JP3722591B2 - 研磨装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨技術、特に、化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｈｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術に関し、例えば、パターニングされた半導体ウエハ（以下、ウエハという。）のパターニング側主面を化学的機械研磨するのに利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、パターニングされたウエハ（以下、パターン付きウエハという。）のパターニング側主面の凹凸を化学的機械研磨方法によって平坦化する半導体装置の製造方法が提案されている。パターン付きウエハのパターニング側主面の凹凸を化学的機械研磨方法によって平坦化する技術は、パターン付きウエハを研磨工具に擦り付けて研磨するため、ウエハのパターン側主面の凹凸を迅速かつ正確に平坦化することができる。
【０００３】
この平坦化に使用される化学的機械研磨方法を実行する化学的機械研磨装置は、円盤形状に形成されて回転する回転テーブルの上に貼着された研磨工具と、パターン付きウエハを保持した状態で自転するヘッドと、微細な砥粒を純水等によって懸濁（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）させたスラリーと呼ばれる研磨液を研磨工具に供給するスラリー供給装置とを備えており、研磨工具の研磨面にスラリーを滴下した後に、自転するヘッドによって保持したパターン付きウエハの被研磨面を回転する研磨工具の研磨面に押し当てて化学的機械研磨するように構成されている。
【０００４】
ところが、この化学的機械研磨方法においては、スラリーに含まれる砥粒同士の凝集物および研磨中にウエハが破砕することによって生ずる破片や塵埃等の異物が研磨工具の研磨面に多数存在し、これら異物はスラリーのかけ流し程度では研磨面から完全に除去することができずに研磨面に残留することが起こる。そして、研磨面に残留した異物によってパターン付きウエハの被研磨面が損傷されることにより、下地のパターンがダメージを受けるため、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができない。
【０００５】
この化学的機械研磨方法の問題点を解決する手段として、特開平８−２９４８６１号公報には次のような研磨装置が提案されている。すなわち、この研磨装置は、研磨工具におけるパターン付きウエハの擦り付け領域の回転方向後方側に研磨加工中に研磨面から研磨廃液を除去する液排出機構を備えており、一度研磨に使用したスラリー廃液が液排出機構によって強制的に排出されるように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した研磨装置においては、粒径が数μｍ以上の比較的大きな異物や研磨工具に研磨クロスの代わりに固定砥粒を使用した場合に発生する砥石のチッピングによる異物の除去は充分に除去することができないため、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができないという問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。
【０００７】
また、スラリーには粒径が数十μｍからサブμｍまでのシリコン酸化物や酸化セリウム等の微細な砥粒が使用されているため、スラリーはきわめて高価な材料になる。他面、スラリーはかけ流されるため、殆どのスラリーは化学的機械研磨に寄与することがなく排出されてしまう。したがって、きわめて高価なスラリーがかけ流されて研磨に寄与することなく強制的に排出されてしまうと、研磨装置のランニングコストが上昇してしまい、パターン付きウエハの平坦化工程のコストひいては半導体装置の製造方法全体のコストが上昇してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、コストの上昇を抑制しつつ信頼性のある加工を安定的に実施することができる研磨技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。
【００１１】
すなわち、固定砥粒を有し回転する研磨工具の研磨材面にワークの被研磨面を押接させて研磨する研磨装置において、
前記研磨工具における前記ワークが前記研磨工具に押接される位置の回転方向後方側にクリーニング装置を備え、該クリーニング装置は、
前記研磨工具の研磨材面に洗浄水を噴出する噴出口を有する洗浄水供給手段と、
該洗浄水供給手段により供給された前記洗浄水を乱流状態にさせる洗浄部と、
前記乱流状態の洗浄水に随伴して浮遊した前記研磨工具の研磨材面における凝集物や異物を真空吸引して回収する吸引手段とを備え、
前記洗浄部と前記研磨工具の研磨材面とが形成する空間は前記洗浄水を噴出する噴出口よりも狭いことを特徴とする。
【００１２】
前記した手段によれば、研磨によって発生した凝集物や異物をクリーニング装置によって完全に除去することができるため、これら凝集物や異物によるワークの被研磨面の損傷の発生を防止することができ、その結果、その損傷による下地パターンのダメージの発生を未然に防止することができる。つまり、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態である研磨装置を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は主要部の拡大断面図である。図２は図１（ａ）の展開図である。図３は各主要部を示しており、（ａ）はヘッドの正面断面図、（ｂ）はスラリー供給装置を示す正面断面図である。図４以降は本発明の一実施形態である研磨方法を説明する各説明図である。
【００１４】
本実施形態において、本発明に係る研磨装置は、半導体装置の製造方法で使用されるパターン付きウエハ研磨装置（以下、研磨装置という。）として構成されている。ここで、半導体装置の製造方法の対象であって研磨装置１０のワークである図４に示されているパターン付きウエハ（以下、ワークという。）１について簡単に説明する。
【００１５】
図４に示されているワーク１は外周の一部にオリエンテーションフラット（以下、オリフラという。）３が直線形状に切設されたウエハ（以下、サブストレートという。）２を備えている。サブストレート２のパターニング側主面（以下、表側面という。）における表層領域には半導体素子の一例であるメモリーＭが作り込まれているとともに、表面上には金属膜の一例である配線層膜から形成された配線４および絶縁膜の一例である層間絶縁膜５がそれぞれ被着されている。そして、配線４は厚さを有する線分によって形成されているため、その上に被着された層間絶縁膜５の表側面には凹凸部６が下層の配線４の凹凸に倣って形成されている。そこで、本実施形態においては、この層間絶縁膜５の表側面部の一部を研磨装置１０によって化学的機械研磨して除去することにより、層間絶縁膜５が平坦化される。したがって、層間絶縁膜５の表側面は研磨装置１０によって研磨される被研磨面７を形成することになる。
【００１６】
図１〜３を用いて研磨装置１０を詳細に説明する。本実施形態に係る研磨装置１０は研磨工具１１およびヘッド２０を備えている。図３（ａ）に示されているように、研磨工具１１はワーク１の直径よりも充分に大きい半径を有する円盤形状に形成されたベースプレート１２を備えており、ベースプレート１２は水平面内において回転自在に支持されている。ベースプレート１２の下面の中心には垂直方向に配された回転軸１３が固定されており、ベースプレート１２は回転軸１３によって回転駆動されるように構成されている。ベースプレート１２の上面には研磨クロス（布）１４が全体にわたって均一に貼着されている。研磨クロス１４は表面上にポア構造を有する合成樹脂のクロス（布）にコロイダルシリカ等の微細な砥粒が抱え込まれた研磨材であり、表側面によって研磨材面１５が形成されている。研磨クロス１４による研磨作業に際しては、スラリーが用いられることにより、機械的な研磨（ポリシング）に加えてそのポリシング効果を高めるメカノケミカルポリシング（ｍｅｃｈａｎｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が実施される状態になる。
