(57)【要約】【課題】輸送や管理の負担を減らしてデバイスの製造コストを低減すること。【解決手段】板状物（Ｗ）を研磨する研磨方法であって、常温で固体のアルカリ性粉体を圧縮成形した固形研磨剤（３９）を所定量の溶媒に溶かして所定濃度のスラリーを生成し、板状物の表面にスラリーを供給しつつ、砥粒を固定された研磨パッド（２２）で板状物の表面を研磨する構成にした。これにより、固形研磨剤は固体のままで持ち運ぶことができると共に、液体や粉体のように量や重さで管理するのではなく、固形研磨剤を個数で管理することができるようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
常温で固体のアルカリ性粉体を圧縮成形又は造粒成形して形成される固形研磨剤。
【請求項２】
板状物を研磨する研磨方法であって、
請求項１記載の固形研磨剤を所定量の溶媒に溶解して所定濃度の研磨溶液を生成する研磨溶液生成ステップと、
該研磨溶液生成ステップを実施した後に、板状物表面に該研磨溶液を供給しつつ、砥粒を含有した研磨パッドで板状物表面を研磨する研磨ステップと、
から構成される固形研磨剤を使用した研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状物を研磨に用いられる固形研磨剤及び固形研磨剤を使用した研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの製造過程では、インゴットがスライスされて板状物が取り出され、板状物の両面が研削盤又はラッピング装置によって平坦化された後、更にポリッシング装置で鏡面研磨されることで集積回路が形成可能な表面状態にされている。また、板状物の表面に対する集積回路の形成工程では、多層配線の形成時の層間絶縁膜の平坦化、金属プラグの形成、埋め込み金属配線の形成等において、ポリッシング装置におる研磨が実施される。このように、ポリッシング装置は、半導体ウェーハの加工において欠かすことのできない重要な装置である。
【０００３】
ポリッシング装置では、シリカ等の砥粒を含む砥粒液に、過酸化水素水等の酸化剤又はアンモニア等のアルカリ剤の液状の添加剤を加えたスラリーが使用される。研磨パッドにスラリーが供給され、研磨パッドと板状物の相対運動によって添加剤の化学的作用及び砥粒の機械的作用によって板状物が研磨される。スラリー生成時には、砥粒液に添加剤が所定の割合で撹拌混合されて一時的に貯留されるため、タンク内で反応が促進されてスラリーの特性が経時的に変化する場合がある。このため、砥粒液と添加剤を個別に貯留して、使用直前に両者を混合する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０２７７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の装置では、砥粒液と液状の添加剤をタンク等の容器に収容した状態で輸送及び管理するため、輸送コストや管理コストがかかってデバイスの製造コストが増大するという問題があった。
【０００６】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、輸送や管理の負担を減らしてデバイスの製造コストを低減することができる固形研磨剤及び固形研磨剤を使用した研磨方法を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の固形研磨剤は、常温で固体のアルカリ性粉体を圧縮成形して形成される。
【０００８】
この構成によれば、使用直前に所定量の溶媒に固形研磨剤を溶解させることで、所定濃度の研磨溶液（スラリー）を生成することができるので、研磨溶液の反応が過度に促進されることがなく特性の経時的な変化が抑えられる。また、固形研磨剤は固体のままで持ち運ぶことができ、液体や粉体のように量や重さで管理するのではなく、固形研磨剤を個数で管理することができるため、輸送や管理の負担を軽減してデバイスの製造コストを低減することができる。
【０００９】
本発明の一態様の研磨方法は、板状物を研磨する研磨方法であって、上記の固形研磨剤を所定量の溶媒に溶解して所定濃度の研磨溶液を生成する研磨溶液生成ステップと、該研磨溶液生成ステップを実施した後に、板状物表面に該研磨溶液を供給しつつ、砥粒を含有した研磨パッドで板状物表面を研磨する研磨ステップと、から構成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、固形研磨剤を固体のまま持ち運ぶことができ、固形研磨剤を個数で管理できるため、輸送や管理の負担を減らしてデバイスの製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施の形態の研磨装置の模式図である。
