KR19990077610A - 슬러리순환공급식평면연마장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬러리 순환공급식 평면 연마장치에 있어서, 전공정에서 사용한 린스액이 회수홈 내에 잔류하여 다음 공정에서 린스액 중에 혼입되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다.

사용한 연마재 슬러리 및 린스액을 회수하는 회수홈(8)의 홈 바닥(8a)을 V자형으로 형성하고, 그 홈바닥(8a)의 최저위치에 배출구(10)를 설치하고, 그 배출구 (10)에 슬러리 공급기구(5)의 회수관(16) 및 린스액 배출기구(7)의 회수관(31)을 접속하고, 린스액 배출기구(7)의 회수관(31)을, 린스액을 흡인하도록 강제배출하기 위한 흡인펌프(30)에 접속한다.

Description

슬러리 순환공급식 평면 연마장치{SLURRY CIRCULATION TYPE SURFACE POLISHING MACHINE}

본 발명은, 연마재 슬러리를 순환하여 공급하면서 공작물을 연마가공하는 슬러리 순환공급식 평면 연마장치에 관한 것이다.

예를 들면, 폴리싱 머신(polishing machine) 등의 평면 연마장치에서 반도체 웨이퍼를 화학적 기계연마(CMP연마)하는 경우, 산성 또는 알칼리성 용액 중에 유리 (遊離)연마가루를 분산시킨 연마재 슬러리를 사용하고, 그 슬러리를 정반에 공급하면서 웨이퍼를 연마한 후, 순수한 물 등의 슬러리 액을 공급하여 상기 웨이퍼를 세정하고, 다음에 상기 웨이퍼를 꺼내도록 되어 있다. 또한, 사용한 슬러리 및 린스액은 정반으로부터 회수홈으로 유입되고, 슬러리는 회수하여 순환하여 재사용하고, 린스액은 별도의 배수처리장치로 회수하도록 되어 있다.

그러나, 종래의 연마장치에서는, 하나의 연마공정이 종료하고, 다음의 연마공정에 가서 슬러리의 순환이 시작되는 초기의 단계에서, 전(前) 린스공정에서 완전히 배출되지 않아서 회수홈 내에 남아있는 린스액이 슬러리와 함께 회수되고, 이 린스액에 슬러리가 희석되어 PH가 변화하여, 연마율이 저하한다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점은, 종래의 회수홈이 평탄한 바닥을 보유하고 있어, 린스액을 자동으로 자연유출하도록 배출하는 구성으로 되어 있기 때문이며, 상기 린스액이 신속하고 완전하게 배출되기 어렵고, 회수홈의 평평한 바닥상에 쉽게 고이기 때문이다.

본 발명자의 실험에 의하면, 약 5리터 용량의 슬러리 급액탱크를 사용하여 슬러리를 순환시키는 경우, 각 공정마다 약 20%정도 린스액이 혼입되고, 이로 인해 연마율도 약 20% 정도 저하한다는 것이 밝혀졌다.

이 때문에 종래에는, 회수된 슬러리의 성분분석이나, 약제의 첨가에 의한 PH조정 등 매우 번거로운 수고가 드는 작업을 빈번히 행하여만 하고, 이로 인해 잔손실이 많게 되어 고가인 성분조정장치가 필요하게 되었다.

본 발명의 기술적 과제는, 슬러리 순환공급식 평면 연마장치에 있어서, 전공정에서 사용한 린스액이 회수홈 내에 잔류하는 것을 방지하고, 잔유 린스액이 다음공정에서 슬러리와 함께 회수되어 상기 슬러리 중에 혼입하지 않도록 하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, 공작물을 연마하기 위한 정반(定盤)과, 그 정반에 연마재 슬러리를 순환하여 공급하기 위한 슬러리 공급기구와, 세정용 린스액을 공급하기 위한 린스액 공급기구와, 정반으로부터 유출하는 사용한 슬러리 및 린스액을 모으기 위한 회수홈과, 그 회수홈 내의 린스액을 배출하기 위한 린스액 배출기구를 보유하는 평면 연마장치에 있어서, 상기 회수홈의 바닥이, 수평한 평탄부를 보유하지 않는 경사면으로 되어 있어서, 상기 바닥의 최저위치에 배출구가 설치되고, 그 배출구에 상기 슬러리 공급기구의 회수관 및 린스액 배출기구의 회수관이 유로변환용 밸브를 통하여 접속되고, 상기 린스액 배출기구의 회수관이, 회수홈 내의 린스액을 흡인에 의해 강제배출하기 위한 흡인수단에 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기의 구성을 갖는 본 발명의 평면 연마장치에서는, 정반상에 놓여진 공작물을, 슬러리 공급기구로부터 연마재 슬러리를 순환하여 공급하면서 연마한 후, 순수한 물 등의 린스액을 공급하여 세정하고, 다음에 정반으로부터 꺼낸다. 그리고, 새로운 공작물을 놓고 동일하게 연마를 반복하여 행한다.

