JP2005277396A - Substrate processing method and apparatus - Google Patents

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明 福永
Suekazu Nomura
季和 野村
Katsuhiko Tokushige
克彦 徳重
Manabu Tsujimura
学 辻村
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a substrate processing method and apparatus capable of polishing the metal film of a substrate in such a state that a native oxide on the metal film formed on the substrate is removed , and of realizing the uniform planarization of the substrate. <P>SOLUTION: The substrate processing apparatus includes a processing unit for removing a native oxide of a metal that is formed on the surface of the metal film on a wafer W and polishing units 16 and 17 for performing chemical mechanical polishing of the metal film of the wafer W. The processing unit is a wet etching unit 14 using a chemical liquid capable of dissolving the native oxide of the metal or a dry etching unit 206 using a gas capable of reducing or etching the native oxide of the metal. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、基板処理方法および装置に係り、特に半導体ウェハなどの基板を平坦かつ鏡面状に研磨する基板処理方法および装置に関するものである。   The present invention relates to a substrate processing method and apparatus, and more particularly to a substrate processing method and apparatus for polishing a substrate such as a semiconductor wafer to a flat and mirror surface.

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が0.5μm以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨(CMP)を行うポリッシング装置が知られている。   In recent years, as semiconductor devices are highly integrated, circuit wiring is becoming finer and the distance between wirings is becoming narrower. In particular, in the case of photolithography having a line width of 0.5 μm or less, the depth of focus becomes shallow, so that the flatness of the imaging surface of the stepper is required. As one means for flattening the surface of such a semiconductor wafer, a polishing apparatus that performs chemical mechanical polishing (CMP) is known.

この種の化学機械研磨(CMP)装置は、研磨パッドを上面に有する研磨テーブルとトップリングとを備えている。そして、研磨テーブルとトップリングとの間に基板(ウェハ)を介在させて、研磨パッドの表面に砥液(スラリ)を供給しつつ、トップリングによって基板を研磨テーブルに押圧して、基板の表面を平坦かつ鏡面状に研磨している。   This type of chemical mechanical polishing (CMP) apparatus includes a polishing table having a polishing pad on its upper surface and a top ring. Then, the substrate (wafer) is interposed between the polishing table and the top ring, and the substrate is pressed against the polishing table by the top ring while supplying the polishing liquid (slurry) to the surface of the polishing pad. Is polished flat and mirror-like.

基板の表面に形成された金属被膜を化学機械研磨して平坦化する場合には、例えば、スラリ中の酸化剤により金属被膜を酸化すると同時に、スラリ中のキレート剤により直ちに酸化被膜を不溶解性錯体化し、この錯体をスラリ中に含まれる砥粒などにより研磨除去することが行われる。   When the metal film formed on the surface of the substrate is planarized by chemical mechanical polishing, for example, the metal film is oxidized by the oxidizing agent in the slurry, and at the same time, the oxide film is immediately insoluble by the chelating agent in the slurry. Complexation is performed, and this complex is removed by polishing with abrasive grains contained in the slurry.

しかしながら、基板の表面に銅などの金属被膜が形成されている場合、研磨以前に、空気中の水分や酸素によって金属被膜上に自然酸化膜が成長する場合がある。このような自然酸化膜が金属被膜上に形成されていると、上記キレート剤によって基板の表面が錯体化されにくくなる。また、自然酸化膜自体は上記錯体よりも研磨されにくいという性質を有している。したがって、形成された自然酸化膜の膜厚が不均一な場合は局所的に研磨が進行せず、均一な平坦化を実現できないことがある。   However, when a metal film such as copper is formed on the surface of the substrate, a natural oxide film may grow on the metal film due to moisture or oxygen in the air before polishing. When such a natural oxide film is formed on the metal film, the surface of the substrate is hardly complexed by the chelating agent. Further, the natural oxide film itself has a property that it is harder to polish than the complex. Therefore, when the formed natural oxide film has a non-uniform thickness, polishing does not proceed locally, and uniform planarization may not be realized.

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、基板に形成された金属被膜上の自然酸化膜を除去した状態で基板の金属被膜を研磨し、基板の均一な平坦化を実現することができる基板処理方法および装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the metal film on the substrate is polished in a state in which the natural oxide film on the metal film formed on the substrate is removed, and the substrate is uniformly flattened. It is an object of the present invention to provide a substrate processing method and apparatus capable of realizing the above.

上記目的を達成するため、本発明の第1の態様によれば、表面に金属被膜が形成された基板の処理方法が提供される。この基板処理方法によれば、基板上の金属被膜の表面に形成された該金属の自然酸化膜が除去された後、基板の金属被膜が平坦化処理される。   To achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a method for treating a substrate having a metal film formed on the surface thereof. According to this substrate processing method, the metal oxide film formed on the surface of the metal film on the substrate is removed, and then the metal film on the substrate is planarized.

本発明によれば、基板に形成された金属被膜上の自然酸化膜が除去された状態で、基板の金属被膜を平坦化処理することができるので、基板の均一な平坦化を再現性よく実現することができる。   According to the present invention, since the metal film on the substrate can be flattened in a state where the natural oxide film on the metal film formed on the substrate is removed, uniform flattening of the substrate can be realized with good reproducibility. can do.

本発明の好ましい一態様によれば、上記除去処理として、上記金属の自然酸化膜を溶解可能な薬液を用いた湿式処理を行う。このような薬液としては、酸性薬液または溶解性錯体を形成するキレート剤溶液が挙げられる。基板に形成された金属被膜が銅であれば、フッ酸、硫酸、塩酸、リン酸のような無機酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸のような有機酸、あるいはハロゲン化物、カルボン酸ないしその塩、アンモニア、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、グリシン等のアミノ酸のアルカリ溶液等の溶解性錯体を形成するキレート剤の溶液を用いることができる。   According to a preferred aspect of the present invention, as the removal treatment, a wet treatment using a chemical solution capable of dissolving the natural oxide film of the metal is performed. Examples of such a chemical solution include an acidic chemical solution or a chelating agent solution that forms a soluble complex. If the metal coating formed on the substrate is copper, inorganic acids such as hydrofluoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid, organic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, succinic acid, malonic acid, succinic acid and malic acid Alternatively, a solution of a chelating agent that forms a soluble complex such as an alkali solution of a halide, carboxylic acid or a salt thereof, ammonia, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), glycine, or the like can be used.

本発明の好ましい一態様によれば、上記除去処理として、上記金属の自然酸化膜を還元可能またはエッチング可能なガスを用いた乾式処理を行う。例えば、プロセスガスとして水素とアルゴンの混合ガスを用い、電子サイクロトロン共鳴(ECR)により生成された水素プラズマを基板の表面に照射して自然酸化膜をエッチングする。用いるガスの性状によっては、反応性イオンエッチング(RIE)により基板の表面をエッチングしてもよく、磁気励起反応性イオンエッチング(MERIE)により基板の表面をエッチングしてもよい。水素のほかに用いることができるガスとしてはアンモニアなどが考えられる。また、水素やアンモニア、ギ酸や酢酸などの有機酸などを数百℃程度に加熱して還元雰囲気にすることにより、基板の表面の自然酸化膜を還元して除去してもよい。また、上記平坦化処理は、化学機械研磨、電解加工、電解加工と機械研磨とを複合させた複合電解加工のいずれかにより行うことができる。   According to a preferred aspect of the present invention, as the removal treatment, a dry treatment using a gas capable of reducing or etching the natural oxide film of the metal is performed. For example, using a mixed gas of hydrogen and argon as a process gas, the surface of the substrate is irradiated with hydrogen plasma generated by electron cyclotron resonance (ECR) to etch the natural oxide film. Depending on the properties of the gas used, the surface of the substrate may be etched by reactive ion etching (RIE), or the surface of the substrate may be etched by magnetic excitation reactive ion etching (MERIE). In addition to hydrogen, ammonia can be considered as a gas that can be used. Further, the natural oxide film on the surface of the substrate may be reduced and removed by heating hydrogen, ammonia, an organic acid such as formic acid or acetic acid to about several hundred degrees Celsius to form a reducing atmosphere. Further, the planarization treatment can be performed by any one of chemical mechanical polishing, electrolytic processing, and composite electrolytic processing in which electrolytic processing and mechanical polishing are combined.

本発明の第2の態様によれば、表面に金属被膜が形成された基板を研磨面に押圧して該金属被膜を研磨する研磨方法が提供される。この研磨方法によれば、少なくとも基板上の金属被膜上に形成された該金属の自然酸化膜を研磨により除去する第1の研磨工程を行い、その後、上記基板の金属被膜を研磨により除去する第2の研磨工程を行う。   According to the 2nd aspect of this invention, the grinding | polishing method which presses the board | substrate with which the metal film was formed in the surface on a grinding | polishing surface and grind | polishes this metal film is provided. According to this polishing method, the first polishing step is performed to remove at least the natural oxide film of the metal formed on the metal film on the substrate by polishing, and then the metal film on the substrate is removed by polishing. 2 polishing process is performed.

本発明によれば、従来から使用している研磨装置の構成を大きく変更することなく、基板に形成された金属被膜上の自然酸化膜を除去した状態で、基板表面の金属被膜を研磨することができ、均一な平坦化を実現することができる。   According to the present invention, the metal coating on the surface of the substrate is polished in a state where the natural oxide film on the metal coating formed on the substrate is removed without greatly changing the configuration of the polishing apparatus used conventionally. And uniform flattening can be realized.

本発明の好ましい一態様によれば、上記第1の研磨工程として、基板を第1の圧力で上記研磨面に押圧して該基板の研磨を行い、上記第2の研磨工程として、上記基板を上記第1の圧力とは異なる第2の圧力で上記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う。この場合において、上記第1の圧力は上記第2の圧力よりも大きいことが好ましい。このような研磨方法によれば、研磨の途中で研磨液を変更する必要もなく、連続して研磨処理を行うことができる。   According to a preferred aspect of the present invention, as the first polishing step, the substrate is pressed against the polishing surface with a first pressure to polish the substrate, and as the second polishing step, the substrate is The substrate is polished by pressing against the polishing surface at a second pressure different from the first pressure. In this case, it is preferable that the first pressure is larger than the second pressure. According to such a polishing method, it is not necessary to change the polishing liquid during the polishing, and the polishing process can be performed continuously.

本発明の好ましい一態様によれば、上記第1の研磨工程として、第1の研磨液を上記研磨面に供給しつつ上記基板を上記研磨面に押圧して該基板の研磨を行い、上記第2の研磨工程として、上記第1の研磨液とは異なる第2の研磨液を上記研磨面に供給しつつ上記基板を上記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う。   According to a preferred aspect of the present invention, as the first polishing step, the substrate is pressed against the polishing surface while supplying the first polishing liquid to the polishing surface, and the substrate is polished. As the second polishing step, the substrate is pressed by pressing the substrate against the polishing surface while supplying a second polishing solution different from the first polishing solution to the polishing surface.

本発明の好ましい一態様によれば、上記第1の研磨工程と上記第2の研磨工程との間に、水を上記研磨面に供給しつつ上記基板を上記研磨面に押圧する水供給工程を行う。第1の研磨工程と第2の研磨工程とで研磨圧力(基板を研磨面に押圧する圧力)を変更する場合には、第1の研磨工程で研磨圧力により温度上昇が生じる場合があるが、第1の研磨工程と第2の研磨工程との間で上記水供給工程を行うことで、加工点の温度を一旦下げることができ、その後の第2の研磨工程を精度よく行うことができる。また、第1の研磨工程と第2の研磨工程とで研磨液を変更する場合においても、第1の研磨工程で用いた研磨液の残存量を低減し、第2の研磨工程で用いる研磨液の研磨特性に対する悪影響を最小限に抑えることができる。   According to a preferred aspect of the present invention, a water supply step of pressing the substrate against the polishing surface while supplying water to the polishing surface between the first polishing step and the second polishing step. Do. When changing the polishing pressure (pressure for pressing the substrate against the polishing surface) between the first polishing step and the second polishing step, the temperature may increase due to the polishing pressure in the first polishing step. By performing the water supply step between the first polishing step and the second polishing step, the temperature of the processing point can be once lowered, and the subsequent second polishing step can be performed with high accuracy. Even when the polishing liquid is changed between the first polishing process and the second polishing process, the remaining amount of the polishing liquid used in the first polishing process is reduced, and the polishing liquid used in the second polishing process is used. The adverse effect on the polishing characteristics can be minimized.

本発明の好ましい一態様によれば、前記第1の研磨工程の終了を前記基板と前記研磨面との間の摩擦力に基づいて検出する。これにより、第1の研磨工程を適切なタイミングで終了し、適切なタイミングで第2の研磨工程に移行することができ、良好な平坦化を実現することができる。   According to a preferred aspect of the present invention, the end of the first polishing step is detected based on the frictional force between the substrate and the polishing surface. As a result, the first polishing process can be completed at an appropriate timing, and the second polishing process can be performed at an appropriate timing, so that satisfactory flattening can be realized.

本発明の第3の態様によれば、表面に金属被膜が形成された基板を研磨面に押圧して該金属被膜を研磨する研磨方法が提供される。この研磨方法によれば、上記基板を第1の圧力で上記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う第1の研磨工程を行い、その後、水を上記研磨面に供給しつつ上記基板を上記研磨面に押圧する水供給工程を行う。水供給工程の後、上記基板を上記第1の圧力よりも大きい第2の圧力で上記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う。   According to the 3rd aspect of this invention, the grinding | polishing method which presses the board | substrate with which the metal film was formed in the surface on a grinding | polishing surface and grind | polishes this metal film is provided. According to this polishing method, a first polishing step is performed in which the substrate is pressed against the polishing surface with a first pressure to polish the substrate, and then the substrate is removed while supplying water to the polishing surface. A water supply step for pressing the polishing surface is performed. After the water supplying step, the substrate is pressed against the polishing surface with a second pressure larger than the first pressure to polish the substrate.

研磨圧力を高くすると、加工点での温度上昇が生じやすいが、それがある限度を超えてしまうと、その後の研磨工程で研磨圧力を下げても温度がなかなか低下せず、研磨液(スラリ)中の酸化剤の劣化などによるスラリの研磨特性の悪化を招き、その後の研磨工程での研磨速度の低下や研磨特性に悪影響を与えることがある。上述した研磨方法によれば、第1の研磨工程と第2の研磨工程の間で、研磨液の供給を停止し、水を供給して研磨を行うので、加工点の温度を一旦下げることができ、精度よく第2の研磨工程を行うことが可能となる。   Increasing the polishing pressure tends to cause a temperature rise at the processing point, but if it exceeds a certain limit, the temperature will not decrease easily even if the polishing pressure is lowered in the subsequent polishing process, and the polishing liquid (slurry) The polishing characteristics of the slurry may be deteriorated due to deterioration of the oxidizing agent in the inside, and the polishing rate may be lowered in the subsequent polishing process or the polishing characteristics may be adversely affected. According to the polishing method described above, the supply of the polishing liquid is stopped and the polishing is performed by supplying water between the first polishing step and the second polishing step, so that the temperature of the processing point can be temporarily lowered. This makes it possible to perform the second polishing step with high accuracy.

