JP3979750B2 - 基板の研磨装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の研磨装置に係り、特に、半導体ウエハ、ガラス基板、液晶パネル等の被処理基板を平坦に研磨し、かつ清浄な状態で供給することが可能な基板の研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、配線間距離が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合は、焦点深度が浅くなるためにステッパの結像面の高い平坦度を必要とする。また、基板上に配線間距離より大きなパーティクルが存在すると、配線がショートするなどの不具合が生じるので、基板の処理においては、平坦化とともに清浄化を図ることが重要となる。このような事情は、マスク等に用いるガラス基板、或いは液晶パネル等の基板のプロセス処理においても同様である。
【０００３】
平坦化を実現する従来の研磨装置として、図１０及び図１１に示すように、研磨部１０、ロード・アンロード部２２、２基の搬送機２４ａ，２４ｂ、３つの洗浄機２６ａ，２６ｂ，２６ｃを有する洗浄部２６及び必要に応じて反転機２８を備えたものがある。搬送機２４ａ，２４ｂは、図１０に示すレール上を自走する形式でも、図１１に示す多関節アームの先端にロボットハンドを有する固定型でもよい。
【０００４】
研磨部１０は、図１２に示されるように、上面にクロス（研磨布）１１を貼り付けた研磨テーブル１２と、半導体ウエハ（基板）Ｗを保持しつつ研磨テーブル１２に押しつけるトップリング１３と、クロス１１と基板Ｗの間に砥液を供給するノズル１４とを具備している。これらの各部は、相互の汚染を防止するためにできるだけ隔壁で仕切るようにしており、特に研磨部１０のダーティーな雰囲気を洗浄工程以降を行なう空間に拡散させないために、各空間の空調や圧力調整等がなされている。
【０００５】
このような構成の研磨装置では、基板Ｗをロード・アンロード部２２から搬送機２４ａ，２４ｂで受渡台３８を介して研磨部１０に搬送し、ここで、ノズル１４より所定の砥液Ｑ（Ｓｉ基板上の絶縁膜（酸化膜）を研磨する場合には所定の粒径の砥粒をアルカリ水溶液に浮遊させたもの）を供給しつつ、研磨テーブル１２とトップリング１３をそれぞれ回転させながら基板Ｗをクロス１１面に押圧させて基板Ｗの研磨を行なう。研磨を終えた基板Ｗは、洗浄・乾燥工程を経てロード・アンロード部２２に戻される。
【０００６】
洗浄部２６の第１の洗浄機２６ａは、基板Ｗを取り囲むように複数の直立したローラ３０を配置し、ローラ３０の頂部に形成した把持溝によって基板Ｗの縁部を保持し、ローラ３０の回転によって基板Ｗを回転させる低速回転型の洗浄機であり、上下からローラ型やペンシル型のスポンジ等からなる洗浄部材が基板Ｗに接触・待避可能に設けられている。第２及び第３の洗浄機２６ｂ，２６ｃは、回転軸３２の上端に基板Ｗを把持するアーム３４が放射状に延びて形成された回転テーブル３６を有する高速回転型の洗浄機である。いずれの洗浄機の場合も、基板Ｗ表面に洗浄液等を供給するノズル、スプラッシュの飛散を防止する周壁及びミストの拡散を防止するための下降気流を形成する空調設備等が設けられている。
【０００７】
基板研磨工程の後の洗浄工程は、以下のようにして行われる。まず、第１の洗浄機２６ａでは、ローラ３０によって基板Ｗを保持し、回転させながら、表裏面に洗浄液を供給しつつ洗浄部材を擦り付けてスクラブ洗浄を行なう。このスクラブ洗浄工程では、通常、洗浄液として研磨工程で用いた研磨液と同じ程度のｐＨを有する第１の洗浄液、例えば、Ｓｉ酸化膜の研磨の場合にはアンモニア水溶液を用い、いわゆるｐＨショックによるパーティクルの凝集を防ぐようにし、パーティクルが除去された後に純水等を供給して中性化してから第２の洗浄機２６ｂに移送する。
【０００８】
第２の洗浄機２６ｂでは、基板Ｗに付着する金属イオンを除去するために、ノズルより基板Ｗ表面に通常は酸性の薬液を供給して表面のエッチング（化学的洗浄）を行い、その後に純水等を供給して中性化し、第３の洗浄機（乾燥機）２６ｃに移送する。第３の洗浄機２６ｃでは、純水を供給して最終洗浄を行った後に、清浄な不活性ガスを吹き付けながら高速回転させて乾燥工程を行なう。洗浄・乾燥工程を終えた基板Ｗは搬送機２４ａ，２４ｂの清浄なハンドによってロード・アンロード部２２に戻される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の基板の研磨装置においては、特にエッチング洗浄は他の洗浄機とは別の専用機で行っていたため、洗浄工程を３基の洗浄機２６ａ，２６ｂ，２６ｃを用いて行っていたので、装置の大型化と床面積の増大、洗浄処理の長時間化等の不具合が有る。さらに、基板Ｗは図１１に▲１▼〜▲９▼の流れ線で示すように移動し、搬送経路が複雑となる。従って、２基の搬送機２４ａ，２４ｂの干渉を防ぎつつ制御しなければならず、それによる装置の複雑化や処理時間の遅れも発生する上、ロボットハンドによる搬送の機会が増えるので基板Ｗの汚染の可能性も増える。
【００１０】
洗浄部２６を簡略化するために、第１の洗浄工程であるパーティクル除去と第２の洗浄工程であるエッチングを同じ洗浄機で行なうことが考えられるが、この場合には、同一の洗浄機においてアルカリ性薬液と酸性薬液の双方の洗浄液を用いるので、排水経路のライニングの寿命の低下や塩の析出、排水処理の複雑化という問題が生じる。また、第２の洗浄機２６ｂでエッチングと乾燥の双方の工程を行うことも考えられるが、この場合には、エッチング液のミストが残留する空間で乾燥を行なうために基板Ｗが最終工程で汚染されてしまう可能性が生じる。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みて、洗浄工程をより簡略化した装置構成で行なうことによって、装置の規模を縮小し、かつ処理時間を短縮することができるとともに、清浄度の高い基板を提供することができるような研磨装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、半導体製造の技術が進歩するにつれ、ウエハに成膜される膜の素性も新たに進歩する。新たに開発された膜に対し成膜後のウエハを研磨した後で行われる洗浄工程は新しい膜を使用する半導体製造の初期段階では、３段以上の多段で洗浄を行うことが多く、洗浄プロセスの進歩により次第に洗浄段数を減らしていくことが多い。
このように、半導体製造のプロセス技術に進歩に合わせ、半導体製造装置に対する要求も変化するが、プロセス技術の変化に対し、常に最適な装置構成を維持できる研磨装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板上の金属膜を研磨して洗浄する基板の研磨装置において、基板と研磨テーブルとの間にアルミナ系砥液を供給しつつ両者を相対的に摺動させて化学機械研磨を行ない、しかる後、基板の仕上げ研磨を行なう研磨機を２基備え、それぞれの研磨機で前記化学機械研磨と前記仕上げ研磨とを互いにタイミングをずらして並列運転を行なう研磨部と、前記研磨部で仕上げ研磨した基板の表裏面に純水を供給しつつ基板の表裏面をスクラブ洗浄して基板に付着するパーティクルを除去し、さらに基板の表裏面に希フッ酸を含む酸性水溶液からなるエッチング液を供給して基板上の金属イオンを除去する２基の第１の洗浄機と、前記第１の洗浄機で洗浄した基板に純水を供給して基板を洗浄し高速回転させて乾燥させる１基の第２の洗浄機と、前記第２の洗浄機で洗浄した基板を洗浄し高速回転させて乾燥させる１基の第３の洗浄機を有することを特徴とする基板の研磨装置である。仕上げ研磨は、例えば、研磨液として純水を用い、化学機械研磨でできた基板Ｗの被研磨面の微細な傷を無くしまたは軽減し、同時に被研磨面に残留する研磨屑や砥粒等のパーティクルを除去するものである。
