(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨板を吸着し自転する研磨板ホルダーと、
被研磨板の口径より小さな口径を有し、軸対称に配置された複数の研磨パッドと、
該複数の研磨パッドのそれぞれを自転させるための手段と、
該複数の研磨パッドを前記軸を中心として公転させるための手段と、
該研磨パッドを被研磨板に対して相対的に横送りおよび縦送りするための手段とを有し、
該研磨パッド前面を被研磨板面に摺擦させるようにするとともに研磨スラリー中の気体を除去するための手段を設けた研磨スラリーを該研磨パッドの前面中心へ供給したことを特徴とする化学機械研磨装置。
【請求項２】
該被研磨板の周縁を囲むダミー板を、被研磨板の研磨面とほぼ面一となるように設け、
該ダミー板の裏面には、放射状の溝が形成されていることを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨装置。
【請求項３】
被研磨板上に洗浄水を噴射するためのノズルと、該洗浄水に超音波を付与するための手段とを設け、
該ノズル形状は、該被研磨板の半径よりは長い線状の供給口を備え、略々４５゜の角度（４０〜５０゜）で被研磨板表面に供給することを特徴とする請求項１または２記載の化学機械研磨装置。
【請求項４】
該ダミー板と該被研磨板の周縁との間に１〜３ｍｍの隙間を設けたことを特徴とする請求項２または３項記載の化学機械研磨装置。
【請求項５】
該ダミー板の裏面と接触するホルダー表面に放射状の溝が形成されていることを特徴とする請求項４記載の化学機械研磨装置。
【請求項６】
該ダミー板はアルミナよりなることを特徴とする請求項２ないし５のいずれか１項記載の化学機械研磨装置。
【請求項７】
研磨パッドを被研磨板へ押圧するためのエアシリンダを設けるとともに、各エアシリンダの圧力を制御するための手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項記載の化学機械研磨装置。
【請求項８】
研磨スラリーを加圧して供給するための手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項記載の化学機械研磨装置。
【請求項９】
被研磨板の口径より小さな口径を有し、軸対称に配置された複数の研磨パッドのそれぞれを自転させ、
該複数の研磨パッドを前記軸を中心として公転させ、
該研磨パッドを被研磨板に対して相対的に横送りおよび縦送りし、
該研磨パッド前面を被研磨板面に摺擦させるようにするとともに内部から気体を除去した研磨スラリーを該研磨パッドの前面中心へ供給することにより研磨を行うことを特徴とする化学機械研磨方法。
【請求項１０】
研磨スラリーを加圧して供給することを特徴とする請求項９記載の化学機械研磨方法。
【請求項１１】
研磨スラリーの加圧力は１０〜１００ｇ／ｃｍ2であり、スラリー の供給量は５０〜１００ｍｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項９又は１０のいずれか１項記載の化学機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、プロセス中の半導体基板表面等を平担化するための化学機械研磨装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
近時における半導体デバイスでは、超微細化、高段差化が顕著である。微細パターンを形成するために、フォトリソグラフィに用いるステッパ光源の波長が式（１）で示される水平方向解像度Ｒを小さくするために短波長化し、かつＮＡ（Numerical Aperture：開口数）値が大きくなされている。
【０００３】
その結果、露光時の焦点深度ＤＯＦが式（２）に示すように浅くなりフォーカスマージンが小さくなっている。また、表面に凹凸が激しいと表面からの反射光が露光時に斜め方向に反射されるため露光パターンが乱される。このため、超微細パターンを有する半導体デバイスの製造工程において、露光工程ではその表面の完全平坦化が必要となっている。
