(57)【要約】【課題】簡単な構造で、貯留タンクと補充液タンクとの連通を遮断しながら好適に補充液の供給を行える補充液供給装置を提供する。【解決手段】液体ｓを貯留する開放型の貯留タンク１に、補充液を供給する補充液タンク１０を配置し、貯留タンク１の内部に、貯留した液体の液面変動に追従して上下移動するフロート５を配備するとともに、上方が開放された液溜め部６をフロート５と一体に上下移動可能にフロート５に連結し、補充液タンク１０の流出口１５を液溜め部６に上方から対向させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯留する貯留タンクに、貯留した補充液を補充する補充液タンクと、
前記貯留タンクの液面変動に追従して上下移動するフロートと、
前記フロートと一体に上下移動すると共に、上方が開放された液溜め部とを備え、
前記補充液タンクは、下向きの流出口を有すると共に、前記流出口が、前記開放された前記液溜め部に上方から臨むように設置され、
前記補充液タンクは、前記流出口が前記液溜め部の液から離れることによって、前記流出口から前記液溜め部への前記補充液の流出、及び、外気の補充液タンク内への流入が可能である、
ことを特徴とする補充液供給装置。
【請求項２】
前記液溜め部は、前記フロートの上端部に設けられる、
請求項１に記載の補充液供給装置。
【請求項３】
前記フロートの上下移動を案内するガイドを備える、
請求項１または２に記載の補充液供給装置。
【請求項４】
前記貯留タンクの前記液体が研磨用のスラリー液であり、前記補充液タンクの前記補充液が、前記スラリー液の溶媒である、
請求項１ないし３のいずれかに記載の補充液供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を貯留した貯留タンクに、補充液を補充する補充液供給装置に関し、例えば、研磨用のスラリー液を貯留した貯留タンクに溶媒液などの補充液を自動供給して、貯留タンクにおける液面レベルを一定に維持する場合、等に好適な補充液供給装置関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハなどの被研磨物の表面の凹凸を平坦化する技術の一つである化学的機械的研磨（Ｃhemica Ｍechanical Ｐolishing：ＣＭＰ）法においては、下面に半導体ウエハを保持した上定盤と上面に研磨パッドを装着した下定盤とによって、半導体ウエハを加圧挟持した状態で、研磨パッド上に研磨用のスラリー液を供給しながら半導体ウエハと研磨パッドとを相対摺動させることによって半導体ウエハの表面の研磨を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
研磨用スラリー液の使用に伴う物性の変化などを実験評価する場合、研磨用スラリー液を貯留した貯留タンクからスラリー液を研磨装置に循環供給する。この場合、スラリー液の溶媒である水の蒸発等によって貯留タンクに貯留したスラリー液の液面レベルが低下するので、この液面レベルの低下に応じて溶媒である水を補充してスラリー液の濃度が変化しないようにする必要がある。
【０００４】
一般に、貯留タンクにおける液面レベルの低下に伴って補充液を自動供給して液面レベルを安定維持する装置としては、貯留タンク内に配備した浮き玉の上下変位に基づいてバルブを自動開閉して、補充液タンクから補充液を自動供給するボールタップ方式、などが広く知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３１１６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ボールタップ方式の自動供給装置では、バルブを浮き玉の上下動によって開閉作動させる構造上、構成部品が多くコスト高になるとともに、バルブにおけるシール材自体の経年劣化や、弁座シール部への微細異物の付着（コンタミ）によるシール性の低下、等の問題が生じる。
【０００７】
そこで、例えば、図４に示すように、貯留タンク１の上方に密閉型の補充液タンク１０を固定配備すると共に、補充液タンク１０の底部から延出した流出管１４の流出口１５を貯留タンク１の液面に浸漬する自動供給装置が考えられる。
