 신액(S1)을 혼합하여 혼합액(S3)을 형성하고, 상기 혼합액(S3)을 상기 연마유닛(10)으로 공급한다.
상세하게는, 상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 슬러리 회수부(130) 및 상기 연마유닛(10)과 연결되어 상기 회수액(S2)이 수용된다. 그리고, 상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 슬러리 저장부(110)와 연결되어 상기 신액(S1)이 상기 슬러리 혼합 부(140)로 공급된다. 또한, 상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 슬러리 공급부(120) 및 상기 연마유닛(10)으로 상기 혼합액(S3)을 공급할 수 있도록 연결된다.
상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 신액(S1)과 상기 회수액(S2)을 수용하여 혼합하는 혼합탱크(142)와 상기 혼합탱크(142)의 유출단에 구비된 제3 공급라인(141)과 상기 제3 공급라인(141) 상에 구비되어 상기 혼합액(S3)을 공급하는 제3 공급펌프(223)로 이루어진다.
상기 제3 공급라인(141)은 상기 제1 공급라인(121)과 연결되어 상기 연마유닛(10)으로도 상기 혼합액(S3)을 직접 공급할 수 있으며, 상기 슬러리 공급부(120)와 연결되어 상기 슬러리 공급부(120)로 상기 혼합액(S3)을 공급한다.
상기 슬러리 혼합부(140)에는 상기 회수액(S2)의 물성치를 측정하고, 상기 혼합액(S3)의 품질을 일정 수준 이상으로 유지시키기 위한 모니터링부(50)가 구비된다.
상기 모니터링부(50)는 상기 회수액(S2)의 비중, pH, 온도 및 제타포텐셜 등을 포함하는 슬러리의 전반적인 품질을 측정하고, 상기 측정된 결과를 이용하여 상기 혼합액(S3)의 품질을 기설정 기준 품질로 형성하기 위한 신액(S1)의 첨가량을 산출한다.
또한, 상기 슬러리 혼합부(140)에는 상기 모니터링부(50)에서 측정된 결과를 이용하여 상기 혼합액(S3)의 pH를 조절하기 위한 알칼리 용액의 첨가량을 산출하는 pH 조절부(55)가 구비된다.
상기 pH 조절부(55)는 상기 혼합액(S3)에 알칼리 용액을 첨가하여 상기 혼합액(S3)의 pH를 연마에 적합한 pH로 조절하는 역할로써, 상기 슬러리의 pH가 높아지면 상기 슬러리 내의 응집된 입자들이 용해되므로 상기 응집된 입자들로 인해 연마 공정에서 기판의 연마 불량 또는 스크래치 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 순수 세정부(150)는 상기 슬러리 혼합부(140)와 상기 슬러리 회수부(130)로 순수를 공급하는 순수라인(30)과 순수 공급펌프(230)를 포함하고, 상기 혼합탱크(142)와 상기 회수탱크(132)를 세정한다.
상기 순수 세정부(150)는 상기 혼합탱크(142)와 상기 회수탱크(132)의 내벽으로 순수를 분사하여, 상기 각 탱크(132, 142) 내의 슬러리 침전물을 제거한다. 여기서, 상기 회수탱크(132)와 상기 혼합탱크(142)에는 상기 각 탱크(132, 142)의 내벽으로 상기 순수를 균일하게 제공하기 위한 제1 세정부(133)와 제2 세정부(143)가 각각 구비된다.
예를 들어, 상기 제1 세정부(133)와 상기 제2 세정부(143)는 상기 순수라인(30)의 단부에 연결되고, 상기 탱크(132, 142)의 내벽으로 상기 순수를 소정의 압력으로 분사하기 위한 노즐이다. 또한, 상기 제1 세정부(133)와 상기 제2 세정부(143)은 상기 탱크(132, 142)의 내벽을 따라 일정 간격으로 복수의 노즐이 구비될 수 있다. 또한, 상기 순수 세정부(150)의 세정 효과를 향상시키기 위해서 상기 제1 세정부(133)와 상기 제2 세정부(143)는 각각 상기 회수탱크(132)와 상기 혼합탱크(142)의 상측에 구비된다.
