JP2007301697A - 研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数回に分けて研磨加工を行っても研磨プロファイルのゆらぎを小さくすることができる研磨方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る研磨方法は、各研磨ステージにおいて、研磨ヘッドを用いて半導体ウェハの表面を研磨加工する研磨工程が行われ、研磨工程の後、次の研磨ステージへ回動されるようになっており、搬送ステージから順次回動されて搬送ステージに戻る直前に位置決めされる最終の第３研磨ステージにおいてのみ、研磨工程（ステップＳ１２１）の後、半導体ウェハの表面に洗浄水を供給してウェハ表面の洗浄を行う水掛工程（ステップＳ１２２）が行われ、水掛工程の後、搬送ステージへ回動されるようになっている。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体ウェハ等の基板の表面を研磨加工する研磨装置における研磨方法に関する。

上述のような研磨装置として、例えば、半導体ウェハ基板における層間絶縁膜上の金属膜を化学機械研磨法（ＣＭＰ法）で精密に研磨加工する研磨装置（ＣＭＰ装置と称される）が知られている。この研磨装置は、例えば、インデックステーブルが４つの領域に分割されており、各分割領域にはそれぞれ半導体ウェハ基板（以下基板という）を保持する真空チャックが設けられている（例えば、特許文献１を参照）。インデックステーブルは９０度ごとに回動送りされ、位置決めされた停止位置にはインデックステーブルの分割に対応して４つのステージが設けられている。

４つのステージは、１つの搬送ステージと、３つの研磨ステージとから構成される。研磨ステージは基板を研磨加工する領域であり、研磨面を有する研磨ヘッドが設けられている。研磨ステージでは真空チャックされた基板を高速回転させるとともに、この基板の表面に研磨ヘッドの研磨面を押し付けて基板表面を平坦に加工する。搬送ステージには、未加工の基板を搬入するとともに、加工を終えた加工済み基板を搬出する搬送ロボットが設けられている。

上記研磨装置では、搬送ロボットが未加工の基板を搬送ステージに搬入し、インデックステーブルを９０度回動させて第１研磨ステージに位置決めさせる。第１研磨ステージで粗加工を行った後、インデックステーブルを９０度回転させて第２研磨ステージに位置決めさせ、第２研磨ステージで中間加工を行った後、インデックステーブルを９０度回転させて第３研磨ステージに位置決めさせる。そして、第３研磨ステージで仕上げ加工を行った後、インデックステーブルを９０度回動させて搬送ステージに位置決めさせ、搬送ロボットで加工済み基板を搬出させる。このような作動を順次繰り返して行うことにより、インデックステーブルを回動停止させるごとに、搬送ステージから加工済み基板を搬出させるとともに、新たな未加工基板を搬送ステージに搬入させ、連続して研磨加工を行うことができる。

このような構成の研磨装置によれば、一つの研磨ステージごとに全研磨を行う場合と比較して、インデックステーブルを回動停止させる際に生じる待ち時間が少なくなるため、基板のスループットを向上させることができる。なお、スループットの関係から、各研磨ステージにおいて、研磨ヘッドおよびチャックの回転速度、研磨時間等の研磨条件が同じに設定されることが好ましい。
特開２００２−９３７５９号公報

しかしながら、各研磨ステージで研磨条件を同じにして、基板を複数回に分けて研磨加工すると、一回の研磨で全研磨を行う場合と比較して基板の研磨プロファイルが変化し、研磨プロファイルのゆらぎが大きくなる場合があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、複数回に分けて研磨加工を行っても研磨プロファイルのゆらぎを小さくすることができる研磨方法を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、第１の本発明に係る研磨方法は、回転自在なテーブルおよび、テーブル上に設けられて被研磨部材である基板を保持する少なくとも３以上のｎ個のチャックを有し、テーブルを所定角度ごとに回動停止させてｎ個のチャックを所定の角度位置に位置決めさせるインデックステーブルを備え、インデックステーブルの停止位置には、位置決めされたｎ個のチャックに対応して、チャックに保持された基板を研磨加工する研磨ヘッドを有した（ｎ−１）個の研磨ステージと、研磨加工後の加工済み基板をチャックから搬出するとともに研磨加工前の新たな基板をチャックに搬入する１つの搬送ステージとが設けられ、新たな基板は、搬送ステージにおいてチャックに搬入され、インデックステーブルを用いて搬送ステージから（ｎ−１）個の研磨ステージに順次回動され位置決めされて搬送ステージに戻り、位置決めされた各研磨ステージでそれぞれ基板に対する研磨加工が行われるとともに、研磨加工された加工済み基板が搬送ステージから搬出されるように構成された研磨装置による研磨方法に関するものである。

そして、研磨ステージにおいては、研磨ヘッドを用いて基板の表面を研磨加工する研磨工程が行われ、研磨工程の後、次の研磨ステージへ回動されるようになっており、搬送ステージから順次回動されて搬送ステージに戻る直前に位置決めされる最終の研磨ステージにおいてのみ、研磨工程の後、基板の表面に洗浄水を供給して基板表面の洗浄を行う水掛工程が行われ、水掛工程の後、搬送ステージへ回動されるようになっている。

