(57)【要約】本発明は、固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺動させつつ研磨を行うポリッシング方法において、陰イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を供給しつつ前記研磨対象物を研磨する第１の工程と、陽イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を供給しつつ前記研磨対象物を研磨する第２の工程とを有することを特徴とする。
2003071592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺動させつつ研磨を行うポリッシング方法において、
陰イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を供給しつつ前記研磨対象物を研磨する第１の工程と、
陽イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を供給しつつ前記研磨対象物を研磨する第２の工程とを有することを特徴とするポリッシング方法。
【請求項２】
研磨面に研磨対象物を押圧して摺動させつつ研磨を行うポリッシング方法において、
陰イオン系界面活性剤を含む研磨液を供給しつつ前記研磨対象物を研磨する第１の工程と、
陽イオン系界面活性剤を含む研磨液を供給しつつ前記研磨対象物を研磨する第２の工程とを有することを特徴とするポリッシング方法。
【請求項３】
前記陽イオン系界面活性剤は、脂肪族アミン塩、脂肪族４級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、又はイミダゾリニウム塩のいずれかの構造を有する有機化合物を１種以上含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のポリッシング方法。
【請求項４】
前記陰イオン系界面活性剤は、ＣＯＯ−基又はＳＯ３−基からなる親水基を有する有機化合物を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のポリッシング方法。
【請求項５】
前記研磨対象物は、窒化膜の上にシリコン酸化膜が堆積された研磨対象物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項６】
研磨対象物の上層がシリコン酸化膜、下層の一部が窒化珪素膜で構成され、かつ上層が非平坦である研磨対象物であり、研磨面に該研磨対象物を押圧して摺動させつつ研磨を行うポリッシング方法において、上層が該研磨対象物の全面にわたり平坦化するまで、陰イオン界面活性剤または純水を含む第一の研磨液を供給しつつ研磨する第一の研磨工程と、下層の窒化珪素膜の上に形成されたシリコン酸化膜が除去され、窒化珪素膜のほぼ全面が露出するまで、陰イオン界面活性剤を含む第二の研磨液を供給しつつ研磨する第二の研磨工程を有することを特徴とするポリッシング方法。
【請求項７】
前記研磨面は固定砥粒からなり、かつ前記研磨液は砥粒を含まないことを特徴とする請求項６に記載のポリッシング方法。
【請求項８】
第一の研磨工程は、下層の窒化珪素膜の上のシリコン酸化膜の膜厚が１００ｎｍ以下になるまで研磨することを特徴とする請求項６又は７に記載のポリッシング方法。
【請求項９】
第一の研磨工程は、下層の窒化珪素膜の上のシリコン酸化膜の膜厚が５０ｎｍ以下になるまで研磨することを特徴とする請求項６又は７に記載のポリッシング方法。
【請求項１０】
第二の研磨工程の後に、該窒化珪素膜を所定膜厚まで、陽イオン界面活性剤を含みかつ砥粒を含まない第三の研磨液を供給しつつ研磨する第三の研磨工程を有することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記研磨工程を、少なくとも一つ以上の研磨テーブルで行うことを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項１２】
前記研磨液中の陰イオン界面活性剤は、第一の研磨工程で用いる該陰イオン界面活性剤濃度が第二の研磨工程で用いる該陰イオン界面活性剤濃度よりも薄いことを特徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項１３】
前記研磨液中の陽イオン界面活性剤は、脂肪族アミン塩、脂肪族４級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、又はイミダゾリニウム塩のいずれかの構造を有する有機化合物を１種以上含むことを特徴とする請求項１０に記載のポリッシング方法。
【請求項１４】
第一の研磨工程の研磨速度は第二の研磨工程の研磨速度よりも速いことを特徴とする請求項６乃至１３のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項１５】
第一の研磨工程の研磨速度を速める手段は、第二の研磨工程よりも研磨対象物の押し付け面圧を高くする、または第二の研磨工程よりも研磨相対速度を速くする、または第二の研磨工程よりも研磨面表面のドレッシング強度を高くする、のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項１４に記載のポリッシング方法。
【請求項１６】
研磨面表面のドレッシング手段は、金属またはセラミック板にダイヤモンド粒子を固定したドレッサ、ナイロン製ブラシ、表面に凹凸形状を有するセラミック板、カーボンファイバー製ブラシ、固定砥粒材、ウォータジェット水流、キャビジェット水流、超音波振動子、紫外光、レーザー光のうち少なくとも一つ以上を含むことを特徴とする請求項１５に記載のポリッシング方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの前記研磨工程において、気液混合加圧流体を研磨面表面に噴射し、該液体は純水または界面活性剤であることを特徴とする請求項６乃至１６のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項１８】
前記第二又は第三の研磨工程の後に、非固定砥粒パッド上に砥粒を含まない純水または薬液を供給させつつ該研磨対象物を押圧して摺動させることで該研磨対象物を洗浄することを特徴とする請求項６乃至１７のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項１９】
