JP2002263990A - Super-precision surface working method and working system - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a super-precision working method for flattening semiconduc tor, etc., utilizing composite action of abrasive grains in slurry with chemical action of substance added to the slurry. SOLUTION: Titanium oxide TiO2 is mixed into a working fluid in the form of particulates, and free radicals of OH or HO2 are generated in the working fluid by photocatalyst action of titanium oxide. Precision polishing is thus conducted by use of oxidation force of it.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

ラジカルの酸化力を利用した加工法に関する。 The present invention relates to a processing method utilizing the oxidizing power of radicals.

【従来の技術】[Prior art]

【０００２】半導体の平坦化などの超精密加工におい
て、ＣＭＰいわゆるケミカルメカニカルポリシングが開
発され、実用化されている。ＣＭＰはスラリーの中にあ
る砥粒による機械的除去作用とスラリーの中に添加され
る薬品による化学的作用との複合作用を利用した加工方
法である。In ultra-precision processing such as planarization of semiconductors, CMP, so-called chemical mechanical polishing, has been developed and put to practical use. CMP is a processing method utilizing a combined action of a mechanical removal action of abrasive grains in a slurry and a chemical action of a chemical added to the slurry.

【０００３】また、生産性を向上するために、研磨法の
代わりに固定砥粒方式の研削法を超精密加工に使用する
ことも試みられている。超精密研削に微粒砥石が使われ
ているため、砥石が目づまりやすく、頻繁に目直しをし
ない限り加工能率が向上されるどころか、研磨より低く
なることもしばしばある。一方、頻繁の目直し作業は除
去能率を向上するものの、研削以外の作業時間が増える
ため、必ずしも生産性の向上に繋がることにはならな
い。そこで、電解ドレッシングという研削しながら目直
しを行なう方法が開発され、注目を浴び、実用化されつ
つあるにいたっている。電解ドレッシング方法には直流
電圧による電解ドレッシング法とパルス電圧によるドレ
ッシング法との二つに分かれる。後者はいわゆる電解イ
ンプロセスドレッシング（ＥＬＩＤ）研削法と呼ばれい
る。In order to improve the productivity, it has been attempted to use a fixed abrasive type grinding method instead of the polishing method for ultra-precision machining. The use of fine-grained whetstones in ultra-precision grinding makes the whetstones easily clogged, and often results in lower machining efficiency than polished unless frequent changes are made. On the other hand, frequent reworking improves the removal efficiency, but increases work time other than grinding, and does not necessarily lead to improvement in productivity. Therefore, a method of performing dressing while grinding, called electrolytic dressing, has been developed, and has attracted attention and is being put to practical use. Electrolytic dressing methods are divided into two types: an electrolytic dressing method using a DC voltage and a dressing method using a pulse voltage. The latter is called a so-called electrolytic in-process dressing (ELID) grinding method.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】半導体のＣＭＰにおい
ては、スラリー中の薬品は加工能率を向上させると同時
に、半導体に対する侵食がしばしば問題を引き起こす。
例えば、銅配線のＣＭＰの場合、しばしば溝の角部や粒
界から異常な侵食が発生し、配線にボイドやピットなど
の欠陥が現われる。異常侵食の発生を防ぐ対策の研究は
ＣＭＰの最重要課題の一つとされている。In CMP of semiconductors, chemicals in the slurry improve the processing efficiency, and at the same time, erosion of the semiconductor often causes a problem.
For example, in the case of CMP of copper wiring, abnormal erosion often occurs from corners and grain boundaries of grooves, and defects such as voids and pits appear in the wiring. Research on measures to prevent the occurrence of abnormal erosion has been regarded as one of the most important issues of CMP.

【０００５】ＣＭＰ加工には化学反応によりスラリー中
の薬品が常に消耗され、濃度を最適値に安定させる制御
を行なう必要がある。一方、加工の初期段階では加工能
率が重視されるのに対し、仕上げ段階では加工表面の品
質が重視される。加工の段階の推移につれて最適なスラ
リー成分も異なる。現在のＣＰＭ法では加工の推移に応
じてスラリーの成分を変化させ、加工を常に最適な状態
で行なうことは困難である。In CMP processing, chemicals in a slurry are constantly consumed by a chemical reaction, and it is necessary to perform control to stabilize the concentration at an optimum value. On the other hand, the processing efficiency is emphasized in the initial stage of processing, whereas the quality of the processed surface is emphasized in the finishing stage. The optimum slurry component varies with the transition of the processing stage. With the current CPM method, it is difficult to change the components of the slurry in accordance with the progress of processing and always perform processing in an optimum state.

