JP2013142592A

JP2013142592A - 液体供給装置の管理方法

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Publication number: JP2013142592A
Application number: JP2012002505A
Authority: JP
Inventors: Naoto Takada; 直人高田
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2012-01-10
Publication date: 2013-07-22
Anticipated expiration: 2032-01-10
Also published as: JP5967939B2

Abstract

【課題】添加剤の流量を正確に測定することを可能とする液体供給装置の管理方法を提供することである。
【解決手段】混合液供給装置は添加剤供給手段と制御手段を備えている。添加剤供給手段は供給管とポンプ及び流量センサーと液体検出センサーを備えている。供給管は一端が添加剤を収容する供給タンク内に挿入されている。液体検出センサーは混合タンクに流入する直前の供給管に配設されている。制御手段はステップＳＴ１で供給タンクが取り付けられると供給管の一端が添加剤の液面から露出した後にポンプによって供給管内の添加剤を逆流させて全て排出するステップＳＴ２を実施する。制御手段はステップＳＴ２を実施した後ポンプによって添加剤を供給管内に再度吸引するステップＳＴ３を実施する。流量センサーは液体検出センサーが吸い上げられた添加剤を検出した後に測定を再開する。
【選択図】図４

Description

本発明は、液体を供給する混合液供給装置に関する。さらに詳しくは、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨する研磨装置に研摩液を供給するための研摩液供給装置に関する。

半導体ウエーハ等板状物を、砥粒と液体からなるスラリーと研磨布を用いて研磨し、表面を精度良く平坦にするＣＭＰ装置（特許文献１参照）や、砥粒と液体の混合液を高圧で噴射することで被切断物を切断するウォータージェットなどの砥粒と液体からなる混合液を使用する装置には、混合液を供給する混合液供給装置（特許文献２参照）が備えられている。

こうした混合液供給装置は、通常、純水と研磨剤を高濃度で含有する研磨剤原液とを混合タンクで混合し、これらの混合液としてのスラリーを各種加工装置に供給している。スラリーは、様々な目的によって調整されており、その一つとして添加剤を混入し、砥粒の凝集や分散を促進させるなどの効果を得ている。添加剤の一例としては、過酸化水素水やシリコーンオイル等があげられる（特許文献１参照）。

特開２００１−３２６２００号公報特開２０１１−１４３５０８号公報

こうした添加剤は、研磨剤原液及び純水に比較して必要な量が非常に少なく、特には２０Ｌのスラリーに対して５ｍｌなどという微量である場合がある。こうした流量を配管内で流しながら正確に測定できる流量センサーが現在流通しているが、正確に測定を実施するためには流量センサーを正しく使用することが重要となる。例えば、配管内に気泡が入ることにより正確な流量の測定が難しくなるという問題が生じる。気泡の混入は比較的発生しやすい事例であり、例えば、添加剤を収容したタンクに挿入した配管を添加剤の液面から取り出して再度戻す、といった取扱だけでも配管に気泡が流入してしまう。これは、添加剤を収容したタンクを交換する際には必ず実施する作業であるために、大きな問題であった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液体の流量を正確に測定することを可能とする液体供給装置の管理方法を提供することである。

上述した課題を解決し目的を達成するために、請求項１記載の本発明に係る液体供給装置の管理方法は、液体を収容した供給タンクと、該供給タンク内の液体が供給される貯留タンクと、一端が該供給タンク内に他端が該貯留タンクに挿入された供給管と、該供給管の途中に配設されて該液体を該貯留タンクへと送出するポンプ及び該供給管内を流れる該液体の流量を測定する流量センサーと、該貯留タンクに流入する直前の該供給管に配設された液体検出センサーと、を備えた液体供給装置において、該供給管の一端が液面から露出後に再度液体に挿入する場合、該供給管への気泡混入による該流量センサーの測定不良を防ぐための液体供給装置の管理方法であって、該供給管の一端が液面から露出した後に、該ポンプによって該供給管内の該液体を逆流させて全て排出する液体排出ステップと、該液体排出ステップを実施した後、該ポンプによって該液体を該供給管内に再度吸引する液体吸引ステップと、を備え、該流量センサーは該液体検出センサーが吸い上げられた該液体を検出した後に測定を再開することを特徴とする。