また、第２の本発明に係る研磨方法は、上述の研磨装置と同様に構成された研磨装置による研磨方法であって、チャックに保持された基板の表面に研磨剤であるスラリーを供給するプレスラリー工程が行われ、プレスラリー工程の後、研磨ヘッドを用いて基板の表面を研磨加工する研磨工程が行われ、研磨工程の後、基板の表面に洗浄水を供給して基板の洗浄を行う水掛工程が行われ、水掛工程の後、次の研磨ステージもしくは搬送ステージへ回動されるようになっており、プレスラリー工程の前に、チャックを回転させてチャックに保持された基板の表面の水分を除去する水切り工程が行われる。

さらに、第３の本発明に係る研磨方法は、複数の研磨ステージを有する研磨装置において、研磨対象物を複数の研磨ステージへ順に移動させて、研磨対象物の被研磨面に対する研磨加工を複数の研磨ステージでそれぞれ連続的に行う研磨方法であって、最終の研磨ステージで行われる研磨加工においてのみ、研磨対象物の被研磨面を研磨加工する研磨工程が行われた後に、被研磨面に洗浄水を供給して被研磨面の洗浄を行う水掛工程が行われる。

また、第４の本発明に係る研磨方法は、複数の研磨ステージを有する研磨装置において、研磨対象物を複数の研磨ステージへ順に移動させて、研磨対象物の被研磨面に対する研磨加工を複数の研磨ステージでそれぞれ連続的に行う研磨方法であって、複数の研磨ステージではそれぞれ、研磨対象物の被研磨面を研磨加工する研磨工程の前に、被研磨面に研磨剤であるスラリーを供給するプレスラリー工程が行われ、プレスラリー工程の前に、被研磨面の水分を除去する水切り工程が行われ、研磨工程の後に、被研磨面に洗浄水を供給して被研磨面の洗浄を行う水掛工程が行われる。

また、第１から第４の本発明に係る研磨方法において、研磨加工で用いられるスラリーの種類が、研磨ステージ毎に同じであることが好ましい。

本発明によれば、複数回に分けて研磨を行っても研磨プロファイルのゆらぎを小さくすることができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について、半導体ウェハを３ステージの研磨工程で精密に平坦研磨するＣＭＰ装置（化学的機械的研磨装置）に適用した例について説明する。この研磨装置ＰＭは、その全体構成を平面図として図１に示すように、大別的には、半導体ウェハ（以下、ウェハＷと称する）の搬入・搬出を行うカセットインデックス部１、研磨加工を行う研磨加工部２、研磨加工が終了したウェハの洗浄を行う基板洗浄部３、及び研磨装置内でウェハＷの搬送を行う搬送装置４（第１搬送ロボット４１、第２搬送ロボット４２）などからなり、各部はそれぞれ自動開閉式のシャッタで仕切られてクリーンチャンバが構成される。研磨装置ＰＭの作動は、図示省略する制御装置により制御される。

カセットインデックス部１には、それぞれ複数枚のウェハＷを保持したカセット（キャリアとも称される）Ｃ₁〜Ｃ₄を載置するウェハ載置テーブル１２が設けられ、ウェハ載置テーブル１２の前方に第１搬送ロボット４１が配設されている。第１搬送ロボット４１は多関節アーム型のロボットであり、床面に設けられたリニアガイドに沿って移動自在な基台の上部に水平旋回及び昇降作動自在な旋回台が設けられ、この旋回台に取り付けられた多関節アームを伸縮させて、アーム先端部のウェハチャックでウェハＷの外周縁部を把持可能になっている。第１搬送ロボット４１によりセンドカセットＣ₁，Ｃ₂から取り出された研磨加工前の未加工ウェハＷは、基板洗浄部３内に設けられた未加工ウェハＷを搬送するための通路内で研磨加工部２の第２搬送ロボット４２に受け渡される。

研磨加工部２は、９０度ごとに回動送りされる円形のインデックステーブル２０を中心として４つのエリアに区分されており、未加工ウェハの搬入及び加工済ウェハの搬出を行う搬送ステージＳ₀と、ウェハ表面の研磨加工を行う第１研磨ステージＳ₁、第２研磨ステージＳ₂、第３研磨ステージＳ₃とから構成される。インデックステーブル２０は、これら４つのステージに対応して４分割されており、４分割されたインデックステーブル２０の各々の区画には、ウェハＷを裏面側から吸着保持するウェハチャック２００がテーブル上面に露出して配設されている。

各チャック２００は、インデックステーブル２０に回転自在に支持されるとともに、インデックステーブル２０の内部に設けられた電動モータやエアモータ等の駆動手段（図示せず）により高速回転および停止保持が自在に構成されている。なお、各チャック２００の直径はウェハＷの直径よりもわずかに小径に形成されており、ウェハチャック２００に保持されたウェハＷの外周端部を把持することができるようになっている。