한편, 상기 순수 세정부(150)는 상기 슬러리 공급부(120)에도 구비될 수 있을 것이다. 그러나, 상기 혼합액(S3)은 일정 수준 이상의 품질이 유지되므로 상기 슬러리 공급부(120)가 오염될 가능성은 낮으므로, 상기 순수 세정부(150)는 상기 회수액(S2)이 유입되는 상기 슬러리 혼합부(140)와 상기 슬러리 회수부(130)에만 구비되어도 된다.
상기 순수 세정부(150)는 상기 슬러리 혼합부(140) 또는 상기 슬러리 회수부(130)에서 슬러리가 배출될 때마다 상기 탱크(132, 142) 내부를 자동 세정한다. 따라서, 상기 각 탱크(132, 142)에 상기 순수가 제공되면, 상기 각 탱크(132, 142) 내에 잔류하는 슬러리를 제거되고, 상기 회수액(S2)에 의해 상기 회수탱크(132)와 상기 혼합탱크(142) 및 각 라인들(131, 141)이 오염되는 것을 방지한다. 또한, 상기 각 라인들(131, 141)의 플러싱(line flushing) 시간을 단축시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서 상기 슬러리 공급 장치에 구비되는 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141)은 내약품성, 내열성이 뛰어나고 기계적 강도가 높은 불소수지로 형성된다. 예를 들어, 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141)은 4불화에틸렌(perfluoroalkoxy, PFA) 재질로 형성된다. 그리고, 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141) 중에서 슬러리의 유동량이 커서 대구경의 배관이 구비되어야 하는 곳에는 불화 염화비닐수지(polyvinylidene fluoride, PVDF) 재질로 형성할 수 있다.
또한, 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141)은 이중관으로 형성된다. 즉, 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141)은 상기 PFA로 형성된 내관을 PFA로 형성된 외관이 감싸도록 형성되고, 또는, 상기 PVDF 내관을 PVDF 외관이 감싸도록 형성된다. 이는, 이중관으로 형성함으로써 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141)의 내구성을 향상시키고, 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141)에 파손이 발생하는 경우에도 외관까지 파손되지 않으면 슬러리가 누출되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시예에서 상기 슬러리 공급 장치에 구비되는 탱크들(122, 132, 142)은 내구성과 내약품성 및 기계적 강도가 우수한 재질로 형성된다. 예를 들어, 상기 탱크들(122, 132, 142)은 스테인리스스틸(stainless steel, SUS)로 프레임을 형성하고, 상기 슬러리와 접촉되는 내부는 내약품성이 우수한 테프론(polytetra fluoro ethylene, PTFE 또는 teflon)으로 형성된다. 또는, 상기 슬러리 공급 장치에서 슬러리 외에 순수 또는 계면활성제 등이 수용되는 탱크는 PVDF 재질로 형성된다.
한편, 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141) 상에는 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141)을 선택적으로 개폐하는 밸브(미도시)가 구비된다. 특히, 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141)을 통해 공급되는 슬러리의 양을 일정하게 유지하기 위해서, 상기 밸브는 PCV 밸브(pressure control valve)를 사용할 수 있다. 상기 PCV 밸브는 압력조절밸브로서 상기 라인들(20, 30, 40, 121, 131, 141)의 압력이 기설정된 압력 이상으로 증가하는 것을 억제함으로써, 만일의 경우에 발생할 수 있는 슬러리의 유량 변화에 신속하게 대처할 수 있다. 그리고, 상기 슬러리의 유량 변화로 인해 기판의 연마품질이 저하되는 것을 방지하고, 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 도 2와 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 공급 장치의 동작에 대해 설명한다.
먼저, 상기 슬러리 저장부(110)에서 상기 슬러리 공급부(120)를 거쳐 최초의 신액(S1)이 상기 복수의 연마유닛(10)으로 제공되어 기판에 대한 연마공정이 수행된다(S11).
그리고, 상기 연마유닛(10)에서 연마 공정에 사용된 슬러리는 상기 슬러리 회수부(130)로 회수된다(S12).
상기 슬러리 회수부(130)로 회수된 회수액(S2)은 상기 슬러리 혼합부(140)로 제공된다. 상기 슬러리 혼합부(140)에서는 상기 슬러리 혼합부(140) 또는 상기 연마유닛(10)으로부터 직접 회수된 회수액(S2)이 수용되고, 상기 회수액(S2)에 상기 슬러리 저장부(110)로부터 신액(S1)을 제공받아 혼합시킨다.
