WO2010035998A2

WO2010035998A2 - 반도체용 슬러리 공급장치 및 슬러리 공급방법

Info

Publication number: WO2010035998A2
Application number: PCT/KR2009/005373
Authority: WO
Inventors: 김형일; 홍사문; 고세종
Original assignee: 씨앤지하이테크 주식회사
Priority date: 2008-09-24
Filing date: 2009-09-22
Publication date: 2010-04-01
Also published as: KR20100034521A; KR100985861B1; WO2010035998A3; JP2012503557A; JP5303649B2; US20110174745A1

Abstract

본 발명은 공급되는 상기 슬러리 중 소정치 이상의 입자를 제거하기 위한 여과기; 상기 여과기에 연결되어 주입되는 압축공기를 통해 상기 여과기의 역세척을 실시하는 공기 주입기; 상기 여과기에 연결되어 여과되지 않은 슬러리가 저장되는 슬러리 회수탱크; 및 상기 슬러리 회수 탱크에 설치되어 여과되지 않은 슬러리를 파쇄하기 위한 파쇄기를 포함하여 이루어진데 특징이 있다.

Description

반도체용 슬러리 공급장치 및 슬러리 공급방법

본 발명은 반도체용 슬러리 공급장치 및 슬러리 공급방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 CMP 공정에 사용되는 연마제의 잔량을 폐기하지 않고, 전량을 사용하도록 한 반도체용 슬러리 공급장치 및 슬러리 공급방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자를 제조하기 위한 공정 기술은 반도체 소자의 고집적화, 고밀도화가 요구됨에 따라 더욱 미세한 패턴 형성 기술이 사용되고 있다.

이에 따라 배선의 다층화 구조를 요구하는 영역은 넓어지고 있는 실정이다. 즉, 반도체 소자의 표면 구조가 더욱 복잡해지고 층간 막들의 단차가 더욱 심해지는 경향이 있다. 이와 같이 발생된 층간막의 단차는 공정 불량을 야기한다.

이러한 문제점을 해소하고자 종래에는 웨이퍼의 평탄화 기술로 에스오지(SOG), 에치백(Etch back), BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass), 및 리플로우(Reflow) 공정이나 화학/기계적인 연마 공정(이하, CMP 공정)이 적용되고 있다. 이중 CMP 공정은 웨이퍼가 대구경화 됨에 따라 웨이퍼의 넓어진 면을 평탄화하기 위해서 화학적인 연마공정과 기계적인 연마공정을 하나의 공정으로 결합한 것이다. 이는 특히 단차가 형성된 웨이퍼 표면을 폴리싱패드 위에 밀착시킨 후 연마제를 웨이퍼와 폴리싱 패드 사이에 주입시켜 웨이퍼를 평탄화시키는 방식이다.

이와 같은 CMP 공정의 연마제로는 연마입자와 화학적 첨가제가 함유된 용액이 사용되는데 이것을 슬러리(slurry)라 한다. 이와 같은 액상의 슬러리를 사용하여 반도체 웨이퍼에 화학/기계적인 평탄화 공정을 실시한다. 이때 기계적 연마를 위해 적용되는 슬러리액 중 현탁 상태로 존재하는 고형상 미립자 알갱이의 크기를 일정 범위 내에서 선별하여 CMP 장비로 공급해야 하는데, 이는 일정이상의 거대입자(예로써, 옥사이드 슬러리의 경우에는 통상 1μ이상)가 CMP 공정에서 사용되면, 반도체 웨이퍼 상에 미세 패턴손상이 발생되는 원인으로 작용하여 반도체 웨이퍼의 불량으로 이어지기 때문이다.

또한 슬러리가 CMP 공정설비에서 사용하기 위해서는 각각의 공정 특성에 맞는 입자의 선별이 필요하게 되며, 슬러리 공급장치를 통해 공급된다. 이러한 슬러리 공급장치는 CMP공정에 사용되는 슬러리 원액 또는 공정별 특성에 맞도록 첨가제를 혼합 및 희석한 혼합액을 CMP 장치로 정량을 공급한다. 이때 최종적으로 일정크기 이상의 입자를 선별하기 위해 여과공정을 거쳐 공급하는 것이 보통이다.

