JP2001246563A - 砥液供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥液原料のスペースを節約でき、かつ、研磨
装置に安定した性状の砥液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】 研磨ユニット２に砥液を供給する砥液供
給装置１であって、容器内部において原料である粉末と
溶媒および必要な薬液から砥液原液を製造する混練機３
８と、該混練機からの原液を貯留する原液タンク１０
と、混練機３８と原液タンク１０とを結ぶ原液供給配管
７２に介装され砥液原液中の未分散粒子を除去するフィ
ルタ７６と、原液タンクからの原液と希釈液及び必要な
薬液から所定濃度の砥液を調製する砥液調製手段とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体基
板を研磨する時に用いる砥液を供給するための砥液供給
装置に関し、特に、砥粒が均一に分散した砥液を研磨部
に安定して供給することができる砥液供給装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化が進む
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。

【０００３】図３は、研磨ユニットの一例の主要部を示
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ポ
リッシング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。

【０００４】トップリング１４４はその下面にポリウレ
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、その内側の凹所にポリッ
シング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。

【０００５】このような構成により、半導体ウエハＷを
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。

【０００６】このような研磨装置において良好な研磨を
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，ＮＨ_４ＯＨ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。

【０００７】原液は、砥液メーカの工場において原料で
ある粉末と純水および薬液から製造し、保管し、半導体
デバイスメーカからの注文により出荷、輸送、納入され
ていた。納入する砥液の原液は輸送及び保管コストを下
げるため、通常研磨に使用される濃度より濃縮されてい
る。半導体デバイスメーカの工場内では砥液の原液が入
った容器を砥液供給装置内に設置し、ポンプで原液を抜
き出し、調整容器で純水希釈による砥液濃度調整を行
い、砥液供給ポンプでポリッシング装置に送っていた。

【０００８】しかしながら、このような従来の技術にお
いては、半導体製造施設内に砥液の原液の貯蔵場所が必
要となるとともに、さらに、貯蔵時における液の性状を
維持するのが難しいという問題点があった。すなわち、
貯蔵期間の長短により、又、輸送距離の長短や輸送時の
揺れの有無等により、微細な粉末が強固に凝集し、研磨
時においてウエハにスクラッチを生じる原因となる。ま
た、そのように強固な凝集を生じないにしても、ゲル状
の固まりを生成し、砥液供給システムのポンプを閉塞さ
せて研磨性能が低下したり、著しい場合は研磨を停止さ
せなければならない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な欠点を除去し、砥液原料のスペースを節約でき、か
つ、研磨装置に安定した性状の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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、研磨ユニットに砥液を供給する砥液供給装置であっ
て、容器内部において原料である粉末と溶媒および必要
な薬液から砥液原液を製造する混練機と、該混練機から
の原液を貯留する原液タンクと、前記混練機と前記原液
タンクとを結ぶ原液供給配管に介装され砥液原液中の未
分散粒子を除去するフィルタと、前記原液タンクからの
原液と希釈液及び必要な薬液から所定濃度の砥液を調製
する砥液調製手段とを有することを特徴とする砥液供給
装置である。

【００１１】これにより、貯蔵時の管理が難しかった砥
液原液を、使用する直前に製造し、混練機による混練後
において不可避的に残る粗大な粒子をフィルタで除去し
て、砥粒の凝集のない、安定した性状の砥液を研磨部に
供給して良好な研磨を行うことができる。また、原料粉
末を用意しておけば良いので、砥液原液を貯蔵しておく
必要がなく、半導体製造施設のスペースを節約すること
ができる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、前記フィルタ
は、並列に複数個備えられていることを特徴とする請求
項１記載の砥液供給装置である。これにより、稼働中に
フィルタの交換を行うことができる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、研磨ユニットに
砥液を供給する砥液供給装置であって、開閉自在な蓋を
有し容器内部において原料である粉末と溶媒および必要
な薬液とを攪拌翼で攪拌して砥液原液を製造する混練機
と、前記蓋が開いた状態を検知して前記攪拌翼の回転を
阻止するインターロック機構を備えた安全装置と、前記
混練機からの原液を貯留する原液タンクと、前記原液タ
ンクからの原液と希釈液及び必要な薬液から所定濃度の
砥液を調製する砥液調製手段とを有することを特徴とす
る砥液供給装置である。