【０００６】さらに、一つのデバイスのＣＭＰ加工には
工程によって、加工対象が絶縁膜から金属配線へと変わ
る。加工対象に応じて、その対象材料に適したスラリー
を使用する必要があるので、一つの生産ラインで種類の
異なるスラリーを取り扱うことになる。これはスラリー
の管理を複雑化させるだけではなく、ＣＭＰ後の洗浄で
も前工程で使用されたスラリーの種類に応じて洗浄方法
を変える必要があるので、加工システム全体の複雑化に
も繋がる。Further, in the CMP processing of one device, an object to be processed changes from an insulating film to a metal wiring depending on a process. Since it is necessary to use a slurry suitable for the target material depending on the processing target, different slurries are handled in one production line. This not only complicates the management of the slurry, but also the cleaning after the CMP requires changing the cleaning method according to the type of slurry used in the previous step, which leads to the complexity of the entire processing system.

【０００７】また、従来の研磨法には電解ドレッシング
法の何れの方法に対しては、砥石ボンドが導電性を有す
ることを絶対必要とする。このため、非導電のレジンボ
ンド砥石には適用できないのは勿論のことである。その
うえ、砥石の研削面に隣り合わせるように電極を設置す
る必要もあるが、多くの場合そのような電極設置空間は
有しない。故に、電解ドレッシング研削法の適用範囲は
かなり限定されている。さらに、電解によって砥石の形
が崩れることもあって、超精密研削に使用する場合は加
工精度を損なう恐れがある。[0007] In addition, the conventional polishing method absolutely requires that the grindstone bond has conductivity in any of the electrolytic dressing methods. For this reason, it cannot be overemphasized that it cannot be applied to a non-conductive resin bond grindstone. In addition, it is necessary to install the electrodes so as to be adjacent to the grinding surface of the grindstone, but in many cases, there is no such electrode installation space. Therefore, the application range of the electrolytic dressing grinding method is considerably limited. Further, since the shape of the grindstone may be broken by the electrolysis, there is a possibility that the processing accuracy may be impaired when used for ultra-precision grinding.

【０００８】本発明は、上述のＣＭＰおよび超精密研削
法における問題点を解決しようとする新しい加工法を提
供することを目的とする。[0008] It is an object of the present invention to provide a new processing method which solves the problems in the above-mentioned CMP and ultra-precision grinding methods.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】光触媒であるＴｉＯ_２は
酸素と水分が存在する雰囲気の中で、紫外線からエネ ため寿命が極めて短い特性をもっている。Means for Solving the Problems TiO _{2 as a} photocatalyst is converted from ultraviolet light to energy in an atmosphere where oxygen and moisture are present. Therefore, it has a very short life.

【００１０】 ＣＭＰ加工における金属配線に対する異常腐食の問題を
解決する方法を考案した。金属配線の異常腐食は酸化力
をもつ分子等が金属表面にある酸化膜を通り抜け、表面
下深いところまで酸化が進められることに起因する。フ
リー ができないため、表面下への酸化の進行が酸化膜によっ
て阻止されることになる。[0010] A method for solving the problem of abnormal corrosion on metal wiring in CMP processing has been devised. The abnormal corrosion of the metal wiring is caused by the fact that molecules having oxidizing power pass through an oxide film on the metal surface, and oxidation proceeds to a deep portion below the surface. free Therefore, the progress of oxidation below the surface is stopped by the oxide film.

【００１１】 単に制御できるため、スラリーの種類やＴｉＯ２微粒子
の濃度などを変えず、紫外線の強度を制御することだけ
で、様々な加工条件や加工要求に応じて最適なフリーラ
ジカル濃度下で加工を行なうことができる。[0011] Because it can be simply controlled, it is possible to perform processing under the optimum free radical concentration according to various processing conditions and processing requirements simply by controlling the intensity of ultraviolet light without changing the type of slurry or the concentration of TiO2 fine particles. it can.

