JP2002270555A

JP2002270555A - 研磨屑除去方法

Info

Publication number: JP2002270555A
Application number: JP2001066260A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Takahashi; 剛紀高橋; Yoshikatsu Sudo; 義勝須藤
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】研磨布の使用回数、使用時間を増加させ、コ
ストの低減を図るため、研磨布から研磨屑を除去する研
磨屑除去方法を提供する。【解決手段】半導体ウエハ用研磨布６の研磨面６ａ上
に蓄積する研磨屑を、研磨面６ａ上にＰＨ１２．５以上
の強アルカリ性液Ｓを供給する第１工程と、クリーニン
グ部材５によって研磨面６ａ上を擦る第２工程とによ
り、研磨屑を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの鏡
面研磨において使用される研磨布から研磨屑を除去する
研磨屑除去方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化・高密
度化に伴い、半導体ウエハの表面を高精度に平坦化する
技術が要求されている。このような半導体ウエハの平坦
化技術の一つに化学的機械研磨（ＣＭＰ）方法がある。
この方法は、回転する研磨布に半導体ウエハを押し付
け、化学研磨液を供給しながら、前記研磨布でウエハ表
面を鏡面研磨するものである。

【０００３】従来、このＣＭＰ方法においては、図５に
示すような研磨装置が用いられている。この研磨装置６
１は、図５に示すように、ウエハＷが装着される上方定
盤６２と、前記上方定盤６２に対峙して配置され、その
上面に研磨布が貼付される下方定盤６３と、前記研磨布
の上面に研磨液を供給する研磨液供給用ノズル６４とを
備えている。

【０００４】更に、前記上方定盤６２について詳しく述
べると、上方定盤６２はウエハ装着用のプレートであっ
て、上方定盤６２の上面には鉛直軸６５が取り付けら
れ、前記鉛直軸６５によって上方定盤６２は、上下動及
び回動可能に構成されている。また、前記上方定盤６２
の下面に、真空吸引あるいはワックスによって半導体ウ
エハＷが装着されるように構成されている。一方、前記
下方定盤６３は、研磨布貼付用のプラテンであって、前
記上方定盤６２の下方に回転自在に配置されている。ま
た、前記下方定盤６３の上面には研磨布６６が貼付さ
れ、この研磨布６６によって、前記上方定盤６２の下面
に装着された半導体ウエハＷを研磨するように構成され
ている。

【０００５】また、研磨液供給用ノズル６４は、下方定
盤６３の上方であって、かつ上方定盤６２の側方に配置
されている。この研磨液供給用ノズル６４は、下方定盤
６３上の研磨布６６の研磨面６６ａ上にコロイダルシリ
カ系研磨剤等の化学研磨液Ａを供給するものである。な
お、同図中、符号Ｐは研磨時に研磨布６６の研磨面６６
ａ上に半導体ウエハＷを押し付ける力を示す。

【０００６】このような研磨装置６１を用いて半導体ウ
エハＷを鏡面研磨するには、まず、下方定盤６３に研磨
布６６を貼付した後、上方定盤６２に半導体ウエハＷを
装着する。その後、前記上方定盤６２及び下方定盤６３
を所定の速度で回転させながら、前記上方定盤６２を下
降させ、研磨布６６の研磨面６６ａ上に半導体ウエハＷ
の表面を力Ｐで押し付ける。

【０００７】このとき、研磨布６６の研磨面６６ａと半
導体ウエハＷの表面（被研磨面）との間に化学研磨液Ａ
が供給され、半導体ウエハＷの被研磨面を研磨した後、
廃液として研磨屑とともに排出される。

【０００８】ところで、このような鏡面研磨において使
用される研磨布は、使用回数・時間が増えると、研磨屑
による目詰まりを起こす。この目詰まりした状態で研磨
を続けると、研磨加工レート（単位時間あたりの研磨
量）が低下したり、品質の悪化を起こすため、所定の使
用回数・時間に達した場合には、新規の研磨布と交換す
るのが望ましい。しかし、研磨布がきわめて高価なもの
であることから、研磨布を交換する代わりに、研磨布か
ら研磨屑を除去したいわゆる再生研磨布が使用されてい
る。この研磨布の再生方法、すなわち、従来の研磨屑除
去方法にあっては、使用された研磨布の研磨面上に洗浄
液としての純水を噴射するとともに、研磨面をブラシで
擦ることにより、研磨屑を除去している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の研磨
屑除去方法においては、前記したように純水とブラシを
併用して行うものであるが、研磨屑を十分に除去するこ
とができないという技術的課題があった。すなわち、従
来の研磨屑除去方法において研磨屑を十分に除去するに
は、純水の噴射速度（研磨布への衝突速度）を高くする
こと、及び研磨布をブラシで強く擦ること（高加圧力）
が必要となる。しかしながら、純水の噴射速度を高く、
研磨布をブラシで強く擦ると、研磨布が損傷する虞れが
あるため、純水の噴射速度を所定の速度以下にし、研磨
布をブラシの加圧力を所定力以下にしなければならなか
った。

