(57)【要約】【課題】  研磨液のｐＨを所要値に変更することにより、研磨レートを調整可能として、平坦性に優れるワークの研磨を行うことのできるワーク研磨装置を提供する。【解決手段】  開閉可能な蓋体１４を備えた圧力容器の一例たるベルジャー１２と、ベルジャー１２内に配置された定盤２３と、ベルジャー１２内の定盤２３上に配置され、定盤２３との間に配置されたワークを定盤３側に押圧するワーク押圧プレート３６と、定盤２３とワーク押圧プレート３６とを相対運動させることでワークを研磨する駆動部３５と、ベルジャー１２に接続され、ベルジャー１２内にアルカリ性もしくは酸性のガスを供給するガス供給源７１、７２と、ベルジャー１２内に供給されたガスを外部に排出可能な排出部４８と、定盤２３上に研磨液を供給する研磨液供給部とを具備することを特徴とする。【選択図】  図１
2005169613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉可能な蓋体を備えた圧力容器と、
該圧力容器内に配置された定盤と、
前記圧力容器内の定盤上に配置され、定盤との間に配置されたワークを定盤側に押圧するワーク押圧プレートと、
前記定盤とワーク押圧プレートとを相対運動させることでワークを研磨する駆動部と、
前記圧力容器に接続され、圧力容器内にアルカリ性もしくは酸性のガスを供給するガス供給源と、
前記圧力容器内に供給されたガスを外部に排出可能な排出部と、
前記定盤上に研磨液を供給する研磨液供給部とを具備し、
研磨液にアルカリ性もしくは酸性のガスを溶解して研磨液のｐＨを調整することを特徴とするワーク研磨装置。
【請求項２】
前記圧力容器に接続されて、圧力容器内に前記アルカリ性ガスもしくは酸性ガスとは異なる加圧ガスを供給、もしくは圧力容器内のガスを吸引して圧力容器内を加圧もしくは減圧する圧力源を具備することを特徴とする請求項１記載のワーク研磨装置。
【請求項３】
研磨液のｐＨを検出するｐＨ検出部を備えることを特徴とする請求項１または２記載のワーク研磨装置。
【請求項４】
開閉可能な蓋体を備えた圧力容器と、
該圧力容器内に配置された定盤と、
前記圧力容器内の定盤上に配置され、定盤との間に配置されたワークを定盤側に押圧するワーク押圧プレートと、
前記定盤とワーク押圧プレートとを相対運動させることでワークを研磨する駆動部と、
前記圧力容器に接続され、圧力容器内にアルカリ性もしくは酸性のガスを供給するガス供給源と、
前記圧力容器内に供給されたガスを外部に排出可能な排出部と、
前記定盤上に純水を供給する純水供給部とを具備し、
純水にアルカリ性もしくは酸性のガスを溶解して研磨液に調整することを特徴とするワーク研磨装置。
【請求項５】
前記圧力容器に接続されて、圧力容器内に前記アルカリ性ガスもしくは酸性ガスとは異なる加圧ガスを供給、もしくは圧力容器内のガスを吸引して圧力容器内を加圧もしくは減圧する圧力源を具備することを特徴とする請求項４記載のワーク研磨装置。
【請求項６】
研磨液のｐＨを検出するｐＨ検出部を備えることを特徴とする請求項４または５記載のワーク研磨装置。
【請求項７】
開閉可能な蓋体を備えた圧力容器と、該圧力容器内に配置された定盤と、前記圧力容器内の定盤上に配置され、定盤との間に配置されたワークを定盤側に押圧するワーク押圧プレートと、前記定盤とワーク押圧プレートとを相対運動させることでワークを研磨する駆動部と、前記圧力容器に接続され、圧力容器内にアルカリ性もしくは酸性のガスを供給するガス供給源と、前記圧力容器内に供給されたガスを外部に排出可能な排出部と、前記定盤上に研磨液を供給する研磨液供給部とを具備するワーク研磨装置を用い、
前記圧力容器内に前記ガス供給源からアルカリ性もしくは酸性のガスを供給して、前記研磨液のｐＨを所要値に変動させてワークの研磨を行うことを特徴とするワーク研磨方法。
【請求項８】
圧力源により、前記圧力容器内に前記アルカリ性ガスもしくは酸性ガスとは異なる加圧ガスを供給、もしくは圧力容器内のガスを吸引して圧力容器内を加圧もしくは減圧してワークの研磨を行うことを特徴とする請求項７記載のワーク研磨方法。
【請求項９】
前記ｐＨ検出部によって研磨液のｐＨを検出してｐＨの調整を行うことを特徴とする請求項７または８記載のワーク研磨方法。
【請求項１０】
開閉可能な蓋体を備えた圧力容器と、該圧力容器内に配置された定盤と、前記圧力容器内の定盤上に配置され、定盤との間に配置されたワークを定盤側に押圧するワーク押圧プレートと、前記定盤とワーク押圧プレートとを相対運動させることでワークを研磨する駆動部と、前記圧力容器に接続され、圧力容器内にアルカリ性もしくは酸性のガスを供給するガス供給源と、前記圧力容器内に供給されたガスを外部に排出可能な排出部と、前記定盤上に純水を供給する純水供給部とを具備するワーク研磨装置を用い、
ワークを研磨する際、前記圧力容器内に前記純水供給源から純水を供給すると共に、前記ガス供給源からアルカリ性もしくは酸性のガスを供給して、該ガスを純水に溶解して研磨液に調整することを特徴とするワーク研磨方法。
【請求項１１】
