JP3809337B2 - スラリー供給方法およびその装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はスラリー供給方法およびその装置、詳しくはラッピング装置、研磨装置、ＣＭＰを含む半導体ウェーハ製造設備、ハードディスク製造設備、基板製造設備などにスラリーを供給するスラリー供給方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エッチングされたシリコンウェーハは、次のポリッシング工程で、その表面が機械的化学的研磨される。ここでは研磨装置を使用し、そのウェーハ表面を平滑で無歪の鏡面に仕上げる。
従来、研磨装置の１種として、シリコンウェーハを１枚ずつ表面研磨する枚葉式のウェーハ研磨装置が知られている。
この枚葉式のウェーハ研磨装置は、上面に研磨布が展張された研磨定盤と、研磨定盤の上方に対向配置された研磨ヘッドと、研磨ヘッドに着脱自在に取り付けられ、下面に１枚のシリコンウェーハが貼着される円盤状のキャリアプレートとを備えている。
シリコンウェーハの枚葉研磨時には、ノズルを介して、研磨布上にコロイダルシリカ（シリカゾル）などの遊離砥粒を含む研磨剤（スラリー）をスラリー供給装置によって供給しながら、研磨布とシリコンウェーハとの間に所定の荷重および相対速度を与えて、１枚のシリコンウェーハを研磨する。
【０００３】
スラリー供給装置に配備された循環タンク中の研磨剤は、スラリー供給管に連結されたスラリーポンプの作動により、上記ノズルに圧送される。このスラリー供給管の途中には、ウェーハ研磨装置へ供給される前に研磨剤を所定温度（３０℃）まで昇温させる熱交換器（温度調節手段）と、スラリー供給管の流路を閉ざすバルブとが、下流へ向かって順に連結されている。また、スラリー供給管の熱交換器とバルブとの間には、研磨剤が設定温度に到達するまで研磨剤を循環タンクに戻すスラリー戻し管の元部が連結されている。その結果、研磨剤の昇温時には、上記バルブを閉ざすことで循環タンクと、スラリー供給管のバルブ設置位置よりも上流部分と、スラリー戻し管との間で、閉鎖された研磨剤の循環ループが形成されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この従来のスラリー供給装置では、循環タンクに貯液された研磨剤が略完全に使い終わるまで、研磨剤は循環タンクに補給されなかった。これにより、シリコンウェーハの研磨作業の中断を避けるため、循環タンクの大きさは、一般的に１００リットル以上の大型のタンクを使用していた。
その結果、上記循環ループ中を循環する研磨剤の総使用量が増加し、大型の熱交換器を配備する必要がある。しかも、大量の研磨剤を設定温度まで昇温させるため、熱交換器に供給される熱媒体を加熱するときにムダな熱量が費やされていた。
しかも、このように循環タンクがほとんど空にならなければ研磨剤の補給が行なわれないので、研磨剤の補給時にはウェーハ研磨装置へ研磨剤を供給できず、その間、シリコンウェーハの研磨作業が中断していた。
【０００５】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、研磨剤の使用分だけ循環タンクへ研磨剤を随時補給するようにすれば、循環ループ内で循環される研磨剤の総量が減少し、循環タンクの小型化および熱交換器の低熱容量化が図れ、しかも研磨剤の昇温に必要な熱容量を抑えることができ、そして研磨剤補給時におけるウェーハ研磨作業の中断を解消することもできることを知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は、スラリータンクの小型化、温度調節手段の小型化およびこの温度調節手段の低熱容量化が図れ、しかもスラリーの温度調節に必要な熱容量を抑えることができ、さらにスラリー補給時にもウェーハの加工を継続することができるスラリー供給方法およびその装置を