JP2000031100A - 半導体cmp工程のスラリ供給システム - Google Patents
半導体cmp工程のスラリ供給システムInfo
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Abstract
P装備に供給する半導体CMP工程のスラリ供給システ
ムを提供する。 【解決手段】 半導体CMP工程のスラリ供給システム
は、スラリ貯蔵タンク11に貯蔵されたスラリ12を所
定のスラリ供給ラインを通じてCMP装備に供給する半
導体CMP工程のスラリ供給システムにおいて、前記ス
ラリ12の単位粒子が二次粒子に凝集されないように前
記スラリ供給ラインに設置されて前記スラリ12に超音
波を伝波する超音波伝波手段を含めてなることを特徴と
する。従って、スラリ12中の研磨粒子の凝集による二
次粒子の形成を防止し、ウェーハ14表面の微細スクラ
ッチ現象を防止することで後続工程でのウェーハ収率を
向上させることができる効果を有する。
Description
スラリ供給システムに関するもので、より詳しくはスラ
リの二次粒子生成を抑制することで単位粒子に分散され
た状態を維持するスラリをCMP(Chemical
Mechanical Polishing)装備に供
給するための半導体CMP工程のスラリ供給システムに
関するものである。
が要求されることによってより微細なパターン形成技術
が使用されており、配線の多層化構造を要求する使用分
野が次第に広くなっている。
になり、層間膜などの段差度もさらに酷くなる傾向に発
展しているのである。しかし、一方ではこのような前記
層間膜等の酷い段差は半導体素子製造工程で工程不良を
発生させる原因となってきた。
ンを形成させる写真工程は、ウェーハ上にフォトレジス
トを塗布した後、前記フォトレジスト膜に回路が形成さ
れたマスクを整列させて光を利用した露光工程を遂行す
ることで行われるので、従来のように線幅が大きく、低
層構造を有する素子の製造時には、特に問題はなかった
が、微細パターンと多層構造によって段差が増加しなが
ら前記段差の存在によって露光フォーカスを合わせ難く
て好ましい形態の正確なパターンを形成することが難し
かった。
るために段差を除去することができるウェーハの平坦化
技術で、SOG膜蒸着、エッチバック(Etch Ba
ck)、リフロー(Reflow)及びウェーハ全面に
わたる平坦化作業、即ち、広域平坦化(Global
Planarization)のためのCMP技術が開
発されたものである。
echanical Polishing)技術という
文字そのまま化学的/物理的(または機械的)な反応を
通じてウェーハ表面を平坦化する技術である。
MP技術というのは、ウェーハのパターンが形成されて
いる薄膜表面を研磨パッド表面に接触させ、その間にス
ラリを供給してウェーハの薄膜表面を化学的に反応させ
ると同時に、前記研磨パッドの機械的な回転運動を通じ
てウェーハ薄膜表面の凹凸部分を物理的に研磨して平坦
化する技術である。
(Removal Rate)と平坦度(Unifor
mity)は非常に重要な意味を有する要素で、これら
はCMP装備の工程条件、スラリの種類及び研磨パッド
の種類等によって決定される。
おいてスラリの構成成分、酸性度及びイオン濃度等の要
素も薄膜の化学的反応に少なくない影響を与えるように
なる。一方、前記スラリは通常的に酸化膜スラリと金属
膜スラリの2種類に分類することができ、前記酸化膜ス
ラリはアルカリ性、前記金属膜スラリは酸性である。
シリコンダイオキサイド(SiO2)薄膜の場合には、
まず、シリコンダイオキサイドの表面をアルカリ性であ
るスラリと反応させて水分(H2O)が浸透されやすい
水溶性材質に変質させ、前記変質されたシリコンダイオ
キサイド膜に水分を浸透させて前記シリコンダイオキサ
イドの連結リングを切った状態で、その表面を研磨粒子
に摩擦させることで前記シリコンダイオキサイドが除去
