研磨装置及半导体器件的制造方法 【技术领域】
本发明涉及利用研磨部件对保持于卡具中的基片进行研磨加工的研磨装置以及使用此研磨装置的半导体器件的制造方法。
背景技术
利用研磨部件对保持于卡具中的基片进行研磨加工的研磨装置被用作对玻璃基片及石英基片，或硅及砷化镓等的半导体基片(半导体晶片)等的基片表面进行研磨加工的加工装置，作为其一例有CMP装置。CMP装置是利用化学机械抛光法(CMP法)在整个晶片上对形成于半导体晶片表面上的金属膜及层间绝缘膜等的微小凹凸精密地进行平坦研磨的研磨装置，是作为多层基片的平坦化技术受到很大注目的研磨装置。
在这种CMP装置中，有的具备为了提高加工制品的原料成品率在研磨加工中(in-situ)检测加工结束点、使研磨加工结束的终点检测器。在终点检测器中使用，比如，保持晶片地卡具；监视转动驱动粘附有研磨垫的研磨头的电动机的负载状态、并检测其变化点而间接检测加工结束点的检测器；将探测光投射到转动的晶片上监视反射光、并从其亮度的变化及分光特性的变化直接检测加工结束点的检测器；以及将探测光投射到研磨加工后停止的晶片的特定位置、并从其反射光检测该位置的研磨状态的检测器等。
另一方面，为了相应于晶片的成膜状况及研磨垫的状态等给CMP装置的研磨条件设定优选值，必须判断研磨后的晶片的微观研磨状态，为此必须对研磨后的晶片表面直接进行多点或二维的扫描测定，取得其剖面曲线图(研磨状态分布图)(profile)。
但是，由于终点检测器的目的是以晶片单位检测加工结束点，检测到的信息限于晶片整体的平均微观状态量或局部研磨状态，即使是将其直接反馈也不能设定良好的条件。
因此，计测研磨加工后的晶片的微观表面状态、并根据该计测信息进行更精密的研磨条件的设定一直是所希望的。作为用来取得这种晶片表面的剖面曲线图用的计测装置，已知的有迄今使用的膜厚测定器，以及以白色光照射而从其反射光的光谱分布计测层间绝缘膜的膜厚及金属层的残存状态的表面状态检测器等等。
不过，要是将上述的测定器内置于或连接于CMP装置，假如将研磨加工后的晶片传送到该测定器进行计测的话，要在原有的CMP装置的传送、研磨加工、清洗等既有的各工序上串接新的计测工序，这会成为作为CMP装置其单位时间可以研磨加工的处理量(throughput)下降的主要原因。另一方面，如果对于在研磨加工结束从CMP装置移出的晶片在装置外进行计测的话，可以避免CMP装置的处理量的下降，但在取得剖面曲线图之后到反馈其数据为止需要相当的时间，存在无法期待提高原料成品率的问题。
【发明内容】
本发明系鉴于上述问题而完成的发明，其目的在于提供一种不会使研磨装置的处理量下降，可设定基于现实的研磨加工状态的精密的研磨条件，从而提高加工精度及原料成品率的研磨装置，以及使用此研磨装置的半导体器件的制造方法。
为达到上述目的，在本发明的具有保持基片的卡具和研磨上述基片的研磨部件、利用研磨部件对保持于卡具中的基片表面进行研磨加工的研磨装置中，具备计测基片表面状态的表面状态测定单元和根据预先设定的控制顺序对研磨装置的动作进行控制的控制装置，研磨装置的构成使得控制装置可在控制顺序的间隙时间以表面状态测定单元对基片的多个位置的表面状态进行计测(以下称其为“第1研磨装置”)。
此处，在本说明书及权利要求范围中，所说的“基片的表面状态”，指的是上述的基片的微观表面状态，通过对其在多个位置进行计测，可以取得基片表面的剖面曲线图。另外，作为计测基片表面的表面状态测定单元，其构成可以应用已经公知的各种方式的测定仪器，比如，前面提到的膜厚测定器，以白色的探测光照射基片表面而对其反射光进行光谱分析计测层间绝缘膜的膜厚的表面状态检测器，利用激光的干涉作用进行同样的计测的表面状态检测器，利用软X射线及涡流进行金属层的膜厚计测表面状态检测仪等。
另外，在本说明书及权利要求范围中所谓的“间隙时间”，指的是能在不使研磨装置的处理量下降的情况下计测基片表面的剖面曲线图的时间区域，具体说，指的是在进行研磨垫的修整操作时在研磨装置内基片处于待机状态的待机时间，在研磨装置内传送及移动基片的移动时间，在保持基片的卡具和传送装置之间及传送装置相互间交接基片的交接时间，以及在研磨装置内平行进行多个工序的场合，在一个工序结束之前另一工序出现空闲时的空闲时间等。
所以，本发明的研磨装置，由于具有计测基片的表面状态的表面状态测定单元，而控制装置使表面状态测定单元在上述的间隙时间内对基片的多个位置的表面状态进行计测，所以，可在不减小研磨装置的处理量的条件下对研磨加工前后的基片的表面状态进行高精度的计测。
另外，第1研磨装置的表面状态测定单元最好是构成可以计测保持在卡具中的基片的表面状态的研磨装置(以下称其为“第2研磨装置”)。在这种研磨装置中，由于计测保持于卡具中的基片的表面状态，比如，可以对研磨加工后的基片表面状态立即进行高精度的计测并根据该计测信息设定研磨条件的同时，可通过在研磨加工之前预先进行计测而对卡具上的各个基片设定细致的条件。
第2研磨装置具备修整研磨部件的研磨面修整单元，其表面状态测定单元可以在研磨部件由修整单元进行修整的间隙时间内计测在卡具中保持的基片的表面状态。
第2研磨装置具备具有多个卡具、可在每个规定的角度位置停止转动的转位工作台，其表面状态测定单元可以在转位工作台转动的间隙时间内计测在卡具中保持的基片的表面状态。在这种结构的研磨装置中，比如，通过在伴随转位工作台转动而移动的基片的移动路径上固定配设表面状态测定单元的检测单元而可以无需设置新的扫描单元并且在和原来的工序同一流程中扫描基片表面、进行计测。
第2研磨装置也可以具备具有多个卡具、可在每个规定的角度位置停止转动的转位工作台、对应于此转位工作台的停止位置构成的对保持于卡具中的基片进行研磨加工的研磨台，以及将基片移入移出卡具的传送台，表面状态测定单元可以在研磨台中进行研磨加工的间隙时间内计测定位于传送台上的基片的表面状态。
