JP6505495B2

JP6505495B2 - 加工装置

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Publication number: JP6505495B2
Application number: JP2015091466A
Authority: JP
Inventors: 厚紀赤羽
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-04-28
Also published as: JP2016203351A

Description

本発明は、薬液を用いてウエーハを洗浄又は研磨加工する加工装置に関する。

加工装置においては、薬液供給装置から供給されたスラリーや洗浄液等の薬液を用いてウエーハに各種加工が実施される。例えば、ＣＭＰ加工では、薬液供給装置から加工装置の研磨パッドにスラリーを供給しながらウエーハが研磨される。また、ウエーハ洗浄では、薬液供給装置からのアンモニア等の洗浄液でウエーハが洗浄される。ＣＭＰ加工では、スラリーの温度で研磨特性が変化するため、薬液供給装置でスラリーを適切に温度管理する必要がある。同様にウエーハ洗浄でも、薬液供給装置で洗浄時に洗浄液が適温になるような温度管理が求められている。従来、薬液供給装置として、タンク内に貯留された薬液をヒータで加温するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−１９０６７４号公報

特許文献１に記載の薬液供給装置は、加工装置とはクリーン度の異なるところに設置されることがある。したがって、薬液供給装置と加工装置とは離れた位置に設置され、薬液供給装置から長めの配管を通じて加工装置に薬液が供給される。薬液供給装置で加温された薬液は配管を通じて加工装置に供給されているため、配管を流れている間に薬液に熱損失が生じるという問題がある。このため、配管等を断熱して熱損失を小さくしなければならず、さらに配管での熱損失を考慮して薬液供給装置で余分に薬液を加温しなければならなかった。また、薬液の加温によって配管でエアが混入するおそれがあった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成及び温度制御により、適正に温度管理された薬液を用いてウエーハを加工することができる加工装置を提供することを目的とする。

本発明の加工装置は、薬液供給ユニットから供給された薬液を用いてウエーハを洗浄又は研磨加工する加工装置において、別体で構成された該薬液供給ユニットから該加工装置に供給された薬液を加温する加温機構を備え、該加温機構は、薬液の流路に配設し薬液を加温させる少なくとも２つのヒータと、該加温機構内の該流路の入口、各ヒータの間、及び該流路の出口の薬液の温度を測定する少なくとも３つの温度計と、該温度計の結果から該ウエーハに供給される薬液が適温となるように該ヒータを制御する制御部とを備える。

この構成によれば、加工装置において薬液が適温になるように温度制御されているため、薬液供給ユニットにおける薬液の温度制御が不要になる。薬液供給ユニットから加工装置への薬液供給中の熱損失が問題にならないため、断熱対策が不要になると共に、熱損失を考慮して薬液供給ユニットで薬液を余分に加温する必要がない。また、薬液の加温によるエアの混入が抑えられ、薬液の供給不良が防止される。加工装置による加工直前で薬液が加温されているため、適正に温度管理された薬液を用いてウエーハを加工することができる。

本発明によれば、薬液供給ユニットから供給された薬液を加工装置で加温することで、簡易な構成及び温度制御により、適正に温度管理された薬液を用いてウエーハを加工することができる。

本実施の形態に係る加工装置の一例を示す模式図である。本実施の形態に係る加温機構の一例を示す模式図である。本実施の形態に係る加温機構の温度制御の一例を示す図である。本実施の形態に係る研磨動作時の温度制御の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本実施の形態に係る加工装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る加工装置の一例を示す模式図である。なお、以下の説明では、加工装置として、研磨装置及び洗浄装置を例示して説明するが、この構成に限定されない。加工装置は、温度管理された薬液を用いてウエーハを加工する装置であれば、どのような加工装置であってもよい。

図１に示すように、加工装置１は、薬液供給ユニット２から供給された薬液を用いてウエーハＷを加工するものであり、例えば、ウエーハＷを研磨加工する研磨装置又はウエーハＷを洗浄する洗浄装置である。すなわち、加工装置１が研磨装置である場合には、薬液としてスラリーを供給しながら研磨パッド（不図示）でウエーハＷを研磨加工する構成を想定し、加工装置１が洗浄装置である場合には、洗浄ノズル（不図示）から薬液として洗浄液を噴射してウエーハＷを洗浄する構成を想定している。

以下、研磨装置と洗浄装置とを区別する必要が無い場合には加工装置１と総称して説明する。なお、ウエーハＷは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板に半導体デバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア系の無機材料基板に光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよい。なお、ウエーハＷは、デバイス形成前の半導体基板や無機材料基板でもよい。