【０００８】
この自動供給装置によると、貯留タンク１での液面が低下して流出口１５から離れると、流出口１５から貯留タンク１０内へ外気が流入することで、貯留されていた補充液が流下して貯留タンク１に供給され、貯留タンク１への補充液の供給によって貯留タンク１内の液面が上昇して流出口１５が浸漬すると、補充液タンク１０への外気流入が阻止されて、補充液の流下が止められることになり、簡単な構造で液面レベルを安定に維持することができる。
【０００９】
しかし、この自動供給装置を、上記のように、貯留タンク１に研磨用のスラリー液ｓを貯留すると共に、補充液タンク１０に溶媒である水ｗを貯留し、貯留タンク１の液面低下に伴って補充液タンク１０から水ｗを補充供給する場合に適用すると、図４に示した補充休止状態において、貯留タンク１と補充液タンク１０とが流出管１４を介して連通した状態にある。このため、濃度平衡を保とうとする作用によって貯留タンク１の溶質が補充液タンク１０に拡散移行し、貯留タンク１に貯留されているスラリー液ｓの濃度が低下することになる。
【００１０】
本発明は、このような実情に着目してなされたものであって、簡単な構造で、貯留タンクと補充液タンクとの連通を遮断しながら好適に補充液の供給を行える補充液供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明では次のように構成している。
【００１２】
（１）本発明に係る補充液供給装置は、液体を貯留する貯留タンクに、貯留した補充液を補充する補充液タンクと、前記貯留タンクの液面変動に追従して上下移動するフロートと、前記フロートと一体に上下移動すると共に、上方が開放された液溜め部とを備え、前記補充液タンクは、下向きの流出口を有すると共に、前記流出口が、前記開放された前記液溜め部に上方から臨むように設置され、前記補充液タンクは、前記流出口が前記液溜め部の液から離れることによって、前記流出口から前記液溜め部への前記補充液の流出、及び、外気の補充液タンク内への流入が可能である。
【００１３】
本発明によると、貯留タンクに所定量の液体が貯留されている状態では、液溜め部に貯留された補充液に補充液タンクの流出口が浸漬し、この流出口を介しての補充液タンクへの外気流入が不能となり、これによって補充液タンクからの補充液流出が阻止される。
【００１４】
貯留タンクでの液面が低下すると、液面低下に追従してフロートが下方に変位し、これに伴って液溜め部も下がり、液溜め部の液面が流出口から離れると、流出口を介しての補充液タンクへの外気流入が可能となって、貯留されていた補充液が液溜め部に流れ込み、液溜め部から溢れた補充液が貯留タンクに供給される。そして、貯留タンクへの補充液供給によってタンク内の液面が上昇すると、これに追従してフロート及びこれと一体に液溜め部が上方に変位し、液溜め部における補充液の液面に流出口が再び浸漬する。これによって、補充液タンクへの外気流入が阻止されて、液溜め部への補充液の流下が止められ、貯留タンクの液面は元のレベルに維持される。
【００１５】
この場合、流出口が液溜め部に溜まった補充液に浸漬されて、補充液タンクから補充液の供給が休止された状態では、貯留タンクの液体と補充液タンクの補充液との連通は、液溜め部によって遮断された状態にあり、貯留タンクに貯留された液体の溶質が補充液タンクの補充液に拡散することはない。
【００１６】
（２）本発明の好ましい実施態様では、前記液溜め部は、前記フロートの上端部に設けられる。
【００１７】
この実施態様によると、フロートの上下変位量と同量だけ液溜め部が上下移動し、貯留タンクでの液面低下に応じた補充液の補充が的確に実行される。
【００１８】
（３）本発明の他の実施態様では、前記フロートの上下移動を案内するガイドを備える。
【００１９】
この実施態様によると、フロートが大きく下方変位したとしても、流出口に対向する位置から水平方向へ逸脱することがなく、補充液の補充流下によって貯留タンクの液面が上昇した際に、流出口を液溜め部に溜まった補充液に確実に浸漬させて、補充液の流下阻止状態をもたらすことができる。
【００２０】
（４）本発明の他の実施態様では、前記貯留タンクの前記液体が研磨用のスラリー液であり、前記補充液タンクの前記補充液が、前記スラリー液の溶媒である。
