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JP6209088B2 - 研磨方法および装置 - Google Patents

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JP6209088B2 JP2014005472A JP2014005472A JP6209088B2 JP 6209088 B2 JP6209088 B2 JP 6209088B2 JP 2014005472 A JP2014005472 A JP 2014005472A JP 2014005472 A JP2014005472 A JP 2014005472A JP 6209088 B2 JP6209088 B2 JP 6209088B2
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Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧し、基板の被研磨面と研磨パッドの相対運動により基板の被研磨面を研磨する研磨方法および装置に関するものである。
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、回路の配線がますます微細化し、多層配線の層数も増加している。回路の微細化を図りながら多層配線を実現しようとすると、下側の層の表面凹凸を踏襲しながら段差がより大きくなるので、配線層数が増加するに従って、薄膜形成における段差形状に対する膜被覆性（ステップカバレッジ）が悪くなる。したがって、多層配線にするためには、このステップカバレッジを改善し、然るべき過程で平坦化処理しなければならない。また光リソグラフィの微細化とともに焦点深度が浅くなるため、半導体デバイスの表面の凹凸段差が焦点深度以下に収まるように半導体デバイス表面を平坦化処理する必要がある。
従って、半導体デバイスの製造工程においては、半導体デバイス表面の平坦化技術がますます重要になっている。この平坦化技術のうち、最も重要な技術は、化学的機械研磨（ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing））である。この化学的機械的研磨は、研磨装置を用いて、シリカ（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）等の砥粒を含んだ研磨液（スラリー）を研磨パッドに供給しつつ半導体ウエハなどの基板を研磨パッドに摺接させて研磨を行うものである。
上述したＣＭＰプロセスを行う研磨装置は、研磨パッドを有する研磨テーブルと、半導体ウエハ（基板）を保持するためのトップリング又は研磨ヘッド等と称される基板保持装置とを備えている。このような研磨装置を用いて半導体ウエハ（基板）の研磨を行う場合には、基板保持装置により半導体ウエハを保持しつつ、研磨液供給ノズルから研磨液（スラリー）を研磨パッドに供給し、半導体ウエハを研磨パッドの表面（研磨面）に対して所定の圧力で押圧する。このとき、研磨テーブルと基板保持装置とを回転させることにより半導体ウエハが研磨面に摺接し、半導体ウエハの表面が平坦かつ鏡面に研磨される。
研磨装置は、上述したように、研磨液供給ノズルから研磨パッド上に研磨液（スラリー）を供給しつつ研磨テーブルを回転させることにより、基板を研磨するものであるため、研磨パッド上に供給されたスラリーのミストが周囲に飛散するという問題がある。また、基板の研磨後には研磨液供給ノズルから研磨パッド上に純水を供給しつつ研磨テーブルを回転させることにより、水ポリッシングを行ったり、洗浄を行ったりするため、研磨パッド上に供給された純水などのミストが周囲に飛散するという問題がある。このように研磨装置内は、スラリー、純水などのミストや水滴が飛散する環境にあり、飛散したスラリーなどのミストは研磨装置内の種々の部分に付着し、乾燥すると砥粒が凝集して研磨中に研磨パッドの表面に落下し、基板表面のスクラッチの発生原因となる。
このように、ＣＭＰ処理では、スラリー等の粒子凝集によるスクラッチが増加するリスクがあり、歩留まり低下の要因ともなっている。スクラッチの主たる原因は凝集した砥粒の研磨パッド上への脱落によるもので、脱落した砥粒を研磨パッドと基板の間に入れないようにする方法としては、一般的にドレッシング時の対策が考えられ、例えばドレッシング速度を遅くしたり、ドレッシング後にアトマイザにより液体と気体の混合流体などで砥粒を洗い流すクリーニングがある。
特開２００７−７５９７３号公報
上述した研磨パッド上にある凝集した砥粒を可能な限り取り除くためには、アトマイザによる研磨パッドのクリーニング時間は長いほど好ましい。しかしながら、従来の研磨装置においては、ドレッシング工程やアトマイザによる研磨パッドの洗浄工程は、研磨レシピに設定されていたため、アトマイザによる研磨パッドのクリーニング時間を長くするためには研磨レシピを変更することによってクリーニング時間を延ばすことが必要であり、スループットを著しく低下させるという問題がある。
本発明者らは、スループットを低下させることなく、研磨パッド（研磨面）のクリーニング時間を長くするために、研磨レシピに基づいて研磨装置で実行されている各種工程の見直しを行う過程で以下の知見を得たものである。すなわち、１枚の半導体ウエハ等の基板を研磨した後には、研磨後の基板をトップリングから離脱させて新たな基板をトップリングに装着する基板受け渡し工程がある。
