JP2008294093A - 研磨装置、半導体デバイス及び半導体デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被研磨物からその周囲へはみ出す研磨体のはみ出し部分を支持する支持部について、一旦高さを設定した前記支持部が研磨時に研磨体から受ける圧力によって傾いたり下がったりしない研磨装置を提供する。
【解決手段】支持部９は、基板２の研磨時に基板２からその周囲へはみ出す研磨パッド８のはみ出し部分を支持する様に基板の外周部に沿って設けられている。支持部９は、基板保持部３の外周部に沿った環状の空気圧シリンダ１２とは複数のピストンロッド１６によって連結され、上下動する。研磨時には空気圧シリンダ１２を駆動し、基板２の被研磨面と支持部９の支持面の高さが略々同一になるようにし、略々同一高さになった時点でシリンダ室１４ａ，１４ｂの両方に均衡する圧力を加える。空気圧シリンダ１２は環状のピストン１５を有しているので受圧面積が大きく、支持部９は研磨時に研磨パッド８から圧力を受けても変位し難い。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、半導体ウエハやガラス基板などの被研磨物の平坦化研磨等に用いるのに好適な研磨装置、これ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る半導体デバイスに関するものである。

従来から、ＣＭＰなどによる研磨を行う研磨装置として、研磨パッド等の研磨体と、ウエハ等の被研磨物を保持する保持部とを備え、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加え、前記研磨体及び前記被研磨物を相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置が提供されている。

この種の研磨装置には、被研磨物の研磨時に、研磨体と被研磨物との相対移動により、研磨体の一部を一時的に又は常時、被研磨物からその周囲へはみ出せるものがある。従来から、例えば、第１のタイプの研磨装置として、チャックにフェイスアップで真空吸着されたウエハを、角度追従性のあるフレキシブルな研磨ヘッド部に取り付けたスモールパッド（ウエハよりも小径の研磨パッド）で研磨する場合、ウエハから研磨パッドを一時的にはみ出させる研磨装置が提供されている。また、例えば、第２のタイプの研磨装置として、チャックにフェイスダウンで真空吸着されたウエハを、研磨定盤に取り付けたラージパッド（ウエハよりも大径の研磨パッド）で研磨する場合、ウエハから研磨パッドを常時はみ出させる研磨装置が提供されている。

ウエハ等の被研磨物の研磨時に、研磨パッド等の研磨体を被研磨物からその周囲へ一時的又は常時はみ出させる、前述した従来の研磨装置では、ウエハ等からの研磨パッドのはみ出しに起因して、ウエハ等の外周側部分が一番多く削れてしまうエッジファーストが生じてしまうなどの不都合が生ずる。

そこで、このような研磨装置において、ウエハ等の被研磨物の研磨時に少なくとも一時的に前記被研磨物からその周囲へはみ出す研磨パッド等の研磨体のはみ出し部分を支持する支持部を設けることが、提案されている（下記特許文献１，２）。これらの研磨装置によれば、前記はみ出し部が前記支持部により支持されるので、エッジファースト等を低減することができる。

特許文献１の図１及び図２に開示された研磨装置では、研磨パッドの前記はみ出し部分を支持する支持部（特許文献１では、「ガイド部材」と称している。）は、保持部に保持されるウエハの外周の全体に沿うように配置されている。そして、この研磨装置では、前記支持部における前記はみ出し部分を支持する支持面の高さを、ウエハの被研磨面の高さと略々同一の高さ、及び、当該略々同一の高さから立ち下がる高さに、それぞれ調整して設定し得る高さ調整機構として、前記支持部におけるその周方向に間隔をあけた複数の箇所をそれぞれ上下動させる複数の空気圧シリンダが用いられている。この高さ調整機構によって、はみ出し部分を支持する支持部の支持面の高さをウエハの被研磨面の高さと略々同一の高さにしてウエハの研磨を行うことができる一方、ウエハの保持部に対するローディング及びアンローディング時に前記支持部を立ち下げることで、前記支持部をウエハに接近させて配置しても、支持部は搬送ロボットによるウエハのローディング及びアンローディングの動作の邪魔にならなくなる。

また、特許文献２の図１乃至図３に開示された研磨装置では、研磨パッドの前記はみ出し部分を支持する支持部は、保持部に保持されるウエハの外周の一部分のみに沿うように配置されている。そして、この研磨装置では、前記支持部における前記はみ出し部分を支持する支持面の高さを、ウエハの被研磨面の高さを調整して設定し得る高さ調整機構として、電動モータ及びこれにより作動するねじ送り機構が用いられている。また、この研磨装置では、前記保持部に保持されたウエハ等の被研磨面の高さを基準とした前記支持部における前記はみ出し部分を支持する支持面の高さを計測するための計測部が設けられ、その計測結果に応じて、前記高さ調整機構を制御する。したがって、この研磨装置によれば、ウエハ等の厚さがばらついても、エッジファースト等を効果的に低減することができる。
特開２００２−７５９３５号公報 特開２００３−２２９３８８号公報

