KR101138403B1

KR101138403B1 - 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치

Info

Publication number: KR101138403B1
Application number: KR1020100086113A
Authority: KR
Inventors: 홍사문; 고세종; 김형일
Original assignee: 씨앤지하이테크 주식회사
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US20130225053A1; JP2013536995A; WO2012030005A1; KR20120022492A

Abstract

본 발명은 반도체용 슬러리 공급장치의 진공발생 수단 내에 슬러리가 유입되어 고착됨으로써 진공발생 수단의 오리피스 영역나 배기관이 막히는 것을 방지하는 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치를 개시한다. 본 발명은 반도체 소자의 제조시 연마 공정에서 슬러리를 공급하기 위한 반도체용 슬러리 공급장치에 있어서, 상기 슬러리가 저장된 저장 탱크; 상기 저장 탱크에 각각 연결되어 상기 저장 탱크로부터 슬러리를 공급받아 외부로 배출하는 복수의 가압 베슬; 상기 가압 베슬에 연결되어 상기 가압 베슬에 진공압력을 발생시키는 진공발생수단; 및 상기 가압 베슬과 상기 진공 발생수단의 연결라인에 설치되어 유입되는 압축공기에 포함된 이물질을 원심력으로 압축공기에서 분리시키는 원심분리수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치{APPARATUS FOR SUPPLYING SLURRY FOR SEMICONDUCTOR HAVING MEANS FOR PREVENTING CLOGGING PIPE}

본 발명은 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체용 슬러리 공급장치의 진공발생기 내부로 슬러리액이 유입되어 고착됨으로써 진공발생기의 오리피스 영역이나 배기관이 막히는 것을 방지하는 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 기술에는 반도체 소자의 고집적화, 고밀도화가 요구된다. 이에 따라 미세한 패턴 형성기술이 적용되어야 한다.

한편, 배선의 다층화 구조가 요구됨으로써 반도체 소자의 표면 구조는 더욱 복잡해지고 층간 막들의 단차는 더욱 심해지는 경향이 있다. 그런데 이렇게 발생된 층간 막의 단차는 공정 불량을 야기하므로 제거되어야 한다. .

이를 해소하고자 종래에는 웨이퍼의 평탄화 기술로 에스오지(SOG), 에치백(Etch back), BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), 리플로우(Reflow) 공정, 및 화학/기계적인 연마 공정(이하, CMP 공정)이 적용되고 있다. 이 중 CMP 공정이 근래 자주 사용되고 있는데, 이 CMP 공정은 웨이퍼가 대구경화 됨에 따라 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위해서 화학적인 연마공정과 기계적인 연마공정을 하나의 공정으로 결합한 것이다. 이는 특히 단차가 형성된 웨이퍼 표면을 폴리싱 패드 위에 밀착시킨 후 연마제를 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 주입시켜 웨이퍼를 평탄화시키는 방식으로 대구경 웨이퍼에 평탄화 공정에 적합하다.

이와 같은 CMP 공정의 연마제로는 연마입자와 화학적 첨가제가 함유된 용액이 사용되는데 이것을 슬러리(slurry)라 한다. 이러한 액상의 슬러리를 사용하여 반도체 웨이퍼에 화학/기계적인 평탄화 공정을 실시한다. 이때 기계적 연마를 위해 적용되는 슬러리액 중 현탁 상태로 존재하는 고형상 미립자는 알갱이의 크기를 일정 범위 내에서 선별하여 CMP 장비로 공급되어야 한다. 그 이유는 일정이상의 거대입자(예를 들어, 옥사이드 슬러리의 경우에는 통상 1μ이상)가 CMP 공정에서 사용되면, 반도체 웨이퍼 상에 미세 패턴손상이 발생되는 원인으로 작용하여 반도체 웨이퍼의 불량으로 이어지기 때문이다.

