JP2007258467A - 吸着装置、研磨装置、半導体デバイス製造方法およびこの方法により製造される半導体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】研磨による加工精度を向上させることができる吸着装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る吸着装置５０は、真空源を用いて半導体ウェハを真空吸着することにより半導体ウェハを保持するように構成された吸着装置であって、半導体ウェハが吸着保持される円盤状の吸着基材５１と、吸着基材５１の表面側に設けられて表面に半導体ウェハの被吸着面と接触する吸着面６７が形成される樹脂製のコーティング層６５とを備えて構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウェハを真空吸着により保持する吸着装置、および、この吸着装置を用いた研磨装置に関する。さらに、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法および半導体デバイスに関する。

半導体ウェハを真空吸着により保持する吸着装置として、吸着面側にピン状または凸条をなす複数の剛性の凸部がその先端面が同一高さとなるように形成された吸着装置が従来から知られている（例えば、特許文献１を参照）。この吸着装置では、各凸部の先端面はウェハと接触した状態で凸部間の凹部が負圧に引かれ、ウェハが各凸部の先端面に倣って平坦に保持される。このように、各凸部の先端面がウェハと接触して保持する吸着面となっている。

ウェハと吸着装置の吸着面との間に異物が介在すると、その箇所付近においてウェハが変形して***してしまい、種々の不都合が生じる。例えば、ウェハを平坦化研磨する場合、異物により***した箇所付近が過剰に研磨されてしまい、致命的な欠陥となる。通常はウェハや吸着装置の吸着面は洗浄されるが、前記異物を完全に除去することは不可能である。これに対し、上述のような吸着装置によれば、ウェハと吸着面との接触面積が凸部の先端面の面積に限定されるため、ウェハと吸着面との間にゴミや研磨剤などの異物が介在する確率を大幅に低減させることができる。

ところが、上述のような従来の吸着装置においても、ウェハと吸着面との接触面積が小さいとはいえ、その間に異物が介在する可能性を完全に無くすことは不可能である。前記従来の吸着装置において、ウェハと凸部の先端面との間に異物が介在すると、種々の不都合が生じることになる。

そこで、凸部の先端面に樹脂製のコーティング層を設けた吸着装置が考案されている。これにより、ウェハと吸着面との間に入り込んだ異物が弾性を有するコーティング層に埋没するため、ウェハの下面が平坦に保たれ、ウェハと吸着面との間に介在する異物による影響を低減させることができる。
特開平１０−５０８１０号公報

しかしながら、凸部の先端面にコーティング層を設けることにより、異物による影響を低減させることはできたが、研磨による加工精度を向上させるために、吸着面側の形状を最適化する必要が生じた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨による加工精度を向上させることができる吸着装置、および、この吸着装置を用いた研磨装置を提供することを目的とする。また、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法および半導体デバイスを提供することを目的とする。

このような目的達成のため、第１の本発明に係る吸着装置は、真空源を用いて半導体ウェハを真空吸着することにより直径が約３００ｍｍの半導体ウェハを保持するように構成された吸着装置において、半導体ウェハが吸着保持される円盤状の吸着基材と、吸着基材の表面側に設けられて表面に半導体ウェハの被吸着面と接触する吸着面が形成される樹脂製のコーティング層とを備え、吸着基材が、吸着基材の表面側に表面側から見て円環状に形成された第１凸部と、吸着基材の表面側における第１凸部の内周側に円柱状に形成された複数の第２凸部と、複数の第２凸部の間に形成される凹部に開口して吸着基材内に設けられ真空源と繋がる複数の吸着穴とを有し、第１凸部および複数の第２凸部における先端面の高さがそれぞれ互いに同じ高さとなるように構成され、第１凸部および複数の第２凸部における先端面に設けられたコーティング層の表面に吸着面が形成され、この吸着面に半導体ウェハの被吸着面を接触させて吸着穴に負圧を作用させることで、被吸着面が吸着面に真空吸着されるように構成される。

そして、複数の第２凸部は、０．５〜０．８ｍｍの直径を有して、０．８〜１．２ｍｍのピッチで縦横に並ぶように設けられ、複数の吸着穴は、０．５〜０．８ｍｍの直径を有して、吸着基材の中心軸を中心とした半径約４１ｍｍの円上において等間隔に３箇所、吸着基材の中心軸を中心とした半径約９０ｍｍの円上において等間隔に３箇所、吸着基材の中心軸を中心とした半径約１２７．５ｍｍの円上において等間隔に６箇所設けられ、吸着基材の表面側において第１凸部より外周側に位置する第１凸部より高さの低い円環状領域の幅が３．５〜５ｍｍとなるように構成されている。

また、第２の本発明に係る吸着装置は、第１の本発明に係る吸着装置と同様の構成であって、直径が約２００ｍｍの半導体ウェハを保持するように構成された吸着装置において、複数の第２凸部は、０．５〜０．８ｍｍの直径を有して、０．８〜１．２ｍｍのピッチで縦横に並ぶように設けられ、複数の吸着穴は、０．５〜０．８ｍｍの直径を有して、吸着基材の中心軸を中心とした半径約４１ｍｍの円上において等間隔に６箇所、吸着基材の中心軸を中心とした半径約７７．５ｍｍの円上において等間隔に６箇所設けられ、吸着基材の表面側において第１凸部より外周側に位置する第１凸部より高さの低い円環状領域の幅が３〜４．５ｍｍとなるように構成されている。

さらに、本発明に係る研磨装置は、半導体ウェハを真空吸着により保持可能な吸着装置と、半導体ウェハを研磨可能な研磨部材とを備え、研磨部材を半導体ウェハの表面に当接させながら相対移動させて半導体ウェハの表面を研磨するように構成された研磨装置において、吸着装置が本発明に係る吸着装置であることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体デバイス製造方法は、本発明に係る研磨装置を用いて半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係る半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする。

