CN1491776A - 化学机械研磨装置用研磨浆调制供给装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种研磨浆调制供给装置及方法,即使在从暂时停止的状态再开始供给研磨浆时的初始阶段,也可以高精度地维持研磨浆的混合比例。该研磨浆调制供给装置包括分别用于吸引所述各液的对应于各液数目的吸引口、以及向化学机械研磨装置供给研磨浆的排出口;在从各吸引口至排出口的各液的供给路径上,从各吸引口按基于混合比例的特定量吸引各液,分别配置用于将吸引出的各液向排出口侧排出的供给泵,在各个供给泵的排出侧供给路径上同时设置阻尼器和加压阀,而且,设置用于测定来自设置于这些下流侧的各供给泵的排出量的流量计,以及使用来自该流量计的测定值来控制供给泵的排出流量的运算-控制电路。

Description

化学机械研磨装置用研磨浆调制供给装置和方法
技术领域
本发明涉及在高精度地研磨晶片等衬底表面,进行平坦化的化学机械研磨装置(以下称为CMP装置)中,按期望的比例至少混合磨粒微粒分散液和添加剂溶液来调制研磨浆,并进行供给的研磨浆调制供给装置及使用该装置的研磨浆调制供给方法。
背景技术
近年来,随着LSI的高集成化、高性能化,作为用于高精度地平坦化晶片等衬底表面的加工方式的化学机械研磨(CMP)方式引人注目。在这样的方式中,在将硅石、氧化铝、氧化锆、二氧化锰、二氧化铈(氧化铈)等微粒构成的研磨粒分散在氢氧化钾或氨等碱性水溶液或包含表面活性剂的水中的磨粒微粒分散液(以下称为原液研磨浆)中,还使用与研磨对象对应的,通过将表面活性剂、用于促进化学作用的过氧化氢溶液或硝酸铁等氧化剂、含有各种添加剂的添加剂溶液(以下称为添加剂溶液)进行混合而调制出的研磨浆(是研磨研磨粒和添加剂的混合分散溶液,用于实际的研磨处理)。然后,通过将该研磨浆中的添加剂溶液和衬底之间产生的化学作用、以及研磨浆中的研磨粒和衬底之间的机械作用进行复合,来实优良的研磨处理。
例如,在利用上述CMP装置研磨半导体硅衬底上的层间绝缘膜材料的二氧化硅膜(氧化膜)时,为了提高硅粒子的分散性和在研磨中形成最合适的粒子的凝集状态,在含有硅石的原液研磨浆中使用碱性水溶液,例如使用添加了氢氧化钾水溶液的研磨浆。然后,将该研磨浆供给设置于CMP装置中的半导体硅衬底,通过研磨浆中的硅石粒子和研磨装置的研磨垫的CMP研磨,除去上述氧化膜。
而在半导体硅衬底上生成的布线材料的钨金属膜的研磨中,在含有氧化铝粒子的原液研磨浆中,使用作为氧化剂添加了过氧化氢溶液的氧化铝研磨浆。然后,通过将这样的研磨浆供给设置于CMP装置中的半导体硅衬底,使钨膜表面和过氧化氢溶液产生化学反应,形成容易研磨的钨氧化膜,通过基于研磨粒的氧化铝粒子和研磨装置的研磨垫的CMP研磨来研磨该反应生成膜,除去布线以外的不需要的部分。
作为向上述那样的CMP装置供给研磨浆的机构,以往采用以下方式:按预先规定的比例混合含有适当选择的研磨粒的原液研磨浆、含有表面活性剂和氧化剂等的添加剂溶液、以及根据需要使用的稀释用的水,在临时存液于贮藏箱后,将该混合液(研磨浆)供给CMP装置。但是,这种情况下,随着贮藏箱内存液期间产生的混合后的经过时间,研磨浆的研磨特性恶化、研磨浆中的研磨微粒的分散性下降、或缺乏构成研磨浆的成分的混合比例变更时的可变性和应用性,在适合处理的良好状态下,也存在不能精确地供给期望的混合比例的研磨浆的问题。对此,例如提出了以下研磨浆供给装置(参照专利文献1):在向CMP装置的研磨平台喷射前通过混合器混合磨粒水溶液(原液研磨浆)和添加溶液,将上述多种溶液作为研磨浆供给。
