KR101105698B1 - 슬러리 재생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 랩핑 장치의 슬러리의 재생에 관한 것이다.
본 발명은 랩핑 장치의 연직 하방에 구비되고, 에어(Air) 공급부를 포함하는 슬러리 수거부; 상기 슬러리 수거부와 연결되고, 상기 슬러리를 필터링하는 필터링부를 포함하는 슬러리 탱크; 및 상기 슬러리 수거부에서 필터링된 슬러리를 상기 랩핑 장치로 공급하는 순환 펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러리 재생 장치를 제공한다.
따라서, 폐슬러리를 용이하게 필터링부로 포집하고, 필터링부의 기계적, 전기적 작용 및 에지테이어의 작용에 의하여 폐슬러리 내의 정반이나 웨이퍼의 조각을 필터링하고, 랩핑 장치에서 슬러리를 재생하여 사용함으로써 슬러리의 추가 비용 및 폐슬러리의 처리 비용을 절감할 수 있다.

Description

슬러리 재생 장치{APPARATUS FOR RECYCLING SLURRY}
본 발명은 웨이퍼의 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼 랩핑 장치의 슬러리의 재생에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼 제조공정은 도 1에 도시된 바와 같이 다결정의 용융실리콘을 단결정실리콘봉으로 성장하는 그로잉, 단결정봉을 낱장으로 자르는 슬라이싱, 거친 주변부를 부드럽게 가공하는 챔퍼링, 고평탄도 웨이퍼로 가공하는 랩핑(Lapping) 및 에칭, 그라인딩, 경면연마(폴리싱) 및 세정·건조하는 공정으로 이루어진다.
여기서, 랩핑 공정은 그로잉 이후 슬라이싱, 챔퍼링과 같은 기계적 가공시 발생되는 기계적 가공 변질층을 효과적으로 제거하고, 슬라이싱에서 발생되는 두께 편차를 최소화하여 고평탄의 웨이퍼를 제조하는데 중요한 공정 중의 하나이다.
랩핑 공정은 웨이퍼 양면을 랩핑 상,하정반 사이에 밀착시킨 후에 연마재와 화학물질이 포함된 슬러리(Slurry)를 웨이퍼와 상,하정반 사이에 주입시켜 웨이퍼를 평탄화시키는 공정이다.
도 2는 웨이퍼 랩핑 장치의 내부 구조를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이 하정반(100) 상에 캐리어(130)가 놓여지고, 상기 캐리어(130)는 하정반(100)과 내부 기어(120, sun gear) 및 외부 기어(110, internal gear)에 의하여 자전과 공전을 하게 된다.
이 때, 캐리어(130)의 홀(140, hole) 내의 웨이퍼가 연마재의 마찰에 의하여 연마되어, 표면의 거칠기가 감소되어 평탄도가 증가될 수 있다.
랩핑 공정에서 사용되는 슬러리를 수거하여 재활용하여, 최소비용으로 최대의 재생효과를 나타낼 필요가 있다.
이때, 랩핑 장치에서 사용된 폐슬러리를 포집할때, 고점도 및 고비중의 슬러리 특성으로 인하여 슬러리 플로우(flow)의 불량이 발생하며 결국 배관의 막힘이 발생할 수 있다.
또한, 포집된 폐슬러리는 세퍼레이터(Seperator), 사이클론 필터링(Cyclone Filtering), 부직포 필터링(Cloth Filtering) 등 다단계의 필터링 과정을 거쳐 슬러리를 재생하는데, 적게는 3 단계부터 많게는 10단계 의 필터링 과정을 거치면서 비용이 증가한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 랩핑 장치에서 폐슬러리를 효과적으로 재생하는 슬러리 재생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 웨이퍼의 랩핑 장치의 폐슬러리를 저비용으로 재생하는 장치를 제공하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 랩핑 장치의 연직 하방에 구비되고, 에어(Air) 공급부를 포함하는 슬러리 수거부; 상기 슬러리 수거부와 연결되고, 상기 슬러리를 필터링하는 필터링부를 포함하는 슬러리 탱크; 및 상기 슬러리 수거부에서 필터링된 슬러리를 상기 랩핑 장치로 공급하는 순환 펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러리 재생 장치를 제공한다.
여기서, 상기 슬러리 수거부는 상기 에어 공급부와 연결된 부분의 직경이 상기 슬러리 탱크와 연결된 부분의 직경보다 크게 구비될 수 있다.
