JP3852758B2 - スラリー回収装置及びその方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラリーの一部を回収するスラリー回収装置及びその方法に関する。スラリーは、半導体の製造プロセスにおいて、シリコンウェハを研磨する研磨装置に供給される研磨剤である。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造プロセスにおける化学機械研磨（以下、Ｃhemical ＭechanicalＰolishingを略してＣＭＰという。）は、薄い円盤状のシリコンウェハを、研磨装置を用いて研磨パッドに押圧しつつ回転させ、これと同時に、シリコンウェハと研磨パッドとの間へスラリーを供給して研磨するものである。このようなＣＭＰによれば、スラリー中のケミカル成分、砥粒（例えばアルミナ粉末やシリカパーティクル）による化学的作用に加え、シリコンウェハと研磨パッドの摺接による相乗的な研磨作用を達成できる。
【０００３】
具体的に、上記のＣＭＰを行うには、図６及び図７に概略を示した研磨装置Ｅが用いられた。研磨装置Ｅは、上面に研磨パッドＰを貼着して主回転軸Ｔ１の周りに回転するターンテーブルＴと、研磨対象物であるシリコンウェハＷをターンテーブルＴの主回転軸Ｔ１に対して偏心した回転軸Ｈ１周りに回転させながら研磨パッドＰに押圧する研磨ヘッドＨとから構成される。上記のスラリーは、ターンテーブルＴの上方に配置したスラリー供給管Ａの末端Ａ１からターンテーブルＴ上の研磨パッドＰに流下される。
【０００４】
研磨装置Ｅを、例えばメンテナンスを行う等のために長時間停止した場合、スラリー供給管Ａ内に滞留したスラリーや研磨パッド上に付着したスラリーの成分の一部が凝固又は沈殿し、更には乾燥して固化することがある。このような凝固、沈殿又は固化した成分の混入したスラリーを用いてＣＭＰを行うと、シリコンウェハＷの表面にスクラッチと称する傷が発生する。
【０００５】
そこで、ＣＭＰを行うのに先立って、シリコンウェハＷに代えてダミーウェハを用いて試運転する等した。この間に、図８に示すように、スラリー供給管Ａの途中に設けた開閉弁Ｂを開放することによって新たなスラリーを研磨装置Ｅへ供給し、この過程で、スラリー供給管Ａ内で凝固又は沈殿したスラリーを先ず排出すると共に、ターンテーブルＴ上に付着したスラリーも一緒に洗い流すようにしていた。或いは、これに併せて、開閉弁Ｂに代えて切替弁を設け、この切替弁より下流側Ａ２を純水で洗浄（パージ）し、同時に、ターンテーブルＴ上に付着したスラリーも純水で洗浄するようにした。このような純水の供給は試運転中に限らず、ＣＭＰの終了間際にターンテーブルＴ上のスラリーを洗い流すためにも行われた。或いは、上記のようなスラリーの乾燥又は研磨パッドＰの乾燥を防止するために純水が供給される場合もある。
【０００６】
上記の試運転において、スラリー供給管Ａから研磨装置ＥのターンテーブルＴ上に流下されるスラリー、或いは、上記のような乾燥の防止又はＣＭＰの終了間際に供給される純水と混じったスラリーは、総てＣＭＰに供することなく、図７に示した排出口Ｄを経て廃棄される。このようなスラリーを廃棄する主な理由としては、固形分が偏在していたり、又は多量の純水を含み濃度が希釈されているため、再利用が困難であることが挙げられる。
【０００７】
しかしながら、従来の研磨装置Ｅでは、その構造上、本来再利用が可能なスラリーまでも、上記のような再利用が困難なスラリーに混ぜて廃棄しなければならなかった。詳しくは、ＣＭＰが実行される際に、スラリー供給管Ａを経て新たなスラリーが供給される。この新たなスラリーは、純水を含まず再利用できることは勿論であるが、図７に示したターンテーブルＴから流下した後は、上記の再利用が困難なスラリーと同様に、排出口へ流れ込むことになる。
【０００８】
このため、排出口Ｄから排出される総てのスラリーは、排出口Ｄに連通した排出管等の中で混合する。このような混合液は、その中に固形分が散在する上、純水によって希釈されていたりするので、廃棄処分する他ない。
【０００９】