しかしながら、前述した特許文献１の図１及び図２に開示された研磨装置では、高さ調整機構として、前記支持部におけるその周方向に間隔をあけた複数の箇所をそれぞれ上下動させる複数の空気圧シリンダが用いられているので、複数の空気圧シリンダにより上下動される前記支持部の各箇所の高さを揃えて前記支持部に傾きが生じないようにすることは困難であるとともに、各空気圧シリンダのピストンの受圧面積が比較的小さくならざるを得ないことから研磨時に研磨パッドから前記支持部が受ける圧力によってピストンが変位してしまい、はみ出し部分を支持する支持部が傾いたり下がったりしてしまい易かった。その結果、この研磨装置では、必ずしも十分にエッジファースト等を低減することはできなかった。

また、前述した特許文献２の図１乃至図３に開示された研磨装置では、前記高さ調整機構として電動モータ及びこれにより作動するねじ送り機構が用いられているので、バックラッシュ等の影響を受けることから、はみ出し部分を支持する支持部が研磨時に研磨パッドから受ける圧力によって下がり易かった。その結果、この研磨装置では、必ずしも十分にエッジファースト等を低減することはできなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、被研磨物からその周囲へはみ出す研磨体のはみ出し部分を支持する支持部の高さを調整して設定し得るにも拘わらず、一旦高さを設定した前記支持部が研磨時に研磨体から受ける圧力によって傾いたり下がったりし難く、これによりエッジファースト等をより低減することができる研磨装置、これ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る半導体デバイスを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による研磨装置は、研磨体と、被研磨物を保持する保持部とを備え、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加え、前記研磨体及び前記被研磨物を相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、前記保持部に保持される前記被研磨物の外周の全体に沿うように配置された支持部であって、前記被研磨物の研磨時に少なくとも一時的に前記被研磨物からその周囲へはみ出す前記研磨体のはみ出し部分を支持する支持部と、前記支持部における前記はみ出し部分を支持する支持面の高さを、前記被研磨物の被研磨面の高さと略々同一の高さ、及び、当該略々同一の高さから立ち下がる高さに、それぞれ調整して設定し得る高さ調整機構と、を備え、前記高さ調整機構は、前記保持部に保持された被研磨物の回転軸回りを周回するように設けられたシリンダ室、及び、該シリンダ室内において前記回転軸回りを周回するように設けられた環状のピストンを有する流体圧シリンダを、含み、前記シリンダ室は、前記環状のピストンによって第１及び第２の室に画成され、前記第１の室内の流体圧により前記環状のピストンに前記支持面の高さを高くする方向の力が加えられる一方、前記第２の室内の流体圧により前記環状のピストンに前記支持面の高さを低くする方向の力が加えられるものである。

本発明の第２の態様による研磨装置は、前記第１の態様において、前記支持部は、前記保持部に保持された前記被研磨物と共回転するように設けられたものである。

本発明の第３の態様による研磨装置は、前記第１又は第２の態様において、前記保持部に保持された前記被研磨物の被研磨面の高さを基準とした前記支持部における前記はみ出し部分を支持する支持面の高さを計測するための計測部と、前記計測部による計測結果に基づいて、前記被研磨面の高さを基準とした前記支持面の相対的な高さが、前記略々同一の高さである所望の相対的な高さとなるように、前記高さ調整機構を作動させる制御部を、備えたものである。

本発明の第４の態様による研磨装置は、前記第３の態様において、前記支持面を前記立ち下がる高さから前記略々同一の高さである所望の相対的な高さに設定する場合、前記制御部は、前記支持部を上昇させ、前記所望の相対的な高さの手前の所定高さで一旦前記支持部を停止させた後に、前記支持部をその停止前よりも遅い速度で上昇させ、前記支持面が前記所望の相対的な高さになったときに、前記支持部が停止するように、前記高さ調整機構を制御するものである。

本発明の第５の態様による半導体デバイス製造方法は、前記第１乃至第４のいずれかの態様による研磨装置を用いて、半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有するものである。

本発明の第６の態様による半導体デバイスは、前記第５の態様による半導体デバイス製造方法により製造されるものである。

本発明によれば、被研磨物からその周囲へはみ出す研磨体のはみ出し部分を支持する支持部の高さを調整して設定し得るにも拘わらず、一旦高さを設定した前記支持部が研磨時に研磨体から受ける圧力によって傾いたり下がったりし難く、これによりエッジファースト等をより低減することができる研磨装置、これ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る半導体デバイスを提供することができる。

