JP5441727B2 - 混合液供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置等の加工装置に砥粒と液体からなる混合液（スラリー）を供給する混合液供給装置に関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等の複数のデバイスが分割予定ラインによって区画されて表面に形成された半導体ウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚みに加工された後、ダイシング装置等の分割装置によって個々のデバイスに分割され、分割されたデバイスは携帯電話、パソコン等の電気機器に広く利用されている。

近年、半導体デバイスの小型化、薄型化の要請から、半導体ウエーハの薄型化が要求されている。半導体ウエーハの裏面を研削すると、ウエーハの裏面に研削歪が残存してデバイスの抗折強度が低下することから、研削により生じた研削歪の除去や抗折強度の向上を目的として、研削後のウエーハの裏面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって研磨加工することが提案され実用化されている（例えば、特開平１０−３２９００９号公報参照）。

ＣＭＰは、研磨パッドと半導体ウエーハ等の板状物との間に砥粒と液体からなる混合液（スラリー）を供給しつつ研磨パッドと板状物とをそれぞれ回転させながら相対的に摺動させることで遂行される。

このようなＣＭＰを実施するためには、砥粒と液体からなる混合液を研磨装置等の加工装置に供給する混合液供給装置が必要である。また、砥粒と液体の混合液を高圧で噴射することで被加工物を切断するウォータージェット装置にも、混合液を供給する混合液供給装置が備えられている。

こうした混合液供給装置は、混合液を貯留する貯留タンクを備えているが、貯留タンク内では常に混合液が均一な濃度であることが重要である。

特開平１０−３２９００９号公報

しかし、混合液（スラリー）を貯留する貯留タンクは、通常密閉蓋でない場合やドレイン配管がつながっている等の理由から常時密閉状態ではないため、タンク内部の雰囲気が乾燥してタンク側壁等に混合液の砥粒が凝集して固着することがある。

タンク側壁に固着した砥粒が剥げ落ちて混合液中に混入し、研磨装置に供給されると、研磨時に被研磨面にスクラッチと呼ばれる傷が発生したり、研磨時に混合液を供給するノズルの砥粒詰まりを発生させたりするという問題があった。

これらの対策として、タンク内の乾燥を防ぐべく、凝集速度より早く混合液をタンクに供給するか、或いはスプレーノズルによって混合液をミスト散布するなどの対策がとられてきた。

しかし、これらの対策では、不要な混合液を多く貯留することの無駄や、ミスト散布による混合液の濃度変化やスプレーノズルの追加及び制御によるコスト増大などの新たな問題が発生する。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、砥粒と液体からなる一定濃度の混合液を安定して加工装置に供給可能な混合液供給装置を提供することである。

本発明によると、加工装置に液体と研磨剤が混合された状態からなる混合液を供給する混合液供給装置であって、該加工装置に供給する混合液を貯留する供給タンクと、該供給タンク内に貯留された混合液を該加工装置へ供給する第１混合液供給経路と、該供給タンク内に貯留された混合液が規定量以上となった場合に混合液を廃棄する供給タンクオーバーフロー経路と、該供給タンクオーバーフロー経路に配設された封水手段とを具備し、該封水手段は、上壁に該供給タンクからオーバーフローした混合液が流入する流入穴が形成された封水ボックスと、該封水ボックスの底壁を貫通して該封水ボックス内に突出するように設けられた該封水ボックス内の混合液を排出する封水筒と、該封水ボックスの側壁又は該上壁に取り付けられ、該封水筒の上端部を覆い隠すように所定の間隙を持って該封水筒に被せられた上方が塞がれた逆凹形状の封水蓋とを含み、該封水蓋は該封水筒の上端部と上下方向にオーバーラップするように該封水筒に被せられ、該封水ボックスには該封水ボックス内に貯留された混合液に研磨剤が含有されていない液体を導入する液体供給経路が接続されていることを特徴とする混合液供給装置が提供される。

好ましくは、混合液供給装置は、液体と研磨剤を所定の濃度に混合して混合液を作成する希釈タンクと、希釈タンクから供給タンクに混合液を供給する第２混合液供給経路と、希釈タンク内に貯留された混合液が規定量以上となった場合に混合液を廃棄する希釈タンクオーバーフロー経路とを更に具備しており、希釈タンクオーバーフロー経路は封水手段に接続されている。

好ましくは、封水蓋は上下方向の任意の位置で封水ボックスの側壁又は上壁に取付可能に構成されており、封水蓋の取付位置を変更することにより封水蓋と封水筒とのオーバーラップ長さを変更できるようになっている。

