(57)【要約】【課題】  低コストで簡易な方法により、使用済みのスラリを未使用のスラリと同様の研磨品質に再生させるスラリ再生方法を提供すること。【解決手段】  不純物が含まれたことによりゼータ電位が変化した使用済みスラリＵＳを、金属除去フィルタ１３を通過させることにより使用済みスラリＵＳ内の不純物を除去し、使用済みスラリＵＳのゼータ電位を不純物が含まれる前のスラリと同様なゼータ電位の状態まで回復させることにより、低コストで簡便に使用済みスラリＵＳの再生を行うことが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物が含まれたことによりゼータ電位が変化した不純物を含むスラリを、金属除去フィルタを通過させることにより前記不純物を含むスラリ内の該不純物を除去し、前記不純物を含むスラリのゼータ電位を不純物が含まれる前のスラリと同様なゼータ電位の状態まで回復させて前記不純物を含むスラリの再生を行うことを特徴とするスラリ再生方法。
【請求項２】
前記金属除去フィルタの前段又は後段の少なくともいずれか1方には、所定の大きさ以上の不純物を除去するフィルタが設けられ、前記不純物を含むスラリより、所定の大きさ以上の不純物を除去することを特徴とする請求項１に記載のスラリ再生方法。
【請求項３】
前記金属除去フィルタは、イオン交換反応、又はキレート反応を行う材料により形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスラリ再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的機械研磨加工に使用されるスラリの再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や電子部品等のウェーハは、製造の過程において切削、研磨等の各種工程を経ていく。近年、半導体集積回路のデザインルールの縮小化に伴って、層間膜等の平坦化プロセスにおいては、化学的機械研磨加工（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ）が多用されるようになってきた。ＣＭＰによるウェーハの研磨は、ウェーハ保持ヘッドによってウェーハを保持し、このウェーハを回転する研磨定盤に所定の圧力で押し付け、その研磨定盤とウェーハとの間にケミカル研磨剤（以下、「スラリ」と称する）を供給することにより行われる。
【０００３】
通常ＣＭＰにおいては、反応生成物や研磨パッド等からの研磨屑、又はゼータ電位の低下による凝集等によりスラリが粒大化するなど、研磨特性の劣化、特にマイクロスクラッチの増加が発生するため、スラリを再利用せずにそのまま廃棄する場合が多い。ところが、近年、環境汚染に対する配慮や、更なるコストダウン要求からもスラリの再利用が強く望まれている。
【０００４】
このような背景から、使用済みスラリのｐＨ値とゼータ電位を検出し、検出した値に基づき添加剤を追加して使用済みスラリを最適なｐＨ値、ゼータ電位に調整するスラリの再生方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−１５８３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載されたような再生方法では、使用済みスラリに対して多量の添加剤を追加する必要があり、十分なコストダウンが望めない。また、タングステン等の金属膜を有するウェーハのＣＭＰ研磨においては、スラリ中に溶出した金属成分、又は混入した金属屑などの不純物の除去が不十分であるため、ゼータ電位の調整が困難である。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、低コストで簡易な方法により、使用済みのスラリを未使用のスラリと同様の研磨品質に再生させるスラリ再生方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、不純物が含まれたことによりゼータ電位が変化した不純物を含むスラリを、金属除去フィルタを通過させることにより前記不純物を含むスラリ内の該不純物を除去し、前記不純物を含むスラリのゼータ電位を不純物が含まれる前のスラリと同様なゼータ電位の状態まで回復させて前記不純物を含むスラリの再生を行うことを特徴としている。
【０００８】