加工装置１が研磨装置である場合には、スラリーが供給された研磨パッドによって保持テーブル５上のウエーハＷをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）加工する研磨手段が、加工手段４として加工装置１に設けられている。スラリーは、砥粒を含むアルカリ性水溶液又は酸性水溶液であり、砥粒としては、例えば、グリーンカーボランダム、ダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）の砥粒が含有される。アルカリ性のスラリーはシリコンウエーハの研磨に使用されることが好ましく、酸性のスラリーは無機材料系のウエーハの研磨に使用されることが好ましい。

研磨手段は、薬液供給ユニット２からウエーハＷの表面と研磨パッドの間にスラリーが供給され、研磨パッドとウエーハＷとが回転接触することでウエーハＷを研磨する。このとき、ウエーハＷは、スラリーの化学成分によってエッチングされながら、スラリー内の砥粒によって機械的に研磨されている。スラリーの化学成分は、温度に応じて活性化具合が変化してエッチングの進行量に差異が生じる。このため、スラリーは、適切な研磨レート（単位時間あたりの研磨量）になるように、温度管理された状態でウエーハＷに供給されている。

一方で、加工装置１が洗浄装置である場合には、洗浄ノズルからウエーハＷの表面に洗浄液を噴射して、保持テーブル５上のウエーハＷを洗浄する洗浄手段が、加工手段４として加工装置１に設けられている。洗浄液としては、例えばアンモニアが使用されており、洗浄液を加温することで洗浄効果が高められている。洗浄手段は、洗浄液によってウエーハＷを薬液洗浄した後に、ウエーハＷと化学反応を起こさないリンス液によって仕上げ洗浄する。リンス液としては、例えば超純水が使用され、リンス液についても加温することで洗浄効果が高められている。

このような加工装置１では、薬液として使用されたスラリー又は洗浄液が薬液回収ユニット６を通じて薬液供給ユニット２に回収される。薬液回収ユニット６は、例えば保持テーブル５の下方の液受け部材で薬液を回収し、圧送ポンプによって回収配管７を通じて薬液供給ユニット２に薬液を送り出している。薬液供給ユニット２は、薬液回収ユニット６から回収した薬液から異物等を除去してユニット内のタンクに戻し、タンクから供給配管８を通じて加工装置１に薬液を送り出して再利用している。

ところで、加工装置１と薬液供給ユニット２は別体で構成されており、別フロア等のようにクリーン度が異なる場所に設置されることが多い。薬液供給ユニット２と加工装置１との距離が離れて設置されているため、供給配管８及び回収配管７が長く形成されている。上記したように、薬液は適切に温度管理される必要があるが、薬液供給ユニット２側で温度管理される構成が通常である。薬液の供給側で一定温度になるように温度管理した状態でタンク等に貯留させておくことで、常に一定温度の薬液を加工装置１に対して供給し続けることができるからである。

この場合、供給配管８を薬液が流れている間の熱損失を考慮して、薬液供給ユニット２のタンク内で薬液が余分に加温されている。しかしながら、薬液の熱損失量は、供給配管８の長さや使用環境に応じて変化するため、熱損失を考慮した適正な温度制御が困難となっていた。また、加工装置１において薬液の温度を加工状況に応じて変化させたいという要望がある。上記したように、薬液供給ユニット２による温度管理では、タンク内で薬液を一定温度に温度管理する場合には有効であるが、加工状況に追従させて薬液の温度を変化させることは難しい。

例えば、加工装置１が研磨装置の場合には、序盤でスラリーの温度を上げて研磨レートを高くし、終盤に向けてスラリーの温度を下げて研磨レートを低くするような制御が求められている。また、加工装置１が洗浄装置の場合においても、ウエーハＷの洗浄具合に応じて洗浄液の温度を自由に可変することが好ましい。さらに、洗浄液としてアンモニア等を使用する場合には、排気の問題があるため、薬液供給ユニット２で加温した洗浄液を加工装置１に送り難いという問題もある。このように、薬液供給ユニット２で薬液の温度管理する構成では、加工装置１の使われ方や設置環境までは考慮されていない。

そこで、本実施の形態においては、薬液供給ユニット２で加温せずに、加工装置１に加温機構９を設けて、薬液供給ユニット２から供給された薬液を加工装置１で加温するようにしている。これにより、加工装置１で薬液を温度管理するため、加工装置１と薬液供給ユニット２とが離れていても、供給配管８での熱損失が問題になることがない。よって、薬液供給ユニット２側で、熱損失を考慮して薬液を余分に加温する必要がなく温度制御が容易である。また、加工直前に薬液が加温されているため、加工装置１の加工状況に追従させて薬液を変化させることが可能になっている。

以下、図２を参照して加温機構について説明する。図２は、本実施の形態に係る加温機構の一例を示す模式図である。なお、以下の説明では、加温機構が３つのヒータを用いて薬液を供給する構成について説明するが、この構成に限定されない。加温機構は、加工装置において薬液を加温する構成であれば、どのように構成されていてもよい。

