JP3774681B2 - スラリー混合供給装置及びスラリー混合供給方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエハ等の基板表面を高精度に研磨し、平坦化する化学機械研磨装置に、少なくとも砥粒微粒子分散液と添加剤溶液とを所望する混合比率で含むスラリーを供給するためのスラリー混合供給装置、及びこれを用いたスラリー混合供給方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSIの高集積化、高性能化に伴い、ウエハ等の基板表面を高精度に平坦化するための加工手段としての化学機械研磨(CMP)方式が注目されている。かかる方式では、シリカ、アルミナ、ジルコニア、二酸化マンガン、セリア(酸化セリウム)等の微粒子からなる研磨砥粒を、水酸化カリウムやアンモニア等のアルカリ性水溶液や界面活性剤を含む水に分散させた砥粒微粒子分散液(以下、原液スラリーと呼ぶ)に、更に、研磨対象に応じた、界面活性剤や、化学的作用を促進させるための過酸化水素水や硝酸鉄等の酸化剤を含有する添加剤溶液(以下、添加剤溶液と呼ぶ)を混合することで調製したスラリー(研磨砥粒及び添加剤の混合分散溶液であって、実際の研磨処理に用いられるもの)が使用されている。そして、該スラリー中の添加剤溶液と基板との間に生じる化学的作用と、スラリー中の研磨砥粒と基板との間の機械的作用とを複合化させることで、優れた研磨処理を実現している。
【0003】
例えば、半導体シリコン基板上の層間絶縁膜材料である二酸化珪素膜(酸化膜)を上記化学機械研磨装置によって研磨する場合には、シリカ粒子の分散性の向上と、研磨に最適な粒子の凝集状態を形成するために、シリカ粒子含有の原液スラリーにアルカリ性水溶液、例えば、水酸化カリウム水溶液を添加したスラリーが用いられる。そして、該スラリーを化学機械研磨装置に設置された半導体シリコン基板へと供給し、スラリー中のシリカ粒子と研磨装置の研磨パッドとによる機械研磨によって、上記酸化膜を除去している。
【0004】
また、配線材料であるタングステン金属膜の研磨においては、アルミナ粒子含有の原液スラリーに、酸化剤として過酸化水素水を添加したアルミナスラリーが用いられている。そして、かかるスラリーを化学機械研磨装置に設置された半導体シリコン基板へと供給することで、タングステン膜表面と過酸化水素とを化学反応させて研磨が容易なタングステン酸化膜を形成させ、該反応生成膜を、研磨砥粒であるアルミナ粒子と研磨装置の研磨パッドとによる機械研磨によって研磨し、配線部以外の不要な部分を除去している。
【0005】
上記のような化学機械研磨装置へスラリーを供給するための機構としては、従来から、適宜に選択された研磨砥粒を含有する原液スラリーと、界面活性剤や酸化剤等を含む添加剤溶液、更には必要に応じて用いられる希釈用の水とを予め所定の比率で混合し、一時的に貯蔵タンクに蓄液した後、その混合液(スラリー)を研磨装置へ供給する方式が採用されている。しかしながら、この場合に、貯蔵タンク内に蓄液されている間に生じる混合後の時間経過に伴うスラリーの研磨特性の劣化や、スラリー中における研磨微粒子の分散性の低下、或いは、スラリーを構成する成分の混合比率を変更させる場合の可変性や応用性の乏しさによって、処理に適合する良好な状態で、しかも所望する混合比率のスラリーを適確に供給することができないという問題があった。これに対して、例えば、特開2000−202774公報に、砥粒水溶液(原液スラリー)と添加溶液とを、研磨装置の研磨定盤に噴射する直前で混合器によって混合し、上記複数の溶液をスラリーとして供給するスラリーの供給装置が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記特開2000−202774公報に記載されているスラリーの供給装置では、下記に挙げる課題を有することがわかった。即ち、スラリーの混合精度は、流量計と、それによってフィードバックを受けて開度を調節する定流量弁のみに依存しているが、流量計においては、その精度を考慮した場合に、特に低流量域での誤差が大きく、また、定流量弁においては、原液スラリーの閉塞が懸念され、かかる構成では、所望する処理に適合した特定の混合比率のスラリーを適確に供給することができない場合がある。更に、上記従来の装置においては、複数の溶液はポンプによって装置へと供給されているが、本発明者らの検討によれば、ここで用いられているポンプの脈動(圧力変動)は、定流量弁の一定流量維持に悪影響を及ぼすため、この機構によっては、スラリーの混合精度を高精度に維持することが難しいこともわかった。また、上記従来の装置は、混合する部位に対する洗浄機構を有していないことから、混合液未使用時に、スラリー中の微粒子の沈降や凝集によって装置内配管に閉塞が生じた場合には、これらを除去することができず、特に、スラリーの供給を再開した初期段階において、その混合比率の精度維持に問題が残ることが考えられる。
