JP3763707B2 - 砥液供給装置 - Google Patents

Description

【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該基板の研磨面に砥粒を懸濁させた砥液を供給するための砥液供給装置に関する。
【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】
この種の研磨ユニットは、上面に研磨布を貼付して研磨面を構成するターンテーブルと、基板の被研磨面をターンテーブルに向けて基板を保持するトップリングとを有し、これらをそれぞれ自転させながらトップリングにより基板を一定の圧力でターンテーブルに押しつけ、砥液を供給しつつ基板の被研磨面を平坦且つ鏡面に研磨するようになっている。
【０００４】
図９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１００を貼ったターンテーブル１０２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１０４と、研磨布１００に砥液Ｑを供給する砥液供給ノズル１０６を備えている。トップリング１０４はトップリングシャフト１０８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。
【０００５】
トップリング１０４はその下面にポリウレタン等の弾性マット１１０を備えており、この弾性マット１１０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１０４は、研磨中に半導体ウエハＷがトップリング１０４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１１２を外周縁部に備えている。ガイドリング１１２はトップリング１０４に対して固定され、その下端面はトップリング１０４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。
【０００６】
このような構成により、半導体ウエハＷをトップリング１０４の下面の弾性マット１１０の下部に保持し、ターンテーブル１０２上の研磨布１００に半導体ウエハＷをトップリング１０４によって押圧するとともに、ターンテーブル１０２およびトップリング１０４を回転させて研磨布１００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１０６から研磨布１００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。
【０００７】
このような研磨装置において良好な研磨を行なうには、一定の濃度の砥液を研磨ユニットに安定して供給することが要求される。このため、例えば純水等と粉末酸化セリウムを混合して十分に分散させた砥液原液を、可搬容器もしくは工場設備の砥液貯蔵タンクから砥液供給装置の砥液調整部に供給し、この砥液調整部で砥液を所定の濃度に調整して研磨ユニットに送るようにしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術にあっては、砥液供給装置から遠く離れたところから砥液原液を可搬容器内に貯蔵して移送する際に、可搬容器内の砥液原液を移送中に攪拌することにより砥液原液の分散性を保つ必要があり、この作業がかなり面倒であるといった問題があった。砥液原液の分散性が失われると、砥液原液の濃度が変化し、砥液希釈調整後の砥液濃度にばらつきが生じて、安定したポリッシング性能が得られなくなってしまう。
【０００９】
また、砥液原液を攪拌することなく搬送して、可搬容器内の砥液原液の全量を調整タンク内に送り、更に希釈調整液で可搬容器の底に溜まった砥粒を調整タンク内に洗い流して、調整タンク内で所定の砥液濃度にすることも一般に行われているが、この場合には、希釈調整量に応じた複数の調整タンクが必要となって、装置サイズが大きくなるといった問題があった。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、可搬容器で搬送した砥液原液を可搬容器内に貯蔵したまま、容易かつ効率よく攪拌して、砥液調整部に送ることができるようにした砥液供給装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、砥液原液を収容する可搬容器を内部に設置可能な原液供給部と、該原液供給部の前記可搬容器から供給される砥液原液に希釈調整液を供給して所定濃度の砥液とする砥液調整部とを有し、前記原液供給部には、前記可搬容器内の砥液原液を攪拌する昇降可能な攪拌翼と、前記可搬容器の設置部の前方を開閉自在に覆う扉と、この扉の開閉状態を検知するセンサとが設けられ、前記扉が開放状態である時に前記攪拌翼の昇降及び／又は回転を行わないようにしたことを特徴とする砥液供給装置である。
【００１２】