【図２】本実施の形態の固形研磨剤の斜視図である。
【図３】本実施の形態の固形研磨剤を使用した研磨方法の動作説明図である。
【図４】変形例の研磨装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して、本実施の形態の研磨装置について説明する。図１は、本実施の形態の研磨装置の模式図である。なお、研磨装置は、本実施の形態のように、板状物にスラリーを供給可能な構造を備えていればよく、図１に示す構成に限定されない。
【００１３】
図１に示すように、研磨装置１は、チャックテーブル１０上の板状物Ｗに研磨パッド２２を押し当てて、研磨溶液としてスラリーを供給しながらチャックテーブル１０と研磨パッド２２を相対回転させるように構成されている。このようなＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing）研磨では、スラリーの化学成分によって板状物Ｗがエッチングされ、研磨パッド２２に分散された砥粒によって板状物Ｗが機械的に研磨される。これにより、板状物Ｗの研磨速度を向上させることができると共に、研磨後に残る板状物Ｗの表面の微細な傷を減らして鏡面を得ることが可能になっている。
【００１４】
チャックテーブル１０は、ポーラス材によって保持面１１が形成されており、保持面１１に生じる負圧によって板状物Ｗを吸引保持している。チャックテーブル１０の下部にはモータ１２が連結されており、モータ駆動によってチャックテーブル１０が回転駆動される。チャックテーブル１０の上方にはスピンドル２０が位置付けられており、スピンドル２０のマウント２１に研磨パッド２２が貼着されている。スピンドル２０にはモータ２３及び昇降機構２４が連結されており、モータ駆動によって研磨パッド２２が回転されると共に昇降機構２４によって研磨パッド２２が板状物Ｗに離接される。
【００１５】
研磨パッド２２は、ウレタン等のパッド面に砥粒を分散させたものであり、砥粒としてはシリカ、アルミナ、ジルコニア、二酸化マンガン、セリア、クロイダルシリカ、ヒュームドシリカ、ベーマイト、バイヤライト、ダイヤモンド等が用いられている。研磨パッド２２は、ウレタン素材等に所定の割合で砥粒を混入させて製造されており、研磨パッド２２に砥粒が固定されている。すなわち、本実施の形態では、砥粒が混合されたスラリーを使用する代わりに、砥粒が固定された研磨パッド２２を用いて研磨溶液だけを供給するようにしている。
【００１６】
ところで、一般に研磨装置で用いられるスラリーは、液体の状態で輸送や管理がされている。工場に向けてスラリーを車両で輸送する際には、液体のスラリーの積載重量やタンクの積載スペースによって輸送コストが増大する。また、スラリーが液体の状態では、測定設備が整っていたとしても、スラリーを量（体積）や重さで管理しなければならない。さらに、現場ではスラリーの交換時に重量物の運搬や薬液取扱いによる労災リスクがある。
【００１７】
そこで、本実施の形態では、スラリーの輸送時の不具合や液体のスラリーの管理し難さに着目して、液状のスラリーのアルカリ成分を固形化した固形研磨剤を生成し、研磨加工時に固形研磨剤を溶媒に溶かして使用するようにしている。これにより、スラリーを固形化して持ち運び易くすると共に、スラリーの固形化によって固形研磨剤の個数で容易に管理することが可能になっている。スラリーの持ち運びや管理が容易になることで、輸送コスト及び管理コストを含めたデバイスの全体的な製造コストを低減することが可能になっている。
【００１８】
なお、一般的な研磨装置では、砥粒が加えられたスラリーが使用されており、スラリーが固形化する際に砥粒が凝集してしまい、スクラッチの原因になる。このため、本実施の形態では、砥粒が入ったスラリーを使用せずに、上記したように研磨パッド２２に砥粒を固定させて、研磨パッド２２にスラリーだけを供給するようにしている。スラリーに砥粒が含まれないため、砥粒が邪魔になることがなく、スラリーのアルカリ成分だけを固形化させて固形研磨剤を生成することが可能になっている。
【００１９】
図１に戻り、チャックテーブル１０の上方には、板状物Ｗに対してスラリーを供給する供給装置３０が設けられている。供給装置３０には、溶媒が貯留された溶媒タンク３１と、多数の固形研磨剤３９が収容された供給ケース３２と、溶媒に固形研磨剤３９を混合する混合タンク３３とが設けられている。溶媒タンク３１には溶媒として純水が貯留されており、開閉バルブ３４を介して溶媒タンク３１から混合タンク３３に定期的に溶媒が供給される。供給ケース３２には複数の固形研磨剤３９が縦並びに収容されており、一番下の固形研磨剤３９から順番に混合タンク３３に供給される。