本発明の第4の態様によれば、基板上の金属被膜を研磨する基板処理装置が提供される。この基板処理装置は、金属被膜の表面に形成された該金属の自然酸化膜を除去する処理ユニットと、上記基板の金属被膜を平坦化処理する平坦化ユニットとを備えている。この処理ユニットは、上記金属の自然酸化膜を溶解可能な薬液を用いた湿式処理を行う湿式処理ユニット、あるいは、上記金属の自然酸化膜を還元可能またはエッチング可能なガスを用いた乾式処理を行う乾式処理ユニットとすることができる。また、平坦化ユニットは、上記基板の金属被膜を化学機械研磨する化学機械研磨ユニット、上記基板の金属被膜に対して電解加工を行う電解加工ユニット、電解加工と機械研磨とを複合させた複合電解加工を上記基板の金属被膜に対して行う複合電解加工ユニットのいずれかとすることができる。   According to the fourth aspect of the present invention, there is provided a substrate processing apparatus for polishing a metal film on a substrate. The substrate processing apparatus includes a processing unit that removes a natural oxide film of the metal formed on the surface of the metal coating, and a planarization unit that planarizes the metal coating on the substrate. This processing unit performs a wet process using a chemical solution capable of dissolving the metal natural oxide film, or performs a dry process using a gas capable of reducing or etching the metal natural oxide film. It can be a dry processing unit. The flattening unit includes a chemical mechanical polishing unit that chemically and mechanically polishes the metal coating on the substrate, an electrolytic processing unit that performs electrolytic processing on the metal coating on the substrate, and a composite electrolysis that combines electrolytic processing and mechanical polishing. It can be any of the complex electrolytic processing units that perform the processing on the metal film of the substrate.

本発明によれば、基板に形成された金属被膜上の自然酸化膜が除去された状態で、基板の金属被膜を平坦化することができるので、基板の均一な平坦化を再現性よく実現することができる。   According to the present invention, since the metal film on the substrate can be flattened in a state where the natural oxide film on the metal film formed on the substrate is removed, uniform flattening of the substrate can be realized with good reproducibility. be able to.

以下、本発明に係る基板処理装置の実施形態について図1から図19を参照して詳細に説明する。なお、図1から図19において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of a substrate processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 19, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明の第1の実施形態における基板処理装置としての研磨装置を示す平面図である。図1に示すように、研磨装置は、多数の半導体ウェハをストックするウェハカセット1を載置するロード/アンロードステージ2を4つ備えている。このロード/アンロードステージ2に沿って走行機構3が設けられており、この走行機構3の上には、2つのハンドを有する第1搬送ロボット4が配置されている。また、走行機構3に隣接して膜厚測定器100が配置されている。第1搬送ロボット4のハンドは、ロード/アンロードステージ2上の各ウェハカセット1および膜厚測定器100にアクセス可能となっている。   FIG. 1 is a plan view showing a polishing apparatus as a substrate processing apparatus in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes four load / unload stages 2 on which a wafer cassette 1 for stocking a large number of semiconductor wafers is placed. A travel mechanism 3 is provided along the load / unload stage 2, and a first transfer robot 4 having two hands is disposed on the travel mechanism 3. Further, a film thickness measuring device 100 is disposed adjacent to the traveling mechanism 3. The hand of the first transfer robot 4 can access each wafer cassette 1 and the film thickness measuring device 100 on the load / unload stage 2.

第1搬送ロボット4の走行機構3を対称軸としてウェハカセット1と反対側には、2台の洗浄・乾燥機5,6が配置されている。第1搬送ロボット4のハンドは、これらの洗浄・乾燥機5,6にもアクセス可能となっている。各洗浄機5,6は、ウェハを高速回転させて乾燥させるスピンドライ機能を有している。また、2台の洗浄・乾燥機5,6の間には、4つの半導体ウェハの載置台7,8,9,10を備えたウェハステーション11が配置されており、第1搬送ロボット4のハンドがこのウェハステーション11にアクセス可能となっている。   Two cleaning / drying machines 5 and 6 are arranged on the side opposite to the wafer cassette 1 with the traveling mechanism 3 of the first transfer robot 4 as the axis of symmetry. The hand of the first transfer robot 4 can also access these washing / drying machines 5 and 6. Each of the cleaning machines 5 and 6 has a spin dry function of rotating the wafer at high speed to dry it. Between the two cleaning / drying machines 5 and 6, a wafer station 11 having four semiconductor wafer mounting tables 7, 8, 9 and 10 is disposed. Is accessible to the wafer station 11.

洗浄機5と3つの載置台7,9,10に到達可能な位置には、2つのハンドを有する第2搬送ロボット12が配置されており、洗浄・乾燥機6と3つの載置台8,9,10に到達可能な位置には、2つのハンドを有する第3搬送ロボット13が配置されている。ここで、載置台7は第1搬送ロボット4と第2搬送ロボット12との間で半導体ウェハを受渡すために使用され、載置台8は第1搬送ロボット4と第3搬送ロボット13との間で半導体ウェハを受渡すために使用される。また、載置台9は第2搬送ロボット12から第3搬送ロボット13へ半導体ウェハを搬送するために使用され、載置台10は第3搬送ロボット13から第2搬送ロボット12へ半導体ウェハを搬送するために使用される。なお、載置台9は載置台10の上に位置している。   A second transport robot 12 having two hands is disposed at a position where it can reach the cleaning machine 5 and the three mounting tables 7, 9, 10, and the cleaning / drying machine 6 and the three mounting tables 8, 9 are arranged. , 10 is provided with a third transfer robot 13 having two hands. Here, the mounting table 7 is used for delivering a semiconductor wafer between the first transfer robot 4 and the second transfer robot 12, and the mounting table 8 is provided between the first transfer robot 4 and the third transfer robot 13. Used to deliver semiconductor wafers. The mounting table 9 is used to transfer a semiconductor wafer from the second transfer robot 12 to the third transfer robot 13, and the mounting table 10 is used to transfer the semiconductor wafer from the third transfer robot 13 to the second transfer robot 12. Used for. The mounting table 9 is located on the mounting table 10.

洗浄機5に隣接して、第2搬送ロボット12のハンドがアクセス可能な位置には、半導体ウェハなどの基板の表面に形成された金属被膜の自然酸化膜をエッチングにより溶解除去する湿式処理ユニットとしてのウェットエッチングユニット14が配置されている。また、洗浄機6に隣接して、第3搬送ロボット13のハンドがアクセス可能な位置には、研磨後のウェハを洗浄する洗浄機15が配置されている。   As a wet processing unit that is adjacent to the cleaning machine 5 and accessible by the hand of the second transfer robot 12, a natural oxide film of a metal film formed on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer is dissolved and removed by etching. The wet etching unit 14 is disposed. A cleaning machine 15 for cleaning the polished wafer is disposed adjacent to the cleaning machine 6 at a position accessible by the hand of the third transfer robot 13.

図1に示すように、研磨装置は、基板の金属被膜を平坦化処理する平坦化ユニットとしての2つの研磨ユニット16,17を備えている。それぞれの研磨ユニット16,17は、それぞれ2つの研磨テーブルと、ウェハを保持しかつウェハを研磨テーブルに対して押圧しながら研磨するための1つのトップリングとを備えている。すなわち、研磨ユニット16は、第1の研磨テーブル18と、第2の研磨テーブル19と、トップリング20と、研磨テーブル18に研磨液を供給するための研磨液供給ノズル21と、研磨テーブル18のドレッシングを行うためのドレッサ22と、研磨テーブル19のドレッシングを行うためのドレッサ23とを備えている。また、研磨ユニット17は、第1の研磨テーブル24と、第2の研磨テーブル25と、トップリング26と、研磨テーブル24に研磨液を供給するための研磨液供給ノズル27と、研磨テーブル24のドレッシングを行うためのドレッサ28と、研磨テーブル25のドレッシングを行うためのドレッサ29とを備えている。   As shown in FIG. 1, the polishing apparatus includes two polishing units 16 and 17 as flattening units for flattening the metal film on the substrate. Each of the polishing units 16 and 17 includes two polishing tables and one top ring for holding the wafer and polishing the wafer while pressing the wafer against the polishing table. That is, the polishing unit 16 includes a first polishing table 18, a second polishing table 19, a top ring 20, a polishing liquid supply nozzle 21 for supplying a polishing liquid to the polishing table 18, and a polishing table 18. A dresser 22 for performing dressing and a dresser 23 for performing dressing of the polishing table 19 are provided. The polishing unit 17 includes a first polishing table 24, a second polishing table 25, a top ring 26, a polishing liquid supply nozzle 27 for supplying a polishing liquid to the polishing table 24, and a polishing table 24. A dresser 28 for dressing and a dresser 29 for dressing the polishing table 25 are provided.

また、研磨ユニット16には、第2搬送ロボット12のハンドがアクセス可能な位置に半導体ウェハを反転させる反転機30が設置されており、この反転機30には第2搬送ロボット12によって半導体ウェハが搬送される。同様に、研磨ユニット17には、第3搬送ロボット13のハンドがアクセス可能な位置に半導体ウェハを反転させる反転機31が設置されており、この反転機31には第3搬送ロボット13によって半導体ウェハが搬送される。   The polishing unit 16 is provided with a reversing machine 30 for reversing the semiconductor wafer at a position accessible by the hand of the second transport robot 12, and the reversing machine 30 receives the semiconductor wafer by the second transport robot 12. Be transported. Similarly, the polishing unit 17 is provided with a reversing device 31 for reversing the semiconductor wafer at a position accessible by the hand of the third transport robot 13. The reversing device 31 is equipped with a semiconductor wafer by the third transport robot 13. Is transported.

これらの反転機30,31とトップリング20,26の下方には、反転機30,31とトップリング20,26との間でウェハを搬送するロータリトランスポータ32が配置されている。ロータリトランスポータ32には、ウェハを載せるステージが4ヶ所等配に設けられており、複数のウェハを同時に搭載できるようになっている。反転機30,31に搬送されたウェハは、ロータリトランスポータ32のステージの中心と、反転機30または31でチャックされたウェハの中心の位相が合ったときに、ロータリトランスポータ32の下方に設置されたリフタ33または34が昇降することで、ロータリトランスポータ32上に搬送される。   Below these reversing machines 30 and 31 and the top rings 20 and 26, a rotary transporter 32 that conveys the wafer between the reversing machines 30 and 31 and the top rings 20 and 26 is arranged. The rotary transporter 32 is provided with four stages on which wafers are placed at equal intervals so that a plurality of wafers can be loaded simultaneously. The wafer transferred to the reversing machines 30 and 31 is placed below the rotary transporter 32 when the center of the stage of the rotary transporter 32 and the center of the wafer chucked by the reversing machine 30 or 31 are in phase. The lifter 33 or 34 lifted and lowered is conveyed onto the rotary transporter 32.

ロータリトランスポータ32のステージ上に載せられたウェハは、ロータリトランスポータ32が回転することで、トップリング20または26の下方へ搬送される。トップリング20または26は予めロータリトランスポータ32の位置に揺動しておく。トップリング20または26の中心がロータリトランスポータ32に搭載されたウェハの中心と位相が合ったとき、それらの下方に配置されたプッシャ35または36が昇降することで、ウェハはロータリトランスポータ32からトップリング20または26に移送される。   The wafer placed on the stage of the rotary transporter 32 is conveyed below the top ring 20 or 26 as the rotary transporter 32 rotates. The top ring 20 or 26 is previously swung to the position of the rotary transporter 32. When the center of the top ring 20 or 26 is in phase with the center of the wafer mounted on the rotary transporter 32, the pusher 35 or 36 disposed below them moves up and down, so that the wafer is removed from the rotary transporter 32. It is transferred to the top ring 20 or 26.

トップリング20または26に移送されたウェハは、トップリング20または26の真空吸着機構により吸着され、ウェハは吸着されたまま研磨テーブル18または24まで搬送される。そして、ウェハは研磨テーブル18または24上に取り付けられた研磨パッドまたは砥石等からなる研磨面で研磨される。上述した第2の研磨テーブル19,25は、それぞれトップリング20,26が到達可能な位置に配置されている。これにより、第1の研磨テーブル18,24でウェハを研磨した後に、このウェハを第2の研磨テーブル19,25でも研磨できるようになっている。研磨が終了したウェハは、同じルートで反転機30および31まで戻される。   The wafer transferred to the top ring 20 or 26 is adsorbed by the vacuum adsorption mechanism of the top ring 20 or 26, and the wafer is conveyed to the polishing table 18 or 24 while being adsorbed. Then, the wafer is polished by a polishing surface made of a polishing pad or a grindstone mounted on the polishing table 18 or 24. The above-described second polishing tables 19 and 25 are disposed at positions where the top rings 20 and 26 can reach, respectively. Thus, after the wafer is polished by the first polishing tables 18 and 24, the wafer can also be polished by the second polishing tables 19 and 25. The polished wafer is returned to the reversing machines 30 and 31 through the same route.

図2は、図1の研磨装置内のウェットエッチングユニット14を示す縦断面図である。図2に示すように、ウェットエッチングユニット14は、シリンダ140内に軸受141を介して回転可能に設けられた回転駆動体142と、回転駆動体142の上部に設けられ、ウェハWの周縁部を把持するチャック部143とを備えている。回転駆動体142の下端にはプーリ144が取り付けられており、このプーリ144はベルト145およびプーリ146を介してモータ147と連結されている。したがって、モータ147の回転により回転駆動体142が回転し、チャック部143に保持されたウェハWが回転するようになっている。なお、チャック部143としては、回転による遠心力でウェハを把持する遠心チャック機構やピンチャック機構などのチャック機構を用いることができる。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the wet etching unit 14 in the polishing apparatus of FIG. As shown in FIG. 2, the wet etching unit 14 includes a rotation drive body 142 that is rotatably provided in a cylinder 140 via a bearing 141, and an upper portion of the rotation drive body 142. And a chuck portion 143 for gripping. A pulley 144 is attached to the lower end of the rotary driving body 142, and the pulley 144 is connected to the motor 147 through a belt 145 and a pulley 146. Therefore, the rotation driving body 142 is rotated by the rotation of the motor 147, and the wafer W held by the chuck portion 143 is rotated. As the chuck portion 143, a chuck mechanism such as a centrifugal chuck mechanism or a pin chuck mechanism that grips the wafer with a centrifugal force by rotation can be used.

