研磨方法
【課題】研磨レートを下げることなく、研磨液の使用量を削減できるようにする。
【解決手段】研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係、及び研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求めておき、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨レートの方が研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨レートよりも高くなるように、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら、高い研磨レートが得られるように、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給する。
【解決手段】研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係、及び研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求めておき、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨レートの方が研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨レートよりも高くなるように、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら、高い研磨レートが得られるように、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨パッドの表面（研磨面）に研磨液（スラリ）を供給しながら、半導体ウェーハ等の基板の被研磨面（表面）を研磨パッドの研磨面に押圧接触させ、基板の被研磨面と研磨パッドの研磨面との相対運動により該被研磨面を研磨する研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨装置として、研磨テーブルの上面に研磨パッドを貼り付けて研磨面を形成し、この研磨ヘッドの研磨面（表面）に研磨ヘッドで保持した半導体ウェーハ等の基板の被研磨面を押圧接触させ、研磨面に研磨液（スラリ）を供給しながら、研磨テーブルの回転と研磨ヘッドの回転による研磨面と被研磨面との相対運動により、被研磨面を平坦に研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が知られている。
【０００３】
研磨技術においては、単位時間当りの基板処理枚数を最大にするために、最大の研磨レート、即ち、最短の研磨時間で基板を研磨できる条件を適用することが望まれている。そのために、ＣＭＰ装置においては、基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて研磨する時の研磨圧力、研磨ヘッド及び研磨テーブルの回転速度、研磨パッドの研磨面（表面）に供給される研磨液流量などを調整して所望の研磨レートを得るようにしている。
【０００４】
一方で、基板の研磨時に、基板と研磨パッドとの摺動により摩擦熱が発生し、この摩擦熱によって、研磨パッド表面、ひいては研磨パッドと基板との研磨界面の温度が過剰に上昇して、最大研磨レートが得られなくなる場合がある。このような場合に、例えば冷却ノズル等のガス噴射部を用いて、冷却ガス等のガスを研磨パッド表面に向けて噴射して、主に研磨パッド表面から気化熱を奪うことで、研磨パッド表面、ひいては研磨パッドと基板との研磨界面の温度を適正に保つことが研磨レートを最大にするのに有効である。
【０００５】
このため、研磨パッド表面を約５０℃以下、例えば４４℃などの温度に制御することで、ディッシングを低減したり（特許文献１参照）、研磨パッドの表面温度を測定し、研磨パッドの表面温度の変化に応じて、例えば研磨パッド上に配置した冷却機構で研磨パッドを冷却したりすること（特許文献２参照）等が提案されている。
【０００６】
また、出願人は、研磨面に向けて圧縮ガス等の気体を吹き出す流体吹出機構を備え、研磨面の温度分布の測定結果を基に、研磨面を所定の温度分布にするように、流体吹出機構を制御することを提案している（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３０８０４０号公報
【特許文献２】特開２００１−６２７０６号公報
【特許文献３】特開２００７−１８１９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
研磨レートは、基板を研磨パッドの研磨面（表面）に押し付けて研磨する時の研磨圧力、研磨ヘッド及び研磨テーブルの回転速度、研磨パッドの研磨面に供給される研磨液流量に依存し、研磨レートをある一定以上に保つためには、研磨パッドの研磨面に十分な量の研磨液を供給する必要があると考えられていた。実際、研磨液の供給量（使用量）を削減すると、研磨レートが減少することが一般的に知られており、この現象は、研磨に寄与する砥粒量が少なくなることによって生じると考えられてきた。
【０００９】
しかし、研磨レートは、砥粒量よりも研磨パッドの表面温度との相関が強く、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御することで、研磨パッドの表面温度を制御しない場合に比べて研磨液の使用量を削減しても、研磨レートを下げることなく、高い研磨レートが得られることが判った。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、研磨レートを下げることなく、研磨液の使用量を削減できるようにした研磨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】
請求項１に記載の発明は、研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係、及び研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求めておき、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨レートの方が研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨レートよりも高くなるように、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら、前記高い研磨レートが得られるように、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする研磨方法である。
【００１２】
一般に、研磨液の使用量を削減すると、研磨に寄与する砥粒量が少なくなって、研磨レートが下がるが、研磨レートは、砥粒量よりも研磨パッドの表面温度との相関が強い。このため、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御することで、研磨レートを下げることなく研磨液の使用量を削減することが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求め、研磨レートが最大となる流量よりも少ない流量の研磨液を研磨パッドの表面に継続的に供給しつつ、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、２０ｍｌ／ｍｉｎ以上、２００ｍｌ／ｍｉｎ未満の範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
【００１５】
研磨パッドの表面温度を所定温度に制御することで、２００ｍｌ／ｍｉｎ未満の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給しても、適正な研磨レートを確保することができ、これによって、研磨パッドの表面温度を制御しない場合に比べて、研磨液の消費量を削減することが可能となることが確かめられている。また、２０ｍｌ／ｍｉｎ以上の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することで、研磨液を研磨パッドの全表面に行き渡らせることができ、これによって、（１）基板の被研磨面内での研磨量の均一性の悪化、（２）研磨に寄与する砥粒量の不足による研磨レートの極端な低下、及び（３）研磨により発生する熱による研磨パッド表面の部分的な乾燥に基づく正常な研磨の阻害、を防止することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
【００１７】
例えば、基板の表面に形成された熱酸化膜等の絶縁膜を研磨する場合、研磨パッドの表面温度を、例えば４２℃〜４６℃に制御することで、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給しても、適正な研磨レートを確保できることが確かめられている。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１７５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
【００１９】
