WO1999029505A1 - Distributeur de solution de polissage - Google Patents

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WO1999029505A1
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Norio Kimura
Hirokuni Hiyama
Yutaka Wada
Kiyotaka Kawashima
Manabu Tsujimura
Takayoshi Kawamoto
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Ebara Corporation
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
    • B24B57/02—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S451/00—Abrading
    • Y10S451/91—Ultrasonic

Definitions

  • the present invention relates to, for example, a polishing liquid supply apparatus used in a semiconductor substrate polishing apparatus, and more particularly, to a polishing liquid supply apparatus capable of stably supplying a polishing liquid in which abrasive grains are uniformly dispersed.
  • a polishing tool for example, a polishing table having a polishing cloth
  • a gripping member for gripping a material to be polished against the polishing table and pressing the polishing surface.
  • a polishing apparatus that has a polishing tool that performs polishing by relatively sliding a tool and a polishing surface while supplying a polishing liquid between these contact surfaces.
  • Such an apparatus not only performs mechanical polishing using a polishing liquid containing abrasive grains, but also performs polishing with a chemical action using an abrasive or acidic polishing liquid in some cases.
  • KOH, and NH 4 as a base are those obtained by distributed fine silica.
  • the polishing liquid supply system is KO Comprises H, stock tank stock solution by mixing of NH 4 and the like and powdered silica, dilution tank for diluting the stock solution with pure water or the like, the abrasive liquid supply piping for supplying to the nozzle of the polishing apparatus from the dilution tank ing.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a polishing liquid supply device capable of stably supplying a polishing liquid having a constant abrasive particle size distribution. Disclosure of the invention
  • the invention according to claim 1 is a polishing liquid supply apparatus for supplying a polishing liquid to a polishing apparatus, wherein at least a part of a polishing liquid circulation path through which the polishing liquid flows is provided with an ultrasonic vibration device.
  • a polishing liquid supply device characterized by the above-mentioned.
  • the invention according to claim 2 is the polishing liquid supply device according to claim 1, wherein the ultrasonic vibration device is provided in a stock solution tank that stores the stock solution.
  • the stock solution tank stores the stock solution from the outside.
  • the powdered abrasive grains and the polishing solution are mixed to prepare the stock solution of the polishing solution or the polishing solution itself. It can be something.
  • the invention according to claim 3 is characterized in that the polishing liquid circulation path has a circulation pipe path for circulating the polishing liquid, and a branch pipe path extending from the circulation pipe path toward the polishing apparatus.
  • the abrasive fluid flow path has a circulation pipe path for circulating the abrasive liquid, and a branch pipe path extending from the circulation pipe path toward the polishing device, 2.
  • the abrasive liquid may include abrasive grains having an average particle diameter of 0.1 to 0.2 // m.
  • FIG. 6 is characterized in that a gripping mechanism for gripping the workpiece, a polishing tool facing the gripping device, and a polishing tool for supplying an abrasive liquid to the facing surface of the workpiece and the polishing tool.
  • a polishing apparatus comprising: a liquid nozzle; and an ultrasonic vibration device is attached to the holding mechanism and / or the polishing liquid receiving portion of the polishing tool.
  • FIG. 4 is a graph showing the same effect of the ultrasonic treatment
  • FIG. 5 shows the configuration of a polishing liquid supply device according to another embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6A to 6C are diagrams showing the structure of the ultrasonic vibration device according to the embodiment of FIG. 5, and
  • FIG. 7 is a configuration of a polishing liquid supply device according to still another embodiment of the present invention.
  • This polishing liquid supply device comprises two raw liquid tanks 10 for storing a raw liquid, a diluting tank 12 for supplying a diluting liquid for diluting the raw liquid to a predetermined concentration, and piping from these supply sources.
  • a mixing section 18 which joins the raw materials supplied through 14 and 16 to form a polishing liquid having a predetermined concentration, a circulation path 20 for circulating the polishing liquid, and a polishing apparatus 22 from the circulation path 20 And a branch pipe 24 for supplying the polishing liquid toward the nozzle.
  • the stock solution tank 10 has a stirring blade 70 inside, and an ultrasonic vibration device 72 is attached to the bottom.
  • the stock solution tank 10 is provided with a level sensor 73, a temperature sensor 75, and the like.
