(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率に、研磨パッド表面もしくは研磨パッド中に残留する研磨剤残渣や研磨生成物を除去して、研磨パッド表面の清浄度を維持可能なポリッシング方法を提供する。【解決手段】（A）ウェハが研磨パッドに接触する前に、研磨剤供給ノズルによって研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤前供給ステップＳ１と、（B）トップリングに保持されたウェハを研磨パッドに押圧し、研磨剤を供給しながらトップリングと研磨テーブルを相対運動させて、ウェハを研磨する研磨ステップＳ２と、（C）研磨後にウェハ及び研磨テーブルを相対運動させながら、アトマイザによりウェハを洗浄する基板洗浄ステップＳ３と、（D）ウェハが研磨パッド上に無い状態で、研磨テーブルを回転させながら、研磨パッドをアトマイザにより洗浄すると同時にコンディショナを研磨パッドに押圧して、研磨パッドのコンディショニングを行う研磨パッド洗浄ステップＳ４から構成される。【選択図】図７
2015044250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を保持するトップリングと、
前記基板を研磨する研磨パッドが装着された研磨テーブルと、
前記研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、
前記研磨パッドのコンディショニングを実施するためのコンディショナと、
前記基板及び前記研磨パッドを洗浄する洗浄手段とを含む基板処理装置を用いて、前記トップリングに保持した前記基板を研磨するポリッシング方法において、
（A）前記基板が前記研磨パッドに接触する前に、前記研磨剤供給手段によって前記研磨パッドに前記研磨剤を供給する研磨剤前供給ステップと、
（B）前記トップリングに保持された前記基板を前記研磨パッドに押圧し、前記研磨剤供給手段によって前記研磨剤を供給しながら、前記トップリングと前記研磨テーブルを相対運動させて、前記基板を研磨する研磨ステップと、
（C）研磨後に前記基板及び前記研磨テーブルを相対運動させながら、 前記洗浄手段により前記基板を洗浄する基板洗浄ステップと、
（D）前記基板が前記研磨パッド上に無い状態で、前記研磨テーブルを回転させながら、 前記研磨パッドを前記洗浄手段により洗浄すると同時に前記コンディショナを前記研磨パッドに押圧して、前記研磨テーブルと前記コンディショナを相対運動させながら、前記研磨パッドのコンディショニングを行う研磨パッド洗浄ステップとを含む、ことを特徴とするポリッシング方法。
【請求項２】
前記研磨パッド洗浄ステップにおいて、前記研磨テーブルと前記コンディショナとの相対速度が2m/sec未満であることを特徴とする請求項１記載のポリッシング方法。
【請求項３】
前記研磨パッド洗浄ステップにおいて、前記コンディショナの前記研磨パッドへの押付荷重が40Nより大きい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】
前記研磨パッド洗浄ステップにおいて、前記コンディショナに配置されているダイヤモンド砥粒の砥粒径もしくは凹凸形状が#200(JIS)以下であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載のポリッシング方法。
【請求項５】
前記研磨ステップにおいて、前記研磨ステップの研磨時間より短い時間で前記研磨パッド表面のコンディショニングを、 前記基板の研磨と同時に実施することを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載のポリッシング方法。
【請求項６】
前記基板洗浄ステップで用いられる前記洗浄手段と、前記研磨パッド洗浄ステップで用いられる前記洗浄手段は、異なることを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載のポリッシング方法。
【請求項７】
前記研磨剤供給手段を前記洗浄手段として用いることを特徴とする請求項１から６までのいずれかに記載のポリッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの基板の表面を研磨するポリッシング方法に関し、特に研磨後の研磨パッド洗浄による研磨パッド表面の清浄度の維持方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハなどの基板の表面を研磨する装置として、ＣＭＰ（化学的機械的研磨）が広く知られている。
このＣＭＰでは、回転する研磨テーブル上の研磨パッドに研磨剤を供給しながら、トップリングで保持された基板を研磨パッドに押し付けることで基板の表面を研磨する。ここで、本研磨パッドは基板の研磨において、常に研磨剤及び研磨後の研磨生成物に晒されることになるため、研磨枚数の増加と共にこれらの残渣が研磨パッド上に蓄積する。
【０００３】
また、研磨剤は通常ある一定の混合比にて研磨砥粒、研磨剤成分及び水にて構成されているが、例えば過剰な水で希釈される場合、研磨砥粒の凝集が生じることがあり、これらも研磨枚数の増加と共に研磨パッド表面上に蓄積されていく。この状態で研磨を継続するとこれら残渣による基板表面への欠陥数が増加するため、いかに研磨後の研磨パッド上もしくは研磨パッド内に残留したこれら残渣を除去し、研磨パッドの清浄度を保つかが重要となる。
