KR102277512B1 - 대용량 슬러리 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 슬러리 공급 장치에 관한 것으로서, 연마액이 제조 및 보관되는 연마액 탱크와, 연마액 탱크로 연마액 제조에 사용되는 원료와 세정에 사용되는 세정물질을 공급하는 공급부와, 연마액 탱크에서 제조된 연마액을 이송하는 순환펌프와, 순환펌프를 통해 이송되는 연마액을 연마액 탱크로 재주입하는 제1 순환부와, 순환펌프를 통해 이송되는 연마액을 피 공급장치를 거쳐 연마액 탱크로 재주입시키는 제2 순환부를 포함하여 이루어져, 탱크 내부에서 연마액의 제조와 보관이 모두 가능하며 연마액을 순환시켜 연마액의 상태를 일정하게 유지할 수 있는 슬러리 공급 장치에 관한 것이다.

Description

대용량 슬러리 공급 장치{Slurry supply apparatus}
본 발명은 슬러리 공급 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬러리 혼합용액을 대용량으로 생산 및 보관이 가능한 슬러리 공급 장치에 관한 것이다.
고집적 반도체 제조공정에서 웨이퍼의 불필요한 박막층 연마에 연마액(slurry)을 이용한 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing)방법이 사용되고 있다. CMP법은 웨이퍼를 연마 테이블에 위치시킨 상태에서 웨이퍼 상에 연마액을 도포한 후, 웨이퍼와 연마장치를 연마액을 사이에 둔 상태에서 작동시켜, 연마액에 혼합되어 있는 연마입자 유동에 의해 웨이퍼의 표면이 기계적으로 연마함과 동시에 화학적으로 연마하는 방법으로, 슬러리 공급 장치에서 연마액이 제조된 후 연마장치를 통해 웨이퍼의 표면에 도포된다.
종래의 슬러리 공급 장치는 장치의 안정성 및 교반 효율을 높이기 위하여 연마액이 제조 및 저장되는 연마액 탱크의 용량을 작게 만들어져, 연마액 탱크 외에도 연마액 제조에 사용되는 슬러리가 보관되는 슬러리 탱크가 별도로 구비되어야 했기 때문에, 장치의 구성이 복잡해지고 각 구성요소를 연결하는 배관 또한 많아지는 문제점이 있었다.
그리고, CMP법은 연마액을 이용하여 화학적 및 기계적으로 웨이퍼 표면을 연마하는 방식으로 연마액의 화학적 상태와, 연마액 상의 연마입자 크기를 일정하게 유지하는 것이 매우 중요하지만, 종래의 슬러리 공급 장치는 임펠러와 같은 마찰이 큰 교반 장치를 이용하여 연마액을 혼합하였기 때문에, 혼합 과정에서 연마액의 화학적 상태가 변화되는 문제점이 있었고, 연마액을 혼합 후 보관되는 연마액을 지속적으로 순환시킬 수 있는 시스템을 가지고 있지 않았기 때문에, 연마액에 함유된 연마입자가 응집되며 조대화 되는 문제점 또한 가지고 있었다.
따라서, 이러한 종래의 문제점을 해결할 수 있는 슬러리 공급 장치의 필요성이 대두되고 있다.
특허문헌 1) 국내등록특허공보 제0890319호(명칭: 화학적 기계적 연마 장치 및 방법, 공고일: 2009.03.26)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 장치의 구성을 단순화 하고 안전성을 높일 수 있는 슬러리 공급 장치를 제공하는 것이다.
또한, 연마액의 상태를 일정하게 유지할 수 있는 순환 시스템을 가지는 슬러리 공급 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 교반 과정에서 임펠러와 연마액이 마찰하며 연마액의 성질이 변화되는 것을 방지할 수 있는 슬러리 공급 장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 슬러리 공급 장치는, 연마액이 제조 및 보관되는 연마액 탱크(100); 상기 연마액 탱크(100)로 연마액 제조에 사용되는 원료와, 세정에 사용되는 세정물질을 공급하는 공급부(200); 상기 연마액 탱크(100)에서 제조된 연마액을 이송하는 순환펌프(300); 상기 순환펌프(300)를 통해 이송되는 연마액을 상기 연마액 탱크(100)로 재주입하는 제1 순환부(400); 상기 순환펌프(300)를 통해 이송되는 연마액을 피 공급장치(M)를 거쳐 상기 연마액 탱크(100)로 재주입 시키는 제2 순환부(500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공급부(200)는 상기 연마액 탱크(100)로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(210)와, 연마액 제조에 사용되는 첨가제를 공급하는 첨가제 공급부(220)와, 슬러리 희석에 사용되는 초순수를 공급하는 초순수 공급부(230)와, 연마액 탱크(100) 세정에 사용되는 물을 공급하는 세정수 공급부(240)와, 세정제를 공급하는 세정제 공급부(250) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 슬러리 공급부(210)와, 상기 첨가제 공급부(220)와, 상기 세정제 공급부(250)는 상기 연마액 탱크(100)로 공급되는 유량을 조절하기 위하여 서로 다른 유로 단면적을 가지는 복수개의 경로를 통해 상기 연마액 탱크(100)와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 초순수 공급부(230)는 상기 연마액 탱크(100)로 공급되는 유량을 조절하기 위하여 서로 다른 유로 단면적을 가지는 복수개의 경로를 통해 상기 연마액 탱크(100)와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 첨가제 공급부(220)는 상기 연마액 탱크(100)로 공급되는 첨가제의 양을 조절하기 위한 