【００１４】
例えばシリカ系の砥液を使用した場合には、研磨部で、仕上げ研磨工程において研磨工程内の最終研磨条件で基板の研磨を行なうことによりパーティクルの効率的な除去が行われ、第１の洗浄機には既にパーティクル量が少ない基板が搬送されるので、従来のようなアルカリによるパーティクル除去工程が不要になる。従って、第１の洗浄機で例えば酸を用いた化学的洗浄であるエッチングを行うことができ、その後に第２の洗浄機で基板の洗浄・乾燥が達成される。このように、２つの洗浄機で基板の洗浄・乾燥が達成されるので、従来の場合に比較して作業時間と設備が軽減され、また、搬送工程が少なくなるので、それによる作業工程負荷の軽減及び基板の汚染の可能性の軽減も達成される。
【００１５】
仕上げ研磨において、研磨レートを５Å／分以下とするのが望ましい。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記第２の洗浄機は、前記基板を回転させながら前記基板に超音波で加振された純水を供給して前記洗浄を行なうことを特徴とする請求項１に記載の基板の研磨装置である。
【００１９】
例えば、アルミナ系砥液を使用の場合、第２の研磨工程でパーティクルの除去が十分に行えないことがある。このようなプロセスを実施する場合に、第２の研磨の後工程としてエッチングを実施するには、エッチングを実施する前に一度アルカリによるスクラブ洗浄を行い、十分にパーティクルを除去する必要がある。つまり、３段洗浄の必要がある。
本発明の装置では、２段洗浄と３段洗浄を選択的に行えるため、研磨機側の砥液及び研磨布を交換すれば同一の装置でアルミナ系砥液を用いるプロセス、シリカ系砥液を用いるプロセスの双方のプロセスに対し、最適に装置を提供可能となる。また、アルミナ系砥液による研磨技術及び研磨後の洗浄技術に進歩によりスクラブ洗浄が不要となっても、本発明の装置は最適な構成を維持できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１ないし図５は、研磨装置の一例を示すもので、１基の研磨機１０を持つ研磨部（１０）、２基の搬送機２４ａ，２４ｂ及び２基の洗浄機２６ａ，２６ｂを有する洗浄部２６を備えている。研磨部、搬送機等の構成は従来のものと同じである。尚、研磨部１０と、洗浄機２６ａ，２６ｂはそれぞれ隔壁で仕切られたユニットとなっており、各々独立して排気されて互いの雰囲気が干渉しないようになっている。
【００２３】
洗浄部２６の第１の洗浄機２６ａは、図３に示すように、基板Ｗ保持用の複数の直立ローラ３０が基板Ｗの周囲に開閉自在に設けられ、スポンジ等からなるローラ型のスクラブ洗浄用の洗浄部材４０が基板Ｗの上下から接離可能に設けられた、いわゆるロール／ロールタイプの低速回転型洗浄機である。第１の洗浄機２６ａには、基板Ｗの表裏面にエッチング液及び純水を供給可能なノズル５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが設けられている。
【００２４】
第２の洗浄機２６ｂは、図５に示すように基板Ｗを１５００〜５０００ｒｐｍ程度の高速で回転可能な回転テーブル３６を有し、超音波で加振された洗浄液を基板Ｗの上面に供給するノズル４２を具備した揺動アーム４４が設置された、いわゆるメガソニックタイプの高速回転型洗浄機である。なお、第２の洗浄機２６ｂには、プロセス性能向上やタクトタイム短縮のために、不活性ガスを供給可能なノズル４６や、加熱によって乾燥を促進する加熱手段を設けてもよい。また基板Ｗの下面にも洗浄液を供給するノズルを設けてもよい。なお、この例では、図示しない超音波振動装置により超音波を印加された洗浄液を基板Ｗに供給して、非接触的に洗浄を行っているが、これに代えてまたは追加して、ペンシル型の（スポンジ等の）洗浄部材を基板Ｗに接触、走査させて洗浄を行ってもよい。
【００２５】
以下に、このように構成された研磨装置における動作を図２を参照しながら説明する。ロード・アンロード部２２から反転機２８を経て研磨部１０に供給された（工程▲１▼〜▲３▼）基板Ｗは、研磨部１０において通常の砥液を用いた研磨（以下、「通常研磨」という）を行い、その後に水ポリッシュ工程を行なう。これは、研磨液として純水を用い、研磨圧力及び／又は研磨速度を通常研磨よりも小さくして（Ｓｉ酸化膜の場合、好ましくは１００Å／分以下の研磨レートで）研磨を行い、これにより、通常研磨工程でできた基板Ｗの被研磨面の微細な傷（スクラッチ）を無くしまたは軽減し、同時に被研磨面に残留する研磨屑や砥粒等のパーティクルを除去するいわゆる仕上げ研磨である。尚、水ポリッシュの代わりに、または通常研磨と水ポリッシュの間で通常研磨よりも小径の砥粒を含む研磨液を用いて仕上げ研磨を行ってもよい。
【００２６】
通常研磨の終了直後はクロス１１上に砥粒を含む砥液が残留しているので、これを除去するためには所定量の純水を供給することが必要である。この場合、一度に大量の純水を供給するとクロス面や被研磨面に残留する砥液のｐＨが急激に変化していわゆるｐＨショックを起こし、砥粒が凝集する可能性があるので、純水を最初は少量供給し、徐々に多くすることが好ましい。ただし、本発明の方法では、被研磨面に凝集したパーティクルは、以下に述べる仕上げ研磨工程において除去されるので、大きな問題とはならない。
【００２７】
研磨部１０で化学・機械的に研磨され、水ポリッシュされた基板Ｗは、付着していたパーティクルの多くが除去されて清浄度が高くなっており、基板受渡台３８を経由して第１の洗浄機２６ａに搬送され（工程▲４▼〜▲５▼）、図３（ａ）に示すように、ローラ３０によって数十〜３００ｒｐｍ程度の低回転数で回転可能に保持される。ここで、図３（ｂ）、図４（ａ）に示すように、上下に配置した純水ノズルより純水を供給しながら一対のローラスポンジ（洗浄部材）４０を自転させつつ基板Ｗ面に接触させて基板Ｗの上下面を全面に渡ってスクラブ洗浄を行なう。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、ローラスポンジ４０を上下に待避させた後、必要に応じ基板Ｗの回転速度を変化させながら薬液ノズルよりエッチング液を基板Ｗの上下面に供給し、基板Ｗ面のエッチング（化学的洗浄）を行って基板Ｗ面に残留する金属イオンを除去する。さらに、図４（ｃ）に示すように、純水ノズルより純水を供給し、必要に応じ基板Ｗの回転速度を変化させて純水置換を行い、エッチング液を除去する。
【００２９】
所定時間の純水置換が終了した後、搬送機２４ａ，２４ｂにより基板Ｗを反転機２８に搬送して反転し、被研磨面を上に向け、さらに第２の洗浄機２６ｂに搬送する（工程▲６▼〜▲７▼）。ここで、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板Ｗを１００〜５００ｒｐｍ程度の低速で回転させながら、揺動アーム４４を基板Ｗの全面に渡って揺動させて先端のノズル４２より超音波で加振された純水を基板Ｗの中心部を通過するように供給し、パーティクルの除去を行う。そして、純水の供給を止め、揺動アーム４４を待機位置に移した後、基板Ｗの回転速度を１５００〜５０００ｒｐｍ程度の高速回転に移し、必要に応じて不活性ガスを供給しながら基板Ｗの乾燥工程を行なう。乾燥が終わった基板Ｗは搬送機２４ｂによりロード・アンロード部２２の基板収容カセットに戻される（工程▲８▼）。
【００３０】
このような研磨作業工程では、洗浄部２６に含まれる洗浄機が３基から２基に減り、また、基板Ｗの搬送工程が図１１の場合の９工程から８工程に減るので、作業時間が大幅に短縮される。さらに、基板Ｗの流れがより単純になるので搬送機２４ａ，２４ｂの干渉も少なくなり、その制御も容易になる。
