JP2003251555A

JP2003251555A - ポリッシング方法

Info

Publication number: JP2003251555A
Application number: JP2002378722A
Authority: JP
Inventors: Taketaka Wada; 雄高和田; Tomohiko Akatsuka; 朝彦赤塚; Tatsuya Sasaki; 達也佐々木
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-12-28
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2003-09-09

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ドレッシングにより固定砥粒の表面に生じた
大砥粒を効果的に除去して研磨対象物の表面のスクラッ
チを低減し、また研磨後の研磨対象物の表面に付着した
砥粒を除去して研磨対象物の汚染を防止することができ
るポリッシング方法を提供する。【解決手段】固定砥粒４６ａに半導体ウェハを押圧し
て摺動させつつ研磨を行うポリッシング方法において、
固定砥粒４６ａの表面に遊離砥粒を生じさせるためのド
レッシング中又はドレッシング後に、液体、もしくは不
活性ガスと純水又は薬液とが混合された液体を固定砥粒
４６ａの表面に噴射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリッシング方法
に係り、特に固定砥粒を用いて半導体ウェハ等の研磨対
象物を研磨するポリッシング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】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
との間に研磨対象物を介在させて、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研
磨対象物を研磨テーブルに押圧して、研磨対象物の表面
を平坦且つ鏡面状に研磨している。

【０００４】上述した化学機械研磨を継続すると、研磨
パッドに砥粒や研磨屑が付着し、研磨パッドの特性が変
化して研磨性能が劣化してくる。このため、同一の研磨
パッドを用いて研磨対象物の研磨を繰り返すと、研磨速
度の低下、又は研磨ムラが生じるなどの問題がある。そ
こで、半導体ウェハの研磨前後、又は最中に研磨パッド
の表面状態を回復するドレッシング（目立て）と称する
コンディショニングが行われている。

【０００５】ところで、砥液を用いた化学機械研磨にお
いては、比較的軟らかな研磨パッドに研磨砥粒を多量に
含む砥液を供給しつつ研磨するので、パターン依存性に
問題がある。パターン依存性とは、研磨前に存在する半
導体ウェハ上の凹凸パターンにより研磨後にもその凹凸
に起因した緩やかな凹凸が形成され、完全な平坦度が得
られにくいことである。即ち、細かなピッチの凹凸の部
分は研磨速度が速く、大きなピッチの凹凸の部分は研磨
速度が遅くなり、これにより研磨速度の速い部分と研磨
速度の遅い部分とで緩やかな凹凸が形成されるという問
題である。また、研磨パッドを用いた研磨では、凹凸の
凸部のみならず凹部も共に研磨されるため、凸部のみが
研磨されて完全に平坦となった状態で研磨が停止するい
わゆるセルフストップ機能は実現することが困難であっ
た。

【０００６】このような状況の下で、酸化セリウム（Ｃ
ｅＯ_２）等の砥粒を例えばフェノール樹脂等のバインダ
を用いて固定した、いわゆる固定砥粒を用いた半導体ウ
ェハの研磨が研究されている。このような固定砥粒を用
いた研磨では、研磨材が従来の化学機械研磨と異なり硬
質であるため、凹凸の凸部を優先的に研磨し、凹部は研
磨され難いため、絶対的な平坦性が得やすいという利点
がある。また、固定砥粒の組成によっては、凸部の研磨
が終了し平坦面となると研磨速度が著しく低下し、研磨
が事実上進行しなくなるいわゆるセルフストップ機能が
現れる。更に、固定砥粒を用いた研磨では砥粒を多量に
含む研濁液（スラリ）を使用しないため、環境問題の負
荷が低減するという利点もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た固定砥粒を用いてドレッシングを行うと、固定砥粒の
表面から大粒子（研磨粒子の塊）が発生しやすく、この
大粒子が研磨界面に侵入して半導体ウェハの表面のスク
ラッチの原因となる。また、固定砥粒を用いた研磨後の
研磨対象物の表面には固定砥粒に含まれる砥粒が付着す
るので、この砥粒による半導体ウェハの汚染を防止する
必要がある。

【０００８】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、ドレッシングにより固定砥粒の
表面に生じた大砥粒を効果的に除去して研磨対象物の表
面のスクラッチを低減し、また研磨後の研磨対象物の表
面に付着した砥粒を除去して研磨対象物の汚染を防止す
ることができるポリッシング方法を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような従来技術にお
ける問題点を解決するために、本発明の第１の態様は、
固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺動させつつ研磨を行
うポリッシング方法において、上記固定砥粒の表面に遊
離砥粒を生じさせるためのドレッシング中又はドレッシ
ング後に、液体、もしくは不活性ガスと純水又は薬液と
が混合された液体又は気体を上記固定砥粒の表面に噴射
（アトマイズ）することを特徴とするポリッシング方法
である。

【００１０】上述したように、固定砥粒を用いてドレッ
シングを行うと固定砥粒の表面からスクラッチの原因と
なる大粒子（研磨粒子の塊）が発生しやすい。本発明に
よれば、固定砥粒の表面をアトマイズしながらドレッシ
ングする又はドレッシングの直後にアトマイズするの
で、ドレッシングによりスクラッチの原因となる大粒子
が発生しても、アトマイズによりこの大粒子を固定砥粒
の表面から除去することができるため、半導体ウェハの
スクラッチを低減することができる。

【００１１】研磨対象物の研磨に寄与するのは固定砥粒
の表面に存在する微細遊離砥粒であり、これらの微細遊
離砥粒は上記アトマイズによって除去されにくい。従っ
て、上述のように大粒子が除去されても研磨速度に寄与
する微細遊離砥粒は除去されないので、研磨速度は影響
を受けないと考えられる。しかしながら、不活性ガスの
圧力が０．５ＭＰａよりも大きくなると、上述した微細
砥粒も除去されてしまう傾向があり、この結果、研磨速
度が低下してしまう。従って、好ましくは、上記液体の
流量を２００乃至５０００ｃｍ^３／ｍｉｎ、上記不活性
ガスの圧力を０．０５ＭＰａ乃至０．５ＭＰａとし、よ
り好ましくは、上記液体の流量を１０００ｃｍ^３／ｍｉ
ｎ、上記不活性ガスの圧力を０．１５ＭＰａとする。

【００１２】このようなアトマイズは、in-situドレッ
シング（研磨中にドレッシングを行うこと）、ex-situ
ドレッシング（非研磨中にドレッシングを行うこと）の
いずれの場合にも行うことができる。また、このアトマ
イズはドレッシング中に行うのが好ましく、特にin-sit
uドレッシングの場合にはドレッシング中に行う必要が
ある。

【００１３】また、上記固定砥粒の外周側に向けて上記
液体を噴射することが好ましい。このように、固定砥粒
の外周側に向けて液体を噴射すれば、上述した大粒子を
効率よく固定砥粒の表面から除去することができる。本
出願において、研磨面上の大粒子除去のために気体を噴
射する場合は、気体の噴射に加えて研磨面へ液体を供給
する。研磨面上の液体の上から気体を噴射することによ
り、研磨面上の異物の除去を促進することができる。

【００１４】本発明の第２の態様は、固定砥粒に研磨対
象物を押圧して摺動させつつ研磨を行うポリッシング方
法において、固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺動させ
つつ研磨を行うポリッシング方法において、上記固定砥
粒のドレッシングを行いながら研磨した後に、引き続き
ドレッシングを行わずに研磨対象物の研磨を行うことを
特徴とするポリッシング方法である。

【００１５】この場合において、ドレッシングに用いる
ドレッシング部材としては、耐摩耗性の観点から、下面
にダイヤモンド粒子等の粒状物が電着されたドレッシン
グ部材（ダイヤモンドドレッサー）を用いることが好ま
しい。

【００１６】上述したように、固定砥粒を用いたドレッ
シングにより大粒子が発生し、これが研磨界面に侵入す
ると、大粒子が潰れて研磨対象物の表面にスクラッチが
入ってしまう。本発明によれば、ドレッシングを行った
後に、ドレッシングを行わずに研磨を行うため、ドレッ
シングにより大粒子が発生したとしても、この大粒子は
潰れてしまうか、あるいは研磨工程において固定砥粒の
表面から外部に除去されるので、研磨対象物に新たなス
クラッチが継続して入ることがない。即ち、研磨工程の
初期の段階においては研磨対象物の表面にスクラッチが
入ることがあるが、その後に研磨を継続することによ
り、上記スクラッチを次第に浅くして最終的には消失さ
せることができる。また、in-situドレッシングの場合
では、in-situドレッシング中は継続的に研磨対象物に
スクラッチが入るが、研磨工程の途中でドレッシングを
停止して研磨を継続すれば、上述したようにスクラッチ
を消失させることができる。

【００１７】また、研磨前のドレッシング（ex-situド
レッシング）時に、上述したアトマイズも併せて行うこ
ととすれば、より効果的にスクラッチを低減することが
できる。なお、ドレッシング中には純水（ＤＩＷ）を、
研磨中には研磨液として超純水又は砥粒を含まない薬液
を固定砥粒の表面に供給するのが好ましい。