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、遊離砥粒を含むスラリーを貯液するスラリータンクと、このスラリータンクから排出されたスラリーの温度を調節する温度調節手段との間でスラリーを循環しながら、スラリーの温度を調節する工程と、温度調節後のスラリーを、スラリーを使用する設備に供給する工程とを備えたスラリー供給方法において、上記スラリーを使用する設備に供給される温度調節後のスラリーの量を検出し、この検出された量と略同じ量のスラリーを、上記スラリータンクに随時補給するスラリー供給方法である。
【０００８】
スラリー使用設備としては、半導体ウェーハの製造装置、ＣＭＰ、基板製造装置、ハードディスク製造装置などがある。より具体的には、ワイヤソーなどのインゴット切断装置、半導体ウェーハのラップ装置、半導体ウェーハの外周部の面取り面を研磨するＰＣＲ加工装置、半導体ウェーハの表面を研削する装置、半導体ウェーハの表面を研磨する研磨装置などである。
スラリーの種類は限定されない。通常、スラリー管が連通される製造設備によって、スラリーの種類およびスラリーを構成する各種の成分の配合比が決定される。例えば、ウェーハ研磨装置の場合には、スラリーは研磨剤となる。この研磨剤としては、例えば焼成シリカやコロイダルシリカ（遊離砥粒）、アミン（加工促進材）および有機高分子（ヘイズ抑制材）などを混合したものを採用することができる。
【０００９】
スラリータンクの容積は、この発明のスラリー供給方法がスラリーの使用分だけタンクにスラリーを補給する方式であることから、従来のタンク（容積１００リットル以上）よりも小型化が可能となる。例えば２０リットルである。
【００１０】
スラリーの温度調節の目標値は限定されない。ただし、一般には３０℃前後である。通常、スラリーの温度は常温であるため、温度調節手段によって目標値まで昇温する。ただし、スラリーが高温の場合には、温度調節手段によって冷却し、目標値とする。
この温度調節手段の種類は限定されない。例えば、外部から導入された温度調節用の媒体と熱交換してスラリーの温度を変更する熱交換器を採用することができる。また、例えば電熱ヒータ、ボイラなどの加熱装置を採用してもよい。その他、各種の冷却装置（空冷式、水冷式など）を採用してもよい。
温度調節手段の大きさは限定されない。ただし、この発明がスラリーの使用分だけタンクにスラリーを補給することから、従来の温度調節手段よりも小型化することが可能となる。
半導体ウェーハの製造装置へ供給されるスラリー量の検出器としては、例えば渦式流量センサ、超音波流量センサ、シリコン振動式流量センサなどの各種の流量センサを採用することができる。
半導体ウェーハの製造装置へ供給されるスラリーの量と略同じ量のスラリーをスラリータンクへ補給する方法は限定されない。例えば、作業者の手作業により、スラリー補給管に連結されたバルブの開度調節を行なってもよい。また、コンピュータによる自動制御により、スラリー補給管に連結された自動バルブの開度調節を行なってもよい。
【００１１】
また、請求項２の発明は、上記設備に供給されるスラリーの量と、上記スラリータンクに補給されるスラリーの量との差が、上記スラリーの供給量の５％以下である請求項１に記載のスラリー供給方法である。
スラリーの供給量と補給量との差が５％を超えると、所定温度への回復に時間がかかるという不都合が生じる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、遊離砥粒を含むスラリーを貯液するスラリータンクと、このスラリータンクから排出されたスラリーの温度を調節する温度調節手段との間でスラリーを循環しながら、スラリーの温度を調節する工程と、温度調節後のスラリーをスラリー使用設備に供給する工程とを備えたスラリー供給方法において、上記スラリー使用設備へのスラリーの供給量とスラリータンクへの戻り量との差量のスラリーを、スラリータンクに随時補給するスラリー供給方法である。使用する設備にいったん供給したスラリーを回収し、再使用する場合、設備での消費量を補充するものである。
