JP2003127063A - Ｃｍｐ装置及びｃｍｐ装置による研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 洗浄水の噴射圧力が最大位置で研磨パッドを
洗浄して、研磨パッドに蓄積された研磨屑を効果的に除
去し、良好な研磨効率が得られるようにする。 【解決手段】 ウォータジェットノズルハウジング１９
の下部端面と研磨パッド２の間の距離をスタントオフ値
が３０または１５０となるように設定する。この位置
で、研磨パッド２上におけるウォータジェット４４のキ
ャビテーション現象が最も活発となり、研磨パッド２上
に存在する研磨屑やスラリー状研磨剤の凝集塊の除去効
率が最大となる。ウォータジェット４４によって研磨パ
ッド２に付着した研磨屑や凝集塊を微細に粉砕し、定盤
１を高速回転させて遠心力で研磨パッド２の外に除去す
る。その後、パッドコンディショナ４によってコンディ
ショニングを行った後、研磨パッド２に半導体ウェーハ
を載置し、研磨ヘッド５によって半導体ウェーハをＣＭ
Ｐ処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スラリー状の研磨
剤をパッド表面に供給して薄板状被研磨物の表面を研磨
する化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Poli
sh）装置及びＣＭＰ装置による研磨方法に関するもので
あり、より詳細には、半導体ウェーハやＬＣＤ用ガラス
板などの薄板状被研磨物の被研磨面に化学機械的な研磨
処理を施すＣＭＰ装置及びＣＭＰ装置による研磨方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体ウェーハなどに表面研
磨を行うためにはＣＭＰ装置が広く利用されている。こ
のＣＭＰ装置は、ＫＯＨ水溶液などのアルカリ性溶液に
シリカやアルミナやセリアなどを懸濁した研磨液（以
下、スラリー状研磨剤と云う）を研磨パッドの表面に滴
下して、半導体ウェーハを研磨パッドに押し付けながら
相対運動させて化学機械的に半導体ウェーハの研磨を行
うものである。図７は、従来のＣＭＰ装置における研磨
ユニットの概略構成を示す断面図である。同図におい
て、研磨ユニット１１は、回転機構を有する定盤１の上
に研磨パッド２が両面粘着テープなどで固定されてい
る。さらに、研磨パッド２の上部には被研磨物である半
導体ウェーハ３を保持・押圧するための研磨ヘッド５が
設置されている。また、研磨ヘッド５の下面には、半導
体ウェーハ３を吸着保持するため及び緩衝材として吸着
フイルム１０が固着されている。さらに、研磨ヘッド５
と共に半導体ウェーハ３を回転させるときに半導体ウェ
ーハ３が研磨ヘッド５から飛び出さないように、研磨ヘ
ッド５の外周部にはリテーナリング７が具備されてい
る。

【０００３】半導体ウェーハ３の研磨時には、研磨ヘッ
ド５及び常盤１をそれぞれ独立して回転させながら、研
磨ヘッド５をシリンダ６によって降下させる。そして、
半導体ウェーハ３が研磨パッド２に接した後に、さらに
加圧して半導体ウェーハ３を研磨加工する。さらに、研
磨加工時には、研磨剤供給ホース８によりスラリー状研
磨剤９を研磨パッド２上に供給する。スラリー状研磨剤
９はシリカ（ＳＩＯ₂）などの砥粒が懸濁された研磨溶
液である。したがって、この研磨溶液の化学機械的な研
磨作用によって半導体ウェーハ３の研磨を行う。このた
め、研磨屑や研磨溶液中のシリカの塊などによって荒れ
た研磨パッド２の表面をならすために、パッドコンディ
ショナ４が具備されている。パッドコンディショナ４
は、半導体ウェーハ３の研磨時や単独動作時において、
シリンダ６’によって研磨パッド２上を加圧・回転させ
ながら、研磨パッド２の表面に付着した研磨屑やシリカ
の塊などを除去してコンディショニングを行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＭＰ装置では、研磨パッド２のドレッシング時に生じ
た研磨屑やスラリー状研磨剤のシリカ粒子などが凝集し
て、その塊が研磨パッド２の溝の底部あるいは側部に吸
着することがある。このようにして研磨パッド２の溝部
分に目詰まりを起こすと研磨効率が低下する。さらに
は、半導体ウェーハ３のＣＭＰ処理時に、これらの研磨
屑や凝集塊が研磨パッド２と半導体ウェーハ３の間に遊
離することもある。つまり、遊離した研磨屑や凝集塊が
半導体ウェーハ３と研磨パッド２の隙間に入り込むと、
半導体ウェーハ３の表面の被研磨膜にスクラッチ（引っ
かき傷）が発生するおそれがある。このようなスラッチ
が発生すると半導体ウェーハ３に形成された配線が断線
したり短絡したりするので、半導体ウェーハ３の歩留ま
りを低下させる要因となる。特に、ＣＭＰ処理時におい
ては、研磨へッド５に保持された半導体ウェーハ３を研
磨パッド２上に押し付けて研磨処理を行っているので、
研磨屑や凝集塊によって半導体ウェーハ３の表面に深い
スクラッチを生じることもある。