図２に示すように、加温機構９は、加工装置１内の流路に設けられたヒータ１１Ａ−１１Ｃによって３段階で薬液を加温するように構成されている。また、加温機構９は、温度計１２Ａ−１２Ｄによって各ヒータ１１Ａ−１１Ｃで加温された薬液の温度を測定しており、温度計１２Ａ−１２Ｄの測定結果を制御部１３に出力して、ウエーハＷ（図１参照）に供給された薬液が適温になるように各ヒータ１１Ａ−１１Ｃの温度を制御している。なお、制御部１３は、プロセッサやメモリ等により構成されており、メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。

各ヒータ１１Ａ−１１Ｃは、薬液の流路を覆うように設けられた加熱コイル１４Ａ−１４Ｃを設けて構成される。各加熱コイル１４Ａ−１４Ｃには交流電源１５Ａ−１５Ｃが接続されており、各交流電源１５Ａ−１５Ｃは制御部１３に接続されている。各交流電源１５Ａ−１５Ｃが制御部１３によって個別に制御されることで、各加熱コイル１４Ａ−１４Ｃが選択的に加熱されると共に交流電源１５Ａ−１５Ｃから各加熱コイル１４Ａ−１４Ｃに流れる電流量も調整される。なお、本実施の形態では、各加熱コイル１４Ａ−１４Ｃに対して個別に交流電源１５Ａ−１５Ｃが設けられているが、各加熱コイル１４Ａ−１４Ｃに対して共通の交流電源が設けられていてもよい。

ヒータ１１Ａの入口、ヒータ１１Ａの出口、ヒータ１１Ｂの出口、薬液の流路の出口付近の温度が、それぞれ温度計１２Ａ−１２Ｄによって測定されている。温度計１２Ａによってヒータ１１Ａで加温される直前の薬液の温度が測定され、温度計１２Ｂによってヒータ１１Ａで加温された直後の薬液の温度が測定される。温度計１２Ｃによってヒータ１１Ｂで加温された直後の薬液の温度が測定され、温度計１２Ｄによってノズル１７からウエーハＷに供給される直前の最終的な薬液の温度が測定される。各温度計１２Ａ−１２Ｄの測定結果は制御部１３に出力され、測定結果が目標温度に近づくようにヒータ１１Ａ−１１Ｃが制御される。

このとき、容積の小さな流路内で薬液が加温されるため、容積の大きなタンク内で薬液を加温する場合と比較して、薬液の温度を短時間で目標温度に近づけることが可能になっている。また、各ヒータ１１Ａ−１１Ｃで選択的に薬液を加温できると共に、各ヒータ１１Ａ−１１Ｃに通電される電流量も調整できるため、薬液の温度をより細かく調整することが可能になっている。また、ヒータ１１Ａ−１１Ｃのオンオフによって、加温が必要な場合と加温が不要な場合とを切り替えることが可能である。この場合、加工装置１に複数のノズルが設けられている場合には、一部のノズルには加温された薬液を供給し、他のノズルには加温されていない薬液を供給することも可能である。

図３を参照して、加温機構による温度制御について説明する。図３は、本実施の形態に係る加温機構の温度制御の一例を示す図である。

図３Ａに示すように、加工開始時に薬液供給ユニット２から加工装置１に薬液が供給されると、温度計１２Ａでヒータ１１Ａに加温される前の薬液の温度が測定されて測定結果が制御部１３に出力される。制御部１３では、薬液の目標温度と温度計１２Ａの測定温度との温度差が求められ、温度差が所定値よりも大きい場合に全てのヒータ１１Ａ−１１Ｃで薬液が加温される。これにより、ヒータ１１Ａの入口からノズル１７まで薬液が向かう間に薬液が目標温度まで温められての薬液がウエーハＷ（図１参照）に供給される。薬液の温度が目標温度に近づけられると、目標温度を保つように各ヒータ１１Ａ−１１Ｃのオンオフや電流量が制御される。

例えば、図３Ｂに示すように、温度計１２ＤでウエーハＷに供給される直前の温度が測定され、温度計１２Ｄの測定温度が目標温度を超えている場合には制御部１３によってヒータ１１Ｃがオフに制御される。また、図示は省略するが、温度計１２ＤでウエーハＷに供給される直前の温度が測定され、温度計１２Ｄの測定温度が目標温度を僅かに下回っている場合には制御部１３によってヒータ１１Ｃの電流量が制御される。さらに、ヒータ１１Ａ−１１Ｃを使用せずに、ヒータ１１Ａのみを使用して、ヒータ１１Ａに対する電流量だけで薬液の温度を制御するようにしてもよい。

図４を参照して、加工状況に応じて薬液の温度を可変させる温度制御について説明する。図４は、本実施の形態に係る研磨動作時の温度制御の一例を示す図である。なお、ここでは、加工装置として研磨装置を例示して、研磨動作時の温度制御の一例を示しているが、このような温度制御を洗浄装置の温度制御にも適用することが可能である。すなわち、洗浄装置においても、洗浄中に第１、第２の目標温度に洗浄液の温度を可変させることが可能である。