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 순환부(400)를 통해 순환되는 연마액에 혼합된 슬러리 밀도를 측정하는 제1 밀도 측정부(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 밀도 측정부(600)는 코리올리 방식으로 연마액에 혼합된 슬러리 밀도를 측정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 순환펌프(300)를 통해 이송되는 연마액을 상기 피 공급장치(M)로 이송하는 이송펌프(510)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이송펌프(510)는 서로 직렬 연결되는 제1 이송펌프(510A)와 제2 이송펌프(510B)를 포함하고, 상기 제1 이송펌프(510A)와 상기 제2 이송펌프(510B)는 각각 제1 바이패스 유로(510A-1)와 제2 바이패스 유로(510B-1)를 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 이송펌프(510)를 통해 상기 연마액 탱크(100)로 이송되는 연마액에 혼합되어 있는 지정된 크기 이상의 연마 입자를 제거하는 필터부(520)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 피 공급장치(M)와 상기 필터부(520) 사이에 위치되어 상기 피 공급장치(M)로 공급되는 연마액의 이온 농도를 측정하는 이온 농도 측정부(531)와, 연마액의 압력을 측정하는 제1 압력 측정부(532)와, 연마액에 혼합되어 있는 슬러리 밀도를 측정하는 제2 밀도 측정부(533)와, 연마액의 첨가제 농도를 측정하는 농도 측정부(534) 중 어느 하나 이상을 포함하는 제1 센싱부(530)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 피 공급장치(M)를 통과한 연마액의 유량을 측정하는 유량계(541)와, 압력을 측정하는 제2 압력 측정부(542)를 포함하는 제2 센싱부(540)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 제2 압력 측정부(542)에서 측정되는 압력을 기반으로 상기 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력을 조절하여 주는 압력 조절부(550)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압력 조절부(550)는 통과하는 연마액의 양을 조절하여 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력을 높여주는 비례제어밸브인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 압력 측정부(542)에서 측정되는 압력이 상기 압력 조절부(550)를 통해 조절 가능한 수치 이하일 경우, 상기 이송펌프(510)의 펌핑 유량을 높여 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력을 높여주는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 피 공급장치(M)를 통과하여 상기 연마액 탱크(100)로 이송되는 연마액을 냉각시키는 열교환부(560)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연마액 탱크(100)는 상기 제1 순환부(400)와 상기 제2 순환부(500)를 통해 연마액 탱크(100)로 재주입되는 연마액을 이용하여 연마액 탱크(100) 내부에 위치된 연마액을 순환시키는 블랜딩 튜브(110)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 블랜딩 튜브(110)는 상기 연마액 탱크(100)의 내측 가장자리면을 따라 원주 방향으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 블랜딩 튜브(110)는 연마액이 배출되는 단부가 일정 각도로 밴딩되어, 배출되는 연마액이 연마액 탱크(100) 내부에 위치된 연마액의 회전 유동과 상하방향 순환 유동을 야기하는 것을 특징으로 한다.
또한, 슬러리 공급 장치가 구비되는 수납공간이 형성되며, 내부와 외부를 격리하는 케비넷(700)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 케비넷(700)은 누출된 유체가 배출되는 배출부가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명인 슬러리 공급 장치는, 연마액 탱크가 대용량을 가지고 연마액 탱크 상에서 연마액 보관과 제조가 모두 이루어질 수 있어, 별도의 슬러리 보관 탱크를 필요로 하지 않으므로, 장치의 구성을 단순화 가능한 장점이 있다.
또한, 연마액 탱크로 슬러리, 첨가제, 초순수를 공급하는 공급부가 서로 다른 유로 단면적을 가지는 복수개의 주입부로 연결되어, 연마액 탱크로 공급되는 각 원료의 양을 정밀하게 조절 가능한 장점이 있다.
그리고, 첨가제 공급부 상에 오리피스가 구비되어 과산화수소와 같이 공급 양 조절이 매우 중요한 첨가제 공급 양을 보다 정밀하게 조절 가능하므로, 제조되는 연마액의 혼합 비율을 적합한 기준치로 쉽게 조절 가능한 장점이 있다.
또한, 복수개의 이송펌프가 서로 직렬 연결되고, 서로 직렬 연결된 각각의 이송펌프에 바이패스 유로가 형성되어, 펌프를 병렬로 연결 후 어느 하나의 펌프를 사용하지 않을 시 사용되지 않는 펌프에 연마액이 정체되어 슬러리가 조대화 되는 문제를 방지 가능한 장점이 있다.