  • Two stock solution tanks 10 are provided, and when one of them becomes empty, the valve 11 is opened and closed, and the supply to the stock solution supply line 14 is switched and used.
  • the undiluted solution line 14 and the diluent line 16 are connected to the buffer tube 18 which is a mixing section, for example, via an on-off valve 26 and a flow control valve 28, respectively.
  • a polishing liquid having a predetermined mixing ratio is produced. 5
  • the buffer tube 18 is vertically arranged as a cylindrical container 30 having a diameter larger than that of the circulation pipe 20.
  • a discharge port 32 is provided at the bottom, and an O-ring is provided at the top.
  • the container 30 has level detectors 40a, 40b, which detect the liquid level.
  • 40 c is provided, which detects, for example, an upper limit, a lower limit, and a lower limit, and outputs the signal to a control device (not shown). Based on this signal, the controller outputs a signal to the on-off valve 26 and the flow control valve 28 of the line for the undiluted solution and diluent, and supplies the undiluted solution and diluent when the liquid level reaches the lower limit. Then, the supply is stopped when the upper limit is reached. If the liquid level reaches the lower limit, an alarm or a stop signal for the polishing device 22 is issued.
  • the circulation pipe 20 goes from the discharge port 32 at the lower end of the knife tube 18 to the vicinity of one or a plurality of polishing devices 22 to which the abrasive liquid is to be supplied, and returns to the buffer tube 18 to return the same. It is configured to be connected to a pipe.
  • the circulation pipe 20 is provided with a circulation pump 46 for circulating the polishing liquid, a check valve 48 for preventing backflow, a pressure sensor 50 and the like.
  • the output of the pressure sensor 50 is input to the control device, and the control device controls the operation of the circulation pump 46 in accordance with the detected value to keep the pressure in the circulation pipe 20 constant.
  • the circulation pipe 20 has a withdrawal pipe 24 branching from a position near each polishing apparatus 22 and extending toward the polishing apparatus.
  • the extraction pipe 24 includes an on-off valve 52 and a flow rate adjustable pump 5. Abrasive liquid nozzle 5 opening at a predetermined position of polishing device 2 2 through 4 Connected to 6.
  • the polishing liquid can be stably supplied from one polishing liquid supply source (mixing section) 18 to a plurality of polishing apparatuses 22, thereby reducing the apparatus cost. it can.
  • each polishing device 22 has a stoppage time, a stagnation occurs in the branched extraction pipe 24.However, a small amount of abrasive liquid for cleaning is drawn out every time the operation starts, and the stagnation is caused by flowing the abrasive liquid in the pipe. The effects can be eliminated.
  • FIG. 2A to 2C show examples of changes in the particle size distribution with the lapse of the ultrasonic vibration processing time.
  • the average particle diameter was 51.7 / zm and the standard deviation was 49.7 m as shown in FIG. 2A, but is shown in FIG. 2B.
  • the average particle size is 0.
  • FIG. 2C shows changes in the particle size distribution when a dispute occurs after the ultrasonic treatment.
  • Figure 3A shows the results immediately after the 120 minute sonication.
  • FIG. 3B is a graph showing the results of examining the particle size distribution after one day from the treatment
  • FIG. 3C is the result of examining the particle size distribution after 6 days from the treatment. It can be seen that once subjected to sufficient ultrasonic treatment, the fine particle size is maintained even after a considerably long time. P98 / 05541
  • Figure 4 shows the results of a polishing performance test using both the ultrasonically treated abrasive fluid and the non-sonicated abrasive fluid. It shows the results. It can be seen that the ultrasonic treatment increases the dispersibility of the abrasive liquid particles, thereby increasing the polishing rate. Also, it can be seen that the polishing liquid subjected to the ultrasonic treatment has a polishing rate almost equal to that of a commercially available silica-based polishing liquid. In this example, as shown in FIGS. 2A to 4 above, the change in particle size distribution given to the polishing liquid by the ultrasonic treatment and the effect on the polishing performance were applied to the polishing liquid supply device.
  • the abrasive liquid supply device configured as described above will be described.
  • opening the upper lid for example, a silica powder, a predetermined concentration of KOH, the polishing liquid, such as NH 4 was added a predetermined amount Dzu' abrasive by rotating the stirring blades 7 0
  • the ultrasonic vibration device 72 is operated for a predetermined time.