하지만, 슬러리(연마액) 중에 존재하는 거대입자들은 시간의 경과와 함께 공급용기의 하부에 침전되어 뭉치게 됨으로써 거대 입자화 된다. 이에, 각 반도체 제조업체에 따라 정도의 차이가 있으나, 연마액의 원액 전부를 사용하지 않고 일정 부분만을 사용 후 잔량은 폐기하는 것이 일반적이다. 예를 들어, 옥사이드 슬러리의 경우 공급용기 상부의 80%를 사용하고 하부의 20%는 폐기한다. 그런데 이렇게 사용치 않고 버려지는 연마액의 양은 대단히 많으며 비용면에서도 상당한 손실이 발생하고, 또한 폐기되는 연마재로 인한 환경오염도 심각해지는 문제가 있었다.

본 발명은 위와 같은 필요에 의해 창안된 것으로서, 반도체 CMP 공정에 사용되는 연마제의 잔량을 폐기하지 않고, 전량을 사용하도록 한 반도체용 슬러리 공급장치 및 슬러리 공급방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시 형태에 따르면, 반도체 소자의 제조시 연마 공정에서 슬러리를 공급하기 위한 반도체용 슬러리 공급장치로서, 공급되는 상기 슬러리 중 소정치 이상의 입자를 제거하기 위한 여과기; 상기 여과기에 연결되어 주입되는 압축공기를 통해 상기 여과기의 역세척을 실시하는 공기 주입기; 상기 여과기에 연결되어 여과되지 않은 슬러리가 저장되는 슬러리 회수탱크; 및 상기 슬러리 회수 탱크에 설치되어 여과되지 않은 슬러리를 파쇄하기 위한 파쇄기를 포함한 반도체용 슬러리 공급장치가 제공된다.

상기 파쇄기는 고주파 대역의 초음파를 통해 슬러리를 분쇄하는 것이 바람직하다.

상기 여과기는 복수로 이루어져, 상기 여과기의 역세척과 상기 여과기를 통한 슬러리 선별이 교대로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 하나 이상의 여과기를 구비한 반도체용 슬러리 공급장치의 슬러리 공급방법으로서, 상기 여과기의 필터부재에 부착된 슬러리를 역세척 방식으로 분리시키고, 소정치 이상의 입자를 갖는 슬러리를 파쇄하여 상기 여과기에 재공급하는 반도체용 슬러리 공급방법을 제공된다.

본 발명에 따르면, 종래의 여과장치(단방향 필터)와 달리, 여과기의 눈막힘 현상이 발생하기 전에 자동 역세척을 실시함으로써 공정의 중단없이 여과기를 장시간 동안 사용가능하며, 이에 따라 여과기의 사용주기를 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 여과수단에서 여과되지 않는 활용이 부적합한 거대 입자의 슬러리는 파쇄기를 통해 다시 작은 입자로 파쇄됨으로써 슬러리의 잔량을 폐기하지 않고 전량을 사용할 수 있는 효과가 있다. 또한 이와 같이 슬러리를 남기지 않고 전량을 활용함으로써 폐기시 발생될 수 있는 환경오염을 방지하고 CMP 공정시 소비되는 비용도 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 반도체용 슬러리 공급장치의 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명의 반도체용 슬러리 공급장치의 여과기들 중 어느 하나를 역세척하는 공정의 예시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명의 반도체용 슬러리 공급장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 반도체용 슬러리 공급장치의 여과기들 중 어느 하나를 역세척하는 공정의 예시도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 반도체용 슬러리 공급장치는 슬러리 공급탱크(10), 여과기(60,65), 슬러리 회수탱크(20), 공기 주입기(70) 및 파쇄기(40)로 크게 구성된다.

