KR100668186B1

KR100668186B1 - 슬러리 공급장치

Info

Publication number: KR100668186B1
Application number: KR1020060008192A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 다노우에; 요시하루 히다카; 신 하시모토
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-11-24
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2007-01-11
Also published as: KR100603672B1; US6319099B1; US20020039878A1; US20040132386A1; US20040242127A1; JP2000158339A; JP3538042B2; US20010000166A1; KR20060030073A; KR100611830B1; US6790127B2; US7052377B2; US6585560B2; KR20000035631A; US20060199480A1; TW436918B; US20050003745A1; US7166018B2; US7249995B2; KR20060030072A

Abstract

본 발명은 CMP 장치로 공급되는 슬러리의 응집으로 인한 연마 입자의 거대화를 억제하기 위한 것이다.

슬러리 공급장치(A)는 밀폐된 슬러리 용기(1, 2)와, 배관 계통(3)과, 습성 질소 생성 장치(4)와, 습성 질소 공급용 배관(5)과, 흡인 노즐(13a, 13c)과, 분출 노즐(13b, 13d)과, 온도 조절기(12)와, 유량 조절 밸브(7a∼7j, 7x)와, 송액 펌프(9a, 9b)와, 각 송액 펌프(9a, 9b)의 운전이나 유량을 제어하기 위한 제어계(10)를 구비하고 있다. CMP 장치에 의한 연마 중에는 송액 펌프(9a, 9b)를 상시 운전시키는 한편, CMP 장치가 대기 상태일 때는 송액 펌프(9a, 9b)를 일정한 시간 간격으로 교대 운전/정지를 실행하는 간헐 운전을 행하게 한다. 슬러리 용기(1, 2) 내에는 프로펠러 등의 교반 기구를 배치하지 않고, 분출 노즐(13b, 13d)로부터 슬러리(30)를 분출시켜 슬러리(30)를 교반한다.

CMP장치, 슬러리, 상시운전, 간헐운전

Description

슬러리 공급장치{APPARATUS FOR FEEDING SLURRY}

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 슬러리 공급장치 및 CMP 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 각각 프로펠러에 의한 교반 전과 교반 후에 있어서의 연마 입자의 입경 분포를 도시한 그래프.

도 3은 대기 상태에서 펌프를 상시 운전시켰을 경우와 간헐 운전시켰을 경우에 있어서, 사용 시간의 경과에 따른 연마 입자의 메디안 경의 변화를 도시한 데이터.

도 4는 종래의 슬러리 용기의 상부와 중간부 및 저부에서 채취한 슬러리의 거대화 입자의 수와 미세 긁힘 수의 상관관계를 도시한 그래프.

도 5는 본 발명의 실시형태에서의 슬러리 용기와 흡인 노즐 및 분출 노즐과의 형상이나 위치관계를 설명하기 위한 단면도.

도 6은 각각 본 실시예의 흡인 노즐과 종래의 흡인 노즐의 선단면 형상의 상이에 따른 흡인 영역의 차이를 도시한 도면.

도 7은 웨이퍼의 연마율의 슬러리 온도에 대한 의존성을 도시한 특성도.

도 8은 종래의 연마제 공급장치의 구조예를 도시한 단면도.

도 9는 본 발명자들이 실시한 실험 결과로서, 고형분 농도가 서로 다른 2종 류의 슬러리의 연마율 차이를 비교하기 위한 그래프.

도 10은 이제까지 일반적으로 종래의 슬러리 공급장치에 있어서 연마제가 흐르는 배관 계통에 설치되는 조인트의 구조를 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1, 2 : 슬러리 용기 3 : 배관 계통

3a, 3c : 송출측 분기배관 3b, 3d : 복귀측 분기배관

3e : 송출측 합류배관 3f : 복귀측 합류배관

3g, 3i : 입구측 분기배관 3h, 3j : 출구측 분기배관

3k : 입구측 합류배관 3l : 출구측 합류배관

3x : 슬러리 공급용 배관 3z : 열교환 코일

4 : 습성 질소 생성 장치 5 : 습성 질소 공급용 배관

6 : CMP 장치 7a∼7j, 7x : 유량 조절 밸브

8a∼8f : 샘플링 포트 9a, 9b : 펌프

10 : 제어계 11a∼11d : 높이 조절 기구

12 : 온도 조절기 13a, 13c : 흡인 노즐

13b, 13d : 분출 노즐 15a∼15f : 밸브

본 발명은 기판의 화학적 기계적 연마(CMP)를 실시하기 위하여 사용되는 슬러리의 공급장치에 관한 것이다.

