JP2002170797A - 研磨装置、研磨方法、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法及びこの製造方法により製造された半導体デバイス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無駄時間を排して高スループットを実現可能
な研磨装置を提供する。 【解決手段】 研磨装置中央のインデックステーブル３
４０には複数のチャックＶ₁〜Ｖ₄が設けられ、その位置
決め停止位置に対応して複数の研磨ステージ３１０，３
２０，３３０が形成されている。研磨ステージには揺動
自在な複数の研磨アーム３１１，３１２と研磨アーム先
端の研磨パッドをドレッシングするパッドドレッサ３１
７とが設けられており、Ａ研磨アーム３１１が研磨加工
を行っている間にＢ研磨アーム３１２の研磨パッドのド
レッシングが行われ、次のステップではＢ研磨アーム３
１２が研磨加工を行っている間にＡ研磨アーム３１１の
パッドのドレッシングが行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被研磨部材たる基
板を所定角度ごとに回動停止させるインデックステーブ
ルと、このインデックステーブルの停止位置に割り付け
られて基板を研磨する研磨ステージとを有する研磨装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような基板の研磨装置は、ガラス
基板や石英基板あるいは半導体ウェハ基板等の被研磨部
材の表面を研磨加工する研磨装置として既に用いられて
いる。このような研磨装置として、半導体ウェハ基板に
おける層間絶縁膜上の金属膜を化学機械研磨法（ＣＭＰ
法）で精密に研磨加工する研磨装置（ＣＭＰ装置と称さ
れる）がある。図７はこのような研磨装置の構成例を示
したものである。この研磨装置ではインデックステーブ
ル９４０が４つの領域に分割されており、各分割領域に
はそれぞれ半導体ウェハ基板（以下基板という）Ｗを真
空吸着して保持するチャックＶ₁〜Ｖ₄が設けられてい
る。インデックステーブル９４０は９０度ごとに回動送
りされ、インデックステーブルの位置決め停止位置には
テーブルの分割数に対応して４つのステージが設けられ
ている。

【０００３】４つのステージは、三つの研磨ステージ９
１０，９２０，９３０と、一つの搬送ステージ９５０と
からなる。研磨ステージ９１０，９２０，９３０は基板
Ｗを研磨加工する領域であり、各研磨ステージには揺動
自在な研磨アーム９１１，９２１，９３１が設けられ、
各研磨アームの先端部には下端面に研磨部材である研磨
パッドを有する研磨ヘッドが取り付けられている。研磨
ステージではチャック上に保持された基板Ｗと研磨ヘッ
ドとを相対的に高速回転させるとともに、この基板上に
研磨パッドを押し付けて基板表面を平坦に加工する。搬
送ステージ９５０はインデックステーブル上のチャック
に基板を搬入・搬出するステージであり、このステージ
に設けられた搬送ロボット９７０が研磨加工の終了した
基板をチャックから搬出するとともに、新たな未加工基
板をチャック上に搬入する。

【０００４】このような研磨装置では、搬送ステージ９
５０において搬送ロボット９７０によりチャック上に搬
入された未加工の基板が、インデックステーブル９４０
により９０度ずつ回動送りされて第１研磨ステージ９１
０、第２研磨ステージ９２０、第３研磨ステージ９３０
で順次３段階の研磨加工を受け、第３研磨ステージ９３
０で研磨加工の終了した加工済み基板が搬送ステージ９
５０から搬送ロボット９７０で搬出される。搬送ステー
ジ９５０では、インデックステーブル９４０が回動送り
されるごとに搬送ロボット９７０で加工済み基板を搬出
するとともに未加工基板を搬入し、順次これを繰り返す
ことによりインデックステーブルを回動送りさせるごと
に研磨加工済みの基板を連続して生産することができ
る。

【０００５】各研磨ステージには、パッドドレッサ（パ
ッドコンディショナーとも称する）９１７，９２７，９
３７が設けられている。各研磨ステージでは、一枚の基
板の研磨加工が終了するごとに研磨パッドをパッドドレ
ッサ上に移動させ、研磨パッドとパッドドレッサのディ
スクとを相対回転させながら押圧することにより研磨パ
ッドのドレッシング（目立て）を行う。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなインデッ
クステーブルを有する研磨装置では、１つの基板につい
て必要な研磨加工の加工時間をｔ_pとし、これを上記３
つの研磨ステージで等分に分割して加工するとすれば、
各研磨ステージにおける研磨時間はｔ_p/３で表される。
いま、インデックステーブル９４０の回動位置決め時間
をｔ_iとすれば、第１研磨ステージ９１０に搬入された
基板が第２研磨ステージ９２０、第３研磨ステージ９３
０での各研磨加工を経て搬送ステージ９５０に位置決め
されるまでに要する時間Ｔ_nは、理想的にはＴ_n＝３(ｔ_p
/３＋ｔ_i)＝ｔ_p＋３ｔ_iで表すことができる。

【０００７】しかしながら、上述したように各研磨ステ
ージでは研磨加工が終了するごとに研磨パッドのドレッ
シングを行っており、このドレッシングに要する時間ｔ
_dはインデックステーブルの回動位置決め時間ｔ_iよりも
数倍長い。具体的には、例えばインデックステーブルの
回動位置決め時間ｔ_i＝３秒程度に対し、ドレッシング
時間ｔ_d＝１０秒程度の時間を要する。このため、各研
磨ステージでは、研磨パッドのドレッシングが終了する
まで、研磨加工すべき基板が位置決め状態のまま待たさ
れる状況が発生しており、一種の無駄時間が生じてい
た。この結果、第１研磨ステージ９１０に搬入された基
板が搬送ステージ９５０に搬出されるまでの時間Ｔ_nが
Ｔ_n＝３(ｔ_p/３＋ｔ_d)＝ｔ_p＋３ｔ_dで律せられ、高スル
ープットを妨げる要因になっていた。このような問題は
研磨パッドの交換ユニットを有する研磨装置においても
同様であった。

【０００８】本発明は上記課題に鑑みて成されたもので
あり、無駄時間を排除して高スループットを実現可能な
研磨装置を提供することを目的とし、併せて高スループ
ットを実現することにより低コストに半導体デバイスを
製造することができる半導体デバイス製造方法及びこの
製造方法により製造された半導体デバイスを提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、被研磨部材たる基板を保持するチャック
を複数有したテーブルを所定角度ごとに回動停止させて
複数のチャックを所定の角度位置に位置決めさせるイン
デックステーブルと、位置決めされたチャックの位置に
対応して割り付けられた研磨ステージに配設されて基板
を研磨加工する研磨ヘッドとを備え、インデックステー
ブルを回動させてチャックに保持された基板を研磨ステ
ージに位置決めさせ、研磨ヘッドにおける加工端部に設
けられた研磨部材（例えば実施形態における研磨パッ
ド）を位置決めされた基板に当接させて研磨加工を行う
研磨装置である。そのうえで、本発明の研磨装置におけ
る研磨ステージには、複数の研磨ヘッドと研磨部材をド
レッシングするドレッシングユニット（例えば実施形態
におけるパッドドレッサ）とを有しており、研磨ステー
ジにおいて一の研磨ヘッドが研磨ステージに位置決めさ
れた基板の研磨加工を行っている間に、ドレッシングユ
ニットが他の研磨ヘッドに取り付けられた研磨部材のド
レッシングを行うように研磨装置を構成する。

【００１０】上記構成によれば、研磨ステージにおいて
一の研磨ヘッドが研磨加工を行っている間に、他の研磨
ヘッドの研磨部材がドレッシングユニットでドレッシン
グされ、研磨加工の準備が完了した状態で待機される。
このため、研磨加工を行った一の研磨ヘッドの研磨部材
をドレッシングするときには、既に準備完了した他の研
磨ヘッドと交代して当該他の研磨ヘッドを用いて研磨加
工を行うことができる。これにより、基板生産に寄与し
ない無駄な待ち時間を排除して高スループットを達成す
る研磨装置を提供することができる。なお、ここにいう
「研磨ヘッド」とは、基板に直接当接されて研磨加工を
行う研磨部材を有した組立体をいい、回転駆動機構によ
り回転作動されるものであっても、回転駆動機構を有さ
ないものであってもよい。

【００１１】他の本発明は、上記同様に基板を保持する
チャックを複数有したテーブルを所定角度ごとに回動停
止させて複数のチャックを所定の角度位置に位置決めさ
せるインデックステーブルと、位置決めされたチャック
の位置に対応して割り付けられた研磨ステージに配設さ
れて基板を研磨加工する研磨ヘッドとを備え、インデッ
クステーブルを回動させてチャックに保持された基板を
研磨ステージに位置決めさせ、研磨ヘッドにおける加工
端部に設けられた研磨部材を位置決めされた基板に当接
させて研磨加工を行う研磨装置である。そのうえで、こ
の発明の研磨装置における研磨ステージには、複数の研
磨ヘッドと、研磨部材の交換を行う研磨部材交換ユニッ
トとを有しており、研磨ステージにおいて一の研磨ヘッ
ドが研磨ステージに位置決めされた基板の研磨加工を行
っている間に、研磨部材交換ユニットが他の研磨ヘッド
に取り付けられた研磨部材の交換を行うように研磨装置
を構成する。

