WO2004059714A1

WO2004059714A1 - 研磨装置及び半導体デバイスの製造方法

Info

Publication number: WO2004059714A1
Application number: PCT/JP2003/016421
Authority: WO
Inventors: Naoki Asada; Susumu Hoshino
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2004-07-15
Also published as: JPWO2004059714A1; TW200413130A

Abstract

　摺動部材７は、フランジ部８にネジ止めされており、フランジ部８にはオリフィス状のプレート９と砥石ホルダ１０と砥石押さえがネジ止めされている。これとは別のネジにより、砥石ホルダ１０と砥石押さえ１１がネジ止めされ、これら砥石ホルダ１０と砥石押さえ１１の間にアルミナセラミックス製の砥石１２が挟み込まれている。ホルダ４とピンチャック５面が離れている状態では、砥石１２は最大限にホルダ４から突出した状態になっているが、チャック洗浄装置１を下降させ、砥石１２とピンチャック５面を接触させた状態では、砥石１２がピンチャック面に倣って引っ込み、ピンチャック５面にうねり（凹凸）があった場合でも、各砥石１２がその凹凸に倣って表面に接触するようになる。これにより、研磨対象物保持部表面から微小異物を効果的に除去することが可能となる。

Description

明細書研磨装置及び半導体デバイスの製造方法技術分野

本発明は、例えば U L S I等の半導体デバイスの製造工程中において半導体デバイスの平坦化研磨に用いるのに好適な研磨装置、及び半導体デバイスの製造方法に関するものである。背景技術

加工工具により被加工面の加工を行うように構成された加工装置としては、研磨、研削、ラッピング等種々の加工を行うものが従来から知られている。その一例として、被加工物が半導体ウェハで、加工工具が半導体ウェハの表面研磨を行う研磨パッドからなる化学機械研磨装置（C M P装置）があり、 C M P (Chemical Mechanical Polishing)装置は従来から半導体デバイスの製造工程に用いられている。

C M P装置は、半導体ウェハの製造工程においてウェハ表面に形成された膜を研磨して平坦化する研磨処理（例えば、層間絶縁膜の研磨、表面金属膜の研磨、誘電体膜の研磨等）に用いられ、この研磨処理後のゥェハ表面に所定厚さの均一且つ平坦な膜層を残すような研磨処理が要求される。なお、 C M P装置としては、例えば、特閧平 1 0— 3 0 3 1 5 2号公報、特開平 1 1— 2 0 4 4 6 8号公報に開示されたものがある。このような C M P装置について、図 8および図 9を参照して説明する。この C M P装置 3 1は研磨へッド移送機構 3 7により研磨面を下方に向けて支持された複数の研磨へッドを有する。この研磨へッドとしては、粗研磨用研磨へッド 3 2 a、中研磨用研磨へッド 3 2 b、仕上研磨用研磨ヘッド 3 2 c (但し、図においては、仕上研磨用研磨へッド 3 2 cは示されていない）からなり、これらを総称して符号 3 2を用いて研磨へッド 3 2として説明する。研磨へッド 3 2は研磨へッド移送機構 3 7から下方に延びた回転軸 3 3に取り付けられており、研磨ヘッド移送機構 3 7内の図示しないモー夕により回転駆動されるように構成されている。この研磨へッド 3 2は下端にパッド保持機構を有し、研磨パッド 3 4 (研磨パヅド 3 4 a、 3 4 b、 3 4 cの総称、ただし、図では 3 4 cは示されていない）が研磨面を下方に向けてパッド保持機構により保持されて研磨へッド 3 2の下端に着脱自在に取り付けられている。この場合、粗研磨用研磨へッド 3 2 aは中研磨用研磨へッド 3 2 bおよび仕上研磨用研磨へッド 3 2 cより小さく形成されており、粗研磨用研磨へッド 3 2 aには小径の粗研磨用研磨パッド 3 4 aが取り付けられる。

中研磨用研磨へッド 3 2 bおよび仕上研磨用研磨へッド 3 2 cは粗研磨用研磨へッド 3 2 aより大きく形成されており、これら中研磨用研磨へッド 3 2 bおよび仕上研磨用研磨へッド 3 2 cには粗研磨用研磨パッド 3 4 aより大径の中研磨用研磨パッド 3 4 bおよび仕上研磨用研磨パヅド 3 4 cが取り付けられる。

