JP2006319249A - Polisher, semiconductor device manufacturing method using the same and semiconductor device manufactured by the same manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエーハなどの基板の研磨装置に関するものである。 The present invention relates to a polishing apparatus for a substrate such as a semiconductor wafer.
基板の研磨装置は、半導体ウエーハ基板や石英基板、セラミック基板等を研磨する装置として広く用いられている。半導体デバイスの製造技術では、MPUやシステムLSI等の半導体デバイスのさらなる高密度化を実現する手段として、回路パターンの微細化と多層化が二本の柱になっており、十層にものぼる多層配線構造を効率的に形成するにあたり、多層配線構造の形成過程で各配線層をいかに平坦化できるかが鍵になっている。化学機械研磨法(CMP法)により基板表面を超精密に研磨加工するCMP技術は、これを実現する技術として注目されており、この研磨加工を行う研磨装置(CMP装置と称される)が半導体デバイスの生産に用いられるようになっている。 A substrate polishing apparatus is widely used as an apparatus for polishing a semiconductor wafer substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, or the like. In semiconductor device manufacturing technology, miniaturization of circuit patterns and multilayering are two pillars as means for realizing higher density of semiconductor devices such as MPUs and system LSIs. In forming a wiring structure efficiently, the key is how each wiring layer can be flattened during the formation process of the multilayer wiring structure. A CMP technique for polishing a substrate surface with high precision by a chemical mechanical polishing method (CMP method) is attracting attention as a technique for realizing this, and a polishing apparatus (referred to as a CMP apparatus) that performs this polishing process is a semiconductor. It is used for the production of devices.
CMP装置は、例えば特許文献1に示されるように、研磨加工前の半導体ウエーハ基板を研磨加工部に搬入する搬入装置と、搬入された基板の表面を研磨加工する研磨加工部と、研磨加工された基板を洗浄する基板洗浄部と、洗浄された基板を搬出する搬出装置などから構成され、多層配線構造の形成過程において基板表面を平坦化するために用いられる。具体的には、CVD工程や電極形成工程とフォトリソグラフィ工程との間にCMP工程が組み込まれ、半導体ウエーハ基板(以下、ウエーハと称する)の表面に形成された層間絶縁膜の平坦化や、金属膜の研磨、誘電体膜の研磨などが高精度で行われるようになっている(特許文献1を参照)。
For example, as disclosed in
一方、回路パターンの微細化では、露光装置の解像度の向上に伴なって焦点深度が浅くなり、露光時におけるウエーハ表面の平坦性が大きな問題になってきている。これは、露光工程よりも前の工程でウエーハ裏面に付着したゴミや、ウエーハ裏面に形成された傷周辺の盛り上がりが、露光装置のセラミックピンチャックと局部接触してウエーハを弾性変形させ、ウエーハ表面を隆起させて回路パターンの像にぼけを生じさせるという問題であり、特に65nmノード世代以降のウエーハ露光ではウエーハ表面に露光不良を発生させる大きな要因になると考えられている。 On the other hand, in the miniaturization of circuit patterns, the depth of focus becomes shallow as the resolution of the exposure apparatus improves, and the flatness of the wafer surface during exposure has become a serious problem. This is because the dust adhering to the back surface of the wafer in the process before the exposure process and the bulge around the scratches formed on the back surface of the wafer are brought into local contact with the ceramic pin chuck of the exposure device to elastically deform the wafer, Is a problem that causes the image of the circuit pattern to be blurred, and is considered to be a major cause of exposure failure on the wafer surface particularly in wafer exposure after the 65 nm node generation.
このような問題に対し、上記現象が露光工程の直前で付着したゴミに起因するものであれば、露光装置の内部にウエーハ裏面を清掃する清掃手段を設け、ゴミを除去することで解決可能と考えられる。しかしながら、このような清掃手段では、ウエーハ裏面に形成された傷に対して効果がなく、またCVD工程より以前にウエーハ裏面に付着しCVD工程を経て強固に固着したゴミを除去することも困難である、という課題があった。 If such a phenomenon is caused by dust attached just before the exposure process, it can be solved by providing a cleaning means for cleaning the back surface of the wafer inside the exposure apparatus and removing the dust. Conceivable. However, such a cleaning means is ineffective against scratches formed on the back surface of the wafer, and it is difficult to remove dust adhered to the back surface of the wafer before the CVD process and firmly fixed through the CVD process. There was a problem of being.
本発明は、上記のような問題や課題に鑑みて成されたものであり、回路パターンの更なる微細化を実現するために好適な研磨装置、半導体デバイス製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems and problems, and an object thereof is to provide a polishing apparatus and a semiconductor device manufacturing method suitable for realizing further miniaturization of circuit patterns. .
上記目的達成のため、第1の本発明は、基板の表面を研磨する表面研磨機構及び基板の裏面を研磨する裏面研磨機構を有して基板の研磨加工を行う研磨加工部と、研磨加工部において研磨加工された基板を洗浄する基板洗浄部と、研磨加工前の基板を研磨加工部に搬入し、研磨加工後の基板を基板洗浄部に搬送し、基板洗浄部で洗浄された基板を搬出する搬送装置とからなり、研磨加工部において表面及び裏面が研磨された基板が基板洗浄部において洗浄されて搬送装置により搬出されるように研磨装置を構成する。
To achieve the above object, the first aspect of the present invention includes a polishing unit for polishing a substrate having a surface polishing mechanism for polishing the surface of the substrate and a back surface polishing mechanism for polishing the back surface of the substrate, and a polishing unit. The substrate cleaning unit for cleaning the substrate polished in
第2の本発明は、上記研磨加工部において、研磨加工前の基板が裏面研磨機構により裏面研磨された後に、表面研磨機構により表面研磨されるように研磨装置を構成する。 In the second aspect of the present invention, the polishing apparatus is configured such that, in the polishing processing unit, the substrate before polishing is polished by the back surface by the back surface polishing mechanism and then the surface is polished by the surface polishing mechanism.