【００１２】上記構成によれば、研磨ステージにおいて
一の研磨ヘッドが研磨加工を行っている間に、他の研磨
ヘッドの研磨部材が研磨部材交換ユニットで交換され、
研磨加工の準備が完了した状態で待機される。このた
め、研磨加工を行った一の研磨ヘッドの研磨部材を交換
するときには、既に準備完了した他の研磨ヘッドと交代
して当該他の研磨ヘッドを用いて研磨加工を行うことが
できる。これにより、基板生産に寄与しない無駄な待ち
時間を排除して高スループットを達成する研磨装置を提
供することができる。

【００１３】なお、研磨ステージにおける複数の研磨ヘ
ッドは、研磨ステージに位置決めされた基板の研磨加工
と、ドレッシングユニットによる研磨部材のドレッシン
グとを交互に行う構成としてもよい。例えば、研磨ステ
ージに３つの研磨ヘッドを設け、各研磨ヘッドが順番に
交代して研磨加工とドレッシングとを行う構成とするこ
ともできる。

【００１４】また、研磨装置には複数の研磨ステージを
有するとともに、これら複数の研磨ステージにおける少
なくとも一つの研磨ステージに複数の研磨ヘッドを有
し、各研磨ステージに配設される複数の研磨ヘッドに
は、研磨ステージごとに同一種類の研磨部材を取り付け
る構成としてもよい。例えば、複数の研磨ステージの各
研磨時間が略同一の場合には全ての研磨ステージに複数
の研磨ヘッドを設ける構成とすることができる。一方、
複数の研磨ステージ中に研磨時間の短い研磨ステージや
ドレッシングの必要がない研磨ステージがあるときに
は、その研磨ステージの研磨ヘッドを単数にして構成し
てもよい。

【００１５】この研磨装置には複数の研磨ステージを有
し、これら複数の研磨ステージにおける少なくとも一つ
の研磨ステージに複数の研磨ヘッドを有し、研磨ステー
ジに配設される複数の研磨ヘッドには、種類が異なる研
磨部材が取り付けられているようにしても良い。

【００１６】同様に、この研磨装置には複数の研磨ステ
ージを有し、複数の研磨ステージにおける少なくとも一
つの研磨ステージに複数の研磨ヘッドを有し、研磨ステ
ージに配設される複数の研磨ヘッドには、寸法が異なる
研磨部材が取り付けられているようにしても良い。

【００１７】また、研磨装置には、位置決めされたチャ
ックの位置に対応して割り付けられた少なくとも一つの
搬送ステージを有し、搬送ステージでは研磨ステージに
おいて基板が研磨加工されている間に、研磨ステージで
研磨加工が終了した基板をチャックから搬出し研磨加工
前の基板をチャックに搬入する構成としてもよい。この
ような構成では、研磨ステージで研磨加工を行っている
間に、各研磨ステージで他の研磨部材のドレッシングを
行い、搬送ステージで加工済みの基板の搬出及び未加工
の基板の搬入を行うことができる。

【００１８】さらに他の本発明は、前述同様に基板を保
持するチャックを複数有したテーブルを所定角度ごとに
回動停止させて複数のチャックを所定の角度位置に位置
決めさせるインデックステーブルと、位置決めされたチ
ャックの位置に対応して割り付けられた研磨ステージに
配設されて基板を研磨加工する研磨ヘッドとを備え、イ
ンデックステーブルを回動させてチャックに保持された
基板を研磨ステージに位置決めさせ、研磨ヘッドにおけ
る加工端部に設けられた研磨部材を位置決めされた基板
に当接させて研磨加工を行う研磨装置である。そのうえ
で、本発明の研磨装置における研磨ステージには、それ
ぞれインデックステーブルに対して揺動自在な研磨アー
ムに取り付けられ、位置決めされた基板の位置に揺動移
動可能に配設された第１及び第２の研磨ヘッドと、第１
の研磨ヘッドにおける研磨部材の揺動軌跡と第２の研磨
ヘッドにおける研磨部材の揺動軌跡とが交わる領域に配
設されてそれぞれの研磨部材のドレッシングを行うドレ
ッシングユニットとを有しており、第１の研磨ヘッドは
第２の研磨ヘッドの揺動軌跡の外に待避する第１待避位
置を有し、第２の研磨ヘッドは第１の研磨ヘッドの揺動
軌跡の外に待避する第２待避位置を有して研磨装置を構
成する。

【００１９】また、さらに他の本発明は、上記研磨アー
ムを有する研磨装置を用いて研磨加工を行う研磨方法で
あり、以下の工程から構成される。 研磨ステージにおいて第１の研磨ヘッドが基板の研磨
加工を終了したときに、第２の研磨ヘッドを第２待避位
置に位置させた状態で第１の研磨ヘッドを第１待避位置
に揺動移動させ、 第１の研磨ヘッドを第１待避位置に位置させた状態で
第２の研磨ヘッドを研磨ステージに位置決めされた基板
の位置に揺動移動させて研磨加工を行わせ、 第２の研磨ヘッドが基板の研磨加工を行っている間に
第１の研磨ヘッドをドレッシングユニットの位置に揺動
移動させてドレッシングユニットにより第１の研磨ヘッ
ドの研磨部材をドレッシングさせ、 ドレッシングユニットによる研磨部材のドレッシング
が終了した第１の研磨ヘッドを第１待避位置に揺動移動
させて待避させ、 研磨ステージにおいて第２の研磨ヘッドが基板の研磨
加工を終了したときに、第１の研磨ヘッドを第１待避位
置に位置させた状態で第２の研磨ヘッドを第２待避位置
に揺動移動させ、 第２の研磨ヘッドを第２待避位置に位置させた状態で
第１の研磨ヘッドを研磨ステージに新たに位置決めされ
た基板の位置に揺動移動させて研磨加工を行わせ、 第１の研磨ヘッドが基板の研磨加工を行っている間に
第２の研磨ヘッドをドレッシングユニットの位置に揺動
移動させてドレッシングユニットにより第２の研磨ヘッ
ドの研磨部材をドレッシングさせ、 ドレッシングユニットによる研磨部材のドレッシング
が終了した第２の研磨ヘッドを第２待避位置に揺動移動
させて待避させ、 以下、に戻ってからまでの工程を繰り返して行
う。

【００２０】このような研磨装置及び研磨方法によれ
ば、研磨ステージにおいて第１の研磨ヘッドが研磨加工
を行っている間に、第２の研磨ヘッドの研磨部材がドレ
ッシングユニットでドレッシングされて研磨加工の準備
が完了した状態で第２待避位置に待機され、逆に研磨ス
テージにおいて第２の研磨ヘッドが研磨加工を行ってい
る間に、第１の研磨ヘッドの研磨部材がドレッシングユ
ニットでドレッシングされて研磨加工の準備が完了した
状態で第１待避位置に待機される。そして、第１の研磨
ヘッドと第２の研磨ヘッドとで交互に研磨加工とドレッ
シングとを行う。このため、一つのドレッシングユニッ
トを設けた簡明な構成で、基板生産に寄与しない無駄な
待ち時間を排除して高スループットを達成する研磨装置
及び研磨方法を提供することができる。

【００２１】また、以上のように構成される研磨装置を
用いて半導体ウェハ(基板)の表面を平坦化する工程を有
して半導体デバイス製造方法を構成する。このような製
造方法によれば、高スループットの研磨装置を用いるこ
とで、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コスト
で半導体デバイスを製造することができる。

【００２２】また、本発明に係る半導体デバイスは、上
記半導体デバイス製造方法により製造される。上記製造
方法により製造された半導体デバイスでは、高スループ
ットで製造されるので、低コストの半導体デバイスを提
供することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について、半導体ウェハを３ステージの研磨工程で精密
に平坦研磨するＣＭＰ装置に適用した例について説明す
る。この研磨装置１は、その全体構成を平面図として図
１に示すように、大きくカセットインデックス部１０
０、ウェハ洗浄部２００、研磨部３００から構成されて
おり、各部はそれぞれ外部と仕切られてクリーンチャン
バが構成されている。なお、各室間には自動開閉式のシ
ャッタを設けても良い。

【００２４】カセットインデックス部１００は、複数枚
のウェハを保持したカセット（キャリアとも称する）Ｃ
₁〜Ｃ₄を載置するウェハ載置テーブル１２０と、未加工
ウェハをカセットから取り出して洗浄部２００の洗浄機
仮置き台２１１に搬入し、また研磨加工後にウェハ洗浄
部２００で洗浄された加工済みウェハをカセットに収納
する第１搬送ロボット１５０とを有して構成されてい
る。

