KR19990024817A

KR19990024817A - 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치

Info

Publication number: KR19990024817A
Application number: KR1019970046183A
Authority: KR
Inventors: 김제덕; 김현수; 박계선
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1997-09-08
Filing date: 1997-09-08
Publication date: 1999-04-06

Abstract

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 화학 물리적 폴리슁 중 마이크로 스크래치 등의 웨이퍼 손상을 감소시키기 위한 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치에 관한 것이다. 슬러리 혼합장치는 슬러리 원액과 탈이온수를 혼합한다. 슬러리 침전장치는 슬러리 혼합장치에서 공급받은 희석된 슬러리를 침전시킨다. 슬러리 공급장치는 슬러리 침전장치에 침전되어 있는 희석된 슬러리를 공급받아 화학 물리적 폴리슁 장치로 공급한다. 화학 물리적 폴리슁 장치는 웨이퍼를 화학 물리적으로 폴리슁한다.

Description

화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치

본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 화학 물리적 폴리슁 중 마이크로 스크래치 등의 웨이퍼 손상을 감소시키기 위한 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치에 관한 것이다.

집적회로의 집적도가 증가함과 더불어 다층배선 공정이 실용화됨에 따라, 층간절연막의 글로벌(global) 평탄화의 중요성은 더해 가고 있으며, 이런 가운데 새로운 평탄화 기술로서 주목받기 시작한 것이 화학 물리적 폴리슁 (Chemical Mechanical Polishing; CMP) 기술이다.

화학 물리적 폴리슁 기술은 연마제로 사용되는 슬러리(slurry)와 연마포로 사용되는 폴리슁 패드(polishing pad)와 웨이퍼를 가공하기 위해 압력 및 회전을 가할 수 있는 기계적인 장치로 이루어 졌다. 이중 슬러리는 pH를 조절하기 위해 첨가한 화학용액과 이산화 실리콘(SiO₂)으로 된 실리카(Silica) 등의 성분으로 이루어 졌다.

화학 물리적 폴리슁 기술을 적용함에 있어서 가장 큰 장애중의 하나는 폴리슁 중 발생하는 마이크로 스크래치 (micro scratch)와 같은 웨이퍼 손상이다. 마이크로 스크래치는 후속으로 진행되는 포토공정 시 패턴이상을 야기시킬 수 있어, 예컨대 브릿지(bridge) 등과 같은 불필요한 요소를 웨이퍼 상에 만들어 소자의 신뢰성을 저하시킨다.

이러한 마이크로 스크래치의 주원인은 슬러리(slurry) 내에 존재하는 큰 사이즈(size)의 실리카 입자에 의한 것으로 알려져다. 이러한 큰 입자들은 슬러리 제조 과정 또는 슬러리 운반 과정이나 슬러리 원액을 탈이온수로 희석시킬 때 슬러리 입자의 불안정에 의한 슬러리 어그리게이션(aggregation) 등에 의해 형성되는 것으로 알려졌다.

도 1은 슬러리 혼합장치 및 슬러리 공급장치로 구성된 종래의 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치를 도시한 개략도로서, 도면부호 10은 슬러리 원액 용기를, 20은 슬러리 혼합장치를, 30은 슬러리 공급장치를, 그리고 40은 화학 물리적 폴리슁 장치를 나타낸다.

슬러리 원액 용기(10)에 담긴 슬러리 원액과 탈이온수 용기(도시되지 않음)에 담긴 탈이온수는 각각 슬러리 원액 공급관(12)과 탈이온수 공급관(16)을 통해 상기 슬러리 혼합장치(20)로 유입된 후 혼합된다. 이때, 상기 슬러리 원액 및 탈이온수의 유입량 조절은 각각의 유입관에 장착된 제1 및 제2 밸브(14 및 18)에 의한다.

상기 슬러리 혼합장치(20)에서 희석된 슬러리는 슬러리 공급관(22)를 통해 슬러리 공급장치(30)으로 공급된다. 이때, 슬러리 공급관(22)을 통과하는 희석된 슬러리의 양은 제3 밸브(24)로 조절한다.

이후, 슬러리 공급관(22)으로 공급된 희석된 슬러리는 슬러리 순환관(32)을 통해 화학 물리적 폴리슁 장치(40)로 공급되어 폴리슁에 사용된 후, 순환되어 다시 슬러리 공급장치(30)으로 유입된다.

