JPH11254298A - スラリー循環供給式平面研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラリー循環供給式の平面研磨装置におい
て、前工程で使用したリンス液が回収溝内に残留して次
工程でスラリー中に混入するのを防止する。 【解決手段】 使用済みの研摩材スラリー及びリンス液
を回収する回収溝８の溝底８ａをＶ字形に形成し、該溝
底８ａの最も低い位置に排出口１０を設け、該排出口１
０にスラリー供給機構５の回収管１６及びリンス液排出
機構７の回収管３１を接続し、リンス液排出機構７の回
収管３１を、リンス液を吸引により強制排出するための
吸引ポンプ３０に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨材スラリーを
循環的に供給しながらワークを研磨加工するスラリー循
環供給式の平面研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ポリッシングマシン等の平面研
磨装置で半導体ウエハを化学的機械研磨（ＣＭＰ研磨）
する場合、酸性又はアルカリ性の溶液中に遊離砥粒を分
散させた研磨材スラリーを使用し、このスラリーを定盤
に供給しながらウエハを研磨したあと、純水等のリンス
液を供給して該ウエハを洗浄し、そのあとで該ウエハを
取り出すようにしている。また、使用済みのスラリー及
びリンス液は定盤から回収溝に流入させ、スラリーは回
収して循環的に再使用し、リンス液は別の排液処理装置
に回収するようにしている。

【０００３】ところが、従来の研磨装置においては、１
つの研磨工程が終了し、次の研磨工程に移ってスラリー
の循環が始まった初期の段階で、前のリンス工程で完全
に排出されずに回収溝内に残留したままになっていたリ
ンス液がスラリーと一緒に回収され、このリンス液でス
ラリーが希釈されてＰＨが変化し、研磨レートが低下す
るという欠点があった。

【０００４】この問題は、従来の回収溝が平坦な溝底を
有していて、リンス液を自重による自然流出によって排
出する構成であったため、該リンス液が迅速且つ完全に
排出されにくく、回収溝の平らな溝底上に溜り易いこと
に起因するものである。

【０００５】本発明者らの実験によると、容量が約５リ
ットルのスラリー給液タンクを使用してスラリーを循環
させた場合、１工程毎に約２０％近いリンス液が混入
し、それに伴って研磨レートも約２０％近く低下するこ
とが分かった。

【０００６】このため従来では、回収したスラリーの成
分分析や、薬剤の添加によるＰＨ調整などの、非常に面
倒で手間のかかる作業を頻繁に行わなければならず、そ
のための手数と大がかりで高価な成分調整装置とが必要
であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の技術的課題
は、スラリー循環供給式の平面研磨装置において、前工
程で使用したリンス液が回収溝内に残留するのを防止
し、残留リンス液が次工程でスラリーと共に回収されて
該スラリー中に混入することがないようにすることにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、ワークを研磨するための定盤と、該定盤
に研磨材スラリーを循環的に供給するためのスラリー供
給機構と、洗浄用のリンス液を供給するためのリンス液
供給機構と、定盤から流出する使用済みのスラリー及び
リンス液を集めるための回収溝と、該回収溝内のリンス
液を排出するためのリンス液排出機構とを有する平面研
磨装置において、上記回収溝の溝底が、水平な平坦部分
を持たない傾斜面をなしていて、該溝底の最も低い位置
に排出口が設けられ、該排出口に、上記スラリー供給機
構の回収管及びリンス液排出機構の回収管が流路切換用
のバルブを介して接続され、上記リンス液排出機構の回
収管が、回収溝内のリンス液を吸引により強制排出する
ための吸引手段に接続されていることを特徴とするもの
である。

【０００９】上記構成を有する本発明の平面研磨装置に
おいては、定盤上にセットされたワークを、スラリー供
給機構から研磨材スラリーを循環的に供給しながら研磨
したあと、純水等のリンス液を供給して洗浄し、そのあ
とに定盤から取り出す。そして、新たなワークをセット
して同様の研磨が繰り返し行われる。

【００１０】上記研磨時に定盤上に供給されたスラリー
及びリンス液は回収溝を通じて回収又は排出されるが、
この回収溝の溝底が傾斜していて、その最も低い位置に
排出口が形成され、リンス液の使用時にはこの排出口か
ら使用済みのリンス液が吸引により強制的に排出される
ようになっているため、該リンス液が迅速且つ確実に排
出されて回収溝内に残留することがない。このため、次
の研磨工程に移ってスラリーの循環が始まっても、リン
ス液がスラリー中に混入することがなく、リンス液の混
入によるスラリーの性状変化や、性状変化による研磨レ
ートの低下といった問題がない。従って、スラリーの成
分を分析して調整するというような煩雑な手間も、複雑
で大がかりな成分調整装置も不要である。

