JP4829631B2 - 半導体装置の製造方法及び研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing ：以下、「ＣＭＰ」という）を用いて製造される半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造に使用されるＣＭＰに適した研磨装置に関し、特に研磨面に付着するスラリーを迅速に洗浄する半導体装置の製造方法及び研磨装置に関する。

ＣＭＰは、半導体装置の製造工程のなかで、例えば層間絶縁膜の平坦化や埋め込み配線の形成等のために広く使用されている。かかるＣＭＰを行なう研磨装置として、近年、プラテンを備える研磨ユニットと研磨後の洗浄を行なう洗浄ユニットとを有するドライインドライアウトの研磨装置が使用されている。以下、研磨ユニットと洗浄ユニットを合わせ持つ従来の研磨装置について説明する。

図１は従来の研磨装置の平面図であり、研磨ユニットと洗浄ユニットを合わせ持つ研磨装置の主要な構成を表している。研磨装置１００は、全体がクリーンルーム１０１内に収容され、半導体ウエーハ（以下、単に「ウエーハ」という）をクリーンルーム１０１に搬入し又はクリーンルーム１０１から搬出する搬入・搬出ユニット１１０、ウエーハをＣＭＰする研磨ユニット１２０、及びウエーハを洗浄する洗浄ユニット１４０を備える。これらの各ユニットは、それぞれが清浄な雰囲気を維持するために、各ユニット間の空気の流れを少なくするように仕切られている。

搬入・搬出ユニット１１０には、研磨前のウエーハ及び研磨後のウエーハを収容するカセット１１４が取り付けられる。また、ウエーハをカセット１１４から取り出し、又は収容するロボットアーム１１１が設けられている。

研磨ユニット１２０は、２個のプラテン１２１、１２２を有し、その間に回転台１２５が設けられている。プラテン１２１、１２２の上面には研磨パッドが貼付され、スラリーが供給される。なお、ＣＭＰに使用するスラリーには通常研磨粒を含んでいるが、研磨粒を含まないスラリーもある。

また、各プラテン１２１、１２２毎に２個のヘッド（研磨ヘッド）１２３、１２４が設けられ、ウエーハは、ヘッド１２３、１２４の下面に保持され研磨パッドに押圧されて研磨される。このヘッド１２３、１２４は図１の紙面垂直方向に移動可能である。

回転台１２５は、その上面に４個の載置台１２６を有し、回動して載置台１２６に載置されたウエーハを搬送する。さらに、この載置台１２６上に載置されたウエーハを洗浄液で洗浄することができる。

加えて、回転台１２５とプラテン１２１、１２２との間に、ウエーハの洗浄を行なう洗浄ステージ１２７、１２８が設けられる。この洗浄ステージ１２７、１２８は、図１に示す位置から載置台１２６の位置に回旋移動して、これらの位置間でウエーハを搬送することができる。

洗浄ユニット１４０は、２個の洗浄器１４２、１４３、搬入用及び搬出用のステージ１４１、１４５、乾燥器１４４及び回旋してウエーハを搬送するロボットアーム１４６を備える。

ウエーハは、ロボットアーム１１１によりカセット１１４から取り出され、引き渡し箇所となる厚さ測定器１１３上に載置される。この厚さ測定器１１３上に載置されたウエーハは、ロボットアーム１１２により研磨ユニット１２０内に搬送されて、研磨ユニット１２０内に設置された載置台１２６上に載置される。

載置台１２６上に載置されたウエーハは、ヘッド１２３、１２４のいずれかの下面に吸着されて、ヘッド１２３、１２４の移動によりプラテン１２１、１２２上面に搬送され、その位置でプラテン１２１、１２２上面の研磨パッドへ押圧され、研磨される。

研磨されたウエーハは、ヘッド１２３、１２４の移動により洗浄ステージ１２８に搬送され、そこで洗浄された後、載置台１２６に載置される。

次いで、ロボットアーム１１２は、載置台１２６に載置されたウエーハを厚さ測定器１１３に搬送し、厚さを測定した後、再び載置台１２６に載置する。そして、先の研磨に使用したものと異なるプラテンを使用して仕上げ研磨を行い、洗浄ステージを経て載置台１２６に戻される。

仕上げ研磨されたウエーハは、ロボットアーム１１２により洗浄ユニット１４０内のステージ１４１上に載置され、主洗浄を行なう洗浄器１４２、仕上げ洗浄を行なう洗浄器１４３を経て、乾燥器１４４へ搬送されて乾燥された後、ロボットアーム１４６によりステージ１４５上に載置される。

ステージ１４５上に載置されたウエーハは、再びロボットアーム１１１によりウエーハを収容するカセット１１４内に収容される。このように、この研磨装置では、研磨工程の全てが自動的になされ、途中で人手が介入することがないドライインドライアウト工程が可能である。このため、研磨、洗浄を含む全研磨工程を高い清浄度の雰囲気中で行なうことができ、欠陥の少ない優れた研磨面を得ることができる（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、従来の研磨装置では、研磨したウエーハを載置台又は洗浄ステージに搬送し、その後にウエーハの研磨面を洗浄していた。このため、研磨終了時点から研磨面の洗浄までの数秒間、研磨面にスラリーが付着したまま研磨面が雰囲気に晒される時間が生ずる。その結果、研磨面に表出する配線、特に銅配線が腐食してしまい、製造される半導体装置の品質を劣化させてしまう。

本発明の発明者の行なった実験によると、いわゆる水研磨直後の研磨面でもスラリーが残留しており、そのため雰囲気に曝すと銅配線の表面が腐食すること、その腐食は１〜２秒以内で進行することを明らかにした。研磨直後の研磨面が雰囲気に暴露されるのは、下面にウエーハを保持するヘッドが上昇し研磨パッドからウエーハが離れた時から、洗浄ステージでウエーハの洗浄が始まる時までである。従って、かかる研磨面に表出する銅配線の腐食を抑制するには、研磨終了後、ウエーハを洗浄ステージに搬送する前に洗浄する必要がある。

研磨直後のウエーハを迅速に洗浄することで、研磨面として表出する化合物半導体表面の研磨液による腐食を防止する改良された研磨装置が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

また、１本のアームにスラリーを供給するノズルと洗浄液を供給するノズルとを設けて、スラリーの洗浄を効率よく行えるようにしたＣＭＰ装置もある（特許文献３及び特許文献４）。
特表２００５−５２３５７９号公報 特開平７−２０１７８６号公報 特開平１１−７０４６４号公報 特開２０００−２８０１６５号公報

図２（ａ），（ｂ）は従来の改良された研磨装置の動作説明図であり、研磨直後のウエーハを迅速に洗浄する方法を研磨装置の断面図により表している。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）は、それぞれ研磨直後及びヘッド上昇時の様子を表している。

図２（ａ）に示すように、この改良された研磨装置では、ヘッド１６５下面に保持されたウエーハ１６４をプラテン１８１上面に貼付された研磨パッド１８２に押圧して研磨し、研磨終了直前にウエーハ１６４をプラテン１８１上の外周に近い所定位置に移動する。この所定位置に近いプラテン１８１外側には、洗浄液１７６ｂを噴射するノズル１７６が設けられている。

そして、図２（ｂ）に示すように、研磨終了と同時にヘッド１６５を上昇し、研磨面１６４ａを下にしてウエーハ１６４をプラテン１８１上方の洗浄位置に保持する。次いで、ノズル１７６からウエーハ１６４の研磨面１６４ａへ向けて洗浄液１７６ｂが噴射され、研磨面１６４ａが洗浄される。この研磨装置では、ヘッド１６５が上昇した時点からウエーハ１６４の洗浄が開始されるから、ウエーハ１６４を洗浄ステージに搬送して洗浄する研磨装置に比べて大幅に研磨面１６４ａの腐食を抑制することができる。なお、ヘッド１６５上昇直後から、研磨パッド１８２上にシャワー１６３から研磨パッド１８２上面へ洗浄液１６３ａが供給され、研磨パッド１８２の洗浄がなされる。

しかし、この改良された研磨装置においても、ヘッド１６５の上昇によりウエーハ１６４が研磨パッド１８２から離れて洗浄位置に保持されるまでの間は、ウエーハ１６４の研磨面１６４ａが雰囲気に暴露されるため研磨面１６４ａの腐食が進行する。特に銅配線は腐食の進行が速いので、ヘッド１６５上昇の時間でも無視することのできない腐食が発生し、半導体装置の信頼性が損なわれる。

なお、上述した正常な研磨工程においてウエーハ１６４を研磨パッド１８２上から洗浄ステージ（例えば図１に示す洗浄ステージ１２７、１２８）へ搬送する間に生ずる腐食は、銅配線の表層の腐食であり、銅配線の表面を変色させる程度の腐食である。他方、銅配線の全体（全層）を腐食するような重大な腐食が、障害発生時に生ずる。

