JP2003260663A - ポリッシング装置及びポリッシング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドレッシング部材からの砥粒の脱落を防止し
て研磨対象物の表面のスクラッチを低減することができ
るポリッシング装置を提供する。 【解決手段】 固定砥粒４６ａと、固定砥粒４６ａに半
導体ウェハを押圧するトップリング４４とを備え、固定
砥粒４６ａに半導体ウェハを押圧して研磨するポリッシ
ング装置において、固定砥粒４６ａの表面を再生するダ
イヤモンドドレッサ５４を備える。ダイヤモンドドレッ
サ５４は、＃１００のダイヤモンド砥粒と＃２００のダ
イヤモンド砥粒とを混粒した混粒ダイヤモンド砥粒を電
着させたドレッシング部材を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリッシング装置
及び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装置
及び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】研磨対象物の研磨後には、研磨対象物を研
磨面から引き剥がす必要があるが、研磨対象物が表面張
力等により研磨面に密着して残ってしまうことを防止す
るため、研磨対象物を研磨面の外周縁まで一旦移動さ
せ、研磨対象物を研磨面の外周縁の外部に露出させた後
にトップリングを上昇させて研磨面から引き剥がすオー
バーハング方式が知られている。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したドレッシング
においては、ダイヤモンド砥粒を電着させたドレッシン
グ部材を備えたダイヤモンドドレッサが用いられること
があるが、このようなダイヤモンドドレッサを用いて固
定砥粒の表面のドレッシングを行うと、ドレッシング部
材のダイヤモンド砥粒が脱落して固定砥粒上に落ちるこ
とがあり、この脱落したダイヤモンド砥粒がスクラッチ
の原因となってしまう。

【０００９】また、上述したダイヤモンドドレッサを用
いてドレッシングを行うと、研磨面が僅かながら削られ
るが、ドレッシングは研磨時に使用される領域に多少の
余裕をもった領域のみ行われるため、ドレッシングの回
数を重ねていくうちに研磨面全体の平坦性が失われ、そ
の結果として研磨面の外周側が内周側より高い、一定の
幅の段差が形成される。このような場合に上述したオー
バーハング方式を用いると、研磨対象物を研磨面からオ
ーバーハングさせる際に、研磨面の段差に研磨対象物及
びこれを保持したトップリングが乗り上げて、研磨対象
物が割れてしまうおそれがある。

【００１０】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、ドレッシング部材からの砥粒の
脱落を防止して研磨対象物の表面のスクラッチを低減す
ることができるポリッシング装置を提供することを第１
の目的とする。また、本発明は、オーバーハング方式に
おいて安全に研磨対象物を研磨面から引き剥がすことが
できるポリッシング方法を提供することを第２の目的と
する。

【００１１】

【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、
研磨面を構成する固定砥粒と、該研磨面に研磨対象物を
押圧するトップリングとを備え、上記研磨面に研磨対象
物を押圧して該研磨対象物を研磨するポリッシング装置
において、上記研磨面を再生するダイヤモンドドレッサ
を備え、上記ダイヤモンドドレッサは、粒度が異なる複
数種類のダイヤモンド砥粒を混粒した混粒ダイヤモンド
砥粒を電着させたドレッシング部材を備えたことを特徴
とするポリッシング装置である。この場合において、上
記複数種類のダイヤモンド砥粒が、＃１００のダイヤモ
ンド砥粒と＃２００のダイヤモンド砥粒とであることが
好ましい。

【００１２】ダイヤモンドドレッサに電着させるダイヤ
モンド砥粒としてＪＩＳ規格＃１００よりも大きいもの
を使用すると、ドレッシングの際に、研磨面（砥石面）
から粒子塊が掘り起こされるため、これがスクラッチの
原因となる。一方、ダイヤモンド砥粒として＃２００よ
りも小さいものを使用すると、砥粒をドレッサに電着固
定させておくことが難しく、脱落しやすくなるためスク
ラッチが増加する。本発明によれば、粒度が異なる複数
種類のダイヤモンド砥粒を混粒させることにより、上述
したようなスクラッチを低減することができ、かつ研磨
レートも安定する。