搬送ステージＳ₀には、第２搬送ロボット４２が設けられている。第２搬送ロボット４２により研磨加工部２に搬入されたウェハＷは、第２搬送ロボット４２により搬送され、搬送ステージＳ₀に位置決めされたウェハチャック２００に搬入載置されて吸着保持される。

第１研磨ステージＳ₁、第２研磨ステージＳ₂、第３研磨ステージＳ₃には、それぞれウェハチャック２００に吸着保持されたウェハＷの表面を研磨する表面研磨機構２２と、研磨パッドの研磨面をドレッシングするドレッシング機構２３とが設けられている。

表面研磨機構２２は、図２に概要構成を示すように、研磨パッド２２０と、研磨パッドの研磨面２２０ｓを下向きの水平姿勢で保持し回転させる研磨ヘッド２２２、研磨ヘッドを水平揺動及び昇降作動させる研磨アーム２２３、及びウェハＷを表面上向きの水平姿勢で回転させる上記ウェハチャック２００などからなり、各ステージで行われるプロセス内容に応じた加工条件でウェハ表面が研磨加工される。なお、研磨パッド２２０の直径は、研磨対象であるウェハＷの直径よりも小さく設定されている。

表面研磨機構２２によるウェハ表面の研磨加工は、研磨アーム２２３を水平揺動させて研磨ヘッド２２２をウェハチャックの上方に位置させた状態で、研磨ヘッド２２２を回転させながら下降させ、ウェハチャック２００に吸着保持されて回転されるウェハＷの表面（被研磨面Ｗｓ）に研磨パッド２２０の研磨面２２０ｓを所定圧力で押圧させ、研磨ヘッドの中心部からスラリーを供給しながら研磨アーム２２３を揺動させることで行われ、ウェハＷの表面全体が平坦に研磨加工される。

なお、各研磨機構２２で用いられる研磨パッド２２０は、層間絶縁膜ＣＭＰ、メタルＣＭＰ等の加工プロセス、回路パターンの微細度、第１次研磨（粗研磨）〜第３次研磨（仕上げ研磨）等の加工段階などに応じて、適宜なパッドが選択して装着される。また研磨ヘッド２２２には、中心を貫通して円環状の研磨パッド２２０の中心部にスラリーを供給するスラリー供給装置２２４が設けられており、研磨加工時には、スラリー供給装置２２４から加工目的に応じたスラリーが供給されるようになっている。また、各ステージの壁部におけるウェハチャック２００の近傍にはそれぞれ、所定の給水ノズルを有する洗浄水供給装置２２５（図１を参照）が設けられており、ウェハチャック２００に保持されたウェハＷの表面に、必要に応じて洗浄水供給装置２２５から洗浄用の純水が供給されるようになっている。

ドレッシング機構２３は、ドレッシング工具２３０と、ドレッシング工具２３０を上向きの水平姿勢で回転させる回転構造とを備えて構成され、研磨アーム２２３を揺動させて研磨ヘッド２２２をドレッシング工具２３０上に移動させ、研磨パッド２２０を回転させながら下降させて研磨面２２０ｓを相対回転するドレッシング面２３０ｓに当接させ、詳細図示省略するノズルからドレッシング加工部に純水を供給して研削屑等を洗い流し、研磨面２２０ｓをドレッシングするように構成される。

インデックステーブル２０は、図１に示すように、第１〜第３研磨ステージＳ₁、Ｓ₂、Ｓ₃における研磨加工が終了すると９０度回動送りされ、ウェハチャック２００に吸着保持されたウェハＷが、搬送ステージＳ₀から順次第１研磨ステージＳ₁→第２研磨ステージＳ₂→第３研磨ステージＳ₃に送られて各研磨ステージでＣＭＰ加工され、第３研磨ステージＳ₃での研磨加工が終了したウェハＷが搬送ステージＳ₀に送り出される。搬送ステージＳ₀に送り出されて、吸着保持が解除された加工済ウェハＷは、第２搬送ロボット４２によって研磨加工部２から基板洗浄部３に搬送される。

基板洗浄部３は、第１洗浄室３１、第２洗浄室３２、第３洗浄室３３及び乾燥室３４の４室構成からなり、表裏両面の研磨加工が終了して第２搬送ロボット４２により搬入された加工済ウェハＷが、第１洗浄室３１→第２洗浄室３２→第３洗浄室３３→乾燥室３４に順次送られて研磨加工部２で付着したスラリーや研磨摩耗粉等の除去洗浄が行われる。各洗浄室における洗浄方法は種々の構成例があるが、例えば、第１洗浄室３１では回転ブラシによる両面洗浄、第２洗浄室３２では超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第３洗浄室３３では純水によるスピナー洗浄、乾燥室３４では窒素雰囲気下における乾燥処理が行われる。なお、第１洗浄室３１の下方には、未加工ウェハＷを搬送するための通路が設置されている。

基板洗浄部３で洗浄された加工済ウェハＷは、第１搬送ロボット４１により基板洗浄部から取り出され、ウェハ載置テーブル１２上に載置されたレシーブカセットＣ₃，Ｃ₄の所定スロット、またはセンドカセットＣ₁，Ｃ₂の空きスロットに収容される。