本発明によれば、研磨による加工精度を向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る吸着装置（ウェハ吸着装置５０）を備えた研磨装置の代表例であるＣＭＰ装置（化学的機械的研磨装置）を図１に示している。第１実施形態のＣＭＰ装置１は、被研磨物たる半導体ウェハ３０をその上面側に着脱自在に吸着保持可能なウェハ吸着装置５０と、このウェハ吸着装置５０の上方位置に設けられ、ウェハ吸着装置５０上に保持されたウェハ３０の被研磨面３１と対向する研磨パッド４２が取り付けられた研磨部材４１を保持してなる研磨ヘッド４０とを備えて構成されている。

このＣＭＰ装置１では、研磨パッド４２の寸法（直径）はウェハ３０の寸法（直径）よりも小さく（すなわち研磨パッド４２はウェハ３０よりも小径であり）、研磨パッド４２をウェハ３０に接触させた状態で双方を相対移動させることにより、ウェハ３０の被研磨面３１（上面）全体を研磨できるようになっている。また、このＣＭＰ装置１で研磨されるウェハ３０は、直径が３００ｍｍ（１２インチ）の半導体ウェハである。

これらウェハ吸着装置５０と研磨ヘッド４０とを支持する支持フレーム２０は、水平な基台２１と、この基台２１上にＹ方向（紙面に垂直な方向でこれを前後方向とする）に延びて設けられたレール（図示せず）上をＹ方向に移動自在に設けられた第１ステージ２２と、この第１ステージ２２から垂直（Ｚ方向）に延びるように設けられた垂直フレーム２３と、この垂直フレーム２３の上部に設けられた第２ステージ２４と、この第２ステージ２４上から水平（Ｘ方向）に延びるように設けられた水平フレーム２５と、この水平フレーム２５上をＸ方向（左右方向）に移動自在に設けられた第３ステージ２６とを有して構成されている。

第１ステージ２２内には第１電動モータＭ１が設けられており、これを回転駆動することにより第１ステージ２２を上記レールに沿ってＹ方向に移動させることができる。また、第３ステージ２６内には第２電動モータＭ２が設けられており、これを回転駆動することにより第３ステージ２６を水平フレーム２５に沿ってＸ方向に移動させることができる。このため、上記電動モータＭ１，Ｍ２の回転動作を組み合わせることにより、第３ステージ２６をウェハ吸着装置５０上方の任意の位置に移動させることが可能である。

ウェハ吸着装置５０は基台２１上に設けられたテーブル支持部２７から上方に垂直に延びて設けられた回転軸２８の上端部に水平に取り付けられている。この回転軸２８はテーブル支持部２７内に設けられた第３電動モータＭ３を回転駆動することにより回転されるようになっており、これによりウェハ吸着装置５０をＸＹ面（水平面）内で回転させることができる。

研磨ヘッド４０は第３ステージ２６から下方に垂直に延びて設けられたスピンドル２９の下端部に取り付けられている。このスピンドル２９は第３ステージ２６内に設けられた第４電動モータＭ４を回転駆動することにより回転されるようになっており、これにより研磨ヘッド４０全体を回転させて研磨パッド４２をＸＹ面（水平面）内で回転させることができる。

さて、図２および図３に示すように、ウェハ吸着装置５０は、ウェハ３０を真空吸着するための吸着基材５１と、吸着基材５１を保持して回転軸２８に連結される回転保持部材７０とを主体に構成される。吸着基材５１は、ステンレスやセラミック等の高い剛性を有する材料を用いて直径約２９８ｍｍの円盤状に形成され、ネジ等の固定手段により回転保持部材７０の上面側（表面側）に取り付けられる。吸着基材５１の上面側（表面側）には、図３に示すように、上面側（表面側）から見て円環状の第１凸部５２が形成されており、ウェハ３０の外周部近傍を支持するようになっている。また、図４に示すように、吸着基材５１の上面側（表面側）における第１凸部５２の内周側には、円柱状の第２凸部５３が複数形成されており、ウェハ３０の中央側を支持するようになっている。

図５に示すように、第１凸部５２および第２凸部５３の先端面（上面）の高さは、それぞれ互いに同じ高さとなるように構成され、これらの先端面は高い精度で同一平面内に位置するようになっている。なお、第１および第２凸部５２，５３の先端面の高さは、数百μｍ程度である。また、第１凸部５２の外径は約２９０ｍｍであり、第１凸部５２の幅は約０．５ｍｍである。また、第２凸部５３の直径は約０．５ｍｍ（０．５〜０．８ｍｍが好ましい）であり、図４に示すように、吸着基材５１の上面側（表面側）における第１凸部５２の内周側に、複数の第２凸部５３が約０．８ｍｍ（０．８〜１．２ｍｍが好ましい）のピッチＰ１で縦横に並ぶように設けられる。

図２に示すように、吸着基材５１の内部中央には、吸着基材５１の下面側（裏面側）で開口するように第１センタ穴５８が形成されており、この第１センタ穴５８の側部には、図３にも示すように、等間隔に（３０度間隔で）並ぶ１２本の放射通路５９がそれぞれ吸着基材５１の外周部へ向けて延びるように形成されている。さらに、放射通路５９には、第１〜第３の吸着穴５５〜５７が放射通路５９の途中から上方へ延びるように形成されて、吸着基材５１の上面側（表面側）において複数の第２凸部５３（および、第１凸部５２と）の間に形成された凹部５４で開口するようになっている（図６も参照）。

第１〜第３の吸着穴５５〜５７の直径は、約０．７ｍｍ（０．５〜０．８ｍｍが好ましい）となっている。また、複数の吸着穴のうち、吸着基材５１の最も内側に位置する第１吸着穴５５は、図３に示すように、吸着基材５１の中心軸Ｏ１を中心とした第１の円Ｃ１上において等間隔に（１２０度間隔で）３箇所設けられる。ここで、第１の円Ｃ１の半径Ｒ１は約４１ｍｍである。