【0007】
従って、本発明の目的は、所望する処理に適合した任意の流量で、且つ高精度の混合比率で、劣化のない良好な状態のスラリーを化学機械研磨装置へと適確に供給することが可能なスラリー混合供給装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、所望する処理に適合した任意の流量で、且つ高精度の混合比率で、劣化のない良好な状態のスラリーを複数の化学機械研磨装置へと適確に供給することが可能なスラリー混合供給方法を提供することにある。
更に、本発明の目的は、スラリーの供給を一時停止した状態から再開した場合における初期段階でも、スラリーの混合比率を高精度に維持できるスラリー混合供給装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、下記の本発明によって達成される。即ち、本発明は、化学機械研磨装置に、少なくとも砥粒微粒子分散液と添加剤溶液とを含む各液が所望する混合比率で含まれるスラリーを供給するためのスラリー混合供給装置において、上記各液を夫々に吸引するための各液に対応した数の吸引口と、上記化学機械研磨装置へとスラリーを供給するための排出口とを有し、上記各吸引口から排出口に至る各液の供給経路に、各吸引口から各液を上記混合比率になる特定量で吸引し、吸引した各液を上記排出口側へと吐出させるための供給用ポンプが夫々配置され、且つ、夫々の供給用ポンプの吐出側の供給経路にダンパー及び加圧弁が併設され、更に、各吸引口から吸引される各液のうちの少なくとも砥粒微粒子分散液を、上記化学機械研磨装置で消費される特定量以上の流量及び圧力で循環させるための手段が上記吸引口の手前側に配置されており、且つ、該手段によって生じる循環液流の圧力変動を測定するための圧力センサーと、上記供給用ポンプからの吐出流量を一定量に保つための、上記圧力センサーからの測定値を用いた上記圧力変動に対する補正機構が組み入れられた上記供給用ポンプの駆動電圧に対する制御装置とが設けられていることを特徴とするスラリー混合供給装置である。
【0009】
本発明の好ましい実施の形態は、上記において、スラリーが、原液スラリーと添加剤溶液と純水とを所望する混合比率で含むスラリー混合供給装置、また、上記において、更に、原液スラリーの供給路へ純水を供給するための供給路が設けられていて、原液スラリーの供給路を純水で洗浄できるように構成されているスラリー混合供給装置、また、上記において、供給用ポンプが、チューブフラム式ポンプであるスラリー混合供給装置、また、上記において、更に、化学機械研磨装置から、該装置が所望するスラリーの成分混合比率についての情報が、供給用ポンプへと伝送されるように構成されているスラリー混合供給装置が挙げられる。
【0010】
更に、本発明の別の実施形態は、複数台の化学機械研磨装置に夫々が所望するスラリーを供給するスラリー混合供給方法において、各化学機械研磨装置の夫々に、上記いずれかの形態のスラリー混合供給装置を接続し、その際に、少なくとも原液スラリー及び添加剤溶液を含む各液が、各スラリー混合供給装置を介して並列に各化学機械研磨装置に供給されるように配置することを特徴とするスラリー混合供給方法である。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を挙げて、本発明を詳細に説明する。本発明者らは、上記した従来技術の課題を解決すべく鋭意検討した結果、化学機械研磨装置の直前で原液スラリーと添加剤溶液とを混合させる従来のスラリー供給装置では、高精度の混合比率でこれらの溶液を混合させ安定した状態のスラリーを供給することができない場合があることに鑑みて、これらの液を供給する際のポンプからの吐出流量の変動を最小限に抑制できる手段を開発し、ポンプからの吐出流量を安定化させれば、少なくとも原液スラリーと添加剤溶液とを含む各液からなるスラリーの混合比率を、高精度にコントロールできるようになると考え検討した結果、本発明に至った。
【0012】
本発明者らの検討によれば、混合供給装置内の供給用ポンプへ送液される複数の液には夫々最適圧力条件があり、供給用ポンプの吐出流量特性は、先ず、この送液される各液の圧力変動に依存する。そして、この圧力変動には、各液の送液にポンプを用いた場合等に発生する脈動によるものと、複数台の化学機械研磨装置へ各液を並列に供給する場合における他の研磨装置で液を使用することに対する影響によるものとがある。本発明者らは、これらの圧力変動を最小限とすることが、各液の供給用ポンプからの吐出流量の変動を最小限にする有力な手段となり得ることに着目して開発を行った。その結果、下記の2つの手段が有効であり、これらの手段を用いることで、所望する処理に適合した任意の流量で、且つ高精度の混合比率で、劣化のない良好な状態のスラリーを化学機械研磨装置へと適確に供給することが可能になることを見いだした。