次に、以上のように構成される研磨装置ＰＭを用いた半導体ウェハＷの研磨方法について、図３を追加参照しながら説明する。以下の第１実施形態（および、後述の第２実施形態）では、総研磨加工時間Ｔの研磨加工を、第１研磨ステージＳ₁、第２研磨ステージＳ₂、および第３研磨ステージＳ₃の３つの研磨ステージで、それぞれＴ／３ずつ研磨加工し、ウェハ表面を平坦に研磨するＣＭＰプロセスを行う場合を例に説明する。

ここで、図３は、カセットインデックス部１のセンドカセットＣ₁に収容された未加工ウェハＷが、研磨加工部２で順次研磨処理され、基板洗浄部３で洗浄処理され、カセットインデックス部１のレシーブカセットＣ₄に収納されるまでのウェハＷの流れを点線と矢印を付して示したものである。なお、研磨装置ＰＭの作動は制御装置（図示せず）によって制御され、制御装置は予め設定された制御プログラムに基づいて各部の作動制御を行う。

研磨装置ＰＭで研磨加工プログラムがスタートされると、第１搬送ロボット４１がセンドカセットＣ₁の位置に移動し、旋回台を水平旋回及び昇降作動させるとともに多関節アームを伸長作動させてウェハチャックでスロット内の未加工ウェハＷを取り出し、旋回台を１８０度旋回作動させて第１洗浄室３１の下方に設置されている通路に向かい、この通路内で研磨加工部２側の第２搬送ロボット４２に未加工ウェハＷを受け渡す。

第１搬送ロボット４１から未加工ウェハＷを受け取った第２搬送ロボット４２は、未加工ウェハＷを研磨加工部２に搬入する。そして未加工ウェハＷは、第２搬送ロボット４２により表面研磨機構２２に搬送され、搬送ステージＳ₀に位置決め停止されたインデックステーブル２０のウェハチャック２００上に搬入載置される。ウェハＷが載置されると、ウェハチャック２００がウェハＷの裏面を真空吸着して保持し、第２搬送ロボット４２は退避する。

続いて、表面研磨機構２２の第１研磨ステージＳ₁〜第３研磨ステージＳ₃において研磨加工が開始される。第２搬送ロボット４２が退避すると、インデックステーブル２０が時計回りに９０度回動されてウェハチャック２００に吸着保持されたウェハＷが第１研磨ステージＳ₁に位置決めされ、第１研磨ステージＳ₁において第１次研磨加工が開始される。

第１研磨ステージＳ₁における第１次研磨加工では、まず、図４に示すように、プレスラリー工程（ステップＳ１０１）が行われる。このプレスラリー工程においては、研磨アーム２２３が揺動されて研磨ヘッド２２２がウェハＷ上に移動するとともにウェハチャック２００が低速で回転起動し、スラリー供給装置２２４により研磨ヘッド２２２の下部（軸心）から未加工ウェハＷの表面に研磨剤であるスラリーが滴下される。

プレスラリー工程の後、第１次研磨工程（ステップＳ１０２）が行われる。この第１次研磨工程においては、研磨ヘッド２２２とウェハチャック２００とが反対方向に回転起動するとともに研磨ヘッド２２２が下降し、研磨パッド２２０（研磨面２２０ｓ）をウェハ表面（被研磨面Ｗｓ）に押圧させて第１次研磨加工を行う。研磨加工中には研磨ヘッド２２２の軸心からスラリーを供給しながら研磨パッド２２０がウェハＷの回転中心と外周端部との間を往復動するように研磨アーム２２３を揺動作動させ、ウェハ表面を均一に平坦研磨する。第１次研磨工程が開始されてから所定の研磨時間（Ｔ／３）が経過すると、研磨加工が停止して研磨ヘッド２２２が上昇し、第１次研磨加工が終了する。

第１次研磨加工が終了すると、制御装置はインデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させ、第１次研磨加工が終了したウェハＷを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージＳ₀で待機された新たな未加工ウェハＷを第１研磨ステージＳ₁に位置決めし、第１次研磨加工と第２次研磨加工とを同時並行して行われる。

第２研磨ステージＳ₂における第２次研磨加工では、プレスラリー工程が行われず、図５に示すように、初めから第２次研磨工程（ステップＳ１１１）が行われる。第２次研磨工程においては、研磨ヘッド２２２とウェハチャック２００とが反対方向に回転起動するとともに研磨ヘッド２２２が下降し、研磨パッド２２０（研磨面２２０ｓ）をウェハ表面（被研磨面Ｗｓ）に押圧させて第１次研磨加工と同様に第２次研磨加工を行う。第２次研磨工程が開始されてから所定の研磨時間（Ｔ／３）が経過すると、研磨加工が停止して研磨ヘッド２２２が上昇し、第２次研磨加工が終了する。

