JP2001150347A - 砥液供給装置 - Google Patents
砥液供給装置Info
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Abstract
を供給することができる砥液供給装置を提供する。 【解決手段】 研磨部12に砥液を供給する砥液供給装
置であって、所定の濃度の砥液を貯留する供給タンク1
8と、該供給タンクから砥液を前記研磨部の砥液ノズル
146に送る砥液配管46と、所定の濃度の添加剤を貯
留する添加剤タンク203と、前記添加剤タンクから前
記砥液供給タンク又は前記砥液配管を含む砥液経路の所
定箇所において添加剤を砥液に添加する添加剤配管22
0とを有する。
Description
いる砥液供給装置に関し、特に、添加剤を安定的に含ん
だ砥液を供給することができる砥液供給装置に関する。
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。特に線幅が0.5μm以下の光リソグラ
フィの場合、許容される焦点深度が浅くなるためステッ
パーの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウ
エハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦
化法の1手段として研磨ユニット(研磨部)を備えた研
磨装置により研磨することが行われている。
す図である。研磨ユニットは、上面に研磨布140を貼
ったターンテーブル142と、回転および押圧可能に研
磨対象物である半導体ウエハWを保持するトップリング
144と、研磨布140に砥液Qを供給する砥液供給ノ
ズル146を備えている。トップリング144はトップ
リングシャフト148に連結され、図示しないエアシリ
ンダにより上下動可能に支持されている。
タン等の弾性マット150を備えており、この弾性マッ
ト150に密着させて半導体ウエハWを保持するように
なっている。さらにトップリング144は、研磨中に半
導体ウエハWがトップリング144の下面から外れない
ようにするため、円筒状のガイドリング152を外周縁
部に備えている。ガイドリング152はトップリング1
44に対して固定され、その下端面はトップリング14
4の保持面から突出しており、その内側の凹所に研磨対
象物である半導体ウエハWを保持するようになってい
る。
トップリング144の下面の弾性マット150の下部に
保持し、ターンテーブル142上の研磨布140に半導
体ウエハWをトップリング144によって押圧するとと
もに、ターンテーブル142およびトップリング144
を回転させて研磨布140と半導体ウエハWを相対運動
させて研磨する。このとき、砥液供給ノズル146から
研磨布140上に砥液Qを供給する。砥液は、例えばア
ルカリ溶液に微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用
い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒を用いた機
械的研磨作用との複合作用によって半導体ウエハWを研
磨する。
行なうには、一定の濃度及び流量の砥液を研磨ユニット
に安定に供給することが要求される。砥液供給系は、例
えばKOH,NH4OH等と粉末シリカを混合した原液
を貯蔵する原液タンクと、この原液を純水や薬液等で希
釈して所定の濃度に調整する調整タンクと、この調整タ
ンクで調整した砥液を一時的に貯蔵して供給する供給タ
ンクと、これらのタンク間及び供給タンクから研磨ユニ
ットのノズルに砥液を供給するための砥液供給配管等を
備えている。
半導体ウエハの研磨面の改質を目的として酸化剤のよう
な添加剤が用いられる。具体的には半導体ウエハに付け
られた銅やタングステンの金属膜を酸化させることを目
的としてH2O2(過酸化水素水)等の酸化剤を添加す
る。このような添加剤は、従来、砥液を製造する時点で
加えられていた。このため、添加剤が酸化剤等の薬品性
状の不安定なものである場合、添加剤の入った砥液を長
期間ストックすることにより砥液の性状を変化させてし