例えば基板の表面に形成された銅膜を研磨する場合、研磨パッドの表面温度を、例えば５０℃に制御することで、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１７５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給しても、適正な研磨レートを確保できることが確かめられている。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記研磨液は、砥粒としてセリアを使用した、添加剤を含む研磨スラリであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨方法である。
このように、研磨液として、機械化学的な研磨作用をするセリア（酸化セリウム：ＣｅＯ２）を砥粒として使用した、添加剤を含む研磨スラリを使用することで、研磨レートを高めることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、研磨パッドの表面温度の制御を、（１）研磨パッドに向けた圧縮空気の吹き付け、（２）冷媒を流す冷媒流路を内部に有する個体の研磨パッドへの接触、（３）研磨パッドに向けたミストの吹き付け、及び（４）研磨パッドに向けた冷却気体の吹き付け、のいずれか一つ以上で行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の研磨方法によれば、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することで、研磨レートを下げることなく、研磨パッドの表面温度を制御しない場合に比べて研磨液の使用量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の研磨方法に使用される研磨装置の概要を示す概要図である。
【図２】研磨パッドの表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係及び研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係、並びに研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係及び研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示すグラフである。
【図３】研磨パッドの表面温度を制御することなく銅膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係、及び研磨パッドの表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示すグラフである。
【図４】研磨パッドの表面温度を制御することなく銅膜を研磨した時の研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係、及び研磨パッドの表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨した時の研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の研磨方法に使用される研磨装置の概要を示す概要図である。図１に示すように、研磨装置１０は、回転自在な研磨テーブル１２と、研磨テーブル１２の上面に貼付され表面を研磨面１４ａとした研磨パッド１４と、半導体ウェーハ等の基板Ｗを保持して研磨面１４ａに向けて押圧する研磨ヘッド１６と、研磨パッド１４の上方に配置されて該研磨パッド１４に研磨液１８を供給する研磨液供給ノズル２０を備えている。研磨液供給ノズル２０は、研磨液供給源２２から延びる研磨液供給ライン２４に接続され、研磨液供給ライン２４には、開度制御可能な流量制御弁２６が介装されている。
【００２５】
例えば、熱酸化膜等の絶縁膜を研磨する時には、研磨液１８として、例えば砥粒としてセリアを使用した、添加剤を含む研磨スラリが使用される。このように、研磨液１８として、機械化学的な研磨作用を行うセリア（酸化セリウム：ＣｅＯ２）を砥粒とした添加剤を含む研磨スラリを使用することで、熱酸化膜等の研磨レートを高めることができる。また、銅膜を研磨する時には、研磨液１８として、銅研磨用の研磨スラリが使用される。
【００２６】
これにより、回転する研磨テーブル１２に貼付した研磨パッド１４の研磨面１４ａに、回転する研磨ヘッド１６の下面に保持した基板Ｗの被研磨面（表面）を押圧接触させ、更に研磨液供給ノズル２０から研磨液１８としての研磨スラリを研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給することで、基板Ｗと研磨パッド１４の研磨面１４ａの相対運動により、基板Ｗの被研磨面（表面）を研磨する。この研磨時に、流量制御弁２６の弁開度を調整することで、研磨パッド１４の研磨面１４ａに供給する研磨液の流量を制御する。
【００２７】
この例では、研磨パッド１４として、０℃〜８０℃の温度範囲で、１０ＧＰａ〜１０ＭＰａまで弾性率が変化するようにしたものが使用されている。例えば、樹脂製の研磨パッドは、一般に冷却によってその硬度を増し、その効果として、段差解消特性が向上する。また、研磨ヘッド１６は、上下動自在で、図示しない揺動アームの自由端に連結され、研磨テーブル１２の上方の研磨位置と、例えばリニアトランスポータのプッシャ等の基板受渡し位置との間を水平移動するようになっている。
【００２８】
研磨パッド１４の上方に位置して、研磨パッド１４の研磨面１４ａと平行に該研磨パッド１４の略半径方向に沿って延びるガス噴射部としての冷却ノズル３０が配置され、この冷却ノズル（ガス噴射部）３０の下部には、冷却ノズル３０の内部と連通し、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに向けて、圧縮空気等の冷却ガスを噴射するガス噴射口３０ａが備えられている。冷却ノズル３０の配置位置や冷却ノズル３０に設けられるガス噴射口３０ａの個数等は、プロセス条件等に応じて任意に設定される。
【００２９】
この例は、ガス噴射部として、研磨パッド１４の表面に向けて空気等の冷却ガスを噴射する冷却ノズル３０を備えた例を示しているが、冷却ノズル３０の代わりに、研磨パッド１４の温度を所定の温度に調整するために温度制御された空気等のガスを噴射するガス噴射部や、温度制御されたミストを噴射するミスト噴射部を備えるようにしてもよい。更に、冷却ノズル３０の代わりに、冷媒を流す冷媒流路を内部に有する個体（温度調整スライダ）を研磨パッド１４及び／または研磨テーブル１２に接離自在に配置し、この個体（温度調整スライダ）を研磨パッド１４及び／または研磨テーブル１２に接触させることで、研磨パッド１４を冷却するようにしてもよい。
【００３０】
冷却ノズル３０は、ガス供給源３２から延びるガス供給ライン３４に接続され、このガス供給ライン３４には、圧力制御弁３６及び流量計３８が流れ方向に沿って順に介装されている。これによって、冷却ガス（圧縮空気）は、圧力制御弁３６を通過して圧力が制御され、流量計３８を通過して流量が計測された後、冷却ノズル３０の内部に流入し、ガス噴射口３０ａから研磨パッド１４に向けて噴射される。この時、圧力制御弁３６を介して、ガス噴射口３０ａから研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス流量が制御される。
【００３１】
研磨パッド１４の上方に位置して、研磨パッド１４の表面温度を検出する、例えば放射温度計からなる温度計４０が配置され、この温度計４０は、研磨パッド１４の表面の設定温度等を設定する制御部４２に接続されている。また、制御部４２は、圧力制御弁３６に接続され、これによって、圧力制御弁３６は、制御部４２からの出力信号でＰＩＤ制御される。
【００３２】
つまり、制御部４２には、複数種のＰＩＤパラメータが記憶されている。そして、制御部４２に設定された研磨パッド１４の表面設定温度と温度計４０で検知された研磨パッド１４の実際の表面温度との差に応じて、上記複数種のＰＩＤパラメータから所定のＰＩＤパラメータが選択され、温度計４０で検出された研磨パッド１４の温度情報に基づいて、研磨パッド１４の表面が所定温度となるように、電空レギュレータ（図示せず）を介して、圧力制御弁３６の弁開度が制御される。制御部４２は、冷却ノズル３０のガス噴射口３０ａから研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス（圧縮空気）流量が、例えば５０〜１０００ｍｌ／ｍｉｎとなるように、圧力制御弁３６の弁開度を制御する。更に、流量計３８及び流量制御弁２６も制御部４２に接続されており、流量制御弁２６の弁開度は、制御部４２からの出力信号によって制御される。
【００３３】
研磨テーブル１２には、基板Ｗの被研磨面に形成されて研磨される金属または絶縁性薄膜の膜厚をリアルタイムで測定する渦電流式センサ５２が埋設され、研磨テーブル１２を回転させるテーブルモータ５４は、テーブル電流をモニタするテーブル電流モニタ５６に接続されて、渦電流式センサ５２及びテーブル電流モニタ５６からの出力は制御部４２に入力される。これによって、研磨レートをリアルタイムで測定できるようになっている。
【００３４】