以下、本発明による研磨装置、半導体デバイス製造方法及び半導体デバイスについて、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態による研磨装置のインデックステーブル１の付近を模式的に示す概略平面図である。図２及び図３は、それぞれ図１中のＡ−Ａ’矢視の概略断面を模式的に示す図である。ただし、図２と図３とでは、後述するように異なる状態を示している。図４は、図１中のＢ−Ｂ’矢視の概略断面を模式的に示す図である。図５は、図２中のＤ−Ｄ’矢視図である。

本実施の形態による研磨装置は、図１に示すように、図示しない固定部に対して中心軸Ｏ回りに回動自在に支持され、電動モータ（図示せず）により図１中の矢印Ｃの方向に回動されるインデックステーブル１を、備えている。インデックステーブル１には、軸Ｏを中心とする同一の円周上に９０゜間隔で配置された４つの基板保持部３が設けられている。本実施の形態では、各基板保持部３は、それらの上部に被研磨物としての正方形状のガラス基板２を保持し、ガラス基板２の上面が被研磨面となる。

インデックステーブル１が回動することによって、４つの基板保持部３がそれぞれ、ローディングゾーンＺ１、第１の研磨ゾーンＺ２、第２の研磨ゾーンＺ３及びアンローディングゾーンＺ４に、順次位置するようになっている。本実施の形態では、第１の研磨ゾーンＺ２でガラス基板２の被研磨面を粗研磨して平坦化し、第２の研磨ゾーンＺ３で、平坦化処理後のガラス基板２の被研磨面を仕上げ研磨する。

各基板保持部３は、略々円盤状（例えば、正方形盤状でもよい。）に構成されて公知の真空吸着可能な構造（図示せず）を持ち、ガラス基板２を真空吸着することによってガラス基板２を上面に保持し得るようになっている。基板保持部３の下部には支持筒４が固定され、支持筒４がベアリング等（図示せず）によりインデックステーブル１に回転自在に支持され、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない機構によって、図２乃至図４中の矢印Ｅの方向に回転できるようになっている。基板保持部３は、このようにインデックステーブル１に対して矢印Ｅの方向に回転できるが、インデックステーブル１に対して図２乃至図４中の上下方向には移動しないようになっている。

また、図１に示すように、研磨ゾーンＺ２，Ｚ３には、研磨ヘッド（研磨部材）５，６がそれぞれ設けられている。研磨ゾーンＺ２の研磨ヘッド５は、図４に示すように、研磨定盤７の下面に研磨体としての研磨パッド８を設置したものである。研磨パッド８としては、例えば、２層のスタッキングパッドが用いられるが、粗研磨の平坦化処理に適した材質、層数及び表面の溝構造等を持つものを適宜選択すればよい。

研磨ヘッド５は、アクチュエータとして電動モータを有する図示しない機構によって、図４中の矢印Ｆ，Ｇ，Ｈで示すように、回転、上下動及び左右に揺動（往復動）できるようになっている。また、図面には示していないが、研磨定盤７は角度追従性を持つように支持されている。研磨ヘッド５の研磨パッド８の径は、ガラス基板２の一辺より小さくされている。もっとも、研磨パッド８の径は、ガラス基板２の一辺より大きくしてもよい。研磨ゾーンＺ２に位置している基板保持部３に保持されたガラス基板２の研磨時に、研磨ヘッド５の矢印Ｈの方向の揺動によって、図１及び図４に示すように、研磨パッド８の一部が一時的にガラス基板２の図１及び図４中の右側の周囲へはみ出すようになっている。図４は、研磨パッド８が最も右側へはみ出した状態を示している。また、図面には示していないが、研磨ヘッド５は、研磨剤（スラリー）供給構造を持ち、研磨定盤７の下面の回転中心に形成された給液孔から研磨パッド８にひいてはガラス基板２上に研磨剤を供給し得るように構成されている。本実施の形態では、この研磨剤として、粗研磨の平坦化処理に適した種類のものが用いられている。

以上、研磨ゾーンＺ２の研磨ヘッド５に関して説明したが、研磨ゾーンＺ３の研磨ヘッド６についても同様に構成されている。ただし、研磨ヘッド６では、ガラス基板２の被研磨面の仕上げ研磨に適した研磨パッドが用いられ、また、この仕上げ研磨に適した種類の研磨剤が供給されるようになっている。さらに、研磨ヘッド６も研磨ヘッド５と同様に、回転、上下動及び左右に揺動（往復動）できるようになっているが、本実施の形態では、研磨ヘッド６の揺動によって、図１に示すように、研磨ヘッド６の研磨パッドの一部が一時的にガラス基板２の図１中の左側の周囲へはみ出すようになっている。

