JPH11138438A - 研磨装置及び砥液供給システム - Google Patents

研磨装置及び砥液供給システム

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JPH11138438A
JPH11138438A JP31621697A JP31621697A JPH11138438A JP H11138438 A JPH11138438 A JP H11138438A JP 31621697 A JP31621697 A JP 31621697A JP 31621697 A JP31621697 A JP 31621697A JP H11138438 A JPH11138438 A JP H11138438A
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liquid
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の研磨装置に対しても低設備コストでか
つ一定の流量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。 【解決手段】 1つ又は複数の研磨装置22に砥液を供
給する砥液供給装置であって、砥液が流通する主配管2
0と、この主配管20から研磨装置22に向けて延びる
抜き出し配管24とを備え、抜き出し配管24の少なく
とも1つには、指示信号に基づいて弁開度を調整し、流
量を調整する流量制御手段54が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体基
板の研磨を行なう研磨装置に関し、特に、一定の流量の
砥液を安定に供給して安定な研磨を行なうことができる
研磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】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、ステッパ
の結像面のより高い平坦度を必要とする。
【0003】半導体ウエ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、研磨液として砥液を用いて機械
的な研磨を行なうだけでなく、場合によりアルカリ性や
酸性の砥液を用いて化学的作用を伴う研磨を行なう。
【0004】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。砥液は、通常、原液とこれを希釈
する希釈液を使用の前に混合タンクで混合し、この混合
タンクから砥液供給配管を介して研磨装置のノズルに供
給する。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つの混合タンクから砥液を供給すること
が求められている。そこで、砥液を主配管中に定常的に
流し、それから分岐して各研磨装置に延びる抜き出し配
管にローラポンプのような定量ポンプを設けることによ
り、砥液配管の短縮化と、研磨装置の発停に伴う砥液の
凝集を回避する方法が提案されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の技術においては、ローラポンプの採用によ
り、主配管の圧力変化にかかわらずほぼ一定流量の砥液
が供給されるが、圧力変化に対してローラポンプを構成
する可撓性チューブの変形及びそれに相当する若干の流
量変化は避けられず、さらに流量に脈動を生じること、
ローラポンプが該可撓性のチューブを用いているために
経時的劣化(へたり)により長期の安定な作動が望めな
いこと等の課題があった。
【0006】また、抜き出し配管の長さや径が異なった
り、研磨装置の稼動台数の変動による循環配管内の圧力
変動に起因する流量変動のため、各研磨装置に一定の濃
度及び流量の砥液を安定に供給することができず、良好
な研磨状態が得られない場合が有った。
【0007】この発明は、上記課題に鑑みて、複数の研
磨装置に対しても低設備コストでかつ一定の流量の砥液
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。さらに、そのような砥液を一定流量
で研磨部へ供給する機能を研磨装置自らに有することに
より、工場内のレイアウト変更などにも柔軟に対応でき
る研磨装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、被研磨物を研磨工具に押し付けて研磨を行なう研磨
部と、外部の砥液供給装置に接続されて前記研磨部へ砥
液を供給する砥液配管とが1つのハウジング内に収容さ
れた研磨装置であって、前記砥液配管には、指示信号に
基づいて弁開度を調整し、所望の砥液流量とする流量制
御手段と、砥液の流入を停止させる手段とを設けたこと
を特徴とする研磨装置である。
【0009】これにより、外部の砥液供給装置の側の条
件に係わらず、例えば多少の圧力変動が有っても、流量
制御手段により研磨部に常に一定の流量の砥液が供給さ
れ、ユニットタイプとして実用性の高い研磨装置が提供
される。