상세하게는, 상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 회수액(S2)의 품질을 측정한다(S13). 예를 들어, 상기 회수액(S2)의 온도, 비중, pH, 제타포텐셜 등을 측정하게 된다.
그리고, 상기 회수액(S2)의 품질 측정 결과를 이용하여, 상기 회수액(S2)의 품질을 기설정된 기준 품질로 형성하기 위한 신액(S1)의 첨가량을 산출한다(S14).
또한, 상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 회수액(S2)의 품질 측정 결과를 이용하여, 상기 회수액(S2)에 첨가할 알칼리 용액의 양을 산출한다(S15).
그리고, 상기와 같이 산출된 양의 신액(S1)과 알칼리 용액을 상기 회수액(S2)에 혼합함으로써, 기설정된 품질의 혼합액(S3)을 형성한다(S16).
다음으로, 상기 혼합액(S3)을 상기 슬러리 공급부(120)를 거쳐 상기 연마유닛(10)으로 제공되고(S17), 이와 같은 순서에 따라 지속적으로 슬러리가 순환되면서 연마공정이 수행된다.
한편, 상기 회수탱크(132)에서 상기 회수액(S2)을 상기 혼합탱크(142)로 제공하거나, 상기 회수액(S2)을 배수시킨 후에는, 상기 회수탱크(132)를 세정한다(S21). 즉, 상기 제1 세정단계(S21)는 상기 회수탱크(132)의 내벽으로 순수를 분사하여 상기 회수액(S2)으로 인해 회수탱크(132) 내에 침전된 슬러리를 제거하고, 상기 회수탱크(132) 및 상기 제2 공급라인(131) 등이 오염되는 것을 방지하게 된다.
그리고, 상기 혼합액(S3)을 상기 연마유닛(10)으로 공급하거나 상기 혼합탱크(142)에서 상기 혼합액(S3)을 배수시킨 후에는, 상기 혼합탱크(142)를 세정하게 된다(S22). 상기 제2 세정단계(S22)는 상기 혼합탱크(142) 내벽으로 순수를 분사하여 상기 회수액(S2)으로 인해 상기 혼합탱크(142) 내에 잔류하는 침전물을 제거하여 상기 혼합탱크(142) 및 상기 제3 공급관(141) 등이 오염되는 것을 방지하게 된다.
그리고, 이와 같이 상기 회수액(S2)이 수용되는 탱크를 세정함으로써, 해당 탱크와 배관의 오염을 방지할 뿐만 아니라, 상기 회수액(S2)에서 침전된 슬러리로 인해 혼합액(S3)의 품질이 저하되는 것을 방지하고, 상기 라인들을 플러싱하는 시간을 단축시킬 수 있다.
본 실시예에 의하면, 상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 슬러리 공급부(120) 및 슬러리 회수부(130)의 역할을 각각 수행할 수 있다. 따라서, 상기 슬러리 공급부(120) 또는 상기 슬러리 회수부(130)에 이상이 발생하더라도, 상기 슬러리 혼합부(140)가 이상이 발생한 장치의 동작을 대신하게 되므로 이상 발생시에도 슬러리 공급 장치가 정상적으로 작동될 수 있다.
상세하게는, 상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 슬러리 저장부(110) 및 상기 연마유닛(10)과 연결되어 있으므로, 상기 슬러리 공급부(120)에 이상이 발생하는 경우, 상기 슬러리 혼합부(140)에서 직접 상기 연마유닛(10)으로 슬러리를 공급하게 된다. 그리고, 상기 슬러리 혼합부(140)는 상기 연마유닛(10)과 연결되므로, 상기 슬러리 회수부(130)에 이상이 발생하는 경우, 상기 연마유닛(10)으로 회수되는 슬러리는 상기 슬러리 혼합부(140)로 수용된다.