【００１４】これにより、蓋が閉じた時のみに攪拌翼が
回転し原料である粉末と溶媒および必要な薬液とを攪拌
して砥液原液を製造するようにして、例えば黙視による
確認等に際する安全性を確保するとともに、不慮の事故
を防止することができる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、前記混練機に
は、前記容器の内部を自動的に洗浄する洗浄機構が設け
られていることを特徴とする請求項１または２記載の砥
液供給装置である。これにより、混練機の容器内に残留
する比較的濃度が高い、従って粒子が肥大化しやすい砥
液原液を簡易に系外に排出することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る砥液供給装置
を備えた研磨装置の実施の形態を図面を参照しつつ説明
する。図１には、砥液供給装置１と、これから砥液が供
給される研磨ユニット（研磨部）２が図示されている。
研磨ユニット２は、図示では、ターンテーブル１４２と
砥液供給ノズル１４６を備えているが、構成は図３に示
す従来の装置と同じと考えて良い。砥液供給装置１は、
原液調製部３と、砥液供給部４とから構成されている。

【００１７】砥液供給部４は、複数の研磨ユニット２に
共通の砥液供給源（バッファチューブ）から砥液を供給
するもので、原液調製部３から送られた原液を貯留する
原液タンク１０と、その下流側において原液から所定濃
度の砥液を調製する円筒状の容器であるバッファチュー
ブ１４と、バッファチューブ１４の底部から各研磨ユニ
ット２の近傍を通過してバッファチューブ１４の頂部に
戻る循環配管１６と、この循環配管１６から各研磨ユニ
ット２に向けて分岐する抜き出し配管１８とを有してい
る。原液タンク１０には、原液中の砥粒の凝集を防止す
る攪拌翼１２が設けられている。循環配管１６には、こ
れに所定量の砥液を常時循環させる循環ポンプ２０、配
管内圧力を一定圧力以上に保つための背圧弁２２、圧力
センサ等が設けられている。各抜き出し配管１８には、
開閉弁２４、流量調整弁２６が設けられている。

【００１８】バッファチューブ１４の頂部には、循環配
管１６の他に、原液タンク１０に繋がる原液配管２８、
純水源３０に繋がる純水ライン３２、薬液供給ライン等
が接続されている。原液配管２８には、原液ポンプ３４
が設けられ、その下流で原液タンク１０に戻る戻り配管
３６が分岐している。バッファチューブ１４には、砥液
性状安定化手段である超音波発振器、液面のレベルを検
知するレベル検知器と、伸縮可能な素材から形成された
エアバッグ等（いずれも図示略）が設けられている。エ
アバッグは、バッファチューブ１４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。

【００１９】原液調製部３は、図２に示すように、混練
機３８と、それを外部から遮蔽するカバー４０と、この
カバー４０の表面に取り付けられた制御盤４２を有して
いる。混練機３８は、粉体原料と純水等の溶媒及び所定
の薬液から砥液原液を製造するものであり、固定された
蓋４４と、図示しない支持機構に上下動自在に支持さ
れ、エアシリンダ４６のような駆動機構で駆動されて上
下動作する容器本体４８とを有している。

【００２０】蓋４４はこの例ではドーム状をしており、
粉末原料を供給するホッパ５０と、溶媒である純水を供
給する溶媒配管５２、薬液供給源５４に繋がる薬液配管
５６が挿通して設けられている。また、蓋４４の内面か
ら垂下するこの例では２つの攪拌翼５８，６０が設けら
れ、それぞれの攪拌軸は、蓋４４の上部に配置された駆
動モータ６２，６４に、ギア機構６６，６８を介して連
結されており、複雑な回転運動を攪拌翼５８，６０に与
えるようになっている。混練機３８には、容器本体４８
が下がった状態（蓋４４の空いた状態）をセンサにより
検知して攪拌翼５８，６０を回転させないようにするイ
ンターロック機構を備えた安全装置が設けられている。
また、蓋４４や容器本体４８内等の所定位置には、容器
本体４８及び蓋４４の内部を洗浄する洗浄ノズル７０が
必要に応じて周方向に分散して設けられている。

