JP2019042887A - 研磨液濃度調整方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】研磨液を適切な濃度に調整して研磨液を無駄にしないようにする。【解決手段】タンクに純水と濃縮研磨液とを供給する供給工程Ｓ１と、プロペラを回転させタンク内の純水と濃縮研磨液とをかき混ぜるかき混ぜ工程Ｓ２と、かき混ぜ工程Ｓ２で検出したプロペラの回転数が、予め設定した回転数ｎより大きいか小さいかを判断する判断工程Ｓ３と、検出した回転数が予め設定した回転数Ｎより小さい（ｎ＜Ｎ）ときはタンクに純水を供給してプロペラの回転数ｎを予め設定した回転数Ｎにする第１の調整工程Ｓ４と、検出した回転数が予め設定した回転数Ｎより速い（ｎ＞Ｎ）ときはタンクに濃縮研磨液を供給してプロペラの回転数ｎを予め設定した回転数Ｎにする第２の調整工程Ｓ５とを備えた。【選択図】図２

Description

本発明は、研磨液の濃度を調整する研磨液濃度調整方法に関する。
半導体ウェーハやガラス基板等のワークの表面を平坦化する方法として、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)が用いられる。ＣＭＰでは、研磨装置においてワークの表面に回転する研磨パッドを押し付けつつ研磨液を供給することにより、研磨液中の砥粒による機械的作用と研磨液による化学的作用とにより研磨がなされる。
ＣＭＰ用の研磨液としては、研磨するワークに応じて研磨装置外において濃縮研磨液が純水で希釈されたものが使用される。従来は、濃縮研磨液を予め所定の濃度に調整した研磨液の入ったタンクを研磨装置に設置し、そのタンクから研磨液を配管で汲み上げて研磨中のワークの表面に供給していた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−０３６７４４号公報
しかし、上述したタンク内の研磨液の濃度が適切に調整されていないと、その研磨液が研磨中のワークの表面に供給されることにより、ワークの表面が予定よりも研磨されなかったり研磨され過ぎたりするなどの加工不良が生じる。そのような場合、配管内の研磨液をすべて抜き取る必要があり研磨液が無駄になってしまう。
本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、研磨液を適切な濃度に調整して研磨液を無駄にしないようにすることを課題とする。
本発明は、タンクと、該タンクに純水を供給する純水供給部と、該タンクに濃縮された濃縮研磨液を供給する濃縮研磨液供給部と、該タンクに供給された純水と濃縮研磨液とをかき混ぜるプロペラを回転させる回転部と、該プロペラの回転数を検出する回転数検出部と、を備え所定の濃度の研磨液を生成する研磨液生成機構を用いて研磨液の濃度を調整する研磨液濃度調整方法であって、該タンクに純水と濃縮研磨液とを供給する供給工程と、該回転部により該プロペラを回転させ該タンク内の純水と濃縮研磨液とをかき混ぜるかき混ぜ工程と、該かき混ぜ工程で該回転数検出部が検出した回転数が、予め設定した回転数より遅いか、予め設定した回転数より速いかを判断する判断工程と、該判断工程において、該回転数検出部が検出した回転数が予め設定した回転数より遅いと判断した場合に、該純水供給部にて該タンクに純水を供給して該回転数検出部が検出する回転数を予め設定した回転数にする第１の調整工程と、該判断工程において、該回転数検出部が検出した回転数が予め設定した回転数より速いと判断した場合に、該濃縮研磨液供給部にて該タンクに濃縮研磨液を供給して該回転数検出部が検出する回転数を予め設定した回転数にする第２の調整工程と、を備える。
本発明に係る研磨液濃度調整方法によれば、タンク内の研磨液をかき混ぜるプロペラの回転数に基づき研磨液の濃度が適切かどうかを判断し、検出した回転数が予め設定した回転数より遅いときはタンクに純水を供給して研磨液を適切な濃度まで希釈し、予め設定した回転数より速いときはタンクに濃縮研磨液を供給して研磨液を適切な濃度まで濃くすることにより、研磨液を適切な濃度に調整することができる。そして、その研磨液を研磨装置に供給することにより、研磨液に無駄が生じるのを防止することができる。