아울러, 펌프가 서로 직렬로 연결되므로 피 공급장치로 공급되는 연마액의 유량이 부족할 경우 순간적으로 공급유량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 순환하는 과정에서 가열되는 연마액을 열교환부를 통해 냉각하여 일정한 온도로 유지 가능하므로 연마액의 상태를 일정하게 유지 가능한 장점이 있다.
그리고, 슬러리 공급 장치를 구성하는 각 구성요소가 케비넷 내부에 구비되어 하나의 장치를 형성할 수 있으므로, 장치가 케비넷 외부에 위치될 경우 별소의 접속배관이 사용되어 공정비용이 상승하는 것을 방지 가능한 장점이 있다.
또한, 케비넷이 외부와 내부 장치를 격리하므로, 장치를 구성하는 각 구성요소에 구비되는 누수 방지 시설을 간소화 가능한 장점이 있다.
아울러, 순환하는 연마액을 이용하여 연마액 탱크 내부에 위치된 연마액의 유동을 자연스럽게 만들어줄 수 있으므로, 임펠러와 같은 교반장치 사용시 임펠러와 연마액이 마찰하며 연마액의 화학적 성질이 변화되는 것을 방지 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 슬러리 공급 장치를 나타낸 시스템도.
도 2는 본 발명에 따른 슬러리 공급 모듈에 사용되는 케비넷을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 슬러리 공급 모듈에 사용되는 케비넷의 A-A 단면도.
도 4 내지 도 7은 슬러리 공급 모듈의 각 수납공간에 슬러리 공급 장치의 각 구성요소가 비치된 것을 나타낸 도면.
도 8은 본 발명인 슬러리 공급 장치의 연마액 탱크 내부 구조를 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명인 슬러리 공급 장치의 연마액 탱크의 B-B 단면도.
본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 슬러리 공급 장치(1000)에 관하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 슬러리 공급 장치를 나타낸 시스템도이다.
도 1을 참조하여 설명하면 볼 발명인 슬러리 공급 장치는 연마액이 제조 및 보관되는 연마액 탱크(100)와, 상기 연마액 탱크(100)로 연마액 제조에 사용되는 원료와, 세정에 사용되는 세정물질을 공급하는 공급부(200)와, 상기 연마액 탱크(100)에서 제조된 연마액을 이송하는 순환펌프(300)와, 상기 순환펌프(300)를 통해 이송되는 연마액을 상기 연마액 탱크(100)로 재주입하는 제1 순환부(400)와, 상기 순환펌프(300)를 통해 이송되는 연마액을 피 공급장치(M)를 거쳐 상기 연마액 탱크(100)로 재주입 시키는 제2 순환부(500);를 포함하여 이루어진다. 상세히 설명하면, 연마액은 일반적으로 불용성의 연마 입자가 서스펜션 상태로 들어 있어서 유동성을 가지는 혼합물인 슬러리와, 연마액에 첨가되는 과산화수소와 같은 첨가제와, 슬러리를 희석하기 위한 초순수가 혼합되어 만들어지므로, 상기 공급부(200)를 통해 상기 연마액 탱크(100)로 연마액 제조에 필요한 원료를 주입한 후 이를 혼합하여 연마액을 제조하고, 제조된 연마액을 상기 제1 순환부(400)를 이용하여 순환시켜 연마액에 함유되어 있는 연마 입자가 응집되는 것을 방지하여 주고, 상기 제2 순환부(500)를 이용하여 일정한 상태로 유지되는 연마액을 반도체 제조 공정이 진행되는 피 공급장치(M)를 통해 다시 연마액 탱크(100)로 돌아오게 순환시켜 주는 것이다.
이때, 연마액은 반도체 웨이퍼 연마에 사용되는 용액으로 반도체 연마를 위한 연마 입자가 함유되어 있기 때문에, 연마 입자가 서로 응집되어 조대화 되는 것을 방지하기 위하여 지속적으로 순환되어야 하므로, 본 발명에서는 상기 제1 순환부(400)를 이용하여 상기 연마액 탱크(100)에 위치되는 연마액을 순환시켜 주고, 피 공급장치(M)로 공급되어야 하는 연마액 또한 피 공급장치(M)를 통과하는 제2 순환부(500)를 통해 연마액 탱크(100)로 다시 돌아오는 순환경로를 가지게 하여, 연마액에 함유되어 있는 연마 입자가 일정 위치에 정체되어 조대화 되는 것을 방지하여 준 것이다.
그리고, 상기 공급부(200)는 상기 연마액 탱크(100)로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(210)와, 연마액 제조에 사용되는 첨가제를 공급하는 첨가제 공급부(220)와, 슬러리 희석에 사용되는 초순수를 공급하는 초순수 공급부(230)와, 연마액 탱크(100) 세정에 사용되는 물을 공급하는 세정수 공급부(240)와, 세정제를 공급하는 세정제 공급부(250)중 어느 하나 이상을 포함할 수 있으며, 상기 슬러리 공급부(210)와, 상기 첨가제 공급부(220)와, 상기 세정제 공급부(250)는 상기 연마액 탱크(100)로 공급되는 유량을 조절하기 위하여 서로 다른 유로 단면적을 가지는 복수개의 주입부를 통해 상기 연마액 탱크(100)와 연결될 수 있고, 상기 초순수 공급부(230) 또한 상기 연마액 탱크(100)로 공급되는 유량을 조절하기 위하여 서로 다른 유로 단면적을 가지는 복수개의 주입부를 통해 상기 연마액 탱크(100)와 연결될 수 있다.