또한 CMP 공정설비에 슬러리를 사용하기 위해서는 각각의 공정 특성에 맞는 입자를 선별하여 공급하도록 별도의 슬러리 공급장치가 제공된다. 이러한 슬러리 공급장치는 CMP공정에 사용되는 슬러리 원액 또는 공정별 특성에 맞도록 첨가제를 혼합 및 희석한 정량의 혼합액을 CMP 장치로 공급한다.

보통 이 경우, POU(Point of User; 공급출구) 측으로의 이송은 가압 베슬(Pressure Vessel)을 사용하여 보다 정적인 상태를 유지하여 슬러리가 뭉쳐지는 현상을 최대한 방지하며 이송하게 된다.

이를 위해 가압 베슬과 가압 베슬로의 슬러리의 흡입을 행하는 진공발생장치, 그리고 압력을 발생시켜 이송을 시키는 N2 기체 제공수단이 제공된다. 여기서 가압 베슬로 슬러리가 충진되는 원리는 베르누이 원리가 적용된다. 구체적으로 진공발생기(aspirator)에서 부압을 발생시키면, 이 진공발생기의 부압력을 통해 가압 베슬 내부에 부압(진공압)이 발생되어 가압 베슬로 슬러리가 유입되어 가압 베슬에 슬러리가 일정량 채워진다.

이때 흡입의 정점에서 가압 베슬 내부에 채워진 슬러리가 액적의 상태로 진공발생장치로 흡입되는 현상이 종종 발생하게 된다. 이것은 매우 작은 몇 방울의 슬러리가 가압 베슬에서 튀어 올라 진공발생기로 흡입되는 현상으로, 이때 흡입된 슬러리 액은 공정의 진행과 더불어 누적되고, 이 상태로 건조되면 슬러리 고형체 상태로 고착된다. 이때 슬러리 고형체는 진공발생기의 오리피스를 막히게 하는 결과를 초래하고, 결과적으로 진공발생을 방해하며 설비의 동작을 멈추게 함으로써 공정의 손실을 유발한다.

또한 슬러리 액이 진공발생기의 배기 측을 넘어가 누적되는 경우에는 설비 자체에 더 큰 손실을 야기하기도 한다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로서, 반도체용 슬러리 공급장치의 진공발생 수단 내에 슬러리가 유입되어 고착됨으로써 진공발생 수단의 오리피스 영역이나 배기관이 막히는 것을 방지하는 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 반도체 소자의 제조시 연마 공정에서 슬러리를 공급하기 위한 반도체용 슬러리 공급장치에 있어서, 상기 슬러리가 저장된 저장 탱크; 상기 저장 탱크에 각각 연결되어 상기 저장 탱크로부터 슬러리를 공급받아 외부로 배출하는 복수의 가압 베슬; 상기 가압 베슬에 연결되어 상기 가압 베슬에 진공압력을 발생시키는 진공발생수단; 및 상기 가압 베슬과 상기 진공 발생수단의 연결라인에 설치되어 유입되는 압축공기에 포함된 이물질을 원심력으로 압축공기에서 분리시키는 원심분리수단을 포함하여 이루어진 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치가 제공된다.

상기 원심분리수단은 상기 가압 베슬에 연결된 흡입구가 측면에 형성되고, 상기 흡입구에 수직한 위치에 배기구가 형성된 기둥 형상의 통체로 이루어져, 상기 흡입구로 유입된 압축공기는 상기 통체 내에서 소용돌이를 일으켜 원심력에 의해 중량의 슬러리가 압축공기에서 분리되는 것이 바람직하다.

상기 통체는 하부로 갈수록 상부보다 지름이 작아지도록 형성되고, 상기 통체의 하부에는 원심분리된 슬러리가 저장되기 위한 슬러리 저장 상자가 구비될 수 있다.