第２次研磨加工が終了すると、制御装置は第１次研磨加工が終了したか否かを確認し、第１次研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させて、第２次研磨加工が終了したウェハＷを第３研磨ステージＳ₃に、第１次研磨加工が終了したウェハＷを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージで待機された未加工ウェハＷを第１研磨ステージＳ₁に位置決めし、第１，第２，第３次研磨加工を同時並行して行わせる。

第３研磨ステージＳ₃における第３次研磨加工では、プレスラリー工程が行われず、図６に示すように、初めから第３次研磨工程（ステップＳ１２１）が行われる。第３次研磨工程においては、研磨ヘッド２２２とウェハチャック２００とが反対方向に回転起動するとともに研磨ヘッド２２２が下降し、研磨パッド２２０（研磨面２２０ｓ）をウェハ表面（被研磨面Ｗｓ）に押圧させて第１次研磨加工と同様に第３次研磨加工を行う。第３次研磨工程が開始されてから所定の研磨時間（Ｔ／３）が経過すると、研磨加工が停止して研磨ヘッド２２２が上昇し、第３次研磨工程が終了する。

第１研磨ステージＳ₁および第２研磨ステージＳ₂から順次回動されて搬送ステージＳ₀に戻る直前に位置決めされる第３研磨ステージＳ₃では、第３次研磨工程の後、水掛工程（ステップＳ１２２）が行われてから第３次研磨加工が終了する。この水掛工程では、洗浄水供給装置２２５からウェハＷの表面に洗浄用の純水を供給してウェハ表面の洗浄を行い、ウェハ表面に付着したスラリー等を洗い流す。

第３次研磨加工が終了すると、制御装置は第１次研磨加工及び第２次研磨加工が終了したか否かを確認し、全ての研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させて、第３次研磨加工が終了したウェハＷを搬送ステージＳ₀に、他のステージに位置したウェハＷも前述同様に各１段ずつ移動させて位置決めする。

インデックステーブル２０が位置決め停止され、第１〜第３研磨ステージを経て表面研磨が終了したウェハＷが搬送ステージＳ₀に戻り位置決めされると、第２搬送ロボット４２がウェハチャック２００上で真空吸着が解除された加工済ウェハＷの外周縁部を把持して上昇及び旋回作動し、リニアガイドに沿って水平移動して基板洗浄部３に搬送する。また加工済ウェハＷの搬送後に第１搬送ロボット４１から未加工ウェハＷを受け取って研磨加工部２（搬送ステージＳ₀に位置決め停止されたウェハチャック２００）に搬入する。

基板洗浄部３に加工済ウェハＷが搬送されると、基板洗浄部３では、第１洗浄室３１で回転ブラシによる両面洗浄、第２洗浄室３２で超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第３洗浄室３３で純水によるスピナー洗浄、乾燥室３４で窒素雰囲気下における乾燥処理が行われる。そして、このようにして洗浄された完成品ウェハＷは、カセットインデックス部１の第１搬送ロボット４１によって基板洗浄部３から取り出され、レシーブカセットＣ₄の指定スロットに収納される。

以上の作動が順次繰り返して行われ、第１枚目のウェハＷの研磨加工完了後はインデックステーブル２０の回動間隔ごとに、表面が平坦に研磨されたウェハＷがカセットＣ₄に収納される。インデックステーブル２０の回動間隔は、３つのステージに分割された研磨加工時間（Ｔ／３）によって規定され、例えば、（プレスラリー工程および第１次研磨工程を有する）第１次研磨加工の時間間隔ごとに完成ウェハＷが連続生産される。また、ドレッシング機構２３によるドレッシングが各研磨ステージにおいて各研磨加工の行われる前に毎回行われ、研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）の目詰まりが修正されて平坦度が確保される。

本実施形態により（３回に分けて）研磨を行った研磨プロファイルの一例を図９に示すとともに、従来の方法で（３回に分けて）研磨を行った場合の一例を図８に示す。図８と図９とを比較して分かるように、複数回に分けて研磨を行っても研磨プロファイルのゆらぎが小さく安定していることがわかる。

この結果、第１実施形態の研磨方法によれば、（最終の）第３研磨ステージＳ₃においてのみ、（第３次）研磨工程の後に水掛工程が行われるため、水掛工程で使用される洗浄水による各研磨工程におけるスラリーの効果の低下が防止されることから、複数回に分けて研磨を行っても研磨プロファイルのゆらぎを小さくすることができる。

また、上述の第１実施形態において、スラリーの種類は、研磨ステージ毎に同じであることが好ましく、このようにすれば、研磨加工の管理を容易に行うことができる。

続いて、上述した研磨装置ＰＭによる研磨方法の第２実施形態について説明する。第２実施形態における研磨方法では、研磨装置ＰＭで研磨加工プログラムがスタートされると、第１実施形態と同様に、第１搬送ロボット４１がセンドカセットＣ₁の位置に移動し、旋回台を水平旋回及び昇降作動させるとともに多関節アームを伸長作動させてウェハチャックでスロット内の未加工ウェハＷを取り出し、旋回台を１８０度旋回作動させて第１洗浄室３１の下方に設置されている通路に向かい、この通路内で研磨加工部２側の第２搬送ロボット４２に未加工ウェハＷを受け渡す。