図３は従来の研磨装置の障害発生時シーケンスであり、障害発生時に予定されている主要な研磨装置の動作シーケンスを表している。図３に示すように、従来の研磨装置では、障害の発生が検知されると、（１）ウエーハをヘッドに吸着し研磨パッドから上昇して保持しつつ停止する、（２）プラテン及びヘッドの回転を停止する、（３）スラリーの研磨パッド上への供給を停止し、研磨パッド上へ洗浄液を供給して研磨パッドをリンスする、という（１）〜（３）の工程を行なった後に停止して、作業員の判断を待つように設計されている。

このような障害発生時シーケンスでは、ウエーハの研磨面は、障害が検知されてヘッドが上昇してから作業員による判断及び再操作がなされるまでの間、スラリーが付着したまま雰囲気に暴露されている。この作業員による操作がなされるまでの時間は通常数分間を要するから、この間にスラリーが付着した銅配線はその全層にわたり腐食してしまう。その結果、研磨装置の障害発生は致命的な半導体装置の欠陥を発生させ、半導体装置の製造歩留りを著しく低下させてしまう。

上述したように、従来のＣＭＰ装置（化学的機械的研磨をなすための研磨装置）では、プラテン上から他の装置へウエーハを搬送する際、まずウエーハを中間ステージ（例えば、洗浄ステージ又は載置台）上に搬送してその中間ステージでウエーハを洗浄していた。しかし、ウエーハをプラテン上から中間ステージへ搬送するまでの間に、ウエーハの研磨面に表出する配線金属の表面が腐食し、半導体装置の信頼性が低下するという問題があった。

研磨後にプラテン上方に保持されたウエーハの研磨面へノズルから洗浄液を噴射して研磨面を洗浄する従来の改良されたＣＭＰ装置では、ウエーハを中間ステージへ搬送する前に洗浄できるため腐食を大幅に改善することができる。しかし、ウエーハをプラテン上の洗浄位置に保持するまでに、即ちウエーハが研磨パッドから離れてから洗浄位置まで上昇する間に、研磨面に表出する金属配線の表面が腐食してしまい、研磨面に表出する金属配線の腐食を十分に抑制することは難しいという問題がある。

さらに、従来のＣＭＰ装置では、障害発生時にウエーハをプラテン上に保持したまま装置を停止し、ウエーハを洗浄することなく放置していた。このため、研磨面に表出する配線層が全層（配線層の表面から底面まで）にわたり腐食するという問題がある。このように全層が腐食しては、表層のみを除去する再研磨では救済することができず、半導体装置の製造歩留りが低下してしまう。

本発明の目的は、ＣＭＰ終了から洗浄までの間に、ウエーハの研磨面が雰囲気に暴露される時間をなくすことで、研磨面に表出する配線金属の腐食を抑制した半導体装置の製造方法、かかるＣＭＰを実現する研磨装置を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の第１構成の半導体装置の製造方法は、研磨工程の終了後、ヘッドの周縁下部及びヘッドの周縁外側近傍に表出する研磨パッド表面へ第１噴射角で洗浄液（例えば純水）を噴射する工程と、次いで、ヘッド上昇の初期に形成される研磨面と研磨パッド表面との隙間に、洗浄液を第１噴射角以下の第２噴射角で噴射する工程と、次いで、ヘッド上昇とともに研磨面を追跡して洗浄液を噴射する工程とを有することを特徴とする。

本第１構成では、研磨を終了した後ヘッドを上昇する前、ウエーハが研磨パッド上に密着して置かれている状態で、洗浄液をヘッドの周縁下部及びその近傍に表出する研磨パッド表面へ噴射する。続いて、ヘッドを上昇し、ウエーハと研磨パッドとの間に隙間が生じた状態で、噴射角をそのまま又は小さくして洗浄液をその隙間へ噴射する。

この構成では、ヘッド上昇前は、ヘッド近傍の研磨パッドの表面及びヘッドの周縁は洗浄液に浸されているから、ヘッドを上昇してウエーハと研磨パッド間に僅かな隙間が生じてもその隙間を洗浄液が充満するため、研磨面が雰囲気に暴露されない。さらに、ヘッド上昇とともに拡大する隙間へ向けて洗浄液が噴射されるから、この隙間は噴射された洗浄液により充満され続けるので、隙間が多少拡大しても研磨面が雰囲気に暴露されることはない。

なお、隙間へ洗浄液を確実に噴射するには、噴射角を小さくして研磨パッド表面とほぼ平行に噴射することが望ましい。一方、小さな噴射角では洗浄液が研磨パッドに遮られるので洗浄液の流量が少なくなり好ましくない。従って、噴射角は実験により適切に設定する必要がある。

さらにヘッドが上昇してウエーハと研磨パッド間の隙間がさらに拡大すると、洗浄液を上昇する研磨面に向けて直接噴射する。この洗浄液を直接研磨面に噴射する工程は、隙間が拡大して洗浄液を研磨面へ直接に噴射できる噴射角が実現されるまでヘッドが上昇した後になされる。この後は、ヘッド上昇に従って上昇する研磨面を追跡して洗浄液を噴射する。このため、ヘッドが上昇している間も常に研磨面は洗浄液で被覆されるので、研磨面が雰囲気に暴露されることがない。

このように、本第１構成では、研磨直後からヘッド上昇終了までの間、常に研磨面に洗浄液を噴射して洗浄し続けるので、この間は研磨面が洗浄液で被覆され研磨面が雰囲気に暴露されることがない。また、研磨面は十分に洗浄されるから、その後にウエーハを他のステージ、例えば洗浄ステージに搬送しても研磨面に表出する配線金属の腐食が十分に抑制される。このため、本第１構成によると、ＣＭＰによる研磨後に研磨面に表出する配線金属の腐食が十分に抑制される。

本発明の第２構成は、上記第１構成の半導体装置の製造方法で用いられるＣＭＰを実行するに適した研磨装置に関する。

第２構成の研磨装置は、洗浄液を噴射するノズル開口を有するノズルと、ノズル開口の位置及び洗浄液の噴射方向を制御するノズル制御手段とを有する。

そして、ノズル制御手段は、ノズル開口の位置及び洗浄液の噴射方向を制御することで以下の（１）〜（３）のシーケンスを順次続けて実行する。

（１）研磨工程の終了後、ヘッドの周縁下部及びヘッドの周縁外側近傍に表出する研磨パッド表面へ向けて、洗浄液を第１噴射角で噴射する。

（２）ヘッドの上昇とともに形成される研磨面と研磨パッド表面との隙間に向けて、洗浄液を前記第１噴射角以下の第２噴射角で噴射する。

（３）ヘッドの上昇とともに上昇する研磨面を追跡して、研磨面に向けて洗浄液を噴射する。

本第２構成に係る研磨装置は、上記シーケンスを実行することで第１構成の半導体装置の製造方法のＣＭＰ工程を実行する。従って、本構成の研磨装置を用いたＣＭＰでは、本発明の第１構成と同様の作用・効果を奏することができる。

第２構成では、ノズル制御手段はノズル開口の位置及び洗浄液の噴射方向を制御する。即ち、噴射角と同時にノズル開口位置をも制御する。これにより、洗浄液が噴射される位置と方向とが正確に制御されるので、研磨面を確実に雰囲気から遮断することができる。もちろん、研磨面を洗浄液で被覆できるならば、一方のみ（例えば噴射方向のみ）を制御するものであってもよい。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図４は本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の平面図であり、研磨ユニットと洗浄ユニットを合わせ持つ研磨装置の主要な構成を表している。

研磨装置２００は、全体がクリーンルーム２０１内に収容され、ウエーハをクリーンルーム２０１に搬入し又はクリーンルーム２０１から搬出する搬入・搬出ユニット２１０と、ウエーハをＣＭＰする研磨ユニット２２０と、ウエーハを洗浄する洗浄ユニット２４０とを備える。これらの各ユニットは、それぞれが清浄な雰囲気を維持するために、各ユニット間の空気の流れを少なくするように仕切られている。

搬入・搬出ユニット２１０には、研磨前のウエーハ及び研磨後のウエーハを収容するカセット２１４が取り付けられる。また、ウエーハをカセット２１４から取り出し、又は収容するロボットアーム２１１が設けられている。

研磨ユニット２２０は、２個のプラテン２２１、２２２を有し、その間に回転台２２５が設けられている。プラテン２２１、２２２の上面には研磨パッドが貼付され、スラリーが供給される。また、各プラテン２２１、２２２毎に２個のヘッド（研磨ヘッド）２２３、２２４が設けられ、ウエーハは、ヘッド２２３、２２４の下面に保持され研磨パッドに押圧されて研磨される。このヘッド２２３、２２４は図４の紙面垂直方向に移動可能である。

回転台２２５は、その上面に４個の載置台２２６を有し、回動して載置台２２６に載置されたウエーハを搬送する。さらに、この載置台２２６上に載置されたウエーハを洗浄液で洗浄することができる。

