JP5964740B2 - 研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば研磨面に研磨液を供給しながら基板表面を研磨する研磨装置等の液体、特に泡を発生し易い液体（発泡性液体）を使った装置から発生する気液２相流を気体と液体に分離して排出する気液分離装置を備えた研磨装置に関する。

例えば、研磨面に研磨液（スラリ）を供給しながら基板表面を研磨する研磨装置においては、研磨剤及び研磨粉を含有する研磨液と研磨時あるいは洗浄時に供給される窒素等の気体との気液２相流が発生する。この気液２相流は、研磨面の洗浄に使用された洗浄排液と前記窒素等の気体との間も発生し、研磨液や洗浄排液に気体が混入することによっても発生する。

この気液２相流が排気ライン内に流入して排気ラインが液体で詰まったりすることを防止するため、研磨装置にあっては、気液２相流を気体と液体に分離して個別に排出する気液分離装置を備えることが広く行われている。

図１は、この種の従来の気液分離装置の一例を示す縦断正面図である。図１に示すように、気液分離装置は、上方に開口した有底筒状の気液分離槽１００と、研磨テーブル（図示せず）等で発生してドレンレシーバ１０２で回収された気液２相流を気液分離槽１００内に導入する気液導入管１０４とを有している。気液導入管１０４は、ドレンレシーバ１０２の底部に接続されて鉛直方向に延びる連結管１０６の下端に連結されて下方に延び、その下端は気液分離槽１００の下部に達している。気液分離槽１００の底部には、ドレン管１０８に連通する液体排出口１００ａが設けられ、気液分離槽１００の側部の気液導入管１０４の下端より上方位置には、排気管１１０に連通する排気口１００ｂが設けられている。排気管１１０は、排気ダンパ（図示せず）に連通している。

これにより、ドレンレシーバ１０２で回収された気液２相流は、気液導入管１０４の内部を流れて気液分離槽１００の内部に導入される。そして、気液２相流から分離して気液分離槽１００の底部に溜まった液体は、液体排出口１００ａを通してドレン管１０８から排出され、気液２相流から分離して気液分離槽１００の上部に上昇した気体は、排気口１００ｂを通して排気管１１０内に流入し、排気ダンパから排気される。

気液導入管１０４の下端面には、気液導入管１０４内の気液２相流が排気管１１０に流入するのを緩和するため、排気管１１０の反対側（排気管１１０と対面しない側）をテーパ状に切欠いたテーパ部１０４ａが設けられている。

研磨加工により発生する研磨液ミストを効率良く排出するため、研磨液と研磨液ミストをドレンレシーバに同時に取込み、共通の排出管によって気液分離手段に導き、この気液分離手段で排液と排気とに分離して排出するようにした排液・排気処理装置法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、気液分離槽の液体排出部から排出される液体を貯留するハウジングを備え、このハウジングに液体排出口と排気口を設けた気液分離装置（例えば、特許文献２，３参照）や、外部からタンク内に気液混合体を導入する管状ノズルの内部に螺旋板を設置した気液分離装置（例えば、特許文献４参照）が提案されている。

特開平１０−１２３３３６号公報 特開２００８−３８７１２号公報 特開２００８−３８７１４号公報 実開昭６２−１０９７０９号公報

図１に示す気液分離装置にあっては、構造が比較的コンパクトで、研磨装置等の下部に設置するのに好適であるという利点を有している。しかし、気液導入管１０４の内部を気液２相流が障害物なく自由に落下して下方に流れ、気液導入管１０４の内部を流れた気液２相流は、気液分離槽１００の底面にかなりの衝撃で衝突する。このため、例えば処理される液体中に発泡性の物質が含まれる気液２相流を処理する場合に、液体の発泡性が助長されて、気液分離槽１００の底部に溜まった液体に多量の泡が発生する。このように、気液分離槽１００の内部に多量の泡が発生すると、この気液分離槽１００の内部の泡（液体）が排気管１１０まで到達し、排気管１１０の内部を流れて、排気ダンパの下部のフランジ等からの漏水等の問題を引き起こすことがある。