粗研磨用研磨パッド 3 4 aは研磨対象となるウェハ Wの表面を部分的に研磨して表面の膜厚凹凸うねりを修正し、表面を平坦化する研磨を行うものであり、ウェハ Wの表面に対して十分に小さな径を有して構成される。一方、中研磨用研磨パッド 3 4 bおよび仕上研磨用研磨パッド 3 4 cは、粗研磨用研磨パッド 3 4 aにより表面膜厚凹凸うねりを修正して平坦化されたウェハ Wの表面を均一に研磨するものであり、ウェハ W の表面の広い部分もしくは全面を覆う大きさを有して構成される。

すなわち、中研磨用研磨パッド 3 4 bは、図 9に示すようにウェハ W の半径より大きな直径を有してその表面の広い部分を覆う大きさ、もしくはウェハ Wの直径より大きな直径を有してウェハ表面の全面を覆う大きさを有して構成される。図示されていない仕上研磨用研磨パッド 3 4 cも同じ構造である。

C M P装置 3 1内にはパッドコンディショニング機構 3 5が設けられており、ここで研磨パッド 3 4のドレッシングが行われる。ノヅドコンディショニング機構 3 5にはドレッシングディスク 3 5 a、噴射ノズル 3 5 bおよび回転可能な洗浄ブラシ 3 6が図示のように配設されている。研磨へッド移送機構 3 7は、レール 3 7 a、送りネジ 3 7 b、送りネジに螺着された移動体 3 7 cを有し、移動体 3 7 cに回転軸 3 3を介して研磨へヅド 3 2が取り付けられている。送りネジ 3 7 bは歯車 3 7 d， 3 7 eを介してモー夕 3 7 f により回転駆動され、移動体 3 7 cが図 9 に示す X方向に移動される。また、移動体 3 7 c内に配設された図示し ' ない昇降機構により、研磨へッド 3 2は図 9に示す z方向に昇降移動されるようになっている。各研磨ヘッド 3 2 a , 3 2 b , 3 2 cそれそれに上記のような機構が設けられており、それぞれ独立して X , z方向に移動されるようになっているが、特に粗研磨用研磨へッド 3 2 aは、 x， z方向に直角な y方向にも移動されるように構成されている。

C M P装置 3 1にはさらに、研磨対象物であるウェハ Wを収納する収納カセヅト 3 9が設けられ、この収納カセヅト 3 9に対してウェハ Wの搬送を行うウェハ搬送用ロボット 4 0が設けられている。ウェハ搬送用ロボット 4 0は収納カセヅト 3 9から未研磨状態のウェハ Wをィンデックステーブル 4 2に搬送するとともに研磨完了後のウェハ Wを搬出するためのロボットであり、この搬送経路の途中にウェハ Wを一時的に載置するウェハ仮置台 4 1が設けられている。

ィンデヅクステーブル 4 2は軸 4 2 eを軸芯として同一円周上に等間隔に設けられた回転可能な 4基のウェハチヤック機構 5 0を備えて構成され、符号 S 1で示すウェハローディング&アンローディングゾーン、符号 S 2で示す粗研磨ゾーン、符号 S 3で示す中研磨ゾーン、符号 S 4 で示す仕上げ研磨ゾーンに区分けされている。よって、各ウェハチヤック機構 5 0はインデックステーブル 4 2の回転に応じて、ウェハローデイング &アンローデイングゾーン S 1、粗研磨ゾーン S 2、中研磨ゾーン S 3、仕上げ研磨ゾーン S 4に順次移動する。

なお、粗研磨ゾーン S 2、中研磨ゾーン S 3および仕上げ研磨ゾーン S 4の上方にそれそれ、粗研磨用研磨へッド 3 2 aに保持された粗研磨用研磨パッド 3 4 a、中研磨用研磨へッド 3 2 bに保持された中研磨用研磨パッド 3 4 b、仕上研磨用研磨へッド 3 2 c'に保持された仕上研磨用研磨パッド 3 4 cが位置する。

ウェハ搬送用ロボット 4 0は研磨が完了したウェハ Wを搬送するアンローディング用搬送ロボットとしても用いられ、このウェハ搬送用ロボット 4 0により研磨完了ウェハ Wはペルトコンベア 4 6の上に搬送され、ベルトコンベア 4 6によりウェハ洗浄機構 4 7に送られて洗浄される。なお、ィンデヅクステ一ブル 4 2の各ウェハチヤヅク機構 5 0をドレヅシングぉよび洗浄するチヤヅクドレッサ 4 4 aおよびチャック洗浄機構 4 4 bも有する。

