JP4645056B2

JP4645056B2 - 研磨液供給装置

Info

Publication number: JP4645056B2
Application number: JP2004103809A
Authority: JP
Inventors: 一雅山田; 康洋児玉
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2004-03-31
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2024-03-31
Also published as: JP2005294351A

Description

本発明は、特に半導体製造における半導体基板表面の平面加工を行う場合の化学機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈ：以下ＣＭＰと略す）へ研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給装置に関するものである。

近年、半導体装置の高集積化、高性能化のための微細加工技術としてＣＭＰ法が注目されている。このＣＭＰは、研磨液（スラリー）と被研磨体との間の化学的作用および研磨液中の砥粒の機械的作用とを複合化させた研磨方法であり、半導体製造装置プロセス、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み金属配線形において必要不可欠な工程となっている。

このＣＭＰに用いられている研磨装置として、表面に研磨布が貼付された円盤状の研磨定盤と、研磨すべきウエハの一面を保持して研磨布にウエハの他面を当接させる複数のウエハ保持ヘッドと、これらウエハ保持ヘッドを研磨定盤に対し相対回転させるヘッド駆動機構とを具備し、研磨布とウエハとの間に砥粒を含む研磨液を供給することにより研磨を行うものが、従来から知られている。

上記ＣＭＰにおいては、研磨液の複数の原液の混合比率および供給量の精度維持、凝集や沈降を防止することが極めて重要となっているが、このための研磨液の供給構成として下記のものが知られている。

スラリー混合用の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、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、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一定の混合比率になる特定量で吸引し、吸引した各液を排出口側へと吐出させるための吸引ポンプ（供給用ポンプ）が各々配置され、且つ、各々の供給用ポンプの吐出側供給経路にダンパー及び加圧弁が併設されているスラリー混合供給装置であり、さらに各吸引口から吸引される各液のうちの少なくとも原液スラリーを、循環ポンプにより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する手段と、該原液スラリーの循環液流の圧力変動を継続的に測定して得られる値によって少なくとも原液スラリーに対する供給用ポンプからの吐出量を補正するための制御装置とを有するものである。（例えば、特許文献１参照）

また、化学的機械的研磨法によるウエハ研磨装置に供給されるスラリーの供給装置において、砥粒の水溶液のタンクから定流量弁とオリフィスを経て供給する砥粒水溶液供給手段と、過酸化水素等の添加溶液のタンクから定流量弁とオリフィスを経て供給する添加溶液供給手段とを有し、この各々の供給手段から供給される砥粒水溶液と添加溶液とをポンプで吸引して合流させ、研磨定盤に噴射する直前で、超音波装置を有する混合器により前記２つの溶液を混合させてスラリーとするものである。（例えば、特許文献２参照）
特開２００３−７１７２０号公報特開２０００−２０２７７４号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載されている研磨液（スラリー）の供給装置においては、化学機械研磨装置へ吐出する研磨液の各原液の混合比率、流量は、各ドラム（タンク）内の原液スラリーを循環ポンプにより循環させている循環路の圧力と、各液の循環経路に、各吸引口から各液を一定の混合比率になる特定量で吸引し、吸引した各液を排出口側へと吐出させるための各々配置された吸引ポンプにより基本的に設定される。この構成においては前記各液の循環経路の圧力が変動しやすく、さらに各液の循環経路から各々配置された吸引ポンプの流量変動によって、各原液の混合比率、および混合された原液の全体流量にバラツキを生じやすい。また循環させているポンプの脈動等による液流の圧力変動に対する吸引ポンプの補正機構を組み入れているが、構成が複雑となる。さらに前記複数の吸引ポンプの内少なくとも一台に、不具合が生じた場合は、各原液の混合比率が大幅に変わってしまうこと、また前記吸引ポンプから研磨装置へ吐出する間に、各原液を混合した研磨液の貯留部、いわゆるストックがなく、吸引ポンプに不具合が生じた場合は、研磨途中に研磨装置を停止させる必要があるなど、ウエハの研磨特性の不安定さを生じる等の課題がある。

また、上記した特許文献２に記載されている研磨液（スラリー）の供給装置においては、研磨液の混合比率および流量は、基本的にオリフィスの内径で設定し、さらに流量計と、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制御によって行っている。しかし前記オリフィスは、砥粒の水溶液側と添加溶液側とでは径が異なるが、砥粒側でφ１．０ｍｍ程であり、添加溶液側ではその１／５程度（φ０．２ｍｍ）と極めて小さい径であることにより、原液スラリーや、異物による実質的な径の縮小や閉塞を生じる恐れがある。定流量弁においても微小間隙を構成することによって同様な現象が生じる恐れがあり、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。また吸引ポンプから研磨装置へ吐出するに間に、各原液を混合した研磨液の貯留部、いわゆるストックがなく、吸引ポンプに不具合が生じた場合は、研磨途中に研磨装置を停止させる必要があるなど、ウエハの研磨特性の不安定さを生じる等の課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、研磨液用の複数の原液の混合比率および供給量の精度の安定化を図り、劣化のない品質の安定した研磨液を研磨装置へ供給する研磨液供給装置を提供することを目的とする。

