【手続補正書】
【提出日】平成16年11月9日(2004.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  基板研磨装置及び基板研磨方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】  研磨面を有する研磨テーブルと、基板を保持するトップリングを具備し、該研磨テーブルの研磨面に該トップリングで保持された半導体基板を押圧し、該半導体基板と該研磨面の相対運動により該半導体基板の被研磨面を研磨する基板研磨装置であって、
前記半導体基板を押圧する押圧力を変える押圧力可変手段、前記トップリング及び／又は研磨テーブルの回転数を変える回転数可変手段及び制御手段を設け、
前記制御手段は前記押圧力可変手段及び回転数可変手段を介して押圧力及び回転数を変えながら同一研磨テーブル上で複数の研磨工程を経て研磨することを特徴とする基板研磨装置。
【請求項２】  前記請求項１に記載の基板研磨装置において、
前記半導体基板の膜厚を検出する膜厚検出手段を設け、
前記制御手段は前記膜厚検出手段で検出した膜厚検出信号に基づいて次の研磨工程に移行することを特徴とする研磨装置。
【請求項３】  前記請求項１又は２に記載の基板研磨装置において、
前記研磨テーブルの研磨面をドレッシングするドレッシング手段又は洗浄する洗浄手段を設け、
前記制御手段は前記研磨工程間に前記ドレッシング手段又は洗浄手段を制御して前記研磨テーブルの研磨面のドレッシング又は洗浄を行うことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項４】  研磨テーブルの研磨面に、トップリングで保持した半導体基板を押圧し、該半導体基板と該研磨面の相対運動により該半導体基板の研磨面を研磨する基板研磨方法であって、
前記半導体基板を押圧する押圧力、及び前記トップリング及び／又は研磨テーブル回転数を変えながら同一研磨テーブル上で複数の研磨工程を経て研磨することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項５】  請求項４に記載の基板研磨方法において、
前記複数の研磨工程の研磨に際して、ｐＨがｐＨ７に対して同じ側にある研磨液及び／又は薬液を加えて研磨することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項６】  請求項４に記載の基板研磨方法において、
前記複数の研磨工程の研磨に際して、同じ砥粒を用いて研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項７】  研磨テーブルの研磨面に、トップリングで保持した半導体基板を押圧し、該半導体基板と該研磨面の相対運動により該半導体基板の被研磨面を研磨する基板研磨方法であって、
前記研磨は一つの研磨テーブルで複数段の研磨工程を経て研磨するようになっており、１段の研磨工程が終了したら研磨テーブルの研磨面を洗浄し、その後次段の研磨工程を実施することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項８】  第１の金属層と、該第１の金属層上に第２の金属層が形成された半導体基板をトップリングに保持し、研磨テーブルの研磨面に、前記トップリングで保持した前記半導体基板を押圧し、該半導体基板と該研磨面の相対運動により該半導体基板の被研磨面を研磨する基板研磨方法であって、