【００２０】
混合タンク３３には撹拌機３５が取り付けられており、溶媒タンク３１から供給された溶媒と供給ケース３２から供給された固形研磨剤３９が撹拌機３５によって混合タンク３３内で混合される。このとき、固形研磨剤３９は所定量の溶媒に対応した分量毎に固形化されており、混合タンク３３内で固形研磨剤３９が所定量の溶媒に溶解することで所定濃度のスラリー（研磨溶液）が生成される。混合タンク３３には供給ノズル３６が取り付けられており、混合タンク３３内のスラリーが供給ノズル３６からチャックテーブル１０上の板状物Ｗの上面に少しずつ供給される。
【００２１】
このように構成された研磨装置１では、チャックテーブル１０上の板状物Ｗに研磨パッド２２が押し当てられ、供給ノズル３６からスラリーが供給されながら板状物Ｗと研磨パッド２２が相対回転されることでＣＭＰ研磨される。また、供給装置３０で溶媒に固形研磨剤３９を溶かしてスラリーが生成されているため、スラリーを液体の状態で保管しておく必要がない。固形研磨剤３９は、小さく且つ軽く成形されているため持ち運びが容易であり、さらにスラリーの１回の生成に必要な分量毎にアルカリ成分が固形化されているため管理が容易になっている。
【００２２】
以下、図２を参照して、固形研磨剤について説明する。図２は、本実施の形態の固形研磨剤の斜視図である。
【００２３】
図２に示すように、固形研磨剤３９は、常温で固体のアルカリ性粉体を圧縮成形して扁平形状に形成されている。固形研磨剤３９が溶媒に投入されると、固形研磨剤３９のアルカリ性粉体が溶媒に溶解される。このとき、固形研磨剤３９が扁平形状であるため、表面積が大きく溶媒に溶け易くなっていると共に、水に触れることで崩れ易くなっている。よって、溶媒に対して固形研磨剤３９を良好に溶かすことができ、短時間でスラリーを生成することが可能になっている。固形研磨剤３９は、単に固形化して輸送や管理の利便性を考慮するだけでなく、生産性を考慮して溶媒に溶け易い形状に成形されている。
【００２４】
このように、固形研磨剤３９は厚みよりも幅を優先させた扁平形状に成形されている。固形研磨剤３９の厚みよりも幅（面積）を広げることで強度は低下するが、少なくとも輸送中に崩れない程度の強度を持つように押し固められている。ここで、固形研磨剤３９は取扱い場面が限られており、不特定多数の消費者に雑に扱われることも想定され難いため、可能な限り薄く成形して溶け易さを重視した形状になっている。また、固形研磨剤３９は工場に出荷されるものであり、小売店等に陳列されるものではないため、幅広に形成されても設置スペースの問題が生じることがない。
【００２５】
なお、固形研磨剤３９は、扁平形状ではなく錠剤形状に成形されていてもよい。この場合、扁平形状と比較して溶媒に溶け難くなるため、アルカリ性粉体に炭酸水素ナトリウム等の炭酸ガスを発生させる粉体を加えて成形するようにしてもよい。溶媒内で固形研磨剤３９から炭酸ガスが発泡することで、固形研磨剤３９の錠剤形状が溶媒内で崩れてアルカリ性粉体が溶媒に溶け易くなっている。これによって、固形研磨剤３９に厚みを持たせて強度を確保する一方で、炭酸ガスの発泡によって固形研磨時３９を崩れ易くして溶媒に対する溶け易さを向上させている。
【００２６】
また、固形研磨剤３９は外面に水溶性樹脂等によってコーティングされてもよい。固形研磨剤３９の外面をコーティングすることで、固形研磨剤３９の強度を高めることができる。固形研磨剤３９を扁平形状にして薄く形成しても、コーティングによって十分な強度を確保することができる。また、溶媒に固形研磨剤３９を投入してコーティング膜を溶かすことで、固形研磨剤３９が溶媒内で崩れてアルカリ性粉体が溶媒に溶け易くなっている。なお、コーティング剤は、溶媒に溶けるものであればよく、上記した水溶性樹脂に限らず、溶媒の種類に応じて適宜変更されてもよい。
【００２７】
なお、アルカリ性粉体は、溶媒に溶けたときにアルカリ性を示すものであればよく、例えば、酢酸カリウム、塩化カリウム、無水ピペラジン、ピペラジン六水和物、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸アンモニウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ナトリウム、１，４−エチレンピペラジン、イミダゾール、ピラゾール、ピラジンが用いられてもよい。また、固形研磨剤３９は、１種類のアルカリ性粉体から形成される構成に限らず、２種類以上のアルカリ性粉体から形成されてもよい。