그리고, 상기 필터링부는 800~1200 마이크로 미터 크기의 매시 구조를 갖는 제 1 필터링부를 포함할 수 있다.
그리고, 상기 필터링부는 전자석이 구비되어 전류가 인가되면 슬러리 내의 금속을 포집하는 제 2 필터링부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬러리 수거부는 에지테이터(Agitator)를 포함할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 슬러리 재생 장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.
첫째, 슬러리 수거부가 랩핑 장치의 연직 하방에 구비되고, 슬러리 수거부의 직경이 일정하지 않아 베르누이의 원리에 따라서 폐슬러리를 용이하게 필터링부로 포집할 수 있다.
필터링부의 기계적, 전기적 작용 및 에지테이어의 작용에 의하여 폐슬러리 내의 정반이나 웨이퍼의 조각을 필터링할 수 있다.
랩핑 장치에서 슬러리를 재생하여 사용함으로써, 슬러리의 추가 비용 및 폐슬러리의 처리 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 웨이퍼의 제조 공정을 나타낸 도면이고,
도 2는 웨이퍼의 랩핑 장치의 일실시예를 나타낸 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼의 슬러리 재생 장치의 일실시예의 블럭도이고,
도 4는 도 3에서 슬러리 수거부의 구성을 상세히 나타낸 도면이고,
도 5는 도 3에서 필러링부의 구성을 상세히 나타낸 도면이다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명에 따른 웨이퍼의 슬러리 재생 장치의 일실시예의 블럭도이다. 이하에서, 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼의 슬러리 재생 장치의 일실시예를 설명한다.
랩핑 장치(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 기계적 가공시 발생되는 기계적 가공 변질층을 효과적으로 제거하고, 슬라이싱에서 발생되는 두께 편차를 최소화하여 고평탄의 웨이퍼를 제조하는 장치이다.
여기서, 랩핑 장치의 캐리어는 상정반과 하정반 사이에서 웨이퍼를 지지하여 가공 중 불규칙한 방향으로의 웨이퍼 불규칙한 유동을 막아주며 재질은 일반적으로 탄소강으로 제작된다.
그리고, 슬러리는 랩핑에서 피가공물의 온도상승 및 가공특성을 보여 주는 주요 부자재로 연마재와 분산제 및 물의 합성물이다. 연마재의 경우 일반적으로 알루미나 또는 지르코니아가 주성분이며 연삭양면 가공의 주요역할을 한다. 또한, 분산제는 계면활성제와 아민류로 구성되며 연마재 입자간 재응집 및 침전을 방지하여 원활한 연삭 가공이 가능하게 한다.
랩핑 공정에서 폐슬러리는 슬러리 수거부(210)를 통하여 슬러리 탱크(220)로 포집되는데, 이때 폐슬러리에는 상술한 연마재와 분산제 및 물 외에 정반이나 웨이퍼의 조각 등이 포함될 수 있다.
그리고, 상기 슬러리 수거부(210)는 상기 랩핑 장치(200)의 연직 하방에 구비될 수 있다. 즉, 폐슬러리는 고점도, 고비중의 특성을 가지므로, 폐슬러리 플로우(flow)의 불량이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 슬러리 수거부(210)가 상기 랩핑 장치(200)의 연직 하방에 구비될 수 있다.
또한, 상기 슬러리 수거부(210)는 에어 공급부(215)를 포함할 수 있다. 여기서, 에어 공급부(215)는 베르누이의 원리를 활용하여 폐슬러리를 슬러리 탱크(220)로 포집한다.
그리고, 슬러리 수거부(210)에는 에지테이터(Agitator, 교반기, 218)가 구비되어, 포집되는 폐슬러리가 침전되지 않게 균일하게 교반할 수 있다. 여기서, 에지테이터(218)로서 프로펠러형 등이 사용될 수 있는데, 특히 에지테이터(218) 내에서 사용되는 임펠러(impeller)는 폐슬러리 성분과 반응을 일으키지 않는 스테인레스강으로 이루어질 수 있고, 상기 스테인레스강의 표면은 테프론(Teflon)으로 코팅되어 연마재에 의하여 스테인레스강이 파손 및 가루화되어 랩핑 장치로 유입됨을 방지할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 슬러리 수거부(210)는, 상기 에어 공급부(215)와 연결된 부분의 직경이 상기 슬러리 탱크(220)와 연결된 부분의 직경보다 크게 형성될 수 있다. 도 4에서, 랩핑 장치(200)와 슬러리 수거부(210)와 슬러리 탱크(220)가 수평으로 도시되어 있으나, 실제로는 연직 상/하방의 관계임은 상술한 바와 같다.