前記第二又は第三の研磨工程の後に、希ふっ酸（ＤＨＦ）を供給させつつ該研磨対象物を洗浄することを特徴とする請求項６乃至１７のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの前記研磨工程において、研磨面を具備するテーブルのテーブル駆動用モータのトルク電流変化を読み取る方法、または研磨対象物表面のシリコン酸化膜の膜厚変化を読み取る方法、または材料の光反射率変化を読み取る方法、のうち少なくとも一つ以上の方法を用いて終点を検知することを特徴とする請求項６乃至１７のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項２１】
固定砥粒と、研磨対象物を前記固定砥粒に押圧するトップリングと、前記固定砥粒に、各々界面活性剤を含む少なくとも２種類の研磨液を供給する研磨液供給手段とを備え、前記固定砥粒の表面をドレッシングするドレッシング手段を少なくとも一つ以上備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２２】
前記研磨液を所定濃度に調整する設備を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の研磨装置。
【請求項２３】
前記濃度調整設備は研磨装置外に別置きで設け、該濃度調整設備内に、２種類以上の研磨液濃度調整容器および濃度調整された該研磨液を研磨装置に供給する２種類以上の研磨液供給配管を設けたことを特徴とする請求項２２に記載の研磨装置。
【請求項２４】
前記濃度調整設備は研磨装置内部に設け、該濃度調整設備内に、２種類以上の研磨液濃度調整容器および濃度調整された該研磨液を研磨部に供給する２種類以上の研磨液供給配管を設けたことを特徴とする請求項２２に記載の研磨装置。
【請求項２５】
前記研磨液の濃度調整は研磨装置外部または内部で行い、研磨原液供給用配管中の研磨原液の流量を調整する手段と、純水供給用配管中で純水の流量を調整する手段と、流量調整された研磨原液および純水を混合用配管に導き該混合用配管中で濃度調整する手段と、該濃度調整された研磨液を研磨部に供給する手段を備えたことを特徴とする請求項２２に記載の研磨装置。
【請求項２６】
研磨後の研磨対象物をバフ洗浄するためのバフ洗浄用テーブルを備えたことを特徴とする請求項２１に記載の研磨装置。
【請求項２７】
研磨後の研磨対象物を希ふっ酸により洗浄するための希ふっ酸（ＤＨＦ）供給設備を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の研磨装置。
【請求項２８】
研磨面を具備するテーブルのテーブル駆動用モータのトルク電流変化を検出する検出器と得られた検出信号を演算して終点を導出する演算器を備えた終点検出装置、または研磨対象物表面のシリコン酸化膜または窒化珪素膜の膜厚変化を検出する検出器と得られた検出信号を演算して終点を導出する演算器を備えた終点検出装置、または材料の光反射率変化を検出する検出器と得られた検出信号を演算して終点を導出する演算器を備えた終点検出装置、のうち少なくとも一つ以上の終点検出装置を備えたことを特徴とする請求項２１に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、ポリッシング方法および装置に係り、特に固定砥粒を用いて半導体ウェハ等の研磨対象物を研磨するポリッシング方法および装置に関するものである。
背景技術
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。特に線幅が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ーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うポリッシング装置が知られている。
この種の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、研磨パッドを上面に有する研磨テーブルとトップリングとを備えている。そして、研磨テーブルとトップリングとの間に研磨対象物を介在させて、研磨パッドの表面に砥液（スラリ）を供給しつつ、トップリングによって研磨対象物を研磨テーブルに押圧して、研磨対象物の表面を平坦且つ鏡面状に研磨している。
このようなＣＭＰ装置は、例えば半導体デバイスの最下層にトランジスタ回路を形成するためのＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）形成工程に用いられている。図３Ａ乃至図３Ｆは、ＳＴＩ形成工程の一例を示す断面概略図である。シリコン基板１００上に窒化膜１１０（一般には窒化珪素膜Ｓｉ３Ｎ４）を形成し（図３Ａ参照）、この窒化膜１１０をマスクとしてシリコン基板１００をエッチングし、トレンチ（溝）１２０を形成する（図３Ｂ参照）。そして、このトレンチ１２０に絶縁材料であるシリコン酸化膜１３０を埋め込む（図３Ｃ）。
トレンチ１２０にシリコン酸化膜１３０を埋め込んだ場合に、図３Ｃに示すように、表面に余分なシリコン酸化膜１３０が残ってしまうので、この余分なシリコン酸化膜１３０をＣＭＰによって除去し、窒化膜１１０の表面を露出させる（図３Ｄ参照）。次に、窒化膜１１０をエッチングにより除去して、シリコン酸化膜の溝１３０ａを形成する（図３Ｅ参照）。このようなシリコン酸化膜の溝１３０ａを介してトランジスタ１４０が形成される（図３Ｆ参照）。
このようなＳＴＩ形成工程において、ＣＭＰを用いた研磨工程の目的は、上述したように、窒化膜上に形成された余分なシリコン酸化膜を完全に除去することにある。シリコン酸化膜の除去が不完全であると、その後の窒化膜のエッチングが阻害される。
しかしながら、従来、上述したＳＴＩ形成における研磨においては、ポリウレタン系の研磨パッドとシリカ砥粒を分散させたスラリとが用いられており、窒化膜１１０がシリコン酸化膜１３０よりも研磨されにくいので、図４に示すようにシリコン酸化膜１３０が研磨されすぎてディッシングが生じる。また、窒化膜の研磨にムラが生じて窒化膜上の面内均一性を十分に得ることができないという問題がある。ＳＴＩ形成においては、窒化膜及びトレンチのシリコン酸化膜の膜厚を厳しく管理する、即ち、ウェハの面内で膜厚を均一にすることが必要であり、上述したディッシングを抑制し、面内均一性を得ることが重要な課題となっている。
最近では、ポリウレタン系の研磨パッドとセリア砥粒を分散させたスラリとを用い、高濃度の界面活性剤を添加しながらウェハの研磨を行うことで、上述した問題を改善する試みがなされている。例えば、シリカスラリを用いた場合のディッシング量が５００Åであったとすると、この方法によればディッシング量を２００〜３００Åに低減することができる。しかしながら、この方法においても、軟質の研磨パッドが使用されるために上述したディッシングを完全になくすことができない。また、高濃度の界面活性剤を使用するためにセリアが凝集し、凝集したセリアによってウェハにスクラッチが発生してしまうという問題もある。
