JP3231659B2 - 自動研磨装置 - Google Patents

自動研磨装置

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JP3231659B2
JP3231659B2 JP11153797A JP11153797A JP3231659B2 JP 3231659 B2 JP3231659 B2 JP 3231659B2 JP 11153797 A JP11153797 A JP 11153797A JP 11153797 A JP11153797 A JP 11153797A JP 3231659 B2 JP3231659 B2 JP 3231659B2
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    • B24B41/00Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/06Work supports, e.g. adjustable steadies

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板の研磨装置、
特に半導体デバイスパターンが形成された半導体ウエハ
の表面を高度に平坦化処理する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】特開昭62−102543に記載されて
いるウエハに配線構造を形成する製造方法を図17
(a),(b)に示す。この方法は、シリコン基板50
上の表面の平坦な層間絶縁膜51に配線溝52を形成
し、配線溝52を埋め込むように金属膜53を成長し
(図17(a))、さらに層間絶縁膜51上の金属膜
を化学機械研磨法(以後、CMP法と呼ぶ)により選
択的に除去することで、配線溝52に選択的に金属を埋
め込む配線53aを製造するものである(図17
(b))。このような配線の製造方法の場合には、いか
に精度良く金属膜を薄膜化し、研磨していくかが非常に
重要である。
【0003】図18は、従来の配線構造の研磨装置(C
MP装置)の一例を示す。従来のCMP装置は、半導
体デバイスパターンの形成された半導体ウエハをCMP
装置に搬入・搬出するためのウエハ搬送系61,ポリ
ウエレタンシート等の研磨パッド63が張られた回転大
口径研磨定盤62,ウエハ搬送系61からウエハwを
受け取り、研磨パッド63上にウエハ面を押し付ける回
転ウエハ保持ヘッド64,研磨パッド63に100〜
500μm程度のダイヤモンド微粒子を電着させた回転
円盤を用いて研磨パッド63の表面を目立てする研磨パ
ッドコンディショナ65,純水にシリカ粒子を分散さ
せたスラリ(研磨液)の供給部66からなる。このCM
P装置では、ウエハ直径の2倍以上の研磨定盤62に張
られた研磨パッド63が上向面であり、ウエハの研磨面
が下向面となっている。研磨スラリはパイプ66aを通
じて研磨パッド63上に直接滴下され、上向きとなって
いる研磨パッド63上に液膜となって保持されてウエハ
表面に至る。また、下向きとなっている研磨パッドコン
ディショナが、研磨パッド面に下降することで研磨パッ
ド表面を目立てする方式となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記CMP装置による
ときにはウエハおよび研磨定盤の回転速度の増加と研磨
圧力の増加により、金属膜の研磨速度を大きくすること
ができるが、金属膜表面への傷の発生を抑制するには低
圧力・高速回転が望ましい。しかしながら、このCMP
装置では大口径の研磨定盤を回転する必要があり、低圧
力・高速回転の研磨条件(例えば、定盤回転速度=30
0rpm,研磨圧力=0.1kg/cm2)を達成する
ことは不可能であった。また、研磨パッドが上向きとな
っているため研磨パッド上に研磨パッドコンディショナ
からのダイヤモンド粒子が脱落しやすい構造となってお
り、滑落ダイヤモンド粒子により金属膜に傷を発生させ
る場合があった。
【0005】また、ウエハ表面を平坦化処理する場合
に、従来は、第1の研磨定盤と、第2の研磨定盤との2
基の研磨定盤を用いて2段処理により行われていた。す
なわち、第1の研磨定盤は硬質の研磨布が貼られたもの
であり、粗研磨による平坦化処理に用いられ、第2の研
磨定盤は軟質の研磨布が貼られたものであり、仕上げ処
理に用いられる。実際の研磨に際しては、両研磨定盤を
回転駆動しつつ、まず第1の研磨定盤にウエハを押付
け、ウエハの銅薄膜表面を粗研磨して平坦化した後、第
2の研磨定盤に平坦化されたウエハの表面を押し付けて
仕上げ処理を行っていた。
【0006】第1及び第2の研磨定盤は、前述のように
研磨するウエハの大きさに比してはるかに大型であり、
ウエハの平坦化並びに仕上げ処理に2基の大型の研磨定
盤を用いたのでは、限られた工場内のスペースを大きく
専有することとなって、空間の利用効率が低下する。殊
に、最近のウエハの大型化に伴い研磨定盤も益々大型化
に向かう傾向にあり、研磨定盤の設置スペース確保の問
題は、いずれ深刻な問題になってくることが予想され
る。さらには、大型の研磨定盤の全体に研磨液をゆき渡
らせる必要から大量の研磨液を要し、これがランニング
コストを上昇させ、使用済の研磨液の処分が大きな環境
問題となっていた。また、2基の研磨定盤を用いること
の今一つの問題は、両研磨定盤間にウエハを移し替える
ための時間的ロスの問題である。
【0007】すなわち、ウエハの研磨には研磨液(スラ
リ)を用い、研磨液を供給しつつチャックに加わえたウ
エハを研磨定盤に押し付けて研磨が行われるが、第1研
磨定盤から第2研磨定盤に移行させるためにはウエハを
第1研磨定盤側のチャックから外し、さらに第2研磨定
盤側のチャックに付け替えなければならない。この付け
替えに時間がかかると半導体ウエハに付着した研磨液が
乾燥し、これがウエハ上の傷となり、また、ウエハがエ
ッチングされるという問題を生ずる。さらに、従来はチ
ャッキングしたウエハを下向きにして大径の研磨定盤に
押し付けるという方式であったため、ウエハの研磨面を
全く観察することができず、研磨状況を把握することが
できなかった。
【0008】本発明の目的は、インデックステーブルを
用い、ウエハ搬入,研磨並びに搬出を同時並行に行い、
あわせて上記、従来のCMP装置の保有する問題点を一
挙に解消しうる半導体装置の製造方法及びウエハの自動
研磨装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る自動研磨装置は、インデックステーブ
ルとポリッシングヘッドとを有する自動研磨装置であっ
て、 前記インデックステーブルは、少なくとも2枚以上
のデバイスパターン形成ウエハをそれぞれ定位置のデバ
イスパターン面を上向きに保持して所定角度毎の転回送
りが与えられるものであり、少なくとも1個所の研磨ス
テーションを有し、前記研磨ステーションは、インデッ
クステーブル上に搬入されてきたウエハのデバイスパタ
ーン面を研磨処理する領域であり、 さらに前記インデッ
クステーブルは、複数のホルダを有し、各ホルダは、イ
ンデックステーブル上に搬入されデバイスパターン面を
上向きにウエハを吸着保持するものであり、研磨ステー
ションにて下方に設置されている回転駆動部とクラッチ
接続されることで該ホルダは一方向に回転駆動され、ポ
リッシングヘッドによる研磨処理中のウエハを回転駆動
するものであり、 更に前記ホルダはバキュームチャック
であり、チャック洗浄手段を有し、該チャック洗浄手段
は、インデックステーブル上へのデバイスパターン形成
