(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウェハなどの研磨対象物を連続して研磨する場合において、所望の研磨量を安定して得ることができるポリッシング方法を提供する。【解決手段】研磨テーブル１１の研磨面１０に研磨対象物Ｗを摺接させて該研磨対象物Ｗを研磨するポリッシング方法において、研磨面１０にドレッシング液を供給しながら研磨面１０のドレッシングを行い、ドレッシング液の供給を停止させた後に、研磨テーブル１１の回転速度を上昇させて研磨面１０上に残留する過剰のドレッシング液を除去し、研磨面１０に研磨液を供給しながら研磨対象物Ｗを研磨する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨テーブルの研磨面に研磨対象物を摺接させて該研磨対象物を研磨するポリッシング方法において、
前記研磨面にドレッシング液を供給しながら前記研磨面のドレッシングを行い、
前記ドレッシング液の供給を停止させた後に、前記研磨テーブルの回転速度を上昇させて前記研磨面上に残留する過剰のドレッシング液を除去し、
前記研磨面に研磨液を供給しながら前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。
【請求項２】
前記研磨テーブルの回転速度を１００〜１５０ｍｉｎ−１の範囲内で上昇させることを特徴とする請求項１に記載のポリッシング方法。
【請求項３】
前記研磨テーブルの回転速度を５〜１５秒間上昇させる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】
前記研磨テーブル外周部での加速度が３２．９ｍ／ｓ２〜７３．９ｍ／ｓ２であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のポリッシング方法。
【請求項５】
前記研磨対象物の研磨後に、前記研磨面に純水を供給しながら前記研磨対象物を研磨す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】
研磨テーブルの研磨面に研磨対象物を摺接させて該研磨対象物を研磨するポリッシング方法において、
前記研磨面にドレッシング液を供給しながら前記研磨面のドレッシングを行う工程と、
前記ドレッシング液の供給を停止させた後に、前記研磨面上の過剰のドレッシング液を除去する工程と、
前記研磨面に研磨液を供給しながら前記研磨対象物を研磨する工程とを含むことを特徴とするポリッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨対象物を研磨するポリッシング方法に係り、特に、表面に薄膜が形成された半導体ウェハ等の基板を平坦かつ鏡面状に研磨するポリッシング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
この種のポリッシング装置は、図５に示すように、上面に研磨布（研磨パッド）３００を貼付して研磨面３０１を構成する研磨テーブル３０２と、研磨対象物である半導体ウェハＷをその被研磨面が研磨テーブル３０２を向くように保持するトップリング３０４とを備えている。このようなポリッシング装置を用いて半導体ウェハＷの研磨処理を行う場合には、研磨テーブル３０２とトップリング３０４とをそれぞれ回転させ、研磨テーブル３０２の上方に設置された研磨液供給ノズル３０６より研磨液を研磨面３０１上に供給しつつ、トップリング３０４により半導体ウェハＷを所定の圧力で研磨面３０１に押圧する。
【０００４】
研磨液供給ノズル３０６から供給される研磨液は、例えばアルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化学的・機械的研磨によって半導体ウェハＷが平坦かつ鏡面状に研磨される。最近では、研磨布に代えて、酸化セリウム（ＣｅＯ２）等の砥粒をバインダを用いて固定した固定砥粒を用いることも行われている。
【０００５】
このようなポリッシング装置を用いて研磨処理を継続して行うと、研磨布３００の研磨面３０１の研磨性能が低下する。そこで、研磨面３０１の研磨性能を回復させるために、下面にドレッシング部材３１０を有するドレッサー３０８を設け、このドレッサー３０８によって、研磨する半導体ウェハＷの交換時などに研磨布３００の目立て（ドレッシング）が行われている。このドレッシング処理においては、水供給ノズル３０７から純水を研磨面３０１に供給しつつ、ドレッサー３０８と研磨テーブル３０２をそれぞれ回転させる。そして、ドレッサー３０８のドレッシング部材３１０を研磨布３００の研磨面３０１に押圧することで、研磨面３０１に付着した研磨液や切削屑を除去すると共に、研磨面３０１の平坦化及び目立てが行われ、研磨面３０１が再生される。このドレッシングはコンディショニングとも呼ばれる。
