JP2007229846A - 真空ラインの氷結防止装置、この真空ラインの氷結防止装置を用いた研磨装置及びこの研磨装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により、真空ラインの氷結を防止できるようにした真空ラインの氷結防止装置を提供する。
【解決手段】真空ライン３２から分岐して延びて設けられた純水供給ライン４１に純水供給源４２を接続する。純水供給源４２から純水供給ライン４１を介して真空ライン３２内に純水を供給することにより、真空ライン３２内の温度を純水とほぼ同程度の温度に保持することができ、これにより真空ライン３２内に氷結が生じないようにすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空ラインの氷結防止装置、この真空ラインの氷結防止装置を用いた研磨装置及びこの研磨装置を用いたデバイス製造方法に関する。

真空吸着装置は真空源から真空ライン内の空気を吸引することにより、真空ラインの端部に繋がる吸着部材の真空吸着面に吸着力を発生させる。このような真空吸着装置は例えば、半導体ウエハの鏡面研磨を行うＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing；化学的機械的研磨）装置における、半導体ウエハを保持する定盤や、研磨パッドが貼付けられた研磨体を保持する研磨ヘッドなどに用いられている。

このような真空吸着装置では、真空吸着面の洗浄時等において真空源が吸引する空気に水分が混入することがある。このため、真空ラインには水分離装置が介装されるが（例えば、下記の特許文献参照）、装置の使用環境（室内温度や湿度等）によっては真空ライン内に吸い込まれた水分の一部が気化することにより真空ライン内の温度が下がり、残りの水分が氷結してしまうことがある。このような真空ラインの氷結を防止するため、真空ラインを二重配管構造にして断熱性を持たせ、真空ライン内の温度が極端に低下することがないようにしたものが知られている。
特開２００４−３１９９０３号公報

しかしながら、上記のように真空ラインを二重配管構造にすることは装置全体の大きなコストアップに繋がり、装置重量も大幅に増加するという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、簡単な構成により、真空ラインの氷結を防止できるようにした真空ラインの氷結防止装置を提供することを目的としている。また本発明は、この真空ラインの氷結防止装置を用いた研磨装置及びこの研磨装置を用いたデバイス製造方法を提供することを目的としている。

本発明に係る真空ラインの氷結防止装置は、真空源が吸引する空気の通路である真空ラインに接続され、真空源により吸引された空気に混入した水分が真空ライン内で氷結しないようにするための真空ラインの氷結防止装置であって、真空ラインから分岐して延びて設けられた純水供給ラインと、純水供給ラインに接続され、純水供給ラインを介して真空ライン内に純水を供給することにより、真空ライン内の温度を純水とほぼ同程度の温度に保持する純水供給手段とを備える。この真空ラインの氷結防止装置においては、純水供給ラインに介装され、純水供給手段より真空ライン内に供給される純水の流量を調整する純水流量調整手段を備えていることが好ましい。

また本発明に係る研磨装置は、研磨対象物を保持する定盤と、研磨体を保持する研磨ヘッドとを備える。そして、研磨ヘッドにより保持した研磨体を定盤に保持した研磨対象物に接触させて研磨対象物の研磨を行う研磨装置において、研磨対象物を定盤に保持する研磨対象物保持手段が、真空ラインを介して空気を吸引することにより研磨対象物を定盤に真空吸着させる真空吸着装置からなり、その真空ラインに上記本発明に係る真空ラインの氷結防止装置が適用される。或いは、研磨体を研磨ヘッドに保持する研磨体保持手段が、真空ラインを介して空気を吸引することにより研磨体を研磨ヘッドに真空吸着させる真空吸着装置からなり、その真空ラインに上記本発明に係る真空ラインの氷結防止装置が適用される。

また本発明に係るデバイス製造方法は、上記本発明に係る研磨装置を用いて研磨対象物の表面を研磨加工する工程を有する。

本発明に係る真空ラインの氷結防止装置によれば、簡単な構成により、真空ラインが氷結するのを防止することができる。また、本発明に係る研磨装置によれば、効率のよい研磨を行うことができる。また、本発明に係るデバイス製造方法によれば、研磨工程のスループットを向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態に係る真空ラインの氷結防止装置及びこの氷結防止装置が適用されたＣＭＰ装置を示している。このＣＭＰ装置１は本発明に係る研磨装置の一実施形態に相当するものであり、研磨対象物である半導体ウエハＷを水平姿勢に保持する定盤１０と、この定盤１０の上方に設けられた研磨工具２０とを備えて構成される。

