JP4421100B2 - シリコンウェーハの研磨砥粒液の温度調整方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコンウェーハの研磨砥粒液の温度調整方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体チップ等に用いるシリコンウェーハの研磨では、図2に示す様に、研磨装置10で研磨が施される。かかる研磨装置10では、回転する定盤12に貼付された研磨布14に、研磨ヘッド20によってシリコンウェーハ16(以下、単にウェーハ16と称することがある)の研磨面を所定の押圧力で押し付けて研磨を施す。かかる研磨では、ウェーハ16の研磨面に研磨を施す研磨砥粒液が循環使用される。
つまり、研磨砥粒が縣濁されて成る研磨砥粒液(以下、単に研磨液と称することがある)は、研磨布14に滴下されてウェーハ16の研磨面に研磨を施した後、研磨布14から定盤12の外側に設けられた研磨液受け18に排出される。研磨液受け18に排出された排出研磨液は、ウェーハ16の研磨面と研磨布14との摩擦熱等によって加熱されて昇温されているため、排出研磨液を熱交換器Hによって所定温度に冷却する。所定温度に冷却された排出研磨液は、含有する研磨屑等を研磨屑除去装置22で除去した後、研磨砥粒タンク24に貯留され、ポンプ26から電磁弁28を経由して研磨布14に再供給される。
【0003】
この様に、研磨液の循環経路に熱交換器Hを設置することによって、研磨砥粒タンク24の研磨液の温度を所定温度に制御でき、定盤12の熱変形を防止しつつウェーハ16の研磨速度等を一定とすることができる。すなわち、研磨液には、含有されている研磨砥粒によるウェーハ16の研磨面の研磨のみならず、エッチング作用を奏する研磨液も存在する。かかる研磨液でのエッチング作用は、通常、温度依存性が大きく、研磨液が昇温されると、エッチング作用が急激に増大し、研磨速度の制御が困難となる。
また、定盤12は、ウェーハ16の研磨面と研磨布14との摩擦熱等によって加熱され、定盤12が一定温度以上に昇温されると熱変形し、ウェーハ16の研磨面の研磨精度を低下させる原因となる。
この点、熱交換器Hを設置し、研磨砥粒タンク24の研磨液の可及的に一定温度に制御することによって、研磨液のエッチング作用の急激な増大を防止して研磨速度の制御を容易にでき、且つ定盤12に供給される研磨液によって発生した摩擦熱等の熱を除去して定盤12の熱変形を防止できる。その結果、安定した研磨をウェーハ16に施すことができ、良好な研磨精度のウェーハを得ることができる。
【0004】
ところで、熱交換器Hとしては、従来、図5に示す熱交換器180が使用されている。この熱交換器180は、二重管式熱交換器であって、排出研磨液が内側を流れる熱交換チューブ100として、フッ素樹脂から成る熱交換チューブ又はステンレスチューブにフッ素樹脂がコーティングされて成る熱交換チューブが使用され、熱交換チューブ100の外周に沿って冷却水が流れるように、塩ビ製の外筒102が設けられている。かかる熱交換チューブ100の内側を流れる排出研磨液と、外筒102と熱交換チューブ100との流路を流れる冷却水とが向流となるように、熱交換チューブ100の排出研磨液の入口104及び出口106、外筒102の冷却水の入口108及び出口110の各々が設けられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図3に示す熱交換器Hを具備した研磨装置によれば、摩擦熱等によって加熱された排出研磨液を冷却することができ、研磨液を循環使用しても、安定した研磨をウェーハ16に施すことができる。
しかしながら、フッ素樹脂から成る熱交換チューブ100は、その熱伝導率が低いため、所望の熱量を除去するには大きな伝熱面積を取ることを要し、熱交換器180が大型化する。この様に、熱交換器180が大型化すると、熱交換器180内での研磨液の滞留時間が長くなるため、研磨液の温度制御の精度が低下し、研磨液のエッチング作用及び定盤の熱変形の制御に影響を与える。
一方、フッ素樹脂よりも熱伝導率の高いステンレス製の熱交換チューブを、フッ素樹脂のコーティング等を施すことなく用いると、フッ素樹脂製の熱交換チューブ100よりも伝熱面積を小さくでき、熱交換器も小型化できる。
しかし、熱交換チューブを形成するステンレス材から溶出した金属イオンが研磨中のウェーハ16の研磨面に付着し、最終的に得られる半導体チップの性能に悪影響を与えるおそれがある。
そこで、本発明の課題は、従来の熱交換チューブに用いられていたフッ素樹脂よりも熱伝導率が高く且つ金属イオンが溶出することのない熱交換チューブを用い、シリコンウェーハの研磨に用いる研磨砥粒液を容易に温度調整できるシリコンウェーハの研磨砥粒液の温度調整方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決すべく検討したところ、ホウ素(B)を配合することなく炭化珪素(SiC)を焼成して形成したセラミックは、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレンに対して約250倍、ステンレス材に対しても約4.5倍の熱伝導率を呈すること、及び金属イオンは勿論のことホウ素(b)も溶出しないことを知った。
