JP2015044251A - ポリッシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨ステップ全体を考慮した研磨パッド表面の洗浄を行うことで、研磨パッド表面の清浄度を維持するポリッシング方法を提供する。
【解決手段】トップリングに保持したウェハを研磨するポリッシング方法であり、（A）ウェハが研磨パッドに接触する前に、研磨剤供給ノズルによって研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤前供給ステップＳ１と、（B）トップリングに保持されたウェハを研磨パッドに押圧し、研磨剤供給ノズルによって研磨剤を供給しながら、トップリングと研磨テーブルを相対運動させて、ウェハを研磨する研磨ステップＳ２と、（C）研磨後にウェハ及び研磨テーブルを相対運動させながら、アトマイザによりウェハを洗浄する基板洗浄ステップＳ３と、（D）ウェハが研磨パッド上に無い状態で、研磨テーブルを回転させながら、研磨パッドをアトマイザ等の洗浄手段により洗浄する研磨パッド洗浄ステップＳ４から構成される。
【選択図】図１０

Description

本発明は、半導体ウェハなどの基板の表面を研磨するポリッシング方法に関し、特に研磨後の研磨パッド洗浄による研磨パッド表面の清浄度の維持方法に関する。

半導体ウェハなどの基板の表面を研磨する装置として、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）が広く知られている。
このＣＭＰでは、回転する研磨テーブル上の研磨パッドに研磨剤を供給しながら、トップリングで保持された基板を研磨パッドに押し付けることで基板の表面を研磨する。ここで、本研磨パッドは基板の研磨において、常に研磨剤及び研磨後の研磨生成物に晒されることになるため、研磨枚数の増加と共にこれらの残渣が研磨パッド上に蓄積する。

また、研磨剤は通常ある一定の混合比にて研磨砥粒、研磨剤成分及び水にて構成されているが、例えば過剰な水で希釈される場合、研磨砥粒の凝集が生じることがあり、これらも研磨枚数の増加と共に研磨パッド表面上に蓄積されていく。この状態で研磨を継続するとこれら残渣によるウェハ表面への欠陥数が増加するため、いかに研磨後の研磨パッド上もしくは研磨パッド内に残留したこれら残渣を除去し、研磨パッドの清浄度を保つかが重要となる。

研磨パッドの洗浄については、例えば、特許第3761311号に記載のブラシによる研磨パッド洗浄、特許第4721523号に記載の研磨パッド洗浄システム、特開2003-127063号公報に記載のキャビテーションジェット、特開2007-67144号公報に記載のメガソニック洗浄、特許第5020317号に記載の研磨パッドクリーニング方法、特開2012-186323号公報に記載の研磨パッド洗浄液のように、研磨後の研磨パッドを洗浄する方法は従来より公知である。しかし、半導体ウェハのように、複数枚の基板の研磨が連続的に行われる場合、研磨パッド洗浄ステップは、研磨パッド洗浄ステップの前後の他のステップの影響を受けることから、これらの他のステップの影響をも考慮した研磨ステップを構築しない限り、単純にこれらの従来技術を単独に適用するだけでは、研磨パッド表面の清浄度を継続して維持することは困難である。

特許第3761311号 特許第4721523号 特開2003-127063号公報 特開2007-67144号公報 特許第5020317号 特開2012-186323号公報

本発明は上記現状を鑑み、研磨ステップ全体を考慮した研磨パッド表面の洗浄を行うことで、研磨パッド表面の清浄度を維持するポリッシング方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、基板である基板を保持するトップリングと、前
記基板を研磨する研磨パッドが装着された研磨テーブルと、前記研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、前記研磨パッドのコンディショニングを実施するコンディショナと、前記基板及び前記研磨パッドを洗浄する洗浄手段とを含む基板処理装置を用いて、前記トップリングに保持した前記基板を研磨するポリッシング方法において、（A）前記基板が前記研磨パッドに接触する前に、前記研磨剤供給手段によって前記研磨パッドに前記研磨剤を供給する研磨剤前供給ステップと、（B）前記トップリングに保持された前記基板を前記研磨パッドに押圧し、前記研磨剤供給手段によって前記研磨剤を供給しながら、前記トップリングと前記研磨テーブルを相対運動させて、前記基板を研磨する研磨ステップと、（C）研磨後に前記基板及び前記研磨テーブルを相対運動させながら、 前記洗浄手段により前記基板を洗浄する基板洗浄ステップと、（D）前記基板が前記研磨パッド上に無い状態で、前記研磨テーブルを回転させながら前記研磨パッドを前記洗浄手段により洗浄する研磨パッド洗浄ステップとを含む、こととしたものである。

本発明によれば、ステップ（A）からステップ（D）のステップが繰り返し行われる。そのため、ステップ（D）「基板が研磨パッド上に無い状態で、研磨テーブルを回転させながら研磨パッドを洗浄手段により洗浄する（研磨パッド洗浄ステップ）」の後に、ステップ（A）「基板が研磨パッドに接触する前に研磨剤を供給する（研磨剤前供給ステップ）」が行われる。すなわち、ウェハを一枚研磨するごとに、必ず、本発明の「研磨パッド洗浄ステップ」を連続的に行う。

本発明により、研磨パッド表面の高効率な洗浄が可能であり、高効率な研磨が可能な研磨パッド表面状態を維持することも可能となり、従って研磨パッド表面に蓄積した研磨剤や研磨生成物の残渣によるウェハ表面への欠陥数を増加させることなく、研磨を行うことが可能となる。

また、基板洗浄ステップでは、洗浄手段から洗浄液を第一の圧力、又は第一の流量の条件にて供給して、基板を洗浄し、研磨パッド洗浄ステップでは、洗浄手段から洗浄液を第二の圧力、又は第二の流量の条件にて供給して、基板を洗浄することとしてもよい。これによれば、基板洗浄ステップと研磨パッド洗浄ステップとで使用する洗浄液流量を可変にすることで、研磨剤の飛散防止と研磨パッド洗浄の両者の効果を同時に上げることができる。

さらに、第二の圧力を第一の圧力よりも大きく、及び／又は第二の流量を第一の流量よりも多くすることが可能である。これは、例えば基板洗浄ステップでは研磨剤の飛散の防止を考慮して、より少ない洗浄液の供給圧力もしくは流量にて基板の洗浄に注力し、研磨パッド洗浄ステップでは、基板洗浄ステップよりも供給圧力の高いもしくは大流量の洗浄液にて研磨パッド洗浄を行うことにより、適切な流量で各ステップを実施できる。

なお、基板洗浄ステップ、又は研磨パッド洗浄ステップにおいて、洗浄手段と研磨テーブルとの相対的な速度は0.6m/sec以上、2.5m/sec以下であることが好ましい。相対的な速度を本範囲に設定することで、洗浄液を研磨パッド全面に、洗浄作用力が高い状態で供給することが可能であり、研磨パッド表面の研磨剤残渣や研磨生成物が効率よく除去される。

ところで、研磨パッド洗浄ステップの一部の時間、もしくは基板洗浄ステップと研磨パッド洗浄ステップの間に、コンディショナにより研磨パッドのコンディショニングを実施してもよい。これにより、研磨パッドの表面の目立てを行い、研磨レートを維持することができる。

また、研磨パッド洗浄ステップにおいて、トップリング、コンディショナ及び研磨剤供
給手段の洗浄も実施することが可能である。研磨パッド洗浄中に、これら機器の洗浄を同時に実施することで、仮に洗浄手段によるこれらの機器の洗浄により洗浄液残渣が飛散しても、本残渣が研磨パッド上に残留することが無い。

