JPWO2020044927A1 - 触媒基準装置 - Google Patents
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Abstract
触媒基準エッチング装置200は、被加工物の表面を触媒基準の反応によって当接又は近接した部分のみ除去するための触媒層を備えた触媒体240と、被加工物の表面を触媒体240の表面に触媒膜が剥がれないように当接又は近接させた後に、触媒基準の反応による除去に必要は表面形成処理動作を実行する処理実行部と、を備える。
Description
特に触媒基準エッチング装置においては、触媒層により被加工物の表面を加工するため、触媒パッドから触媒層が剥がれた場合には、触媒基準エッチングを行うことができない。そのため、触媒パッドの触媒層の破損を抑制できることが望まれている。
ケミカルポリッシングは、砥粒を使用しないポリッシング液が導入された状態で行われる化学反応を利用した表面処理加工技術である。
ケミカルエッチングは、砥粒を使用しないエッチング液が導入された状態で行われる化学反応を利用した表面処理加工技術である。
触媒には、金属、例えば、白金、ニッケル又はセラミックス系固体触媒などを用いることができる。
加工溶液には、例えば、被加工物の加工面で加水分解を起こす液体や、触媒の表面でハロゲンラジカルを生成する液体などを用いることができる。
触媒基準エッチング反応の合理化、被加工物の加工表面付近の気体や液体の流動性向上、加工溶液の酸化防止や被加工物表面の加工促進、又は、触媒表面の再活性や触媒毒除去のいずれかを目的として、ミストやマイクロバブル水溶液やナノバブル水溶液の少なくともいずれかを利用することで、液体と気体との両方を使用してもよい。また、液体と気体の少なくともいずれかを加温してもよい。または、紫外線(UV)を援用(使用)してもよい。または、電気を援用してもよい。
なお、触媒基準エッチングを行う触媒基準エッチング装置の構成の詳細については後述する。
なお、光照射触媒基準エッチングを行う光照射触媒基準エッチング装置の構成の詳細については後述する。
ウエット洗浄は、水を媒体とする洗浄である。ウエット洗浄の代表的なものとして、例えば、RCA洗浄がある。被加工物との相性で被加工物に潜傷やピットが発生しないRCA洗浄などの洗浄が好ましい。
スクラブ洗浄は、被加工物(基板など)の表面に付着した汚染物質に物理的衝撃を与えて、被加工物(基板など)の表面から汚染物質を除去する洗浄である。
また、第1仕上げクリーニング手段13bにより一般的なクリーニングを行うことで、第1メインクリーニング手段13aのクリーニングの際に付着した洗浄用物質を容易に除去できる。
まず、潜傷が形成された被加工物において、被加工物の表面を、研磨剤や砥粒を全く使用しない化学反応を利用した加工により、潜傷が表面に現れる程度の厚さ、例えば、数nm〜数十nm除去する。この場合に、例えば、被加工物の表面に現れた潜傷を、被加工物から潜傷を除去する前の基準とする。なお、潜傷が表面に現れる程度の被加工物の厚さは、潜傷の残存率を算出する際の基準となる程度に潜傷を顕在化させた厚さであればよく、被加工物の表面を除去する厚さは、適宜設定される。
また、CMPなどの機械的研磨で加工時間を短縮して被加工物である基板の表面の研磨を行った後に、機械的研磨により形成された潜傷を、潜傷除去工程において被加工物の表面から除去できる。よって、仕上げ加工で触媒基準エッチングを行う場合は、被加工物である基板に潜傷を存在させずに、被加工物である基板表面の平坦化品質を担保できる。CMPで仕上加工を行う場合においても、既存の潜傷を除去しなくてよい分仕上加工時間が短くなることで、新たに潜傷が発生するリスクを最小に抑えることが可能になる。
したがって、仕上加工前に潜傷を少なくとも30%以下にしてから、表面を仕上げるので、仕上加工で潜傷が発生するリスクを下げ、被加工物に潜傷を存在させずに、仕上加工時間を短縮可能であると共に、潜傷を限りなくゼロにし、被加工物の表面をデバイスで求められる程度に平坦に仕上げることができる。スラリーを用いなければ、取り扱いが容易で、かつ、低コストに被加工物の表面加工を行うことも可能である。
検査手段19により検査された被加工物は、次の工程に向けて搬送される。