  • the particles that have been aggregated and distributed over a relatively wide range are dispersed, and as a result, a distribution concentrated on a small diameter is obtained.
  • the time and interval of ultrasonic treatment differ depending on the tank model. For example, sonication is performed periodically, such as 2 minutes for 60 minutes or 5 minutes for 30 minutes.
  • the control device controls the circulation pump 46 so that the pressure on the downstream side thereof is equal to or higher than a predetermined value, whereby a circulation flow of the polishing liquid in the circulation path 20 is constantly formed.
  • the controller Opens the on-off valve 26, whereby the undiluted solution and pure water whose flow rates are controlled by the flow rate regulating valve 28 are supplied at a fixed ratio to the buffer tube 18 and mixed until the level reaches the upper limit.
  • the polishing liquid is treated for a predetermined time by ultrasonic vibration in the stock solution tank, so that the aggregation of the sili force, which is the abrasive grain, is unlikely to occur.
  • FIG. 5 shows another embodiment of the present invention, and shows a configuration in which an ultrasonic vibration device is attached to various positions of a polishing liquid supply piping system. That is, an ultrasonic vibrator 72 a, 72 b, 72 c, 72 d of an appropriate size and shape is mixed with a stock solution (buffer tube) 18 for mixing a stock solution and a diluent, and a circulation tube 20. It is provided in the vicinity of the nozzle 56, in one or more of the turn tapes 23, or at a plurality of locations.
  • a stock solution buffer tube
  • FIG. 6A to 6C are detailed installation diagrams of the ultrasonic vibrating devices 72a, 72b, 72c, and 72d.
  • the ultrasonic vibrating devices 72a to 72d include ultrasonic chips 74a to 74d and ultrasonic oscillators 76a to 76d.
  • FIG. 6A shows a diagram in which the ultrasonic vibrator 72 a is disposed below the buffer tube 18.
  • the ultrasonic vibrator 72b is also arranged around the circulation pipe 20.
  • the ultrasonic vibrator 72 c shown in FIG. 6B is attached near the tip of a nozzle 56 that supplies the abrasive liquid upward to the table 23.
  • the ultrasonic vibrators 72 to 72c can be provided at any positions of the buffer tube 18 and each pipe.
  • FIG. 6C shows a mounting cross-sectional view of the ultrasonic vibration device 72 d embedded in the turntable 23.
  • the ultrasonic vibration device 72d is embedded under the polishing pad 78 at a position close to the polishing surface at the center of the turntable. In this embodiment, it is embedded in the center of the turntable, but the position of the ultrasonic vibrator 72 d is near the supply of the polishing liquid to the turntable or the wafer. It may be installed eccentrically from the center so that it is located below the position where polishing is performed by pressing.
  • FIG. 7 shows an embodiment in which a supply bottle 80 is used instead of a buffer tube as a polishing liquid supply source when the number of polishing apparatuses 22 is not large enough to provide circulation pipes 20.
  • the supply bottle 80 is installed in a water tank 84 by a sabot 82, and a water supply pipe 86 that constantly supplies water to the water tank, and a drain pipe 8 that drains water to keep the water level constant. 8, so that the bottom surface of the supply bottle 80 is always underwater.
  • a water tank 84 is provided with a throw-in type ultrasonic vibrator 72 e directly below the supply bottle 80.
  • the ultrasonic vibrator 72 e is controlled by a controller 77 outside the water tank 84.
  • the support 82 is cut out between the supply bottle 80 and the ultrasonic vibrating device 72 e to form an opening 83, and the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic vibrating device 72 e passes through water.
  • the structure is equivalent to the bottom of the supply bottle 80.
  • a stirrer 90 is attached to the bottle 80 from the upper opening, and it is possible to simultaneously stir while irradiating the polishing liquid with ultrasonic waves.
  • the material of the supply bottle 80, water tank 84, sabot 82, etc. is made of resin, quartz glass, stainless steel, resin-coated gold Materials such as genera are used.
  • a lid or the like is preferably provided on the supply bottle 80 to prevent evaporation and reaction with the atmosphere.
