KR20030061311A - 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치 및 조합방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연마제의 조합 정밀도를 향상시키고, 또한 자동적으로 얼마 안되는 적은 양의 첨가제의 계량을 행할 수 있는 간이한 구성의 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치 및 조합방법을 제공하는데 있다.
본 발명은 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치(10)에 있어서 연마제 조합용의 탱크(12)와, 탱크(12)에 배치된 중량센서(14)와, 탱크(12)에 연마제를 투입하는 연마제 원료투입수단(16)을 가지고, 중량센서(14)에 의해 탱크(12)의 중량이 계측되고, 이 계측 결과에 의해 연마제 투입량이 제어된다.

Description

씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치 및 조합방법{METHOD AND APPARATUS FOR PREPARING SLURRY FOR CMP APPARATUS}
본 발명은 씨엠피(CMP ; Chemical Mechanical Polishing : 화학적 기계연마)연마장치에 있어서의 연마제 조합장치 및 조합방법에 관한 것이다.
반도체 집적회로의 디자인 룰의 축소화에 따라서 층간 막 등의 평탄화 프로세스에 씨엠피가 널리 사용되어 왔다. 이 씨엠피에 사용되는 연마제는 미세 입자를 pH조정제 등의 시약을 함유하는 용액에 분산시킨 고체/액체 분산계의 것이 대부분이며, 이들은 각종 연마제 메이커로부터 액체 형태로 연마제 원액으로서 판매되고 있다. 그리고, 여기에 첨가되는 첨가제로서는 얼마안되는 적은 양(2중량% 전후)의 과산화수소(H2O2)가 일반적이다. 즉, 상기 연마제 원액과 첨가제 등이 연마제의 원료가 된다.
또, 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치는 도 3에 단면도로 도시한 바와 같은 구성인 것이 일반적이다. 또한, 이 연마제 조합장치는 연마제의 공급을 행하는 슬러리 탱크(연마제 공급장치)로서도 기능한다.
동 도면에 있어서, 연마제 조합장치(1)는 상부 덮개를 삽통해서 배관(2,3,4)이 탱크의 내부에 삽입되어 있다. 또, 탱크의 바닥에는 배관(5)이 연결되어 있다. 배관(2)은 연마제 원액(연마제 메이커로부터 구입한 상태의 것)을 공급하기 위한 것이며, 배관(3)은 첨가제를 공급하기 위한 것이다. 배관(5)은 연마제를 배출하여 연마장치에 공급하기 위한 것이고, 배관(4)은 연마제를 탱크 내에 복귀시키기 위한 것이다.
배관(4,5)은 씨엠피 연마장치에 연결되어 연마제를 순환시키면서 연마제 공급장치(1)로부터 씨엠피 연마장치에 연마제의 공급을 행한다. 그리고, 배관(4)과 배관(5) 사이에는 배관(6)이 연결되어 있어서 연마제 공급장치(1)와 씨엠피 연마장치와의 사이를 순환하는 배관(4)과 배관(5)과의 바이패스로 되어 있다. 또한 부대설비로서 펌프(7) 및 밸브(8,9)가 설치되어 있다.
연마제의 조합은 배관(2)으로부터 연마제 원액을, 배관(3)으로부터 첨가제를 각각 공급하여 도시하지 않은 스터러(교반기)에 의해 교반함으로서 혼합한다. 또, 연마제 공급장치(1)내의 연마제의 양이 감소되어 갔을 때에도 마찬가지로 연마제 원액과 첨가제를 공급해서 조합한다.
이들 작업시에 연마제 원액 및 첨가제 공급량을 관리하는 것은 연마제 공급장치(1) 내부에 배설된 도시하지 않은 액면계에 의한다.
그러나, 상기 종래의 연마제 공급장치(1)에 의한 연마제의 조합에 있어서 연마제 원액 및 첨가제 공급량을 정확하게 관리할 수 없다는 문제가 발생하고 있다. 즉, 연마제 공급장치(1)의 연마제 액면은 끊임없이 진동하고 있어 경면(거울면)형상의 액표면으로 되어 있지 않다. 따라서, 액면계(液面計)의 검출오차는 피할 수 없다. 또, 액면계의 부착정밀도를 내는 것은 곤란할 경우가 많다.
이 경우 약 98%를 점하는 연마제 원액의 검출오차가 있어도 대세에 영향을 주기 어려우나, 얼마 안되는 적은 양(예를 들면, 2중량% 전후)의 첨가제(예를 들면 과산화수소)의 검출오차가 있을 경우, 그 결과에 있어서 크게 차이가 나게 되어 연마 품질에도 많은 영향을 미치게 된다.