されるものである。
リ内の酸化剤によって金属膜表面上で化学反応が起き
て、金属酸化膜を形成するようになると、前記金属膜の
パターンの凹凸部が最上位から研磨粒子によって摩滅さ
れ機械的に除去されるのである。
成要素は、大体酸化剤、研磨粒子、脱イオン水及び酸で
構成される。また、前記スラリに含まれた研磨粒子は直
径が略130乃至170nmである単位粒子(Prim
ary Particle)で構成される。
給することができるように現在使用されている供給シス
テムは、前記スラリが貯蔵タンクの内部で停滞されて変
質される現象を防ぐために前記スラリ貯蔵タンクと連結
される所定の通路を通じて前記スラリが循環され、この
ようなスラリが循環される過程でその一部をポンプに取
出してパッドテーブル上に供給する構成でなっている。
P工程のスラリ供給システムを示したものである。前記
図面に示すように、従来の半導体CMP工程のスラリ供
給システムはスラリ貯蔵タンク1に貯蔵されたスラリ2
をスラリ供給管4を通じてCMP装備に供給する半導体
CMP工程のスラリ供給システムで、スラリ貯蔵タンク
1に設置されたポンプ(図示しない)を利用して内部の
スラリがスラリ送出管3a及びスラリ回収管3bを通じ
て前記スラリ貯蔵タンク1に循環されるようにし、前記
スラリ送出管3a及びスラリ回収管3bに通じる管の一
部に前記スラリ供給管4が連結され、前記スラリ供給管
4にポンプ5が設置され、スラリ2の一部を吐き出すこ
とで前記CMP装備のパッドテーブル6上に前記スラリ
2を供給することができるように構成されている。
スラリ2が停滞して変質されることを防止する一方、循
環する前記スラリ2をポンプ5で吐き出し前記スラリ供
給管4及びノズル7を通じてパッドテーブル6上に供給
することでウェーハホルダー34によって把持されたウ
ェーハ8表面の平坦化作業を円滑に進行することができ
るようにするものである。
て供給される前記スラリに含まれた研磨粒子は図2に示
すような形態に凝集される現象が発生する。即ち、前記
研磨粒子の形態は前述されたことのある単位粒子9で存
在することが好ましいが、前記スラリが循環することに
も関わらず近い単位粒子9の間に化学的または物理的に
容易に固まる現象が発生して130乃至170nmの大
きさの直径を有する単位粒子9で存在するよりは、前記
単位粒子9の間の結合状態をなして330乃至570n
mの大きさの直径を有する二次粒子10(Second
ary Particle)またはそれ以上の大きさで
存在する場合がよく見られるし、結局前記スラリの研磨
粒子は図2に示すように単位粒子9と二次粒子10が溶
液に混合された形態で存在するようになる。
ーハ表面との摩擦によって微細なスクラッチ現象を誘発
する直接的な原因として作用することがある。前記のよ
うなウェーハ表面の微細なスクラッチ現象は、フォトレ
ジストコーティング工程や、化学気相蒸着工程時、薄膜
が不均一に蒸着される問題点及び金属膜の断線欠陥等を
誘発するようになる。
粒子の大きさを最小化する一方、界面活性剤のような化
合物を添加したり、供給中であるスラリの停滞及び乾燥
を防止しようとする趨勢に持続的な研究が行われている
が、スラリを構成する多様な性質の化学的特性上二次粒
子の生成を完全に防止しなくウェーハ表面の微細なスク
ラッチ発生の問題点を効果的に解消することはできなか
った。
ラッチ現象を防止して後続工程でのウェーハの収率を向
上させることができるようにされた半導体CMP工程の
スラリ供給システムを提供することにある。
の本発明による半導体CMP工程のスラリ供給システム
は、スラリ貯蔵タンクに貯蔵されたスラリを所定のスラ
リ供給ラインを通じてCMP装備に供給する半導体CM
P工程のスラリ供給システムにおいて、前記スラリの単
位粒子が二次粒子に凝集されないように前記スラリ供給
ラインに設置されて前記スラリに超音波を伝波する超音
波伝波手段を含めてなることを特徴とする。
は、前記スラリ供給ラインに連結され、前記スラリの一