このため、本発明の課題を解決するには、ホウ素(B)を配合することなく炭化珪素(SiC)を焼成して形成したセラミックチューブを熱交換チューブに用いることが有効であると考え検討した結果、本発明に到達した。
【0007】
すなわち、本発明は、回転する定盤に貼付された研磨布に研磨砥粒液を供給してシリコンウェーハに研磨を施した後、前記研磨布から排出された研磨砥粒液を、熱交換器のホウ素(B)を配合することなく炭化珪素(SiC)を焼成して形成したセラミックチューブ内を流しつつ、前記セラミックチューブの外側を流れる温度調整用の流体によって温度調整し、前記研磨布に再供給することを特徴とするシリコンウェーハの研磨砥粒液の温度調整方法にある。
かかる本発明において、熱交換器内の研磨砥粒液と温度調整用の流体との流れを向流とすることによって、研磨砥粒液の温度調整を容易に行うことができる。
【0008】
本発明に用いる熱交換器によれば、熱交換チューブとして、ホウ素(B)を配合することなく炭化珪素(SiC)を焼成して形成したセラミックチューブを用いている。かかるセラミックは、フッ素樹脂或いはステンレス材よりも極めて良好な熱伝導率を有し且つ研磨砥粒液に金属イオンやホウ素(b)が溶出することもない。
したがって、かかる熱交換器を用いた本発明によれば、セラミックチューブを介して研磨砥粒液と温度調整用の流体との熱交換を迅速に行うことができ、研磨砥粒液の温度制御を容易に行うことができる。
しかも、研磨砥粒液に金属イオンやホウ素(B)が流出して、シリコンウェーハの研磨面を汚染する懸念を解消できる。
また、かかるセラミックチューブを熱交換チューブに用いた熱交換器では、従来のフッ素樹脂から成る熱交換チューブを用いた熱交換器に比較して、その伝熱面積を小さくでき、熱交換器を小型化できる。このため、熱交換器内での研磨砥粒液の滞留時間も短時間とすることができ、研磨砥粒液の温度制御の精度を向上できる。
【0009】
【発明の実施の形態】
本発明に用いる熱交換器の一例を図1に示す。図1に示す熱交換器30は、二重管式熱交換器であって、研磨砥粒が縣濁されて成る研磨砥粒液(以下、単に研磨液と称することがある)が内側を流れる熱交換チューブとして、炭化珪素(SiC)を焼成して形成したセラミックチューブ32が用いられ、このセラミックチューブ32の外周に沿って冷却水が流れるように、塩ビ製又はフッ素樹脂製の外筒34が設けられている。かかるセラミックチューブ32の内側を流れる研磨液と、外筒34とセラミックチューブ32との間の流路を流れる冷却水とが、並流となるようにセラミックチューブ32への研磨液の入口36及び出口38、外筒34の冷却水の入口40及び出口42を設けてもよいが、向流となるようにセラミックチューブ32への研磨液の入口36及び出口38、外筒34の冷却水の入口40及び出口42を設けることによって、研磨液の温度調整を容易に行うことができる。
尚、セラミックチューブ32への研磨液の入口36及び出口38には、塩ビ製又はフッ素樹脂製の連結部材がセラミックチューブ32の両端部に装着され、フッ素樹脂製のチューブ(図示せず)に連結されている。
【0010】
図1に示す熱交換器30に用いられているセラミックチューブ32は、ホウ素(B)を配合することなく炭化珪素(SiC)を焼成して形成したものである。
かかるセラミックチューブ32の形成は、先ず、炭化珪素粉末とフェノール樹脂等の成型用樹脂とを混合した後、パイプ状に成形してグリーンパイプ成形品とする。次いで、このグリーンパイプ成形品を、窒素雰囲気下で加熱保持して脱脂炭化した後に焼成した。この焼成条件は、高真空下で昇温して所定温度に到達したとき、アルゴンを導入してアルゴン雰囲気下とした後、更に所定温度まで昇温した。その後、この所定温度で一定時間保持した後、冷却した。
この様に、ホウ素(B)を配合することなく炭化珪素(SiC)を焼成して形成したセラミックチューブ32は、1000℃以上の高温下での曲げ強度等の機械的物性が、ホウ素(B)を配合して炭化珪素(SiC)を焼成したセラミックチューブに比較して低下するが、研磨装置での摩擦等によって加熱されて排出された排出研磨液の温度でも、高々60℃程度であるため、研磨装置で用いる研磨液の温度調整を施す熱交換器30の熱交換チューブとしては充分な機械的物性を有する。
【0011】
この様に、熱交換器30のセラミックチューブ32を形成する炭化珪素(SiC)を焼成して形成したセラミックは、フッ素樹脂であるポリテトラフルオロエチレンに対して約250倍、ステンレス材に対しても約4.5倍の熱伝導率を有する。このため、セラミックチューブ32の内側を流れる研磨液と、セラミックチューブ32の外側を流れる温度調整用の流体との熱交換が迅速に行われ、研磨液の温度制御を容易に行うことができる。