여기서, 슬러리 탱크(220)는 내부가 보일 수 있게 투명 강화플라스틱을 적용할 수 있고, 적어도 90~130 리터(Liter)의 크기로 구비되어야 폐슬러리의 포집에 충분하다.
즉, 슬러리 수거부(210)는 랩핑 장치(200)와 슬러리 탱크(220)를 연결하는 관의 형상으로 구비될 수 있는데, 에어(Air)가 공급되는 부분으로부터 슬러리 탱크(220) 방향의 직경이 작게 형성된다. 그리고, 슬러리 수거부(210)의 단면이 원형이면 지름이, 사각형이면 변의 길이가 점점 더 작아지게 형성될 수 있다.
이때, 베르누이의 정리에 의하여 유제가 흐를때 유체의 위치에너지와 운동에너지의 합이 항상 일정하다. 여기서, 슬러리 수거부(210)에 유체인 에어가 공급되고, 본 실시예에서 슬러리 수거부(210)의 직경은 슬러리 탱크(220) 방향으로 갈수록 가늘어진다.
그리고, 슬러리 수거부(210) 내에서 직영이 작을수록 유체의 속력이 증가하면 유체 내부의 압력이 낮아지게 된다. 따라서, 도 4에서 슬러리 탱크(220) 방향으로 갈수록 슬러리 수거부(210) 내에서 슬러리와 에어의 압력이 작아지고 속력이 증가하므로, 고점도, 고비중의 특성을 가지는 폐슬러리의 플로우(flow)가 보다 원활해져서, 배관의 막힘 등을 방지할 수 있다.
그리고, 슬러리 수거부(210)를 통과한 폐슬러리는 슬러리 탱크(220)에 저장되고, 필터링부(222)에서 필터링(Filtering)된다. 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
필터링부(222)는 제 1 필터링부(224)와 제 2 필터링부(226)으로 이루어져 있다. 여기서, 상기 제 1 필터링부(224)는 메시(mesh) 구조로 이루어져서 상기 폐슬러리를 기계적으로 필터링한다. 그리고, 상기 제 2 필터링부(226)는 전자적이 구비되어 전기적으로 상기 폐슬러리를 필터링한다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이 폐슬러리가 메시 타입의 제 1 필터링부(224)에서 1차적으로 크기가 큰 이물질이 필터링된다. 이때, 상기 메시는 800~1,200 마이크로 미터(㎛)의 크기를 갖는데, 그물망의 한 변의 길이가 약 800~1,200 마이크로 미터임을 의미한다.
제 1 필터링부(224)에서는 정반이나 웨이퍼의 깨어진 조각 등을 필터링하므로, 1,200 마이크로 미터의 크기보다 메시의 구조가 크면 상술한 조각 등을 필터링할 수 없고, 메시의 크기가 800 마이크로 미터보다 크면 랩핑용 연마재까지 걸러져서 슬러리의 재생에 부적절하다.
이어서, 제 2 필터링부(226)에는 전자석이 구비되어 전류가 인가되었을 때 폐슬러리 내의 금속을 포집할 수 있다. 즉, 상술한 제 1 필터링부(224)를 통과한 작은 크기의 조각 등을 전자석의 자기력에 의하여 포집하여, 폐슬러리 내의 이물질을 완전히 제거할 수 있다.
또한, 상기 슬러리 탱크(220) 내에는 거름종이(미도시) 등이 도시되어 폐슬러리와 랩핑 공정 후에 정반 등의 청소/표면 세정시에 뿌려지는 물 등을 분리할 수 있다.
그리고, 상술한 작용에 의하여 기계적, 전기적으로 필터링된 슬러리는 순환 펌프(230)를 통하여 랩핑 장치(200)로 재공급된다. 랩핑 장치로 재공급된 슬러리는 웨이퍼의 연마 공정에 사용되어, 슬러리의 추가 비용 및 폐슬러리의 처리 비용을 절감할 수 있다.
본 실시예에 따른 슬러리 재생 장치를 이용하여 재생된 슬러리로 웨이퍼를 랩핑하였는데, 총 1200장 더미 그레이드의 웨이퍼를 하루 200장씩 6일에 걸쳐 테스트를 완료했다.
