JP2010089180A

JP2010089180A - 基板化学機械研磨用スラリー供給装置及び研磨システム

Info

Publication number: JP2010089180A
Application number: JP2008259277A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Yazawa; 達也矢澤
Original assignee: Toyoko Kagaku Co Ltd
Current assignee: Toyoko Kagaku Co Ltd
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2008-10-06
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】基板をＣＭＰ法で研磨するための研磨用スラリーを、遠心ポンプを使用して基板研磨装置に供給する研磨用スラリー供給装置において、研磨用スラリーに気泡が混入した場合においても、気泡を研磨用スラリーから分離し、気泡を含まない研磨用スラリーを安定的かつ恒常的に遠心ポンプに供給し、遠心ポンプを安定して運転できるようにする。
【解決手段】研磨用スラリー供給装置は、研磨用スラリーを貯留する貯留タンクと、研磨用スラリーを基板研磨装置へ供給する遠心ポンプと、貯留タンクと遠心ポンプの吸引側との間を接続し、研磨用スラリーの流路となる供給配管と、該遠心ポンプの吐出側に接続され、研磨用スラリーの流路となる吐出配管とを有する。また、開放末端を有する気体分離配管が、その開放末端が該貯留タンクに貯留されている研磨用スラリーの液面よりも上方に位置するように、供給配管に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板化学機械研磨用スラリー供給装置および研磨システムに関する。

高度の平坦性が求められているシリコンウエハなどの半導体基板、液晶パネル基板、プラズマパネル基板等の基板の表面研磨技術として、シリカ微粒子やアルミナ微粒子などの研磨剤を水性媒体に分散・懸濁安定化させたスラリーを利用した化学機械研磨法（ＣＭＰ法）が広く利用されている。このようなＣＭＰ法では、研磨用スラリー供給装置と基板研磨装置とからなる研磨システムが用いられている（特許文献１）。

このような研磨用スラリー供給装置は、研磨用スラリーを貯留する貯留タンクと、貯留タンク中の研磨用スラリーを基板研磨装置に移送する送液ポンプと、貯留タンクと送液ポンプの吸引側とを接続する供給配管と、送液ポンプの吐出側に接続された吐出配管とを含むものである。また、送液ポンプとしては、往復動ポンプから、流体の流量のコントロールが容易で、脈動がなく、シーリング部分に摩耗に送液不良が生じないという点から、遠心ポンプが使用されるようになっている。

特開２００７−３１９９４８号公報

ところで、半導体ウエハなどの基板を研磨するためのＣＭＰスラリーには、添加されている過酸化水素や各種添加物の分解により生じた気泡、ＣＭＰスラリーの局部的加熱により生じた気泡などが包含される場合がある。気泡の存在は、基板研磨装置へのＣＭＰスラリーの安定した供給を損ない、場合により遠心ポンプ内部にエアロックを生じさせ、ＣＭＰスラリーの送液を停止させてしまうという問題を引き起こし兼ねない。しかも、遠心ポンプ内にいったん取り込まれた、遠心ポンプ内に止まっている気泡を除去するためには、遠心ポンプ自体を停止させなければならないという問題がある。結果的に、研磨する基板に欠陥を生じさせ、生産性の大幅な低下が生じる。

本発明の目的は、以上の従来技術の課題を解決しようとすることであり、基板をＣＭＰ法で研磨するための研磨用スラリーを遠心ポンプを使用し、基板研磨装置に供給する研磨用スラリー供給装置であって、研磨用スラリーに気泡が混入した場合においても、気泡を研磨用スラリーから分離し、気泡を含まない研磨用スラリーを安定的かつ恒常的に遠心ポンプに供給し、遠心ポンプを安定して運転できる研磨用スラリー供給装置を提供することである。

本発明者は、半導体基板を化学機械研磨するための研磨用スラリーを貯留する貯留タンクと遠心ポンプとを接続し、研磨用スラリーの流路となる供給配管に、研磨用スラリーに混入している気泡を分離する手段として、開放末端を有する気体分離配管を、その開放末端が貯留タンクに貯留されている研磨用スラリーの液面よりも上方に位置するように接続することにより、上述の目的を達成することを見出し、本発明を完成させた。

