(57)【要約】【課題】短時間で効率良く粗大粒子を除去することができるシリカスラリの製造装置およびスラリの製造方法を提供する。【解決手段】スラリ製造装置１は、シリカスラリ原液を貯溜して静止放置するための養生容器１０と、静止放置により沈降する粗大粒子を受けて除去する粒子除去棚１１とからなる。粒子除去棚１１は、複数の棚板１２が、養生容器１０の底面と平行、かつ所定の間隔Ｄ１で配置されている。たとえば、棚板１２が４本の支柱１３に固定されており、容易に養生容器１０内に設置することができる。スラリ製造装置１における粗大粒子の沈降距離Ｈ１は、棚板１２間の距離Ｄ１と同じになるので、粒子除去棚１１を用いない従来の場合に比べて、粗大粒子が沈降するまでの静止放置時間を大幅に短縮することができる。【選択図】      図１
2004288838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料となるシリカスラリを充填する容器と、
上下に一定の間隔を空けて前記容器内に配置される複数の棚板とを有するスラリ製造装置。
【請求項２】
前記棚板の外周部には、堰が設けられていることを特徴とする請求項１記載のスラリ製造装置。
【請求項３】
前記堰の高さは、５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載のスラリ製造装置。
【請求項４】
前記棚板間の間隔は、全棚板面積／シリカスラリ充填量で算出される面積率で規定され、面積率が０．００３〜１ｍ２／Ｌであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のスラリ製造装置。
【請求項５】
前記容器は、密閉可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のスラリ製造装置。
【請求項６】
容器密閉時に、容器内の圧力を調整する圧力調整機構を有することを特徴とする請求項５記載のスラリ製造装置。
【請求項７】
シリカスラリに接液する部分の材質が非金属であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載のスラリ製造装置。
【請求項８】
原料となるシリカスラリを容器に充填して静止放置し、
上下に一定の間隔を空けて前記容器内に配置される複数の棚板上に、シリカスラリに含まれる粗大粒子を沈降させて除去することを特徴とするスラリの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程のうちの研磨工程に用いられる研磨用のスラリ製造装置およびスラリの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造の分野では、半導体素子の微細化および多層化による高集積化に伴い、半導体層や金属層の平坦化技術が重要な要素技術となっている。ウエハに集積回路を形成する際、電極配線などによる凹凸を平坦化せずに層を重ねると、段差が大きくなり、平坦性が極端に悪くなる。また段差が大きくなった場合、フォトリソグラフィにおいて凹部と凸部の両方に焦点を合わせることが困難になり微細化を実現することができなくなる。したがって、積層中の然るべき段階でウエハ表面の凹凸を除去するための平坦化処理を行う必要がある。平坦化処理には、エッチングにより凹凸部を除去するエッチバック法、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより平坦な膜を形成する成膜法、熱処理によって平坦化する流動化法、選択ＣＶＤなどにより凹部の埋め込みを行う選択成長法などがある。
【０００３】
以上の方法は、絶縁膜、金属膜など膜の種類によって適否があることや平坦化できる領域がきわめて狭いという問題がある。このような問題を克服することができる平坦化処理技術としてＣＭＰによる平坦化がある。
【０００４】
ＣＭＰによる平坦化処理では、微細な粒子（砥粒）を懸濁したスラリを研磨パッド表面に供給しながら、圧接した研磨パッドとシリコンウエハとを相対移動させて表面を研磨することにより、広範囲にわたるウエハ表面を高精度に平坦化することができる。
【０００５】
ＣＭＰによる平坦化を行うＣＭＰ装置は、主に回転定盤部、キャリア部、スラリ供給部およびドレッシング部から構成される。回転定盤部は、その上面に粘着テープなどで研磨パッドが貼り付けられ、下面側は、回転駆動機構と、回転軸を介して接続される。キャリア部は、その下面にバッキング材およびリテーナリングによって被研磨物であるシリコンウエハを保持し、シリコンウエハの加工面を研磨パッドに圧接させる。上面側は、回転駆動機構と、回転軸を介して接続される。