【００１７】
ヘッド２０はワーク１の直径よりも若干大きい直径を有する円盤形状に形成された本体２１を備えており、本体２１の下面には円形で一定深さの保持穴２２が同心円に配されて没設されている。保持穴２２の大きさはワーク１の大きさよりも若干大きめに形成されている。保持穴２２の中心には通気口２３が開設されており、通気口２３には真空ポンプや空圧ポンプ（図示せず）に接続される供給路２４が接続されている。保持穴２２内には保持穴２２の内径と略等しい外径を有する円盤形状のバッキングパッド２５が、同心に配されて接着材層（図示せず）によって接着されている。バッキングパッド２５はポリ・ウレタンの発泡体によって形成されており、発泡体の多孔質かつ多孔群によってワーク１と接する面に柔軟性の高い層が全体にわたって均一に構成されている。
【００１８】
本体２１の下面における外周辺部には円形リング形状のガイドリング２６が当接されており、ガイドリング２６は複数本のボルト２７により本体２１に締結されている。ガイドリング２６はワーク１の被研磨面７の硬度よりも充分に低い硬度を有する樹脂が使用されて、外径が本体２１の外径と等しく内径が保持穴２２の内径と略等しい円形リング形状に形成されている。ガイドリング２６はワーク１をその被研磨面７を下端から下方に露出させた状態で、研磨作業中にワーク１が外側に飛び出すのを阻止しつつ保持する。バッキングパッド２５はガイドリング２６の中空部内に嵌入されている。なお、２８は多孔質板である。
【００１９】
ヘッド２０は通気口２３を中心にして水平面内において回転自在に支承されている。ヘッド２０は回転駆動装置（図示せず）によって回転駆動される。ヘッド２０は研磨工具１１が設備されたステーションとワーク１が１枚ずつ払い出されるローディングステーション（図示せず）との間を移送装置（図示せず）によって往復移動される。ヘッド２０は研磨作業に際して極僅かに下降される。
【００２０】
図１および２に示されているように、ヘッド２０の研磨工具１１の上面における回転方向後方位置には、ブラッシング装置３０が垂直方向下向きに設備されている。ブラッシング装置３０はワーク１の直径よりも若干大きめの直径を有する円盤形状に形成されたベースプレート３１を備えており、ベースプレート３１は水平面内において回転自在に支持されている。ベースプレート３１の上面の中心には垂直方向上向きに配された回転軸３２が固定されており、ベースプレート３１は回転軸３２によって回転駆動されるように構成されている。ベースプレート３１の下面には刷毛３３が全体にわたって均一に植え込まれている。
【００２１】
ブラッシング装置３０の研磨工具１１の上面における回転方向後方位置には、クリーニング装置４０が垂直方向下向きに設備されている。このクリーニング装置４０はワーク１の直径よりも若干大きめの直径を有する円盤形状に形成されたベース４１を備えており、ベース４１は研磨工具１１の上面の定められた位置に水平に固定されている。ベース４１の下面には研磨工具を洗浄するための洗浄凹部４２が没設されており、洗浄凹部４２はベース４１の下面と研磨工具１１の上面との間に高さが低く平面面積の広い狭い空間を形成するように設定されている。洗浄凹部４２の径方向（以下、左右方向とする。）の両端部には、洗浄水供給路４３が接続された噴出口４４および吸引路４５が接続された吸引口４６がそれぞれ開設されている。洗浄水供給路４３は水源やポンプ等からなる洗浄水供給装置（図示せず）に接続されており、加圧された純水を洗浄水４７として噴出口４４から噴出させるように構成されている。吸引路４５はバキュームポンプ等からなるバキューム装置（図示せず）に接続されており、噴出口４４から噴出された洗浄水４７と共に被洗浄物４８を吸引するように構成されている。
【００２２】
吸引路４５には吸引路４５を通過する粒子の個数を計測する粒子計測装置４９が設備されており、粒子計測装置４９は計測結果をコントローラ（図示せず）に送信するようになっいる。コントローラは計測データに基づいて後述するようにクリーニング装置およびスラリー供給装置を自動制御するとともに、メンテナンスの時期の判断や損傷の発生等のトラブルを予知するように構成されている。
【００２３】
ベース４１の下面には弗素樹脂等の低摩擦シート５０が貼着されており、万一、クリーニング装置４０が研磨工具１１と接触しても、この低摩擦シート５０によって研磨工具１１へのダメージが減少されるようになっている。
【００２４】
クリーニング装置４０の研磨工具１１の上面における回転方向後方位置には、砥粒５１を研磨工具１１に供給するための砥粒供給装置５２が設備されている。砥粒供給装置５２は砥粒５１が保持されたテープ５３を繰り出す繰り出しローラ５４を備えており、繰り出しローラ５４から繰り出されたテープ５３の一主面は押接ローラ５５によって研磨工具１１の上面に押接されることにより砥粒５１を研磨工具１１の上面に転移されるようになっている。砥粒５１が研磨工具１１の上面に転移されたテープ５３は巻き取りローラ５６に巻き取られるように構成されている。砥粒５１としてはコロイダルシリカや酸化セシウムの粒子が使用される。粒径はコロイダルシリカの場合には２０ｎｍ〜５０ｎｍであり、酸化セリウムの場合には０．５μｍ〜数μｍである。また、テープ５３の砥粒５１の保持は粘着剤や静電気等を利用して、研磨工具１１への転移が迅速かつ確実に実行されるように構成することができる。
【００２５】
砥粒供給装置５２の研磨工具１１の上面における回転方向後方位置には、純水供給装置６０が研磨工具１１の上面に純水６１を供給するように構成されている。本実施形態においては、これら砥粒供給装置５２および純水供給装置６０によって、砥粒５１が純水６１に懸濁されたスラリー６２を研磨工具１１の研磨材面１５に供給するスラリー供給装置６３が構成されている。
【００２６】
本発明の一実施形態である化学的機械研磨装置の作用を多層配線が形成される場合を例にして、図５を参照して説明する。
【００２７】
図５（ａ）に示されているように、サブストレート２の表側面には多層配線における第１絶縁膜５ａが形成される。続いて、第１絶縁膜５ａの上には第１配線４ａが金属被膜被着処理やリソグラフィー処理およびエッチング処理によってパターニングされる。なお、第１配線４ａにはポリシリコンやポリサイド等によって形成されるワード線等も含まれる。
【００２８】
次いで、図５（ｂ）に示されているように、ウエハ２の第１絶縁膜５ａの上にはＳｉＯ2 やＳｉ3 Ｎ4 等によって形成された第２絶縁膜５ｂが、ＣＶＤ法等によって被着される。第２絶縁膜５ｂは第１配線４ａを被覆する。第２絶縁膜５ｂの表面側には第１配線４ａの厚み分に相当する凸部が形成されるため、被研磨面７には不特定多数の凹凸部６が形成された状態になる。この状態のウエハがワーク１として、本実施形態に係る研磨装置１０に供給される。
【００２９】
一方、研磨装置１０において、研磨工具１１の回転軸１３による回転が安定すると、砥粒供給装置５２の押接ローラ５５が研磨工具１１の上面に押接することにより、テープ５３が保持した砥粒５１を研磨工具１１の研磨材面１５に転移させる。砥粒５１は研磨工具１１の研磨材面１５に全体にわたって均一に貼着される。
【００３０】
同時に、純水６１が研磨工具１１の研磨材面１５における砥粒５１が貼着された領域に純水供給装置６０によって均一に撒布される。この砥粒５１および純水６１の供給によって、研磨工具１１の上面には異物の無い砥粒５１による新鮮なスラリー６２を全体にわたって均一に保持した研磨材面１５が形成されるため、研磨レートが安定でワーク１の被研磨面を損傷させることがない化学的機械研磨を実施することができる研磨材面１５が形成された状態になる。
【００３１】
