JP2004042213A

JP2004042213A - 研磨装置、および研磨工具のドレッシング方法

Info

Publication number: JP2004042213A
Application number: JP2002204498A
Authority: JP
Inventors: Shiyunichirou Kojima; 兒嶋　俊市朗; Kazuto Hirokawa; 廣川　一人; Akira Kodera; 小寺　章
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-07-12
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2004-02-12
Also published as: WO2004007146A1

Abstract

【課題】砥粒が研磨面に脱落しない光によるドレッシングを行い、このドレッシングにより生じる生成物等の影響を効果的に排除し、安定的に研磨工具の研磨面に自生した砥粒を供給でき、これにより安定した高い研磨速度で基板の研磨を行うことができる研磨装置を提供する。
【解決手段】砥粒と該砥粒を固着させるバインダを含む研磨工具１３であって、研磨対象物Ｗに押圧され、該研磨対象物Ｗを研磨する研磨工具１３と、研磨工具１３の研磨面１５上に、バインダの砥粒を固着する固着力を弱める光線を照射する光源３１と、研磨により生ずる異物、または照射により生ずる異物を強制的に除去する異物除去装置とを備える。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光線を照射して研磨工具のドレッシング（目立て・再生）を行う光源と、このドレッシング等で生じた異物を除去する異物除去装置を備えた研磨装置、および光線を照射して研磨工具のドレッシングを行うドレッシング工程（光線照射工程）と、このドレッシング等で生じた異物を除去する異物除去工程とを備えた研磨工具のドレッシング方法に関する。
【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、集積されるデバイスの寸法もより微細化されつつある。そこで、半導体ウエハの表面に形成された被膜を研磨により除去して、表面を平坦化する工程が必要となる場合があるが、この平坦化法の手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置により研磨することが行われている。この種の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、研磨布（パッド）を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、ターンテーブルとトップリングとの間に研磨対象基板を介在させて、トップリングが研磨対象基板に対して一定の圧力をターンテーブルに貼設した研磨布（パッド）に与えつつ両者が回転し、両者の摺動面に砥液（スラリ）を供給しつつ研磨対象基板の表面を平坦且つ鏡面状に研磨している。
【０００３】
一方で、酸化セリウム（ＣｅＯ_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含む研磨工具を用いた半導体ウエハＷ等の研磨が研究されている。このような研磨工具による研磨では、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。又、研磨工具の組成によっては、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。又、研磨工具を用いた研磨では砥粒を多量に含む懸濁液（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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、研磨工具を用いた研磨ではダイヤモンド粒子等を固着したドレッサを用いて、研磨工具の表面の再生・目立て（ドレッシング）を行うことで、遊離砥粒を固定砥粒から自生させる。しかしながら、研磨工具を用いた半導体ウエハＷの研磨の場合は、研磨速度はドレッシング直後においては速いが、次第に低下してくるため、研磨速度が安定しない。研磨速度を安定させるためには、研磨前に毎回ドレッシングを行ない遊離砥粒を十分に自生させる必要があるが、ドレッシングを毎回の研磨前に行うと、ドレッシングに一定の時間を必要とすることから、実用上スループットが低下し、生産性を低下させるという問題もある。
【０００５】
又、化学機械研磨に用いられているダイヤモンド粒子を用いたドレッサは、ダイヤモンド粒子の研磨面への脱落という問題がある。これにより、研磨対象基板の被研磨面にスクラッチが生じる場合がある。
【０００６】
上述の問題解決手段の一つとして、光照射によるドレッシング方法が考案されているが、研磨工具に照射した際に発生する主にバインダ等が変質した生成物、基板を研磨した際に生成する研磨生成物、研磨にて反応し終えた不活性な砥粒等、いわゆる研磨とは関係ない物質（異物）が実際の研磨面に介在すると、十分に遊離砥粒を自立させても、研磨速度の高速化や安定性が確保しづらい。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、砥粒を含む研磨工具を用いて基板を研磨する研磨装置において、ダイヤモンド粒子等の研磨面への脱落という問題がない光によるドレッシングを行い、このドレッシングにより生じる生成物等の影響を効果的に排除し、安定的に研磨工具の研磨面に自生した砥粒を供給でき、これにより安定した高い研磨速度で基板の研磨を行うことができる研磨装置、および研磨工具のドレッシング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による研磨装置２０１は、例えば図１、図２に示すように、砥粒と該砥粒を固着させるバインダとを含んで形成された研磨工具１３であって、研磨対象物Ｗに押圧され、該研磨対象物Ｗを研磨する研磨工具１３と；研磨工具１３の研磨面１５上に、前記バインダの前記砥粒を固着する固着力を弱める光線を照射する光源３１と；前記研磨により生ずる異物、または前記照射により生ずる異物を強制的に除去する異物除去装置３２とを備える。
【０００９】
このように構成すると、光源３１と、異物除去装置３２とを備えるので、光源３１により研磨工具１３の研磨面１５上に光線を照射し、バインダの砥粒を固着する固着力を弱め、バインダが砥粒を保持できないようにして砥粒を自生させ、さらに異物除去装置３２により、一様な砥粒の自生を阻害する異物である、研磨により生ずる異物、または照射により生ずる異物を強制的に除去し、不安定な研磨を引き起こす要因を取り除き、研磨時の安定した砥粒の供給を可能とすることができるので、良好な研磨性能が得られる。なお、研磨工具１３は、典型的には、異物除去装置３２とは別体である。
【００１０】
請求項２に係る発明による研磨装置２０３は、請求項１に記載の研磨装置において、例えば図４に示すように、異物除去装置が、ダイヤモンド粒子を含み、研磨面１５に押圧可能に形成されたドレッサ３２Ａである。このように構成すると、ドレッサ３２Ａによって異物を確実に除去することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明による研磨装置２０４は、請求項１に記載の研磨装置において、例えば図５に示すように、異物除去装置３２Ｂが、研磨面１５に擦り付け可能に形成されたナイロンブラシ３７を有する。このように構成すると、ナイロンブラシ３７によって研磨面１５上の異物を確実に除去することができる。このように構成すると、簡易な構成で研磨面にスクラッチを生じることなく研磨面１５上の異物を確実に除去することができる。
【００１２】
請求項４に係る発明による研磨装置２０５は、請求項１に記載の研磨装置において、例えば図６に示すように、異物除去装置が、気体と液体とからなる圧力調整された混合流体を発生させ、研磨面１５に向けて噴射する混合流体発生器３２Ｃである。このように構成すると、異物の寸法、性状等に応じて混合流体の噴射圧、噴射量を調節し、研磨面１５を固体に接触させずに研磨面１５上の異物を確実に除去することができる。
【００１３】
請求項５に係る発明による研磨装置２０６は、請求項１に記載の研磨装置において、例えば図７に示すように、異物除去装置が、超音波を研磨面１５に向けて発生させる超音波発生器３２Ｄである。このようの構成すると、異物の寸法、性状等に応じて超音波の出力または超音波発生器３２Ｄと研磨面１５との距離を調節し、研磨面を固体に接触させずに研磨面上の異物を確実に除去することができる。
【００１４】
請求項６に係る発明による研磨装置２０５は、請求項１に記載の研磨装置において、例えば図６に示すように、前記照射が行われるときに、第１液体を前記研磨面上に供給する第１液体供給機３２Ｃを備え；異物除去装置が、前記異物を除去する、前記第１液体とは異なる第２液体を前記研磨面１５上に供給する第２液体供給機３２Ｃである。このように構成すると、照射に最も適した第１液体（例えば、光増感剤）を照射に際して供給し砥粒の自生を促進させ、異物除去に最も適した第２液体（例えば、バインダの酸化分解作用を有する酸化剤）を異物除去に際して供給し、砥粒の自生を阻害する異物の除去を促進させることができる。
【００１５】
請求項７に係る発明による研磨装置２０７は、請求項１に記載の研磨装置において、例えば図８に示すように、異物除去装置が、前記異物を真空にて吸引する真空吸引装置３２Ｅである。このように構成すると、異物除去装置を研磨面１５に接触させることなく、あるいは処理が必要な第２液体等を使用することなく異物を除去することができ、研磨作業をより効率化することができる。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項８に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、例えば図１、図１３に示すように、砥粒と該砥粒を固着させるバインダとを含んで形成された研磨工具１３であって、研磨対象物Ｗに押圧され、該研磨対象物Ｗを研磨する研磨工具１３の研磨面１５上に、前記バインダの前記砥粒を保持する保持力を弱める光線を照射する光線照射工程と；前記研磨対象物を前記研磨工具で研磨する研磨工程で前記研磨面上に生ずる異物、または前記光線照射工程で前記研磨面上に生ずる異物を強制的に除去する異物除去工程とを備える。
【００１７】
請求項９に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法において、前記異物除去工程が、ダイヤモンド粒子を含んで形成されたドレッサを前記研磨面に押圧する工程を含む。
【００１８】
請求項１０に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法において、前記異物除去工程が、ナイロンブラシを前記研磨面上に擦り付ける工程を含む。
【００１９】
請求項１１に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法において、前記異物除去工程が、気体と液体とからなる圧力調整された混合流体を前記研磨面に吹き付ける工程を含む。
