JP2017039193A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】再利用する研磨剤を回収する際に、他の溶液との混合を抑制し、研磨剤の回収効率悪化を抑制することが可能であり、メンテナンスも容易な研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨布が貼り付けられた定盤と、ウェーハを保持するための研磨ヘッドと、研磨剤を貯蔵するためのタンクと、タンク内に貯蔵された研磨剤を研磨布に供給する研磨剤供給機構と、定盤上から流下する研磨剤を回収する廃液受けと、廃液受けに接続され、廃液受けで回収した研磨剤をタンク内に供給する循環機構を具備し、研磨剤供給機構でタンク内から研磨剤を研磨布に供給し、定盤上から流下する使用済みの研磨剤を廃液受けで回収し、回収した研磨剤をタンク内に供給することで研磨剤を循環させながら、研磨ヘッドで保持したウェーハの表面を研磨布に摺接させて研磨を行う研磨装置であって、廃液受けが、定盤に固定されたものであることを特徴とする研磨装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、研磨装置に関する。

シリコンウェーハに代表される半導体ウェーハの研磨には、両面を同時に研磨する方法や、片面を研磨する方法が用いられている。

ウェーハの片面を研磨する方法には、図８に示すように、研磨布１０２が貼り付けられた定盤１０３と、研磨剤供給機構１０６と、研磨ヘッド１０４等から構成された研磨装置１０１を用いることができる。この研磨装置１０１では、研磨ヘッド１０４でウェーハＷを保持し、研磨剤供給機構１０６から研磨布１０２上に研磨剤を供給するとともに、定盤１０３と研磨ヘッド１０４をそれぞれ回転させてウェーハＷの表面を研磨布１０２に摺接させることにより研磨を行っている。また、研磨装置１０１は、定盤１０３を揺動させる機構も備えている。これにより、研磨布１０２の微小な凹凸や、溝のパターンの転写を抑制することができる。

また、半導体ウェーハの研磨は、研磨布の種類や研磨剤の種類を換えて、多段で行われることが多い。例えば、インデックス方式と呼ばれる、２定盤ないし３定盤を持つ研磨装置が多く用いられている。３定盤を持つ研磨装置を図９に示す。図９に示す研磨装置２０１は、定盤２０３上の各研磨軸に２つの研磨ヘッド２０４を有している。従って、１バッチあたり、２枚の半導体ウェーハの同時研磨が可能なため、特に生産性に優れる。

また、研磨装置は、一般的に、研磨布の目詰まりを抑制するための、ブラッシングやドレッシングを行う機構（以下ドレッシング機構）も備えている。ドレッシング機構は研磨布の立ち上げ時や、研磨間のインターバルに、研磨布にドレッシングなどを施すことができる。

ウェーハの研磨には、コロイダルシリカやヒュームドシリカをアルカリ溶液に混合した研磨剤が用いられ、ドレッシングやブラッシングには、研磨剤やドレッシング剤、あるいは純水等の溶液が用いられている。また、研磨終了後のウェーハ面を保護する目的で、研磨剤中にウェーハの表面を親水化する親水剤を添加したり、研磨終了時に研磨剤を親水剤に切り替えて供給したりして、ウェーハの表面の親水化を行っている。

また、研磨剤は、用途に合わせ、循環させ再利用したり、掛捨てで使用したりしている。研磨剤を循環させ再利用する場合は、研磨剤供給流量を上げることで、冷却効果が高い研磨条件を設定できるが、循環による研磨剤の濃度変動が起きやすいというデメリットがある。研磨剤を掛捨てで使用する場合は、コストの問題から、研磨剤供給流量を上げることが難しくなるが、濃度が一定のため、品質は安定しやすいというメリットがある。

