(57)【要約】      （修正有）【課題】電子部品用の基板の研磨の効率化を図り、基板に変形、残留応力、熱による影響、きず等が生じにくくするともに、基板の付着物を除去する物質除去装置および物質除去方法を提供する。【解決手段】電子部品用の基板２の平坦性を高めるために、砥粒を含む高圧水６を使用して基板の表面３を研磨する装置に、複数のノズルから基板の表面に対して砥粒を含む高圧水を噴射しながら自転する噴射部５と、基板に対して噴射部が所定の軌跡を描くようにして基板２と噴射部とを相対的に移動させる回転軸４，７とを備えるとともに、表面においてノズルから噴射された直後に高圧水が接触する領域が、研磨対象として所望する領域を含むようにする。これにより、高圧水中の砥粒が表面を研磨するので、研磨工具を使用する際のドレッシングが不要になって研磨が効率化され、高圧水が冷却と研磨くずの排出とを行うので、基板の変形等の発生が防止される。【選択図】図２
2005161473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材を研磨すること又は前記部材における付着物を除去することを目的として、高圧流体を前記部材に噴射することにより前記部材が有する物質を除去する物質除去装置であって、
前記部材に対して１又は複数の噴射口から前記高圧流体を噴射する噴射手段と、
前記部材に対して前記１又は複数の噴射口が所定の軌跡を描くように前記部材と前記噴射手段とを相対的に移動させる移動手段とを備えたことを特徴とする物質除去装置。
【請求項２】
請求項１記載の物質除去装置において、
前記噴射手段は自転することを特徴とする物質除去装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の物質除去装置において、
前記高圧流体には砥粒が混入されていることを特徴とする物質除去装置。
【請求項４】
部材を研磨すること又は前記部材における付着物を除去することを目的として、高圧流体を前記部材に噴射することにより前記部材が有する物質を除去する物質除去方法であって、
１又は複数の噴射口を有する噴射手段を使用して前記部材の表面に対して前記高圧流体を噴射する工程と、
前記１又は複数の噴射口が所定の軌跡を描くようにして前記部材と前記噴射手段とを相対的に移動させる工程を備えたことを特徴とする物質除去方法。
【請求項５】
請求項４記載の物質除去方法において、
前記移動させる工程では前記噴射手段を自転させることを特徴とする物質除去方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の物質除去方法において、
前記噴射する工程の前に前記高圧流体に砥粒を混入する工程を備えたことを特徴とする物質除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部材を研磨すること又は部材における付着物を除去することを目的とした、物質除去装置及び物質除去方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、部材を研磨すること又は部材における付着物を除去することを目的とした物質除去に関して、様々な技術が提案されている。部材を研磨する例として、電子部品を製造する際に使用されるシリコン基板等（以下「基板」という。）を、その基板の平坦性を高めるために研磨する方法を説明する。ここで、基板には、シリコン基板の他に、ＧａＡｓ基板やＧａＮ基板等の化合物半導体基板、サファイヤ基板、ＬＣＤ用のガラス基板等が含まれる。この基板の研磨は、基板を製造する際に厚さ、反り、平坦性等の精度を向上させる工程において使用され、また、基板にパターニングされた後に基板厚を所定の厚さにするための裏面研磨工程において使用されている。この方法によれば、例えば、カップ型ダイヤモンドホイールに代表される砥粒を含む研磨工具と、被研磨物である基板の表面とを、基板が固定されたステージと研磨工具とをそれぞれ回転させながら接触させる。このことにより、砥粒によって基板の表面を研磨することができる（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、上述した従来の技術によれば、次のような問題がある。第１に、カップ型ダイヤモンドホイールのような研磨工具は、使用しているうちに、目詰まりすることによって研磨効率が低下する。したがって、定期的にドレッシングと呼ばれる目立て作業を行う必要があるので、基板の研磨を効率化することが困難である。第２に、研磨工具に含まれている砥粒は有限なので、一定の頻度で研磨工具を交換する必要がある。そして、基板の大型化に伴い、この頻度は高くなっている。したがって、この点からも、基板の研磨を効率化することが困難である。第３に、砥粒を含み回転する研磨工具を使用した研磨によれば、被研磨物である基板において変形、歪み、残留応力、熱による影響等が生じやすい。また、研磨工具から脱落した砥粒や、研磨により発生した微小粒子、すなわち研磨くず等が排出されにくい場合には、これらの粒子が基板の表面にきずをつける場合がある。したがって、基板の品質を低下させるおそれがある。
