JP3085269B2 - 研磨剤供給装置及び研磨剤保管容器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的機械研磨法
（Chemical Mechanical Polishing、以下、ＣＭＰとい
う）において、研磨機に研磨剤を供給する研磨剤供給装
置及び高濃度研磨剤を保管し、運搬する際に使用される
研磨剤保管容器に関し、特に、研磨剤供給装置内の調合
槽内部及び研磨剤保管容器内において、研磨剤が乾燥
し、凝集・凝固することを防止し、これによりウェハ表
面に生じる傷を抑制することができる研磨剤供給装置及
び研磨剤保管容器に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の製造工程において、層
間膜等の平坦化プロセスにＣＭＰ技術が使用されるよう
になってきた。それは、半導体集積回路のデザインルー
ルの縮小化に伴い、微細なパターンを形成するための光
露光技術では短波長化で露光マージンが小さくなるた
め、半導体積回路の完全平坦化技術が必要になってきた
からである。

【０００３】このＣＭＰ装置においては、研磨布を貼り
付けている回転定盤を回転させつつ、研磨布上に研磨剤
を滴下しながら、ウエハを回転させつつウエハ表面を研
磨布に押し付けることによりウエハを研磨し、ウエハ表
面を平坦化している。

【０００４】ＣＭＰ研磨に使用される研磨剤は、微細研
磨剤粒子をｐＨ調整剤等の試薬を含む水溶液に分散させ
た固液分散系である。フュームドシリカ粒子をＫＯＨ添
加水溶液に分散したものが最も一般に使われているが、
その他の研磨剤として、コロイダルシリカ粒子及び酸化
セリウム粒子等も使われている。また、添加剤としてア
ンモニア等も使われている。

【０００５】また、これらのＣＭＰ研磨剤は運搬時のコ
ストを削減するため、運搬時は高い濃度のまま運搬し、
研磨するときに純水で希釈して所定濃度に調合し、これ
をＣＭＰ研磨に使用するのが一般的である。

【０００６】図１３はＣＭＰに使用される装置を示す概
念図である。研磨剤供給装置２１は、研磨剤保管容器１
８から高濃度研磨剤を受け、この研磨剤と純水とを調合
し、調合後の研磨剤を複数のＣＭＰ装置２０に対し供給
する。

【０００７】図１４は研磨剤供給装置２１の模式的平面
図、図１５及び図１６は図１４のＣ−Ｃ線断面図であ
り、図１５は液面下降前の状態、図１６は液面下降後の
状態を示す。

【０００８】研磨剤供給装置２１の調合槽１には、その
壁面３の上端に蓋１９が被冠されている。そして、この
蓋１９を挿通して配管１２，１４，２６が調合槽１内に
挿入されている。また、調合槽１の底壁には配管１３が
連結されている。配管１２は研磨剤を調合槽１内に供給
するものであり、配管１４は純水を調合槽１内に供給す
るものであり、配管１３は調合槽１から研磨剤を排出す
るものであり、配管２６は研磨剤を調合槽１に返戻する
ためのものである。配管１３、２６はＣＭＰ研磨装置２
０に連結され、研磨剤を循環させつつ研磨剤供給装置２
１からＣＭＰ研磨装置２０への研磨剤の供給を行う。そ
して、配管１３と配管２６との間には、配管６が連結さ
れていて、研磨剤供給装置２１とＣＭＰ研磨機との間を
循環する配管１３及び２６のバイパスとなっている。

【０００９】この従来の研磨剤供給装置２１において
は、配管１２から高濃度の研磨剤が調合槽１内に所定量
供給され、更に、純水が配管１４を介して所定量供給さ
れる。これにより、調合槽１内で、研磨剤と純水とが所
定濃度に調合され、研磨剤が所定濃度に希釈される。そ
の後、バルブ２２が閉、バルブ２３が開の状態で、ポン
プ７により調合槽１内の研磨剤５を配管１３，６，２６
を介して調合槽１に循環通流させ、研磨剤５を均一に混
合する。次いで、バルブ２３を閉、バルブ２２を開にし
て研磨剤５をＣＭＰ研磨装置２０に供給し、ウエハの研
磨に供する。図１６に示すように、調合槽１内の研磨剤
５の量が少なくなってきた場合には、配管１２及び１４
を介して高濃度研磨剤及び純水を調合槽１内に供給し、
再度混合した後、ＣＭＰ研磨装置２０に供給する。

