JP2012250301A

JP2012250301A - ナノバブル循環型研磨装置

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Publication number: JP2012250301A
Application number: JP2011122922A
Authority: JP
Inventors: Shota Ebato; 翔太繪鳩; Yoshihide Shoji; 芳秀東海林
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2011-05-31
Publication date: 2012-12-20

Abstract

【課題】研磨後のウェハの厚みばらつきを軽減しナノバブルの密度を高くする。
【解決手段】ウェハを下定盤と上定盤とで挟んで研磨する研磨装置と、ナノバブルを含む所定の溶液を溜める溶液漕と、ナノバブル発生装置と、溶液を攪拌する攪拌部と、前記攪拌部から前記溶液漕へ接続する第一配管部と第二配管部と、第一配管部から分岐し攪拌部へ戻る第三配管部と、第一配管部内に設けられるアノード電極と、アノード電極と対向して設けられる第一カソード電極と、アノード電極と対向して設けられる第二カソード電極と、アノード電極と対向して設けられる第三カソード電極と、各電極が接続される電場発生装置と、から構成される循環系設備と、を備えて構成されることを特徴とするナノバブル循環型研磨装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノバブルを用いてウェハを所定の厚さまで研磨するナノバブル循環型研磨装置に関する。

従来から、ウェハは、いわゆる研磨装置を用いて所定の厚さまで研磨されている。
かかる研磨装置は、研磨方式として、研磨剤による研磨方式を採用する。この研磨剤による研磨方式では、回転する下定盤上に載置された水晶片の表面及び裏面付近に、研磨剤及び水を含む混合液であるスラリーを供給しながら、回転する上定盤を下定盤方向に移動させることにより、ウェハの表面及び裏面を研磨する（例えば、特許文献１参照）。
所定の厚さまで研磨されたウェハは、例えば、そのウェハが水晶である場合、水晶発振器や水晶振動子に用いられる水晶片の製造に用いられる。

スラリーは、研磨剤と分散剤とが混合されて用いられている。
研磨剤に用いられる砥粒は、例えば、ダイヤモンド、アルミナ、ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ホウ素、酸化セリウム、酸化マンガン、シリカ系（コロイダルシリカ、フュ−ムドシリカ）材料が用いられている。
分散剤は、例えば、各種アミン、グリコール、が用いられている。
化学反応を伴う加工方法には、例えば、塩基（水酸化ナトリウム、水酸化カリウム）、酸（フッ酸、塩酸、硝酸等）、各種金属の塩（硫酸銅、フェリシアン化カリウム等）、キレート剤（グリシン、ＥＤＡＴ等）、酸化還元剤（過酸化水素、クロム酸、シュウ酸等）が用いられる。
なお、研磨剤とともにナノバブルを用いた研磨も提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

特開２００８−１８８６７８号公報特開２００９−１１１０９４号公報特開２００８−１７１９６５号公報

しかしながら、従来の研磨装置では、上定盤や下定盤など、溶液と接触する部分は金属で形成されているので、研磨で使用するスラリーで研磨装置の表面がすり減ってしまい、研磨後のウェハの厚みに狂いが生じる恐れがあった。
また、発生させるナノバブルは、ナノバブル発生装置だけでは、その発生させられる量に限界があった。
また、砥粒を用いた研磨では、砥粒の粒径によってウェハに変質層が形成されてしまう。この変質層がウェハに存在することによって、ウェハが欠けたり、割れたりすることがあった。また、研磨剤に用いられる砥粒は、資源の枯渇により入手が困難になる恐れがある。そのため、ウェハを研磨することができなくなり、ウェハより生産される部品を製造できなくなる恐れもある。

そこで、本発明では、前記の問題を解決し、資源の枯渇に影響されることがなく、研磨による表面のすり減を軽減し、ナノバブルの密度を高くするナノバブル循環型研磨装置を提供することを課題とする。

