(57)【要約】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。
2004059714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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研磨装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
請求の範囲第１項から第１０項のうちいずれか１項に記載の研磨装置を用いて、ウエ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えばＵＬＳＩ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エハで、加工工具が半導体ウエ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（ＣＭＰ装置）があり、ＣＭＰ（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。
ＣＭＰ装置は、半導体ウエハの製造工程においてウエ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、この研磨処理後のウエ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、ＣＭＰ装置としては、例えば、特開平１０−３０３１５２号公報、特開平１１−２０４４６８号公報に開示されたものがある。
このようなＣＭＰ装置について、図８および図９を参照して説明する。このＣＭＰ装置３１は研磨ヘッド移送機構３７により研磨面を下方に向けて支持された複数の研磨ヘッドを有する。この研磨ヘッドとしては、粗研磨用研磨ヘッド３２ａ、中研磨用研磨ヘッド３２ｂ、仕上研磨用研磨ヘッド３２ｃ（但し、図においては、仕上研磨用研磨ヘッド３２ｃは示されていない）からなり、これらを総称して符号３２を用いて研磨ヘッド３２として説明する。研磨ヘッド３２は研磨ヘッド移送機構３７から下方に延びた回転軸３３に取り付けられており、研磨ヘッド移送機構３７内の図示しないモータにより回転駆動されるように構成されている。
この研磨ヘッド３２は下端にパッド保持機構を有し、研磨パッド３４（研磨パッド３４ａ、３４ｂ、３４ｃの総称、ただし、図では３４ｃ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ヘッド３２の下端に着脱自在に取り付けられている。この場合、粗研磨用研磨ヘッド３２ａは中研磨用研磨ヘッド３２ｂおよび仕上研磨用研磨ヘッド３２ｃより小さく形成されており、粗研磨用研磨ヘッド３２ａには小径の粗研磨用研磨パッド３４ａが取り付けられる。
中研磨用研磨ヘッド３２ｂおよび仕上研磨用研磨ヘッド３２ｃは粗研磨用研磨ヘッド３２ａより大きく形成されており、これら中研磨用研磨ヘッド３２ｂおよび仕上研磨用研磨ヘッド３２ｃには粗研磨用研磨パッド３４ａより大径の中研磨用研磨パッド３４ｂおよび仕上研磨用研磨パッド３４ｃが取り付けられる。
粗研磨用研磨パッド３４ａは研磨対象となるウエハ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、ウエハ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３４ｂおよび仕上研磨用研磨パッド３４ｃは、粗研磨用研磨パッド３４ａにより表面膜厚凹凸うねりを修正して平坦化されたウエハＷの表面を均一に研磨するものであり、ウエハ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３４ｂは、図９に示すようにウエハ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、もしくはウエハＷの直径より大きな直径を有してウエ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３４ｃも同じ構造である。
ＣＭＰ装置３１内にはパッドコンディショニング機構３５が設けられており、ここで研磨パッド３４のドレッシングが行われる。パッドコンディショニング機構３５にはドレッシングディスク３５ａ、噴射ノズル３５ｂおよび回転可能な洗浄ブラシ３６が図示のように配設されている。
研磨ヘッド移送機構３７は、レール３７ａ、送りネジ３７ｂ、送りネジに螺着された移動体３７ｃを有し、移動体３７ｃに回転軸３３を介して研磨ヘッド３２が取り付けられている。送りネジ３７ｂは歯車３７ｄ，３７ｅを介してモータ３７ｆにより回転駆動され、移動体３７ｃが図９に示すｘ方向に移動される。また、移動体３７ｃ内に配設された図示しない昇降機構により、研磨ヘッド３２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３２ａ，３２ｂ，３２ｃそれぞ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、特に粗研磨用研磨ヘッド３２ａ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。
ＣＭＰ装置３１にはさらに、研磨対象物であるウエハＷを収納する収納カセット３９が設けられ、この収納カセット３９に対してウエハＷの搬送を行うウエハ搬送用ロボット４０が設けられている。ウエハ搬送用ロボット４０は収納カセット３９から未研磨状態のウエハＷをインデックステーブル４２に搬送するとともに研磨完了後のウエハ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エハＷを一時的に載置するウエハ仮置台４１が設けられている。
インデックステーブル４２は軸４２ｅ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基のウエハチャック機構５０を備えて構成され、符号Ｓ１で示すウエハローディング＆アンローディングゾーン、符号Ｓ２で示す粗研磨ゾーン、符号Ｓ３で示す中研磨ゾーン、符号Ｓ４で示す仕上げ研磨ゾーンに区分けされている。よって、各ウエハチャック機構５０はインデックステーブル４２の回転に応じて、ウエハローディング＆アンローディングゾーンＳ１、粗研磨ゾーンＳ２、中研磨ゾーンＳ３、仕上げ研磨ゾーンＳ４に順次移動する。
なお、粗研磨ゾーンＳ２、中研磨ゾーンＳ３および仕上げ研磨ゾーンＳ４の上方にそれぞれ、粗研磨用研磨ヘッド３２ａに保持された粗研磨用研磨パッド３４ａ、中研磨用研磨ヘッド３２ｂに保持された中研磨用研磨パッド３４ｂ、仕上研磨用研磨ヘッド３２ｃに保持された仕上研磨用研磨パッド３４ｃが位置する。
ウエハ搬送用ロボット４０は研磨が完了したウエハ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、このウエハ搬送用ロボット４０により研磨完了ウエハＷはベルトコンベア４６の上に搬送され、ベルトコンベア４６によりウエハ洗浄機構４７に送られて洗浄される。なお、インデックステーブル４２の各ウエハチャック機構５０をドレッシングおよび洗浄するチャックドレッサ４４ａおよびチャック洗浄機構４４ｂも有する。
