JP2004356244A - 平坦化方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】非接触にて電子デバイス表面の平坦化を行うことが可能であり、薬液を用いない為、廃液を生成しない方法及び装置を提供する。
【解決手段】ドライアイス粒子を平坦化を行う電子デバイス1表面に衝突させ、物理的エネルギーによって電子デバイス表面のエッチングを行い、電子デバイス表面を平坦化する。このときドライアイス粒子は昇華性であるため、運動エネルギーを持って電子デバイス表面に達したドライアイス粒子は、楔状に電子デバイス表面物質内部に達し,電子デバイスより熱エネルギーを受け取ることによって、気体に昇華、膨張のエネルギーによって電子デバイス表面物質を剥離する。剥離された電子デバイス表面物質は、気化したドライアイスと一緒に大気中に拡散、集中排気される。排気された電子デバイス表面物質はフィルタや吸着筒等によって容易に集塵される。
【選択図】 図5
【解決手段】ドライアイス粒子を平坦化を行う電子デバイス1表面に衝突させ、物理的エネルギーによって電子デバイス表面のエッチングを行い、電子デバイス表面を平坦化する。このときドライアイス粒子は昇華性であるため、運動エネルギーを持って電子デバイス表面に達したドライアイス粒子は、楔状に電子デバイス表面物質内部に達し,電子デバイスより熱エネルギーを受け取ることによって、気体に昇華、膨張のエネルギーによって電子デバイス表面物質を剥離する。剥離された電子デバイス表面物質は、気化したドライアイスと一緒に大気中に拡散、集中排気される。排気された電子デバイス表面物質はフィルタや吸着筒等によって容易に集塵される。
【選択図】 図5
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス(半導体素子)の製造装置に係るものであり、特に、銅配線を形成する際に多く用いられるダマシンプロセス(銅を上から削っていく工程)における平坦化を行う方法及び装置である。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の技術には,平坦化を行う表面をスラリーと研磨パッドを用いて化学的及び機械的に研磨するCMP法(例えば,特許文献1参照。)がある。CMP法は、平坦化を行う電子デバイス表面にスラリーを供給し、平坦な研磨パッドを持って電子デバイス表面の不要な部位を研磨し平坦化を行うものである。
【0003】
また、サンドブラストによって半導体又はセラミック基板に所望のスロット抜きあるいは溝さらいを行うときに、加工面を精密荒さにすることが特許文献2に開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−321479号公報
【特許文献2】
特開平5−338237号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
CMP法の最大の問題点は,CMP法は電子デバイス表面に,固体である研磨パッドを直接押し付けて平坦化を行う為、電子デバイス表面にスクラッチを生成しやすく、歩留まりが低いと言う欠点がある。また、研磨パッドが磨耗することにより交換が必要である。さらに、研磨パッドが目詰まりを起こさないように定期的に洗浄必要とする。さらに、スラリーを大量消費すると共に、スラリー及び研磨パッドの破片が電子デバイス表面上に残留することがある。このため、後工程に洗浄を必要とし、多量の廃液を出してしまうと言う欠点がある。
【0006】
また、特許文献2のサンドブラストを用いた場合、マスキング処理が必要なことや、サンド粒としてSiO2を使用することが記載されているが、この使用したサンド粒の回収等が問題となる。
【0007】
それゆえ本発明の目的は、非接触にて電子デバイス表面の平坦化を行うことで、歩留が向上し、かつ磨耗による交換部品がなく、さらに、薬液を用いない為、廃液を生成しない方法及び装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、電子デバイスの製造工程のうち、配線を形成する工程で、ワーク表面に形成された配線材層から配線として残留させる部分と、境界部材からなる部分を平坦化しする場合に、ドライアイス粒子を含む物質を前記電子デバイスの配線材及び/又は境界部材を形成した面に噴射し、前記配線材及び/又は境界部材に前記ドライアイス粒子が衝突、又は前記配線又は境界部材の表面物質内部に潜り込んだ前記ドライアイス粒子が昇華する際のエネルギーで、前記配線材の配線となる面の配線材及び配線材以外の物質を物理的に剥離し、前記配線を含む表面を平坦化加工を行うことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図1乃至図9に示す一実施形態に基づいて、本発明を説明する。
【0010】
図1に電子デバイス(半導体装置)の平坦化を行うための装置の全体構成を示す。本装置はワークを平坦化処理室に搬入するための移載機7部と、ワークの平坦化処理を行うブローヘッド3を備えたワーク処理室5Bと、平坦化処理用のブローヘッド移動機構4を収納したブローヘッド機構室5Fとからなる。なおこれらの装置は全てクリーンルームにしてある。なお、ワーク処理室5Bとブローヘッド機構室5Fはチャンバ構造5となっている。