第3の本発明は、裏面研磨機構は、基板の表面側を吸着して保持する表面吸着チャックと基板の裏面を研磨する裏面研磨ヘッドとを有し、表面研磨機構は、基板の裏面側を吸着して保持する裏面吸着チャックと基板の表面を研磨する表面研磨ヘッドとを有し、研磨加工部において基板の表裏を反転させることなく基板の表面及び裏面の研磨が行われるように上記研磨装置を構成する。 According to a third aspect of the present invention, the back surface polishing mechanism has a surface suction chuck that sucks and holds the front surface side of the substrate and a back surface polishing head that polishes the back surface of the substrate. The above polishing apparatus has a back surface chuck for adsorbing and holding and a front surface polishing head for polishing the surface of the substrate, so that the front surface and the back surface of the substrate can be polished without reversing the front and back of the substrate in the polishing unit Configure.
第4の本発明は、表面吸着チャックは基板の上方から基板の表面側を吸着して保持し、裏面研磨ヘッドは基板の下方から基板の裏面を研磨するように研磨装置を構成する。 According to a fourth aspect of the present invention, the polishing apparatus is configured such that the front surface chuck chucks and holds the front surface side of the substrate from above the substrate, and the back surface polishing head polishes the back surface of the substrate from below the substrate.
第5の本発明は、以上のように構成される研磨装置を用いて半導体ウエーハ(基板)の表面及び裏面を研磨加工する工程を有して半導体デバイス製造方法を構成する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method including a step of polishing a front surface and a back surface of a semiconductor wafer (substrate) using the polishing apparatus configured as described above.
第6の本発明は、上記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である。 The sixth aspect of the present invention is a semiconductor device manufactured by the above semiconductor device manufacturing method.
本発明に係る研磨装置によれば、研磨加工部に基板の裏面を研磨する裏面研磨機構が設けられているため、基板の裏面に強固に結合したゴミや基板裏面に形成された傷周辺の盛り上がり等を平坦化することができ、これにより露光工程におけるウエーハ表面の平坦性を確保して回路パターンの微細化を実現することができる。そしてこのような研磨工程を有する半導体デバイス製造方法によれば高密度の半導体デバイスを高収率で生産することができ、低コストで提供可能な高密度半導体デバイスを得ることができる。 According to the polishing apparatus of the present invention, since the back surface polishing mechanism for polishing the back surface of the substrate is provided in the polishing processing unit, dust that is firmly bonded to the back surface of the substrate and the bulge around the scratches formed on the back surface of the substrate Etc. can be flattened, thereby ensuring the flatness of the wafer surface in the exposure step and miniaturizing the circuit pattern. And according to the semiconductor device manufacturing method which has such a grinding | polishing process, a high-density semiconductor device can be produced with a high yield, and the high-density semiconductor device which can be provided at low cost can be obtained.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用した研磨装置1の全体構成を図1に平面図として示すように、研磨装置1は、大別的には、ウエーハの搬入・搬出を行うカセットインデックス部100、研磨加工を行う研磨加工部200、研磨加工が終了したウエーハの洗浄を行う基板洗浄部300、及び研磨装置内でウエーハの搬送を行う搬送装置(第1搬送ロボット150、第2搬送ロボット250)などからなり、各部はそれぞれ自動開閉式のシャッタで仕切られてクリーンチャンバが構成される。研磨装置1の作動は、図示省略する制御装置により制御される。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1 as a plan view, the overall configuration of a
カセットインデックス部100には、それぞれ複数枚のウエーハWを保持したカセット(キャリアとも称される)C1〜C4を載置するウエーハ載置テーブル120が設けられるとともに、研磨加工前の未加工ウエーハをセンドカセットC1,C2から取り出して研磨加工部200に搬入し、研磨加工後に基板洗浄部300で洗浄された加工済ウエーハをレシーブカセットC3,C4に収納する第1搬送ロボット150が配設されている。