此外，第1研磨装置的表面状态计测单元也可以在结束了研磨加工工序的基片从卡具移出到下一工序的研磨装置内部的移动路径中，对基片的表面状态进行计测(以下称为“第3研磨装置”)。
另外，第1研磨装置的表面状态测定单元也可以在结束了研磨加工工序的基片从卡具移出到下一个工序的研磨装置内部的移动路经中，对传送移动中的基片的表面状态进行计测(以下称其为“第4研磨装置”)。在这种构成中，比如，通过在移送基片的移动路径上固定配设表面状态测定单元的检测单元而可以无需设置新的扫描单元，并且在和原来工序的同一个流程中扫描基片表面、进行计测。
另外，第1、第3或第4研磨装置，也可以具备对结束了研磨加工工序的基片进行清洗的清洗单元，其表面状态测定单元对在清洗单元中清洗过的基片的表面状态进行计测(以下称其为“第5研磨装置”)。在这种构成中，由于表面状态测定单元是在清洗去除糊膏等的清洁状态下对基片的表面状态进行计测，故可以进行高精度的表面状态计测。
第5研磨装置也可以具有将结束了清洗单元中的清洗工序后的基片按照规定方向取向的排列机构，其表面状态测定单元对由排列机构按照规定方向取向的基片的表面状态进行计测。根据这种装置，表面状态测定单元可确定基片上的计测位置(比如基片上的确定排号的器件，以及更详细的器件上的图形位置)计测表面状态，可以以极高精度进行表面状态计测。
另外，也可以在具有保持基片的卡具和对此基片进行研磨的研磨部件、利用研磨部件对保持于卡具中的基片的表面进行研磨加工的研磨装置中，还可以具备对保持于卡具中的基片的表面状态进行计测的表面状态测定单元、使表面状态测定单元和保持于卡具中的基片相对移动的移动单元、根据预先设定研磨装置的动作的控制顺序进行控制的控制装置，控制装置利用表面状态测定单元在研磨加工中对研磨加工的进行状态进行监视并在判断到达规定的终点时停止研磨加工，利用移动单元使表面状态测定单元和基片相对移动而对基片上的多个位置进行计测。
检测基片的表面状态的表面状态测定单元是可以检测基片的微观表面状态的检测单元，在基片高速转动时能够检测存在于同一半径上的器件图形的平均(微观的)信息。而且，通过对此平均信息实施适当的运算处理，可以用作检测研磨加工的结束点的终点检测器(参照例如本申请人的专利申请特开2000-40680号)。
因此，可以利用一台表面状态测定单元在研磨加工中作为监视加工状态并检测加工的结束点终点检测器，在研磨加工后，利用移动单元使表面状态测定单元和基片相对移动而作为计测基片的剖面曲线图的测定装置。另外，移动单元也可以控制基片和表面状态测定单元的相对移动，比如，也可以是使表面状态测定单元的检测单元相对于定位了的基片直线移动、摆动移动的单元，使表面状态测定单元的检测单元在直线移动的同时使基片转动的单元，或是使表面状态测定单元的检测单元和基片一起处于固定状态、通过使转位工作台转动对基片表面进行扫描等等的单元。因此，根据这种研磨装置，终点检测器和表面状态测定单元不必分别设定，可利用简单的装置结构对研磨加工前后的基片的表面状态进行高精度计测。
另外，在备有保持基片的卡具和对此基片进行研磨的研磨部件、利用研磨部件对保持于卡具中的基片的表面进行研磨加工的研磨装置中，也可以包括：对保持于卡具中的基片的表面状态进行计测的表面状态测定单元；具有多个卡具、可在每个规定的角度位置停止转动的转位工作台；以及控制研磨装置的动作的控制装置；该控制装置在基片被卡具夹持的状态中利用表面状态测定单元对基片的多个位置的表面状态进行计测。在这种研磨装置中，由于基片是处于被卡具夹持的状态中对其表面状态进行计测，所以可以对刚刚研磨加工后的基片的表面状态立即进行高精度的计测、并根据该计测信息设定研磨条件，同时，通过在研磨加工之前预先进行计测对卡具上的各个基片设定细致的条件。
另外，上述控制装置最好能在上述转位工作台转动期间利用表面状态测定单元对多个位置的表面状态进行计测。在这种结构的研磨装置中，比如通过在伴随转位工作台转动而移动的基片的移动路径上固定配设表面状态测定单元的检测单元，则可以无需设置新的扫描单元并且在和原来工序的同一流程中扫描基片表面、进行计测。
另外，在备有保持基片的卡具和对基片进行研磨的研磨部件、利用研磨部件对保持于卡具中的基片的表面进行研磨加工的研磨装置中，也可以包括对保持于卡具中的基片的表面状态进行计测的表面状态测定单元；以及控制研磨装置的动作的控制装置；该控制装置利用表面状态测定单元在研磨部件修整中对基片的多个位置的表面状态进行计测。
或者，在备有保持基片的卡具和对此基片进行研磨的研磨部件、并用该研磨部件对夹持在卡具中的基片的表面进行研磨加工的研磨装置中，包括计测基片表面状态的表面状态测定单元、对研磨部件的研磨面进行修整的修整单元以及控制研磨装置的操作的控制装置，该控制装置还可以在由修整单元对研磨部件进行修整的过程中使表面状态测定单元对基片的多个位置的表面状态进行计测。
另外，在备有保持基片的卡具和对此基片进行研磨的研磨部件、利用研磨部件对保持于卡具中的基片的表面进行研磨加工的研磨装置中，也可以包括对保持于卡具中的基片的表面状态进行计测的表面状态测定单元；传送基片的传送装置；以及控制研磨装置的动作的控制装置；该控制装置在基片由传送装置进行传送的期间利用表面状态测定单元对基片的多个位置的表面状态进行计测。在这种结构中，比如通过在基片传送的移动路径上固定配设表面状态测定单元的检测单元，可以无需设置新的扫描单元并且在和原来工序的同一流程中扫描基片表面、进行计测。
