JP2010240752A - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的高い研磨レートを維持したまま、研磨液の消費量をより削減することができるようにする。
【解決手段】研磨面５２ａを有する研磨テーブル２２と、研磨対象物Ｗを保持し該研磨対象物Ｗを研磨面５２ａに押圧するトップリング２４と、研磨液供給ライン７２に接続されて研磨面５２ａに研磨液Ｑを供給する研磨液供給ノズル２６と、研磨面５２ａ上の研磨液量を研磨中に監視する研磨液量監視手段６０と、研磨液量監視手段６０の出力に応じて研磨液供給ノズル２６から研磨面５２ａに供給する研磨液Ｑの液量を調整する液量調整部７４とを備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、研磨装置及び研磨方法に係り、特に研磨液（スラリー）を使用して半導体ウェハなどの研磨対象物を研磨し平坦化する研磨装置及び研磨方法に関するものである。

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、研磨液を使用して化学機械研磨（ＣＭＰ）を行う研磨装置が知られている。

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半導体ウェハを介在させて、研磨パッド表面の研磨面のほぼ中央に砥液（スラリー）を供給しつつ、トップリングによって保持した半導体ウェハを研磨テーブルの研磨面に押圧して、半導体ウェハの表面を平坦かつ鏡面状に研磨するようにしている（特許文献１〜５参照）。

出願人は、研磨面に研磨液を供給する研磨液供給口と、研磨液が研磨対象物と研磨面との相対移動により研磨対象物の全面に均一に行き渡るように研磨液供給口を移動させる移動機構とを備えることで、研磨レートを改善し、研磨レートの面内均一性を向上させるとともに、研磨液の使用量を減少させることができるようにした研磨装置及び研磨方法を提案している（特許文献６参照）。

特開２００２−１１３６５３号公報 特開平１０−５８３０９号公報 特開平１０−２８６７５８号公報 特開２００３−１３３２７７号公報 特開２００１−２３７２０８号公報 特開２００６−１４７７７３号公報

研磨装置においては、加工コストや環境の面から、研磨時に使用する消耗材の使用量を削減することに対する要求が高い。特に、化学機械研磨（ＣＭＰ）に使用される研磨液（スラリー）は、一般にコストが高いばかりでなく、研磨液の廃棄（排液）処理に大きな負担が掛かる。このため、研磨液の使用量を、無駄をなくして、可能な限り削減することが強く求められている。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、比較的高い研磨レートを維持したまま、研磨液の消費量をより削減することができるようにした研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、研磨液供給ラインに接続されて前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨面上の研磨液量を研磨中に監視する研磨液量監視手段と、前記研磨液量監視手段の出力に応じて前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整する液量調整部とを備えたことを特徴とする研磨装置である。

このように、研磨時に研磨面上に存在する研磨液量の変化に応じて、研磨面に供給する研磨液の液量を研磨液調整部で調整することで、比較的高い研磨レートを維持したまま、研磨液の使用量をより削減することができる。

請求項２に記載の発明は、前記研磨液量監視手段は、前記研磨面上の所定位置における研磨液の液面高さを検知する液面高さセンサからなることを特徴とする請求項１記載の研磨装置である。
このように、液面高さセンサで研磨面上の所定位置における研磨液の液面高さを検知することで、研磨面上の研磨液量を研磨中に監視することができる。

請求項３に記載の発明は、前記研磨液量監視手段は、前記研磨面上の所定位置を撮像して画像処理を行うビデオカメラからなることを特徴とする請求項１または２記載の研磨装置である。
このように、ビデオカメラを用いた画像認識によっても、研磨面上の研磨液量を研磨中に監視することができる。

請求項４に記載の発明は、前記液量調整部は、前記研磨面上の研磨液量が第１液量以下となった時に第１供給量で研磨液を供給し、第２液量以下となった時に第２供給量で研磨液を供給するように、前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨装置である。
これにより、研磨面上に第１液量以上で第２液量以下の研磨液が常に存在するように研磨面上の研磨液量を調整することができる。

請求項５に記載の発明は、前記液量調整部は、前記研磨液供給ラインの途中に設けられた２つの分岐ラインの各分岐ラインに介装された流量コントロールユニットを有することを特徴とする請求項４記載の研磨装置である。
このように、流量コントロールユニットがそれぞれ介装されている２つの分岐ラインを択一的に選択して研磨面に供給する研磨液の液量を調整することで、応答性を良くして、タイム・ラグをより短くすることができる。

請求項６に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、研磨液供給ラインに接続されて前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨テーブル及び前記トップリングの少なくとも一方の回転数量を計測する回転数量計測手段と、前記回転数量計測手段の出力に応じて前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整する液量調整部とを備えたことを特徴とする研磨装置である。

研磨テーブル及びトップリングの少なくとも一方の（総）回転数量が一定の値を超えた前後で、研磨液供給ノズルから研磨面に供給する研磨液の液量を流量調節部で調整することで、比較的高い研磨レートを維持したまま、研磨液の使用量をより削減することができる。

請求項７に記載の発明は、前記回転数量計測手段は、研磨テーブル及びトップリングの少なくとも一方に取付けたドグと、該ドグの通過を検出する検出センサとを有することを特徴とする請求項６記載の研磨装置である。

請求項８に記載の発明は、前記液量調整部は、前記研磨液供給ラインの途中または前記研磨液供給ノズルの研磨液供給口近傍に配置され、研磨液の保持と排出を繰り返す研磨液保持機構を有することを特徴とする請求項１，２，３，６または７記載の研磨装置である。

請求項９に記載の発明は、前記液量調整部は、前記研磨液供給ラインの途中または前記研磨液供給ノズルの研磨液供給口近傍に配置され、内部に研磨液を保持する複数のスリットを備えた、回転速度が調整可能な回転体を有することを特徴とする請求項１，２，３，６または７記載の研磨装置である。

請求項１０に記載の発明は、前記液量調整部は、前記研磨液供給ラインの途中または前記研磨液供給ノズル研磨液供給口近傍に配置され、研磨液の一時貯留と自動排出を繰り返す研磨液貯留機構からなることを特徴とする請求項１，２，３，６または７記載の研磨装置である。

請求項１１に記載の発明は、研磨面を有する回転自在な研磨テーブルと、研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、前記研磨液供給ノズルの研磨液供給口を移動させる移動機構と、前記研磨面の中心側における研磨対象物のエッジ部の研磨面上での軌跡に対応する第１供給位置と研磨対象物の中心部の研磨面上での軌跡に対応する第２供給位置と間の領域を、前記研磨液供給口が該研磨液供給口から研磨液を供給しつつ移動するように前記移動機構を制御する制御部とを備えたことを特徴とする研磨装置である。

このように、研磨液供給口の移動範囲を規制して、研磨中に研磨液供給口から研磨液を供給する範囲を研磨対象物の中心からエッジ部の研磨対象物の略半径に対応する領域に限定することで、高い研磨レートを維持したまま、研磨液の使用量を削減することができる。

請求項１２に記載の発明は、前記研磨液供給ノズルは、前記研磨液供給口が前記研磨テーブル上を該研磨テーブルの略半径方向に沿って移動するように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の研磨装置である。

請求項１３に記載の発明は、前記研磨液供給ノズルは、前記研磨液供給口が前記研磨テーブル上を該研磨テーブルの略円周方向に沿って移動するように構成されていることを特徴とする請求項１１または１２記載の研磨装置である。

