JP2021103753A - Manufacturing method and manufacturing apparatus of slurry for metal film - Google Patents

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Abstract

To provide a manufacturing method and a manufacturing apparatus of slurry for a metal film having stable quality at low cost.SOLUTION: A manufacturing method of slurry for a metal film is a method for manufacturing acid metal film slurry 10 including abrasive grains by using alkaline slurry 1 as a starting material and includes a dilution step 2 for diluting the alkaline slurry 1 by pure water, a cation removal step for removing cations from diluted slurry after the dilution step 2 and an adjustment step 5 for adding various additives to the slurry obtained in the cation removal step. The cation removal step includes a dilution/concentration step 3 for repeating a step A for concentrating the slurry by allowing the slurry pass through an ultrafilter and a step B for diluting the concentrated slurry by adding pure water to the concentrated slurry and an ion exchange step 4 for reducing the concentration of cations.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、CMPプロセスを備えた半導体集積回路製造に用いられる金属膜用スラリーの製造方法および製造装置に関する。 The present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a slurry for a metal film used for manufacturing a semiconductor integrated circuit including a CMP process.

半導体集積回路の製造において、ウェハー基板表面の平坦化に加えて、近年はダマシン法における基板に埋め込まれた導体金属の平坦化、SiOに比較して低い比誘電率をもつ絶縁材料の平坦化、セルの積層数を増やすためのビアホールの平坦化など、高密度セルの製造および100nm以下のより微細なパターンの製造などの方法が重要となってきている。ウェハーおよびこの基板上に形成された部材の平坦化は化学機械研磨法(以下、CMPプロセスという)が広く採用され、半導体製造プロセスにおいてより重要となっている。半導体材料の平坦化がより重要となるに従って、CMPプロセスに使用されるCMPスラリーの量が増えるとともに、半導体集積回路の製造コストに占める割合も高まっている。このため、CMPスラリーの品質を維持しながら価格を低減することが求められている。 In the manufacture of semiconductor integrated circuits, in addition to the flattening of the wafer substrate surface, in recent years the flattening of the conductor metal embedded in the substrate by the damascene method and the flattening of the insulating material having a lower relative permittivity than SiO 2. , Methods such as the production of high-density cells and the production of finer patterns of 100 nm or less, such as flattening of via holes for increasing the number of stacked cells, have become important. The chemical mechanical polishing method (hereinafter referred to as CMP process) is widely adopted for flattening the wafer and the members formed on the substrate, and it is becoming more important in the semiconductor manufacturing process. As the flattening of semiconductor materials becomes more important, the amount of CMP slurry used in the CMP process is increasing, and the proportion of the manufacturing cost of semiconductor integrated circuits is also increasing. Therefore, it is required to reduce the price while maintaining the quality of the CMP slurry.

CMPスラリーの価格を低減するための一つの方法として、使用済みのCMPスラリーを再生する方法が知られている。CMPスラリーを再生する方法として、例えば、砥粒、分散媒および不純物を含む使用済CMPスラリーより分散媒の一部を除去する濃縮工程と、濃縮されたスラリーのpHを調整するpH調整工程と、pHが調整されたスラリーより所定粒径以下の砥粒および分散媒を回収する回収工程とを有するCMPスラリー再生方法が知られている(特許文献1)。この特許文献1は、固液分離により砥粒(研磨剤)を効率的に回収することを目的としている。 As one method for reducing the price of CMP slurry, a method of regenerating used CMP slurry is known. Examples of the method for regenerating the CMP slurry include a concentration step of removing a part of the dispersion medium from the used CMP slurry containing abrasive grains, a dispersion medium and impurities, and a pH adjustment step of adjusting the pH of the concentrated slurry. A CMP slurry regeneration method including a recovery step of recovering abrasive grains having a predetermined particle size or less and a dispersion medium from a slurry whose pH has been adjusted is known (Patent Document 1). The purpose of Patent Document 1 is to efficiently recover abrasive grains (abrasives) by solid-liquid separation.

また、CMPスラリー再生方法として、タンクに回収された使用済CMPスラリーを、限外濾過ユニットを通じて水を除去しながら循環濃縮し、濃縮物のpHを調整してCMPスラリーを再生させる方法も知られている(特許文献2)。限外濾過ユニットとしては、セラミックフィルターなどの膜フィルターが用いられる。 Further, as a CMP slurry regeneration method, a method is also known in which the used CMP slurry collected in the tank is circulated and concentrated while removing water through an ultrafiltration unit, and the pH of the concentrate is adjusted to regenerate the CMP slurry. (Patent Document 2). As the ultrafiltration unit, a membrane filter such as a ceramic filter is used.

特開2002−331456号公報JP-A-2002-331456 特表2013−535848号公報Special Table 2013-535848

上記のようなCMPスラリー再生方法が知られているが、実際にCMPプロセスを行う施設にCMPスラリー再生システムを構築することは容易ではなく、システムの大型化や、複雑化などが懸念される。また、CMPスラリー再生システムを運転するための人員や、薬品注入、消耗品交換作業などが必要となり、CMPプロセス施設における人的労力が増大するおそれがある。 Although the above-mentioned CMP slurry regeneration method is known, it is not easy to construct a CMP slurry regeneration system in a facility where the CMP process is actually performed, and there is a concern that the system may become large or complicated. In addition, personnel for operating the CMP slurry regeneration system, chemical injection, consumables replacement work, and the like are required, which may increase human labor in the CMP process facility.

さらに、金属膜用スラリーは酸性であることが一般的で、砥粒の良好な分散性を確保することが難しく、上記のようなCMPスラリー再生方法では、再生後のCMPスラリーの品質がばらついてしまうおそれがある。 Further, the slurry for a metal film is generally acidic, and it is difficult to ensure good dispersibility of the abrasive grains. In the CMP slurry regeneration method as described above, the quality of the CMP slurry after regeneration varies. There is a risk that it will end up.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、低価格で、安定した品質の金属膜用スラリーの製造方法および製造装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for producing a slurry for a metal film at a low price and with stable quality.

本発明の金属膜用スラリーの製造方法は、CMPプロセスに使用する金属膜用スラリーの製造方法であって、該方法は、砥粒の分散性が良好なアルカリ性スラリーを出発原料として、酸性の金属膜用スラリーを製造する方法であり、上記アルカリ性スラリーをより分散性を向上させるための純水により希釈する希釈工程と、上記希釈工程後の希釈スラリーから水酸化物イオンのカウンターイオンであるところの陽イオンを除去する陽イオン除去工程と、上記陽イオン除去工程で得られたスラリーに対して、酸化剤、添加剤、およびpH調整剤を添加する調整工程とを備え、上記陽イオン除去工程には、(1)砥粒に対して不透過である透過膜を有する限外濾過装置に、スラリーを通過させて、水溶性のイオン成分や化学物質が溶解する透過液を排出して濃縮する工程Aと、工程Aで得られた濃縮スラリーに純水を加えて希釈する工程Bを、そのpHが所定の値となるまで繰り返す希釈濃縮工程、および、(2)スラリーを陽イオン交換樹脂に通液させることで、陽イオンの濃度を低下させて、そのpHを所定の値とするイオン交換工程、が含まれることを特徴とする。 The method for producing a metal film slurry of the present invention is a method for producing a metal film slurry used in a CMP process, and the method uses an alkaline slurry having good dispersibility of abrasive grains as a starting material and an acidic metal. A method for producing a film slurry, wherein the alkaline slurry is diluted with pure water to further improve dispersibility, and the diluted slurry after the dilution step is a counter ion of hydroxide ions. A cation removing step of removing cations and an adjusting step of adding an oxidizing agent, an additive, and a pH adjusting agent to the slurry obtained in the cation removing step are provided in the cation removing step. (1) A step of passing a slurry through an ultrafiltration device having a permeable film that is impermeable to abrasive grains, and discharging and concentrating a permeate in which water-soluble ion components and chemical substances are dissolved. A and step B of adding pure water to the concentrated slurry obtained in step A to dilute it are repeated until the pH reaches a predetermined value, and (2) the slurry is passed through a cation exchange resin. It is characterized by including an ion exchange step of lowering the concentration of cations and setting the pH to a predetermined value by making the liquid liquid.

上記希釈濃縮工程が、該希釈濃縮工程を行う前のスラリーのpHの値に対し、上記工程B後のpH値が1〜3小さくなるまで、上記工程Aと上記工程Bを繰り返す希釈濃縮工程であることを特徴とする。 In the dilution / concentration step, the dilution / concentration step repeats the steps A and B until the pH value after the step B becomes 1 to 3 smaller than the pH value of the slurry before the dilution / concentration step. It is characterized by being.

上記希釈濃縮工程において、上記工程Bの希釈率が1.5〜3.0倍であることを特徴とする。ここで、希釈率とは、希釈後のスラリーの体積を希釈前のスラリーの体積で割った値のことをいう、以下同じ。 In the dilution and concentration step, the dilution rate of the step B is 1.5 to 3.0 times. Here, the dilution ratio means a value obtained by dividing the volume of the slurry after dilution by the volume of the slurry before dilution, and the same applies hereinafter.

上記イオン交換工程後に得られるスラリー中の陽イオンの濃度が10ppm以下であることを特徴とする。 The concentration of cations in the slurry obtained after the ion exchange step is 10 ppm or less.

上記出発物質が、アルカリ金属イオン、または、アンモニウムイオンを含むアルカリ性スラリーであることを特徴とする。 The starting material is an alkaline slurry containing alkali metal ions or ammonium ions.

上記金属膜用スラリーを用いて研磨される金属膜が、Cu、W、Ta、またはAlのうちから選択される金属の膜であることを特徴とする。 The metal film to be polished using the metal film slurry is a metal film selected from Cu, W, Ta, and Al.

上記砥粒が、シリカ粒子、セリア粒子、またはアルミナ粒子のうちの少なくとも1種であることを特徴とする。 The abrasive grains are at least one of silica particles, ceria particles, and alumina particles.