これにより、可搬容器内の砥液原液を原液供給部まで搬送した後に攪拌翼で攪拌することにより、砥液原液を十分に分散させた状態で砥液調整部に送ることができる。従って、砥液原液を搬送中に攪拌する必要がなく、作業の簡略化により作業性を向上させつつ、品質の良い砥液を研磨ユニットに供給することができる。しかも、扉が開放状態である時に攪拌翼の昇降及び／又は回転を行わないようにすることにより、砥液原液の攪拌作業中における安全性が確保される。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記原液供給部は、前記可搬容器内の砥液原液量に応じて前記攪拌翼の回転数を制御する制御部を有す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、攪拌翼の回転数を可搬容器内に残留する砥液原液の量に応じて制御し、安定した運転を行うことができる。
【００１４】
前記制御部が、前記可搬容器内の砥液原液を検知する重量センサの測定値に基づいて前記攪拌翼の回転数を制御するようにしてもよい。また、前記制御部が、例えば時間等のパラメータにより、可搬容器内の砥液原液の流出量を推定し、これに基づいて前記攪拌翼の回転数を制御するようにしてもよい。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、前記可搬容器の上端開口部を閉塞する蓋体を前記攪拌翼に連動して昇降させる機構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、蓋体が攪拌翼に連動して昇降するので、可搬容器の上端開口部を閉塞した状態で攪拌することができ、攪拌の間に原液が飛散したり、可搬容器内にごみが落下したり、液体成分が蒸発して濃度が変化する等の事態を回避することができる。さらに、砥液原液抜出管を蓋体に取り付けておくことにより、抜出管を取り付ける手間を省くことができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る砥液供給装置の実施の形態を図面を参照して説明する。この砥液供給装置１０は、図１に示すように、砥液原液Ｓの入った可搬容器１２が内部に設置可能な原液供給部１４、砥液原液Ｓを純水あるいは薬液等の希釈調整液で希釈して濃度を調整する調整タンク１６を有する砥液調整部１８及びコントロール部２０を有し、研磨ユニット（研磨部）２２に砥液調整部１８で調整した砥液を供給するようにした例を示す。調整タンク１６の内部には、モータ２４の駆動に伴って回転する攪拌翼２６が配置されている。研磨ユニット２２は、ターンテーブル１０２と砥液供給ノズル１０６が図示されているが、その構成は、図９に示す従来の装置と同じと考えて良い。
【００１８】
原液供給部１４には、図２に示すように、吸込パイプ２８と戻りパイプ３０が設けられ、この吸込パイプ２８は、フィルタ３２、原液ポンプ３４、圧力センサ３６を有する原液供給配管３８に接続され、この原液供給配管３８は、砥液調整部１８の調整タンク１６の上部に接続されている。一方、戻りパイプ３０は、原液供給配管３８から分岐した原液戻り配管４０に接続されている。また、原液供給配管３８には装置停止時に配管内を洗浄するための純水供給ライン４２が接続されている。
【００１９】
調整タンク１６は、供給ポンプ４４を有する砥液供給配管４６によって、研磨ユニット２２の砥液配管４８（図１参照）に連絡されている。この砥液供給配管４６には、砥液戻り配管５０が分岐して設けられ、これは調整タンク１６の上部に戻るように接続されている。
【００２０】
次に、原液供給部１４を図３乃至図８を参照して説明する。ここで、砥液原液Ｓを砥液供給装置１０の原液供給部１４まで搬送する可搬容器１２は、例えば容量が２００リットルの樹脂製のドラムであり、ドラムの上端開口部は、例えばクランプで止められた蓋が取付けられて、ドラムポート等による搬送中に可搬容器（ドラム）１２の外部に砥液原液Ｓが漏れないようになっている。この可搬容器１２は、蓋の開口部が小さい場合には、十分な大きさの攪拌翼が可搬容器１２の中に入らないため、砥液原液の分散が不十分となることがある。このため、可搬容器１２としては、蓋の開口部が広いものを使用することが望ましい。
【００２１】
原液供給部１４は、可搬容器１２を内部に設置する際に置台としての役割を果たす設置ベース５２と、この設置ベース５２上に設置した可搬容器１２内の砥液原液Ｓを攪拌する攪拌機５４と、この攪拌機５４を昇降させる昇降装置５６とから主に構成されている。可搬容器１２の設置部の前方には、図３に示すように、扉５８が開閉自在に配置され、この扉５８にはこれが開放したことを検知する、例えば接触式のセンサ６０が取付けられている。
【００２２】
設置ベース５２には、例えば歪みゲージを内蔵した重量センサが取付けられ、この重量センサで可搬容器１２を含む砥液原液の量を測定し、この測定値をコントロール部２０に送るようになっている。