【０００４】
また、部材における付着物を除去する例としては、半導体製造工程で使用される洗浄に代表される、ふっ酸等を含む高温・高濃度の薬液に基板からなる部材を浸漬する洗浄がある（例えば、非特許文献２参照）。しかしながら、この技術によれば、廃液処理が必要になるのでコストが増大するとともに、環境に与える負荷が大きいという問題がある。
【特許文献１】実開昭６３−８３２７０号公報（第１頁、第１図）
【非特許文献１】社団法人日本半導体製造装置協会編，「半導体製造装置用語辞典−第４版−」，日刊工業新聞社，１９９７年１１月２０日，ｐ．１２０
【非特許文献２】社団法人日本半導体製造装置協会編，「半導体製造装置用語辞典−第４版−」，日刊工業新聞社，１９９７年１１月２０日，ｐ．２５８−ｐ．２５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、第１に、基板に代表される部材の研磨において、効率化が困難である点、及び、部材において変形、歪み、残留応力、熱による影響、きず等が生じやすいという点である。第２に、部材における付着物を除去することを目的とした物質除去に関して、設備コストと環境に与える負荷とが増大するという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明に係る物質除去装置は、部材（２）を研磨すること又は部材（２）における付着物を除去することを目的として、高圧流体（６）を部材（２）に噴射することにより部材（２）が有する物質を除去する物質除去装置であって、部材（２）に対して１又は複数の噴射口（１０）から高圧流体（６）を噴射する噴射手段（５）と、部材（２）に対して１又は複数の噴射口（１０）が所定の軌跡を描くように部材（２）と噴射手段（５）とを相対的に移動させる移動手段（４，７）とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る物質除去装置は、上述の物質除去装置において、噴射手段（５）は自転することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る物質除去装置は、上述の物質除去装置において、高圧流体（６）には砥粒が混入されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る物質除去方法は、部材（２）を研磨すること又は部材（２）における付着物を除去することを目的として、高圧流体（６）を部材（２）に噴射することにより部材（２）が有する物質を除去する物質除去方法であって、１又は複数の噴射口（１０）を有する噴射手段（５）を使用して部材（２）の表面に対して高圧流体（６）を噴射する工程と、１又は複数の噴射口（１０）が所定の軌跡を描くようにして部材（２）と噴射手段（５）とを相対的に移動させる工程を備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る物質除去方法は、上述の物質除去方法において、移動させる工程では噴射手段（５）を自転させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る物質除去方法は、上述の物質除去方法において、噴射する工程の前に高圧流体（６）に砥粒を混入する工程を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、部材（２）の表面（３）に対して高圧流体（６）を噴射することによって、その部材（２）の表面（３）が研磨され、又は、部材（２）が有する付着物が除去される。また、部材（２）の表面（３）を研磨する場合には、噴射された高圧流体（６）が、部材（２）を冷却する機能と、研磨により発生した微小な研磨くずを排出する機能とを果たす。したがって、研磨工具を使用する場合に比較して、部材（２）における変形、歪み、残留応力、熱による影響、きず等の発生が防止される。また、部材（２）が有する付着物を除去する場合には、高圧流体（６）が、部材（２）の表面（３）から付着物を剥離させる機能、付着物自体を破壊して微細化する機能、部材（２）の表面（３）と付着物との間の密着性を低下させる機能等を果たす。したがって、高温・高濃度の薬液を使用せずに、部材（２）が有する付着物を除去することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、１又は複数の噴射口（１０）を有する噴射手段（５）が、自転しながら部材（２）の表面（３）に対して高圧流体（６）を噴射する。これにより、部材（２）の表面（３）に対して、高圧流体（６）が均等に噴射されることになる。したがって、部材（２）の表面（３）において、均等に効率よく研磨されるとともに付着物が除去される。
【００１４】
