JP2007319948A - 研磨用スラリー貯留装置、研磨用スラリー供給装置及び研磨システム - Google Patents

研磨用スラリー貯留装置、研磨用スラリー供給装置及び研磨システム Download PDF

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Abstract

【課題】液体封止剤を使用することなく、研磨用スラリーを貯留する貯留タンク中の気体の主排液配管への流出を安定的且つ定常的に防ぐことにより、貯留タンク中の研磨用スラリーの乾燥を防止できる研磨用スラリー貯留装置、研磨用スラリー供給装置及び研磨システムを提供する。
【解決手段】研磨用スラリーを貯留するための貯留タンク、該貯留タンクの底部と主排液配管とを接続するためのドレイン配管、及び該貯留タンクの上部と該主排液管とを接続するためのオーバーフロー配管を有する研磨用スラリー用貯留装置において、オーバーフロー配管にサイホン式トラップを配置し、サイホン式トラップの貯留タンク側のオーバーフロー配管には逆止弁を備えた水供給配管を接続する。
【選択図】図1A

Description

本発明は、半導体ウエハ等のケミカルメカニカルポリッシング(CMP)処理の際に用いる研磨用スラリーを貯留しておくためのスラリー貯留装置、及びそれを利用した研磨システムに関する。
半導体ウエハ等の高度の平坦性が求められる分野においては、研磨用スラリーを利用したCMPなる研磨方法が広く利用されている。このようなCMPでは、通常、図6の概略図に示すような研磨システムが利用されている。
図6に示す研磨システムにおいては、研磨用スラリーSLが貯留タンク101に貯留され、貯留タンク101の底部と主排液配管102との間には、貯留タンク101中の排液を主排液配管102に排出するためのドレイン配管103が配設され、貯留タンク101の上部と主排液配管102との間には、貯留タンク101内に所定量を超える研磨用スラリーSLが貯まらないようにするために、オーバーフロー配管104が配設されている。また、貯留タンク101には、主給水配管105から分岐した水供給配管106と、研磨用スラリー供給配管107が接続され、撹拌装置108が設置されている。撹拌装置108は、貯留タンク101中に異物が混入しないように、少なくとも回転時には貯留タンク101に対し非接触状態となっている。更に、貯留タンク101には、研磨用スラリーSLの乾燥を防ぐために、加湿ガスがガス導入配管109から導入される。
一方、貯留タンク101に貯留されている研磨用スラリーは、送液ポンプ110でスラリー供給配管配111から、基板研磨装置112へ送られる。基板研磨装置112は、回転可能な研磨用ステージ113と、基板114を保持し、その基板114を研磨用ステージ113に回転しながら押圧する基板保持部115とを有する。基板研磨装置112へ送られた研磨用スラリーSLは、研磨用スラリー導入装置120から研磨用ステージ113の表面に供給され、研磨用ステージ113が回転することで基板114の研磨面に供給され、基板の研磨が行われる。
なお、各配管には、必要に応じてバルブVが設けられている。
ところで、図6のような研磨システムにおいては、主排液配管102の中を排液が流れることにより、貯留タンク101中の空間中の気体が、オーバーフロー配管104から主排液配管102へ流出していた。このため、貯留タンク101に加湿ガスが導入されているにもかかわらず、撹拌装置108の回転軸が貯留タンク101の蓋に接触しないようにするために蓋に開けられた開口部等からクリーンルーム内の湿度の低い外気が貯留タンク101に入り込むために、その内部空間を所定の湿度に保持し続けることができず、その結果、貯留タンク101の内空間の壁に、研磨用スラリーが乾燥して生じた凝集砥粒が付着する場合がある。このような凝集砥粒が内壁からスラリー中にはがれ落ちると、凝集砥粒がそのまま研磨用ステージ113に滴下され、研磨操作で基板114の表面を傷つけてしまうという問題があった。このため、従来は貯留タンク101の内壁の洗浄を頻繁に繰り返せざるを得なかった。また、貯留タンク101中の空間中の気体が、オーバーフロー配管104から主排液配管102へ流出していると、研磨用スラリーから揮発成分が失われ、研磨用スラリーの組成が変化するおそれもある。