研磨装置１０に供給されたワーク１は、図４（ａ）に示されているように被研磨面７側を下向きに配された状態でヘッド２０のガイドリング２６内に挿入される。ワーク１がガイドリング２６内に挿入されると、負圧供給路２４を通じて負圧が通気口２３に供給される。負圧はバッキングパッド２５を通じて、ワーク１の被研磨面７と反対側の主面（以下、裏側面という。）８に印加されるため、ワーク１はヘッド２０に真空吸着される。ワーク１を真空吸着したヘッド２０は移送装置によって研磨工具１１の真上に移送された後に下降されて、ワーク１の被研磨面７が研磨クロス１４の研磨材面１５に押接される。
【００３２】
ヘッド２０の下降に伴って、ワーク１はバッキングパッド２５を介してヘッド本体２１によって垂直方向に押し付けられるため、ワーク１の被研磨面７は研磨クロス１４の研磨材面１５にヘッド本体２１による機械的な力によって押し付けられた状態で、研磨材面１５に擦られる。また、加工均一性を向上させるために、ワーク１の裏面側に加圧空気を供給してもよい。同時に、スラリー６２が研磨材面１５に供給されているため、機械的な研磨（ポリシング）に加えてそのポリシング効果を高められた化学的機械研磨が実施される。ワーク１が研磨材面１５にヘッド２０による機械的な力によって付勢された状態で、被研磨面７は研磨材面１５およびスラリー６２によって化学的機械研磨されるため、被研磨面７の研磨材面１５による研磨量は全体にわたって均一になる。
【００３３】
そして、被研磨面７を構成する第２絶縁膜５ｂの表面部は全体にわたって均等に研磨されるため、図５（ｃ）に示されているように、凹凸部６が全体にわたって除去されるとともに、全体にわたって均一な厚さを呈する第２絶縁膜５ｂが形成され、きわめて良好な平坦化が実現される。化学的機械研磨において、ワーク１の被研磨面７である第２絶縁膜５ｂに形成された凹凸部６の凸部は先に除去されて行き、第２絶縁膜５ｂの表面は次第に平坦化されて行く。この際、被研磨面７は全体にわたって均一に研磨されるため、第２絶縁膜５ｂの被研磨面７に位置する厚さは全体にわたって均一に減少される。そして、第２絶縁膜５ｂは全体にわたって均一に被着されていたのであるから、研磨量が全体にわたって均一であるならば、その研磨後の第２絶縁膜５ｂの被研磨面７に位置する厚さは全体にわたって均一になる。したがって、研磨装置１０による研磨量を第２絶縁膜５ｂの研磨前の厚さ、第１配線４ａの厚さおよび凹凸部６の関係によって適度に設定することにより、第１配線４ａを研磨することなく第２絶縁膜５ｂを平坦化することができる。
【００３４】
以上の化学的機械研磨に伴って、スラリー中の砥粒５１の凝集によって発生した凝集物や、研磨中に発生した切屑、ウエハが破砕することによって発生した破片や塵埃等の異物が研磨工具１１の研磨材面１５に残留する。残留した凝集物や異物は化学的機械研磨中にワーク１の被研磨面７を損傷させる原因になる。そして、図４（ｂ）に示されているように、ワーク１の被研磨面７が損傷されると、絶縁層がショートしたり、下地パターンである第１配線４ａがダメージを受け、抵抗値が低下したり断線したりする。。つまり、凝集物や異物が研磨工具１１の研磨材面１５に残留すると、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができない。
【００３５】
そこで、本実施形態においては、ヘッド２０の研磨工具１１において回転方向後方位置にブラッシング装置３０およびクリーニング装置４０を順次配備することにより、凝集物や異物を全て除去するように構成している。すなわち、ブラッシング装置３０において、研磨工具１１の研磨材面１５が刷毛３３によってブラッシングされることにより、研磨材面１５に食い込んだ凝集物や異物は掻き出される。
【００３６】
クリーニング装置４０において、洗浄水供給路４３から供給された洗浄水４７は噴出口４４から洗浄凹部４２の狭い空間に噴出される。他方、洗浄凹部４２は吸引路４５から吸引口４６に加わる負圧によって吸引されているため、洗浄凹部４２の空間に噴出された洗浄水４７は洗浄凹部４２の全体を流れた後に、吸引口４６に全て回収される。洗浄凹部４２に噴出された洗浄水４７は狭い空間に噴出されるため、層流にならずに乱流状態になる。したがって、研磨工具１１の研磨材面１５においてブラッシング装置３０によって掻き出された凝集物や異物は、乱流状態となった洗浄水４７によってきわめて効果的に研磨材面１５から巻き上げられて浮遊した状態になる。研磨材面１５から剥離されて浮遊した凝集物や異物の被洗浄物４８は、乱流状態になった洗浄水４７に随伴して吸引口４６に全て回収される。
【００３７】
以上のようにして、本実施形態によれば、化学的機械研磨によって発生した凝集物や異物はヘッド２０の回転方向後方位置に配置されたブラッシング装置３０およびクリーニング装置４０によって完全に除去されるため、これら凝集物や異物によるワーク１の被研磨面７の損傷の発生を防止することができ、その損傷による第１配線４ａのダメージの発生を未然に防止することができる。
【００３８】
ここで、クリーニング装置４０による研磨工具１１の研磨材面１５の洗浄が強力に実行されると、研磨材面１５に供給されたスラリー６２も除去されてしまう状態になる。そこで、本実施形態において、クリーニング装置４０の回転方向後方位置に配備された砥粒供給装置５２および純水供給装置６０によって、前述したように、砥粒５１および純水６１が順次供給されることにより、新鮮なスラリー６２が研磨工具１１の研磨材面１５に新たに供給される。
【００３９】
この際、クリーニング装置４０の吸引路４５に装備された粒子計測装置４９によって計測された吸引路４５を通過する粒子の計測データに基づいて、クリーニング装置４０による研磨工具１１の研磨材面１５の洗浄状況と砥粒供給装置５２および純水供給装置６０によるスラリー６２の供給状況との関係がモニタリングされることにより、クリーニング装置４０、砥粒供給装置５２および純水供給装置６０の運転状況が最適に自動制御される。また、粒子の計測データに基づいてメンテナンスの時期の判断やワークの損傷の発生等のトラブルが予知されることになる。
【００４０】
この場合、粒子計測装置４９の計測データについて標準的に状態を予め標準値として記憶しておき、その標準値からのシフト状態をモニタリングすることにより、運転状況を自動制御することができる。標準的な状態とは、化学的機械研磨が適正に実施されている時の排出粒子の粒径分布や濃度（粒子個数）等の数値データであり、シフト状態とは、例えば、粒径分布の平均値が１０％毎に変動した時の化学的機械研磨状態である。そして、このような各状態を予め学習してある割合に達した時点でシーケンス制御することができる。また、ある時点に達した時点でアラームを鳴らす等の手段によって警告を発するようにシーケンスをプログラミングしてもよい。
【００４１】
設定した研磨量の化学的機械研磨が終了した状態で、ワーク１の被研磨面７である第２絶縁膜５ｂの表面は、図５（ｃ）に示されているようにきわめて高精度に平坦化され、かつ、第１配線４ａの真上には第２絶縁膜５ｂが予め設定された層厚をもって残された状態になっている。
【００４２】
この状態のワーク１は研磨装置１０からアンローディング装置によってウエハカセットに収納され、後続の洗浄工程を経た後、ホール形成工程に送られる。ホール形成工程において、ワーク１の第２絶縁膜５ｂにおける所定の第１配線４ａの真上にはスルーホール４ｃが図５（ｄ）に示されているように開設される。
【００４３】
続いて、第２配線形成工程において、第２絶縁膜５ｂの上には第２配線４ｂが金属被膜被着処理やリソグラフィー処理およびエッチング処理によって、図５（ｅ）に示されているようにパターニングされる。この際、第２絶縁膜５ｂの表面は高精度に平坦化されているため、第２配線４ｂはきわめて高精度にパターニングされる。第２配線４ｂのパターニングに際して、第２絶縁膜５ｂの上に被着される金属被膜の一部が第２絶縁膜５ｂに開設されたスルーホール４ｃに充填する。スルーホール４ｃに充填した金属部によりスルーホール導体４ｄが形成される。パターニングされた第２配線４ｂの所定部分は第１配線４ａにスルーホール導体４ｄによって電気的に接続された状態になる。
【００４４】