また、本発明によれば、高圧流体（６）に砥粒が混入されることによって、研磨の効率化及び付着物除去の効率化が図られる。更に、研磨工具を使用して研磨する場合に比較して、研磨工具に対するドレッシングと研磨工具の交換とが不要になる。したがって、部材（２）がいっそう効率よく研磨される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
部材（２）の研磨又は部材（２）における付着物の除去を目的として、高圧流体（６）を部材（２）に噴射することにより部材（２）が有する物質を除去する物質除去装置に、部材（２）に対して１又は複数の噴射口（１０）から高圧流体（６）を噴射する噴射手段（５）と、部材（２）に対して１又は複数の噴射口（１０）が所定の軌跡を描くように部材（２）と噴射手段（５）とを相対的に移動させる移動手段（４，７）とを備え、噴射手段（５）は自転し、高圧流体（６）には砥粒が混入され、部材（２）において噴射口（１０）から噴射された直後に高圧流体（６）が接触する領域が、研磨対象又は付着物の除去対象として所望する領域を含んでいる。
【実施例１】
【００１６】
本発明に係る物質除去装置及び物質除去方法について、その実施例１を、図１−図３を参照して説明する。図１は、本発明に係る物質除去装置の構成を示す斜視図である。図２は、本発明に係る物質除去装置の構成を示す正面図である。図３（１）は本発明に係る物質除去装置に使用されている噴射部の底面図であり、図３（２）は図３（１）の噴射部をＡ−Ａ線に沿って示す断面図である。いずれの図も、わかりやすくするために誇張して描かれている。
【００１７】
図１及び図２に示されているように、回転自在に構成されたステージ１の上には、被研磨物であるシリコン基板からなる基板２が、研磨される表面３を上側にして、粘着や吸着等の手段によって固定されている。回転軸４は、ステージ１に取り付けられ、モータ（図示なし）に連結されている、ステージ１を回転させる回転手段である。ステージ１の上方には、基板２の表面３から所定の間隔をおいて噴射部５が設けられている。噴射部５は、その底面に円状に設けられている複数個のノズル（後述）から、砥粒を含む高圧水６を噴射する噴射手段である。回転軸７は、噴射部５に取り付けられ、モータ（図示なし）を有する駆動部８に連結されている、噴射部５を回転させる回転手段である。また、図３に示されているように、駆動部８からは、回転軸７の内部に設けられた管路９を経由して、噴射部５に砥粒を含む高圧水６が供給される。また、噴射部５の底面側には、円状に複数個（図では８個）のノズル１０が設けられている。そして、駆動部８から管路９を経由して供給された高圧水６が、ノズル１０から基板２の表面３に向かって噴射される。ここで、砥粒は、高圧水６を貯留するタンク内において予め混入されている。また、砥粒が、搬送管（図示なし）から各ノズル１０に設けられた混合室（図示なし）に供給され、この混合室で高圧水６に混入されることとしてもよい。本実施例では、砥粒は、研磨剤として機能する微小粒子であって、ガーネット，ＳｉＣ，ＢＮ，アルミナ等から構成されている。
【００１８】
図１及び図２の物質除去装置の動作を、図１−図３を参照して説明する。まず、回転軸４の回転に従って基板２が固定されているステージ１が回転するとともに、回転軸７の回転に従って噴射部５が回転する。これによって、ステージ１と噴射部５とがそれぞれ自転するとともに、基板２と噴射部５とが相対的に移動して、基板２に対して噴射部５が有するノズル１０は所定の軌道を描く。そして、ノズル１０の開口と基板２の表面３との間の距離、すなわちスタンドオフは、所定の値になるように予め設定されている。また、基板２の表面３において各ノズル１０から噴射された直後に高圧水６が接触する領域が、その表面３において電子部品を製造する際に使用される有効領域のすべてを覆うように、予め設定されている。ここで、有効領域とは、基板３において、ＬＳＩ等として使用される各チップに対応する領域の他に、位置合わせ、試験、検査、評価等に使用されるパターンが形成される領域も含まれる。したがって、ノズル１０から噴射された直後に高圧水６が接触する領域が、有効領域、すなわち研磨対象として所望する領域を含むことになる。
【００１９】
次に、駆動部８から回転軸７の内部を経由して噴射部５に、砥粒を含む高圧水６が供給される。そして、高圧水６は、ノズル１０の開口から基板２の表面３に向かって噴射される。これにより、高圧水６に含まれる砥粒が基板２の表面３に衝突して表面３が研磨されるとともに、研磨に寄与した砥粒と、研磨によって発生した微小粒子、ずなわち研磨くずとが、高圧水６によって排出される。
【００２０】
以上説明したように、本実施例によれば、基板２の表面３に対して砥粒を含む高圧水６を連続して噴射することによって、その砥粒が基板２の表面３を研磨する。これにより、研磨工具を使用する従来の場合に比較して、研磨工具に対するドレッシングと研磨工具の交換とが不要になる。したがって、基板２の研磨が効率化される。また、砥粒を含む高圧水６が、基板２を冷却する機能と、研磨によって発生した研磨くずを排出する機能とを果たす。したがって、研磨工具を使用する従来の場合に比較して、基板２における変形や歪み、残留応力、熱による影響、きず等の発生が防止される。