ウエハの搬入に先立ち、インデックステーブルの下方に
設置されている配管とクラッチ接続されることで純水を
バキュムチャックの吸着面より噴出させて上方より回転
円盤を押し当てることでデバイスパターン形成ウエハの
裏面を吸着すべきバキュームチャックの吸着面を洗浄す
るものであり、 前記ポリッシングヘッドは、インデック
ッステーブル上方に設置され、ウエハ面と平行対向する
回転研磨面を有し、研磨面は、研磨ステーションに搬入
されてきたウエハのデバイスパターン形成面を上方から
研磨するものである
【0010】また本発明に係る自動研磨装置は、インデ
ックステーブルとポリッシングヘッドとを有する自動研
磨装置であって、 前記インデックステーブルは、少なく
とも2枚以上のデバイスパターン形成ウエハをそれぞれ
定位置のデバイスパターン面を上向きに保持して所定角
度毎の転回送りが与えられるものであり、少なくとも1
個所の研磨ステーションを有し、前記研磨ステーション
は、インデックステーブル上に搬入されてきたウエハの
デバイスパターン面を研磨処理する領域であり、 さらに
前記インデックステーブルは、複数のホルダを有し、各
ホルダは、インデックステーブル上に搬入されデバイス
パターン面を上向きにウエハを吸着保持するものであ
り、研磨ステーションにて下方に設置されている回転駆
動部とクラッチ接続されることで該ホルダは一方向に回
転駆動され、ポリッシングヘッドによる研磨処理中のウ
エハを回転駆動するものであり、 更に前記ホルダはバキ
ュームチャックであり、インデックステーブルの下方に
設置されている配管とクラッチ接続されることで、バキ
ュームチャックにデバイス形成ウエハの裏面を吸着する
ための真空が与えられ、かつホルダ周辺部に純水を供給
するものであり、 前記ポリッシングヘッドは、インデッ
クッステーブル上方に設置され、ウエハ面と平行対向す
る回転研磨面を有し、研磨面は、研磨ステーションに搬
入されてきたウエハのデバイスパターン形成面を上方か
ら研磨するものである
【0011】また本発明に係る自動研磨装置は、インデ
ックステーブルと、ポリッシングヘッドと、パッドコン
ディショナ手段と、パッドクリーニング手段とを有する
自動研磨装置であって、 前記インデックステーブルは、
少なくとも2枚以上のデバイスパターン形成ウエハをそ
れぞれ定位置のデバイスパターン面を上向きに保持して
所定角度毎の転回送りが与えられるものであり、少なく
とも1個所の研磨ステーションを有し、前記研磨ステー
ションは、インデックステーブル上に搬入されてきたウ
エハのデバイスパターン面を研磨処理する領域であり、
前記ポリッシングヘッドは、インデックッステーブル上
方に設置され、ウエハ面と平行対向する回転研磨面を有
し、研磨面は、研磨ステーションに搬入されてきたウエ
ハのデバイスパターン形成面を上方から研磨するもので
あり、 前記パッドコンディショナ手段と前記パッドクリ
ーニング手段とは、インデックステーブルの研磨ステー
ションの後退位置に設けられ、 前記パッドコンディショ
ナ手段は、研磨ステーションに下向きに設置されたポリ
ッシングヘッドの研磨面の目立てを行うものであり、
記パッドクリーニング手段は、目立て後のポリッシング
ヘッドに残留する研磨粉や砥粉を除去するものであり、
研磨ステーションの後退位置にポリッシングヘッドが後
退移動することで研磨面のコンディショニングとクリー
ニングとを行うものである
【0012】また本発明に係る自動研磨装置は、インデ
ックステーブルとポリッシングヘッドとを有する自動研
磨装置であって、 前記インデックステーブルは、少なく
とも2枚以上のデバイスパターン形成ウエハをそれぞれ
定位置のデバイスパターン面を上向きに保持して所定角
度毎の転回送りが与えられるものであり、少なくとも1
個所の研磨ステーションを有し、前記研磨ステーション
は、インデックステーブル上に搬入されてきたウエハの
デバイスパターン面を研磨処理する領域であり、 前記ポ
リッシングヘッドは、インデックッステーブル上方に設
置され、ウエハ面と平行対向する回転研磨面を有し、研
磨面は、研磨ステーションに搬入されてきたウエハのデ
バイスパターン形成面を上方から研磨するものであり、
さらにインデックステーブル上に設置されたレールをガ
イドとして往復運動する前記ポリッシングヘッドは、ダ
イアフラムを介して高圧空気による加圧で三次元方向に
揺動可能であり、ポリッシングヘッドの往復運動中も研
磨面は、研磨処理中のデバイスパターン形成ウエハに対
して平行の姿勢が保持されるものである
【0013】またローディングステーションと、アンロ
ーディングステーションとを有し、 ローディングステー
ションと、アンローディングステーションとは、所定角
度毎の転回送りが与えられるインデックステーブルの停
止位置に割り当てられたものであり、 ローディングステ
ーションではインデックステーブル上にデバイスパター
ン面を上向きにウエハの周縁を保持して搬入する領域で
あり、 アンローディングステーションは、研磨処理後の
ウエハの周縁を保持してインデックステーブル上から搬
出する領域である
【0014】またアンロードステーションにデバイスパ
ターン形成ウエハの表面洗浄手段を有し、 ウエハ表面洗
浄手段は、インデックステーブルの転回送りされてきた
研磨終了後のウエハのパターン形成面を洗浄するもので
ある
【0015】また研磨ステーションとは、一次研磨ステ
ーションと二次研磨ステーションとであり、 一次研磨ス
テーションと二次研磨ステーションとは、一定角度毎の
転回送りが与えられるインデックステーブルの停止位置
に割り付けられたものであり、それぞれポリッシングヘ
ッドを有し、 一次研磨ステーションは、ウエハのデバイ
スパターン形成面を粗研磨して平坦化するステーション
であり、 二次研磨ステーションは、平坦化処理後のウエ
ハのデバイスパターン形成面を仕上げするものである
【0016】またポリッシングヘッドは、回転軸心に給
液孔を有し、 給液孔は、研磨液を研磨面に供給するもの
である
【0017】また研磨終了時に回転ポリッシンングヘッ
ドの中心部から供給される研磨液を洗浄水に切替て、デ
バイスパターン形成ウエハ表面から研磨液を取り除くも
のである
【0018】またデバイスパターン形成ウエハの表面検
知手段を有し、 ウエハ表面検知手段は光照射によるデバ
イスパターン形成面の表面性状の変化から研磨処理の終
了時期を検知するものである
【0019】またデバイスパターン形成ウエハ上のレー
ザ照射面をエアブローして加工液を部分的に排除するも
のである
【0020】
【0021】
【発明の実施の形態】以下に本発明による自動研磨装置
を、半導体ウエハの一次研磨と、二次研磨との二段階研
磨によって表面を平坦化処理する装置に適用した例につ
いてその実施形態を説明する。
【0022】図1,2において、本発明による研磨装置
においては、インデックステーブル1を有し、インデッ
クステーブル1の周上にローディングステーションS1
と、一次研磨ステーションS2と、二次研磨ステーショ
ンS3と、アンローディングステーションS4とが設定さ
れたものである。インデックステーブル1は、ウエハを
保持させる複数のホルダ2を同心上に有し、各ステーシ
ョンS1〜S4に順次転回送りが与えられ、各ステーショ
ンS1〜S4は、インデックステーブル1の停止位置に割
り付けられたものである。
【0023】ローディングステーションS1は、インデ
ックステーブル1上にウエハを搬入する領域であり、ア
ンローディングステーションS4は、テーブル1上から
ウエハを搬出する領域である。この実施形態において、
一次研磨ステーションS2は、インデックステーブル1
