JP4911290B2 - 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

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配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配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として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の上部と主排液配管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配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配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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