【０００６】
スラリ供給部は、シリカ、セリアおよびアルミナなどの粒子を媒体に懸濁させたスラリを研磨パッドの表面に供給する。ドレッシング部は、産業用ダイヤモンド粒子を電着したプレートを備え、研磨屑などが付着した部分を削り取ることで、研磨特性が低下した研磨パッドの表面を再生する。
【０００７】
ＣＭＰ装置は、回転駆動機構によって回転定盤部およびキャリア部を回転させるとともに、研磨パッドの略中央部にスラリを供給し、シリコンウエハと研磨パッドとを相対移動させることでシリコンウエハ加工面の研磨を行う。
【０００８】
近年、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップのデザインルールが微細化するに伴い、スラリに起因してシリコンウエハの被研磨面に生じるマイクロスクラッチが問題となっている。マイクロスクラッチの因子としては、媒体に懸濁させた砥粒の凝集物または分散不良物として存在する粗大粒子が考えられる。特許文献１には、特に粒径が１μｍ以上の粗大粒子の数とマイクロスクラッチの数との関係に相関があることが記載されている。
【０００９】
したがって、粒径が１μｍ以上の粗大粒子を除去する技術が開発されており、一般には、簡便な精密フィルタによる分級処理が良く用いられる。これは、媒体に砥粒を懸濁させた後、精密フィルタを通すことで、粗大粒子を除去する技術である。しかし、精密フィルタを用いた分級処理においては、粗大粒子による経時的な目詰まりが発生し、フィルタ性能の劣化を生じ易く、処理条件の複雑化や頻繁なフィルタの定期交換などの問題がある。そこで、特許文献１記載の半導体集積回路装置の製造方法では、作製したフュームドシリカスラリを静止放置させ、比較的重量の大きな粒径１μｍ以上の粗大粒子を沈降分離させることによって除去している。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−３２６１９９号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１記載の半導体集積回路装置の製造方法では、シリカスラリを静止放置するだけでよいので、精密フィルタのような部材の交換も必要なく、処理条件も単純化されている。しかし、この製造方法によって、十分に粗大粒子を除去するためには、静止放置時間は、３０日以上、好ましくは４０日以上、より好ましくは５０日以上と非常に長い時間が必要となるという問題がある。
【００１２】
溶媒に分散した微粒子の沈降速度は以下のストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）の式で表される。
Ｖｔ  ＝  ｄｐ２（ρｐ−ρｌ）ｇ／１８η
Ｖｔ：沈降速度、ｄｐ：粒子径、ρｐ：粒子密度、ρｌ：液体の密度、ｇ：重力加速度、η：液体の粘度
【００１３】
上記の式で表されるように、微粒子の沈降速度は粒子径の２乗に比例するため、粒子径が小さいと沈降速度が遅くなり、また別の要因としては、微粒子になるほど粒子のブラウン運動が活発になるため、より沈降しにくいという性質がある。実際に、特許文献１記載の制御方法を用いた容器の場合、０．５μｍ以上１μｍ以下の沈降しにくいコロイド粒子については除去効果が低いという欠点がある。
【００１４】
本発明の目的は、短時間で効率良く粗大粒子を除去することができるスラリ製造装置およびスラリの製造方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原料となるシリカスラリを充填する容器と、
上下に一定の間隔を空けて前記容器内に配置される複数の棚板とを有するスラリ製造装置である。
【００１６】
本発明に従えば、原料となるシリカスラリを容器に充填する。容器に充填されるシリカスラリには、シリカの凝集物などが粗大粒子、たとえば粒子径が０．５μｍ以上の粒子として含まれており、シリカスラリを静止放置することで粗大粒子を沈降させて除去することができる。このとき、上下に一定の間隔を空けて容器内に配置された複数の棚板上に粗大粒子が沈降する。従来は、粗大粒子の最大沈降距離が、充填されたシリカスラリの液面から容器の底面までであったのに対し、本発明では、最大沈降距離が棚板間の距離であるため短時間で効率良く粗大粒子を除去することができる。