【００３１】
各洗浄機２６ａ，２６ｂの構成は、上述したものに限られるものではなく、例えば、パーティクル除去手段としては、洗浄部材４０にブラシやフェルト状の繊維を利用するもの、供給する洗浄液にキャビテーションを与えるもの、微細粒径の氷を利用するもの等が有る。また、洗浄機２６ａ，２６ｂの台数は、各洗浄機のタクトタイムを考慮して最適の数を設置することができる。
【００３２】
図６は研磨装置の他の例を示すもので、研磨部１０には、図１で示す研磨機１０と同じ構成の研磨機１０ａ，１０ｂが２基設けられ、また搬送機２４ａはレール上を自走する形式のものが１基設けられている。２基の研磨機１０ａ，１０ｂは、搬送機２４ａの走行経路に対して左右対称に配置されている。洗浄部２６には、第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２がそれぞれ各研磨機１０ａ，１０ｂに対応して２基設けられ、第２の洗浄機２６ｂは１基が設けられている。その他の構成は先の例とほぼ同様である。
【００３３】
この例では、基板Ｗを２基の研磨機１０ａ，１０ｂでそれぞれ個別に研磨する並列運転方法と、１枚の基板Ｗを２基の研磨機１０ａ，１０ｂに順次搬送して別の処理を行なう直列運転方法の２つの方法を採用することができる。
【００３４】
並列運転方法では、先の例の場合と同様にそれぞれの研磨機１０ａ，１０ｂで通常研磨と水ポリッシングを互いにタイミングをずらせて行い、搬送機２４ａによる基板Ｗの搬送を効率的に行なうようにする。図１の装置構成では搬送機や洗浄部の稼動効率が下がるのに対して、この例では２つの研磨機１０ａ，１０ｂがあるために搬送機２４ａや洗浄部２６の稼動効率が高くなり、全体としての装置の占有する単位床面積当たりのスループットを向上させることができる。また、それぞれの研磨機１０ａ，１０ｂに第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２が設けられているので、洗浄部２６での作業遅れが生じることも防止される。
【００３５】
直列運転方法では、一方の研磨機１０ａで基板Ｗの通常研磨を行った後、基板Ｗを他方の研磨機１０ｂに移送して水ポリッシングを行なう。研磨機上でのコンタミが問題とならない場合には、一方の研磨機１０ａから他方の研磨機１０ｂに搬送機２４ａを介して移送してもよい。コンタミが問題となる場合には、一方の研磨機１０ａで基板Ｗの通常研磨を行った後、基板Ｗを搬送機２４ａにより第１の洗浄機２６ａ１に移送して洗浄を行い、他方の研磨機１０ｂに移送して水ポリッシングを行なう。また、第１の洗浄機２６ａ１では、一方の研磨機１０ａで使用したスラリーの種類に応じた好適な薬液を添加しながら洗浄を行ってもよい。
【００３６】
図１の場合、または上述した並列運転の場合には、同一の研磨テーブル１２で通常研磨と水ポリッシングを行なうので、研磨テーブル１２上の砥液や純水がその都度入れ替えられることになり、工程時間上のロス及び砥液や純水の消費量の増加の問題があるのに対し、この直列運転方法では、通常研磨と水ポリッシングをそれぞれの研磨テーブル１２ａ，１２ｂで行なうので、このような問題を回避することができる。
【００３７】
図７に示す装置は、更に他の例を示すもので、図６に示す例と同様に、研磨部１０には、図１に示す研磨機１０と同じ構成の研磨機１０ａ，１０ｂが２基左右対称に配置されている。洗浄部２６には、第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２及び、第２の洗浄機２６ｂ１，２６ｂ２、さらに反転機２８ａ１，２８ａ２がそれぞれ各研磨機１０ａ，１０ｂに対応して２基ずつ、左右対称に配置されている。
【００３８】
この例でも、図６に示す例と同様に、並列運転方法と直列運転方法の２つの方法を採用することができる。並列運転方法では、研磨機１０ａを使用した研磨工程と、第１の洗浄機２６ａ１を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂ１を使用した２次洗浄工程とを順次行う第１基板処理ラインＡと、研磨機１０ｂを使用した研磨工程と、第１の洗浄機２６ａ２を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂ２を使用した２次洗浄工程とを行う第２基板処理ラインＢの２つの基板処理ラインを構成することができる。従って、基板Ｗの搬送ラインが交錯することなく全く独立に並列運転を行なうことができる。
【００３９】
この例では、並列運転方式には更に２つの方法がある。第１の方法は１つのカセットから取り出した基板Ｗを研磨機１０ａ，１０ｂに交互に振り分ける方法である。この形態を取れば、１つのカセットの処理時間を約１／２にすることができる。第２の方法はカセット２２ａを基板処理ラインＡ専用とし、別のカセット２２ｂを基板処理ラインＢ専用とする方法である。この時の基板Ｗはまったく同じ物でもよいし、異なった物でもよい。更にカセットを４個載置可能とすることにより連続的な処理が可能となる。
【００４０】
第１の基板処理ラインＡと、第２の基板処理ラインＢを並列運転する方法を採用した場合、第１の基板処理ラインＡと第２の基板処理ラインＢはそれぞれ、独自のプロセス装置を持つことが可能となるため、１つの装置内で異なる２種類のプロセスを並列して行うことができる。また、第２の洗浄機２６ｂ１に超音波を利用する洗浄装置、第２の洗浄機２６ｂ２にキャビテーションを利用する洗浄装置を設置するなどの方法も考えられる。この場合、図１に示す例で示す装置の２台分の機能を有することとなる。
【００４１】
また、第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２、第２の洗浄機２６ｂ１，２６ｂ２の各々の洗浄機を装置本体から分離、交換可能にしてモジュール化し、個別に交換可能とすれば装置設置の後も様々なプロセスに対応が可能となるばかりではなく、万が一洗浄機の故障や、洗浄機のメンテナンス時に装置を停止させる時間を短縮させて装置の稼働率を上げることができる。
【００４２】
図８は、本発明の実施の形態の研磨装置を示すもので、図７に示す例と同様に、研磨部１０には、図１に示す研磨機１０と同じ構成の研磨機１０ａ，１０ｂが２基左右対称に配置されている。洗浄部２６には、第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２、第２の洗浄機２６ｂ及び第３の洗浄機２６ｃが備えられ、さらに反転機２８ａ１，２８ａ２がそれぞれ各研磨機１０ａ，１０ｂに対応して左右対称に配置されている。
【００４３】
第２の洗浄機２６ｂは、例えば図５に示す超音波で加振された洗浄液を基板の上面に供給するノズル４２の他に、基板に接触・走査させて洗浄するペンシル型のスポンジ等の洗浄部材を備えた、いわゆるペンシル・メガソニックタイプのメカチャック型洗浄機であり、第３の洗浄機（乾燥機）２６ｃは、例えば前記ペンシル型のスポンジ等の洗浄部材を備えた、いわゆるペンシルタイプのメカチャック型洗浄機である。
【００４４】
この実施の形態によれば、２段洗浄の他に３段洗浄を可能とすることで、１つの装置で複数の洗浄方法に対応することができる。つまり、研磨機１０ａで研磨した基板Ｗに対しては、第１の洗浄機２６ａ１を使用した１次洗浄工程と、第３の洗浄機２６ｃを使用した２次洗浄工程とを順次行ってスピン乾燥させる２段洗浄と、第１の洗浄機２６ａ１を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂを使用した２次洗浄工程と、第３の洗浄機２６ｃを使用した３次洗浄工程とを順次行ってスピン乾燥させる３段洗浄を行うことができる。一方、研磨機１０ｂで研磨した基板Ｗに対しては、第１の洗浄機２６ａ２を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂまたは第３の洗浄機２６ｃを使用した２次洗浄工程とを順次行ってスピン乾燥させる２段洗浄と、第１の洗浄機２６ａ２を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂを使用した２次洗浄工程と、第３の洗浄機２６ｃを使用した３次洗浄工程とを順次行ってスピン乾燥させる３段洗浄を行うことができる。
