JP5803601B2 - 研磨スラリーの供給方法及び供給装置、並びに研磨装置 - Google Patents
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片面の表面二次及び仕上げ研磨では両面一次研磨で作られた平坦度を維持あるいは改善するとともに表面側に欠陥の無い完全鏡面に仕上げることが要求されている。
ここで、研磨スラリーを研磨装置に供給するための従来の研磨スラリーの供給装置を図6に示す。図6に示すように、研磨スラリーの供給装置101は、スラリー原液の計量のためのスラリー原液計量タンク102及びスラリー原液と純水を混合した研磨スラリーを貯蔵するためのスラリー貯蔵タンク103を有している。
近年では、半導体ウェーハの微細化に伴い、研磨後のウェーハの表面上の深さ数nmのスクラッチや高さ数nmの突起などのナノオーダーの欠陥がデバイス特性に影響を与える要因として注目されてきている。
このような微小欠陥を抑制するため、組成を工夫した研磨スラリーが開発されている(特許文献1参照)。特許文献1には、この研磨スラリーにより研磨中のウェーハ表面の濡れ性を向上させ、パーティクルの表面への付着を低減することで欠陥の発生を抑制できることが開示されている。
この粗大粒子が研磨中にウェーハ表面にマイクロスクラッチを発生させ、ウェーハ表面欠陥の原因となっている。
また、研磨スラリーとして混合調整される前に含有成分を個々に濾過する方法も異物低減効果が期待されるが、研磨スラリーと純水とを混合した際に新たな凝集物が発生するため、粗大粒子を十分に低減できない。
このようにすれば、粗大粒子が従来に比べて大幅に低減された研磨スラリーを確実に供給できる。
このようにすれば、研磨スラリーを研磨装置に供給するまでの間に増加する粗大粒子数が十分に少ない研磨スラリーを供給できる。
このようにすれば、比較的簡単にスラリー原液と純水とを混合できる。
このようにすれば、ウェーハの研磨時においてウェーハ表面のナノオーダーの欠陥を確実に低減できる研磨スラリーを供給できる。
このようなものであれば、粗大粒子が従来に比べて大幅に低減された研磨スラリーを確実に供給できるものとなる。
このようなものであれば、比較的簡単な構成でスラリー原液と純水とを混合できるものとなる。
上記したように、本発明者等はウェーハの研磨中に発生するナノオーダーの欠陥の原因について検討したところ、研磨スラリー中に粗大粒子が多数存在し、これが研磨中にウェーハ表面にマイクロスクラッチを発生させ、ウェーハ表面欠陥の原因となることを発見した。
表1は、スラリー原液と純水を混合する際に、タンク内の純水に対しスラリー原液を加えていく上記した従来の方法で供給した研磨スラリー中の0.25μm以上の粗大粒子数を、スラリー原液と純水との混合比を変えて比較した実験結果を示すものである。ここで、表中の混合比は、スラリー原液の容量に対する純水の容量の倍率を示し、粗大粒子数はスラリー原液1cc当たりに含まれる粗大粒子数に換算した値である。
図1に示すように、本発明の研磨スラリーの供給装置1はスラリー原液と純水とを混合するためのスラリー混合タンク2と、該スラリー混合タンク2内に純水を加える量を制御する制御手段3と、混合後の研磨スラリーを貯蔵するためのスラリー貯蔵タンク4とを有している。スラリー混合タンク2にはスラリー原液を計量するための計量センサー5b、及び混合後の研磨スラリーを計量するための計量センサー5aが設けられている。
本発明の研磨スラリーの供給装置1では、スラリー原液と純水とを混合する際に、まず、センサー5bで計量しながらスラリー混合タンク2に所定量のスラリー原液を入れる。次に、制御手段3によってスラリー混合タンク2内の計量されたスラリー原液に対して純水を単位時間当たりに所定量加えるように制御しながら、スラリー原液と純水とを混合する。この単位時間当たりの所定量はスラリー原液と純水とを混合する際にスラリー原液中のアルカリ成分の濃度が急激に変化しないような量とする。
その後、スラリー貯蔵タンク4内に貯蔵された混合後の研磨スラリーは、方向切替弁8aを研磨装置方向に切り替え、ポンプ7aを用いて研磨装置に供給される。
このような本発明の研磨スラリーの供給装置であれば、スラリー原液と純水とを混合する際にスラリー原液中のアルカリ成分の濃度が急激に変化することもなく、ウェーハの研磨時に欠陥の原因となる粗大粒子が低減された研磨スラリーを供給できるものとなる。これによりウェーハの研磨時においてウェーハ表面の特にナノオーダーの欠陥の発生を低減できる。