このような砥粒を含有した研磨液（スラリ）と軟質パッドを用いた研磨方法の問題を改善する方法として、特開２０００−１７３９５５号公報に記載されているように固定砥粒を用いた研磨方法が提案されている。特開２０００−１７３９５５号公報は、セリアを含有する固定砥粒と分子量１００００のポリアクリル酸アンモニウムを１重量％含有し、ｐＨがアルカリである研磨液で研磨を行う方法を提案している。この方法は、ｐＨをアルカリ性にすることにより、脱落した砥粒の分散性を十分に高め、研磨速度を向上させることを目的としているが、多段研磨やドレッシング、後処理を含めた研磨プロセスの最適化には言及していない。
発明の開示
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、窒化膜上に酸化膜が形成された研磨対象物のディッシングを抑制して面内均一性を得ることができるポリッシング方法および装置を提供することを目的とする。
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明は、固定砥粒に研磨対象物を押圧して摺動させつつ研磨を行うポリッシング方法において、陰イオン系または陽イオン系の界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を供給しつつ上記研磨対象物を研磨することを特徴とするポリッシング方法である。
また本発明は、研磨面に研磨対象物を押圧して摺動させつつ研磨を行うポリッシング方法において、陰イオン系界面活性剤を含む研磨液を供給しつつ前記研磨対象物を研磨する第１の工程と、陽イオン系界面活性剤を含む研磨液を供給しつつ前記研磨対象物を研磨する第２の工程とを有することを特徴とするポリッシング方法である。この場合において、上記陽イオン系界面活性剤は、脂肪族アミン塩、脂肪族４級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、又はイミダゾリニウム塩のいずれかの構造を有する有機化合物を１種以上含むことが好ましい。
上記研磨液中の陰イオン系界面活性剤の濃度は０．００１重量％乃至５重量％であることが好ましく、ｐＨは５乃至１０であることが好ましい。更に、上記陰イオン系界面活性剤は、ＣＯＯ−基又はＳＯ３−基からなる親水基を有する有機化合物を含むことが好ましい。また、上記研磨対象物は、窒化膜の上にシリコン酸化膜が堆積された研磨対象物であることが好ましい。
研磨液のｐＨが中性領域から酸性領域においては、固定砥粒の砥粒表面及び窒化膜の表面は主として正に帯電している（表面の一部は負電荷を有するが、正電荷が支配的である）。従って、固定砥粒上に供給された陰イオン系界面活性剤は固定砥粒の砥粒表面及び窒化膜の表面に電気的に強く付着する。この場合、固定砥粒の砥粒と窒化膜とが共に陰イオン系界面活性剤で覆われ反発しあうため、窒化膜の研磨が進みにくくなり、窒化膜の研磨レートが極端に低くなる。このときの研磨選択比は、例えば酸化膜：窒化膜＝１０：１以上となり、窒化膜は研磨ストッパとして作用する。このように、窒化膜の研磨レートが極端に低下して研磨量が少なくなるため、窒化膜の残膜厚のムラがなくなり窒化膜上の面内均一性を得ることができる。
このとき、上述した研磨選択比により、窒化膜は研磨されずシリコン酸化膜のみが研磨され、上述したディッシングが進行すると考えられるが、実際にはディッシングが進行せず、ディッシング量を例えば１００Å以下に抑えることができる。これは、以下の２つの理由によるものであると考えられる。
▲１▼陰イオン系界面活性剤は窒化膜の表面だけでなく、シリコン酸化膜にも若干付着し、シリコン酸化膜の表面には陰イオン系界面活性剤の被膜が形成される。ある値以上の面圧がかかっている場合は、シリコン酸化膜の表面の被膜が破れるか又は脆弱となるため研磨が進行するが、多少でも研磨が進むとシリコン酸化膜の表面高さが窒化膜よりも低くなるため、シリコン酸化膜の表面における面圧が低下し、陰イオン系界面活性剤の被膜が厚く形成され、研磨が進みにくくなる。
▲２▼使用する陰イオン系界面活性剤は高分子であることから、窒化膜に付着した陰イオン系界面活性剤がトレンチ部の一部又はかなりの領域を覆うため、固定砥粒中の粒子による研磨が阻害される。
また、本発明では研磨面として固定砥粒を用いている。固定砥粒では研磨面が硬質で弾性変形しにくいため、従来の弾性を有する研磨パッドを用いるよりもディッシングを形成しにくく、より平坦な仕上がり面を得ることができる。しかしながら、固定砥粒と同等に硬質な研磨パッドを用いる場合は、研磨パッドとスラリと界面活性剤を用いてもよい。
このように、本発明によれば、陰イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を固定砥粒上に供給しながら研磨することによって、例えば窒化膜を研磨ストッパとして作用させることができる。従って、窒化膜の研磨レートを低くして窒化膜上の面内均一性を得ると共にディッシングを抑制することができ、スクラッチが少なく平坦性の高い研磨を実現することが可能となる。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明に係るポリッシング装置の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態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１に示すように、本実施形態におけるポリッシング装置は、多数の半導体ウェハをストックするウェハカセット１を載置する４つのロード／アンロードステージ２を備えている。ロード／アンロードステージ２は昇降可能な機構を有していてもよい。ロード／アンロードステージ２上の各ウェハカセット１に到達可能となるように、走行機構３の上に搬送ロボット４が配置されている。
搬送ロボット４は、上下に２つのハンドを備えている。搬送ロボット４の２つのハンドのうち下側のハンドは、ウェハを真空吸着する吸着型ハンドであり、ウェハカセット１から半導体ウェハを受け取るときのみに使用される。この吸着型ハンドは、カセット内のウェハのずれに関係なく正確にウェハを搬送することができる。一方、搬送ロボット４の上側のハンドは、ウェハの周縁部を保持する落し込み型ハンドであり、ウェハカセット１に半導体ウェハを戻すときのみに使用される。この落し込み型ハンドは、吸着型ハンドのようにゴミを集めてこないので、ウェハの裏面のクリーン度を保ちながらウェハを搬送することができる。このように洗浄した後のクリーンなウェハを上側に配置することとして、それ以上ウェハを汚さないようにしている。
搬送ロボット４の走行機構３を対称軸としてウェハカセット１とは反対側には、半導体ウェハを洗浄する２台の洗浄機５，６が配置されている。各洗浄機５，６は搬送ロボット４のハンドが到達可能な位置に配置されている。また、これらの洗浄機５，６は、ウェハを高速回転させて乾燥させるスピンドライ機能を有しており、これによりウェハの２段洗浄及び３段洗浄の際にモジュール交換することなく対応することができる。
