JP2002535846A - 半導体の製造方法および装置 - Google Patents

半導体の製造方法および装置

Info

Publication number
JP2002535846A
JP2002535846A JP2000595372A JP2000595372A JP2002535846A JP 2002535846 A JP2002535846 A JP 2002535846A JP 2000595372 A JP2000595372 A JP 2000595372A JP 2000595372 A JP2000595372 A JP 2000595372A JP 2002535846 A JP2002535846 A JP 2002535846A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor wafer
gas
dielectric layer
vacuum chamber
dry
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.)
Pending
Application number
JP2000595372A
Other languages
English (en)
Inventor
ラオ、ブイ．アナプラガダ
カルビン、ティー．ガブリエル
ミリンド、ジー．ウェリング
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.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Electronics NV
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 Philips Electronics NV filed Critical Philips Electronics NV
Publication of JP2002535846A publication Critical patent/JP2002535846A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/20—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground
    • B24B7/22—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B7/228—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of the material of non-metallic articles to be ground for grinding inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain for grinding thin, brittle parts, e.g. semiconductors, wafers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D13/00—Wheels having flexibly-acting working parts, e.g. buffing wheels; Mountings therefor
    • B24D13/14—Wheels having flexibly-acting working parts, e.g. buffing wheels; Mountings therefor acting by the front face
    • 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
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/31051—Planarisation of the insulating layers
    • H01L21/31053—Planarisation of the insulating layers involving a dielectric removal step