圧力源により、前記圧力容器内に前記アルカリ性ガスもしくは酸性ガスとは異なる加圧ガスを供給、もしくは圧力容器内のガスを吸引して圧力容器内を加圧もしくは減圧してワークの研磨を行うことを特徴とする請求項１０記載のワーク研磨方法。
【請求項１２】
前記ｐＨ検出部によって研磨液のｐＨを検出してｐＨの調整を行うことを特徴とする請求項１０または１１記載のワーク研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエーハ等のワークのワーク研磨装置およびワーク研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウエーハ等のワークの通常の研磨装置は、装置あるいは加工部の圧力、温度、湿度などの雰囲気を特にはコントロールしていないため、特にＣＭＰの場合には安定した加工特性が得られなかった。そこで発明者らは、先に、圧力容器型雰囲気制御研磨装置を開発した（特許文献１）。この装置は、圧力容器内の圧力等の雰囲気を可変にして、研磨効率を高めるようにしたものである。
【特許文献１】特開２００３−２２５８５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ＣＭＰ加工の場合には、研磨液（研磨液）のｐＨが加工レートや加工面品位に大きな影響を与える。従来の開放型の研磨装置では、周囲雰囲気によって研磨液自体のｐＨが微妙に変動し、研磨液のｐＨのコントロールが困難であった。
また、通常、ＣＭＰ加工の場合には、研磨布（パッド）のコンディショニング（ドレッシング）の後、一定の正常な加工特性が得られるまで２〜７分間を要する。これは、コンディショニング後、純水で研磨布面上を洗浄するため、研磨液（研磨液）の完全入れ替わりになるまでに多くの時間を要することに起因する。特に、ＣＭＰ工程中で、異なる研磨液に入れ替えて加工しようとする場合は、完全に他の研磨液に入れ替わるまでには１０分以上を要するという課題がある。
特に、上記密閉式の圧力容器を用いる場合には、出来る限り研磨液を交換することなく、素早く異なる研磨条件に切替えて研磨できることが要望される。
【０００４】
本発明の第１の目的は、圧力容器型の研磨装置を用い、積極的に圧力容器内にアルカリ性ガスもしくは酸性ガスを供給して、研磨液のｐＨを所要値に変更することにより、研磨レートを調整可能として、平坦性に優れるワークの研磨を行うことのできるワーク研磨装置およびその方法を提供するにある。
また本発明の第２の目的は、圧力容器型の研磨装置を用い、研磨液を交換することなく、異なる研磨条件に対応できるワーク研磨装置およびワーク研磨方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るワーク研磨装置は、開閉可能な蓋体を備えた圧力容器と、該圧力容器内に配置された定盤と、前記圧力容器内の定盤上に配置され、定盤との間に配置されたワークを定盤側に押圧するワーク押圧プレートと、前記定盤とワーク押圧プレートとを相対運動させることでワークを研磨する駆動部と、前記圧力容器に接続され、圧力容器内にアルカリ性もしくは酸性のガスを供給するガス供給源と、前記圧力容器内に供給されたガスを外部に排出可能な排出部と、前記定盤上に研磨液を供給する研磨液供給部とを具備し、研磨液にアルカリ性もしくは酸性のガスを溶解して研磨液のｐＨを調整することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係るワーク研磨装置は、開閉可能な蓋体を備えた圧力容器と、該圧力容器内に配置された定盤と、前記圧力容器内の定盤上に配置され、定盤との間に配置されたワークを定盤側に押圧するワーク押圧プレートと、前記定盤とワーク押圧プレートとを相対運動させることでワークを研磨する駆動部と、前記圧力容器に接続され、圧力容器内にアルカリ性もしくは酸性のガスを供給するガス供給源と、前記圧力容器内に供給されたガスを外部に排出可能な排出部と、前記定盤上に純水を供給する純水供給部とを具備し、純水にアルカリ性もしくは酸性のガスを溶解して研磨液に調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、本発明によれば、圧力容器内で、研磨液を変更することなく、種々の研磨レートにリアルタイムでセッティングでき、あるいは種々の研磨条件に素早く切替えて研磨できるので、研磨態様に応じた研磨を効率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は研磨装置１０の正面断面図、図２は蓋体をあけた状態の平面図、図３はベルジャーの平面図である。
１２は、蓋体１４を備える、圧力容器の一例たるベルジャーであり、加圧、減圧状態に耐え得る圧力容器構造をなす。蓋体１４は軸１５を中心に回動自在にベルジャー本体１６に取りつけられ、ベルジャー本体１６を開閉可能になっている。
【０００９】
