KR20030056451A - 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치 - Google Patents

화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치 Download PDF

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Abstract

화학기계적 연마(CMP) 공정에서 사용하는 슬러리 공급장치내의 필터를 재활용하기 위하여,
재활용할 필터를 격납하며, 유입구와 배출구를 갖는 복수의 필터 챔버, 일단이 필터 챔버의 유입구에 연결되는 유입배관, 일단이 필터챔버의 배출구에 연결되는 배출배관, 유입배관의 타단에 유입밸브에 의해 연결되는 세척용액 유입펌프, 세척용액 유입펌프로 공급되는 세척용액을 저장하는 세척용액 레저버, 배출배관의 타단에 연결되는 세척용액 드레인 밸브, 및 드레인된 세척용액을 저장하는 드레인 용액 레저버를 포함하고, 필터의 필터링시 사용하는 용액의 흐름방향과 역방향으로 세척용액을 흘려줌으로써 필터를 세척한다.

Description

화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치{APPARATUS FOR RECYCLING SLURRY FILTERS USED FOR CMP MACHINE}
본 발명은 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치에 관한 것으로서, 특히 백-워싱(back-washing) 방법으로 필터를 세척하여 재활용할 수 있는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치에 관한 것이다.
반도체 제조공정 가운데 화학기계적 연마공정(Chemical MechanicalPolishing, 이하 CMP)으로 층간절연막을 연마하거나 소자를 분리시킬 경우, 슬러리(slurry)내에 포함되어 있는 연마제 입자간의 응집이나 슬러리 제조시 발생되는 큰 입자 덩어리에 의해, 연마하고자하는 대상물에 흠집(scratch)이 생기는 경우가 발생한다.
이러한 응고 덩어리 또는 큰 입자 덩어리를 필터링하기 위하여, CMP 장치의 슬러리 공급계통에 프리-필터(pre-filter), 순환필터(circulation filter), POU(Point of Use) 필터 등의 다수의 필터가 사용된다.
이러한 필터의 대부분은 원통형 또는 판형 등 다양한 외부 형태를 갖는, 점진적 밀도깊이형 필터(Graded-density depth type filter)로서, 필터를 통과함에 따라 기공 사이즈가 점점 감소하는 구조를 가지며, 크기가 큰 연마제 입자부터 차례로 걸러지게 되는 구조를 갖는다.
이러한 필터는 걸러진 입자에 의해 폐색되는 기공들이 많아질 수록 필터의 효율이 감소하게 된다. 따라서, 길게는 2 주 짧게는 2 내지 7 일 내에 필터가 교환되어야 한다. 교환시에는 필터가 CMP 장치내에 적응할 수 있도록 순수(De-ionized Water)로 습화작업(Wetting)을 거친 후, 습화된 필터를 CMP 장치내에 장착하였다.
본 발명자는, CMP 슬러리용 필터에서 걸러지는 입자들의 대부분은 연마제(Abrasive) 입자들이며, 이러한 입자들은 수산화칼륨(KOH) 또는 불산(HF)용액에 의해 용해될 수 있음을 발견하였다. 또한, CMP 슬러리용 필터의 재질은 대부분 강산성 및 강염기 용액에 화학적으로 훼손되지 않는폴리프로필렌(polypropylene) 재질이라는 것도 발견하였다.
본 발명의 목적은, 일정 교환주기후 교환된 필터를 백-워싱 방법으로 세척하여 재활용함으로써, 유지비용을 절감시키는 것이다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치를 나타낸 개략 구성도.
도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치의 필터챔버를 나타낸 단면도.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 따른 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치의 필터챔버에 장착되는 흐름보조기구를 나타낸 사시도.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치의 세척용액 레저버를 나타낸 개략 구성도.
본 발명에 따른 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치는, 재활용할 필터를 격납하며 유입구와 배출구를 가지면서, 재활용할 필터의 정상 작동시의 필터링 방향과 반대방향으로 필터링 대상입자에 대하여 용해성을 갖는 세척용액을 통과시키도록 구성되는 복수의 필터챔버; 일단이 각 필터챔버의 유입구에 연결되어 세척용액을 공급하는 유입배관; 일단이 각 필터챔버의 배출구에 연결되어 폐용액을 배출시키는 배출배관; 유입배관의 타단에 연결되어 세척용액의 유입배관내의 압력을 승압시키는 세척용액 유입펌프; 세척용액 유입펌프로 공급되는 세척용액을 저장하는 세척용액 레저버; 및 배출배관의 타단에 연결되어 세척된 폐용액을 저장하는 폐용액 레저버를 포함한다.