さらに、研磨剤前供給ステップにおいて、洗浄手段と研磨テーブルとの相対的な速度は1.5m/sec以上、4m/sec以下であることが好ましい。相対的な速度を本範囲に設定することで、研磨剤供給前に実施した前の基板研磨後の研磨パッド洗浄ステップ後に残留した洗浄液と研磨剤との置換が促進され、本残留洗浄液の影響を排除し、かつ一定量の研磨剤を研磨パッド上に保持した状態で、次の基板の研磨を実施することが可能である。

なお、研磨剤前供給ステップの前に、研磨剤を供給しないで研磨テーブルのみを回転させて、研磨パッド上に存在する洗浄液及び洗浄後の廃液を除去するステップを更に有することとしてもよい。本ステップの導入により、請求項６に記載した研磨剤と洗浄液との置換を更に促進させることができる。

本発明では、基板洗浄ステップで用いられる洗浄手段と、研磨パッド洗浄ステップで用いられる洗浄手段は、異なるものとすることができる。例えば、基板洗浄ステップでは、洗浄手段として研磨剤供給手段を用いることができる。この場合、研磨剤供給手段は、研磨剤ではなく、例えば純水や薬液を洗浄液として供給する。そして、研磨パッド洗浄ステップでは、洗浄手段としてアトマイザを用いることができる。この場合、アトマイザは、例えば純水を洗浄液として供給する。

このように、本発明では、研磨剤供給手段を洗浄手段として用いることも可能であり、この場合、研磨パッド洗浄ステップにおいても、洗浄手段として研磨剤供給手段を用いてもよい。

本発明により、研磨パッド表面の高効率な洗浄が可能であり、高効率な研磨が可能な研磨パッド表面状態を維持することも可能となり、従って研磨パッド表面に蓄積した研磨剤や研磨生成物の残渣によるウェハ表面への欠陥数を増加させることなく、研磨を行うことが可能となる。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の全体構成を示す平面図である。 第１研磨ユニットを模式的に示す斜視図である。 コンディショナを示す斜視図である。 コンディショナが研磨パッドの研磨面をコンディショニングしているときの移動軌跡を示す平面図である。 図５（ａ）はアトマイザを示す斜視図であり、図５（ｂ）はアームの下部を示す模式図である。 図６（ａ）は研磨剤供給ノズルを示す斜視図であり、図６（ｂ）は研磨剤供給ノズルの先端を下から見た拡大模式図である。 図７は超音波洗浄機４２を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 図８（ａ）はキャビテーションジェット洗浄機４３０の斜視図、図８（ｂ）は、洗浄液にキャビテーションを発生させる洗浄液ノズル（キャビテーション洗浄液ノズル）４３９の構成例を示す図である。 図９（ａ）は２流体ジェット洗浄機４４の斜視図、図９（ｂ）は２流体ノズルの詳細断面図である。 研磨洗浄ステップのフロー図である。 アトマイザ流量と欠陥数の関係を表すデータを示す図である。 研磨テーブル回転数と、純水（ＤＩＷ）の軌跡の関係を示す概念図である。 研磨テーブル回転数と液膜厚の関係を示す概念図である。 研磨テーブル回転数と欠陥数の関係を表すデータを示す図である。 図１５（ａ）は、研磨剤供給手段用洗浄ノズル６１０を示し、図１５（ｂ）は、アトマイザ用洗浄ノズル６１２を示す図である。 トップリング、及びコンディショナに設けられたトップリング用洗浄ノズル、及びコンディショナ用洗浄ノズルを示す。 研磨テーブル回転数と欠陥数の関係を表すデータを示す。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

図１は本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、この基板処理装置は、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部（図示せず）とに区画されている。これらのロード／アンロード部２、研磨部３、および洗浄部は、それぞれ独立に組み立てられ、独立に排気される。研磨部３では、基板の研磨が行われる。洗浄部は、研磨された基板を洗浄し乾燥する。また、基板処理装置は、基板処理動作を制御する制御部５を有している。

ロード／アンロード部２は、多数のウェハＷ（基板）をストックするウェハカセットが載置される２つ以上（本実施形態では４つ）のフロントロード部２０を備えている。これらのフロントロード部２０はハウジング１に隣接して配置され、基板処理装置の幅方向（長手方向と垂直な方向）に沿って配列されている。

また、ロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上にウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な２台の搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウェハカセットにアクセスできるようになっている。各搬送ロボット２２は上下に２つのハンドを備えており、上側のハンドを処理されたウェハＷをウェハカセットに戻すときに使用し、下側のハンドを処理前のウェハＷをウェハカセットから取り出すときに使用して、上下のハンドを使い分けることができるようになっている。さらに、搬送ロボット２２の下側のハンドは、その軸心周りに回転することで、ウェハＷを反転させることができるように構成されている。

研磨部３は、ウェハＷの研磨（平坦化）及び洗浄が行われる領域であり、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄを備えている。これらの第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、図１に示すように、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。

図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ａと、ウェハＷを保持しかつウェハＷを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨するためのトップリング３１Ａと、研磨パッド１０に研磨剤やコンディショニング液（例えば、純水）を供給するための研磨剤供給ノズル３２Ａ（研磨剤供給手段）と、研磨パッド１０の研磨面のコンディショニングを行うための
コンディショナ３３Ａと、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）を霧状にして研磨面に噴射するアトマイザ３４Ａ（洗浄手段）とを備えている。

第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、互いに同一の構成を有しているので、以下、第１研磨ユニット３１Ａについて説明する。

図２は、第１研磨ユニット３Ａを模式的に示す斜視図である。トップリング３１Ａは、トップリングシャフト３６に支持されている。研磨テーブル３０Ａの上面には研磨パッド１０が貼付されており、この研磨パッド１０の上面はウェハＷを研磨する研磨面を構成する。なお、研磨パッド１０に代えて固定砥粒を用いることもできる。トップリング３１Ａおよび研磨テーブル３０Ａは、矢印で示すように、その軸心周りに回転するように構成されている。ウェハＷは、トップリング３１Ａの下面に真空吸着により保持される。研磨時には、研磨剤供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０の研磨面に研磨剤が供給され、研磨対象であるウェハＷがトップリング３１Ａにより研磨面に押圧されて研磨される。

トップリングの内側に形成された空間内には、圧力室が設けられている。圧力室には流体路を介して加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。トップリング全体を昇降させることにより、所定の押圧力で研磨パッド１０にトップリング全体を押圧できるようになっている。

ウェハＷは、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄのいずれかで研磨されてもよく、またはこれらの研磨ユニット３Ａ〜３Ｄから予め選択された複数の研磨ユニットで連続的に研磨されてもよい。例えば、ウェハＷを第１研磨ユニット３Ａ→第２研磨ユニット３Ｂの順で研磨してもよく、またはウェハＷを第３研磨ユニット３Ｃ→第４研磨ユニット３Ｄの順で研磨してもよい。さらに、ウェハＷを第１研磨ユニット３Ａ→第２研磨ユニット３Ｂ→第３研磨ユニット３Ｃ→第４研磨ユニット３Ｄの順で研磨してもよい。いずれの場合でも、研磨ユニット３Ａ〜３Ｄのすべての研磨時間を平準化することで、スループットを向上させることができる。

