JP2004096013A

JP2004096013A - Slurry feeding method and its device

Info

Publication number: JP2004096013A
Application number: JP2002258038A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hirai; 平井　和弘; Rui Mitamura; 三田村　塁
Original assignee: MFSI Ltd
Current assignee: MFSI Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: JP3774688B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a slurry feeding method and its device in which piping is not complicated while having two feeding line systems, a space occupied by a changeover section can be minimized, a dead space formed in a pipe can be limited to an utmost extent, and which contributes to manufacture sophisticated products effectively with high quality and simplifies changeover control, and is improved in economical efficiency. <P>SOLUTION: The slurry feeding method and its device are characterized in that the slurry feeding method comprises a redundancy function for feeding film grinding slurry to a chemical mechanical polishing apparatus 17, and that the apparatus is provided with two line systems for feeding the slurry. The slurry is fed from one of the two systems to the chemical mechanical polishing apparatus and the slurry or water is circulated in the other. Besides, the line changeover of the two line systems is performed by two of air driving type four-way valves 1, 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学機械研磨装置へ研磨用スラリーを供給する為のスラリー供給方法、及び該方法に用いるスラリー供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩの高集積化、高性能化に伴い、ウエハ等の基板表面を高精度に平坦化するための加工手段としての化学機械研磨（ＣＭＰ）方式が注目されている。かかる方式では、シリカ、アルミナ、ジルコニア、酸化セリウム（セリア）、二酸化マンガン等の微粒子からなる研磨砥粒を、水酸化カリウムやアンモニア等のアルカリ性水溶液や、界面活性剤を含む水に分散させた砥粒微粒子分散液に、更に、研磨対象に応じた、界面活性剤や、化学的作用を促進させるための過酸化水素水や硝酸鉄等の酸化剤を含有する添加剤溶液を混合することで調製したスラリーが使用されている。このため、化学機械研磨（ＣＭＰ）方式によれば、上記したようなスラリー中の添加剤溶液と基板との間に生じる化学的作用と、スラリー中の研磨砥粒と基板との間の機械的作用とを複合化させることで、優れた研磨処理が実現できる。
【０００３】
上記したようなスラリーを化学機械研磨装置へ供給する方法としては、スラリー供給装置１台から複数の化学機械研磨装置へとスラリーを供給する集中供給方式と、スラリー供給装置１台から化学機械装置１台へスラリーを供給する個別供給方式とがある。中でも集中供給方式は、化学機械研磨装置１台当たりのスラリー供給装置コストが抑えられること、発塵性が高いスラリーの供給装置或いはメンテナンスエリアを、プロセスエリアから分けることができること、装置管理がし易いという点、更には、装置間差の問題がないという点で、個別供給方式に比べて種々のメリットがある。
【０００４】
しかし、この集中供給方式では、並列して複数の化学機械研磨装置へとスラリーを供給しているため、スラリー供給装置にて停止を伴う重大な故障が発生した場合に、複数の化学機械研磨装置の生産処理に影響を与えてしまうという問題がある。又、個別供給方式に比べて配管が複雑になり、配管内にスラリーが流れない、所謂デッドスペースを生じることが起こる。そして、この配管内に生じたデッドスペースでは、この部分にスラリーが滞留或いは沈降し、大粒子化することが起こる。そして、この大粒子化したスラリーが供給ラインに混入すると、化学機械研磨後のウェハ基板上の膜に、スクラッチと呼ばれる傷を生じたり、或いは、研磨後の膜にデッシング等の膜減りを発生させる等のことがあり、この点からも改良すべき問題があった。
【０００５】