本発明の研磨液供給装置は、成分の異なる複数の原液を各々貯留する複数の原液タンクと、前記複数の原液を合流させる１つの集合部と、一端を前記複数の原液タンク内の各々の原液中に開口し、他端を前記集合部に開口した一定の長さを有する複数の管状体と、前記集合部で混合した研磨液を貯留する貯留タンクへの通路となる１本の供給管と、この供給管の途中に、前記管状体、集合部を介して前記複数の原液を吸引するとともに、前記研磨液を貯留タンクへ吐出する１つの吸引手段を備え、前記集合部と複数の原液タンク内の各々の原液中に連通する管状体を、その本数が対応する原液の混合比の大小に応じ異なるようにして接続することにより、前記吸引手段は前記複数の原液の混合比率を設定した前記研磨液を貯留タンクに供給するものであり、この貯留タンクに連通した吐出ラインを介して吐出口から研磨装置に供給することを特徴とするものである。

本発明の研磨液供給装置によれば、研磨液用の複数の原液の混合比率および供給量の精度の安定化を図り、劣化のない品質の安定した研磨液を研磨装置への供給することができる。

本発明の研磨液供給装置における第１の発明は、成分の異なる複数の原液を各々貯留する複数の原液タンクと、前記複数の原液を合流させる１つの集合部と、一端を前記複数の原液タンク内の各々の原液中に開口し、他端を前記集合部に開口した一定の長さを有する複数の管状体と、前記集合部で混合した研磨液を貯留する貯留タンクへの通路となる１本の供給管と、この供給管の途中に、前記管状体、集合部を介して前記複数の原液を吸引するとともに、前記研磨液を貯留タンクへ吐出する１つの吸引手段を備え、前記集合部と複数の原液タンク内の各々の原液中に連通する管状体を、その本数が対応する原液の混合比の大小に応じ異なるようにして接続することにより、前記吸引手段は前記複数の原液の混合比率を設定した前記研磨液を貯留タンクに供給するものであり、この貯留タンクに連通した吐出ラインを介して吐出口から研磨装置に供給することを特徴とするものである。

これによって、研磨液用の複数の原液の混合比率および供給量の精度の安定化を図り、劣化のない品質の安定した研磨液を研磨装置へ供給することができる。

また第２の発明は、第１の発明において、前記吸引手段と前記貯留タンクの間の供給管に設けた制御弁３８と、この制御弁３８に接続される排出管を有し、研磨装置での研磨に必要な研磨液の量を貯留タンクに貯留後、管状体、集合部を介して前記複数の原液を吸引する吸引手段の駆動を停止するとともに、純水を前記吸引手段の吸引側から供給し、前記排出管から排出することを特徴とするものである。

これによって、貯留タンクには研磨装置での研磨に必要な研磨液の量のみを貯留して、砥粒微粒子の沈降防止、分散性を維持することができる。また研磨に必要な研磨液の量を貯留タンクに貯留後、純水を供給して供給管、吸引手段、制御弁３８を洗浄し排出管から排出することにより、研磨液の経路を洗浄して、常に混合比率、供給量を高精度に維持させることができる。

また第３の発明は、第１の発明において、集合部と吸引手段の間に制御弁３４を設け、この制御弁３４に純水供給管を接続し、この純水供給管から制御弁３４を介して純水を供給することを特徴とするものである。

これによって、研磨に必要な研磨液の量を貯留タンクに貯留後、純水供給管から純水を供給して供給管、吸引手段、制御弁３８を洗浄し排出管から排出することができ、研磨液の経路を洗浄して、常に混合比率、供給量を高精度に維持させることができる。

第４の発明は、第１の発明において、前記吸引手段と前記貯留タンクの間の供給管に設けた制御弁３８と、この制御弁３８に接続される排出管を有し、研磨装置での研磨に必要な研磨液の量を貯留タンクに貯留後、管状体、集合部を介して前記複数の原液を吸引する吸引手段の駆動を停止する前に、純水以外の原液に開口する管状体に設けた制御弁を開から閉とするとともに、純水である原液に開口する管状体３１に設けた制御弁３２のみを開のままとすることにより、純水のみを前記吸引手段の吸引側から供給し、前記排出管から排出することを特徴とするものである。

これによって、研磨に必要な研磨液の量を貯留タンクに貯留後、前記純水原液のみを集合部へ吐出させて、集合部、供給管、吸引手段、制御弁３８を洗浄することができ、研磨液の経路を洗浄して、常に混合比率、供給量を高精度に維持させることができる。

以下、本発明の一実施の形態の研磨液供給装置を図１〜図５を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態の研磨液供給装置の構成図、図２は図１中の集合部の拡大構成図、図３は図２中の集合部のＡ−Ａ線における断面図、図４、図５は研磨液供給装置の他の構成図である。以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図３において、シリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、二酸化マンガン等の研磨液用の砥粒微粒子分散液である原液２を原液タンク１内に、過酸化水素等の酸性剤又はアンモニア等のアルカリ性剤等の添加剤を含む添加剤分散液である原液４を原液タンク３内に貯留し、また希釈用の純水である原液６を原液タンク５内に貯留しているものである。砥粒微粒子分散液を前記原液タンク１内に供給するための補充タンク７を備えており、補充タンク７にはポンプ８と循環路９を構成し、補充タンク７内の砥粒微粒子分散液を一定の流量、圧力で循環させ撹拌効果により砥粒微粒子の沈降防止、分散性の維持を図っている。また循環路９の一部から原液タンク１内に連通する供給管１０を設け、この供給管１０に制御弁１１を位置させ、さらに制御弁１１から排出管１２を設けている。