상기 연마시에 정반상에 공급된 슬러리 및 린스액은 회수홈을 통해 회수 또는 배출되지만, 이 회수홈의 바닥이 경사져 있어서, 그 최저위치에 배출구가 형성되고, 린스액의 사용시에는 이 배출구로부터 사용한 린스액이 흡인에 의해 강제적으로 배출되도록 되어 있기 때문에, 상기 린스액이 신속하고 확실하게 배출되어 회수홈 내에 잔류하지 않게 된다. 이 때문에, 다음 연마공정으로 가서 슬러리 순환이 개시하여도 린스액이 슬러리 중에 혼입되지 않고, 린스액의 혼입에 의한 슬러리의 성상변화나, 성상변화에 의한 연마율의 저하가 없게 된다. 따라서, 슬러리의 성분을 분석하여 조정해야 한다는 번잡한 수고나, 복잡함이 많은 성분조정장치도 불필요하게 된다.

본 발명의 구체적인 구성예에 의한면, 상기 슬러리 공급기구가, 슬러리를 저장하기 위한 급액탱크와, 그 급액탱크 내의 슬러리를 노즐을 통해 정반으로 공급하는 공급펌프와, 회수홈 내로 유입된 슬러리를 급액탱크 내로 회수하는 회수펌프와, 회수된 슬러리를 정화하는 필터를 보유하고, 상기 급액탱크에 슬러리 원액을 보급하기 위한 원액탱크가 접속되어 있다.

도 1은, 본 발명에 관한 평면 연마장치의 일실시예를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 2는, 회수홈을 원주에 첨가하여 파단하여 나타내는 부분단면도이다.

도 3A, 도 3B, 도 3C는 회수홈의 다른 형상예를 나타내는 단면도이다.

도 4는, 회수홈의 또 다른 형상예를 나타내는 단면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 ‥‥ 정반 5 ‥‥ 슬러리 공급기구

6 ‥‥ 린스액 공급기구 7 ‥‥ 린스액 배출기구

8 ‥‥ 회수홈 8a ‥‥ 홈 바닥

9 ‥‥ 액저장홈 9a ‥‥ 홈 바닥

10 ‥‥ 배출구 11 ‥‥ 유출구

12 ‥‥ 급액탱크 13 ‥‥ 노즐

14 ‥‥ 공급펌프 15 ‥‥ 회수펌프

16, 32 ‥‥ 회수관 17 ‥‥ 필터

18, 32 ‥‥ 밸브 21 ‥‥ 원액탱크

30 ‥‥ 흡인펌프

도 1은 본 발명에 관한 평면 연마장치의 제1실시예를 개략적으로 도시한 것이다. 이 연마장치는, 기본적으로는 공지의 편면(片面) 연마장치와 동일한 구성을 갖는 것으로서, 연직(鉛直)한 중심축선의 둘레를 구동회전이 자유롭도록 설치한 연마용 정반(1)과, 도시하지 않은 공기실린더에 의해 승강이 자유로운 가압헤드(2)를 보유하고, 그 가압헤드(2)의 하면에, 반도체 웨이퍼 등의 평판형 공작물(W)을 보지 (保持)하는 보지블록(3)을 부착하고, 이 보지블록(3)에 보지된 공작물(W)을 상기 가압헤드(2)로 반(1) 표면의 연마패드(4)에 눌러 부착하여 연마하도록 구성되어 있다. 상기 가압헤드(2)는, 정반(1)의 중심축선의 둘레에 복수로 설치되어 있다.