請求項１４に記載の発明は、前記制御部は、前記研磨液供給口の移動に伴って該研磨液供給口の移動速度を変化させることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の研磨装置である。

例えば、第１供給位置から第２供給位置に、研磨液供給口の移動速度を徐々に、または段階的に増加させながら研磨液供給口を移動させ、第２供給位置から第１供給位置には、研磨液供給口の移動速度を徐々に、または段階的に減少させながら研磨液供給口を移動させることで、低速回転領域に高速回転領域に比べより多量の研磨液を供給することができる。

請求項１５に記載の発明は、前記制御部は、前記第１供給位置と前記第２供給位置との間の領域を複数の揺動領域に分割し、それぞれの揺動領域毎に前記研磨液供給口の移動速度を設定することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の研磨装置である。
例えば、前記第１供給位置と前記第２供給位置との間の領域を１１の揺動領域に分割し、各揺動領域毎に最適な研磨液供給口の移動速度を設定することで、高い研磨レートを維持したまま、研磨液の使用量を大幅に削減できることが確かめられている。

請求項１６に記載の発明は、研磨対象物を複数の研磨ステップで研磨する場合、前記制御部は、各研磨ステップに応じて、前記揺動領域毎に前記研磨液供給口の移動速度を設定することを特徴とする請求項１５記載の研磨装置である。
これにより、研磨対象物を複数の研磨ステップで研磨する場合に、各研磨ステップ毎に高い研磨レートを維持したまま、研磨液の使用量を大幅に削減できる。

請求項１７に記載の発明は、前記制御部は、研磨対象物を研磨する前に前記研磨面に研磨液を供給する時における前記研磨液供給口の移動速度を前記揺動領域毎に設定することを特徴とする請求項１５記載の研磨装置である。
これにより、研磨対象物を研磨する前に研磨面に供給される研磨液の研磨面上での分布を最適にして、研磨液の使用量を削減できる。

請求項１８に記載の発明は、前記制御部は、研磨後の研磨対象物をリンスまたは洗浄する時、または前記研磨面をドレッシングする時における前記研磨液供給口の移動速度を前記揺動領域毎に設定することを特徴とする請求項１５記載の研磨装置である。
これにより、研磨後の研磨対象物をリンスまたは洗浄する時、または研磨面をドレッシングする時に該研磨面に供給される研磨液の使用量を削減することができる。

請求項１９に記載の発明は、前記制御部は、前記揺動領域毎に前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液量を調節することを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の研磨装置である。

請求項２０に記載の発明は、研磨面を有する回転自在な研磨テーブルと、研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルとを備え、前記研磨液供給ノズルの少なくとも先端部は、研磨面に対して所定の傾斜角で傾斜していることを特徴とする研磨装置である。

このように、研磨液供給ノズルの少なくとも先端部を研磨面に対して所定の傾斜角で傾斜させることで、研磨液を研磨面、更には研磨面とトップリングで保持された研磨対象物との間に効率的に供給することができる。

請求項２１に記載の発明は、前記研磨液供給ノズルの少なくとも先端部は、前記トップリングと研磨面との間に向けて所定の傾斜角で傾斜していることを特徴とする請求項２０記載の研磨装置である。
このように、研磨液供給ノズルの少なくとも先端部をトップリングと研磨面との間に向けて所定の傾斜角で傾斜させることで、研磨液を研磨面、更には研磨面とトップリングで保持された研磨対象物との間により効率的に供給することができる。

請求項２２に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングとを備え、前記トップリングは、前記研磨対象物の外周縁を保持するリング状のリテーナリングを備え、前記リテーナリングの前記研磨面と接触する接触面には、少なくとも１本のリング状溝が形成されていることを特徴とする研磨装置である。

このように、リテーナリングの研磨面と接触する接触面に少なくとも１本のリング状溝を形成し、研磨中に、このリング状溝の内部に研磨液を流入させることで、研磨液の使用量の削減効果をより高めることができる。

請求項２３に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、前記研磨面と前記研磨対象物を相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、前記研磨面上の研磨液量を研磨中に監視し、前記研磨面上に研磨液量に応じて前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整することを特徴とする研磨方法である。

請求項２４に記載の発明は、前記研磨面上の研磨液量が第１液量以下となった時に第１供給量で研磨液を前記研磨面に供給し、第２液量以下となった時に第２供給量で研磨液を前記研磨面に供給することを特徴とする請求項２３記載の研磨方法である。

請求項２５に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に研磨液を供給しながらトップリングで保持した研磨対象物を押圧し、前記研磨面と前記研磨対象物を相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、前記研磨テーブル及び前記トップリングの少なくとも一方の回転数量を計測し、前記研磨テーブル及び前記トップリングの少なくとも一方の回転数量に応じて前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整することを特徴とする研磨方法である。

請求項２６に記載の発明は、前記研磨面に供給する研磨液の液量を、研磨液の保持と該保持した研磨液の研磨面への供給を繰り返すことで調整することを特徴とする請求項２３または２５記載の研磨方法である。

請求項２７に記載の発明は、前記研磨面に供給する研磨液の液量を、内部に研磨液を保持する複数のスリットを有する回転体の回転速度を調節することで調整することを特徴とする請求項２３または２５記載の研磨方法である。

請求項２８に記載の発明は、前記研磨面に供給する研磨液の液量を、研磨液の一時貯留と該一時貯留した研磨液の研磨面への自動供給を繰り返すことで調整することを特徴とする請求項２３または２５記載の研磨方法である。

請求項２９に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に研磨液供給口から研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、少なくとも前記研磨面を回転させながら前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、前記研磨液供給口を、該研磨液供給口から前記研磨面に研磨液を供給しつつ、前記研磨面の中心側における研磨対象物のエッジ部の研磨面上での軌跡に対応する第１供給位置と研磨対象物の中心部の研磨面上での軌跡に対応する第２供給位置との間の領域を移動させることを特徴とする研磨方法である。

請求項３０に記載の発明は、前記研磨液供給口を、前記研磨テーブルの略半径方向に沿って該研磨テーブル上を移動させることを特徴とする請求項２９記載の研磨方法である。

請求項３１に記載の発明は、前記研磨液供給口を、前記研磨テーブルの略円周方向に沿って該研磨テーブル上を移動させることを特徴とする請求項２９または３０記載の研磨方法である。

請求項３２に記載の発明は、前記研磨液供給口の移動に伴って該研磨液供給口の移動速度を変化させることを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれかに記載の研磨方法である。

請求項３３に記載の発明は、前記第１供給位置と前記第２供給位置との間の領域を複数の揺動領域に分割し、それぞれの揺動領域毎に前記研磨液供給口の移動速度を設定することを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれかに記載の研磨方法である。

請求項３４に記載の発明は、研磨対象物を複数の研磨ステップで研磨する場合、各研磨ステップに応じて、前記揺動領域毎に前記研磨液供給口の移動速度を設定することを特徴とする請求項３３記載の研磨方法である。

請求項３５に記載の発明は、研磨対象物を研磨する前に前記研磨面に研磨液を供給する時における前記研磨液供給口の移動速度を前記揺動領域毎に設定することを特徴とする請求項３３記載の研磨方法である。

請求項３６に記載の発明は、研磨後の研磨対象物をリンスまたは洗浄する時、または前記研磨面をドレッシングする時における前記研磨液供給口の移動速度を前記揺動領域毎に設定することを特徴とする請求項３３記載の研磨方法である。