２台の洗浄機５，６の間には、搬送ロボット４が到達可能な位置に、半導体ウェハの載置台７，８，９，１０を４つ備えたウェハステーション１２が配置されている。洗浄機５と３つの載置台７，９，１０に到達可能な位置には、２つのハンドを有する搬送ロボット１４が配置されている。また、洗浄機６と３つの載置台８，９，１０に到達可能な位置には、２つのハンドを有する搬送ロボット１５が配置されている。
載置台７は、搬送ロボット４と搬送ロボット１４との間で半導体ウェハを互いに受渡すために使用され、載置台８は、搬送ロボット４と搬送ロボット１５との間で半導体ウェハを搬送するために使用される。これらの載置台７，８には半導体ウェハの有無を検知する検知センサ１６，１７がそれぞれ設けられている。
載置台９は、搬送ロボット１５から搬送ロボット１４へ半導体ウェハを搬送するために使用され、載置台１０は、搬送ロボット１４から搬送ロボット１５へ半導体ウェハを搬送するために使用される。これらの載置台９，１０には、半導体ウェハの有無を検知する検知センサ１８，１９と、半導体ウェハの乾燥を防止する又はウェハを洗浄するためのリンスノズル２０，２１とがそれぞれ設けられている。
これらの載置台９，１０は共通の防水カバーの中に配置されており、このカバーに設けられた搬送用の開口部にはシャッター２２が設けられている。また、載置台９は載置台１０の上方に位置しており、洗浄後のウェハは載置台９に、洗浄前のウェハは載置台１０に載置される。このような構成とすることで、リンス水の落下によるウェハの汚染を防止している。なお、図１において、センサ１６，１７，１８，１９、リンスノズル２０，２１、及びシャッター２２は模式的に示されており、これらの位置及び形状は正確に図示されていない。
搬送ロボット１４のハンドが到達可能な位置には、洗浄機５と隣接するように洗浄機２４が配置されている。また、搬送ロボット１５のハンドが到達可能な位置には、洗浄機６と隣接するように洗浄機２５が配置されている。これらの洗浄機２４，２５は、ウェハの両面を洗浄することができる洗浄機である。
搬送ロボット１４及び搬送ロボット１５の上側のハンドは、一度洗浄された半導体ウェハを洗浄機又はウェハステーション１２の載置台へ搬送するのに使用される。一方、下側のハンドは、一度も洗浄されていない半導体ウェハ及び研磨される前の半導体ウェハを搬送するために使用される。下側のハンドを用いて後述する反転機へのウェハの出し入れを行うことにより、反転機上部の壁からのリンス水の滴により上側のハンドが汚染されることがない。
上記洗浄機５，６，２４，２５のウェハ搬入口には、図１に示すように、それぞれシャッター５ａ，６ａ，２４ａ，２５ａが取付けられており、ウェハが搬入されるときのみ開口可能となっている。
ポリッシング装置は、各機器を囲むようにハウジング２６を備えており、ハウジング２６の内部は、隔壁２８、隔壁３０、隔壁３２、隔壁３４、及び隔壁３６により複数の領域（領域Ａ、領域Ｂを含む）に区画されている。
ウェハカセット１と搬送ロボット４が配置されている領域Ａと、洗浄機５，６と載置台７，８，９，１０が配置されている領域Ｂとの間には、領域Ａと領域Ｂとのクリーン度を分けるために隔壁２８が配置されている。この隔壁２８には、領域Ａと領域Ｂとの間で半導体ウェハを搬送するための開口部が設けられており、この開口部にはシャッター３８が設けられている。上記洗浄機５，６，２４，２５、ウェハステーション１２の載置台７，８，９，１０、及び搬送ロボット１４，１５は、すべて領域Ｂの中に配置されており、領域Ｂの圧力は領域Ａ内の気圧よりも低い気圧に調整されている。
図１に示すように、隔壁３４によって領域Ｂとは区切られた領域Ｃの内部において搬送ロボット１４のハンドが到達可能な位置には、半導体ウェハを反転させる反転機４０が配置されており、反転機４０には搬送ロボット１４によって半導体ウェハが搬送される。また、領域Ｃの内部において搬送ロボット１５のハンドが到達可能な位置には、半導体ウェハを反転させる反転機４１が配置されており、反転機４１には搬送ロボット１５によって半導体ウェハが搬送される。反転機４０及び反転機４１は、半導体ウェハをチャックするチャック機構と、半導体ウェハの表面と裏面を反転させる反転機構と、半導体ウェハを上記チャック機構によりチャックしているかどうかを確認する検知センサとを備えている。
隔壁３４によって領域Ｂと区分されたポリッシング室が形成されており、このポリッシング室は更に隔壁３６によって２つの領域Ｃ及び領域Ｄに区分されている。なお、領域Ｂと領域Ｃ及びＤとを区切る隔壁３４には、半導体ウェハ搬送用の開口部が設けられ、この開口部には、反転機４０と反転機４１のためのシャッター４２，４３が設けられている。
図１に示すように、２つの領域Ｃ，Ｄには、それぞれ２つの研磨テーブルと、１枚の半導体ウェハを保持し且つ半導体ウェハを研磨テーブルに対して押し付けながら研磨するための１つのトップリングが配置されている。即ち、領域Ｃには、トップリング４４と、研磨テーブル４６，４８と、研磨テーブル４６に研磨液を供給するための研磨液供給ノズル５０と、窒素ガス供給源及び液体供給源に接続される複数の噴射ノズル（図示せず）を備えたアトマイザ５２と、研磨テーブル４６のドレッシングを行うためのドレッサ５４と、研磨テーブル４８のドレッシングを行うためのドレッサ５６とが配置されている。同様に、領域Ｄには、トップリング４５と、研磨テーブル４７，４９と、研磨テーブル４７に研磨液を供給するための研磨液供給ノズル５１と、窒素ガス供給源及び液体供給源に接続される複数の噴射ノズル（図示せず）を備えたアトマイザ５３と、研磨テーブル４７のドレッシングを行うためのドレッサ５５と、研磨テーブル４９のドレッシングを行うためのドレッサ５７とが配置されている。研磨テーブル４８，４９は、例えば、バフ洗浄用のポリテックス（Ｐｏｌｉｔｅｘ）（ロデール）パッドが貼られ、液体供給ノズル５８−２，５９−２を有している。
研磨液供給ノズル５０，５１，５８−１，５９−１からは研磨に使用する研磨液やドレッシングに使用するドレッシング液（例えば、水）がそれぞれ研磨テーブル４６，４７上に供給される。また、アトマイザ５２，５３からは窒素ガスと純水又は薬液とが混合された液体が研磨テーブル４６，４７上に噴射される。窒素ガス供給源からの窒素ガス及び液体供給源からの純水又は薬液は、図示しないレギュレータやエアオペレータバルブによって所定の圧力に調整され、両者が混合された状態でアトマイザ５２，５３の噴射ノズルに供給される。この場合において、アトマイザ５２，５３の噴射ノズルは研磨テーブル４６，４７の外周側に向けて液体を噴射するのが好ましい。なお、窒素ガスに代えて他の不活性ガスを用いることもできる。また、純水又は薬液などの液体のみをアトマイザ５２，５３から噴射することとしてもよい。なお、研磨テーブル４８，４９にもアトマイザを設けてもよい。研磨テーブル４８，４９にアトマイザを設けることで、研磨テーブル４８，４９の表面をより清浄に保つことができる。