최근 반도체 기판 상에 트랜지스터 등을 형성하는 제조공정에 있어서 층간 절연막의 평탄화 등의 목적으로, 연마 입자로서의 흄드 실리카(fumed silica)나 콜로이드 실리카를 암모니아 등의 알칼리성 용액중에 분산시켜 이루어지는 슬러리를 이용한 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polish)를 실시하여 기판 평탄도를 높게 유지하는 기술이 알려져 있다.

예를 들어 도 8은 일특개평 10-15822호 공보에 개시된 연마제 공급장치(이하 슬러리 공급장치라 함)(F1)의 구조를 도시한 단면도이다.

도 8에 도시된 바와 같이 슬러리 공급장치(F1)는 연마 슬러리인 연마제(109)가 저류되어 있는 탱크(101)와, 탱크(101)로부터 연마장치로 슬러리를 공급하기 위한 공급로(102)와, 공급로(102)에 개설된 펌프(104)와, 공급로(102)의 펌프(104) 하류 측에 개설된 유량 조정용 밸브(103)와, 공급로(102)의 선단에 설치되어 CMP 장치의 연마 패드에 연마제(109)를 적하하기 위한 공급 노즐(110)과, 연마제(109)를 교반하기 위한 프로펠러를 갖는 교반기(106)를 구비하고 있다. 또한 공급로(102)의 밸브(103) 상류 측에서 분기된 순환로(105)가 설치되어 있으며, 순환로(105)로부터 탱크(101)로 연마제(109)를 복귀시켜 연마제가 순환되도록 구성되어 있다. 그리고 탱크(101) 내의 연마제(109) 온도는 히터(107)로 조절 가능하게 되어 있으며, 히터(107)의 온도는 히터 온도 제어부(108)에 의하여 제어된다. 연마 시에는 밸브(103)의 개방도를 조정하여, 펌프(104)에 의하여 탱크(101)로부터 빨아 올린 연마제(109) 중 소정량을 공급 노즐(110)로부터 연마 패드로 공급하는 동시에, 나머지 연마제(109)를 순환로(105)를 통해 탱크(101)로 복귀시킨다. 한편 비연마 시에는 밸브(103)를 폐쇄하여 연마제(109)의 전량을 탱크(101)로 복귀시킴으로써 연마제(109)의 순환만을 행하게 한다.

그런데 콜로이드 실리카의 경우 1차 입자는 미세한 입경(20∼30㎚)을 갖는데 각 실리카의 1차 입자가 어느 정도 응집하여 입경 100∼200㎚의 2차 입자를 형성하고 있다. 또한 흄드 실리카의 경우는 제조시부터 100∼200㎚의 입경을 갖고 있다. 이 입경 100∼200㎚의 2차 입자가 실제 연마 작용에 도움이 되고 있는 것으로 생각된다.

한편 연마 입자의 응집이 지나치게 과속화되어 500㎚ 정도를 넘도록 연마 입자가 커지면 피연마물에 미세 긁힘(micro scratch)이 발생된다.

그래서 상기 종래의 슬러리 공급장치(F1)에서는 슬러리인 연마제(109)를 상시 순환시키면서 프로펠러에 의하여 교반시킴으로써 연마제의 침강과 응집을 억제하고 있다.

또한 도 10은 일반적으로 종래의 슬러리 공급장치의 연마제가 흐르는 배관 계통에 설치되는 조인트의 구조를 도시한 단면도이다. 이와 같이 코너부와 직선부에 각종 형상의 조인트를 이용함으로써, 복잡한 형상의 배관을 실현하고 슬러리 공급장치 내의 배관 면적 저감과 장치 전체의 소형화를 도모하고 있다.

그런데 연마 입자의 응집이 지나치게 과속화되어, 예를 들어 500㎚ 정도를 넘도록 연마 입자의 입경이 커지면 피연마물에 미세 긁힘이 발생할 뿐만 아니라 연마율을 저하시키는 등의 문제도 있다는 것이 알려지게 되었다.

