(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と研磨工具との間に研磨液を供給しつつ該基板と研磨工具とを摺動させて基板の研磨を行なう研磨工程の後に行なう基板の洗浄方法において、
前記基板の被研磨面に、該被研磨面に付着する研磨液のｐＨを急変させないような第１の洗浄液を、その後第１の洗浄液と中性の第２の洗浄液との混合液であって、第２の洗浄液の比率を徐々に高めた混合液を、最終的には第２の洗浄液のみを供給して前記基板の被研磨面の粗洗浄工程を行なうことを特徴とする基板の洗浄方法。
【請求項２】
前記第１の洗浄液として電解イオン水を用いることを特徴とする請求項１に記載の基板の洗浄方法。
【請求項３】
基板と研磨工具との間に研磨液を供給しつつ該基板と研磨工具とを摺動させて基板の研磨を行なう研磨部と、
前記研磨部での研磨工程が終了した後に、前記基板の被研磨面に、該被研磨面に付着する研磨液のｐＨを急変させないような第１の洗浄液を、その後第１の洗浄液と中性の第２の洗浄液との混合液であって、第２の洗浄液の比率を徐々に高めた混合液を、最終的には第２の洗浄液のみを供給して前記基板の被研磨面の粗洗浄工程を行なう粗洗浄部を有することを特徴とする基板の研磨装置。
【請求項４】
前記第１の洗浄液として電解イオン水を用いることを特徴とする請求項３に記載の基板の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の洗浄方法及び研磨装置に関し、特に、半導体基板、ガラス基板、液晶パネル等の高度の清浄度が要求される基板を洗浄するのに好適な洗浄方法及び研磨装置に関する。
【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半導体基板上の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。これに伴い、光リソグラフィなどで回路形成を行なう場合に焦点深度が浅くなるので、ステッパの結像面のより高い平坦度を必要とする。半導体基板の表面を平坦化する手段として、図８に示すように、上面に研磨クロス（研磨布）７０を貼り付けた研磨テーブル７２と、半導体基板Ｗを保持しつつ研磨テーブル７２に押しつけるトップリング７４とを具備した化学・機械的研磨（ＣＭＰ）装置７６が用いられている。研磨テーブル７２の上方には、研磨液Ｑを研磨クロス７０に供給するノズル７８が設けられ、また、研磨クロスの再生（目立て）を行なうドレッシング装置８０が付設されている。
【０００３】
図９は、このような研磨装置７６とその付属装置を含めたユニットとして構成されたＣＭＰユニットを示すもので、ほぼ長方形の床の一端側にＣＭＰ装置７６が、他端側に研磨すべき半導体基板を収容するカセットを収容するロードアンロードユニット８４ａ，８４ｂが設けられ、これらの間に搬送ロボット８６ａ，８６ｂが走行可能に設けられている。搬送ロボット８６ａ，８６ｂの走行経路の両側には、基板を反転するための反転機８８ａ，８８ｂと、洗浄を行なう洗浄機９０ａ，９０ｂ，９０ｃが設けられている。搬送ロボット８６ｂと研磨装置７６の間では、昇降式の受け渡し台（プッシャ）１０を介して基板を授受するようになっている。
【０００４】
このような構成の研磨装置において、トップリング７４の下面に半導体基板Ｗを保持し、半導体基板Ｗを回転している研磨テーブル７２の上面の研磨クロス７０に押圧する。一方、砥液ノズル７８から研磨液Ｑを流すことにより、研磨クロス７０に研磨液Ｑが保持され、半導体基板Ｗの研磨される面（下面）と研磨クロス７０の間に研磨液Ｑが存在する状態で研磨が行われる。研磨液Ｑは、種々の砥粒を含むとともに、研磨対象に応じてｐＨ調整がなされている。
【０００５】
ところで、上記のように半導体デバイスの高集積化が進み、半導体基板上の回路の配線が微細化すると、配線間距離もより狭くなる。従って、上記の研磨工程において、半導体基板上に配線間距離よりも大きなパーティクルが付着し、これが製品に残留すると、製造された半導体デバイスの配線がショートするなどの不具合が生じる。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。
【０００６】