混合された窒素ガスと純水又は薬液は、▲１▼液体微粒子化、▲２▼液体が凝固した微粒子固体化、▲３▼液体が蒸発した気体化（これら▲１▼、▲２▼、▲３▼を霧状化又はアトマイズという）された状態で、アトマイザ５２，５３の噴射ノズルから研磨テーブル４６，４７に向けて噴射される。混合された液体が液体微粒子化、微粒子固体化、気体化のいずれの状態で噴射されるかは、窒素ガス及び／又は純水又は薬液の圧力、温度、又はノズル形状などによって決定される。従って、レギュレータなどによって窒素ガス及び／又は純水又は薬液の圧力、温度、又はノズル形状などを適宜変更することによって噴射される液体の状態を変更することができる。
なお、研磨テーブル４８，４９の代わりに、湿式タイプのウェハ膜厚測定機を設置してもよい。その場合は、研磨直後のウェハの膜厚を測定することができ、ウェハの削り増しや、測定値を利用して次のウェハへの研磨プロセスの制御を行うこともできる。
反転機４０及び４１とトップリング４４及び４５の下方に、洗浄室（領域Ｂ）とポリッシング室（領域Ｃ，Ｄ）の間でウェハを搬送するロータリトランスポータ６０が配置されている。ロータリトランスポータ６０には、ウェハを載せるステージが４ヶ所等配に設けてあり、同時に複数のウェハを搭載できるようになっている。
反転機４０及び４１に搬送されたウェハは、ロータリトランスポータ６０のステージの中心が、反転機４０又は４１でチャックされたウェハの中心と位相が合ったときに、ロータリトランスポータ６０の下方に設置されたリフタ６２又は６３が昇降することで、ロータリトランスポータ６０上に搬送される。ロータリトランスポータ６０のステージ上に載せられたウェハは、ロータリトランスポータ６０の位置を９０°変えることで、トップリング４４又は４５の下方へ搬送される。トップリング４４又は４５は、予めロータリトランスポータ６０の位置に揺動している。トップリング４４又は４５の中心が上記ロータリトランスポータ６０に搭載されたウェハの中心と位相が合ったときに、それらの下方に配置されたプッシャー６４又は６５が昇降することで、ウェハはロータリトランスポータ６０からトップリング４４又は４５へ移送される。
次に、ポリッシング室をより詳細に説明する。なお、以下では、領域Ｃについてのみ説明するが、領域Ｄについても領域Ｃと同様に考えることができる。図２は、領域Ｃのトップリング４４と研磨テーブル４６，４８との関係を示す図である。
図２に示すように、トップリング４４は回転可能なトップリング駆動軸７０によってトップリングヘッド７２から吊下されている。トップリングヘッド７２は位置決め可能な揺動軸７４によって支持されており、トップリング４４は研磨テーブル４６，４８の双方にアクセス可能になっている。
また、ドレッサ５４は回転可能なドレッサ駆動軸７６によってドレッサヘッド７８から吊下されている。ドレッサヘッド７８は位置決め可能な揺動軸８０によって支持されており、これによりドレッサ５４は待機位置と研磨テーブル４６上のドレッサ位置との間を移動可能になっている。同様に、ドレッサ５６は回転可能なドレッサ駆動軸８２によってドレッサヘッド８４から吊下されている。ドレッサヘッド８４は位置決め可能な揺動軸８６によって支持されており、これによりドレッサ５６は待機位置と研磨テーブル４８上のドレッサ位置との間を移動可能になっている。ドレッサは金属またはセラミック板にダイヤモンド粒子を固定したダイヤモンドドレッサ、ナイロン製ブラシ、表面に凹凸を有するセラミック板、カーボンファイバー製ブラシ、固定砥粒材、ウォータジェット水流、キャビジェット水流、超音波振動子、紫外線、レーザ光のうち一つもしくはそれらの組合せが適用される。
研磨テーブル４６の上面は、砥粒と気孔又は気孔剤とがバインダ（樹脂）により結合された固定砥粒４６ａによって構成されており、この固定砥粒４６ａによってトップリング４４に保持された半導体ウェハを研磨する研磨面が構成される。このような固定砥粒４６ａは、例えば、スラリ状の研磨剤（液体中に砥粒を分散させたもの）とエマルジョン状樹脂を混合分散した混合液を噴霧乾燥させ、この混合粉を成形治具に充填し、加圧・加熱処理して得られる。砥粒としては、好ましくは、平均粒子径が０．５μｍ以下のセリア（ＣｅＯ２）又はシリカ（ＳｉＯ２）を用いる。また、バインダとして熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を用いることができるが、特に熱可塑性樹脂が好適である。
また、研磨テーブル４８の上面は、軟質の不織布によって構成されており、この不織布により研磨後の半導体ウェハの表面に付着した砥粒を洗浄するバフ洗浄面が構成される。
次に、本発明のポリッシング装置を用いて半導体ウェハを研磨する工程について例を挙げて説明する。なお、以下の研磨工程の説明では、領域Ｃにおいて研磨処理を行う場合について説明するが、領域Ｄについても同様に考えることができる。また、以下では、ＳＴＩ形成における研磨工程に適用した例を説明するが、例えば層間絶縁膜（ＩＬＤ）のパターンが形成された半導体ウェハを研磨する場合にも本発明を適用することができる。
例えば、低パターン密度又は削れやすい膜質（ＢＰＳＧ膜など）の場合は、短時間の研磨で窒化膜に達するためトレンチ部のシリコン酸化膜のディッシングが進行しやすい。このような場合には、以下に述べるｅｘ−ｓｉｔｕドレッシングが採用される。
１）ｅｘ−ｓｉｔｕドレッシング
研磨テーブル４６とドレッサ５４とをそれぞれ自転させつつ、ドレッサ５４を研磨テーブル４６に押圧し、固定砥粒４６ａのドレッシングを行う。このとき、アトマイザ５２からＤＩＷ（純水）と窒素ガスとの混合液を固定砥粒４６ａに向けて噴射する。
２）ポリッシング
研磨テーブル４６とトップリング４４とそれぞれ自転させつつ、半導体ウェハを研磨テーブル４６に押圧し半導体ウェハのシリコン酸化膜を窒化膜に達するまで研磨する。このとき、研磨液供給ノズル５０から陰イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を固定砥粒４６ａ上に供給する。供給する陰イオン系界面活性剤の濃度は０．００１重量％乃至５重量％であることが好ましい。
また、ｐＨは５乃至１０であることが好ましい。
また、陰イオン系界面活性剤は、ＣＯＯ−基又はＳＯ３−基からなる親水基を有する有機化合物を含むことが好ましい。
このように、陰イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を固定砥粒４６ａ上に供給しながら研磨することによって、上述したように、窒化膜を研磨ストッパとして作用させることができる。従って、窒化膜の研磨レートを低くして窒化膜上の面内均一性を得ると共に酸化膜のディッシングを抑制することができ、スクラッチが少なく平坦性の高い研磨を実現することが可能となる。