Ｒ＝Ｋ1・λ／ＮＡ                   ・・・（１）
ＤＯＦ＝Ｋ2・λ／（ＮＡ）2          ・・・（２）
ただし、λは光源の波長、ＮＡは光学系のNumerical Aperture（開口数）である。
【０００４】
かかる超微細、高段差を有する半導体デバイスの製造プロセスにおいて、半導体基板表面の平坦化技術として、化学機械研磨法（ＣＭＰ：CHEMICAL MECHANICAL POLISHING）が 開発されている。なお、この化学機械研磨法は、例えば、トレンチに埋め込んだポリＳ ｉ、多層配線その他における層間絶縁膜、アルミニウム合金薄膜その他の金属配線等の平坦化において使用されている。
【０００５】
従来の化学機械研磨装置の概念図を図８に示す。
【０００６】
例えば層間絶縁膜が形成されている被研磨板であるＳｉウエハ６０は、自転可能な支持体６１に真空吸引などによりその表面が固定されている。一般に支持体６１と被研磨板であるウエハ６０との間には裏面パッドなどのクッション材が貼り付けられており、この裏面パッドはウエハ６０に均一な加圧力を与える。
【０００７】
この支持体６１を回転させながら、表面に研磨パッド６４が貼られているステージ６３にウエハ６０の表面を押し当てる。ステージ６３も自転する構造になっている。加圧力は通常０．３〜０．６ｋｇ／ｃｍ2程度である。
【０００８】
研磨中には、シリカ等の無機物微粒子を分散させた研磨スラリーを、研磨パッド６４上に滴下する。ステージ６３の表面には、研磨スラリーがウエハ６０の表面と研磨パッド６４の表面との界面に効率よく流れ込むように、円周方向に複数本の細い溝が設けられている。スラリー中の微粒子はウエハ表面に対する機械的作用により研磨を促進させる。この方式においては、ウエハ６０は自転及び公転し、研磨パッド６４も自転しており、その研磨パッド６４はウエハ６０より大きな径を有している。
【０００９】
しかし、上記従来の化学機械研磨装置では、次の問題を有している。
【００１０】
▲１▼現在、より一層高い平坦度（±０．１μｍ以下）が求められているが上記従来装置ではその要求に応えることができない。
▲２▼面内均一性が悪い（よくて±１０％程度）。
▲３▼研磨スラリーの使用量が極めて多い。
▲４▼研磨スラリーが界面に均一に侵入せず焼き付けが起こり易い。
▲５▼大口径ウエハの研磨の場合、研磨盤も大きくせざるを得ず、その結果装置全体が極めて大きなものとなる。
【００１１】
研磨により表面を平坦化するには、研磨スラリーが被研磨板の表面と研磨パッドの表面との界面に均一に供給されて、かつ被研磨板の表面と研磨パッドの表面との相対運動があらゆる表面の付近で研磨スラリーの微粒子が四方八方に均一に運動するようになっていなければならない。被研磨板の表面よりも研磨パッドの表面の方が大きい装置ではこのことは実現されない。
【００１２】
なお、上記問題点を含む以上の知見は本発明者が見出した全く新しい知見である。
【００１３】
一方、ポリッシングヘッドに遊星歯車機構を設けて研磨パッドを遊星歯車により自転並びに公転させることができるようにし、研磨パッド前面を被研磨板面に摺擦させるようにし、かつ横送り機構および縦送り機構を設けて前記ポリッシングヘッドを被研磨板に対して相対的にジグザグ状に移動させることができるように構成したポリッシング装置が知られている（実開平１−１７０５５６号公報）。
【００１４】
このポリッシング装置は、比較的大型の平面を微細かつ均斉に無条痕の鏡面に仕上げることができ、ステンレススチール板の研磨に用いられる。
【００１５】
しかし、この装置によって上記した±０．１μｍレベルの平坦度が達成される かどうかは不明である。半導体ウエハの場合には、表面が均一な材料ではなく、ＢＰＳＧ等の層間絶縁膜、Ａｌ合金、ポリシリコン等が存在しているのである。本発明者が実験したところ、この装置で半導体ウエハの研磨を行うと、上記したレベルの平坦度は達成されず、また、中心部に比べて外周部が、研磨不十分であったり逆に過度に研磨されたりするという問題を有することが判明した。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決するものであり、殆ど無条痕の鏡面を高能率のもとに研磨することができ、（±０．１μｍ）以下のレベルの平坦度を達成可能な化学機械研磨装置および化学機械研磨方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の化学機械研磨装置は、被研磨板を吸着し自転する研磨板ホルダーと、