但是,根据本发明人的研究,在上述专利文献1中记载的研磨浆供给装置中,存在以下列举的课题。即,研磨浆成分的混合精度仅依赖于流量计和接受其反馈来调节打开程度的恒流阀,但在流量计中,在考虑了其精度时,低流量区域中的误差特别大,而在恒流阀中,担心原液研磨浆的闭塞,在这样的结构中,有时不能适当准确地供给适合期望的处理的指定液混合比例的研磨浆。而且,在上述现有装置中,多个液体由各自的泵向装置供给,但根据本发明人的研究,这里使用的泵的波动(压力变动)对维持恒流阀的恒定流量产生不良影响,所以通过这种机构难以高精度地维持研磨浆的混合精度。而且,上述现有的装置没有对混合的部位的清洗机构,所以在不使用混合液时,通过研磨浆中的微粒的沉淀和凝聚而在装置内配管中产生堵塞时,不能除去它们,特别是在再次开始供给研磨浆的初始阶段,在维持其混合比例精度上要考虑残留的问题。
【专利文献1】
特开2000-202774公报
发明内容
因此,本发明的目的在于提供一种研磨浆调制供给装置,按期望的适合处理的任意流量,并且以高精度的液体混合比例,用适当准确并且更简单的方法向CMP装置供给没有恶化的良好状态的研磨浆。
此外,本发明的目的在于提供一种研磨浆调制供给方法,按期望的适合处理的任意流量,并且以高精度的液体混合比例,可向多个CMP装置适当准确并且更简单地供给没有恶化的良好状态的研磨浆。
而且,本发明的目的在于提供一种研磨浆调制供给装置,即使在从临时停止状态再开始供给研磨浆时的初始阶段,也可以高精度地维持研磨浆的液体混合比例。
上述目的根据下述发明来实现。即,本发明提供一种研磨浆调制供给装置,在化学机械研磨装置CMP中,用于供给按期望的混合比例混合的至少包含磨粒微粒分散液和添加剂溶液的研磨浆,其中:包括分别用于吸引所述各液的对应于各液数目的吸引口、以及向所述化学机械研磨装置供给研磨浆的排出口;在从所述各吸引口至排出口的各液的供给路径上,从各吸引口按基于所述混合比例的特定量吸引各液,分别配置用于将吸引出的各液向所述排出口侧排出的供给泵,在各个供给泵的排出侧供给路径上同时设置阻尼器和加压阀,而且,设置用于测定来自设置于这些下流侧的各供给泵的排出量的流量计,以及使用来自该流量计的测定值来控制所述供给泵的排出流量的运算-控制电路。作为本发明的优选方式,可列举方案3的研磨浆调制供给装置,其运算控制电路进行使用所述流量计的测定值与期望的设定液量的偏差的PID控制,以便用供给泵排出特定量,以及跟踪该设定液量的变化的控制。
本发明的另一实施方式提供一种研磨浆调制供给方法,用于向多台化学机械研磨装置CMP分别供给期望的构成和流量的研磨浆,其中:在各化学机械研磨装置CMP上分别具有所述结构的研磨浆调制供给装置,此时,至少包含磨粒微粒分散液和添加剂溶液的各液通过各研磨浆调制供给装置同时供给各化学机械研磨装置CMP。作为本发明的优选方式,在上述中,还可列举了上述方案所述的研磨浆调制供给方法,其中,还从各化学机械研磨装置CMP将各装置CMP期望的有关各液的期望设定量信息输入到所述运算-控制电路,监视该设定量的变化,并且使用该设定量与来自所述流量计侧的测定值的偏差进行各供给泵的排出量的控制。
附图说明
图1是本发明一实施方式的研磨浆调制供给装置的概略构成图。
图2是图1装置中使用的分离管的概略剖面图。
图3是将图1的装置应用于多个CMP装置的情况下的概略构成图。
图4A是图1装置中可使用的控制机构的说明图。
图4B是表示由图4A的控制机构控制各供给泵情况下的对应液的排出液量作为时间函数来表示的图。
图5A是图1的装置中可使用的控制机构的说明图。
图5B是表示由图5A的控制机构控制各供给泵情况下的对应液的排出液量作为时间函数来表示的图。
图6A是本发明装置中可使用的另一控制机构的说明图。
图6B是表示由图6A的控制机构控制各供给泵情况下的对应液的排出液量作为时间函数来表示的图。
具体实施方式
下面列举本发明的优选实施方式和变形例来详细地说明本发明。本发明人为了解决上述现有技术课题而深入研究的结果,在CMP装置之前将原液研磨浆和添加剂溶液混合的现有研磨浆供给装置中,鉴于有时不能以高精度的混合比例来混合这些溶液并供给稳定状态的研磨浆,开发了可将供给这些液体时的供给泵的排出流量变动抑制到最小的装置,如果泵的排出流量稳定,则可在本发明中达到高精度地控制至少包含原液研磨浆和添加剂溶液的各液构成的研磨浆的混合比例的研究结果。
