JP2007305884A

JP2007305884A - 研磨方法

Info

Publication number: JP2007305884A
Application number: JP2006134550A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Yamamoto; 栄一山本; Susumu Hoshino; 進星野; Yutaka Uda; 豊宇田; Osamu Shimoda; 治下田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-05-12
Filing date: 2006-05-12
Publication date: 2007-11-22

Abstract

【課題】ダミーウェハの使用枚数を低減させた研磨方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る研磨方法は、研磨機構２２を用いて半導体ウェハＷを研磨する製品研磨工程と、製品研磨工程の際にドレッシング機構２３を用いて研磨パッドの研磨面を所定のタイミングでドレッシングする工程とを有し、新しい研磨パッドを用いて研磨を開始する際、製品研磨工程に先立って、ドレッシング機構２３を用いて研磨パッドの研磨面をドレッシングした後に研磨機構２２を用いて所定のダミーウェハＷｄを研磨する工程を、複数枚のダミーウェハを用いて当該複数の回数行うダミー研磨工程が行われ、ダミー研磨工程において、ドレッシング機構２３を用いて研磨パッドの研磨面をドレッシングした後、研磨機構２２を用いて１枚目のダミーウェハＷｄを研磨する前に、研磨パッドに含まれる水分を飛ばして除去するように研磨パッドを所定時間だけ回転させるようになっている。
【選択図】図３

Description

本発明は、研磨パッドの研磨面を半導体ウェハの被研磨面に当接させて半導体ウェハを研磨する研磨機構と、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とを備えて構成された研磨装置による研磨方法に関する。

従来、半導体ウェハなどの研磨対象物の表面を平坦化する研磨装置として、ウェハをその被研磨面が露出する状態で保持するウェハ保持装置と、このウェハ保持装置に保持されたウェハの被研磨面と対向する研磨パッドが貼り付けられた研磨部材とを備え、これら双方を回転させた状態で研磨パッドをウェハの被研磨面に押し付け、且つ研磨部材を両者の接触面内方向に揺動させてウェハを研磨する構成のものが知られている。また、このような機械的研磨に加え、研磨パッドとウェハとの接触面に研磨剤（研磨液）を供給して研磨剤の化学的作用により上記研磨を促進させる化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing；ＣＭＰ）を行うＣＭＰ装置も知られている。

この種の研磨装置では、研磨プロファイルの管理が極めて重要である。研磨プロファイルは、ウェハの被研磨面と研磨パッドとの接触状態等に大きく影響を受けるため、例えば、研磨パッドを新しいものに取り替えたとき等、研磨当初はどうしても研磨プロファイルが安定しない。そこで、製品ウェハの研磨を行う前に、ダミーウェハを用いて、ダミーウェハの被研磨面を所定の押圧力で研磨パッドに押しつけ、製品ウェハに適した研磨プロファイルに安定するまでダミー研磨を行う。そして、所定の研磨プロファイルが安定に得られる状態になってから、製品ウェハの研磨を開始する。なお、ダミー研磨の前には、新しい研磨パッドに対して比較的長時間のドレッシングが行われるようになっている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００４−２５４１３号公報

しかしながら、新しい研磨パッドに対して比較的長時間のドレッシングを行うと、ドレッシング時に供給される純水（洗浄水）により研磨パッドに比較的多量の水分が含有されるため、ダミーウェハの研磨時に、研磨パッドに含まれる水分によりスラリーが薄まってその効果が低下してしまうことから、ダミーウェハの使用枚数が増加する一因となっていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ダミーウェハの使用枚数を低減させた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、本発明に係る研磨方法は、研磨パッドの研磨面をウェハの被研磨面に当接させてウェハを研磨する研磨機構と、研磨パッドの研磨面を洗浄水を供給しながらドレッシングするドレッシング機構とを備えて構成された研磨装置による研磨方法であって、研磨機構を用いてウェハを研磨する製品研磨工程と、製品研磨工程の際にドレッシング機構を用いて研磨パッドの研磨面を所定のタイミングでドレッシングする工程とを有し、新しい研磨パッドを用いて研磨を開始する際、製品研磨工程に先立って、ドレッシング機構を用いて研磨パッドの研磨面をドレッシングした後に研磨機構を用いて所定のダミーウェハを研磨する工程を、複数枚のダミーウェハを用いて当該複数の回数行うダミー研磨工程が行われ、ダミー研磨工程における少なくとも１枚目のダミーウェハの研磨時に、ドレッシング機構を用いて研磨パッドの研磨面をドレッシングした後、研磨機構を用いてダミーウェハを研磨する前に、研磨パッドに含まれる水分を飛ばして除去するように研磨パッドを所定時間だけ回転させるようになっている。