被研磨板の口径より小さな口径を有し、軸対称に配置された複数の研磨パッドと、
該複数の研磨パッドのそれぞれを自転させるための手段と、
該複数の研磨パッドを前記軸を中心として公転させるための手段と、
該研磨パッドを被研磨板に対して相対的に横送りおよび縦送りするための手段とを有し、
該研磨パッド前面を被研磨板面に摺擦させるようにするとともに研磨スラリー中の気体を除去するための手段を設けた研磨スラリーを該研磨パッドの前面中心へ供給するようにし、
また、本発明の化学機械研磨方法は、被研磨板の口径より小さな口径を有し、軸対称に配置された複数の研磨パッドのそれぞれを自転させ、
該複数の研磨パッドを前記軸を中心として公転させ、
該研磨パッドを被研磨板に対して相対的に横送りおよび縦送りし、
該研磨パッド前面を被研磨板面に摺擦させるようにするとともに研磨スラリーを該研磨パッドの前面中心へ供給することにより研磨を行うことを特徴とする。
【００１８】
【作用】
本発明では、複数の研磨パッドを自転させつつかつ、複数の研磨パッドの対称軸を中心に公転させ、被研磨板自体も自転せしめる構造となっている。さらに、研磨パッドを被研磨板に対して相対的に横送りおよび縦送りするための手段を有しているため研磨パッドと被研磨板とは直行して摺擦可能となる。しかも、研磨スラリーは研磨パッドの前面中心に供給される。なお、上記、横送り手段と縦送り手段とはそれぞれ独立に作動可能である。
【００１９】
従って、研磨スラリーが被研磨板表面と研磨パッド表面の界面に均一に供給され、被研磨板表面と研磨パッド表面の相対運動があらゆる表面の付近で研磨スラリーの微粒子が四方八方に均一に運動する。その結果、前記した所望の平坦度の達成が可能となる。
【００２０】
なお、本発明に係る装置を使用するに際しては、研磨パッドの自転数は１０００〜１５００ｒｐｍ、公転数は６０〜１００ｒｐｍが好適である。また、被研磨板の回転数は５０〜３００ｒｐｍが好適である。さらに、研磨パッドと被研磨板との間の相対的な横送り速度、縦送り速度は、１〜３ｍ／分が好適である。
【００２１】
一方、また、図１に示すように、被研磨板（高段差を有する半導体ウエハ）４０の周縁を囲むダミー板４１を、被研磨板４０の研磨面とほぼ面一となるように設けてあるため、研磨パッド４２の一部が被研磨板４０の外に出たとしても、その部分はダミー板４１上に存在するため研磨パッド４２は傾くことがなく、被研磨板４０の外周を過度に研磨することがない。なお、被研磨板４０表面とダミー板４１表面とはほぼ面一であればよい。ダミー板の表面が被研磨板表面より若干低い場合（少し段差がある場合）には、被研磨面の角部が研磨されるが、これにより面取り状態（すなわち鋭利な角部が取れて丸みを帯びた状態）となるためチッピングを防止することができる。
【００２２】
【発明の実施の態様】
発明の実施の態様例を図１に基づき説明する。
【００２３】
ダミー板４１と被研磨板４０の周縁との間に１〜３ｍｍの隙間４６を設けておくことが好ましい。使用後の研磨スラリーは、この隙間４６を介して、研磨表面から、研磨スラリー排出４５を通り、外部に流出する。この隙間４６の寸法は、１ｍｍ未満では流出仕切れない。また、３ｍｍを超えると段差となりウエハのエッジが過度の研磨されることがあるため３ｍｍ以下が好ましい。
【００２４】
また、ダミー板４１の裏面には、放射状に溝４４を複数本形成しておく、この溝４４は研磨スラリーの流路となり使用後の研磨スラリーのより一層確実な流出が可能となる。あるいは、ダミー板４１の下面に接触するステージ４３の表面に複数本の放射線溝を設けて研磨スラリーの流路としてもよい。その様子を図２に示す。
【００２５】
なお、ダミー板４１の材質としては、被研磨板４０の材質より硬いものが好ましい。これによりダミー板４１の厚さの減少を防止できる。被研磨板４０が半導体ウエハの場合には、アルミナなどが好適である。