そして、本実施の形態による研磨装置では、図１に示すように、各基板保持部３に対応して、当該基板保持部３に保持されるガラス基板２の外周の全体に沿うように配置された支持部９が設けられている。基板保持部３の平面視での形状は、図１及び図５に示すように、内周がガラス基板２の外周に合わせて正方形状であるのに対し、外周が円形状となっている。もっとも、支持部９の外周の形状は、円形状に限定されるものではない。本実施の形態では、支持部９は、下側の支持基材１０と、その上面に設けられ支持面を形成する部材１１とから構成されている。部材１１の材料は特に限定されるものではないが、被研磨物（本実施の形態では、ガラス基板２）と同じ材料又は被研磨物と同程度の摩耗特性を有する材料を用いることが好ましい。

本実施の形態による研磨装置では、支持部９における研磨ヘッド５の研磨パッド８のはみ出し部分を支持する支持面（本実施の形態では、上面）の高さを、ガラス基板２の被研磨面（本実施の形態では、上面）と略々同一の高さ（図３及び図４参照）、及び、当該略々同一の高さから立ち下がる高さ（図２参照）に、それぞれ調整して設定し得る高さ調整機構として、空気圧シリンダ１２が、基板保持部３の外周部に設けられている。

空気圧シリンダ１２は、基板保持部３に保持されたガラス基板２の回転軸（支持筒４の中心軸線）回りを周回するように設けられたシリンダ室１４を内部に有する環状のシリンダ本体１３と、シリンダ室１４内において支持筒４の中心軸線回りを周回するように設けられた環状（図示の例では円環状となっているが、必ずしもこれに限定されず、環状であれば例えば四角環状等でもよい。）のピストン１５と、下端がピストン１５に固定され上端側がシリンダ本体１３の上方外部へ気密性を保つように導出された複数（図示の例では、８本）のピストンロッド１６と、を備えている。本実施の形態では、８本のピストンロッド１６の上端は、支持部９におけるその周方向に４５゜ずつの間隔をあけた８箇所にそれぞれ固定されている。シリンダ室１４は、環状のピストン１５によって、下側室（第１の室）１４ａ及び上側室（第２の室）１４ｂに画成されている。下側室１４ａ内の空気圧により環状のピストン１５に支持部９の支持面（上面）の高さを高くする方向の力が加えられる一方、上側室１４ｂ内の空気圧により環状のピストン１５に支持部９の支持面の高さを低くする方向の力が加えられる。

シリンダ本体１３は、基板保持部３に対して固定され、基板保持部３と共回転する。これにより、支持部９は、インデックステーブル１に対して矢印Ｅの方向に、基板保持部３に保持されるガラス基板２と共回転するようになっている。シリンダ本体１３は、ベアリング１７を介して、インデックステーブル１に固定された円環状の固定部材１８により回転自在に支持されている。

シリンダ本体１３の内部には、下側室１４ａに連通した通路１９ａ、及び、上側室１４ｂに連通した通路１９ｂがそれぞれ設けられている。図２乃至図４に示すように、固定部材１８には配管２０ａ，２０ｂが接続されている。図面には示していないが、固定部材１８の内部には、配管２０ａとシリンダ本体１３の内部通路１９ａとの間を連通させる第１の内部通路、及び、配管２０ｂとシリンダ本体１３の内部通路１９ｂとの間を連通させる第２の内部通路が、設けられている。図面には示していないが、内部通路１９ａと前記第１の内部通路との間、及び、内部通路１９ｂと前記第２の内部通路との間は、固定側通路と回転側通路との間を他所に対して気密性を保つように接続するシール構造により、それぞれ接続されている。このようなシール構造としては、公知のシール構造を採用することができ、例えば、メカニカルシールを用いたシール構造を採用することができる。なお、シリンダ本体１３は、実際には複数の部材が組み合わされることで構成されるが、図２乃至図４では、理解を容易にするため、簡略化して単一の部材で構成されているかのように記載している。この点は、固定部材１８についても同様である。

また、本実施の形態による研磨装置では、図１乃至図３に示すように、基板保持部３に保持された状態におけるガラス基板２の被研磨面の高さを基準とした支持部９における前記はみ出し部分を支持する支持面の高さを計測するための計測部として、接触子２１ａを有する機械式の変位計２１が、ローディングゾーンＺ１に設けられている。このような変位計２１に代えて、光学式などの非接触式の変位計を用いてもよい。変位計２１は、変位計移動機構２２（図１乃至図３には図示せず。後述する図６参照。）によって、図２及び図３中の矢印Ｊ，Ｋで示すように、左右及び上下に移動可能となっている。変位計２１からの計測結果（ガラス基板２の被研磨面の高さを基準とした支持部９の支持面の高さ）は、後述する制御部２３により、空気圧シリンダ１２を制御するために用いられる。

図６は、本実施の形態による研磨装置の制御系統を模式的に示す図である。図６に示すように、本実施の形態による研磨装置は、外部から供給される高圧空気を所定の圧力に調整する圧力制御器３１と、電空レギュレータ３２，３３と、三方切替弁３４，３５と、装置全体を制御する制御部２３とを更に備えている。