上記のＣＭＰ工程においては、研磨工程を終了した半導体基板は洗浄機９０ａ，９０ｂ，９０ｃに搬送して、例えば、純水等の洗浄液を供給しながらブラシやスポンジからなる洗浄体を擦り付けるスクラブ洗浄と、これに続くスピン乾燥とからなる洗浄工程を行い、研磨工程中に供給されて基板に付着した砥粒や研磨屑を除去するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、研磨後の基板に純水を供給すると、基板面上に残留している研磨液のｐＨが大きく変化し、もとのｐＨの液中では互いに分散していた砥粒が、互いに凝集して基板表面に付着する場合が有る。例えば、ＳｉＯ２膜を研磨する場合に一般的に用いられるコロイダルシリカ系のスラリーでは、砥粒であるシリカの微粒子はｐＨ１０程度のアルカリ溶液中で安定であり、０．２μｍ程度の２次粒子を形成している。これに純水を供給して一気に希釈してｐＨを７〜８まで急激に低下させると、いわゆるｐＨショックにより、シリカ粒子表面電位の急激な変化が起こり、不安定となって凝集しやすくなる。
【０００８】
これは、研磨クロス７０のドレッシングの工程においても同様で、研磨液Ｑを含む研磨クロス７０に純水をドレッシング液として供給すると、上記と同様にｐＨが低下して砥粒が凝集し、これが研磨クロス７０中に残って、研磨工程において基板Ｗにスクラッチを形成する原因となる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、研磨工程が終了した基板や研磨工具の研磨液に含まれる砥粒を凝集させることなく効率良く基板の洗浄を行なうことができる基板の洗浄方法及び研磨装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、基板と研磨工具との間に研磨液を供給しつつ該基板と研磨工具とを摺動させて基板の研磨を行なう研磨工程の後に行なう基板の洗浄方法において、前記基板の被研磨面に、該被研磨面に付着する研磨液のｐＨを急変させないような第１の洗浄液を、その後第１の洗浄液と中性の第２の洗浄液との混合液であって、第２の洗浄液の比率を徐々に高めた混合液を、最終的には第２の洗浄液のみを供給して前記基板の被研磨面の粗洗浄工程を行なうことを特徴とする基板の洗浄方法である。ここで、「付着する研磨液のｐＨを急変させないような洗浄液」とは、具体的には研磨液と同じか近いｐＨ値を有する洗浄液を指し、例えば、ｐＨ１０であるシリカスラリーの場合には、ｐＨ９〜１１の範囲であれば良い。
【００１１】
これにより、基板に付着する研磨液のｐＨを急変させることなく、従って、ｐＨショックによって砥粒を凝集させることなく、基板の洗浄が行われる。そして、最終的に中性の安定した状態で基板を次工程に送ることができる。このような粗洗浄工程は、研磨工程が終了してから最初に研磨液以外の液体を基板面に供給する場合に行なう。これは、基板を研磨テーブルの近傍で濯ぎ洗浄する場合や、洗浄機において洗浄液を供給しながらスクラブ洗浄を行なう場合等がある。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記第１の洗浄液として電解イオン水を用いることを特徴とする請求項１に記載の基板の洗浄方法である。これにより、金属イオンによる汚染を防止しつつｐＨ調整を行なうことができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、基板と研磨工具との間に研磨液を供給しつつ該基板と研磨工具とを摺動させて基板の研磨を行なう研磨部と、前記研磨部での研磨工程が終了した後に、前記基板の被研磨面に、該被研磨面に付着する研磨液のｐＨを急変させないような第１の洗浄液を、その後第１の洗浄液と中性の第２の洗浄液との混合液であって、第２の洗浄液の比率を徐々に高めた混合液を、最終的には第２の洗浄液のみを供給して前記基板の被研磨面の粗洗浄工程を行なう粗洗浄部を有することを特徴とする基板の研磨装置である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記第１の洗浄液として電解イオン水を用いることを特徴とする請求項３に記載の基板の研磨装置である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の洗浄方法及び装置を用いるポリッシング装置の実施の形態を、図１ないし図７に基づいて説明する。このポリッシング装置の全体的な構成は、図８及び図９に示す従来の装置と同様なので、詳しい説明を省略する。
【００１７】
このポリッシング装置には、図１ないし図３に示すように、受け渡し装置（プッシャ）１０において、研磨工程を終えた基板を粗洗浄する粗洗浄装置Ｃが設けられている。すなわち、プッシャ１０は載置台１２とこれを昇降駆動する駆動部１４とを備えており、その周囲に、ドレンポート１６を有する水受けパン１８と、その内側に取り付けられたノズル取付部材２０とが設けられている。載置台１２は、図２に示すように円板状の基部２２とこれから立設された２つの円弧板状の保持板２４からなり、保持板２４の間には隙間２６が形成されている。
