JP2014117776A - 研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハなどの基板の研磨中にアトマイザからの液体の滴下を防止することができる研磨方法を提供する。
【解決手段】本研磨方法は、研磨液を研磨面３ａに供給しながら基板Ｗを研磨面３ａに摺接させて該基板Ｗを研磨し、基板Ｗの研磨後に、洗浄液を少なくとも含む洗浄流体をアトマイザ３０から研磨面に向けて噴射して研磨面３ａを洗浄し、洗浄流体の噴射を停止した後に、アトマイザ３０にパージガスを供給してアトマイザ３０内に残留する洗浄液を排出する工程を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハなどの研磨対象物（基板）の表面を研磨する研磨方法に関し、特にアトマイザで研磨面を洗浄する工程を含む研磨方法に関するものである。

ウェハの表面を研磨する研磨装置は、一般に、研磨面を有する研磨パッドを支持する研磨テーブルと、ウェハを保持するトップリング（研磨ヘッド）とを備えている。そして、トップリングで保持したウェハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧しつつ、研磨テーブルとトップリングとを相対運動させることにより、ウェハを研磨面に摺接させて、ウェハの表面を平坦かつ鏡面に研磨するようにしている。化学的機械研磨（ＣＭＰ）にあっては、研磨時に、研磨面に研磨液（スラリー）が供給される。

このように、研磨液を供給しながらウェハの表面を研磨すると、研磨面上には研磨屑や研磨液に含まれる砥粒が堆積する。そこで、研磨面に向けてアトマイザから液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）などの洗浄流体を霧状に噴霧して研磨面を洗浄することが広く行われている。

特開２００７−１６８０３９号公報

アトマイザには、可動タイプと固定タイプの２つのタイプがある。可動タイプのアトマイザは、研磨面の上方の所定の洗浄位置で洗浄流体を研磨面に噴射し、洗浄流体の噴射が終わると研磨面の外側の退避位置に移動するように構成される。固定タイプのアトマイザは上記洗浄位置に固定されており、この洗浄位置で洗浄流体を研磨面に噴射し、洗浄流体の噴射が終わった後もその位置に留まる。このような固定タイプのアトマイザは、構造が簡単であり、また自身が移動しないのでスループットが向上するという利点がある。

しかしながら、固定タイプのアトマイザは常に研磨面の上方にあるため、ウェハの研磨中にアトマイザ内に残留する液体（通常は純水）が研磨面上に滴下することがある。このようにウェハの研磨中に液体が研磨面上に滴下すると、研磨液（通常はスラリー）が希釈されてしまい、ウェハの研磨に悪影響を及ぼしてしまう。また、可動タイプにおいても、意図しないタイミングでアトマイザから液体が滴下してしまう。

本発明は、上述した従来の問題点を解決するためになされたもので、ウェハなどの基板の研磨中にアトマイザからの液体の滴下を防止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。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨液を研磨面に供給しながら基板を前記研磨面に摺接させて該基板を研磨し、前記基板の研磨後に、洗浄液を少なくとも含む洗浄流体をアトマイザから前記研磨面に向けて噴射して前記研磨面を洗浄し、前記洗浄流体の噴射を停止した後に、前記アトマイザにパージガスを供給して前記アトマイザ内に残留する前記洗浄液を排出することを特徴とする研磨方法である。

本発明の好ましい態様は、前記パージガスは、前記洗浄流体と同じ経路を通って前記アトマイザに供給されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記パージガスの供給は、次の基板を研磨する前に行われることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記洗浄流体の噴射を停止した直後に、前記アトマイザにパージガスを供給して前記アトマイザ内に残留する前記洗浄液を排出することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記洗浄流体は、前記洗浄液と不活性ガスとの混合流体であり、前記不活性ガスは前記パージガスとしても使用されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記洗浄流体を前記研磨面に向けて噴射しながら、ドレッサで前記研磨面をドレッシングする工程をさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、アトマイザの内部に残留する洗浄液（例えば純水）をパージガスによって除去することができる。したがって、基板の研磨中に洗浄液が研磨面上に滴下することがなく、研磨液の希釈を防止することができる。

ウェハなどの基板を研磨する研磨装置を模式的に示す斜視図である。 アトマイザの側面図である。 アトマイザの底面図である。 ウェハ（基板）の研磨および研磨パッドの洗浄を含むウェハの処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、ウェハなどの基板を研磨する研磨装置を模式的に示す斜視図である。図１に示すように、研磨装置は、研磨具としての研磨パッド３を支持するための研磨テーブル５と、ウェハＷを保持しかつウェハＷを研磨テーブル５上の研磨パッド３に押圧するためのトップリング１５と、研磨パッド３に研磨液（例えばスラリー）を供給するための研磨液供給機構１０とを備えている。研磨パッド３は研磨テーブル５の上面に貼付されており、研磨パッド３の上面がウェハＷを研磨する研磨面３ａを構成している。研磨具としては、研磨パッド３に代えて固定砥粒または研磨布などを用いてもよい。