本発明者らは、基板受け渡し工程の間、研磨テーブルでは何ら作業が行われていない、いわゆる空き時間であることに着目し、この空き時間を利用して研磨パッドを洗浄することによりクリーニング時間を延ばす可能性を検討した。この場合、研磨レシピに、「研磨レシピが再実行されるまでの間（時間）研磨パッドクリーニング実行」というレシピを追加することが考えられるが、制御部から研磨レシピの実行命令がなされると、研磨レシピは実行中となり、研磨レシピ自身で研磨レシピが終了したことを検知できないから、自分自身が実行中の状態で研磨レシピ終了要否を確認しつづけることになる。言い換えれば、「研磨レシピが再実行されるまでの間」という場合、先の研磨レシピの終了を検知できないし、次の研磨レシピの開始も検知できないため、研磨パッドクリーニングを続行せざるを得ない状態が継続する。したがって、研磨レシピに「研磨パッドクリーニング」を追加する場合には、クリーニング時間を設定せざるを得ないことになり、結果として、スループットを低下させることになる。
また、研磨レシピとは別に、「研磨レシピが終了後、所定時間研磨パッドをクリーニングする」との設定を予め行っておくことも考えられる。しかし、研磨装置には様々な基板が流れてくる、つまり、様々な研磨レシピが実行されるので、研磨レシピ間の時間は一定でない。よって、基板毎に研磨パッドクリーニング時間をその都度設定するのは手間だし、その都度設定しないとなると、各研磨レシピ間の最小間隔を設定せざるを得ず、研磨レシピ間の空き時間を最大限有効利用することはできない。
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、研磨工程間に行われる基板受け渡し工程の空き時間を最大限に利用して研磨テーブル上の研磨パッドのクリーニングを行うことができる研磨方法及び装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の研磨方法は、予め設定された研磨レシピに従い実行される工程であって、トップリングにより研磨対象の基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨工程と、前記研磨レシピとは別に設定されている工程であって、前記研磨パッドに洗浄液を吹き付けて研磨パッド上の異物を取り除くパッド洗浄工程と、前記研磨レシピとは別に設定されている工程であって、研磨後の基板を基板受け渡し位置でトップリングから離脱させて次の研磨対象の基板をトップリングに装着し、次の研磨対象の基板を装着したトップリングを前記研磨テーブルに戻すまでの基板受け渡し工程とを含み、前記研磨レシピの終了を検知した後の前記基板受け渡し工程中に前記パッド洗浄工程を開始し、前記基板受け渡し工程中にある次の研磨対象の基板の位置を検知して前記パッド洗浄工程を終了し、前記研磨レシピに従い実行される前記研磨工程は、基板の被研磨面を研磨する研磨ステップの後に、前記研磨パッドに洗浄液を吹き付けて研磨パッド上の異物を取り除く研磨パッドクリーニングを含み、該研磨パッドクリーニングは所定のクリーニング時間が設定されており、前記研磨レシピとは別に設定されている前記パッド洗浄工程は、クリーニング時間が可変であることを特徴とする。
本発明によれば、予め設定された研磨レシピに従い、トップリングにより基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して基板を研磨する研磨工程を行う。そして、研磨後の基板を基板受け渡し位置に搬送して研磨後の基板をトップリングから離脱させて次の研磨対象の基板をトップリングに装着し、次の研磨対象の基板を装着したトップリングを研磨テーブルに戻す基板受け渡し工程を行う。前記研磨レシピの終了を検知した後に研磨パッドへの洗浄液の吹き付けを開始してパッド洗浄工程を開始する。このパッド洗浄工程は前記基板受け渡し工程中に行う。そして、この基板受け渡し工程中のいずれかの段階において、次の研磨対象の基板の位置を検知してパッド洗浄工程を終了する。例えば、次の研磨対象の基板が基板受け渡し位置に到着したことを検知してパッド洗浄工程を終了する。次の研磨対象の基板の位置の検知は、基板を直接検知することにより行ってもよいし、トップリング等の位置を検知することによる間接的な検知でもよい。本発明によれば、研磨工程間に行われる基板受け渡し工程の空き時間を最大限に利用して研磨テーブル上の研磨パッド（研磨面）のクリーニングを行うことができる。
本発明によれば、研磨工程中に行う研磨パッドクリーニングに引き続いて、パッド洗浄工程を行うことができる。したがって、長時間の研磨パッドクリーニングを確保することができる。
本発明の好ましい態様によれば、前記基板受け渡し工程中にある次の研磨対象の基板が前記基板受け渡し位置に到着したことを検知して前記パッド洗浄工程を終了することを特徴とする。
本発明によれば、研磨レシピの終了後にパッド洗浄工程を開始し、基板受け渡し工程中にある次の研磨対象の基板が前記基板受け渡し位置（プッシャ）に到着したことを検知して前記パッド洗浄工程を終了する。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨工程と前記パッド洗浄工程において、前記研磨テーブルの回転速度を変えることを特徴とする。
本発明によれば、研磨工程とパッド洗浄工程とにおいて研磨テーブルの回転速度を変える。そして、パッド洗浄工程においても、研磨パッドへの洗浄液の吹き付け（ブロー）を開始する時には研磨パッドを低速で回転させ、その後に、研磨パッドへの洗浄液の吹き付けを継続しつつ研磨パッドを高速で回転させてもよい。
本発明の好ましい態様によれば、前記研磨テーブルの回転速度は、研磨工程時よりもパッド洗浄工程時の方が高いことを特徴とする。
本発明の好ましい態様によれば、少なくとも２つの研磨テーブルで基板を研磨する場合、各研磨テーブルで前記研磨レシピが異なることを特徴とする。
本発明によれば、２つの研磨テーブルを用いて基板の２段研磨を行う場合、２つのテーブル間で研磨レシピが異なる。研磨レシピが異なれば研磨レシピに要する時間も異なり、すなわち、１段目の研磨を行う研磨テーブルの研磨レシピの所要時間と２段目の研磨を行う研磨テーブルの研磨レシピの所要時間とは異なり、各テーブルにおける研磨レシピ間の時間が異なる。したがって、研磨レシピ間に行われる研磨パッドクリーニング時間も各テーブルで異なる。