本発明の混合液供給装置によると、供給タンクオーバーフロー経路及び希釈タンクオーバーフロー経路が封水手段に接続されているため、供給タンクオーバーフロー経路及び希釈タンクのオーバーフロー経路からの乾燥を防止することができ、その結果タンク内で砥粒の凝集が発生することを防止することができる。

また、封水蓋と封水筒のオーバーラップする長さを任意に変更することができるため、供給タンク内又は希釈タンク内の圧力を調整することができる。即ち、オーバーラップ長さを長くして封水状態を十分に確保しタンク内の密閉性を向上するか、オーバーラップ長さを短くしてタンク内の圧力変動を抑えるか、任意に制御することができる。

本発明実施形態に係る混合液供給装置の全体構成図である。 本発明第１実施形態に係る封水装置の縦断面図である。 本発明第２実施形態に係る封水装置の縦断面図である。 図４（Ａ）は封水ボックス内が高圧の場合の液面高さを示す第１実施形態の封水装置の縦断面図、図４（Ｂ）は封水ボックス内が低圧の場合の液面高さを示す封水装置の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態に係る混合液供給装置の全体構成図が示されている。符号２で示された混合液供給装置は、研磨装置４に液体と研磨剤が混合された混合液（スラリー）を供給する。

混合液供給装置２のスラリー原液タンク６内には、純水等の液体とＳｉＣ等の研磨剤が混合された濃度の高いスラリー（混合液）８を収容している。１０は希釈タンクであり、スラリー原液タンク６内の濃度の高いスラリーが管路１４を介して希釈タンク１０内に供給されるとともに、液体供給経路を１６を介して純水等の液体が希釈タンク１０内に供給され、スラリー原液８が液体により希釈され、希釈タンク１０は濃度が希釈されたスラリー（混合液）８を収容する。

希釈タンク１０内には図示しない攪拌装置が設置されており、この攪拌装置でスラリー源液８と液体供給路１６を介して送られた液体とを攪拌して、濃度が希釈された一様濃度のスラリー１８とする。管路１４及び液体供給経路１６には、それぞれ開閉弁２０，２２が挿入されている。

希釈タンク１０からは管路（第２混合液供給経路）２４を介して希釈された混合液（スラリー）１８が供給タンク１２に供給され、供給タンク１２は濃度の希釈された混合液１８を収容する。管路２４には開閉弁２６が挿入されている。

供給タンク１２からは管路（第１混合液供給経路）２８を介して濃度の希釈された混合液（スラリー）１８が研磨装置４に供給され、研磨装置４で半導体ウエーハ等の板状物の研磨が実施される。管路２８には開閉弁３０が挿入されている。

供給タンク１２には、オーバーフロー管路（供給タンクオーバーフロー経路）３２が接続されており、供給タンク１２からオーバーフローした混合液（スラリー）１８はオーバーフロー管路３２、動入管路３６を介して封水装置３７に導入される。

同様に、希釈タンク１０にはオーバーフロー管路（希釈タンクオーバーフロー経路）３４が接続されており、希釈タンク１０からオーバーフローした混合液（スラリー）１８はオーバーフロー管路３４、導入管路３６を介して封水装置３７に導入される。

封水装置３７には、液体供給経路１６から分岐した液体供給管路４０が接続されており、封水装置３７には希釈タンク１０及び供給タンク１２からオーバーフローした混合液が供給されるとともに、液体供給管路４０を介して純水等の液体が供給される。液体供給管路４０には流量調整弁４２が挿入されている。

次に、図２を参照して、第１実施形態の封水装置３７の構造について説明する。封水装置３７は、上壁３８ａと、底壁３８ｂと、円筒状側壁３８ｃを有する封水ボックス３８を備えている。封水ボックス３８の上壁３８ａには、希釈タンク１０及び供給タンク１２からオーバーフローした混合液（スラリー）が流入する流入穴３９が形成されている。

封水ボックス３８の底壁３８ｂを貫通して、封水ボックス３８内の混合液を排出する封水筒４４が封水ボックス３８内に突出するように設けられている。封水筒４４は排水穴４５を画成しており、排水穴４５は大気に連通している。

封水筒４４の上端部を覆い隠すように封水筒４４と所定の間隙をもって封水蓋４６が封水筒４４に被せられている。封水蓋４６は、上壁４６ａと、円筒状側壁４６ｂとから構成され、上方が塞がれるとともに下端が開放した逆凹形状をしている。