図３は、本発明の一実施例として用いうるコンディショナ３３Ａを示す斜視図である。図３に示すように、コンディショナ３３Ａは、コンディショナアーム８５と、コンディショナアーム８５の先端に回転自在に取り付けられたコンディショニング部材８６と、コンディショナアーム８５の他端に連結される揺動軸８８と、揺動軸８８を中心にコンディショナアーム８５を揺動（スイング）させる駆動機構としてのモータ８９とを備えている。コンディショニング部材８６は円形のコンディショニング面を有しており、コンディショニング面には硬質な粒子が固定されている。この硬質な粒子としては、ダイヤモンド粒子やセラミック粒子などが挙げられる。コンディショナアーム８５内には、図示しないモータが内蔵されており、このモータによってコンディショニング部材８６が回転するようになっている。揺動軸８８は図示しない昇降機構に連結されており、この昇降機構によりコンディショナアーム８５が下降することでコンディショニング部材８６が研磨パッド１０の研磨面を押圧するようになっている。

図４は、コンディショナ３３Ａが研磨パッド１０の研磨面をコンディショニングしているときの移動軌跡を示す平面図である。図４に示すように、コンディショナアーム８５は研磨パッド１０の半径よりも長く、揺動軸８８は、研磨パッド１０の径方向外側に位置している。研磨パッド１０の研磨面をコンディショニングするときは、研磨パッド１０を回転させるとともに、モータによりコンディショニング部材８６を回転させ、次いで昇降機構によりコンディショナアーム８５を下降させ、コンディショニング部材８６を回転する
研磨パッド１０の研磨面に摺接させる。その状態で、モータ８９によりコンディショナアーム８５を揺動（スイング）させる。研磨パッド１０のコンディショニング中は、研磨剤供給ノズル３２Ａからコンディショニング液としての純水が研磨パッド１０の研磨面に供給される。コンディショナアーム８５の揺動により、その先端に位置するコンディショニング部材８６は、図４に示すように、研磨パッド１０の研磨面の端から端まで研磨面の中心部を経由して横切るように移動することができる。この揺動動作により、コンディショニング部材８６は研磨パッド１０の研磨面をその中心を含む全体に亘ってコンディショニングすることができ、研磨面へのコンディショニング効果を飛躍的に高めることができる。したがって、研磨面全体を均一にコンディショニングすることができ、平坦な研磨面を得ることができる。

図５（ａ）はアトマイザ３４Ａを示す斜視図である。アトマイザ３４Ａは、下部に１または複数の噴射孔を有するアーム９０と、このアーム９０に連結された流体流路９１と、アーム９０を支持する揺動軸９４とを備えている。図５（ｂ）はアーム９０の下部を示す模式図である。図５（ｂ）に示す例では、アーム９０の下部には複数の噴射孔９０ａが等間隔に形成されている。流体流路９１としては、チューブ、またはパイプ、またはこれらの組み合わせから構成することができる。用いられる流体の例としては、液体（例えば純水）、または液体と気体の混合流体（例えば、純水と窒素ガスの混合流体）などが挙げられる。

アーム９０は、図５（ａ）に示すように、揺動軸９４を中心として洗浄位置と退避位置との間で旋回可能となっている。アーム９０の可動角度は約９０°である。通常、アーム９０は洗浄位置にあり、図１に示すように、研磨パッド１０の研磨面の径方向に沿って配置されている。回転機構を揺動軸９４に連結し、この回転機構によりアーム９０を旋回させる。

このアトマイザ３４Ａを設ける目的は、研磨パッド１０の研磨面に残留する研磨屑や砥粒などを高圧の流体により洗い流すことである。アトマイザ３４Ａの流体圧による研磨面の浄化と、機械的接触であるコンディショナ３３Ａによる研磨面の目立て作業により、より好ましいコンディショニング、すなわち研磨面の再生を達成することができる。通常は接触型のコンディショナ（ダイヤモンドコンディショナ等）によるコンディショニングと同時に、アトマイザによる研磨面の再生を行う場合が多い。

図６（ａ）は研磨剤供給ノズル３２Ａを示す斜視図であり、図６（ｂ）は研磨剤供給ノズル３２Ａの先端を下から見た拡大模式図である。図６に示すように、研磨剤供給ノズル３２Ａは、純水や研磨剤を研磨パッド１０の研磨面に供給するための複数のチューブ１００と、これら複数のチューブ１００を覆うパイプアーム１０１と、パイプアーム１０１を支持する揺動軸１０２とを備えている。複数のチューブ１００は、通常、純水を供給するための純水供給チューブと、異なる種類の研磨剤を供給する複数の研磨剤供給チューブとから構成される。複数のチューブ１００として、例えば、研磨剤が通液している２つ以上４つ以下（例えば３本）の研磨剤供給チューブと、純水が通水している１つまたは２つの純水供給チューブから構成することができる。

複数のチューブ１００は、パイプアーム１０１の内部を通ってパイプアーム１０１の先端まで延びており、パイプアーム１０１はチューブ１００のほぼ全体を覆っている。パイプアーム１０１の先端には補強材１０３が固定されている。チューブ１００の先端は研磨パッド１０の上方に位置しており、チューブ１００から研磨剤が研磨パッド１０の研磨面上に供給されるようになっている。図６（ａ）に示す矢印は、研磨面に供給される研磨剤を表している。揺動軸１０２は図示しない回転機構（モータなど）に連結されており、揺動軸１０２を回転させることにより、研磨面上の所望の位置に研磨剤を供給することが可
能となっている。

各研磨ユニットで使用される純水の用途としては、トップリングの洗浄（例えば、トップリングの外周側面の洗浄、基板保持面の洗浄、リテーナリングの洗浄）、ウェハＷの搬送ハンドの洗浄（例えば、後述する第１および第２のリニアトランスポータの搬送ハンドの洗浄）、研磨されたウェハＷの洗浄、研磨パッドのコンディショニング、コンディショナの洗浄（例えば、コンディショニング部材の洗浄）、コンディショナアームの洗浄、研磨剤供給ノズルの洗浄、およびアトマイザによる研磨パッドの洗浄が挙げられる。

次に、ウェハＷを搬送するための搬送機構について説明する。図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。この第１リニアトランスポータ６は、研磨ユニット３Ａ，３Ｂが配列する方向に沿った４つの搬送位置（ロード／アンロード部側から順番に第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４とする）の間でウェハＷを搬送する機構である。

また、第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。この第２リニアトランスポータ７は、研磨ユニット３Ｃ，３Ｄが配列する方向に沿った３つの搬送位置（ロード／アンロード部側から順番に第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７とする）の間でウェハＷを搬送する機構である
第１搬送位置ＴＰ１には、搬送ロボット２２からウェハＷを受け取るためのリフタ１１が配置されている。ウェハＷはこのリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。また、第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。このスイングトランスポータ１２は、第４搬送位置ＴＰ４と第５搬送位置ＴＰ５との間を移動可能なハンドを有しており、第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７へのウェハＷの受け渡しは、スイングトランスポータ１２によって行われる。

図１に示す制御部５は、基板処理装置を構成する種々の部材の動作やウェハＷに供給する水や気体の発停及び選択を行う。ロード／アンロード部２、研磨部３の各部における動作はもちろん、これらの間のウェハＷの受渡しを制御する。制御部５は、これらの各制御をあらかじめインストールされたプログラムに基づいて行っている。