近年、化学機械研磨の対象とされるものは、デバイスの微細化に対応した層間絶縁膜やＳＴＩ膜、その他の酸化膜やメタル膜、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜であるため、精度のよい精緻な研磨加工への要求は、益々増大している。このため、特に、上記したスラリーの滞留或いは沈降によって生じる研磨砥粒の大粒子化を防止することは、高い品質の製品を得るための重大な課題となっている。その一方で、生産コスト削減も大きな課題であり、スラリーの凝集化を簡易に抑制できると同時に、装置コストの低減を図ることが要望されている。
【０００６】
上記に挙げた問題のうち、スラリー供給装置において停止する故障を生じた場合の各化学機械研磨装置への影響については、現在では、同様な機能を有するスラリー供給ラインを別にもう一つ装置に組み込み、供給ラインを２系統設けておき、それらを切り替えて使用する、リダンダンシー機能を付加した方法によって解決が図られている。即ち、供給ラインを２系統設けることによって、一方の供給ラインの系に問題が発生した場合は勿論のこと、配管洗浄や消耗部材の交換等といった定期保全作業のためにスラリー供給装置を停止させる場合にも、もう一方の系統からスラリーを供給することが可能であるので、化学機械研磨装置のダウンタイムの発生を抑制し、効率化することが可能となる。
【０００７】
又、上記した供給ラインが２系統設けられている装置においては、先に述べたスラリー供給配管内に生じるデッドスペースにおけるスラリーの堆積や沈降の発生の問題についても、一方のスラリー供給ラインで化学機械研磨装置にスラリーを供給している間に、もう一方の系統を洗浄することが可能である為、スラリー供給配管内に生じるスラリー凝集物や堆積物を、ある程度は抑制することが可能となる。この供給ラインを２系統設ける方式においては、通常、ラインの切り替え部に、図５に示したように、例えば、エア駆動式の２方弁を複数個組合わせたり、或いは図６に示したように、エア駆動式の３方弁と２方弁を複数個組合わせてシステムを構築することが行なわれている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スラリー供給ラインの切り替えに２方弁或いは３方弁を用いた場合は、図５及び６中に示したように、多数の弁が必要となり、切り替え部の占有スペースが増大し、これに伴って、ラインを切り替えた場合に、図中の点線で示した部分にはスラリーが流れず、或いは洗浄が出来ないようなデッドスペースが多く発生することになる。このため、先に述べた、これらのデッドスペース部分の配管内に生じる、スラリーの沈降や堆積の問題を充分に防止することはできなかった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、供給ラインを２系統設けたリダンダンシー機能を有する方法或いは装置でありながら、配管が複雑でなく、切り替え部の占有スペースを最小化でき、配管内に生じるデッドスペースを最大限に抑制でき、高い品質の製品が得られ、しかも、切り替えの制御を簡易化することが可能な経済性に優れるスラリー供給方法及びスラリー供給装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、膜研磨用スラリーを化学機械研磨装置に供給するためのリダンダンシー機能を有するスラリー供給方法において、スラリーを供給するためのラインが２系統設けられ、これらのラインのいずれか一方から化学機械研磨装置へとスラリーが供給され、もう一方のラインではスラリー又は純水が循環され、且つこれらの２系統のラインの切替えが、２個のエア駆動式の４方弁によって行なわれることを特徴とするスラリー供給方法である。
【００１１】
又、好ましい形態としては、上記構成において、更に、化学機械研磨装置へと供給されるスラリーが、混合機能と供給機能とを有する混合装置を介して供給される、或いは化学機械研磨装置へ直接スラリーを供給するスラリー供給方法が挙げられる。又、上記構成において、研磨する対象となる膜が、層間絶縁膜、ＳＴＩ膜、その他の酸化膜やメタル膜、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜であるスラリー供給方法が挙げられる。ここで、メタルとしては、例えば、タングステンや銅等が挙げられる。又、上記構成において、スラリーが、砥粒微粒子としてシリカ、アルミナ、ジルコニア、二酸化マンガン、酸化セリウムの少なくともいずれかを含むスラリー供給方法或いは砥粒微粒子を含まないＣＭＰ用溶液の供給方法が挙げられる。
【００１２】
又、本発明の別の形態は、上記したスラリーの供給方法に用いるスラリー供給装置であって、２系統のスラリー供給ラインと、該２系統の供給ラインの切替えを行なうための２個のエア駆動式４方弁とを有することを特徴とするスラリー供給装置である。又、好ましい形態としては、上記構成において、更に、スラリーの混合機能と供給機能とを有する混合装置を有するスラリー供給装置が挙げられる。即ち、本願発明のスラリー供給装置においては、混合装置は必ずしも必要でなく、直接、化学機械研磨装置にスラリーを供給するように構成してもよい。かかる装置の好ましい形態としては、上記において、エア駆動式４方弁が、互いに隣接して配置された４つのエア駆動式のアクチュエーターと、各アクチュエーターのそれぞれに１つずつ接続された互いに９０度異なる向きに配置された４個のポートとを有し、対向する２個のポートがスラリーを導入するための２個の導入口であり、且つ対向する別の２個のポートがスラリーの排出口であるスラリー供給装置が挙げられる。更に、上記において、２系統の供給ラインの配管の切り替え動作に伴うエア駆動式４方弁の制御を自動にて行うための自動制御装置を有するスラリー供給装置が挙げられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、好ましい実施の形態を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。