本発明のナノバブル循環型研磨装置は、センターギアと、このセンターギアを回転軸とする下定盤と、この下定盤の縁側に配置されるインターナルギアと、前記センターギアを回転軸としつつ前記下定盤と向かい合うように配置される上定盤とから構成される研磨装置と、前記研磨装置を内部に配置し研磨で使用したナノバブルを含む所定の溶液を溜める溶液漕と、前記所定の溶液内にナノバブルを生成するナノバブル発生装置と、前記ナノバブルを含む前記所定の溶液を攪拌する攪拌部と、前記攪拌部から前記溶液漕へ接続する第一配管部と、前記溶液漕から前記攪拌部へ接続する第二配管部と、前記第一配管部から分岐し前記攪拌部から前記攪拌部へ戻る第三配管部と、前記第一配管部の経路中に設けられ前記攪拌部から前記研磨装置の上定盤に前記ナノバブルを含む前記所定の溶液を供給する第一のポンプと、前記第二配管部の経路中に設けられ前記溶液漕に溜まった前記溶液を前記攪拌部へ供給する第二のポンプと、前記第三配管部の経路中に設けられる第三のポンプと、前記第一配管部内に設けられるアノード電極と、前記第一配管部内に設けられ前記アノード電極と対向して設けられる第一カソード電極と、前記第一カソード電極と前記第三配管部が分岐する部分の間であって前記第三配管部の開口部と対向するように前記第一配管部を２分割し前記アノード電極と対向して設けられる第二カソード電極と、前記第三配管部が分岐する前記第一配管部内で前記アノード電極と対向して設けられる第三カソード電極と、前記アノード電極と、前記第一カソード電極と前記第二カソード電極と前記第三カソード電極とが接続される電場発生装置と、から構成される循環系設備と、を備えて構成されることを特徴とする。

このように、本発明のナノバブル循環型研磨装置を構成したので、所定の溶液中のナノバブルの濃度を従来よりも高くすることができる。そのため、多くのナノバブルが研磨で用いることができるため、研磨する速度が一定になり、安定した研磨を行うことができる。
また、スラリーを用いずにウェハの研磨が行えるので、研磨装置の表面のすり減りを軽減し、研磨後のウェハの厚みの狂いを防ぐことができる。

また、従来のような研磨を行うと、研磨剤の粒径によってウェハに変質層が形成されていたが、本発明のナノバブル循環型研磨装置によれば、ウェハに作用する研磨物、つまり、ナノバブルが従来の研磨剤の粒径より極めて小さいため、ウェハの変質層の形成が軽減され、品質の高いウェハを製造することができる。

（ａ）は本発明の実施形態に係るナノバブル循環型研磨装置の一例を示す概念図であり、（ｂ）はキャリアの一例を示す概念図である。本発明の実施形態に係るナノバブル循環型研磨装置と溶液との状態の一例を示す概念図である。ナノバブルをアノード電極側へ引き寄せている状態の一例を示す概念図である。ナノバブルを含む溶液でウェハを研磨している状態の一例を示す模式図である。ナノバブルとウェハとの一例を示す模式図である。

本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、ウェハは、水晶が用いられた水晶ウェハとして説明する。また、説明を明確にするために、発明の構成を誇張して図示している。

図１に示すように、本発明の実施形態に係るナノバブル循環型研磨装置１００は、研磨装置１０と、この研磨装置１０が接続される循環系設備２０と、から構成され、ウェハＷの研磨にナノバブルＮＢを含む所定の溶液Ｙが主に用いられる。

（ウェハ）
ウェハについて説明する。
ウェハＷは、例えば、水晶が用いられ図示しないが円盤形に形成されている。このウェハＷは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなる水晶の結晶軸のうちの所定の１方向と直交する方向に切り欠きが設けられた状態となっている。
なお、ウェハＷの形状は、四角い板状に形成されていても良い。
また、ウェハＷは、Ｓｉ，ＳｉＯ_２，Ｃ（ダイヤモンド），ＧａＮ，ＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｃｕ，Ｗ，セラミックスのいずれか１つを用いることができる。

（研磨装置）
まず、研磨装置１０の主な構成について説明する。
図１（ａ）に示すように、研磨装置１０は、センターギア１１と、このセンターギア１１を回転軸とする下定盤１２と、この下定盤１２の縁側に配置されるインターナルギア１３と、このセンターギア１１を回転軸としつつ前記下定盤１２と向かい合うように配置される上定盤１４とから構成される。
なお、この研磨装置１０では、ウェハＷを下定盤１２に配置するためのキャリアＫが用いられる。