上に搬入されたウエハの表面を平坦化処理する領域であ
り、二次研磨ステーションS3は、平坦化処理後のウエ
ハの表面を仕上げ処理する領域である。
【0024】インデックステーブル1の上面は、回転中
心を含んで90°の間隔で隔壁1aより4区画され、そ
れぞれの区画にホルダ2を装備したものである。図3に
おいて、インデックステーブル1はステッピングモータ
3で駆動されて回転角90°ずつ転回し、インデックス
テーブル1の停止位置に割付けられたステーションに順
次ホルダ2を移送する。ホルダ2は、ウエハを保持する
ものであり、この実施形態ではウエハを吸着するバキュ
ームチャック4を上面に有している。一方、各ステーシ
ョンS1〜S4には、それぞれホルダ2を駆動するモータ
5が設置されている。ホルダ2は、ベアリング1aを介
してインデックステーブル1に支持されており、電磁ク
ラッチ6を有し、電磁クラッチ6でモータ5に接続する
ことによって、モータ5と連動し、各ステーションに移
送されてきたホルダ2は、それぞれのモータ5の回転速
度で一方向に回転駆動される。
【0025】ホルダ2には、インデックステーブル1と
一体となったスリーブ1bが外装されている。バキュー
ムチャック4の真空引きの経路は、ホルダ2内に形成さ
れ、ホルダ2の胴部に環状に開口し、開口は、スリーブ
1bにシールされるとともに、スリーブ1bのポート1
cで外部配管4aに受けられる。配管4aは、真空ポン
プ(図示略)に通じ、配管4aには切替バルブ1eが介
装されている。なお、ポート1cは電磁チャックの機能
を有し、ポート1cの電磁チャックは、ホルダ2が研磨
ステーションS2又はS3に達したときに動作し、外部配
管4aをバキュームチャック4に連通させ、真空ポンプ
の駆動により、外部配管4aを通じてバキュームチャッ
ク4を脱気させる。なお、インデックステーブル1の転
回移動中は、ポート1cは閉じられ、ホルダ2側のバキ
ュームチャック4の真空引き経路は、外部配管4aから
隔離される。なお、後に説明するように、バキュームチ
ャック4の逆洗を行うときには、切替バルブ1eを純水
等の洗浄液供給配管に接続し、洗浄液をバキュームチャ
ック4に給水して逆噴射させる。
【0026】さらにバキュームチャック4には、その外
周のシールリング29から、純水が供給される。ホルダ
2内には、純水の供給経路を有し、純水の供給経路に
は、ポンプ1fに汲み上げられて外部配管4bから供給
された純水がスリーブ1bのポート1dを通じて給水さ
れる。ポート1dは、電磁クラッチの機能を有し、ポー
ト1dの電磁クラッチは、先のポート1cの電磁クラッ
チと同じようにホルダ2がステーションS2又はS3に達
したときにのみ動作して外部配管4bをホルダ2内の純
水供給経路に連通させるものである。
【0027】以下に各ステーションS1〜S4の構成を説
明する。 (1)ローディングステーションS1 ローディングステーションS1には、ロボットアーム7
と、ウエハ裏面洗浄手段8とチャック洗浄手段9とを装
備している。ロボットアーム7は、ウエハキャリア10
からウエハwを一枚ずつ取り出し、これをピンクランプ
11下に搬送する。ピンクランプ11は、クランプのウ
エハ裏面洗浄処理後、インデックステーブル1上にウエ
ハwを搬入するものであり、ウエハwの周縁を保持する
ために、数本のピンを同一円周上の位置で拡縮可能に配
列している。ウエハ裏面洗浄手段8は、ピンクランプ1
1に保持されたウエハwの裏面を洗浄するものである。
ウエハ裏面洗浄手段8は、例えばブラシである。その構
造を図4に示す。
【0028】図4において、ブラシ8a,8bの対がブ
ラシホルダ12の両端に上向きに取付けられ、各々のブ
ラシ軸に装着された遊星歯車13を中心歯車14に噛合
させ、ブラシホルダ12を中心歯車14にて回転駆動す
ることにより、各々のブラシ8a,8bを自転させなが
ら公転させるようにしたものである。このブラシ8a,
8bをピンクランプ11に保持させたウエハwの裏面に
押し当て、洗浄水を供給しながら回転させてウエハ裏面
の異物を除去する。
【0029】チャック洗浄手段9は、ウエハwを吸着保
持させるホルダ2のバキュームチャック4を洗浄するも
のである。チャック洗浄手段9は、ウエハwの搬入に先
立って、ホルダ2上に進出し、ホルダ2上に下降してバ
キュームチャック4の吸着面を払拭する。
【0030】図5にチャック洗浄手段9の一例を示す。
図5において、チャック洗浄手段9は、例えば、回転軸
15の軸端に円盤状のチャック洗浄部16を有するもの
である。チャック洗浄部16は、円形のセラミックリン
グであり、ウエブ面には洗浄水の供給孔17が開口され
ている。チャック洗浄部16を回転駆動し、供給孔17
を通して洗浄水を注水しながらチャック洗浄部16をバ
キュームチャック4の吸着面に押し付けてバキュームチ
ャック4の吸着面を洗浄する。この洗浄によって、チャ
ック4の保持面上にスラッジがあれば、これを破断,洗
浄し、ウエハwにデンプルの発生を防止する。
【0031】バキュームチャック4の吸着面及びウエハ
wの裏面を洗浄した後、ピンクランプ11上のウエハw
をローディングステーションS1のホルダ2上に搬入
し、バキュームチャック4の吸着面にウエハwを吸着さ
せる。ウエハwの搬入後、インデックステーブル1を一
定の回転角度(90°)転回させ、搬入されたウエハw
をまず、一次研磨ステーションS2へ移行させ、ローデ
ィングステーションS1に移行してきた次のホルダ2に
対しては、新たなウエハの搬入に備える。
【0032】 (2)一次研磨ステーションS2 一次研磨ステーションS2には、図6に示すようにポリ
ッシングヘッド18と、パッドコンディショナ手段19
と、パッドクリーニング手段20とを装備している。ポ
リッシングヘッド18は、図7に示すように、加圧シリ
ンダ21と、ベースプレート22と、研磨布張り付板2
3との組立体からなり、研磨面に硬質の研磨布24を有
している。加圧シリンダ21を支えるスピンドル25に
よって上方から垂下され、図6に示すように退避位置か
ら一次研磨ステーションS2のバキュームチャック4上
に進出し、バキュームチャック4上に吸着されたウエハ
w上に下降し、研磨布24をウエハwの表面に押し付
け、粗研磨によって平坦化処理する。粗研削工程は、ウ
エハwを保持するホルダ2を高速で回転させ、ポリッシ
ングヘッド18を一方向に回転駆動し、その回転中心の
給液孔18aより、研磨液(スラリ)を研磨布24に供
給しつつ行う。これによって研磨液は、研磨布24の外
周方向に一様に分散し、ホルダ2の高速回転が可能とな
る。
【0033】なお、ウエハwは、図8に示すようにバキ
ュームチャック4の吸着孔26にクランプされている
が、バキュームチャック4には、吸着孔26の開口領域
の外側に、環状溝として上面に開口された水シール室2
7を有し、水シール室27は、バキュームチャック4の
側面に開口した通水溝28に通じ、通水溝28は、固定
側であるシールリング29の内壁に開口した給水孔30
に連通させ、給水孔30内に洗浄水を圧入し、これを水
シール室27より溢流させている。これによって研磨液
がウエハwの下面に回り込んで研磨中にウエハ保持面に
固着するのを防いでいる。あわせて、バキュームチャッ
ク4の吸着孔26への研磨液の進入は防止される。
【0034】図7において、ポリッシングヘッド18
は、ベースプレート22の張出し縁22aが加圧シリン
ダ21の鍔部分21aに支えられ、研磨布24は、研磨
布張り付板23を介してベースプレート22に保持され
ているものである。加圧シリンダ21内の加圧室31内
にはダイヤフラム32が張り渡され、スピンドル25内