【００２８】
また、固形研磨剤３９には、アルカリ性粉体だけでなく、粉状の添加剤を加えて成形されてもよい。添加剤は、例えば、界面活性剤、キレート剤、崩壊剤、結合剤、賦型剤が用いられてもよい。固形研磨剤３９には、１種類の添加剤だけでなく、２種類以上の添加剤が加えられてもよい。
【００２９】
溶媒は、固形研磨剤３９と混合されてアルカリ性を示すものであればよく、純水の他、アルコール等の極性溶媒が用いられてもよい。溶媒と固形研磨剤の割合は、スラリーがｐＨ１０−ｐＨ１２．５になるように調整されていることが好ましく、ｐＨ１２．５になるように調整されていることがさらに好ましい。また、溶媒は、溶媒タンク３１から混合タンク３３に供給される構成にしたが、この構成に限定されない。溶媒が純水の場合には、工場内の純水設備から配管を通じて直に混合タンク３３に供給されてもよい。
【００３０】
さらに、固形研磨剤３９は、アルカリ性粉体を圧縮成形することでペレット状に形成される構成にしたが、この構成に限定されない。固形研磨剤３９は、アルカリ性粉体を集塊して形成される構成であればよく、例えば、造粒成形で顆粒状に形成されてもよい（図４参照）。この場合、常温で固体のアルカリ性粉体だけで固形研磨剤３９を形成する場合には、圧縮成形で固形研磨剤３９をペレット状に形成してもよいし、乾式造粒成形で固形研磨剤３９を顆粒状に形成してもよい。
【００３１】
また、固形研磨剤３９は、常温で液体のアルカリ性溶液を含んでいてもよい。常温で固体のアルカリ性粉体と常温で液体のアルカリ性溶液で固形研磨剤３９を形成する場合には湿式造粒成形で固形研磨剤３９を顆粒状に形成してもよいし、湿式造粒成形後に圧縮成形して固形研磨剤３９をペレット状に形成してもよい。湿式造粒成形では、固形研磨剤３９に対するアルカリ性溶液の含有量は３０％以下であることが好ましい。また、アルカリ性溶液の種類は特に限定されず、固形研磨剤３９に２種類以上のアルカリ性溶液が含まれていてもよい。
【００３２】
続いて、図３を参照して、固形研磨剤を使用した研磨方法について説明する。図３は、本実施の形態の固形研磨剤を使用した研磨方法の動作説明図である。
【００３３】
図３Ａに示すように、研磨加工の開始前に研磨溶液生成ステップが実施される。研磨溶液生成ステップでは、供給装置３０で溶媒タンク３１から混合タンク３３に溶媒が所定量だけ供給されると共に、供給ケース３２から混合タンク３３に固形研磨剤３９が供給される。混合タンク３３内の撹拌機３５によって溶媒が撹拌され、固形研磨剤３９が所定量の溶媒に溶解されて所定濃度のスラリー（研磨溶液）が生成される。固形研磨剤３９は、所定量の溶媒に応じた分量で成形されているため、溶媒やアルカリ性粉体の分量を測定せずにスラリーが正確な濃度で生成される。
【００３４】
このとき、固形研磨剤３９が扁平形状に形成されているため、溶媒に対して固形研磨剤３９が溶け易く、短時間でスラリーを生成することが可能になっている。なお、本実施の形態では、所定量の溶媒に対して１つの固形研磨剤３９を溶かして所定濃度のスラリーを生成する構成にしたが、所定量の溶媒に対して複数の固形研磨剤３９を溶かして所定濃度のスラリーを生成してもよい。すなわち、固形研磨剤３９を小さく成形して、複数の固形研磨剤３９によってスラリーの濃度を調整してもよい。これにより、各固形研磨剤３９が小さくなった分だけ溶解速度が速くなって、より短時間でスラリーを生成することができる。
【００３５】
図３Ｂに示すように、研磨溶液生成ステップを実施した後に研磨ステップが実施される。研磨ステップでは、板状物Ｗを保持したチャックテーブル１０が回転されると共に、スピンドル２０に設けられた研磨パッド２２が回転される。チャックテーブル１０に対して研磨パッド２２が近づけられ、供給装置３０の供給ノズル３６から板状物Ｗの表面にスラリーが供給される。板状物Ｗの表面にスラリーが供給されながら、砥粒を含有した研磨パッド２２の研磨面で板状物Ｗの表面がＣＭＰ研磨される。これにより、スラリーの化学的作用と研磨パッド２２の機械的作用によって板状物Ｗの表面が良好に仕上げられる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態の研磨装置１によれば、使用直前に所定量の溶媒に固形研磨剤３９を溶解させることで、所定濃度の研磨溶液（スラリー）を生成することができるので、研磨溶液の反応が過度に促進されることがなく特性の経時的な変化が抑えられる。また、固形研磨剤３９は固体のままで持ち運ぶことができ、液体や粉体のように量や重さで管理するのではなく、固形研磨剤３９を個数で管理することができるため、輸送や管理の負担を軽減してデバイスの製造コストを低減することができる。
