(57)【要約】【課題】研磨室内にスラリーが付着するのを抑制して、スラリーによるトラブルを防止する。【解決手段】半導体ウェーハ１、チャック２、チャック回転機構の可動部品であるスピンドル３、研磨パッド４ａ，４ｂ、及び研磨パッド押し付け機構の可動部品であるロッド５ａ，５ｂを囲い、内壁が親水性を有する研磨室１０を設ける。研磨前、純水スプレー１１から研磨室１０内に純水を撒く。このとき、切り替え弁１５は、ドレインライン１３を開き、リサイクルライン１４を閉じる。研磨時、純水スプレー１１からの純水を停止し、スラリーノズル１２から半導体ウェーハ１と研磨パッド４ａ，４ｂとの間にスラリーを供給する。このとき、切り替え弁１５は、ドレインライン１３を閉じ、リサイクルライン１４を開く。研磨後、純水スプレー１１から研磨室１０内に純水を撒く。このとき、切り替え弁１５は、ドレインライン１３を開き、リサイクルライン１４を閉じる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物を保持するチャックと、
被研磨物を研磨する研磨部材と、
前記研磨部材を保持し被研磨物へ押し付ける押し付け機構と、
被研磨物、前記チャック、前記研磨部材、及び前記押し付け機構の可動部品を囲い、内壁が親水性を有する研磨室と、
研磨前及び研磨後に、前記研磨室の内部に洗浄水を撒く散水手段と、
前記研磨室から洗浄水を排水する第１の配管と、
被研磨物と前記研磨部材との間にスラリーを供給するスラリー供給手段と、
前記研磨室からスラリーを回収する第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管とを開閉する開閉手段とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
被研磨物を保持するチャックと、
前記チャックを回転させる回転機構と、
被研磨物を研磨する研磨部材と、
前記研磨部材を保持し被研磨物へ押し付ける押し付け機構と、
被研磨物、前記チャック、前記回転機構の可動部品、前記研磨部材、及び前記押し付け機構の可動部品を囲い、内壁が親水性を有する研磨室と、
研磨前及び研磨後に、前記研磨室の内部に洗浄水を撒く散水手段と、
前記研磨室から洗浄水を排水する第１の配管と、
被研磨物と前記研磨部材との間にスラリーを供給するスラリー供給手段と、
前記研磨室からスラリーを回収する第２の配管と、
前記第１の配管と前記第２の配管とを開閉する開閉手段とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
被研磨物、被研磨物を保持するチャック、被研磨物を研磨する研磨部材、及び研磨部材を保持し被研磨物へ押し付ける押し付け機構の可動部品を囲い、内壁が親水性を有する研磨室を設け、
研磨前に、研磨室の内部に洗浄水を撒き、
第１の配管を開いて研磨室から洗浄水を排水し、
被研磨物と研磨部材との間にスラリーを供給しながら研磨を行い、
第２の配管を開いて研磨室からスラリーを回収し、
研磨後に、研磨室の内部に洗浄水を撒き、
第１の配管を開いて研磨室から洗浄水を排水することを特徴とする研磨方法。
【請求項４】
被研磨物、被研磨物を保持するチャック、チャックを回転させる回転機構の可動部品、被研磨物を研磨する研磨部材、及び研磨部材を保持し被研磨物へ押し付ける押し付け機構の可動部品を囲い、内壁が親水性を有する研磨室を設け、
研磨前に、研磨室の内部に洗浄水を撒き、
第１の配管を開いて研磨室から洗浄水を排水し、
被研磨物と研磨部材との間にスラリーを供給しながら研磨を行い、
第２の配管を開いて研磨室からスラリーを回収し、
研磨後に、研磨室の内部に洗浄水を撒き、
第１の配管を開いて研磨室から洗浄水を排水することを特徴とする研磨方法。
【請求項５】
請求項１又は請求項２に記載の研磨装置を用いて、半導体ウェーハを研磨することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項６】
請求項３又は請求項４に記載の研磨方法を用いて、半導体ウェーハを研磨することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ等の研磨に用いられる研磨装置及び研磨方法、並びにそれらを用いた半導体デバイスの製造方法に係り、特に被研磨物と研磨部材との間にスラリーを供給しながら研磨を行う研磨装置及び研磨方法、並びにそれらを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造工程では、化学機械的研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いて、半導体ウェーハの研磨が行われる。ＣＭＰは、半導体ウェーハと研磨部材との間にスラリーを供給しながら研磨を行うものであり、通常、研磨中にスラリーが飛散するのを防止するため、半導体ウェーハの周囲に研磨室を設けて、研磨室内で研磨が行われる。