【０００４】
研磨パッドの洗浄については、例えば、特開平11-204469号公報に記載の研磨パッド洗浄システム、特開2000-280165号公報に記載の研磨パッド洗浄システム、特開2001-144054号公報に記載の研磨パッド洗浄冶具（ブラシ） 、及び特開2002-371300号公報に記載の研磨パッド洗浄液のように、研磨後の研磨パッドを洗浄する方法は従来より公知である。しかし、半導体ウェハのように、複数枚の基板の研磨が連続的に行われる場合、研磨パッド洗浄ステップは、研磨パッド洗浄ステップの前後の他のステップの影響を受けることから、これらの他のステップの影響をも考慮した研磨ステップを構築しない限り、単純にこれらの従来技術を単独に適用するだけでは、研磨パッド表面の清浄度を継続して維持することは困難である。
【０００５】
また、研磨後の研磨パッド表面のコンディショニングについては、多数のコンディショナやコンディショニング機構が従来からある。すなわち、研磨テーブル上に装着された研磨パッド表面にコンディショナを押圧し、洗浄液を供給しながら研磨テーブルとコンディショナを相対運動させることで研磨パッド表面のコンディショニングを行っている。しかし、研磨パッド表面の清浄度維持の観点からは、如何にコンディショナに配置されているダイヤモンド砥粒を研磨パッド全面において十分に研磨パッド表面に食い込ませ、研磨パッド表面をカットすることで、研磨パッド表面もしくは研磨パッド中に残留する研磨剤残渣や研磨生成物を除去するかが問題である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平11-204469号公報
【特許文献２】特開2000-280165号公報
【特許文献３】特開2001-144054号公報
【特許文献４】特開2002-371300号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記現状に鑑み、より高効率に、研磨パッド表面もしくは研磨パッド中に残留する研磨剤残渣や研磨生成物を除去して、研磨パッド表面の清浄度を維持可能なポリッシング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】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、基板を保持するトップリングと、前記基板を研磨する研磨パッドが装着された研磨テーブルと、前記研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、前記研磨パッドのコンディショニングを実施するためのコンディショナと、前記基板及び前記研磨パッドを洗浄する洗浄手段とを含む基板処理装置を用いて、前記トップリングに保持した前記基板を研磨するポリッシング方法において、（A）前記基板が前記研磨パッドに接触する前に、前記研磨剤供給手段によって前記研磨パッドに前記研磨剤を供給する研磨剤前供給ステップと、（B）前記トップリングに保持された前記基板を前記研磨パッドに押圧し、前記研磨剤供給手段によって前記 研磨剤を供給しながら、前記トップリングと前記研磨テーブルを相対運動させて、 前記基板を研磨する研磨ステップと、（C）研磨後に前記基板及び前記研磨テーブルを相対運動させながら、 前記洗浄手段により前記基板を洗浄する基板洗浄ステップと、（D）前記基板が前記研磨パッド上に無い状態で、前記研磨テーブルを回転させながら、 前記研磨パッドを前記洗浄手段により洗浄すると同時に前記コンディショナを前記研磨パッドに押圧して、前記研磨テーブルと前記コンディショナを相対運動させながら、前記研磨パッドのコンディショニングを行う研磨パッド洗浄ステップとを含む、こととしたものである。
【０００９】
本発明によれば、ステップ（A）からステップ（D）のステップが繰り返し行われる。そのため、ステップ（D）「研磨パッドを洗浄手段により洗浄すると同時に該研磨パッドのコンディショニングを行う（研磨パッド洗浄ステップ）」の後に、ステップ（A）「基板が研磨パッドに接触する前に研磨剤を供給する（研磨剤前供給ステップ）」が行われる。すなわち、基板を一枚研磨するごとに、必ず、本発明の「研磨パッド洗浄ステップ」を連続的に行う。
【００１０】
本発明により、研磨パッド表面及び研磨パッド中に残留する研磨剤や研磨生成物の高効率な除去が成され、洗浄されかつコンディショニングがなされた研磨パッド表面状態を維持することが可能となり、よって研磨パッド表面に蓄積したこれら残渣による基板表面への欠陥数を増加させることなく、研磨を行うことが可能となる。
【００１１】
また、研磨パッド洗浄ステップにおいて、研磨テーブルとコンディショナとの相対速度が2m/sec未満である場合、相対速度をこの範囲に設定することで、コンディショナに具備されているダイヤモンド砥粒が研磨パッドとの相対運動による滑りの影響を受けることなく、研磨パッドをコンディショニングすることが可能であり、より高効率な研磨パッド表面のコンディショニングが可能となる。
【００１２】