以上各发明中的表面状态测定单元也可以是利用以光学方式计测基片的表面状态的表面状态测定单元；以荧光X射线计测基片的表面状态的表面状态测定单元；或以涡流计测基片的表面状态的表面状态测定单元。根据这种结构的研磨装置，可以构成从对于层间绝缘膜这样的具有透光性的绝缘层进行平坦化加工的绝缘膜CMP到对于金属膜这样的不具透光性的配线层进行平坦化加工的金属CMP，利用相应于CMP工艺过程的表面状态测定单元构成研磨装置，可以得到不拘何种研磨对象都可以达到高处理量的研磨装置。
另外，以上各发明的研磨装置中的控制装置，最好是构成可根据利用表面状态测定单元计测的基片的表面状态来改变研磨加工的加工条件。根据这种构成，由表面状态检测器高精度计测的基片的表面状态可即时反馈为研磨条件，设定基于现实的研磨加工状态的精密的研磨条件。从而提供可提高加工精度及原料成品率的研磨装置。
另外，如上构成的研磨装置也可以应用于半导体晶片(基片)的表面的研磨加工的工序而构成半导体器件制造方法。根据这种制造方法，由于可以以高处理量和高原料成品率制造高精度的半导体器件，因此可以制造廉价优质的半导体器件。
【附图说明】
图1为示出本发明的研磨装置的一实施例的CMP装置的整体构成的平面图。
图2为示出本发明中使用的晶片表面状态检测器的构成例的框图。
图3为示出使上述CMP装置动作时的晶片的流程的说明图。
图4为示出本发明的研磨装置的实施形态1的实施例的CMP装置的部分平面图。
图5为示出本发明的研磨装置的实施形态2的实施例的CMP装置的部分平面图。
图6为示出本发明的研磨装置的实施形态3～7的实施例的CMP装置的侧面图。
图7为示出本发明的研磨装置的实施形态3的实施例的CMP装置的部分平面图。
图8为示出本发明的研磨装置的实施形态4的实施例的CMP装置的部分平面图。
图9为示出本发明的研磨装置的实施形态8的实施例的CMP装置的部分平面图。
图10为示出作为本发明的半导体器件制造方法的一实施例的半导体制造工艺过程的流程图。
【具体实施方式】
对作为本发明的实施形态中的优选实施例，下面通过3阶段的研磨工序对半导体晶片进行平坦化精密研磨的CMP装置中应用的实例予以简单说明。此研磨装置1的整体构成如图1中的平面图所示，从大方面区分包括盒转位单元100、晶片清洗单元200、研磨单元300以及控制此研磨装置的动作的控制装置400(参照图2)，装置整体构成一体的清洁室，同时各单元隔成小室。
在盒转位单元100中设置有可载置保持多片晶片的载片盒(也称为载置盒)C1～C4的晶片载片台120，使晶片的缺口或取向面按照一定的方向取向的排列机构130，将载片盒内未加工的晶片取出移入清洗单元200的清洗机暂存台211，还设置有将在清洗单元200中清洗加工完了的晶片存放于载片盒的第1传送机械手150等。
第1传送机械手150是一种具有2个多关节手臂的多关节手臂型机械手，其构成包括安装在基台151上可自由地进行水平旋转及升降动作的旋转台152，安装在旋转台152上可自由地进行屈伸动作的2个多关节手臂153a、153b，安装在各手臂的前端部分可自由地伸缩的A手臂155a和B手臂155b(B手臂155b偏置于A手臂155a的下方，在图1中其位置上下重叠)。在A手臂155a和B手臂155b的前端部分，形成从里侧支持晶片吸附保持的保持单元。在基台151上设置有直线移动装置，其构成使其可沿着配置于底面上的直线导向器160自由地水平移动。
清洗单元200由第1清洗室210、第2清洗室220、第3清洗室230及干燥室240构成，研磨加工完了的晶片按照第1清洗室210→第2清洗室220→第3清洗室230→干燥室240的顺序传送、将在研磨单元300中附着的糊膏及加工液、研磨磨耗粉等去除进行清洗。
各清洗室的构成可采用公知的各种方式，在本实施例中，在第1清洗室中的粗洗是利用转动刷子进行两面清洗，在第2清洗室中的中洗是在超声振动下进行表面线束状(pencil)清洗，在第3清洗室中的精洗是利用纯水进行旋转清洗，而在干燥室中是在氮气氛围中进行干燥处理。另外，清洗工序是对进行了研磨加工的晶片进行的，未加工的晶片不经过清洗工序，从盒转位单元100经清洗机暂存台211经过晶片清洗单元移入研磨单元300。
研磨单元300是进行研磨加工的区域，在中央设置有圆盘状的转位台340。转位台340等分为每90度一个的4个区，在每个区中各设置有吸附保持晶片的卡具V1、V2、V3和V4，同时通过内置的步进电动机的动作使转位台整体每次转动90度。在转位台340的周围，对应于此转位台的定位停止位置以从外周包围的方式形成第1研磨台310、第2研磨台320、第3研磨台330三个研磨台以及将未加工的晶片移入卡具或将加工结束的晶片从卡具移出的传送台350。
在设置于转位台340的卡具V1～V4中设置有从里面真空吸附晶片进行保持的保持机构，使被吸附保持的晶片相对于转位台340在水平面内高速转动的卡具驱动机构，以及为使研磨加工时使用的糊膏不会干燥固结而向卡具供给纯水清洗流过的卡具清洗机构等。卡具V1～V4的直径较晶片直径略小，将晶片移入卡具或从卡具移出时可抓住晶片的外周端部。因此，此构成容许将晶片移到卡具上使其被吸附保持住，利用卡具驱动机构使其可自由地高速转动及保持停止。
在第1研磨台310、第2研磨台320、第3研磨台330这三个研磨台上分别设置有相对转位台340可在水平方向上自由摆动、并且在铅直方向上可上下自由运动的研磨臂311、321、331。在各研磨臂的前端部分从研磨臂下垂安装有可在水平面内高速自由转动的研磨头，在其下端面具有通过和晶片的相对转动使基片表面平坦化而进行研磨的研磨垫。
因此，比如在第1研磨台310中进行研磨时，使研磨臂311摆动、使研磨头移动到卡具V4上，在研磨头和卡具相对转动的同时使研磨臂311下降、令研磨垫压在晶片上，通过一边从研磨垫的中心部分供给糊膏一边往复摆动研磨臂可使保持于卡具上的晶片表面受到研磨加工而变得平坦。