電空レギュレータ３２，３３及び三方切替弁３４，３５の組は、各基板保持部３に対して設けられた空気圧シリンダ１２に対して１対１に設けられるが、図６では、その１組のみを示している。電空レギュレータ３２，３３はそれぞれ、圧力制御器３１からの所定圧力の空気を、制御部２３からの制御信号に応じた大きさの圧力に調整する。三方切替弁３４は、制御部２３からの制御信号に応答して、電空レギュレータ３２により圧力が調整された空気を配管２０ａを介して空気圧シリンダ１２の下側室１４ａに供給する状態、及び、空気圧シリンダ１２のシリンダ１２の下側室１４ａを配管２０ａを介して大気に解放する状態の、いずれかの状態に切り替える。三方切替弁３５は、制御部２３からの制御信号に応答して、電空レギュレータ３３により圧力が調整された空気を配管２０ｂを介して空気圧シリンダ１２の上側室１４ｂに供給する状態、及び、空気圧シリンダ１２のシリンダ１２の上側室１４ｂを配管２０ｂを介して大気に解放する状態の、いずれかの状態に切り替える。

制御部２３は、電空レギュレータ３２，３３及び三方切替弁３４，３５の他、前述した各部のモータや、変位計２１や、変位計移動機構２２や、ローディングゾーンＺ１に位置している基板保持部３に対してガラス基板２をローディングする搬送装置（図示せず）や、アンローディングゾーンＺ４に位置している基板保持部３に対してガラス基板２をアンローディングする搬送装置（図示せず）などを、制御することによって、以下に説明する動作を行う。

各ゾーンＺ１〜Ｚ４での動作は並行して行われるが、各基板保持部３に関する動作は各ゾーンＺ１〜Ｚ４ごとに同じであるので、ここでは、１つの基板保持部３に着目して動作を説明する。

基板保持部３がゾーンＺ１に位置しているときに、図示しない搬送装置により、ガラス基板２が基板保持部３上にローディングされる。この状態では、制御部２３の制御下で、既に、当該基板保持部３に対して設けられた空気圧シリンダ１２の下側室１４ａが大気に解放されるとともに、当該空気圧シリンダ１２の上側室１４ｂが所定の圧力とされており、これにより、当該基板保持部３に対して設けられた支持部９は、図２に示すように、下限位置まで立ち下がっている。ここで用いる搬送装置は、特に限定されるものではないが、例えば、特許文献１の図３及び図４に開示されている搬送装置と同様に、複数の把持爪でガラス基板２の外周を把持するような搬送装置を用いることができる。ガラス基板２のローディング時には、基板保持部３の支持部９が立ち下げられているので、図１及び図５に示すように平面視で支持部９をガラス基板２に接近するように配置されていても、支持部９は搬送装置によるガラス基板２のローディングの動作の邪魔にならない。なお、図２では、変位計２１はその接触子２１ａがガラス基板２に対応する位置まで進出した状態を示しているが、変位計２１はガラス基板２のローディング時にはその邪魔にならないように図２中の左方向に退避している。

次に、ゾーンＺ１に関して、制御部２３は、変位計移動機構２２を制御して、図２に示すように、変位計２１の接触子２１ａを基板保持部３上に保持されたガラス基板２の被研磨面に接触させ、変位計２１にガラス基板２の被研磨面の高さに相当する基準高さ（ゼロ点）を取得させる。なお、接触子２１ａの接触箇所は、ガラス基板２の有効領域の外側に設定することが好ましい。個々のガラス基板２の厚さがばらついていても、その厚さに応じてゼロ点が取得されることになる。

引き続いて、ゾーンＺ１に関して、制御部２３は、変位計移動機構２２を制御して、変位計２１の接触子２１ａを支持部９と対向する位置まで移動させる。その後、制御部２３は、ゾーンＺ１の空気圧シリンダ１２の上側室１４ｂを大気に解放させるとともに、当該空気圧シリンダ１２の下側室１４ａの圧力を所定圧力にすることで、支持部９を上昇させていく。やがて、支持部９の支持面（上面）が変位計２１の接触子２１ａに当接し、変位計２１の変位検出範囲に入る。制御部２３は、変位計２１からの計測結果（ゾーンＺ１の基板保持部３に保持されたガラス基板２の被研磨面の高さを基準とした支持部９の支持面の高さを示す信号）をモニタしながら、ガラス基板２の被研磨面の高さを基準とした支持部９の支持面の高さが、ガラス基板２の被研磨面の高さと略々同一の高さである所望の高さの手前の所定高さとなったときに、ゾーンＺ１の空気圧シリンダ１２の大気に解放していた上側室１４ｂの圧力を所定圧力にして、ピストン１５に上方向に加わっている力と均衡する下方向の力をピストン１５に加え、支持部９を停止させる。その後、制御部２３は、ゾーンＺ１の空気圧シリンダ１２の下側室１４ａの圧力をそれまで加えていた圧力よりも高い所定圧力とすることで、支持部９をその停止前よりも遅い速度で上昇させる。

