(57)【要約】【課題】スクラッチを生じさせ得る大きなサイズの砥粒を除去しつつ、付着性の高い非常にサイズの小さな砥粒を除去した研磨液を提供する。【解決手段】一実施形態によれば、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置が提供され、かかる供給装置は、研磨液を保持するためリザーバと、前記リザーバから研磨装置へ研磨液を送るための第１流路と、前記第１流路に配置される、第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する第１フィルタ装置と、前記第１流路に配置される、第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する第２フィルタ装置と、を有する。【選択図】図１
2020199600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置であって、
研磨液を保持するためリザーバと、
前記リザーバから研磨装置へ研磨液を送るための第１流路と、
前記第１流路に配置される、第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する第１フィルタ装置と、
前記第１流路に配置される、第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する第２フィルタ装置と、を有する、
供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の供給装置であって、
前記第１フィルタ装置および前記第２フィルタ装置の下流側において、研磨液の一部を前記第１流路から前記リザーバに送るための第２流路を有する、
供給装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の供給装置であって、
前記第１フィルタ装置はデッドエンド式のフィルタ装置であって、精密ろ過膜を分離膜とするものである、
供給装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の供給装置であって、  前記第２フィルタ装置はクロスフロー式のフィルタ装置であって、精密ろ過膜または限外濾過膜を分離膜とするものである
供給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の供給装置であって、
前記精密ろ過膜または限外ろ過膜の表面のゼータ電位が、研磨液中の砥粒のゼータ電位と同じ極性である、
供給装置。
【請求項６】
研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための方法であって、
リザーバに研磨液を保持させる工程と、
前記リザーバから前記研磨装置に研磨液を送る途中で、第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する工程と、
前記リザーバから前記研磨装置に研磨液を送る途中で、第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する工程と、
第１サイズ以上の粒子径の砥粒および第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去した研磨液の少なくとも一部を前記研磨装置へ送る工程と、を有する、
方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、
第１サイズ以上の粒子径の砥粒および第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去した研磨液の一部を前記リザーバへ送る工程、を有する、
方法。
【請求項８】
研磨装置を用いて基板を研磨する方法であって、
リザーバに研磨液を保持させる工程と、
前記リザーバから前記研磨装置に研磨液を送る途中で、第１フィルタ装置により第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する工程と、
前記リザーバから前記研磨装置に研磨液を送る途中で、第２フィルタ装置により第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する工程と、
第１サイズ以上の粒子径の砥粒および第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去した研磨液の少なくとも一部を前記研磨装置へ送る工程と、
前記研磨装置に送られた研磨液を使用して基板を研磨する工程と、を有する、
方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、
前記第２サイズは、研磨対象の基板に形成されている回路パターンの最小寸法（ＣＤ）に基づいて決定される、
方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、
前記第２サイズは、約１ｎｍから約２０ｎｍの範囲であり、
前記第１サイズは、砥粒の平均粒径の約２倍から約５倍である、
方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法であって、
前記第２サイズ未満の砥粒を含む第１研磨液を使用して基板を研磨する第１研磨工程と、