定盤１０は上下方向に延びて設けられた回転支柱１１の上端に取付けられており、回転支柱１１を軸まわりに駆動することによって水平面内で回転させることができる。定盤１０の内部には定盤１０の上面１０ａに開口する定盤内真空管路１２が設けられており、定盤１０の上面は半導体ウエハＷを真空吸着保持する真空吸着面となっている。

研磨工具２０は研磨ヘッド２１と研磨体２４とからなる。研磨ヘッド２１は上下方向に延びたスピンドル２２と、このスピンドル２２の下端に取付けられた胴部２３とから構成される。研磨体２４は円板状のプレート部材２５と、このプレート部材２５の下面２５ａに取付けられた研磨パッド２６とからなり、プレート部材２５の上面が研磨ヘッド２１の胴部２３の下面２３ａに保持される。研磨パッド２６は不織布やウレタン等を原材料として構成されており、プレート部材２５とほぼ同じ直径を有する薄い円盤状に成形されている。研磨パッド２６は消耗品であるため、接着剤や両面テープ等によりプレート部材２５の下面２５ａに着脱自在に取付け可能である。

研磨ヘッド２１のスピンドル２２は、図示しない複数のモータにより定盤１０に対して三次元的に移動できるとともに、自身の中心軸(上下軸)まわりに回転できるようになっている。

研磨対象物である半導体ウエハＷを定盤１０に保持する手段（研磨対象物保持手段）は、真空源３１と、定盤１０の上面（真空吸着面）１０ａに開口する前述の定盤内真空管路１２と、真空源３１と定盤内真空管路１２とを繋いで真空源３１が吸引する空気の通路となる真空ライン３２とを備えて構成される真空吸着装置３０からなる（図１参照）。この実施形態では、真空ライン３２はマニホールド部３２ａから複数の分岐路が延びて設けられており、各分岐路は各々上述のＣＭＰ装置１に繋がっている。また、真空ライン３２の水を分離して除去する水分離装置は真空源３１に含まれているものとする。

このような構成のＣＭＰ装置１を用いて半導体ウエハＷの鏡面研磨を行うには、先ず、真空源３１より真空ライン３２内の空気を吸引して半導体ウエハＷを定盤１０の上面（真空吸着面）１０ａに真空吸着させる。これにより半導体ウエハＷは被研磨面が上方に向くように定盤１０に保持された状態となる。半導体ウエハＷはその中心が定盤１０の回転中心と一致するように設置される。半導体ウエハＷが定盤１０に保持されたら定盤１０を水平面内で回転させ、続いて研磨ヘッド２１を水平面内で回転させる。研磨ヘッド２１が回転を始めたら研磨ヘッド２１全体を降下させ、研磨パッド２６を半導体ウエハＷの被研磨面に上方から接触させる。研磨パッド２６が半導体ウエハＷの被研磨対面と接触して半導体ウエハＷの研磨が始まったら、研磨ヘッド２１全体を半導体ウエハＷと研磨パッド２６との接触面と平行な方向（すなわち水平方向）に揺動移動させて被研磨面の全体を研磨していく。この半導体ウエハＷの研磨中においては、図示しないスラリー供給装置よりスラリー（研磨液）を半導体ウエハＷの被研磨面上に供給する。このように、定盤１０に保持された半導体ウエハＷの被研磨面は、研磨液の供給を受けつつ、半導体ウエハＷ自身の回転運動と研磨ヘッド２１の（すなわち研磨パッド２６の）回転及び揺動運動とにより全体が満遍なく研磨され、半導体ウエハＷの被研磨面は高精度に平坦化（鏡面研磨）される。

真空ライン３２には、真空源３１により吸引された空気内に混入した水分が真空ライン３２内で氷結しないようにするための氷結防止装置４０が備えられている。この真空ライン３２の氷結防止装置４０は図１に示すように、真空ライン３２から分岐して延びて設けられた純水供給ライン４１と、純水供給ライン４１を介して真空ライン３２内に純水を供給する純水供給源（純水供給手段）４２と、純水供給ライン４１に介装されて純水供給源４２より真空ライン３２内に供給される純水の流量を調整する純水流量調整弁（純水流量調整手段）４３とを備えて構成される。