また、添加剤を含む添加剤分散液を前記原液タンク３内に供給するための補充タンク１３を備えており、補充タンク１３にはポンプ１４と循環路１５を構成し、補充タンク１３内の添加剤分散液を一定の流量、圧力で循環させ撹拌効果により分散性の維持を図っている。また循環路１５の一部から原液タンク３内に連通する供給管１６を設け、この供給管１６に制御弁１７を位置させ、さらに制御弁１７から排出管１８を設けている。純水である原液６を原液タンク５内に供給するための供給管１９を設け、制御弁２０を介して別設の純水供給装置（図示なし）に接続しているものである。

前記した各原液タンク１、３、５の下部にロードセル（重量検出手段）２１を設けて、また原液タンク１内の原液２の液面を検知する静電容量式の液面センサー２２を設け、原液タンク３、５内の原液４、６の液面を検知する光学式の液面センサー２３を設けたものである。各原液タンク１、３、５内は一定の液面を維持して各々貯留し、各原液２、４、６の液面上の空間（キャビティ）には、一定の湿り度を有する窒素ガス等の不活性ガスが一定圧力（例えば大気圧）で保持されている。

各ロードセル（重量検出手段）２１、液面センサー２２、２３からの出力値が、予め設定した液面が下限あるいは上限のいずれかあるいは双方等を維持しているか否かを判定する制御部５７に備えた演算手段（図示なし）、による判定結果に基づいて、循環路９の一部から原液タンク１内に連通する供給管１０に位置させた制御弁１１、循環路１５の一部から原液タンク３内に連通する供給管１６に位置させた制御弁１７、純水供給管１９に位置させた制御弁２０を、開閉または開度をリニアに制御して、各原液タンク１、３、５内の液面を一定に維持しているものである。なお補充タンク７、補充タンク１３は、各々の補給原液の量を把握して交換するものである。原液タンク１には、撹拌手段２６を設け、砥粒微粒子の沈降防止、分散性の維持を図っている。

また、原液タンク１内の砥粒微粒子分散液である原液２の液面を、検知するのに静電容量式の液面センサー２２を設けたが、これは原液タンク１の外側からでも検知できるので好ましいが光学式の液面センサー２３も含め、差圧式、超音波式等のいずれかの計測手段の他、各種の計測手段を採用することができる。また各原液タンク１、３、５内を一定の液面に維持するために、液面センサーのみでもよい。

研磨液供給装置を一定温度に制御された部屋に設置し、特に各原液２、４、６の温度を一定に保っているものである。さらに、各原液タンク１、３、５には、図示していないが恒温化手段を備えていることが好ましい。これは過度な温度ストレスを研磨用流体に付与することが防止され、温度ストレスによる砥粒の凝集などの品質低下が回避されるため、品質の安定した研磨用流体を供給することができる。さらに各原液２、４、６の粘度、密度等の特性を一定に維持することによって、流量精度を安定化させる点でも好ましい。また、恒温化手段は、研磨用流体を予め設定した基準温度に恒温化する手段であって、研磨用流体の温度を検出して、検出温度に応じて各原液を加熱あるいは冷却するものである。

また、原液タンク１、３に内部の洗浄を目的とする純水を供給する純水供給管２４を制御弁２５に接続し、さらに純水供給管２４は別設の純水供給装置（図示なし）に接続しているものである。原液タンク１には、砥粒微粒子の沈降防止、分散性を維持するための撹拌手段２６を備えている。

各原液タンク１、３、５内の各々の原液２、４、６中に一端を開口した管状体２７、２９、３１を有しており、管状体２７、２９、３１の他端を前記集合部３３に開口させている。さらに管状体２７、２９、３１各々には通路を開閉する制御弁２８、３０、３２を設けている。前記管状体２７、２９、３１は、一定の長さを有し、内径は例えば２〜３ミリメートルであり、また断面が円形に限らず多角形状であってもよい。

また、第３図に示すように集合部３３に開口させている管状体２７、２９、３１は、断面が円形状をなす集合部の中央部に、本数の少ない原液２の管状体２７を開口させ、この外側に本数の多い原液４、６の管状体２９、３１を順次配置して開口させている。すなわち断面が円形状をなす集合部の中央部に混合比率の小さいより少量原液の管状体２７を開口させ、この外側に混合比率のより大きい多量原液の管状体２９、３１を開口させたものである。

また集合部３３に連通して制御弁３４を設け、制御弁３４には純水供給管３５が接続されている。さらに制御弁３４には各々の原液２、４、６を集合部３３で混合した研磨液の貯留タンク４０への通路となる供給管３６が接続されている。供給管３６の途中には、研磨液を貯留タンク４０へ吐出する吸引手段である吸引ポンプ３７、制御弁３８を位置させ、制御弁３８に排出管３９を接続させている。
吸引ポンプ３７としては、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できる。さらに供給管３６の先端部には、貯留タンク４０に接続されている。

貯留タンク４０には、撹拌手段４１を設け、砥粒微粒子の沈降防止、分散性の維持を図っている。４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、液面検出センサーで、貯留タンク４０内の研磨液の液面を検出する。また貯留タンク４０の上部に純水を供給する純水供給管４３を接続し、制御弁４４を有しているものである。
また貯留タンク４０の液面上の空間（キャビティ）には、一定の湿り度を有する窒素ガス等の不活性ガスが一定圧力（例えば大気圧）で保持されている。なお液面センサー４２ａ、４２ｂ、４２ｃは静電容量式、光学式、差圧式、超音波式等のいずれかの計測手段の他、各種の計測手段を採用することができる。

