KR20140006396A - 연마 슬러리 필터링 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속 필터를 적용한 연마용 슬러리 필터링 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 연마용 슬러리 필터링 장치는, 슬러리 공급부; 상기 슬러리 공급부로부터 공급된 슬러리 중 입자를 필터링하는 필터링부; 및 상기 필터링부에 의해 필터링된 슬러리를 수용하는 슬러리 수용부;를 포함하고, 상기 필터링부는 적어도 하나 이상의 금속 필터를 포함하는 것이다.
Description
본 발명은 연마용 슬러리 필터링 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속 필터를 적용한 연마용 슬러리 필터링 장치에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마 (Chemical Mechanical Polishing: CMP)는 초고집적 반도체 제조시 사용되는 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 소정 막, 즉, 연마 대상체의 표면을 평탄화하는 기술로서, 상기 화학적 기계적 연마 공정시에는, 일반적으로, 실리카, 알루미나, 세리아 등과 같은 연마 입자를 포함하는 화학적 기계적 연마용 슬러리가 사용된다.
상기 화학적 기계적 연마용 슬러리는, 구체적으로, 연마 대상체의 종류에 따라 산화물 (oxide)용 슬러리, 금속용 슬러리, 폴리실리콘 (poly silicon)용 슬러리로 구분된다. 그 중에서, 상기 산화물용 슬러리는 층간절연막 및 STI (Shallow Trench Isolation) 공정에 사용되는 실리콘산화물층 (SiO2 Layer)을 연마할 때 사용되는 슬러리로서, 연마 입자로 세리아를 사용하는 세리아 슬러리가 주로 사용된다. 이하에서는, 상기 세리아 슬러리를 예로 들어 설명한다.
상기 세리아 슬러리를 이용한 화학적 기계적 연마는 다결정 (poly-crystal) 형태의 세리아 입자가 단결정 (single crystal) 형태로 부서지면서 실리콘 웨이퍼 상에 증착된 산화물 (oxide) 필름과 화학 반응을 이룬 후, 패드와의 기계적인 마찰력에 의하여 떨어져 나가며 연마를 하는 방식이다.
그런데, 상기 연마 입자 중에서 거대 입자의 비율이 증가할수록 다결정이 단결정으로 부수어지는 과정, 및 2차 입자 (secondary particle)들이 더 작은 2차 혹은 1차 입자 (secondary or primary particle)로 부수어지는 과정에서, 연마 표면 품질에 악영향을 끼치는 수많은 마이크로 스크래치가 발생할 수 있다. 이 때문에, 연마 입자 중에서 거대 입자를 효율적으로 제거하는 것이 매우 중요하다.
상기 거대 입자를 제거하기 위해 종래에는 슬러리 제조시 필터를 구비하는 필터링 장치를 이용한다. 종래의 멤브레인 필터는 소모성 부품으로서, 한 번 사용 후 멤브레인 필터를 필터링 장치로부터 분리하고 새로운 멤브레인 필터로 교체하여야 하기 때문에 필터링 공정 운영에 있어서 셧다운이 필연적이고, 소모성 필터의 교체에 따른 경제성 저하의 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 화학적 기계적 연마용 슬러리 내의 연마 입자 중에서 거대 입자를 효율적으로 제거하여 초고집적 반도체 제조시 마이크로 스크래치 발생을 최소화할 수 있는 연마용 슬러리 필터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 금속 필터를 구비함으로써 필터의 교체에 따른 공정성 및 생산성 저하의 문제를 해결한 연마용 슬러리 필터링 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 연마용 슬러리 필터링 장치는, 슬러리 공급부; 상기 슬러리 공급부로부터 공급된 슬러리 중 입자를 필터링하는 필터링부; 및 상기 필터링부에 의해 필터링된 슬러리를 수용하는 슬러리 수용부;를 포함하고, 상기 필터링부는 적어도 하나 이상의 금속 필터를 포함하는 것이다.
상기 금속은, 스테인리스 스틸, 하스텔로이, 인코넬, 니켈, 모넬, 티타늄, 탄소강, 동, 알루미늄 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 필터링부는 복수의 필터를 포함할 수 있다.
상기 필터링부는 제1 필터링부 및 제2 필터링부를 포함하고, 상기 제1 필터링부와 상기 제2 필터링부는 상호 병렬적으로 형성된 것일 수 있다.
상기 제1 필터링부 및 상기 제2 필터링부는 각각 복수의 필터링부를 포함하고, 상기 제1 필터링부의 복수의 필터링부와 상기 제2 필터링부의 복수의 필터링부는 각각 직렬로 형성된 것일 수 있다.
상기 제1 필터링부 및 상기 제2 필터링부는 교대로 작동하는 것일 수 있다.