加えて、回転台２２５とプラテン２２１、２２２との間に、ウエーハの洗浄を行なう洗浄ステージ２２７、２２８が設けられる。この洗浄ステージ２２７、２２８は、図４に示す位置から載置台２２６の位置に回旋移動して、これらの位置間でウエーハを搬送することができる。

洗浄ユニット２４０は、２個の洗浄器２４２、２４３、搬入用及び搬出用のステージ２４１、２４５、乾燥器２４４及び回旋してウエーハを搬送するロボットアーム２４６を備える。

ウエーハは、ロボットアーム２１１によりカセット２１４から取り出され、引き渡し箇所となる厚さ測定器２１３上に載置される。この厚さ測定器２１３上に載置されたウエーハは、ロボットアーム２１２により研磨ユニット２２０内に搬送されて、研磨ユニット２２０内に設置された載置台２２６上に載置される。

載置台２２６上に載置されたウエーハは、ヘッド２２３、２２４のいずれかの下面に吸着されて、ヘッド２２３、２２４の移動によりプラテン２２１、２２２上面に搬送され、その位置でプラテン２２１、２２２上面の研磨パッドへ押圧され、研磨される。

研磨されたウエーハは、ヘッド２２３、２２４の移動により洗浄ステージ２２８に搬送され、そこで洗浄された後、載置台２２６に載置される。

次いで、ロボットアーム２１２は、載置台２２６に載置されたウエーハを厚さ測定器２１３に搬送し、厚さを測定した後、再び載置台２２６に載置する。そして、先の研磨に使用したものと異なるプラテンを使用して、仕上げ研磨を行い、洗浄ステージを経て載置台２２６に戻される。

仕上げ研磨されたウエーハは、ロボットアーム２１２により洗浄ユニット２４０内のステージ２４１上に載置され、主洗浄を行なう洗浄器２４２、及び仕上げ洗浄を行なう洗浄器２４３を経て、乾燥器２４４へ搬送されて乾燥された後、ロボットアーム２４６によりステージ２４５上に載置される。

ステージ２４５上に載置されたウエーハは、再びロボットアーム２１１によりウエーハを収容するカセット２１４内に収容される。このように、この研磨装置では、研磨工程の全てが自動的になされ、途中で人手が介入することがないドライインドライアウト工程が可能である。このため、研磨及び洗浄を含む全研磨工程を高い清浄度の雰囲気中で行なうことができ、欠陥の少ない優れた研磨面を得ることができる。

図５（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の研磨装置の動作説明図であり、プラテンとその周囲に配置された主要な機構を断面図で表している。

本実施形態で使用される研磨装置は、プラテン２６１の外周近くに洗浄液を噴出するノズル２６６を設け、ノズル制御手段によりそのノズル開口２６６ａ位置及び噴出方向を制御する。なお、ノズル制御手段は、ノズル開口２６６ａ位置及び洗浄液の噴出方向を制御できる機構であればよく、全体が機構的に構成されるもの、例えばノズル２６６の位置及び方位を変更する移動回転機構でもよく、またコンピュータにより制御される機構、例えばロボットでもよい。

この装置のプラテン２６１上面には研磨パッド２６２が貼付されており、プラテン２６１は回転軸２６１ａ廻りに回転駆動される。ウエーハ２６４はその外周をリング状のリテーナ２６５ｂにより押さえられてヘッド２６５下面に保持され、ヘッド２６５により研磨パッド２６２に押圧されてＣＭＰされる。また、研磨パッド２６２上にスラリーが供給される。

図５（ａ）に示すように、ＣＭＰが終了すると、ヘッド２６５の押圧（研磨圧）が除去され、ウエーハ２６４はヘッド２６５下面に吸着されて保持される。同時に、スラリーの供給が停止され、代わってシャワー２６３から洗浄液２６３ａとして純水が研磨パッド２６２上に散布される。

次いで、図５（ｂ）に示すように、プラテン２６１の外側に退避していたノズル２６６を移動方向Ａに沿ってプラテン２６１の中心方向へ移動させ、ノズル開口２６６ａを研磨パッド２６２上に配置する。このとき、ノズル開口２６６ａの位置及びノズルの角度を調整して、ノズル開口２６６ａから噴出する洗浄液２６６ｂ、例えば純水が、リテーナ２６５ｂの外側面、及び研磨パッド２６２のリテーナ２６５ｂ外側近傍の表出面に当るように制御する。従って、洗浄液２６６ｂは、研磨パッド２６２に接して置かれているリテーナ２６５ｂの外側を覆って研磨パッド２６２上を流れる。このため、リテーナ２６５ｂの内側に保持されたウエーハ２６４の研磨面２６４ａは雰囲気に暴露されない。

このときの洗浄液２６６ｂの流量は、残留するスラリーを少なくする観点から多いことが好ましい。一方、噴出する流速は、流量程にはスラリーの洗浄に寄与しないので、可能な限り流量を多くすることが好ましい。このため、ノズル２６６に流量を減少させる機構、例えば流速を速くするためのオリフェスやシャワー開口を設けることは避け、ノズル２６６全長にわたり断面積がほぼ同一のノズルを用いて流量の減少を防ぐことが好ましい。

次いで、図５（ｃ）に示すように、ヘッド２６５が上昇して研磨パッド２６２と研磨面２６４ａとの間に僅かな隙間が生じたとき、ノズル２６６を移動回転方向Ｂに沿って移動、回転させ、ノズル開口２６６ａをよりリテーナ２６５ｂに近づけるとともに、ノズル２６５の軸を水平近くになるように回転して噴射角（即ち、ノズル開口２６６ａから噴出する洗浄液２６６ｂの噴出方向と研磨パッド２６２表面とのなす角度）を小さくする。これにより、研磨パッド２６２と研磨面２６４ａとの隙間に大量の洗浄液２６６ｂが流入するので、隙間が拡大してもその隙間を完全に研磨液２６６ｂで充満することができる。

移動回転方向Ｂに沿ってノズル２６６を移動、回転する時期は、かかる移動・回転をしなければ、研磨パッド２６２表面に噴出された洗浄液２６６ｂによっては隙間を充満できなくなる程隙間が拡大する前でなければならない。移動回転方向Ｂに沿ってノズル２６６を移動、回転することで、拡大した隙間を充満できる大量の洗浄液２６６ｂを隙間に送出することができる。かかる回転・移動がなければ隙間が洗浄液で充満されずに研磨面２６４ａが雰囲気に暴露されて配線金属が腐食してしまう。

他方、噴射角を小さくすると研磨パッド２６２表面によって遮蔽される洗浄液２６６ｂが多くなるため実効的な流量が減少して洗浄効果が減少するので、噴射角を小さくするのは遅い方が望ましい。しかし、洗浄液２６６ｂの噴射角と洗浄液２６６ｂが充満する隙間の大きさの関係は、研磨パッド２６２や研磨面２６４ａの濡れ性及び移動速度等により大きく変動するから、ノズル２６６の移動・回転の開始時期は、実験により最適な時期を決定する必要がある。

次いで、図５（ｄ）に示すように、ヘッド２６５が所定の位置（洗浄位置）まで上昇を続ける間、洗浄液２６６ｂが研磨面２６４ａに向けて噴射し続けるよう、ノズル開口２６６ａの位置及びノズル２６６の方向を制御する。例えば、ヘッド２６５の上昇量が小さいときは、ノズル開口２６６ａ位置をヘッドに近く、かつ、僅か上向きの噴射角となるようにノズル２６６を制御する。これにより、ヘッド２６５の上昇量が小さくても、研磨面２６４ａに洗浄液２６６ｂを噴射することができる。ヘッド２６５の上昇量が大きくなるに従い、ヘッドを移動回転方向Ｃに沿って、ノズル開口２６６ａを後退（プラテン２６１の外側の方向）させ、かつ噴射角が上向きになるようにノズル２６６の位置及び方位を制御する。このノズル２６６の制御は、洗浄液２６６ｂが上昇し続ける研磨面２６４ａを追跡して噴射されるように制御される。

上述した研磨後のノズル２６６から噴射する洗浄液２６６ｂの量は、図５（ｂ）〜図５（ｃ）の各工程毎に、又はこれらの工程を経過する間、段階的に又は徐々に増減することが、最小の洗浄液２６６ｂでもって研磨面２６４ａを被覆するという観点から好ましい。

さらに、噴射角が負（噴射方向が上方を向く）になる以前の工程、例えば図５（ｂ）〜図５（ｃ）の工程において、洗浄液２６６ｂの研磨パッド２６２面内の噴射方向をプラテン２６１の回転方向に沿う方向とすることが好ましい。これにより、洗浄液２６６ｂが乱流となることを抑制し、研磨パッド２６２と研磨面２６４ａとの隙間に大量の洗浄液２６６ｂを流入することができる。