【0013】
その1つの手段は、供給用ポンプによる送液に伴う脈動を最小限とするためのものである。かかる方法を、図1に基づいて説明する。図1では、ドラム1から供給された原液スラリーAと、ドラム2から供給された添加剤溶液Bとを混合させて、これらの液を所望する特定の液量で化学機械研磨装置15へと供給する。図1に示した例では、原液スラリーA及び添加剤溶液Bはいずれもポンプ4によって循環されているが、本発明はこれに限定されず、ポンプを用いずに圧送される場合もある。本発明では、これらの各液から特定量の液を吸引し、化学機械研磨装置15側へと特定量で吐出して供給する供給用ポンプ5と、該ポンプによって発生する脈動を低減するためのダンパー6を組み合わせて用い、更に、これに加圧弁7を組み合わせて用いる。かかる手段によれば、供給用ポンプ5の脈動が著しく低減され、化学機械研磨装置15側へと供給される供給用ポンプ5からの吐出液量が安定に維持され、高精度な混合比率のスラリーの供給が可能となる。
【0014】
更に、もう1つの手段は、供給用ポンプへの駆動電圧に下記の制御機構を組み入れる方法である。かかる方法を、図1に基づいて説明する。この方法では、化学機械研磨装置15への各液の供給量は、スラリー混合供給装置Kへ任意の要求流量として入力され、予め得られたポンプの吐出流量演算式を基にPLC(Programmable Logic Controller;演算・制御回路、以下PLCと略記する)14にて処理されて、供給用ポンプ5へコントローラ13を介して駆動電圧として伝送される。ここで、前記したように、供給用ポンプ5の吐出流量特性は、該ポンプ5へと吸引されてくる液流の圧力変動に依存する。これに対して、図1に示したように、例えば、供給用ポンプ5へと送液される原液スラリーAは、研磨砥粒の沈降を防止するために、ポンプ4を介して化学機械研磨装置によって消費される特定量以上の流量及び圧力で循環されている。従って、供給用ポンプ5内へ導入される送液は、どうしても循環させているポンプ4の脈動等によって液流の圧力変動を有するものとなる。そこで、本発明では、供給用ポンプ5の駆動電圧に、上記圧力変動に対する補正機構を組み入れることで、この問題の解決を図る。具体的には、図1に示したポンプ4によって循環している供給用ポンプ5の供給側(1次側)の液流の圧力変動を、センサー8にて常時監視し、該センサー8での測定値をPLC14へと伝送し、該測定値を上記演算式の変数として使用することで、補正された演算結果を供給用ポンプ5の駆動電圧へとフィードバックし、これにより供給用ポンプ5の化学機械研磨装置15への吐出流量が良好な状態となるように補正する。
【0015】
上記したように、本発明のスラリー混合供給装置Kにおける化学機械研磨装置15への各液の供給機構では、供給用ポンプ5によって所望する特定量の液が吸引されて化学機械研磨装置15側へと送られるが、その際に、供給用ポンプ5からの吐出状態を、先に述べたダンパー6及び加圧弁7、より好ましくは上記補正機構を組み合わせることで制御する。そして、かかる組み合わせとすることで、各液の混合比率を高精度に保ち、しかも劣化のないスラリーを化学機械研磨装置へと安定供給することを達成する。
【0016】
更に、本発明では、スラリー混合供給装置の形態を、上記に加えて、原液スラリーの供給路を純水によって洗浄することのできる洗浄機構を有するものとすれば、供給待機時におけるスラリー粒子の沈降・凝集による混合供給装置内配管の閉塞の問題を解決でき、供給を一時停止した後、再開した場合の初期におけるスラリーの混合比率についても、高精度に維持させることが可能となる。更に、上記の純水による洗浄機構は手動操作としてもよいが、自動洗浄機構とすることもできるので、メンテナンス操作をより容易なものとすることが可能である。
【0017】
また、本発明のスラリー混合供給装置においては、化学機械研磨装置に要求される任意の要求流量を、スラリー混合供給装置本体に直接入力する方式とすることも、スラリーの供給先である化学機械研磨装置からネットワークを使用した外部伝送によって入力する方式とすることもできる。上記外部伝送によって入力する方式を採用すれば、化学機械研磨の状態を観察しながらスラリーの供給状態を適確にコントロールする遠隔操作が可能となるので、操作性の向上、及び研磨する基板の、より完全な平坦度達成が可能となる。
【0018】