第１吸着穴５５より外側に位置する第２吸着穴５６は、吸着基材５１の中心軸Ｏ１を中心とした第２の円Ｃ２上において等間隔に（１２０度間隔で）３箇所設けられる。ここで、第２の円Ｃ２の半径Ｒ２は約９０ｍｍであり、３つの第２吸着穴５６は、第１吸着穴５５が形成される放射通路５９（吸着基材５１の中心線）に対して（中心軸Ｏ１を中心に）６０度回転した放射通路５９（吸着基材５１の中心線）上にそれぞれ設けられる。

吸着基材５１の最も外側に位置する第３吸着穴５７は、吸着基材５１の中心軸Ｏ１を中心とした第３の円Ｃ３上において等間隔に（６０度間隔で）６箇所設けられる。ここで、第３の円Ｃ３の半径Ｒ３は約１２７．５ｍｍであり、６つの第３吸着穴５７は、第１吸着穴５５および第２吸着穴５６が形成される放射通路５９（吸着基材５１の中心線）に対して（中心軸Ｏ１を中心に）３０度回転した放射通路５９（吸着基材５１の中心線）上にそれぞれ設けられる。

吸着基材５１の上面側（表面側）における第１凸部５２の外周側には、図３および図５に示すように、上面側（表面側）から見て円環状の第３凸部６０が形成されており、第１凸部５２との間に溝部６１が形成されるようになっている。第３凸部６０の先端面（上面）の高さは、第１凸部５２の先端面（上面）よりも約１ｍｍだけ低くなるように設定される。吸着基材５１の外周部近傍には、水供給穴６２が上下に貫通して形成されており、水供給穴６２の上端部は溝部６１で開口するとともに、下端部は回転保持部材７０の水供給通路７４と繋がるようになっている。そして、この水供給穴６２から溝部６１に水が供給されて、溝部６１が水（ウォーターシール）で満たされるようになっている。

吸着基材５１の上面側（表面側）には、図５および図７に示すように、ポリウレタン系樹脂や、アクリル系樹脂、フッ素系ゴム等といった樹脂製のコーティング層６５が設けられ、第１および第２凸部５２，５３の先端面に設けられたコーティング層６５の表面（上面）に、ウェハ３０の下面である被吸着面３２と接触可能な吸着面６７が形成される。そして、この吸着面６７にウェハ３０の被吸着面３２（下面）を接触させて各吸着穴５５〜５７に負圧を作用させることで、ウェハ３０の被吸着面３２が吸着基材５１の吸着面６７に真空吸着される。

なお、コーティング層６５は、吸着基材５１の表面側にプライマー（図示せず）をスプレーガン等で塗布（および乾燥）して下地層６６を形成した後、この下地層６６の上にポリウレタン系樹脂や、アクリル系樹脂、フッ素系ゴム等からなる塗布材をスプレーガン等で塗布（および乾燥）することで得られる。そして、第１および第２凸部５２，５３の先端面に設けられたコーティング層６５の表面にラップ定盤および研磨液を用いた研磨加工を行うことで平坦化された吸着面６７が形成される。

このように、吸着基材５１の表面側にコーティング層６５を設けることで、図７（ｂ）に示すように、ウェハ３０の被吸着面３２とコーティング層６５の表面に形成された吸着面６７との間に異物Ｘが介在しても、コーティング層６５が有する弾性によって異物Ｘがコーティング層６５に埋没しようとするため、ウェハ３０が異物Ｘによって変形することがなく、吸着状態におけるウェハ３０の平坦度を高めることができる。また、研磨加工を行って吸着面６７の平坦度を（例えば１μｍ程度に）高めておくことにより、ウェハ３０のうねりを一層低減させることができ、吸着状態におけるウェハ３０の平坦度をより高めることができる。

なお、下地層６６は、吸着基材５１に対するコーティング層６５の塗着性を高めるために用いられるものであって、場合によっては必ずしも必要ではない。また、コーティング層６５の表面（吸着面６７）に対して前述のような研磨加工を必ずしも行う必要はない。

さらに、コーティング層６５（および下地層６６）の厚さは、数十μｍ程度（例えば、４０〜９０μｍ）と比較的薄くすることが好ましい。コーティング層６５の厚さを数百μｍと比較的厚くすると、コーティング層６５の表面（すなわち、吸着面６７）の各部位に加わる力が互いに異なるような場合、コーティング層６５の弾性変形により当該各部位の厚さが比較的大きく異なることになり、これに起因してウェハ３０が大きくうねってしまう。これに対し、コーティング層６５の厚さを数十μｍと比較的薄くしておけば、当該各部位の厚さが相対的に大きく異ならないので、ウェハ３０のうねりを低減させることができる。

ところで、図５に示すように、吸着基材５１の表面側（上面側）における第１凸部５２よりも外周側の部分には、第３凸部６０を含む第１凸部５２よりも高さの低い円環状領域Ｂ１が設けられる。このように、第１凸部５２よりも高さの低い円環状領域Ｂ１を設けて、ウェハ３０の外周部を吸着保持しないようにすることで、ウェハ３０が研磨荷重を受けてもウェハ３０の外周部で逃げるため、ウェハ３０の外周部が研磨されにくくなってウェハ３０外周部の過剰研磨を防止することができる。なお、この円環状領域Ｂ１の幅は、約４ｍｍ（３．５〜５ｍｍが好ましい）に設定される。

回転保持部材７０は、図２および図３に示すように、ステンレスやセラミック等の高い剛性を有する材料を用いて円盤状に形成され、ネジ等の固定手段により回転軸２８の上部に水平に取り付けられる。そのため、回転保持部材７０の上面側（表面側）に取り付けられた吸着基材５１は、回転保持部材７０により水平面内で回転自在に保持されることとなる。

回転保持部材７０の中央部には、第２センタ穴７１が上下に貫通して形成されており、第２センタ穴７１の上端部は吸着基材５１の第１センタ穴５８と繋がるとともに、下端部は図示しない管路を介してエアオペレートバルブ８１（図８を参照）と繋がるようになっている。これにより、吸着基材５１の各吸着穴５５〜５７は、放射通路５９、第１および第２センタ穴５８，７１、並びに図示しない管路を介してエアオペレートバルブ８１（図８を参照）に繋がる。