研磨テーブル５は、テーブル軸６を介してその下方に配置されるテーブルモータ８に連結されており、このテーブルモータ８により研磨テーブル５および研磨パッド３が矢印で示す方向に回転されるようになっている。トップリング１５は駆動軸１６の下端に連結されている。トップリング１５は、真空吸着によりその下面にウェハＷを保持できるように構成されている。駆動軸１６は、トップリングヘッド１８内に設置された図示しない上下動機構および回転機構に連結されている。トップリング１５は、駆動軸１６を介して上下動機構および回転機構により上下動し、回転するようになっている。

トップリングヘッド１８は、トップリング旋回軸１９に連結されており、このトップリング旋回軸１９を中心として旋回するようになっている。トップリングヘッド１８が旋回すると、トップリング１５は研磨パッド３の上方にある研磨位置と研磨パッド３の半径方向外側にある所定の搬送位置との間を移動するようになっている。

ウェハＷの研磨は次のようにして行われる。ウェハＷを保持したトップリング１５は搬送位置から研磨位置に移動される。トップリング１５および研磨テーブル５をそれぞれ矢印で示す方向に回転させ、研磨液供給機構１０から研磨パッド３上に研磨液（スラリー）を供給する。この状態で、トップリング１５はウェハＷを研磨パッド３の研磨面３ａに押し付け、ウェハＷと研磨面３ａとを摺接させる。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒の機械的作用と研磨液の化学的作用により研磨される。このような研磨装置はＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置と呼ばれている。

研磨装置は、研磨パッド３の研磨面３ａの目立て（ドレッシングまたはコンディショニング）を行うドレッサ２０をさらに備えている。ドレッサ２０の下面にはダイヤモンド粒子などの砥粒（図示せず）が固定されており、これらの砥粒によって研磨面３ａをドレッシングするドレッシング面が構成されている。ドレッサ２０は、ドレッサヘッド２２に支持されており、ドレッサヘッド２２内に設置された図示しない上下動機構および回転機構によりドレッサ２０が上下動し、回転するようになっている。

ドレッサヘッド２２は、ドレッサ旋回軸２３に連結されており、このドレッサ旋回軸２３を中心として旋回するようになっている。ドレッサヘッド２２が旋回すると、ドレッサ２０は研磨面３ａ上を研磨テーブル５の半径方向に揺動する。ドレッサ２０は、研磨パッド３の研磨面３ａ上を揺動しながら回転し、研磨パッド３を僅かに削り取ることにより研磨面３ａをドレッシングする。

研磨装置は、霧状の洗浄流体を研磨パッド３の研磨面３ａに噴射して研磨面３ａを洗浄するアトマイザ３０をさらに備えている。洗浄流体は、洗浄液（通常は純水）を少なくとも含む流体である。より具体的には、洗浄流体は、洗浄液と気体（例えば、窒素ガスなどの不活性ガス）との混合流体、または洗浄液のみから構成される。このような洗浄流体を研磨面３ａに噴射することにより、研磨パッド３の研磨面３ａ上に残留する研磨屑および研磨液に含まれる砥粒が除去される。

アトマイザ３０は、研磨パッド３（または研磨テーブル５）の半径方向に沿って延びており、支持軸３９によって支持されている。この支持軸３９は研磨テーブル５の外側に位置している。アトマイザ３０は支持軸３９によってその位置が固定されており、研磨パッド３の研磨面３ａの上方に位置している。アトマイザ３０には、洗浄流体をアトマイザ３０に供給するための流体配管４１が接続されている。この流体配管４１は、洗浄液配管４３および気体配管４５を通じて洗浄液供給源４８および気体供給源４９にそれぞれ連結されている。洗浄液配管４３および気体配管４５には流量調整弁５１，５２がそれぞれ配置されており、これらの流量調整弁５１，５２によって洗浄流体を構成する洗浄液と気体との混合比が調整される。