【００１８】
ノズル取付部材２０には、この実施の形態では、トップリング７４の下面に向けて洗浄液を噴射する上ノズル２８と、載置台１２に保持された基板Ｗの上面に向けて洗浄液を噴射する中ノズル３０と、保持板２４の隙間２６から載置台１２に保持された基板Ｗの裏面側に向けて洗浄液を噴射する下ノズル３２の３つのノズルが取り付けられている。これらは、通常の噴射圧１．１〜１．２ｋｇ／ｃｍ２程度のノズルでも良いが、メガソニック超音波装置を用いて噴射液に超音波振動を付与してもよい。なお、図には複数のノズルが周方向１つの方向に配置されたものが示されているが、周方向複数箇所に配置してもよい。図３に示すように、プッシャ１０の周囲の空間を覆って洗浄液の飛散を防止するカバー３４が設けられており、これには一方の側にトップリング進入用の窓３６が、他方の側にロボットアーム進入用の窓３８が設けられている。
【００１９】
図４に示すように、粗洗浄装置Ｃの各ノズル２８，３０，３２に洗浄液を供給する洗浄液供給装置４０が設けられている。これは、研磨液と同じ、例えば研磨液がシリカスラリーの場合に１０程度のｐＨを有する第１の洗浄液を貯留する第１洗浄液槽４２と、中性である第２の洗浄液を貯留する第２洗浄液槽４４と、これらの貯液槽から延びる配管４６ａ，４６ｂに設けられた流量調整弁４８ａ，４８ｂと、各流量調整弁の下流側で合流する配管５０と、これから分岐して開閉弁５２ａ，５２ｂ，５２ｃを介して各ノズル２８，３０，３２につながる配管５４ａ，５４ｂ，５４ｃとから構成されている。各流量調整弁４８ａ，４８ｂの開度は、制御装置やタイマーによって、最初は第１の洗浄液のみが供給され、徐々に第２の洗浄液の比率が上昇して、最終的に中性の第２の洗浄液のみが供給されるように調整可能になっている。
【００２０】
なお、上記の実施の形態では、第１洗浄液のｐＨが１０程度であり、アルカリ性ｐＨ調整剤としてＫＯＨ等を用いているが、ｐＨショックを起こさないためにｐＨが９程度であっても充分である場合には、水を適当なイオン交換膜を用いて電気分解することによって得られる電解イオン水を用いることができる。この場合には、洗浄液中に金属イオンが含まれていないので汚染の可能性が少ない。
【００２１】
以上のように構成された研磨装置における工程を説明する。図８に示すように、トップリング７４で基板Ｗを保持し、研磨液Ｑを供給しながら研磨テーブル７２に摺接させて研磨を行なう。研磨が終了した状態では、基板Ｗ及びトップリング７４には、研磨屑とともに砥粒を含む研磨液Ｑが付着している。ここで、トップリング７４をプッシャ１０の上方に旋回させ、カバー３４の内部の初期洗浄位置に置き、図１に示す状態で、基板Ｗを下面に保持したままで、上ノズル２８から洗浄液を噴射して洗浄を行なう。この場合は、第１の洗浄液槽４２から第１の洗浄液のみを供給して噴射する。
【００２２】
次に、駆動部１４を作動してプッシャ１０を上昇させ、トップリング７４における基板Ｗの吸着を解除して載置台１２上に移し、載置台１２を下降させて図５に示す状態にする。ここで、３つのノズル２８，３０，３２から洗浄液をそれぞれトップリング７４の下面、基板Ｗの上面、基板Ｗの下面に向けてそれぞれ噴射する。この場合、例えば図６に示すように、初期の間は洗浄液を第１の洗浄液槽４２から供給し、徐々に第２の洗浄液槽４４からの洗浄液を混合し、その比率を徐々に上げて行く。そして、最終的には第２の洗浄液槽４４からのｐＨ７の洗浄液のみを供給する。
【００２３】
このように、初期洗浄工程で基板やトップリングに付着する液体のｐＨを変えずに洗浄工程を行って砥粒を除去しつつ、徐々に洗浄液を中性に移行させて付着液体のｐＨも中性に移行させることにより、砥粒を含む状態でｐＨショックを与えずに、基板を中性に戻すことができる。従って、基板やトップリングに砥粒が凝集して残留することが防止され、これによる汚染も防止される。
【００２４】
この粗洗浄を行いながら基板をプッシャ１０に受け渡した後、トップリング７４を研磨テーブル７２側に待避させ、ロボット８６ｂのアームをプッシャ１０に移動して基板Ｗを把持し、洗浄機９０ａ，９０ｂ，９０ｃに搬送して純水による洗浄工程を行なう。空のプッシャ１０にはロボット８６ｂにより新たな基板Ｗを載置し、そこにトップリング７４を移動させて基板Ｗを保持し、次の研磨を行なう。
【００２５】