【００３７】
なお、本実施の形態の研磨装置では、アルカリ性粉体を圧縮成形したペレットタイプの固形研磨剤を混合タンクに供給してスラリーを生成する構成にしたが、この構成に限定されない。図４に示すように、変形例の研磨装置では、アルカリ性粉体を造粒成形した顆粒タイプの固形研磨剤４２を混合タンク３３に供給してスラリーを生成してもよい。この場合、供給装置４０には、細径の供給ケース４１に顆粒状の固形研磨剤４２が収容され、一番下の固形研磨剤４２から所定量ずつ混合タンク３３に供給される。
【００３８】
また、本実施の形態の研磨溶液生成ステップでは、撹拌機によって溶媒を撹拌することによって、溶媒に固形研磨剤を溶解させる構成にしたが、この構成に限定されない。研磨溶液生成ステップでは、溶媒に固形研磨剤を溶解させることができればよく、例えば、溶媒の超音波振動によって溶媒に固形研磨剤を溶解させるようにしてもよい。
【００３９】
また、本実施の形態の研磨ステップでは、板状物よりも小径の研磨パッドを用いて板状物を研磨する構成にしたが、この構成に限定されない。研磨パッドは板状物よりも大径に形成されていてもよい。この場合、研磨パッドによって板状物全体が覆われるため、スピンドル及び研磨パッドの回転軸にスラリーの供給路を形成して、研磨パッドに対してスラリーを内側から供給できるような構成にする。
【００４０】
また、本実施の形態の研磨ステップでは、チャックテーブルの上方に研磨パッドを位置づけて、研磨パッドをチャックテーブル上の板状物に対して上側から接触させる構成にしたが、この構成に限定されない。チャックテーブルと研磨パッドを上下反転させて、チャックテーブルの保持面を下向きにすると共に、研磨パッドの研磨面を上向きにして、研磨パッドをチャックテーブルの板状物に対して下側から接触させてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態では、研磨溶液としてスラリーを例示して説明したが、この構成に限定されない。研磨溶液は、研磨加工時に板状物に供給される液体であればよく、例えば、金属の付着防止や洗浄能力を向上させるための液体であってよい。すなわち、本実施の研磨加工はＣＭＰ研磨に限られず、他のウェット研磨を含んでいる。
【００４２】
また、本実施の形態では、切削装置として被加工物を個片化する研磨装置を例示して説明したが、この構成に限定されない。本発明は、研磨処理を実施する他の加工装置に適用可能であり、研磨装置を備えたクラスター装置等の他の加工装置に適用されてもよい。
【００４３】
また、加工対象のワークとして、加工の種類に応じて、例えば、半導体デバイスウェーハ、光デバイスウェーハ、パッケージ基板、半導体基板、無機材料基板、酸化物ウェーハ、生セラミックス基板、圧電基板等の各種ワークが用いられてもよい。半導体デバイスウェーハとしては、デバイス形成後のシリコンウェーハや化合物半導体ウェーハが用いられてもよい。光デバイスウェーハとしては、デバイス形成後のサファイアウェーハやシリコンカーバイドウェーハが用いられてもよい。また、パッケージ基板としてはＣＳＰ（Chip  Size  Package）基板、半導体基板としてはシリコンやガリウム砒素等、無機材料基板としてはサファイア、セラミックス、ガラス等が用いられてもよい。さらに、酸化物ウェーハとしては、デバイス形成後又はデバイス形成前のリチウムタンタレート、リチウムナイオベートが用いられてもよい。
【００４４】
また、本実施の形態及び変形例を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
【００４５】
また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
【００４６】
また、本実施の形態では、本発明を研磨装置に適用した構成について説明したが、研磨溶液の供給が必要な他の加工装置に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上説明したように、本発明は、輸送や管理の負担を減らしてデバイスの製造コストを低減することができるという効果を有し、特に、スラリーを供給しながら板状物を研磨する研磨装置に有用である。
【符号の説明】
【００４８】
１  研磨装置
１０  チャックテーブル
２２  研磨パッド
３６  供給ノズル
３９、４９  固形研磨剤
Ｗ  板状物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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