【０００３】
なお、半導体製造装置において、加工領域にカバーを設け、カバーに加工屑が蓄積するのを防止する技術が、特許文献１に開示されている。また、ＣＭＰを行う際、スラリーを回収して再利用するシステムとして、特許文献２に記載のものがある。
【特許文献１】
特開２００２−５９３６１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１１７６３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＣＭＰでは、研磨室内に飛散したスラリーが、研磨部材を保持し半導体ウェーハへ押し付ける押し付け機構やチャックを回転させる回転機構等の可動部品に付着して固まり、その動作を阻害するという問題があった。また、研磨室の天井及び側壁（以下、これらを総称して「内壁」という）や内部の可動部品に付着して固まったスラリーが、半導体ウェーハを吸着して保持するチャックの吸着面に落ちて吸着エラーを引き起こし、あるいはスラリーを回収する配管に入って目詰まりを引き起こす等のトラブルが発生する恐れがあった。このため、研磨作業の信頼性が低下し、また研磨室内の掃除等のメンテナンスに時間が掛かって、半導体デバイスの生産性が低下するという問題があった。
【０００５】
上記特許文献１に記載の技術は、加工領域を覆うカバーに純水等の液体を供給して水膜を形成することにより、加工屑がカバーに蓄積するのを防止するものである。しかしながら、特許文献１では、スラリーについては考慮されておらず、また研磨部材を保持し上下動させるホイールやスピンドル等の可動部品への付着についても考慮されていなかった。また、特許文献１に記載の技術をそのままＣＭＰに適用しても、加工中に純水等を供給するため、特許文献２のようにスラリーを回収することができなかった。
【０００６】
本発明は、研磨室内にスラリーが付着するのを抑制して、スラリーによるトラブルを防止することを目的とする。
【０００７】
さらに、本発明は、半導体ウェーハの研磨作業の信頼性を向上し、またメンテナンスの時間を短縮して、半導体デバイスの生産性を向上することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の研磨装置は、被研磨物を保持するチャックと、被研磨物を研磨する研磨部材と、研磨部材を保持し被研磨物へ押し付ける押し付け機構と、被研磨物、チャック、研磨部材、及び押し付け機構の可動部品を囲い、内壁が親水性を有する研磨室と、研磨前及び研磨後に、研磨室の内部に洗浄水を撒く散水手段と、研磨室から洗浄水を排水する第１の配管と、被研磨物と研磨部材との間にスラリーを供給するスラリー供給手段と、研磨室からスラリーを回収する第２の配管と、第１の配管と第２の配管とを開閉する開閉手段とを備えたものである。さらに、チャックを回転させる回転機構を備える場合、研磨室内には回転機構の可動部品も含まれる。
【０００９】
また、本発明の研磨方法は、被研磨物、被研磨物を保持するチャック、被研磨物を研磨する研磨部材、及び研磨部材を保持し被研磨物へ押し付ける押し付け機構の可動部品を囲い、内壁が親水性を有する研磨室を設け、研磨前に、研磨室の内部に洗浄水を撒き、第１の配管を開いて研磨室から洗浄水を排水し、被研磨物と研磨部材との間にスラリーを供給しながら研磨を行い、第２の配管を開いて研磨室からスラリーを回収し、研磨後に、研磨室の内部に洗浄水を撒き、第１の配管を開いて研磨室から洗浄水を排水するものである。さらに、チャックを回転させる回転機構を備える場合、研磨室内には回転機構の可動部品も含まれる。
【００１０】
研磨前に研磨室の内部に洗浄水を撒くことによって、親水性を有する研磨室の内壁は、研磨中も湿気が保たれスラリーの付着が最小限に抑えられる。また、研磨室の内部の可動部品も、研磨前に洗浄水を浴びることによって、スラリーの付着がある程度抑えられる。そして、研磨後に、研磨室の内部に再度洗浄水を撒くことによって、研磨室の内壁や内部の可動部品に付着したスラリーが洗い流される。従って、研磨室内にスラリーが付着するのを抑制して、スラリーによるチャックの吸着エラーや配管の目詰まり等のトラブルを防止することができる。
【００１１】
一方、研磨中は、研磨室の内部に洗浄水を撒かないので、洗浄水がスラリーに混入しない。研磨前及び研磨後は第１の配管を開き、研磨中は第２の配管を開くことによって、洗浄水とスラリーとを別々に排水又は回収することができる。なお、洗浄水としては、例えば純水を用いることができる。
【００１２】