そこで、貯留タンク101内の乾燥を防ぐために、研磨用スラリーと混和せず且つ比重の低い液体封止剤を貯留タンク101中に入れ、研磨用スラリーと大気との接触を絶つことが提案されている(特許文献1)
特開平9−234669号公報
しかしながら、研磨用スラリーを液体封止剤で封じることで研磨用スラリーの乾燥を防ぐ場合、液体封止剤と研磨用スラリーとの分離状態を維持するためには、研磨用スラリーの撹拌を止めるかあるいは撹拌を非常に弱くしなければならず、貯留タンク101中の研磨用スラリーにおける研磨剤の濃度分布が不均一となり、安定した基板の研磨ができないという問題があった。
ところで、貯留タンク中の研磨用スラリーの乾燥防止という観点ではないが、従来の研磨システムにおいて問題とされている現象とは逆の現象(即ち、主排液配管中に存在する汚染雰囲気が、オーバーフロー配管から処理液貯留タンクへ逆流するという現象)の発生を防止する技術として、オーバーフロー配管に、処理液を封液とする非サイホン式トラップを設けることが提案されている(特開平10−235183号公報)。そこで、貯留タンク中の研磨用スラリーの乾燥防止のために、図6のような研磨システムのオーバーフロー配管に非サイホン式トラップを設けることが考えられる。なお、サイホン式トラップ及び非サイホン式トラップの一般的な構成を図7に示す。サイホン式トラップは、排水の流下水勢により、トラップの封水部にある沈積あるいは付着しようとする小雑物を押し流すという自浄作用を行うタイプのトラップである。それに対し、非サイホン式トラップは、サイホン作用を起こさないように排液するタイプのトラップである。
しかしながら、特開平10−235183号公報では処理液として研磨用スラリーを適用することは意図されていない。なぜならば、図6のような研磨システムにおいてオーバーフロー配管から研磨用スラリーが流出することは実用上皆無であり、従って、非サイホン式トラップへの封液(研磨用スラリー)の供給は恒常的に見込めないために、直ぐに破封が生じ、非サイホン式トラップが機能しないからである。しかも、非サイホン式トラップにおいて研磨用スラリーを封液として使用した場合には、非サイホン式トラップは、排水の流下水勢によりトラップの封止部にある沈積あるいは付着しようとする小雑物を押し流すという自浄作用を持たないために、非サイホン式トラップにおいて研磨用スラリーが乾固してオーバーフロー配管の目詰まりを生じさせ、オーバーフロー配管自体のオーバーフロー機能を失わせるおそれがある。従って、図6のような研磨システムには、特開平10−235183号公報に記載の非サイホン式トラップを適用することはできない。
本発明は、特許文献1に開示されたような液体封止剤を使用することなく、研磨用スラリーを貯留する貯留タンク中の気体の主排液配管への流出を安定的且つ定常的に防ぐことにより、貯留タンク中の研磨用スラリーの乾燥を防止できる研磨用スラリー貯留装置、研磨用スラリー供給装置及び研磨システムを提供することを目的とする。
本発明者らは、オーバーフロー配管に、非サイホン式トラップとは異なり、自浄作用を有するサイホン式トラップを配置し、しかもサイホン式トラップの貯留タンク側のオーバーフロー配管に逆止弁を備えた水供給配管を接続し常時にもしくは必要時にサイホン式トラップに封水を供給できるようにすることにより、トラップの破封の防止又は迅速な回復を可能にすることにより、上述の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、研磨用スラリーを貯留するための貯留タンク、該貯留タンクの底部と主排液配管とを接続するためのドレイン配管、及び該貯留タンクの上部側面と該主排液管とを接続するためのオーバーフロー配管を有する研磨用スラリー用貯留装置において、
オーバーフロー配管にサイホン式トラップが配設され、該サイホン式トラップの貯留タンク側のオーバーフロー配管には逆止弁を備えた水供給配管が接続されていることを特徴とする研磨用スラリー用貯留装置を提供する。ここで、該サイホン式トラップとしてS型トラップが好ましい。