続いて、ヘッド２６５が所定の位置（洗浄位置）に上昇した後、引き続き、ヘッド２６５の下面に保持されたウエーハ２６４の研磨面２６４ａに向けて洗浄液２６６ｂを噴射して洗浄し、ウエーハ２６４を次のステージ、例えば図４に示す洗浄ステージ２２７、２２８又は載置台２２６に搬送する。このようにして、ウエーハ２６４の研磨工程が完了する。

（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態に係る研磨装置のプラテンの断面図である。また、図７（ａ），（ｂ）は、第２の実施形態に係る研磨装置の吐出口の説明図であり、図７（ａ）はプラテン上面に開口する吐出口の配置を表す平面図、図７（ｂ）は吐出口の断面形状を表すＩ−Ｉ断面図である。本実施形態は、プラテン上面に洗浄液の吐出口を有する研磨装置に関する。

図６に示すように、第２の実施形態に係るプラテン３７１は、その上面に吐出口３７７が設けられている。この吐出口３７７は、図７（ａ）に示すように、プラテン３７１の中央部及び外周部を除きプラテン３７１のほぼ全面に配置される。

図６に示すように、プラテン３７１の上面に研磨パッド３７２が貼着され、その研磨パッド３７２には吐出口３７７の位置に開口が設けられている。従って、この開口と吐出口３７７は連通しており、吐出口３７７から吐出する洗浄液３７７ｂは、妨げられることなく研磨パッド３７２の開口を通過して研磨パッド３７２上面に噴出する。

プラテン３７１は、回転駆動機構３７３により回転駆動される回転軸３７１ａ廻りに回転される。回転軸３７１ａには中心に洗浄液を導入するための導入管３７５と、この導入管３７５と同心のドレイン管３７４とが設けられる。プラテン３７１内部には、中心から放射状に配設された導水路３７５ａが形成されており、導入管３７５の上端は導水路３７５ａの中心側の先端に接続され連通する。

導水路３７５ａには、プラテン３７１上面まで貫通する吐出管３７７ａが連通され、この吐出管３７７ａの上部開口が吐出口３７７を構成している。従って、導入管３７５の下部から導入された洗浄液は、導入管３７５を上昇し、導水路３７５ａを経て各吐出管３７７ａに供給され、吐出管３７７ａを通り吐出口３７７から研磨パッド３７２上面に吐出される。

研磨パッド３７２上面に吐出された洗浄液は、研磨パッド３７２上を流れ、プラテン３７１の外側に配置されたカップ３７９内に、及びプラテン３７１の中央に開設された排水口３７８内に流入する。カップ３７９内に流入した洗浄液はその底部に設けられたドレイン３７９から排出される。また、排水口３７８内に流入した洗浄液は、排水口３７８の底面に開口するドレイン管３７４を通り排出される。

図７（ｂ）に示すように、吐出管３７７ａは、プラテン３７１の移動方向（即ち回転方向）に沿って、吐出口３７７が吐出管３７７の底部に対して移動方向に位置するように、傾斜して設けられる。これにより、洗浄液３７７ｂが回転方向に沿って流れるように吐出されるので、研磨パッド３７２上面での洗浄液３７７ｂの流れの乱れが少ない。このため、汚染の巻き込みが少なく、清浄な洗浄を実現することができる。

次に、第２の実施形態の研磨装置を用いたウエーハの研磨工程に基づき、本実施形態の研磨装置の動作を説明する。

図８（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態の動作を説明する断面工程図である。この図８（ａ），（ｂ）に示すように、ウエーハ３６４をリテーナ３６５ｂで保持するヘッド３６５、及び洗浄液３６３ａを研磨パッド３７２上面に散布するシャワー３６３は、前述した第１の実施形態の研磨装置と同じである。

この研磨装置３７０は、図６に示すプラテン３７１及びカップ３７９を備える。さらに、プラテン３７１の外周近く、例えばプラテン３７１の外側に近接した位置に又はカップ３７９の外周に洗浄液を噴出するノズル３７６を備える。なお、このノズル３７６は本発明の第２実施形態の必須の要素ではなく、ノズル３７６を備えなくても差し支えない。

まず、図８（ａ）に示すように、スラリーが供給された研磨パッド３７２上に、ヘッド３６５によりウエーハ３６４を押圧して研磨する。研磨終了後直ちに、研磨圧を解除すると同時にシャワー３６３から純水を洗浄液３６３ａとして研磨パッド３７２上に供給し、研磨パッド３７２上の研磨剤を洗浄する。ここまでの工程は前述した第１の実施形態の工程と同様である。

次いで、ヘッド３６５をプラテン３７１上を滑らせ、ノズル開口３７６ａ近くに移動する。そして、図８（ｂ）に示すように、導入管３７５の下端から純水を洗浄液として導入し、洗浄液３７７ｂ（純水）を吐出口３７７からウエーハ３６４下面（研磨面３６４ａ）へ向かい吐出させる。この吐出する洗浄液３７７ｂの圧力により、ウエーハ３６４が押し上げられ研磨面３６４ａと研磨パッド３７２との間に隙間が発生する。吐出された洗浄液３７７ｂはこの隙間を流れて、ウエーハ３６４の外周を保持するリテーナ３６５ｂの外側に表出する研磨パッド３７２上面に至り、さらにプラテン３７１の中央に開口する排水口３７８及び外周を囲むカップ３７９へ流入して、ドレイン管３７４及びドレイン３７９ａから排出される。

この状態で、又は、吐出する洗浄液３７７ｂが研磨面３６４ａに当る程度の僅かな隙間（例えば１ｃｍの隙間）を形成するようにヘッド３６５を上昇した状態で、吐出口３７７から洗浄液３７７ｂを吐出させて研磨面３６４ａを洗浄する。このように僅かな隙間を設けることにより、ヘッド３６５を上昇しない場合に比べて大量の洗浄液３７７ｂを研磨面３６４ａに向けて吐出することができるので、研磨面３６４ａに残留するスラリーを直ちに確実に除去することができる。

この隙間があまり大きいと、洗浄液３７７ｂを研磨面３６４ａに到達させるために洗浄液３７７ｂを高速で吐出しなければならず、吐出する洗浄液３７７ｂの流量が減少して洗浄能力が減少する。逆に狭すぎると、洗浄液３７７ｂの流路が狭くなり、洗浄液３７７ｂの供給圧が低いと大量の洗浄液３７７ｂを流すことが困難となるため洗浄能力が減少する。従って、研磨面３６４ａと研磨パッド３７２の隙間を例えば５〜１５ｍｍとすることが、低い供給圧力で大量の洗浄液３７７ｂを流すことができるという観点から好ましい。

次いで、図８（ｃ）に示すように、ヘッド３６５を所定の洗浄位置まで上昇し、ノズル３７６から洗浄液３７６ｂを研磨面３６４ａに向けて噴射し、研磨面３６４ａを洗浄する。次いで、ウエーハ３６４を次工程のステージ（例えば、図４の洗浄ステージ２２７、２２８又は載置台２２６）へ搬送して、ＣＭＰ工程を終了する。なお、このヘッド３６５を所定の洗浄位置まで上昇して洗浄する工程は省略することもできる。

上述した第２の実施形態では、吐出口３７７はプラテン３７１のほぼ全面に形成されている。この吐出口３７７をプラテン３７１の所定の位置、例えばノズル３７６を用いた洗浄に適したヘッド３６５の位置にのみ形成することができる。例えば、ヘッド３６５をプラテン３７１上面の所定位置に移動したとき、ウエーハ３６４直下に位置する領域にのみ吐出口３７７を設ける。これにより、洗浄液３７７ｂの吐出領域をウエーハ３６４直下に制限することができるので、ウエーハ３６４の洗浄に寄与しない洗浄液３７７ｂを少なくすることができ、洗浄液の利用効率を向上することができる。

また、第２の実施形態では、ノズル３７６は、所定の洗浄位置に保持されたウエーハ３６４の研磨面３６４ａに洗浄液３７６ｂを噴射するように固定されている。このノズル３７６に代えて、第１の実施形態のノズルを用いることもできる。なお、第１及び第２実施形態において、研磨面３６４ａの洗浄工程の間はヘッド３６５を回転することが、研磨面３６４ａ全面を洗浄液３６６ｂ、３７７ｂ、３７６ｂで洗浄するために好ましい。

本実施形態では、吐出管３７７ａを傾斜させたが、吐出管３７７ａをプラテン３７１上面に垂直に設けることもできる。このとき、吐出口３７７から洗浄液を噴射して、ヘッド３６５を次工程への移動位置まで上昇した状態で研磨面３６４ａを洗浄液で洗浄し続けてもよい。この場合、ノズル３７６を省略することができる。