  • the predetermined concentration in c supply bottle 8 0 a predetermined amount is transmitted to the supply bottle 8 0 polishing liquid stock solution with the respective sources dilution 1 0, 1 2 from pump 2 8 used in polishing
  • the abrasive fluid adjusted to a predetermined value is subjected to ultrasonic vibration while being agitated as necessary to obtain a dispersion state as described above:
  • This abrasive fluid is supplied from one or a plurality of abrasive fluid supply pipes 92.
  • the slurry is supplied to the polishing device by a slurry supply pump 94.
  • the present invention by dispersing the agglomerated abrasive grains with the energy of the ultrasonic vibration, it is possible to stably supply the abrasive liquid having a constant abrasive grain size distribution. Therefore, it is possible to stably perform good polishing in a polishing apparatus for a semiconductor substrate or the like without damaging the polished surface due to an increase in the particle diameter or changing a polishing amount due to a change in abrasive concentration.
  • the present invention is useful, for example, as a polishing liquid supply device used in a semiconductor substrate polishing device for producing a highly integrated semiconductor device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
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Description

明 細 書 砥液供給装置 技術分野
本発明は、 例えば、 半導体基板の研磨装置に用いる砥液の供給装置に 係り、 特に、 砥粒が均一に分散した砥液を安定に供給することができる 砥液供給装置に関するものである。 背景技術
近年、 半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化 し、 配線間距離もより狭くなりつつある。 これに伴い、 光リ ソグラフィ などで回路形成を行なう場合に焦点深度が浅く なるので、 ステツパの結 像面のより高い平坦度を必要とする。
半導体ウェハの表面を平坦化する手段と して、 研磨工具 （例えば、 研 磨クロスを有する研磨テーブル） と、 該研磨テーブルに対して被研磨材 を把持してその研磨面を押圧する把持部材とを有し、 これらの接触面間 に研磨液を供給しながら工具と研磨面を相対的に摺動させることにより 研磨を行なう研磨装置が知られている。 このような装置は、 砥粒を含む 砥液を用いて機械的な研磨を行なうだけでなく、 場合によりアル力リ性 や酸性の砥液を用いて化学的作用を伴う研磨を行なう。 例えば、 酸化膜 用のスラリーと しては、 K O H， N H 4をベースと して微細なシリカを分 散させたものがある。