【０００５】そこで、このような研磨屑や凝集塊を除去
するために、洗浄水によって研磨パッド２の表面を洗浄
する技術が種々報告されている。例えば、特許第３１３
９６１６号公報には、第１のノズルから噴射する洗浄水
によって研磨パッドの溝に固着した研磨屑を掘り起こ
し、第２のノズルから噴射する洗浄液によって研磨屑を
洗い流す技術が開示されている。しかし、この技術で
は、２種類の洗浄水圧力を作るためにノズル径の異なる
２組のノズルを用意しなければならない。また、特許第
２９９７８０４号公報には、研磨作業を行っていないと
きに、研磨パッドを回転させながら、研磨パッドの表面
に洗浄水の気泡を所定の速度で吹き付けて研磨屑や凝集
塊を除去する技術が開示されている。しかし、この技術
では、気泡の破壊エネルギ（つまり、気泡の衝突速度が
最大値のところ）で研磨パッドの表面が洗浄されている
か否かはわからない。したがって、洗浄作業時に、研磨
屑の除去が最も効果的行われる噴霧状態を目視よって設
定しなければならないので、洗浄調整に時間がかかるな
ど使い勝手の悪い面がある。

【０００６】本発明は、上述の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、洗浄水の噴射圧力が最
大のところで研磨パッドを洗浄することにより、研磨パ
ッドに蓄積された研磨屑を効果的に除去し、もって良好
な研磨効率が得られるようなＣＭＰ装置及びＣＭＰ装置
による研磨方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のＣＭＰ装置は、薄板状被研磨物が研磨パッ
ドに対して相対移動するように載置され、スラリー状研
磨剤を前記研磨パッドの表面に供給して、薄板状被研磨
物の表面を化学機械的な処理により研磨するＣＭＰ装置
において、洗浄水を高圧化してウォータジェットを発生
させ、そのウォータジェットを研磨パッドの表面に噴射
するウォータジェット噴射手段を備え、研磨パッドは、
ウォータジェット中にキャビテーション現象によって気
泡が発生する位置に配置されることを特徴とする。

【０００８】また、本発明のＣＭＰ装置は、研磨パッド
が、ウォータジェットの連続流領域と液塊領域の境界付
近、または液塊領域と液滴領域の境界付近で洗浄される
ことを特徴とする。

【０００９】また、本発明のＣＭＰ装置は、ウォータジ
ェット噴射手段がウォータジェットを噴射するためのノ
ズルを備え、ノズルのウォータジェット吐出口から所定
の位置までの距離Ｘをノズルのウォータジェット吐出口
の直径ｄで除したスタンドオフ値（Ｖｘ＝Ｘ／ｄ）が、
３０±１０の範囲、または１５０±３０の範囲にはいる
ように、研磨パッドを配置することを特徴とする。

【００１０】また、本発明のＣＭＰ装置は、スラリー状
研磨剤の平均粒子径が０.１０μｍ以上のときはスタン
ドオフ値３０±１０の範囲に研磨パッドを配置し、スラ
リー状研磨剤の平均粒子径が０.１０μｍ以下のときは
スタンドオフ値１５０±３０の範囲に研磨パッドを配置
することを特徴とする。

【００１１】また、本発明のＣＭＰ装置は、ノズルのウ
ォータジェット吐出口の直径ｄは０.５ｍｍ〜２.５ｍｍ
の範囲にあり、スタンドオフ値が３０±１０の範囲のと
きは、ノズルのウォータジェット吐出口から研磨パッド
の表面までの距離は１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲に設定
され、スタンドオフ値が１５０±３０の範囲のときは、
ノズルのウォータジェット吐出口から研磨パッドの表面
までの距離は６０ｍｍ〜４５０ｍｍの範囲に設定される
ことを特徴とする。

【００１２】また、本発明のＣＭＰ装置は、ノズルのウ
ォータジェット吐出口の吐出圧力は、１０〜２９８ＭＰ
ａの範囲であることを特徴とする。

【００１３】また、本発明のＣＭＰ装置は、薄板状被研
磨物は半導体ウェーハであることを特徴とする。

【００１４】また、本発明のＣＭＰ装置による研磨方法
は、薄板状被研磨物が研磨パッドに対して相対移動する
ように載置され、スラリー状研磨剤を前記研磨パッドの
表面に供給して、薄板状被研磨物の表面を化学機械的な
処理により研磨するＣＭＰ装置による研磨方法におい
て、回転駆動中の前記研磨パッドの表面にウォータジェ
ットを噴射し、ウォータジェット中にキャビテーション
現象によって発生した気泡によって、前記研磨パッドに
付着する研磨屑や前記スラリー状研磨剤の凝集塊を微細
な屑に粉砕する工程と、研磨パッドを高速回転して、粉
砕された微細な屑を遠心力で研磨パッドから排除する工
程と、微細な屑が排除された研磨パッドの表面に薄板状
被研磨物を載置して押圧する工程と、研磨パッドと薄板
状被研磨物を相対移動させて薄板状被研磨物を研磨する
工程とを含むことを特徴とする。