【００４５】
例えば他に次のような洗浄工程が考えられる。
▲１▼第１の洗浄機２６ａ１と第１の洗浄機２６ａ２のどちらか洗浄の行われていない方で洗浄する１段洗浄と、第２の洗浄機２６ｂ→第３の洗浄機２６ｃの２段洗浄を組み合わせた３段洗浄。
▲２▼第１の洗浄機２６ａ１→第３の洗浄機２６ｃ→第１の洗浄機２６ａ２→第２の洗浄機２６ｂ
▲３▼第１の洗浄機２６ａ１→第１の洗浄機２６ａ２→第２の洗浄機２６ｂ→第３の洗浄機２６ｃ
▲４▼２段研磨（例えば研磨機１０ａ→研磨機１０ｂ）の後、第１の洗浄機２６ａ１→第３の洗浄機２６ｃ又は第１の洗浄機２６ａ２→第２の洗浄機２６ｂの２段洗浄のうち、適宜スループットが高くなる洗浄ルートを選択する。
▲５▼研磨機１０ａ側で１次研磨を終えたウエハを第１の洗浄機２６ａ１で洗浄後研磨機１０ｂ側で２次洗浄を行い、その後第１の洗浄機２６ａ２→第２の洗浄機２６ｂ→第３の洗浄機２６ｃの３段洗浄
このように研磨時間と洗浄時間の長短及び研磨・洗浄対象の違いによって、適宜研磨面性状の最適化及び高スループットを達成すべく洗浄工程が選択される。
【００４６】
なお、この実施の形態にあっては、それぞれ異なる３種類の洗浄プロセスを行う４台の洗浄機を使用して、２段洗浄の他に３段洗浄を可能とした例を示しているが、それぞれ異なる４種類の洗浄プロセスを行う４台、或いはそれ以上の洗浄機を使用して、４段洗浄を可能とすることもできる。
【００４７】
これらの場合、装置本体から分離、交換可能で、洗浄プロセスの異なる複数種の洗浄機をモジュール化して用意しておき、洗浄機を交換することで容易に対処することができる。
【００４８】
図９は、研磨装置の更に他の例を示すもので、研磨部１０に、通常研磨を行なう従来の研磨機１０ａに加えて、水ポリッシングを行なう小型の仕上げ研磨機１０ｃを設けたものである。この仕上げ研磨機１０ｃは、図１２に示すような自転するテーブルではなく、水平面内で循環並進運動を行なう被研磨基板Ｗよりも少し径が大きい仕上げ研磨テーブル１２ｃを備えている。これは、例えば、モータの駆動軸の上端に偏心して設けられた駆動端をテーブルの下面の凹所に軸受を介して収容し、さらにテーブルの自転を機械的に拘束する構成によって達成される。また、通常研磨に比べて、水ポリッシュの時間は短いため、図９の装置にさらに第２の通常研磨を行なう研磨機を設置し、さらに高いスループットを実現するようにしてもよい。
【００４９】
仕上げ研磨テーブル１２ｃには、通常研磨用のクロスではなく、よりソフトな素材が好適に用いられる。研磨布として市場で入手できるものとしては、例えば、ポリエステルから成る不織布やローデル社製のポリテックス、Ｓｕｂａ８００やＩＣ−１０００、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ポリテックス、Ｓｕｂａ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた研磨布であり、ＩＣ−１０００は発泡ポリウレタンである。
【００５０】
ワイピングクロスとして入手できるものは、例えば東レのミラクルシリーズ（商品名）、鐘紡のミニマックス（商品名）等として市販されている。これらのワイピングクロスは、１平方インチ当たりに直径１〜２μｍの超極細繊維が１０〜２０万本と高密度に配置されているため、拭き取り対象物との接点を著しく増大して、微細なパーティクルの拭き取り能力を優れたものとしている。ワイピングクロスは薄い布であるため、仕上げ研磨中に基板Ｗを破損しないようにスポンジ又はゴム等の緩衝材を介して定盤上に取り付けるのが好ましい。
【００５１】
この研磨テーブル１２ｃでの水ポリッシング工程の条件としては、面圧：０〜２００ｇ／ｃｍ２、テーブルと基板Ｗの相対速度：０．０７〜０．６ｍ／ｓｅｃ、処理時間：１０〜１２０ｓｅｃが好適である。
【００５２】
この例では、図１の場合に比べて高いスループットを、図６の場合に比べて小さい床占有面積の装置で達成することができる。しかも、水ポリッシング専用の仕上げ研磨機１０ｃを用いているので、スクラッチの無いかつパーティクルの残らない優れた仕上げ処理性能を有している。なお、仕上げ研磨テーブル１２ｃに貼付する仕上げ研磨（水ポリッシュ）用のクロスは、図６で直列運転した場合の研磨機１０ｂに適用する水ポリッシュ用として使ってもよい。
【００５３】
なお、上記では、基板Ｗ上のＳｉＯ２膜を研磨するための装置及び方法を説明したが、本発明の適用は勿論これに限られるものではない。例えば、Ｃｕのような金属膜を研磨する際には、第１の洗浄機におけるエッチング液として希フッ酸、ＨＣｌを含む酸性水溶液を用いればよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２つの洗浄装置、洗浄工程で基板Ｗの洗浄・乾燥が達成されるので、従来の場合に比較して作業時間と設備コストが軽減され、また、搬送工程が少なくなるので、それによる作業工程負荷の軽減及び基板の汚染の可能性の軽減も達成される。従って、小型化された装置構成によって、かつ処理時間を短縮しつつ清浄度の高い基板を提供することができる研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 研磨装置の一例の全体の構成を示す図である。
【図２】 研磨装置の一例の全体の構成と、基板の流れを示す斜視図である。
【図３】（ａ）第１の洗浄機の構成を示す斜視図、（ｂ）その作用を示す図である。
【図４】第１の洗浄機における洗浄工程を示す図である。
【図５】（ａ）第２の洗浄機の構成を示す斜視図、（ｂ）その作用を示す図である。
【図６】 研磨装置の他の例の全体の構成を示す図である。
【図７】 研磨装置の更に他の例の全体の構成を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態の研磨装置の全体の構成を示す図である。
【図９】 研磨装置の更に他の例の全体の構成を示す図である。
【図１０】従来の研磨装置の全体の構成を示す図である。
【図１１】従来の研磨装置の全体の構成と、基板の流れを示す斜視図である。
【図１２】研磨部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 研磨部
１０，１０ａ，１０ｂ 研磨機
１１ クロス
１２，１２ａ，１２ｂ 研磨テーブル
１３ トップリング
１４ ノズル
２２ ロード・アンロード部
２４ａ，２４ｂ 搬送機
２６ 洗浄部
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 洗浄機
２８ 反転機
３０ ローラ
３２ 回転軸
３４ アーム
３６ 回転テーブル
３８ 受渡台
４０ 洗浄部材
４２ ノズル
４４ 揺動アーム
４６ ノズル
Ｑ 砥液