更に、セラミックチューブ32を熱交換チューブに用いた熱交換器30では、従来のフッ素樹脂から成る熱交換チューブを用いた熱交換器に比較して、その伝熱面積を小さくでき、熱交換器を小型化できる。このため、熱交換器内での研磨液の滞留時間も短時間とすることができ、研磨液の温度制御の精度を向上できる。
しかも、セラミックチューブ32には、ホウ素が配合されていないため、研磨液が接触しても、セラミックチューブ32からは金属イオンは勿論のこと、ホウ素も溶出しないため、半導体チップ等に用いるシリコンウェーハ16の研磨では、セラミックチューブ32から磨液中にホウ素が溶出してウェーハ16の研磨面を汚染する懸念を解消できる。
【0012】
図1に示す熱交換器30を熱交換器Hとして具備する図2に示す研磨装置10では、回転する定盤12に貼付された研磨布14に、研磨ヘッド20によってウェーハ16の研磨面を所定の押圧力で押し付けて研磨を施す。かかるウェーハ16の研磨では、研磨砥粒タンク24に貯留されている研磨液は、研磨布14に滴下されてウェーハ16の研磨面に研磨を施した後、研磨布14から定盤12の外側に設けられた研磨液受け18に排出される。研磨液受け18に排出された排出研磨液は、ウェーハ16の研磨面と研磨布14との摩擦熱等によって加熱されているため、熱交換器30によって所定温度に冷却する。所定温度に冷却された排出研磨液は、含有する研磨屑等を研磨屑除去装置22で除去した後、研磨砥粒タンク24に貯留され、ポンプ26から電磁弁28を経由して研磨布14に再供給される。
【0013】
図2に示す研磨装置10において、熱交換器Hとして図1に示す熱交換器30を装着することによって、研磨液の温度を目標温度に対して±1℃程度の範囲で制御できる。更に、熱交換器30を小型化できるため、研磨装置10の全体の小型化も図ることができる。
かかる図2に示す研磨装置10では、研磨液受け18に排出された排出研磨液は熱交換器H(熱交換器30)及び研磨屑除去装置22を通過して研磨砥粒タンク24に貯留されるが、図3に示す構成の研磨装置でもあってもよい。図3に示す研磨装置では、研磨液受け18に排出された排出研磨液を研磨砥粒タンク24に一旦貯留し、研磨砥粒タンク24の排出研磨液を循環するポンプ29によって循環しつつ熱交換器H(熱交換器30)によって温度調整を施す。所定温度に調整された研磨砥粒タンク24の排出研磨液は、ポンプ26から送り出され研磨屑除去装置22で研磨屑等が除去された後、電磁弁28を経由して研磨布14に研磨液として再供給される。
更に、図4に示す構成の研磨装置であってもよい。図4に示す研磨装置では、研磨液受け18に排出された排出研磨液を研磨砥粒タンク24に一旦貯留し、研磨砥粒タンク24の排出研磨液をポンプ26で循環しつつ熱交換器H(熱交換器30)で温度調整を施すと共に、研磨屑除去装置22に排出研磨液を送り出す。ポンプ26から送り出された排出研磨液は、研磨屑除去装置22で研磨屑等が除去された後、電磁弁28を経由して研磨布14に研磨液として再供給される。
【0014】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の熱交換チューブに用いられていたフッ素樹脂よりも熱伝導率が高く且つ金属イオンが溶出することのない熱交換チューブを用い、シリコンウェーハの研磨に用いる研磨液の温度調整を容易に行うことができる。このため、シリコンウェーハに施す研磨速度等を容易に調整でき、研磨を施して最終的に得られるシリコンウェーハの研磨面の平坦性等の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に用いる熱交換器の部分断面図である。
【図2】 図1に示す熱交換器が用いられた研磨装置の一例の概略を説明する概略図である。
【図3】 図1に示す熱交換器が用いられた研磨装置の他の例の概略を説明する概略図である。
【図4】 図1に示す熱交換器が用いられた研磨装置の他の例の概略を説明する概略図である。
【図5】 従来の熱交換器の部分断面図である。
【符号の説明】
10 研磨装置
12 定盤
14 研磨布
16 ウェーハ
20 研磨ヘッド
22 研磨屑除去装置
24 研磨砥粒タンク
26、29 ポンプ
30 熱交換器
32 熱交換チューブ(セラミックチューブ)
34 外筒
36 研磨液の入口
38 研磨液の出口
40 冷却水の入口
42 冷却水の出口
H 熱交換器
Claims (2)
- 回転する定盤に貼付された研磨布に研磨砥粒液を供給してシリコンウェーハに研磨を施した後、
前記研磨布から排出された研磨砥粒液を、熱交換器のホウ素(B)を配合することなく炭化珪素(SiC)を焼成して形成したセラミックチューブ内を流しつつ、前記セラミックチューブの外側を流れる温度調整用の流体によって温度調整し、前記研磨布に再供給することを特徴とするシリコンウェーハの研磨砥粒液の温度調整方法。 - 熱交換器内の研磨砥粒液と温度調整用の流体との流れを向流とする請求項1記載のシリコンウェーハの研磨砥粒液の温度調整方法。
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