を通じて加圧室31内に高圧空気が圧入され、その圧力
によってベースプレート22は、三次元方向に揺動可能
に支えられ、下面の研磨布24は、ウエハwの表面に対
して平行の姿勢に保持される。
【0035】ポリッシングヘッドの揺動による微動機能
は本発明の自動研磨装置において極めて重要である。す
なわち、ポリッシングヘッドはインデックステーブル上
に設置されたレールをガイドとして往復運動するわけで
あるが、ポリッシングヘッド部が完全剛体で形成されて
いた場合、レールとウエハ表面との完全平行性が要求さ
れる。この平行性が崩れていた場合、ポリッシングヘッ
ドの送りとともに研磨圧力が変化し、ウエハ面内で研磨
が不均一となってしまう。本発明では、高圧空気による
研磨布への加圧で研磨布面が微動に揺動する機構を具備
していることで構造的遊びを持たせているのである。回
転トルクは、加圧シリンダ21からベースプレート22
に伝えられる。なお、図9に示すようにポリッシングヘ
ッド18の周囲をフード33で覆い、ウエハの研磨加工
中及び加工完了後は、フード33の内面に沿って洗浄水
fを流しつづけることにより、飛散した研磨液の固化、
ひいては研磨液の固形物の落下によるウエハwの破損を
防止できる。
【0036】一方、図6において、ウエハwの研磨によ
ってポリッシングヘッド18の研磨布24に生ずる目づ
まり,目の不揃いは、パッドコンディショナ手段19に
よって修正する。パッドコンディショナ手段19は、回
転するパッドコンディショニングディスク34を有し、
このディスク34を回転させながらポリッシングヘッド
18の研磨布24に押し付けて目立て(ドレスアップ)
を行う。
【0037】なお、研磨布24を目立てするときには、
図7において、加圧シリンダ21内にさらに高圧空気を
圧入し、ダイヤフラム32を通じてベースプレート22
の張出し縁22aを加圧シリンダ21の鍔部分21aに
ポリシング圧力より強い所定圧で圧着すれば、研磨布2
4を取り付けたベースプレート22は、加圧シリンダ2
1に固定して研磨布24が安定する。研磨布24の目立
て後は、パットクリーニング手段20としてのブラシを
回転しつつ進退動させ、研磨布24の表面に付着してい
る脱落砥粒や研磨粉などを除去して次のウエハの粗研磨
に備え、インデックステーブル1を一定角度(90°)
転回させて粗研磨による平坦化処理が終了したウエハw
を二次研磨ステーションS3に移行させる。
【0038】(3)二次研磨ステーションS3 図1,2において、二次研磨ステーションS3において
は、一次研磨による平坦化処理されたウエハ表面の面粗
度をさらに小さくすることを目的として研磨処理が行わ
れる。研磨液は、一次研磨処理に用いた研磨液とは異な
り、仕上げ研磨処理に適したものを用いるのが一般的で
ある。二次研磨ステーションS3においても一次研磨ス
テーションS2と同様にポリッシングヘッド35のほか
にパッドコンディショナ手段36及びパットクリーニン
グ手段37を備えている。二次研磨ステーションS3
移送されてきたウエハwは、ポリッシングヘッド35に
て表面仕上げ処理が行われるほか、パッドコンディショ
ナ手段36及びパットクリーニング手段37によるポリ
ッシングヘッド35の研磨布のコンディショニング並び
にクリーニングの処理を行う点は、一次研磨ステーショ
ンS2での処理と、処理の操作としては全く同じであ
る。
【0039】二次研磨ステーションS3に設置されたポ
リッシングヘッド35に用いられる研磨布は、一次研磨
ステーションS2のポリッシングヘッド18に用いられ
た研磨布の硬度に比して軟質であり、仕上げ処理は、平
坦化処理よりも長い時間をかけて研磨加工が行われる場
合が一般的である。仕上げ処理が完了すると、インデッ
クステーブル1は一定角度転回し、ウエハwはアンロー
ディングステーションS4に移送される。
【0040】(4)アンローディングステーションS4 図1,2において、アンローディングステーションS4
には、ウエハ表面洗浄手段38と、ロボットアーム39
とを装備している。ウエハ表面洗浄手段38は、例えば
ウエハwの表面を洗浄するブラシである。
【0041】洗浄時にはウエハwを保持するホルダ2を
回転させ、回転するウエハw上にウエハ表面洗浄手段3
8を押し付けて洗浄する。ウエハ表面洗浄手段38は、
図10に示すような回転する円板状のブラシを用いるこ
とができ、ブラシの使用時に退避位置からホルダ2の上
方に移動させてウエハwの洗浄を行う。洗浄後、逆圧力
をかけてバキュームチャック4内から水とエアを噴出
し、ホルダ2上からウエハを脱着する。ロボットアーム
39は、ホルダ2上からピンクランプ40により取り出
されたウエハwをコンベア41上に移すものであり、コ
ンベア41は、研磨されたウエハwを次工程へ搬出させ
る。一方、インデックステーブル1は一定角度(90
°)転回し、ウエハwが取外されたホルダ2をローディ
ングステーションS1に移し、次のウエハの搬入に備え
る。
【0042】以上の実施形態においては、ローディング
ステーションS1にウエハを搬入し、以後、インデック
ステーブルを一定角度(90°)づつ転回させてウエハ
を順次一次研磨ステーションS2,二次研磨ステーショ
ンS3を経由させて平坦化処理,仕上げ処理を行い、ア
ンローディングステーションS4から外部へ搬出しつつ
次々に搬入されたウエハの平坦化処理と仕上げ処理を同
じインデックステーブル1上で行うものである。本発明
においては、インデックステーブル1に備えたホルダ2
のバキュームチャック4にウエハwを吸着させ、その上
方からポリッシングヘッド18,35を圧下して平坦化
処理並びに仕上げ処理を行うため、ウエハの直径よりも
小さいポリッシングヘッドを用いることによりウエハの
研磨面は常に観測可能であり、ウエハ表面の性状,研磨
厚みを計測しつつ、ホルダ2の回転速度,ポリシング圧
を自由に設定することができ、ひいてはウエハwの1つ
づつについて、最適の加工条件を設定して研磨加工を行
うことができる。
【0043】さらに、一次研磨ステーションS2での平
坦化処理と、二次研磨ステーションS3での仕上げ処理
との処理時間に長短があったとしても、両処理の研磨開
始時間をずらせて処理終了時間を合致させることによっ
て、研磨後,洗浄までの時間を短縮し、また、研磨後,
研磨液のウエハへの乾燥固着を防ぐことが可能となる。
【0044】本発明において、図8に示すように、ウエ
ハを吸着保持するホルダ2の吸着保持面の大きさは、少
なくともウエハの外径よりも小さく設定されている。し
たがって、ローディングステーションS1へのウエハの
搬入およびアンローディングステーションS4からのウ
エハの搬出は、ピンクランプによって行われるが、ホル
ダの吸着保持面の外径がウエハの外径よりも小さいと、
ウエハは、ホルダの外縁に張り出して保持されることに
なるため、ローディングステーションのホルダ上にウエ
ハを搬入するとき、あるいは、アンローディングステー
ションからウエハを搬出するときにも、ウエハの張り出
し部分をピンクランプで保持してホルダへの搬出並びに
ホルダからの搬出を無理なくできる。
【0045】図11は、ウエハの表面平坦化処理の仕上
げ完了を検知するウエハ表面検知手段42を装備した例
を示す図である。ウエハ表面検知手段42は、光源43
と、光度計44とを有している。光源43より発した一
定強度のレーザ光をハーフミラー45で反射させて研磨
処理中のウエハ表面に垂直に入射し、その反射光の強度
を光度計44で連続的に検出する。ウエハw上に形成さ
れている金属膜がすべて研磨除去されて地膜(例えばシ
リコン酸化膜)が表面に露出すると、金属の反射から下