【００１２】さらに、ＴｉＯ_２を含有する研磨パッドを
使用することによって、加工液に超純水を使用すること
が可能となる。Furthermore, by using a polishing pad containing TiO ₂ , it becomes possible to use ultrapure water as a working fluid.

【００１３】 することで、金属ボンド超砥粒砥石だけではなく、レジ
ンボンド超砥粒砥石に対しても、酸化化学反応を起こ
し、ボンドの酸化物が加工液に溶出するか、摩耗される
かによって除去され、砥粒が砥石表面に露呈する。その
結果、砥石の切れ味を維持でき、長時間にドレッシング
レスで高能率加工が持続できる。[0013] By doing so, not only the metal bond superabrasive grindstone but also the resin bond superabrasive grindstone causes an oxidative chemical reaction, and the oxide of the bond is removed depending on whether it is eluted into the working fluid or worn. As a result, the abrasive grains are exposed on the whetstone surface. As a result, the sharpness of the whetstone can be maintained, and high-efficiency processing can be continued for a long time without dressing.

【００１４】 の腐食性をもつ薬品と違い、寿命が極めて短いため、砥
石ボンド内部へ侵入 に砥石の形が崩れることはない。[0014] Unlike the corrosive chemicals, the life is extremely short, so it penetrates into the grindstone bond. The shape of the whetstone does not collapse.

【００１５】同じ理由で、金属機械部品の表面に酸化膜
が存在しているため、フリーラ [0015] For the same reason, an oxide film is present on the surface of a metal mechanical part, so that free metal

【００１６】ＴｉＯ_２微粒子の表面に白金Ｐｔを部分的
に被覆することで、フリーラジカル る。By partially covering the surface of TiO ₂ fine particles with platinum Pt, free radicals You.

【００１７】また、砥石の種類や加工条件に応じて単に
光源の光強度を調節することだけで、多様に対応でき
る。Further, various adjustments can be made simply by adjusting the light intensity of the light source in accordance with the type of the grindstone and the processing conditions.

【００１８】[0018]

【発明の実施の形態】発明の実施の形態をセラミック球
研削の実施例に基づき説明する。図１にＴｉＯ_２微粒子
を加工液（脱イオン水）に混入してセラミック球をダイ
ヤモンド砥石で研削する時の概略図を示す。研削される
セラミック球３がガイドリング６とテーパースラスト４
によって形成された環状Ｖ溝の中に配置され、上から研
削砥石１に押しつけられる。砥石を回転軸に取りつけ、
回転軸はガイドリングの中心からある偏心量をもって位
置する。砥石を回転させると、セラミック球が砥石に引
きつられ、Ｖ溝の中を転がりながら研削される。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described based on examples of ceramic ball grinding. FIG. 1 is a schematic diagram showing a case where TiO ₂ fine particles are mixed in a processing liquid (deionized water) and a ceramic ball is ground with a diamond grindstone. The ceramic ball 3 to be ground has a guide ring 6 and a taper thrust 4
And is pressed against the grinding wheel 1 from above. Attach the whetstone to the rotating shaft,
The rotation axis is located with a certain amount of eccentricity from the center of the guide ring. When the grindstone is rotated, the ceramic ball is attracted to the grindstone and is ground while rolling in the V-groove.

【００１９】回転軸とガイドリングとの間を偏心させる
ことによって、砥石の研削面が広くなり、砥石の摩耗に
よる砥粒層厚さの変化が緩和される。また、偏心させる
ことによって摩耗されても砥石研削面の形状が常に平面
のままに保たされ、砥石の形直しを省くことができる。
さらに、砥石とガイドンリング間の偏心が砥石とセラミ
ック球との接触面の間に滑り速度をもたらし、研削能率
を向上させることに寄与する。By eccentricity between the rotating shaft and the guide ring, the grinding surface of the grindstone is widened, and the change in the thickness of the abrasive layer due to wear of the grindstone is reduced. In addition, even if the wheel is worn by eccentricity, the shape of the grinding surface of the grinding wheel is always kept flat, and the reshaping of the grinding wheel can be omitted.
Further, the eccentricity between the grindstone and the guide ring causes a sliding speed between the contact surface between the grindstone and the ceramic ball, which contributes to improving the grinding efficiency.