請求項３７に記載の発明は、前記揺動領域毎に前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液量を調節することを特徴とする請求項３３乃至３６のいずれかに記載の研磨方法である。

請求項３８に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に研磨液供給口から研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、少なくとも前記研磨面を回転させながら前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、前記研磨液供給口を、研磨レート分布が研磨対象物の中心部においてエッジ部より低くなる高速回転領域、或いは研磨液に供給量が低下する領域で移動させることを特徴とする研磨方法である。

請求項３９に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に研磨供給口から研磨液を供給しながらトップリングで保持した研磨対象物に押圧し、前記研磨面と前記研磨対象物を相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、前記研磨面に対して所定の傾斜角で傾斜している方向から該研磨面に向けて研磨液を供給することを特徴とする研磨方法である。

請求項４０に記載の発明は、前記トップリングと研磨面との間に向けて所定の傾斜角で傾斜している方向から研磨液を前記研磨面に供給することを特徴とする請求項３９記載の研磨方法である。

本発明によれば、比較的高い研磨レートを維持したまま、研磨液の消費量をより削減することができる。

本発明の実施形態の研磨装置を備えた研磨処理システムを示す平面図である。 図１に示す研磨処理システムに備えられている本発明の実施形態の研磨装置の概要を示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態の研磨装置の概要を示す縦断面図である。 本発明の更の他の実施形態の研磨装置の概要を示す縦断面図である。 流量制御部の他の例を示すブロック図である。 研磨液供給ラインと該ラインに介装された回転体との関係を示す概要図である。 図６の一部を拡大して示す拡大斜視図である。 研磨面の上方に研磨液保持機構を配置した状態を示す概要図である。 研磨面の上方に研磨液貯留機構を配置した状態を示す概要図である。 本発明の更に他の実施形態の研磨装置の要部を示す概要図である。 本発明の更に他の実施形態の研磨装置の要部を示す概要図である。 図１１に示す研磨装置を使用し、研磨液供給口を固定または移動させて研磨した時の各移動距離（Oscillation Distance）と研磨レート（Removal Rate）の関係を示すグラフである。 図１１に示す研磨装置を使用し研磨液供給口の移動速度を変化させながら研磨した時における研磨液供給口の移動速度（Nozzle Speed）と研磨レート（Removal Rate）の関係を示すグラフである。 図１１に示す研磨装置において、研磨液供給ノズルとして、その先端部が鉛直方向に直線状に延びるものを使用して研磨を行った場合（Normal）と、先端部に傾斜部を有するものを使用して研磨を行った場合（Angled）における研磨レート（Removal Rate）を示すグラフである。 本発明の更に他の実施形態の研磨装置の要部を示す概要図である。 実施例１における研磨レート（Removal Rate）を比較例１における研磨レートとトップリング回転速度（TT Rotation）との関係と共に示すグラフである。 実施例１における研磨レート（Removal Rate）とウェハ位置(Wafer Position)との関係を比較例２，３と共に示すグラフである。 実施例２における研磨レート（Removal Rate）を比較例４と共に示すグラフである。 実施例２における研磨レート（Removal Rate）とウェハ位置(Wafer Position)との関係を比較例４〜６と共に示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。以下の例では、研磨対象物としての半導体ウェハの表面を研磨するようにした例を示す。なお、図において、同一または相当する構成要素には、同一符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態の研磨装置を備えた研磨処理システムを示す平面図である。図１に示すように、この研磨処理システムには、３つのウェハカセット１０を装着できるようになっている。これらのウェハカセット１０に沿って走行機構１２が設けられており、この走行機構１２の上には、２つのハンドを有する第１搬送ロボット１４が配置されている。第１搬送ロボット１４のハンドは、ウェハカセット１０にアクセス可能となっている。

また、研磨処理システムは、本発明の実施形態の研磨装置２０を４つ備えており、これらの研磨装置２０は、システムの長手方向に沿って配列されている。それぞれの研磨装置２０には、研磨面を有する研磨テーブル２２と、研磨対象物としての半導体ウェハを保持しかつ半導体ウェハを研磨テーブル２２に対して押圧しながら研磨するためのトップリング２４と、研磨テーブル２２に研磨液（スラリー）を供給するための研磨液供給ノズル２６と、研磨テーブル２２のドレッシングを行うためのドレッサ２８と、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、１つまたは複数のノズルから研磨面に噴射するアトマイザ３０とを備えている。

研磨装置２０の近傍には、長手方向に沿って半導体ウェハを搬送する第１リニアトランスポータ３２と第２リニアトランスポータ３４とが設置されており、この第１リニアトランスポータ３２のウェハカセット１０側には、第１搬送ロボット１４から受け取ったウェハを反転する反転機３６が配置されている。

また、この研磨処理システムは、第２搬送ロボット３８と、第２搬送ロボット３８から受け取った半導体ウェハを反転する反転機４０と、研磨後の半導体ウェハを洗浄する４つの洗浄機４２と、反転機４０および洗浄機４２の間で半導体ウェハを搬送する搬送ユニット４４とを備えている。これらの第２搬送ロボット３８、反転機４０、および洗浄機４２は、長手方向に沿って直列に配置されている。

このような研磨処理システムにおいて、ウェハカセット１０内の半導体ウェハは、反転機３６、第１リニアトランスポータ３２、第２リニアトランスポータ３４を経て各研磨装置２０に導入される。各研磨装置２０では半導体ウェハが研磨される。研磨後の半導体ウェハは、第２搬送ロボット３８および反転機４０を経て洗浄機４２に導入され、ここで洗浄される。洗浄後の半導体ウェハは、第１搬送ロボット１４によりウェハカセット１０に戻される。

図２は、研磨装置２０の一部を示す縦断面図である。図２に示すように、研磨装置２０の研磨テーブル２２は、その下方に配置されたモータ５０に連結されており、矢印で示すようにその軸心周りに回転可能になっている。研磨テーブル２２の上面には、表面に研磨面５２ａを有する研磨パッド（研磨布）５２が貼設されている。また、トップリング２４はトップリングシャフト５４の下端に連結されており、トップリング２４の下部外周部には、半導体ウェハＷの外周縁を保持するリテーナリング５６が設けられている。

トップリング２４は、モータ（図示せず）に連結されるとともに昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これによって、トップリング２４は、矢印で示すように昇降可能かつその軸心周りに回転可能になっており、保持した半導体ウェハＷを研磨パッド５２の研磨面５２ａに対して任意の圧力で押圧することができるようになっている。

このような構成の研磨装置２０において、トップリング２４の下面に半導体ウェハＷを保持させ、回転している研磨テーブル２２の上面の研磨パッド５２の研磨面５２ａに半導体ウェハＷを昇降シリンダにより押圧する。そして、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａから研磨パッド５２の研磨面５２ａ上に研磨液（スラリー）Ｑを供給することで、半導体ウェハＷの被研磨面（下面）と研磨パッド５２の間に研磨液Ｑが存在した状態で半導体ウェハＷの研磨が行われる。

図２に示すように、研磨液供給ノズル２６は、研磨テーブル２２の移動方向（回転方向）の上流側に配置されており、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に位置して、研磨面５２ａ上の研磨液Ｑの液量を研磨中に監視する研磨液量監視手段としての液面高さセンサ６０が配置されている。この液面高さセンサ６０は、電源６２の陽極から延び先端部が露出した陽極導線６４と、電源６２の陰極から延び先端部が露出した陰極導線６６を有しており、陽極導線６４と陰極導線６６は同一高さ位置に互いに対向して配置されている。陰極導線６６内には電流計６８が介装されている。