在各研磨台310、320、330上安装有检测研磨加工中的晶片的加工状态的终点检测器，可实时检测研磨加工中的晶片表面的反射信息。在本发明的实施例1到实施例4中，不仅检测加工终点，还将可以计测晶片表面的表面状态的晶片表面状态检测器50兼用作终点检测器，将该检测信息输出到控制装置400。
如图2示出的其概要构成所示，晶片表面状态检测器50的结构包括：照明光源51，检测头53，分光单元55，控制单元56，将从照明光源51发出的光导入检测头53的入射光侧光纤52，以及将检测头53接收的光导入分光单元55的受光侧光纤54等。照明光源51，比如可以是氙灯及卤素灯、汞灯等白色光源，利用适宜的光学系统将照明光导入到入射光侧光纤52。由入射光侧光纤52导入到检测头53的照明光通过设置于检测头53中的准直透镜及分束器、聚光镜等光学系统照射到晶片表面上。
来自晶片表面的反射光，由检测头53接收，由检测头53内部的分束器与照明光分离而入射到受光侧光纤54，导入分光单元55。在分光单元55中设置有衍射光栅，相应于晶片表面的薄膜的材质及膜厚而变化的反射光的光谱分量根据频率的不同而反射到不同的方向进行波长分解。经过波长分解的反射光由光二极管型的线性传感器等检出而计测反射光的光谱分布。
将检出的信号输入到控制单元56，与相应于器件的图形预先设定的终点图形及残存膜厚的相应关系等进行比较，判断加工结束点的检测及晶片的微观表面状态等的计测值。终点检测信息及晶片表面的检测信息，从控制单元56输出到控制装置400，而控制装置400根据这些信息控制研磨加工。
在以后说明的各实施形态中，上述结构的晶片表面状态检测器50配置于不同的位置构成CMP装置。下面对于具有同一功能的构成部件在各实施形态中赋予符号a(实施形态1)～h(实施形态8)，记为如晶片表面状态检测器50a、晶片表面状态检测器50h，重复说明则省略。
(实施形态1)
在实施形态1的研磨装置中，检测头53a安装成相对转位台340可自由水平摆动的检测臂61的前端部分上，通过在此检测臂61的基础部分上安装的步进电动机62及用来检测检测臂的摆动角的旋转编码器63的动作在半径方向上对晶片表面进行扫描而可以计测。
另外，在各研磨台310、320、330上，在研磨垫的摆动轨迹上设置有对研磨垫的表面(研磨加工面)进行修整的研磨垫修整器317、327、337。研磨垫修整器是对由于研磨加工晶片而在研磨垫的表面上产生的堵塞及孔眼不齐进行校正(修整、锉)的装置，其构成包括表面上固定有金刚石磨料的可自由转动的盘和向修整后的研磨垫表面喷射纯水以纯水清洗研磨垫表面的喷嘴。研磨垫的修整是使研磨臂311、321、331摆动而使研磨垫移动到研磨垫修整器上、通过研磨垫和研磨盘一边相对转动一边压紧而进行的。
在传送台350上配置有传送晶片的第2传送机械手360和第3传送机械手370及在这些传送机械手之间作为中介交接晶片的A暂存台381和B暂存台382。第2传送机械手360是与上述第1传送机械手150同样的多关节手臂型的机械手，其构成包括安装在基台151上可自由地进行水平旋转及升降动作的旋转台152，可自由摆动地安装在旋转台362上的可自由地进行水平旋转及升降动作的2个多关节手臂363a、363b以及安装在各手臂的前端部分可自由地伸缩的A手臂365a和B手臂365b。A手臂365a和B手臂365b上下偏置，同时，在两手臂的前端部分上形成从里面支持并吸附保持晶片的保持单元。
第3传送机械手370的构成包括可相对于转位台340在水平方向上自由摆动并在铅直方向上上下自由运动的摆动臂371，在此摆动臂的前端部分安装的可相对于摆动臂自由水平转动的转动臂372以及悬吊在转动臂372的两个端部抓住晶片的外周端部的A夹具375a及B夹具375b等。A夹具375a及B夹具375b配置于距离转动臂372的转动中心同一距离的转动臂端部。图1所示的状态示出的是第3传送机械手的待机状态，在图中的A夹具375a及B夹具375b的下方分别设置有装载未加工的晶片的A暂存台381和装载研磨加工完了的晶片的B暂存台382。
由此，通过使第3传送机械手370的摆动臂371摆动，使转动臂372转动就可以使A夹具375a或B夹具375b的任何一个移动到转位台340的卡具V1上，在该位置使摆动臂371下降，由A夹具375a或B夹具375b夹住卡具上的晶片的外周接受晶片，或是在卡具上装载、保持新的晶片。
另外，研磨加工后的晶片，由于附着有包含糊膏的研磨加工液，在研磨装置1中移入研磨加工前的晶片的手臂及夹具和移出研磨加工后的晶片的手臂和夹具要区别使用。就是说，规定上下偏置的A，B手臂中位于上方的A手臂365a用作移入用手臂，位于下方的B手臂365b用作移出用手臂，并且A夹具375a用作移入用夹具，位于下方的B夹具375b用作移出用夹具。
控制装置400根据预先设定的如上构成的研磨装置1的动作的控制程序进行控制。下面按照晶片流程对控制装置如何对研磨装置1进行控制而使其动作予以说明。另外，第1研磨台310、第2研磨台320、第3研磨台330顺序进行的第1次研磨加工、第2次研磨加工、第3次研磨加工的内容随作为对象的晶片的器件图形而不同，但在本实施例中说明的是在所有阶段进行终点检测的场合。
图3为以点线和箭头示出从将存放于载片盒C1中的未加工的晶片Wd置于盒转位单元100的载片盒载置台120的规定位置开始到在研磨单元300中顺序进行研磨处理而成为加工完了的晶片Wp、在晶片清洗单元200中进行清洗处理后一直到将晶片存放到盒转位单元100中的C4内为止的晶片流程的说明图。另外，在图3中示出的是第1及第2研磨台310、320的研磨加工中的研磨臂的姿势和第3研磨台330的修整中的研磨臂的姿势的示例。