以降、前記した絶縁膜形成工程、平坦化工程、ホール形成工程および配線形成工程が繰り返されることにより、図４（ｂ）に示されている多層配線が形成される。この際、先の工程で形成された層の絶縁膜および配線が次の工程で下層の絶縁膜および下層の配線に相当することになる。なお、ホールはスルーホールに限らず、コンタクトホールの場合も含む。また、ホールは第１層の配線を第２層の配線に接続させるに限らず、第１層の配線を第３層や第４層の配線に接続させる場合もある。
【００４５】
前記実施形態によれば次の効果が得られる。
▲１▼ ヘッド２０の化学的機械研磨が実行される研磨工具における回転方向後方側にブラッシング装置およびクリーニング装置を順次設備することにより、化学的機械研磨によって発生した凝集物や異物をブラッシング装置およびクリーニング装置によって完全に除去することができるため、これら凝集物や異物によるワークの被研磨面の損傷の発生を防止することができ、その結果、その損傷による下地パターンのダメージの発生を未然に防止することができる。
【００４６】
▲２▼ 前記▲１▼により、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができる。
【００４７】
▲３▼ クリーニング装置の上手側にブラッシング装置を配備することにより、研磨工具の研磨材面をブラッシング装置の刷毛によってブラッシングして、研磨材面に食い込んだ凝集物や異物を事前に掻き出すことができるため、凝集物や異物をクリーニング装置によって確実に除去することができる。
【００４８】
▲４▼ クリーニング装置において、洗浄水を狭い洗浄凹部に噴出させるとともに、洗浄凹部を吸引することにより、研磨工具の研磨材面の凝集物や異物を乱流状態となった洗浄水によってきわめて効果的に研磨材面から巻き上げて浮遊させることができるため、凝集物や異物の被洗浄物を乱流状態になった洗浄水に随伴させて吸引口において全て回収して除去することができる。
【００４９】
▲５▼ クリーニング装置によってスラリーを回収することにより、スラリーを再使用することができるため、きわめて高価なスラリーの浪費を低減することができ、コストを低減することができる。
【００５０】
▲６▼ クリーニング装置の回転方向後方位置に砥粒供給装置および純水供給装置を配備することにより、砥粒供給装置および純水供給装置によって砥粒および純水を供給することができるため、新鮮なスラリーを研磨工具の研磨材面に常に新たに形成させることができ、前記▲２▼の効果をより一層高めることができる。
【００５１】
▲７▼ クリーニング装置の吸引路に粒子計測装置を装備することにより、粒子計測装置によって計測された吸引路を通過する粒子の計測データに基づいて、クリーニング装置による研磨工具の研磨材面の洗浄状況と砥粒供給装置および純水供給装置によるスラリーの供給状況との関係がモニタリングすることができるため、クリーニング装置、砥粒供給装置および純水供給装置の運転状況を最適に自動制御することができ、また、粒子の計測データに基づいてメンテナンスの時期の判断やワークの損傷の発生等のトラブルを予知することができる。
【００５２】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５３】
例えば、研磨工具の研磨材面は研磨クロスによって形成するに限らず、硬質の研磨パッドによって形成してもよいし、研磨クロスまたは研磨パッドの代わりに砥粒を固定した研磨工具の表面によって形成してよい。砥粒を固定した研磨工具の場合には、チッピングによって発生した大きな異物による損傷を防止することができ、また、砥粒供給装置および純水供給装置を省略することができる。
【００５４】
スラリーの供給は砥粒供給装置およひ純水供給装置によって実行するように構成するに限らず、スラリーをスプレー装置によって研磨工具の研磨材面に撒布するように構成してもよい。
【００５５】
ブラッシング装置とクリーニング装置とは別体に構成するに限らず、一体的に構成してもよく、一体に構成した場合にはスペースを節約することができる。
【００５６】
クリーニング装置の洗浄水としては、純水を使用するに限らず、界面活性剤を混合した水溶液を使用してもよい。界面活性剤を混合した水溶液を使用した場合には、凝集した砥粒を分散させることができるため、洗浄効率を高めることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００５８】
化学的機械研磨が実行される研磨工具におけるヘッドの回転方向後方側にクリーニング装置を設備することにより、化学的機械研磨によって発生した凝集物や異物をクリーニング装置によって完全に除去することができるため、これら凝集物や異物によるワークの被研磨面の損傷の発生を防止することができ、その結果、その損傷による下地パターンのダメージの発生を未然に防止することができる。つまり、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができる。
【００５９】
また、高価なスラリーをクリーニング装置によって回収することにより、再使用することができるため、コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である研磨装置を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）はクリーニング装置の拡大断面図である。
【図２】図１（ａ）の展開図である。
【図３】各主要部を示しており、（ａ）はヘッドの正面断面図、（ｂ）はスラリー供給装置を示す正面断面図である。
【図４】ワークを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大部分断面図である。
【図５】化学的機械研磨の半導体装置の製造方法への使用方法を説明するための各拡大部分断面図を示しており、（ａ）は第１配線形成工程、（ｂ）は第２絶縁膜形成工程、（ｃ）は平坦化工程、（ｄ）はホール形成工程、（ｅ）は第２配線形成工程を示している。
【符号の説明】
１…ワーク（半導体ウエハ）、２…サブストレート（ウエハ）、３…オリエンテーションフラット（オリフラ）、４…配線、４ａ…第１配線、４ｂ…第２配線、４ｃ…スルーホール、４ｄ…スルーホール導体、５…層間絶縁膜（絶縁膜）、５ａ…第１絶縁膜、５ｂ…第２絶縁膜、６…凹凸部、７…被研磨面、８…裏側面、１０…研磨装置、１１…研磨工具、１２…ベースプレート、１３…回転軸、１４…研磨クロス、１５…研磨材面、２０…ヘッド、２１…ヘッド本体、２２…保持穴、２３…通気口、２４…負圧供給路、２５…バッキングパッド、２６…ガイドリング、２７…ボルト、２８…多孔質板、３０…ブラッシング装置、３１…ベースプレート、３２…回転軸、３３…刷毛、４０…クリーニング装置、４１…ベース、４２…洗浄凹部、４３…洗浄水供給路、４４…噴出口、４５…吸引路、４６…吸引口、４７…洗浄水、４８…被洗浄物、４９…粒子計測装置、５０…低摩擦シート、５１…砥粒、５２…砥粒供給装置、５３…テープ、５４…繰り出しローラ、５５…押接ローラ、５６…巻き取りローラ、６０…純水供給装置、６１…純水、６２…スラリー、６３…スラリー供給装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨技術、特に、化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｈｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術に関し、例えば、パターニングされた半導体ウエハ（以下、ウエハという。）のパターニング側主面を化学的機械研磨するのに利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、パターニングされたウエハ（以下、パターン付きウエハという。）のパターニング側主面の凹凸を化学的機械研磨方法によって平坦化する半導体装置の製造方法が提案されている。パターン付きウエハのパターニング側主面の凹凸を化学的機械研磨方法によって平坦化する技術は、パターン付きウエハを研磨工具に擦り付けて研磨するため、ウエハのパターン側主面の凹凸を迅速かつ正確に平坦化することができる。
