(57)【要約】【課題】高精度に安定して平坦化を行うことができ、資材低減（スラリ節約）および省スペース化を図ることができる半導体基板研磨装置および研磨方法を提供すること。【解決手段】水平に対し傾斜した回転軸心Ｌ１を有する研磨盤１０と、研磨盤１０の表面に設けられた研磨パッド２０と、研磨パッド２０の表面を露出させるように研磨盤１０を回転可能に保持する研磨処理容器３０と、半導体基板Ｓを保持すると共に研磨時に回転しながら半導体基板Ｓを研磨パッド２０の表面に押圧する加圧ヘッド４０と、研磨液Ｐを研磨パッド２０の表面に供給する研磨液供給手段５０とを備え、研磨液供給手段５０にて研磨パッド２０の外周部上方から研磨液Ｐを供給し、研磨液Ｐを研磨パッド２０の表面に沿って重力により下方へ流動させながら研磨するように構成された半導体基板研磨装置および研磨方法を提供することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に対し傾斜した回転軸心を有する研磨盤と、研磨盤の表面に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッドの表面を露出させるように前記研磨盤を回転可能に保持する研磨処理容器と、半導体基板を保持すると共に研磨時に回転しながら半導体基板を前記研磨パッドの表面に押圧する加圧ヘッドと、研磨液を研磨パッドの表面に供給する研磨液供給手段とを備え、
前記研磨液供給手段にて研磨パッドの外周部上方から研磨液を供給し、研磨液を研磨パッドの表面に沿って重力により下方へ流動させながら研磨するように構成されたことを特徴とする半導体基板研磨装置。
【請求項２】
研磨が化学的機械研磨である請求項１に記載の半導体基板研磨装置。
【請求項３】
研磨盤の回転軸心の傾斜角度が３０〜６０°である請求項１または２に記載の半導体基板研磨装置。
【請求項４】
研磨処理に使用した研磨液中から研磨屑を除去して再生し、再生した研磨液を再度研磨パッド上に供給するための研磨液再生循環手段をさらに備えた請求項１〜３の何れか１つに記載の半導体基板研磨装置。
【請求項５】
加圧ヘッド、研磨処理容器および研磨パッドを洗浄する洗浄手段をさらに備えた請求項１〜４の何れか１つに記載の半導体基板研磨装置。
【請求項６】
研磨盤の回転軸心と加圧ヘッドの回転軸心とが略一致する請求項１〜５の何れか１つに記載の半導体基板研磨装置。
【請求項７】
研磨処理容器が、研磨パッドの外周部側に突出した内フランジを有する請求項１〜６の何れか１つに記載の半導体基板研磨装置。
【請求項８】
水平に対し傾斜した回転軸心を有する研磨盤の表面に設けられた研磨パッドの外周部上方から研磨液を供給して、研磨液を研磨パッドの表面に沿って重力により下方へ流動させながら、前記研磨盤を回転し、かつ、半導体基板を保持する加圧ヘッドを回転させながら半導体基板の被研磨面を研磨パッドの表面に押し付けて研磨することを特徴とする半導体基板研磨方法。
【請求項９】
研磨が化学的機械研磨である請求項８に記載の半導体基板研磨方法。
【請求項１０】
研磨に使用した研磨液中から研磨屑を除去して研磨液を再生し、再生した研磨液を研磨パッド上に循環供給する請求項８または９に記載の半導体基板研磨方法。
【請求項１１】
研磨盤の回転軸心と加圧ヘッドの回転軸心とを略一致させた状態で研磨する請求項８〜１０の何れか１つに記載の半導体基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板研磨装置および半導体基板研磨方法に関する。詳しくは、半導体基板上に形成される層間絶縁膜を平坦化する際の研磨安定性の向上、欠陥低減、装置の小型化および研磨液の使用量削減が可能な半導体基板研磨装置および半導体基板研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の高集積化要求の進展に伴い、半導体基板上に形成される回路配線パターンの高密度化および多層化が進んでおり、半導体基板上に回路配線パターンを形成する際に露光面となる半導体基板の平坦度が高精度に要求されている。そこで、高精度の平坦化を実現する手段として化学的機械研磨法（Chemical Mechanical Polishing：以下、ＣＭＰ法と称する場合がある）が広く用いられている。ＣＭＰ法は、ＬＳＩ製造工程、特に多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線形成において頻繁に利用される技術である。
