JP2004358631A - Ｃｍｐ研磨装置における研磨剤の供給装置及び供給方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの傷の発生、ウェーハの品質の低下、ウェーハの歩留りの低下等に対し有効な対処手段となり得るＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給装置及び供給方法を提供する。
【解決手段】研磨剤のタンク１２と、タンクに配置された研磨剤の液面レベル検出手段１４と、タンクに研磨剤の原料又は調合後の研磨剤を投入する研磨剤投入手段１６と、液面レベル検出手段１４の計測結果により研磨剤の液面レベルが一定になるように研磨剤投入手段１６を制御する制御手段１８と、を有する研磨剤の供給装置１０。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ：化学的機械研磨）研磨装置における研磨剤の供給装置及び供給方法に係り、特に、ウェーハの傷（マイクロスクラッチ）の発生、ウェーハの品質の低下、ウェーハの歩留りの低下等に対し有効な対処手段となり得る研磨剤の供給装置及び供給方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路のデザインルールの縮小化に伴って、層間膜等の平坦化プロセスにＣＭＰが多用されるようになってきた。該ＣＭＰに使用される研磨剤は、微細粒子をｐＨ調整剤等の試薬を含む水溶液に分散させた固液分散系のものがほとんどである。これらの微細粒子としては、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、酸化セリウム等が一般的に使用されている。
【０００３】
また、研磨装置における研磨剤の調合装置は、図２に断面図で示されるような構成であるものが一般的である。なお、この研磨剤の調合装置は研磨剤の供給を行うスラリータンク（研磨剤の供給装置）としても機能する。
【０００４】
同図において、研磨剤の調合装置１は、上蓋を挿通して配管２、３、４が槽の内部に挿入されている。また、槽の底には配管５が連結されている。配管２は研磨剤原液（研磨剤メーカーから購入した状態のもの）を供給するためのものであり、配管３は添加剤を供給するためのものである。配管５は研磨剤を排出し研磨装置に供給するためのものであり、配管４は研磨剤を槽内に戻すためのものである。
【０００５】
配管４、５はＣＭＰ研磨装置に連結され、研磨剤を循環させつつ研磨剤の調合装置１からＣＭＰ研磨装置への研磨剤の供給を行う。そして、配管４と配管５との間には、配管６が連結されていて、研磨剤の調合装置１とＣＭＰ研磨装置との間を循環する配管４と配管５とのバイパスとなっている。なお、付帯設備として、ポンプ７及びバルブ８、９が設けられている。
【０００６】
研磨剤の調合は、配管２より研磨剤原液を、配管３より添加剤をそれぞれ供給し、図示しないスターラにより攪拌することにより行う。また、研磨剤の調合装置１内の研磨剤の量が減少してきたときも、同様に研磨剤原液と添加剤を供給して調合を行う。
【０００７】
一方、このように研磨剤の調合装置１で研磨剤の初期調合を行わず、外部で別途調合した研磨剤を供給する例もある。この場合には、研磨剤原液及び／又は添加剤の追加を行うときにのみ配管２及び／又は配管３を使用している。
【０００８】
上記従来の研磨剤の調合装置１においては、研磨剤が乾燥し、凝集・凝固することを防止できないという問題点を有する。すなわち、研磨剤を供給していくと、使用した分だけ研磨剤の調合装置１内の液面が下降する。その際、研磨剤を使用する前の液面から、研磨剤を使用した分だけ下降した液面までの壁面に研磨剤が付着する。
【０００９】
その付着した研磨剤は、その後壁面において乾燥し、凝集・凝固する。その凝集・凝固した研磨剤は、壁面から落下し、研磨剤（液）の中に混在することとなる。このように、凝集・凝固した後、研磨剤（液）の中に混在することとなった大粒径の研磨剤は、ＣＭＰを実施した際ウェーハに傷（マイクロスクラッチ）を発生させたり、ウェーハの品質を低下させたり、ウェーハの歩留りを低下させたりする。
【００１０】