【００２６】
また、半導体ウエハの厚さには、５０μｍ程度のバラツキが存在するから半導体ウエハの平均厚さより、ダミー板の厚さは５０μｍ程度薄くすることが適切である。
【００２７】
また、図１（ｂ）に示すように、研磨スラリーが、研磨パッド４２の前面中心へ供給されるように構成することが、研磨スラリーの使用量を減らし、焼き付けを防止する上からは特に重要である。すなわち、従来技術に係る図８に示すように、研磨パッド６４とウエハ６０との当接面の外部から研磨スラリー６５を供給した場合には、研磨スラリー６５は、当接面にはほとんど供給されないことを本発明者は発見した。そのため、従来の装置では、真に必要とされる量よりはるかに多くの研磨スラリーを使用する必要があった。従って、研磨パッドの前面に研磨スラリーが供給されるように構成することが好ましい。かかる構成は、図３に示す構成の装置においては採用することができないが、本発明装置のように、研磨パッドとして、被研磨板の口径より小さな口径を有するものを使用する場合に初めて可能となる。
【００２８】
なお、研磨パッドを被研磨板へ押圧するためにはエアシリンダを用いることが好ましい。さらに、このエアシリンダの圧力変化を検知し、圧力を所定の値に制御し、これにより押圧力を各エアシリンダ間で一定に保つことが好ましい。
【００２９】
表面の緩やかな凹凸（Ｓｉウエハでは１０μｍ程度）の吸収するために、図３に示すようなエアベアリング方式が極めて有効である。すなわち、研磨パッド４２が、半球面状冶具８１の先端に設けられている。この冶具８１はその内部を貫通するフレキシブルな研磨スラリー供給チューブ８３で吊り上げられている。エアギャップ８４に供給される空気の圧力により研磨パッド４２の被研磨板に対する押圧（研磨圧）を制御することができる。研磨する厚さは、たかだか２〜３μｍであるから押圧は１００ｇ／ｃｍ2程度以下に設定する。これで十分速い研磨 が行える。
【００３０】
なお、研磨スラリーの種類、研磨圧、研磨パッドの自転・公転の回転数および縦、横方向の相対送り速度、被研磨板の自転回数などは、研磨する膜種、研磨量などに応じ適宜選択すればよい。ただし、研磨パッドの自転数は公転数より十分速く、研磨は研磨パッドの自転によって行われる。
【００３１】
また、図１において、４９は研磨終了後にウエハ４０の表面を洗浄するためのノズルであり、ノズル４９からは、超音波素子５０により０．５〜５ＭＨｚ程度の超音波を付与された超純水、Ｏ3添加超純水あるいは電解イオン水希フッ酸過 酸水素水等が供給される。
【００３２】
ノズル形状は、図４に示すように、被研磨板４０の半径Ｒよりは長い線状の供給口を備え、略々４５゜の角度（４０〜５０゜）で被研磨板表面に供給する。洗浄水（超音波励起された洗浄水）５１は、回転している被研磨板４０の表面の回転方向に対向する形で略々４５゜の角度で少なくともその半径Ｒより長い距離（Ｌ）に照射する（図４）吹き出しノズルの形状は、線状のものに限らない。円形ノズルでもよい。いずれの形状でも、吹き出し口の大きさは洗浄水中の超音波の波長より大きくして、メガニック超音波が効率よく吹き出し口を通過して被研磨板表面に到達するようにする。吹き出しノズルも被研磨板表面の距離は数ｃｍが適当である。円形ノズルの場合には、局所的にしか洗浄水が当たらないから、ノズルを複数設けて半径方向に往復運動させると洗浄効率が上がり高速洗浄が行える。
【００３３】
また、メガソニック超音波洗浄後、軸対称の位置に複数個設けられた突き出しピン４７によりウエハ４０を突き上げウエハ４０をホルダー（ステージ）４３から取り去る。ステージ４３の洗浄は、ステージ４３を回転させながら、ノズル４９からメガソニック励起された洗浄水を照射して行う。
【００３４】
研磨パッドの押圧は１００ｇ／ｃｍ2程度以下であるから、被研磨板のステー ジへの吸着は超純水の表面張力だけで十分である。
【００３５】
（供給圧力）