前記半導体基板に形成された第２の金属層を、第１のスラリーを用いて第１の押圧力にて研磨する第１の研磨工程と、膜厚測定器により前記半導体基板の第２の金属層の研磨終点を検知する工程と、前記半導体基板に形成された第１の金属層を、第２のスラリーを用いて前記第１の押圧力より軽荷重の第２の押圧力にて研磨する第２の研磨工程からなることを特徴とする基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイス製造行程で特にＣｕ等の金属配線を形成する行程で使用する基板面に形成された金属薄膜を研磨する基板研磨装置及び基板研磨方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの集積度の向上に伴い、配線回路を形成する材料として、より導電率の高い材料の採用が要求されている。この要求に対して、配線パターンの溝や穴が形成された基板の表面にめっきにより導電率の高い銅又はその合金の薄膜を形成し、ポリッシング装置で配線パターンの溝や穴を充填した銅又はその合金を残し、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により、研磨除去する方法が注目されている。
【０００３】
半導体基板Ｗには図１（ａ）に示すように、半導体素子が形成された半導体基板１０１上に形成された導電層１０１ａの上にＳｉＯ2からなる絶縁膜１０２が堆積され、リソグラフィ・エッチング技術によってコンタクトホール１０３と配線用の溝１０４が形成され、ＴｉＮ等からなるバリア層１０５、更にその上に電解めっきのための給電シード層１０７が形成されている。
【０００４】
そして、図１（ｂ）に示すように、前記半導体基板Ｗの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板１０１のコンタクトホール１０３及び溝１０４内にＣｕを充填させると共に、絶縁膜１０２上にＣｕめっき膜層１０６を堆積させる。その後、化学的機械的研磨により、絶縁膜１０２上のＣｕめっき膜層１０６を除去して、コンタクトホール１０３及び配線用の溝１０４に充填させたＣｕめっき膜層１０６の表面と絶縁膜１０２の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図１（ｃ）に示すようなＣｕめっき膜層１０６からなる配線が形成される。
【０００５】
上記絶縁膜１０２上に形成された複数種類の膜であるバリア層１０５、給電シード層１０７及びＣｕめっき膜層１０６を化学的機械的研磨により研磨する場合には、２段及び３段の研磨条件を変えて研磨しなければならない。そして各段の研磨において、研磨テーブルを変えて研磨を行うため、研磨テーブル数が増え、研磨装置が大型化し構成が複雑になると共に、装置が高価なものとなる。また、半導体基板研磨のスループットが向上しないという欠点もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、半導体基板の複数種類の膜を研磨する際に複数段の研磨を一つの研磨テーブルで行ない、研磨テーブル数が少なくて済み、装置をコンパクトに構成でき、且つ半導体基板研磨のスループットの向上が期待できる基板研磨装置及び基板研磨方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、研磨面を有する研磨テーブルと、基板を保持するトップリングを具備し、該研磨テーブルの研磨面に該トップリングで保持された半導体基板を押圧し、該半導体基板と該研磨面の相対運動により該半導体基板の被研磨面を研磨する基板研磨装置であって、半導体基板を押圧する押圧力を変える押圧力可変手段、トップリング及び／又は研磨テーブルの回転数を変える回転数可変手段及び制御手段を設け、制御手段は押圧力可変手段及び回転数可変手段を介して押圧力及び回転数を変えながら同一研磨テーブル上で複数の研磨工程を経て研磨することを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の基板研磨装置において、半導体基板の膜厚を検出する膜厚検出手段を設け、制御手段は膜厚検出手段で検出した膜厚検出信号に基づいて次の研磨工程に移行することを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は２に記