研磨装置には、使用済の研磨剤を回収するための廃液受けが設置されている。廃液受けは、定盤の回転で飛散するスラリーを回収するため、特許文献１に開示されているように、定盤サイズよりも大きくなる。また、スラリーが飛散する部分のみ回収するように設計された研磨装置が、特許文献２に開示されている。しかし、特許文献２のような研磨装置も、揺動機構によって定盤が水平方向に揺動するため、この揺動幅以上のサイズの廃液受けが必要となる。

前述したように、研磨装置では、複数の種類の研磨剤等の溶液が用いられる。例えば、ウェーハ研磨時は、研磨剤と親水剤が用いられる。また、例えば、ドレッシング時は研磨剤、専用のドレッシング剤、又は純水が使用される。このため、研磨布上には、研磨剤、親水剤、ドレッシング剤、純水が供給されることになる。これら全ての溶液を掛捨てで使用する場合は問題がないが、いずれかを再利用するためには、これらの異なる溶液は、別々に回収しなければならない。そのため、廃液受けの末端に切り換え機構（以下、セパレータ―とも呼称する）を設け、回収する溶液に応じて回収ラインを切り換えて溶液を回収している。

セパレーターの断面図の一例を図１０に示す。図１０に示すセパレーター３００は、上部の配管３０１、又は下部のＢＯＸ３０２が、エアシリンダーなどにより左右に動くようになっている。配管３０１は定盤側の回収ラインに繋がっており、ここから廃液受けに回収された溶液が流れる。この例では、研磨剤を回収する際はＢＯＸ３０２の右側の回収ラインへ、排水する際はＢＯＸ３０２の左側の排水ラインへ溶液の流れを切り換える。なお、図１０では、研磨剤回収ラインと排水ラインの２種類のラインを有する例を記載しているが、研磨剤回収ライン、ドレッシング剤回収ライン、排水ラインのように、２種類以上の回収ラインを設けることも可能である。

特開平１０−３２４８６５号公報 特開平１１−２７７４３４号公報

前述のように、複数の溶液を使用する場合、研磨布に供給する溶液の種類の切り換え直後、廃液受け内で複数の溶液が混合されてしまう。混合された溶液を回収して再使用すると、研磨レートやウェーハの品質が変動してしまう。よって、溶液同士の混合を避けるため、溶液の種類の切り替え後、セパレーターによって回収ラインと排水ラインの切り換えを早めに行う必要がある。しかし、従来の廃液受けでは、廃液受けの面積が大きいため、混合量が多くなり、回収効率が悪化するという問題があった。回収効率が悪いと、再利用する研磨剤の調整コストが増加してしまう。

研磨溶液の混合を抑制し、回収効率を上げるため、廃液受けの角度を急にしたり、廃液受けからセパレーターまでの距離を短くしたりといった対策が行われているが、研磨対象のウェーハが大きくなると、定盤サイズも大きくなり、廃液受けの面積も増えるため、対策の効果は限定的であった。

また、定盤が揺動するため、定盤の位置によって廃液受けは定盤の下側になるため、限られた空間で廃液受けの角度を急にすると、ウェーハの割れが発生した場合の清掃などのメンテナンスが困難となるという問題もあった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、研磨剤を回収する際に、他の溶液との混合を抑制し、回収効率悪化を抑制することが可能であり、メンテナンスも容易な研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、研磨布が貼り付けられた定盤と、ウェーハを保持するための研磨ヘッドと、研磨剤を貯蔵するためのタンクと、該タンク内に貯蔵された研磨剤を前記研磨布に供給する研磨剤供給機構と、前記定盤上から流下する研磨剤を回収する廃液受けと、該廃液受けに接続され、前記廃液受けで回収した研磨剤を前記タンク内に供給する循環機構を具備し、前記研磨剤供給機構で前記タンク内から前記研磨剤を前記研磨布に供給し、前記定盤上から流下する使用済みの研磨剤を前記廃液受けで回収し、該回収した研磨剤を前記タンク内に供給することで前記研磨剤を循環させながら、前記研磨ヘッドで保持した前記ウェーハの表面を前記研磨布に摺接させて研磨を行う研磨装置であって、前記廃液受けが、前記定盤に固定されたものであることを特徴とする研磨装置を提供する。