【0010】請求項2に記載の発明は、前記砥液配管
が、前記砥液供給装置の砥液が流通する主配管の一部を
構成する導入配管と、この導入配管から前記研磨部に向
けて延びる抜き出し配管とを有することを特徴とする請
求項1に記載の研磨装置である。
【0011】これにより、主配管では砥液が流通してい
るので、研磨装置が停止している場合でも導入配管での
滞留が防止され、砥液中の成分の沈澱による濃度の変動
や詰まりが防止される。従って、滞留しやすい抜き出し
配管を短くして円滑な砥液供給を行なうことができる。
主配管を、砥液を循環させる循環配管として構成すれ
ば、砥液を常に流通させることができる。循環配管に
は、砥液の流量変動等による影響を抑える緩衝タンク等
を設けるとよい。また、循環配管内に圧力センサ等を配
置し、圧力変動を抑制するように循環ポンプを制御する
制御装置を設けるとよい。
【0012】請求項3に記載の発明は、前記流量制御手
段が、前記指示信号に基づいて二次側圧力を所定値にす
る圧力調整弁を有することを特徴とする請求項1又は2
に記載の研磨装置である。これにより、二次側圧力が所
定値になれば、結果的に流量を一定にすることができ
る。必要に応じて下流にオリフィスを設けたり、また、
電気信号をパイロット圧力に電空変換する電空変換器に
より指示信号を出力するようにしてもよい。
【0013】請求項4に記載の発明は、前記砥液配管
に、前記流量制御手段に洗浄液を供給する洗浄液配管が
設けられていることを特徴とする請求項1ないし3のい
ずれかに記載の研磨装置である。これにより、流量制御
手段の安定な動作を維持することができる。洗浄液は、
例えば純水のように砥液の成分の一部や研磨に有害でな
いものを用いる。
【0014】請求項5に記載の発明は、1つ又は複数の
研磨部に砥液を供給する砥液供給システムであって、砥
液が流通する主配管と、この主配管から各研磨部に向け
て延びる抜き出し配管とを備え、前記抜き出し配管の少
なくとも1つには、指示信号に基づいて弁開度を調整
し、流量を調整する流量制御手段が設けられていること
を特徴とする砥液供給システムである。
【0015】請求項6に記載の発明は、1つ又は複数の
研磨部と、これに砥液を供給する砥液供給手段と、前記
研磨部と前記砥液供給手段との間に設けられた砥液循環
配管と、前記砥液循環配管から前記研磨部へ延びる抜き
出し配管とを有する研磨システムを用い、所望の濃度に
砥液を希釈する工程と、希釈された砥液を前記砥液循環
配管内で循環させる工程と、前記砥液循環配管から砥液
を前記研磨部に向けて抜き出す工程と、予め設定された
砥液供給量に応じた指示信号に基づいて弁開度を調整
し、所望の砥液流量を前記研磨部に供給する工程と、前
記砥液循環配管から前記研磨部への砥液の抜き出しを停
止し、前記抜き出し配管を洗浄する工程とを行なうこと
を特徴とする半導体ウエハの研磨方法である。
【0016】請求項7に記載の発明は、前記弁開度の調
整を、弁の二次側の圧力と所要の砥液供給量に応じた圧
力信号に基づく圧力がバランスすることによって行なう
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体ウエハの研磨
方法である。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。図1は、この実施の形態の研磨
システム1の全体の構成を示すもので、この研磨システ
ムは、原液と希釈液から所望の濃度の砥液を供給する砥
液供給装置3と、被研磨物を研磨工具により研磨する研
磨装置4と、砥液を各研磨装置4の近傍に導く循環経路
20とを有している。
【0018】砥液供給装置3は、原液を収容する原液タ
ンク10と、これを所定の濃度に薄めるための希釈液を
貯留する希釈液タンク12の2つの供給源と、これらの
供給源から配管14,16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18とからなる。
尚、希釈液の供給源は、工場内を流れる純水供給ライン
等でもよい。
【0019】研磨装置4は、例えば、回転する研磨テー
ブル22aに貼付された研磨クロスに半導体ウエハの被
研磨面を押し付けて研磨を行なう研磨部22と、これに
砥液を供給するノズル58、循環経路20からノズルに
砥液を導びく抜き出し配管24、及びそれに付随する砥
液の制御系を含めて一体にユニット化されて構成されて
いる。これらの、砥液供給装置3と、循環経路20と、
抜き出し配管24とで砥液供給システム2を形成する。
【0020】まず、砥液供給装置3について説明する。
砥液の原液としては、例えば、シリカゲルのような所定
の粒度の粒子を含有する酸、アルカリ、又は中性の液が
研磨対象に応じて用いられ、希釈液は、通常、不純物の
ない純水等が用いられる。この例では、原液は原液タン
ク10に収容され、原液供給ライン14は、一方が空に
なったときに切り換えて用いるように2系統が設けられ
ている。原液ライン14及び希釈液ライン16は、それ
ぞれ、例えば、開閉弁26及び圧力調整弁28を介して
混合部であるバッファチューブ18に接続され、これに
より、バッファチューブ18内で所定の混合比の砥液が