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 半導体ウエハーの気相平坦化法。本発明は半導体ウエハーの乾式平坦化装置および方法を構成している。たとえば、本発明は、乾式研磨および乾燥化学薬品を適用することにより半導体ウエハーの誘電体の層の全て、または一部を効果的に除去する。そのようにして本発明の装置は誘電体物質の高さの違いをならす。その理由は、微細構成の高い領域が低い領域よりも速く除去されるからである。とくに、本発明の一実施形態は真空平坦化室内で半導体ウエハーの所望の表面を研磨するために乾燥研磨布を利用する。その表面を研磨する結果として、研磨布は誘電体表面物質の薄い層の化学結合を破壊する。化学結合がひとたび破壊されると、プラズマガス中の反応ラジカルが表面物質と化学反応することにより、極めて揮発しやすい気体種を生成する。いいかえると、以前に機械的に研磨された物質を誘電体層から除去するためにプラズマガスが用いられる。その後で、新たに生成された気体種が真空平坦化室から除去される。半導体ウエハーの表面からの物質のこの除去法は、表面が十分に平坦にされるまで続行される。このようにして、本発明は半導体ウエハーの表面を平らにする乾式法を提供するものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】技術分野 本発明は半導体製造処理に関するものである。更に詳しくいえば、本発明は半
導体ウエハーを平坦にする方法および装置に関するものである。この明細書では
半導体ウエハーの気相平坦化法が記述されている。
【０００２】 なお、この出願は米国特許出願第０９／２３３、６４０号の継続出願であり、
その出願は、ここで参照することによって含まれる。
【０００３】
【従来の技術】
今日のデジタル集積回路（ＩＣ）デバイスのパワーおよび有用性のほとんどは
集積度が高くなることに帰することができる。ますます多くの部品（抵抗、ダイ
オード、トランジスタ、等）がチップ、すなわちＩＣに絶えず集積されている。
通常のＩＣの出発物質は純度が非常に高いシリコンである。この物質は単結晶と
して成長させられる。それは中実の円筒形をしている。その後でその結晶を裁断
して（１切れのパンのように）、通常は直径１０乃至３０ｃｍ、厚さが２５０ミ
クロンのウエハーを生ずる。
【０００４】 ＩＣ部品の諸特徴の形状はフォトリソグラフィーとして知られているプロセス
により光学写真的に形成される。この技術によって非常に細かい表面形状を正確
に再現できる。このフォトリソグラフィープロセスは部品の領域を定め、何層に
も相互に重なり合った部品を組立てるために用いられる。複雑なＩＣは多くの異
なる組立て層をしばしば有することができ、各層には部品が含まれ、各層は種々
のやり方で相互に接続され、かつ各層は前の層の上に積み重ねられる。その結果
得られたそれらの複雑なＩＣの微細構成は、ＩＣ部品がシリコンウエハーの表面
上に組立てられているので、多数の「山」と「谷」があるなじみの地球の「山岳
地帯」にしばしば類似する。
【０００５】 フォトリソグラフィープロセスでは、種々の部品を構成するマスク画像、また
はパターン、が紫外線を用いて感光層の上に焦点を合わせられる。その画像はフ
ォトリソグラフィー装置の光学手段を用いて表面に集束させられ、感光層に焼き
付けられる。より小さい形状を構成するためには、一層細かい画像を感光層の表
面に集束しなければならない、すなわち、光学的解像度を高くしなければならな
い。光学的解像度が高くなるにつれて、マスク画像の焦点深度がそれに従って浅
くなる。その理由は、フォトリソグラフィー装置における開口数の大きいレンズ
では焦点深度の範囲が狭くなるためである。この浅くなる焦点深度が、得られる
解像度、したがって、フォトリソグラフィー装置を用いて得ることができる最小
部品、をしばしば制限する要因となる。複雑なＩＣの極端な微細構成である「山
」と「谷」は浅くなる焦点深度の影響を誇大にする。したがって、サブミクロン
の形状構造を定めるマスク画像を感光層上に適正に集束させるためには、正確に
平らな表面が望ましい。正確に平らな（すなわち、十分に平坦にされた）表面で
は極めて浅い焦点深度でも使用可能であり、それによって極めて小さい部品の形
成およびその後の製造が可能になる。
【０００６】 化学的かつ機械的研磨（ＣＭＰ）は半導体ウエハーの十分な平坦化のために好
ましい方法である。その方法は、ウエハーと、スラリーで飽和させられている動
いている研磨パッドとの間の機械的接触を用いて、誘電体物質の層または一部を
除去することを含む。研磨により、微細構成の高い領域（山）が低い微細構成の
領域（谷）より速く除去されるので、高さの違いが平らにされる。研磨は、研磨
後の最大角度が１度よりはるかに小さくなるようにする、ミリメートル尺度の平
坦化距離にわたって微細構成を滑らかにすることができる唯一の技術である。
【０００７】 図１は化学的かつ機械的研磨（ＣＭＰ）機械１００の上面図を示し、図２はＣ
ＭＰ機械１００の側面図を示す。ＣＭＰ機械１００に研磨すべき半導体ウエハー
が送られる。ＣＭＰ機械１００はアーム１０１でウエハーを拾いあげて、それを
回転する研磨パッド１０２の上に置く。研磨パッド１０２は弾力のある材料で製
造されており、研磨作業を支援するために、複数の所定溝１０３をしばしば有す
る、織物状にされている。研磨パッド１０２はプラテン１０４（図１には示され
ていない）、または研磨パッド１０２の下に配置されている回転定盤の上で所定
の速さで回転する。ウエハー１０５は、アーム１０１のキャリヤフィルム１０６
（図１には示されていない）に連結されているキャリヤリング１１２内で研磨パ
ッド１０２の上の所定位置に保持されている。ウエハー１０５の下側表面は研磨
パッド１０２に向かって置かれている。ウエハー１０５の上側表面は、アーム１
０１のキャリヤフィルム１０６の下側表面に向き合っている。研磨パッド１０２
が回転すると、アーム１０１がウエハー１０５を所定の速度で回転させる。アー
ム１０１はウエハー１０５を所定の大きさの下向き力で研磨パッド１０２に押し
付ける。ＣＭＰ機械１００は、研磨パッド１０２の半径を渡って延びている、ス
ラリーの流れを研磨パッド１０２の上に出すスラリー供給アーム１０７も含んで
いる。
【０００８】 スラリーは、ウエハーの滑らかで予測できる平坦化を化学的に支援するように
構成されている、脱イオン水と研磨剤との混合物である。スラリーの研磨作用と
ともに、研磨パッド１０２とウエハー１０５との回転作用が組合わされてウエハ
ー１０５をある公称速さで平坦化、すなわち研磨する。この速さのことを除去速
さと称する。ウエハー製造法の均一性と生産性にとって一定かつ予測できる除去
速さは重要である。除去速さは好都合なものでなければならず、しかも表面異常
がない、精密に平坦化されたウエハーを生じなければならない。除去速さが低す
ぎれば、所与の時間内に製造される平坦化されたウエハーの数が減少してこの製
造方法のウエハー処理量を損なう。除去速さが高すぎれば、ＣＭＰ平坦化法はウ
エハーの表面全体にわたって一様ではなくなり、この製造法の処理量を損なう。
【０００９】 安定な除去速さの維持を支援するために、ＣＭＰ機械１００は調整機組立体１
２０を含んでいる。調整機組立体１２０は調整機アーム１０８を含んでいる。調
整機アームは研磨パッド１０２の半径に延びている。調整機アーム１０８に端部
効果部１０９が連結されている。端部効果部１０９は研磨調整円板１１０を含ん
でいる。この研磨調整円板は研磨パッド１０２の表面を粗くするために用いられ
る。調整円板１１０は調整機アーム１０８により回転させられて、研磨パッド１
０２の中心へ向かって、およびその中心から離れるように並進運動させられ、調
整円板１１０が研磨パッド１０２の半径を覆うようにする。そのように動作して
いる間に、研磨パッド１０２も回転するので、調整円板１１０は研磨パッド１０
２の表面領域を覆う。粗くされた表面を有する研磨パッドは、調整機組立体１２
０によってそれの表面に形成された多数の微小穴および溝を有し、したがって、
除去速さが高くなる。その理由の一部はウエハー１０５の表面に加えられるスラ
リーの量が増加し、ウエハー１０５の表面からの研磨副生物の除去が増加するた
めである。調整がないと、研磨パッド１０２の表面は研磨作業中に滑らかにされ
て、除去速さが劇的に退化する。調整機組立体１２０は研磨パッド１０２の表面
の粗さを復元することにより、スラリーと研磨副生物の移動を向上することによ
って除去速さを高くする。
【００１０】 上記のように、このＣＭＰ法は研磨パッド上で研磨スラリーを使用する。スラ
リーの研磨作用は研磨摩擦成分と化学的成分とで構成されている。研磨摩擦成分
は研磨パッドの表面と、ウエハーの表面と、スラリー中に懸濁している研磨剤粒
子との間の摩擦に起因するものである。化学的成分はスラリー中に、ウエハー１
０５の誘電体層の物質と化学的に相互作用する研磨剤が存在していることによる
。スラリーの化学的成分は研磨すべき誘電体層の表面を軟化するために用いられ
、摩擦成分はウエハー１０５の表面から物質を除去する。
【００１１】 なお図１と図２を参照して、スラリーの研磨作用は除去速さと除去速さの一様
さを、したがって、ＣＭＰ法の効果を、決定する。研磨作業中にスラリーは「消
費される」ので、ウエハー１０５の表面への新鮮なスラリーの補給と、ウエハー
１０５の表面からの研磨副生物の除去とが除去速さの維持において非常に重要と
なる。スラリーの補給は研磨パッド１０２の表面の組織によって容易にされる。