상기 연마장치에는, 공작물(W)의 연마가공시에 정반(1)에 연마재 슬러리를 순환하여 공급하기 위한 슬러리 공급기구(5)와, 슬러리에 의한 연마가공 후 세정용 린스액을 공급하기 위한 린스액 공급기구(6)와, 사용한 상기 슬러리 및 린스액을 정반 외주의 액저장홈(9)을 통해 회수하기 위한 회수홈(8)과, 그 회수홈(8) 내로 유입된 린스액을 배출하기 위한 린스액 배출기구(7)가 설치되어 있다.

상기 슬러리 공급기구(5)는, 슬러리를 저장하기 위한 급액탱크(12)와, 그 급액탱크(12) 내의 슬러리를 정반(1)의 중앙 상부에 위치하는 노즐(13)을 통해 그 정반(1) 상에 공급하는 공급펌프(14)와, 정반 외주의 액저장홈(9)으로부터 유출구 (11)를 통해 상기 회수홈(8) 내로 유입된 사용한 슬러리를, 회수관(16)을 통해 급액탱크(12) 내로 강제적으로 회수하는 회수펌프(15)와, 회수된 슬러리를 정화하는 필터(17)를 보유하고, 상기 회수관(16)은, 회수홈(8)의 바닥부에 형성된 배출구 (10)에, 전자조작식 제1밸브(18)를 통해 접속되어 있다.

이와 같이, 슬러리를 회수하여 순환하여 재사용하는 경우, 회수되는 슬러리 중에는, 연마가공이나 드레싱 공정 등에 발생하는 동일한 입경의 이물질, 예컨대 미세한 먼지(입경이 0.2∼1㎛ 정도)나, 슬러리의 응집입자(입경이 수㎛∼10㎛ 정도), 드레서(dresser)로부터 탈락된 다이아몬드재 연마가루(입경이 150∼250㎛ 정도), 연마패드의 절삭가루(입경이 100∼1000㎛ 정도)로 된 것이 혼입된다. 이 때문에, 상기 필터(17)는 이러한 이물질을 모두 제거할 수 있는 것이 바람직하다.

이 경우, 틈이 촘촘한 한 개의 필터로 상술한 모든 사이즈의 이물질을 제거할 수 있도록 하는 것이 좋지만, 틈이 막힐 수 있다는 문제점이 있기 때문에, 여과사이즈가 다른 복수의 필터를 라인 중에 설치하여, 각 필터에서 입경이 다른 이물질을 제거할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 여과 사이즈가 100㎛ 이상인 제1필터와, 1∼100㎛인 제2필터와, 1㎛ 이하인 제3필터를 상류측으로부터 순차적으로 설치하고, 이들 필터에서 입경이 큰 이물질부터 순차적으로 제거하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 급액탱크(12)에는, 슬러리의 액위가 저하한 것을 검출하는 액면센서 (20)가 소요의 높이에 설치되는 것과 함께, 슬러리 원액을 보급하기 위한 원액탱크 (21)가 보급펌프(22)를 통해 접속되어 있어, 상기 액면센서(20)가 액위를 검출하면, 원액탱크(21)로부터 슬러리 원액이 일정량만큼 급액탱크(12)로 보급되도록 되어 있다.

한편, 상기 린스액 공급기구(6)는, 정반(1)의 중앙부 상측에 위치하는 노즐(25)과, 그 노즐(25)에 공급펌프(26)를 통해 접속된 린스액공급원(27)을 보유하고 있어, 상기 슬러리에 의한 공작물(W)의 연마가 종료한 후, 상기 노즐(25)을 통해 순수한 물 등의 린스액이 정반(1)으로 공급되도록 하고 있다. 상기 노즐(25)은 슬러리 공급용 노즐(13)과 공용으로 하여도 좋다.

또한, 상기 린스액 배출기구(7)는, 회수홈(8) 내의 린스액을 흡인펌프(30)로 흡인하는 것에 의해 강제적으로 배출하는 것으로서, 그 흡인펌프(30)로 통하는 회수관(31)은, 전자조작식 제2밸브(32)를 통해 상기 회수홈(8)의 배출구(10)에 접속되어 있다.

사용한 슬러리 및 린스액을 회수 또는 배출하기 위한 상기 회수홈(8)은, 정반(1)의 하부에 고정적으로 설치된 지지부재(34)의 둘레에 둥근 고리형으로 형성되어 있어, 그 홈 형상이 직선으로 경사진 두 개의 홈벽(8b),(8c)에 의해 전체가 V자형으로 형성되고, 그 홈 바닥(8a)의 최저위치에는 상기 배출구(10)가 설치되어 있다. 상기 배출구(10)를 설치한 경우, 도 2에 나타내는 바와 같이, 회수홈(8)의 바닥(8a)에 원주방향의 고저차이를 파도형상으로 형성하고, 그 최저 오목부분에 각각 배출구(10)를 형성하는 것이 바람직하다. 한 개의 배출구(10)를 설치하는 경우에도, 물론 이와 같은 고저차이를 형성하는 것이 바람직하다.