本発明の金属膜用スラリーの製造装置は、CMPプロセスに使用する金属膜用スラリーの製造装置であって、該装置は、砥粒の分散性が良好なアルカリ性スラリーを出発原料として、酸性の金属膜用スラリーを製造する装置であり、上記アルカリ性スラリーをより分散性を向上させるための純水により希釈する希釈手段と、上記希釈手段で希釈されたスラリーから水酸化物イオンのカウンターイオンであるところの陽イオンを除去する陽イオン除去手段と、上記陽イオン除去手段で陽イオン除去されたスラリーに対して、酸化剤、添加剤、およびpH調整剤を添加する調整手段とを備え、上記陽イオン除去手段は、(1)砥粒に対して不透過である透過膜を有する限外濾過装置に、スラリーを通過させて、水溶性のイオン成分や化学物質が溶解する透過液を排出して濃縮する手段Aと、手段Aで得られた濃縮スラリーに純水を加えて希釈する手段Bを、スラリーのpHが所定の値となるまで繰り返す希釈濃縮手段、および、(2)スラリーを陽イオン交換樹脂に通液させることで、陽イオンの濃度を低下させて、そのpHを所定の値とするイオン交換手段を有することを特徴とする。 The apparatus for producing a slurry for a metal film of the present invention is an apparatus for producing a slurry for a metal film used in the CMP process, and the apparatus uses an alkaline slurry having good dispersibility of abrasive grains as a starting material and an acidic metal. A device for producing a film slurry, which is a diluting means for diluting the alkaline slurry with pure water to further improve dispersibility, and a counter ion of hydroxide ions from the slurry diluted by the diluting means. A cation removing means for removing the cations of the above, and an adjusting means for adding an oxidizing agent, an additive, and a pH adjusting agent to the slurry from which the cations have been removed by the cation removing means are provided. The removing means is as follows: (1) A slurry is passed through an ultrafiltration device having a permeable film that is impermeable to abrasive grains, and a permeate in which water-soluble ion components and chemical substances are dissolved is discharged and concentrated. Means A and means B for diluting the concentrated slurry obtained by means A by adding pure water to a predetermined value are repeated until the pH of the slurry reaches a predetermined value, and (2) cation exchange of the slurry. It is characterized by having an ion exchange means for lowering the concentration of cations and setting the pH to a predetermined value by passing a liquid through a resin.

本発明の金属膜用スラリーの製造方法は、CMPプロセスに使用する砥粒を含む酸性の金属膜用スラリーを、砥粒の分散性が良好なアルカリ性スラリーを出発原料として製造する方法であり、アルカリ性スラリーをより分散性を向上させるための希釈する希釈工程と、希釈工程後の希釈スラリーから水酸化物イオンのカウンターイオンであるところの陽イオンを除去する陽イオン除去工程と、陽イオン除去工程で得られたスラリーに対して、酸化剤などを添加する調整工程とを備えてなり、上記の陽イオン除去工程には、(1)所定の限外濾過装置にスラリーを通過させて、水溶性の成分などが溶解する透過液を排出して濃縮する工程Aと、工程Aで得られた濃縮スラリーを希釈する工程Bを、そのpHが所定の値となるまで繰り返す希釈濃縮工程、および、(2)スラリーを陽イオン交換樹脂に通液させることで、陽イオンの濃度を低下させて、そのpHを所定の値とするイオン交換工程が含まれるので、短時間で処理できるため、砥粒の分散性が良好な組成が一定であるアルカリ性スラリーを原料に用いて、金属膜用スラリーを製造することができる。これにより、低価格で、安定した品質の金属膜用スラリーを製造することができる。 The method for producing a slurry for a metal film of the present invention is a method for producing an acidic metal film slurry containing abrasive grains used in a CMP process using an alkaline slurry having good abrasive grain dispersibility as a starting material, and is alkaline. In a diluting step of diluting the slurry to further improve dispersibility, a cation removing step of removing cations that are counter ions of hydroxide ions from the diluted slurry after the diluting step, and a cation removing step. The obtained slurry is provided with an adjusting step of adding an oxidizing agent or the like, and in the above-mentioned cation removing step, (1) the slurry is passed through a predetermined ultrafiltration device to make it water-soluble. A diluting and concentrating step of repeating the step A of discharging the permeate in which the components and the like are dissolved and concentrating, and the step B of diluting the concentrated slurry obtained in step A until the pH reaches a predetermined value, and (2). ) By passing the slurry through a cation exchange resin, an ion exchange step of reducing the concentration of cations and setting the pH to a predetermined value is included, so that the processing can be performed in a short time, so that the abrasive grains are dispersed. A metal film slurry can be produced by using an alkaline slurry having a good property and a constant composition as a raw material. As a result, it is possible to produce a slurry for a metal film of stable quality at a low price.

希釈濃縮工程が、希釈濃縮工程を行う前のスラリーのpHの値に対し、工程B後のpH値が1〜3小さくなるまで、工程Aと工程Bを繰り返す希釈濃縮工程であるので、アルカリ性スラリー中のイオン成分や化学物質の除去に過大な時間を要せず、プロセス負担を軽減できる。これにより、製造全体に要する時間を短縮できるため、金属膜用スラリーの製造コストをさらに低減することができる。また、イオン成分を効率よく低減できるため、イオン交換処理負担も軽減される。 Since the dilution / concentration step is a dilution / concentration step in which steps A and B are repeated until the pH value after step B becomes 1 to 3 smaller than the pH value of the slurry before the dilution / concentration step, the alkaline slurry is used. It does not take an excessive amount of time to remove the ionic components and chemical substances inside, and the process load can be reduced. As a result, the time required for the entire production can be shortened, so that the production cost of the metal film slurry can be further reduced. Moreover, since the ion component can be efficiently reduced, the burden of ion exchange processing is also reduced.

希釈濃縮工程において、工程Bの希釈率は任意に設定が可能であるが、除去対象物の除去効果と希釈時に投入する水量間の関係を検討した結果、1.5〜3.0倍が適当であった。この希釈率では、再度工程Aを実施する際に排出される透過液の排出量を低減することができ、透過液の排水処理負担も軽減される。 In the dilution and concentration step, the dilution rate of step B can be set arbitrarily, but as a result of examining the relationship between the removal effect of the object to be removed and the amount of water added at the time of dilution, 1.5 to 3.0 times is appropriate. Met. With this dilution ratio, the amount of the permeated liquid discharged when the step A is carried out again can be reduced, and the burden of wastewater treatment of the permeated liquid is also reduced.

イオン交換工程後に得られるスラリー中の陽イオンの濃度が10ppm以下であるので、後のpH調整時に悪影響を及ぼすことは無い。 Since the concentration of cations in the slurry obtained after the ion exchange step is 10 ppm or less, there is no adverse effect during the subsequent pH adjustment.

出発物質が、アルカリ金属イオン、または、アンモニウムイオンを含むアルカリ性スラリーであるので、陽イオン交換樹脂でのイオン交換が速やかに進行し、製造に要する時間を短縮することができる。 Since the starting material is an alkaline slurry containing alkali metal ions or ammonium ions, ion exchange with the cation exchange resin proceeds rapidly, and the time required for production can be shortened.

金属膜用スラリーを用いて研磨される金属膜が、Cu、W、Ta、またはAlのうちから選択される金属の膜であるので、これらの金属膜を研磨するための一般的なCMPスラリーと同等の研磨速度を有し、低価格な、金属膜用スラリーを提供することができる。 Since the metal film to be polished using the metal film slurry is a metal film selected from Cu, W, Ta, or Al, it can be used with a general CMP slurry for polishing these metal films. It is possible to provide a low-cost metal film slurry having the same polishing rate.

砥粒が、シリカ粒子、セリア粒子、またはアルミナ粒子のうちの少なくとも1種であるので金属膜に適した砥粒を選択することで、金属膜用スラリーの価格と研磨性能の両立を図ることができる。 Since the abrasive grains are at least one of silica particles, ceria particles, and alumina particles, it is possible to achieve both the price of the metal film slurry and the polishing performance by selecting the abrasive grains suitable for the metal film. it can.

本発明の金属膜用スラリーの製造装置は、CMPプロセスに使用する砥粒を含む酸性の金属膜用スラリーを、砥粒の分散性が良好なアルカリ性スラリーを出発原料として製造する装置であり、アルカリ性スラリーをより分散性を向上させるための希釈する希釈手段と、希釈手段で希釈されたスラリーから水酸化物イオンのカウンターイオンであるところの陽イオンを除去する陽イオン除去手段と、陽イオン除去手段で陽イオン除去されたスラリーに対して、酸化剤などを添加する調整手段とを備えてなり、上記の陽イオン除去手段は、(1)所定の限外濾過装置にスラリーを通過させて、水溶性のイオン成分などが溶解する透過液を排出して濃縮する手段Aと、手段Aで得られた濃縮スラリーに純水を加えて希釈する手段Bを、スラリーのpHが所定の値となるまで繰り返す希釈濃縮手段、および、(2)スラリーを陽イオン交換樹脂に通液させることで、陽イオンの濃度を低下させて、そのpHを所定の値とするイオン交換手段を有するので、価格が安く、砥粒の分散性が良好な組成が一定であるアルカリ性スラリーを原料に用いて、金属膜用スラリーを製造することができる。これにより、低価格で、安定した品質の金属膜用スラリーを製造することができる。
なお、良好な砥粒の分散性はそのゼータ電位の絶対値を大きくすることが有効であり、ゼータ電位はスラリーのpHを10〜12とすることで大きくすることが可能となる。本発明の工程はpHが10よりも小さな中性のスラリーを経るものであるが、本発明の工程で得られるスラリーは、出発物質であるアルカリ性スラリー同様の良好な砥粒分散性を保持していることが確認できている。
The metal film slurry manufacturing apparatus of the present invention is an apparatus for producing an acidic metal film slurry containing abrasive grains used in the CMP process, using an alkaline slurry having good abrasive grain dispersibility as a starting material, and is alkaline. A diluting means for diluting the slurry to further improve dispersibility, a cation removing means for removing cations which are counter ions of hydroxide ions from the slurry diluted by the diluting means, and a cation removing means. The slurry is provided with an adjusting means for adding an oxidizing agent or the like to the slurry from which the cations have been removed in the above-mentioned cation removing means. Means A for discharging and concentrating a permeate in which a sexual ionic component or the like dissolves and means B for diluting the concentrated slurry obtained by means A by adding pure water until the pH of the slurry reaches a predetermined value. The price is low because it has a repeating diluting and concentrating means and (2) an ion exchange means for reducing the concentration of cations by passing the slurry through a cation exchange resin and setting the pH to a predetermined value. An alkaline slurry having a constant composition with good dispersibility of abrasive grains can be used as a raw material to produce a slurry for a metal film. As a result, it is possible to produce a slurry for a metal film of stable quality at a low price.
For good dispersibility of abrasive grains, it is effective to increase the absolute value of the zeta potential, and the zeta potential can be increased by setting the pH of the slurry to 10 to 12. The process of the present invention goes through a neutral slurry having a pH of less than 10, but the slurry obtained in the process of the present invention retains the same good abrasive grain dispersibility as the alkaline slurry which is the starting material. It has been confirmed that there is.

本発明の金属膜用スラリーの製造方法を示す工程図である。It is a process drawing which shows the manufacturing method of the slurry for a metal film of this invention. 製造装置の概要と配管系統を示す図である。It is a figure which shows the outline of a manufacturing apparatus and a piping system.