本発明の半導体デバイスの製造方法は、上記のいずれかの研磨装置、または上記のいずれかの研磨方法を用いて、半導体ウェーハを研磨するものである。上記研磨装置又は上記研磨方法を用いることにより、半導体ウェーハの研磨作業の信頼性が向上し、またメンテナンスの時間が短縮されて、半導体デバイスの生産性が向上する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。図１（ａ）は本発明の一実施の形態による研磨装置の研磨前及び研磨後の動作を示す図、図１（ｂ）は本発明の一実施の形態による研磨装置の研磨中の動作を示す図である。本実施の形態は、半導体ウェーハの外周部分の研磨を行う研磨装置の例を示している。研磨装置は、チャック２、チャック回転機構、研磨パッド４ａ，４ｂ、研磨パッド押し付け機構、研磨室１０、純水スプレー１１、スラリーノズル１２、ドレインライン１３、リサイクルライン１４、及び切り替え弁１５を含んで構成されている。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、被研磨物である半導体ウェーハ１は、チャック２に搭載される。チャック２は、半導体ウェーハ１を真空吸着等によって保持する。チャック回転機構は、可動部品としてのスピンドル３を有し、スピンドル３の先端にチャック２が取り付けられている。チャック回転機構は、図示しないモータ等の働きによりスピンドル３を回転させて、半導体ウェーハ１を搭載したチャック２を回転させる。
【００１５】
チャック２の周囲には、研磨パッド４ａ，４ｂが配置されている。図２（ａ）は図１に示した研磨装置の研磨パッド４ａ，４ｂの斜視図、図２（ｂ）は研磨パッド４ａの動作を示す図、図２（ｃ）は研磨パッド４ｂの動作を示す図である。図２（ａ）に示すように、２つの研磨パッド４ａが半導体ウェーハ１を挟んで配置され、これと直交する向きに２つの研磨パッド４ｂが半導体ウェーハ１を挟んで配置されている。研磨パッド押し付け機構は、可動部品としてのロッド５ａ，５ｂを有し、ロッド５ａ，５ｂの先端に研磨パッド４ａ，４ｂが取り付けられている。研磨パッド押し付け機構は、図示しないエアシリンダ等の働きによりロッド５ａ，５ｂを移動させて、研磨時に研磨パッド４ａ，４ｂを半導体ウェーハ１へ押し付ける。
【００１６】
研磨パッド４ａは、図２（ｂ）に示すように、回転中の半導体ウェーハ１の外周部分に垂直に接触し、ロッド５ａにより矢印方向に移動されながら、半導体ウェーハ１の外周部分の側面の研磨を行う。研磨パッド４ｂは、図２（ｃ）に示すように、回転中の半導体ウェーハ１の外周部分に斜めに接触し、ロッド５ｂにより矢印方向に移動されながら、半導体ウェーハ１の外周部分の角の研磨を行う。
【００１７】
なお、半導体ウェーハの表面の研磨を行う研磨装置では、半導体ウェーハを回転させる代わりに、研磨パッドを回転させてもよく、また両者を互いに逆方向に回転させてもよい。
【００１８】
図１（ａ），図（ｂ）に示すように、半導体ウェーハ１、チャック２、スピンドル３、研磨パッド４ａ，４ｂ、及びロッド５ａ，５ｂを囲んで、研磨室１０が設けられている。研磨室１０の内壁には、親水性を有するシートが貼られている。研磨室１０内には、研磨室１０内に洗浄水としての純水を撒く純水スプレー１１と、半導体ウェーハ１と研磨パッド４ａ，４ｂとの間にスラリーを供給するスラリーノズル１２とが設けられている。また、研磨室１０の床には、純水を排水するドレインライン１３、スラリーを回収するリサイクルライン１４、及びこれらを開閉する切り替え弁１５が設けられている。
【００１９】
次に、図１に示した研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法について説明する。まず、研磨前は、半導体ウェーハ１をチャック２に搭載する前に、図１（ａ）に示すように、純水スプレー１１から研磨室１０内に純水を撒く。このとき、切り替え弁１５は、ドレインライン１３を開き、リサイクルライン１４を閉じる。研磨室１０内に撒かれた純水は、ドレインライン１３から排水される。
【００２０】
続いて、半導体ウェーハ１をチャック２に搭載し、半導体ウェーハ１の研磨を行う。研磨時は、図１（ｂ）に示すように、純水スプレー１１からの純水を停止し、スラリーノズル１２から半導体ウェーハ１と研磨パッド４ａ，４ｂとの間にスラリーを供給する。このとき、切り替え弁１５は、ドレインライン１３を閉じ、リサイクルライン１４を開く。研磨室１０内に飛び散ったスラリーは、リサイクルライン１４から回収される。
【００２１】
研磨後は、半導体ウェーハ１をチャック２から取り外した後、図１（ａ）に示すように、純水スプレー１１から研磨室１０内に純水を撒く。このとき、切り替え弁１５は、ドレインライン１３を開き、リサイクルライン１４を閉じる。研磨室１０内に撒かれた純水は、ドレインライン１３から排水される。
【００２２】