The
第1搬送ロボット150は、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が自在に配設された旋回台152、旋回台152に取り付けられた多関節アーム153、多関節アームの先端部に伸縮自在に取り付けられたクランパ155などから構成されている。クランパ155は、周方向に開閉作動する3箇所の爪を有しウエーハWの外周縁部と係脱してウエーハを把持可能に構成されている。第1搬送ロボット150はカセットインデックス部の床面に配設されたリニアガイド156に沿って水平移動可能に構成されている。
The
第1搬送ロボット150の作動は制御装置によって制御され、リニアガイド156に沿って未加工ウエーハが収容されたセンド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所定のスロット高さにクランパ155を移動させ、多関節アーム153及びクランパ155を作動させてセンドカセットに収容された未加工ウエーハを取り出し、あるいは基板洗浄部300で洗浄された加工済ウエーハをレシーブカセットの所定スロットに収納する。
The operation of the
研磨加工部200は、ウエーハの裏面を研磨する裏面研磨機構210と、ウエーハの表面を研磨する表面研磨機構220と、ウエーハの搬送を行う第2搬送ロボット250とからなり、この研磨加工部に搬入されたウエーハの表面と裏面の両面が研磨される。
The
裏面研磨機構210は、図2(a)及び(b)に、この機構の概要の平面図及び正面図を示すように、第2搬送ロボット250によって搬送されたウエーハWを仮支持するウエーハ支持部211と、このウエーハ支持部211に仮支持されたウエーハWの上方に位置してウエーハWを表面側から吸着して保持する表面吸着チャック212と、ウエーハ支持部211に支持されたウエーハの下方に位置して表面吸着チャック212に吸着保持されたウエーハの裏面を研磨する裏面研磨ヘッド214と、裏面研磨ヘッド214にスラリーを供給するノズル216などから構成される。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the back
ウエーハ支持部211は、4箇所の支持脚211a,211a…でウエーハWの裏面外周部を支持し、載置されたウエーハを水平に仮支持するように構成した実施形態を例示しており、裏面研磨ヘッド214の配置の自由度を向上させるとともに、第2搬送ロボット250によるウエーハの搬入・搬出性(可搬性)を高めた構成になっている。なおウエーハ支持部211は、裏面研磨ヘッド214等と干渉することなくウエーハを仮支持可能な構成で有れば良く、例えば120度ピッチで設けた3箇所の支持脚で構成し、あるいは裏面研磨ヘッド214の周辺部分を切り欠いたリング状に構成しても良い。
The
表面吸着チャック212は、セラミックやステンレス等の剛性材料を用いてパッド装着面を高い平坦度に加工成形した円盤状のチャックプレート212aと、ポリウレタンや不織布等の弾性材料を用いて薄肉円盤状に形成されチャックプレート212aの下面に装着された吸着パッド212b、及びチャックプレート212aに回転駆動力を伝達するスピンドル212cなどからなり、吸着パッド212bが下向きの水平姿勢でウエーハ表面と対峙し、ウエーハWの表面側を真空吸着可能になっている。
The
表面吸着チャック212は、図示省略するチャック駆動機構により昇降自在に、かつスピンドル212cを軸として回転自在に取り付けられており、ウエーハ支持部211に仮支持されたウエーハWの上方から下降してウエーハ表面を真空吸着し、吸着保持したウエーハとともに上昇してウエーハ支持部211から浮き上がらせ、ウエーハ裏面を10mm程度浮き上がらせた加工位置でウエーハを水平に回転駆動するように構成される。
The
裏面研磨ヘッド214は、表面吸着チャックのチャックプレート212aと同様に高剛性で平坦度の高い円盤状に形成されたポリッシングプレート214aと、このポリッシングプレートの上面に装着された研磨パッド214b、及びポリッシングプレート214aに回転駆動力を伝達するスピンドル214cなどからなり、研磨パッド214bが上向きの水平姿勢でウエーハ裏面と対峙して配設される。裏面研磨ヘッド214は、ウエーハの半径よりも大径かつウエーハ直径よりも小径に形成されるとともに、スピンドル214cが表面吸着チャックのスピンドル212cとオフセットして配設されており、小型の装置構成でウエーハWの全面を研磨可能になっている。
Similar to the
裏面研磨ヘッド214は、図示省略する研磨ヘッド駆動機構により昇降自在に、かつスピンドル214cを軸として回転自在に取り付けられており、表面吸着チャック212に吸着保持されて加工位置で回転するウエーハの下方で回転起動して上昇し、相対回転する研磨パッドを所定圧力でウエーハ裏面に押圧させてウエーハの裏面全体を研磨加工するように構成される。なお、研磨パッド214bは、公知の研磨パッド、例えば発泡ポリウレタンや不織布などの単層の研磨パッドや、これらの下地に軟質弾性部材(発泡クロロプレンゴムや弾性不織布、ウレタンフォームなど)とを組み合わせた二層構成の研磨パッド、発泡ポリウレタンと軟質弾性部材との間にステンレス薄板等の硬質弾性部材を設けた三層構成の研磨パッドなどを用いることができる。そして、研磨パッド214bの表面にはスラリー導入用の溝が形成されている。
The back
ノズル216は、例えばステンレスのパイプを加工成形して構成され、先端部が研磨パッドとウエーハ裏面とが接触する研磨領域に向けて配設される。ノズル216の基端側には加工目的に応じたスラリーを供給するスラリー供給装置が接続されており、制御プラグラムに基づいて加工目的に合致したスラリーが選択されて研磨加工部に供給されるようになっている。裏面研磨加工部では回路パターンがないウエーハ裏面を研磨加工するため、ウエーハの母材を研磨加工するのに適したスラリーが選択されて供給され、また研磨加工後にはウエーハ裏面に付着したスラリーを洗い流すための純水が供給されるように制御される。
The
なお、後述するように、ポリッシングプレート214aの中心を貫通して、研磨パッド214bの中心部にスラリーを供給するスラリー供給構造を設け、研磨加工時に加工目的に応じたスラリーを研磨パッド214bの中心部に供給するように構成しても良い。
As will be described later, a slurry supply structure that feeds slurry to the center of the
一方、表面研磨加工機構220は、90度ごとに回動送りされるインデックステーブル221を中心として4つの区画に分割されており、ウエーハの研磨加工を行う第1研磨ステージS1、第2研磨ステージS2、第3研磨ステージS3と、未加工ウエーハの搬入及び加工済ウエーハの搬出を行う搬送ステージS4とから構成される。
On the other hand, the