CMPプロセスに使用されるCMPスラリーは、分散性がよく粒子径が揃っているシリカ微粒子(ヒュームドシリカ、コロイダルシリカなど)や、研磨速度の大きいセリア微粒子、硬度が高く安定なアルミナ微粒子などが研磨剤として使用されている。これらCMPスラリーは、所定粒子径、濃度の微粒子が水中に分散されてCMPスラリーメーカーにより提供され、各現場(客先工場施設)に応じた濃度に希釈されてCMPプロセスマシンに供給される。なお、このCMPスラリー中には研磨剤の他に、水酸化カリウム、アンモニア、有機酸、無機酸、アミン類などのpH調整剤、界面活性剤などの分散剤、過酸化水素、ヨウ素酸カリウム、硝酸鉄(III)などの酸化剤、などが予め添加されたり、あるいは、研磨時に別途添加されたりする。 The CMP slurry used in the CMP process is polished by silica fine particles (humped silica, colloidal silica, etc.) with good dispersibility and uniform particle size, ceria fine particles with high polishing speed, and stable alumina fine particles with high hardness. It is used as an agent. These CMP slurries are provided by a CMP slurry maker in which fine particles having a predetermined particle size and concentration are dispersed in water, diluted to a concentration suitable for each site (customer factory facility), and supplied to a CMP process machine. In addition to the abrasive, the CMP slurry contains pH adjusters such as potassium hydroxide, ammonia, organic acids, inorganic acids and amines, dispersants such as surfactants, hydrogen peroxide and potassium iodate. An oxidizing agent such as iron (III) nitrate is added in advance, or is added separately at the time of polishing.

本発明の金属膜用スラリーの製造方法の一形態の概略を図1に基づいて説明する。図1に示すように、本発明の金属膜用スラリーの製造方法は、市販のアルカリ性スラリー1を、金属膜用のスラリーとして使用可能な程度までイオン成分を低減するとともに、その液性をアルカリ性から酸性にする技術である。具体的には、図1の金属膜用スラリー10の製造方法は、アルカリ性スラリー1を純水により希釈する希釈工程2と、希釈工程2で得られた希釈スラリーを希釈濃縮する希釈濃縮工程3と、希釈濃縮工程3で得られたスラリーを陽イオン交換樹脂に通液させるイオン交換工程4と、イオン交換工程4により含有イオン成分の濃度が低下したスラリーに各種添加剤を添加する調製工程5と、調製工程5で得られたスラリーから、過大な凝集物などの異物を濾過により除去するための濾過工程6とを備える。 An outline of one embodiment of the method for producing a slurry for a metal film of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, the method for producing a slurry for a metal film of the present invention reduces the ionic component of a commercially available alkaline slurry 1 to the extent that it can be used as a slurry for a metal film, and changes the liquid property from alkaline. It is a technology to make it acidic. Specifically, the method for producing the metal film slurry 10 of FIG. 1 includes a dilution step 2 in which the alkaline slurry 1 is diluted with pure water, and a dilution concentration step 3 in which the dilution slurry obtained in the dilution step 2 is diluted and concentrated. , An ion exchange step 4 in which the slurry obtained in the dilution concentration step 3 is passed through a cation exchange resin, and a preparation step 5 in which various additives are added to the slurry in which the concentration of the contained ion component is reduced by the ion exchange step 4. The slurry is provided with a filtration step 6 for removing foreign substances such as excessive agglomerates by filtration from the slurry obtained in the preparation step 5.

ここで、希釈濃縮工程3とイオン交換工程4の2つの工程で陽イオンを除去することから、これら2つの工程を合わせて、陽イオン除去工程と呼ぶ。陽イオン除去工程では、希釈濃縮工程とイオン交換工程を行う順番、およびそれぞれの回数は、上記に限らず、自由に設定することができる。 Here, since cations are removed in the two steps of the dilution concentration step 3 and the ion exchange step 4, these two steps are collectively referred to as a cation removal step. In the cation removal step, the order in which the dilution / concentration step and the ion exchange step are performed, and the number of each step are not limited to the above, and can be freely set.

希釈工程2は、次工程の陽イオン除去工程での陽イオン除去を効率的に行うための工程である。アルカリ性スラリーを希釈しないまま濃縮しようとした場合、希釈濃縮工程3における工程Aで用いられる膜フィルターが目詰まりを起こしやすく、イオン成分や低分子の除去がされ難くなる。 The dilution step 2 is a step for efficiently removing cations in the next step of removing cations. If an attempt is made to concentrate the alkaline slurry without diluting it, the membrane filter used in step A in the dilution concentration step 3 is likely to be clogged, and it becomes difficult to remove ionic components and small molecules.

希釈濃縮工程3は、希釈工程2で得られた希釈スラリーを、膜フィルターを用いたクロスフロー濾過方式によって濃縮する工程A(以下、限外濾過ともいう)と、工程Aで濃縮されたスラリーに純水を加えて希釈する工程Bと、を含む。工程Bでの希釈の後には、該スラリーのpH測定7を行う。所定のpH値まで低下していなかった場合は、再度工程A、工程B、およびpH測定7を繰り返す。所定のpH値に達した場合は、イオン交換工程4へと移行する。イオン交換工程4の後には、イオン交換されたスラリー中のイオンクロマトグラフィー測定8を行うことにより、スラリー中の各イオン成分の濃度を確認する。イオン濃度が所定の値以下であることを確認した後、調整工程5へ移行する。調整工程5では、酸化剤、添加剤、およびpH調整剤を添加する。調整工程5で得られたスラリーは、pH測定9が行われ、所定のpH値であることが確認された後に、濾過工程6へと移行する。濾過工程6において、該スラリーは過大な凝集物などの異物を除去され、清浄かつ、イオン溶出の無い容器へと充填される。上記工程を経ることにより、初期のアルカリ性スラリー1に比べ大幅にイオン成分が低減し、液性が酸性となった金属膜用スラリー10を得ることができる。 The dilution and concentration step 3 is a step A (hereinafter, also referred to as ultrafiltration) in which the diluted slurry obtained in the dilution step 2 is concentrated by a cross-flow filtration method using a membrane filter, and a slurry concentrated in the step A. It includes step B of adding pure water and diluting. After the dilution in step B, pH measurement 7 of the slurry is performed. If the pH value has not decreased to a predetermined value, step A, step B, and pH measurement 7 are repeated again. When the predetermined pH value is reached, the process proceeds to the ion exchange step 4. After the ion exchange step 4, the concentration of each ion component in the slurry is confirmed by performing ion chromatography measurement 8 in the ion-exchanged slurry. After confirming that the ion concentration is equal to or less than a predetermined value, the process proceeds to the adjustment step 5. In the adjusting step 5, an oxidizing agent, an additive, and a pH adjusting agent are added. The slurry obtained in the adjusting step 5 is subjected to pH measurement 9, and after it is confirmed that the slurry has a predetermined pH value, the slurry proceeds to the filtration step 6. In the filtration step 6, foreign substances such as excessive agglomerates are removed from the slurry, and the slurry is filled into a clean container without ion elution. By going through the above steps, the ionic component is significantly reduced as compared with the initial alkaline slurry 1, and the slurry 10 for a metal film having an acidic liquid property can be obtained.

金属膜用スラリー10の原料となるアルカリ性スラリー1は、アルカリ性成分として、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの水酸化物や、アンモニア、アミン、アンモニウムヒドロキシドなどの有機塩基を含有することができる。アルカリ性成分がスラリー中に溶解した結果、アルカリ性スラリー1が含有するイオンは、アルカリ金属イオン、または、アンモニウムイオンであることが好ましい。それらである場合、陽イオン除去工程での陽イオンの除去が速やかに進行する。 The alkaline slurry 1 which is a raw material of the metal film slurry 10 can contain hydroxides such as alkali metals and alkaline earth metals and organic bases such as ammonia, amines and ammonium hydroxides as alkaline components. As a result of the alkaline component being dissolved in the slurry, the ions contained in the alkaline slurry 1 are preferably alkali metal ions or ammonium ions. In these cases, the removal of cations in the cation removal step proceeds rapidly.

アルカリ性成分としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムヒドロキシドなどが好適に用いられ、それらは水中で、ナトリウムイオン、カリウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン、および水酸化物イオンに解離する。 As the alkaline component, for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide and the like are preferably used, and they are dissociated into sodium ion, potassium ion, tetramethylammonium ion and hydroxide ion in water. To do.

アルカリ性スラリーとしては、シリカや、アルミナ、セリアなどの金属酸化物微粒子を含んだアルカリ性のスラリーを用いることもできるし、粒子だけでなく各種添加剤も含有した、絶縁膜用のCMPスラリーを用いてもよい。これらは、スラリー中の陽イオンが1000ppmを超えるものもあるため、CMPにおける金属膜用のスラリーの原料として用いるためには、イオン濃度を大幅に低減する必要がある。 As the alkaline slurry, an alkaline slurry containing silica, metal oxide fine particles such as alumina and ceria can be used, or a CMP slurry for an insulating film containing not only particles but also various additives is used. May be good. Since some of these have cations exceeding 1000 ppm in the slurry, it is necessary to significantly reduce the ion concentration in order to use them as a raw material for the slurry for a metal film in CMP.

本発明の希釈濃縮工程で用いられる限外濾過は、一般的に、大量のスラリーに対してイオン成分の除去処理を行うことができるが、金属膜用のスラリーとして使用可能なレベルまでイオン成分を低減しようとする場合には、大量の排水が発生するとともに、イオン成分の除去処理に長時間を要する。
一方、イオン交換工程は、一定量の陽イオン交換樹脂を用いることにより短時間でイオン成分の除去を行うことができるが、陽イオン交換樹脂が高価であることから、本プロセスに要するコストが上がってしまう。
The ultrafiltration used in the dilution and concentration step of the present invention can generally remove an ionic component from a large amount of slurry, but the ionic component can be removed to a level that can be used as a slurry for a metal membrane. When trying to reduce it, a large amount of wastewater is generated and it takes a long time to remove the ionic component.
On the other hand, in the ion exchange step, the ion component can be removed in a short time by using a certain amount of the cation exchange resin, but since the cation exchange resin is expensive, the cost required for this process increases. I will end up.