상세히 설명하면, 위에서 설명한 바와 같이 연마액은 슬러리와, 첨가제와, 초순수를 혼합되어 이루어지며, 배합비를 맞추기 위해서는 각 용액의 주입 양 조절이 매우 중요하므로, 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(210)와, 연마액 제조에 사용되는 첨가제를 공급하는 첨가제 공급부(220)가 서로 다른 유로 단면적을 가지는 복수개의 분기유로를 가지는 경로인 제1 주입부(P1)를 통해 연마액 탱크(100)로 공급되고, 연마액 제조에 사용되는 초순수를 공급하는 초순수 공급부(230) 또한 서로 다른 유로 단면적을 가지는 복수개의 분기유로가 형성되는 경로인 제2 주입부(P2)를 통해 연마액 탱크(100)로 공급되게 하여, 연마액 제조에 사용되는 각 용액이 연마액 탱크(100)로 공급되는 양을 보다 정확하게 조절할 수 있게 한 것이다.
다시한번 설명하면, 연마액 제조에 사용되는 용액을 공급하는 경로인 주입부의 유로 단면적이 넓어질수록 연마액 탱크(100)로 다량의 용액을 보다 빠르게 공급할 수 있고, 주입부의 유로 단면적이 좁아질수록 연마액 탱크(100)로 공급되는 용액의 양을 정밀하게 조절할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 제1 주입부(P1) 상에 A유로 단면적을 가지는 제1 분기유로(P1-1)와, A/4의 유로 단면적을 가지는 제2 분기유로(P1-2)를 형성하고, 제2 주입부(P2) 상에 B유로 단면적을 가지는 제3 분기유로(P2-1)와, B/4의 유로 단면적을 가지는 제4 분기유로(P2-2)를 형성하여, 연마액 탱크(100)로 공급하기 시작할 때는 제1 분기유로(P1-1)와 제3 분기유로(P2-1)를 사용하여 단위시간동안 많은 양의 용액을 빠르게 공급하고, 연마액 탱크(100)로 일정 이상의 용액이 주입된 후에는 제2 분기유로(P1-2)와 제4 분기유로(P-4)를 사용하여 연마액 탱크(100)로 공급되는 용액의 양을 정밀하게 조절할 수 있게 한 것이다.
그리고, 도면 상에는 도시되지 않았지만 상기 첨가제 공급부(220)는 상기 연마액 탱크(110)로 공급되는 첨가제의 양을 보다 정밀하게 조절하기 위하여, 제1 주입부(P1)로 공급되는 첨가제의 양을 조절하기 위한 오리피스를 포함할 수 있으며, 연마액 탱크(100)로 주입되는 각 용액의 양 측정은 연마액 탱크(100)에 구비되는 로드셀을 통해 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명인 슬러리 공급 장치는 상기 제1 순환부(400)를 통해 순환되는 연마액에 혼합된 슬러리 밀도를 측정하는 제1 밀도 측정부(600)를 더 포함할 수 있다. 상세히 설명하면, 상기 연마액 탱크(100)는 상기 공급부(200)에서 공급된 원료를 혼합하여 연마액을 제조하며, 제조된 연마액은 상기 제2 순환부(500)를 통해 피 공급장치(M)에서 반도체 웨이퍼 연마에 사용된다. 이때, 연마액을 이용한 웨이퍼 연마가 효과적으로 이루어지기 위해서는 연마액에 함유된 연마 입자의 밀도가 지정된 값을 가져야 하므로, 본 발명에서는 연마액 탱크(100)에서 연마액 제조 후 상기 제1 밀도 측정부(600)를 통해 연마액에 함유된 연마 입자의 밀도를 측정하여, 연마액 사용 가능 유무를 확인할 수 있게 한 것이다.
이때, 상기 제1 밀도 측정부(600)는 다양한 밀도 측정 장치를 포함할 수 있으며 일 실시예로는 코리올리 방식으로 연마액에 혼합된 슬러리 밀도를 측정하는 밀도 측정 센서일 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 제2 순환부(500)는 상기 순환펌프(300)를 통해 이송되는 연마액을 상기 피 공급장치(M)로 이송하는 이송펌프(510)를 포함할 수 있으며, 상기 이송펌프(510)는 서로 직렬 연결되는 제1 이송펌프(510A)와, 제2 이송펌프(510B)를 포함하고, 상기 제1 이송펌프(510A)와 상기 제2 이송펌프(510B)는 각각 제1 바이패스 유로(510A-1)와 제2 바이패스 유로(510B-1)를 가질 수 있다. 상세히 설명하면, 이송펌프(510)를 병렬로 형성할 경우 사용되지 않는 이송펌프(510) 측에 연마액이 정체되어 연마액에 함유된 연마 입자가 응집되며 조대화 되는 문제가 발생하게 되므로, 본 발명에서는 상기 제1 이송펌프(510A)와 상기 제2 이송펌프(510B)를 직렬로 연결하고, 각각의 이송펌프에 어느 하나의 이송펌프만 사용될 경우 연마액이 이송되지 않는 이송펌프를 거치지 않고 바로 통과할 수 있는 제1 바이패스 유로(510A-1)와 제2 바이패스 유로(510B-1)를 형성하여, 사용되지 않는 이송펌프에 의해 연마액이 정체되며 연마 입자가 응집되는 문제를 해결 한 것이다.