상기 제1 필터링부 및 상기 제2 필터링부의 필터의 포어는 독립적으로는 0.1 내지 4 ㎛일 수 있다.
본 발명의 연마용 슬러리 필터링 장치는, 상기 수용 용기 내의 압력을 조절하는 압력 조절부; 상기 수용 용기에 수용된 슬러리의 입자 중에서 전체 입자의 평균 입경 대비 150% 이상의 입경을 가지는 거대 입자의 함량 및 개수를 측정하는 입자 함량 측정부; 및 상기 수용 용기 내의 압력을 측정하는 압력 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 측정부는 측정한 상기 수용 용기 내의 압력 정보를 상기 압력 조절부에 제공하고, 상기 압력 조절부는 제공된 상기 수용 용기 내 압력 정보에 따라 상기 수용 용기의 압력을 조절하면서 필터링을 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 연마용 슬러리 필터링 장치는 상기 필터링부의 역압세정을 위한 역압펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 연마용 슬러리 필터링 장치를 이용하여 연마용 슬러리를 필터링하게 되면, 화학적 기계적 연마용 슬러리 내의 연마 입자 중에서 거대 입자를 효율적으로 제거할 수 있고, 필터의 교체가 필요없게 되어 공정 운영상의 효율 및 경제성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 슬러리 필터링 장치의 개념도이다.
본 발명의 연마용 슬러리 필터링 장치는, 슬러리 공급부; 상기 슬러리 공급부로부터 공급된 슬러리 중 입자를 필터링하는 필터링부; 및 상기 필터링부에 의해 필터링된 슬러리를 수용하는 슬러리 수용부;를 포함하고, 상기 필터링부는 적어도 하나 이상의 금속 필터를 포함하는 것이다.
금속 필터를 포함함으로서 종래의 멤브레인 필터의 교체에 따른 공정 중단 (셧 다운)에 따른 효율 저하와 필터 교체로 인한 비용 증가의 문제를 해소할 수 있다. 특히 필터에 잔존하는 입자 등을 제거하기 위한 역압 세정 등의 과정에서 필터가 손상되는 문제를 해소할 수 있다.
상기 금속은, 스테인리스 스틸 (stainless steel), 하스텔로이 (hastelloy; Hastelloy C-276, C-22, X, N, B, B2 등), 인코넬 (inconel; Inconel 600, 625, 690 등), 니켈, 모넬 (monel metal; Monel 400 (70Ni-30Cu), 티타늄, 탄소강, 동, 알루미늄 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 필터링부는 복수의 필터를 포함할 수 있고, 상기 필터링부는 제1 필터링부 및 제2 필터링부를 포함하고, 상기 제1 필터링부와 상기 제2 필터링부는 상호 병렬적으로 형성된 것일 수 있다.
상기 제1 필터링부 및 상기 제2 필터링부는 각각 복수의 필터링부를 포함하고, 상기 제1 필터링부의 복수의 필터링부와 상기 제2 필터링부의 복수의 필터링부는 각각 직렬로 형성된 것일 수 있다.
즉, 공급되는 슬러리는 서로 병렬적으로 배치된 제1 필터링부 및 제2 필터링부로 흐름이 나뉘어 공급될 수 있고, 하나의 흐름이 진행되는 각 필터링부는 직렬로 형성된 복수의 필터가 배치되어 있을 수 있다.
상기 제1 필터링부 및 상기 제2 필터링부는 교대로 작동하는 것일 수 있다.
본 발명의 연마용 슬러리 필터링 장치는 상기 필터링부의 역압세정을 위한 역압펌프를 더 포함할 수 있다.
예를 들어, 도 1을 참조하여 설명하면, 공급펌프 (3)에 의하여 공급 라인 (4)을 통하여 슬러리가 제1 필터링부 (1)로 공급되고, 제1 필터링부를 형성하고 서로 직렬적으로 배치되어 있는 필터들 (1-1, 1-2, 1-3)을 거치면서 필터링이 이루어진다. 이때, 제1 필터링부 (1)와 병렬적으로 배치된 제2 필터링부 (2)는 역압펌프 (5)를 이용하여 가압 세정이 이루어진다. 가압 세정에 의하여 세정된 폐액은 드레인 라인 (6)을 통하여 배출된다.
각 필터들 (1-1, 1-2, 1-3)은 실제로는 도 1과 같이 다시 복수의 필터가 장착된 것일 수 있다.