본 발명에 따르면, 반도체용 슬러리 공급장치와 진공 발생수단에 원심분리기를 설치하여 유입되는 압축공기 내에 포함되어 있는 슬러리를 원심분리시켜 순수한 압축공기만이 진공 발생수단으로 유입되게 함으로써 슬러리 액의 유입으로 인한 막힘 현상을 방지하여 설비손실이나 공정손실이 발생 되는 것을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치의 진공발생장치의 구성을 나타내는 예시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치의 원심분리수단을 구성을 나타내는 평면도, 및
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치의 원심분리수단의 구성을 나타내는 측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치를 나타내는 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치의 진공발생장치의 구성을 나타내는 예시도이다.

도 1과 같이, 본 발명의 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치는 저장탱크(10), 가압 베슬(21,22), 진공 발생수단(30), 및 원심분리수단(40)으로 구성된다.

상기 가압 베슬(21,22)은 복수로 이루어질 수 있으며 저장탱크(10)에 병렬로 연결되어 슬러리를 공급받아 POU(Point Of User; 공급출구)로 배출하는 구실을 한다.

이때 가압 베슬(21,22)로 슬러리가 제공되는 것은 진공 발생수단(30)에서 제공되는 진공압력(부압력)에 의해 이루어진다. 즉, 진공 발생수단(30)은 가압 베슬(21,22)에 배관을 통해 각각 연결되어 가압 베슬(21,22)의 내부에 진공압력이 작용되게 한다. 이에 따라 가압 베슬(21,22)에 배관으로 연결된 저장탱크(10)의 슬러리가 진공압에 의해 가압 베슬(21,22)로 유입될 수 있다. 이때 진공 발생수단(30)에 적용되는 압축가스(진공압력 형성 가스)는 N2 가스나 천연가스가 적용될 수 있다.

도 2와 같이, 이 진공 발생수단(30)은 진공포트(31)의 양측으로 노즐(32)과 디퓨저(33)가 결합된 구조로 제공될 수 있다. 이때 노즐(32)과 디퓨저(33) 사이에는 오리피스(36)가 형성되어 공급로(35)를 통해 N2 가스가 공급되면 디퓨저(33)의 배출로(34)를 통해 배기 되는데, 진공포트(31) 내에는 오리피스(36)에 의해 배출로(34) 입구로 유입되는 기체 흐름(오리피스 영역과 배출로 출구측의 압력차로 인해 발생; 벤츄리 효과)이 형성되어 진공포트(31) 내에 부압을 발생시킨다. 이에 따라 유입로(37)에 연통된 가압 베슬(21,22) 내에 진공압력을 발생할 수 있다.

한편, 가압 베슬(21,22)에 진공압이 발생 되면 가압 베슬(21,22)로 슬러리가 공급되는 과정에서 슬러리 액이 진공포트(31) 까지 유입되는 현상이 종종 발생 된다. 전술한 종래의 문제점과 같이 슬러리 입자가 진공포트(31)를 통해 유입되어 오리피스(36)나 배출로(34)에 고착되는 것을 방지하고자 본 발명에서는 원심분리수단(40)이 추가로 제공된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치의 원심분리수단을 구성을 나타내는 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치의 원심분리수단의 구성을 나타내는 측면도이다.

도 3과 도 4와 같이, 원심분리수단(40)은 원통형의 통체(46)에 슬러리 저장상자(42)가 마련된 구조로 제공될 수 있다. 이때 통체(46)에는 측면에 흡입구(43)가 형성되고, 이 흡입구(43)에 수직하도록 통체(46)의 상부에는 배출구(44)가 형성된다. 또한 흡입구(43)는 가압 베슬(21,22)과 각각 연결되고, 배출구(44)는 진공 발생수단(30)과 연결된다.

또한 통체(46)는 하단(41)으로 갈수록 좁아지는 형태를 이루어 내주면에 경사면(45)이 형성되도록 구성할 수 있다. 이에 따라 하부로 갈수록 통체(46)의 폭이 좁아짐으로써 소용돌이 발생시 경사면(45)을 따라 회전 가속도가 증가될 수 있다. 물론 통체(46)를 상하 지름이 같은 원통형으로 형성하는 것도 가능하다.