【００１０】そのため、従来の研磨屑除去方法において
は、研磨屑を十分に除去することができず、研磨布を再
生することによって、研磨布の使用回数・時間を増加さ
せることができず、使用回数等の増加によるコストダウ
ンを図ることができないという技術的課題があった。

【００１１】本発明者らは、前記課題を解決するため
に、まず目詰まりの発生メカニズムおよび研磨屑の除去
メカニズムについて、鋭意、検討を行った。この目詰ま
りの発生メカニズムについて説明すると、図６（ａ）に
示すように、鏡面研磨において、コロイダルシリカ系研
磨剤（ｐＨ１０．０〜１１．０程度のアルカリ性を示
す）中に含まれる水酸基（ＯＨ^- ）が、半導体ウエハ
（Ｓｉ）Ｗの表面上を腐食（エッチング）して、その表
面にＳｉ（ＯＨ^- ）_x 中間体を形成する（図６
（ｂ））。

【００１２】このＳｉ（ＯＨ^- ）_x 中間体（弱アルカリ
性を示す）は、コロイダルシリカ系研磨剤の溶剤には溶
解されずに、ゲル状になって半導体ウエハＷの表面上に
残留するが、この残留膜が図６（ｃ）に示すようにコロ
イダルシリカ系研磨剤（砥粒）によって剥離する。この
剥離したＳｉ（ＯＨ^- ）_x 中間体（弱アルカリ性を示
す）は、その後、研磨布の繊維内に入り込み、これが酸
化し、この酸化物（ＳｉＯ₂ ）が蓄積して目詰まりが発
生することが判明した。

【００１３】また、本発明者らは、研磨屑は酸化物（Ｓ
ｉＯ₂ ）であるため、強アルカリ性を示す薬液によって
溶解、軟化させることができることに着目し、さらにク
リーニング部材で研磨布の研磨面を擦ることによって、
研磨布からほぼ完全に研磨屑を除去することできるとの
結論に至った。

【００１４】本発明はこのような技術的課題を解決する
ため、上記知見に基づいてなされたものであり、研磨布
の目詰まりの原因となる生成物（研磨屑）が酸化膜であ
ることに着目し、この酸化膜をアルカリ性液で化学的に
溶解、軟化させ、クリーニング部材によって物理的（機
械的）に掻き出すことにより、研磨屑をほぼ完全に除去
することができる研磨屑除去方法を提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
なされた本発明にかかる研磨屑除去方法は、半導体ウエ
ハ用研磨布の研磨面上に蓄積する研磨屑を除去する方法
において、前記研磨面上にｐＨ１２．５以上のアルカリ
性液からなる薬液を供給する第１工程と、前記研磨面を
クリーニング部材によって擦る第２工程とを含むことを
特徴としている。このように、本発明にかかる研磨屑除
去方法は、研磨面上にアルカリ性液からなる薬液が供給
され、クリーニング部材によって前記研磨面を擦ること
により行われる。特に、薬液がアルカリ性液であるた
め、研磨布の目詰まりの原因となる生成物（研磨屑）を
化学的に溶解、軟化させることができ、またクリーニン
グ部材によって物理的（機械的）に掻き出すことによっ
て、前記研磨屑をほぼ完全に除去することができる。

【００１６】ここで、前記研磨面上に供給されるアルカ
リ性液からなる薬液が、ｐＨ１２．５以上であることが
望ましい。それ以下の場合には、短時間では研磨屑を化
学的に十分に溶解、軟化させることが難しく、前記研磨
屑が残存することがあり、好ましくない。

【００１７】また、前記研磨面上に供給されるアルカリ
性液からなる薬液が、無機アルカリであることが望まし
い。具体的に例示すれば、水酸化ナトリウム、水酸化カ
リウムなどを挙げることができる。無機アルカリを用い
るのは、有機アルカリと比べ溶解力が大きいからであ
る。