研磨液濃度調整方法の実施に使用する研磨液生成機構を例示する断面図である。 研磨液濃度調整方法を示すフローチャートである。 プロペラの回転数の推移例を示すグラフである。
図１に示す研磨液生成機構１は、研磨液を貯留するタンク２と、タンク２に純水Ｗを供給する純水供給部３と、タンク２に濃縮研磨液Ｃを供給する濃縮研磨液供給部４と、タンク２に供給された純水Ｗと濃縮研磨液Ｃとをかき混ぜるプロペラ５と、プロペラ５を回転させる回転部６と、プロペラ５の回転数を検出する回転数検出部７と、タンク２内の研磨液Ｒの液面Ｒａを検出する液面検出部８と、回転数検出部７及び液面検出部８による検出値に基づいて純水供給部３及び濃縮研磨液供給部４を制御する制御部９とを備えている。
タンク２は、研磨装置に隣接して設置される。タンク２の一方の側壁２ｂの下部には、タンク２内の研磨液Ｒを汲み上げて図示しない研磨装置に供給するためのポンプ１０が接続されている。
純水供給部３は、純水を貯留する純水供給源３１を備え、純水供給源３１は配管３２を介してタンク２の上部に接続されている。配管３２には、純水供給源３１からタンク２への純水Ｗの供給量を制御するための電磁弁３３が設けられている。
濃縮研磨液供給部４は、濃縮研磨液を貯留する濃縮研磨液供給源４１を備え、濃縮研磨液供給源４１は配管４２を介してタンク２の上部に接続されている。配管４２には、濃縮研磨液供給源４１からタンク２への濃縮研磨液Ｃの供給量を制御するための電磁弁４３が設けられている。
プロペラ５は、タンク２の底２ａの近傍に配置されている。回転部６は、上下方向に延びる回転シャフト６１と、回転シャフト６１を回転させるモータ６２とを備え、回転シャフト６１の下端にプロペラ５が固定されている。回転シャフト６１の上端は、モータ６２の回転軸に連結されている。モータ６２は、ＤＣモータであり、常時一定の電力で駆動される。ＤＣモータは、一定の電力で駆動されているときに、回転軸に掛かる負荷が大きくなるとそれに比例して回転数が減少し、回転軸に掛かる負荷が小さくなるとそれに比例して回転数が増大する。
なお、モータ６２は、ＤＣモータに限定されるものでなく、回転軸にかかる負荷によって回転数が変化するモータであればよい。
ここで、モータ６２の回転軸に掛かる負荷は、プロペラ５に作用する研磨液Ｒの粘性抵抗である。したがって、研磨液Ｒの粘度が高くなると、モータ６２の回転軸に掛かる負荷も高くなり、モータ６２及びプロペラ５の回転数が低下する。一方、研磨液Ｒの粘度が低くなると、モータ６２の回転軸に掛かる負荷も低下し、モータ６２及びプロペラ５の回転数が上昇する。研磨液Ｒの濃度が高くなるほど研磨液Ｒの粘度も高くなることから、研磨液Ｒの濃度の高低をプロペラ５の回転数の大小として検出し得る。
タンク２内の研磨液Ｒの液面Ｒａを検出する液面検出部８によって検出した液面Ｒａの高さに応じて係数を設定し、回転検出部７が検出した回転数に係数を掛けて濃度を算出ようにしても良い。予め設定される係数は、液面検出部８が検出した液面Ｒａの高さが高いときには大きく、液面Ｒａの高さが低いときには小さい。よって、回転検出部７が検出した回転数が同じ値であっても、液面Ｒａが高いときは、液面Ｒａが低いときより研磨液Ｒの濃度が低くなる。
回転数検出部７は、コードホイール７１と、光センサ部７２とを有している。コードホイール７１は、周方向に等間隔に複数のスリット（貫通孔）が設けられた円板状の部材であり、回転シャフト６１に同心状に固定されている。光センサ部７２は、コードホイール７１の上下にそれぞれ配設された発光素子と受光素子とを備え、発光素子から発せられた光がコードホイール７１のスリットを通過して受光素子に受光される毎に出力信号を発する。コードホイール７１は、プロペラ５が固定された回転シャフト６１と共に回転するため、光センサ部７２の出力信号に基づいてプロペラ５の回転数ｎが検出される。