또한, 필터는 용해성을 갖는 세척용액으로 세척 후 순수로 세정될 수 있다.
또한, 재활용할 필터는 원통형 필터이고, 복수의 필터챔버 각각은 세척용액의 유입을 원활화하기 위한 돌기부를 더 구비할 수 있다.
또한, 필터챔버은, 유입구에 연결되고 복수의 개구를 가짐으로써 세척용액의 유입을 원활화하기 위한 흐름보조수단을 더 구비할 수 있다.
또한, 세척용액 레저버는, 복수의 용액을 각각 저장하기 위한 복수의 저장수단; 및 복수의 저장수단에 저장된 용액중 어느 하나를 선택하여 유입펌프로 보내기 위한 선택밸브수단을 구비할 수 있다.
또한, 배출배관내에 상기 세척용액의 배출을 보조하기 위한 배출펌프를 더 구비할 수 있다.
또한, 복수의 필터챔버 전후의 유입배관과 배출배관에 각각에 배치되어 필터챔버의 세척용액에 대한 유입/배출 압력차를 측정하는 복수의 압력계를 더 포함할 수 있다.
또한, 복수의 압력계에서 측정된 각각의 압력 데이터에 기초하여 유입펌프 또는 배출펌프의 동작속도를 조절하기 위한 압력제어수단을 더 구비할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일실시예에 따른 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치를 나타낸 개략 구성도이며, 도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 필터 챔버를 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 일실시예에 따른 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치는, 재활용할 필터를 격납하는 복수의 필터챔버(10a, 10b), 일단이 각 필터챔버(10a, 10b)의 유입구(12)에 연결되고 타단이 유입 펌프(40)에 연결되는 유입배관(20), 일단이 필터챔버(10a, 10b)의 배출구에 연결되고 타단이 폐용액 레저버(60) 또는 배출펌프(90)에 연결되는 배출배관(30), 유입배관(20)의 타단에 연결되는 세척용액 유입펌프(40), 세척용액 유입펌프(40)로 공급되는 세척용액을 저장하는 세척용액 레저버(50), 배출배관(30)의 타단에 연결되어 세척된 폐용액을 저장하는 폐용액 레저버(60)를 포함하고, 필터의 정상 작동시 사용하는 용액의 흐름방향과 역방향으로 화학기계적 연마용 슬러리에 대하여 용해성을 갖는 세척용액(18)을 통과시킴으로써 필터를 세척한다.
본 발명에 다른 실시예에 따른 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치는, 필터챔버 내의 압력조절을 위하여 입력배관(20)과 배출배관(30)에 설치되는 압력계(70a, 70b, 70c, 70d), 압력계로부터 압력 데이터(IN1, IN2, IN3, IN4)를 수집하여 필터챔버(10a, 10b)내의 적절한 압력제어를 위한 제어신호(OUT1, OUT2)를 세척용액 유입펌프(40) 및 배출펌프(90)로 공급하는 압력제어부(80)를 더 포함할 수 있다. 또한, 배출배관에 배출 압력을 조절하기 위한 배출펌프(90)를 더 구비할 수 있다.
도 2 의 단면도에 도시된 필터는 원통형 필터를 일실시예로 도시한 것이며, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
필터챔버(10a, 10b)의 형태는 사용되는 필터의 형태에 따라 다양하게 채용될 수 있다. 또한, 필터챔버가 복수개 채용되어, 2 개 이상의 필터를 동시에 효율적으로 세척하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 필터챔버(10a, 10b)는, 필터챔버 본체(11), 유입 배관(20)과 배출 배관(30)이 각각 연결되는 유입구(12)와 배출구(14), 세척대상의 필터(100)의 출입을 제공하기 위해 본체와 일체를 이루는 커버(13), 세척용액 흐름의 원활화를 위해 형성되는 돌기부(15)를 포함하여, 재활용할 필터(100)를 격납한다.
필터(100) 내부(101)의 용액 압력과 외부(102)의 용액압력과의 차이에 의해 돌기부(15)를 통해 들어오는 세척용액이 정상작동시의 필터링 방향과 반대방향인 흐름방향(18)으로 필터(100)내의 각 기공(도시 생략)을 통과한다. 각 기공에 폐색되어 있는 입자들은 세척용액의 흐름에 의해 또는 용해되어, 기공으로부터 분리된다. 기공으로부터 용해 또는 분리된 입자들은 세척용액의 흐름방향(18)을 따라 배출구를 통해 배출된다.
전술한 바와 같이, 화학기계적 연마용 슬러리 필터에 필터링되는 입자는 연마제 입자들이며, 이러한 연마제 입자들은 수산화칼륨(KOH) 또는 불산(HF) 용액에 잘 용해된다.
실리카(silica) 기반의 연마제인 경우에는 수산화칼륨(KOH) 용액을 사용하고, 산화세륨(ceria) 기반의 연마제인 경우에는 불산(HF) 용액을 사용하는 것이 바람직하다.