載の基板研磨装置において、研磨テーブルの研磨面をドレッシングするドレッシング手段又は洗浄する洗浄手段を設け、制御手段は研磨工程間にドレッシング手段又は洗浄手段を制御して研磨テーブルの研磨面のドレッシング又は洗浄を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に、トップリングで保持した半導体基板を押圧し、該半導体基板と該研磨面の相対運動により該半導体基板の研磨面を研磨する基板研磨方法であって、半導体基板を押圧する押圧力、及びトップリング及び／又は研磨テーブル回転数を変えながら同一研磨テーブル上で複数の研磨工程を経て研磨することを特徴とする。
【００１１】
パターンが形成された半導体基板を研磨する目的は、微小な凹凸（例えば巾が０．１μｍ〜２μｍ、高さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍの凹凸）を除去して平坦にすることにある。ところが研磨パッドに弾性があるので、ある程度の凹凸にはならってしまい、凹凸が除去できないという問題がある。そのとき軽い荷重（押圧力）、速い回転速度で研磨すると平坦になりやすい。但し、荷重が軽いので研磨速度は遅くなる。そこで上記のように半導体基板を押圧する押圧力、及びトップリング及び／又は研磨テーブル回転数を変えながら同一研磨テーブル上で複数の研磨工程を経て研磨することにより、最初重い荷重、速い回転速度で研磨し、その後、軽い荷重で段差を除去し、被研磨面を平坦にする研磨が可能になる。更に、仕上げ研磨の相対速度を遅くして、表面のスクラッチを除去することが容易となる。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の基板研磨方法において、複数の研磨工程の研磨に際して、ｐＨがｐＨ７に対して同じ側にある研磨液及び／又は薬液を加えて研磨することを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の基板研磨方法において、複数の研磨工程の研磨に際して、同じ砥粒を用いて研磨することを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、研磨テーブルの研磨面に、トップリングで保持した半導体基板を押圧し、該半導体基板と該研磨面の相対運動により該半導体基板の被研磨面を研磨する基板研磨方法であって、研磨は一つの研磨テーブルで複数段の研磨工程を経て研磨するようになっており、１段の研磨工程が終了したら研磨テーブルの研磨面を洗浄し、その後次段の研磨工程を実施することを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、第１の金属層と、該第１の金属層上に第２の金属層が形成された半導体基板をトップリングに保持し、研磨テーブルの研磨面に、前記トップリングで保持した半導体基板を押圧し、該半導体基板と該研磨面の相対運動により該半導体基板の被研磨面を研磨する基板研磨方法であって、半導体基板に形成された第２の金属層を、第１のスラリーを用いて第１の押圧力にて研磨する第１の研磨工程と、膜厚測定器により半導体基板の第２の金属層の研磨終点を検知する工程と、半導体基板に形成された第１の金属層を、第２のスラリーを用いて第１の押圧力より軽荷重の第２の押圧力にて研磨する第２の研磨工程からなることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係る基板研磨装置を具備する基板処理装置の平面配置構成を示す図である。本基板研磨装置はロードアンロード部１、第１ロボット２、第２洗浄機３、第２洗浄機４、反転機５、反転機６、第２ロボット７、第１洗浄機８、第１洗浄機９、第１ポリッシング装置１０及び第２ポリッシング装置１１が配置されて構成されている。
【００１７】