Ｗ 基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の研磨装置に係り、特に、半導体ウエハ、ガラス基板、液晶パネル等の被処理基板を平坦に研磨し、かつ清浄な状態で供給することが可能な基板の研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、配線間距離が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合は、焦点深度が浅くなるためにステッパの結像面の高い平坦度を必要とする。また、基板上に配線間距離より大きなパーティクルが存在すると、配線がショートするなどの不具合が生じるので、基板の処理においては、平坦化とともに清浄化を図ることが重要となる。このような事情は、マスク等に用いるガラス基板、或いは液晶パネル等の基板のプロセス処理においても同様である。
【０００３】
平坦化を実現する従来の研磨装置として、図１０及び図１１に示すように、研磨部１０、ロード・アンロード部２２、２基の搬送機２４ａ，２４ｂ、３つの洗浄機２６ａ，２６ｂ，２６ｃを有する洗浄部２６及び必要に応じて反転機２８を備えたものがある。搬送機２４ａ，２４ｂは、図１０に示すレール上を自走する形式でも、図１１に示す多関節アームの先端にロボットハンドを有する固定型でもよい。
【０００４】
研磨部１０は、図１２に示されるように、上面にクロス（研磨布）１１を貼り付けた研磨テーブル１２と、半導体ウエハ（基板）Ｗを保持しつつ研磨テーブル１２に押しつけるトップリング１３と、クロス１１と基板Ｗの間に砥液を供給するノズル１４とを具備している。これらの各部は、相互の汚染を防止するためにできるだけ隔壁で仕切るようにしており、特に研磨部１０のダーティーな雰囲気を洗浄工程以降を行なう空間に拡散させないために、各空間の空調や圧力調整等がなされている。
【０００５】
このような構成の研磨装置では、基板Ｗをロード・アンロード部２２から搬送機２４ａ，２４ｂで受渡台３８を介して研磨部１０に搬送し、ここで、ノズル１４より所定の砥液Ｑ（Ｓｉ基板上の絶縁膜（酸化膜）を研磨する場合には所定の粒径の砥粒をアルカリ水溶液に浮遊させたもの）を供給しつつ、研磨テーブル１２とトップリング１３をそれぞれ回転させながら基板Ｗをクロス１１面に押圧させて基板Ｗの研磨を行なう。研磨を終えた基板Ｗは、洗浄・乾燥工程を経てロード・アンロード部２２に戻される。
【０００６】
洗浄部２６の第１の洗浄機２６ａは、基板Ｗを取り囲むように複数の直立したローラ３０を配置し、ローラ３０の頂部に形成した把持溝によって基板Ｗの縁部を保持し、ローラ３０の回転によって基板Ｗを回転させる低速回転型の洗浄機であり、上下からローラ型やペンシル型のスポンジ等からなる洗浄部材が基板Ｗに接触・待避可能に設けられている。第２及び第３の洗浄機２６ｂ，２６ｃは、回転軸３２の上端に基板Ｗを把持するアーム３４が放射状に延びて形成された回転テーブル３６を有する高速回転型の洗浄機である。いずれの洗浄機の場合も、基板Ｗ表面に洗浄液等を供給するノズル、スプラッシュの飛散を防止する周壁及びミストの拡散を防止するための下降気流を形成する空調設備等が設けられている。
【０００７】
基板研磨工程の後の洗浄工程は、以下のようにして行われる。まず、第１の洗浄機２６ａでは、ローラ３０によって基板Ｗを保持し、回転させながら、表裏面に洗浄液を供給しつつ洗浄部材を擦り付けてスクラブ洗浄を行なう。このスクラブ洗浄工程では、通常、洗浄液として研磨工程で用いた研磨液と同じ程度のｐＨを有する第１の洗浄液、例えば、Ｓｉ酸化膜の研磨の場合にはアンモニア水溶液を用い、いわゆるｐＨショックによるパーティクルの凝集を防ぐようにし、パーティクルが除去された後に純水等を供給して中性化してから第２の洗浄機２６ｂに移送する。
【０００８】
第２の洗浄機２６ｂでは、基板Ｗに付着する金属イオンを除去するために、ノズルより基板Ｗ表面に通常は酸性の薬液を供給して表面のエッチング（化学的洗浄）を行い、その後に純水等を供給して中性化し、第３の洗浄機（乾燥機）２６ｃに移送する。第３の洗浄機２６ｃでは、純水を供給して最終洗浄を行った後に、清浄な不活性ガスを吹き付けながら高速回転させて乾燥工程を行なう。洗浄・乾燥工程を終えた基板Ｗは搬送機２４ａ，２４ｂの清浄なハンドによってロード・アンロード部２２に戻される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の基板の研磨装置においては、特にエッチング洗浄は他の洗浄機とは別の専用機で行っていたため、洗浄工程を３基の洗浄機２６ａ，２６ｂ，２６ｃを用いて行っていたので、装置の大型化と床面積の増大、洗浄処理の長時間化等の不具合が有る。さらに、基板Ｗは図１１に▲１▼〜▲９▼の流れ線で示すように移動し、搬送経路が複雑となる。従って、２基の搬送機２４ａ，２４ｂの干渉を防ぎつつ制御しなければならず、それによる装置の複雑化や処理時間の遅れも発生する上、ロボットハンドによる搬送の機会が増えるので基板Ｗの汚染の可能性も増える。
【００１０】
洗浄部２６を簡略化するために、第１の洗浄工程であるパーティクル除去と第２の洗浄工程であるエッチングを同じ洗浄機で行なうことが考えられるが、この場合には、同一の洗浄機においてアルカリ性薬液と酸性薬液の双方の洗浄液を用いるので、排水経路のライニングの寿命の低下や塩の析出、排水処理の複雑化という問題が生じる。また、第２の洗浄機２６ｂでエッチングと乾燥の双方の工程を行うことも考えられるが、この場合には、エッチング液のミストが残留する空間で乾燥を行なうために基板Ｗが最終工程で汚染されてしまう可能性が生じる。
【００１１】
本発明は、かかる事情に鑑みて、洗浄工程をより簡略化した装置構成で行なうことによって、装置の規模を縮小し、かつ処理時間を短縮することができるとともに、清浄度の高い基板を提供することができるような研磨装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、半導体製造の技術が進歩するにつれ、ウエハに成膜される膜の素性も新たに進歩する。新たに開発された膜に対し成膜後のウエハを研磨した後で行われる洗浄工程は新しい膜を使用する半導体製造の初期段階では、３段以上の多段で洗浄を行うことが多く、洗浄プロセスの進歩により次第に洗浄段数を減らしていくことが多い。
このように、半導体製造のプロセス技術に進歩に合わせ、半導体製造装置に対する要求も変化するが、プロセス技術の変化に対し、常に最適な装置構成を維持できる研磨装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板上の金属膜を研磨して洗浄する基板の研磨装置において、基板と研磨テーブルとの間にアルミナ系砥液を供給しつつ両者を相対的に摺動させて化学機械研磨を行ない、しかる後、基板の仕上げ研磨を行なう研磨機を２基備え、それぞれの研磨機で前記化学機械研磨と前記仕上げ研磨とを互いにタイミングをずらして並列運転を行なう研磨部と、前記研磨部で仕上げ研磨した基板の表裏面に純水を供給しつつ基板の表裏面をスクラブ洗浄して基板に付着するパーティクルを除去し、さらに基板の表裏面に希フッ酸を含む酸性水溶液からなるエッチング液を供給して基板上の金属イオンを除去する２基の第１の洗浄機と、前記第１の洗浄機で洗浄した基板に純水を供給して基板を洗浄し高速回転させて乾燥させる１基の第２の洗浄機と、前記第２の洗浄機で洗浄した基板を洗浄し高速回転させて乾燥させる１基の第３の洗浄機を有することを特徴とする基板の研磨装置である。仕上げ研磨は、例えば、研磨液として純水を用い、化学機械研磨でできた基板Ｗの被研磨面の微細な傷を無くしまたは軽減し、同時に被研磨面に残留する研磨屑や砥粒等のパーティクルを除去するものである。
【００１４】
例えばシリカ系の砥液を使用した場合には、研磨部で、仕上げ研磨工程において研磨工程内の最終研磨条件で基板の研磨を行なうことによりパーティクルの効率的な除去が行われ、第１の洗浄機には既にパーティクル量が少ない基板が搬送されるので、従来のようなアルカリによるパーティクル除去工程が不要になる。従って、第１の洗浄機で例えば酸を用いた化学的洗浄であるエッチングを行うことができ、その後に第２の洗浄機で基板の洗浄・乾燥が達成される。このように、２つの洗浄機で基板の洗浄・乾燥が達成されるので、従来の場合に比較して作業時間と設備が軽減され、また、搬送工程が少なくなるので、それによる作業工程負荷の軽減及び基板の汚染の可能性の軽減も達成される。