ウェハチャックの平面度が悪いと、ウェハをチャックしたとき、その平面度の悪さがウェハの表面側に伝達され、この状態でウェハ表面を平坦に研磨した場合、チャックからウェハを取り外したとき、平面度が悪い状態となる。よって、精密研磨においては、ウェハチャック（ピンチャック）の表面には高い平面度が要求される。

ところが、フェイスアップ式研磨装置、すなわち、ウェハの研磨面を上方に向けた状態で研磨する研磨装置においては、研磨工程に使用されるスラリーや、研磨屑、ゴミ等の微小異物が、ピンチャック面に残留する可能性がある。特に凝集しやすいスラリーを使用した場合には、ビンチャック上面がゥエツト状態であっても、スラリーが固着しやすい傾向にある。この状態で C M P研磨を行うと、微小異物がビンチャック面とウェハの間に挟まった状態で研磨が行われるので、微小異物が存在する部分では、著しく平坦性が悪化するという現象が起こる。

また、ピンチャック上面の洗浄 ·乾燥を行わずに、新しいウェハを口 —ドする際、ウェハ搬送用ロボットのクリーン側のエフェク夕一を汚す原因にもなる。更にビンチャック上面が濡れた状態でウェハ吸着を行うと、ピンチャック上面に介在する純水やスラリー等で吸着力が不安定になるほか、表面張力に伴うウェハのァライメント精度が低下する等の現象が発生する。以上の理由からピンチヤック洗浄ュニットが必要になる。そこで、従来は、チャック洗浄機構 4 4 bにより、研磨の終了後、ピンチヤック部を純水により高圧洗浄したり、ピンチヤック径の半分位の径の砥石を回転させながらピンチヤック表面に擦り付け、これら微小異物の除去を行っていた。

このようなビンチャック洗浄機構（チャック機構ドレッサ）の例が、特閧 2 0 0 2— 9 3 7 6 2号公報に記載されている。このチヤヅク機構ドレヅサにおいては、リング状のセラミック（砥石）が基板に固定され、基板はモ一夕の回転駆動を受けて回転する回転軸に軸承されている。

ウェハの研磨が終了し、ウェハが搬出されてピンチャック機構上が空になると、チヤック洗浄機器のリング状セラミックがピンチャヅク機構に接するまで下降し、洗浄水をウェハ面に供給しながら、このリング状セラミツクを回転させてチャック表面を洗浄し、研削屑や砥粒を洗い流す。この間、ピンチャック機構は回転している。このようにして、ピンチヤック機構の表面に付着した微小異物が除去される。

しかしながら、ピンチャック機構の表面は完全な平面でなく、うねり (凹凸）が存在する。又、砥石の役割を果たすリング状セラミックの表面も完全な平面でなく、うねり（凹凸）が存在する。加えて、ピンチヤック機構の表面と砥石の役割を果たすリング状セラミックの表面とは、完全に平行とはなっていない。

よって、リング状セラミックによりピンチャック表面を研磨することにより微小異物を除去しょうとしても、両者が片当たりして、両者が接触しない部分が生じたり、両者のうねり（凹凸）の影響により、両者が接触しない部分が生じたりして、微小異物を完全に除去することが困難であった。

微小異物が除去されないでビンチャック表面に残留すると、ピンチヤックに新しいウェハを装着した場合、ウェハは可撓性を有するので、この異物によるピンチヤック表面の凸部の影響により、ウェハ表面に凸部が形成されることになる。この状態でウェハの研磨を行ってウェハ表面を平坦にすると、ウェハをピンチャックから取り外した場合に、研磨時に凸部となっていた部分にディンプル状の凹部が形成されることになる。発明の開示

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、ピンチャック（研磨対象物保持部）表面から微小異物を効果的に除去することが可能な研磨装置、及びこの研磨装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための第 1の発明は、研磨対象物を保持部に保持しつつ回転させ、研磨体を前記研磨対象物に押し付けながら、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、前記研磨対象物を保持する保持部表面を、当該保持部の表面に洗浄液を供給しながら砥石によりクリーニングするクリーニング装置を有し、当該クリーニング装置に取り付けられる前記砥石は、前記保持部の表面に対向して、保持機構により研磨装置本体部に対して回転可能に保持されたホルダに複数取り付けられており、当該各砥石を、前記保持部の表面に倣わせる倣い機構が設けられていることを特徴とする研磨装置である。