（第３の実施形態）
図９（ａ），（ｂ）は本発明の第３の実施形態の研磨装置の動作を説明する断面工程図であり、研磨工程を研磨装置の主要部の断面により表している。第３の実施形態はプラテンを洗浄液中に浸漬する研磨装置に関する。

図９（ａ）に示すように、第３の実施形態に係る研磨装置では、プラテン４８１の下方に、洗浄液４９０ａをオーバーフローさせて（図中４９０ｃはオーバーフローした洗浄液を表している。）保持する水槽４９０を備える。この水槽４９０は昇降機構４９１により上下に移動可能であり、上昇時にはプラテン４８１上面の研磨パッド４８２を洗浄液４９０ａ中に浸漬することができる。

プラテン４８１の外側に流出するスラリーを回収するカップ４８９には、その底面に連通管４８９ｃ及びドレイン４８９ａが設けられ、ドレイン４８９ａにはドレイン４８９ａを開閉するバルブが設けられている。この連通管４８９ｃは、短い筒状の開口からなり、上端が水槽４９０のオーバーフロー面より僅かに低く又は僅かに高くなるように形成される。

上面に研磨パッド４８２を貼付するプラテン４８１、及び、下面にウエーハ４６４を保持するヘッド４６５は上述した第１の実施形態に係る研磨装置と同様である。なお、リテーナ４６５ｂ内に保持されたウエーハ４６４とヘッド４６５との間に挿入されている加圧パッド（メンブレン）４６５ｃは、弾性体の袋であり、空気圧によりウエーハ４６４背面を押圧するもので、上述した実施形態のヘッドの記載では省略されている。

以下、第３の実施形態の研磨工程について説明する。まず、図９（ａ）に示すように、水槽４９０を下降させ、洗浄液４９０ａ（例えば純水）を水槽４９０中にオーバーフローするまで満たす。このとき、洗浄液面４９０ｂは、プラテン４８１の底面に接触しない位置に保持される。洗浄水４９０ａは、連通管４８９ｃの上端の高さがオーバーフローする洗浄液面４９０ｂより低いとき、連通管４８９ｃを通りカップ４８９内に流入する。このカップ４８９内に流入した洗浄水４９０ａは開かれたバルブ４８９ｂを通してドレイン４８９ａから排出される。

この状態で、研磨パッド４８２上にスラリーを供給してウエーハ４６４のＣＭＰを行なう。ＣＭＰ終了後、スラリーの供給を停止すると同時に加圧パッド４６５ｃを減圧し、シャワー４６３から洗浄液４６３ａ（例えば純水）を研磨パッド４８２上に吐出して、いわゆる水研磨を行なう。これらの工程では、スラリー及び洗浄液４６３ａは、研磨パッド４８２上面を流れてプラテン４８１外周からカップ４８９に流入しドレインから排出される。

次いで、洗浄液４６３ａを停止し、ウエーハ４６４をヘッド４６５に吸着保持する。同時に、水槽４９０を上昇し、図９（ｂ）に示すように、プラテン４８１及び研磨パッド４８２を水槽４９０内に保持された洗浄液４９０ａ中に浸漬する。この水槽４９０の上昇とほぼ同時にバルブ４８９ｂを閉じる。なお、バルブ４８９ｂを、水槽４９０の上昇に遅れて閉めることにより、カップ４８９内に残るスラリーを水槽４９０内からカップ内に流入する洗浄液４９０ａとともにドレイン４８９ａから排出し、水槽４９０内の洗浄液４９０ａの汚染を抑制するようにしてもよい。

この水槽４９０の上昇工程で、カップ４８９内に連通管４８９ｃを通り洗浄液が流入し、カップ４８９内の洗浄液面４９０ｂはオーバーフローする水槽４９０内の洗浄液面４９０ｂと同一高さになる。

このとき、洗浄液４９０ａがリテーナ４６５ｂの一部を浸漬する位置に洗浄液面４９０ｂがあるように、水槽４９０の位置を制御する。この位置では、ヘッド４６５の側面が洗浄液４９０ａに浸漬しないので、研磨中にヘッド４６５に付着した汚染による洗浄液４９０ａの汚染を回避することができる。

次いで、ヘッド４６５を上昇して、研磨面４６４ａが洗浄液４９０ａ中に浸漬したまま研磨パッド４８２上面との間に隙間を形成する。この状態でヘッド４６５を回転して研磨面４６４ａの洗浄を続ける。その後、ヘッド４６５を上昇、移動し、ウエーハ４６４を次のステージへ搬送する。以下は、通常の研磨、洗浄工程を経て半導体製造工程における研磨工程を終了する。

本第３の実施形態によれば、水槽４９０内に保持された大量の洗浄液４９０ａで研磨面４６４ａを洗浄するから、研磨面４６４ａの洗浄効果が大きい。

なお、第３の実施形態では水槽４９０を上昇させ、プラテン４８１を昇降しなかったが、逆にプラテン４８１を下降させ、水槽４９０を停止させておくこともできる。

（第４の実施形態）
図１０は本発明の第４の実施形態の研磨装置の障害発生時シーケンスを示す図である。本発明の第４の実施形態は、非常時のインターロック発生後の処置に関する。第４の実施形態に係る研磨装置は、緊急停止手段及び緊急洗浄手段とを備える。緊急停止手段及び緊急洗浄手段は、例えばコンピュータ（シーケンサを含む）で制御され障害発生時のシーケンスを実行する。これらの手段及び障害発生時シーケンス以外は、上述した図４に示す研磨装置と同様である。

緊急停止手段は、ＣＭＰ中に障害発生による装置の異常を検知すると、直ちに警報を発するとともに、図１０に示すシーケンスＳ１〜Ｓ２を実行する。シーケンスＳ１では、（１）ウエーハをヘッドに吸着して保持する。（２）プラテン及びヘッドの回転を停止する、（３）スラリーの研磨パッド上への供給を停止し、研磨パッド上へ洗浄液を供給して研磨パッドをリンスする、という（１）〜（３）の工程を行なう。この工程は、ヘッドの上昇後、研磨装置を停止する以外は、既述の図３に示す従来のシーケンスと同様である。次いで、緊急停止手段は、シーケンスＳ２で、ヘッドを上昇しウエーハを研磨パッドから離して保持する。

次いで、緊急洗浄手段は、ヘッドを洗浄装置、例えば図４に示す洗浄ステージ２２７、２２８へ移動し（シーケンスＳ３）、ウエーハを洗浄ステージ２２７、２２８に搬送してウエーハの洗浄工程を実行する（シーケンスＳ４）。この工程に代えて、第１又は第２の実施形態に係るウエーハの洗浄工程を実行することもできる。

そして、研磨装置を停止し、操作員の点検、操作を待つ。

本実施形態では、緊急停止時に研磨面の洗浄がなされ、その後に研磨装置が停止するので、研磨面に残留するスラリーが洗浄された状態で待機することになる。従って、スラリーが付着した研磨面が雰囲気に暴露される期間が通常の研磨−洗浄工程と同等であるので、研磨面に表出する金属配線（特に銅配線）の全層が腐食するような深い腐食は発生しない。このため、操作員の点検後の操作により再研磨がなされても、配線表層の腐食を浅く除去するだけで容易に正常の研磨を続行することができる。従って、半導体装置を高い歩留りで製造することができる。

（第５の実施形態）
以下、本発明の第５の実施形態について説明する。

配線がアルミニウム（又はアルミニウム合金）により形成されたウエーハでは、ＣＭＰ後にスラリーが若干付着していても問題となることはなかった。しかし、配線が銅により形成されるようになると、前述したように従来の研磨方法では配線に腐食が発生して、半導体装置の不良の原因となる。従って、銅配線を有するウエーハの場合は、ＣＭＰ後にスラリーを短時間で十分に除去することが必要である。

一般的なＣＭＰ装置では素子形成面を下向きにしてウエーハを研磨するようになっているため、ＣＭＰが終了した直後に素子形成面を十分に洗浄することは困難である。そこで、従来からＣＭＰに続けて水研磨を行い、ＣＭＰ直後の研磨面を空気に晒す前にスラリーを除去している。従来のＣＭＰ装置における水研磨は、スプレーノズルから研磨パッド上に純水を高圧で広範囲にスプレーしつつ、ウエーハを研磨パッドに押圧することにより行われる。

しかしながら、本願発明者等の実験により、単に純水を高圧スプレーしながら水研磨しただけでは、スラリーを素早く且つ十分に除去することができないことが判明している。以下、本願発明者等が行った実験の一例について説明する。

図１１はＣＭＰ工程におけるレシピ（研磨時の各パラメータ）の一例を示している。この図１１において、プラテンの欄（Ｎｏ．１）は１分間当りのプラテンの回転数を示し、ヘッドの欄（Ｎｏ．２）は１分間当りのヘッドの回転数を示している。また、インターナルチューブの欄（Ｎｏ．３）はメンブレンの内側に配置されるインターナルチューブに印加する圧力を示し、リテーナの欄（Ｎｏ．４）はリテーナに印加する圧力（リテーナが研磨パッドを印加する圧力）を示している。インターナルチューブの圧力及びリテーナの圧力を変化させることにより、研磨分布を調整することができる。