次に、図1における潜傷除去手段12及び表面仕上げ手段16において行われる触媒基準エッチングを実行可能な光照射触媒基準エッチング装置(加工装置)について説明する。例えば、触媒基準エッチング装置の第1装置例及び第2装置例について説明する。光照射触媒基準エッチング装置の第1装置例及び第2装置例は、前述の潜傷除去手段12において実行される潜傷除去工程、及び表面仕上げ手段16において実行される表面仕上げ工程を行う加工装置の一例である。
光照射触媒基準エッチングを行う光照射触媒基準エッチング装置の第1装置例について説明する。図2は、光照射触媒基準エッチング装置100の第1装置例を示す全体側面図である。図3は、光照射触媒基準エッチング装置100の第1装置例の詳細を示す縦断面図である。図4は、光照射触媒基準エッチング装置100の第1装置例の支持定盤140及び桶容器150の構成を主に示した平面図である。図5は、光照射触媒基準エッチング装置100の第1装置例の主駆動部PDの構成を示す図である。
支持定盤140の上面中心部には、気体や液貯留用の桶容器150(桶部)が載設されている。桶容器150は、支持定盤140に対して着脱可能である。本実施形態においては、桶容器150は、上方が開放されて形成される。なお、桶容器150は、上方が開放されていることに限定されず、上方が開放されていなくてもよい。
従来、光照射触媒基準エッチング法に用いられる定盤は、紫外線照射部の光源から照射される紫外線光の透過性に優れた材料、例えば石英などを材料として形成されている。しかし、近年、より高速に光照射触媒基準エッチングの加工が進むように、出力主波長が180nm付近や250nm付近の短波長のUVランプを使用するようになった。出力主波長の変更に伴って、光透過可能な定盤部の素材も180nm付近などの短波長の光を透過可能な素材を選ぶ必要が発生し、コストが増加する傾向にある。また、短波長のUVランプを使用することで、180nm付近のUVランプの紫外線光を透過可能な石英を準備しても、光透過可能な定盤がUVランプの光によりダメージを受けることになる。そのため、定盤を交換する必要が生じて、定盤は消耗品になる可能性がある。
光照射触媒基準エッチング装置の第2装置例について説明する。図7は、光照射触媒基準エッチング装置200の第2装置例を示す斜視図である。図8は、光照射触媒基準エッチング装置200の第2装置例を下方側から見た斜視図である。図9は、光照射触媒基準エッチング装置200の第2装置例の支持定盤210及び桶容器220の構成を主に示した部分断面図である。
支持定盤210下面の中心には、駆動機構270における下方側回転軸271の上端部が接続されている。支持定盤210は、下方側回転軸271が回転することで、回転移動可能である。
支持定盤210の上面には、上方へ開放する円形液貯留用の桶容器220(桶部)が載設されている。桶容器220は、支持定盤210に対して着脱可能である。
この対策として、加工に必要な被加工物Wの表面を触媒パッド240の表面に当接又は近接した状態にしてから、第1駆動手段としての駆動モータ273によって上方側回転軸272を回転させると共に、下方側回転軸271を回転させることによって支持定盤210を回転させる主加工の加工動作を行うことで、従来に比べて、触媒パッド240の触媒が剥がれることがない加工を実施できる。
本実施形態においては、例えば、主加工の加工動作とは、主に加工レートを出す動作であり、図7の触媒基準エッチング装置の場合、主加工の加工動作は、加工に必要な液や気体雰囲気中で、被加工物Wと触媒パッド240とが当接又は近接している状態において、第1駆動手段としての駆動モータ273によって上方側回転軸272を回転させると共に、下方側回転軸271を回転させることによって支持定盤210を回転させる動作である。これに対して、副加工の加工動作とは、揺動動作におる加工動作である。副加工の加工動作とは、平均化を主加工の加工動作と共に行うことで、被加工物Wの加工表面のPV値(Peak to Valley:最大誤差)とRMS値(Root Mean Square:2乗平均平方根)とをより向上させられる動作である。主加工の加工動作は、副加工の加工動作は無くても、主加工の加工動作のみで触媒基準エッチングにおける必要最低限の加工が成立する加工動作である。
次に、図1における第1クリーニング手段13及び第2クリーニング手段17において行われるクリーニングを実行可能なクリーニング装置について説明する。