地膜の反射へと変化する。このウエハ上の反射率の変化
による反射光の強度を検出することで、金属膜研磨の完
了を検知することができる。この実施形態においては、
ウエハに対して光源を垂直に入射する例を示したが、ウ
エハ面に対して任意の角度で入射してもよく、また、光
の反射に限らず、ウエハの表面の温度変化を測定して仕
上げ研磨の完了時点を知ることができる。
【0046】以上実施形態においては、インデックステ
ーブル上で、研磨処理として粗研磨と、仕上げ研磨を行
う例を説明したが、本発明において粗研磨と、仕上げ研
磨とは必ずしも1度ずつの研磨処理を行う場合に限ら
ず、研磨処理に3以上をステーションを割り当てて2回
以上の粗研磨又は2回以上の仕上げ研磨を行うことがで
きる。もっとも、本発明は、少くとも1回の粗研磨処理
又は仕上げ研磨処理にのみ用いることもできる。ローデ
ィングステーションとアンローディングステーションは
共用でき、また、ステーションの区画は、2つ以上であ
ればよい。また、インデックステーブルは、90°毎の
転回送りに限るものではない。
【0047】〔実施例〕以下に本発明の実施例を示す。
図12は、MOSFETが形成されたシリコン基板10
1上の多層配線構造を示す。
【0048】多層配線は、(1)MOSFETと上層配
線を接続するためのタングステン・コンタクトプラグ部
102、(2)CMOS回路ブロック内を接続するアル
ミ・ローカル配線部103、(3)低誘電率有機膜に銅
を埋め込んだ銅・グローバル配線部104から構成され
る。ここでは、まずMOSFET間の素子分離には、C
MP法を利用してシリコン基板101に形成された溝に
シリコン酸化膜を埋め込んだ平坦化素子分離構造が採用
されている。さらに、MOSFET上にはBPSG膜1
05を成長するが、このBPSG膜105もCMP法で
平坦化されている。この平坦化されたBPSG膜105
にはMOSFETの拡散層およびゲート電極に至るコン
タクトホールが形成されており、ここではシリカ粒子を
酸化剤水溶液に分散させたスラリを用い、W−CMP法
を利用したタングステン・コンタクトプラグが形成され
ている。このタングステンコンタクトプラグ上には、第
1シリコン酸化膜106に形成された第1配線溝にアル
ミの埋め込まれた第1埋め込みアルミ配線が形成されて
いる。さらに、その上層の第2シリコン酸化膜107に
形成された第1スルーホールと第2配線溝に一括してア
ルミの埋め込まれた第2埋め込みアルミ配線が形成され
ている。これら埋め込みアルミ配線は、配線溝あるいは
配線溝とスルーホールとに高温スパッタ法でアルミの埋
め込み成膜を行い、シリカ粒子やアルミナ粒子を酸化剤
水溶液に分散させたスラリを用いたAl−CMP法で埋
め込み平坦化を行う。さらに、第2シリコン酸化膜10
7上の低誘電率有機膜108に形成された第2スルーホ
ールと第3配線溝に銅の埋め込まれた第3埋め込み銅配
線と、第3スルーホールと第4配線溝に銅の埋め込まれ
た第4埋め込み銅配線が形成されている。これら埋め込
み銅配線は、配線溝あるいは配線溝とスルーホールとに
MOCVD法で銅の埋め込み成膜を行い、シリカ粒子や
アルミナ粒子を酸化剤水溶液に分散させたスラリを用い
たCu−CMP法で埋め込み平坦化を行う。
【0049】このように、MOSFETの形成されたシ
リコン基板101上の多層配線の形成には、メタルCM
P法を用いたW,Al,Cu,Ti,TiN,WS
X,TiSiX等の金属の埋め込み平坦化が多用されて
いるわけである。また、平坦化素子分離形成やBPSG
膜表面の表面平坦化にも、酸化膜CMP法が適用されて
いるわけである。ここでは、本発明による自動研磨装置
を用いて、低誘電率有機膜108に埋め込み銅配線形成
する場合の実施例を詳細に説明する。
【0050】まず、図13に示すように下地配線上の厚
さ1μm程度の低誘電率有機膜108、たとえばポリイ
ミドやベンゾシクロブテンに深さ0.5μmの配線溝と
その底部から下地配線層に至る深さ0.5μm程度のス
ルーホールに、厚さ10〜30nm程度のTiNやTi
の導電性密着膜109をコリメートスパッタ法で成膜し
た。次に、図14に示すように、成長基板温度を170
℃〜250℃としたMOCVD法で0.8μm厚の銅膜
110を成長し、銅膜/導電性密着膜/低誘電率有機膜
間の密着性向上と銅膜の結晶成長を目的とした250℃
〜400℃、10分間程度の真空結晶化アニールを行っ
た。この真空結晶化アニールにより銅膜110の比抵抗
は2.2μΩcmから1.8−1.9μΩcmにまで低
減した。かかる銅膜110には、図13のような下地配
線溝の粗密度に対応した表面凹凸がある。すなわち、配
線溝幅が銅の成長膜厚の半分倍以下(ここでは、0.4
μm)の幅の狭い配線溝H1には、両側の配線溝側壁か
らの銅膜の成長が合わさることで、配線溝が完全に埋め
込まれる。一方、幅の広い配線溝H2の場合、両側の配
線溝側壁からの銅膜の成長が合わさらないため、銅膜表
面は凹状となる。このような下地配線溝幅に依存した表
面段差が銅膜表面に存在する。
【0051】かかる銅膜を本発明による自動研磨装置で
研磨する。まず、ローディングステーションS1では、
銅膜110の成長面を上向きに24枚程度の8インチ・
シリコンウエハが収納されたウエハキャリアからウエハ
を一枚ずつ取り出し、ピンクランプ下に搬送する。ピン
クランプでウエハの周縁を保持し、ウエハ裏面洗浄ブラ
シでウエハ裏面を洗浄する。このウエハ裏面洗浄と同時
に、多孔質アルミナからなるバキュームチャックの吸着
面の洗浄がチャック洗浄部により行われている。チャッ
ク洗浄手段では、吸着面上のスラッジを除去して吸着面
の平坦性を確保する。このバキュームチャック洗浄時に
はチャック洗浄部から洗浄液が供給されるが、バキュー
ムチャックから吸着面への逆洗を同時に行って多孔質ア
ルミナの微細孔壁に析出した研磨剤等の固体微粒子(ス
ラッジ)も取り除くことができる。
【0052】かかるウエハ裏面洗浄とバキュームチャッ
ク面洗浄により固体微粒子を完全に除去することは非常
に重要である。すなわち、ウエハとバキュームチャック
間に固体異物が存在すると、吸着されたウエハの表面が
局部的に凸状に変形する。このウエハを平坦化研磨する
と局所的凸部も平坦化されるが、ウエハをバキュームチ
ャックから外した際にディンプル(局所的凹部)となっ
てしまうからである。バキュームチャックの吸着面およ
びウエハの裏面の洗浄時間は30秒から60秒程度であ
るが、この洗浄時間に制限はない。洗浄液としては純水
あるいは純水を電気分解した電解イオン水を用いるが洗
浄液種に限定はなく、例えば、純水にセルロース等の水
溶性有機高分子分散水溶液を用いて、ウエハ裏面に有機
高分子層を吸着させて親水性処理してもよい。この基板
裏面の親水性処理によりスラッジの乾燥固着を抑制でき
る効果もある。また、アルコール,メチルエチルケト
ン,有機アミンを用いることもできる。
【0053】ウエハ裏面洗浄とバキュームチャックの吸
着面の洗浄後、ピンクランプ上のウエハをローディング
ステーションS1のホルダ上に搬入し、バキュームチャ
ックの吸着面にウエハを銅膜形成面を上向きに吸着させ
る。ウエハの搬入後、インデックステーブルを一角度
(90°)回転させ、搬入されたウエハをまず一次研磨
ステーションS2へ移動させる。ポリッシングヘッド
は、研磨布をウエハ上の銅膜表面に0.01〜0.4k
g/cm2程度の圧力で押しつけて平坦化処理を行う。
【0054】この一次研磨工程による粗研磨では、ウエ
ハを保持するホルダを50〜300rpm程度の速度で
回転させ、50〜1000rpmで回転するポリッシン