このような現象の対策として、調合槽の壁部に冷却部を設けたりして調合槽の壁部に水滴を付着させ、研磨剤の乾燥を防止する構成が提案されている（特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−１６５２５９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構成は装置的に複雑にならざるを得ず、管理も煩雑である。一方、このような手段を設けず、凝集・凝固した後、研磨剤（液）の中に混在することとなった大粒径の研磨剤をフィルタにより濾過する対策も採用されている。しかし、濾過に完全を期すとフィルタの目詰まりが早く、その反面、目詰まりが少ないフィルタを使用すると濾過が不十分となり、マイクロスクラッチの発生を避けられない。
【００１３】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ウェーハの傷（マイクロスクラッチ）の発生、ウェーハの品質の低下、ウェーハの歩留りの低下等に対し有効な対処手段となり得るＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給装置及び供給方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、ＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給装置であって、研磨剤のタンクと、該タンクに配置された研磨剤の液面レベル検出手段と、該タンクに研磨剤の原料又は調合後の研磨剤を投入する研磨剤投入手段と、前記液面レベル検出手段の計測結果により研磨剤の液面レベルが一定になるように前記研磨剤投入手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給装置及び該装置による供給方法を提供する。
【００１５】
本発明によれば、研磨剤のタンクに配置された研磨剤の液面レベル検出手段によりタンク内の研磨剤の液面レベルが計測され、該計測結果により研磨剤の液面レベルが一定になるように研磨剤の原料又は調合後の研磨剤の投入量が制御される。したがって、液面レベルの変動によりタンクの壁面に研磨剤が付着することはない。その結果、凝集・凝固した研磨剤が壁面から落下し、研磨剤（液）の中に混在するようなことはなくなり、ウェーハの傷（マイクロスクラッチ）の発生、ウェーハの品質の低下、ウェーハの歩留りの低下等に対し有効な対処手段となり得る。
【００１６】
なお、研磨剤の液面レベル検出手段としては、タンク及びタンク内の研磨剤の重量を計測する重量センサ、研磨剤の液面レベルを検知する液面レベル計等、公知の各種手段が採用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に従って本発明に係るＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給装置及び供給方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１８】
図１は、研磨剤の供給装置１０の全体構成を示す概略図である。同図に示すように研磨剤の供給装置１０は、主として、研磨剤のタンク１２、研磨剤の液面レベル検出手段としての重量センサ１４、研磨剤投入手段１６、及びこれらを制御する制御手段１８とで構成されている。
【００１９】
研磨剤のタンク１２は樹脂製の円筒形状をしたものであり、重量センサ１４であるロードセルの上に固定されており、タンク１２の全重量が重量センサ１４に負荷されるように構成されている。
【００２０】
タンク１２の側面を挿通して配管２０、２２が内部に連通されている。また、上蓋を挿通して配管２４が設けられている。この配管２４は研磨剤を排出し研磨装置に供給するべくポンプ２６に接続され、研磨装置へと配管される。タンク１２の底には配管２８が連結されており、配管２８の端末に配されるバルブ３０を操作することによりドレン排出ができる。
【００２１】
タンク１２にはスターラ３２が設けられ、攪拌ができるようになっている。スターラ３２による攪拌は、モータ３２Ａで駆動されるシャフトの先端に設けられたプロペラ３２Ｂを回転させることにより行う。
【００２２】