本発明者らは、上記した従来技術の課題を解決すべく鋭意検討した結果、２系統のラインの切り替え部に、特殊なエア駆動式４方弁を２個組み合わせて使うことによって、ラインの切り替えに伴って配管内にどうしても生じてしまうデッドスペースを最大限に減少させることができることを知見して本発明に至った。この結果、本発明によれば、デッドスペース部分で生じていたスラリーの沈降、堆積、滞留に起因する、大粒子化したスラリーが供給ラインに混入し、化学機械研磨後の膜に、傷や膜減り等を発生させるといった弊害を有効に防止し、良好な状態のスラリーを化学機械研磨装置に安定して供給することが可能となる。更に、本発明の構成によれば、既存の装置に比べて、スラリー供給装置内で使用する弁の個数を低減でき、スラリーの供給ラインの切り替えにかかる占有スペースを最小化できる。又、スラリーの供給ラインの切り替えのための制御の簡易化が達成でき、自動化することによって、装置コストの低減も可能となる。
【００１４】
図を参照しながら、本発明を更に詳細に説明する。本発明では、例えば、互いに隣接して配置された４つのエア駆動式のアクチュエーターと、各アクチュエーターのそれぞれに１つずつ接続された、各ポートが互いに９０度異なる向きに配置された４個のポートとを有し、対向する２個のポートがスラリーを導入するための２個の導入口であり、且つ対向する別の２個のポートがスラリーの排出口である、特殊な構造のエア駆動式の４方弁を２個使用する。
【００１５】
図３に、上記した構成を有する４方弁の例を示した。図３に示した４方弁は、ａ１、ａ２、ａ３、及びａ４の４個のアクチュエーターと、Ａポート、Ｂポート、Ｃポート、及びＤポートの４個のポートからなり、各アクチュエーターでエアの駆動源（不図示）により開閉が行われて、各ポートからスラリーの導入或いは排出が行なわれる。図３に示した４方弁は、アクチュエーターａ１とアクチュエーターａ３、アクチュエーターａ２とアクチュエーターａ４とが対で開閉し、各対の開閉は、それぞれ逆の動作となるように構成されている。例えば、アクチュエーターａ１とａ３が開、アクチュエーターａ２とａ４が閉の状態にある場合には、スラリーは、ＡポートからＢポートへ、及びＣポートからＤポートへ、それぞれ流れる。一方、アクチュエーターａ１とａ３が閉、アクチュエーターａ２とａ４が開の状態にある場合においては、スラリーは、ＡポートからＤポートへ、及びＢポートからＣポートに流れる。
【００１６】
図４に、上記した構成を有する４方弁を２個組合わせ、これを切り替えることで、タンクＴ１及びＴ２から、混合機能と供給機能とを有する混合装置１６へとスラリーをそれぞれ供給できるように構成した、スラリー供給ラインが２系統設けられているスラリー供給装置を示した。図４（ａ）に示した状態では、タンクＴ１から、４方弁１を介してスラリーが混合装置１６に供給され、該混合装置１６から戻されるスラリーは、４方弁２を介してタンクＴ１に戻される。この場合には、タンクＴ２のスラリーは、４方弁１及び４方弁２を介してタンクＴ２へと戻されて、循環した状態で待機している。
【００１７】
更に詳細に述べると、図４（ａ）に示した状態においては、タンクＴ１より出たスラリーは、４方弁１のＣポートからＤポートを通って、混合装置１６へと供給されている。更に、該混合装置１６から戻されるスラリーは、４方弁２のＢ’ポートから導入されて、Ｃ’ポートを通ってタンクＴ１へと戻され、スラリー供給ラインを１系統形成している。この際、もう１系統のスラリー供給ラインは、混合装置１６へとスラリーを供給することなく、タンクＴ２から出たスラリーが、４方弁１のＡポートからＢポート、更に４方弁２のＤ’ポート、Ａ’ポートを通って再びタンクＴ２へと戻されて、洗浄動作後、スラリーを循環した状態に保ち、スラリーの、沈降、堆積、滞留を防止した状態で待機している。
【００１８】
上記したタンクＴ１からのスラリー循環系統と、タンクＴ２からのスラリー循環系統は、図４（ａ）に示したように、完全に分離された状態となっている。又、図４（ａ）に示したタンクＴ２からの系統は、上記した説明では、スラリーを循環させて待機した状態としたが、タンクＴ２内に純水を収納させれば、スラリー循環系統を構成する配管内や、スラリー供給ラインを切り替えるための４方弁内を純水によって洗浄する動作を行なわせることができる。
【００１９】
又、図４（ｂ）は、上記の場合と異なり、スラリーを、タンクＴ２から混合装置１６へと供給する状態を示している。タンクＴ２からのスラリー供給ラインに切り替えた状態とした場合、タンクＴ１より出たスラリーは、４方弁１のＣポートからＢポート、４方弁２のＤ’ポートからＣ’ポートを通り、再びタンクＴ１に戻されて循環される。一方、タンクＴ２から出たスラリーは、４方弁１のＡポートからＤポートを通り、混合装置１６へと供給されて、該混合装置１６から戻されるスラリーは、４方弁２のＢ’ポートからＡ’ポートを通って、タンクＴ２へと戻る。この時、前記したと同様に、タンクＴ１のスラリー循環系統とタンクＴ２のスラリー循環系統は完全に分離されており、前記したと同様に、混合装置１６へとスラリーを供給することのないタンクＴ１からの系統は、スラリーを循環させて待機状態とするか、純水を循環させて洗浄動作を行うことができる。
【００２０】
上記したように、図４に示したスラリー供給装置では、混合装置１６へのスラリー供給ラインがタンクＴ１からのものと、タンクＴ２からのものの２系統設けられており、これらのライン中の２個の４方弁１及び２の流れ方向を随時切り替えることで、２系統あるスラリー供給ラインを適宜に切り替え、混合装置１６へと良好な状態のスラリーを間断なく供給することができる。即ち、上記したように、２系統あるスラリー供給ラインのうち、混合装置１６へとスラリーの供給を行なわない１系統のラインを、スラリーを耐えず循環させてスラリーの沈降、堆積、滞留を防止して、待機状態を保持する構成とすることで、混合装置１６へとスラリーを間断なく供給することを可能としている。更に、前記したように、混合装置１６へのスラリーの供給を行なわないラインに純水を循環させることで、配管内や４方弁内の洗浄動作を容易に行なうことができるので、混合装置１６へのスラリーの供給を停止することなく、スラリーの沈降、堆積、滞留による配管内の汚れを除去し、スラリー配管内をクリーンな状態に保つこともできる。