根据本发明人的研究,在向调制供给装置内的供给泵送液的多个液体中有各自最佳压力条件,供给泵的排出流量特性首先依赖于该送液的各液的压力变动。而且,在该压力变动中,有时在各液的送液中使用泵的情况等中产生的波动,以及向多台CMP装置同时供给各液情况下有时对其他研磨装置中使用液体产生影响。本发明人着眼于使这些压力变动最小,获得使各液的供给泵的排出流量的变动达到最小限度的有力装置来进行开发。其结果,发现以下事实:下述装置是有效的,通过使用这样的装置,因为在从供给泵作为正确的排出液量维持的状态下,以各CMP装置期望的适合于处理的任意流量供给液体,所以可用适当准确并且简易的方法向CMP装置供给以高精度的液体混合比例、没有恶化的良好状态的研磨浆。
首先,其中之一是将伴随供给泵的送液的波动达到最小限度。下面根据图1来说明这样的方法。图1是本发明一实施方式的将双液混合来调制研磨浆,将该研磨浆供给CMP装置17的双液混合型研磨浆调制装置K的例子,1是封入了将硅石、氧化铝、氧化铈等研磨粒分散在包含表面活性剂等的水中的状态的原液研磨浆(以下称为A液)的圆筒,2是封入了与A液混合的表面活性剂和氧化剂等添加剂溶液(以下称为B液)的圆筒。4是用于使A和B各液循环的循环泵。作为该循环泵4,可以使用隔膜泵等普通的泵,也可以与该循环泵4组合,分别配置未图示的降低波动的阻尼器。
在图1中,混合从圆筒1通过吸入口3的A液和从圆筒2通过吸入口3供给的B液,将这些液体按期望的指定流量通过排出口18供给CMP装置17。在图1所示的例子中,A液和B液都由循环用泵4进行循环,但根据本发明人的研究可知,因该泵4本身的排出压力和波动产生的压力变动对供给泵5的排出量精度产生很大不良影响,其结果,难以维持供给泵的正确的排出液量。
相反,还发现以下事实:另外设置对该压力变动的校正机构,控制各个供给泵5的排出量,根据这样的方法,可进行良好的控制。但是,在所述装置K中使用的各供给泵5一般具有机器固有的排出流量特性(个体差异),有时需要根据使用的数量来求出各自校正运算式,在装置的安装和交换供给泵5时需要再次求出运算式等作业繁杂。根据本发明人的研究,在这种情况下,作为可控制的条件,还有研磨浆调制供给装置接受的液体的最大压力受到限制的使用上的问题,有改进的余地。
因此,深入研究的结果可知:在各个供给泵5的排出侧供给路径中,配置用于测定各供给泵5的排出量的流量计8并测定排出量,最好设置运算控制电路(Programmable Logic Controller,以下略记为PLC)16,进行使用流量计8获得的排出量(当前值)和设定流量(设定值)的偏差的PID控制,和输出控制,以便监视各供给泵5的预先设定输入的期望的设定液量变化,使得供给泵可充分跟踪该设定液量变化,使用它们,如果可以控制各供给泵5的排出液量,则可以正确地供给适合期望的处理的任意流量,所以在高精度的液体混合比例下,可用适当准确并且简易的方法向CMP装置供给没有恶化的良好状态的研磨浆。以下,参照图1来说明有关内容。
首先,将由研磨浆调制供给装置K预先设定的任意的供给流量、或CMP装置17传输到PLC16的任意的流量信号作为目标,PCL16向各供给泵5的泵控制器14分别传输必要的流量信号。各泵控制器14对流量信号进行处理并变换成泵驱动电压,按任意的排出流量分别驱动对应的供给泵5。各供给泵5的排出侧供给路径上配置的流量计8分别测定从各供给泵5排出的液体的实际排出量。
然后,使用基于各流量计8的测定值来分别控制对应的供给泵5的排出量,但在本实施方式的研磨浆调制供给装置K中,作为其前提,也可以通过以下方法使来自各供给泵5的排出液流成为没有变动的稳定液流。即,各液从各供给泵5排出并供给CMP装置17,如果各供给泵5的波动在各液中传播,在对研磨浆的稳定供给产生不良影响,而在本实施方式中,为了降低这样的不良影响,如图1所示,在供给泵5的排出侧供给路径上组合使用阻尼器6和加压阀7。通过形成这样的结构,明显地降低各供给泵5的波动,可以按稳定的状态维持向CMP装置17侧供给的来自各供给泵5的各液的排出液流。