【００１８】また、ドレッシング面圧が高いと、大粒子
（研磨粒子の塊）の発生数が増えると共に、より大きな
粒子塊が発生する頻度が高くなる。その結果、研磨対象
物のスクラッチ数が増え、その深さもより深くなってし
まう。上述したように、このような大粒子は研磨速度の
向上にはほとんど寄与しないので、少ない方が好まし
い。従って、ドレッシング面圧はできる限り低くする方
がよく、好ましくは９．８ｋＰａ以下にする。また、ド
レッシングを行わない研磨工程における研磨対象物への
面圧は、上記ドレッシングを行いながらの研磨工程時の
研磨対象物への面圧よりも小さいことが好ましい。

【００１９】本発明の第３の態様は、固定砥粒に研磨対
象物を押圧して摺動させつつ研磨を行うポリッシング方
法において、上記研磨対象物の研磨後に、上記固定砥粒
に純水を供給しながら研磨対象物の面圧を上記研磨時よ
り小さくし、上記研磨対象物を水ポリッシュすることを
特徴とするポリッシング方法である。

【００２０】このような水ポリッシュ工程により、研磨
対象物の表面に付着した砥粒を洗浄除去することができ
る。この水ポリッシュ工程は５秒以上行うことが好まし
い。

【００２１】また、研磨時の固定砥粒（研磨テーブル）
の回転速度は通常３０ｍｉｎ^−１以下であるが、この水
ポリッシュ時の研磨テーブルの回転速度を５０ｍｉｎ
^−１以上に高めることが好ましい。このようにすれば、
研磨対象物の表面に付着した砥粒の洗浄除去効果を高め
ることができる。

【００２２】また、固定砥粒を用いて研磨を行う場合に
は、このような水ポリッシュ工程においても研磨が進行
するので、これを抑えるためにはウェハ面圧をできるだ
け下げておく必要がある。従って、研磨時のウェハ面圧
は通常２９．４ｋＰａ以上であるが、水ポリッシュ時の
ウェハ面圧は研磨時よりも小さく２９．４ｋＰａ以下に
下げることが好ましく、より好ましくは２０ｋＰａ以下
に下げる。また、上記水ポリッシュ工程において、上記
純水の供給流量（単位時間当たりの流量）を上記研磨時
に供給する研磨液の供給流量よりも多くすることが好ま
しい。

【００２３】ここで、固定砥粒の表面から研磨対象物を
上昇させる際に、固定砥粒の表面にウェハが残ってしま
わないように、研磨対象物の一部を固定砥粒の外周縁か
ら外方にはみ出させてから上昇させること（オーバーハ
ング）が行われる。しかしながら、研磨テーブルの回転
速度が速いと、オーバーハング位置でトップリングによ
る研磨対象物の保持が不安定となり、研磨テーブルの外
周縁により研磨対象物に研磨キズ又は研磨ムラが生じて
しまう。従って、オーバーハングにより研磨対象物を固
定砥粒（研磨テーブル）から上昇させるときに、研磨テ
ーブルの回転速度を遅くして１０ｍｉｎ^−１以下にする
ことが好ましい。また、オーバーハングをさせずに、研
磨対象物を研磨面からはみ出させずに固定砥粒上で直接
上昇させることがより好ましい。

【００２４】本発明の第４の態様は、研磨対象物を研磨
し洗浄するポリッシング方法において、上記研磨対象物
を固定砥粒上に押圧して摺動させつつ研磨した後に、該
研磨対象物を軟質の洗浄面に押圧し、砥粒を含まない液
体を上記洗浄面に供給して上記研磨対象物の洗浄（バフ
クリーニング）を行うことを特徴とするポリッシング方
法である。

【００２５】固定砥粒を用いて研磨を行うと、研磨直後
の研磨対象物の表面には固定砥粒に含まれる砥粒が付着
していることが多く、特にセリア砥粒はシリコン酸化膜
の表面に付着しやすい。本発明によれば、上記研磨対象
物の研磨後に、該研磨対象物を軟質の研磨面に押圧し、
砥粒を含まない液体を上記研磨面に供給して上記研磨対
象物の洗浄を行うことによって、研磨対象物の表面に付
着した砥粒を除去することができる。ここで「軟質」
は、圧縮弾性率が大きいことを意味する。

【００２６】この場合において、研磨面に供給する液体
は純水でよい。また、アルカリ領域ではセリアと酸化膜
の表面電位（ゼータ電位）が負電荷となるため、これら
が互いに反発しあい解離しやすくなるので、アルカリ液
がより効果的であり、ｐＨ９以上のアルカリ液が好まし
い。更に、このアルカリ液中に水酸化テトラメチルアン
モニウム（ＴＭＡＨ）が存在すると上記セリアと酸化膜
がより解離しやすくなるので、砥粒の除去効果が高ま
る。

【００２７】本発明の第５の態様は、固定砥粒に研磨対
象物を押圧して摺動させつつ研磨し洗浄するポリッシン
グ方法において、上記研磨対象物の研磨後に、該研磨対
象物の表面を希フッ酸により洗浄（ＤＨＦ洗浄）するこ
とを特徴とするポリッシング方法である。

【００２８】上述したように、固定砥粒を用いた研磨後
の研磨対象物の表面には固定砥粒に含まれる砥粒が付着
していることが多い。この研磨対象物の表面に付着した
砥粒を除去する方法としては、上述したバフクリーニン
グだけではなく、ＤＨＦ洗浄が考えられる。シリコン酸
化膜の表面に希フッ酸液を添加すると、酸化膜がわずか
に溶解する。例えば、０．５％ＤＨＦ液を約３０秒間添
加すると、酸化膜が５０Å程度溶解する。このように酸
化膜を溶解除去することにより、酸化膜の表面に付着し
ていた砥粒を同時に除去することができる。この場合に
おいて、０．１％以上の濃度のＤＨＦ液を用いることが
好ましい。

【００２９】また、この場合において、ロールスポンジ
洗浄を併用することにより効果的に砥粒を除去すること
ができる。研磨対象物の研磨直後にＤＨＦ洗浄を行うこ
とが好ましいが、一旦乾燥させたウェハに対してＤＨＦ
洗浄を行うこととしてもよい。

【００３０】また、固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺
動させつつ研磨を行うポリッシング方法において、上記
研磨対象物の研磨後に、砥粒を含む研磨液を研磨面に供
給して上記研磨対象物の仕上げ研磨を行うこととしても
よい。この場合において、上記研磨面は固定砥粒により
構成してもよく、あるいは固定砥粒以外の研磨パッド
（例えばロデール社製の研磨パッドＩＣ１０００、ＰＯ
ＬＩＴＥＸなど）により構成してもよい。

【００３１】本発明の第６の態様は、径の異なる２つの
研磨工具に研磨対象物を押圧して摺動させつつ研磨を行
うポリッシング方法において、小径の研磨工具に砥粒を
含まない薬液を供給しつつ上記研磨対象物の研磨を行
い、その後、大径の研磨工具に砥粒を含む研磨液を供給
しつつ上記研磨対象物の仕上げ研磨兼削り増しを行うこ
とを特徴とするポリッシング方法である。本発明の第７
の態様は、固定砥粒を用いた基板のポリッシング方法に
おいて、研磨中に研磨面に薬液を供給しつつ研磨を行
い、かつ同時に上記薬液と同じ薬液を含む液体、もしく
は不活性ガスと上記薬液と同じ薬液とが混合された流体
を、上記固定砥粒の表面に噴射しながら研磨することを
特徴とするポリッシング方法である。この場合におい
て、上記薬液は陰イオン界面活性剤であることが好まし
い。また、上記基板は、ＳＴＩパターンが形成された半
導体ウェハであることが好ましい。本発明の第８の態様
は、研磨対象物を保持する基板保持手段と、研磨テーブ
ルと、上記研磨テーブルに装着された、砥粒とバインダ
からなる固定砥粒研磨工具と、上記固定砥粒から遊離砥
粒を生じさせるためのドレッシング手段と、上記固定砥
粒の研磨面に存在する、研磨に悪影響を及ぼす大粒子を
除去するための流体噴射手段と、上記研磨テーブルと基
板の相対速度を可変な相対速度可変手段と、上記研磨テ
ーブルと基板の押圧力を可変な押圧力可変手段と、を備
えたことを特徴とするポリッシング装置である。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るポリッシング
装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明す
る。図１は、本発明の一実施形態に係るポリッシング装
置の全体構成を示す平面図である。

【００３３】図１に示すように、本実施形態におけるポ
リッシング装置は、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４つのロード／アンロード
ステージ２を備えている。ロード／アンロードステージ
２は昇降可能な機構を有していてもよい。ロード／アン
ロードステージ２上の各ウェハカセット１に到達可能と
なるように、走行機構３の上に搬送ロボット４が配置さ
れている。