更に、メンブレンの欄（Ｎｏ．５）はＣＭＰ時にウエーハを研磨パッドに印加するときの圧力を示している。メンブレンが真空（負圧）のときはウエーハがメンブレンに真空吸着され、ウエーハに研磨圧力が印加されていない状態を示す。また、メンブレンの圧力が正圧のときは、メンブレンに印加される圧力（ウエーハが研磨パッドに押圧されるときの圧力）を示している。

高圧スプレーの欄（Ｎｏ．６）は、スプレーノズルから純水がスプレーされている（オン）か否か（オフ）を示している。また、スラリーの欄（Ｎｏ．７）は、１分間当りのスラリーの供給量を示している。また、時間の欄（Ｎｏ．８）は、各ステップの処理時間を示している。

この図１１に示すように、ＣＭＰ工程は３つのステップにより構成されている。第１のステップはＣＭＰの前処理を行うステップである。この第１のステップでは、研磨パッド上にスラリーを供給しつつ、プラテン及びヘッドの回転が安定するのを待つ。第１のステップではウエーハの研磨は行わないが、研磨パッドの上にスラリーを流している。これは、以下の理由による。

すなわち、研磨装置には、研磨処理していない時間がある程度長くなると、スラリー配管内のバルブを定期的に切換えてスラリーノズルから研磨パッド上に純水を流し、スラリー配管内のスラリーの固着や研磨パッドの乾燥を防止するものがある。そのような研磨装置では、スラリー配管内にスラリーや純水が滞留しているため、研磨開始時に濃度が極端に薄いスラリーや極端に濃いスラリーが研磨パッド上に供給され、研磨量がばらついてしまう。そのため、第１のステップにおいてスラリー配管にスラリーを流し、ＣＭＰを開始するまでに研磨パッド上に供給されるスラリーの濃度を一定にする。

第２のステップは、実際にウエーハをＣＭＰするステップである。この第２のステップでは、研磨パッド上にスラリーを供給しつつウエーハに３．０ｐｓｉ（約２０．７ｋＰａ）の圧力を印加する。第１及び第２のステップでは、高圧スプレーはオフである。

第３のステップはウエーハに付着したスラリーを洗浄するステップである。この第３のステップではスラリーの供給を停止し、高圧スプレーをオンにして研磨パッド上に純水を供給しつつ、ウエーハに１．０ｐｓｉ（約６．９ｋＰａ）の圧力を印加して水研磨を行う。なお、図１１では第３のステップ（水研磨）の時間を１５秒間としているが、第３のステップの時間は１０秒間以上、４５秒間未満とすることが好ましい。第３のステップの時間が１０秒未満の場合はスラリーの除去が十分でないことがあり、４５秒間を超えるとタクトタイムが長くなって製造コストの上昇を招く。また、第３のステップは、ウエーハに付着したスラリーを除去することを主な目的としているので、ウエーハに印加する圧力は第２のステップよりも低くする。

図１２は、上記のＣＭＰ工程の第３のステップにおいて、高圧スプレーとともに外部から研磨パッド上に純水を供給したときの１ウエーハ当りの平均欠陥数を調べた結果を示す図である。この図１２から、外部から供給する純水の量が多いほど銅配線の欠陥数が少ないことがわかる。これは、単にスプレーノズルから純水をスプレーするだけではスラリーを十分に除去することができないことを示している。

本願発明者等は種々実験を行った結果、従来の水研磨に比べて欠陥数を確実に低減するためには、純水の流量を３リットル／分以上とすることが必要であるとの知見を得た。但し、純水の供給量が１０リットル／分を超えると、純水の使用量の増大に伴う製造コストの上昇が無視できないようになるとともに、ＣＭＰ装置から多量の純水をスムーズに排水することが困難になるという問題が発生する。従って、水研磨時にプラテン上に供給する純水（洗浄液）の流量は、３〜１０リットル／分とする。水研磨時にプラテン上に供給する純水（洗浄液）の最も好ましい流量は８リットル／分程度である。

純水の供給にスプレーノズルを使用すると、研磨パッドに供給する純水の圧力を高くすることはできるが、３〜１０リットル／分の流量で純水を研磨パッド上に供給することが難しくなる。従って、純水（洗浄液）の供給にはスプレーノズルを使用せずに、配管から直接（配管径を狭くするような部材を設けることなく）研磨パッド上に供給することが好ましい。また、純水噴射部のノズル開口は、スラリー噴射部のノズル開口の近傍に配置し、スラリーの噴射方向と同じ方向に純水を噴射することが好ましい。

図１３は、本発明の第５の実施形態に係るＣＭＰシステムの純水（洗浄液）供給配管の一例を示す図である。この図１３に示すように、純水は純水供給源から電磁弁５１２を介してＣＭＰ装置５２０の近くに配置された純水貯留タンク５１０に供給される。純水貯留タンク５１０には液面センサ５１１が取り付けられており、この液面センサ５１１からの信号に基づいて電磁弁５１２が駆動されることにより、純水貯留タンク５１０には常に一定量の純水が貯留される。ポンプ５１３は、貯留タンク５１０に貯留された純水を、ＣＭＰ装置５２０に供給する。

この図１３に示すように、ＣＭＰ装置５２０には３つのプラテン５２２と１つのロードカップ（ＨＣＬＵ）５２１とが設けられている。後述するように、ロードカップ５２１の内側には、研磨前又は研磨後のウエーハが載置されるペデスタルが設けられている。ポンプ５１３の吐出側配管は４つに分岐されており、分岐された各配管にはそれぞれ流量調整バルブ５１４、電磁弁５１５及びフローメータ５１６が設けられている。これらの分岐された配管を介して、各プラテン５２２及びロードカップ５２１にそれぞれ個別に純水が供給が供給される。また、各プラテン５２２及びロードカップ５２１毎に純水の供給量を確認することができる。

本実施形態では、前述したように、水研磨時に各プラテン５２２にそれぞれ３〜１０リットル／分の流量の純水を供給する。また、ロードカップ５２１にも３〜１０リットル／分の流量で純水を供給して、ロードカップ５２１のペデスタル上に付着したスラリーを除去するようになっている。

図１４は研磨装置５２０の詳細を示す図である。この図１４に示すように、本実施形態の研磨装置５２０では、ベース５３０上に３個のプラテン５２２と１つのロードカップ５２１とが設けられている。各プラテン５２１の周囲には、先端にスラリー供給ノズル及び純水（洗浄液）供給パイプが設けられたスラリー供給アーム５３１と、コンディショニングディスク１２が取り付けられたコンディショニングディスク駆動アーム５３２とがそれぞれ設けられている。各プラテン５２２の上には研磨パッド（研磨布）が装着される。

また、回転軸５３０ａに支持されるヘッドユニット５４０には、プラテン５２２及びロードカップ５２１に対応して４つのヘッド（研磨ヘッド）５４１が取り付けられている。ヘッド５４１にウエーハを吸着保持した状態でヘッドユニット５４０が回転することにより、各プラテン５２２にウエーハが搬送される。なお、ヘッド５４１は回転軸５４１ａとともに回転するだけでなく、ヘッドユニット５４０の回転半径方向に往復移動するようになっている。

図１５に、ヘッド５４１、ヘッドユニット５４０、スラリー供給アーム５３１及びコンディショニングディスク駆動アーム５３２の動作を示す。この図１５において、ヘッド５４１、ヘッドユニット５４０、スラリー供給アーム５３１及びコンディショニングディスク駆動アーム５３２はそれぞれ矢印で示す方向に駆動される。

図１６は、スラリー供給アーム５３１に設けられたスラリー噴射部５３１ａと純水噴射部５３２ｂとを示す模式図である。この図１６に示すように、スラリー供給アーム５３１内にはスラリー噴射部５３１ａと純水噴射部５３１ｂとが併設されている。純水噴射部５３１ｂの先端（ノズル開口）にはスプレーノズル等のように流路の径を狭くするような部材は設けられてなく、先端（ノズル開口）の径は先端まで純水を移送する配管の径と同じになっている。すなわち、純水噴射部５３１ｂは、純水を移送する配管の先端から研磨パッド上に直接純水を噴射する。

図１７はロードカップ５２１内に配置されるペデスタル５２４を示す模式図である。この図１７に示すように、ペデスタル５２４の上には樹脂製のペデスタルパッド５２４ａが接合されている。