本発明によれば、ダミーウェハの使用枚数を低減させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る研磨方法が用いられる研磨装置の一例としてＣＭＰ装置（化学的機械的研磨装置）を図１に示しており、まずこの図を参照して研磨装置ＰＭの全体構成から概要説明する。研磨装置ＰＭは、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Ｗ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、及びウェハ表面を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構造が設けられており、研磨加工時には、スラリー供給装置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。また研磨アーム２２３の先端部には、研磨加工中のウェハＷの研磨状態を光学的に検出する終点検出器が取り付けられており、研磨加工中の膜厚減少などがリアルタイムで検出され研磨加工の終点をフィードバック制御可能になっている。

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（洗浄水）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。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。

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。このような３段階の研磨ステージにおいて行われるウェハ表面の研磨加工については、既に公知であるため（例えば、本出願人による特開2002−93759号公報）、本明細書においては詳細説明を省略し、以下簡潔に説明する。

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、同時に研磨アーム２２３が揺動されて研磨ヘッド２２２がウェハＷ上に移動する。そして研磨ヘッド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で待機されたウェハＷを第１研磨ステージＳ₁に位置決めする。そして、第１及び第２研磨ステージでそれぞれ研磨ヘッド２２２を下降させて、第１次研磨加工と第２次研磨加工とを同時に並行して行う。

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ウェハＷを第１研磨ステージＳ₁に位置決めし、それぞれ研磨ヘッド２２２を下降させて、第１，第２，第３次研磨加工を同時並行して行わせる。

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によって規定され、例えば第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（すなわち、各研磨加工が行われる前のタイミングで）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。

上述のようにして、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、完成ウェハ（加工済ウェハ）ＷとしてレシーブカセットＣ₄に収納される製品研磨工程が行われる。ところで、研磨パッド２２０を新しいものに取り替えた場合等、新しい研磨パッド２２０を用いて研磨を開始する場合には、上述の製品研磨工程に先立って、所定のダミーウェハを研磨するダミー研磨工程が行われる。

そこで、本実施形態の研磨装置ＰＭにおけるダミー研磨工程について、以下に説明する。なお、本実施形態においては、第１研磨ステージＳ₁における研磨パッド２２０を新しいものに交換した場合を例にして説明する。ダミー研磨工程では、まず、カセットインデックス部１のセンドカセットＣ₁に、未加工ウェハＷの代わりにダミーウェハＷｄ（図３を参照）が収容される。ダミーウェハＷｄには、例えば、被研磨面にシリコン酸化膜を所定膜厚に成膜したウェハが用いられる。

センドカセットＣ₁にダミーウェハＷｄが収容され、研磨装置ＰＭで所定のプログラムがスタートされると、センドカセットＣ₁に収容された１枚目のダミーウェハＷｄは、第１搬送ロボット４１および第２搬送ロボット４２により、製品研磨工程の場合と同様にして研磨加工部２の表面研磨機構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上に載置される。ダミーウェハＷｄが載置されると、ウェハチャック２００がダミーウェハＷｄの裏面を真空吸着して保持し、ウェハチャック２００から第２搬送ロボット４２が退避する。

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に吸着保持されたダミーウェハＷｄが第１研磨ステージＳ₁に位置決めされる。このとき、第１研磨ステージＳ₁において１枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工が行われる前に、ドレッシング機構２３による研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）のドレッシングが行われる。すなわち、研磨アーム２２３が揺動されて研磨ヘッド２２２がドレッシング工具２３０上に移動し、研磨パッド２２０が回転しながら下降して研磨面２２０ｓが相対回転するドレッシング面２３０ｓに当接し、ドレッシング加工部に純水（洗浄水）を供給して研削屑等を洗い流しながら研磨面２２０ｓがドレッシングされる。