さらに、研磨パッド洗浄ステップにおいて、コンディショナの研磨パッドへの押付荷重が40Nより大きい場合、押付荷重が増加することにより、より高効率な研磨パッド表面のコンディショニングが可能となる。
【００１３】
また、研磨パッド洗浄ステップにおいて、コンディショナに配置されているダイヤモンド砥粒の砥粒径もしくは凹凸形状が#200(JIS  砥粒)以下であることが好ましい。
なお、研磨ステップにおいて、研磨ステップの研磨時間より短い時間で研磨パッド表面のコンディショニングを、 基板の研磨と同時に実施することとしてもよい。
【００１４】
本発明では、基板洗浄ステップで用いられる洗浄手段と、研磨パッド洗浄ステップで用いられる洗浄手段は、異なるものとすることができる。例えば、基板洗浄ステップでは、
洗浄手段として研磨剤供給手段を用いることができる。この場合、研磨剤供給手段は、研磨剤ではなく、例えば純水や薬液を洗浄液として供給する。そして、研磨パッド洗浄ステップでは、洗浄手段としてアトマイザを用いることができる。この場合、アトマイザは、例えば純水を洗浄液として供給する。
【００１５】
このように、本発明では、研磨剤供給手段を洗浄手段として用いることも可能であり、この場合、研磨パッド洗浄ステップにおいても、洗浄手段として研磨剤供給手段を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る基板処理装置の全体構成を示す平面図である。
【図２】第１研磨ユニットを模式的に示す斜視図である。
【図３】コンディショナを示す斜視図である。
【図４】コンディショナが研磨パッドの研磨面をコンディショニングしているときの移動軌跡を示す平面図である。
【図５】図５（ａ）はアトマイザを示す斜視図であり、図５（ｂ）はアームの下部を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）は研磨剤供給ノズルを示す斜視図であり、図６（ｂ）は研磨剤供給ノズルの先端を下から見た拡大模式図である。
【図７】研磨洗浄ステップのフロー図である。
【図８】研磨パッド洗浄ステップでのパッドコンディショニングの効果を示す図である。
【図９】ウェハＷの表面上にある酸化膜の研磨レートの研磨経過時間に対する依存性を示す図である。
【図１０】コンディショニング荷重と欠陥数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す平面図である。図１に示すように、この基板処理装置は、略矩形状のハウジング１を備えており、ハウジング１の内部は隔壁１ａ，１ｂによってロード／アンロード部２と研磨部３と洗浄部（図示せず）とに区画されている。これらのロード／アンロード部２、研磨部３、および洗浄部は、それぞれ独立に組み立てられ、独立に排気される。研磨部３では、基板の研磨が行われる。洗浄部は、研磨された基板を洗浄し乾燥する。また、基板処理装置は、基板処理動作を制御する制御部５を有している。
【００１９】
ロード／アンロード部２は、多数のウェハＷ（基板）をストックするウェハカセットが載置される２つ以上（本実施形態では４つ）のフロントロード部２０を備えている。これらのフロントロード部２０はハウジング１に隣接して配置され、基板処理装置の幅方向（長手方向と垂直な方向）に沿って配列されている。
【００２０】
また、ロード／アンロード部２には、フロントロード部２０の並びに沿って走行機構２１が敷設されており、この走行機構２１上にウェハカセットの配列方向に沿って移動可能な２台の搬送ロボット（ローダー）２２が設置されている。搬送ロボット２２は走行機構２１上を移動することによってフロントロード部２０に搭載されたウェハカセットにアクセスできるようになっている。各搬送ロボット２２は上下に２つのハンドを備えており、上側のハンドを処理されたウェハＷをウェハカセットに戻すときに使用し、下側のハンドを処理前のウェハＷをウェハカセットから取り出すときに使用して、上下のハンドを使い
分けることができるようになっている。さらに、搬送ロボット２２の下側のハンドは、その軸心周りに回転することで、ウェハＷを反転させることができるように構成されている。
【００２１】
研磨部３は、ウェハＷの研磨（平坦化）及び洗浄が行われる領域であり、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄを備えている。これらの第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、図１に示すように、基板処理装置の長手方向に沿って配列されている。
【００２２】
図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａは、研磨面を有する研磨パッド１０が取り付けられた研磨テーブル３０Ａと、ウェハＷを保持しかつウェハＷを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッド１０に押圧しながら研磨するためのトップリング３１Ａと、研磨パッド１０に研磨剤やコンディショニング液（例えば、純水）を供給するための研磨剤供給ノズル３２Ａ（研磨剤供給手段）と、研磨パッド１０の研磨面のコンディショニングを行うためのコンディショナ３３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして研磨面に噴射するアトマイザ３４Ａ（洗浄手段）とを備えている。