本発明の好ましい態様によれば、１つの研磨テーブルで複数の基板を連続して研磨する場合、先の基板を研磨する研磨レシピと次の基板を研磨する研磨レシピの間に、前記パッド洗浄工程を行うことを特徴とする。
本発明の研磨装置は、研磨方法を実施することが可能な研磨装置であって、前記研磨方法は、予め設定された研磨レシピに従い、トップリングにより研磨対象の基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨工程と、前記研磨レシピとは別に設定されている工程であって、前記研磨パッドに洗浄液を吹き付けて研磨パッド上の異物を取り除くパッド洗浄工程と、前記研磨レシピとは別に設定されている工程であって、研磨後の基板を基板受け渡し位置でトップリングから離脱させて次の研磨対象の基板をトップリングに装着し、次の研磨対象の基板を装着したトップリングを前記研磨テーブルに戻すまでの基板受け渡し工程とを含み、前記研磨レシピの終了を検知した後の前記基板受け渡し工程中に前記パッド洗浄工程を開始し、前記基板受け渡し工程中にある次の研磨対象の基板の位置を検知して前記パッド洗浄工程を終了し、前記研磨レシピに従い実行される前記研磨工程は、基板の被研磨面を研磨する研磨ステップの後に、前記研磨パッドに洗浄液を吹き付けて研磨パッド上の異物を取り除く研磨パッドクリーニングを含み、該研磨パッドクリーニングは所定のクリーニング時間が設定されており、前記研磨レシピとは別に設定されている前記パッド洗浄工程は、クリーニング時間が可変であり、前記研磨装置は、前記パッド洗浄工程を行うか否かを設定可能とする制御部を有することを特徴とする。
本発明によれば、研磨装置の制御部に、研磨レシピとは別に、パッド洗浄工程を行うか否かを設定する設定モードがあり、この設定モードを操作することにより研磨レシピ間にパッド洗浄工程を追加することができる。
本発明は、以下に列挙する効果を奏する。
本発明によれば、研磨工程間に行われる基板受け渡し工程の空き時間を最大限に利用して研磨テーブル上の研磨パッド（研磨面）のクリーニングを行うことができる。したがって、以下に列挙する効果を期待できる。
（１）研磨レシピを変更することなく、また研磨パッドクリーニング時間を設定することなく、研磨パッドクリーニング時間を確保することができる。したがって、スループットを低下させることなく、所望の研磨パッドクリーニング時間を確保することができる。
（２）所望の研磨パッドクリーニング時間を確保することができるため、研磨パッド上にある凝集した砥粒を可能な限り取り除くことができるので、研磨パッド上の粒子凝集に起因する基板表面のスクラッチの発生を飛躍的に減らすことができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す平面図である。 図２は、図１に示す４つの研磨ユニットのうち第１研磨ユニットの全体構成を示す模式的斜視図である。 図３（ａ），（ｂ）は、予め設定された研磨レシピに基づいて実行されるレシピプロセスについて従来例と本発明とを比較したタイムチャートである。 図４は、従来例における研磨レシピに基づいて実行されるレシピプロセスの手順を示すフローチャートである。 図５は、本発明の「研磨レシピ」および「研磨パッドクリーニング」の手順を示すフローチャートである。 図６（ａ）は、２つの研磨テーブルを用いて２段研磨を行う場合にテーブル間の研磨レシピが異なる場合を示すタイムチャートであり、図６（ｂ）は、ウエハ受け渡し位置でウエハ洗浄およびトップリング洗浄を行う場合と行わない場合とを示すタイムチャートである。
以下、本発明に係る研磨装置の一実施形態について図１から図６を参照して詳細に説明する。なお、図１から図６において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。本実施形態においては、研磨対象の基板として、半導体ウエハの場合を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る研磨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研磨装置は、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，１ｃによってロード／アンロード部２と研磨部３（３ａ，３ｂ）と洗浄部４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３ａ，３ｂ、および洗浄部４は、それぞれ独立に組み立てられ、独立に排気されるものである。
ロード／アンロード部２は、多数の半導体ウエハをストックするウエハカセットを載置する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、研磨装置の幅方向（長手方向と垂直な方向）に隣接して配列されている。フロントロード部２０には、オープンカセット、ＳＭＩＦ（Standard Manufacturing Interface）ポッド、またはＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）を搭載することができる。ここで、ＳＭＩＦ、ＦＯＵＰは、内部にウエハカセットを収納し、隔壁で覆うことにより、外部空間とは独立した環境を保つことができる密閉容器である。
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上にウエハカセットの配列方向に沿って移動可能な搬送ロボット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に搭載されたウエハカセットにアクセスできるようになっている。この搬送ロボット２２は上下に２つのハンドを備えており、例えば、上側のハンドをウエハカセットに半導体ウエハを戻すときに使用し、下側のハンドを研磨前の半導体ウエハを搬送するときに使用して、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。