도 1에 나타내는 실시예에서는, 회수홈(8) 전체가 좌우 대칭의 V자형 단면을 갖지만, 회수관(8)의 단면형상이 이와 같은 것에 한정되지는 않는다. 예컨대, 도 3A에 나타내듯이, 내외의 홈벽(8b),(8c)은 연직하게 되어 있고, 홈 바닥(8a)만이 V자형으로 경사진 형상이나, 도 3B에 나타내듯이, 홈벽(8b),(8c)은 연직하게 되어 있고, 그 한쪽 홈벽(8b)으로부터 다른 쪽 홈벽(8c)을 향해 홈 바닥(8a)이 직선으로 경사진 상태로 연결된 형상이나, 도 3C에 나타내듯이, 한 쪽 홈벽(8c)은 연직하고, 다른 쪽 홈벽(8b)과 홈 바닥(8a)이 일직선상으로 연결되어 경사지는 형상으로 된 것으로 할 수 있다. 또는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 홈 바닥(8a)의 경사면을 약간 만곡시켜도 좋다. 결국 홈 바닥(8a)이 수평한 평탄부를 보유하지 않는 경사면으로 되어 있으면, 그 경사면은 직선으로 되어 있어도 만곡하게 되어 있어도 좋다.

또한, 정반(1)의 외주에 설치된 상기 액저장홈(9)도, 회수홈(8)과 마찬가지로, V자형으로 경사지는 홈 바닥(9a)을 보유하고, 그 홈 바닥(9a)의 최저위치에 상기 유출구(11)가 설치된다. 이 경우, 그 액저장홈(9)은 정반(1)과 함께 회전하기 때문에, 원심력으로 연마액이 유출되지 않도록 하기 위해, 도시한 바와 같이 외측 홈벽을 연직하게 세워두는 것이 바람직하다.

상기의 구성을 갖는 평면 연마장치에 있어서, 블록(3)에 보지된 공작물은, 가압헤드(2)로 회전하는 정반(1)의 패드면에 눌려 부착되고, 슬러리 공급기구(5)의 급액탱크(12)로부터 노즐(13)을 통해 그 패드면으로 공급되는 슬러리에 의해 연마가공된다. 이 때, 사용한 슬러리는, 정반(1)의 외주로부터 액저장홈(9) 내로 유입된 후, 유출구(11)로부터 회수홈(8) 내로 유입되고, 개방된 제1밸브(18) 및 필터 (17)를 통해 회수펌프(15)에 의해 급액탱크(12) 내로 회수되어 재사용된다.

상기 슬러리에 의한 연마가 종료하면, 공급펌프(14) 및 회수펌프(15)가 정지하는 것과 함께 제1밸브(18)가 폐쇄되어 슬러리의 공급이 정지되고, 그와 동시에, 린스액 공급기구(6) 및 린스액 배출기구(7)가 작동하는 것과 함께 제2밸브(32)가 개방되어, 패드면에 린스액이 공급되고, 그 린스액에 의한 가공이 행하여진다. 이 때, 회수 중의 슬러리에 린스액이 혼입되지 않도록 하기 위해서, 제1밸브(18)의 폐쇄와, 린스액의 공급 및 제2밸브(32)의 개방을, 거의 같은 타이밍에서 행하거나, 또는 제1밸브(18)의 폐쇄를 약간 빠르게 행하는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 타이밍에서 양 밸브(18),(32)를 개폐하는 것에 의해, 일부 슬러리가 회수되지 않아서 린스액과 함께 배출되지 않거나, 이로 인해서 급액탱크 (12) 내의 액위가 저하하면, 액면센서(20)가 작동하고, 원액탱크(21)로부터 슬러리 원액이 일정량만큼 급액탱크(12)로 자동적으로 보급된다.