研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）のドレッシングが終了すると、研磨ヘッド２２２が上昇し、研磨パッド２２０に含まれる水分を飛ばして除去するように、研磨ヘッド２２２（研磨パッド２２０）が約３０秒間回転する。研磨ヘッド２２２（研磨パッド２２０）が約３０秒間回転した後、研磨アーム２２３が揺動されて研磨ヘッド２２２がダミーウェハＷｄの上方に移動する。

そして、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、ドレッシングされた研磨パッド２２０（研磨面）をウェハ表面（被研磨面）に押圧させて１枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工を行う。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がダミーウェハＷｄ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、製品研磨工程の場合と同様の研磨条件でウェハ表面を研磨する。

１枚目のダミーウェハＷｄの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、研磨加工が終了した１枚目のダミーウェハＷｄを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージＳ₀で待機された２枚目のダミーウェハＷｄを第１研磨ステージＳ₁に位置決めする。このとき、第２研磨ステージＳ₂では、１枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工は行われずに、２枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工が終了するまでそのまま待機される。

一方、第１研磨ステージＳ₁では、２枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工が行われる前に、１枚目のダミーウェハＷｄの場合と同様にして、ドレッシング機構２３による研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）のドレッシングが行われる。そして、研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）のドレッシングが終了すると、１枚目のダミーウェハＷｄの場合と同様にして、２枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工が行われる。

２枚目のダミーウェハＷｄの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度回動させて、研磨加工が終了した１枚目のダミーウェハＷｄを第３研磨ステージＳ₃に、研磨加工が終了した２枚目のダミーウェハＷｄを第２研磨ステージＳ₂に、搬送ステージで待機された３枚目のダミーウェハＷｄを第１研磨ステージＳ₁に位置決めする。このとき、第２および第３研磨ステージＳ₂，Ｓ₃では、１枚目および２枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工は行われずに、３枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工が終了するまでそのまま待機される。

第１研磨ステージＳ₁では、３枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工が行われる前に、１枚目および２枚目のダミーウェハＷｄの場合と同様にして、ドレッシング機構２３による研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）のドレッシングが行われる。そして、研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）のドレッシングが終了すると、１枚目および２枚目のダミーウェハＷｄの場合と同様にして、３枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工が行われる。

３枚目のダミーウェハＷｄの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度回動させて、研磨加工が終了した１枚目のダミーウェハＷｄを搬送ステージＳ₀に、他のステージに位置したウェハＷｄ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研磨ステージＳ₁で研磨加工が終了した１枚目のダミーウェハＷｄが第２〜第３研磨ステージを経て搬送ステージＳ₀に位置決めされると、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１枚目のダミーウェハＷｄ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１枚目のダミーウェハＷｄの搬送後に第１搬送ロボット４１から５枚目のダミーウェハＷｄを受け取って研磨加工部２に搬入する。

基板洗浄部３にダミーウェハＷｄが搬送されると、基板洗浄部３では、第１〜第３洗浄室３１〜３３で所定の洗浄が行われ、乾燥室３４で乾燥処理が行われる。そして、このようにして洗浄されたダミーウェハＷｄ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。

以上の作動が所定の枚数（例えば、９枚）のダミーウェハＷｄの研磨加工が終了するまで順次繰り返して行われ（すなわち、ダミーウェハＷｄの枚数と同じ数の回数分だけ研磨加工が行われ）、１枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工終了後はインデックステーブル２０の回動間隔ごとに、２枚目以降のダミーウェハＷｄがカセットＣ₄に収納される。前述したように、本実施形態では、ドレッシング機構２３による研磨パッド表面（研磨面２２０ｓ）の１回目のドレッシングの後、１枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工の前に、研磨パッド２２０に含まれる水分を飛ばして除去するように、研磨パッド２２０（研磨ヘッド２２２）が所定時間（約３０秒間）回転するようになっている。