図２はアトマイザ３０の側面図であり、図３はアトマイザ３０の底面図である。アトマイザ３０は、複数の噴射ノズル３２を有するアトマイザヘッド３１と、アトマイザヘッド３１に固定されたアトマイザカバー３３とを備えている。噴射ノズル３２はアトマイザヘッド３１の底面に設けられている。これら噴射ノズル３２は研磨パッド３の研磨面３ａの上方に位置しており、研磨パッド３の半径方向に沿って配列されている。アトマイザヘッド３１は、上述した流体配管４１が接続される流体ポート３８を有している。この流体ポート３８は、アトマイザヘッド３１内に形成された図示しない流路を通じて噴射ノズル３２に連通している。流体配管４１から供給される洗浄流体は流体ポート３８からアトマイザ３０に導入され、アトマイザヘッド３１内を流れ、そしてそれぞれの噴射ノズル３２から放出される。

アトマイザカバー３３は、アトマイザヘッド３１の両側に固定された側板３４ａ，３４ｂと、これら側板３４ａ，３４ｂにそれぞれ固定された膨出部３５ａ，３５ｂとを有している。側板３４ａ，３４ｂは噴射ノズル３２の配列方向に沿って延びており、これら噴射ノズル３２を挟むように配置されている。さらに、側板３４ａ，３４ｂは下方に延びており、その下端は噴射ノズル３２よりも下方に位置している。膨出部３５ａ，３５ｂは、側板３４ａ，３４ｂから略水平に張り出した翼形状を有しており、その幅（側板３４ａ，３４ｂからの水平方向の寸法）はアトマイザヘッド３１内の洗浄流体の流れ方向に沿って徐々に小さくなっている。膨出部３５ａ，３５ｂの下端は噴射ノズル３２よりも下方に位置している。

側板３４ａ，３４ｂは、噴射ノズル３２から噴射された洗浄流体が広範囲に飛び散ることを防止するために設けられており、膨出部３５ａ，３５ｂは、研磨パッド３の研磨面３ａから跳ね返った洗浄流体を受け止めるために設けられている。側板３４ａ，３４ｂおよび膨出部３５ａ，３５ｂから基本的に構成されるアトマイザカバー３３はポリ塩化ビニル等の樹脂から形成されている。側板３４ａ，３４ｂと膨出部３５ａ，３５ｂは一体に成形されてもよい。

アトマイザ３０からの洗浄流体の供給および停止は、流量調整弁５１，５２の操作によって実行される。すなわち、流量調整弁５１，５２を開くと、霧状の洗浄流体がアトマイザ３０から研磨パッド３に供給され、研磨パッド３の研磨面３ａが洗浄される。流体調整弁５１，５２を閉じると、洗浄流体の研磨パッド３への供給が停止される。アトマイザ３０による研磨パッド３の洗浄は、ウェハの研磨が終了した後に実行される。

本実施形態に係るアトマイザ３０は、その位置が固定されている固定タイプである。このような固定タイプのアトマイザ３０は、ウェハの研磨中も研磨パッド３の上方に位置しているため、ウェハを研磨しているときに、アトマイザ３０や流体配管４１の内部に残留する洗浄液（通常は純水）が研磨パッド３上に滴下することがある。このような洗浄液は研磨液（スラリー）を希釈してしまい、ウェハの研磨に悪影響を及ぼしてしまう。

そこで、アトマイザ３０から洗浄流体を研磨パッド３に噴射した後、アトマイザ３０にパージガスを供給することで、アトマイザ３０や流体配管４１の内部に残留する洗浄液を排除する。このパージガスとしては、洗浄流体を構成する気体が使用されている。すなわちパージガスとしては、窒素ガスなどの不活性ガスが使用される。上述した気体供給源４９は、パージガス供給源としても機能する。気体供給源（パージガス供給源）４９に貯留されているパージガスは、流量調整弁５２を開くことによりアトマイザ３０に導入される。すなわち、パージガスは、気体配管４５を通り、さらに流体配管４１および流体ポート３８を通ってアトマイザ３０に流入し、アトマイザ３０内に形成されている流路を通過し、そして噴射ノズル３２から排出される。このように、パージガスは洗浄流体と同じ経路を通ってアトマイザ３０に供給され、洗浄流体と同じように噴射ノズル３２から噴射される。したがって、アトマイザ３０および流体配管４１内に残留している洗浄液はパージガスとともに噴射ノズル３２から排出される。

図４は、ウェハ（基板）の研磨および研磨パッド３の洗浄を含むウェハの処理の流れを説明するフローチャートである。まず、研磨されるウェハを保持したトップリング１５が研磨パッド３の上方の研磨位置に移動される。トップリング１５および研磨テーブル５が回転している状態で、研磨液が研磨パッド３の研磨面３ａ上に供給される。この状態でトップリング１５によりウェハを研磨テーブル５上の研磨パッド３に押し付ける。ウェハは、研磨液の化学的作用（エッチング作用）と研磨液に含まれる砥粒の機械的作用によって研磨される。