本発明においては、研磨スラリ−の供給は、自重による落下方式により供給してもよいが、例えばポンプにより加圧して供給することが特に好ましい。好ましい供給圧力は、研磨スラリ−の供給量、研磨パッドの押圧、研磨パッドの材質、研磨パッドの回転数によっても左右されるが、１０〜１００ｇ／ｃｍ2が好ましい。この範囲内においては、研磨効率、研磨の均一性がこの範囲外に比べ一段と優れている。特に、研磨スラリ−の供給量は通常は１００〜３００ｍｌ／ｍｉｎであるが、本発明において上記供給圧力の範囲とすれば、研磨スラリ−供給量が５０〜１００ｍｌ／ｍｉｎという少量であっても十分な研磨効率が得られる。ただ、１００ｇ／ｃｍ2を超えると研磨パッドと被研磨板との間に液膜ができることがあり、研磨パッドと被研磨板との間に液膜ができると研磨パッドがスリップしてしまい、逆に研磨効率の低下を招くことがある。従って、供給圧力としては１０〜１００ｇ／ｃｍ2が好ましい。４０〜９０ｇ／ｃｍ2がより好ましく、５０〜８０ｇ／ｃｍ2がさらに好ましい。
【００３６】
（脱気）
請求項１に係る発明によれば、±０．１ミクロン以下のレバルの平坦度が達成できる。しかし、大量の被研磨板の研磨を行うと平坦度にばらつきが生じることがあることがわかった。本発明者はその原因を鋭意探究したところ、ばらつきは次のような原因で発生するものであることを解明した。すなわち、化学的なエッチングにより反応生成物がガスとして放出され、気泡が発生する。この気泡の存在がばらつきの原因である。
【００３７】
本発明では、研磨スラリ−を脱気する。研磨パッドと被研磨板とが相対運動し、研磨パッド周縁の空気が両者の界面に巻き込まれても、脱気した研磨スラリ−の場合には、巻き込まれた空気は脱気したスラリ−中に溶解してしまう。すなわち、気泡の発生は防止され、両者の界面は研磨研磨スラリ−で満たされており、ばらつきは小さくなる。なお、脱気の目的は上述の通りであるため、脱気するガスは、空気に限らない。また、脱気後における溶存ガス量は、ばらつきの許容範囲に応じ適宜決めればよい。すなわち、溶存ガスが少ないほど空気の溶け込み量は多くなり、気泡は発生しにくくなり、ばらつきは小さくなる。しかし、ある程度以上脱気しても効果は飽和し、それ以上の脱気は経済的ではないため、個々の研磨スラリ−に応じ、また、許容されるばらつきに応じて実験等により求めておき適宜脱気量を決めればよい。研磨スラリー中における溶存気体量はｐｐｂレベルまで低減させることが好ましい。
【００３８】
図７に研磨スラリーを加圧して供給するための手段（送液ポンプ）７０４と、研磨スラリーから気体を除去するための手段（脱気モジュール）７０２を設けた化学機械研磨装置のシステム図を示す。
【００３９】
７０５は研磨スラリーを貯蔵するスラリータンクであり、一般的には大気に解放されている。ただ、貯蔵時における気体の研磨スラリーへの混入を低減させる上からは大気にふれないような閉鎖系としておくことが好ましい。スラリータンク７０５内の研磨スラリーは送液ポンプにより脱気モジュール７０２に圧送される。脱気モジュール７０２において固液分離が行われる。例えば中空糸が内部に設けられている。脱気モジュール７０２の気体側には真空ポンプが接続されており、気体側は真空引きされるため、研磨スラリーの溶存気体量はｐｐｂレベルあるいはｐｐｔレベルにまで低減させることができる。
【００４０】
脱気された研磨スラリーは図５に示す化学機械研磨装置本体に加圧されて供給される。
【００４１】
【実施例】
以下、本発明のポリッシング装置を図面に示す実施例について詳細に説明する。
【００４２】
図５は本発明の一実施例を示すポリッシング装置の一部縦断正面図である。
【００４３】
ホルダー４３は自転可能となっている。また、研磨パッド４２とは独立して、横方向（Ｘ方向：図面上左右方向）および縦方向（Ｙ方向：図面上紙面に垂直方向）に移動可能構成されている。なお、ホルダー４３を自転させるための手段、あるいは横方向、縦方向に移動させるための手段は図示していないが、一般に用いられる手段を適宜用いればよい。
【００４４】
一方、本例では、４個の研磨パッド４２を用いている。図６に示すように、４個の研磨パッドは中空軸２２を対称軸として対称に配置されている。研磨パッドは図５に示すように中空軸２２に垂下されている。
【００４５】
次に、研磨パッド４２の自転、公転、縦移動、横移動の具体的構成について説明する。
【００４６】