도 9는 본 발명자들이 실시한 실험 결과로서, 고형분 농도가 다른 슬러리 1과 슬러리 2의 연마율 차이를 비교하는 그래프이다. 도 9에 도시된 바와 같이 슬러리 1은 슬러리 2보다 고형분 농도가 1% 작을 뿐인데 연마율은 크게 저하되는 것을 알 수 있다. 이러한 고형분 농도의 저하는, 연마 입자의 거대화에 따라 탱크 내에 침강되는 것 등으로 인하여 생기며, 연마 입자의 거대화를 억제하는 것은 연마율 적정화의 관점에서도 중요하다는 것을 알게 되었다.

그러나 상기 종래의 슬러리 공급장치에서는 연마 입자 응집의 저감이라는 관점에서 볼 때 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째로, 도 8에 도시한 바와 같이 탱크(101) 내에서 프로펠러를 갖는 교반기(106)로 교반하고 있지만 그것으로도 슬러리 중 연마 입자의 거대화가 별로 개선되지 않았음이 판명되었다.

둘째로, 슬러리 공급장치(F1)의 배관 계통에 있어서 많은 조인트를 사용하고 있는데, 도 10에 도시한 바와 같이 조인트 내에서 2개의 배관이 접속되는 영역(Rg)에 있어서는 배관과 배관 사이의 틈이나 단차가 많이 있어, 이 부분에 슬러리의 정체가 발생함으로써 연마 입자의 거대화를 가속시키는 것으로 생각된다.

셋째로는, 탱크(101) 내 액면 위치의 변화에 따라 탱크(101) 내벽에 슬러리의 고형물이 부착되고, 한번 부착된 고형물이 탱크(101) 내로 부수러져 떨어지는 것으로도 거대 입자의 증대를 초래한다고 생각된다.

그리고 이러한 연마 입자의 거대화가 가속됨으로써 피연마물에서 미세 긁힘 발생이나, 연마율의 저하와 불안정화가 발생하였다.

본 발명의 목적은 탱크 내에서의 슬러리 교반 방법이나 슬러리의 순환 방법의 개선, 배관 내부의 단차와 틈 저감, 슬러리 고형물의 탱크 내벽으로의 부착 억제 등을 도모함으로써 연마 입자의 거대화를 억제하고, 이로써 피연마물에서의 미세 긁힘의 저감과 연마율의 적정화를 도모하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 슬러리 공급장치는, 화학적 기계적 연마장치에 대하여 연마제인 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급장치로, 슬러리를 저류하기 위한 밀폐된 용기와, 상기 용기로부터 슬러리를 흡인하기 위한 제 1 노즐과, 상기 용기로 슬러리를 복귀시키기 위한 제 2 노즐과, 상기 화학적 기계적 연마장치에 슬러리를 적하하기 위한 제 3 노즐과, 상기 제 1 노즐 및 제 3 노즐에 접속되고, 슬러리를 화학적 기계적 연마장치로 공급하기 위한 제 1 배관과, 상기 제 2 노즐 및 상기 제 1 배관에 접속되고, 상기 제 1 배관을 흐르는 슬러리의 적어도 일부를 상기 제 3 노즐로부터 우회시켜 상기 제 2 노즐로 되돌리기 위한 제 2 배관과, 상기 제 1 배관을 흐르는 슬러리의 상기 제 3 노즐과 상기 제 2 배관에 대한 공급량을 조절하기 위한 조절 밸브와, 상기 제 1 배관 및 제 2 배관 중 적어도 어느 한쪽의 배관에 개설되고, 슬러리를 강제로 보내기 위한 펌프와, 외부로부터 습성 분위기의 가스를 공급하는 습성가스 공급수단을 구비하고 있다.

이로써 용기 내가 습한 상태로 되므로 용기 내의 액면 위치가 변화하더라도 내벽에서의 슬러리 고형물의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통해 보다 분명해 질 것이다.

(실시예)

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 슬러리 공급장치(A) 및 CMP 장치의 구성을 개략적으로 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예에 관한 슬러리 공급장치(A)는 내부가 밀폐된 2개의 슬러리 용기(1, 2)와, 각 슬러리 용기(1, 2)로부터 CMP 장치(6)까지 뻗는 배관 계통(3)과, 각 슬러리 용기(1, 2)로 공급되는 습기가 포함된 질소(습성 질소)를 생성하기 위한 습성 질소 생성 장치(4)와, 습성 질소 생성 장치(4)로부터의 습성 질소를 각 슬러리 용기(1, 2)로 공급하기 위한 습성 질소 공급용 배관(5)과, 습성 질소 생성 장치(4)로 질소와 탈이온수를 각각 공급하기 위한 배관(41, 42)을 구비하고 있다.