首先，启动研磨装置1开始处理工序，第1传送机械手150移动到载片盒C1的位置，使旋转台152进行水平转动及升降动作将B手臂155b移动到目的晶片的槽口的高度，使多关节手臂153b及B手臂155b进行伸长动作，B手臂155b前端的保持单元从下面支持并吸附保持未加工的晶片Wd，使两臂缩短后抽出。于是，使旋转台152转动180度朝向晶片清洗单元200，将未加工晶片Wd载置于设置于此清洗单元200中的清洗机暂存台211上。
未加工晶片Wd若被载置于清洗机暂存台211上，插进清洗单元200中对峙的传送台350的第2传送机械手360在转动及升降旋转台362的同时使多关节手臂363a及A手臂365a伸长，手臂前端的保持单元支持并吸附保持清洗机暂存台211上的未加工晶片Wd。而且，在使多关节手臂363a及A手臂365a缩短的同时使旋转台362反转，再使多关节手臂363a及A手臂365a伸长而将未加工晶片载置于A暂存台381上。
一旦将未加工晶片Wd载置于A暂存台381上，第3传送机械手370就下降以A夹具375a抓住未加工晶片Wd、在抓住后上升到规定高度在待机位置待机到转位台340定位结束为止(待机姿势)。如转位台340定位停止，使摆动臂371及转动臂372摆动及转动将未加工晶片载置于卡具V1上并吸附保持之。于是，第3传送机械手370在夹具解除后上升，使摆动臂371及转动臂372摆动和转动，用A夹具375a抓住下一个未加工晶片，在规定高度的待机位置一直待机到下一个转位台动作。
之后，开始研磨单元300的研磨加工。一旦未加工晶片Wd在卡具V1吸附保持、第3传送机械手上升，则控制装置使转位台340右转(顺时针)90度，将未加工晶片定位于第1研磨台310(图中的V4位置)。与此同时，使研磨臂311摆动将研磨头移动到未加工晶片上。
转位台340一定位停止，则在使研磨头和卡具V1在例如相反方向上高速转动的同时，使研磨臂311下降、令研磨头下端的研磨垫压到未加工晶片上进行第2次研磨加工。在研磨加工中，在从研磨头的轴心供给糊膏的同时使研磨臂311在微小范围内摆动以使研磨垫在晶片的转动中心和外周端部之间往复运动而对晶片均匀地进行平坦化研磨。在上述第1次研磨加工中，在传送台350中把新的未加工晶片由第3传送机械手370移到卡具V2上。
一开始用第1研磨台310的第1次研磨加工，控制装置400向晶片表面状态检测器50a的控制单元56a输出终点检测的动作指令信号，控制单元56a根据此指令信号执行终点检测程序。控制单元56a在检测到第1次研磨加工的加工终点时，将第1研磨台的终点检测信号(以下称其为“第1终点检测信号”，在其它研磨台中也同此)输出到控制装置400。
如有第1终点检测信号输入，控制装置400就在使研磨臂311上升的同时停止研磨头的转动及糊膏的供给以及卡具的转动，使第1研磨台的研磨加工停止。而且，使研磨臂311摆动、将研磨垫移动到研磨垫修整器317上，开始研磨垫的修整。
此时，控制装置400向控制单元56a输出表面的计测动作指令信号，控制单元56a根据此指令信号执行表面状态的计测程序。如图4所示，控制单元56a使检测臂61摆动、从而使检测臂前端部分的检测头53a在通过基片中心的半径方向上进行扫描，计测相对于检测臂61的摆动角度位置的反射光的光谱分布，即晶片表面的半径方向的剖面曲线图。控制单元56a将在第1研磨台上的计测数据(以下称其为“第1计测数据”，在其它研磨台中也同此)输出到控制装置400，控制装置根据第1计测数据判断第1次研磨加工条件是否合适，在判断有必要的场合，可对研磨条件进行修正。
利用晶片表面状态检测器50a进行的表面状态的计测结束时，控制装置400使转位台340右转90度，将第1次研磨加工结束的晶片移动到第2研磨台320(图中的V3位置)，在传送台350中将移入的新的未加工晶片移动到第1研磨台310(图中的V4位置)。
另外，用晶片表面状态检测器50a进行晶片的表面状态计测所需要的时间(大约为2～3秒)，与进行研磨垫的修整时间相比(通常为10秒左右)足够短，即使是在计测时间上加上转位台340的转动定位时间(大约为2～3秒)，在研磨垫的修整时间内也可以完成计测。所以，晶片的表面状态的计测可以在研磨垫修整时间内，即晶片本身任何具体处理都不进行的间隙时间内进行。
研磨垫的修整一结束，控制装置就使研磨臂311摆动而使研磨垫移动到新的定位于第1研磨台上的卡具V2上，开始此晶片的第1次研磨加工。另外，在第2研磨台320中，使研磨臂321摆动、将研磨垫移动到结束第1次研磨加工移入到第2研磨台的卡具V1的晶片上，开始此晶片的第2次研磨加工。第1次研磨加工和第2次研磨加工同时并行进行，在此期间在传送台350中将新的未加工晶片移入卡具V3。
一开始第2研磨台320中的第2次研磨加工及第1研磨台中的第1次研磨加工，控制装置400将向第1及第2研磨台各自的晶片表面状态检测器50a的控制单元56a输出终点检测的动作指令信号，各控制单元56a根据此指令信号在第1及第2研磨台中执行终点检测程序。于是，在检测到第1次研磨加工的加工终点时，向控制装置400输出第1终点检测信号，在检测到第2次研磨加工的加工终点时，向控制装置400输出第2终点检测信号。
一有这些终点检测信号输入，控制装置400就在使与终点检测信号相对应的研磨头的研磨臂(311或321)上升的同时，停止研磨头的转动、糊膏的供给及卡具的转动，使到达加工终点的研磨台的研磨加工停止。于是，使研磨加工停止的每个研磨台的研磨臂311、321摆动、将研磨垫移动到研磨垫修整器317、327上，分别开始研磨垫的修整。
于是，在第1及第2研磨台310、320中进行研磨垫修整的间隙时间，利用各自的晶片表面状态检测器50a与前面所述的同样地计测晶片表面的半径方向的剖面曲线图，根据第1计测数据判断第1次研磨加工条件是否合适，根据第2计测数据判断第2次研磨加工条件是否合适，在判断有必要的场合，对研磨条件进行修正。