【００１５】
仕上げ研磨において、研磨レートを５Å／分以下とするのが望ましい。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、前記第２の洗浄機は、前記基板を回転させながら前記基板に超音波で加振された純水を供給して前記洗浄を行なうことを特徴とする請求項１に記載の基板の研磨装置である。
【００１９】
例えば、アルミナ系砥液を使用の場合、第２の研磨工程でパーティクルの除去が十分に行えないことがある。このようなプロセスを実施する場合に、第２の研磨の後工程としてエッチングを実施するには、エッチングを実施する前に一度アルカリによるスクラブ洗浄を行い、十分にパーティクルを除去する必要がある。つまり、３段洗浄の必要がある。
本発明の装置では、２段洗浄と３段洗浄を選択的に行えるため、研磨機側の砥液及び研磨布を交換すれば同一の装置でアルミナ系砥液を用いるプロセス、シリカ系砥液を用いるプロセスの双方のプロセスに対し、最適に装置を提供可能となる。また、アルミナ系砥液による研磨技術及び研磨後の洗浄技術に進歩によりスクラブ洗浄が不要となっても、本発明の装置は最適な構成を維持できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１ないし図５は、研磨装置の一例を示すもので、１基の研磨機１０を持つ研磨部（１０）、２基の搬送機２４ａ，２４ｂ及び２基の洗浄機２６ａ，２６ｂを有する洗浄部２６を備えている。研磨部、搬送機等の構成は従来のものと同じである。尚、研磨部１０と、洗浄機２６ａ，２６ｂはそれぞれ隔壁で仕切られたユニットとなっており、各々独立して排気されて互いの雰囲気が干渉しないようになっている。
【００２３】
洗浄部２６の第１の洗浄機２６ａは、図３に示すように、基板Ｗ保持用の複数の直立ローラ３０が基板Ｗの周囲に開閉自在に設けられ、スポンジ等からなるローラ型のスクラブ洗浄用の洗浄部材４０が基板Ｗの上下から接離可能に設けられた、いわゆるロール／ロールタイプの低速回転型洗浄機である。第１の洗浄機２６ａには、基板Ｗの表裏面にエッチング液及び純水を供給可能なノズル５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄが設けられている。
【００２４】
第２の洗浄機２６ｂは、図５に示すように基板Ｗを１５００〜５０００ｒｐｍ程度の高速で回転可能な回転テーブル３６を有し、超音波で加振された洗浄液を基板Ｗの上面に供給するノズル４２を具備した揺動アーム４４が設置された、いわゆるメガソニックタイプの高速回転型洗浄機である。なお、第２の洗浄機２６ｂには、プロセス性能向上やタクトタイム短縮のために、不活性ガスを供給可能なノズル４６や、加熱によって乾燥を促進する加熱手段を設けてもよい。また基板Ｗの下面にも洗浄液を供給するノズルを設けてもよい。なお、この例では、図示しない超音波振動装置により超音波を印加された洗浄液を基板Ｗに供給して、非接触的に洗浄を行っているが、これに代えてまたは追加して、ペンシル型の（スポンジ等の）洗浄部材を基板Ｗに接触、走査させて洗浄を行ってもよい。
【００２５】
以下に、このように構成された研磨装置における動作を図２を参照しながら説明する。ロード・アンロード部２２から反転機２８を経て研磨部１０に供給された（工程▲１▼〜▲３▼）基板Ｗは、研磨部１０において通常の砥液を用いた研磨（以下、「通常研磨」という）を行い、その後に水ポリッシュ工程を行なう。これは、研磨液として純水を用い、研磨圧力及び／又は研磨速度を通常研磨よりも小さくして（Ｓｉ酸化膜の場合、好ましくは１００Å／分以下の研磨レートで）研磨を行い、これにより、通常研磨工程でできた基板Ｗの被研磨面の微細な傷（スクラッチ）を無くしまたは軽減し、同時に被研磨面に残留する研磨屑や砥粒等のパーティクルを除去するいわゆる仕上げ研磨である。尚、水ポリッシュの代わりに、または通常研磨と水ポリッシュの間で通常研磨よりも小径の砥粒を含む研磨液を用いて仕上げ研磨を行ってもよい。
【００２６】
通常研磨の終了直後はクロス１１上に砥粒を含む砥液が残留しているので、これを除去するためには所定量の純水を供給することが必要である。この場合、一度に大量の純水を供給するとクロス面や被研磨面に残留する砥液のｐＨが急激に変化していわゆるｐＨショックを起こし、砥粒が凝集する可能性があるので、純水を最初は少量供給し、徐々に多くすることが好ましい。ただし、本発明の方法では、被研磨面に凝集したパーティクルは、以下に述べる仕上げ研磨工程において除去されるので、大きな問題とはならない。
【００２７】
研磨部１０で化学・機械的に研磨され、水ポリッシュされた基板Ｗは、付着していたパーティクルの多くが除去されて清浄度が高くなっており、基板受渡台３８を経由して第１の洗浄機２６ａに搬送され（工程▲４▼〜▲５▼）、図３（ａ）に示すように、ローラ３０によって数十〜３００ｒｐｍ程度の低回転数で回転可能に保持される。ここで、図３（ｂ）、図４（ａ）に示すように、上下に配置した純水ノズルより純水を供給しながら一対のローラスポンジ（洗浄部材）４０を自転させつつ基板Ｗ面に接触させて基板Ｗの上下面を全面に渡ってスクラブ洗浄を行なう。
【００２８】
次に、図４（ｂ）に示すように、ローラスポンジ４０を上下に待避させた後、必要に応じ基板Ｗの回転速度を変化させながら薬液ノズルよりエッチング液を基板Ｗの上下面に供給し、基板Ｗ面のエッチング（化学的洗浄）を行って基板Ｗ面に残留する金属イオンを除去する。さらに、図４（ｃ）に示すように、純水ノズルより純水を供給し、必要に応じ基板Ｗの回転速度を変化させて純水置換を行い、エッチング液を除去する。
【００２９】
所定時間の純水置換が終了した後、搬送機２４ａ，２４ｂにより基板Ｗを反転機２８に搬送して反転し、被研磨面を上に向け、さらに第２の洗浄機２６ｂに搬送する（工程▲６▼〜▲７▼）。ここで、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、基板Ｗを１００〜５００ｒｐｍ程度の低速で回転させながら、揺動アーム４４を基板Ｗの全面に渡って揺動させて先端のノズル４２より超音波で加振された純水を基板Ｗの中心部を通過するように供給し、パーティクルの除去を行う。そして、純水の供給を止め、揺動アーム４４を待機位置に移した後、基板Ｗの回転速度を１５００〜５０００ｒｐｍ程度の高速回転に移し、必要に応じて不活性ガスを供給しながら基板Ｗの乾燥工程を行なう。乾燥が終わった基板Ｗは搬送機２４ｂによりロード・アンロード部２２の基板収容カセットに戻される（工程▲８▼）。
【００３０】
このような研磨作業工程では、洗浄部２６に含まれる洗浄機が３基から２基に減り、また、基板Ｗの搬送工程が図１１の場合の９工程から８工程に減るので、作業時間が大幅に短縮される。さらに、基板Ｗの流れがより単純になるので搬送機２４ａ，２４ｂの干渉も少なくなり、その制御も容易になる。
【００３１】
各洗浄機２６ａ，２６ｂの構成は、上述したものに限られるものではなく、例えば、パーティクル除去手段としては、洗浄部材４０にブラシやフェルト状の繊維を利用するもの、供給する洗浄液にキャビテーションを与えるもの、微細粒径の氷を利用するもの等が有る。また、洗浄機２６ａ，２６ｂの台数は、各洗浄機のタクトタイムを考慮して最適の数を設置することができる。
【００３２】