センターギア１１は、全体がフッ素樹脂で形成されつつ円柱状に形成されており、回転可能に設けられている。このセンターギア１１は、外周面に図示しない歯が形成されおり、外歯車として機能する。なお、円柱状のセンターギア１１は、その円柱の中心軸線を回転軸として回転する。言い換えれば、センターギア１１は、外周面の中心を回転軸として、この外周面に対して面内回転する。

下定盤１２は、全体がフッ素樹脂で形成されつつセンターギア１１の先端付近の周囲に設けられている。この下定盤１２は、センターギア１１の外径より大きい内径を有するセンターギア挿通用貫通孔を中央部分に有し、センターギア１１と同一の回転軸を中心として当該センターギア１１と同一の方向に回転するように、回転可能に設けられている。
すなわち、下定盤１２は、センターギア１１の先端付近の周囲に回転可能に設けられ、センターギア１１の外径より大きい内径を有するようにして、中央部分に形成されたセンターギア挿通用貫通孔に、センターギア１１の先端部分が挿通されている。

インターナルギア１３は、全体がフッ素樹脂で形成されつつ下定盤１２の周囲付近に下定盤１２の外径より大きい内径を有するように円筒状に形成されている。このインターナルギア１３は、下定盤１２と同一の回転軸を中心として当該下定盤１２と同一の方向に回転するように、回転可能に設けられている。このインターナルギア１３は、内周面に図示しない歯が形成され、内歯車として機能する。
すなわち、インターナルギア１３は、下定盤１２の周囲付近に回転可能に設けられ、下定盤１２の外径より大きい内径で形成された内周面に、歯が形成された構成となっている。

キャリアＫは、図１（ｂ）に示すように、センターギア１１の外周面からインターナルギア１３の内周面までの長さに相当する直径を有して形成されており、外周面には、図示しない歯が形成されている。
このキャリアＫには、研磨対象のウェハＷを挿通することができる程度の内径、すなわち、ウェハＷより大きい面積を有する研磨対象物収容用貫通孔ＫＨが、外周に沿うようにして複数形成されている。なお、キャリアＫは、ウェハＷの厚さより薄い厚さを有するように形成されている。
このキャリアＫは、当該キャリアＫとセンターギア１１とを歯合させると共に、当該キャリアＫとインターナルギア１３とを歯合させるようにして、下定盤１２の盤面上に載置される。

すなわち、キャリアＫは、センターギア１１の外周面からインターナルギア１３の内周面までの長さに相当する外径を有し、かつ所望の内径を有する研磨対象物収容用貫通孔ＫＨが形成されると共に、ウェハＷの厚さより薄い厚さを有するように形成され、外周面に形成された歯によって、センターギア１１と歯合されると共にインターナルギア１３と歯合されるようにして、下定盤１２の盤面上に載置されている。

上定盤１４は、図１（ａ）に示すように、下定盤１２と対応する形状を有しつつ全体がフッ素樹脂で形成され、また、下定盤１２の上方に下定盤１２と対向するように配置されている。この上定盤１４は、下定盤１２と同一の回転軸を中心として、当該下定盤１２の回転方向と逆方向に回転するように、回転可能に設けられている。
また、上定盤１４の上方には、溶液を供給するためのパイプ１４ａが設けられると共に、上定盤１４の中央部分には、パイプ１４ａと連通するようにして研磨液供給用貫通孔１４Ｈが形成されている。これにより、溶液は、上方からパイプ１４ａに流し込まれると、パイプ１４ａ及び研磨液供給用貫通孔１４Ｈを通じて、ウェハＷの表面及び裏面付近に供給される。

すなわち、図４に示すように、上定盤１４は、下定盤１２の上方に、下定盤１２と対向するようにして回転可能に設けられ、下定盤１２と対応する形状を有すると共に、上方から溶液をウェハＷに供給するための研磨液供給用貫通孔１４Ｈが、所望の領域に形成された構成となっている。