그리고, 사용되지 않는 이송펌프의 경우 유체가 이송펌프를 거치지 않고 바이패스 유로로 진입하게 하기 위하여, 사용되지 않는 이송펌프로 이동하는 관로에 위치된 밸브를 닫아 주어야 하고, 복수개의 이송펌프를 서로 직렬 연결하여 사용할 경우 어느 하나의 펌프가 고장난 상황에서 다른 하나의 펌프를 교체 사용할 수 있는 장점이 있음은 물론이며, 제1 이송펌프(510A)와 제2 이송펌프(510B)는 동시 가동되거나 각각의 펌프 모터 회전수를 조절하여 이송펌프(510)를 통해 순환되는 연마액의 양을 순간적으로 늘리거나 줄일 수 있으므로, 상기 피 공급장치(M)에서 많은 양의 연마액이 동시 사용되는 경우에도 이를 충분히 공급할 수 있다.
상세히 설명하면, 이송펌프(510)를 통해 이송되는 연마액은 상기 피 공급장치(M)를 통해 상기 연마액 탱크(100)로 이송되며, 이송 중에 각각의 상기 피 공급장치(M)에서 필요한 양 만큼 연마액을 뽑아 사용하게 된다. 이때, 복수개의 피 공급장치(M)가 동시에 연마액을 사용할 경우 순환되는 연마액의 양이 줄어들게 되어 일부 피 공급장치(M)로 공급되는 연마액의 양이 부족하게 되는 문제가 발생할 경우 서로 직렬 연결된 이송펌프를 동시 가동하거나, 각각의 이송펌프의 공급 유량을 증가시켜 해결할 수 있는 것이다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 이송펌프(510)를 통해 상기 연마액 탱크(100)로 이송되는 연마액에 혼합되어 있는 지정된 크기 이상의 연마 입자를 제거하는 필터부(520)를 더 포함할 수 있다. 상세히 설명하면, 슬러리는 연마 입자가 혼합되어 있는 혼합물로 잘게 부서져 있는 연마 입자가 응집되며 조대화 될 경우, 상기 피 공급장치(M)를 통해 이루어지는 웨이퍼 연마 공정에서 연마된 웨이퍼의 불량률이 높아지는 문제가 발생할 수 있으므로, 피 공급장치(M)로 연마액을 공급 전 여과 또는 흡착 방식으로 연마액에 혼합되어 있는 조대화된 연마 입자를 제거하여, 웨이퍼 연마 과정에서 문제가 발생하는 것을 방지하여 준 것이다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 피 공급장치(M)와 상기 필터부(520) 사이에 위치되어 상기 피 공급장치(M)로 공급되는 연마액의 이온 농도를 측정하는 제1 이온 농도 측정부(531)와, 연마액의 압력을 측정하는 제1 압력 측정부(532)와, 연마액에 혼합되어 있는 슬러리 밀도를 측정하는 제2 밀도 측정부(533)와, 연마액의 첨가제 농도를 측정하는 농도 측정부(534)와, 연마액의 유량을 측정하는 제1 유량계(535)로 구성되는 제1 센싱부(530)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 이온 농도 측정부(531)와, 상기 제1 압력 측정부(532)와, 상기 제2 밀도 측정부(533)와, 상기 농도 측정부(534)와, 상기 제1 유량계(535)는 연마액이 상기 피 공급장치(M)로 주입되기 전에 위치되어 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 이온 농도(PH)와, 압력과, 연마 입자 밀도와, 과산화수소와 같은 첨가제 농도와, 유량을 확인하여, 연마액이 제조 후 이송되는 과정에서 상태가 변화될 경우 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
그리고, 상기 제2 순환부(500)는 상기 피 공급장치(M)를 통과한 연마액의 유량을 측정하는 제2 유량계(541)와, 압력을 측정하는 제2 압력 측정부(542)와, 제2 이온 농도 측정부(543)로 구성되는 제2 센싱부(540)를 포함할 수 있다. 상세히 설명하면 상기 유량계(541)에서 측정되는 유량을 통해 상기 피 공급장치(M)에서 사용되는 연마액의 양을 산출하여 상기 연마액 탱크(100)에서 추가로 연마액을 제조해야 하는지 여부를 판단하고, 상기 이송펌프(510)를 이용하여 연마액 공급 속도를 조절하여 주며, 상기 제2 이온 농도 측정부(543)를 통하여 연마액이 배출되며 발생하는 연마액의 이온 농도 변화를 확인하여 준 것이다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 제2 압력 측정부(542)에서 측정되는 압력을 기반으로 상기 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력을 조절하여 주는 압력 조절부(550)를 더 포함할 수 있다. 상세히 설명하면, 제2 순환부(500)는 상기 연마액 탱크(100)에서 이송이 시작된 연마액이 피 공급장치(M)를 통해 상기 연마액 탱크(100)로 재주입되는 순환 유로를 가진다. 이때 순환되는 연마액은 각각의 상기 피 공급장치(M)에서 필요한 시점에 뽑아 사용하게 된다. 이때, 복수개의 피 공급장치(M)가 동시에 연마액을 사용할 경우 순환되는 연마액의 양이 줄어들게 되어 연마액을 일정한 속도로 순환 시킬 경우, 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력이 낮아지며 일부 피 공급장치(M)로 공급되는 연마액의 양이 부족하게 되는 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 제2 압력 측정부(542)에서 측정되는 압력이 일정 이하일 경우 상기 압력 조절부(550)에서 유로의 단면적을 감소시켜 피 공급장치(M)를 통과하는 제2 순환부(500)를 통과하는 연마액이 충분한 압력을 가질 수 있게 한 것이다.