【００２５】第１搬送ロボット１５０は２本の多関節ア
ーム１５３ａ，１５３ｂを有する多関節アーム型のロボ
ットであり、基台１５１とこの基台上に水平旋回及び昇
降作動自在な旋回台１５２、旋回台１５２上に取り付け
られた２本の多関節アーム１５３ａ，１５３ｂ、それぞ
れの多関節アームの先端部に各アームに対して伸縮自在
に取り付けられたＡアーム１５５ａ及びＢアーム１５５
ｂ（Ｂアーム１５５ｂはＡアーム１５５ａの下方にオフ
セット配置されており、図において上下に重なって位置
している）等から構成されている。Ａアーム１５５ａ及
びＢアーム１５５ｂの先端部にはウェハを載置して吸着
保持する保持部が形成されている。また、基台１５１に
は床面に配設されたリニアガイド１６０に沿って水平移
動自在な直線移動装置が設けられている。

【００２６】このため、第１搬送ロボット１５０は、リ
ニアガイド１６０に沿って目的とするカセットの前方に
移動し、旋回台１５２を水平旋回及び昇降作動させてＡ
アーム１５５ａまたはＢアーム１５５ｂを目的とするス
ロット高さに移動させ、多関節アーム１５３ａ及びＡア
ーム１５５ａ、または多関節アーム１５３ｂ及びＢアー
ム１５５ｂを作動させてＡアーム１５５ａまたはＢアー
ム１５５ｂの先端部の保持部で目的スロット中の未加工
ウェハを吸着保持して取り出し、あるいは目的スロット
に加工済みウェハを収納することができる。

【００２７】なお、上下方向にオフセットして配置され
るこれ等２対のアームは機能上等価に構成されており、
いずれを取り出し用または収納用として用い、あるいは
一方のアームのみを両方の用途に用いる構成とすること
もできるが、図示する研磨装置では未加工ウェハを下側
のＢアーム１５５ｂでカセットから取り出し、洗浄後の
加工済みウェハを上側のＡアーム１５５ａでカセットに
収納するように設定している。

【００２８】ウェハ洗浄部２００は、第１洗浄室２１
０、第２洗浄室２２０、第３洗浄室２３０及び乾燥室２
４０の４室構成からなり、研磨加工済みのウェハが第１
洗浄室２１０→第２洗浄室２２０→第３洗浄室２３０→
乾燥室２４０のように順次送られて研磨加工部３００で
付着したスラリや研磨加工液、研磨摩耗粉等の除去洗浄
が行われる。例えば、第１洗浄室２１０では回転ブラシ
による両面洗浄、第２洗浄室２２０では超音波加振下で
の表面ペンシル洗浄、第３洗浄室では純水によるスピナ
ー洗浄、乾燥室では窒素雰囲気下における乾燥処理が行
われるように構成されている。なお、研磨加工前の未加
工ウェハは上記洗浄工程を経ることなく、カセットイン
デックス部１００から洗浄機仮置き台２１１を介してウ
ェハ洗浄部を通過しウェハ研磨部３００に搬入される。

【００２９】研磨部３００は、４分割されてステッピン
グモータ等の作動により９０度ごとに回動送りされるイ
ンデックステーブル３４０と、インデックステーブル３
４０の位置決め停止位置に対応してインデックステーブ
ルを外周から取り囲むように設けられた第１研磨ステー
ジ３１０、第２研磨ステージ３２０、第３研磨ステージ
３３０、及びインデックステーブルに未加工ウェハを搬
入し加工済みウェハを搬出する搬送ステージ３５０など
から構成されている。

【００３０】４分割されたインデックステーブル３４０
の各々の区画には、ウェハを裏面から吸着保持するチャ
ックＶ₁〜Ｖ₄がテーブル上面に露出して配設されてお
り、各チャックはインデックステーブル３４０に水平面
内で回転自在に支持されるとともに、インデックステー
ブル３４０の内部に設けられた電動モータやエアモータ
等の駆動手段により高速回転及び停止保持が自在に取り
付けられている。なおチャックＶ₁〜Ｖ₄の直径はウェハ
直径よりもわずかに小径に形成されており、チャックに
保持されたウェハの外周端部を把持することができるよ
うに構成されている。

【００３１】第１研磨ステージ３１０、第２研磨ステー
ジ３２０、第３研磨ステージ３３０には、インデックス
テーブル３４０に対して水平方向に揺動自在かつ鉛直方
向に上下動自在な研磨アームが、それぞれの研磨ステー
ジに各２台設けられている。すなわち、第１研磨ステー
ジ３１０にＡ研磨アーム３１１とＢ研磨アーム３１２と
が、第２研磨ステージ３２０にＡ研磨アーム３２１とＢ
研磨アーム３２２とが、第３研磨ステージ３３０にＡ研
磨アーム３３１とＢ研磨アーム３３２とが設けられてい
る。

【００３２】各研磨アームの揺動端部には、研磨アーム
から垂下して研磨ヘッドが取り付けられており、その下
端面にウェハと当接されてウェハ表面を平坦に研磨する
研磨パッドを有している。研磨ヘッドは研磨アーム内に
設けられた図示しない回転駆動機構により駆動され、水
平面内に高速回転自在に取り付けられている。なお、以
下では各研磨アームに取り付けられた研磨ヘッド及び研
磨パッドを当該研磨アームと同一の符号ＡまたはＢを付
してＡ研磨ヘッドやＢ研磨パッドのように指称し、両者
を総称するときには符号を付さずに示す。

【００３３】また、第１から第３の各研磨ステージに
は、各研磨ステージにおける研磨パッドの表面をドレッ
シングするパッドドレッサ３１７，３２７，３３７が設
けられている。パッドドレッサは、ウェハを研磨加工す
ることによって研磨パッドに生じた目づまりや目の不揃
いを修正（ドレッシング、目立て）する装置であり、表
面にダイヤモンド砥粒等が固着されて回転自在なディス
ク３１７ａ，３２７ａ，３３７ａと、ドレッシングされ
た研磨パッドの表面に純水を噴射して研磨パッドを純水
洗浄する洗浄ノズル３１７ｂ，３２７ｂ，３３７ｂとを
有している。

【００３４】各研磨ステージにおけるＡ及びＢ研磨アー
ムとチャック、パッドドレッサとは、研磨アーム先端の
研磨ヘッドの揺動半径上にチャックとパッドドレッサと
が位置するようにアーム長さと相対位置が規定されてい
る。すなわち、Ａ研磨アームを揺動させたときのＡ研磨
パッドの揺動軌跡とＢ研磨アームを揺動させたときのＢ
研磨パッドの揺動軌跡とが交わる二つの交点領域に、位
置決め停止されたチャックとドレッシングユニットとが
位置するように各機器が配置されている。また、図中の
第１研磨ステージに実線と点線とでＡ、Ｂ両研磨アーム
の外径線を示すように、Ａ研磨アーム３１１は研磨位置
（実線）からＢ研磨アームの揺動軌跡の外に待避するＡ
待避位置（点線）まで揺動自在に構成され、またＢ研磨
アームはＡ研磨アームの揺動軌跡の外に待避するＢ待避
位置（実線）から研磨位置（点線）まで揺動自在に構成
されている。

【００３５】このため、例えば、第１研磨ステージ３１
０において、Ｂ研磨アーム３１２をＢ待避位置に位置さ
せた状態で、Ａ研磨アーム３１１を揺動させてＡ研磨ヘ
ッドをチャックＶ₄上の研磨位置に移動させることがで
き、この研磨位置でＡ研磨ヘッド及びチャックを相対回
転させるとともにＡ研磨アーム３１１を降下させること
により、Ａ研磨パッドをウェハ上に押圧させて研磨加工
を行うことができる。また、Ａ研磨アームを揺動させて
Ａ研磨パッドをパッドドレッサのディスク３１７ａ上に
移動させ、このディスクとＡ研磨パッドとを相対回転さ
せながら研磨アーム３１１を下降させることによりＡ研
磨パッドをディスク３１７ａに押圧させてＡ研磨パッド
のドレッシングを行うことができる。このような作動は
Ｂ研磨アーム３１２についても同様に行うことができ
る。

【００３６】なお、インデックステーブル３４０は、研
磨加工を終了して研磨アームをわずかに上昇させた状態
（研磨パッドがウェハから離れた状態）で回動させるこ
とができるように構成されており、Ａ及びＢ研磨アーム
３１１，３１２の揺動作動とインデックステーブル３４
０の回動作動とを同時に行うことができるようになって
いる。また、以上の構成及び作動は第２研磨ステージ３
２０、第３研磨ステージ３３０についても同様である。

【００３７】搬送ステージ３５０には、第２搬送ロボッ
ト３６０と第３搬送ロボット３７０とが配設されてい
る。第２搬送ロボット３６０は、前述した第１搬送ロボ
ット１５０と同様の多関節アーム型のロボットであり、
水平旋回及び昇降作動自在な旋回台３６２上に揺動自在
に取り付けられた２本の多関節アーム３６３ａ，３６３
ｂ及び各多関節アームの先端部に伸縮自在に取り付けら
れたＡアーム３６５ａ及びＢアーム３６５ｂから構成さ
れている。Ａアーム３６５ａとＢアーム３６５ｂとは上
下にオフセットして配置されるとともに、両アームの先
端部にはウェハを載置して吸着保持する保持部が形成さ
れている。