定量を収容する容器と、前記容器内に収容されたスラリ
に超音波を伝波可能に前記容器の一面に設置される超音
波伝達部材が備えられ前記超音波伝達部材に超音波振動
を発生させる超音波発振子が備えられてなる超音波発生
装置及び前記容器内のスラリを混ぜる攪拌機を含めてな
ることを特徴とする。
例及び第2実施例を添付した図面を参照に詳しく説明す
る。
好ましい第1実施例による半導体CMP工程のスラリ供
給システムはスラリ貯蔵タンク11に貯蔵されたスラリ
12を所定のスラリ供給ラインを通じてCMP装備に供
給するためのもので、前記スラリ供給ラインに連結され
前記スラリ12の一定量を収容する容器13と、前記容
器13内の前記スラリ12に超音波を伝波する超音波伝
波手段及び前記容器13内の前記スラリ12を混ぜる攪
拌機が備えられている。
供給システムはスラリ12に稠密波の一種である超音波
を伝波して前記スラリ12の研磨粒子の中で単位粒子1
6が凝集された形態の二次粒子15を元状態の単位粒子
に分散させることができる構成をなしており、前記容器
13内に流入されたスラリ12は前記超音波伝波手段に
よって超音波エネルギーの伝達を受けて図5に図示され
たように二次粒子15を単位粒子16に分散させ、この
ような状態のスラリ12がスラリ排出手段によって前記
CMP装備のパッドテーブル17上に移送されることに
よりウェーハホルダー34によって把持されたウェーハ
14の表面の研磨が可能であるように供給される。
次粒子は源泉的に除去して精密なCMP作業を遂行する
ことができるのは勿論、ウェーハの収率を大きく向上さ
せることができるのである。
している前記スラリ12をスラリ送出管18a及びスラ
リ回収管18bを通じて循環させ、前記スラリ送出管1
8a及びスラリ回収管18bの連結部の一側から前記容
器13に通じるスラリ供給管19を連結させることで、
前記スラリ貯蔵タンク11に循環されるスラリ12の一
部を前記容器13の内部に供給する機能を遂行する。
容器13に供給されるスラリの量を調節するバルブ20
が設置され、前記容器13内には前記スラリ12の水面
を感知するレベルセンサー21が設置され、前記レベル
センサー21からスラリ量の信号の伝達を受けてスラリ
12の水位が一定に維持されるように前記バルブ20及
びレベルセンサー21と電気的に連結されて前記バルブ
20を開閉操作するための制御部22が備えられている
ので、前記容器13内に入れられるスラリ12の水位を
常に一定に維持することができるものである。
下の方に沈む性質に着案して、前記容器13内の水面と
近接である高さのスラリ12が常に前記CMP装備に供
給されることができるようにし、前記容器13内のスラ
リの水位と近接した位置に該当する前記容器13の壁面
に排出口23を形成し、その外側に設置されたスラリ排
出管24を通じて前記スラリ12がCMP装備のパッド
テーブル17上に排出されるようにしたものである。
を通じてパッドテーブル17上に自由落下するように構
成することもできるが、強制排出によってスラリ12の
流れを調節することができるように前記スラリ排出管2
4にポンプ25を設置することが好ましい。
器13の底面側に近接になるように連結して前記スラリ
12の残り物が前記スラリ排出管24に流入されないよ
うにする。一方、本発明の前記超音波伝波手段は、前記
容器13内のスラリ12に超音波振動を伝波させる超音
波発生装置26を含む。
び前記スラリ12を媒質にして前記スラリ研磨粒子の中
で、図5の前記二次粒子15に超音波エネルギーを伝達
させる。前記超音波発生装置26の構造及び原理は、該
当分野に勤める当業者にすでに公知された技術であり、
常用化されているので自由に選択して設置することがで
きるのはもちろん、多様な形態の変更及び修正が可能で
ある。従って、前記超音波発生装置26に対する詳しい
説明は省略することにする。
内にスラリ12が停滞された場合、超音波振動による空