또한 통체(46)의 하단(41)에는 슬러리 저장 상자(42)가 연결되어 원심력에 의해 분리된 슬러리가 중력에 의해 하강 됨으로써 최종적으로 저장될 수 있다. 이때 슬러리 저장 상자(42)는 통체(46)에서 착탈이 가능하여 저장된 슬러리를 간편하게 처리할 수 있다.

이와 같은 구성을 갖는 원심분리수단(40)의 작용을 살펴보면, 우선 흡입구(43)를 통해 압축공기와 함께 슬러리가 유입되면 통체(46) 내주면을 따라 소용돌이(사이클론 현상)를 일으키며 배출구(44)를 통해 압축공기가 빠져나가게 된다. 이는 도 3과 같이 흡입구(43)가 통체(46)의 측면 가장자리에 설치되고, 흡입구(43)와 배출구(44)가 서로 수직하게 배치됨으로써, 원통형의 통체(46) 내에서 흡입된 압축공기가 통체(46)의 내주면을 따라 가속되어 소용돌이(와류)를 일으키면서 배출구(44)를 통해 배기 되는 흐름을 갖는다.

이와 같이 통체(46) 내부에서 유입된 압축공기가 소용돌이치게 되면 원심력에 의해 비교적 중량의 슬러리는 외측으로 밀려나게 된다. 이때 슬러리는 통체(46)의 경사면(45)을 따라 회전하는데, 슬러리는 중량에 의해 점점 더 하단(41) 측으로 회전되면서 침강(하강)되어 결국에는 슬러리 저장상자(42)에 저장된다.

한편, 순수 압축공기(슬러리가 분리된 압축공기)는 통체(46)의 중심 쪽으로 집중되어 배출구(44)를 통해 진공 발생수단(30)으로 유입된다. 이때 배출구(44)를 통해 배출되는 압축공기는 슬러지가 함유되지 않은 순수한 압축공기가 배출됨으로써 진공 발생수단(30)에 슬러리가 유입되어 고착됨으로써 발생되는 막힘 현상을 미연에 방지할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

10: 저장탱크 21,22: 가압 베슬
30: 진공 발생 수단 31: 진공포트
32: 노즐 33: 디퓨저
34: 배출로 35: 공급로
40: 원심분리수단 41: 하단
42: 슬러리 저장상자 43: 흡입구
44: 배출구 46: 통체

Claims

반도체 소자의 제조시 연마 공정에서 슬러리를 공급하기 위한 반도체용 슬러리 공급장치에 있어서,
상기 슬러리가 저장된 저장 탱크;
상기 저장 탱크에 각각 연결되어 상기 저장 탱크로부터 상기 슬러리를 공급받아 외부로 배출하는 복수의 가압 베슬;
상기 가압 베슬에 연결되어 상기 가압 베슬에 진공압력을 발생시키는 진공발생수단; 및
상기 가압 베슬과 상기 진공 발생수단의 연결라인에 설치되어 유입되는 압축공기에 포함된 이물질을 원심력으로 압축공기에서 분리시키는 원심분리수단을 포함하고,
상기 원심분리수단은 상기 가압 베슬에 연결된 흡입구가 측면에 형성되고, 상기 흡입구에 수직한 위치에 배기구가 형성된 원통형의 통체로 이루어져,
상기 흡입구로 유입된 압축공기는 상기 통체 내에서 소용돌이를 형성하여 원심력에 의해 중량의 슬러리가 압축공기에서 분리되는 것을 특징으로 하는 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 통체는
하부로 갈수록 지름이 작아지도록 형성되고,
상기 통체의 하부에는 원심분리된 슬러리가 저장되기 위한 슬러리 저장 상자가 구비되는 것을 특징으로 하는 배관 막힘 방지 수단이 마련된 반도체용 슬러리 공급장치.