封水蓋４６は、封水蓋４６に固定されたブラケット４８を介して封水ボックス３８の側壁３８ｃに上下方向の取付位置が調整可能に固定されている。即ち、ブラケット４８には長穴５０が形成されており、この長穴５０中にねじ５２を挿入してねじ５２を封水ボックス３８の側壁３８ｃに締結することにより、封水蓋４６は上下方向の取付位置を調整可能に封水ボックス３８の側壁３８ｃに取り付けられている。

図２では、封水蓋４６は封水筒４４の上端部に両者がオーバーラップするオーバーラップ長Ｌで封水ボックス３８の側壁３８ｃに取り付けられている。ブラケット４８の長穴５０中でねじ５２の固定位置を変更することにより、このオーバーラップ長Ｌを変更することができる。

封水ボックス３８の側壁３８ｃには液体供給管路４０が接続されており、液体供給管路４０から封水ボックス３８内に純水が供給されて、希釈タンク１０及び供給タンク１２からオーバーフローして流入穴３９を介して封水ボックス３８内に供給された混合液（スラリー）を希釈する。本明細書では、この希釈された混合液を廃液４１と称することにする。

図３を参照すると、第２実施形態の封水装置３７Ａの縦断面図が示されている。本実施形態の封水装置３７Ａは上述した第１実施形態の封水装置３７に類似しており、封水蓋４６Ａの取付方法が上述した第１実施形態と相違する。

本実施形態では、封水蓋４６Ａがブラケット４８Ａを介して上下方向の取付位置を調整可能に封水ボックス３８の上壁３８ａに取り付けられている。本実施形態の他の構成は上述した第１実施形態と同様であるので、同一符号を付してその説明を省略する。

以下、上述した実施形態の混合液供給装置２の作用について説明する。スラリー原液タンク６内の濃度が高いスラリー８は管路１４を介して希釈タンク１０に供給されて、希釈タンク１０内で液体供給経路１６を介して供給される純水により希釈され、希釈された混合液（スラリー）１８が希釈タンク１０内に貯留される。

希釈タンク１０内に貯留された混合液１８は、図示しないポンプを駆動することにより管路２４を介して供給タンク１２に供給され、供給タンク１２内に希釈された混合液（スラリー）１８が貯留される。

供給タンク１２内に貯留されている混合液１８は、図示しないポンプを駆動することにより管路２８を介して研磨装置４に供給され、研磨装置４では研磨パッドとウエーハ等の被加工物に混合液（スラリー）を供給しながら被加工物の研磨を実施する。

供給タンク１２内に混合液１８が規定量以上貯留されると、混合液１８はオーバーフロー管路３２、導入管路３６を介して封水装置３７の封水ボックス３８内に導入される。同様に、希釈タンク１０内に貯留されている混合液１８が規定量以上に達すると、混合液１８はオーバーフロー管路３４、導入管路３６を介して封水装置３７の封水ボックス３８内に導入される。

封水装置３７の封水ボックス３８内には、液体供給管路４０を介して純水が導入され、供給タンク１２及び希釈タンク１０からオーバーフローした混合液がこの純水により希釈されて、封水ボックス３８内には希釈された廃液４１が貯留される。

封水ボックス３８内に貯留された廃液４１により、希釈タンク１０及び供給タンク１２は大気との連通を遮断されるため、オーバーフロー管路３４，３２を介してタンク１０，１２内に大気が導入されることが防止される。その結果、タンク１０，１２内は常に湿潤雰囲気に保たれ、混合液１８内の砥粒が凝集してタンク内壁に付着することが防止される。

希釈タンク１０及び供給タンク１２内の圧力が定常圧力の場合には、封水ボックス３８内の廃液４１の高さレベルＨ１は図２に示すように封水筒４４の上端４４ａに概略一致するように保たれ、このレベルＨ１以上の廃液は封水筒４４の排水穴４５を介して排水される。

希釈タンク１０及び供給タンク１２内の圧力が定常圧力より高い高圧になると、この高圧はオーバーフロー管路３２，３４及び導入管路３６を介して図４（Ａ）に矢印Ａに示すように封水ボックス３８内に導入される。

その結果、封水ボックス３８内の廃液４１は封水蓋４６の下端４６ｃに一致する高さレベルＨ２まで押し下げられる。この状態でも、オーバーラップ長Ｌの封水筒４４の上端部と封水蓋４６との間は廃液４１で満たされているため、封水装置３７の破水が発生することがない。