特に、研磨装置にあっては、分散剤など発泡性の添加剤を含む研磨液、つまり泡を発生し易い液体（発泡性液体）が広く使用されており、また研磨後のスプレー洗浄（アトマイザ洗浄）等に伴って多量の処理水や窒素等の気体が使用され、このため、気液分離槽１００の内部に多量の泡が発生する傾向が顕著になる。

上記特許文献１〜４に記載の発明は、このような、泡を発生し易い液体（発泡性液体）を含む気液２相流によって気液分離槽の内部に発生する泡に対する対策について何ら考慮されてない。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、泡を発生し易い液体（発泡性液体）を含む気液２相流を気体と液体に分離することによって、気液分離槽の内部に溜まった液体に泡が発生しても、この泡を効率よく消去できるようにした気液分離装置を備えた研磨装置を提供することを目的とする。

本発明の研磨装置は、表面に研磨面を有する研磨テーブルと、基板を保持して前記研磨テーブルの研磨面に押圧するトップリングと、前記研磨テーブルの研磨面に処理液を供給する処理液供給ノズルと、前記研磨テーブルの周囲に配置され該研磨テーブルから除去される気液２相流を回収するドレンレシーバと、前記ドレンレシーバに回収された気液２相流を気体と液体に分離して排出する気液分離装置を有し、前記気液分離装置は、有底筒状の気液分離槽と、前記気液分離槽の上部から下方に延びて該気液分離槽の内部に達し、前記気液分離槽の内部に発泡性液体を含む気液２相流を導入する筒状の気液導入管と、前記気液分離槽の底部に溜まった液体に向けて純水を噴霧するスプレーノズルと、前記気液分離槽の底部に設けられた液体排出口に連通するドレン管と、前記気液分離槽の側部の前記気液導入管の下端より上方位置に設けられた排気口に連通する排気管とを有する。

これにより、泡を発生し易い液体（発泡性液体）を含む気液２相流を気液分離槽で気体と液体に分離することによって、気液分離槽の底部に溜まった液体に泡が発生しても、この泡を、気液分離槽の底部に溜まった液体に向けてスプレーノズルから噴霧される純水で消去することができる。

本発明の好ましい一態様において、前記スプレーノズルは、円錐ノズルからなり、複数備えられている。
これにより、気液分離槽の底部に溜まった液体に向けて、純水をより均一かつ漏れなく噴霧することができる。

本発明の好ましい一態様において、前記排気管は、気体に含まれるミストを捕獲するミストトラップを入口側に設置した排気ボックスに連通し、該排気ボックスの下流に排気ダンパが設置されている。
これにより、排気管に沿って流れる気体にミストが含まれていても、この気体に含まれているミストを排気ボックスに設置したミストトラップで捕捉して、排気ダンパから排気される気体にミストが含まれないようにすることができる。

本発明の好ましい一態様において、前記ミストトラップは、気体の流れが衝突するように配置されたトラップ板と、前記トラップ板で捕獲され下方に落下して前記排気ボックスの底部に溜まった流体の下流への流れ堰き止める塞板とを有する。
本発明の好ましい一態様において、前記複数のスプレーノズルは、中央スプレーノズルと、前記中央スプレーノズルの側方に位置する一対の側部スプレーノズルである。
本発明の好ましい一態様において、前記中央スプレーノズルは、その噴出口が鉛直下方を向くように鉛直方向に配置され、前記側部スプレーノズルは、その噴出口が鉛直線に対して傾斜した方向を向くように傾斜して配置されている。

本発明によれば、比較的コンパクトな構成で、気液２相流を気体と液体に分離することができる。しかも、泡を発生し易い液体（発泡性液体）を含む気液２相流を気液分離槽で気体と液体に分離することによって、気液分離槽の底部に溜まった液体に泡が発生しても、この泡を、気液分離槽の底部に溜まった液体に向けてスプレーノズルから噴霧される純水で消去することができ、これによって、排気ダンパの下部のフランジ部からの漏水等の問題を回避することができる。