図１４に示すＣＭＰ装置５２０では、研磨前のウエーハは搬送ロボットにより例えばウエーハポッドから搬送されてペデスタル５２４上（より正確にはペデスタルパッド５２４ａ上：以下同じ）に載置される。その後、ウエーハはヘッド５４１に保持されてプラテン５２２上に移動し、ＣＭＰされる。ＣＭＰ後は、純水供給配管５３１ｂから３〜１０リットル／分の流量で純水が供給され、水研磨が行われる。その後、ウエーハはヘッド５４１に保持されてペデスタル５２４上に戻され、搬送ロボットにより例えばウエーハポッドに搬送される。

本実施形態においては、図１７に示すように、ペデスタル５２４の近傍に純水噴射部（ペデスタル洗浄部）５２５の先端（ノズル開口）が配置されており、この純水噴射部５２５の先端からペデスタル５２４上に純水を供給して、ペデスタル５２４の上面を洗浄する。純水噴射部５２５の先端にはスプレーノズル等のように流路の径を狭くするような部材は設けられてなく、先端（ノズル開口）の径は先端まで純水を移送する配管の径と同じになっている。すなわち、純水噴射部５２５は、純水を移送する配管の先端からペデスタル５２４上に直接純水を噴射する。

本実施形態においては、上述したようにＣＭＰに続けて水研磨を実施する。この水研磨は、純水（洗浄液）を３〜１０リットル／分の流量で研磨パッド上に供給して行われる。これにより、ＣＭＰ後のウエーハの表面（研磨面）を十分に洗浄することができて、配線が銅により形成されていても、腐食の発生が防止される。また、本実施形態では、ロードカップ５２１のペデスタル５２４上にも３〜１０リットル／分の流量で純水を供給してペデスタル５３４の上を洗浄するので、ＣＭＰ時やウエーハ搬送時にペデスタル５２４上にスラリーが飛散しても、ペデスタル５２４上のスラリーを十分に除去することができる。これにより、ウエーハに形成された配線（特に銅配線）の腐食をより確実に防止することができる。

図１８は、本発明の実施形態におけるＣＭＰシステムの純水（洗浄液）供給配管の他の例を示す図である。この図１８に示すように、純水は純水供給源から流量調整バルブ５６１及び電磁バルブ（又はエアー駆動バルブ）５６２を介してＣＭＰ装置の近くに配置された純水貯留タンク５６０に供給される。本実施形態では１台のＣＭＰ装置に対し１基の純水貯留タンク５６０が用意される。この純水貯留タンク５６０には液面を検出するセンサ５６０ａ，５６０ｂ，５６０ｃが設けられている。これらのセンサ５６０ａ，５６０ｂ，５６０ｃから出力される信号は、ＣＭＰ装置の制御部５８０に入力される。

制御部５８０は、上側に配置されたセンサ５６０ａの位置まで液面が上がると、電磁弁５６２を閉状態にして純水貯留タンク５６０への純水の供給を停止する。また、純水貯留タンク５６０の中ほどに配置されたセンサ５６０ｂの位置まで液面が下がると、制御部５８０は電磁弁５６２を開状態にして純水貯留タンク５６０への純水の供給を開始する。このようにして純水貯留タンク５６０には常に一定量の純水が貯留される。なお、下側に配置されたセンサ５６０ｃの位置まで液面が下がると、制御部５８０は警報を発生する。

ポンプ５６３は、制御部５８０からの信号により駆動制御される。このポンプ５６３の吸い込み側の配管５６４は、純水貯留タンク５６０の下部に接続されている。この吸い込み側の配管には流量調整バルブ５６４とドレインバルブ５６５とが設けられている。ポンプ５６４の吐出側の配管は、純水貯留タンク５６０に純水を戻す配管５６８と、フィルタ５７０の入力側５７１に接続される配管５７１とに分岐されている。配管５６８には調圧弁（リリーフ弁）５６９が設けられており、ポンプ５６３から吐出される純水の圧力が調圧弁５６９の設定値を超えると、調圧弁５６９が開状態となってポンプ５６３から吐出された純水の一部又は全部を純水貯留タンク５６０に戻すようになっている。

一方、フィルタ５７０は、純水中に含まれる異物を除去するために設けられている。例えばポンプ５６３の故障等により純水中に異物が混入することがあるが、フィルタ５７０が設けられているために異物がＣＭＰ装置まで搬送されることを防止できる。

フィルタ５７０の出力側に接続された配管５７２は複数に分岐されている。本実施形態では、ＣＭＰ装置に３つのプラテンと１つのロードカップとが設けられており、それらのプラテンとロードカップとにそれぞれ個別に純水を供給するので、配管５７２は４以上に分岐していることが必要である。分岐された配管にはそれぞれ流量調整バルブ５７３、電磁バルブ（又はエアー駆動バルブ）５７４及びニードルバルブ付き流量計５７５が設けられている。これらの配管を介して３つのプラテンと１つのロードカップとにそれぞれ純水が供給される。電磁弁５７４は、制御部５８０からの信号により開閉制御される。

本実施形態では、前述したように、各プラテン及びロードカップにそれぞれ３〜１０リットル／分の流量で純水（洗浄液）を供給するので、各ＣＭＰ装置毎に純水の使用量が０〜４０リットル／分の範囲で変動する。複数のＣＭＰ装置を同時に使用する場合、仮に各ＣＭＰ装置毎に純水貯留タンク５６０が設けられていないとすると、各ＣＭＰ装置の動作状態によっては純水供給源からＣＭＰ装置に十分な量の純水を供給することが困難になり、ウエーハを十分に洗浄することができなくなる。一方、本実施形態では、各ＣＭＰ装置毎に純水貯留タンク５６０を設けているので、複数のＣＭＰ装置を同時に使用しても、各ＣＭＰ装置に所望の流量の純水を供給することができる。

また、本実施形態においては、ＣＭＰ装置の駆動開始に伴って制御部５８０はポンプ５６３の駆動を開始し、ＣＭＰ装置で純水が使用されていないときでも、ポンプ５６３は回転し続ける。従って、電磁バルブ５７４が開状態になると同時に、所定の圧力で純水がプラテン又はロードカップに供給される。また、ポンプ５６３とＣＭＰ装置との間にフィルタ５７０が設けられているので、異物がＣＭＰ装置に移送されてＣＭＰ装置やウエーハを破損することが回避される。

本実施形態は、ＣＭＰ後のウエーハの上昇量が少なく、第１の実施形態で説明した方法を採用できない場合にも有効である。

なお、上記実施形態では洗浄液として純水を使用する場合について説明したが、洗浄液としてＢＴＡ（ベンゾトリアゾール）等の防錆剤や界面活性剤を含む液を使用してもよい。

以下、本発明の諸態様を、付記としてまとめて記載する。

（付記１）回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨する研磨工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記研磨工程の終了後、前記ヘッドの周縁下部及び前記ヘッドの周縁外側近傍に表出する前記研磨パッド表面へ、洗浄液の噴射方向と前記研磨パッド表面とのなす噴射角を第１噴射角として前記洗浄液を噴射する工程と、
次いで、前記ヘッドを上昇する工程の初期に形成される前記研磨面と前記研磨パッド表面との隙間に、前記洗浄液を前記第１噴射角以下の第２噴射角で噴射する工程と、
次いで、前記ヘッドを上昇するとともに、前記研磨面を追跡して前記洗浄液を噴射する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記２）回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨する研磨装置において、
洗浄液を噴射するノズル開口を有するノズルと、
前記ノズル開口の位置及び洗浄液の噴射方向を制御するノズル制御手段とを有し、
前記ノズル制御手段は、前記研磨工程の終了後、前記ヘッドの周縁下部及び前記ヘッドの周縁外側近傍に表出する前記研磨パッド表面へ、洗浄液の噴射方向と前記研磨パッド表面のなす噴射角が第１噴射角となるように前記ノズル開口位置及び前記ノズルの方位を制御し、
次いで、前記ヘッドの上昇とともに形成される前記研磨面と前記研磨パッド表面との隙間に、前記洗浄液が前記第１噴射角以下の第２噴射角で噴射されるように前記ノズル開口位置及び前記ノズルの方位を制御し、
次いで、前記ヘッドの上昇とともに上昇する前記研磨面を追跡して前記洗浄液が噴射されるように前記ノズル開口位置及び前記ノズルの方位を制御することを特徴とする研磨装置。

（付記３）前記ノズル制御手段は、前記ルズルの位置及び方位を制御して、前記ノズル開口の位置及び洗浄液の噴射方向を制御することを特徴とする付記２記載の研磨装置。

（付記４）回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨する研磨装置において、
前記プラテン上面に開口する洗浄液の吐出口と、
前記吐出口上に位置する前記研磨パッドに開設され、前記研磨パッドを貫通するパッド開口と、
前記ヘッドを前記吐出口上に移動し、上昇するヘッド移動手段と、
前記ヘッドを前記吐出口上に移動した後、少なくとも前記ヘッドが上昇するまでの間、前記吐出口から前記半導体ウエーハの研磨面へ洗浄液を噴射し続けることを特徴とする研磨装置。