回転保持部材７０の上面側（表面側）には、矩形の溝が渦巻状に延びるように形成され、吸着基材５１の下面（裏面）との間に渦巻状に延びる冷却水路７２が形成されるようになっている。この冷却水路７２の内周部は図示しない管路を介して冷却水供給装置（図示せず）と繋がっており、外周部は回転保持部材７０に形成された排水穴（図示せず）と繋がっている。なお、冷却水供給装置から供給された所定温度の水は、渦巻状の冷却水路７２を内周側から外周側へ通過してウェハ吸着装置５０（回転保持部材７０）の温度を一定に保つようになっている。

また、回転保持部材７０の外周部近傍には、水供給通路７４が上下に貫通して形成されており、回転保持部材７０の上端部は吸着基材５１の水供給穴６２と繋がるとともに、下端部は図示しない管路を介して開閉電磁弁８５（図８を参照）と繋がるようになっている。これにより、吸着基材５１の水供給穴６２は、水供給通路７４および図示しない管路を介して、開閉電磁弁８５と繋がる。

前述したように、吸着基材５１の各吸着穴５５〜５７は、放射通路５９、第１および第２センタ穴５８，７１、並びに図示しない管路を介して、図８に示すように、エアオペレートバルブ８１の一方のポートに繋がっている。一方、エアオペレートバルブ８１の他方のポートには、真空源である真空ポンプ８２と、真空破壊用の微圧エアにレギュレートしたエアを供給するコンプレッサ８３と、純水を供給可能な純水供給部８４とが接続されている。

そして、エアオペレートバルブ８１は、図示しない制御部からの電磁弁作動信号を受けて、各吸着穴５５〜５７が真空ポンプ８２に繋がる状態と、各吸着穴５５〜５７がコンプレッサ８３に繋がる状態と、各吸着穴５５〜５７が純水供給部８４に繋がる状態と、各吸着穴５５〜５７がどれとも繋がらない状態とに切り替える機能を有している。したがって、エアオペレートバルブ８１の切替作動により各吸着穴５５〜５７が真空ポンプ８２に繋がると、真空ポンプ８２の作動により各吸着穴５５〜５７に負圧が生じる。また、各吸着穴５５〜５７がコンプレッサ８３に繋がると、コンプレッサ８３から各吸着穴５５〜５７に真空破壊用の高圧エアが供給される。さらに、各吸着穴５５〜５７が純水供給部８４に繋がると、純水供給部８４からの水（純水）が各吸着穴５５〜５７から吸着基材５１の上面側に供給される。

また、吸着基材５１の水供給穴６２は、水供給通路７４および図示しない管路を介して、開閉電磁弁８５の一方のポートに繋がっている。一方、開閉電磁弁８５の他方のポートには、純水供給部８４が接続されている。そして、制御部（図示せず）からの電磁弁作動信号を受けて開閉電磁弁８５が開放作動すると、水供給穴６２と純水供給部８４とが繋がるようになっている。したがって、開閉電磁弁８５の開放作動により水供給穴６２が純水供給部８４に繋がると、純水供給部８４からの水（純水）が水供給穴６２から溝部６１に供給される。

このような構成のＣＭＰ装置１を用いてウェハ３０の研磨を行うには、まず、ウェハ吸着装置５０の上面に研磨対象となるウェハ３０を吸着取り付けする（このときウェハ３０の中心はウェハ吸着装置５０の回転中心に一致させる）。次に、電動モータＭ３により回転軸２８を駆動してウェハ吸着装置５０およびウェハ３０を回転させる。続いて、電動モータＭ１，Ｍ２を駆動して第３移動ステージ２６をウェハ３０の上方に位置させ、電動モータＭ４によりスピンドル２９を駆動して研磨ヘッド４０を回転させる。次に、研磨ヘッド４０を上下動させるエアシリンダー（図示せず）を用いて研磨ヘッド４０を降下させ、研磨パッド４２の下面（研磨面）をウェハ３０の上面（被研磨面）に押し当てるようにする。

このとき、図示しないエア供給源から研磨ヘッド４０内に所定のエアを供給して、研磨ヘッド４０内のエア圧によりウェハ３０と研磨パッド４２との接触圧を所定の値に設定する。そして、電動モータＭ１，Ｍ２を駆動して研磨ヘッド４０をＸＹ方向（ウェハ３０と研磨パッド４２との接触面の面内方向）に揺動させる。このとき同時に、図示しない研磨剤供給装置より研磨剤を圧送し、研磨パッド４２の下面側に研磨剤を供給させる。これにより、ウェハ３０の被研磨面３１は、研磨剤の供給を受けつつウェハ３０自身の回転運動と研磨ヘッド４０の（すなわち研磨パッド４２の）回転及び揺動運動とにより研磨される。

ウェハ吸着装置５０にウェハ３０を吸着取り付けするには、まず、図５に示すように、吸着基材５１の上面にウェハ３０を置き、吸着基材５１の吸着面６７（上面）にウェハ３０の被吸着面３２（下面）を接触させる。このとき、前述したように、ウェハ３０の中心はウェハ吸着装置５０、すなわち吸着基材５１の回転中心に一致させるようにする。そして、真空ポンプ９２を利用して吸着基材５１の各吸着穴５５〜５７に負圧を作用させ、ウェハ３０の被吸着面３２を吸着基材５１の吸着面６７に真空吸着させる。これにより、ウェハ３０がウェハ吸着装置５０に吸着保持される。