【００３４】搬送ロボット４は、上下に２つのハンドを
備えている。搬送ロボット４の２つのハンドのうち下側
のハンドは、ウェハを真空吸着する吸着型ハンドであ
り、ウェハカセット１から半導体ウェハを受け取るとき
のみに使用される。この吸着型ハンドは、カセット内の
ウェハのずれに関係なく正確にウェハを搬送することが
できる。一方、搬送ロボット４の上側のハンドは、ウェ
ハの周縁部を保持する落し込み型ハンドであり、ウェハ
カセット１に半導体ウェハを戻すときのみに使用され
る。この落し込み型ハンドは、吸着型ハンドのようにゴ
ミを集めてこないので、ウェハの裏面のクリーン度を保
ちながらウェハを搬送することができる。このように洗
浄した後のクリーンなウェハを上側に配置することとし
て、それ以上ウェハを汚さないようにしている。

【００３５】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とは反対側には、半導体ウェハを洗
浄する２台の洗浄機５，６が配置されている。各洗浄機
５，６は搬送ロボット４のハンドが到達可能な位置に配
置されている。また、これらの洗浄機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
おり、これによりウェハの２段洗浄及び３段洗浄の際に
モジュール交換することなく対応することができる。

【００３６】２台の洗浄機５，６の間には、搬送ロボッ
ト４が到達可能な位置に、半導体ウェハの載置台７，
８，９，１０を４つ備えたウェハステーション１２が配
置されている。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搬送ロボッ
ト１４が配置されている。また、洗浄機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
有する搬送ロボット１５が配置されている。

【００３７】載置台７は、搬送ロボット４と搬送ロボッ
ト１４との間で半導体ウェハを互いに受渡すために使用
され、載置台８は、搬送ロボット４と搬送ロボット１５
との間で半導体ウェハを搬送するために使用される。こ
れらの載置台７，８には半導体ウェハの有無を検知する
検知センサ１６，１７がそれぞれ設けられている。

【００３８】載置台９は、搬送ロボット１５から搬送ロ
ボット１４へ半導体ウェハを搬送するために使用され、
載置台１０は、搬送ロボット１４から搬送ロボット１５
へ半導体ウェハを搬送するために使用される。これらの
載置台９，１０には、半導体ウェハの有無を検知する検
知センサ１８，１９と、半導体ウェハの乾燥を防止する
又はウェハを洗浄するためのリンスノズル２０，２１と
がそれぞれ設けられている。

【００３９】これらの載置台９，１０は共通の防水カバ
ーの中に配置されており、このカバーに設けられた搬送
用の開口部にはシャッター２２が設けられている。ま
た、載置台９は載置台１０の上方に位置しており、洗浄
後のウェハは載置台９に、洗浄前のウェハは載置台１０
に載置される。このような構成とすることで、リンス水
の落下によるウェハの汚染を防止している。なお、図１
において、センサ１６，１７，１８，１９、リンスノズ
ル２０，２１、及びシャッター２２は模式的に示されて
おり、これらの位置及び形状は正確に図示されていな
い。

【００４０】搬送ロボット１４のハンドが到達可能な位
置には、洗浄機５と隣接するように洗浄機２４が配置さ
れている。また、搬送ロボット１５のハンドが到達可能
な位置には、洗浄機６と隣接するように洗浄機２５が配
置されている。これらの洗浄機２４，２５は、ウェハの
両面を洗浄することができる洗浄機である。

【００４１】図３は、洗浄機２４又は２５の構造を示す
概略側面図である。図３に示すように、洗浄機２４又は
２５は、半導体ウェハＷのエッジを把持してウェハＷを
水平面内で回転させるための複数のウェハ回転用ころ１
１０と、ウェハＷの表裏面に接触してウェハＷの表裏面
をスクラブ洗浄するロール状のＰＶＡ（ポリビニルアル
コール）スポンジ１１２ａ，１１２ｂと、ウェハＷの上
方及び下方に設置されたＤＨＦ（希フッ酸）供給ノズル
１１４ａ，１１４ｂとを備えている。ＤＨＦ供給ノズル
１１４ａ，１１４ｂはＤＨＦ（希フッ酸）をウェハＷに
供給する。なお、ＤＨＦの代わりにオゾン水や電解イオ
ン水などを利用してもよく、これらの場合には専用設備
が不要であるので容易に適用することができる。

【００４２】搬送ロボット１４及び搬送ロボット１５の
上側のハンドは、一度洗浄された半導体ウェハを洗浄機
又はウェハステーション１２の載置台へ搬送するのに使
用される。一方、下側のハンドは、一度も洗浄されてい
ない半導体ウェハ及び研磨される前の半導体ウェハを搬
送するために使用される。下側のハンドを用いて後述す
る反転機へのウェハの出し入れを行うことにより、反転
機上部の壁からのリンス水の滴により上側のハンドが汚
染されることがない。

【００４３】上記洗浄機５，６，２４，２５のウェハ搬
入口には、図１に示すように、それぞれシャッター５
ａ，６ａ，２４ａ，２５ａが取付けられており、ウェハ
が搬入されるときのみ開口可能となっている。

【００４４】ポリッシング装置は、各機器を囲むように
ハウジング２６を備えており、ハウジング２６の内部
は、隔壁２８、隔壁３０、隔壁３２、隔壁３４、及び隔
壁３６により複数の領域（領域Ａ、領域Ｂを含む）に区
画されている。

【００４５】ウェハカセット１と搬送ロボット４が配置
されている領域Ａと、洗浄機５，６と載置台７，８，
９，１０が配置されている領域Ｂとの間には、領域Ａと
領域Ｂとのクリーン度を分けるために隔壁２８が配置さ
れている。この隔壁２８には、領域Ａと領域Ｂとの間で
半導体ウェハを搬送するための開口部が設けられてお
り、この開口部にはシャッター３８が設けられている。
上記洗浄機５，６，２４，２５、ウェハステーション１
２の載置台７，８，９，１０、及び搬送ロボット１４，
１５は、すべて領域Ｂの中に配置されており、領域Ｂの
圧力は領域Ａ内の気圧よりも低い気圧に調整されてい
る。

【００４６】図１に示すように、隔壁３４によって領域
Ｂとは区切られた領域Ｃの内部において搬送ロボット１
４のハンドが到達可能な位置には、半導体ウェハを反転
させる反転機４０が配置されており、反転機４０には搬
送ロボット１４によって半導体ウェハが搬送される。ま
た、領域Ｃの内部において搬送ロボット１５のハンドが
到達可能な位置には、半導体ウェハを反転させる反転機
４１が配置されており、反転機４１には搬送ロボット１
５によって半導体ウェハが搬送される。反転機４０及び
反転機４１は、半導体ウェハをチャックするチャック機
構と、半導体ウェハの表面と裏面を反転させる反転機構
と、半導体ウェハを上記チャック機構によりチャックし
ているかどうかを確認する検知センサとを備えている。

【００４７】隔壁３４によって領域Ｂと区分されたポリ
ッシング室が形成されており、このポリッシング室は更
に隔壁３６によって２つの領域Ｃ及び領域Ｄに区分され
ている。なお、領域Ｂと領域Ｃ及びＤとを区切る隔壁３
４には、半導体ウェハ搬送用の開口部が設けられ、この
開口部には、反転機４０と反転機４１のためのシャッタ
ー４２，４３が設けられている。

【００４８】図１に示すように、２つの領域Ｃ，Ｄに
は、それぞれ２つの研磨テーブルと、１枚の半導体ウェ
ハを保持し且つ半導体ウェハを研磨テーブルに対して押
し付けながら研磨するための１つのトップリングが配置
されている。即ち、領域Ｃには、トップリング４４と、
大径の研磨テーブル４６と、小径の研磨テーブル４８
と、研磨テーブル４６に研磨液を供給するための研磨液
供給ノズル５０と、窒素ガス供給源及び液体供給源に接
続される複数の噴射ノズル（図示せず）を備えたアトマ
イザ５２と、研磨テーブル４６のドレッシングを行うた
めのドレッサ５４と、研磨テーブル４８のドレッシング
を行うためのドレッサ５６とが配置されている。大径の
研磨テーブル４６の研磨面の直径は半導体ウェハの直径
の２倍以上であり、小径の研磨テーブル４８の研磨面の
直径は半導体ウェハの直径より大きく且つこの直径の２
倍よりは小さい。同様に、領域Ｄには、トップリング４
５と、大径の研磨テーブル４７と、小径の研磨テーブル
４９と、研磨テーブル４７に研磨液を供給するための研
磨液供給ノズル５１と、窒素ガス供給源及び液体供給源
に接続される複数の噴射ノズル（図示せず）を備えたア
トマイザ５３と、研磨テーブル４７のドレッシングを行
うためのドレッサ５５と、研磨テーブル４９のドレッシ
ングを行うためのドレッサ５７とが配置されている。