如有两个计测数据输入，控制装置400将使转位台340右转90度，将第2次研磨加工结束的晶片移动到第3研磨台330，将第1次研磨加工结束的晶片移动到第2研磨台320，在传送台350中将移入的新的未加工晶片移动到第1研磨台310。
与前述同样，在第1、第2、第3各研磨台中同时并行进行第1次研磨加工、第2次研磨加工、第3次研磨加工，控制装置400根据每个研磨台的终点检测信号使各研磨台停止研磨加工，根据在各个研磨台的修整中计测的计测数据进行各研磨台的研磨条件的判断及修正。
如果第1、第2第3各研磨台的研磨加工随时结束、输入3个计测数据，则控制装置400使转位台340再右转90度(或左转270度)，将第3次研磨加工结束的晶片移动到传送台350，将第2次研磨加工结束的晶片移动到第3研磨台330，将第1次研磨加工结束的晶片移动到第2研磨台320，在传送台350中将移入的新的未加工晶片移动到第1研磨台310。以后，在第1、第2第3各研磨台中，每当转位台340停止转动，就反复进行与前述同样的研磨加工。
在传送台350中，第3传送机械手370将结束了第3次研磨加工的加工完了的晶片移出并将新的未加工晶片移入。就是说，控制装置通过使第3传送机械手370的摆动臂371及转动臂372摆动及转动使B夹具375b移动到定位于传送台的加工完了的晶片上，下降并将加工完了的晶片的外周夹住之后一次上升，在此场合使转动臂372水平转动180度后、将已经由A夹具375a抓住的未加工晶片移动到卡具上方，下降并将未加工晶片吸附保持于卡具V1上。
之后，放开A夹具375a后上升，使摆动臂371及转动臂372摆动及转动使由B夹具375b抓住的加工完了的晶片移动到B暂存台382上方，下降并将加工完了的晶片载置于B暂存台382上。
另外，在传送台350中设置有清洗卡具(V1～V4)的卡具清洗装置(未图示)，在加工完了的晶片由B夹具375b移出后，未加工晶片由A夹具375a移入为止的时间内以纯水清洗卡具。
当加工完了的晶片载置于B暂存台382上、第3传送机械手370上升停止于待机位置时，控制装置使第2传送机械手360的旋转台362、多关节手臂363b及B手臂365b动作，由B手臂前端的保持单元吸附保持B暂存台382上的加工完了的晶片，转动旋转台362，使多关节手臂363b及B手臂365b伸长而将加工完了的晶片载置于清洗单元200的清洗机入口216处。
在清洗单元200中，在第1清洗室210中利用转动刷子进行两面清洗，在第2清洗室220中的中洗是在超声振动下进行表面线束状清洗，在第3清洗室230中的精洗是利用纯水进行旋转清洗，而在干燥室240中是在氮气氛围中进行干燥处理。于是，经过这样清洗的完成品晶片利用盒转位单元100中的第1传送机械手150的A手臂155a从清洗单元200中取出，经排列机构130在一定方向上配列之后，存放于预先设定的载片盒C4的指定槽口。
这样，根据以上说明的研磨装置，在第1、第2、第3各研磨台310、320、330中设置有兼用作各个终点检测器的晶片表面状态检测器50a，在各研磨台中的研磨加工结束后可立即计测加工后的晶片的表面状态，并根据该计测值在各研磨台原地进行必要的研磨条件校正。晶片的表面状态的计测在研磨垫进行修整的时间内进行，对研磨装置的晶片处理能力没有任何影响。由此，在维持高处理量之外，可以构成实现高研磨精度、提高原料成品率的研磨装置。
另外，在以上的实施例中，示出的是使安装检测头53a的检测臂61摆动、计测晶片的半径方向上成直线(一行)形状的剖面曲线的例子，但也可以同步控制检测臂61的摆动和卡具的转动，进行计测并通过运算处理得到晶片全面的剖面曲线图。
另外，在实施例中，公开了由晶片表面状态检测器取得的计测数据反馈到下一个研磨加工的研磨加工条件的例子，必要时也可以对计测过的该晶片进行追加研磨。此外，在实施例中，示出的是在全部研磨台中设置晶片表面状态检测器50a的示例，但不一定必须在全部研磨台中设置，也可以相应于作为研磨加工的对象的器件图形而选择适宜设置的研磨台。
比如，在第1次研磨加工和第2次研磨加工是预备加工不需要进行终点检测的场合(以时间设定进行规定的场合)，可以只在第3研磨台中设置晶片表面状态检测器50a。
(实施形态2)
下面参照图5对本发明的研磨装置的实施形态2予以说明。图5作为代表例只示出第1研磨台310的一部分，在与上述实施形态1的研磨装置同样的结构中，不设置以检测臂61开始的检测头摆动机构，而将晶片表面状态检测器的检测头53安装于研磨臂311的前端部分。检测头53b安装在使研磨臂311摆动时通过晶片中心的摆动轨迹上，通过使研磨臂311摆动，与实施形态1的实施例一样，使检测头53b在通过晶片的转动中心的半径方向上扫描。
因此，可以在研磨加工中进行终点检测，在研磨加工停止后使研磨臂311摆动、将研磨垫移动到研磨垫修整器317时(间隙时间)，可以利用该摆动使检测头53b在晶片表面上移动扫描。于是，此时通过由晶片表面状态检测器50b进行晶片表面状态的计测，可以取得通过晶片的转动中心的半径方向的剖面曲线图。所以，根据这种构成，没有必要设置另外的扫描驱动机构，可以构成在以简单的结构实现高精度研磨的同时直接反馈计测数据、提高原料成品率的研磨装置。
下面参照图6至图8对本发明的研磨装置的实施形态3至实施形态7予以说明。图6示出的是将迄今为止说明的研磨装置从图3中的VI箭头所示的方向观察的侧视图的示意图，晶片表面状态检测器50在配置位置不同的实施形态3至实施形态7中，一并记作50c～50g。
(实施形态3)