그리고, 랩핑 장치의 정반 압력은 50~100g/cm2가 사용하였는데, 50~100g/cm2 이하일 경우 생산성에 문제가 있고, 100g/cm2 이상일 경우 웨이퍼의 깨짐이나 장비부하문제로 고장의 원인이 될 수 있다. 그리고, 정반의 RPM은 10~30rpm이 바람직하며, 10rpm 이하일 경우 슬러리의 유동이 원활하지 못하여 평탄도가 나빠질 수 있고, 30rpm 이상일 경우 고속회전에 따른 웨이퍼가 캐리어에서 이탈하는 웨이퍼 아웃현상이 발생할 수 있다.
캐리어의 자공전비(C/D비)는 0.2~0.9가 적당하며 0.2 이하의 경우 웨이퍼 편심가공으로 인해 평탄도에 악영향이 있으며, 0.9 이상의 경우 웨이퍼 볼록현상으로 평탄도가 나빠지게 되기 때문이다. 그리고, 슬러리 공급유량은 200~2000 cc/min가 바람직하며, 200 cc/min 이하의 경우 너무 적은 량의 슬러리 공급으로 인해 웨이퍼 불량 즉, 스크레치(Scratch)나 깨짐의 원인이 되고 2000 cc/min 이상의 경우 과도한 부자재 사용으로 인해 변동비 부담이 될 수 있다.
그리고, 슬러리의 섞임비율은 연마재:분산제:물의 비율이 10~40kg:1L:40L가 바람직하며, 연마재의 경우 10kg이하의 경우 래핑 가공 성능이 떨어질 수 있으며 40kg이상의 경우 부자재비 및 평탄도에 나쁜 영향을 미칠 수 있다. 또한, 1회 랩핑시 사용되는 웨이퍼는 총 20장이며 총 60회까지 재생슬러리를 사용할 수 있게 했다.
그리고, 재생슬러리의 에이징(Aging)을 고려하여 20회마다 일정량 배액 및 신액을 공급했으며 배액 및 공급량은 5~20 리터가 바람직하다. 5 리터 이하의 경우 폐슬러리 에이징에 따른 보완효과 및 스크레치 발생우려가 있고, 20 리터 이상의 경우 재생효과가 떨어지기 때문이다.
상술한 공정으로 폐슬러리를 재생하여 랩핑한 웨이퍼의 평탄도를 측정하여 비교한 결과, 래핑 후 평탄도는 신품(새로운 슬러리 사용)의 경우 1.05 마이크로 미터를 본 실시예의 경우 1.07 마이크로 미터 수준을 나타내어 평탄도 측면에서 재생 슬러리의 품질차이가 거의 없었다.
또한, 폴리싱 공정 후의 웨이퍼 평탄도를 측정한 결과, 신품은 0.35 마이크로 미터를, 본 실시예의 경우 0.23 마이크로 미터를 보였으며, 통계량적인 품질차이일 뿐 동일한 품질로 볼 수 있다.
상술한 슬러리 재생 장치는, 기존 장치투자비의 1/20수준으로 슬러리의 재생이 가능하고 공간적 제약도 거의 없었다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 하정반 110 : 외부 기어
120 : 내부 기어 130 : 캐리어
140 : 홀 150 : 상정반
200 : 랩핑 장치 210 : 슬러리 수거부
215 : 에어 공급부 220 : 슬러리 탱크
222 : 필터링부 224 : 제 1 필터링부
226 : 제 2 필터링부 218 : 에지테이터
230 : 순환 펌프

Claims (5)

  1. 랩핑 장치의 연직 하방에 구비되고, 에어(Air) 공급부를 포함하는 슬러리 수거부;
    상기 슬러리 수거부와 연결되고, 상기 슬러리를 필터링하는 필터링부를 포함하는 슬러리 탱크; 및
    상기 슬러리 수거부에서 필터링된 슬러리를 상기 랩핑 장치로 공급하는 순환 펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 슬러리 재생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 슬러리 수거부는,
    상기 에어 공급부와 연결된 부분의 직경이 상기 슬러리 탱크와 연결된 부분의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 슬러리 재생 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 필터링부는,
    800~1200 마이크로 미터 크기의 메시 구조를 갖는 제 1 필터링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 재생 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 필터링부는,
    전자석이 구비되어 전류가 인가되면 슬러리 내의 금속을 포집하는 제 2 필터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 재생 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 슬러리 수거부는,
    에지테이터(Agitator)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬러리 재생 장치.
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