【００１５】また、本発明のＣＭＰ装置による研磨方法
は、研磨パッドに付着する研磨屑やスラリー状研磨剤の
凝集塊は、ウォータジェットの連続流領域と液塊領域の
境界付近、または液塊領域と液滴領域の境界付近で微細
な屑に粉砕されることを特徴とする。

【００１６】また、本発明のＣＭＰ装置による研磨方法
は、ウォータジェットの吐出口から所定の位置までの距
離Ｘをウォータジェット吐出口のノズルの直径ｄで除し
たスタンドオフ値（Ｖｘ＝Ｘ／ｄ）が、３０±１０の範
囲、または１５０±３０の範囲にはいるように、研磨パ
ッドを配置する工程を有することを特徴とする。

【００１７】また、本発明のＣＭＰ装置による研磨方法
は、スラリー状研磨剤の平均粒子径が０.１０μｍ以上
のときはスタンドオフ値を３０±１０の範囲に研磨パッ
ドを配置し、前記スラリー状研磨剤の平均粒子径が０.
１０μｍ以下のときはスタンドオフ値を１５０±３０の
範囲に研磨パッドを配置することを特徴とする。

【００１８】また、本発明のＣＭＰ装置による研磨方法
は、ウォータジェット吐出口のノズルの直径ｄは０.５
ｍｍ〜２.５ｍｍの範囲にあり、スタンドオフ値が３０
±１０の範囲のとき、ノズルのウォータジェット吐出口
から研磨パッドの表面までの距離は１０ｍｍ〜１００ｍ
ｍの範囲に設定され、スタンドオフ値が１５０±３０の
範囲のとき、ノズルのウォータジェット吐出口から研磨
パッドの表面までの距離は６０ｍｍ〜４５０ｍｍの範囲
に設定されることを特徴とする。

【００１９】また、本発明のＣＭＰ装置による研磨方法
は、ノズルのウォータジェット吐出口の吐出圧力は、１
０〜２９８ＭＰａの範囲であることを特徴とする。

【００２０】また、本発明のＣＭＰ装置は、ウォータジ
ェットは、薄板状被研磨物の表面を化学機械的に研磨処
理する工程の前段の工程、または後段の工程において、
研磨パッドの表面に噴射されることを特徴とする。

【００２１】また、本発明のＣＭＰ装置による研磨方法
において、薄板状被研磨物は半導体ウェーハであること
を特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明にお
けるＣＭＰ装置の実施の形態を詳細に説明する。図１
は、本発明に関わるＣＭＰ装置の全体構成を示す概念図
である。図１において、ＣＭＰ装置を大きく分類する
と、実際に研磨処理を行う研磨ユニット１１と、研磨ユ
ニット１１で研磨時に使用するスラリー状研磨剤（液
状）を供給する研磨剤供給ユニット１２と、研磨後に半
導体ウェーハ等の被研磨物（以降は、半導体ウェーハと
する）を洗浄して乾燥させる洗浄ユニット１３と、洗浄
ユニット１３で使用するＨＦまたはＮＨ₃等の洗浄薬液
を供給する薬液供給ユニット１４と、未研磨の半導体ウ
ェーハ（図示せず）をカセット１６から研磨ユニット１
１へ搬送し、さらに、研磨後の半導体ウェーハを研磨ユ
ニット１１から洗浄ユニット１３を経てカセット１６へ
搬送する搬送ユニット１５とによって構成されている。
なお、研磨ユニット１１内の構成は図７に示す従来技術
とほぼ同じであるが、ウォータジェット噴射手段１７が
付設されている点のみが従来技術と異なる。

【００２３】図１に示すＣＭＰ装置において、ウォータ
ジェット噴射手段１７を除く動作は周知の技術であるの
で簡単に説明する。予め、研磨パッド２とパッドコンデ
ィショナ４を相互に回転させて、研磨パッド２の表面を
コンディショニングする。次に、搬送ユニット１５が、
カセット１６にある研磨前の半導体ウェーハ３を研磨パ
ッド２上に搬送して載置する。そして、研磨ヘッド５が
半導体ウェーハ３を研磨パッド２に押圧して、研磨パッ
ド２と研磨ヘッド５を相互に回転する。このとき、研磨
剤供給ユニット１２より、研磨剤供給ホース８を介し
て、研磨パッド２の表面へスラリー状研磨剤を供給し、
半導体ウェーハのＣＭＰ処理を行う。ＣＭＰ処理後の半
導体ウェーハ３は、搬送ユニット１５によって洗浄ユニ
ット１３に搬送され、薬液供給ユニット１４から供給さ
れた薬液によって洗浄される。そして、洗浄された半導
体ウェーハ３は、搬送ユニット１５によってカセット１
６に搬送される。

【００２４】ここで、研磨ユニット１１に設置されてい
るウォータジェット噴射手段１７について説明する。ウ
ォータジェット噴射手段１７は、半導体ウェーハ３の研
磨を行っていないときに、研磨パッド２の表面へ洗浄水
を高圧で噴射し、いわゆるウォータジェットを噴射し
て、研磨パッド２に付着している研磨屑やスラリー状研
磨剤の粒子の凝集塊（以下、これらを総称して研磨屑と
いう場合がある）を粉砕して除去する。ウォータジェッ
ト噴射手段１７は、詳細は後述するが、高圧水発生機１
８とウォータジェットを研磨パッド２上に噴射するウォ
ータジェットノズルハウジング１９とによって構成され
ている。