以下、図1及び3を参照しながら本発明にかかるスラリー混合供給装置を更に詳細に説明する。図1は、2液を混合するための2液混合供給装置であり、図3は、3液を混合するための3液混合供給装置である。本発明において、スラリーを構成する混合させる液としては、少なくとも原液スラリーと添加剤溶液とを含むものであればよく、例えば、原液スラリーと2種類以上の添加剤溶液、2種類以上の原液スラリーと添加剤溶液との組み合わせ、或いは、これらと、これらを希釈するための純水との組み合わせ等、複数の液を使用することができる。
【0019】
図1及び3において、1は、シリカ、アルミナ、セリア等の砥粒微粒子を、界面活性剤等が含まれる水に分散させた状態の原液スラリー(以下、A液と呼ぶ)を封入したドラムであり、2は、A液と混合される界面活性剤や酸化剤等の添加剤溶液(以下、B液と呼ぶ)を封入したドラムである。3は、純水(以下、C液と呼ぶ)を封入したドラムを示す。C液は、図3に示した装置においては、A液またはB液を適宜な状態に希釈・混合するため、若しくはA液の配管内を洗浄するために使用する。尚、図1に示した2液混合供給装置の場合には、別途、A液の配管内を洗浄するための洗浄用純水Wを使用する。4は、A、B及びC液の各液を循環させるためのポンプである。該ポンプ4としては、ダイヤフラムポンプ等の一般的なポンプを用いればよい。また、該ポンプ4に組み合わせて、不図示の脈動低減用のダンパーを配置することも好ましい態様である。
【0020】
次に、各液の流れを説明する。先ず、A液である原液スラリーは、図1及び3に示したように、ドラム1からポンプ4によって吸引、吐出されて再びドラム1へと戻されて、特定量の液流で循環している。スラリーの構成に使用する各液の中で、特に原液スラリーは、含有されている砥粒微粒子が沈降する恐れがあるので、図1及び3に示した例のように、循環流とした状態から供給用ポンプ5へと送液する構成とすることが好ましい。図1及び3に示した例では、PLC14からの要求流量信号がコントローラ13にて駆動電圧に変換され、供給用ポンプ5へと伝送されると、供給用ポンプ5が駆動し、特定量の液量で循環しているA液がバルブ9を通過して供給用ポンプ5へ送液され、該ポンプ5から吐出される。その際、供給用ポンプ5からのA液の吐出液量に対しての、A液の循環液流の圧力変動による影響は、該圧力変動を圧力センサー8によってモニターし、その情報をPLC14によって供給用ポンプ5へフィードバックすることで適正化されている。このようにして供給用ポンプ5から特定液量で吐出されたA液は、更にダンパー6及び加圧弁7を介することで供給用ポンプ5の脈動が低減されて、A液はこの状態でバルブ11に到達する。
【0021】
図1及び3に示した例では、上記A液の場合と同様の方法で、B液も、ドラム2からポンプ4によって吸引、吐出されて再びドラム2へと戻されて、特定液量で循環されている。しかしながら、B液である添加剤溶液は、A液である原料スラリーの場合と異なり、種類によっては沈降等の恐れがないため、必ずしもポンプ4によって循環させる必要はなく、ポンプを使用せずに圧送方式で供給用ポンプ5へと送液されるように構成してもよい。B液の循環若しくは圧送方式による液流の圧力変動の影響は、該圧力変動を圧力センサー8によってモニターし、その情報をPLC14によって供給用ポンプ5へフィードバックすることで適正化されている。このようにして供給用ポンプ5から特定液量で吐出されたB液は、更にダンパー6及び加圧弁7を介することで、供給用ポンプ5の脈動が低減されて、B液はこの状態でバルブ11に到達する。
【0022】
更に、この場合に、図3に示した3液を混合する系においては、上記のようにして、供給用ポンプ5へと伝送された信号に応じて特定液量で吐出されたB液は、ダンパー6及び加圧弁7を介し、必要に応じて設置されている、バルブ10からB液の液路中に送られてくるC液との混合器12を通過してC液と混合されて、バルブ11へと到達する。
【0023】
図3に示した例では、B液と混合されるC液も、A液と同様にポンプ4によって特定液量で循環されているが、B液の場合と同様に、ポンプを使用せずに圧送方式で供給用ポンプ5へと送液してもよい。C液の循環若しくは圧送方式による液流の圧力変動の影響は、A液及びB液の場合と同様に、該圧力変動を圧力センサー8によってモニターし、その情報をPLC14によって供給用ポンプ5へフィードバックすることで適正化されている。そして、図3に示した例では、供給用ポンプ5へと伝送された信号に応じて特定液量で吐出されたC液は、更に、ダンパー6及び加圧弁7を介することで供給用ポンプ5の脈動が低減されて、バルブ10に到達し、B液の液路へと送られるように構成されている。
【0024】
図1及び3に示したように、バルブ11は、化学機械研磨装置15の直前に配置されており、ここで、上記で説明したようにして到達されるA液及びB液を含む各液が混合される。バルブ11に到達した各液は、その特定液量が、上記した方法で夫々が適正化されて安定した状態となっているので、これらの混合液であるスラリーは、所望する混合比率を良好な状態で達成したものとなる。そして、この状態でスラリー混合供給装置Kの排出口から排出されたスラリーは、バルブ11から化学機械研磨装置15への液路中に必要に応じて設置された混合器12を通過して、化学機械研磨装置15の研磨テーブル15’へと供給される。