실험 결과에 따르면, 수산화칼륨 용액은 0.5 내지 1 몰농도를 갖는 것이 바람직하다. 불산 용액을 사용할 시, 순수와 불산용액의 부피비는 50:1 내지 200:1 인 것이 바람직하다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 세척용액의 흐름(18)을 보조하기 위해 필터(100)의 내부면(101)과 소정의 간격을 가지는 피스톤 형태의 노즐수단(17)이 돌기부(15)에 끼워져 장착될 수 있다. 노즐수단(17) 전면에 걸쳐 세척용액의 원활한 흐름을 제공하기 위한 배출 개구(17a)가 복수개 형성될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 세척용액 레저버(50)를 나타낸 개략 구성도이다.
도 4 에 도시된 바와 같이, 세척용액 레저버(50)는, 두 가지 이상의 용액을 선택하여 유입펌프(40)로 보낼 수 있도록, 2 개 이상의 레저버(R1, R2, R3)와 2 개 이상의 레저버 각각으로부터의 세척용액을 선택할 수 있는 선택밸브(SEL)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 세척용액 레저버(50)는 수산화칼륨(KOH) 용액, 순수, 및 불산(HF) 용액이 각각 저장되는 복수의 레저버(R1, R2, R3), 및 각 레저버(R1, R2, R3)에 저장된 용액중 하나를 선택하여 유입펌프(40)로 제공하기 위하여 선택밸브(SEL)를 포함한다.
세척용액 레저버(50)로부터 배출된 세척용액은 유입펌프(40)에 의해 승압되어 유입배관(20)을 거쳐 각 필터챔버(10a, 10b)로 유입된다. 필터챔버(10a, 10b)에서 세척이 이루진 폐용액은 배출배관(30)을 통해, 또한 배출펌프(90)를 통과하여 폐용액 레저버(60)로 유입된다. 폐용액 레저버(60)에 일정 수준이상의 폐용액이 차면, 폐용액을 드레인 밸브를 통해 배출시키거나 폐용액 레저버(60)가 교체될 수 있다. 배출펌프(90) 없이도 본 발명의 재활용장치가 구성될 수 있다.
이에 더하여, 유입배관(20)과 배출배관(30)에 압력계(70a 내지 70b)가 설치될 수 있다.
유입배관(20)에 설치된 유입펌프(50)의 동작속도를 압력제어부(80)에서 발생된 압력제어신호(OUT1)에 따라 조절함으로써 유입배관(20)의 유입압력이 조절될 수 있다.
동일한 방법으로, 배출배관(30)에 설치된 배출펌프(90)의 동작속도를 압력제어부(80)에서 발생된 압력제어신호(OUT2)에 따라 조절함으로써 배출배관(30)내의 배출압력이 조절될 수 있다.
압력제어부(80)는 각 필터챔버(10a, 10b)의 입력배관(20)과 배출배관(30)에 설치된 압력계(70a 내지 70b)로부터 압력데이터(IN1 내지 IN4)를 수집하여 유입펌프(40) 또는 배출펌프(90)의 구동을 제어하기 위한 압력 제어신호(OUT1 내지 OUT2)를 발생시킨다. 발생된 압력 제어신호(OUT1 및 OUT2)는 유입펌프(40) 및 배출펌프(90)의 구동을 제어하여 필터챔버(10a, 10b)내에 적절한 압력을 발생시킨다. 따라서, 필터 내외부(101 및 102)의 적정 압력차를 보장함으로써 세척이 원활하게 이루어질 수 있다.
예컨대, 필터챔버(10a, 10b)의 유입 압력계(70a, 70c)와 배출 압력계(70b, 70d)간의 압력차는 클수록 바람직하나, 필터의 기계적 손상을 고려하여 70 psi 이하로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 압력차를 모니터하여 세척 완료시점과 세척효율을 조절하는 것이 바람직하다. 즉, 초기 동작시 필터의 기공에 폐색된 연마제들이 많은 상태에서는 필터 내외부(101 및 102) 양단간의 압력차가 크지만, 세척이 진행됨에 따라 연마제 입자들이 기공으로부터 제거되면, 필터 내외부 양단간의 압력차는 작아진다. 따라서, 유입배관 및 배출배관의 압력차를 모니터링하여 세척의 완료시점을 판단할 수 있다.
또한, 세척용액의 농도를 조절하면 세척시간을 빠르게 또는 느리게 할 수 있으며, 이에 따른 적정 압력차도 변경되므로, 이에 해당하는 압력차를 산정하여 효율적으로 세척이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
일정시간 세척이 이루어진 뒤에는 순수를 유입시켜, 충분히 흐르게 함으로써, 세척용액의 잔류 찌꺼기를 제거한 후, 펌프(40 또는 90)의 동작을 멈추고, 필터챔버(10a, 10b)의 커버(13)를 열어 세척된 필터(100)를 장탈한다.
세척후 장탈된 필터(100)는 별도의 습화작업을 수행할 필요없이 화학기계적 연마장치에 바로 장착하여 재사용될 수 있다. 따라서, 새 필터 사용전에 요구되었던 필터의 습화작업(Wetting)에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 1 회용 필터를 사용할 경우에 비해 비용절감 효과를 가지며, 필터 수명 이전에 미리 필터를 교체하여 재활용할 수 있으므로, 전체 CMP 공정의 오염정도를 크게 감소시킬 수 있고, 매번 새로운 필터를 교체하여 사용할 경우 요구되는 습화작업(Wetting)에 소요되는 시간을 감소시킬 수 있어 전체 공정의 효율성을 달성할 수 있다.