ロード／アンロード部２は最もクリーンな状態を保つ必要がある領域であるため、ロード／アンロード部２の内部は、装置外部、研磨部３、および洗浄部４のいずれよりも高い圧力に常時維持されている。また、搬送ロボット２２の走行機構２１の上部には、ＨＥＰＡフィルタやＵＬＰＡフィルタなどのクリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットによりパーティクルや有毒蒸気、ガスが除去されたクリーンエアが常時下方に向かって吹き出している。
研磨部３は、半導体ウエハの研磨が行われる領域であり、第１研磨ユニット３０Ａと第２研磨ユニット３０Ｂとを内部に有する第１研磨部３ａと、第３研磨ユニット３０Ｃと第４研磨ユニット３０Ｄとを内部に有する第２研磨部３ｂとを備えている。これらの第１研磨ユニット３０Ａ、第２研磨ユニット３０Ｂ、第３研磨ユニット３０Ｃ、および第４研磨ユニット３０Ｄは、図１に示すように、装置の長手方向に沿って配列されている。
図１に示すように、第１研磨ユニット３０Ａは、研磨パッド（研磨面）を有する研磨テーブル３００Ａと、半導体ウエハを保持しかつ半導体ウエハを研磨テーブル３００Ａ上の研磨パッドに対して押圧しながら研磨するためのトップリング３０１Ａと、研磨テーブル３００Ａ上の研磨パッドに研磨液やドレッシング液（例えば、水）を供給するための研磨液供給ノズル３０２Ａと、研磨テーブル３００Ａ上の研磨パッドのドレッシングを行うためのドレッシング装置３０３Ａと、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして１または複数のノズルから研磨パッドに噴射するアトマイザ３０４Ａとを備えている。また、同様に、第２研磨ユニット３０Ｂは、研磨テーブル３００Ｂと、トップリング３０１Ｂと、研磨液供給ノズル３０２Ｂと、ドレッシング装置３０３Ｂと、アトマイザ３０４Ｂとを備えており、第３研磨ユニット３０Ｃは、研磨テーブル３００Ｃと、トップリング３０１Ｃと、研磨液供給ノズル３０２Ｃと、ドレッシング装置３０３Ｃと、アトマイザ３０４Ｃとを備えており、第４研磨ユニット３０Ｄは、研磨テーブル３００Ｄと、トップリング３０１Ｄと、研磨液供給ノズル３０２Ｄと、ドレッシング装置３０３Ｄと、アトマイザ３０４Ｄとを備えている。
第１研磨部３ａの第１研磨ユニット３０Ａおよび第２研磨ユニット３０Ｂと洗浄部４との間には、長手方向に沿った４つの搬送位置（ロード／アンロード部２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）の間でウエハを搬送する第１リニアトランスポータ５が配置されている。この第１リニアトランスポータ５の第１搬送位置ＴＰ１の上方には、ロード／アンロード部２の搬送ロボット２２から受け取ったウエハを反転する反転機３１が配置されており、その下方には上下に昇降可能なリフタ３２が配置されている。また、第２搬送位置ＴＰ２の下方には上下に昇降可能なプッシャ３３が、第３搬送位置ＴＰ３の下方には上下に昇降可能なプッシャ３４がそれぞれ配置されている。なお、第３搬送位置ＴＰ３と第４搬送位置ＴＰ４との間にはシャッタ１２が設けられている。
また、第２研磨部３ｂには、第１リニアトランスポータ５に隣接して、長手方向に沿った３つの搬送位置（ロード／アンロード部２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）の間でウエハを搬送する第２リニアトランスポータ６が配置されている。この第２リニアトランスポータ６の第６搬送位置ＴＰ６の下方にはプッシャ３７が、第７搬送位置ＴＰ７の下方にはプッシャ３８が配置されている。なお、第５搬送位置ＴＰ５と第６搬送位置ＴＰ６との間にはシャッタ１３が設けられている。
研磨時にはスラリーを使用することを考えるとわかるように、研磨部３は最もダーティな（汚れた）領域である。したがって、本実施形態では、研磨部３内のパーティクルが外部に飛散しないように、各研磨テーブルの周囲から排気が行われており、研磨部３の内部の圧力を、装置外部、周囲の洗浄部４、ロード／アンロード部２よりも負圧にすることでパーティクルの飛散を防止している。また、通常、研磨テーブルの下方には排気ダクト（図示せず）が、上方にはフィルタ（図示せず）がそれぞれ設けられ、これらの排気ダクトおよびフィルタを介して清浄化された空気が噴出され、ダウンフローが形成される。
各研磨ユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄは、それぞれ隔壁で仕切られて密閉されており、密閉されたそれぞれの研磨ユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄから個別に排気が行われている。したがって、半導体ウエハは、密閉された研磨ユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ内で処理され、スラリーの雰囲気の影響を受けないため、良好な研磨を実現することができる。各研磨ユニット３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ間の隔壁には、図１に示すように、リニアトランスポータ５，６が通るための開口が開けられている。この開口にはそれぞれシャッタを設けて、ウエハが通過する時だけシャッタを開けるようにしてもよい。
洗浄部４は、研磨後の半導体ウエハを洗浄する領域であり、ウエハを反転する反転機４１と、研磨後の半導体ウエハを洗浄する４つの洗浄機４２〜４５と、反転機４１および洗浄機４２〜４５の間でウエハを搬送する搬送ユニット４６とを備えている。これらの反転機４１および洗浄機４２〜４５は、長手方向に沿って直列に配置されている。また、これらの洗浄機４２〜４５の上部には、クリーンエアフィルタを有するフィルタファンユニット（図示せず）が設けられており、このフィルタファンユニットによりパーティクルが除去されたクリーンエアが常時下方に向かって吹き出している。また、洗浄部４の内部は、研磨部３からのパーティクルの流入を防止するために研磨部３よりも高い圧力に常時維持されている。