なお、ウェハ吸着装置５０にウェハ３０を吸着取り付けするときには、エアオペレートバルブ８１の切替作動により各吸着穴５５〜５７を真空ポンプ８２に繋げることで、真空ポンプ８２の作動により各吸着穴５５〜５７に負圧が生じる。また、ウェハ吸着装置５０からウェハ３０を取り外すときには、エアオペレートバルブ８１の切替作動により各吸着穴５５〜５７をコンプレッサ８３に繋げることで、コンプレッサ８３から各吸着穴５５〜５７に高圧エアが供給されて真空破壊が行われる。さらに、吸着基材５１の吸着面６７（上面）を洗浄するときには、エアオペレートバルブ８１の切替作動により各吸着穴５５〜５７を純水供給部８４に繋げることで、純水供給部８４からの水（純水）が各吸着穴５５〜５７から吸着面６７上に供給される。

本実施形態のウェハ吸着装置５０では、前述したように、吸着基材５１の表面側にコーティング層６５を設けることで、ウェハ３０の被吸着面３２とコーティング層６５の表面に形成された吸着面６７との間に異物が介在しても、コーティング層６５が有する弾性によって異物がコーティング層６５に埋没しようとするため、ウェハ３０が異物によって変形することがなく、吸着状態におけるウェハ３０の平坦度を高めることができる。

また、本実施形態のウェハ吸着装置５０では、第２凸部５３の直径を約０．５ｍｍとするとともに第２凸部５３の並ぶピッチＰ１を約０．８ｍｍとし、各吸着穴５５〜５７の直径を約０．７ｍｍとするとともに各吸着穴５５〜５７を本実施形態で述べたような箇所に配置し、円環状領域Ｂ１の幅を約４ｍｍとすることで、直径が３００ｍｍ（１２インチ）の半導体ウェハ３０の研磨における加工精度を向上させることが可能になった。

なお、第２凸部５３の直径が０．８ｍｍより大きいと、第２凸部５３とウェハ３０の被吸着面３２との接触面積が大きくなるため、第２凸部５３上の異物の影響を受けやすくなる。一方、第２凸部５３の直径が０．５ｍｍより小さいと、第２凸部５３とウェハ３０の被吸着面３２との接触面積が小さくなるため、一つの第２凸部５３上がウェハ３０の被吸着面３２から受ける力が大きくなり、その結果、第２凸部５３が異物のような役目を果たすため、第２凸部５３上におけるウェハ３０の被研磨面３１の部分の研磨量が増えてしまう。よって、第２凸部５３の直径は０．５〜０．８ｍｍの範囲であることが好ましい。

また、第２凸部５３が１．２ｍｍより広いピッチで縦横に並ぶように設置されると、第２凸部５３の数が少なくなるため、一つの第２凸部５３がウェハ３０の被吸着面３２から受ける圧力が大きくなり、その結果、第２凸部５３が異物のような役目を果たすため、第２凸部５３上におけるウェハ３０の被研磨面３１の部分の研磨量が増えてしまう。一方、第２凸部５３が０．８ｍｍより狭いピッチで縦横に並ぶように設置されると、第２凸部５３の数が多くなるため、第２凸部５３とウェハ３０の被吸着面３２との接触面積が大きくなり、第２凸部５３上の異物の影響を受けやすくなる。よって、第２凸部５３は０．８〜１．２ｍｍの範囲のピッチで縦横に並ぶように設置されることが好ましい。

なお、各吸着穴５５〜５７の直径が０．５ｍｍより小さいと、ウェハ３０を吸着する排気速度が遅くなり、ウェハ３０が吸着面６７から剥がれやすくなる。一方、各吸着穴５５〜５７の直径が０．８ｍｍより大きいと、ウェハ３０に局所的な凹みが発生し、その凹みの部分が研磨しにくくなる。よって、各吸着穴５５〜５７の直径は０．５〜０．８ｍｍの範囲であることが好ましい。

また、第１吸着穴５５が吸着基材５１の中心軸Ｏ１を中心とした半径約４１ｍｍの円Ｃ１上において等間隔に３箇所、第２吸着穴５６が吸着基材５１の中心軸Ｏ１を中心とした半径約９０ｍｍの円Ｃ２上において等間隔に３箇所、第３吸着穴５７が吸着基材５１の中心軸Ｏ１を中心とした半径約１２７．５ｍｍの円Ｃ３上において等間隔に６箇所設置される構成とすることで、ウェハ３０吸着後の被研磨面３１の表面形状を研磨に有利な形状とすることができる。

なお、円環状領域Ｂ１の幅を３．５〜５ｍｍの範囲とすることで、ウェハ３０の被研磨面３１の外周部分が過剰に研磨されることを防止することができ、研磨の均一性を向上させることができる。

そして、以上のような構成のウェハ吸着装置５０を備えたＣＭＰ装置１によれば、ウェハ３０の加工精度および歩留まりを向上させることができる。

次に、ＣＭＰ装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態のＣＭＰ装置１０１は、上述した第１実施形態のＣＭＰ装置１に対してウェハ吸着装置５０の装置構成のみ異なり、他の装置構成は同様であるため同一部位に同一番号を付して重複説明を省略する。第２実施形態のＣＭＰ装置１０１は、図１に示すように、半導体ウェハ１３０をその上面側に着脱自在に吸着保持可能なウェハ吸着装置１５０と、第１実施形態のＣＭＰ装置１と同様にしてウェハ吸着装置１５０の上方位置に設けられた研磨ヘッド４０とを備えて構成される。

第２実施形態のＣＭＰ装置１０１で研磨されるウェハ１３０は、直径が２００ｍｍ（８インチ）の半導体ウェハである。そのため、第２実施形態のＣＭＰ装置１０１では、研磨パッド４２の寸法（直径）は第２実施形態におけるウェハ１３０の寸法（直径）よりも小さく（すなわち、研磨パッド４２がウェハ１３０よりも小径に）設定され、研磨パッド４２をウェハ１３０に接触させた状態で双方を相対移動させることにより、ウェハ１３０の被研磨面１３１（上面）全体を研磨できるようになっている。