既述のように、研磨パッド洗浄の洗浄手段としては、研磨パッドに高圧かつ大流量で洗浄液を供給するアトマイザがある。これは洗浄液を高圧かつ大流量で供給することで、研磨パッド表面に物理的な打撃を与えることで、研磨パッド表面上に蓄積する研磨剤や研磨生成物を除去するものである。多くの研磨パッド表面には研磨剤を蓄積するための数十umオーダの小さな気孔が開口しており、本気孔内に残留する研磨剤や研磨生成物を除去するのに高圧かつ大流量は適している。

本洗浄手段からの洗浄液流量を増加させる場合、アトマイザの流量調整バルブの開度調整にて増加させるもしくは本洗浄手段へ供給する洗浄液の供給圧力を増加させる方式がある。いずれにしても、洗浄手段から供給される洗浄液の研磨パッドへの物理的な打撃が向上する方向であり、これによって研磨パッドの高効率な洗浄が可能である。

また、その他の研磨パッド表面の物理的な洗浄手段としては、(i)研磨パッド表面に超音波を照射する方式や、(ii)キャビテーションジェットを用いる方式、(iii)少量の洗浄液を混合したガスを研磨パッド表面に照射する方式、がある。
(i)については、洗浄液供給部に超音波振動子等からなる超音波発生部を搭載した洗浄手
段を用いる。洗浄液を供給する際に同時に超音波発生部において超音波を発生させ、洗浄液を介して本超音波を研磨パッド表面に照射する。

超音波であるため、微小な気孔内へも到達が可能であり、これにより、研磨パッドの気孔中に残留した研磨剤及び研磨生成物が遊離し、洗浄液流れにより研磨パッド外に排出される。

ここで図７を参照して超音波洗浄機４２の詳細な構成について説明する。図７は超音波洗浄機４２を説明する図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。超音波洗浄機４２は、液体を介して研磨パッド１０の表面に超音波を伝える超音波照射器４２２を有している。

超音波照射器４２２は、研磨パッド１０の表面に対向するほぼ矩形に形成された第１の面としての照射面４２２Ａと、照射面４２２Ａと鋭角を形成するように一辺で接し超音波振動を発生する振動子４２６が取り付けられた第２の面としての加振面４２２Ｂと、加振面４２２Ｂとほぼ直角を形成するように一辺で接し照射面４２２Ａとも鋭角を形成するように接する第３の面としての上面４２２Ｃとを有し、ほぼ三角柱状に形成されている。本実施の形態では、照射面４２２Ａと上面４２２Ｃとが接する辺が円弧状に形成されており、この意味において照射面４２２Ａや上面４２２Ｃは正確な矩形ではないがほぼ矩形であり、超音波照射器４２２は正確な三角柱ではないがほぼ三角柱である。超音波照射器４２２をほぼ三角柱状に形成することで、超音波照射器４２２における振動子４２６から発振した振動波と反射波との重なり合いや打ち消し合いがほとんど生ずることなく、超音波振動を与えることができる。

超音波照射器４２２の照射面４２２Ａは、研磨パッド１０の半径を覆うことができる大きさの面に形成されている。照射面４２２Ａが、研磨パッド１０の半径を覆う長さに形成されているので超音波照射器４２２を動かすことなく研磨パッド１０を回転させるだけで研磨パッド１０の全面を洗浄することができ、かつ、面で形成されているので単位面積あたりのエネルギーを下げることが可能となると共に研磨パッド１０の表面と照射面４２２Ａとの間に薬液を保持しやすくなって研磨パッド１０へのダメージ抑制と洗浄能力向上とを両立させることができる。また、超音波照射器４２２のほぼ三角柱状の両端面はほぼ三角形となっており、この両端面の三角形のほぼ重心を貫くように円柱状の空洞４２２ｈが形成されている。空洞４２２ｈは、この界面で反射波を拡散させ照射面４２２Ａから均一な振動エネルギーを発生させる。また、空洞４２２ｈにはブラケット４２３の一部が挿通されている。このように、超音波照射器４２２にはほぼ三角柱両端面の三角形のほぼ重心にブラケット４２３が取り付けられている。

超音波照射器４２２を両端で支持したブラケット４２３は、両端からほぼ鉛直上方に伸び、その後加振面４２２Ｂ側へ折れ曲がってほぼ水平に伸びて取付軸４２４に取り付けられている。取付軸４２４の下方には鉛直に移動可能なエアシリンダ４２５が配設されており、エアシリンダ４２５の移動により取付軸４２４及びブラケット４２３を介して超音波照射器４２２が鉛直方向に移動することができるように構成されている。これにより、超音波照射器４２２を研磨パッド１０に接近させ又は離隔させることができる。加振面４２２Ｂに取り付けられた振動子４２６は、典型的には圧電振動子であり、発振器４２７と電気的に接続されている。発振器４２７は自励発振方式が採用されており、出力を５〜１００％の範囲で調整することができるように構成されている。振動子４２６は、超音波照射器４２２に超音波エネルギーを伝達し、好適には約０．５Ｍ〜５．０ＭＨｚのメガソニックエネルギーを伝達するように構成されている。

次に、図７を参照して、超音波洗浄機４２の作用を説明する。最初に所定の回転速度で
研磨パッド１０を回転させる。そして、研磨パッド１０の表面に液体供給ノズル３２Ａから薬液を供給する。その後、超音波照射器４２２を、照射面４２２Ａと研磨パッド１０の表面が約０．５〜４．０ｍｍとなるように、かつ、照射面４２２Ａが研磨パッド１０の半径を覆うように、研磨パッド１０の上方に移動する。

超音波照射器４２２を上記の位置にセットしたら、振動子４２６から所定の出力の超音波（メガソニックエネルギー）を発振し、照射面４２２Ａから薬液を介して研磨パッド１０の表面に超音波を伝播し、研磨パッド１０の表面を超音波洗浄する。この超音波洗浄は固体非接触洗浄である。このとき、研磨パッド１０の回転速度は、超音波照射器４２２と研磨パッド１０の表面との間に液膜を保持することができる速度とする。また、超音波照射器４２２がほぼ三角柱を形成している場合は、振動子４２６から発振した振動波と反射波との重なり合いや打ち消し合いがほとんど生ずることなく研磨パッド１０に超音波振動を与えることができる。また、超音波洗浄では、超音波照射器４２２をセットした後すぐに洗浄を開始することができ、イニシャライズ時間が不要となる。このように、所定の出力の超音波で研磨パッド１０の表面を洗浄すると、研磨パッド１０表面に形成された所定の幅以上の凹部内にある塵を除去することができる。特に、照射面４２２Ａを有する超音波照射器４２２で研磨パッド１０の表面を超音波洗浄すると、照射面４２２Ａと研磨パッド１０の表面との間に薬液の液膜を保持することができ、上述の凹部内にある塵を効果的に除去することができる。

次に、(ii)については、液体中にキャビテーション現象を発生させ、発生した微小気泡が消滅する際に発生する圧力波を利用する。本圧力波が微小な気孔内へも到達が可能であるため、研磨パッドの気孔中に残留した研磨剤及び研磨生成物が遊離し、洗浄液流れにより研磨パッド外に排出される。本キャビテーションの発生方法としては、例えば2種類の液体を互いが接するような状態で、両液体を線速度差を持たせて供給することで、両液体の界面にてキャビテーションを発生させる方式がある。