ポリッシング装置１０は研磨テーブル１０−１、トップリング１０−２、トップリングヘッド１０−３、膜厚測定機１０−４、プッシャー１０−５及びドレッサー１０−１０を具備する。また、ポリッシング装置１１は研磨テーブル１１−１、トップリング１１−２、トップリングヘッド１１−３、膜厚測定機１１−４、プッシャー１１−５及びドレッサー１１−１０を具備する。
【００１８】
また、第１ロボット２の近傍には研磨後の乾燥状態の膜厚を測定する乾燥状態膜厚測定機１３が配置されている。
【００１９】
上記構成の基板処理装置において、給電シード層１０７及びめっき膜層１０６を形成した半導体基板Ｗ（図１参照）をカセット１−１にセットし、ロードアンロード部１のロードポートに載置する。第１ロボット２で半導体基板Ｗを該カセットから取り出し、反転機５又は反転機６に渡す。このとき半導体基板Ｗのめっき膜層１０６の形成面は上向きであり、反転機５又は反転機６で該めっき膜層１０６の形成面を下向きに反転させる。
【００２０】
第２ロボット７で反転機５又は反転機６で反転された半導体基板Ｗを取り上げポリッシング装置１０のプッシャー１０−５又はポリッシング装置１１のプッシャー１１−５に半導体基板Ｗを載せる。トップリング１０−２又はトップリング１１−２で半導体基板Ｗを吸着し、研磨テーブル１０−１又は研磨テーブル１１−１の研磨面に該半導体基板Ｗの被研磨面を押圧して研磨を行う。
【００２１】
図３はポリッシング装置１０の概略構成を示す図である。図示するようにポリッシング装置１０はモータＭ１により回転する研磨テーブル１０−１とモータＭ２により回転するトップリング１０−２を具備し、研磨テーブル１０−１及びトップリング１０−２は制御部２０により、その回転数が可変できるようになっている。また、トップリングヘッド１０−３は旋回軸１０−８で旋回し、研磨テーブル１０−１の上部、膜厚測定機１０−４の上部及びプッシャー１０−５の上部に位置することができるようになっている。
【００２２】
研磨テーブル１０−１の研磨面１０−１ａは発泡ポリウレタン若しくは砥粒を固定又は含浸させたもので構成されている。研磨液供給ノズル１０−６から供給される砥液の砥粒には、シリカが用いられ、酸化剤としては、過酸化水素水やアンモニア等Ｃｕを酸化させる材料を用いる。研磨テーブル１０−１やスラリー又は、ドレッシング時の水等は調温され化学反応速度を一定に保つようになっている。特に研磨テーブル１０−１は、熱伝導性の良いアルミナやＳｉＣ等のセラミックが用いられ、内部に調温水を供給できるように調温水配管１０−７が配置されている。
【００２３】
トップリングヘッド１０−３は上下駆動機構１０−９により上下動できるようになっており、制御部２０の制御によりトップリング１０−２に保持された半導体基板Ｗを押圧力を変えて任意の押圧力で押圧できるようになっている。また、膜厚の終点（エンドポイント）検知に用いる膜厚測定機１０−４には、後述する渦電流式若しくは光学式のものを使用し、Ｃｕめっき膜層１０６、Ｃｕの給電シード層１０７の膜厚測定、若しくはバリア層１０５の膜表面や絶縁膜１０２の検知を行ない、その検知出力を制御部２０に伝送するようになっている。また、研磨面１０−１ａの表面温度は放射温度計１０−１２により検知され、その検知出力は制御部２０に伝送するようになっている。なお、ポリッシング装置１１の構成もポリッシング装置１０と同一であるのでその説明は省略する。
【００２４】
研磨は複数の研磨工程を経て行なう。第１研磨工程ではＣｕめっき膜層１０６の研磨を行なう。この第１研磨工程の研磨の主目的はＣｕめっき膜層１０６の段差の除去で段差特性に優れたスラリーを用いる。例えば、Ｃｕめっき膜層１０６の膜厚が１００μｍ程度の当初の段差７００ｎｍを２０ｎｍ以下にできるものを用いる。このとき制御部２０は第２研磨工程として半導体基板Ｗを研磨テーブル１０−１の研磨面１０−１ａに押圧する荷重を前記第１研磨工程の半分以下にし、段差特性をよくする研磨条件を入れる。この荷重の制御は制御部２０により上下駆動機構１０−９を制御して行う。
