KR20020003704A - 씨엠피 장치의 슬러리 재생모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 씨엠피(CMP) 장치의 슬러리 재생모듈에 관한 것으로, 피연마재를 연마하는데 사용한 재생용 슬러리가 유입되는 집진 탱크와, 집진 탱크에 재생용 슬러리의 농도보다 높은 농도를 갖는 새로운 슬러리를 공급하는 새로운 슬러리 공급부와, 집진 탱크에 염화성 제재를 공급하는 염화성 제재 공급부와, 재생용 슬러리를 집진 탱크의 외부로 배출 또는 재유입되도록 설치된 슬러리 순환로와, 슬러리 순환로상에 설치되어 재생용 슬러리의 순환을 강제 유도하는 펌프와, 슬러리 순환로상에 설치되어 재생용 슬러리로부터 실리카 계열의 솔리드 성분을 분리하여 집진 탱크로 재유입되게 하는 한외 여과기와, 솔리드 성분이 분리된 재생용 슬러리로부터 케미컬 성분과 탈이온수를 분리하여 케미컬 성분은 집진 탱크로 재유입되게 하며 탈이온수는 외부로 배출하는 역삼투압 여과기를 포함하여, 한외 여과기 및 역삼투압 여과기를 이용한 2차 여과 방식을 채택하여 불순물 제거율을 향상시킴과 아울러 새로운 슬러리와 염화성 제재를 함께 혼합하여 슬러리를 재생하므로 슬러리 재생 효율이 극대화되어 높은 경제성 및 환경 친화성을 갖는 이점이 있다.

Description

씨엠피 장치의 슬러리 재생모듈{MODULE FOR REGENERATING SLURRY OF CHEMICAL MECHANICAL POLISHING APPARATUS}

본 발명은 씨엠피(Chemical Mechanical Polishing; CMP) 장치의 슬러리 재생모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 한외 여과기(ultra filter)와 역삼투압 여과기(reverse osmosis filter)를 이용한 2차 여과를 거쳐 불순물 제거 및 새로운 슬러리와 염화성 제재를 함께 혼합하여 슬러리를 재생하도록 한 씨엠피 장치의 슬러리 재생모듈에 관한 것이다.

주지와 같이, CMP는 반도체 에칭기술의 하나로 기존의 화학물질을 사용하여불필요한 박막층을 녹여버리는 방법과는 달리 화학적 요소와 기계적인 요소를 결합한 고효율 및 고 평탄도를 제공하는 연마방법이다.

CMP 장치는 웨이퍼를 잡기 위한 캐리어 및 연마 패드에 부착된 정반과 함께 제공된다. 웨이퍼는 캐리어에 의하여 연마 패드의 정상부에 대하여 압착되며, 이러한 상태에서 정반 및 캐리어는 서로에 관하여 회전된다. 슬러리는 슬러리 공급장치로부터 연마 패드의 정상부로 연속적으로 공급되며, 그 결과 웨이퍼의 연마 및 연마율의 정밀도가 향상된다.

연마공정시 생기는 부산물이나 슬러리의 pH 및 화학조성의 변화는 웨이퍼의 평탄도를 떨어트리거나 웨이퍼의 스크래칭을 유발할 수 있으므로 농도, pH 등 최적의 화학특성을 갖는 슬러리를 연마 패드에 공급하여 줄 필요가 있다.

그러므로, 한번 사용한 슬러리를 폐기물액 수용기(bath)에 수용한 후 폐기 처리하였는데, 이로서 매우 많은 양의 슬러리가 사용될 수밖에 없었으며 이는 곧 연마 작업에 높은 비용이 들어가는 주요 원인이 되는 문제점이 있었다.

최근 들어 비용 절감 및 환경 친화성의 차원에서 슬러리를 재생하는 장치가 제안되고는 있으나 재생 효율을 극대화시킬 수 있는 새로운 슬러리 재생장치의 개발은 여전히 숙제로 남아있으며, 이를 위한 연구 노력은 끈임 없이 지속되고 있다.

본 발명은 이러한 연구 노력의 한 결과물로서, 한외 여과기 및 역삼투압 여과기를 이용한 2차 여과 방식을 채택하여 불순물 제거율을 향상시킴과 아울러 새로운 슬러리와 염화성 제재를 함께 혼합하여 슬러리를 재생함으로써, 슬러리 재생 효율이 극대화되도록 한 씨엠피 장치의 슬러리 재생모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 씨엠피 장치의 슬러리 재생모듈은, 피연마재를 연마하는데 사용한 재생용 슬러리가 유입되는 집진 탱크; 상기 집진 탱크에 상기 재생용 슬러리의 농도보다 높은 농도를 갖는 새로운 슬러리를 공급하는 새로운 슬러리 공급부; 상기 집진 탱크에 염화성 제재를 공급하는 염화성 제재 공급부; 상기 재생용 슬러리를 상기 집진 탱크의 외부로 배출 또는 재유입되도록 설치된 슬러리 순환로; 상기 슬러리 순환로상에 설치되어 상기 재생용 슬러리의 순환을 강제 유도하는 펌프; 상기 슬러리 순환로상에 설치되어 상기 재생용 슬러리로부터 실리카(silica) 계열의 솔리드(solid) 성분을 분리하여 상기 집진 탱크로 재유입되게 하는 한외 여과기; 상기 솔리드 성분이 분리된 재생용 슬러리로부터 케미컬(chemical) 성분과 탈이온수를 분리하여 상기 케미컬 성분은 상기 집진 탱크로 재유입되게 하며 상기 탈이온수는 외부로 배출하는 역삼투압 여과기를 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 씨엠피(CMP) 장치 슬러리 재생모듈의 구조를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 집진 탱크 20 : 새로운 슬러리 공급부