【００２３】
第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、および第４研磨ユニット３Ｄは、互いに同一の構成を有しているので、以下、第１研磨ユニット３１Ａについて説明する。
【００２４】
図２は、第１研磨ユニット３Ａを模式的に示す斜視図である。トップリング３１Ａは、トップリングシャフト３６に支持されている。研磨テーブル３０Ａの上面には研磨パッド１０が貼付されており、この研磨パッド１０の上面はウェハＷを研磨する研磨面を構成する。なお、研磨パッド１０に代えて固定砥粒を用いることもできる。トップリング３１Ａおよび研磨テーブル３０Ａは、矢印で示すように、その軸心周りに回転するように構成されている。ウェハＷは、トップリング３１Ａの下面に真空吸着により保持される。研磨時には、研磨剤供給ノズル３２Ａから研磨パッド１０の研磨面に研磨剤が供給され、研磨対象であるウェハＷがトップリング３１Ａにより研磨面に押圧されて研磨される。
【００２５】
トップリングの内側に形成された空間内には、圧力室が設けられている。圧力室には流体路を介して加圧空気等の加圧流体が供給され、あるいは真空引きがされるようになっている。トップリング全体を昇降させることにより、所定の押圧力で研磨パッド１０にトップリング全体を押圧できるようになっている。
【００２６】
ウェハＷは、第１研磨ユニット３Ａ、第２研磨ユニット３Ｂ、第３研磨ユニット３Ｃ、第４研磨ユニット３Ｄのいずれかで研磨されてもよく、またはこれらの研磨ユニット３Ａ〜３Ｄから予め選択された複数の研磨ユニットで連続的に研磨されてもよい。例えば、ウェハＷを第１研磨ユニット３Ａ→第２研磨ユニット３Ｂの順で研磨してもよく、またはウェハＷを第３研磨ユニット３Ｃ→第４研磨ユニット３Ｄの順で研磨してもよい。さらに、ウェハＷを第１研磨ユニット３Ａ→第２研磨ユニット３Ｂ→第３研磨ユニット３Ｃ→第４研磨ユニット３Ｄの順で研磨してもよい。いずれの場合でも、研磨ユニット３Ａ〜３Ｄのすべての研磨時間を平準化することで、スループットを向上させることができる。
【００２７】
図３は、本発明の一実施例として用いうるコンディショナ３３Ａを示す斜視図である。図３に示すように、コンディショナ３３Ａは、コンディショナアーム８５と、コンディショナアーム８５の先端に回転自在に取り付けられたコンディショニング部材８６と、コンディショナアーム８５の他端に連結される揺動軸８８と、揺動軸８８を中心にコンディシ
ョナアーム８５を揺動（スイング）させる駆動機構としてのモータ８９とを備えている。コンディショニング部材８６は円形のコンディショニング面を有しており、コンディショニング面には硬質な粒子が固定されている。この硬質な粒子としては、ダイヤモンド粒子やセラミック粒子などが挙げられる。コンディショナアーム８５内には、図示しないモータが内蔵されており、このモータによってコンディショニング部材８６が回転するようになっている。揺動軸８８は図示しない昇降機構に連結されており、この昇降機構によりコンディショナアーム８５が下降することでコンディショニング部材８６が研磨パッド１０の研磨面を押圧するようになっている。
【００２８】
図４は、コンディショナ３３Ａが研磨パッド１０の研磨面をコンディショニングしているときの移動軌跡を示す平面図である。図４に示すように、コンディショナアーム８５は研磨パッド１０の半径よりも長く、揺動軸８８は、研磨パッド１０の径方向外側に位置している。研磨パッド１０の研磨面をコンディショニングするときは、研磨パッド１０を回転させるとともに、モータによりコンディショニング部材８６を回転させ、次いで昇降機構によりコンディショナアーム８５を下降させ、コンディショニング部材８６を回転する研磨パッド１０の研磨面に摺接させる。その状態で、モータ８９によりコンディショナアーム８５を揺動（スイング）させる。研磨パッド１０のコンディショニング中は、研磨剤供給ノズル３２Ａからコンディショニング液としての純水が研磨パッド１０の研磨面に供給される。コンディショナアーム８５の揺動により、その先端に位置するコンディショニング部材８６は、図４に示すように、研磨パッド１０の研磨面の端から端まで研磨面の中心部を経由して横切るように移動することができる。この揺動動作により、コンディショニング部材８６は研磨パッド１０の研磨面をその中心を含む全体に亘ってコンディショニングすることができ、研磨面へのコンディショニング効果を飛躍的に高めることができる。したがって、研磨面全体を均一にコンディショニングすることができ、平坦な研磨面を得ることができる。
【００２９】
図５（ａ）はアトマイザ３４Ａを示す斜視図である。アトマイザ３４Ａは、下部に１または複数の噴射孔を有するアーム９０と、このアーム９０に連結された流体流路９１と、アーム９０を支持する揺動軸９４とを備えている。図５（ｂ）はアーム９０の下部を示す模式図である。図５（ｂ）に示す例では、アーム９０の下部には複数の噴射孔９０ａが等間隔に形成されている。流体流路９１としては、チューブ、またはパイプ、またはこれらの組み合わせから構成することができる。用いられる流体の例としては、液体（例えば純水）、または液体と気体の混合流体（例えば、純水と窒素ガスの混合流体）などが挙げられる。