つまり、渦電流式センサ５２で測定される膜厚と時間との関係から研磨レートがリアルタイムで求められる。また、基板を研磨する時に発生する摩擦力と研磨レートは、互いに比例する関係があり、テーブル電流と摩擦力も互いに比例する関係がある。このため、これらの関係を予め求めておき、テーブル電流モニタ５６でテーブルモータ５４のテーブル電流をモニタすることで、研磨レートをリアルタイムで測定することができる。
【００３５】
なお、渦電流式センサ５２の代わりに光学式センサを使用してもよい。また、渦電流式センサ５２とテーブル電流モニタ５６は択一的に使用され、どちらか一方を備えるようにしてもよい。
【００３６】
制御部４２には、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく基板Ｗを研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係、及び研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら基板Ｗを研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係等のデータが予め実験等で求められて格納されている。
【００３７】
図２は、研磨液１８として、セリアを砥粒として添加剤を含む研磨スラリを使用し、研磨テーブル１２を１００ｒｐｍで、研磨ヘッド１６を１０７ｒｐｍでそれぞれ回転させながら、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを０．３５ｋｇｆ／ｃｍ２（５ｐｓｉ）の研磨圧力で研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧して、基板Ｗの表面に形成した熱酸化膜（ベタ膜）を６０秒間研磨した時のデータ（線図）を示す。研磨パッド１４として、ロデール社製のＩＣ−１０００（硬質の単層発泡ポリウレタン）を使用している。
【００３８】
図２の線図Ａ１は、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示し、図２の線図Ｂ１は、同じく研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示す。図２の線図Ａ２は、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示し、図２の線図Ｂ２は、同じく研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示す。
【００３９】
図２の線図Ａ１から、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨する時、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上とすることで、約３７０ｎｍ／ｍｉｎ〜約３８０ｎｍ／ｍｉｎ程度の高い研磨レートが得られることが判る。このため、従来、上記の条件で熱酸化膜を研磨する時には、２００ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量の研磨液を研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給することで、高い研磨レートを得るようにしていた。このように、２００ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量の研磨液を研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給すると、図２の線図Ｂ１から、研磨パッド１４の表面温度は、約５１℃〜約５４℃となることが判る。
【００４０】
一方、図２の線図Ａ２，Ｂ２から、研磨パッド１４の表面温度を約４５℃に制御しながら熱酸化膜を研磨すると、研磨液流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約４００ｎｍ／ｍｉｎ程度の高い研磨レートが得られることが判る。つまり、研磨パッド１４の表面温度を約４５℃に制御しながら熱酸化膜を研磨することで、研磨液の供給流量を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から１００ｍｌ／ｍｉｎに削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として熱酸化膜を研磨するとき以上の研磨レートが得られることが判る。
【００４１】
同様に、研磨パッド１４の表面温度を約４６℃に制御しながら熱酸化膜を研磨すると、研磨液流量を５０ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約３７０ｎｍ／ｍｉｎ程度の高い研磨レートが得られことが判る。つまり、研磨パッド１４の表面温度を約４６℃に制御しながら熱酸化膜を研磨することで、研磨液の供給流量を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から５０ｍｌ／に削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として熱酸化膜を研磨するときと同等の研磨レートが得られることが判る。
【００４２】
ここで、線図Ａ１と線図Ａ２は、研磨液流量が約１８０ｍｌ／ｍｉｎ付近で互いに交わり、これより流量が少ない領域では、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨した時の方が、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨した時よりも研磨レートが高い。また、研磨液流量を約２００ｍｌ／ｍｉｎ未満として研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨することで、研磨液流量を約２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨した時とほぼ同等な研磨レートが得られる。このため、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨する時、研磨液流量を、約２００ｍＬ／ｍｉｎ未満、特に約１８０ｍｌ／ｍｉｎ以下とすることで、研磨液の使用量を減少させながら、研磨レートが低下するのを防止できることが判る。この時の研磨パッド１４の表面温度は、図２の線図Ｂ２から、約４２℃である。
【００４３】
なお、研磨パッドの表面に２０ｍｌ／ｍｉｎ以下の流量で研磨液を供給すると、研磨液を研磨パッドの全表面に行き渡らせることができず、これによって、（１）基板の被研磨面内での研磨量の均一性の悪化、（２）研磨に寄与する砥粒量の不足による研磨レートの極端な低下、及び（３）研磨により発生する熱による研磨パッド表面の部分的な乾燥に基づく正常な研磨の阻害、等が生じる恐れがある。
【００４４】
上記から、熱酸化膜を研磨する時、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに継続的に供給される研磨液１８の流量を、２０ｍｌ／ｍｉｎ以上、２００ｍｌ／ｍｉｎ未満、好ましく５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量に制御することで、研磨レートを低下させることなく、研磨液の消費量を削減することができる。このように、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給される研磨液１８の流量を５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎに制御する時の研磨パッド１４の表面温度は、図２の線図Ｂ２から、約４２℃〜約４６℃である。
【００４５】
研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに継続的に供給される研磨液流量は、研磨時間の経過に拘わらず常に一定に制御される。
【００４６】
図３及び図４は、研磨液１８として、銅研磨用の研磨スラリを使用し、研磨テーブル１２を６０ｒｐｍで、研磨ヘッド１６を３１ｒｐｍでそれぞれ回転させながら、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを０．２１ｋｇｆ／ｃｍ２（３ｐｓｉ）の研磨圧力で研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧して、基板Ｗの表面に形成した銅膜を６０秒間研磨した時のデータ（線図）を示す。研磨パッド１４として、ロデール社製のＩＣ−１０００（硬質の単層発泡ポリウレタン）を使用している。
【００４７】
図３の線図Ａ３は、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく銅膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示し、図３の点Ａ４は、研磨パッド１４の表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示す。図４の線図Ｂ３は、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく銅膜を研磨した時の研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示し、図４の点Ｂ４は、研磨パッド１４の表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨した時の研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示す。