【００４９】研磨液供給ノズル５０，５１からは研磨に
使用する研磨液やドレッシングに使用するドレッシング
液（例えば、水）がそれぞれ研磨テーブル４６，４７上
に供給される。また、アトマイザ５２，５３からは窒素
ガスと純水又は薬液とが混合された液体が研磨テーブル
４６，４７上に噴射される。窒素ガス供給源からの窒素
ガス及び液体供給源からの純水又は薬液は、図示しない
レギュレータやエアオペレータバルブによって所定の圧
力に調整され、両者が混合された状態でアトマイザ５
２，５３の噴射ノズルに供給される。薬液としては、例
えば界面活性剤などを用いることができる。この場合に
おいて、アトマイザ５２，５３の噴射ノズルは研磨テー
ブル４６，４７の外周側に向けて液体を噴射するのが好
ましい。なお、窒素ガスに代えて他の不活性ガスを用い
ることもできる。また、純水又は薬液などの液体のみを
アトマイザ５２，５３から噴射することとしてもよい。
なお、研磨テーブル４８，４９にもアトマイザを設けて
もよい。研磨テーブル４８，４９にアトマイザを設ける
ことで、研磨テーブル４８，４９の表面をより清浄に保
つことができる。

【００５０】混合された窒素ガスと純水又は薬液は、
液体微粒子化、液体が凝固した微粒子固体化、液体
が蒸発した気体化（これら、、を霧状化又はアト
マイズという）された状態で、アトマイザ５２，５３の
噴射ノズルから研磨テーブル４６，４７に向けて噴射さ
れる。混合された液体が液体微粒子化、微粒子固体化、
気体化のいずれの状態で噴射されるかは、窒素ガス及び
／又は純水又は薬液の圧力、温度、又はノズル形状など
によって決定される。従って、レギュレータなどによっ
て窒素ガス及び／又は純水又は薬液の圧力、温度、又は
ノズル形状などを適宜変更することによって噴射される
液体の状態を変更することができる。

【００５１】なお、研磨テーブル４８，４９の代わり
に、湿式タイプのウェハ膜厚測定機を設置してもよい。
その場合は、研磨直後のウェハの膜厚を測定することが
でき、ウェハの削り増しや、測定値を利用して次のウェ
ハへの研磨プロセスの制御を行うこともできる。

【００５２】反転機４０及び４１とトップリング４４及
び４５の下方に、洗浄室（領域Ｂ）とポリッシング室
（領域Ｃ，Ｄ）の間でウェハを搬送するロータリトラン
スポータ６０が配置されている。ロータリトランスポー
タ６０には、ウェハを載せるステージが４ヶ所等配に設
けてあり、同時に複数のウェハを搭載できるようになっ
ている。

【００５３】反転機４０及び４１に搬送されたウェハ
は、ロータリトランスポータ６０のステージの中心が、
反転機４０又は４１でチャックされたウェハの中心と位
相が合ったときに、ロータリトランスポータ６０の下方
に設置されたリフタ６２又は６３が昇降することで、ロ
ータリトランスポータ６０上に搬送される。ロータリト
ランスポータ６０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６０の位置を９０°変えること
で、トップリング４４又は４５の下方へ搬送される。ト
ップリング４４又は４５は、予めロータリトランスポー
タ６０の位置に揺動している。トップリング４４又は４
５の中心が前記ロータリトランスポータ６０に搭載され
たウェハの中心と位相が合ったときに、それらの下方に
配置されたプッシャー６４又は６５が昇降することで、
ウェハはロータリトランスポータ６０からトップリング
４４又は４５へ移送される。

【００５４】次に、ポリッシング室をより詳細に説明す
る。なお、以下では、領域Ｃについてのみ説明するが、
領域Ｄについても領域Ｃと同様に考えることができる。
図２は、領域Ｃのトップリング４４と研磨テーブル４
６，４８との関係を示す図である。

【００５５】図２に示すように、トップリング４４は回
転可能なトップリング駆動軸７０によってトップリング
ヘッド７２から吊下されている。トップリングヘッド７
２は位置決め可能な揺動軸７４によって支持されてお
り、トップリング４４は研磨テーブル４６，４８の双方
にアクセス可能になっている。

【００５６】また、ドレッサ５４は回転可能なドレッサ
駆動軸７６によってドレッサヘッド７８から吊下されて
いる。ドレッサヘッド７８は位置決め可能な揺動軸８０
によって支持されており、これによりドレッサ５４は待
機位置と研磨テーブル４６上のドレッサ位置との間を移
動可能になっている。同様に、ドレッサ５６は回転可能
なドレッサ駆動軸８２によってドレッサヘッド８４から
吊下されている。ドレッサヘッド８４は位置決め可能な
揺動軸８６によって支持されており、これによりドレッ
サ５６は待機位置と研磨テーブル４８上のドレッサ位置
との間を移動可能になっている。ドレッサ５４，５６と
しては、例えばダイヤモンド粒子を電着したダイヤモン
ドドレッサーを用いる。

【００５７】大径の研磨テーブル４６の上面は、砥粒と
気孔又は気孔剤とがバインダ（樹脂）により結合された
固定砥粒４６ａによって構成されており、この固定砥粒
４６ａによってトップリング４４に保持された半導体ウ
ェハを研磨する研磨面が構成される。ここで、バインダ
としてメチルメタクリレートブタジエンスチレン（ＭＢ
Ｓ）樹脂を用いる。ＭＢＳ樹脂は、メタクリル酸メチル
とブタジエンとスチレンを原料とした共重合体であり、
主に塩化ビニル樹脂又はアクリル樹脂の耐衝撃性を改良
する改質剤として使用されている。ゴム層であるブタジ
エンとスチレンの共重合体（ＳＢＲ）をコアとし、メタ
クリル酸メチルとスチレンの共重合体（ＭＳ）をシェル
としたコアシェル型の熱可塑性樹脂である。ブタジエン
とスチレンの共重合体（ＳＢＲ）の他、ポリブタジエン
系ゴムやポリアクリル酸エステル系ゴム等をコアとした
ＭＢＳ樹脂がある。また、ＭＢＳ樹脂の他にエラストマ
ー（ＥＰＲ、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴ
ム等）を分散させた樹脂、エラストマーをコアとしたコ
アシェルタイプの樹脂などをバインダとして用いること
もできる。

【００５８】また、小径の研磨テーブル４８の上面は、
軟質の不織布によって構成されており、この不織布によ
り研磨後の半導体ウェハの表面に付着した砥粒を洗浄す
る洗浄面が構成される。

【００５９】次に、本発明のポリッシング装置を用いて
半導体ウェハを研磨する工程について例を挙げて説明す
る。なお、以下の研磨工程の説明では、領域Ｃにおいて
研磨処理を行う場合について説明するが、領域Ｄについ
ても同様に考えることができる。まず、層間絶縁膜（Ｉ
ＬＤ）のパターンが形成された半導体ウェハを研磨する
場合の研磨工程について説明する。例えば、削れやす
く、研磨速度が速いウェハを研磨する場合には、以下に
述べるex-situドレッシングが採用される。

【００６０】１）ex-situドレッシング研磨テーブル４６を２５ｍｉｎ^−１、ドレッサ５４を１
０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回転させつつ、ドレッサ押圧力
を４０Ｎとして研磨テーブル４６に取付けられた固定砥
粒４６ａのドレッシングを例えば１７秒間行う。このと
き、アトマイザ５２からＤＩＷ（流量：１０００ｃｍ^３
／ｍｉｎ）と窒素ガス（圧力：０．１５ＭＰａ）との混
合液を固定砥粒４６ａに向けて噴射する。このようにア
トマイズしながらドレッシングするので、ドレッシング
によりスクラッチの原因となる大粒子が固定砥粒４６ａ
の表面に発生しても、このアトマイズによりこの大粒子
を固定砥粒４６ａの表面から除去することができるた
め、半導体ウェハのスクラッチを低減することが可能と
なる。なお、ドレッシング後にアトマイズしてもよい。

【００６１】ここで、窒素ガスの圧力が０．５ＭＰａよ
りも大きくなると研磨速度が低下してしまうので、好ま
しくは、ＤＩＷの流量を２００乃至５０００ｃｍ^３／ｍ
ｉｎ、窒素ガスの圧力を０．０５ＭＰａ乃至０．５ＭＰ
ａとし、より好ましくは、ＤＩＷの流量を１０００ｃｍ
^３／ｍｉｎ、窒素ガスの圧力を０．１５ＭＰａとする。
また、アトマイザ５２の噴射ノズルを固定砥粒４６ａの
外周側に向けておけば、上述した大粒子を効率よく固定
砥粒の表面から除去することが可能となる。