【００３８】第３搬送ロボット３７０は、インデックス
テーブル３４０に対して水平方向に揺動自在かつ鉛直方
向に上下動自在な揺動アーム３７１と、この揺動アーム
の先端部に揺動アームに対して水平旋回自在に取り付け
られた回動アーム３７２、回動アーム３７２の両端部に
縣吊されてウェハの外周端部を把持するＡクランプ３７
５ａ及びＢクランプ３７５ｂなどから構成されている。
Ａクランプ３７５ａとＢクランプ３７５ｂとは回動アー
ム３７２の回動中心から同一距離の回動アーム端部に配
設されている。また、図１に示す状態は第３搬送ロボッ
トの待機姿勢を示しており、図におけるＡクランプ３７
５ａとＢクランプ３７５ｂとの下方には、それぞれ未加
工のウェハを載置するＡ仮置き台３８１と、研磨加工済
みのウェハを載置するＢ仮置き台３８２とが設けられて
いる。

【００３９】このため、第３搬送ロボット３７０の揺動
アーム３７１を揺動作動させ、さらに回動アーム３７２
を旋回作動させることによりＡクランプ３７５ａまたは
Ｂクランプ３７５ｂをインデックステーブル３４０のチ
ャックＶ₁上に移動させることができ、当該位置で揺動
アーム３７１を下降させてＡクランプ３７５ａまたはＢ
クランプ３７５ｂでチャック上のウェハを外周クランプ
して受け取り、あるいはチャック上に新たなウェハを載
置保持させることができる。

【００４０】なお、研磨加工後のウェハにはスラリを含
んだ研磨加工液が付着していることから、研磨加工前の
ウェハを搬入するアーム及びクランプと、研磨加工後の
ウェハを搬出するアーム及びクランプとを区別し、上下
にオフセットされたＡ，Ｂアームのうち上方に位置する
Ａアーム３６５ａを未加工ウェハの搬入用アーム、下方
に位置するＢアーム３６５ｂを搬出用アームに、また、
Ａクランプ３７５ａを搬入用クランプ、Ｂクランプ３７
５ｂを搬出用クランプとして規定している。

【００４１】次に、以上のように構成される研磨装置の
作用について説明する。以下では、本実施形態の研磨装
置１を用い、総研磨加工時間ｔ_pの研磨加工を第１研磨
ステージ３１０、第２研磨ステージ３２０、第３研磨ス
テージ３３０の３つの研磨ステージで、それぞれｔ_p/３
ずつ研磨加工（第１次研磨加工、第２次研磨加工、第３
次研磨加工）し、ウェハ表面を平坦に研磨するＣＭＰプ
ロセスを行う場合を例に説明する。

【００４２】図２は、カセットインデックス部１００の
カセットＣ₁にセットされた未加工ウェハＷ_dが、研磨部
３００で順次研磨処理されて加工済みウェハＷ_pとな
り、ウェハ洗浄部２００で洗浄処理されてカセットイン
デックス部１００のカセットＣ ₄に収納されるまでのウ
ェハの流れを点線と矢印とを付して示したものである。
なお、各搬送ロボット１５０，３６０，３７０やインデ
ックステーブル３４０、チャックＶ₁〜Ｖ₄、Ａ研磨アー
ム３１１，３２１，３３１及びＢ研磨アーム３１２，３
２２，３３２、各研磨アーム先端部に取り付けられた研
磨ヘッドの作動等は図示しない制御装置によって制御さ
れ、制御装置は予め設定された制御プログラムに基づい
てこれ等の作動制御を行う。

【００４３】まず、研磨装置が起動され研磨加工が開始
されると、第１搬送ロボット１５０がカセットＣ₁位置
に移動し、旋回台１５２を水平旋回及び昇降作動させて
Ｂアーム１５５ｂを目的とするウェハのスロット高さに
移動させ、多関節アーム１５３ｂ及びＢアーム１５５ｂ
を伸長作動させてＢアーム１５５ｂ先端の保持部でスロ
ット内の未加工ウェハＷ_dを吸着保持し、両アームを縮
長作動させて引き出す。そして、旋回台１５２を１８０
度旋回作動させてウェハ洗浄部２００に向かい、この洗
浄部２００に設けられた洗浄機仮置き台２１１上に未加
工ウェハＷ_dを載置する。

【００４４】ウェハ洗浄室２００を挟んで対峙する搬入
ステージ３５０の第２搬送ロボット３６０は、未加工ウ
ェハＷ_dが仮置き台２１１に載置されると、旋回台３６
２を作動させてＡアーム３６５ａ先端部が洗浄機仮置き
台２１１に向かうように旋回し、多関節アーム３６３ａ
及びＡアーム３６５ａを伸長作動させてＡアーム先端の
保持部で洗浄機仮置き台２１１上の未加工ウェハＷ_dを
吸着保持する。そして、未加工ウェハを保持すると多関
節アーム３６３ａ及びＡアーム３６５ａを縮長作動させ
るとともに旋回台３６２を旋回作動させて反転し、再び
多関節アーム３６３ａ及びＡアーム３６５ａを伸長作動
させて未加工ウェハＷ_dをＡ仮置き台３８１上に載置す
る。

【００４５】未加工ウェハＷ_dがＡ仮置き台３８１上に
載置されると、第３搬送ロボット３７０が下降作動して
Ａクランプ３７５ａで未加工ウェハＷ_dを把持し、把持
後所定高さまで上昇作動した待機位置でインデックステ
ーブル３４０の位置決め完了するまで待機する（待機姿
勢）。インデックステーブル３４０が位置決め停止する
と揺動アーム３７１及び回動アーム３７２を揺動作動及
び回動作動させて未加工ウェハをチャックＶ₁上に載置
し吸着保持させる。そして第３搬送ロボット３７０はク
ランプ解除後上昇し、揺動アーム３７１及び回動アーム
３７２を揺動作動及び回動作動させて次の未加工ウェハ
Ｗ_dをＡクランプ３７５ａで把持し、所定高さの待機位
置で次のインデックス作動まで待機する。

【００４６】以降、研磨部３００における研磨加工が開
始される。未加工ウェハＷ_dがチャックＶ₁上に吸着保持
され、第３搬送ロボットがインデックステーブル３４０
の上方から待避すると、インデックステーブル３４０を
右回り（時計回り）に９０度回動作動させ、未加工ウェ
ハＷ_dを第１研磨ステージ３１０（図におけるＶ₄位置）
に位置決めさせる。このとき同時に、Ｂ研磨アーム３１
２をＢ待避位置に位置させた状態でＡ研磨アーム３１１
を揺動作動させてＡ研磨ヘッドを未加工ウェハ上に移動
させる。

【００４７】インデックステーブル３４０が位置決め停
止すると、Ａ研磨ヘッドとチャックＶ₁とを例えば反対
方向に高速回転させるとともに、Ａ研磨アーム３１１を
下降させてＡ研磨ヘッド下端のＡ研磨パッドを未加工ウ
ェハ上に押圧させ、第１次研磨加工を行う。研磨加工中
にはＡ研磨ヘッドの軸心からスラリを供給しながらＡ研
磨パッドがウェハの回転中心と外周端部との間を往復動
するように微小範囲でＡ研磨アーム３１１を揺動作動さ
せ、ウェハを均一に平坦研磨する。搬送ステージ３５０
では、上記第１次研磨加工中に新たな未加工ウェハが第
３搬送ロボット３７０によりチャックＶ₂上に搬入され
る。

【００４８】第１研磨ステージ３１０で第１次研磨加工
が行われ所定の研磨時間(ｔ_p/３)が経過すると、研磨加
工を停止してＡ研磨アーム３１１を上昇させる。そし
て、インデックステーブル３４０を右回りに９０度回動
作動させ、第１次研磨加工が終了したウェハを第２研磨
ステージ３２０（図におけるＶ₃位置）に、搬送ステー
ジ３５０でチャックＶ₂上に搬入された新たな未加工ウ
ェハを第１研磨ステージ３１０（図におけるＶ₄位置）
に移動させる。

【００４９】このとき同時に、第２研磨ステージではＢ
研磨アーム３２２を揺動作動させてＢ研磨ヘッドをウェ
ハ上に移動させ、第１研磨ステージではＡ研磨アームを
Ａ待避位置に揺動移動させるとともに、Ｂ研磨アーム３
１２を揺動作動させてＢ研磨ヘッドをウェハ上に移動さ
せる。そして、インデックステーブル３４０の位置決め
後、第２研磨ステージ３２０ではＢ研磨アーム３２２を
下降させて第１次研磨加工と同様の作動によりチャック
Ｖ₁に保持されたウェハの第２次研磨加工を行い、第１
研磨ステージ３１０ではＢ研磨アーム３１２を下降させ
てチャックＶ₂に保持された未加工ウェハの第１次研磨
加工を行う。第１次研磨加工と第２次研磨加工とは同時
並行して行われ、搬送ステージ３５０ではチャックＶ₃
上に新たな未加工ウェハが搬入される。