回転駆動体142の上方には、ウェハWの表面に形成された金属の自然酸化膜をエッチングするための薬液や純水をウェハWに噴射する薬液/純水ノズル148が設けられている。この薬液としては、酸性薬液または溶解性錯体を形成するキレート剤溶液が挙げられる。基板に形成された金属被膜が銅であれば、フッ酸、硫酸、塩酸、リン酸のような無機酸、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、蓚酸、マロン酸、コハク酸、リンゴ酸のような有機酸、あるいはハロゲン化物、カルボン酸ないしその塩、アンモニア、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、グリシン等のアミノ酸のアルカリ溶液等の溶解性錯体を形成するキレート剤の溶液を用いる。なお、これらの薬液を混合して混合溶液として使用することもできる。また、表面の濡れ性の問題によりウェハWの全体に均一に薬液を行き渡らせにくい場合には、上記薬液に界面活性剤を添加し濡れ性を改善して処理効率を上げてもよい。   A chemical / pure water nozzle 148 for injecting a chemical or pure water for etching a metal natural oxide film formed on the surface of the wafer W onto the wafer W is provided above the rotary drive 142. Examples of the chemical solution include an acidic chemical solution or a chelating agent solution that forms a soluble complex. If the metal coating formed on the substrate is copper, inorganic acids such as hydrofluoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid and phosphoric acid, organic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, succinic acid, malonic acid, succinic acid and malic acid Alternatively, a solution of a chelating agent that forms a soluble complex such as an alkali solution of an amino acid such as halide, carboxylic acid or a salt thereof, ammonia, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), or glycine is used. In addition, these chemical solutions can be mixed and used as a mixed solution. Further, when it is difficult to spread the chemical liquid uniformly on the entire wafer W due to the problem of wettability of the surface, a surfactant may be added to the chemical liquid to improve the wettability and increase the processing efficiency.

エッチング時には、上記薬液が薬液/純水ノズル148からウェハWの中心近傍に向かって供給される。ウェハWの中心近傍に供給された薬液は、ウェハWの回転による遠心力のためにウェハWの周縁部へ向かうので、ウェハWの全面にわたって薬液を行き渡らせることができる。なお、チャック部143によりウェハWが把持される部分には薬液が供給されないこととなるが、例えば、遠心チャック機構を用いた場合には、回転駆動体142の回転速度を一時的に上げてまたは落として遠心力を増加または減少させ、ウェハWをチャック部143に対して滑らせ、これによりウェハWの把持位置を変化させて、ウェハの全域にわたって薬液を供給することができる。   At the time of etching, the chemical solution is supplied from the chemical solution / pure water nozzle 148 toward the vicinity of the center of the wafer W. Since the chemical solution supplied to the vicinity of the center of the wafer W moves toward the peripheral edge of the wafer W due to the centrifugal force generated by the rotation of the wafer W, the chemical solution can be spread over the entire surface of the wafer W. Note that the chemical solution is not supplied to the portion where the wafer W is gripped by the chuck portion 143. For example, when a centrifugal chuck mechanism is used, the rotational speed of the rotary drive 142 is temporarily increased or The centrifugal force is increased or decreased to slide the wafer W relative to the chuck portion 143, thereby changing the gripping position of the wafer W and supplying the chemical solution over the entire area of the wafer.

上述した金属の自然酸化膜のエッチングが終了すると、薬液/純水ノズル148の供給源が図示しない切替制御器により切り替えられ、薬液/純水ノズル148からウェハWには純水が供給される。この純水の供給により、ウェハW上に残留する薬液がリンスおよび洗浄される。薬液をウェハWに供給する方法としては、図2に示すようなノズルを使用する例に限られず、ウェハWを薬液に浸漬してもよい。あるいは、ロール式、スプレー式、スピン式など、基板処理において広く用いられている薬液塗布装置を用いることができる。   When the etching of the metal natural oxide film is completed, the supply source of the chemical / pure water nozzle 148 is switched by a switching controller (not shown), and pure water is supplied from the chemical / pure water nozzle 148 to the wafer W. By supplying the pure water, the chemical solution remaining on the wafer W is rinsed and cleaned. The method of supplying the chemical solution to the wafer W is not limited to the example using the nozzle as shown in FIG. 2, and the wafer W may be immersed in the chemical solution. Alternatively, a chemical solution coating apparatus widely used in substrate processing such as a roll type, a spray type, or a spin type can be used.

ここで、図2に示すように、ウェットエッチングユニット14内の回転駆動体142の上方には、投光部149aと受光部149bと演算部149cとを有する膜厚測定器149が配置されている。膜厚測定器149は、図示しない揺動機構に接続されて揺動可能となっており、投光部149aからウェハWの全面に対して光を照射することができるようになっている。このような膜厚測定器149により、ウェハWから反射した光を解析してエッチング処理中にウェハWの膜厚を測定し、エッチングの終点を検出することができる(In-Situ)。   Here, as shown in FIG. 2, a film thickness measuring device 149 having a light projecting unit 149a, a light receiving unit 149b, and a calculation unit 149c is disposed above the rotary driving body 142 in the wet etching unit 14. . The film thickness measuring instrument 149 is swingable by being connected to a swing mechanism (not shown), and can irradiate the entire surface of the wafer W from the light projecting unit 149a. With such a film thickness measuring device 149, the light reflected from the wafer W can be analyzed, the film thickness of the wafer W can be measured during the etching process, and the end point of etching can be detected (In-Situ).

この膜厚測定器149の投光部149aから照射される光は、短波長光であっても多波長光であってもどちらでもよい。また、本実施形態では、膜厚測定器149として光学式のものを説明したが、センサコイルに交流信号を供給して自然酸化膜を含む金属被膜に渦電流を生成し、この渦電流を検出回路のセンサコイルにより検出する渦電流センサを用いた膜厚測定器を用いることもできる。この場合において、センサコイルは、ウェハWの上面(すなわち配線形成面)側であってもウェハの裏面側であってもどちらでもよい。   The light emitted from the light projecting unit 149a of the film thickness measuring device 149 may be either short wavelength light or multi-wavelength light. In this embodiment, an optical type film thickness measuring device 149 has been described. However, an eddy current is generated in a metal film including a natural oxide film by supplying an AC signal to the sensor coil, and this eddy current is detected. A film thickness measuring device using an eddy current sensor detected by a sensor coil of a circuit can also be used. In this case, the sensor coil may be on the upper surface (ie, the wiring forming surface) side of the wafer W or on the rear surface side of the wafer.

上述した膜厚測定器149によって、ウェハWの全面の膜厚分布、特にウェハWの半径方向の膜厚分布の測定データを得ることもできる。この場合において、この測定データを研磨ユニット16,17にフィードバックして、研磨工程において各半径方向の研磨レートを最適化することも可能である。例えば、トップリング20,26によるウェハWの押圧力を、相対的に膜厚の厚い領域で高くなるように設定し、研磨レートを半径方向ごとに設定することにより、より面内均一性の高い研磨を行うことができる。   With the film thickness measuring device 149 described above, measurement data of the film thickness distribution on the entire surface of the wafer W, particularly the film thickness distribution in the radial direction of the wafer W can be obtained. In this case, the measurement data can be fed back to the polishing units 16 and 17 to optimize the polishing rate in each radial direction in the polishing process. For example, by setting the pressing force of the wafer W by the top rings 20 and 26 to be higher in a relatively thick region and setting the polishing rate for each radial direction, higher in-plane uniformity is achieved. Polishing can be performed.

図3は、ウェハWに対する押圧力を領域ごとに変化させることができるトップリング160を示す断面図である。トップリング160は、図3に示すように、トップリング本体161と、トップリング本体161の外縁下部に設けられたリテーナリング162と、トップリング本体161に対して上下動するチャッキングプレート163とを備えている。トップリング本体161と駆動軸164は、自在継手部165により互いに連結されている。自在継手部165は、トップリング本体161を駆動軸164の下端に傾動自在に支持する球166を具備する球軸受機構と、駆動軸164の回転をトップリング本体161に伝達する回転伝達機構(図示せず)とを備えている。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the top ring 160 that can change the pressing force on the wafer W for each region. As shown in FIG. 3, the top ring 160 includes a top ring main body 161, a retainer ring 162 provided at a lower portion of the outer edge of the top ring main body 161, and a chucking plate 163 that moves up and down with respect to the top ring main body 161. I have. The top ring body 161 and the drive shaft 164 are connected to each other by a universal joint 165. The universal joint 165 includes a ball bearing mechanism including a ball 166 that tiltably supports the top ring body 161 on the lower end of the drive shaft 164, and a rotation transmission mechanism that transmits the rotation of the drive shaft 164 to the top ring body 161 (see FIG. Not shown).

チャッキングプレート163の下面には、複数の弾性膜167,168によりプロファイルコントロールが可能なウェハ保持面が形成されている。すなわち、ウェハWの外周部に当接しウェハWとともに内部の空間をシールするシールリング169と、その内部の空間に設けられた環状のリングチューブ170と、円形状のセンターバッグ171とにより、ウェハ保持面は、複数の区画された圧力室172,173に分割されている。また、センターバッグ171の内部には圧力室174が形成されており、リングチューブ170の内部には圧力室175が形成されている。   A wafer holding surface capable of profile control is formed on the lower surface of the chucking plate 163 by a plurality of elastic films 167 and 168. That is, the wafer is held by the seal ring 169 that abuts the outer periphery of the wafer W and seals the internal space together with the wafer W, the annular ring tube 170 provided in the internal space, and the circular center bag 171. The surface is divided into a plurality of divided pressure chambers 172 and 173. A pressure chamber 174 is formed inside the center bag 171, and a pressure chamber 175 is formed inside the ring tube 170.

各圧力室172,173,174,175には、流体路176,177,178,179がそれぞれ連通しており、各圧力室172,173,174,175に供給する圧力流体の圧力を調節することができるようになっている。このような構成により、それぞれの圧力室172,173,174,175によるウェハWに対する押圧力を独立に制御することができ、それぞれの圧力室172,173,174,175に対応する部分の研磨レートを制御することができる。   Fluid passages 176, 177, 178, and 179 communicate with the pressure chambers 172, 173, 174, and 175, respectively, and adjust the pressure of the pressure fluid supplied to the pressure chambers 172, 173, 174, and 175, respectively. Can be done. With such a configuration, the pressing force against the wafer W by each of the pressure chambers 172, 173, 174, and 175 can be controlled independently, and the polishing rates of the portions corresponding to the respective pressure chambers 172, 173, 174, and 175 can be controlled. Can be controlled.

次に、上述した研磨装置における研磨処理について説明する。研磨されるウェハは、金属被膜が形成された面を上向きにしてウェハカセット1内に収容され、多数のウェハを収容したウェハカセット1がロード/アンロードステージ2に載置される。第1搬送ロボット4は、このウェハカセット1から1枚のウェハを取り出し、このウェハを載置台7に搬送する。ここで、ウェハを載置台7に搬送する前に膜厚測定器100に搬送し、予めウェハ表面の自然酸化膜の膜厚を測定しておくこともできる。膜厚測定器100において、ウェハ表面の自然酸化膜の膜厚を計測し、この自然酸化膜の膜厚に応じたエッチング処理時間を研磨装置内の制御装置(データベース)にて演算しておけば、後段のウェットエッチングユニット14における自然酸化膜のエッチング時間を適切に設定することができる。   Next, the polishing process in the above-described polishing apparatus will be described. The wafer to be polished is accommodated in the wafer cassette 1 with the surface on which the metal film is formed facing upward, and the wafer cassette 1 accommodating a large number of wafers is placed on the load / unload stage 2. The first transfer robot 4 takes out one wafer from the wafer cassette 1 and transfers this wafer to the mounting table 7. Here, before the wafer is transferred to the mounting table 7, it can be transferred to the film thickness measuring device 100 and the film thickness of the natural oxide film on the wafer surface can be measured in advance. If the film thickness measuring device 100 measures the film thickness of the natural oxide film on the wafer surface and calculates the etching processing time corresponding to the film thickness of the natural oxide film by a control device (database) in the polishing apparatus. The natural oxide film etching time in the subsequent wet etching unit 14 can be set appropriately.

載置台7に載置されたウェハは、第2搬送ロボット12によりウェットエッチングユニット14に搬送される。このウェットエッチングユニット14では、上述したように自然酸化膜をエッチングするための薬液が薬液/純水ノズル148(図2参照)からウェハに供給され、ウェハの金属被膜上の自然酸化膜が薬液により溶解除去される。金属の自然酸化膜のエッチングが終了すると、薬液/純水ノズル148からの供給が薬液から純水に切り替えられ、ウェハW上に残留する薬液がリンスおよび洗浄される。   The wafer placed on the mounting table 7 is transferred to the wet etching unit 14 by the second transfer robot 12. In the wet etching unit 14, as described above, the chemical solution for etching the natural oxide film is supplied from the chemical solution / pure water nozzle 148 (see FIG. 2) to the wafer, and the natural oxide film on the metal film on the wafer is supplied by the chemical solution. Dissolved and removed. When the etching of the metal natural oxide film is completed, the supply from the chemical solution / pure water nozzle 148 is switched from the chemical solution to the pure water, and the chemical solution remaining on the wafer W is rinsed and cleaned.

エッチングを終えたウェハは、第2搬送ロボット12によりウェットエッチングユニット14から取り出され、反転機30に搬送される。反転機30ではウェハが反転され、金属被膜形成面が下向きになった状態でロータリトランスポータ32に受渡される。ウェハを受け取ったロータリトランスポータ32は90度回転し、ウェハをプッシャ35に搬送する。プッシャ35上のウェハは、研磨ユニット16のトップリング20に吸着され、研磨テーブル18上に移動され、ここで研磨される。上述したように、この第1の研磨テーブル18での研磨の後、第2の研磨テーブル25で研磨してもよい。   The etched wafer is taken out from the wet etching unit 14 by the second transfer robot 12 and transferred to the reversing machine 30. In the reversing machine 30, the wafer is reversed and delivered to the rotary transporter 32 with the metal film forming surface facing downward. The rotary transporter 32 that has received the wafer rotates 90 degrees and conveys the wafer to the pusher 35. The wafer on the pusher 35 is attracted to the top ring 20 of the polishing unit 16 and moved onto the polishing table 18 where it is polished. As described above, after polishing on the first polishing table 18, polishing may be performed on the second polishing table 25.

研磨後のウェハは、プッシャ35からロータリトランスポータ32に受渡される。ウェハを受け取ったロータリトランスポータ32は180度回転し、ウェハを反転機31に搬送する。反転機31ではウェハが反転され、金属被膜形成面が上向きになった状態でウェハが第3搬送ロボット13に受け渡される。第3搬送ロボット13は、このウェハを洗浄機15に搬送し、洗浄機15においてウェハの洗浄が行われる。洗浄後のウェハは、第3搬送ロボット13により洗浄機15から取り出され、洗浄・乾燥機6に導入される。洗浄・乾燥機6では、ウェハのリンスおよび乾燥処理が行われ、乾燥後のウェハは第1搬送ロボット4によりウェハカセット1に戻される。   The polished wafer is delivered from the pusher 35 to the rotary transporter 32. The rotary transporter 32 that has received the wafer rotates 180 degrees and conveys the wafer to the reversing machine 31. In the reversing machine 31, the wafer is reversed, and the wafer is delivered to the third transfer robot 13 with the metal film forming surface facing upward. The third transfer robot 13 transfers the wafer to the cleaning machine 15, and the cleaning machine 15 cleans the wafer. The cleaned wafer is taken out from the cleaning machine 15 by the third transfer robot 13 and introduced into the cleaning / drying machine 6. In the cleaning / drying machine 6, the wafer is rinsed and dried, and the dried wafer is returned to the wafer cassette 1 by the first transfer robot 4.