（循環系設備）
次に、循環系設備２０について説明する。

まず、ナノバブルＮＢは、フッ化物の塩，強塩基性試薬，水酸化ナトリウムと炭酸ナトリウムとの混合溶液の何れか１つの溶液（以下、これらを単に「溶液」という。）Ｙで発生させられた気泡であって、０．１μｍ以下の直径で形成されている。このナノバブルＮＢは、従来周知のナノバブル発生装置２１を用いて溶液Ｙを所定の気体雰囲気中で発生させられる。
なお、フッ化物の塩としてはフッ化カリウム水溶液を用いることができ、強塩基性試薬としては水酸化カリウム溶液を用いることができる。
また、ここでは、気体を空気として説明するが、気体は空気以外に、Ｏ_２，Ｏ_３，Ｎ_２，ＣＯ_２，又はこれらの混合物のいずれかを用いることができる。

次に、図１に示すように、循環系設備２０は、ナノバブル発生装置２１、攪拌部２２、第一配管部２４ａ第二配管部２４ｂ第三配管部２４ｃ第一のポンプ２３ａ第二のポンプ２３ｂ第三のポンプ２３ｃアノード電極２６ａ第一カソード電極２６ｂ第二カソード電極２６ｃ第三カソード電極２６ｄ、電場発生装置２６と、から主に構成されている。

ナノバブル発生装置２１は、従来周知のナノバブル発生装置を用いる。このナノバブル発生装置２１は、図示しないが、ナノバブルよりも大きい気泡を生成するマイクロバブル生成装置とこのマイクロバブルをナノバブルに変える気泡縮小装置とで構成されている。
ここで、ナノバブルの生成について説明する。
ナノバブルの生成には主に３種類の方法がある。まず、１つ目の方法は、マイクロバブル発生装置により最初からナノバブルとして生成する方法である。このひとつめの方法は、マイクロバブル生成装置でマイクロバブルを生成したときと同時にナノバブルが生成される。しかし、生成されるマイクロバブルは、研磨で用いられるほど多くない。

次に、２つ目の方法は、マイクロバブル生成装置で発生させたマイクロバブルの自己加圧効果によってバブルサイズを縮小させてナノバブルを発生させる方法である。
これは、ナノバブルも同様であるが、マイクロバブルは中心の気体の体積に対して表面積が大きく、周囲から大きな圧力、つまりマイクロバブル界面に生じる周囲の液相の表面張力を受けている。そのため、マイクロバブル内の気体は圧力をかけられるほど液体に対しての溶解度を増す（ヘンリーの法則）。これによりマイクロバブルは、内部の気体が周囲の液相に溶解してその径を小さくしていき、さらに、気泡の径が小さくなることにより、気泡にかかる圧力はさらに大きなものとなるため、さらに気泡の径は小さくなる。このように、気泡径の縮小により、気泡内の圧力の上昇と気泡内の気体の溶解度の上昇、気泡内の気体のモル数の低下と気泡径の縮小の連鎖が起こる。したがって、気泡が小さくなればなるほど、気泡径の縮小速度は増加し、最終的には気泡は完全に溶液中に溶解し消滅してしまうことになる。

しかし、マイクロバブルを発生させる溶液Ｙ中に電解質（ＮａＣｌ、ＫＦ、ＫＯＨ、Ｎａ_２ＣＯ_３等）が存在する場合、マイクロバブル界面のＯＨ⁻イオンに引き寄せられ、陽電荷をもつイオンが集まることでＯＨ⁻の負の電荷を打ち消すとともに、マイクロバブル界面のイオンの濃度が高まり、その結果、気体の溶解が抑えられ、マイクロバブルが消滅しにくくなる。しかし、マイクロバブルの径の縮小が止まるわけではない。