そこで、希釈濃縮工程と、イオン交換工程を併用することにより、1000ppm以上の陽イオンを含有するアルカリ性スラリーを原料としても、イオン成分の濃度を金属膜用のスラリーとして使用可能なレベルまで低くすることができる。また、希釈濃縮工程のみで金属膜用のスラリーを製造した場合に比べ、イオン成分低減に要する時間が短縮され、製造工程全体に要する時間が短縮される。さらに、希釈濃縮工程の回数も低減できることにより、発生する排水の量も低減することが可能である。イオン交換工程においては、イオン成分の全量を交換しなくてよいため、必要な陽イオン交換樹脂の量が少なくなり、コストへの影響も抑えることができる。これにより低価格で、安定した品質の金属膜用スラリーを製造することができる。 Therefore, by using the dilution concentration step and the ion exchange step together, the concentration of the ionic component can be lowered to a level that can be used as a slurry for a metal film even if an alkaline slurry containing 1000 ppm or more of cations is used as a raw material. Can be done. Further, as compared with the case where the slurry for the metal film is produced only by the dilution and concentration step, the time required for reducing the ionic component is shortened, and the time required for the entire manufacturing process is shortened. Furthermore, since the number of dilution and concentration steps can be reduced, the amount of wastewater generated can also be reduced. In the ion exchange step, since it is not necessary to exchange the entire amount of the ion components, the amount of the required cation exchange resin can be reduced, and the influence on the cost can be suppressed. As a result, it is possible to produce a slurry for a metal film of stable quality at a low price.

陽イオン除去工程における、希釈濃縮工程とイオン交換工程の順番としては、上述のように、どちらを先に行ってもよく、交互に行ってもよい。例えば、希釈濃縮工程を行った後にイオン交換工程を行ってもよいし、逆に、イオン交換工程を行った後に希釈濃縮工程を行ってもよい。もしくは、希釈濃縮工程を行った後にイオン交換工程を行い、さらにもう一度希釈濃縮工程を行うなどしてもよい。このような、陽イオン除去工程内での各工程の順番は、希釈濃縮工程で用いるフィルターの種類、限外濾過装置の大きさ、イオン交換工程で用いるイオン交換樹脂の種類や量、イオン交換樹脂が充填されたイオン交換カラムの大きさなどの条件に応じて、品質とプロセス負担を両立できる最適な条件を設定することができる。 As described above, either of the dilution and concentration steps and the ion exchange steps in the cation removal step may be performed first or alternately. For example, the ion exchange step may be performed after the dilution / concentration step, or conversely, the dilution / concentration step may be performed after the ion exchange step. Alternatively, the ion exchange step may be performed after the dilution / concentration step, and then the dilution / concentration step may be performed again. The order of each step in the cation removing step is as follows: the type of filter used in the diluting and concentrating step, the size of the ultrafiltration device, the type and amount of ion exchange resin used in the ion exchange step, and the ion exchange resin. Optimal conditions that can achieve both quality and process load can be set according to conditions such as the size of the ion exchange column filled with.

特に、CMP用スラリーに求められる低価格化の観点からは、希釈濃縮工程を行った後に、イオン交換工程を行うことが、イオン交換樹脂の使用量を低減でき、製造プロセスに要するコストを低減できるため、好ましい。
例えば、カリウムイオン濃度が4000ppmのアルカリ性スラリーを出発原料とした場合、金属膜用スラリー製造過程でのスラリー中の陽イオン濃度は、希釈工程で4倍に希釈されることで1000ppmとなり、希釈濃縮工程後に約100ppmとなり、イオン交換工程後には10ppm以下まで低減させることができる。
In particular, from the viewpoint of reducing the price required for the slurry for CMP, it is possible to reduce the amount of the ion exchange resin used and reduce the cost required for the manufacturing process by performing the ion exchange step after performing the dilution concentration step. Therefore, it is preferable.
For example, when an alkaline slurry having a potassium ion concentration of 4000 ppm is used as a starting material, the cation concentration in the slurry in the metal film slurry manufacturing process becomes 1000 ppm by being diluted 4-fold in the dilution step, and the dilution concentration step. Later, it becomes about 100 ppm, and after the ion exchange step, it can be reduced to 10 ppm or less.

初期の陽イオン濃度が数千ppmのアルカリ性スラリーから、酸性の金属膜用スラリーを製造するためには、陽イオン濃度を最終的に数ppmレベルまで低下させる必要がある。しかし、希釈濃縮工程のみで陽イオン濃度を初期濃度の約1/1000まで低下させようとすると、上述のようにその処理に長時間を要するため、生産性が低く、数ppmレベルまでの低減は現実的に困難である。スラリーからのイオン除去の方法が記載された、上記スラリー廃液の再生方法(特許文献2)は、研磨により発生した金属膜由来のイオン成分の除去を想定しており、大量に存在する陽イオン濃度を数ppmレベルまで低減するための方法は開示されていない。そのため、既知の方法では、希釈濃縮工程を多数回繰り返さなくてはならないため長時間を要したり、或は、多数回繰り返しても、イオン成分の十分な濃度低減には限界があったりした。
本発明では、希釈濃縮工程とイオン交換工程を併用し、所定のプロセスでアルカリ性スラリーを処理することにより、上述の課題を解決することができる。
In order to produce an acidic metal film slurry from an alkaline slurry having an initial cation concentration of several thousand ppm, it is necessary to finally reduce the cation concentration to several ppm level. However, if an attempt is made to reduce the cation concentration to about 1/1000 of the initial concentration only by the dilution and concentration step, the treatment takes a long time as described above, so that the productivity is low and the reduction to several ppm level is possible. It is practically difficult. The above-mentioned method for regenerating a slurry waste liquid (Patent Document 2), which describes a method for removing ions from a slurry, assumes removal of an ion component derived from a metal film generated by polishing, and has a large amount of cation concentration. No method has been disclosed for reducing the amount to a few ppm level. Therefore, in the known method, it takes a long time because the dilution and concentration step must be repeated many times, or even if it is repeated many times, there is a limit in sufficiently reducing the concentration of the ionic component.
In the present invention, the above-mentioned problems can be solved by treating the alkaline slurry in a predetermined process by using the dilution concentration step and the ion exchange step in combination.

再度図1により、希釈濃縮工程3において、膜フィルターを用いたクロスフロー濾過方式によって濃縮する工程Aについて説明する。工程Aで用いるフィルターとしては、砥粒は透過せず、イオン成分や低分子成分を透過するものであれば、自由に選択することができる。スラリー中の砥粒の粒径は数十nm〜数百nmであるため、フィルターの孔径は10nm〜100nmであることが好ましい。この程度の孔径のフィルターとしては、いわゆる限外濾過用のフィルターを用いることができる。耐久性の観点からは、セラミックフィルターを用いることが好ましい。 Again, with reference to FIG. 1, in the dilution concentration step 3, the step A of concentration by a cross-flow filtration method using a membrane filter will be described. The filter used in the step A can be freely selected as long as it does not transmit abrasive grains but transmits an ionic component or a low molecular weight component. Since the particle size of the abrasive grains in the slurry is several tens of nm to several hundreds of nm, the pore size of the filter is preferably 10 nm to 100 nm. As a filter having a pore size of this degree, a so-called filter for ultrafiltration can be used. From the viewpoint of durability, it is preferable to use a ceramic filter.

希釈濃縮工程3において、工程Aで濃縮されたスラリーに純水を加えて希釈する工程Bについて説明する。本工程における希釈率は、1.1〜5.0倍の範囲であることが好ましい。より好ましくは、1.5〜3.0倍の希釈率であり、さらに好ましくは1.8〜2.2倍の希釈率である。希釈率が小さいと、工程一回当たりの処理量が少なくて済むが、工程一回(工程Aと工程Bをそれぞれ一回行うこと)当たりのイオン成分の濃度低減効果が低いため、回数による段取り工数が増え、次の工程で要する時間が増える。また、希釈率が大きいと、処理量が多くなるため、次の工程の装置をより大きくする必要がある。希釈率が1.5〜3.0倍の場合、装置の大きさが小型で済み、工程にかかる費用を抑制することができる。 一回当たりの希釈を上記のような希釈率で行った場合、希釈のために使用する純水の使用量が過大にならず、次のイオン交換工程において、少量のイオン交換樹脂で、所望のイオン濃度まで低減することができる。 In the dilution / concentration step 3, a step B of adding pure water to the slurry concentrated in the step A to dilute it will be described. The dilution ratio in this step is preferably in the range of 1.1 to 5.0 times. A dilution ratio of 1.5 to 3.0 times is more preferable, and a dilution ratio of 1.8 to 2.2 times is more preferable. If the dilution rate is small, the amount of processing per process can be small, but the effect of reducing the concentration of ionic components per process (performing steps A and B once) is low, so setup is performed according to the number of times. The number of man-hours increases, and the time required for the next process increases. Further, when the dilution ratio is large, the amount of processing is large, so that it is necessary to make the apparatus of the next step larger. When the dilution ratio is 1.5 to 3.0 times, the size of the device can be reduced and the cost required for the process can be suppressed. When each dilution is performed at the above dilution rate, the amount of pure water used for dilution does not become excessive, and in the next ion exchange step, a small amount of ion exchange resin is used, which is desired. It can be reduced to the ion concentration.

工程Bで希釈後のスラリーはpH測定7が行われ、所定のpH値に達しているか確認される。該所定のpH値は、前述の工程Bで希釈後のスラリーのpH値が、工程Aで濃縮される前のスラリーに対して、1〜3小さい値の範囲内であることが好ましい。希釈濃縮工程によって、この範囲までスラリーのpHを低下させることで、本工程に要する時間が長時間化せず、かつ、イオン交換工程では少量のイオン交換樹脂で、陽イオンを除去することができる。 The slurry after dilution in step B is subjected to pH measurement 7, and it is confirmed whether or not it has reached a predetermined pH value. The predetermined pH value is preferably in the range of 1 to 3 smaller than the pH value of the slurry diluted in the above-mentioned step B with respect to the slurry before being concentrated in the step A. By lowering the pH of the slurry to this range by the dilution and concentration step, the time required for this step is not lengthened, and the cations can be removed with a small amount of ion exchange resin in the ion exchange step. ..

pH測定7で得られたpH値が所定の範囲内にある場合、希釈濃縮工程3を経たスラリーは、次のイオン交換工程4へ移液され、陽イオン交換樹脂によるイオン交換処理が行われる。
一方、pH測定7で得られたpH値が所定の範囲内に達していない場合、再度、工程A、工程B、pH測定7の順に、所定のpH値に達するまで、希釈濃縮工程3を繰り返す。この場合、該所定のpH値は、前述の工程Bで希釈後のスラリーのpH値が、希釈濃縮工程3において最初に工程Aが行われる前のスラリーに対して、1〜3小さい値の範囲内であることが好ましい。
また、pH測定だけでなく、導電率測定、密度測定を併せて行ってもよい。これにより、スラリーの状況を、より正確にモニタリングすることができる。
When the pH value obtained in the pH measurement 7 is within a predetermined range, the slurry that has undergone the dilution and concentration step 3 is transferred to the next ion exchange step 4, and an ion exchange treatment with a cation exchange resin is performed.
On the other hand, when the pH value obtained in the pH measurement 7 does not reach the predetermined range, the dilution concentration step 3 is repeated again in the order of step A, step B, and pH measurement 7 until the predetermined pH value is reached. .. In this case, the predetermined pH value is in the range of 1 to 3 smaller than the pH value of the slurry diluted in the above-mentioned step B with respect to the slurry before the first step A is performed in the dilution concentration step 3. It is preferably inside.
Moreover, not only pH measurement but also conductivity measurement and density measurement may be performed at the same time. This makes it possible to monitor the status of the slurry more accurately.