１８は締付ボルトであり、ベルジャー本体１６にその基部側が軸２１により回動自在に取り付けられ、上部側が蓋体１４に設けた二股状の固定アーム１９内に進入可能となっていて、締付ナット２０を回転することによって、蓋体１４をベルジャー本体１６に気密に締め付けるようになっている。締付ボルト１８は、６０°ずつの間隔をおいて、ベルジャー本体１６に６個設けられている。
ベルジャー本体１６は所要厚さの鋼材からなる有底円筒状に形成され、また蓋体１４の天板も上に凸の曲面に形成されることによって、耐圧構造に形成されている。ベルジャー本体１６の底部材１６ａは、平板状をなし、耐圧構造をもたせるために、円筒状部よりもかなり厚い鋼材により形成されている。
なお、ベルジャー１２は耐圧構造を備えるものであればよく、円筒型のものには限定されない。
【００１０】
２３は定盤であり、ベルジャー１２内に配設される。
定盤２３の上面（定盤面）には、図示しないが、公知の材料からなる研磨布が貼設されている。
定盤２３の下面側には筒状をなす連結部材２４が固定されている。この連結部材２４が、ベアリング２５によって底部材１６ａに回転自在に支持された回転軸部２６に、キー部材２７を介して連結されている。これにより定盤２３は回転軸部２６とともに回転される。２８はシール部材である。
また、定盤２３の下面側は、スラストベアリング２９によって支持されている。
３０は、底部材１６ａ上に設けられた受部材であり、スラストベアリング２９はこの受部材３０上に配置されている。
３１はカバーであり、定盤２３の外周を囲み、定盤２３上に研磨液が所要量滞留されるようにするためのものである。このカバー３１は設けなくともよい。
【００１１】
３２は、ベルジャー１２を支持する架台であり、４本の脚３２ａを有し、この各脚３２ａ下端には、脚３２ａの長さを調節するためのアジャスタブルボルト３３が螺合され、このボルト３３を調整することによって、脚３２ａの高さ調節や、ベルジャー１２の水平度の調節が可能となる。
【００１２】
３５は駆動部であるモータであり、架台３２に取り付けられ、その回転軸が回転軸部２６に連結されることによって、モータ３５により定盤２３が回転されることになる。駆動部（モータ）３５は、ベルジャー１２の外部に配設したが、場合によってはベルジャー１２内に配設することもできる。
【００１３】
３６はワーク押圧プレートである。
ワーク押圧プレート３６は、定盤２３上に配置され、自重により定盤２３側に押圧力を付与する。
定盤２３の上面とワーク押圧プレート３６の下面との間に研磨すべきワーク（図示せず）が配置される。
なお、ワーク押圧プレート３６上には、任意枚数の円板状の錘（加圧手段）３７が載せられるようになっていて、荷重の調節が可能となっている。
【００１４】
ワーク押圧プレート３６は、定盤２３の中心軸線上に配置されたローラ３８と、定盤２３の周縁部上方に配置されたローラ３９とによって、その外周縁が当接支持されることによって、定盤２３上の所要部位に保持されるようになっている。ローラ３８、３９は、ベルジャー１２内に配設された円弧状のアーム４０により回転自在に支持されている。
定盤２３は、図２上、矢Ａ方向に回転される。この定盤２３の回転によって、ワーク押圧プレート３６も同方向に連れ回りする自転を行う。
なお、例えば、図示しないモータによりローラ３８を回転駆動して、これに接触するワーク押圧プレート３６を所要方向に強制回転させるようにしてもよい。
【００１５】
ベルジャー本体１６内には適宜量の研磨液が収容される。すなわち、ベルジャー本体１６自体が、研磨液収容部に形成される。
このベルジャー本体１６内に収容された研磨液が、図４に示すように、循環ポンプ４３により循環される。
すなわち、研磨液収容部１６ｂに接続されたパイプ４４、およびベルジャー本体１６に接続されたパイプ４５を介して、研磨液収容部１６ｂに収容された研磨液が循環ポンプ４３により吸引され、パイプ４５から定盤２３面上に供給され、ワークの研磨に使用された後、研磨液収容部１６ｂに回収されるのである。
【００１６】
研磨液収容部１６ｂ、パイプ４４、循環ポンプ４３、パイプ４５等により研磨液供給部が構成される。図１において、４４ａはパイプ４４の接続口である。
なお、研磨液収容部１６ｂは、ベルジャー１２の外部に配設してもよいことはもちろんである。
【００１７】
次に、図４において、４７は加圧源（圧力源）、４８は排出部である。
加圧源４７は、パイプ４９によりベルジャー本体１６に接続され、加圧流体をベルジャー１２内に供給する。加圧流体（加圧ガス）は、エアー、酸素、窒素、アルゴン等のガスを用いることができ、これらの流体を切り替え弁（図示せず）により適宜切り替えてベルジャー１２内に供給しうるようになっている。５１は減圧弁であり、可変し得る所要設定圧力で流体をベルジャー１２内に供給できる。５２、５３はバルブ、５４は流量制御弁である。
なお、加圧流体は、種々のガスの混合ガスを用いてもよい。
【００１８】
排出部４８はパイプ５５を通じて、バルブ５２とバルブ５３との間のパイプ４９に接続されている。５６はバルブである。
排出部４８は真空ポンプ等によって構成される。
図１において、４９ａはパイプ４９の接続口である。