本発明の液体供給装置の管理方法によると、供給管に気体が侵入してしまう場面において、供給管内の液体を一度全て排出して再度液体を吸引するため、供給管の吸引口付近に混入してしまった気泡を確実に排出し、流量センサーの測定不良を防ぐことができる。さらに、再度吸引した液体が送出先の直前まで吸引されたことを液体検出センサーで検出後、流量センサーによる測定を再開するため、微量な液体の流量検出が可能な流量センサーの活用が可能となり、正確な量の液体を供給できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る混合液供給装置の構成を示す説明図である。図２は、実施形態に係る混合液供給装置の添加剤供給手段の構成を示す図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図４は、本実施形態に係る混合液供給装置による供給管への気泡混入による流量センサーの測定不良を防ぐ管理方法のフローを示す図である。図５は、本実施形態に係る混合液供給装置の供給タンクを供給管から取り外した状態を示す図である。図６は、本実施形態に係る混合液供給装置の供給タンク内の供給管の一端から気泡が侵入する状態を示す図である。図７は、本実施形態に係る混合液供給装置の流量センサーの正常な検出状態を示す図である。図８は、本実施形態に係る混合液供給装置の検出管内に気泡が侵入した状態を示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

図１は、実施形態に係る混合液供給装置の構成を示す説明図である。図２は、実施形態に係る混合液供給装置の添加剤供給手段の構成を示す図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。

実施形態にかかる混合液供給装置（液体供給装置に相当する）１は、例えば、液体供給源１０から供給される液体と研磨剤原液タンク３から供給される研磨剤原液８とを混合タンク４で混合して作製したスラリー（混合液に相当する）１１をＣＭＰ装置やウォータージェットなどの加工装置２に供給するものである。混合液供給装置１は、図１に示すように、研磨剤原液タンク３と、貯留タンクとしての混合タンク４と、貯留タンク５と、添加剤供給手段６と、制御手段７などを含んで構成されている。

研磨剤原液タンク３は、純水、酸・アルカリ溶液などの液体と、SiO₂、Al₂O₃、CeO₂、Mn₂O₃、ダイヤモンド粒子などの研磨剤（砥粒ともいう）とが混合された濃度の高い研磨剤原液８を収容するものである。また、研磨剤原液タンク３には排出管９が連結し、研磨剤原液タンク３は、排出管９を介して研磨剤原液８を外部に排出する。なお、排出管９には、開閉弁１８が設けられている。

混合タンク４は、液体供給源１０から供給される純水などの液体と、研磨剤原液タンク３から供給される研磨剤原液８等を混合して、スラリー１１を作製するものである。混合タンク４には、研磨剤原液タンク３内の研磨剤原液８が配管１２を介して供給されるとともに、液体供給源１０からの液体が配管１３を介して供給される。また、混合タンク４には、添加剤供給手段６の後述する供給タンク４１内の液体としての添加剤４０が供給される。混合タンク４は、内部に図示しない攪拌装置が設置されている。混合タンク４は、攪拌装置により研磨剤原液８、純水などの液体及び添加剤４０を攪拌して、濃度が希釈された一様濃度のスラリー１１を作製して収容する。

なお、配管１２には、研磨剤原液タンク３から順にポンプ１４及び開閉弁１５が設けられている。一方、配管１３には、液体供給源１０から順に開閉弁１６及び流量調整弁１７が設けられている。また、混合タンク４の底部には、三方弁２１とポンプ２３と開閉弁２６とが設けられた配管２０が連結している。三方弁２１には、排出管９に連結された分岐排出管２２が連結して、混合タンク４は、配管２０、三方弁２１、分岐排出管２２及び排出管９を介してスラリー１１を外部に排出する。

貯留タンク５は、混合タンク４で作製したスラリー１１を加工装置２に供給する前に貯留するものである。貯留タンク５は、配管２０を介して、スラリー１１が供給される。そして、貯留タンク５は、供給されたスラリー１１を収容する。

