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WO2002043128A1 - Polishing device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Publication number
WO2002043128A1
WO2002043128A1 PCT/JP2001/009738 JP0109738W WO0243128A1 WO 2002043128 A1 WO2002043128 A1 WO 2002043128A1 JP 0109738 W JP0109738 W JP 0109738W WO 0243128 A1 WO0243128 A1 WO 0243128A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
polishing
substrate
surface state
chuck
measuring means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2001/009738
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eiji Matsukawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Nippon Kogaku KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp, Nippon Kogaku KK filed Critical Nikon Corp
Priority to US10/432,259 priority Critical patent/US20040029333A1/en
Priority to KR10-2003-7005959A priority patent/KR20030077537A/ko
Priority to EP01981007A priority patent/EP1336988A4/en
Publication of WO2002043128A1 publication Critical patent/WO2002043128A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/34—Accessories
    • B24B37/345—Feeding, loading or unloading work specially adapted to lapping
    • H10P50/00—
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B49/12—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation involving optical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B51/00—Arrangements for automatic control of a series of individual steps in grinding a workpiece
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • H10P72/0604—
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45232—CMP chemical mechanical polishing of wafer
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • Patent application title Polishing apparatus and manufacturing method of semiconductor device
  • the present invention relates to a polishing apparatus for polishing a substrate held by a chuck using a polishing member, and a method for manufacturing a semiconductor device using the polishing apparatus.
  • a polishing apparatus for polishing a substrate held by a chuck using a polishing member is a processing apparatus for polishing a substrate surface such as a glass substrate, a quartz substrate, or a semiconductor substrate (semiconductor wafer) such as silicon or gallium arsenide.
  • a substrate surface such as a glass substrate, a quartz substrate, or a semiconductor substrate (semiconductor wafer) such as silicon or gallium arsenide.
  • CMP equipment is a polishing machine that precisely polishes minute irregularities such as metal films and interlayer insulating films formed on the surface of semiconductor wafers over the entire surface of the wafer by chemical mechanical polishing (CMP). This is a polishing device that has received a great deal of attention as a technology for flattening multi-layer substrates.
  • Some of such CMP apparatuses include an end point detector that detects a processing end point during polishing processing (in-situ) and ends polishing processing in order to improve the yield of processed products.
  • the end point detector monitors the load state of the chuck that holds the wafer and the motor that rotates the polishing head with the polishing pad attached, and detects the change point to detect the processing end point.
  • a detector that indirectly detects processing a probe that emits probe light to a rotating wafer, monitors reflected light, and directly detects the processing end point based on changes in its brightness or spectral characteristics, and polishing. Probe light at a specific position on the wafer stopped after processing There is used a detector which projects the light and detects the polishing state at the position from the reflected light.
  • the polishing conditions of the CMP apparatus in order to set the polishing conditions of the CMP apparatus to suitable values according to the film formation state of the wafer, the state of the polishing pad, and the like, it is necessary to determine the micro-polishing state of the polished wafer. For this purpose, it is necessary to scan the polished wafer surface directly at multiple points or two-dimensionally to measure and obtain the profile (polishing state distribution).
  • the end point detector aims to detect the processing end point on a wafer-by-wafer basis, the detected information is limited to the averaged macro state quantity of the entire wafer or the local polishing state. It is not possible to set good conditions even if you feed back directly.
  • a measuring device for acquiring such a profile of a wafer surface a film thickness measuring device which has been conventionally used, and a film of an interlayer insulating film which emits white light and obtains a spectral distribution of the reflected light.
  • Surface state measuring instruments for measuring the remaining state of the thickness and the metal layer are known.
  • the above-mentioned measuring device is built in or connected to the CMP device and the polished wafer is transported to the measuring device to perform measurement, transport, polishing, cleaning, etc. in the conventional CMP device can be performed.
  • a new measurement process is added in series to each existing process, which causes a decrease in the throughput of wafers that can be polished per unit time as a CMP device (throughput). was there.
  • the wafer unloaded from the CMP device after polishing is measured outside the device, the throughput of the CMP device can be prevented from deteriorating, but the data is fed back after the profile is acquired. Takes a considerable amount of time to There was a problem that the effect of improving the yield could not be expected. Disclosure of the Invention
  • An object of the present invention is to provide a polishing apparatus with improved processing accuracy and yield, and a method for manufacturing a semiconductor device using the polishing apparatus.
  • a polishing apparatus having a chuck for holding a substrate and a polishing member for polishing the substrate, wherein the polishing device uses the polishing member to polish a surface of the substrate held on a chuck.
  • a surface condition measuring means for measuring the surface condition of the substrate, and a control device for controlling the operation of the polishing apparatus based on a preset control sequence, wherein the control device controls the surface condition during a gap time of the control sequence.
  • the polishing apparatus is configured so that the measuring means measures the surface state of the substrate at a plurality of positions (hereinafter, referred to as “first polishing apparatus”).
  • the “substrate surface state” refers to the microscopic surface state of the substrate as described above, and a profile of the substrate surface is obtained by measuring this at a plurality of positions. be able to.
  • the surface condition measuring means for measuring the substrate surface various types of measuring instruments which are already known can be applied. For example, a film thickness measuring instrument as described above or a white probe light can be used.
  • a surface condition measuring device that projects light onto the substrate surface and spectroscopically analyzes the reflected light to measure the thickness of the interlayer insulating film, a surface condition measuring device that performs similar measurements using the interference action of laser light, and soft X It can be configured using a surface condition measuring device or the like that measures the thickness of the metal layer using wires or eddy currents.
  • the “gap time” referred to in the present specification and the claims is defined as This refers to the time period in which the profile of the substrate surface can be measured without deteriorating the throughput.
  • the time required for the substrate to be transported or moved within the equipment, the time required to transfer the substrate between the chuck that holds the substrate and the transfer equipment, and the transfer of the substrate between transfer equipment, and the multiple steps performed in parallel in the polishing equipment When a process is progressing, it means a margin time when a margin occurs in another process until one process is completed.
  • the polishing apparatus of the present invention has surface state measuring means for measuring the surface state of the substrate, and the control device causes the surface state measuring means to measure the surface state of the substrate at a plurality of positions during the gap time as described above. Therefore, the surface state of the substrate before and after polishing can be measured with high accuracy without deteriorating the throughput of the polishing apparatus.
  • the surface condition measuring means in the first polishing device is configured to measure the surface condition of the substrate held by the chuck (hereinafter, referred to as “second polishing device”).
  • second polishing device in order to measure the surface state of the substrate held on the chuck, for example, the state of the substrate surface immediately after polishing is measured with high accuracy, and setting of the polishing conditions based on the measurement information is performed. It is possible, and by performing measurement before polishing, more detailed conditions can be set for each substrate on the chuck.
  • the second polishing apparatus includes a dressing unit for dressing the polished surface of the polishing member, and the surface condition measuring means includes a surface of the substrate held by the chuck during a gap time when the polishing member is dressed by the dressing unit.
  • the polishing apparatus may be configured to measure the state.
  • the second polishing apparatus includes an index table having a plurality of chucks and rotating and stopping at predetermined angular positions.
  • the polishing apparatus may be configured to measure the surface state of the substrate held by the chuck during the gap time when the table is rotated.
  • a new scanning unit is provided by fixedly disposing the detection unit of the surface state measuring unit on the movement path of the substrate that moves with the rotation of the index table. It is possible to scan and measure the substrate surface without providing it and in the same flow as the conventional process.
  • the second polishing apparatus includes an index table for rotating and stopping a table having a plurality of chucks at predetermined angular positions, and a substrate configured to correspond to the stop position of the index table and held by a chuck.
  • the surface condition measuring means is positioned on the transport stage during a gap time during which polishing is being performed on the polishing stage.
  • the polishing apparatus may be configured to measure the surface state of the substrate.
  • the surface state measuring means in the first polishing apparatus measures the surface state of the substrate along a moving path inside the polishing apparatus where the substrate after the polishing process is carried out from the chuck to the next process.
  • a polishing apparatus can also be configured (hereinafter, referred to as “third polishing apparatus”).
  • the surface state measuring means in the first polishing apparatus is configured to measure a surface state of the substrate being transported and moved on a movement path inside the polishing apparatus where the substrate after the polishing process is carried out from the chuck to the next step. It can also be configured to measure (hereinafter referred to as “the fourth polishing device”).
  • the detection unit of the surface condition measuring means is fixedly arranged on the movement path on which the substrate is conveyed, so that new scanning means is not provided and the same flow as the conventional process is performed. Measurement can be performed by scanning the substrate surface.
  • the first, third or fourth polishing apparatus is provided with a cleaning section for cleaning the substrate after the polishing process, and the surface condition measuring means is cleaned by the cleaning section.
  • the polishing apparatus can measure the surface state of the substrate in a clean state after the slurry and the like have been washed and removed, so that the surface state measurement can be performed with high accuracy.
  • the fifth polishing apparatus has an aligner mechanism for orienting the substrate after the cleaning process in the cleaning section in a predetermined direction, and the surface state measuring means measures the surface state of the substrate oriented in the predetermined direction by the aligner mechanism.
  • the polishing apparatus may be configured to measure. According to such a configuration, the surface state measuring means can measure the surface state by specifying a measurement position on the substrate (for example, a device at a specific address on the substrate or a more detailed pattern position on the device). Very high precision surface condition measurement can be performed.
  • the polishing device polishing the surface of the substrate held by the chuck using the polishing member.
  • Surface condition measuring means for measuring the surface condition
  • moving means for relatively moving the surface condition measuring device and the substrate held by the chuck
  • control for controlling the operation of the polishing apparatus based on a preset control sequence.
  • the control device causes the surface state measuring means to monitor the progress of the polishing process during the polishing process, and stops the polishing process when it is determined that the polishing process has reached a predetermined end point. It is also preferable that the polishing apparatus is configured to measure the surface state of the substrate at a plurality of positions by relatively moving the state measuring means and the substrate.
  • the surface state measuring means for detecting the surface state of the substrate is a detecting means capable of detecting the microscopic surface state of the substrate, but when the substrate is rotating at a high speed, the average from the device pattern existing on the same radius is obtained. Detected as (macro-like) information. By subjecting the average information to appropriate arithmetic processing, the average information is used as an end point detector for detecting the end point of the polishing process. (For example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-40680 filed by the present applicant.
  • one surface state measuring means is used as an end point detector for monitoring the processing state during polishing and detecting the end T point of the processing, and after polishing, the surface state measuring means is moved by the moving means. It can function as a measuring device that measures the profile of the substrate by moving the substrate relative to the substrate.
  • the moving means only needs to be capable of controlling the relative movement between the substrate and the surface state measuring means.
  • the one that moves, the one that linearly moves the detection part of the surface condition measuring means and rotates the substrate, and the one that rotates the index table with the detection part of the surface condition measuring means and the substrate fixed together. What scans the surface may be used. Therefore, according to such a polishing apparatus, the surface state of the substrate before and after polishing can be measured with high accuracy with a simple apparatus configuration without separately providing an end point detector and a surface state measuring instrument.
  • the polishing apparatus polishing the surface of the substrate held by the chuck using the polishing member. It comprises a measuring means, an index table having a plurality of chucks for stopping rotation at predetermined angular positions, and a control device for controlling the operation of the polishing device, wherein the control device has a substrate held by the chuck.
  • the polishing apparatus may be configured such that the surface state measuring means measures the surface state at a plurality of positions of the substrate in the state where the polishing is performed.
  • the surface state of the substrate is measured while the substrate is held by a chuck.
  • the surface state of the substrate immediately after polishing is measured with high accuracy, and the measurement is performed based on the measurement report.
  • Polishing conditions can be set, and measurement can be performed prior to polishing so that each substrate on the chuck can be measured. Can be set more finely.
  • control device configures the polishing device so that the surface condition measuring means measures the surface condition at a plurality of positions while the index table is rotating.
  • a new scanning unit is provided by fixedly disposing the detection unit of the surface state measuring unit on the movement path of the substrate that moves with the rotation of the index table. Further, the measurement can be performed by scanning the substrate surface in the same flow as the conventional process.
  • a surface state for measuring a surface state of the substrate in a polishing apparatus having a chuck for holding the substrate and a polishing member for polishing the substrate, and polishing the surface of the substrate held on the chuck using the polishing member, a surface state for measuring a surface state of the substrate.
  • a polishing apparatus having a chuck for holding a substrate and a polishing member for polishing the substrate, and polishing the surface of the substrate held by the chuck using the polishing member, a surface for measuring a surface state of the substrate.
  • the polishing apparatus may be configured to cause the surface state measuring means to measure the surface state at a plurality of positions on the substrate.
  • a surface state for measuring a surface state of the substrate in a polishing apparatus having a chuck for holding the substrate and a polishing member for polishing the substrate, and polishing the surface of the substrate held on the chuck using the polishing member, a surface state for measuring a surface state of the substrate.
  • the polishing apparatus may be configured to cause the surface state measuring means to measure the state.
  • the detection unit of the surface state measuring means may be fixedly arranged on a moving path on which the substrate is transported. Accordingly, it is possible to scan and measure the substrate surface in the same flow as the conventional process without providing a new scanning unit.
  • the surface state measuring means in each of the above inventions is a surface state measuring means for optically measuring the surface state of the substrate, a surface state measuring means for measuring the surface state of the substrate by fluorescent X-rays, or a surface state measuring means for measuring the surface state of the substrate.
  • the polishing apparatus may be constituted by using a surface state measuring means for measuring by eddy current. According to the polishing apparatus having such a configuration, from an insulating film CMP for flattening a light-transmitting insulating layer such as an interlayer insulating film, a wiring layer having no light transmitting property such as a metal film is flattened. Up to metal CMP, a polishing apparatus can be configured using a surface state measuring means corresponding to a CMP process, and a polishing apparatus capable of achieving high throughput regardless of a polishing object can be obtained.
  • control device in each of the above-mentioned inventions be configured so that the polishing conditions are changed based on the surface condition of the substrate measured by the surface condition measuring means.
  • the surface state of the substrate measured with high accuracy by the surface state measuring device is immediately fed back to the polishing conditions, and precise polishing conditions are set based on the actual polishing processing state. This makes it possible to provide a polishing apparatus with improved processing accuracy and yield.
  • a semiconductor device manufacturing method may be configured by using the polishing apparatus configured as described above in a step of polishing the surface of a semiconductor wafer (substrate). According to such a manufacturing method, a high-precision semiconductor device can be manufactured at a high throughput and a high yield, so that a low-cost, high-quality semiconductor device can be manufactured.
  • FIG. 1 is a plan view showing the overall configuration of a CMP apparatus as an embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a wafer surface state measuring device used in the present invention.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing a flow of a wafer when the CMP apparatus is operated.
  • FIG. 4 is a partial plan view of a CMP apparatus showing an example of the first embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5 is a partial plan view of a CMP apparatus showing an example of the second embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 6 is a side view of a CMP apparatus showing an example of the third to seventh embodiments of the polishing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 7 is a partial plan view of a CMP apparatus showing an example of the third embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 8 is a partial plan view of a CMP apparatus showing an example of the fourth embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view of a CMP apparatus showing an example of the eighth embodiment of the polishing apparatus according to the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart of a semiconductor manufacturing process shown as one embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention.
  • a semiconductor wafer is applied to a CMP apparatus for precisely flat-polishing a semiconductor wafer in a three-stage polishing process.
  • a CMP apparatus for precisely flat-polishing a semiconductor wafer in a three-stage polishing process.
  • An example will be described.