【００２０】
請求項１２に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法において、前記異物除去工程が、超音波を前記研磨面に照射する工程を含む。
【００２１】
請求項１３に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法において、前記光線照射工程が、前記研磨面に第１液体を供給する工程を含み；前記異物除去工程が、前記第１液体とは異なる第２液体を前記研磨面に供給する工程を含む。このように構成すると、研磨面に第１液体（例えば、光増感剤）を供給し、光によるドレッシング効果を促進または維持することができ、研磨面に第２液体（例えば、バインダの酸化分解作用を有する酸化剤）を供給し、砥粒の自生を阻害する異物を除去することができる。
【００２２】
請求項１４に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法において、前記異物除去工程が、前記異物を真空にて吸引する工程を含む。
【００２３】
上記目的を達成するために、請求項１５に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、砥粒と該砥粒を固着させるバインダとを含んで形成された研磨工具であって、研磨対象物に押圧され、該研磨対象物を研磨する研磨工具の研磨面上に、前記バインダの前記砥粒を保持する保持力を弱める光線を照射する光線照射工程を備え；前記光線照射工程を、前記研磨工具により研磨対象物を研磨する研磨工程と同時に行い、さらに前記研磨工程と次の前記研磨工程との間に行う。このように構成すると、光線照射工程を、研磨工程と同時に行い、さらに研磨工程と次の研磨工程との間にも行うので、仮に、研磨面のドレッシングの進行が遅い場合でも、研磨面の十分なドレッシングを行うことができる。
【００２４】
請求項１６に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、請求項１５に記載の研磨工具のドレッシング方法において、前記研磨工程が前記研磨工具を回転させることにより行われ、前記研磨工程が行われていない間の前記研磨工具の回転数が１分間当り１０回転以下である。このように構成すると、研磨工程が行われていない間は、研磨工具の回転速度を、ドレッシング中に研磨面に供給されるドレッシング促進剤等が研磨面から飛散しにくいドレッシングにより適した低回転速度とし、ドレッシングの効果を促進することができる。
【００２５】
請求項１７に係る発明による研磨工具のドレッシング方法は、請求項１５または請求項１６に記載の研磨工具のドレッシング方法において、前記光線照射工程におけるドレッシング速度が大きいときには、前記研磨工程と同時に行われる光線照射工程を間欠的に行ない、前記ドレッシング速度が小さいときには、さらに前記研磨工程と次の前記研磨工程との間にも前記光線照射工程を行う。このように構成すると、ドレッシング速度の大小により、ドレッシング時間を短く、あるいは長くし、ドレッシング量を適切な値に調整することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２７】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置２０１を示す模式的正面図である。研磨装置２０１は、回転するターンテーブル１１と、ターンテーブル１１上に設けられた固定砥粒１３とを備える。本実施の形態では、研磨工具である固定砥粒１３は、砥粒（不図示）と、砥粒を固定（固着）するバインダ（不図示）を含んで形成される。
【００２８】
固定砥粒１３の砥粒としては、酸化珪素（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ジルコニア（ＺｒＯ）、酸化鉄（ＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４）、酸化マンガン（ＭｎＯ_２、Ｍｎ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ_３）、ダイヤモンド（Ｃ）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）などが用いられている。
【００２９】
バインダの材料としてはエポキシ（ＥＰ）、フェノール（ＰＦ）、ユリア（ＵＦ）、メラミン（ＭＦ）、不飽和ポリエステル（ＵＰ）、シリコン（ＳＩ）、ポリウレタン（ＰＵＲ）などの熱硬化性樹脂や、汎用プラスチックとして知られるポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレン（ＰＣ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、アクリロニトリルスチレン（ＡＳ）、ブタジエン・スチレン・メチルメタクリレート（ＭＢＳ）、ポリメチルメタアクリル（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニリデン（ＰＶＤＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、汎用エンジニアリングプラスチックとして知られるポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ（変性ＰＰＯ））、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、超高分子基ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スーパーエンジニアリングプラスチックとして知られるポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリイミド（ＰＩ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスチレンメタアクリル樹脂、ポリカーボネート酢酸セルロース、ポリアセタールポリアミド、ポリプロピレンポリエチレン、３フッ化エチレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、ポリエステル樹脂、ジアリルフタレートなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。これらの樹脂を２種類以上混合して用いてもよい。また、これらの樹脂の単量体成分を共重合させることも可能である。
【００３０】
また、軟質な工具を利用したい場合の樹脂として好適な材質は、ポリビニルフルオライド、ポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレンやビニルフルオライド、ビニリデンフルオライド、ジクロロフルオロエチレン、ビニルクロライド、ビニリデンクロライド、パーフルオロ−α−オレフイン類（例えばヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロブテン−１、パーフルオロペンテン−１、パーフルオロヘキセン−１等）、パーフルオロブタジエン、クロロトリフルオロエチレン、トリクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、パーフルオロアルキルパーフルオロビニルエーテル類（例えば、パーフルオロメチルパーフルオロビニルエーテル、パーフルオロエチルパーフルオロビニルエーテル、パーフルオロプロピルパーフルオロビニルエーテル等）、炭素数１〜６個のアルキルビニルエーテル、炭素数６〜８個のアリールビニルエーテル、炭素数１〜６個のアルキルまたは炭素数６〜８個のアリールパーフルオロビニルエーテル、エチレン、プロピレン、スチレン等であり、またはポリビニリデンフルオライド、ポリビニルフルオライド、ビニリデンフルオライド−テトラフルオロエチレン共重合体、ビニリデンフルオライド−へキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレンーエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−プロピレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルパーフルオロビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロエチルパーフルオロビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレンーパーフルオロプロピルパーフルオロビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロメチルパーフルオロビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−へキサフルオロプロピレン−パーフルオロエチルパーフルオロビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−へキサフルオロプロピレン−パーフルオロプロピルパーフルオロビニルエーテル共重合体等である。
【００３１】
発泡特性や経済性、入手の容易さ等を勘案すれば、好ましくは上述したポリビニリデンフルオライド、ポリクロロトリフルオロエチレン、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルパーフルオロビニルエーテル共重合体類、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体である。更に好ましくは、部分フッ素化樹脂としてポリビニリデンフルオライド、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、パーフルオロ樹脂としてテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルパーフルオロビニルエーテル共重合体類である。
【００３２】
上述したバインダは有機物であるため、所定の光を固定砥粒１３の研磨面１５に照射すると光線の照射エネルギーによって分子結合が切られ、バインダの砥粒を保持する保持力が弱まり、これにより砥粒が自生し、研磨面１５の光ドレッシングがなされる。光触媒物質である前述のＴｉＯ_２、又はＺｎＯなどを混合した光反応性の固定砥粒１３を用いることで、より低エネルギーの光線で砥粒の自生を促進することができる。研磨には、固定砥粒１３から遊離した砥粒と、固定砥粒１３に固定されているが固定砥粒１３の研磨面１５に露出した状態の砥粒、の両方が関与する。研磨面１５の光ドレッシングにより、研磨作用を有する砥粒の自生を促進させることができる。
【００３３】