図１に示すように、第１リニアトランスポータ５と第２リニアトランスポータ６との間には、第１リニアトランスポータ５、第２リニアトランスポータ６、および洗浄部４の反転機４１の間でウエハを搬送するスイングトランスポータ（ウエハ搬送機構）７が配置されている。このスイングトランスポータ７は、第１リニアトランスポータ５の第４搬送位置ＴＰ４から第２リニアトランスポータ６の第５搬送位置ＴＰ５へ、第２リニアトランスポータ６の第５搬送位置ＴＰ５から反転機４１へ、第１リニアトランスポータ５の第４搬送位置ＴＰ４から反転機４１にそれぞれウエハを搬送できるようになっている。
図２は、図１に示す４つの研磨ユニットのうち第１研磨ユニット３０Ａの全体構成を示す模式的斜視図である。他の研磨ユニット３０Ｂ〜３０Ｄも第１研磨ユニット３０Ａと同様の構成である。図２に示すように、第１研磨ユニット３０Ａは、研磨テーブル３００Ａと、研磨対象物である半導体ウエハを保持して研磨テーブル上の研磨パッドに押圧するトップリング３０１Ａとを備えている。研磨テーブル３００Ａは、テーブル軸を介してその下方に配置される研磨テーブル回転モータ（図示せず）に連結されており、テーブル軸の回りに回転可能になっている。研磨テーブル３００Ａの上面には研磨パッド３０５Ａが貼付されており、研磨パッド３０５Ａの表面が半導体ウエハを研磨する研磨面を構成している。研磨パッド３０５Ａには、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）等が用いられている。ＳＵＢＡ８００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布である。ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタンであり、その表面に多数の微細な孔を有したパッドであり、パーフォレートパッドとも呼ばれている。研磨テーブル３００Ａの上方には研磨液供給ノズル３０２Ａが設置されており、この研磨液供給ノズル３０２Ａによって研磨テーブル３００Ａ上の研磨パッド３０５Ａに研磨液（スラリー）が供給されるようになっている。
トップリング３０１Ａは、シャフト３１１に接続されており、シャフト３１１は、支持アーム３１２に対して上下動するようになっている。シャフト３１１の上下動により、支持アーム３１２に対してトップリング３０１Ａの全体を上下動させ位置決めするようになっている。シャフト３１１は、トップリング回転モータ（図示せず）の駆動により回転するようになっている。シャフト３１１の回転により、トップリング３０１Ａがシャフト３１１の回りに回転するようになっている。
トップリング３０１Ａは、その下面に半導体ウエハを保持できるようになっている。支持アーム３１２はシャフト３１３を中心として旋回可能に構成されており、トップリング３０１Ａをウエハ受け渡し位置（プッシャ３３）に旋回させて、プッシャ３３（図１参照）に搬送された半導体ウエハを真空吸着する。そして、下面に半導体ウエハを保持したトップリング３０１Ａは、支持アーム３１２の旋回によりウエハ受け渡し位置（プッシャ３３）から研磨テーブル３００Ａの上方に移動可能になっている。トップリング３０１Ａは、下面に半導体ウエハを保持して半導体ウエハを研磨パッド３０５Ａの表面に押圧する。このとき、研磨テーブル３００Ａおよびトップリング３０１Ａをそれぞれ回転させ、研磨テーブル３００Ａの上方に設けられた研磨液供給ノズル３０２Ａから研磨パッド３０５Ａ上に研磨液（スラリー）を供給する。研磨液には砥粒としてシリカ（ＳｉＯ２）やセリア（ＣｅＯ２）を含んだ研磨液が用いられる。第１研磨ユニット３０Ａによる研磨ステップは以下のように行われる。研磨液を研磨パッド３０５Ａ上に供給しつつ、トップリング３０１Ａにより半導体ウエハを研磨パッド３０５Ａに押圧して半導体ウエハと研磨パッド３０５Ａとを相対移動させて半導体ウエハ上の絶縁膜や金属膜等を研磨する。
図２に示すように、ドレッシング装置３０３Ａは、ドレッサアーム３１６と、ドレッサアーム３１６の先端に回転自在に取り付けられたドレッサ３１７と、ドレッサアーム３１６の他端に連結されるドレッサヘッド３１８とを備えている。ドレッサ３１７の下部はドレッシング部材３１７ａにより構成され、ドレッシング部材３１７ａは円形のドレッシング面を有しており、ドレッシング面には硬質な粒子が電着等により固定されている。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。ドレッサアーム３１６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ドレッサ３１７が回転するようになっている。ドレッサヘッド３１８はシャフト３１９により支持されている。
研磨パッド３０５Ａの表面（研磨面）のドレッシングステップは以下のように行われる。研磨テーブル３００Ａを回転させるとともに、モータによりドレッサ３１７を回転させ、次いで昇降機構によりドレッサ３１７を下降させ、ドレッサ３１７の下面のドレッシング部材３１７ａを回転する研磨パッド３０５Ａの研磨面に摺接させる。その状態で、ドレッサアーム３１６を揺動（スイング）させることにより、その先端に位置するドレッサ３１７は、研磨パッド３０５Ａの研磨面の外周端から中心部まで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、ドレッシング部材３１７ａは研磨パッド３０５Ａの研磨面をその中心を含む全体に亘ってドレッシングすることができる。