【００１１】本発明の具体的な構成態様によれば、上記
定盤の外周に、該定盤から流出するスラリー又はリンス
液を集めて回収溝に流入させるための集液溝を有し、該
集液溝の溝底が、水平な平坦部分を持たない傾斜面をな
していて、最も低い位置に上記回周溝に通じる流出口が
設けられている。

【００１２】本発明の他の具体的な構成態様によれば、
上記スラリー供給機構が、スラリーを貯留するための給
液タンクと、該給液タンク内のスラリーをノズルを通じ
て定盤に供給する供給ポンプと、回収溝内に流入したス
ラリーを給液タンク内に回収する回収ポンプと、回収さ
れたスラリーを浄化するフィルタとを有し、上記給液タ
ンクに、スラリー原液を補給するための原液タンクが接
続されている。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る平面研磨装置
の一実施例を概略的に示すものである。この研磨装置
は、基本的には公知の片面研磨装置と同じ構成を有する
もので、鉛直な中心軸線の回りを駆動回転自在なるよう
に設置された研磨用の定盤１と、図示しないエアシリン
ダにより昇降自在の加圧ヘッド２とを有し、該加圧ヘッ
ド２の下面に、半導体ウエハ等の平板状ワークＷを保持
する保持ブロック３を取り付け、この保持ブロック３に
保持させたワークＷを、上記加圧ヘッド２で定盤１の表
面の研磨パッド４に押し付けて研磨するように構成され
ている。上記加圧ヘッド２は、定盤１の中心軸線の回り
に複数設けられている。

【００１４】上記研磨装置には、ワークＷの研磨加工時
に定盤１に研磨材スラリーを循環的に供給するためのス
ラリー供給機構５と、スラリーによる研磨加工のあと洗
浄用のリンス液を供給するためのリンス液供給機構６
と、使用済みの上記スラリー及びリンス液を定盤外周の
集液溝９を介して回収するための回収溝８と、該回収溝
８内に流れ込んだリンス液を排出するためのリンス液排
出機構７とが設けられている。

【００１５】上記スラリー供給機構５は、スラリーを貯
留するための給液タンク１２と、該給液タンク１２内の
スラリーを定盤１の中央上部に位置するノズル１３を通
じて該定盤１上に供給する供給ポンプ１４と、定盤外周
の集液溝９から流出口１１を通じて上記回収溝８内に流
入した使用済みのスラリーを、回収管１６を通じて給液
タンク１２内に強制的に回収する回収ポンプ１５と、回
収されたスラリーを浄化するフィルタ１７とを有し、上
記回収管１６が、回収溝８の底部に形成された排出口１
０に、電磁操作式の第１バルブ１８を介して接続されて
いる。

【００１６】このように、スラリーを回収して循環的に
再使用する場合、回収されるスラリー中には、研磨工程
やドレッシング工程等において発生する様々な粒径の異
物、例えば微細なごみ（粒径が０．２〜１μｍ程度）
や、スラリーの凝集粒子（粒径が数μｍ〜１０μｍ程
度）、ドレッサーから脱落したダイヤモンド砥粒（粒径
が１５０〜２５０μｍ程度）、研磨パッドの切り屑（粒
径が１００〜１０００μｍ程度）といったものが混入す
る。このため、上記フィルタ１７は、これらの異物を全
て除去できるものであることが望ましい。

【００１７】この場合、目の細かい１つのフィルタで上
述した全てのサイズの異物を除去するようにしても良い
が、目詰まりし易いといった問題があるため、濾過サイ
ズの異なる複数のフィルタをライン中に設置し、各フィ
ルタで異なる粒径の異物を除去するように構成するのが
望ましい。例えば、濾過サイズが１００μｍ以上の第１
フィルタと、１〜１００μｍの第２フィルタと、１μｍ
以下の第３フィルタとを上流側から順次設置し、これら
のフィルタで粒径の大きい異物から順次除去するように
するのが望ましい。

【００１８】上記給液タンク１２には、スラリーの液位
が低下したことを検出する液面センサ２０が所要の高さ
に設けられると共に、スラリー原液を補給するための原
液タンク２１が補給ポンプ２２を介して接続され、上記
液面センサ２０が液位を検出すると、原液タンク２１か
らスラリー原液が一定量だけ給液タンク１２に補給され
るようになっている。