【００６２】２）ポリッシング研磨テーブル４６を１０ｍｉｎ^−１、トップリング４４
を１６ｍｉｎ^−１でそれぞれ回転させつつ、ウェハ面圧
を３５ｋＰａとして半導体ウェハを例えば１２０秒間研
磨する。このとき、研磨液供給ノズル５０から研磨液及
びＤＩＷ又は薬液（界面活性剤）を２００ｃｍ^３／ｍｉ
ｎで固定砥粒４６ａ上に供給する。なお、ここでは、ウ
ェハ面圧を３５ｋＰａとしたが、スクラッチ低減のため
には３５ｋＰａ以下にすることが好ましい。また、研磨
中の研磨テーブル４６及びトップリング４４の回転速度
をより高回転にしてもよい。例えば、研磨テーブル４６
を６０ｍｉｎ^−１、トップリング４４を６１ｍｉｎ^−１
でそれぞれ回転させてもよい。この場合には、研磨レー
トは低下するがスクラッチを低減することができる。な
お、ポリッシング工程においてアトマイズを行ってもよ
い。これにより、研磨中に半導体ウェハとの摺動摩擦で
生じた粗大粒子を除去することができる。

【００６３】３）水ポリッシングポリッシング終了後、研磨テーブル４６を５０ｍｉｎ
^−１、トップリング４４を４０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回
転させつつ、ウェハ面圧を１０ｋＰａとして半導体ウェ
ハを例えば１０秒間水ポリッシュする。このとき、研磨
液供給ノズル５０から研磨液又はＤＩＷを１０００ｃｍ
^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に供給する。

【００６４】この水ポリッシュ時の研磨テーブル４６の
回転速度（５０ｍｉｎ^−１）は、研磨時の研磨テーブル
４６の回転速度（１０ｍｉｎ^−１、）よりも速くなって
おり、研磨面と半導体ウェハの相対速度を大きくするこ
とにより、半導体ウェハの表面に付着した砥粒の洗浄除
去効果が高められる。また、この水ポリッシュ時のウェ
ハ面圧を研磨時のウェハ面圧（３５ｋＰａ）よりも小さ
くしており（１０ｋＰａ）、これによって水ポリッシュ
中の更なる研磨の進行が抑えられている。また、水ポリ
ッシュ時に供給する液体を研磨時よりも多くし、ウェハ
面圧を研磨時より小さくすることにより、半導体ウェハ
と研磨面の間の液膜を厚くし、両者の表面張力を減ら
し、次の半導体ウェハを研磨テーブルから離脱させやす
くすることができる。

【００６５】４）オーバーハング水ポリッシング終了後、研磨テーブル４６を５ｍｉｎ
^−１、トップリング４４を１０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回
転させつつ、トップリングヘッド７２を介してトップリ
ング４４を研磨テーブル４６上を這うように平行移動さ
せる。このときのウェハの面圧は１０ｋＰａ未満となる
ようにし、研磨液供給ノズル５０から研磨液又はＤＩＷ
を１０００ｃｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に供給す
る。そして、ウェハの一部が研磨テーブル４６の外周縁
から外方にはみ出したオーバーハング位置でトップリン
グヘッド７２を停止させ、このオーバーハング状態でト
ップリング４４を上昇させて、ウェハを固定砥粒４６ａ
の表面から離脱させる。これにより、ウェハと研磨テー
ブルの間に作用する液体による表面張力が低減されて、
両者の間に作用する不要な力をなくし、搬送精度を向上
させることができる。また、オーバーハング時に、研磨
テーブル４６の回転速度が１０ｍｉｎ^−１から５ｍｉｎ
^−１になっており、これによって研磨キズ又は研磨ムラ
をつけずに安定的に半導体ウェハを研磨テーブル４６か
ら離脱させることができる。なお、オーバーハングさせ
ずに、研磨位置でトップリング４４を上昇させて、固定
砥粒４６ａの表面から半導体ウェハを離脱させてもよ
い。この場合において、固定砥粒４６ａの表面に複数の
溝を形成するとウェハを離脱させやすい。

【００６６】このように、削れやすく、研磨速度が速い
ウェハを研磨する場合には、上述したex-situドレッシ
ングが採用されるが、ＩＬＤのパターンが形成された半
導体ウェハで、削れにくく、研磨速度が遅いウェハを研
磨する場合には、以下に述べるin-situドレッシングが
採用される。なお、以下の説明においては、上述した例
と重複する部分については適宜省略して説明する。

【００６７】１）in-situドレッシング研磨研磨テーブル４６を１０ｍｉｎ^−１、ドレッサ５４を１
０ｍｉｎ^−１、トップリング４４を２６ｍｉｎ^−１でそ
れぞれ回転させつつ、ウェハ面圧を５０ｋＰａとして半
導体ウェハを例えば６０秒間研磨する。このとき、研磨
液供給ノズル５０から研磨液及びＤＩＷ又は薬液（界面
活性剤）を２００ｃｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に
供給すると共に、アトマイザ５２からＤＩＷ（流量：１
０００ｃｍ^３／ｍｉｎ）と窒素ガス（圧力：０．１５Ｍ
Ｐａ）との混合液を固定砥粒４６ａ上に向けて噴射す
る。その後、ドレッサ５４によるドレッシングを停止
し、トップリング４４の回転速度を１６ｍｉｎ^−１、ウ
ェハ面圧を３５ｋＰａにして例えば１２０秒間半導体ウ
ェハの研磨を継続する。即ち、半導体ウェハの表面に形
成された凸部が平坦化される直前（残段差１００〜３０
０Å）までをドレッシングしながら研磨を行い（in-sit
uドレッシング）、その後凸部が平坦化されるまでをド
レッシングを停止して研磨を継続する。このようにする
ことで、ドレッサ５４によるドレッシングにより固定砥
粒４６ａの表面に大粒子が発生して半導体ウェハにスク
ラッチが入ったとしても、研磨の継続によってスクラッ
チを次第に浅くして最終的には消失させることができ
る。なお、ここでは、ウェハ面圧を５０ｋＰａから３５
ｋＰａに下げた例を説明したが、スクラッチ低減のため
には３５ｋＰａ以下に下げることが好ましい。なお、ド
レッシング停止後に引き続き行われる研磨において、ア
トマイズを行ってもよい。研磨中にアトマイズを行うこ
とにより、半導体ウェハとの摺動摩擦で生じた粗大粒子
を除去することができる。

【００６８】２）水ポリッシングポリッシング終了後、研磨テーブル４６を５０ｍｉｎ
^−１、トップリング４４を４０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回
転させつつ、ウェハ面圧を１０ｋＰａとして半導体ウェ
ハを好ましくは５秒以上、例えば１０秒間水ポリッシュ
する。このとき、研磨液供給ノズル５０から研磨液又は
ＤＩＷを１０００ｃｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に
供給する。

【００６９】３）オーバーハング水ポリッシング終了後、研磨テーブル４６を５ｍｉｎ
^−１、トップリング４４を１０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回
転させつつ、トップリングヘッド７２を介してトップリ
ング４４を研磨テーブル４６上を這うように平行移動さ
せる。このときのウェハの面圧は１０ｋＰａ未満となる
ようにし、研磨液供給ノズル５０から研磨液又はＤＩＷ
を１０００ｃｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に供給す
る。そして、ウェハの一部が研磨テーブル４６の外周縁
から外方にはみ出したオーバーハング位置でトップリン
グヘッド７２を停止させ、このオーバーハング状態でト
ップリング４４を上昇させて、ウェハを固定砥粒４６ａ
の表面から離脱させる。なお、オーバーハングさせず
に、研磨位置でトップリング４４を上昇させて、固定砥
粒４６ａの表面から半導体ウェハを離脱させてもよい。
この場合において、固定砥粒４６ａの表面に複数の溝を
形成するとウェハを離脱させやすい。

【００７０】次に、ＳＴＩ（shallow trench isolatio
n）のパターンが形成された半導体ウェハを研磨する場
合の研磨工程について説明する。上述したＩＬＤの場合
と同様に、削れやすく、研磨速度が速いウェハを研磨す
る場合には、以下に述べるex-situドレッシングが採用
される。

【００７１】１）ex-situドレッシング研磨テーブル４６を２５ｍｉｎ^−１、ドレッサ５４を１
０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回転させつつ、ドレッサ押圧力
を４０Ｎとして研磨テーブル４６に取付けられた固定砥
粒４６ａのドレッシングを例えば１７秒間行う。このと
き、アトマイザ５２からＤＩＷ（流量：１０００ｃｍ^３
／ｍｉｎ）と窒素ガス（圧力：０．１５ＭＰａ）との混
合液を固定砥粒４６ａに向けて噴射する。