また、貯留タンク４０の下部に研磨液を吐出する吐出ライン４５を制御弁４６、制御弁５１有して接続している。制御弁４６に吐出ライン４７を接続し、吐出ライン４７にはポンプ４８、吐出口４９を有し、貯留タンク４０からの研磨液を研磨装置５０へ吐出する。制御弁５１に吐出ライン５２を接続し、吐出ライン５２にはポンプ５３、吐出口５４を有し、貯留タンク４０からの研磨液を研磨装置５５へ吐出する。さらに吐出ライン４５に排出管５６を接続しているものである。ポンプ４８および５３としては、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できる。

研磨装置５０、５５は、図示していないが表面に研磨布が貼付された円盤状の研磨定盤と、研磨すべきウエハの一面を保持して研磨布にウエハの他面を当接させる複数のウエハ保持ヘッドと、これらウエハ保持ヘッドを研磨定盤に対し相対回転させるヘッド駆動機構とを具備し、研磨布とウエハとの間に砥粒を含むスラリーを供給することにより研磨を行うものである。

また、制御部５７で、研磨液供給装置全体を制御するもので、制御部５７には、前記した各制御弁１１、１７、２０、２５、２８、３０、３２、３４、３７、３８、４４、４６、５１、吐出手段である吸引ポンプ３７、ロードセル（重量検出手段）２１、液面センサー２２、２３、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、補充タンク７、１３の循環用のポンプ８、１４、撹拌手段２６、４１を接続させている。

また、第４図に示す構成は、第１図中の吐出ライン４５に制御弁５８を設け、制御弁５８から貯留タンク４０に研磨液を循環ポンプ６０でリターンさせる循環ライン５９を構成し、前記循環ライン５９に吐出ライン４７を接続し、吐出ライン４７にはポンプ４８、吐出口４９を有し、貯留タンク４０からの研磨液を研磨装置５０へ吐出する。さらに循環ライン５９に吐出ライン５２を接続し、吐出ライン５２にはポンプ５３、吐出口５４を有し、貯留タンク４０からの研磨液を研磨装置５５へ吐出する。また前記制御弁５８に排出管５６を接続しているものである。

また、第５図に示す構成は、第１図中の吐出ライン４５に制御弁６１を設け、制御弁６１から貯留タンク４０に研磨液を循環ポンプ６３でリターンさせる循環ライン６２を構成し、前記循環ライン６２に吐出ライン４７を接続し、吐出ライン４７にはポンプ４８、吐出口４９を有し、貯留タンク４０からの研磨液を研磨装置５０へ吐出する。さらに吐出ライン４５に制御弁６４を設け、制御弁６４から貯留タンク４０に研磨液を循環ポンプ６６でリターンさせる循環ライン６５を構成し、前記循環ライン６５に吐出ライン５２を接続し、吐出ライン５２にはポンプ５３、吐出口５４を有し、貯留タンク４０からの研磨液を研磨装置５５へ吐出するものである。

次に、前記のように構成された研磨液供給装置について、以下その基本的な動作、作用を説明する。図１〜６において、研磨液用のシリカ、セリア、アルミナ、ジルコニア、二酸化マンガン等の砥粒を含有した水溶液である砥粒微粒子分散液の原液２を原液タンク１内に貯留し、過酸化水素等の酸性剤又はアンモニア等のアルカリ性剤、界面活性剤の添加剤を含む添加剤分散液である原液４を原液タンク３内に貯留し、さらに希釈用または洗浄用の純水である原液６を原液タンク５内に貯留している。各原液２、４、６は一定の液面を維持して各々貯留しているもので、各原液２、４、６の液面上の空間には、一定の湿り度を有する窒素ガス等の不活性ガスが一定圧力（例えば大気圧）で保持されている。なお砥粒微粒子分散液、添加剤分散液、純水の各々の組み合わせは、研磨対象に応じて選択されるものである。

次に、制御弁２８、３０、３２を開、集合部３３に連通した制御弁３４を純水供給管３５側が閉で供給管３６側を開とし、さらに供給管３６の途中に位置する制御弁３８の排出管３９側を閉で供給管３６側を開にした状態にし、吐出手段である吸引ポンプ３７を駆動する。吸引ポンプ３７を駆動すると、原液タンク１、３、５内の原液２、４、６は管状体２７、２９、３１から吸引されて集合部３３に吐出し混合する。この混合した液は研磨液として供給管３６から貯留タンク４０内に流出し一定量貯留される。また、貯留タンク４０内には液面センサー４２ａ、４２ｂ、４２ｃの検出値によって、所望する一定量貯留される。貯留後、吸引ポンプ３７を停止するものである。

さらに貯留タンク４０の容積は、研磨装置５０、５５のいずれか一方のみ交互にウエハの研磨を行う設定方式においては、例えばウエハ一枚分の研磨に必要な研磨液分を貯留するものでよく、また研磨装置５０、５５の両者で同時にウエハの研磨を行う設定方式においては、例えばウエハ二枚分の研磨に必要な研磨液分を貯留する等、状況に応じて設定すればよい。これによって、貯留タンク４０には研磨装置５０、５５での研磨に必要な研磨液の量のみを貯留して、砥粒微粒子の沈降防止、分散性を維持することができる。さらに特にセリア砥粒微粒子分散液である原液と、界面活性剤等の添加剤を含む添加剤分散液である原液を混合した後の研磨液においても、貯留タンク４０内に貯留される研磨液は、一定時間内（例えば３０分）で研磨装置に供給され、研磨装置でのウエハの研磨レートが劣化することがない。