한편, 얼마 안되는 적은 양의 첨가제의 계량 정밀도를 향상시키는 방법으로서 피펫, 마이크로 시린지 등의 계측수단도 있으나, 이들은 수동조작을 요하여 프로세스 제어에는 부적당하다. 또, 자동적으로 또한 고정밀도로 얼마 안되는 양의 첨가제를 계량할 수 있는 수단도 존재하나, 연마제 공급장치(1) 주변의 환경 및 연마제 공급장치(1) 내부에서의 검출수단의 오염, 부식 등을 고려하면 복잡한 장치의 도입은 바람직하지 못하다.
본 발명은 이러한 사정을 감안해서 이루어진 것으로서, 연마제의 조합정밀도를 향상시키고, 또한 자동적으로 얼마 안되는 적은 양의 첨가제를 계량할 수 있는 간이한 구성의 씨엠피(CMP) 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치 및 조합방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치에 있어서, 연마제 조합용의 탱크와, 상기 탱크에 배치된 중량센서와, 상기 탱크에 연마제 원료를 투입하는 연마제 원료투입수단을 가지고, 상기 중량센서에 의해 상기 탱크의 중량이 계측되고, 상기 계측 결과에 의해 연마제의 원료투입량이 제어되는 것을 특징으로 하는 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치 및 상기 장치에 의한 조합방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 연마제 조합용의 탱크에 배치된 중량센서에 의해 탱크의 중량이 계측되고, 상기 계측 결과에 의해 연마제의 원료투입량이 제어된다. 따라서, 연바제의 조합 정밀도가 높고 또한 자동적으로 얼마 안되는 적은 양의 첨가제의 계량을 행할 수 있으며, 또 간이한 구성이며, 연마제 공급장치 주변의 환경에도 적합하다. 마찬가지로, 중량센서는 연마제 조합용의 탱크 외부에 설치되므로, 연마제 공급장치 내부에서의 검출수단의 오염 부식 등은 고려할 필요가 없다.
도 1은 본 발명에 관한 연마제 조합장치의 전체 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 관한 연마제 조합장치에 있어서, 컴퓨터 화면의 일례이다.
도 3은 종래예인 연마제 조합장치의 개요를 도시한 단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호 설명〉
10 : 연마제 조합장치 12 : 탱크
14 : 중력센서 16 : 연마제 원료투입수단
18 : 제어수단
이하, 첨부 도면에 따라서 본 발명에 관한 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치 및 조합방법의 바람직한 실시형태에 대해서 설명한다.
도 1은 연마제 조합장치(10)의 전체 구성을 도시한 개략도이다. 동 도면에 도시한 바와 같이 연마제 조합장치(10)는 주로 연마제 조합용의 탱크(12), 중량센서(14), 연마제 원료투입수단(16) 및 이들을 제어하는 제어수단(18)으로 구성되어 있다.
연마제 조합용의 탱크(12)는 수지제의 원통형상을 한 것이고, 중량센서(14)인 로드셀 상에 고정되어 있어 탱크(12)의 전체 중량이 중량센서(14)에 부하되도록 구성되어 있다.
탱크(12)의 측면을 삽통해서 배관(20,22)이 내부에 연통되어 있다. 또, 상부 덮개를 삽통해서 배관(24)이 배설되어 있다. 이 배관(24)은 연마제를 배출하여 연마장치에 공급하기 위하여 펌프(26)에 접속되고, 연마장치에 배관된다. 탱크(12)의 바닥에는 배관(28)이 연결되어 있고, 배관(28)의 말단에 배설되는 밸브(30)를 조작함으로서 드레인 배출할 수 있다.
탱크(12)에는 스터러(32)가 설치되어 교반할 수 있도록 되어 있다. 스터러(32)에 의한 교반은 모터(32A)에 의해 구동되는 샤프트의 선단에 설치된 프로펠러를 회전시킴으로서 행할 수 있다.
이들 탱크(12)에 연결되는 배관(20,22,24,28) 및 스터러(32)는 중량센서(14)에 의한 탱크(12)의 중량 계측에 오차를 발생하지 않도록 탱크(12)와는 느슨하게연결되어 있다. 이와 같은 구성으로 하려면, 예를 들면 플렉시블 호스 등을 사용하면 된다.
