KR100309124B1 - 폐슬러리 처리 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연마 공정에서 발생되는 폐슬러리의 처리 방법에 관한 것으로, 연마용 슬러리들에 대한 연마 공정 전후의 입도 분포 및 화학 성분 분석을 실시하여 슬러리내의 분포 입자의 크기와 그의 분포 데이터를 산출하는 단계와, 알루미나 분말에 증류수와 해교제를 첨가하여 현탁액을 제조하는 단계와, 상기 현탁액을 슬립 캐스팅용 석고 몰드에 주입하여 건조시킨 후 석고 몰드를 탈리시켜 필터의 성형체를 제작하는 단계와, 상기 제작된 성형체를 열처리하여 기공 특성을 조절하고 기계적 강도가 부여된 최종 필터를 제작하는 단계와, 상기 필터를 폐슬러리 라인에 장착하고 일정량의 슬러리를 투과시켜 분리 여과를 진행하므로써 상기 필터의 여과 능력 및 분리비를 산출하여 관리 기준을 설정하는 단계와, 상기 주기적으로 여과된 폐슬러리의 성분 분석을 실시하여 폐슬러리를 관리하는 단계로 이루어진다.
Description
본 발명은 폐슬러리 처리 방법에 관한 것으로, 특히 화학적 기계적 연마 (Chemical Mechanical Polishing : 이하 CMP라 함) 공정을 실시한 후 발생되는 폐슬러리 및 부산물을 다공성 알루미나 분리 필터로 여과 처리하므로써 수질 오염을 최소화할 수 있는 폐슬러리 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 CMP 공정은 매우 빠른 속도로 도입되고 있고, 연마되는 대상막 또한 산화막, 질화막, 폴리실리콘, 금속층등 거의 모든 층에 적용되고 있다.
CMP 공정은 웨이퍼를 패드라 불리는 연마포 위에 연마재가 분산된 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 회전 운동 또는 왕복 운동을 시켜 기계적으로 원하는 대상막을 연마하는 기술로 주로 큰 단차를 갖는 반도체 소자 및 다층 금속 구조의 평탄화를 구현하는 공정에 사용되고 있다. 이때 연마 대상막에 따라 서로 다른 화학적 조성을 지니는 슬러리를 사용하고 있다. 산화막 CMP 공정에 사용되는 슬러리는 주로 염기성 퓸드(Fumed)/KOH계 또는 퓸드(Fumed)/NH4OH계 미세한 실리카 입자로 구성된 pH 10∼11 정도의 고순도 현탁 액체를 사용하고 있고, 금속층의 평탄화에 사용되는 슬러리는 pH 2∼4 정도의 산성 용액에 주로 알루미나 또는 세리아 연마 입자를 분산시킨 것으로, 텅스텐, 알루미늄, 구리등의 금속층을 연마하고 있다.
통상적인 방법으로 연마 공정이 완료된 슬러리들은 슬러리 재생 장비에 보내어 일부 슬러리를 재생시키므로써 폐슬러리의 양을 감소시키고 있다. 하지만, 결국에는 정화 장치에 보내져 고상 입자를 침전시킨 후의 액체를 화학적으로 처리하여 방출하고 있다. 이러한 정화 장치의 시설 투자와 배출 기준치 이하의 불순물 조절을 위해서는 많은 투자 예산이 필요하게 된다.