このようなものであれば、粗大粒子が大幅に低減された研磨スラリーを確実に供給できるものとなる。
図1に示す本発明の研磨スラリーの供給装置1では、この循環手段として、ポンプ7bと方向切替弁8bとを有している。方向切替弁8bによって研磨スラリーの流出方向をスラリー貯蔵タンク方向からスラリー混合タンク方向に切り替え、ポンプ7bによってスラリー混合タンク2内のスラリー原液と純水とを循環させて混合することができる。
なお、上記したポンプ7a、7bは例えばベローズポンプとすることができる。ベローズポンプはスラリーを圧縮する作用があるので低流量で使用することが好ましい。また、レビトロポンプであれば圧縮作用がないのでより好ましい。
或いは、スラリー原液と純水との混合を循環によって行うものではなく、スラリー混合タンク2内にスラリー原液と純水とを攪拌する手段を有するものであっても良い。
まず、センサー5bで計量しながらスラリー混合タンク2に所定量のスラリー原液を入れる。次に、制御手段3によってスラリー混合タンク2内の計量されたスラリー原液に対して純水を単位時間当たりに所定量加えるように制御しながら、スラリー原液と純水とを少しづつ混合する。
このようにすれば、スラリー原液中のアルカリ成分の急激な濃度変化を確実に抑制できるので、粗大粒子が大幅に低減された研磨スラリーを確実に供給できる。
また、循環保管する際には、循環をなるべく一定時間低流量で行うようにしてポンプの圧縮作用による影響を抑制することが好ましい。
このような本発明の研磨スラリーの供給方法であれば、スラリー原液と純水とを混合する際にスラリー原液中のアルカリ成分の濃度が急激に変化することもなく、ウェーハの研磨時に欠陥の原因となる粗大粒子が従来に比べ大幅に低減された研磨スラリーを供給できる。また、これによりウェーハの研磨時においてウェーハ表面の特にナノオーダーの欠陥を低減できる。
この際、循環をなるべく一定時間低流量で行うようにしてポンプの圧縮作用による影響を抑制することが好ましい。
図2に示すように、研磨装置21は、研磨するウェーハを保持する研磨ヘッド22、研磨布24が貼り付けられた定盤23と、ノズル25と、本発明の研磨スラリーの供給装置1とを有している。この研磨スラリーの供給装置1の構成は上記と同様であり、ここでの説明は省略する。
このような本発明の研磨装置21であれば、本発明の研磨スラリーの供給装置でウェーハの研磨時に欠陥の原因となる粗大粒子が従来に比べ大幅に低減された研磨スラリーを供給できるので、ウェーハ表面のナノオーダーの欠陥が低減されたウェーハに研磨できる。特に、上記したような粗大粒子を濾過によって除去することが困難である仕上げ研磨用の研磨スラリーを用いた片面研磨を行う際に、本発明の研磨装置を好適に適用できる。
図3(A)(B)に示すように、本発明の研磨装置31は上下に相対向して設けられた上定盤32と下定盤33を備えており、上下定盤32、33には、それぞれ研磨布34が貼付されている。そして上下定盤32、33の間の中心部にはサンギヤ37が、周縁部にはインターナルギヤ38が設けられている。キャリア35にはウェーハWを保持するための保持孔36が設けられ、複数のキャリア35が上下定盤32、33の間に挟まれるようになっている。
このような本発明の研磨装置31であれば、ウェーハ両面のナノオーダーの欠陥が低減されたウェーハに研磨できる。
図1に示すような本発明の研磨スラリーの供給装置を用い、本発明の研磨スラリーの供給方法に従って研磨スラリーを研磨装置に供給し、供給された研磨スラリー中の粗大粒子数を測定した。ここで、混合工程において、スラリー原液と純水との混合比を20倍とし、スラリー原液1Lに対して純水を加える所定量を0.5〜5L/minで変化させた。ここで、スラリー原液としてフジミインコーポレーテッド製の仕上げ研磨用スラリーFGL−3900を用いた。また、混合後の研磨スラリーは1時間以内に研磨装置に供給した。
粗大粒子はAccuSizer FX(PPS社製)を用いて測定した。
このように、本発明の研磨スラリーの供給方法及び供給装置は、ウェーハの研磨時に欠陥の原因となる粗大粒子が従来と比べ大幅に低減された研磨スラリーを供給できることが確認できた。