【００１０】しかしながら、従来の研磨剤供給装置２１
には以下に示す問題点があった。即ち、図１５に示す状
態から、ＣＭＰ研磨装置２０に研磨剤５を供給していく
と、使用した分だけ調合槽１内の液面１１が下降する。
その際、図１６に示すように、研磨剤５を使用する前の
液面１１から、研磨剤５を使用した分だけ下降した液面
１１までの壁面に、研磨剤１７が付着する。その付着し
た研磨剤１７はその後壁面にて乾燥し、凝集・凝固す
る。その乾燥し、凝集・凝固した研磨剤１７は、例え
ば、壁面３から落下し研磨剤５の中に混在する。また別
の例では、次順の工程で調合槽１に研磨剤を貯める際
に、その新しい研磨剤５の中に分散されてしまう。この
ように、凝集・凝固した後、新しい研磨剤に混在してし
まった大粒径の研磨剤は、ＣＭＰを行なった際に、ウェ
ハに傷を発生させてしまう。このように、研磨剤の凝集
・凝固に起因してウエハに傷が発生した場合、上層に配
線層を形成するときに、配線のショート又は断線が生じ
てしまうという問題点がある。

【００１１】また、図１３に示す研磨剤保管容器１８に
おいても、研磨剤を使用していくに従い、研磨剤供給装
置の調合槽１で生じる問題と同様の問題が起きる。

【００１２】そこで、ウェハに発生する傷を防止する手
段として、特開平７−２５４５７９号公報には、配管１
３に研磨剤の温度を調節する装置を設けた技術が提案さ
れている。また、特開平７−２６３３８８号公報におい
ては、ウエハの研磨によって発生する研磨剤の微粉等の
飛散を防止することを目的として、研磨面とウエハとを
含む領域をその外部に対して区画すると共に、その区画
の内側に純水を散布しつつ研磨するウエハの研磨方法が
開示されている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来技術には、以下に示す問題点がある。先ず、特開
平７−２５４５７９号公報においては、配管１３に研磨
剤の温度を調節する機能を設けても、一旦乾燥し、凝集
・凝固した研磨剤５は、配管１３を通流する研磨剤の温
度を調節しただけでは、粒径がもとに戻ることはない。
このため、この従来技術では、ウェハに発生する傷を防
止することはできない。

【００１４】また、特開平７−２６３３８８号公報にお
いては、微粉の飛散を防止することはできるが、研磨剤
の凝集及び凝固は防止することができない。

【００１５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、研磨剤を保管する容器壁面での研磨剤の乾
燥を防止し、研磨剤の凝集・凝固を防止することができ
る研磨剤供給装置及び研磨剤保管容器を提供することを
目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る研磨剤供給
装置は、研磨剤と純水とを調合する調合槽と、この調合
槽内の調合後の研磨剤を化学的機械研磨機に供給する供
給手段と、前記調合槽の内部においてその壁面の温度が
最も低くなるように調合槽内部に温度差を設け、その温
度差により前記調合槽の内部の壁面に水滴をつける手段
とを有することを特徴とする。

【００１７】本発明に係る他の研磨剤供給装置は、研磨
剤の循環供給源となる調合槽と、この調合槽内の研磨剤
を化学的機械研磨機に供給する供給手段と、前記調合槽
の内部においてその壁面の温度が最も低くなるように調
合槽内部に温度差を設け、その温度差により前記調合槽
の内部の壁面に水滴をつける手段とを有することを特徴
とする。