本実施形態では、研磨装置内に2台の洗浄・乾燥機5,6と、1台のウェットエッチングユニット14と、1台の洗浄機15とを設置しているが、この構成に限られるものではない。例えば、1台の洗浄・乾燥機と1台のエッチングユニットと2台の洗浄機とを設置してもよいし、2台の洗浄・乾燥機と1台のエッチングユニットと1台の洗浄・乾燥機とを設置してもよい。あるいは、1台の洗浄機と2台のエッチングユニットと1台の洗浄・乾燥機とを設置してもよい。   In this embodiment, two cleaning / drying machines 5 and 6, one wet etching unit 14, and one cleaning machine 15 are installed in the polishing apparatus, but this configuration is limited. is not. For example, one washing / drying machine, one etching unit, and two washing machines may be installed, or two washing / drying machines, one etching unit, and one washing / drying. You may install a machine. Alternatively, one cleaning machine, two etching units, and one cleaning / drying machine may be installed.

また、本実施形態では、研磨ユニット16,17とは別の処理ユニットとしてウェットエッチングユニット14を設けた例を説明したが、上述したウェットエッチング機構を研磨ユニット16または17内に組み込んでもよい。あるいは、上記エッチング処理で使用される薬液の中から適切なものを選択して、研磨ユニット16,17の研磨液供給ノズル21,27から研磨テーブルに供給して上記エッチング処理を研磨ユニット16,17内で行うこともできる。これらの場合には、エッチング処理後直ちに研磨処理を行うことができるので、薬液処理後の自然酸化膜の成長を抑制することができる。このように、薬液処理後の自然酸化膜の成長を避けるため、薬液処理後できるだけ速やかに研磨処理を行うことが好ましい。なお、自然酸化膜の溶解除去に用いる薬液が、研磨処理において用いるスラリの研磨性能に悪影響を与える場合には、薬液処理後に超純水などでウェハをリンスする必要がある。   In this embodiment, the example in which the wet etching unit 14 is provided as a processing unit different from the polishing units 16 and 17 has been described. However, the above-described wet etching mechanism may be incorporated in the polishing unit 16 or 17. Alternatively, an appropriate one of the chemicals used in the etching process is selected and supplied to the polishing table from the polishing liquid supply nozzles 21 and 27 of the polishing units 16 and 17 to perform the etching process on the polishing units 16 and 17. It can also be done within. In these cases, since the polishing treatment can be performed immediately after the etching treatment, the growth of the natural oxide film after the chemical treatment can be suppressed. Thus, in order to avoid the growth of the natural oxide film after the chemical treatment, it is preferable to perform the polishing treatment as soon as possible after the chemical treatment. If the chemical used for dissolving and removing the natural oxide film adversely affects the polishing performance of the slurry used in the polishing process, it is necessary to rinse the wafer with ultrapure water after the chemical process.

図4は、本発明の第2の実施形態における基板処理装置としての研磨装置を示す平面図である。図4に示すように、研磨装置は、ウェハカセット1を載置するロード/アンロードステージ2と、ウェハカセット1にアクセス可能なハンドを有する第1搬送ロボット201と、第1搬送ロボット201の両側に設置された載置台202,203と、これらの第1搬送ロボット201と載置台202,203に沿って配列された真空チャンバ204とを備えている。   FIG. 4 is a plan view showing a polishing apparatus as a substrate processing apparatus in the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the polishing apparatus includes a load / unload stage 2 on which the wafer cassette 1 is placed, a first transfer robot 201 having a hand that can access the wafer cassette 1, and both sides of the first transfer robot 201. And the first transfer robot 201 and the vacuum chamber 204 arranged along the placement tables 202 and 203.

この真空チャンバ204の内部には、載置台202にアクセス可能なハンドを有する第2搬送ロボット205と、ウェハの表面に形成された金属の自然酸化膜を還元またはエッチングする乾式処理ユニットとしてのドライエッチングユニット206と、載置台203にアクセス可能なハンドを有する第3搬送ロボット207とが収容されている。第2搬送ロボット205とドライエッチングユニット206との間と、第3搬送ロボット207とドライエッチングユニット206との間には、それぞれシャッタ208,209が設けられている。第2搬送ロボット205が設置されたロボット室Aと第3搬送ロボット207が設置されたロボット室Bは、真空ポンプ210に接続されており、それぞれロードロックとしての役割を有している。また、ドライエッチングユニット206も真空ポンプ210に接続されている。   Inside this vacuum chamber 204, there is a second transfer robot 205 having a hand accessible to the mounting table 202, and dry etching as a dry processing unit for reducing or etching a metal natural oxide film formed on the surface of the wafer. A unit 206 and a third transfer robot 207 having a hand that can access the mounting table 203 are accommodated. Shutters 208 and 209 are provided between the second transfer robot 205 and the dry etching unit 206 and between the third transfer robot 207 and the dry etching unit 206, respectively. The robot chamber A in which the second transfer robot 205 is installed and the robot chamber B in which the third transfer robot 207 is installed are connected to the vacuum pump 210 and each have a role as a load lock. The dry etching unit 206 is also connected to the vacuum pump 210.

また、載置台202と第2搬送ロボット205との間には、載置台202から第2搬送ロボット205にウェハを搬送するときに使用するシャッタ(図示せず)が設けられており、同様に、載置台203と第3搬送ロボット207との間には、第3搬送ロボット207から載置台203にウェハを搬送するときに使用するシャッタ(図示せず)が設けられている。   In addition, a shutter (not shown) used when transferring the wafer from the mounting table 202 to the second transport robot 205 is provided between the mounting table 202 and the second transport robot 205. Between the mounting table 203 and the third transfer robot 207, a shutter (not shown) used when transferring the wafer from the third transfer robot 207 to the mounting table 203 is provided.

載置台203に到達可能な位置には、第4搬送ロボット211が配置されている。この第4搬送ロボット211の両側には2台の洗浄・乾燥機212,213が配置されている。この洗浄・乾燥機212,213は第1の実施形態における洗浄・乾燥機5,6と同様の機能を有する。また、第4搬送ロボット211に隣接して載置台124が配置されており、この載置台124の両側には2台の洗浄機215,216が配置されている。第4搬送ロボット211のハンドは、洗浄・乾燥機212,213、載置台124、洗浄機215,216にアクセス可能となっている。   A fourth transfer robot 211 is disposed at a position that can reach the mounting table 203. Two washing / drying machines 212 and 213 are arranged on both sides of the fourth transfer robot 211. The washing / drying machines 212 and 213 have the same functions as the washing / drying machines 5 and 6 in the first embodiment. A mounting table 124 is disposed adjacent to the fourth transfer robot 211, and two cleaning machines 215 and 216 are disposed on both sides of the mounting table 124. The hand of the fourth transfer robot 211 can access the cleaning / drying machines 212 and 213, the mounting table 124, and the cleaning machines 215 and 216.

洗浄機215と載置台214に到達可能な位置には、2つのハンドを有する第5搬送ロボット217が配置されており、洗浄機216と載置台214に到達可能な位置には、2つのハンドを有する第6搬送ロボット218が配置されている。第5搬送ロボット217のハンドがアクセス可能な位置には反転機219が配置され、第6搬送ロボット218のハンドがアクセス可能な位置には反転機220が配置されている。これらの反転機219,220に対応してトランスポータ221,222が設けられている。   A fifth transfer robot 217 having two hands is disposed at a position where the cleaning machine 215 and the mounting table 214 can be reached, and two hands are positioned at a position where the cleaning machine 216 and the mounting table 214 can be reached. A sixth transfer robot 218 having the same is disposed. A reversing device 219 is disposed at a position accessible by the hand of the fifth transfer robot 217, and a reversing device 220 is disposed at a position accessible by the hand of the sixth transport robot 218. Corresponding to these reversing machines 219 and 220, transporters 221 and 222 are provided.

トランスポータ221,222に隣接して、研磨ユニット223,224が配置されている。研磨ユニット223は、研磨テーブル225とトップリング226とプッシャ227とを備えており、研磨ユニット224は、研磨テーブル228とトップリング229とプッシャ230とを備えている。また、本実施形態における研磨装置には、図4に示すように、研磨ユニット223,224の研磨テーブル225,228にスラリを供給するスラリ供給装置231や薬液/純水供給装置232、装置の制御を行う制御装置233、装置の運転状態を監視するモニタ234が付設されている。   Adjacent to the transporters 221, 222, polishing units 223, 224 are arranged. The polishing unit 223 includes a polishing table 225, a top ring 226, and a pusher 227. The polishing unit 224 includes a polishing table 228, a top ring 229, and a pusher 230. Further, in the polishing apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 4, a slurry supply device 231 and a chemical / pure water supply device 232 for supplying slurry to the polishing tables 225 and 228 of the polishing units 223 and 224, and control of the devices are provided. And a monitor 234 for monitoring the operation state of the apparatus.

真空チャンバ204内のドライエッチングユニット206は、プロセスガスを用いてウェハの表面の自然酸化膜を還元またはエッチングするものであり、図4に示すように、プロセスガス供給装置235がドライエッチングユニット206に接続されている。例えば、ドライエッチングユニット206は、プロセスガスとして水素とアルゴンの混合ガスを用い、電子サイクロトロン共鳴(ECR)により生成された水素プラズマをウェハの表面に照射して自然酸化膜をエッチングする。用いるガスの性状によっては、反応性イオンエッチング(RIE)によりウェハの表面をエッチングしてもよく、磁気励起反応性イオンエッチング(MERIE)によりウェハの表面をエッチングしてもよい。水素のほかに用いることができるガスとしてはアンモニアなどが考えられる。また、ドライエッチングユニット206に加熱処理のためのチャンバを設け、水素やアンモニア、ギ酸や酢酸などの有機酸などを数百℃程度に加熱してチャンバ内を還元雰囲気にすることにより、ウェハの表面の自然酸化膜を還元して除去してもよい。   The dry etching unit 206 in the vacuum chamber 204 is for reducing or etching a natural oxide film on the surface of the wafer using a process gas. As shown in FIG. 4, the process gas supply device 235 is connected to the dry etching unit 206. It is connected. For example, the dry etching unit 206 uses a mixed gas of hydrogen and argon as a process gas and irradiates the surface of the wafer with hydrogen plasma generated by electron cyclotron resonance (ECR) to etch the natural oxide film. Depending on the properties of the gas used, the surface of the wafer may be etched by reactive ion etching (RIE), or the surface of the wafer may be etched by magnetic excitation reactive ion etching (MERIE). In addition to hydrogen, ammonia can be considered as a gas that can be used. In addition, a chamber for heat treatment is provided in the dry etching unit 206, and an atmosphere such as hydrogen, ammonia, organic acid such as formic acid or acetic acid is heated to about several hundred degrees Celsius, and the inside of the chamber is made a reducing atmosphere, so that the wafer surface The natural oxide film may be reduced and removed.

次に、上述した研磨装置における研磨処理について説明する。研磨されるウェハは、金属被膜が形成された面を上向きにしてウェハカセット1内に収容され、多数のウェハを収容したウェハカセット1がロード/アンロードステージ2に載置される。第1搬送ロボット201は、このウェハカセット1から1枚のウェハを取り出し、このウェハを載置台202に搬送する。そして、載置台202と第2搬送ロボット205との間のシャッタを開き、第2搬送ロボット205によって載置台202に載置されたウェハを真空チャンバ204内のロボット室Aに導入する。   Next, the polishing process in the above-described polishing apparatus will be described. The wafer to be polished is accommodated in the wafer cassette 1 with the surface on which the metal film is formed facing upward, and the wafer cassette 1 accommodating a large number of wafers is placed on the load / unload stage 2. The first transfer robot 201 takes out one wafer from the wafer cassette 1 and transfers this wafer to the mounting table 202. Then, the shutter between the mounting table 202 and the second transfer robot 205 is opened, and the wafer mounted on the mounting table 202 by the second transfer robot 205 is introduced into the robot chamber A in the vacuum chamber 204.

ウェハがロボット室A内に搬入された後、真空ポンプ210を駆動してロボット室A、ドライエッチングユニット206、ロボット室Bを真空にする。ロボット室Aを真空にした後、ロボット室Aとドライエッチングユニット206との間のシャッタ208を開き、第2搬送ロボット205によりウェハをドライエッチングユニット206内に搬送する。ドライエッチングユニット206内では、上述したプロセスガスを用いたドライエッチングが行われ、ウェハの表面の自然酸化膜が還元またはエッチングされる。   After the wafer is loaded into the robot chamber A, the vacuum pump 210 is driven to evacuate the robot chamber A, the dry etching unit 206, and the robot chamber B. After the robot chamber A is evacuated, the shutter 208 between the robot chamber A and the dry etching unit 206 is opened, and the wafer is transferred into the dry etching unit 206 by the second transfer robot 205. In the dry etching unit 206, dry etching using the process gas described above is performed, and the natural oxide film on the surface of the wafer is reduced or etched.

ドライエッチングユニット206においてドライエッチングが終了すると、ドライエッチングユニット206と第3搬送ロボット207との間のシャッタ209を開き、第3搬送ロボット207によりウェハをロボット室Bに導入する。その後、ロボット室Bの真空を開放し、第3搬送ロボット207と載置台203との間のシャッタを開き、第3搬送ロボット207から載置台203にウェハを搬送する。   When dry etching is completed in the dry etching unit 206, the shutter 209 between the dry etching unit 206 and the third transfer robot 207 is opened, and the wafer is introduced into the robot chamber B by the third transfer robot 207. Thereafter, the vacuum in the robot chamber B is released, the shutter between the third transfer robot 207 and the mounting table 203 is opened, and the wafer is transferred from the third transfer robot 207 to the mounting table 203.

載置台203に載置されたウェハは、第4搬送ロボット211により載置台214に搬送される。載置台214に載置されたウェハは、第5搬送ロボット217により反転機219に搬送される。反転機219ではウェハが反転され、金属被膜形成面が下向きになった状態でウェハがトランスポータ221に受け渡される。トランスポータ221上のウェハは研磨ユニット223のプッシャ227によってトップリング226に吸着され、研磨テーブル225上に移動され、ここで研磨される。   The wafer placed on the mounting table 203 is transferred to the mounting table 214 by the fourth transfer robot 211. The wafer mounted on the mounting table 214 is transferred to the reversing device 219 by the fifth transfer robot 217. In the reversing machine 219, the wafer is reversed, and the wafer is delivered to the transporter 221 with the metal film forming surface facing downward. The wafer on the transporter 221 is attracted to the top ring 226 by the pusher 227 of the polishing unit 223, moved onto the polishing table 225, and is polished there.