前記集合部３３と複数の原液タンク１、３、５内の各々の原液２、４、６中に連通する管状体２７、２９、３１の本数を異なるようにして、前記複数の原液の混合比率を設定するものである。例えば、砥粒微粒子分散液である原液２中に連通する管状体２７を１本とした場合、添加剤を含む添加剤分散液である原液４中に連通する管状体２９を５から８本、希釈用の純水である原液６中に連通する管状体２９を９から１２本のようにして、集合部３３と複数の原液タンク１、３、５内の各々の原液２、４、６中に連通する管状体の本数の選択により各々の原液２、４、６の混合比率を任意に設定できるようにしたものである。貯留タンク４０に供給される各々の原液２、４、６の混合した液である研磨液の供給量は、吸引ポンプ３７の能力制御で任意に設定、調整することができる。

また、断面積が異なる管状体または長さが異なる管状体を原液２、４、６ごと、または同一原液の中で含むようにすることによって、各々の原液２、４、６の混合比率を、より幅広く設定することができる。

また、各々の管状体２７、２９、３１の通路を開閉する制御弁２８、３０、３２を設けたことによって、集合部３３と複数の原液タンク１、３、５内の各々の原液２、４、６中に連通し、各々の原液２、４、６を通過可能とする管状体２７、２９、３１の本数を任意に選択することができる。これによって、各々の原液２、４、６の混合比率を、より幅広く設定することができ、さらに研磨装置５０、５５の混合比率の変更要求に対して、制御弁２８、３０、３２の開閉動作によりきめ細かく対応することができる。

なお、図1においては、各原液タンク１、３、５内の各々の原液２、４、６中に一端を開口し、他端を前記集合部３３に開口させた管状体２７、２９、３１の本数を各々の原液２、４、６で異なるように設けたが、管状体２７、２９、３１の本数を各々の原液２、４、６で同数とし、管状体２７、２９、３１の通路を開閉する制御弁２８、３０、３２の開状態にする数により、集合部３３と複数の原液タンク１、３、５内の各々の原液２、４、６中に連通し、各々の原液２、４、６を通過可能とする管状体２７、２９、３１の本数を任意に選択することによって、各々の原液２、４、６の混合比率を設定するように構成してもよい。

また、吐出手段として、各々の原液２、４、６を吸引する吸引ポンプ３７としたが、各原液タンク１、３、５内の原液２、４、６の液面上に、一定の湿り度を有する窒素ガス等の不活性ガスで圧力を印加し、各原液２、４、６を押し出して吐出させ貯留タンク４０に流出させるように構成してもよい。また各々の原液２、４、６の３種類の原液からなる研磨液を供給する場合で説明したが、研磨装置５０、５５の要求仕様に応じて、２種類の原液からなる研磨液を供給する場合にも適用することができるもので本実施の形態に限定されるものではない。

また、第３図に示すように集合部３３に連通させている管状体２７、２９、３１は、断面が円形状をなす集合部の中央部に、本数の少ない原液２の管状体２７を開口させ、この外側に本数の多い原液４、６の管状体２９、３１を順次配置して開口させている。これによって砥粒微粒子分散液である原液２を中心に、その外側を添加剤分散液である原液４、最外周に希釈用の純水である原液６が集合部３３内に吐出し、各々の流れの界面が密度の差異によって崩れやすく、分散、混合が促進されて均一に混合された研磨液として供給することできる。

また、集合部３３に混合を促進する手段を付加してもよく、この場合にはより低流量の研磨液を供給するような状態下においても均一に混合された研磨液として供給することできる。さらに研磨液が貯留タンク４０に到達するまでに供給管３６、吸引ポンプ３７においても混合が促進されるものである。さらに撹拌手段４１によって貯留タンク４０内の研磨液の混合促進、砥粒の凝集、沈降を防止することができる。

次に、貯留タンク４０に研磨液を貯留後の動作を説明する。貯留タンク４０に貯留した研磨液を、貯留タンク４０の底部から吐出ライン４５、制御弁４６、吐出ライン４７を介してポンプ４８により吸引し、吐出口４９から研磨装置５０に供給するものである。また貯留タンク４０に貯留した研磨液を、吐出ライン４５、制御弁５１、吐出ライン５２を介してポンプ５３により吸引し、吐出口５４から研磨装置５５に供給するものである。このとき、研磨装置５０、５５への研磨液の供給量は、各々のポンプ４８、５３の能力制御により行う。また吐出ライン４７、５２に開閉弁（図示なし）を設けてもよい。

また、貯留タンク４０に貯留した研磨液は、研磨装置５０、５５が貯留タンク４０よりも下方に位置する場合は、ポンプ４８、５０を有しなくとも貯留タンク４０に貯留した研磨液を落差圧力により研磨装置５０、５５に供給することができる。ポンプ４８、５３を有する場合は貯留タンク４０よりも研磨装置５０、５５が上方位置にあっても、貯留タンク４０内の研磨液を吸引して研磨装置５０、５５に供給することができる。