研磨装置２０１は、さらに、水銀ランプ又は低圧水銀ランプ等の光源３１を備え、光源３１から所定の光線を照射することで、固定砥粒１３のバインダ材の分子結合を切り、遊離砥粒を自生することは上述したとおりである。研磨装置２０１は、さらに、第１流体としての第１薬液（薬剤を含む）を研磨面１５上に供給する供給装置４１を備えている。適当な第１薬液を供給することにより、適当な光線の照射と組合わせることで、遊離砥粒の自生を促進し、これによりドレッシングを促進し、又維持することができる。ここで、供給する第１薬液は、ホウ酸塩等のホウ素含有物が好ましい。ホウ素含有物を供給することにより、固定砥粒の光線照射と組み合わせて、十分な自生砥粒を得ることができ、ドレッシングを安定して行うことができる。第１薬液は、Ｏ_３やＨ_２Ｏ_２などの酸化剤を含む薬液であってもよい。
【００３４】
研磨装置２０１は、トップリング２１を備える。トップリング２１は、研磨対象物である基板Ｗを保持し、固定砥粒１３の研磨面１５に基板Ｗを押圧しつつ摺動する。研磨装置２０１は、一方で回転するターンテーブル１１上の固定砥粒１３により、研磨対象物である半導体ウエハＷ等の研磨を行いつつ、他方で光源３１を用いて光線を固定砥粒１３の研磨面１５上に照射することにより研磨面１５のドレッシングを行なうことができる。
【００３５】
図２に示すように、研磨装置２０１は、異物除去装置３２を備える。異物除去装置３２は、固定砥粒１３の機械的もしくは光によるドレッシング、固定砥粒１３による基板Ｗの研磨により研磨面１５上に生じる異物を除去する。前記異物除去装置３２としては、後述のようにドレッサ、ナイロンブラシを備えたもの、アトマイザ、超音波発生器、真空吸引装置等がある。
【００３６】
図３は、本発明の第２の実施の形態にかかる研磨装置２０２を示す模式的正面図である。研磨装置２０２においては、光源としてレーザ源３３を用い、レーザ光線を固定砥粒１３に照射する。レーザ源３３は、多数のレーザ光放出口３４を備え、レーザ光線３５を万遍なく固定砥粒１３（平面形状が円形）の照射部位（研磨面１５）に照射する。そして、レーザ源３３は図中矢印３６で示す方向（研磨面１５の径方向に対して水平かつ平行な方向）に揺動可能となっている。これにより、レーザ光線３５の局部への集中を避けることができ、且つ強力なレーザ光線３５の照射により高いエネルギー密度を固定砥粒１３の表面（研磨面１５）に与えることができ、効率的に遊離砥粒の自生、即ち、ドレッシング効果を与えることができる。本実施の形態においても、研磨装置２０２は、光照射が行われているときに第１薬液を研磨面１５上に供給する供給装置４１を有し、第１薬液としてホウ酸塩等のホウ素含有物を供給し、適当なレーザ光線の照射と組合わせることで良好なドレッシングを行うことができる。
【００３７】
一般に前述のような樹脂材料をバインダとして用いる場合に、これらの材料はＣ−Ｈ又はＣ−Ｃ結合を有する化合物である。この表面の末端基（−Ｈ）やＣ−Ｃ結合を切り、この余った結合腕に所望の官能基を置換することで、固定砥粒１５の表面で砥粒を開放する、即ち遊離砥粒の自生を促進することができ、これにより固定砥粒１３のドレッシングが可能である。即ち、ダイヤモンド工具等を用いてドレッシングした場合と同様な効果が得られる。一般に樹脂のＣ−Ｈ、Ｃ−Ｃの結合エネルギーは、それぞれ９８ｋｃａｌ／ｍｏｌ、８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌである。したがって、このエネルギー以上の光子エネルギーを有する光線を照射し、且つこの光線が被照射材料に吸収されて上記結合エネルギー以上となれば、その分子結合を切断することができる。
【００３８】
この条件を満たす光源として、波長２４８ｎｍ、光子エネルギー１１４ｋｃａｌのＫｒＦエキシマレーザ光、波長１９３ｎｍ、光子エネルギー１４７ＫｃａｌのＡｒＦエキシマレーザ光、波長１７２ｎｍ、光子エネルギー１６２ｋｃａｌのＸｅエキシマランプ光などがある。これらの光源は狭い波長分布を有し、高エネルギーの光線の照射が可能であるがコスト高となる問題がある。このため、広い波長分布を有するが水銀の共鳴線である２５３．７ｎｍと１８４．９ｎｍが強力に放射される低圧水銀ランプを使用することができ、これにより低コストの光ドレッシング用光源が得られる。
【００３９】
樹脂分子中の例えばＣ−Ｈ結合は、上述したように８０．６ｋｃａｌ／ｍｏｌであるので、結合を切断することで遊離砥粒を自生させるのに必要なエネルギーを試算する。エネルギーと波長の関係式、
Ｅ＝ｈ／ｖ　　但し、ｈ：ブランクの定数、ｖ：速度
から、光子エネルギーを照射面で全て吸収できると仮定した場合、波長３５１ｎｍ以下の波長の光を照射すれば上記分子結合の切断が可能となる。
【００４０】
上述した光子エネルギーを用いた光ドレッシングは、光化学反応により固定砥粒中のバインダの結合を切るため、固定砥粒が保持できなくなり砥粒が自生する。しかしながら、光化学反応により切断されたバインダの結合腕は、そのままの状態で保持しておくと砥粒と再結合し、再び砥粒がバインダに固定される。このため、光化学反応により切断されたバインダと砥粒との再結合を防ぐことが重要であり、これにより遊離砥粒の自生量を安定化し、また増加させることができる。本発明者等の実験によれば、固定砥粒のバインダとしてエポキシ樹脂又はＭＢＳ樹脂を用いた場合に、ホウ素を含むホウ酸塩であるイオンホウ酸ナトリウム水溶液を加えて紫外線を照射した場合に、大きな光ドレッシング効果が得られることが判明した。この第１薬液は、一般に標準緩衝液（ホウ酸塩ｐＨ標準液、ｐＨ＝９．１８（２５℃））として知られている。
【００４１】
バインダとしてエポキシ樹脂を用いた固定砥粒の光ドレッシングに際し、この第１薬液を供給した場合の実験結果を表１に示す。
【表１】

【００４２】
本実験は、砥粒として酸化セリウム粒子を用い、バインダとしてエポキシ樹脂を用い、光源として低圧水銀ランプ３１（図１参照）を用いて行われている。本実験では、まずドレッサとしてのダイヤモンドドレッサ（図１、図３に、不図示）によって、固定砥粒１３の研磨面１５（図１、図３参照）の機械的ドレッシングを行う。そして、１枚目の基板としての半導体ウエハＷを１０分間研磨し、連続して、即ち研磨面１５に機械的ドレッシングを施すことなく引き続き２枚目の半導体ウエハＷを１０分間研磨する。その後、固定砥粒１３の研磨面１５に第１薬液を供給して紫外線を３０分照射した後、及び紫外線を照射しないで３０分放置した後に３枚目の半導体ウエハＷ（図１、図３参照）の研磨を行う。供給する第１薬液は、純水、アルカリ溶液（ＫＯＨ）、標準緩衝液（ホウ酸塩ｐＨ標準液、ｐＨ＝９．１８（２５℃））の３種類を用いている。これらの各条件による組合せにおけるそれぞれの半導体ウエハＷの研磨速度を示したのが表１である。
【００４３】
即ち、テストＮｏ．１と２では、供給する第１薬液は純水のみで、テストＮｏ．１と２は光照射の有無という点で相違する。この結果として、ダイヤモンド工具による機械的ドレッシング直後の研磨においては、それぞれ研磨速度２６（Å／ｍｉｎ）、２７（Å／ｍｉｎ）が得られ、これに引き続く２枚目の研磨においては、それぞれの研磨速度は３（Å／ｍｉｎ）、５（Å／ｍｉｎ）と大幅に低下し、特に２枚目の研磨においては遊離砥粒の自生量が極めて少なかったことが示されている。そして、３枚目の研磨においても、純水を供給して光照射を行った場合には、研磨速度は１２（Å／ｍｉｎ）と少し増大しているが、研磨速度としては極めて低い値であり、光照射なしの場合には研磨速度は３（Å／ｍｉｎ）程度であり、ドレッシングによる自生砥粒の増大という効果は全くないことが示されている。
【００４４】
次に、テストＮｏ．３と４では、３枚目の研磨の前にアルカリ溶液を供給すると共に光照射を行った場合と行わなかった場合とが示されている。１枚目及び２枚目の研磨におけるウエハＷの研磨速度は上述と同様である。３枚目の研磨に先立つドレッシングにおいて、アルカリ溶液を供給し光照射を行った場合には、研磨速度は１８（Å／ｍｉｎ）と若干向上しているが、光照射を行わなかった場合には研磨速度は８（Å／ｍｉｎ）であり、殆ど遊離砥粒の自生がなされていない、即ち、ドレッシングの効果が殆どなかったことが示されている。
【００４５】
テストＮｏ．５と６は、供給する第１薬液としてホウ酸塩ｐＨ標準液を用いた場合であり、上述と同様に光照射ありとなしの場合を比較している。１枚目及び２枚目の半導体ウエハＷの研磨結果は上述と同様である。そして、３枚目の半導体ウエハＷの研磨結果は、テストＮｏ．５では、光照射有りの場合であり、９４Å／ｍｉｎの高い研磨速度が得られていることが注目される。この場合には、標準緩衝液と光照射との組合せにより、光照射による樹脂の分子結合が切断され、標準緩衝液の影響によりこの分子結合の切断部が終端されて、遊離砥粒の自生が確実に行われたものと考えられる。そして、光照射なしの場合でも、ホウ酸塩ｐＨ標準液を用いることで、２１（Å／ｍｉｎ）の研磨速度が得られ、テストＮｏ．１−４と比較して大きな値となっている。
【００４６】
この結果から、ホウ酸塩ｐＨ標準液を供給して、光照射することにより遊離砥粒の自生量が極めて増大し、良好なドレッシング結果が得られたことが示されている。第１薬液としてアルカリ液を供給した場合には、多少研磨速度の向上が認められるが、これは固定砥粒１３に染み込んだアルカリ砥粒が研磨に影響したものと考えられる。同様に標準緩衝液（ホウ酸塩ｐＨ標準液、ｐＨ＝９．１８（２５℃））を使用した、光照射なしの場合にも研磨速度の向上が認められた。これはアルカリ溶液の影響以上に、標準緩衝液（ホウ酸塩ｐＨ標準液）の供給の効果があったことによるものと考えられる。
【００４７】
次に、メチルメタクリレートブタジエンスチレン（ＭＢＳ）樹脂を用いた固定砥粒について説明する。ＭＢＳ樹脂は、メチルメタクリレートブタジエンスチレンを主原料とする共重合体であり、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。塩化ビニル又はアクリル樹脂にＭＢＳを添加したものをバインダとして用いた固定砥粒については、一般的な場合、添加量は数〜２０％程度であり、塩化ビニルの特性を重視した設計である。これに対し、樹脂中のＭＢＳ樹脂の割合を２０％以上、さらに５０％以上、またさらに１００％にした場合には、衝撃吸収効果の高い工具となる。また、ＭＢＳ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も同様の効果がある。例としてＰＰブロックポリマー（Ｉｍｐａｃｔ　ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＰＭＭＡ、ＴＰＥ、ＨＩＰＳ、ＡＢＳ、ＡＥＳ、ＳＢＳ、ＳＥＢＳ、ＳＥＰＳ、ＥＶＡ、ＣＰＥ、ＭＢＳ、ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＴＰＵなども単体、添加剤として同様の効果を期待できる。
【００４８】
ＭＢＳ樹脂をバインダ材として用い、セリア砥粒と組み合わせることにより、研磨時のスクラッチの発生が非常に少ない固定砥粒が得られる。他の樹脂とＭＢＳ樹脂と混合して用いてもよい。例えば、エポキシ樹脂とＭＢＳ樹脂を混合してバインダ材として用いることができる。即ち、この固定砥粒はＭＢＳ樹脂が熱可塑性樹脂であるため、成形が容易であり、且つ成形体の強度も高い。そして、ＭＢＳ樹脂をバインダ材として用いた場合には砥粒の自生作用があり、これにより高い研磨速度が得られる。例えば、従来のエポキシ樹脂（ＭＢＳ樹脂を含まず）をバインダ材として用いた固定砥粒と比較して、約２倍の研磨速度が得られる。さらに、樹脂自体が耐衝撃性を有するため、研磨時に砥粒に作用する力が緩和（抑制）され、基板にスクラッチが生じることのない、即ち欠陥の少ない研磨が可能となる。ＭＢＳ樹脂ボンド固定砥粒は、その構造体が吸水効果により広がり、光照射により砥粒を保持する能力が低下して砥粒の自生が容易となるものと考えられる。