【００２５】
第２研磨工程における膜厚の終点検知を行なう膜厚測定機１０−４には、Ｃｕめっき膜層１０６を５００ｎｍ以上残す場合は、後述する渦電流式の膜厚測定機が用いられ、それ以下の場合やバリア層１０５の表面まで削る場合は、光学式膜厚測定機が用いられる。
【００２６】
Ｃｕめっき膜層１０６の研磨が終了した後にバリア層１０５の研磨を行なうが、通常最初に用いたスラリーでは、バリア層１０５が削れない場合、組成を変更する必要がある。よって第２研磨工程が終了した時点で研磨面に残った、上記第１研磨工程及び第２研磨工程でのスラリーを水ポリッシュ、又はウォータジェット、又はアトマイザー、又はドレッサーにより除去洗浄し、次の第３研磨工程に移る。
【００２７】
図４は上記研磨テーブル１０−１の研磨面１０−１ａを洗浄する洗浄機構の構成を示す図である。図示するように、研磨テーブル１０−１の上部には純水と窒素ガスを混合して噴射する混合噴射ノズル（アトマイザ−）１０−１１ａ〜１０−１１ｄが複数個（図では４個）配置されている。各混合噴射ノズル１０−１１ａ〜１０−１１ｄには窒素ガス供給源１４からレギュレータ１６で圧力調整された窒素ガスがエアオペレータバルブ１８を通して供給されると共に、純水供給源１５からレギュレータ１７で圧力を調整された純水がエアオペレータバルブ１９を通して供給される。
【００２８】
混合された気体と液体は噴射ノズルによってそれぞれ液体及び／又は気体の圧力、温度、ノズル形状などのパラメータを変更することによって、供給する液体がノズル噴射によりそれぞれ、(1) 液体微粒子化、(2)液体が凝固した微粒子固体化、(3)液体が蒸発した気化体（これら(1)、(2)、(3)をここでは霧状化又はアトマイズと呼ぶ）され、液体由来成分と気体成分の混合体が研磨テーブル１０−１の研磨面に向けて所定の方向性を有して噴射される。
【００２９】
研磨面１０−１ａとドレッサー１０−１０を摺動させ、両者の相対運動により、研磨面１０−１ａを再生（ドレッシング）するとき、混合噴射ノズル１０−１１ａ〜１０−１１ｄから純水と窒素ガスの混合流体を研磨面１０−１ａに噴射して洗浄する。窒素ガスの圧力と純水の圧力は独立して設定できるようになっている。本実施例では純水ライン、窒素ラインともにマニュアル駆動のレギュレータを用いているが外部信号に基づいて設定圧力を変更できるレギュレータをそれぞれ用いても良い。上記洗浄機構を用いて研磨面１０−１ａを洗浄した結果、５〜２０秒洗浄を行なうことにより、上記第１研磨工程及び第２研磨工程で研磨面上に残ったスラリーや研磨かすを除去することができた。なお、図示は省略するが、ポリッシング装置１１の研磨面１１−１ａを洗浄するために、図４に示す構成と同一の洗浄機構が設けられている。
【００３０】
上述の例では、アトマイザ−と機械的ドレッシングの両者を同時に行うことを述べた。しかし、研磨面の洗浄手段であるアトマイザー、機械的ドレッシング、水ポリッシュ、ウォータジェットは、それら単独若しくは適宜組合せて研磨面の洗浄を行う。ここでいう機械的ドレッシングとは、図４に示される円板状のドレッサー１０−１０の下面周縁部にダイヤモンド粒子が電着された帯状の凸部が設けられた構造のダイヤモンドドレッサーが一般的である。機械的ドレッシングを行う場合は、研磨面の目立てと洗浄の両方ができる。ダイヤモンドドレッサーの他に、ナイロンブラシを植毛した構造のドレッサーもある。
【００３１】
水ポリッシュとは、図３のように研磨面１０−１ａ上に半導体基板Ｗを接触させたまま、研磨液供給ノズル１０−６から供給されるスラリーを純水に替え、純水供給下のもとで研磨することをいう。水ポリッシュの際には、トップリング１０−２の押圧力は、第１研磨工程、第２研磨工程に比べて小さくする。水ポリッシュをすることによって、研磨面上に残留した第１研磨工程及び第２研磨工程で使用した研磨液が純水に置換され、研磨面１０−１ａの洗浄が行われる。
【００３２】