【００４８】
図３の線図Ａ３から、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨する時、研磨液流量を１７５ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約６２６ｎｍ／ｍｉｎ程度の研磨レートが得られ、研磨液流量を２５０ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約６４４ｎｍ／ｍｉｎ程度の高い研磨レートが得られることが判る。このため、従来、上記の条件で銅膜を研磨する時には、２００ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量の研磨液を研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給することで、高い研磨レートを得るようにしていた。このように、２００ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量の研磨液を研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給すると、図４の線図Ｂ３から、研磨パッド１４の表面温度は、約５９℃〜約５４℃となることが判る。
【００４９】
一方、図３の点Ａ４と図４の点Ｂ４から、研磨パッド１４の表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨すると、研磨液流量を１７５ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約６４５ｎｍ／ｍｉｎ程度の研磨レートが得られることが判る。つまり、研磨パッド１４の表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨することで、研磨液の供給流量を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から１７５ｍｌ／ｍｉｎに削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として銅膜を研磨するときとほぼ同等の研磨レートが得られることが判る。
【００５０】
上記の銅膜の研磨は、上記熱酸化膜の研磨とほぼ同様な挙動を示すと考えられる。このことから、銅膜を研磨する時、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給される研磨液１８の流量を、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１７５ｍｌ／ｍｉｎに制御することで、研磨レートを低下させることなく、研磨液の消費量を削減することができると考えられる。
なお、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに継続的に供給される研磨液流量は、熱酸化膜の場合と同様に、研磨時間の経過に拘わらず常に一定に制御される。
【００５１】
次に、図１に示す研磨装置１０を使用して、基板Ｗの表面に形成した熱酸化膜を研磨する研磨方法について説明する。
図２に示すデータを基に、研磨液１８として、セリアを砥粒として添加剤を含む研磨スラリを使用し、研磨テーブル１２を１００ｒｐｍで、研磨ヘッド１６を１０７ｒｐｍでそれぞれ回転させながら、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを０．３５ｋｇｆ／ｃｍ２（５ｐｓｉ）の研磨圧力で研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧して、基板Ｗの表面に形成した熱酸化膜を研磨する。
【００５２】
この熱酸化膜の研磨時に、研磨パッド１４の表面温度を、例えば約４５℃にＰＩＤ制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに流量１００ｍｌ／ｍｉｎの研磨液を継続的に供給する。この継続的に供給される研磨液の流量は、時間の経過に拘わらず、１００ｍｌ／ｍｉｎの一定に制御される。
【００５３】
これにより、研磨液の消費量（供給流量）を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から１００ｍｌ／ｍｉｎに削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として、他は同一の研磨液を使用した同一条件で熱酸化膜を研磨するとき以上の高い研磨レートが得られ、スループットを向上させることができる。
【００５４】
この熱酸化膜の研磨時に、図２に示すデータを基に、研磨パッド１４の表面温度を、例えば約４６℃にＰＩＤ制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）に流量５０ｍｌ／ｍｉｎの研磨液を供給するようにしてもよい。これによって、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として、他は同一の研磨液を使用した同一条件で熱酸化膜を研磨するときとほぼ同等の高い研磨レートが得られる。
【００５５】
次に、図１に示す研磨装置１０を使用して、基板Ｗの表面に形成した銅膜を研磨する研磨方法について説明する。
図３及び図４に示すデータを基に、研磨液１８として、銅研磨用の研磨スラリを使用し、研磨テーブル１２を６０ｒｐｍで、研磨ヘッド１６を３１ｒｐｍでそれぞれ回転させながら、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを０．２１ｋｇｆ／ｃｍ２（３ｐｓｉ）の研磨圧力で研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧して、基板Ｗの表面に形成した銅膜を研磨する。
【００５６】
この銅膜の研磨時に、研磨パッド１４の表面温度を、例えば５０℃にＰＩＤ制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに流量１７５ｍｌ／ｍｉｎの研磨液を供給する。
【００５７】
これにより、研磨液の消費量（供給流量）を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から１７５ｍｌ／ｍｉｎに削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として、他は同一の研磨液を使用した同一条件で銅膜を研磨するときとほぼ同等の高い研磨レートが得られる。
【００５８】
これまで本発明の一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。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 研磨装置
１２ 研磨テーブル
１４ 研磨パッド
１４ａ 研磨面（研磨パッドの表面）
１６ 研磨ヘッド
１８ 研磨液
２０ 研磨液供給ノズル
２２ 研磨液供給源
２４ 研磨液供給ライン
２６ 流量制御弁、
３０ 冷却ノズル
３４ ガス供給ライン
３６ 圧力制御弁
３８ 流量計
４０ 温度計
４２ 制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨パッドの表面（研磨面）に研磨液（スラリ）を供給しながら、半導体ウェーハ等の基板の被研磨面（表面）を研磨パッドの研磨面に押圧接触させ、基板の被研磨面と研磨パッドの研磨面との相対運動により該被研磨面を研磨する研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨装置として、研磨テーブルの上面に研磨パッドを貼り付けて研磨面を形成し、この研磨ヘッドの研磨面（表面）に研磨ヘッドで保持した半導体ウェーハ等の基板の被研磨面を押圧接触させ、研磨面に研磨液（スラリ）を供給しながら、研磨テーブルの回転と研磨ヘッドの回転による研磨面と被研磨面との相対運動により、被研磨面を平坦に研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が知られている。
【０００３】
研磨技術においては、単位時間当りの基板処理枚数を最大にするために、最大の研磨レート、即ち、最短の研磨時間で基板を研磨できる条件を適用することが望まれている。そのために、ＣＭＰ装置においては、基板を研磨パッドの研磨面に押し付けて研磨する時の研磨圧力、研磨ヘッド及び研磨テーブルの回転速度、研磨パッドの研磨面（表面）に供給される研磨液流量などを調整して所望の研磨レートを得るようにしている。
【０００４】
一方で、基板の研磨時に、基板と研磨パッドとの摺動により摩擦熱が発生し、この摩擦熱によって、研磨パッド表面、ひいては研磨パッドと基板との研磨界面の温度が過剰に上昇して、最大研磨レートが得られなくなる場合がある。このような場合に、例えば冷却ノズル等のガス噴射部を用いて、冷却ガス等のガスを研磨パッド表面に向けて噴射して、主に研磨パッド表面から気化熱を奪うことで、研磨パッド表面、ひいては研磨パッドと基板との研磨界面の温度を適正に保つことが研磨レートを最大にするのに有効である。