この結果、本実施形態の研磨方法によれば、１枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工の前に、研磨パッド２２０に含まれる水分が飛ばされて除去されるため、ダミーウェハＷｄの研磨加工を行うときに、研磨パッド２２０へのスラリーの含浸が比較的容易になり、ダミーウェハＷｄの研磨加工でスラリーの効果が低下してしまうことが防止されることから、ダミーウェハＷｄの使用枚数を低減させることができる。さらには、ダミー研磨工程から製品研磨工程へ移行したときに、半導体ウェハの研磨プロファイルの変動を低減させることができる。なお、２枚目以降のダミーウェハＷｄの研磨加工では、スラリーが研磨パッド２２０に含浸されているので、上述したような研磨パッド２２０の水切り（以下、パッド水切りプロセスと称する）は不要になるが、これに限られるものではなく、必要に応じ、２枚目以降のダミーウェハＷｄの研磨加工においてパッド水切りプロセスを行うようにしてもよい。

ダミーウェハＷｄの研磨加工の前に研磨パッド２２０を回転させるパッド水切りプロセスの有無による、センターエッジ比の変化を図４に示す。なお、図４において、菱形の点は研磨パッド２２０を回転させた場合（パッド水切りプロセス有りの場合）のセンターエッジ比の変化を表し、正方形の点は研磨パッド２２０を回転させなかった場合（パッド水切りプロセス無しの場合）のセンターエッジ比の変化を表す。また、グラフの縦軸はセンターエッジ比を表し、グラフの横軸はダミー研磨工程を行ったダミーウェハの枚数を表す。また、センターエッジ比とは、ウェハの中心部の平均研磨量と端部の平均研磨量との差をウェハ各部の平均研磨量で割った割合である。図４からわかるように、研磨パッド２２０を回転させた場合には、９枚目のダミーウェハを研磨した時点でセンターエッジ比がほぼ０になることがわかる。そのため、本実施形態では、ダミーウェハの使用枚数を従来の２０枚から例えば９枚へと低減させることが可能になった。

次に、パッド水切りプロセスでの均一性およびセンターエッジ比の変化を図５に示す。なお、図５において、黒い三角形の点は（５００回転／分で）１０秒間研磨パッド２２０を回転させた場合の均一性の変化を表し、黒い円形の点は（５００回転／分で）１０秒間研磨パッド２２０を回転させた場合のセンターエッジ比の変化を表す。一方、白い三角形の点は（５００回転／分で）３０秒間研磨パッド２２０を回転させた場合の均一性の変化を表し、白い円形の点は（５００回転／分で）３０秒間研磨パッド２２０を回転させた場合のセンターエッジ比の変化を表す。

また、グラフの縦軸は均一性もしくはセンターエッジ比を表し、グラフの横軸は、左側がダミー研磨工程を行ったダミーウェハの枚数、右側が製品研磨工程を行った半導体ウェハ（製品ウェハ）の枚数を表す。また、均一性とは、ウェハ各部における最大研磨量と最小研磨量との差をウェハ各部の平均研磨量で割った割合である。なお、ダミー研磨工程の終了後、２０分間の待機時間をとってから製品研磨工程を開始した。図５からわかるように、研磨パッド２２０を３０秒間回転させた場合の方が、ダミー研磨工程が終了してから２０分後に製品研磨工程を開始したときに、均一性およびセンターエッジ比がほぼ一定となっている（すなわち、半導体ウェハの研磨プロファイルの変動が低減されている）ことがわかる。

続いて、パッド水切りプロセスでの研磨速度の変化を図６に示す。なお、図６において、黒い三角形の点は（５００回転／分で）１０秒間研磨パッド２２０を回転させた場合の研磨速度の変化を表し、白い三角形の点は（５００回転／分で）３０秒間研磨パッド２２０を回転させた場合の研磨速度の変化を表す。また、グラフの縦軸は研磨速度を表し、グラフの横軸は、左側がダミー研磨工程を行ったダミーウェハの枚数、右側が製品研磨工程を行った半導体ウェハ（製品ウェハ）の枚数を表す。なお、ダミー研磨工程の終了後、２０分間の待機時間をとってから製品研磨工程を開始した。図６からわかるように、研磨パッド２２０を３０秒間回転させた場合の方が、ダミー研磨工程が終了してから２０分後に製品研磨工程を開始したときに、半導体ウェハの研磨速度がダミーウェハの研磨速度と比較してほぼ一定となっていることがわかる。