  • the overall configuration of the polishing apparatus 1 is roughly divided into a cassette index section 100, a wafer cleaning section 200, a polishing section 300, and the operation of the polishing apparatus. It consists of a control device 400 (see Fig. 2) for controlling, and the whole device constitutes an integrated clean chamber and each part is divided into small chambers.
  • a cassette index portion 1 0 0 (also referred to as carrier) a plurality of cassette Tsu bets which holds Weha C i to C 4 wafer setting te one pull 1 2 0 for placing a wafer notch or Oriental flat
  • the aligner mechanism 130 that orients the workpiece in a fixed direction, the unprocessed wafer in the cassette is taken out, transported to the washing machine temporary storage table 211 of the washing section 200, and the washing section 200
  • a first transport robot 15 ⁇ for storing the processed wafers cleaned in the cassette in a cassette is provided.
  • the first transfer robot 150 is an articulated arm type robot having two articulated arms, and is a swivel base 1 on which a horizontal swing and elevation operation are freely mounted on a base 15 1. 52, Two articulated arms 15 3 a and 15 3 b attached to the swivel table 15 2 so as to be able to bend and extend freely, A arm 15 5 5 a and B-arm 155b (B-arm 155b is offset-set below A-arm 155a and is positioned vertically above in Figure 1). ing. A holding portion for supporting the wafer from the back surface side and holding it by suction is formed at the distal end portions of the A arm 1555a and the B arm 1555b.
  • the base 151 is provided with a linear moving device, and is configured to be horizontally movable along a linear guide 160 provided on the floor.
  • the wafer cleaning section 200 has a four-chamber configuration of a first cleaning chamber 210, a second cleaning chamber 220, a third cleaning chamber 230, and a drying chamber 240, and is a polished wafer.
  • C is the first washing room 2 1 0 2nd washing room 2 2 0 3rd washing room 2 3 0 ⁇ drying
  • the slurry which is sequentially fed as in the chamber 240 and adheres to the polishing section 300, removes and cleans the slurry, polishing processing liquid, abrasive wear powder, and the like.
  • each cleaning chamber in this embodiment, double-side cleaning with a rotating brush is performed as rough cleaning in the first cleaning chamber, and ultrasonic vibration is applied as medium cleaning in the second cleaning chamber. It is configured to perform a surface pencil cleaning in the cleaning room, a spinner cleaning with pure water as a finishing cleaning in the third cleaning room, and a drying process in a nitrogen atmosphere in the drying room. The cleaning process is performed on the wafers that have been polished, and the unprocessed wafers are not subjected to the cleaning process, and the wafer cleaning unit is moved from the force set index unit 100 through the temporary washing machine stand 211. After passing through, it is carried into the polishing section 300.
  • the polishing section 300 is an area where polishing is performed, and a disc-shaped index table 340 is provided at the center.
  • the index tape 340 is equally divided into four sections at 90 degrees, and each section is provided with a chuck V ⁇ V ⁇ V ⁇ V for holding the wafer by suction, and the built-in stepping mode is activated. Rotate the entire table every 90 degrees.
  • the first polishing stage 310, the second polishing stage 320, and the third polishing stage 33 are surrounded by the outer periphery corresponding to the positioning stop position of the table.
  • the chuck V i V provided on the index table 340 has a holding mechanism for holding the wafer by vacuum suction from the back surface, and holds the suction-held wafer on the horizontal surface with respect to the index table 340.
  • a chuck drive mechanism that rotates at high speed inside the chamber, and a chuck cleaning mechanism that supplies pure water to the chuck to wash it out so that the slurry used during polishing does not dry and adhere are provided.
  • the diameter of the chuck V i V is formed to be slightly smaller than the diameter of the wafer, and is configured to be able to grip the outer peripheral end portion of the wafer when the wafer is loaded on the chuck or unloaded from the chuck. For this reason, it is configured such that the wafer is carried into the chuck, sucked and held, and rotated at high speed and stopped and held by the chuck driving mechanism.
  • the first polishing stage 310, the second polishing stage 320, and the third polishing stage 330 have three polishing stages, each of which can freely swing horizontally with respect to the index table 340.
  • Polishing arms 311, 321, and 331 that can move vertically in the vertical direction are provided.
  • a polishing head that hangs down from the polishing arm and is rotatable at high speed in a horizontal plane is attached.
  • the lower end surface of the polishing arm is used to polish the wafer surface flat by relative rotation with the wafer. Has pads.
  • the polishing arm 3 1 1 is swung the Uz de the polishing is moved onto the chuck V 4, the polishing heads and the chuck Relative rotation and lowering of the polishing arm 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 d 1 1
  • the wafer surface sucked and held thereon can be polished flat.
  • Each of the polishing stages 310, 320, and 330 is provided with an end point detector for detecting a processing state of a wafer being polished, and information on a reflection from the wafer surface being polished is provided. Detected in real time.
  • the wafer surface state measuring device 50 capable of measuring the surface state of the wafer surface as well as detecting the processing end point is also used as the end point detector. The detection information is output to the control device 400.
  • the wafer surface condition measuring device 50 Light source 51, detection head 53, spectral unit 55, control unit 56, light source 51 that guides light from illumination light source 51 to detection head 53, detection head 53, detection head
  • the light receiving side optical fiber 154 guides the light received by the light receiving section 53 to the spectroscopic section 55.
  • the illumination light source 51 is, for example, a white light source such as a xenon lamp, a halogen lamp, or a mercury lamp, and introduces illumination light into the light emitting side optical fiber 152 using an appropriate optical system.
  • the illumination light guided to the detection head 53 by the projection-side optical fiber 152 passes through the optical system such as the collimating lens, beam splitter, and condensing lens provided on the detection head 53 to the wafer surface. Irradiated.
  • the reflected light from the surface is received by the detection head 53, separated from the illumination light by the beam splitter inside the detection head, incident on the light receiving side optical fiber 154, and guided to the spectroscopic unit 55. .
  • the spectroscopic section is provided with a diffraction grating, which reflects the spectral component of the reflected light, which changes according to the material and thickness of the film on the wafer surface, in different directions according to the frequency (wavelength) to obtain a wavelength. Decompose.
  • the wavelength-resolved reflected light is detected by a photodiode type linear sensor or the like, and the spectral distribution of the reflected light is measured.
  • the detected signal is input to the control unit 56, and is compared with an end point pattern set in advance according to the device pattern, the correlation with the remaining film thickness, etc. Measured values such as various surface conditions are determined.
  • the end point detection information and the measurement information on the wafer surface are output from the control unit 56 to the control device 400, and the control device 400 controls the polishing based on the information.
  • the wafer surface state detector 50 having the above configuration is disposed at a different position to configure a CMP apparatus. Therefore, hereinafter, components a having the same function are denoted by reference numerals a (first embodiment) to h (eighth embodiment) for each embodiment, and the wafer surface state detector 50a, The detection head is expressed as 53 h, and the duplicate description is omitted.
  • the detection head 53a is attached to the tip of a detection arm 61 that can swing horizontally with respect to the index table 34.
  • the wafer surface held by the chuck is scanned in the radial direction by the operation of the stepping motor 62 attached to the base end of 1 and the opening encoder 63 that detects the swing angle of the detection arm. It is configured to be able to measure.
  • each of the polishing stages 310, 320, and 330 has a pad dresser 317 that dresses up the surface of the polishing pad (the polished surface) on the moving trajectory of the polishing pad. , 3 2 7, 3 3 7 are provided.
  • a pad dresser is a device that corrects (dressing, dressing) clogging and irregularities on the surface of the polishing pad by polishing the wafer.
  • the pad is equipped with a rotatable disk with diamond abrasive grains fixed to the surface. And a nozzle for jetting pure water to the surface of the polishing pad after dressing to wash the surface of the polishing pad with pure water.
  • the dressing of the polishing pad is performed by moving the polishing pads 311, 321, and 331 to move the polishing pad onto the pad dresser, and rotating the polishing pad and the disk relatively. This is done by pressing while pressing.
  • the transfer stage 350 includes a second transfer robot 360 and a third transfer robot 370 that transfer a wafer, and a temporary placement A that mediates the transfer of wafers between these transfer robots.
  • Table 38 1 and B temporary storage table 38 2 are provided.
  • the second transfer robot 360 is a multi-joint arm type robot similar to the first transfer robot 150 described above, and is capable of swinging on a swivel table 362 that can be operated horizontally and vertically.
  • the two articulated arms 3 6 3 a and 3 6 3 b attached to the It consists of an A arm 365a and a B arm 365b.
  • the A-arm 365 a and the B-arm 365 b are offset vertically and are arranged, and the holding portions for supporting the wafer from the back side and holding it by suction are provided at the ends of both arms. Are formed.
  • the third transfer robot 370 is provided with a swing arm 371, which can swing horizontally and vertically in the vertical direction with respect to the index table 340, and a tip end of the swing arm.
  • the A-clamps 375a and B-clamps 375b are disposed at the same distance from the center of rotation of the rotator arm 372. The state shown in Fig.
  • a temporary placing table 381, and a B temporary placing table 382 on which the polished wafer is placed shows the standby posture of the third transfer robot, and an unprocessed wafer is placed below the A clamps 3775a and B clamps 375b in the figure.
  • the swing arm 371 of the third transfer robot 370 is oscillated, and the swing arm 372 is turned to operate the A clamp 375a or the B clamp 375b. Can be moved onto the chuck Vi of the index table 340. At this position, the swing arm 371 is lowered, and the A-clamp 375a or the B-clamp 375b ⁇ ⁇ C can be received by clamping the outer circumference, or a new ⁇ ⁇ C can be placed and held on the chuck.
  • the polishing apparatus 1 Since the polishing liquid containing the slurry is attached to the wafer after the polishing, the polishing apparatus 1 carries the arm and clamp for carrying the wafer before the polishing, and unloads the wafer after the polishing. Arms and clamps are used separately. That is, A, B keys offset up and down The upper arm A 365a of the arm is used for loading the unprocessed wafer, the lower arm B 365b is used for the unloading arm, and the A clamp 365a is used for the unloading arm.
  • the carry-in clamp and the B clamp 375 b are specified and operated as the carry-out clamp.
  • the control device 400 controls the operation of the polishing device 1 configured as described above based on a preset control program.
  • a preset control program controls the control device controls and operates the polishing device 1 along the flow of the wafer.
  • the contents of the first polishing, the second polishing, and the third polishing performed sequentially in the first polishing stage 310, the second polishing stage 320, and the third polishing stage 330 are as follows. Although this differs depending on the device pattern of the target wafer, this embodiment describes a case where the end point is detected in all stages.
  • FIG. 3 shows the posture of the polishing arm during polishing for the first and second polishing stages 310 and 320, and the posture of the polishing arm during dressing for the third polishing stage 330.
  • the first transfer port bot 150 moves to the position of the cassette Ci, and the swivel table 152 is turned horizontally and raised and lowered. Actuate to move the B-arm 155b to the target wafer slot height, extend the articulated arm 155b and the B-arm 155b to extend the tip of the B-arm 155b.
  • raw wafer W d of the scan port Uz in preparative holding portion supports the lower surface holding suction, draw by both arms is Chijimicho operated.
  • the swivel table 152 is rotated 180 degrees to move toward the wafer cleaning section 200, and the unwashed wafer W d is placed on the temporary washing machine table 211 provided in the cleaning section 200. Is placed.
  • the second transfer robot 360 of the transfer stage 350 facing the wafer cleaning chamber 200 rotates the turntable 36 when the unprocessed wafer W d is placed on the temporary support table 211. 2 and the arm 3 6 3 a and the A arm 3 6 5 a are extended and the unprocessed wafer on the washing machine temporary storage table 2 1 1 is held by the holding section at the end of the arm. Support and hold by suction. Then, the articulated arm 36 3 a and the A arm 365 5 a are reduced in length and the swivel base 36 2 is turned to invert to reverse, and again the articulated arm 36 3 a and the A arm 36 5 a Is extended, and the unprocessed wafer is placed on the temporary storage table A 3 8 1.
  • the robot waits until the index table 340 completes the positioning at the standby position where the grip table is raised to the predetermined height after the grip (standby posture).
  • the moving arm 3771 and the rotating arm 3772 are swung and rotated to place the unprocessed wafer on the chuck Vi and hold it by suction.
  • the third transfer robot 370 is lifted after the clamp is released, and the swing arm 371 and the rotation arm 372 are oscillated and rotated to clamp the next unprocessed wafer into the A clamp 375. Hold by a and wait at the standby position at the predetermined height until the next index operation.
  • polishing in the polishing section 300 is started.
  • Unprocessed ⁇ When ⁇ ⁇ W d is suction-held on the chuck Vi and the third transfer robot rises, the controller rotates the index table 340 clockwise (90 degrees) by 90 degrees. And the unprocessed wafer is placed in the first polishing stage 310 (V in the figure). 4 position). At the same time, the polishing arm 311 is automatically operated to move the polishing head onto the unprocessed wafer.
  • the polishing head and the chuck Vi are rotated at a high speed, for example, in opposite directions, and the polishing arm 311 is lowered to remove the polishing pad at the lower end of the polishing head. It is pressed on the unprocessed material C to perform the first polishing.
  • the polishing arm 311 swings in a minute range so that the polishing pad reciprocates between the center of rotation of the wafer and the outer peripheral edge while supplying slurry from the axis of the polishing head.
  • the new raw wafer during a first primary Migaku Ken process is carried onto Chiyadzu click V 2 by the third conveying Robodzu preparative 3 7 0.
  • the control device 400 When the first polishing process is started at the first polishing stage 310, the control device 400 outputs an operation command signal for detecting the end point to the control unit 56a of the wafer surface condition measuring device 50a. Then, the control unit 56a executes the end point detection program based on the command signal.
  • the control unit 56a is connected to the end point detection signal of the first polishing stage (hereinafter referred to as the "first end point detection signal") when the end point of the first polishing is detected. ) Is output to the control device 400.
  • the control device 400 raises the polishing arm 311 and stops the rotation of the polishing head ⁇ the supply of slurry and the rotation of the chuck, and the first polishing Stop polishing of the stage. Then, the polishing head 311 is swung to move the polishing pad onto the dressing unit 317, and the dressing of the polishing pad is started. At this time, the control device 400 outputs a measurement operation command signal for the wafer surface to the control unit 56a, and the control unit 56a generates a measurement program for the wafer surface state based on the command signal. Execute. Content As shown in FIG.
  • the mouth unit 56a swings the detection arm 61 and scans the detection head 53a in the radial direction passing through the center of the substrate, thereby detecting the detection arm.
  • 61 Measure the spectral distribution of the reflected light with respect to the swing angle position of 1, that is, the profile of the wafer surface in the radial direction.
  • the control unit 56a outputs the measurement data at the first polishing stage (hereinafter referred to as “first measurement data”, the same applies to other polishing stages) to the control device 400, and the control device outputs this measurement data. 1 Based on the measurement data, determine whether the polishing conditions for the first polishing are appropriate or not, and if necessary, correct the polishing conditions.
  • the control device 400 When the measurement of the wafer surface condition by the wafer surface condition measuring device 50a is completed, the control device 400 operates the index table 340 clockwise 90 degrees so that the first polishing process is started.
  • the finished Uweha second polishing stage 3 2 0 (V 3 position in the figure)
  • the transfer stage 35 0 chuck V 3 new raw wafer formed transportable input on the first polishing stage 3 1 0 (Fig. (V 4 position at).