【０００５】
このため、研磨パッド表面を約５０℃以下、例えば４４℃などの温度に制御することで、ディッシングを低減したり（特許文献１参照）、研磨パッドの表面温度を測定し、研磨パッドの表面温度の変化に応じて、例えば研磨パッド上に配置した冷却機構で研磨パッドを冷却したりすること（特許文献２参照）等が提案されている。
【０００６】
また、出願人は、研磨面に向けて圧縮ガス等の気体を吹き出す流体吹出機構を備え、研磨面の温度分布の測定結果を基に、研磨面を所定の温度分布にするように、流体吹出機構を制御することを提案している（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−３０８０４０号公報
【特許文献２】特開２００１−６２７０６号公報
【特許文献３】特開２００７−１８１９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
研磨レートは、基板を研磨パッドの研磨面（表面）に押し付けて研磨する時の研磨圧力、研磨ヘッド及び研磨テーブルの回転速度、研磨パッドの研磨面に供給される研磨液流量に依存し、研磨レートをある一定以上に保つためには、研磨パッドの研磨面に十分な量の研磨液を供給する必要があると考えられていた。実際、研磨液の供給量（使用量）を削減すると、研磨レートが減少することが一般的に知られており、この現象は、研磨に寄与する砥粒量が少なくなることによって生じると考えられてきた。
【０００９】
しかし、研磨レートは、砥粒量よりも研磨パッドの表面温度との相関が強く、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御することで、研磨パッドの表面温度を制御しない場合に比べて研磨液の使用量を削減しても、研磨レートを下げることなく、高い研磨レートが得られることが判った。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、研磨レートを下げることなく、研磨液の使用量を削減できるようにした研磨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】
請求項１に記載の発明は、研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係、及び研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求めておき、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨レートの方が研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨レートよりも高くなるように、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら、前記高い研磨レートが得られるように、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする研磨方法である。
【００１２】
一般に、研磨液の使用量を削減すると、研磨に寄与する砥粒量が少なくなって、研磨レートが下がるが、研磨レートは、砥粒量よりも研磨パッドの表面温度との相関が強い。このため、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御することで、研磨レートを下げることなく研磨液の使用量を削減することが可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求め、研磨レートが最大となる流量よりも少ない流量の研磨液を研磨パッドの表面に継続的に供給しつつ、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、２０ｍｌ／ｍｉｎ以上、２００ｍｌ／ｍｉｎ未満の範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
【００１５】
研磨パッドの表面温度を所定温度に制御することで、２００ｍｌ／ｍｉｎ未満の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給しても、適正な研磨レートを確保することができ、これによって、研磨パッドの表面温度を制御しない場合に比べて、研磨液の消費量を削減することが可能となることが確かめられている。また、２０ｍｌ／ｍｉｎ以上の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することで、研磨液を研磨パッドの全表面に行き渡らせることができ、これによって、（１）基板の被研磨面内での研磨量の均一性の悪化、（２）研磨に寄与する砥粒量の不足による研磨レートの極端な低下、及び（３）研磨により発生する熱による研磨パッド表面の部分的な乾燥に基づく正常な研磨の阻害、を防止することができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
【００１７】
例えば、基板の表面に形成された熱酸化膜等の絶縁膜を研磨する場合、研磨パッドの表面温度を、例えば４２℃〜４６℃に制御することで、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給しても、適正な研磨レートを確保できることが確かめられている。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１７５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法である。
【００１９】
例えば基板の表面に形成された銅膜を研磨する場合、研磨パッドの表面温度を、例えば５０℃に制御することで、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１７５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給しても、適正な研磨レートを確保できることが確かめられている。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、前記研磨液は、砥粒としてセリアを使用した、添加剤を含む研磨スラリであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨方法である。
このように、研磨液として、機械化学的な研磨作用をするセリア（酸化セリウム：ＣｅＯ２）を砥粒として使用した、添加剤を含む研磨スラリを使用することで、研磨レートを高めることができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明は、研磨パッドの表面温度の制御を、（１）研磨パッドに向けた圧縮空気の吹き付け、（２）冷媒を流す冷媒流路を内部に有する個体の研磨パッドへの接触、（３）研磨パッドに向けたミストの吹き付け、及び（４）研磨パッドに向けた冷却気体の吹き付け、のいずれか一つ以上で行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の研磨方法によれば、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することで、研磨レートを下げることなく、研磨パッドの表面温度を制御しない場合に比べて研磨液の使用量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の研磨方法に使用される研磨装置の概要を示す概要図である。
【図２】研磨パッドの表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係及び研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係、並びに研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係及び研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示すグラフである。
【図３】研磨パッドの表面温度を制御することなく銅膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係、及び研磨パッドの表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示すグラフである。
【図４】研磨パッドの表面温度を制御することなく銅膜を研磨した時の研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係、及び研磨パッドの表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨した時の研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の研磨方法に使用される研磨装置の概要を示す概要図である。図１に示すように、研磨装置１０は、回転自在な研磨テーブル１２と、研磨テーブル１２の上面に貼付され表面を研磨面１４ａとした研磨パッド１４と、半導体ウェーハ等の基板Ｗを保持して研磨面１４ａに向けて押圧する研磨ヘッド１６と、研磨パッド１４の上方に配置されて該研磨パッド１４に研磨液１８を供給する研磨液供給ノズル２０を備えている。研磨液供給ノズル２０は、研磨液供給源２２から延びる研磨液供給ライン２４に接続され、研磨液供給ライン２４には、開度制御可能な流量制御弁２６が介装されている。