【０００６】
ここで、上述したポリッシング装置を用いて、半導体ウェハの研磨処理及びドレッシング処理を行う場合の動作について図６（ａ）乃至図６（ｄ）、及び図７を参照して説明する。
図６（ａ）乃至図６（ｄ）は従来のポリッシング方法を説明するための模式図である。図７は、図６（ａ）乃至図６（ｄ）に示す各工程の処理条件を示す表である。
【０００７】
研磨対象となる半導体ウェハ（図示せず）は、研磨テーブル３０２に隣接して配置されたプッシャー３１２の上に載置される。図６（ａ）に示すように、研磨液による研磨工程では、研磨テーブル３０２及びトップリング３０４はそれぞれ独立して回転し、研磨面３０１には研磨液供給ノズル３０６から研磨液が供給される。このときの研磨テーブル３０２の回転速度は８０ｍｉｎ−１である（図７参照）。トップリング３０４はプッシャー３１２から半導体ウェハを受け取り、この半導体ウェハを研磨面３０１に対して所定の押圧力で６０秒間押圧し、半導体ウェハを研磨する。
【０００８】
研磨液による研磨処理が終了すると、次にＤＩＷ（Deionized water、純水）による研磨（水ポリッシュ）が行われる（図６（ｂ）参照）。この工程では、研磨テーブル３０２及びトップリング３０４の回転速度を維持させつつ、水供給ノズル３０７からＤＩＷが研磨面３０１に供給される。ＤＩＷによる研磨の所要時間は１５秒である（図７参照）。ＤＩＷによる研磨が終了した後は、研磨面３０１の研磨性能を回復させるために、ドレッサー３０８による研磨布３００の目立て（ドレッシング）が行われる（図６（ｃ）参照）。このドレッシング工程では、研磨テーブル３０２の回転速度が４０ｍｉｎ−１に下げられ、水供給ノズル３０７からＤＩＷを研磨面３０１に供給しつつ、ドレッサー３０８のドレッシング部材３１０が研磨面３０１に摺接される。このとき、トップリング３０４はプッシャー３１２の上方に移動し、研磨された半導体ウェハがトップリング３０４からプッシャー３１２に受け渡される。そして、ドレッシング工程の終了後は、ＤＩＷの供給が停止されると共に研磨液供給ノズル３０６から研磨面３０１に研磨液が供給され、次の研磨工程が行われる（図６（ｄ）参照）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
半導体ウェハの研磨が連続して行われる場合、次の半導体ウェハの研磨が開始される際には、研磨布３００のドレッシング処理が終了しており、研磨布３００の研磨面３０１はＤＩＷで満たされた状態にある。このように、研磨布３００の研磨面３０１にＤＩＷが多く保持された状態で、次の研磨工程のための研磨液が研磨面３０１に供給されると、研磨面３０１上の研磨液がＤＩＷによって稀釈され（図６（ｄ）参照）、同一条件で半導体ウェハを研磨しても所望の研磨量が得られないという問題があった。さらに、所望の研磨量を得るためには研磨処理の時間を長くする必要が生じ、スループットが低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、半導体ウェハなどの研磨対象物を連続して研磨する場合において、所望の研磨量を安定して得ることができる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】
【００１１】
上述した課題を達成するために、本発明は、研磨テーブルの研磨面に研磨対象物を摺接させて該研磨対象物を研磨するポリッシング方法において、前記研磨面にドレッシング液を供給しながら前記研磨面のドレッシングを行い、前記ドレッシング液の供給を停止させた後に、前記研磨テーブルの回転速度を上昇させて前記研磨面上に残留する過剰のドレッシング液を除去し、前記研磨面に研磨液を供給しながら前記研磨対象物を研磨することを特徴とする。
【００１２】
本発明の好ましい一態様は、前記研磨テーブルの回転速度を１００〜１５０ｍｉｎ−１の範囲内で上昇させることを特徴とする。
本発明の好ましい一態様は、研磨テーブルの回転速度を５〜１５秒間上昇させることを特徴とする。
前記研磨テーブル外周部での加速度が３２．９ｍ／ｓ２〜７３．９ｍ／ｓ２であることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、次の研磨工程が開始される前に純水が研磨面から除去されるので、研磨液の濃度が純水によって稀釈されてしまうことが防止され、所望の研磨量を得ることが可能となる。