図２に示すように、研磨ユニット３０Ａは、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状にして１または複数のノズルから研磨パッド３０５Ａに噴射するアトマイザ３０４Ａを備えている。アトマイザ３０４Ａは、研磨パッド３０５Ａの上方に配置され、研磨パッド３０５Ａの表面（研磨面）と平行に研磨パッド３０５Ａの略半径方向に延びるように配置されている。
図２に示すアトマイザ３０４Ａによる研磨パッド３０５Ａの洗浄工程（研磨パッドクリーニング）は以下のように行われる。研磨テーブル３００Ａを回転させながら、１または複数のノズルから液体と気体の混合流体または液体を研磨パッド３０５Ａに噴射することにより、研磨パッド上の異物（凝集した砥粒や研磨屑など）を取り除く。
図３（ａ），（ｂ）は、予め設定された研磨レシピに基づいて実行されるレシピプロセスについて従来例と本発明とを比較したタイムチャートである。
図３（ａ）は、従来例における研磨レシピに基づいて実行されるレシピプロセスを示す。図３（ａ）に示すように、研磨レシピには、研磨ステップとドレッシングステップと研磨パッドクリーニング（所定のクリーニング時間が設定されている）からなるレシピプロセスが設定されている。研磨ステップ、ドレッシングステップおよび研磨パッドクリーニングは、図２において説明したように実行される。研磨レシピが終了すると、研磨後の半導体ウエハをトップリングから離脱させて新たな半導体ウエハをトップリングに装着するウエハ受け渡し工程が行われるが、このウエハ受け渡し工程の間、研磨テーブルは空き時間になる。したがって、図３（ａ）では、ウエハ受け渡し工程用の空き時間として表示されている。なお、研磨ステップが終了した時点で、ウエハ受け渡し行程を開始してもよい。この場合、研磨レシピの残りのステップである、ドレッシングステップ、研磨パッドクリーニングがウエハ受け渡し工程と並行して実行される。ウエハ受け渡し工程は、研磨装置内の搬送シーケンスの中に組み込まれており、研磨レシピとしては設定されていない。制御部で研磨レシピの終了を検知したら、ウエハ受け渡し工程が開始される。ウエハ受け渡し工程が終了すると（具体的には、研磨後の半導体ウエハをトップリングから離脱させてウエハ受け渡し位置に受け渡し、ウエハ受け渡し位置に受け渡された研磨後の半導体ウエハが次のウエハ受け渡し位置に搬送され、次の研磨対象の半導体ウエハがウエハ受け渡し位置に来たことを検知したら）、次の半導体ウエハに対する研磨レシピが再実行され、研磨ステップとドレッシングステップと研磨パッドクリーニングからなるレシピプロセスが再実行される（制御部でウエハ受け渡し工程の終了を検知すると、次の半導体ウエハのための研磨レシピが実行される）。
図３（ｂ）は、本発明における研磨レシピに基づいて実行されるレシピプロセスを示す。図３（ｂ）に示すように、研磨レシピには、研磨ステップとドレッシングステップからなるレシピプロセスが設定されている。研磨ステップおよびドレッシングステップは、図２において説明したように実行される。研磨レシピが終了すると（制御部で研磨レシピの終了を検知したら）、図３（ａ）に示す従来例と同様にウエハ受け渡し工程が行われるが、このウエハ受け渡し工程の間、研磨テーブルは空き時間になる。なお、研磨ステップが終了した時点で、ウエハ受け渡し行程を開始してもよい。この場合、研磨レシピの残りのステップである、ドレッシングステップがウエハ受け渡し工程と並行して実行される。図３（ｂ）に示すように、本発明においては、ウエハ受け渡し工程用のテーブル空き時間を利用して「研磨パッドクリーニング」を実行する。そして、ウエハ受け渡し工程が終了すると（具体的には、研磨後の半導体ウエハをトップリングから離脱させてウエハ受け渡し位置に受け渡し、ウエハ受け渡し位置に受け渡された研磨後の半導体ウエハが次のウエハ受け渡し位置に搬送され、次の研磨対象の半導体ウエハがウエハ受け渡し位置に来たことを制御部で検知したら）、「研磨パッドクリーニング」を終了し、次の半導体ウエハに対する研磨レシピが再実行される。
本発明の「研磨パッドクリーニング」は、研磨テーブル３００Ａを回転させながら、アトマイザ３０４Ａから液体と気体の混合流体または液体を研磨パッド３０５Ａに噴射（ブロー）することにより行う。アトマイザ３０４Ａのブローを開始した後に、研磨テーブル３００Ａの回転速度を上げて高い回転速度にしてもよいし、研磨テーブル３００Ａの回転速度はそのままでもよい。また、アトマイザ３０４Ａによるブローとドレッサ３１７によるドレッシングとを並行して行なってもよい。ウエハ受け渡し工程が終了すると、研磨レシピが再実行される。
なお、ロット変更などの待機中には、研磨テーブルは空き時間になるので、この空き時間を利用して研磨パッドクリーニングを行ってもよい。
図４は、従来例における研磨レシピに基づいて実行されるレシピプロセスの手順を示すフローチャートである。図４に示すように、ＣＭＰプロセスがスタートして研磨レシピが開始すると、図３（ａ）に示す研磨ステップとドレッシングステップと研磨パッドクリーニングからなるレシピプロセスが実行される。次に、研磨レシピが終了したか否かを判断する。研磨レシピが終了した場合、研磨テーブルは空き時間になる。次に、次の研磨対象の新しい半導体ウエハがウエハ受け渡し位置に到着したか否かを判断し、到着した場合には研磨レシピ開始のステップに戻る。次の研磨対象の新しい半導体ウエハがウエハ受け渡し位置に到着したか否かを判断する段階で、新しいウエハが到着する前に、既に研磨レシピが終了してウエハ受け渡し工程中にある研磨後の半導体ウエハが最後のウエハであるか否かを判断する。研磨後のウエハが最後のウエハである場合には、新しいウエハが研磨テーブルに移送されてくることがないため、研磨レシピを終了する。