【0025】
実際に本発明のスラリー混合供給装置Kを使用して研磨処理を行なう場合には、図2及び4に示すように、通常、化学機械研磨装置15を同時に複数台稼動させることが行われる。その場合、上記した各液の循環ラインにスラリー混合供給装置Kが複数台接続されて(図2及び4では3台)、図示したように、各化学機械研磨装置15によって所望する各液が並列に供給される。スラリー混合供給装置Kが1台稼動している時と異なり、上記の状態で複数台の混合供給装置Kが稼動している時は、混合供給装置Kの一次側の循環液または圧送液の流体圧力に変動が生じ、他の混合供給装置Kへの流体圧力に変動を及ぼす場合がある。
【0026】
供給用ポンプ5からの各液の吐出流量特性は、供給用ポンプ5へ吸引される各液の液流の圧力変動に依存するため、混合供給装置Kが複数台接続されているために生じる液流の圧力変動は、混合供給装置が1台稼動している場合よりも大きくなる。特に、この問題は、供給用ポンプ5へ吸引される各液を循環流としている場合に大きな問題となる。
【0027】
従って、混合供給装置Kを並列に複数台稼動させる形態においては、先に述べた圧力センサー8によって循環液或いは圧送液の圧力を常時測定し、該測定値をPLC14へと伝送し、かかる信号に応じて吐出流量演算式による補正をし、補正された演算結果を信号化して供給用ポンプ5のコントローラ13にフィードバックする構成とすることが好ましい。この結果、供給用ポンプ5の吐出流量に対する液流の圧力変動による影響は自動補正され、吐出流量が適正化されるので、複数台の化学機械研磨装置へ並列にスラリーを供給する構成においても、高精度の混合比率を達成したスラリーを各化学機械研磨装置に適確に供給することが可能となる。
【0028】
本発明に使用する供給用ポンプ5としては、定流量ポンプを使用することが好ましい。定流量ポンプとしては、一般的に、チューブフラム式、ベローズ式、ダイヤフラム式のものが使用されているが、本発明では、図5に示したようなチューブフラム式ポンプを用いることが好ましい。チューブフラム式ポンプは、スラリー凝集がなく、ポンプ自身の脈動が他のポンプに比べて小さいという特長を有する。図5に示した概略構成図に従って、チューブフラム式ポンプの構造について説明する。2個のチューブフラム31a及び31bの上下には、夫々逆止弁32が配置されており、モータ33の回転によって駆動されるカム34によってアクチュエーター部のベローズ36が容積変化することにより、例えば、封入純水のような非圧縮流体35を介してチューブフラム31a及び31bのポンピング動作が行われる。尚、PLC(不図示)からの要求吐出流量信号37がコントローラ13にてポンプ駆動電圧38に変換され、このモータ駆動電圧38によりモータ33は回転する。
【0029】
図5では、チューブフラム31aが押された状態にあり、例えば、チューブフラム31a内に特定液量導入されていたA液は、P2(吐出側)に向けて吐出されたところである。この際、チューブフラム31aのP2側は開口しており、P1側は逆止弁32によって閉じられている。これと同時に、もう一方のチューブフラム31bは、アクチュエーター部のベローズ36の容積変化によってP1側において開放された状態にあるため、P1側からA液が特定液量で吸引されてきてチューブフラム31b内に導入される。この際、チューブフラム31bのP2側は逆止弁32によって閉じられている。このようにして、2個のチューブフラム中に交互に特定量の液体が吸引され、交互にチューブフラム31a及び31bから吐出されることにより特定流量で液体が安定して吐出される。本発明では、供給用ポンプ5の脈動の低減を図るために、供給用ポンプ5から吐出される液を、更にダンパー6及び加圧弁7を通過させている。
【0030】
本発明で使用するダンパー6としては、供給用ポンプ5の脈動を抑制することができるものであれば、いずれのものも使用できる。例えば、内部が、チューブフラム構造をしており、その内部を流体が通過し、外部から一定圧力のエアーを封入することによりチューブフラムが内部方向へ圧縮され、これにより供給用ポンプ5からの吐出時に流体が与えられた圧力変動を緩衝して脈動を低減し、所望の流量を一定に確保することが可能な構造を有するもの等を使用することができる。
【0031】