  • the time required for measuring the surface condition of the wafer (approximately 2 to 3 seconds) by the wafer surface condition measuring instrument 50a is shorter than the time during which the polishing pad is dressed (usually about 10 seconds). It is short enough to complete within the dressing time of the polishing pad even if the rotation positioning time (about 2 to 3 seconds) of the index tape 340 is added to the measurement time. Therefore, the surface condition measurement of the wafer is performed during the time when the polishing pad is being dressed, that is, during the gap time when no specific processing is performed on the wafer itself.
  • the control device moves the polishing pad to the polishing arm 3 1 1 swing actuated so newly first polishing stage on the wafer of the positioned Chiyadzuku V 2, the wafer Start the first polishing process.
  • the polishing arm 3 2 1 The first polishing is completed by swinging the wafer, the polishing pad is moved onto the wafer of the chuck V carried into the second polishing stage, and the second polishing of the wafer is started. Primary polishing and the secondary polishing process performed concurrently, new shelf raw Uweha on the transport stearyl temporary 3 5 0 In Chiyadzuku V 3 during this period is carried.
  • the controller 400 sets the first and second polishing stages to respective wafer surfaces.
  • An operation command signal for detecting the end point is output to the control unit 56a of the condition measuring instrument 50a, and each control unit 56a is controlled by the first polishing stage and the second polishing stage based on the command signal. Execute the end point detection program. Then, when the processing end point of the primary polishing is detected, a first end point detection signal is output to the control device 400, and when the processing end point of the secondary polishing is detected, the second end point is detected. The signal is output to the control unit 400.
  • the control device 400 raises the polishing arm (311 or 321) of the polishing stage corresponding to the end point detection signal and rotates the polishing head. ⁇ Stop the supply of slurry and rotation of the chuck, and stop the polishing of the polishing stage that has reached the processing end point. Then, the polishing heads 3 1 1 and 3 2 1 are moved for each polishing stage where the polishing process is stopped, and the polishing pad is moved onto the dressing units 3 1 1 and 3 2 7. The dressing of the polishing pad is performed. Then, during the gap time during which dressing of the polishing pad is performed at the first and second polishing stages 310 and 320, the wafer surface state is measured by the respective wafer surface state measuring devices 50a in the same manner as described above.
  • the polishing apparatus corrects the polishing conditions of the polishing stage.
  • the control device 400 rotates the index table 3400 clockwise 90 degrees.
  • the wafer after the second polishing is moved to the third polishing stage 330, the wafer after the first polishing is moved to the second polishing stage 320, and the wafer is moved to the transfer stage 350.
  • the unprocessed wafer newly loaded on the chuck is moved to the first polishing stage 310.
  • the first, second, and third polishing processes are performed simultaneously and simultaneously in the first, second, and third polishing stages, and the control device 400
  • the polishing process is stopped for each polishing stage based on the end point detection signal of the polishing stage, and the polishing conditions of each polishing stage are determined and repaired based on measurement data measured during dressing of each polishing pad. Do the positive.
  • the controller 400 returns the index table 340 clockwise 90 degrees (or left). 270 degrees), the third polishing process is completed, and the wafer after the second polishing process is transferred to the transfer stage 350, the third polishing stage is transferred to the third polishing stage 330, and the first polishing process is completed.
  • the wafer after the next polishing process is moved to the second polishing stage 320, and the unprocessed wafer newly loaded in the transfer stage 350 is moved to the first polishing stage 310. Then, thereafter, in each of the first, second, and third polishing stages, the same polishing as described above is repeatedly performed each time the index table 340 is stopped rotating.
  • the third transfer robot 370 carries out the processed wafer after the tertiary polishing and carries in a new unprocessed wafer. That is, the control device controls the swing arm 371 of the third transfer robot 370. Then, the B arm 3 7 5 b was moved onto the processed wafer positioned on the transfer stage by swinging and rotating the rotating arm 3 7 2, and was moved down to clamp the outer periphery of the processed wafer. After that, the ascending arm 372 is rotated horizontally by 180 degrees at that point, and the unprocessed wafer already gripped by the A clamp 375 a is moved above the chuck, and then moved downward. The unprocessed wafer is sucked and held by the chuck Vi.
  • a processed wafer to be gripped by the B clamp 3 7 5 b Is moved upward to the temporary storage table B 382, and the lowering operation is performed to place the processed wafer on the temporary storage table B 382.
  • the transfer stage 350 is provided with a chuck cleaning device (not shown) for cleaning the chucks (not shown). After the processed wafers are unloaded by the B clamp 375b, the unprocessed wafers are removed by A. The chuck is washed with pure water before it is carried in by the clamp 375a.
  • the control unit turns the turntable 3 6 2 of the second transfer robot 360. Operate the multi-joint arm 3 6 3 b and the B arm 3 6 5 b to suck and hold the processed wafer on the B temporary placing table 3 8 2 with the holding section at the tip of the B arm, and turn the swivel 3 6 2 Operation, the articulated arm 363 b and the arm 3655b are extended, and the processed wafer is placed at the cleaning machine entrance 216 of the cleaning section 200.
  • the finished product wafer thus cleaned is transferred to the first transport robot 150 in the cassette index section 100. Is taken from the cleaning unit 2 0 0 by the A-arm 1 5 5 a, after being oriented in a fixed direction through the Araina one mechanism 1 3 0 are accommodated in designated slot in the cassette C 4 which is set in advance .
  • each of the first, second, and third polishing stages 310, 320, 330 has a wafer surface state also serving as an end point detector.
  • a measuring device 50a is provided to measure the surface condition of the processed wafer immediately after the polishing in each polishing stage is completed, and to correct the necessary polishing conditions based on the measured value in each polishing stage. It happens immediately every time. The measurement of the surface state of the wafer is performed within the time period during which the polishing pad is being dressed, and has no effect on the processing capability of the polishing apparatus. This makes it possible to configure a polishing apparatus that achieves high polishing accuracy and improves the yield while maintaining high throughput.
  • the example in which the measurement data obtained by the wafer surface condition measuring device is fed back to the processing conditions of the next polishing process is disclosed, but the additional polishing of the measured wafer is performed as necessary. You may comprise. Further, in the embodiment, an example in which the surface condition measuring device 50a is provided on all the polishing stages is disclosed.However, it is not always necessary to provide the surface state measuring device 50a on all the polishing stages, and the device pattern to be polished is not necessarily provided. The stage to be installed may be selected as appropriate.
  • FIG. 5 shows only a portion of the first polishing stage 310 as a representative example.
  • the detection head including the detection arm 61 is used.
  • the detection head 53 of the wafer surface condition measuring device is attached to the tip of the polishing arm 311 without providing a driving mechanism.
  • the detection head 5 3 b is mounted on a swing trajectory passing through the center of the wafer when the polishing arm 3 11 is swung, and the first operation is performed by swinging the polishing arm 3 1 1.
  • the detection head 53b is scanned in the radial direction passing through the center of rotation of the wafer as in the embodiment of the embodiment.
  • the end point can be detected during the polishing process, and when the polishing arm is swung after the polishing process is stopped to move the polishing pad to the dressing unit 3 17 (gap time).
  • the detection head 53b can be moved and scanned over the wafer surface using the swinging motion.
  • the wafer surface state measuring device 50b measure the surface state of the wafer, a profile in the radial direction passing through the center of rotation of the wafer can be obtained. Therefore, according to such a configuration, it is not necessary to provide a separate scanning drive mechanism, and a high polishing accuracy is realized with a simple configuration, and the polishing apparatus which immediately feeds back the measurement data to improve the yield. Can be configured.
  • FIG. 6 is a schematic side view of the polishing apparatus described so far as viewed in the direction indicated by the arrow VI in FIG. 3, and the third example is different from the third example in that the position of the wafer surface condition measuring device 50 is different. All of the embodiments to the seventh embodiment are also described as 50 c to 50 g. (Third embodiment)
  • FIG. 6 shows a third embodiment of the polishing apparatus of the present invention, in which only the first polishing stage 310 is shown as a typical example, as in the second embodiment.
  • the detection head 53 c of the measuring instrument 50 c is suspended from the ceiling above the chuck of the index table 340 where the positioning is stopped, and is disposed from the ceiling. It is mounted via an X-Y stage 66c that can move linearly in two directions perpendicular to each other (see Fig. 6).
  • the X-Y stage 66c is operated and controlled by the control unit 56c of the surface condition measuring device 50c, and the detection head 53c is moved to an arbitrary position on the wafer to detect the end point and the wafer. Surface condition measurement can be performed.
  • the end point can be detected from the control device during the polishing, and the polishing is completed, the polishing arm 311 is swung, and the polishing pad is dressed by the dressing unit 317.
  • the XY stage 66c can be operated to obtain a desired line or profile of the entire surface of the wafer. Therefore, according to such a configuration, it is possible to detect an end point at an arbitrary position and measure a profile in a desired form in accordance with an object to be polished, realize high polishing accuracy, and feed back measurement data immediately. A polishing apparatus having an improved yield can be obtained.
  • FIG. 8 shows a polishing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention, in which only the first polishing stage 310 is shown as a representative example in the same manner as described above.
  • the detection head 53 d of the surface condition measuring device 50 d is fixedly disposed to be suspended from the ceiling above the chuck of the index table 340 where the positioning is stopped.
  • the fixed position is above the wafer during polishing, and the center of the wafer is rotated when the index table is rotated. It is above the turning radius through which it passes.
  • the end point can be detected during the polishing process, and when the polishing operation at each polishing stage is completed and the index table 340 is rotated (gap time), the rotation operation is performed.
  • the detection head 53 d can be relatively moved and scanned on the wafer surface.
  • the wafer surface state measuring device 50d By causing the wafer surface state measuring device 50d to measure the wafer surface state at this time, a profile in the radial direction passing through the center of rotation of the wafer can be obtained. Therefore, according to such a configuration, it is possible to obtain a polishing apparatus that realizes high polishing accuracy with a simple configuration without providing a scanning drive mechanism, and immediately feeds back measurement data to improve the yield. be able to.
  • the embodiment shown with 50 e in FIG. 6 shows the fifth embodiment of the polishing apparatus of the present invention.
  • the detection head 53 of the wafer surface state measuring device 50 e is used.
  • “e” is disposed above the temporary storage table 38 2 so as to hang down from the ceiling.
  • the X—Y stage 66 e that can move linearly in two directions perpendicular to the temporary storage table 38 2 Attached through.
  • the control unit 55 e of the wafer surface condition measuring instrument 50 e is operated and controlled by the control unit 55 e of the wafer surface condition measuring instrument 50 e, and the detection head 53 e is located at an arbitrary position on the processed wafer placed on the temporary table. To measure the surface condition of the wafer.
  • the processed wafer is transferred to the third transfer robot 3
  • the embodiment shown with 50 f in FIG. 6 shows the sixth embodiment of the polishing apparatus of the present invention.
  • the detection head 53 f of the wafer surface condition measuring instrument 50 f is used. Is suspended from a ceiling near the boundary between the polishing section 300 and the cleaning section 200 and is fixedly disposed.
  • the fixed position of the detection head 53 f is the movement path of the processed wafer when the second transfer robot 360 holds the processed wafer by suction and transfers it to the cleaning unit inlet 2 16 of the cleaning unit. Above (see Figure 3) and directly above the path through which the processed wafer surface passes upwards.
  • the detection head 53 f is relatively moved to the wafer surface by using the travel process.
  • a linear profile passing through the center of the wafer can be obtained by causing the wafer surface state measuring device 50f to measure the wafer surface state. Therefore, according to such a configuration, it is possible to obtain a polishing apparatus which realizes high polishing accuracy with a simple configuration and improves the yield without providing a scanning drive mechanism.
  • the detection head 53 f is moved uniaxially or biaxially. It can also be configured to be mounted on the ceiling via a moving stage that moves, temporarily stop just below the detection head 53 f when the processed wafer is transported, and perform profile measurement on the wafer surface.
  • the example indicated by 50 g in FIG. 6 shows the seventh embodiment of the polishing apparatus of the present invention.
  • the detection head 53 g of the wafer surface condition measuring device 50 g is suspended from the ceiling near the boundary between the cleaning unit 200 and the cassette index unit 100. It is fixedly arranged.
  • the fixed position of the detection head 53 g is set when the 1st transfer robot 150 pulls out the finished product wafer, which has been washed and dried, from the washing unit 200 by sucking and holding it. It is on the movement path of the finished product (Fig. 3), and is just above the path through which the surface of the finished wafer passes upward.
  • the polishing head 53 g can be relatively moved and scanned on the wafer surface by utilizing the moving process. Then, by making the wafer surface condition measuring device 50 g measure the wafer surface condition at this time, a linear profile passing through the center of the wafer can be obtained. Therefore, according to such a configuration, it is possible to measure a clean wafer surface from which a disturbance component such as a slurry is removed through a cleaning process, so that profile measurement can be performed with high accuracy, and a scanning drive mechanism must be provided. Therefore, it is possible to obtain a polishing apparatus that realizes high polishing accuracy with a simple configuration and improves the yield.
  • 53 g of the detection head is uniaxially or two-axis. It can also be configured to be mounted on the ceiling via a moving stage that moves in the axial direction, to temporarily stop just under the detection head 53 g when carrying the processed wafer, and to perform profile measurement on the surface C.
  • FIG. 9 shows an eighth embodiment of the polishing apparatus of the present invention, in which the movement of a wafer for accommodating a finished product cleaned in the cleaning section 200 in a cassette is illustrated.
  • a wafer surface condition measuring device 50 h is provided on the road.
  • the aligner mechanism 130 is provided on the side of the cassette index section 100, and the wafer surface condition measuring device 50h is provided in the aligner mechanism.
  • the detection head 53 h is mounted to the wafer surface via a drive mechanism that can move linearly in two directions perpendicular to the wafer on the aligner mechanism, and controls the operation of the control unit 56 h.
  • the controller 400 moves the wafer to an arbitrary position on the wafer surface and measures the wafer surface condition.
  • the controller 400 moves the completed wafer after the cleaning process to the aligner mechanism by the first transport robot 150.
  • the wafer is transported to 130, and the aligner mechanism 130 adjusts the orientation of the wafer in a fixed direction (for example, when the finished product wafer is stored in a cassette, the notch on the wafer is placed in the back of the cassette). Etc.).
  • the controller 400 outputs a command signal to the control unit 56h to measure the surface state of the wafer.
  • the travel time to housing is taken out finished wafer from the cleaning unit 2 0 0 cassette C 4 (clearance time), it is cleaned through a cleaning process of the wafer oriented in a certain direction in ⁇ La Ina mechanism
  • the surface condition can be measured in a desired form (multiple positions, line shape, whole surface). Further, according to such a configuration, since the orientation direction of the wafer is specified, it is possible to specify and measure the position on the wafer (address of the device), the scanning direction with respect to the wafer, and the like. For a device at an arbitrary address, it is also possible to specify a more microscopic device pattern (for example, a line of a specific conductor layer) and measure the surface state. Therefore, according to such a configuration, extremely high-precision profile measurement can be performed, so that a polishing apparatus that achieves high polishing accuracy and improves the yield can be obtained.
  • the detection head 53 h is orthogonal to the two
  • the surface of the wafer is measured by moving it linearly in the direction, but the moving axis of the detection head 53 h is one axis that moves in the radial direction of C, and the other axis is the It is also possible to configure using a rotating shaft.
  • the aligner mechanism 130 or together with the aligner mechanism
  • the cleaned finished product wafer may be stored in the cassette Ci.
  • the vertical position of the polishing pad and the wafer may be reversed.
  • an optical measuring means as the surface state measuring means that is, a method of irradiating the wafer surface with the illuminating light and measuring the film thickness from the spectral distribution of the reflected light is exemplified.
  • a metal CMP process for polishing a thick metal conductor layer it is generally difficult to directly and accurately measure the remaining film thickness because illumination light does not penetrate below the metal layer film. is there.