研磨後のウェハは、プッシャ227からトランスポータ221を介して反転機219に搬送される。反転機219ではウェハが反転され、金属被膜形成面が上向きになった状態で第5搬送ロボット217に受渡される。第5搬送ロボット217は、このウェハを洗浄機215に搬送し、洗浄機215においてウェハの洗浄が行われる。洗浄後のウェハは、第4搬送ロボット211により洗浄機215から取り出され、洗浄・乾燥機212に導入される。洗浄・乾燥機212では、ウェハのリンスおよび乾燥処理が行われる。乾燥後のウェハは第4搬送ロボット211により載置台203に搬送され、載置台203に載置されたウェハは第1の搬送ロボット201によりウェハカセット1に戻される。   The polished wafer is transferred from the pusher 227 to the reversing device 219 via the transporter 221. In the reversing machine 219, the wafer is reversed and delivered to the fifth transfer robot 217 with the metal film forming surface facing upward. The fifth transport robot 217 transports the wafer to the cleaning machine 215, and the cleaning machine 215 cleans the wafer. The cleaned wafer is taken out from the cleaning machine 215 by the fourth transfer robot 211 and introduced into the cleaning / drying machine 212. In the cleaning / drying machine 212, the wafer is rinsed and dried. The dried wafer is transferred to the mounting table 203 by the fourth transfer robot 211, and the wafer mounted on the mounting table 203 is returned to the wafer cassette 1 by the first transfer robot 201.

なお、ドライエッチングユニット206においてドライエッチングを行った後、研磨ユニット223における研磨を行う前に、ウェハを洗浄機215または216に導入して洗浄を行ってもよい。また、洗浄工程の選択によっては、載置台203と第4搬送ロボット211を省略することもできる。また、本実施形態では、研磨ユニット223,224とは別の処理ユニットとしてドライエッチングユニット206を設けた例を説明したが、上述したドライエッチング機構を研磨ユニット223または224内に組み込んでもよい。   Note that after performing dry etching in the dry etching unit 206 and before polishing in the polishing unit 223, the wafer may be introduced into the cleaning machine 215 or 216 to perform cleaning. Further, depending on the selection of the cleaning process, the mounting table 203 and the fourth transfer robot 211 may be omitted. In this embodiment, the example in which the dry etching unit 206 is provided as a processing unit different from the polishing units 223 and 224 has been described. However, the above-described dry etching mechanism may be incorporated in the polishing unit 223 or 224.

上述の実施形態においては、薬液を用いた湿式処理やガスを用いた乾式処理によって自然酸化膜を除去する例を説明したが、自然酸化膜を研磨ユニットにおける研磨により除去することも可能である。すなわち、まず、ウェハ表面の金属被膜の自然酸化膜を研磨するのに適した条件で研磨を行い、自然酸化膜を研磨除去し(第1の研磨工程)、その後、ウェハ表面の金属被膜を研磨するのに適した条件に変更してウェハの金属被膜を除去する(第2の研磨工程)。このような2段研磨方法によれば、従来から使用している研磨装置の構成を大きく変更することなく、ウェハに形成された金属被膜上の自然酸化膜を除去した状態で、ウェハの金属被膜を研磨することができ、均一な平坦化を実現することができる。   In the above-described embodiment, the example in which the natural oxide film is removed by a wet process using a chemical solution or a dry process using a gas has been described. However, the natural oxide film can also be removed by polishing in a polishing unit. That is, first, polishing is performed under conditions suitable for polishing the natural oxide film on the metal film on the wafer surface, the natural oxide film is polished and removed (first polishing step), and then the metal film on the wafer surface is polished. The condition is changed to a condition suitable for the removal, and the metal film on the wafer is removed (second polishing step). According to such a two-stage polishing method, the metal film on the wafer is removed in a state in which the natural oxide film on the metal film formed on the wafer is removed without greatly changing the configuration of the polishing apparatus used conventionally. Can be polished, and uniform flattening can be realized.

ここで、自然酸化膜を研磨するのに適した研磨条件下でウェハ表面の金属被膜をある程度研磨することができる場合も考えられる。そのような場合には、第1の研磨工程において自然酸化膜だけではなく金属被膜をある程度まで研磨してもよい。ただし、第1の研磨工程を過度に続けると、例えば、銅の埋め込み配線形成工程の場合であれば、研磨残りが生じたり、ディッシング量が増大したりして平坦化特性が悪化するので、少なくとも銅を研磨し終える前に第2の研磨工程に移行する必要がある。   Here, there may be a case where the metal film on the wafer surface can be polished to some extent under polishing conditions suitable for polishing the natural oxide film. In such a case, not only the natural oxide film but also the metal film may be polished to some extent in the first polishing step. However, if the first polishing process is continued excessively, for example, in the case of a copper embedded wiring formation process, a polishing residue may occur, or the amount of dishing increases, so that the planarization characteristics deteriorate. It is necessary to shift to the second polishing step before finishing the polishing of copper.

このような2段研磨方法の一例として、ウェハを研磨面に押圧する圧力(研磨圧力)を変更する方法が考えられる。一般的には自然酸化膜の方が金属被膜に比べて研磨しにくいので、例えば銅の研磨の場合、第1の研磨工程として、例えば17.225kPa(2.5psi)以上、好ましくは17.225kPa〜27.56kPa(2.5psi〜4.0psi)の高圧の研磨圧力で主に自然酸化膜の研磨除去を行い、その後、第2の研磨工程として、研磨圧力を例えば10.335kPa(1.5psi)以下、好ましくは10.335kPa〜3.445kPa(1.5psi〜0.5psi)の低圧にして金属被膜の研磨除去を行う。このように、第1の研磨工程における研磨圧力を第2の研磨工程における研磨圧力より高くすることで、第1の研磨工程において主として自然酸化膜の研磨除去を行い、第2の研磨工程において金属被膜の研磨除去を行うことができる。   As an example of such a two-stage polishing method, a method of changing the pressure (polishing pressure) for pressing the wafer against the polishing surface is conceivable. In general, since a natural oxide film is harder to polish than a metal film, for example, in the case of polishing copper, the first polishing step is, for example, 17.225 kPa (2.5 psi) or more, preferably 17.225 kPa. The natural oxide film is mainly removed by polishing at a high polishing pressure of ˜27.56 kPa (2.5 psi to 4.0 psi), and then the polishing pressure is set to, for example, 10.335 kPa (1.5 psi) as the second polishing step. ) Hereinafter, the metal film is polished and removed at a low pressure of preferably 10.335 kPa to 3.445 kPa (1.5 psi to 0.5 psi). In this way, by making the polishing pressure in the first polishing step higher than the polishing pressure in the second polishing step, the natural oxide film is mainly removed by polishing in the first polishing step, and the metal in the second polishing step. The coating can be removed by polishing.

このような研磨方法によれば、処理装置を研磨ユニットとは別に設けることなく、ウェハ表面に形成された金属被膜上の自然酸化膜を除去した状態で、ウェハの金属被膜を研磨することができ、均一な平坦化を実現することができる。また、研磨の途中でスラリを変更する必要もなく、連続して研磨処理を行うことができる。   According to such a polishing method, the metal film on the wafer can be polished in a state where the natural oxide film on the metal film formed on the wafer surface is removed without providing a processing apparatus separately from the polishing unit. Uniform planarization can be realized. Further, it is not necessary to change the slurry during the polishing, and the polishing process can be performed continuously.

ここで、第1の研磨工程で研磨圧力を高くすると、加工点での温度上昇が生じやすいが、それがある限度を超えてしまうと、第2の研磨工程に移行して研磨圧力を下げても温度がなかなか低下せず、スラリ中の酸化剤の劣化などによるスラリの研磨特性の悪化を招き、第2の研磨工程での研磨速度の低下や研磨特性に悪影響を与えることがある。そこで、第1の研磨工程と第2の研磨工程の間で、研磨液(スラリ)の供給を停止し、水を供給して研磨を行う工程(水供給工程)を行うのがよい。これにより、加工点の温度を一旦下げることができる。このような水供給工程の後、研磨液(スラリ)を供給して第2の研磨工程に移行することにより精度よく第2の研磨工程を行うことができる。   Here, if the polishing pressure is increased in the first polishing step, the temperature at the processing point is likely to increase, but if it exceeds a certain limit, the process proceeds to the second polishing step and the polishing pressure is lowered. However, the temperature does not decrease easily, and the polishing characteristics of the slurry may be deteriorated due to deterioration of the oxidizing agent in the slurry, and the polishing speed in the second polishing step may be lowered and the polishing characteristics may be adversely affected. Therefore, it is preferable to stop the supply of the polishing liquid (slurry) between the first polishing process and the second polishing process, and perform a process of supplying water and polishing (water supply process). Thereby, the temperature of a process point can be once lowered | hung. After such a water supply process, a 2nd grinding | polishing process can be accurately performed by supplying polishing liquid (slurry) and transfering to a 2nd grinding | polishing process.

図5は、このような水供給工程を行った場合の効果を示すグラフである。点線は水供給工程を行わなかった場合を示し、実線は水供給工程を行った場合を示している。図5に示すように、第1の研磨工程と第2の研磨工程との間に水供給工程を行うことで、研磨面(研磨パッド)の温度を大きく下げることができ、ディッシング量も抑えられた。図5に示す例では、水供給工程を行わなかった場合のディッシング量は60〜75nmであり、水供給工程を行った場合のディッシング量は40〜60nmとなった。   FIG. 5 is a graph showing the effect of performing such a water supply process. The dotted line indicates the case where the water supply process is not performed, and the solid line indicates the case where the water supply process is performed. As shown in FIG. 5, by performing the water supply step between the first polishing step and the second polishing step, the temperature of the polishing surface (polishing pad) can be greatly reduced, and the amount of dishing can be suppressed. It was. In the example illustrated in FIG. 5, the dishing amount when the water supply step is not performed is 60 to 75 nm, and the dishing amount when the water supply step is performed is 40 to 60 nm.

また、上述した2段研磨方法の他の例として、研磨面に供給する研磨液(スラリ)の組成を変更する方法が考えられる。すなわち、第1の研磨工程において、pHを酸性にしたスラリ、防食剤を除去したスラリ、溶解性の金属錯体を形成するキレート剤を含むスラリ等を使用し、第2の研磨工程においては通常の研磨工程で使用されるスラリを用いる。このように、第1の研磨工程において使用されるスラリを自然酸化膜の除去に適したものとし、自然酸化膜が研磨除去された後の第2の研磨工程において通常の金属膜を研磨するスラリに変更する。このような方法によれば、処理装置を研磨ユニットとは別に設けることなく、ウェハ上の金属被膜上の自然酸化膜が除去された状態で、ウェハの金属被膜を研磨して均一な平坦化を実現することができる。   Further, as another example of the above-described two-stage polishing method, a method of changing the composition of the polishing liquid (slurry) supplied to the polishing surface can be considered. That is, in the first polishing step, a slurry having an acidic pH, a slurry from which the anticorrosive agent has been removed, a slurry containing a chelating agent that forms a soluble metal complex, and the like are used. The slurry used in the polishing process is used. Thus, the slurry used in the first polishing step is suitable for removing the natural oxide film, and the slurry for polishing the normal metal film in the second polishing step after the natural oxide film is removed by polishing. Change to According to such a method, without providing a processing apparatus separately from the polishing unit, the metal film on the wafer is polished and uniform flattened in a state where the natural oxide film on the metal film on the wafer is removed. Can be realized.

この場合において、第1の研磨工程で用いる研磨スラリの残存が第2の研磨工程で用いるスラリの研磨特性に対して悪影響を与えることがある。したがって、上述した研磨圧力の変更を行う場合と同様に、第1の研磨工程と第2の研磨工程の間に研磨液(スラリ)の供給を停止し、水を供給する水供給工程を行うことが好ましい。このような水供給工程により、第1の研磨工程で用いたスラリの残存量を低減し、第2の研磨工程で用いるスラリの研磨特性に対する悪影響を最小限に抑えることができる。   In this case, the remaining polishing slurry used in the first polishing step may adversely affect the polishing characteristics of the slurry used in the second polishing step. Therefore, as in the case of changing the polishing pressure described above, the supply of the polishing liquid (slurry) is stopped between the first polishing process and the second polishing process, and the water supply process for supplying water is performed. Is preferred. By such a water supply process, the remaining amount of the slurry used in the first polishing process can be reduced, and adverse effects on the polishing characteristics of the slurry used in the second polishing process can be minimized.

ここで、良好な平坦化を実現するためには、第1の研磨工程を適切なタイミングで終了し、適切なタイミングで第2の研磨工程に移行する必要がある。したがって、第1の研磨工程の終点を検出する、あるいは適切に設定しておくことが好ましい。以下、このような第1の研磨工程の終点を検出あるいは設定する方法について述べる。   Here, in order to realize good planarization, it is necessary to end the first polishing process at an appropriate timing and shift to the second polishing process at an appropriate timing. Therefore, it is preferable to detect the end point of the first polishing step or set it appropriately. Hereinafter, a method for detecting or setting the end point of the first polishing step will be described.

第1の研磨工程において自然酸化膜を研磨除去し終わると、ウェハの表面性状が変わるので、研磨中のウェハと研磨面との間の摩擦力が変化する。すなわち、最上層の自然酸化膜を研磨していくと、研磨は金属被膜の領域に達し、材料の差異による摩擦係数の違いがウェハと研磨面との間の摩擦力の変化を生じさせる。したがって、この摩擦力を検出して、第1の研磨工程の終点を検出することができる。例えば、銅被膜を通常のスラリを用いて所定の研磨圧力で研磨する場合、自然酸化膜を研磨除去し終わると、銅被膜の表面全体が不溶解性錯体で覆われることとなり、一般的には摩擦力が急激に増加する。したがって、この摩擦力の変化を検出して、第1の研磨工程の終点を検出することができる。   When the natural oxide film is completely polished and removed in the first polishing step, the surface property of the wafer changes, so that the frictional force between the wafer being polished and the polishing surface changes. That is, when the uppermost natural oxide film is polished, the polishing reaches the region of the metal film, and the difference in friction coefficient due to the difference in material causes a change in the frictional force between the wafer and the polished surface. Therefore, the end point of the first polishing step can be detected by detecting this frictional force. For example, when polishing a copper film with a normal slurry at a predetermined polishing pressure, after polishing and removing the natural oxide film, the entire surface of the copper film is covered with an insoluble complex. The friction force increases rapidly. Therefore, the end point of the first polishing process can be detected by detecting the change in the frictional force.

また、上述したウェハと研磨面との間の摩擦力は、回転する研磨テーブルまたはトップリングに対しては負荷トルクとして作用するため、研磨テーブルまたはトップリングに働くトルクを検出することにより上記摩擦力を検出することができる。研磨テーブルまたはトップリングが電動モータにより回転駆動される場合には、上記トルクはモータに流れる電流として測定することができる。したがって、モータに流れる電流を電流計でモニタすることで、第1の研磨工程の終点を検出することができる。   Further, since the frictional force between the wafer and the polishing surface described above acts as a load torque on the rotating polishing table or top ring, the frictional force is detected by detecting the torque acting on the polishing table or top ring. Can be detected. When the polishing table or the top ring is rotationally driven by an electric motor, the torque can be measured as a current flowing through the motor. Therefore, the end point of the first polishing process can be detected by monitoring the current flowing through the motor with an ammeter.