次に図８を参照して、キャビテーションジェット洗浄機４３０の構成について説明する。図８（ａ）はキャビテーションジェット洗浄機４３０の斜視図、図８（ｂ）は、洗浄液にキャビテーションを発生させる洗浄液ノズル（キャビテーション洗浄液ノズル）４３９の構成例を示す図である。キャビテーションジェット洗浄機４３０は、研磨パッド１０の表面に洗浄液を供給する洗浄液ノズル４３９を具備する。

上記洗浄液ノズル４３９は後に詳述する洗浄液にキャビテーションを発生させて噴出するキャビテーションノズルを用いる。該洗浄液ノズル４３９は洗浄アーム４３２に取付けられ、揺動軸４３４により矢印Ａに示す方向に揺動しながら、洗浄液を研磨パッド１０の表面に供給する。

洗浄液ノズル４３９は低圧ノズル４３９−５と高圧ノズル４３９−８を具備する。低圧ノズル４３９−５の洗浄液注入口４３９−６から１〜２ｋｇ／ｃｍ²の低圧の洗浄液（例えば、超純水）を注入すると同時に高圧ノズル４３９−８の洗浄液注入口４３９−９から３０〜１５０ｋｇ／ｃｍ²の高圧の洗浄液（例えば、超純水）を注入すると、低圧ノズル４３９−５の洗浄液噴射口４３９−７から噴射される低速噴射洗浄液流中を高圧ノズル４３９−８の洗浄液噴射口４３９−１０から噴射される高速噴射洗浄液流が通過することになり、両噴射洗浄液流の境界面でキャビテーションが発生する。そしてキャビテーションが破壊する位置に研磨パッド１０の表面を位置させることにより、パーティクルにキャビテーションの破壊エネルギーが与えられ、該パーティクルは被洗浄基板の表面から剥離される。

また、(iii)については、例えば少量の洗浄液をキャリアガスに混合し、本キャリアガ
スを研磨パッド表面に高速で供給する。これにより、本洗浄液を微小な粒として研磨パッドに衝突させることが可能であり、洗浄液の物理的な打撃により研磨パッドを洗浄することができる。通常キャリアガスには例えば窒素ガス(N₂)やドライエアを用いてもよい。また、キャリアガスと洗浄液との混合比により、洗浄液の粒の大きさを変えることが可能であり、混合比を調整することで、研磨パッド表面への打力を変化させることが可能である。

次に図９を参照して、２流体ジェット洗浄機４４の構成について説明する。図９（ａ）は２流体ジェット洗浄機４４の斜視図、図９（ｂ）は２流体ノズルの詳細断面図である。２流体ジェット洗浄機４４は、気体と液体とを導入してミストＭを噴射する２流体ノズル４４２を有している。

２流体ノズル４４２は、気体Ｇを導入する気体導入流路４４２ａと液体Ｌを導入する液体導入流路４４２ｂとが形成されると共に、両流路４４２ａ、４４２ｂが内部で１本になってミスト噴出流路４４２ｃが形成されている。気体導入流路４４２ａと液体導入流路４４２ｂとが接続する角度や位置は図示の例に限らず、両流路４４２ａ、４４２ｂを直角以外の角度でもって接続してもよく、気体導入流路４４２ａの内部に液体導入流路４４２ｂが存在する二重管のように形成してもよい。気体Ｇには、窒素やその他の不活性ガスが用いられる。液体Ｌには、典型的には炭酸ガス溶解水等の研磨パッド１０の帯電を防止することができる物質を用いるが、各種の洗浄プロセス向調合液等の研磨パッド１０の洗浄に使用可能な薬液を用いてもよい。

２流体ノズル４４２は、気体導入流路４４２ａに所定の流量の気体Ｇを、液体導入流路４４２ｂに所定の流量の液体Ｌを同時に流すことでミスト噴出流路４４２ｃを流れるミストＭをミスト噴射口４４２ｈから高速で噴射できるように構成されている。２流体ノズル４４２は、ミスト噴射口４４２ｈが研磨パッド１０に対向するように、研磨パッド１０の表面と平行に揺動可能な揺動アーム４４３に取り付けられている。揺動アーム４４３は、研磨パッド１０の表面に対して垂直の方向に移動可能な昇降軸４４４に取り付けられている。この洗浄時に、アトマイザは、純水や薬液等を研磨パッド１０の表面に供給することができる。

次に、２流体ジェット洗浄機４４の作用を説明する。研磨パッド１０を回転させて、まず研磨パッド１０の両面にアトマイザから薬液を供給し、薬液洗浄を行う。次に、２流体ノズル４４２を研磨パッド１０中心の上方に移動する。このとき２流体ノズル４４２の先端（ミスト噴射口４４２ｈ部分）が研磨パッド１０の表面ＷＡから約２〜１０ｍｍの間隔となるように、２流体ノズル４４２を配置する。

２流体ノズル４４２を研磨パッド１０上方の所定の位置に配置したら、気体導入流路４４２ａに気体Ｇを、液体導入流路４４２ｂに液体Ｌを、それぞれ導入する。気体Ｇと液体Ｌを同時に流すことで、研磨パッド１０の表面からパーティクルを除去できるミストＭをミスト噴射口４４２ｈから噴射することができる。ミストＭの噴射を開始したら、２流体ノズル４４２が所定の速度で研磨パッド１０の中心から研磨パッド１０外周端まで移動し、再び研磨パッド１０の中心に戻ってくる。２流体ジェット洗浄機４４では、ミストＭの噴出力によりパーティクルを跳ばして洗浄する。また、２流体ノズル４４２が移動する所定の速度は、研磨パッド１０の回転速度に応じて決定するとよい。この２流体ノズル４４２の移動により、研磨パッド１０の表面ＷＡ全体からパーティクルを除去する。

２流体ジェット洗浄では、２流体ノズル４４２をセットした後すぐに洗浄を開始することができ、イニシャライズ時間が不要となる。このように、高速のミストＭで研磨パッド１０の表面ＷＡを洗浄すると、研磨パッド１０表面に形成された凹部内にある塵を除去す
ることができる。

なお、上記の(i)、(ii)、(iii)、いずれの場合においても、供給する洗浄液もしくはキャリアガスの圧力、流量もしくはそれら両方を研磨パッド洗浄ステップにおいて、基板洗浄ステップよりも増加させることで、より効果的に研磨パッド洗浄が可能になる。

なお、通常、研磨パッドはウェハＷよりも大きい場合が多く、また発生した超音波やキャビテーションの微小気泡は供給部からの距離に応じて減衰・減少するため、研磨パッド全面に一度に到達させることが困難な場合がある。
従って、研磨パッド全面にこれらの作用を施す場合には、少なくとも研磨テーブルの半径方向にこれらの作用を有する洗浄手段を複数配置し、研磨テーブルを回転させながらこれら複数の洗浄手段より洗浄液を用いて洗浄するか（ケース１）、洗浄手段を研磨パッド全面もしくは半径方向に移動可能なアームに搭載し、研磨パッドの洗浄の際に、研磨テーブルを回転させながら、本アームを研磨テーブルに対して相対運動させる方法（ケース２）がある。ケース１は研磨パッド表面を半径方向に同時に洗浄を行うことが可能であり、洗浄時間の短縮になる。また、ケース２はケース１のように研磨パッド全面をカバーする必要が無いため、使用する洗浄液が前者よりも少なく研磨パッド全面の洗浄が可能である。なお、本アームの相対運動については、研磨テーブル半径方向の運動が望ましく、その方式としては直線運動、円弧運動、往復動があり、またこれらを組合わせても良い。