クリーニング装置は、光照射触媒基準エッチング装置100,200の基本構成において、触媒を変更することで、実現できる。例えば、光照射触媒基準エッチング装置100,200において触媒をPtとしてエッチングを行うのに代えて、触媒をNiとしてエッチングを行うことで、被加工物に付着したPtを除去するクリーニング装置を実現できる。この場合、被加工物の表面からは、Ptが除去される。Ptが除去された被加工物の表面には、Niが付着する。
なお、上述した光照射触媒基準エッチング装置は、上記光照射触媒基準エッチング装置100,200の構成に加えて、以下の構成を備えていてもよい。また、被加工物加工処理システム10も、以下の構成を備えていてもよい。なお、以下に記載した内容には、上記に説明した内容と重複した内容も一部含まれている。
また、被加工物加工処理システムは、被加工物処理装置によって処理された後の被加工物の被処理領域の表面状態、厚み又は重さを測定するように構成された被加工物測定部や、被加工物測定部の測定結果が所定の基準を満たさない場合に、被加工物処理装置によって処理された後の被加工物を再処理するように構成された再処理制御部を備えていてもよい。また、被加工物搬送部は、ウエット状態の被加工物とドライ状態の被加工物を別々に搬送できるように構成されていてもよい。
例えば、前記実施形態においては、触媒基準エッチングで平坦化の処理を実行する平坦化処理実行部を備えたが、これに限定されない。触媒基準クリーニング(触媒基準の反応)で処理を実行する処理実行部を備えてもよい。触媒基準クリーニングで処理を実行する場合には、処理実行部により実行される処理は、触媒基準クリーニングの成立に必要な主動作でもよい。
従来、半導体デバイスの製造分野では、Si基板(ウェハ)などの被加工物を始め様々な基板の表面を、高品位に平坦化加工する方法若しくは研磨する方法(ポリッシング)が各種提供されている。代表的には、研磨剤(砥粒)を用いて被加工物(基板など)の表面を研磨するCMP(Chemical Mechanical Polishing)がある(例えば、特許文献1(特開2012−238824号公報)参照)。
<1>
表面処理により被加工物に形成された潜傷を、被加工物の仕上加工前に、砥粒を使用しない化学反応又は紫外線光を利用した表面処理により、少なくとも30%以下に低減するように予め除去する潜傷除去工程と、
前記潜傷除去工程の後に、被加工物表面の仕上加工を行う表面仕上工程と、を含む被加工物の加工方法。
<2>
前記潜傷除去工程における前記砥粒を使用しない化学反応を利用した表面処理は、砥粒を使用しないケミカルエッチングやケミカルポリッシング、電気的な作用による処理又は紫外線光を照射する処理を行いながら行われる<1>に記載の被加工物の加工方法。
<3>
前記紫外線光は、紫外光波長の光を照射するLEDランプであり、
前記LEDランプからの発熱を、前記潜傷除去工程又は前記表面仕上工程に用いる<1>又は<2>に記載の加工方法。
<4>
前記LEDランプからの発熱は、前記潜傷除去工程又は前記表面仕上工程において触媒基準エッチングにより加工を行う場合には、触媒基準エッチング加工に必要な熱として用いられる<3>に記載の被加工物の加工方法。
<5>
<1>〜<4>のいずれかに記載の前記潜傷除去工程及び前記表面仕上工程を実行する加工装置。
<6>
<5>に記載の加工装置で使用する液体、気体、光透過部、光吸収部、光反射部、電極、紫外線照射部の少なくともいずれかの物質。
<7>
<1>〜<4>のいずれかに記載の潜傷除去工程により潜傷除去処理を行った被加工物。
また、CMPなどの機械的研磨で加工時間を短縮して被加工物である基板の表面の研磨を行った後に、潜傷除去工程では機械的研磨により形成された潜傷を、被加工物の表面から除去できる。よって、被加工物である基板に潜傷を存在させずに、被加工物である基板表面の平坦化品質を仕上げ加工で触媒基準エッチングを行う場合は担保できる。CMPで仕上加工を行う場合においても、既存の潜傷を除去しなくてよい分、新たに潜傷が発生するリスクを仕上加工時間が短くなることで最小に抑えることが可能になる。