【０００３】
ＣＭＰ法では、研磨剤を含む研磨液（以下、スラリと称する場合がある）と被研磨膜との間に化学反応を起こさせ、形成された反応層を機械的な荷重印加によって除去して、被研磨膜を平坦化する。すなわち、化学反応作用と機械研磨作用とを併用して半導体基板（ウェハ）の表面に形成された被研磨膜を研磨し平坦化する。
多層配線構造形成時における層間絶縁膜の平坦化工程は、例えば、酸化ケイ素粒子（コロイダルシリカ、フュームドシリカ）から成る砥粒を含んだスラリによる酸化膜ＣＭＰでは、酸化水和現象によって軟質になりかつ砥粒で引き起こされた塑性変形した含水表面層が砥粒によって除去される研磨メカニズムが主になると考えられている。この場合、金属や金属酸化物（ＣｅＯ２、ＭｎＯなど）を砥粒とする場合と異なり、化学的メカニズムの寄与は少ない。研磨剤は、固体砥粒と酸化性物質を主成分とするものが一般的である。他の成分としては必要に応じて砥粒の分散剤、界面活性剤なども加えられる。研磨液は、一般的には主成分である水と上記研磨剤、添加剤を混合してなる。
【０００４】
一般的なＣＭＰ装置では、被研磨半導体基板を水平に保持して研磨が行われる（例えば、非特許文献１参照）。一方、近年では半導体基板の大型化に伴い、省スペース化や研磨の高精度化を図るものとして縦型のＣＭＰ装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）が、研磨液の安定導入に難があるなど実現には至っていない。
【０００５】
【非特許文献１】株式会社工業調査会１９９３年６月１日発行「電子材料１９９３年６月号」４１〜６２頁
【特許文献１】特開平８−２５０４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の水平型ＣＭＰ装置は、図５に示すように、被研磨物である半導体基板１００を保持しながら回転および揺動する加圧ヘッド１０１と、表面（上面）にポリウレタン等から成る研磨パッド１０２を有する研磨盤１０３と、研磨パッド１０２の表面の目立てを行い研磨性能の安定化を図る図示しないドレッサーと、研磨パッド１０２の中央へ研磨液を供給する研磨液供給手段１０４等を備えている。
【０００７】
この水平型ＣＭＰ装置による研磨時には、研磨液を均等に行渡らせると共に均一な研磨を目的として回転する加圧ヘッド１０１が、同じく回転する研磨盤１０３上で研磨盤１０３の回転軸心の周りを公転移動する。このような研磨動作を行うため、研磨盤１０３が大型化し、加圧ヘッド１０１を回転および公転移動させる機構も必要であり、水平型ＣＭＰ装置が大型化および複雑化すると共に、装置の設置場所として十分な空間を確保する必要があった。
【０００８】
また、ＣＭＰ装置は、研磨液の装置部材への固着防止や、半導体基板１００の被研磨面および研磨パッド１０２等の乾燥を防ぐために、作動中に水を噴射する図示しない機構が設けられると共に、研磨液を含んだ水が外部に飛散しないよう通常は透明樹脂などからなる簡易シールドで覆われて外部と遮蔽されている。しかしながら、簡易シールド内の空間は広いため、研磨液がこの空間内に飛散して装置部材や簡易シールドに付着し、付着した研磨液が乾燥して凝集粒子が発生することを完全に防ぐことは難しい。そのため、凝集粒子が塵として振動により研磨パッド１０２上に落下し、その結果生じる研磨パッド汚染を完全に防止することは困難である。