まい、研磨性能を著しく不安定にしてしまうという問題
点があった。
添加剤供給ユニットに純水等の溶媒で薄めた所定濃度の
添加剤をポリエチレン容器等で準備し、添加剤供給ユニ
ットから所定濃度のまま供給系に送っていた。このた
め、添加剤供給ユニットが大きくなってしまい、多くの
ユニット設置スペースが必要となっていた。さらに、供
給系では添加剤の添加量が少量であるため、高い供給精
度が要求されていた。
に、研磨ユニットへ、添加剤を安定的に含む砥液を供給
することができる砥液供給装置を提供することを目的と
する。
は、研磨部に砥液を供給する砥液供給装置であって、所
定の濃度の砥液を貯留する供給タンクと、該供給タンク
から砥液を前記研磨部の砥液ノズルに送る砥液配管と、
所定の濃度の添加剤を貯留する添加剤タンクと、前記添
加剤タンクから前記砥液供給タンク又は前記砥液配管を
含む砥液経路の所定箇所において添加剤を砥液に添加す
る添加剤配管とを有することを特徴とする砥液供給装置
である。
磨部に近い位置で砥液に供給することができるので、酸
化剤のように経時的な劣化や変質が起きやすい添加剤の
場合であっても、安定な品質の添加剤を必要な濃度で含
む砥液を供給することができ、従って、安定で高品質な
研磨を行なうことができる。添加剤としては、硝酸鉄や
過酸化水素水等の酸化剤や、砥粒の粒径分布を安定化さ
せるヘキサメタル酸ナトリウム(粉末)等が有る。
段は、さらに、添加剤の粉体原料と溶媒とを混合する添
加剤調製手段を備えていることを特徴とする請求項1に
記載の砥液供給装置である。これにより、使用直前に添
加剤を原料から調製するので、添加剤の経時的な劣化や
変質をさらに防止することができる。
クには、添加剤の濃度を調整する添加剤濃度調整手段又
は添加剤の添加量を調整する添加剤流量調整手段が設け
られていることを特徴とする請求項1に記載の砥液供給
装置である。これにより、砥液中の添加剤濃度を状況に
合わせた適当な値に維持することができる。
は添加剤の濃度を検知するセンサが設けられ、このセン
サの出力に応じて前記添加剤濃度調整手段又は前記添加
剤流量調整手段を制御する制御手段が設けられているこ
とを特徴とする砥液供給装置が設けられていることを特
徴とする請求項3に記載の砥液供給装置である。
用いる研磨システムであって、基板を保持して研磨工具
に押圧して研磨する研磨部と、請求項1ないし請求項4
のいずれかに記載の砥液供給装置を備えたことを特徴と
する研磨装置である。
ニットを備えた研磨システムの実施の形態を図面を参照
しつつ説明する。この研磨システムは、図1に示すよう
に、研磨ユニット(研磨部)12と、これに砥液を供給
する砥液供給ユニット10と、これに添加剤を供給する
添加剤供給ユニット200から構成されている。研磨ユ
ニット12は、研磨テーブル142と砥液ノズル146
が図示されているが、図5に示す従来の装置と同じと考
えてよい。
ンク18より下流側が示されているが、その詳細を図2
を参照して説明する。砥液供給ユニット10は、砥液原
液の入った複数の原液タンク14と、砥液原液を純水あ
るいは薬液により希釈して濃度を調整する調整タンク1
6と、この調整タンク16で濃度が調整された砥液を一
旦貯蔵し、研磨ユニット12に供給する供給タンク18
とを備え、これらの各タンク14,16,18の内部に
は、モータ20の駆動に伴って回転する攪拌翼22が配
置されている。各原液タンク14と調整タンク16に
は、純水ライン24が接続され、これら原液タンク14
と調整タンク16は、原液ポンプ26を有する原液配管
28で連絡されている。
ポンプ30及び開閉弁32aを有する送液配管32で連
絡されている。この送液配管32には戻り配管33が分
岐して設けられ、これは開閉弁33aを介して調整タン
ク16の上部に戻るように接続されている。供給タンク
18は、供給ポンプ34を有する供給配管36によって
研磨ユニット12の砥液配管46に連絡されている。こ
の供給配管36には、戻り配管37が分岐して設けら
れ、これは開閉弁(循環弁)50を介して供給タンク1
8の上部に戻るように接続されている。
ンプ30,34の上流側で分岐しており、これは開閉弁