30 : 염화성 제재 공급부 50 : 펌프

60 : 한외 여과기 70 : 역삼투압 여과기

본 발명의 실시예로는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이 실시예를 통하여 본 발명의 목적, 특징 및 이점들을 보다 잘 이해할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 씨엠피 장치 슬러리 재생모듈의 구조를 나타낸 도면이다.

도 1에 나타낸 바와 같이 본 발명의 슬러리 재생모듈은, 집진 탱크(10), 새로운 슬러리 공급부(20), 새로운 슬러리 공급로(21), 염화성 제재 공급부(30), 염화성 제재 공급로(31), 슬러리 순환로(41 내지 47), 펌프(50), 한외 여과기(60), 역삼투압 여과기(70), 재생용 슬러리 공급로(81), 폐 슬러리 배출로(82), 밸브(91 내지 98)로 구성된다.

집진 탱크(10)는 웨이퍼를 연마하는데 사용된 재생용 슬러리의 유입이 용이한 위치에 배치된다. 밸브(91)는 재생용 슬러리 공급로(81)를 통과하여 집진 탱크(10)로 회수되는 재생용 슬러리의 유량을 조절한다.

새로운 슬러리 공급부(20)는 집진 탱크(10)에 저장된 재생용 슬러리의 농도보다 높은 농도를 갖는 새로운 슬러리를 새로운 슬러리 공급로(21)를 통하여 집진 탱크(10)에 공급한다. 밸브(92)는 새로운 슬러리 공급로(21)를 통하여 집진 탱크(10)로 유입되는 새로운 슬러리의 유량을 조절한다.

염화성 제재 공급부(30)는 수산화칼륨(KOH)과 같은 염화성 제재를 염화성 제재 공급로(31)를 통하여 집진 탱크(10)에 공급한다. 밸브(93)는 염화성 제재 공급로(31)를 통하여 집진 탱크(10)로 유입되는 염화성 제재의 유량을 조절한다.

펌프(50)는 집진 탱크(10)내에 저장된 재생용 슬러리를 슬러리 순환로(41 내지 47)쪽으로 강제 순환 유도한다.

슬러리 순환로(42)는 웨이퍼 연마 패드쪽으로 연장되거나 또 다른 재생모듈쪽으로 연장된다.

한외 여과기(60)는 밸브(96)의 개방 상태에서 슬러리 순환로(43)를 통하여유입되는 재생용 슬러리로부터 실리카 계열의 솔리드 성분을 분리하여 슬러리 순환로(44)를 통하여 집진 탱크(10)로 재유입시키며, 이외의 성분은 슬러리 순환로(45)를 통하여 역삼투압 여과기(70)로 공급한다. 밸브(97)는 슬러리 순환로(44)를 통하여 집진 탱크(10)로 재유입되는 솔리드 성분의 유량을 조절한다.

역삼투압 여과기(70)는 슬러리 순환로(45)를 통하여 유입되는 솔리드 성분이 분리된 상태의 재생용 슬러리로부터 케미컬 성분과 탈이온수를 분리하여 케미컬 성분은 슬러리 순환로(46)를 통하여 집진 탱크(10)로 재유입시키며, 탈이온수는 슬러리 순환로(47)를 통하여 외부로 배출한다. 밸브(98)는 슬러리 순환로(46)를 통하여 집진 탱크(10)로 재유입되는 케미컬 성분의 유량을 조절한다.

폐 슬러리 배출로(82)는 각종 불순물이 포함되어 재생이 불가능한 폐 슬러리는 외부로 배출한다. 밸브(94)는 이러한 폐 슬러리의 배출량을 조절한다.

이하, 상기와 같은 구조를 갖는 씨엠피 장치 슬러리 재생모듈의 동작을 설명한다.

먼저, 슬러리가 공급되는 연마 패드위에 웨이퍼와 같은 피연마재가 위치되어 연마되며, 이렇게 연마하는데 사용된 슬러리는 연마 패드로부터 재생용 슬러리 공급로(81)를 통하여 집진 탱크(10)로 유입되고, 그 유량은 밸브(91)에 의하여 조절된다.