インデックステーブル221は、全体として大型の回転テーブルをなし、上記4つのステージに対応して4分割されたテーブルの各区画に、それぞれウエーハの裏面側を吸着して保持する裏面吸着チャック222,222…がテーブル上面の開口部に上向きに配設されている。また、第1研磨ステージS1、第2研磨ステージS2、第3研磨ステージS3の3つの研磨ステージには、それぞれ、インデックステーブル221に対して水平方向に揺動自在な研磨アーム223が設けられ、その先端部に研磨アーム223から垂下して表面研磨ヘッド224が取り付けられている。
The index table 221 is a large rotary table as a whole, and the rear surface suction chucks 222, 222,... Hold and hold the rear surface side of the wafer in each section of the table divided into four parts corresponding to the four stages. Is disposed upward in the opening on the upper surface of the table. The three polishing stages of the first polishing stage S 1 , the second polishing stage S 2 , and the third polishing stage S 3 are each provided with a polishing
図3に、インデックステーブル221を所定の角度位置に停止させ、研磨アーム223をインデックステーブル221の上方に揺動させて、研磨ヘッド224を裏面吸着チャック222の上方に位置させた状態における各部の概要関係を示す。なお図3における(a)は平面図、(b)は正面図である。
FIG. 3 shows an outline of each part in a state where the index table 221 is stopped at a predetermined angular position, the polishing
裏面吸着チャック222は、前述した表面吸着チャック212と同様に、セラミックやステンレス等の剛性材料を用いてパッド装着面を高い平坦度に加工成形した円盤状のチャックプレート222aと、ポリウレタンや不織布等の弾性材料を用いて薄肉円盤状に形成されチャックプレート222aの上面に装着された吸着パッド222b、及びチャックプレート222aに回転駆動力を伝達するスピンドル222cなどからなり、吸着パッド222bが上向きの水平姿勢で配設され、ウエーハWを裏面側から真空吸着可能になっている。
Similar to the above-described front
裏面吸着チャック222は、4等配されたインデックステーブル221の各開口部に吸着パッドが露出して配設されるとともに、チャック駆動機構によりスピンドル222cを軸としてそれぞれ独立して回転及び停止可能に配設され、その作動が制御装置により制御される。裏面吸着チャック222の直径はウエーハの直径よりも幾分小径に形成されており、裏面吸着チャック222上に載置したウエーハの外周縁部を第2搬送ロボットのクランパ255が把持可能になっている。
The back
研磨アーム223は、第1〜第3の各研磨ステージに水平揺動自在に配設されており、その先端部に表面研磨ヘッド224が取り付けられている。研磨ステージには研磨アームを揺動駆動するアーム駆動機構が設けられており、制御装置により各々独立して揺動制御可能に構成されている。
The polishing
表面研磨ヘッド224は、前述した裏面研磨機構のポリッシングプレート214aと同様に高剛性で平坦度の高い円盤状に形成されたポリッシングプレート224aと、このポリッシングプレート224aの下面に装着された研磨パッド224b、及びポリッシングプレート224aに回転駆動力を伝達するスピンドル224cなどからなり、研磨パッド224bが下向きとなる水平姿勢で研磨アーム223の先端部に配設されている。表面研磨ヘッド224の直径は、ウエーハWの直径よりも小径に形成されており、研磨アーム223を揺動させることで、小型の装置構成でウエーハの全面を均一に研磨可能になっている。
The front
研磨ヘッド224には、ポリッシングプレート224aの中心を貫通し、研磨パッド224bの中心部にスラリーを供給するスラリー供給構造が設けられており、研磨加工時には、前述したスラリー供給装置から加工目的に応じたスラリーが供給されるようになっている。研磨パッド224bは、前述した研磨パッド214bと同様に、単層〜三層構成の研磨パッドを用いることもでき、層間絶縁膜CMP、メタルCMP等の加工プロセス、回路パターンの微細度、第1次研磨(粗研磨)〜第3次研磨(仕上げ研磨)等の加工段階などに応じて、適宜選択して装着される。なお表面加工は研磨パッドの中心からスラリーを供給する構成としており、パッド表面にスラリー導入用の溝を有する平坦な研磨パッドで、研磨領域全体に均一に新鮮なスラリーが供給されるようになっている。
The polishing
表面研磨ヘッド224は、研磨アーム223の先端部にスピンドル224cを軸として回転自在及び昇降自在に取り付けられており、研磨アーム223を水平揺動させて表面研磨ヘッド224を裏面吸着チャック222の上方に位置させた状態で、表面研磨ヘッド224を回転させながら下降させ、裏面吸着チャック222に吸着保持されて回転されるウエーハの表面に研磨パッド224bを所定圧力で押圧させ、スラリーを供給しながら研磨アーム223を揺動させることで、ウエーハの表面全体を研磨加工するように構成される。なお、研磨アーム223の先端部には、研磨加工中のウエーハの研磨状態を光学的に検出する終点検出器が取り付けられており、研磨加工中の膜厚減少などがリアルタイムで検出され研磨加工の終点をフィードバック制御可能になっている。
The
また、各研磨ステージS1〜S3には、研磨パッド224bの加工面をドレッシングするパッドドレッサ227が設けられている。パッドドレッサ227は、研磨アーム223を揺動させたときの研磨ヘッド224の揺動半径上に位置して配設されており、各研磨ステージにおいて所定の研磨サイクルごとにパッドドレッサ227で研磨パッド224bのドレスアップが行われ、研磨パッド表面の目詰まりが修正されて平坦度が確保されるようになっている。
Each polishing stage S 1 to S 3 is provided with a
第2搬送ロボット250は、第1搬送ロボット150と同様の多関節アーム型ロボットであり、基台251と、この基台上に水平旋回及び昇降作動自在に配設された旋回台252、旋回台252に取り付けられた多関節アーム253、多関節アームの先端部に伸縮自在に取り付けられたクランパ255などから構成される。クランパ255は、周方向に開閉作動する3箇所の爪を有しウエーハWの外周縁部を把持可能に構成されている。第2搬送ロボット250は研磨加工部200に設けられたリニアガイド256に沿って水平移動可能に構成されている。
The