バルブ５６を閉じ、バルブ５２、５３を開くことによって、加圧流体をベルジャー１２内に供給でき、バルブ５２を閉じ、バルブ５６、バルブ５３を開くことによって、排出部４８により流体を吸引、排気してベルジャー１２内を減圧することができる。
なお、５７は圧力計（計測装置）であり、ベルジャー１２内の圧力を検出する。その他、温度や湿度を検出する計測装置も必要に応じて取りつける。
５８は安全弁であり、ベルジャー１２内が所要の許容圧力以上の圧力となった場合には流体を外部に逃がすようになっている。また６０は覗き窓である（図３）。
【００１９】
図４において、７１はアンモニアガスボンベ等のアルカリ性ガスのガス供給源、７２は炭酸ガスボンベ等の酸性ガスのガス供給源である。
ガス供給源７１は、パイプ７３、７４を通じてベルジャー１２に接続されている。７５はパイプ７３に、７６はパイプ７４のそれぞれ設けられたバルブである。
ガス供給源７２は、パイプ７７、７４を通じてベルジャー１２に接続されている。７８はパイプ７７に設けられたバルブである。
【００２０】
バルブ７８を閉じ、バルブ７５およびバルブ７６を開放することによってガス供給源７１からベルジャー１２内にアルカリ性ガスを供給できる。また、バルブ７５を閉じ、バルブ７８およびバルブ７６を開放することによってベルジャー１２内にガス供給源７２から酸性ガスを供給することができる。
なお、アルカリ性ガス、酸性ガスは、研磨液に溶解することによって研磨液のｐＨを変動させる。
酸性ガスとしては、その他に塩酸ガスや硝酸ガス等を用いることができる。
８０はｐＨ検出部であり、ベルジャー１２内の研磨液、あるいはパイプ４４等を循環する研磨液のｐＨを検出できるようになっている。
【００２１】
図５は駆動部の他の実施の形態を示す説明図である。
ベルジャー１２内に、ステータ６２とロータ６３からなる駆動モータ６４が配置され、ロータ６３上に定盤２３が配置されている。モータドライバ６５がベルジャー１２外に配置され、配線６６によってステータコイルに電力が供給される。なお、駆動モータ６４には公知の構造のモータを用いることができる。
本実施の形態では、配線６６のみのシールをすればよいからシール構造が簡単になる。
【００２２】
図６は駆動部のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
本実施の形態では、磁気カプラ構造を採用して定盤２３を回転させるようにしている。
すなわち、Ｎ、Ｓに交互に着磁された磁極６７をモータ６８で回転し、これにより、マグネットからなるロータ６９を回転させるようにしている。ロータ６９上に定盤２３が固定されている。
本実施の形態では、外部と非接触で定盤２３を回転させることができるので、ベルジャー１２内をクリーンに保つことができる。
【００２３】
上記各実施の形態では、回転軸の軸線を中心として定盤２３を回転させるようにしたが、定盤２３を、定盤２３の研磨面（研磨パッド）と平行な面内で揺動させるようにしてもよい。
図７は、その一例を示す説明図である。
本実施の形態では、定盤２３に複数のクランク軸７０を取り付け、クランク軸７０をベルジャー１２の外部に設けた駆動部（図示せず）により、同期して回転させることによって、定盤２３を、一定の方向を向かせたまま旋回運動させる、いわゆる小円（Ｂ）運動をさせることができる。
【００２４】
また前記実施の形態では、ワークを、ワーク押圧プレート３６によって単に定盤２３上に押圧するようにしたが、ワークをワーク押圧プレート３６下面に接着剤によって貼りつけるようにしてもよい。この場合、研磨終了後にワークを剥離するようにする。
あるいは、ワーク押圧プレート３６を、下面に真空吸着力を作用させることができる構造のものにし（図示せず）、ワークを直接、あるいは弾性を有するバッキング材を介して吸着保持できるようにしてもよい。
【００２５】
また、上記実施の形態では、加圧手段に錘３７を用いたが、アーム４０上に設けたシリンダ装置（図示せず）を用いて加圧するようにしてもよい。
あるいはまた、ワーク押圧プレート３６自体を加圧ヘッド方式のものにして、ワークを加圧するようにしてもよい。
図８はこの加圧ヘッド方式のワーク押圧プレート３６の一例を示す。
すなわち、ヘッド本体７２内に保持プレート７３を弾性リング体（ダイヤフラム）７４で吊持して、加圧室７５を形成し、この加圧室７５内に加圧流体を導入するようにして、保持プレート７３に保持されたワークを定盤２３に押圧するようにするのである。この場合、ワーク押圧プレート３６を、図示しないモータにより回転軸７６を中心として回転させるようにすると好適である。回転軸７６の回転駆動機構（図示せず）はアーム４０上に設ける。
【００２６】
また、図８に示すワーク押圧プレート３６を図示しないシリンダ装置によって上下動させるようにして、定盤２３の研磨面に接離動させるようにすると好適である。この場合、回転軸７６を図示しない保持アームによって回転自在に支持し、この保持アームをアーム４０上に設けた上記シリンダ装置によって上下動させるのである。
したがって、上記回転駆動機構は、回転軸７６を所要範囲内で上下動を許容すると共に、回転力を伝達可能にする構造のものとする必要がある。