종래의 슬러리 제조 장치의 경우, 슬러리 혼합장치에서 슬러리 원액을 희석하는 과정 또는 운반 과정에서 발생한 큰 입자를 제거하기 위한 별도의 장치가 없으므로, 화학 물리적 폴리슁 장치로 운반된 큰 입자에 의해 폴리슁 중 웨이퍼 표면에 마이크로 스크래지와 같은 손상이 발생하였다.

본 발명의 목적은 화학 물리적 폴리슁 중 마이크로 스트래치 등의 웨이퍼 손상을 감소시키기 위한 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 슬러리 혼합장치 및 슬러리 공급장치로 구성된 종래의 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 슬러리 혼합장치, 슬러리 침전장치 및 슬러리 공급장치로 구성된 본 발명에 의한 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치를 도시한 개략도이다.

상기 목적을 달성하기 위한, 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치는, 슬러리 원액과 탈이온수를 혼합하는 슬러리 혼합장치와 상기 슬러리 혼합장치에서 공급받은 희석된 슬러리를 침전시키는 슬러리 침전장치와 상기 슬러리 침전장치에 침전되어 있는 희석된 슬러리를 공급받아 화학 물리적 폴리슁 장치로 공급하는 슬러리 공급장치를 구비한다.

상기 슬러리 혼합장치는 슬러리 원액을 담은 용기로부터 슬러리 원액을 공급받기 위한 슬러리 원액관과 탈이온수를 공급받기 위한 탈이온수관 및 희석된 슬러리에 특정 화학용액을 첨가할 수 있는 화학용액 공급관을 구비한다.

상기 슬러리 침전장치는 각각이 상기 슬러리 혼합장치로부터 희석된 슬러리를 공급받을 수 있고, 상기 슬러리 혼합장치로 희석된 슬러리를 공급할 수 있는 적어도 두 개이상의 슬러리 침전조들로 구성되고, 이들 슬러리 침전조들에는 조절용 밸브가 장착되어 있다. 또한, 상기 슬러리 침전조는 일정 수위 이상의 희석된 슬러리만을 상기 슬러리 공급장치로 공급할 수 있도록 되어 있다.

상기 슬러리 공급장치에는 슬러리 공급장치로부터 화학 물리적 폴리슁 장치로 공급된 희석된 슬러리가 다시 상기 슬러리 공급장치로 유입될 수 있도록 하는 순환장치가 장착되어 있고, 희석된 슬러리가 어느 일정 수준 이하로 떨어지면 상기 슬러리 침전장치로부터 희석된 슬러리를 공급받도록 되어 있다.

슬러리 침전장치에서 희석된 슬러리를 침전시켜 큰 사이즈의 실리카 입자 (슬러리 입자)를 침전조 밑으로 충분히 가라앉힘으로써 상기 큰 사이즈의 실리카 입자에 의해 발생하던 마이크로 스크래치 등의 웨이퍼 손상을 줄일 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치를 더욱 상세하게 설명하고자 한다.

도 2는 슬러리 혼합장치, 슬러리 침전장치 및 슬러리 공급장치로 구성된 본 발명에 의한 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치를 도시한 개략도로서, 도면부호 100은 슬러리 원액 용기를, 110은 슬러리 혼합장치를, 120은 제1 슬러리 침전조를, 130은 제2 슬러리 침전조를, 140은 슬러리 공급장치를, 그리고 150은 화학 물리적 폴리슁 장치를 나타낸다.

본 발명에 의한 화학 물리적 폴리슬러리 제조 장치는, 크게, 슬러리 혼합장치(110), 슬러리 침전장치(제1 및 제2 슬러리 침전조(120 및 130)) 및 슬러리 공급장치(140)으로 구성되어 있다.

슬러리 혼합장치(110)는 슬러리 원액 용기(100)로부터 공급받은 슬러리 원액과 탈이온수 용기(도시되지 않음)로부터 공급받은 탈이온수를 혼합하여 상기 슬러리를 희석한 후, 상기 슬러리 침전장치로 희석된 슬러리를 공급하는 장치이다.