따라서, 본 발명은 비교적 제조 공정이 간단하고 화학적 및 기계적 특성이 우수한 세라믹 계통의 다공성 알루미나 분리 필터를 설계 제작하고, 이를 폐슬러리 여과 장치에 도입하므로써 환경 오염의 원인 요소를 줄일 수 있는 폐슬러리 처리 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 연마용 슬러리들에 대한 연마 공정 전후의 입도 분포 및 화학 성분 분석을 실시하여 슬러리내의 분포 입자의 크기와그의 분포 데이터를 산출하는 단계와, 알루미나 분말에 증류수와 해교제를 첨가하여 현탁액을 제조하는 단계와, 상기 현탁액을 슬립 캐스팅용 석고 몰드에 주입하여 건조시킨 후 석고 몰드를 탈리시켜 필터의 성형체를 제작하는 단계와, 상기 제작된 성형체를 열처리하여 기공 특성을 조절하고 기계적 강도가 부여된 최종 필터를 제작하는 단계와, 상기 필터를 폐슬러리 라인에 장착하고 일정량의 슬러리를 투과시켜 분리 여과를 진행하므로써 상기 필터의 여과 능력 및 분리비를 산출하여 관리 기준을 설정하는 단계와, 상기 주기적으로 여과된 폐슬러리의 성분 분석을 실시하여 폐슬러리를 관리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 연마 공정을 실시한 후 발생되는 폐슬러리와 부산물을 다공성 알루미나 분리 필터를 이용하여 여과 처리한다.
일반적으로, 고상이 혼재된 액체 혼합계에서 분리 여과 공정은 혼합 유체가 압력 구배에 의해 필터를 통과할 때 미세한 크기의 서로 다른 입자들이 분리되는 공정을 말한다. 이때 분리되는 고상 입자의 크기는 정확하게 정해져 있지 않지만 일반적으로 정밀 여과(microfilteration)에서는 0.1∼10㎛ 정도의 입자를, 한외 여과(ultrafilteration)에서는 10∼1000Å의 기공 크기를 갖는 여과 필터막을 통하여 미세한 콜로이달 입자를 어떠한 상변화나 질량 이동 변화없이 정화하거나 농도 조절 또는 분류한다. 이러한 여과가 진행될 때 기공들에 의한 삼투압은 무시될 수 있으며, 필터의 양끝단에 걸리는 압력의 구배가 이러한 분리 공정의 주된 구동력이된다.
실제 CMP 공정 후 액체와 고체가 혼합되어 있는 폐슬러리와 그 부산물의 미세 기공을 지니는 필터를 통한 메카니즘은 보통의 액체 투과 모델인 단순한 체가름 방법을 거치는 비스코스(Viscos flow)를 따르게 되어 가해주는 압력에 따라서 투과량이 선형적으로 변화된다. 따라서 필터의 기공률과 기공 크기 및 기공면의 표면적값이 제시되면 단순 계산식에 의해 걸러지는 입자 크기를 도출할 수 있다.
알루미나(Al2O3)계 다공체 필터는 화학적으로 안정되어 있고 높은 기계적 강도를 지니고 있어 CMP 공정에서 배출되는 폐슬러리와 같은 강산 또는 강염기성의 혼합 액체의 여과 공정에 적합하다. 다공성 알루미나계 필터의 기공 크기 및 기공 분포 조절은 출발 원료의 입자 크기에 따라 조절할 수 있다. 그리고 이러한 필터의 형상은 석고틀에 의한 슬립 캐스팅(slip casting) 방법에 의해 원하는 크기와 형상을 쉽게 구현할 수 있다.
이제, 본 발명에 따른 폐슬러리 처리 방법을 설명하면 다음과 같다.
산화막, 질화막, 폴리실리콘막 및 금속막 연마 공정을 위한 각각의 CMP용 슬러리를 가지고 연마를 실시하여 얻어지는 부산물을 확보하고, 각 슬러리들에 대한 연마 공정 전후의 입도 분포 및 화학 성분 분석을 실시하여 슬러리내의 분포 입자의 크기와 그의 분포 데이터를 확보한다. 일반적으로 널리 사용되는 대표적인 CMP용 슬러리는 다음과 같다. 먼저, 산화막용 슬러리로는 Cabot사의 KOH계 Fumed 실리카 기반(based) 염기성 용액(SS25 또는 SS12), Rodel사의 KOH계 Fumed 실리카 기반 염기성 용액(ILD-1200, ILD-1300), Moyco사의 KOH계 Fumed 실리카 기반 염기성 용액(A-1500, P-1500) 등이 있다. 또한, 텅스텐 연마용 슬러리로는 Cabot사의 H2O2계 Fumed 실리카 기반 염기성 용액(SSW2000), Rodel사의 알루미나계 기반 산성 용액(MSW2000), Moyco사의 Fe(NO3)3계 알루미나 기반 용액 (Megaferrate-50) 등이 있다.