イオン交換工程4では、希釈濃縮工程3で得られたスラリーを陽イオン交換樹脂に接触させることにより、スラリー中の陽イオンの濃度を数ppmレベルまで低減させる。具体的には、陽イオン交換樹脂を充填したイオン交換カラムの中を、所定の流速でスラリーを通液させることにより、例えば、カリウムイオンやアンモニウムイオンなどの陽イオンが、陽イオン交換樹脂中の水素イオンと入れ替わることで、イオン成分(ここでは水素イオン以外を指す)が除去される。通液時のスラリーの流速は、SV2〜15の範囲内であることが好ましく、SV5〜10程度であることがさらに好ましい。 In the ion exchange step 4, the slurry obtained in the dilution and concentration step 3 is brought into contact with the cation exchange resin to reduce the concentration of cations in the slurry to several ppm level. Specifically, by passing the slurry through an ion exchange column filled with a cation exchange resin at a predetermined flow rate, for example, cations such as potassium ions and ammonium ions can be transferred into the cation exchange resin. By replacing with hydrogen ions, ionic components (here, other than hydrogen ions) are removed. The flow rate of the slurry at the time of passing the liquid is preferably in the range of SV2 to 15, and more preferably about SV5 to 10.

イオン交換工程4で用いるイオン交換カラムには、陽イオン交換樹脂とともに、陰イオン交換樹脂を混合して充填したイオン交換カラムを用いても良い。スラリー中のイオン成分として、陽イオンだけでなく、陰イオンも含有することがあるため、両方のイオン成分を除去するために、陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂を併用することが好ましい。 As the ion exchange column used in the ion exchange step 4, an ion exchange column filled with a mixture of an anion exchange resin and a cation exchange resin may be used. Since not only cations but also anions may be contained as an ion component in the slurry, it is preferable to use a cation exchange resin and an anion exchange resin in combination in order to remove both ion components.

イオン交換工程4の後に得られるスラリー中の陽イオンの濃度は、10ppmよりも小さい値であることが好ましく、3ppm以下であることがさらに好ましい。金属膜用のスラリーは、酸化剤を含むため酸性で用いられることが一般的であるが、水酸化物イオンのカウンターイオンとなる陽イオン濃度が3ppm以下であれば、後のpH調整時に悪影響を及ぼすことは無い。 The concentration of cations in the slurry obtained after the ion exchange step 4 is preferably less than 10 ppm, more preferably 3 ppm or less. Since the slurry for a metal film contains an oxidizing agent, it is generally used in an acidic state, but if the concentration of cations that serve as counter ions of hydroxide ions is 3 ppm or less, it will have an adverse effect when adjusting the pH later. It has no effect.

イオン交換工程4を経たスラリーは、イオンクロマトグラフィー測定8により、各イオン成分の濃度が測定される。その結果、所定のイオン濃度以下であることが確認されたスラリーは調整工程5へ移行する。スラリーには、酸化剤、添加剤、およびpH調整剤などの薬品が投入、撹拌されることで、金属膜用のスラリーが調整される。 In the slurry that has undergone the ion exchange step 4, the concentration of each ion component is measured by ion chromatography measurement 8. As a result, the slurry confirmed to be below the predetermined ion concentration proceeds to the adjusting step 5. Chemicals such as an oxidizing agent, an additive, and a pH adjuster are added to the slurry and stirred to prepare a slurry for a metal film.

調整工程5では、貯液タンク中のスラリーに、事前に調合された酸化剤、添加剤、および純水を投入し、その後にpH調整剤を添加し、撹拌することで、均一なスラリー溶液とする。調整手順はこれに限られず、酸化剤、添加剤、およびpH調整剤を一括で、直接貯液タンク中のスラリーへへ投入し、調整してもよい。薬品は全てを一括でスラリーへ直接投入するよりも、pH調整剤以外を事前に調合したものをスラリーへ添加し、最後にpH調整剤を添加してpH調整する方法が好ましい。一括での薬品の投入は、計量ミスなど、作業を誤った場合に、スラリー全量を廃棄しなければなら無くなるリスク回避のためである。 In the adjusting step 5, a pre-prepared oxidizing agent, an additive, and pure water are added to the slurry in the liquid storage tank, and then a pH adjusting agent is added and stirred to obtain a uniform slurry solution. To do. The adjustment procedure is not limited to this, and the oxidizing agent, the additive, and the pH adjusting agent may be collectively added to the slurry in the liquid storage tank for adjustment. Rather than directly adding all the chemicals to the slurry at once, it is preferable to add a premixed chemical other than the pH adjuster to the slurry and finally add the pH adjuster to adjust the pH. The batch injection of chemicals is to avoid the risk of having to dispose of the entire slurry in the event of a mistake in work such as a weighing error.

pH調整剤としては、各種有機酸、無機酸、有機塩基、無機塩基などのうちから、幅広く選択して用いることができる。酸性のpH調整剤としては、少量の添加でもpH調整できることから、硝酸や硫酸などの無機酸が好ましい。アルカリ性のpH調整剤としては、金属イオンを生成しない有機塩基が好ましい。酸化剤としては、例えば、硝酸鉄(III)、ヨウ素酸カリウム、過酸化水素、などから選択することができる。添加剤としては、界面活性剤、有機酸、防腐剤などを目的に応じて選択することができる。有機酸としては、例えば、マロン酸、リンゴ酸、クエン酸、マレイン酸、シュウ酸、フマル酸、フタル酸、乳酸、および酒石酸などから選択することができる。金属膜表面や、金属膜からイオン化した金属イオンに配位し、研磨の促進と洗浄性の観点から、低分子量で、多価の有機酸であるマロン酸であることが好ましい。 As the pH adjuster, a wide range of organic acids, inorganic acids, organic bases, inorganic bases and the like can be selected and used. As the acidic pH adjuster, an inorganic acid such as nitric acid or sulfuric acid is preferable because the pH can be adjusted even with a small amount of addition. As the alkaline pH adjuster, an organic base that does not generate metal ions is preferable. The oxidizing agent can be selected from, for example, iron (III) nitrate, potassium iodate, hydrogen peroxide, and the like. As the additive, a surfactant, an organic acid, a preservative and the like can be selected according to the purpose. The organic acid can be selected from, for example, malonic acid, malic acid, citric acid, maleic acid, oxalic acid, fumaric acid, phthalic acid, lactic acid, tartaric acid and the like. From the viewpoint of promoting polishing and detergency by coordinating to the surface of the metal film or the metal ions ionized from the metal film, malonic acid, which is a low molecular weight and polyvalent organic acid, is preferable.

調整工程5で調整されたスラリーはpH測定9が行われ、所定の範囲内にあるか確認される。この際、pH測定だけでなく、導電率測定、密度測定も併せて行ってもよい。これにより、調整されたスラリーの状態をより正確に把握することができる。スラリーのpH値が所定の範囲内にあった場合、該スラリーは、ろ過工程6へ移行する。所定の範囲内の値でなかった場合、pH調整剤を添加して、所定の範囲内の値となるようにpH調整する。 The slurry prepared in the adjusting step 5 is subjected to pH measurement 9 to confirm that it is within a predetermined range. At this time, not only pH measurement but also conductivity measurement and density measurement may be performed at the same time. As a result, the state of the prepared slurry can be grasped more accurately. When the pH value of the slurry is within a predetermined range, the slurry shifts to the filtration step 6. If the value is not within the predetermined range, a pH adjuster is added to adjust the pH so that the value is within the predetermined range.

調整されたスラリーは、濾過フィルターを通液することによって濾過され、金属膜用スラリー10として容器に充填される。濾過フィルターとしては、砥粒は補足せず、粗大な凝集粒子や異物のみを補足するよう、適切な孔径、構造、素材から構成されたフィルターを選択する。フィルターの種類としては、ポリプロピレン不織布製のデプスフィルターが好適に用いられる。また、濾過量が多い場合には、濾過詰まりや濾過速度の低下が起こらないように、フィルターを多段に備えてもよい。 The prepared slurry is filtered by passing it through a filtration filter and filled in a container as a metal film slurry 10. As the filtration filter, select a filter having an appropriate pore size, structure, and material so as to capture only coarse agglomerated particles and foreign substances without capturing abrasive particles. As a type of filter, a depth filter made of polypropylene non-woven fabric is preferably used. Further, when the amount of filtration is large, the filters may be provided in multiple stages so that the filtration is not clogged or the filtration rate is lowered.

金属膜用スラリー10を用いて研磨される金属膜は、金属配線として使用可能な金属の膜であれば、幅広く選択することができる。電気抵抗、価格、プロセス性などの観点から、Cu、W、Ta、またはAlのうちから選択される金属の膜であることが好ましい。 The metal film to be polished using the metal film slurry 10 can be widely selected as long as it is a metal film that can be used as metal wiring. From the viewpoint of electrical resistance, price, processability, etc., a metal film selected from Cu, W, Ta, or Al is preferable.

本発明における金属膜用スラリーが含有する砥粒としては、各種粒子を選択することができる。砥粒の種類としては、研磨速度の観点から、無機粒子が好ましく、特に金属酸化物微粒子が好ましい。金属酸化物微粒子の具体例として、シリカ(例えば、コロイド状シリカ、ヒュームドシリカ)、アルミナ、セリア、チタニア、ジルコニア、酸化スズなどが挙げられる。また、その粒径は1μm以下であることが好ましく、100nm以下であることがさらに好ましい。 Various particles can be selected as the abrasive grains contained in the slurry for a metal film in the present invention. As the type of abrasive grains, inorganic particles are preferable, and metal oxide fine particles are particularly preferable, from the viewpoint of polishing speed. Specific examples of the metal oxide fine particles include silica (for example, colloidal silica and fumed silica), alumina, ceria, titania, zirconia, tin oxide and the like. The particle size is preferably 1 μm or less, and more preferably 100 nm or less.