このような気泡は、気泡径の縮小がさらに進み、ナノサイズとなると、気泡径の急速な縮小とともに、急激にイオン濃度が上昇し、さらにイオンを引き寄せるようになる。この段階では、イオンの各層の電荷により（中心はＯＨ⁻の負電荷、その周りの正電荷）、電場が形成され、バブルは電気的に安定する。電場が形成されない場合、イオンは溶液中へと拡散してしまうため、ナノバブルは安定しなくなる。つまり、バブル径の急激な縮小とバブル界面のイオン濃度の急激な上昇がナノバブル生成に必要となる。また、高濃度のイオンのため、ガスの溶解は止まり、バブルの縮小は止まる。こうして、ナノバブルＮＢは、溶液Ｙ中のイオンの影響により安定して存在することが可能になる。また、電解質の濃度調整により、マイクロバブルからナノバブルへの変化を促進することができる。

次に、３つ目の方法は、２つ目の方法に加えてさらに、外的刺激によってマイクロバブルを粉砕する方法である。マイクロバブルは、前記の状態でさらに、外的刺激により気泡径を急速にナノサイズへと近づけられることで、気泡界面へのイオンの濃縮が急激に起こり、結果、ナノバブルＮＢが多く生成される。
したがって、本発明は、この３つ目の方法を用いてナノバブルＮＢを発生させている。

ナノバブルの発生の方式としては、例えば、加圧溶解型、または二層流旋回型を用いることができる。加圧溶解型のナノバブル発生装置は、ナノバブル発生装置に溶液と空気を供給し、ナノバブル発生装置内で空気に高圧を加えてながら溶液に気泡状になった空気を溶解させて、その溶液を大気圧中に送出することで、過飽和になった空気をナノバブルとして生成させて用いる。二層流旋回型のナノバブル発生装置は、取り込んだ溶液と空気を送出するときに非常に強い水流を加えることで空気をせん断し、ナノバブルを生成させて用いる。

このようにして発生したナノバブルＮＢは、溶液Ｙ中で消滅することなく溶液Ｙ中を漂い続ける性質がある。例えば、ナノバブルＮＢは、所定の条件により１日以上、溶液Ｙ中に存在し続けることができる。また、このナノバブルＮＢは、直径が０．１μｍ以下の気泡となっている。そのため、ナノバブルＮＢ内部の空気は、その周囲の液相の表面張力により高圧になっている。したがって、このようなナノバブルＮＢは、形状が外側からの応力により変形しない剛体とみなすことができる。

また、ナノバブルＮＢは、図５で示すように、内部の空気と液体との界面において溶液Ｙ中の各種イオンが高密度に集まった状態となっており、高いエネルギーを持っていると考えられる。したがって、研磨の際に前記イオンとウェハＷとの反応を高めること、つまり、研磨効率が高いと考えられる。

さらにナノバブルＮＢは、直径が０．１μｍ以下という大きさから、それ自体でブラウン運動をしている。このブラウン運動により、ナノバブルＮＢは、溶液中に均一に分散するため、研磨面に対して均一にナノバブルを供給することが可能であり、均一にウェハを研磨することができる。
なお、ブラウン運動とは、溶媒中の微粒子が不規則な運動をすることをいう。

したがって、ナノバブルＮＢが０．１μｍよりも大きいと、ブラウン運動が起こりにくくなり、また、溶液Ｙ中で存在できる時間が短くなってしまい、ウェハＷの研磨の効率が悪くなる。

このナノバブル発生装置２１は、溶液移送配管部２５ａと使用済み溶液移送配管部２５ｂを介して攪拌部２２と接続している。ナノバブル発生装置２１は、溶液移送配管部２５ａを用いて攪拌部２２へナノバブルＮＢを含む溶液Ｙを供給し、使用済み溶液移送配管部２５ｂを用いて攪拌部２２に溜まっている溶液Ｙを供給されるようになっている。

攪拌部２２は、ナノバブル発生装置２１から供給された溶液Ｙをさらに攪拌する役割を果たし、かつ、溶液漕３０に溜まった溶液Ｙを供給して攪拌しつつ一部をナノバブル発生装置２１に供給する役割を果たす。

第一のポンプ２３ａは、第一配管部２４ａの経路中に設けられ攪拌部２２から研磨装置１０の上定盤１４に設けられたパイプ１４ａにナノバブルＮＢを含む前記所定の溶液Ｙを供給する役割を果たす。