이때, 슬러리 원액은 상기 슬러리 원액 용기(100)와 슬러리 혼합장치(110) 사이에 설치된 슬러리 원액 공급관(102)을 통해 상기 슬러리 혼합장치(110)로 공급되는데, 슬러리 혼합장치(110)로 공급되는 슬러리 원액의 양은 상기 슬러리 원액 공급관(102)에 설치된 제1 밸브(104)를 조정하여 조절할 수 있으며, 탈이온수는 상기 탈이온수 용기와 슬러리 혼합장치(110) 사이에 설치된 탈이온수 공급관(106)을 통해 상기 슬러리 혼합장치(110)로 공급되는데, 제2 밸브(108)를 조정하여 그 공급양을 조절한다.

또한, 상기 슬러리 혼합장치(110)에 별도의 화학용액 공급관(도시되지 않음)을 설치하여 특정한 목적으로 사용되는 화학용액을 슬러리 희석 시 첨가할 수 있도록 한다.

슬러리 침전장치는 희석된 슬러리를 장시간 보존한 후 슬러리 공급장치(140)로 희석된 슬러리를 공급하는 장치로서, 적어도 두 개이상의 슬러리 침전조들로 구성한다.

이때, 복수의 침전조들 중 하나의 침전조에 담긴 희석된 슬러리를 상기 슬러리 공급장치(140)로 공급할 때, 다른 침전조들에 담긴 희석된 슬러리는 상기 슬러리 공급장치(140)로 공급되지 않고 침전 작용을 할 수 있도록 조절용 밸브를 각각의 침전조에 장착한다.

또한, 상기 침전조는 그 내부에 담겨져 있는 희석된 슬러리가 서로 섞이지 않도록 교반이나 순환같은 것이 이뤄지지 않도록 되어 있고, 상기 슬러리 공급장치(140)로 희석된 슬러리를 공급할 때 어느 수위 이상의 슬러리만 공급되도록 되어 있다.

본 발명에서는 제1 및 제2 슬러리 침전조(120 및 130)들로 상기 슬러리 침전장치를 구성한다. 상기 슬러리 침전조들은 상기 슬러리 혼합장치(110)로부터 희석된 슬러리를 공급받기 위해 희석된 슬러리 유입관(112)과 각각 연결되어 있고, 그 각각의 입구에는 유이보디는 슬러리 양을 조절하기 위한 밸브들(116 및 118)이 설치되어 있다. 또한, 상기 슬러리 침전조들은 상기 슬러리 공급장치(140)로 희석된 슬러리를 공급하기 위한 제1 및 제2 슬러리 유출관(122 및 132)과 각각 연결되어 있고, 상기 제1 및 제2 슬러리 유출관(122 및 132) 각각에는 유출되는 슬러리 양을 조절하기 위한 밸브들(124 및 134)이 설치되어 있다.

슬러리 공급장치(140)는 상기 침전조로 부터 공급된 희석된 슬러리를 화학 물리적 폴리슁 장치(150)로 공급하는 장치이다. 상기 화학 물리적 폴리슁 장치(150)로 공급되어 폴리슁에 사용되어진 슬러리는 상기 슬러리 공급장치(140)로 순환되어 다시 사용되어 진다. 이때, 상기 슬러리 공급장치(140)는 그 내부에 담긴 슬러리가 어느 일정 수위 이하가 되면 상기 침전조로부터 희석된 슬러리를 공급받도록 되어 있다.

상기 슬러리 공급장치(140)에서 화학 물리적 폴리슁 장치(150)로 슬러리를 공급하기 위한 순화관(142)에는 슬러리를 순환시키기 위한 순환장치 (도시되지 않음)가 설치되어 있다.

본 발명은 큰 입자의 슬러리들은 용액내에서 밑으로 침전된다는 원리를 이용한 것이다. 즉, 탈이온수로 희석된 슬러리를 폴리슁에 사용하기 전에 장시간 방치함으로써 큰 입자의 슬러리들은 밑으로 가라앉게 하고 미세 입자만을 화학 물리적 폴리슁 장치로 공급되도록 한 것이다.

슬러리 원액과 탈이온수를 혼합하여 슬러리를 희석시킨 후, 큰 크기의 실리카 입자가 충분히 밑으로 가라앉도록 이를 침전조에서 장시간 보존시킨다. 이때, 하나의 슬러리 제조 장치에는 적어도 두 개이상의 침전조가 필요한데, 이는, 제1의 침전조에서 큰 입자를 가라앉히고 있는 동안 제2의 침전조에서는 미세 슬러리 (밑으로 가라앉은 큰 입자외의 입자)를 슬러리 공급장치로 공급하고, 제2의 침전조의 미세 슬러리를 모두 소모한 후 침전 과정을 거치지 않은 새로운 희석된 슬러리를 상기 제2의 침전조에서 침전시키는 동안, 침전 과정이 끝난 제1의 침전조의 미세 슬러리를 슬러리 공급장치로 공급하기 위해서이다. 즉, 침전을 위해 소모되는 시간을 최소한으로 줄이기 위해서이다. 이후, 침전조에서 준비된 슬러리 (미세 슬러리)를 슬러리 공급장치를 거쳐 화학 물리적 폴리슁 장치로 공급하여 폴리슁에 사용한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.