従来の気液分離装置の一例を示す縦断正面図である。 本発明の実施形態の気液分離装置を示す縦断正面図である。 図２に示す気液分離装置に備えられているノズルユニットを示す正面図である。 図３に示すノズルユニットの右側面図である。 図２に示す気液分離装置を備えた研磨装置を示す概要図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図２は、本発明の実施形態の気液分離装置を示す縦断正面図である。図２に示すように、気液分離装置１０は、上方に開口した有底筒状の気液分離槽１２と、研磨テーブル５０（図５参照）等で発生してドレンレシーバ１４で回収された気液２相流を気液分離槽１２内に導入する気液導入管１６とを有している。気液導入管１６は、ドレンレシーバ１４の底部に接続されて鉛直方向に延びる連結管１８の下部に連結されて下方に延び、その下端は、気液分離槽１２の下部に達している。気液分離槽１２の底部には、ドレン管２０に連通する液体排出口１２ａが設けられ、気液分離槽１２の側部の気液導入管１６の下端より上方位置には、排気管２２に連通する排気口１２ｂが設けられている。

気液導入管１６の下端面には、気液導入管１６内の気液２相流が排気管２２に流入するのを緩和するため、排気管２２の反対側（排気管２２と対面しない側）をテーパ状に切欠いたテーパ部１６ａが設けられている。

気液分離槽１２の内部には、排気管２２側の気液分離槽１２の内周面と気液導入管１６の外周面との間に位置して、ノズルユニット２４が配置されている。このノズルユニット２４は、支持ブロック２６を介して、排気管２２の内周面に固定したブラケット２８に固定されている。支持ブロック２６は、コネクタ３０（図４参照）を介して、気液分離槽１２から排気管２２の内部を延びる純水供給管３２に接続され、この純水供給管３２は、外部を延びる図示しない純水供給ラインに接続されている。

ノズルユニット２４の支持ブロック２６には、図３及び図４に詳細に示すように、中央に位置する中央スプレーノズル３４と、この中央スプレーノズル３４の側方に位置する一対の側部スプレーノズル３６が支持されている。支持ブロック２６の内部には、純水供給管３２からから供給された純水を各スプレーノズル３４，３６に供給する純水流路が形成されている。

中央スプレーノズル３４は、例えば６０°の拡がりをもって純水を円錐状に噴霧する円錐ノズルから構成され、噴出口が鉛直下方を向くように鉛直方向に配置されている。側部スプレーノズル３６も同様に、例えば６０°の拡がりをもって純水を円錐状に噴霧する円錐ノズルから構成され、噴出口が鉛直線に対して角度θだけ傾斜した方向を向くように傾斜して配置されている。この傾斜角度θは、例えば２０°（θ＝２０°）である。

これにより、純水供給管３２から、支持ブロック２６の内部の純水流路を通して、各スプレーノズル３４，３６に純水が供給され、この各スプレーノズル３４，３６に供給された純水は、各スプレーノズル３４，３６の噴出口から気液分離槽１２の底部に溜まった液体に向けて噴霧される。特に、各スプレーノズル３４，３６として円錐ノズルを使用し、円錐ノズルからなる複数のスプレーノズル３４，３６からより広範囲に純水が噴霧されるようにして、気液分離槽１２の底部に溜まった液体に向けて、純水をより均一かつ漏れなく噴霧することができる。

このように、各スプレーノズル３４，３６の噴出口から気液分離槽１２の底部に溜まった液体に向けて純水を噴霧することで、泡を発生し易い液体（発泡性液体）を含む気液２相流を気液分離槽１２で気体と液体に分離することによって、気液分離槽１２の底部に溜まった液体に泡が発生しても、この泡を、スプレーノズル３４，３６から噴霧される純水で消去することができる。

排気管２２は、この内部の気体の流れを鉛直方向から水平方向に直角に変更する排気ボックス４０に接続され、この排気ボックス４０の下流側に排気ダンパ（図示せず）が設置されている。これによって、排気管２２に沿って流れる気体は、排気ボックス４０の内部に流入して、その流れを鉛直方向から水平方向に直角に変更した後、排気ダンパに向けて流れるように構成されている。