【００２５】
例えば、熱酸化膜等の絶縁膜を研磨する時には、研磨液１８として、例えば砥粒としてセリアを使用した、添加剤を含む研磨スラリが使用される。このように、研磨液１８として、機械化学的な研磨作用を行うセリア（酸化セリウム：ＣｅＯ２）を砥粒とした添加剤を含む研磨スラリを使用することで、熱酸化膜等の研磨レートを高めることができる。また、銅膜を研磨する時には、研磨液１８として、銅研磨用の研磨スラリが使用される。
【００２６】
これにより、回転する研磨テーブル１２に貼付した研磨パッド１４の研磨面１４ａに、回転する研磨ヘッド１６の下面に保持した基板Ｗの被研磨面（表面）を押圧接触させ、更に研磨液供給ノズル２０から研磨液１８としての研磨スラリを研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給することで、基板Ｗと研磨パッド１４の研磨面１４ａの相対運動により、基板Ｗの被研磨面（表面）を研磨する。この研磨時に、流量制御弁２６の弁開度を調整することで、研磨パッド１４の研磨面１４ａに供給する研磨液の流量を制御する。
【００２７】
この例では、研磨パッド１４として、０℃〜８０℃の温度範囲で、１０ＧＰａ〜１０ＭＰａまで弾性率が変化するようにしたものが使用されている。例えば、樹脂製の研磨パッドは、一般に冷却によってその硬度を増し、その効果として、段差解消特性が向上する。また、研磨ヘッド１６は、上下動自在で、図示しない揺動アームの自由端に連結され、研磨テーブル１２の上方の研磨位置と、例えばリニアトランスポータのプッシャ等の基板受渡し位置との間を水平移動するようになっている。
【００２８】
研磨パッド１４の上方に位置して、研磨パッド１４の研磨面１４ａと平行に該研磨パッド１４の略半径方向に沿って延びるガス噴射部としての冷却ノズル３０が配置され、この冷却ノズル（ガス噴射部）３０の下部には、冷却ノズル３０の内部と連通し、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに向けて、圧縮空気等の冷却ガスを噴射するガス噴射口３０ａが備えられている。冷却ノズル３０の配置位置や冷却ノズル３０に設けられるガス噴射口３０ａの個数等は、プロセス条件等に応じて任意に設定される。
【００２９】
この例は、ガス噴射部として、研磨パッド１４の表面に向けて空気等の冷却ガスを噴射する冷却ノズル３０を備えた例を示しているが、冷却ノズル３０の代わりに、研磨パッド１４の温度を所定の温度に調整するために温度制御された空気等のガスを噴射するガス噴射部や、温度制御されたミストを噴射するミスト噴射部を備えるようにしてもよい。更に、冷却ノズル３０の代わりに、冷媒を流す冷媒流路を内部に有する個体（温度調整スライダ）を研磨パッド１４及び／または研磨テーブル１２に接離自在に配置し、この個体（温度調整スライダ）を研磨パッド１４及び／または研磨テーブル１２に接触させることで、研磨パッド１４を冷却するようにしてもよい。
【００３０】
冷却ノズル３０は、ガス供給源３２から延びるガス供給ライン３４に接続され、このガス供給ライン３４には、圧力制御弁３６及び流量計３８が流れ方向に沿って順に介装されている。これによって、冷却ガス（圧縮空気）は、圧力制御弁３６を通過して圧力が制御され、流量計３８を通過して流量が計測された後、冷却ノズル３０の内部に流入し、ガス噴射口３０ａから研磨パッド１４に向けて噴射される。この時、圧力制御弁３６を介して、ガス噴射口３０ａから研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス流量が制御される。
【００３１】
研磨パッド１４の上方に位置して、研磨パッド１４の表面温度を検出する、例えば放射温度計からなる温度計４０が配置され、この温度計４０は、研磨パッド１４の表面の設定温度等を設定する制御部４２に接続されている。また、制御部４２は、圧力制御弁３６に接続され、これによって、圧力制御弁３６は、制御部４２からの出力信号でＰＩＤ制御される。
【００３２】
つまり、制御部４２には、複数種のＰＩＤパラメータが記憶されている。そして、制御部４２に設定された研磨パッド１４の表面設定温度と温度計４０で検知された研磨パッド１４の実際の表面温度との差に応じて、上記複数種のＰＩＤパラメータから所定のＰＩＤパラメータが選択され、温度計４０で検出された研磨パッド１４の温度情報に基づいて、研磨パッド１４の表面が所定温度となるように、電空レギュレータ（図示せず）を介して、圧力制御弁３６の弁開度が制御される。制御部４２は、冷却ノズル３０のガス噴射口３０ａから研磨パッド１４に向けて噴射される冷却ガス（圧縮空気）流量が、例えば５０〜１０００ｍｌ／ｍｉｎとなるように、圧力制御弁３６の弁開度を制御する。更に、流量計３８及び流量制御弁２６も制御部４２に接続されており、流量制御弁２６の弁開度は、制御部４２からの出力信号によって制御される。
【００３３】
研磨テーブル１２には、基板Ｗの被研磨面に形成されて研磨される金属または絶縁性薄膜の膜厚をリアルタイムで測定する渦電流式センサ５２が埋設され、研磨テーブル１２を回転させるテーブルモータ５４は、テーブル電流をモニタするテーブル電流モニタ５６に接続されて、渦電流式センサ５２及びテーブル電流モニタ５６からの出力は制御部４２に入力される。これによって、研磨レートをリアルタイムで測定できるようになっている。
【００３４】
つまり、渦電流式センサ５２で測定される膜厚と時間との関係から研磨レートがリアルタイムで求められる。また、基板を研磨する時に発生する摩擦力と研磨レートは、互いに比例する関係があり、テーブル電流と摩擦力も互いに比例する関係がある。このため、これらの関係を予め求めておき、テーブル電流モニタ５６でテーブルモータ５４のテーブル電流をモニタすることで、研磨レートをリアルタイムで測定することができる。
【００３５】
なお、渦電流式センサ５２の代わりに光学式センサを使用してもよい。また、渦電流式センサ５２とテーブル電流モニタ５６は択一的に使用され、どちらか一方を備えるようにしてもよい。
【００３６】
制御部４２には、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく基板Ｗを研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係、及び研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら基板Ｗを研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係等のデータが予め実験等で求められて格納されている。
【００３７】
図２は、研磨液１８として、セリアを砥粒として添加剤を含む研磨スラリを使用し、研磨テーブル１２を１００ｒｐｍで、研磨ヘッド１６を１０７ｒｐｍでそれぞれ回転させながら、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを０．３５ｋｇｆ／ｃｍ２（５ｐｓｉ）の研磨圧力で研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧して、基板Ｗの表面に形成した熱酸化膜（ベタ膜）を６０秒間研磨した時のデータ（線図）を示す。研磨パッド１４として、ロデール社製のＩＣ−１０００（硬質の単層発泡ポリウレタン）を使用している。
【００３８】
図２の線図Ａ１は、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示し、図２の線図Ｂ１は、同じく研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示す。図２の線図Ａ２は、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示し、図２の線図Ｂ２は、同じく研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示す。
【００３９】
図２の線図Ａ１から、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨する時、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上とすることで、約３７０ｎｍ／ｍｉｎ〜約３８０ｎｍ／ｍｉｎ程度の高い研磨レートが得られることが判る。このため、従来、上記の条件で熱酸化膜を研磨する時には、２００ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量の研磨液を研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給することで、高い研磨レートを得るようにしていた。このように、２００ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量の研磨液を研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給すると、図２の線図Ｂ１から、研磨パッド１４の表面温度は、約５１℃〜約５４℃となることが判る。
【００４０】