이때, 상기 압력 조절부(550)는 통과하는 연마액의 양을 조절하여 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력을 높여줄 수 있는 다양한 장치일 수 있으며, 일 실시예로는 통과하는 유량을 조절 가능한 비례제어밸브일 수 있다.
그리고, 본 발명인 슬러리 공급 장치는 상기 제2 압력 측정부(542)에서 측정되는 압력이 상기 압력 조절부(550)를 통해 조절 가능한 수치 이하일 경우 상기 이송펌프(510)의 공급 유량을 높여 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력을 높여주는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 순환부(500)는 상기 피 공급장치(M)를 통과하여 상기 연마액 탱크(100)로 이송되는 연마액을 냉각시키는 열교환부(560)를 더 포함할 수 있다. 상세히 설명하면 연마액은 제1 순환부(400)와 제2 순환부(500)를 순환하는 과정에서 순환유로를 형성하는 각 장치들과의 마찰, 연마액을 구성하는 각 용액간의 화학 작용에 의해 온도가 상승하게 되며, 이러한 온도 상승은 연마액 성질을 변화시키는 요인으로 작용할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 피 공급장치(M)를 통과한 연마액이 연마액 탱크(100)로 이송되는 경로 상에 열교환부(560)를 형성하여, 연마액이 일정 이하의 온도로 냉각된 상태로 연마액 탱크(100)로 주입되어, 연마액 탱크(100)에 저장되어 있는 연마액의 온도를 낮출 수 있게 한 것이다.
도 2에는 본 발명인 슬러리 공급 장치가 구비되는 케비넷(700)이 도시되어 있고, 도 3에는 상기 케비넷(800)의 A-A 단면도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면 본 발명인 슬러리 공급 장치는 케비넷(700)상에 슬러리 공급 장치를 구성하는 각 구성요소들이 수납되는 수납공간이 형성되며, 수납공간 상에 슬러리 공급 장치를 구성하는 각 구성요소들이 구비되어 하나의 슬러리 공급 모듈을 형성할 수 있다. 상세히 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이 수납공간이 제1 수납공간(S1)과, 제2 수납공간(S2)과, 제3 수납공간(S3) 과, 제4 수납공간(S)으로 구분되고, 각각의 수납공간 상에 슬러리 공급 장치를 구성하는 연마액 탱크(100), 공급부(200), 순환펌프(300), 제1 순환부(500), 제2 순화부(500), 제1 밀도 측정부(600)가 구비되어 슬러리 공급 장치(1000)가 외부와 격리된 형태를 가질 수 있게 한 것이다.
따라서, 장치를 순환하는 과정에서 장치 또는 각각의 장치를 연결하는 배관이 파손된 경우 연마액 또는 연마액 제조에 사용되는 용액이 누출되는 것을 방지 가능할 뿐만 아니라, 각 구성요소들에 외부 충격이 전달되는 것을 방지 가능하므로 장치의 안전성을 극대화 가능하다.
도 4 내지 도 7에는 상기 슬러리 공급 모듈의 제1 수납공간(S1), 제2 수납공간(S2), 제3 수납공간(S3), 제4 수납공간(S4) 상에 슬러리 공급 장치의 각 구성요소가 비치된 도면을 도시하고 있다.
도 4 및 도 7을 참조하면, 상기 연마액 탱크(100)는 도 상기 제1 수납공간(S1)상에 복수개 구비될 수 있고, 상기 제2 수납공간(S2)에 상기 열교환부(560)와, 상기 제1 유량계(535)와, 가습기 역할을 하는 Wet N2를 연마액 탱크(100)로 공급하는 가습부(800)가 구비될 수 있으며, 상기 제3 수납공간(S3)에 상기 필터부(520)와, 상기 제1 이온 농도 측정부(531)가 구비될 수 있으며, 각각의 구성요소는 도 1에서 설명한 바와 같이 다른 구성요소를 통해 서로 연결될 수 있으며, 이러한 장치의 각 구성요소들과 밸브를 제어하는 제어부(C)는 상기 제4 수납공간(S4) 상에 구비되어질 수 있다.