そして、ゾーンＺ１に関して、制御部２３は、変位計２１からの計測結果をモニタしながら、ガラス基板２の被研磨面の高さを基準とした支持部９の支持面の高さが、ガラス基板２の被研磨面の高さと略々同一の高さである所望の高さとなったときに、ゾーンＺ１の空気圧シリンダ１２の上側室１４ｂの圧力をそれまでの圧力より高い所定圧力にして、ピストン１５に上方向に加わっている力と均衡する下方向の力をピストン１５に加え、支持部９を停止させる。図３は、この状態を示している。

このように、支持部９を所望の相対的な高さの手前の所定高さで一旦前記支持部を停止させた後に、支持部９をその停止前よりも遅い速度で上昇させるので、支持部９を精度良く所望の相対的な高さに設定することができる。もっとも、支持部９の制御方法は、前述した例に限定されるものではない。

ゾーンＺ１に関して、図３に示す状態となったら、制御部２３は、変位計移動機構２２を制御して、変位計２１を図３中の左方向に退避させておく。ゾーンＺ１において支持部９の支持面が、基板保持部３に保持されたガラス基板２の被研磨面の高さと略同一の所望の高さとされた後は、ゾーンＺ４でガラス基板２がアンローディングされるときまで、当該空気圧シリンダ１２の下側室１４ａ及び上側室１４ｂの圧力は制御部２３による制御によって変更されることはない。本実施の形態では、空気圧シリンダ１２が用いられているので、電動モータを利用した場合のようなバックラッシュ等の影響がない。また、本実施の形態では、空気圧シリンダ１２は、前述したように、基板保持部３に保持されたガラス基板２の回転軸回りを周回するように設けられたシリンダ室１４内においてその回転軸回りを周回するように設けられた環状のピストン１５を有しているので、複数の空気圧シリンダを用いる場合に比べて、ピストン１５の受圧面積を大きくすることができる。したがって、下側室１４ａ及び上側室１４ｂの圧力をさほど高くすることなく、ピストン１５に加わる互いに均衡した上方向の力と下方向の力を大きくすることができる。このため、後の研磨ゾーンＺ２，Ｚ３において研磨時に研磨パッド８から支持部９が受ける圧力によってピストン１５が変位し難くなり、支持部９が傾いたり下がったりし難くなる。また、本実施の形態では、空気圧シリンダ１２が環状のピストン１５を有しているので、複数の空気圧シリンダを用いる場合に比べて、支持部９に傾きが生じないようにすることも容易である。

次に、制御部２３の制御下で、インデックステーブル１が回動して、ガラス基板２を保持した基板保持部３が第１の研磨ゾーンＺ２に位置する。この研磨ゾーンＺ２では、図１及び図４に示すように、研磨ヘッド５は、回転しながら揺動して、基板保持部３上のガラス基板２の被研磨面に所定の圧力（荷重）で押し付けられる。基板保持部３を回転させてガラス基板２も回転させ、ガラス基板２と研磨ヘッド５との間で相対運動を行わせる。この状態で、前述したように研磨剤が研磨ヘッド５からガラス基板２上に供給され、研磨剤はガラス基板２上で拡散し、研磨ヘッド５とガラス基板２の相対運動に伴って研磨パッド８とガラス基板２との間に入り込み、ガラス基板２の被研磨面を研磨する。すなわち、研磨ヘッド５とガラス基板２の相対運動による機械的研磨と、研磨剤の化学的作用が相乗的に作用して、研磨が行われる。このとき、研磨剤の種類や研磨パッド８の種類の他にも、研磨ヘッド５及び基板保持部３の回転速度や、研磨ヘッド５の揺動速度や揺動量などの研磨条件は、粗研磨の平坦化処理に適した条件とされる。

この研磨ゾーンＺ２での研磨時に、研磨ヘッド５の研磨パッド８の一部が、図４に示すように、一時的にガラス基板２の周囲へはみ出すが、この研磨パッド８のはみ出し部分は、支持部９により支持される。したがって、エッジファースト等を低減することができる。しかも、本実施の形態では、前述したように、研磨時に研磨パッド８から支持部９が受ける圧力によってピストン１５が変位し難くなり、支持部９が傾いたり下がったりし難くなるため、従来に比べて、エッジファースト等をより低減することができる。これらの点は、後述する研磨ゾーンＺ３での研磨時についても同様である。