また、貯留タンク５の底部には配管３０が連結され、貯留タンク５は、配管３０を介して、加工装置２にスラリー１１を供給する。なお、配管３０には、貯留タンク５から順に三方弁３２、ポンプ３３が設けられている。三方弁３２には、排出管９に連結された分岐排出管３６が連結して、貯留タンク５は、配管３０、三方弁３２、分岐排出管３６及び排出管９を介してスラリー１１を外部に排出する。

添加剤供給手段６は、混合タンク４に液体としての添加剤４０を供給（滴下）するものである。添加剤４０は、スラリー１１に対して微量添加されて、砥粒の凝集や分散を促進させるものである。添加剤４０は、例えば、数Ｌのスラリー１１に対して、数ｃｃ添加される。添加剤として、過酸化水素水、シリコーンオイルなどを用いることができる。

添加剤供給手段６は、図２に示すように、供給タンク４１と、供給管４２と、ポンプ４３と、流量センサー４４と、液体検出センサー４５と、液面検出センサー４６とを含んで構成されている。

供給タンク４１は、添加剤４０を収容したものである。供給管４２は、一端４２ａが供給タンク４１内に他端が混合タンク４内に挿入されている。供給管４２は、透光性を有する材料で構成されている。ポンプ４３は、供給管４２の途中に配設されて、供給タンク４１内の添加剤４０を混合タンク４へと送出するものである。また、ポンプ４３は、供給管４２内の添加剤４０を供給タンク４１に逆流させることもできる。

流量センサー４４は、供給管４２の途中に配設されて、供給管４２内を流れる添加剤４０の流量を測定するものである。流量センサー４４は、図７及び図８に示すように、筐体４７と、筐体４７内に配設されかつ供給管４２に連結された検出管４８とを含んで構成されている。流量センサー４４は、添加剤４０の流量に応じて発生するコリオリの力による検出管４８のねじれ角を測定する、所謂コリオリ式の流量センサーである。流量センサー４４は、検出管４８のねじれ角即ち供給管４２内を流れる添加剤４０の流量を示す情報を制御手段７に出力する。

液体検出センサー４５は、混合タンク４に流入する直前の供給管４２に添加剤４０が流れているか否かを測定するものである。液体検出センサー４５は、混合タンク４に流入する直前の供給管４２に配設されている。液体検出センサー４５は、図３に示すように、固定金具４９により供給管４２に取り付けられる筐体５０と、筐体５０内に配設された発光素子５１及び受光素子５２を含んで構成されている。発光素子５１と、受光素子５２とは、互いに相対している。液体検出センサー４５は、発光素子５１から発光されて供給管４２を透って受光素子５２に受光された光の強さを測定する、所謂光学式の液体検出センサーである。液体検出センサー４５は、受光素子５２に受光された光の強さを示す情報即ち混合タンク４に流入する直前の供給管４２に添加剤４０が流れているか否かを示す情報を制御手段７に出力する。

液面検出センサー４６は、供給タンク４１内の添加剤４０の液面４０ａの位置を検出するものである。液面検出センサー４６は、基端部が供給タンク４１の上部に取り付けられ、かつ先端部が供給タンク４１内に挿入されている。液面検出センサー４６は、供給タンク４１内の添加剤４０の誘電率と、空気の誘電率との差を測定する、所謂静電容量式の液面検出センサーである。液面検出センサー４６は、供給タンク４１内の添加剤４０の誘電率と空気の誘電率との差を示す情報即ち供給タンク４１内の添加剤４０の液面４０ａの位置を示す情報を制御手段７に出力する。

また、前述した排出管９、配管１２，１３，２０，３０、分岐排出管２２，３６、開閉弁１５，１６，１８，２６、流量制御弁１７、三方弁２１，３２、ポンプ１４，２３，４３、タンク３，４，５，４１、供給管４２、流量センサー４４、液面検出センサー４６は、耐薬品性を有するものである。