図6は、研磨テーブル300に作用するトルクを検出して研磨中のウェハWと研磨面301との間の摩擦力を検出する研磨ユニットを示す模式図である。図6に示すように、この研磨ユニットは、研磨テーブル300を回転させる電動モータ302を備えており、研磨テーブル300はモータ302の駆動によりベルト303を介して回転される。モータ302は、モータ302の電流を検出し信号処理する電流モニタ304に接続されており、この電流モニタ304は研磨中にモータ302に流れる電流を検出する。この電流の変化を測定することにより、研磨テーブル300のトルクの変化、すなわちトップリング305に保持されたウェハWと研磨面301との間の摩擦力の変化を検出して、第1の研磨工程の終点を検出することができる。   FIG. 6 is a schematic diagram showing a polishing unit that detects torque acting on the polishing table 300 to detect a frictional force between the wafer W being polished and the polishing surface 301. As shown in FIG. 6, the polishing unit includes an electric motor 302 that rotates the polishing table 300, and the polishing table 300 is rotated via a belt 303 by driving the motor 302. The motor 302 is connected to a current monitor 304 that detects the current of the motor 302 and performs signal processing. The current monitor 304 detects the current flowing through the motor 302 during polishing. By measuring this change in current, a change in torque of the polishing table 300, that is, a change in frictional force between the wafer W held on the top ring 305 and the polishing surface 301 is detected, and the first polishing step. The end point of can be detected.

具体的には、図7に示すようなフローに従って2段研磨が行われる。第1の研磨工程が開始され、ウェハWの自然酸化膜が研磨され始める(S1)と、モータ302に流れる電流が予め設定された電流値Imax(閾値)を超えるかどうかが判断される(S2)。この閾値Imaxは、予めオペレータにより入力されるものであってもよいし、あるいは、過去のデータを格納したデータベースに基づいて設定されるものであってもよい。 Specifically, two-stage polishing is performed according to a flow as shown in FIG. When the first polishing process is started and the natural oxide film of the wafer W starts to be polished (S1), it is determined whether or not the current flowing through the motor 302 exceeds a preset current value I max (threshold value) ( S2). This threshold value I max may be input in advance by an operator, or may be set based on a database storing past data.

電流モニタ304で測定される電流値が閾値Imaxを超えない場合は、第1の研磨工程が継続される。一方、電流値が閾値Imaxを超えた場合には、第1の研磨工程の終点であると判断され、第2の研磨工程が開始され、ウェハWに形成された金属被膜の研磨が行われる(S3)。この第2の研磨工程においては、図示しない膜厚測定器により研磨中のウェハWの膜厚が測定され(S4)、この膜厚値が予め設定された膜厚値Tlimit(閾値)以下であるかどうかが判断される(S5)。なお、この閾値Tlimitは、予めオペレータにより入力されるものであってもよいし、あるいは、過去のデータを格納したデータベースに基づいて設定されるものであってもよい。測定された膜厚値が閾値Tlimitよりも大きい場合は、第2の研磨工程が継続され、電流値が閾値Tlimit以下になると第2の研磨工程が終了する。 If the current value measured by the current monitor 304 does not exceed the threshold value I max, the first polishing step is continued. On the other hand, if the current value exceeds the threshold value I max , it is determined that it is the end point of the first polishing process, the second polishing process is started, and the metal film formed on the wafer W is polished. (S3). In this second polishing step, the film thickness of the wafer W being polished is measured by a film thickness measuring device (not shown) (S4), and this film thickness value is below a preset film thickness value T limit (threshold). It is determined whether or not there is (S5). The threshold value T limit may be input in advance by an operator, or may be set based on a database storing past data. When the measured film thickness value is larger than the threshold value T limit , the second polishing process is continued, and when the current value becomes equal to or less than the threshold value T limit , the second polishing process ends.

図6に示す例では、研磨テーブル300を回転させるモータ302の電流値を検出して研磨テーブル300に作用するトルク(摩擦力)を検出しているが、トップリング305に作用するトルクを計測してもよい。また、トップリング305と研磨テーブル300のそれぞれに働くトルクを計測してもよい。さらに、モータ電流を検出するのではなく、直接トップリング305と研磨テーブル300上の研磨面301との間に生じる摩擦力を計測してもよい。いずれにしても、研磨対象物であるウェハWや研磨液の性状等をはじめとする研磨条件に応じて適切な方法を選択することができる。   In the example shown in FIG. 6, the torque (friction force) acting on the polishing table 300 is detected by detecting the current value of the motor 302 that rotates the polishing table 300, but the torque acting on the top ring 305 is measured. May be. Further, torque acting on each of the top ring 305 and the polishing table 300 may be measured. Further, instead of detecting the motor current, the frictional force generated between the top ring 305 and the polishing surface 301 on the polishing table 300 may be measured directly. In any case, an appropriate method can be selected according to the polishing conditions including the wafer W that is the object to be polished and the properties of the polishing liquid.

図8は、高い研磨圧力で自然酸化膜を研磨除去した後に研磨圧力を下げて金属被膜の研磨を行った場合の研磨パッド(研磨面)の温度とモータ電流の変化を示すグラフである。点線は研磨パッドの温度を示し、実線はモータ電流を示している。図8に示す例では、第1の研磨工程として研磨圧力P1を17.225kPa(2.5psi)として自然酸化膜の研磨除去を行い、モータ電流が大きくなったところで研磨圧力P2を10.335kPa(1.5psi)に変更して第2の研磨工程に移行している。この例では、さらに研磨圧力P3を6.89kPa(1.0psi)まで下げている。   FIG. 8 is a graph showing changes in the temperature of the polishing pad (polishing surface) and the motor current when the metal film is polished by lowering the polishing pressure after removing the natural oxide film with a high polishing pressure. The dotted line indicates the temperature of the polishing pad, and the solid line indicates the motor current. In the example shown in FIG. 8, the natural oxide film is removed by polishing at a polishing pressure P1 of 17.225 kPa (2.5 psi) as the first polishing step, and when the motor current increases, the polishing pressure P2 is set to 10.335 kPa ( 1.5 psi) and the process proceeds to the second polishing step. In this example, the polishing pressure P3 is further reduced to 6.89 kPa (1.0 psi).

図8に示すように、摩擦力の変化(モータ電流の変化)を検出した後、直ちに第2の研磨工程に移行してもよいが、図9に示すように、摩擦力の変化(モータ電流の変化)を検出した後、ある程度の時間第1の研磨工程を継続し、その後に第2の研磨工程に移行してもよい。なお、図8に示す例のディッシング量は55〜60nm、図9に示す例のディッシング量は85〜90nmであった。   As shown in FIG. 8, after detecting a change in frictional force (change in motor current), the process may proceed immediately to the second polishing step. However, as shown in FIG. The first polishing step may be continued for a certain period of time after the change is detected, and then the second polishing step may be performed. The dishing amount in the example shown in FIG. 8 was 55 to 60 nm, and the dishing amount in the example shown in FIG. 9 was 85 to 90 nm.

第1の研磨工程の終点を検出する別の方法としては、図10に示すような渦電流センサ400を用いてウェハの表面の膜厚を測定して、測定された膜厚から第1の研磨工程の終点を検出してもよい。この渦電流センサ400は、センサコイル401と、センサコイル401に接続された交流信号源402と、センサコイル401および交流信号源402に接続された検出回路403とを備えている。センサコイル401は、研磨テーブルに埋設され、ウェハW上の自然酸化膜を含む金属被膜404に近傍に配置される。   As another method for detecting the end point of the first polishing step, the film thickness of the wafer surface is measured using an eddy current sensor 400 as shown in FIG. 10, and the first polishing is performed from the measured film thickness. You may detect the end point of a process. The eddy current sensor 400 includes a sensor coil 401, an AC signal source 402 connected to the sensor coil 401, and a detection circuit 403 connected to the sensor coil 401 and the AC signal source 402. The sensor coil 401 is embedded in the polishing table and is disposed in the vicinity of the metal coating 404 including a natural oxide film on the wafer W.

このような渦電流センサ400は、交流信号源402によりセンサコイル401に交流信号を供給して、自然酸化膜を含む金属被膜404に渦電流を形成させ、渦電流を検出回路403により検出する。検出された渦電流信号のインピーダンスを抵抗成分とリアクタンス成分に分け、これらの変位を測定することによりウェハWの表面上の金属被膜404の膜厚が検出される。   Such an eddy current sensor 400 supplies an alternating current signal to the sensor coil 401 from the alternating current signal source 402 to form an eddy current in the metal film 404 including the natural oxide film, and the eddy current is detected by the detection circuit 403. The impedance of the detected eddy current signal is divided into a resistance component and a reactance component, and the thickness of the metal film 404 on the surface of the wafer W is detected by measuring these displacements.

また、図11に示すような光学式センサを用いて第1の研磨工程の終点を検出することもできる。図11に示す光学式センサは、円柱状の水流500をウェハWに向けて噴出する水噴出ノズル501と、水噴出ノズル501から噴出された水流500を受ける水受皿502と、照射用ファイバ503と受光用ファイバ504とを有する測定演算部505とを備えている。水噴出ノズル501および水受皿502は研磨テーブル506内に形成されている。測定演算部505の照射用ファイバ503と受光用ファイバ504の先端部は水噴出ノズル501内に配置されている。   Further, the end point of the first polishing step can be detected using an optical sensor as shown in FIG. The optical sensor shown in FIG. 11 includes a water ejection nozzle 501 that ejects a cylindrical water stream 500 toward the wafer W, a water tray 502 that receives the water stream 500 ejected from the water ejection nozzle 501, and an irradiation fiber 503. And a measurement calculation unit 505 having a light receiving fiber 504. The water ejection nozzle 501 and the water receiving tray 502 are formed in the polishing table 506. The distal ends of the irradiation fiber 503 and the light receiving fiber 504 of the measurement calculation unit 505 are arranged in the water ejection nozzle 501.

水噴出ノズル501には水流管507を介して加圧水流500が供給され、水噴出ノズル501の先端から細い円柱状の水流500がウェハWの表面に噴出され、トップリング508に保持されたウェハWの表面に測定スポット509を形成する。この状態で測定演算部505から照射用ファイバ503を通して水流500内に光を送り、水流500を通してこの光をウェハWの測定スポット509に照射する。測定スポット509で反射した反射光は水流500および受光用ファイバ504を通って測定演算部505に導かれ、測定演算部505では反射光に基づいてウェハWの膜厚が検出される。このような光学式センサによれば、ウェハWの表面に付着するスラリが水流500によって洗浄されるので、ノイズの少ない反射光を得ることができる。   A pressurized water flow 500 is supplied to the water ejection nozzle 501 via a water flow pipe 507, and a thin cylindrical water flow 500 is ejected from the tip of the water ejection nozzle 501 to the surface of the wafer W and held by the top ring 508. A measurement spot 509 is formed on the surface. In this state, light is sent from the measurement calculation unit 505 through the irradiation fiber 503 into the water flow 500, and this light is irradiated onto the measurement spot 509 of the wafer W through the water flow 500. The reflected light reflected by the measurement spot 509 is guided to the measurement calculation unit 505 through the water flow 500 and the light receiving fiber 504, and the measurement calculation unit 505 detects the film thickness of the wafer W based on the reflected light. According to such an optical sensor, since the slurry adhering to the surface of the wafer W is washed by the water flow 500, reflected light with less noise can be obtained.

ここで、上述した電流モニタと渦電流センサ、電流モニタと光学式センサ、渦電流センサと光学式センサ、あるいは電流モニタと渦電流センサと光学式センサ、といったように、上述したモニタまたはセンサを適宜組み合わせて第1の研磨工程の終点を検出してもよい。   Here, the above-described monitor or sensor, such as the above-described current monitor and eddy current sensor, current monitor and optical sensor, eddy current sensor and optical sensor, or current monitor, eddy current sensor and optical sensor, is appropriately used. In combination, the end point of the first polishing step may be detected.

ウェハに形成される自然酸化膜の膜厚は、研磨工程の前工程から研磨工程に至るまでのウェハの待機時間に比例して大きくなる。ウェハカセット内には複数のウェハが収納されているが、同一のウェハカセット内のウェハについてはほぼ同一の待機時間となるので、同一のウェハカセット内のウェハには、ほぼ同一の膜厚で自然酸化膜が形成される。そこで、ウェハカセットごとに自然酸化膜を研磨除去するのに必要な時間を設定する、すなわち、第1の研磨工程の終点を設定することとしてもよい。   The film thickness of the natural oxide film formed on the wafer increases in proportion to the waiting time of the wafer from the previous process to the polishing process. Although a plurality of wafers are stored in the wafer cassette, the wafers in the same wafer cassette have almost the same standby time. An oxide film is formed. Therefore, the time necessary for polishing and removing the natural oxide film for each wafer cassette may be set, that is, the end point of the first polishing process may be set.

すなわち、図12に示すように、ウェハカセットが研磨装置に搬入されると、前工程から研磨工程に至るまでのウェハの待機時間が取得される(S11)。例えば、研磨装置と研磨装置の前工程で使用される装置とをネットワークを介して情報を伝達可能に構成し、ウェハカセットが研磨装置のロード/アンロードステージに載置されると、識別器によりウェハカセットに割り当てられたIDコードを読み取る。このIDコードに基づいて、研磨装置の前工程終了時から研磨装置のロード/アンロードステージにウェハカセットが載置されるまでの待機時間のデータがネットワークを介して取得される。   That is, as shown in FIG. 12, when the wafer cassette is carried into the polishing apparatus, the waiting time of the wafer from the previous process to the polishing process is acquired (S11). For example, when the polishing apparatus and the apparatus used in the previous process of the polishing apparatus are configured to be able to transmit information via a network and the wafer cassette is placed on the load / unload stage of the polishing apparatus, the discriminator The ID code assigned to the wafer cassette is read. Based on this ID code, data on the waiting time from the end of the previous process of the polishing apparatus until the wafer cassette is placed on the load / unload stage of the polishing apparatus is acquired via the network.

研磨装置内の制御部では、取得されたウェハの待機時間から待機時間に比例した自然酸化膜の膜厚が演算され(S12)、この自然酸化膜の膜厚に基づいて自然酸化膜を研磨除去するのに必要な研磨時間Tが研磨レートとの関係から設定される(S13)。そして、第1の研磨工程が開始され、ウェハの自然酸化膜が研磨され始める(S14)と、上記設定された研磨時間Tを超え(S15)、かつ、モータ302(図6参照)に流れる電流が予め設定された電流値Imax(閾値)を超えるまで(S16)第1の研磨工程が続けられる。研磨時間Tが経過し、モータ電流が閾値Imaxを超えると、第2の研磨工程が開始され、ウェハに形成された金属被膜の研磨が行われる(S17)。 The control unit in the polishing apparatus calculates the natural oxide film thickness proportional to the standby time from the acquired wafer standby time (S12), and polishes and removes the natural oxide film based on the natural oxide film thickness. polishing time T 1 is set from the relationship between the polishing rate required for (S13). The first polishing step is started, exceeds the natural oxide film of the wafer starts to be polished (S14), a polishing time T 1 which is the set (S15), and, through the motor 302 (see FIG. 6) The first polishing process is continued until the current exceeds a preset current value I max (threshold) (S16). Polishing time T 1 is elapsed, the motor current exceeds the threshold value I max, the second polishing step is started, the polishing is carried out of the metal film formed on the wafer (S17).