중량센서(14)로서는 상부에 고정된 탱크(12)의 중량을 검출하여 전기신호로서 추출하는 것이면 사용할 수 있으나, 로드셀을 일반적으로 바람직하게 사용할 수 있다. 이와 같은 로드 셀로서는 예를 들면 테크니컬 앤드 트라이사 제품인 로드셀, 모델번호 : TTS-100-1300-SW205(콘트롤러(14A)로서는 모델번호 : MX-8800을 사용)를 사용할 수 있다. 이 로드셀의 표시범위는 0~15㎏이고, 아날로그 출력으로서는 0~5000㎷을 얻을 수 있디.
콘크롤러(14A)로부터의 아날로그 출력은 후술하는 시퀀서(62)를 경유해서 컴퓨터(퍼스널 컴퓨터)(60)에 보낸다. 또한, 콘트롤러(14A)로부터의 아날로그 출력 또는 디지털 출력을 컴퓨터(60)에 직접 출력하는 구성도 채용할 수 있다.
연마제 원료투입수단(16)은 탱크(12)에 공급되는 연마제 원액이나 첨가제 등이 저장되는 원액탱크(40,42)와, 이들 탱크로부터 연마제 원액이나 첨가제를 송액하는 송액펌프(44,46)와, 유량계(Flow Meter)(48,50)와, 송액의 ON-OFF를 행하는 밸브(52,54)와 원액탱크(40,42)로부터 탱크(12)까지 송액펌프(44,46), 유량계(48,50), 밸브(52,54)를 직렬로 연결해서 설치되는 이미 설명한 배관(20,22)으로 구성된다.
본 구성에서는 송액펌프(44,46)로서 다이어프램 펌프가 사용되고 있으나, 연마제 원액이나 첨가제 등의 송액을 확실하게 행할 수 있는 타입의 펌프이면 다른 형태의 것이어도 된다.
유량계(48,50)로서는 테이퍼 관류 계량계와 같이 육안으로 봐서 판독할 수 있는 것이어도 되나, 검지한 값을 전기신호로 출력시키는 타입의 것, 예를 들면 전자(電磁)유량계와 같은 타입의 것이 바람직하다. 이 출력은 회선(1채널(1ch),2채널(2ch))을 경유해서 후술하는 데이터 로거(logger)(90)에 기억된다.
밸브(52,54)로서는 후술하는 제어수단(18)에 의해 솔레노이드(sol)(56)가 구동됨으로서 송액의 ON-OFF를 행할 수 있는 형식의 것이 사용된다.
제어수단(18)은 연마제 조합장치 전체를 콘트롤하는 컴퓨터(퍼스널 컴퓨터)(60)와, 컴퓨터(60)로 부터의 지령을 받아서 솔레노이드(56)를 제어하는 시퀀서(62)와, 밸브(52,54)의 ON-OFF를 행하는 이미 설명한 솔레노이드(56)로 구성된다.
기타로서, 유량계(48,50) 및 중량센서(14)의 콘트롤러(14A)로부터의 신호를 받아서 연마제 원액이나 첨가제 등의 유량, 탱크(12)의 중량(3채널(3ch)을 경유한다)등의 경시적인 측정결과를 기억하는 데이터 로거(90)가 설치된다.
또, 드레인 배출 등의 용도의 밸브(30)가 설치되어 있으나, 이것을 조작해서 조합이 끝난 연마제를 뽑아내서 플로트 타입의 비중계에 의해 연마제를 모니터하는 등의 작업도 행할 수 있다.
또한, 유량계(48,50) 및 데이터 로거(90)는 본 발명에 있어서의 필수 구성 요건은 아니다.
상기와 같이 구성된 연마제의 조합장치(10)에 있어서의 연마제의 조합방법은다음과 같다. 여기에서는 탱크(12)가 빈 상태에서 신규로 연마제를 조합하는 예에 대해서 설명한다.
먼저, 탱크(12)의 중량이 중량센서(14)에 의해 측정되고, 중량센서(14)의 콘트롤러(14A)로 부터의 출력이 시퀀서(62)를 경유해서 컴퓨터(60)에 보내져서 기억된다.
이어서, 송액 펌프(44)가 구동되어 원액탱크(40)내의 첨가제(이 경우는 과산화수소)가 탱크(12)내에 공급된다. 이때, 밸브(52)는 ON(열림)상태에 있다. 탱크(12)의 중량이 소정 중량이 된(컴퓨터(60)가 중량을 판단한) 시점에서 컴퓨터(60)가 시퀀서(62)를 경유해서 솔레노이드(56)를 제어하여 밸브(52)를 OFF(닫힘)상태로 한다. 이에따라, 첨가제의 공급은 정지된다.