さらに、研磨中にはスラリを研磨パッド１０２の中央付近にノズルから滴下するが、半導体基板１００、研磨盤１０３並びに加圧ヘッド１０１とも水平に配置されており、研磨液は研磨盤１０３と加圧ヘッド１０１の回転による遠心力および加圧ヘッド１０１の公転移動によって研磨パッド１０２上を伝播するのみであるため、研磨液が特定箇所に停滞し易い。研磨液が停滞することは、研磨時に発生する研磨屑が研磨パッド１０２上に滞留し、その研磨屑が半導体基板１００の被研磨面の欠陥、スクラッチおよび研磨の不均一性といった悪影響を生じさせる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高精度に安定して平坦化を行うことができ、資材低減（スラリ節約）および省スペース化を図ることができる半導体基板研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かくして、本発明によれば、水平に対し傾斜した回転軸心を有する研磨盤と、研磨盤の表面に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッドの表面を露出させるように前記研磨盤を回転可能に保持する研磨処理容器と、半導体基板を保持すると共に研磨時に回転しながら半導体基板を前記研磨パッドの表面に押圧する加圧ヘッドと、研磨液を研磨パッドの表面に供給する研磨液供給手段とを備え、前記研磨液供給手段にて研磨パッドの外周部上方から研磨液を供給し、研磨液を研磨パッドの表面に沿って重力により下方へ流動させながら研磨するように構成された半導体基板研磨装置が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、水平に対し傾斜した回転軸心を有する研磨盤の表面に設けられた研磨パッドの外周部上方から研磨液を供給して、研磨液を研磨パッドの表面に沿って重力により下方へ流動させながら、前記研磨盤を回転し、かつ、半導体基板を保持する加圧ヘッドを回転させながら半導体基板の被研磨面を研磨パッドの表面に押し付けて研磨する半導体基板研磨方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、研磨処理容器内の傾斜した研磨パッドの外周上部にスラリを供給し、研磨パッドの表面に沿って下方へ流れ込むスラリ中に被加工物である半導体基板を浸した状態で研磨を行なうため、研磨に使用された研磨屑を含むスラリが研磨パッドと半導体基板の被研磨面の間に留まることなく速やかに流れ落ち、常に新しいスラリで研磨を行うことができる。
よって、半導体基板の被研磨面に対して研磨屑が原因となる欠陥およびスクラッチが発生せず、高精度に均一に安定して研磨することができる。このとき、研磨は流動する研磨液中にて行われるので、半導体基板の被研磨面の温度も安定し、ＣＭＰ法により研磨する場合は化学反応の安定化を図れ、高精度の平坦化に好適である。また、スラリは重力によって自然と下方へ流れ、加圧パッドおよび研磨盤の回転により半導体基板および研磨パッドが回転するため、スラリが均等に研磨面に送り込まれかつ安定的な研磨を行なうことができ、仮に研磨液が凝集した凝集粒子が研磨パッド上に落ちても直ぐにスラリとともに流されるので研磨パッド汚染がなく、さらに研磨時に乾燥防止用の水を供給する必要もない。
【００１２】
また、本発明によれば、研磨装置が斜め型であるため設置面積が従来の水平型ＣＭＰ装置に比して省スペースで済み、さらに加圧ヘッドの水平方向への揺動動作（公転移動）が不要であるため、設置上および動作上必要とされる空間が縮小され、特に、３００ｍｍ以上に進みつつある半導体基板の大型化にも省スペースの点で寄与できる。
さらに、従来必要であった加圧ヘッドの揺動機構やアームノズルも不要であり、装置構成が簡素化され、被研磨物である半導体基板のサイズに対して研磨盤および研磨パッドも小型化でき、装置作製にかかるコストも低減することができる。