３）水ポリッシング
ポリッシング終了後、研磨テーブル４６とトップリング４４とをそれぞれ自転させつつ、半導体ウェハを研磨テーブル４６に押圧して水ポリッシュする。このとき、研磨液供給ノズル５０から研磨液又はＤＩＷを固定砥粒４６ａ上に供給する。このとき、それまでの研磨工程よりもウェハ押圧力を小さくする。
このように、削れやすく、研磨レートが速いウェハを研磨する場合には、上述したｅｘ−ｓｉｔｕドレッシングが採用されるが、高パターン密度又は削れにくい膜質の場合は、削れにくいので、研磨レートを高めるために、以下に述べるｉｎ−ｓｉｔｕドレッシングが採用される。なお、以下の説明においては、上述した例と重複する部分については適宜省略して説明する。
１）ｉｎ−ｓｉｔｕドレッシング研磨
研磨テーブル４６、ドレッサ５４、トップリング４４をそれぞれ自転させつつ、固定砥粒４６ａのドレッシングを行いながら半導体ウェハの研磨を行う。このとき、研磨液供給ノズル５０から純水又はアルカリ液を固定砥粒４６ａ上に供給すると共に、アトマイザ５２からＤＩＷと窒素ガスとの混合液を固定砥粒４６ａ上に向けて噴射する。その後、例えば、窒化膜上のシリコン酸化膜の膜厚が１０００Å以下となったら、ドレッサ５４によるドレッシングを停止し、半導体ウェハの研磨を継続する。このとき、研磨液供給ノズル５０から、陰イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を供給する。即ち、半導体ウェハの窒化膜に到達する直前（窒化膜上のシリコン酸化膜の残膜１０００Å程度）までをドレッシングしながら研磨を行い（ｉｎ−ｓｉｔｕドレッシング）、その後窒化膜に到達するまでをドレッシングを停止して研磨を継続する。このようにすることで、上述したように、窒化膜を研磨ストッパとして作用させることができる。従って、窒化膜の研磨レートを低くして窒化膜上の面内均一性を得ると共にディッシングを抑制することができ、スクラッチが少なく平坦性の高い研磨を実現することが可能となる。
２）水ポリッシング
ポリッシング終了後、研磨テーブル４６とトップリング４４とをそれぞれ自転させつつ、半導体ウェハを研磨テーブル４６に押圧して水ポリッシュする。このとき、研磨液供給ノズル５０から研磨液又はＤＩＷを固定砥粒４６ａ上に供給する。このとき、それまでの研磨工程よりウェハ押圧力を小さくする。
上述の例では、陰イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を固定砥粒４６ａ上に供給しながら研磨して窒化膜を研磨ストッパとして作用させる場合について述べたが、更に窒化膜を削る必要がある場合には、この後に、陽イオン系界面活性剤からなり且つ砥粒を含まない研磨液を固定砥粒４６ａ上に供給して研磨を継続することとしてもよい。この陽イオン系界面活性剤は、脂肪族アミン塩、脂肪族４級アンモニウム塩、ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジニウム塩、又はイミダゾリニウム塩のいずれかの構造を有する有機化合物を１種以上含むことが好ましい。
特に本発明では、被研磨面上に窒化膜と酸化膜が同時に露出する段階で陰イオン系界面活性剤を含んだ研磨液の研磨選択比（窒化膜と酸化膜の研磨速度の比）が大きくなるため、本発明にかかる研磨液をポリッシング工程の後段で加えることに効果がある。窒化膜の一部が露出し始めた段階、もしくはその直前で、本発明の陰イオン系界面活性剤を含んだ研磨液に切り替えるようにしてもよい。それ以前（酸化膜のみを削っている段階）では、さらに濃度の薄い陰イオン系界面活性剤を含んだ研磨液、もしくは純水を供給して研磨する。
次に、陰イオン界面活性剤を含んだ研磨液を供給するタイミング、陽イオン界面活性剤を含んだ研磨液を供給するタイミングについて詳細に述べる。
固定砥粒を用いた本発明は、従来のＣＭＰプロセスに比べて平坦化特性に優れており、ＳＴＩ形成工程やメタルゲート形成工程において平坦化特性を改善する要求は極めて大きい。
図５にＳＴＩ形成工程に固定砥粒研磨プロセスを適用する場合の研磨手順を示す。ＳＴＩ形成ウェハを研磨する目的は、窒化珪素膜１１０の上に被覆されているシリコン酸化膜１３０を除去し、窒化珪素膜１１０を露出させることにある（第一および第二の研磨工程）。通常は窒化珪素膜が露出したところで研磨を終了するが、窒化珪素膜１１０が所定の膜厚になるまで更に研磨する場合もある（第三の研磨工程）。
第二の研磨工程を終了した時点での目標性能は、トレンチ部１２０の削り込み（ディッシング）を抑え、窒化珪素膜１１０の残膜厚のバラツキを最小限に抑えることにある。通常、純水で研磨すると、トレンチ部１２０のシリコン酸化膜１３０のディッシングは進み、窒化珪素膜１１０も徐々に研磨されるため残膜厚のバラツキは大きくなる。これを抑えるために、所定濃度に希釈した陰イオン界面活性剤を含む研磨液を供給しながら第二の研磨工程を実施する。この研磨液を用いると、窒化珪素膜１１０がほとんど研磨されず、研磨のストッパとして作用する。従って窒化珪素膜１１０の残膜厚のバラツキを低く抑えることができる。また、前述に示す理由により、トレンチ部１２０のシリコン酸化膜１３０のディッシングも低く抑えることができる。
なお、この研磨液を用いるとシリコン酸化膜１３０の研磨速度も低下する。第一工程のはじめから、所定濃度に希釈した陰イオン界面活性剤を含む研磨液を供給しながらシリコン酸化膜１３０を研磨すると、研磨時間が長くなるため生産性が悪くなる。第一の研磨工程では、研磨するのはシリコン酸化膜１３０だけなので（窒化珪素膜１１０は研磨しないので）、基本的に上記の陰イオン界面活性剤を含む研磨液を添加する必要はない。ただし、上記陰イオン界面活性剤を添加すれば低濃度でもシリコン酸化膜１３０の非平坦面（凹凸面）の凹部に付着し凹部を研磨から保護し、平坦化特性を改善する効果がある。また、研磨に寄与する砥粒の分散性を向上させる効果もある。低濃度であればシリコン酸化膜１３０の研磨速度はそれほど低下することはない。
上記に説明したように、第二の研磨工程では研磨速度が低くなり、その分、研磨時間がどうしても長くなるので、第一の研磨工程では研磨時間をできるだけ短くしておくことが望ましい。そのため、第一の研磨工程では、研磨液中の陰イオン界面活性剤の濃度はできるだけ低濃度で（少なくとも第二の研磨工程で用いる濃度よりも低濃度で）供給し、研磨速度を上げた条件で研磨し、かつできるだけ窒化珪素膜１１０の近傍まで研磨するのが望ましい。第一の研磨工程から第二の研磨工程への移行の際には、時間による切換か、テーブルトルク電流変化による切換か、膜厚検知によりシリコン酸化膜１３０の残膜を検知して行う。窒化珪素膜１１０上のシリコン酸化膜１３０の残膜厚をできるだけ少なくするという観点から、第一の研磨工程の到達目標は、少なくとも平坦化までが望ましく、より好ましくは窒化珪素膜１１０上のシリコン酸化膜１３０の残膜厚が＜１００ｎｍ、さらに好ましくは＜５０ｎｍである。各研磨工程の終点は、研磨テーブルのテーブル駆動用モータのトルク電流変化により加工終点を判定する方法、または、例えばウェハに光を照射して光の反射強度からシリコン酸化膜１３０もしくは窒化珪素膜１１０の膜厚変化を読み取る方法、またはウェハに光を照射して研磨対象物表面の材料の光反射率変化を読み取り終点を検知する方法、のうち一つもしくはそれらの組合せで検知する。