図12に示す例では、研磨時間Tが経過し、かつ、モータ電流が閾値Imaxを超えるまで第1の研磨工程を継続したが、図13に示すようなフローでもよい。すなわち、研磨時間が研磨時間Tを超えるかどうかをまず判断し(S18)、超えた場合には第2の研磨工程を開始する(S17)。研磨時間Tを超えなかった場合には、モータ電流が閾値Imaxを超えるかどうかを判断し(S19)、超えた場合には第2の研磨工程を開始し(S17)、超えなかった場合には第1の研磨工程を継続する。この場合において、研磨時間が研磨時間Tを超えたかどうかの判断とモータ電流が閾値Imaxを超えたかどうかの判断の順序の前後を入れ替えてもよい。 In the example shown in FIG. 12, elapsed polishing time T 1, and was continued first polishing step until the motor current exceeds the threshold value I max, may be a flow as shown in FIG. 13. That is, the polishing time is first determined whether more than polishing time T 1 (S18), starts a second polishing step if it exceeds (S17). If not exceed the polishing time T 1, it is determined whether the motor current exceeds the threshold value I max (S19), if it exceeds initiates a second polishing step (S17), if not exceeded The first polishing process is continued. In this case, polishing time may be changed before and after the order of the determined determination of whether the motor current whether exceeds a polishing time T 1 is greater than the threshold value I max.

また、図12および図13に示す例では、前工程からの待機時間に基づいて自然酸化膜の膜厚を演算しているが、図14および図15に示すように、ウェハが研磨装置に搬入された後に、例えば、フーリエ変換赤外分光法(Fourier Transform Infrared Spectrometer:FT-IR)を用いた膜厚測定器により自然酸化膜の膜厚を測定し(S20)、この膜厚から研磨レートとの関係で自然酸化膜を研磨除去するのに必要な研磨時間Tを設定してもよい(S21)。なお、図14および図15に示すフローはウェハごとに行ってもよいが、上述したように、ウェハカセット内のウェハにはほぼ同一の膜厚で自然酸化膜が形成されるので、ウェハカセット内の最初に研磨されるウェハのみ、または最初から数枚目に研磨されるウェハのみ、あるいは一定枚数ごとのウェハに対して行うこととしてもよい。 In the example shown in FIGS. 12 and 13, the film thickness of the natural oxide film is calculated based on the standby time from the previous process. However, as shown in FIGS. 14 and 15, the wafer is carried into the polishing apparatus. Then, for example, the film thickness of the natural oxide film is measured by a film thickness measuring instrument using Fourier Transform Infrared Spectrometer (FT-IR) (S20), and the polishing rate is calculated from the film thickness. It may be set the polishing time T 1 required the natural oxide film to polish removed in relation (S21). The flow shown in FIGS. 14 and 15 may be performed for each wafer. However, as described above, a natural oxide film is formed on the wafer in the wafer cassette with substantially the same film thickness. Alternatively, the process may be performed on only the first wafer to be polished, only the first wafer to be polished from the beginning, or a certain number of wafers.

ここで、上述した基板処理方法は、図1や図4に示した研磨装置だけでなく、種々の基板処理装置に適用することができる。例えば、図16に示すような構成の基板処理装置にも本発明に係る基板処理方法を適用することができる。図16に示す基板処理装置は、ウェハカセットを載置する3つのロード/アンロードステージ600を備えている。このロード/アンロードステージ600に沿って走行機構601が設けられており、この走行機構601の上には、2つのハンドを有する第1搬送ロボット602が配置されている。また、走行機構601に隣接して膜厚測定器603が配置されている。第1搬送ロボット602のハンドは、ロード/アンロードステージ600上の各ウェハカセットおよび膜厚測定器603にアクセス可能となっている。   Here, the substrate processing method described above can be applied not only to the polishing apparatus shown in FIGS. 1 and 4 but also to various substrate processing apparatuses. For example, the substrate processing method according to the present invention can be applied to a substrate processing apparatus configured as shown in FIG. The substrate processing apparatus shown in FIG. 16 includes three load / unload stages 600 on which a wafer cassette is placed. A travel mechanism 601 is provided along the load / unload stage 600, and a first transfer robot 602 having two hands is disposed on the travel mechanism 601. A film thickness measuring device 603 is arranged adjacent to the traveling mechanism 601. The hand of the first transfer robot 602 can access each wafer cassette and film thickness measuring device 603 on the load / unload stage 600.

また、図16に示す基板処理装置は、4つの研磨ユニット604〜607を備えており、これらの研磨ユニット604〜607は装置の長手方向に沿って配列されている。それぞれの研磨ユニットには、研磨面を有する研磨テーブル608と、半導体ウェハを保持しかつ半導体ウェハを研磨テーブル608に対して押圧しながら研磨するためのトップリング609と、研磨テーブル608に研磨液やドレッシング液(例えば、水)を供給するための研磨液供給ノズル610と、研磨テーブル608のドレッシングを行うためのドレッサ611と、液体(例えば純水)と気体(例えば窒素)の混合流体を霧状にして、1または複数のノズルから研磨面に噴射するアトマイザ622とを備えている。   Further, the substrate processing apparatus shown in FIG. 16 includes four polishing units 604 to 607, and these polishing units 604 to 607 are arranged along the longitudinal direction of the apparatus. Each polishing unit includes a polishing table 608 having a polishing surface, a top ring 609 for holding the semiconductor wafer and polishing the semiconductor wafer while pressing the semiconductor wafer against the polishing table 608, and a polishing liquid or A polishing liquid supply nozzle 610 for supplying a dressing liquid (for example, water), a dresser 611 for dressing the polishing table 608, and a mixed fluid of liquid (for example, pure water) and gas (for example, nitrogen) in a mist form And an atomizer 622 that sprays the polishing surface from one or a plurality of nozzles.

研磨ユニット604,605の近傍には、長手方向に沿ってウェハを搬送する第1リニアトランスポータ612が設置されており、この第1リニアトランスポータ612のロード/アンロードステージ600側には、第1搬送ロボット602から受け取ったウェハを反転する反転機613が配置されている。また、研磨ユニット606,607の近傍にも、長手方向に沿ってウェハを搬送する第2リニアトランスポータ614が設置されている。   In the vicinity of the polishing units 604 and 605, a first linear transporter 612 that transports the wafer along the longitudinal direction is installed. On the load / unload stage 600 side of the first linear transporter 612, the first linear transporter 612 is disposed. A reversing device 613 for reversing the wafer received from the one transfer robot 602 is disposed. A second linear transporter 614 that transports the wafer along the longitudinal direction is also provided in the vicinity of the polishing units 606 and 607.

また、この基板処理装置は、第2搬送ロボット615と、第2搬送ロボット615から受け取ったウェハを反転する反転機616と、研磨後の半導体ウェハを洗浄する4つの洗浄機617〜620と、反転機616および洗浄機617〜620の間でウェハを搬送する搬送ユニット621とを備えている。これらの第2搬送ロボット615、反転機616、および洗浄機617〜620は、長手方向に沿って直列に配置されている。   The substrate processing apparatus also includes a second transfer robot 615, a reversing device 616 for reversing the wafer received from the second transport robot 615, four cleaning devices 617 to 620 for cleaning the polished semiconductor wafer, And a transfer unit 621 for transferring wafers between the cleaning machine 616 and the cleaning machines 617 to 620. The second transfer robot 615, the reversing machine 616, and the cleaning machines 617 to 620 are arranged in series along the longitudinal direction.

このような基板処理装置において、ウェハカセット内のウェハは、反転機613、第1リニアトランスポータ612、第2リニアトランスポータ614を経て各研磨ユニット604〜607に導入される。これらの研磨ユニット604〜607では上述した基板処理方法を行うことができる。研磨後のウェハは、第2搬送ロボット615および反転機616を経て洗浄機617〜620に導入され、ここで洗浄される。洗浄後のウェハは、第1搬送ロボット602によりウェハカセットに戻される。   In such a substrate processing apparatus, the wafers in the wafer cassette are introduced into the polishing units 604 to 607 via the reversing machine 613, the first linear transporter 612, and the second linear transporter 614. These polishing units 604 to 607 can perform the above-described substrate processing method. The polished wafer is introduced into the cleaning machines 617 to 620 via the second transfer robot 615 and the reversing machine 616, and is cleaned here. The cleaned wafer is returned to the wafer cassette by the first transfer robot 602.

また、上述した例では、基板の金属被膜を平坦化処理する平坦化ユニットが、金属被膜を化学機械研磨する化学機械研磨ユニットである場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、化学機械研磨ユニットに代えて、電解液や超純水を用いて基板の金属被膜に対して電解加工を行う電解加工ユニットや、電解加工と機械研磨とを複合させた複合電解加工を基板の金属被膜に対して行う複合電解加工ユニットを用いることもできる。   Moreover, although the example mentioned above demonstrated the case where the planarization unit which planarizes the metal film of a board | substrate was a chemical mechanical polishing unit which chemically mechanically polishes a metal film, it is not restricted to this. For example, instead of a chemical mechanical polishing unit, an electrolytic processing unit that performs electrolytic processing on a metal coating on a substrate using an electrolytic solution or ultrapure water, or a composite electrolytic processing that combines electrolytic processing and mechanical polishing is used as a substrate It is also possible to use a composite electrolytic processing unit for performing the metal coating.

例えば、上述の2段研磨方法を電解加工に適用すれば、第1の研磨工程における電流または電圧と第2の研磨工程における電流または電圧を適宜変更することにより、ウェハに形成された金属被膜上の自然酸化膜を除去した状態でウェハの金属被膜を除去することができるので、均一な平坦化を実現することができる。   For example, if the above-described two-step polishing method is applied to electrolytic processing, the current or voltage in the first polishing step and the current or voltage in the second polishing step are changed as appropriate, so that the metal film formed on the wafer Since the metal film on the wafer can be removed with the natural oxide film removed, uniform planarization can be realized.

図17は、上述した化学機械研磨ユニットに代えて使用できる電解加工ユニット700の一例を示す平面図である。この電解加工ユニット700は、回転(自転)自在な円形の電極テーブル702を備えており、この電極テーブル702の円周方向に沿った所定の位置に、両側に給水ノズル704を備えた加工電極706と給電電極708とが交互に配置されている。加工電極706および給電電極708は電源(図示せず)に接続されている。   FIG. 17 is a plan view showing an example of an electrolytic processing unit 700 that can be used in place of the above-described chemical mechanical polishing unit. The electrolytic processing unit 700 includes a circular electrode table 702 that can freely rotate (spin), and a processing electrode 706 including water supply nozzles 704 on both sides at a predetermined position along the circumferential direction of the electrode table 702. And the feeding electrodes 708 are alternately arranged. The processing electrode 706 and the power supply electrode 708 are connected to a power source (not shown).

このような電解加工ユニット700においては、電極テーブル702を回転させつつ、給水ノズル704から純水または超純水を供給して、電極テーブル702の回転によりウェハWに対向する位置に移動された加工電極706と給電電極708とによって、必要に応じて回転させたウェハWが加工される。   In such an electrolytic processing unit 700, pure water or ultrapure water is supplied from the water supply nozzle 704 while rotating the electrode table 702, and the electrode table 702 is moved to a position facing the wafer W by the rotation of the electrode table 702. The wafer W rotated as necessary is processed by the electrode 706 and the feeding electrode 708.

図18は上述した化学機械研磨ユニットに代えて使用できる複合電解加工ユニット800の一例を示す平面図、図19は図18の縦断面図である。図18および図19に示すように、この複合電解加工ユニット800は、上下動可能かつ水平面に沿って往復運動可能なアーム802と、アーム802の自由端に垂設されて、表面(被処理面)を下向き(フェイスダウン)にしてウェハWを吸着保持するウェハホルダ804と、アーム802が取付けられる可動フレーム806と、矩形状の加工テーブル808と、加工テーブル808に設けられた電源810とを備えている。図18に示す例では、加工テーブル808の大きさは、ウェハホルダ804で保持するウェハWの外径よりも一回り大きく設定されている。   18 is a plan view showing an example of a composite electrolytic processing unit 800 that can be used in place of the above-described chemical mechanical polishing unit, and FIG. 19 is a longitudinal sectional view of FIG. As shown in FIGS. 18 and 19, this composite electrolytic processing unit 800 includes an arm 802 that can move up and down and reciprocate along a horizontal plane, and is suspended from a free end of the arm 802 to form a surface (surface to be processed). ) Facing downward (face down), a wafer holder 804 that sucks and holds the wafer W, a movable frame 806 to which an arm 802 is attached, a rectangular processing table 808, and a power source 810 provided on the processing table 808. Yes. In the example shown in FIG. 18, the size of the processing table 808 is set to be slightly larger than the outer diameter of the wafer W held by the wafer holder 804.

可動フレーム806の上部には上下動用モータ812が設置されており、この上下動用モータ812には上下方向に延びるボールねじ814が連結されている。ボールねじ814にはアーム802の基部802aが取付けられており、上下動用モータ812の駆動に伴ってアーム802がボールねじ814を介して上下動するようになっている。また、可動フレーム806自体も、水平方向に延びるボールねじ816に取付けられており、往復動用モータ818の駆動に伴って可動フレーム806およびアーム802が水平面に沿って往復運動するようになっている。   A vertical movement motor 812 is installed on the upper part of the movable frame 806, and a ball screw 814 extending in the vertical direction is connected to the vertical movement motor 812. A base 802 a of an arm 802 is attached to the ball screw 814, and the arm 802 moves up and down via the ball screw 814 as the vertical movement motor 812 is driven. The movable frame 806 itself is also attached to a ball screw 816 extending in the horizontal direction, and the movable frame 806 and the arm 802 reciprocate along a horizontal plane as the reciprocating motor 818 is driven.

ウェハホルダ804は、アーム802の自由端に設置された自転用モータ820に接続されており、この自転用モータ820の駆動に伴って回転(自転)できるようになっている。また、上述したように、アーム802は上下動および水平方向に往復運動可能となっており、ウェハホルダ804はアーム802と一体となって上下動及び水平方向に往復運動可能となっている。   The wafer holder 804 is connected to a rotation motor 820 installed at the free end of the arm 802, and can rotate (spin) as the rotation motor 820 is driven. Further, as described above, the arm 802 can move up and down and reciprocate in the horizontal direction, and the wafer holder 804 can move up and down and reciprocate in the horizontal direction integrally with the arm 802.