図５は、本発明の「研磨レシピ」および「研磨パッドクリーニング」の手順を示すフローチャートである。図５に示すように、ＣＭＰプロセスがスタートして研磨レシピを開始すると、図３（ｂ）で示す研磨ステップとドレッシングステップからなるレシピプロセスが実行される。本発明においては、研磨レシピを実行している段階を研磨工程（レシピプロセス）と称する。この研磨工程は、研磨ステップとドレッシングステップ以外に、アトマイザによる研磨パッドクリーニング（所定のクリーニング時間が設定されている。）を含む場合もある。次に、研磨レシピが終了したか否かを判断する。研磨レシピが終了した場合、研磨テーブルは空き時間になり、この空き時間を利用して研磨パッドクリーニングを開始する。研磨パッドクリーニングは、図３（ｂ）において説明したように実行される。本発明においては、研磨パッドクリーニングを実行している段階をパッド洗浄工程と称する。次の研磨対象の新しい半導体ウエハがウエハ受け渡し位置（プッシャ）に到着したことを検知したら、研磨パッドクリーニングを停止する。
図５に示すフローチャートにおいては、研磨レシピの終了を検知した後に研磨パッドクリーニング、すなわちパッド洗浄工程を開始する。そして、次の研磨対象の半導体ウエハがウエハ受け渡し位置に到着したことを検知して研磨パッドクリーニングを停止、すなわちパッド洗浄工程を終了する。しかしながら、研磨後の半導体ウエハをウエハ受け渡し位置でトップリングから離脱させて次の研磨対象の半導体ウエハをトップリングに装着し、次の研磨対象の半導体ウエハを装着したトップリングを研磨テーブルに戻すまでのウエハ受け渡し工程中のいずれかの段階において、次の研磨対象の半導体ウエハの位置を検知して研磨パッドクリーニングを停止、すなわち研磨パッド洗浄工程を終了してもよい。なお、次の研磨対象の半導体ウエハの位置の検知は、ウエハを直接検知することにより行ってもよいし、トップリングの位置等を検知することによる間接的な検知でもよい。
図５に示すように、次の研磨対象の新しい半導体ウエハがウエハ受け渡し位置に到着したか否かを判断する段階で、新しいウエハが到着する前に、既に研磨レシピが終了してウエハ受け渡し工程中にある研磨後の半導体ウエハが最後のウエハであるか否かを判断する。研磨後のウエハが最後のウエハである場合には、新しいウエハが研磨テーブルに移送されてくることがないため、研磨パッドクリーニングを所定時間続行する。そして、所定時間経過後に研磨パッドクリーニングを終了する。
図３（ｂ）および図５に示すように、本発明によれば、研磨レシピとは別に、研磨パッドクリーニングの工程を設定することができるため、研磨パッドクリーニング時間を可変とすることができる。すなわち、研磨パッドクリーニング時間（例えば、数１０秒や数分など）を設定するのではなく、研磨レシピの終了から次の研磨レシピを再実行するまでの間、研磨パッドクリーニングを実行することができる。上述したように、研磨パッドクリーニングは、研磨レシピ間に行われるウエハ受け渡し工程のテーブル空き時間を利用して行うため、研磨パッドクリーニング時間は一定ではなく、可変となる。
次に、研磨パッドクリーニング時間が一定とならない理由を具体例を挙げて説明する。
図６（ａ）は、２つの研磨テーブルを用いて２段研磨（研磨テーブル３００Ａでウエハを研磨後、研磨テーブル３００Ａで研磨したウエハを引き続き研磨テーブル３００Ｂで研磨する）を行う場合にテーブル間の研磨レシピが異なる場合を示すタイムチャートである。図６（ａ）において、白抜き両矢印で示す区間は、ウエハ受け渡し工程（搬送）中に行う研磨パッドクリーニングの時間である。図６（ａ）に示すように、研磨テーブル３００Ａと研磨テーブル３００Ｂ（図１参照）を用いて２枚のウエハ（Ｗｆ１とＷｆ２）を２段研磨する場合、２つのテーブル間で研磨レシピが異なる。研磨レシピが異なれば研磨レシピに要する時間も異なる。すなわち、１段目の研磨を行う研磨テーブル３００Ａの研磨レシピ（レシピＡ）の所要時間は２段目の研磨を行う研磨テーブル３００Ｂの研磨レシピ（レシピＢ）の所要時間より長い。このように、研磨テーブル３００Ａと研磨テーブル３００Ｂとでは、研磨レシピ間の時間が異なり、したがって、研磨レシピ間に行われる研磨パッドクリーニング時間（白抜き両矢印で示す区間）も各テーブルで異なる。
図６（ｂ）は、ウエハ受け渡し位置でウエハ洗浄およびトップリング洗浄を行う場合と行わない場合とを示すタイムチャートである。図６（ｂ）では２枚のウエハ（Ｗｆ１とＷｆ２）の処理を示す。図６（ｂ）において、白抜き両矢印で示す区間は、ウエハ受け渡し工程（搬送）中に行う研磨パッドクリーニングの時間である。研磨後の半導体ウエハはトップリングに保持されてウエハ受け渡し位置（プッシャ）まで搬送され、この位置においてトップリングによってウエハを保持した状態でウエハに対して下から純水等を吹き付けることによりウエハを洗浄する場合があり、この洗浄をウエハ洗浄（Ｗｆ洗浄）という。そして、洗浄後のウエハをトップリングから離脱させた後に、トップリングに対して下から純水等を吹き付けることによりトップリングを洗浄する場合があり、この洗浄をトップリング洗浄（ＴＲ洗浄）という。
図６（ｂ）において、上側のタイムチャートはウエハ洗浄およびトップリング洗浄なしの場合を示し、下側のタイムチャートはウエハ洗浄およびトップリング洗浄ありの場合を示す。図６（ｂ）の上下のタイムチャートから分かるように、ウエハ洗浄およびトップリング洗浄ありの場合には、ウエハ洗浄およびトップリング洗浄なしの場合に比べて、ウエハ洗浄およびトップリング洗浄の分だけウエハ受け渡し工程の時間が長くなる。したがって、このウエハ受け渡し工程の間に行われる研磨パッドクリーニング時間（白抜き両矢印で示す区間）も長くなっている。
これまで本発明の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。
１ ハウジング
１ａ，１ｂ，１ｃ 隔壁
２ ロード／アンロード部
３，３ａ，３ｂ 研磨部
４ 洗浄部
５ トランスポータ，第１リニアトランスポータ
６ リニアトランスポータ，第２リニアトランスポータ
７ スイングトランスポータ
１２，１３ シャッタ
２０ フロントロード部
２１ 走行機構
２２ 搬送ロボット
３０Ａ〜３０Ｄ 研磨ユニット
３１，４１ 反転機
３２ リフタ
３３，３４，３７，３８ プッシャ