【０００３】
この平坦化に使用される化学的機械研磨方法を実行する化学的機械研磨装置は、円盤形状に形成されて回転する回転テーブルの上に貼着された研磨工具と、パターン付きウエハを保持した状態で自転するヘッドと、微細な砥粒を純水等によって懸濁（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）させたスラリーと呼ばれる研磨液を研磨工具に供給するスラリー供給装置とを備えており、研磨工具の研磨面にスラリーを滴下した後に、自転するヘッドによって保持したパターン付きウエハの被研磨面を回転する研磨工具の研磨面に押し当てて化学的機械研磨するように構成されている。
【０００４】
ところが、この化学的機械研磨方法においては、スラリーに含まれる砥粒同士の凝集物および研磨中にウエハが破砕することによって生ずる破片や塵埃等の異物が研磨工具の研磨面に多数存在し、これら異物はスラリーのかけ流し程度では研磨面から完全に除去することができずに研磨面に残留することが起こる。そして、研磨面に残留した異物によってパターン付きウエハの被研磨面が損傷されることにより、下地のパターンがダメージを受けるため、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができない。
【０００５】
この化学的機械研磨方法の問題点を解決する手段として、特開平８−２９４８６１号公報には次のような研磨装置が提案されている。すなわち、この研磨装置は、研磨工具におけるパターン付きウエハの擦り付け領域の回転方向後方側に研磨加工中に研磨面から研磨廃液を除去する液排出機構を備えており、一度研磨に使用したスラリー廃液が液排出機構によって強制的に排出されるように構成されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した研磨装置においては、粒径が数μｍ以上の比較的大きな異物や研磨工具に研磨クロスの代わりに固定砥粒を使用した場合に発生する砥石のチッピングによる異物の除去は充分に除去することができないため、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができないという問題点があることが、本発明者によって明らかにされた。
【０００７】
また、スラリーには粒径が数十μｍからサブμｍまでのシリコン酸化物や酸化セリウム等の微細な砥粒が使用されているため、スラリーはきわめて高価な材料になる。他面、スラリーはかけ流されるため、殆どのスラリーは化学的機械研磨に寄与することがなく排出されてしまう。したがって、きわめて高価なスラリーがかけ流されて研磨に寄与することなく強制的に排出されてしまうと、研磨装置のランニングコストが上昇してしまい、パターン付きウエハの平坦化工程のコストひいては半導体装置の製造方法全体のコストが上昇してしまう。
【０００８】
本発明の目的は、コストの上昇を抑制しつつ信頼性のある加工を安定的に実施することができる研磨技術を提供することにある。
【０００９】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。
【００１１】
すなわち、固定砥粒を有し回転する研磨工具の研磨材面にワークの被研磨面を押接させて研磨する研磨装置において、
前記研磨工具における前記ワークが前記研磨工具に押接される位置の回転方向後方側にクリーニング装置を備え、該クリーニング装置は、
前記研磨工具の研磨材面に洗浄水を噴出する噴出口を有する洗浄水供給手段と、
該洗浄水供給手段により供給された前記洗浄水を乱流状態にさせる洗浄部と、
前記乱流状態の洗浄水に随伴して浮遊した前記研磨工具の研磨材面における凝集物や異物を真空吸引して回収する吸引手段とを備え、
前記洗浄部と前記研磨工具の研磨材面とが形成する空間は前記洗浄水を噴出する噴出口よりも狭いことを特徴とする。
【００１２】
前記した手段によれば、研磨によって発生した凝集物や異物をクリーニング装置によって完全に除去することができるため、これら凝集物や異物によるワークの被研磨面の損傷の発生を防止することができ、その結果、その損傷による下地パターンのダメージの発生を未然に防止することができる。つまり、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態である研磨装置を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は主要部の拡大断面図である。図２は図１（ａ）の展開図である。図３は各主要部を示しており、（ａ）はヘッドの正面断面図、（ｂ）はスラリー供給装置を示す正面断面図である。図４以降は本発明の一実施形態である研磨方法を説明する各説明図である。
【００１４】
本実施形態において、本発明に係る研磨装置は、半導体装置の製造方法で使用されるパターン付きウエハ研磨装置（以下、研磨装置という。）として構成されている。ここで、半導体装置の製造方法の対象であって研磨装置１０のワークである図４に示されているパターン付きウエハ（以下、ワークという。）１について簡単に説明する。
【００１５】
図４に示されているワーク１は外周の一部にオリエンテーションフラット（以下、オリフラという。）３が直線形状に切設されたウエハ（以下、サブストレートという。）２を備えている。サブストレート２のパターニング側主面（以下、表側面という。）における表層領域には半導体素子の一例であるメモリーＭが作り込まれているとともに、表面上には金属膜の一例である配線層膜から形成された配線４および絶縁膜の一例である層間絶縁膜５がそれぞれ被着されている。そして、配線４は厚さを有する線分によって形成されているため、その上に被着された層間絶縁膜５の表側面には凹凸部６が下層の配線４の凹凸に倣って形成されている。そこで、本実施形態においては、この層間絶縁膜５の表側面部の一部を研磨装置１０によって化学的機械研磨して除去することにより、層間絶縁膜５が平坦化される。したがって、層間絶縁膜５の表側面は研磨装置１０によって研磨される被研磨面７を形成することになる。
【００１６】
図１〜３を用いて研磨装置１０を詳細に説明する。本実施形態に係る研磨装置１０は研磨工具１１およびヘッド２０を備えている。図３（ａ）に示されているように、研磨工具１１はワーク１の直径よりも充分に大きい半径を有する円盤形状に形成されたベースプレート１２を備えており、ベースプレート１２は水平面内において回転自在に支持されている。ベースプレート１２の下面の中心には垂直方向に配された回転軸１３が固定されており、ベースプレート１２は回転軸１３によって回転駆動されるように構成されている。ベースプレート１２の上面には研磨クロス（布）１４が全体にわたって均一に貼着されている。研磨クロス１４は表面上にポア構造を有する合成樹脂のクロス（布）にコロイダルシリカ等の微細な砥粒が抱え込まれた研磨材であり、表側面によって研磨材面１５が形成されている。研磨クロス１４による研磨作業に際しては、スラリーが用いられることにより、機械的な研磨（ポリシング）に加えてそのポリシング効果を高めるメカノケミカルポリシング（ｍｅｃｈａｎｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が実施される状態になる。
【００１７】
ヘッド２０はワーク１の直径よりも若干大きい直径を有する円盤形状に形成された本体２１を備えており、本体２１の下面には円形で一定深さの保持穴２２が同心円に配されて没設されている。保持穴２２の大きさはワーク１の大きさよりも若干大きめに形成されている。保持穴２２の中心には通気口２３が開設されており、通気口２３には真空ポンプや空圧ポンプ（図示せず）に接続される供給路２４が接続されている。保持穴２２内には保持穴２２の内径と略等しい外径を有する円盤形状のバッキングパッド２５が、同心に配されて接着材層（図示せず）によって接着されている。バッキングパッド２５はポリ・ウレタンの発泡体によって形成されており、発泡体の多孔質かつ多孔群によってワーク１と接する面に柔軟性の高い層が全体にわたって均一に構成されている。