さらに、本実施の形態では、研磨ゾーンＺ２での研磨時に、支持部９は、基板保持部３に保持されるガラス基板２と共回転するので、支持部９自体の研磨量がさほど大きくならないとともに支持部９が不均一に研磨される度合いが低減される。したがって、本実施の形態によれば、支持部９（特に、その部材１１）を頻繁に交換しなくても、良好なエッジファースト等の低減効果を継続して得ることができる。空気圧シリンダ１２を基板保持部３に固定せずにインデックステーブル１に固定して、支持部９を基板保持部３に保持されたガラス基板２と共回転しないようにすると、支持部９自体の研磨量が比較的大きくなるとともに支持部９が不均一に研磨される度合いが比較的大きくなってしまう。もっとも、本発明では、支持部９を基板保持部３に保持されたガラス基板２と共回転しないようにしてもよい。これらの点は、後述する研磨ゾーンＺ３での研磨時についても同様である。

研磨ゾーンＺ２でのこの粗研磨の平坦化処理の後、制御部２３の制御下で、インデックステーブル１が回動して、ガラス基板２を保持した基板保持部３が第２の研磨ゾーンＺ３に位置する。この研磨ゾーンＺ３では、研磨ゾーンＺ２での研磨と基本的に同様の研磨が行われる。すなわち、研磨ヘッド６は、回転しながら揺動して、基板保持部３上のガラス基板２の被研磨面に所定の圧力（荷重）で押し付けられる。基板保持部３を回転させてガラス基板２も回転させ、ガラス基板２と研磨ヘッド６との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剤が研磨ヘッド６からガラス基板２上に供給され、研磨剤はガラス基板２上で拡散し、研磨ヘッド６とガラス基板２の相対運動に伴って研磨ヘッド６の研磨パッドとガラス基板２との間に入り込み、ガラス基板２の被研磨面を研磨する。すなわち、研磨ヘッド６とガラス基板２の相対運動による機械的研磨と、研磨剤の化学的作用が相乗的に作用して、研磨が行われる。このとき、研磨剤の種類や研磨パッドの種類の他にも、研磨ヘッド６及び基板保持部３の回転速度や、研磨ヘッド６の揺動速度や揺動量などの研磨条件は、仕上げ研磨に適した条件とされる。したがって、第１の研磨ゾーンＺ２での研磨と第２の研磨ゾーンＺ３での研磨とでは、研磨条件が異なる。

この仕上げ研磨の後、制御部２３の制御下で、インデックステーブル１が回動して、ガラス基板２を保持した基板保持部３がアンローディングゾーンＺ４に位置する。そして、制御部２３は、ゾーンＺ４の空気圧シリンダ１２の下側室１４ａを大気に解放させるとともに、当該空気圧シリンダ１２の上側室１４ｂを所定の圧力とし、支持部９を下限位置まで立ち下げる。その後、研磨が終了したガラス基板２がゾーンＺ４でアンローディングされ、搬送装置（図示せず）により洗浄工程等を行う図示しない場所に搬送される。このとき、支持部９が下限位置まで立ち下げられているので、支持部９は搬送装置によるガラス基板２のアンローディングの動作の邪魔にならない。

その後、制御部２３の制御下で、インデックステーブル１が回動して、基板保持部３がローディングゾーンＺ１へ戻り、この基板保持部３に次のガラス基板２がローディングされ、以上の動作を繰り返す。

本実施の形態によれば、前述したように、環状のピストン１５を有する空気圧シリンダ１２を用いて支持部９を昇降するので、ゾーンＺ２，Ｚ３での研磨時に研磨ヘッド５，６の研磨パッドから支持部９が受ける圧力によってピストン１５が変位し難くなり、支持部９が傾いたり下がったりし難くなるため、従来に比べて、エッジファースト等をより低減することができる。

［第２の実施の形態］

図７は、本発明の第２の実施の形態による研磨装置のインデックステーブル１の付近を模式的に示す概略平面図であり、図１に対応している。図７において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

前記第２の実施の形態が前記第１の実施の形態と基本的に異なる所は、前記第１の実施の形態による研磨装置は正方形状のガラス基板２を被研磨物とするように構成されているのに対して、本実施の形態による研磨装置は円形状のウエハ１０２を被研磨物とするように構成されている点のみである。

具体的に大きく異なる所は、ウエハ１０２の円形状に合わせて、支持部９の内周が円形状とされ、支持部９が円環状とされている点のみである。なお、本実施の形態では、研磨対象物がウエハ１０２であるので、研磨条件等は前記第１の実施の形態の場合から適宜変更されることは言うまでもない。

本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

［第３の実施の形態］

次に、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施の形態について説明する。図８は、半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。半導体デバイス製造プロセスをスタートして、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する。選択に従って、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４のいずれかに進む。