【００２０】砥石にＳＤ８０００のメタルボンドダイヤ
モンド砥石を用いて、Ｓｉ_３Ｎ_４セラミック球を研削し
た場合、加工液の脱イオン水にＴｉＯ_２微粒子を７．５
ｗｔ％混入する前後の研削能率の相違を図２に示す。研
削能率は加工液に脱イオン水のみを使用した場合の０．
２μｍ／ｈに対して、ＴｉＯ_２を添加することによって
１．２μｍ／ｈにまで６倍ほど向上した。[0020] using a metal bonded diamond wheel of SD8000 to the grindstone, when grinding the _Si 3 _{N 4} ceramic spheres, the TiO ₂ fine particles in deionized water working fluid 7.5
FIG. 2 shows the difference in grinding efficiency between before and after the mixing of wt%. Grinding efficiency is 0.1 when only deionized water is used as the working fluid.
The addition of TiO ₂ was improved about 6 μm to 1.2 μm / h with respect to ₂ μm / h.

【００２１】図３に研削後の砥石表面写真を示す。脱イ
オン水のみの場合、砥石表面に滑り摩耗の痕跡が見られ
ず、凹凸が残っている。それに対して、ＴｉＯ_２を混入
した加工液の場合、砥石表面が滑り摩耗によって平らに
なっている様子がはっきり現われている。この摩耗によ
って、新しい砥粒が絶えず砥石表面に露呈され、切れ味
を保ちながら高能率研削ができたと思われる。FIG. 3 shows a photograph of the grinding wheel surface after grinding. When only deionized water is used, no trace of sliding wear is seen on the grindstone surface, and irregularities remain. On the other hand, in the case of the working fluid mixed with TiO ₂ , the appearance that the surface of the grindstone is flattened by the sliding wear clearly appears. It is considered that new wear grains were constantly exposed to the surface of the grindstone due to this wear, and high-efficiency grinding was possible while maintaining sharpness.

【００２２】図４に紫外線光源８を設けた加工装置の一
例を示す。紫外線光源を加工液の中に入れることによっ
て、紫外線の吸収率を向上するとともに、外部への紫外
線の漏えいをも防ぐことができる。紫外線光源を配置す
ることによって、ＴｉＯ_２の光触媒反応が活性化され、
より薄いＴｉＯ_２濃度の加工液でも同等の効果を得るこ
とができるようになる。さらに、光の強度を調節できる
光源を使用すると、加工条件や砥石の種類に応じて最適
な光強度を選ぶこともできる。FIG. 4 shows an example of a processing apparatus provided with an ultraviolet light source 8. By putting the ultraviolet light source into the processing liquid, the absorptivity of the ultraviolet light can be improved and the leakage of the ultraviolet light to the outside can be prevented. By disposing the ultraviolet light source, the photocatalytic reaction of TiO ₂ is activated,
The same effect can be obtained even with a working fluid having a thinner TiO ₂ concentration. Furthermore, if a light source capable of adjusting the light intensity is used, the optimum light intensity can be selected according to the processing conditions and the type of the grindstone.

【００２３】[0023]

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.

【００２４】半導体のＣＭＰ等の加工においては、金属
配線等の異常腐食を防止することで、異常腐食が特に問
題になっている銅（Ｃｕ）配線のＣＭＰ工程の確立に大
きく寄与するものと考えられる。銅は現在金属配線に一
般的に使われているタングステン（Ｗ）やアルミニウム
（Ａｌ）より導電率が高いため次世代の金属銅配線材と
して多いに期待されている。しかし銅配線のＣＭＰ技術
は異常腐食等の問題でいまだに確立されていない。本発
明で考案したＴｉＯ_２によるＣＭＰ技術は銅の異常腐食
を防げるものと考えられる。In the processing of semiconductors such as CMP, it is considered that by preventing abnormal corrosion of metal wiring and the like, it greatly contributes to the establishment of a CMP process for copper (Cu) wiring where abnormal corrosion is particularly problematic. Can be Copper has higher conductivity than tungsten (W) or aluminum (Al) generally used for metal wiring at present, and is therefore expected to be used as a next-generation metal copper wiring material. However, CMP technology for copper wiring has not been established due to problems such as abnormal corrosion. It is considered that the CMP technique using TiO ₂ invented in the present invention can prevent abnormal corrosion of copper.