これによって、研磨中に研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａから研磨面５２ａに研磨液Ｑが供給され、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さが所定の高さ以上に達して、陽極導線６４と陰極導線６６の下端部が研磨液Ｑに浸漬された時、該研磨液Ｑを通して陽極導線６４と陰極導線６６との間に電流が流れ、この電流が流れたことを電流計６８で検知することで、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さ所定の高さに達したことを検知するようになっている。電流計６８からの信号は制御部７０に入力される。

研磨液供給ノズル２６は、研磨液供給ライン７２に接続され、この研磨液供給ライン７２には、該ライン７２に沿って流れて、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａから研磨面５２ａに供給する研磨液Ｑの流量を調整する流量調整部としての流量コントロールユニット７４が介装されている。この流量コントロールユニット（流量制御部）７４は、制御部７０に接続されて制御部７０からの出力が入力されて制御される。

この例では、研磨テーブル２２を回転させた後、流量コントロールユニット７４に備えられている開閉バルブを開いて、研磨液供給ノズル２６から研磨面５２ａへの研磨液Ｑの供給を開始する。しかる後、半導体ウェハＷを保持したトップリング２４を回転させながら下降させ、半導体ウェハＷを研磨パッド５２の研磨面５２ａに所定の押圧力で押圧し、これによって、研磨液Ｑの存在下での半導体ウェハＷの研磨を開始する。そして、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さが所定の高さ以上に達したことを液面高さセンサ（研磨液監視手段）６０で検知した時に、流量コントロールユニット７４に備えられている開閉バルブを閉じて、研磨液供給ノズル２６から研磨面５２ａへの研磨液Ｑの供給を停止する。そして、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さが所定の高さ以下になったことを液面高さセンサ６０で検知した時に、流量コントロールユニット７４に備えられている開閉バルブを開いて、研磨液供給ノズル２６から研磨面５２ａへの研磨液Ｑの供給を再開する。この操作を繰り返しながら半導体ウェハＷに対する所定の研磨を行う。

この例では、流量コントロールユニット７４に備えられている開閉バルブを用いたＯＮ−ＯＦＦ制御を行って構造の簡素化を図っているが、流量コントロールユニット７４に備えられている流量コントローラによって、変間液供給ライン７２に沿って流れる研磨液の流量を、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さが所定の高さに達する前後で調整するようにしてもよい。

このように、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さが所定の高さ以上とならないように、研磨面５２ａに供給される研磨液の液量を調整することで、研磨液の使用量を必要最低限に抑えて、研磨液の使用量を可能な限り削減したいという要請に答えることができる。

この例では、リテーナリング５６として、研磨面５２ａと接触する接触面５６ａに周方向に連続する１本のリング状溝５６ｂを備えたものを使用している。図示しないが、周方向に連続する複数のリング状溝の同心状に設けるようにしてもよい。

このように、リテーナリング５６の研磨面５２ａと接触する接触面５６ａに少なくとも１本のリング状溝５６ｂを形成し、研磨中に、このリング状溝５６ｂの内部に研磨液Ｑを流入させることで、研磨液Ｑの使用量の削減効果をより高めることができる。

また、この例では、研磨面５２ａに向けて該研磨面５２ａとほぼ直交する方向から研磨液Ｑを供給するようにした研磨液供給ノズル２６を使用しているが、この研磨液供給ノズル２６の代わりに、図３に示すように、研磨面５２ａに対して所定の傾斜角αで傾斜する傾斜部５８ａを先端部に有する研磨液供給ノズル５８を使用しても良い。このことは以下の各例においても同様である。この傾斜部５８ａは、トップリング２４と研磨面５２ａとの間に向けて傾斜していることが好ましく、この傾斜角αは、一般的には３０°以下である。

このように、研磨液供給ノズル５８の少なくとも先端部の傾斜部５８ａを研磨面５８ａに対して所定の傾斜角αで傾斜させることで、研磨液Ｗを研磨面５２ａ、更には研磨面５２ａとトップリング２４で保持された半導体ウェハＷとの間に効率的に供給することができる。特に、研磨液供給ノズル５８の少なくとも先端部の傾斜部５８ａをトップリング２４と研磨面５２ａとの間に向けて所定の傾斜角αで傾斜させることで、研磨液Ｑを研磨面５２ａとトップリング２４で保持された半導体ウェハＷとの間により効率的に供給することができる。

この例では、研磨液監視手段として、液面高さセンサ６０を使用しているが、図４に示すように、研磨液監視手段として、ＣＣＤカメラ等の画像処理を行うビデオカメラ７６を使用し、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑをビデオカメラ（研磨液監視手段）７６で撮像し画像処理を行って、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さが所定の高さ以上に達したか否かを検知するようにしてもよい。

更に、図示しないが、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に、異なる液面高さを検知する２つの液面高さセンサを配置し、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さを、例えば高さｈ_１と該高さｈ_１より高いｈ_２（ｈ_１＜ｈ_２）の２段階で検知して、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さをこの２段階の高さの範囲（ｈ_１〜ｈ_２）内に調整するようにしてよい。

この場合、流量制御部は、例えば、図５に示すように、研磨液供給ライン７２の途中に設けた２つの分岐ライン８０ａ，８０ｂに流量コントロールユニット８２ａ，８２ｂをそれぞれ介装して構成される。そして、２つの液面高さセンサの電流計からの信号を制御部７０に入力し、この制御部７０からの出力を流量コントロールユニット８２ａ，８２ｂに入力する。

そして、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さが、高さｈ_２（＞ｈ_１）に達したことを一方の液面高さセンサで検知した時、例えば一方の分岐ライン８０ａに介装した流量コントロールユニット８２ａの開閉バルブを閉じ、他方の分岐ライン８０ｂを通して、液面高さが高くならない量の研磨液Ｑを研磨面５２ａに供給して液面を徐々に低下させる。そして、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さが、高さｈ_１（＜ｈ_２）に達したことを他方の液面高さセンサで検知した時、例えば他方の分岐ライン８０ｂに介装した流量コントロールユニット８２ｂの開閉バルブを閉じ、一方の分岐ライン８０ａを通して、液面高さが高くなる量の研磨液Ｑを研磨面５２ａに供給して、液面を徐々に上昇させる。この操作を繰り返すことで、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さをこの２段階の高さの範囲（ｈ_１〜ｈ_２）内に調整することができる。

このように、トップリング２４の研磨液供給ノズル２６側の側方に貯まった研磨液Ｑの高さを所定の範囲内に調整することで、研磨液の供給不足を確実に防止しつつ、研磨液の消費量をより削減することができる。

特に、２つの分岐ライン８０ａ，８０ｂに流量コントロールユニット８２ａ，８２ｂをそれぞれ介装して研磨面５２ａに供給される研磨液の流量を調整することで、応答性を良くして、タイム・ラグをより短くすることができる。