【００２１】
また、本実施例によれば、研磨対象として所望する領域、すなわち基板２において電子部品を製造する際に使用される有効領域のすべてにおいて、複数のノズル１０から噴射された砥粒を含む高圧水６により基板２の表面３が研磨される。また、複数のノズル１０を有する噴射部５が、自転しながら基板２の表面３に対して砥粒を含む高圧水６を噴射するので、基板２の表面３が、均等に効率よく研磨される。
【実施例２】
【００２２】
本発明に係る物質除去装置及び物質除去方法について、その実施例２を、図１−図３を参照して説明する。本実施例においては、実施例１と同様の装置と砥粒とを使用して、研磨対象である基板２の種類に応じて、又は、基板２の表面３に対して要求される仕様、例えば、平坦性や表面粗さ等に応じて、研磨条件を変更する。ここで、研磨条件としては、高圧水６に含まれる砥粒の種類、量、粒径等の特性、高圧水６の圧力や流速、ステージ１及び噴射部５の回転数、基板２の表面３に対して高圧水６を噴射する角度、ノズル１０の開口と基板２の表面３との距離、すなわちスタンドオフ等が考えられる。
【００２３】
本実施例によれば、基板２の種類に応じて、また、基板２の表面３に対して要求される仕様に応じて、装置の構成を変更することなく、最適な研磨を実現することができる。一方、カップ型ダイヤモンドホイール等の研磨工具を使用する従来の場合には、基板２の種類や表面３に対して要求される仕様に応じて、その都度研磨工具を交換する必要がある。したがって、本実施例によれば、研磨工具を使用する場合に比較して、基板２の研磨が効率化される。
【００２４】
なお、実施例１及び実施例２においては、研磨対象の硬度等の特性、実現したい研磨速度や表面粗さ等によっては、砥粒を使用せずに高圧水６のみを対象物の表面に噴射してもよい。また、高圧流体として、水以外の液体や、気体を使用することもできる。更に、気体に砥粒を添加して使用することもできる。この場合には、研磨対象によっては、微小粒子からなる砥粒としてガーネット，ＳｉＣ，ＢＮ，アルミナ等の他に、氷やドライアイスからなる微小な凍結粒子を使用することもできる。
【実施例３】
【００２５】
本実施例は、実施例１及び実施例２を、部材２の洗浄に、すなわち部材２が有する付着物の除去に適用するものである。本実施例においては、次のような構成を採用することが可能である。第１に、高圧流体として、砥粒を含有しない高圧水６を使用することができる。この場合には、高圧水６は、部材２の表面３から付着物を剥離させる機能、付着物自体を破壊して微細化する機能、部材２の表面３と付着物との間の密着性を低下させる機能等を果たす。第２に、高圧流体として、砥粒を添加した高圧水を使用することができる。第３に、高圧流体として、水以外の薬液を高圧で噴射して使用することができる。この場合には、薬液を常圧で使用する従来の技術に比較して、高圧で薬液を噴射することによる効果が加わるので、低温・低濃度の薬液が使用可能になる。したがって、廃液処理のコストと環境に与える負荷とを低減することができる。第４に、高圧流体として、水以外の薬液に砥粒を添加して、これを高圧で噴射して使用することができる。この場合には、薬液を常圧で使用する従来の技術に比較して、高圧で薬液を噴射することによる効果と砥粒の効果とが加わるので、廃液処理のコストと環境に与える負荷とをいっそう低減することができる。第５に、上述の各高圧流体に代えて、所定の気体を使用することができる。高圧流体として気体を使用する場合には、洗浄後の乾燥工程が不要になるという利点がある。また、気体に砥粒を添加することも可能であり、この場合には、微小粒子からなる砥粒としてガーネット，ＳｉＣ，ＢＮ，アルミナ等の他に、氷やドライアイスからなる微小な凍結粒子を使用することもできる。
【００２６】
ところで、本実施例における砥粒は、微小粒子であって、部材が有する付着物に衝突することによって次のような機能を果たす。その機能とは、部材の表面から付着物を剥離させる機能、付着物自体を破壊して微細化する機能、部材の表面と付着物との間の密着性を低下させる機能等である。
【００２７】
なお、ここまでの各実施例においては、図３に示されているように、噴射部５が複数のノズル１０を有することとした。これに限らず、基板２の大きさや材質等によっては、噴射部５が１個のノズル１０を有することとしてもよい。
【００２８】
また、各実施例においては、噴射部５には、円状に複数（図では８個）のノズル１０が設けられていることとした。これに限らず、噴射部５の底面の全体にわたって、ほぼ等間隔に複数のノズル１０を設けてもよい。更に、噴射部５の底面に複数のノズル１０を直列状に設けておき、その直列状のノズル１０を基板の半径方向に沿うようにして構成することもできる。この場合には、ステージ１に対して、噴射部５を固定してもよく、同心状に回転させてもよい。