即ち、本発明は、基板を化学機械研磨するための研磨用スラリーを貯留する貯留タンクと、研磨用スラリーを基板研磨装置へ供給する遠心ポンプと、該貯留タンクと該遠心ポンプの吸引側との間を接続し、研磨用スラリーの流路となる供給配管と、該遠心ポンプの吐出側に接続され、研磨用スラリーの流路となる吐出配管とを有する研磨用スラリー供給装置において、
研磨用スラリー中の気泡を当該研磨用スラリーから分離する手段として、開放末端を有する気体分離配管が、その開放末端が該貯留タンクに貯留されている研磨用スラリーの液面よりも上方に位置するように、該供給配管に接続されていることを特徴とする研磨用スラリー供給装置を提供する。

また、本発明は、回転可能な基板研磨用ステージと、基板を保持し、その基板を基板研磨用ステージに回転しながら押圧する基板保持部と、基板研磨用ステージに研磨用スラリーを付与する研磨用スラリー付与部とを有する基板研磨装置と、上述の研磨用スラリー供給装置とを有し、研磨用スラリー供給装置の吐出配管から、基板研磨装置の研磨用スラリー付与部に研磨用スラリーが供給される研磨システムを提供する。

本発明の研磨用スラリー供給装置においては、研磨用スラリー中の気泡を当該研磨用スラリーから分離する手段として、開放末端を有する気体分離配管が、その開放末端が該貯留タンクに貯留されている研磨用スラリーの液面よりも上方に位置するように、供給配管に接続されている。従って、貯留タンクと遠心ポンプとを結ぶ供給配管に気泡が堆積することを確実に抑制し、遠心ポンプにエアロックを発生させることなく、研磨用スラリーを基板研磨装置に安定的に連続供給することができる。

以下、本発明を図面を参照しながら説明する。なお、各図において同じ図番は、同一もしくは同等の構成要素を表している。

図１は、本発明の研磨用スラリー供給装置を示す。この研磨用スラリー供給装置は、シリコンウエハなどの基板を化学機械研磨するための研磨用スラリーＳＬを貯留するための貯留タンク１と、研磨用スラリーＳＬを基板研磨装置（１００）へ供給する遠心ポンプ２と、貯留タンク１と遠心ポンプ２の吸引側２ａとの間を接続し、研磨用スラリーＳＬの流路となる供給配管３と、遠心ポンプ２の吐出側２ｂに接続され、研磨用スラリーＳＬの流路となる吐出配管４とを有する。また、供給配管３は、排液配管５を分岐してもよく、その場合にはそれぞれバルブｖを備えることが好ましい。あるいは、供給配管３及び排液配管５とが別々に貯留タンク１に接続されていてもよい（図示せず）。その場合には、供給配管３を排液配管５よりも高い位置で貯留タンク１に接続することが好ましい。

本発明の研磨用スラリー供給装置は、研磨用スラリーＳＬ中の気泡を当該研磨用スラリーＳＬから分離する手段として、供給配管３から上向きに接続された気体分離配管を有する。この気体分離配管６は、開放末端６ａが貯留タンク１に貯留されている研磨用スラリーＳＬの液面よりも上方に位置するように配置されている。従って、貯留タンク１中の研磨用スラリーＳＬの液面と、気体分離配管６の研磨用スラリーＳＬの液面とは、高さがほぼ等しくなる。

研磨用スラリーＳＬ中の気泡を分離し易くするために、気体分離配管６の配管径を供給配管３の配管径と同等もしくはそれより大きくすることが望ましい。ここで、同等の径とは前者の径が後者の径の好ましくは０．９〜１．１倍、特に１．０倍の意味であり、また、それよりも大きい径とは、前者の径が後者の径の好ましくは１．１倍（１．１倍含まず）〜３倍、特に１．５倍〜２．５倍の意味である。

図１の研磨用スラリー供給装置において、研磨用スラリーＳＬ中に気泡が混入した場合でも、研磨用スラリーＳＬと共に、気体分離配管６まで流れてきた気泡が、その浮力により気体分離配管６の上方へ上昇し、開放末端６ａから大気中へ放たれることになる。従って、気泡が遠心ポンプ２へ流入しないため、遠心ポンプ２にエアロックが生ずることはない。よって、研磨用スラリー供給装置は、研磨用スラリーＳＬを安定恒久的に基板研磨装置（１００）に供給することができる。しかも、気体分離配管６における研磨用スラリーＳＬの液面も変化しないため、液面計やバルブ等の管理機器は不要となる。