また、本発明は、研磨用スラリーを貯留するための貯留タンク、該貯留タンクの底部と主排液配管とを接続するためのドレイン配管、及び該貯留タンクの上部側面と該主排液管とを接続するためのオーバーフロー配管を有する研磨用スラリー用貯留装置において、
該主排液配管にサイホン式トラップが配設され、該サイホン式トラップには逆止弁を備えた水供給配管が接続されていることを特徴とする研磨用スラリー用貯留装置を提供する。ここで、該サイホン式トラップがU型トラップが好ましい。
また、本発明は、前述の研磨用スラリー用貯留装置と、その研磨用スラリー用貯留装置を構成する貯留タンク中の研磨用スラリーを、研磨を必要とする箇所に供給するための、送液ポンプとスラリー供給配管とからなるスラリー供給部とを有する研磨用スラリー供給装置を提供する。
更に、本発明は、回転可能な研磨用ステージと、基板を保持し、その基板を研磨用ステージに回転しながら押圧する基板保持部とを有する基板研磨装置と、前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スラリー供給部から基板研磨装置の研磨用ステージ表面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用貯留装置の貯留タンクにおいては、そのオーバーフロー配管にサイホン式トラップが配置され、そのサイホン式トラップの貯留タンク側のオーバーフロー配管に逆止弁を備えた水供給配管が接続されている。あるいは、主排液配管にサイホン式トラップが配設され、そのサイホン式トラップには逆止弁を備えた水供給配管が接続されている。
この逆止弁は、サイホン式トラップ側への水の供給を止めないが、水の逆流を阻止するためのものである。従って、本発明の研磨用スラリー用貯留装置は、液体封止剤を使用することなく、研磨用スラリーを貯留する貯留タンク中の気体の主排液配管への流出を安定的且つ定常的に防ぐことができ、また、サイホン式トラップの破封を抑制でき、破封したとしても封止状態を容易に回復することができる。よって、貯留タンク中の研磨用スラリーの乾燥を防止することができる。また、研磨用スラリーの品質の変化を抑制することもできる。
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1Aに、本発明の研磨用スラリー用貯留装置を示す。この研磨用スラリー用貯留装置は、研磨用スラリーを貯留するための貯留タンク101、貯留タンク101の底部と主排液配管102とを接続するためのドレイン配管103、及び貯留タンク101内に所定量を超える研磨用スラリーSLが貯まらないようにするために、貯留タンク101の上部と主排液管102とを接続するためのオーバーフロー配管104を有する。そして、オーバーフロー配管104にはサイホン式トラップ116Aが配置され、サイホン式トラップ116Aの貯留タンク側のオーバーフロー配管104には逆止弁RVを備えた水供給配管117が接続されている構造を有する。この水供給配管117は、通常、主給水配管105から分岐している。
サイホン式トラップ116Aとしては、S型トラップ、P型トラップ、U型トラップなどが挙げられるが、構造を小型化できる点でS型トラップを好ましく利用できる。
更に、本発明の研磨用スラリー用貯留装置においては、必要に応じて、貯留タンク101には、主給水配管105から分岐した水供給配管106と、研磨用スラリー供給配管107とが接続され、また、撹拌装置108も設置されている。ここで、水供給配管106は、研磨用スラリーの粘度や蒸発した水分の補給のために設けられており、また、研磨用スラリー供給配管107は、貯留タンク101へ研磨用スラリーを補充するために設けられている。撹拌装置108は、研磨用スラリーが分散状態を維持するために設けられており、貯留タンク101中に異物が混入しないように、少なくとも回転時には貯留タンク101に対し非接触状態となっている。更に、貯留タンク101には、研磨用スラリーSLの乾燥を防ぐために、必要に応じて加湿ガスがガス導入配管109から導入される。加湿ガスの調製は、ガス導入配管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101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。