図６は研磨装置の他の例を示すもので、研磨部１０には、図１で示す研磨機１０と同じ構成の研磨機１０ａ，１０ｂが２基設けられ、また搬送機２４ａはレール上を自走する形式のものが１基設けられている。２基の研磨機１０ａ，１０ｂは、搬送機２４ａの走行経路に対して左右対称に配置されている。洗浄部２６には、第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２がそれぞれ各研磨機１０ａ，１０ｂに対応して２基設けられ、第２の洗浄機２６ｂは１基が設けられている。その他の構成は先の例とほぼ同様である。
【００３３】
この例では、基板Ｗを２基の研磨機１０ａ，１０ｂでそれぞれ個別に研磨する並列運転方法と、１枚の基板Ｗを２基の研磨機１０ａ，１０ｂに順次搬送して別の処理を行なう直列運転方法の２つの方法を採用することができる。
【００３４】
並列運転方法では、先の例の場合と同様にそれぞれの研磨機１０ａ，１０ｂで通常研磨と水ポリッシングを互いにタイミングをずらせて行い、搬送機２４ａによる基板Ｗの搬送を効率的に行なうようにする。図１の装置構成では搬送機や洗浄部の稼動効率が下がるのに対して、この例では２つの研磨機１０ａ，１０ｂがあるために搬送機２４ａや洗浄部２６の稼動効率が高くなり、全体としての装置の占有する単位床面積当たりのスループットを向上させることができる。また、それぞれの研磨機１０ａ，１０ｂに第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２が設けられているので、洗浄部２６での作業遅れが生じることも防止される。
【００３５】
直列運転方法では、一方の研磨機１０ａで基板Ｗの通常研磨を行った後、基板Ｗを他方の研磨機１０ｂに移送して水ポリッシングを行なう。研磨機上でのコンタミが問題とならない場合には、一方の研磨機１０ａから他方の研磨機１０ｂに搬送機２４ａを介して移送してもよい。コンタミが問題となる場合には、一方の研磨機１０ａで基板Ｗの通常研磨を行った後、基板Ｗを搬送機２４ａにより第１の洗浄機２６ａ１に移送して洗浄を行い、他方の研磨機１０ｂに移送して水ポリッシングを行なう。また、第１の洗浄機２６ａ１では、一方の研磨機１０ａで使用したスラリーの種類に応じた好適な薬液を添加しながら洗浄を行ってもよい。
【００３６】
図１の場合、または上述した並列運転の場合には、同一の研磨テーブル１２で通常研磨と水ポリッシングを行なうので、研磨テーブル１２上の砥液や純水がその都度入れ替えられることになり、工程時間上のロス及び砥液や純水の消費量の増加の問題があるのに対し、この直列運転方法では、通常研磨と水ポリッシングをそれぞれの研磨テーブル１２ａ，１２ｂで行なうので、このような問題を回避することができる。
【００３７】
図７に示す装置は、更に他の例を示すもので、図６に示す例と同様に、研磨部１０には、図１に示す研磨機１０と同じ構成の研磨機１０ａ，１０ｂが２基左右対称に配置されている。洗浄部２６には、第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２及び、第２の洗浄機２６ｂ１，２６ｂ２、さらに反転機２８ａ１，２８ａ２がそれぞれ各研磨機１０ａ，１０ｂに対応して２基ずつ、左右対称に配置されている。
【００３８】
この例でも、図６に示す例と同様に、並列運転方法と直列運転方法の２つの方法を採用することができる。並列運転方法では、研磨機１０ａを使用した研磨工程と、第１の洗浄機２６ａ１を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂ１を使用した２次洗浄工程とを順次行う第１基板処理ラインＡと、研磨機１０ｂを使用した研磨工程と、第１の洗浄機２６ａ２を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂ２を使用した２次洗浄工程とを行う第２基板処理ラインＢの２つの基板処理ラインを構成することができる。従って、基板Ｗの搬送ラインが交錯することなく全く独立に並列運転を行なうことができる。
【００３９】
この例では、並列運転方式には更に２つの方法がある。第１の方法は１つのカセットから取り出した基板Ｗを研磨機１０ａ，１０ｂに交互に振り分ける方法である。この形態を取れば、１つのカセットの処理時間を約１／２にすることができる。第２の方法はカセット２２ａを基板処理ラインＡ専用とし、別のカセット２２ｂを基板処理ラインＢ専用とする方法である。この時の基板Ｗはまったく同じ物でもよいし、異なった物でもよい。更にカセットを４個載置可能とすることにより連続的な処理が可能となる。
【００４０】
第１の基板処理ラインＡと、第２の基板処理ラインＢを並列運転する方法を採用した場合、第１の基板処理ラインＡと第２の基板処理ラインＢはそれぞれ、独自のプロセス装置を持つことが可能となるため、１つの装置内で異なる２種類のプロセスを並列して行うことができる。また、第２の洗浄機２６ｂ１に超音波を利用する洗浄装置、第２の洗浄機２６ｂ２にキャビテーションを利用する洗浄装置を設置するなどの方法も考えられる。この場合、図１に示す例で示す装置の２台分の機能を有することとなる。
【００４１】
また、第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２、第２の洗浄機２６ｂ１，２６ｂ２の各々の洗浄機を装置本体から分離、交換可能にしてモジュール化し、個別に交換可能とすれば装置設置の後も様々なプロセスに対応が可能となるばかりではなく、万が一洗浄機の故障や、洗浄機のメンテナンス時に装置を停止させる時間を短縮させて装置の稼働率を上げることができる。
【００４２】
図８は、本発明の実施の形態の研磨装置を示すもので、図７に示す例と同様に、研磨部１０には、図１に示す研磨機１０と同じ構成の研磨機１０ａ，１０ｂが２基左右対称に配置されている。洗浄部２６には、第１の洗浄機２６ａ１，２６ａ２、第２の洗浄機２６ｂ及び第３の洗浄機２６ｃが備えられ、さらに反転機２８ａ１，２８ａ２がそれぞれ各研磨機１０ａ，１０ｂに対応して左右対称に配置されている。
【００４３】
第２の洗浄機２６ｂは、例えば図５に示す超音波で加振された洗浄液を基板の上面に供給するノズル４２の他に、基板に接触・走査させて洗浄するペンシル型のスポンジ等の洗浄部材を備えた、いわゆるペンシル・メガソニックタイプのメカチャック型洗浄機であり、第３の洗浄機（乾燥機）２６ｃは、例えば前記ペンシル型のスポンジ等の洗浄部材を備えた、いわゆるペンシルタイプのメカチャック型洗浄機である。
【００４４】
この実施の形態によれば、２段洗浄の他に３段洗浄を可能とすることで、１つの装置で複数の洗浄方法に対応することができる。つまり、研磨機１０ａで研磨した基板Ｗに対しては、第１の洗浄機２６ａ１を使用した１次洗浄工程と、第３の洗浄機２６ｃを使用した２次洗浄工程とを順次行ってスピン乾燥させる２段洗浄と、第１の洗浄機２６ａ１を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂを使用した２次洗浄工程と、第３の洗浄機２６ｃを使用した３次洗浄工程とを順次行ってスピン乾燥させる３段洗浄を行うことができる。一方、研磨機１０ｂで研磨した基板Ｗに対しては、第１の洗浄機２６ａ２を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂまたは第３の洗浄機２６ｃを使用した２次洗浄工程とを順次行ってスピン乾燥させる２段洗浄と、第１の洗浄機２６ａ２を使用した１次洗浄工程と、第２の洗浄機２６ｂを使用した２次洗浄工程と、第３の洗浄機２６ｃを使用した３次洗浄工程とを順次行ってスピン乾燥させる３段洗浄を行うことができる。
【００４５】
例えば他に次のような洗浄工程が考えられる。
▲１▼第１の洗浄機２６ａ１と第１の洗浄機２６ａ２のどちらか洗浄の行われていない方で洗浄する１段洗浄と、第２の洗浄機２６ｂ→第３の洗浄機２６ｃの２段洗浄を組み合わせた３段洗浄。