38a,38bを介して排水ライン38に接続されてい
る。供給配管36から延びる排水ライン38には、排水
ポンプ40と排水弁42とを有する強制排水ライン44
が併設されている。また、供給配管36の下流側は、研
磨ユニット12の研磨テーブル142に向けて砥液を供
給する砥液配管46になっており、この砥液配管46に
砥液供給弁48が、供給配管36の砥液配管46の分岐
点の下流側に循環弁50がそれぞれ設けられている。
分布測定器52、粗大粒子測定器54、酸化還元電位計
56を有する抽出管62a,62a,62bが分岐して
設けられ、これらの配管は測定器52,54,56の下
流側で合流してさらに排水ライン38に合流している。
また、供給配管36には測定用配管62a,62bとの
分岐点の下流側に固形分濃度測定器58が取付けられて
いる。これらの各測定器の測定結果は、コントローラ6
0に入力されるようになっている。
3に基づいて説明する。添加剤供給ユニット200は、
原料カートリッジ201に収納された添加剤の原料であ
る粉体を受け入れ、定量ずつ切り出す定量フィーダ20
2と、原料粉体が供給される濃度調整タンク203と、
添加剤供給ポンプ219で構成される。原料カートリッ
ジ201は底部に開閉蓋を有する密閉容器であり、定量
フィーダ202の上部に載置可能となっている。
載置された容器であり、その上部には、原料カートリッ
ジ201の載置部と、その下方に原料カートリッジ20
1の底部の開閉蓋を開くハンドバルブ204及びホッパ
205が設けられている。定量フィーダ202の中央部
には、供給された粉体を攪拌して圧密させるアジテータ
206が設けられ、その下方には、粉体を定量フィーダ
202の下部側方から突出して形成された粉体供給管2
09から排出するスクリューフィーダ208が設けられ
ている。アジテータ206は、モータ207によって回
転する水平な駆動軸に取り付けられた撹拌羽根を有して
おり、粉体を一定の密度となるように圧密してスクリュ
ーフィーダ208に供給する。
スクリューフィーダ208が挿入され、その先端から下
降する垂直部は濃度調整タンク203の蓋の開口部21
5に挿入されている。粉体供給管209の先端には、タ
ンク内の蒸気が供給管内に進入しないように、粉体の供
給時に開き、粉体を供給していない時に閉じる湿気防止
ダンパ216が設けられている。
02の下方に位置し、その蓋には、粉体供給管209の
他に、溶媒を供給する溶媒供給管212が挿入され、こ
れには、オリフィス213及び流量調整弁214が設け
られている。濃度調整タンク203内には、粉体原料と
溶媒を混合して均一濃度の添加剤とする撹拌機218が
設けられており、これは、タンク蓋217より垂下する
駆動軸に取り付けられた撹拌翼と、蓋上部に設けられた
駆動モータを有している。駆動軸を有する攪拌機の代わ
りに、濃度調整タンク203下部にマグネットスターラ
を取り付けて攪拌しても良い。
を添加剤供給ポンプ219で砥液供給系に送る添加剤配
管220が設けられている。添加剤供給ポンプ219
は、ダイヤフラムポンプ、プランジャポンプ、チュービ
ングポンプ等の適宜のポンプを使用して一定流量にコン
トロールして供給するが、より高い流量安定性を得るた
めにプランジャポンプを使用するのが好ましい。なお、
砥液供給系とは、供給タンク18、供給ポンプ34、供
給配管36のループより下流を指す。
剤配管221及びエアオペレートバルブ300を介して
砥液供給タンク18に、あるいは添加剤配管222及び
バルブ301を介して供給ノズル146に直接接続され
ている。添加剤配管222には、研磨装置が休止する際
に添加剤を濃度調整タンク203に戻す戻り配管223
が分岐しており、これは戻りバルブ302を介して濃度
調整タンク203に接続されている。砥液供給タンク1
8又は供給ノズル146あるいは他の箇所のいずれに供
給するかは砥液の種類や添加剤の特性によって決めれば
よく、砥液が一定である場合には、配管を構成する段階
でいずれかを施工してもよい。
されているか否かを確認するために、砥液配管46に流
量センサ303および濃度センサ305が、そして、添
加剤配管222に流量センサ304が取り付けられてい