以上に述べたように、廃棄されるスラリーが累積すると、この価格がＣＭＰのコストを高騰させる一因となった。更には、多量のスラリーが排出管を流れ続けると、その固形分が排出管を詰まらせ、頻繁なメンテナンスを必要とすることも問題になった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、廃棄するスラリーの量を節減でき、しかもスラリーを排出する排出管の詰まりを抑えられるスラリー回収装置及びその方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスラリー回収装置は、研磨装置のターンテーブルの周りに配置され、このターンテーブル上のスラリーが、ターンテーブルの回転に伴う遠心力によって流入するスラリー回収器と、スラリー回収器へのスラリーの流入を遮断又は許容する遮断部材とを含むものである。
【００１２】
本発明に係るスラリー回収装置は、研磨装置のシンクの底面から浮き上がって支持されたターンテーブルの周りに配置され、ターンテーブルの上面より高い位置から低い位置の間を昇降する、ターンテーブルの径方向の外側へ下降傾斜した案内傾斜片と、案内傾斜片の下面に接続し、案内傾斜片がターンテーブルの上面より高い位置に上昇した状態で、ターンテーブルの上面の周縁を囲繞する遮断部材と、遮断部材の周りに配置され、案内傾斜片の、ターンテーブルの径方向の外側の端縁の真下に位置するスラリー回収器とを含むものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係るスラリー回収装置及びその方法について説明する。以下において、従来の技術と同様の構成については、同符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００１５】
図１に概略を示すように、スラリー回収装置１は、研磨装置ＥのターンテーブルＴの周りに配置される環形の遮断部材２と、遮断部材２の周りに配置される環形のスラリー回収器３とを含むものである。同図のＸ−Ｘ断面を図２、図３に示した。ターンテーブルＴは、研磨装置ＥのシンクＳの底部に突出した主回転軸Ｔ１の上端に連結され、シンクＳの底部から浮き上がっている。ターンテーブルＴの全周とシンクＳの内側面との間に、当該スラリー回収装置１が挿入されている。
【００１６】
遮断部材２は、その内径がターンテーブルＴの外径よりも広い短筒型の胴部２０と、ターンテーブルＴの径方向の外側へ（シンクＳの内側面に向かって）下降傾斜した案内傾斜片２１とを含むものである。案内傾斜片２１は、胴部２０の上端に接続している。遮断部材２の材料としては、耐腐食性に優れたステンレス鋼を圧延した薄板を所望の形状に塑性加工したものでも良い。或いは、この材料として、熱可塑性の合成樹脂を適用すれば、胴部２０と案内傾斜片２１を一体成形して構造を簡略化し、更には材料費と製造コストを節減できる。
【００１７】
遮断部材２の胴部２０は、矢印ｕ，ｄで指す上下方向に直線運動するアクチュエータにより、そのストロークの範囲で昇降又は任意の高さで停止する。このアクチュエータとしては、空気圧又は油圧シリンダー等の自明の技術を適用できるので、図示を省略する。例えば、シンクＳの下方に空気圧シリンダを設置する場合、シンクＳの底部に挿通孔を穿孔し、この挿通孔を経て空気圧シリンダの作動ロッドを胴部２０の下端に接続する。更に、これら挿通孔と作動ロッドの隙間をパッキン材等で密閉する。上記の空気圧シリンダは複数設置してもよい。アクチュエータの動作に係わりなく、手動で遮断部材２を昇降させても良い。
【００１８】
スラリー回収器３は、その内径が胴部２０の外径より僅かに広く、且つ、その外径がシンクＳの内径よりも僅かに狭く設定されている。スラリー回収器３の断面形状は、胴部２０の外周面に対面する内側の直立片３０と、シンクＳの内面又は内周面に対面する外側の直立片３１と、これら直立片３０，３１の下端同士の間を塞ぐ底面部３２とを含む略溝形である。
【００１９】
直立片３０は、その上端が案内傾斜片２１の下端（外側の縁部）よりもターンテーブルＴ寄りに位置する。遮断部材２を図２に示した下限位置まで下降させると、直立片３０の上端が、案内傾斜片２１と胴部２０との間の入り隅部へ進入する。直立片３１は、その上端をターンテーブルＴの上面よりも高く突出している。