본 발명에 의한 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치에 의하면, 슬러리 혼합장치와 슬러리 공급장치 사이에 슬러리 침전장치를 설치하여 큰 크기의 실리카 입자를 침전시킴으로써 큰 크기의 실리카 입자가 화학 물리적 폴리슁 장치로 공급되는 것을 방지할 수 있으므로 마이크로 스크래치 등의 웨이퍼 손상을 줄일 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 신뢰도를 높일 수 있다.

Claims

슬러리 원액과 탈이온수를 혼합하는 슬러리 혼합장치;

상기 슬러리 혼합장치에서 공급받은 희석된 슬러리를 침전시키는 슬러리 침전장치; 및

상기 슬러리 침전장치에 침전되어 있는 희석된 슬러리를 공급받아 화학 물리적 폴리슁 장치로 공급하는 슬러리 공급장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
제1항에 있어서,

상기 슬러리 혼합장치는 슬러리 원액을 담은 용기로부터 슬러리 원액을 공급받기 위한 슬러리 원액 공급관과 탈이온수를 공급받기 위한 탈이온수 공급관을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
제2항에 있어서,

상기 슬러리 혼합장치는 희석된 슬러리에 특정 화학용액을 첨가할 수 있는 화학용액 공급관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
제1항에 있어서,

상기 슬러리 침전장치는 각각이 상기 슬러리 혼합장치로부터 희석된 슬러리를 공급받을 수 있고, 상기 슬러리 혼합장치로 희석된 슬러리를 공급할 수 있는 적어도 두 개이상의 슬러리 침전조들로 구성되어 있은 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
제4항에 있어서,

상기 슬러리 침전조들에는, 상기 슬러리 침전조들 중 하나의 침전조에 담긴 희석된 슬러리를 상기 슬러리 공급장치로 공급할 때, 다른 침전조들에 담긴 희석된 슬러리는 상기 슬러리 공급장치로 공급되지 않고 침전 작용을 할 수 있도록 조절용 밸브가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
제1항에 있어서,

상기 슬러리 침전조는 일정 수위 이상의 희석된 슬러리만을 상기 슬러리 공급장치로 공급할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
제1항에 있어서,

상기 슬러리 공급장치에는 슬러리 공급장치로부터 화학 물리적 폴리슁 장치로 공급된 희석된 슬러리가 다시 상기 슬러리 공급장치로 유입될 수 있도록 하는 순환장치가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
제1항에 있어서,

상기 슬러리 공급장치는 희석된 슬러리가 어느 일정 수준 이하로 떨어지면 상기 슬러리 침전장치로부터 희석된 슬러리를 공급받도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
슬러리 원액을 담은 슬러리 원액 용기;

상기 슬러리 원액 용기로부터 공급받은 슬러리 원액과 탈이온수를 혼합하는 슬러리 혼합장치;

상기 슬러리 혼합장치로부터 공급받은 희석된 슬러리를 담아 이를 침전시키는 제1 및 제2 슬러리 침전조;

상기 제1 및 제2 슬러리 침전조로부터 각각 희석된 슬러리를 공급받은 후, 화학 물리적 폴리슁 장치로 이를 공급하는 슬러리 공급장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
제9항에 있어서,

상기 제1 및 제2 슬러리 침전조들에는, 상기 슬러리 침전조들 중 하나의 침전조에 담긴 희석된 슬러리를 상기 슬러리 공급장치로 공급할 때, 다른 침전조들에 담긴 희석된 슬러리는 상기 슬러리 공급장치로 공급되지 않고 침전 작용을 할 수 있도록 조절용 밸브가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.
제9항에 있어서,

상기 슬러리 침전조는 일정 수위 이상의 희석된 슬러리만을 상기 슬러리 공급장치로 공급할 수 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 화학 물리적 폴리슁용 슬러리 제조 장치.