【００１８】本発明に係る研磨剤保管容器は、研磨剤を
保管し、研磨剤供給装置に研磨剤を供給する研磨剤保管
容器において、その内部においてその壁面の温度が最も
低くなるように保管容器内部に温度差を設け、その温度
差により保管容器の内部の壁面に水滴をつける手段を有
することを特徴とする。

【００１９】本発明においては、研磨剤の調合槽又は保
管容器の壁面の温度が最も低くなるように、調合槽又は
保管容器の内部に温度差を設ける。これにより、飽和蒸
気圧が前記壁面において最も下がるため、水蒸気が水滴
となって壁面に付着する。これにより、壁面における研
磨剤の乾燥が防止され、その凝集・凝固が防止される。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
添付の図面を参照して具体的に説明する。図１及び２
は、本発明の第１実施例に係る研磨剤供給装置の調合槽
１の部分を示す断面図、図３は研磨剤供給装置の平面
図、図４は研磨剤供給装置の断面図である。本実施例の
研磨剤供給装置は、図１３乃至１６に示す従来の研磨剤
供給装置に対し、その調合槽１の壁面に調合槽１の壁面
を冷却する冷却部９を設けた点が異なる。

【００２１】即ち、本実施例は、調合槽１と、その蓋１
９と、純水を供給するための配管１４と、研磨剤を供給
する配管１２と、研磨剤をＣＭＰ研磨機に送給する配管
１３と、ＣＭＰ研磨機に供給されなかった研磨剤を調合
槽１に戻す配管１６と、配管１３と配管１６とを連結
し、研磨剤を調合槽１に循環させる配管６と、研磨剤５
を循環させるためのポンプ７と、研磨剤５を流す経路を
切り替えるバルブ２２及びバルブ２３とを有し、更に、
本実施例は、冷却部９と、この冷却部９に冷却水を供給
するチラー１０とから構成された冷却装置２を有する。
冷却部９は調合槽１の壁面に接触するように設けられて
いる。

【００２２】調合槽１は、研磨剤と純水とを調合し、所
定の濃度に希釈するためのもので、調合槽１は、蓋１９
によって内部の湿度が変わらない程度に閉じられてい
る。調合槽１の材質は、好ましくは、ＨＤＰＥ（高密度
ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＶＣ（ポ
リビニールクロライド）及びＰＴＦＥ（ポリテトラフル
オロエチレン）等のポリマーである。

【００２３】冷却装置２は、チラー１０及び冷却部９よ
り構成され、チラー１０によって所定の温度に制御され
た冷却水により、冷却部９が冷却される。なお、冷却部
９の冷却媒体としては、熱交換機によって冷却された冷
却空気を使用してもよい。冷却部９の材質は、熱伝導率
が高い物質であればよく、このような材質として、金属
又は合金がある。また、冷却装置２の冷却部９は、調合
槽１の壁面の外側全体に配置する必要はなく、一部に配
置してもよい。また、チラー１０による冷却水の設定温
度は研磨剤５が凍らない程度の温度に設定する。調合槽
の内部の空気との相対的な温度差は、０〜３０℃程度の
範囲とする。

【００２４】次に、本実施例の動作について説明する。
先ず、配管１２を介して研磨剤を調合槽１に一定量供給
する。その後、配管１４を介して純水を調合槽１に一定
量供給し、調合槽１の内部の研磨剤の濃度を所定の濃度
に希釈する。調合槽１内の研磨剤５はポンプ７により配
管６を通り５分程度循環通流され、調合槽１の内部の研
磨剤５の分散状態を均一にする。その後、バルブ２２を
開、バルブ２３を閉に切り替えることにより、研磨剤が
配管１３から出てＣＭＰ研磨機に至り、その後配管２６
から調合槽１に戻る循環路にする。これにより、研磨剤
５は、循環路よりＣＭＰ装置に供給される。

【００２５】この場合に、冷却部９は、チラー１０によ
り、調合槽１内部の空気の温度より２０℃程度低く冷却
された冷却水により冷却されている。このように、調合
槽１の壁面が冷却部９によって冷却されるため、図１に
示すように、調合槽１の壁面３付近の空気の中に含まれ
る水蒸気は過飽和状態となり、水蒸気が壁面３に付着
し、水滴４となる。即ち、調合槽１の内部の飽和蒸気圧
が、調合槽１内の温度勾配により調合槽１の壁面３にお
いて下がるため、調合槽１の壁面３付近の水蒸気が壁面
３に付着して、水滴４となる。