第１研磨工程の後に、前記第２サイズ未満の粒子径の砥粒が除去され、且つ、前記第１サイズを超える粒子径の砥粒が除去された第２研磨液を使用して基板を研磨する第２研磨工程と、を有する、
方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、
研磨対象の基板の研磨対象である層の厚さの５０％以上１００％未満を前記第１研磨工程により研磨し、
前記第１研磨工程で研磨した後に残った研磨対象である層を前記第２研磨工程により研磨する、
方法。
【請求項１３】
請求項１０に記載の方法であって、
前記第２サイズ未満の砥粒を含む第１研磨液を使用して基板を研磨する第１研磨工程と、
第１研磨工程の後に、砥粒を含まない第３研磨液を使用して基板を研磨する第３研磨工程と、を有する、
方法。
【請求項１４】
請求項１１に記載の方法であって、
前記第２研磨工程の後に、砥粒を含まない第３研磨液を使用して基板を研磨する第３研磨工程と、を有する、
方法。
【請求項１５】
請求項８から１４のいずれか一項に記載の方法であって、
前記研磨液は、砥粒担体に前記砥粒が担持されている複合砥粒を含む、
方法。
【請求項１６】
研磨液の製造方法であって、  所定の平均粒径を有する砥粒を含む研磨液を準備する工程と、
第１フィルタ装置により前記研磨液から第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する工程と、
第２フィルタ装置により前記研磨液から第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する工程と、を有する、
研磨液の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の研磨液の製造方法であって、
前記第１フィルタ装置はデッドエンド式のフィルタ装置であって、精密ろ過膜を分離膜とするものである、
研磨液の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７に記載の研磨液の製造方法であって、
前記第２フィルタ装置はクロスフロー式のフィルタ装置であって、精密ろ過膜または限外濾過膜を分離膜とするものである、
研磨液の製造方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の研磨液の製造方法であって、
前記精密ろ過膜または限外ろ過膜の表面のゼータ電位が、研磨液中の砥粒のゼータ電位と同じ極性である、
研磨液の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、研磨液の供給装置、供給方法、および基板の研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程において、基板の表面を加工する技術として化学機械研磨（ＣＭＰ）が広く用いられている。ＣＭＰ装置では研磨ヘッドに加工対象の基板を保持させ、研磨テーブル上に設置された研磨パッド上に基板を押し付け、研磨パッドと基板との間に研磨液を供給しながら研磨ヘッドと研磨テーブルとを相対運動させることで基板の表面を研磨する。
【０００３】
昨今の半導体デバイス構造の微細化に伴い、より高精度な加工精度と、ダメージレスの加工技術が要望されてきている。ＣＭＰにおいても、基板の表面の除去量を高精度に制御するとともに、基板にスクラッチ等の研磨傷を発生させないことが求められている。ＣＭＰに使用される研磨液にサイズの大きな砥粒が含まれていると、研磨中に基板にスクラッチを発生させる原因となる。そこで、よりサイズの小さい砥粒を含む研磨液が使用されるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９１２４８号公報
【特許文献２】特開２０１３−３８２３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
研磨液中の砥粒のサイズが小さいほど研磨中に基板にスクラッチを発生させるリスクは小さくなる。しかし、一方で砥粒のサイズが小さいと付着性が高まり、研磨後に基板を洗浄するときに、小さな砥粒を除去するのが難しくなる。たとえば、１０ｎｍ程度のサイズの小さな酸化セリウム（セリア）系の砥粒を十分に除去するには、高濃度のＨ２Ｏ２およびＫＯＨを含む洗浄液を使用する必要がある（J.Seo, et.al., ECS Journal of Solid State Science and Technology, 7(5), 243(2018)）。高濃度の洗浄液は相対的に高価であるので、高濃度の洗浄液を使用すると研磨装置のランニングコストが上昇する。本開示は、スクラッチを生じさせ得る大きなサイズの砥粒を除去しつつ、付着性の高い非常にサイズの小さな砥粒を除去した研磨液を提供することを１つの目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態によれば、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置が提供され、かかる供給装置は、研磨液を保持するためリザーバと、前記リザーバから研磨装置へ研磨液を送るための第１流路と、前記第１流路に配置される、第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する第１フィルタ装置と、前記第１流路に配置される、第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する第２フィルタ装置と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態による、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置を概略的に示す図である。