도 8에는 본 발명인 슬러리 공급장치의 연마액 탱크(100)의 내부 구조도를 나타내기 위한 단면도가 도시되어 있고, 도 9에는 연마액 탱크(100)의 B-B 단면도가 도시되어 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면 상기 연마액 탱크(100)는 상기 제1 순환부(400)와 상기 제2 순환부(500)를 통해 연마액 탱크(100)로 재주입되는 연마액을 이용하여 연마액 탱크(100) 내부에 위치된 연마액을 순환시키는 블랜딩 튜브(110)를 포함하고, 상기 블랜딩 튜브(110)는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 연마액 탱크(110)의 내측 가장자리면을 따라 원주 방향으로 배치될 수 있으며, 상기 블랜딩 튜브(110)는 연마액이 배출되는 단부가 도 9에 도시된 바와 같이 일정 각도로 밴딩되어, 배출되는 연마액이 연마액 탱크(100) 내부에 위치된 연마액의 회전 유동과 상하방향 순환 유동을 야기할 수 있다.
상세히 설명하면, 연마액 탱크(100) 내에서는 슬러지와, 초순수와, 첨가제가 혼합되며, 이러한 용액들이 혼합되어 만들어진 연마액은 제1 순환부(400)와 제2 순환부(500)를 통해 용액을 지속적으로 순환시키게 되므로, 이러한 제1 순환부(400)와 제2 순환부(500) 중 어느 하나 이상을 상기 블랜딩 튜브(110)에 연결하여, 상기 순환펌프(300)와 상기 이송펌프(510)에 의해 이송된 연마액이 연마액 탱크(100)로 재주입되는 과정에서 연마액 탱크(100) 내부에 위치된 용액 또는 용액이 혼합되어 만들어진 연마액이 지속적으로 일정한 유동을 가지며 혼합될 수 있게 한 것이다.
이때, 상기 블랜딩 튜브(110)는 배출하는 용액이 연마액 탱크(100) 내부에 위치된 용액 또는 연마액의 상하방향 유동을 만들어 주기 위하여, 도 5에 도시된 바와 같이 블랜딩 튜브(110)가 연마액 탱크(100)의 하면까지 연장된 상태에서 블랜딩 튜브의 단부가 중앙이 위치되는 내측으로 벤딩된 형태를 가지는 것을 권장하며, 블랭딩 튜브에서 방출되는 용액 또는 연마액이 연마액 탱크(100) 내부에 위치된 용액 또는 연마액의 원주방향 유동을 만들어 주기 위하여, 블랜딩 튜브(110)는 도 9에 도시된 바와 같이 굴곡부(111)가 상하 방향으로 연장 형성된 몸체부(112)와 연마액 탱크(100) 중심을 연결함 임의의 선(L)을 기준으로 시계방향 또는 반시계 방향으로 일정각도 벤딩된 형태를 가지는 것을 권장하며, 이러한 블랜딩 튜브(110)는 유체의 유동을 만들어 주는 능력 향상을 위하여 연마액 탱크(100)의 가장자리면을 따라 배치될 수 있으며, 각각의 블랜딩 튜브(110)가 서로 다른 유로 단면적을 가지게 하여, 블랜딩 튜브(110)를 통해 배출되는 용액 또는 연마액의 혼합 능력을 보다 향상 시킬 수 있음은 물론이다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
M : 피 공급장치
100 : 연마액 탱크 110 : 블랜딩 튜브
200 : 공급부 210 : 슬러리 공급부
220 : 첨가제 공급부 230 : 초순수 공급부
240 : 세정수 공급부 250 : 세정제 공급부
300 : 순환펌프
400 : 제1 순환부
500 : 제2 순환부 510 : 이송펌프
510A : 제1 이송펌프 510A-1 : 제1 바이패스 유로
510B : 제2 이송펌프 510B-1 : 제2 바이패스 유로
520 : 필터부
530 : 제1 센싱부 531 : 이온 농도 측정부
532 : 제1 압력 측정부 533 : 제2 밀도 측정부
534 : 농도 측정부
540 : 제2 센싱부 541 : 유량계
542 : 제2 압력 측정부 550 : 압력 조절부
560 : 열교환부
600 : 제1 밀도 측정부 700 : 케비넷

Claims (20)

  1. 연마액이 제조 및 보관되는 연마액 탱크(100);
    상기 연마액 탱크(100)로 연마액 제조에 사용되는 원료와, 세정에 사용되는 세정물질을 공급하는 공급부(200);
    상기 연마액 탱크(100)에서 제조된 연마액을 이송하는 순환펌프(300);
    상기 순환펌프(300)를 통해 이송되는 연마액을 상기 연마액 탱크(100)로 재주입하는 제1 순환부(400);
    상기 순환펌프(300)를 통해 이송되는 연마액을 피 공급장치(M)를 거쳐 상기 연마액 탱크(100)로 재주입 시키는 제2 순환부(500);를 포함하고,
    상기 제2 순환부(500)에는 상기 순환펌프(300)를 통해 이송되는 연마액을 상기 피 공급장치(M)로 이송하는 복수의 이송펌프(510)가 배치되되,
    상기 이송펌프(510)는 서로 직렬 연결되는 제1 이송펌프(510A)와 제2 이송펌프(510B)를 포함하고,