【００１９】一方、上記リンス液供給機構６は、定盤１
の中央部上方に位置するノズル２５と、該ノズル２５に
供給ポンプ２６を介して接続されたリンス液源２７とを
有していて、上記スラリーによるワークＷの研磨が終了
したあと、上記ノズル２５を通じて純水等のリンス液が
定盤１に供給されるようになっている。上記ノズル２５
は、スラリー供給用のノズル１３と共用であっても良
い。

【００２０】また、上記リンス液排出機構７は、回収溝
８内のリンス液を吸引ポンプ３０で吸引することにより
強制的に排出するもので、該吸引ポンプ３０に通じる回
収管３１が、上記回収溝８の排出口１０に、電磁操作式
の第２バルブ３２を介して接続されている。

【００２１】使用済みのスラリー及びリンス液を回収又
は排出するための上記回収溝８は、定盤１の下部に固定
的に設けられた支持部材３４の回りに円環状に形成され
ていて、その溝形状が、直線的に傾斜する２つの溝壁８
ｂ，８ｃによって全体としてＶ字形に形成され、その溝
底８ａの最も低い位置に上記排出口１０が設けられてい
る。該排出口１０は１つであっても良いが、円周方向に
等間隔で複数設けることが望ましい。複数の排出口１０
を設ける場合、望ましくは図２に示すように、回収溝８
の溝底８ａに円周方向の高低差を波状に設け、その最も
低い谷の部分にそれぞれ排出口１０を設けることであ
る。１つの排出口１０を設ける場合でも、このような高
低差を設けることが望ましいことは勿論である。

【００２２】図１に示す実施例では、回収溝８全体が左
右対称のＶ字形断面をしているが、回収溝８の断面形状
はこのようなものに限定されない。例えば、図３Ａに示
すように、内外の溝壁８ｂ，８ｃが鉛直に立っていて、
溝底８ａのみがＶ字形に傾斜した形状や、図３Ｂに示す
ように、溝壁８ｂ，８ｃが鉛直で、その一方の溝壁８ｂ
から他方の溝壁８ｃに向けて溝底８ａが直線的に傾斜し
た状態に連なった形状や、図３Ｃに示すように、一方の
溝壁８ｃが鉛直で、他方の溝壁８ｂと溝底８ａとが一直
線状に連なって傾斜する形状などとすることもできる。
あるいは、図４に示すように、溝底８ａの傾斜面を若干
湾曲させても良い。要するに、溝底８ａが水平な平坦部
分を持たない傾斜面をなしてさえいれば、その傾斜面は
直線的であっても湾曲していても良いのである。

【００２３】また、定盤１の外周に設けられた上記集液
溝９も、回収溝８と同様に、Ｖ字形に傾斜する溝底９ａ
を有し、該溝底９ａの最も低い位置に上記流出口１１が
設けられている。この場合、該集液溝９は定盤１と一緒
に回転するため、遠心力で研磨液が流出することのない
ように、図示した如く外側の溝壁が鉛直に立ち上がって
いることが望ましい。

【００２４】上記構成を有する平面研磨装置において、
ブロック３に保持されたワークは、加圧ヘッド２で回転
する定盤１のパッド面に押し付けられ、スラリー供給機
構５の給液タンク１２からノズル１３を通じて該パッド
面に供給されるスラリーにより研磨加工される。このと
き、使用済みのスラリーは、定盤１の外周から集液溝９
内に流れ込んだあと、流出口１１から回収溝８内に流入
し、開放した第１バルブ１８及びフィルタ１７を通じて
回収ポンプ１５により給液タンク１２内に回収され、再
使用される。

【００２５】上記スラリーによる研磨が終了すると、供
給ポンプ１４及び回収ポンプ１５が停止すると共に第１
バルブ１８が閉鎖してスラリーの供給が停止し、それと
同時に、リンス液供給機構６及びリンス液排出機構７が
作動すると共に第２バルブ３２が開放して、パッド面に
リンス液が供給され、該リンス液による加工が行われ
る。このとき、回収中のスラリーにリンス液が混入しな
いようにするため、第１バルブ１８の閉鎖と、リンス液
の供給及び第２バルブ３２の開放を、殆ど同じタイミン
グで行うか、あるいは第１バルブ１８の閉鎖を若干早め
に行うようにすることが望ましい。

【００２６】上述したようなタイミングで両バルブ１
８，３２を開閉することにより、一部のスラリーが回収
されずにリンス液と一緒に排出されることになるが、こ
れによって給液タンク１２内の液位が低下すると、液面
センサ２０が作動し、原液タンク２１からスラリー原液
が一定量だけ給液タンク１２に自動的に補給される。

【００２７】また、ノズル２５から定盤１上に供給され
た上記リンス液は、定盤１の外周の集液溝９内に流れ込
んだあと流出口１１から回収溝８内に流入し、開放した
第２バルブ３２を通じて吸引ポンプ３０で吸引され、強
制的に排出される。