次に、研磨液の供給が停止され、ほぼ同時にアトマイザ３０から洗浄流体が研磨パッド３に噴射され、これにより研磨パッド３の研磨面３ａが洗浄される。洗浄流体の研磨パッド３への噴射が開始されるとき、ウェハは研磨パッド３に摺接されたままである。この状態で、研磨液供給機構１０に設けられた純水供給ノズル（図示せず）から純水が研磨パッド３上に供給され、研磨パッド３上のウェハは純水によって洗浄される。このように純水を研磨パッド３に供給しながらウェハを研磨パッド３に摺接する工程は、水ポリッシングと呼ばれる。この水ポリッシングでは、ウェハの研磨は実質的に進行しない。

次に、研磨されたウェハを保持しているトップリング１５を研磨パッド３の外側の搬送位置にまで移動させる。続いてドレッサ２０により研磨パッド３をドレッシングする。研磨パッド３のドレッシング中、アトマイザ３０から研磨パッド３への洗浄流体の供給は継続している。研磨パッド３のドレッシングが終了すると、研磨パッド３への洗浄流体の供給が停止される。その直後、アトマイザ３０からパージガスが噴射され、これによりアトマイザ３０および流体配管４１から残留洗浄液が除去される。

パージガスを長い時間噴射すれば、アトマイザ３０および流体配管４１内に残留する洗浄液を十分に除去することができる。しかしながら、パージガスが研磨パッド３を乾燥させてしまうおそれがある。そこで、研磨パッド３の乾燥を防ぐために、パージガスの噴射は、所定の時間だけ行われる。この所定の時間は、アトマイザ３０および／または流体配管４１の長さや形状などの要素に基づいて変更される。一例では、上記所定の時間は約２秒である。

パージガスの噴射が停止された後は、次のウェハがトップリング１５によって研磨パッド３上に搬送される。その後は、同じようにしてウェハの研磨、研磨パッド３の洗浄、研磨パッド３のドレッシング、パージガスの噴射が繰り返される。

他の実施形態として、流量調整弁５１とアトマイザ３０との間に、残留する洗浄液を排出するためのドレインライン（図示せず）を設けてもよい。さらに、残留する洗浄液の排出を促進するために、アトマイザ３０自体を、アトマイザ３０の流体配管４１取り付け根元側が低くなるように傾けて、アトマイザ３０内に残留する洗浄液が流体配管４１を通ってドレインラインから排出できるようにしてもよい。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

３ 研磨パッド
３ａ 研磨面
５ 研磨テーブル
６ テーブル軸
８ テーブルモータ
１０ 研磨液供給機構
１５ トップリング
１６ 駆動軸
１８ トップリングヘッド
１９ トップリング旋回軸
２０ ドレッサ
２２ ドレッサヘッド
２３ ドレッサ旋回軸
３０ アトマイザ
３１ アトマイザヘッド
３２ 噴射ノズル
３３ アトマイザカバー
３４ａ，３４ｂ 側板
３５ａ，３５ｂ 膨出部
３８ 流体ポート
３９ 支持軸
４１ 流体配管
４３ 洗浄液配管
４５ 気体配管
４８ 洗浄液供給源
４９ 気体供給源（パージガス供給源）
５１，５２ 流量調整弁

Claims (6)

1. 研磨液を研磨面に供給しながら基板を前記研磨面に摺接させて該基板を研磨し、
   前記基板の研磨後に、洗浄液を少なくとも含む洗浄流体をアトマイザから前記研磨面に向けて噴射して前記研磨面を洗浄し、
   前記洗浄流体の噴射を停止した後に、前記アトマイザにパージガスを供給して前記アトマイザ内に残留する前記洗浄液を排出することを特徴とする研磨方法。
2. 前記パージガスは、前記洗浄流体と同じ経路を通って前記アトマイザに供給されることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
3. 前記パージガスの供給は、次の基板を研磨する前に行われることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨方法。
4. 前記洗浄流体の噴射を停止した直後に、前記アトマイザにパージガスを供給して前記アトマイザ内に残留する前記洗浄液を排出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨方法。
5. 前記洗浄流体は、前記洗浄液と不活性ガスとの混合流体であり、
   前記不活性ガスは前記パージガスとしても使用されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨方法。
6. 前記洗浄流体を前記研磨面に向けて噴射しながら、ドレッサで前記研磨面をドレッシングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨方法。

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