排気ボックス４０の入口側には、排気管２２に沿って流れる気体に含まれるミストを捕獲するミストトラップ４４が備えられている。このミストトラップ４４は、排気ボックス４０の天井に上端を固定されて下方に垂下し、排気ボックス４０内に流入する気体が衝突するように配置されたトラップ板４６と、排気ボックス４０の底板に下端を固定されて上方に延出し、排気ボックス４０の内部に溜まった液体の下流への流れを堰き止める塞板４８とを有している。トラップ板４６は、例えば鋼板や網板で構成されている。

これにより、排気ボックス４０の内部に流入した気体は、その流れを鉛直方向から水平方向に直角に変更する過程でトラップ板４６に衝突し、これによって、気体に含まれるミストは、トラップ板４６で捕捉されて下方に落下する。そして、トラップ板４６で捕捉されて下方に落下した液体は、塞板４８によって下流の流れを堰き止められて、排気ボックス４０の底部に設けた塞板４８の上流側に溜まるように構成されている。

このように、排気管２２に沿って流れる気体を排気ボックス４０に流入させ、この排気ボックス４０内に設置したミストトラップ４４で、気体に含まれているミストを除去した後、排気ダンパに向けて流下させることで、排気ダンパから排気される気体にミストが含まれないようにすることができる。

この気液分離装置１０によれば、ドレンレシーバ１４で回収された気液２相流は、連結管１８から気液導入管１６の内部を流れて気液分離槽１２の内部に導入される。そして、気液２相流から分離して気液分離槽１２の底部に溜まった液体は、液体排出口１２ａを通してドレン管２０から排出され、気液２相流から分離して気液分離槽１２の上部に上昇した気体は、排気口１２ｂを通して排気管２２に導かれる。

この時、各スプレーノズル３４，３６の噴出口から気液分離槽１２の底部に溜まった液体に向けて純水を噴霧することで、気液分離槽１２の底部に溜まった液体に泡が発生しても、この泡は、スプレーノズル３４，３６から噴霧される純水で消去される。また、排気管２２に沿って流れる気体は、排気ボックス４０内に流入し、この排気ボックス４０内に設置したミストトラップ４４で、内部に含まれているミストが除去され、これによって、ミストが含まれていない気体が排気ダンパから排気される。

図５は、図２に示す気液分離装置１０を備えた研磨装置の概要を示す。この研磨装置は、表面に研磨面５０ａを有する回転自在な研磨テーブル５０と、半導体ウエハ等の基板Ｗを保持して研磨テーブル５０の研磨面５０ａに押圧する回転自在なトップリング５２と、研磨テーブル５０に研磨液やドレッシング液（例えば、水）等の処理液を供給する処理液供給ノズル５４と、研磨テーブル５０の研磨面５０ａのドレッシングを行うドレッサ（図示せず）と、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、１または複数のノズルから研磨テーブル５０の研磨面５０ａに噴射するアトマイザ５６とを備えている。

そして、研磨テーブル５０の周囲を囲繞する位置に、研磨テーブル５０で発生する気液２相流を回収するリング状のドレンレシーバ１４が配置されて研磨装置に固定され、このドレンレシーバ１４の底部に気液分離装置１０の連結管１８が取付けられている。

この研磨装置によれば、回転中の研磨テーブル５０の研磨面５０ａに処理液供給ノズル５４から研磨液を供給しながら、トップリング５２で保持して回転させた基板Ｗを研磨面に押圧して基板Ｗの研磨を行う。この研磨時に、研磨液と該研磨液中に混入する大気との気液２相流が発生し、この気液２相流は、研磨テーブル５０から排出されてドレンレシーバ１４で回収される。そして、ドレンレシーバ１４で回収された気液２相流は、気液分離装置１０内に流入して、気液分離装置１０で気体と液体に分離され、分離された液体はドレン管２０から外部に排出され、気体は排気管２２を通じて排気ダンパから外部に排気される。