【００２１】
図１に、上記した形態をシステムに組み込んだ場合の一例の簡易フロー図を示した。先ず、タンクＴ１に充填されたスラリーは、５のポンプにより、９の供給ライン、１の特殊４方弁を介して１０の供給ラインから、該供給ライン１０の先に設置されている、混合機能と供給機能を有する１６の混合装置へと供給される。図１に示した例では、以上のようにしてタンクＴ１から混合装置１６へと供給されたスラリーは、該混合装置１６によって、化学機械研磨装置１７に所望の条件で適宜に供給される。又、図２に、上記したのと別の形態の簡易フロー図を示した。図２に示した形態では、図１の場合と異なり、混合装置１６を介さずに、直接、化学機械研磨装置１７へスラリーが供給される。
【００２２】
図１及び２に示したいずれの形態においても、タンクＴ１に収納されるスラリーは、スラリー原液であってもよいし、或いは、純水や添加剤等による希釈、混合スラリーであってもよい。タンクＴ１に収納されたものがスラリー原液の場合は、混合装置１６で、適宜に希釈、混合して、スラリーの供給先である各化学機械研磨装置で所望する状態のスラリーに調整すればよい。更に、この混合装置１６から化学機械研磨装置１７に供給されずに残ったスラリーは、混合装置１６を通り、１４の戻りライン、２の４方弁、１５のラインを介してタンクＴ１に戻る。このようにして、タンクＴ１のスラリーは、上記フローに従って常時循環されている。
【００２３】
一方、タンクＴ２に収納されているスラリーは、７のポンプにより、１１の供給ライン、１の４方弁、１３のライン、２の４方弁、１２の戻りラインを介してタンク２へと循環される。タンクＴ２に収納されるスラリーも、タンクＴ１の場合と同様に、スラリー原液であってもよいし、或いは、純水や添加剤等による希釈、混合スラリーであってもよい。
【００２４】
タンクＴ１内のスラリーが使用されて、ある一定の液面レベル以下になった場合や、或いはタンクＴ１からの循環系統での不具合により供給不可能になった場合には、４方弁１及び２を切り替えることで、タンクＴ２のスラリーが７のポンプによって、１１の供給ライン、４方弁１を介して１０の供給ラインへと供給され、１０の供給ラインの先に設置される混合装置１６を通って、化学機械研磨装置１７に所望の条件で供給することができる。更に、この混合装置１６から化学機械研磨装置１７に供給されずに残ったスラリーは、１４の戻りライン、２の４方弁、１２のラインを介してタンクＴ２に戻される。図１中の６は、アキュムレーターであり、ポンプ１０の脈動を抑制する等の機能を有する。
【００２５】
上記動作が、日常のタンクＴ１の液面レベル低下によって生じた場合には、タンクＴ１内及び９の供給ライン、１の４方弁、１３のライン、２の４方弁、１５の戻りライン内を純水にて洗浄するように構成することが好ましい。この際に使用する純水は、工場から供給されたものを使用すればよい。上記のようにして配管内及び４方弁内を純水によって洗浄することで、特にデッドスペース部分で生じる恐れのある大粒子化したスラリーを除去することができる。そして、その後に、スラリーをタンクＴ１内に充填して、５のポンプによって、９の供給ライン、１の４方弁、１３のライン、２の４方弁、１５の戻りラインを介してスラリーを循環させ、待機状態にするように制御すれば、常時、安定した状態のスラリーを供給することが可能となる。この結果、大粒子化したスラリーが供給ラインに混入することによって化学機械研磨後の膜に生じる、傷や膜減り等を有効に防止することができる。更に、これら一連の動作は、連続的に行われるので、集中制御管理システムであるコントローラー（ＰＬＣ）にて自動で制御させることができる。この結果、装置コストの削減が達成される。
【００２６】
上記した本発明のスラリー供給方法に用いることのできるスラリーとしては、砥粒微粒子として、シリカ、アルミナ、ジルコニア、二酸化マンガン、セリアの少なくともいずれかを含むもの或いは砥粒微粒子を含まないＣＭＰ用溶液が挙げられる。特に、沈降性の高いセリアスラリーに対して用いた場合であっても、上記構成によれば、配管中のデッドスペースでのスラリーの滞留と凝集化によって生じる研磨性能の劣化が、容易に抑制できる。
【００２７】
【実施例】
次に、実施例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
図１〜３に示した、スラリー供給ラインを２系統設け、その切り替えを、特殊なエア駆動式の４方弁１及び２を使った構成を実施例１とした。
【００２８】
（比較例１及び２）
図５に示した、スラリー供給ラインを２系統設け、その切り替えをエア駆動式の２方弁を６個使った場合を比較例１とし、図６に示した、スラリー供給ラインを２系統設け、その切り替えをエア駆動式の３方弁２個と、エア駆動式の２方弁を２個使った場合を比較例２とした。
【００２９】
＜評価＞
実施例１と、比較例１及び２の、各スラリー供給フローを使った場合のデッドスペースを比較した。この結果を表１に示した。表１は、比較例１のエア駆動式２方弁の場合のデッドスペースを１００％として比べた場合を示した。この結果、比較例２の３方弁を用いた場合は、デッドスペースが３０％以上減少した。これに対して、特殊なエア駆動式の４方弁を２個使用する実施例１の場合は、表１に示した通り、９０％以上、デッドスペースが低減されることがわかった。又、実施例１の場合には、より理想的な形でスラリーを、安定して供給することが可能となることがわかった。
【００３０】