また、本発明で使用することのできる加圧弁7としては、例えば、内部がチューブフラム構造を要しており、その内部を流体が通過し、外部からある圧力でエアーを封入することによりチューブフラムを内部方向へ圧縮するオリフィスの構造を有し、チューブフラムポンプ一次側の流体圧力に対して絞りを行えるもの等を使用することができる。ここで、チューブフラム構造を要した方が、ダンパーの効果が期待できるため、より脈動を緩衝することが可能であり、望ましい。
【0032】
また、ポンプ4としては、一般的なポンプ、例えば、ダイヤフラム式やベローズ式のポンプから、適宜に選択して使用することができる。
【0033】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。
<供給用ポンプへ、ダンパー及び/または加圧弁を組み合わせることによる効果の確認>
図3に示す回路図において、供給用ポンプ5にチューブフラム式ポンプ((株)イワキ製)を用い、該ポンプ5にダンパー6、更に加圧弁7を組み合わせた混合供給装置を用い、3液(ここでは全て純水を使用)を循環させて、吐出流量の安定性を調べた。この系を参考例1とした。また、比較のために、参考例1に対してダンパー6及び加圧弁7を用いないチューブフラム式ポンプ単体の混合供給装置を参考例2とし、チューブフラム式ポンプにダンパー6のみを組み合わせた混合供給装置を参考例3とした。以上の試験においては、チューブフラム式ポンプへの圧力変動の影響をなくすために、ポンプ4を使用せずに純水の圧力を0MPaに設定し、圧力変動の自動補正機構は使用しなかった。上記した各形態の混合供給装置からの吐出流量は低流量であるため、吐出純水をメスシリンダーにて秤量し、単位時間当たりの吐出流量を実測した。
【0034】
図6は、参考例2及び3における単位時間当たりの吐出流量の経時変化を示したものである。図6から明らかなように、ダンパー6を使用した参考例3の場合は、チューブフラム式ポンプ単体の混合供給装置を使用した参考例2との場合と比較して、単位時間当たりの吐出流量の変動(振れ幅)が明らかに低減されることが確認できた。但し、吐出流量の直線性を求めるためには、ダンパーのみでは不足であることが分かった。
【0035】
図7は、参考例1において、純水の圧力を変動させることによるチューブフラム式ポンプ5の吐出流量の影響を示したものである。ポンプ駆動電圧に対して吐出流量が直線的に比例しており、図6と比較すると、加圧弁7の追加により吐出流量が明らかに安定したことが確認できた。尚、図1に示した2液混合供給装置を使用して上記と同様の試験をしたところ、上記と同様の結果が得られた。
【0036】
しかしながら、純水供給圧力が0MPaの場合は理想的な直線となるが、圧力が増加するに従って直線の傾きが変わり、即ち、吐出流量も増加してしまうことが分かった。このことは、供給される液流に常時圧力変動が生じた場合、吐出流量に常時誤差を生じることが予想される。従って、ダンパー6及び加圧弁7の採用のみでは、かかる問題については完全に対応できないと言える。
【0037】
<循環させた系の圧力変動に対する自動補正機構の効果の確認>
上記参考例1〜3では純水の圧力を0MPaに設定したが、図7の結果から、純水を循環させることによって混合供給装置へ供給される純水の圧力に変動が生じた場合は、チューブフラム式ポンプからの吐出流量は影響を受けるものと予想された。そこで、先に行った参考例1に対し、更に、ポンプ4を使用して純水を循環させた系を参考例4とし、及び、これに加えてポンプ4による液流の圧力変動の自動補正機構を使用した系を参考例5として、これらの場合における吐出流量の安定性を調べた。参考例4及び5においても、使用する3液は全て純水を使用した。
【0038】
図8は、ポンプ4によって循環させている液流の圧力変動に対する自動補正機構を使用した参考例5の場合と、使用しない参考例4の場合において、チューブフラム式ポンプの吐出流量の変動を示したものである。この結果、ポンプ4によって供給されてくる一次側の流体圧力が変動したとしても、上記自動補正機構を使用すれば、チューブフラム式ポンプからの吐出流量を一定に維持できることが確認できた。即ち、ポンプ4による液流の圧力変動があったとしても、これをモニターし、供給用ポンプ5からの吐出流量を自動補正することで、供給用ポンプからの吐出流量を一定量に保つことが可能となる。尚、図1に示した2液混合供給装置を使用して上記と同様の試験をしたところ、上記と同様の結果が得られた。
【0039】
<実施例1>
前記した参考例5において、使用液体を純水から、シリカ微粉体が分散されたシリカスラリー(A液)、酸化剤である過酸化水素水(B液)、及び純水(C液)の3種類の液に代えた系を実施例1とした。上記の各液は、夫々のポンプ4によって循環されて、特定液量で供給用ポンプ5に夫々送液される。そして、各供給用ポンプ5に入力された要求流量と、該ポンプからの吐出流量を測定した。この結果、表1に示したように、供給用ポンプ5に送液される特定液量が異なり、且つ性状の異なる3種類の液を使用した場合に、いずれの液においても、供給用ポンプ5の一次側の流体圧力変動に左右されずに、安定した吐出流量が得られることが確認できた。