【００２１】
この実施態様によると、流出口が液溜め部に溜まった補充液に浸漬されて、補充液タンクから補充液の供給が休止された状態では、貯留タンクのスラリー液と補充液タンクの溶媒との連通は、液溜め部によって遮断された状態にあり、貯留タンクに貯留されたスラリー液の溶質が、補充液タンクの溶媒に拡散することを確実に阻止することができる。
【発明の効果】
【００２２】
このように、本発明によれば、簡単な構造でありながら、貯留タンクの液体と補充液タンクの補充液との連通を遮断しながら好適に補充液の自動供給を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る補充液供給装置の概略構成を示す縦断面図である。
【図２】補充液供給作動状態の縦断面図である。
【図３】時間経過に伴なうスラリー液量の変化を示す図である。
【図４】比較例の概略構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１に、本発明の一実施形態に係る補充液供給装置の概略構成図が示されている。この例は、半導体ウェハの研磨を行う実験用の研磨装置に研磨用のスラリー液を循環供給する実験装置に利用したものであって、スラリー液ｓを貯留した貯留タンク１と研磨装置２とが往き管路３と戻り管路４とで連通接続されている。
【００２６】
貯留タンク１は開放型に構成され、その内部に、スラリー液ｓの液面変動に追従して上下移動するフロート５が配備されると共に、フロート５の上端部には、上方に開放された小容量の浅いカップ状の液溜め部６が一体に連設されている。フロート５は、貯留タンク１内に立設固定された筒状のガイド７の内部に配備され、水平方向に大きく移動することなく上下移動するよう案内支持されている。なお、ガイド７の内部と貯留タンク１内とは、連通孔８を介して連通され、貯留タンク１の液面とガイド７内の液面とのレベルが一致するように構成している。
【００２７】
貯留タンク１の上方位置には、補充液タンク１０が固定配備されている。この補充液タンク１０は、上端に備えた注入口１１がキャップ１２によって閉止される密閉型に構成されており、スラリー液ｓの溶媒である水が補充液ｗとして貯留されている。また、補充液タンク１０の底部には、回転コック式の開閉バルブ１３を備えた流出管１４が連設され、その下端の流出口１５が、前記液溜め部６に臨設されている。
【００２８】
本実施形態の補充液供給装置は以上のように構成されており、貯留タンク１に所定量のスラリー液ｓが貯留されている状態では、図１に示すように、液溜め部６に貯留された補充液ｗに、補充液タンク１０の流出口１５が浸漬して、補充液タンク１０への外気流入が阻止された状態にある。このように補充液タンク１０への外気流入が阻止されることで補充液タンク１０からの補充液流出が阻止される。
【００２９】
スラリー液ｓが貯留タンク１と研磨装置２との間で循環流動されると、溶媒液の蒸発などによって貯留タンク１でのスラリー液の液面が次第に低下してゆく。
【００３０】
貯留タンク１での液面低下、したがって、ガイド７内の液面低下に追従してフロート５が下方に変位し、これに伴って液溜め部６も下がり、図２に示すように、液溜め部６の液面が流出口１５から離れて補充液タンク１０への外気流入が可能となり、貯留されていた補充液ｗが液溜め部６に流れ込み、液溜め部６から溢れた補充液ｗが貯留タンク１に供給される。
【００３１】
貯留タンク１への補充液の供給によって貯留タンク１内の液面が上昇すると、ガイド７内の液面も上昇し、これに追従してフロート５及びこれに備えられた液溜め部６が上方に変位し、液溜め部６における補充液ｗの液面に、補充液タンク１０の流出口１５が浸漬すると、補充液タンク１０への外気流入が阻止されて、液溜め部６への補充液の流下が止められる。
【００３２】
貯留タンク１での液面低下に対応して上記補充作動が繰り返し行われ、溶媒液ｗの補充によってスラリー液ｓの濃度が略一定に維持される。
【００３３】
補充液タンク１０の流出口１５が、液溜め部６における補充液ｗの液面に浸漬し、液溜め部６への補充液の流下が休止されている状態では、図１に示すように、貯留タンク１内の研磨用のスラリー液ｓと、補充タンク１０の補充液ｗとは、液溜め部６及びフロート５によって、その連通が遮断されている。