【図２】一実施形態による、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置を概略的に示す図である。
【図３】一実施形態による、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置を概略的に示す図である。
【図４】一実施形態による、研磨装置を概略的に示す斜視図である。
【図５】一実施形態による、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給する方法および基板の研磨方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明に係る研磨液の供給装置、供給方法、および基板の研磨方法の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。
【０００９】
図１は、一実施形態による、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置を概略的に示す図である。供給装置１００は、研磨液を保持するためのリザーバ１０２を有する。リザーバ１０２は、研磨液を保持することができる任意のものを使用することができる。なお、大粒径の砥粒の存在がリザーバ内での砥粒の凝集・沈殿を促進することがあるので、リザーバ内で研磨液を適宜撹拌し、研磨液が均一状態で後記のフィルタ装置に送液され当該大粒径粒子が除去されるようにするとよい。その際、強すぎる撹拌は粒子同士の衝突機会を増やしてかえって凝集を促進してしまうので、大粒径粒子が沈殿しない程度の撹拌強度で十分である。撹拌方法としては羽根車を使った機械撹拌や研磨に利用されずに戻ってくる研磨液の流速によるものであってもよい。また、リザーバ底部から後記流路を介して研磨液が取り出されるよう流路を配置することで、大粒径粒子がリザーバ内に沈殿堆積しないようにすることでもよい。
【００１０】
リザーバ１０２内に保持される研磨液は、研磨装置３００で行われる基板の研磨に応じて選択される。一実施形態において、研磨液は、砥粒を含むことができる。砥粒はたとえば、二酸化ケイ素（シリカ）系の砥粒や、酸化セリウム（セリア）系の砥粒、酸化アルミニウム(アルミナ)、二酸化マンガン、酸化鉄、その他無機化合物系の砥粒とすることができる。研磨液は、所望の平均粒径の砥粒を含むものとすることができる。また、本開示において「第１サイズ」および「第２サイズ」とは、粒径測定手法等によって定義されるものではなく、以下で説明する「第１フィルタ装置」及び「第２フィルタ装置」によって物理的に排除される粒子径のことであって、当該フィルタ装置に使用される分離膜の実効排除粒子径のことである。
【００１１】
リザーバ１０２には第１流路１２０が接続されている。リザーバ１０２に保持された研磨液は、ポンプ１０４により第１流路１２０を通じて研磨装置３００へ送られる。図１に示されるように、第１流路１２０の途中に第１フィルタ装置１１０が配置されている。
【００１２】
第１フィルタ装置１１０は、第１サイズ以上の粒子径を有する砥粒を研磨液から除去するためのものである。第１サイズは、研磨装置３００で必要とされる研磨性能に応じて決定すればよい。一般に、砥粒のサイズが大きいと、研磨中に基板にスクラッチ等のダメージを与える傾向があるので、大きなサイズの砥粒を除去するように第１サイズが決定
される。たとえば、第１サイズは、使用する研磨液中の砥粒の平均粒径の５倍、好ましくは２倍とすることができる。なぜならば、研磨圧力条件は研磨レートを支配する研磨液中の大多数を占める平均的なサイズの砥粒を前提にして決定されており、その圧力条件下では平均粒径よりも大きい粒子ではより過剰な圧力を基板の与え、結果として基板に研磨傷を生じさせるからである。例えば、市販されている平均粒径２００ｎｍのシリカ研磨液から、平均粒径の５倍の１μｍ以上の砥粒をフィルタで除去したものでシリコン酸化膜を研磨すると、研磨レート自体はばらつきの範囲内にあり格段低下することはないが、研磨傷は５分の１以下に減少する。この研磨液の場合、もともと平均粒径の５倍の以上の大きさ
を持つ砥粒の占める割合は砥粒全体の０．１％程度であるので、それらを除去しても研磨レートに対してほとんど影響を及ぼすことはない。一方、そのサイズの砥粒の基板との接触圧力は、平均的なサイズの砥粒の場合の数１０倍にも及ぶので、その部分での研磨が平均サイズの砥粒が研磨する部分の数１０倍以上に進むことになり、結果として研磨傷を生じさせる。従って、第１サイズについては、研磨傷としてどの程度の大きさのものをどの程度の数で許容するかによって決定することができ、かつ使用する研磨液中の砥粒の粒径分布をも考慮して決定することになる。
【００１３】
一実施形態において、第１フィルタ装置１１０は、デッドエンド式のフィルタ装置とすることができる。たとえば、研磨液を第１サイズの孔を備えるろ過膜１１１に通過させるデッドエンド式のフィルタ装置とすることができる。なお、第１フィルタ装置１１０に使用する分離膜としては、たとえば精密ろ過膜を採用することができる。
【００１４】