即,通过配置阻尼器6,可以缓和供给泵5产生的流体的波动,其结果,可以用稳定的液流供给混合从供给泵5排出的各液。而且,与阻尼器6同时使用的加压阀7的结构与阻尼器6非常相似,所以可以期待进一步缓和供给泵5产生的流体波动的效果。其结果,供给泵5的波动明显地降低,稳定地维持向CMP装置17供给的来自供给泵5的各液的排处液流,可进行高精度的液体混合比例的研磨浆供给。
在本发明中,通过采用上述排出量控制机构,以稳定的状态维持来自供给泵5的各液的排出液流,而且,用流量计8始终测定来自这些供给泵5的排出液量,最好始终监视各供给泵5作为期望的液量输入的设定值的变化,通过使用它们,以正确的排出液量向CMP装置17稳定供给各液。以下,说明这样的控制。
如图1所示,流量计8始终测定的来自各供给泵5的排出液量值通过对应的流量计检测器15分别输入到PLC16。然后,首先由PLC16始终监视各流量计8的指示值(测定值)、上述预先设定在研磨浆调制供给装置K中的对应的任意的供给流量、或根据从CMP装置17向PLC16传输的任意的流量信号获得的与对应的液体供给液量(以下,将这些供给液量统一称为设定流量)的偏差。而且,通过使用该偏差,反馈控制各端口控制器14,对各供给泵5的排出流量进行PID控制,以使接近作为目标的设定流量。在这些设定流量始终固定时,仅用该PID控制就足够了,而在期望的设定流量随时变化时,仅用PID控制,则难以进行充分跟踪该变化的控制,有时需要时间来稳定到作为目标的设定流量。这被认为是因供给泵的响应速度慢,有时造成不能充分跟踪PID控制速度。因此,在本发明中,如前面所述那样,最好进行供给泵的输出控制和同时使用PID控制的控制。作为此时可使用的流量计最好是使用超声波的传播时间差方式的流量计。作为这样的流量计,例如可列举东京流量仪表研究所制的USF200S(商品名)。
如以上那样,在本发明的研磨浆调制供给装置K中,由各供给泵5将对应的液体通过供给口仅吸引各自期望的量,向混合机侧12排出供给,此时,由阻尼器6和加压阀7缓和供给泵5产生的波动,从而稳定地维持来自供给泵5的各液的排出状态。而且,与此同时,通过组合基于流量计8和PLC16的排出量控制机构,来进行控制,以抑制特别是在使用循环泵4时因泵自身的排出压力和波动产生的压力变动造成的对供给泵5的排出量精度的不良影响,以使按作为目标的设定流量正确地供给各液。其结果,具有这些组合的本实施方式的研磨浆调制供给装置K高精度地具有各液的混合比例,并且可向CMP装置17稳定供给没有恶化的研磨浆。如上述那样,根据本实施方式,不设置复杂的校正机构和控制机构,通过在各供给泵5的出口侧配置流量计8、以及使用来自对应流量计的测定值来控制供给泵的排出流量的运算控制电路的简单结构,实现上述良好的效果。
在图1所示的实施方式中,A液和B液都通过对应的泵4进行循环,但本发明不限定于此,也有不使用泵而进行压送的情况。如前面所述那样,根据本发明人研究,特别是在使用循环泵4时,泵4自身的排出压力和波动产生的压力变动对供给泵5的排出量精度产生不良影响,不能维持正确的排出液量,被认为有不能高精度地维持研磨浆的液体混合比例的倾向。因此,特别是在使用研磨浆循环泵4的系统中,进行上述说明的基于流量计8和PLC16的排出量控制是有效的,但不用说,即使在不使用泵向供给泵5压送时,如果设置上述控制机构,则也可以维持来自供给泵5的正确的排出液量。
而且,在本发明的研磨浆调制供给装置K中,如图1所示,最好至少在某一个吸引口3和与其对应的供给泵5之间配置分离管11。特别是对于没有沉淀性的原液研磨浆或不含有磨粒的添加剂溶液,最好采用这样的结构。下面,说明这样的实施方式。如前面所述那样,特别是在使用循环泵4等情况下,产生对供给泵5的排出量精度的不良影响。对此,本发明人考虑如果可将循环泵4循环的系统(以下称为循环系统)和进行混合供给的系统(调制供给装置K;以下也称为混合系统)进行分离,则可进一步抑制上述危害,并且开发了可实现这样目的的装置。其结果,发现使用具有图2所示结构的分离管是有效的。下面,根据图2来说明分离管11的结构。