【００３１】
実施例１、比較例１及び２の構成で、セリアを砥粒微粒子として含有するスラリーを用い、化学機械研磨装置に連続してスラリーを供給し、化学機械研磨処理を行なった。この結果、実施例１の方法によれば、化学機械研磨処理後の膜に対して、継続して傷や膜減りの発生が有効に防止され、連続して安定した化学機械研磨処理ができることが確認できた。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、スラリーの供給ラインを２系統設けたリダンダンシー機能を有するものでありながら、配管が複雑でなく、切り替え部の占有スペースを最小化でき、配管内に生じるデッドスペースを最大限に抑制でき、この部分で生じていたスラリーの沈降、堆積、滞留に起因する大粒子化したスラリーが供給ラインに混入することが有効に防止されたスラリー供給方法及びスラリー供給装置が提供される。この結果、傷や膜減り等の発生が有効に防止された、高品質の精緻な化学機械研磨処理を安定して効率よく行なうことができ、製品の品質向上と同時に、製造コスト及び製品コストの低減を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスラリー供給装置を使用したスラリー供給方法の一例を示すシステムフロー図。
【図２】本発明のスラリー供給装置を使用したスラリー供給方法の別の一例を示すシステムフロー図。
【図３】特殊４方弁の概要を示す模式図。
【図４】本発明のスラリー供給方法におけるスラリーの流れ、及びライン切り替えを説明するための図。
【図５】従来の２方弁を用いたライン切り替えシステム。
【図６】従来の３方弁を用いたライン切り替えシステム。
【符号の説明】
１、２：エア駆動式４方弁
Ｔ１、Ｔ２：タンク
５、７：ベローズポンプ
６、８：アキュムレーター
９〜１５：供給又は戻りライン
１６：混合装置
１７：化学機械研磨装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a slurry supply method for supplying a polishing slurry to a chemical mechanical polishing apparatus, and a slurry supply apparatus used in the method.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, with the increase in integration and performance of LSIs, a chemical mechanical polishing (CMP) method as a processing means for flattening the surface of a substrate such as a wafer with high precision has attracted attention. In such a method, abrasive grains composed of fine particles such as silica, alumina, zirconia, cerium oxide (ceria), and manganese dioxide are dispersed in an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide or ammonia or water containing a surfactant. Prepared by mixing an additive solution containing an oxidizing agent, such as a surfactant or a hydrogen peroxide solution or an iron nitrate, for accelerating the chemical action, according to the polishing object, to the fine particle dispersion liquid. Used slurry is used. Therefore, according to the chemical mechanical polishing (CMP) method, the chemical action between the additive solution in the slurry and the substrate as described above, and the mechanical action between the polishing abrasive grains in the slurry and the substrate. By combining the action with the above, an excellent polishing treatment can be realized.
[0003]
As a method for supplying the slurry to the chemical mechanical polishing apparatus as described above, there are a centralized supply system for supplying the slurry from one slurry supply apparatus to a plurality of chemical mechanical polishing apparatuses, and a method for supplying the slurry from one slurry supply apparatus to the chemical mechanical polishing apparatus. There is an individual supply method for supplying the slurry to the table. Among them, the centralized supply system can reduce the cost of the slurry supply device per chemical mechanical polishing device, can separate the slurry supply device or the maintenance area with high dust generation from the process area, and can easily manage the device. In addition, there are various merits as compared with the individual supply system in that there is no problem of the difference between apparatuses.
[0004]
However, in this centralized supply method, since the slurry is supplied to a plurality of chemical mechanical polishing apparatuses in parallel, when a serious failure accompanied by a stop occurs in the slurry supply apparatus, the plurality of chemical mechanical polishing apparatuses are supplied. There is a problem that the production process is affected. Further, the piping becomes complicated as compared with the individual supply system, and a so-called dead space where slurry does not flow in the piping occurs. Then, in the dead space generated in the pipe, the slurry stays or settles in this portion, and the slurry becomes large. When the large-particle slurry is mixed into the supply line, the film on the wafer substrate after the chemical mechanical polishing causes a scratch called a scratch, or causes a film reduction such as dishing in the film after the polishing. There is a problem to be improved from this point.
[0005]
In recent years, the subject of chemical mechanical polishing is an interlayer insulating film, an STI film, another oxide film, a metal film, and a Poly-Si film corresponding to miniaturization of a device. Demands are growing. For this reason, preventing the abrasive grains from becoming large due to the above-mentioned stagnation or sedimentation of the slurry has become a serious problem in obtaining high-quality products. On the other hand, production cost reduction is also a major issue, and there is a demand for a method that can easily suppress agglomeration of slurry and reduce the cost of equipment.
[0006]
Among the problems listed above, regarding the effect on each chemical mechanical polishing device when a failure occurs in the slurry supply device, currently, a slurry supply line with the same function is separately installed in another device. The problem is solved by providing a two-line supply line and switching between them for use, and adding a redundancy function. That is, by providing two supply lines, not only when a problem occurs in one supply line system, but also when the slurry supply device is stopped for periodic maintenance work such as cleaning pipes and replacing consumable members. In addition, since the slurry can be supplied from the other system, it is possible to suppress the occurrence of downtime of the chemical mechanical polishing apparatus and increase the efficiency.
[0007]
Further, in an apparatus having two supply lines as described above, the problem of slurry accumulation and sedimentation in the dead space generated in the slurry supply pipe described above can be solved by one of the slurry supply lines. Since the other system can be washed while the slurry is being supplied to the polishing apparatus, slurry aggregates and deposits generated in the slurry supply pipe can be suppressed to some extent. In a system in which two supply lines are provided, usually, for example, a plurality of air-driven two-way valves are combined in a line switching section as shown in FIG. 5, or as shown in FIG. In addition, a system is constructed by combining a plurality of air-driven three-way valves and two-way valves.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a two-way valve or a three-way valve is used for switching the slurry supply line, as shown in FIGS. 5 and 6, a large number of valves are required, and the space occupied by the switching section increases. Accordingly, when the line is switched, the slurry does not flow in the portion shown by the dotted line in the drawing, or a large dead space where cleaning cannot be performed is generated. For this reason, it has not been possible to sufficiently prevent the problems of sedimentation and deposition of the slurry, which occur in the pipes in these dead spaces, as described above.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method or an apparatus having a redundancy function provided with two supply lines, the piping is not complicated, the space occupied by the switching unit can be minimized, and the dead space generated in the piping is maximized. It is an object of the present invention to provide a slurry supply method and a slurry supply apparatus which can suppress the change to a minimum, obtain a high-quality product, and can simplify the switching control, and are excellent in economic efficiency.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the present invention described below. That is, the present invention provides a slurry supply method having a redundancy function for supplying a film polishing slurry to a chemical mechanical polishing apparatus, wherein two lines for supplying the slurry are provided, and one of these lines is provided. The slurry is supplied to the chemical mechanical polishing apparatus, the slurry or pure water is circulated in the other line, and switching between these two lines is performed by two air-driven four-way valves. This is a characteristic slurry supply method.
[0011]