【００１７】
また本発明は、前記棚板の外周部には、堰が設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、棚板の外周部に、堰が設けられている。静止放置が終了した後、シリカスラリを容器から回収するときに、一旦棚板上に沈降した粗大粒子が再度スラリに混ざると十分に除去することができないが、堰を設けることよって、沈降した粗大粒子を棚板上に保持しておくことができる。
【００１９】
また本発明は、前記堰の高さは、５ｍｍ以下であることを特徴とする。
本発明に従えば、棚板に堰を設けると上記のように、沈降した粗大粒子を棚板上に保持できるが、一緒にシリカスラリも保持されて残ってしまうため、スラリの回収率が低下してしまう。したがって、堰の高さを５ｍｍ以下とすることで、粗大粒子を十分保持し、回収率の低下を抑えることができる。なお、堰の高さを５ｍｍとしたときの回収率は７０％であり、回収率をさらに上げるには、堰の高さを低くし、たとえば２ｍｍとしたときの回収率は８５％となる。
【００２０】
また本発明は、前記棚板間の間隔は、全棚板面積／シリカスラリ充填量で算出される面積率で規定され、面積率が０．００３〜１ｍ２／Ｌであることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、前記棚板間の間隔は、全棚板面積／シリカスラリ充填量で算出される面積率で規定される。この面積率を０．００３〜１ｍ２／Ｌとすることで効率良く静止放置時間を短縮することができる。０．００３ｍ２／Ｌ以下では効果が見られず、１ｍ２／Ｌ以上では、棚板間の距離が小さすぎる。なお、効果と必要な棚板数とを考慮すると、０．０５〜１ｍ２／Ｌが好ましい。
【００２２】
また本発明は、前記容器は、密閉可能に構成されていることを特徴とする。
本発明に従えば、容器は密閉可能に構成されている。容器を開放した状態で静止放置した場合、外部から不純物が混入する可能性があるので、容器を密閉することにより、不純物の混入を防ぐことができる。
【００２３】
また本発明は、容器密閉時に、容器内の圧力を調整する圧力調整機構を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、容器を密閉した状態でシリカスラリを充填または抜き取りを行うと、容器内に正圧または負圧が発生するため、圧力調整機構を用いて容器内の圧力を開放することで、充填および抜き取りを円滑に行うことができる。
【００２５】
また本発明は、シリカスラリに接液する部分の材質が非金属であることを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、シリカスラリに接液する部分の材質が非金属である。たとえば、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリウレタン樹脂などを使用することができる。シリカスラリは、酸性またはアルカリ性であり、接液する部分に金属が使われていると、スラリ中に金属が溶出してしまうことがある。接液部分を非金属、たとえば樹脂とすることでスラリ中への金属の混入を防止することができる。
【００２７】
また本発明は、原料となるシリカスラリを容器に充填して静止放置し、
上下に一定の間隔を空けて配置される複数の棚板上に、シリカスラリに含まれる粗大粒子を沈降させて除去することを特徴とするシリカスラリの製造方法である。
【００２８】
本発明に従えば、原料となるシリカスラリを容器に充填する。容器に充填されるシリカスラリには、シリカの凝集物などが粗大粒子として含まれており、シリカスラリを静止放置することで粗大粒子を沈降させて除去することができる。このとき、上下に一定の間隔を空けて容器内に配置された複数の棚板上に粗大粒子が沈降する。最大沈降距離が棚板間の距離であるため短時間で効率良く粗大粒子を除去することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明では、原料として、所定の条件で作製したヒュームドシリカスラリ（以下では、単に「シリカスラリ」と呼ぶ。）を養生容器に充填し、シリカスラリ中に含まれる粒径が０．５μｍ以上の粒子（以下では、単に「粗大粒子」と呼ぶ。）を、静置して多段の棚板に沈降させ、シリカスラリ中に存在する粗大粒子を除去する。なお、ヒュームドシリカスラリに限らず、原料としてコロイダルシリカを用いたコロイダルシリカスラリでもよい。
【００３０】