【００７２】２）ポリッシング研磨テーブル４６を１０ｍｉｎ^−１、トップリング４４
を１６ｍｉｎ^−１でそれぞれ回転させつつ、ウェハ面圧
を３５ｋＰａとして半導体ウェハを例えば１２０秒間研
磨する。このとき、研磨液供給ノズル５０から研磨液及
びＤＩＷ又は薬液（陰イオン系界面活性剤）を２００ｃ
ｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に供給する。なお、こ
こでは、ウェハ面圧を３５ｋＰａとしたが、スクラッチ
低減のためには３５ｋＰａ以下にすることが好ましい。
また、研磨中の研磨テーブル４６及びトップリング４４
の回転速度をより高回転にしてもよい。例えば、研磨テ
ーブル４６を６０ｍｉｎ^−１、トップリング４４を６１
ｍｉｎ^−１でそれぞれ回転させてもよい。この場合に
は、研磨レートは低下するがスクラッチを低減すること
ができる。なお、ポリッシング工程においてアトマイズ
を行ってもよい。これにより、研磨中に半導体ウェハと
の摺動摩擦で生じた粗大粒子を除去することができる。
なお、ＳＴＩウェハの研磨において陰イオン界面活性剤
を供給しながら研磨をすることにより窒化膜の研磨が抑
制され、窒化膜がストッパーとなり、面内均一性を高め
ることができる。その際に、研磨中にアトマイザに用い
る液体にも研磨液と同種の薬液（この場合、陰イオン界
面活性剤）を添加した方がよい。アトマイザにより研磨
面上の液体の界面活性剤濃度が減少すると、窒化膜の研
磨が進んでしまうため、研磨中にウェハに接する液体の
薬液濃度を変えないようにすることが重要である。ま
た、ＳＴＩウェハでは研磨が進行するとウェハの同一面
上に酸化膜と窒化膜の異なる２種類の材質が露出する。
従来の弾性を有する軟質パッドを用いた研磨では、トレ
ンチ部の酸化膜のディッシングが問題となっていたが、
硬質な固定砥粒を用いることで、異なる複数種類の材質
が露出するＳＴＩウェハの平坦化において特に効果的で
ある。

【００７３】３）水ポリッシングポリッシング終了後、研磨テーブル４６を５０ｍｉｎ
^−１、トップリング４４を４０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回
転させつつ、ウェハ面圧を１０ｋＰａとして半導体ウェ
ハを好ましくは５秒以上、例えば１０秒間水ポリッシュ
する。このとき、研磨液供給ノズル５０から研磨液又は
ＤＩＷを１０００ｃｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に
供給する。

【００７４】４）オーバーハング水ポリッシング終了後、研磨テーブル４６を５ｍｉｎ
^−１、トップリング４４を１０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回
転させつつ、トップリングヘッド７２を介してトップリ
ング４４を研磨テーブル４６上を這うように平行移動さ
せる。このときのウェハの面圧は１０ｋＰａ未満となる
ようにし、研磨液供給ノズル５０から研磨液又はＤＩＷ
を１０００ｃｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に供給す
る。そして、ウェハの一部が研磨テーブル４６の外周縁
から外方にはみ出したオーバーハング位置でトップリン
グヘッド７２を停止させ、このオーバーハング状態でト
ップリング４４を上昇させて、ウェハを固定砥粒４６ａ
の表面から離脱させる。なお、オーバーハングさせず
に、研磨位置でトップリング４４を上昇させて、固定砥
粒４６ａの表面から半導体ウェハを離脱させてもよい。
この場合において、固定砥粒４６ａの表面に複数の溝を
形成するとウェハを離脱させやすい。

【００７５】このように、削れやすく、研磨速度が速い
ウェハを研磨する場合には、上述したex-situドレッシ
ングが採用されるが、ＳＴＩのパターンが形成された半
導体ウェハで、削れにくく、研磨速度が遅いウェハを研
磨する場合には、ＩＬＤの場合と同様に以下に述べるin
-situドレッシングが採用される。

【００７６】１）in-situドレッシング研磨研磨テーブル４６を１０ｍｉｎ^−１、ドレッサ５４を１
０ｍｉｎ^−１、トップリング４４を２６ｍｉｎ^−１でそ
れぞれ回転させつつ、ウェハ面圧を５０ｋＰａとして半
導体ウェハを例えば６０秒間研磨する。このとき、研磨
液供給ノズル５０から研磨液及びＤＩＷ又は薬液（陰イ
オン系界面活性剤）を２００ｃｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒
４６ａ上に供給すると共に、アトマイザ５２からＤＩＷ
（流量：１０００ｃｍ^３／ｍｉｎ）と窒素ガス（圧力：
０．１５ＭＰａ）との混合液を固定砥粒４６ａ上に向け
て噴射する。その後、ドレッサ５４によるドレッシング
を停止し、トップリング４４の回転速度を１６ｍｉｎ
^−１、ウェハ面圧を３５ｋＰａにして例えば１２０秒間
半導体ウェハの研磨を継続する。即ち、半導体ウェハの
表面の平坦化及び窒化膜に到達する直前（窒化膜上の酸
化残膜５００Å程度）までをドレッシングしながら研磨
を行い（in-situドレッシング）、その後窒化膜に到達
するまでをドレッシングを停止して研磨を継続する。こ
のようにすることで、ドレッサ５４によるドレッシング
により固定砥粒４６ａの表面に大粒子が発生して半導体
ウェハにスクラッチが入ったとしても、研磨の継続によ
ってスクラッチを次第に浅くして最終的には消失させる
ことができる。なお、ここでは、ウェハ面圧を５０ｋＰ
ａから３５ｋＰａに下げた例を説明したが、スクラッチ
低減のためには３５ｋＰａ以下に下げることが好まし
い。

【００７７】２）水ポリッシングポリッシング終了後、研磨テーブル４６を５０ｍｉｎ
^−１、トップリング４４を４０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回
転させつつ、ウェハ面圧を１０ｋＰａとして半導体ウェ
ハを好ましくは５秒以上、例えば１０秒間水ポリッシュ
する。このとき、研磨液供給ノズル５０から研磨液又は
ＤＩＷを１０００ｃｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に
供給する。

【００７８】３）オーバーハング水ポリッシング終了後、研磨テーブル４６を５ｍｉｎ
^−１、トップリング４４を１０ｍｉｎ^−１でそれぞれ回
転させつつ、トップリングヘッド７２を介してトップリ
ング４４を研磨テーブル４６上を這うように平行移動さ
せる。このときのウェハの面圧は１０ｋＰａ未満となる
ようにし、研磨液供給ノズル５０から研磨液又はＤＩＷ
を１０００ｃｍ^３／ｍｉｎで固定砥粒４６ａ上に供給す
る。そして、ウェハの一部が研磨テーブル４６の外周縁
から外方にはみ出したオーバーハング位置でトップリン
グヘッド７２を停止させ、このオーバーハング状態でト
ップリング４４を上昇させて、ウェハを固定砥粒４６ａ
の表面から離脱させる。なお、オーバーハングさせず
に、研磨位置でトップリング４４を上昇させて、固定砥
粒４６ａの表面から半導体ウェハを離脱させてもよい。
この場合において、固定砥粒４６ａの表面に複数の溝を
形成するとウェハを離脱させやすい。

【００７９】上述のようにして固定砥粒４６ａにより研
磨された半導体ウェハは、小径の研磨テーブル４８に移
動されて、ここでバフクリーニングが行われる。即ち、
トップリング４４と研磨テーブル４８とをそれぞれ独立
に回転させつつ、トップリング４４に保持された研磨後
の半導体ウェハを研磨テーブル４８上の軟質の不織布に
押圧する。このとき、図示しない洗浄液供給ノズルから
砥粒を含まない液体、例えば純水又はアルカリ液、好ま
しくはｐＨ９以上のアルカリ液やＴＭＡＨを含むアルカ
リ液を不織布に供給する。これにより、研磨後の半導体
ウェハの表面に付着した砥粒を効果的に除去することが
できる。

【００８０】また、上記バフクリーニングに代えて、洗
浄機２４又は２５において半導体ウェハのＤＨＦ洗浄を
行うこととしてもよい。この場合、ＤＨＦ供給ノズル１
１４ａ，１１４ｂから例えば０．５％ＤＨＦ液を約３０
秒間ウェハＷに向けて噴射する（図３参照）。このＤＨ
Ｆ洗浄により、研磨後の半導体ウェハの表面の酸化膜が
溶解除去され、酸化膜の表面に付着していた砥粒が同時
に除去される。この場合において、０．１％以上の濃度
のＤＨＦ液を用いることが好ましく、また、ＰＶＡスポ
ンジ１１２ａ，１１２ｂを用いてウェハＷをスクラブ洗
浄するとより効果的に砥粒を除去することができる。Ｄ
ＨＦに代えてオゾン水や電解イオン水などを用いること
としてもよい。なお、上述したバフクリーニングやＤＨ
Ｆ洗浄の後、例えばペンスポンジによって半導体ウェハ
の表面を洗浄することとしてもよい。特に、固定砥粒に
用いる砥粒として酸化セリウムを用いた場合、酸化セリ
ウムはウェハに付着しやすいので、バフクリーニングや
ＤＨＦ洗浄工程を加えることにより研磨後のより清浄な
ウェハを得ることができる。

【００８１】また、固定砥粒４６ａによる研磨後に、半
導体ウェハの仕上げ研磨を行うこととしてもよい。この
仕上げ研磨は、研磨テーブル４６において行ってもよ
く、あるいは、研磨テーブル４８において行ってもよ
い。いずれの場合においても、砥粒を含む研磨液を用い
て仕上げ研磨を行い、仕上げ研磨後に上述した水ポリッ
シング工程と洗浄工程（バフクリーニング又はＤＨＦ洗
浄）を行う。