図６及び図７に示すように、厚さ方向に貫通して円周方向に延びる複数のスリット８４ａを有する厚肉円板状の回転体８４を研磨液供給ライン７２の途中に介装し、この回転体８４を流量調整部の少なくとも一部として使用しても良い。この回転体８４は、各スリット８４ａが研磨液供給ライン７２と順次連通するようにモータ８５によって回転し、これによって、各スリット８４ａ内に研磨液Ｑが保持される。この場合、回転体８４の回転速度または回転角を調整したり、各スリット８４ａの長さまたは幅の少なくとも一方を調整したりすることで、研磨テーブル２２の表面の研磨面５２ａに供給する研磨液Ｑの供給量を調整することができる。

なお、図示していないが、内部に研磨液を保持する複数のスリットを有する回転自在な回転体を研磨液供給ノズルの研磨液供給口近傍に設けるようにしてもよい。

図８に示すように、上下動自在な筒状体８６を有する研磨液保持機構８８を、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａの近傍に配置して、この研磨液保持機構８８を流量調整部の少なくとも一部として使用しても良い。この研磨液保持機構８８の筒状体８６の中空部は、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａに連通しており、下降して筒状体８６の下端面が研磨面５２ａに接触している時、筒状体８６の中空部内に研磨液Ｑが保持され、上昇して筒状体８６の下端面が研磨面５２ａから離れると、筒状体８６の中空部内に保持された研磨液Ｑが中空部から排出されて研磨面５２ａに供給される。

このように、筒状体８６の中空部内に保持された研磨液Ｑを研磨面５２ａに供給することで、より少ない流量の研磨液Ｑが供給されている場合であっても、筒状体８６の中空部内に研磨液Ｑを保持し、この中空部内に保持された研磨液Ｑを効果的に研磨面５２ａに供給することができる。

なお、図示していないが、研磨液の保持と排出とを繰り返す研磨液保持機構を研磨液供給ラインの途中に設けるようにしてもよい。

図９に示すように、重心から偏心した位置で所定角度回動自在に支承した有底筒状の容器部９０を有する研磨液貯留機構９２を、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａの近傍に配置し、この研磨液貯留機構９２を流量調整部の少なくとも一部として使用しても良い。この研磨液貯留機構９２の容器部９０の中空部は、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口２６ａに連通しており、容器部９０内にある一定の研磨液が貯まるまでは容器部９０の開口部が上方を向き、容器部９０内にある一定の研磨液が貯まると、この容器部９０及び研磨液の自重で容器部９０はその開口部が下方に向くように回動して容器部９０内の研磨液が自動的に排出されて研磨面５２ａに供給される。そして、容器部９０は、内部の研磨液を排出後に該容器部９０の自重で元の状態に復帰する。

このように、容器部９０の内部に保持された研磨液Ｑを研磨面５２ａに供給することで、より少ない流量の研磨液Ｑが供給されている場合であっても、容器部９０の内部に研磨液Ｑを蓄え、この内部に蓄えた研磨液Ｑを、動力を使用することなく、効果的に研磨面５２ａに供給することができる。

なお、図示していないが、研磨液の一時貯留と自動排出を繰り返す研磨液貯留機構を研磨液供給ラインの途中に設けるようにしてもよい。

図１０は、本発明の他の実施形態の研磨装置の要部を示すもので、この例の研磨装置の図２に示す研磨装置と異なる点は、図２に示す液面高さセンサ（研磨液監視手段）６０の代わりに、トップリング２４の外周部に設けたドグ（検出ブロック）１００と、トップリング２４の外方に配置されてドグ１００の通過を検出する検出センサ１０２とを有する回転数量計測手段１０４を備え、検出センサ１０２の出力を制御部７０に入力するようにした点にある。そして、この制御部７０からの出力で、研磨液供給ライン７２に備えられている流量調整部としての流量コントロールユニット７４を制御するようにしている。

この例では、研磨テーブル２２を回転させた後、流量コントロールユニット７４に備えられている開閉バルブを開いて、研磨液供給ノズル２６から研磨面５２ａへ研磨液Ｑを供給する。しかる後、半導体ウェハＷを保持したトップリング２４を回転させながら下降させ、半導体ウェハＷを研磨パッド５２の研磨面５２ａに所定の押圧力で押圧し、これによって、研磨液Ｑの存在下での半導体ウェハの研磨を開始する。この研磨中に、トップリング２４の外周部に設けたドグ１００の通過を検出センサ１０２で検出して、トップリング２４の（総）回転数量数を計測する。そして、このトップリング２４の（総）回転数量数が所定の値に達した時に流量コントロールユニット７４に備えられている流量コントローラを制御して、研磨液供給ノズル２６から研磨面５２ａへ供給する研磨液の供給量を調整する。この研磨液の供給量の調整は、トップリング２４の（総）回転数量数が所定の値に達する度に行うようにしても良い。

このように、トップリング２４の（総）回転数量が一定の値を超えた前後で、研磨液供給ノズル２６から研磨面５２ａに供給する研磨液Ｑの液量を流量コントロールユニット（流量調節部）７４で調整することで、比較的高い研磨レートを維持したまま、研磨液の使用量をより削減することができる。

なお、この例では、トップリング２４の（総）回転数量を計測して、研磨液供給ノズル２６から研磨面５２ａに供給する研磨液Ｑの液量を調整するようにしているが、研磨テーブル２２の（総）回転数量を計測して、研磨液供給ノズル２６から研磨面５２ａに供給する研磨液Ｑの液量を調整するようにしてもよい。また、回転数量計測手段として、ドグ１００と検出センサ１０２とを有する以外の任意のものを使用しても良いことは勿論である。

図１１は、本発明の更に他の実施形態の研磨装置の要部を示すもので、この例の図２に示す研磨装置と異なる点は、図２に示す研磨液供給ノズル２６の代わりに、移動機構としてのステッピングモータ１０６の回転に伴って水平面に沿って揺動する研磨液供給ノズル１０８を使用して研磨液供給口１０８ａを水平面に沿って移動させ、ステッピングモータ（移動機構）１０６を制御部１１０で制御して、研磨液供給口１０８ａの移動速度を制御するようにした点にある。なお、この例にあっては、図２に示す液面高さセンサ（研磨液監視手段）６０は備えられていない。

つまり、この例にあっては、研磨時に、研磨液供給口１０８ａが研磨面５２ａの周縁部のホームポジションＨ上に位置する位置から、研磨面５２ａの中心側におけるトップリング２４で保持された半導体ウェハＷのエッジ部の研磨面５２ａ上での軌跡に対応する第１供給位置Ｆ上に位置する位置まで移動するように、研磨液供給ノズル１０８を揺動させる。そして、研磨液供給口１０８ａが第１供給位置Ｆ上に位置する位置と、トップリング２４で保持された半導体ウェハＷの中心部の研磨面５２ａ上での軌跡に対応する第２供給位置Ｓ上に位置する位置との間を往復移動するように、研磨液供給ノズル１０８を往復揺動させ、研磨終了後に、研磨液供給口１０８ａが研磨面５２ａの周縁部のホームポジションＨ上に位置する位置まで移動するように、研磨液供給ノズル１０８を揺動させる。この研磨時に、ステッピングモータ１０６を制御部１１０で制御することで、研磨液供給ノズル１０８の揺動速度、ひいては研磨液供給口１０８ａの移動速度が制御される。

メンテナンス時には、研磨液供給口１０８ａが研磨面５２ａの周縁部のホームポジションＨ上に位置する位置から、研磨面５２ａの側方のメンテナンス位置Ｍ上に位置する位置まで移動するように、研磨液供給ノズル１０８を揺動させ、メンテナンス終了後、研磨液供給口１０８ａが研磨面５２ａの周縁部のホームポジションＨ上に位置するように、研磨液供給ノズル１０８を揺動させる。