砥粒としてフュームドシリカを選択した場合、スラリー中でのフュームドシリカ粒子の存在状態はスラリーの液性、イオン濃度などの影響を大きく受ける。
液中の粒子間に働く相互作用に関する理論であるDLVO理論(Derjaguin−Landau−Verwey−Overbeek theory)によると、シリカ粒子濃度が高い場合、電気二重層が薄くなることにより粒子表面の電荷同士の反発力を受けずに粒子同士が近付くので、ファンデルワールス力による粒子間の引力の寄与が大きくなり、粒子凝集が起こりやすくなる。また、液中のpHが低い場合(酸性の場合)も、シリカ粒子表面の電気二重層が薄くなり、粒子表面の電荷同士の反発力が低下し、凝集しやすくなると考えられている。
従って、金属膜用スラリーの製造工程中に粒子凝集がおこらないよう、スラリー中のイオン濃度とpH値は適時確認し、工程管理する必要がある。
When fumed silica is selected as the abrasive grains, the presence state of the fumed silica particles in the slurry is greatly affected by the liquid properties of the slurry, the ion concentration, and the like.
According to the DLVO theory (Deljaguin-Landau-Verway-Overbek theory), which is a theory related to the interaction between particles in a liquid, when the silica particle concentration is high, the electric double layer becomes thin and the charges on the particle surface repel each other. Since the particles approach each other without receiving a force, the contribution of the attractive force between the particles due to the van der Waals force becomes large, and particle agglomeration is likely to occur. Further, it is considered that even when the pH in the liquid is low (when it is acidic), the electric double layer on the surface of the silica particles becomes thin, the repulsive force between the charges on the particle surface decreases, and it becomes easy to aggregate.
Therefore, it is necessary to check the ion concentration and pH value in the slurry in a timely manner and control the process so that particle aggregation does not occur during the manufacturing process of the metal film slurry.

次に、本発明の金属膜用スラリーの製造方法および製造装置の一実施形態について、図2を用いて説明する。図2において、P01〜P03はポンプ、V01〜V07は液の流れる方向および流量を調節するためのバルブである Next, an embodiment of a method for producing a slurry for a metal film and an embodiment of a production apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, P01 to P03 are pumps, and V01 to V07 are valves for adjusting the flow direction and flow rate of the liquid.

金属膜用スラリーの製造装置11は、貯液する貯液タンク12を有している。貯液タンク12は処理すべきスラリーの量、種類等により2個以上備えていてもよい。出発原料となるアルカリ性スラリー13は、バルブV01〜V07のすべてのバルブを閉じて、ポンプP01を稼働させることにより貯液タンク12に貯液される。その後、バルブV04のみを開くことにより、純水が純水ラインから貯液タンク12に供給され、スラリーは希釈される。希釈されたスラリーは、バルブV02およびV07を開き、ポンプP02を稼働させることで、限外濾過装置14(膜フィルターを用いたクロスフロー濾過の装置)を通過し、配管を循環して、貯液タンク12へ戻る(工程A)。限外濾過装置14からは、イオン成分を含んだ水が、透過水としてV07を通って排出される。貯液タンク12に戻ったスラリーは、限外濾過装置14でイオン成分を含んだ水が排出されることで濃縮され、イオン成分の量も低減している。次に、再度バルブV04のみを開くことにより、純水ラインより純水が貯液タンク12へ供給されることで、濃縮されたスラリーは希釈される(工程B)。 The metal film slurry manufacturing apparatus 11 has a liquid storage tank 12 for storing liquid. Two or more liquid storage tanks 12 may be provided depending on the amount and type of slurry to be processed. The alkaline slurry 13 as a starting material is stored in the liquid storage tank 12 by closing all the valves V01 to V07 and operating the pump P01. After that, by opening only the valve V04, pure water is supplied from the pure water line to the liquid storage tank 12, and the slurry is diluted. The diluted slurry passes through the ultrafiltration device 14 (cross-flow filtration device using a membrane filter) by opening the valves V02 and V07 and operating the pump P02, circulates in the pipe, and stores the liquid. Return to tank 12 (step A). Water containing an ionic component is discharged from the ultrafiltration device 14 as permeated water through V07. The slurry returned to the liquid storage tank 12 is concentrated by discharging water containing an ionic component by the ultrafiltration device 14, and the amount of the ionic component is also reduced. Next, by opening only the valve V04 again, pure water is supplied from the pure water line to the liquid storage tank 12, and the concentrated slurry is diluted (step B).

工程Aおよび工程Bを行った後のスラリーは、バルブV02のみを開き、ポンプP02を稼働させることで、pH計15により希釈後のpH値を測定する。この際、密度計16で密度を、導電率計17で導電率を測定することができる。測定されたpH値が所定の範囲内であれば、バルブV01のみを開き、ポンプP02を稼働させることで、スラリーは、陽イオン交換樹脂の充填されたイオン交換カラム18を通液し、イオン交換される。イオン交換カラム18は、1または2以上のイオン交換カラムから構成される。イオン交換カラム18を通液し、貯液タンク12へ戻ったスラリー中のイオン成分の濃度は、イオンクロマトグラフィーを用いて測定される。所定のイオン濃度以下であることを確認した後、金属膜用スラリーの調整へ移行する。 For the slurry after performing the steps A and B, only the valve V02 is opened and the pump P02 is operated, so that the pH value after dilution is measured by the pH meter 15. At this time, the density can be measured by the density meter 16 and the conductivity can be measured by the conductivity meter 17. If the measured pH value is within the predetermined range, only the valve V01 is opened and the pump P02 is operated, so that the slurry is passed through the ion exchange column 18 filled with the cation exchange resin to exchange ions. Will be done. The ion exchange column 18 is composed of one or more ion exchange columns. The concentration of the ionic component in the slurry that has passed through the ion exchange column 18 and returned to the liquid storage tank 12 is measured by using ion chromatography. After confirming that the ion concentration is equal to or lower than the predetermined ion concentration, the process proceeds to the preparation of the metal film slurry.

スラリーには、酸化剤、添加剤、pH調整剤を配合して金属膜用スラリーが調整される。具体的には、酸化剤として硝酸鉄(III)、添加剤としてマロン酸が、調合タンク19へ投入され、バルブV06のみを開くことにより、純水が調合タンク19に供給される。調合タンク19では、撹拌羽根により撹拌することで硝酸鉄(III)とマロン酸を含む均一な溶液が調合される。調合された溶液は、バルブV05のみを開き、ポンプP03を稼働させることで、貯液タンク12へ移液される。貯液タンク12では、イオン成分が除去されたスラリーと、前述の溶液が撹拌羽根により撹拌される。その後、pH調整剤として硝酸が投入され、貯液タンク内の液全体が撹拌されることで、金属膜用スラリーの組成が調整される。 An oxidizing agent, an additive, and a pH adjuster are added to the slurry to prepare a slurry for a metal film. Specifically, iron (III) nitrate as an oxidizing agent and malonic acid as an additive are charged into the compounding tank 19, and pure water is supplied to the compounding tank 19 by opening only the valve V06. In the compounding tank 19, a uniform solution containing iron (III) nitrate and malonic acid is compounded by stirring with a stirring blade. The prepared solution is transferred to the liquid storage tank 12 by opening only the valve V05 and operating the pump P03. In the liquid storage tank 12, the slurry from which the ionic component has been removed and the above-mentioned solution are stirred by the stirring blades. After that, nitric acid is added as a pH adjuster, and the entire liquid in the liquid storage tank is agitated to adjust the composition of the metal film slurry.

調整された金属膜用スラリーは、バルブV02のみを開き、ポンプP02を稼働させることで、pH計15により、そのpH値が測定される。この際、密度計16で密度を、導電率計17で導電率も測定することができる。調整後のスラリーのpH値が所定の範囲内であることを確認後、バルブV03のみを開き、ポンプP02を稼働させることで、濾過フィルター20を通液させ、金属膜用スラリー21を得た。 The pH value of the adjusted metal film slurry is measured by the pH meter 15 by opening only the valve V02 and operating the pump P02. At this time, the density can be measured by the density meter 16, and the conductivity can also be measured by the conductivity meter 17. After confirming that the pH value of the adjusted slurry was within a predetermined range, only the valve V03 was opened and the pump P02 was operated to allow the filtration filter 20 to pass through to obtain the metal film slurry 21.

金属膜用スラリーの製造装置11において、貯液タンク12と各設備の間を、配管を通って循環するスラリーの化学的および/または物理的性質は、装置を稼働している間、常時または適時、監視することができる。監視する性質としては、例えば、pH、密度、導電率に限らず、1種もしくは2種以上の選択されたイオンの濃度、屈折率、濁度、粒子濃度、粘度、砥粒の粒子径などを監視することができる。
装置の稼働は、作業員がポンプや、バルブ、各機器を、現場または遠隔により操作して行ってもよいし、装置に設置された各種測定機器から得られる情報を基に、プログラムにより全自動化された機械によって行われてもよい。
In the metal film slurry manufacturing apparatus 11, the chemical and / or physical properties of the slurry that circulates between the liquid storage tank 12 and each facility through a pipe are always or timely while the apparatus is in operation. , Can be monitored. The properties to be monitored include, for example, not only pH, density, and conductivity, but also the concentration, refractive index, turbidity, particle concentration, viscosity, and particle size of abrasive grains of one or more selected ions. Can be monitored.
The operation of the device may be performed by the worker by operating the pump, valve, and each device on-site or remotely, or fully automated by a program based on the information obtained from various measuring devices installed in the device. It may be done by the machine.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.

〔実施例1〕
濃度22.5質量%のアルカリ性の原料スラリー(以下、原料スラリー)を純水で希釈した濃度5.3質量%の希釈スラリー液200L(カリウムイオン約1000ppm含有)を希釈濃縮後、イオン交換樹脂に通液し、マロン酸、硝酸鉄(III)およびpH調整剤を添加し、実施例1の金属膜用スラリー(以下、研磨スラリー)を得た。
希釈濃縮は、濃縮時200Lと希釈時400Lになる条件で行い、希釈のために追加した合計純水量が希釈スラリー量に対して10倍になるまで10回繰り返し操作を行った。イオン交換樹脂は、三菱ケミカル製強酸性陽イオン交換樹脂SK110と強塩基性陰イオン交換樹脂SA10Aを1:2で混合したもの0.6Lを用いて、SV10すなわち流速6L/時で希釈スラリー液を通液した。この段階で、希釈スラリー液のカリウムイオン(K)および塩化物イオン(Cl)を、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製イオンクロマトグラフィーを用いて測定した。得られた希釈スラリー液にマロン酸および硝酸鉄九水和物をそれぞれ600ppm、鉄分相当45ppmになるように添加した。フィルタリング後、得られた研磨スラリーのLPC(粗大粒子数)は、日本インテグリス合同会社製アキュサイザーを用いて測定した。
[Example 1]
200 L (containing about 1000 ppm of potassium ions) of a diluted slurry liquid having a concentration of 5.3% by mass obtained by diluting an alkaline raw material slurry having a concentration of 22.5% by mass (hereinafter referred to as a raw material slurry) with pure water is diluted and concentrated, and then converted into an ion exchange resin. The liquid was passed through, and malonic acid, iron nitrate (III) and a pH adjuster were added to obtain a metal film slurry (hereinafter referred to as a polishing slurry) of Example 1.
Dilution and concentration were carried out under the conditions of 200 L at the time of concentration and 400 L at the time of dilution, and the operation was repeated 10 times until the total amount of pure water added for dilution became 10 times the amount of the diluted slurry. As the ion exchange resin, 0.6 L of a 1: 2 mixture of Mitsubishi Chemical's strong acid cation exchange resin SK110 and strong basic anion exchange resin SA10A was used to prepare a diluted slurry solution at SV10, that is, a flow rate of 6 L / hour. The liquid was passed. At this stage, potassium ions (K + ) and chloride ions (Cl ) in the diluted slurry were measured using ion chromatography manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. Malonic acid and iron nitrate nineahydrate were added to the obtained diluted slurry liquid so as to be 600 ppm and iron content equivalent to 45 ppm, respectively. After filtering, the LPC (number of coarse particles) of the obtained polishing slurry was measured using an accelerator manufactured by Entegris Japan Ltd.