図１に示されるように、第１流路１２０の途中に第２フィルタ装置１１２が配置されている。第２フィルタ装置１１２は、第２サイズ以下の粒子径を有する砥粒を研磨液から除去するためのものである。第２サイズは、研磨装置３００で必要とされる研磨性能に応じて決定すればよい。一般に、砥粒のサイズが小さいほど、研磨後の基板を洗浄する際に、砥粒を基板の表面から除去するのが難しくなる傾向があるので、ごく小さなサイズの砥粒を除去するように第２サイズが決定される。たとえば、第２サイズは、１０ｎｍ、好ましくは３０ｎｍ、より好ましくは５０ｎｍとすることができる。一般に粒子サイズが１０ｎｍレベルになると表面自由エネルギが支配的となり、基板と砥粒の間の相互作用力が急増し、より強く付着するようになる。さらには、ＣＭＰ後洗浄で多用される研磨パッドないしＰＶＡブラシ等を洗浄部材に使う物理的洗浄方法において、研磨の場合と同様に大多数を占める平均サイズの砥粒の除去に好適なように洗浄条件が設定されるため、例えば付着している粒径が１０ｎｍ以下になると、これらの洗浄部材と砥粒の間の接触面積を十分に確保することができず、砥粒に対して除去に必要な物理力を及ぼすことが困難となる。その場合には、化学反応によって溶解除去する方法の適用が検討されるが、洗浄に許容される時間内に反応を完結することが困難であったり、反応を完結させるために極めて高濃度の薬液や高温条件を使わざるを得ないことがある。また、使用する薬液によっては被研磨面に露出している金属材料ないし絶縁材料に対してダメージを与えることがある。なお、第２サイズについても、いずれのサイズを採用するかは、研磨後の清浄度の要求値並びに使用する研磨液中の砥粒の粒径分布によって決定することができる。
【００１５】
一実施形態において、第２フィルタ装置１１２は、クロスフロー式のフィルタ装置とすることができる。第２フィルタ装置１１２は、ナノサイズ（第２サイズ）の孔を備える精密ろ過膜１１３または限外ろ過膜１１３を分離膜として使用するものであってもよい。クロスフロー式の第２フィルタ装置１１２を使用する場合、ろ過膜１１３を通過した小さいサイズの砥粒を研磨液から除去する。すなわち、第２フィルタ装置１１２のろ過膜１１３を通過しなかった研磨液を後段で使用される。一実施形態において、クロスフロー式の第２フィルタ装置１１２のろ過膜１１３は、研磨液中の砥粒と同じ極性のゼータ電位を備えることが望ましい。砥粒と同じゼータ電位を備えることで、ろ過膜に砥粒が吸着してろ過膜の孔が詰まることを防止することができる。
【００１６】
図示の実施形態においては、第２フィルタ装置１１２は、第１フィルタ装置１１０の下流側に配置されているが、第２フィルタ装置１１２を第１フィルタ装置１１０の上流に配置してもよい。
【００１７】
一実施形態において、図１に示される供給装置１００は、研磨液中の砥粒のサイズを監視するための監視装置１３２、１３４を備える。一実施形態において、監視装置１３２は、第１フィルタ装置１１０の下流に配置されており、第１サイズより大きな粒子を所定の
数より多く検知したときに警告を発するように構成することができる。一実施形態において、監視装置１３４は、第２フィルタ装置１１２の下流に配置されており、第２サイズより小さな粒子を所定の数より多く検知したときに警告を発するように構成することができる。なお、監視装置１３２、１３４において警告を発する粒子のサイズや数は任意であり、変更可能である。
【００１８】
図１に示される実施形態において、第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２を通過した研磨液の少なくとも一部が研磨装置３００に供給される。図示のように、研磨装置３００に向かう第１流路１２０にバルブ１０５を設けてもよい。また、図示のように、第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２を通過した研磨液の一部は、第２流路１４０を介してリザーバ１０２に戻すことができる。一実施形態において、第２流路１４０には、バルブ１０６を設けてもよい。
【００１９】
図１に示される実施形態による供給装置１００においては、第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２はそれぞれ１つずつ設けられているが、他の実施形態として複数の第１フィルタ装置１１０および／または複数の第２フィルタ装置１１２を設けてもよい。複数の第１フィルタ装置１１０を使用する場合、各第１フィルタ装置１１０で除去する砥粒のサイズを異なるものとしてもよい。また、複数の第２フィルタ装置１１２を使用する場合、各第２フィルタ装置で除去する砥粒のサイズを異なるものとしてもよい。図１に示される実施形態による供給装置１００において、第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２による除去する砥粒の径を選択することで、所望の平均粒径や粒径分布の砥粒を含む研磨液を研磨装置３００へ供給することができる。
【００２０】
図２は、一実施形態による、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置を概略的に示す図である。図２に示される実施形態は、２つの供給装置１００ａ、１００ｂを開示している。図２に示される実施形態は、図１に示される供給装置１００が２つ備えられている。図２においては、供給装置１００ａの方は、図１に示される各要素に符号「ａ」を付して表し、供給装置１００ｂの方は、図１に示される各要素に符号「ｂ」を付して表している。
【００２１】