このような研磨装置において良好な研磨を行なうには、 一定の濃度及 び流量の砥液を安定に供給することが要求される。 砥液供給系は、 K O H , N H 4等と粉末シリカを混合して原液とする原液タンク、 この原液を 純水等で希釈する希釈タンク、 この希釈タンクから研磨装置のノズルに 供給するための砥液供給配管等を備えている。
と ころで、 設備や稼動コス トの低減の要請から、 複数の研磨装置に対 して 1つのタンクから砥液を供給することが求められており、 砥液配管 が長く なる傾向にある。 その結果、 配管の中で砥液が滞留して、 砥粒の 凝集が起こりやすくなり、 粒子径が大きくなつて研磨面を傷付ける （ス クラッチ） 、 あるいは濃度の変化により研磨量が変化する、 さらには配 管中での詰ま りを生じる等の不具合がある。
この発明は、 上記課題に鑑みて、 一定の砥粒粒度分布の砥液を安定に 供給することができる砥液供給装置を提供することを目的とする。 発明の開示
請求項 1 に記載の発明は、 研磨装置に砥液を供給する砥液供給装置で あって、 砥液が流通する砥液流通経路の少なく とも一部に、 超音波振動 装置が設けられていることを特徴とする砥液供給装置である。 これによ り、 凝集した砥粒を超音波振動によるエネルギーで分散させて一様な微 細な粒度分布を持つ砥液が供給される。 このよ うな処理による砥粒の分 散化の効果は、 所定の時間の経過後においても持続するので、 砥液流通 経路を経由して研磨装置に到達するまでに凝集して肥大化することが防 止される。
請求項 2に記載の発明は、 前記超音波振動装置は、 原液を貯留する原 液タンクに設けられていることを特徴とする請求項 1 に記載の砥液供給 装置である。 原液タンクは、 外部からの原液を貯留するものでも、 ここ で粉末砥粒と研磨液を混合して砥液の原液あるいは砥液自体を作製する ものでもよレ、。
請求項 3に記載の発明は、 前記砥液流通経路は、 砥液を循環させる循 環配管経路と、 該循環配管経路から前記研磨装置に向かって延びる分岐 配管経路とを有し、 前記超音波振動装置は前記循環配管経路に設けられ ていることを特徴とする請求項 1 に記載の砥液供給装置である。 これに より、 砥液を常時循環させて配管内での滞留による砥粒の濃度変化ゃ堆 積による詰まりを防止することができる。 また、 1つの砥液供給源から 複数の研磨装置に砥液を供給するので、 装置コス トを低下させることが できる。
請求項 4に記載の発明は、 前記砥液流通経路は、 砥液を循環させる循 環配管経路と、 該循環配管経路から前記研磨装置に向かって延びる分岐 配管経路とを有し、 前記超音波振動装置は前記分岐配管経路に設けられ ていることを特徴とする請求項 1に記載の砥液供給装置である。
また、 前記砥液を、 粒径の平均値が 0 . 1 〜 0 . 2 // mである砥粒を 含むようにしてもよい。
請求項 5に記載の発明は、 前記超音波振動装置が、 原液と希釈液を混 合して濃度を調整する混合部に設けられていることを特徴とする請求項 1 に記載の砥液供給装置である。
請求項 6に記載の発明は、 被研磨材を把持する把持機構と、 該把持装 置に対向する研磨工具と、 前記被研磨材と前記研磨工具の対向面に向け て砥液を供給する砥液ノズルとを備え、 前記把持機構及び/又は前記研 磨工具の砥液受容部には超音波振動装置が取り付けられていることを特 徴とする研磨装置である。 図面の簡単な説明 図 1 はこの発明の実施の形態の砥液供給装置の全体の構成を示す図で あり、 図 2 A乃至図 2 Cは超音波処理の効果を示すグラフであり、 図 3 A乃至図 3 Cは同じく超音波処理の効果を示すグラフであり、 図 4は同 じく超音波処理の効果を示すグラフであり、 図 5はこの発明の他の実施 の形態の砥液供給装置の構成を示す図であり、 図 6 A乃至図 6 Cは図 5 の実施の形態の超音波振動装置の構造を示す図であり、 図 7はこの発明 のさらに他の実施の形態の砥液供給装置の構成を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 この発明の第 1の実施の形態を図 1 を参照して説明する。 この 砥液供給装置は、 砥液原液を収容する 2つの原液タンク 1 0 と、 この原 液を所定の濃度に薄めるための希釈液を供給する希釈液タンク 1 2 と、 これらの供給源から配管 1 4， 1 6を介して供給される原料を合流させ て所定濃度の砥液とする混合部 1 8 と、 砥液を循環させる循環経路 2 0 と、 該循環経路 2 0から研磨装置 2 2に向けて砥液を供給する分岐配管 2 4を備えている。 この原液タンク 1 0は、 内部に攪拌翼 7 0を有し、 底部には超音波振動装置 7 2が取り付けられている。 また、 原液タンク 1 0には、 それぞれレベルセンサ 7 3、 温度センサ 7 5等が設けられて いる。