反対に、希釈タンク１０及び供給タンク１２内の圧力が定常圧力より低くなると、図４（Ｂ）に示すように、封水蓋４６内には封水筒４４を介して大気圧が導入されているので、この大気圧に押されて封水ボックス３８内のエアは矢印Ｂに示すように導入管路３６内を逆流する。その結果、封水蓋４６内の廃液４１は封水蓋４６の下端４６ｃの位置まで押し下げられ、封水ボックス３８内の廃液レベルは上昇してＨ３となる。

封水装置３７では、図４（Ａ）に示した高圧状態と、図４（Ｂ）に示した低圧状態とを繰り返して、希釈タンク１０及び供給タンク１２内の圧力を定常圧力に収斂するように制御する。

上述した実施形態のような非サイフォン式封水装置３７，３７Ａでは、沈殿物を押し流す自浄作用が少なく、混合液（スラリー）が封水ボックス３８内で沈殿してしまう恐れがあるが、本発明では、封水ボックス３８に常時純水を供給する液体供給管路４０が接続されているため、常時純水を少量ずつ封水ボックス３８内に供給することで、スラリーは封水ボックス３８内で非常に低い濃度に希釈されるとともに、排水穴４５へ流れる水流にのって排水されやすくなっており、混合液（スラリー）が封水ボックス３８内で沈殿することが防止される。

また、封水蓋４６の取付高さ位置を変更することにより、密閉状態になる希釈タンク１０及び供給タンク１２内の圧力を任意に調整することが可能である。オーバーラップ長Ｌを長くすると、封水状態を十分に確保してタンク内の密閉性を向上することができ、オーバーラップ長Ｌを短くすると、タンク内の圧力変動を抑制することができる。

上述した実施形態では、希釈タンク１０のオーバーフロー管路３４は供給タンク１２のオーバーフロー管路３２が接続された封水装置３７と同一の封水装置に接続されているが、封水装置３７と同一構造の別の封水装置を設け、この封水装置に希釈タンク１０のオーバーフロー管路３４を接続するようにしてもよい。

２ 混合液供給装置
４ 研磨装置
６ スラリー原液タンク
８ スラリー原液
１０ 希釈タンク
１２ 供給タンク
１６ 液体供給経路
１８ 混合液（スラリー）
２４ 管路（第２混合液供給経路）
２８ 管路（第１混合液供給経路）
３２ オーバーフロー管路（供給タンクオーバーフロー経路）
３４ オーバーフロー管路（希釈タンクオーバーフロー経路）
３７ 封水装置
３８ 封水ボックス
４０ 液体供給管路
４４ 封水筒
４６ 封水蓋

Claims (3)

1. 加工装置に液体と研磨剤が混合された状態からなる混合液を供給する混合液供給装置であって、
   該加工装置に供給する混合液を貯留する供給タンクと、
   該供給タンク内に貯留された混合液を該加工装置へ供給する第１混合液供給経路と、
   該供給タンク内に貯留された混合液が規定量以上となった場合に混合液を廃棄する供給タンクオーバーフロー経路と、
   該供給タンクオーバーフロー経路に配設された封水手段とを具備し、
   該封水手段は、上壁に該供給タンクからオーバーフローした混合液が流入する流入穴が形成された封水ボックスと、該封水ボックスの底壁を貫通して該封水ボックス内に突出するように設けられた該封水ボックス内の混合液を排出する封水筒と、該封水ボックスの側壁又は該上壁に取り付けられ、該封水筒の上端部を覆い隠すように所定の間隙を持って該封水筒に被せられた上方が塞がれた逆凹形状の封水蓋とを含み、
   該封水蓋は該封水筒の上端部と上下方向にオーバーラップするように該封水筒に被せられ、該封水ボックスには該封水ボックス内に貯留された混合液に研磨剤が含有されていない液体を導入する液体供給経路が接続されていることを特徴とする混合液供給装置。
2. 液体と研磨剤を所定の濃度に混合して混合液を作成する希釈タンクと、
   該希釈タンクから前記供給タンクに混合液を供給する第２混合液供給経路と、
   該希釈タンク内に貯留された混合液が規定量以上となった場合に該混合液を廃棄する希釈タンクオーバーフロー経路とを更に具備し、
   該希釈タンクオーバーフロー経路は前記封水手段に接続されるか、或いは該封水手段と同一構造の別の封水手段に接続されていることを特徴とする請求項１記載の混合液供給装置。
3. 前記封水蓋は上下方向の任意の位置で前記封水ボックスの前記側壁又は前記上壁に取付可能に構成されており、該封水蓋の取付位置を変更することにより前記封水蓋と前記封水筒とのオーバーラップ長さを可変にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の混合液供給装置。

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