(57)【特許請求の範囲】
【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り、
前記超音波伝波手段は、
前記スラリの一定量を収容する容器であって、前記スラリ供給ラインに連結される投入口が下段側に設置され、前記容器内の前記スラリを前記ＣＭＰ装備側に排出する排出口が上段側に形成される容器と、
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】
前記超音波発振子は１０乃至１００ｋＨｚ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７００乃至１０００ｋＨｚ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１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１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１に記載の半導体ＣＭＰ工程のスラリ供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ＣＭＰ工程の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。
【０００２】
【従来の技術】
近来の半導体技術は高集積化、高密度化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。
【０００３】
即ち、半導体素子の表面構造がさらに複雑になり、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。
【０００４】
特に、ウェーハにフォトレジストのパター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。
【０００５】
従って、このような従来の問題点を解決す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  Ｂａｃｋ）、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。
【０００６】
このようなＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  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。
【０００７】
これに対してもっと詳しく説明すると、ＣＭＰ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。
【０００８】
このようなＣＭＰ技術において、研磨速度（Ｒｅｍｏｖａｌ  Ｒａｔｅ）と平坦度（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）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。
【０００９】
また、その外にもＣＭＰ作業を行うことに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。
【００１０】
このような酸化膜ＣＭＰ作業の一例として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。
【００１１】
また、金属膜ＣＭＰ作業の場合には、スラ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。
【００１２】
従って、このような前記金属膜スラリの構成要素は、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（Ｐｒｉｍａｒｙ  Ｐａｒｔｉｃｌｅ）で構成される。
【００１３】
一方、このようなスラリをＣＭＰ装備に供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。
【００１４】
図１は、前記のような通常的な半導体ＣＭＰ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。
【００１５】
従って、前記スラリ貯蔵タンク１内で前記スラリ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。
【００１６】
しかし、従来のスラリ供給システムによっ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５７０ｎｍの大きさの直径を有する二次粒子１０（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  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。
【００１７】
さらに、このような二次粒子１０は、ウェ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。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、最近では研磨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。
【００１９】
本発明の目的は、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。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため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。
【００２１】
前記の構成において、前記超音波伝波手段は、前記スラリの一定量を収容する容器であって、前記スラリ供給ラインに連結される投入口が下段側に設置され、前記容器内の前記スラリを前記ＣＭＰ装備側に排出する排出口が上段側に形成される容器と、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。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な第１実施例及び第２実施例を添付した図面を参照に詳しく説明する。
【００２３】
まず、図３を参照に説明すると、本発明の好ましい第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。
【００２４】
即ち、本発明の半導体ＣＭＰ工程のスラリ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１６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。
【００２５】
従って、微細スクラッチ現象を誘発する二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。
【００２６】
ここで、前記スラリ貯蔵タンク１１は貯蔵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１８ａ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。
【００２７】
また、前記スラリ供給供給管１９には前記容器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。
【００２８】
前記スラリ１２の重い残り物が溶液内で、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。
【００２９】
また、スラリ１２は前記スラリ排出管２４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２４にポンプ２５を設置することが好ましい。
【００３０】
ここで、前記スラリ供給管１９は、前記容器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。
【００３１】
前記超音波発生装置２６は前記容器１３及び前記スラリ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。
【００３２】
但し、前記超音波装置２６は前記容器１３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。
【００３３】
また、前記超音波発生装置２６は前記容器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。
【００３４】
ここで、前記超音波発振子は、スラリ１２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。
【００３５】
このような本発明の半導体ＣＭＰ工程のス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。
【００３６】
ここで、貯蔵状態は前記スラリ１２が一定の容器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。
【００３７】
前記超音波発生装置は、半導体ウェーハ洗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。
【００３８】
その外に多様な形態の攪拌機を設置することが可能で、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。
【００３９】
また、前記容器１３からノズル２９に至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。
【００４０】
一方、本発明の好ましい第２実施例による半導体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。
【００４１】
ここで、前記スラリ貯蔵タンク１１は、第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。
【００４２】
また、前記超音波発生装置３１はノズル３２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。
【００４３】
従って、前記スラリ１２が流動する状態、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１２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。
【００４４】
即ち、前記単位粒子１６のみを前記パッドテーブル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。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明による半導体ＣＭＰ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。
【００４６】
以上、本発明は記載された具体例に対して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。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術による半導体ＣＭＰ工程のスラリ供給システムを示した概略図である。
【図２】従来のスラリ供給システムを通じて供給された研磨粒子の凝集状態を図示した粒子分布図である。
【図３】本発明の好ましい第１実施例による半導体ＣＭＰ工程のスラリ供給システムを示した概略図である。
【図４】本発明の好ましい第２実施例による半導体ＣＭＰ工程のスラリ供給システムを示した概略図である。
【図５】本発明のスラリ供給システムを通じて供給され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。
【符号の説明】
１、１１  スラリ貯蔵タンク
２、１２  スラリ
３ａ、１８ａ  スラリ送出管
３ｂ、１８ｂ  スラリ回収管
４、１９、３０  スラリ供給管
５、２５、３３  ポンプ
６、１７  パッドテーブル
７、２９、３２  ノズル
８、１４  ウェーハ
９、１６  単位粒子
１０、１５  二次粒子
１３  容器
２０  バルブ
２１  レベルセンサー
２２  制御部
２３  排出口
２４  スラリ排出管
２６、３１  超音波発生装置
２７  回転翼
２８  モータ
３４  ウェーハホルダー
【図１】
0003619710.tif 000002
【図２】
0003619710.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003619710.tif 000006