この組織は、研磨パッド１０２の表面に予め形成された溝１０３および微小穴と
、研磨パッド１０２を製造する材料の本来粗い表面とで構成されている。
【００１２】 スラリーは、研磨パッド１０２とウエハー１０５が回転するにつれてウエハー
１０５の下を研磨パッド１０２の溝１０３または穴により通常送られる。消費さ
れたスラリーと研磨副生物も、同様にして、ウエハー１０５の表面から研磨パッ
ド１０２の溝１０３または穴により通常送られる。研磨作業が続行されていると
、新鮮なスラリーがスラリー供給アーム１０７から研磨パッドの上に絶えず出さ
れる。ウエハー１０５が十分に平らにされて、研磨パッド１０２から除去される
まで研磨作業は継続される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上で説明した半導体ウエハーのＣＭＰ平坦化法にはいくつかの欠点がある。主
な欠点の１つは典型的なＣＭＰ法が大量の液体廃棄副生物（たとえば、スラリー
、脱イオン水、およびその他の化学物質）を生ずることである。したがって、廃
棄副生物を適正に廃棄し、廃棄副生物を再生するために、または廃棄副生物を廃
棄、および再生するために、半導体ウエハー製造者は追加の出費を招く。ＣＭＰ
法の廃棄副生物を処理するためのそれらのやり方のいずれも費用が高くつき、し
たがって、半導体の製造者にとってはそれらは欠点であることを理解すべきであ
る。
【００１４】 従来のＣＭＰ法に関連する主な欠点の他の１つは、ＣＭＰ法の最中に利用され
る水をベースとする典型的なスラリーが、ある種のスピン・オン・グラス（ｓｐ
ｉｎ ｏｎ ｇｌａｓｓ）物質の誘電率に負の影響を及ぼすことである。そのよ
うなスピン・オン・グラス物質はハイドロゲン・シルセスキオキサン（ｈｙｄｒ
ｏｇｅｎ ｓｉｌｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）（ＨＳＱ）およびメチル・シルセスキ
オキサン（ｍｅｔｈｙｌ ｓｉｌｅｓｑｕｉｏｘａｎｅ）（ＭＳＱ）を含む。ス
ピン・オン・グラス物質は半導体ウエハー上に半導体デバイスを製造するために
用いられる。スラリーはある種のスピン・オン・グラス物質に接触で作用するこ
とにより、ウエハーの全体のスタックを破壊することを理解すべきである。した
がって、典型的なＣＭＰ法は、ある種のスピン・オン・グラス物質で製造された
半導体ウエハーを平坦にするためには効果がない。
【００１５】 更に、適当なＣＭＰ法には別の欠点もある。とくに、半導体デバイス内の低誘
電率物質として用いられる有機ポリマー（たとえば、炭素水素成分）のためには
ＣＭＰ法はあまり効果的な平坦化法ではない。ＣＭＰがあまり効果的でない主な
理由の１つは、典型的なスラリー内の化学成分が有機ポリマを十分に軟化できな
いことである。その結果、所望量の有機ポリマーを除去することが困難である。
【００１６】 したがって、望ましいものは、大量の液体廃棄副生物を生じない半導体ウエハ
ー平坦化装置および方法である。更に、望ましいものは、スピン・オン・グラス
物質（たとえば、ＨＳＱおよびＭＳＱ）が上に付着されている半導体ウエハーを
効果的に平坦化する装置および方法である。更に、望ましいものは有機ポリマ（
たとえば、炭素水素）が上に付着されている半導体ウエハーを効果的に平坦化す
る装置および方法である。本発明のそれらの利点および上ではとくに述べなかっ
たその他の利点は、ここで提示される本発明の説明において明らかになるであろ
う。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は半導体ウエハーのための乾式平坦化装置および方法を含む。たとえば
、本発明は、乾燥研磨剤および乾燥化学薬品を加えることにより半導体ウエハー
の誘電体層の全て、または一部を効果的に除去するようにされた装置を含む。し
たがって、本発明の装置は、半導体物質の微細構成の高い領域を低い領域よりも
速く除去するので、半導体物質の高さの違いを平らにする。
【００１８】 特に、本発明の一実施形態は真空平坦化室内で半導体ウエハーの所望の表面を
研磨するために乾燥研磨パッドを用いる。その表面を研磨する結果として研磨パ
ッドは誘電体表面物質の薄い層の化学結合を破壊する。化学結合がひとたび破壊
されると、プラズマガス中の反応性ラジカルが表面物質と化学的に反応すること
により非常に揮発しやすい気体状の種を形成する。いいかえると、以前に機械的
に研磨された物質を誘電体層から除去するためにプラズマガスが用いられる。物
質のそれらの機械的および化学的除去法を別々に説明するが、それらは通常同時
に起きる。その後で、新たに形成されたガス種が真空平坦化室から除去される。
半導体ウエハーの表面からの物質のこの除去プロセスは、表面が十分に平らにさ
れるまで続行する。このようにして、この実施形態は半導体ウエハーの表面を平
らにする乾式法を提供する。本発明の方法はミリメートル尺度の平坦化距離にわ
たって微細構成を滑らかにして、気相平坦化プロセス後は１度よりはるかに小さ
い最大平坦化角にする性能を有することを理解すべきである。
【００１９】 とくに、本発明の一実施形態は半導体ウエハーの平坦化を改善する方法を含む
。この方法は、半導体ウエハーを機械的研磨機の研磨パッドの上に置くステップ
を有する。半導体ウエハーは誘電体層を含む。更に、半導体ウエハーおよび研磨
パッドは真空室内に配置される。この方法の他のステップは真空室内を真空にす
るステップを含む。その後で、研磨パッドの乾燥研磨表面に対して半導体ウエハ
ーの誘電体層を摩擦状態で動かすことにより、誘電体層の複数の化学結合を弱く
するまたは破壊するステップがある。複数の化学結合を破壊するステップによっ
て誘電体層の物質が化学的腐食を受けやすくなる。他のステップは反応ガスを用
いて誘電体層の物質を真空室から除去することを含む。この実施形態内で反応ガ
スはイオン化されたガスにできることを理解すべきである。
【００２０】 本発明のそれらの利点およびその他の利点は、図面に示されている好適な実施
形態についての以下の詳細な説明を読んだ後で当業者には明らかになるであろう
。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明である、半導体ウエハーを乾式平坦化する装置および方法、についての
以下の詳細な説明においては、本発明を完全に理解するために、数多くの特定の
詳細を述べる。しかし、本発明はそれらの特定の詳細なしに本発明を実施できる
ことが当業者には明らかであろう。他の場合には、本発明の態様を不必要にあい
まいにしないように、周知の方法、手順、成分および回路は詳細には説明しなか
った。
【００２２】 本発明は、デバイスを含んでいる半導体ウエハーを乾式平坦化する装置および
方法を構成する。たとえば、本発明は、乾式研磨および乾燥化学処理を加えるこ
とにより、半導体ウエハーの誘電体物質の層の全て、または一部を効果的に除去
するようにされている装置を含む。したがって、本発明の装置は誘電体物質の高
さの違いを平らにする。その理由は、微細構成の高い領域（山）が微細構成の低
い領域（谷）より速く除去されるからである。
【００２３】 とくに、本発明の一実施形態は真空平坦化室内で半導体ウエハーの所望の表面
を研磨するために乾式研磨パッドを用いる。表面を研磨する結果として、研磨パ
ッドは誘電体表面物質の薄い層の化学結合を破ったり、弱めたりする。化学結合
がひとたび弱められたり破られたりすると、プラズマガス中の反応ラジカルが表
面物質と化学結合することにより、非常に揮発しやすい気体種を生ずる。いいか
えると、以前に機械的に研磨された物質を誘電体層から除去するためにプラズマ
ガスが用いられる。続いて、新しく形成された気体種は真空平坦化室から除去さ
れる。半導体ウェハーの表面からのこの物質除去プロセスは表面が十分に平らさ
れるまで続行される。このようにして、この実施形態は半導体ウェハーの表面を
平坦にする乾式法を提供する。本発明の方法は、ミリメートル尺度の平坦化距離
にわたって微細構成を滑らかにして、平坦化前の最大角を１度より非常に小さく
できることを理解すべきである。
【００２４】 本発明はいくつかの異なるやり方で半導体ウェハーの平坦化を改善する。たと
えば、従来の湿式ＣＭＰ法とは異なって、本発明は大量の液体廃棄副生物を生じ
ない。更に、本発明は、スピン・オン・グラス物質（たとえば、ＨＳＱおよびＭ
Ｑ）または有機ポリマー（たとえば、炭素水素）がその上に配置されている半導
体ウェハーを効果的に平らにする。また、本発明によって半導体ウェハーを迅速
に平坦化でき、しかも強い終点検出を行う。更に、本発明は、典型的な湿式ＣＭ
Ｐ法よりも制御でき、かつ予測できる、半導体ウェハーを平らにする乾式法を提
供する。一層予測できる平坦化によって、研磨機の現在の性能を判定するために
試験ウェハーの使用が減少し、その結果半導体デバイスの製造コストが更に節減
されることになる。本発明の乾式平坦化装置およびそれの諸利点を以下に詳しく
説明する。
【００２５】 図３は、本発明の一実施形態に従って半導体ウェハーの乾式平坦化のための用
いられる装置３００のブロック概観図である。半導体ウェハーの乾式平坦化のた
めに装置３００において使用される３つの主な区画はロードロック区画３０２と
、バッファチャンバ３０４と、真空平坦化室３０６とを含む。装置３００内で半
導体ウェハーを平坦化にするために、それらをカセット内に挿入し、その後でそ
のカセットをロードロック区画３０２内に入れる。カセットを入れたら、ロード