【００４９】
この固定砥粒は、一般的なフェノール、エポキシ樹脂による固定砥粒と比較し、上述したように加工速度が速く、基板に生じるスクラッチが少ないという特徴があり、スクラッチの発生が好ましくない半導体の製造工程においても適用することが可能である。一般的なフェノールやエポキシ樹脂による固定砥粒が、研磨中に同時にドレッシングを行う必要があるような高い研磨速度が必要な工程に対して、研磨中にドレッシングすることなく所要の高い研磨速度が得られる。また、ドレッシングに際してダイヤモンド砥粒の脱落の心配がないため、ダイヤモンド粒子によるスクラッチも発生しない。
【００５０】
表２は、バインダとしてＭＢＳ樹脂を用いた場合の固定砥粒に対するドレッシングの実験結果であり、その他の実験条件は表１と同様である。即ち、砥粒として酸化セリウム粒子を用い、バインダとしてＭＢＳ樹脂を用い、使用光源として低圧水銀ランプを用いている。また研磨条件として、１枚目の半導体ウエハＷは、ダイアモンド工具による機械的ドレッシング処理をした後に研磨したものであり、２枚目の半導体ウエハＷの研磨は１枚目の研磨に引き続いて行ったものである。そして、その後に第１薬液を供給し、光照射のある場合とない場合に、共に第１薬液を供給してドレッシングを行い、３枚目の半導体ウエハＷの研磨を行っている。
【００５１】
【表２】

【００５２】
表２に示す研磨速度の比較結果は以下の通りである。まず、テストＮｏ．１と２は、供給する第１薬液として純水のみを用い、光照射の有無による研磨速度を比較したものである。表２に示すように、１枚目の研磨速度、２枚目の研磨速度、３枚目の研磨速度はいずれも大差がない。ＭＢＳ樹脂を用いた固定砥粒の場合、連続研磨による研磨速度の低下率がエポキシ樹脂をバインダとして用いた固定砥粒と比較して少ない特徴が上述したように存在する。そして、第１薬液として純水を供給し、光照射を行わない場合には、徐々に研磨速度が低下していく傾向がある。しかしながら、光照射を行った場合には、研磨速度の低下が起こらず安定している。更に、第１薬液として標準緩衝液（ホウ酸塩ｐＨ標準液、ｐＨ＝９．１８（２５℃））を供給して光照射を行った場合には、初期の研磨速度程度まで研磨性能の向上が認められた。即ち、ＭＢＳ樹脂を用いた固定砥粒においても、ホウ酸塩溶液を組合わせた光ドレッシングにより、ダイアモンドドレッサによる機械的ドレッシングに近い研磨速度が得られる。
【００５３】
固定砥粒のドレッシングとして、砥粒を固定するバインダとしての高分子樹脂に対して、酸化分解作用を示す酸化剤を光照射と共に供給することも有効である。酸化剤としては、オゾン水、過酸化水素水、過酢酸、過安息香酸、ｔｅｒｔ−ブチルハイドロパーオキサイド等の有機過酸化物、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸化合物、重クロム酸カリウム等の重クロム酸化合物、ヨウ素酸カリウム等のハロゲン酸化合物、硝酸および硝酸鉄等の硝酸化合物、過塩素酸等の過ハロゲン酸化合物、フェリシアン化カリウム等の遷移金属塩、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、ならびにヘテロポリ酸塩等があげられる。これらのうちでは金属元素を含有せず、分解生成物が無害である過酸化水素水および有機過酸化物が実用上好ましい。
【００５４】
上記過酸化物は不安定のためラジカルを生成してその不対電子が容易にバインダ樹脂を酸化させる。また、過酸化水素水に関しては紫外線により分解され、ヒドロキシラジカルを生成する。このヒドロキシラジカルのＨ−ＯＨの結合解離エネルギーは約１２０ｋｃａｌ／ｍｏｌで、あらゆる樹脂のＲ−Ｈの結合解離エネルギーよりも大きい。従って、バインダ樹脂のＲ−ＨはヒドロキシラジカルによりＲラジカルとなり、生成したＲラジカルはさらにヒドロキシラジカルなどと反応して酸化分解する。上記過酸化水素濃度は０．００１ｗｔ％〜６０ｗｔ％、ｐＨは１〜１４、好ましくは８〜１０であり、紫外線の波長は４５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００５５】
これらの酸化分解作用を示す酸化剤は、バインダである高分子樹脂を酸化劣化させ、主鎖切断、分解、低分子化させることで固定砥粒の表層を機械的に脆弱化させ、その表面層を除去することで砥粒の自生を促進する。この酸化分解作用を示す酸化剤を用いたドレッシングで、上述した光線を照射することにより、固定砥粒から砥粒の自生を促進する光ドレッシングに対して相乗的な効果を与えることができる。
【００５６】
また、光開始剤（光増感剤）を固定砥粒中に混入し、または光ドレッシング中に固定砥粒に供給する第１薬液中に含ませることも、光ドレッシングに有効である。これらの状態で、紫外線等の光線を固定砥粒表面に照射すると、光開始剤（光増感剤）は紫外線を吸収して開裂または水素引抜によるラジカルやイオンを生じ、固定砥粒を構成するバインダ樹脂の表層を分解して砥粒の自生を促進する。光開始剤（光増感剤）としては、アセトフェノン、ジアセチル、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、アントラキノン、塩化鉄、１，１−ジフェニル−２−ピクリルヒドラジン（ＤＰＰＨ）、ジメチルカルバミン酸鉄、チオキサントン、テトラメチルチウラムスルフィド、１，４−ナフトキノン、ｐ−ニトロアニリン、フェナントレン、ベンジル、１，２−ベンゾアントラキノン、ｐ−ベンゾキノン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、２−メチルアントラキノン、２−メチル−１，４−ナフトキノン（ビタミンＫ３）等がある。固定砥粒に占める光開始剤（光増感剤）の濃度は、０．０５〜１０％程度が好ましく、より好ましくは０．１〜５％程度である。また、光開始剤（光増感剤）に適合する紫外線の有効励起波長は一例としてチオキサントンの場合には２５７ｎｍ程度であり、１，４−ナフトキノンでは２５１ｎｍである。
【００５７】
また、光ドレッシングを促進するためには、固定砥粒を構成する樹脂の一部または全部に感光性樹脂を用い、光ドレッシング時に供給する第１薬液として露光後に樹脂を溶解しうる溶液を供給することが好ましい。光照射により反応して物性が変化する特にポジ型の感光性樹脂は、光ドレッシング中に光が照射される部分において変性もしくは分解・解重合することで、露光後に樹脂を溶解しうる溶液（有機溶媒、アルカリ水溶液、純水）に対してより溶解しやすくなる。従って、ポジ型感光性樹脂と砥粒と、必要に応じて他のバインダ樹脂とを混合して、固定砥粒を形成することで、紫外線等の光線を照射して、更に露光後に当該樹脂を溶解しうる溶液を固定砥粒表面に接触させることにより、ポジ型の感光性樹脂を他のバインダ樹脂とともに溶解させて砥粒の自生を促進することができる。露光後に樹脂を溶解しうる溶液に用いる有機溶剤は、露光後の感光性樹脂の溶解特性に対応して選択する。アルカリまたは酸性水溶液を用いる場合には、酸アルカリの中和反応で溶解を促進することができる。
【００５８】
ポジ型感光性樹脂として、例えば光崩壊型であるＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）やＰＭＩＰＫ（ポリメチルイソプロペニルケトン）を用いる場合には露光により分子量の低下が生じ、露光後に樹脂を溶解しうる溶液として有機溶剤である例えばメチルイソブチルケトンとイソプロピノアルコールの混合液を用いることで溶解する。また、溶解抑止型であるノボラック樹脂とｏ−ジアゾナフトキノン系化合物を用いる場合には露光によりインデンカルボン酸が生じ、これがアルカリ溶液に溶解する。また、水溶性樹脂であるポリビニルアルコールと感光性組成物を混合させた場合には、露光後に樹脂を溶解しうる溶液として水を用い溶解することができる。ポジ型感光性樹脂として用いる樹脂は、好ましくは−（ＣＨ_２−ＣＲ１Ｒ２）−のＲ１はＣＨ_３、Ｒ２は−Ｈ、−ＣＨ_３、−ＣＯＯＨ、−ＣＯＯＣＨ_３、−ＣＯＯＣ_２Ｈ_５、−ＣＯＯＣ_３Ｈ_７、−ＣＯＯＣ_４Ｈ_９、−ＣＯＯＣ_５Ｈ_１１、−ＣＯＯＣＨ_２ＣＦ_２ＣＨＦ−ＣＦ_３、−Ｃ_６Ｈ_５、−ＣＯＮＨ_２、ＣＮ、−ＣＯＣＨ_３、またはこれらの共重合体である。
【００５９】
なお、感光性樹脂を固定砥粒に含ませて光ドレッシングを促進するためには、一般のバインダ材である樹脂に含まれている酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、ラジカル禁止剤、金属不活性化剤、過酸化物分解剤等をなるべく添加しない状態で用いることが好ましい。以上述べたドレッシングにより十分な砥粒の自生のもとで研磨を安定に行うことができる。
【００６０】
光照射によるドレッシングを行った際、照射後の固定砥粒の表面に、一部溶解不完全な樹脂が滞留する可能性がある。この樹脂は照射することにより溶解した樹脂に変質した部分であり、本来の樹脂の物性とは異なった物性を有している。よって、この変質した樹脂は、本来の樹脂が有している、基板の被研磨面への対攻撃性緩和の効果や、スクラッチ発生防止などの効果が得られない。また、照射された固定砥粒の表面は、基板を研磨することにより均一に加工が施されているはずであるが、細かく見ると前述したような溶解不完全な樹脂が滞留し、実際は加工が不均一になっている可能性がある。したがって、そのまま加工を繰り返せば加工面の均一性は徐々に失われていき、研磨性能にも影響を与える。さらに、機械的ドレッシングにより、固定砥粒の表層が削り取られ、そのカスが固定砥粒の表面に残る場合や、基板の被研磨面の被膜を研磨により除去した際に、除去された被膜が前記固定砥粒上に滞留する場合もある。
【００６１】
研磨装置２０２も、第１の実施の形態で説明した異物除去装置３２（図２参照）を備える。異物除去装置としては、後述のようにドレッサ、ナイロンブラシを備えたもの、アトマイザ、超音波発生器、真空吸引装置等がある。
【００６２】
図４は、本発明の第３の実施の形態にかかる、異物除去装置としての、ダイヤモンド粒子を含むドレッサ３２Ａを備えた研磨装置２０３を示す。本研磨装置２０３は、光源３１を有する光照射によるドレッシング機構３８を備える。本研磨装置２０３では、上述の溶解不完全な樹脂を含む研磨とは無関係の異物を、ドレッサ３２Ａを固定砥粒１３の研磨面１５に押しつけ、削り落とすこともしくは排出させることが可能となり、より効果的に研磨砥粒を露出させ、効率のよい研磨が実現可能となる。また、溶解不完全な樹脂を削り落とば少なくとも均質な表面状態が研磨面１５上に再現でき、均一な表面状態を維持することが可能である。
【００６３】