る。添加剤配管222に添加剤濃度センサを取り付けて
もよいが、通常は添加剤単体での測定が困難であるた
め、砥液と添加剤を混合した後の濃度センサ305で砥
液の代表特性を検知する。濃度センサ305は例えば超
音波方式を用いた濃度センサであり、流量センサ30
3,304も例えば超音波方式を用いた流量センサであ
る。
出力はコントローラ60に入力され、コントローラ60
は添加剤濃度センサで得られた値を基に、濃度調整タン
ク203での濃度調整や添加剤供給ポンプ219の吐出
量をフィードバック制御する信号を出力し、これによ
り、一定の添加剤濃度を有する砥液を供給することがで
きる。
について説明する。原液タンク14に入った砥液原液
は、原液ポンプ26の駆動に伴って調整タンク16に送
られ、純水ライン24から供給される純水により希釈さ
れて所定の濃度に調整される。そして、所定の濃度に調
整された砥液は、送液ポンプ30の駆動に伴って供給タ
ンク18に送られる。
ポンプ34の駆動に伴って供給配管36内を流れ、研磨
時には、砥液供給弁48を開いて、砥液配管46、砥液
ノズル146から研磨ユニット12の研磨テーブル14
2に供給される。研磨が終了すると、砥液供給弁48が
閉、循環弁50が開とされて、砥液は供給タンク18、
供給配管36、戻り配管37によって構成される循環流
路を循環して流れる。これにより、砥液が供給されない
状態でもこれらの配管内に砥液が滞流することがなく、
砥液中の砥粒の配管内への沈積を防止することができ
る。これは、調整タンク16においても同様である。
01を定量フィーダ202の上部にセットし、ハンドバ
ルブ204をまわして原料カートリッジ201の底を開
き、粉体を定量フィーダ202のホッパ205内に供給
する。ホッパ205に供給された粉体はアジテータ20
6で攪拌・圧密されて一定の密度になり、スクリューフ
ィーダ208のフィーダ駆動用モータ210の回転数を
調整することにより制御された所定の流量が供給管20
9より濃度調整タンク203に供給される。粉体の供給
量は定量フィーダ202下部に設けられた計量機211
により確認される。
り濃度調整タンク203に供給され、溶媒供給管212
から供給された溶媒と撹拌機218により均一に混合さ
せられ、所定の濃度の添加剤が調製される。調製された
添加剤は、供給ポンプ219の作動により配管を介して
例えば供給タンクに供給される。この場合の添加剤の供
給量は、供給タンク18内の砥液の添加剤濃度が一定に
なるように、例えば、流量センサ303によって検知さ
れる抜き出し流量や、濃度センサ305によって検知さ
れる濃度自体等を指標として調整する。添加剤が経時劣
化しやすいものを使用する場合には、添加剤配管222
を介して砥液ノズル146に直接に添加剤を供給するこ
とが好ましい。
ては、粒子径分布測定器52、粗大粒子測定器54、酸
化還元電位計56及び固形分濃度測定器58で粒子径分
布、粗大粒子の数、酸化還元電位及び固形分濃度が測定
され、この測定データはコントローラ60に入力されて
モニタされ、コントローラ60は、入力される測定デー
タから粒子径分布の変化が生じたか、さらに粗大粒子の
発生が生じたか否かを判断し、粒子径分布の変化が生じ
たと判断した場合には、超音波発振器94a,94bを
動作させる等の必要な措置を採る。
備えた砥液供給装置により、酸化剤等の添加剤を使用さ
れる研磨ユニットに近い下流側で、添加量を調整しつつ
添加することができるので、経時劣化や経時変質の無
い、安定した品質と濃度の添加剤を含有する砥液を研磨
部に供給することができ、従って、良好な研磨を安定的
に行うことができる。
供給装置を有する研磨システムを示すもので、これは、
複数の研磨ユニット12に共通の供給タンクから砥液を
供給するものである。図4に2基の研磨ユニット12が
接続されているが、もちろんこれ以上の台数を接続して
もよい。この実施の形態の砥液供給ユニット10は、円
筒状の容器であるバッファチューブ110と、このバッ
ファチューブ110の底部から各研磨ユニット12の近
傍を通過してバッファチューブ110の頂部に戻る循環
配管112と、この循環配管112から各研磨ユニット