このように、廃液受けが、定盤に固定された研磨装置は、定盤と共に廃液受けも揺動するため、従来のように揺動幅の分だけ廃液受けを大きくする必要が無い。従って、廃液受けの面積をより小さくすることが可能となり、研磨剤を回収する際に、他の溶液との混合を抑制し、研磨剤の回収効率悪化を抑制することができる。また、定盤の揺動により、廃液受けと定盤との相対的な位置が変化することが無いため、定盤の位置によって廃液受けの清掃などのメンテナンス作業がしづらくなるといったことが無い。さらに、廃液受けの取り外しが可能となり、破損などによる交換が容易となる。

このとき、前記廃液受けが、前記定盤の側面を囲むリング状のものであることが好ましい。

このように、廃液受けが定盤の側面を囲むようなリング状であれば、定盤の上面の全周から流下する廃液を、少ない面積で効率よく回収することができる。

またこのとき、前記廃液受けが、底板及び側板から成るものであり、前記側板が取り外し可能なものであることが好ましい。

このようなものであれば、清掃時に、側板を取り外して清掃作業が可能となるため、より一層メンテナンス性に優れる研磨装置となる。

本発明の研磨装置であれば、再利用する研磨剤を回収する際に、他の溶液との混合を抑制し、回収効率悪化を抑制することができる。また、定盤の位置によって廃液受けの清掃などのメンテナンス作業がしづらくなるといったことが無い。

本発明の研磨装置の一例を示した概略図である。 本発明の研磨装置の定盤の周辺部の一例を示した上面図及び側面図である。 本発明の研磨装置の定盤の側面の周辺部の拡大図である。 実施例、比較例の研磨レートを示すグラフである。 実施例、比較例の研磨剤の排水量を示すグラフである。 比較例で用いた研磨装置の定盤の周辺部の概略を示した上面図及び側面図である。 比較例で用いた研磨装置の定盤の側面の周辺部の拡大図である。 従来の片面研磨装置の一例を示した概略図である。 従来のインデックス方式の片面研磨装置の一例を示した概略図である。 セパレーターの一例を示した断面図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

上記のように、従来の研磨装置では、廃液受けが定盤の下方に設置されており、これにより定盤の揺動幅に合わせて廃液受けのサイズを極めて大きくする必要が有った。その結果、廃液受けの面積が大きいため、溶液の混合量が多くなり、回収効率が悪化するという問題があった。また、定盤の位置によって廃液受けは定盤の下側等に位置するため、ウェーハの割れが発生した場合の清掃などのメンテナンスが困難となるという問題もあった。

そこで、本発明者らはこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、廃液受けを定盤に固定すれば、廃液受けのサイズを必要以上に大きくする必要が無く、研磨剤を回収する際に、ドレッシング剤や純水との混合や希釈を抑制し、研磨剤の品質の安定化と使用量削減ができ、かつ、装置の良好なメンテナンス性も得られることを知見し、本発明を完成させた。

以下、本発明の研磨装置を、図１〜３を参照して説明する。図１に示すように、本発明の研磨装置１は、研磨布２が貼り付けられた定盤３と、ウェーハＷを保持するための研磨ヘッド４と、研磨剤を貯蔵するためのタンク５と、該タンク５内に貯蔵された研磨剤を研磨布２に供給する研磨剤供給機構６と、定盤３上から流下する研磨剤を回収する廃液受け７と、廃液受け７に接続され、廃液受け７で回収した研磨剤をタンク５内に供給する循環機構８を具備する。なお、図１では、１つの定盤上に２つの研磨ヘッド４を有する態様を図示したが、本発明の研磨装置はこれに限定されない。例えば、１つの定盤上に１つ又は３つ以上の研磨ヘッドを有していても良い。また、定盤の数も特に限定されず、複数の定盤を有していても良い。