請求項１の発明によれば、配管経路通過中に不純物が混入する、又は研磨に使用されてパッド屑、金属溶出物、金属屑などの不純物が含まれたことにより、ゼータ電位が変化してしまい劣化したスラリが金属除去フィルタを通過する。
【０００９】
これにより、不純物を含むスラリから不純物が除去され、等電点付近まで変化していたゼータ電位が、不純物を含む前の未使用のスラリと同様な状態まで回復し、加工レート、スクラッチ、表面粗さ等の加工品質が未使用のスラリと同様のレベルまで向上する。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記金属除去フィルタの前段又は後段の少なくともいずれか1方には、所定の大きさ以上の不純物を除去するフィルタが設けられ、前記不純物を含むスラリより、所定の大きさ以上の不純物を除去することを特徴としている。
【００１１】
請求項２の発明によれば、金属除去フィルタを通過する前のスラリ、又は金属除去フィルタ通過後のスラリより、粗大な粒子が除去され、金属除去フィルタで除去することが困難な微細な不純物の除去を行うことが出来る。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記金属除去フィルタは、イオン交換反応、又はキレート反応を行う材料により形成されていることを特徴としている。
【００１３】
請求項３の発明によれば、イオン交換反応、又はキレート反応を利用することにより金属不純物が確実に除去され、不純物を含むスラリのゼータ電位を不純物が含まれる前のスラリと同様なゼータ電位の状態まで回復させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明のスラリ再生方法によれば、汚染や、研磨に使用されたことにより不純物が含まれゼータ電位が変化したスラリ中から、フィルタによる低コストで簡易な機構により不純物の除去を行い、ゼータ電位を回復させて不純物が含まれたスラリを未使用のスラリと同様の研磨品質に再生させることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面に従って本発明に係るスラリ再生方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１６】
まず初めに、本発明に係わるスラリ再生方法を行う再生装置の構成について説明する。図１は、再生装置の概念図である。
【００１７】
図１に示すように再生装置１は、回収タンク１１、ポンプ１２、金属除去フィルタ１３、１次フィルタ１４、２次フィルタ１８、再生スラリタンク１５、パーティクルカウンタ１６、ｐＨ測定器１７、及びバルブＡ、Ｂ、Ｃとから構成され、ＣＭＰ研磨装置２より排出される不純物が含まれる使用済みスラリＵＳの再生を行う。
【００１８】
ＣＭＰ研磨装置２は、回転する研磨ヘッド２２でタングステン等の金属膜を有するウェーハを保持し、スラリ供給管２４よりスラリＳを研磨パッド２１上に供給しながら、回転する研磨パッド２１にウェーハを押圧して、化学的機械研磨を行う。スラリＳには、通常酸性の溶液にシリカ砥粒を分散させたものが使用される。
【００１９】
研磨パッド２１の周辺部には使用済みスラリＵＳを回収する複数のスラリ回収箱２３が備えられ、研磨中に回転する研磨パッド２１より飛散した使用済みスラリＵＳの回収がおこわなれる。
【００２０】
回収タンク１１には、スラリ回収箱２３に回収された使用済みスラリＵＳが集められ、集められた使用済みスラリＵＳが所定期間静置され、使用済みスラリＵＳ内に含まれるＨ２Ｏ２の分解が行われる。
【００２１】
Ｈ２Ｏ２の分解が終了した使用済みスラリＵＳはポンプ１２により搬送される。ポンプ１２にはチューブポンプが使用される。
【００２２】
１次フィルタ１４は、搬送されてきた使用済みスラリＵＳより、研磨パッド２１から生じた微細な研磨屑や、凝集した粗大な研磨砥粒など、１０μｍ程度以上の不純物を分離する。
【００２３】
金属除去フィルタ１３は、使用済みスラリＵＳ内に溶出した金属成分、又は混入した金属屑などの不純物の除去を行うフィルタであり、イオン交換反応、又はキレート反応を行う材料により形成されている。例えば野村マイクロ・サイエンス株式会社製のメトレート等が好適に利用可能である。
【００２４】
２次フィルタ１８は、１次フィルタ１４、又は金属除去フィルタ１３により除去しきれなかった粗大粒子などの不純物の除去が行われる。