窒化珪素膜１１０を所定膜厚まで研磨する必要がある場合は、所定濃度に調整したある種の陽イオン界面活性剤を添加しながら研磨するのが良い。陽イオン界面活性剤を添加すると、全体の研磨速度は比較的低いものの、シリコン酸化膜１３０と窒化珪素膜１１０の研磨速度をほぼ同じ速度で研磨することができる。研磨速度が低いため窒化膜１１０の膜厚バラツキを抑えながら研磨することが可能で、またシリコン酸化膜１３０と窒化珪素膜１１０の研磨速度がほぼ同じなので、シリコン酸化膜１３０の削れすぎ、すなわちディッシングも防止できる。しかしながら、前述したように、通常、ＳＴＩウェハの研磨工程では、第二の研磨工程までで終了することもある。第三の研磨工程が必要となるのは、例えば図６に示すような、ゲート形成工程にＣＭＰが適用される場合である。ここでは、ゲート部直上の窒化珪素膜１１０を完全に除去し下地を露出させる必要があるため、窒化珪素膜１１０と酸化膜１３０を同時に削らなくてはならない。従って、ここでは第一および第二の研磨工程を経て最後に第三の研磨工程までを行う必要がある。
３つの工程は、単一の研磨テーブル上で行っても良いし、各工程ごとに別々のテーブルで行っても良い。また、研磨液供給ノズルはそれぞれ別途設けてもよいし、同一のノズルから供給するようにしてもよい。例えば、ＳＴＩ形成目的で研磨を行う場合は、第一および第二の工程を単一のテーブルで行ってもよいし、それぞれ別々のテーブルで行っても良い。また第三の工程まで行う必要がある場合は、第二の工程と第三の工程は別々のテーブルで行うほうが望ましい。理由は、それぞれ異なる界面活性剤を使用するためである。第二の工程を終えたあと固定砥粒面上に残留する陰イオン界面活性剤を洗浄除去し、第三の研磨工程で使う陽イオン界面活性剤に置換するには時間を要する。置換時間の増加による生産性の低下を防ぐためには、第三の工程は第二とは別のテーブルを使用するのが望ましい。
上記の理由から、第一の研磨工程では、研磨時間を短くする必要性から研磨速度を上げる（少なくとも第二の研磨工程よりも速くする）ことが望ましい。また、第一の研磨工程で添加する研磨液に含有される陰イオン界面活性剤の濃度は、第二の研磨工程の濃度よりも低いことが望ましい。この場合、研磨液は純水でも良い。第一の研磨工程の研磨速度を上げるには、一般に、第二の研磨工程よりも、第一の研磨工程の研磨面圧を大きくしたり、相対速度を上げたり、固定砥粒面をドレッシング（コンディショニング）の程度を高めたりするのが効果的である。ドレッシングの程度を高めるとは、ドレッシング時間を長くする、ドレッサの押圧力を高くする、光の強度を強く、照射時間を長くするなどの方策が例示される。ただし固定砥粒の種類によっては、相対速度をある値以上に上げると、研磨速度が低下する場合があるので注意が必要である。なお、ドレッシング（コンディショニング）は例示するものに限定されるものではなく、その他の手段を用いても良い。
固定砥粒を用いた研磨では、研磨に作用する研磨砥粒は固定砥粒（パッド）本体から供給される。この砥粒は一般的には研磨時にかかる荷重や摺動摩擦により固定砥粒（パッド）本体から遊離してくるが、この作用が低い場合には、前述したように固定砥粒面のドレッシング（コンディショニング）を行い砥粒の遊離化を促進させる。これらの作用で遊離してくる砥粒の中には砥粒同志が緩く結合して凝集したり、あるいは強固に結合して凝集した粗大粒子が含まれている。これらの粗大粒子はウェハ面をキズつける要因となる。そこで、これらの粗大粒子を固定砥粒面上から効果的に除去する手段として、ドレッシングもしくはドレッシング後に気液混合加圧流体（アトマイザ）を固定砥粒表面に噴射するのが有効である。このとき使用する気体は窒素ガスのような不活性ガスが望ましい。また使用する液体は、通常、純水でよいが、砥粒同志が緩く結合しているような凝集砥粒に対してそれを分散させる目的で、陰イオン系などの界面活性剤を含む薬液を使用してもよい。これらの手段は第一の研磨工程で用いるのが望ましいが、第二または第三の研磨工程で用いても良い。その場合、第二の研磨工程で使用する液体は所定濃度に調整した陰イオン界面活性剤を用い、第三の研磨工程で使用する液体は所定濃度に調整した陽イオン界面活性剤を用いるのが良い。
上述のようにして固定砥粒４６ａによりｉｎ−ｓｉｔｕもしくはｅｘ−ｓｉｔｕドレッシングで研磨された半導体ウェハは、小径の研磨テーブル４８に移動されて、ここでバフクリーニングが行われる。即ち、トップリング４４と研磨テーブル４８とをそれぞれ独立に回転させつつ、トップリング４４に保持された研磨後の半導体ウェハを研磨テーブル４８上の軟質の不織布に押圧する。このとき、洗浄液供給ノズル５８−２から砥粒を含まない液体、例えば純水又はアルカリ液、好ましくはｐＨ９以上のアルカリ液やＴＭＡＨを含むアルカリ液を不織布に供給する。これにより、研磨後の半導体ウェハの表面に付着した砥粒を効果的に除去することができる。
また、上記バフクリーニングに代えて、もしくは上記バフクリーニングに加えて、洗浄機２４又は２５において半導体ウェハのＤＨＦ洗浄を行うこととしてもよい。研磨後のウェハ面には砥粒が付着しており、これを効果的に除去する手段としては、さらに、希ふっ酸（ＤＨＦ）を添加しながらウェハ面をロールブラシで洗浄する方法がある。希ふっ酸（ＤＨＦ）はウェハ面のシリコン酸化膜１３０をエッチングする作用があるので、ウェハ表面に付着した砥粒をその下地のシリコン酸化膜１３０ごと根こそぎ除去することができる。また、上述したバフクリーニングやＤＨＦ洗浄の後、例えばペンスポンジによって半導体ウェハの表面を洗浄することとしてもよい。更に、固定砥粒４６ａによる研磨後に、半導体ウェハの仕上げ研磨を行うこととしてもよい。この仕上げ研磨は、研磨テーブル４６において行ってもよく、あるいは、研磨テーブル４８において行ってもよい。いずれの場合においても、砥粒を含む研磨液を用いて仕上げ研磨を行い、仕上げ研磨後に上述した水ポリッシング工程と洗浄工程（バフクリーニング又はＤＨＦ洗浄）を行う。
図７Ａ及び図７Ｂは本発明のポリッシング装置の他の実施形態を示す図であり、図７Ａはポリッシング装置の研磨テーブルの平面図であり、図７Ｂはポリッシング装置の断面図である。