【００２８】ここで、上記回収溝８の底部８ａが傾斜し
ていて、その最も低い位置に排出口１０が形成されてい
るため、リンス液が該排出口１０に流れ込み易く、しか
も、この排出口１０からリンス液を吸引ポンプ３０で強
制的に吸引するようにしているため、それらの相乗効果
により、該リンス液が迅速且つ確実に排出されて回収溝
８内に残留することがない。

【００２９】上記リンス液による加工が終了すると、加
工済ワークは取り出され、新たな未加工ワークがブロッ
ク３に取り付けられて同様の研磨加工が繰り返される。
このとき、上記集液溝９内及び回収溝８内のリンス液は
ほぼ完全に排出されているため、スラリーの循環供給が
始まっても、残留リンス液がスラリー中に混入すること
はない。

【００３０】従って、リンス液の混入によるスラリーの
性状変化や、性状変化による研磨レートの低下といった
問題がなく、このため、スラリーの成分を分析して調整
するというような煩雑な手間も、複雑で大がかりな成分
調整装置も不要である。

【００３１】

【発明の効果】このように本発明によれば、回収溝の溝
底をリンス液が流出し易いように傾斜させると共に、排
出口を吸引手段に接続してリンス液を強制的に吸引する
ようにしたので、リンス液を速やかに排出して回収溝内
に残留するのを確実に防止することができ、この結果、
次の研磨工程でスラリーの循環が開始されても、残留し
たリンス液がスラリー中に混入しないため、スラリーの
性状変化や研磨レートの低下といった問題がなく、スラ
リーの成分を分析して調整するというような煩雑な手間
も、複雑で大がかりな成分調整装置も不要である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る平面研磨装置の一実施例を示す概
略的な側面図である。

【図２】回収溝を円周に添って破断して示す部分断面図
である。

【図３】Ａ，Ｂ，Ｃは回収溝の異なる形状例を示す断面
図である。

【図４】回収溝の更に異なる形状例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 定盤 ５ スラリー供給機
構 ６ リンス液供給機構 ７ リンス液排出機
構 ８ 回収溝 ８ａ 溝底 ９ 集液溝 ９ａ 溝底 １０ 排出口 １１ 流出口 １２ 給液タンク １３ ノズル １４ 供給ポンプ １５ 回収ポンプ １６，３２ 回収管 １７ フィルタ １８，３２ バルブ ２１ 原液タンク ３０ 吸引ポンプ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを研磨するための定盤と、該定盤に
   研磨材スラリーを循環的に供給するためのスラリー供給
   機構と、洗浄用のリンス液を供給するためのリンス液供
   給機構と、定盤から流出する使用済みのスラリー及びリ
   ンス液を集めるための回収溝と、該回収溝内のリンス液
   を排出するためのリンス液排出機構とを有し、 上記回収溝の溝底が、水平な平坦部分を持たない傾斜面
   をなしていて、該溝底の最も低い位置に排出口が設けら
   れ、該排出口に、上記スラリー供給機構の回収管及びリ
   ンス液排出機構の回収管が流路切換用のバルブを介して
   接続され、 上記リンス液排出機構の回収管が、回収溝内のリンス液
   を吸引により強制排出するための吸引手段に接続されて
   いる、ことを特徴とするスラリー循環供給式平面研磨装
   置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の平面研磨装置において、
   上記定盤の外周に、該定盤から流出するスラリー又はリ
   ンス液を集めて回収溝に流入させるための集液溝を有
   し、該集液溝の溝底が、水平な平坦部分を持たない傾斜
   面をなしていて、最も低い位置に上記回周溝に通じる流
   出口を有していることを特徴とするもの。
3. 【請求項３】請求項１に記載の平面研磨装置において、
   上記回収溝の溝底が、実質的にＶ字形の断面形状を有し
   ていることを特徴とするもの。
4. 【請求項４】請求項２に記載の平面研磨装置において、
   上記回収溝及び集液溝の溝底が、実質的にＶ字形の断面
   形状を有していることを特徴とするもの。
5. 【請求項５】請求項１ないし４の何れかに記載の平面研
   磨装置において、上記スラリー供給機構が、スラリーを
   貯留するための給液タンクと、該給液タンク内のスラリ
   ーをノズルを通じて定盤に供給する供給ポンプと、回収
   溝内に流入したスラリーを給液タンク内に回収する回収
   ポンプと、回収されたスラリーを浄化するフィルタとを
   有し、上記給液タンクに、スラリー原液を補給するため
   の原液タンクが接続されていることを特徴とするもの。