分离管11为在外管11A的内部配置了内管11B的双重管,在其外管11A中,在两个部位设置用于控制外管11A内的液位的液位传感器。13H是高位的液位检测传感器,13L是低位的液位检测传感器。而且,在比该高位液位检测传感器13H高的位置上,设置连通大气的开孔11C。而在外管11A的底部上,设置与对应的供给泵5连通的供给路径11D。外管11A的上表面为密封状态,但在该上表面中以贯通的状态安装内管11B。然后,成为外管11A内配置的内管11B的开孔的下端部配置在上述低位液位传感器13L的下侧的结构。
如图1所示,如果将具有上述结构的分离管11配置在吸引口3和供给泵5之间,则该分离管11具有下述功能,可将循环系统和混合系统具体地在供给泵5之后的一侧中分离。其结果,可抑制循环系统中使用的泵4自身的排出压力和波动产生的压力变动对供给泵5的排出量精度的不良影响,可进一步降低循环系统对混合系统产生的影响。下面根据图2进行说明。首先,从具有循环泵4的B液循环系统通过吸引口3向供给泵5运送的流体被从内管11B导入到外管11A内。如前面所述那样,外管11A通过开孔11C与大气连通,由此,向供给泵5运送的B液在分离管11内压力被大气释放。其结果,供给泵5吸引分离管11内贮留的零压状态的B液,并进行排出,所以供给泵5没有受到一次侧(特别是循环系统)产生的压力变动的影响,进行排出液量的控制。
而且,如图3所示,在对各液的循环线路并列设置多台调制供给装置K,将各研磨浆供给多个CMP装置17时,在现有的循环系统和混合系统没有分离的情况下,研磨浆调制供给装置K多台同时运行时,由任一台研磨浆调制供给装置工作,在一次侧的循环液或压送液的流体压力上产生变动,在对其他的研磨浆调制供给装置K的流体压力上引起变动,但如上述说明的那样,如果形成通过分离管11将各液吸引到供给泵5中的结构,则可将循环系统和混合系统分离,特别是在供给泵5之后的一侧中分离,所以即使是这样的情况也可以对付。
作为具有上述结构的分离管11的材质,最好是抗药液性良好、对各液没有污染的材质,例如,可使用氟树脂的PFA(Perfluoroalkoxyfluoroplastics)等。再有,分离管11的液位检测传感器13最好使用静电容式传感器。作为这样的传感器,有エフェクタ一(株)制的静电容式传感器。但是,传感器的检测方式不限于此,除了静电容式以外,例如光电式等也可以。
作为本发明的优选实施方式,除了上述以外,还可列举具有可通过纯水清洗原液研磨浆供给路径的清洗机构的研磨浆调制供给装置。这样的话,可以解决因供给待机时的研磨浆粒子沉淀、凝集造成的研磨浆调制供给装置内配管堵塞的问题,在临时停止供给后,对于再开始情况下初期的研磨浆的混合比例,也可以维持高精度。而且,上述纯水的清洗机构可以手动操作,也可以进行自动清洗机构,所以更容易进行维修操作。
在本发明的研磨浆调制供给装置中,形成将CMP装置17请求的任意的请求流量直接输入到研磨浆调制供给装置K本体的PLC16的方式,也可形成从研磨浆供给方的CMP装置17通过使用网络的外部传输进行输入的方式。如果采用通过外部传输进行输入的方式,可观察CMP装置17的化学机械研磨的状态,同时进行适当准确地控制研磨浆的供给状态的远程操作。其结果,可提高操作性,实现研磨加工品、例如基板的完全平坦度。
在以上的说明中,使用图1所示的将原液研磨浆的A液、以及添加剂溶液的B液这双液混合供给的双液混合型研磨浆调制供给装置,但本发明不限于此,可以将满足需要的数目的液体进行混合供给。例如,在上述的A液和B液中,除了供给纯水的系统以外,如果形成用于混合供给三种液体的三种液体混合型研磨浆调制供给装置,在可用纯水以合适的状态稀释混合A液和B液,而且,用纯水清洗原液研磨浆的A液的配管内情况下的操作容易。如前面所述那样,通过纯水的清洗操作,有效地解决研磨浆供给待机时的研磨浆粒子的沉淀和凝集造成的研磨浆调制供给装置内配管的堵塞问题。再有,为了在图1所示的双液混合型研磨浆调制供给装置转换为液体混合型研磨浆调制供给装置,在与各个吸引口3对应的供给泵5之间设置的阀门9上,也可以另外设置用于纯水清洗A液的配管内的清洗用纯水W的导入口。