第１搬送ロボット４１から未加工ウェハＷを受け取った第２搬送ロボット４２は、未加工ウェハＷを研磨加工部２に搬入する。そして未加工ウェハＷは、第２搬送ロボット４２により表面研磨機構２２に搬送され、搬送ステージＳ₀に位置決め停止されたインデックステーブル２０のウェハチャック２００上に搬入載置される。ウェハＷが載置されると、ウェハチャック２００がウェハＷの裏面を真空吸着して保持し、第２搬送ロボット４２は退避する。

続いて、表面研磨機構２２の第１研磨ステージＳ₁〜第３研磨ステージＳ₃において研磨加工が開始される。第２搬送ロボット４２が退避すると、インデックステーブル２０が時計回りに９０度回動されてウェハチャック２００に吸着保持されたウェハＷが第１研磨ステージＳ₁に位置決めされ、第１研磨ステージＳ₁において第１次研磨加工が開始される。

第１研磨ステージＳ₁における第１次研磨加工では、まず、図７に示すように、水切り工程（ステップＳ１５１）が行われる。この水切り工程においては、ウェハチャック２００を約２秒間高速回転させて、ウェハチャック２００に保持されたウェハＷの表面の水分を除去する。

水切り工程の後、プレスラリー工程（ステップＳ１５２）が行われる。このプレスラリー工程では、第１実施形態のプレスラリー工程と同様の作動が行われる。

プレスラリー工程の後、第１次研磨工程（ステップＳ１５３）が行われる。この第１次研磨工程では、第１実施形態の第１次研磨工程と同様の作動が行われる。また、第１次研磨工程が開始されてから所定の研磨時間（Ｔ／３）が経過すると、第１次研磨工程が終了する。

第１次研磨工程の後、水掛工程（ステップＳ１５４）が行われてから第１次研磨加工が終了する。この水掛工程では、第１実施形態の水掛工程と同様の作動が行われる。

第１次研磨加工が終了すると、制御装置はインデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させ、第１次研磨加工が終了したウェハＷを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージＳ₀で待機された新たな未加工ウェハＷを第１研磨ステージＳ₁に位置決めし、第１次研磨加工と第２次研磨加工とを同時並行して行われる。

第２研磨ステージＳ₂における第２次研磨加工では、第１次研磨加工と同様に、水切り工程（ステップＳ１５１）、プレスラリー工程（ステップＳ１５２）、第２次研磨工程（ステップＳ１５３）、および水掛工程（ステップＳ１５４）がこの順に行われる。これにより、第２次研磨加工の水切り工程において、先の（第１次研磨工程の）水掛工程で供給されたウェハＷの表面の水分が除去されることになる。なお、第２次研磨工程では、第１実施形態の第２次研磨工程と同様の作動が行われ、第２次研磨工程が開始されてから所定の研磨時間（Ｔ／３）が経過すると、第２次研磨工程が終了するようになっている。

第２次研磨加工が終了すると、制御装置は第１次研磨加工が終了したか否かを確認し、第１次研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させて、第２次研磨加工が終了したウェハＷを第３研磨ステージＳ₃に、第１次研磨加工が終了したウェハＷを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージで待機された未加工ウェハＷを第１研磨ステージＳ₁に位置決めし、第１，第２，第３次研磨加工を同時並行して行わせる。

第３研磨ステージＳ₃における第３次研磨加工では、第１次研磨加工と同様に、水切り工程（ステップＳ１５１）、プレスラリー工程（ステップＳ１５２）、第３次研磨工程（ステップＳ１５３）、および水掛工程（ステップＳ１５４）がこの順に行われる。これにより、第３次研磨加工の水切り工程において、先の（第２次研磨工程の）水掛工程で供給されたウェハＷの表面の水分が除去される。なお、第３次研磨工程では、第１実施形態の第３次研磨工程と同様の作動が行われ、第３次研磨工程が開始されてから所定の研磨時間（Ｔ／３）が経過すると、第３次研磨工程が終了するようになっている。

第３次研磨加工が終了すると、制御装置は第１次研磨加工及び第２次研磨加工が終了したか否かを確認し、全ての研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル２０を時計回りにさらに９０度回動させて、第３次研磨加工が終了したウェハＷを搬送ステージＳ₀に、他のステージに位置したウェハＷも前述同様に各１段ずつ移動させて位置決めする。

インデックステーブル２０が位置決め停止され、第１〜第３研磨ステージを経て表面研磨が終了したウェハＷが搬送ステージＳ₀に戻り位置決めされると、第２搬送ロボット４２がウェハチャック２００上で真空吸着が解除された加工済ウェハＷの外周縁部を把持して上昇及び旋回作動し、リニアガイドに沿って水平移動して基板洗浄部３に搬送する。また加工済ウェハＷの搬送後に第１搬送ロボット４１から未加工ウェハＷを受け取って研磨加工部２（搬送ステージＳ₀に位置決め停止されたウェハチャック２００）に搬入する。