또한 각 슬러리 용기(1, 2) 내에는 슬러리(30)를 슬러리 용기(1, 2)로부터 흡인하여 배관 계통으로 내보내기 위한 흡인 노즐(13a, 13c)과, 슬러리(30)를 슬러리 용기(1, 2)로 분출하면서 복귀하기 위한 분출 노즐(13b, 13d)이 배치되어 있다. 또 각 노즐(13a∼13d)로부터 배관 계통(3)의 각 배관(3a∼3d)이 각각 뻗어 있다. 즉, 각 흡인 노즐(13a, 13c)에는 송출측 분기 배관(3a, 3c)이 연결되어 있고 각 분출 노즐(13b, 13d)에는 복귀측 분기 배관(3b, 3d)이 연결되어 있다. 그리고 각 송출측 분기 배관(3a, 3c)이 하나로 통합되어 송출측 합류 배관(3e)이 되고, 이 합류 배관(3e)으로부터 CMP 장치(6)까지 뻗는 슬러리 공급용 배관(3x)과, 공급측 합류 배관(3e)으로부터 슬러리 공급용 배관(3x)으로 흐르지 않았던 나머지 슬러리(30)를 복귀시키기 위한 복귀측 합류 배관(3f)이 설치되어 있으며, 복귀측 분기 배관(3b, 3d)은 복귀측 합류 배관(3f)으로부터 각각 슬러리 용기(1, 2)를 향하여 분기되어 있다.

또한 슬러리 공급장치(A)에는 슬러리(30)의 온도를 제어하기 위한 히터 및 쿨러를 갖는 온도 조절기(12)와, 온도 조절기(12) 내에 배설된 열교환 코일(3z)을 구비하고 있다. 또 송출측 분기 배관(3a, 3c)에서는 열교환 코일(3z)로 슬러리를 흐르게 하기 위한 입구측 분기 배관(3g, 3i)이 각각 분기되어 있으며, 각 입구측 분기 배관(3g, 3i)이 하나로 통합되어 입구측 합류 배관(3k)이 된 후, 열교환 코일(3z) 입구에 접속되어 있다. 한편 열교환 코일(3z)의 출구에서는, 출구측 합류 배관(31)이 뻗어 있으며, 이는 출구측 분기 배관(3h, 3j)으로 분기된 후 복귀측 분기 배관(3b, 3d)에 각각 접속되어 있다.

여기서 상기 각 배관에는 각각 유량을 조절하기 위한 유량 조절 밸브(7a∼7j, 7x)가 개설(介設)되어 있다.

또한 복귀측 분기 배관(3b, 3d)에는 송액 펌프(9a, 9b)가 개설되어 있고 이 송액 펌프(9a, 9b)에 의하여 슬러리(30)를 각 슬러리 용기(1, 2)의 저면 측으로 분출하고 있다.

또 각 송액 펌프(9a, 9b)의 운전이나 유량을 제어하기 위한 제어계(10)가 설치되어 있으며, CMP 장치에 의한 연마 중에는 슬러리(30)를 상시 순환시키기 위하 여 송액 펌프(9a, 9b)를 상시 운전시키는 한편, CMP 장치가 대기 상태일 때는 송액 펌프(9a, 9b)를 일정한 시간 간격으로 운전과 정지를 번갈아 시키는 간헐 운전을 하고 있다. 예를 들어 대기 상태일 때는 1시간에 5분간 정도의 비율로 송액 펌프(9a, 9b)를 운전시켜 슬러리(30)를 순환시키고 있다.

또한 각 슬러리 용기(1, 2)에는 슬러리를 샘플링하기 위한 샘플링 포트(8a∼8c, 8d∼8f)가 부설되어 있고, 각 샘플링 포트(8a∼8c, 8d∼8f)에는 밸브(15a∼15c, 15d∼15f)가 각각 개설되어 있다. 즉 슬러리(30) 중의 연마 입자의 입경 분포 상태 등을 측정하기 위하여 슬러리 용기(1, 2)의 상부와 중간부 및 하부의 샘플링 포트(8a∼8c, 8d∼8f)로부터 수시로 슬러리(30)를 채취할 수 있도록 구성되어 있다.