【００２５】また、単一のスラリーで異なる対象材に対
応できることで、スラリー材の管理の統一化、および洗
浄工程の簡略化が図れるためＣＭＰ加工のコストダンに
も繋がる。Further, since a single slurry can cope with different target materials, the management of the slurry material can be unified, and the cleaning process can be simplified, which leads to cost reduction in CMP processing.

【００２６】超精密研削加工においては、電解ドレッシ
ングのような電極を設置する空間を必要としないし、ボ
ンドの導電性にも関係なく金属ボンド砥石に限らずレジ
ンボンド砥石にも適用できるため、本発明で考案した加
工方法は超精密研削の普及に多いに寄与するものと期待
される。In ultra-precision grinding, no space for installing electrodes such as electrolytic dressing is required, and the present invention can be applied not only to metal bond whetstones but also to resin bond whetstones regardless of bond conductivity. The processing method devised by the invention is expected to greatly contribute to the spread of ultra-precision grinding.

【００２７】 磨方法より生産工程の自動化をしやすくなり、生産性の
向上をもたらす。[0027] This makes it easier to automate the production process than the polishing method, and improves productivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】セラミック球研削装置の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a ceramic ball grinding device.

【図２】セラミック球研削時ＴＩＯ_２微粒子が加工能率
に及ぼす影響に関する実験結果である。FIG. 2 is an experimental result on the effect of TIO ₂ fine particles on machining efficiency during ceramic ball grinding.

【図３】ＴｉＯ_２微粒子の有無が砥石表面にもたらす差
異を示す写真である。FIG. 3 is a photograph showing the difference between the presence and absence of TiO ₂ fine particles on the grindstone surface.

【図４】紫外線光源を備えるセラミック球研削装置の断
面図である。FIG. 4 is a sectional view of a ceramic ball grinding device provided with an ultraviolet light source.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 研削砥石 ２ 加工液 ３ 工作物のセラミック球 ４ テーパースラスト ５ スラスト軸受 ６ ガイドリング ７ 容器 ８ 紫外線光源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Grinding whetstone 2 Working fluid 3 Ceramic ball of workpiece 4 Taper thrust 5 Thrust bearing 6 Guide ring 7 Container 8 Ultraviolet light source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｆ // Ｂ２４Ｂ 37/02 Ｂ２４Ｂ 37/02 Ａ ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. ⁷ Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 21/304 622 H01L 21/304 622F // B24B 37/02 B24B 37/02 A

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】酸化チッタン（ＴｉＯ_２）を使用すること
で、ＴｉＯ_２の光触 方法。[Claim 1] Using the oxide Chittan (TiO _2), of the TiO ₂ photocatalytic Method. 【請求項２】ＴｉＯ_２を微粒子の形で加工液の中に混入
した請求項１に記載の加工方法。 _2. The processing method according to claim 1, wherein TiO ₂ is mixed in the processing liquid in the form of fine particles. 【請求項３】光触媒として、白金Ｐｔを表面に部分的に
被覆したＴｉＯ_２微粒子を使用した請求項１、２の何れ
に記載の加工法。3. The processing method according to claim 1, wherein TiO ₂ fine particles partially covered with platinum Pt are used as the photocatalyst. 【請求項４】ＴｉＯ_２を含有するラップ、若しくはパッ
ドを使用する請求項１に記載の加工方法4. The processing method according to claim 1, wherein a wrap or pad containing TiO ₂ is used. 【請求項５】請求項１〜３の何れに記載の方法で、砥石
ボンドを徐徐に除去し、切れ味を保ちながら研削する方
法。5. A method according to claim 1, wherein the grindstone bond is gradually removed and grinding is performed while maintaining sharpness.