【００２５】
パーティクルカウンタ１６は、２次フィルタ１８まで通過した使用済みスラリＵＳ内の粒子の粒径とその数を測定する。パーティクルカウンタ１６には、例えばリオン株式会社製ＫＳ−７１等を使用する。
【００２６】
再生スラリタンク１５は、１次フィルタ１４、金属除去フィルタ１３、及び２次フィルタ１８を通過させ、パーティクルカウンタ１６により測定された結果、３μｍ以上、及び５μｍ以上の大きさの粒子の数が未使用のスラリと同様な数まで低下し、ｐＨ値が所定の値まで変化した使用済みスラリＵＳが貯蔵される。
【００２７】
ｐＨ測定器１７は、２次フィルタ１８まで通過した使用済みスラリＵＳ、又は再生スラリタンク１５内に貯蔵された使用済みスラリＵＳのｐＨ値を測定する。再生スラリタンク１５内に貯蔵された使用済みスラリＵＳのｐＨ値を測定した結果、ｐＨ値が再生スラリのｐＨ値に適さない値の場合は、不図示の供給装置により調整剤が供給されてｐＨ値が調整され、再生スラリＲＳとして再生スラリタンク１５よりＣＭＰ研磨装置２へ戻される。
【００２８】
回収タンク１１、１次フィルタ１４、金属除去フィルタ１３、２次フィルタ１８、及び再生スラリタンク１５への使用済みスラリＵＳの供給量や供給速度は、各装置、又はフィルタ間を結合する配管に設けられたバルブＡ、Ｂ、及びＣとポンプ１２とにより行われる。
【００２９】
以上のような構成の再生装置により使用済みスラリの再生を行う。
【００３０】
なお、未使用時に何らかの影響で不純物が混入してしまい汚染され、ゼータ電位が変化してしまったスラリの再生を行う場合も、同様な構成の再生装置により再生することが可能である。静置してＨ２Ｏ２を分解することが不要である場合は、回収タンク１１は上記構成には不要とし、直接１次フィルタ１４へ不純物を含むスラリが供給される。
【００３１】
また、本実施の形態では金属除去フィルタ１３の前後にそれぞれ１次フィルタ１４、２次フィルタ１８を設けているが、本発明はそれに限らず、１次フィルタ１４のみ、又は２次フィルタ１８のみの構成であってもよい。
【００３２】
次に、本発明に係わるスラリ再生方法について説明する。図２はスラリ再生方法の手順を示したフロー図である。
【００３３】
本発明のスラリ再生方法では、まず図１に示すＣＭＰ研磨装置２の研磨パッド２１の周辺に設けられた複数のスラリ回収箱２３により、研磨中に研磨パッド２１から飛散する不純物を含む使用済みスラリＵＳが回収される（ステップＳ１）。
【００３４】
スラリ回収箱２３に回収された使用済みスラリＵＳは、回収タンク１１に手動、または自動で集められ、所定期間静置される（ステップＳ２）。
【００３５】
このとき、タングステンの金属膜を有するウェーハの研磨に使用された使用済みスラリＵＳ内には、スラリを酸性傾向とするために添加されたＨ２Ｏ２と、研磨時に溶出したタングステンの金属成分や屑が含まれている。Ｈ２Ｏ２は、図３の表に示すように、このタングステンの作用により徐々に分解が進み濃度が低下していく。
【００３６】
使用済みスラリＵＳ内のＨ２Ｏ２濃度がほぼ０となった時点で、バルブＡ及びバルブＢが開かれ、ポンプ１２が作動し、回収タンク１１内の使用済みスラリＵＳが搬送されて１次フィルタ１４を通過する（ステップＳ３）。
【００３７】
これにより、使用済みスラリＵＳ内に混入している研磨パッド２１から生じた微細な研磨屑、凝集した粗大な研磨砥粒など、１０μｍ程度以上の不純物が分離される。
【００３８】
１次フィルタ１４を通過した使用済みスラリＵＳは、次に金属除去フィルタ１３を通過する（ステップＳ４）。
【００３９】
金属除去フィルタ１３を通過した使用済みスラリＵＳからは、金属除去フィルタ内のイオン交換反応、又はキレート反応を行う繊維材料により、金属成分、又は混入した金属屑などが除去される。
【００４０】
金属除去フィルタ１３を通過した使用済みスラリＵＳは、２次フィルタ１８を通過し、前段のフィルタで除去しきれなかった粗大な粒子が除去される（ステップＳ５）。
【００４１】
２次フィルタ１８を通過した使用済みスラリＵＳは、パーティクルカウンタ１６により、３μｍ以上の粒子、及び５μｍ以上の粒子数が測定される（ステップＳ６）。
【００４２】