純水は、真空源３１により真空ライン３２内の空気が吸引され始めた後、純水供給源４２から真空ライン３２内に供給される。真空ライン内３２に供給された純水は空気とともに真空源３１により吸引され、真空ライン３２における純水供給ライン４１の接続部から真空源３１までの間の領域において、真空源３１側に向かって流れる純水の流れが形成される（図１中に示す氷結防止対象領域参照）。この純水の流れが形成される真空ライン３２内の領域では、その温度が純水とほぼ同程度の温度に保たれることになるため、真空ライン３２内に混入した水分は気化せず、氷結が防止される。

ここで、純水供給源４２より真空ライン３２内に供給される純水の流量が小さ過ぎる場合には、真空ライン３２内の温度を純水とほぼ同程度の温度に保持することができなくなるので、上述の純水流量調整弁４３によって、純水供給源４２から真空ライン３２内に供給される純水の流量が調整される。純水流量調整弁４３は例えばリニアな流量制御が可能な電磁比例制御弁から構成されており（図１参照）、図示しない制御装置からスプールの駆動量制御を行うことにより、純水供給源４２から真空ライン３２内に供給される純水の流量が調整される。ここで、純水流量調整弁４３により適切な流量の純水が供給されているか否かは、純水供給ライン４１における純水流量調整弁４３の下流側（真空源３１側）に設けられた流量計４４が計測する純水の流量に基づいて上述の制御装置が判断する。そして制御装置は、純水の流量が適切な値になるように、純水流量調整弁４３のスプール動作を制御（フィードバック制御）する。なお、真空ライン３２内の温度の低下を十分に防ぎ得る適切な純水の流量は、実験等を行って予め決定しておく。

純水供給源４２から供給される純水の温度は常温（２０〜２５℃程度）であることが好ましいが、真空ライン３２内に混入した水分が凍らない温度であれば特に限定されない。但し、純水の温度が常温よりもかなり低い場合には、その供給した純水自体が凍り易くなるので、真空ライン３２内に供給する純水の流量を多めにする必要がある。

また、図１に示すように、真空ライン３２中には真空計（圧力センサ）４６が設けられており、真空ライン３２内の圧力を計測し得るようになっている。この真空計４６による検出情報、すなわち真空ライン３２内の圧力は前述の制御装置に入力されるようになっており、制御装置はこの真空計４６からの検出情報に基づいて、真空ライン３２内の圧力が所定圧力よりも高く（真空度が小さく）なっていることを検知したときには、真空源３１による真空吸引作動そのものが停止されたか、或いは真空系統にトラブルが発生したと判断して、純水供給源４２から真空ライン３２内への純水供給を停止させようになっている。これは、真空源３１により吸引されて流れが形成されることのない純水を真空ライン３２内に供給すると、真空ライン３２内が純水で満たされて装置が故障する原因となるからである。

このように本実施形態に示した真空ライン３２の氷結防止装置４０は、真空ライン３２から分岐して延びた純水供給ライン４１を介して真空ライン３２内に純水を供給するようになっており、真空ライン内３２に供給された純水は真空源３１に吸引されて真空源３１側に流れ、真空ライン３２内を真空源３１側へ向かう純水の流れが形成される。これにより真空ライン３２（の氷結防止対象領域）は、純水とほぼ同程度の温度（すなわち真空ライン３２内に氷結が生じない温度）に保持されることになる。このため、その領域の氷結が防止され、真空ライン３２が詰まったり、真空吸入時の吸入抵抗が増加したりするような不都合の発生を防ぎ得る。また、従来のように真空ラインを二重配管構造にするよりも構成が簡単であり、コストアップと重量増大とを抑えることができる。また、このような真空ライン３２の氷結防止装置４０を備えた研磨装置（ここではＣＭＰ装置１）によれば、効率のよい研磨を行うことが可能である。

次に、本発明に係るデバイス製造方法の実施形態について説明する。図２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、先ずステップ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。ここで、ステップＳ２０１はウエ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はウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。

ＣＶＤ工程（Ｓ２０２）若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工程では前述の本発明に係る研磨装置（ＣＭＰ装置１）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。

ＣＭＰ工程（Ｓ２０５）若しくは酸化工程（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ハへの回路パターンの焼き付け、露光したウエハの現像が行われる。更に、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。