In a preferred embodiment, the slurry supplied to the chemical mechanical polishing apparatus is further supplied via a mixing apparatus having a mixing function and a supply function, or the slurry is supplied directly to the chemical mechanical polishing apparatus. Is supplied. In the above structure, a slurry supply method in which a film to be polished is an interlayer insulating film, an STI film, another oxide film, a metal film, or a Poly-Si film may be used. Here, examples of the metal include tungsten and copper. In the above structure, a slurry supply method in which the slurry contains at least one of silica, alumina, zirconia, manganese dioxide, and cerium oxide as abrasive fine particles, or a method of supplying a CMP solution containing no abrasive fine particles.
[0012]
Another aspect of the present invention is a slurry supply apparatus used in the above-described slurry supply method, which includes two slurry supply lines and two air driving lines for switching the two supply lines. And a four-way valve. In addition, as a preferred embodiment, a slurry supply device having a mixing device having a slurry mixing function and a supply function in the above-described configuration is further exemplified. That is, in the slurry supply device of the present invention, the mixing device is not always necessary, and the slurry may be directly supplied to the chemical mechanical polishing device. In a preferred form of such an apparatus, in the above, the air-driven four-way valve is different from the four air-driven actuators arranged adjacent to each other by 90 degrees from one another connected to each of the actuators. Four ports arranged in two directions, two opposing ports are two inlets for introducing slurry, and another two opposing ports are slurry outlets. One example is a slurry supply device. Further, in the above, there is a slurry supply device having an automatic control device for automatically controlling the air-driven four-way valve accompanying the switching operation of the piping of the two supply lines.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to preferred embodiments.
The present inventors have conducted intensive studies in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and as a result, by using two special air-driven four-way valves in combination with a two-system line switching unit, the line switching is performed. As a result, the present inventors have found that a dead space that is inevitably generated in the pipes can be reduced as much as possible. As a result, according to the present invention, the large-grained slurry resulting from the sedimentation, deposition, and stagnation of the slurry generated in the dead space portion is mixed into the supply line, and the film after chemical mechanical polishing has scratches and film It is possible to effectively prevent adverse effects such as generation of reduction and the like, and to stably supply a slurry in a good state to the chemical mechanical polishing apparatus. Further, according to the configuration of the present invention, the number of valves used in the slurry supply device can be reduced as compared with the existing device, and the occupied space required for switching the slurry supply line can be minimized. In addition, simplification of control for switching the slurry supply line can be achieved, and automation makes it possible to reduce the apparatus cost.
[0014]
The present invention will be described in more detail with reference to the drawings. In the present invention, for example, four air-driven actuators arranged adjacent to each other, and four ports each connected to one of the actuators and arranged in directions different from each other by 90 degrees from each other And two ports facing each other are two inlets for introducing the slurry, and another two opposite ports are the outlets for the slurry. Use two 4-way valves.
[0015]
FIG. 3 shows an example of a four-way valve having the above configuration. The four-way valve shown in FIG. 3 includes four actuators a1, a2, a3, and a4, and four ports A, B, C, and D ports. Opening / closing is performed by a drive source (not shown), and introduction or discharge of slurry is performed from each port. The four-way valve shown in FIG. 3 is configured such that the actuator a1 and the actuator a3 and the actuator a2 and the actuator a4 open and close in pairs, and the opening and closing of each pair is the opposite operation. For example, when actuators a1 and a3 are open and actuators a2 and a4 are closed, slurry flows from port A to port B and from port C to port D, respectively. On the other hand, when the actuators a1 and a3 are closed and the actuators a2 and a4 are open, the slurry flows from the A port to the D port and from the B port to the C port.
[0016]
In FIG. 4, by combining two four-way valves having the above-described configuration and switching between them, the slurry can be supplied from the tanks T1 and T2 to the mixing device 16 having the mixing function and the supply function, respectively. The illustrated slurry supply device provided with two slurry supply lines is shown. In the state shown in FIG. 4A, the slurry is supplied from the tank T1 to the mixing device 16 via the four-way valve 1, and the slurry returned from the mixing device 16 is supplied to the tank T1 via the four-way valve 2. Is returned to. In this case, the slurry in the tank T2 is returned to the tank T2 via the four-way valve 1 and the four-way valve 2, and stands by in a circulating state.
[0017]
More specifically, in the state shown in FIG. 4A, the slurry discharged from the tank T1 is supplied to the mixing device 16 from the C port to the D port of the four-way valve 1. Further, the slurry returned from the mixing device 16 is introduced from the B ′ port of the four-way valve 2 and returned to the tank T1 through the C ′ port, thereby forming one slurry supply line. At this time, the other slurry supply line supplies the slurry from the tank T2 to the B port from the A port of the four-way valve 1 and the D port of the four-way valve 2 without supplying the slurry to the mixing device 16. It returns to the tank T2 again through the 'port, A' port, and after the cleaning operation, keeps the slurry in a circulating state, and stands by in a state where the sedimentation, deposition, and stagnation of the slurry are prevented.
[0018]
The slurry circulation system from the tank T1 and the slurry circulation system from the tank T2 are completely separated as shown in FIG. 4A. Further, in the system from the tank T2 shown in FIG. 4 (a), in the above description, the slurry is circulated and the standby state is set. However, if pure water is stored in the tank T2, the slurry circulating system is An operation of cleaning the inside of the constituted pipe and the inside of the four-way valve for switching the slurry supply line with pure water can be performed.
[0019]
FIG. 4B shows a state where the slurry is supplied from the tank T2 to the mixing device 16 unlike the above case. When the state is switched to the slurry supply line from the tank T2, the slurry discharged from the tank T1 passes through the B port from the C port of the four-way valve 1, the D 'port of the four-way valve 2, and the C' port again. It is returned to the tank T1 and circulated. On the other hand, the slurry discharged from the tank T2 is supplied from the A port to the D port of the four-way valve 1 to the mixing device 16, and the slurry returned from the mixing device 16 is supplied to the B 'port of the four-way valve 2. Through the A 'port and back to tank T2. At this time, as described above, the slurry circulating system of the tank T1 and the slurry circulating system of the tank T2 are completely separated, and the tank T1 which does not supply the slurry to the mixing device 16 as described above. In the system from, the washing operation can be performed by circulating the slurry to be in a standby state or circulating pure water.
[0020]
As described above, in the slurry supply device shown in FIG. 4, two lines of the slurry supply line to the mixing device 16 are provided, one from the tank T1 and the other from the tank T2. By switching the flow direction of the four-