【００２３】
攪拌機５４は、図７及び図８に示すように、矩形状のベース板６８上に取付けられた駆動モータ６２と減速機６４、及び減速機６４から下方に延びる攪拌軸７０の下端に取り付けられた攪拌翼６６を有している。攪拌翼６６は、この例では、４枚が放射状に、かつ水平面とのなす角度αが、例えば６０°に設定されて設けられている。これにより、駆動モータ６２の駆動に伴って、攪拌軸７０及び攪拌翼６６が所定の回転数で回転するようになっている。この攪拌機５４は、可搬容器１２の底部に溜まった砥粒を分散させるためのものであり、攪拌翼６６の幅を小さくすることにより攪拌機５４自体を小さくして、昇降装置５６の構造を簡単にすることができるが、このようにすると、砥液原液Ｓの分散性を悪くする原因となる。
【００２４】
昇降装置５６は、図８に示すように、鉛直方向に配置されてベース板６８に連結された一対のエアシリンダ７２と、この一方のエアシリンダ７２と平行に配置されたラック７４と、このラック７４と噛み合うピニオン７６とからなり、このピニオン７６は、ベース板６８の上面に固着された電磁ブレーキ７８のスプライン軸８０の先端に固着されている。また、ベース板６８に形成されたこの例では２つの案内孔を挿通する案内棒８２が上下方向に配置されている。
【００２５】
これにより、エアシリンダ７２にエアーを供給して作動させることにより、攪拌機５４がベース板６８と共に案内棒８２に案内されて昇降する。エアシリンダ７２にエアーを供給する電磁バルブのエアーの切替によって上昇・下降の切替を行い、動作しない場合には、電磁バルブを閉じてエアーのエアシリンダ７２からの抜け出しを防いで、エアシリンダ７２を停止位置で保持する。このベース板６８の昇降に伴って、ラック７４とピニオン７６とが噛み合い、停止位置で電磁ブレーキ７８を作動させてピニオン７６を回転不能に固定することにより、ベース板６８を機械的に固定することができる。
【００２６】
なお、駆動用エアーの供給が断たれた時に機械的に動作が停止するようにしたエアシリンダを使用しても良い。これは、駆動用エアーを供給するとエアシリンダのブレーキを解除するようにしたもので、ブレーキがエアシリンダの中に組み込まれており、駆動エアーの供給が止まった時に動作途中でエアシリンダの動作が停止するように構成されている。また、ボールスプライン軸をモータで回して、ベース板を昇降させるようにしても良い。しかし、モータでの駆動の場合には、モータの取り替え等のメンテナンススペースが装置内に必要なことや、モータの取付け位置によって可搬容器内にモータの粉塵が混入する可能性があるため最適とはいえない。従って、この装置の場合、ブレーキ付きシリンダの採用が最も好適である。
【００２７】
ベース板６８には、図４に示すように、前述の吸込パイプ２８及び戻りパイプ３０の上端が固着され、これにより、ベース板６８と一体に吸込パイプ２８及び戻りパイプ３０が昇降する。攪拌軸７０の所定高さには蓋体８６と係合する突起８４が設けられている。従って、攪拌軸７０の上昇に伴って蓋体８６が上昇して可搬容器１２を開口させ、攪拌軸７０が下降した時には蓋体８６が上端開口部を閉塞するようになっている。
【００２８】
ここで、ベース板６８の昇降動作は、装置に付いている動作ボタンや電気パネル内のスイッチによって起動される。攪拌機５４の大きさによっては、エアシリンダ等を用いることなく手動で動作させることもできるが、砥液原液の攪拌に大きな動力を加えなければならない時には攪拌機５４自体が大きくなり、手動では上昇・降下させることは困難であり、作業者の安全を図る点からも、アクチュエータによる自動昇降が必要である。
【００２９】
上記のように構成した砥液供給装置１０の動作について説明する。先ず、砥液原液Ｓを貯蔵した可搬容器１２を原液供給部１４まで搬送する。この場合、昇降装置５６のエアシリンダ７２によりベース板６８を上昇させた位置で停止させ、吸込パイプ２８、戻りパイプ３０及び攪拌軸７０等が可搬容器１２の設置の邪魔とならないようにし、扉５８を開けて設置ベース５２上に可搬容器１２を設置する。
【００３０】
可搬容器１２を設置ベース５２上に設置した後、可搬容器の蓋を取り外し、扉５８を閉め、昇降装置５６のエアシリンダ７２を作動させて、攪拌翼６６が可搬容器１２内の所定の攪拌位置に達するまでベース板６８を下降させ、同時に吸込パイプ２８及び戻りパイプ３０を可搬容器１２内に位置させて、ベース板６８を停止させる。この時、攪拌軸７０の下降に伴って、蓋体８６が自重により下降して、可搬容器１２の上端開口部を閉塞する。
【００３１】
この状態で、駆動モータ６２を駆動させて攪拌翼６６を回転させることにより、可搬容器１２内の砥液原液Ｓを攪拌して、砥粒を分散させる。この攪拌が十分に行われた後、原液ポンプ３４を駆動させて、可搬容器１２内の砥液原液Ｓを原液供給配管３８から砥液調整部１８の調整タンク１６に送り、同時に純水ライン４２から供給される純水で所定の濃度に調整する。
【００３２】