また、これらの洗浄手段を同一種類もしくは多種類で複数搭載する場合は、その少なくとも１つの洗浄手段について、洗浄液もしくはキャリアガスの圧力、流量もしくはそれら両方を研磨パッド洗浄ステップにおいて、基板洗浄ステップよりも増加させることで、より効果的に研磨パッド洗浄が可能になる。

次に、上記のように構成された基板処理装置の動作、すなわち、本発明によるポリッシング方法を説明する。
以下の動作は、制御部５によって制御される。ウェハカセット２０に設置されたウェハＷを搬送ロボット２２によって取り出す。ウェハＷは、このリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。

ウェハＷは、第１リニアトランスポータ６によって研磨ユニット３Ａ，３Ｂに搬送される。上述したように、第１研磨ユニット３Ａのトップリング３１Ａは、トップリングヘッド６０のスイング動作により研磨位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、第２搬送位置ＴＰ２で、トップリング３１ＡへウェハＷが受け渡される。

トップリング３１Ａを第２搬送位置ＴＰ２に移動した後、図１０の研磨剤前供給ステップＳ１、すなわち、ウェハＷが研磨パッド１０に接触する前に研磨剤を供給するステップを行う。このステップは、後述する研磨パッド洗浄ステップ後に、研磨パッド１０上に残留した洗浄残渣及び洗浄液自身を研磨剤に置換することを目的とする。具体的には、ウェハＷの研磨前に（すなわち、ウェハＷが研磨パッド上に無い状態で）研磨テーブル３０Ａを回転させながら、研磨剤供給ノズル３２Ａによって研磨剤を供給する。

所定時間研磨剤を供給し、研磨パッド上に残留した残渣及び洗浄液の、研磨剤への置換が完了した後、ウェハＷをトップリング３１Ａに接触させる。
ウェハＷがトップリング３１Ａに接触したらトップリング３１Ａ内を負圧にし、ウェハＷをトップリング３１Ａに吸着してトップリングでウェハを保持する。トップリングを移動させて、トップリングに保持したウェハＷを研磨テーブル３０Ａ上に移動させて、トップリング３１Ａを所定の回転速度で回転させ、ウェハＷを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッドに接触させ、さらにトップリング３１Ａ内を正圧にして所定の圧力まで上昇させる。
こうして、トップリング３１Ａに保持されたウェハＷを研磨パッド１０に押圧し、所定の圧力まで上昇したら研磨剤供給ノズル３２Ａから研磨テーブル３０Ａに研磨剤の供給を開始し、同時に研磨テーブル３０Ａ及びトップリング３１Ａを所定の回転速度で回転させ、トップリング３１Ａと研磨テーブル３０Ａを相対運動させて、ウェハＷの表面を研磨する研磨ステップ（図１０のステップＳ２）を行う。

ウェハＷの表面の研磨は、ウェハＷ上に形成される配線の状況等に応じて所定量行う。研磨する所定量は、例えば、研磨テーブル３０Ａ及びトップリング３１Ａの回転速度並びに研磨テーブル３０Ａの状態等に応じた研磨時間によって調整する。あるいは、ウェハＷ表面に形成された金属膜の残膜厚を検出できる渦電流式モニタや透過膜厚を検出できる光学式モニタで研磨される膜の状況を検出しながら研磨量を調整する制御、もしくは、研磨テーブル３０Ａの回転トルクを検出する研磨テーブル電流から研磨状況を把握する制御等の手段によって研磨する量を調整してもよい。ウェハＷの表面を所定量研磨したら、研磨剤供給ノズル３２Ａからの研磨剤の供給を停止し、ステップＳ２が終了する。

また、ウェハＷの研磨は研磨装置３０Ｂで行ってもよく、研磨装置３０Ａで研磨後に研磨装置３０Ｂで研磨するように２段階で行ってもよい。２段階で研磨を行うと、異なる粗さの研磨パッド又は砥石を用いて、研磨時間を短縮しつつウェハＷの表面をきめ細かく仕上げることができる。また、研磨装置３０Ａ及び／又は研磨装置３０Ｂと、研磨装置３０Ｃ及び／又は研磨装置３０Ｄとで２枚のウェハＷを並行して処理して単位時間あたりの処理枚数を増やしてもよい。

研磨後に、引き続きトップリング及び研磨テーブルを回転させたまま、ウェハＷ及び研磨テーブル３０Ａを相対運動させながら、洗浄手段により洗浄する基板洗浄ステップ（図１０のステップＳ３）を行う。基板洗浄ステップでは、研磨パッド１０上に、洗浄手段（アトマイザ３４Ａもしくは研磨剤供給ノズル３２Ａ）で洗浄液を吹き付けることにより、ウェハＷを洗浄する。基板洗浄ステップでは、研磨後にウェハＷの表面（被研磨面）に存在する研磨剤を、洗浄手段により供給された洗浄液にて除去する。ここでの洗浄液は純水（DIW（De-Ionized Water））でも良いが、薬液を使用しても良い。本発明における洗浄手段（すなわち洗浄液供給手段）は、アトマイザ３４Ａもしくは研磨剤供給ノズル３２Ａのいずれか一方、もしくは両方である。すなわち、洗浄手段として、アトマイザ３４Ａもしくは研磨剤供給ノズル３２Ａのいずれか一方のみを用いるか、もしくは両方を同時に用いることができる。

洗浄液供給手段（研磨剤供給ノズル３２Ａ）は、既述のように、研磨剤供給ノズルの１ラインから、洗浄液としての薬液を供給することができ、また、他の１ラインからコンディショニング時のコンディショニング水として使用されるＤＩＷを洗浄液として供給することができる。アトマイザは、アトマイザとして用いる時の洗浄液であるＤＩＷを供給することができ、またコンディショニング時のコンディショニング水として使用されるＤＩＷを洗浄液として供給することができる。

なお、研磨ステップ終了時に、研磨パッド１０上には多量の研磨剤が存在しており、基板洗浄ステップＳ３の開始時に供給される多量の洗浄液により研磨剤が希釈されることにより、研磨砥粒の凝集が生じることがある。この凝集砥粒による被研磨面のダメージを抑制することを目的として、 基板洗浄ステップＳ３に移行する前に、研磨剤を供給した状態で研磨圧力を下げる、研磨テーブル回転数を下げる等を行っても良い。

ステップＳ３の終了後、トップリング３１Ａ内を負圧にしてウェハＷをトップリング３１Ａに吸着する。そして、トップリング３１Ａを上昇させてウェハＷを研磨テーブル３０Ａから離し、ウェハＷを第２搬送位置ＴＰ２上に載置する。研磨及び洗浄が終わったウェ
ハＷは、第１研磨ユニット３Ａから搬送機構により、次の処理工程（通常の洗浄部（図示しない）でのウェハＷの洗浄工程、又は研磨テーブル３０Ａ以外の研磨テーブルでの研磨工程）に送られる。

次に、ウェハＷが研磨パッド１０上に無い状態で、研磨テーブル３０Ａを回転させながら研磨パッド１０を既述の洗浄手段により洗浄する研磨パッド洗浄ステップ（図１０のステップＳ４）を行う。

研磨パッド洗浄ステップでは、研磨パッド１０上に残留した研磨剤及び研磨後の研磨生成物を、洗浄手段により供給された洗浄液にて除去する。洗浄手段として、アトマイザ３４Ａもしくは研磨剤供給ノズル３２Ａのいずれか一方のみを用いるか、もしくは両方を同時に用いることができる。洗浄液は、DIWを基本的に用いる。場合によっては、適当な薬液を使用しても良い。ウェハＷが研磨パッド１０上に無い状態で研磨テーブル３０Ａを回転させながら、洗浄液を供給する。