図１は、本発明の実施の一形態であるスラリ製造装置１の斜視図である。スラリ製造装置１は、シリカスラリ原料を貯溜して静止放置するための養生容器１０と、静止放置により沈降する粗大粒子を受けて除去する粒子除去棚１１とからなる。粒子除去棚１１は、複数の棚板１２が、養生容器１０の底面と平行、かつ所定の間隔Ｄ１で配置されている。図に示す例では、棚板１２が４本の支柱１３に固定されており、容易に養生容器１０内に設置することができる。また、棚板１２は剛性を有する。軟性である場合、残液の重さによって棚板が撓み、保持した残液が流出してしまうので、剛性とすることで棚板の撓みを防止している。
【００３１】
図２は、静止放置による粗大粒子除去の概略を示す模式図である。図２（ａ）は、従来のスラリ製造装置１００を用いた場合を示し、図２（ｂ）は、スラリ製造装置１を用いた場合を示す。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、従来のスラリ製造装置１００の場合、液面高さを容器高さとほぼ同じとすると、粗大粒子の沈降距離は最大で容器高さＨ０となる。粒子除去に必要な静止放置時間は、最大の沈降距離によって決定される。粒子の沈降速度は、沈降距離にかかわらずほぼ同じと見なせるので、静止放置時間は、沈降距離が長いほど長時間となり、距離が短いほど短時間となる。
【００３３】
図２（ｂ）に示すように、スラリ製造装置１における粗大粒子の沈降距離Ｈ１は、棚板１２間の距離Ｄ１と同じになるので、粒子除去棚１１を用いない従来の場合に比べて、粗大粒子が沈降するまでの静止放置時間を大幅に短縮することができる。
【００３４】
棚板１２の枚数と棚板１２間の間隔は、養生容器１０内のシリカスラリ量に対して十分に底面積が確保できるようになっており、全底面積（棚板面積合計）／容器内のシリカスラリ量（以下、スラリ底面積率という）が、０．００３〜１ｍ２／Ｌであることが好ましく、さらに好ましくは効果が大きい０．０５〜１ｍ２／Ｌである。１ｍ２／Ｌ以上になると棚板１２上のシリカスラリの液面高さが１ｍｍ未満となるため装置が大型化してしまい実用的でない。なお、Ｌはリットルを示している。
【００３５】
以上のように設計した粒子除去棚１１を用い、十分に粗大粒子が各棚板１２上に沈降した時点で、スラリ製造装置１からスラリを抜き取り、製品仕様のスラリを得る。
【００３６】
なお、静止放置後のシリカスラリの抜き取り作業時に、棚板１２上に沈降した粗大粒子が流出しないよう、図３に示すように、棚板１２の外周に堰１２ａを設けている。
【００３７】
棚板１２の外周に設けた堰１２ａの高さは、高過ぎると静止放置後のシリカスラリの抜き取り時に、棚板１２上に残る液量が多くなってしまうため、スラリ底面積率が０．０５ｍ２／Ｌとなる条件で、残液量が３０％以下になる５ｍｍ以下とすることが好ましく、さらに好ましくは残液量が１５％以下になる２ｍｍ以下とする。
【００３８】
また、養生容器１０の構造は、シリカスラリを充填し、静止放置している間は不純物の混入がないように密閉型とすることが可能であり、シリカスラリの充填時と抜き取り時は容器が正圧または負圧となるために、圧力調整機構である圧力開放弁を有している。なお、養生容器１０を開放して使用する場合は、クリーンルーム内で作業を行えば、不純物の混入を防ぐことができる。
【００３９】
また、養生容器１０および粒子除去棚１１の接液する部分の材料が、酸性やアルカリ性のシリカスラリに対しても金属溶出が少ないように、非金属材料からなる。非金属材料の例としては、フッ素樹脂、塩化ビニル樹脂、ＡＢＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ  ｂｕｔａｄｉｅｎｅ  ｓｔｙｒｅｎｅ）樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、メチルペンテン樹脂、ポリウレタン樹脂などを使用することができる。
【００４０】
さらに、スラリ製造装置１は複数の棚板１１を持ち、構造が複雑なため、洗浄を容易にするために、図示していない洗浄用シャワーや洗浄用ノズルを設けることが好ましい。
【００４１】
（実施例）
スラリ製造装置１を作製し、静止放置による粗大粒子除去を行った。養生容器１０の容量は２０Ｌとし、棚板１２の大きさは、２５０ｍｍ×２５０ｍｍとした。棚板１２の枚数を変化させることで、スラリ底面積率を、０．１ｍ２／Ｌ（実施例１）、０．０５ｍ２／Ｌ（実施例２）、０．０１ｍ２／Ｌ（実施例３）および０．００３ｍ２／Ｌ（比較例１）と変化させた。各実施例の棚板枚数は、実施例１が３１枚、実施例２が１５枚、実施例３が２枚とした。なお、比較例１は、粒子除去棚１１を用いていないため、スラリ底面積率は底面のみから算出している。