【００２９】
また、物質除去装置に、高圧水６に含まれる砥粒の回収機構を設けることもできる。この場合には、ステージ１の上から排出された高圧水６を、パイプによってタンクに導いて貯留し、フィルタを使用して砥粒を回収し、回収された砥粒を所定の比率で高圧水６に混入すればよい。したがって、研磨に使用された砥粒を回収して再利用することにより、基板の研磨又は洗浄におけるコストを削減することができる。
【００３０】
また、各実施例においては、基板２を回転させながら、噴射部５を自転させることとした。これに限らず、噴射部５を自転させずに、基板２を回転させるだけとしてもよい。また、基板２を回転させながら、噴射部５を、自転に代えて水平方向に往復運動させてもよい。この場合には、噴射部５にいわゆるジグザグ運動をさせることもできる。また、これらに限らず、本発明においては、基板２に対して１又は複数のノズル１０が所定の軌跡を描くようにして、基板２と噴射部５とを相対的に移動させればよく、回転方向についても図示された方向に限られない。更に、回転軸４，７自体のうち少なくとも一方を、自転させるとともに単振動又は回転振動させてもよい。この場合には、回転軸４，７自体を、微小な振幅又は半径で超音波振動させることもできる。
【００３１】
また、各実施例においては、研磨量を、すなわち基板２の表面３の変位を、又は、付着物の付着の程度を、非接触センサを使用して測定することもできる。非接触センサとしては、基板２の表面３の変位を測定する場合には、レーザ式等の光学式センサや、磁気式、静電容量式等の非接触式センサを使用することができる。この場合には、表面３の変位を測定して、研磨量を知ることができる。また、付着物の付着の程度を測定する場合には、ＣＣＤ等の画像センサを使用して基板２の表面３を撮影し画像処理することによって、画像の濃度から付着物の膜厚を測定し、又は、付着物の付着面積を測定して、洗浄の進行状況を知ることができる。そして、研磨量又は洗浄の進行状況が所定の値に到達すれば、研磨又は洗浄を停止することができる。これによれば、基板２において、研磨又は洗浄が必要十分になされた時点を的確に検知して、研磨又は洗浄の短縮化を図ることができる。
【００３２】
また、本発明の研磨対象になる基板２には、シリコン基板の他に、ＧａＡｓ基板、ＧａＮ基板等の化合物半導体基板や、サファイヤ基板等、また、ＬＣＤ用のガラス基板のような、電子部品を製造する際に使用される基板が含まれる。また、基板２の上に成膜された各種の膜、例えば、ＬＣＤ用の配向膜等の平坦性を高める目的で、本発明を使用することができる。また、基板２の上に成膜された各種の膜に対して、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing;化学的機械研磨）の前工程として、又はＣＭＰに代えて本発明を適用することもできる。更に、電子部品を製造する際に使用される部材以外の部材に対して、その平坦性を高める目的で、本発明を使用することができる。
【００３３】
また、本発明の洗浄対象になる基板２には、上述の各種基板２の他にも、電子部品の組立に使用されるリードフレームやプリント基板等が含まれる。また、基板２のような平面状の部材以外にも、電子部品を製造する際に使用される成膜チャンバ用部品、ボート、トレイ等の治具類を、本発明の洗浄対象にすることができる。更に、電子部品を製造する際に使用される部材以外の部材を洗浄する目的で、本発明を使用することができる。更に、本発明は、洗浄以外にも、基板２に付着したレジスト等の不要な付着物を除去する目的に適用することができる。
【００３４】
また、本発明は、上述の各実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて、任意にかつ適宜に組み合わせ、変更し、又は選択して採用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、本発明に係る物質除去装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明に係る物質除去装置の構成を示す正面図である。
【図３】図３（１）は本発明に係る物質除去装置に使用されている噴射部の底面図であり、図３（２）は図３（１）の噴射部をＡ−Ａ線に沿って示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    ステージ
２    基板（部材）
３    表面
４，７    回転軸（移動手段）
５    噴射部（噴射手段）
６    高圧水（高圧流体）
８    駆動部
９    管路
１０    ノズル（噴射口）
【図１】
2005161473.tif 000003
【図２】
2005161473.tif 000004
【図３】
2005161473.tif 000005