또한 노즐 높이 조정기구(11a∼11d)에 의하여 흡인 노즐(13a, 13c) 및 분출 노즐(13b, 13d)의 높이위치를 자유롭게 조정할 수 있도록 구성되어 있다.

한편 CMP 장치(6)는 연마 정반(定盤)(62)과, 연마 정반(62)을 회전 구동시키기 위한 하측 회전축(61)과, 연마 정반(62) 상에 부착된 폴리우레탄제 연마 패드(63)와, 캐리어(65)를 회전 구동시키기 위한 상측 회전축(64)을 구비하고 있으며, 상기 캐리어(65)에 피연마물인 웨이퍼(66)가 설치되어 있다. 그리고 슬러리 공급용 배관(3x)으로 이어지는 선단 노즐로부터 연마 패드(63)로 슬러리를 적하하도록 구성되어 있다.

이상, 본 실시예에 관한 슬러리 공급장치(A)의 개략적인 구성에 대하여 설명하였으나, 그 중 특징적인 구성에 대하여 이하에 상세하게 설명하기로 한다.

-교반 방법-

본 실시예에서는 도 1에 도시된 바와 같이 슬러리 용기(1, 2) 내에 프로펠러 교반기를 설치하지 않고 분출 노즐(13b, 13d)에서의 슬러리(30) 분출에 의하여 슬러리(30)를 교반하고 있다. 이는 다음과 같은 실험 결과에 기초한 개량점이다.

도 2의 (a), (b)는 각각 프로펠러에 의한 교반 전과 교반 후의 연마 입자의 입경 분포를 나타낸 그래프이다. 도 2의 (a)에 나타난 바와 같이, 프로펠러에 의한 교반 전 연마 입자의 입경은 0.06∼0.3㎛ 범위에 분포하고 있다. 이에 비해 도 2의 (b)에 나타난 바와 같이, 프로펠러에 의한 교반 후 연마 입자의 입경은 0.06∼4㎛ 범위에 분포하고 있어, 500㎚ 이상의 입경을 갖는 연마 입자가 증대했음을 알 수 있다. 이는 연마 입자와 프로펠러의 충돌 시 연마 입자의 분산 상태를 유지하기 위한 전기적 입체 구조가 흐트러지는 등 실리카의 표면 상태가 변화하고 프로펠러 주변의 국부적 에너지 발생의 영향으로 연마 입자끼리 충돌함으로써 연마 입자가 응집하여 침강하기 때문이라고 생각된다.

그래서 본 실시예와 같이 펌프(9a, 9b)의 순환 압력에 의하여 슬러리(30)를 분출시켜 슬러리(30)를 교반함으로써 슬러리의 응집을 억제할 수 있다. 특히 본 실시예에서는 노즐 높이위치 조정기구(11b, 11d)로 분출 노즐(13b, 13d)의 높이위치가 조정 가능하게 구성되어 있으므로, 슬러리 용기(1, 2) 내의 슬러리(30) 교반 작용을 최대한 발휘할 수 있는 위치에 분출 노즐(13b, 13d)을 설치할 수 있다.

여기서 도 1에는 슬러리 용기(1, 2) 내에 있어서 1개의 분출 노즐(13b, 13d)만 도시되었으나 이는 필요에 따라 복수개 배치할 수 있으며, 이로써 교반 작용을 향상시킬 수 있다.

또한 교반 작용을 한층 높게 유지하기 위해서는 분출 노즐(13b, 13d)의 높이위치는 슬러리 용기(1, 2) 밑면으로부터 5㎝ 이하인 것이 바람직하다.

또 분출 노즐(13b, 13d)의 선단 부분을 더 작게 조임으로써 슬러리(30)의 분출 속도를 높일 수 있으므로 교반 작용도 향상된다.