상기한 구성에 있어서, 슬러리 공급탱크(10)로부터 연마제인 슬러리가 공급되어 슬러리 회수탱크(20)에 수용된다. 또한 수용된 슬러리는 배관 라인을 통해 연결된 펌프(50; 또는 다른 가압수단)에 의해 여과기(60,65)로 공급된다. 여기서 슬러리는 슬러리 공급탱크(10)에서 펌프(50)를 통해 직접 여과기(60,65)로 공급될 수도 있다.

또한, 상기 여과기(60,65)는 복수개로 이루어질 수 있다. 즉, 제1여과기(65) 및 제2여과기(60)로 이루어질 수 있다. 또한 여과기(60,65)들은 회수 탱크(20)에서 공급되는 슬러리 중 규정 입자 보다 큰 입자를 제거하고 활용이 가능한 슬러리를 걸러내는 역할을 수행한다. 특히, 여과기(60,65)가 복수로 이루어짐으로써 활용이 가능한 슬러리의 회수율을 높일 수 있다. 즉, 여과기(60,65)를 통과하지 못한 규정이상의 입자보다 큰 거대입자들은 슬러리 회수탱크(20)로 회수된다. 회수된 큰 거대입자의 슬러리는 파쇄기(40)에 의해, 활용이 가능한 보다 작은입자의 크기로 파쇄된다. 파쇄된 슬러리는 펌프(50)에 의해 다시 여과기(60,65)로 공급되어 여과공정을 수행한다. 이러한 여과공정은 여과기의 눈막힘 현상이 발생되어 여과 능력이 저하되기 전까지 반복하여 수행한다. 또한, 이때 사용가능한 슬러리는 슬러리 저장탱크(30)에 일시 저장되어 추후 공정에 적용된다.

상기 공기 주입기(70)는 상기 여과기(60,65)에 배관라인으로 연결되어 여과기(60,65)에 여과 방향의 역방향으로 공기를 주입함으로써 여과기(60,65)의 내에 슬러리가 축적되어 막히게 되는 것을 방지한다. 이에 따라 여과기의 여과 효율을 회복시킨다. 이하 이러한 작용을 '역세척'이라 한다. 한편 역세척시 주입되는 공기는 정화된 압축공기로서 청정공기(예컨데 질소)를 사용함으로써 슬러리가 물성변화를 일으키는 것을 방지하는 것이 바람직하다.

상기 파쇄기(40)는 여과기(60,65)의 말단에 각각 연결된다. 또한 파쇄기(40)는 여과기(60,65)에서 걸러진 큰 거대입자의 슬러리를 초음파를 통해 분쇄하는 역할을 수행한다.

이하, 본 발명의 반도체용 슬러리 공급방법에 대해 설명한다.

우선 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 슬러리 공급탱크(10)에서 공급되어 슬러리 회수탱크(20)에 수용된 슬러리를 펌프(50)로 흡입하여 제1여과기(65) 또는 제2여과기(60)로 공급한다.

제1여과기(65) 또는 제2여과기(60)는 펌프(50)의 공급라인에서 분기된 배관라인을 통해 각각 연결된다. 이때 상기 공급라인들에는 공급을 차단하기 위한 밸브(도면번호 미부여)가 각각 설치될 수 있다. 이에 따라 슬러리의 여과 공정시 작동중인 여과기(60,65) 중 어느 하나(예컨데 제2여과기; 60)에 슬러리가 막혀 여과 효율이 저하되면 압축된 청정공기를 주입하여 여과기(예컨데; 제2여과기; 60)를 소통시키고, 배출된 슬러리 입자는 파쇄기(40)에 공급된다. 또한, 이때 다른 하나의 여과기(예컨데, 제1여과기; 65)는 정상적으로 작동을 시킴으로써 슬러리 여과공정은 중단되지 않고 지속적으로 실시될 수 있다.