製造される。圧力調整弁28の構成については後述す
る。
【0021】混合部であるバッファチューブ18は、こ
の例では、複数の研磨装置に砥液を供給する循環経路2
0の途中に設置されている。このバッファチューブ18
は、循環経路20を形成する循環配管21より大径の円
筒状容器30として縦に配置されて構成され、底部に排
出口32が設けられ、上部はOリングを介して接合され
た蓋36で覆われている。蓋36には、循環配管21の
戻り配管、及び原液及び希釈液のラインの配管14,1
6がそれぞれ接続されている。
【0022】容器30には、液面のレベルを検知するレ
ベル検知器40a,40b,40c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っている。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26や圧力調整弁28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、警報や研磨部22
へ研磨処理の停止信号等を発する。
【0023】蓋36には、さらに、容器30内の空気を
伸縮可能な素材でできたエアバッグ42に連通させる空
気流通管44が設けられている。エアバッグ42は、容
器30内の空間を外気に対して気密状態に保ちつつ内部
の液面レベルの変動による内圧変動を抑えるもので、柔
軟性と耐用性のある例えばテフロン(商品名)のような
素材から、レベル変動に対応する容積を有する大きさに
形成されている。
【0024】次に、循環経路20について説明する。循
環配管21は、バッファチューブ18の下端の排出口3
2から、砥液を供給すべき1又は複数の研磨部22の近
傍を巡り、バッファチューブ18に戻ってその戻し管3
8に接続されて構成されている。循環配管21には、砥
液を循環させる循環ポンプ46、循環配管の圧力を一定
に保持する背圧弁48、圧力センサ50等が設けられて
いる。
【0025】圧力センサ50の出力は図示しない制御装
置に入力され監視される。制御装置はその検出値に応じ
て循環ポンプ46の運転を制御して循環配管21内の圧
力を一定に保つようにしてもよい。通常は循環ポンプ4
6は一定の運転状態に保持され、背圧弁48によって配
管内の圧力が一定に保たれる。循環配管21には、それ
ぞれの研磨装置4に近い位置から、開閉弁25と接続用
フランジ23aを有する分配管23が分岐しており、こ
のフランジ23aに研磨装置4の抜き出し配管24のフ
ランジ24aが接続されるようになっている。
【0026】次に、研磨装置4について説明する。抜き
出し管24には、上流側から、開閉弁52、二次側(下
流側)の圧力を一定に制御する圧力調整弁54、及びそ
の下流側のオリフィス56が設けられ、その下流側で研
磨装置のノズル58に接続されている。圧力調整弁54
とその下流側のオリフィス56は、後述するように流量
調整弁の役割を果たす。圧力調整弁54には、コントロ
ーラ61から一定の電気信号を入力し、その信号に相当
する一定の空気圧力を供給するための電空変換器60が
接続されている。
【0027】すなわち、コントローラ61で任意に砥液
供給量を設定し、これに基づいて電空変換器60によっ
て、図示しないパイロットエア源から所定のパイロット
エア圧力を圧力調整弁54に供給することができるよう
になっている。また、開閉弁52と圧力調整弁54の間
には、開閉弁62を有する洗浄液配管64が合流してい
る。
【0028】このような構成の研磨システムでは、砥液
を各研磨装置4に導くための砥液配管内の砥液が常時循
環しているので、砥液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、結果として、砥液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)18から複数の研磨装
置4に砥液を安定に供給することができ、全体として装
置コストを低下させることができる。
【0029】圧力調整弁54(及び圧力調整弁28)の
構成を以下に説明する。これは、図2に示すように、上
ケーシング66、下ケーシング68、及び下部押え板7
0からなるケーシング内に弁装置72が収容されて構成
されている。すなわち、上ケーシング66には電空変換
器60に導通する圧力導入路74を有するエア圧力室7
6が形成され、下ケーシング68には流体導入路78、
1次弁室80、2次弁室82、流体導出路84からなる
流体流路が形成され、上ケーシング66と下ケーシング
68の間にはダイアフラム86が挟み込まれてエア圧力
室76と2次弁室82を区画している。
【0030】1次弁室80と2次弁室82の間には弁座
88が形成され、これに下から弁体90が挿入されてお
り、この弁体90はダイアフラム86に押え板92とボ
ルト94により固定された弁棒96に取り付けられて昇
降可能になっている。圧力調整弁54を構成する部材の
接合面の所定箇所にはそれぞれシール用のOリング98
が配されている。
【0031】上記のように構成した砥液供給装置の作用
を説明する。制御装置は、循環ポンプ46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20内の循環流を常時