【００１３】
請求項４の発明は、遊離砥粒を含むスラリーを貯液するスラリータンクと、このスラリータンクに貯液されたスラリーをスラリー使用設備に供給するスラリー供給管と、上記スラリー供給管に供給されるスラリーの温度を調節する温度調節手段と、上記スラリー供給管の途中から分岐され、温度が調節された後のスラリーを上記スラリータンクに戻すスラリー戻し管とを備えたスラリー供給装置において、上記スラリー供給管からスラリー使用設備に供給される温度調節後のスラリーの量を検出する流量検出手段と、この検出された量と略同じ量のスラリーを、上記スラリータンクに随時補給するスラリー補給手段とを備えたスラリー供給装置である。
【００１４】
スラリーの移送は、例えばスラリーポンプを用いてスラリー管の上流側から下流側に向かってスラリーを圧送する。スラリーポンプとしては、例えば弁箱の内部で回転翼を回転させ、スラリーを連続的に移送するものの他、シリンダ内でピストンを直線運動させ、スラリーを間欠的に移送するものでもよい。また、スラリーポンプ以外のスラリーの移送手段として、例えば負圧力によりスラリー管の下流側からスラリーを吸引するスラリー吸引移送装置などもある。
スラリー供給管の長さ方向における温度調節手段、スラリー戻し管の各連結位置は限定されない。ただし、スラリー戻し管の連結位置は、温度調節手段より下流で流路切り換え弁より上流（流路切り換え弁の連結位置を含む）でなければならない。
スラリー補給手段の構成は限定されない。例えば、調合されたスラリーを貯液するタンクと、このタンクからスラリータンクへスラリーを供給する管体と、管体の途中に設けられ、管体内の流路の開度を調節する弁とを有するものでもよい。
【００１５】
請求項５の発明は、上記スラリー使用設備に供給されるスラリーの量と、上記スラリータンクに補給されるスラリーの量との差が、上記スラリーの供給量の５％以下である請求項４に記載のスラリー供給装置である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、遊離砥粒を含むスラリーを貯液するスラリータンクと、このスラリータンクに貯液されたスラリーをスラリー使用設備に供給するスラリー供給管と、上記スラリー供給管に供給されるスラリーの温度を調節する温度調節手段と、上記スラリー供給管の途中から分岐され、温度が調節された後のスラリーを上記スラリータンクに戻すスラリー戻し管とを備えたスラリー供給装置において、上記スラリー供給管からスラリー使用設備に供給されるスラリー量とスラリータンクへの戻り量との差を検出する流量検出手段と、この検出量と略同じ量のスラリーを、スラリータンクに随時補給するスラリー補給手段とを備えたスラリー供給装置である。補給手段により、使用する設備にいったん供給したスラリーを回収し再使用する場合、設備での消費量を補充するものである。
【００１７】
【作用】
この発明によれば、スラリータンクと温度調節手段との間でスラリーを循環しながらスラリーの温度を調節し、スラリーの温度が設定温度に達したなら、このスラリーをスラリーを使用する設備、例えば半導体ウェーハの製造装置に供給する。
その際、この設備に供給される温度調節後のスラリーの量を検出し、これをフィードバックして、この検出された量と略同じ量のスラリーを、スラリータンクに随時補給する。これにより、スラリータンクの小型化、温度調節手段の小型化およびこの温度調節手段の低熱容量化が図れ、しかもスラリーの温度調節に必要な熱容量を抑えることができる。さらに、従来にあっては、スラリー補給時に半導体ウェーハの加工を中断していたが、このスラリー補給中でも、半導体ウェーハの加工を継続して行なうことができる。
また、スラリー供給量と戻り量との差量を補給することもできる。スラリーを回収し、再利用することも可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るスラリー供給装置の概略構成図である。