한편, 상기 여과기(65,60)에서는 활용에 적합한 슬러리와 부적합한 슬러리를 입자의 크기로 분리한다. 즉, 입자가 소정의 기준치보다 작은 슬러리(활용에 적합한 슬러리)는 슬러리 저장탱크(30)로 배출되며, 입자가 기준치보다 큰 슬러리(활용이 부적합한 슬러리)는 슬러리 회수탱크(20)로 회수되고, 파쇄기(40)의 초음파를 통해 활용가능한 작은 입자로 파쇄하는 공정이 이루어진다. 이때, 상기한 파쇄단계는 일반적으로 1 Mhz ~ 3 Mhz의 대역을 갖는 고주파의 초음파가 적용되는 것이 바람직하다. 상기 파쇄기(40)를 통해 작은 입자로 파쇄된 슬러리는 여과기(60,65)로 재공급되어 여과공정을 반복 실시한다. 이때, 활용 가능한 슬러리 입자는 슬러리 저장탱크(30)에 저장된다. 즉, 파쇄된 슬러리 입자가 활용가능한 소정치 이하가 될 때까지 여과공정은 반복되는 것이 바람직하다.

구체적으로 설명하면, 상기 슬러리 회수탱크(20)에 저장된 슬러리는 다시 슬러리 공급탱크(10)의 공급라인에 연결된 여과기(65,60)로 공급되어 슬러리에 대한 선별이 이루어진다. 이때, 상기 여과기(65,60)에 의해 재차 선별된 부적합한 슬러리는 다시 한번 파쇄단계를 실시할 수 도 있다. 또한 전술한 바와 같이 여과기(60,65)에 슬러리가 막혔는지를 압력 및 유량에 의해 판단하고, 막힌 부분에 대해서는 막혔음이 판단되면 역세척 단계를 재실시하여 여과기가 슬러리에 의해 막히는 것을 방지할 수 있다. 한편 활용 가능한 슬러리는 슬러리 저장탱크(30)에 저장되어 추후 연마공정에 제공될 수 있다.

아울러, 본 발명은 여과기(60,65)가 복수로 이루어짐으로써, 어느 하나의 여과기(60)에는 역세척이 이루어지고, 이와 동시에 다른 여과기(65)에는 슬러리를 선별하는 여과공정이 이루어질 수 있다. 여기서 첨부된 도 2에는 2개의 여과기(60,65)를 예를 들어 설명하였으나, 그 이상이 적용될 수 있다. 즉, 2개 이상의 여과기에 여과 공정 및 역세척 공정이 각각 이루어질 수 있음은 물론이다.

이와 같이 역세척 공정 중에서도 여과공정은 중단되지 않고 지속적으로 이루어짐으로써 여과공정 효율은 향상될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 실시예에 대해서 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

Claims

반도체 소자의 제조시 연마 공정에서 슬러리를 공급하기 위한 반도체용 슬러리 공급장치로서,

공급되는 상기 슬러리 중 소정치 이상의 입자를 제거하기 위한 여과기;

상기 여과기에 연결되어 주입되는 압축공기를 통해 상기 여과기의 역세척을 실시하는 공기 주입기;

상기 여과기에 연결되어 여과되지 않은 슬러리가 저장되는 슬러리 회수탱크; 및

상기 슬러리 회수 탱크에 설치되어 여과되지 않은 슬러리를 파쇄하기 위한 파쇄기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체용 슬러리 공급장치.
제1항에 있어서,

상기 파쇄기는 고주파 대역의 초음파를 통해 슬러리를 분쇄하는 것을 특징으로 하는 반도체용 슬러리 공급장치.
제1항에 있어서,

상기 여과기는 복수로 이루어져, 상기 여과기의 역세척과 상기 여과기를 통한 슬러리 선별이 교대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체용 슬러리 공급장치.
하나 이상의 여과기를 구비한 반도체용 슬러리 공급장치의 슬러리 공급방법으로서,

상기 여과기의 필터부재에 부착된 슬러리를 역세척 방식으로 분리시키고, 소정치 이상의 입자를 갖는 슬러리를 파쇄하여 상기 여과기에 재공급하는 것을 특징으로 하는 반도체용 슬러리 공급방법.
제4항에 있어서,

상기 여과기는 복수로 이루어져, 상기 여과기의 역세척과 상기 여과기를 통한 슬러리 선별이 교대로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체용 슬러리 공급방법.