JP5303649B2 - 半導体用スラリー供給装置及びスラリー供給方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体用スラリー供給装置及びスラリー供給方法に関するものであって、さらに詳しくは、半導体ＣＭＰ工程で使用される研磨剤の残量を廃棄することなく、全量を使用するようにした半導体用スラリー供給装置及びスラリー供給方法に関するものである。

一般的に、半導体素子を製造するための工程技術は半導体素子の高集積化、高密度化が要求されるため、さらに微細なパターン形成技術が使用されている。

これにより、配線の多層化構造を要求する領域は広くなっている実情である。すなわち、半導体素子の表面構造がさらに複雑になり、層間膜の段差がさらに激しくなる傾向がある。このように発生された層間膜の段差は工程不良をもたらす。

このような問題を解消するために、従来は、ウエハーの平坦化技術として、 エスオージー（ＳＯＧ）、エッチバック（Ｅｔｃｈ ｂａｃｋ）、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）、及びリフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）工程や、化学／機械的な研磨工程（以下、ＣＭＰ工程）が適用されていた。このうち、ＣＭＰ工程はウエハーが大口径化されることによってウエハーの広くなった面を平坦化するために、化学的な研磨工程と機械的な研磨工程とを一つの工程に結合したものである。これは、特に段差が形成されたウエハー表面をポリシングパッド上に密着させた後、研磨剤をウエハーとポリシングパッドとの間に注入させてウエハーを平坦化させる方式である。

このようなＣＰＭ工程の研磨剤としては、研磨粒子と化学的添加剤が含有された溶液が使用されるが、これをスラリー（ｓｌｕｒｒｙ）という。このような液状のスラリーを使用して半導体ウエハーに化学／機械的な平坦化工程を実施する。このとき、機械的研磨のために適用されるスラリー液のうち、懸濁状態で存在する固形状微粒子粒の大きさを一定範囲内で選別してＣＭＰ装備に供給しなければならないが、これは、一定以上の巨大粒子（例えば、オキシドスラリーの場合には通常１μ以上）がＣＭＰ工程で使用されると、半導体ウエハー上に微細パターン損傷が発生する原因として作用し、半導体ウエハーの不良につながるためである。

また、スラリーをＣＭＰ工程設備で使用するためには、各々の工程特性に合う粒子の選別が必要となり、スラリー供給装置を通じて供給される。このようなスラリー供給装置はＣＭＰ工程で使用されるスラリー原液、又は工程別特性に合うように添加剤を混合及び希釈した混合液をＣＭＰ装置に定量を供給する。このとき、最終的に一定大きさ以上の粒子を選別するために、濾過工程を経て供給するのが普通である。

しかし、スラリー（研磨液）中に存在する巨大粒子は時間の経過とともに供給容器の下部に沈殿して固まることにより、巨大粒子化される。これに、各半導体製造会社によって程度の差異はあるが、研磨液の原液全部を使用せず、一定部分のみ使用した後、残量は廃棄するのが一般的である。例えば、オキシドスラリーの場合、供給容器上部の８０％を使用し、下部の２０％は廃棄する。ところで、このように使用せずに捨てられる研磨液の量は非常に多く、コスト面でも相当な損失が発生し、また、廃棄される研磨剤による環境汚染も深刻になる問題があった。

本発明は、上記のような必要に応じてなされたものであって、半導体ＣＭＰ工程で使用される研磨剤の残量を廃棄せず、全量を使用するようにした半導体用スラリー供給装置及びスラリー供給方法を提供することにその目的がある。

上記のような目的を達成するための本発明の一実施形態によると、半導体素子の製造時に研磨工程でスラリーを供給するための半導体用スラリー供給装置であって、供給される前記スラリーのうち、所定値以上の粒子を除去するための濾過機と、前記濾過機に連結され、注入される圧縮空気によって前記濾過機の逆洗滌を実施する空気注入機と、前記濾過機に連結され、濾過されなかったスラリーが貯蔵されるスラリー回収タンクと、前記スラリー回収タンクに設けられ、濾過されかったスラリーを破砕するための破砕機とを含んだ半導体用スラリー供給装置が提供される。

前記破砕機は、高周波帯域の超音波によってスラリーを粉砕することが好ましい。

前記濾過機は複数からなり、前記濾過機の逆洗滌と前記濾過機を通じたスラリー選別が交互になされることが好ましい。

また、本発明は一つ以上の濾過機を備えた半導体用スラリー供給装置のスラリー供給方法であって、前記濾過機のフィルター部材に付着されたスラリーを逆洗滌方式で分離させ、所定値以上の粒子を有するスラリーを破砕して前記濾過機に再供給する半導体用スラリー供給方法を提供する。

前記濾過機は複数からなり、前記濾過機の逆洗滌と前記濾過機を通じたスラリー選別が交互になされることが好ましい。

本発明によると、従来の濾過装置（単方向フィルター）とは違って、濾過機の目詰まり現象が発生する前に自動逆洗滌を実施することにより、工程が中断されることなく濾過機を長時間使用することができ、これにより、濾過機の使用周期を高めることができる効果がある。