【００１３】本発明の好ましい一態様は、上記ダイヤモ
ンド砥粒は多角形タイプのダイヤモンド砥粒であること
を特徴としている。イレギュラータイプのダイヤモンド
砥粒を使用した場合には、砥粒の一部が破砕又は脱落し
やすく、これが固定砥粒上に落ちてスクラッチの原因と
なる。従って、結晶度が高く破砕又は脱落しにくい多角
形タイプのダイヤモンド砥粒を使用することで、スクラ
ッチを低減することができる。

【００１４】また、研磨速度の持続性の観点から、上記
混粒ダイヤモンド砥粒の粒度分布を均一にすることが好
ましい。また、上記＃１００のダイヤモンド砥粒の混粒
率を１０％以下、より好ましくは１％以下とすれば、ド
レッシングにおける研磨速度を安定化することができ
る。ここで、＃１００のダイヤモンド砥粒の混粒率と
は、（＃１００のダイヤモンド砥粒の粒数）／（＃１０
０のダイヤモンド砥粒の粒数＋＃２００のダイヤモンド
砥粒の粒数）をいう。

【００１５】本発明の第２の態様は、研磨面を構成する
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、ドレッサを上記研磨面の
外周縁から外方に突出させて該ドレッサを研磨面に押圧
し、該研磨面を再生することを特徴とするポリッシング
方法である。

【００１６】これにより、固定砥粒の外周縁がドレッサ
により研磨されるので、この外周縁に段差が形成される
ことがない。従って、オーバーハング時に、研磨対象物
が固定砥粒の外周縁の段差に乗り上げて割れてしまうお
それがなく、安全に研磨対象物を研磨面から離脱させる
ことができる。

【００１７】また、上記ドレッサの研磨面の外周縁から
の突出幅が小さい程、固定砥粒を安定的にドレッシング
することができるため、この突出幅を０ｍｍより大きく
３ｍｍよりも小さい範囲とすることが好ましい。

【００１８】更に、研磨面の回転速度に対するドレッサ
の回転速度の比を０．４乃至０．８とすれば、固定砥粒
の全面を略均一にドレッシングすることができる。ま
た、この比を３よりも大きくしてもよく、この場合には
固定砥粒の内周側を積極的にドレッシングすることがで
きる。あるいは、上記比を０．４よりも小さくしてもよ
く、この場合には固定砥粒の外周側を積極的にドレッシ
ングすることができる。

【００１９】

【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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。同様
に、領域Ｄには、トップリング４５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５
５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。

【００３５】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。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。

【００３６】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。

【００３７】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。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】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。

【００４３】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
としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることが
できるが、特に熱可塑性樹脂が好適である。

【００４４】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。

【００４５】図３乃至図５は本実施形態におけるドレッ
サ５４の詳細構造を示す図であり、図３は底面図、図４
は図３のIV−IV線断面図、図５は図４のＶ部分の拡大図
である。図３乃至図５に示すように、本実施形態におけ
るドレッサ５４は、その下面の周縁部にダイヤモンド砥
粒が電着されたドレッシング部材を備えたダイヤモンド
ドレッサで構成されている。ドレッサ５４は、下面の周
縁部に所定の幅でダイヤモンド粒子を電着させる帯状の
凸部１０１ａを有するステンレス製のドレッサ本体１０
１を備えている。凸部１０１ａの表面には、微粒のダイ
ヤモンドを電着させて形成したダイヤモンド電着リング
１０２が設けられている。ダイヤモンド電着リング１０
２は、凸部１０１ａの表面にダイヤモンド砥粒を付着さ
せ、この凸部１０１ａに例えばＮｉめっきを施して、こ
のＮｉめっき層によりダイヤモンド砥粒を固着した構造
である。なお、ドレッサ５４は、図３乃至図５に示すよ
うなリング状のダイヤモンドドレッサに限られず、例え
ば、図６に示すように、その下面の周縁部にダイヤモン
ド砥粒が電着された小径のペレット状のドレッシング部
材１０３をリング状に配置したものであってもよい。

【００４６】ダイヤモンド砥粒としては、図７（ａ）に
示すような形が揃った多角形タイプのダイヤモンド砥粒
１０４と、図７（ｂ）に示すような形が不揃いなイレギ
ュラータイプのダイヤモンド砥粒１０５とがあるが、イ
レギュラータイプのダイヤモンド砥粒１０５を上記ドレ
ッサ５４に使用した場合には、砥粒の一部が破砕又は脱
落しやすく、これが固定砥粒４６ａ上に落ちてスクラッ
チの原因となる。従って、結晶度が高く破砕又は脱落し
にくい多角形タイプのダイヤモンド砥粒１０４を使用す
ることが好ましい。