ステージ４３とは全く独立して設けた前後方向のレール２，２に沿い移動することができる台枠３と、この台枠３上において左右方向に設けたレール４，４に沿い移動することができる支持枠５と、支持枠５に垂下状態のもとに回転自在に設けた複数のポリッシングヘッド６，６と、支持枠５を左右方向へ転動させるための横送り機構７と、台枠３を前後方向へ転動させるための縦送り機構８とから構成する。
【００４７】
前記台枠３には、その両側の脚部９，９に前後方向に適度に間隔を保って上下動阻止用コロ１０，１０を設けると共に、レール２を挟持する状態に左右動阻止用コロ１１，１１を設けてこれらコロ１０，１０および１１，１１を前記レール２，２に対接させたまま台枠３を前後方向にスムーズに移動させることができるようにするほか、縦送り機構８として、ステージ１の両側外方においてスプロケット１２，１２に掛け渡した状態のもとに前後方向へ走行するチェーン１３を設けてこれに台粋３を受動腕１４において係合してなり、また支持枠５にはその左右両側端部に前後方向に適度の間隔を保って上下動阻止用コロ１５，１５を設けると共に、レール４を挟持する状態の前後動阻止用コロ１６，１６を設けてこれらコロ１５，１５および１６，１６をレール４に対接させたまま支持枠５を左右方向へスムーズに移動させることができるようにするほか、横送り機構７として、台枠３に左右方向軸線のねじ杆１７を受動輪１８により回転することができるように設けたまま、支持枠５の雌ねじ１９に螺入したねじ送り型を採択する。
【００４８】
前記ポリッシングヘッド６としては、支持枠５に垂直軸線方向の軸受２０，２０を設けてこれに遊星歯車保持枠２１の中空軸２２と太陽歯車軸２３とを同軸関係のもとに貫通支承させたまま、前記保持枠２１内に太陽歯車２４を軸２３に固着すると共に、この太陽歯車２４に噛み合う２ないし４個程度の複数個の遊星歯車２５，２５を設けてその各軸２６を垂下して下端に円盤状研磨パッド４２を固着し、かつ保持枠２１の中空軸の上端にはギヤー型の受動プーリー２８を設けて減速機および歯付ベルト（いずれも図示せず）等を経てモーターにより比較的低速のもとに保持枠２１を回転させることができるようにし、更に太陽歯車軸２３の上端寄りには、Ｖプーリー２９を固着してＶベルト、モーター（図示せず）により比較的高速あるいは低速等所望速度のもとに回転させ、あるいは停止状態に保持するようにする等、要するに研磨パッド４２を遊星歯車機構により自転、公転させることができるようにする。
【００４９】
なお、各個研磨パッド４２を均等圧のもとに被研磨板４０に押圧するためには、軸２６の上端に空気圧シリンダー機構３０を付設して全数の研磨パッド４２を共通の加圧空気源に連通させるようにするのがよく、また軸２６の下端方には研磨スラリー供給路３１を穿設すると共に、軸２６を囲むジャケット３２を保持枠２１に設けてこのジャケット３２および供給路３１を経て研磨スラリーを研磨パッド４２の前面へ供給するようにするのが適当である。
【００５０】
なお、図５には、２個の研磨パッドにより１組のポリッシングヘッドを構成し、１組のポリッシングヘッドを用いる場合を示しているが、ポリッシングヘッド６の個数については図示のように１組に限ることなく、２組でもよく、また３組以上でもよい。
【００５１】
上記構成のもとに、ポリッシングヘッド６における各研磨パッド４２を遊星歯車機構の利用のもとに自転させつつ公転させると共に、横送り機構７あるいは縦送り機構８とによりポリッシングヘッド６を横方向あるいは縦方向に掃引する。
【００５２】
一方では、ホルダー４３については、自転させる。自転とともに、ポリッシングヘッド６の横方向あるいは縦方向の移動に直行するようにホルダー４３を横方向あるいは縦方向に移動させる。
【００５３】
かかるポリッシングヘッド６とホルダーの動きのもとに研磨スラリーは、研磨パッド４２の前面中心すなわち、研磨パッド４３と被研磨板４０との界面に供給される。これにより、研磨スラリーが被研磨板表面と研磨パッド表面の界面に均一に供給され、被研磨板表面と研磨パッド表面の相対運動があらゆる表面の付近で研磨スラリーの微粒子が四方八方に均一に運動する。その結果、前記した所望の平坦度の達成が可能となった。
【００５４】