-간헐 운전-

한편 본 실시예와 같은, 펌프(9a, 9b)의 압력을 이용한 슬러리(30) 분출에 의한 교반 방식에 있어서도 어느 정도의 응집은 발생하는 것으로 생각된다. 이는 CMP 장치(6)의 웨이퍼 연마 중 또는 비연마시(대기 상태)에 있어서도 펌프(9a, 9b)의 순환 압력의 영향으로 연마 입자끼리 충돌하여, 연마 입자의 분산 상태를 유지하기 위한 전기적 입체 구조가 흐트러져 입자가 응집할 수도 있기 때문이다. 한편 교반을 전혀 실시하지 않은 경우에는 슬러리 용기(1, 2) 내에서 슬러리의 침강이 발생하므로 고형분 농도가 불균일하게 되어 고른 연마를 행할 수 없게 된다. 이 현상은 슬러리의 종류에 따라서도 다르지만 48∼72시간정도에서 나타난다. 따라서 대기 상태일 때 슬러리의 교반을 전혀 행하지 않으면, 48∼72시간마다 슬러리(30)를 교환할 필요가 생겨 연마 작업의 지장을 초래하다.

그래서 본 실시예에서는 제어계(10)에 의하여 펌프(9a, 9b)를 간헐적으로 운전시키도록 제어하고 있다. 즉 CMP 장치(6)에 의한 연마 중에는, 펌프(9a, 9b)를 상시 운전시켜 슬러리(30)의 순환과 분출에 의한 교반을 상시 행하고 있지만 비연마시 즉 대기 상태일 때는, 펌프(9a, 9b)를 간헐적으로 운전시켜 슬러리(30)의 순 환과 교반을 간헐적으로 행하고 있다. 구체적으로는 대기 상태에서 1시간에 5분 정도만 펌프(9a, 9b)를 운전시키고 있다.

도 3은 대기 상태에서도 펌프(9a, 9b)를 상시 운전시켰을 경우와, 대기 상태에서 펌프(9a, 9b)를 간헐적으로 운전시켰을 경우의 사용시간 경과에 따른 연마 입자의 메디안 경의 변화를 도시한 데이터이다. 도 3에 도시된 바와 같이 상시 운전의 경우에는 메디안 경이 바로 0.3㎛정도에 달하는 반면, 간헐 운전의 경우 메디안 경은 0.15㎛ 전후에서 유지된다.

이와 같이 대기 상태에서 슬러리 순환용 펌프(9a, 9b)를 간헐 운전시킴으로써 연마 입자의 거대화를 효과적으로 억제할 수 있다. 이 방법은, 연마 입자의 거대화로 인한 슬러리(30)의 수명이, 슬러리의 순환 시간에 따라 결정되는 것이라면 순환을 필요한 시간만큼만 행한다는 방식이기도 한다.

하기의 표 1은 종래의 교반 방법과 본 발명의 교반 방법에 대하여, 슬러리 용기의 상부와 중간부 및 저부에서 채취한 슬러리 30㎕ 중 거대화 입자(입경이 500㎚ 이상) 수와, 각 부분의 슬러리를 이용하여 CMP를 실시했을 때의 피연마물(웨이퍼) 상의 미세 긁힘 수를 나타낸 것이다. 표 1에 나타난 바와 같이 종래의 교반 방법의 경우, 상부에는 거대화된 연마 입자수가 적지만, 중간부 및 저부에는 거대화된 연마 입자수가 매우 많고 불균일한 분포 상태로 되어 있음을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 교반 방법에 의하면, 슬러리 용기(1, 2)의 상부와 중간부 및 저부에 있어서 거대화된 연마 입자수가 저감되는 동시에 균일화되는 것을 알 수 있다.

-노즐 높이-

도 4는 상기 표 1의 데이터를 그래프로 나타낸 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이 저부에 침전된 슬러리는 거대화된 연마 입자 수가 특히 많으며, 이를 이용하여 CMP를 실시하였을 때의 미세 긁힘 수도 거의 이에 비례하여 많다.

도 5는 본 실시예에 관한 슬러리 용기(1)와 각 노즐(13a, 13b)의 상세한 구조를 도시한 단면도이다. 단 도 1에 도시한 다른 쪽의 슬러리 용기(2) 및 각 노즐(13c, 13d)도 도 5에 도시한 구조를 갖고 있다.

본 실시예에서는 프로펠러에 의한 교반을 행하지 않으므로 슬러리 용기(1, 2) 저부에 거대화된 연마 입자의 침전이 거의 발생하지 않는다. 그러나 응집된 실리카 입자의 혼입이나 슬러리(30)의 침전이 교반 전부터 발생해 있을 가능성은 있다.