基板洗浄部３に加工済ウェハＷが搬送されると、基板洗浄部３では、第１洗浄室３１で回転ブラシによる両面洗浄、第２洗浄室３２で超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第３洗浄室３３で純水によるスピナー洗浄、乾燥室３４で窒素雰囲気下における乾燥処理が行われる。そして、このようにして洗浄された完成品ウェハＷは、カセットインデックス部１の第１搬送ロボット４１によって基板洗浄部３から取り出され、レシーブカセットＣ₄の指定スロットに収納される。

以上の作動が順次繰り返して行われ、第１枚目のウェハＷの研磨加工完了後はインデックステーブル２０の回動間隔ごとに、表面が平坦に研磨されたウェハＷがカセットＣ₄に収納される。インデックステーブル２０の回動間隔は、３つのステージに分割された研磨加工時間（Ｔ／３）によって規定され、第１〜第３次研磨加工は同じ工程を有するため、ほぼ各研磨加工の時間間隔ごとに完成ウェハＷが連続生産される。また、ドレッシング機構２３によるドレッシングが各研磨ステージにおいて各研磨加工の行われる前に毎回行われ、研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）の目詰まりが修正されて平坦度が確保される。

本実施形態により（３回に分けて）研磨を行った研磨プロファイルの一例を図１０に示す。図８〜図１０を比較して分かるように、第２実施形態による研磨方法により研磨を行っても、第１実施形態による研磨方法と同様に、従来と比較して研磨プロファイルのゆらぎが小さく安定していることがわかる。

この結果、第２実施形態の研磨方法によれば、プレスラリー工程の前に水切り工程が行われるため、水掛工程で使用される洗浄水による各研磨工程におけるスラリーの効果の低下が防止されることから、複数回に分けて研磨を行っても研磨プロファイルのゆらぎを小さくすることができる。また、第１〜第３研磨ステージで行われる第１〜第３次研磨加工が同じ工程（水切り工程、プレスラリー工程、（第１〜第３次）研磨工程、および水掛工程）を有するため、スループットの管理を容易に行うことができる。なお、水切り工程におけるウェハチャック２００の回転は約２秒間であるため、第１次研磨加工におけるプレスラリー工程の前に無駄な水切り工程を挿入したとしても、スループットに及ぼす影響は微少である。

また、上述の第２実施形態において、スラリーの種類は、研磨ステージ毎に同じであることが好ましく、このようにすれば、研磨加工の管理を容易に行うことができる。

なお、上述の各実施形態において、研磨加工部２が搬送ステージＳ₀および第１〜第３研磨ステージＳ₁〜Ｓ₃から構成されているが、これに限られるものではなく、研磨ステージが５つであってもよく、搬送ステージが１つで、研磨ステージが２つ以上（すなわち、（ｎ−１）個）設けられていればよい。

また、上述の各実施形態において、研磨すべき加工膜厚を３つの研磨ステージに等分に分割してそれぞれ総研磨加工時間Ｔの１／３ずつ研磨加工を行う場合を例示したが、これに限られるものではなく、層間絶縁膜の加工プロセスやＳＴＩプロセス等のようなウェハ加工の他、石英基板やガラス基板、セラミック基板等の加工プロセスについても同様に適用可能である。また、各研磨ステージでの研磨加工を研磨時間で規定するのではなく、例えば研磨加工中のウェハの研磨状態を光学的に検出する検出器を設け、研磨加工中の膜厚減少をリアルタイムで検出して研磨加工の終点を検出するように構成するものであってもよい。

さらに、上述の各実施形態において、インデックステーブル２０の回動方向は時計回りに限定されるものではなく、反時計回りであっても構わない。

第１および第２実施形態の研磨方法が適用される研磨装置の全体構成例を示す平面図である。 表面研磨機構及びドレッシング機構を模式的に示す概要構成図である。 上記研磨装置におけるウェハの流れを示す説明図である。 第１実施形態の研磨方法における第１次研磨加工の工程を示すフローチャートである。 第１実施形態の研磨方法における第２次研磨加工の工程を示すフローチャートである。 第１実施形態の研磨方法における第３次研磨加工の工程を示すフローチャートである。 第２実施形態の研磨方法における第１次〜第３次研磨加工の工程を示すフローチャートである。 従来の研磨方法による研磨プロファイルの一例を示すグラフである。 第１実施形態の研磨方法による研磨プロファイルの一例を示すグラフである。 第２実施形態の研磨方法による研磨プロファイルの一例を示すグラフである。

符号の説明

ＰＭ 研磨装置
Ｗ 半導体ウェハ（基板） Ｗｓ 被研磨面
Ｓ₀ 搬送ステージ Ｓ₁ 第１研磨ステージ
Ｓ₂ 第２研磨ステージ Ｓ₃ 第３研磨ステージ（最終の研磨ステージ）
２０ インデックステーブル ２２ 表面研磨機構
２００ ウェハチャック ２２２ 研磨ヘッド
２２４ スラリー供給装置 ２２５ 洗浄水供給装置

Claims (5)