貯留タンク４０に研磨液を貯留後、制御弁３８は貯留タンク４０側を閉、排出管３９側を開として、さらに制御弁３４は純水供給管３５側を開として、前記純水供給管３５から純水を供給して供給管３６、吸引ポンプ３７、制御弁３８を洗浄し排出管３９から排出するものである。一定時間、純水を供給した後、吸引ポンプ３７の運転を停止させる。
このように研磨液の経路を洗浄して、常に混合比率、供給量を高精度に維持させることができる。さらに前記の純水による洗浄は、制御手段５３の制御によって自動的に行うことができるので、メンテナンス性にも優れたものとなる。

また前記とは異なる方法として、通常の研磨液の貯留タンク４０への供給を停止するときは、吐出手段である吸引ポンプ３７の駆動を停止する前に、原液２、４に開口する管状体２７、２９に設けた制御弁２８、３０を開から閉、純水である原液に開口する管状体３１に設けた制御弁３２を開のままとし、制御弁３８を排出管３９へ連通するように通路を切り替えることによって、純水のみが吸引されて集合部３３に吐出し、さらに供給管３６から排出管３９へと吐出する。これによって集合部３３、供給管３６、制御弁３４、３８、吸引ポンプ３７を純水で洗浄することができる。一定時間純水のみを吐出させた後、制御弁３２を閉、吸引ポンプ３７を停止させる。

また、吐出手段である吸引ポンプ３７を駆動開始前に、原液２、４に開口する管状体２７、２９に設けた制御弁２８、３０を閉、純水である原液に開口する管状体３１に設けた制御弁３２を開とする。制御弁３７を排出管３８へ連通するように通路を切り替え、この後吸引ポンプ３７を駆動開始すると純水のみが吸引されて集合部３３に吐出し、さらに供給管３６から排出管３９へと吐出する。
これによって集合部３３、供給管３６、制御弁３４、３８、吸引ポンプ３７を純水で洗浄することができる。一定時間純水のみを吐出させた後、原液２、４に開口する管状体２７、２９に設けた制御弁２８、３０も開、制御弁３７を貯留タンク４０へ連通するように通路を切り替えることによって、通常の研磨液の供給動作に入るものである。

このように、複数の原液に純水原液を含み、複数の原液の集合部３３への吐出開始前の一定時間または複数の原液の集合部３３への吐出停止後の一定時間、前記純水原液のみを集合部３３へ吐出させて、各部を洗浄するようにすることによって、常に混合比率、供給量を高精度に維持させることができる。さらに前記の純水による洗浄は、制御手段５３の制御によって自動的に行うことができるので、メンテナンス性にも優れたものとなる。

貯留タンク４０内の研磨液を研磨装置５０または５５へ供給終了後、貯留タンク４０内に制御弁４４を介して純水供給管４３から純水を供給して洗浄し、前記洗浄後の純水を貯留タンク４０に連通した吐出ライン４５、４７、５２を介して、吐出口４９、５４から排出する。これによって貯留タンク４０から吐出口４９、５４までの経路を洗浄することができる。
また前記洗浄後の純水を、制御弁４６、５１を制御して吐出ライン４７、５２を経ないで吐出ライン４５から排出管５６の経路で直接排出させることもできる。

また、前記のように貯留タンク４０の純水供給管４３から純水を供給して洗浄するようにしたが、純水供給管３５または原液タンク５から純水を貯留タンク４０に供給して洗浄し、前記洗浄後の純水を貯留タンク４０に連通した吐出ライン４５、４７、５２を介して、吐出口４９、５４から排出する。これによって貯留タンク４０から吐出口４９または５４までの経路を洗浄することができる。また前記洗浄後の純水を、制御弁４６、５１を制御して吐出ライン４７、５２を経ないで吐出ライン４５から排出管５６の経路で直接排出させることもできる。

また、特にセリア砥粒微粒子分散液である原液２と、界面活性剤等の添加剤を含む添加剤分散液である原液４を混合した後の研磨液は、一定時間（例えば約６０分）経過すると研磨装置５０、５５でのウエハの研磨レートが劣化しやすく、したがって貯留タンク４０内で一定時間滞留したままの研磨液は、研磨装置５０、５５でのウエハの研磨には用いないことが好ましい。このため本発明においては、研磨装置５０または５５で状況により万一使用されず、貯留タンク４０内で一定時間滞留したままの研磨液は、前記貯留タンク４０に連通した吐出ライン４５を介して吐出口４９、５４の経路または制御弁４６、５１を制御して吐出ライン４７、５２を経ないで吐出ライン４５から排出管５６の経路で直接排出させる。前記貯留タンク４０内の研磨液を排出した後、前記のように貯留タンク４０の純水供給管４３から純水を供給して洗浄するかまたは、純水供給管３５または原液タンク５から純水を貯留タンク４０に供給して洗浄し、前記洗浄後の純水を貯留タンク４０に連通した吐出ライン４５、４７、５２を介して、吐出口４９または５４から排出する。これによって貯留タンク４０から吐出口４９または５４までの経路を洗浄することができる。また前記洗浄後の純水を、制御弁４６、５１を制御して吐出ライン４７、５２を経ないで吐出ライン４５から排出管５６の経路で直接排出させることもできる。

なお貯留タンク４０内で一定時間滞留したままの研磨液または洗浄後の純水を吐出口４９または５４から排出する場合は、研磨装置５０または５５にウエハのない状態で行う。また吐出口４９または５４から排出させる場合は、吐出口４９または５４近傍で研磨装置５０または５５外に排出させる経路を設けてもよい。