여과를 진행하기 위한 다공성 알루미나계 분리 필터를 다음과 같은 공정에 의해 제작한다. 먼저, 필터의 제작을 위한 출발 원료로 평균 입자 크기가 0.5∼1.0㎛의 알파 알루미나 분말을 준비한다. 원하는 필터 형상을 제작하기 위한 슬립 캐스팅용 석고 몰드를 설계하여 준비한다. 이때의 슬립 캐스팅 방법에 의해 원판형 또는 튜브형 필터를 제작할 수 있다. 알루미나 분말에 증류수와 해교제(Davan C, R,T.Vanderblit Co)를 적량 첨가하여 필터 제작을 위한 현탁액을 제조한다. 이때, 알루미나 분말의 농도는 80wt% 정도로 하고, 해교제 농도는 0.07wt% 정도로 한다. 제작된 현탁액을 석고 몰드에 주입하여 건조시킨 후 석고 몰드를 탈리시켜 필터의 성형체를 제작한다. 제작된 성형체를 1300∼1500℃ 온도에서 100℃ 간격으로 세가지 온도에서 열처리하여 필터의 기공 크기와 기공률을 조절하고 기계적 강도가 부여된 최종 필터를 제작한다. 얻어진 필터의 기공 특성(기공 크기 및 기공률)을 수은 주입법 및 질소 투과법을 사용하여 확보한다.
이러한 방법에 의해 제작된 세라믹 필터를 폐슬러리 라인에 장착하고 일정량의 슬러리를 투과시켜 분리 여과를 진행한다. 필터의 여과 능력 및 분리비를 데이터화하여 관리 기준을 설정한다. 모니터링 기준을 결정하고 이를 데이터베이스화하여 주기적으로 여과된 폐슬러리의 성분 분석을 실시하여 폐슬러리를 관리한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 비교적 제조 공정이 간단하고 화학적 및 기계적 특성이 우수한 세라믹 계통의 다공성 알루미나계 분리 필터를 설계 제작하고 이를 CMP 공정 이후의 폐슬러리 여과 장치에 장착시켜 1차 여과 및 분리시킴으로써 환경 오염의 원인 요소를 현격하게 줄일 수 있게 되어 CMP 공정에서의 폐슬러리에 대한 후처리 비용 감소와 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Claims (4)
- 연마용 슬러리들에 대한 연마 공정 전후의 입도 분포 및 화학 성분 분석을 실시하여 슬러리내의 분포 입자의 크기와 그의 분포 데이터를 산출하는 단계와,알루미나 분말에 증류수와 해교제를 첨가하여 현탁액을 제조하는 단계와,상기 현탁액을 슬립 캐스팅용 석고 몰드에 주입하여 건조시킨 후 석고 몰드를 탈리시켜 필터의 성형체를 제작하는 단계와,상기 제작된 성형체를 열처리하여 기공 특성을 조절하고 기계적 강도가 부여된 최종 필터를 제작하는 단계와,상기 필터를 폐슬러리 라인에 장착하고 일정량의 슬러리를 투과시켜 분리 여과를 진행하므로써 상기 필터의 여과 능력 및 분리비를 산출하여 관리 기준을 설정하는 단계와,상기 주기적으로 여과된 폐슬러리의 성분 분석을 실시하여 폐슬러리를 관리하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 폐슬러리 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 알루미나 분말은 평균 입자 크기가 0.5 내지 1.0㎛의 알파 알루미나 분말인 것을 특징으로 하는 폐슬러리 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 필터 제작을 위한 현탁액은 80wt%의 알루미나 분말의 농도와 0.07wt% 해교제의 농도를 유지하는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 처리 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제작된 성형체의 열처리는 1300 내지 1500℃ 온도에서 100℃ 간격으로 실시하는 것을 특징으로 하는 폐슬러리 처리 방법.
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