本実施形態のポリッシング装置は、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、研磨テーブル４６内に光学式センサ２３０が設置されている。光学式センサ２３０は、図７Ｂに示すように、投光素子と受光素子を具備し、投光素子から半導体ウェハの被研磨面に光を照射し、被研磨面からの反射光を受光素子で受光するように構成されている。この場合、投光素子から発せられる光は、レーザー光もしくはＬＥＤである。光学式センサ２３０は、シリコン酸化膜層や窒化珪素膜層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該膜を透過し、下層の膜から反射された反射光と、該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、受光素子からの信号をコントローラ２３２で処理することにより残存するシリコン酸化膜または窒化珪素膜の膜厚を正確に検出できる。
次に、本発明の研磨液供給装置及び研磨液供給装置を備えたポリッシング装置について説明する。
図８はＣＭＰ装置外に濃度調整設備１６０を設けた場合を示す図である。
本発明の研磨液供給装置は原液容器１６１を有しており、原液容器１６１には所定濃度の界面活性剤が入っている。本発明では界面活性剤を薄めて使用する。研磨装置の側近もしくは研磨装置内で界面活性剤を希釈することにより、原液容器１６１を小さくすることができる。原液容器１６１から流量調整機能付きポンプ１６２，１６３を介して濃度調整容器１６４，１６６に原液が供給される。濃度調整容器１６４，１６６では、それぞれ所定の界面活性剤濃度になるように、必要な純水が流量コントローラ１６８，１６９により調整されて供給される。例えば、第一の研磨工程で極薄い陰イオン界面活性剤を用い、第二の研磨工程で第一の研磨工程よりも濃い陰イオン界面活性剤を用いる場合は、本実施例のように共通の原液容器１６１から２種類の濃度の界面活性剤を作ることができる。図中では、ライン１、ライン２を分けているが、切換バルブにより切り替えるようにして、ＣＭＰ装置への供給ラインとしては１本に統一してもよい。
図９はＣＭＰ装置内に濃度調整設備１６０を設けた場合を示す図である。図９はＣＭＰ装置内に界面活性剤濃度調整機構を設けた場合を示し、図８と同様の機構なので説明は省略する。
図１０はＣＭＰ装置外に濃度調整設備１８０を設けた場合を示す図である。図１０に示すように、原液容器１８１は、原液を汲みだすポンプ１８２と、原液用バッファ容器１８３と、循環ライン用バルブ１８４、排出用バルブ１８５、排出用流量調整機能付きポンプ１８６により、混合用配管１９３に接続される。同様に、純水供給ラインは、純水供給源１８７と、バルブ１８８と、純水用バッファ容器１８９と、循環ライン用バルブ１９０、排出用バルブ１９１、排出用流量調整機能付きポンプ１９２を有し、混合用配管１９３に接続される。原液用バッファ容器１８３及び純水用バッファ容器１８９を設けることにより、原液容器内の圧力変化や純水供給源１８７の圧力が高い場合にも、混合用配管１９３への流量及び圧力を一定にすることができ、所望の濃度に調整しやすくなっている。
図１１はＣＭＰ装置内に濃度調整機構を設けた場合を示し、図１０と同様なので説明は省略する。
図１２は原液溶液１８１及び純水供給源１８７のみがＣＭＰ装置外に配置され、それ以外はＣＭＰ装置内に配置された例であり、それ以外の部分は図１０及び図１１と同じである。
二種類の薬液、例えば陰イオン界面活性剤と陽イオン界面活性剤を用いる場合は、これらの研磨液濃度調整機構を複数有する。この場合、希釈液である純水供給源は共有してもよい。
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
上述したように、本発明によれば、陰イオン系界面活性剤を含み且つ砥粒を含まない研磨液を固定砥粒上に供給しながら研磨することによって、例えば窒化膜を研磨ストッパとして作用させることができる。従って、窒化膜の研磨レートを低くして窒化膜上の面内均一性を得ると共にディッシングを抑制することができ、スクラッチが少なく平坦性の高い研磨を実現することが可能となる。
産業上の利用の可能性
本発明は、固定砥粒を用いて半導体ウェハ等の研磨対象物を研磨するポリッシング方法および装置に好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の一実施形態におけ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は図１におけるポリッシング室の正面図である。
図３Ａ乃至図３ＦはＳＴＩ形成工程の一例を示す概略図である。
図４は従来のポリッシング装置を用いた場合におけるディッシングを示す概略図である。
図５はＳＴＩ形成工程に固定砥粒研磨プロセスを適用する場合の研磨手順を示す図であり、基板の部分断面図である。
図６はゲート形成工程に固定砥粒研磨プロセスを適用する場合の研磨手順を示す図であり、基板の部分断面図である。
図７Ａ及び図７Ｂは本発明のポリッシング装置の他の実施形態を示す図であり、図７Ａはポリッシング装置の研磨テーブルの平面図であり、図７Ｂはポリッシング装置の断面図である。
図８はＣＭＰ装置外に濃度調整設備を設けた場合を示す図である。
図９はＣＭＰ装置内に濃度調整設備を設けた場合を示す図である。
図１０はＣＭＰ装置外に濃度調整設備を設けた場合の他の実施形態を示す図である。
図１１はＣＭＰ装置内に濃度調整機構を設けた場合の他の実施形態を示す図である。
図１２は原液溶液及び純水供給源のみがＣＭＰ装置外に配置され、それ以外はＣＭＰ装置内に配置された例を示す図である。
【図１】
2003071592.tif 000003
【図２】
2003071592.tif 000004
【図３Ａ】
2003071592.tif 000005
【図３Ｂ】
2003071592.tif 000006
【図３Ｃ】
2003071592.tif 000007
【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
2003071592.tif 000009
【図３Ｆ】
2003071592.tif 000010
【図４】
2003071592.tif 000011
【図５】
2003071592.tif 000012
【図６】
2003071592.tif 000013
【図７Ａ】
2003071592.tif 000014
【図７Ｂ】
2003071592.tif 000015
【図８】
2003071592.tif 000016
【図９】
2003071592.tif 000017
【図１０】
2003071592.tif 000018
【図１１】
2003071592.tif 000019
【図１２】
2003071592.tif 000020
【国際調査報告】
2003071592.tif 000021
2003071592.tif 000022
2003071592.tif 000023
2003071592.tif 000024