way valves

1 and 2 as needed, the two slurry supply lines can be switched appropriately, and the slurry in a good state can be supplied to the mixing device 16 without interruption. That is, as described above, of the two slurry supply lines, one of the two lines that does not supply the slurry to the mixing device 16 is circulated without enduring the slurry to prevent sedimentation, deposition, and stagnation of the slurry. Thus, the configuration in which the standby state is maintained enables the slurry to be supplied to the mixing device 16 without interruption. Further, as described above, by circulating the pure water in the line where the slurry is not supplied to the mixing device 16, the cleaning operation in the piping and the four-way valve can be easily performed. Without stopping the supply of the slurry to the pipe, dirt in the pipe due to sedimentation, deposition, and retention of the slurry can be removed, and the inside of the slurry pipe can be kept clean.
[0021]
FIG. 1 shows a simplified flowchart of an example in which the above-described embodiment is incorporated in a system. First, the slurry filled in the tank T1 is supplied by a pump 5 to a supply line 9 from a supply line 10 via a special four-way valve 1 and a supply function of a mixing function installed at the end of the supply line 10. And 16 mixing devices having a supply function. In the example shown in FIG. 1, the slurry supplied from the tank T1 to the mixing device 16 as described above is appropriately supplied to the chemical mechanical polishing device 17 by the mixing device 16 under desired conditions. FIG. 2 shows a simplified flowchart of another embodiment. In the embodiment shown in FIG. 2, unlike the case of FIG. 1, the slurry is directly supplied to the chemical mechanical polishing device 17 without passing through the mixing device 16.
[0022]
In any of the embodiments shown in FIGS. 1 and 2, the slurry stored in the tank T1 may be a slurry stock solution, or a diluted or mixed slurry with pure water or an additive. In the case where the slurry stored in the tank T1 is a slurry stock solution, the slurry may be appropriately diluted and mixed by the mixing device 16 to adjust the slurry to a desired state in each chemical mechanical polishing device to which the slurry is supplied. Further, the slurry remaining without being supplied from the mixing device 16 to the chemical mechanical polishing device 17 passes through the mixing device 16 and returns to the tank T1 via the return line 14, the two-way valve 2, and the line 15. Thus, the slurry in the tank T1 is constantly circulated according to the above flow.
[0023]
On the other hand, the slurry stored in the tank T2 is circulated to the tank 2 by the pump 7 through the supply line 11, the 4-way valve 1, the line 13, the 4-way valve 2, and the return line 12. Is done. Similarly to the case of the tank T1, the slurry stored in the tank T2 may be a slurry stock solution, or may be a diluted or mixed slurry with pure water or an additive.
[0024]
When the slurry in the tank T1 is used and becomes lower than a certain liquid level or when the supply becomes impossible due to a failure in the circulation system from the tank T1, the four-

way valves

1 and 2 are used. , The slurry in the tank T2 is supplied by the pump 7 to the supply line 11 through the four-way valve 1 to the supply line 10 and the mixing device 16 installed at the end of the supply line 10 Thus, it can be supplied to the chemical mechanical polishing apparatus 17 under desired conditions. Further, the slurry remaining without being supplied from the mixing device 16 to the chemical mechanical polishing device 17 is returned to the tank T2 via the return line 14, the two-way valve 12, and the line 12. Reference numeral 6 in FIG. 1 denotes an accumulator, which has a function of suppressing pulsation of the pump 10 and the like.
[0025]
If the above operation is caused by a daily decrease in the liquid level of the tank T1, the supply line in the tank T1 and the supply line 9, the 4-