グヘッドをウエハ上に0.1〜5cm/秒の速度で往復
させる。この際、研磨布の中心より研磨液(スラリ)を
ウエハ上に供給しつつ行う。この際、往復速度は常に一
定とする必要はなく、ウエハ中心部に長く研磨布が存在
するように可変速移動させることも可能である。研磨布
の直径はウエハの直径と同程度以下である。下限値はな
いがあまり小さくなると研磨布とウエハとの接触面積が
小さくなり、また研磨布の周速が小さくなることから銅
膜の研磨速度が著しく遅く実用的でない。従って、研磨
布の直径として少なくともウエハの半径以上が望まし
い。研磨布としては、発泡ポリウレタンやポリプロピレ
ン等の高分子シートに溝を形成したものを用いた。研磨
布に形成された溝は研磨液の給液孔18aのある中心か
ら螺旋状あるいは放射状に形成されており、研磨布中心
から外周部に向って効率よく研磨液が供給されるよう工
夫されている。なお、溝の断面形状に制限はないがV字
型が望ましく、溝縁が丸め加工されているとさらに望ま
しい。
【0055】銅膜の研磨液としては、10〜100nm
のシリカ粒子を10〜20wt%程度酸化剤水溶液に分
散させたものを用いた。研磨液にはアンモニアを微量添
加して弱アルカリ性としたが、HNO3,燐酸,クエン
酸,酢酸やシュウ酸を微量添加した酸性研磨液を用いて
もよい。酸化剤としては、過酸化水素水やヨウ化カリウ
ム水溶液であるが、その種類に限定はない。また、研磨
剤としてアルミナ粒子,過酸化マンガン粒子,酸化セリ
ウム粒子等を用いてもよい。本発明による自動研磨装置
では、研磨液供給管内壁や研磨液廃液管内壁にはテフロ
ンコーティング等の酸・アルカリ耐性処理が施されてい
る。さらに、各ステーションS1〜S4はアクリル等の衝
壁で仕切られており、少なくともステーションS2とS3
には局所排気がなされ、酸あるいはアルカリ性研磨液の
蒸気が滞留しない構造となっている。さらに、研磨中に
はポリッシングヘッドの周囲をフードで覆い、ウエハの
研磨加工中および加工完了後は、フードの内壁に洗浄水
を流し続けることで、飛散した研磨液の固化や研磨液の
液体成分の蒸発を防いでいる。洗浄水としては純水を用
いるのが一般的であるが、研磨液自体をフード内壁に流
すことも可能である。さらに、水シール室からの洗浄水
をバキュームチャック外側から供給することで、研磨中
にウエハ裏面に研磨液が侵入することを防いでいる。
【0056】かかる一次研磨ステーションでの研磨処理
によって、図15に示すように銅膜110の表面段差が
なくなり平坦となる。一例として、低誘電率有機膜上に
成長した0.8μm厚の銅膜を0.2μm程度にまで、
研磨することで表面を平坦化した。一次研磨ステーショ
ンでの研磨時間の研磨が終了すると、まずポリッシング
ヘッドの圧力を無加重とし、さらに研磨布の中心部から
供給されている研磨液を純水に切り替えて銅膜上から研
磨液を素早く取り除く。研磨液には銅をエッチングする
作用もあるため、この純水供給処理は重要である。な
お、この際洗浄液である純水も研磨布中心から供給され
るため、効率良くウエハ上の銅膜から研磨液を除去する
ことを可能としている。この純水洗浄工程は10〜30
秒程度である。
【0057】その後、ポリッシングヘッドはウエハから
引き離され、ポリッシングヘッドはパッドコンディショ
ナ手段により、研磨布表面の目立てを行う。パッドコン
ディショナは、回転するパッドコンディショニングディ
スクを有し、このディスクを回転させながら研磨布に押
しあてる。パッドコンディショニングディスクの表面に
は、50〜500μm径のダイヤモンド微粒子が電着さ
れ、あるいはガラス中に埋め込まれており、このダイヤ
モンドヤスリで研磨布の目立てを行う。この際、研磨布
の中心部から研磨液あるいは純水を供給する。今回、ダ
イヤモンド微粒子はパッドコンディショニングディスク
の外周1cm幅の帯状に形成されているものを用いた
が、全面に形成されているものを用いてもよい。ここで
の特徴は研磨布が下向きでダイヤモンド電着面が上向き
となっていることで、仮にダイヤモンド粒子がディスク
より脱落したとしても研磨布上に残留しにくい。さら
に、パッドコンディショニング終了後、パッドクリーニ
ング手段で研磨布表面を自動洗浄することで、研磨布表
面の清浄度を保つ。
【0058】このパッドコンディショニング処理を行っ
ている際、インデックステーブルは90°回転されて、
ウエハwは二次研磨ステーションS3に移行される。こ
の回転より、ローディングステーションからは一次研磨
ステーションS2に新たなウエハが供給されてくる。
【0059】二次研磨ステーションS3においても、一
次研磨ステーションと同様に、研磨中にはポリッシング
ヘッド周囲をフードで覆い、ウエハの研磨加工中フード
の内壁に洗浄水を流し続けることで、飛散した研磨液の
固化や研磨液の液体成分の蒸発を防いでいる。さらに、
水シール室からの洗浄水をバキュームチャック外側から
供給することで、研磨中にウエハ裏面に研磨液が侵入す
ることを防いでいる。
【0060】二次研磨ステーションS3のポリッシング
ヘッドには、軟質の研磨布が張られている。例えば、気
泡密度の高い発泡ポリウレタンシートやポリエステル等
の化学繊維型の研磨布を用いる。この二次研磨工程にお
いても、ウエハを保持するホルダを50〜300rpm
程度の速度で回転させ、50〜1000rpmで回転す
るポリッシングヘッドをウエハ上に0.1〜5cm/秒
の速度で往復させて、銅膜110を研磨により薄膜化し
てゆく。ポリッシングヘッドの中心から供給される研磨
液には、0.1〜1wt%のセルロース等の水溶性有機
高分子と5〜10wt%のシリカ粒子を溶解させた酸化
剤水溶液を用いた。水溶性有機高分子は研磨後銅膜表面
に吸着して銅表面を親水性化することで、研磨剤粒子の
乾燥・固着を抑制する効果を有している。ここでは、二
次研磨ステーションS3で研磨布と研磨液種を一次研磨
ステーションと変える場合を示したが、これらの研磨部
材を変更せずに、研磨圧力をさらに低下させポリッシン
グヘッドの回転速度を上げる等の研磨条件の変更を行う
こともできる。
【0061】二次研磨ステーションS3には、ウエハ表
面のレーザ光の反射率の変化を検出する光度計が具備さ
れている。なお、ウエハ上のレーザ光入射位置には高圧
窒素ガス,高圧空気あるいは純水が吹きつけられてお
り、ウエハ上の研磨液を押しのけるように工夫がなされ
ている。ここでは、配線溝領域以外の低誘電率有機膜上
の銅膜が完全に研磨されて反射率が低下した時点を研磨
終了点とした。このように、本発明による自動研磨装置
では、ポリッシングヘッドがウエハ径よりも小さくかつ
ウエハ上を揺動運動することから、ウエハの表面性状を
常にモニタすることで研磨の終点検出を可能ならしめて
いるのである。なお、パッドコンディショナ手段及びパ
ッドクリーニング手段によるポリッシングヘッドの研磨
布のコンディショニング並びにクリーニングの処理を行
う点は、一次研磨ステーションでの処理と同じである。
【0062】二次研磨ステーションでの研磨処理によ
り、図16に示すように有機膜108の配線溝に銅の埋
め込まれた銅配線111が得られる。
【0063】アンローディングステーションS4におい
ては、ウエハを保持するバキュームチャックからなるホ
ルダを50rpm程度の速度で回転させ、回転するウエ
ハに同じく50rpm程度で回転するウエハ表面洗浄手
段のブラシを押しつけて洗浄する。洗浄液としては、純
水あるいはそれを電気分解した電解イオン水を用いる。
洗浄後、バキュームチャックの吸着面に空気と純水との
逆圧力をかけてウエハを解放する。ロボットアームでウ
エハをコンベア上に移し、コンベアは銅膜の研磨された