これらの、タンク１２に連結される配管２０、２２、２４、２８及びスターラ３２は、重量センサ１４によるタンク１２の重量計測に誤差を生じないように、タンク１２とは緩く連結されている。このような構成とするには、たとえば、フレキシブルホース等を使用すればよい。
【００２３】
重量センサ１４としては、上部に固定されたタンク１２の重量を検出し、電気信号として取り出せるものであれば使用できるが、ロードセルが一般的に好ましく使用できる。このようなロードセルとしては、たとえば、テクニカルアンドトライ社製のロードセル、型番：ＴＴＳ−１００−１３００−ＳＷ２０５（コントローラ１４Ａとしては、型番：ＭＸ−８８００を使用）が使用できる。このロードセルの表示範囲は０〜１５ｋｇであり、アナログ出力としては０〜５０００ｍＶが得られる。
【００２４】
コントローラ１４Ａからのアナログ出力は後述するシーケンサ６２を経て、コンピュータ（パソコン）６０に送られる。なお、コントローラ１４Ａからのアナログ出力又はデジタル出力を直接コンピュータ６０に直接取り込む構成も採用できる。
【００２５】
研磨剤投入手段１６は、タンク１２に供給される研磨剤原液や添加剤等が貯蔵される原液タンク４０、４２と、これらのタンクから研磨剤原液や添加剤を送液する送液ポンプ４４、４６と、流量計（Ｆｌｏｗ Ｍｅｔｅｒ）４８、５０と、送液のＯＮ−ＯＦＦを行うバルブ５２、５４と、原液タンク４０、４２からタンク１２まで送液ポンプ４４、４６、流量計４８、５０、バルブ５２、５４を直列に繋いで設けられる既述の配管２０、２２とで構成される。
【００２６】
本構成では、送液ポンプ４４、４６として、ダイヤフラムポンプが使用されているが、研磨剤原液や添加剤等の送液が確実に行えるタイプのポンプであれば、他の形態のものであってもよい。
【００２７】
流量計４８、５０としては、テーパ管流量計のように目視で読み取れるものであってもよいが、検知した値が電気信号として取り出せるタイプのもの、たとえば、電磁流量計のようなタイプのものが好ましい。この出力は回線（１ｃｈ、２ｃｈ）を経て後述するデータロガー９０に記憶される。
【００２８】
バルブ５２、５４としては、後述する制御手段１８によりソレノイド（Ｓｏｌ）５６が駆動されることにより、送液のＯＮ−ＯＦＦが行える形式のものが使用される。
【００２９】
制御手段１８は、研磨剤の供給装置全体をコントロールするコンピュータ（パソコン）６０と、コンピュータ６０からの指令を受けてソレノイド５６を制御するシーケンサ６２と、バルブ５２、５４のＯＮ−ＯＦＦを行う既述のソレノイド５６とで構成される。
【００３０】
その他の構成として、流量計４８、５０及び重量センサ１４のコントローラ１４Ａからの信号を取り込み、研磨剤原液や添加剤等の流量、タンク１２の重量（３ｃｈを経る）等の経時的な測定結果を記録するデータロガー９０が設けられる。
【００３１】
また、ドレン排出等の用途のバルブ３０が設けられているが、これを操作して調合済みの研磨剤を抜き出し、浮き子式の比重計等により研磨剤をモニターする等の作業もできる。
【００３２】
なお、流量計４８、５０及びデータロガー９０は本発明における必須の構成要件ではない。
【００３３】
前記のように構成された研磨剤の供給装置１０における研磨剤の供給方法、すなわち、研磨剤の液面レベルが一定になるように研磨剤の原料又は調合後の研磨剤の投入量を制御する方法は次のとおりである。
【００３４】
先ず、タンク１２が空の状態で、新規に研磨剤を調合する例について説明する。タンク１２の重量が重量センサ１４により測定され、重量センサ１４のコントローラ１４Ａからの出力がシーケンサ６２を経て、コンピュータ６０に送られ、記憶される。
【００３５】
次いで、送液ポンプ４４が駆動され、原液タンク４０内の添加剤（この場合は過酸化水素）がタンク１２内に供給される。このとき、バルブ５２はＯＮ（開）状態にある。タンク１２の重量が所定重量になった（コンピュータ６０が重量を判断した）時点で、コンピュータ６０がシーケンサ６２を経てソレノイド５６を制御し、バルブ５２をＯＦＦ（閉）状態にする。これにより、添加剤の供給は停止される。
【００３６】
その後、送液ポンプ４６が駆動され、原液タンク４２内の研磨剤原液がタンク１２内に供給される。このとき、バルブ５４はＯＮ（開）状態にされる。タンク１２の重量が所定重量になった（コンピュータ６０が重量を判断した）時点で、コンピュータ６０がシーケンサ６２を経てソレノイド５６を制御し、バルブ５４をＯＦＦ（閉）状態にする。これにより、研磨剤原液の供給は停止される。