このとき、パーティクルカウンタ１６による測定の結果、３μｍ以上の粒子、及び５μｍ以上の粒子数が未使用のスラリと同程度以下の場合は、次の判断へ進む。未使用のスラリよりも多い場合は、２次フィルタ１８を通過した後の使用済みスラリＵＳを回収タンク１１まで循環させ、再度１次フィルタ１４、金属除去フィルタ１３、及び２次フィルタ１８を通過させる（判断Ｅ１）。
【００４３】
これにより、図４に示すように、使用済みスラリＵＳ内の３μｍ以上、及び５μｍ以上の粒子数は、処理時間とともに未使用のスラリと同程度以下まで減少していく。
【００４４】
使用済みスラリＵＳの粒子数が未使用のスラリと同程度まで減少した時点で、ｐＨ測定器１７により２次フィルタ１８を通過した後の使用済みスラリＵＳのｐＨ値が測定される。
【００４５】
このとき、ｐＨ値が５．５から６．０程度の場合は次のステップへ進む。５．５から６．０程度でない場合は、２次フィルタ１８を通過した後の使用済みスラリＵＳを回収タンク１１まで循環させ、再度１次フィルタ１４、金属除去フィルタ１３、及び２次フィルタ１８を通過させる（判断Ｅ２）。
【００４６】
２次フィルタ１８を通過した後の使用済みスラリＵＳのｐＨ値が５．５から６．０程度になった際には、バルブＢが閉じ、バルブＣを開け、使用済みスラリＵＳを再生スラリタンク１５へ搬送して貯蔵する（ステップＳ７）。
【００４７】
再生スラリタンク内の使用済みスラリＵＳは、ｐＨ測定器１７によりｐＨ値を測定され、測定値に基づき調整剤を添加してｐＨ値が調整される。使用済みスラリＵＳは、ｐＨ値が調整されて再生スラリＲＵとなる（ステップＳ８）。
【００４８】
通常、タングステンの金属膜を有するウェーハの研磨では、スラリは酸性が好ましく、Ｈ２Ｏ２、ＮａＯＨ、又はＨＮＯ３等の調整剤を添加してｐＨ値を酸性傾向に調整する。
【００４９】
再生スラリＲＳは、ｐＨ値が調整された後、ゼータ電位が測定される。このとき、ゼータ電位が１ｍＶ以上でない場合、再生スラリＲＳは再度回収タンク１１へ戻され、再度１次フィルタ１４、金属除去フィルタ１３、及び２次フィルタ１８を通過させ、粒子数、ｐＨ値が確認される（判断Ｅ３）。
【００５０】
１次フィルタ１４、金属除去フィルタ１３、及び２次フィルタ１８により処理され、ｐＨ値が調整された再生スラリＲＳは、図５に示すように、処理をしていない使用済みスラリＵＳよりもゼータ電位が高まる。この結果、再生スラリで研磨されたタングステンの金属膜を有するウェーハのスクラッチ数は、図６に示すように、未使用のスラリを使用した場合と同様の研磨結果が得られる。また、マイクロラフネスの差においても図７に示すように、未使用のスラリを使用した場合と同様の研磨結果が得られ処理前の使用済みスラリＵＳより向上する。
【００５１】
全ての処理が終了した再生スラリＲＳは、再びＣＭＰ研磨装置２へ供給され、研磨用スラリとして使用される（ステップＳ９）。
【００５２】
以上説明したように、本発明に係るスラリ再生方法によれば、汚染や研磨に使用されたことにより不純物が含まれゼータ電位が変化したスラリ中から、フィルタによる低コストで簡易な機構により不純物の除去を行い、不純物が含まれたスラリのゼータ電位を回復させる。これにより、再生スラリは、未使用のスラリと同様の研磨品質で使用することが可能となり、環境汚染に対策や、コストダウン要求に対応した高品質なスラリ再生が行える。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係わるスラリ再生装置の概念図。
【図２】スラリの再生方法の手順を示したフロー図。
【図３】スラリの静置時間とＨ２Ｏ２の濃度の関係を示した図表。
【図４】フィルタ通過後のスラリ内の粒子数を示した図表。
【図５】ゼータ電位の差を比較した図表。
【図６】スクラッチの数を比較した図表。
【図７】表面マイクロラフネスを比較した図表。
【符号の説明】
【００５４】
１…再生装置，２…ＣＭＰ研磨装置，１１…回収タンク，１２…ポンプ，１３…金属除去フィルタ，１４…１次フィルタ，１５…再生スラリタンク，１６…パーティクルカウンタ，１７…ｐＨ測定器，１８…２次フィルタ，２１…研磨パッド，２２…研磨ヘッド，２３…スラリ回収箱，２４…スラリ供給管，Ａ、Ｂ、Ｃ…バルブ，ＲＳ…再生スラリ，ＵＳ…使用済みスラリ（不純物を含んだスラリ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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