以下,说明本实施方式的研磨浆调制供给装置K的各液的具体流动。首先,如图1所示,A液的原液研磨浆从圆筒1由循环泵4吸引、排出并再次返回到圆筒1,按指定量的液流进行循环。在研磨浆的构成中使用的各液中,特别是原液研磨浆含有的磨粒微粒有沉淀的危险,所以如图1所示的例那样,最好进行从循环流的状态向供给泵5送液的结构。
在图1所示的例中,将来自PCL16的A液用设定流量信号由对应的泵控制器14变换成驱动电压,如果向供给泵5传输,则驱动对应的供给泵5,以指定量的液量循环的A液通过吸引口3和阀门9送液到供给泵5,以设定的任意的排出流量从该泵5排出。如图1所示那样,此时来自供给泵5的对A液的排出液量的A液循环液流的压力变动造成的不良影响被如下那样降低。首先,由流量计8监视来自供给泵5的排出量,始终监视流量计8的指示值(测定值)和输入到PLC16的任意的设定流量的偏差,进行P1D控制。与此同时,最好通过监视供给泵5的设定液量的变化,进行输出控制,以便用于补偿不能跟踪PID控制的供给泵5的响应性差。而且,通过将这些装置控制的信息送到泵控制器14,进行精密地校正供给泵5的驱动电压输出的控制,以正确的排出液量来调整从供给泵5排出的液体。
而且,如上述那样,从D5以指定液量稳定排出的A液通过排出侧供给路径上配置的阻尼器6和加压阀7送到混合机12,由此缓和供给泵5的波动,降低该波动引起的对排出液流的不良影响,稳定地维持来自供给泵5的各液的排出液流。其结果,可以向CMP装置17稳定供给混合比例精度高的研磨浆。
在图1所示的例中,按与上述A液情况相同的方法,B液也从圆筒2由对应的循环泵4吸引排出并再次返回到圆筒2,并以指定液量进行循环。但是,作为B液的添加剂溶液与作为A液的原液研磨浆的情况有所不同,因种类不同而没有沉淀的危险,不一定由循环泵4循环,也可以不使用泵而按压送方式向供给泵5送液。基于B液的循环或压送方式的液流的压力变动对供给泵5的排出流量的不良影响与上述A液的情况相同,通过设置对应的流量计8、PLC16和对应的泵控制器14,控制来自供给泵5的排出流量来解决。而且,在作为B液的添加剂溶液是没有沉淀性的溶液时,如图1所示,最好为在B液的循环系统的吸引口3和对应的供给泵5之间配置分离管11的方式。这样的话,可进一步稳定地维持供给泵5的排出液流。
如以上那样,维持由供给泵5流出的降低了与设定流量之差的正确的排出液量,而且,在维持供给泵5的没有波动影响的稳定液流的状态下排出的A液和B液通过阀们10,并且通过混合器12进行混合,成为期望的研磨浆,供给CMP装置17。也可以根据需要配置混合器12,但为了高效率地进行多种液的混合,最好是配置。作为此时可使用的混合器,可列举ノリタケカンパニ一リミテド制的混合器等。
如图1所示,如上述说明的那样,将含有A液和B液的各液供给CMP装置17,到达阀门10的各液通过上述说明的结构,成为降低了与各设定液量之差的正确的排出液量,并且分别为没有供给泵5的波动影响的稳定状态,这些混合液的研磨浆以良好的状态达到期望的混合比例。
作为本发明中使用的供给泵5,最好使用恒流泵。作为恒流泵,一般使用弗拉姆管(tube Frahm)式、风箱式、隔膜式的泵,在本发明中,最好使用弗拉姆管式泵。
弗拉姆管式泵具有没有研磨浆凝集,泵自身的波动比其他泵小的特长。在弗拉姆管式泵中,例如在两个弗拉姆管中交替吸引指定量的液体,交替从弗拉姆管中排出,从而以指定流量稳定排出液体。如前面所述那样,在本发明中,为了降低供给泵5的波动对从各供给泵5排出的排出液的影响,使供给泵5排出的液体还通过阻尼器6和加压阀7,从而缓冲供给泵5的波动。