ウェハ吸着装置１５０は、図９および図１０に示すように、ウェハ１３０を真空吸着するための吸着基材１５１と、吸着基材１５１を保持して回転軸２８に連結される回転保持部材１７０とを主体に構成される。吸着基材１５１は、ステンレスやセラミック等の高い剛性を有する材料を用いて直径約１９８ｍｍの円盤状に形成され、ネジ等の固定手段により回転保持部材１７０の上面側（表面側）に取り付けられる。吸着基材１５１の上面側（表面側）には、図１０に示すように、上面側（表面側）から見て円環状の第１凸部１５２が形成されており、ウェハ１３０の外周部近傍を支持するようになっている。また、図１１に示すように、吸着基材１５１の上面側（表面側）における第１凸部１５２の内周側には、円柱状の第２凸部１５３が複数形成されており、ウェハ１３０の中央側を支持するようになっている。

図１２に示すように、第１凸部１５２および第２凸部１５３の先端面（上面）の高さは、それぞれ互いに同じ高さとなるように構成され、これらの先端面は高い精度で同一平面内に位置するようになっている。なお、第１および第２凸部１５２，１５３の先端面の高さは、数百μｍ程度である。また、第１凸部１５２の外径は約１９０ｍｍであり、第１凸部１５２の幅は約０．５ｍｍである。また、第２凸部１５３の直径は約０．５ｍｍ（０．５〜０．８ｍｍが好ましい）であり、図１１に示すように、吸着基材１５１の上面側（表面側）における第１凸部１５２の内周側に、複数の第２凸部１５３が約０．８ｍｍ（０．８〜１．２ｍｍが好ましい）のピッチＰ２で縦横に並ぶように設けられる。

図９に示すように、吸着基材１５１の内部中央には、吸着基材１５１の下面側（裏面側）で開口するように第１センタ穴１５８が形成されており、この第１センタ穴１５８の側部には、図１０にも示すように、等間隔に（３０度間隔で）並ぶ１２本の放射通路１５９がそれぞれ吸着基材１５１の外周部へ向けて延びるように形成されている。さらに、放射通路１５９には、第１および第２の吸着穴１５５，１５６が放射通路１５９の途中から上方へ延びるように形成されて、吸着基材１５１の上面側（表面側）において複数の第２凸部１５３（および、第１凸部１５２と）の間に形成された凹部１５４で開口するようになっている。

第１および第２の吸着穴１５５，１５６の直径は、約０．６ｍｍ（０．５〜０．８ｍｍが好ましい）となっている。また、複数の吸着穴のうち、吸着基材１５１の最も内側に位置する第１吸着穴１５５は、図１０に示すように、吸着基材１５１の中心軸Ｏ２を中心とした第１の円Ｃ４上において等間隔に（６０度間隔で）６箇所設けられる。ここで、第１の円Ｃ４の半径Ｒ４は約４１ｍｍである。

第１吸着穴１５５より外側に位置する第２吸着穴１５６は、吸着基材１５１の中心軸Ｏ２を中心とした第２の円Ｃ５上において等間隔に（６０度間隔で）６箇所設けられる。ここで、第２の円Ｃ５の半径Ｒ５は約７７．５ｍｍであり、６つの第２吸着穴１５６は、第１吸着穴１５５が形成される放射通路１５９（吸着基材１５１の中心線）に対して（中心軸Ｏ２を中心に）３０度回転した放射通路１５９（吸着基材１５１の中心線）上にそれぞれ設けられる。

吸着基材１５１の上面側（表面側）における第１凸部１５２の外周側には、図１０および図１２に示すように、上面側（表面側）から見て円環状の第３凸部１６０が形成されており、第１凸部１５２との間に溝部１６１が形成されるようになっている。第３凸部１６０の先端面（上面）の高さは、第１凸部１５２の先端面（上面）よりも約１ｍｍだけ低くなるように設定される。吸着基材１５１の外周部近傍には、第１実施形態の場合と同様にして水供給穴１６２が形成され、この水供給穴１６２から溝部１６１に水が供給されて、溝部１６１が水（ウォーターシール）で満たされるようになっている。

図１２に示すように、吸着基材１５１の上面側（表面側）には、第１実施形態の場合と同様にして樹脂製のコーティング層１６５が設けられ、第１および第２凸部１５２，１５３の先端面に設けられたコーティング層１６５の表面（上面）に、ウェハ１３０の下面である被吸着面１３２と接触可能な吸着面１６７が形成される。そして、この吸着面１６７にウェハ１３０の被吸着面１３２（下面）を接触させて各吸着穴１５５，１５６に負圧を作用させることで、ウェハ１３０の被吸着面１３２が吸着基材１５１の吸着面１６７に真空吸着される。

このように、吸着基材１５１の表面側にコーティング層１６５を設けることで、第１実施形態の場合と同様に、吸着状態におけるウェハ１３０の平坦度を高めることができる。また、研磨加工を行って吸着面１６７の平坦度を（例えば１μｍ程度に）高めておくことにより、ウェハ１３０のうねりを一層低減させることができ、吸着状態におけるウェハ１３０の平坦度をより高めることができる。

ところで、図１２に示すように、吸着基材１５１の表面側（上面側）における第１凸部１５２よりも外周側の部分には、第３凸部１６０を含む第１凸部１５２よりも高さの低い円環状領域Ｂ２が設けられる。このように、第１凸部１５２よりも高さの低い円環状領域Ｂ２を設けて、ウェハ１３０の外周部を吸着保持しないようにすることで、ウェハ１３０が研磨荷重を受けてもウェハ１３０の外周部で逃げるため、ウェハ１３０の外周部が研磨されにくくなってウェハ１３０外周部の過剰研磨を防止することができる。なお、この円環状領域Ｂ２の幅は、約３．８ｍｍ（３〜４．５ｍｍが好ましい）に設定される。

回転保持部材１７０は、図９および図１０に示すように、ステンレスやセラミック等の高い剛性を有する材料を用いて円盤状に形成され、ネジ等の固定手段により回転軸２８の上部に水平に取り付けられる。そのため、回転保持部材１７０の上面側（表面側）に取り付けられた吸着基材１５１は、回転保持部材１７０により水平面内で回転自在に保持されることとなる。