또한, 노즐(25)로부터 정반(1) 상에 공급된 상기 린스액은, 정반(1) 외주의 액저장홈(9) 내로 유입된 후 유출구(11)로부터 회수홈(8) 내로 유입되고, 개방된 제2밸브(32)를 통해 흡인펌프(30)로 흡인되어 강제적으로 배출된다.

여기에서, 상기 회수홈(8)의 바닥부(8a)가 경사지게 되어 있어, 그 최저위치에 배출구(10)가 형성되기 때문에, 린스액이 그 배출구(10)로 유입되기가 쉽고, 게다가 이 배출구(10)로부터 린스액을 흡인펌프(30)로 강제적으로 흡인하도록 되어 있어, 이 상승효과에 의해서 상기 린스액이 신속하고 확실하게 배출되어 회수홈(8) 내에 잔류하지 않게 된다.

상기 린스액에 의한 가공이 종료하면, 가공을 마친 공작물은 꺼내어지고, 새로운 미가공의 공작물이 블록(3)에 부착되어 동일한 연마가공이 반복된다. 이 때, 상기 액저장홈(9) 내 및 회수홈(8) 내의 린스액이 거의 완전히 배출되기 때문에, 슬러리의 순환공급이 개시하여도, 잔유 린스액이 슬러리 중에 혼입되지 않는다.

따라서, 린스액의 혼입에 의한 슬러리의 성상변화나, 성상변화에 의한 연마율이 저하되는 문제가 발생하지 않고, 이 때문에 슬러리의 성분을 분석하여 조정해야 한다는 번잡한 수고나, 복잡함이 많은 성분조정장치도 불필요하게 된다.

이와 같이 본 발명에 의하면, 회수홈의 홈바닥을 린스액이 유출되기 쉽도록 경사지게 하는 것과 함께, 배출구를 흡인수단에 접속하여 린스액을 강제적으로 흡인하도록 함으로서, 린스액을 신속하게 배출하여 회수홈 내에 잔류하는 것을 확실하게 방지할 수 있으며, 이 결과, 다음 연마공정에서 슬러리의 순환이 개시되어도, 잔류하는 린스액이 슬러리 중으로 혼입되지 않기 때문에, 슬러리의 성상변화나 연마율이 저하되는 문제점이 발생하지 않고, 슬러리의 성분을 분석하여 조정해야 한다는 번잡한 수고나, 복잡함이 많은 성분조정장치도 불필요하게 된다.

Claims (5)

1. 공작물을 연마하기 위한 정반(定盤)과, 그 정반에 연마재 슬러리를 순환하여 공급하기 위한 슬러리 공급기구와, 세정용 린스액을 공급하기 위한 린스액 공급기구와, 정반으로부터 유출하는 사용된 슬러리 및 린스액을 모으기 위한 회수홈과, 그 회수홈 내의 린스액을 배출하기 위한 린스액 배출기구를 보유하고,

   상기 회수홈의 바닥이 수평한 평탄부를 보유하지 않는 경사면으로 되어 있어, 그 바닥의 최저위치에, 유로변환용 밸브를 통하여 상기 슬러리 공급기구의 회수관 및 린스액 배출기구의 회수관이 접속되는 배출구가 설치되며,

   상기 린스액 배출기구의 회수관은, 회수홈 내의 린스액을 흡인에 의해 강제배출하기 위한 흡인수단에 접속되는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환공급식 평면 연마장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 정반의 외주에, 그 정반으로부터 유출되는 슬러리 또는 린스액을 모아서 회수홈에 유입시키기 위한 액저장홈을 보유하고, 그 액저장홈의 바닥이 수평한 평탄부를 보유하지 않는 경사면으로 되어 있어서, 그 최저위치에 상기 회수홈으로 통하는 유출구를 보유하는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환공급식 평면 연마장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 회수홈의 바닥이 V자형의 단면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환공급식 평면 연마장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 회수홈 및 액저장홈의 바닥이 V자형의 단면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환공급식 평면 연마장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 슬러리 공급기구가, 슬러리를 저장하기 위한 급액탱크와, 그 급액탱크 내의 슬러리를 노즐을 통해 정반에 공급하는 공급펌프와, 회수홈 내로 유입된 슬러리를 급액탱크 내로 회수하는 회수펌프와, 회수된 슬러리를 정화하는 필터를 포함하고, 상기 급액탱크에는 슬러리 원액을 보급하기 위한 원액탱크가 접속되는 것을 특징으로 하는 슬러리 순환공급식 평면 연마장치.