(57)【要約】【課題】  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を提供する。【解決手段】  基板の表面を研磨する表面研磨機構２２０及び基板の裏面を研磨する裏面研磨機構２１０を有する研磨加工部２００と、研磨加工部２００において研磨加工された基板を洗浄する基板洗浄部３００と、研磨加工前の基板を研磨加工部２００に搬入し、研磨加工後の基板を基板洗浄部３００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１５０，２５０とからなり、研磨加工部２００において表面及び裏面が研磨された基板が基板洗浄部３００において洗浄され、搬送装置により搬出されるように研磨装置１を構成する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面を研磨する表面研磨機構及び前記基板の裏面を研磨する裏面研磨機構を有して前記基板の研磨加工を行う研磨加工部と、
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。
【請求項２】
前記研磨加工部において、研磨加工前の前記基板が前記裏面研磨機構により裏面研磨された後に、前記表面研磨機構により表面研磨されるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記裏面研磨機構は、前記基板の表面側を吸着して保持する表面吸着チャックと前記基板の裏面を研磨する裏面研磨ヘッドとを有し、
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。
【請求項４】
前記表面吸着チャックは前記基板の上方から前記基板の表面側を吸着して保持し、前記裏面研磨ヘッドは前記基板の下方から前記基板の裏面を研磨するように構成したことを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記基板は半導体ウエーハであり、
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。
【請求項６】
請求項５に記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９３７５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明を適用した研磨装置の全体構成例を示す平面図である。
【図２】裏面研磨機構の概要を示す(ａ)平面図、及び(ｂ)正面図である。
【図３】表面研磨機構の概要を示す(ａ)平面図、及び(ｂ)正面図である。
【図４】上記研磨装置による研磨加工の一例として示す        (ａ)研磨加工前のウエーハの断面図、及び(ｂ)研磨加工後のウエーハの断面図である。
【図５】上記研磨装置におけるウエーハの流れを示す説明図である。
【図６】本発明に係る半導体デバイス製造方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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