制御手段７は、混合液供給装置１及び添加剤供給手段６を構成する上述した構成要素をそれぞれ制御するものである。また、制御手段７は、加工装置２に対するスラリー１１の供給動作を混合液供給装置１に行なわせるものである。さらに、制御手段７は、混合タンク４への添加剤４０の供給動作を添加剤供給手段６に行わせ、スラリー１１の作製動作を混合液供給装置１に行なわせるものである。なお、制御手段７は、例えば、ＣＰＵ等で構成された演算処理装置やＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える図示しないマイクロプロセッサを主体として構成されており、供給動作の状態を表示する表示手段、オペレータが作業内容情報を登録する際に用いる操作手段及びオペレータに異常を知らせる報知手段と接続されている。

次に、本実施形態に係る混合液供給装置１の加工装置２に対するスラリー１１の供給動作について説明する。制御手段７は、開閉弁１５，１６を開き、流量制御弁１７を所定の開度で開いて、ポンプ１４及びポンプ４３を駆動する。制御手段７は、所定量の研磨剤原液８を研磨剤原液タンク３から混合タンク４に供給し、所定量の純水などの液体を液体供給源１０から混合タンク４に供給するとともに、所定量の添加剤４０を供給タンク４１から混合タンク４に供給する。このとき、制御手段７は、流量センサー４４が検出した情報に基づいて、ポンプ４３を制御して、混合タンク４内に供給する添加剤４０の量を制御する。制御手段７は、混合タンク４内の攪拌装置を駆動して、純水などの液体、研磨剤原液８及び添加剤４０を混合して、スラリー１１を作製する。

その後、制御手段７は、三方弁２１の開放方向を制御し、開閉弁２６を開いて、ポンプ２３を駆動して、混合タンク４内のスラリー１１を貯留タンク５に供給する。こうして、貯留タンク５内にスラリー１１を一旦貯留する。さらに、制御手段７は、三方弁３２の開放方向を制御し、ポンプ３３を駆動して、配管３０を介して、貯留タンク５内のスラリー１１を加工装置２に供給する。また、制御手段７は、混合タンク４でのスラリー１１の作製及び混合タンク４から貯留タンク５へのスラリー１１の供給を必要に応じて行なう。

次に、本実施形態に係る混合液供給装置１の供給管４２への気泡混入による流量センサー４４の測定不良を防ぐための混合液供給装置１の管理方法について説明する。図４は、本実施形態に係る混合液供給装置による供給管への気泡混入による流量センサーの測定不良を防ぐ管理方法のフローを示す図である。図５は、本実施形態に係る混合液供給装置の供給タンクを供給管から取り外した状態を示す図である。図６は、本実施形態に係る混合液供給装置の供給タンク内の供給管の一端から気泡が侵入する状態を示す図である。図７は、本実施形態に係る混合液供給装置の流量センサーの正常な検出状態を示す図である。図８は、本実施形態に係る混合液供給装置の検出管内に気泡が侵入した状態を示す図である。

本実施形態に係る混合液供給装置１では、供給タンク４１内の添加剤４０が少なくなると、十分な量の添加剤４０を収容した新たな供給タンク４１に交換する。交換の際には、添加剤４０が少なくなった供給タンク４１を供給管４２の一端４２ａから取り外した後、十分な量の添加剤４０を収容した供給タンク４１を供給管４２の一端４２ａに取り付ける。また、混合液供給装置１では、供給タンク４１を供給管４２の一端４２ａから取り外して、オペレータが供給タンク４１内を確認した後に、供給タンク４１を供給管４２の一端４２ａに取り付けることがある。この交換の際などに、図５に示すように、一端４２ａから供給管４２へ気泡Ｋが混入する。また、混合液供給装置１では、供給タンク４１内の添加剤４０が殆ど無くなって、供給管４２の一端４２ａが添加剤４０の液面４０ａから露出した場合、図６に示すように、一端４２ａから供給管４２へ気泡Ｋが混入する。

要するに、混合液供給装置１では、供給管４２の一端４２ａが添加剤４０の液面４０ａから露出した後に再度添加剤４０に挿入する場合、一端４２ａから供給管４２へ気泡Ｋが混入する。図８に示すように、混入した気泡Ｋが検出管４８内に差し掛かると、流量センサー４４は、供給管４２内の添加剤４０の流量を正確に測定することが困難となる測定不良を生じる。