  • a surface state measuring means suitable for such a metal CMP process a surface state measuring means utilizing X-ray fluorescence measurement or eddy current measurement can be used.
  • Surface condition measuring means using X-ray fluorescence measurement irradiates soft X-rays with energy of about 10 [keV] to the target metal film, and determines the film composition and film thickness from the secondary light generated. measure. Fluorescence as secondary light has a spectrum distribution having a peak wavelength peculiar to the generated element, and the peak intensity is proportional to the mass of the element present in the irradiation region. Therefore, by receiving the fluorescence and performing appropriate spectral analysis, the composition information of the metal film can be separated, and the film of the target metal film can be separated. The thickness can be measured.
  • calibration calibration is performed using a reference sample (preferably a calibration sample having the same composition and the same film forming conditions as the metal film to be measured), and the fluorescence intensity is converted into a film thickness. Therefore, the distribution of the metal film thickness can be measured directly by scanning the wafer surface or the like with the same configuration means as in the embodiments described above.
  • Surface condition measuring means using eddy current measurement generates eddy currents in the metal layer using electromagnetic mutual induction, measures the strength of the magnetic field generated by the eddy currents, or changes in magnetoresistance By measuring the change in impedance, the metal film thickness is measured. Specifically, a probe coil is placed facing the metal film to be measured, and a high frequency current of several MHz is applied to this probe coil to generate an eddy current in the metal film. The eddy current generates a magnetic field in a direction opposite to the direction of the magnetic field in the probe coil, and this magnetic field changes the reluctance of the probe coil.
  • the magnitude of the eddy current can be measured by measuring the strength of the magnetic field due to the eddy current or measuring the change in the magnetoresistance as the impedance change.
  • Eddy current is generated only in the metal layer that forms an electrically closed circuit, and its size reflects the thickness of the metal layer, making it possible to measure the thickness of the uppermost metal film to be polished. Become. Also in this case, the distribution of the metal film thickness on the wafer surface can be obtained by causing the probe coil to scan or the like by the same means as in each embodiment.
  • the metal CMP for flat-working a wiring layer having no light transmission like a metal film also has a problem. It can be applied in the same manner as the first to eighth embodiments described above, and the same effect can be obtained. You. Therefore, by using the polishing apparatus of each of the embodiments described above, it is possible to configure an appropriate polishing apparatus according to the CMP process, and it is possible to obtain a polishing apparatus that can achieve high throughput regardless of a polishing target. .
  • FIG. 10 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process.
  • step S200 an appropriate processing step is selected from the following steps S201 to S204, and the process proceeds to any one of the steps.
  • step S201 is an oxidation step of oxidizing the surface of the wafer.
  • step S202 is a CVD process for forming an insulating film and a dielectric film on the wafer surface by CVD or the like.
  • Step S203 is an electrode forming step of forming electrodes on the wafer by vapor deposition or the like.
  • Step S204 is an ion implantation step of implanting ions into the wafer.
  • Step S205 is a CMP process.
  • the polishing apparatus according to the present invention performs planarization of an interlayer insulating film, polishing of a metal film on the surface of a semiconductor device, formation of a damascene by polishing of a dielectric film, and the like.
  • Step S206 is a photolithography process. In this step, a resist is applied to the wafer, a circuit pattern is printed on the wafer by exposure using an exposure apparatus, and the exposed wafer is developed. Further, the next step S207 is an etching step in which portions other than the developed resist image are etched away and then the resist is peeled off to remove the unnecessary resist after the etching.
  • step S208 it is determined whether all necessary processes have been completed. If not, the process returns to step S200, and the previous step is repeated to form a circuit pattern on the wafer. If it is determined in step S208 that all steps have been completed, the process ends.
  • the polishing apparatus according to the present invention since the polishing apparatus according to the present invention is used in the CMP step, the throughput of the CMP step is improved. Thus, there is an effect that a semiconductor device can be manufactured at a lower cost than a conventional semiconductor device manufacturing method.
  • the polishing apparatus according to the present invention may be used in a CMP process of a semiconductor device manufacturing process other than the semiconductor device manufacturing process.
  • a semiconductor device manufactured by the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is manufactured at a high throughput, and is a low-cost semiconductor device. Industrial applicability
  • the polishing apparatus of the present invention can be used for polishing a wafer or the like in a semiconductor device manufacturing process or the like. Further, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention can be used for manufacturing a highly integrated semiconductor device.

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Description

明 細 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、 チヤックに保持された基板を研磨部材を用いて研磨加工す る研磨装置、 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に 関するものである。 背景技術
チャックに保持された基板を研磨部材を用いて研磨加工する研磨装置 は、 ガラス基板や石英基板、 あるいはシリコンやガリウム砒素などの牟 導体基板 （半導体ウェハ） 等の基板表面を研磨加工する加工装置として 用いられており、 その一例として C M P装置がある。 C M P装置は、 半 導体ウェハ表面に形成された金属膜や層間絶縁膜等の微小な凹凸を化学 機械研磨法 （Chemical Mechanical Polishing： C M P法） によりゥェ ハ全面にわたって精密に平坦研磨する研磨装置であり、 多積層基板の平 坦化技術として大きな注目を集めている研磨装置である。
このような C M P装置には、 加工製品の歩留まりを向上させるため、 研磨加工中 （in-situ) に加工終了点を検知して研磨加工を終了させる終 点検出器を備えるものがある。 終点検出器には、 例えば、 ウェハを保持 するチャックや、 研磨パッ ドが張り付けられた研磨へッ ドを回転駆動す るモー夕の負荷状態を監視し、 その変化点を検出して加工終了点を間接 的に検出する検出器や、 回転するゥェハにプローブ光を投光して反射光 を監視し、 その輝度変化や分光特性の変化等から加工終了点を直接的に 検出する検出器、 研磨加工後に停止したウェハの特定位置にプロ一ブ光 を投光してその反射光から当該位置の研磨状態を検出する検出器などが 用いられている。
一方、 C M P装置の研磨条件をウェハの成膜状況や研磨パッ ドの状態 等に応じて好適値に設定するためには、 研磨後のウェハのミクロな研磨 状態を判定する必要があり、 このためには、 研磨後のウェハ表面を直接 複数点あるいは 2次元的に走査して測定し、 そのプロファイル （研磨状 態分布） を取得することが必要になる。
ところが終点検出器はウェハ単位で加工終了点を検出することを目的 としているため、 検出される情報はウェハ全体の平均化されたマクロな 状態量または局所的な研磨状態に限られており、 これを直接フィードバ ックしても良好な条件設定ができない。
このため、 研磨加工後のゥヱハのミクロな表面状態を計測しその計測 情報に基づいて、 より精密な研磨条件の設定を行いたいという要望があ つた。 このようなウェハ表面のプロファイルを取得するための計測装置 として、 従来から用いられている膜厚測定器や、 白色光を投光してその 反射光のスぺク トル分布から層間絶縁膜の膜厚や金属層の残存状態の計 測を行う表面状態測定器などが知られている。
しかしながら、上記のような測定器を C M P装置に内蔵または接続し、 研磨加工後のウェハを当該測定器まで搬送して計測を行わせるとすれば、 従来の C M P装置における搬送、 研磨加工、 洗浄などの既存の各工程に 新たに計測の工程が直列的に付加されることになり、 C M P装置として 単位時間当たりに研磨加工が可能なウェハ処理量 （スループッ ト） を劣 化させる要因になるという問題があった。 一方、 研磨加工が終了して C M P装置から搬出されたウェハを装置外で計測するとすれば、 C M P装 置としてのスループッ トの劣化は避けられるが、 プロファイルが取得さ れてからそのデータがフィードバックされるまでに相当の時間を要し、 歩留まりを向上させる効果が期待できないという問題があった 発明の開示
本発明は上記のような問題に鑑みて成されたものであり、 研磨装置の スループッ トを劣化させることなく、 現実の研磨加工状態に基づいた精 密な研磨条件の設定を可能とし、 これにより加工精度や歩留まりを向上 させた研磨装置、 及びこの研磨装置を用い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。