第一配管部２４ａは、攪拌部２２から溶液漕３０へ接続している。また、第一配管部２４ａは、後述する所定の位置で第三配管部２４ｃと分岐している。
この第一配管部２４ａは、第三配管部２４ｃと分岐する前の第一配管部２４ａの直径が分岐後の直径よりも大きく形成されている。例えば、この第一配管部２４ａは、攪拌部２２と接続する部分での直径を基準としたとき、この攪拌部２２の接続口近傍で例えば３倍程度に拡径し、第三配管部２４ｃと分岐する位置で攪拌部２２と接続する部分での直径と同じ直径で形成される。また、第三配管部２４ｃと分岐する位置は、後述する第一カソード電極２６ｂの長さと第二カソード電極２６ｃの長さを足した長さより長く離れた位置となっている。

第二のポンプ２４は、第二配管部２４ｂの経路中に設けられ溶液漕３０に溜まった前記溶液Ｙを攪拌部２２へ供給する役割を果たす。

第二配管部２４ｂは、溶液漕３０から攪拌部２２へ接続している。

第三のポンプ２３ｃは、前記第三配管部の経路中に設けられ、前記第一配管部から分かれて流れてきた溶液Ｙを攪拌部２２へ供給する役割を果たす。

第三配管部２４ｃは、第一配管部２４ａから分岐して攪拌部２２から攪拌部２２へ戻るように接続されている。

ここで、第一配管部２４ａには、アノード電極２６ａが設けられつつ、第三配管２４ｃが分岐するまでの間隔に第一カソード電極２６ｂと第二カソード電極２６ｃが設けられ、第三配管２４ｃが分岐した位置から所定の位置までに第三カソード電極２６ｄが設けられている。このように、アノード電極２６ａ、第一カソード電極２６ｂ、第二カソード電極２６ｃ、第三カソード電極２６ｄを設けたことで、ナノバブルＮＢの濃度が従来よりも高い溶液Ｙを研磨装置１０に供給することができる。

アノード電極２６ａは、第一配管部２４ａ内に設けられ、攪拌部２２の入り口近傍から第三配管部２４ｃの分岐位置を越えて帯状に設けられる。

第一カソード電極２６ｂは、アノード電極と対向して第一配管部２４ａ内に設けられている。この第一カソード電極２６ｂは、例えば、アノード電極２６ａの攪拌部２２側端部から第三配管部２４ｃの分岐位置までの距離の半分の位置まで帯状に設けられている。

第二カソード電極２６ｃは、第一カソード電極２６ｂと第三配管部２４ｃが分岐する部分の間であって第三配管部２４ｃの開口部と対向するように第一配管部２４ａを２分割しアノード電極２６ａと対向して設けられている。
この第二カソード電極２６ｃは、例えば、第一配管部２４ａと同一の材質で帯状に形成された板部材を、第一カソード電極２６ｂの分岐側の端部から第一配管部２４ａから第三配管部２４ｃの内部まで位置するように第一配管部２４ａの内部空間を２分割するように設け、この板部材上にアノード電極２６ａと対向させるようにして設けられている。

第三カソード電極２６ｄは、第三配管部２４ｃが分岐する第一配管部２４ａ内でアノード電極２６ａと対向して設けられる。

これらアノード電極２６ａ、第一カソード電極２６ｂ、第二カソード電極２６ｃ、第三カソード電極２６ｄは、それぞれ電場発生装置２６に接続されている。

電場発生装置２６は、従来周知の装置を用い、アノード電極２６ａ、第一カソード電極２６ｂ、第二カソード電極２６ｃ、第三カソード電極２６ｄに電圧を印加して電場を発生させる役割を果たす。

このように構成したことにより、図２および図３にように、ナノバブルＮＢを含む溶液Ｙは、攪拌部２２と接続する部分の第一配管部２４ａを通り、アノード電極２６ａと第一カソード電極２６ｂとが対向する位置に到達すると、ナノバブルＮＢがアノード電極２６ａ側に引き寄せられる。