また、本発明は、濾過手段で濾過されない、活用するのに適切ではない巨大粒子のスラリーは、破砕機を通じてまた小さな粒子に破砕されることにより、スラリーの残量を廃棄することなく全量を使用できる効果がある。また、このようにスラリーを残さずに全量を活用することによって、廃棄時に発生しかねない環境汚染を防止し、ＣＭＰ工程時に消費される費用も節約できる効果がある。

本発明の半導体用スラリー供給装置の概略的な構成図である。 本発明の半導体用スラリー供給装置の濾過機のうち、いずれか一つを逆洗滌する工程の例示図である。

以下、本発明の好ましい実施例を添付した例示図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の半導体用スラリー供給装置の概略的な構成図であり、図２は本発明の半導体用スラリー供給装置の濾過機のうち、いずれか一つを逆洗滌する工程の例示図である。

図面に示したように、本発明の半導体用スラリー供給装置は、大きく、スラリー供給タンク１０、濾過機６０，６５、スラリー回収タンク２０、空気注入機７０、及び破砕機４０から構成される。

上記した構成において、スラリー供給タンク１０から研磨剤であるスラリーが供給されてスラリー回収タンク２０に収容される。
また、スラリー回収タンク２０に収容されたスラリーは配管ライン（供給ラインＬ ₁ 、分岐した配管ラインＬ ₂ ，Ｌ ₂ ）を通じて、連結されたポンプ５０（又は、他の加圧手段）によって濾過機６０，６５に供給される。
ここで、スラリーはスラリー供給タンク１０からポンプ５０を介して直接濾過機６０，６５に供給されることもできる。

また、前記濾過機６０，６５は複数個からなる。すなわち、第１濾過機６５及び第２濾過機６０からなる。また、濾過機６０，６５は回収タンク２０から供給されるスラリーのうち、規定粒子より大きな粒子を除去し、活用が可能なスラリーを篩い分ける役割をする。特に、濾過機６０，６５が複数からなるので、活用が可能なスラリーの回収率を高めることができる。すなわち、濾過機６０，６５を通過できなかった規定以上の粒子より大きな巨大粒子はスラリー回収タンク２０に回収される。回収された大きな巨大粒子のスラリーは、破砕機４０によって、活用が可能なさらに小さな大きさの粒子に破砕される。破砕されたスラリーはポンプ５０によって再び濾過機６０，６５に供給されて濾過工程を行う。このような濾過工程は濾過機の目詰まり現象が発生して濾過能力が低下されるまでに繰り返して行われる。また、このときに使用可能なスラリーはスラリー貯蔵タンク３０に一時貯蔵されて、次回の工程に適用される。

前記空気注入機７０は、前記濾過機６０，６５に空気注入ラインＬ ₃ によって連結され、濾過機６０，６５に濾過方向の逆方向に空気を注入することによって、濾過機６０，６５内にスラリーが蓄積されて詰まることを防止する。
これにより、濾過機６０，６５の濾過効率を回復させる。以下、このような作用を「逆洗滌」という。
一方、逆洗滌時に注入される空気は浄化された圧縮空気であって、清浄空気（例えば、窒素）を使用することによって、スラリーが物性変化を起こすことを防止することが好ましい。

前記破砕機４０は濾過機６０，６５の末端とスラリー回収タンクとを結ぶ配管ライン（分岐回収ラインＬ ₄ ，Ｌ ₄ ）に連結される。また、破砕機４０は濾過機６０，６５で濾過された大きな巨大粒子のスラリーを超音波によって粉砕する役割をする。

以下、本発明の半導体用スラリー供給方法について説明する。

まず、図１及び図２に示したように、スラリー供給タンク１０から供給されてスラリー回収タンク２０に収容されたスラリーをポンプ５０で吸入して第１濾過機６５又は第２濾過機６０に供給する。

第１濾過機６５又は第２濾過機６０はポンプ５０の供給ラインＬ ₁ から分岐された配管ラインＬ ₂ ，Ｌ ₂ を通じてそれぞれ連結される。
このとき、前記供給ラインＬ ₁ には供給を遮断するための弁（図面番号なし）がそれぞれ設けられることができる。
これにより、スラリーの濾過工程時に、作動中の濾過機６０，６５のうち、何れか一つ（例えば、第２濾過機６０）にスラリーが詰まって濾過効率が低下されると、圧縮された清浄空気を注入して濾過機（例えば、第２濾過機６０）を疎通させて、排出されたスラリー粒子は破砕機４０に供給される。
また、このとき、もう一つの濾過機（例えば、第１濾過機６５）は正常的に作動させることによって、スラリー濾過工程は中断されることなく持続的に実施されることができる。