加圧室７５内には回転軸７６に設けた通路７７を介して加圧流体を供給する。通路７７には、図示しないロータリージョイントを介して加圧流体を導入する。
なお、７８は規制リングであり、保持プレート７３の抜け止めをすると共に、保持プレート７３の上下方向の移動をガイドする。
また、７９はＯリングであり、ヘッド本体７２の側壁の内壁と保持リング７３の外壁との間に配設され、保持リング７３の水平方向の移動を弾性的に吸収すると共に、研磨液がヘッド本体７２内に進入するのを防止する。
【００２７】
上記研磨装置１０を用い、次の条件下で、ベルジャー１２内のエアー（空気）圧力を変化させて、ワークの、銅被膜、SiO2被膜、Si基板の研磨を行ったところ、図９に示す興味ある結果が得られた。
研磨布（パッド）：商品名ＩＣ1000／ＳＵＢＡ４００（φ２００ｍｍ）
研磨液（研磨液）：SiO2被膜用のシリカ系研磨液（ＳＳ−２５）
Si用のコロイダルシリカ（Compol−８０）
Cu用のアルミナ系研磨液（酸化剤の添加なし）
加工圧力（ワーク押圧プレートからの荷重）：１００〜５００ｇ／ｃｍ2
定盤回転数：１５〜９０ｒｐｍ
加工時間：２〜４ｍｉｎ
上記条件内で、加工圧力、定盤回転数、加工時間を一定に保ったまま、上記各ワークを研磨した研磨結果を図９に示す。
【００２８】
図９において、装置内圧力ゼロのところが大気圧である。すなわち、横軸の装置内圧力とは、大気圧からの加圧分、あるいは減圧分の圧力を示す。
図９から明らかなように、大気圧下での研磨の研磨レートが一番低く、加圧側、減圧側に向けて、それぞれ加圧力、減圧力にほぼ比例して研磨レートが向上するという興味ある結果が得られた。
特に、SiO2被膜、Si基板の研磨の場合、２００ＫＰａで大気圧下のほぼ２倍、５００ＫＰａで大気圧下のほぼ２．５倍の研磨レートが得られた。
銅被膜の研磨の場合には、若干の減圧側（−５０ＫＰａ付近）で研磨レートが最小となる。すなわち、最小の研磨レートの部位が若干減圧側にずれるが、この部位よりも高圧側、低圧側ではいずれもSiO2被膜、Si基板の研磨の場合と同様に研磨レートが上昇した。
加圧側で研磨レートが向上するのは、ワーク押圧プレート３６に加圧流体の圧力がそのまま作用するからと考えられる。また、流体圧力により研磨液がパッド中に染み込み、これにより研磨レートが向上するとも考えられる。
減圧側で研磨レートが向上する理由は定かではないが、ベルジャー１２内が減圧されることにより、ワークとパッドとの間で発生する摩擦熱が放散されにくく、温度が上昇して反応速度が大きくなるからと考えられる。
【００２９】
図１０は、加圧流体をエアーに替えて酸素を用いた場合の圧力と研磨レートとの関係を示すグラフである。
エアーの場合とほとんど同じ傾向を示すが、特に銅被膜の研磨の場合、高圧側での研磨レートが大きく上昇した。
【００３０】
上記のように、ベルジャー１２内の圧力を変化させることによって、他の条件を一定にしたまま、研磨レートの調節が可能となる。
例えば、研磨開始時の粗研磨時には、ベルジャー１２内を加圧、あるいは減圧して、高い研磨レートで研磨を行い、仕上げ研磨時には、ベルジャー１２内を大気圧下に戻して低い研磨レートで仕上げ研磨を行うという制御が可能となる。
もちろん、他のファクター、例えば、定盤２３の回転数などのファクターと組み合わせて、研磨工程中に、研磨レートの設定を変更するということも可能である。
研磨液を変えるとか、異なる性質のパッドを用いるという場合には、異なるステーション（異なる研磨装置）での研磨が必要となって、装置が大型化するが、ベルジャー１２内の圧力調整や、定盤２３の回転数の変更は、同じステーションで行えるので、研磨装置（ステーション）の台数を減じることができ、研磨条件の設定が容易となり、また装置の小型化、コストの低減化が図れる利点がある。
【００３１】
なお、研磨液がベルジャー１２内に収容されて、加圧された状態で循環されるから、循環ポンプ４３の負荷はそれ程大きなものとならない。
研磨液収容部をベルジャー１２外部に設けてもよいが、この場合には加圧されているベルジャー１２内に研磨液を送り込む必要があるので、大型で強力なポンプを使用する必要がある。
また、研磨液は、ベルジャー１２内に滞留させて用いるのでもよい。この場合には、アジャスタブルボルト３３を調節するなどして、定盤２３が、定盤面が水平面から傾斜するように設定し、低位の定盤面の部位が研磨液中に浸るようにする。これにより、研磨液が常にパッドに汲み上げられ、ワークの研磨面に供給される。
【００３２】
次に、研磨液のｐＨ調整について説明する。
なお、この研磨液のｐＨ調整は、上記のようにベルジャー１２内の加圧ガスによる加減圧とは別個に行ってもよいし、双方を合わせて行ってもよい。
図１１は、米国キャボット社の商品名ＣＵ―５００１の研磨液を用いた場合の研磨能率を示す。
この研磨液は、銅の研磨用のもので、ｐＨはほぼ７で、使用時には過酸化水素を適宜量添加して使用されるものである。