1. 回転自在なテーブルおよび、前記テーブル上に設けられて被研磨部材である基板を保持する少なくとも３以上のｎ個のチャックを有し、前記テーブルを所定角度ごとに回動停止させて前記ｎ個のチャックを所定の角度位置に位置決めさせるインデックステーブルを備え、
   前記インデックステーブルの停止位置には、位置決めされた前記ｎ個のチャックに対応して、前記チャックに保持された基板を研磨加工する研磨ヘッドを有した（ｎ−１）個の研磨ステージと、研磨加工後の加工済み基板を前記チャックから搬出するとともに研磨加工前の新たな基板を前記チャックに搬入する１つの搬送ステージとが設けられ、
   前記新たな基板は、前記搬送ステージにおいて前記チャックに搬入され、前記インデックステーブルを用いて前記搬送ステージから前記（ｎ−１）個の研磨ステージに順次回動され位置決めされて前記搬送ステージに戻り、前記位置決めされた各研磨ステージでそれぞれ前記基板に対する研磨加工が行われるとともに、前記研磨加工された加工済み基板が前記搬送ステージから搬出されるように構成された研磨装置による研磨方法であって、
   前記研磨ステージにおいて、
   前記研磨ヘッドを用いて前記基板の表面を研磨加工する研磨工程が行われ、
   前記研磨工程の後、次の前記研磨ステージへ回動されるようになっており、
   前記搬送ステージから順次回動されて前記搬送ステージに戻る直前に位置決めされる最終の研磨ステージにおいてのみ、前記研磨工程の後、前記基板の表面に洗浄水を供給して前記基板表面の洗浄を行う水掛工程が行われ、前記水掛工程の後、前記搬送ステージへ回動されることを特徴とする研磨方法。
2. 回転自在なテーブルおよび、前記テーブル上に設けられて被研磨部材である基板を保持する少なくとも３以上のｎ個のチャックを有し、前記テーブルを所定角度ごとに回動停止させて前記ｎ個のチャックを所定の角度位置に位置決めさせるインデックステーブルを備え、
   前記インデックステーブルの停止位置には、位置決めされた前記ｎ個のチャックに対応して、前記チャックに保持された基板を研磨加工する研磨ヘッドを有した（ｎ−１）個の研磨ステージと、研磨加工後の加工済み基板を前記チャックから搬出するとともに研磨加工前の新たな基板を前記チャックに搬入する１つの搬送ステージとが設けられ、
   前記新たな基板は、前記搬送ステージにおいて前記チャックに搬入され、前記インデックステーブルを用いて前記搬送ステージから前記（ｎ−１）個の研磨ステージに順次回動され位置決めされて前記搬送ステージに戻り、前記位置決めされた各研磨ステージでそれぞれ前記基板に対する研磨加工が行われるとともに、前記研磨加工された加工済み基板が前記搬送ステージから搬出されるように構成された研磨装置による研磨方法であって、
   前記研磨ステージにおいて、
   前記チャックに保持された基板の表面に研磨剤であるスラリーを供給するプレスラリー工程が行われ、
   前記プレスラリー工程の後、前記研磨ヘッドを用いて前記基板の表面を研磨加工する研磨工程が行われ、
   前記研磨工程の後、前記基板の表面に洗浄水を供給して前記基板の洗浄を行う水掛工程が行われ、
   前記水掛工程の後、次の前記研磨ステージもしくは前記搬送ステージへ回動されるようになっており、
   前記プレスラリー工程の前に、前記チャックを回転させて前記チャックに保持された基板の表面の水分を除去する水切り工程が行われることを特徴とする研磨方法。
3. 複数の研磨ステージを有する研磨装置において、研磨対象物を前記複数の研磨ステージへ順に移動させて、前記研磨対象物の被研磨面に対する研磨加工を前記複数の研磨ステージでそれぞれ連続的に行う研磨方法であって、
   最終の研磨ステージで行われる前記研磨加工においてのみ、前記研磨対象物の前記被研磨面を研磨加工する研磨工程が行われた後に、前記被研磨面に洗浄水を供給して前記被研磨面の洗浄を行う水掛工程が行われることを特徴とする研磨方法。
4. 複数の研磨ステージを有する研磨装置において、研磨対象物を前記複数の研磨ステージへ順に移動させて、前記研磨対象物の被研磨面に対する研磨加工を前記複数の研磨ステージでそれぞれ連続的に行う研磨方法であって、
   前記複数の研磨ステージではそれぞれ、
   前記研磨対象物の前記被研磨面を研磨加工する研磨工程の前に、前記被研磨面に研磨剤であるスラリーを供給するプレスラリー工程が行われ、
   前記プレスラリー工程の前に、前記被研磨面の水分を除去する水切り工程が行われ、
   前記研磨工程の後に、前記被研磨面に洗浄水を供給して前記被研磨面の洗浄を行う水掛工程が行われることを特徴とする研磨方法。
5. 前記研磨加工で用いられる前記スラリーの種類が、前記研磨ステージ毎に同じであることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の研磨方法。

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