まず、制御手段７は、供給タンク４１が供給管４２の一端４２ａから取り外されると、流量センサー４４による供給管４２内の添加剤４０の流量測定を禁止し、供給タンク４１が供給管４２の一端４２ａに再度取り付けられたか否かを判断する（図４中のステップＳＴ１）。次に、制御手段７は、供給タンク４１が供給管４２の一端４２ａに再度取り付けられたと判断する（ステップＳＴ１肯定）と、供給管４２内の添加剤４０を供給タンク４１内に排出するように、ポンプ４３を駆動する（ステップＳＴ２）。このとき、制御手段７は、供給管４２内の添加剤４０の全てを供給タンク４１に排出するのに十分な時間、ポンプ４３を駆動する。このように、ステップＳＴ２は、供給管４２の一端４２ａが添加剤４０の液面４０ａから露出した後に、ポンプ４３によって供給管４２内の添加剤４０を逆流させて全て供給タンク４１に排出する液体排出ステップに相当する。なお、制御手段７は、供給タンク４１が供給管４２の一端４２ａに再度取り付けられていないと判断する（ステップＳＴ１否定）と、供給タンク４１が供給管４２の一端４２ａに再度取り付けられるまで、ステップＳＴ１を繰り返す。

制御手段７は、ステップＳＴ２を実施した後、供給タンク４１内の添加剤４０を供給管４２に再度吸引するように、ポンプ４３を駆動する（ステップＳＴ３）。このように、ステップＳＴ３は、液体排出ステップに相当するステップＳＴ２を実施した後、ポンプ４３によって供給タンク４１内の添加剤４０を供給管４２内に再度吸引する液体吸引ステップに相当する。すると、供給タンク４１内の添加剤４０は、供給管４２内を混合タンク４に向かって移動する。

次に、制御手段７は、液体検出センサー４５からの情報に基づいて、混合タンク４に流入する直前の供給管４２に添加剤４０が流れているか否かを判断する（ステップＳＴ４）。制御手段７は、混合タンク４に流入する直前の供給管４２に添加剤４０が流れていると判断する（ステップＳＴ４肯定）と、ポンプ４３を停止し、流量センサー４４による供給管４２内の添加剤４０の流量測定を再開する（ステップＳＴ５）。また、制御手段７は、混合タンク４に流入する直前の供給管４２に添加剤４０が流れていないと判断する（ステップＳＴ４否定）と、混合タンク４に流入する直前の供給管４２に添加剤４０が流れるまで、ステップＳＴ４を繰り返す。このように、ステップＳＴ４とステップＳＴ５は、液体検出センサー４５が供給管４２内の吸い上げられた添加剤４０を検出した後に流量センサー４４の測定を再開する測定再開ステップに相当する。こうして、ステップＳＴ４とステップＳＴ５とにより、混合液供給装置１では、流量センサー４４は液体検出センサー４５が供給管４２内の吸い上げられた添加剤４０を検出した後に測定を再開する。

以上のように、本実施形態に係る混合液供給装置１の管理方法によると、供給管４２に気泡Ｋが侵入してしまう場面において、供給管４２内の添加剤４０を一度全て供給タンク４１内に排出して、再度供給タンク４１から添加剤４０を吸引する。このために、供給管４２の一端４２ａ付近に混入してしまった気泡Ｋを確実に供給管４２外に排出するので、図７に示すように、流量センサー４４の検出管４８内には常に添加剤４０で満たされる。したがって、混合液供給装置１の管理方法によると、流量センサー４４の測定不良を防ぐことができる。さらに、混合液供給装置１の管理方法によると、再度吸引した添加剤４０が送出先の混合タンク４の直前まで吸引されたことを液体検出センサー４５で検出後、流量センサー４４による測定を再開する。このために、微量な添加剤４０の流量検出が可能な流量センサー４４の活用が可能となり、正確な量の添加剤４０を供給できるという効果を奏する。