図５は上記研磨テーブル１０−１の研磨面１０−１ａをウォータジェットを用いて洗浄する洗浄機構の構成例を示す図である。図示するように、ドレッシングユニット１０−１３を具備し、該ドレッシングユニット１０−１３は研磨テーブル１０−１の研磨面１０−１ａ上部に半径方向に沿って等間隔に配置された複数個（図では６個）のウォータジェットノズル１０−１３ｃを備えている。各ウォータジェットノズル１０−１３ｃは内部に流路１０−１３ｂを具備したウォータジェットノズルアーム１０−１３ａに固定されている。
【００３３】
ポンプ２３によって加圧された純水がチューブ２２を通ってウォータジェットノズル１０−１３ｃに供給され、該ウォータジェットノズル１０−１３ｃから研磨面１０−１ａに向かってウォータジェットが噴射される。ウォータジェットノズルアーム１０−１３ａの水圧は、所定の圧力に保たれるようにポンプ２３の制御部（図示せず）で調整されている。また、各ウォータジェットノズル１０−１３ｃは同一のノズルを使用し、各ノズルからのウォータジェットの噴射圧力及び速度は略一定となるようにする。そして、ウォータジェットの圧力はポンプ２３を制御することにより、５〜３０ｋｇ／ｃｍ2の範囲の所定圧力に保つことができる。
【００３４】
図９は上記第１〜第３研磨工程までの流れと、該研磨工程で用いる砥粒及びスラリーの種類、トップリング押圧力、トップリング回転数の一例を示す図である。図示するように、第１研磨工程においては砥粒及びスラリーとしてシリカ及びＣｕ研磨用スラリーを用い、トップリング押圧力を４００ｇ／ｃｍ2、トップリング回転数を７０ｒｐｍとする。続く第２研磨工程においては砥粒及びスラリーとしてシリカ及びＣｕ研磨用スラリーを用い、トップリング押圧力を２００ｇ／ｃｍ2、トップリング回転数を７０ｒｐｍとする。Ｃｕめっき膜層１０６及び給電シード層１０７が除去されたかをエンドポイント測定で確認する。
【００３５】
エンドポイント測定でＣｕめっき膜層１０６及び給電シード層１０７の研磨除去が確認されたら、研磨面１０−１ａに残った、第１研磨工程及び第２研磨工程でのスラリーを上記水ポリッシュ、又はウォータジェット、又はアトマイザー、又はドレッサーにより除去洗浄し、第３研磨工程に移る。第３研磨工程においては砥粒及びスラリーとしてシリカ及びＴａ研磨用スラリーを用い、トップリング押圧力を２００ｇ／ｃｍ2、トップリング回転数を５０ｒｐｍとする。
【００３６】
第３研磨工程のバリア層１０５の研磨のスラリーに用いられる砥粒は、第１研磨工程及び第２研磨工程のＣｕめっき膜層１０６や給電シード層１０７を研磨するときの研磨の砥粒と同じものが望ましい。また、各研磨工程の研磨液、若しくはスラリーに加える薬液（酸化剤等）のｐＨも各工程で酸性側若しくはアルカリ性側のどちらかに寄っている。この様な研磨液を用いることにより、研磨面１０−１ａを構成するクロス上で第１研磨工程及び第２研磨工程で研磨面１０−１ａ上に残った残留物と第３研磨工程で用いる研磨液とが反応して化合物を作らないことが条件である。
【００３７】
実験では、両方にシリカの粒子を用いており、ケースとして両方ともアルカリのものと酸性のものどちらでも良い結果が得られた。第３研磨工程の膜厚終点検知には、膜厚が薄いので光学式の膜厚測定機が用いられ、バリア層１０５の残りを検知し、その検知信号を制御部２０に伝送する。なお、固定砥（砥粒を結合剤中に分散固定させたもの）を用いた研磨では、研磨液としてスラリーを用いず薬液若しくは純水を供給して研磨する。
【００３８】
この場合、第１、第２研磨工程で用いられる研磨液と第３研磨工程で用いられる研磨液は両者アルカリ若しくは両者酸性が好ましい。ｐＨ７に対して同じ側のｐＨを示す研磨液が望ましい。しかし、中性の研磨液を使う場合は、各工程で中性か若しくは中性とアルカリ、中性と酸性の組合せが考えられる。要は同一研磨テーブル上で酸性とアルカリ性の両方の研磨液を用いなければ良い。
【００３９】