図１において、１０は半導体ウェーハ製造設備へのスラリー供給装置であり、このスラリー供給装置１０は、シリコンウェーハＷの表面を１枚ずつ表面研磨する枚葉式のウェーハ研磨装置（スラリー使用設備）１１にスラリーを連続的に供給する。
まず、枚葉式のウェーハ研磨装置１１の構成を簡単に説明する。研磨定盤１６の上方には研磨ヘッド２７が配置されている。研磨定盤１６の上面には研磨布１７が展張されている。一方、研磨ヘッド２７の下面には、キャリアプレート２８を介して、シリコンウェーハＷがワックス貼着されている。ウェーハ研磨時には、ノズル１８から研磨剤を研磨布１７に供給しながら、所定速度で回転中の研磨ヘッド２７を下降させ、キャリアプレート２８に貼着されたシリコンウェーハＷの表面（下面）を、研磨定盤１６ともに所定速度で回転中の研磨布１７の研磨作用面（上面）に押し付けて、シリコンウェーハＷを１枚ずつ研磨する。
【００１９】
以下、このスラリー供給装置１０の構成を詳細に説明する。
このスラリー供給装置１０は、研磨剤を調合する調合槽１２と、調合された研磨剤を調合スラリー供給管１３を介して貯液する循環タンク（スラリータンク）１４と、調合スラリー供給管１３の途中に連結され、この管内に形成された研磨剤の流路の開度を調節する電動式の開度調節弁Ｖ１と、連続する２本のスラリー供給管１５Ａ，１５Ｂを介して、循環タンク１４内の研磨剤をウェーハ研磨装置１１の一部を構成する研磨定盤１６の上面に展張された研磨布１７に供給するノズル１８と、スラリー供給管１５Ａ，１５Ｂの間に設けられ、両管内に一連に形成されたスラリーの流路を開閉する電磁弁（流路切り換え弁）Ｖ２と、スラリー供給管１５Ａの上流側の端部に連結され、循環タンク１４内の研磨剤をウェーハ研磨装置１１側へ圧送するスラリーポンプ２０と、スラリー供給管１５Ａのスラリーポンプ２０よりも下流部に連結され、循環タンク１４から排出された研磨剤中の異物を除去するフィルタ２１と、スラリー供給管１５Ａのフィルタ２１よりも下流部に連結され、異物をろ過した研磨剤を所定の加熱媒体との熱交換により所定温度（３０℃）に昇温する熱交換器２２と、スラリー供給管１５Ａの熱交換器２２と電磁弁Ｖ２との間の部分に一端部が連結されて、温度調節後の研磨剤を循環タンク１４に戻すスラリー戻し管２５と、スラリー戻し管２５の上流部に連結され、この管内の流路を開閉する電磁弁Ｖ３と、スラリー供給管１５Ｂのノズル１８の付近に連結され、ノズル１８から供給される研磨剤の流量を検出する流量センサ３１、この流量センサ３１および循環タンク１４内の研磨剤の温度を検出する温度センサ２３からの検出信号に基づき、各弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を開閉する制御部２６とを備えている。
【００２０】
上記調合槽１２では研磨剤が作製される。具体的には、調合槽１２に５０〜２００リットルのＲＯＤＥＬ２３９８（商品名）を入れ、これを約１０倍に希釈する。
これらの調合槽１２、調合スラリー供給管１３および開度調節弁Ｖ１によりスラリー補給手段が構成される。
循環タンク１４は、容積２０〜１００リットルの容器を使用する。この循環タンク１４には、上記温度センサ２３の他、研磨剤の濃度を検出する濃度計２４がそれぞれ取り付けられている。
【００２１】
次に、この実施例に係るスラリー供給装置１０での作用を説明する。
図１に示すように、まず調合槽１２の内部で、遊離砥粒を含む研磨剤を調合する。こうして得た研磨剤は、開度調節弁Ｖ１を開弁することで、調合スラリー供給管１３を経て、いったん循環タンク１４に貯液される。このとき、電磁弁Ｖ２は閉弁状態、電磁弁Ｖ３は開弁状態とする。スラリーポンプ２０を作動すると、循環タンク１４の底部からスラリー供給管１５Ａに研磨剤が圧送される。