【００１８】また、前記研磨面上にアルカリ性液からな
る薬液を供給する第１工程と、前記研磨面をクリーニン
グ部材によって擦る第２工程とを同時に進行させても良
い。一般的には、第１工程後、第２工程の工程に移る
が、作業の能率上、第１工程と第２工程とを同時に進行
させても良い。

【００１９】また、前記薬液中に前記半導体ウエハ用研
磨布を浸漬することにより薬液を供給し、その後、前記
研磨面をクリーニング部材で擦るすることが望ましい。
このように、薬液中に前記半導体ウエハ用研磨布が浸漬
されることにより、研磨屑を化学的に十分に溶解、軟化
させることができるため、クリーニング部材で擦ること
によって、前記研磨屑をほぼ完全に除去することができ
る。なお、前記薬液を、噴射、あるいは滴下することに
より供給するように構成しても良い。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明にかかる研磨屑除去方法を
説明する際し、まず研磨屑除去方法を実施するために用
いられる研磨屑除去装置について、図１に基づいて説明
する。なお、図１（ａ）および（ｂ）は本発明の第１実
施形態に係る研磨屑除去方法を実施するために用いられ
る研磨屑除去装置を示す平面図と断面図である。図１に
おいて、符号１で示す研磨屑除去装置は、研磨布６を保
持する定盤２と、前記定盤２の側方に配置されると共
に、薬液貯溜用のタンク９等が配置されるステージ３
と、前記定盤２の上方に配置され、薬液貯溜用のタンク
９等から薬液が供給され、前記研磨布６に供給する洗浄
・薬液供給用ノズル４と、前記洗浄・薬液供給用ノズル
４に隣接して前記定盤２の上方に配置された、前記研磨
布６を擦るクリーニング部材５とを備えている。

【００２１】また、前記定盤２は、研磨布６を着脱可能
に保持する平面円形状の保持面２ａを有し、回転機構
（図示せず）に連結されている。これによって、前記定
盤２は保持面２ａの中心軸線の回り（矢印Ｒ方向）に回
転する。

【００２２】また、前記ステージ３上には、テーブル７
を案内するガイドレール８と、このガイドレール８の側
方に位置する薬液貯溜用のタンク９と、洗浄液貯溜用の
タンク１０とが配設されている。前記テーブル７上に
は、薬液貯溜用のタンク９と洗浄液貯溜用のタンク１０
に可撓性ホース１１、１２を介して接続された切換バル
ブ１３ａ付きのポンプ装置１３と、前記クリーニング部
材５に回転力を付与する回転モータ１４とが設けられて
いる。

【００２３】なお、前記テーブル７は、テーブル移動機
構（図示せず）によって矢印ａ方向にガイドレール８上
を移動するように構成されている。したがって、テーブ
ル７が矢印ａ方向に移動すると、これに伴いポンプ装置
１３および回転モータ１４が同方向に移動し、また前記
洗浄・薬液供給用ノズル４及びクリーニング部材５は、
前記定盤２の中心を通る径方向に移動する。

【００２４】更に、前記洗浄・薬液供給用ノズル４は、
定盤２の上方にクリーニング部材５に並列して配置さ
れ、かつポンプ装置１３にパイプ１５を介して連結され
ている。その結果、薬液としての強アルカリ性液（例え
ばＫＯＨ液）Ｓは、薬液貯溜用のタンク９から可撓性ホ
ース１１、ポンプ装置１３およびパイプ１５を経由し、
またバルブ切換後に洗浄液としての純水が洗浄液貯留用
タンク１０から可撓性ホース１２、ポンプ装置１３およ
びパイプ１５を経由して洗浄・薬液供給用ノズル４に供
給され、この洗浄・薬液供給用ノズル４から定盤２上に
おける研磨布６のクリーニング部材接触位置付近に所定
の圧力で噴射される。

【００２５】また、前記クリーニング部材５はブラシ等
からなり、回転モータ１４にロッド１６を介して連結さ
れ、かつ先端部が折曲し定盤２上における研磨布６の研
磨面６ａに所定の押圧力をもって接触するように配置さ
れている。このように、クリーニング部材５の先端部
が、研磨布６の研磨面６ａ上に押し付けながら、矢印ｂ
方向に回転することによって、研磨布の目詰まりの原因
となる生成物（研磨屑）は物理的（機械的）に掻き出さ
れる。