【００１４】
本発明の好ましい一態様は、前記研磨対象物の研磨後に、前記研磨面に純水を供給しながら前記研磨対象物を研磨することを特徴とする。
本発明によれば、研磨対象物の表面に付着した研磨液を洗浄除去することができる。
【００１５】
本発明の他の態様は、研磨テーブルの研磨面に研磨対象物を摺接させて該研磨対象物を研磨するポリッシング方法において、前記研磨面にドレッシング液を供給しながら前記研磨面のドレッシングを行う工程と、前記ドレッシング液の供給を停止させた後に、前記研磨面上の過剰のドレッシング液を除去する工程と、前記研磨面に研磨液を供給しながら前記研磨対象物を研磨する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上述したように、本発明によれば、研磨面のドレッシング処理を行った後に研磨テーブルの回転速度を定常運転時（研磨時）の回転速度よりも上昇させることにより、研磨面上に残留する純水を遠心力により研磨面から除去することが可能となる。従って、研磨液の濃度が純水によって稀釈されてしまうことが防止され、基板などの研磨対象物を連続的に研磨する場合でも所望の研磨量を安定して得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るポリッシング方法の一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方法を行うためのポリッシング装置を示す概略図である。
図１に示すように、ポリッシング装置は、上面に研磨面１０を有する研磨テーブル１１と、研磨対象物である半導体ウェハＷを保持し、これを研磨テーブル１１に押圧して研磨するトップリングユニット１２と、研磨テーブル１１上の研磨面１０の目立て（ドレッシング）を行うドレッシングユニット１３とを備えている。研磨テーブル１１は、テーブル軸１１ａを介してその下方に配置されるモータ（図示せず）に連結されており、研磨テーブル１１は、図１の矢印Ｃで示すようにそのテーブル軸１１ａ周りに回転可能になっている。
【００１８】
本実施形態においては、半導体ウェハＷを研磨する研磨面１０は、研磨布（研磨パッド）９により構成されている。ここで、研磨布とは、内部に砥粒を含まない発泡ポリウレタンや不織布を指す。
【００１９】
研磨テーブル１１の上方には研磨液供給ノズル１５及び水供給ノズル１６が配置されており、研磨液供給ノズル１５からは研磨液（スラリー）が、水供給ノズル１６からはＤＩＷ（純水）が、それぞれ研磨テーブル１１の研磨面１０上に供給される。また、これら研磨液とＤＩＷを回収する枠体１７が研磨テーブル１１の周囲に設けられており、この枠体１７の下部に樋１７ａが形成されている。
【００２０】
トップリングユニット１２は、回転可能な支軸２０と、支軸２０の上端に連結される揺動アーム２１と、揺動アーム２１の自由端から垂下するトップリングシャフト２２と、トップリングシャフト２２の下端に連結される略円盤状のトップリング２３とを備えている。トップリング２３は、支軸２０の回転による揺動アーム２１の揺動に伴って水平方向に移動し、研磨テーブル１１に隣接する図示しないプッシャー（ウェハ受け渡し装置）と研磨面１０上の研磨位置との間での往復運動が可能となっている。また、トップリング２３は、トップリングシャフト２２を介して揺動アーム２１の内部に設けられた図示しないモータ（回転駆動機構）及び昇降シリンダに連結されており、これにより、トップリング２３は、図１の矢印Ｄ，Ｅに示すように、昇降可能かつトップリングシャフト２２周りに回転可能となっている。また、研磨対象である半導体ウェハＷは、トップリング２３の下端面に真空吸着等によって保持されている。これらの機構により、トップリング２３は自転しながら、その下面に保持した半導体ウェハＷを研磨面１０に対して所望の圧力で押圧することができる。
【００２１】
ドレッシングユニット１３は、研磨を行って劣化した研磨面１０を再生するもので、研磨テーブル１１の中心に対してトップリングユニット１２とは反対側に配置されている。ドレッシングユニット１３は、上記トップリングユニット１２と同様に、回転可能な支軸３０と、支軸３０の上端に連結される揺動アーム３１と、揺動アーム３１の自由端から垂下するドレッサーシャフト３２と、ドレッサーシャフト３２の下端に連結されるドレッサー３３とを備えている。ドレッサー３３は、支軸３０の回転による揺動アーム３１の揺動に伴って水平方向に移動し、研磨面１０上のドレッシング位置と研磨テーブル１１の外側の待機位置との間で往復運動が可能となっている。