第2搬送ロボット250の作動は制御装置によって制御され、第1搬送ロボット150が取り出した未加工ウエーハを、基板洗浄部300内に設置された未加工ウエーハを搬送するための通路内で受け取って研磨加工部200に搬入し、裏面研磨機構210のウエーハ支持部211または表面研磨機構220における搬送ステージS4の裏面吸着チャック222に載置する。また、ウエーハの片面研磨加工が終了したときには、ウエーハ支持部211と搬送ステージS4の裏面吸着チャック222との間でウエーハの搬送を行う。さらに、ウエーハの表裏両面の研磨加工が終了したときには、搬送ステージS4の裏面吸着チャック222上で吸着が解除された加工済ウエーハまたはウエーハ支持部211に仮支持された加工済ウエーハをクランパ255で把持して取り出し、基板洗浄部300に搬送する。
The operation of the
基板洗浄部300は、第1洗浄室310、第2洗浄室320、第3洗浄室330及び乾燥室340の4室構成からなり、表裏両面の研磨加工が終了して第2搬送ロボット250により基板洗浄部300に搬入された加工済ウエーハが、第1洗浄室310→第2洗浄室320→第3洗浄室330→乾燥室340のように順次送られて研磨加工部200で付着したスラリや研磨摩耗粉等の除去洗浄が行われる。各洗浄室における洗浄方法は種々の構成例があるが、例えば、第1洗浄室310では回転ブラシによる両面洗浄、第2洗浄室320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。なお、第1洗浄室310の下方には、未加工ウエーハを搬送するための通路が設置されている。
The
さて、以上のように構成される研磨装置の作用について、図4(a)に示すようにシリコン基板51に配線溝を形成し、この溝上にTiNやTaN等のバリヤー層52を形成し、さらにその上から銅の導電層53を形成させた研磨加工前の状態(以下、この状態のウエーハを便宜的に未加工ウエーハという)から、導電層53及びバリヤー層52をCMP法により第1次研磨加工、第2次研磨加工、第3次研磨加工の3段階の研磨加工により平坦に研磨し、シリコン基板51上に図4(b)に示すような導体配線53aを形成するCu−CMPプロセスを行う場合を例に説明する。
As for the operation of the polishing apparatus configured as described above, a wiring groove is formed in the
図5は、カセットインデックス部100のセンドカセットC1に収容された未加工ウエーハが、研磨加工部200で順次研磨処理されて図4(b)に示す加工済ウエーハとなり、基板洗浄部300で洗浄処理されてカセットインデックス部100のレシーブカセットC4に収納されるまでのウエーハの流れを点線と矢印を付して示したものである。なお、研磨装置1の作動は図示省略する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各部の作動制御を行う。
In FIG. 5, the unprocessed wafers accommodated in the send cassette C 1 of the
研磨装置1で研磨加工プログラムがスタートされると、第1搬送ロボット150がセンドカセットC1の位置に移動し、旋回台152を水平旋回及び昇降作動させてクランパ155を目的とする未加工ウエーハが収容されているスロット高さに移動させ、多関節アーム153及びクランパ155を伸長作動させてクランパ155でスロット内の未加工ウエーハを把持し、多関節アーム153を縮長作動させて引き出す。そして、旋回台152を180度旋回作動させて第1洗浄室310の下方に設置されている通路に向かい、この通路内で研磨加工部200側の第2搬送ロボット250に未加工ウエーハを受け渡す。すなわち、センドカセットから取り出された未加工ウエーハは、洗浄工程を経ることなく基板洗浄部300を通過する。
When polishing the program is started by the polishing
第1搬送ロボット150から未加工ウエーハを受け取った第2搬送ロボット250は、旋回台252を180度旋回作動させて未加工ウエーハを研磨加工部200に搬入し、研磨加工部200において表裏両面の研磨加工が行われる。ここで、ウエーハWの裏面側の研磨加工と表面側の研磨加工との何れを先行して行っても、未加工ウエーハの裏面に付着したゴミや傷を除去することで、次段の露光工程におけるウエーハ表面の平坦度を確保するという効果を得ることができる。
Upon receiving the unprocessed wafer from the
但し、ウエーハ表面に対する第1次研磨〜第3次研磨が完了して導体配線53aが形成されたウエーハの表面側をチャックすることはウエーハ表面が傷つく可能性があり好ましくなく、裏面加工のためにウエーハ表面に保護テープを貼付していたのでは高スループットが得られない。また層間絶縁膜CMPやメタルCMPで使用されるスラリーは粘度が高く乾燥して固着しやすい特性があるため、研磨加工後できるだけ迅速に洗浄することが好ましい。このようなことから、研磨装置1では、裏面研磨加工を表面研磨加工に先行して行い、裏面研磨機構210によりウエーハの裏面側を研磨した後に、表面研磨機構220により表面側を研磨するように構成している。
However, it is not preferable to chuck the front surface side of the wafer on which the
すなわち、第2搬送ロボット250は、研磨加工部200に搬入した未加工ウエーハを、まず裏面研磨機構210に搬送し、旋回台252、多関節アーム253、クランパ255の各部を作動させて未加工ウエーハをウエーハ支持部211に載置する。
That is, the
未加工ウエーハがウエーハ支持部211に載置され、第2搬送ロボット250が退避すると、表面吸着チャック212が下降して未加工ウエーハの表面を真空吸着し、吸着保持した未加工ウエーハとともに上昇してウエーハ裏面がウエーハ支持部211から10mm程度浮き上がった加工位置で回転起動する。また、裏面研磨ヘッド214の回転起動とともに、ノズル216からウエーハ裏面に向けてスラリーが供給される。そして、研磨ヘッド214が加工位置で回転する未加工ウエーハに向けて上昇し、研磨パッド214bを所定圧力でウエーハ裏面に押圧させてウエーハ裏面の研磨加工が行われる。
When the unprocessed wafer is placed on the
研磨加工時には、相対回転する未加工ウエーハと研磨パッド214b、及びノズル216から供給されるスラリーの相互作用によってウエーハ裏面が平坦に研磨され、ウエーハ裏面に固着したゴミや前工程で形成された傷周辺の盛り上がりが除去されて、ウエーハ裏面の平坦度(グローバルプラナリティ及びローカルプラナリティ)が確保される。所定時間のCMP研磨が終了すると、ノズル216から純水が供給されてリンス研磨が行われ、その後純水をウエーハ裏面に供給しながら研磨ヘッド214が下降する。これにより、ウエーハ裏面に残存するスラリーが洗い流されウエーハ裏面の清浄度が確保される。裏面研磨が完了すると、表面吸着チャック212が下降して真空吸着を解除し、未加工ウエーハをウエーハ支持部211に載置して退避位置に上昇する。