【００４７】また、ダイヤモンド砥粒としてＪＩＳ規格
＃１００よりも大きいものを使用すると、ドレッシング
の際に、研磨面（砥石面）から粒子塊が掘り起こされ、
これが固定砥粒４６ａ上に存在するとスクラッチの原因
となる。一方、ダイヤモンド砥粒として＃２００よりも
小さいものを使用すると、砥粒をステンレス製のドレッ
サ本体１０１上に電着固定させておくことが難しく、脱
落しやすくなるためスクラッチが増加する。そこで、本
実施形態においては、＃２００のダイヤモンド砥粒に＃
１００のダイヤモンド砥粒を混粒させることにより、ス
クラッチの低減を図っている。

【００４８】研磨テーブル４６上の固定砥粒４６ａは軟
質パッドに比べると硬いため、ドレッシング時にはごく
一部の大きなダイヤモンド砥粒だけが固定砥粒に接触す
る。このとき、大きなダイヤモンド砥粒にのみ荷重が集
中するためダイヤモンドが摩耗しやすい。図８は＃２０
０のダイヤモンド砥粒の粒度分布の一例を示すグラフ、
図９は＃１００のダイヤモンド砥粒の粒度分布の一例を
示すグラフである。＃２００のダイヤモンド砥粒は、＃
１００のダイヤモンド砥粒に比べて粒度分布が広がって
おり、特に大きな粒子の割合が少ない。従って、＃２０
０のダイヤモンド砥粒のみを用いたドレッサは研磨速度
が持続せず低下してしまう。これに対して、＃１００の
ダイヤモンド砥粒は大きな粒子の割合が多いため、＃１
００のダイヤモンド砥粒を用いたドレッサは研磨速度が
比較的持続する。従って、研磨速度の持続性の観点か
ら、＃２００のダイヤモンド砥粒と＃１００のダイヤモ
ンド砥粒とを混粒させた場合に粒度分布が均一となるよ
うにすることが好ましい。

【００４９】ここで、＃２００のダイヤモンド砥粒に＃
１００のダイヤモンド砥粒を混粒し、＃１００のダイヤ
モンド砥粒の混粒率を１０％、１％、０．１％としてそ
れぞれのドレッサの研磨速度を調べた。ここで、＃１０
０のダイヤモンド砥粒の混粒率とは、（＃１００のダイ
ヤモンド砥粒の粒数）／（＃１００のダイヤモンド砥粒
及び＃２００のダイヤモンド砥粒の粒数）をいう。この
実験においては、予め＃１００のダイヤモンド砥粒と＃
２００のダイヤモンド砥粒とを所定の割合で混粒した混
粒ダイヤモンド砥粒を、上述したドレッサ５４の凸部１
０１ａに電着させた。図１０はこの実験の結果を示すグ
ラフである。図１０に示すように、＃２００のダイヤモ
ンド砥粒のみを用いたドレッサに比べて、＃２００のダ
イヤモンド砥粒に＃１００のダイヤモンド砥粒を混粒さ
せたものは比較的研磨速度が安定しており、特に混粒率
が０．１％のものが良好であった。この結果から、＃１
００のダイヤモンド砥粒の混粒率を好ましくは１０％以
下、より好ましくは１％以下にするのがよいことがわか
った。

【００５０】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。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。

【００５１】１）ex-situドレッシング 研磨テーブル４６とドレッサ５４とをそれぞれ自転させ
つつ、ドレッサ５４を研磨テーブル４６に押圧し、固定
砥粒４６ａのドレッシングを行う。このとき、アトマイ
ザ５２からＤＩＷ（純水）と窒素ガスとの混合液を固定
砥粒４６ａに向けて噴射する。