なお、上述した実施形態では、液体供給源１０、研磨剤原液タンク３、混合タンク４、貯留タンク５、加工装置２を配管１２，２０，１３，３０などにより上述したように連結しているが、本発明では、これに限定されることはなく、本発明の主旨を実現できる範囲内で液体供給源１０、研磨剤原液タンク３、混合タンク４、貯留タンク５、加工装置２などの接続状態を適宜変更しても良い。

また、上述した実施形態では、混合タンク４内に液体としての添加剤４０を供給する混合液供給装置１をしているが、本発明は、これに限定されることなく、種々の用途に用いられる貯留タンクに、種々の液体を供給する液体供給装置に適用しても良いことは勿論である。また、本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨するである研磨装置（加工装置２に相当する）に研摩液（混合液に相当する）を供給するための研摩液供給装置（混合液供給装置１に相当する）に適用するのが望ましい。

さらに、本発明では、流量センサーとして、コリオリ式の流量センサーに限らず、超音波式や電磁式などの種々の方式の流量センサーを用いても良い。特に、本発明は、気泡Ｋにより測定不良が生じやすい超音波式や電磁式の流量センサーを用いると有効である。また、本発明では、液面検出センサーとして、静電容量式の液面検出センサーに限らず、種々の方式の液面検出センサーを用いても良く、液体検出センサーとして、光学式の液体検出センサーに限らず、種々の方式の液体検出センサーを用いても良い。さらに、上述した実施形態では、液面検出センサーとして、供給タンク４１内の添加剤４０に浸漬される静電容量式の液面検出センサー４６を用いている。しかしながら、本発明では、液面検出センサーとして、添加剤４０に浸漬されることなく、供給タンク４１の外側に配置される静電容量式の液面検出センサーを用いても良い。この場合、液面検出センサーは、検出したい液面４０ａの高さを検出できるように、供給タンク４１の両脇に配置されるのが望ましい。また、この場合、液面検出センサーが、添加剤４０と接触しないために、添加剤４０及びスラリー１１の種類が変更されたり、添加剤４０及びスラリー１１が変質した場合にも、液面検出センサーをその都度洗浄する必要が生じない。

また、上述した実施形態では、供給タンク４１を供給管４２の一端４２ａに取り付けると、図４に示されたフローを実行しているが、本発明では、これに限定されず、操作手段からのオペレータの操作により、図４に示されたフローを実行しても良い。さらに、上述した実施形態では、供給タンク４１を供給管４２の一端４２ａから取り外した後、再度取り付けた場合に、図４に示されたフローを実行している。しかしながら、本発明では、供給管４２の一端４２ａに取り付けられたままの供給タンク４１に添加剤４０を供給した場合にも、図４に示されたフローを実行しても良い。要するに、本発明でいう、供給管４２の一端４２ａが液面４０ａから露出後に再度液体に挿入する場合とは、供給管４２の一端４２ａから気泡Ｋが侵入する場合をいう。

１混合液供給装置（液体供給装置）
４混合タンク（貯留タンク）
４０添加剤（液体）
４０ａ液面
４１供給タンク
４２供給管
４２ａ一端
４３ポンプ
４４流量センサー
４５液体検出センサー
Ｋ気泡
ＳＴ２液体排出ステップ
ＳＴ３液体吸引ステップ

Claims

液体を収容した供給タンクと、該供給タンク内の液体が供給される貯留タンクと、一端が該供給タンク内に他端が該貯留タンクに挿入された供給管と、該供給管の途中に配設されて該液体を該貯留タンクへと送出するポンプ及び該供給管内を流れる該液体の流量を測定する流量センサーと、該貯留タンクに流入する直前の該供給管に配設された液体検出センサーと、を備えた液体供給装置において、該供給管の一端が液面から露出後に再度液体に挿入する場合、該供給管への気泡混入による該流量センサーの測定不良を防ぐための液体供給装置の管理方法であって、
該供給管の一端が液面から露出した後に、該ポンプによって該供給管内の該液体を逆流させて全て排出する液体排出ステップと、
該液体排出ステップを実施した後、該ポンプによって該液体を該供給管内に再度吸引する液体吸引ステップと、を備え、
該流量センサーは該液体検出センサーが吸い上げられた該液体を検出した後に測定を再開することを特徴とする液体供給装置の管理方法。