KR20040007020A

KR20040007020A - 연마액 공급 장치

Info

Publication number: KR20040007020A
Application number: KR1020020041651A
Authority: KR
Inventors: 마석중; 김선환; 최근만
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-01-24

Abstract

본 발명은 연마액 공급 장치에 관한 것으로, CMP 용 연마액을 배관을 통해 연마 패드로 공급하는 연마액 공급 장치에 있어서, 배관을 통해 공급되는 연마액의 공급량을 감지하는 센서; 센서로부터 감지된 신호를 입력받아 전압으로 변환하는 컨버터, 컨버터로부터 전압을 입력받아 기준값과 비교하고 PID 상수를 이용한 보상을 수행하는 PID 제어부 및 PID 제어부로부터 연마액 공급량을 제어하는 신호를 입력받는 모터 구동부를 포함하는 피드백 시스템; 및 모터 구동부로부터 연마액 공급량을 제어하는 전압을 입력받아 연마액을 조절하여 펌핑해주는 펌프를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, CMP 용 연마액의 공급 압력에 변동이 발생되더라도 이를 자동으로 제어하여 평탄화 공정의 균일성을 보장하고 양질의 반도체 제품을 안정적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.

Description

연마액 공급 장치{Apparatus for supplying slurry}

본 발명은 반도체 소자를 제조하는 장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 웨이퍼에 대한 화학기계적 연마 공정을 진행할 때 연마액을 공급해주는 연마액 공급 장치에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조할 때 웨이퍼 박막을 평탄화하는 공정이 필요한데 대표적인 것이 화학기계적 연마 공정(Chemical Mechanical Polishing; CMP)이다. 화학기계적 연마 공정은 연마액인 슬러리(slurry)를 이용하여 공정을 진행하는데 기존의 CMP 장비는 연마액을 정해진 양만 공급하는 방식을 이용하였다. 즉, CMP 용 연마액의 공급 장치 및 연마액 필터에 문제가 발생하여 공급 압력이 저하되어도 종래의 CMP 장비에 의하면 연마액 공급량이 자동 조절이 되지 않았다. 따라서 연마액의 흐름에 변동(fluctuation)이 발생하거나 연마액 공급 장치의 압력 저하가 발생되면연마액이 연마 패드에 균일하게 퍼지지 않아 웨이퍼 연마시 일정성(uniformity)이 보장되지 않았다. 결국 평탄화 공정이 원활하게 이루어지지 않아 반도체 제품의 품질이 저하되고, 제품에 치명적인 악영향(reject)을 주게 되는 문제점이 발생하였다. 또한 최근에는 반도체 제조 공정이 미세화 칩으로 변화하면서 CMP 공정의 중요성이 커지는데, 연마액을 공급하는 장치에서 공급 맥동에 의해 평탄 균일도가 나빠지면(non-uniformity) 제품의 품질이 떨어지는 문제가 있었다.

이하에서는 도 1을 참조하여 종래의 CMP 연마액 공급 장치에 대하여 설명한다. CMP 연마액 공급 장치는 연마액을 이송하는 배관(10), 배관에 연결되는 연마액 공급 펌프(11), 연마액의 공급 유무를 감지하는 센서(12), 연마 패드(13), 센서에서 감지된 신호를 변환하여 주는 컨버터(14) 및 센서에서 감지된 결과에 따라 연마액의 공급 유무를 결정하는 제어부(15)를 포함하여 이루어진다. 연마액을 공급하는 중앙공급장치에서 배관을 통해서 연마액을 공급하면 펌프에서 적당한 압력으로 펌핑해주고, 연마액이 연마 패드로 공급된다. 그런데 연마액 중앙공급장치 또는 펌프에서 문제가 발생하면 센서가 연마액의 공급 유무를 감지하여 제어부에 신호를 보내고 제어부는 에러를 유발시키는데, 에러가 발생하면 평탄화 공정이 진행 중이던 반도체 소자는 폐기되었다. 또한 연마액 공급이 불안하면 문제의 장비를 정비하는데 많은 시간이 소요되므로 제품의 생산량 저하의 원인이 되었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, CMP 용 연마액의 공급을 자동으로제어하여 평탄화 공정의 균일성을 보장하고 양질의 반도체 제품을 생산할 수 있는 연마액 공급 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 연마액 공급 장치를 설명하기 위한 도면.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 연마액 공급 장치를 설명하기 위한 도면.

상기 과제를 이루기 위해, 본 발명에 의한 연마액 공급 장치는, CMP 용 연마액을 배관을 통해 연마 패드로 공급하는 연마액 공급 장치에 있어서, 배관을 통해 공급되는 연마액의 공급량을 감지하는 센서; 센서로부터 감지된 신호를 입력받아 전압으로 변환하는 컨버터, 컨버터로부터 전압을 입력받아 기준값과 비교하고 PID 상수를 이용한 보상을 수행하는 PID 제어부 및 PID 제어부로부터 연마액 공급량을 제어하는 신호를 입력받는 모터 구동부를 포함하는 피드백 시스템; 및 모터 구동부로부터 연마액 공급량을 제어하는 전압을 입력받아 연마액을 조절하여 펌핑해주는 펌프를 구비하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술 분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 연마액 공급 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 배관(20), 펌프(21), 센서(22), 연마 패드(23) 및 피드백 시스템(27)으로 이루어진다. 배관(20)은 연마액 중앙공급장치(미도시)에 연결되어 연마 패드(23)로연마액을 이송하는 역할을 하고, 배관(20)에는 펌프(21)가 연결되어 있어 중앙공급장치로부터 공급되는 연마액을 펌핑해준다. 센서(22)는 이송되는 연마액의 유량을 감지하는 역할을 한다. 피드백 시스템(27)은 센서(22)로 부터 신호를 입력받으면 내부의 제어 프로그램에 따라 현재 공급되고 있는 연마액의 유량을 조절하는 역할을 한다.