图7示出本发明的研磨装置的实施形态3，与实施形态2一样只示出第1研磨台310的一部分作为代表例。在此实施例中，晶片表面状态检测器50c的检测头53c的配置方式是在定位停止的转位台340的卡具上方从顶部垂下，通过与转位台340正交的2个方向上直线自由移动的X-Y台66c安装(参照图6)。X-Y台66c由晶片表面状态检测器50c的控制单元56c进行操作控制，使检测头53c移动到晶片上的任意位置后进行终点检测及晶片表面状态计测。
因此，可以在研磨加工中进行终点检测，在研磨加工结束后使研磨臂311摆动，在研磨垫在磨垫修整器317中进行修整时(间隙时间)，可以使X-Y台66c动作取得所要求的一行或晶片全面的剖面曲线图。所以，根据这样的构成，可以相应于研磨对象对任意位置进行终点检测及所要求的形态的剖面曲线图计测，在实现高研磨精度的同时可以得到立即反馈计测数据从而提高原料成品率的研磨装置。
(实施形态4)
图8示出本发明的研磨装置的实施形态4，与前述一样只示出第1研磨台310的一部分作为代表例。在此实施例中，晶片表面状态检测器50d的检测头53d的固定配置方式是在定位停止的转位台340的卡具上方从顶部垂下，其固定位置是在研磨加工中的晶片的上方，并且在使转位台转动时在晶片中心通过的转动半径的上方。
因此，可以在研磨加工中进行终点检测，在各研磨台的研磨加工结束后使转位台340转动时(间隙时间)，可利用该转动相对地使检测头53d在晶片表面上移动扫描。于是，此时通过利用晶片表面状态检测器50d进行晶片表面状态的计测，可以取得通过晶片的转动中心的半径方向的剖面曲线图。根据这种构成，无须设置扫描驱动机构，可以在以简单的结构实现高精度研磨的同时，直接反馈计测数据、提高原料成品率。
(实施形态5)
在图6中赋予50e示出的示例，示出本发明的研磨装置的实施形态5，在此实施例中，晶片表面状态检测器50e的检测头53e的配置方式是在暂存台382的上方从顶部垂下，经过与此暂存台382正交的2个方向上直线自由移动的X-Y台66e安装。X-Y台66e由晶片表面状态检测器50e的控制单元56e驱动控制，使检测头53e移动到载置于暂存台的加工完了的晶片的任意位置，对晶片表面状态进行计测。
因此，可以在研磨加工结束后利用第3传送机械手370将加工完了的晶片载置于暂存台382，在第3传送机械手370和第2传送机械手360之间进行加工完了的晶片的交接期间(间隙时间)，可以使X-Y台66e动作、取得所要求的一行或晶片全面的剖面曲线图。所以，根据这样的构成，可对研磨对象进行所要求的形态的剖面曲线图计测，可以得到在实现高研磨精度的同时提高原料成品率的研磨装置。
(实施形态6)
在图6中50f所示的实施例示出了本发明的研磨装置的实施形态6，在此实施例中，晶片表面状态检测器50f的检测头53f的固定配置方式是在研磨单元300和清洗单元200的交界处附近的上方从顶部垂下。检测头53f的固定位置位于在第2传送机械手360吸附保持加工完了的晶片并传送到清洗单元的清洗机入口216时的加工完了的晶片的移动路径上(参照图3)，在加工完了的晶片的表面向上通过的路径的正上方。
因此，在将加工完了的晶片从研磨单元300传送到清洗单元200的移动时间(间隙时间)内，可利用该移动过程使检测头53f相对地在晶片表面上移动扫描。于是，此时通过利用晶片表面状态检测器50f进行晶片表面状态的计测，可以取得通过晶片的转动中心的半径方向的剖面曲线图。所以，根据这种构成，无须设置扫描驱动机构，可以以简单的结构实现高精度研磨，得到提高原料成品率的研磨装置。
另外，在此传送时间和研磨加工时间等其他工序的关系中在时间上有余裕(有间隙时间)的场合，也可以通过在一个轴或两个轴的方向上移动的移动台将检测头53f安装于顶部，在传送加工完了的晶片时使之暂时停在检测头53f的正下方就可以对晶片的剖面曲线图进行计测。
(实施形态7)
在图6中50g所示的实施例示出了本发明的研磨装置的实施形态7，在此实施例中，晶片表面状态检测器50g的检测头53g的固定配置方式是在清洗单元200和盒转位单元100的交界处附近的上方从顶部垂下。检测头53g的固定位置位于在第1传送机械手150从清洗单元200吸附保持清洗及干燥处理完了的完成品晶片、并取出传送时的完成品晶片的移动路径上(参照图3)，在完成品晶片的表面向上通过的路径的正上方。
因此，在将完成品晶片从清洗单元200中取出的移动时间(间隙时间)内，可利用该移动过程使检测头53g相对地在晶片表面上移动扫描。于是，此时通过利用晶片表面状态检测器50g进行晶片表面状态的计测，可以取得通过晶片的转动中心的半径方向的剖面曲线图。根据这种构成，由于可以对经过清洗工序将糊膏等干扰成分去除的清洁的晶片表面进行计测，除了可以以高精度进行剖面曲线图计测以外，无须设置扫描驱动机构，可以以简明的构成实现高精度研磨，得到提高原料成品率的研磨装置。
另外，与上述实施形态6一样，在此传送工序和其它工序的关系中在时间上有余裕(有间隙时间)的场合，也可以通过在一轴或两轴的方向上移动的移动台将检测头53g安装于顶部，在传送加工完了的晶片时使之暂时停在检测头53g的正下方就可以对晶片的剖面曲线图进行计测的构成。
(实施形态8)
下面，图9示出本发明的研磨装置的实施形态8。该实施例在把清洗单元200中清洗过的完成品晶片存放于载片盒中的晶片移动路径上设置晶片表面状态检测器50h。在本实施例中，排列机构130配置于盒转位单元100的侧面，晶片表面状态检测器50h设置于此排列机构中。其构成为通过与排列机构上的晶片正交的2个方向上直线自由移动的驱动机构对着晶片表面安装检测头53h，利用控制单元56h的驱动控制可以使检测头移动到晶片表面的任意位置、对晶片表面状态进行计测。
控制装置400利用第1传送机械手150将结束清洗工序的完成品晶片传送到排列机构130，在排列机构130中使该晶片的取向方向按一定方向排列(比如，在将完成品晶片存放于载片盒时使晶片的缺口对着载片盒的里面排列)。排列机构130的取向动作一结束，控制装置400就向控制单元56h输出指令信号，进行晶片的表面状态的计测。