本発明においては、従来技術のようにリング状の大きな砥石を用いるのではなく、小さな砥石を複数、ホルダに取り付けて、このホルダを回転させることによって、研磨対象物を保持する保持部表面を砥石により研磨して微小異物を剥離させ、洗浄液により洗い流す。そして、これら各砥石を保持部表面に倣わせる倣い機構を有しているので、ホルダと保持部表面が平行でない場合でも、又、ホルダや保持部表面にうねり（凹凸）がある場合であっても、小さな砥石それそれが、保持部表面の傾斜や凹凸に倣うので、砥石表面と保持部表面の接触が良好となり、微小異物を剥がすことが容易となる。

よって、研磨対象物保持部表面から微小異物を効果的に除去することが可能となる。なお、本明細書において「保持部の研磨」という表現を用いるが、これは、保持部表面に付着した微小異物を剥離させる程度に研磨することであって、表面を拭く程度の微小な研磨であり、表面を平にするような研磨を意味するものではない。

前記目的を達成するための第 2の発明は、前記第 1の発明であって、前記砥石の硬さが前記保持部の硬さよりも柔らかいことを特徴とするものである。

本発明においては、前記砥石の硬さが前記保持部の硬さよりも柔らかいことにより、クリーニング時において保持部自体の摩耗を少なく抑えることができる。

前記目的を達成するための第 3の発明は、前記第 1の発明又は第 2の発明であって、前記倣い機構が、前記砥石を前記ホルダに対して所定の範囲で進退可能に保持し、前記砥石を前記ホルダより突出する方向に付勢する付勢機構を有することを特徴とするものである。

本発明においては、砥石をホルダより突出する方向に付勢する付勢機構を有するので、ホルダと保持部表面が平行でない場合でも、又、ホルダゃ保持部表面にうねり（凹凸）がある場合であっても、小さな砥石それそれを、保持部表面の傾斜や凹凸に倣わせることができる。又、砥石が進退可能な範囲が制限されているので、ホルダと保持部の間隔を空けた場合でも、砥石が脱落することがない。

前記課題を解決するための第 4の発明は、前記第 3の発明であって、前記砥石には、前記付勢機構に洗浄液が付着しないようにするための液体浸入防止部材が設けられていることを特徴とするものである。

本発明によれば、付勢機構に洗浄液が付着しなくなるので、これらが汚れたり、洗浄液の付着により動作不良を起こしたりすることを防止することができる。

前記目的を達成するための第 5の発明は、前記第 3の発明又は第 4の発明であって、前記倣い機構が、さらに、前記ホルダと前記保持機構との間に、ジンバル機構を有することを特徴とするものである。

本発明においては、ホルダと保持部表面が平行でない場合でも、これらを互いに接触させたとき、ジンバル機構により、巨視的に見た場合、両表面を接触させることができ、片当たりを防止することができる。よつて、砥石を保持部表面に倣わせることがさらに容易になる。

前記目的を達成するための第 6の発明は、前記第 1の発明であって、前記倣い機構が、前記保持機構と前記ホルダの間に設けられた弾性体を有することを特徴とするものである。

本発明においては、ホルダと保持部表面が平行でない場合でも、これらを互いに接触させたとき、弾性体の変形により、巨視的に見た場合両表面を接触させることができ、片当たりを防止することができる。又、ホルダにもある程度の可撓性を持たせておけば、これが弾性体と共に変形し、保持部表面にうねり（凹凸）がある場合でも、砥石表面をそれに倣わせることが可能となる。

前記目的を達成するための第 7の発明は、前記第 1の発明から第 6の発明のいずれかであって、前記ホルダが自転したとき、前記各砥石の表面が描く軌跡が互いに重なり合うように、前記砥石が配置されていることを特徴とするものである。

本発明においては、ホルダが自転したとき、各砥石の表面が描く軌跡が互いに重なり合うように配置されているので、保持部表面を隙間無く研磨することが可能となる。

前記目的を達成するための第 8の発明は、前記第 1の発明から第 7の発明のうちいずれかであって、前記ホルダのうち前記砥石が取り付けられている範囲の最外円周の直径が、前記保持部の直径の約 1ノ2であり、前記砥石が、前記保持部の中心から一方の外周までの範囲に位置するように、前記ホルダが設けられていることを特徴とするものである。

一般に保持部の研磨を行うときは、保持部を回転させる。このような場合に、ホルダを本発明のように構成しておけば、保持部の回転力によりホルダが回転させられるので、あえてホルダを回転させる動力を与える必要が無くなり、それだけ構成を簡単にすることができる。なお、「前記保持部の直径の約 1 / 2であり」というのは、厳密に 1 / 2でなくても、ホルダを有効に回転させることができればその範囲の誤差は許されるという意味である。又、本発明においても、ホルダを動力により回転させるようにしてもかまわない。