ロック区画３０２のドア（図示せず）を閉じ、その後でロードロック区画３０２
内の圧力を低くして低圧（たとえば、約３torr）にする。バッフアチャンバ３０
４と真空平坦化室３０６内では予めある低い圧力（たとえば、大気圧以下）にさ
れていることを理解すべきである。バッファチャンバ３０４内には、ロードロッ
ク区画３０２内に配置されているカセットから半導体ウェハーを取り出すために
、回転と、伸ばすことができる機械的アーム（図示せず）がバッファチャンバ３
０４内に配置されている。機械的アームは半導体ウェハーを真空平坦化室３０６
内へ送る。
【００２６】 図３の真空平坦化室３０６内では、乾燥研磨と乾式化学物質（たとえば、プラ
ズマガス）の組合わせを用いて、本発明の一実施形態に従って半導体ウェハーを
平坦にする。それについては下で詳細に説明する。半導体ウェハーの平坦化が終
わると、バッファチャンバ３０４内の機械的アームが半導体ウェハーをロードロ
ック区画３０２内に配置されているカセットヘ戻す。そうすると、カセット内に
入れられている各半導体ウェハーはロードロック区画３０２から真空平坦化室３
０６へ送られて平らにされ、その後でロードロック区画３０２へ戻される。カセ
ット内に入れられている半導体ウェハーの平坦化作業中はロードロック区画３０
２のドアは閉じられたままである。その理由は、バッファチャンバ３０４と真空
平坦化室３０６が作業のこの点では真空にされているからである。
【００２７】 その後で、全ての半導体ウェハーが平らにされ、ロードロック区画３０２内に
配置されているカセットに戻されると、ロードロック区画３０２内の圧力を約３
torrから約７５０torrすなわち１気圧に高くする。その点でロードロック区画３
０のドアは開かれ、半導体ウェハーのカセットを取り出すことができる。
【００２８】 図４は、本発明に従って図３の真空平坦化室３０６に組合わされている装置４
００の一実施形態のブロック図である。装置４００の主な目的は半導体ウェハー
を平らにすることができる。装置４００は、乾式研磨と乾燥化学物質を適用する
ことにより、半導体ウェハーの誘電体物質の層の全てまたは一部を効果的に除去
することによって平坦化を行うようにされている。したがって、微細構成の高い
領域が低い領域よりも速く除去されるために、装置４００は誘電体物質の高さの
違いを平らにする。装置４００はミリメートル尺度の平坦化距離にわたって微細
構成を滑らかにし、平坦化後に１度よりはるかに小さい最大角度にすることがで
きる。
【００２９】 とくに、装置４００は、半導ウェハーの乾式平坦化を可能にするいくつかの主
な部品で構成されている。たとえば、乾式平坦化法のための乾燥化学物質を供給
するために、離れているマイクロ波プラズマ発生器４０６が真空平坦化室３０６
に結合されている。また、この方法の終点検出を行うために、四極質量分析（Ｑ
ＭＳ）装置４０６が真空平坦化室３０６に結合されている。更に、半導体ウェハ
ーを乾式研磨するために研磨機械４０２が真空平坦化室３０６内に配置されてい
る。図５は図４の本発明の研磨機４０２の一実施形態の上面図であることを理解
すべきである。
【００３０】 図４をなお参照して、本発明の乾式平坦化法の一実施形態は、図３のバッファ
室３０４内に配置されている機械的アームが半導体ウェハー４０８（図４では隠
されている）を真空平坦化室３０６内に送って、それを研磨機械４０２の研磨パ
ッド４１０の上に置いた時に始まる。研磨パッド４１０は、半導体ウェハー４０
８の研磨を支援するために研磨粒子が埋め込まれている弾性生地材料で制作され
ている。それらの研磨粒子はこの実施形態に従って各種の材料（たとえば、二酸
化シリコン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム）で製造できることを理解すべき
である。研磨パッド４１０がガスを透過できるようにするためにそれの一実施形
態には穴が開けられていることも理解すべきである。
【００３１】 研磨機械４０２は、アーム４１４に連結されているウェハーホルダー４１２で
半導体ウェハー４０８を拾い上げる。研磨パッド４１０は、研磨パッド４１０の
下に配置されているプラテン４１６、または研磨定盤の上で所定の速さで回転を
始める。プラテン４１６は回転ディスク・リアクタ４２０により回転させられる
。本発明に従って、回転ディスク・リアクタ４２０にはいくつかの実施形態があ
ることを理解すべきである。たとえば、回転ディスク・リアクタ４２０の一実施
形態は、プラテン４１６を真空平坦化室３０６の外部にあるモータに磁気結合す
ることにより実現される。回転ディスク・リアクタ４２０を使用する主な目的の
１つは外部粒子が真空平坦化室３０６内に入ることを無くすことである。
【００３２】 上記のように、研磨パッド４１０はプラテン４１６の上で所定の速さで回転を
始める。アーム４１４は半導体ウェハー４０８を所定の大きさに下向き力で研磨
パッド４１０に押し付ける。半導体ウェハー４０８は、アーム４１４のウェハー
ホルダー４１２に連結されているキャリヤリング４１８内の研磨パッド４１０上
の所定位置に保持される。半導体ウェハー４０８の下面は研磨パッド４１０に載
せられ、半導体ウェハー４０８の上面はアーム４１４のウェハーホルダー４１２
の下面に接触させられる。研磨パッド４１０が回転されるにつれて、アーム４１
４は半導体ウェハー４０８も所定の速さで回転させる。半導体ウェハー４０８の
表面の研磨の結果として、研磨パッド４１０は誘電体表面物質の薄い層（たとえ
ば、モノ層）の化学結合を弱くしたり破壊したりする。したがって、誘電体表面
物質の薄い層は科学的腐食を受けやすくなる。
【００３３】 とくに、研磨パッド４１０と半導体ウエハー４０８の誘電体表面物質との間の
接触態様は、移動しているヘルツのインデンター・モードのそれである。これは
当業者には知られていることである。研磨パッド４１０の研磨粒子が半導体ウエ
ハー４０８の誘電体表面上を動くにつれて、表面下に応力の場が生じ、その結果
として前縁部に圧縮応力がかかり、後縁部に引張応力がかかる。応力の場の強さ
はナノメートルのオーダーである。誘電体物質自体によるその物質内での応力の
場の発生によって結合が急速に破壊されることになる。その結果、この実施形態
は有機ポリマーなどのかなり堅い物質でも効果がある。すなわち、本発明の乾燥
式研磨と乾燥化学薬品との組合わせが、有機ポリマーの表面を軟化することなく
それから物質を除去できるからである。
【００３４】 ここで図４と図５を参照して、図４と図５の研磨機械４０２が半導体ウエハー
４０８の誘電体表面物質の研磨作業を開始すると、離れているマイクロ波プラズ
マガス発生器４０４がプラズマガス４２２（たとえば、反応ガス）の発生を開始
する。その後でそのプラズマガスは真空平坦化室３０６内へポンプで送られる。
この実施形態におけるプラズマガス４２２の主な目的は、半導体ウエハー４０８
の研磨された誘電体表面物質物質を除去することである。とくに、プラズマガス
４２２は半導体ウエハー４０８の誘電体表面物質物質の破壊された結合と化学反
応することにより、非常に揮発しやすい気体種を生ずる。その気体種は後で真空
平坦化室３０６からポンプで送り出される。半導体ウエハーの表面からのこの物
質除去作業は、半導体ウエハー４０８の誘電体表面が十分に平坦にされるまで継
続される。
【００３５】 なお図４と図５を参照して更に詳しく説明すると、離れているマイクロ波プラ
ズマガス発生器４０４はプラズマガス４０４を発生する。それは中性種とイオン
との組合わせであって、低エネルギーの反応ラジカルを含んでいる。本質的には
、プラズマガス４２２は反応ガス（たとえば、イオン化されたガス）である。こ
の実施形態内で、真空平坦化室３０６内でのイオンエネルギーの余分の発生を避
けるために、プラズマガス４２２は離れて発生されることを理解すべきである。
一実施形態においてプラズマガス４２２を発生するために、ＮＦ３ガス４２４が
離れているマイクロ波プラズマ発生器４０４に入れられる。プラズマガス４２２
を発生するために、この実施形態の離れているマイクロ波プラズマ発生器４０４
は多くの種類のフッ素系ガス（たとえば、ＣＦ４）を利用するように良く構成さ
れていることを更に理解すべきである。ＮＦ３ガス４２４を受けると、離れてい
るマイクロ波プラズマ発生器４０４はマイクロ波電源４２６により発生されたマ
イクロ波を利用してＮＦ３ガス４２４を、フッ化窒素（ＮＦ）とフッ素粒子種を
含んでいるプラズマガス４２２に分解する。離れているマイクロ波プラズマ発生
器４０４の一実施形態はＮＦ３ガス４２４をプラズマガス４２２に分解するため
に無線周波数（ＲＦ）を使用できることを理解すべきである。その結果として得
られたプラズマガス４２２のフッ素粒子種が離れているマイクロ波プラズマ発生
器４０４の望まれた出力であることを更に理解すべきである。一定量のプラズマ
ガス４２２が絶えず発生され、その後で半導体ウエハー４０８の研磨処理の間真
空平坦化室３０６内にポンプで送り込まれる。離れているマイクロ波プラズマ発
生器４０４の動作のために適する真空圧は約０．１乃至１０torrである。
【００３６】 プラズマガス４２２の低エネルギー反応ラジカルフッ素粒子種が半導体ウエハ
ー４０８の研磨された表面物質の破壊された化学結合に接触すると、それらは反
応して非常に揮発しやすいガス種、たはフッ化シリコン（ＳＦｘ）を生成する。
その後で、新たに生成された非常に揮発しやすいガス種が真空平坦化室３０６か
らポンプで送り出される。したがって、半導体ウエハー４０８の誘電体表面が研