また、研磨後の装置洗浄の際は、水平設置と異なり、研磨処理容器の上部より洗浄液を導入すれば、流れ下る洗浄水により効率的に洗浄され、クリーンな状態を保持し易い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の半導体基板研磨装置は、水平に対し傾斜した回転軸心を有する研磨盤と、研磨盤の表面に設けられた研磨パッドと、前記研磨パッドの表面を露出させるように前記研磨盤を回転可能に保持する研磨処理容器と、半導体基板を保持すると共に研磨時に回転しながら半導体基板を前記研磨パッドの表面に押圧する加圧ヘッドと、研磨液を研磨パッドの表面に供給する研磨液供給手段とを備え、前記研磨液供給手段にて研磨パッドの外周部上方から研磨液を供給し、研磨液を研磨パッドの表面に沿って重力により下方へ流動させながら研磨するように構成されたことを特徴とする。
【００１４】
すなわち、半導体基板の研磨が行われる研磨処理容器は、半導体基板を保持して回転する加圧ヘッドおよび研磨パッドを有する研磨盤が収まる程度の大きさに形成されており、研磨液（スラリ）の流動を促すために水平な設置面に対し傾斜して設置される。それに伴い支持機構、加圧ヘッド（研磨ヘッド）、研磨盤、それらを制御する駆動系等も適宜傾斜して設けられ装置全体の安定化が図られる。また、研磨液供給手段により研磨パッドの外周上方よりスラリを流入させる。よって、この半導体基板研磨装置は、処理容器内の研磨パッド上でスラリを重力により上方から下方へ流動させ、流動するスラリ中に半導体基板を浸漬し、この状態で半導体基板の被研磨膜を研磨することができる。
【００１５】
本発明の半導体基板研磨装置は、特に、化学的機械研磨法（ＣＭＰ法）により半導体基板の表面を研磨するのに適した研磨装置であり、この場合、研磨液にはＣＭＰ法で一般的に用いられているものを使用することができる。
ここで、研磨液中の研磨剤の実用的な含有割合、すなわちスラリの実用的な濃度は、例えば５％程度であるが、スラリの濃度はこれに限定されるものではなく、被研磨膜の種類やその研磨量などに応じて適宜変更可能である。
砥粒成分である研磨剤としては、主なものにＡｌ2Ｏ3（アルミナ）、ＳｉＯ2（フュームドシリカあるいはコロイダルシリカ）、ＣｅＯ2（セリア）、ＭｎＯ2（酸化マンガン）などが挙げられる。
スラリの使用可能期間は、例えば、目安として製造から６ヶ月程度であるが、その種類や濃度によって様々に設定される。特に、本実施の形態では、スラリは研磨面に停滞する時間が短く速い流動置換が行なわれるため、研磨屑の研磨液中濃度は従来の水平型ＣＭＰ装置よりも低く抑えられる。
【００１６】
本発明において、半導体基板とは、ＳｉやＧｅ等からなる半導体基板以外にも、化合物半導体基板およびＳＯＩ基板をも包含し、さらに、このような半導体基板にはトランジスタ、メモリ、キャパシタ、抵抗等の半導体素子および金属配線、金属プラグ等の回路配線等が設けられ、かつ、これらの半導体素子および回路配線を被覆する層間絶縁膜等が積層されたものであってもよい。
本発明の半導体基板研磨装置は、例えば、ＬＳＩ、ＵＬＳＩ等の半導体集積回路を製造する工程中の多層配線形成における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み配線形成等への使用に好適である。
【００１７】
本発明において、研磨パッド上に研磨液を停滞することなく重力により速い流速（例えば500〜3000cc/分程度）で、かつ、均一に安定して流しながら研磨する上で、研磨盤の回転軸心の傾斜角度（図１、２中のθに相当）は３０〜６０°、さらには４０〜５０°が好ましい。傾斜角度を３０〜６０°に設定することにより、研磨により生ずる研磨屑が研磨液にて研磨パッド上から効率よく流され、より高精度に安定して研磨を行なうことができる。なお、傾斜角度が６０°よりも大きいと研磨液の流速が遅いため研磨屑の除去が不十分となり、半導体基板の被研磨面に欠陥やクラック・スクラッチが生じやすくなり、３０°よりも小さいと研磨液の流速が速過ぎて研磨パッド全面へ研磨液が安定して流動し難くなる。
【００１８】
本発明の半導体基板研磨装置は、上記構成に加え、研磨処理に使用した研磨液中から研磨屑を除去して再生し、再生した研磨液を再度研磨パッド上に供給するための研磨液再生循環手段を備えてもよい。このように構成することにより、研磨液の使用量低減による低コスト化と省資源化を図ることができる。