この研磨液に、１．過酸化水素を添加したもの、２．過酸化水素を添加しないもの、３．過酸化水素を添加せず、アンモニア水等のアルカリ性液を添加してｐＨを１０程度に上昇させたものの３種類の研磨液を調整し、ベルジャー１２内を酸素ガスで加圧して銅の研磨を行った結果を図１１に示す。
【００３３】
図１１において、横軸にベルジャー１２内の酸素による加圧力（ＫＰａ。ゼロのところは大気圧）を、縦軸に研磨レート（絶対量でなく、相対量で示す）を示す。
図１１から明らかなように、過酸化水素を添加することによって添加しないものに比して研磨レートは２〜３倍向上するが、この研磨液にあっては、ベルジャー１２内の酸素による加圧力を増加させてもそれ程研磨レートは向上しなかった。
ところが、アルカリ性液を添加してｐＨ値を大きくしたものの場合には、ベルジャー内の圧力依存性が極めて高くなり、過酸化水を添加したものに比し、研磨レートが３〜４倍向上している。
このことは、研磨液の研磨レートのｐＨ依存性、圧力依存性が大きいことを示唆し、ｐＨ値やベルジャー１２内の圧力を調整することで研磨レートのコントロールが可能となる。
【００３４】
次に、図１２は、SiO2被膜、ガラス、石英などの研磨用の一般的な研磨液の研磨レートのｐＨ依存性を示す（ベルジャー１２内の非加圧状態における一般的なｐＨ依存性を示す）。図のＡはセリア（セリウム）粒子系の研磨液を、Ｂはシリカ（SiO2）系の研磨液である。セリア系の研磨液は概ねｐＨ７程度が最も研磨レートが高く、酸性側、アルカリ側のいずれでも研磨レートが低くなる。シリカ系のものはｐＨ９〜１０程度が最も研磨レートが高い。
【００３５】
図１３は、銅、タンタル、窒化タンタル等の金属の研磨用の研磨液のｐＨ依存性を示す（ベルジャー１２内の非加圧状態における一般的なｐＨ依存性を示す）。図１３のＣは、銅用のもので、ｐＨ３〜４の酸性側で研磨レートが高い（図１１のキャボット社製のものとは異なる）。図のＤは、タンタル、窒化タンタル用のもので、やはりｐＨ３〜４の酸性側で研磨レートが高い。タンタル、窒化タンタルは非常に硬い金属で、銅よりはかなり研磨レートが低い。
通常、図１２、図１３等で示される研磨液を、研磨対象物（ワーク）に応じて適宜選択して使用している。
【００３６】
ところで、本発明では、上記のように密閉したベルジャー１２内でワークの研磨を行う。
このように、ベルジャー１２が密閉されていることにより、前記のように、ガス供給源７１、７２からアルカリ性ガス、あるいは酸性ガスを供給することによって、ベルジャー１２内の研磨液のｐＨをリアルタイムで変更することができる。ガスの排出は排出部４８で行うことができる。
【００３７】
アルカリ性ガスや酸性ガスによる研磨液のｐＨの調整は、ベルジャー１２が密閉されているからこそ可能となる。外部雰囲気の影響を受けないからである。このように、研磨液のｐＨをリアルタイムで変更することができるから、同じベルジャー１２内で、研磨液を変えることなく、すなわち同一の研磨液を用いて、種々の研磨レートにセッティングでき、種々の研磨形態に対応できるようになる。この研磨レートの調整は、ベルジャー１２内の加圧ガスの圧力を変えることなく、研磨液のｐＨのみを変動させてもよく、あるいは図１１で示唆されるように、ベルジャー１２内の加圧ガスの圧力、および研磨液のｐＨの双方を変えて、研磨レートを調整するようにしてもよい。
【００３８】
例えば、図１４〜図１７により、SiO2被膜６０で隔絶された銅の埋めこみ配線を研磨により形成する場合について説明する。
６１は、銅６２がSiO2被膜６０中に拡散するのを防止するためのバリアメタル層であり、ＴａＮ（窒化タンタル）、あるいはＴａ（タンタル）をスパッタリングして形成される。銅被膜６２は電解銅めっき等によって形成される。
まず、図１３のＣ等に示される研磨液を用いて、図１５に示すように、バリアメタル層６１の近傍まで、銅被膜６２の研磨を、例えば、ベルジャー１２内のエアーによる高い加圧条件下、研磨液ｐＨ３程度の、所要の高い研磨レートで行う。
【００３９】
次いで、図１６に示すように、エアーによる中程度の圧力の加圧条件下（エアーによる加圧を若干減圧する）、研磨液のｐＨを６程度に調整して（エアーによる加圧を若干減圧して後、ベルジャー１２内にアンモニアガスを供給する）、中程度の研磨レートでバリアメタル層６１が露出するまで研磨を行う。この段階を高い研磨レートで研磨を行うと、バリアメタルに比して柔らかい金属の銅６２がオーバー研磨されて平坦性が損なわれるからである。
最後に、ベルジャー１２内を例えば大気圧下に戻し、研磨液のｐＨをさらに７とか８に上昇させて（ベルジャー１２内にアンモニアガスを供給する）、さらに低い研磨レートにセッティングして研磨を行い、バリアメタル層６１を除去して、図１７に示すように、平坦性のよい銅の埋めこみ配線を形成する研磨を行うことができる。
【００４０】
図１８〜図２１に示すのは、銅配線６３上に形成したSiO2被膜６４を研磨する例を示す。なお、６５はストップ層で、例えば窒化タンタル膜である。
例えば図１２のＡの研磨液を用い、研磨液のｐＨを７程度、ベルジャー１２内圧力をエアーにより高くして、高い研磨レートで、図１９に示すようにストップ層６５近傍までSiO2被膜６４を効率よく研磨する。