磨機械４０２により恒常的に研磨されるにつれて、表面物質を誘電体表面から除
去するためにプラズマガス４２２が恒常的に発生されて、真空平坦化室３０６内
にポンプで送り込まれる。更に、プラズマガス４２２は平坦化作業中に研磨パッ
ド４１０の表面から無関係な誘電体表面物質を除去もすることにより、その表面
に無関係な物質がないようにする。
【００３７】 半導体ウエハー４０８の誘電体層のこの研磨法はそのウエハーの非常に微細な
構成に対して通常非常に効果的であって、それによりプラズマガス４２２が研磨
の結果として破壊されたそれらの領域における誘電体物質の化学結合と反応でき
るようにする。したがって、より高い微細構成領域から誘電体表面物質がますま
す除去されるにつれて、より多くの半導体ウエハー４０８が平らにされる。逆に
、半導体ウエハー４０８の誘電体層の研磨法はより低い微細構成には通常物理的
に接触しないので、それらの領域の化学結合は通常は破壊されないままである。
したがって、プラズマガス４２２は、半導体ウエハー４０８のより低い微細構成
領域の表面誘電体物質とは通常反応できない。したがって、この実施形態の研磨
および化学的除去法は高い方の微細構成から誘電体表面物質を選択的に除去して
、半導体ウエハー４０８を最終的に平坦にする。この実施形態の研磨および化学
的除去法は、乾式平坦化の作業中に、１秒間当り少なくとも５０オングストロー
ムの誘電体表面物質を半導体ウエハー４０８から除去できることを更に理解すべ
きである。
【００３８】 図４の四極質量分析（ＱＭＳ）装置４０６は、半導体ウエハー４０６の平坦に
なった時を判定するために、真空平坦化室３０６に結合されている。いいかえる
と、ＱＭＳ装置４０６は半導体ウエハー４０８の乾式平坦化の終点検出を行う。
そのような機能を提供するために、ＱＭＳ装置４０６は乾式平坦化の作業中に真
空平坦化室３０６の出口を出る特定のガス種（たとえば、フッ素種、シリコンの
フッ化物種など）の濃度変化を監視すなわち検出する。このため、特定のガス種
の濃度が特定のレベルに達すると、ＱＭＳ装置４０６は研磨機４０２に半導体ウ
エハー４０８の誘電体表面の研磨を停止させる。
【００３９】 とくに、この実施形態の半導体ウエハー４０８の乾式平坦化作業中に、離れて
いるマイクロ波プラズマ発生器４０４が、一定濃度のフッ素種を含んでいる一定
量のプラズマガス４２２を真空平坦化室３０６内にポンプで送り込む。更に、一
定量のガス種（たとえば、プラズマガス４２２、フッ素種、フッ化シリコン種）
が真空ポンプ（図示せず）により真空平坦化室３０６からポンプで送り出される
。また、半導体ウエハー４０８の研磨作業の開始時に、通常は誘電体表面物質の
最も高い微細構成のみが研磨パッド４１０により研磨される。その結果、フッ素
種と誘電体表面物質の最初に破壊された化学結合戸の化学反応により生成された
非常に揮発しやすいガス種（たとえば、フッ化シリコン）の最初の量は、通常は
、平坦化作業中にそれが存在する最低レベルにある。したがって、ＱＭＳ装置４
０６は、非常に揮発しやすいガス種（たとえば、ＳｉＦｘ）の濃度レベルと比較
してより高い濃度レベルで真空平坦化室３０６を出る未反応のフッ素種を最初に
検出する。しかし、この実施形態の平坦化作業中にますます多くの誘電体表面物
質が除去されるにつれて、ＱＭＳ装置４０６により検出されるフッ素種の濃度レ
ベルが低くなり続けるのに、非常に揮発しやすいガス種濃度レベルは高くなり続
ける。したがって、非常に揮発しやすい種の濃度レベルが十分に高い時に、半導
体ウエハー４０８が十分に平坦にされたことを判定するためにＱＭＳ装置４０６
が構成される。逆に、フッ素種の濃度レベルが十分に低い時に、半導体ウエハー
４０８が平坦にされたことを判定するためにもＱＭＳ装置４０６が構成される。
このようにして、この実施形態のＱＭＳ装置４０８は半導体ウエハー４０８の乾
式平坦化作業のための強力な終点検出を行う。
【００４０】 半導体ウエハー４０８の乾式平坦化作業のこの実施形態は、通常の湿式ＣＭＰ
法と比較して大量の液体廃棄副生物を発生しないことを理解すべきである。更に
、この実施形態は、乾式法を利用しているので、スピン・オン・グラス物質（た
とえば、ＨＳＱおよびＭＳＱ）が付着されている半導体ウエハー４０８を効果的
に平らにできる。更に、この実施形態は有機ポリマー（たとえば、炭素水素）が
付着されている半導体ウエハー４０８を効果的に平らにできる。また、この実施
形態は、通常の湿式ＣＭＰ法よりも作業が制御しやすくて予測できる結果を通常
もたらす、半導体ウエハーを平らにする乾式法を提供する。
【００４１】 図６は図４に示されている本発明の研磨機械４０２の別の実施形態の上面図で
ある。半導体ウエハー４０８が研磨機４０２のアーム４１４により研磨パッド４
１０の表面の中心を離れた位置に保持されている。一実施形態において、研磨パ
ッド４１０に対する半導体ウエハー４０８のあらゆる点の相対速度が等しいよう
に、研磨パッド４１０と半導体ウエハー４０８との回転速度を選択する。更に、
半導体ウエハー４０８が研磨パッド４１０をそれの半径全体にわたって研磨する
ように、アーム４１４は半導体ウエハー４０８を研磨パッド４１０の中心へ向か
って、かつそれの中心から離れるように並進運動させる。この実施形態のアーム
４１４は半導体ウエハー４０８を研磨パッド４１０を横切って種々のやり方で動
かすことができることを理解すべきである。
【００４２】 図７は図３に示されている本発明の真空平坦化室３０６に組合わされる装置７
００の一実施形態のブロック図である。装置７００は、上で説明した図４の装置
４００に非常に類似する。２つの装置の間の大きな違いは、装置７００では研磨
機械４０２の研磨パッド７０６に研磨粒子が埋め込まれていないことである。そ
の代わりに、中性ガスすなわち不活性ガス７０２が研磨粒子７０４（たとえば、
二酸化シリコン、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等）を真空平坦化室３０６内
に連続して送り込む媒体として機能する。研磨粒子７０４は半導体ウエハー４０
８と研磨パッド７０６の間に入れるほど十分に小さく、それによって、上記のよ
うに、半導体ウエハー４０８の誘電体表面を研磨できるようにする。中性ガス７
０２（たとえば、窒素ガスまたはアルゴンガス）は半導体ウエハー４０８の表面
の研磨中の損傷を避けるための冷却媒体として機能できることも理解すべきであ
る。装置７００の残りは図４の装置４００とほぼ同じようにして動作することも
理解すべきである。
【００４３】 図８は半導体ウエハーの乾式平坦化のための本発明の方法８００の一実施形態
の流れ図である。プロセス８００はステップ８０２とステップ８０４でスタート
する。ステップ８０４では、半導体ウエハーをこの実施形態に従ってバッファチ
ャンバのロードロック内に置く。この実施形態の半導体ウエハーは、ロードロッ
ク内に置かれる時はカセット内に入れることができる。
【００４４】 ステップ８０６の間は、機械的アームが回転でき、かつ伸びることができ、本
発明に従ってロードロック内の半導体ウエハーを拾い上げて、それを研磨機械の
研磨パッドの上に置く。研磨機械は真空平坦化室内に配置されている。ステップ
８０６中に半導体ウエハーをロードロックから研磨パッドの上へ動かすには、こ
の実施形態に従って多くの異なるやり方があることを理解すべきである。
【００４５】 図８のステップ８０８では、真空平坦化室内の圧力を約３torrに等しい低い圧
力にする。この実施形態に従う真空平坦化室内の低い圧力は３torrの値に厳密に
限定されるものではないことを理解すべきである。たとえば、真空平坦化室内の
低い圧力はこの実施形態では約０．１乃至１０torrの圧力範囲に等しくできる。
更に、真空平坦化室内の低い圧力はこの実施形態では大気圧より低い圧力に等し
くできる。
【００４６】 ステップ８１０の間は、プラズマガスを離れているマイクロ波プラズマ発生器
により発生させて、ポンプにより真空平坦化室内に送り込み、真空平坦化室から
送り出す。プラズマガス発生のためにこの実施形態に従って数多くのやり方があ
ることを理解すべきである。この実施形態では、プロセス８００のステップ８１
２と８１４の間はプラズマガスが絶えず発生されて、ポンプで真空平坦化室内へ
送り込まれ、かつ真空平坦化室から送り出されることを更に理解すべきである。
【００４７】 図８のステップ８１２では、研磨機械のアームが半導体ウエハーをつかみ、そ
の後で研磨パッドがそれの下で所定の速さで回転を始める。ステップ８１２では
、特定の大きさの下向き力を半導体ウエハーに加えることにより、アームのウエ
ハーホルダーが半導体ウエハーを回転している研磨パッドの表面に押し付ける。
ステップ８１２では研磨パッドを回転させることに加えて、半導体ウエハーもウ
エハーホルダーにより所定の速さで回転させる。ステップ８１２中に半導体ウエ
ハーが研磨パッドにより研磨されるにつれて、誘電体物質の化学結合のいくらか
が破壊され、それによってプラズマガスによる化学的浸食を受けやすくなる。ス
テップ８１２中は、プラズマガスはガス種、たとえば、フッ化シリコン（ＳｉＦ ｘ ）を形成する。そのガス種は真空平坦化室からポンプで送り出される。このよ
うにして、この実施形態は半導体ウエハーの誘電体層の表面から物質を公称除去
速さで除去する。
【００４８】 ステップ８１４中は、四極質量分析（ＱＭＳ）技術を用いて、半導体ウエハー
の表面の平坦化が達成されたかどうかを判定する。平坦化が達成されなかったと