一方、貯留タンク101に貯留されている研磨用スラリーは、送液ポンプ110とスラリー供給配管配111とからなる研磨用スラリー供給部118により、基板研磨装置112へ送られる。基板研磨装置112は、回転可能な研磨用ステージ113と、基板114を保持し、その基板114を研磨用ステージ113に回転しながら押圧する基板保持部115とを有する。基板研磨装置112へ送られた研磨用スラリーSLは、研磨用スラリー導入配管119と研磨用スラリー導入装置120から研磨用ステージ113の表面に供給され、研磨用ステージ113が回転することで基板114の研磨面に供給され、基板の研磨が行われる。これらの研磨用スラリー用貯留装置と研磨用スラリー供給部118とから研磨用スラリー供給装置が構成され、この研磨用スラリー供給装置と基板研磨装置112とから本発明の研磨システムが構成される。
本発明においては、サイホン式トラップ116Aに封液剤として水が封じられているので、主排液配管102中の排液の流れによってその空間内が減圧されても、貯留タンク101内の気体が主排液配管102へ流出しない。従って、貯留タンク101中において研磨用スラリーSLの乾燥を防止することができる。しかも、サイホン式トラップ116Aの貯留タンク101側のオーバーフロー配管104に逆止弁RVを備えた水供給配管117を接続しているので、常時もしくは必要時にサイホン式トラップに封水を供給できる。
以上説明した図1Aの態様においては、サイホン式トラップ116Aをオーバーフロー配管104に配置したが、図1Bに示すように、主排液配管102にサイホン式トラップ116Bを配置し、そのサイホン式トラップ116Bに逆止弁RVを備えた水供給配管117を接続してもよい。この場合にも、サイホン式トラップ116Bとしては、S型トラップ、P型トラップ、U型トラップなどが挙げられるが、主排液配管102中の排液の流れに高低差があまりないので、U型トラップを好ましく利用できる。
図2に本発明の研磨システムの別の態様を示す。この態様は、貯留タンクの洗浄等により研磨システムの操作が停止することがないよう、図1Aの態様の貯留タンクを二つ設け、それらを突切り替え式に構成したシステムである。
図2の研磨システムは、基板研磨装置13と、研磨用スラリー貯留装置を含む研磨用スラリー供給装置21とから構成される。まず、研磨用スラリー供給装置21の構成は以下のとおりである。なお、研磨用スラリー貯留装置自体については特に言及しないが、先に説明したとおりの構成を有することは言うまでもない。
研磨用スラリー供給装置21は、内部空間17と、蓋14と、液面センサー22と、撹拌装置23と、排気量調節バルブ42aを有する排気配管42とを備えた二つの貯留タンク11、及び主排液配管16を有している。主排液配管16の内部は、排液で充満しているのではなく、空間16aが存在している。貯留タンク11の底部には、ドレインバルブ29aを備えたドレイン配管29が接続されており、他端は主排液配管16に接続されている。更に、研磨用スラリー供給配管18が、供給切替弁群28を介してそれぞれの貯留タンク11に接続されている。また、貯留タンク11中の研磨用スラリーは、スラリー供給切り替えバルブ20aを介して送液ポンプ27と研磨用スラリー供給配管20とからなる研磨用スラリー供給部により基板研磨装置13へ送られると共に、供給切替弁群28を経て貯留タンク11に戻される。
また、研磨用スラリー供給装置21には、主給水配管30が配設されている。この主給水配管30からは、シャワー用バルブ25aを経てシャワー用純水供給配管と、希釈用バルブ26aを経て希釈用純水配管26とが、貯留タンク11に接続している。また、主給水配管30と加湿ボックス37との間は、純水を供給するための加湿ボックス純水供給バルブ39aを有する加湿ボックス純水供給配管39が配設されている。また、加湿ボックス37には、加湿ボックス排液バルブ41aを介して加湿ボックス排液配管41が主排液配管16との間に設置されている。また、加湿ボックス37には、窒素供給配管38が接続され、加湿された窒素は加湿窒素供給配管40で貯留タンク11に供給される。