【００４１】
次に、研磨液のｐＨを５程度に調整し（ベルジャー１２内に例えば炭酸ガスを供給する）、またベルジャー１２内圧力を中程度にして（すなわちエアー圧力を若干減圧する）、中程度の研磨レートにセッティングして、図２０に示すように、ストップ層６５が露出するまで研磨を行う。
最後に、研磨液のｐＨを例えば３程度に調整し（ベルジャー１２内に例えば炭酸ガスを供給する）、ベルジャー１２内圧力を例えば大気圧に戻して、低い研磨レートにセッティングしてストップ層６５を除去する研磨を行うことにより、高い精度で平坦化された埋めこみ配線を形成できる（図２１）。
このように、同じベルジャー１２内で研磨液を変更することなく研磨を行うことができるので、極めて効率のよい研磨が可能となる。
【００４２】
次に、図２２は、ワーク研磨装置１０のさらに他の実施例を示す説明図である。図４に示すものと同一の部材は同一符号をもって示し、その説明を省略する。本実施例では、研磨液を純水と、アルカリ性ガスもしくは酸性ガスとによりベルジャー１２内で調整するようにしている。
符号８２はタンク等を具備する純水供給源である。純水供給源８２から給水ポンプ８３によりパイプ８４を通じて純水がベルジャー本体１６内に供給できるようになっている。なお、８５は開閉バルブである。
ベルジャー本体１６内での研磨液の調整は次のようになされる。
まず、ベルジャー本体１６内に純水供給源８２から適宜量の純水が供給される。なお、研磨砥粒入りの研磨液に調整する場合には、別途設けた砥粒供給部（図示せず）から、適宜量の研磨砥粒をベルジャー本体１６内に供給する。研磨対象（例えば銅等の金属膜）によっては研磨砥粒は必ずしも必要ではない。
【００４３】
本実施の形態における研磨液は、基本的に、研磨対象物に応じて、酸性の研磨液にするか、アルカリ性の研磨液にするかの、単純な構成、すなわち、上記ガス供給源７１、７２から、ベルジャー本体１６内にアルカリ性ガス、もしくは酸性ガスを供給してこれらガスを純水に溶解して研磨液を簡易に調整するようにするのである。このようにできるのは、密閉式のベルジャー１２を用いたからにほかならない。ガスの供給量は、ｐＨ検出部８０により研磨液のｐＨを検出して調整すればよい。
その他研磨液に混入するのは、上記のように、必要に応じて研磨砥粒だけとする。
【００４４】
本実施例では、研磨液をベルジャー１２内で調整するものであるが、本実施例でも、研磨液のｐＨをリアルタイムで調整できるから、図１４〜図１７、および図１８〜図２１に示すような研磨方法を実施できる。
まず、図１４〜図１７により、SiO2被膜６０で隔絶された銅の埋めこみ配線を研磨により形成する場合について説明する。
６１は、銅６２がSiO2被膜６０中に拡散するのを防止するためのバリアメタル層であり、ＴａＮ（窒化タンタル）、あるいはＴａ（タンタル）をスパッタリングして形成される。銅被膜６２は電解銅めっき等によって形成される。
まず、銅被膜６０を研磨するために、上記のように、ベルジャー本体１６内に、純水と酸性ガスを供給して、ｐＨ３前後の酸性の研磨液を調整する（研磨砥粒を必要に応じて添加したものを調整してもよい）。
この研磨液を用いて、図１５に示すように、バリアメタル層６１の近傍まで、銅被膜６２の研磨を、例えば、ベルジャー１２内のエアーによる高い加圧条件下、研磨液ｐＨ３程度の、所要の高い研磨レートで行う。
【００４５】
次いで、図１６に示すように、エアーによる中程度の圧力の加圧条件下（エアーによる加圧を若干減圧する）、研磨液のｐＨを６程度に調整して（エアーによる加圧を若干減圧して後、ベルジャー１２内にアンモニアガスを供給する）、中程度の研磨レートでバリアメタル層６１が露出するまで研磨を行う。この段階を高い研磨レートで研磨を行うと、バリアメタルに比して柔らかい金属の銅６２がオーバー研磨されて平坦性が損なわれるからである。
最後に、ベルジャー１２内を例えば大気圧下に戻し、研磨液のｐＨをさらに７とか８に上昇させて（ベルジャー１２内にさらにアンモニアガスを供給する）、さらに低い研磨レートにセッティングして研磨を行い、バリアメタル層６１を除去して、図１７に示すように、平坦性のよい銅の埋めこみ配線を形成する研磨を行うことができる。
【００４６】
当初酸性の研磨液を調整し、アンモニアガスを供給していくので、中和による塩が研磨液内に生成されるが、研磨には影響がない。
上記のようにして銅の埋めこみ配線を形成する研磨を行える。
次いで、新たなサイクルの研磨を行うには、研磨液を一度全部排出し、研磨パッドを純水で洗浄した後、再度研磨液を調整するようにするとよい。本実施の形態における研磨液は、（必要に応じて添加される研磨砥粒を除き）基本的に酸性成分あるいはアルカリ成分しか混入していない簡易な構成のものなので、研磨パッドの洗浄は容易で、新たな研磨液の調整も極めて短時間で行うことができる。
したがって、研磨サイクルの短縮化が可能で、研磨効率の向上が図れる。
【００４７】
次に、図１８〜図２１により、銅配線６３上に形成したSiO2被膜６４を研磨する例を示す。なお、６５はストップ層で、例えば窒化タンタル膜である。