図2に示すような本発明の片面研磨装置21を用い、実施例1と同様の条件で純水を加える所定量を2L/min、3L/minとし、研磨スラリーを供給しながら直径300mmのシリコンウェーハを仕上げ研磨し、研磨後のウェーハの欠陥数を評価した。研磨装置本体としてPNX−332(岡本工作機械社製)を用いた。
この仕上げ研磨の際に片面研磨装置21の研磨布として、POLYPAS(フジボウ社製)のスウェードタイプのものを用いた。また、研磨条件として、研磨荷重を100g/cm2、定盤回転数及び研磨ヘッド回転数を30rpm、研磨装置への研磨スラリーの供給量を1L/minとした。また、混合後の研磨スラリーを1時間以内に研磨装置に供給した。
このように本発明の研磨スラリーの供給方法及び供給装置、並びに研磨装置はウェーハの研磨時において、ウェーハ表面のナノオーダーの欠陥を低減できることが確認できた。
図6に示すような、スラリー原液と純水を混合する際にタンク内の純水に対しスラリー原液を加えていく従来の研磨スラリーの供給装置を片面研磨装置を用いた以外、実施例2と同様の条件で直径300mmのシリコンウェーハを仕上げ研磨し、供給された研磨スラリー内の粗大粒子数と研磨後のウェーハの欠陥数を評価した。
その結果、供給された研磨スラリー内の粗大粒子数は101,000,000個程度と非常に多かった。また、欠陥数の結果を図5に示す。図5に示すように、欠陥数は実施例2の結果と比べ増加していた。
4…スラリー貯蔵タンク、 5a、5b、6a、6b、6c…計量センサー、
7a、7b…ポンプ、 8a、8b…方向切替弁、 9…流量調整手段。
Claims (7)
- スラリー原液と純水とを混合した研磨スラリーを研磨装置に供給する供給方法であって、
スラリー混合タンク内の計量された前記スラリー原液に対して前記純水を単位時間当たりに所定量加えるように制御しながら前記スラリー原液と前記純水とを混合する工程と、
該混合された研磨スラリーを前記研磨装置に供給する工程とを含み、計量された前記スラリー原液に対して前記純水を単位時間当たりに加える所定量を、前記スラリー原液1Lに対して3L/min以下とすることを特徴とする研磨スラリーの供給方法。 - 前記スラリー原液と前記純水とを混合する工程の終了時から8時間以内に前記研磨スラリーを前記研磨装置に供給することを特徴とする請求項1に記載の研磨スラリーの供給方法。
- 前記混合する工程における前記スラリー原液と純水との混合を、前記スラリー原液と純水とを循環させることにより行うことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の研磨スラリーの供給方法。
- 前記混合された研磨スラリーが1cc当たりに含まれる0.25μm以上の粗大粒子が5,000,000個以下のものを前記研磨装置に供給することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の研磨スラリーの供給方法。
- スラリー原液と純水とを混合した研磨スラリーを研磨装置に供給する供給装置であって、
前記スラリー原液と前記純水とを混合するためのスラリー混合タンクと、該スラリー混合タンク内に前記純水を加える量を制御する制御手段と、混合後の前記研磨スラリーを貯蔵するためのスラリー貯蔵タンクとを有し、
前記制御手段によって前記スラリー混合タンク内の計量された前記スラリー原液に対して前記純水を単位時間当たりに所定量加えるように制御しながら、前記スラリー原液と前記純水とを混合し、前記スラリー貯蔵タンク内に貯蔵された前記混合後の研磨スラリーを前記研磨装置に供給し、前記制御手段は、前記計量されたスラリー原液に対して前記純水を単位時間当たりに加える所定量を、前記スラリー原液1Lに対して3L/min以下になるように制御するものであることを特徴とする研磨スラリーの供給装置。 - 前記スラリー混合タンク内における前記スラリー原液と前記純水との混合を、前記スラリー原液と純水とを循環させることによって行う循環手段を有するものであることを特徴とする請求項5に記載の研磨スラリーの供給装置。
- 研磨スラリーを供給しながらワークを定盤に貼り付けられた研磨布に摺接させて研磨する研磨装置であって、
前記研磨スラリーを供給するための請求項5又は請求項6に記載の研磨スラリーの供給装置を具備するものであることを特徴とする研磨装置。
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