ウエハチャックの平面度が悪いと、ウエハをチャックしたとき、その平面度の悪さがウエハの表面側に伝達され、この状態でウエハ表面を平坦に研磨した場合、チャックからウエ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、ウエハチャック（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、ウエ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、ピンチャック上面がウエット状態であっても、スラリーが固着しやすい傾向にある。この状態でＣＭＰ研磨を行うと、微小異物がピンチャック面とウエ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、新しいウエハをロードする際、ウエハ搬送用ロボットのクリーン側のエフェクターを汚す原因にもなる。更にピンチャック上面が濡れた状態でウエハ吸着を行うと、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、表面張力に伴うウエハのア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ャック洗浄ユニットが必要になる。
そこで、従来は、チャック洗浄機構４４ｂにより、研磨の終了後、ピンチャック部を純水により高圧洗浄したり、ピンチャック径の半分位の径の砥石を回転させながらピンチャ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。
このようなピンチャック洗浄機構（チャック機構ドレッサ）の例が、特開２００２−９３７６２号公報に記載されている。このチャック機構ドレッサにおいては、リング状のセラミック（砥石）が基板に固定され、基板はモータの回転駆動を受けて回転する回転軸に軸承されている。
ウエハの研磨が終了し、ウエハが搬出されてピンチャック機構上が空になると、チャック洗浄機器のリング状セラミックがピンチャック機構に接するまで下降し、洗浄水をウエハ面に供給しながら、このリング状セラミッ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、ピンチャ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、ピンチャ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ようとしても、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ピンチャック表面に残留すると、ピンチャックに新しいウエハを装着した場合、ウエハは可撓性を有するので、この異物によるピンチャック表面の凸部の影響により、ウエハ表面に凸部が形成されることになる。この状態でウエハの研磨を行ってウエハ表面を平坦にすると、ウエ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、小さな砥石それぞれが、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、小さな砥石それぞれを、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。よって、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１／２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１０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１１の発明は、前記第１の発明から第１０の発明のいずれかである研磨装置を用いて、ウエ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エハ研磨工程において、ウエ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のチャ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、チャック洗浄装置を図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のチャ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ーチャートである。
図８は、ＣＭＰ装置の概要を示す図である。
図９は、ＣＭＰ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６ａと第２ホルダ支持部材６ｂ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６ｂ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、発塵しにくく、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１０と砥石押さえ１１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とプレート９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。砥石１２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１０の硬さは、ピンチャック５の硬さよりも柔らかい方が、クリーニング時のピンチャック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１３と下カバー１４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６ａ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１４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１２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１２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。
図２に図１におけるＡ部の詳細図を示す。砥石１２は、砥石ホルダ１０を介して、砥石押さえ１１を基準面にあてこみ、砥石１２の上部のコ字型になった凹部に、厚さを管理したＮＢＲ等の弾性体１６とシム１７をプレート９にて挟み込んでいる。パッキン１５は、砥石１２の内部にスラリーや純水等が浸入することを防止する目的で、砥石押さえ１１に組み込まれている。なお、パッキン１５の代わりに、砥石押さえ１１と砥石１２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１１と砥石１２の各々に接続させて設置してもよい。