前記目的を達成するための第 9の発明は、前記第 8の発明であって、前記保持機構は、前記ホルダの自転軸が、前記保持部の回転中心の周りに回転可能なように前記ホルダを保持するものであることを特徴とするものである。

本発明においては、ホルダの自転軸が、保持部の回転中心の周りに回転可能なようにホルダを保持するようになっているので、ホルダは、自転しながら保持部の回転中心の周りを公転することになる。よって、保持部をより均一に研磨することができる。さらに、保持部を回転させた場合、このホルダの公転力は、ホルダの自転力と同様に保持部の回転力から与えられるので、公転させるための特別の動力を必要とせず、構成が簡単になる。勿論、公転力を与えるための動力機構を設けてもよい。前記目的を達成するための第 1 0の発明は、前記第 9の発明であって、前記保持部上又は前記ホルダ上に洗浄液を供給する洗浄液供給機構が、前記ホルダの回転軸の回転に伴って、当該ホルダの回転軸と相対的な位置を一定に保ったまま移動可能に設けられていることを特徴とするものである。

本発明においては、ホルダが公転するに伴って、洗浄液供給機構がホルダの回転軸と一定の位置関係を保ったまま、公転する。よって、ホルダと洗浄液供給機構の位置関係が不変なので、洗浄液を、研磨が行われている場所に対して一定の位置から供給することができ、洗浄の安定性を保つことができる。

前記目的を達成するための第 1 1の発明は、前記第 1の発明から第 1 0の発明のいずれかである研磨装置を用いて、ウェハを研磨する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。

本発明においては、半導体デバイス製造工程中のウェハ研磨工程において、ウェハの研磨を良好に行うことができるので、歩留よく半導体デバイスを製造することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の実施の形態である研磨装置に用いられる第 1のチヤック洗浄装置の概要を示す端面図である。

図 2は、図 1における A部の詳細図である。

図 3は、図 1における B部拡大図である。

図 4は、ホルダを、砥石が取り付けられている表面側から見た概要図 ( C— C矢視図）である。

図 5は、チヤック洗浄装置を図 1の上方から見た概要図である。図 6は、本発明の実施の形態である研磨装置に用いられる第 2のチヤック洗浄装置の概念を示す端面図である。

図 7は、本発明の実施の形態である半導体デバイスの製造方法のフロ一チヤ一トである。

図 8は、 C M P装置の概要を示す図である。

図 9は、 C M P装置の概要を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態の例のうち、最良と思われるものを、図を用いて説明するが、これらの実施の形態が、本発明の範囲を制限するものではないことはいうまでもない。図 1は、本発明の実施の形態である研磨装置に用いられる第 1のチャック洗浄装置の概要を示す端面図である。チャック洗浄装置 1は、研磨装置本体部 2に回転可能に軸支された回転アーム 3と、その回転アーム 3に軸支されたホルダ 4から構成されている。すなわち、回転アーム 3は研磨対象であるピンチャック 5の回転中心と回転中心が一致するような状態で、研磨装置本体部 2に軸支されており、回転アーム 3には、第 1ホルダ支持部材 6 aと第 2ホルダ支持部材 6 bで構成されるホルダ支持部材 6が取り付けられている。

後に詳しく述べるように、第 2ホルダ支持部材 6 bは、リング状の摺動部材 7と球面接触しながら、摺動部材 7との間で摺動可能とされている。摺動部材 7は、例えば、超高分子量ポリエチレン等、表面が滑りやすく、又、発麈しにくく、かつ、焼き付きを起こしにくい材料で構成されている。

摺動部材 7は、フランジ部 8にネジ止めされており、フランジ部 8にはプレート 9と砥石ホルダ 1 0と砥石押さえ 1 1が共締めされている。これとは別のネジにより、プレート 9と砥石ホルダ 1 0と砥石押さえ 1 1がネジ止めされ、これら砥石ホルダ 1 0と砥石押さえ 1 1 とプレート 9の間にアルミナセラミックス製の砥石 1 2が挟み込まれている。砥石 1 2の材料としては、アルミナセラミックスをはじめ、一般的に用いられているものを適宜使用できる。なお、砥石 1 0の硬さは、ピンチャック 5の硬さよりも柔らかい方が、クリ一ニング時のピンチヤック 5自体の摩耗が少ないため好ましい。