【００４２】
シリカスラリ原液は、ヒュームドシリカを原料とし、シリカ濃度１３％、ｐＨ１０．９で調整した。
【００４３】
図４および図５は、粗大粒子存在率の経時変化を示すグラフである。縦軸は、粗大粒子存在率を示し、横軸は静止放置時間を示す。ここで粗大粒子存在率とは、Ｎ１／Ｎ０×１００で算出される。Ｎ０は、シリカスラリ原液に最初に含まれる粗大粒子数で、Ｎ１は、測定時の粗大粒子数である。したがって、粗大粒子存在率は小さいほどよい。なお、図４は粒子径が０．５μｍ以上の粗大粒子を計測し、図５は粒子径が１μｍ以上の粗大粒子を計測している。曲線２１および２３は、実施例２を示し、曲線２２および２４は比較例１を示している。
【００４４】
グラフからわかるように、実施例２の場合、粒子径０．５μｍ以上の粗大粒子の存在率は、１０日間で約２０％にまで減少し、１．０μｍ以上の粗大粒子の存在率は、５日間で約１０％にまで減少した。
【００４５】
比較例１の場合は、０．５μｍ以上の粗大粒子の存在率は、１５日間でも約８５％までしか減少せず、１．０μｍ以上の粗大粒子の存在率は、１５日間で約１５％にまでしか減少しなかった。
【００４６】
図６は、粗大粒子存在率に対するスラリ底面積率の影響を示すグラフである。縦軸は、粗大粒子存在率を示し、横軸は、スラリ底面積率を示す。曲線２５は、粒子径が０．５μｍ以上の粗大粒子存在率を示し、曲線２６は、１．０μｍ以上の粗大粒子存在率を示している。なお、静止放置時間は１０日間とした。
【００４７】
グラフからわかるように粗大粒子存在率は、スラリ底面積率が大きくなるほど減少する。粒子径が０．５μｍ以上の粗大粒子除去率は、スラリ底面積率が０．０５ｍ２／Ｌ以上であれば、約２０％以下に減少させることができた。また、１．０μｍ以上の粗大粒子存在率は、０．０５ｍ２／Ｌ以上であれば、約５％以下に減少させることができた。
【００４８】
以上のように、最大沈降距離を棚板間の距離とすることで、短時間で効率良く粗大粒子を除去することができる。
【００４９】
なお、上記では図１に示したように、養生容器の底面が矩形の場合について説明したがこれに限らず、円形、楕円形、その他多角形の底面であってもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、最大沈降距離を棚板間の距離とすることで、短時間で効率良く粗大粒子を除去することができる。
【００５１】
また本発明によれば、堰を設けることよって、スラリを抜き出す際に、沈降した粗大粒子を棚板上に保持しておくことができる。
【００５２】
また本発明によれば、堰の高さを５ｍｍ以下とすることで、粗大粒子を十分保持し、回収率の低下を抑えることができる。
【００５３】
また本発明によれば、棚板間の間隔を、全棚板面積／シリカスラリ充填量で算出される面積率で規定し、この面積率を０．００３〜１ｍ２／Ｌとすることで効率良く静止放置時間を短縮することができる。
【００５４】
また本発明によれば、容器を密閉することにより、不純物の混入を防ぐことができる。
【００５５】
また本発明によれば、圧力調整機構を用いて容器内の圧力を開放することで、充填および抜き取りを円滑に行うことができる。
【００５６】
また本発明によれば、接液部分を非金属、たとえば樹脂とすることでスラリ中への金属の混入を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるスラリ製造装置１の斜視図である。
【図２】静止放置による粗大粒子除去の概略を示す模式図である。
【図３】棚板１２の斜視図である。
【図４】粗大粒子存在率の経時変化を示すグラフである。
【図５】粗大粒子存在率の経時変化を示すグラフである。
【図６】粗大粒子存在率に対するスラリ底面積率の影響を示すグラフである。
【符号の説明】
１，１００  スラリ製造装置
１０  養生容器
１１  粒子除去棚
１２  棚板
１２ａ  堰
【図１】
2004288838.tif 000003
【図２】
2004288838.tif 000004
【図３】
2004288838.tif 000005
【図４】
2004288838.tif 000006
【図５】
2004288838.tif 000007
【図６】
2004288838.tif 000008