12に向けて分岐する抜き出し配管114とを有してい
る。
を常時循環させる循環ポンプ116、配管内圧力を一定
圧力以上に保つための背圧弁118、圧力センサ120
等が設けられている。各抜き出し配管114には、砥液
供給弁122と、それぞれに砥液を循環配管112から
個別に抜き出す抜き出しポンプ124が設けられてい
る。
形態の調整タンク16と供給タンク18を兼ねるもの
で、その頂部に、原液配管28、純水ライン24、薬液
供給ライン106が接続されている。バッファチューブ
110には、第1の砥液性状安定化手段である超音波発
振器94、液面のレベルを検知するレベル検知器126
a,126b,126cと、伸縮可能な素材から形成さ
れたエアバッグ128が設けられている。エアバッグ1
28は、バッファチューブ110内の空間を外気に対し
て気密状態に保ちつつ内部の液面レベルの変動による内
圧変動を抑えるものである。
定箇所、すなわち循環ポンプ116の下流側に、粒子径
分布測定器52、粗大粒子測定器54、酸化還元電位計
56及び固形分濃度測定器58が設置され、フィルタ1
00を備えたバイパスライン98が並列配置されてい
る。また、砥液の性状が異常である場合に、バッファチ
ューブ110内の砥液を排出する排水ライン38も設け
られている。そして、添加剤供給装置からの添加剤供給
配管は、バッファチューブにバルブ300を介して接続
し、あるいはノズルに直接に配管及びバルブを介して接
続されている。センサの配置は先の実施の形態と同様で
ある。
形態と基本的に同じなので、重複した説明は省く。この
実施の形態の砥液供給ユニットによれば、砥液を研磨ユ
ニット12の近傍に導くための配管内の砥液を常時循環
させることにより、配管内での滞留による液濃度変化や
固形物の沈積による詰まりを防止することができる。こ
れに伴い、全体の配管を長くすることができるので、1
つの砥液供給源(バッファチューブ)110から多くの
研磨ユニット12に砥液を安定に供給することができ、
装置コストを低下させることができる。
粉体である添加剤を、使用する直前に溶媒に溶かして砥
液の供給系に供給するので、砥液の保存に伴う添加剤の
分解や変質等の劣化のおそれがなく、研磨テーブルに一
定の濃度と一定の流量の添加剤を供給することができ、
結果として安定した研磨特性を得ることができる。従っ
て、半導体基板等の研磨装置における良好な研磨作業を
促進することができる。
えた研磨システムの全体構成を示す図である。
図である。
を示す図である。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 研磨部に砥液を供給する砥液供給装置で
あって、 所定の濃度の砥液を貯留する供給タンクと、 該供給タンクから砥液を前記研磨部の砥液ノズルに送る
砥液配管と、 所定の濃度の添加剤を貯留する添加剤タンクと、 前記添加剤タンクから前記砥液供給タンク又は前記砥液
配管を含む砥液経路の所定箇所において添加剤を砥液に
添加する添加剤配管とを有することを特徴とする砥液供
給装置。 - 【請求項2】 前記濃度調整手段は、さらに、添加剤の
粉体原料と溶媒とを混合する添加剤調製手段を備えてい
ることを特徴とする請求項1に記載の砥液供給装置。 - 【請求項3】 前記添加剤タンク又は添加剤配管には、
添加剤の濃度を調整する添加剤濃度調整手段又は添加剤
の添加量を調整する添加剤流量調整手段が設けられてい
ることを特徴とする請求項1に記載の砥液供給装置。 - 【請求項4】 前記砥液配管には添加剤の濃度を検知す
るセンサが設けられ、このセンサの出力に応じて前記添
加剤濃度調整手段又は前記添加剤流量調整手段を制御す
る制御手段が設けられていることを特徴とする請求項3
に記載の砥液供給装置。 - 【請求項5】 ウエハの研磨に用いる研磨システムであ
って、基板を保持して研磨工具に押圧して研磨する研磨
部と、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の砥液
供給装置を備えたことを特徴とする研磨装置。
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