【００２５】図２は、本発明のＣＭＰ装置における高圧
水発生機の動作概念を示す模式図である。図２におい
て、高圧水発生機１８は、洗浄水を貯蔵する水源タンク
２１と、この水源タンク２１から洗浄水を汲み上げる給
水ポンプ２２と、洗浄水を所定の経路で流す給水配管２
３ａ，２３ｂと、給水配管２３ａ，２３ｂの各所に設け
られていて洗浄水の逆流を防止する複数のチェック弁２
４と、高圧油を生成する油圧生成部２５と、高圧油の流
路を切り替える切替弁２６と、高圧油の流路となる給油
配管２７ａ，２７ｂと、高圧油の油圧によって洗浄水を
高圧化する増圧機２８と、高圧の洗浄水の水圧脈動を緩
和するアキュムレータ２９と、洗浄水の逆流を防止する
逆止弁３０とによって構成されている。

【００２６】また、油圧生成部２５は、油を貯蔵する油
貯蔵タンク３１と、油貯蔵タンク３１内の油を汲み上げ
て高圧油を生成する油圧ポンプ３２と、油圧生成部２５
で生成された高圧油を切替弁２６側へ供給する供給油路
３３と、増圧機２８で作動した後の油を切替弁２６側か
ら油貯蔵タンク３１へ排出する排出油路３４とによって
構成されている。一方、増圧機２８は、シリンダ３５内
に組み込まれたピストン３６と、ピストン３６から両側
に延びるピストンロッド３７ａ，３７ｂとによって構成
されており、油圧生成部２５から供給された高圧油の油
圧によって水源タンク２１から供給された洗浄水を高圧
化する。

【００２７】次に、図２に示す高圧水発生機１８の動作
について説明する。水源タンク２１から給水ポンプ２２
によって汲み上げられた洗浄水は、給水配管２３ａ，２
３ｂによって増圧機２８のポートＡ，ポートＢに供給さ
れる。一方、油圧生成部２５には油貯蔵タンク３１と油
圧ポンプ３２とが設けられており、油貯蔵タンク３１に
貯蔵された油は、油圧ポンプ３２のポンピング作用によ
って高圧油となって増圧機２８へ供給される。このと
き、油圧生成部２５で生成された高圧油の流路は、油圧
生成部２５と増圧機２８との間の給油配管２７ａ，２７
ｂの途中に設けられた切替弁２６によって流路が切換制
御される。つまり、切替弁２６の交互切換制御によっ
て、高圧油は、交互に、給油配管２７ａからポートＡ’
に供給されたり、給油配管２７ｂからポートＢ’に供給
されたりする。

【００２８】つまり、増圧機２８は、給水ポンプ２２か
ら供給された所定水圧の洗浄水を、油圧生成部２５から
供給された高圧油の油圧を利用して高圧水に変換するも
のである。例えば、供給油路３３から切替弁２６側に供
給された高圧油は、切替弁２６によって給油配管２７ａ
に供給されると、シリンダ３５内のポートＡ’が高圧油
で充填される。一方、シリンダ３５内のポートＢ’に充
填されていた作用済みの油は、給油配管２７ｂから切替
弁２６を通って排出油路３４から油貯蔵タンク３１に排
出される。したがって、ポートＡ’に充填された高圧油
の油圧作用によってピストン３６が図の右方に移動する
ので、ピストンロッド３７ｂの押圧によってポートＢ内
の洗浄水が高圧化されて、給水配管２３ｂより高圧の洗
浄水がアキュムレータ２９へ供給される。

【００２９】また、切替弁２６によって高圧油の流路が
切り替えられると、前述と反対の流路（供給配管２７
ｂ）によってポートＢ’が高圧油で充填されるので、ピ
ストン３６が図の左方に移動し、ピストンロッド３７ａ
の押圧によってポートＡ内の洗浄水が高圧化される。よ
って、給水配管２３ａより高圧の洗浄水がアキュムレー
タ２９へ供給される。もちろん、この油圧作用のとき、
ポートＡ’に充填されていた作用済みの油は、給油配管
２７ａから切替弁２６を通って排出油路３４から油貯蔵
タンク３１に排出される。つまり、切替弁２６による高
圧油の流路の交互切替作用よって、増圧機２８がシリン
ダ３５内に組み込まれたピストンロッド３７ａ，３７ｂ
を双方向に移動させることにより、高圧の洗浄水を発生
させてアキュムレータ２９に供給する仕組みになってい
る。

【００３０】また、増圧機２８の両端に接続された給水
配管２３ａ，２３ｂにはチェック弁２４が設けられてお
り、このチェックバルブ２４によって高圧の洗浄水が逆
流するのを阻止している。さらに、前述のように、油圧
ポンプ３２によって油貯蔵タンク３１から汲み上げられ
た高圧油は、切替弁２６の流路切替動作に従って、増圧
機２８のシリンダ３５のＡ’ポートとＢ’ポートに交互
に供給されるので、ＡポートとＢポートから交互に排出
される高圧の洗浄水は、脈動した高圧水となってアキュ
ムレータ２９に供給される。このため、増圧機２８によ
ってパルス状に増圧させた高圧水は、アキュムレータ２
９に取りこまれて高圧水の脈動が緩和された後、所定の
圧力に調整されて、図示しないウォータジェットノズル
ハウジングに送りこまれる。