【００２６】研磨剤５がＣＭＰ装置に供給される前の研
磨剤５が配管６を介して調合槽１を循環している期間
は、調合槽１内中の研磨剤５の液面１１の高さは変化し
ないが、研磨剤５がＣＭＰ研磨装置に供給されると、Ｃ
ＭＰ研磨に使用された分だけ、調合槽１内の研磨剤５の
液面１１の高さは下がる。その際、液面１１が下がって
も調合槽１の壁面付近は、水蒸気が過飽和状態にあるた
め、図２に示すように、液面１１が下がると同時に壁面
３には水滴４が付着する。これにより、従来の調合槽
で、液面１１が下がったときに起こる壁面３での研磨剤
５の乾燥が防止され、研磨剤の凝集・凝固を防止するこ
とができ、ＣＭＰ研磨時にウェハ表面に生じる傷を防止
することができる。

【００２７】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。図５は本第２実施例を示す断面図である。図５に示
す実施例は、図４に示す第１実施例に対し、純水を供給
する配管１４を省略した点が異なる。本実施例のよう
に、調合槽１において研磨剤を希釈せずにＣＭＰ研磨装
置２０に供給する場合においても、同様に、研磨剤は調
合槽１内で乾燥すると、凝集・凝固する。このため、本
実施例において、調合槽１の壁面を冷却部９により冷却
することにより、壁面３における研磨剤５の乾燥を防止
することによって、研磨剤の凝集・凝固を防止し、ウエ
ハに傷が発生することを防止できる。

【００２８】次に、本発明の第３実施例について図６を
参照して説明する。本実施例は、図３及び４に示す第１
実施例の冷却部９の代わりに、複数の分割された冷却部
９ａを壁面３の全面に配置し、更に液面１１を検知する
センサー８を調合槽１の外部に設けた点で第１実施例と
異なる。センサー８は調合槽１の外部にその高さ方向に
複数個配置されており、液を検出しているセンサー８の
最大位置により、液面１１を検知することができる。

【００２９】図３及び４に示す第１実施例の場合は、調
合槽１全体を１個の冷却部９によって冷却するため、調
合槽１内部の空気も徐々に冷却される。このため、調合
槽内部に相対的な温度差を維持するためには、調合槽１
の壁面を更に冷却する必要がある。このため、調合槽１
の壁面と調合槽１の内部の空気とに効率よく温度差を設
けることができない。

【００３０】これに対し、本実施例は、調合槽１と調合
槽１内部の空気とに、より多くの温度差を設け、効率よ
く本発明の効果を得ることができるものである。即ち、
研磨剤５の液面１１をセンサー８によって検知し、各セ
ンサー８に設置された冷却水制御部２７により、チラー
１０によって冷却された冷却水を冷却部９ａに送る配管
の開閉を行なう。その際、センサー８によってその冷却
部９aが液面１１より上方にあるかどうかを検知し、液
面１１より上方にある冷却部９ａのみ、冷却水制御部２
７により冷却水を流し、冷却する。そうすることによ
り、研磨剤５の液面１１より上方にある調合槽１の壁面
と、調合槽１の内部の空気との間に、より効率的に温度
差を設けることが可能となる。このため、本実施例は、
壁面の乾燥をより効率的に防止することができる。

【００３１】本実施例は、１つのチラー１０から全ての
冷却部９ａに冷却水を供給するものであるが、これに限
らず、チラーを例えば各冷却部９ａ毎に複数設けてもよ
い。

【００３２】次に、本発明の第４実施例について図７を
参照して説明する。本実施例は、図３及び４に示す第１
実施例におけるものと同様の調合槽１内に、研磨剤５の
温度を制御するための加熱器１５を設け、調合槽１の外
部に加熱器１５の温度を制御するための温調装置１６を
設けている。