    상기 제2 순환부(500)에는 상기 제1 이송펌프(510A)를 우회하는 제1 바이패스 유로(510A-1)와 상기 제2 이송펌프(510B)를 우회하는 제2 바이패스 유로(510B-1)가 형성되어, 이송펌프의 고장시 연마액 정체로 인한 연마 입자 응집을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 공급부(200)는 상기 연마액 탱크(100)로 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부(210)와, 연마액 제조에 사용되는 첨가제를 공급하는 첨가제 공급부(220)와, 슬러리 희석에 사용되는 초순수를 공급하는 초순수 공급부(230)와, 연마액 탱크(100) 세정에 사용되는 물을 공급하는 세정수 공급부(240)와, 세정제를 공급하는 세정제 공급부(250) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 슬러리 공급부(210)와, 상기 첨가제 공급부(220)와, 상기 세정제 공급부(250)는 상기 연마액 탱크(100)로 공급되는 유량을 조절하기 위하여 서로 다른 유로 단면적을 가지는 복수개의 경로를 통해 상기 연마액 탱크(100)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 초순수 공급부(230)는 상기 연마액 탱크(100)로 공급되는 유량을 조절하기 위하여 서로 다른 유로 단면적을 가지는 복수개의 경로를 통해 상기 연마액 탱크(100)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 첨가제 공급부(220)는 상기 연마액 탱크(100)로 공급되는 첨가제의 양을 조절하기 위한 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 순환부(400)를 통해 순환되는 연마액에 혼합된 슬러리 밀도를 측정하는 제1 밀도 측정부(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제1 밀도 측정부(600)는 코리올리 방식으로 연마액에 혼합된 슬러리 밀도를 측정하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 순환부(500)는 상기 이송펌프(510)를 통해 상기 연마액 탱크(100)로 이송되는 연마액에 혼합되어 있는 지정된 크기 이상의 연마 입자를 제거하는 필터부(520)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제2 순환부(500)는 상기 피 공급장치(M)와 상기 필터부(520) 사이에 위치되어 상기 피 공급장치(M)로 공급되는 연마액의 이온 농도를 측정하는 이온 농도 측정부(531)와, 연마액의 압력을 측정하는 제1 압력 측정부(532)와, 연마액에 혼합되어 있는 슬러리 밀도를 측정하는 제2 밀도 측정부(533)와, 연마액의 첨가제 농도를 측정하는 농도 측정부(534) 중 어느 하나 이상을 포함하는 제1 센싱부(530)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 순환부(500)는 상기 피 공급장치(M)를 통과한 연마액의 유량을 측정하는 유량계(541)와, 압력을 측정하는 제2 압력 측정부(542)를 포함하는 제2 센싱부(540)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제2 순환부(500)는 상기 제2 압력 측정부(542)에서 측정되는 압력을 기반으로 상기 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력을 조절하여 주는 압력 조절부(550)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 압력 조절부(550)는 통과하는 연마액의 양을 조절하여 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력을 높여주는 비례제어밸브인 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제2 압력 측정부(542)에서 측정되는 압력이 상기 압력 조절부(550)를 통해 조절 가능한 수치 이하일 경우, 상기 이송펌프(510)의 펌핑 유량을 높여 피 공급장치(M)를 통과하는 연마액의 압력을 높여주는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 제2 순환부(500)는 상기 피 공급장치(M)를 통과하여 상기 연마액 탱크(100)로 이송되는 연마액을 냉각시키는 열교환부(560)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 연마액 탱크(100)는 상기 제1 순환부(400)와 상기 제2 순환부(500)를 통해 연마액 탱크(100)로 재주입되는 연마액을 이용하여 연마액 탱크(100) 내부에 위치된 연마액을 순환시키는 블랜딩 튜브(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 블랜딩 튜브(110)는 상기 연마액 탱크(100)의 내측 가장자리면을 따라 원주 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 블랜딩 튜브(110)는 연마액이 배출되는 단부가 일정 각도로 밴딩되어, 배출되는 연마액이 연마액 탱크(100) 내부에 위치된 연마액의 회전 유동과 상하방향 순환 유동을 야기하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 장치.
  20. 제 1항 내지 제 7항, 제10항 내지 제19항 중 어느 한 항의 슬러리 공급 장치가 구비되는 수납공간이 형성되며, 내부와 외부를 격리하는 케비넷(700)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 슬러리 공급 모듈.
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