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。

本発明に係るデバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において上記本発明に係る研磨装置（ＣＭＰ装置１）を用いて半導体ウエハＷの表面を研磨加工する工程を有しているため、研磨工程（ＣＭＰ工程）のスループットが向上する。これにより、従来のデバイス製造方法に比べて低コストでデバイス（ここでは半導体デバイス）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工程に本発明に係る研磨装置（ＣＭＰ装置１）を用いてもよい。また、本発明に係るデバイス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となる。また、本発明に係るデバイス製造方法は、研磨対象物を半導体ウエハ以外のもの、例えば液晶基板等とすることにより、半導体デバイス以外のデバイスを低コストで製造できることは勿論である。

これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述の実施形態に示されたものに限定されない。例えば、上述の実施形態では、本発明に係る真空ラインの氷結防止装置が半導体ウエハＷ（研磨対象物）を定盤１０に保持する研磨対象物保持手段を構成する真空吸着装置に適用された例を示したが、研磨体２４を研磨ヘッド２１に保持する手段（研磨体保持手段）を真空吸着装置によって構成したうえで、その真空吸着装置に本発明に係る真空ラインの氷結防止装置を適用することも可能である。この場合、研磨体保持手段を構成する真空吸着装置は、例えば、研磨ヘッド２１の内部を延びて胴部２３の下面２３ａに開口する研磨ヘッド内真空管路と、この研磨ヘッド内真空管路に繋げられた真空ラインとを有し、この真空ラインを介して空気を吸引することにより研磨体２４を研磨ヘッド２１の胴部２３の下面（真空吸着面）２３ａに真空吸着させる構成となる。

また、本発明に係る真空ラインの氷結防止装置が適用される研磨装置は上述のＣＭＰ装置１に限られず、他の研磨装置に対しても適用することが可能である。更には真空ラインを備えた装置であれば、研磨装置以外の装置にも本発明に係る真空ラインの氷結防止装置を適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係る真空ラインの氷結防止装置及びこの氷結防止装置が適用されたＣＭＰ装置の構成を示す図である。 本発明に係るデバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ ＣＭＰ装置
１０ 定盤
２１ 研磨ヘッド
２４ 研磨体
３０ 真空吸着装置
３１ 真空源
３２ 真空ライン
４０ 氷結防止装置
４１ 純水供給ライン
４２ 純水供給源
４３ 純水流量調整弁
Ｗ 半導体ウエハ

Claims (5)

1. 真空源が吸引する空気の通路である真空ラインに接続され、前記真空源により吸引された空気に混入した水分が前記真空ライン内で氷結しないようにするための真空ラインの氷結防止装置であって、
   前記真空ラインから分岐して延びて設けられた純水供給ラインと、
   前記純水供給ラインに接続され、前記純水供給ラインを介して前記真空ライン内に純水を供給することにより、前記真空ライン内の温度を純水とほぼ同程度の温度に保持する純水供給手段とを備えたことを特徴とする真空ラインの氷結防止装置。
2. 前記純水供給ラインに介装され、前記純水供給手段より前記真空ライン内に供給される純水の流量を調整する純水流量調整手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の真空ラインの氷結防止装置。
3. 研磨対象物を保持する定盤と、研磨体を保持する研磨ヘッドとを備え、前記研磨ヘッドにより保持した前記研磨体を前記定盤に保持した前記研磨対象物に接触させて前記研磨対象物の研磨を行う研磨装置において、
   前記研磨対象物を前記定盤に保持する研磨対象物保持手段が、真空ラインを介して空気を吸引することにより前記研磨対象物を前記定盤に真空吸着させる真空吸着装置からなり、前記真空ラインに請求項１又は２に記載の真空ラインの氷結防止装置が適用されたことを特徴とする研磨装置。
4. 研磨対象物を保持する定盤と、研磨体を保持する研磨ヘッドとを備え、前記研磨ヘッドにより保持した前記研磨体を前記定盤に保持した前記研磨対象物に接触させて前記研磨対象物の研磨を行う研磨装置において、
   前記研磨体を前記研磨ヘッドに保持する研磨体保持手段が、真空ラインを介して空気を吸引することにより前記研磨体を前記研磨ヘッドに真空吸着させる真空吸着装置からなり、前記真空ラインに請求項１又は２に記載の真空ラインの氷結防止装置が適用されたことを特徴とする研磨装置。
5. 請求項３又は４に記載の研磨装置を用いて前記研磨対象物の表面を研磨加工する工程を有したことを特徴とするデバイス製造方法。

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