図２に示される実施形態において、供給装置１００ａと供給装置１００ｂとでは異なる種類の研磨液を研磨装置３００に供給するものとしてもよいし、同じ種類の研磨液を研磨装置３００に供給するものとしてもよい。また、図２に示される実施形態において、第１フィルタ装置１１０ａと第１フィルタ装置１１０ｂとでは、異なるサイズの砥粒を研磨液から除去するように構成してもよい。また、図２に示される実施形態において、第２フィルタ装置１１２ａと第２フィルタ装置１１２ｂとでは、異なるサイズの砥粒を研磨液から除去するように構成してもよい。２つの供給装置１００ａ、１００ｂで異なるフィルタを使用することで、砥粒の平均粒径や粒径分布の異なる研磨液を研磨装置３００で使用することが可能になる。図２に示される実施形態において、供給装置１００ａおよび供給装置１００ｂのそれぞれにおいて、第１フィルタ装置１１０ａ、１１０ｂおよび第２フィルタ装置１１２ａ、１１２ｂはそれぞれ１つずつ設けられているが、他の実施形態として、図１とともに説明したように複数の第１フィルタ装置１１０ａ、１１０ｂおよび／または複数の第２フィルタ装置１１２ａ、１１２ｂを設けてもよい。図２に示される実施形態は、２つの供給装置１００ａ、１００ｂを備えているが、他の実施形態として、２つ以上の供給装置を備えるように構成してもよい。
【００２２】
図３は、一実施形態による、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置を概略的に示す図である。図２に示される実施形態による供給装置１００は、第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２の３つの組が並列に設けられている。各第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２の組は符号「ａ」「ｂ」「ｃ」を付して
表している。図３に示される実施形態において、並列に設けられた各第１フィルタ装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃでは、異なるサイズの砥粒を研磨液から除去するように構成される。また、図３に示される実施形態において、並列に設けられた各第２フィルタ装置１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃでは、異なるサイズの砥粒を研磨液から除去するように構成される。図３に示されるように、各第１フィルタ装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび第２フィルタ装置１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃは、それぞれの第１流路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃに接続されている。図３に示されるように、それぞれの第１流路１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃには、それぞれバルブ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが設けられている。そのため、図３の実施形態においては、バルブ１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃの開閉を操作することで、研磨装置３００で基板の研磨を行っている際に、砥粒の平均粒径や粒径分布の異なる研磨液を研磨装置３００で使用することが可能になる。なお、図３に示される実施形態においては、３組の第１フィルタ装置１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃおよび第２フィルタ装置１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃが示されているが、任意の組数の第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２を採用することができる。
【００２３】
なお、図３においては図示を省略したが、図３に示される実施形態においても、研磨液中の砥粒のサイズを監視するための監視装置を配置してもよい。
【００２４】
なお、上述の任意の実施形態による、砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置１００において、さらに、砥粒を含まない研磨液を研磨装置３００に供給するための機構を追加してもよい。また、上述の任意の実施形態において、純水を研磨装置３００に供給するための機構を追加してもよい。
【００２５】
図４は、一実施形態による研磨装置を概略的に示す斜視図である。研磨装置３００は、研磨テーブル３２０と、研磨ヘッド３３０と、を備える。研磨テーブル３２０は、図示していない駆動源によって回転駆動される。研磨テーブル３２０には、研磨パッド３１０が貼り付けられる。研磨ヘッド３３０は、基板を保持して研磨パッド３１０に押圧する。研磨ヘッド３３０は、図示していない駆動源によって回転駆動される。基板ＷＦは、研磨ヘッド３３０に保持されて研磨パッド３１０に押圧されることによって研磨される。
【００２６】