一方、図２の線図Ａ２，Ｂ２から、研磨パッド１４の表面温度を約４５℃に制御しながら熱酸化膜を研磨すると、研磨液流量を１００ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約４００ｎｍ／ｍｉｎ程度の高い研磨レートが得られることが判る。つまり、研磨パッド１４の表面温度を約４５℃に制御しながら熱酸化膜を研磨することで、研磨液の供給流量を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から１００ｍｌ／ｍｉｎに削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として熱酸化膜を研磨するとき以上の研磨レートが得られることが判る。
【００４１】
同様に、研磨パッド１４の表面温度を約４６℃に制御しながら熱酸化膜を研磨すると、研磨液流量を５０ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約３７０ｎｍ／ｍｉｎ程度の高い研磨レートが得られことが判る。つまり、研磨パッド１４の表面温度を約４６℃に制御しながら熱酸化膜を研磨することで、研磨液の供給流量を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から５０ｍｌ／に削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として熱酸化膜を研磨するときと同等の研磨レートが得られることが判る。
【００４２】
ここで、線図Ａ１と線図Ａ２は、研磨液流量が約１８０ｍｌ／ｍｉｎ付近で互いに交わり、これより流量が少ない領域では、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨した時の方が、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨した時よりも研磨レートが高い。また、研磨液流量を約２００ｍｌ／ｍｉｎ未満として研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨することで、研磨液流量を約２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨した時とほぼ同等な研磨レートが得られる。このため、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら熱酸化膜を研磨する時、研磨液流量を、約２００ｍＬ／ｍｉｎ未満、特に約１８０ｍｌ／ｍｉｎ以下とすることで、研磨液の使用量を減少させながら、研磨レートが低下するのを防止できることが判る。この時の研磨パッド１４の表面温度は、図２の線図Ｂ２から、約４２℃である。
【００４３】
なお、研磨パッドの表面に２０ｍｌ／ｍｉｎ以下の流量で研磨液を供給すると、研磨液を研磨パッドの全表面に行き渡らせることができず、これによって、（１）基板の被研磨面内での研磨量の均一性の悪化、（２）研磨に寄与する砥粒量の不足による研磨レートの極端な低下、及び（３）研磨により発生する熱による研磨パッド表面の部分的な乾燥に基づく正常な研磨の阻害、等が生じる恐れがある。
【００４４】
上記から、熱酸化膜を研磨する時、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに継続的に供給される研磨液１８の流量を、２０ｍｌ／ｍｉｎ以上、２００ｍｌ／ｍｉｎ未満、好ましく５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量に制御することで、研磨レートを低下させることなく、研磨液の消費量を削減することができる。このように、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給される研磨液１８の流量を５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎに制御する時の研磨パッド１４の表面温度は、図２の線図Ｂ２から、約４２℃〜約４６℃である。
【００４５】
研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに継続的に供給される研磨液流量は、研磨時間の経過に拘わらず常に一定に制御される。
【００４６】
図３及び図４は、研磨液１８として、銅研磨用の研磨スラリを使用し、研磨テーブル１２を６０ｒｐｍで、研磨ヘッド１６を３１ｒｐｍでそれぞれ回転させながら、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを０．２１ｋｇｆ／ｃｍ２（３ｐｓｉ）の研磨圧力で研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧して、基板Ｗの表面に形成した銅膜を６０秒間研磨した時のデータ（線図）を示す。研磨パッド１４として、ロデール社製のＩＣ−１０００（硬質の単層発泡ポリウレタン）を使用している。
【００４７】
図３の線図Ａ３は、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく銅膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示し、図３の点Ａ４は、研磨パッド１４の表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨した時の研磨レートと研磨液流量との関係を示す。図４の線図Ｂ３は、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく銅膜を研磨した時の研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示し、図４の点Ｂ４は、研磨パッド１４の表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨した時の研磨パッドの表面温度と研磨液流量との関係を示す。
【００４８】
図３の線図Ａ３から、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく熱酸化膜を研磨する時、研磨液流量を１７５ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約６２６ｎｍ／ｍｉｎ程度の研磨レートが得られ、研磨液流量を２５０ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約６４４ｎｍ／ｍｉｎ程度の高い研磨レートが得られることが判る。このため、従来、上記の条件で銅膜を研磨する時には、２００ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量の研磨液を研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給することで、高い研磨レートを得るようにしていた。このように、２００ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量の研磨液を研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給すると、図４の線図Ｂ３から、研磨パッド１４の表面温度は、約５９℃〜約５４℃となることが判る。
【００４９】
一方、図３の点Ａ４と図４の点Ｂ４から、研磨パッド１４の表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨すると、研磨液流量を１７５ｍｌ／ｍｉｎとすることで、約６４５ｎｍ／ｍｉｎ程度の研磨レートが得られることが判る。つまり、研磨パッド１４の表面温度を約５０℃に制御しながら銅膜を研磨することで、研磨液の供給流量を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から１７５ｍｌ／ｍｉｎに削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として銅膜を研磨するときとほぼ同等の研磨レートが得られることが判る。
【００５０】
上記の銅膜の研磨は、上記熱酸化膜の研磨とほぼ同様な挙動を示すと考えられる。このことから、銅膜を研磨する時、研磨パッド１４の表面温度を所定温度に制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに供給される研磨液１８の流量を、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１７５ｍｌ／ｍｉｎに制御することで、研磨レートを低下させることなく、研磨液の消費量を削減することができると考えられる。
なお、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに継続的に供給される研磨液流量は、熱酸化膜の場合と同様に、研磨時間の経過に拘わらず常に一定に制御される。
【００５１】
次に、図１に示す研磨装置１０を使用して、基板Ｗの表面に形成した熱酸化膜を研磨する研磨方法について説明する。
図２に示すデータを基に、研磨液１８として、セリアを砥粒として添加剤を含む研磨スラリを使用し、研磨テーブル１２を１００ｒｐｍで、研磨ヘッド１６を１０７ｒｐｍでそれぞれ回転させながら、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを０．３５ｋｇｆ／ｃｍ２（５ｐｓｉ）の研磨圧力で研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧して、基板Ｗの表面に形成した熱酸化膜を研磨する。