一方、前記濾過機６５，６０では、活用に適したスラリーと適していないスラリーを粒子の大きさで分離する。
すなわち、粒子が所定の基準値より小さなスラリー（活用に適したスラリー）はスラリー貯蔵タンク３０に排出され、粒子が基準値より大きなスラリー（活用に適していないスラリー）は分岐回収ラインＬ ₄ ，Ｌ ₄ を通じてスラリー回収タンク２０に回収される。スラリー回収タンク２０に回収される際に破砕機４０の超音波によって活用可能な小さな粒子に破砕する工程がなされる。
このとき、上記した破砕段階は一般的に１Ｍｈｚ〜３Ｍｈｚの帯域を有する高周波の超音波が適用されることが好ましい。
前記破砕機４０を通じて小さな粒子に破砕されたスラリーは供給ラインＬ ₁ と、分岐された配管ラインＬ ₂ ，Ｌ ₂ を通じて濾過機６５，６０に再供給され、濾過工程を繰り返して実施する。
このとき、活用可能なスラリー粒子はスラリー貯蔵タンク３０に貯蔵される。
すなわち、破砕されたスラリー粒子が活用可能な所定値以下になるまで濾過工程は繰り返されることが好ましい。

具体的に説明すると、前記スラリー回収タンク２０に貯蔵されたスラリーはまた、スラリー供給ランク１０の供給ラインに連結された濾過機６５，６０に供給されて、スラリーに対する選別がなされる。このとき、前記濾過機６５，６０によって再度選別された、適していないスラリーは、もう一度破砕段階を実施することもできる。また、前述したように、濾過機６５，６０にスラリーが詰まったのかを圧力及び流量によって判断し、詰まった部分に対しては詰まったと判断されたら、逆洗滌段階を再実施して濾過機がスラリーよって詰まることを防止することができる。一方、活用可能なスラリーはスラリー貯蔵タンク３０に貯蔵され、次回の研磨工程に提供されることができる。

なお、本発明は濾過機６５，６０が複数からなるので、何れか一つの濾過機６０には逆洗滌が行われ、これと同時に、他の濾過機６５にはスラリーを選別する濾過工程が行われることができる。ここに添付された図２には２つの濾過機６５，６０を例にして説明したが、それ以上が適用されることができる。すなわち、２つ以上の濾過機に濾過工程及び逆洗滌工程がそれぞれ行えることはもちろんである。

このように逆洗滌工程中でも濾過工程は中断されることなく持続的になされるため、濾過工程の効率が向上される。

以上では本発明を特定の実施例について図示し、説明したが、本発明は上述した実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者なら、以下の請求範囲に記載された本発明の技術的思想の要旨を逸脱しない範囲で、いくらでも多様に変更して実施することができるのである。

Claims (3)

1. 半導体素子の製造時に研磨工程でスラリーを供給するための半導体用スラリー供給装置であって、
   ポンプの供給ラインから分岐した配管ラインを通じてそれぞれ供給される前記スラリーのうち、所定値以上の粒子を除去するための複数の濾過機と、
   空気注入ラインを介して前記濾過機に連結され、注入される圧縮空気によって前記濾過機の逆洗滌を実施する空気注入機と、
   分岐回収ラインを通じて前記濾過機に連結され、該分岐回収ラインを通じて濾過されなかったスラリーを貯蔵するスラリー回収タンクと、
   前記複数の濾過機とスラリー回収タンクとを結ぶ前記分岐回収ラインに設けられ、濾過されなかったスラリーを活用可能に破砕するための破砕機とを含み、
   前記破砕機は破砕したスラリーをスラリー回収タンクに貯蔵し、
   スラリー回収タンク内のスラリーは供給ラインおよび分岐した配管ラインを通じて濾過機に再供給し、
   前記空気注入機から前記濾過機へ圧縮空気を供給して行う濾過機の逆洗滌と、前記供給ラインおよび分岐した配管ラインを通じて濾過機へスラリーを供給して行うスラリー選別とを交互に行うことを特徴とする半導体用スラリー供給装置。
2. 前記破砕機は、高周波帯域の超音波によってスラリーを粉砕することを特徴とする請求項１に記載の半導体用スラリー供給装置。
3. 請求項１または２に記載した半導体用スラリー供給装置のスラリー供給方法であって、
   空気注入機から濾過機へ圧縮空気を供給して前記濾過機のフィルター部材に付着したスラリーを逆洗滌方式で分離し、
   分離した所定値以上の粒子を有するスラリーを破砕機で活用可能に破砕し、
   破砕したスラリーをスラリー回収タンクに貯蔵し、
   スラリー回収タンク内の活用可能なスラリーは供給ラインおよび分岐した配管ラインを通じて前記濾過機に再供給し、
   前記空気注入機から前記濾過機へ圧縮空気を供給して行う濾過機の逆洗滌と、前記供給ラインおよび分岐した配管ラインを通じて濾過機へスラリーを供給して行うスラリー選別とを交互に行うことを特徴とする半導体用スラリー供給方法。

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