フランジ部 8には、さらに上カバー 1 3と下カバ一 1 4がネジ止めされている。なお、本発明と直接の関係はないが、回転アーム 3、第 1ホルダ支持部材 6 aは中空とされており、この中を通った洗浄液（純水等、一般に用いられているもの）が下カバー 1 4上の空間に供給され、図示しない供給口から、ピンチャック 5上に供給されるようになっている。図 1から分かるように、本実施の形態においては、ホルダ 4のうち砥石 1 2が設けられている部分の最外円周の直径は、ピンチャック 5の直径の約 1 / 2であり、砥石 1 2が設けられている範倒は、ピンチャック 5の中心から一方の外周までをカバーする範囲である。

図 2に図 1における A部の詳細図を示す。砥石 1 2は、砥石ホルダ 1 0を介して、砥石押さえ 1 1を基準面にあてこみ、砥石 1 2の上部のコ字型になった凹部に、厚さを管理した N B R等の弾性体 1 6とシム 1 7 をプレート 9にて挟み込んでいる。ノヅキン 1 5は、砥石 1 2の内部にスラリ一や純水等が浸入することを防止する目的で、砥石押さえ 1 1に組み込まれている。なお、パッキン 1 5の代わりに、砥石押さえ 1 1 と砥石 1 2の間の隙間をふさぐように、蛇腹状のゴム板を砥石押さえ 1 1 と砥石 1 2の各々に接続させて設置してもよい。

そして、砥石 1 2は、弾性体 1 6の付勢力により、ホルダ 4の砥石押さえ 1 1から飛び出すように付勢され、その下方の角部が砥石押さえ 1 1に接触した状態で、ホルダ 4からの突出量が制限されている。この状態においては、図 2に示すように、砥石 1 2の上部とプレート 9との間に隙間があり、砥石 1 2が下方から弾性体 1 6の付勢力に抗する力を受ければ、この隙間に相当する分だけ、ホルダ 4側に引っ込むようにされている。

よって、ホルダ 4とピンチャック 5面が離れている状態では、砥石 1 2は最大限にホルダ 4から突出した状態になっているが、チャック洗浄装置 1を下降させ、砥石 1 2とピンチャック 5面を接触させた状態では、砥石 1 2がピンチャック 5面に倣って引っ込み、ピンチャヅク 5面にうねり（凹凸）があった場合でも、各砥石 1 2がその凹凸に倣って表面に接触するようになる。

図 3は、図 1における B部拡大図である。図 3に示すように、第 2ホルダ支持部材 6 bは、摺動部材 7と球面接触となっており、これにより、第 2ホルダ支持部材 6 bは摺動部材 7に対して摺動可能であると共に、その接触角度が可変とされている。すなわち、第 2ホルダ支持部材 6 b と摺動部材 7とは、第 1ホルダ支持部材 6 aとホルダ 4に対してジンバル機構を形成すると共に、ホルダ 4が回転アーム 3に対して上下運動をすることを許容している。ホルダ 4とピンチャック 5面が離れている状態では、ホルダ 4は自重により下降し、第 2ホルダ支持部材 6 bの上面 6 cがフランジ部 8の下面 8 aに接触することにより、回転アーム 3にぶら下がった状態となつている。チヤック洗浄装置 1を下降させ、砥石 1 2 とビンチャック 5面を接触させた状態では、ホルダ 4が回転アーム 3に対して相対的に上昇し、第 2ホルダ支持部材 6 bの上面 6 cとフランジ部 8の下面 8 aが離れた状態で、第 2ホルダ支持部材 6 bと摺動部材 7が接触するような状態となつている。この状態では、第 2ホルダ支持部材 6 bと摺動部材 7 との摺動により、ホルダ 4は、第 2ホルダ支持部材 6 b及び回転アーム 3に対して、上下動、回転、傾斜が自在となり、巨視的に見れば、ピンチャック 5表面に対して平行度を保つような姿勢をとる。

すなわち、砥石 1 2は、巨視的に見れば第 2ホルダ支持部材 6 bと摺動部材 7のこのような関係によりピンチヤック 5表面に倣い、微視的に見れば、各々の砥石 1 2がピンチャヅク 5表面に倣ってホルダ 4から出入りすることにより、ピンチャック 5表面に倣っていることになる。図 4は、ホルダ 4を図 1における C— C方向から見た矢視図である。図 1は、図 4の D— 0— D方向の端面図である。図 4に示すように、砥石 1 2は、砥石押さえ 1 1の表面部分において放射状かつ均一に配置されており、ホルダ 4が回転した場合に、砥石 1 2で研磨される面に隙間が生じないようにされている。