原液タンク 1 0は 2つ設けられ、 一方が空になったときに弁 1 1 を開 閉して原液供給ライン 1 4への供給を切り換えて用いるようになつてい る。 原液ライン 1 4及び希釈液ライン 1 6は、 それぞれ、 例えば、 開閉 弁 2 6及び流量調整弁 2 8を介して混合部であるバッファチューブ 1 8 に接続され、 これにより、 バッファチューブ 1 8内で所定の混合比の砥 液が製造される。 5 混合部であるバッファチューブ 1 8は、 この例では、 複数の研磨装置
2 2に砥液を供給する循環配管 2 0 の途中に設置されている。 このバッ ファチューブ 1 8は、 循環配管 2 0より大径の円筒状容器 3 0 と して縦 に配置されて構成され、 底部に排出口 3 2が設けられ、 上部は Oリ ング
3 4を介して接合された蓋 3 6で覆われている。 バッファチューブ 1 8 には、 その上部に循環配管 2 0の戻り配管、 及び原液及び希釈液のライ ンの配管 1 4， 1 6がそれぞれ接続されている。
容器 3 0には、 液面のレベルを検知するレベル検知器 4 0 a， 4 0 b ,
4 0 cが設けられ、 これは、 例えば、 上限、 下限、 最下限を検知し、 そ の信号を図示しない制御装置に出力するようになつている。 この信号に 基づいて、 制御装置は、 原液及び希釈液のライ ンの開閉弁 2 6や流量調 整弁 2 8に信号を出力し、 液面レベルが下限になったときには原液及び 希釈液を供給し、 上限になったら供給を停止するように制御する。 万一, 液面レベルが最下限に達したときは、 警報や研磨装置 2 2の停止信号等 を発する。
循環配管 2 0は、 ノくッファチューブ 1 8の下端の排出口 3 2から、 砥 液を供給すべき 1又は複数の研磨装置 2 2の近傍を巡り、 バッファチュ —ブ 1 8に戻ってその戻し管に接続されて構成されている。 循環配管 2 0には、 砥液を循環させる循環ポンプ 4 6、 逆流を防止する逆止弁 4 8 . 圧力センサ 5 0等が設けられている。 圧力センサ 5 0の出力は制御装置 に入力され、 制御装置はその検出値に応じて循環ポンプ 4 6の運転を制 御して循環配管 2 0内の圧力を一定に保つようにしている。 循環配管 2 0には、 それぞれの研磨装置 2 2に近い位置から該研磨装置に向けて抜 き出し管 2 4が分岐して延びており、 これは開閉弁 5 2 と流量調整可能 なポンプ 5 4を介して研磨装置 2 2の所定位置に開口する砥液ノズル 5 6に接続されている。
このよ うに、 砥液を研磨装置 2 2近傍に導くための配管内の砥液を常 時循環させることにより、 配管内での滞留による液濃度変化や固形物の 沈積による詰まりを防止することができる。 また、 配管を長くすること ができるので、 1つの砥液供給源 （混合部） 1 8から複数の研磨装置 2 2に砥液を安定に供給することができ、 装置コス トを低下させることが できる。 各研磨装置 2 2には停止時間があるため、 分岐した抜き出し管 2 4では滞留が起きるが、 運転開始毎に洗浄用の砥液を抜き出し管内の 砥液が入れ替わる程度の少量流すことにより滞留の影響を排除すること ができる。
次に、 砥液に超音波処理を施した場合の砥粒への影響または研磨性能 の影響について図 2 A〜図 4を用いて述べる。
図 2 A乃至図 2 Cは、 超音波振動処理時間の経過に伴う粒子径分布の 変化の一例である。 ここにおいて、 攪拌翼 7 0による攪拌 3 0分後では, 図 2 Aに示すように平均粒子径が 5 1 . 7 /z m、 標準偏差 4 9 . 7 m であったが、 図 2 Bに示す超音波処理 1 0分後では、 平均粒子径が 0 .
2 9 μ m、 標準偏差 2 . 7 3 /x m、 図 2 Cに示す超音波処理 6 0分後で は、 平均粒子径が 0 . 1 5 111、 標準偏差0 . 0 2 9 mであった。 尚. 6 0分以上処理した場合でも、 図 2 C以上の効果は得られなかった。 図 3 A乃至図 3 Cは、 超音波処理を行った後に諍置した場合の粒度分 布の変化を示したものである。 図 3 Aは 1 2 0分の超音波処理直後、 図
