(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨クロスを取り付けたターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧することによってポリッシング対象物を研磨するポリッシング装置において、
研磨クロスの表面に接触して研磨クロスのドレッシングを行う接触型のドレッサーを有した第１ドレッシングユニットと、
研磨クロスの表面に流体ジェットを吹き付けてドレッシングを行う非接触型のドレッサーを有した第２ドレッシングユニットとを備えたことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
前記第２ドレッシングユニットは複数のノズルを備え、複数のノズルからの流体ジェットによりなされるドレッシングのドレッシング効果は、研磨クロスの表面の各位置において均一であることを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
【請求項３】
前記流体ジェットはウォータジェットからなることを特徴とする請求項１又は２記載のポリッシング装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のポリッシング装置における研磨クロスのコンディショニング方法において、
研磨クロスの目粗しは、接触型のドレッサーを有した第１ドレッシングユニットにより行い、
ポリッシング対象物をポリッシングするポリッシング工程間に行うドレッシングは、非接触型のドレッサーを有した第２ドレッシングユニットにより行うことを特徴とするポリッシング装置におけるコンディショニング方法。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載のポリッシング装置における研磨クロスのコンディショニング方法において、
研磨クロスの目粗しは、接触型のドレッサーを有した第１ドレッシングユニットにより行い、
ポリッシング対象物をポリッシングするポリッシング工程間に行うドレッシングは、接触型のドレッサーを有した第１ドレッシングユニットにより行った後、非接触型のドレッサーを有した第２ドレッシングユニットにより行うことを特徴とするポリッシング装置におけるコンディショニング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ表面、特に半導体ウエハの上面に形成されたデバイスパターンを研磨クロス面に接触させて研磨して平坦化するポリッシング装置に係り、特にポリッシング装置における研磨テーブルに貼付られた研磨クロスの表面状態のコンディショニング方法に関するものである。
【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０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化の一手段として所定成分の研磨液を供給しながら機械的研磨を行なう化学的機械的研磨処理（ＣＭＰ）など処理方法が実用化されている。
【０００３】
半導体ウエハ表面、特に半導体ウエハの上面に形成されたデバイスパターンを研磨し平坦化するポリッシング装置においては、ターンテーブル上面に貼付られた研磨クロスには、従来、不織布からなる研磨クロスを用いていた。
しかしながら、近年、ＩＣやＬＳＩの集積度が高くなるに従って、研磨後の研磨面の段差がより小さいことが要望されている。この段差の小さい研磨の要望に応えるため、研磨クロスに硬い材質のもの、例えば発泡ポリウレタンからなる研磨クロスを用いるようになってきた。
【０００４】
研磨クロスに半導体ウエハを接触させて、ターンテーブルを回転することによりポリッシングを行うと、研磨クロスには砥粒や研磨くずが付着し、また、研磨クロスの特性が変化して研磨性能が劣化してくる。このため、同一の研磨クロスを用いて半導体ウエハの研磨を繰り返すと研磨速度が低下し、また、研磨ムラが生じる等の問題がある。そこで、半導体ウエハの研磨の前後、または最中に研磨クロス面の表面状態を回復するドレッシングと称されるコンディショニングが行われている。
【０００５】
従来、上述のドレッシングは大別して２つの方法に分けられ、その１つはブラシもしくはダイヤモンドドレッサーを研磨クロスに接触させて擦る接触型のドレッシングであり、他の１つは高圧の水もしくは気体の流体ジェットを研磨クロスの表面に吹き付ける非接触型のドレッシングである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のポリッシング装置においては、上述したブラシもしくはダイヤモンドドレッサーを用いたドレッシングユニットと流体ジェットを用いたドレッシングユニットのいずれか一方を、研磨クロスの性状に応じて、搭載していた。