図 1において、ピンチャヅク 5を回転させると、砥石 1 2 とピンチヤック 5の接触面との摩擦により、ホルダ 4をピンチャック 5の回転方向に回転させるモーメントが生じ、その結果、ホルダ 4も自転を起こすことになる。同時に、ホルダ 4をピンチャック 5の回転方向に押す力も働くので、これにより回転アーム 3がピンチャック 5の回転方向に回転する。すなわち、ホルダ 4は自転しながら、回転アーム 3の中心すなわちピンチャック 5の回転中心の周りを公転することになる。このようなホルダ 4の自転、公転作用により、より均一にピンチャック 5の表面をクリーニングすることができる。

この実施の形態では、特別な動力及び駆動機構を用いなくてもホルダ 4の自転、公転を行わせることができるので、機構が簡単となる。勿論、ホルダ 4の自転、公転をそれそれ行わせる動力及び駆動機構を別に設けてもよい。

図 5は、チャック洗浄装置 1を図 1の上方から見た概要図である。図 5において、回転アーム 3には、ノズルホルダ 1 8が取り付けられており、回転アーム 3 と一体となって、回転アーム 3の回転につれて回転するようになっている。

ノズルホルダ 1 8にはノズル 1 9が取り付けられており、ノズル 1 9 からは洗浄液がビンチャック 5の上に噴射される。噴射位置は、ピンチャヅク 5の回転に対してホルダ 4の上流側となっており、これにより、ノズル 1 9から噴射された洗浄水がホルダ 4の下面に流れ込み、砥石 1 2によって剥がされた微小異物をビンチヤック 5の回転による遠心力と洗浄液により、ピンチャック 5の外部に押し流す。

回転アーム 3 とノズルホルダ 1 8がー体となって回転するため、回転アーム 3が回転し、それに伴ってホルダ 4が公転しても、ノズル 1 9は、ホルダ 4に対して一定の位置から洗浄液を供給することができる。なお、洗浄液としては、純水を含め、一般的に用いられている洗浄液が使用できる

なお、ホルダ 4内に、エアバッグ機構を設け、プレート 9がエアバヅグ機構を介して上下可動に保持され、エアバッグに空気を送り込むことにより、プレート 9が押し下がって、それにより、砥石 1 2がピンチヤック 5の表面を押圧するような構成にしてもよい。この場合、さらに、エアバッグに送り込む圧力を電空レギュレー夕等で制御することにより、砥石 1 2がビンチャック 5の表面を押圧する圧力を制御することができる。

図 61ま本発明の実施の形態である研磨装置に用いちれる第 2のチヤック洗浄装置の概念を示す端面図である。図 6におけるチャック洗浄装置 1においては、図 1における回転アーム 3から上部の部分の図示を省略しているが、図 1 と同様のものである。図示しない回転アーム 3に支持されたホルダ支持部材 6には、硬質ペースプレート 2 0が取り付けられ、硬質ベースプレート 2 0の下面には発泡ゴムからなる弾性材 2 1が取り付けられている。さらにその下面には、厚さが約 0.2mm 程度の薄くて可撓性のある硬質シート 2 2 ( S U S等）が取り付けられ、この硬質シート 2 2に砥石 1 2が固着されている。硬質べ一スプレート 2 0、弾性材 2 1、硬質シート 2 2がホルダ 4を形成している。

図 6から分かるように、本実施の形態においては、ホルダ 4のうち砥石 1 2が設けられている部分の最外円周の直径は、ピンチャック 5の直径の約 1 / 2であり、砥石 1 2が設けられている範囲は、ピンチャック 5の中心から一方の外周までをカバーする範囲である。

このホルダ 4をピンチャック 5に押し付けた場合、砥石 1 2がピンチャック 5表面から受ける反力によって弾性材 2 1が変形し、その結果、砥石表面がピンチヤック 5の表面に倣うようになる。硬質シート 2 2は薄くて可撓性があるので、弾性材 2 1の変形の妨げにはならない。このチャック洗浄装置においても、砥石 1 2は、図 4に示すように放射状に、かつ均一に配置されている。よって、本チャック洗浄装置も、図 1〜図 5に示したチヤック洗浄装置と同様の作用効果を生じる。

なお、以上説明した本発明の実施の形態においては、いずれもフェイ 'スアップ型のピンチャックを例にとって説明したが、本発明は、フェイスダウン型のピンチャックにも利用できる。さらに、ホルダの方を、ピンチャック（研磨対象物保持部）より大きくしても差し支えない。

図 7は、本発明の実施の形態である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。半導体製造プロゼスをス夕一す—ると、まずステップ S 2 0 0で次に挙げるステップ S 2 0 1〜 S 2 0 4の中から適切な処理工程を選択し、いずれかのステツプに進む。