【００３０】
アーム９０は、図５（ａ）に示すように、揺動軸９４を中心として洗浄位置と退避位置との間で旋回可能となっている。アーム９０の可動角度は約９０°である。通常、アーム９０は洗浄位置にあり、図１に示すように、研磨パッド１０の研磨面の径方向に沿って配置されている。回転機構を揺動軸９４に連結し、この回転機構によりアーム９０を旋回させる。
【００３１】
このアトマイザ３４Ａを設ける目的は、研磨パッド１０の研磨面に残留する研磨屑や砥粒などを高圧の流体により洗い流すことである。アトマイザ３４Ａの流体圧による研磨面の浄化と、機械的接触であるコンディショナ３３Ａによる研磨面の目立て作業により、より好ましいコンディショニング、すなわち研磨面の再生を達成することができる。通常は接触型のコンディショナ（ダイヤモンドコンディショナ等）によるコンディショニングの後に、アトマイザによる研磨面の再生を行う場合が多い。
【００３２】
図６（ａ）は研磨剤供給ノズル３２Ａを示す斜視図であり、図６（ｂ）は研磨剤供給ノズル３２Ａの先端を下から見た拡大模式図である。図６に示すように、研磨剤供給ノズル
３２Ａは、純水やスラリーなどの研磨剤を研磨パッド１０の研磨面に供給するための複数のチューブ１００と、これら複数のチューブ１００を覆うパイプアーム１０１と、パイプアーム１０１を支持する揺動軸１０２とを備えている。複数のチューブ１００は、通常、純水を供給するための純水供給チューブと、異なる種類のスラリーを供給する複数のスラリー供給チューブとから構成される。複数のチューブ１００として、例えば、スラリーが通液している２つ以上４つ以下（例えば３本）のスラリー供給チューブと、純水が通水している１つまたは２つの純水供給チューブから構成することができる。
【００３３】
複数のチューブ１００は、パイプアーム１０１の内部を通ってパイプアーム１０１の先端まで延びており、パイプアーム１０１はチューブ１００のほぼ全体を覆っている。パイプアーム１０１の先端には補強材１０３が固定されている。チューブ１００の先端は研磨パッド１０の上方に位置しており、チューブ１００から研磨剤が研磨パッド１０の研磨面上に供給されるようになっている。図６（ａ）に示す矢印は、研磨面に供給される研磨剤を表している。揺動軸１０２は図示しない回転機構（モータなど）に連結されており、揺動軸１０２を回転させることにより、研磨面上の所望の位置に研磨剤を供給することが可能となっている。
【００３４】
各研磨ユニットで使用される純水の用途としては、トップリングの洗浄（例えば、トップリングの外周側面の洗浄、基板保持面の洗浄、リテーナリングの洗浄）、ウェハＷの搬送ハンドの洗浄（例えば、後述する第１および第２のリニアトランスポータの搬送ハンドの洗浄）、研磨されたウェハＷの洗浄、研磨パッドのコンディショニング、コンディショナの洗浄（例えば、コンディショニング部材の洗浄）、コンディショナアームの洗浄、研磨剤供給ノズルの洗浄、およびアトマイザによる研磨パッドの洗浄が挙げられる。
【００３５】
次に、ウェハＷを搬送するための搬送機構について説明する。図１に示すように、第１研磨ユニット３Ａおよび第２研磨ユニット３Ｂに隣接して、第１リニアトランスポータ６が配置されている。この第１リニアトランスポータ６は、研磨ユニット３Ａ，３Ｂが配列する方向に沿った４つの搬送位置（ロード／アンロード部側から順番に第１搬送位置ＴＰ１、第２搬送位置ＴＰ２、第３搬送位置ＴＰ３、第４搬送位置ＴＰ４とする）の間でウェハＷを搬送する機構である。
【００３６】
また、第３研磨ユニット３Ｃおよび第４研磨ユニット３Ｄに隣接して、第２リニアトランスポータ７が配置されている。この第２リニアトランスポータ７は、研磨ユニット３Ｃ，３Ｄが配列する方向に沿った３つの搬送位置（ロード／アンロード部側から順番に第５搬送位置ＴＰ５、第６搬送位置ＴＰ６、第７搬送位置ＴＰ７とする）の間でウェハＷを搬送する機構である
第１搬送位置ＴＰ１には、搬送ロボット２２からウェハＷを受け取るためのリフタ１１が配置されている。ウェハＷはこのリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。また、第１リニアトランスポータ６と、第２リニアトランスポータ７との間にはスイングトランスポータ１２が配置されている。このスイングトランスポータ１２は、第４搬送位置ＴＰ４と第５搬送位置ＴＰ５との間を移動可能なハンドを有しており、第１リニアトランスポータ６から第２リニアトランスポータ７へのウェハＷの受け渡しは、スイングトランスポータ１２によって行われる。
【００３７】
図１に示す制御部５は、基板処理装置を構成する種々の部材の動作やウェハＷに供給する水や気体の発停及び選択を行う。ロード／アンロード部２、研磨部３の各部における動作はもちろん、これらの間のウェハＷの受渡しを制御する。制御部５は、これらの各制御をあらかじめインストールされたプログラムに基づいて行っている。
【００３８】
次に、上記のように構成された基板処理装置の動作、すなわち、本発明によるポリッシ
ング方法を説明する。以下の動作は、制御部５によって制御される。ウェハカセット２０に設置されたウェハＷを搬送ロボット２２によって取り出す。ウェハＷは、このリフタ１１を介して搬送ロボット２２から第１リニアトランスポータ６に渡される。