この状態で、ナノバブルＮＢが引き寄せられた部分の溶液Ｙは、アノード電極２６ａと第二カソード電極２６ｃとが対向する位置に到達する。また、ナノバブルＮＢが薄くなった溶液Ｙは、第二カソード電極２６ｃの裏側を通り、第三配管部２４ｃへ送られる。
ナノバブルＮＢが引き寄せられた部分の溶液Ｙは、ナノバブルＮＢがアノード電極２６ａと第二カソード電極２６ｃとが対向する位置でアノード電極２６ａ側にさらに引き寄せられる。

また、ナノバブルＮＢをさらに引き寄せられた部分の溶液Ｙは、アノード電極２６ａと第三カソード電極２６ｄとが対向する位置に到達する。また、ナノバブルＮＢが薄くなった溶液Ｙは、第三配管部２４ｃへ送られる。
ナノバブルＮＢをさらに引き寄せられた部分の溶液Ｙは、アノード電極２６ａと第三カソード電極２６ｄとが対向する位置で、アノード電極２６ａ側にナノバブルＮＢを密集させた状態で研磨装置１０へ供給されることとなる。

このように循環系設備２０を構成したので、従来よりも濃度の高いナノバブルＮＢを含む溶液Ｙを研磨中は絶え間なく供給することができる。また、研磨でナノバブルＮＢが減少した場合でも、ナノバブル発生装置２１から供給された新しいナノバブルＮＢを含む溶液Ｙと、研磨で使用されたナノバブルＮＢを含む溶液Ｙとを攪拌部２２で混合させて再利用できる。そのため、従来のような研磨剤の補充が不要となり、簡易でかつ環境負荷の少ない研磨を行うことができる。

次に、研磨装置１０の動作とナノバブルＮＢの作用について説明する。
研磨装置１０は、例えば、いわゆる４ウェイ駆動方式を採用している。この研磨装置１０は、研磨を実行する際に、ウェハＷを下定盤１２と上定盤１４とで挟んで所定の圧力をかけた状態にし、図示しない駆動手段によって、同一の回転軸を中心として、センターギア１１、インターナルギア１３及び下定盤１２を異なる角速度で同一の方向に回転させると共に、上定盤１４を当該方向と逆方向に回転させながら研磨を行う。
このとき、図２に示すように、ウェハＷと上定盤１４との間、およびウェハＷと下定盤１２との間にはナノバブルＮＢを含む溶液Ｙが介在している。

また、研磨対象のウェハＷは、下定盤１２の盤面と、キャリアＫの研磨対象物収容用貫通孔ＫＨとによって形成される凹部に収容されるようにして、下定盤１２の盤面のうち、キャリアＫの研磨対象物収容用貫通孔ＫＨによって露出された領域上に載置されている。
これにより、キャリアＫは、自転しながら、センターギア１１の周囲を公転する。
研磨装置１０による研磨は、研磨対象のウェハＷの厚さが、キャリアＫの厚さに達する前まで行われる。

その際、ナノバブルＮＢを含む溶液Ｙが、上方からパイプ１４ａに流し込まれ、パイプ１４ａ及び研磨液供給用貫通孔１４Ｈを通じて、ウェハＷの表面及び裏面付近に供給される。ナノバブルＮＢは、ウェハＷと上定盤１４とで圧力が加えられつつ挟まった状態であり、また、ウェハＷと下定盤１２とで圧力が加えられつつ挟まった状態となっている。
ウェハＷは、溶液Ｙに含まれるナノバブルＮＢの界面に密集したイオンにより表面が変性（水和層）されるとともに、定盤より圧力を受けたナノバブルから圧力を加えられることで表面に微小のクラックＷＣを生じさせられる。または、ナノバブルから圧力を受けたウェハ表面に生じる微小のクラックＷＣに対してナノバブルＮＢが選択的に作用し、クラックＷＣ部よりナノバブルＮＢの界面に密集したイオンにより溶解させられる。
そのため、ナノバブルＮＢは、上定盤１４、下定盤１２が回転運動することによりウェハＷの表面を動き、クラックＷＣが入ったウェハＷの変質部分を容易に除去することができる。つまり、ナノバブルＮＢの周囲のイオンとウェハＷとが化学反応し、その後、ナノバブルＮＢがウェハＷを破砕することで研磨が進行する。