このように、本発明では、ウェハＷを一枚研磨するごとに、必ず、研磨パッド洗浄ステップを行う。なお、基板洗浄ステップにおける洗浄手段と、研磨パッド洗浄ステップにおける洗浄手段は同一のものでよく、例えば、アトマイザを用いる。但し、洗浄手段は、アトマイザ及び場合によっては研磨剤供給手段を用いることができる。研磨剤供給手段を用いる場合は、研磨剤供給手段からコンディショニング水を出して洗浄する。アトマイザ及び研磨剤供給手段は、１つの装置とすることもできる。別々の装置である場合、基板洗浄ステップでは研磨剤供給手段からのコンディショニング水のみにより洗浄することができる。また、本ステップの一部の時間（例えば本ステップの前半）、もしくは基板洗浄ステップと研磨パッド洗浄ステップの間に研磨パッドのコンディショニングを実施しても良い。

研磨パッド洗浄ステップＳ４が終了した後、研磨剤前供給ステップＳ１に戻り、ステップＳ１からステップＳ４を繰り返す。
次に、基板洗浄ステップでは、洗浄手段から洗浄液を第一の圧力、又は第一の流量の条件にて供給して、ウェハＷを洗浄し、研磨パッド洗浄ステップでは、洗浄手段から洗浄液を第二の圧力、又は第二の流量の条件にて供給して、ウェハＷを洗浄すること（アトマイザ流量可変にする理由）について説明する。

この手順は、基板洗浄ステップや研磨パッド洗浄ステップにおいて、特にアトマイザを使用することを想定した場合に適用される。大流量のＤＩＷノズルによる研磨パッド洗浄を行うことができるアトマイザを使用する場合、アトマイザからのＤＩＷ供給流量が増加するとスクラッチ数が減少する。これは研磨パッド洗浄の観点からは良いものの、一方で基板洗浄ステップにおいてＤＩＷ供給流量が増加すると、アトマイザからの供給される大流量のＤＩＷにより、研磨ステップまでで使用していた研磨剤が飛散し、トップリング等の研磨部内の機器に多量の研磨剤が付着する。この飛散した研磨剤は次の研磨において研磨パッド表面上に脱落して、スクラッチの発生に繋がる場合がある。従って、基板洗浄ステップと研磨パッド洗浄ステップとで使用する洗浄液流量を可変とすることで、研磨剤の飛散防止と研磨パッド洗浄の両者の効果を上げることができる。具体的には、基板洗浄ステップでは研磨剤の飛散の防止を考慮して、より少ない流量にてウェハＷの洗浄を実施し、研磨パッド洗浄ステップで大流量の洗浄液にて研磨パッド洗浄を行う。アトマイザ流量と欠陥数の関係を表すデータを図１１に示す。図１１において、縦軸は欠陥数、横軸は洗浄液流量を示す。基準（研磨パッド洗浄ステップ）となる場合の流量よりも３０％流量を減らすことにより、基板洗浄ステップでは、欠陥数が半分以下に低減する。

次に、基板洗浄ステップ、又は研磨パッド洗浄ステップにおいて、洗浄手段と研磨テー
ブルとの相対的な速度を0.6m/sec以上、2.5m/sec以下とすること（研磨パッド洗浄等において研磨テーブルの回転数を設定する理由）について、図１２〜１４により説明する。

例えば、図１２に図示するような洗浄手段５１０（アトマイザ）においては、研磨テーブル回転数が大き過ぎる場合（図１２（ｂ））、各ノズルから供給される洗浄液の軌跡５１２，５１４は、研磨テーブル回転数が小さい場合（図１２（ａ））と比較して、より細く、線状となり、研磨パッド全面をカバーすることができない。また、基板洗浄ステップにおいては、研磨パッド洗浄後の洗浄廃液５１６，５１８が、図１２（ｂ）に示す洗浄廃液５１８のように、ウェハＷを保持するトップリング３１Ａまで届いてしまい、洗浄廃液中の研磨剤や研磨生成物によるウェハ表面へのダメージが生じる。

すなわち、低研磨テーブル回転数のときは、洗浄手段から出た洗浄液は広がりやすい。その結果、短距離で研磨パッド前面に広がる。洗浄液の流れが研磨テーブルの回転の影響を受けにくく、研磨テーブル外への洗浄液廃液の排出が容易になる。高研磨テーブル回転数のときは、洗浄手段から出た洗浄液は広がるまでに距離が必要である。洗浄液の流れが研磨テーブルの回転数の影響を受け、ウェハＷに到達してしまい、ウェハ表面へのダメージが生じる。また、図１３に示すように、研磨テーブル回転数が大きい場合、研磨テーブル回転による回転上流側からの洗浄液の戻りが大きくなることで、洗浄液膜厚が増加する。よって洗浄液の研磨パッド表面への作用力が低減する。

しかしながら、図１３に示す低研磨テーブル回転数の場合よりもさらに、研磨テーブル回転数が小さい場合には、ノズルから供給された洗浄液の研磨テーブル回転による排出効果が小さくなり、研磨パッド表面上への洗浄液が過多となることで、研磨パッド上での洗浄液の液膜が、再び厚くなり、よって洗浄液の研磨パッド表面への作用力が低減する。従って、研磨テーブル回転数が大きすぎる場合も、小さすぎる場合も、洗浄液の研磨パッド表面への作用力が低減する。

上記の範囲（洗浄手段と研磨テーブルとの相対的な速度を0.6m/sec以上、2.5m/sec以下）であれば、これらの影響なく、研磨パッド表面の洗浄が可能となり、研磨パッド中に補足された研磨剤残渣や研磨生成物が効率よく除去される。図１４は、このような場合における研磨テーブル回転数と欠陥数の関係を表すデータを示す。図１４において、縦軸は欠陥数、横軸は研磨テーブル線速度（洗浄手段と研磨テーブルとの相対的な速度）を示す。

次に、研磨パッド洗浄ステップにおいて、トップリング、コンディショナ、研磨剤供給手段、及びアトマイザの洗浄も実施すること（研磨パッド洗浄時における研磨部構成機器の洗浄）について、図１５、１６により説明する。通常これら構成機器はウェハＷの研磨後のインターバルや非研磨時において、図１５及び１６で示すような洗浄ノズルを用いて洗浄を行うが、本洗浄を研磨パッド洗浄ステップ以外にて実施する場合、このときの洗浄残渣が研磨パッド１０上に、飛散及び脱落することで、研磨パッド洗浄が不十分になる場合がある。本構成はこれを防止することを目的としており、研磨パッド洗浄中に、研磨部を構成する少なくとも１つの機器の洗浄を実施することで、仮に洗浄ノズルによる機器の洗浄にて、洗浄液残渣が飛散・脱落してもこれを研磨パッドの洗浄と共に除去することが可能である。