【００３４】
これによって、上記図４のように、貯留タンク１内のスラリー液ｓと補充液タンク１０内の溶媒ｗとが流出管１４を介して連通している場合に生じる拡散現象によるスラリー液ｓの濃度低下を防止することができる。
【００３５】
また、図１に示す補充液の流下が休止されている状態では、補充液タンク１０の流出管１４の補充液と液溜め部６の補充液との間で、補充液の流出が阻止されている、すなわち、シールされている。
【００３６】
これによって、ボールタップ方式の自動供給装置のように、バルブにおけるシール材自体の経年劣化や、弁座シール部への微細異物の付着（コンタミ）によるシール性の低下等の問題が生じることがない。
【００３７】
上記実施形態の補充液供給装置の効果を確認するために、次のような実験を行った。すなわち、貯留タンク１内の研磨用のスラリー液を、一定の流量でポンプによって排出して、補充液タンク１０から溶媒を上記のようにして補充したときの貯留タンク１内のスラリー液の液量を測定した。
【００３８】
この実験では、貯留タンク１として、容量約４０Ｌ、開口部面積１０００ｃｍ2のタンクを使用し、初期の研磨用のスラリー液の液量を２０．５Ｌとした。補充液タンク１０には、溶媒として純水を５Ｌ貯留した。液溜め部６には、容量一杯まで純水を満たした。
【００３９】
ローラーポンプによって、２０ｍＬ／ｍｉｎの流量で、貯留タンク１内のスラリー液を排出することで、蒸発による貯留タンク１内のスラリー液の減少に近い状態を再現した。
【００４０】
図３は、実験結果である貯留タンク１内のスラリー液の液量の経時変化を示す図である。
【００４１】
この図３に示すように、貯留タンク１内のスラリー液は、５００ｍＬ未満の範囲内で、増減を繰り返しており、この増減範囲は、スラリー液の総量２０．５Ｌに対して２．５％未満である。この結果から、研磨用のスラリー液の増減が、溶媒の蒸発と供給のみによって起こる条件下であって、貯留タンク１の開口部面積が１０００ｃｍ2、研磨用のスラリー液の総量２０．５Ｌでは、濃度の変化範囲を、２．５％未満に抑えることが期待できる。
【００４２】
（他の実施形態）
本発明は、以下のような形態で実施することもできる。
【００４３】
上記実施形態のようにフロート５と液溜め部６とを樹脂材等で一体形成する他に、任意の材質で形成したフロート５と液溜め部６を連結してもよい。フロート５は必ずしも中空構造である必要はなく、独立気泡の発泡樹脂材からなる中実構造のものであってもよい。
【００４４】
上記実施形態では、スラリー液ｓを循環流動させる間に蒸発した溶媒液ｗである水を補充供給する場合を示しているが、溶媒は、水に限らず、ｐＨバッファ溶液や各種の物質を溶解あるいは混入した混合液であってもよい。
【００４５】
また、補充液タンク１０の補充液は、溶媒に限らず、貯留タンク１の研磨用のスラリー液と同じスラリー液であってもよい。同じスラリー液であっても、循環使用される貯留タンク１内の研磨用のスラリー液は、補充液タンク１０の研磨用のスラリー液とは、厳密に同一ではなく、補充液の補充休止状態において、貯留タンク１の研磨用のスラリー液と補充液タンク１０の研磨用スラリーとの連通を遮断しておく必要がある。
【００４６】
貯留タンク１及び補充液タンク１０の液体は、研磨用のスラリー液やその溶媒に限らず、他の液体であってもよい。
【００４７】
貯留タンク１内の液体は、循環される液体に限らず、単に外部に供給される液体であってもよく、供給に伴なって補充液を補充するものであってもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１            貯留タンク
２            研磨装置
５            フロート
６            液溜め部
７            ガイド
１０          補充液タンク
１５          流出口
ｓ            液体（スラリー液）
ｗ            補充液（溶媒液）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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