【００３３】本実施例においては、冷却装置２で調合槽
１の全体を冷却しても、研磨剤５の温度が変化しないよ
うに加熱器１５により制御できるため、調合槽１の内部
の空気をある一定の値に維持できる。そのため、調合槽
１の壁面と調合槽１内部の空気との間により多くの温度
差を設けることができ、効率よく本発明の効果が得られ
る。なお、冷却装置２の冷却部９は少なくとも１つあれ
ばよい。

【００３４】次に、図８及び９を参照して本発明の第５
実施例について説明する。本実施例は、本発明を、研磨
剤を保管・運搬する容器（以下、研磨剤保管容器とい
う）に適用した例である。図８は研磨剤保管容器１８の
平面図であり、図９は図８のＢ−Ｂ線断面図であり、研
磨剤保管容器１８の内部構造を示す。この研磨剤保管容
器１８は調合槽１と異なり、その上壁の一部に研磨剤を
取り出すための蓋１９が設けられている。本実施例にお
いても、研磨剤保管容器１８の壁面に、第１実施例と同
様に、冷却部９を設け、この冷却部９にチラー１０から
冷却水を供給して冷却部９を冷却する。本実施例におい
ても、研磨剤供給装置における実施例と同様の効果を奏
する。

【００３５】図１０は本発明の第６実施例を示す断面図
である。本実施例は、研磨剤供給装置に関する第３実施
例に対応する研磨剤保管容器の実施例である。本実施例
は、研磨剤保管容器１８の壁面に複数の冷却部９ａを設
け、各冷却部９ａについて冷却水制御部２７により個別
に温度制御できるようにしたものである。本実施例にお
いても、チラー１０は１個に限らず、複数個設けても良
いことは勿論である。

【００３６】図１１は本発明の第７実施例を示す断面図
である。本実施例は、研磨剤供給装置に関する第４実施
例に対応する研磨剤保管容器の実施例である。本実施例
においても、図９に示す実施例に対し、加熱器１５を研
磨剤保管容器１８内に設けると共に、その温度を制御す
るための温調装置１６を容器外部に取り付けたものであ
る。本実施例も第４実施例と同様の効果を奏する。

【００３７】図１２は本発明の第８実施例を示す断面図
である。本実施例は、図３及び４に示す実施例のように
調合槽１の壁面を冷却する代わりに、加熱器２４を調合
槽１内に設け、この加熱器２４を調合槽外部の温調装置
２５により通電加熱し、所定の温度に制御する。

【００３８】本実施例は、調合槽１の内部の空気を暖め
ることにより、調合槽１の内部の空気と、調合槽１の壁
面との温度差を設けるという点で、他の実施例と異な
る。しかし、本実施例においても、調合槽１の内部空気
と壁面３との間に温度差を設けることができるので、図
１及び２に示す現象と同様の現象が生じ、壁面３に水滴
が付着する。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
研磨剤供給装置の調合槽又は研磨剤保管容器の壁面と、
その内部との間に、壁面側が低温となるように温度差を
設けたので、水滴が壁面に付着し、研磨剤の乾燥を防止
することができ、これにより、研磨剤の凝集・凝着を防
止することができる。このため、この凝集・凝着した研
磨剤に起因するウエハの傷発生を防止することができ
る。これにより、ウエハに形成された半導体チップの歩
留まりを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の動作を説明するための調
合槽の断面図である。

【図２】同じく、本発明の第１実施例の動作を説明する
ための調合槽の断面図である。

【図３】本発明の第１実施例に係る研磨剤供給装置の平
面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】本発明の第２実施例に係る研磨剤供給装置の断
面図である。