なお、上述の実施形態において、ダミーウェハＷｄを研磨するダミー研磨時間については、１枚目のダミーウェハＷｄにおけるダミー研磨時間を２枚目以降のダミーウェハＷｄにおけるダミー研磨時間よりも長く（例えば、２倍の長さに）設定するようにしてもよい。このようにすれば、１枚目のダミーウェハＷｄの研磨加工において過度のドレッシングによる効果を低減させるため、ダミーウェハＷｄの使用枚数をより低減させることが期待できる。

このような場合、１枚目のダミーウェハＷｄにおけるダミー研磨時間は、２枚目以降のダミーウェハＷｄにおけるダミー研磨時間の１．５〜３倍に設定されることが好ましく、このようにすれば、１枚目のダミーウェハＷｄにおけるダミー研磨時間をあまり増やさずに、ダミーウェハＷｄの使用枚数を低減させることができる。また、ダミー研磨工程において、ドレッシング機構２３により研磨パッド２２０の研磨面２２０ｓをドレッシングするドレッシング時間は、全てのダミーウェハＷｄを通じて一定であることが好ましく、このようにすれば、ドレッシング時間の管理を容易にすることができる。

また、上述の実施形態において、第１研磨ステージＳ₁における研磨パッド２２０を新しいものに交換した場合を例にして説明しているが、これに限られるものではなく、第２研磨ステージＳ₂における研磨パッド２２０を新しいものに交換した場合でも、第３研磨ステージＳ₃における研磨パッド２２０を新しいものに交換した場合でも、対応する研磨ステージにおいてダミーウェハＷｄの研磨加工を行うことにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第１〜第３研磨ステージＳ₁〜Ｓ₃の全ての研磨パッド２２０を同時に新しいものに交換した場合でも、製品研磨工程の場合と同様に第１〜第３研磨ステージＳ₁〜Ｓ₃を通じてダミーウェハＷｄの研磨加工を行うことにより、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

本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。パッド水切りプロセスの有無によるセンターエッジ比の変化を示すグラフである。パッド水切りプロセスでの均一性およびセンターエッジ比の変化を示すグラフである。パッド水切りプロセスでの研磨速度の変化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Ｗｄダミーウェハ
Ｗｓ被研磨面
２２表面研磨機構２３ドレッシング機構
２２０研磨パッド２２０ｓ被研磨面

Claims

研磨パッドの研磨面をウェハの被研磨面に当接させて前記ウェハを研磨する研磨機構と、
前記研磨パッドの研磨面を洗浄水を供給しながらドレッシングするドレッシング機構とを備えて構成された研磨装置による研磨方法であって、
前記研磨機構を用いて前記ウェハを研磨する製品研磨工程と、前記製品研磨工程の際に前記ドレッシング機構を用いて前記研磨パッドの研磨面を所定のタイミングでドレッシングする工程とを有し、
新しい前記研磨パッドを用いて研磨を開始する際、前記製品研磨工程に先立って、前記ドレッシング機構を用いて前記研磨パッドの研磨面をドレッシングした後に前記研磨機構を用いて所定のダミーウェハを研磨する工程を、複数枚の前記ダミーウェハを用いて前記複数の回数行うダミー研磨工程が行われ、
前記ダミー研磨工程における少なくとも１枚目の前記ダミーウェハの研磨時に、前記ドレッシング機構を用いて前記研磨パッドの研磨面をドレッシングした後、前記研磨機構を用いて前記ダミーウェハを研磨する前に、前記研磨パッドに含まれる水分を飛ばして除去するように前記研磨パッドを所定時間だけ回転させることを特徴とする研磨方法。