作为本发明中使用的阻尼器,只要是缓冲供给泵5的波动,可以抑制对排出液的不良影响,任何阻尼器都可使用。例如,可使用内部形成弗拉姆管结构,流体通过其内部,从外部封入固定压力的空气,从而弗拉姆管向内部方向压缩,由此缓和从供给泵5排出时流体产生的压力变动,降低波动,具有可稳定地确保期望流量的结构的阻尼器等。
作为本发明中可使用的加压阀,例如可使用内部需要弗拉姆管结构,流体通过其内部,从外部以某个压力封入空气,具有将弗拉姆管向内部方向压缩的隔板结构,对弗拉姆管泵一次侧的流体压力进行压缩的加压阀等。这里,由于弗拉姆管结构具有期待的阻尼效果,因而与仅配置阻尼器6的情况相比,可以进一步缓冲供给泵5的波动。
特别是作为使用加压阀7的效果,除了该阻尼效果以外,还可列举如下。即使对前面说明的分离管内对大气开放,将循环系统和混合系统分离,也应考虑大气开放没有切断,来自循环系统的某种程度的微弱的压力变动对供给泵5产生影响。一般地,在泵吸引的一次侧流体上有压力时,产生液体的流出状态,其结果,有造成将流出部分相加在排出流量上的误差的危险。相反,通过配置加压阀7,对供给泵5的一次侧的流体压力进行压缩(提供反压),可以防止该流出。
其次,本发明人对PLC16的流量反馈控制方法进行了研究。其结果,如下述那样,可知最好通过输出控制(设定流量值和流量计测定值之差)和比例积分微分控制(以下称为PID控制)的组合来校正来自供给泵的排出流量。以下,说明研究的控制方法(A)~(C)。
(A)图4A所示的仅用输出控制来校正各供给泵的排出流量的方法
图4表示仅用输出控制来校正各排出流量的控制流程。在该方法中,进行下述控制。
(1)将CMP装置17期望的各液的量作为设定流量值,输入到PLC16。
(2)PLC16将各设定流量值作为流量信号输入到对应的泵控制器14。
(3)泵控制器14向对应的供给泵5输出驱动电压。
(4)对应的流量计8测定供给泵5实际排出的流体的流量。
(5)流量计8的测定值通过对应的流量计检测器15,作为流量测定值输入到PLC16。
(6)PLC16求出输入的设定流量值和流量测定值之差,根据该差,来校正通过泵控制器14向供给泵5输出的驱动电压,以接近设定流量值。
(7)返回到(1)。
进行上述输出控制的结果如图4B所示,可知在仅直接校正供给泵5的驱动电压的输出的控制中,有时不能充分校正设定流量值和流量测定值之间的差。
(B)图5A所示的仅用PID控制来校正各供给泵的对应排出流量的方法。
在图5中所示的仅用PID控制来进行校正的流程中,在该方法中进行下述控制。
(1)将CMP装置17期望的各液的量作为设定流量值,输入到PLC16。
(2)PLC16将各设定流量值作为流量信号输入到对应的泵控制器14。
(3)泵控制器14向对应的供给泵5输出驱动电压。
(4)对应的流量计8测定供给泵5实际排出的流体的流量。
(5)流量计8的测定值通过对应的流量计检测器15,作为流量测定值输入到PLC16。
(6)PLC16求出输入的设定流量值和流量测定值的偏差,使用该偏差进行PID控制,同时校正通过泵控制器14向供给泵5输出的驱动电压,以接近设定流量值。
(7)返回到(1)。
进行上述输出控制的结果如图5B所示,在仅用PID控制的输出校正方法进行上述供给泵5的驱动电压的输出校正时,对于作为目标的设定流量值的变化,有时上冲量或下冲量增大。即,流量误差非常大,有时需要一定时间来使流量稳定。上冲量和下冲量增大的原因之一被推测是供给泵的响应性延迟,在流量变化大时,泵响应速度跟踪不上PID控制速度。
(C)图6A所示的通过组合输出控制和PID控制来校正各供给泵的排出流量的方法
图6A表示用输出控制和PID控制的组合来校正各排出流量的控制流程。在该方法中,进行下述控制。
(1)PLC16始终监视作为目标的设定流量值的变化、以及该设定流量值与由流量计8获得流量测定值的偏差。
(2)如果作为目标的设定流量值的变化在每单位时间内超过5%,则使用电路A向PLC16输入该变化。
(3)PLC16向泵控制器14输出流量信号。
(4)泵控制器14向供给泵5输出驱动电压。