この例では、研磨テーブル２２を回転させた後、図２に示す流量コントロールユニット７４に備えられている開閉バルブを開いて、研磨液供給ノズル１０８から研磨面５２ａへの研磨液Ｑの供給を開始する。同時に、研磨液供給口１０８ａがホームポジションＨ上に位置する位置から第１供給位置Ｆ上に位置する位置まで移動するように、研磨液供給ノズル１０８を揺動させる。しかる後、半導体ウェハＷを保持したトップリング２４を回転させながら下降させ、半導体ウェハＷを研磨パッド５２の研磨面５２ａに所定の押圧力で押圧し、これによって、研磨液Ｑの存在下での半導体ウェハの研磨を開始する。

この半導体ウェハＷの研磨時に、研磨液供給口１０８ａが第１供給位置Ｆ上に位置する位置と第２供給位置Ｓ上に位置する位置との間を往復移動するように、研磨液供給ノズル１０８を往復揺動させる。この時、制御部１１０によって研磨液供給ノズル１０８の揺動速度を制御することで、例えば、研磨液供給口１０８ａが第１供給位置Ｆから第２供給位置Ｓに移動する時、研磨液供給口１０８ａの移動速度が、徐々にまたは段階的に早くなるように、研磨液供給口１０８ａの移動速度を制御する。また、逆に、研磨液供給口１０８ａが第２供給位置Ｓから第１供給位置Ｆに移動する時には、研磨液供給口１０８ａの移動速度が、徐々にまたは段階的に遅くなるように、研磨液供給口１０８ａの移動速度を制御する。例えば、第１供給位置Ｆと第２供給位置Ｓとの間を１１の揺動領域に分割し、各分割ステップ領域毎に最適な研磨液供給口１０８ａの移動速度を設定する。

なお、この研磨時に、研磨液供給口１０８ａから研磨面５２ａに供給する研磨液の流量を調整するようにしてもよい。
そして、半導体ウェハに対する所定の研磨を終了した後、研磨液供給口１０８ａがホームポジションＨ上に位置する位置まで移動するように、研磨液供給ノズル１０８を揺動させる。

なお、半導体ウェハ等の被研磨物を複数の研磨ステップで研磨する場合、例えば第１段研磨ステップでバリア膜上の銅膜等の導電膜の大部分を研磨し、第２段研磨ステップで銅膜等の導電膜を除去してバリア膜を露出させる研磨を行う場合、各研磨ステップに応じて、前記揺動領域毎に研磨液供給口１０８ａの移動速度を設定することが好ましい。これにより、各研磨ステップ毎に高い研磨レートを維持したまま、研磨液の使用量を大幅に削減できる。

また、研磨に先立って、研磨面５２ａに研磨液を供給することが広く行われている。このように、半導体ウェハ等の研磨対象物を研磨する前に研磨面５２ａに研磨液を供給する時、研磨液供給口１０８ａの移動速度を前記揺動領域毎に設定することが好ましい。これにより、研磨対象物を研磨する前に研磨面５２ａに供給される研磨液の研磨面５２ａ上での分布を最適にして、研磨液の使用量を削減できる。

更に、研磨面５２ａに研磨液を供給しながら、研磨後の研磨対象物をリンスまたは洗浄したり、または研磨面５２ａをドレッシングしたりすることも行われている。このように研磨面５２ａに研磨液を供給しながら研磨後の研磨対象物をリンスまたは洗浄する時、または研磨面５２ａをドレッシングする時、研磨液供給口１０８ａの移動速度を前記揺動領域毎に設定することが好ましい。これにより、研磨後の研磨対象物をリンスまたは洗浄する時、または研磨面をドレッシングする時に該研磨面５２ａに供給される研磨液の使用量を削減することができる。

図１２は、図１１に示す研磨装置を使用し、研磨液供給口１０８ａを第１供給位置Ｆに固定して、直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した時（移動距離０ｍｍ）、研磨液供給口１０８ａを第１供給位置Ｆと第２供給位置Ｓとの間を移動させながら、直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した時（移動距離１５０ｍｍ）、及び研磨液供給口１０８ａを第１供給位置ＦとホームポジションＨとの間を移動させながら、直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した時（移動距離３００ｍｍ）における、各移動距離（Oscillation Distance）と研磨レート（Removal Rate）の関係を示す。図１２において、研磨レートは、移動距離１５０ｍｍの時を１として示している。

図１３は、図１１に示す研磨装置を使用し、研磨液供給口１０８ａの移動速度を変化させながら直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した時における移動速度（Nozzle Speed）と研磨レート（Removal Rate）の関係を示す。研磨レートにおいて、研磨液供給口１０８ａを第１供給位置Ｆに固定して直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した時と研磨レートを１として示しており、また研磨液供給口１０８ａの移動速度は、初期値を１として示している。

図１２及び図１３から、研磨処理中における研磨液供給口１０８ａの移動範囲を規制して、研磨中に研磨液供給口１０８ａから研磨液を供給する範囲を半導体ウェハの中心からエッジ部の半導体ウェハの略半径に対応する領域に限定することで、研磨レートを向上させ、研磨液供給口１０８ａの移動速度を高めることによっても研磨レートを向上させることができることが判る。

なお、図１１に示す研磨液供給ノズル１０８として、その先端部に図３に示す傾斜部５８ａを有するものを使用しても良い。図１４は、研磨液供給ノズル１０８として、その先端部が鉛直方向に直線状に延びるものを使用して研磨を行った場合（Normal）と、図３に示す、傾斜角αが３０°でトップリングと研磨面との間に向けて傾斜している傾斜部５８ａを先端部に有するものを使用して研磨を行った場合（Angled）における研磨レート（Removal Rate）を示す。図１４において、研磨液供給ノズル１０８として、その先端部が鉛直方向に直線状に延びるものを使用して研磨を行った場合の研磨レートを１としている。

図１４から、先端部に傾斜部を有する研磨液供給ノズルを使用することで、先端部が鉛直方向に延びる研磨液供給ノズルを使用する時に比べ、約８％の研磨レートを向上できることが判る。

図１５に示すように、研磨面５２ａの上方に該研磨面５２ａの半径方向に延びて先端が研磨面５２ａの中心に達するアームブラケット１１２を配置し、このアームブラケット１１２の先端に揺動アーム１１４の基端を揺動自在に連結し、この揺動アーム１１４に鉛直方法に延びて下端に研磨液供給口を有する研磨液供給ノズル１１６を移動自在に取り付け、これによって、揺動アーム１１４の揺動に伴って、研磨液供給ノズル１１６が研磨面５２ａの円周方向に沿って移動するようにしてもよい。

図１１に示す研磨装置において、表１に示すように、第１供給位置Ｆと第２供給位置Ｓとの間を１１の揺動領域（Oscillation Zone-1〜11）に分割し、各揺動領域毎に研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａの移動速度（Osci. Speed）を設定して、直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した。