Claims (12)

  1. 사용된 화학기계적 연마용 슬러리 필터를 세척하여 재활용하기 위한 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치로서,
    재활용할 필터를 격납하며 유입구와 배출구를 가지면서, 상기 재활용할 필터의 정상 작동시의 필터링 방향과 반대방향으로 필터링 대상입자에 대하여 용해성을 갖는 세척용액을 통과시키도록 구성되는 복수의 필터챔버;
    일단이 상기 각 필터챔버의 유입구에 연결되에 세척용액을 공급하는 유입배관;
    일단이 상기 각 필터챔버의 배출구에 연결되어 폐용액을 배출시키는 배출배관;
    상기 유입배관의 타단에 연결되어 세척용액의 유입배관 내의 압력을 승압시키는 세척용액 유입펌프;
    상기 세척용액 유입펌프로 공급되는 세척용액을 저장하는 세척용액 레저버; 및
    상기 배출배관의 타단에 연결되어 세척된 폐용액을 저장하는 폐용액 레저버를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터링 대상입자는 실리카(silica)계 연마제이며,
    상기 세척용액은 수산화칼륨(KOH) 용액인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 수산화칼륨 용액은 0.5 내지 1.0 몰농도인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터링 대상입자는 산화세륨(ceria)계 연마제이며,
    상기 세척용액은 불산(HF) 용액인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 불산 용액의 순수에 대한 희석비는 50:1 내지 200:1 의 부피비인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터는 상기 용해성을 갖는 세척용액으로 세척 후 순수로 세정는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 재활용할 필터는 원통형 필터이며,
    상기 복수의 필터챔버 각각은 상기 세척용액의 유입을 원활화하기 위한 돌기부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 필터챔버은, 상기 유입구에 연결되고 전면에 복수의 개구를 가짐으로써 상기 세척용액의 유입을 원활화하기 위한 흐름보조수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 세척용액 레저버는, 복수의 용액을 각각 저장하기 위한 복수의 저장수단; 및 상기 복수의 저장수단에 저장된 용액중 어느 하나를 선택하여 상기 유입펌프로 보내기 위한 선택밸브수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배출배관내에 상기 세척용액의 배출을 보조하기 위한 배출펌프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 필터챔버 전후의 상기 유입배관과 상기 배출배관에 각각에 배치되어 상기 필터챔버의 세척용액에 대한 유입/배출 압력차를 측정하는 복수의 압력계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 복수의 압력계에서 측정된 각각의 압력 데이터에 기초하여 상기 유입펌프 또는 배출펌프의 동작속도를 조절하기 위한 압력제어수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 슬러리 필터의 재활용장치.
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