【００５０】第２研磨ステージ３２０での第２次研磨加
工及び第１研磨ステージでの第１次研磨加工が開始され
てから所定の研磨時間(ｔ_p/３)が経過すると、第１及び
第２研磨ステージの研磨加工をともに停止してＢ研磨ア
ーム３１２，３２２を上昇させる。そして、インデック
ステーブル３４０を再び右回りに９０度回動作動させ
る。この回動作動により、第２次研磨加工が終了したチ
ャックＶ₁上のウェハが第３研磨ステージ３３０（図に
おけるＶ₂位置）に、第１次研磨加工が終了したチャッ
クＶ₂上のウェハが第２研磨ステージ３２０（図におけ
るＶ₃位置）に、搬送ステージ３５０でチャックＶ₃上に
搬入された新たな未加工ウェハが第１研磨ステージ３１
０（図におけるＶ₄位置）に移動される。

【００５１】第１から第３の各研磨ステージでは、イン
デックステーブル３４０の回動作動と同時にＢ研磨アー
ム３１２，３２２をＢ待避位置に揺動移動させるととも
に、Ａ研磨アーム３３１，３２１，３１１を揺動作動さ
せて各研磨アーム先端のＡ研磨ヘッドを各研磨ステージ
のウェハ上に移動させる。そして、インデックステーブ
ル３４０の位置決め後Ａ研磨アーム３３１，３２１，３
１１を下降させ、前述同様の作動により第３研磨ステー
ジ３３０でチャックＶ₁に保持されたウェハの第３次研
磨加工を行い、第２研磨ステージ３２０でチャックＶ₂
に保持されたウェハの第２次研磨加工を行い、第１研磨
ステージ３１０でチャックＶ₃に保持された未加工ウェ
ハの第１次研磨加工を行う。第１次から第３次の研磨加
工は同時並行して行われ、搬送ステージ３５０ではチャ
ックＶ₄上に新たな未加工ウェハが搬入される。

【００５２】第３研磨ステージ３３０での第３次研磨加
工、第２研磨ステージ３２０での第２次研磨加工、及び
第１研磨ステージでの第１次研磨加工が開始されてから
所定の研磨時間(ｔ_p/３)が経過すると、第１、第２、第
３研磨ステージの研磨加工をともに停止してＡ研磨アー
ム３１１，３２１，３３１を上昇させる。そして、イン
デックステーブル３４０を再び右回りに９０度回動作動
させる。この回動作動により、第３次研磨加工が終了し
たチャックＶ₁上のウェハが搬送ステージ３５０（図に
おけるＶ₁位置）に、第２次研磨加工が終了したチャッ
クＶ₂上のウェハが第３研磨ステージ３３０（図におけ
るＶ₂位置）に、第１次研磨加工が終了したチャックＶ
_３上のウェハが第２研磨ステージ３２０（図におけるＶ
₃位置）に、搬送ステージ３５０でチャックＶ₄上に搬入
された新たな未加工ウェハが第１研磨ステージ３１０
（図におけるＶ₄位置）に移動される。

【００５３】第１から第３の各研磨ステージでは、イン
デックステーブル３４０の回動作動と同時に、Ａ研磨ア
ーム３１１，３２１，３３１をＡ待避位置に揺動移動さ
せるとともに、Ｂ研磨アーム３３２，３２２，３１２を
揺動作動させて各研磨アーム先端のＢ研磨ヘッドを各研
磨ステージのウェハ上に移動させる。そして、インデッ
クステーブル３４０の位置決め後Ｂ研磨アーム３３２，
３２２，３１２を下降させ、前述同様の作動により第３
研磨ステージ３３０でチャックＶ₂に保持されたウェハ
の第３次研磨加工を行い、第２研磨ステージ３２０でチ
ャックＶ₃に保持されたウェハの第２次研磨加工を行
い、第１研磨ステージ３１０でチャックＶ ₄に保持され
た未加工ウェハの第１次研磨加工を行う。

【００５４】搬送ステージ３５０では、各研磨ステージ
で研磨加工が行われている間に、第３搬送ロボット３７
０が揺動アーム３７１及び回動アーム３７２を揺動作動
及び回動作動させ、第３次研磨加工が終了したチャック
Ｖ₁上の加工済みウェハＷ_pをＢクランプ３７５ｂで搬出
するともに、既にＡクランプ３７５ａに把持している次
の未加工ウェハＷ_dをチャックＶ₁上に搬入してチャック
Ｖ₁に吸着保持させる。

【００５５】以降、研磨部３００では以上説明した研磨
加工が繰り返し行われる。すなわち、第１から第３の各
研磨ステージにはインデックステーブル３４０が回動さ
れるごとに搬送ステージまたは前段のステージからウェ
ハが搬入され、各研磨ステージではＡ研磨アームとＢ研
磨アームとを交互に用いて、全研磨ステージで同時並行
して研磨加工を行う。そして、このようにして各研磨ス
テージでＡ研磨アームまたはＢ研磨アームでウェハの研
磨加工を行っている間に、各研磨ステージでは研磨加工
を行っていないＢ研磨アームまたはＡ研磨アームの研磨
パッドのドレッシングが行われる。

【００５６】図３及び図４は、研磨ステージでＡ研磨ア
ームとＢ研磨アームとがどの様に研磨加工と研磨パッド
のドレッシングを行うかを、第１研磨ステージ３１０を
例にとり示したものである。両図は研磨アームの作動状
況を時系列に並べて示しており、図３(a)→(b)→(c)→
図４(a)→(b)→(c)→図３(a)…の順に作動する。なお、
図中の研磨アームとチャックとの関係は上述した研磨加
工の説明に対応して記載している。

【００５７】まず、図３(a)は、第１研磨ステージ３１
０でチャックＶ₁に保持された未加工ウェハの第１次研
磨加工が終了した状態を示しており、制御装置はインデ
ックステーブル３４０を右回りに回動作動させると同時
に、Ａ研磨アーム３１１を揺動させて図中に二点鎖線で
示す研磨位置から実線で示すＡ待避位置にＡ研磨ヘッド
を揺動移動させる。このとき、Ｂ研磨ヘッドは図示する
Ｂ待避位置で待機している。なお、Ａ，Ｂ待避位置は、
他の研磨ヘッドを揺動移動させたときに互いに干渉する
ことがない位置、すなわち他の研磨ヘッドの揺動軌跡の
外側に設定されている。

【００５８】Ａ研磨ヘッドがＡ待避位置に待避すると、
図３(b)に示すように、Ｂ研磨アーム３１２を揺動させ
てＢ研磨ヘッドをＢ待避位置（二点鎖線）からウェハの
研磨位置（実線）に揺動移動させ位置決めさせる。第１
研磨ステージ３１０にはチャックＶ₂に保持された新た
な未加工ウェハが搬入され、インデックステーブル３４
０が位置決め停止される。この間Ａ研磨研磨ヘッドはＡ
待避位置で待機した状態である。なお、図３(a)→(b)で
示す研磨ヘッドの交代作動は、インデックステーブル３
４０が回動作動を開始してから位置決め停止されるまで
の間（例えば３秒程度の時間内）に行われる。

【００５９】Ｂ研磨ヘッドが研磨位置に移動して研磨加
工が開始されると、Ａ研磨アーム３１１を揺動させ、Ａ
研磨ヘッド下端のＡ研磨パッドをパッドドレッサ３１７
上方のドレッシング位置に位置決めさせる（図３
(c)）。そして、Ａ研磨ヘッドとパッドドレッサのディ
スク３１７ａとを相対回転させるとともに、Ａ研磨アー
ム３１１を下降させてＡ研磨パッドをディスク３１７ａ
に押圧させ、Ａ研磨パッドのドレッシングを行う。ドレ
ッシング中には、Ａ研磨パッドがディスクの回転中心と
外周部との間を往復動するように、Ａ研磨アーム３１１
を微小範囲で揺動作動させる。これにより、ウェハを研
磨加工することによってＡ研磨パッドに生じた目づまり
や目の不揃いが修正され、Ａ研磨パッドがドレスアップ
される。

【００６０】ドレスアップされたＡ研磨パッドは洗浄ノ
ズル３１７ｂの上方に揺動移動され、このノズルから噴
射される純水によってＡ研磨パッドの表面が純水洗浄さ
れる。これにより、Ａ研磨パッドの表面に付着したディ
スク３１７ａの脱落砥粒や研磨粉等が洗浄除去され、次
の研磨加工に備えたドレスアップが完了する。