피드백 시스템(27)의 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명한다. 피드백 시스템은 컨버터(24), PID 제어부(25) 및 모터 구동부(26)를 포함하여 이루어진다. 컨버터(24)는 센서(22)에서 연마액의 흐름을 감지하고 이를 주파수 신호로 출력하면 이러한 주파수 신호를 전압으로 변환하여 준다. 전압 신호가 컨버터(24)에서 PID 제어부(25)로 입력되면 PID 제어부는 PID 상수를 이용하여 입력값과 기준값을 비교하고 보상하여 결과값을 모터 구동부(26)로 출력하고, PID 제어부(25)로부터 입력된 제어 신호에 따라 모터 구동부(26)에서 펌프의 연마액 공급량을 조절한다. 이러한 PID 제어부의 연마액 제어 프로그램은 초기에 연마액의 실제 흐름량을 비커로 실측하고, 이때 모터에 인가되는 전압과 센서에서 감지되는 전압을 프로그램에 입력하여 연마액 제어 프로그램을 세팅한다. 이렇게 연마액 보정 프로그램이 완료되면 이후부터는 PID 상수를 이용하여 연마액 흐름을 자동으로 제어하게 된다.

PID 제어라 함은 비례 제어(Proportional Control), 적분 제어(Integral Control), 미분 제어(Differential Control)로 이루어진 제어시스템을 말한다. PID 제어부(25)는 오차신호 발생부(미도시), 비례 연산부(미도시), 적분 연산부(미도시), 미분 연산부(미도시) 및 신호합성부(미도시) 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 오차신호 발생부는 기준 연마액 공급량과 컨버터(24)를 통해 제공되는 현재 연마액의 공급량을 비교하여 그에 상응하는 오차신호를 생성하여 출력한다. 그리고, 이 오차신호는 비례 연산부, 적분 연산부, 미분 연산부로 제공된다. 이러한 각 연산부는 상술한 오차신호 발생부로부터 제공된 오차신호를 소정의 신호 처리과정을 거쳐 출력한다. 먼저, 비례 연산부는 비례 이득(gain)이 적정치가 되도록 조절하는 수단으로서, 기설정된 소정 범위 내에서 오차신호의 크기가 연마액 공급 장치에서 요구되는 오차 허용 범위 내에 포함되도록 이득을 조절하여 출력하는 기능을 한다. 그리고, 적분 연산부는 오차신호의 정점 오차가 수평이 되도록 이득을 조절하여 출력하는 기능을 하며, 미분 연산부는 오차신호가 수평이 되도록 이득을 조절하여 출력하는 기능을 한다. 이러한 각각의 연산부를 거쳐 출력된 오차신호는 신호 합성부를 통해 하나의 PID 제어신호로 합성되고, 적절한 신호 변환/증폭 절차를 거쳐 모터 구동부(26)에 인가된다. 따라서, 모터 구동부는 신호 합성부로부터 인가된 PID 제어신호에 대응하여 펌프를 구동함으로써 연마액의 흐름을 조절하게 된다. 결국, PID 제어부는 오차신호에 대한 이득을 조절하여 튜닝을 수행함으로써, 적절한 연마액이 공급될 수 있도록 모터를 제어하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 연마액 공급 장치는, CMP 용 연마액의 공급 압력에 변동이 발생되더라도 이를 자동으로 제어하여 평탄화 공정의 균일성을 보장하고 양질의 반도체 제품을 안정적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.또한 연마액을 절감하여 전체 CMP 공정의 소요되는 금액을 줄일 수 있는 경제적 효과가 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims

CMP 용 연마액을 배관을 통해 연마 패드로 공급하는 연마액 공급 장치에 있어서,

상기 배관을 통해 공급되는 연마액의 공급량을 감지하는 센서;

상기 센서로부터 감지된 신호를 입력받아 전압으로 변환하는 컨버터, 상기 컨버터로부터 전압을 입력받아 기준값과 비교하고 PID 상수를 이용한 보상을 수행하는 PID 제어부 및 상기 PID 제어부로부터 연마액 공급량을 제어하는 신호를 입력받는 모터 구동부를 포함하는 피드백 시스템; 및

상기 모터 구동부로부터 연마액 공급량을 제어하는 전압을 입력받아 연마액을 조절하여 펌핑해주는 펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마액 공급 장치.
제1 항에 있어서, 상기 PID 제어부는

상기 컨버터에서 입력되는 연마액 공급량과 기준 연마액 공급량을 비교하여 오차 신호를 생성하는 오차신호 발생부;

상기 오차 신호를 입력받아 상기 오차 신호의 크기가 오차 허용 범위 내에 포함되도록 이득을 조절하여 출력하는 비례 연산부;

상기 오차 신호를 입력받아 상기 오차 신호의 정점 오차가 수평이 되도록 이득을 조절하여 출력하는 적분 연산부;

상기 오차 신호를 입력받아 상기 오차 신호가 수평이 되도록 이득을 조절하여 출력하는 미분 연산부; 및

상기 비례 연산부, 적분 연산부 및 미분 연산부로부터 신호를 입력받아 합성하고 상기 모터 구동부로 상기 합성 신호를 출력하는 신호 합성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마액 공급 장치.