【００５２】
この熱酸化膜の研磨時に、研磨パッド１４の表面温度を、例えば約４５℃にＰＩＤ制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに流量１００ｍｌ／ｍｉｎの研磨液を継続的に供給する。この継続的に供給される研磨液の流量は、時間の経過に拘わらず、１００ｍｌ／ｍｉｎの一定に制御される。
【００５３】
これにより、研磨液の消費量（供給流量）を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から１００ｍｌ／ｍｉｎに削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として、他は同一の研磨液を使用した同一条件で熱酸化膜を研磨するとき以上の高い研磨レートが得られ、スループットを向上させることができる。
【００５４】
この熱酸化膜の研磨時に、図２に示すデータを基に、研磨パッド１４の表面温度を、例えば約４６℃にＰＩＤ制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）に流量５０ｍｌ／ｍｉｎの研磨液を供給するようにしてもよい。これによって、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として、他は同一の研磨液を使用した同一条件で熱酸化膜を研磨するときとほぼ同等の高い研磨レートが得られる。
【００５５】
次に、図１に示す研磨装置１０を使用して、基板Ｗの表面に形成した銅膜を研磨する研磨方法について説明する。
図３及び図４に示すデータを基に、研磨液１８として、銅研磨用の研磨スラリを使用し、研磨テーブル１２を６０ｒｐｍで、研磨ヘッド１６を３１ｒｐｍでそれぞれ回転させながら、研磨ヘッド１６で保持した基板Ｗを０．２１ｋｇｆ／ｃｍ２（３ｐｓｉ）の研磨圧力で研磨パッド１４の研磨面１４ａに押圧して、基板Ｗの表面に形成した銅膜を研磨する。
【００５６】
この銅膜の研磨時に、研磨パッド１４の表面温度を、例えば５０℃にＰＩＤ制御しながら、研磨パッド１４の研磨面（表面）１４ａに流量１７５ｍｌ／ｍｉｎの研磨液を供給する。
【００５７】
これにより、研磨液の消費量（供給流量）を、例えば２００ｍｌ／ｍｉｎ以上から１７５ｍｌ／ｍｉｎに削減しても、研磨パッド１４の表面温度を制御することなく、研磨液流量を２００ｍｌ／ｍｉｎ以上として、他は同一の研磨液を使用した同一条件で銅膜を研磨するときとほぼ同等の高い研磨レートが得られる。
【００５８】
これまで本発明の一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。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 研磨装置
１２ 研磨テーブル
１４ 研磨パッド
１４ａ 研磨面（研磨パッドの表面）
１６ 研磨ヘッド
１８ 研磨液
２０ 研磨液供給ノズル
２２ 研磨液供給源
２４ 研磨液供給ライン
２６ 流量制御弁、
３０ 冷却ノズル
３４ ガス供給ライン
３６ 圧力制御弁
３８ 流量計
４０ 温度計
４２ 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、
研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係、及び研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求めておき、
研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨レートの方が研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨レートよりも高くなるように、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら、前記高い研磨レートが得られるように、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、
研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求め、
研磨レートが最大となる流量よりも少ない流量の研磨液を研磨パッドの表面に継続的に供給しつつ、
研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
２０ｍｌ／ｍｉｎ以上、２００ｍｌ／ｍｉｎ未満の範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法。
【請求項４】
５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法。
【請求項５】
５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１７５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法。
【請求項６】
前記研磨液は、砥粒としてセリアを使用した、添加剤を含む研磨スラリであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項７】
研磨パッドの表面温度の制御を、（１）研磨パッドに向けた圧縮空気の吹き付け、（２）冷媒を流す冷媒流路を内部に有する個体の研磨パッドへの接触、（３）研磨パッドに向けたミストの吹き付け、及び（４）研磨パッドに向けた冷却気体の吹き付け、のいずれか一つ以上で行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項１】
研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、
研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係、及び研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求めておき、
研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨した時の研磨レートの方が研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨レートよりも高くなるように、研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら、前記高い研磨レートが得られるように、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
研磨パッドの表面に研磨液を供給しながら、研磨パッドの表面に基板を摺接させて該基板を研磨する研磨方法において、
研磨パッドの表面温度を制御することなく基板を研磨した時の研磨液供給流量と研磨レートとの関係を予め求め、
研磨レートが最大となる流量よりも少ない流量の研磨液を研磨パッドの表面に継続的に供給しつつ、
研磨パッドの表面温度を所定温度に制御しながら基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
２０ｍｌ／ｍｉｎ以上、２００ｍｌ／ｍｉｎ未満の範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法。
【請求項４】
５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１８０ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法。
【請求項５】
５０ｍｌ／ｍｉｎ〜１７５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内の所定の流量で、研磨パッドの表面に研磨液を継続的に供給することを特徴とする請求項１または２記載の研磨方法。
【請求項６】
前記研磨液は、砥粒としてセリアを使用した、添加剤を含む研磨スラリであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項７】
研磨パッドの表面温度の制御を、（１）研磨パッドに向けた圧縮空気の吹き付け、（２）冷媒を流す冷媒流路を内部に有する個体の研磨パッドへの接触、（３）研磨パッドに向けたミストの吹き付け、及び（４）研磨パッドに向けた冷却気体の吹き付け、のいずれか一つ以上で行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２３２３６６（Ｐ２０１２−２３２３６６Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０１０５１（Ｐ２０１１−１０１０５１）
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２８日（２０１１．４．２８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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