【００２１】容器本体４８の底部には、製造された原液
を抜き出す抜き出し配管７２が設けられている。抜き出
し配管７２は一部がフレキシブルチューブになってお
り、容器本体４８の上下動作に追従するように設計され
ている。抜き出し配管７２の先には原液ポンプ７４が接
続されており、このポンプ７４で容器本体４８内の製造
された砥液原液が抜き出され、フィルタ７６を有する原
液供給配管７８を介して砥液供給部４の原液タンク１０
に送られる。フィルタ７６は、稼動中に一方を交換でき
るように、２つが並列に設けられている。図１には、原
液ポンプ７４が原液調製部３の中にあるように示されて
いるが、もちろん砥液供給部４に設置しても問題はな
い。

【００２２】次に、上記のように構成した砥液供給装置
１の動作について説明する。砥液原液の原料となる粉末
は、通常、ペレット状に加工されたものを用いる。これ
は、砥液供給装置１がクリーンルーム内に設置されるの
で、粉塵の発生を極力少なくするためである。

【００２３】混練機３８の稼動は、基本的にはバッチ式
で行われる。まず、事前に計量した所定量のペレット状
の粉末原料をホッパ５０から混練機３８の容器本体４８
内に供給する。次に、溶媒となる純水と薬液を、純水供
給源３０と薬液供給源５４から、エアオペレートバルブ
８０を操作して、あるいはそれぞれのポンプを作動させ
て、流量計で流量をコントロールしつつ混練機３８の容
器本体４８内に供給する。

【００２４】次に、駆動モータ６２，６４を駆動し、攪
拌翼５８，６０を回転動作させて、容器本体４８に投入
された原料粉末、純水及び薬液を、所定の時間、所定の
回転数で攪拌する。通常の混練は、容器本体４８を上昇
させて蓋４４で上部を閉じた状態で行っている。インタ
ーロック機構により、容器本体４８が下がった状態では
攪拌翼５８，６０が回転しないので、不慮の事故が防止
される。

【００２５】この装置では、最初にペレット状に加工さ
れた粉末を供給する工程以外は、粉末を操作する必要が
なく、また、混練機３８全体をカバー４０で覆っている
ため、外部へのパーティクルによる汚染は最小限に抑え
られる。従って、クリーンルームでは通常行われていな
い原液の調製工程をクリーンルーム内で行なうことが可
能になった。

【００２６】製造された砥液原液は、原液ポンプ７４に
よって砥液供給部４の原液タンク１０に移送される。砥
液原液の製造段階で粉末が全て均一な砥液粒子になると
は限らず、必ず、砥液中にある程度の粗大粒子が存在す
る。例えば、発明者が砥液を実際に測定したところ、
１．６６μｍ以上の粗大粒子が平方ｃｍあたり数十万個
存在した。これらの粗大粒子は、フィルタ７６により除
去される。フィルタ７６としては、砥液の種類によって
も異なるが、５μｍ以上の粗大粒子を９５％以上除去す
る能力を持つものが望ましい。

【００２７】砥液原液を原液タンク１０に移送した後
に、容器本体４８の洗浄工程を行なう。これは、移送後
に容器本体４８の中に残留する砥液原液中の砥粒が凝集
し、次回に調製される原液中に混入するのを防止するた
めである。洗浄は、エアオペレートバルブを開いて洗浄
ノズル７０から容器内に純水を噴射し、壁面や攪拌翼に
付いた未混練の粉末を洗い流すことにより行なう。容器
本体４８の底部に溜まった洗浄水は、エアオペレートバ
ルブ８０を閉じ、エアオペレートバルブ８２を開け、原
液ポンプ７４で原液供給配管７８より分岐する排水ライ
ン８４に排水する。必要に応じて、容器本体４８を下降
させて蓋４４を開き、内部を目視検査して洗浄の結果を
確認するとよい。

【００２８】砥液供給部４においては、循環ポンプ２０
をその下流側の圧力が所定値以上になるように運転する
ように制御することにより、循環配管１６内に砥液の循
環流が常時形成されている。これにより、研磨ユニット
２が作動していない場合でも砥液が配管やバッファチュ
ーブ１４内で滞流せず、従って、砥粒の凝集が防止され
る。これは、原液タンク１０の場合も原液配管２８と戻
り配管３６によって形成される循環経路によって同様の
作用が得られている。