ここで、ステップ S 2 0 1はウェハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップ S 2 0 2は C V 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 V D工程である。ステップ S 2 0 3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 S 2 0 4はウェハにィオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。

C V D工程（S 2 0 2 )もしくは電極形成工程（S 2 0 3 )の後で、ステツプ S 2 0 5に進む。ステップ S 2 0 5は C M P工程である。 C M P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。

C M Pェ程（S 2 0 5 )もしくは酸化工程（S 2 0 1 )の後でステツプ S 2 0 6に進む。ステヅプ S 2 0 6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卜の塗布、露光装置を用いた露光によるゥ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 S 2 0 7は現像したレジスト像以外の部分をエツチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エツチングが済んで不要となったレジストを取り除くェヅチング工程である。

次に、ステップ S 2 0 8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 S 2 0 0に戻り、先のステップを繰り返してゥェハ上に回路パターンが形成される。ステップ S 2 0 8で全工程が完了したと判断されればェンドとなる。

本発明による半導体デバイス製造方法では、 C M P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、 C M P工程の歩留まりが向上する。—こ——れ1こ—よ—り—、— W来—の導体—デ―バ—イス—製造方法—に比—ベて低—コフ—ドで'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、上記半導体デバィス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスの C M P 工程に本発明による研磨装置を用いてもよい。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、高歩留まりで製造されるので低コストの半導体デバイスとなる。

Claims

請求の範囲

1 . 研磨対象物を保持部に保持しつつ回転させ、研磨体を前記研磨対象物一に， IT付—け— ―ら一記 i 体一と，珊—磨龍一物補移貧 ^"せ——る一ことにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、前記研磨対象物を保持する保持部表面を、当該保持部の表面に洗浄液を供給しながら砥石によりクリーニングするクリーニング装置を有し、当該クリーニング装置に取り付けられる前記砥石は、前記保持部の表面に対向して、保持機構により研磨装置本体部に対して回転可能に保持されたホルダに複数取り付けられており、当該各砥石を、前記保持部の表面に倣わせる倣い機構が設けられていることを特徴とする研磨装置。

2 . 請求の範囲第 1項に記載の研磨装置であって、前記砥石の硬さが、前記保持部の硬さより柔らかいことを特徴とする研磨装置。

3 . 請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の研磨装置であって、前記倣い機構が、前記砥石を前記ホルダに対して所定の範囲で進退可能に保持,し、前記砥石を前記ホルダより突出する方向に付勢する付勢機構を有することを特徴とする研磨装置。

4 . 請求の範囲第 3項に記載の研磨装置であって、前記砥石には、前記付勢機構に洗浄液が接触しないよケにするための液体浸入防止部材が設けられていることを特徴とする研磨装置。

5 . 請求の範囲第 3項又は第 4項に記載の研磨装置であって、前記倣い機構が、さらに、前記ホルダと前記保持機構との間に、ジンバル機構を有することを特徴とする研磨装置。

6 . 請求の範囲第 1項に記載の研磨装置であって、前記倣い機構が、前記保持機構と前記ホルダの間に設けられた弾性体を有することを特徴とする研磨装置。

7 . 請求の範囲第 1項から第 6項のうちいずれか 1項に記載の研磨装置であって、前記ホルダが自転したとき、前記各砥石の表面が描く軌跡が互いに重なり合うように、前記砥石が配置されていることを特徴とする研磨丽。

8 . 請求の範囲第 1項から第 7項のうちいずれか 1項に記載の研磨装置であって、前記ホルダのうち前記砥石が取り付けられている範囲の最外円周の直径が、前記保持部の直径の約 1 / 2であり、前記砥石が、前記保持部の中心から一方の外周までの範囲に位置するように、前記ホルダが設けられていることを特徴とする研磨装置。

9 . 請求の範囲第 8項に記載の研磨装置であって、前記保持機構は、前記ホルダの自転軸が、前記保持部の回転中心の周りに回転可能なように前記ホルダを保持するものであることを特徴とする研磨装置。

1 0 . 請求の範囲第 9項に記載の研磨装置であって、前記保持部上又は前記ホルダ上に洗浄液を供給する洗浄液供給機構が、前記ホルダの回転軸の回転に伴って、当該ホルダの回転軸と相対的な位置を一定に保ったまま移動可能に設けられていることを特徴とする研磨装置。

1 1 . 請求の範囲第 1項から第 1 0項のうちいずれか 1項に記載の研磨装置を用いて、ウェハを研磨する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。