제1 필터링부 (1)를 통한 필터링이 진행되어 제1 필터링부 (1)의 필터들 (1-1, 1-2, 1-3)의 포어가 입자들에 의하여 막히게 되면 재생을 위한 세정이 이루어져야 한다. 본 발명의 병렬적으로 배치된 제1 필터링부 (1) 및 제2 필터링부 (2)를 포함하는 연마용 슬러리 필터링 장치는 필터 재생을 위한 세정 과정 중에도 필터링의 중단 없이 연속 공정을 수행할 수 있는 것을 특징으로 한다. 즉, 재생이 필요한 제1 필터링부 (1)를 통한 필터링이 중단되는 동시에, 기재생을 통하여 세정이 완료된 필터들 (2-1, 2-2, 2-3)을 포함하는 제2 필터링부 (2)로 슬러리가 공급되고, 제2 필터링부 (2)의 직렬적으로 배치된 필터들 (2-1, 2-2, 2-3)을 통하여 필터링이 이루어진다. 제2 필터링부 (2)를 통한 필터링은 제2 필터링부 (2)의 필터들 (2-1, 2-2, 2-3)의 포어가 입자들로 막혀서 재생을 위한 역압 세정이 필요한 시점까지 계속되고, 해당 시점에 제2 필터링부 (2)에 대한 역압 세정이 이루어지는 경우, 다시 제1 필터링부 (1)를 통한 필터링이 이루어지는 것이다.
상기 설명은 도 1의 연마용 슬러리 필터링 장치를 예시로 하여 설명한 것이지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 다양한 운영이 가능하다. 상기 설명을 위한 도 1의 연마용 슬러리 필터링 장치는 제1 필터링부 및 제2 필터링부를 포함하는 구성이지만, 본 발명의 연마용 슬러리 필터링 장치는 나머지 필터링부와 병렬적으로 배치된 제3 필터링부, 제4 필터링부 등을 추가로 포함할 수 있고, 상기 설명을 위한 도 1의 연마용 슬러리 필터링 장치의 각 필터링부는 3개의 직렬 배치된 필터들을 포함하는 것을 예로 들었으나, 각 필터링부의 필터는 1 내지 수 개일 수 있다.
상기 제1 필터링부 및 상기 제2 필터링부의 필터의 포어는 독립적으로는 0.1 내지 4 ㎛일 수 있다. 제1 필터링부 및 제2 필터링부를 구성하는 각 필터들의 포어는 각각 서로 다를 수 있다.
일 예로, 필터링후 슬러리 내에 잔존하는 연마 입자의 평균 입경을 약 80 내지 약 150 nm로 하고자 하는 경우, 상기 포어의 크기는 약 0.1 내지 약 0.8㎛일 수 있다. 다른 예로, 필터링후 슬러리 내에 잔존하는 연마 입자의 평균 입경을 약 150 초과 약 270nm 이하로 하고자 하는 경우, 상기 포어의 크기는 약 0.8 초과 약 1.2㎛ 이하일 수 있다. 또 다른 예로, 필터링후 슬러리 내에 잔존하는 연마 입자의 평균 입경을 약 270 초과 약 400nm 이하로 하고자 하는 경우, 상기 포어의 크기는 약 1.2 초과 약 4㎛ 이하일 수 있다. 이 외에도, 다양한 포어의 크기를 갖는 필터를 사용할 수 있을 것이다.
본 발명의 연마용 슬러리 필터링 장치는, 상기 수용 용기 내의 압력을 조절하는 압력 조절부; 상기 수용 용기에 수용된 슬러리의 입자 중에서 전체 입자의 평균 입경 대비 150% 이상의 입경을 가지는 거대 입자의 함량 및 개수를 측정하는 입자 함량 측정부; 및 상기 수용 용기 내의 압력을 측정하는 압력 측정부;를 더 포함할 수 있다.
상기 압력 조절부는 상기 거대 입자의 필터링이 용이하도록 상기 수용 용기 내의 압력을 조절할 수 있다. 일 예로, 상기 압력 조절부는 상기 필터링 공정 시 상기 수용 용기 내의 압력을 대기압 이하, 예를 들어, 0.1 내지 100 Pa로 낮출 수 있으며, 아울러 상기 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
상기 압력 조절부는 진공 펌프를 포함할 수 있다. 상기 진공 펌프로는, 특별히 한정되지는 않으나, 터보분자 펌프(Turbomolecular Pump: TMP), 크라이오 펌프(cryo pump), 로터리 펌프(rotary vane pump), 또는 드라이 펌프(dry pump) 등을 사용할 수 있다. 상기 터보분자 펌프는 고속회전을 통해 상기 수용 용기 내의 공기에 역학적인 힘을 가해 상기 수용 용기 내의 공기를 배기시킬 수 있는 펌프이다. 상기 크라이오 펌프는 극도로 냉각시킨 면에 수용 용기 내의 공기를 응결시켜서 배출시킬 수 있는 펌프이다. 상기 로터리 펌프는 정지자(stator), 회전자(rotator), 및 베인(vane)에 의해 흡입, 압축, 배기의 과정을 거쳐 작동하는 펌프이다. 상기 압력 조절부를 이용한 수용 용기 내의 진공 용이성 확보를 위해 상기 수용 용기 및 상기 필터링부 사이를, 예를 들어, 실링재를 이용하여 밀봉 처리할 수 있다.