【００３１】図３は、本発明のＣＭＰ装置におけるウォ
ータジェットノズルハウジングの外観図であり、（ａ）
は底面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。図３
において、ウォータジェットノズルハウジング１９は、
ホルダ４２内にノズル４３が千鳥足状に１０個配置され
た構成となっている。したがって、ウォータジェット吐
出口４３ａが２列に互い違いに１０ケ所配列された形状
になっている。この１０個のウォータジェット吐出口４
３ａから、高圧の洗浄水であるウォータジェットが、図
１に示す研磨パッド２の表面に存在するドレッシング時
に生じた研磨屑やスラリー状研磨剤の凝集塊に噴射し、
これらの研磨屑や凝集塊を微細に粉砕して研磨パッド２
の外部に除去する。

【００３２】次に、洗浄水のウォータジェットのメカニ
ズムについて詳細に説明する。図４は、ノズルから噴射
するウォータジェットの模式図である。つまり、この図
は、ノズル４３から噴射するウォータジェットの噴射位
置による液滴形状の変化を示している。ウォータジェッ
ト吐出口４３ａのノズル径ｄとウォータジェット吐出口
４３ａから所定の位置までの距離Ｘとの比（つまり、Ｖ
ｘ＝Ｘ／ｄ）をスタンドオフ値と云い、このスタンドオ
フ値によってウォータジェットは３つの領域に分類され
る。

【００３３】すなわち、ウォータジェット吐出口４３ａ
からスタンドオフ値がＶ₀＝１０〜２０までの領域を連
続流領域、スタンドオフ値が１０〜２０（Ｖ₀点）から
１２０（Ｗ₀点）までの領域を液塊領域、スタンドオフ
値が１２０（Ｗ₀点）以上の領域を液滴領域といい、連
続流領域と液塊領域の境界Ｖ₀、および液塊領域と液滴
領域の境界Ｗ₀で液滴の形状が変化する。ここで、２つ
の境界Ｖ₀とＷ₀のそれぞれの少し射出側付近のＶ₀’、
Ｗ₀’において、ウォータジェットによって気泡が発生
するキャビテーション現象が最も活発となる。

【００３４】つまり、各領域境界Ｖ₀、Ｗ₀においてキャ
ビテーション現象が活発となる理由は、ウォータジェッ
トの各領域境界Ｖ₀，Ｗ₀では、例えば、連続流から液塊
へ偏移したり、液塊から液滴へ偏移するときに、気泡が
砕けて破壊エネルギが発生するからである。この破壊エ
ネルギがキャビテーション現象として最大となるのが、
各領域の境界Ｖ₀，Ｗ₀よりやや射出側のＶ₀’、Ｗ₀’の
位置である。なお、これらの位置でのスタンドオフ値
は、理想的には、それぞれ３０、１５０である。この位
置に研磨パッド２を置くと最大の研磨効果が得られる。
しかし、温度や湿度などの環境条件やウォータジェット
噴射手段の機構部分のばらつきなどによってスタンドオ
フ値が変動するので、キャビテーション現象による破壊
エネルギが最大となるスタンドオフ値は、３０±１０の
範囲に選び、１５０±３０の範囲に選ぶことが望まし
い。なお、ウォータジェットの吐出圧力があまり高いと
研磨パッド２がウォータジェットによって傷つくので、
実用的なウォータジェットの吐出圧力は１０〜２９８Ｍ
Ｐａの範囲が好ましい。

【００３５】図５は、本発明のＣＭＰ装置において、ウ
ォータジェット噴射手段を配置した研磨ユニット部の構
成図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
図５において、研磨ユニット部の定盤１の近傍には、高
圧水発生器１８とスライダ２０とウォータジェットノズ
ルハウジング１９からなるウォータジェット噴射手段１
７が設置されている。そして、ウォータジェットノズル
ハウジング１９が、ノズル孔を研磨パッド２側に向け
て、研磨パッド２の半径方向に配置されている。これに
よって、研磨パッド２が回転することによりウォータジ
ェット４４は研磨パッド２の全面に射出することができ
る。

【００３６】前述のように各スタントオフ値が３０±１
０または１５０±３０となるように、図５（ｂ）に示す
ようにウォータジェットノズルハウジング１９の下部端
面にあるウォータジェット吐出口から研磨パッド２の表
面までの距離をスライダ２０によって調整する。つま
り、ウォータジェットノズルハウジング１９の下部端面
と研磨パッド２の間の距離が、例えば、スタントオフ値
で３０または１５０となるようにすれば、研磨パッド２
上におけるウォータジェット４４のキャビテーション現
象が最も活発となり、研磨パッド２上に存在する研磨屑
やスラリー状研磨剤の凝集塊の除去効率が最大となる。