【００３９】
ウェハＷは、第１リニアトランスポータ６によって研磨ユニット３Ａ，３Ｂに搬送される。上述したように、第１研磨ユニット３Ａのトップリング３１Ａは、トップリングヘッド６０のスイング動作により研磨位置と第２搬送位置ＴＰ２との間を移動する。したがって、第２搬送位置ＴＰ２で、トップリング３１ＡへウェハＷが受け渡される。
【００４０】
トップリング３１Ａを第２搬送位置ＴＰ２に移動した後、図７の研磨剤前供給ステップＳ１、すなわち、ウェハＷが研磨パッド１０に接触する前に研磨剤を供給するステップを行う。このステップは、後述する研磨パッド洗浄ステップ後には、研磨パッド１０上に洗浄残渣や洗浄液自身が多量に残留しており、この状態で次のウェハＷの研磨を実施する際、残留洗浄液によるスラリー（研磨剤）の希釈により研磨砥粒の凝集が生じ、凝集した砥液成分による欠陥が発生する。よって本ステップは事前にこれら洗浄残渣や洗浄液を研磨剤に置換することで、欠陥発生を抑制することを目的としている。具体的には、ウェハＷの研磨前に（すなわち、ウェハＷが研磨パッド上に無い状態で）研磨テーブル３０Ａを回転させながら、研磨剤供給ノズル３２Ａによって研磨剤を供給する。
【００４１】
所定時間研磨剤を供給し、研磨パッド上に残留した残渣及び洗浄液の、スラリー（研磨剤）への置換が完了した後、ウェハＷをトップリング３１Ａに接触させる。ウェハＷがトップリング３１Ａに接触したらトップリング３１Ａ内を負圧にし、ウェハＷをトップリング３１Ａに吸着してトップリング３１ＡでウェハＷを保持する。トップリング３１Ａを移動させて、トップリング３１Ａに保持したウェハＷを研磨テーブル３０Ａ上に移動させて、トップリング３１Ａを所定の回転速度で回転させ、ウェハＷを研磨テーブル３０Ａ上の研磨パッドに接触させ、さらにトップリング３１Ａ内を正圧にして所定の圧力まで上昇させる。こうして、トップリング３１Ａに保持されたウェハＷを研磨パッド１０に押圧し、トップリング３１Ａと研磨テーブル３０Ａを相対運動させて、ウェハＷの表面を研磨する研磨ステップ（図７のステップＳ２）を行う。
【００４２】
なお、研磨パッド上に残留した残渣及び洗浄液がスラリーに置換することが完了する前に、ウェハＷをトップリング３１Ａで保持し、ウェハＷを研磨テーブル上に移動させてもよい。
【００４３】
ウェハＷの表面の研磨は、ウェハＷ上に形成される配線の状況等に応じて所定量行う。研磨する所定量は、例えば、研磨テーブル３０Ａ及びトップリング３１Ａの回転速度並びに研磨テーブル３０Ａの状態等に応じた研磨時間によって調整する。あるいは、ウェハＷ表面に形成された金属膜の残膜厚を検出できる渦電流式モニタや透過膜厚を検出できる光学式モニタで研磨される膜の状況を検出しながら研磨量を調整する制御、もしくは、研磨テーブル３０Ａの回転トルクを検出するテーブル電流から研磨状況を把握する制御等の手段によって研磨する量を調整してもよい。ウェハＷの表面を所定量研磨したら、研磨剤供給ノズル３２Ａからの研磨剤の供給を停止し、ステップＳ２が終了する。
【００４４】
また、ウェハＷの研磨は研磨装置３０Ｂで行ってもよく、研磨装置３０Ａで研磨後に研磨装置３０Ｂで研磨するように２段階で行ってもよい。２段階で研磨を行うと、異なる粗さの研磨パッド又は砥石を用いて、研磨時間を短縮しつつウェハＷの表面をきめ細かく仕上げることができる。また、研磨装置３０Ａ及び／又は研磨装置３０Ｂと、研磨装置３０Ｃ及び／又は研磨装置３０Ｄとで２枚のウェハＷを並行して処理して単位時間あたりの処理枚数を増やしてもよい。
【００４５】
研磨後に、引き続きトップリング３１Ａ及び研磨テーブル３０Ａを回転させたまま、ウェハＷ及び研磨テーブル３０Ａを相対運動させながら、洗浄手段により洗浄する基板洗浄ステップ（図７のステップＳ３）を行う。基板洗浄ステップでは、研磨パッド１０上に、洗浄手段（アトマイザ３４Ａもしくは研磨剤供給ノズル３２Ａ）で洗浄液を吹き付けることにより、ウェハＷを洗浄する。基板洗浄ステップでは、研磨後にウェハＷの表面（被研磨面）に存在する研磨剤を、洗浄手段により供給された洗浄液にて除去する。ここでの洗浄液は純水（DIW（De-Ionized Water））でも良いが、薬液を使用しても良い。本発明における洗浄手段（すなわち洗浄液供給手段）は、アトマイザ３４Ａもしくは研磨剤供給ノズル３２Ａのいずれか一方、もしくは両方である。すなわち、洗浄手段として、アトマイザ３４Ａもしくは研磨剤供給ノズル３２Ａのいずれか一方のみを用いるか、もしくは両方を同時に用いることができる。
【００４６】
洗浄液供給手段（研磨剤供給ノズル３２Ａ）は、既述のように、スラリーノズルの１ラインから、洗浄液としての薬液を供給することができ、また、他の１ラインからコンディショニング時のコンディショニング水として使用される純水を洗浄液として供給することができる。アトマイザは、アトマイザとして用いる時の洗浄液である純水を供給することができ、またコンディショニング時のコンディショニング水として使用される純水を洗浄液として供給することができる。
【００４７】
なお、研磨ステップ終了時に、研磨パッド１０上には多量の研磨剤が存在しており、基板洗浄ステップＳ３の開始時に供給される多量の洗浄液により研磨剤が希釈されることにより、研磨砥粒の凝集が生じることがある。この凝集砥粒による被研磨面のダメージを抑制することを目的として、 基板洗浄ステップＳ３に移行する前に、研磨剤を供給した状態で研磨圧力を下げる、テーブル回転数を下げる等を行っても良い。