At the time of polishing, the back surface of the wafer is polished flat by the interaction between the unrotated processed wafer, the
こうして裏面研磨機構210におけるウエーハ裏面の研磨加工が完了すると、第2搬送ロボット250がウエーハ支持部211に支持されたウエーハWの外周を把持して表面研磨機構220に搬送し、搬送ステージS4に位置決め停止されたインデックステーブル221の裏面吸着チャック222上に載置する。ウエーハWが裏面吸着チャック222に載置されると、裏面吸着チャック222がウエーハの裏面を真空吸着して保持し、第2搬送ロボット250が退避する。
Thus the wafer back surface of the polishing of the back
以降、表面研磨機構220の第1研磨ステージS1〜第3研磨ステージS3において研磨加工が開始される。このような3段階の研磨ステージにおいて行われるウエーハ表面の研磨加工については、既に公知であるため(例えば、本出願人による特開2002−93759号公報)、本明細書においては詳細説明を省略し、以下簡潔に説明する。
Thereafter, polishing is started in the first polishing stage S 1 to the third polishing stage S 3 of the
第2搬送ロボット250が退避すると、インデックステーブル221が時計回りに90度回動されて裏面吸着チャック222に吸着保持されたウエーハWが第1研磨ステージS1に位置決めされ、同時に研磨アーム223が揺動されて研磨ヘッド224がウエーハ上に移動する。そして研磨ヘッド224と裏面吸着チャック222とが反対方向に回転起動するとともに研磨ヘッド224が下降し、研磨パッド224bをウエーハ表面に押圧させて第1次研磨加工を行う。研磨加工中には研磨ヘッド224の軸心からスラリーを供給しながら、研磨パッドがウエーハの回転中心と外周端部との間を往復動するように研磨アーム223を揺動作動させ、ウエーハ表面を均一に平坦研磨する。第1次研磨加工は時間制御であり所定時間が経過したときに研磨ヘッド224を上昇させ第1次研磨加工を終了させる。また第1次研磨加工中に、裏面研磨機構210では次の未加工ウエーハの裏面研磨が行われており、研磨されたウエーハが第2搬送ロボット250により搬送ステージS4の裏面吸着チャック上に搬入されて待機される。
When the
第1次研磨加工が終了すると、制御装置はインデックステーブル221を時計回りにさらに90度回動させ、第1次研磨加工が終了したウエーハを第2研磨ステージS2に、搬送ステージS4で待機されたウエーハを第1研磨ステージS1に位置決めする。そして、第1及び第2研磨ステージでそれぞれ研磨ヘッド224を下降させて、第1次研磨加工と第2次研磨加工とを同時に並行して行う。第2次研磨加工は終点検出加工であり、終点検出器で検出される加工膜厚が予め設定された所定の膜厚まで減少したと判断されるときに研磨ヘッド224を上昇させて第2次研磨加工を終了させる。
When the first polishing process is completed, the control device further rotates the index table 221 by 90 degrees in the clockwise direction, and waits the wafer after the first polishing process at the second polishing stage S 2 and at the transfer stage S 4 . positioning the been wafer in the first polishing stage S 1. Then, the polishing
第2次研磨加工が終了すると、制御装置は第1次研磨加工が終了したか否かを確認し、第1次研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル221を時計回りにさらに90度回動させて、第2次研磨加工が終了したウエーハを第3研磨ステージS3に、第1次研磨加工が終了したウエーハを第2研磨ステージS2に、搬送ステージで待機されたウエーハを第1研磨ステージS1に位置決めし、それぞれ研磨ヘッド224を下降させて、第1,第2,第3次研磨加工を同時並行して行わせる。第3次研磨加工も第2次研磨加工と同様の終点検出加工であり、終点検出器で検出される加工膜厚が予め設定された所定の膜厚まで減少したと判断されるときに研磨ヘッド224を上昇させて研磨加工を終了させる。
When the second polishing process is completed, the control device checks whether or not the first polishing process is completed, and when the first polishing process is completed, the control table is further rotated 90 degrees clockwise. Rotate the wafer that has finished the second polishing process to the third polishing stage S 3 , the wafer that has finished the first polishing process to the second polishing stage S 2 , and the wafer that has been waiting on the transfer stage to the second
第3次研磨加工が終了すると、制御装置は第1次研磨加工及び第2次研磨加工が終了したか否かを確認し、全ての研磨加工が終了している場合に、インデックステーブル221を時計回りにさらに90度回動させて、第3次研磨加工が終了したウエーハを搬送ステージS4に、他のステージに位置したウエーハも前述同様に各1段ずつ移動させて位置決めする。 When the third polishing process is completed, the control device checks whether the first polishing process and the second polishing process are completed, and when all the polishing processes are completed, the control unit displays the index table 221 as a clock. further by 90 degrees rotation about, the tertiary polishing carrier stage S 4 of the wafer has ended, even wafer positioned at other stages positioning is moved by the first stage in the same manner as described above.