また、原液タンク１、３を洗浄する場合は、原液２、４を排出管１２、１８から制御弁１１、１７を介して排出し、その後純水供給管２４から制御弁２５を介して純水を原液タンク１、３内に供給することによって行うものである。

また、貯留タンク４０内に研磨液の貯留量検出手段４２ａ、４２ｂ、４２ｃを設け、研磨装置５０、５５に研磨液を供給中、前記貯留タンク４０内に貯留する研磨液の貯留量を一定以下となるように前記貯留量検出手段４２ａ、４２ｂ、４２ｃの検出値により吸引ポンプ３７の駆動を制御することによって、貯留タンク４０内の研磨液の貯留量を研磨装置５０、５５に安定して供給することができる必要最小限とするものである。これは例えば貯留量検出手段４２ａ、４２ｂ、４２ｃのうち、貯留タンク４０内の研磨液の最下位の液面を検出する液面センサー４２ｃのレベルに吸引ポンプ３７の駆動を制御するものである。これによって、貯留タンク４０内に貯留される研磨液は、より短時間で研磨装置５０または５５に供給され、砥粒微粒子の沈降防止、分散性を維持することができる。さらに特にセリア砥粒微粒子分散液である原液２と、界面活性剤等の添加剤を含む添加剤分散液である原液４を混合した後の研磨液においても、貯留タンク４０内に貯留される研磨液は、より短時間で研磨装置５０または５５に供給され研磨装置５０、５５でのウエハの研磨レートが劣化することがない。

また、第４図に示す構成は、第１図から第３図と同一番号は同一箇所を示し、異なるところは第１図中の貯留タンク４０に設けた撹拌手段４１を無しとし、さらに貯留タンク４０の底部からの吐出ライン４５に制御弁５８を設け、制御弁５８から循環ポンプ６０によって研磨液を貯留タンク４０に循環させる循環ライン５９を構成し、循環ライン５９に吐出ライン４７、５２を接続してポンプ４８、５３により吸引し、吐出口４９、５４から研磨装置５０、５５に供給するものである。このとき、研磨装置５０、５５への研磨液の供給量は、各々のポンプ４８、５３の能力制御により行う。また吐出ライン４７、５２に開閉弁（図示なし）を設けてもよい。

貯留タンク４０内の研磨液の循環により、砥粒微粒子の沈降防止、分散性を維持することができる。またこの構成においての洗浄動作は、貯留タンク４０内に供給した純水を吐出ライン４５、制御弁５８、循環ポンプ６０、循環ライン５９に循環させ、前記純水を循環ライン５９に連通した吐出ライン４５、４７、５２を介して、吐出口４９または５４から排出する。これによって貯留タンク４０から吐出口４９または５４までの経路を洗浄することができる。また前記洗浄後の純水を、制御弁５８を制御して吐出ライン４７、５２を経ないで吐出ライン４５から排出管５６の経路で直接排出させることもできる。

また、第５図に示す構成は、第１図から第３図と同一番号は同一箇所を示し、異なるところは第１図中の貯留タンク４０に設けた撹拌手段４１を無しとし、さらに貯留タンク４０の底部からの吐出ライン４５に制御弁６１を設け、制御弁６１から循環ポンプ６３によって研磨液を貯留タンク４０に循環させる循環ライン６２を構成し、循環ライン６２に吐出ライン４７を接続してポンプ４８により吸引し、吐出口４９から研磨装置５０に供給するものである。さらに貯留タンク４０の底部からの吐出ライン４５に制御弁６４を設け、制御弁６４から循環ポンプ６６によって研磨液を貯留タンク４０に循環させる循環ライン６５を構成し、循環ライン６５に吐出ライン５２を接続してポンプ５３により吸引し、吐出口５４から研磨装置５５に供給するものである。このとき、研磨装置５０、５５への研磨液の供給量は、各々のポンプ４８、５３の能力制御により行う。また吐出ライン４７、５２に開閉弁（図示なし）を設けてもよい。

貯留タンク４０内の研磨液の循環により、砥粒微粒子の沈降防止、分散性の維持を図ることができる。またこの構成においての洗浄動作は、貯留タンク４０内に供給した純水を吐出ライン４５と循環ライン６２、６５で循環させ、前記純水を循環ライン６２、６５に連通した４７、５２を介して、吐出口４９または５４から排出する。これによって貯留タンク４０から吐出口４９または５４までの経路を洗浄することができる。また前記洗浄後の純水を、制御弁６１、６４を制御して吐出ライン４７、５２を経ないで吐出ライン４５から排出管５６の経路で直接排出させることもできる。

なお、第１図、第４図、第５図において、研磨装置５０、５５はどちらか一方または同時に使用することができ、また研磨装置の台数を２台で説明したが、１台または３台以上として構成してもよい。

以上のように、従来技術においては、各原液の混合比率、および混合された原液の全体流量にバラツキを生じやすい。またオリフィスを用いる構成では、オリフィス内径が砥粒側でφ１．０ｍｍ程であり、添加溶液側ではその１／５程度（φ０．２ｍｍ）と極めて小さい径であることにより、原液スラリー、異物による実質的な径の縮小や閉塞を生じる恐れがある。定流量弁においても微小間隙を構成することによって同様な現象が生じる恐れがあり、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。