【0040】
【0041】
<実施例2>
前記した参考例5において、使用液体を純水から、セリア微粉体が分散されたセリアスラリー(A液)、添加剤としての界面活性剤(B液)及び、純水(C液)の3種類の液に代え、これを実施例2とした。上記の各液は、夫々のポンプ4によって循環されて、夫々、特定液量で供給用ポンプ5に送液される。そして、各液について、供給用ポンプ5に入力された要求流量と、該ポンプからの吐出流量を測定した。この結果、表2に示したように、送液される特定液量が異なり、且つ性状の異なる3種類の液を供給した場合において、供給用ポンプ5の一次側の流体圧力変動に左右されることなく、いずれの液においても吐出流量が安定していることが確認できた。特に、セリア微粉体は、沈降性が著しく、従来より、化学機械研磨装置に良好な状態でセリアスラリーを供給するためには、非常に困難な管理が必要となっていた。これに対し、表2に示したように、セリアスラリー(A液)においても安定な吐出流量を維持できることが確認され、本発明の装置を用いれば、化学機械研磨装置へと、セリアスラリーを含む混合溶液(スラリー)を良好な状態で供給することができることがわかった。
【0042】
【0043】
<実施例3>
実施例1と同様の条件で、化学機械研磨装置3台に、シリカスラリー(A液)、酸化剤である過酸化水素水(B液)、及び純水(C液)の3種類の液を、図4に示したように並列に供給した。そして、各液の供給ポンプ5に入力された要求流量と、吐出流量を調べた。この結果、下記の表3に示したように、いずれの液についても、各液の要求流量に対して、供給ポンプ5から安定した吐出流量が得られることが確認できた。
【0044】
【0045】
<実施例4>
実施例2における試験終了後、稼動を停止し、そのままの状態で1日間放置した。その後、純水(C液)の経路のみを稼動させて、セリアスラリー(A液)の供給路へと2L/minの流量で、純水を5分間流した。その後、実施例2と同様の条件で稼動させたところ、下記の表4に示したように、実施例2の場合と同様に、稼動再開直後から、安定した吐出流量が得られることが確認できた。
【0046】
【0047】
<実施例5>
前記した参考例5において、図3に示した3液混合供給装置を図1に示した2液混合供給装置に代え、使用液体を、シリカ微粉体が分散されたシリカスラリー(A液)と、酸化剤である過酸化水素水(B液)の2種類の液に代えた系を実施例5とした。これらの液を夫々のポンプ4によって循環させ、特定液量で供給用ポンプ5へと夫々送液させた。そして、各液について、供給用ポンプ5へ入力された要求流量と、該ポンプ5からの吐出流量を測定した。表5に示したように、2液混合供給装置を使用した場合にも、供給用ポンプ5に送液される特定液量が異なり、且つ性状の異なる液を、供給用ポンプ5の一次側の流体圧力変動に左右されることなく、安定した吐出流量で供給できることが確認できた。
【0048】
【0049】
<実施例6>
本実施例では、実施例5においては、シリカスラリーを、セリア微粉体が分散されたセリアスラリー(A液)に代え、過酸化水素水に代えて、添加剤として界面活性剤(B液)を使用した。その際、これらの液を夫々のポンプ4によって循環させ、特定液量で供給用ポンプ5に夫々送液した。そして、各液について、供給用ポンプ5へ入力された要求流量と、該ポンプ5からの吐出流量を測定した。この結果、表6に示したように、いずれの液においても、供給用ポンプ5の一次側の流体圧力変動に左右されることなく、供給用ポンプ5からの吐出流量が安定している。これにより、本実施例で使用した2液混合供給装置で供給した場合においても、沈降が著しく、良好な状態で化学機械研磨装置に供給することが非常に困難であったセリアスラリーを含む混合液(スラリー)についても、各液の安定な吐出流量を維持できることが確認された。
【0050】
【0051】
<実施例7>
実施例6と同様の条件で、図2に示したようにして、化学機械研磨装置3台に、セリアスラリー(A液)と界面活性剤(B液)の2種類の液を、これらの装置に並列に供給した。この場合における各液を供給する供給ポンプ5に入力された要求流量と、該ポンプ5からの吐出流量を調べた。この結果、下記の表7に示したように、各液の要求流量に対して、安定した吐出流量がそれぞれ得られることが確認できた。
【0052】
【0053】
<実施例8>
実施例6における試験終了後、稼動を停止し、そのままの状態で1日間放置した。その後、セリアスラリー(A液)の供給路へと2L/minの流速で5分間純水を流して洗浄した。その後、実施例6と同様の条件で稼動させたところ、下記の表8に示したように、稼動再開直後から、実施例6の場合と同様の吐出流量が安定して得られることが確認できた。