図５は、本発明の第４の実施の形態にかかる、ナイロンブラシ３７を有する異物除去装置３２Ｂを備えた研磨装置２０４を示す模式的立面図である。本研磨装置２０４は、光源３１を有する光ドレッシング機構３８を備える。本研磨装置２０４では、上述の溶解不完全な樹脂を含む研磨とは無関係の異物を、ナイロンブラシ３７を固定砥粒１３の研磨面１５に押しつけ、擦り付けることによりそぎ落とすこと、もしくは排出させることが可能になり、より効果的に研磨砥粒を露出させ、効率のよい研磨が実現可能となる。また、溶解不完全な樹脂をそぎ落とせば少なくとも均質な表面状態が研磨面１５上に再現でき、均一な表面状態を維持することが可能である。
【００６４】
異物除去装置３２Ｂは、光源３１からの光照射を行う光ドレッシング機構３８とは独立して制御することも可能で、ナイロンブラシ３７のかき出しの強さをブラシの太さ、本数により加減することも可能である。例として、目の細かいナイロンブラシ３７を使用すれば、研磨砥粒はナイロンブラシ３７に比べてはるかに小さい（０．２μｍ以下）のでナイロンブラシ３７によってかき出されることなく表面に滞留可能であるが、生成物等は砥粒に比べてはるかに大きいのでナイロンブラシ３７に引っかかり選択的にかき出される。また、ナイロンブラシ３７は例えば材質が一般的なナイロン６６や東レ製型番２００Ｔ−０．１３２等で、一本の線径がφ０．０５〜１．０ｍｍ、長さが５〜１０ｍｍ、断面形状が丸いのものを直径３〜５ｍｍ位の円形状の束にして複数個配置したものもしくは全面に一様に配置したものから構成される。実用上は特に一般的な歯ブラシのような目の細かいブラシが望ましく、さらに低い押しつけ圧にて作用させることが望ましい。
【００６５】
図６は、本発明の第５の実施の形態にかかる、Ｎ_２ガスと第２液体あるいは液体としての第２薬液（純水又は純水以外の薬液）とをミスト状に噴出する第２液体供給機としてのアトマイザ３２Ｃを備えた研磨装置２０５を示す。アトマイザ３２Ｃから異物除去用のＮ_２ガスと第２薬液を噴霧する代わりに、異物除去用のＮ_２ガスと光照射によるドレッシング用の第１薬液（異物除去のための第２薬液とは異なる）を噴霧するようにしてもよい。この場合、アトマイザ３２Ｃは、本発明の第１液体供給機としても働く。
【００６６】
または、アトマイザ３２Ｃは、異物を除去する場合には、Ｎ_２ガスと第２薬液とを供給し、光照射によるドレッシングを行う場合には、当該ドレッシングに使用する第１薬液（異物除去のための第２薬液とは異なる）を供給するようにしてもよい。この場合、アトマイザ３２Ｃは、本発明の第１液体供給機としても働く。
【００６７】
アトマイザ３２Ｃは、先端の各スプレーノズル３９Ｃから、均一な流体流量且つ均一な濃度分布にて供給が可能である。この特性を利用して例えば上述の光照射によるドレッシング作用向上に用いられる、第１薬液としての光開始剤（光増感剤）を固定砥粒１３上に散布してもよい。この際均一な光照射が実現できれば固定砥粒１３に対して均一な表面加工が可能になる。この場合、光開始剤を供給する第１薬液供給源４４にアトマイザ３２Ｃが接続され、アトマイザ３２Ｃは、本発明の第１液体供給機としても働く。
【００６８】
さらにアトマイザ３２Ｃは、気体供給源４２、第２薬液供給源４３に接続される。アトマイザ３２Ｃは、気体供給源４２、第２薬液供給源４３から供給するパージ気体（Ｎ_２ガスなど）の圧力、第２薬液の流量、圧力、を変化させることで霧状から粒状までのあらゆる散布状態を実現可能である。また、パージ圧による噴霧での塗布であるため粒径に関わらず均一な塗布が実現でき、複数の流体を用いたので、供給流体の濃度自身を変化させるのが可能である。これにより、液体の粒径、分布に依存して固定砥粒１３への塗布の濃度分布に強弱をつけ光照射後のきめ細かい凹凸の加工状態に仕上げられ、その凹凸の粗さを噴霧の度合いを調節することで制御可能である。一例として、霧状噴霧の場合は、固定砥粒１３の加工面が細かい凹凸もしくは凹凸なしの表面状態を形成し、粒状噴霧の場合は比較的うねりのある凹凸の表面状態に仕立てられる等、表面上の凹凸は研磨対象基板の構成膜種に応じて変化させられ、目的に応じた研磨が実現できる。
【００６９】
また、アトマイザ３２Ｃのスプレーノズル３９Ｃへの供給を各々スプレーノズル単位毎に独立させ、それぞれに流量調整機構（不図示）、圧力調整機構（不図示）を設けることで各々のスプレーノズル３９Ｃからの散布量を変化させれば、固定砥粒１３の径方向に対する濃度分布に変化を持たせられ、光照射後の径方向へのプロファイルに変化をつけることが出来る。これにより、固定砥粒１３の加工面の該プロファイルに応じて基板Ｗ（図１参照）の研磨させたい所だけを選択的に研磨させることが可能となる。
【００７０】
研磨装置２０５は、アトマイザ３２Ｃの代替として液体スプレー（不図示）を備えてもよい。液体スプレーは、固定砥粒１３の研磨面１５に対向して一列に配置された複数のスプレーノズル（不図示）を有し、各スプレーノズルから、均一な液体流量且つ均一な濃度分布にて、純水供給源から供給された純水を高圧（例えば、５ＭＰａ以上）に圧力制御機構（不図示）により圧力制御し研磨面１５上に供給し、カス等の異物を除去し洗い流すことができる。研磨装置２０５は、液体スプレーの代替として、気体を固定砥粒に噴出してその風圧で除去する気体スプレーを同様に備えるようにしてもよい。
【００７１】
また、固定砥粒１３に使用される樹脂の種類によっては光照射によるドレッシング時に使用される第１薬液とは別の第２薬液を用いることで上述の研磨に関係のない樹脂を溶融し除去可能である。第２薬液には酸化分解作用を示す酸化剤等も用いられる。なお、アトマイザ３２Ｃを用いることで第２薬液を均一に固定砥粒１３の研磨面１５に散布でき、均一な光ドレッシングを可能としている。なお、アトマイザ３２Ｃの替わりに前記液体スプレーを用いてもよい。
【００７２】
図７は、本発明の第６の実施の形態にかかる、超音波振動による異物除去を行う研磨装置２０６を示す。研磨装置２０６は、超音波発生器３２Ｄを備え、超音波発生器３２Ｄは、通常、固定砥粒１３の上方に配置されている。超音波発生器３２Ｄと固定砥粒１３との間に純水を介在させることにより、超音波発生器３２Ｄから発信された超音波が該純水を介して固定砥粒１３の研磨面１５に伝えられ、その超音波振動により固定砥粒１３の研磨面１５上に滞留した異物をはがすことが出来る。なお、研磨装置２０６は、光ドレッシング機構３８を備え、超音波発生器３２Ｄは、光照射によるドレッシングを行う光ドレッシング機構３８とは独立して制御可能であり、該超音波の出力および固定砥粒１３への距離を調節することで異物除去の強弱をつけることが出来る。また、固定砥粒１３に使用される樹脂が非常に脆い（ガラス転移度が低い）場合には超音波作用だけで研磨砥粒の自生が可能である。この場合、超音波発生器３２Ｄと固定砥粒１３との間に介在し超音波を伝える役目を果たす液体として純水のほかに薬液もしくはこれらを混合したものを供給してもよい。
【００７３】
図８は、本発明の第７の実施の形態にかかる、真空吸引にて異物除去を行う研磨装置２０７を示す。研磨装置２０７は、真空供給源４５に接続された真空吸引装置３２Ｅを備え、真空吸引装置３２Ｅは、通常、固定粒子１３の上方に配置されている。なお、研磨装置２０７は、光源３１を有する光ドレッシング機構３８を備える。また、真空吸引装置３２Ｅは上述の研磨に関係にない異物も吸い上げて、真空供給源４５と真空吸引装置３２Ｅとの間に設けたドレン（不図示）もしくはフィルタ（不図示）にて異物を回収する。
【００７４】
図９は、本発明の実施形態におけるポリッシング装置２０８の全体構成を示す平面図である。なお、本ポリッシング装置２０８は、第５の実施の形態の研磨装置を備える。ポリッシング装置２０８は、第５の実施の形態の研磨装置に替えて第１〜第４、および第６〜第７の実施の形態にかかる研磨装置を適用することも可能である。この図で示すように、ポリッシング装置２０８は、多数の半導体ウエハＷ（図１参照）をストックするウエハカセット１０１を載置する４つのロード／アンロードステージ１０２を備えている。ロード／アンロードステージ１０２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上の各ウエハカセット１０１に到達可能となるように、走行機構１０３の上に搬送ロボット１０４が配置されている。
【００７５】
搬送ロボット１０４は、上下に２つのハンドを備えている。搬送ロボット１０４の２つのハンドのうち下側のハンドは、半導体ウエハＷ（図１参照）を真空吸着する吸着型ハンドであり、ウエハカセット１０１から半導体ウエハＷを受け取るときのみに使用される。この吸着型ハンドは、カセット内のウエハＷのずれに関係なく正確にウエハＷを搬送することができる。一方、搬送ロボット１０４の上側のハンドは、ウエハＷの周縁部を保持する落し込み型ハンドであり、ウエハカセット１０１に半導体ウエハＷ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、ウエハＷの裏面のクリーン度を保ちながらウエハＷ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エハＷを上側に配置することとして、それ以上ウエハＷを汚さないようにしている。
【００７６】
搬送ロボット１０４の走行機構１０３を対称軸としてウエハカセット１０１とは反対側には、半導体ウエハＷを洗浄する２台の洗浄機１０５、１０６が配置されている。各洗浄機１０５、１０６は搬送ロボット１０４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１０５、１０６は、ウエハＷ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、これによりウエハＷ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。
【００７７】
２台の洗浄機１０５、１０６の間には、搬送ロボット１０４が到達可能な位置に、半導体ウエハＷの載置台１０７、１０８、１０９、１１０を４つ備えたウエハステーション１１２が配置されている。洗浄機１０５と３つの載置台１０７、１０９、１１０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１１４が配置されている。また、洗浄機６と３つの載置台１０８、１０９、１１０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１１５が配置されている。
【００７８】
載置台１０７は、搬送ロボット１０４と搬送ロボット１１４との間で半導体ウエハＷを互いに受渡すために使用され、載置台１０８は、搬送ロボット１０４と搬送ロボット１１５との間で半導体ウエハＷを搬送するために使用される。これらの載置台１０７、１０８には半導体ウエハＷの有無を検知する検知センサ１１６、１１７がそれぞれ設けられている。
【００７９】
載置台１０９は、搬送ロボット１１５から搬送ロボット１１４へ半導体ウエハＷを搬送するために使用され、載置台１１０は、搬送ロボット１１４から搬送ロボット１１５へ半導体ウエハＷを搬送するために使用される。これらの載置台１０９、１１０には、半導体ウエハＷの有無を検知する検知センサ１１８、１１９と、半導体ウエハＷの乾燥を防止する又はウエハＷを洗浄するためのリンスノズル１２０、１２１とがそれぞれ設けられている。
【００８０】