【００２２】
ドレッサー３３の下面には、研磨面１０に摺接して研磨面１０のドレッシングを行うドレッシング部材３４が配置されている。ドレッサー３３は、このドレッシング部材３４を研磨面１０に対して任意の圧力で押圧し、自転することで研磨面１０のドレッシング（目立て）を行う。ドレッシング部材３４の下面には、ダイヤモンド粒子が電着または溶着により付着されている。
【００２３】
次に、上述したポリッシング装置を用いて、半導体ウェハＷの研磨処理及びドレッシング処理を行う場合の動作について図２（ａ）乃至図２（ｅ）、及び図３を参照して説明する。
図２（ａ）は研磨液による研磨を行っている状態を示す模式図であり、図２（ｂ）はＤＩＷによる研磨を行っている状態を示す模式図であり、図２（ｃ）はドレッシング処理を行っている状態を示す模式図であり、図２（ｄ）は研磨面上に残留するＤＩＷを除去している状態を示す模式図であり、図２（ｅ）は次工程において研磨液による研磨を行っている状態を示す模式図である。図３は、図２（ａ）乃至図２（ｄ）に示す各工程の処理条件を示す表である。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、トップリング２３との間で半導体ウェハの受け渡しを行うプッシャー３７がポリッシング装置に隣接して設置されている。プッシャー３７上に載置された半導体ウェハ（図示せず）は、トップリング２３の下面に真空吸着等により保持され、トップリング２３により研磨テーブル１１の研磨面１０の上方に移動される。トップリング２３及び研磨テーブル１１はそれぞれ回転しており、研磨液供給ノズル１５からは研磨液が研磨面１０上に供給される。このときの研磨テーブル１１の回転速度は、図３に示すように、８０ｍｉｎ−１である。トップリング２３は、その下面に保持した半導体ウェハを研磨テーブル１１上の研磨面１０に対して所定の押圧力で６０秒間押圧する。これにより、トップリング２３に保持された半導体ウェハが研磨面１０に摺接される。このようにして、研磨液を用いた研磨が行われる。
【００２５】
研磨液による研磨処理の終了後、研磨液の供給を停止させると共に、水供給ノズル１６からＤＩＷを研磨面１０に供給し、ＤＩＷによる研磨（水ポリッシュ）を行う（図２（ｂ）参照）。この工程では、研磨テーブル１１及びトップリング２３の回転速度を維持しつつ、トップリング２３により半導体ウェハを研磨面１０に対して１５秒間押圧する。このようなＤＩＷによる研磨（水ポリッシュ）により、半導体ウェハの表面に付着した砥粒を洗浄除去することができる。
【００２６】
次に、研磨面１０の研磨性能を回復させるために、ドレッシングユニット１３による研磨面１０のドレッシング処理が行われる。図２（ｃ）に示すように、ドレッシング処理を行う際には、トップリング２３はプッシャー３７の上方に移動され、研磨された半導体ウェハがプッシャー３７に受け渡される。同時に、ドレッシングユニット１３のドレッサー３３が研磨面１０の上方に移動する。そして、ドレッサー３３及び研磨テーブル１１をそれぞれ独立に回転させつつ、ドレッシング部材３４を所定の押圧力で研磨面１０に摺接させる。ドレッシング部材３４が研磨面１０に接触すると同時又は接触する前に、水供給ノズル１６から研磨面１０上にドレッシング液としてのＤＩＷが供給される。通常、ドレッシング液としては、研磨液と異なる組成の液体が用いられる。ドレッシング処理が行われる所要時間は１７秒であり、この間の研磨テーブル１１の回転速度は４０ｍｉｎ−１にまで下げられる（図３参照）。ドレッシング処理の終了後、ドレッサー３３は揺動アーム３１（図１参照）の駆動により待機位置に戻され、これと同時に、水供給ノズル１６からのＤＩＷの供給が停止される。
【００２７】
ドレッシング処理終了後、研磨テーブル１１の研磨面１０上に残留するＤＩＷの除去処理が行われる。この工程では、研磨テーブル１１の回転速度を１００ｍｉｎ−１にまで上昇させる。研磨面１０上に残留するＤＩＷは、研磨テーブル１１の回転による遠心力を受けて研磨テーブル１１から外方に飛散し、これにより、研磨面１０から過剰のＤＩＷが除去される。なお、研磨テーブル１１の回転速度を上昇させる時間は１０秒である（図３参照）。研磨面１０から飛散したＤＩＷは、枠体１７の下部の樋１７ａにより回収される（図１参照）。本実施形態では、研磨テーブル１１の回転速度を上昇させる時間は５秒から１５秒の範囲内であることが好ましい。また、研磨テーブル１１の回転速度は１００〜１５０ｍｉｎ−１の範囲内で上昇させることが好ましい。研磨テーブル１１の直径が６００ｍｍの場合、研磨テーブル１１外周部での加速度は３２．９ｍ／ｓ２〜７３．９ｍ／ｓ２であることが好ましい。