【００１９】
また、この半導体基板研磨装置は、加圧ヘッド、研磨処理容器および研磨パッドを洗浄する洗浄手段をさらに備えてもよい。洗浄手段により、研磨処理後に装置各部位から研磨屑を含む研磨液を自動洗浄することが可能となり、効率よく次の被研磨物（半導体基板）の研磨処理を行うことができる。この場合、研磨処理容器が、研磨パッドの外周部側に突出した内フランジを有する構成にすれば、研磨時および洗浄時に研磨液および洗浄液が外部に飛び散ることを抑えることができ、研磨装置の設置環境の清浄化を維持することができる。
【００２０】
また、この半導体基板研磨装置において、研磨盤の回転軸心と加圧ヘッドの回転軸心とが略一致する（略同一軸心である）ようにしてもよい。研磨盤の回転軸心と加圧ヘッドの回転軸心とを略一致させれば、研磨盤および研磨パッドのサイズ（外径）を加圧ヘッドのサイズ（外径）より僅かに大きい程度にまで縮小することができ、それに伴って研磨処理容器の外径および容積を小さくすることができ、さらなる省スペース化が図られる。また、研磨盤および加圧ヘッドの回転軸心を略一致させることと、研磨処理容器の小容積化により、研磨液や研磨屑が付着した加圧ヘッド、研磨処理容器および研磨パッドを隅々まで容易にきれいに洗浄することができる。
なお、研磨盤の回転軸心と加圧ヘッドの回転軸心とは完全に一致させてもよいが、研磨処理容器の容積を殆ど増加しなくてもよい程度に相対的に僅かに偏心させてもよい。この場合、半導体基板と研磨パッドとの間の研磨液の流動がより複雑化し、研磨面へより均一に研磨液が行き渡る。
以下、図面を参照しながら具体的に本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００２１】
（半導体基板研磨装置の説明）
図１は、本発明の半導体基板研磨装置の概略構成図であり、図２は図１の部分拡大図である。この半導体基板研磨装置は、水平に対し傾斜した回転軸心Ｌ１を有する研磨盤１０と、研磨盤１０の表面に設けられた研磨パッド２０と、研磨パッド２０の表面を露出させるように研磨盤１０を回転可能に保持する研磨処理容器３０と、被研磨物である半導体基板Ｓを保持すると共に研磨時に回転しながら半導体基板Ｓを研磨パッド２０の表面に押圧する加圧ヘッド４０と、研磨液（スラリ）Ｐを研磨パッド２０の表面に供給する研磨液供給手段５０とを備える。
【００２２】
さらに、この研磨装置には、研磨盤１０を回転させる研磨盤回転駆動系１１と、加圧ヘッド４０を回転させる加圧ヘッド回転駆動系４５と、使用後に含まれる研磨屑を研磨液中から除去し、再生した研磨液を研磨処理容器３０内に循環供給する研磨液再生循環手段６０と、研磨処理後の研磨処理容器３０、研磨パッド２０および加圧ヘッド４０を洗浄するための洗浄手段７０と、研磨盤回転駆動系１１および加圧ヘッド回転駆動系４５を制御する制御部８０と、半導体基板Ｓの研磨完了を検知する図示しないエンドポイントシステムとが備えられている。
【００２３】
研磨処理容器３０は、研磨盤１０を回転可能に嵌め込む孔付凹部を有する底壁３０ａと、底壁３０ａの外周に沿って設けられた周囲壁３０ｂと、周囲壁３０ｂの上端に沿って内側へ突出して設けられた内フランジ３０ｃとを有し、スラリの滞留を防ぐために１枚の半導体基板Ｓの研磨が行われる程度の極力小さな容積で形成されている。
この研磨処理容器３０は、研磨盤１０の回転軸心Ｌ１が水平線Ｈに対し３０〜６０°の傾斜角度θ（例えば４５°）となるように、図示しないフレームや支持部材等の設置面固定部材にて傾けた状態で設置される。
【００２４】
研磨盤１０は、その大径部が研磨処理容器３０の上記孔付き凹部に嵌め込まれて回転可能に保持されており、大径部に連設された小径部は研磨処理容器３０の孔から突出して研磨盤回転駆動系１１（例えばモータ）の回転軸に接続されている。また、研磨盤回転駆動系１１の本体は、研磨処理容器３０を支持するフレームやその他の固定部材にて支持される。
【００２５】