【００３７】なお、スタンドオフ値が３０±１０のとき
の方が、１５０±３０のときよりもキャビテーション能
力（つまり、除去効率）は高い。そのため、ＣＭＰ装置
で使用するスラリー状研磨剤がヒュームド系シリカやＣ
ｅＯ系等のように平均粒子径が０.１０μｍ以上の場合
は、スタンドオフ値を３０±１０とし、スラリー状研磨
剤がコロイダルシリカ系等のように平均粒子径が０.１
０μｍ以下の場合は、スタンドオフ値を１５０±３０に
設定する。

【００３８】また、ＣＭＰ装置においては、ウォータジ
ェット吐出口のノズル径ｄは０.５ｍｍ〜２.５ｍｍの範
囲のものが種々用意されていて、ウォータジェット吐出
口は必要に応じたノズル径のものに簡単に取り換えられ
るようになっている。つまり、ノズル径はｄ＝０.５ｍ
ｍ〜２.５ｍｍの範囲で選べるので、前述のスタンドオ
フ値を３０±１０とした場合は、ウォータジェットノズ
ルハウジング１９の下部端面と研磨パッド２の間の距離
は、１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲に設定することができ
る。また、スタンドオフ値を１５０±３０とした場合
は、ウォータジェットノズルハウジング１９の下部端面
と研磨パッド２の間の距離は、６０ｍｍ〜４５０ｍｍの
範囲に設定することができる。

【００３９】上述のようにして、ウォータジェットノズ
ルハウジング１９の下部端面と研磨パッド２の間の距離
をスライダ２０によって設定したら、研磨パッド２が貼
り付けられている定盤１を低速で回転して、研磨パッド
２にウォータジェット４４を噴射する。このようにし
て、洗浄水によるウォータジェット４４の噴射作業が終
了したら、定盤１を高速回転して、小さく粉砕された研
磨屑やスラリー状研磨剤の凝集塊を研磨パッド２の外部
へ排出する。つまり、研磨パッド２上に存在するドレッ
シング時に生じた研磨屑やスラリー状研磨剤の粒子の凝
集塊を、ウォータジェット４４によって微細に粉砕し、
さらに、研磨パッド２が貼り付けられている定盤１を高
速回転して、遠心力で小さく粉砕された研磨屑などを研
磨パッド２外へ排出する。このような一連のコンディシ
ョニング作業は、各半導体ウェーハ毎のＣＭＰ処理の終
了後、または次回のＣＭＰ処理の開始前に行う。これに
よって、研磨屑などの無い良好な表面状態の研磨パッド
２でＣＭＰ処理を行うことができる。

【００４０】図６は、従来技術と本発明におけるＣＭＰ
処理の比較を示すフローチャートであり、（ａ）は従来
のフロー、（ｂ）は本発明のフローを示す。つまり、従
来は図６（ａ）のフローに示すように、図７のパッドコ
ンディショナ４によってコンディショニングを行い、研
磨パッド２の表面を清掃した後（ステップＳ１）、直ち
に、研磨ヘッド５によって半導体ウェーハ３を研磨パッ
ド２に押圧してＣＭＰ処理を行っていた（ステップＳ
２）。このようなパッドコンディショナ４による処理だ
けでは、研磨パッド２の溝などに固着している研磨屑な
どを除去することができないため、半導体ウェーハ３に
スクラッチが生じたりして、半導体ウェーハ３の歩留ま
りを低下させる原因となる。

【００４１】一方、本発明では、図６（ｂ）のフローに
示すように、予め、図５のウォータジェット４４によっ
て、研磨パッド２に付着した研磨屑やスラリー状研磨剤
の粒子の凝集塊を微細に粉砕し（ステップＳ１１）、さ
らに、定盤１を高速回転させて遠心力で粉砕屑を研磨パ
ッド２の外に除去する（ステップＳ１２）。その後、パ
ッドコンディショナ４によってコンディショニングを行
い、研磨パッド２の表面を清掃した後（ステップＳ１
３）、研磨ヘッド５によって半導体ウェーハを研磨パッ
ド２に押圧してＣＭＰ処理を行っている（ステップＳ１
４）。つまり、研磨パッド２上の研磨屑やスラリー状研
磨剤の粒子の凝集塊は完全に除去された後にＣＭＰ処理
を行うので、半導体ウェーハにスクラッチなどが生じる
ことはなく、半導体ウェーハの歩留まりが向上し、生産
性もよくなる。

【００４２】以上述べた実施の形態は本発明を説明する
ための一例であり、本発明は、上記の実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨の範囲で種々の変形が
可能である。例えば、上記の実施の形態では半導体ウェ
ーハのＣＭＰ処理について説明したが、これに限定され
るものではない。例えば、ＬＣＤやその他の半導体薄膜
を載置するガラス板などの薄板状被研磨物の表面を化学
機械研磨する場合のコンディショニングにも、本発明の
ＣＭＰ装置を適用することができるのはいうまでもな
い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のＣＭＰ装
置によれば、研磨パッドの溝部に付着しているドレッシ
ング時に生じた研磨屑やスラリー状研磨剤粒子の凝集塊
に対してウォータジェットを噴射し、これら研磨屑や凝
集塊を微細な屑に粉砕している。そして、粉砕された微
細な屑は、定盤と共に研磨パッドが高速回転することに
より遠心力で外部へ排出される。このようなコンディシ
ョニング処理を施し、研磨パッド上に研磨屑や凝集塊が
無い状態にしてから、研磨パッド上に半導体ウェーハを
載置して化学機械的処理によって半導体ウェーハの研磨
を行っている。このため、半導体ウェーハの表面にスク
ラッチなどが生じるおそれがなくなり、半導体ウェーハ
の歩留りが一段と向上する。