▲２▼第１の洗浄機２６ａ１→第３の洗浄機２６ｃ→第１の洗浄機２６ａ２→第２の洗浄機２６ｂ
▲３▼第１の洗浄機２６ａ１→第１の洗浄機２６ａ２→第２の洗浄機２６ｂ→第３の洗浄機２６ｃ
▲４▼２段研磨（例えば研磨機１０ａ→研磨機１０ｂ）の後、第１の洗浄機２６ａ１→第３の洗浄機２６ｃ又は第１の洗浄機２６ａ２→第２の洗浄機２６ｂの２段洗浄のうち、適宜スループットが高くなる洗浄ルートを選択する。
▲５▼研磨機１０ａ側で１次研磨を終えたウエハを第１の洗浄機２６ａ１で洗浄後研磨機１０ｂ側で２次洗浄を行い、その後第１の洗浄機２６ａ２→第２の洗浄機２６ｂ→第３の洗浄機２６ｃの３段洗浄
このように研磨時間と洗浄時間の長短及び研磨・洗浄対象の違いによって、適宜研磨面性状の最適化及び高スループットを達成すべく洗浄工程が選択される。
【００４６】
なお、この実施の形態にあっては、それぞれ異なる３種類の洗浄プロセスを行う４台の洗浄機を使用して、２段洗浄の他に３段洗浄を可能とした例を示しているが、それぞれ異なる４種類の洗浄プロセスを行う４台、或いはそれ以上の洗浄機を使用して、４段洗浄を可能とすることもできる。
【００４７】
これらの場合、装置本体から分離、交換可能で、洗浄プロセスの異なる複数種の洗浄機をモジュール化して用意しておき、洗浄機を交換することで容易に対処することができる。
【００４８】
図９は、研磨装置の更に他の例を示すもので、研磨部１０に、通常研磨を行なう従来の研磨機１０ａに加えて、水ポリッシングを行なう小型の仕上げ研磨機１０ｃを設けたものである。この仕上げ研磨機１０ｃは、図１２に示すような自転するテーブルではなく、水平面内で循環並進運動を行なう被研磨基板Ｗよりも少し径が大きい仕上げ研磨テーブル１２ｃを備えている。これは、例えば、モータの駆動軸の上端に偏心して設けられた駆動端をテーブルの下面の凹所に軸受を介して収容し、さらにテーブルの自転を機械的に拘束する構成によって達成される。また、通常研磨に比べて、水ポリッシュの時間は短いため、図９の装置にさらに第２の通常研磨を行なう研磨機を設置し、さらに高いスループットを実現するようにしてもよい。
【００４９】
仕上げ研磨テーブル１２ｃには、通常研磨用のクロスではなく、よりソフトな素材が好適に用いられる。研磨布として市場で入手できるものとしては、例えば、ポリエステルから成る不織布やローデル社製のポリテックス、Ｓｕｂａ８００やＩＣ−１０００、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ポリテックス、Ｓｕｂａ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた研磨布であり、ＩＣ−１０００は発泡ポリウレタンである。
【００５０】
ワイピングクロスとして入手できるものは、例えば東レのミラクルシリーズ（商品名）、鐘紡のミニマックス（商品名）等として市販されている。これらのワイピングクロスは、１平方インチ当たりに直径１〜２μｍの超極細繊維が１０〜２０万本と高密度に配置されているため、拭き取り対象物との接点を著しく増大して、微細なパーティクルの拭き取り能力を優れたものとしている。ワイピングクロスは薄い布であるため、仕上げ研磨中に基板Ｗを破損しないようにスポンジ又はゴム等の緩衝材を介して定盤上に取り付けるのが好ましい。
【００５１】
この研磨テーブル１２ｃでの水ポリッシング工程の条件としては、面圧：０〜２００ｇ／ｃｍ２、テーブルと基板Ｗの相対速度：０．０７〜０．６ｍ／ｓｅｃ、処理時間：１０〜１２０ｓｅｃが好適である。
【００５２】
この例では、図１の場合に比べて高いスループットを、図６の場合に比べて小さい床占有面積の装置で達成することができる。しかも、水ポリッシング専用の仕上げ研磨機１０ｃを用いているので、スクラッチの無いかつパーティクルの残らない優れた仕上げ処理性能を有している。なお、仕上げ研磨テーブル１２ｃに貼付する仕上げ研磨（水ポリッシュ）用のクロスは、図６で直列運転した場合の研磨機１０ｂに適用する水ポリッシュ用として使ってもよい。
【００５３】
なお、上記では、基板Ｗ上のＳｉＯ２膜を研磨するための装置及び方法を説明したが、本発明の適用は勿論これに限られるものではない。例えば、Ｃｕのような金属膜を研磨する際には、第１の洗浄機におけるエッチング液として希フッ酸、ＨＣｌを含む酸性水溶液を用いればよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、２つの洗浄装置、洗浄工程で基板Ｗの洗浄・乾燥が達成されるので、従来の場合に比較して作業時間と設備コストが軽減され、また、搬送工程が少なくなるので、それによる作業工程負荷の軽減及び基板の汚染の可能性の軽減も達成される。従って、小型化された装置構成によって、かつ処理時間を短縮しつつ清浄度の高い基板を提供することができる研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 研磨装置の一例の全体の構成を示す図である。
【図２】 研磨装置の一例の全体の構成と、基板の流れを示す斜視図である。
【図３】（ａ）第１の洗浄機の構成を示す斜視図、（ｂ）その作用を示す図である。
【図４】第１の洗浄機における洗浄工程を示す図である。
【図５】（ａ）第２の洗浄機の構成を示す斜視図、（ｂ）その作用を示す図である。
【図６】 研磨装置の他の例の全体の構成を示す図である。
【図７】 研磨装置の更に他の例の全体の構成を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態の研磨装置の全体の構成を示す図である。
【図９】 研磨装置の更に他の例の全体の構成を示す図である。
【図１０】従来の研磨装置の全体の構成を示す図である。
【図１１】従来の研磨装置の全体の構成と、基板の流れを示す斜視図である。
【図１２】研磨部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ 研磨部
１０，１０ａ，１０ｂ 研磨機
１１ クロス
１２，１２ａ，１２ｂ 研磨テーブル
１３ トップリング
１４ ノズル
２２ ロード・アンロード部
２４ａ，２４ｂ 搬送機
２６ 洗浄部
２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 洗浄機
２８ 反転機
３０ ローラ
３２ 回転軸
３４ アーム
３６ 回転テーブル
３８ 受渡台
４０ 洗浄部材
４２ ノズル
４４ 揺動アーム
４６ ノズル
Ｑ 砥液
Ｗ 基板
Claims (2)
- 基板上の金属膜を研磨して洗浄する基板の研磨装置において、
基板と研磨テーブルとの間にアルミナ系砥液を供給しつつ両者を相対的に摺動させて化学機械研磨を行ない、しかる後、基板の仕上げ研磨を行なう研磨機を２基備え、それぞれの研磨機で前記化学機械研磨と前記仕上げ研磨とを互いにタイミングをずらして並列運転を行なう研磨部と、
前記研磨部で仕上げ研磨した基板の表裏面に純水を供給しつつ基板の表裏面をスクラブ洗浄して基板に付着するパーティクルを除去し、さらに基板の表裏面に希フッ酸を含む酸性水溶液からなるエッチング液を供給して基板上の金属イオンを除去する２基の第１の洗浄機と、
前記第１の洗浄機で洗浄した基板に純水を供給して基板を洗浄し高速回転させて乾燥させる１基の第２の洗浄機と、
前記第２の洗浄機で洗浄した基板を洗浄し高速回転させて乾燥させる１基の第３の洗浄機を有することを特徴とする基板の研磨装置。 - 前記第２の洗浄機は、前記基板を回転させながら前記基板に超音波で加振された純水を供給して前記洗浄を行なうことを特徴とする請求項１に記載の基板の研磨装置。
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