研磨パッド２０は、例えば発砲、無発砲ポリウレタン、及びそれらの多重構造等からなり、研磨盤１０の大径部の表面に着脱可能に取り付けられており、研磨処理容器３０の底面の一部を構成して外部に露出している。このとき、研磨パッド２０の表面は、傾斜した研磨処理容器３０の上部における底壁３０ａの上面（底面）よりも突出しない高さとされている。なお、研磨処理容器３０の下部における底壁３０ａは、研磨パッド２０の表面より窪んだ形に形成されており、この窪部にスラリＰが落ち込むようになっている。
【００２６】
加圧ヘッド４０は、半導体基板Ｓを保持するための凹部を有する円形の回転盤４１と、回転盤４１の凹部の内部に設けられ、半導体基板Ｓを真空吸着するための吸着部４２と、回転盤４１の先端に設けられたガードリング４３とを有している。
回転盤４１は、伝熱性が高く耐食性に優れた材料、例えばステンレス鋼などによって形成されている。
また、ガードリング４３は、摩擦しにくい摩擦係数の小さい材料、例えばポリイミドをベースとするフッ素樹脂などによって形成され、研磨中に回転盤４１から半導体基板Ｓが外れないようにガードすると共にウェハにかかる圧力の面内均一性を向上するものである。このガードリング４３には、スラリの流動を妨げないように径方向の溝が複数本放射状に形成されている。
【００２７】
吸着部４２は、半導体基板Ｓを裏面（被研磨面Ｓ１と反対側の面）から流体吸引等によって吸着するものであり、通気性剛性板４２ａと、バッキングパッド４２ｂと、半導体基板Ｓに直接接する薄膜ゴムパッド４２ｃとを有する。
通気性剛性板４２ａは、高剛性を有するセラミックといった材料で形成されており、その両面は研削加工により平面仕上げされている。
バッキングパッド４２ｂは、低剛性のアルミニウムなどで形成されており、直径４ｍｍ程度の貫通孔４２１が１０ｍｍ程度の間隔で全面に渡って設けられている。
【００２８】
また、回転盤４１および加圧ヘッド回転駆動系４５の回転軸の内部には、半導体基板Ｓを真空吸着および離脱するための着脱用流体（空気など）を流通させるためのパイプ４４が設けられている。この着脱用流体は、パイプ４４に接続された図示しない流体移送手段（例えばシリンダ）によりパイプ４４内を加圧ヘッド４０側または流体移送手段側に移動する。つまり、流体移送手段側を負圧にして着脱用流体を流体移送手段側へ移動させることにより、通気性剛性板４２ａおよびバッキングパッド４２ｂの貫通孔４２１の内部の空気がパイプ４４側へ吸い込まれ、それによって薄膜ゴムパッド４２ｃが各貫通孔４２１の方へ弾性変形することにより半導体基板Ｓが真空吸着される。この状態から、パイプ４４内を大気圧に戻して着脱用流体を加圧ヘッド４０側へ移動させれば、薄膜ゴムパッド４２ｃが平坦に復元して半導体基板Ｓが離脱する。
【００２９】
加圧ヘッド回転駆動系４５は例えばモータからなり、その回転軸が加圧ヘッド４０の回転盤４１に接続されると共に、その本体は図示しない加圧ヘッド移動手段にて支持されている。この加圧ヘッド移動手段は、加圧ヘッドを回転軸心Ｌ２の方向、揺動方向、水平方向および上下方向に移動させるものであり、例えばロボットアームを採用することができる。この加圧ヘッド移動手段により、研磨前の半導体基板Ｓの積載位置に加圧ヘッド４０を移動させ、加圧ヘッド４０にて吸着した半導体基板Ｓを傾けて研磨処理容器３０内へ搬入し、研磨時に加圧ヘッド４０を研磨盤１０側へ押圧し、研磨後は逆の動作で半導体基板Ｓを搬出することができる。
【００３０】
研磨液供給手段５０は、スラリを貯蔵するタンク５１と、研磨処理容器３０の上部の周囲壁３０ｂを貫通して設けられ、タンク５１内のスラリを研磨液供給ライン５２を通して研磨パッド２０の上部に吐出するノズル５３と、研磨液供給ライン５２とタンク５１との間に設けられた開閉バルブ５４とを備える。
ノズル５３は、研磨パッド２０の表面上を均一にスラリが流れるように、例えば口幅が横に広がった形状とされている。また、研磨液供給ライン５２には、ノズル５３の近傍に第１切換バルブ５５が設けられており、ノズル５３と接続する流路を研磨液供給ライン５２から後述する洗浄液供給ライン７１に切り換え可能としている。