ステップＳ２０１はシリコン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等によりシリコンウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はシリコンウエハ上に電極膜を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はシリコン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）もしくは電極形成工程（Ｓ２０３）の後で、ステップＳ２０９に進み、ＣＭＰ工程を行うかどうかを判断する。行わない場合はステップＳ２０６に進むが、行う場合はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程であり、この工程では、本発明に係る研磨装置を用いて、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属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）または酸化工程（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、シリコン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シリコンウエハへの回路パターンの焼き付け、露光したシリコンウエ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を行い、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、シリコン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（例えば、前記第２の実施の形態による研磨装置）を用いているため、ＣＭＰ工程でのチップ収率が向上し、半導体デバイスを低コストで製造することができる。

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。

本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係る半導体デバイス製造方法により製造される。これにより、半導体デバイスの製造原価を低下することができるという効果がある。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、本発明では、前記第１の実施の形態において、空気圧シリンダ１２に代えて、同様の構造を有する油圧シリンダなどの他の流体圧シリンダを用いてもよい。

また、前記第１の実施の形態は、前述したように、インデックステーブル１を用いて複数の基板保持部３と複数の研磨ヘッド５，６とを有する研磨装置の例であったが、例えば、インデックステーブル１を用いずに、１組のウエハ保持部及び研磨ヘッドのみ持つように変形してもよい。

さらに、本発明では、例えば、前記第１の実施の形態を変形して、研磨ヘッド５，６（及びその研磨パッド）の径を被研磨物よりかなり大きくし、被研磨物の全周囲から研磨パッドが常時はみだしているような研磨装置（研磨ヘッドと基板保持部３との上下関係は逆でもよい。）を、構成することもできる。

本発明の第１の実施の形態による研磨装置のインデックステーブルの付近を模式的に示す概略平面図である。 所定の状態における図１中のＡ−Ａ’矢視の概略断面を模式的に示す図である。 他の状態における図１中のＡ−Ａ’矢視の概略断面を模式的に示す図である。 図１中のＢ−Ｂ’矢視の概略断面を模式的に示す図である。 図２中のＤ−Ｄ’矢視図である。 本発明の第１の実施の形態による研磨装置の制御系統を模式的に示す図である。 本発明の第２の実施の形態による研磨装置のインデックステーブル１の付近を模式的に示す概略平面図である。 半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

１ インデックステーブル
２ ガラス基板
３ 基板保持部
５，６ 研磨ヘッド
８ 研磨パッド
９ 支持部
１２ 空気圧シリンダ
１４ シリンダ室
１５ 環状のピストン
２１ 変位計
２３ 制御部
１０２ ウエハ

Claims (6)

1. 研磨体と、被研磨物を保持する保持部とを備え、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加え、前記研磨体及び前記被研磨物を相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、
   前記保持部に保持される前記被研磨物の外周の全体に沿うように配置された支持部であって、前記被研磨物の研磨時に少なくとも一時的に前記被研磨物からその周囲へはみ出す前記研磨体のはみ出し部分を支持する支持部と、
   前記支持部における前記はみ出し部分を支持する支持面の高さを、前記被研磨物の被研磨面の高さと略々同一の高さ、及び、当該略々同一の高さから立ち下がる高さに、それぞれ調整して設定し得る高さ調整機構と、
   を備え、
   前記高さ調整機構は、前記保持部に保持された被研磨物の回転軸回りを周回するように設けられたシリンダ室、及び、該シリンダ室内において前記回転軸回りを周回するように設けられた環状のピストンを有する流体圧シリンダを、含み、
   前記シリンダ室は、前記環状のピストンによって第１及び第２の室に画成され、
   前記第１の室内の流体圧により前記環状のピストンに前記支持面の高さを高くする方向の力が加えられる一方、前記第２の室内の流体圧により前記環状のピストンに前記支持面の高さを低くする方向の力が加えられる、
   ことを特徴とする研磨装置。
2. 前記支持部は、前記保持部に保持された前記被研磨物と共回転するように設けられたことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 前記保持部に保持された前記被研磨物の被研磨面の高さを基準とした前記支持部における前記はみ出し部分を支持する支持面の高さを計測するための計測部と、
   前記計測部による計測結果に基づいて、前記被研磨面の高さを基準とした前記支持面の相対的な高さが、前記略々同一の高さである所望の相対的な高さとなるように、前記高さ調整機構を作動させる制御部を、備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
4. 前記支持面を前記立ち下がる高さから前記略々同一の高さである所望の相対的な高さに設定する場合、前記制御部は、前記支持部を上昇させ、前記所望の相対的な高さの手前の所定高さで一旦前記支持部を停止させた後に、前記支持部をその停止前よりも遅い速度で上昇させ、前記支持面が前記所望の相対的な高さになったときに、前記支持部が停止するように、前記高さ調整機構を制御することを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨装置を用いて、半導体ウエ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。
6. 請求項５記載の半導体デバイス製造方法により製造されることを特徴とする半導体デバイス。

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