したがって、仕上加工前に潜傷を少なくとも30%以下にしてから、表面を仕上げるので、仕上加工で潜傷が発生するリスクを下げ、被加工物に潜傷を存在させずに、仕上加工時間を短縮可能であると共に、潜傷を限りなくゼロにし、被加工物の表面をデバイスで求められる程度に平坦に仕上げることができる。また、取り扱いが容易で、かつ、低コストで、被加工物の表面加工を行うことが可能である。
SiO2にも潜傷を発生させない砥粒が入ったスラリーは、被加工物SiCに潜傷を発生させない。そのため、SiO2にも潜傷を発生させない砥粒が入ったスラリーは、本発明の潜傷除去工程で使用可能である。具体的には、SiO2にも潜傷を発生させない砥粒が入ったスラリーは、被加工物SiCの表面の通常のCMPでは加工レートが見込めないため、従来のSiC加工では使用されていない。しかし、本発明では、SiC表面にUV光を照射してSiO2にしながら加工をするので、SiO2にも潜傷を発生させない砥粒が入ったスラリーを使用可能である。なお、SiO2にも潜傷を発生させない砥粒が入ったスラリーの一例は、石英レンズ(SiO2)の仕上加工でSiO2を磨く際に使用するスラリーである。他の例として、GaNを加工する際に酸化ガリウムにも潜傷を発生させない砥粒が入ったスラリーがある。本発明では、GaN表面にUV光を照射して表面を酸化したガリウムにしながら加工をするので、GaNを加工する際に酸化ガリウムにも潜傷を発生させない砥粒が入ったスラリーを使用可能である。
つまり、UV光を照射した後の表面状態を潜傷の発生無く仕上げることが出来る砥粒入りスラリーは、本発明の潜傷除去で例外的に良好に使用可能である。
より限定するとすれば、UV光を照射した後の表面状態を潜傷の発生無く仕上げることが出来る加工レートが出ない砥粒入りスラリーは、本発明の潜傷除去で例外的に良好に使用可能である。
従来、被加工物(基板など)に付着した白金を王水でクリーニングする方法が知られている(例えば、特許文献1(特開2012−64972号公報)参照)。Si基板(ウェハ)などの被加工物の表面を平坦に除去する加工(触媒基準エッチング法を利用した加工)を行うと、例えば、触媒基準エッチング法を利用した加工において触媒として白金を用いた場合に、加工後における被加工物表面に白金成分が付着した状態で残存する。これに対して、特許文献1に記載の技術は、被加工物を王水に浸漬させることで、被加工物の表面に付着した白金成分を除去する技術である。
<1>
品質を損なう有害成分が付着した被加工物を、前記有害成分及び前記被加工物との関係で触媒反応を生じさせる洗浄用物質に当接または近接させることで、前記洗浄用物質による触媒反応によって、前記被加工物の表面に付着した前記有害成分の全部又は一部を、前記被加工物の表面とともに除去する除去工程を含む被加工物のクリーニング方法。
<2>
前記除去工程の後に、前記洗浄用物質の成分が付着した被加工物から、前記洗浄用物質の成分の全部又は一部を、ウェット洗浄、ドライ洗浄またはスクラブ洗浄の少なくともいずれかの手段により除去する洗浄工程を含む<1>に記載の被加工物のクリーニング方法。
<3>
前記除去工程の前に、触媒の反応を阻害する触媒反応阻害成分を除去するために用いることが可能な液体、気体または紫外線(UV)の少なくともいずれかを前記洗浄用物質に作用させる工程を含む<1>又は<2>に記載の被加工物のクリーニング方法。
<4>
<1>から<3>のいずれか1つに記載のクリーニング方法を実行するクリーニング装置。
<5>
<1>から<3>のいずれか1つに記載の被加工物のクリーニング方法で使用される液体、気体、洗浄用物質やパッドの少なくともいずれかの物質。
<6>
<1>から<5>のいずれか1つに記載の被加工物のクリーニング方法により洗浄が行われる被加工物。
<1>
光照射触媒基準エッチングに用いられ、被加工物の加工に有効な波長の光を出射する光照射部と、
前記光照射部から出射された光が通過する1又は複数の定盤側貫通開口を有し、前記光照射部により出射された光を透過させることに適さない材料により形成される定盤と、
前記定盤の上方側に配置され、前記光照射部により出射された光が通過する1又は複数の底板側貫通開口を有する底板を備える桶部と、
前記1又は複数の底板側貫通開口を塞ぐように前記桶部に配置される光透過部材と、
前記桶部における前記底板の上方側に配置されるパッド部と、を備える光照射触媒基準エッチング装置。
<2>