【００６１】パッドドレッサ３１７によるＡ研磨パッド
のドレッシングは、Ｂ研磨アーム３１２によるウェハの
研磨加工と同時並行して行われる（図３(c)）。但し、
研磨パッドのドレッシングに要する時間（一般に１０秒
程度）は、ウェハの研磨加工時間（ｔ_p/３、通常３０秒
〜６０秒程度）よりも短く、Ａ研磨パッドのドレッシン
グはＢ研磨アームによるウェハの研磨加工中に終了す
る。Ａ研磨パッドのドレッシングが終了したＡ研磨アー
ム３１１は、図３(c)中に二点鎖線で示すＡ待避位置に
揺動され、Ｂ研磨アーム３１２によるウェハの研磨加工
が終了するまでＡ待避位置で待機する。

【００６２】Ｂ研磨アーム３１２による未加工ウェハの
第１次研磨加工が終了すると、インデックステーブル３
４０を再び右回りに回動作動させるとともに、Ｂ研磨ア
ーム３１２をＢ待避位置に揺動させる（図４(a)）。こ
のとき、研磨パッドのドレスアップが完了しているＡ研
磨アーム３１１はＡ待避位置で待機している。

【００６３】Ｂ研磨アームがＢ待避位置に待避すると、
図４(b)に示すように、Ａ研磨アームを揺動させてＡ研
磨ヘッドをＡ待避位置からウェハの研磨位置に揺動移動
させ位置決めさせる。第１研磨ステージ３１０にはチャ
ックＶ₃に保持された新たな未加工ウェハが搬入されて
インデックステーブル３４０が位置決め停止される。こ
の間、Ｂ研磨アーム３１２はＢ待避位置で待機した状態
である。前述同様に、図４(a)→(b)で示す研磨アームの
交代作動は、インデックステーブル３４０が回動作動を
開始してから位置決め停止されるまでの間に行われる。

【００６４】Ａ研磨ヘッドが研磨位置に移動して研磨加
工が開始されると、Ｂ研磨アーム３１２を揺動させ、Ｂ
研磨ヘッド下端のＢ研磨パッドをパッドドレッサ３１７
上方のドレッシング位置に位置決めさせて、Ａ研磨パッ
ドと同様の手順でＢ研磨パッドのドレッシングが行われ
る。（図４(c)）。これにより、ウェハを研磨加工する
ことによってＢ研磨パッドに生じた目づまりや目の不揃
いが修正され、Ｂ研磨パッドがドレスアップされる。そ
して、ドレスアップされたＢ研磨パッドは洗浄ノズル３
１７ｂの上方に揺動移動され、このノズルから噴射され
る純水によって純水洗浄される。これにより、Ｂ研磨パ
ッドの表面に付着した脱落砥粒や研磨粉が除去され、次
の研磨加工に備えたドレスアップが完了する。

【００６５】パッドドレッサ３１７によるＢ研磨パッド
のドレッシングは、Ａ研磨アーム３１１によるウェハの
研磨加工と同時並行して行われ、Ａ研磨アームによるウ
ェハの研磨加工中に終了する。パッドのドレッシングが
終了したＢ研磨アーム３１２はＢ待避位置に揺動移動さ
れ、Ａ研磨アーム３１１によるウェハの研磨加工が終了
するまでＢ待避位置で待機する。以降は再び図３(a)に
戻り、以上の作動を繰り返す。

【００６６】このように、一方の研磨ヘッドが研磨加工
を行っている間に、他方の研磨ヘッドの研磨パッドがド
レスアップされ、また、研磨ヘッドの交代作動がインデ
ックステーブルの回動位置決め時間内に行われるため、
各研磨ステージに搬入されたウェハがステージ内で位置
決めされた状態のまま待たされるような無駄時間を生じ
ることがない。そして、これにより、インデックステー
ブル３４０の回動位置決め時間をｔ_iとすれば、第１研
磨ステージ３１０に搬入されたウェハが第１から第３の
各研磨ステージで研磨加工を受けて搬送ステージ３５０
に位置決めされるまでに要する時間Ｔ_nを、Ｔ_n＝３(ｔ_p
/３＋ｔ_i)＝ｔ_p＋３ｔ_iにすることができ、搬送ステー
ジ３５０にｔ_p/３＋ｔ_iごとに新たな基板を生産して搬
出させることができる。

【００６７】さて、第１から第３の研磨ステージで研磨
加工が終了した加工済み基板が搬送ステージ３５０に位
置決めされると、搬送ステージ３５０では第３搬送ロボ
ット３７０による加工済みウェハＷ_pの搬出、及び未加
工ウェハＷ_dの搬入が行われる。図５は、この第３搬送
ロボット３７０による搬出・搬入の作動状況を示したも
のである。まず、図５(a)においてインデックステーブ
ル３４０が位置決め停止されると、待機位置にある第３
搬送ロボット３７０は、図中に矢印を付して示すように
揺動アーム３７１を揺動作動させるとともに回動アーム
３７２を旋回作動させ、何も把持していないＢクランプ
３７５ｂをチャックＶ₁上に移動させる（図５(b)）。こ
のときＡクランプ３７５ａには次の未加工ウェハＷ_dが
既に把持されている。

【００６８】次いで、第３搬送ロボット３７０が下降作
動してＢクランプ３７５ｂで加工済みウェハＷ_pを把持
し、わずかに上昇作動させた後、図５(b)中に矢印で示
すようにそのままの位置で回動アーム３７２のみを１８
０度水平旋回させて、Ａクランプ３７５ａをチャックＶ
₁上に位置決めする（図５(c)）。そして、再び下降作動
してＡクランプ３７５ａに把持していた未加工ウェハを
チャックＶ₁に載置し保持させる。次いで揺動アームを
上昇作動させ、揺動アーム３７１及び回動アーム３７２
を図５(c)中に矢印で示すように揺動作動及び回動作動
させて、Ａクランプ３７５ａをＡ仮置き台３８１上方
に、Ｂクランプ３７５ｂをＢ仮置き台上方に移動させる
（図５(d)）。なお、このときＡ仮置き台３８１上には
第２搬送ロボット３６０により既に新たな未加工ウェハ
Ｗ_dが搬入され載置されている。

【００６９】移動位置決め後、第３搬送ロボット３７０
は下降作動して、加工済みウェハＷ _pをＢ位置決め台３
８２上に載置し、これと同時にＡ仮置き台３８１上の新
たな未加工ウェハＷ_dをＡクランプ３７５ａで把持す
る。そして新たな未加工ウェハを把持した状態で所定高
さまで上昇し、この待機位置で次のインデックス作動ま
で待機する。

【００７０】このように、第３搬送ロボット３７０はイ
ンデックステーブル上の加工済みウェハＷ_pの搬出及び
未加工ウェハＷ_dのインデックステーブル上への搬入を
回動アームの旋回作動とわずかな昇降作動のみで行い、
さらに、仮置き台上への加工済みウェハの載置と未加工
ウェハの把持を１度の昇降作動で行うため、極めて短時
間のうちにウェハの搬入・搬出を完了させることができ
る。このため図５(a)〜(d)に示した一連の搬入・搬出作
動は、研磨ステージにおける研磨加工時間ｔ_p/３よりも
短い時間内に完了される。

【００７１】なお、搬送ステージ３５０にチャック（Ｖ
₁〜Ｖ₄）を洗浄する装置を設けても良い。この場合、Ｂ
クランプ３５７ｂで加工済みウェハＷ_pを把持した後に
揺動アーム３７１を揺動させ待機位置に移動させてから
チャック洗浄を行い、その後Ａクランプ３７５ａで把持
されている未加工ウェハＷ_dを搬送ステージ３５０のチ
ャックに載置させることが好ましい。

【００７２】加工済みウェハＷ_pがＢ仮置き台３８２に
載置され第３搬送ロボット３７０が待機位置で停止する
と、第２搬送ロボット３６０は旋回台３６２、多関節ア
ーム３６３ｂ及びＢアーム３６５ｂを作動させてＢアー
ム先端の保持部でＢ仮置き台３８２上の加工済みウェハ
Ｗ_pを吸着保持し、旋回台３６２を旋回作動、多関節ア
ーム３６３ｂ及びＢアーム３６５ｂを伸長作動させてさ
せて洗浄部２００の洗浄機入口に加工済みウェハＷ_pを
載置する。

【００７３】洗浄部２００では、第１洗浄室２１０で回
転ブラシによる両面洗浄、第２洗浄室２２０で超音波加
振下での表面ペンシル洗浄、第３洗浄室２３０で純水に
よるスピナー洗浄、乾燥室２４０で窒素雰囲気下におけ
る乾燥処理が行われる。そして、このようにして洗浄さ
れた完成品ウェハは、カセットインデックス部１００に
おける第１搬送ロボット１５０のＡアーム１５５ａによ
り洗浄部２００から取り出され、カセットＣ₄の指定ス
ロットに収納される。