ここで、本発明の研磨装置１においては、廃液受け７が定盤３に固定されている。これにより、定盤の揺動の有無や、定盤のサイズに関わらず、廃液受けの面積を小さくできるため、研磨溶液の混合を抑制し、回収効率を向上することができる。また、定盤の揺動などにより定盤との相対的な位置が変化することが無いため、定盤の位置によって廃液受けの清掃などのメンテナンス作業がしづらくなるといったことが無い。よって、メンテナンス作業にかかる時間を短縮でき、装置停止時間の短縮が可能となる。なお、廃液受け７を定盤３に固定するには、例えば図２の（Ｂ）、図３のように、定盤３の下部にステーを取り付け、廃液受け７を定盤３に固定できる。

また、図２の（Ａ）に示すように、廃液受け７の形状は定盤３の側面を囲むリング状とすることができる。このようなものであれば、定盤３の上面の全周から流下する廃液を、少ない面積で効率よく回収することができる。

また、図１、図２の（Ｂ）、及び図３に示すように、廃液受け７が、底板７ａ及び側板７ｂから構成されていても良く、側板７ｂが取り外し可能となっていてもよい。このようなものであれば、清掃時に、側板を取り外して清掃作業をすることが可能となるため、より一層、メンテナンス時の作業性に優れる。なお、廃液受け７は、塩化ビニルなど合成樹脂が好ましい。

また、図２、図３に示す研磨装置には、廃液受け７の外側に廃液トレイ９が配設されている。この廃液トレイ９は、メンテナンス時に廃液受け７の側板７ｂを取り外した状態で定盤３のハンドシャワー等による清掃を行った場合に、定盤３の機械室への水の浸入を防止できる。なお、廃液トレイ９は、塩化ビニルなど合成樹脂が好ましい。

このような研磨装置１では、研磨剤供給機構６に付随するポンプ１２などでタンク５内から研磨剤を研磨布２に供給し、定盤３上から流下する使用済みの研磨剤を廃液受け７で回収する。

廃液受け７で回収された使用済みの研磨剤は、図１に示すように、廃液回収ライン１０、セパレーター１１等から構成される循環機構８によって、タンク５内に供給される。なお、セパレーター１１により、回収ラインと排水ラインの切り換えを行うことができる。セパレーター１１は、例えば、図１０に示すような従来のセパレーターと同様の物を使用することができる。

そして、タンク５内に回収した研磨剤を、研磨布２に供給する。このように研磨剤を循環させながら、研磨ヘッド４で保持したウェーハＷの表面を研磨布２に摺接させて研磨を行う。

本発明の研磨装置１で研磨を行えば、研磨剤を循環させ再使用しても、研磨剤が他の溶液と混合し難い。従って、研磨剤の希釈などが起こり難く研磨レートの変動を抑制することができる。また、他の溶液と混合してしまい再利用ができなくなる研磨剤の量を低減できるため、研磨剤に掛かるコストを低減できる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

（実施例）
本発明の研磨装置を用いて研磨剤を循環させ再使用しながら、直径３００ｍｍのシリコンウェーハの研磨を行った。また、研磨装置は、３つの定盤を有し、１定盤当たり２つの研磨ヘッドを持つインデックス方式の研磨装置を用いた。定盤の直径は８００ｍｍであった。

実施例では、図３に示すように、定盤３の下部にステーを取り付け、塩化ビニル製の廃液受け７を定盤３に固定した。廃液受けは定盤と一緒に揺動するため、廃液受けの面積は、最大研磨流量時にオーバーフローしないサイズまで低減することができた。その結果、廃液受けの面積（平面占有面積）は６８．３ｍｍ^２となり、後述する比較例の約１／５まで削減することができた。なお、実施例では、研磨液の混合を抑制し、回収効率を改善するため、廃液受け内部に傾斜を設けた。