ウエハを次工程であるスクラブ洗浄装置へと速やかに移
送する。
【0064】以上、実施例に示した自動研磨装置におい
ては、ウエハのローディングステーションS1における
ウエハ搬入処理、一次研磨ステーションS2における銅
膜の平坦化研磨処理、二次研磨ステーションS3におけ
る銅膜の除去仕上げ処理、アンローディングステーショ
ンS4でのウエハ搬出処理を同時並行に行い、かつイン
デックステーブルの一定方向への回転で複数のウエハを
同時に次段の工程に速やかに送ることを可能としてい
る。最も効率良く本発明の自動研磨装置を運転するに
は、一次研磨ステーションと二次研磨ステーションの研
磨時間がほぼ同じになるようにそれぞれの研磨条件を設
定することが望ましい。少なくとも、一次研磨処理の終
了時と二次研磨処理との終了時とが一致するよう各々の
研磨処理開始時のタイミング調整をする必要がある。
【0065】本実施例では、低誘電率有機膜上の銅膜を
研磨する場合について述べたが、シリコン酸化膜上のア
ルミ膜やタングステン膜の研磨に適用できることも自明
である。さらに、BPSG膜やシリコン酸化膜の表面平
坦化にも適用できる。この場合には、一次研磨ステーシ
ョンと二次研磨ステーションとに硬質研磨布とシリカ粒
子分散研磨液を用い、両ステーションで同時並行に平坦
化研磨を行うことも可能である。
【0066】
【発明の効果】以上のように本発明によるときには、イ
ンデックステーブルに割り付けられた各ステーションに
て同時並行にウエハの研磨,インデックステーブル上へ
のウエハの搬入並びにインデックステーブルからのウエ
ハの搬出を行って、ウエハの研磨作業を能率よく行うこ
とができ、また、ウエハの研磨による性状変化を常時監
視しつつ研磨することができるため、粗研磨と仕上げ研
磨とを同じインデックステーブル上で順次に行う場合に
おいて、粗研磨と仕上げ研磨との研磨終了の時機を一致
させることができ、これによって、研磨処理後、ウエハ
を待機されることがなく、ひいては、研磨液の乾燥固化
によってウエハの品質を低下させることがない。本発明
によれば、研磨装置の設置に広いスペースを必要とせ
ず、各ウエハに対して全く同じ条件で研磨処理を行うこ
とができ、高品質で均一な製品に仕上げることができ
る。本発明によれば、各種ガラス,Si,SiO2,各
種セラミックス,アルチック,ガリウムヒ素,インジウ
ムリン,サファイアなどの研磨処理に広く適用すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を略示的に示す平面図であ
る。
【図2】本発明の一実施形態を示す図である。
【図3】インデックステーブルの断面図である。
【図4】ウエハ裏面洗浄手段を示す図である。
【図5】チャック洗浄手段を示す図である。
【図6】一次研磨ステーションの設備を示す図である。
【図7】ポリッシングヘッドを示す図である。
【図8】バキュームチャックの構造を示す図である。
【図9】ポリッシングヘッドを覆うフードを設けた例で
ある。
【図10】ウエハ表面洗浄手段を示す図である。
【図11】ウエハ表面洗浄手段を示す図である。
【図12】本発明の一実施例による半導体ウエハの研磨
処理工程を示す図である。
【図13】本発明の一実施例による半導体ウエハの研磨
処理工程を示す図である。
【図14】本発明の一実施例による半導体ウエハの研磨
処理工程を示す図である。
【図15】本発明の一実施例による半導体ウエハの研磨
処理工程を示す図である。
【図16】本発明の一実施例による半導体ウエハの研磨
処理工程を示す図である。
【図17】(a),(b)は、ウエハの配線構造を示す
図である。
【図18】図17のウエハを平坦化処理する従来の研磨
処理の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 インデックステーブル 1a 衝壁 2 ホルダ 3 ステッピングモータ 4 バキュームチャック 4a,4b 外部配管 5 モータ 6 電磁クラッチ 7 ロボットアーム 8 ウエハ裏面洗浄手段 8a,8b ブラシ 9 チャック洗浄手段 10 ウエハキャリア 11 ピンクランプ 12 ブラシホルダ 13 遊星歯車 14 中心歯車 15 回転軸 16 チャック洗浄部 17 供給孔 18 ポリッシングヘッド 18a 給液孔 19 パッドコンディショナ手段 20 パッドクリーニング手段 21 加圧シリンダ 21a 鍔部分 22 ベースプレート 22a 張出し縁 23 研磨布張り付板 24 研磨布 25 スピンドル 26 吸着孔 27 水シール室 28 通水溝 29 シールリング 30 給水孔 31 加圧室 32 ダイヤフラム 33 フード 34 パッドコンディショニングディスク 35 ポリッシングヘッド 36 パッドコンディショナ手段 37 パッドクリーニング手段 38 ウエハ表面洗浄手段 39 ロボットアーム 40 ピンクランプ 41 コンベア 42 ウエハ表面検知手段 43 光源 44 光度計 45 ハーフミラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−120182(JP,A) 特開 平8−288242(JP,A) 特開 昭62−162468(JP,A) 特開 平1−153273(JP,A) 特開 平7−193033(JP,A) 特開 昭61−219570(JP,A) 特開 平5−36667(JP,A) 特開 平5−190518(JP,A) 特開 平7−283177(JP,A) 特開 平7−276225(JP,A) 特開 平8−267354(JP,A) 特開 平4−372364(JP,A) 特開 平6−275582(JP,A) 特開 平8−216016(JP,A) 特開 昭61−86172(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 B24B 37/00 B24B 37/04

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 インデックステーブルとポリッシングヘ
    ッドとを有する自動研磨装置であって、 前記インデックステーブルは、少なくとも2枚以上のデ
    バイスパターン形成ウエハをそれぞれ定位置のデバイス
    パターン面を上向きに保持して所定角度毎の転回送りが
    与えられるものであり、少なくとも1個所の研磨ステー
    ションを有し、前記研磨ステーションは、インデックス
    テーブル上に搬入されてきたウエハのデバイスパターン
    面を研磨処理する領域であり、さらに前記インデックステーブルは、複数のホルダを有
    し、各ホルダは、インデックステーブル上に搬入されデ
    バイスパターン面を上向きにウエハを吸着保持するもの
    であり、研磨ステーションにて下方に設置されている回
    転駆動部とクラッチ接続されることで該ホルダは一方向
    に回転駆動され、ポリッシングヘッドによる研磨処理中
    のウエハを回転駆動するものであり、 更に前記ホルダはバキュームチャックであり、チャック
    洗浄手段を有し、該チャック洗浄手段は、インデックス
    テーブル上へのデバイスパターン形成ウエハの搬入に先
    立ち、インデックステーブルの下方に設置されている配
    管とクラッチ接続されることで純水をバキュムチャック
    の吸着面より噴出させて上方より回転円盤を押し当てる
    ことでデバイスパターン形成ウエハの裏面を吸着すべき
    バキュームチャックの吸着面を洗浄するものであり、 前記ポリッシングヘッドは、インデックッステーブル上