すると、プロセス８００はステップ８１２へ戻る。平坦化が達成されたならば、
、プロセス８００はステップ８１６へ進む。
【００４９】 図８のステップ８１６では、平坦化された半導体ウエハーの研磨を停止するた
めに研磨機械のプラテンとウエハーホルダーの回転を共に停止する。更に、ステ
ップ８１６中は、ウエハーホルダーを平坦化された半導体ウエハーを研磨パッド
の表面の上に置いたままにして、プラズマガスは真空平坦化室内にもはやポンプ
で送り込まない。
【００５０】 ステップ８１８では、真空平坦化室内に生じさせられた真空を半導体を除去す
る準備のために解消する。
【００５１】 図８のステップ８２０では、機械的アームが半導体ウエハーを研磨パッドから
拾い上げて、それを真空平坦化室から取り出す。更に、ステップ８２０中は、機
械的アームは半導体ウエハーをバッファチャンバのロードロック内に置く。
【００５２】 その後で図８のプロセス８００をステップ８２２で出て、半導体ウエハーの乾
式平坦化作業がこの実施形態に従って終了させられたことを示す。
【００５３】 図９は本発明の一実施形態に従って半導体ウエハーの乾式平坦化の一部として
誘電体層を軟化する方法９００の流れ図である。したがって、誘電体層の化学結
合が誘電体層の表面の研磨中に破壊されやすくなっている。プロセス９００のス
テップ８０２〜８１４および８１８〜８２０は、図８のプロセス８００のステッ
プ８０２〜８１４および８１８〜８２０とほぼ同じであることを理解すべきであ
る。プロセス９００と８００の間の主な違いは、プロセス９００が半導体ウエハ
ーの乾式平坦化中に過酸化水素を利用することである。
【００５４】 とくに、ステップ９０４中に、過酸化水素をポンプで真空平坦化室内に送り込
む。過酸化水素が平坦化すべき半導体ウエハーの誘電体層に接触させられると、
誘電体層、たとえば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）が水素化されて極めて軟らか
い物質（たとえば、ＳｉＯＨ）になる。したがって、上記のように、軟らかい誘
電体層の化学結合がステップ８１２の研磨作業中に破壊されやすくなる。この実
施形態では、プロセス９００のステップ８１２と８１４の間に過酸化水素が真空
平坦化室内にポンプで絶えず送り込まれていることに注目すべきである。上記の
ように、ステップ８１２中にプラズマガスがポンプで送り出されている間に、あ
る量の過酸化水素が真空平坦化室から不注意でポンプ送り出されることを更に理
解すべきである。
【００５５】 ステップ９０６では、平坦化された半導体ウエハーの研磨を停止するために研
磨機械のプラテンとウエハーホルダーの回転を停止する。更に、ステップ９０６
中は、ウエハーホルダーは研磨パッドの表面上の平らにされた半導体ウエハーを
放す。また、ステップ９０６中は、プラズマガスと過酸化水素は真空平坦化室内
にはもはやポンプで送り込まれない。
【００５６】 その後で図９のプロセス９００がステップ９０８で出されて、半導体ウエハー
の乾式平坦化作業がこの実施形態に従って終了させられたことを示す。
【００５７】 図１０は、半導体ウエハーの乾式平坦化中の椀状変形（ｄｉｓｈｉｎｇ）を避
けるために、本発明の方法の一実施形態に従う方法１０００の流れ図である。更
に詳しくいえば、方法１０００中に誘電体層の下側の微細構成が椀状変形するこ
とを防止するためにポリマーの保護層を形成する。プロセス１０００のステップ
８０２〜８１４および８１８〜８２０は、図８のプロセス８００のステップ８０
２〜８１４および８１８〜８２０とほぼ同じであることを理解すべきである。プ
ロセス１０００と８００の間の主な違いは、プロセス１０００が半導体ウエハー
の乾式平坦化中に重合化フルオロカーボンを利用することである。
【００５８】 とくに、ステップ１００４では、ある種の重合化フルオロカーボン（たとえば
、ＣＨＦ３＋ＣＦ４）を真空平坦化室内にポンプで送り込む。重合化フルオロカ
ーボンが半導体ウエハーの誘電体層に接触すると、それは誘電体層の１番上にポ
リマー層を形成する。このポリマー層は、上記ステップ８１２の研磨作業中の誘
電体層の下側の微細構成のための保護層として機能する。たとえば、ステップ８
１２での研磨作業中に、誘電体層の微細構成の高い領域（山）が微細構成の低い
領域（谷）よりも速く除去される。したがって、研磨パッドはより高い微細構成
からポリマーを除去することにより、それの下の誘電体物質（たとえば、二酸化
シリコン）を露出する。誘電体物質の新しい表面が露出されて研磨されるにつれ
て、上記のように、それとステップ８１０のプラズマガスとの反応によりそれは
除去される。逆に、下側の微細構成の誘電体物質はポリマーにより被覆されたま
まであるので、それはプラズマガスにより除去されない。この実施形態では、プ
ロセス１０００のステップ８１２と８１４中にポリマー化フルオロカーボンが真
空平坦化室内に絶えずポンプで送り込まれることを理解すべきである。プラズマ
ガスがポンプで送り出されている間に、ある量のポリマー化フルオロカーボンが
真空平坦化室から不注意でポンプ送り出されることを更に理解すべきである。
【００５９】 ステップ１００６では、平らにされた半導体ウエハーの研磨を停止するために
研磨機械のプラテンとウエハーホルダーを共に停止させる。更に、ステップ１０
０６では、ウエハーホルダーが平坦化された半導体ウエハーを研磨パッドの表面
上に置いたままにする。また、ステップ１００６では、プラズマガスとポリマー
化フルオロカーボンを共に真空平坦化室内にもはやポンプ送りしない。
【００６０】 その後で図１０のプロセス１０００は、ステップ１００８を抜け出て、この実
施形態に従って半導体ウエハーの乾式平坦化作業が終了したことを示す。
【００６１】 このように、本発明に従って半導体ウエハーを平坦化する装置および方法はい
くつかの利点を提供する。たとえば、従来の湿式ＣＭＰ法とは異なって、本発明
は大量の液体廃棄副生物を生じない。更に、本発明はスピン・オン・グラス物質
（たとえば、ＨＳＱおよびＭＳＱ）と有機ポリマー（たとえば、炭素水素）が付
着されている半導体ウエハーを効果的に平らにする。また、本発明は半導体ウエ
ハーの迅速な平坦化を可能にするとともに、確実な終点検出も行う。更に、本発
明は通常の湿式ＣＭＰ法よりも制御しやすくて予測できる、半導体ウエハーを平
らにする乾式法を提供する。一層予測できる平坦化は、研磨機の現在の性能を判
定するための試験ウエハーの使用を減少するので、半導体デバイスの製造コスト
を一層低減する。
【００６２】 本発明の特定の実施形態についての以上の説明は提示および説明のために示し
たものである。それらは開示した態様以外を排除したり、本発明を開示した態様
に限定することを意図するものではなく、上記教示に照らして明らかに多くの改
変が可能である。本発明の原理およびそれの実際的な応用を最も良く説明するた
めに諸実施形態を選択し、説明することにより、本発明と、意図された特定の用
途に適している種々の変更をされている種々の実施形態とを当業者が最も良く利
用することを可能にした。本発明の範囲はこれに付されている特許請求の範囲お
よびそれと均等なものにより定められることを意図しているものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 先行技術の化学的かつ機械的研磨機械の上面図。
【図２】 図１に示す先行技術の化学的かつ機械的研磨機械の側面図。
【図３】 本発明の一実施形態による半導体ウエハーの乾式平坦化のために用いられる装
置のブロック概観図。
【図４】 本発明による図３に示す真空平坦化室に組合わされる装置の一実施形態のブロ
ック図。
【図５】 本発明による図４に示す研磨機の一実施形態の上面図。
【図６】 本発明による図４に示す研磨機の他の実施形態の上面図。
【図７】 本発明による図３に示す真空平坦化室に組合わされる装置の他の実施形態のブ
ロック図。
【図８】 半導体ウエハーの乾式平坦化のための本発明の一実施形態による方法の流れ図
。
【図９】 半導体ウエハーの乾式平坦化の一部として誘電体層を軟化するための本発明の
一実施形態による方法の流れ図。
【図１０】 半導体ウエハーの乾式平坦化中の椀状変形を避けるための本発明の一実施形態
による方法の流れ図。
【符号の説明】
３００ 乾式平坦化装置 ３０２ ロードロック区画 ３０４ バッファチャンバ ３０６ 真空平坦化室 ４０２ 研磨機 ４０４ 離れているマイクロ波プラズマ発生器 ４０６ 四極質量分析装置 ４１０ 研磨パッド ４１２ ウエハーホルダー ４１６ プラテン ４１８ キャリヤリング ４２０ 回転ディスク・リアクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/3205 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｋ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 カルビン、ティー．ガブリエル アメリカ合衆国カリフォルニア州、クーパ ーチノ、ローズ、ガーデン、レイン、1496 (72)発明者 ミリンド、ジー．ウェリング アメリカ合衆国カリフォルニア州、サンノ ゼ、アンバーグローブ、ドライブ、1510 Ｆターム(参考） 5F033 QQ48 QQ50 RR01 RR09 RR21 RR25 WW05 XX01 XX34 【要約の続き】 体ウエハーの表面を平らにする乾式法を提供するもので ある。