【００８２】上述した各実施例では、大径の研磨テーブ
ル４６に固定砥粒、小径の研磨テーブル４８に研磨パッ
ド（不織布）を設け、大径の研磨テーブル４６において
研磨を行った後、小径の研磨テーブル４８で研磨を行う
２段研磨の例を説明したが、これに限られるものではな
い。

【００８３】一般に、小径の研磨テーブルでは、研磨面
と半導体ウェハとの相対速度が小さく、十分な研磨レー
トを得ることができない。従って、一定の研磨レートを
確保する必要がある場合には、研磨面と半導体ウェハと
の相対速度が大きい大径の研磨テーブルにおいて１次研
磨を行うのが一般的である。しかしながら、上述した固
定砥粒を用いれば、相対速度が小さくても一定の研磨レ
ートを確保することができるので、小径の研磨テーブル
４８においても１次研磨を行うことが可能である。この
観点から、例えば、小径の研磨テーブル４８に固定砥
粒、大径の研磨テーブル４６に研磨パッド（研磨クロ
ス）をそれぞれ設け、小径の研磨テーブル４８において
研磨を行った後、大径の研磨テーブル４６で研磨を行う
こととしてもよい。

【００８４】固定砥粒の価格は研磨パッドより高く、径
にほぼ比例して高くなるので、小径の研磨テーブルに用
いる方が安価になる。また、研磨パッドは固定砥粒より
も寿命が短いので、接触頻度を分散できて研磨面の寿命
を長くすることができる大径の研磨テーブルに用いる方
がメンテナンス周期が延び、生産性が向上する。従っ
て、上述したように、研磨パッドに比べて値段が高く且
つ成型の難しい固定砥粒を小径の研磨テーブル４８に用
いてここで粗削りをした後に、固定砥粒に比べて寿命が
短い研磨パッドを大径の研磨テーブル４６に用いてここ
で仕上げ研磨すれば、ランニングコストを低減すると共
にメンテナンス性を向上させることができる。

【００８５】この場合において、平坦化と省コストの面
から考慮すると、小径の研磨テーブル４８に用いる研磨
工具は、固定砥粒でなくてもよい。例えば、小径の研磨
テーブル４８に非固定砥粒の硬質パッドを用い、エッチ
ング等の効果を付与した薬液を供給しながら研磨を行う
こともできる。例えば、Ｃｕ膜研磨用の酸化剤、エッチ
ング剤、酸化抑制剤などがこれにあたる。特に、銅など
の金属膜に対してエッチング剤などの薬液を供給するこ
とによって、薬液により金属表面を劣化させることがで
きるので、パッドの摺動の機械的作用により砥粒がなく
ても除去加工を行うことができる。この薬液は砥粒を含
まない液体が好ましいが、砥粒を含む薬液であってもよ
い。また、砥粒を含んだ純水であってもよい。このよう
な構成によっても、固定砥粒を用いた場合と同様に、高
い平坦性と研磨レートを得ることができる。

【００８６】硬質パッドにより研磨を行うと、ウェハの
表面に微小な傷が入りやすいので、その後に仕上げ研磨
が必要となる。また、平坦化すると研磨レートが急激に
低下するため、平坦化後更に所定膜厚まで研磨するには
時間がかかる。従って、上述した小径の研磨テーブル４
８での研磨が終了した後、引き続き大径の研磨テーブル
４６で仕上げ研磨を行うのが好ましい。この場合には、
研磨レート確保と傷除去効果の点で、大径の研磨テーブ
ル４６に軟質パッドを設け、スラリを供給して仕上げ研
磨及び削り増しを行うことが好ましい。

【００８７】また、半導体ウェハの表面の膜厚はウェハ
中心部と外周部とで大きく異なっている場合がある。例
えば、ウェハ中心部では薄く、外周部に向かって厚くな
り、最外周でまた薄くなる。軟質の研磨パッドを用いて
スラリを供給しながら半導体ウェハを研磨する場合にお
いて、このようなウェハ表面の平坦化を実現するために
は、例えば、刻々と変化する残膜プロファイルに追従し
てトップリングを制御するなど極めて複雑な制御が必要
となり、その実現が困難である。研磨面に固定砥粒を用
いて研磨を行う、あるいは、非固定砥粒の硬質パッドを
用いてエッチング性の薬液を供給しながら研磨を行うこ
とにより、上述したウェハ表面の平坦化を実現すること
ができる。また、半導体チップのパターン密度や凹凸の
ピッチに顕著な差がある場合にも、このような研磨プロ
セスにより対応することができる。

【００８８】また、上述した場合において、大径の研磨
テーブル４６に装着する研磨工具は、研磨パッドに限ら
れず、固定砥粒であってもよい。大径の研磨テーブル４
６に固定砥粒を設けた場合には、小径の研磨テーブル４
８で半導体ウェハの平坦化を行った後、大径の研磨テー
ブル４６で砥粒を含まない純水又は薬液を供給しながら
仕上げ研磨を行う。

【００８９】図２に示した形式の研磨テーブル以外に
も、図４及び図５に示すようなスクロール型研磨テーブ
ルを研磨テーブル４６，４７，４８，４９として用いる
ことができる。以下、このスクロール型研磨テーブルに
ついて説明する。図４はスクロール型の第２の研磨テー
ブルを示す縦断面図であり、図５Ａは図４のＰ−Ｐ線断
面図であり、図５Ｂは図５ＡのＸ−Ｘ線断面図である。

【００９０】スクロール型の研磨テーブルは、中空シャ
フトを有するモータ２５０の上部フランジ２５１、内部
が中空になったシャフト２５２が順にボルトによって締
結されている。シャフト２５２の上部にはベアリング２
５３によりセットリング２５４が支持されている。この
セットリング２５４の上面にテーブル２５９が締結さ
れ、その上部に研磨テーブル２５５がボルト２９０によ
り締結されている。研磨テーブル２５５は、全体を例え
ば固定砥粒で構成してもよいし、研磨テーブル２５５を
例えばステンレス等の耐食性に優れた金属で構成し、そ
の上面に研磨パッドを貼り付けて使用してもよい。ま
た、固定砥粒や研磨パッドを利用する場合、研磨テーブ
ル２５５の上面は、平坦でも良いし、凹凸をつけてもよ
い。テーブル２５５の外形はウェハの直径＋２“ｅ”以
上に設定されていて、研磨テーブル２５５が並進運動を
してもウェハが研磨テーブル２５５からはみ出さない大
きさになっている。

【００９１】セットリング２５４には、周方向に３つ以
上の支持部２５８が形成され、テーブル２５９が支持さ
れている。つまり、この支持部２５８の上面とセットリ
ング２５４の下面の対応する位置には、周方向に等間隔
に複数の凹所２６０，２６１が形成され、これらの凹所
２６０，２６１にはベアリング２６２，２６３がそれぞ
れ装着されている。ベアリング２６２，２６３には、図
４及び図５に示すように、“ｅ”だけずれた２つの軸体
２６４，２６５を持つ支持部材２６６が各軸体の端部を
挿入して支持され、モータ２５０を回転することにより
研磨テーブル２５５が半径“ｅ”の円に沿って並進運動
可能となっている。

【００９２】また、フランジ２５１がモータ２５０とシ
ャフト２５２との間で同様に“ｅ”だけ偏心している。
偏心による負荷のバランスを取るためバランサ２６７が
シャフト２５２に取付けられている。

【００９３】研磨テーブル２５５上への研磨液の供給
は、モータ２５０とシャフト２５２の内部を通り、テー
ブル２５９の中央に設けられた貫通孔２５７に継ぎ手２
９１を介して供給される。供給された研磨液は一旦研磨
テーブル２５５とテーブル２５９の間で形成される空間
２５６に溜められ、研磨テーブル２５５に設けられた複
数の貫通孔２６８を経由して、直接ウェハに接触するよ
うに供給される。貫通孔２６８はプロセスの種類により
数や位置が適宜選択される。研磨パッドを研磨テーブル
２５５に貼り付けて使用する場合は、研磨パッドにも貫
通孔２６８の位置に対応した位置に貫通孔が設けられ
る。研磨テーブル２５５の全体を固定砥粒で製作する場
合は、研磨テーブルの上面に、格子状、スパイラル状、
あるいは放射状等の溝を設け、この溝に貫通孔２６８を
連通させるようにしてもよい。

【００９４】また、供給される研磨液は純水や薬液やス
ラリ等のうち最適なものが選定され、必要に応じて１種
類以上の研磨砥液が同時に、又は交互に、又は順番に供
給されるように制御される。

【００９５】研磨中の研磨液から並進運動を行う機構を
保護するために、テーブル２５５にフリンガー２６９が
取付けられていて、樋２７０とラビリンス機構を形成し
ている。