    方に設置され、ウエハ面と平行対向する回転研磨面を有
    し、研磨面は、研磨ステーションに搬入されてきたウエ
    ハのデバイスパターン形成面を上方から研磨するもので
    あることを特徴とする自動研磨装置。
  2. 【請求項2】 インデックステーブルとポリッシングヘ
    ッドとを有する自動研磨装置であって、 前記インデックステーブルは、少なくとも2枚以上のデ
    バイスパターン形成ウエハをそれぞれ定位置のデバイス
    パターン面を上向きに保持して所定角度毎の転回送りが
    与えられるものであり、少なくとも1個所の研磨ステー
    ションを有し、前記研磨ステーションは、インデックス
    テーブル上に搬入されてきたウエハのデバイスパターン
    面を研磨処理する領域であり、さらに前記インデックステーブルは、複数のホルダを有
    し、各ホルダは、インデックステーブル上に搬入されデ
    バイスパターン面を上向きにウエハを吸着保持するもの
    であり、研磨ステーションにて下方に設置されている回
    転駆動部とクラッチ接続されることで該ホルダは一方向
    に回転駆動され、ポリッシングヘッドによる研磨処理中
    のウエハを回転駆動するものであり、 更に前記ホルダはバキュームチャックであり、インデッ
    クステーブルの下方に設置されている配管とクラッチ接
    続されることで、バキュームチャックにデバイス形成ウ
    エハの裏面を吸着するための真空が与えられ、かつホル
    ダ周辺部に純水を供給するものであり、 前記ポリッシングヘッドは、インデックッステーブル上
    方に設置され、ウエハ面と平行対向する回転研磨面を有
    し、研磨面は、研磨ステーションに搬入されてきたウエ
    ハのデバイスパターン形成面を上方から研磨するもので
    あることを特徴とする自動研磨装置。
  3. 【請求項3】 インデックステーブルと、ポリッシング
    ヘッドと、パッドコンディショナ手段と、パッドクリー
    ニング手段とを有する自動研磨装置であって、 前記インデックステーブルは、少なくとも2枚以上のデ
    バイスパターン形成ウエハをそれぞれ定位置のデバイス
    パターン面を上向きに保持して所定角度毎の転回送りが
    与えられるものであり、少なくとも1個所の研磨ステー
    ションを有し、前記研磨ステーションは、インデックス
    テーブル上に搬入されてきたウエハのデバイスパターン
    面を研磨処理する領域であり、 前記ポリッシングヘッドは、インデックッステーブル上
    方に設置され、ウエハ面と平行対向する回転研磨面を有
    し、研磨面は、研磨ステーションに搬入されてきたウエ
    ハのデバイスパターン形成面を上方から研磨するもので
    あり、 前記パッドコンディショナ手段と前記パッドクリーニン
    グ手段とは、インデックステーブルの研磨ステーション
    の後退位置に設けられ、 前記パッドコンディショナ手段は、研磨ステーションに
    下向きに設置されたポリッシングヘッドの研磨面の目立
    てを行うものであり、 前記パッドクリーニング手段は、目立て後のポリッシン
    グヘッドに残留する研磨粉や砥粉を除去するものであ
    り、研磨ステーションの後退位置にポリッシングヘッド
    が後退移動することで研磨面のコンディショニングとク
    リーニングとを行うものである ことを特徴とする自動研
    磨装置。
  4. 【請求項4】 インデックステーブルとポリッシングヘ
    ッドとを有する自動研磨装置であって、 前記インデックステーブルは、少なくとも2枚以上のデ
    バイスパターン形成ウエハをそれぞれ定位置のデバイス
    パターン面を上向きに保持して所定角度毎の転回送りが
    与えられるものであり、少なくとも1個所の研磨ステー
    ションを有し、前記研磨ステーションは、インデックス
    テーブル上に搬入されてきたウエハのデバイスパターン
    面を研磨処理する領域であり、 前記ポリッシングヘッドは、インデックッステーブル上
    方に設置され、ウエハ面と平行対向する回転研磨面を有
    し、研磨面は、研磨ステーションに搬入されてきたウエ
    ハのデバイスパターン形成面を上方から研磨するもので
    あり、 さらにインデックステーブル上に設置されたレールをガ
    イドとして往復運動する前記ポリッシングヘッドは、ダ
    イアフラムを介して高圧空気による加圧で三次元方向に
    揺動可能であり、ポリッシングヘッドの往復運動中も研
    磨面は、研磨処理中のデバイスパターン形成ウエハに対
    して平行の姿勢が保持される ことを特徴とする自動研磨
    装置。
  5. 【請求項5】 ローディングステーションと、アンロー
    ディングステーションとを有し、 ローディングステーションと、アンローディングステー
    ションとは、所定角度毎の転回送りが与えられるインデ
    ックステーブルの停止位置に割り当てられたものであ
    り、 ローディングステーションではインデックステーブル上
    にデバイスパターン面を上向きにウエハの周縁を保持し
    て搬入する領域であり、 アンローディングステーションは、研磨処理後のウエハ
    の周縁を保持してインデックステーブル上から搬出する
    領域であることを特徴とする請求項1,2,3又は4
    記載の自動研磨装置。
  6. 【請求項6】 アンロードステーションにデバイスパタ
    ーン形成ウエハの表面洗浄手段を有し、 ウエハ表面洗浄手段は、インデックステーブルの転回送
    りされてきた研磨終了後のウエハのパターン形成面を洗
    浄するものであることを特徴とする請求項1又は3に記
    載の自動研磨装置。
  7. 【請求項7】 研磨ステーションとは、一次研磨ステー
    ションと二次研磨ステーションとであり、 一次研磨ステーションと二次研磨ステーションとは、一
    定角度毎の転回送りが与えられるインデックステーブル
    の停止位置に割り付けられたものであり、それぞれポリ
    ッシングヘッドを有し、一次研磨 ステーションは、ウエハのデバイスパターン形
    成面を粗研磨して平坦化するステーションであり、 二次研磨ステーションは、平坦化処理後のウエハのデバ
    イスパターン形成面を仕上げすることを特徴とする請求
    1,3又は6に記載の自動研磨装置。
  8. 【請求項8】 ポリッシングヘッドは、回転軸心に給液
    孔を有し、 給液孔は、研磨液を研磨面に供給するものであることを
    特徴とする請求項に記載の自動研磨装置。
  9. 【請求項9】 研磨終了時に回転ポリッシンングヘッド
    の中心部から供給される研磨液を洗浄水に切替て、デバ
    イスパターン形成ウエハ表面から研磨液を取り除くこと
    を特徴とする請求項に記載の自動研磨装置。
  10. 【請求項10】 デバイスパターン形成ウエハの表面検
    知手段を有し、 ウエハ表面検知手段は光照射によるデバイスパターン形
    成面の表面性状の変化から研磨処理の終了時期を検知す
    るものであることを特徴とする請求項に記載の自動研
    磨装置。
  11. 【請求項11】 デバイスパターン形成ウエハ上のレー
    ザ照射面をエアブローして加工液を部分的に排除するこ
    とを特徴とする請求項10に記載の自動研磨装置。
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