【００７４】なお、以上説明したＣＭＰ装置の研磨部３
００の構成では、第１〜第３研磨ステージ３１０，３２
０，３３０にそれぞれＡ研磨アーム３１１，３２１，３
３１およびＢ研磨アーム３１２，３２２，３３２が対と
なって設けられており、これらが交互に用いられるよう
に構成されている。このため、同一研磨ステージに対に
なって設けられたＡおよびＢ研磨アームの下端面に設け
られた研磨パッドは同一種類のものが用いられる。しか
しながら、同一ステージにおいて、Ａ研磨アームの研磨
パッドとＢ研磨アームの研磨パッドとが異なる種類の研
磨パッドにより構成しても良く、このようにすれば、研
磨プロセスの変更に柔軟な対応が可能となる。この場
合、第１〜第３研磨ステージの全てにおいてＡ研磨アー
ムの研磨パッドとＢ研磨アームの研磨パッドとを異なる
種類の研磨パッドにより構成しても良く、また、少なく
ともいずれか一つの研磨ステージにおいてＡ研磨アーム
の研磨パッドとＢ研磨アームの研磨パッドとを異なる種
類の研磨パッドにより構成しても良い。

【００７５】同様に、同一ステージにおいて、Ａ研磨ア
ームの研磨パッドとＢ研磨アームの研磨パッドとの大き
さすなわち外径を異ならせて構成しても良く、このよう
にすれば、研磨レシピ（研磨条件）の選択範囲が広が
る。この場合にも、第１〜第３研磨ステージの全てにお
いてＡ研磨アームの研磨パッドとＢ研磨アームの研磨パ
ッドとを異なる大きさの研磨パッドにより構成しても良
く、また、少なくともいずれか一つの研磨ステージにお
いてＡ研磨アームの研磨パッドとＢ研磨アームの研磨パ
ッドとを異なる大きさの研磨パッドにより構成しても良
い。

【００７６】また、以上説明した実施例では、搬送ステ
ージ上のチャックＶ₁に搬入された未加工ウェハを、イ
ンデックステーブル３４０を右回りに９０度ずつ回動停
止させて３段階の研磨ステージで研磨加工した後、イン
デックステーブル３４０をさらに右回りに９０度回転さ
せて（トータル３６０度回転させて）搬送ステージに位
置決めさせ搬出させる例を開示したが、第３研磨ステー
ジ３３０で研磨終了した加工済みウェハを搬送ステージ
３５０に戻すときに左回りに２７０度回転させて戻すよ
うに構成しても良い。このような構成によれば、インデ
ックステーブルと装置本体との間を繋いで配設される真
空配管や電気配線、空圧配管等の接続にスイベルジョイ
ント（ロータリジョイントとも称する）等の高価な継ぎ
手を用いる必要がなく、低コストに研磨装置を構成する
ことができる。

【００７７】また、第１研磨ステージから第３研磨ステ
ージの各研磨ステージは機能上等価に構成されており、
いずれを第１としいずれを第３とするかは加工対象や他
の装置の機器配置等に応じて逐次変更可能である。すな
わち、インデックステーブル３４０の回動方向は右回り
に限定されるものではなく、例えば、実施例に図示した
研磨装置において、搬送ステージ３５０に搬入された未
加工ウェハを搬送ステージ３５０→第３研磨ステージ３
３０→第２研磨ステージ３２０→第１研磨ステージ３１
０のように左回りに順次研磨加工して搬出するものであ
っても良い。

【００７８】また、実施例では研磨ヘッドを揺動自在な
研磨アームの先端部に取り付けるとともに、チャックと
パッドドレッサとを二つの研磨アームにおける研磨パッ
ドの揺動軌跡の交点に配設し、二つの研磨アームを揺動
させることによって、研磨加工とドレッシングとを交互
に行う場合を例示したが、研磨ヘッドの数や移動形態、
パッドドレッサの位置等はこのような実施例に限定され
るものではなく、例えば、複数の研磨ヘッドをリニアガ
イド等により直線方向に移動自在に配設するものや、パ
ッドドレッサを移動自在に配設するもの等であってもよ
い。また、以上の実施例では研磨ステージにパッドドレ
ッサを設けた例を示したが、パッドドレッサに代えて研
磨パッドの自動交換をおこなうパッド交換ユニットを設
けてもよい。また、洗浄された完成品ウェハは、カセッ
トＣ₁へ収納されても良い。

【００７９】さらに、実施例ではＣＭＰ加工において、
研磨すべき加工膜厚を３つの研磨ステージに等分に分割
してそれぞれ総研磨加工時間の１／３ずつ研磨加工を行
う場合を例示したが、本発明はかかる用途や作動例に限
定されるものではなく、層間絶縁膜の加工プロセスやＳ
ＴＩプロセス等のようなウェハ加工の他、石英基板やガ
ラス基板、セラミック基板等の加工プロセスについても
同様に適用可能である。また、各研磨ステージでの研磨
加工を研磨時間で規定するのではなく、例えば研磨加工
中のウェハの研磨状態を光学的に検出する検出器を設
け、研磨加工中の膜厚減少をリアルタイムで検出して研
磨加工の終点を検出するように構成するものであっても
良い。

【００８０】次に、本発明に係る半導体デバイスの製造
方法の実施例について説明する。図６は半導体デバイス
の製造プロセスを示すフローチャートである。半導体製
造プロセスをスタートすると、まずステップＳ２００で
次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な
処理工程を選択し、いずれかのステップに進む。

【００８１】ここで、ステップＳ２０１はウェハの表面
を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶ
Ｄ等によりウェハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するＣ
ＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウェハに電極を蒸
着等により形成する電極形成工程である。ステップＳ２
０４はウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程で
ある。

【００８２】ＣＶＤ工程(Ｓ２０２)もしくは電極形成工
程(Ｓ２０３)の後で、ステップＳ２０５に進む。ステッ
プＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明
による研磨装置により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デ
バイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨によるダマ
シン（damascene）の形成等が行われる。

【００８３】ＣＭＰ工程(Ｓ２０５)もしくは酸化工程
(Ｓ２０１)の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ
２０６はフォトリソグラフィ工程である。この工程では
ウェハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によ
るウェハへの回路パターンの焼き付け、露光したウェハ
の現像が行われる。さらに、次のステップＳ２０７は現
像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、
その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要
となったレジストを取り除くエッチング工程である。

【００８４】次に、ステップＳ２０８で必要な全工程が
完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２
００に戻り、先のステップを繰り返してウェハ上に回路
パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完
了したと判断されればエンドとなる。

【００８５】本発明による半導体デバイス製造方法で
は、ＣＭＰ工程において本発明にかかる研磨装置を用い
ているため、ＣＭＰ工程のスループットが向上する。こ
れにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コ
ストで半導体デバイスを製造することができるという効
果がある。なお、上記半導体デバイス製造プロセス以外
の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発明に
よる研磨装置を用いても良い。また、本発明による半導
体デバイス製造方法により製造された半導体デバイス
は、高スループットで製造されるので低コストの半導体
デバイスとなる。

【００８６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、イン
デックステーブルの位置決め停止位置に対応して割り付
けられた研磨ステージに、複数の研磨ヘッドと、この研
磨ヘッドの研磨部材をドレッシングするドレッシングユ
ニットとを設け、研磨ステージにおいて一の研磨ヘッド
が研磨加工を行っている間に、ドレッシングユニットが
他の研磨ヘッドの研磨部材をドレッシングするように研
磨装置を構成する。このため、研磨ステージにおいて研
磨部材のドレッシングが終わるまで基板が位置決め状態
のまま待たされるような無駄な待ち時間を排除して高ス
ループットを実現する研磨装置を提供することができ
る。

【００８７】また、インデックステーブルの位置決め停
止位置に対応して割り付けられた研磨ステージに、複数
の研磨ヘッドと、この研磨ヘッドの研磨部材を交換する
研磨部材交換ユニットとを設け、研磨ステージにおいて
一の研磨ヘッドが研磨加工を行っている間に、研磨部材
交換ユニットが他の研磨ヘッドの研磨部材を交換するよ
うに研磨装置を構成する。このため、研磨ステージで研
磨部材の交換が終わるまで基板が位置決め状態のまま待
たされるような無駄な待ち時間を排除して高スループッ
トを実現する研磨装置を提供することができる。

【００８８】また、以上のように構成される研磨装置を
用いて半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有して半
導体デバイス製造方法を構成することにより、高スルー
プットの研磨装置を用いることで、従来の半導体デバイ
ス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造す
ることができる。さらに、本発明による半導体デバイス
製造方法により製造された半導体デバイスは、高スルー
プットで製造されるので、低コストの半導体デバイスと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る研磨装置の構成を示す
上面図である。

【図２】上記研磨装置におけるウェハ処理の流れを付記
した研磨装置の上面図である。

【図３】上記研磨装置の研磨ステージ（第１研磨ステー
ジ）における二つの研磨アームの作動を説明するための
説明図であり、図(a),(b),(c)は時系列に作動状態を示
したものである。

【図４】上記研磨装置の研磨ステージ（第１研磨ステー
ジ）における二つの研磨アームの作動を説明するための
説明図であり、図(a),(b),(c)は時系列に作動状態を示
したものである。