【００３１】
研磨液再生循環手段６０は、研磨処理容器３０の下部に設けられた吸出口３１と研磨液供給ライン５２に接続された循環ライン６１と、循環ライン６１の上記吸出口３１の近傍に配置された１次フィルタ６２と、循環ライン６１の上記供給ライン５２の近傍に配置された２次フィルタ６３と、循環ライン６１における１次フィルタ６２と２次フィルタ６３の間に設けられたポンプ６４とを備える。
１次フィルタ６２は、研磨液中から大まかに研磨屑を除去するために目の粗い例えば
１０μｍメッシュ程度のものが用いられる。２次フィルタ６３は、１次フィルタ６２を通過した細かい研磨屑を除去するために目の細かい例えば１μｍメッシュ程度のものが用いられる。また、循環ライン６１には、吸出口３１の近傍に第２切換バルブ６５が設けられており、吸出口３１と接続する流路を循環ライン６１から後述する洗浄液排出ライン７２に切り換え可能としている。
【００３２】
洗浄手段７０は、研磨液供給ライン５２の第１切換バルブ５５に接続された上記洗浄液供給ライン７１と、洗浄液供給ライン５２および第１切換バルブ５５を通してノズル５３に洗浄液（例えば水）を供給する洗浄液送出部７３と、第２切換バルブ６５に接続された前記洗浄液排出ライン７２とを備えている。
洗浄液送出部７３は、洗浄液の供給源であり、例えば洗浄液貯蔵タンクあるいはＤＩＷ供給タンクであり、洗浄液をノズル５３に圧送するポンプを有していてもよい。なお、洗浄液排出ライン７２の他端は洗浄液回収槽あるいは処理槽に接続される。
【００３３】
制御部８０は、研磨時に研磨盤回転駆動系１１および加圧ヘッド回転駆動系４５により研磨盤１０および加圧ヘッド４０の回転、停止を所定のタイミングで行なうように制御するものである。これに加え、制御部８０は、研磨処理から洗浄処理に至るまでの一連の工程を制御するようにしてもよい。つまり、加圧ヘッド移動手段（例えばロボットアーム）、研磨液供給手段（例えば開閉バルブ５４、第１切換バルブ５５）、研磨液再生循環手段（例えばポンプ６４、第２切換バルブ６５）、洗浄手段（例えば洗浄液供給部７３）およびエンドポイントシステム等を所定のタイミングで制御するようにしてもよい。
【００３４】
（半導体基板研磨方法の説明）
次に、図１および図２を参照しながら上述の研磨装置を用いた研磨例について説明する。
本発明の半導体基板研磨方法は、例えば図３に示すように、シリコン基板１上にゲート電極２、ＨＴＯ膜からなるサイドウォールスペーサ３、トランジスタのソース／ドレイン領域４、サリサイド５、ＢＰＳＧ膜６等を形成して半導体集積回路を製造する工程において、凹凸表面を有するＢＰＳＧ膜６をＣＭＰ法により平坦化する場合に用いることができる。なお、本発明はＢＰＳＧ膜６の研磨に限らず、半導体集積回路の製造工程で用いられるＣＭＰ工程、例えば、ＳＴＩ、ポリＳｉ、層間絶縁膜、Ｃｕ配線等の形成工程等のあらゆるＣＭＰ工程に適用可能である。
【００３５】
まず、研磨液供給手段５０のタンク５１から適当な濃度に調製されたスラリＰをノズル５３から研磨処理容器３０内に流入させ、かつ、研磨液再生循環手段６０のポンプ６４を駆動する。このとき、第１および第２切換バルブ５５、６５は循環経路の状態になっている。研磨処理容器３０内のスラリＰは、研磨パッド２０の表面全面に広がって流れ落ち、下部の吸出孔３１からフィルタリング用の循環ライン６１内に導かれる。循環ライン６１に流入したスラリＰは、第１および第２フィルタ６２、６３を通過し、ノズル５３から研磨処理容器３０内に再度流入する。すなわち、この準備段階において、スラリＰを研磨処理容器３０および１次および２次フィルタ６２、６３を内蔵する循環ライン６１中をポンプ６４によって循環させ、安定した温度およびスラリ特性を得る。なお、循環してノズル５３から吐出するスラリＰが所定流量に達したところで、バルブ５４を閉じてタンク５１からの研磨処理容器３０内へのスラリＰの供給を停止する。
【００３６】