【００４４】また、本発明のＣＭＰ装置によれば、ウォ
ータジェットの噴射によって発生するキャビテーション
現象によって発生された高エネルギ気泡を研磨パッド表
面に噴射しているので、極めて高い効率で研磨屑や凝集
塊を粉砕することができる。つまり、ウォータジェット
吐出口から所定の位置までの距離Ｘをウォータジェット
吐出口のノズル径ｄで除した値であるスタンドオフ値を
約３０、または約１５０に設定して、ウォータジェット
の衝突エネルギが最大値となるように、ウォータジェッ
ト吐出口と研磨パッドとの間の距離を設定している。こ
のため、研磨パッド表面でのウォータジェットの衝突エ
ネルギは最大となり、研磨パッドの溝部に付着している
研磨屑や研磨用スラリー粒子の凝集塊を微細に粉砕して
除去することができる。したがって、研磨パッドの表面
や溝部には微細な研磨屑が全くなくなり、極めて良好な
表面状態の研磨パッドによってＣＭＰ処理を行うことが
できる。よって、半導体ウェーハの生産性を一段と向上
させることのできるＣＭＰ装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に関わるＣＭＰ装置の全体構成を示す
概念図である。

【図２】 本発明のＣＭＰ装置における高圧水発生機の
動作概念を示す模式図である。

【図３】 本発明のＣＭＰ装置におけるウォータジェッ
トノズルハウジングの外観図であり、（ａ）は底面図で
あり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

【図４】 ノズルから噴射するウォータジェットの模式
図である。

【図５】 本発明のＣＭＰ装置において、ウォータジェ
ット噴射手段を配置した研磨ユニット部の構成図であ
り、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。

【図６】 従来技術と本発明におけるＣＭＰ処理の比較
を示すフローチャートであり、（ａ）は従来のフロー、
（ｂ）は本発明のフローを示す。

【図７】 従来のＣＭＰ装置における研磨ユニットの概
略構成を示す断面図である。

【符号の説明】

１…定盤、２…研磨パッド、３…半導体ウェーハ、４…
パッドコンディショナ、５…研磨ヘッド、６，６’…シ
リンダ、７…リテーナリング、８…研磨剤供給ホース、
９…スラリー状研磨剤、１０…吸着フィルム、１１…研
磨ユニット、１２…研磨剤供給ユニット、１３…洗浄ユ
ニット、１４…薬液供給ユニット、１５…搬送ユニッ
ト、１６…カセット、１７…ウォータジェット噴射手
段、１８…高圧水発生機、１９…ウォータジェットノズ
ルハウジング、２０…スライダ、２１…水源タンク、２
２…給水ポンプ、２３ａ，２３ｂ…給水配管、２４…チ
ェック弁、２５…油圧生成部、２６…切替弁、２７ａ，
２７ｂ…給油配管、２８…増圧機、２９…アキュムレー
タ、３０…逆止弁、３１…油貯蔵タンク、３２…油圧ポ
ンプ、３３…供給油路、３４…排出油路、３５…シリン
ダ、３６…ピストン、３７ａ，３７ｂ…ピストンロッ
ド、４２…ホルダ、４３…ノズル、４３ａ…ウォータジ
ェット吐出口、４４…ウォータジェット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/304 Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｎ ６２２Ｐ