【００３７】
上記操作と並行して、供給された添加剤及び研磨剤原液は、タンク１２内においてスターラ３２により攪拌され、均一に調合される。
【００３８】
なお、流量計４８、５０及び重量センサ１４のコントローラ１４Ａからの信号がデータロガー９０に取り込まれ、研磨剤原液や添加剤等の流量、タンク１２の重量等の経時的な測定結果が記録される。
【００３９】
次に、研磨作業が行われており、研磨剤がＣＭＰ研磨装置に供給されている際に、研磨剤の液面レベルが一定になるように制御する方法について説明する。
【００４０】
研磨剤がＣＭＰ研磨装置に供給されることにより、タンク１２の重量が所定重量よりも減少した場合、重量センサ１４のコントローラ１４Ａからの信号を受けたコンピュータ６０の指令により送液ポンプ４４が駆動され、原液タンク４０内の添加剤（この場合は過酸化水素）がタンク１２内に供給される。このとき、バルブ５２はＯＮ（開）状態にある。タンク１２の重量が所定重量になった（コンピュータ６０が重量を判断した）時点で、コンピュータ６０がシーケンサ６２を経てソレノイド５６を制御し、バルブ５２をＯＦＦ（閉）状態にする。これにより、添加剤の供給は停止される。
【００４１】
その後、コンピュータ６０の指令により送液ポンプ４６が駆動され、原液タンク４２内の研磨剤原液がタンク１２内に供給される。このとき、バルブ５４はＯＮ（開）状態にされる。タンク１２の重量が所定重量になった（コンピュータ６０が重量を判断した）時点で、コンピュータ６０がシーケンサ６２を経てソレノイド５６を制御し、バルブ５４をＯＦＦ（閉）状態にする。これにより、研磨剤原液の供給は停止される。
【００４２】
このようにして、タンク１２の重量が所定重量よりも減少した場合、すなわち、タンク１２内の研磨剤の液面レベルが設定レベルよりも所定高さＨだけ下がった場合には、研磨剤の液面レベルが設定レベルに迅速に回復するように制御される。したがって、液面レベルの変動によりタンクの壁面に研磨剤が付着することはない。その結果、凝集・凝固した研磨剤が壁面から落下し、研磨剤（液）の中に混在するようなことはなくなり、ウェーハの傷（マイクロスクラッチ）の発生、ウェーハの品質の低下、ウェーハの歩留りの低下等に対し有効な対処手段となり得る。
【００４３】
なお、上記の所定高さＨは、研磨剤の供給装置１０の制御系の特性（時定数等）を鑑みて最適な値を採用することが好ましい。すなわち、所定高さＨを過少に設定した場合には、オーバーコントロールとなり不適であり、所定高さＨを過大に設定した場合には、タンクの壁面に研磨剤が付着することとなり不適であるからである。
【００４４】
また、研磨剤の供給装置１０の制御系は、単なるオンオフ制御ではなく、ＰＩＤ制御のように偏差に良好に対応できる制御系とすることが好ましい。
【００４５】
以上、本発明に係るＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給装置及び供給方法の実施形態の例について説明したが、本発明は上記実施形態の例に限定されるものではなく、各種の態様が採り得る。
【００４６】
たとえば、上記実施形態の例では、研磨剤の原料、すなわち、添加剤（過酸化水素）と研磨剤原液の２種が投入される２系統の配管系の構成が採用されているが、調合後の研磨剤を投入する場合には、１系統の配管系の構成でよい。
【００４７】
また、研磨剤の液面レベル検出手段として重量センサ１４が採用されているが、これに代えて研磨剤の液面レベル検出手段として液面レベル計等を採用する構成も採り得る。液面レベル計等を採用した場合、研磨剤の液面が振動しており検出誤差を生じたり、液面計の取り付け精度を出すのが大変であったり、僅かの量（たとえば、２重量％前後）の添加剤（たとえば、過酸化水素）の検出誤差があった場合に研磨品質へ影響を及ぼすという問題があったりもするが、調合後の研磨剤を投入する構成等の場合には充分に採用に値する。
【００４８】
【実施例】