【００９６】上述の構成において、モータ２５０の作動
によって研磨テーブル２５５が並進円運動（スクロール
運動）し、トップリング４４に取付けられた半導体ウェ
ハは研磨テーブル２５５の研磨面上に押し付けられる。
貫通孔２５７、空間２５６、貫通孔２６８を介して研磨
面に供給された研磨液により研磨が行われる。研磨テー
ブル２５５上の研磨面とウェハの間には、半径“ｅ”の
微小な相対並進円運動が生じて、ウェハの被研磨面はそ
の全面において均一な研磨がなされる。なお、被研磨面
と研磨面の位置関係が同じであると、研磨面の局部的な
差異による影響を受けるので、これを避けるためにトッ
プリング４４を徐々に自転させて、研磨面の同じ場所の
みで研磨されるのを防止している。上述の実施形態で
は、機械的ドレッシング工具としてのダイヤモンド粒子
電着ドレッサをドレッサ５４、５５、５６、５７として
用いた場合について説明した。しかしながら、固定砥粒
の組成、性質により、例えば砥粒の自生が起こりやすい
固定砥粒を用いる場合は、ナイロンブラシ等によるブラ
シドレッサーを用いたドレッシング、光照射により固定
砥粒表面を改質させ砥粒の自生を促す光ドレッシング、
研磨面上の液体に超音波を加振して砥粒の自生を促す超
音波ドレッシング、薬液によりバインダを溶解もしくは
改質することにより砥粒の自生を促す薬液ドレッシング
など、研磨面へ固定砥粒から砥粒の自生を促進させる様
々な手段を用いることが考えられる。

【００９７】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。

【００９８】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、固定
砥粒の表面をアトマイズしながらドレッシングする又は
ドレッシングの直後にアトマイズするので、ドレッシン
グによりスクラッチの原因となる大粒子が発生しても、
アトマイズによりこの大粒子を固定砥粒の表面から除去
することができるため、半導体ウェハのスクラッチを低
減することができる。

【００９９】また、ドレッシングを行った後に、ドレッ
シングを行わずに研磨を行うため、ドレッシングにより
固定砥粒の表面に大粒子が発生して研磨対象物にスクラ
ッチが入ったとしても、その後の研磨の継続によってス
クラッチを次第に浅くして最終的には消失させることが
できる。

【０１００】更に、本発明によれば、研磨対象物の表面
に付着した砥粒を効果的に除去して研磨対象物の汚染を
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態におけるポリッシング装置
の全体構成を示す平面図である。

【図２】図１におけるポリッシング室の正面図である。

【図３】図１における洗浄機を示す概略図である。

【図４】本発明の他の実施形態における研磨テーブルを
示す縦断面図である。

【図５】図５Ａは図４のＰ−Ｐ線断面図であり、図５Ｂ
は図５ＡのＸ−Ｘ断面図である。

【符号の説明】

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４，１４，１５搬送ロボット５，６，２４，２５洗浄機５ａ，６ａ，２２，２４ａ，２５ａ，３８，４２，４３
シャッター７，８，９，１０載置台１２ウェハステーション１６，１７，１８，１９検知センサ２０，２１リンスノズル２６ハウジング２８，３０，３２，３４，３６隔壁４０，４１反転機４４，４５トップリング４６，４７，４８，４９研磨テーブル４６ａ固定砥粒５０，５１研磨液供給ノズル５２，５３アトマイザ５４，５５，５６，５７ドレッサ６０ロータリトランスポータ６２，６３リフタ６４，６５プッシャー７０トップリング駆動軸７２トップリングヘッド７４，８０，８６揺動軸７６，８２ドレッサ駆動軸７８，８４ドレッサヘッド１１０ウェハ回転用ころ１１２ａ，１１２ｂＰＶＡスポンジ１１４ａ，１１４ｂＤＨＦ供給ノズル２５１上部フランジ２５４セットリング２５７，２６８貫通孔２５８支持部２５９テーブル２６６支持部材２６９フリンガー２７０樋２９０ボルト２９１継ぎ手

───────────────────────────────────────────────────── 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 ６２２Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｃ６２２Ｋ６２２Ｍ (72)発明者佐々木達也東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 3C043 BB00 CC04 DD06 3C047 BB01 BB12 BB16 3C058 AA04 AA19 AC04 CB02 DA02 DA13 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺動さ
せつつ研磨を行うポリッシング方法において、前記固定砥粒の表面に遊離砥粒を生じさせるためのドレ
ッシング中又はドレッシング後に、液体、もしくは不活
性ガスと純水又は薬液とが混合された液体又は気体を前
記固定砥粒の表面に噴射することを特徴とするポリッシ
ング方法。
【請求項２】前記ドレッシングは、研磨中もしくは研
磨前に行われることを特徴とする請求項１に記載のポリ
ッシング方法。
【請求項３】さらに、前記研磨対象物の研磨中に液
体、もしくは不活性ガスと純水又は薬液とが混合された
液体、もしくは気体を前記固定砥粒の表面に噴射しなが
ら研磨することを特徴とする請求項１又は２記載のポリ
ッシング方法。
【請求項４】固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺動さ
せつつ研磨を行うポリッシング方法において、前記固定砥粒のドレッシングを行いながら研磨した後
に、引き続きドレッシングを行わずに研磨対象物の研磨
を行うことを特徴とするポリッシング方法。
【請求項５】前記ドレッシングを行わない研磨工程に
おける研磨対象物への面圧は、前記ドレッシングを行い
ながらの研磨工程時の研磨対象物への面圧よりも小さく
することを特徴とする請求項４に記載のポリッシング方
法。
【請求項６】固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺動さ
せつつ研磨を行うポリッシング方法において、前記研磨対象物の研磨後に、前記固定砥粒に純水を供給
しながら研磨対象物の面圧を前記研磨時より小さくし、
前記研磨対象物を水ポリッシュすることを特徴とするポ
リッシング方法。
【請求項７】前記水ポリッシュ工程において、研磨テ
ーブルの回転速度を速くすることを特徴とする請求項６
に記載のポリッシング方法。
【請求項８】前記水ポリッシュ工程において、前記純
水の供給流量（単位時間当たりの流量）を前記研磨時に
供給する研磨液の供給流量よりも多くすることを特徴と
する請求項６に記載のポリッシング方法。
【請求項９】前記水ポリッシュ工程の後、前記研磨対
象物を固定砥粒表面から離脱する際に、研磨テーブルの
回転速度を前記研磨時よりも低くすることを特徴とする
請求項６に記載のポリッシング方法。
【請求項１０】研磨対象物を研磨し洗浄するポリッシ
ング方法において、前記研磨対象物を固定砥粒上に押圧して摺動させつつ研
磨した後に、該研磨対象物を軟質の洗浄面に押圧し、砥
粒を含まない液体を前記洗浄面に供給して前記研磨対象
物の洗浄を行うことを特徴とするポリッシング方法。
【請求項１１】前記砥粒を含まない液体は、ＴＭＡＨ
を含むアルカリ液であることを特徴とする請求項１０に
記載のポリッシング方法。
【請求項１２】固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺動
させつつ研磨し洗浄するポリッシング方法において、前記研磨対象物の研磨後に、該研磨対象物の表面を希フ
ッ酸により洗浄することを特徴とするポリッシング方
法。
【請求項１３】径の異なる２つの研磨工具に研磨対象
物を押圧して摺動させつつ研磨を行うポリッシング方法
において、小径の研磨工具に砥粒を含まない薬液を供給しつつ前記
研磨対象物の研磨を行い、その後、大径の研磨工具に砥粒を含む研磨液を供給しつ
つ前記研磨対象物の仕上げ研磨兼削り増しを行うことを
特徴とするポリッシング方法。
【請求項１４】固定砥粒を用いた基板のポリッシング
方法において、研磨中に研磨面に薬液を供給しつつ研磨を行い、かつ同時に前記薬液と同じ薬液を含む液体、もしくは不
活性ガスと前記薬液と同じ薬液とが混合された流体を、
前記固定砥粒の表面に噴射しながら研磨することを特徴
とするポリッシング方法。
【請求項１５】前記薬液は陰イオン界面活性剤である
ことを特徴とする請求項１４に記載のポリッシング方
法。
【請求項１６】前記基板は、ＳＴＩパターンが形成さ
れた半導体ウェハであることを特徴とする請求項１５に
記載のポリッシング方法。
【請求項１７】研磨対象物を保持する基板保持手段
と、研磨テーブルと、前記研磨テーブルに装着された、砥粒とバインダからな
る固定砥粒研磨工具と、前記固定砥粒から遊離砥粒を生じさせるためのドレッシ
ング手段と、前記固定砥粒の研磨面に存在する、研磨に悪影響を及ぼ
す粒子を除去するための流体噴射手段と、前記研磨テーブルと基板の相対速度を可変な相対速度可
変手段と、前記研磨テーブルと基板の押圧力を可変な押圧力可変手
段と、を備えたことを特徴とするポリッシング装置。