なお、上記の実施の形態では、基板の粗洗浄工程をプッシャ１０に設けた粗洗浄装置Ｃで行ったが、例えば、研磨テーブル７２上やその近傍で行なうようにノズルを配置してもよい。また、場合によっては、洗浄機９０ａ，９０ｂ，９０ｃで行ってもよい。即ち、プッシャ１０及び洗浄機９０ａ，９０ｂ，９０ｃにおいて、用いる洗浄液を徐々に研磨液と同程度の洗浄液から純水に段階的に変えていってもよい。
【００２６】
次に、この発明の他の実施の形態のドレッシング方法について説明する。図７に示すように、ドレッシング工程は、研磨工程の合間に、ドレッシング液ノズル９２よりドレッシング液を供給しながらドレッシングツール９４を研磨クロスに押し付けることにより行われる。この実施の形態では、ドレッシング液としてｐＨが研磨液のｐＨと同じかそれに近いような液体を、例えば、図４の第１の洗浄液槽から供給して用いる。これによって、研磨クロス７０上にドレッシング液が供給された時に、その箇所に存在する研磨液のｐＨが大きく変化することが無いので、砥粒の凝集を防止することができる。
【００２７】
なお、上記においては、研磨液としてシリカスラリーを用いた場合の粗洗浄工程を説明したが、例えば、砥粒としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）粒子を用いた場合には、ｐＨ８〜９において凝集しやすいので、シリカスラリーと同様にあるいはそれ以上に緩やかなｐＨ制御を行なう必要がある。
【００２８】
例えば基板Ｗを研磨する場合に一般的に用いられるアルミナ系スラリーでは、砥粒であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の粒子は、特にｐＨ４程度の酸性溶液中（実用化されているスラリーでは硝酸溶液が主）で安定であり、０．２μｍ程度の２次粒子を形成している。
実用化されているポリッシング用アルミナ系スラリーでは、砥粒としてα−アルミナが主に用いられている。α−アルミナはｐＨ７以下で安定であるが、ｐＨ３．５〜５がより望ましい。一方、ｐＨ８〜９では凝集しやすいので、この付近のｐＨの溶液は洗浄液としては好ましくない。従って、洗浄液のｐＨとしてはｐＨ７以下が望ましく、「ｐＨ３．５〜５」の範囲が特に望ましいと考える。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、基板や研磨工具に付着する研磨液のｐＨを急変させることなく、従って、ｐＨショックによって研磨液に含まれる砥粒を凝集させることなく、基板の洗浄を効率良く行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の１つの実施の形態の粗洗浄装置の構造を示す断面図である。
【図２】図１の載置台の構造を示す（ａ）平面図、（ｂ）側面断面図である。
【図３】図１のカバーを示す斜視図である。
【図４】洗浄液供給装置を示す配管系統図である。
【図５】粗洗浄装置の構造を示す断面図である。
【図６】粗洗浄工程における洗浄液のｐＨの変化を示すグラフである。
【図７】ポリッシング装置におけるドレッシング工程を示す正面図である。
【図８】従来のポリッシング装置を示す正面図である。
【図９】従来のポリッシング装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１０    プッシャ
１２    載置台
１４    駆動部
１６    ドレンポート
１８    パン
２０    ノズル取付部材
２２    基部
２４    保持板
２６    隙間
２８    上ノズル
３０    中ノズル
３２    下ノズル
３４    カバー
３６，３８    窓
４０    洗浄液供給装置
４２，４４    洗浄液槽
４６ａ，４６ｂ，５０，５４ａ，５４ｂ，５４ｃ    配管
４８ａ，４８ｂ    各流量調整弁
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ    開閉弁
７０    研磨クロス
７２    研磨テーブル
７４    トップリング
７６    研磨装置
７８    砥液ノズル
８０    ドレッシング装置
８４ａ，８４ｂ    ロードアンロードユニット
８６ａ，８６ｂ    搬送ロボット
８８ａ，８８ｂ    反転機
９０ａ，９０ｂ，９０ｃ    洗浄機
９２    ドレッシング液ノズル
９４    ドレッシングツール
Ｃ    粗洗浄装置
Ｑ    研磨液
Ｗ    基板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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