因此，在将完成品晶片从清洗单元200中取出、存放到载片盒C4的移动时间(间隙时间)内，对于经过清洗工序清洗、在排列机构中按一定方向取向的晶片的表面状态可以以所要求的形态(多个位置、直线形状、全面)进行计测。另外，根据这种构成，由于晶片的取向方向是特定的，可以特别指定晶片上的位置(器件的号数)及对晶片的扫描方向等进行计测，此外，也可以对于晶片上的任意号数的器件特别指定更微观的器件图形(比如特定的导体层的线等)、对其表面状态进行计测。所以，若根据这种构成，由于可以计测极高精度的剖面曲线图，因此可以实现高研磨精度、得到提高原料成品率的研磨装置。
另外，在上述实施形态8中，示出的是使检测头53h在正交的2个方向上直线移动而进行晶片的表面状态计测的示例，但也可能将检测头53h的移动轴作为在晶片的半径方向上移动的轴，而另一轴利用排列机构130的转动轴构成。另外，其构成也可以是，代替排列机构130(或与排列机构130一起)，而用光学方式检测晶片的取向方向，并根据该检测信息控制检测头的扫描方向和位置。另外，在实施形态1～8中，清洗过的完成品晶片也可以存放于载片盒C1中。另外，在实施形态1～8中，研磨垫和晶片的上下位置也可以反过来。
在以上各实施形态中，作为表面状态测定单元例示的是光学测定手段，即利用照明光照射晶片表面由其反射光的光谱分布计测膜厚，在对具有厚度的金属导体层进行研磨加工的金属CMP过程中，由于一般照明光不能透射到金属膜的下部，故难以直接正确地计测残存膜厚。在本发明的研磨装置中，作为适用于这种金属CMP过程的其他表面状态测定单元也可以是使用X射线荧光计测或电涡流计测的表面状态测定单元。下面对采用这些计测方法的实施形态予以简洁的说明。
(实施形态9)
利用X射线荧光计测的表面状态测定单元，以大约10[keV]的能量的软X射线照射作为对象的金属膜，从产生的二次光计测膜的组成和厚度。作为二次光的荧光，其光谱分布具有发生元素特有的峰值波长，其峰值强度与在照射区域内存在的该元素的质量成正比。所以，通过接受荧光进行适当的分光分析，分离金属膜的组成信息，可以计测对象金属膜膜厚。另外，实际上，利用基准样本(最好是与计测的金属膜同一组成在同一条件下构成的校正用的样本)进行标准校正，将荧光强度换算为膜厚。所以，利用和至此所说明的各实施形态同样的构成手段对晶片面上进行扫描可以直接计测金属膜厚的分布。
(实施形态10)
利用涡流计测的表面状态测定单元利用电磁互感作用使金属层内产生涡流来测定由于涡流产生的磁场的强度，或是通过测定磁阻的变化作为阻抗变化来计测金属膜厚。具体说，在对着作为计测对象的方向配设探测线圈，在此探测线圈中流过数MHz的高频电流时在金属膜中产生涡流。涡流产生方向与探测线圈中的磁场方向相反的磁场，此磁场使探测线圈的磁阻改变。
因此，通过测定涡流引起的磁场的强度，或者通过测定磁阻变化作为阻抗变化，可以计测涡流的大小。涡流只在形成闭合电路的金属层中内发生，由于其大小可反映金属层的厚度，所以，可以用来计测作为研磨对象的最上层金属膜的膜厚。另外，在此场合，通过使探测线圈在和各实施形态同样的构成手段中进行扫描可以得到晶片面上的金属膜厚的分布。
因此，根据利用实施形态9或实施形态10中说明的表面状态测定单元的研磨装置，对于像金属膜这样的不具有透光性的配线层进行平坦化加工的金属CMP，也可同样应用至此所说明的实施形态1至实施形态8，并可获得同样的效果。所以，采用以上各实施例的研磨装置，可构成与CMP过程相应的合适的研磨装置，可以得到不拘何种研磨对象都可以达到高处理量的研磨装置。
下面对本发明的半导体器件的制造方法的实施形态予以说明。图10为表示半导体器件的制造工艺过程的流程图。开始半导体制造工艺过程，首先在步骤S200中从下面列举的步骤S201～S204中选择合适的处理工序，进入某一个步骤。
此处，步骤S201是使晶片的表面氧化的氧化工序。步骤S202是利用CVD等在晶片表面上形成绝缘膜及电介质薄膜的CVD工序。步骤S203是利用蒸发等方法在晶片上形成电极的电极形成工序。步骤S204是将离子注入晶片中的离子注入工序。
在CVD工序(S202)或电极形成工序(S203)之后，进入步骤S205。步骤S205是CMP工序。在CMP工序中，利用本发明的研磨装置，进行层间绝缘膜的平坦化及半导体器件表面的金属膜的研磨，以及由电介质的研磨得到的花纹装饰(damascene)的形成。
在CMP工序(S205)或氧化工序(S201)之后进入步骤S206。步骤S206是光刻工序。在此工序中进行晶片的抗蚀层涂敷、利用曝光装置的曝光在晶片上形成电路图形以及将曝光的晶片显影。此外，下一个步骤S207利用腐蚀将显影后的抗蚀剂图形以外的部分去掉，之后进行抗蚀剂剥离，将在腐蚀完成后变为不需要的抗蚀剂去除。
下面，在步骤S208中，判断全部工序是否完成，如未完成，就返回S200，重复前面的步骤在晶片上形成电路图形。如在步骤S208中判断全部工序完成，就结束。
在本发明的半导体器件制造方法中，由于在CMP工序中采用本发明的研磨装置，可提高CMO工序的处理量。由此，与现有的半导体器件制造方法相比较，具有可以以低成本制造半导体器件的效果。另外，在上述半导体器件制造工艺过程以外的半导体器件制造工艺过程的CMP工序中，也可以采用本发明的研磨装置。另外，在利用本发明的半导体器件制造方法制造的半导体器件中，因为以高处理量制造，半导体器件成本降低。
在半导体器件制造工艺过程等之中，本发明的研磨装置可以应用于晶片的研磨等。另外，本发明的半导体器件的制造方法可以应用于集成度高的半导体器件制造。