図４に示されるように、研磨装置３００は、研磨パッド３１０に研磨液又はドレッシング液を供給するための研磨液供給ノズル３４０を備える。一実施形態において、研磨液供給ノズル３４０は、図１〜３とともに説明された供給装置１００の第１流路１２０に接続することができる。研磨液は、例えば、砥粒を含むスラリである。ドレッシング液は、たとえば、純水である。また、研磨装置３００は、研磨パッド３１０のコンディショニングを行うためのドレッサ３５０を備える。また、研磨装置３００は、液体、又は、液体と気体との混合流体、を研磨パッド３１０に向けて噴射するためのアトマイザ３６０を備える。液体は、例えば、純水である。気体は、例えば、窒素ガスである。
【００２７】
研磨ヘッド３３０は、シャフト３３２によって支持される。研磨ヘッド３３０は、図示していない駆動部によって、矢印ＡＢで示すように、シャフト３３２の軸心周りに回転するようになっている。研磨テーブル３２０は、シャフト３２２に支持される。研磨テーブル３２０は、図示していない駆動部によって、矢印ＡＣで示すように、シャフト３２２の軸心周りに回転するようになっている。
【００２８】
基板ＷＦは、研磨ヘッド３３０の研磨パッド３１０と対向する面に真空吸着によって保持される。研磨時には、研磨液供給ノズル３４０から研磨パッド３１０の研磨面に研磨液が供給される。また、研磨時には、研磨テーブル３２０及び研磨ヘッド３３０が回転駆動される。基板ＷＦは、研磨ヘッド３３０Ａによって研磨パッド３１０の研磨面に押圧されることによって研磨される。
【００２９】
図５は、一実施形態による、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給する方法および基板の研磨方法を示すフローチャートである。以下の方法は、上述の供給装置１００および研磨装置３００を用いて実行することができる。まず、リザーバ１０２に研磨液を保持させる。保持させる研磨液は、研磨対象である基板ＷＦへ施す研磨処理に応じて選択する。たとえば、シリコン酸化膜を研磨する場合には、シリカ砥粒を含みアルカリ剤を添加することでｐＨを１０程度に調整した研磨液、またはセリア砥粒を含みｐＨを略中性とした研磨液とすることができる。またＣｕ、Ｗ、Ｃｏ、Ｒｕ等の金属膜を研磨する場合、シリカ砥粒を含み金属を酸化するに必要な酸化剤と過剰な腐食を防止するための防食剤を含みかつ酸化剤と防食材の機能を好適に発揮させるためのｐＨ調整剤を含む研磨液とすることができる。研磨液は、所望の平均粒径の砥粒を含む研磨液とすることができる。また、研磨液は、砥粒担体に前記砥粒が担持されている複合砥粒を含んでもよい。
【００３０】
次にポンプ１０４を駆動して、研磨液をリザーバ１０２から研磨装置３００へ送る。このとき、第１サイズ以上の粒子径の砥粒を研磨液から除去する。かかる処理は、上述の第１フィルタ装置１１０により行うことができる。なお、第１サイズ以上の粒子径の砥粒の研磨液からの除去は、最初にリザーバ１０２に保持させた研磨液中に存在している第１サイズ以上の粒子径の砥粒の少なくとも一部を除去するものであればよく、研磨液中から完全に除去できなくてもよい。第１サイズ以上の粒子径の砥粒を研磨液から除去する処理は、主に、基板の研磨中にスクラッチを生じさせる大きなサイズの砥粒を除去することを意図している。第１サイズは、たとえば、研磨液中の砥粒の平均粒径や標準偏差が明らかな場合は、平均粒径に標準偏差の３倍以上、好ましくは２倍以上を加えたサイズとするのが良い。こうすることで、研磨レートをそれほど低下させることなく致命的な研磨傷が発生することを優位に回避することができる。また、より好ましくは、第１サイズを、平均粒径に標準偏差相当を加えたサイズとすることで、研磨レートの低下は多少あるものの、研磨傷をほぼ根絶できる。なおこの場合は、研磨液の希釈率を下げることで研磨レートを維持する方策を併用してもよい。また、砥粒の平均粒径のみが分かっている場合は、第１サイズとして、平均粒径の５倍、好ましくは３倍、より好ましくは２倍としても良い。また、研磨対象の基板ＷＦに形成されている回路パターンの最小寸法（ＣＤ：Critical Dimension）の約１００倍、好ましくは５０倍、より好ましくは２０倍のサイズとすることもできる。なお、研磨レートを上げると初期に形成された研磨傷が研磨除去されてなくなることもあるので、同じ研磨液を使っても研磨条件によって研磨傷の発生状況は異なる。従って、具体的にいずれの値を採用するかについては、研磨傷の発生状況等から判断すればよい。
【００３１】
また、研磨液をリザーバ１０２から研磨装置３００へ送る途中で、第２サイズ以下の粒子径の砥粒を研磨液から除去する。かかる処理は、上述の第２フィルタ装置１１２により行うことができる。なお、第２サイズ以下の粒子径の砥粒の研磨液からの除去は、最初にリザーバ１０２に保持させた研磨液中に存在している第２サイズ以下の粒子径の砥粒の少なくとも一部を除去するものであればよく、研磨液中から完全に除去できなくてもよい。第２サイズ以下の粒子径の砥粒を研磨液から除去する処理は、主に、研磨後に基板の洗浄するときに、除去されにくい小さなサイズの砥粒をあらかじめ除去することを意図している。第２サイズは、たとえば、使用する砥粒がシリカやアルミナの場合であれば、最大でも１ｎｍとすればよい。セリアの場合は、シリカやアルミナに比較すると洗浄除去性が悪化するので、最小で１ｎｍ、好ましくは５ｎｍ、より好ましくは２０ｎｍとすればよい。また、回路パターンとの関係を考慮すると、第２サイズは、ＣＤの０．５倍、好ましくは２倍、より好ましくは１０倍のサイズとすることができる。なお実際には、これらの二つの考え方が両立しない場合は、より大きいサイズのほうを第２サイズとして採用すればよい。