その後、研磨剤中の異物がフィルタ２１により除去され、熱交換器２２によって昇温される。昇温された研磨剤は電磁弁Ｖ２が閉弁され、電磁弁Ｖ３が開弁されているので、スラリー戻し管２５から循環タンク１４へ戻される。こうして、循環タンク１４と、スラリー供給管１５と、スラリー戻し管２５との間で、閉鎖された研磨剤の循環ループが形成される。研磨剤は、この循環ループ内で循環されながら徐々に３０℃まで昇温される。この研磨剤の温度の確認は、循環タンク１４内の研磨剤の液温を温度センサ２３により検出することで行われる。この検出信号は、制御部２６に送られる。
【００２２】
研磨剤が３０℃に達したなら、制御部２６から電磁弁Ｖ２に開弁指令が出されて電磁弁Ｖ２が開弁される一方、制御部２６から電磁弁Ｖ３に閉弁指令が出されて電磁弁Ｖ３が閉弁される。これにより、研磨剤はスラリー供給管１５Ｂへ流れ込み、ノズル１８から研磨布１７の上面へ１リットル／分で研磨剤が供給される。この研磨剤の研磨布１７への供給量は流量センサ３１により検出され、この検出信号は制御部２６へ送られる。制御部２６では、この検出信号に基づき、開度調節弁Ｖ１へ開度調節指令が出される。その結果、開度調節弁Ｖ１の開度が調節され、調合スラリー供給管１３を介して、調合槽１２から循環タンク１４へ補給される研磨剤の流量が、上記ノズル１８から研磨布１７へ供給される研磨剤の量と同じ１リットル／分に制御される。なお、この制御は、ウェーハ研磨装置１１に供給される研磨剤の量と、調合槽１２から循環タンク１４に補給される研磨剤の量との差が、ウェーハ研磨装置１１に供給される研磨剤の量の５％以下であれば許容範囲とする。
ウェーハ研磨装置１１では、研磨布１７は研磨定盤１６と一体的に回転し、この研磨布１７の研磨作用面（上面）には回転中の研磨ヘッド２７が所定圧力で押し当てられる。こうして、シリコンウェーハＷの表面が所定の研磨レートで研磨される。
【００２３】
このように、ウェーハ研磨装置１１に供給される温度調節後の研磨剤の量を検出し、これをフィードバックして、研磨剤の使用分だけ循環タンク１４へ研磨剤を随時補給するようにしたので、上記循環ループ内で循環される研磨剤の総量を、従来の量よりも減らすことができる。これにより、従来の循環タンクでは、その容積が１００リットルだったが、これを５０リットルまで小型化することができる。しかも、このように研磨剤の循環量が少ないので、熱交換器２２の小型化が図れるとともに、熱交換器２２の低熱容量化も図れる一方、研磨剤の温度調節に必要な熱容量も抑えることができる。また、従来のスラリー供給装置では、循環タンク内の研磨剤を使い終わってから研磨剤を循環タンクへ補給していたため、研磨剤の補給時にはシリコンウェーハの研磨を中断していたが、この研磨剤の補給時にもウェーハを研磨することができる。
【００２４】
図２はこの発明の他の実施例を示している。この実施例では研磨装置１１で使用したスラリーを回収し、再使用する。
すなわち、カスケードタイプのスラリー回収槽４１からスラリータンク１４に回収したスラリーが供給される。スラリータンク１４では熱交換器２２および循環系を介して温度調節が行われる。温調されたスラリーはノズル１８より研磨機１１に供給される。４２は新液供給タンクで、研磨機１１で消費された量だけスラリー新液を回収槽４１に補給する。４３，４４，４５は超音波流量計で、これらの検出信号は制御部２６に入力される。制御部はスラリー管に介在されたバルブ４６，４７，４８，４９の開閉を制御する。その他の構成は上記実施例のそれと同じである。
この実施例によれば、いったん使用したスラリーの再使用が可能となる。その場合、所定温度への調節も行われる。また、消費により不足した分は随時補給される。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、温度調節後、半導体ウェーハの製造装置に供給されるスラリーの量と略同じ量のスラリーを、スラリータンクに随時補給するので、スラリータンクの小型化、温度調節手段の小型化およびこの温度調節手段の低熱容量化が図れ、しかもスラリーの温度調節に必要な熱容量を抑えることができる。さらに、スラリータンクへのスラリーの補給時にも、半導体ウェーハの加工を継続することができる。また、この供給方法ではスラリーの再利用を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係るスラリー供給装置の概略構成図である。