【0054】
【0055】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、砥粒微粒子が分散されている原液スラリーを含む複数の種類の液からなるスラリーを供給する場合に、各液が夫々に所望する任意の吐出流量で、且つ高精度の混合比率を維持し、しかも劣化のない良好な状態のスラリーを化学機械研磨装置へと適確に供給できるスラリー混合供給装置が提供される。
また、本発明によれば、複数の化学機械研磨装置へと並行して、砥粒微粒子が分散されている原液スラリーを含む複数の液を混合して供給する場合にも、上記の優れた効果が得られるスラリー混合供給方法が提供される。
更に、本発明によれば、稼動を停止した状態からスラリーの供給を再開した初期段階においても、スラリーの混合比率を高精度に維持することができるスラリー混合供給装置が提供される。また、その場合に、使用する洗浄機構を自動化すれば、メンテナンスが容易なスラリー混合供給装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の概略構成図である。
【図2】図1の装置を複数の化学機械研磨装置に適用した場合の概略構成図である。
【図3】本発明の装置の概略構成図である。
【図4】図3の装置を複数の化学機械研磨装置に適用した場合の概略構成図である。
【図5】本発明の装置に使用するチューブフラム式ポンプの概略構成図である。
【図6】本発明の装置を構成するダンパーの効果を示す測定結果である。
【図7】本発明の装置を構成する加圧弁の効果と、一次側の圧力変動に対する吐出流量の誤差を示す測定結果である。
【図8】本発明の装置に使用する自動補正機構の効果を示す測定結果である。
【符号の説明】
1、2、3:ドラム
4:ポンプ
5:供給用ポンプ
6:ダンパー
7:加圧弁
8:圧力センサー(実際にはスラリー混合供給装置内に収納されている)
9、10、11:バルブ
12:混合器
13:コントローラ
14:PLC
15:化学機械研磨装置
15’:研磨テーブル
K:スラリー混合供給装置
W:洗浄用純水
31a、31b:チューブフラム
32:逆止弁
33:モータ
34:カム
35:非圧縮流体
36:ベローズ
37:要求吐出流量信号
38:ポンプ駆動電圧
P1:吸引側(1次側)
P2:吐出側
Claims (6)
- 化学機械研磨装置に、少なくとも砥粒微粒子分散液と添加剤溶液とを含む各液が所望する混合比率で含まれるスラリーを供給するためのスラリー混合供給装置において、
上記各液を夫々に吸引するための各液に対応した数の吸引口と、上記化学機械研磨装置へとスラリーを供給するための排出口とを有し、上記各吸引口から排出口に至る各液の供給経路に、各吸引口から各液を上記混合比率になる特定量で吸引し、吸引した各液を上記排出口側へと吐出させるための供給用ポンプが夫々配置され、且つ、夫々の供給用ポンプの吐出側の供給経路にダンパー及び加圧弁が併設され、
更に、各吸引口から吸引される各液のうちの少なくとも砥粒微粒子分散液を、上記化学機械研磨装置で消費される特定量以上の流量及び圧力で循環させるための手段が上記吸引口の手前側に配置されており、且つ、該手段によって生じる循環液流の圧力変動を測定するための圧力センサーと、上記供給用ポンプからの吐出流量を一定量に保つための、上記圧力センサーからの測定値を用いた上記圧力変動に対する補正機構が組み入れられた上記供給用ポンプの駆動電圧に対する制御装置とが設けられていることを特徴とするスラリー混合供給装置。 - スラリーが、砥粒微粒子分散液と添加剤溶液と純水とを所望する混合比率で含む請求項1に記載のスラリー混合供給装置。
- 更に、砥粒微粒子分散液の供給路へ純水を供給するための供給路が設けられていて、砥粒微粒子分散液の供給路を純水で洗浄できるように構成されている請求項1または2に記載のスラリー混合供給装置。
- 前記供給用ポンプが、チューブフラム式ポンプである請求項1〜3のいずれか1項に記載のスラリー混合供給装置。
- 更に、化学機械研磨装置から、該装置が所望するスラリーの成分混合比率についての情報が、前記供給用ポンプへと伝送されるように構成されている請求項1〜4のいずれか1項に記載のスラリー混合供給装置。
- 複数台の化学機械研磨装置に夫々が所望するスラリーを供給するスラリー混合供給方法において、各化学機械研磨装置の夫々に請求項1〜5のいずれか1項に記載のスラリー混合供給装置を接続し、その際に、少なくとも砥粒微粒子分散液及び添加剤溶液を含む各液が、各スラリー混合供給装置を介して並列に各化学機械研磨装置に供給されるように配置することを特徴とするスラリー混合供給方法。
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