これらの載置台１０９、１１０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１２２が設けられている。また、載置台１０９は載置台１１０の鉛直方向上方に位置しており、洗浄後のウエハＷは載置台１０９に、洗浄前のウエハＷは載置台１１０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エハＷの汚染を防止している。なお、図において、センサ１１６、１１７、１１８、１１９、リンスノズル１２０、１２１、及びシャッター１２２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。
【００８１】
搬送ロボット１１４のハンドが到達可能な位置には、洗浄機１０５と隣接するように洗浄機１２４が配置されている。また、搬送ロボット１１５のハンドが到達可能な位置には、洗浄機１０６と隣接するように洗浄機１２５が配置されている。これらの洗浄機１２４、１２５は、ウエハＷの両面を洗浄することができる洗浄機である。
【００８２】
搬送ロボット１１４及び搬送ロボット１１５の上側のハンドは、一度洗浄された半導体ウエハＷを洗浄機又はウエハステーション１１２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エハＷ及び研磨される前の半導体ウエハＷ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１４０へのウエハＷ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。
【００８３】
上記洗浄機１０５、１０６、１２４、１２５のウエハＷ搬入口には、図９に示すように、それぞれシャッター１０５ａ、１０６ａ、１２４ａ、１２５ａが取付けられており、ウエハＷが搬入されるときのみ開口可能となっている。
【００８４】
ポリッシング装置２０８は、各機器を囲むようにハウジング１２６を備えており、ハウジング１２６の内部は、隔壁１２８、隔壁１３０、隔壁１３２、隔壁１３４、及び隔壁１３６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。
【００８５】
ウェハカセット１０１と搬送ロボット１０４が配置されている領域Ａと、洗浄機１０５、１０６と載置台１０７、１０８、１０９、１１０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１２８が配置されている。この隔壁１２８には、領域Ａと領域Ｂとの間で半導体ウエハＷ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１３８が設けられている。上記洗浄機１０５、１０６、１２４、１２５、ウェハステーション１１２の載置台１０７、１０８、１０９、１１０、及び搬送ロボット１１４、１１５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。
【００８６】
図に示すように、隔壁１３４によって領域Ｂと区分された領域Ｃの内部において搬送ロボット１１４のハンドが到達可能な位置には、半導体ウエハＷを反転させる反転機１４０が配置されており、反転機１４０には搬送ロボット１１４によって半導体ウエハＷが搬送される。また、領域Ｃの内部において搬送ロボット１１５のハンドが到達可能な位置には、半導体ウエハＷを反転させる反転機１４１が配置されており、反転機１４１には搬送ロボット１１５によって半導体ウエハＷが搬送される。反転機１４０及び反転機１４１は、半導体ウエハＷをチャックするチャック機構と、半導体ウエハＷの表面と裏面を反転させる反転機構と、半導体ウエハＷ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（不図示）とを備えている。
【００８７】
隔壁１３４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１３６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１３４には、半導体ウエハ搬送用の開口部が設けられ、この開口部には、反転機１４０と反転機１４１のためのシャッター１４２、１４３が設けられている。
【００８８】
図９に示すように、２つの領域Ｃ、Ｄには、それぞれターンテーブル１４６、１４７と、ターンテーブル１４８、１４９と、１枚の半導体ウエハを保持し且つ半導体ウエハをターンテーブル１４７、１４８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１４４、１４５が配置されている。
【００８９】
即ち、領域Ｃには、トップリング１４４と、ターンテーブル１４６、１４８と、ターンテーブル１４６に研磨液を供給するための研磨液供給ノズル１５０と、窒素ガス供給源（不図示）及び第２薬液供給源（不図示）に接続される複数の噴射ノズル（不図示）を備えたアトマイザ１５２と、ターンテーブル１４６の機械的ドレッシングを行うためのドレッサ１５４と、ターンテーブル１４８の機械的ドレッシングを行うためのドレッサ１５６とが配置されている。
【００９０】
同様に、領域Ｄには、トップリング１４５と、ターンテーブル１４７、ターンテーブル１４９と、ターンテーブル１４７に研磨液を供給するための研磨液供給ノズル１５１と、窒素ガス供給源（不図示）及び第２薬液供給源（不図示）に接続される複数の噴射ノズル（不図示）を備えたアトマイザ１５３と、ターンテーブル１４７の機械的ドレッシングを行うためのドレッサ１５５と、ターンテーブル１４９の機械的ドレッシングを行うためのドレッサ１５７とが配置されている。
【００９１】
研磨液供給ノズル１５０、１５１からは研磨に使用する研磨液や機械的ドレッシングに使用するドレッシング液（例えば、水）がそれぞれターンテーブル１４６、１４７上に供給される。また、アトマイザ１５２、１５３からは窒素ガスと第２薬液（純水又は純水以外の薬液）とが混合された混合流体がターンテーブル１４６、１４７上に噴射される。窒素ガス供給源からの窒素ガス及び第２薬液供給源からの第２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１５２、１５３の図示しない噴射ノズルに供給される。この場合において、アトマイザ１５２、１５３の噴射ノズルはターンテーブル１４６、１４７の外周側に向けて流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、第２薬液のみをアトマイザ１５２、１５３から噴射することとしてもよい。なお、ターンテーブル１４８、１４９にもアトマイザを設けてもよい。ターンテーブル１４８、１４９にアトマイザを設けることで、ターンテーブル１４８、１４９の表面をより清浄に保つことができる。
【００９２】
混合された窒素ガスと第２薬液（純水又は純水以外の薬液）は、▲１▼液体微粒子化、▲２▼液体が凝固した微粒子固体化、▲３▼液体が蒸発した気体化（これら▲１▼、▲２▼、▲３▼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１５２、１５３の噴射ノズルからターンテーブル１４６、１４７に向けて噴射される。混合された流体が液体微粒子化、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／又は第２薬液（純水又は純水以外の薬液）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／又は第２薬液（純水又は純水以外の薬液）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流体の状態を変更することができる。
【００９３】
なお、ターンテーブル１４８、１４９の代わりに、湿式タイプのウエハ膜厚測定機を設置してもよい。その場合は、研磨直後のウエハＷの膜厚を測定することができ、ウエハＷの削り増しや、測定値を利用して次のウエハＷへの研磨プロセスの制御を行うこともできる。
【００９４】
反転機１４０、１４１とトップリング１４４、１４５の下方に、洗浄室（領域Ｂ）とポリッシング室（領域Ｃ、Ｄ）の間でウエハＷを搬送するロータリトランスポータ１６０が配置されている。ロータリトランスポータ１６０には、ウエハＷを載せるステージが４ヶ所等配に設けてあり、同時に複数のウエハＷを搭載できるようになっている。
【００９５】
反転機１４０、１４１に搬送されたウエハＷは、ロータリトランスポータ１６０のステージの中心が、反転機１４０、１４１でチャックされたウエハＷの中心と位相が合ったときに、ロータリトランスポータ１６０の下方に設置されたリフタ１６２、１６３が昇降することで、ロータリトランスポータ１６０上に搬送される。ロータリトランスポータ１６０のステージ上に載せられたウエハＷは、ロータリトランスポータ１６０の位置を９０°変えることで、トップリング１４４、１４５の下方へ搬送される。トップリング１４４、４５は、予めロータリトランスポータ１６０の位置に揺動している。トップリング１４４、１４５の中心が上記ロータリトランスポータ１６０に搭載されたウエハＷ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１６４、１６５が昇降することで、ウエハＷはロータリトランスポータ１６０からトップリング１４４、１４５へ移送される。
【００９６】
本ポリッシング装置２０８は、領域Ｃ、Ｄに、固定砥粒１４６Ａ、１４７Ａの研磨面１４６Ｂ、１４７Ｂ上に光線を照射する水銀ランプ等の光源１９４（後述の図１１参照）と、第１液体としての第１薬液を研磨面１４６Ｂ、１４７Ｂ上に供給する第１液体供給機としての第１薬液供給ノズル１９６（後述の図１１参照）とを有する光ドレッシング機構１９２を備える。
【００９７】
次に、図１０を参照して、本ポリッシング装置２０８のポリッシング室（図９の領域Ｃ、Ｄ）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、流域Ｄについても流域Ｃと同様に考えることができる。また、図は、流域Ｃのトップリング１４４とターンテーブル１４６、１４８の関係を示す図でもある。
図に示すように、トップリング１４４は回転可能なトップリング駆動軸１７０によってトップリングヘッド１７２から吊下されている。トップリングヘッド１７２は位置決め可能な揺動軸１７４によって支持されており、トップリング１４４はターンテーブル１４６、１４８の双方にアクセス可能になっている。
【００９８】
また、ドレッサ１５４は回転可能なドレッサ駆動軸１７６によってドレッサヘッド１７８から吊下されている。ドレッサヘッド１７８は位置決め可能な揺動軸１８０によって支持されており、これによりドレッサ１５４は待機する待機位置とターンテーブル１４６上の機械的ドレッシングを行うドレッシング位置との間を移動可能になっている。同様に、ドレッサ１５６は回転可能なドレッサ駆動軸１８２によってドレッサヘッド１８４から吊下されている。ドレッサヘッド１８４は位置決め可能な揺動軸１８６によって支持されており、これによりドレッサ１５６は待機する待機位置とターンテーブル１４８上の機械的ドレッシングを行うドレッシング位置との間を移動可能になっている。
【００９９】