【００２８】
ＤＩＷの除去処理が終了した後は、研磨テーブル１１の研磨面１０上に研磨液供給ノズル１５から研磨液が供給され、次の研磨処理が行われる（図２（ｅ）参照）。次の研磨処理が開始される際、研磨面１０上にはＤＩＷが残留していないため、研磨面１０に供給された研磨液がＤＩＷによって稀釈されてしまうことが防止される。従って、複数の半導体ウェハを連続的に研磨処理する場合でも、所望の研磨量を安定して得ることができる。また、ＤＩＷを研磨面から除去するための所要時間は５〜１５秒と短いため、このＤＩＷ除去工程が全体的な処理時間に与える影響は小さい。従って、スループットを低下させることなく安定した研磨処理を行うことができる。
【００２９】
図４は本発明の一実施形態に係るポリッシング方法を用いた場合の研磨量と、従来のポリッシング方法を用いた場合の研磨量とを比較したグラフである。両ポリッシング方法において、研磨条件を次のように設定した。
研磨時の研磨テーブルの回転速度：８０ｍｉｎ−１
軸荷重：３００ｈＰａ
研磨時間：６０秒
ここで、軸荷重とは、トップリングシャフトに軸方向に作用する荷重を意味する。
【００３０】
従来のポリッシング方法では、ドレッシング処理終了後に研磨テーブルの回転速度を上昇させず、本実施形態に係るポリッシング方法では、ドレッシング処理終了後に、研磨テーブルを１０秒間、１００ｍｉｎ−１に上昇させた。その結果、図４に示すように、本実施形態に係るポリッシング方法による研磨量は、従来のポリッシング方法による研磨量に比べて約２倍の研磨量が得られた。なお、ポリッシング装置の構成上可能であれば、ドレッシング終了後の研磨テーブルの回転速度を１５０ｍｉｎ−１に上昇させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係るポリッシング方法を実施するためのポリッシング装置を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）は研磨液による研磨を行っている状態を示す模式図であり、図２（ｂ）はＤＩＷによる研磨を行っている状態を示す模式図であり、図２（ｃ）はドレッシング処理を行っている状態を示す模式図であり、図２（ｄ）は研磨面上に残留するＤＩＷを除去している状態を示す模式図であり、図２（ｅ）は次工程において研磨液による研磨を行っている状態を示す模式図である。
【図３】図２（ａ）乃至図２（ｄ）に示す各工程の処理条件を示す表である。
【図４】本発明の一実施形態に係るポリッシング方法を用いた場合の研磨量と、従来のポリッシング方法を用いた場合の研磨量とを比較したグラフである。
【図５】一般的なポリッシング装置を示す模式図である。
【図６】図６（ａ）乃至図６（ｄ）は従来のポリッシング方法を説明するための模式図である。
【図７】図６（ａ）乃至図６（ｄ）に示す各工程の処理条件を示す表である。
【符号の説明】
【００３２】
９      研磨布（研磨パッド）
１０      研磨面
１１      研磨テーブル
１１ａ    テーブル軸
１２      トップリングユニット
１３      ドレッシングユニット
１５      研磨液供給ノズル
１６      水供給ノズル
１７      枠体
１７ａ    樋
２０，３０    支軸
２１，３１    揺動アーム
２２      トップリングシャフト
２３      トップリング
３２      ドレッサーシャフト
３３      ドレッサー
３４      ドレッシング部材
３７      プッシャー
３００    研磨布
３０１    研磨面
３０２    研磨テーブル
３０４    トップリング
３０６    研磨液供給ノズル
３０７    水供給ノズル
３０８    ドレッサー
３１０    ドレッシング部材
３１２    プッシャー
Ｗ        半導体ウェハ
【図１】
2005040916.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005040916.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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