본 실시예에 따르면, 상기 연마유닛(10)으로부터 회수되어 재사용되는 슬러리의 품질을 일정 이상으로 유지함으로써, 슬러리의 사용 기간을 연장하고 슬러리를 100% 전부 교체하는 교체주기를 연장시킨다. 또한, 본 실시예에 따르면, 슬러리 사용량을 줄이고, 생산비용을 절감하는 효과가 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 상기 슬러리를 교체하기 전까지 사용하는 동안에는 상기 슬러리의 품질을 일정 수준 이상으로 유지함으로써, 상기 슬러리의 품질 저하로 인한 연마품질의 저하 또는 기판의 불량을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 공급 장치를 설명하기 위한 블록도;
도 2는 도 1의 슬러리 공급 장치의 동작을 설명하기 위한 블록도;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러리 공급 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10, 11, 12, 13, 14, 15: 연마유닛 20: 신액라인
30: 순수라인 40: 회수액라인
50: 모니터링부 55: pH 조절부
110: 슬러리 저장부 120: 슬러리 공급부
121: 제1 공급라인 122: 공급탱크
130: 슬러리 회수부 131: 제2 공급라인
132: 회수탱크 133: 제1 세정부
140: 슬러리 혼합부 141: 제3 공급라인
142: 혼합탱크 143: 제2 세정부
150: 순수 세정부 210: 신액 공급펌프
221, 222, 223: 공급펌프 230: 순수 공급펌프

Claims (15)

  1. 복수의 연마유닛;
    연마입자와 케미컬을 포함하는 슬러리의 신액을 저장하는 슬러리 저장부;
    상기 슬러리 저장부와 연결되어 상기 신액을 수용하고, 상기 복수의 연마유닛으로 공급하는 슬러리 공급부;
    상기 복수의 연마유닛과 연결되어 상기 연마유닛에서 회수되는 회수액을 수용하는 슬러리 회수부; 및
    상기 슬러리 저장부, 상기 슬러리 공급부, 상기 슬러리 회수부 및 상기 복수의 연마유닛과 각각 연결되어 상기 신액과 상기 회수액을 혼합한 혼합액을 형성하고, 상기 연마유닛에 직접 상기 혼합액을 공급 가능한 슬러리 혼합부;
    를 포함하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 공급부와 상기 슬러리 회수부 및 상기 슬러리 혼합부는 각각 슬러리가 저장되는 탱크와, 상기 각 탱크에서 슬러리를 유출시키는 배관이 구비되고, 상기 각 배관 상에는 펌프가 구비된 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 배관은 이중관으로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배관은 PFA 및 PVDF를 포함하는 불소수지 중 선택된 어느 하나의 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 탱크는 스테인리스스틸(SUS) 재질의 프레임을 구비하고, 상기 프레임 내부는 테플론 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 각 배관 상에는 상기 배관의 압력이 기준 압력 이상으로 높아지는 것을 방지하여 상기 배관을 통해 유동하는 슬러리의 유동량을 조절하는 밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 혼합부는 상기 회수액의 품질을 측정하는 모니터링부가 더 구비되고,
    상기 모니터링부는 상기 회수액의 품질 측정 결과를 이용하여 상기 회수액에 첨가할 상기 신액의 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 모니터링부는 pH 조절부를 더 구비하고,
    상기 pH 조절부는 상기 회수액의 품질 측정 결과를 이용하여 상기 회수액에 첨가할 알칼리 용액의 양을 산출하는 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 슬러리 혼합부와 상기 슬러리 회수부에는 순수를 공급하여 상기 슬러리 혼합부와 상기 슬러리 회수부를 세정하는 순수 세정부가 구비된 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 순수 세정부는 상기 슬러리 혼합부와 상기 슬러리 회수부의 각 탱크 내에 구비되고 상기 각 탱크의 내벽으로 순수를 분사하는 적어도 하나 이상의 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치.
  12. 기판 연마장치용 슬러리 공급 장치에서 슬러리를 공급하는 방법에 있어서,
    복수의 연마유닛에서 사용된 슬러리를 회수하는 단계;
    상기 회수된 슬러리인 회수액의 품질을 측정하는 단계;
    상기 회수액의 품질이 기설정된 품질이 되도록 상기 회수액에 첨가할 사용 전 슬러리인 신액의 첨가량을 산출하는 단계;
    상기 회수액의 품질이 기설정된 품질이 되도록 상기 회수액에 첨가할 알칼리 용액의 첨가량을 산출하는 단계;
    상기 회수액에 상기 산출된 양의 신액 및 상기 산출된 양의 알칼리 용액을 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계; 및
    상기 혼합액을 상기 복수의 연마유닛으로 공급하는 단계;
    를 포함하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 회수액을 회수하기 전에 상기 회수액이 수용되는 회수탱크를 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 혼합액을 상기 연마유닛으로 공급한 후 상기 혼합액이 수용되는 혼합탱 크를 세정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 연마장치용 슬러리 공급 방법.
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