그래서 도 5에 도시한 바와 같이 거대화된 연마 입자가 침강되어 있을 가능성이 있는 슬러리 용기(1, 2) 저부로부터는, 슬러리를 흡인하지 않도록 한다. 예를 들어 슬러리 용기(1, 2) 밑면으로부터 3㎝ 이상의 높이위치에는 거대화된 연마 입자를 거의 포함하지 않는 슬러리(30a)가 존재하고, 슬러리 용기(1, 2) 밑면으로부터 3㎝ 미만의 높이위치에는 거대화된 연마 입자를 많이 포함하는 침강된 슬러리(30b)가 존재할 가능성이 있다. 그래서 슬러리 용기(1, 2) 밑면으로부터 5㎝ 미만의 높이위치에서는 슬러리를 흡인하지 않는 구조로 함으로써 거대화된 연마 입자가 CMP 장치로 보내지는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또 도 1에 도시한 노즐 높이위치 조정기구(11a, 11b)에 의하여 흡인 노즐(13a, 13c)의 높이위치를 조정 가능하게 구성함으로써 상술한 효과를 더 한층 현저하게 발휘시킬 수 있다.

*-노즐의 형상-

도 5에 도시된 바와 같이 흡인 노즐(13a)은 선단이 축 방향에 대하여 비스듬히 절단된 타원형의 단면(端面) 형상을 가지며, 분출 노즐(13b)은 선단이 축 방향에 대하여 수직으로 절단된 원형의 단면 형상을 갖고 있다.

도 6의 (a), (b)는 각각 본 실시예의 흡인 노즐(13a)과 종래의 흡인 노즐의 선단면 형상의 차이에 따른 흡인 영역의 차이를 도시한 것이다. 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이, 선단이 축 방향에 대하여 수직으로 절단된 종래의 흡인 노즐에는, 주로 슬러리 용기 저부 부근으로부터 슬러리가 흡인되므로 슬러리 용기 저부에 정체되기 쉬운 거대화된 연마 입자도 흡인되어 CMP 장치로 보내지는 결과, 피연마물의 미세 긁힘의 증대나 연마율의 저하 등을 초래하고 있었다. 이와는 달리 도 6의 (a)에 도시한 바와 같이 본 실시예의 흡인 노즐(13a)이 비스듬히 절단된 선단면을 갖고 있음으로 슬러리 용기(1) 저부에 정체하기 쉬운 거대화된 연마 입자의 도입을 억제할 수 있어 피연마물(웨이퍼(66))의 미세 긁힘의 발생이나 연마율 저하 등을 억제할 수 있다.

단 흡인 노즐(13a, 13c)의 선단을 봉쇄해 놓고 원통면에 복수의 개구를 설치하여, 이 복수의 개구로부터 슬러리(30)를 흡인하도록 해도 본 실시예와 마찬가지 효과를 발휘할 수 있다.

-배관의 접속 구조-

본 실시예에서는 도 1의 배관 계통(3)의 배관 접속부에는 조인트를 설치하지 않고 용접에 의하여 접속하고 있다. 합류 배관과 분기 배관의 접속부와, 용기와 배관의 접속부도 용접에 의하여 접속한다. 뿐만 아니라 배관 코너부의 형상은, 예를 들어 곡률 반경이 5㎝의 곡선 형상으로 하여 슬러리(30)의 고임이 없도록 하고 있다.

이와 같은 배관 구조를 채용함으로써 슬러리(30)의 유통로에 있어서 종래와 같은 직선부나 곡선부에 사용되고 있던 조인트 내의 단차나 틈을 없애, 슬러리(30)의 정체에 기인하여 거대화된 연마 입자의 발생을 억제할 수 있다.

-슬러리의 온도 제어-

*도 7은 웨이퍼 연마율의 슬러리 온도 의존성 도시한 특성도이다. 도 7에 도시한 바와 같이 슬러리 온도가 높아짐에 따라 연마율이 저하하는 경향이 있지만, 슬러리 온도 20∼26℃의 범위에서 연마율이 그다지 크게 변화하지 않는다. 그래서 본 실시예에서는 도 1에 도시한 온도 조절기(12)에 의하여 슬러리(30)의 일부를 순환 경로로부터 분류시켜 온도 조절을 함으로써 연마율의 안정을 도모할 수 있다.