3 Bは処理から 1 日経過した後、 図 3 Cは処理から 6 が経過した後の それぞれ粒度分布を調べた結果を示すグラフである。 一旦充分に超音波 処理をしたものは、 かなり長い時間が経過した後も微細な粒度を維持し ていることが分かる。 P98/05541
7 図 4は、 この超音波処理を行った砥液と、 超音波処理を行っていない 砥液の双方を用いて研磨性能試験を行った結果と、 市販のシリ力系砥液 の研磨性能試験結果を示すものである。 超音波処理を行う と砥液の粒子 の分散性が増すため、 研磨速度が向上するのがわかる。 また超音波処理 を行った砥液は、 市販のシリカ系砥液とほぼ同等の研磨速度を有するこ とがわかる。 本実施例においては、 上記図 2 A〜 4に示したように、 超 音波処理が砥液へ与える粒度分布の変化、 および研磨性能への効果を砥 液供給装置へ応用した。
上記のように構成した砥液供給装置の作用を説明する。 原液タンク 1 0では、 上部の蓋を開けて、 例えば、 粉末のシリカと、 所定濃度の K O H， N H 4等の研磨液を所定量づっ添加し、 攪拌翼 7 0を回転させて砥粒
(シリカ） を均一に分散させる。 攪拌と同時にあるいは所定時間の攪拌 後、 超音波振動装置 7 2を所定時間動作させる。 これにより、 凝集して 比較的広い範囲に分布していた粒子が分散させられ、 その結果微小径に 集中した分布が得られる。 尚、 超音波処理の時間及び間隔はタンクの規 摸によって異なる。 例えば、 6 0分間に 2分間や、 3 0分間に 5分間な ど、 定期的に超音波処理を行う。
次に、 原液供給ポンプ 2 8及び希釈水ポンプ 2 8を作動させると、 バ ッファチューブ 1 8内で所定の混合比の砥液が製造される。 制御装置は、 循環ポンプ 4 6をその下流側の圧力が所定値以上になるように運転する ように制御し、 これにより、 砥液の循環経路 2 0内の循環流を常時形成 する。
各研磨装置 2 2が作動すると、 その抜き出し管 2 4から砥液の一部が その研磨装置 2 2のノズル 5 6より流出する。 バッファチューブ 1 8内 の砥液が下限以下になると、 レベルセンサ 4 0 cの信号により制御装置 は開閉弁 2 6を開と し、 これにより、 流量調整弁 2 8により流量を制御 された原液及び純水が一定比率で、 レベルが上限に達するまでバッファ チューブ 1 8に供給されて混合する。 上記工程において、 砥液は原液タ ンクにおいて超音波振動による所定時間の処理を行っているので、 砥粒 であるシリ力の凝集が起こりにくレ、。
図 5は、 この発明の他の実施の形態を示すもので、 超音波振動装置を 砥液供給配管系の種々の位置に取り付けた構成を示している。 すなわち、 適当な大きさと形状の超音波振動装置 7 2 a , 7 2 b , 7 2 c , 7 2 d を、 原液と希釈液を混合する混合部 （バッファチューブ） 1 8、 循環配 管 2 0、 ノズル 5 6の近傍、 ターンテ一プル 2 3のいずれかあるいは複 数箇所に設けている。
図 6 A〜図 6 Cは、 超音波振動装置 7 2 a， 7 2 b , 7 2 c , 7 2 d の取付詳細図である。 各図に示すよ うに、 超音波振動装置 7 2 a〜 7 2 dは超音波チップ 7 4 a〜 7 4 d と超音波発振器 7 6 a〜 7 6 dからな る。 図 6 Aは、 超音波振動装置 7 2 aをバッファチューブ 1 8の下部に 配設した図を示している。 超音波振動装置 7 2 b も同様に循環配管 2 0 の周囲に配設される。 図 6 Bに示す超音波振動装置 7 2 cは、 タ一ンテ —ブル 2 3上へ向かって砥液を供給するノズル 5 6の先端部近く に取り 付けられている。 超音波振動装置 7 2 a〜 7 2 cはバッファチューブ 1 8及び各配管の任意の場所に備え付けることができる。
図 6 Cは、 ターンテ一ブル 2 3に埋め込まれた超音波振動装置 7 2 d の取付断面図を示す。 超音波振動装置 7 2 dは、 研磨パッ ド 7 8の下で ターンテーブル中央の研磨面から近い位置に埋め込まれている。 本実施 例では、 ターンテーブル中央に埋め込まれているが、 超音波振動装置 7 2 dの位置は、 ターンテーブルに砥液が供給される付近、 またはウェハ を押圧して研磨が行われる位置の下方に位置するように、 中央から偏心 させた設置でもよい。