(5)流量计8测定供给泵5实际排出的流体的流量。
(6)流量计8的测定值通过流量计检测器15,作为流量测定值输入到PLC16。
(7)在设定流量值和流量测定值的偏差超过5%时,使用电路A。另一方面,在该偏差恢复到5%以内时,可切换为电路B。
(8)如果切换到电路B,则PCL16求出输入的作为目标的设定流量值和流量测定值的偏差,进行PID控制,同时校正输出,以使流量测定值接近设定流量值。
(9)返回到(1)。
再有,在上述说明中,使用5%作为电路切换的阈值,但也可以使用其他阈值,例如使用3%。而且,预先存储多个阈值,根据处理内容,作业者选择合适的一个阈值就可以。
进行上述输出控制的结果如图6B所示,可确认达到了非常稳定的设定流量值的排出流量。即,如果使用通过输出控制和PID控制的组合,在作为目标的设定流量值上有变化时,首先仅直接改变供给泵的驱动电压的输出,直至接近设定流量值的5%以内,接着,在确认完成该动作后,切换成PID控制,在该状态下进行精密校正的控制方法,则可以使流量测定值与设定流量值更一致。其结果,各液按正确的排出量供给CMP装置,所以根据图6A所示的校正方法,研磨浆调制供给装置可高精度地维持研磨浆的液体混合比例。
如上述那样,根据本发明,提供一种研磨浆调制供给装置及方法,即使在从暂时停止的状态再开始供给研磨浆时的初始阶段,也可以高精度地维持研磨浆的混合比例。根据本发明的优选实施方式,可提供如下的研磨浆调制供给装置和方法,即使在从暂时停止状态再开始供给研磨浆的初始阶段,也可以高精度地维持研磨浆的混合比例。

Claims (7)

1.一种研磨浆调制供给装置,在化学机械研磨装置(17)中,用于供给按期望的混合比例混合的至少包含磨粒微粒分散液和添加剂溶液的研磨浆,其特征在于:包括分别用于吸引所述各液的对应于各液数目的吸引口(3)、以及向所述化学机械研磨装置(17)供给研磨浆的排出口(18);在从所述各吸引口(3)至排出口(18)的各液的供给路径上,从各吸引口(3)按基于所述混合比例的特定量吸引各液,分别配置用于将吸引出的各液向所述排出口(18)侧排出的供给泵(5),在各个供给泵(5)的排出侧供给路径上同时设置阻尼器(6)和加压阀(7),而且,设置用于测定来自设置于这些下流侧的各供给泵(5)的排出量的流量计(8),以及使用来自该流量计(8)的测定值来控制所述供给泵(5)的排出流量的运算-控制电路(16)。
2.如权利要求1所述的研磨浆调制供给装置,其中,在至少某一个吸引口(3)和与其对应的供给泵(5)之间还配置分离管(11)。
3.如权利要求1所述的研磨浆调制供给装置,其中,所述运算-控制电路(16)进行使用来自所述流量计(8)的测定值与供给泵(5)用于排出特定量的期望的设定液量的偏差的PID控制,以及用于跟踪该设定液量变化的控制。
4.如权利要求1~3任何一项所述的研磨浆调制供给装置,其中,还设有用于向磨粒微粒分散液的供给路径供给纯水(W)的供给路径,可用纯水清洗磨粒微粒分散液的部件。
5.如权利要求1~4任何一项所述的研磨浆调制供给装置,其中,在从所述各流量计(8)至排出口(18)的供给路径中,配置用于进行各液混合的混合器(12)。
6.一种研磨浆调制供给方法,用于向多台化学机械研磨装置(17)分别供给期望的组成、流量的研磨浆,其特征在于:在各化学机械研磨装置(17)上分别连接权利要求1~5任何一项所述的研磨浆调制供给装置(K),此时,至少包含磨粒微粒分散液和添加剂溶液的各液通过各研磨浆调制供给装置(K)同时供给各化学机械研磨装置(17)。
7.如权利要求6所述的研磨浆调制供给方法,其中,还从各化学机械研磨装置(17)将各装置(17)期望的有关各液的期望设定量信息输入到所述运算-控制电路(16),监视该设定量的变化,并且使用该设定量与来自所述流量计(8)侧的测定值的偏差进行各供给泵(5)的排出量的控制。
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