ターンテーブル１４６の上面は、砥粒と気孔又は気孔剤とがバインダ（所定の樹脂）により結合された固定砥粒１４６Ａによって構成されており、この固定砥粒１４６Ａによってトップリング１４４に保持された半導体ウエハＷ（図１参照）を研磨する研磨面１４６Ｂが構成される。このような固定砥粒１４６Ａは、例えば、スラリ状の研磨剤（液体中に砥粒を分散させたもの）とエマルジョン状樹脂を混合分散した混合液を噴霧乾燥させ、この混合粉を成形治具に充填し、加圧・加熱処理して得られる。砥粒としては、好ましくは、平均粒子径が０．５μｍ以下のセリア（ＣｅＯ_２）又はシリカ（ＳｉＯ_２）を用いるとよい。また、バインダとして前述のように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。
【０１００】
また、ターンテーブル１４８の上面は、軟質の不織布（不図示）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エハＷの表面に付着した砥粒を洗浄する洗浄面が構成される。この不織布により研磨後の半導体ウエハＷの表面に付着した砥粒を洗浄する洗浄面が構成される。
【０１０１】
上述のようにして固定砥粒１４６Ａにより研磨された半導体ウエハＷは、小径のターンテーブル１４８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１４４とターンテーブル１４８とをそれぞれ独立に回転させつつ、トップリング１４４に保持された研磨後の半導体ウエハＷをターンテーブル１４８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、研磨後の半導体ウエハＷ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。
【０１０２】
図１１は、光照射によるドレッシングを行う光ドレッシング機構１９２の全体的な構成を示す斜視図である。光ドレッシング機構１９２は、光を固定砥粒１４６Ａの研磨面１４６Ｂ上に照射する光源ランプ１９４、および第１薬液を研磨面１４６Ｂ上に供給する第１薬液ノズル１９６を含んで構成された光ドレッサユニット１９８と、駆動用のアーム１８８とを有する。光ドレッサユニット１９８は上下動用のシリンダ（不図示）を介して駆動用のアーム１８８に接続固定されている。上下動用シリンダにより、光ドレッサユニット１９８は上下動して、光源ランプ１９４と光ドレッシング対象の固定砥粒１４６Ａの研磨面１４６Ｂとの間の間隔を調整する。駆動用アーム１８８は水平面内において揺動することで、光ドレッシング対象の固定砥粒１４６Ａの研磨面１４６Ｂ上での光ドレッサユニット１９８の位置決めを行う。
【０１０３】
図１２は、本発明のポリッシング装置２０８のターンテーブル１４６周りの正面図を示す。ターンテーブル１４６には研磨工具としての固定砥粒１４６Ａを備え、トップリング１４４に保持した研磨対象のウエハＷを、揺動軸１７０によるトップリングヘッド１７２の揺動、不図示の上下動用のシリンダによるトップリングヘッド１７２の下降により固定砥粒１４６Ａの研磨面１４６Ｂに押付け、回転摺動することで半導体ウエハＷの研磨が進行する。
【０１０４】
さらに、ポリッシング装置２０８は、機械的ドレッシング機構１６８と、光ドレッシング機構１９２とを備える。機械的ドレッシング機構１６８は、固定砥粒１４６Ａの研磨面１４６Ｂに機械的に接触して目立て（ドレッシング）を行う、例えばダイヤモンドドレッサであるドレッサ１５４を有する。光ドレッシング機構１９２は、水銀ランプ等の光源１９４及び第１薬液供給ノズル１９６を有し、光線照射により光ドレッシングを行う。ここで、通常のドレッシングは光線照射により光ドレッシング機構１９２を用いて行い、ウエハＷの研磨前、又は研磨中に行われる。固定砥粒面に形成された大きな凹凸を除去して、全体的な研磨面の平坦化を図るのには、機械的ドレッシング機構１６８が用いられ、通常、複数枚のウエハＷの研磨後に必要に応じて行われる。また、固定砥粒面測定器（不図示）を用いて固定砥粒１４６Ａの研磨面１４６Ｂの平面度をモニタリングしながら、例えば１μｍ以上の凹凸に変化した時に機械的接触によるドレッシングを行ってもよい。
【０１０５】
次に、研磨工具としての固定砥粒のドレッシング方法について説明する。ドレッシングを実施するタイミングとしては、基板研磨時に同時にドレッシングを実施する第１手法（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ手法）と、基板研磨後に次の研磨が始まるまでの間にドレッシングを実施する第２手法（Ｅｘ−Ｓｉｔｕ手法）とがある。今までの固定砥粒において、次の研磨までの間のコンディショニングでは次の基板研磨に耐えうるほどの十分な研磨砥粒が自生出来ておらず、経時的に研磨レートが減少するなど研磨の安定性が得られなかった。そのため、研磨中に絶えず研磨砥粒をかき出して、砥粒供給量の安定化を図られる第１手法（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ手法）に頼っていた。本発明の光照射によるドレッシングも相手となる固定砥粒のバインダ樹脂によっては砥粒の自生量が十分に確保出来ないため第１手法（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ手法）で行ったり、例えばスクロール型などの、ウェハ径とほぼ同じ大きさのターンテーブル上に固定砥粒を配置しなければならない場合には研磨中はドレッシングが出来ないので第２手法（Ｅｘ−Ｓｉｔｕ手法）だけでドレッシングをしたりする。
【０１０６】
図１３から図１７では、本発明のポリッシング装置２０８（図９参照）の運転順序を示す例である。横軸は、時間Ｔの経過を表し、縦軸は、それぞれドレッサ１５４（又は１５５）、トップリング１４４（又は１４５）、光ドレッシング機構１９２（又は１９３）、異物除去装置１５２（又は１５３）（以上、図９参照）の運転の有無を表し、ＯＦＦが運転休止、ＯＮが運転中を表す。図１３から図１７では、ドレッサ１５４によるドレシングは、固定砥粒の研磨面の機械的ドレッシングであり、光ドレッシング機構１９２によるドレッシングは、固定砥粒の研磨面の光照射によるドレッシングを、第１薬液を研磨面へ供給しながら行う光ドレシングである。異物除去は、異物除去装置としてのアトマイザ１５２を用いて行う。
【０１０７】
図１３は、第２手法（Ｅｘ−Ｓｉｔｕ手法）によるドレッシングの場合を示す。この場合、まずドレッサ１５４（図９参照）による形状修正のための機械的ドレッシングを行い（０〜ｔ１）、機械的ドレッシングの終了後に光照射による光ドレッシングを行い（ｔ１〜ｔ２）、光ドレッシング（ＯＤ）は一定間隔（ｔ２−ｔ１）で断続的に行う（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、・・）（本発明の光線照射工程）。最初の光ドレッシングが終了した時点（ｔ２）で、トップリング１４４（図９参照）に載置された半導体ウエハのポリッシング（Ｐ）（本発明の研磨工程）を行い、ポリッシングは一定間隔（ｔ３−ｔ２）で断続的に行う（ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、・・）。ポリッシングは、光ドレッシングとその次の光ドレッシングの間に行われ、光ドレッシングとポリッシングは交互に行われる。アトマイザ１５２による異物の除去は、光ドレッシングと同時期に行われ、光ドレッシングと同一の一定間隔（ｔ２−ｔ１）で、断続的に行われる（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、・・）（本発明の異物除去工程）。
【０１０８】
図１４は、第１手法（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ手法）によるドレッシングの場合を示す。この場合、まずドレッサ１５４（図９参照）による形状修正のための機械的ドレッシングを行い（０〜ｔ１）、機械的ドレッシングの終了後にポリッシング前の光照射による光ドレッシングを、ポリッシング前の光ドレッシングとして、所定間隔（ｔ２−ｔ１）だけ行う（ｔ１〜ｔ２）。所定間隔（ｔ２−ｔ１）経過後に、ポリッシングを行い、ポリッシングは一定間隔（ｔ３−ｔ２）で断続的に行う（ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、・・）。また、所定間隔（ｔ２−ｔ１）経過後は、光ドレッシングを中断せずに、そのまま所定間隔（ｔ３−ｔ２）継続し、その後ポリッシングと同じタイミングで行う（ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、・・）。すなわち、光ドレッシングは、最初の所定間隔（ｔ２−ｔ１）の実施後は、ポリッシングと同一の一定間隔（ｔ３−ｔ２）で断続的に行われる。異物除去は、光ドレッシングと同じ時期（ｔ１）に開始され、その後は連続的に継続される。
【０１０９】
図１５は、第３手法（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ間欠ドレッシング手法）によるドレッシングの場合を示す。第３手法は、第１手法（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ手法）（図１４）に以下のように間欠ドレッシングを追加したものである。以下図１４との相違を主として説明する。光照射による光ドレッシングは、ポリッシング前の光ドレッシング（ｔ１〜ｔ２）の後に続けて断続的に、持続時間ｔｘの間欠運転を２回、休止時間ｔｙにて行う。間欠運転は、所定周期（ｔ４−ｔ２）で断続的に行う。光ドレッシングの間欠運転は、開始のタイミングが、トップリング１４４（図９参照）によるポリッシングの開始のタイミングと同じである。異物除去運転は、光ドレッシングと同じタイミングで行われる。機械的ドレッシングと、ポリッシングは、図１４と同様に行われる。
【０１１０】
図１６は、第４手法（連続光ドレッシング）によるドレッシングの場合を示す。以下図１４との相違を主として説明する。光照射による光ドレッシングは、所定時間（ｔ１〜ｔ２）だけポリッシング開始前に行った後、さらにそのまま続けて連続運転を行う。すなわち、ポリッシングが行われている間に、光ドレッシングが行われ、さらにポリッシングが中断されている間にも光ドレッシングが行われる。異物除去運転は、光ドレッシングと同じタイミングで行われる。機械的ドレッシングと、ポリッシングは、図１４と同様に行われる。
【０１１１】
図１７は、第５手法（先出し光ドレッシングのあるＩｎ−Ｓｉｔｅ手法）によるドレッシングの場合を示す。本図に示す手法は、図１４の第１手法を発展させた手法である。第１手法では、各ポリッシングステップにおいて、ポリッシングと光ドレッシングを同じタイミングで行っているが、第５手法では、光ドレッシングの開始のタイミングをポリッシングの開始のタイミングより時間ｔｚだけ早めに設定し、間隔ｔｚの先出し光ドレッシングを行っている。異物除去運転は、光ドレッシングと同じタイミングで行われる。機械的ドレッシングと、ポリッシングは、図１４と同様に行われる。
【０１１２】