【図２】この発明の他の実施例に係るスラリー供給装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１０ スラリー供給装置、
１１ ウェーハ研磨装置（スラリー使用設備）、
１２ 調合槽（スラリー補給手段）、
１３ 調合スラリー供給管（スラリー補給手段）、
１４ 循環タンク（スラリータンク）、
１５Ａ，１５Ｂ スラリー供給管、
２２ 熱交換器（温度調節手段）、
２５ スラリー戻し管、
３１ 流量センサ（流量検出手段）、
４３，４４，４５ 超音波流量計（流量検出手段）
Ｖ１ 開度調節弁（スラリー補給手段）、
Ｖ２ 電磁弁（流路切り換え弁）。

Claims (6)

1. 遊離砥粒を含むスラリーを貯液するスラリータンクと、このスラリータンクから排出されたスラリーの温度を調節する温度調節手段との間でスラリーを循環しながら、スラリーの温度を調節する工程と、
   温度調節後のスラリーを、スラリーを使用する設備に供給する工程とを備えたスラリー供給方法において、
   上記スラリーを使用する設備に供給される温度調節後のスラリーの量を検出し、
   この検出された量と略同じ量のスラリーを、上記スラリータンクに随時補給するスラリー供給方法。
2. 上記設備に供給されるスラリーの量と、上記スラリータンクに補給されるスラリーの量との差が、上記スラリーの供給量の５％以下である請求項１に記載のスラリー供給方法。
3. 遊離砥粒を含むスラリーを貯液するスラリータンクと、このスラリータンクから排出されたスラリーの温度を調節する温度調節手段との間でスラリーを循環しながら、スラリーの温度を調節する工程と、
   温度調節後のスラリーをスラリー使用設備に供給する工程とを備えたスラリー供給方法において、
   上記スラリー使用設備へのスラリーの供給量とスラリータンクへの戻り量との差量のスラリーを、スラリータンクに随時補給するスラリー供給方法。
4. 遊離砥粒を含むスラリーを貯液するスラリータンクと、
   このスラリータンクに貯液されたスラリーをスラリー使用設備に供給するスラリー供給管と、
   上記スラリー供給管に供給されるスラリーの温度を調節する温度調節手段と、
   上記スラリー供給管の途中から分岐され、温度が調節された後のスラリーを上記スラリータンクに戻すスラリー戻し管とを備えたスラリー供給装置において、
   上記スラリー供給管からスラリー使用設備に供給される温度調節後のスラリーの量を検出する流量検出手段と、
   この検出された量と略同じ量のスラリーを、上記スラリータンクに随時補給するスラリー補給手段とを備えたスラリー供給装置。
5. 上記スラリー使用設備に供給されるスラリーの量と、上記スラリータンクに補給されるスラリーの量との差が、上記スラリーの供給量の５％以下である請求項４に記載のスラリー供給装置。
6. 遊離砥粒を含むスラリーを貯液するスラリータンクと、
   このスラリータンクに貯液されたスラリーをスラリー使用設備に供給するスラリー供給管と、
   上記スラリー供給管に供給されるスラリーの温度を調節する温度調節手段と、
   上記スラリー供給管の途中から分岐され、温度が調節された後のスラリーを上記スラリータンクに戻すスラリー戻し管とを備えたスラリー供給装置において、
   上記スラリー供給管からスラリー使用設備に供給されるスラリー量とスラリータンクへの戻り量との差を検出する流量検出手段と、
   この検出量と略同じ量のスラリーを、スラリータンクに随時補給するスラリー補給手段とを備えたスラリー供給装置。

Images