インデックステーブル221が位置決め停止され、第1〜第3研磨ステージを経て表面研磨が終了したウエーハが搬送ステージS4に位置決めされると、第2搬送ロボット250が、旋回台252、多関節アーム253、クランパ255等を作動させて裏面吸着チャック上で真空吸着が解除された加工済ウエーハの外周縁部を把持して上昇及び旋回作動し、リニアガイド256に沿って水平移動して基板洗浄部300に搬送する。また加工済ウエーハの搬送後に第1搬送ロボット150から未加工ウエーハを受け取って研磨加工部200に搬入する。
When the positioning of the index table 221 is stopped and the wafer whose surface polishing is finished through the first to third polishing stages is positioned on the transfer stage S 4 , the
基板洗浄部300では、第1洗浄室310で回転ブラシによる両面洗浄、第2洗浄室320で超音波加振下での表面ペンシル洗浄、第3洗浄室330で純水によるスピナー洗浄、乾燥室340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エーハは、カセットインデックス部の第1搬送ロボット150によって基板洗浄部300から取り出され、レシーブカセットC4の指定スロットに収納される。
In the
以上の作動が順次繰り返して行われ、第1枚目のウエーハの研磨加工完了後はインデックステーブル221の回動間隔ごとに、表面及び裏面が平坦に研磨されたウエーハがカセットC4に収納される。インデックステーブル221の回動間隔は、3つのステージに分割された研磨加工時間によって規定され、例えば第1次研磨加工の時間間隔ごとに完成ウエーハが連続生産される。 The above operations are sequentially repeated, and after the polishing of the first wafer is completed, the wafer whose front and back surfaces are polished flat is stored in the cassette C 4 at every rotation interval of the index table 221. . The rotation interval of the index table 221 is defined by the polishing time divided into three stages. For example, a finished wafer is continuously produced at every time interval of the first polishing process.
以上説明したように、研磨装置1では、研磨加工部200にウエーハの裏面を研磨する裏面研磨機構210が設けられているため、例えば前段のCVD工程においてウエーハの裏面に付着したゴミが強固に固着された場合や、ウエーハ裏面が傷つけられその周辺に盛り上がりが生じたような場合であっても、研磨工程内においてこれらを平坦化することができる。このため、次段の露光工程でピンチャックに吸着保持されたウエーハ表面の平坦性を確保することができ、回路パターンの更なる微細化を実現することができる。
As described above, in the
また、研磨装置1では、研磨加工部200において、研磨加工前の未加工ウエーハが裏面研磨機構210により裏面研磨された後に、表面研磨機構220により表面研磨されるように構成している。このため、第1次研磨〜第3次研磨により精密に平坦研磨されて導体配線が形成されたウエーハ表面に触れることなく両面研磨されたウエーハを得ることができ、かつ表面研磨後早期にウエーハを洗浄できるため層間絶縁膜CMPやメタルCMP用のスラリーの乾燥固着を防止するとともに、洗浄効率を向上させることができる。
In the
また、研磨加工部200において、裏面研磨機構210の表面吸着チャック及び裏面研磨ヘッドと、表面研磨機構220の裏面吸着チャック及び表面研磨ヘッドとの配置を上下逆の配置構成にしているため、ウエーハの表裏を反転させることなくウエーハ表裏両面を研磨することができ、これにより搬送ロボットを含め研磨装置全体の構成を簡明且つ低廉に構成でき、スループットの向上にも寄与できる構成になっている。
Further, in the polishing
さらに、表面吸着チャック212がウエーハの上方から表面側を吸着して保持し、裏面研磨ヘッド214がウエーハの下方からウエーハ裏面を研磨するように、すなわち下向きの加工姿勢で研磨するように構成しているため、裏面研磨の加工時に使用されるスラリーが流れ落ちやすく、加工後のリンス研磨及び純水洗浄によりスラリーを容易に洗浄除去することができる。
Further, the front
なお、実施例ではシリコンウエーハの基板上にCu−CMPプロセスで導体配線を形成する場合を例示したが、本発明は係る用途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STIプロセス等のようなウエーハ加工の他、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。また表面研磨機構220及び裏面研磨機構210では、ウエーハの直径よりも小さい直径の研磨パッド224b、214bを研磨加工に用いているが、ウエーハの直径よりも大きい直径の研磨パッドを研磨加工に用いても良い。また、洗浄後の完成品ウエーハは、レシーブカセットC4へ収納されるとしたが、ウエーハが未加工時に収納されていたセンドカセットC1の空いているスロットへ収納するようにしても良い。
In the embodiment, the case where the conductor wiring is formed on the substrate of the silicon wafer by the Cu-CMP process is exemplified, but the present invention is not limited to such a use, and the interlayer insulating film processing process, the STI process, etc. In addition to the wafer processing as described above, the present invention can be similarly applied to processing processes such as a quartz substrate, a glass substrate, and a ceramic substrate. Further, in the front
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。 Next, an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. FIG. 6 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process. When the semiconductor manufacturing process is started, first, in step S200, an appropriate processing step is selected from the following steps S201 to S204, and the process proceeds to any step.