【００１８】
本体２１の下面における外周辺部には円形リング形状のガイドリング２６が当接されており、ガイドリング２６は複数本のボルト２７により本体２１に締結されている。ガイドリング２６はワーク１の被研磨面７の硬度よりも充分に低い硬度を有する樹脂が使用されて、外径が本体２１の外径と等しく内径が保持穴２２の内径と略等しい円形リング形状に形成されている。ガイドリング２６はワーク１をその被研磨面７を下端から下方に露出させた状態で、研磨作業中にワーク１が外側に飛び出すのを阻止しつつ保持する。バッキングパッド２５はガイドリング２６の中空部内に嵌入されている。なお、２８は多孔質板である。
【００１９】
ヘッド２０は通気口２３を中心にして水平面内において回転自在に支承されている。ヘッド２０は回転駆動装置（図示せず）によって回転駆動される。ヘッド２０は研磨工具１１が設備されたステーションとワーク１が１枚ずつ払い出されるローディングステーション（図示せず）との間を移送装置（図示せず）によって往復移動される。ヘッド２０は研磨作業に際して極僅かに下降される。
【００２０】
図１および２に示されているように、ヘッド２０の研磨工具１１の上面における回転方向後方位置には、ブラッシング装置３０が垂直方向下向きに設備されている。ブラッシング装置３０はワーク１の直径よりも若干大きめの直径を有する円盤形状に形成されたベースプレート３１を備えており、ベースプレート３１は水平面内において回転自在に支持されている。ベースプレート３１の上面の中心には垂直方向上向きに配された回転軸３２が固定されており、ベースプレート３１は回転軸３２によって回転駆動されるように構成されている。ベースプレート３１の下面には刷毛３３が全体にわたって均一に植え込まれている。
【００２１】
ブラッシング装置３０の研磨工具１１の上面における回転方向後方位置には、クリーニング装置４０が垂直方向下向きに設備されている。このクリーニング装置４０はワーク１の直径よりも若干大きめの直径を有する円盤形状に形成されたベース４１を備えており、ベース４１は研磨工具１１の上面の定められた位置に水平に固定されている。ベース４１の下面には研磨工具を洗浄するための洗浄凹部４２が没設されており、洗浄凹部４２はベース４１の下面と研磨工具１１の上面との間に高さが低く平面面積の広い狭い空間を形成するように設定されている。洗浄凹部４２の径方向（以下、左右方向とする。）の両端部には、洗浄水供給路４３が接続された噴出口４４および吸引路４５が接続された吸引口４６がそれぞれ開設されている。洗浄水供給路４３は水源やポンプ等からなる洗浄水供給装置（図示せず）に接続されており、加圧された純水を洗浄水４７として噴出口４４から噴出させるように構成されている。吸引路４５はバキュームポンプ等からなるバキューム装置（図示せず）に接続されており、噴出口４４から噴出された洗浄水４７と共に被洗浄物４８を吸引するように構成されている。
【００２２】
吸引路４５には吸引路４５を通過する粒子の個数を計測する粒子計測装置４９が設備されており、粒子計測装置４９は計測結果をコントローラ（図示せず）に送信するようになっいる。コントローラは計測データに基づいて後述するようにクリーニング装置およびスラリー供給装置を自動制御するとともに、メンテナンスの時期の判断や損傷の発生等のトラブルを予知するように構成されている。
【００２３】
ベース４１の下面には弗素樹脂等の低摩擦シート５０が貼着されており、万一、クリーニング装置４０が研磨工具１１と接触しても、この低摩擦シート５０によって研磨工具１１へのダメージが減少されるようになっている。
【００２４】
クリーニング装置４０の研磨工具１１の上面における回転方向後方位置には、砥粒５１を研磨工具１１に供給するための砥粒供給装置５２が設備されている。砥粒供給装置５２は砥粒５１が保持されたテープ５３を繰り出す繰り出しローラ５４を備えており、繰り出しローラ５４から繰り出されたテープ５３の一主面は押接ローラ５５によって研磨工具１１の上面に押接されることにより砥粒５１を研磨工具１１の上面に転移されるようになっている。砥粒５１が研磨工具１１の上面に転移されたテープ５３は巻き取りローラ５６に巻き取られるように構成されている。砥粒５１としてはコロイダルシリカや酸化セシウムの粒子が使用される。粒径はコロイダルシリカの場合には２０ｎｍ〜５０ｎｍであり、酸化セリウムの場合には０．５μｍ〜数μｍである。また、テープ５３の砥粒５１の保持は粘着剤や静電気等を利用して、研磨工具１１への転移が迅速かつ確実に実行されるように構成することができる。
【００２５】
砥粒供給装置５２の研磨工具１１の上面における回転方向後方位置には、純水供給装置６０が研磨工具１１の上面に純水６１を供給するように構成されている。本実施形態においては、これら砥粒供給装置５２および純水供給装置６０によって、砥粒５１が純水６１に懸濁されたスラリー６２を研磨工具１１の研磨材面１５に供給するスラリー供給装置６３が構成されている。
【００２６】
本発明の一実施形態である化学的機械研磨装置の作用を多層配線が形成される場合を例にして、図５を参照して説明する。
【００２７】
図５（ａ）に示されているように、サブストレート２の表側面には多層配線における第１絶縁膜５ａが形成される。続いて、第１絶縁膜５ａの上には第１配線４ａが金属被膜被着処理やリソグラフィー処理およびエッチング処理によってパターニングされる。なお、第１配線４ａにはポリシリコンやポリサイド等によって形成されるワード線等も含まれる。
【００２８】
次いで、図５（ｂ）に示されているように、ウエハ２の第１絶縁膜５ａの上にはＳｉＯ2 やＳｉ3 Ｎ4 等によって形成された第２絶縁膜５ｂが、ＣＶＤ法等によって被着される。第２絶縁膜５ｂは第１配線４ａを被覆する。第２絶縁膜５ｂの表面側には第１配線４ａの厚み分に相当する凸部が形成されるため、被研磨面７には不特定多数の凹凸部６が形成された状態になる。この状態のウエハがワーク１として、本実施形態に係る研磨装置１０に供給される。
【００２９】
一方、研磨装置１０において、研磨工具１１の回転軸１３による回転が安定すると、砥粒供給装置５２の押接ローラ５５が研磨工具１１の上面に押接することにより、テープ５３が保持した砥粒５１を研磨工具１１の研磨材面１５に転移させる。砥粒５１は研磨工具１１の研磨材面１５に全体にわたって均一に貼着される。
【００３０】
同時に、純水６１が研磨工具１１の研磨材面１５における砥粒５１が貼着された領域に純水供給装置６０によって均一に撒布される。この砥粒５１および純水６１の供給によって、研磨工具１１の上面には異物の無い砥粒５１による新鮮なスラリー６２を全体にわたって均一に保持した研磨材面１５が形成されるため、研磨レートが安定でワーク１の被研磨面を損傷させることがない化学的機械研磨を実施することができる研磨材面１５が形成された状態になる。
【００３１】
研磨装置１０に供給されたワーク１は、図４（ａ）に示されているように被研磨面７側を下向きに配された状態でヘッド２０のガイドリング２６内に挿入される。ワーク１がガイドリング２６内に挿入されると、負圧供給路２４を通じて負圧が通気口２３に供給される。負圧はバッキングパッド２５を通じて、ワーク１の被研磨面７と反対側の主面（以下、裏側面という。）８に印加されるため、ワーク１はヘッド２０に真空吸着される。ワーク１を真空吸着したヘッド２０は移送装置によって研磨工具１１の真上に移送された後に下降されて、ワーク１の被研磨面７が研磨クロス１４の研磨材面１５に押接される。
【００３２】
ヘッド２０の下降に伴って、ワーク１はバッキングパッド２５を介してヘッド本体２１によって垂直方向に押し付けられるため、ワーク１の被研磨面７は研磨クロス１４の研磨材面１５にヘッド本体２１による機械的な力によって押し付けられた状態で、研磨材面１５に擦られる。また、加工均一性を向上させるために、ワーク１の裏面側に加圧空気を供給してもよい。同時に、スラリー６２が研磨材面１５に供給されているため、機械的な研磨（ポリシング）に加えてそのポリシング効果を高められた化学的機械研磨が実施される。ワーク１が研磨材面１５にヘッド２０による機械的な力によって付勢された状態で、被研磨面７は研磨材面１５およびスラリー６２によって化学的機械研磨されるため、被研磨面７の研磨材面１５による研磨量は全体にわたって均一になる。