回転保持部材１７０の中央部には、第１実施形態の場合と同様にして第２センタ穴１７１が形成され、これにより、吸着基材１５１の各吸着穴１５５，１５６は、放射通路１５９、第１および第２センタ穴１５８，１７１、並びに図示しない管路を介してエアオペレートバルブに繋がる。回転保持部材１７０の上面側（表面側）には、矩形の溝が渦巻状に延びるように形成され、第１実施形態の場合と同様にして、吸着基材１５１の下面（裏面）との間に冷却水路１７２が形成される。また、回転保持部材１７０の外周部近傍には、第１実施形態の場合と同様にして水供給通路１７４が形成され、これにより、吸着基材１５１の水供給穴１６２は、水供給通路１７４および図示しない管路を介して、開閉電磁弁と繋がる。

第２実施形態のＣＭＰ装置１０１を用いてウェハ１３０の研磨を行うには、第１実施形態のＣＭＰ装置１と同様の動作を行えばよい。第２本実施形態のウェハ吸着装置１５０では、第２凸部１５３の直径を約０．５ｍｍとするとともに第２凸部１５３の並ぶピッチＰ２を約０．８ｍｍとし、各吸着穴１５５，１５６の直径を約０．６ｍｍとするとともに各吸着穴１５５，１５６を本実施形態で述べたような箇所に配置し、円環状領域Ｂ２の幅を約３．８ｍｍとすることで、直径が２００ｍｍ（８インチ）の半導体ウェハ１３０の研磨における加工精度を向上させることが可能になった。

なお、第２凸部１５３の直径が０．８ｍｍより大きいと、第２凸部１５３とウェハ１３０の被吸着面１３２との接触面積が大きくなるため、第２凸部１５３上の異物の影響を受けやすくなる。一方、第２凸部１５３の直径が０．５ｍｍより小さいと、第２凸部１５３とウェハ１３０の被吸着面１３２との接触面積が小さくなるため、一つの第２凸部１５３上がウェハ１３０の被吸着面１３２から受ける力が大きくなり、その結果、第２凸部１５３が異物のような役目を果たすため、第２凸部１５３上におけるウェハ１３０の被研磨面１３１の部分の研磨量が増えてしまう。よって、第２凸部１５３の直径は０．５〜０．８ｍｍの範囲であることが好ましい。

また、第２凸部１５３が１．２ｍｍより広いピッチで縦横に並ぶように設置されると、第２凸部１５３の数が少なくなるため、一つの第２凸部１５３がウェハ１３０の被吸着面１３２から受ける圧力が大きくなり、その結果、第２凸部１５３が異物のような役目を果たすため、第２凸部１５３上におけるウェハ１３０の被研磨面１３１の部分の研磨量が増えてしまう。一方、第２凸部１５３が０．８ｍｍより狭いピッチで縦横に並ぶように設置されると、第２凸部１５３の数が多くなるため、第２凸部１５３とウェハ１３０の被吸着面１３２との接触面積が大きくなり、第２凸部１５３上の異物の影響を受けやすくなる。よって、第２凸部１５３は０．８〜１．２ｍｍの範囲のピッチで縦横に並ぶように設置されることが好ましい。

なお、各吸着穴１５５，１５６の直径が０．５ｍｍより小さいと、ウェハ１３０を吸着する排気速度が遅くなり、ウェハ１３０が吸着面１６７から剥がれやすくなる。一方、各吸着穴１５５，１５６の直径が０．８ｍｍより大きいと、ウェハ１３０に局所的な凹みが発生し、その凹みの部分が研磨しにくくなる。よって、各吸着穴１５５，１５６の直径は０．５〜０．８ｍｍの範囲であることが好ましい。

また、第１吸着穴１５５が吸着基材１５１の中心軸Ｏ２を中心とした半径約４１ｍｍの円Ｃ４上において等間隔に６箇所、第２吸着穴１５６が吸着基材１５１の中心軸Ｏ２を中心とした半径約７７．５ｍｍの円Ｃ５上において等間隔に６箇所設置される構成とすることで、ウェハ１３０吸着後の被研磨面１３１の表面形状を研磨に有利な形状とすることができる。

なお、円環状領域Ｂ２の幅を３〜４．５ｍｍの範囲とすることで、ウェハ１３０の被研磨面１３１の外周部分が過剰に研磨されることを防止することができ、研磨の均一性を向上させることができる。

そして、以上のような構成のウェハ吸着装置１５０を備えたＣＭＰ装置１０１によれば、ウェハ１３０の加工精度および歩留まりを向上させることができる。

続いて、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施例について説明する。図１３は半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。半導体製造プロセスをスタートすると、まずステップＳ２００で次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択し、いずれかのステップに進む。

ここで、ステップＳ２０１はウェハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウェハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウ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Ｓ２０４はウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。

ＣＶＤ工程（Ｓ２０２）もしくは電極形成工程（Ｓ２０３）の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明による研磨装置により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨等が行われ、ダマシン（damascene）プロセスが適用されることもある。

ＣＭＰ工程（Ｓ２０５）もしくは酸化工程（Ｓ２０１）の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソグラフィ工程である。この工程ではウェハへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウェハへの回路パターンの焼き付け、露光したウェハの現像が行われる。さらに、次のステップＳ２０７は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。

次に、ステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返してウェハ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。

本発明による半導体デバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において本発明にかかる研磨装置を用いているため、ウェハの加工精度および歩留まりが向上する。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果がある。なお、上記半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発明による研磨装置を用いても良い。また、本発明による半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスは、歩留まりが高く低コストの半導体デバイスとなる。

本発明に係る吸着装置を備えた研磨装置の一例であるＣＭＰ装置を示す正面図である。 第１実施形態の吸着装置の正断面図である。 第１実施形態の吸着装置の平面図である。 第１実施形態の第１凸部の近傍を示す拡大平面図である。 第１実施形態の第１凸部の近傍を示す拡大断面図である。 吸着穴の近傍を示す拡大平面図である。 吸着装置にウェハが吸着された状態を模式的に示す断面図である。 吸着装置の配管図（ブロック図）である。 第２実施形態の吸着装置の正断面図である。 第２実施形態の吸着装置の平面図である。 第２実施形態の第１凸部の近傍を示す拡大平面図である。 第２実施形態の第１凸部の近傍を示す拡大断面図である。 本発明に係る半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