ここで、ステップS201はウエーハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップS202はCVD等によりウエーハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するCVD工程である。ステップS203はウエー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S204はウエーハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。 Here, step S201 is an oxidation process for oxidizing the surface of the wafer. Step S202 is a CVD process for forming an insulating film or a dielectric film on the wafer surface by CVD or the like. Step S203 is an electrode forming process for forming electrodes on the wafer by vapor deposition or the like. Step S204 is an ion implantation process for implanting ions into the wafer.
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。 After the CVD process (S202) or the electrode formation process (S203), the process proceeds to step S205. Step S205 is a CMP process. In the CMP process, the polishing apparatus according to the present invention performs planarization of the interlayer insulating film, polishing of the metal film on the surface of the semiconductor device, formation of damascene by polishing of the dielectric film, and the like.
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S206はフォトリソグラフィ工程である。この工程ではウエーハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウエーハへの回路パターンの焼き付け、露光したウエー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。 After the CMP process (S205) or the oxidation process (S201), the process proceeds to step S206. Step S206 is a photolithography process. In this step, a resist is applied to the wafer, a circuit pattern is printed on the wafer by exposure using an exposure apparatus, and the exposed wafer is developed. Further, the next step S207 is an etching process in which a portion other than the developed resist image is etched away, and then the resist is peeled off to remove the unnecessary resist after etching.
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S200に戻り、先のステップを繰り返してウエー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。 Next, it is determined in step S208 whether all necessary processes are completed. If not completed, the process returns to step S200, and the previous steps are repeated to form a circuit pattern on the wafer. If it is determined in step S208 that all processes have been completed, the process ends.
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係る研磨装置を用いているため、半導体デバイスの裏面の平坦度が向上する。このため、露光装置を用いた露光による回路パターンの焼き付けに際して、ピンチャックに吸着保持された状態におけるデバイス表面の平坦性を高めることができ、回路パターンの微細化ひいては半導体デバイスの更なる高密度化を実現することができる。なお、上記半導体デバイス(半導体ウエーハ)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、高密度の半導体デバイスを高収率で生産することができるため低コストの半導体デバイスを供給することができる。 In the semiconductor device manufacturing method according to the present invention, since the polishing apparatus according to the present invention is used in the CMP process, the flatness of the back surface of the semiconductor device is improved. For this reason, when baking a circuit pattern by exposure using an exposure apparatus, it is possible to improve the flatness of the device surface in a state where it is sucked and held by the pin chuck, and further miniaturization of the circuit pattern and further increase in the density of the semiconductor device. Can be realized. Note that the polishing apparatus according to the present invention may be used in the CMP process of a semiconductor device manufacturing process other than the semiconductor device (semiconductor wafer). Moreover, since the semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method according to the present invention can produce a high-density semiconductor device with a high yield, a low-cost semiconductor device can be supplied.
W ウエーハ(基板)
1 研磨装置
150 第1搬送ロボット(搬送装置)
200 研磨加工部
210 裏面研磨機構
212 表面吸着チャック
214 裏面研磨ヘッド
220 表面研磨機構
222 裏面吸着チャック
224 表面研磨ヘッド
250 第2搬送ロボット(搬送装置)
300 基板洗浄部
W wafer (substrate)
1
200
300 Substrate cleaning section
Claims (6)
前記研磨加工部において研磨加工された前記基板を洗浄する基板洗浄部と、
研磨加工前の前記基板を前記研磨加工部に搬入し、研磨加工後の前記基板を前記基板洗浄部に搬送し、前記基板洗浄部で洗浄された前記基板を搬出する搬送装置とからなり、
前記研磨加工部において表面及び裏面が研磨された前記基板が前記基板洗浄部において洗浄されて前記搬送装置により搬出されるように構成したことを特徴とする研磨装置。 A polishing portion that has a surface polishing mechanism that polishes the surface of the substrate and a back surface polishing mechanism that polishes the back surface of the substrate, and polishes the substrate;
A substrate cleaning section for cleaning the substrate polished in the polishing section;
The substrate before polishing processing is carried into the polishing processing unit, the substrate after polishing processing is transported to the substrate cleaning unit, and a transport device that unloads the substrate cleaned by the substrate cleaning unit,
The polishing apparatus, wherein the substrate whose front and back surfaces have been polished in the polishing processing unit is cleaned in the substrate cleaning unit and carried out by the transfer device.
前記表面研磨機構は、前記基板の裏面側を吸着して保持する裏面吸着チャックと前記基板の表面を研磨する表面研磨ヘッドとを有し、
前記研磨加工部において前記基板の表裏を反転させることなく前記基板の表面及び裏面の研磨が行われるように構成したことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の研磨装置。 The back surface polishing mechanism has a surface adsorption chuck that adsorbs and holds the front surface side of the substrate and a back surface polishing head that polishes the back surface of the substrate,
The surface polishing mechanism has a back surface chuck for chucking and holding the back surface side of the substrate and a surface polishing head for polishing the surface of the substrate,
The polishing apparatus according to claim 1, wherein the polishing processing unit is configured to polish the front surface and the back surface of the substrate without inverting the front and back surfaces of the substrate.
前記請求項1から請求項4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エーハの表面及び裏面を研磨加工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。 The substrate is a semiconductor wafer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of polishing the front surface and the back surface of the semiconductor wafer using the polishing apparatus according to any one of claims 1 to 4.
A semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method according to claim 5.
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