また、加工テーブル808の下方には中空モータ822が設置されており、この中空モータ822の主軸824には、この主軸824の中心から偏心した位置に駆動端826が設けられている。加工テーブル808は、その中央において上記駆動端826に軸受(図示せず)を介して回転自在に連結されている。また、加工テーブル808と中空モータ822との間には、周方向に3つ以上の自転防止機構(図示せず)が設けられている。これらの自転防止機構によって、中空モータ822の駆動により加工テーブル808がスクロール運動(並進回転運動)を行うようになっている。   A hollow motor 822 is installed below the processing table 808, and a drive end 826 is provided on the main shaft 824 of the hollow motor 822 at a position eccentric from the center of the main shaft 824. The processing table 808 is rotatably connected to the drive end 826 through a bearing (not shown) at the center thereof. Further, three or more rotation prevention mechanisms (not shown) are provided in the circumferential direction between the processing table 808 and the hollow motor 822. By these anti-rotation mechanisms, the machining table 808 performs a scrolling motion (translational rotational motion) by driving the hollow motor 822.

図18に示すように、加工テーブル808は、例えば固定砥粒からなる複数の機械的加工部830と、電解加工部を構成する複数の加工電極832および給電電極834を備えている。また、図19に示すように、加工テーブル808は、平板状のベース836を備えており、このベース836の上面に、X方向(図18参照)に沿って延びる複数の加工電極832と給電電極834が、所定間隔離間して交互に配置されている。これらの加工電極832および給電電極834は電源810に接続されている。そして、加工電極832を挟む給電電極834の両側に、X方向(図18参照)に沿って延びる複数の機械的加工部830が配置されている。各加工電極832の上面は、断面半円状のイオン交換体838で覆われている。   As shown in FIG. 18, the processing table 808 includes a plurality of mechanical processing portions 830 made of, for example, fixed abrasive grains, and a plurality of processing electrodes 832 and power supply electrodes 834 that constitute an electrolytic processing portion. As shown in FIG. 19, the processing table 808 includes a flat base 836, and a plurality of processing electrodes 832 extending along the X direction (see FIG. 18) and power supply electrodes are provided on the upper surface of the base 836. 834 are alternately arranged at predetermined intervals. These processing electrode 832 and power supply electrode 834 are connected to a power source 810. A plurality of mechanically processed portions 830 extending along the X direction (see FIG. 18) are arranged on both sides of the power supply electrode 834 sandwiching the processed electrode 832. The upper surface of each processing electrode 832 is covered with an ion exchanger 838 having a semicircular cross section.

そして、電源810により加工電極832と給電電極834との間に所定の電圧を印加し、イオン交換体838により生成された水素イオンまたは水酸化物イオンによって、加工電極(陰極)832において、ウェハWの表面の導電体膜の電解加工を行う。このとき、加工電極832と対面する部分において加工が進行するが、ウェハWと加工電極832とを相対移動させることによりウェハWの全面の加工を行っている。同時に、機械的加工部830をウェハWの表面に擦り付けることで、純水または超純水の存在下で、ウェハWの表面の導電体膜に機械的加工を施す。   Then, a predetermined voltage is applied between the processing electrode 832 and the power supply electrode 834 by the power source 810, and the wafer W is formed on the processing electrode (cathode) 832 by hydrogen ions or hydroxide ions generated by the ion exchanger 838. Electrolytic processing is performed on the conductor film on the surface. At this time, processing proceeds at a portion facing the processing electrode 832, but processing of the entire surface of the wafer W is performed by relatively moving the wafer W and the processing electrode 832. At the same time, the mechanically processed portion 830 is rubbed against the surface of the wafer W, thereby mechanically processing the conductor film on the surface of the wafer W in the presence of pure water or ultrapure water.

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。   Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.

本発明の第1の実施形態における基板処理装置としての研磨装置を示す平面図である。It is a top view which shows the grinding | polishing apparatus as a substrate processing apparatus in the 1st Embodiment of this invention. 図1の研磨装置内のウェットエッチングユニットを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the wet etching unit in the grinding | polishing apparatus of FIG. ウェハに対する押圧力を領域ごとに変更することができるトップリングを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the top ring which can change the pressing force with respect to a wafer for every area | region. 本発明の第2の実施形態における基板処理装置としての研磨装置を示す平面図である。It is a top view which shows the grinding | polishing apparatus as a substrate processing apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 本発明に係る研磨方法において水供給工程を行う場合の効果を示すグラフである。It is a graph which shows the effect at the time of performing a water supply process in the polish method concerning the present invention. 研磨テーブルに作用するトルクを検出して研磨中のウェハと研磨面との間の摩擦力を検出する研磨ユニットを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the grinding | polishing unit which detects the torque which acts on a grinding | polishing table, and detects the frictional force between the wafer in grinding | polishing, and a grinding surface. 本発明に係る研磨方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the grinding | polishing method which concerns on this invention. 本発明に係る研磨方法を行った場合の研磨パッドの温度とモータ電流の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature of a polishing pad at the time of performing the polish method concerning the present invention, and change of motor current. 本発明に係る研磨方法を行った場合の研磨パッドの温度とモータ電流の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature of a polishing pad at the time of performing the polish method concerning the present invention, and change of motor current. 渦電流を用いてウェハの表面の膜厚を測定する渦電流センサの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the eddy current sensor which measures the film thickness of the surface of a wafer using an eddy current. ウェハの表面の膜厚を測定する光学式センサを備えた研磨ユニットを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the grinding | polishing unit provided with the optical sensor which measures the film thickness of the surface of a wafer. 本発明に係る研磨方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the grinding | polishing method which concerns on this invention. 本発明に係る研磨方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the grinding | polishing method which concerns on this invention. 本発明に係る研磨方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the grinding | polishing method which concerns on this invention. 本発明に係る研磨方法の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the grinding | polishing method which concerns on this invention. 本発明の第3の実施形態における基板処理装置としての研磨装置を示す平面図である。It is a top view which shows the grinding | polishing apparatus as a substrate processing apparatus in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態における基板処理装置の電解加工ユニットの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the electrolytic processing unit of the substrate processing apparatus in the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態における基板処理装置の複合電解加工ユニットの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the composite electrolytic processing unit of the substrate processing apparatus in the 5th Embodiment of this invention. 図18の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 ウェハカセット
2 ロード/アンロードステージ
3 走行機構
4,201 第1搬送ロボット
5,6,212,213 洗浄・乾燥機
7,8,9,10,202,203 載置台
11 ウェハステーション
12,205 第2搬送ロボット
13,207 第3搬送ロボット
14 ウェットエッチングユニット
15,215,216 洗浄機
16,17,223,224 研磨ユニット
18,19,24,25,225,228,300 研磨テーブル
20,26,226,229,305 トップリング
21,27 研磨液供給ノズル
22,23,28,29 ドレッサ
30,31,219,220 反転機
32 ロータリトランスポータ
33,34 リフタ
35,36,227,230 プッシャ
100 膜厚測定器
140 シリンダ
141 軸受
142 回転駆動体
143 チャック部
144,146 プーリ
145 ベルト
147 モータ
148 薬液/純水ノズル
204 真空チャンバ
206 ドライエッチングユニット
210 真空ポンプ
211 第4搬送ロボット
217 第5搬送ロボット
218 第6搬送ロボット
221,222 トランスポータ
235 プロセスガス供給装置
302 モータ
304 電流モニタ
700 電解加工ユニット
800 複合電解加工ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer cassette 2 Load / unload stage 3 Traveling mechanism 4,201 1st transfer robot 5,6,212,213 Washing / drying machine 7,8,9,10,202,203 Mounting table 11 Wafer station 12,205 First 2 transfer robots 13, 207 3rd transfer robot 14 Wet etching units 15, 215, 216 Cleaning machines 16, 17, 223, 224 Polishing units 18, 19, 24, 25, 225, 228, 300 Polishing tables 20, 26, 226 , 229, 305 Top ring 21, 27 Polishing liquid supply nozzle 22, 23, 28, 29 Dresser 30, 31, 219, 220 Inverter 32 Rotary transporter 33, 34 Lifter 35, 36, 227, 230 Pusher 100 Film thickness measurement 140 Cylinder 141 Bearing 142 Rotation drive 143 Chuck parts 144, 146 Pulley 145 Belt 147 Motor 148 Chemical / pure water nozzle 204 Vacuum chamber 206 Dry etching unit 210 Vacuum pump 211 Fourth transfer robot 217 Fifth transfer robot 218 Sixth transfer robot 221, 222 Transporter 235 Process gas Supply device 302 Motor 304 Current monitor 700 Electrolytic machining unit 800 Composite electrolytic machining unit

Claims (15)

基板上の金属被膜の表面に形成された該金属の自然酸化膜を除去し、
前記除去処理の後に前記基板の金属被膜を平坦化処理することを特徴とする基板処理方法。
Removing the natural oxide film of the metal formed on the surface of the metal film on the substrate;
A substrate processing method, comprising: planarizing a metal film on the substrate after the removing process.
前記除去処理は、前記金属の自然酸化膜を溶解可能な薬液を用いた湿式処理であることを特徴とする請求項1に記載の基板処理方法。   2. The substrate processing method according to claim 1, wherein the removing process is a wet process using a chemical solution capable of dissolving the metal natural oxide film. 前記除去処理は、前記金属の自然酸化膜を還元可能またはエッチング可能なガスを用いた乾式処理であることを特徴とする請求項1に記載の基板処理方法。   2. The substrate processing method according to claim 1, wherein the removing process is a dry process using a gas capable of reducing or etching the natural oxide film of the metal. 前記平坦化処理は、化学機械研磨、電解加工、電解加工と機械研磨とを複合させた複合電解加工のいずれかであることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の基板処理方法。   The substrate according to any one of claims 1 to 3, wherein the planarization treatment is any one of chemical mechanical polishing, electrolytic processing, and composite electrolytic processing in which electrolytic processing and mechanical polishing are combined. Processing method. 表面に金属被膜が形成された基板を研磨面に押圧して該金属被膜を研磨する研磨方法であって、
少なくとも基板上の金属被膜上に形成された該金属の自然酸化膜を研磨により除去する第1の研磨工程と、
前記基板の金属被膜を研磨により除去する第2の研磨工程と、
を有することを特徴とする研磨方法。
A polishing method for polishing a metal film by pressing a substrate having a metal film formed on a surface against a polishing surface,
A first polishing step for removing at least a natural oxide film of the metal formed on the metal film on the substrate by polishing;
A second polishing step for removing the metal film of the substrate by polishing;
A polishing method characterized by comprising:
前記第1の研磨工程は、前記基板を第1の圧力で前記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う工程を含み、
前記第2の研磨工程は、前記基板を前記第1の圧力とは異なる第2の圧力で前記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う工程を含むことを特徴とする請求項5に記載の研磨方法。
The first polishing step includes a step of polishing the substrate by pressing the substrate against the polishing surface with a first pressure,
The said 2nd grinding | polishing process includes the process of pressing the said board | substrate to the said grinding | polishing surface with the 2nd pressure different from the said 1st pressure, and grind | polishing this board | substrate. Polishing method.
前記第1の圧力は前記第2の圧力よりも大きいことを特徴とする請求項6に記載の研磨方法。   The polishing method according to claim 6, wherein the first pressure is larger than the second pressure. 前記第1の研磨工程は、第1の研磨液を前記研磨面に供給しつつ前記基板を前記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う工程を含み、
前記第2の研磨工程は、前記第1の研磨液とは異なる第2の研磨液を前記研磨面に供給しつつ前記基板を前記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う工程を含むことを特徴とする請求項5に記載の研磨方法。
The first polishing step includes a step of polishing the substrate by pressing the substrate against the polishing surface while supplying a first polishing liquid to the polishing surface;
The second polishing step includes a step of polishing the substrate by pressing the substrate against the polishing surface while supplying a second polishing solution different from the first polishing solution to the polishing surface. The polishing method according to claim 5.
前記第1の研磨工程と前記第2の研磨工程との間に、水を前記研磨面に供給しつつ前記基板を前記研磨面に押圧する水供給工程を有することを特徴とする請求項5から8のいずれか一項に記載の研磨方法。   6. A water supply step of pressing the substrate against the polishing surface while supplying water to the polishing surface between the first polishing step and the second polishing step. The polishing method according to claim 8. 前記第1の研磨工程の終了を前記基板と前記研磨面との間の摩擦力に基づいて検出することを特徴とする請求項5から9のいずれか一項に記載の研磨方法。   10. The polishing method according to claim 5, wherein the end of the first polishing step is detected based on a frictional force between the substrate and the polishing surface. 11. 表面に金属被膜が形成された基板を研磨面に押圧して該金属被膜を研磨する研磨方法であって、
前記基板を第1の圧力で前記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う第1の研磨工程と、
前記第1の研磨工程の後に、水を前記研磨面に供給しつつ前記基板を前記研磨面に押圧する水供給工程と、
前記水供給工程の後に、前記基板を前記第1の圧力よりも大きい第2の圧力で前記研磨面に押圧して該基板の研磨を行う第2の研磨工程と、
を有することを特徴とする研磨方法。
A polishing method for polishing a metal film by pressing a substrate having a metal film formed on a surface against a polishing surface,
A first polishing step of polishing the substrate by pressing the substrate against the polishing surface with a first pressure;
A water supply step of pressing the substrate against the polishing surface while supplying water to the polishing surface after the first polishing step;
A second polishing step of polishing the substrate by pressing the substrate against the polishing surface with a second pressure greater than the first pressure after the water supply step;
A polishing method characterized by comprising:
基板上の金属被膜の表面に形成された該金属の自然酸化膜を除去する処理ユニットと、
前記基板の金属被膜を平坦化処理する平坦化ユニットと、
を備えたことを特徴とする基板処理装置。
A processing unit for removing a natural oxide film of the metal formed on the surface of the metal film on the substrate;
A flattening unit for flattening the metal film on the substrate;
A substrate processing apparatus comprising:
前記処理ユニットは、前記金属の自然酸化膜を溶解可能な薬液を用いた湿式処理を行う湿式処理ユニットであることを特徴とする請求項12に記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 12, wherein the processing unit is a wet processing unit that performs a wet process using a chemical solution capable of dissolving the natural oxide film of the metal. 前記処理ユニットは、前記金属の自然酸化膜を還元可能またはエッチング可能なガスを用いた乾式処理を行う乾式処理ユニットであることを特徴とする請求項12に記載の基板処理装置。   The substrate processing apparatus according to claim 12, wherein the processing unit is a dry processing unit that performs a dry process using a gas capable of reducing or etching the natural oxide film of the metal. 前記平坦化ユニットは、前記基板の金属被膜を化学機械研磨する化学機械研磨ユニット、前記基板の金属被膜に対して電解加工を行う電解加工ユニット、電解加工と機械研磨とを複合させた複合電解加工を前記基板の金属被膜に対して行う複合電解加工ユニットのいずれかであることを特徴とする請求項12から14のいずれか一項に記載の基板処理装置。   The flattening unit includes a chemical mechanical polishing unit that chemically and mechanically polishes the metal coating on the substrate, an electrolytic processing unit that performs electrolytic processing on the metal coating on the substrate, and a composite electrolytic processing that combines electrolytic processing and mechanical polishing. The substrate processing apparatus according to any one of claims 12 to 14, wherein the substrate processing apparatus is any one of a complex electrolytic processing unit that performs the processing on the metal film of the substrate.
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