この原液ポンプ３４は、例えばエアー駆動式のダイヤフラムポンプであり、設置ベース５２に取付けられた重量センサで所定量以上の砥液原液量が検知された時に作動する。また、攪拌翼６６の回転数は、砥液原液の種類に応じて適当な値を事前に決めておくとともに、可搬容器１２内の残量に応じて適当な値に調整する。これは、砥液原液の残量を重量センサで検知してこれに応じて回転数を減少させることにより行なう。これは、可搬容器１２のがたつきを抑えて安定な運転を維持するためである。なお、簡便な方法としては、回転数の制御を可搬容器１２を設置してからの経過時間に基づいて制御する方法が有る。
【００３３】
なお、砥液調整部１８で砥液原液が調整タンク１６に供給されていない場合には、砥液調整部１８もしくは原液供給部１４にあるエアオペレーションバルブを切り替えて、砥液原液Ｓが戻りパイプ３０から可搬容器１２内に戻るようにする。また、圧力センサ３６で原液供給配管３８内の圧力異常を検知した時には、原液ポンプ３４を停止させる。更に、扉５８が開いたことをセンサ６０で検知した時には、攪拌機５４の昇降及び攪拌翼６６の回転を停止させて、作業者の安全を図るとよい。
【００３４】
所定の濃度に調整された砥液は、攪拌翼２６の回転で攪拌されつつ、調整タンク１６内に貯蔵される。そして、調整タンク１６内に貯蔵された砥液は、供給ポンプ４４の駆動に伴って砥液供給配管４６内を流れ、ポリッシング時には、砥液配管４８、砥液供給ノズル１０６から研磨ユニット２２のターンテーブル１０２に供給される。ポリッシングが終了すると、砥液は調整タンク１６、砥液供給配管４６、砥液戻り配管４０によって構成される循環流路を循環して戻る。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。
【００３５】
なお、この実施の形態にあっては、原液供給部に１個の可搬容器を設置するようにした例を示しているが、複数個の可搬容器を設置しておき、これを切り換えて用いることにより、砥液を連続して使用することができるようにしても良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可搬容器で搬送した砥液原液を簡単な方法で十分に分散させて砥液調整部に供給することができる。従って、砥液原液の濃度の変化による砥液希釈調整後の砥液濃度のばらつきを防止し、半導体基板等の研磨装置において良好な研磨を継続して安定に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の施の形態の砥液供給装置の全体構成を示す概要図である。
【図２】同じく、全体の構成を示すフロー図である。
【図３】砥液供給部の正面図である。
【図４】同じく、一部を省略した正面図である（攪拌軸７０が下降した時を示す）。
【図５】図４の左側面図である。
【図６】図４の平面図である。
【図７】（ａ）は攪拌機を示す平面図で、（ｂ）は（ａ）のＡ方向矢視図である。
【図８】攪拌機及び昇降装置の概略を示す斜視図である。
【図９】研磨ユニットの概略を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 砥液供給装置
１２ 可搬容器
１４ 原液供給部
１６ 調整タンク
１８ 砥液調整部
２０ コントロール部
２２ 研磨ユニット
２６ 攪拌翼
２８ 吸込パイプ
３０ 戻りパイプ
３４ 原液ポンプ
３８ 原液供給配管
４０ 原液戻り配管
４２ 純水ライン
４４ 供給ポンプ
４６ 砥液供給配管
４８ 砥液配管
５０ 砥液戻り配管
５２ 設置ベース
５４ 攪拌機
５６ 昇降装置
５８ 扉
６０ センサ
６２ 駆動モータ
６４ 減速機
６６ 攪拌翼
６８ ベース板
７０ 攪拌軸
７２ エアシリンダ
７４ ラック
７６ ピニオン
７８ 電磁ブレーキ
８０ スプライン軸
８６ 蓋体
Ｓ 砥液原液

Claims (3)

1. 砥液原液を収容する可搬容器を内部に設置可能な原液供給部と、
   該原液供給部の前記可搬容器から供給される砥液原液に希釈調整液を供給して所定濃度の砥液とする砥液調整部とを有し、
   前記原液供給部には、前記可搬容器内の砥液原液を攪拌する昇降可能な攪拌翼と、前記可搬容器の設置部の前方を開閉自在に覆う扉と、この扉の開閉状態を検知するセンサとが設けられ、前記扉が開放状態である時に前記攪拌翼の昇降及び／又は回転を行わないようにしたことを特徴とする砥液供給装置。
2. 前記原液供給部は、前記可搬容器内の砥液原液量に応じて前記攪拌翼の回転数を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の砥液供給装置。
3. 前記可搬容器の上端開口部を閉塞する蓋体を前記攪拌翼に連動して昇降させる機構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。

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