그후, 송액펌프(46)가 구동되어 원료탱크(42)내의 연마제 원액이 탱크(12)내에 공급된다. 이때, 밸브(54)는 ON(열림)상태로 된다. 탱크(12)의 중량이 소정 중량이 된(컴퓨터(60)가 중량을 판단한) 시점에서 컴퓨터(60)가 시퀀서(62)를 경유해서 솔레노이드(56)를 제어하여 밸브(54)를 OFF(닫힘)상태로 한다. 이에 따라, 첨가제 원액의 공급은 정지된다.
상기 조작과 병행해서 공급된 첨가제 및 연마제 원액은 탱크(12)내에서 스터러(32)에 의해 교반되어 균일하게 조합된다.
또한, 유량계(48,50) 및 중량센서(14)의 콘트롤러(14A)로 부터의 신호가 데이터 로거(90)에 들어가서 연마제 원액이나 첨가제 등의 유량, 탱크(12)의 중량 등의 경시적인 측정 결과가 기록된다.
이상, 본 발명에 관한 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치 및 조합방법의 실시형태의 예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태의 예에 한정되는 것은 아니며, 각종 태양을 채용할 수 있다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 도 1에 도시되는 구성의 연마제 조합장치(10)를 사용해서 비중이 서로 다른 2종류의 액체를 조합해서 설정한 혼합액의 비중(계산치)과 실제 측정한 혼합액의 비중을 비교함으로서 본 장치의 성능을 평가하였다.
2종류의 액체로서는 A액으로서 비중 1.05인 액체를, B액으로서 비중 1.00인 액체를 사용하였다. 비중의 실제 측정은 플로트 타입의 비중계를 사용하였다.
연마제 조합장치(10)의 컴퓨터(퍼스널 컴퓨터)(60)의 화면에는 도 2에 도시되는 패턴이 표시되어 각각의 액(필요한 경우에는 순수(DIW)도)의 배합비율(mixture rate) 및 비중(specific gravity)을 입력할 수 있도록 되어 있다. 그리고, 입력값에 따른 총용량(TOTAL CAPASITY) 및 계산치인 조합액의 비중(TOTAL SPECIFIC GRAVITY)이 산출 표시된다.
평가는 3종류의 조건에서 실시하였다. 예 1로서 A액과 B액의 조합비율(용량비)을 1:1로 하였다. 예 2로서 A액과 B액의 조합비율(용량비)을 1:3으로 하였다. 예 3으로서 A액과 B액의 조합비율(용량비)을 1:19로 하였다. 어느 예에 있어서도 3회 반복하여 평가를 행하고, 평균치를 구하였다.
예 1에서는 계산치가 1.025인 것에 대하여 실측치도 1.025로서 계산치와 실측치가 일치하였다.
예 2에서는 계산치가 1.0125인 것에 대하여 실측치는 1.0123으로서 계산치와 실측치와는 일치하지 않았으나, 근사치가 되었다.
예 3에서는 계산치가 1.0025인 것에 대하여 실측치는 1.0019로서 계산치와 실측치와는 일치하지 않았으나, 근사치가 되었다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 연마제 조합용의 탱크 하부에 배치된 중량센서에 의해 탱크의 중량이 계측되고, 이 계측 결과에 의해 연마제의 원료 투입량이 제어된다. 따라서, 연마제의 조합 정밀도가 높고, 또한 자동적으로 얼마 안되는 적은 양의 첨가제의 계량을 행할 수 있으며, 또 간이한 구성이고, 연마제 공급장치 주변의 환경에도 적합하다. 마찬가지로, 중량센서는 연마제 조합용의 탱크 외부에 설치되므로, 연마제 공급장치 내부에서의 검출수단의 오염, 부식 등은 고려할 필요가 없다.

Claims (2)

  1. 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치에 있어서,
    연마제 조합용의 탱크와,
    상기 탱크에 배치된 중량센서와,
    상기 탱크에 연마제 원료를 투입하는 연마제 원료투입수단을 가지고,
    상기 중량센서에 의해 상기 탱크의 중량이 계측되며, 그 계측 결과에 의해 연마제 원료의 투입량이 제어되는 것을 특징으로 하는 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합장치.
  2. 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합방법에 있어서,
    연마제 조합용의 탱크에 중량센서를 배치하고, 상기 중량센서에 의해 상기 탱크의 중량을 계측하고, 상기 계측 결과에 의해 연마제 원료의 투입량을 제어하는 것을 특징으로 하는 씨엠피 연마장치에 있어서의 연마제 조합방법.
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