【００４８】
ステップＳ３の終了後、トップリング３１Ａ内を負圧にしてウェハＷをトップリング３１Ａに吸着する。そして、トップリング３１Ａを上昇させてウェハＷを研磨テーブル３０Ａから離し、ウェハＷを第２搬送位置ＴＰ２上に載置する。研磨及び洗浄が終わったウェハＷは、第１研磨ユニット３Ａから搬送機構により、次の処理工程（通常の洗浄部（図示しない）でのウェハＷの洗浄工程、又は研磨テーブル３０Ａ以外の研磨テーブルでの研磨工程）に送られる。
【００４９】
次に、ウェハＷが研磨パッド１０上に無い状態で、研磨テーブル３０Ａを回転させながら研磨パッド１０を既述の洗浄手段により洗浄すると同時にコンディショナを研磨パッド１０に押圧し、研磨テーブル３０Ａとコンディショナ３３Ａを相対運動させながら、研磨パッドのコンディショニングを実施する研磨パッド洗浄ステップ（図７のステップＳ４）を行う。
【００５０】
研磨パッド洗浄ステップでは、研磨パッド１０上に残留した研磨剤及び研磨後の研磨生成物を、洗浄手段により供給された洗浄液にて除去する。洗浄手段として、アトマイザ３４Ａもしくは研磨剤供給ノズル３２Ａのいずれか一方のみを用いるか、もしくは両方を同時に用いることができる。洗浄液は、純水を基本的に用いる。場合によっては、適当な薬液を使用しても良い。ウェハＷが研磨パッド１０上に無い状態で研磨テーブル３０Ａを回転させながら、洗浄液を供給する。
【００５１】
洗浄液供給と同時にコンディショナ３３Ａによる研磨パッド１０のコンディショニングを行う。なお、研磨パッドのコンディショニングは、ウェハＷの研磨中（つまり、研磨ステップ時）に行ってもよい。もしくはこれら両タイミングで行ってもよいが、研磨パッド１０の表面の清浄度維持の観点からは研磨後のみ(つまり、研磨パッド洗浄ステップのみ)のコンディショニングが良い。
【００５２】
これは、図８に示すように、研磨中のコンディショニングの場合（In-situ）、コンディショニング条件によっては、研磨パッド１０上の研磨剤及び研磨生成物の除去よりも逆に、これらをコンディショナによって研磨パッド表面に擦り付けてしまい、ウェハＷの欠陥が増加するからである。但し、一方で研磨プロセスによっては研磨パッド洗浄ステップのコンディショニング（Ex-situ）のみにすると、研磨パッド１０の表面の目立て不足による研磨レートの低下を引き起こす等、ウェハＷの処理速度の低下に影響を及ぼす可能性がある。このような場合には、研磨中もコンディショニング（In-situ）を行うとよい。In-situコンディショニングは、研磨開始から研磨終了まで継続して行ってもよいが、研磨開始から一定の時間のみ実施し、その後はコンディショニングを行わない状態で研磨を行う方式でも良い。これは、In-situコンディショニングにより仮にスクラッチ等の欠陥が発生したとしても、コンディショニング停止後の研磨でスクラッチ部分が研磨されて、スクラッチが解消することが可能であるからである。そして、この後に研磨パッド洗浄ステップを行うことで、研磨パッド上に残留した研磨剤及び研磨後の研磨生成物を除去すれば良い。なお、この場合のIn-situコンディショニングの時間については、発生する欠陥サイズから研磨による除去に必要な研磨量が決定できることから、研磨量と研磨レートの関係からコンディショニング時間を設定して、設定された時間の間、研磨パッドのコンディショニングを実施する。
【００５３】
このように、本発明では、ウェハＷを一枚研磨するごとに、必ず、研磨パッド洗浄ステップを行う。なお、基板洗浄ステップにおける洗浄手段と、研磨パッド洗浄ステップにおける洗浄手段は同一のものでよく、例えば、アトマイザを用いる。但し、洗浄手段は、アトマイザ及び場合によっては研磨剤供給手段を用いることができる。研磨剤供給手段を用いる場合は、研磨剤供給手段からコンディショニング水を出して洗浄する。アトマイザ及び研磨剤供給手段は、１つの装置とすることもできる。別々の装置である場合、基板洗浄ステップでは研磨剤供給手段からのコンディショニング水のみにより洗浄することができる。
【００５４】
研磨パッド洗浄ステップＳ４が終了した後、研磨剤前供給ステップＳ１に戻り、ステップＳ１からステップＳ４を繰り返す。
次に、研磨パッド洗浄ステップにおける研磨パッドのコンディショニング条件について説明する。コンディショナによる研磨パッドのコンディショニングは、通常コンディショナと研磨テーブルを相対運動（例えばコンディショナ及び研磨テーブルの回転運動、コンディショナの円弧運動）させた状態で洗浄手段を用いながらコンディショナを所定荷重で研磨パッドに押圧して実施する。研磨パッド表面の清浄度の観点からは、コンディショニング条件としてコンディショニング荷重は高加重、コンディショナと研磨テーブルの相対速度は低速度であることが望ましい。具体的には、相対運動速度は2m/sec未満、より好ましくは1m/sec未満であることが望ましい。また、コンディショニング荷重については、40N以上であることが望ましい。これはコンディショナの種類によっては、相対運動速度の増加もしくはコンディショニング荷重の減少に伴い、研磨パッド表面上に発生しやすくなるハイドロプレーニング等の影響により、コンディショナの表面（研磨パッドに接する面）に付着（例えば電着）しているダイヤモンド砥粒や、コンディショナ表面の凹凸形状の凸部が研磨パッドに十分に食い込まない現象が生じるからである。