【００２０】
ＣＭＰが実行される際には、図２に示すように、ターンテーブルＴは矢印ａで指した方向へ回転する。スラリー供給管ＡからターンテーブルＴ上に流下したスラリーは、その遠心力によってターンテーブルＴの径方向の外側へ誘導される。このとき、図示の通り遮断部材２を下降させて、案内傾斜片２１の上端（内側の縁部）をターンテーブルＴの上面より低く位置させる。
【００２１】
これにより、ターンテーブルＴの径方向の外側へ誘導されたスラリーは、シンクＳ内へ滴下することなく、案内傾斜片２１の上面に受け止められる。この時点で、スラリーに上記の遠心力は加わらなくなる。このスラリーは、下降傾斜した案内傾斜片２１を伝わって案内傾斜片２１の下端へ至り、スラリー回収器３内へ滴下する。
【００２２】
但し、ターンテーブルＴを比較的高速で回転させた場合には、強力な遠心力によってターンテーブルＴの径方向の外側へ誘導されたスラリーは、更にその慣性力によってターンテーブルＴから飛散する。このように飛散したスラリーは、溝形部材３内へ直接落下、又は、外側の直立片３１に衝突し、直立片３１を伝って溝形部材３内へ流下する。
【００２３】
更に、スラリー回収器３内には水勾配が形成され、この水勾配を伝ってスラリーは流動し、スラリー回収器３の適所に設けた排水口３４から排出される。以下、このスラリーを回収スラリーと称する。回収スラリーは、排水口３４に接続した電動ポンプ等によって引揚げられ、再びスラリー供給管Ａを経てターンテーブルＴ上へ供給される。つまり、回収スラリーは、シンクＳの排出口Ｄへ至ることなく、スラリー供給管Ａ、ターンテーブルＴ、案内傾斜片２１及び溝形部材３内を循環しつつ、ＣＭＰに供される。
【００２４】
研磨装置Ｅをメンテナンス等のために長時間停止した後に試運転する場合、或いは、ＣＭＰの終了間際の純水による洗浄、又はこの他、純水が研磨装置Ｅに供給される場合について、以下に述べる。ここで、試運転には、スラリー供給管Ａを経て供給される新たなスラリーによって、スラリー供給管Ａ内に残留しているスラリー、及び、ターンテーブルＴ上に付着したスラリーを洗い流すステップが含まれる。或いは、これらのスラリーを純水で洗浄するステップが含まれる。
【００２５】
上記の試運転を行う際、ＣＭＰの終了間際にターンテーブルＴ上のスラリーを純水で洗い流す際、及び、スラリーの乾燥又は研磨パッドＰの乾燥を防止するために純水が供給される際にも、ターンテーブルＴは回転し続ける。このターンテーブルＴ上に流下したスラリー又は純水は、ターンテーブルＴの径方向の外側へ遠心力で誘導される。このとき、図３に示すように、遮断部材２をその上限まで上昇させて、案内傾斜片２１の上端をターンテーブルＴの上面より高く位置させる。
【００２６】
これにより、ターンテーブルＴの径方向の外側へ誘導されたスラリー又は純水は、シンクＳ内へ滴下し、或いは、ターンテーブルＴから遠心力で飛散したスラリー又は純水が胴部２０の内周面に衝突し、この内周面を伝ってシンクＳの底部へ流れ込む。更に、スラリー又は純水は、シンクＳの底部に開口した排出口Ｄを経て排出管Ｂへ排出される。以下、このようなスラリー、純水又は両者の混合したものを排出スラリーと称する。排出スラリーは、その固形分が偏在していたり、又は多量の純水を含み濃度が希釈されているので、再利用が困難である。
【００２７】
以上に説明した遮断部材２の昇降動作は、研磨装置Ｅの運転に基づく電気信号によって行われることが望ましい。詳しくは、マイクロプロセッサ等を内蔵する制御手段（図示せず）を設ける。スラリー供給管Ａの途中に設けた開閉弁Ｂ又は切換弁として電磁弁を適用する。そして、ターンテーブルＴを回転させつつ、ターンテーブルＴ上に電磁弁を経てスラリーを供給するときに、この電磁弁の開閉又は切換え状態を一の電気信号として制御手段が検知する。
【００２８】
研磨装置Ｅを停止していた時間、例えば電磁弁によってスラリーが研磨装置Ｅへ供給されなかった時間が所定時間を超えたとき、或いは、上記の電磁弁を介して純水がターンテーブルＴ上に供給されるときに、これを他の電気信号として制御手段が検知する。そして、制御手段が、遮断部材２を昇降させるアクチュエータを制御する。即ち、一の電気信号に基づき遮断部材２を下降させ、他の電気信号に基づき遮断部材２を上昇させる。上記のように、研磨装置Ｅを停止していた時間を計時し電気信号を発信する手段としては、タイマー回路を適用する。