しかしながら、研磨クロスは、初期の立上げ時にクロス表面の目粗しのためにブラシもしくはダイヤモンドドレッサーを用い、ポリッシング途中では研磨クロスにつまったスラリー（砥液）の凝集物もしくは研磨くずを除去するために流体ジェットを用いるドレッシング方法が必要になってきた。この流体ジェットを用いたドレッシングがないと、半導体ウエハの研磨面にスクラッチが入り、歩留りを悪化させる可能性が高い。このため、従来のポリッシング装置においては、２種類のドレッシングユニットを必要に応じて取り替えをしなければならず、その作業が煩雑であり、ひいては半導体ウエハのスループットを低下させるという問題点があった。
【０００７】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、ブラシもしくはダイヤモンドドレッサーを用いた接触型のドレッシングユニットと流体ジェットを用いた非接触型のドレッシングユニットの両方を組み込んだポリッシング装置および該ポリッシング装置における研磨クロスのコンディショニング方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明は研磨クロスを取り付けたターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧することによってポリッシング対象物を研磨するポリッシング装置において、研磨クロスの表面に接触して研磨クロスのドレッシングを行う接触型のドレッサーを有した第１ドレッシングユニットと、研磨クロスの表面に流体ジェットを吹き付けてドレッシングを行う非接触型のドレッサーを有した第２ドレッシングユニットとを備えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のポリッシング装置における研磨クロスのコンディショニング方法において、研磨クロスの目粗しは、接触型のドレッサーを有した第１ドレッシングユニットにより行い、ポリッシング対象物をポリッシングするポリッシング工程間に行うドレッシングは、非接触型のドレッサーを有した第２ドレッシングユニットにより行うことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のポリッシング装置における研磨クロスのコンディショニング方法において、研磨クロスの目粗しは、接触型のドレッサーを有した第１ドレッシングユニットにより行い、ポリッシング対象物をポリッシングするポリッシング工程間に行うドレッシングは、接触型のドレッサーを有した第１ドレッシングユニットにより行った後、非接触型のドレッサーを有した第２ドレッシングユニットにより行うことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明によれば、ダイヤモンドドレッサー等を用いた接触型のドレッシングと、ウォータジェット等の流体ジェットを用いた非接触型のドレッシングとを、取替え作業を必要とせず、適宜組み合わせて研磨クロスのコンディショニングを行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１および図２は本発明のポリッシング装置の全体構成を示す図であり、図１は平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。図１および図２に示すように、ポリッシング装置は、ターンテーブル２０と、半導体ウエハ２を保持しつつターンテーブル２０に押しつけるトップリング３を有したトップリングユニット４とを具備している。前記ターンテーブル２０はモータ２１に連結されており、矢印で示すようにその軸心回りに回転可能になっている。またターンテーブル２０の上面には、研磨クロス５（例えば、ロデール社製のＩＣ−１０００）が貼設されている。
【００１３】
トップリングユニット４は揺動可能になっており、トップリング３を半導体ウエハ２を受け渡すためのプッシャー４０の上方の受渡し位置とターンテーブル２０上の研磨位置と待機位置とに配置させるようになっている。トップリング３は、モータ及び昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これによって、トップリング３は矢印で示すように昇降可能かつその軸心回りに回転可能になっており、半導体ウエハ２を研磨クロス５に対して任意の圧力で押圧できるようになっている。また半導体ウエハ２はトップリング３の下端面に真空等によって吸着されるようになっている。なお、トップリング３の下部外周部には、半導体ウエハ２の外れ止めを行うガイドリング６が設けられている。また、ターンテーブル２０の上方には砥液供給ノズル（図示せず）が設置されており、砥液供給ノズルによってターンテーブル２０上の研磨クロス５に研磨砥液が供給されるようになっている。