このようにして、研磨装置１０は、ウェハＷと上定盤１４およびウェハＷと下定盤１２との間に、空気を気泡化したナノバブルＮＢを含ませた、フッ化物の塩，強塩基性試薬，水酸化ナトリウムと炭酸ナトリウムとの混合溶液の何れか１つの溶液Ｙを介在させて研磨対象のウェハＷの表面及び裏面を研磨することにより、ウェハＷの厚さを薄くしていく。かかる研磨は、研磨対象のウェハＷの厚さが、キャリアＫの厚さに達する前まで行われる。

これにより、本発明の実施形態に係るナノバブル循環型研磨装置によれば、所定の溶液中のナノバブルの濃度を従来よりも高くすることができる。そのため、多くのナノバブルが研磨で用いることができ、研磨する速度が一定になり、安定した研磨を行うことができる。また、スラリーを用いずにウェハの研磨が行えるので、研磨装置の表面のすり減りを軽減し、研磨後のウェハの厚みの狂いを防ぐことができる。

なお、本発明のナノバブル循環型研磨装置は、適宜、変更が可能である。例えば、第一配管部２４ａの内部に設けられるカソード電極は、階段状に形成されていれば良く、その個数はいくつでも良い。階段的に複数のカソード電極を形成することで、より高密度のナノバブルを含む溶液Ｙを生成することができる。

１００ナノバブル循環型研磨装置
１０研磨装置
１１センターギア
１２下定盤
１３インターナルギア
１４上定盤
１４ａパイプ
１４ＨＨ研磨液供給用貫通孔
２０循環系設備
２１ナノバブル発生装置
２２攪拌部
２３ａ第一のポンプ
２３ｂ第二のポンプ
２３ｃ第三のポンプ
２４ａ第一配管部
２４ｂ第二配管部
２４ｃ第三配管部
２６電場発生装置
２６ａアノード電極
２６ｂ第一カソード電極
２６ｃ第二カソード電極
２６ｄ第三カソード電極
３０溶液漕
Ｗウェハ（水晶ウェハ）
ＮＢナノバブル
Ｙ溶液
Ｋキャリア
ＫＨ研磨対象物収容用貫通孔

Claims

センターギアと、このセンターギアを回転軸とする下定盤と、この下定盤の縁側に配置されるインターナルギアと、前記センターギアを回転軸としつつ前記下定盤と向かい合うように配置される上定盤とから構成される研磨装置と、
前記研磨装置を内部に配置し研磨で使用したナノバブルを含む所定の溶液を溜める溶液漕と、
前記所定の溶液内にナノバブルを生成するナノバブル発生装置と、
前記ナノバブルを含む前記所定の溶液を攪拌する攪拌部と、
前記攪拌部から前記溶液漕へ接続する第一配管部と、
前記溶液漕から前記攪拌部へ接続する第二配管部と、
前記第一配管部から分岐し前記攪拌部から前記攪拌部へ戻る第三配管部と、
前記第一配管部の経路中に設けられ前記攪拌部から前記研磨装置の上定盤に前記ナノバブルを含む前記所定の溶液を供給する第一のポンプと、
前記第二配管部の経路中に設けられ前記溶液漕に溜まった前記溶液を前記攪拌部へ供給する第二のポンプと、
前記第三配管部の経路中に設けられる第三のポンプと、
前記第一配管部内に設けられるアノード電極と、
前記第一配管部内に設けられ前記アノード電極と対向して設けられる第一カソード電極と、
前記第一カソード電極と前記第三配管部が分岐する部分の間であって前記第三配管部の開口部と対向するように前記第一配管部を２分割し前記アノード電極と対向して設けられる第二カソード電極と、
前記第三配管部が分岐する前記第一配管部内で前記アノード電極と対向して設けられる第三カソード電極と、
前記アノード電極と、前記第一カソード電極と前記第二カソード電極と前記第三カソード電極とが接続される電場発生装置と、から構成される循環系設備と、
を備えて構成されることを特徴とするナノバブル循環型研磨装置。