집진 탱크(10)로 유입되는 재생용 슬러리 중 각종 불순물이 포함되어 재생이 불가능한 폐 슬러리는 밸브(94)가 개방되면 폐 슬러리 배출로(82)를 통하여 외부로 배출된다.

밸브(92)가 개방되어 새로운 슬러리 공급부(20)로부터 고농도의 새로운 슬러리가 새로운 슬러리 공급로(21)를 통하여 집진 탱크(10)에 공급되며, 밸브(93)가 개방되어 염화성 제재 공급부(30)로부터 수산화칼륨(KOH)과 같은 염화성 제재가 염화성 제재 공급로(31)를 통하여 집진 탱크(10)에 공급된다.

그 결과, 집진 탱크(10)에 저장된 재생용 슬러리에 새로운 슬러리 및 염화성 제재가 첨가되어 재생용 슬러리를 재생시키게 된다. 그러나 현재까지의 슬러리는 그 화학특성(농도, pH 등)이 웨이퍼를 연마하기에 적합한 상태는 아니다.

펌프(50)는 슬러리 순환로(41)를 통하여 집진 탱크(10)내에 저장된 재생용 슬러리를 펌핑한다. 이때 밸브(95)와 밸브(96) 중 어느 하나가 개방된 상태이며, 초기에는 슬러리 재생을 위하여 밸브(96)와 함께 후단의 밸브들(97,98)이 먼저 개방된다.

한외 여과기(60)는 슬러리 순환로(43)를 통하여 유입되는 재생용 슬러리로부터 실리카 계열의 솔리드 성분을 분리한다. 즉 한외 여과기(60)에 사용되는 한외 여과막은 그 특성이 대부분 작은 유기물과 이온은 통과하지만 여과막의 종류와 가압에 따라 일정 크기 이상의 솔리드 성분은 슬러리 순환로(44)를 통하여 집진 탱크(10)로 재유입된다.

한외 여과기(60)를 거친 재생용 슬러리 중 솔리드 이외의 성분은 슬러리 순환로(45)를 통하여 역삼투압 여과기(70)로 공급된다.

역삼투압 여과기(70)는 솔리드 성분이 분리된 상태의 재생용 슬러리로부터 케미컬 성분과 탈이온수를 분리한다. 여기서 역삼투압 여과기(70)는 삼투압력을 초과하는 높은 압력을 재생용 슬러리에 가하고 특수 제작된 반투막(membrane)을 통하여 반대 방향으로 슬리러의 흐름을 유도한다.

역삼투압 여과기(70)에 의하여 분리된 케미컬 성분은 슬러리 순환로(46)를 통하여 집진 탱크(10)로 재유입되며, 세척시 이용되는 탈이온수(D.I water)는 슬러리 순환로(47)를 통하여 외부로 배출된다.

상기와 같은 새로운 슬러리 및 염화성 제재의 공급 및 여과과정은 소정 회수동안 반복, 즉 재순환되어 재생용 슬러리의 농도, pH 등이 소정치 이상으로 조합될 때까지 지속된다.

최초의 재생용 슬러리가 웨이퍼를 연마하는데 이용할 수 있는 최적의 화학특성을 갖는 재생 슬러리로 완전히 재생되면 밸브(96)가 폐쇄 및 밸브(95)가 개방되며, 슬러리 순환로(42)를 통하여 웨이퍼 연마 패드쪽으로 재공급되어 재사용된다.

전술한 바와 같은 본 발명은 한외 여과기 및 역삼투압 여과기를 이용한 2차 여과 방식을 채택하여 불순물 제거율을 향상시킴과 아울러 새로운 슬러리와 염화성 제재를 함께 혼합하여 슬러리를 재생하므로 슬러리 재생 효율이 극대화되어 높은 경제성 및 환경 친화성을 갖는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 피연마재를 연마하는데 사용한 재생용 슬러리가 유입되는 집진 탱크;

   상기 집진 탱크에 상기 재생용 슬러리의 농도보다 높은 농도를 갖는 새로운 슬러리를 공급하는 새로운 슬러리 공급부;

   상기 집진 탱크에 염화성 제재를 공급하는 염화성 제재 공급부;

   상기 재생용 슬러리를 상기 집진 탱크의 외부로 배출 또는 재유입되도록 설치된 슬러리 순환로;

   상기 슬러리 순환로상에 설치되어 상기 재생용 슬러리의 순환을 강제 유도하는 펌프;

   상기 슬러리 순환로상에 설치되어 상기 재생용 슬러리로부터 실리카 계열의 솔리드 성분을 분리하여 상기 집진 탱크로 재유입되게 하는 한외 여과기; 및

   상기 솔리드 성분이 분리된 재생용 슬러리로부터 케미컬 성분과 탈이온수를 분리하여 상기 케미컬 성분은 상기 집진 탱크로 재유입되게 하며 상기 탈이온수는 외부로 배출하는 역삼투압 여과기를 포함하는 씨엠피 장치의 슬러리 재생모듈.