way valve

1, 13, the line 2, the 4-way valve 2, and the return line 15 Is preferably washed with pure water. Pure water used at this time may be supplied from a factory. By cleaning the inside of the pipe and the inside of the four-way valve with pure water as described above, it is possible to remove a slurry that has been formed into large particles that may be generated particularly in a dead space portion. Then, after that, the slurry is filled into the tank T1, and the slurry is supplied by a pump 5 through a supply line 9, a four-way valve 13, a line 13, a two-way valve 15, and a return line 15. By controlling the circulation and the standby state, it is possible to always supply the slurry in a stable state. As a result, it is possible to effectively prevent scratches, film reduction, and the like that occur in the film after chemical mechanical polishing due to the mixture of the large-particle slurry in the supply line. Furthermore, since a series of these operations are performed continuously, it can be automatically controlled by a controller (PLC) which is a centralized control management system. As a result, a reduction in device cost is achieved.
[0026]
Examples of the slurry that can be used in the slurry supply method of the present invention include, as abrasive particles, a solution containing at least one of silica, alumina, zirconia, manganese dioxide, and ceria, or a CMP solution containing no abrasive particles. No. In particular, even when used for ceria slurry having a high sedimentation property, according to the above configuration, the deterioration of the polishing performance caused by the stagnation and agglomeration of the slurry in the dead space in the pipe can be easily suppressed. .
[0027]
【Example】
Next, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
(Example 1)
Example 1 was a configuration in which two systems of slurry supply lines shown in FIGS. 1 to 3 were provided, and the switching was performed using special air-driven four-

way valves

1 and 2.
[0028]
(Comparative Examples 1 and 2)
Two slurry supply lines shown in FIG. 5 were provided, and the switching was performed using six air-driven two-way valves as Comparative Example 1. Two slurry supply lines shown in FIG. 6 were provided. The switching was performed using two air-driven three-way valves and two air-driven two-way valves as Comparative Example 2.
[0029]
<Evaluation>
The dead space of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 when using each slurry supply flow was compared. The results are shown in Table 1. Table 1 shows a case where the dead space in the case of the air-driven two-way valve of Comparative Example 1 was set to 100%. As a result, when the three-way valve of Comparative Example 2 was used, the dead space was reduced by 30% or more. In contrast, in the case of Example 1 using two special air-driven four-way valves, as shown in Table 1, it was found that the dead space was reduced by 90% or more. In addition, in the case of Example 1, it was found that the slurry could be stably supplied in a more ideal form.
[0030]

[0031]
In the configuration of Example 1 and Comparative Examples 1 and 2, a slurry containing ceria as abrasive fine particles was used, and the slurry was continuously supplied to a chemical mechanical polishing apparatus to perform a chemical mechanical polishing treatment. As a result, according to the method of Example 1, the film after the chemical mechanical polishing treatment is effectively prevented from being continuously damaged or reduced in film thickness, and a stable chemical mechanical polishing treatment can be continuously performed. It could be confirmed.
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, although having a redundancy function provided with two slurry supply lines, the piping is not complicated, the space occupied by the switching portion can be minimized, and the slurry is generated in the piping. A slurry supply method and a slurry supply apparatus capable of maximally suppressing a dead space and effectively preventing a large-particle slurry resulting from sedimentation, deposition, and stagnation of a slurry generated in this portion from being mixed into a supply line. Is provided. As a result, it is possible to stably and efficiently perform a high-quality and precise chemical mechanical polishing process in which the occurrence of scratches and film thinning is effectively prevented, and at the same time to improve product quality, reduce manufacturing costs and product costs. Reduction can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system flow diagram showing an example of a slurry supply method using a slurry supply device of the present invention.
FIG. 2 is a system flow diagram showing another example of a slurry supply method using the slurry supply device of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing an outline of a special four-way valve.
FIG. 4 is a diagram for explaining the flow of the slurry and the line switching in the slurry supply method of the present invention.
FIG. 5 is a conventional line switching system using a two-way valve.
FIG. 6 is a line switching system using a conventional three-way valve.
[Explanation of symbols]
1, 2: air driven four-way valve T1, T2: tank 5, 7: bellows pump 6, 8: accumulator 9-15: supply or return line 16: mixing device 17: chemical mechanical polishing device

Claims

In a slurry supply method having a redundancy function for supplying a slurry for film polishing to a chemical mechanical polishing apparatus, two lines for supplying the slurry are provided, and one of these lines is supplied to the chemical mechanical polishing apparatus. A slurry supply method, characterized in that the slurry is supplied, the slurry or pure water is circulated in the other line, and switching between these two lines is performed by two air-driven four-way valves. .

2. The slurry supply method according to claim 1, wherein the supply of the slurry to the chemical mechanical polishing apparatus is performed via a mixing apparatus having a mixing function and a supply function or directly.

3. The slurry supply method according to claim 1, wherein the film to be polished is any one of an interlayer insulating film, an STI oxide film, a metal film, and a Poly-Si film.

The slurry supply method according to any one of claims 1 to 3, wherein the slurry contains any one of silica, alumina, zirconia, manganese dioxide, and cerium oxide as abrasive particles.

A slurry supply apparatus used in the slurry supply method according to any one of claims 1 to 4, wherein two slurry supply lines and two air lines for switching between the two supply lines are provided. A slurry supply device, comprising: a driven four-way valve.

The slurry supply device according to claim 5, further comprising a mixing device having a slurry mixing function and a slurry supply function.

An air-driven four-way valve comprises four air-driven actuators arranged adjacent to each other, and four ports arranged in directions different from each other by 90 degrees, one connected to each of the actuators. 7. The slurry supply according to claim 5, wherein two opposed ports are two inlets for introducing slurry, and another two opposed ports are slurry outlets. 8. apparatus.

The automatic control device according to any one of claims 5 to 7, further comprising an automatic control device for automatically controlling two air-driven four-way valves in accordance with a switching operation of the piping of the two supply lines. Slurry supply device.