SiO2被膜６４の研磨には、前記のように、研磨液のｐＨが７程度が好適であるから、ベルジャー本体1６内に純水を供給して研磨液とする。なお、SiO2被膜６４の研磨には、研磨砥粒入りの研磨液が好適であるから、別途研磨液供給部から研磨砥粒を供給して砥粒入りの研磨液を調整するとよい。
この研磨液を用いて、ベルジャー１２内圧力をエアーにより高くして、高い研磨レートで、図１９に示すようにストップ層６５近傍までSiO2被膜６４を効率よく研磨する。
【００４８】
次に、研磨液のｐＨを５程度に調整し（ベルジャー１２内に例えば炭酸ガスを供給する）、またベルジャー１２内圧力を中程度にして（すなわちエアー圧力を若干減圧する）、中程度の研磨レートにセッティングして、図２０に示すように、ストップ層６５が露出するまで研磨を行う。
最後に、研磨液のｐＨを例えば３程度に調整し（ベルジャー１２内にさらに炭酸ガスを供給する）、ベルジャー１２内圧力を例えば大気圧に戻して、低い研磨レートにセッティングしてストップ層６５を除去する研磨を行うことにより、高い精度で平坦化された埋めこみ配線を形成できる（図２１）。
このように、同じベルジャー１２内で研磨液を変更することなく研磨を行うことができるので、極めて効率のよい研磨が可能となる。
新たなサイクルの研磨を行うには、研磨液を更新するのがよい。この場合も研磨液の調整は容易に行える。
【００４９】
なお、アルカリ性ガスや酸性ガスでなく、オゾンや酸素、炭化水素ガスなどの中性ガスを研磨液調整ガス用としてベルジャー内に供給してもよい。この場合の中性ガスは、ガス供給源７１、７２からでなく、上記加圧ガス源４７からの加圧ガスと兼用して供給するようにしてもよい。
以上、本発明の好適な実施例をあげて種々説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】研磨装置の正面断面図である。
【図２】蓋体をあけた状態の研磨装置の平面図である。
【図３】ベルジャーの平面図である。
【図４】圧力源との関係を示す説明図である。
【図５】駆動部の他の実施の形態を示す説明図である。
【図６】駆動部のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
【図７】定盤の揺動機構を示す概略図である。
【図８】加圧ヘッド方式のワーク押圧プレートを示す説明図である。
【図９】エアー圧と研磨レートとの関係を示すグラフである。
【図１０】酸素ガス圧と研磨レートとの関係を示すグラフである。
【図１１】ベルジャー内加圧力と、研磨液のｐＨ値による研磨レートの変動を示すグラフである。
【図１２】研磨液のｐＨ変動による研磨レートの変動を示すグラフである。
【図１３】研磨液のｐＨ変動による研磨レートの変動を示すグラフである。
【図１４】図１４〜図１７は、基板に銅の埋め込み配線を形成する場合の基板の説明断面図であり、図１４は、最表層の銅層を研磨する前の状態を示し、
【図１５】図１５は、最表層の銅層をバリアメタル層近傍まで研磨した状態を示し、
【図１６】図１６は、最表層のバリアメタル層を、バリアメタル層が露出するまで研磨した状態を示し、
【図１７】図１７は、バリアメタル層を除去した状態を示す。
【図１８】図１８〜図２１は、銅配線上に形成したSiO2被膜を研磨する場合の説明断面図であり、図１８は、SiO2被膜を研磨する前の状態を示し、
【図１９】図１９は、ストップ層近傍までSiO2被膜を研磨した状態を示し、
【図２０】図２０は、ストップ層が露出するまでSiO2被膜を研磨した状態を示し、
【図２１】図２１は、ストップ層を除去した状態を示す。
【図２２】図２２は、ワーク研磨装置の他の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  研磨装置
１２  ベルジャー
１４  蓋体
１６  ベルジャー本体
２３  定盤
３２  架台
３５  駆動部（モータ）
３６  ワーク押圧プレート
３８、３９  ローラ
４０  アーム
４３  循環ポンプ
４４、４５  パイプ
４７  加圧源
４８  排出部
５７  圧力計
７１、７２  ガス供給源
７３、７４、７７  パイプ
７５、７６、７８  バルブ
８０  ｐＨ検出部
８２  純水供給源
【図１】
2005169613.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2005169613.tif 000016
【図１５】
2005169613.tif 000017
【図１６】
2005169613.tif 000018
【図１７】
2005169613.tif 000019
【図１８】
2005169613.tif 000020
【図１９】
2005169613.tif 000021
【図２０】
2005169613.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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