【００５５】
図９は、ウェハＷの表面上（被研磨面）にある酸化膜の研磨レート（単位時間当たりに研磨される量、すなわち研磨される深さ）の研磨経過時間に対する依存性を示す。コンディショニングにおける研磨パッド（研磨テーブル）とコンディショナとの間の相対速度及びコンディショニング荷重との相関を示したものである。縦軸は研磨レートであり、横軸は研磨時間である。グラフＡは、従来技術である基準条件を示し、研磨テーブル回転数＝3m/sec、コンディショニング荷重＝30Nである。グラフＢは、本発明による低テーブル回
転数条件を示し、研磨テーブル回転数=0.7m/sec、 コンディショニング荷重＝30Nである。グラフＣも本発明によるものであり、高コンディショニング荷重条件を示し、研磨テーブル回転数＝3m/sec、コンディショニング荷重＝60Nである。
【００５６】
これらのグラフより、研磨パッド洗浄ステップにおいて、研磨テーブルとコンディショナとの相対速度が2m/sec未満である場合、研磨レートが従来よりも大きいことがわかる。また、コンディショナの研磨パッドへの押付荷重が40Nより大きい場合、研磨レートが従来よりも大きいことがわかる。
【００５７】
一般的に研磨パッドのコンディショニングは研磨パッドの表面の目立ての役割もあり、研磨パッドのスラリー保持量ひいては研磨レートに影響することから、研磨レートは、研磨パッドのコンディショニング度合いの指標となる。これより、特に研磨テーブルとコンディショナとの間の相対速度が低くなると、研磨レートの増加が確認されている。
【００５８】
また、図１０はコンディショニング荷重と欠陥数との関係を示している。縦軸は欠陥数であり、横軸はコンディショニング荷重である。これらのグラフより、研磨パッド洗浄ステップにおいて、コンディショナの研磨パッドへの押付荷重（コンディショニング荷重）が40Nより大きい場合、欠陥数が従来の条件の場合（コンディショニング荷重が30Nである）よりも小さいことがわかる。コンディショニング荷重の増加に対し、欠陥数の減少が確認できる。これらはコンディショナのダイヤモンド砥粒や凹凸形状の凸部が研磨パッドに十分に食い込んだため、研磨パッド表面に残留した研磨剤及び研磨後の研磨生成物が十分に除去されたためと考えられる。
【００５９】
また、コンディショナに配置されているダイヤモンドもしくは凹凸形状について、形状や大きさ、配置数も研磨パッドへの食い込みに大きく影響する。大きさとしては#200以下相当が望ましい。#200は、JIS規格「JIS B4130(ダイヤモンド／CBN 工具-ダイヤモンド又は CBN と（砥）粒の粒度)」による粒度JIS表示であるが、これと同等の大きさを有するものでもよい。
【００６０】
大きさについてはこれら砥粒もしくは凸形状の研磨パッドへの最大食い込み量を決定するものであり、より大きいものが望ましいが、あまりに大きい場合は砥粒の脱落や作用砥粒数の減少によるコンディショニング不足が生じるため、適宜調整が必要である。また形状として、例えばダイヤモンド砥粒の場合は、シャープなもののほうが望ましい。
【００６１】
以上のように、本発明の相対速度及びコンディショニング荷重で、コンディショナを動作させて研磨パッド表面のコンディショニングを行うことで、コンディショナの砥粒もしくは凹凸形状の凸部が研磨パッドに十分に食い込むことが可能となり、研磨パッド中に補足された研磨剤残渣や研磨生成物が効率よく除去される。
【００６２】
以上説明したように、本発明により、研磨パッド表面及び研磨パッド中に残留する研磨剤や研磨生成物の高効率な除去が達成され、良好な洗浄状態及び研磨パッド表面状態を維持することが可能となり、よって研磨パッド表面に蓄積したこれら残渣によるウェハ表面への欠陥数を増加させることなく、研磨を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１０  研磨パッド
３Ａ  第１研磨ユニット
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ  研磨テーブル
３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ  トップリング
３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ，３２Ｄ  研磨剤供給ノズル
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ  コンディショナ
３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ  アトマイザ
Ｗ  ウェハ
【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】
2015044250.tif 000009
【図８】
2015044250.tif 000010
【図９】
2015044250.tif 000011
【図１０】
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