本手法の効果としては、ポリッシングを開始する前までに、十分な研磨砥粒の自生が行われ、ポリッシング開始直後の研磨の立ち上がりを気にすることなく、最初から所定の研磨効率にて研磨処理が可能となる。その結果、効率よく安定した研磨が実現できる。
【０１１３】
光照射による光ドレッシングの効果が強い場合は、研磨後から次の研磨までの間のみもしくは研磨中に間欠的に光ドレッシングを実施すればよいが、光ドレッシングの効果が弱い場合には、研磨中のみならず研磨と次の研磨の間においても光ドレッシングを実施しなくてはならない。その間絶えず光ドレッシングを実施している形態が好ましい。ここで、機械的ドレッシングとは、主に研磨面の形状修正に寄与する機械的ドレッサ（例えば、前述のようにダイヤモンドドレッサ）によるドレッシングである。光ドレッシングは、光照射によるドレッシングである。光照射による光ドレッシングの際には、同時に本発明の異物除去装置も作用させるとよい。
【０１１４】
図１３〜図１７において、機械的ドレッシングによる研磨面の形状修正の後に、光ドレッシングを行っている。形状修正後の１枚目のウエハＷも、例えば、１０枚目のウエハＷも同じ条件で研磨するために、形状修正の後に、光による光ドレッシングを行う。また、機械的ドレッシングによる形状修正後では、研磨面表面が粗すぎることがあるため、光照射による光ドレッシングでソフトに研磨面から砥粒を自生させることにより、スクラッチの少ない半導体ウエハの研磨を行うことができる。
【０１１５】
図１６では、光照射による光ドレッシングをポリッシング時、非ポリッシング時の両方に、連続して行っている。光による光ドレッシングは、研磨面表面をソフトにドレッシングすることができるため、大粒径の異物や大きな凹凸が生成しないため、ウエハＷへのスクラッチ防止に効果的であるが、その分、ドレッシング速度（ドレッシング能力）が遅い場合がある。その場合、光による光ドレッシングを、ポリッシング時及び非ポリッシング時の両方に連続して行うことで、常に研磨面に新しい砥粒を自生させることができる。なお、図１６、図１７で示す光による光ドレッシングは、常時当て続けることなく、間欠的に行ってもよい。
【０１１６】
また、上述の図１２に示すようにターンテーブル１４６に固定砥粒１４６Ａが配置されている場合に、光照射により光ドレッシングを行う光ドレッシング機構１９２が、基板研磨手段としてのトップリング１４４とは別の位置に、予めターンテーブル１４６上に覆い被さるように配置することもでき、研磨の有無に関わらず絶えずドレッシングが出来るようになっている。
【０１１７】
但しこの場合、固定砥粒全面にドレッシングを施すにはターンテーブル１４６を回転させなくてはならない。しかし、あまりにも回転が速いと光照射によるドレッシング作用を促進させる第１薬液等が遠心力により、ターンテーブル１４６外に流れ出してしまう。そうすると、その分だけコンディショニング効果が薄れることになり、必要な砥粒自生量を確保出来なくなってしまう。このような事態をさけるには、基板を研磨していない間は、例えばターンテーブル１４６を１分間当たり１０回転以下の低回転数で回転させておくのが望ましい。そうすれば不必要な第１薬液等の流失は抑えられることになり、十分なコンディショニング効果を得ることが出来る。
【０１１８】
また、同時に通常の一般的なＣＭＰの研磨パッドも同様だがパッド上面は常に湿潤状態が保たれなくてはならず、パッド全面に効率よく湿潤用の純水もしくは薬液を供給するにはその際にターンテーブル１４６を回転させておくのが好ましい。固定砥粒も同様に湿潤状態を保たなければならず、連続研磨中以外の場合でも湿潤保管用の液体を供給するときにはターンテーブル１４６を回転させておくとよい。
【０１１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、光源と、異物除去装置とを備えるので、光源により研磨工具の研磨面上に光線を照射し、バインダの砥粒を固着する固着力を弱め、バインダ中に砥粒が保持できなくさせて砥粒を自生させ、さらに異物除去装置により、一様な砥粒の自生を阻害する、研磨により生ずる異物、または照射により生ずる異物を強制的に除去し、不安定な研磨を引き起こす要因を取り除き、研磨時の安定した砥粒の供給を可能とすることができるので、良好な研磨性能が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる研磨装置を示す模式的正面図である。
【図２】図１の研磨装置の模式的平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態にかかる研磨装置を示す模式的正面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態にかかる研磨装置を示す模式的正面図である。
【図５】本発明の第４の実施の形態にかかる研磨装置を示す模式的正面図である。
【図６】本発明の第５の実施の形態にかかる研磨装置を示す模式的正面図である。
【図７】本発明の第６の実施の形態にかかる研磨装置を示す模式的正面図である。
【図８】本発明の第７の実施の形態にかかる研磨装置を示す模式的正面図である。
【図９】本発明の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１０】図９のポリッシング装置のポリッシング室の正面図である。
【図１１】図９のポリッシング装置の光ドレッシング機構の斜視図である。
【図１２】図９のポリッシング装置のターンテーブル周りの正面図である。
【図１３】図９のポリッシング装置の第２手法によるドレッシングの一連の動作例を示すタイミングチャートである。
【図１４】図９のポリッシング装置の第１手法によるドレッシングの一連の動作例を示すタイミングチャートである。
【図１５】図９のポリッシング装置の第３手法によるドレッシングの一連の動作例を示すタイミングチャートである。
【図１６】図９のポリッシング装置の第４手法によるドレッシングの一連の動作例を示すタイミングチャートである。
【図１７】図９のポリッシング装置の第５手法によるドレッシングの一連の動作例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１１　ターンテーブル
１３　固定砥粒
１５　研磨面
２１　トップリング
３１　光源
３２　異物除去装置
３２Ａ　ドレッサ
３２Ｂ　異物除去装置
３２Ｃ　アトマイザ
３２Ｄ　超音波発生器
３２Ｅ　真空吸引装置
３４　レーザ光放出口
３５　レーザ光線
３７　ナイロンブラシ
３８　ドレッシング機構
４０　純水供給源
４１　供給装置
４２　気体供給源
４３　第２薬液供給源
４４　第１薬液供給源
４５　真空供給源
１４４、１４５　トップリング
１４６、１４７　ターンテーブル
１４６Ａ、１４７Ａ　固定砥粒
１４６Ｂ、１４７Ｂ　研磨面
１４８、１４９　ターンテーブル
１５０、１５１　研磨液供給ノズル
１５２、１５３　アトマイザ
１５４、１５５、１５６、１５７　ドレッサ
１６０　ロータリトランスポータ
１６４、１６５　プッシャー
１６８　機械的ドレッシング機構
１９２、１９３　光ドレッシング機構
２０１〜２０７　研磨装置
２０８　ポリッシング装置

Claims

砥粒と該砥粒を固着させるバインダとを含んで形成された研磨工具であって、研磨対象物に押圧され、該研磨対象物を研磨する研磨工具と；前記研磨工具の研磨面上に、前記バインダの前記砥粒を保持する保持力を弱める光線を照射する光源と；
前記研磨により生ずる異物、または前記照射により生ずる異物を強制的に除去する異物除去装置とを備える；
研磨装置。
前記異物除去装置が、ダイヤモンド粒子を含み、前記研磨面に押圧可能に形成されたドレッサである；
請求項１に記載の研磨装置。
前記異物除去装置が、前記研磨面に擦り付け可能に形成されたナイロンブラシを有する；
請求項１に記載の研磨装置。
前記異物除去装置が、気体と液体とからなる圧力調整された混合流体を発生させ、前記研磨面に向けて噴射する混合流体発生器である；
請求項１に記載の研磨装置。
前記異物除去装置が、超音波を前記研磨面に向けて発生させる超音波発生器である；
請求項１に記載の研磨装置。
前記照射が行われるときに、第１液体を前記研磨面上に供給する第１液体供給機を備え；
前記異物除去装置が、前記異物を除去する、前記第１液体とは異なる第２液体を前記研磨面上に供給する第２液体供給機である；
請求項１に記載の研磨装置。
前記異物除去装置が、前記異物を真空にて吸引する真空吸引装置である；
請求項１に記載の研磨装置。
砥粒と該砥粒を固着させるバインダとを含んで形成された研磨工具であって、研磨対象物に押圧され、該研磨対象物を研磨する研磨工具の研磨面上に、前記バインダの前記砥粒を保持する保持力を弱める光線を照射する光線照射工程と；
前記研磨対象物を前記研磨工具で研磨する研磨工程で前記研磨面上に生ずる異物、または前記光線照射工程で前記研磨面上に生ずる異物を強制的に除去する異物除去工程とを備える；
研磨工具のドレッシング方法。
前記異物除去工程が、ダイヤモンド粒子を含んで形成されたドレッサを前記研磨面に押圧する工程を含む；
請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法。
前記異物除去工程が、ナイロンブラシを前記研磨面上に擦り付ける工程を含む；
請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法。
前記異物除去工程が、気体と液体とからなる圧力調整された混合流体を前記研磨面に吹き付ける工程を含む；
請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法。
前記異物除去工程が、超音波を前記研磨面に照射する工程を含む；
請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法。
前記光線照射工程が、前記研磨面に第１液体を供給する工程を含み；
前記異物除去工程が、前記第１液体とは異なる第２液体を前記研磨面に供給する工程を含む；
請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法。
前記異物除去工程が、前記異物を真空にて吸引する工程を含む；
請求項８に記載の研磨工具のドレッシング方法。
砥粒と該砥粒を固着させるバインダとを含んで形成された研磨工具であって、研磨対象物に押圧され、該研磨対象物を研磨する研磨工具の研磨面上に、前記バインダの前記砥粒を保持する保持力を弱める光線を照射する光線照射工程を備え；
前記光線照射工程を、前記研磨工具により研磨対象物を研磨する研磨工程と同時に行い、さらに前記研磨工程と次の前記研磨工程との間に行う；
研磨工具のドレッシング方法。
前記研磨工程が前記研磨工具を回転させることにより行われ、前記研磨工程が行われていない間の前記研磨工具の回転数が１分間当り１０回転以下である；
請求項１５に記載の研磨工具のドレッシング方法。
前記光線照射工程におけるドレッシング速度が大きいときは、前記研磨工程と同時に行われる光線照射工程を間欠的に行ない、前記ドレッシング速度が小さいときには、さらに前記研磨工程と次の前記研磨工程との間にも前記光線照射工程を行う；
請求項１５または請求項１６に記載の研磨工具のドレッシング方法。