〔実施例2〕
濃度22.5質量%の原料スラリーを純水で希釈した濃度5.3質量%の希釈スラリー液200L(カリウムイオン約1000ppm含有)を希釈濃縮(希釈濃縮1)後、イオン交換樹脂に通液し、さらに希釈濃縮(希釈濃縮2)を行い、マロン酸、硝酸鉄(III)およびpH調整剤を添加し、実施例2の研磨スラリーを得た。
希釈濃縮1は、濃縮時200Lと希釈時400Lになる条件で行い、希釈のために追加した合計純水量が希釈スラリー量に対して8倍になるまで8回繰り返し操作を行った。イオン交換樹脂は、三菱ケミカル製強酸性陽イオン交換樹脂SK110と強塩基性陰イオン交換樹脂SA10Aを1:2で混合したもの0.8Lを用いて、SV10すなわち流速8L/時で希釈スラリー液を通液した。希釈濃縮2は、濃縮時200Lと希釈時400Lになる条件で行い、希釈のために追加した合計純水量が希釈スラリー量に対して2倍になるまで2回繰り返し操作を行った。この段階で、希釈スラリー液のカリウムイオンおよび塩化物イオンを、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製イオンクロマトグラフィーを用いて測定した。得られた希釈スラリー液にマロン酸および硝酸鉄九水和物をそれぞれ600ppm、鉄分相当45ppmになるように添加した。フィルタリング後、得られた研磨スラリーのLPC(粗大粒子数)は、日本インテグリス合同会社製アキュサイザーを用いて測定した。
[Example 2]
200 L of a diluted slurry liquid (containing about 1000 ppm of potassium ions) having a concentration of 5.3% by mass obtained by diluting a raw material slurry having a concentration of 22.5% by mass with pure water is diluted and concentrated (diluted and concentrated 1), and then passed through an ion exchange resin. Further, dilution and concentration (dilution and concentration 2) were carried out, and malonic acid, iron nitrate (III) and a pH adjuster were added to obtain a polishing slurry of Example 2.
Dilution concentration 1 was carried out under the conditions of 200 L at the time of concentration and 400 L at the time of dilution, and the operation was repeated 8 times until the total amount of pure water added for dilution became 8 times the amount of the diluted slurry. As the ion exchange resin, 0.8 L of a mixture of Mitsubishi Chemical's strong acid cation exchange resin SK110 and strong basic anion exchange resin SA10A at a ratio of 1: 2 was used to prepare a diluted slurry solution at SV10, that is, a flow rate of 8 L / hour. The liquid was passed. Dilution concentration 2 was carried out under the conditions of 200 L at the time of concentration and 400 L at the time of dilution, and the operation was repeated twice until the total amount of pure water added for dilution was twice the amount of the diluted slurry. At this stage, potassium ions and chloride ions of the diluted slurry liquid were measured using ion chromatography manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. Malonic acid and iron nitrate nineahydrate were added to the obtained diluted slurry liquid so as to be 600 ppm and iron content equivalent to 45 ppm, respectively. After filtering, the LPC (number of coarse particles) of the obtained polishing slurry was measured using an accelerator manufactured by Entegris Japan Ltd.

〔比較例1〕
濃度22.5質量%の原料スラリーを純水で希釈した濃度5.3質量%の希釈スラリー液200L(カリウムイオン約1000ppm含有)を希釈濃縮し、マロン酸、硝酸鉄(III)およびpH調整剤を添加し、比較例1の研磨スラリーを得た。
希釈濃縮は、濃縮時200Lと希釈時400Lになる条件で行い、希釈のために追加した合計純水量が希釈スラリー量に対して30倍になるまで30回繰り返し操作を行った。この段階で、希釈スラリー液のカリウムイオンおよび塩化物イオンを、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製イオンクロマトグラフィーを用いて測定した。得られた希釈スラリー液にマロン酸および硝酸鉄九水和物をそれぞれ600ppm、鉄分相当45ppmになるように添加した。フィルタリング後、得られた研磨スラリーのLPC(粗大粒子数)は、日本インテグリス合同会社製アキュサイザーを用いて測定した。
[Comparative Example 1]
200 L (containing about 1000 ppm of potassium ions) of a diluted slurry solution having a concentration of 5.3% by mass obtained by diluting a raw material slurry having a concentration of 22.5% by mass with pure water is diluted and concentrated, and malonic acid, iron nitrate (III) and a pH adjuster. Was added to obtain the polishing slurry of Comparative Example 1.
Dilution and concentration were carried out under the conditions of 200 L at the time of concentration and 400 L at the time of dilution, and the operation was repeated 30 times until the total amount of pure water added for dilution became 30 times the amount of the diluted slurry. At this stage, potassium ions and chloride ions of the diluted slurry liquid were measured using ion chromatography manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. Malonic acid and iron nitrate nineahydrate were added to the obtained diluted slurry liquid so as to be 600 ppm and iron content equivalent to 45 ppm, respectively. After filtering, the LPC (number of coarse particles) of the obtained polishing slurry was measured using an accelerator manufactured by Entegris Japan Ltd.

〔比較例2〕
濃度22.5質量%の原料スラリーを純水で希釈した濃度5.3質量%の希釈スラリー液200L(カリウムイオン約1000ppm含有)をイオン交換樹脂に通液し、マロン酸、硝酸鉄(III)およびpH調整剤を添加し、比較例2の研磨スラリーを得た。
イオン交換樹脂は、三菱ケミカル製強酸性陽イオン交換樹脂SK110と強塩基性陰イオン交換樹脂SA10Aを1:2で混合したもの8Lを用いて、SV20すなわち流速160L/時で希釈スラリー液を通液した。この段階で、希釈スラリー液のカリウムイオンおよび塩化物イオンを、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製イオンクロマトグラフィーを用いて測定した。得られた希釈スラリー液にマロン酸および硝酸鉄九水和物をそれぞれ600ppm、鉄分相当45ppmになるように添加した。フィルタリング後、得られた研磨スラリーのLPC(粗大粒子数)は、日本インテグリス合同会社製アキュサイザーを用いて測定した。
[Comparative Example 2]
200 L of a diluted slurry solution having a concentration of 5.3% by mass (containing about 1000 ppm of potassium ions) obtained by diluting a raw material slurry having a concentration of 22.5% by mass with pure water is passed through an ion exchange resin, and malonic acid and iron nitrate (III) are passed. And a pH adjuster was added to obtain a polishing slurry of Comparative Example 2.
As the ion exchange resin, 8 L of a 1: 2 mixture of Mitsubishi Chemical's strong acid cation exchange resin SK110 and strong basic anion exchange resin SA10A was used, and a diluted slurry solution was passed through at an SV20, that is, a flow rate of 160 L / hour. did. At this stage, potassium ions and chloride ions of the diluted slurry liquid were measured using ion chromatography manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. Malonic acid and iron nitrate nineahydrate were added to the obtained diluted slurry liquid so as to be 600 ppm and iron content equivalent to 45 ppm, respectively. After filtering, the LPC (number of coarse particles) of the obtained polishing slurry was measured using an accelerator manufactured by Entegris Japan Ltd.

〔比較例3〕
濃度22.5質量%の原料スラリーを純水で希釈した濃度5.3質量%の希釈スラリー液200L(カリウムイオン約1000ppm含有)をイオン交換樹脂に通液し、マロン酸、硝酸鉄(III)およびpH調整剤を添加し、比較例3の研磨スラリーを得た。
イオン交換樹脂は、三菱ケミカル製強酸性陽イオン交換樹脂SK110と強塩基性陰イオン交換樹脂SA10Aを1:2で混合したもの8Lを用いて、SV5すなわち流速40L/時 で希釈スラリー液を通液した。この段階で、希釈スラリー液のカリウムイオンおよび塩化物イオンを、サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製イオンクロマトグラフィーを用いて測定した。得られた希釈スラリー液にマロン酸および硝酸鉄九水和物をそれぞれ600ppm、鉄分相当45ppmになるように添加した。フィルタリング後、得られた研磨スラリーのLPC(粗大粒子数)は、日本インテグリス合同会社製アキュサイザーを用いて測定した。
[Comparative Example 3]
200 L of a diluted slurry solution having a concentration of 5.3% by mass (containing about 1000 ppm of potassium ions) obtained by diluting a raw material slurry having a concentration of 22.5% by mass with pure water is passed through an ion exchange resin, and malonic acid and iron nitrate (III) are passed. And a pH adjuster was added to obtain a polishing slurry of Comparative Example 3.
As the ion exchange resin, 8 L of a mixture of Mitsubishi Chemical's strong acid cation exchange resin SK110 and strong basic anion exchange resin SA10A at a ratio of 1: 2 was used, and a diluted slurry solution was passed through at an SV5, that is, a flow rate of 40 L / hour. did. At this stage, potassium ions and chloride ions of the diluted slurry liquid were measured using ion chromatography manufactured by Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. Malonic acid and iron nitrate nineahydrate were added to the obtained diluted slurry liquid so as to be 600 ppm and iron content equivalent to 45 ppm, respectively. After filtering, the LPC (number of coarse particles) of the obtained polishing slurry was measured using an accelerator manufactured by Entegris Japan Ltd.

表1には、上記実施例と比較例で得られた研磨スラリーの、イオン濃度(カリウムイオンおよび塩化物イオンの濃度)、LPC、陽イオン除去に要した純水の使用量、イオン交換樹脂量を示す。また、各スラリーの品質、製造に要したコスト、および時間、それらの総合評価結果を示す。 Table 1 shows the ion concentration (concentration of potassium ion and chloride ion), LPC, the amount of pure water used for removing cations, and the amount of ion exchange resin of the polishing slurry obtained in the above Examples and Comparative Examples. Is shown. In addition, the quality of each slurry, the cost required for production, and the time, and the comprehensive evaluation result thereof are shown.