【００３２】
上述のように、研磨液中の砥粒の粒子径のサイズを調整することで、スクラッチを発生させる極端に大きな砥粒を排除するとともに、回路パターンに対して直接的に影響を及ぼし、かつ洗浄除去が困難であることがわかっている小さな砥粒を排除することができ、基板ＷＦの研磨に適した所望の粒径分布の砥粒を含む研磨液を準備することができる。
【００３３】
上述のように砥粒の粒子サイズを調整した後、研磨液を研磨装置３００へ送る。このとき、フィルタ装置１１０、１１２を通過した研磨液の全てを研磨装置３００へ送ってもよいし、一部を研磨装置３００へ送ってもよい。研磨液の一部を研磨装置３００へ送る場合、残りの研磨液はリザーバ１０２へ戻してもよい。研磨液をリザーバ１０２へ戻して循環させることで、リザーバ１０２の内部も含めて所望の粒径分布となるように研磨液を調整することができる。
【００３４】
次に、供給装置１００から供給された研磨液を用いて、研磨装置３００により基板ＷＦを研磨する。研磨装置３００による研磨の方法は様々な手順で行うことができる。以下に、供給装置１００から供給された研磨液を用いて、研磨装置３００により基板ＷＦを研磨する手順のいくつかの例を記載する。
【００３５】
一実施形態による基板の研磨方法は、（１）粒子径が研磨対象の基板のＣＤの５倍未満または２倍未満の砥粒を含む第１研磨液を使用して基板を研磨する第１研磨工程と、その後に、（２）研磨対象の基板のＣＤの５倍または１０倍以下の粒子径の砥粒が除去され、且つ、研磨対象の基板のＣＤの２００倍以上の粒子径の砥粒が除去された第２研磨液を使用して基板を研磨する２研磨工程と、を有する。
【００３６】
第１研磨工程は、上述の供給装置１００により、砥粒の粒径分布を調整していない状態の研磨液、すなわち、第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２を通過していない研磨液、を使用してもよいし、第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２により砥粒の粒径分布が調整された研磨液を使用してもよい。第２研磨工程は、本開示による第１フィルタ装置１１０および第２フィルタ装置１１２により粒径分布が調整された研磨液を用いる。
【００３７】
本方法においては、第１研磨工程では、ごく小さい粒径の砥粒を含み得る第１研磨液を使用して基板を研磨しているが、その後の第２研磨工程ではごく小さい粒径の砥粒が除去された第２研磨液を使用して基板を研磨している。そのため、第１研磨工程で基板上に残ったごく小さな粒径は、第２研磨工程において基板が研磨されていく途中で基板上から除去される。その結果、研磨後に基板上にごく小さな粒径の砥粒の数が少なくなり、基板の洗浄を容易に行うことができる。また、第１研磨工程では、大きな粒径の粒子を含み得る第１研磨液を用いて基板の研磨を行っているので基板にスクラッチが発生する可能性があるが、第１研磨工程で発生したスクラッチは第２研磨工程で除去され、第２研磨工程では、大きな粒径の粒子が除去された第２研磨液を使用しているので、第２研磨工程でスクラッチが発生するリスクは相対的に小さくなる。
【００３８】
上述の研磨方法において、基板の研磨対象である層の厚さの５０％以上１００％未満を第１研磨工程で研磨除去し、第１研磨工程で研磨した後に残った研磨対象である層を第２研磨工程により研磨除去してもよい。
【００３９】
また、上述の研磨方法において、第１研磨工程の後、および／または第２研磨工程の後に、砥粒を含まない第３研磨液を使用して基板を研磨する第３研磨工程を行ってもよい。砥粒を含まない第３研磨液は、第１研磨液および／または第２研磨液から砥粒だけが除かれた成分の研磨液としてもよいし、異なる成分を備える研磨液としてもよい。
【００４０】
以上、いくつかの例に基づいて本発明の実施形態について説明してきたが、上記した発明の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明には、その均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
【００４１】
上述の実施形態から少なくとも以下の技術的思想が把握される。
［形態１］形態１によれば、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための供給装置が提供され、かかる供給装置は、研磨液を保持するためリザーバと、前記リザーバから研磨装置へ研磨液を送るための第１流路と、前記第１流路に配置される、第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する第１フィルタ装置と、前記第１流路に配置される、第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する第２フィルタ装置と、を有する。
【００４２】
［形態２］形態２によれば、形態１による供給装置において、前記第１フィルタ装置および前記第２フィルタ装置の下流側において、研磨液の一部を前記第１流路から前記リザーバに送るための第２流路を有する。
【００４３】
［形態３］形態３によれば、形態１または２による供給装置において、前記第１フィルタ装置はデッドエンド式のフィルタ装置であって、精密ろ過膜を分離膜とするものある。
【００４４】
［形態４］形態４によれば、形態１から形態３のいずれか１つの形態による供給装置において、前記第２フィルタ装置はクロスフロー式のフィルタ装置であって、精密ろ過膜または限外濾過膜を分離膜とするものである。