形成する。
【0032】各研磨装置4が作動すると、それぞれのコ
ントローラ61が各開閉弁52に開信号を出力するとと
もに、予め設定された砥液供給量に応じた流量指示信号
を各電空変換器60に出力する。電空変換器60はその
流量指示信号に基づき、それに対応する空気圧力を圧力
調整弁54の空気圧力室76にパイロットエア圧力とし
て送り、これにより、弁体90と弁座88の間が開口す
る。圧力調整弁54では、流体の入口78より流入した
砥液が弁装置72、弁体90と弁座88で形成される開
口を通って流体圧力室82に流れる。流体圧力室82の
圧力はオリフィス29を流れる砥液の流量によって一義
的に決定される。従って、流体圧力室82の圧力を所望
の圧力に制御することによって、砥液の流量を所望の量
に制御できる。
【0033】このとき、流体の出口84から出力される
砥液の流量は流体圧力室82の圧力を制御することによ
って、以下のように一定に保たれる。空気圧力室76の
パイロット圧力と流体圧力室82の砥液圧力がダイヤフ
ラム86を介してバランスし、流体の出口84より流れ
出る。このとき流体圧力室82の圧力が高くなると弁棒
96、弁体90が上に押し上げられ、流体の流路となる
前記弁座88と弁体90で形成された空間が狭められ、
流路の抵抗が増すため、流体圧力室82の砥液圧力は所
定の圧力(空気圧力76のパイロットエア圧力とバラン
スする圧力)に瞬時に戻る。流体圧力室82の圧力が低
くなった場合は逆に作用し、所定の圧力に戻る。その結
果、パイロットエア圧力の変動幅及び周期が短くなり、
パイロットエア圧力と下流側の配管抵抗で決まる所定流
量の砥液が安定して各研磨部22のノズル58より流出
する。
【0034】なお、砥液の流量範囲レベルを変えたい場
合には、圧力調整弁54の下流に設けるオリフィス56
による抵抗を変えればよい。オリフィス56の抵抗を変
えるためには、穴サイズの異なるオリフィスを取り付け
ればよい。
【0035】バッファチューブ18内の砥液が下限以下
になると、レベルセンサ40cの信号により制御装置は
開閉弁26を開とし、これにより、圧力調整弁28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18に流入し、こ
こで混合する。尚、圧力調整弁28は圧力調整弁54と
同じ構造であり、圧力を一定に制御するため、結果とし
て流量も制御されている。
【0036】ある研磨装置4が研磨を停止すると、その
抜き出し配管24の開閉弁52は閉止される。これによ
り、循環配管21内の圧力は一時的に上昇するが、他の
研磨装置4の抜き出し配管24においては、圧力調整弁
54により、一次側の圧力変動にもかかわらず二次側に
一定の砥液圧力が維持され、従って、流量が一定に保持
される。
【0037】研磨を再開する場合には、砥液を供給する
前に、洗浄液配管64の開閉弁62を開とし、抜き出し
配管24の中を洗浄する。これにより、砥液の滞留に起
因する詰まりや砥液濃度変化を抑制することができる。
【0038】図3は、図1の実施の形態の変形例であっ
て、工場内の循環経路20と各研磨装置4の配置をより
具体的に示している。ここでは、循環経路20は、砥液
供給装置3に繋がる幹経路100からなっており、開閉
弁106と接続用フランジ104aを有する分配管10
4が設けられ、このフランジ104aを介して各研磨装
置4の抜き出し配管24のフランジ24aに接続される
ようになっている。開閉弁106は、本システムに新た
な研磨装置4をつなげるとき、本砥液供給システムを停
止することなく研磨装置4をつなげるのに必要である。
幹経路100を工場内に施工するとき、開閉弁106を
多く取り付けることにより、新たな研磨装置4の設置が
柔軟に行える。
【0039】このように循環経路20を構成することに
より、幹経路100を各研磨装置4のより近傍まで配管
配管することができるので、砥液の滞流が予想される抜
き出し配管24をさらに短くすることができ、砥液供給
の安定化という本願発明の効果をより高めることができ
る。なお、この図においては、4つの分配管104のう
ちの2つは、研磨装置4が繋がれていない待機状態とな
っている。
【0040】図4は、この発明のさらに他の実施の形態
を示すもので、この実施の形態では、研磨装置4Aのユ
ニットの中に、循環経路20の一部を構成する導入配管
120を収容している。すなわち、導入配管120は往
復する配管として研磨装置4A内に延び、その先端部に
抜き出し配管24が設けられている。導入配管120
は、その両端に設けられたフランジ120aを循環配管
21のフランジ21aに接続することによって循環経路
20の一部を構成している。抜き出し配管24には、先
の実施の形態と同様に、流量制御手段である圧力調整弁
54と砥液の流入を停止する開閉弁52が設けられてい
る。
【0041】この実施の形態においては、砥液の循環経
路20が研磨装置4Aのユニットの中まで延びているの
で、その分、先の実施の形態に比べて抜き出し配管24
が短くなる。従って、研磨装置4Aの稼動停止等によっ