表１において、各揺動領域の開始位置（Start Position）及び終了位置（End Position）は、図１１に示す第２供給位置Ｓを起点（０ｍｍ）として、第１供給位置Ｆを終点（１９５．５．ｍｍ）としている。距離（Osci. Dist.）は、第２供給位置Ｓから第１供給位置Ｆを１１のゾーンに分割したときの各ゾーンにおける円弧状の揺動軌跡の距離である。揺動時間（Oscillation. Time）は、往路及び復路とも５．５秒である。この研磨時に、研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａから２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨液を研磨面５２ａに供給し、トップリング２４で保持した半導体ウェハを２ｐｓｉ（１３．７９ｋＰａ）の圧力で研磨面５２ａに押圧しながら、トップリング２４を１４０ｍｉｎ^−１の回転速度で回転させた。

この時の研磨レート（Removal Rate）を図１６に、研磨レート（Removal Rate）とウェハ位置(Wafer Position)との関係を図１７に示す。なお、図１６には、研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａを第１供給位置Ｆに固定し、トップリング回転速度（TT Rotation）を変化させ、その他の条件を実施例１と同じにして半導体ウェハを研磨したときの研磨レートとトップリング回転速度との関係を比較例１として示す。また、図１７には、研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａを第１供給位置Ｆに固定し、トップリング２４の回転速度を９０ｍｉｎ^−１に設定し、その他の条件を実施例１と同じにして半導体ウェハを研磨したときの研磨レートとウェハ位置との関係を比較例２として、トップリング２４の回転速度を１４０ｍｉｎ^−１に設定し、その他の条件は比較例２と同じにして半導体ウェハを研磨したときの研磨レートとウェハ位置との関係を比較例３として示す。

図１６及び図１７から、研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａを第１供給位置Ｆに固定して研磨を行った場合、トップリング２４の回転速度を高めることで研磨レートを向上させることができるが、この研磨レートの向上は、トップリング２４の回転速度を１４０ｍｉｎ^−１にするとほぼ限界に達し、しかも、このようにトップリングの回転速度を高めると、研磨後のウェハ表面の平坦性が悪くなるが、実施例１にあっては、研磨液供給口１０８ａを第１供給位置Ｆに固定しトップリング２４を１４０ｍｉｎ^−１の回転速度で回転させて研磨した場合に比べ、研磨レートを約２０％向上させ、しかも、研磨後のウェハ表面の平坦性を高めることができることが判る。

研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａから１００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨液を研磨面５２ａに供給し、他は実施例１と同じ条件で直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨した。

この時の研磨レート（Removal Rate）を図１８に、研磨レート（Removal Rate）とウェハ位置(Wafer Position)との関係を図１９に示す。なお、研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａを第１供給位置Ｆに固定し、研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａから２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨液を研磨面５２ａに供給し、トップリング２４の回転速度を９０min^−１に設定し、他は実施例２と同じ条件で直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨したときの研磨レートを図１８に、研磨レート（Removal Rate）とウェハ位置(Wafer Position)との関係を図１９に比較例４としてそれぞれ示す。図１９には、研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａから１００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨液を研磨面５２ａに供給し、他は比較例４と同じ条件で直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨したときの研磨レートとウェハ位置との関係を比較例５として、トップリングの回転速度を１４０ｍｉｎ^−１に設定し、他は比較例５と同じ条件で直径３００ｍｍの半導体ウェハを研磨したときの研磨レートとウェハ位置との関係を比較例６として示す。

図１８及び図１９から、研磨液供給ノズル１０８の研磨液供給口１０８ａを第１供給位置Ｆに固定した場合、研磨液の供給量を増大させることで研磨レートを上げることができるが、実施例２にあっては、研磨液の供給量を増大させて研磨レートを高めた比較例４に比べて、トップリングの回転速度を９０ｍｉｎ^−１から１４０ｍｉｎ^−１に高める必要があるものの、研磨液の使用量を２００ｍｌ／ｍｉｎから１００ｍｌ／ｍｉｎに半減しても、比較例４に勝る研磨レートを確保できることが判る。

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。

２０ 研磨装置
２２ 研磨テーブル
２４ トップリング
２６，５８，１０８，１１６ 研磨液供給ノズル
２６ａ，１０８ａ 研磨液供給口
３２ 第１リニアトランスポータ
３４ 第２リニアトランスポータ
４２ 洗浄機
４４ 搬送ユニット
５２ 研磨パッド（研磨布）
５２ａ 研磨面
５４ トップリングシャフト
５６ リテーナリング
５６ａ 接触面
５６ｂ リング状溝
６０ 液面高さセンサ（研磨液監視手段）
６４ 陽極導線
６６ 陰極導線
６８ 電流計
７０，１１０ 制御部
７２ 研磨液供給ライン
７４，８２ａ，８２ｂ 流量コントロールユニット（流量調整部）
７６ ビデオカメラ（研磨液監視手段）
８０ａ，８０ｂ 分岐ライン
８４ 回転体
８８ 研磨液保持機構
９２ 研磨液貯留機構
１００ ドグ
１０２ 検出センサ
１０４ 回転数量計測手段
１０６ ステッピングモータ

Claims (40)