洞効果が強い部分とそうではない部分によって前記二次
粒子15の分散が部分的に行われる傾向があるので、こ
のような問題を解決するために前記容器13内でスラリ
12が停滞されないように溶液を混ぜる攪拌機を設置す
るか、または波長が異なる音波を同時にあるいは交換発
振させる多重周波数の振動を発生させることが可能であ
る。
13に収容されたスラリ12に超音波を伝波することが
できるように前記容器13の一面に設置される超音波伝
達部材及び前記超音波伝達部材に超音波振動を発生させ
る超音波発振子が備えられた構成である。
に約10乃至100kHzの周波数を発生させることの
外にも約700乃至1000kHzの周波数(メガソニ
ック;Megasonic)を発生させるか、その外に
も多様な帯域の周波数を適用することができる。
ラリ供給システムは、貯蔵状態のスラリ12に超音波を
伝波することと、流動状態のスラリ12に超音波を伝波
することが全て可能である。
の容器13または管内部に貯蔵された状態を意味し、流
動状態は前記スラリ12が前記CMP装備に供給されて
移送される瞬間、即ち、流動する状態を意味する。
浄用ですでに常用化されている技術なので、詳しい説明
は省略するようにする。一方、本発明の前記攪拌機は容
器13内のスラリ12を混ぜるための回転翼27と、前
記回転翼27を駆動させるモータ28で構成される。
とが可能で、前記攪拌機は、前記スラリ12に超音波エ
ネルギーが伝達される間容器13内で前記スラリ12が
停滞されることを防止し、前記容器13内に収容された
スラリ12全体に渡って均一に超音波を送ることができ
るように活性化させる機能を遂行する。
前記スラリ排出管24の長さは短いほど良いし、その理
由は前記容器13で分散された図5の単位粒子16が一
定の時間の後、再び二次粒子15に再結合する可能性を
完全に排除することができないからである。
半導体CMP工程のスラリ供給システムは、図4に示す
ように、スラリ貯蔵タンク11に貯蔵された前記スラリ
12をスラリ供給管30を通じてCMP装備に供給する
ためのもので、前記スラリ供給管30の外部を囲んで、
前記スラリ供給管30内部のスラリ12に超音波を送る
超音波発生装置31が設置された構成である。
1実施例でのように、スラリ送出管18a及びスラリ回
収管18bを通じで前記スラリ12を循環させ、循環す
る前記スラリ12の中の一部を前記スラリ送出管18a
及びスラリ回収管18bの一側から連結された前記スラ
リ供給管30を通じて前記パッドテーブル17に前記ポ
ンプ33によって移送させる構成である。
2の付近の前記スラリ供給管30を囲む円筒型の超音波
伝達部材及び前記超音波伝達部材に超音波振動を発生さ
せる超音波発振子が備えられているし、前で言及したよ
うに多様な帯域の周波数を適用することができる。
即ち、スラリ12が前記スラリ供給管30を通じてパッ
ドテーブル17に供給される間、移動する前記スラリ1
2に超音波エネルギーを伝達して前記ノズル32を通じ
てスラリ12がパッドテーブル17に供給されるすぐ直
前にスラリ研磨粒子の二次粒子15を単位粒子16に分
散させることで前記超音波発生装置31から分散された
単位粒子16が再度結合して二次粒子15に変わる時間
的余裕を剥奪するようになる。
テーブル17上に供給されるようにすることで、前記ウ
ェーハホルダー34によって把持されたウェーハ14の
表面に二次粒子16による微細なスクラッチ現象を防止
することができるのである。
P工程のスラリ供給システムによるとウェーハ表面の微
細スクラッチ現象を防止して後続工程でのウェーハの収
率を向上させる効果を有する。
のみ詳しく説明されたが、本発明の技術思想範囲内で多
様な変形及び修正が可能であることは当業者にとって明
白なことであり、このような変形及び修正が添付された
特許請求の範囲に属することは当然なことである。
給システムを示した概略図である。
研磨粒子の凝集状態を図示した粒子分布図である。