【００５２】このとき、ドレッサ５４を図１１に示すよ
うに、固定砥粒４６ａの外周縁から外方に突出させなが
らドレッシングを行う。これにより、固定砥粒４６ａの
外周縁もドレッサ５４により研磨されるので、固定砥粒
４６ａの外周縁に段差が形成されることがない。このと
き、ドレッサ５４の突出幅ｄが小さい程、固定砥粒４６
ａの形状を維持しつつ安定的にドレッシングすることが
できるため、突出幅ｄを０ｍｍより大きく３ｍｍよりも
小さい範囲とすることが好ましい。また、研磨テーブル
４６（固定砥粒４６ａ）の回転速度に対するドレッサ５
４の回転速度の比を０．４〜０．８とすれば、固定砥粒
４６ａの全面を略均一にドレッシングすることができ
る。また、このときのドレッサ５４の面圧を低くした方
が、固定砥粒４６ａの消耗量を少なくして寿命を延ばせ
るので、ドレッサ５４の面圧を好ましくは９．８ｋＰａ
以下、より好ましくは４．９ｋＰａ以下とする。

【００５３】２）ポリッシング 研磨テーブル４６とトップリング４４とそれぞれ自転さ
せつつ、半導体ウェハを研磨テーブル４６に押圧し半導
体ウェハを研磨する。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）を固定砥
粒４６ａ上に供給する。

【００５４】３）水ポリッシング ポリッシング終了後、研磨テーブル４６とトップリング
４４とをそれぞれ自転させつつ、半導体ウェハを研磨テ
ーブル４６に押圧して水ポリッシュする。このとき、研
磨液供給ノズル５０から研磨液又はＤＩＷを固定砥粒４
６ａ上に供給する。

【００５５】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とトップリン
グ４４とをそれぞれ自転させつつ、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、研磨液供給ノズ
ル５０から研磨液又はＤＩＷを固定砥粒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４６
ａ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。上述のドレッシングにおいて
固定砥粒４６ａの外周縁に段差が形成されていないた
め、このオーバーハング時に半導体ウェハが段差に乗り
上げて割れるおそれもなく、安全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。

【００５６】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、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。

【００５７】１）in-situドレッシング研磨 研磨テーブル４６、ドレッサ５４、トップリング４４を
それぞれ自転させつつ、半導体ウェハを研磨する。この
とき、研磨液供給ノズル５０から研磨液及びＤＩＷ又は
薬液を固定砥粒４６ａ上に供給すると共に、アトマイザ
５２からＤＩＷと窒素ガスとの混合液を固定砥粒４６ａ
上に向けて噴射する。このときも、上述した例と同様
に、ドレッサ５４を固定砥粒４６ａの外周縁から外方に
突出させながらドレッシングを行う。

【００５８】その後、ドレッサ５４によるドレッシング
を停止し、しばらくの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１００〜３００Å）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５
４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。

【００５９】２）水ポリッシング ポリッシング終了後、研磨テーブル４６とトップリング
４４とをそれぞれ自転させつつ、半導体ウェハを研磨テ
ーブル４６に押圧して水ポリッシュする。このとき、研
磨液供給ノズル５０から研磨液又はＤＩＷを固定砥粒４
６ａ上に供給する。

【００６０】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とトップリン
グ４４とをそれぞれ自転させつつ、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、研磨液供給ノズ
ル５０から研磨液又はＤＩＷを固定砥粒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４６
ａ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。上述の例と同様に、ドレッシ
ングにおいて固定砥粒４６ａの外周縁に段差が形成され
ていないため、オーバーハング時に半導体ウェハが段差
に乗り上げて割れるおそれもなく、安全に半導体ウェハ
を研磨テーブル４６から離脱させることができる。

【００６１】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。

【００６２】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。また、上述したバフクリーニン
グやＤＨＦ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。更に、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。

【００６３】上述した例では、ドレッシング中の研磨テ
ーブル４６（固定砥粒４６ａ）の回転速度に対するドレ
ッサ５４の回転速度の比を０．４〜０．８とした場合を
説明したが、これに限られるものではなく、要求される
固定砥粒４６ａの形状に応じて上記比を変えることがで
きる。例えば、研磨テーブル４６の回転速度に対するド
レッサ５４の回転速度の比を３よりも大きくすれば固定
砥粒４６ａの内周側を積極的にドレッシングすることが
でき、０．４よりも小さくすれば固定砥粒４６ａの外周
側を積極的にドレッシングすることができる。なお、こ
のように固定砥粒４６ａの内周側あるいは外周側を積極
的にドレッシングする場合には、ドレッサ５４の面圧を
高めにして９．８ｋＰａ以上とすればより効果的であ
る。