上記目的達成のため、本発明においては、基板を保持するチヤックと、 この基板を研磨する研磨部材とを有し、 研磨部材を用いてチャックに保 持された基板の表面を研磨加工する研磨装置において、 基板の表面状態 を計測する表面状態測定手段と、 研磨装置の作動を予め設定された制御 シーケンスに基づいて制御する制御装置とを備え、 制御装置が制御シ一 ケンスの隙間時間に表面状態測定手段に基板の複数位置の表面状態を計 測させるよう研磨装置を構成する （以下、 「第 1の研磨装置」 という）。
ここで、 本明細書及び請求の範囲で 「基板の表面状態」 とは、 前述し たような基板のミクロな表面状態をいい、 これを複数位置について計測 することにより基板表面のプロファイルを取得することができる。なお、 基板表面を計測する表面状態測定手段としては、 既に公知となっている 種々の方式の測定機器を適用することができ、 例えば、 前述したような 膜厚測定器や、 白色のプローブ光を基板表面に投光してその反射光を分 光分析し層間絶縁膜の膜厚計測を行う表面状態測定器、 レーザ光の干渉 作用を利用して同様の計測を行う表面状態測定器、 軟 X線や渦電流を利 用して金属層の膜厚計測を行う表面状態測定機などを用いて構成するこ とができる。
また、 本明細書及び請求の範囲にいう 「隙間時間」 とは、 研磨装置の スループッ トを劣化させないで基板表面のプロファイルを計測可能な時 間領域をいい、 具体的には、 研磨パッ ドのドレッシング作動時のように 研磨装置内で基板が待機状態となる待機時間や、 研磨装置内で基板が搬 送ないし移動されている移動時間、 基板を保持するチヤックと搬送装置 との間や搬送装置相互間で基板の受け渡しを行う受け渡し時間、 研磨装 置内で複数の工程が平行して進行している場合に一の工程が完了するま で他の工程に余裕が生じる場合の余裕時間などをいう。
従って、 本発明の研磨装置は、 基板の表面状態を計測する表面状態測 定手段を有し、 制御装置が上記のような隙間時間に表面状態測定手段に 基板の複数位置の表面状態を計測させるため、 研磨装置のスループッ ト を劣化させることなく研磨加工前後の基板の表面状態を高精度に計測す ることができる。
なお、 第 1の研磨装置における表面状態測定手段は、 チャックに保持 された基板の表面状態を計測するように研磨装置を構成することが好ま しい （以下、 「第 2の研磨装置」 という）。 このような研磨装置では、 チ ャックに保持された基板の表面状態を計測するため、 例えば、 研磨加工 直後の基板表面の状態を高精度に計測してその計測情報に基づいた研磨 条件の設定が可能であるとともに、 研磨加工に先立って計測を行うこと によりチヤック上の個々の基板ごとによ り細かな条件設定を行うことが できる。
第 2の研磨装置は、 研磨部材の研磨面を ドレッシングする ドレツシン グュニッ トを備え、 表面状態測定手段は研磨部材がドレッシングュニッ トで ドレッシングされている隙間時間にチヤックに保持された基板の表 面状態を計測するように研磨装置を構成してもよい。
第 2の研磨装置は、 チャックを複数有して所定の角度位置ごとに回動 停止させるインデックステーブルを備え、 表面状態測定手段は、 インデ ックステーブルが回動されている隙間時間にチヤックに保持された基板 の表面状態を計測するように研磨装置を構成してもよい。 このような構 成の研磨装置では、 例えば表面状態測定手段の検出部をインデックステ —ブルの回動に伴って移動する基板の移動経路上に固定配設することに より、 新たな走査手段を設けることなく、 また従来の工程と同一の流れ の中で基板表面を走査して計測することができる。
第 2の研磨装置は、 チャックを複数有したテーブルを所定の角度位置 ごとに回動停止させるインデックステ一ブルと、 このインデックステ一 ブルの停止位置に対応して構成されチヤックに保持された基板の研磨加 ェを行う研磨ステージ、 及び基板をチャックに搬入、 搬出する搬送ステ 一ジとを備え、 表面状態測定手段は研磨ステージにおいて研磨加工が行 われている隙間時間に搬送ステージに位置決めされた基板の表面状態を 計測するよう研磨装置を構成してもよい。
また、 第 1の研磨装置における表面状態測定手段は、 研磨加工の工程 を終えた基板がチヤックから次工程へ向けて搬出される研磨装置内部の 移動経路において、 基板の表面状態を計測するように研磨装置を構成す ることもできる （以下、 「第 3の研磨装置」 という）。
また、 第 1の研磨装置における表面状態測定手段は、 研磨加工の工程 を終えた基板がチヤックから次工程へ向けて搬出される研磨装置内部の 移動経路において、 搬送移動中の基板の表面状態を計測するように構成 することもできる （以下、 「第 4の研磨装置」 という）。 このような構成 では、 例えば基板が搬送される移動経路上に表面状態測定手段の検出部 を固定配設することにより、 新たな走査手段を設けることなく従来のェ 程と同一の流れの中で基板表面を走査して計測することができる。 また、 第 1、 第 3もしくは第 4の研磨装置は、 研磨加工の工程を終え た基板を洗浄する洗浄部を備え、 表面状態測定手段は洗浄部で洗浄され た基板の表面状態を計測するように研磨装置を構成することも好ましい (以下、 「第 5の研磨装置」 という）。 このような構成では表面状態測定 手段はスラリ一等が洗浄除去されてクリーンな状態の基板の表面状態を 計測することができるため、高精度の表面状態計測を行うことができる。 第 5の研磨装置は、 洗浄部での洗浄工程を終えた基板を所定方向に配 向させるァライナ一機構を有し、 表面状態測定手段はァライナー機構で 所定方向に配向された基板の表面状態を計測するように研磨装置を構成 してもよい。 このような構成によれば表面状態測定手段は基板上の計測 位置を特定して （例えば基板上の特定の番地のデバイスや、 さらに詳細 なデバイス上のパターン位置） 表面状態を計測することができ、 極めて 高い精度の表面状態計測を行うことができる。
また、 基板を保持するチャックと、 この基板を研磨する研磨部材とを 有し、 研磨部材を用いてチヤックに保持された基板の表面を研磨加工す る研磨装置において、 チャックに保持された基板の表面状態を計測する 表面状態測定手段と、 表面状態測定手段とチャックに保持された基板と を相対移動させる移動手段と、 研磨装置の作動を予め設定された制御シ 一ケンスに基づいて制御する制御装置とを備え、 制御装置は研磨加工中 に表面状態測定手段に研磨加工の進行状態を監視させて所定の終点に到 達したと判断されるときに研磨加工を停止させ、 移動手段により表面状 態測定手段と基板とを相対移動させて基板の複数位置の表面状態を計測 させるように研磨装置を構成することも好ましい。
基板の表面状態を検出する表面状態測定手段は、 基板のミクロな表面 状態を検出できる検出手段であるが、基板が高速回転しているときには、 同一半径上に存在するデバイスパターンからの平均的な （マクロ的な） 情報として検出される。 そして、 この平均的な情報に適宜な演算処理を 施すことによって、 研磨加工の終了点を検出する終点検出器として用い るこ とが可能である （例えば、 本出願人による特許出願である特開 2000-40680号参照
このため、 一台の表面状態測定手段を、 研磨加工中には加工状態を監 視して加工の終 T点を検出する終点検出器として用い、 研磨加工後には 移動手段により表面状態測定手段と基板とを相対移動させて基板のプロ ファイルを計測する測定装置として機能させることができる。 なお、 移 動手段は基板と表面状態測定手段とを相対的に移動制御可能なものであ ればよく、 例えば、 表面状態測定手段の検出部を位置決めされた基板に 対して直線移動、 揺動移動させるものや、 表面状態測定手段の検出部を 直線移動させるとともに基板を回転させるもの、 表面状態測定手段の検 出部と基板とをともに固定した状態でィンデックステーブルを回転させ ることにより基板表面を走査させるもの、などであってもよい。従って、 このような研磨装置によれば、 終点検出器と表面状態測定器とを別個に 設けることなく簡便な装置構成で研磨加工前後の基板の表面状態を高精 度に計測することができる。
また、基板を保持するチヤックと、基板を研磨する研磨部材とを有し、 研磨部材を用いてチャックに保持された基板の表面を研磨加工する研磨 装置において、 基板の表面状態を計測する表面状態測定手段と、 チヤッ クを複数有して所定の角度位置ごとに回動停止させるィンデックステ一 ブルと、 研磨装置の作動を制御する制御装置とを備え、 制御装置は、 基 板がチヤックに保持されている状態で基板の複数位置の表面状態を表面 状態測定手段に計測させるように研磨装置を構成してもよい。 このよう な研磨装置では、 基板がチヤックに保持されている状態でその表面状態 が計測されるため、 例えば研磨加工直後の基板の表面状態を高精度に計 測してその計測倩報に基づいた研磨条件の設定が可能であるとともに、 研磨加工に先立って計測を行うことによりチヤック上の個々の基板ごと により細かな条件設定を行うことができる。
なお、 上記制御装置は、 インデックステーブルが回動している間に複 数位置の表面状態を表面状態測定手段に計測させるように研磨装置を構 成することも好ましい。 このような構成の研磨装置では、 例えば表面状 態測定手段の検出部をィンデックステ一プルの回動に伴って移動する基 板の移動経路上に固定配設することにより、 新たな走査手段を設けるこ となく、 また従来の工程と同一の流れの中で基板表面を走査して計測す ることができる。
また、基板を保持するチヤックと、基板を研磨する研磨部材とを有し、 研磨部材を用いてチヤックに保持された基板の表面を研磨加工する研磨 装置において、 基板の表面状態を計測する表面状態測定手段と、 研磨装 置の作動を制御する制御装置とを備え、 制御装置は、 研磨部材のドレツ シング中に基板の複数位置の表面状態を表面状態測定手段に計測させる ように研磨装置を構成してもよい。
あるいは、 基板を保持するチャックと、 基板を研磨する研磨部材とを 有し、 研磨部材を用いてチャックに保持された基板の表面を研磨加工す る研磨装置において、 基板の表面状態を計測する表面状態測定手段と、 研磨部材の研磨面を ドレッシングする ドレッシングュニッ トと、 研磨装 置の作動を制御する制御装置とを備え、 制御装置は、 研磨部材がドレツ シングュニッ トで ドレッシングされている間に基板の複数位置の表面状 態を表面状態測定手段に計測させるように研磨装置を構成してもよい。 また、基板を保持するチヤックと、基板を研磨する研磨部材とを有し、 研磨部材を用いてチヤックに保持された基板の表面を研磨加工する研磨 装置において、 基板の表面状態を計測する表面状態測定手段と、 基板を 搬送する搬送装置と、 研磨装置の作動を制御する制御装置とを備え、 制 御装置は、 基板が搬送装置で搬送されている間に基板の複数位置の表面 状態を表面状態測定手段に計測させるように研磨装置を構成してもよい, このような構成では、 例えば基板が搬送される移動経路上に表面状態測 定手段の検出部を固定配設することにより、 新たな走査手段を設けるこ となく従来の工程と同一の流れの中で基板表面を走査して計測すること ができる。
以上の各発明における表面状態測定手段は、 基板の表面状態を光学的 に計測する表面状態測定手段、 基板の表面状態を蛍光 X線で計測する表 面状態測定手段、 もしくは、 基板の表面状態を渦電流で計測する表面状 態測定手段を用いて研磨装置を構成してもよい。 このような構成の研磨 装置によれば、 層間絶縁膜のように光透過性のある絶縁層を平坦加工す る絶縁膜 C M Pから、 金属膜のように光透過性がない配線層を平坦加工 するメタル C M Pまで、 C M Pプロセスに応じた表面状態測定手段を用 いて研磨装置を構成することができ、 研磨対象によらず高スループッ ト を達成可能な研磨装置を得ることができる。
なお、 以上の各発明における制御装置は、 表面状態測定手段によって 計測された基板の表面状態に基づいて研磨加工の加工条件を変化させる ように研磨装置を構成することが望ましい。 このような構成によれば、 表面状態測定器で高精度に計測された基板の表面状態が即時に研磨条件 にフィードバックされ、 現実の研磨加工状態に基づいた精密な研磨条件 が設定される。 これにより加工精度や歩留まりを向上させた研磨装置を 提供することができる。
また、 以上のようにして構成される研磨装置を半導体ウェハ （基板） の表面を研磨加工する工程に用いて半導体デバイス製造方法を構成して もよい。 このような製造方法によれば、 高精度の半導体デバイスを高ス ループヅ トかつ高い歩留まりで製造することができるため、 低コス トで 良質の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、 本発明に係る研磨装置の一実施例である C M P装置の全体構 成を示す平面図である。
図 2は、 本発明に用いるウェハ表面状態測定器の構成例を示すプロッ ク図である。
図 3は、 上記 C M P装置を作動させた時のウェハの流れを示す説明図 である。
図 4は、 本発明に係る研磨装置の第 1の実施形態の実施例を示す C M p装置の部分平面図である。
図 5は、 本発明に係る研磨装置の第 2の実施形態の実施例を示す C M P装置の部分平面図である。
図 6は、 本発明に係る研磨装置の第 3〜第 7の実施形態の実施例を示 す C M P装置の側面図である。
図 7は、 本発明に係る研磨装置の第 3の実施形態の実施例を示す C M P装置の部分平面図である。
図 8は、 本発明に係る研磨装置の第 4の実施形態の実施例を示す C M P装置の部分平面図である。
図 9は、 本発明に係る研磨装置の第 8の実施形態の実施例を示す C M P装置の平面図である。
図 1 0は、 本発明に係る半導体デバイス製造方法の一実施例として示 す半導体製造プロセスのフローチヤ一トである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施形態のうち最良と思われるものとして、 半導体ゥ ェハを 3ステージの研磨工程で精密に平坦研磨する C M P装置に適用し た例について説明する。 この研磨装置 1は、 その全体構成を図 1に平面 図として示すように、 大きくカセッ トインデックス部 1 0 0、 ウェハ洗 浄部 2 0 0、 研磨部 3 0 0、 及びこの研磨装置の作動を制御する制御装 置 4 0 0 (図 2参照） からなり、 装置全体が一体のク リーンチャンバを 構成するとともに各部が小室に仕切られて構成されている。
カセッ トインデックス部 1 0 0には、 複数枚のゥェハを保持したカセ ッ ト （キャリアとも称する） C i〜 C 4を載置するウェハ載置テ一プル 1 2 0、 ウェハのノッチまたはオリエンタルフラッ トを一定方向に配向さ せるァライナ一機構 1 3 0、 カセヅ ト内の未加工ゥヱハを取り出して洗 浄部 2 0 0の洗浄機仮置き台 2 1 1 に搬入し、 また洗浄部 2 0 0で洗浄 された加工済みゥヱハをカセヅ トに収納する第 1搬送ロボッ ト 1 5 ◦な どが設けられている。
第 1搬送ロボッ ト 1 5 0は 2本の多関節アームを有する多関節アーム 型のロボッ トであり、 基台 1 5 1上に水平旋回及び昇降作動が自在に取 り付けられた旋回台 1 5 2、 旋回台 1 5 2に屈伸作動自在に取り付けら れた 2本の多関節アーム 1 5 3 a , 1 5 3 b , 各アームの先端部に伸縮 自在に取り付けられた Aアーム 1 5 5 a及び Bアーム 1 5 5 b ( Bァー ム 1 5 5 bは Aアーム 1 5 5 aの下方にオフセヅ ト配置され、 図 1にお いて上下に重なって位置している） 等から構成されている。 Aアーム 1 5 5 a及び Bアーム 1 5 5 bの先端部には、 ウェハを裏面側から支持し て吸着保持する保持部が形成されている。 基台 1 5 1には直線移動装置 が設けられており床面に配設されたリニアガイ ド 1 6 0に沿って水平移 動自在に構成されている。
ウェハ洗浄部 2 0 0は、 第 1洗浄室 2 1 0、 第 2洗浄室 2 2 0、 第 3 洗浄室 2 3 0及び乾燥室 2 4 0の 4室構成からなり、 研磨加工済みのゥ ェハが第 1洗浄室 2 1 0 第 2洗浄室 2 2 0 第 3洗浄室 2 3 0→乾燥 室 2 4 0のように順次送られて研磨加工部 3 0 0で付着したスラ リーや 研磨加工液、 研磨摩耗粉等の除去洗浄が行われる。
各洗浄室の構成は種々の公知手法を用いることができるが、 本実施例 では第 1洗浄室での粗洗浄として回転ブラシによる両面洗浄、 第 2洗浄 室での中洗浄として超音波加振下での表面ペンシル洗浄、 第 3洗浄室で の仕上げ洗浄として純水によるスピナ一洗浄、 乾燥室では窒素雰囲気下 における乾燥処理を行うように構成している。 なお、 洗浄工程は研磨加 ェを行ったゥヱハについて行い、 未加工ゥヱハは洗浄工程を経ずに、 力 セッ トインデックス部 1 0 0から洗浄機仮置き台 2 1 1を介してウェハ 洗浄部を通過し研磨部 3 0 0に搬入される。