Claims (36)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）物質の層を機械的に研磨して平坦性が改善された物質の層の機械的に研
    磨された表面を得るステップと、 （ｂ）物質の前記層の機械的に研磨された前記表面をイオンガスにさらして物
    質の前記層の平坦化を容易にするステップと、 を備える物質の層を平坦にする方法。
  2. 【請求項２】 （ａ）機械的研磨機械の、真空室内に配置されている、研磨パッドの上に、誘
    電体層を含む半導体ウエハーを置くステップと、 （ｂ）前記真空室内を真空にするステップと、 （ｃ）前記研磨パッドの乾燥表面に対して前記誘電体層を摩擦的に動かす作用
    によって前記半導体ウエハーの前記誘電体層の複数の化学結合を破るか、または
    弱めることによって前記誘電体層の物質が薬品により腐食されやすくなるように
    するステップと、 （ｄ）反応ガスを利用して前記真空室から前記誘電体層の前記物質を取り出す
    ステップと、 を備える半導体ウエハーを平坦にする方法。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の方法であって、（ｅ）前記誘電体層を過酸化水素にさらすステ
    ップ、を更に備える方法。
  4. 【請求項４】 請求項２記載の方法であって、（ｅ）前記誘電体層の表面にポリマーを被覆す
    るために前記誘電体層を重合化フルオロカーボンにさらすステップ、を更に備え
    る方法。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の方法であって、前記ステップ（ｅ）は前記誘電体層をＣＨＦ３ ＋ＣＦ４にさらすことを含む方法。
  6. 【請求項６】 請求項２記載の方法であって、（ｅ）フッ素系ガスを用いて前記反応ガスを発
    生するステップ、を更に備える方法。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の方法であって、前記ステップ（ｅ）はＮＦ３を用いて前記反応
    ガスを発生することを含む方法。
  8. 【請求項８】 請求項６記載の方法であって、前記ステップ（ｅ）はＣＦ４を用いて前記反応
    ガスを発生することを含む方法。
  9. 【請求項９】 請求項２記載の方法であって、前記ステップ（ｅ）はマイクロ波エネルギーま
    たは無線周波数エネルギーを用いて前記反応ガスを発生することを含む方法。
  10. 【請求項１０】 請求項２記載の方法であって、前記ステップ（ｄ）はフッ素粒子種を含む反応
    ガスを用いて前記誘電体層の前記物質を前記真空室から取り出すことを含む方法
    。
  11. 【請求項１１】 請求項２記載の方法であって、前記ステップ（ｂ）は前記真空室内に約０．１
    ないし１０torrの圧力を生ずることを含む方法。
  12. 【請求項１２】 請求項２記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、研磨粒子が埋め込まれ
    ている前記研磨パッドの乾燥表面に対して前記誘電体層を摩擦的に動かす作用に
    よって前記半導体ウエハーの前記誘電体層の前記複数の化学結合を破ることを含
    む方法。
  13. 【請求項１３】 請求項１２記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、二酸化ケイ素研磨粒
    子が埋め込まれている前記研磨パッドの前記乾燥表面に対して前記誘電体層を摩
    擦的に動かす前記作用によって前記半導体ウエハーの前記誘電体層の前記複数の
    化学結合を破ることを含む方法。
  14. 【請求項１４】 請求項１２記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、酸化サリウム研磨粒
    子が埋め込まれている前記研磨パッドの前記乾燥表面に対して前記誘電体層を摩
    擦的に動かす前記作用によって前記半導体ウエハーの前記誘電体層の前記複数の
    化学結合を破ることを含む方法。
  15. 【請求項１５】 請求項１２記載の方法であって、前記ステップ（ｃ）は、酸化ジルコニウム研
    磨粒子が埋め込まれている前記研磨パッドの前記乾燥表面に対して前記誘電体層
    を摩擦的に動かす前記作用によって前記半導体ウエハーの前記誘電体層の前記複
    数の化学結合を破ることを含む方法。
  16. 【請求項１６】 内部が真空または大気圧より低い圧力にされる真空室と、 この真空室内に配置され、乾式研磨パッドを用いて半導体ウエハーの表面を研
    磨するようにされている機械的研磨機械と、 前記真空室に結合され、前記半導体ウエハーの前記表面から物質を除去するた
    めに用いられるイオン化ガスを発生し、そのイオン化ガスを前記真空室に供給す
    るようにされているイオン化ガス発生器と、 を備える半導体ウエハーの表面を平坦にする装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１６記載の装置であって、 前記真空室に結合され、前記真空クリーナーのガス種の試料を採取するように
    されているデバイス、 を更に備える装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１６記載の装置であって、 前記真空室に結合され、前記機械的研磨機械が前記半導体ウエハーの研磨を停
    止する時を決定するデバイス、を更に備える装置。
  19. 【請求項１９】 請求項１６記載の装置であって、前記イオン化ガス発生器は前記イオン化ガス
    を発生するためにフッ素系ガスを利用する装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１９記載の装置であって、前記フッ素系ガスはＮＦ３である装置。
  21. 【請求項２１】 請求項１９記載の装置であって、前記フッ素系ガスはＣＦ４である装置。
  22. 【請求項２２】 請求項１６記載の装置であって、前記イオン化ガス発生器は前記イオン化ガス
    を発生するためのマイクロ波エネルギーまたは無線周波数エネルギーを利用する
    装置。
  23. 【請求項２３】 内部に真空圧を生ずる真空室と、 この真空室内に配置されている乾式研磨パッドを用いて半導体ウエハーの表面
    を研磨するようにされている機械的研磨機械と、 前記真空室に結合され、前記半導体ウエハーの前記表面を平坦にするために前
    記半導体ウエハーの前記表面から物質を除去するために用いられるプラズマガス
    を発生し、そのプラズマガスを前記真空室に供給するようにされているプラズマ
    ガス発生器と、 前記真空室に結合され、前記真空室の内部空間のガス種の試料を採取するよう
    にされているデバイスと、 を備える半導体ウエハーの表面を平坦にする装置。
  24. 【請求項２４】 請求項記２３載の装置であって、前記デバイスは前記機械的研磨機械が前記半
    導体ウエハーの研磨を停止する時を決定する装置。
  25. 【請求項２５】 請求項１８または２４記載の装置であって、前記デバイスは四極質量分光装置
    である装置。
  26. 【請求項２６】 請求項１６または２３記載の装置であって、前記乾式研磨パッドには研磨粒子
    が埋め込まれている装置。
  27. 【請求項２７】 請求項１６または２３記載の装置であって、前記乾式研磨パッドは埋め込まれ
    ていない研磨粒子を含む装置。
  28. 【請求項２８】 請求項１６または２３記載の装置であって、 前記真空室に結合され、ガス種を前記真空室に供給するようにされている入力
    デバイス、 を更に備える装置。
  29. 【請求項２９】 請求項２８記載の装置であって、前記ガス種は過酸化炭化水素ガスである装置
    。
  30. 【請求項３０】 請求項２８記載の装置であって、前記ガス種は重合化フルオロカーボンである
    装置。
  31. 【請求項３１】 請求項２８記載の装置であって、前記ガス種は中性ガスと研磨粒子とを混合し
    たものである装置。
  32. 【請求項３２】 請求項２３記載の装置であって、前記プラズマガス発生器は前記プラズマガス
    を発生するためにマイクロ波エネルギーとフッ素系ガスを利用する装置。
  33. 【請求項３３】 請求項３２記載の装置であって、前記フッ素系ガスはＮＦ３である装置。
  34. 【請求項３４】 請求項３２記載の装置であって、前記フッ素系ガスはＣＦ４である装置。
  35. 【請求項３５】 請求項１６または２３記載の装置であって、前記ガスはフッ素粒子種を含む装
    置。
  36. 【請求項３６】 請求項１６または２３記載の装置であって、前記真空圧は約０．１乃至１０to
    rrの圧力範囲に等しい装置。
JP2000595372A 1999-01-19 2000-01-18 半導体の製造方法および装置 Pending JP2002535846A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/233,640 1999-01-19
US09/233,640 US6057245A (en) 1999-01-19 1999-01-19 Gas phase planarization process for semiconductor wafers
PCT/US2000/001164 WO2000044035A1 (en) 1999-01-19 2000-01-18 Semiconductor fabrication method and system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002535846A true JP2002535846A (ja) 2002-10-22