【００２６】次に、本実施形態における研磨屑除去方法
について、図１（ａ）および（ｂ）に基づいて説明す
る。すなわち、目詰まりが発生した研磨布６から研磨屑
を除去するには、予め定盤２の保持面２ａに保持された
研磨布６の研磨面６ａ上に、洗浄・薬液供給用ノズル４
によって、薬液貯溜用のタンク９からの強アルカリ性液
Ａ（所定の温度，濃度に希釈した水酸化カリウム）を一
定時間供給（噴射）する。このとき、定盤２を矢印Ｒ方
向に回転させるとともに、テーブル７を矢印ａ方向に移
動させることによって、洗浄・薬液供給用ノズル４を定
盤２の中心から外周に向かって移動させる。これによ
り、強アルカリ性液Ａを研磨布６の全面に供給すること
ができる。

【００２７】そして、所定時間経過後、クリーニング部
材５（ブラシ）で研磨面６ａ上を擦る。クリーニング部
材５（ブラシ）で研磨面６ａ上を擦る際、洗浄・薬液供
給用ノズル４から、洗浄液貯溜用のタンク１０からの洗
浄液（例えば、純水）を供給（噴射）しながら行う。前
記したように所定時間経過後に、クリーニング部材５
（ブラシ）で研磨面６ａ上を擦るのは、研磨屑を溶解、
軟化させるためである。したがって、研磨屑を溶解、軟
化させる点からすれば十分な時間をおくことが望ましい
が、作業能率上好ましくない。強アルカリ性液Ａのアル
カリ度によっても変わるが、好ましくは、１０〜１５分
程度おくことが好ましい。

【００２８】また、クリーニング部材５（ブラシ）で研
磨面６ａ上を擦る時間（ドレッシング時間は、研磨面６
ａの大きさ、クリーニング部材５の材質等によっても異
なるが、３分〜１０分程度が好ましい。前記ドレッシン
グ時間が、あまり長い時間に及ぶと研磨面６ａに損傷を
与えるため好ましくない。一方、短過ぎると、十分な除
去を行うことができないためである。

【００２９】以上のように、本実施形態においては、研
磨布６からの研磨屑の除去が、研磨面６ａ上に強アルカ
リ性液Ｓを供給するともに、クリーニング部材５によっ
て研磨面６ａを擦ることにより行われるため、研磨布６
から研磨屑を十分に除去することができ、研磨布６の使
用回数・時間を確実に増加させることができる。

【００３０】この場合、強アルカリ性液Ａおよび洗浄液
の噴射圧（噴射速度）を高圧（高速）に設定すること、
及びクリーニング部材５で研磨布６を強く擦ることは必
要ないため、研磨布６の損傷を防止することができる。

【００３１】なお、上記実施形態の説明では、薬液を供
給する工程と、クリーニング部材（ブラシ）で研磨面上
を擦る工程とを、別々の工程として説明したが、特にこ
れに限定されるものではなく、薬液を供給する工程と、
クリーニング部材（ブラシ）で研磨面上を擦る工程とを
同時に行ってもよい。この際、薬液を供給しながら、ク
リーニング部材（ブラシ）で研磨面上を擦るため、クリ
ーニング終了後、純水で研磨面を洗い流すのが好まし
い。

【００３２】また、上記実施形態では、洗浄・薬液供給
用ノズルから洗浄・薬液が所定の圧力で噴射されるよう
に構成されているが、特にこれに限定されるものではな
く、滴下されるものでもあっても良い。なお、噴射され
る場合に、ノズルの直径、研磨布までの高さ等にもよる
が、研磨面の損傷を考慮して、１５０ｋｇ／ｃｍ² 以下
の圧力が好ましい。

【００３３】

【実施例】本発明にかかる研磨屑除去方法の効果につい
て検証を行った。研磨使用開始時（加工レート１．５μ
ｍ／ｍｉｎ）からライフまで研磨加工を継続して、目詰
まりが発生した研磨布から研磨屑を除去することを試み
た。まず、研磨開始後、１回毎に従来の研磨屑除去方
法、すなわち、クリーニング部材と純水を用いて、各回
数間に１分程度研磨屑の除去を行った。そこで、加工開
始から加工レートが０．６μｍ／ｍｉｎに低下した時点
で、ライフとし（回数５０回）加工をストップした。な
お、研磨布洗浄方法としては、研磨布面上をクリーニン
グ部材で擦りながら、洗浄、薬液供給用ノズルで洗浄液
貯留用のタンクから純水を供給して研磨布を洗浄した。
この際の定盤の回転数は６０ｒｐｍ、クリーニング部材
の回転数は２０ｒｐｍ、クリーニング部材の水平方法の
移動速度は２ｃｍ／ｓでありドレッシング時間を１０分
とした。