研磨部 3 0 0は研磨加工を行う領域であり、 中央に円盤状のィンデッ クステーブル 3 4 0が設けられている。 インデックステ一プル 3 4 0は 9 0度ごとの 4区画に等分割され、 各区画ごとにウェハを吸着保持する チャック V ^ V ^ V ^ V が設けられるとともに、内蔵するステッピング モー夕の作動によりテーブル全体を 9 0度ごとに回動送りさせる。 イン デックステーブル 3 4 0の周囲には、 このテーブルの位置決め停止位置 に対応して外周から取り囲むように、 第 1研磨ステージ 3 1 0、 第 2研 磨ステージ 3 2 0、 第 3研磨ステージ 3 3 0の 3つの研磨ステージと、 チャックに未加工ゥヱハを搬入しまた研磨加工が終了した加工済みゥェ ハをチャックから取り出して搬出する搬送ステージ 3 5 0とが形成され ている。
ィンデックステーブル 3 4 0に設けられたチャック V i V には、 ゥ ェハを裏面から真空吸着して保持する保持機構、 吸着保持したウェハを ィンデヅクステーブル 3 4 0に対して水平面内で高速回転させるチヤヅ ク駆動機構、 研磨加工時に使用するスラ リーが乾燥固着しないようにチ ャックに純水を供給して洗い流すチヤック洗浄機構などが設けられてい る。チャック V i V の直径はウェハ直径よりもわずかに小径に形成さ れており、 チヤック上へのウェハの搬入やチヤックからの搬出時にゥェ 八の外周端部を把持可能に構成されている。 このため、 ウェハをチヤッ ク上に搬入して吸着保持させチャック駆動機構により高速回転及び停止 保持させることが自在に構成されている。
第 1研磨ステージ 3 1 0、 第 2研磨ステージ 3 2 0、 第 3研磨ステー ジ 3 3 0の 3つの研磨ステージには、 それそれ、 イ ンデックステーブル 3 4 0に対して水平方向に揺動自在かつ鉛直方向に上下動自在な研磨ァ —ム 3 1 1 , 3 2 1 , 3 3 1が設けられている。 各研磨アームの先端部 には研磨アームから垂下して水平面内に高速回転自在な研磨へッ ドが取 り付けられており、 その下端面にウェハとの相対回転によりウェハ表面 を平坦研磨する研磨パッ ドを有している。
このため、 例えば第 1研磨ステージ 3 1 0において研磨加工を行うと きには、 研磨アーム 3 1 1を揺動させて研磨へヅ ドをチャック V 4上に 移動させ、 研磨ヘッ ド及びチャックを相対回転させるとともに研磨ァ一 ム 3 1 1を降下させて研磨パッ ドをゥヱハ上に押圧させ、 研磨パッ ド中 心部からスラ リーを供給しながら研磨アームを揺動往復させることによ りチヤック上に吸着保持されたウェハ表面を平坦に研磨加工することが できる。
各研磨ステージ 3 1 0， 3 2 0， 3 3 0には、 研磨加工中のウェハの 加工状態を検出する終点検出器が取り付けられており、 研磨加工中のゥ ェハ表面からの反射情報がリアルタイムで検出されている。 本発明にお ける第 1実施例から第 4実施例では、 加工終点の検出のみならずウェハ 表面の表面状態を計測可能なウェハ表面状態測定器 5 0を終点検出器と 兼用して用いており、その検出情報が制御装置 4 0 0に出力されている。
ウェハ表面状態測定器 5 0は図 2にその概要構成を示すように、 照明 光源 5 1、 検出へヅ ド 5 3、 分光部 5 5、 コン トロールュニヅ ト 5 6、 照明光源 5 1からの光を検出へッ ド 5 3に導く投光側光ファイバ一 5 2、 検出へッ ド 5 3で受光した光を分光部 5 5に導く受光側光ファイバ一 5 4などから構成されている。 照明光源 5 1は、 例えばキセノンランプや ハロゲンランプ、 水銀ランプなどの白色光源であり適宜な光学系を用い て投光側光ファイバ一 5 2に照明光を導入する。 投光側光ファイバ一 5 2で検出へッ ド 5 3に導かれた照明光は、 検出へッ ド 5 3に設けられた コリメートレンズやビームスプリツ夕、 集光レンズ等の光学系を通して ウェハ表面に照射される。
ゥヱハ表面からの反射光は検出ヘッ ド 5 3で受光され、 検出ヘッ ド内 部のビームスプリッ夕で照明光と分離されて受光側光ファイバ一 5 4に 入射され、 分光部 5 5に導かれる。 分光部には回折格子が設けられてお り、 ウェハ表面の膜の材質や膜厚に応じて変化する反射光のスぺク トル 成分を周波数 (波長）に応じて異なる方向に反射させて波長分解する。 波 長分解された反射光は光ダイオード型のリニアセンサ等で検出し反射光 のスぺクトル分布が計測される。
検出された信号はコントロールュニッ ト 5 6に入力され、 デバイスパ ターンに応じて予め設定された終点パターンや、 残存膜厚との相関関係 等と比較されて、 加工終了点の検出やウェハのミクロな表面状態などの 計測値が判定される。 終点検出情報やウェハ表面の計測情報は、 コント ロールュニッ ト 5 6から制御装置 4 0 0に出力され、 制御装置 4 0 0は これ等の情報に基づいて研磨加工を制御する。
以降説明する各実施形態では、 上記構成のウェハ表面状態検出器 5 0 が異なる位置に配設されて C M P装置が構成される。 そこで、 以降では 同一機能を有する構成部材について実施形態ごとに符号 a (第 1実施形 態）〜符号 h (第 8実施形態）を付して、 ウェハ表面状態検出器 5 0 a、 検出ヘッ ド 5 3 hのように表記し、 重複説明を省略する。
(第 1実施形態）
第 1実施形態の研磨装置においては、 検出へヅ ド 5 3 aはィンデック ステーブル 3 4 0に対して水平揺動自在な検出アーム 6 1の先端部に取 り付けられており、 このアーム 6 1の基端部に取り付けられたステヅピ ングモ一夕 6 2および検出ァ一ムの揺動角を検出する口一夕リエンコ一 ダ 6 3の作動によりチヤックに保持されたウェハ表面を半径方向に走査 して計測可能に構成されている。
また、 各研磨ステージ 3 1 0 , 3 2 0 , 3 3 0には、 研磨パヅ ドの摇 動軌跡上に、 研磨パッ ドの表面 （研磨加工面） を ドレスアップするパッ ド ドレッサ 3 1 7 , 3 2 7 , 3 3 7が設けられている。 パッ ド ドレヅサ はウェハを研磨加工することによって研磨パッ ドの表面に生じる目詰ま りや目の不揃いを修正 （ ドレッシング、 目立て） する装置であり、 表面 にダイヤモンド砥粒が固着されて回転自在なディスクと、 ドレツシング 後の研磨パッ ドの表面に純水を噴射して研磨パッ ド表面を純水洗浄する ノズルとを有して構成されている。 研磨パヅ ドのドレッシングは研磨ァ —ム 3 1 1， 3 2 1， 3 3 1を摇動させて研磨パッ ドをパヅ ド ドレッサ 上に移動させ、 研磨パッ ドとディスクとを相対回転させながら押圧させ ることにより行われる。
搬送ステージ 3 5 0には、 ウェハの搬送を行う第 2搬送ロボッ ト 3 6 0 と第 3搬送ロボッ ト 3 7 0及びこれ等の搬送ロボッ ト間でウェハの受 け渡しを仲介する A仮置き台 3 8 1及び B仮置き台 3 8 2とが配設され ている。 第 2搬送ロボヅ ト 3 6 0は、 前述した第 1搬送ロボッ ト 1 5 0 と同様の多関節アーム型のロボッ トであり、 水平旋回及び昇降作動自在 な旋回台 3 6 2上に揺動自在に取り付けられた 2本の多関節アーム 3 6 3 a , 3 6 3 b及び各多関節アームの先端部に伸縮自在に取り付けられ た Aアーム 3 6 5 a及び Bアーム 3 6 5 bから構成されている。 Aァ一 ム 3 6 5 aと Bアーム 3 6 5 bとは上下にオフセヅ 卜して配置されると ともに、 両アームの先端部にはウェハを裏面側から支持して吸着保持す る保持部が形成されている。
第 3搬送ロボッ ト 37 0は、 インデックステ一ブル 3 40に対して水 平方向に揺動自在かつ鉛直方向に上下動自在な揺動アーム 3 7 1 と、 こ の摇動アームの先端部に揺動アームに対して水平旋回自在に取り付けら れた回動アーム 3 7 2、 回動アーム 3 7 2の両端部に縣吊されてウェハ の外周端部を把持する Aクランプ 3 7 5 a及び Bクランプ 3 7 5 bなど から構成されている。 Aクランプ 3 7 5 aと Bクランプ 3 7 5 bとは回 動アーム 3 7 2の回動中心から同一距離の回動アーム端部に配設されて いる。 図 1に示す状態は第 3搬送ロボッ トの待機姿勢を示しており、 図 における Aクランプ 3 7 5 aと Bクランプ 3 7 5 bとの下方に、 それそ- れ未加工のウェハを載置する A仮置き台 3 8 1 と、 研磨加工済みのゥェ ハを載置する B仮置き台 3 8 2とが設けられている。
このため、 第 3搬送ロボッ ト 3 7 0の揺動アーム 3 7 1を揺動作動さ せ、 回動アーム 3 7 2を旋回作動させることにより Aクランプ 3 7 5 a または Bクランプ 3 7 5 bのいずれをもインデックステーブル 3 40の チャック V i上に移動させることができ、 当該位置で揺動アーム 3 7 1 を下降させて Aクランプ 3 7 5 aまたは Bクランプ 3 7 5 bでチヤヅク 上のゥヱハを外周クランプして受け取り、 あるいはチヤック上に新たな ゥヱハを載置保持させることができる。
なお、 研磨加工後のウェハにはスラリ一を含んだ研磨加工液が付着し ていることから、 研磨装置 1では研磨加工前のゥヱハを搬入するアーム 及びクランプと、 研磨加工後のウェハを搬出するアーム及びクランプと を区別して用いている。 すなわち、 上下にオフセッ トされた A, Bァー ムのうち上方に位置する Aアーム 3 6 5 aを未加工ウェハの搬入用ァ一 ム、 下方に位置する Bアーム 3 6 5 bを搬出用アームに、 また、 Aクラ ンプ 3 7 5 aを搬入用クランプ、 Bクランプ 3 7 5 bを搬出用クランプ として規定し作動させている。
制御装置 4 0 0は、 以上のように構成される研磨装置 1の作動を予め 設定された制御プログラムに基づいて制御する。 以下、 制御装置が研磨 装置 1をどの様に制御して作動させるかについて、 ウェハの流れに沿つ て説明する。なお、第 1研磨ステージ 3 1 0、第 2研磨ステージ 3 2 0、 第 3研磨ステージ 3 3 0で順次行われる第 1次研磨加工、 第 2次研磨加 ェ、 第 3次研磨加工の内容は、 対象とするウェハのデバイスパターンに より異なったものとなるが、 本実施例では全ステージで終点検出を行う 場合について説明する。
図 31ま、 カセッ ト C 丄に収納された未加工ウェハ W dが、 カセッ トイン デヅクス部 1 0 0のカセヅ ト載置テ一プル 1 2 0の所定位置にセッ トさ れてから、 研磨部 3 0 0で順次研磨処理されて加工済みゥヱハ W pとな り、 ウェハ洗浄部 2 0 0で洗浄処理されてカセヅ トインデックス部 1 0 0でカセッ ト C 4に収納されるまでのウェハの流れを点線と矢印とを付 して示したものである。 なお、 図 3では第 1及び第 2研磨ステージ 3 1 0， 3 2 0について研磨加工中の研磨アーム姿勢を示し、 第 3研磨ステ —ジ 3 3 0について ドレヅシング中の研磨アームの姿勢を例示している < まず、 研磨装置 1が起動されて処理工程が開始されると、 第 1搬送口 ボッ ト 1 5 0がカセヅ ト C iの位置に移動し、 旋回台 1 5 2を水平旋回 及び昇降作動させて Bアーム 1 5 5 bを目的とするウェハのスロッ ト高 さに移動させ、 多関節アーム 1 5 3 b及び Bアーム 1 5 5 bを伸長作動 させて Bアーム 1 5 5 b先端の保持部でス口ヅ ト内の未加工ウェハ W d を下面から支持して吸着保持し、 両アームを縮長作動させて引き出す。 そして、 旋回台 1 5 2を 1 8 0度旋回作動させてウェハ洗浄部 2 0 0に 向かい、 この洗浄部 2 0 0に設けられた洗浄機仮置き台 2 1 1上に未加 ェゥヱハ W dを載置する。
ウェハ洗浄室 2 0 0を挟んで対峙する搬送ステージ 3 5 0の第 2搬送 ロボッ ト 3 6 0は、 未加工ウェハ W dが仮置き台 2 1 1に載置されると、 旋回台 3 6 2を旋回作動及び昇降作動させるとともに、 多関節アーム 3 6 3 a及び Aアーム 3 6 5 aを伸長作動させてアーム先端の保持部で洗 浄機仮置き台 2 1 1上の未加工ウェハを支持して吸着保持する。そして、 多関節アーム 3 6 3 a及び Aアーム 3 6 5 aを縮長作動させるとともに 旋回台 3 6 2を旋回作動させて反転し、 再び多関節アーム 3 6 3 a及び Aアーム 3 6 5 aを伸長作動させて未加工ウェハを A仮置き台 3 8 1上 に載置する。
未加工ゥヱハ W dが A仮置き台 3 8 1上に載置されると、 第 3搬送口 ボッ ト 3 7 0が下降作動して Aクランプ 3 7 5 aで未加工ウェハ W dを 把持し、 把持後所定高さまで上昇作動した待機位置でイ ンデックステー ブル 3 4 0が位置決め完了するまで待機する （待機姿勢）。インデックス テーブル 3 4 0が位置決め停止すると摇動アーム 3 7 1及び回動アーム 3 7 2を揺動作動及び回動作動させて未加工ウェハをチヤック V i上に 載置し吸着保持させる。 そして第 3搬送ロボッ ト 3 7 0はクランプ解除 後上昇し、 揺動アーム 3 7 1及び回動アーム 3 7 2を揺動作動及び回動 作動させて次の未加工ウェハを Aクランプ 3 7 5 aで把持し、 所定高さ の待機位置で次のインデックス作動まで待機する。
以降、 研磨部 3 0 0における研磨加工が開始される。 未加工ゥ： πハ W dがチャック V i上に吸着保持され、第 3搬送ロボッ トが上昇作動すると、 制御装置はインデックステーブル 3 4 0を右回り （時計回り） に 9 0度 回動作動させ、 未加工ウェハを第 1研磨ステージ 3 1 0 (図における V 4位置） に位置決めさせる。 このとき同時に、 研磨アーム 3 1 1 を摇動 作動させて研磨へッ ドを未加工ウェハ上に移動させる。
ィンデックステーブル 3 4 0が位置決め停止すると、 研磨へッ ドとチ ャック V iとを例えば反対方向に高速回転させるとともに、 研磨アーム 3 1 1を下降させて研磨へッ ド下端の研磨パッ ドを未加工ゥヱハ上に押 圧させ、 第 1次研磨加工を行わせる。 研磨加工中には研磨へッ ドの軸心 からスラリーを供給しながら研磨パッ ドがウェハの回転中心と外周端部 との間を往復動するように微小範囲で研磨アーム 3 1 1を揺動作動させ、 ウェハを均一に平坦研磨する。 搬送ステージ 3 5 0では、 上記第 1次研 磨加工中に新たな未加工ウェハが第 3搬送ロボヅ ト 3 7 0によりチヤヅ ク V 2上に搬入される。
第 1研磨ステージ 3 1 0で第 1次研磨加工が開始されると、 制御装置 4 0 0はウェハ表面状態測定器 5 0 aのコン トロールュニ ヅ ト 5 6 aに 終点検出の作動指令信号を出力し、 コン トロールュニッ ト 5 6 aはこの 指令信号に基づいて終点検出プログラムを実行する。 そして、 コン ト口 ールュニッ ト 5 6 aは第 1次研磨加工の加工終点が検出されたときに第 1研磨ステージの終点検出信号 （以下 「第 1終点検出信号」 という、 他 の研磨ステージにおいて同様） を制御装置 4 0 0に出力する。
制御装置 4 0 0は、 第 1終点検出信号が入力されると、 研磨アーム 3 1 1を上昇させるとともに研磨へッ ドの回転ゃスラリーの供給及びチヤ ックの回転を停止させ、 第 1研磨ステージの研磨加工を停止させる。 そ して研磨へッ ド 3 1 1を揺動作動させて研磨パッ ドを ドレッシングュニ ッ ト 3 1 7上に移動させ、 研磨パッ ドの ドレッシングを開始させる。 このとき、 制御装置 4 0 0はコン トロールュニヅ ト 5 6 aにウェハ表 面の計測作動指令信号を出力し、 コン トロールユニッ ト 5 6 aはこの指 令信号に基づいてウェハ表面状態の計測プログラムを実行する。 コン ト 口一ルュニッ ト 5 6 aは、 図 4に示すように検出アーム 6 1を揺動作動 させてアーム先端部の検出へヅ ド 5 3 aを基板の中心を通る半径方向に 走査させ、 検出アーム 6 1の揺動角度位置に対する反射光のスぺク トル 分布、 すなわちウェハ表面の半径方向のプロファイルを計測する。 コン トロールユニッ ト 5 6 aは第 1研磨ステージでの計測デ一夕 （以下 「第 1計測データ」 という、 他の研磨ステージにおいて同様） を制御装置 4 0 0に出力し、 制御装置はこの第 1計測デ一夕に基づいて第 1次研磨加 ェの研磨条件の適否を判断し、 必要あると判断される場合には研磨条件 を修正する。
ウェハ表面状態測定器 5 0 aによるウェハ表面状態の計測が終了する と、 制御装置 4 0 0はインデヅクステーブル 3 4 0を右回りに 9 0度回 動作動させ、 第 1次研磨加工が終了したゥヱハを第 2研磨ステージ 3 2 0 (図における V 3位置） に、 搬送ステージ 3 5 0でチャック V 3上に搬 入された新たな未加工ウェハを第 1研磨ステージ 3 1 0 (図における V 4位置） に移動させる。
なお、 ウェハ表面状態測定器 5 0 aによるウェハの表面状態計測に要 する時間 （2〜3秒程度） は、 研磨パヅ ドのドレッシングが行われている 時間 （通常 10 秒程度） に比べて充分短く、 計測時間にインデックステ —プル 3 4 0の回動位置決め時間 （2〜3秒程度） を付加しても、 研磨パ ッ ドの ドレッシング時間内に完了する。 従って、 ゥェハの表面状態計測 は研磨パッ ドがドレッシングされている時間内、 すなわちウェハ自身に 何等の具体的な処理が行われていない隙間時間内に行われる。