1. 研磨面を有する研磨テーブルと、
   研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、
   研磨液供給ラインに接続されて前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
   前記研磨面上の研磨液量を研磨中に監視する研磨液量監視手段と、
   前記研磨液量監視手段の出力に応じて前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整する液量調整部と、
   を備えたことを特徴とする研磨装置。
2. 前記研磨液量監視手段は、前記研磨面上の所定位置における研磨液の液面高さを検知する液面高さセンサからなることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 前記研磨液量監視手段は、前記研磨面上の所定位置を撮像して画像処理を行うビデオカメラからなることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
4. 前記液量調整部は、前記研磨面上の研磨液量が第１液量以下となった時に第１供給量で研磨液を供給し、第２液量以下となった時に第２供給量で研磨液を供給するように、前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨装置。
5. 前記液量調整部は、前記研磨液供給ラインの途中に設けられた２つの分岐ラインの各分岐ラインに介装された流量コントロールユニットを有することを特徴とする請求項４記載の研磨装置。
6. 研磨面を有する研磨テーブルと、
   研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、
   研磨液供給ラインに接続されて前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
   前記研磨テーブル及び前記トップリングの少なくとも一方の回転数量を計測する回転数量計測手段と、
   前記回転数量計測手段の出力に応じて前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整する液量調整部と、
   を備えたことを特徴とする研磨装置。
7. 前記回転数量計測手段は、研磨テーブル及びトップリングの少なくとも一方に取付けたドグと、該ドグの通過を検出する検出センサとを有することを特徴とする請求項６記載の研磨装置。
8. 前記液量調整部は、前記研磨液供給ラインの途中または前記研磨液供給ノズルの研磨液供給口近傍に配置され、研磨液の保持と排出を繰り返す研磨液保持機構を有することを特徴とする請求項１，２，３，６または７記載の研磨装置。
9. 前記液量調整部は、前記研磨液供給ラインの途中または前記研磨液供給ノズルの研磨液供給口近傍に配置され、内部に研磨液を保持する複数のスリットを備えた、回転速度または回転角が調整可能な回転体を有することを特徴とする請求項１，２，３，６または７記載の研磨装置。
10. 前記液量調整部は、前記研磨液供給ラインの途中または前記研磨液供給ノズル研磨液供給口近傍に配置され、研磨液の一時貯留と自動排出を繰り返す研磨液貯留機構を有することを特徴とする請求項１，２，３，６または７記載の研磨装置。
11. 研磨面を有する回転自在な研磨テーブルと、
    研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、
    前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
    前記研磨液供給ノズルの研磨液供給口を移動させる移動機構と、
    前記研磨面の中心側における研磨対象物のエッジ部の研磨面上での軌跡に対応する第１供給位置と研磨対象物の中心部の研磨面上での軌跡に対応する第２供給位置と間の領域を、前記研磨液供給口が該研磨液供給口から研磨液を供給しつつ移動するように前記移動機構を制御する制御部と、
    を備えたことを特徴とする研磨装置。
12. 前記研磨液供給ノズルは、前記研磨液供給口が前記研磨テーブル上を該研磨テーブルの略半径方向に沿って移動するように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の研磨装置。
13. 前記研磨液供給ノズルは、前記研磨液供給口が前記研磨テーブル上を該研磨テーブルの略円周方向に沿って移動するように構成されていることを特徴とする請求項１１または１２記載の研磨装置。
14. 前記制御部は、前記研磨液供給口の移動に伴って該研磨液供給口の移動速度を変化させることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の研磨装置。
15. 前記制御部は、前記第１供給位置と前記第２供給位置との間の領域を複数の揺動領域に分割し、それぞれの揺動領域毎に前記研磨液供給口の移動速度を設定することを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれかに記載の研磨装置。
16. 研磨対象物を複数の研磨ステップで研磨する場合、前記制御部は、各研磨ステップに応じて、前記揺動領域毎に前記研磨液供給口の移動速度を設定することを特徴とする請求項１５記載の研磨装置。
17. 前記制御部は、研磨対象物を研磨する前に前記研磨面に研磨液を供給する時における前記研磨液供給口の移動速度を前記揺動領域毎に設定することを特徴とする請求項１５記載の研磨装置。
18. 前記制御部は、研磨後の研磨対象物をリンスまたは洗浄する時、または前記研磨面をドレッシングする時における前記研磨液供給口の移動速度を前記揺動領域毎に設定することを特徴とする請求項１５記載の研磨装置。
19. 前記制御部は、前記揺動領域毎に前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液量を調節することを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれかに記載の研磨装置。
20. 研磨面を有する回転自在な研磨テーブルと、
    研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、
    前記研磨面に研磨液を供給する研磨液供給ノズルと、
    を備え、
    前記研磨液供給ノズルの少なくとも先端部は、研磨面に対して所定の傾斜角で傾斜していることを特徴とする研磨装置。
21. 前記研磨液供給ノズルの少なくとも先端部は、前記トップリングと研磨面との間に向けて所定の傾斜角で傾斜していることを特徴とする請求項２０記載の研磨装置。
22. 研磨面を有する研磨テーブルと、
    研磨対象物を保持し該研磨対象物を前記研磨面に押圧するトップリングと、
    を備え、
    前記トップリングは、前記研磨対象物の外周縁を保持するリング状のリテーナリングを備え、
    前記リテーナリングの前記研磨面と接触する接触面には、少なくとも１本のリング状溝が形成されていることを特徴とする研磨装置。
23. 研磨テーブルの研磨面に研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、前記研磨面と前記研磨対象物を相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、
    前記研磨面上の研磨液量を研磨中に監視し、
    前記研磨面上に研磨液量に応じて前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整することを特徴とする研磨方法。
24. 前記研磨面上の研磨液量が第１液量以下となった時に第１供給量で研磨液を前記研磨面に供給し、第２液量以下となった時に第２供給量で研磨液を前記研磨面に供給することを特徴とする請求項２３記載の研磨方法。
25. 研磨テーブルの研磨面に研磨液を供給しながらトップリングで保持した研磨対象物を押圧し、前記研磨面と前記研磨対象物を相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、
    前記研磨テーブル及び前記トップリングの少なくとも一方の回転数量を計測し、
    前記研磨テーブル及び前記トップリングの少なくとも一方の回転数量に応じて前記研磨面に供給する研磨液の液量を調整することを特徴とする研磨方法。
26. 前記研磨面に供給する研磨液の液量を、研磨液の保持と該保持した研磨液の研磨面への供給を繰り返すことで調整することを特徴とする請求項２３または２５記載の研磨方法。
27. 前記研磨面に供給する研磨液の液量を、内部に研磨液を保持する複数のスリットを有する回転体の回転速度を調整することで調整することを特徴とする請求項２３または２５記載の研磨方法。
28. 前記研磨面に供給する研磨液の液量を、研磨液の一時貯留と該一時貯留した研磨液の研磨面への自動供給を繰り返すことで調整することを特徴とする請求項２３または２５記載の研磨方法。
29. 研磨テーブルの研磨面に研磨液供給口から研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、少なくとも前記研磨面を回転させながら前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、
    前記研磨液供給口を、該研磨液供給口から前記研磨面に研磨液を供給しつつ、前記研磨面の中心側における研磨対象物のエッジ部の研磨面上での軌跡に対応する第１供給位置と研磨対象物の中心部の研磨面上での軌跡に対応する第２供給位置との間の領域を移動させることを特徴とする研磨方法。
30. 前記研磨液供給口を、前記研磨テーブルの略半径方向に沿って該研磨テーブル上を移動させることを特徴とする請求項２９記載の研磨方法。
31. 前記研磨液供給口を、前記研磨テーブルの略円周方向に沿って該研磨テーブル上を移動させることを特徴とする請求項２９または３０記載の研磨方法。
32. 前記研磨液供給口の移動に伴って該研磨液供給口の移動速度を変化させることを特徴とする請求項２９乃至３１のいずれかに記載の研磨方法。
33. 前記第１供給位置と前記第２供給位置との間の領域を複数の揺動領域に分割し、それぞれの揺動領域毎に前記研磨液供給口の移動速度を設定することを特徴とする請求項２９乃至３２のいずれかに記載の研磨方法。
34. 研磨対象物を複数の研磨ステップで研磨する場合、各研磨ステップに応じて、前記揺動領域毎に前記研磨液供給口の移動速度を設定することを特徴とする請求項３３記載の研磨方法。
35. 研磨対象物を研磨する前に前記研磨面に研磨液を供給する時における前記研磨液供給口の移動速度を前記揺動領域毎に設定することを特徴とする請求項３３記載の研磨方法。
36. 研磨後の研磨対象物をリンスまたは洗浄する時、または前記研磨面をドレッシングする時における前記研磨液供給口の移動速度を前記揺動領域毎に設定することを特徴とする請求項３３記載の研磨方法。
37. 前記揺動領域毎に前記研磨液供給ノズルから前記研磨面に供給する研磨液量を調節することを特徴とする請求項３３乃至３６のいずれかに記載の研磨方法。
38. 研磨テーブルの研磨面に研磨液供給口から研磨液を供給しながら研磨対象物を押圧し、少なくとも前記研磨面を回転させながら前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、
    前記研磨液供給口を、研磨レート分布が研磨対象物の中心部においてエッジ部より低くなる高速回転領域、或いは研磨液に供給量が低下する領域で移動させることを特徴とする研磨方法。
39. 研磨テーブルの研磨面に研磨供給口から研磨液を供給しながらトップリングで保持した研磨対象物に押圧し、前記研磨面と前記研磨対象物を相対運動させて前記研磨対象物を研磨する研磨方法において、
    前記研磨面に対して所定の傾斜角で傾斜している方向から該研磨面に向けて研磨液を供給することを特徴とする研磨方法。
40. 前記トップリングと研磨面との間に向けて所定の傾斜角で傾斜している方向から研磨液を前記研磨面に供給することを特徴とする請求項３９記載の研磨方法。

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