廃液受けの面積を低減したことによる効果を確認するため、以下のセパレーターの切り替え条件１、２で、それぞれ１０バッチ連続でウェーハの研磨を行った。なお、この研磨では、ウェーハの研磨を行い、純水による研磨布のブラッシングを行うまでを１バッチとし、これを１０回繰り返した。

（条件１）
条件１では、タンク内の研磨剤量が低下しないようなタイミングで、セパレーターのライン切り換えを行った。この条件では、研磨剤に純水が混合し、研磨剤が希釈され、研磨レートが低下しやすい。研磨レートの変動を調べたところ、図４に示すように、実施例では、研磨レートの低下は７％に抑制された。なお、図４では、各バッチの研磨レートは、１バッチ目の研磨レートに対する相対値としている。

（条件２）
また、条件２では、研磨剤に純水が混合しないタイミングでセパレーターの切り換えを行った。この条件では、研磨剤の排出量が増加しやすい。１０バッチの連続研磨後のスラリータンクの残量から、排出量を求めた。その結果、図５に示すように、実施例の研磨剤の排出量は３８％となった。

（比較例）
廃液受けを定盤に固定していない従来の研磨装置を用いたこと以外、実施例と同様な条件で実施例と同様に研磨レート及び研磨剤の排出量を評価した。比較例で用いた研磨装置は、図６、７に示すように、廃液受け１０７が、定盤１０３に固定されていないため、定盤１０３の揺動により廃液受け１０７と定盤１０３の相対位置が変化する。よって、定盤位置に関わらず研磨剤を回収するためには、廃液受けの面積を大きくすることが必須である。比較例における定盤サイズと揺動幅の場合を考慮した結果、廃液受けの面積（平面占有面積）は３０７．３ｍｍ^２となった。揺動幅の問題で、これ以上面積を小さくすることはできなかった。なお、実施例と同様に、研磨液の混合を抑制し、回収効率を改善するため、廃液受け内部に傾斜を設けている。

上記条件１で１０バッチ連続研磨を行った結果、比較例では研磨レートが２４％低下した。このように、実施例に比べ大幅に研磨レートが低下してしまった。

上記条件２で１０バッチ連続研磨を行った結果、比較例では６３％の研磨剤が排出された。このように、実施例に比べ大幅に排出量が増加してしまった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…研磨装置、 ２…研磨布、 ３…定盤、
４…研磨ヘッド、 ５…タンク、 ６…研磨剤供給機構、
７…廃液受け、 ７ａ…底板、７ｂ…側板、
８…循環機構、 ９…廃液トレイ、 １０…廃液回収ライン、
１１…セパレーター、 １２…ポンプ、
Ｗ…ウェーハ。

Claims (3)

1. 研磨布が貼り付けられた定盤と、ウェーハを保持するための研磨ヘッドと、研磨剤を貯蔵するためのタンクと、該タンク内に貯蔵された研磨剤を前記研磨布に供給する研磨剤供給機構と、前記定盤上から流下する研磨剤を回収する廃液受けと、該廃液受けに接続され、前記廃液受けで回収した研磨剤を前記タンク内に供給する循環機構を具備し、前記研磨剤供給機構で前記タンク内から前記研磨剤を前記研磨布に供給し、前記定盤上から流下する使用済みの研磨剤を前記廃液受けで回収し、該回収した研磨剤を前記タンク内に供給することで前記研磨剤を循環させながら、前記研磨ヘッドで保持した前記ウェーハの表面を前記研磨布に摺接させて研磨を行う研磨装置であって、
   前記廃液受けが、前記定盤に固定されたものであることを特徴とする研磨装置。
2. 前記廃液受けが、前記定盤の側面を囲むリング状のものであることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記廃液受けが、底板及び側板から成るものであり、前記側板が取り外し可能なものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨装置。

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