研磨パヅ ドの ドレッシングが終了すると、 制御装置は研磨アーム 3 1 1を揺動作動させて新たに第 1研磨ステージに位置決めされたチヤヅク V 2のウェハ上に研磨パッ ドを移動させ、 このウェハの第 1次研磨加工 を開始させる。 また、 第 2研磨ステージ 3 2 0では、 研磨アーム 3 2 1 を揺動作動させて第 1次研磨加工を終了して第 2研磨ステージに搬入さ れたチャック V のウェハ上に研磨パヅ ドを移動させ、 このウェハの第 2次研磨加工を開始させる。 第 1次研磨加工と第 2次研磨加工とは同時 並行して行われ、 この間に搬送ステ一ジ 3 5 0ではチヤヅク V 3上に新 たな未加工ゥヱハが搬入される。
第 2研磨ステージ 3 2 0での第 2次研磨加工及び第 1研磨ステージで の第 1次研磨加工が開始されると、 制御装置 4 0 0は第 1及び第 2研磨 ステージそれそれのウェハ表面状態測定器 5 0 aのコン トロールュニヅ ト 5 6 aに終点検出の作動指令信号を出力し、 各コントロールュニッ ト 5 6 aはこの指令信号に基づいて第 1研磨ステージ及び第 2研磨ステー ジで終点検出プログラムを実行する。 そして、 第 1次研磨加工の加工終 点が検出されたときに第 1終点検出信号を制御装置 4 0 0に出力し、 第 2次研磨加工の加工終点が検出されたときに第 2終点検出信号を制御装 置 4 0 0に出力する。
制御装置 4 0 0は、 これ等の終点検出信号が入力されると、 終点検出 信号に対応する研磨ステージの研磨アーム （ 3 1 1 または 3 2 1 ) を上 昇させるとともに研磨へッ ドの回転ゃスラリ一の供給及びチヤックの回 転を停止させ、 加工終点に到達した研磨ステージの研磨加工を停止させ る。そして、研磨加工を停止した研磨ステージごとに研磨へッ ド 3 1 1， 3 2 1を摇動作動させて研磨パッ ドを ドレッシングユニッ ト 3 1 7， 3 2 7上に移動させ、 それそれの研磨パヅ ドのドレッシングを行わせる。 そして、 第 1及び第 2研磨ステージ 3 1 0 , 3 2 0で研磨パヅ ドのド レツシングが行われている隙間時間に、 それぞれのゥヱハ表面状態測定 器 5 0 aにより前述同様にしてウェハ表面の半径方向のプロファイルを 計測させ、 第 1計測データに基づいて第 1次研磨加工の研磨条件の適否 を、 第 2計測データに基づいて第 2次研磨加工の研磨条件の適否を判断 し、 必要あると判断される場合に当該研磨ステージの研磨条件を修正す 制御装置 4 0 0は、 二つの計測データが入力されるとィンデヅクステ —ブル 3 4 0を 9 0度右回りに回動作動させ、 第 2次研磨加工が終了し たウェハを第 3研磨ステージ 3 3 0に、 第 1次研磨加工が終了したゥェ ハを第 2研磨ステージ 3 2 0に、 搬送ステージ 3 5 0で新たにチヤック 上に搬入された未加工ウェハを第 1研磨ステージ 3 1 0に移動させる。 そして前記同様にして第 1、 第 2、 第 3の各研磨ステージで同時並行 して第 1次研磨加工、 第 2次研磨加工、 第 3次研磨加工が行われ、 制御 装置 4 0 0は各研磨ステージの終点検出信号に基づいて研磨ステージご とに研磨加工を停止させ、 それそれの研磨パッ ドのドレッシング中に計 測される計測データに基づいて各研磨ステージの研磨条件の判断及ぴ修 正を行う。
第 1、 第 2、 第 3研磨ステージの研磨加工が随時終了し、 3つの計測 データが入力されると、 制御装置 4 0 0はインデックステーブル 3 4 0 を再び右回りに 9 0度 （または左回りに 2 7 0度） 回動作動させ、 第 3 次研磨加工が終了したゥヱハを搬送ステージ 3 5 0に、 第 2次研磨加工 が終了したウェハを第 3研磨ステージ 3 3 0に、 第 1次研磨加工が終了 したウェハを第 2研磨ステージ 3 2 0に、 搬送ステージ 3 5 0で新たに 搬入された未加工ゥヱハを第 1研磨ステージ 3 1 0に移動させる。 そし て、 以降、 第 1、 第 2、 第 3の各研磨ステージでは、 イ ンデックステー ブル 3 4 0が回動停止されるごとに、 前記同様の研磨加工が繰り返し行 われる。
搬送ステージ 3 5 0では、 第 3搬送ロボッ ト 3 7 0が第 3次研磨加工 が終了した加工済みウェハの搬出および新たな未加工ゥェハの搬入を行 う。 すなわち、 制御装置は第 3搬送ロボヅ ト 3 7 0の揺動アーム 3 7 1 及び回動アーム 3 7 2を揺動作動及び回動作動させて Bクランプ 3 7 5 bを搬送ステージに位置決めされた加工済みウェハ上に移動させ、 下降 作動して加工済みウェハの外周をクランプした後いつたん上昇し、 その 場で回動アーム 3 7 2を 1 8 0度水平旋回させて既に Aクランプ 3 7 5 aに把持している未加工ウェハをチャック上方に移動させ、 下降作動し て未加工ウェハをチャック V iに吸着保持させる。
次いで Aクランプ 3 7 5 aを開放して上昇し、 揺動アーム 3 7 1及び 回動アーム 3 7 2を揺動作動及び回動作動させて: Bクランプ 3 7 5 bに 把持する加工済みウェハを B仮置き台 3 8 2上方に移動させ、 下降作動 して加工済みウェハを B仮置き台 3 8 2上に載置する。
なお、 搬送ステージ 3 5 0にはチャック （ 丄〜 を洗浄するチヤ ヅク洗浄装置 （不図示） が設けられており、 加工済みウェハを Bクラン プ 3 7 5 bで搬出後、 未加工ウェハを Aクランプ 3 7 5 aで搬入するま での間にチヤックの純水洗浄が行われる。
加工済みゥヱハが B仮置き台 3 8 2に載置され第 3搬送ロボッ ト 3 7 0が上昇して待機位置で停止すると、 制御装置は第 2搬送ロボッ ト 3 6 0の旋回台 3 6 2、 多関節アーム 3 6 3 b及び Bアーム 3 6 5 bを作動 させて Bアーム先端の保持部で B仮置き台 3 8 2上の加工済みウェハを 吸着保持し、 旋回台 3 6 2を旋回作動、 多関節アーム 3 6 3 b及び Bァ —ム 3 6 5 bを伸長作動させて洗浄部 2 0 0の洗浄機入口 2 1 6に加工 済みウェハを載置する。
洗浄部 2 0 0では、 第 1洗浄室 2 1 0で回転ブラシによる両面洗浄、 第 2洗浄室 2 2 0で超音波加振下での表面ペンシル洗浄、 第 3洗浄室 2 3 0で純水によるスピナ一洗浄、 乾燥室 2 4 0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ェハ は、 カセッ トイ ンデックス部 1 0 0における第 1搬送ロボッ ト 1 5 0の Aアーム 1 5 5 aにより洗浄部 2 0 0から取り出され、 ァライナ一機構 1 3 0を介して一定方向に配向された後、 予め設定されたカセッ ト C 4 の指定スロ ッ トに収納される。
このように、 以上説明した研磨装置によれば、 第 1、 第 2、 第 3の各 研磨ステージ 3 1 0， 3 2 0， 3 3 0には、 それそれ終点検出器を兼ね たウェハ表面状態測定器 5 0 aが設けられており、 各研磨ステージでの 研磨加工が終了した直後に加工後のウェハの表面状態が計測され、 その 計測値に基づいて必要な研磨条件の補正が各研磨ステージごとに即座に 行われる。 ウェハの表面状態の計測は研磨パヅ ドがドレッシングされて いる時間内に行われ、研磨装置のゥヱハ処理能力に何等影響を与えない。 これにより、 高スループッ トを維持した上で、 高い研磨精度を実現し歩 留まりを向上させた研磨装置を構成することができる。
なお、 以上の実施例では、 検出ヘッ ド 5 3 aが取り付けられた検出ァ —ム 6 1を揺動作動させ、 ゥヱハの半径方向についてライン状のプロフ アイルを計測する例を開示したが、 検出アーム 6 1の揺動作動とチヤッ クの回転作動とを同期制御して計測し演算処理することにより、 ウェハ 全面のプロファイルを得ることも可能である。
また、 実施例ではウェハ表面状態測定器で取得した計測データを次の 研磨加工の加工条件にフィ一ドバックする例を開示したが、 必要に応じ て計測した当該ウェハの追加研磨を行わせるように構成してもよい。 さ らに、 実施例では全ての研磨ステージにゥヱハ表面状態測定器 5 0 aを 設けた例を開示したが、 必ずしも全ての研磨ステージに設ける必要はな く、 研磨加工の対象となるデバイスパターンに応じて適宜設置するステ —ジを選択すればよい。
例えば第 1次研磨加工と第 2次研磨加工が予備的加工であって終点検 出を行う必要がないような場合（時間設定で規定するような場合）には、 第 3ステージにのみウェハ表面状態測定器 5 0 aを設ければよい。 (第 2実施形態）
次に、 本発明に係る研磨装置の第 2実施形態について図 5を参照して 説明する。 図 5は代表例として第 1研磨ステージ 3 1 0の部分のみを示 しており、 上述した第 1実施形態の研磨装置と同様の構成において、 検 出アーム 6 1を始めとする検出へッ ド摇動機構を設けずに、 ウェハ表面 状態測定器の検出へッ ド 5 3を研磨アーム 3 1 1の先端部に取り付けた ものである。 検出ヘッ ド 5 3 bは研磨アーム 3 1 1を揺動させたときに ウェハの中心を通る揺動軌跡上に取り付けられており、 研磨アーム 3 1 1を揺動作動させることにより、 第 1実施形態の実施例と同様に検出へ ッ ド 5 3 bをウェハの回転中心を通る半径方向に走査させる。
このため、 研磨加工中に終点検出を行うことができ、 研磨加工の停止 後研磨アーム 3 1 1を揺動させて研磨パ ヅ ドを ドレッシングュニヅ ト 3 1 7に移動させるとき （隙間時間） に、 その揺動作動を利用して検出へ ッ ド 5 3 bをウェハ表面上で移動走査させることができる。 そしてこの ときにウェハ表面状態測定器 5 0 bにウェハ表面状態の計測を行わせる ことにより、 ウェハの回転中心を通る半径方向のプロフアイルを取得す ることができる。 従ってこのような構成によれば、 別段の走査駆動機構 を設ける必要がなく、 簡明な構成で高い研磨精度を実現するとともに、 直ちに計測デ一夕をフィ一ドバックして歩留まりを向上させた研磨装置 を構成することができる。
次に、 図 6から図 8を参照して本発明に係る研磨装置の第 3実施形態 から第 7実施形態について説明する。 図 6はこれまでに説明した研磨装 置を図 3中に VI 矢視で示す方向から見た側面図を模式図として示して おり、 ウェハ表面状態測定器 5 0の配設位置が異なる第 3実施形態から 第 7実施形態の全てを、 5 0 c〜 5 0 gとして併記している。 (第 3実施形態）
図 Ίは本発明の研磨装置の第 3実施形態を示しており、 第 2実施形態 と同様に代表例として第 1研磨ステージ 3 1 0の部分のみを示している, この実施例ではウェハ表面状態測定器 5 0 cの検出へッ ド 5 3 cは、 位 置決め停止されたィンデヅクステーブル 3 4 0のチヤック上方に天井部 から垂下して配設されており、 インデックステーブルに対して直交する 2方向に直線移動自在な X— Yステージ 6 6 cを介して取り付けられて いる （図 6参照）。 X— Yステージ 6 6 cはゥヱハ表面状態測定器 5 0 c のコン トロールュニヅ ト 5 6 cによって作動制御され、 検出へッ ド 5 3 cをウェハ上の任意位置に移動させて、 終点検出及びウェハ表面状態計 測を行うことができる。
このため、 研磨加工中に制御装置からの終点検出を行うことができ、 研磨加工を終了して研磨アーム 3 1 1が揺動作動され、 研磨パッ ドがド レツシングュニッ ト 3 1 7でドレヅシングされている間（隙間時間）に、 X— Yステージ 6 6 cを作動させて所望のライ ンまたはウェハ全面のプ ロフアイルを取得することができる。従って、このような構成によれば、 研磨対象に応じて任意の位置の終点検出や所望の形態のプロフアイル計 測ができ、 高い研磨精度を実現するとともに、 ただちに計測データをフ イードバックして歩留まりを向上させた研磨装置を得ることができる。 (第 4実施形態）
図 8は本発明の研磨装置の第 4実施形態を示しており、 前記同様に第 1研磨ステージ 3 1 0の部分のみを代表例として示している。 この実施 例ではゥヱハ表面状態測定器 5 0 dの検出へッ ド 5 3 dは、 位置決め停 止されたィ ンデックステーブル 3 4 0のチヤック上方に天井部から垂下 して固定配設されており、 その固定位置は、 研磨加工中ウェハ上方であ り、 かつィンデヅクステーブルを回動作動させたときにウェハの中心が 通過する回動半径上方にある。
このため、 研磨加工中に終点検出を行うことができ、 各研磨ステージ での研磨加工が終了してィンデックステ一ブル 3 4 0が回動作動されて いるとき （隙間時間） に、 その回転作動を利用して相対的に検出ヘッ ド 5 3 dをウェハ表面上で移動走査させることができる。 そして、 このと きにウェハ表面状態測定器 5 0 dにウェハ表面状態の計測を行わせるこ とにより、 ウェハの回転中心を通る半径方向のプロファイルを取得する ことができる。 従ってこのような構成によれば、 走査駆動機構を設ける ことなく、 簡明な構成で高い研磨精度を実現するとともに、 ただちに計 測デ一夕をフィ一ドバックして歩留まりを向上させた研磨装置を得るこ とができる。
(第 5実施形態）
図 6中に 5 0 eを付して示す実施例は、 本発明の研磨装置の第 5実施 形態を示しており、 この実施例ではウェハ表面状態測定器 5 0 eの検出 へッ ド 5 3 eは、 仮置き台 3 8 2の上方に天井部から垂下して配設され ており、 この仮置き台 3 8 2に対して直交する 2方向に直線移動自在な X— Yステージ 6 6 eを介して取り付けられている。 X— Yステージ 6
6 eはウェハ表面状態測定器 5 0 eのコン ト口一ルュニッ ト 5 6 eによ つて作動制御され、 検出へッ ド 5 3 eを仮置き台に載置された加工済み ウェハの任意位置に移動させて、 ウェハ表面状態の計測を行うことがで きる。
このため、 研磨加工が終了して加工済みウェハが第 3搬送ロボッ ト 3
7 0によって仮置き台 3 8 2に載置され、 第 3搬送ロボッ ト 3 7 0と第 2搬送ロボッ ト 3 6 0との間で加工済みウェハの受け渡しが行われる間 (隙間時間） に、 X— Yステ一ジ 6 6 eを作動させて所望のラインまた はウェハ全面のプロファイルを取得することができる。 従って、 このよ うな構成によれば、 研磨対象に応じて所望の形態のプロファイル計測が でき、 高い研磨精度を実現して歩留まりを向上させた研磨装置を得るこ とができる。
(第 6実施形態）
図 6中に 5 0 f を付して示す実施例は、 本発明の研磨装置の第 6実施 形態を示しており、 この実施例ではウェハ表面状態測定器 5 0 f の検出 ヘッ ド 5 3 f は、 研磨部 3 0 0と洗浄部 2 0 0との境界近傍の天井部か ら垂下されて固定配設されている。 検出へッ ド 5 3 f の固定位置は、 第 2搬送ロボッ ト 3 6 0が加工済みウェハを吸着保持して洗浄部の洗浄機 入口 2 1 6に搬送するときの、 加工済みウェハの移動経路上にあり （図 3参照）、 加工済みウェハの表面が上向きで通過する経路の直上にある。 このため、 加工済みゥヱハが研磨部 3 0 0から洗浄部 2 0 0に搬送さ れる移動時間 （隙間時間） に、 その移動過程を利用して相対的に検出へ ッ ド 5 3 f をウェハ表面上で移動走査させることができる。 そして、 こ のときにウェハ表面状態測定器 5 0 f にウェハ表面状態の計測を行わせ ることにより、 ウェハの中心を通る直線状のプロフアイルを取得するこ とができる。 従ってこのような構成によれば、 走査駆動機構を設けるこ となく、 簡明な構成で高い研磨精度を実現し歩留まりを向上させた研磨 装置を得ることができる。
なお、 この搬送時間が研磨加工時間等の他の工程との関係で時間的に 余裕がある （隙間時間がある） 場合には、 検出へッ ド 5 3 f を一軸ない し二軸方向に移動する移動ステージを介して天井部に取り付け、 加工済 みウェハの搬送時に検出へッ ド 5 3 f 直下で一旦停止させてウェハ表面 のプロフアイル計測を行うように構成することもできる。
(第 7実施形態）
図 6中に 5 0 gで示す実施例は、 本発明の研磨装置の第 7実施形態を 示しており、 この実施例ではウェハ表面状態測定器 5 0 gの検出へッ ド 5 3 gは、 洗浄部 2 0 0 とカセッ トインデックス部 1 0 0との境界近傍 の天井部から垂下されて固定配設されている。 検出へッ ド 5 3 gの固定 位置は、 第 1搬送ロボッ ト 1 5 0が洗浄及び乾燥処理の完了した完成品 ウェハを、 洗浄部 2 0 0から吸着保持して引き出して搬送するときの、 完成品ゥヱハの移動経路上にあり （図 3参照）、完成品ウェハの表面が上 向きで通過する経路の直上にある。