また、気体分離配管６の開放末端６ａを、図２に示すように、貯留タンク１の上部に、即ち、研磨用スラリーの液面よりも上方に配置してもよい。万一、研磨用スラリーが逆流した場合、気体分離配管６からの研磨用スラリーＳＬが漏液することが懸念されるが、図２のような構成とすることにより、漏液した研磨用スラリーＳＬを貯留タンク１に回収することができる。

更に、本発明の研磨用スラリー供給装置においては、必要に応じて、貯留タンク１には、貯留タンク１へ研磨用スラリーＳＬを補充するために研磨用スラリー供給配管（図示せず）を接続してもよい。また、図３に示すように、研磨用スラリーＳＬの分散状態を維持するために撹拌装置７を設置してもよい。更に、研磨用スラリーＳＬの乾燥による固形物（研磨材）の析出を防ぐために、貯留タンク１を蓋体８で覆い、加湿窒素または加湿空気を貯留タンク１内へ導入するための加湿ガス導入配管９を設けることが好ましい。加湿窒素又は加湿空気の調製は、加湿ガス導入配管９に公知のガスバブリング装置（図示せず）を設けることにより行うことができる。また、貯留タンク１には液面レべル計、温度計や湿度測定装置（図示せず）等を設けることができる。

図３の貯留タンク１の蓋体８には、気体分離配管６を接続することができ、気体分離配管６内の研磨用スラリーＳＬの乾燥を防ぐことが可能となる。この場合には、撹拌装置７と蓋体８との隙間７ａを介しあるいは別途設けた排気口１０を介し、気体分離配管６の開放末端６ａが、結果的に大気に対し開放されるようにする。

図４に本発明の研磨用スラリー供給装置の別の態様を示す。この態様は、貯留タンクの洗浄等により研磨用スラリー供給装置の操作が停止することがないよう、貯留タンク１を二つ設け、それらを切り換え式に構成したものである。即ち、遠心ポンプ２とは反対側の供給配管３が二つに分岐し、分岐した供給配管３のそれぞれに貯留タンク１が接続されているものである。

なお、本発明の研磨用スラリー供給装置における供給配管３と気体分離配管６との接続部は、一般的なＴ型コネクタを使用してよいが、気泡の分離効率を向上させるために、図５に示すような断面を有する略円錐コネクタや略台形コネクタ等の供給配管３の径を上方に増大させるような内部領域ＩＲを有するコネクタ５０を使用することが好ましい。

次に本発明の研磨システムについて説明する。

研磨システムは、図１に示すように、本発明の研磨用スラリー供給装置に、回転可能な基板研磨ステージ１０１と、基板１０２を保持し、その基板１０２を基板研磨用ステージ１０１に回転しながら押圧する基板保持部１０３と、基板研磨ステージ１０１に研磨用スラリーＳＬを付与する研磨用スラリー付与部１０４とを有する基板研磨装置を組み合わせたものである。この研磨システムによれば、基板研磨ステージ１０１に、研磨用スラリーＳＬが、安定的かつ連続的に供給される。従って、半導体基板を、高い精度且つ高いスループットで研磨することができる。

以下に、図２の態様に関連し、研磨用スラリーの供給配管に気体分離配管を設けた場合と設けなかった場合の、遠心ポンプの吐出圧力変化を測定し評価した結果を説明する。

（吐出圧力変化測定（図２参照））
貯液タンク１内に純水を貯水した。貯液タンク１の底面に外径１インチの供給配管３の一端を接続し、他端を遠心ポンプ２（ＬＥＶ３００、レビトロニクス社）の吸引側に接続した。また、遠心ポンプ２の吐出側に外径１／２インチの吐出配管４を接続した。気体分離配管６を設ける場合には、遠心ポンプ２のー次側の供給配管３に上向きに外径１インチの配管を接続した。

次に、疑似研磨用スラリーである純水に実験的に気泡を混入させるため、供給配管３のバルブｖの下流側直近に窒素投入用配管（図示せず）を接続し、遠心ポンプ２の動作開始１分後に連続的に窒素を流し入れた。また、遠心ポンプ２の吐出圧力を計測するために、吐出配管４に圧力計（ＣＳ−Ｐ−１５、サーパスエ業）を設置した。実験開始時の各流体の流量は純水５リットル毎分、窒素５０ミリリットル毎分である。