その後、表面に被研磨膜Ｓ１（例えばＢＰＳＧ膜６）を有する半導体基板Ｓを保持した加圧ヘッド４０を研磨盤１０に向けて接近させ、研磨盤１０および加圧ヘッド４０を同じ方向または逆方向に回転させ、研磨処理容器３０内を流動するスラリＰ中に加圧ヘッド４０ごと半導体基板Ｓを浸漬して、研磨処理を行う。なお、研磨盤１０と加圧ヘッド４０の何れか一方を停止させて研磨処理を行ってもよい。
この研磨処理においては、加圧ヘッド４０のガードリング４３の溝を通って、半導体基板Ｓの被研磨面Ｓ１と研磨パッド２０の間にスラリＰが流入し、スラリ流に被研磨面Ｓ１が押し付けられながら回転して研磨が行われる。したがって、常に研磨屑の含量が少ないきれいなスラリＰを用いて研磨が行なわれ、被研磨面Ｓ１に対し安定しかつラフネスが低減された高精度な平坦化が可能となる。また、スラリＰ中の研磨屑濃度を少なくするフィルタ効率が高く、スラリＰが再利用されるため、コスト低減および省資源に大きく貢献する。
【００３７】
その後、図示しないエンドポイントシステムにより研磨終了を検知すれば、研磨盤１０および加圧ヘッド４０の回転とスラリＰの循環供給を停止し、研磨工程を終了する。図４は図３のＢＰＳＧ膜６を研磨して平坦化した例を示す断面図である。
その後、加圧ヘッド４０を移動させて半導体基板１を研磨処理容器３０から搬出し、半導体基板Ｓを所定の設置場所に移す。次に、空の加圧ヘッド４０を研磨処理容器３０内に戻し、第１切換バルブ５５および第２切換バルブ６５を洗浄経路に切り換え、洗浄手段７０の洗浄液供給部７３から洗浄液供給ライン７１およびノズル５３を通して水を処理容器２内に噴出し、研磨処理容器３０の内面、研磨パッド２０の表面、加圧ヘッド４０のガードリング４３周辺およびその他の各部材を洗浄し、研磨（準備段階を含む）から洗浄までの一連の工程１サイクルを終了する。なお、研磨装置における上記工程１サイクルの動作は、制御部８０にて全て制御してもよい。
【００３８】
（他の実施の形態）
１．上記実施の形態では、研磨処理容器の上部に研磨液供給手段のノズルを１個設けた場合を例示したが、ノズルの数は２個以上でもよく、このようにすればより均一にスラリを研磨パッド上に流すことができる。
２．上記実施の形態では、洗浄手段の洗浄液供給ラインを第１切換バルブを介してノズルに接続した場合を例示したが、独立した洗浄用ノズルを研磨処理容器の周囲壁の複数箇所に設け、これらの洗浄ノズルに洗浄液供給ラインを接続した構成としてもよく、このようにすればより効率よくかつきれいに洗浄することができる。
３．本発明の半導体基板研磨装置は、研磨盤および加圧ヘッドのサイズを半導体基板の最も大きいサイズに対応するものとして作製すれば、これよりも小さなサイズの半導体基板の研磨にも使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、ＣＭＰ法によるあらゆる研磨処理に好適であり、特に、半導体集積回路の製造工程におけるＣＭＰ工程に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の半導体基板研磨装置の概略構成図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明の半導体基板研磨方法を適用した一例を示す断面図である。
【図４】図３のＢＰＳＧ膜を研磨して平坦化した状態を示す断面図である。
【図５】従来の水平型ＣＭＰ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  研磨盤
２０  研磨パッド
３０  研磨処理容器
４０  加圧ヘッド
５０  研磨液供給手段
６０  研磨液再生循環手段
７０  洗浄手段
８０  制御部
Ｈ  水平線
Ｌ１  回転軸心（研磨盤）
Ｌ２  回転軸心（加圧ヘッド）
Ｐ  スラリ（研磨液）
Ｓ  半導体基板
Ｓ１  被研磨面
θ  傾斜角度
【図５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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