【００６４】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。

【００６５】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、粒度
が異なる複数種類のダイヤモンド砥粒を混粒させること
により、スクラッチを低減することができ、かつ研磨レ
ートも安定する。また、固定砥粒の外周縁がドレッサに
よりドレッシングされるので、この外周縁に段差が形成
されることがない。従って、オーバーハング時に、研磨
対象物が固定砥粒の外周縁の段差に乗り上げて割れてし
まうおそれがなく、安全に研磨対象物を研磨面から離脱
させることができる。

【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】本発明の一実施形態におけるドレッサの底面図
である。

【図４】図３のIV−IV線断面図である。

【図５】図４のＶ部分の拡大図である。

【図６】本発明の他の実施形態におけるドレッサの底面
図である。

【図７】図７（ａ）は多角形タイプのダイヤモンド砥粒
を示す図、図７（ｂ）はイレギュラータイプのダイヤモ
ンド砥粒を示す図である。

【図８】＃２００のダイヤモンド砥粒の粒度分布の一例
を示すグラフである。

【図９】＃１００のダイヤモンド砥粒の粒度分布の一例
を示すグラフである。

【図１０】＃２００のダイヤモンド砥粒に＃１００のダ
イヤモンド砥粒を混粒してドレッシングを行った場合の
研磨速度を示すグラフである。

【図１１】ドレッシング時のドレッサの位置を示す概略
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 １０１ ドレッサ本体 １０１ａ 凸部 １０２ ダイヤモンド電着リング １０４，１０５ ダイヤモンド砥粒

フロントページの続き (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） 3C047 AA04 AA31 EE18 3C058 AA07 AA19 CB02 DA02 DA13 DA17

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨面を構成する固定砥粒と、該研磨面
   に研磨対象物を押圧するトップリングとを備え、前記研
   磨面に研磨対象物を押圧して該研磨対象物を研磨するポ
   リッシング装置において、 前記研磨面を再生するダイヤモンドドレッサを備え、 前記ダイヤモンドドレッサは、粒度が異なる複数種類の
   ダイヤモンド砥粒を混粒した混粒ダイヤモンド砥粒を電
   着させたドレッシング部材を備えたことを特徴とするポ
   リッシング装置。
2. 【請求項２】 前記複数種類のダイヤモンド砥粒は、＃
   １００のダイヤモンド砥粒と＃２００のダイヤモンド砥
   粒とであることを特徴とする請求項１に記載のポリッシ
   ング装置。
3. 【請求項３】 前記＃１００のダイヤモンド砥粒の混粒
   率を１０％以下としたことを特徴とする請求項２に記載
   のポリッシング装置。
4. 【請求項４】 前記＃１００のダイヤモンド砥粒の混粒
   率を１％以下としたことを特徴とする請求項３に記載の
   ポリッシング装置。
5. 【請求項５】 前記ダイヤモンド砥粒は多角形タイプの
   ダイヤモンド砥粒であることを特徴とする請求項１乃至
   ４のいずれか一項に記載のポリッシング装置。
6. 【請求項６】 前記混粒ダイヤモンド砥粒の粒度分布を
   均一にしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか
   一項に記載のポリッシング装置。
7. 【請求項７】 研磨面を構成する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、 ドレッサを前記研磨面の外周縁から外方に突出させて前
   記研磨面に押圧し、該研磨面を再生することを特徴とす
   るポリッシング方法。
8. 【請求項８】 前記ドレッサの前記研磨面の外周縁から
   の突出幅を０ｍｍより大きく３ｍｍより小さい範囲とし
   たことを特徴とする請求項７に記載のポリッシング方
   法。
9. 【請求項９】 ドレッシング時の前記研磨面の回転速度
   に対する前記ドレッサの回転速度の比を０．４乃至０．
   ８としたことを特徴とする請求項７又は８に記載のポリ
   ッシング方法。
10. 【請求項１０】 ドレッシング時の前記研磨面の回転速
    度に対する前記ドレッサの回転速度の比を３よりも大き
    くとしたことを特徴とする請求項７又は８に記載のポリ
    ッシング方法。
11. 【請求項１１】 ドレッシング時の前記研磨面の回転速
    度に対する前記ドレッサの回転速度の比を０．４よりも
    小さくしたことを特徴とする請求項７又は８に記載のポ
    リッシング方法。