て砥液が滞流して砥液成分の析出や詰まりを生じ易い管
路が短くなり、稼動がさらに安定化する。
【0042】なお、上記の実施の形態においては、研磨
装置4,4Aを抜き出し配管24や砥液制御系を含めて
ユニット化した構成としたが、それぞれの要素を個別に
組み合わせた構成としてもよいことは言うまでもない。
また、1台の研磨装置4,4Aに異なる種類の砥液等の
処理液を供給して、複数の研磨処理を行うため、1台又
は複数の研磨装置4,4Aに対して砥液供給装置3を複
数設けてもよい。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、外部の砥液供給装置の側の条件に係わらず、流量制
御手段により研磨部に常に一定の流量の砥液が供給さ
れ、ユニットタイプとして実用性の高い研磨装置が提供
される。また、砥液が流通する主配管と、これより分岐
する抜き出し配管を組み合わせ、抜き出し配管に流量制
御手段を設ける構成により、複数の研磨部に砥液を供給
する場合でも、砥液が滞留しやすい抜き出し配管を短く
して円滑な砥液供給を行なうことができる。さらに、主
配管における圧力変動を流量制御手段が吸収するので一
定の流量の砥液を安定に供給することができ、半導体基
板等の良好な研磨作業を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態の研磨システムの全体の
構成を示すフロー図である。
【図2】図1の圧力調整弁の構成を示す断面図である。
【図3】この発明の第2の実施の形態の研磨システムの
全体の構成を示すフロー図である。
【図4】この発明の第3の実施の形態の研磨システムの
全体の構成を示すフロー図である。
【符号の説明】
1 研磨システム 2 砥液供給システム 3 砥液供給装置 4,4A 研磨装置 10 原液タンク 12 希釈液タンク 14 原液供給経路 18 混合部 20 循環経路 21 循環配管 22 研磨部 24 抜き出し配管 28 流量調整弁 40a,40b,40c レベルセンサ 42 エアバッグ 54 圧力調整弁 56 オリフィス 58 ノズル 60 電空変換器

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被研磨物を研磨工具に押し付けて研磨を
    行なう研磨部と、外部の砥液供給装置に接続されて前記
    研磨部へ砥液を供給する砥液配管とが1つのハウジング
    内に収容された研磨装置であって、 前記砥液配管には、指示信号に基づいて弁開度を調整
    し、所望の砥液流量とする流量制御手段と、砥液の流入
    を停止させる手段とを設けたことを特徴とする研磨装
    置。
  2. 【請求項2】 前記砥液配管は、前記砥液供給装置の砥
    液が流通する主配管の一部を構成する導入配管と、この
    導入配管から前記研磨部に向けて延びる抜き出し配管と
    を有することを特徴とする請求項1に記載の研磨装置。
  3. 【請求項3】 前記流量制御手段は、前記指示信号に基
    づいて二次側圧力を所定値にする圧力調整弁を有するこ
    とを特徴とする請求項1又は2に記載の研磨装置。
  4. 【請求項4】 前記砥液配管には、前記流量制御手段に
    洗浄液を供給する洗浄液配管が設けられていることを特
    徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の研磨装
    置。
  5. 【請求項5】 1つ又は複数の研磨部に砥液を供給する
    砥液供給システムであって、 砥液が流通する主配管と、この主配管から各研磨部に向
    けて延びる抜き出し配管とを備え、 前記抜き出し配管の少なくとも1つには、指示信号に基
    づいて弁開度を調整し、流量を調整する流量制御手段が
    設けられていることを特徴とする砥液供給システム。
  6. 【請求項6】 1つ又は複数の研磨部と、これに砥液を
    供給する砥液供給手段と、前記研磨部と前記砥液供給手
    段との間に設けられた砥液循環配管と、前記砥液循環配
    管から前記研磨部へ延びる抜き出し配管とを有する研磨
    システムを用い、 所望の濃度に砥液を希釈する工程と、 希釈された砥液を前記砥液循環配管内で循環させる工程
    と、 前記砥液循環配管から砥液を前記研磨部に向けて抜き出
    す工程と、 予め設定された砥液供給量に応じた指示信号に基づいて
    弁開度を調整し、所望の砥液流量を前記研磨部に供給す
    る工程と、 前記砥液循環配管から前記研磨部への砥液の抜き出しを
    停止し、前記抜き出し配管を洗浄する工程とを行なうこ
    とを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。
  7. 【請求項7】 前記弁開度の調整は、弁の二次側の圧力
    と所要の砥液供給量に応じた圧力信号に基づく圧力がバ
    ランスすることによって行なうことを特徴とする請求項
    6に記載の半導体ウエハの研磨方法。
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