なお、第１研磨工程及び第２研磨工程と、第３研磨工程で用いられる砥粒は、組成が同じであれば、粒径が異なるものでも問題はない。また、ここでは研磨液としてスラリー（砥粒を懸濁させた液体）を用いる例を示したが、スラリーに限定されない。例えば第３研磨工程では砥粒を含まない薬液だけで研磨をすることもあり、その場合は、第１研磨工程及び第２研磨工程と第３研磨工程では研磨液のｐＨだけが問題になる。即ち、一連の工程の研磨で、研磨液が酸性又はアルカリ性に統一されていればよい。
【００４０】
また、図示は省略するが、ポリッシング装置１０の研磨テーブル１０−１及びポリッシング装置１１の研磨テーブル１１−１の近傍に配置した膜厚測定機１０−４、１１−４を画像処理装置付き膜厚測定機とし、該膜厚測定機で測定した膜厚を半導体基板Ｗの加工記録として残したり、該研磨した半導体基板Ｗを次の工程に移送できるか否かの判定を行なうようにする。また、研磨終了したにもかかわらず所定の研磨量に達していない場合、再研磨を行なう。また、何らかの異常が発生し所定量を超えて研磨された場合は、不良品を増やさないように次の研磨を行なわないように装置を停止する。
【００４１】
上記のように、第１研磨工程から第３研磨工程までを、１つの研磨テーブル１０−１又は１１−１で行なうことができるので、研磨テーブルの個数が少なくてすみ、装置を小型化できると共に基板研磨のスループットを向上させることが可能となる。
【００４２】
研磨終了後、トップリング１０−２又は１１−２で半導体基板Ｗをプッシャー１０−５又は１１−５に戻し、第２ロボット７で該半導体基板Ｗを取り上げ第１洗浄機８又は９に入れ、第１次洗浄を行う。この時プッシャー１０−５又は１１−５にある半導体基板Ｗの表面、裏面に薬液を噴射しパーティクルを除去したり、付着しにくくすることもある。
【００４３】
第１洗浄機８又は９での第１次洗浄では半導体基板Ｗの表面及び裏面をスクラブ洗浄する。図６は第１洗浄機８の構成を示す図である。第１洗浄機８は図示するように、半導体基板Ｗが複数の基板回転用コロ８−１で挟持されて水平面内で回転するようになっている。該半導体基板Ｗの上下面に回転するＰＶＡスポンジロール８−２、８−２が当接するように配置されている。更に、該半導体基板Ｗの上下部には超音波振動器８−３を有する陽極イオン水ノズル８−４とＤＨＦノズル８−５が配置されている。半導体基板Ｗの表面には、主にパーティクル除去のために純水、界面活性材、キレート材、ｐＨ調整材が供給され、ＰＶＡスポンジロール８−２でスクラブ洗浄される。半導体基板Ｗの裏面には、ＤＨＦ等の強い薬液を噴射して拡散しているＣｕをエッチングしたり、又は拡散の問題がなければ、表面と同じ薬液を用いてＰＶＡスポンジロール等でスクラブ洗浄する。なお、第１洗浄機９も第１洗浄機８と同じ構成である。
【００４４】
上記第１洗浄機８又は９での洗浄後、第２ロボット７で半導体基板Ｗを取り上げ反転機５又は６に渡し、該半導体基板Ｗを反転させる。第１ロボット２で反転機５又は６から半導体基板を取り上げ第２洗浄機３又は４に入れ、第２次洗浄を行う。第２洗浄機３又は４も図示は省略するが、第１洗浄機８及び９と同様な構成となる。また、純水、界面活性材、キレート材、またｐＨ調整材を入れペンシルスポンジで表面を洗浄しても良い。その後スピンドライをかけて乾燥、その後第１ロボット２で半導体基板Ｗを取り上げる。
【００４５】
第１ロボット２は上記研磨テーブル１０−１、１１−１の近傍の膜厚測定機１０−４、１１−４で膜厚を測定している場合は、そのまま半導体基板Ｗをロードアンロード部１のアンロードポートに載置されているカセット１−１に戻す。多層膜測定を行なう場合は、乾燥状態での測定を行なう必要があるので、乾燥状態膜厚測定機１３で膜厚を測定する。そこで半導体基板の加工記録として残したり、次の工程に移すことができるか否かの判定を行なう。
【００４６】