研磨用スラリー供給装置21は、また、添加剤供給配管33と添加剤オーバーフロー配管35とを備えた添加剤定量タンク32を有する。添加剤は、供給切替弁群28を介し添加剤流下配管34により貯留タンク11に添加される。なお、添加剤定量タンク32の排液は、添加剤排液バルブ36aを介して添加剤排液配管36により主排液配管16に排液される。
また、研磨用スラリー供給装置21は、排気ダンパー43aと筐体排気配管43とを備えている。
図2の態様においては、貯留タンク11の上部側面には、S型サイホン式トラップ59を備えたオーバーフロー配管55が接続されており、その他端は主排液配管16に接続されている。また、主給水配管30と、S型サイホン式トラップ59の貯留タンク11側のオーバーフロー配管との間は純水供給配管60が配設されている。この純水供給配管60には、純水供給バルブ60aと逆止弁60bとが設置されている。
一方、基板研磨装置13は、研磨用スラリー導入配管47と研磨用スラリー導入装置47aとを有する。更に、基板研磨装置13は、回転する研磨用ステージ44と、基板46を保持し、その基板46を研磨用ステージ44に回転しながら押圧する基板保持部45とを有する。
図2の態様の研磨システムにおいては、貯留タンク11に貯留されている研磨用スラリーは、送液ポンプ27と研磨用スラリー供給配管20とからなる研磨用スラリー供給部により、基板研磨装置13へ送られ、更に、研磨用ステージ44の表面に供給され、研磨用ステージ44と基板保持具45とがそれぞれ回転することで基板46の研磨面に供給され、46基板の研磨が行われる。
図3は、本発明の研磨システムの別の態様を示す。この態様は、貯留タンクの洗浄等により研磨システムの操作が停止することがないよう、図1Bの態様の貯留タンクを二つ設け、それらを突切り替え式に構成したシステムである。即ち、貯留タンク11にはオーバーフロー配管15が、図6の従来例と同様に、主排液配管16にダイレクトに連結されているが、主排液配管16の研磨システムの出口近傍にU型サイホン式トラップ90が設けられている構造を有する。このU型サイホン式トラップ90には、主給水配管30から分岐した水供給配管91が接続されており、その水供給配管91には、U型サイホン式トラップ90から排液が水供給配管91に逆流しないように逆止弁RVが設けられている。更に、水供給配管30の末端は、逆止弁31とバルブ31aを介して主排液配管16の上流側に接続されている構造となっている。
以下に、図2の態様に関連し、研磨用スラリーの貯留タンクのオーバーフロー配管にS型サイホン式トラップを設けた場合と設けなかった場合の、貯留タンク内の湿度変化を調べた結果を説明する。
(試験内容)
容積85リットルで内直径50cmの密閉可能な円筒形タンク2つを用意し、それぞれに60リットルの純水を貯水した。
一方の円筒形タンクの上部側面に外径3/4インチのオーバーフロー配管を取り付け、タンク下方に導いた。他方の円筒形タンクの上部側面に、途中にS型サイホン式トラップ(封水深100mm水柱)を設けた外径3/4インチのオーバーフロー配管を取り付け、タンク下方に導いた。
それぞれのタンクの気相部の湿度を計測するために、タンク中央内側最上部とタンク中央部液面から2cmの位置とに湿度計(HU10、GEインストラクチャー社)をそれぞれ設置した。
それぞれのオーバーフロー配管の端部に排気ファンを取り付け、差圧200パスカルで排気し、タンク内の気相の時間に対する湿度変化(温度24℃)を調べた。調べた結果を図4と図5に示す。ここで、図4は、オーバーフロー配管にS型サイホン式トラップを設けた場合の貯留タンク内の湿度変化図であり、図5は、オーバーフロー配管にS型サイホン式トラップを設けていない場合の貯留タンク内の湿度変化図である。
図4から解る様に、オーバーフロー配管にS型サイホン式トラップを設けた場合には、当初95%以上の湿度が、10時間経過した時点でも93.8%と92.7%と安定しており、しかもタンク気相内の位置で差も小さく、湿度の均一性も高いことが解る。