図１に示される構成の研磨剤の供給装置１０等を使用してＣＭＰ研磨を行い効果を確認した。タンク１２の容量は１５リットルであり、研磨剤原液としてはＣＡＢＯＴ社製のコロイダルシリカ研磨剤、型番：ＳＳ−２５を使用した。研磨パッドにはロデール社製の製品名：ＩＣ１０００を使用した。ワークとして、シリコンウェーハに酸化膜が形成されたものを使用した。
【００４９】
供給装置１０の運転時のタンク１２内の液面レベルが常に一定レベルとなるように制御しながら約８時間連続してＣＭＰ研磨を行った。その状態の研磨剤を使用してテスト用のワークを研磨し、研磨後のワーク５枚のマイクロスクラッチを計測したところ、いずれのワークのマイクロスクラッチもウェーハ面内で数個（１０個未満）であった。
【００５０】
比較例として、従来から使用していたスラリータンク（図２の構成と略同様のもの）を使用し、同一の条件（材料、研磨条件等）でＣＭＰ研磨を行い、研磨後のワーク５枚のマイクロスクラッチを計測したところ、いずれのワークのマイクロスクラッチもウェーハ面内で数千個のレベルであった。
【００５１】
次に、研磨剤の種類を代えて上記と同様のＣＭＰ研磨を行い効果を確認した。研磨剤原液としてはロデール社製のフュームドシリカ研磨剤、型番：ＩＬＤ−１３００を使用した。その他の条件は同一とした。
【００５２】
供給装置１０の運転時のタンク１２内の液面レベルが常に一定レベルとなるように制御しながら約８時間連続してＣＭＰ研磨を行った。その状態の研磨剤を使用してテスト用のワークを研磨し、研磨後のワーク５枚のマイクロスクラッチを計測したところ、いずれのワークのマイクロスクラッチもウェーハ面内で数個（１０個未満）であった。
【００５３】
比較例として、従来から使用していたスラリータンク（図２の構成と略同様のもの）を使用し、同一の条件（材料、研磨条件等）でＣＭＰ研磨を行い、研磨後のワーク５枚のマイクロスクラッチを計測したところ、いずれのワークのマイクロスクラッチも面内で数千個のレベルであった。
【００５４】
このように、研磨剤砥粒の種類に関係なく、本願発明が従来例と比較して顕著な効果を奏することを確認した。
【００５５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、研磨剤のタンクに配置された研磨剤の液面レベル検出手段によりタンク内の研磨剤の液面レベルが計測され、該計測結果により研磨剤の液面レベルが一定になるように研磨剤の原料又は調合後の研磨剤の投入量が制御される。したがって、液面レベルの変動によりタンクの壁面に研磨剤が付着することはない。その結果、凝集・凝固した研磨剤が壁面から落下し、研磨剤（液）の中に混在するようなことはなくなり、ウェーハの傷（マイクロスクラッチ）の発生、ウェーハの品質の低下、ウェーハの歩留りの低下等に対し有効な対処手段となり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨剤の供給装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】従来例である研磨剤の調合装置の概要を示す断面図である。
【符号の説明】
１０…研磨剤の供給装置、１２…タンク、１４…重力センサ、１６…研磨剤投入手段、１８…制御手段

Claims (2)

1. ＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給装置であって、
   研磨剤のタンクと、
   該タンクに配置された研磨剤の液面レベル検出手段と、
   該タンクに研磨剤の原料又は調合後の研磨剤を投入する研磨剤投入手段と、
   前記液面レベル検出手段の計測結果により研磨剤の液面レベルが一定になるように前記研磨剤投入手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給装置。
2. ＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給方法であって、
   研磨剤のタンクに研磨剤の液面レベル検出手段を配置し、該検出手段により前記タンク内の研磨剤の液面レベルを計測し、該計測結果により研磨剤の液面レベルが一定になるように研磨剤の原料又は調合後の研磨剤の投入量を制御することを特徴とするＣＭＰ研磨装置における研磨剤の供給方法。

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