また、図１は被研磨板Ｗの周辺を拡大した図である。被研磨板Ｗ（４０）の周縁を囲むダミー板４１を、被研磨板４０の研磨面とほぼ面一となるように設けてある。研磨パッド４２の一部が被研磨板４０の外に出たとしても、その部分はダミー板４１上に存在するため研磨パッド４２は傾くことがなく、被研磨板４０の外周を過度に研磨することがなかった。
【００５５】
本例では、被研磨板４０とダミー板４１との間には１〜３ｍｍの隙間を設けた。また、ダミー板４１の裏面には放射状の溝４４を設けた。４５は研磨スラリーを装置外部に排出するための通路である。
【００５６】
本発明の装置は研磨パッドが研磨ヘッドより小さい構造になっている。したがって、研磨状況をその場でモニタ可能である。レーザ光を表面に照射し、その反照射光から表面状態や残っている膜厚などを実時間計測できる。
【００５７】
スラリー供給量１００ｍｌ／ｍｉｎ、パッド押しつけ圧力１００ｍｇ／ｃｍ2、パッド自転速度１０００ｒｐｍ、パッド公転速度２００ｒｐｍ、ウエハ自転速度１００ｒｐｍ、ウエハ水平方向移動速度１．５ｍ／ｍｉｎとして、図５に示す装置を用いて研磨を行った。
【００５８】
スラリーの供給を自重によってのみ行った場合には、４０ｎｍ／ｍｉｎ程度の研磨速度しか得られなかったのに対し、定量ポンプにより加圧供給した場合には１５０ｎｍ／ｍｉｎの研磨速度が得られた。これは自重による供給ではパッド面に均一にスラリーを供給することができず、限られた領域でしか有効に研磨されなかったことによる。
【００５９】
また、同条件にてスラリーの脱気を行わなかった場合、１０％程度研磨速度の遅い領域が点在する結果となった。これに対して、スラリーの脱気を行い、溶存気体成分を数ｐｐｂまで下げることにより、ウエハ全面にて均一な研磨状態を得ることができた。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、研磨パッドを被研磨板面に均斉かつ微細に摺擦させることができ、従って高能率のもとに、超微細、高段差を有する半導体デバイスであっても高精密な研磨を容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る化学機械研磨装置のホルダー部近傍を示す側断面概念図である。
【図２】本発明の一実施例に係る化学機械研磨装置のホルダーを示す平面概念図である。
【図３】本発明の一実施例に係る化学機械研磨装置の研磨パッドを示す側断面概念図である。
【図４】本発明の一実施例に係る化学機械研磨装置の洗浄手段の配置を示す、平面図および側面図である。
【図５】本発明の一実施例に係る化学機械研磨装置の全体を示す側面図である。
【図６】本発明の一実施例に係る化学機械研磨装置の研磨パッドの運動を示すための平面図である。
【図７】本発明の一実施態様例を示すシステム図である。
【図８】従来例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ステージ、
６  ポリッシングヘッド、
７  横送り機構、
８  縦送り機構、
２１  保持枠、
２４  太陽歯車、
２５  遊星歯車、
２６  中空軸、
４０  被研磨板（半導体ウエハ）、
４１  ダミー板、
４２  研磨パッド、
４３  ホルダー（ステージ）、
４４  溝、
４５  研磨スラリー排出口、
４６  隙間、
４７  突き出しピン、
４９  ノズル（ウエハ洗浄用）、
５０  超音波素子、
５１  洗浄水、
６０  被研磨板、
６１  支持体、
６３  ステージ、
６４  研磨パッド、
６５  研磨スラリー、
８１  半球状冶具、
８３  研磨スラリー供給チューブ、
８４  エアギャップ、
７０１  化学機械研磨装置、
７０２  脱気モジュール、
７０３  真空ポンプ、
７０４  送液ポンプ、
７０５  スラリータンク。
【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】
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【図８】
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