これに対して本発明の研磨液供給装置においては、集合部３３と複数の原液タンク１、３、５内の一定液面に維持された各々の原液２、４、６中に連通する管状体２７、２９，３１の本数を異なるようにして、前記複数の原液の混合比率を設定、変更することができるものである。また内径が例えば２ｍｍ〜３ｍｍである管状体２７、２９、３１を用いて流量を設定するので、孔径の小さいオリフィスを用いる必要もなく、砥粒、異物による閉塞や流量バラツキを生じることがない。

また、各原液を混合した研磨液を貯留タンク４０に一定量ストックし、さらに研磨液中の砥粒微粒子の凝集、沈降を発生することなく研磨装置に安定して供給することができる。

特にセリア砥粒微粒子分散液である原液２と、界面活性剤等の添加剤を含む添加剤分散液である原液４を混合した後の研磨液は、一定時間経過すると研磨装置でのウエハの研磨レートが劣化しやすいが、貯留タンク４０に研磨装置でのウエハの研磨の必要条件に応じて貯留タンク４０に研磨液量を貯留し、一定時間内に研磨装置で使用するか、または一定時間時間経過後の研磨液は廃棄することによって、研磨レートの劣化を防止し、バラツキのない安定したウエハの研磨を行うことができるものである。

また、必要に応じて研磨液供給経路を洗浄することによって、常に研磨液用の複数の原液の混合比率および供給量の精度の向上と安定化を図ることができる。

以上のように、本発明の研磨液供給装置によれば、研磨液用の複数の原液の混合比率および供給量の精度の向上と安定化を図り、劣化のない品質の安定した研磨液を研磨装置へ供給することができるものである。

成分の異なる液を混合して供給する広範囲の装置の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における研磨液供給装置の構成図同集合部の拡大構成図同集合部の図２におけるＡ−Ａ断面図本発明の実施の形態１における研磨液供給装置の他の構成図本発明の実施の形態１における研磨液供給装置の他の構成図

符号の説明

１原液タンク
２原液
３原液タンク
４原液
５原液タンク
６原液
７補充タンク
８ポンプ
９循環路
１０供給管
１１制御弁
１２排出管
１３補充タンク
１４ポンプ
１５循環路
１６供給管
１７制御弁
１８排出管
１９供給管
２０制御弁
２１ロードセル（重量検出手段）
２２液面センサー
２３液面センサー
２４純水供給管
２５制御弁
２６撹拌手段
２７管状体
２８制御弁
２９管状体
３０制御弁
３１管状体
３２制御弁
３３集合部
３４制御弁
３５純水供給管
３６供給管
３７吸引ポンプ（吸引手段）
３８制御弁
３９排出管
４０貯留タンク
４１撹拌手段
４２ａ液面センサー（貯留量検出手段）
４２ｂ液面センサー（貯留量検出手段）
４２ｃ液面センサー（貯留量検出手段）
４３純水供給管
４４制御弁
４５吐出ライン
４６制御弁
４７吐出ライン
４８ポンプ
４９吐出口
５０研磨装置
５１制御弁
５２吐出ライン
５３ポンプ
５４吐出口
５５研磨装置
５６排出管
５７制御部
５８制御弁
５９循環ライン
６０循環ポンプ
６１制御弁
６２循環ライン
６３循環ポンプ
６４制御弁
６５循環ライン
６６循環ポンプ

Claims

成分の異なる複数の原液を各々貯留する複数の原液タンクと、前記複数の原液を合流させる１つの集合部と、一端を前記複数の原液タンク内の各々の原液中に開口し、他端を前記集合部に開口した一定の長さを有する複数の管状体と、前記集合部で混合した研磨液を貯留する貯留タンクへの通路となる１本の供給管と、この供給管の途中に、前記管状体、集合部を介して前記複数の原液を吸引するとともに、前記研磨液を貯留タンクへ吐出する１つの吸引手段を備え、前記集合部と複数の原液タンク内の各々の原液中に連通する管状体を、その本数が対応する原液の混合比の大小に応じ異なるようにして接続することにより、前記吸引手段は前記複数の原液の混合比率を設定した前記研磨液を貯留タンクに供給するものであり、この貯留タンクに連通した吐出ラインを介して吐出口から研磨装置に供給することを特徴とする研磨液供給装置。
前記吸引手段と前記貯留タンクの間の供給管に設けた制御弁３８と、この制御弁３８に接続される排出管を有し、研磨装置での研磨に必要な研磨液の量を貯留タンクに貯留後、管状体、集合部を介して前記複数の原液を吸引する吸引手段の駆動を停止するとともに、純水を前記吸引手段の吸引側から供給し、前記排出管から排出する請求項１に記載の研磨液供給装置。
集合部と吸引手段の間に制御弁３４を設け、この制御弁３４に純水供給管を接続し、この純水供給管から制御弁３４を介して純水を供給してなる請求項２に記載の研磨液供給装置。
前記吸引手段と前記貯留タンクの間の供給管に設けた制御弁３８と、この制御弁３８に接続される排出管を有し、研磨装置での研磨に必要な研磨液の量を貯留タンクに貯留後、管状体、集合部を介して前記複数の原液を吸引する吸引手段の駆動を停止する前に、純水以外の原液に開口する管状体に設けた制御弁を開から閉とするとともに、純水である原液に開口する管状体３１に設けた制御弁３２のみを開のままとすることにより、純水のみを前記吸引手段の吸引側から供給し、前記排出管から排出する請求項１に記載の研磨液供給装置。