【００３３】
そして、被研磨面７を構成する第２絶縁膜５ｂの表面部は全体にわたって均等に研磨されるため、図５（ｃ）に示されているように、凹凸部６が全体にわたって除去されるとともに、全体にわたって均一な厚さを呈する第２絶縁膜５ｂが形成され、きわめて良好な平坦化が実現される。化学的機械研磨において、ワーク１の被研磨面７である第２絶縁膜５ｂに形成された凹凸部６の凸部は先に除去されて行き、第２絶縁膜５ｂの表面は次第に平坦化されて行く。この際、被研磨面７は全体にわたって均一に研磨されるため、第２絶縁膜５ｂの被研磨面７に位置する厚さは全体にわたって均一に減少される。そして、第２絶縁膜５ｂは全体にわたって均一に被着されていたのであるから、研磨量が全体にわたって均一であるならば、その研磨後の第２絶縁膜５ｂの被研磨面７に位置する厚さは全体にわたって均一になる。したがって、研磨装置１０による研磨量を第２絶縁膜５ｂの研磨前の厚さ、第１配線４ａの厚さおよび凹凸部６の関係によって適度に設定することにより、第１配線４ａを研磨することなく第２絶縁膜５ｂを平坦化することができる。
【００３４】
以上の化学的機械研磨に伴って、スラリー中の砥粒５１の凝集によって発生した凝集物や、研磨中に発生した切屑、ウエハが破砕することによって発生した破片や塵埃等の異物が研磨工具１１の研磨材面１５に残留する。残留した凝集物や異物は化学的機械研磨中にワーク１の被研磨面７を損傷させる原因になる。そして、図４（ｂ）に示されているように、ワーク１の被研磨面７が損傷されると、絶縁層がショートしたり、下地パターンである第１配線４ａがダメージを受け、抵抗値が低下したり断線したりする。。つまり、凝集物や異物が研磨工具１１の研磨材面１５に残留すると、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができない。
【００３５】
そこで、本実施形態においては、ヘッド２０の研磨工具１１において回転方向後方位置にブラッシング装置３０およびクリーニング装置４０を順次配備することにより、凝集物や異物を全て除去するように構成している。すなわち、ブラッシング装置３０において、研磨工具１１の研磨材面１５が刷毛３３によってブラッシングされることにより、研磨材面１５に食い込んだ凝集物や異物は掻き出される。
【００３６】
クリーニング装置４０において、洗浄水供給路４３から供給された洗浄水４７は噴出口４４から洗浄凹部４２の狭い空間に噴出される。他方、洗浄凹部４２は吸引路４５から吸引口４６に加わる負圧によって吸引されているため、洗浄凹部４２の空間に噴出された洗浄水４７は洗浄凹部４２の全体を流れた後に、吸引口４６に全て回収される。洗浄凹部４２に噴出された洗浄水４７は狭い空間に噴出されるため、層流にならずに乱流状態になる。したがって、研磨工具１１の研磨材面１５においてブラッシング装置３０によって掻き出された凝集物や異物は、乱流状態となった洗浄水４７によってきわめて効果的に研磨材面１５から巻き上げられて浮遊した状態になる。研磨材面１５から剥離されて浮遊した凝集物や異物の被洗浄物４８は、乱流状態になった洗浄水４７に随伴して吸引口４６に全て回収される。
【００３７】
以上のようにして、本実施形態によれば、化学的機械研磨によって発生した凝集物や異物はヘッド２０の回転方向後方位置に配置されたブラッシング装置３０およびクリーニング装置４０によって完全に除去されるため、これら凝集物や異物によるワーク１の被研磨面７の損傷の発生を防止することができ、その損傷による第１配線４ａのダメージの発生を未然に防止することができる。
【００３８】
ここで、クリーニング装置４０による研磨工具１１の研磨材面１５の洗浄が強力に実行されると、研磨材面１５に供給されたスラリー６２も除去されてしまう状態になる。そこで、本実施形態において、クリーニング装置４０の回転方向後方位置に配備された砥粒供給装置５２および純水供給装置６０によって、前述したように、砥粒５１および純水６１が順次供給されることにより、新鮮なスラリー６２が研磨工具１１の研磨材面１５に新たに供給される。
【００３９】
この際、クリーニング装置４０の吸引路４５に装備された粒子計測装置４９によって計測された吸引路４５を通過する粒子の計測データに基づいて、クリーニング装置４０による研磨工具１１の研磨材面１５の洗浄状況と砥粒供給装置５２および純水供給装置６０によるスラリー６２の供給状況との関係がモニタリングされることにより、クリーニング装置４０、砥粒供給装置５２および純水供給装置６０の運転状況が最適に自動制御される。また、粒子の計測データに基づいてメンテナンスの時期の判断やワークの損傷の発生等のトラブルが予知されることになる。
【００４０】
この場合、粒子計測装置４９の計測データについて標準的に状態を予め標準値として記憶しておき、その標準値からのシフト状態をモニタリングすることにより、運転状況を自動制御することができる。標準的な状態とは、化学的機械研磨が適正に実施されている時の排出粒子の粒径分布や濃度（粒子個数）等の数値データであり、シフト状態とは、例えば、粒径分布の平均値が１０％毎に変動した時の化学的機械研磨状態である。そして、このような各状態を予め学習してある割合に達した時点でシーケンス制御することができる。また、ある時点に達した時点でアラームを鳴らす等の手段によって警告を発するようにシーケンスをプログラミングしてもよい。
【００４１】
設定した研磨量の化学的機械研磨が終了した状態で、ワーク１の被研磨面７である第２絶縁膜５ｂの表面は、図５（ｃ）に示されているようにきわめて高精度に平坦化され、かつ、第１配線４ａの真上には第２絶縁膜５ｂが予め設定された層厚をもって残された状態になっている。
【００４２】
この状態のワーク１は研磨装置１０からアンローディング装置によってウエハカセットに収納され、後続の洗浄工程を経た後、ホール形成工程に送られる。ホール形成工程において、ワーク１の第２絶縁膜５ｂにおける所定の第１配線４ａの真上にはスルーホール４ｃが図５（ｄ）に示されているように開設される。
【００４３】
続いて、第２配線形成工程において、第２絶縁膜５ｂの上には第２配線４ｂが金属被膜被着処理やリソグラフィー処理およびエッチング処理によって、図５（ｅ）に示されているようにパターニングされる。この際、第２絶縁膜５ｂの表面は高精度に平坦化されているため、第２配線４ｂはきわめて高精度にパターニングされる。第２配線４ｂのパターニングに際して、第２絶縁膜５ｂの上に被着される金属被膜の一部が第２絶縁膜５ｂに開設されたスルーホール４ｃに充填する。スルーホール４ｃに充填した金属部によりスルーホール導体４ｄが形成される。パターニングされた第２配線４ｂの所定部分は第１配線４ａにスルーホール導体４ｄによって電気的に接続された状態になる。
【００４４】
以降、前記した絶縁膜形成工程、平坦化工程、ホール形成工程および配線形成工程が繰り返されることにより、図４（ｂ）に示されている多層配線が形成される。この際、先の工程で形成された層の絶縁膜および配線が次の工程で下層の絶縁膜および下層の配線に相当することになる。なお、ホールはスルーホールに限らず、コンタクトホールの場合も含む。また、ホールは第１層の配線を第２層の配線に接続させるに限らず、第１層の配線を第３層や第４層の配線に接続させる場合もある。
【００４５】
前記実施形態によれば次の効果が得られる。
▲１▼ ヘッド２０の化学的機械研磨が実行される研磨工具における回転方向後方側にブラッシング装置およびクリーニング装置を順次設備することにより、化学的機械研磨によって発生した凝集物や異物をブラッシング装置およびクリーニング装置によって完全に除去することができるため、これら凝集物や異物によるワークの被研磨面の損傷の発生を防止することができ、その結果、その損傷による下地パターンのダメージの発生を未然に防止することができる。