상기 입자 함량 측정부는 상기 수용 용기에 수용된 화학적 기계적 연마용 슬러리 내의 연마 입자 중에서 거대 입자의 개수 및 함량을 측정하도록 제공될 수 있다. 상기 입자 함량 측정부는 상기 슬러리 내의 연마 입자의 입도 분포를 분석한 다음, 그 결과를 토대로 거대 입자의 개수 및 함량을 측정할 수 있으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다.
상기 압력 측정부는 상기 수용 용기 내의 압력을 측정할 수 있다. 상기 압력 측정부는 단순히 압력 측정 게이지 형태로 제공될 수 있으나, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 일 예로, 상기 압력 측정부는 상기 수용 용기와 연결됨과 아울러 상기 압력 조절부와 연결될 수 있으며, 상기 압력 측정부를 통해 측정된 상기 수용 용기 내의 압력을 상기 압력 조절부에 제공하여 상기 압력 조절부를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 압력 측정부는 측정한 상기 수용 용기 내의 압력 정보를 상기 압력 조절부에 제공하고, 상기 압력 조절부는 제공된 상기 수용 용기 내 압력 정보에 따라 상기 수용 용기의 압력을 조절하면서 필터링을 수행하는 것일 수 있다.
1: 제1 필터링부
1-1, 1-2, 1-3: 제1 필터링부의 필터들
2: 제1 필터링부
2-1, 2-2, 2-3: 제2 필터링부의 필터들
3: 공급펌프
4: 공급 라인
5: 역압펌프
6: 드레인 라인
1-1, 1-2, 1-3: 제1 필터링부의 필터들
2: 제1 필터링부
2-1, 2-2, 2-3: 제2 필터링부의 필터들
3: 공급펌프
4: 공급 라인
5: 역압펌프
6: 드레인 라인
Claims (10)
- 슬러리 공급부;
상기 슬러리 공급부로부터 공급된 슬러리 중 입자를 필터링하는 필터링부; 및
상기 필터링부에 의해 필터링된 슬러리를 수용하는 슬러리 수용부;
를 포함하고,
상기 필터링부는 적어도 하나 이상의 금속 필터를 포함하는 것인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 금속은, 스테인리스 스틸, 하스텔로이, 인코넬, 니켈, 모넬, 티타늄, 탄소강, 동, 알루미늄 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 포함하는 것인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 필터링부는 복수의 필터를 포함하는 것인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 필터링부는 제1 필터링부 및 제2 필터링부를 포함하고, 상기 제1 필터링부와 상기 제2 필터링부는 상호 병렬적으로 형성된 것인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 필터링부 및 상기 제2 필터링부는 각각 복수의 필터링부를 포함하고,
상기 제1 필터링부의 복수의 필터링부와 상기 제2 필터링부의 복수의 필터링부는 각각 직렬로 형성된 것인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제1 필터링부 및 상기 제2 필터링부는 교대로 작동하는 것인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 필터링부 및 상기 제2 필터링부의 필터의 포어는 독립적으로는 0.1 내지 4 ㎛인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 수용 용기 내의 압력을 조절하는 압력 조절부;
상기 수용 용기에 수용된 슬러리의 입자 중에서 전체 입자의 평균 입경 대비 150% 이상의 입경을 가지는 거대 입자의 함량 및 개수를 측정하는 입자 함량 측정부; 및
상기 수용 용기 내의 압력을 측정하는 압력 측정부;
를 더 포함하는 것인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
- 제8항에 있어서,
상기 압력 측정부는 측정한 상기 수용 용기 내의 압력 정보를 상기 압력 조절부에 제공하고, 상기 압력 조절부는 제공된 상기 수용 용기 내 압력 정보에 따라 상기 수용 용기의 압력을 조절하면서 필터링을 수행하는 것인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 필터링부의 역압세정을 위한 역압펌프를 더 포함하는 것인,
연마용 슬러리 필터링 장치.
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|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120073184A KR101406762B1 (ko) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | 연마 슬러리 필터링 장치 |
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|---|---|
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ID=50141327
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120073184A KR101406762B1 (ko) | 2012-07-05 | 2012-07-05 | 연마 슬러리 필터링 장치 |
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