【００４５】
［形態５］形態５によれば、形態４による供給装置において、前記精密ろ過膜または限外ろ過膜の表面のゼータ電位が、研磨液中の砥粒のゼータ電位と同じ極性である。
【００４６】
［形態６］形態６によれば、研磨装置に砥粒を含む研磨液を供給するための方法が提供され、かかる方法は、リザーバに研磨液を保持させる工程と、前記リザーバから前記研磨装置に研磨液を送る途中で、第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する工程と、前記リザーバから前記研磨装置に研磨液を送る途中で、第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する工程と、第１サイズ以上の粒子径の砥粒および第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去した研磨液の少なくとも一部を前記研磨装置へ送る工程と、を有する。
【００４７】
［形態７］形態７によれば、形態６による方法において、第１サイズ以上の粒子径の砥粒および第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去した研磨液の一部を前記リザーバへ送る工程、を有する。
【００４８】
［形態８］形態８によれば、研磨装置を用いて基板を研磨する方法が提供され、リザーバに研磨液を保持させる工程と、前記リザーバから前記研磨装置に研磨液を送る途中で、第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する工程と、前記リザーバから前記研磨装置に研磨液を送る途中で、第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する工程と、第１サイズ以上の粒子径の砥粒および第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去した研磨液の少なくとも一部を前記研磨装置へ送る工程と、前記研磨装置に送られた研磨液を使用して基板を研磨する工程と、を有する。
【００４９】
［形態９］形態９によれば、形態８による方法において、前記第２サイズは、研磨対象の基板に形成されている回路パターンの最小寸法（ＣＤ）に基づいて決定される。
【００５０】
［形態１０］形態１０によれば、形態８による方法において、前記第２サイズは、約１ｎｍから約２０ｎｍの範囲であり、前記第１サイズは、砥粒の平均粒径の約２倍から約５倍である。
【００５１】
［形態１１］形態１１によれば、形態１０による方法において、前記第２サイズ未満の砥粒を含む第１研磨液を使用して基板を研磨する第１研磨工程と、第１研磨工程の後に、前記第２サイズ未満の砥粒が除去され、且つ、前記第１サイズを超える粒子径の砥粒が除去された第２研磨液を使用して基板を研磨する第２研磨工程と、を有する。
【００５２】
［形態１２］形態１２によれば、形態１１による方法において、研磨対象の基板の研磨対象である層の厚さの５０％以上１００％未満を前記第１研磨工程により研磨し、前記第１研磨工程で研磨した後に残った研磨対象である層を前記第２研磨工程により研磨する。
【００５３】
［形態１３］形態１３によれば、形態１０による方法において、前記第２サイズ未満の砥粒を含む第１研磨液を使用して基板を研磨する第１研磨工程と、第１研磨工程の後に、砥粒を含まない第３研磨液を使用して基板を研磨する第３研磨工程と、を有する。
【００５４】
［形態１４］形態１４によれば、形態１１による方法において、前記第２研磨工程の後に、砥粒を含まない第３研磨液を使用して基板を研磨する第３研磨工程と、を有する。
【００５５】
［形態１５］形態１５によれば、形態８から形態１４のいずれか１つの形態による方法において、前記研磨液は、砥粒担体に前記砥粒が担持されている複合砥粒を含む。  
【００５６】
［形態１６］形態１６によれば、研磨液の製造方法が提供され、かかる製造方法は、所定の平均粒径を有する砥粒を含む研磨液を準備する工程と、第１フィルタ装置により前記研磨液から第１サイズ以上の粒子径の砥粒を除去する工程と、第２フィルタ装置により前記研磨液から第２サイズ以下の粒子径の砥粒を除去する工程と、を有する。
【００５７】
［形態１７］形態１７によれば、形態１６による研磨液の製造方法において、前記第１フィルタ装置はデッドエンド式のフィルタ装置であって、精密ろ過膜を分離膜とするものである。
【００５８】
［形態１８］形態１８によれば、形態１６または形態１７による研磨液の製造方法において、前記第２フィルタ装置はクロスフロー式のフィルタ装置であって、精密ろ過膜または限外濾過膜を分離膜とするものである。
【００５９】
［形態１９］形態１９によれば、形態１８による研磨液の製造方法において、前記精密ろ過膜または限外ろ過膜の表面のゼータ電位が、研磨液中の砥粒のゼータ電位と同じ極性である。
【符号の説明】
【００６０】
１００…供給装置
１０２…リザーバ
１０４…ポンプ
１０５…バルブ
１０６…バルブ
１１０…第１フィルタ装置
１１１…ろ過膜
１１２…第２フィルタ装置
１１３…ろ過膜
１３２、１３４…監視装置
１２０…第１流路
１４０…第２流路
３００…研磨装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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