Family

ID=22878092

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000595372A Pending JP2002535846A (ja) 1999-01-19 2000-01-18 半導体の製造方法および装置

Country Status (5)

Country Link
US (3) US6057245A (ja)
EP (1) EP1062693A1 (ja)
JP (1) JP2002535846A (ja)
AU (1) AU2616500A (ja)
WO (1) WO2000044035A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102630194A (zh) * 2009-11-30 2012-08-08 康宁股份有限公司 用于适应性抛光的方法和设备
JP2015159257A (ja) * 2014-02-25 2015-09-03 国立大学法人大阪大学 加工方法および加工装置並びに該加工方法又は該加工装置により加工された加工物
JP2015179830A (ja) * 2014-02-25 2015-10-08 国立大学法人九州大学 加工方法及び該方法を用いる複合加工装置並びに該方法又は該装置により加工された加工物

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6719615B1 (en) 2000-10-10 2004-04-13 Beaver Creek Concepts Inc Versatile wafer refining
JP3204316B2 (ja) * 1998-12-28 2001-09-04 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法
US6410440B1 (en) * 1999-05-05 2002-06-25 Vlsi Technology, Inc. Method and apparatus for a gaseous environment providing improved control of CMP process
JP3645142B2 (ja) * 2000-01-18 2005-05-11 セイコーエプソン株式会社 半導体ウエハの処理方法ならびに半導体装置の製造方法
JP2002103207A (ja) 2000-09-27 2002-04-09 Hitachi Ltd 乾式化学機械研磨方法
US7377836B1 (en) 2000-10-10 2008-05-27 Beaver Creek Concepts Inc Versatile wafer refining
TW587968B (en) * 2001-04-24 2004-05-21 United Microelectronics Corp Chemical mechanical polishing platform with pressure supression device and method for operating the same
US6956983B2 (en) * 2002-05-31 2005-10-18 Intel Corporation Epitaxial growth for waveguide tapering
US6989284B2 (en) * 2002-05-31 2006-01-24 Intel Corporation Fabrication of a waveguide taper through ion implantation
US6813432B2 (en) * 2002-05-31 2004-11-02 Intel Corporation Method for producing vertical tapers in optical waveguides by over polishing
DE10229000A1 (de) * 2002-06-28 2004-01-29 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Vorrichtung und Verfahren zum Reduzieren der Oxidation von polierten Metalloberflächen in einem chemisch-mechanischen Poliervorgang
US7009811B2 (en) * 2002-07-11 2006-03-07 International Business Machines Corporation Surface planarization processes for the fabrication of magnetic heads and semiconductor devices
JP4864757B2 (ja) * 2007-02-14 2012-02-01 東京エレクトロン株式会社 基板載置台及びその表面処理方法
US7947604B2 (en) * 2008-01-25 2011-05-24 Chartered Semiconductor Manufacturing, Ltd. Method for corrosion prevention during planarization
KR20130090209A (ko) * 2012-02-03 2013-08-13 삼성전자주식회사 기판처리장치 및 기판처리방법

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4944836A (en) * 1985-10-28 1990-07-31 International Business Machines Corporation Chem-mech polishing method for producing coplanar metal/insulator films on a substrate
US4879258A (en) * 1988-08-31 1989-11-07 Texas Instruments Incorporated Integrated circuit planarization by mechanical polishing
US5288333A (en) * 1989-05-06 1994-02-22 Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. Wafer cleaning method and apparatus therefore
US5290396A (en) * 1991-06-06 1994-03-01 Lsi Logic Corporation Trench planarization techniques
JPH05152254A (ja) * 1991-11-29 1993-06-18 Nec Corp ドライエツチング装置
US5499733A (en) * 1992-09-17 1996-03-19 Luxtron Corporation Optical techniques of measuring endpoint during the processing of material layers in an optically hostile environment
US5540810A (en) * 1992-12-11 1996-07-30 Micron Technology Inc. IC mechanical planarization process incorporating two slurry compositions for faster material removal times
US5672539A (en) * 1994-01-14 1997-09-30 Micron Technology, Inc. Method for forming an improved field isolation structure using ozone enhanced oxidation and tapering
US5716534A (en) * 1994-12-05 1998-02-10 Tokyo Electron Limited Plasma processing method and plasma etching method
JP2737709B2 (ja) * 1995-07-28 1998-04-08 日本電気株式会社 半導体装置の製造方法およびその装置
JP3620554B2 (ja) * 1996-03-25 2005-02-16 信越半導体株式会社 半導体ウェーハ製造方法
US5773360A (en) * 1996-10-18 1998-06-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Reduction of surface contamination in post-CMP cleaning
US5804259A (en) * 1996-11-07 1998-09-08 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for depositing a multilayered low dielectric constant film
US5961791A (en) * 1997-02-26 1999-10-05 Motorola, Inc. Process for fabricating a semiconductor device
JPH10321610A (ja) * 1997-03-19 1998-12-04 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
US6062958A (en) * 1997-04-04 2000-05-16 Micron Technology, Inc. Variable abrasive polishing pad for mechanical and chemical-mechanical planarization
US6036582A (en) * 1997-06-06 2000-03-14 Ebara Corporation Polishing apparatus
US6126848A (en) * 1998-05-06 2000-10-03 International Business Machines Corporation Indirect endpoint detection by chemical reaction and chemiluminescence

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102630194A (zh) * 2009-11-30 2012-08-08 康宁股份有限公司 用于适应性抛光的方法和设备
JP2015159257A (ja) * 2014-02-25 2015-09-03 国立大学法人大阪大学 加工方法および加工装置並びに該加工方法又は該加工装置により加工された加工物
JP2015179830A (ja) * 2014-02-25 2015-10-08 国立大学法人九州大学 加工方法及び該方法を用いる複合加工装置並びに該方法又は該装置により加工された加工物

Also Published As

Publication number Publication date
US6380092B1 (en) 2002-04-30
WO2000044035A1 (en) 2000-07-27
EP1062693A1 (en) 2000-12-27
US6057245A (en) 2000-05-02
US6267076B1 (en) 2001-07-31
AU2616500A (en) 2000-08-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2002535846A (ja) 半導体の製造方法および装置
JP3514908B2 (ja) 研磨剤
JP3230986B2 (ja) ポリッシング方法、半導体装置の製造方法及び半導体製造装置。
US5913712A (en) Scratch reduction in semiconductor circuit fabrication using chemical-mechanical polishing
US5665202A (en) Multi-step planarization process using polishing at two different pad pressures
JP3311203B2 (ja) 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置、半導体ウェーハの化学的機械的ポリッシング方法
US6423640B1 (en) Headless CMP process for oxide planarization
US4910155A (en) Wafer flood polishing
US6503839B2 (en) Endpoint stabilization for polishing process
US6057602A (en) Low friction polish-stop stratum for endpointing chemical-mechanical planarization processing of semiconductor wafers
US6426288B1 (en) Method for removing an upper layer of material from a semiconductor wafer
US6288357B1 (en) Ion milling planarization of semiconductor workpieces
US5968239A (en) Polishing slurry
US6284660B1 (en) Method for improving CMP processing
WO1998040911A1 (en) Methods for chemical mechanical polish of organic polymer dielectric films
JP2000340552A (ja) 酸化物及びフォトレジスト層に対して高度の選択性を有する異方性窒化物エッチング法
EP1667216A2 (en) Dielectric etch method with high density and low bombardment energy plasma providing high etch rates
KR100222186B1 (ko) 반도체장치의 제조방법 및 반도체제조장치
US5953578A (en) Global planarization method using plasma etching
JP4202826B2 (ja) 有機膜の化学的機械的研磨方法および半導体装置の製造方法
US6579154B2 (en) Dry chemical-mechanical polishing method
US6221560B1 (en) Method to enhance global planarization of silicon oxide surface for IC device fabrication
JPH08255775A (ja) 半導体装置の製造方法及び半導体製造装置
JP3421890B2 (ja) 研磨用スラリーおよび半導体装置の製造方法
JPH11297694A (ja) 半導体装置の製造方法