【００２９】
尚、図４に示すように、スラリー回収器３の直立片３０と遮断部材２の胴部２０を一体とし、スラリー回収器３と遮断部材２を一緒に昇降するようにしてもよい。このようにスラリー回収器３と遮断部材２を一体物にすれば、清掃や清掃時の研磨装置Ｅへの着脱が容易に行える。更に、スラリー回収器３と遮断部材２を合成樹脂により形成すれば、スラリー回収装置１０の全体の軽量化が図れる。このため、スラリー回収装置１０を昇降させるアクチュエータの負荷を軽減し、アクチュエータの小型化も図れる。
【００３０】
また、図５に示すように、案内傾斜片２１の内側に回収スラリーを流入させても良い。即ち、遮断部材２の胴部２３１の内側に、底面部３２と直立片２３２を形成して断面溝形の部位を成形する。
【００３１】
このように構成したスラリー回収装置１０の全体を上昇させると、ターンテーブルＴから流下する回収スラリーは、胴部２３１の内側へ導かれる。スラリー回収装置１０の全体を下降させると、ターンテーブルＴから流下する排出スラリーは、案内傾斜片２１を伝ってシンクＳに滴下する。この場合、スラリー回収装置１０の部品点数を減らし、構造を簡単にし、更に、これに伴ってスラリー回収装置１０の清掃が簡単に行えるという利点が有る。
【００３２】
以上のように、研磨装置ＥでＣＭＰを行う際には、回収スラリーを循環させられる。一方、研磨装置Ｅを長時間停止した後の試運転の際、及びターンテーブルＴ上に純水が供給される際には、排出スラリーを排出管Ｂへ排出できる。このように回収スラリーと排出スラリーとを隔絶し、回収スラリーのみを再利用するので、ＣＭＰにおいて消費する総てのスラリーの量を節減できる。これに伴って、ＣＭＰのコストを低減できる。
【００３３】
しかも、スラリー回収器３がターンテーブルＴの近傍に配置されているので、ターンテーブルＴから滴下した回収スラリーは、スラリー回収器３に最短経路で回収されることになる。このため、回収スラリーに異物が混入する等の可能性が殆どないという利点が有る。
【００３４】
また、排出管Ｂを経て排出スラリーを廃棄するのは、試運転中又は純水がターンテーブルＴ上に供給された場合に限られるので、多量のスラリーが排出管を流れ続けることがなく、その固形分が排出管を詰まらせる頻度が少なくなる。このため、排出管Ｂを清掃する等のメンテナンスを頻繁に行わなくて済むという利点が得られる。
【００３５】
尚、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明したが、本発明は図示したものに限定されない。本発明の技術的範囲には、その主旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づき種々なる改良、修正又は変更を加えた態様の実施形態も含まれる。また、本発明の作用又は効果を奏する範囲内で、本発明を構成する発明特定事項を、他の技術に置換した実施形態で実施しても良い。
【００３６】
【発明の効果】
本発明に係るスラリー回収装置及びその方法によれば、研磨装置でＣＭＰを行うステップにおいて、ＣＭＰに供されるスラリーを循環しつつ再利用ができる。即ち、研磨装置を長時間停止した直後、又はターンテーブル上に純水が供給される場合において、これらのスラリー、純水又は両者が混合したものを研磨装置から排出し、これらがＣＭＰに供されるスラリーに混じるのを確実に防止できる。これによりＣＭＰに供するにスラリーの濃度を一定に保持できるので、ＣＭＰに供するスラリーを繰り返し使用することが可能となる。従って、スラリーを無駄に廃棄することがなく、ＣＭＰにおいて消費する総てのスラリーの量を節減し、ＣＭＰのコストを低減できる。
【００３７】