図６に、気体分離配管６を設けた場合、設けなかった場合の吐出圧力変化の比較を示す。破線は気体分離配管６を設けた場合を示し、実線は設けなかった場合を示す。図６から解るように、気体分離配管６を設けた場合には、測定開始当初の４３キロパスカルの圧力が変化することなく安定的に維持されていたが、一方、気体分離配管６を設けなかった場合には、圧力が急激に減少し、約２分後にエアロックが発生し、測定開始当初４３キロパスカルあった圧力が５分後には０．６キロパスカルとなり、大きく低下した。従って、この測定結果から、気体分離配管６が気泡の分離に有効であることがわかった。

本発明の研磨用スラリー供給装置及び研磨システムによれば、研磨用スラリー中の気泡を当該研磨用スラリーから分離する手段として、開放末端を有する気体分離配管が、その開放末端が該貯留タンクに貯留されている研磨用スラリーの液面よりも上方に位置するように、供給配管に接続されているので、貯留タンクと遠心ポンプとを結ぶ供給配管に気泡が堆積することを確実に抑制し、遠心ポンプにエアロックを発生させることなく、研磨用スラリーを基板研磨装置に安定的に連続供給することができる。従って、本発明の研磨用スラリー供給装置及び研磨システムは、半導体ウエハや液晶パネル基板、プラズマパネル基板の研磨に有用である。

本発明の研磨用スラリー供給装置および研磨システムの概要図である。本発明の別の態様の研磨用スラリー供給装置の概要図である。本発明に適用可能な貯留タンクの概要図である。本発明の別の態様の研磨用スラリー供給装置の概要図である。本発明で使用するコネクタの概略図である。研磨用スラリー供給装置における吐出配管圧力の測定結果図である。

符号の説明

１貯留タンク
２遠心ポンプ
２ａ遠心ポンプの吸引側
２ｂ遠心ポンプの吐出側
３供給配管
４吐出配管
５排液配管
６気体分離配管
６ａ開放末端
７撹拌装置
７ａ撹拌装置と蓋体との隙間
８蓋体
９加湿ガス導入配管
１０排気口
５０コネクタ
１００基板研磨装置
１０１基板研磨ステージ
１０２基板
１０３基板保持部
１０４研磨用スラリー付与部
ＳＬ研磨用スラリー
ｖバルブ
ＩＲ内部領域

Claims

基板を化学機械研磨するための研磨用スラリーを貯留する貯留タンクと、研磨用スラリーを基板研磨装置へ供給する遠心ポンプと、該貯留タンクと該遠心ポンプの吸引側との間を接続し、研磨用スラリーの流路となる供給配管と、該遠心ポンプの吐出側に接続され、研磨用スラリーの流路となる吐出配管とを有する研磨用スラリー供給装置において、
研磨用スラリー中の気泡を当該研磨用スラリーから分離する手段として、開放末端を有する気体分離配管が、その開放末端が該貯留タンクに貯留されている研磨用スラリーの液面よりも上方に位置するように、該供給配管に接続されていることを特徴とする研磨用スラリー供給装置。
該気体分離配管の径が、供給配管の径と同等もしくはより大きい請求項１記載の研磨用スラリー供給装置。
該気体分離配管の開放末端が、該貯留タンクの上部に配置されている請求項１または２記載の基板化学機械研磨用スラリー供給装置。
該貯留タンクが、排気孔を有する蓋体で覆われており、蓋体と研磨用スラリーの液面との間の空間に加湿窒素または加湿空気を流すための加湿ガス導入配管が蓋体に設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の研磨用スラリー供給装置。
遠心ポンプとは反対側の該供給配管が二つに分岐しており、分岐した供給配管のそれぞれに貯留タンクが接続されている請求項１〜４のいずかに記載の研磨用スラリー供給装置。
回転可能な基板研磨用ステージと、基板を保持し、その基板を基板研磨用ステージに回転しながら押圧する基板保持部と、基板研磨用ステージに研磨用スラリーを付与する研磨用スラリー付与部とを有する基板研磨装置と、請求項１〜５のいずれかの研磨用スラリー供給装置とを有し、研磨用スラリー供給装置の吐出配管から、基板研磨装置の研磨用スラリー付与部に研磨用スラリーが供給される研磨システム。