以上説明した実施の形態によれば、研磨前に、研磨室１０の内部に純水を撒くことによって、親水性を有するシートを貼った研磨室１０の内壁は、研磨中も湿気が保たれ、スラリーの付着が最小限に抑えられる。また、可動部品であるスピンドル３及びロッド５ａ，５ｂも、研磨前に純水を浴びることによって、スラリーの付着がある程度抑えられる。そして、研磨後に、研磨室１０の内部に再度純水を撒くことによって、研磨室１０の内壁や可動部品であるスピンドル３及びロッド５ａ，５ｂに付着したスラリーが洗い流される。従って、研磨室１０内にスラリーが付着するのを抑制して、スラリーによるチャック２の吸着エラーや、ドレインライン１３及びリサイクルライン１４の目詰まり等のトラブルを防止することができる。
【００２３】
一方、研磨中は、研磨室１０の内部に純水を撒かないので、純水がスラリーに混入しない。切り替え弁１５を用いて、研磨前及び研磨後はドレインライン１３を開き、研磨中はリサイクルライン１４を開くことによって、洗浄水とスラリーとを別々に排水又は回収することができる。
【００２４】
なお、本発明に用いる洗浄水は、純水に限らず、研磨室内にスラリーが付着するのを抑制するものであればよい。また、研磨室の内壁は、親水性を有するシートを貼るのでなく、親水性を有する材料で構成してもよい。チャック回転機構や研磨パッド押し付け機構の可動部品も、親水性を有する材料で構成すると、スラリーの付着をさらに抑制することができる。
【００２５】
次に、本発明の半導体デバイスの製造方法について説明する。図３は、半導体デバイスの製造工程の概略を示すフローチャートである。半導体デバイスの製造工程は、次の６つの工程に大きく分けられる。
（１）設計工程（ステップ２１０）
デバイスの設計を行う作業で、論理設計、回路設計、レイアウト設計、テスト設計等の工程を含む。
（２）マスク製作工程（ステップ２２０）
マスクを製作する作業で、マスクブランク製作、パターン形成、修正、検査等の工程を含む。
（３）基板製造工程（ステップ２３０）
半導体ウェーハ等の基板を製造する作業で、図４に示す工程を含む。
（４）基板処理工程（前工程）（ステップ２４０）
基板上にチップを作成する作業で、図５に示す工程を含む。
（５）組立工程（後工程）（ステップ２５０）
基板上のチップをデバイス化する作業で、ダイシング、ボンディング、パッケージング、仕上げ、マーキング等の工程を含む。
（６）検査工程（ステップ２６０）
デバイスを検査する作業で、製品検査、信頼性試験等を行う。
【００２６】
図４は、基板製造工程のフローチャートの一例である。図４では、ラッピング（ステップ３５０）及びポリッシング（ステップ３７０）において、半導体ウェーハの研磨が行われる。また、図５は、基板処理工程（前工程）のフローチャートの一例である。図５では、各処理の間に必要に応じて、半導体ウェーハの研磨が行われる。本発明の研磨装置及び研磨方法は、これらの基板製造工程及び基板処理工程（前工程）において、半導体ウェーハを研磨する際に使用することができる。本発明の研磨装置及び研磨方法を用いることにより、半導体ウェーハの研磨作業の信頼性を向上し、またメンテナンスの時間を短縮することができる。従って、半導体デバイスの生産性を向上することができる。
【００２７】
なお、本発明の研磨装置及び研磨方法は、半導体ウェーハの研磨に限らず、被研磨物と研磨部材との間にスラリーを供給しながら研磨を行う場合に広く適用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の研磨装置及び研磨方法によれば、研磨室内にスラリーが付着するのを抑制して、スラリーによるチャックの吸着エラーや配管の目詰まり等のトラブルを防止することができる。
【００２９】
また、本発明の半導体デバイスの製造方法によれば、半導体ウェーハの研磨作業の信頼性を向上し、またメンテナンスの時間を短縮して、半導体デバイスの生産性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の一実施の形態による研磨装置の研磨前及び研磨後の動作を示す図、図１（ｂ）は本発明の一実施の形態による研磨装置の研磨中の動作を示す図である。
【図２】図２（ａ）は図１に示した研磨装置の研磨パッド４ａ，４ｂの斜視図、図２（ｂ）は研磨パッド４ａの動作を示す図、図２（ｃ）は研磨パッド４ｂの動作を示す図である。
【図３】半導体デバイスの製造工程の概略を示すフローチャートである。
【図４】基板製造工程のフローチャートの一例である。
【図５】基板処理工程（前工程）のフローチャートの一例である。
【符号の説明】
１…半導体ウェーハ
２…チャック
３…スピンドル
４ａ，４ｂ…研磨パッド
５ａ，５ｂ…ロッド
１０…研磨室
１１…純水スプレー
１２…スラリーノズル
１３…ドレインライン
１４…リサイクルライン
１５…切り替え弁
【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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