品質は、不純物(K、Cl)およびLPCの検査結果により評価した。
品質の評価結果は、以下の判断基準に従って評価した。
◎:規格を十分満足している
〇:規格を満足している
△:規格を辛うじて満足している
×:規格を満足していない
Quality was evaluated by inspection results of impurities (K + , Cl −) and LPC.
The quality evaluation results were evaluated according to the following criteria.
◎: Satisfied with the standard 〇: Satisfied with the standard △: Satisfied with the standard barely ×: Not satisfied with the standard

コストは、純水使用量およびイオン交換樹脂使用量により評価した。
コストの評価結果は、以下の判断基準に従って評価した。
〇:想定を十分満足している
△:想定を満足している
×:想定を満足していない
The cost was evaluated based on the amount of pure water used and the amount of ion exchange resin used.
The cost evaluation results were evaluated according to the following criteria.
〇: Satisfied with the assumption △: Satisfied with the assumption ×: Not satisfied with the assumption

時間は、不純物イオン除去の工程に掛かる想定時間により評価した。
時間の評価結果は、以下の判断基準に従って評価した。
◎:想定を十分に満足している
〇:想定を満足している
△:想定を辛うじて満足している
×:想定を満足していない
The time was evaluated based on the estimated time required for the process of removing impurity ions.
The time evaluation results were evaluated according to the following criteria.
◎: Satisfied with the assumption 〇: Satisfied with the assumption △: Satisfied with the assumption ×: Not satisfied with the assumption

総合での評価は、品質・コスト・時間の総合判断により評価した。
総合評価の結果は、以下の判断基準に従って評価した。
〇:量産方法として十分満足している
△:量産方法として満足している
×:量産方法として満足していない
The overall evaluation was based on a comprehensive judgment of quality, cost, and time.
The results of the comprehensive evaluation were evaluated according to the following criteria.
〇: Satisfied as a mass production method △: Satisfied as a mass production method ×: Not satisfied as a mass production method

Figure 2021103753
Figure 2021103753

実施例1は、比較例1に対し、時間とコストに優れており、希釈濃縮工程のみの場合に比べて、イオン交換工程を併用することの効果が確認できる。また、実施例1は、比較例2および3に対し、コストが優れるとともに、品質も同等以上であり、イオン交換樹脂のみで陽イオン交換をする場合の高コスト化の課題を解決できることを示している。また、実施例2は、実施例1に対し、時間は若干劣るものの、品質がより優れる結果であることから、イオン交換樹脂量を少量増量し、希釈濃縮工程とイオン交換工程を繰り返すことで、コスト上昇を抑えつつ、品質が向上することが確認された。 Example 1 is superior in time and cost to Comparative Example 1, and the effect of using the ion exchange step in combination can be confirmed as compared with the case of only the dilution and concentration step. Further, Example 1 shows that the cost is superior to those of Comparative Examples 2 and 3 and the quality is equal to or higher than that of Comparative Examples 2 and 3, and the problem of cost increase in the case of cation exchange using only the ion exchange resin can be solved. There is. Further, in Example 2, although the time is slightly inferior to that in Example 1, the quality is more excellent. Therefore, the amount of the ion exchange resin is increased by a small amount, and the dilution concentration step and the ion exchange step are repeated. It was confirmed that the quality was improved while suppressing the cost increase.

本発明の金属膜用スラリーの製造方法および製造装置は、低価格で、安定した品質の金属膜用スラリーを製造することができるので、近年の高密度セルなどの半導体集積回路の製造に利用できる。 The method and apparatus for producing a metal film slurry of the present invention can produce a metal film slurry of stable quality at a low price, and thus can be used for manufacturing semiconductor integrated circuits such as high-density cells in recent years. ..

1 アルカリ性スラリー
2 希釈工程
3 希釈濃縮工程
4 イオン交換工程
5 調整工程
6 濾過工程
7 pH測定
8 イオンクロマトグラフィー測定
9 pH測定
10 金属膜用スラリー
11 金属膜用スラリーの製造装置
12 貯液タンク
13 アルカリ性スラリー
14 限外濾過装置
15 pH計
16 密度計
17 導電率計
18 イオン交換カラム
19 調合タンク
20 濾過フィルター
21 金属膜用スラリー
1 Alkaline slurry 2 Diluting process 3 Diluting and concentrating process 4 Ion exchange process 5 Adjustment process 6 Filtration process 7 pH measurement 8 Ion chromatography measurement 9 pH measurement 10 Metal film slurry 11 Metal film slurry manufacturing equipment 12 Liquid storage tank 13 Alkaline Slurry 14 Extrafiltration device 15 pH meter 16 Densitometer 17 Conductivity meter 18 Ion exchange column 19 Formulation tank 20 Filtration filter 21 Slurry for metal film

Claims (8)

CMPプロセスに使用する金属膜用スラリーの製造方法であって、
該方法は、アルカリ性スラリーを出発原料として、砥粒を含む酸性の金属膜用スラリーを製造する方法であり、
前記アルカリ性スラリーを純水により希釈する希釈工程と、
前記希釈工程後の希釈スラリーから陽イオンを除去する陽イオン除去工程と、
前記陽イオン除去工程で得られたスラリーに対して、酸化剤、添加剤、およびpH調整剤を添加する調整工程とを備え、
前記陽イオン除去工程には、(1)砥粒に対して不透過である透過膜を有する限外濾過装置に、スラリーを通過させて、水溶性のイオン成分や化学物質が溶解する透過液を排出して濃縮する工程Aと、工程Aで得られた濃縮スラリーに純水を加えて希釈する工程Bを、そのpHが所定の値となるまで繰り返す希釈濃縮工程、および、(2)スラリーを陽イオン交換樹脂に通液させることで、陽イオンの濃度を低下させて、そのpHを所定の値とするイオン交換工程、が含まれることを特徴とする金属膜用スラリーの製造方法。
A method for producing a slurry for a metal film used in a CMP process.
The method is a method for producing an acidic metal film slurry containing abrasive grains using an alkaline slurry as a starting material.
A dilution step of diluting the alkaline slurry with pure water, and
A cation removal step of removing cations from the diluted slurry after the dilution step, and
The slurry is provided with an adjusting step of adding an oxidizing agent, an additive, and a pH adjusting agent to the slurry obtained in the cation removing step.
In the cation removal step, (1) a permeate liquid in which water-soluble ion components and chemical substances are dissolved is passed through an ultrafiltration device having a permeable film that is impermeable to abrasive grains. The step A of discharging and concentrating, the step B of adding pure water to the concentrated slurry obtained in step A to dilute, and the diluting and concentrating step of repeating the steps until the pH reaches a predetermined value, and (2) the slurry. A method for producing a slurry for a metal film, which comprises an ion exchange step of reducing the concentration of cations and setting the pH to a predetermined value by passing a liquid through a cation exchange resin.
前記希釈濃縮工程が、該希釈濃縮工程を行う前のスラリーのpHの値に対し、前記工程B後のpH値が1〜3小さくなるまで、前記工程Aと前記工程Bを繰り返す希釈濃縮工程であることを特徴とする請求項1記載の金属膜用スラリーの製造方法。 In the dilution / concentration step, the dilution / concentration step repeats the steps A and B until the pH value after the step B becomes 1 to 3 smaller than the pH value of the slurry before the dilution / concentration step. The method for producing a slurry for a metal film according to claim 1, wherein the slurry is produced. 前記希釈濃縮工程において、
前記工程Bの希釈率が1.5〜3.0倍であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の金属膜用スラリーの製造方法。
In the dilution concentration step
The method for producing a slurry for a metal film according to claim 1 or 2, wherein the dilution ratio in the step B is 1.5 to 3.0 times.
前記イオン交換工程後に得られるスラリー中の陽イオンの濃度が10ppm以下であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項記載の金属膜用スラリーの製造方法。 The method for producing a slurry for a metal film according to any one of claims 1 to 3, wherein the concentration of cations in the slurry obtained after the ion exchange step is 10 ppm or less. 前記出発物質が、アルカリ金属イオン、または、アンモニウムイオンを含むアルカリ性スラリーであることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項記載の製造方法。 The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein the starting material is an alkaline slurry containing an alkali metal ion or an ammonium ion. 前記金属膜用スラリーを用いて研磨される金属膜が、Cu、W、Ta、またはAlのうちから選択される金属の膜であることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項記載の金属膜用スラリーの製造方法。 Any of claims 1 to 5, wherein the metal film polished using the metal film slurry is a metal film selected from Cu, W, Ta, and Al. The method for producing a metal film slurry according to item 1. 前記砥粒が、シリカ粒子、セリア粒子、またはアルミナ粒子のうちの少なくとも1種であることを特徴とする、請求項1から請求項6までのいずれか1項記載の金属膜用スラリーの製造方法。 The method for producing a slurry for a metal film according to any one of claims 1 to 6, wherein the abrasive grains are at least one of silica particles, ceria particles, and alumina particles. .. CMPプロセスに使用する金属膜用スラリーの製造装置であって、
該装置は、アルカリ性スラリーを出発原料として、砥粒を含む酸性の金属膜用スラリーを製造する装置であり、
前記アルカリ性スラリーを純水により希釈する希釈手段と、
前記希釈手段で希釈されたスラリーから陽イオンを除去する陽イオン除去手段と、
前記陽イオン除去手段で陽イオン除去されたスラリーに対して、酸化剤、添加剤、およびpH調整剤を添加する調整手段とを備え、
前記陽イオン除去手段は、(1)砥粒に対して不透過である透過膜を有する限外濾過装置に、スラリーを通過させて、水溶性のイオン成分や化学物質が溶解する透過液を排出して濃縮する手段Aと、手段Aで得られた濃縮スラリーに純水を加えて希釈する手段Bを、スラリーのpHが所定の値となるまで繰り返す希釈濃縮手段、および、(2)スラリーを陽イオン交換樹脂に通液させることで、陽イオンの濃度を低下させて、そのpHを所定の値とするイオン交換手段を有することを特徴とする金属膜用スラリーの製造装置。
A device for producing slurry for metal membranes used in the CMP process.
The apparatus is an apparatus for producing an acidic metal film slurry containing abrasive grains using an alkaline slurry as a starting material.
A diluting means for diluting the alkaline slurry with pure water,
A cation removing means for removing cations from the slurry diluted by the diluting means,
An adjusting means for adding an oxidizing agent, an additive, and a pH adjusting agent to the slurry from which the cations have been removed by the cation removing means is provided.
The cation removing means (1) passes a slurry through an ultrafiltration device having a permeable film that is impermeable to abrasive grains, and discharges a permeate in which water-soluble ion components and chemical substances are dissolved. The means A for concentrating and the means B for adding pure water to the concentrated slurry obtained by the means A to dilute the mixture, and the diluting and concentrating means for repeating the process until the pH of the slurry reaches a predetermined value, and (2) the slurry. An apparatus for producing a slurry for a metal film, which comprises an ion exchange means for reducing the concentration of cations by passing a liquid through a cation exchange resin and setting the pH to a predetermined value.
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