このため、 完成品ウェハを洗浄部 2 0 0から取り出す移動時間 （隙間 時間） に、 その移動過程を利用して相対的に研磨ヘッ ド 5 3 gをウェハ 表面上で移動走査させることができる。 そして、 このときにウェハ表面 状態測定器 5 0 gにウェハ表面状態の計測を行わせることにより、 ゥヱ ハの中心を通る直線状のプロフアイルを取得することができる。従って、 このような構成によれば、 洗浄工程を経てスラリー等の外乱成分が除去 された清浄なウェハ表面を計測することができるため高い精度でプロフ アイル計測ができるうえ、 走査駆動機構を設けることなく、 簡明な構成 で高い研磨精度を実現し歩留まりを向上させた研磨装置を得ることがで きる。
なお、 上記第 6実施形態と同様に、 この搬送工程についても他の工程 との関係で時間的に余裕がある （隙間時間がある） 場合には、 検出へッ ド 5 3 gを一軸ないし二軸方向に移動させる移動ステージを介して天井 部に取り付け、 加工済みウェハの搬送時に検出へッ ド 5 3 g直下で一旦 停止させてゥヱハ表面のプロファイル計測を行うように構成することも できる。
(第 8実施形態）
次に、 図 9は本発明の研磨装置の第 8実施形態を示しており、 洗浄部 2 0 0で洗浄された完成品ゥヱハをカセッ トに収納するウェハの移動経 路にウェハ表面状態測定器 5 0 hを設けた実施例である。 本実施例では ァライナー機構 1 3 0をカセッ トインデックス部 1 0 0の側方に配設し ており、 ウェハ表面状態測定器 5 0 hはこのァライナ一機構部に設けら れている。 検出へヅ ド 5 3 hはァライナー機構上のウェハに対して直交 する二方向に直線移動自在な駆動機構を介してウェハ表面に向けて取り 付けられており、 コン トロールュニッ ト 5 6 hの作動制御によりウェハ 表面の任意位置に移動してウェハ表面状態を計測可能に構成されている, 制御装置 4 0 0は、 洗浄工程が終了した完成品ウェハを第 1搬送ロボ ッ ト 1 5 0によりァライナー機構 1 3 0に搬送させ、 ァライナー機構 1 3 0でそのウェハの配向方向を一定方向 （例えば、 完成品ウェハをカセ ッ トに収納したときにゥヱハのノツチがカセッ 卜の奥に配設される方向 等） に配向させる。 ァライナ一機構 1 3 0による配向作動が完了すると 制御装置 4 0 0はコン トロールュニッ ト 5 6 hに指令信号を出力してゥ ェハの表面状態の計測を行わせる。
このため、 完成品ウェハを洗浄部 2 0 0から取り出してカセッ ト C 4 に収納させる移動時間 （隙間時間） に、 洗浄工程を経て清浄化されァラ ィナー機構で一定方向に配向されたウェハの表面状態を所望の形態 （複 数位置、 ライン状、 全面） でプロファイル計測できる。 また、 このよう な構成によれば、 ウェハの配向方向が特定されるため、 ウェハ上の位置 (デバイスの番地） やゥヱハに対する走査方向等を特定して計測するこ とができ、 さらに、 ウェハ上の任意番地のデバイスについて、 より ミク 口なデバイスパターンを特定 （例えば特定の導体層のライン等） してそ の表面状態を計測することも可能である。 従って、 このような構成によ れば、 極めて高精度なプロファイル計測ができるため、 高い研磨精度を 実現し歩留まりを向上させた研磨装置を得ることができる。
なお、 上記第 8実施形態の実施例では検出へッ ド 5 3 hを直交する二 方向に直線移動させてウェハの表面状態計測を行う例を示したが、 検出 ヘッ ド 5 3 hの移動軸をゥヱハの半径方向に移動する一軸とし、 他の一 軸をァライナー機構 1 3 0の回転軸を利用して構成することも可能であ る。 また、 ァライナー機構 1 3 0に代えて （またはァライナー機構とと もに） ゥヱハの配向方向を光学的に検出してその検出情報に基づいて検 出へッ ドの走査方向や位置を制御するように構成することも可能である ( なお、 第 1〜第 8実施形態において、 洗浄された完成品ウェハは、 カセ ッ ト C iに収納されてもよい。 また、 第 1〜第 8実施形態において、 研磨パッ ドとゥェハの上下位置は逆であってもよい。
以上の各実施形態では、 表面状態測定手段として光学的な測定手段、 すなわち、 ウェハ表面に照明光を照射してその反射光のスぺク トル分布 から膜厚を計測する手法について例示したが、 厚みをもった金属導体層 を研磨加工するメタル C M Pプロセスにおいては、 一般には照明光が金 属層の膜の下部まで透過しないため、 直接的に正確な残存膜厚を計測す ることが困難である。 本発明の研磨装置では、 このようなメタル C M P プロセスに好適な他の表面状態計測手段として、 X線蛍光計測、 あるい は渦電流計測を利用した表面状態測定手段を用いることもできる。 以下 これらの計測手法を用いた実施形態について簡潔に説明する。 (第 9実施形態）
X線蛍光計測を利用した表面状態測定手段は、 対象となる金属膜に 1 0 [keV]程度のエネルギーの軟 X線を照射し、発生する 2次光から膜の組 成とその膜厚を計測する。 2次光である蛍光は、 発生元素特有のピーク 波長を有するスぺク トル分布となり、 そのピーク強度は照射領域に存在 する当該元素の質量に比例する。 従って、 蛍光を受光して適切に分光分 析することにより、 金属膜の組成情報を分離し、 対象とする金属膜の膜 厚を計測することができる。なお、 実際には、 リファレンスサンプル（計 測する金属膜と同一組成 · 同一成膜条件で構成された校正用サンプルが 好ましい） を用いて検量校正を行い、 蛍光強度を膜厚に換算する。 従つ て、 これまでに説明した各実施形態と同様の構成手段でウェハ面上をス キャン等させることにより、 金属膜厚の分布を直接的に計測することが できる。
(第 1 0実施形態）
渦電流計測を利用した表面状態測定手段は、 電磁的な相互誘導作用を 利用して金属層内に渦電流を生ぜしめ、 渦電流によって生じる磁界の強 度を測定し、 あるいは、 磁気抵抗の変化をインピーダンス変化として測 定することにより、 金属膜厚を計測する。 具体的には、 計測対象となる 金属膜に対向してプロ一プコイルを配設し、 このプローブコイルに数 M Hz の高周波電流を流して金属膜に渦電流を発生させる。 渦電流はプロ ーブコイルでの磁界方向と反対方向の磁界を発生し、 この磁界はプロ一 ブコイルの磁気抵抗を変化させる。
このため、 渦電流による磁界の強度を測定し、 あるいは磁気抵抗変化 をィンピ一ダンス変化として測定することで渦電流の大きさを計測する ことができる。渦電流は電気的に閉回路を形成する金属層でのみ発生し、 その大きさは金属層の厚さを反映するため、 研磨対象である最上層金属 膜の膜厚を計測することが可能になる。 なお、 この場合にも、 プローブ コイルを各実施形態と同様の構成手段でスキヤン等させることでウェハ 面の金属膜厚の分布を得ることができる。
従って、 第 9実施形態または第 1 0実施形態に説明した表面状態計測 手段を用いた研磨装置によれば、 金属膜のように光透過性がない配線層 を平坦加工するメタル C M Pについても、 これまで説明した第 1から第 8実施形態と同様に適用することができ、 同様の効果を得ることができ る。 従って、 以上各実施例の研磨装置を用いることで、 CMPプロセス に応じた適切な研磨装置を構成することができ、 研磨対象によらずに高 スループッ トを達成可能な研磨装置を得ることができる。
次に、 本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施形態について説 明する。 図 1 0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 S 2 0 0 で次に挙げるステツプ S 2 0 1〜S 2 0 4の中から適切な処理工程を選 択し、 いずれかのステップに進む。
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 CVD等によりウェハ表面に絶縁膜や誘電体膜 を形成する C VD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 VD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 CMP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。
CMP工程（S 2 ◦ 5)もしくは酸化工程（S 2 0 1)の後でステヅプ S 2 0 6に進む。 ステップ 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、 次のステツプ S 2 07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、 ェヅチングが済んで 不要となったレジス トを取り除くエツチング工程である。
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 明に係る研磨装置を用いているため、 C M P工程のスループヅ トが向上 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 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 導体デバィス製造方法により製造された半導体デバイスでは、 高スルー プヅ トで製造されるので、 低コス トの半導体デバイスとなる。 産業上の利用可能性
本発明の研磨装置は、 半導体デバイスの製造プロセス等において、 ゥ ェハの研磨等を行うために使用することができる。 また、 本発明の半導 体デバイスの製造方法は、 集積度の高い半導体デバイスを製造するため に用いることができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 基板を保持するチャックと、 前記基板を研磨する研磨部材とを有 し、 前記研磨部材を用いて前記チヤックに保持された前記基板の表面を 研磨加工する研磨装置において、
前記基板の表面状態を計測する表面状態測定手段と、
前記研磨装置の作動を予め設定された制御シーケンスに基づいて制御 する制御装置とを備え、
前記制御装置は、 前記制御シーケンスの隙間時間に前記表面状態測定 手段に前記基板の複数位置の表面状態を計測させることを特徴とする研
2 . 前記表面状態測定手段は、 前記チャックに保持された前記基板の 表面状態を計測することを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の研磨装 3 . 前記研磨装置は前記研磨部材の研磨面を ドレッシングする ドレッ シングュニヅ トを有し、
前記表面状態測定手段は、 前記研磨部材が前記ドレッシングュニッ ト でドレッシングされている隙間時間に前記チヤックに保持された前記基 板の表面状態を計測することを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の研 磨装置。
4 . 前記研磨装置は前記チヤックを複数有して所定の角度位置ごとに 回動停止させるィンデヅクステーブルを有し、
前記表面状態測定手段は、 前記ィンデックステ一プルが回動されてい る隙間時間に前記チャックに保持された前記基板の表面状態を計測する ことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の研磨装置。
5 . 前記研磨装置は前記チヤックを複数有して所定の角度位置ごとに 回動停止させるインデックステーブルと、
前記インデックステーブルの停止位置に対応して構成され前記チヤッ クに保持された基板の研磨加工を行う研磨ステージ、 及び前記基板を前 記チャックに搬入、 搬出する搬送ステージとを有し、
前記表面状態測定手段は、 前記研磨ステージにおいて研磨加工が行わ れている隙間時間に前記搬送ステージに位置決めされた前記基板の表面 状態を計測することを特徴とする請求の範囲第 2項に記載の研磨装置。
6 . 前記表面状態測定手段は、 前記研磨加工の工程を終えた前記基板 が前記チヤックから次工程へ向けて搬出される前記研磨装置内部の移動 経路において、 前記基板の表面状態を計測することを特徴とする請求の 範囲第 1項に記載の研磨装置。
7 . 前記表面状態測定手段は、 前記研磨加工の工程を終えた前記基板 が前記チヤックから次工程へ向けて搬出される前記研磨装置内部の移動 経路において、 搬送移動中の前記基板の表面状態を計測することを特徴 とする請求の範囲第 1項に記載の研磨装置。
8 . 前記研磨装置は前記研磨加工の工程を終えた前記基板を洗浄する 洗浄部を有し、
前記表面状態測定手段は、 前記洗浄部で洗浄された前記基板の表面状 態を計測することを特徴とする請求の範囲第 1項、 第 6項又は第 7項に 記載の研磨装置。
9 . 前記研磨装置は前記洗浄部での洗浄工程を終えた前記基板を所定 方向に配向させるァライナー機構を有し、
前記表面状態測定手段は、 前記ァライナー機構で所定方向に配向され た前記基板の表面状態を計測することを特徴とする請求の範囲第 8項に 記載の研磨装置。
1 0 . 基板を保持するチャックと、 前記基板を研磨する研磨部材とを 有し、 前記研磨部材を用いて前記チヤックに保持された前記基板の表面 を研磨加工する研磨装置において、
前記チャックに保持された前記基板の表面状態を計測する表面状態測 定手段と、
前記表面状態測定手段と前記チヤックに保持された前記基板とを相対 移動させる移動手段と、
前記研磨装置の作動を予め設定された制御シーケンスに基づいて制御 する制御装置とを備え、
前記制御装置は、 前記研磨加工中に前記表面状態測定手段に前記研磨 加工の進行状態を監視させて所定の終点に到達したと判断されるときに 前記研磨加工を停止させ、 前記移動手段により前記表面状態測定手段と 前記基板とを相対移動させて前記基板の複数位置の表面状態を前記表面 状態測定手段に計測させることを特徴とする研磨装置。
1 1 . 基板を保持するチャックと、 前記基板を研磨する研磨部材とを 有し、 前記研磨部材を用いて前記チャックに保持された前記基板の表面 を研磨加工する研磨装置において、
前記基板の表面状態を計測する表面状態測定手段と、
前記チヤックを複数有して所定の角度位置ごとに回動停止させるィン デヅクステーブルと、
前記研磨装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、 前記基板が前記チヤックに保持されている状態で前 記基板の複数位置の表面状態を前記表面状態測定手段に計測させること を特徴とする研磨装置。
1 2 . 前記制御装置は、 前記インデックステーブルが回動している間 に前記複数位置の表面状態を前記表面状態測定手段に計測させることを 特徴とする請求の範囲第 1 1項に記載の研磨装置。
1 3 . 基板を保持するチャックと、 前記基板を研磨する研磨部材とを 有し、 前記研磨部材を用いて前記チヤックに保持された前記基板の表面 を研磨加工する研磨装置において、
前記基板の表面状態を計測する表面状態測定手段と、
前記研磨装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、 前記研磨部材のドレッシング中に前記基板の複数位 置の表面状態を前記表面状態測定手段に計測させることを特徴とする研
1 4 . 基板を保持するチャックと、 前記基板を研磨する研磨部材とを 有し、 前記研磨部材を用いて前記チャックに保持された前記基板の表面 を研磨加工する研磨装置において、
前記基板の表面状態を計測する表面状態測定手段と、
前記研磨部材の研磨面を ドレッシングする ドレッシングュニッ 卜と、 前記研磨装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、 前記研磨部材が前記ドレッシングユニッ トでドレツ シングされている間に前記基板の複数位置の表面状態を前記表面状態測 定手段に計測させることを特徴とする研磨装置。
1 5 . 基板を保持するチャックと、 前記基板を研磨する研磨部材とを 有し、 前記研磨部材を用いて前記チヤックに保持された前記基板の表面 を研磨加工する研磨装置において、
前記基板の表面状態を計測する表面状態測定手段と、 .
前記基板を搬送する搬送装置と、
前記研磨装置の作動を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、 前記基板が前記搬送装置で搬送されている間に前記 基板の複数位置の表面状態を前記表面状態測定手段に計測させることを 特徴とする研磨装置。
1 6 . 前記表面状態測定手段が、 前記基板の表面状態を光学的に計測 する表面状態測定手段、 前記基板の表面状態を蛍光 X線で計測する表面 状態測定手段、 もしくは、 前記基板の表面状態を渦電流で計測する表面 状態測定手段であることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 1 5項の うちいずれか一項に記載の研磨装置。
1 7 . 前記制御装置は、 前記表面状態測定手段によって計測された前 記基板の複数位置の表面状態に基づいて前記研磨加工の加工条件を変化 させることを特徴とする請求の範囲第 1項から第 1 6項のうちいずれか 一項に記載の研磨装置。
1 8 . 前記基板は半導体ウェハであり、
請求の範囲第 1項から第 1 7項のうちいずれか一項に記載の研磨装置 を用いて前記半導体ウェハの表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の製造方法。
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