（付記５）前記吐出口は、回転する前記プラテン上面の移動方向に前記洗浄液を噴射するように開設されることを特徴とする付記４記載の研磨装置。

（付記６）回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨する研磨装置において、
前記プラテンの下方に位置し、洗浄液をオーバーフローさせている水槽と、
前記プラテンと前記水槽とを相対的に垂直移動する昇降手段とを有し、
前記プラテンを前記水槽に対して相対的に降下して、前記プラテン上面に貼付された前記研磨パッドを前記水槽内の洗浄液中に浸漬することを特徴とする研磨装置。

（付記７）回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨する研磨装置において、
装置の異常を検知して、前記ヘッドが前記半導体ウエーハを吸着して上昇し、かつ、プラテンの回転を停止する緊急停止手段と、
上昇した前記ヘッドを洗浄装置へ移動して、前記ヘッドに吸着されている前記半導体ウエーハの研磨面を洗浄する緊急洗浄手段とを有することを特徴とする研磨装置。

（付記８）回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨する研磨工程を有する半導体装置の製造方法において、
前記スラリーを用いた研磨工程の終了後、前記研磨パッド上に３乃至１０リットル／分の流量で洗浄液を供給しつつ、前記半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハに付着したスラリーを除去する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

（付記９）前記洗浄液を供給するときの前記半導体ウエーハに対する押圧力を、前記スラリーを用いて研磨するときの前記半導体ウエーハに対する押圧力よりも低くすることを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１０）前記洗浄液として、純水、防錆剤を含む液、及び界面活性剤を含む液のいずれかを使用することを特徴とする付記８に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１１）回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨する研磨装置において、
前記研磨パッド上に前記スラリーを噴射するスラリー噴射部と、
前記スラリー噴射部に近接して配置され、前記研磨パッド上に洗浄液を３乃至１０リットル／分の流量で噴射する洗浄液噴射部と
を有することを特徴とする研磨装置。

（付記１２）前記洗浄液噴射部のノズル開口の径が、前記ノズル開口まで前記洗浄液を移送する配管の径と同じことを特徴とする付記１１に記載の研磨装置。

（付記１３）研磨前又は研磨後の前記半導体ウエーハを載置するペデスタルと、
前記ペデスタル上に洗浄液を３乃至１０リットル／分の流量で供給し前記ペデスタルの上を洗浄するペデスタル洗浄部と
を有することを特徴とする付記１１に記載の研磨装置。

（付記１４）回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨した後、前記研磨パッド上に洗浄液を供給しつつ前記半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハに付着したスラリーを除去する研磨装置と、
前記研磨装置の近傍に配置され、洗浄液供給源から供給される洗浄液を貯留する貯留タンクと、
前記貯留タンクに貯留された前記洗浄液を前記研磨装置に移送するポンプと
を有することを特徴とする半導体ウエーハ研磨システム。

（付記１５）前記貯留タンクは、１台の研磨装置に対し１基設けられていることを特徴とする付記１４に記載の半導体ウエーハ研磨システム。

（付記１６）前記ポンプと前記研磨装置との間に、前記洗浄液中に混入した異物を除去するフィルタが設けられていることを特徴とする付記１４に記載の半導体ウエーハ研磨システム。

（付記１７）前記ポンプの吐出側には、前記ポンプから吐出された前記洗浄液の圧力が所定の圧力よりも高いときに前記ポンプから吐出された前記洗浄液の一部又は全部を前記貯留タンクに戻す調圧弁が設けられていることを特徴とする付記１４に記載の半導体ウエーハ研磨システム。

本発明は、金属配線、特に銅配線をＣＭＰを用いて製造する半導体装置の製造方法に適用して、高い製造歩留りを実現することができる。

図１は、従来の研磨装置の平面図である。 図２（ａ），（ｂ）は、従来の改良された研磨装置の動作説明図である。 図３は、従来の研磨装置の障害発生時シーケンスを示す図である。 図４は、本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の平面図である。 図５（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態の研磨装置の動作説明図である。 図６は、本発明の第２の実施形態に係る研磨装置のプラテンの断面図である。 図７（ａ）は第２の実施形態の研磨装置のプラテン上面に開口する吐出口の配置を表す平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、第２の実施形態の動作を説明する断面工程図である。 図９（ａ），（ｂ）は、本発明の第３の実施形態の研磨装置の動作を説明する断面工程図である。 図１０は、本発明の第４の実施形態の研磨装置の障害発生時シーケンスを示す図である。 図１１は、ＣＭＰ工程におけるレシピ（研磨時の各パラメータ）の一例を示す図である。 図１２は、研磨パッド上に供給する純水の量と１ウエーハ当りの平均欠陥数との関係を調べた結果を示す図である。 図１３は、本発明の第５の実施形態に係るＣＭＰシステムの純水（洗浄液）供給配管の一例を示す図である。 図１４は、第５の実施形態に係る研磨装置の詳細を示す斜視図である。 図１５は、第５の実施形態に係る研磨装置のヘッド、ヘッドユニット、スラリー供給アーム及びコンディショニングディスク駆動アームの動作を示す図である。 図１６は、スラリー供給アームに設けられたスラリー噴射部と純水噴射部とを示す模式図である。 図１７は、ロードカップ内に配置されるペデスタルを示す模式図である。 図１８は、第５の発明の実施形態におけるＣＭＰシステムの純水供給配管の他の例を示す図である。

符号の説明

１００，２００，３７０，５２０…研磨装置、
１０１，２０１…クリーンルーム、
１１０，２１０…搬入・搬出ユニット、
１１１，１４６．２１１，２４６…ロボットアーム、
１１４，２１４…カセット、
１２０，２２０…研磨ユニット、
１２１，１２２，１８１，２２１，２２２，２６１，３７１，４８１，５２２…プラテン、
１２３，１２４，１６５，２２３，２２４，２６５，３６５，４６５，５４１…ヘッド、
１２５，２２５…回転台、
１２６，２２６…載置台、
１２７，１２８，２２７，２２８…洗浄ステージ、
１４０，２４０…洗浄ユニット、
１４２，１４３，２４２，２４３…洗浄器、
１４４，２４４…乾燥器、
１６４，２６４，３６４，４６４…ウエーハ、
１６４ａ，２６４ａ…研磨面、
１８２，２６２，３７２，４８２…研磨パッド、
２６５ｂ，３６５ｂ，４６５ｂ…リテーナ、
２６６，３７６…洗浄液のノズル、
３７７…洗浄液の吐出口、
４９０…水槽、
４９１…昇降機構、
５１０，５６０…純水貯留タンク、
５１３，５６３…ポンプ、
５２１…ロードカップ、
５２４…ペデスタル、
５２４ａ…ペデスタルパッド、
５３１…スラリー供給アーム、
５３１ａ…スラリー噴射部、
５３１ｂ…純水噴射部、
５３２…コンディショニングディスク駆動アーム、
５４０…ヘッドユニット、
５６９…調圧弁、
５７０…フィルタ、
５８０…制御部。

Claims (2)

1. 回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨する研磨工程を有する半導体装置の製造方法において、
   前記研磨工程の終了後、前記ヘッドの周縁下部及び前記ヘッドの周縁外側近傍に表出する前記研磨パッド表面へ、洗浄液の噴射方向と前記研磨パッド表面とのなす噴射角を第１噴射角として前記洗浄液を噴射する工程と、
   次いで、前記ヘッドを上昇する工程の初期に形成される前記研磨面と前記研磨パッド表面との隙間に、前記洗浄液を前記第１噴射角以下の第２噴射角で噴射する工程と、
   次いで、前記ヘッドを上昇するとともに、前記研磨面を追跡して前記洗浄液を噴射する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 回転するプラテン上面に貼付された研磨パッド上にスラリーを供給し、ヘッド下面に保持された半導体ウエーハを前記研磨パッド上面に押圧して前記半導体ウエーハを研磨する研磨装置において、
   洗浄液を噴射するノズル開口を有するノズルと、
   前記ノズル開口の位置及び洗浄液の噴射方向を制御するノズル制御手段とを有し、
   前記ノズル制御手段は、前記研磨工程の終了後、前記ヘッドの周縁下部及び前記ヘッドの周縁外側近傍に表出する前記研磨パッド表面へ、洗浄液の噴射方向と前記研磨パッド表面のなす噴射角が第１噴射角となるように前記ノズル開口位置及び前記ノズルの方位を制御し、
   次いで、前記ヘッドの上昇とともに形成される前記研磨面と前記研磨パッド表面との隙間に、前記洗浄液が前記第１噴射角以下の第２噴射角で噴射されるように前記ノズル開口位置及び前記ノズルの方位を制御し、
   次いで、前記ヘッドの上昇とともに上昇する前記研磨面を追跡して前記洗浄液が噴射されるように前記ノズル開口位置及び前記ノズルの方位を制御することを特徴とする研磨装置。

Images