【００３４】ライフまで加工レートが低下した研磨布に
対して、水酸化カリウムのｐＨをそれぞれ１２．０、１
３．０、１４．０に調整し、溶液ｌＬを研磨布上に流
し、そのまま５、１０、１５分とそれぞれ放置した。放
置後、研磨布面上をクリーニング部材で洗浄した。クリ
ーニング後、ウェーハを加工し、洗浄後の加工レートを
把握して、実施前後の両者の加工レート差を比較した。

【００３５】（実験結果）下記の表１は、ライフとなっ
た研磨布（加工レート０．６μｍ／ｍｉｎ）が下記条件
にて洗浄した場合での加工レートの変化状況である。本
結果から考察すると、ｐＨ１２．０では、長い時間放置
してもわずかしか加工レートが向上しない。ｐＨ１３．
０、放置時間５分では、レートがさほど向上しないが１
０分以上で大きく向上する。以上の結果からｐＨ１２．
０でも放置時間を長くすれば加工レート向上が期待でき
るが生産性上問題があるため、ｐＨは１２．５以上、好
ましくは、ｐＨは１３．０以上、放置時間１０分以上で
大きい加工レート向上効果を得ることが可能となる。

【００３６】

【表１】＊単位：μｍ／ｍｉｎ

【００３７】図３に、研磨布の加工レートの変化を連続
加工中１時間毎に評価した結果を示す。これからも、ラ
イフ（使用限界点）前に研磨加工レートが急激に低くな
っていることが確認され、ドレッシング後（クリーニン
グ後）以降、研磨布が使用可能レベルまで改善されるこ
とが認められた。

【００３８】また、図４に研磨布のウエハ平坦度（ＴＴ
Ｖ）を同じく連続加工中１時間毎に評価した結果を示
す。これからも、ドレッシング前では、急激にウエハ平
坦度が悪くなっているにもかかわらず、ドレッシング後
（クリーニング後）には、元のレベルまで回復している
ことが認められた。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、研
磨布からの研磨屑の除去が、研磨面上に強アルカリ性液
からなる薬液を供給し、クリーニング部材によって研磨
面を擦ることにより行われるから、研磨布から研磨屑を
ほぼ完全に除去することができる。したがって、研磨布
の使用回数・時間を確実に増加させることができ、研磨
布のコストダウンを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）および（ｂ）は本発明の第１実施形態に
係る研磨屑除去方法を実施するために用いられる研磨屑
除去装置を示す平面図と断面図である。

【図２】本発明の実施例１における研磨布の研磨加工レ
ートおよびウエハ平坦度の変化を評価した結果を示す図
である。

【図３】本発明の実施例２における研磨布の研磨加工レ
ートの変化を評価した結果を示す図である。

【図４】本発明の実施例２における研磨布のウエハ平坦
度の変化を評価した結果を示す図である。

【図５】半導体ウエハの研磨装置を示す断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は鏡面研磨のメカニズムを説明
するために示す図である。

【符号の説明】

１研磨屑除去装置２定盤２ａ保持面３ステージ４洗浄・薬液供給用ノズル５クリーニング部材６研磨布６ａ研磨面７テーブル８ガイドレール９薬液貯溜用タンク１０洗浄液貯溜用タンク１１，１２可撓性ホース１３ポンプ装置１３ａ切換バルブ１４回転モータ１５パイプＳ強アルカリ性液

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハ用研磨布の研磨面上に蓄積
する研磨屑を除去する方法において、前記研磨面上にｐ
Ｈ１２．５以上のアルカリ性液からなる薬液を供給する
第１工程と、前記研磨面をクリーニング部材によって擦
る第２工程とを含むことを特徴とする研磨屑除去方法。
【請求項２】前記研磨面上に供給されるアルカリ性液
からなる薬液が、無機アルカリであることを特徴とする
請求項１に記載された研磨屑除去方法。