１ ＣＭＰ装置（研磨装置）
３０ 半導体ウェハ ３２ 被吸着面
４２ 研磨部材
５０ ウェハ吸着装置（吸着装置） ５１ 吸着基材
５２ 第１凸部 ５３ 第２凸部
５４ 凹部 ５５ 第１吸着穴
５６ 第２吸着穴 ５７ 第３吸着穴
６５ コーティング層 ６７ 吸着面
８２ 真空ポンプ（真空源）
１０１ ＣＭＰ装置（第２実施形態）
１３０ 半導体ウェハ １３２ 被吸着面
１５０ ウェハ吸着装置（吸着装置） １５１ 吸着基材
１５２ 第１凸部 １５３ 第２凸部
１５４ 凹部
１５５ 第１吸着穴 １５６ 第２吸着穴
１６５ コーティング層 １６７ 吸着面
Ｂ１ 円環状領域
Ｃ１ 第１の円 Ｃ２ 第２の円
Ｃ３ 第３の円
Ｏ１ 中心軸 Ｐ１ ピッチ
Ｂ２ 円環状領域（第２実施形態）
Ｃ４ 第１の円 Ｃ５ 第２の円
Ｏ２ 中心軸 Ｐ２ ピッチ

Claims (5)

1. 真空源を用いて半導体ウェハを真空吸着することにより直径が約３００ｍｍの前記半導体ウェハを保持するように構成された吸着装置において、
   前記半導体ウェハが吸着保持される円盤状の吸着基材と、
   前記吸着基材の表面側に設けられて表面に前記半導体ウェハの被吸着面と接触する吸着面が形成される樹脂製のコーティング層とを備え、
   前記吸着基材が、前記吸着基材の表面側に前記表面側から見て円環状に形成された第１凸部と、
   前記吸着基材の表面側における前記第１凸部の内周側に円柱状に形成された複数の第２凸部と、
   前記複数の第２凸部の間に形成される凹部に開口して前記吸着基材内に設けられ前記真空源と繋がる複数の吸着穴とを有し、
   前記第１凸部および前記複数の第２凸部における先端面の高さがそれぞれ互いに同じ高さとなるように構成され、
   前記第１凸部および前記複数の第２凸部における前記先端面に設けられた前記コーティング層の表面に前記吸着面が形成され、前記吸着面に前記半導体ウェハの前記被吸着面を接触させて前記吸着穴に負圧を作用させることで、前記被吸着面が前記吸着面に真空吸着されるように構成されており、
   前記複数の第２凸部は、０．５〜０．８ｍｍの直径を有して、０．８〜１．２ｍｍのピッチで縦横に並ぶように設けられ、
   前記複数の吸着穴は、０．５〜０．８ｍｍの直径を有して、前記吸着基材の中心軸を中心とした半径約４１ｍｍの円上において等間隔に３箇所、前記吸着基材の中心軸を中心とした半径約９０ｍｍの円上において等間隔に３箇所、前記吸着基材の中心軸を中心とした半径約１２７．５ｍｍの円上において等間隔に６箇所設けられ、
   前記吸着基材の表面側において前記第１凸部より外周側に位置する前記第１凸部より高さの低い円環状領域の幅が３．５〜５ｍｍとなるように構成されていることを特徴とする吸着装置。
2. 真空源を用いて半導体ウェハを真空吸着することにより直径が約２００ｍｍの前記半導体ウェハを保持するように構成された吸着装置において、
   前記半導体ウェハが吸着保持される円盤状の吸着基材と、
   前記吸着基材の表面側に設けられて表面に前記半導体ウェハの被吸着面と接触する吸着面が形成される樹脂製のコーティング層とを備え、
   前記吸着基材が、前記吸着基材の表面側に前記表面側から見て円環状に形成された第１凸部と、
   前記吸着基材の表面側における前記第１凸部の内周側に円柱状に形成された複数の第２凸部と、
   前記複数の第２凸部の間に形成される凹部に開口して前記吸着基材内に設けられ前記真空源と繋がる複数の吸着穴とを有し、
   前記第１凸部および前記複数の第２凸部における先端面の高さがそれぞれ互いに同じ高さとなるように構成され、
   前記第１凸部および前記複数の第２凸部における前記先端面に設けられた前記コーティング層の表面に前記吸着面が形成され、前記吸着面に前記半導体ウェハの前記被吸着面を接触させて前記吸着穴に負圧を作用させることで、前記被吸着面が前記吸着面に真空吸着されるように構成されており、
   前記複数の第２凸部は、０．５〜０．８ｍｍの直径を有して、０．８〜１．２ｍｍのピッチで縦横に並ぶように設けられ、
   前記複数の吸着穴は、０．５〜０．８ｍｍの直径を有して、前記吸着基材の中心軸を中心とした半径約４１ｍｍの円上において等間隔に６箇所、前記吸着基材の中心軸を中心とした半径約７７．５ｍｍの円上において等間隔に６箇所設けられ、
   前記吸着基材の表面側において前記第１凸部より外周側に位置する前記第１凸部より高さの低い円環状領域の幅が３〜４．５ｍｍとなるように構成されていることを特徴とする吸着装置。
3. 前記半導体ウェハを真空吸着により保持可能な吸着装置と、前記半導体ウェハを研磨可能な研磨部材とを備え、前記研磨部材を前記半導体ウェハの表面に当接させながら相対移動させて前記半導体ウェハの表面を研磨するように構成された研磨装置において、
   前記吸着装置が請求項１もしくは請求項２に記載の吸着装置であることを特徴とする研磨装置。
4. 請求項３に記載の研磨装置を用いて前記半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
5. 請求項４に記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする半導体デバイス。

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