前記定盤は、金属材料、紫外線に耐性を有すると共に強度を有する材料又は紫外線に耐性を有する表面処理が施されている材料で形成される<1>に記載の光照射触媒基準エッチング装置。
<3>
前記桶部は、前記定盤に対して着脱可能である<1>又は<2>に記載の光照射触媒基準エッチング装置。
<4>
被加工物の加工に有効な波長の光を透過する前記光透過部材は、止水処理部において前記底板に止水処理が施された状態で取り付けられており、
前記1又は複数の定盤側貫通開口は、前記光透過部材における前記止水処理部に対応しない部分に設けられる<1>から<3>のいずれか1項に記載の光照射触媒基準エッチング装置。
<5>
前記定盤、前記桶部及び前記パッド部のうちの少なくともいずれかは、90度以下の水成分又は酸素成分の少なくともいずれかに耐性を有する<1>から<4>のいずれか1項に記載の光照射触媒基準エッチング装置。
<6>
<1>から<5>に記載の光照射触媒基準エッチング装置で使用する定盤、桶部、光透過部材、触媒パッドの少なくともいずれかの物質。
<7>
光照射触媒基準エッチングに用いられ、被加工物の加工に有効な波長の光を出射する光照射部と、
前記光照射部から出射された光が通過する1又は複数の定盤側貫通開口を有し、前記光照射部により出射された光を透過させることに適さない材料により形成される定盤と、
前記定盤の周縁から立ち上がる周壁部と、
前記1又は複数の定盤側貫通開口を塞ぐように前記定盤に配置される光透過部材と、
前記定盤の上方側に配置されるパッド部と、を備える光照射触媒基準エッチング装置。
例えば、図2〜図6に示す前記実施形態の光照射触媒基準エッチング装置100の第1装置例において、光照射触媒基準エッチング装置100の支持定盤140は、前記第1装置例のスリット溝141に代えて、紫外線を照射したい被加工物Wの加工したい表面全体や大部分の大きさに対応した紫外線用の紫外線照射用開口を有していても良い。そして、紫外線照射用開口の下にUVランプ125を設けて、UVランプ125により紫外線を照射する。UVランプ125により紫外線を照射した後に、研磨ヘッド163による研磨加工を行う。
この手法のメリットは、被加工物Wの加工したい表面の全面に一度紫外線を照射できるため、表面をあと数nm加工したい場合などに、往復回数を設定することで、数nmにおおよそ近い量で被加工物Wの表面を加工する制御が可能である。
この手法のメリットは、被加工物Wの加工したい表面の全面に一度紫外線を照射できるため、表面をあと数nm加工したい場合などに、往復回数を設定することで、数nmにおおよそ近い量で被加工物Wの表面を加工する制御が可能である。
240 触媒パッド(触媒体)
W 被加工物
Claims (6)
- 被加工物の表面を触媒基準の反応によって当接又は近接した部分のみ除去するための触媒層を備えた触媒体と、
前記被加工物の表面を前記触媒体の表面に触媒膜が剥がれないように当接又は近接させた後に、触媒基準の反応による除去に必要な表面形成処理動作を実行する処理実行部と、を備える触媒基準装置。 - 前記触媒基準の反応とは、触媒基準エッチング又は触媒基準クリーニングであり、
前記処理実行部により実行される処理動作は、触媒基準エッチングに必要な平坦化の処理又は触媒基準クリーニングの成立に必要な主動作の少なくともいずれかである請求項1に記載の触媒基準装置。 - 前記触媒体の表面と前記被加工物の表面とが平行な状態と、前記触媒体の表面と前記被加工物の表面とが平行ではない状態とを含む範囲において可動するように、前記触媒体及び前記被加工物の少なくともいずれかを傾かせることが可能な傾き可動機構部を備える請求項1又は2に記載の触媒基準装置。
- 前記傾き可動機構部は、前記触媒体の表面又は前記被加工物の表面の表面方向において、前記触媒体の表面又は前記被加工物の表面の両端部の高さの差が0.01mm以上となる範囲まで、前記触媒体及び前記被加工物の少なくともいずれかを傾かせることが可能である請求項3に記載の触媒基準装置。
- 前記傾き可動機構部は、前記触媒体の表面に対する前記被加工物の表面の傾斜角度が相対的に0.03°以上になるように、前記触媒体及び前記被加工物の少なくともいずれかを傾かせることが可能である請求項3に記載の触媒基準装置。
- 請求項1から5のいずれかに記載の装置動作に対応した触媒パッド。
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