図４Ａに示すように、保持テーブル５上にウエーハＷが保持されると、研磨パッド１９が鉛直軸回りに回転されながらウエーハＷに近づけられる。そして、研磨パッド１９とウエーハＷの間にスラリーが供給されながら、研磨パッド１９とウエーハＷとが相対的に摺動されてウエーハＷが研磨加工される。この研磨加工の序盤では、制御部１３によってスラリーの目標温度が研磨レートの高い第１の目標温度に設定されており、加温機構９によって第１の目標温度まで加温されたスラリーがウエーハＷに供給されている。研磨加工の序盤では、研磨レートを高めて比較的粗くウエーハＷが研磨される。

図４Ｂに示すように、研磨加工の終盤では、制御部１３によってスラリーの目標温度が研磨レートの低い第２の温度に切り換えられ、加温機構９によるスラリーの加温が抑えられている。これにより、スラリーの温度が第２の目標温度まで低下することで、通常の研磨レートで研磨パッド１９によりウエーハＷが研磨される。研磨加工の終盤では、目標温度の低下によってスラリーの化学成分の活性化が抑えられ、仕上げ段階でウエーハＷが過度に研磨されることが防止される。このように、研磨加工の序盤で研磨レートを上げ、研磨加工の終盤で研磨レートを下げることで、研磨精度を低下させることなく、研磨加工の加工時間を短縮することが可能になっている。

以上のように、本実施の形態に係る加工装置１では、加温機構９において薬液が適温になるように温度制御されているため、薬液供給ユニット２における薬液の温度制御が不要になる。薬液供給ユニット２から加工装置１への薬液供給中の熱損失が問題にならないため、断熱対策が不要になると共に、熱損失を考慮して薬液供給ユニット２で薬液を余分に加温する必要がない。また、薬液の加温によるエアの混入が抑えられ、薬液の供給不良が防止される。加工装置１による加工直前で薬液が加温されているため、適正に温度管理された薬液を用いてウエーハを加工することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、本実施の形態では、加温機構９が３つのヒータ１１Ａ−１１Ｃによって薬液を加温する構成にしたが、この構成に限定されない。加温機構９はヒータ１１によって薬液を加温する構成であればよく、ヒータ１１の数や加工装置１内の流路におけるヒータ１１の取付位置等は特に限定されない。

また、本実施の形態では、各ヒータ１１Ａ−１１Ｃが加熱コイル１４によって薬液を加温する構成にしたが、この構成に限定されない。各ヒータ１１は、薬液を加温する構成であればよく、例えば、ヒータ線を備えたコードヒータで構成されてもよい。

また、本実施の形態では、加温機構９が温度計１２Ａ−１２Ｄによって薬液の温度を測定する構成にしたが、この構成に限定されない。加温機構９は温度計１２によって薬液の温度を測定可能な構成であればよく、温度計１２の数や温度計１２による測定位置は特に限定されない。

また、本実施の形態では、加工状況に追従させて第１、第２の目標温度になるように薬液を温度制御する構成について説明したが、この構成に限定されない。加工装置１に３つ以上の目標温度を設定して、さらに細かく温度制御するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、加工装置１が研磨装置又は洗浄装置である構成について説明したが、この構成に限定されない。加工装置１は、研削加工、研磨加工、洗浄等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置であってもよい。

また、本実施の形態では、薬液供給ユニット２が薬液を加温しない構成について説明したが、この構成に限定されない。加工装置１で薬液を加温する構成であっても、薬液供給ユニット２でも薬液を加温するように構成してもよい。この場合、薬液供給ユニット２で目標温度の手前まで薬液を加温し、加工装置１の加温機構９で薬液を目標温度まで加温してもよい。

以上説明したように、本発明は、簡易な構成及び温度制御により、適正に温度管理された薬液を用いてウエーハを加工することができるという効果を有し、特に、薬液を用いてウエーハを洗浄又は研磨加工する加工装置に有用である。

１加工装置
２薬液供給ユニット
９加温機構
１１ヒータ
１２温度計
１３制御部

Claims

薬液供給ユニットから供給された薬液を用いてウエーハを洗浄又は研磨加工する加工装置において、
別体で構成された該薬液供給ユニットから該加工装置に供給された薬液を加温する加温機構を備え、
該加温機構は、薬液の流路に配設し薬液を加温させる少なくとも２つのヒータと、該加温機構内の該流路の入口、各ヒータの間、及び該流路の出口の薬液の温度を測定する少なくとも３つの温度計と、該温度計の結果から該ウエーハに供給される薬液が適温となるように該ヒータを制御する制御部とを備える加工装置。