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板状被研磨物が研磨パッドに対して相
   対移動するように載置され、スラリー状研磨剤を前記研
   磨パッドの表面に供給して、前記薄板状被研磨物の表面
   を化学機械的な処理により研磨するＣＭＰ装置におい
   て、 洗浄水を高圧化してウォータジェットを発生させ、その
   ウォータジェットを前記研磨パッドの表面に噴射するウ
   ォータジェット噴射手段を備え、 前記研磨パッドは、前記ウォータジェット中にキャビテ
   ーション現象によって気泡が発生する位置に配置される
   ことを特徴とするＣＭＰ装置。
2. 【請求項２】 前記研磨パッドは、前記ウォータジェッ
   トの連続流領域と液塊領域の境界付近、または前記液塊
   領域と液滴領域の境界付近で洗浄されることを特徴とす
   る請求項１に記載のＣＭＰ装置。
3. 【請求項３】 前記ウォータジェット噴射手段はウォー
   タジェットを噴射するためのノズルを備え、 前記ノズルのウォータジェット吐出口から所定の位置ま
   での距離Ｘを前記ノズルのウォータジェット吐出口の直
   径ｄで除したスタンドオフ値（Ｖｘ＝Ｘ／ｄ）が、３０
   ±１０の範囲、または１５０±３０の範囲にはいるよう
   に、前記研磨パッドを配置することを特徴とする請求項
   ２に記載のＣＭＰ装置。
4. 【請求項４】 前記スラリー状研磨剤の平均粒子径が
   ０.１０μｍ以上のときはスタンドオフ値３０±１０の
   範囲に前記研磨パッドを配置し、前記スラリー状研磨剤
   の平均粒子径が０.１０μｍ以下のときはスタンドオフ
   値１５０±３０の範囲に前記研磨パッドを配置すること
   を特徴とする請求項３に記載のＣＭＰ装置。
5. 【請求項５】 前記ノズルのウォータジェット吐出口の
   直径ｄは０.５ｍｍ〜２.５ｍｍの範囲にあり、 前記スタンドオフ値が３０±１０の範囲のとき、前記ノ
   ズルのウォータジェット吐出口から前記研磨パッドの表
   面までの距離は１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲に設定さ
   れ、 前記スタンドオフ値が１５０±３０の範囲のとき、前記
   ノズルのウォータジェット吐出口から前記研磨パッドの
   表面までの距離は６０ｍｍ〜４５０ｍｍの範囲に設定さ
   れることを特徴とする請求項４に記載のＣＭＰ装置。
6. 【請求項６】 前記ノズルのウォータジェット吐出口の
   吐出圧力は、１０〜２９８ＭＰａの範囲であることを特
   徴とする請求項５に記載のＣＭＰ装置。
7. 【請求項７】 前記薄板状被研磨物は半導体ウェーハで
   あることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに
   記載のＣＭＰ装置。
8. 【請求項８】 薄板状被研磨物が研磨パッドに対して相
   対移動するように載置され、スラリー状研磨剤を前記研
   磨パッドの表面に供給して、前記薄板状被研磨物の表面
   を化学機械的な処理により研磨するＣＭＰ装置による研
   磨方法において、 回転駆動中の前記研磨パッドの表面にウォータジェット
   を噴射し、前記ウォータジェット中にキャビテーション
   現象によって発生した気泡によって、前記研磨パッドに
   付着する研磨屑や前記スラリー状研磨剤の凝集塊を微細
   な屑に粉砕する工程と、 前記研磨パッドを高速回転して、粉砕された微細な屑を
   遠心力で該研磨パッドから排除する工程と、 前記微細な屑が排除された前記研磨パッドの表面に前記
   薄板状被研磨物を載置して押圧する工程と、 前記研磨パッドと前記薄板状被研磨物を相対移動させ
   て、該薄板状被研磨物を研磨する工程とを含むことを特
   徴とするＣＭＰ装置による研磨方法。
9. 【請求項９】 前記研磨パッドに付着する研磨屑や前記
   スラリー状研磨剤の凝集塊は、前記ウォータジェットの
   連続流領域と液塊領域の境界付近、または前記液塊領域
   と液滴領域の境界付近で微細な屑に粉砕されることを特
   徴とする請求項８に記載のＣＭＰ装置による研磨方法。
10. 【請求項１０】 前記ウォータジェットの吐出口から所
    定の位置までの距離Ｘを前記ウォータジェット吐出口の
    ノズルの直径ｄで除したスタンドオフ値（Ｖｘ＝Ｘ／
    ｄ）が、３０±１０の範囲、または１５０±３０の範囲
    にはいるように、前記研磨パッドを配置する工程を有す
    ることを特徴とする請求項９に記載のＣＭＰ装置による
    研磨方法。
11. 【請求項１１】 前記スラリー状研磨剤の平均粒子径が
    ０.１０μｍ以上のときはスタンドオフ値３０±１０の
    範囲に前記研磨パッドを配置し、前記スラリー状研磨剤
    の平均粒子径が０.１０μｍ以下のときはスタンドオフ
    値１５０±３０の範囲に前記研磨パッドを配置すること
    を特徴とする請求項１０に記載のＣＭＰ装置による研磨
    方法。
12. 【請求項１２】 前記ウォータジェット吐出口のノズル
    の直径ｄは０.５ｍｍ〜２.５ｍｍの範囲にあり、 前記スタンドオフ値が３０±１０の範囲のとき、前記ノ
    ズルのウォータジェット吐出口から前記研磨パッドの表
    面までの距離は１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲に設定さ
    れ、 前記スタンドオフ値が１５０±３０の範囲のとき、前記
    ノズルのウォータジェット吐出口から前記研磨パッドの
    表面までの距離は６０ｍｍ〜４５０ｍｍの範囲に設定さ
    れることを特徴とする請求項１１に記載のＣＭＰ装置に
    よる研磨方法。
13. 【請求項１３】 前記ノズルのウォータジェット吐出口
    の吐出圧力は、１０〜２９８ＭＰａの範囲であることを
    特徴とする請求項１２に記載のＣＭＰ装置による研磨方
    法。
14. 【請求項１４】 前記ウォータジェットは、前記薄板状
    被研磨物の表面を化学機械的に研磨処理する工程の前段
    の工程、または後段の工程において、前記研磨パッドの
    表面に噴射されることを特徴とする請求項８乃至請求項
    １３の何れかに記載のＣＭＰ装置による研磨方法。
15. 【請求項１５】 前記薄板状被研磨物は半導体ウェーハ
    であることを特徴とする請求項８乃至請求項１４の何れ
    かに記載のＣＭＰ装置による研磨方法。