【００１４】
ポリッシング装置は、接触型のドレッサー１０を有した第１ドレッシングユニット１１と、非接触型ドレッサーである複数のウォータジェットノズル１５を有した第２ドレッシングユニット１６とを備えている。第１ドレッシングユニット１１は揺動可能になっており、ドレッサー１０をターンテーブル２０上のドレッシング位置と待機位置とに配置させるようになっている。ドレッサー１０は回転用のモータ１７と昇降用のシリンダ１８とに連結されており、矢印で示すように昇降可能かつその軸心回りに回転可能になっている。
【００１５】
図３は第１ドレッシングユニット１１におけるドレッサー１０の詳細構造を示す図であり、図３（Ａ）は底面図、図３（Ｂ）はａ−ａ断面図、図３（Ｃ）はｂ部分の拡大図である。ドレッサー１０は円板状で下面の周端部に所定の幅で微粒のダイヤモンドを電着させる帯状の凸部１２ａが形成されてなるドレッサー本体１２を具備し、該凸部１２ａの表面に微粒のダイヤモンドを電着させて形成したダイヤモンド電着リング１３が設けられている。ターンテーブル２０およびドレッサー１０を回転させ、さらに純水等のドレッシング液、場合によっては研磨砥液を図示しないノズルから研磨クロス５の略回転中心部分に向かって供給させた状態で、ダイヤモンド電着リング面を研磨クロス面に当接させて、研磨クロス表面を薄く削り取りドレッシングを行う。ダイヤモンド電着リング１３は凸部１２ａの表面に微粒のダイヤモンドを付着させ、ダイヤモンド付着部にニッケルメッキを施すことにより、ニッケルメッキ層により微粒のダイヤモンドを固着した構造である。
【００１６】
本ドレッサー１０の寸法構成は、一例としてドレッサー本体１２の直径が２５０ｍｍで、その下面の周端部に幅６ｍｍのダイヤモンド電着リング１３を形成した構成である。また、ダイヤモンド電着リング１３は複数個（図では８個）に分割して形成している。ドレッサー本体１２の直径は、研磨対象物である半導体ウエハ２の直径に対して大きくなっており、半導体ウエハの研磨時には研磨クロスのドレスアップされた面が半導体ウエハの研磨面に対して、テーブルの半径方向の内周側及び外周側に余裕を持つようになっている。なお、ダイヤモンド電着リングからなるダイヤモンドドレッサーに代えて複数のＳｉＣセクターからなるリングを使用したＳｉＣドレッサーとしてもよい。この場合、ＳｉＣドレッサーは、図３に示す構造と同様のものであり、表面に数十μｍの角錐状の多数の突起を有したものからなっている。
【００１７】
図４は第２ドレッシングユニット１６の詳細構造を示す立面図である。図４に示すように、第２ドレッシングユニット１６は、研磨クロス５の半径方向に沿って等間隔に配置された複数（６個）のウォータジェットノズル１５を備えている。各ウォータジェットノズル１５は内部に流路２２ａを具備したウォータジェットノズルアーム２２に固定されている。ポンプ２６によって加圧された純水がチューブ２３を介して、ウォータジェットノズルアーム２２に供給され、ウォータジェットノズル１５からウォータジェットが噴出される。
【００１８】
ノズルの位置と方向は、ノズルから噴出するウォータジェットが、研磨クロス５上のポリッシング使用領域、即ち、半導体ウエハ２が押し付けられて研磨される範囲に当たるように決められている。ウォータジェットノズルアーム２２は研磨クロス５の上方の所定の位置に固定されているが、ウォータジェットノズルアーム２２を支持部２２ｂの軸心まわりに回転させ、ウォータジェットノズルアーム２２の位置の微調整を行い、又、メンテナンスのために研磨クロス５より外側に退避することもできる。
【００１９】
ウォータジェットノズルアーム２２内の水圧は、所定の圧力に保たれるようにポンプ２６の制御部（図示せず）で調整されている。また本実施例では同一のノズルを使用しているので、各ノズル１５からのウォータージェットの噴射圧力及び速度はほぼ一定となる。そして、ウォータージェットの圧力はポンプ２６を制御することにより４９×１０４Pa〜２９４×１０４Pa（５〜３０kgf/cm２）の範囲の所定圧力に保つことができる。
【００２０】