液面検出部８は、タンク２の深さ方向の中間位置に設けられており、タンク２内の研磨液Ｒの液面Ｒａが所定の高さ以上のときに出力信号を発する。液面検出部８としては、フロート式、光学式などのレベルセンサが用いられる。
制御部９は、ＣＰＵ及びメモリを備え、ＣＰＵがメモリを作業領域に使用しつつプログラムを逐次実行することにより、回転数検出部７及び液面検出部８からの検出信号に応じた制御信号を生成し、純水供給部３及び濃縮研磨液供給部４の電磁弁３３、４３を制御する。
以下では、図１に示す研磨液生成機構１を用いた研磨液生成方法について、図２のフローチャートを参照して説明する。図２に示した各工程は、制御部９による制御下で実施される。
（１）供給工程
この研磨液生成方法では、先ず、タンク２に純水Ｗと濃縮研磨液Ｃとを供給する供給工程Ｓ１が実施される。すなわち、純水供給部３の電磁弁３３を開弁することにより純水供給源３１からタンク２に純水Ｗが供給されるとともに、濃縮研磨液供給部４の電磁弁４３を開弁することにより濃縮研磨液供給源４１からタンク２に濃縮研磨液Ｃが供給される。
（２）かき混ぜ工程
タンク２への純水Ｗ及び濃縮研磨液Ｃの供給を開始した後、プロペラ５を回転させて、タンク２内の純水Ｗと濃縮研磨液Ｃとをかき混ぜるかき混ぜ工程Ｓ２が開始される。本工程では、タンク２内において、純水Ｗと濃縮研磨液Ｃとの混合液である研磨液Ｒが生成される。
（３）判断工程
タンク２に純水Ｗ及び濃縮研磨液Ｃが供給され、タンク２内に純水Ｗと濃縮研磨液Ｃとの混合液である研磨液Ｒが溜まっていき、液面検出部８が、研磨液Ｒの液面Ｒａが所定の高さ以上になったことを検出すると、回転数検出部７が、プロペラ５の回転数を検出する。そして、その検出された回転数ｎが予め設定された回転数Ｎより遅いか速いかを判断する判断工程Ｓ３が開始される。ここで、予め設定された回転数Ｎは、制御部９に備えたメモリに記憶されており、回転数ｎと回転数Ｎとの比較処理も、制御部９において行われる。
（４）第１の調整工程
判断工程Ｓ３において、回転数検出部７により検出された回転数ｎが予め設定した回転数Ｎより小さい（ｎ＜Ｎ）と判断されたときは、第１の調整工程Ｓ４が実施される。第１の調整工程Ｓ４では、電磁弁４３を閉弁することによりタンク２への濃縮研磨液Ｃの供給が停止され、純水供給部３の電磁弁３３が開弁されたままの状態で純水Ｗの供給のみが実施される。
第１の調整工程Ｓ４は、回転数検出部７により検出された回転数ｎが予め設定した回転数Ｎになるまで実施される。回転数ｎが予め設定した回転数Ｎになったことは、研磨液Ｒの粘度が所定の粘度まで低下したこと、すなわち研磨液Ｒが適切な濃度になったことを意味する。
（５）第２の調整工程
判断工程Ｓ３において、回転数検出部７により検出された回転数ｎが予め設定した回転数Ｎより大きい（ｎ＞Ｎ）と判断されたときは、第２の調整工程Ｓ５が実施される。第２の調整工程Ｓ５では、純水供給部３の電磁弁３３は閉弁されてタンク２への純水Ｗの供給が停止され、濃縮研磨液供給部４の電磁弁４３が開弁されたままの状態で濃縮研磨液Ｃの供給のみ実施される。
第２の調整工程Ｓ５は、回転数検出部７により検出された回転数ｎが予め設定した回転数Ｎになるまで実施される。回転数ｎが予め設定した回転数Ｎになったことは、研磨液Ｒの粘度が所定の粘度まで上昇したこと、すなわち研磨液Ｒが適切な濃度になったことを意味する。
なお、判断工程において、検出された回転数ｎが予め設定された回転数Ｎと等しい場合は、第1の調整工程Ｓ４及び第２の調整工程Ｓ５のいずれも実施せず、タンク２に対する純水Ｗ及び濃縮研磨液Ｃの供給の割合をそのままとする。
なお、予め設定した回転数Ｎは、図３のように幅（回転数幅Ｎａ）を設けても良い。つまり、予め設定した回転数幅Ｎａ内に検出された回転数ｎが入っていれば研磨液Ｒが適切な濃度であることを意味する。例えば、図３に示すように、検出された回転数ｎが回転数幅Ｎａの範囲より小さい場合は、第1の調整開始時から濃縮研磨液Ｃの供給が停止されるとともに純水Ｗの供給のみが実施され、検出される回転数ｎが上昇して回転数幅Ｎａの範囲に入ると、濃縮研磨液Ｃの供給も再開する。一方、検出された回転数ｎが回転数幅Ｎａの範囲より大きい場合は、第２の調整開始時から純水Ｗの供給が停止されるとともに濃縮研磨液Ｃの供給のみが実施され、検出される回転数ｎが下降して回転数幅Ｎａの範囲に入ると、純水Ｗの供給も再開する。