この時、たとえ分散剤など発泡性の添加剤が研磨液に含まれているため、分離されて気液分離槽１２の底部に溜まった液体に泡が発生していても、この泡は、スプレーノズル３４，３６から噴射される純水で消去される。また、分離されて排気管１８内に流入する気体にミストが含まれていても、このミストは、排気ボックス４０内のミストトラップ４４で除去される。

また、研磨テーブル５０の研磨面５０ａ上に堆積し、目詰まりさせた研磨屑や研磨粒子を洗い流すため、アトマイザ５６の１または複数のノズルから、研磨テーブル５０の研磨面５０ａに向けて、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして噴射するアトマイザ洗浄が行われる。このアトマイザ洗浄を行う時にも、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）との気液２相流が発生し、この気液２相流は、研磨テーブル５０から排出されてドレンレシーバ１４で回収される。そして、ドレンレシーバ１４で回収された気液２相流は、気液分離装置１０内に流入し、気液分離装置１０で気体と液体に分離されて、液体はドレン管２０から、気体は排気管２２を通して外部に排出される。

この時にあっても、分離されて気液分離槽１２の底部に溜まった液体に発生する泡は、スプレーノズル３４，３６から噴射される純水で消去され、分離されて排気管１８内に流入する気体に含まれているミストは、排気ボックス４０内のミストトラップ４４で除去される。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

１０ 気液分離装置
１２ 気液分離槽
１２ａ 液体排出口
１２ｂ 排気口
１４ ドレンレシーバ
１６ 気液導入管
１８ 連結管
２０ ドレン管
２２ 排気管
２４ ノズルユニット
２６ 支持ブロック
３２ 純水供給管
３４，３６ スプレーノズル
４０ 排気ボックス
４４ ミストトラップ
４６ トラップ板
４８ 塞板
５０ 研磨テーブル
５０ａ 研磨面
５２ トップリング
５４ 処理液供給ノズル
５６ アトマイザ

Claims (6)

1. 表面に研磨面を有する研磨テーブルと、
   基板を保持して前記研磨テーブルの研磨面に押圧するトップリングと、
   前記研磨テーブルの研磨面に処理液を供給する処理液供給ノズルと、
   前記研磨テーブルの周囲に配置され該研磨テーブルから除去される気液２相流を回収するドレンレシーバと、
   前記ドレンレシーバに回収された気液２相流を気体と液体に分離して排出する気液分離装置を有し、
   前記気液分離装置は、
   有底筒状の気液分離槽と、
   前記気液分離槽の上部から下方に延びて該気液分離槽の内部に達し、前記気液分離槽の内部に発泡性液体を含む気液２相流を導入する筒状の気液導入管と、
   前記気液分離槽の底部に溜まった液体に向けて純水を噴霧するスプレーノズルと、
   前記気液分離槽の底部に設けられた液体排出口に連通するドレン管と、
   前記気液分離槽の側部の前記気液導入管の下端より上方位置に設けられた排気口に連通する排気管とを有することを特徴とする研磨装置。
2. 前記スプレーノズルは、円錐ノズルからなり、複数備えられていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記排気管は、気体に含まれるミストを捕獲するミストトラップを入口側に設置した排気ボックスに連通し、該排気ボックスの下流に排気ダンパを設置したことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
4. 前記ミストトラップは、気体の流れが衝突するように配置されたトラップ板と、前記トラップ板で捕獲され下方に落下して前記排気ボックスの底部に溜まった流体の下流への流れ堰き止める塞板とを有することを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
5. 前記複数のスプレーノズルは、中央スプレーノズルと、前記中央スプレーノズルの側方に位置する一対の側部スプレーノズルであることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
6. 前記中央スプレーノズルは、その噴出口が鉛直下方を向くように鉛直方向に配置され、
   前記側部スプレーノズルは、その噴出口が鉛直線に対して傾斜した方向を向くように傾斜して配置されていることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。

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