ドレッシングの際には、ターンテーブル２０（研磨クロス５）を回転させて、研磨クロス全面にウォータージェットドレッシングを行っているが、この場合、研磨クロス５の各箇所におけるウォータージェットとの接触時間は外周部に行く程短くなるので、ドレッシング効果は研磨クロス５の半径位置で異なる場合もある。そこで半径位置でのドレッシング効果をより均一にするために、使用するウォータジェットノズルは外周部に行く程ノズルの個数を増やしたり、噴出速度の高いノズルを用いるようにしてもよい。またノズル出口と研磨クロスとの高さを各ノズル毎に変えるようにしてもよい。さらに各ウォータジェットノズルから噴出されるウォータジェットの噴出圧力および速度をノズル毎に可変にしてもよい。
【００２１】
次に、図１乃至図４に示す構成のポリッシング装置を使用して半導体ウエハを処理する一連のポリッシング工程とドレッシング工程について図５を参照して説明する。
図５（Ａ）および図５（Ｂ）はポリッシング工程とドレッシング工程との時系列上の動作関係を示す図である。
【００２２】
図５（Ａ）に示す例においては、研磨クロスの立上げ時にはダイヤモンドドレッサー１０（図３参照）を用いて研磨クロス表面の目粗しを行った後に、半導体ウエハのポリッシングを行う。そして、ポリッシング工程間にはウォータジェットノズル１５（図４参照）を用いてウォータジェットによるドレッシングを行う。
【００２３】
図５（Ｂ）に示す例においては、研磨クロスの立上げ時にはダイヤモンドドレッサー１０を用いて研磨クロス表面の目粗しを行った後にポリッシングを行う。そして、ポリッシング工程間には２段階のドレッシングを行う。即ち、最初にダイヤモンドドレッサー１０を用いてドレッシングを行い、次にウォータジェットノズル１５を用いてウォータジェットによるドレッシングを行う。
【００２４】
図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、本発明のポリッシング装置によれば、ダイヤモンドドレッサーによる研磨クロスの立上げを行った後に、半導体ウエハのポリッシングを行い、ポリッシング工程の終了後にウォータジェットによるドレッシングを行い、再びポリッシング工程を行うことができる。またポリッシング工程間にダイヤモンドドレッサーによるドレッシングとウォータジェットによるドレッシングを組み合わせることもできる。
【００２５】
実施例の説明においては、接触型のドレッサーとしてダイヤモンドドレッサーを説明したが、ダイヤモンドドレッサーに代えてブラシを使用することもできる。また、本実施例における第１、第２のドレッシングユニットの各々に用いるドレッシング液、ウォータジェットとして純水を適用したが、機械的ドレッシング作用の他に化学的なドレッシング効果を得るために酸、アルカリ又は界面活性剤等の薬液を使用してもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダイヤモンドドレッサー等を用いた接触型のドレッシングと、ウォータジェット等の流体ジェットを用いた非接触型のドレッシングとを、取替え作業を必要とせず、適宜組み合わせて研磨クロスのコンディショニングを行うことができる。したがって、半導体デバイスの製造に本発明を適用した場合には、製品の歩留りがよく、かつ生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るポリッシング装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】第１ドレッシングユニットにおけるドレッサーの詳細構造を示す図であり、図３（Ａ）は底面図、図３（Ｂ）はａ−ａ断面図、図３（Ｃ）はｂ部分の拡大図である。
【図４】第２ドレッシングユニットの詳細構造を示す立面図である。
【図５】本発明によるポリッシング工程とドレッシング工程の一連の工程を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
２    半導体ウエハ
３    トップリング
４    トップリングユニット
５    研磨クロス
６    ガイドリング
１０    ドレッサー
１１    第１ドレッシングユニット
１２    ドレッサー本体
１３    ダイヤモンド電着リング
１５    ウォータジェットノズル
１６    第２ドレッシングユニット
２０    ターンテーブル
２２    ウォータジェットノズルアーム
２３    チューブ
２６    ポンプ
【図１】
0003615931.tif 000002
【図２】
0003615931.tif 000003
【図３】
0003615931.tif 000004
【図４】
0003615931.tif 000005
【図５】
0003615931.tif 000006