図７は第２ロボット７の外観構成例を示す図である。図示するように、第２ロボット７には上下に二つのハンド７−１、７−１を有し、該ハンド７−１、７−１はそれぞれアーム７−２、７−２の先端に取り付けられ、旋回移動できるようになっている。そしてハンド７−１、７−１で半導体基板Ｗを掬い上げ（半導体基板Ｗを落とし込む）、所定の場所に移送することができるようになっている。
【００４７】
図８は第１ポリッシング装置１０に設けられ、研磨中の半導体基板Ｗの膜厚を測定する膜厚測定機の構成例を示す図である。図示するように、研磨ターンテーブル１０−１内に渦電流式の膜厚測定機１０−１４と光学式の膜厚測定機１０−１５が設けられ、トップリング１０−２に保持され研磨中の半導体基板の研磨面の膜厚を測定するようになっている。
【００４８】
渦電流式の膜厚測定機１０−１４はセンサコイルに高周波電流を流して、半導体基板Ｗの導電性膜（Ｃｕめっき膜層１０６や給電シード層１０７）中に渦電流を発生させ、この渦電流が膜厚によって変化し、センサ回路との合成インピーダンスを監視することで膜厚を測定するものである。
【００４９】
また、光学式の膜厚測定機１０−１５は投光素子と受光素子を具備し，投光素子から半導体基板Ｗの被研磨面に光を照射し、該被研磨面からの反射光を受光するように構成されている。半導体基板Ｗの導電性膜（Ｃｕ膜）が所定厚の薄膜になってくると、投光素子から被研磨面に照射された光の一部が導電性膜を透過し、導電性膜の下層の酸化膜（ＳｉＯ2）から反射された反射光と、導電性膜の表面から反射された反射光との二種類の反射光が存在することになる。この二種類の反射光を受光素子で受光し処理することにより、膜厚を測定する。
【００５０】
【発明の効果】
以上、説明した様に各請求項に記載の発明によれば下記のような優れた効果が得られる。
【００５０】
複数の研磨工程を経て行う基板研磨を同一研磨テーブル上で行うので、研磨テーブルの数が少なくて済むと同時に、基板研磨のスループットも向上するという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１（ａ）乃至（ｃ）は半導体基板上に回路配線を形成する説明図である。
【図２】
本発明に係る基板研磨装置を具備する基板処理装置の平面構成例を示す図である。
【図３】
本発明に係る基板研磨装置のポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図４】
本発明に係る基板研磨装置の研磨テーブルの研磨面洗浄機構の構成例を示す図である。
【図５】
本発明に係る基板研磨装置の研磨テーブルの研磨面洗浄機構の構成例を示す図である。
【図６】
本発明に係る基板研磨装置の第１洗浄機の構成例を示す図である。
【図７】
本発明に係る基板研磨装置の第２ロボットの外観構成例を示す図である。
【図８】
本発明に係る基板研磨装置の研磨中の基板膜厚を測定する膜厚測定装置の構成例を示す図である。
【図９】  
本発明の研磨装置の研磨工程の流れと用いる砥粒及びスラリーの種類、トップリング押圧力、トップリング回転数の一例を示す図である。
【符号の説明】
１            ロードアンロード部
２            第１ロボット
３            第２洗浄機
４            第２洗浄機
５            反転機
６            反転機
７            第２ロボット
８            第１洗浄機
９            第１洗浄機
１０          第１ポリッシング装置
１１          第２ポリッシング装置
１３          乾燥状態膜厚測定機
１４          窒素ガス供給源
１５          純水供給源
１６          レギュレータ
１７          レギュレータ
１８          エアオペレータバルブ
１９          エアオペレータバルブ
２０          制御部
２２          チューブ
２３          ポンプ