そして、砥石１２は、弾性体１６の付勢力により、ホルダ４の砥石押さえ１１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１１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１２の上部とプレート９との間に隙間があり、砥石１２が下方から弾性体１６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５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。
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６ｂ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６ｂ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６ｂと摺動部材７とは、第１ホルダ支持部材６ａ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６ｂの上面６ｃがフランジ部８の下面８ａ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っている。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、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６ｂの上面６ｃとフランジ部８の下面８ａが離れた状態で、第２ホルダ支持部材６ｂと摺動部材７が接触するような状態となっている。この状態では、第２ホルダ支持部材６ｂ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６ｂ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１２は、巨視的に見れば第２ホルダ支持部材６ｂと摺動部材７のこのような関係によりピンチャック５表面に倣い、微視的に見れば、各々の砥石１２がピンチャック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−Ｏ−Ｄ方向の端面図である。図４に示すように、砥石１２は、砥石押さえ１１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１２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、ピンチャック５を回転させると、砥石１２とピンチャック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、公転をそれぞ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１８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１８にはノズル１９が取り付けられており、ノズル１９からは洗浄液がピンチャック５の上に噴射される。噴射位置は、ピンチャック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１９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１２によって剥がされた微小異物をピンチャック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１８が一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１９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がエアバッ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１２がピンチャック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タ等で制御することにより、砥石１２がピンチャック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のチャ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、硬質ベースプレート２０が取り付けられ、硬質ベースプレート２０の下面には発泡ゴムからなる弾性材２１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２２（ＳＵＳ等）が取り付けられ、この硬質シート２２に砥石１２が固着されている。硬質ベースプレート２０、弾性材２１、硬質シート２２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１２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１２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１２がピンチャック５表面から受ける反力によって弾性材２１が変形し、その結果、砥石表面がピンチャック５の表面に倣うようになる。硬質シート２２は薄くて可撓性があるので、弾性材２１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１２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に示したチャ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。
ここで、ステップＳ２０１は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等によりウエ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。
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ハへの回路パターンの焼き付け、露光した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。
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かかる研磨装置を用いているため、ＣＭＰ工程の歩留まりが向上する。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コスト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。
【図１】
2004059714.tif 000003
【図２】
2004059714.tif 000004
【図３】
2004059714.tif 000005
【図４】
2004059714.tif 000006
【図５】
2004059714.tif 000007
【図６】
2004059714.tif 000008
【図７】
2004059714.tif 000009
【図８】
2004059714.tif 000010
【図９】
2004059714.tif 000011
【国際調査報告】
2004059714.tif 000012
2004059714.tif 000013
2004059714.tif 000014
2004059714.tif 000015