（６）加工工程
判断工程Ｓ３による回転数ｎの判断結果に応じて、第１の調整工程Ｓ４及び第２の調整工程Ｓ５が実施されることにより、タンク２内の研磨液Ｒの粘度が適切な濃度に保たれる。このようにしてタンク２内の研磨液Ｒが適切な濃度に保たれている状態で、加工工程Ｓ６が実施される。加工工程Ｓ６では、ポンプ１０が駆動され、タンク２内の研磨液Ｒが汲み上げられて研磨装置で研磨中のワークに供給される。
以上説明したように、本実施形態によれば、タンク２内の研磨液Ｒをかき混ぜるプロペラ５の回転数ｎが予め設定した回転数Ｎより大きいか小さいかにより研磨液Ｒの濃度を判断し、予め設定した回転数Ｎより小さいときはタンク２に純水Ｗを供給して研磨液Ｒを適切な濃度まで希釈し、予め設定した回転数Ｎより大きいときはタンク２に濃縮研磨液Ｃを供給して研磨液Ｒを適切な濃度まで濃くすることにより、研磨液Ｒを適切な濃度に調整することができる。したがって、研磨液Ｒの濃度調整ミスによるワークの加工不良や研磨液の無駄を防止することができる。
また、プロペラ５に作用する研磨液Ｒの粘性抵抗によって回転数が変化するモータ６２を使用して、研磨液Ｒの濃度の高低をプロペラ５の回転数ｎの大小として検出し、その回転数ｎに応じてタンク２への純水Ｗ及び濃縮研磨液Ｃの供給量を制御するようにしたので、研磨液Ｒの濃度を調整するための制御系を安価な構成で実現することができる。
また、研磨液Ｒの濃度を調整してからポンプ１０によって研磨装置に供給するため、研磨液生成機構１と研磨装置との間の配管内には、常に適切な濃度の研磨液が流通する。したがって、当該配管から研磨液を抜き取る必要がなくなり、研磨液に無駄が生じるのを防止することができる。
１：研磨液生成機構 ２：タンク ２ａ：底 ２ｂ：側壁
３：純水供給部 ４：濃縮研磨液供給部 ５：プロペラ ６：回転部
７：回転数検出部 ８：液面検出部 ９：制御部 １０：ポンプ
３１：純水供給源 ３２：配管 ３３：電磁弁
４１：濃縮研磨液供給源 ４２：配管 ４３：電磁弁
６１：回転シャフト ６２：モータ
７１：コードホイール ７２：光センサ部
Ｗ：純水 Ｃ：濃縮研磨液 Ｒ：研磨液 Ｒａ：液面
Ｓ１：供給工程 Ｓ２：かき混ぜ工程 Ｓ３：判断工程 Ｓ４：第１の調整工程
Ｓ５：第２の調整工程 Ｓ６：加工工程

Claims (1)

  1. タンクと、該タンクに純水を供給する純水供給部と、該タンクに濃縮された濃縮研磨液を供給する濃縮研磨液供給部と、該タンクに供給された純水と濃縮研磨液とをかき混ぜるプロペラを回転させる回転部と、該プロペラの回転数を検出する回転数検出部と、を備え所定の濃度の研磨液を生成する研磨液生成機構を用いて研磨液の濃度を調整する研磨液濃度調整方法であって、
    該タンクに純水と濃縮研磨液とを供給する供給工程と、
    該回転部により該プロペラを回転させ該タンク内の純水と濃縮研磨液とをかき混ぜるかき混ぜ工程と、
    該かき混ぜ工程で該回転数検出部が検出した回転数が、予め設定した回転数より遅いか、予め設定した回転数より速いかを判断する判断工程と、
    該判断工程において、該回転数検出部が検出した回転数が予め設定した回転数より遅いと判断した場合に、該純水供給部にて該タンクに純水を供給して該回転数検出部が検出する回転数を予め設定した回転数にする第１の調整工程と、
    該判断工程において、該回転数検出部が検出した回転数が予め設定した回転数より速いと判断した場合に、該濃縮研磨液供給部にて該タンクに濃縮研磨液を供給して該回転数検出部が検出する回転数を予め設定した回転数にする第２の調整工程と、
    を備えた研磨液濃度調整方法。
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