【図６】本発明の第３実施例に係る研磨剤供給装置の断
面図である。

【図７】本発明の第４実施例に係る研磨剤供給装置の断
面図である。

【図８】本発明の第５実施例に係る研磨剤保管容器の平
面図である。

【図９】図８Ｂ−Ｂ線断面図である。

【図１０】本発明の第６実施例に係る研磨剤保管容器を
示す断面図である。

【図１１】本発明の第７実施例に係る研磨剤保管容器を
示す断面図である。

【図１２】本発明の第８実施例に係る研磨剤供給装置を
示す断面図である。

【図１３】従来の研磨剤供給装置とＣＭＰ装置との配置
関係を示す模式図である。

【図１４】従来の研磨剤供給装置の平面図である。

【図１５】図１３のＣ−Ｃ線断面図である。

【図１６】図１３のＣ−Ｃ線断面図である。

【符号の説明】

１；調合槽 ２；冷却装置 ３；壁面 ４；水滴 ５；研磨剤 ６、１２、１３、１４、２６；配管 ７；ポンプ ８；センサー ９；冷却部 １０チラー １１；液面 １５、２４；加熱器 １６、２５；温調装置 １７；研磨剤 １８；研磨剤運搬容器 １９；蓋 ２０；ＣＭＰ装置 ２１；研磨剤供給装置 ２２、２３；バルブ ２７；冷却水制御部

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨剤と純水とを調合する調合槽と、こ
   の調合槽内の調合後の研磨剤を化学的機械研磨機に供給
   する供給手段と、前記調合槽の内部においてその壁面の
   温度が最も低くなるように調合槽内部に温度差を設け、
   その温度差により前記調合槽の内部の壁面に水滴をつけ
   る手段とを有することを特徴とする研磨剤供給装置。
2. 【請求項２】 研磨剤の循環供給源となる調合槽と、こ
   の調合槽内の研磨剤を化学的機械研磨機に供給する供給
   手段と、前記調合槽の内部においてその壁面の温度が最
   も低くなるように調合槽内部に温度差を設け、その温度
   差により前記調合槽の内部の壁面に水滴をつける手段と
   を有することを特徴とする研磨剤供給装置。
3. 【請求項３】 前記温度差を設ける手段は、前記調合槽
   の壁部に設けられた冷却部と、この冷却部に冷却水を供
   給するチラーであることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の研磨剤供給装置。
4. 【請求項４】 前記温度差を設ける手段は、前記調合槽
   の壁部に設けられた冷却部と、この冷却部に冷却空気を
   供給する熱交換機であることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の研磨剤供給装置。
5. 【請求項５】 前記冷却部は、調合槽内の研磨剤の高さ
   方向に複数個に分割されており、各冷却部の温度を個別
   に制御することができることを特徴とする請求項３に記
   載の研磨剤供給装置。
6. 【請求項６】 前記温度差を設ける手段は、前記調合槽
   の内部の研磨剤を加熱する加熱器であることを特徴とす
   る請求項１又は２に記載の研磨剤供給装置。
7. 【請求項７】 前記温度差を設ける手段は、前記調合槽
   の内部の空気を加熱する加熱器であることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の研磨剤供給装置。
8. 【請求項８】 研磨剤を保管し、研磨剤供給装置に研磨
   剤を供給する研磨剤保管容器において、その内部におい
   てその壁面の温度が最も低くなるように保管容器内部に
   温度差を設け、その温度差により保管容器の内部の壁面
   に水滴をつける手段を有することを特徴とする研磨剤保
   管容器。
9. 【請求項９】 前記温度差を設ける手段は、壁部に設け
   られた冷却部と、この冷却部に冷却水を供給するチラー
   であることを特徴とする請求項８に記載の研磨剤保管容
   器。
10. 【請求項１０】 前記冷却部は、研磨剤の高さ方向に複
    数個に分割されており、各冷却部の温度を個別に制御す
    ることができることを特徴とする請求項８に記載の研磨
    剤保管容器。
11. 【請求項１１】 前記温度差を設ける手段は、内部の研
    磨剤を加熱する加熱器であることを特徴とする請求項８
    に記載の研磨剤保管容器。
12. 【請求項１２】 前記温度差を設ける手段は、内部の空
    気を加熱する加熱器であることを特徴とする請求項８に
    記載の研磨剤保管容器。