-슬러리 용기의 구조-

본 실시예의 슬러리 공급장치에 있어서는 슬러리 용기(1, 2)가 밀폐되고 동시에 내부가 습성 질소로 가득 차 있으므로, 슬러리 용기(1, 2) 내부에서 슬러리의 고형화가 억제된다. 즉 슬러리 용기(1, 2) 내에서는 증발된 NH₄OH나 습성 질소에 의하여 슬러리 용기(1, 2) 내의 습도를 95% 이상으로 높이고 있다. 따라서 슬러리 용기(1, 2) 내의 액면 위치가 변화하더라도 슬러리 용기(1, 2) 내벽에서 슬러리 고형물질의 발생을 확실하게 방지할 수 있다.

-샘플링 포트의 설치-

또한 슬러리(30) 구조의 변화가 없었다는 것을 확인하기 위하여 슬러리 용기(1, 2)에 각각 샘플링 포트(8a∼8c, 8d∼8f)를 설치해 놓았으므로, 슬러리 수명이 다하는 시점의 정확한 판단이나 이상상태 발생시의 비정상 상태 해소를 위한 조치, 그리고 이상상태로 돌입하기 전 상태의 검지에 따른 이상상태 발생의 저지 등이 가능해져, CMP 작업을 안정된 상태에서 행할 수 있다.

반도체 장치의 제조 공정에 있어서는, 연마 입자로서 실리카가 널리 이용되고 있어, 이상의 설명에서는 이를 실시예로서 나타냈으나, 본 발명은 이러한 반도체 장치의 제조 분야에 한정되는 것이 아니며, 연마 재료도 실리카에 한정되지 않는다. 즉 반도체 결정체로부터 반도체 웨이퍼를 제조할 때나 반도체 이외의 웨이퍼 제조 시나, 반도체 디바이스 이외의 디바이스 제조공정 중의 CMP 및 CMP 이외의 연마 방식에서 슬러리 상태의 연마재를 사용 시에, 응집으로 인한 연마 입자의 거대화를 방지하기 위하여 이용할 수 있다. 실리카 이외의 연마제로서는, 예를 들어 산화 세륨이나 알루미나, 산화 망간 등을 이용할 경우에 적용할 수 있다.

본 발명의 슬러리 공급장치 또는 슬러리 공급방법에 의하면 화학적 기계적 연마장치로 연마제를 공급할 때, 대기 상태에서의 연마제 순환을 간헐적으로 행하거나 용기 내의 슬러리 교반을 슬러리의 분사만으로 행하는 등, 연마제 중의 연마 입자의 응집을 촉진시키는 원인을 규명하여 그의 원인을 제거함으로써 연마 입자의 거대화를 억제하고, 이로써 피연마물에서의 미세 긁힘 발생을 억제하여 연마율의 안정화를 도모할 수 있다.

Claims

화학적 기계적 연마장치에 대하여 연마제인 슬러리를 공급하기 위한 슬러리 공급장치로,

슬러리를 저류하기 위한 밀폐된 용기와,

상기 용기로부터 슬러리를 흡인하기 위한 제 1 노즐과,

상기 용기로 슬러리를 복귀시키기 위한 제 2 노즐과,

상기 화학적 기계적 연마장치에 슬러리를 적하하기 위한 제 3 노즐과,

상기 제 1 노즐 및 제 3 노즐에 접속되고, 슬러리를 화학적 기계적 연마장치로 공급하기 위한 제 1 배관과,

상기 제 2 노즐 및 상기 제 1 배관에 접속되고, 상기 제 1 배관을 흐르는 슬러리의 적어도 일부를 상기 제 3 노즐로부터 우회시켜서 상기 제 2 노즐로 되돌리기 위한 제 2 배관과,

상기 제 1 배관을 흐르는 슬러리의 상기 제 3 노즐과 상기 제 2 배관에 대한 공급량을 조절하기 위한 조절 밸브와,

상기 제 1 배관 및 제 2 배관 중 적어도 어느 한쪽의 배관에 개설되고, 슬러리를 강제로 보내기 위한 펌프와,

외부로부터 습성 분위기의 가스를 상기 용기에 공급하는 습성가스 공급수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 슬러리 공급장치.