【００４６】
▲２▼ 前記▲１▼により、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができる。
【００４７】
▲３▼ クリーニング装置の上手側にブラッシング装置を配備することにより、研磨工具の研磨材面をブラッシング装置の刷毛によってブラッシングして、研磨材面に食い込んだ凝集物や異物を事前に掻き出すことができるため、凝集物や異物をクリーニング装置によって確実に除去することができる。
【００４８】
▲４▼ クリーニング装置において、洗浄水を狭い洗浄凹部に噴出させるとともに、洗浄凹部を吸引することにより、研磨工具の研磨材面の凝集物や異物を乱流状態となった洗浄水によってきわめて効果的に研磨材面から巻き上げて浮遊させることができるため、凝集物や異物の被洗浄物を乱流状態になった洗浄水に随伴させて吸引口において全て回収して除去することができる。
【００４９】
▲５▼ クリーニング装置によってスラリーを回収することにより、スラリーを再使用することができるため、きわめて高価なスラリーの浪費を低減することができ、コストを低減することができる。
【００５０】
▲６▼ クリーニング装置の回転方向後方位置に砥粒供給装置および純水供給装置を配備することにより、砥粒供給装置および純水供給装置によって砥粒および純水を供給することができるため、新鮮なスラリーを研磨工具の研磨材面に常に新たに形成させることができ、前記▲２▼の効果をより一層高めることができる。
【００５１】
▲７▼ クリーニング装置の吸引路に粒子計測装置を装備することにより、粒子計測装置によって計測された吸引路を通過する粒子の計測データに基づいて、クリーニング装置による研磨工具の研磨材面の洗浄状況と砥粒供給装置および純水供給装置によるスラリーの供給状況との関係がモニタリングすることができるため、クリーニング装置、砥粒供給装置および純水供給装置の運転状況を最適に自動制御することができ、また、粒子の計測データに基づいてメンテナンスの時期の判断やワークの損傷の発生等のトラブルを予知することができる。
【００５２】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５３】
例えば、研磨工具の研磨材面は研磨クロスによって形成するに限らず、硬質の研磨パッドによって形成してもよいし、研磨クロスまたは研磨パッドの代わりに砥粒を固定した研磨工具の表面によって形成してよい。砥粒を固定した研磨工具の場合には、チッピングによって発生した大きな異物による損傷を防止することができ、また、砥粒供給装置および純水供給装置を省略することができる。
【００５４】
スラリーの供給は砥粒供給装置およひ純水供給装置によって実行するように構成するに限らず、スラリーをスプレー装置によって研磨工具の研磨材面に撒布するように構成してもよい。
【００５５】
ブラッシング装置とクリーニング装置とは別体に構成するに限らず、一体的に構成してもよく、一体に構成した場合にはスペースを節約することができる。
【００５６】
クリーニング装置の洗浄水としては、純水を使用するに限らず、界面活性剤を混合した水溶液を使用してもよい。界面活性剤を混合した水溶液を使用した場合には、凝集した砥粒を分散させることができるため、洗浄効率を高めることができる。
【００５７】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００５８】
化学的機械研磨が実行される研磨工具におけるヘッドの回転方向後方側にクリーニング装置を設備することにより、化学的機械研磨によって発生した凝集物や異物をクリーニング装置によって完全に除去することができるため、これら凝集物や異物によるワークの被研磨面の損傷の発生を防止することができ、その結果、その損傷による下地パターンのダメージの発生を未然に防止することができる。つまり、信頼性のある化学的機械研磨を安定的に実施することができる。
【００５９】
また、高価なスラリーをクリーニング装置によって回収することにより、再使用することができるため、コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である研磨装置を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）はクリーニング装置の拡大断面図である。
【図２】図１（ａ）の展開図である。
【図３】各主要部を示しており、（ａ）はヘッドの正面断面図、（ｂ）はスラリー供給装置を示す正面断面図である。
【図４】ワークを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は拡大部分断面図である。
【図５】化学的機械研磨の半導体装置の製造方法への使用方法を説明するための各拡大部分断面図を示しており、（ａ）は第１配線形成工程、（ｂ）は第２絶縁膜形成工程、（ｃ）は平坦化工程、（ｄ）はホール形成工程、（ｅ）は第２配線形成工程を示している。
【符号の説明】
１…ワーク（半導体ウエハ）、２…サブストレート（ウエハ）、３…オリエンテーションフラット（オリフラ）、４…配線、４ａ…第１配線、４ｂ…第２配線、４ｃ…スルーホール、４ｄ…スルーホール導体、５…層間絶縁膜（絶縁膜）、５ａ…第１絶縁膜、５ｂ…第２絶縁膜、６…凹凸部、７…被研磨面、８…裏側面、１０…研磨装置、１１…研磨工具、１２…ベースプレート、１３…回転軸、１４…研磨クロス、１５…研磨材面、２０…ヘッド、２１…ヘッド本体、２２…保持穴、２３…通気口、２４…負圧供給路、２５…バッキングパッド、２６…ガイドリング、２７…ボルト、２８…多孔質板、３０…ブラッシング装置、３１…ベースプレート、３２…回転軸、３３…刷毛、４０…クリーニング装置、４１…ベース、４２…洗浄凹部、４３…洗浄水供給路、４４…噴出口、４５…吸引路、４６…吸引口、４７…洗浄水、４８…被洗浄物、４９…粒子計測装置、５０…低摩擦シート、５１…砥粒、５２…砥粒供給装置、５３…テープ、５４…繰り出しローラ、５５…押接ローラ、５６…巻き取りローラ、６０…純水供給装置、６１…純水、６２…スラリー、６３…スラリー供給装置。
Claims (6)
- 固定砥粒を有し回転する研磨工具の研磨材面にワークの被研磨面を押接させて研磨する研磨装置において、
前記研磨工具における前記ワークが前記研磨工具に押接される位置の回転方向後方側にクリーニング装置を備え、該クリーニング装置は、
前記研磨工具の研磨材面に洗浄水を噴出する噴出口を有する洗浄水供給手段と、
該洗浄水供給手段により供給された前記洗浄水を乱流状態にさせる洗浄部と、
前記乱流状態の洗浄水に随伴して浮遊した前記研磨工具の研磨材面における凝集物や異物を真空吸引して回収する吸引手段とを備え、
前記洗浄部と前記研磨工具の研磨材面とが形成する空間は前記洗浄水を噴出する噴出口よりも狭いことを特徴とする研磨装置。 - 前記洗浄水として純水が使用されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
- 前記洗浄水として界面活性剤を混合された水溶液が使用されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
- 前記クリーニング装置の上手側に、前記研磨工具の研磨材面を刷毛によって機械的にブラッシングするブラッシング装置が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
- 前記クリーニング装置の下手側に、前記研磨工具の研磨材面にスラリーを供給するスラリー供給装置が配設されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
- 前記スラリー供給装置が、砥粒を前記研磨材面に供給する砥粒供給装置と前記研磨材面に溶液を供給する溶液供給装置とを備えていることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
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