【００２９】各研磨ユニット２が作動すると、その抜き
出し管１８から砥液の一部が抜き出されてノズル１４６
より流出する。バッファチューブ１４内の砥液が所定の
レベル以下になると、内部のレベルセンサの信号によ
り、制御装置がポンプを作動させて原液と希釈液を所定
の比率でバッファチューブ１４に流入させる。これによ
り、原液及び希釈液はここで混合され、循環配管中に循
環流を形成しつつ適宜に研磨ユニット２に供給される。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
砥液原液を使用する直前に使用する場所の近傍で製造す
ることができるので、貯蔵や搬送の手間が不要となり、
砥粒の凝集のない、安定した性状の砥液を研磨部に供給
して良好な研磨を行うことができる。また、原料粉末を
用意しておけば良いので、砥液原液を貯蔵しておく必要
がなく、半導体製造施設のスペースを節約することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の砥液供給装置を備えた研磨装置の１つ
の実施の形態を示す概要図である。

【図２】混練機の構成を示す正面図である。

【図３】研磨ユニットの構成を示す概要図である。

【符号の説明】

１ 砥液供給装置 ２ 研磨ユニット ３ 原液調製部 ４ 砥液供給部 １０ 原液タンク １４ バッファチューブ １６ 循環配管 １８，３６，７２ 配管 ２０ 循環ポンプ ２２ 背圧弁 ２４ 開閉弁 ２６ 流量調整弁 ２８ 原液配管 ３０ 純水供給源 ３２ 純水ライン ３４ 原液ポンプ ３８ 混練機 ４０ カバー ４２ 制御盤 ４４ 蓋 ４６ エアシリンダ ４８ 容器本体 ５０ ホッパ ５２ 溶媒配管 ５４ 薬液供給源 ５６ 薬液配管 ５８，６０ 攪拌翼 ６２，６４ 駆動モータ ６６，６８ ギア機構 ７０ 洗浄ノズル ７４ 原液ポンプ ７６ フィルタ ７８ 原液供給配管 ８０，８２ エアオペレートバルブ ８４ 排水ライン １４０ 研磨布 １４２ ターンテーブル １４４ トップリング １４６ 砥液供給ノズル １４８ トップリングシャフト １５０ 弾性マット １５２ ガイドリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 憲雄 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 勝岡 誠司 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 川島 清隆 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 3C047 GG13 GG15 GG17 3C058 AC04 CB02 CB04 CB09 DA17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨ユニットに砥液を供給する砥液供給
   装置であって、 容器内部において原料である粉末と溶媒および必要な薬
   液から砥液原液を製造する混練機と、 該混練機からの原液を貯留する原液タンクと、 前記混練機と前記原液タンクとを結ぶ原液供給配管に介
   装され砥液原液中の未分散粒子を除去するフィルタと、 前記原液タンクからの原液と希釈液及び必要な薬液から
   所定濃度の砥液を調製する砥液調製手段とを有すること
   を特徴とする砥液供給装置。
2. 【請求項２】 前記フィルタは、並列に複数個備えられ
   ていることを特徴とする請求項１記載の砥液供給装置。
3. 【請求項３】 研磨ユニットに砥液を供給する砥液供給
   装置であって、 開閉自在な蓋を有し容器内部において原料である粉末と
   溶媒および必要な薬液とを攪拌翼で攪拌して砥液原液を
   製造する混練機と、 前記蓋が開いた状態を検知して前記攪拌翼の回転を阻止
   するインターロック機構を備えた安全装置と、 前記混練機からの原液を貯留する原液タンクと、 前記原液タンクからの原液と希釈液及び必要な薬液から
   所定濃度の砥液を調製する砥液調製手段とを有すること
   を特徴とする砥液供給装置。
4. 【請求項４】 前記混練機には、前記容器の内部を自動
   的に洗浄する洗浄機構が設けられていることを特徴とす
   る請求項１または２記載の砥液供給装置。