４２〜４５ 洗浄機
４６ 搬送ユニット
３００Ａ〜３００Ｄ 研磨テーブル
３０１Ａ〜３０１Ｄ トップリング
３０２Ａ〜３０２Ｄ 研磨液供給ノズル
３０３Ａ〜３０３Ｄ ドレッシング装置
３０４Ａ〜３０４Ｄ アトマイザ
３０５Ａ 研磨パッド
３１１，３１３，３１９ シャフト
３１２ 支持アーム
３１６ ドレッサアーム
３１７ ドレッサ
３１７ａ ドレッシング部材
３１８ ドレッサヘッド
ＴＰ１ 第１搬送位置
ＴＰ２ 第２搬送位置
ＴＰ３ 第３搬送位置
ＴＰ４ 第４搬送位置
ＴＰ５ 第５搬送位置
ＴＰ６ 第６搬送位置
ＴＰ７ 第７搬送位置

Claims (12)

  1. 予め設定された研磨レシピに従い実行される工程であって、トップリングにより研磨対象の基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨工程と、
    前記研磨レシピとは別に設定されている工程であって、前記研磨パッドに洗浄液を吹き付けて研磨パッド上の異物を取り除くパッド洗浄工程と、
    前記研磨レシピとは別に設定されている工程であって、研磨後の基板を基板受け渡し位置でトップリングから離脱させて次の研磨対象の基板をトップリングに装着し、次の研磨対象の基板を装着したトップリングを前記研磨テーブルに戻すまでの基板受け渡し工程とを含み、
    前記研磨レシピの終了を検知した後の前記基板受け渡し工程中に前記パッド洗浄工程を開始し、前記基板受け渡し工程中にある次の研磨対象の基板の位置を検知して前記パッド洗浄工程を終了し、
    前記研磨レシピに従い実行される前記研磨工程は、基板の被研磨面を研磨する研磨ステップの後に、前記研磨パッドに洗浄液を吹き付けて研磨パッド上の異物を取り除く研磨パッドクリーニングを含み、該研磨パッドクリーニングは所定のクリーニング時間が設定されており、
    前記研磨レシピとは別に設定されている前記パッド洗浄工程は、クリーニング時間が可変であることを特徴とする研磨方法。
  2. 前記基板受け渡し工程中にある次の研磨対象の基板が前記基板受け渡し位置に到着したことを検知して前記パッド洗浄工程を終了することを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
  3. 前記研磨工程と前記パッド洗浄工程において、前記研磨テーブルの回転速度を変えることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
  4. 前記研磨テーブルの回転速度は、研磨工程時よりもパッド洗浄工程時の方が高いことを特徴とする請求項３に記載の研磨方法。
  5. 少なくとも２つの研磨テーブルで基板を研磨する場合、各研磨テーブルで前記研磨レシピが異なることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
  6. １つの研磨テーブルで複数の基板を連続して研磨する場合、先の基板を研磨する研磨レシピと次の基板を研磨する研磨レシピの間に、前記パッド洗浄工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
  7. 研磨方法を実施することが可能な研磨装置であって、
    前記研磨方法は、
    予め設定された研磨レシピに従い、トップリングにより研磨対象の基板を研磨テーブル上の研磨パッドに押圧して基板の被研磨面を研磨する研磨工程と、
    前記研磨レシピとは別に設定されている工程であって、前記研磨パッドに洗浄液を吹き付けて研磨パッド上の異物を取り除くパッド洗浄工程と、
    前記研磨レシピとは別に設定されている工程であって、研磨後の基板を基板受け渡し位置でトップリングから離脱させて次の研磨対象の基板をトップリングに装着し、次の研磨対象の基板を装着したトップリングを前記研磨テーブルに戻すまでの基板受け渡し工程とを含み、
    前記研磨レシピの終了を検知した後の前記基板受け渡し工程中に前記パッド洗浄工程を開始し、前記基板受け渡し工程中にある次の研磨対象の基板の位置を検知して前記パッド洗浄工程を終了し、
    前記研磨レシピに従い実行される前記研磨工程は、基板の被研磨面を研磨する研磨ステップの後に、前記研磨パッドに洗浄液を吹き付けて研磨パッド上の異物を取り除く研磨パッドクリーニングを含み、該研磨パッドクリーニングは所定のクリーニング時間が設定されており、
    前記研磨レシピとは別に設定されている前記パッド洗浄工程は、クリーニング時間が可変であり、
    前記研磨装置は、前記パッド洗浄工程を行うか否かを設定可能とする制御部を有することを特徴とする研磨装置。
  8. 前記基板受け渡し工程中にある次の研磨対象の基板が前記基板受け渡し位置に到着したことを検知して前記パッド洗浄工程を終了することを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
  9. 前記研磨工程と前記パッド洗浄工程において、前記研磨テーブルの回転速度を変えることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
  10. 前記研磨テーブルの回転速度は、研磨工程時よりもパッド洗浄工程時の方が高いことを特徴とする請求項９に記載の研磨装置。
  11. 少なくとも２つの研磨テーブルで基板を研磨する場合、各研磨テーブルで前記研磨レシピが異なることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
  12. １つの研磨テーブルで複数の基板を連続して研磨する場合、先の基板を研磨する研磨レシピと次の基板を研磨する研磨レシピの間に、前記パッド洗浄工程を行うことを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
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