【図５】上記研磨装置における搬送ロボットの作動状態
を説明する説明図である。

【図６】本発明に係る半導体デバイス製造方法のフロー
チャートである。

【図７】従来の研磨装置の構成を示す上面図である。

【符号の説明】

Ｓ２０５ ＣＭＰ工程（半導体ウェハを平坦化する工
程） Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄ チャック Ｗ ウェハ（Ｗ_d 未加工ウェハ、Ｗ_p 加工済みウェ
ハ、基板） １ 研磨装置 ３１０，３２０，３３０ 研磨ステージ ３１１，３２１，３３１ Ａ研磨アーム ３１２，３２２，３３２ Ｂ研磨アーム ３１７，３２７，３３７ パッドドレッサ（ドレッシン
グユニット） ３４０ インデックステーブル ３５０ 搬送ステージ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｂ 53/00 Ｂ２４Ｂ 53/00 Ｚ Ｆターム(参考） 3C043 BA09 BA18 CC04 3C047 AA34 FF08 3C058 AA07 AA19 AB03 AB08 CB03 DA17

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板を保持するチャックを複数有したテ
   ーブルを所定角度ごとに回動停止させて前記複数のチャ
   ックを所定の角度位置に位置決めさせるインデックステ
   ーブルと、前記位置決めされたチャックの位置に対応し
   て割り付けられた研磨ステージに配設されて前記基板を
   研磨加工する研磨ヘッドとを備え、前記インデックステ
   ーブルを回動させて前記チャックに保持された基板を前
   記研磨ステージに位置決めさせ、前記研磨ヘッドにおけ
   る加工端部に設けられた研磨部材を前記位置決めされた
   基板に当接させて研磨加工を行う研磨装置において、 前記研磨ステージには、 複数の前記研磨ヘッドと、 前記研磨部材をドレッシングするドレッシングユニット
   とを有し、 前記研磨ステージにおいて、一の前記研磨ヘッドが前記
   研磨ステージに位置決めされた基板の研磨加工を行って
   いる間に、前記ドレッシングユニットが他の前記研磨ヘ
   ッドの研磨部材をドレッシングすることを特徴とする研
   磨装置。
2. 【請求項２】 基板を保持するチャックを複数有したテ
   ーブルを所定角度ごとに回動停止させて前記複数のチャ
   ックを所定の角度位置に位置決めさせるインデックステ
   ーブルと、前記位置決めされたチャックの位置に対応し
   て割り付けられた研磨ステージに配設されて前記基板を
   研磨加工する研磨ヘッドとを備え、前記インデックステ
   ーブルを回動させて前記チャックに保持された基板を前
   記研磨ステージに位置決めさせ、前記研磨ヘッドにおけ
   る加工端部に設けられた研磨部材を前記位置決めされた
   基板に当接させて研磨加工を行う研磨装置において、 前記研磨ステージには、 複数の前記研磨ヘッドと、 前記研磨部材の交換を行う研磨部材交換ユニットとを有
   し、 前記研磨ステージにおいて、一の前記研磨ヘッドが前記
   研磨ステージに位置決めされた基板の研磨加工を行って
   いる間に、前記研磨部材交換ユニットが他の前記研磨ヘ
   ッドに取り付けられた研磨部材の交換を行うことを特徴
   とする研磨装置。
3. 【請求項３】 前記研磨ステージにおける前記複数の研
   磨ヘッドは、前記研磨ステージに位置決めされた基板の
   研磨加工と、前記ドレッシングユニットによる前記研磨
   部材のドレッシングとを交互に行うことを特徴とする請
   求項１に記載の研磨装置。
4. 【請求項４】 前記研磨装置には複数の研磨ステージを
   有し、 前記複数の研磨ステージにおける少なくとも一つの研磨
   ステージに前記複数の研磨ヘッドを有し、 前記研磨ステージに配設される前記複数の研磨ヘッドに
   は、前記研磨ステージごとに同一種類の前記研磨部材が
   取り付けられていることを特徴とする請求項１から請求
   項３のいずれか一項に記載の研磨装置。
5. 【請求項５】 前記研磨装置には複数の研磨ステージを
   有し、 前記複数の研磨ステージにおける少なくとも一つの研磨
   ステージに前記複数の研磨ヘッドを有し、 前記研磨ステージに配設される前記複数の研磨ヘッドに
   は、種類が異なる前記研磨部材が取り付けられているこ
   とを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に
   記載の研磨装置。
6. 【請求項６】 前記研磨装置には複数の研磨ステージを
   有し、 前記複数の研磨ステージにおける少なくとも一つの研磨
   ステージに前記複数の研磨ヘッドを有し、 前記研磨ステージに配設される前記複数の研磨ヘッドに
   は、寸法が異なる前記研磨部材が取り付けられているこ
   とを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に
   記載の研磨装置。
7. 【請求項７】 前記研磨装置には、前記位置決めされた
   チャックの位置に対応して割り付けられた少なくとも一
   つの搬送ステージを有し、 前記搬送ステージでは、前記研磨ステージにおいて前記
   基板が研磨加工されている間に、前記研磨ステージで研
   磨加工が終了した基板を前記チャックから搬出し研磨加
   工前の基板を前記チャックに搬入することを特徴とする
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の研磨装
   置。
8. 【請求項８】 基板を保持するチャックを複数有したテ
   ーブルを所定角度ごとに回動停止させて前記複数のチャ
   ックを所定の角度位置に位置決めさせるインデックステ
   ーブルと、前記位置決めされたチャックの位置に対応し
   て割り付けられた研磨ステージに配設されて前記基板を
   研磨加工する研磨ヘッドとを備え、前記インデックステ
   ーブルを回動させて前記チャックに保持された基板を前
   記研磨ステージに位置決めさせ、前記研磨ヘッドにおけ
   る加工端部に設けられた研磨部材を前記位置決めされた
   基板に当接させて研磨加工を行う研磨装置において、 前記研磨ステージには、 それぞれ前記インデックステーブルに対して揺動自在な
   研磨アームに取り付けられ、前記位置決めされた基板の
   位置に揺動移動可能に配設された第１及び第２の研磨ヘ
   ッドと、 前記第１の研磨ヘッドにおける研磨部材の揺動軌跡と前
   記第２の研磨ヘッドにおける研磨部材の揺動軌跡とが交
   わる領域に配設されてそれぞれの前記研磨部材のドレッ
   シングを行うドレッシングユニットとを有し、 前記第１の研磨ヘッドは前記第２の研磨ヘッドの揺動軌
   跡の外に待避する第１待避位置を有し、前記第２の研磨
   ヘッドは前記第１の研磨ヘッドの揺動軌跡の外に待避す
   る第２待避位置を有することを特徴とする研磨装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の研磨装置を用いて研磨
   加工を行う研磨方法であって、 前記研磨ステージにおいて前記第１の研磨ヘッドが前
   記基板の研磨加工を終了したときに、前記第２の研磨ヘ
   ッドを前記第２待避位置に位置させた状態で前記第１の
   研磨ヘッドを前記第１待避位置に揺動移動させ、 前記第１の研磨ヘッドを前記第１待避位置に位置させ
   た状態で前記第２の研磨ヘッドを前記研磨ステージに位
   置決めされた基板の位置に揺動移動させて研磨加工を行
   わせ、 前記第２の研磨ヘッドが前記基板の研磨加工を行って
   いる間に前記第１の研磨ヘッドを前記ドレッシングユニ
   ットの位置に揺動移動させて前記ドレッシングユニット
   により前記第１の研磨ヘッドの研磨部材をドレッシング
   させ、 前記ドレッシングユニットによるドレッシングが終了
   した前記第１の研磨ヘッドを前記第１待避位置に揺動移
   動させて待避させ、 前記研磨ステージにおいて前記第２の研磨ヘッドが前
   記位置決めされた基板の研磨加工を終了したときに、前
   記第１の研磨ヘッドを前記第１待避位置に位置させた状
   態で前記第２の研磨ヘッドを前記第２待避位置に揺動移
   動させ、 前記第２の研磨ヘッドを前記第２待避位置に位置させ
   た状態で前記第１の研磨ヘッドを前記研磨ステージに位
   置決めされた基板の位置に揺動移動させて研磨加工を行
   わせ、 前記第１の研磨ヘッドが前記基板の研磨加工を行って
   いる間に前記第２の研磨ヘッドを前記ドレッシングユニ
   ットの位置に揺動移動させて前記ドレッシングユニット
   により前記第２の研磨ヘッドの研磨部材をドレッシング
   させ、 前記ドレッシングユニットによるドレッシングが終了
   した前記第２の研磨ヘッドを前記第２待避位置に揺動移
   動させて待避させ、 以下、前記に戻ってからまでの工程を繰り返して
   行うことを特徴とする研磨方法。
10. 【請求項１０】 前記基板は半導体ウェハであり、 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の研磨装置
    を用いて前記半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有
    することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１０に記載の半導体デバイス製
    造方法により製造されたことを特徴とする半導体デバイ
    ス。