図１５（ａ）は、研磨剤供給手段３２Ａに設けられた研磨剤供給手段用洗浄ノズル６１０を示し、図１５（ｂ）は、アトマイザ３４Ａに設けられたアトマイザ用洗浄ノズル６１２を示す図である。研磨剤供給手段用洗浄ノズル６１０は、揺動軸１０２の上部に配置された２つの洗浄ノズル６１０Ａを含み、各ノズルは、互いに斜め方向にずらして配置され、パイプアーム１０１の先端部と根元部をそれぞれ洗浄する。アトマイザ用洗浄ノズル６１２は、揺動軸９４の上部に配置された２つの洗浄ノズル６１２Ａを含み、各ノズルは、
上下方向に配置され、アーム９０の先端部と根元部をそれぞれ洗浄する。

図１６は、トップリング、及びコンディショナに設けられたトップリング用洗浄ノズル、及びコンディショナ用洗浄ノズルを示す。コンディショナ用洗浄ノズル６１４は、コンディショニング部材８６を洗浄するためのコンディショナ用洗浄ノズル６１４Ａと、コンディショニング部材８６の上部にあるその他のコンディショニング用部材を洗浄するためのコンディショナ用洗浄ノズル６１４Ｂ、６１４Ｃとを含む。トップリング用洗浄ノズル６１６は、トップリング３１Ａを洗浄するためのトップリング用洗浄ノズル６１６Ａと、トップリング３１Ａの上部にあるその他のトップリング用部材を洗浄するためのトップリング用洗浄ノズル６１６Ｂ、６１６Ｃとを含む。

次に、研磨剤前供給ステップにおいて、洗浄手段と研磨テーブルとの相対的な速度は1.5m/sec以上、4m/sec以下であること（研磨剤前供給ステップでの研磨テーブルの回転数の設定）について説明する。

研磨パッド洗浄後には研磨パッド上に洗浄残渣や洗浄液自身が多量に残留しており、この状態で次のウェハＷの研磨を実施する際、残留洗浄液による研磨剤の希釈により研磨砥粒の凝集が生じ、凝集した砥液成分による欠陥が発生する。よって本ステップは事前にこれら洗浄残渣や洗浄液を研磨剤に置換することで、欠陥発生を抑制することを目的としている。但し、研磨テーブルの回転数が低回転の場合、洗浄液と研磨剤との置換が遅くなることに加え、研磨パッド上に残留した洗浄液による研磨剤の希釈が生じ、研磨砥粒の凝集量が増加する場合がある。従って、本ステップでの研磨テーブル回転数は大きい方が良いが、逆に研磨テーブル回転数が大きすぎると置換後に研磨パッド上に供給された研磨剤自身も排出されてしまい、研磨開始時のウェハＷの研磨速度へ悪影響を及ぼす可能性がある。従って、上記範囲にて研磨剤を供給することで、洗浄液の排出促進による研磨剤の希釈、更には研磨砥粒の残留洗浄液による凝集を防止し、かつ一定量の研磨剤を研磨パッド上に保持することで研磨開始時の研磨速度の低下を起こすことなく、研磨を開始することが可能である。図１７は、このような場合における研磨テーブル回転数と欠陥数の関係を表すデータを示す。図１７において、縦軸は欠陥数、横軸は研磨テーブル線速度（洗浄手段と研磨テーブルとの相対的な速度）を示す。

また、研磨剤前供給ステップの前に、研磨剤を供給しないで研磨テーブルのみを回転させて、研磨剤を供給する前に、研磨パッド上に存在する洗浄液及び洗浄後の廃液を除去するステップを更に有しても良い。

本洗浄液除去ステップの導入により、これらの問題の原因である研磨パッド洗浄後の研磨パッド上の洗浄残渣や洗浄液自身の排出が促進され、その後に行う研磨剤前供給ステップにおいて、研磨剤の砥粒成分がより凝集されることなく、洗浄液と研磨剤との置換が可能となる。

以上説明したように、本発明により、研磨パッド表面の高効率な洗浄が可能であり、高効率な研磨が可能な研磨パッド表面状態を維持することも可能となり、従って研磨パッド表面に蓄積した研磨剤や研磨生成物の残渣によるウェハ表面への欠陥数を増加させることなく、研磨を行うことが可能となる。

１０ 研磨パッド
３Ａ 第１研磨ユニット
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ 研磨テーブル
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ トップリング
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ 研磨剤供給ノズル
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ コンディショナ
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ アトマイザ
Ｗ ウェハ

Claims (10)

1. 基板を保持するトップリングと、
   前記基板を研磨する研磨パッドが装着された研磨テーブルと、
   前記研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、
   前記研磨パッドのコンディショニングを実施するコンディショナと、
   前記基板及び前記研磨パッドを洗浄する洗浄手段とを含む基板処理装置を用いて、前記トップリングに保持した前記基板を研磨するポリッシング方法において、
   （A）前記基板が前記研磨パッドに接触する前に、前記研磨剤供給手段によって前記研磨パッドに前記研磨剤を供給する研磨剤前供給ステップと、
   （B）前記トップリングに保持された前記基板を前記研磨パッドに押圧し、前記研磨剤供給手段によって前記研磨剤を供給しながら、前記トップリングと前記研磨テーブルを相対運動させて、前記基板を研磨する研磨ステップと、
   （C）研磨後に前記基板及び前記研磨テーブルを相対運動させながら、 前記洗浄手段により前記基板を洗浄する基板洗浄ステップと、
   （D）前記基板が前記研磨パッド上に無い状態で、前記研磨テーブルを回転させながら前記研磨パッドを前記洗浄手段により洗浄する研磨パッド洗浄ステップとを含む、ことを特徴とするポリッシング方法。
2. 前記基板洗浄ステップでは、前記洗浄手段から洗浄液を第一の圧力、又は第一の流量の条件にて供給して、前記基板を洗浄し、
   前記研磨パッド洗浄ステップでは、前記洗浄手段から洗浄液を第二の圧力、又は第二の流量の条件にて供給して、前記基板を洗浄することを特徴とする請求項１記載のポリッシング方法。
3. 前記第二の圧力が前記第一の圧力よりも大きい、及び／又は前記第二の流量が前記第一の流量よりも多いことを特徴とする請求項２記載のポリッシング方法。
4. 前記基板洗浄ステップ、又は前記研磨パッド洗浄ステップにおいて、前記洗浄手段と前記研磨テーブルとの相対的な速度は0.6m/sec以上、2.5m/sec以下であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のポリッシング方法。
5. 前記研磨パッド洗浄ステップの一部の時間、もしくは前記基板洗浄ステップと前記研磨パッド洗浄ステップの間に、前記コンディショナにより前記研磨パッドのコンディショニングを実施することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のポリッシング方法。
6. 前記研磨パッド洗浄ステップにおいて、前記トップリング、前記コンディショナ及び前記研磨剤供給手段の洗浄も実施することを特徴とする、請求項１から５までのいずれかに記載のポリッシング方法。
7. 前記研磨剤前供給ステップにおいて、前記洗浄手段と前記研磨テーブルとの相対的な速度は1.5m/sec以上、4m/sec以下であることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載のポリッシング方法。
8. 前記研磨剤前供給ステップの前に、前記研磨剤を供給しないで前記研磨テーブルのみを回転させて、前記研磨パッド上に存在する前記洗浄液及び洗浄後の廃液を除去するステップを更に有することを特徴とする請求項７記載のポリッシング方法。
9. 前記被研磨物洗浄ステップで用いられる前記洗浄手段と、前記研磨パッド洗浄ステップ
   で用いられる前記洗浄手段は、異なることを特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載のポリッシング方法。
10. 前記研磨剤供給手段を前記洗浄手段として用いることを特徴とする請求項１から９までのいずれかに記載のポリッシング方法。
    

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