一方、図5から解るように、オーバーフロー配管にS型サイホン式トラップを設けなかった場合には、当初95%以上の湿度が、1時間以内に70〜80%に急激に低下し、10時間後には、タンク中央内側最上部64.4%、タンク中央部液面から2cmの位置で75.4%になり、いずれも大きく低下していた。しかも、タンク気相内の位置で湿度に差があり、湿度の均一性もよくないことが解る。
本発明の研磨用スラリー貯留装置、研磨用スラリー供給装置及び研磨システムによれば、液体封止剤を使用することなく、研磨用スラリーを貯留する貯留タンク中の気体の主排液配管への流出を安定的且つ定常的に防ぐことができるので、貯留タンク中の研磨用スラリーの乾燥を防止できる。従って、本発明の研磨用スラリー貯留装置、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。
本発明の研磨システムの概要図である。 本発明の別の態様の研磨システムの概要図である。 本発明の別の態様の研磨システムの概要図である。 本発明の別の態様の研磨システムの概要図である。 オーバーフロー配管にS型サイホン式トラップを設けた場合の貯留タンク内の湿度変化図である。 オーバーフロー配管にS型サイホン式トラップを設けていない場合の貯留タンク内の湿度変化図である。 従来の研磨システムの概要図である。 トラップの一般的構成を表す図である。
符号の説明
101 貯留タンク
102 主排液配管
103 ドレイン配管
104 オーバーフロー配管
105 主給水配管
106 水供給配管
107 研磨用スラリー供給配管
108 撹拌装置
109 ガス導入配管
110 送液ポンプ
111 研磨用スラリー供給配管配
112 基板研磨装置
113 研磨用ステージ
114 基板
115 基板保持部
116A、116B サイホン式トラップ
117 水供給配管
118 研磨用スラリー供給部
119 研磨用スラリー導入配管
120 研磨用スラリー導入装置

Claims (6)

  1. 研磨用スラリーを貯留するための貯留タンク、該貯留タンクの底部と主排液配管とを接続するためのドレイン配管、及び該貯留タンクの上部側面と該主排液管とを接続するためのオーバーフロー配管を有する研磨用スラリー用貯留装置において、
    オーバーフロー配管にサイホン式トラップが配設され、該サイホン式トラップの貯留タンク側のオーバーフロー配管には逆止弁を備えた水供給配管が接続されていることを特徴とする研磨用スラリー用貯留装置。
  2. 該サイホン式トラップがS型トラップである請求項1記載の研磨用スラリー用貯留装置。
  3. 研磨用スラリーを貯留するための貯留タンク、該貯留タンクの底部と主排液配管とを接続するためのドレイン配管、及び該貯留タンクの上部側面と該主排液管とを接続するためのオーバーフロー配管を有する研磨用スラリー用貯留装置において、
    該主排液配管にサイホン式トラップが配設され、該サイホン式トラップには逆止弁を備えた水供給配管が接続されていることを特徴とする研磨用スラリー用貯留装置。
  4. 該サイホン式トラップがU型トラップである請求項3記載の研磨用スラリー用貯留装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の研磨用スラリー用貯留装置と、その研磨用スラリー用貯留装置を構成する貯留タンク中の研磨用スラリーを、研磨を必要とする箇所に供給するための、送液ポンプとスラリー供給配管とからなるスラリー供給部とを有する研磨用スラリー供給装置。
  6. 回転可能な研磨用ステージと、基板を保持し、その基板を研磨用ステージに回転しながら押圧する基板保持部とを有する基板研磨装置と、請求項5記載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スラリー供給部から、基板研磨装置の研磨用ステージ表面に研磨用スラリーが供給される研磨システム。
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