これらの実施の形態では、 振動装置を砥液流れの下流側または砥液の ユースボイン トの近く に設けているので、 砥粒が分散した状態のままで 砥液が研磨装置 2 2に供給される。 また、 各研磨装置 2 2が停止して、 これらの配管の流速が低下し、 あるいは滞留する場合においても、 凝集 が起こりにくい： 本実施例においては、 原液タンク以外へも超音波処理 を施すため、 原液タンクのみについて行っている場合に比べて、 砥液供 給装置が大型化した場合でも砥液の凝集を防止するのに効果的である。 図 7は、 循環配管 2 0を設けるほどに研磨装置 2 2の数が多くない場 合等に、 砥液供給源としてバッファチューブの代わりに供給ボトル 8 0 を使用した形態を示す。
供給ボトル 8 0はサボ一ト 8 2によって水槽 8 4の中に設置されてお り、 水槽には常時水を供給する水供給配管 8 6 と、 水面を一定に保つよ うに排水する抜き出し配管 8 8が取り付けられており、 これにより、 供 給ボトル 8 0の底面が常に水中にあるようになっている。 水槽 8 4には. 供給ボトル 8 0の真下に投げ込み式の超音波振動装置 7 2 eが設置され ている。 超音波振動装置 7 2 eは水槽 8 4の外にあるコン トローラ 7 7 でコン トロールされる。 供給ボトル 8 0 と超音波振動装置 7 2 eの間は サポート 8 2が切り抜かれて開口部 8 3が形成されており、 超音波振動 装置 7 2 eから発振された超音波は水を介して供給ボトル 8 0の底面に あたる構造となっている。 また、 ボトル 8 0には上部の開口より攪拌機 9 0が取り付けられており、 砥液に超音波を照射しながら同時に攪拌す ることも可能となっている。 供給ボ トル 8 0、 水槽 8 4、 サボ一ト 8 2 等の材質は、 樹脂、 石英ガラス、 ステンレス、 樹脂コーティングした金 属などの材質を使用している。 図示していないが、 供給ボトル 8 0には 蓋等を設けて蒸発や雰囲気との反応を防止することが好ましい。
この実施の形態では、 研磨に使用する砥液原液と希釈液をそれぞれの 供給源 1 0， 1 2からポンプ 2 8で所定量が供給ボトル 8 0に送られる c 供給ボ トル 8 0において所定濃度に調整された砥液は、 必要に応じて攪 拌されつつ超音波振動を付与され、 先に説明したような分散状態を得る： この砥液は、 1又は複数の砥液供給配管 9 2からスラリ供給ポンプ 9 4 によって研磨装置に送られる。
以上説明したように、 この発明によれば、 凝集した砥粒を超音波振動 によるエネルギーで分散させることにより、 一定の砥粒の粒度分布を有 する砥液を安定に供給することができる。 従って、 粒子径が大きく なつ て研磨面を傷付けたり、 砥粒濃度の変化により研磨量が変化することが なく、 半導体基板等の研磨装置において良好な研磨を安定に行なう こと ができる。 産業上の利用の可能性
この発明は、 例えば、 高度に集積化した半導体デバイスを作製するた めの半導体基板の研磨装置に用いる砥液の供給装置と して、 有用である,

Claims

請求の範囲
1 . 研磨装置に砥液を供給する砥液供給装置であって、
砥液が流通する砥液流通経路の少なく とも一部に、 超音波振動装置が 設けられていることを特徴とする砥液供給装置。
2 . 前記超音波振動装置は、 原液を貯留する原液タンク に設けられてい ることを特徴とする請求項 1 に記載の砥液供給装置。
3 . 前記砥液流通経路は、 砥液を循環させる循環配管経路と、 該循環配 管経路から前記研磨装置に向かって延びる分岐配管経路とを有し、 前記 超音波振動装置は前記循環配管経路に設けられていることを特徴とする 請求項 1 に記載の砥液供給装置。
4 . 前記砥液流通経路は、 砥液を循環させる循環配管経路と、 該循環配 管経路から前記研磨装置に向かって延びる分岐配管経路とを有し、 前記 超音波振動装置は前記分岐配管経路に設けられていることを特徴とする 請求項 1に記載の砥液供給装置。
5 . 前記超音波振動装置は、 原液と希釈液を混合して濃度を調整する混 合部に設けられていることを特徴とする請求項 1 に記載の砥液供給装置 t
6 . 被研磨材を把持する把持機構と、 該把持装置に対向する研磨工具と . 前記被研磨材と前記研磨工具の対向面に向けて砥液を供給する砥液ノズ ルとを備え、 前記把持機構及び/又は前記研磨工具の砥液受容部には超音波振動装 置が取り付けられていることを特徴とする研磨装置。
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