P工程のスラリ供給システムを示した概略図である。
P工程のスラリ供給システムを示した概略図である。
たスラリ研磨粒子の分散状態を図示した粒子分布図であ
る。
Claims (14)
- 【請求項1】 スラリ貯蔵タンクに貯蔵されたスラリを
所定のスラリ供給ラインを通じてCMP装備に供給する
半導体CMP工程のスラリ供給システムにおいて、 前記スラリの単位粒子が二次粒子に凝集されないように
前記スラリ供給ラインに設置されて前記スラリに超音波
を伝波する超音波伝波手段を含めてなることを特徴とす
る半導体CMP工程のスラリ供給システム。 - 【請求項2】 前記スラリ貯蔵タンクは貯蔵しているス
ラリをポンプに循環させ、循環するスラリの一部を前記
スラリ供給ラインに供給するようにしたことを特徴とす
る請求項1に記載の半導体CMP工程のスラリ供給シス
テム。 - 【請求項3】 前記スラリ供給ラインには前記CMP装
備に供給される前記スラリの量を調節するバルブが設置
されることを特徴とする請求項1に記載の半導体CMP
工程のスラリ供給システム。 - 【請求項4】 前記スラリ供給ラインに前記スラリを移
送するポンプが設置されたことを特徴とする請求項1に
記載の半導体CMP工程のスラリ供給システム。 - 【請求項5】 前記超音波伝波手段は、 前記スラリ供給ラインに連結され、前記スラリの一定量
を収容する容器と、 前記容器内に収容されたスラリに超音波を伝波可能に前
記容器の一面に設置される超音波伝達部材が備えられ、
前記超音波伝達部材に超音波振動を発生させる超音波発
振子が備えられる超音波発生装置と、 前記容器内のスラリを混ぜる攪拌機と、 を含めてなることを特徴とする請求項1に記載の半導体
CMP工程のスラリ供給システム。 - 【請求項6】 前記超音波発振子は10乃至100kH
zの周波数を発生させるようにしたことを特徴とする請
求項5に記載の半導体CMP工程のスラリ供給システ
ム。 - 【請求項7】 前記超音波発振子は700乃至1000
kHzの周波数を発生させるようにしたことを特徴とす
る請求項5に記載の半導体CMP工程のスラリ供給シス
テム。 - 【請求項8】 前記攪拌機は、モータによって駆動され
る回転翼であることを特徴とする請求項5に記載の半導
体CMP工程のスラリ供給システム。 - 【請求項9】 前記超音波伝波手段は、 前記容器内に収容されたスラリの水位を感知するレベル
センサーと、 前記レベルセンサーからスラリ量信号を受けて前記水面
が一定に維持されるように前記スラリの供給量を調節す
るための制御部と、 を含めてなることを特徴とする請求項5に記載の半導体
CMP工程のスラリ供給システム。 - 【請求項10】 前記容器はその下段側に投入口が設置
され、上段側に排出口が形成されることを特徴とする請
求項5に記載の半導体CMP工程のスラリ供給システ
ム。 - 【請求項11】 前記超音波伝波手段は、前記スラリ供
給ラインの外部に設置されて、前記スラリ供給ラインを
通過する前記スラリに超音波を伝波する超音波発生装置
を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体CMP
工程のスラリ供給システム。 - 【請求項12】 前記超音波発生装置は、 前記スラリ供給ラインを囲む形態の超音波伝達部材と、 前記超音波伝達部材に超音波振動を発生させる超音波発
振子と、 を含めてなることを特徴とする請求項11に記載の半導
体CMP工程のスラリ供給システム。 - 【請求項13】 前記超音波発振子は、10乃至100
kHzの周波数を発生させるようにしたことを特徴とす
る請求項12に記載の半導体CMP工程のスラリ供給シ
ステム。 - 【請求項14】 前記超音波発振子は、700乃至10
00kHzの周波数を発生させるようにしたことを特徴
とする請求項12に記載の半導体CMP工程のスラリ供
給システム。
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