また、スラリーを廃棄するのは、研磨装置を長時間停止した直後、又はターンテーブル上に純水が供給される場合であるので、スラリーを研磨装置の外部へ導く排出管に、多量のスラリーが流れ続けることがない。従って、スラリーの固形分が排出管を詰まらせる頻度が少なくなり、排出管を清掃する等のメンテナンスを頻繁に行わなくて良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るスラリー回収装置の要部の平面図。
【図２】遮断部材を下降させた状態を示す図１のＸ−Ｘ断面図。
【図３】遮断部材を上昇させた状態を示す図１のＸ−Ｘ断面図。
【図４】本発明の実施の形態に係るスラリー回収装置の一の変形例を示す断面図。
【図５】本発明の実施の形態に係るスラリー回収装置の他の変形例を示す断面図。
【図６】従来技術における研磨装置の要部を示す斜視図。
【図７】従来技術における研磨装置の要部を示す断面図。
【図８】従来技術における研磨装置の要部を示す平面図。
【符号の説明】
１：スラリー回収装置
２：遮断部材
３：スラリー回収器
２０：胴部
２１：案内傾斜片
３０：直立片
３１：直立片
３２：底面部
Ｔ：ターンテーブル
Ｓ：シンク

Claims (12)

1. 研磨装置のシンクの底面から浮き上がって支持されたターンテーブルの周りに配置され、該ターンテーブルの上面より高い位置から低い位置の間を昇降する、前記ターンテーブルの径方向の外側へ下降傾斜した案内傾斜片と、
   前記案内傾斜片と共に昇降し、前記案内傾斜片が前記ターンテーブルの上面より高い位置に上昇した状態で、該ターンテーブルの上面の周縁を囲繞する遮断部材と、
   前記遮断部材の周りに配置され、前記案内傾斜片の、前記ターンテーブルの径方向の外側の端縁の真下に位置するスラリー回収器と、
   を含むスラリー回収装置。
2. 前記案内傾斜片を昇降させるアクチュエータを含む請求項１に記載のスラリー回収装置。
3. 前記アクチュエータの昇降動作を制御する制御手段を含む請求項１又は２に記載のスラリー回収装置。
4. 前記制御手段が、前記研磨装置の運転に基づく電気信号によって前記アクチュエータの昇降動作を制御する請求項３に記載のスラリー回収装置。
5. 前記電気信号が、前記研磨装置にスラリー又は純水を供給する管路に設けた電磁弁から送信される請求項４に記載のスラリー回収装置。
6. 前記電気信号が、前記研磨装置へ供給されるスラリーが前記電磁弁によって遮断された時間を計時するタイマー回路から送信される請求項４又は５に記載のスラリー回収装置。
7. 前記制御手段が、前記タイマー回路から送信される電気信号に基づき遮断部材を上昇させる請求項６に記載のスラリー回収装置。
8. 前記制御手段が、前記研磨装置への純水の供給を前記電磁弁が許容したときに送信される電気信号に基づき遮断部材を上昇させる請求項５乃至７の何れかに記載のスラリー回収装置。
9. 前記制御手段が、前記研磨装置へのスラリーの供給を前記電磁弁が許容したときに送信される電気信号に基づき遮断部材を下降させる請求項４乃至６の何れかに記載のスラリー回収装置。
10. 前記案内傾斜片、前記遮断部材及び前記スラリー回収器を一体に形成した請求項１乃至９の何れかに記載のスラリー回収装置。
11. 研磨装置のシンクの底面から浮き上がって支持されたターンテーブルの周りに、前記ターンテーブルの径方向の外側へ下降傾斜した案内傾斜片を配置し、この案内傾斜片を、前記ターンテーブルの上面より高い位置に上昇させることにより、前記案内傾斜片の下面に接続した遮断部材で前記ターンテーブルの上面の周縁を囲繞し、前記ターンテーブルの回転に伴う遠心力により前記ターンテーブルの外周縁から滴下するスラリーを前記遮断部材の内側を経て前記シンクへ誘導するステップと、
    前記案内傾斜片を、前記ターンテーブルの上面より低い位置に下降させることにより、前記ターンテーブルの回転に伴う遠心力により前記ターンテーブルの外周縁から滴下するスラリーを、前記案内傾斜片で受けつつ、前記案内傾斜片の、前記ターンテーブルの径方向の外側の端縁の真下に位置するスラリー回収器へ滴下するステップと、を含むスラリー回収装置の動作方法。
12. 前記案内傾斜片の昇降動作をアクチュエータで行う請求項１１に記載のスラリー回収装置の動作方法。

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