【0011】
図1において、移載機部7は、処理対象ワーク1をワーク処理室内のステージ上に供給する移載機であるワーク搬送用多軸ロボット7E等を備えている。ワーク1は、ワーク供給及び処理済ワーク退避カセット7Aに収納されて装置外から搬入、又は装置外に搬出される。ワーク供給カセット7A内に収納されて搬入されたワーク1は、ワーク搬送用多軸ロボット7Eによりワーク位置決め機構7Bにセットされる。ワーク位置決め機構7Bで位置決めされたワーク1はワーク予備加熱ステージ7Cに移載され、予備加熱される。予備加熱されたワーク1はワーク搬送用多軸ロボット7Eによってワーク処理室5B内のワーク保持ステージ2上に載置される。なお、このとき、移載機部7とワーク処理室5Bを仕切り壁に設けてあるワークロード及びアンロードポート5Iを開き、ワーク搬送用多軸ロボット7Eのハンド部が平坦化処理室内に挿入できるようにしてある。ワーク1をワーク保持ステージ上に載置し終わると、ワーク搬送用多軸ロボット7Eのハンド部は移載機部7に戻りワークロード及びアンロードポート5Iは閉じられる。
【0012】
そして、ブローヘッド移動機構4の先端部に設けたブローヘッド3をドライアイス粒子又はアルゴン粒子がワーク1の表面に衝突するように向けて、ドライアイス粒子又はアルゴン粒子を吹き付けて平坦化処理を行う。
【0013】
ドライアイス粒子又はアルゴン粒子は昇華性である。このため、運動エネルギーを持って電子デバイス表面に達したドライアイス粒子又はアルゴン粒子は、楔状に電子デバイス表面物質内部に達する。そして、ここで電子デバイスより熱エネルギーを受け取ることによって、電子デバイス表面物質内部で気体に昇華、膨張する。このとき、膨張のエネルギーによって電子デバイス表面物質を剥離するため、他の昇華性を有しない物質を用いる方法に対して、効果的に平坦化を行うことが可能である。
【0014】
また、ドライアイス粒子を用いた場合、ドライアイスが昇華する際に電子デバイス表面や大気中の水分と結合し、酸性の液体を生成する。この酸性の液体によって、科学的に電子デバイス表面のエッチングを進行させる効果も併せ持つ。
【0015】
剥離された電子デバイス表面物質は、気化したドライアイス又はアルゴンと一緒に大気中に拡散する。同時に前記酸性の液体は、他のドライアイスの昇華時に処理室内に拡散する。これらは電子デバイス表面への再付着を防ぐため集中排気する。また、排気された電子デバイス表面物質はフィルタや吸着筒等によって容易に集塵される。
【0016】
以上のように、ドライアイスを噴射する非接触平坦化処理であるため、電子デバイス表面へのダメージが少なく、特にCMP法と比較して、スクラッチ等の欠陥が発生しない。このため、高い歩留まりを確保することが可能である。
【0017】
同様に、非接触処理のためCMP法の研磨パッドのように部品が磨耗することが無く、交換部品が発生しない。このため、ランニングコストを低く抑えることが出来る。これは同時に、装置が長いメンティナンス間隔と、短いメンティナンス時間で運用可能であることをも示している。
【0018】
また、廃棄物としては、CMP法のように、スラリーや化学薬品を含む廃液を排出せず、剥離された電子デバイス表面物質と炭酸ガスのみとなる。このため、気体として処理可能であり、かつ、炭酸ガスは冷凍機や圧縮機を通すことでリサイクル可能であり、環境負荷を低くすることが可能である。
【0019】
また、平坦化処理後の表面には、CMP法のように異物が付着しない。このため、後工程での洗浄を必要とせず、ランニングコストを低減できるとともに環境負荷も小さくすることが可能である。
【0020】
なお、平坦化処理中は、除電装置8を動作させてワーク1表面を除電処理する。平坦化処理後、再びワークロード及びアンロードポート5Iを開きワーク搬送用多軸ロボット7Eを動作させてワーク1を取り出し、ワーク冷却ステージ7D上に載置して自然冷却する。冷却されたワーク1は、ワーク搬送用多軸ロボット7Eにより冷却ステージ7Dから処理済ワーク退避カセット7Aに収納され搬出される。なお、ワーク1の冷却は自然冷却の手法を用いていたが、クリーンエア等を吹き付ける等の強制冷却を行っても良い。除電装置8は、本実施例では、軟X線を直接処理対象ワーク表面に照射する構成にしてある。
【0021】
なおブローヘッド3には液化炭酸供給ユニット6から液化炭酸を供給する配管が接続されている。この液化炭酸供給ユニット6には、別設されたハウスラインから液化炭酸を供給する液化炭酸供給管6Aが接続されている。
【0022】
次に、各部の詳細を図面を用いて説明する。
図2にブローヘッドの構成を示す。本構成は、半導体デバイス製造工程において、銅配線のダマシンプロセスにおける銅配線材の不要部分を取り去る平坦化工程に用いる状況を示したものである。ワークステージ2上にはワーク1が載置されている。
【0023】
このワーク1の構成を図3に示すように、ワーク1は、シリコン基板1A上に熱酸化により酸化膜1Bが形成され、その上に配線間絶縁膜1Cである。配線間絶縁膜1Cは、酸化膜1B表面に一様に形成した後、ホトレジスト等を用いた露光法によって、バリア膜1D、配線材1Eが入り込むための溝が形成される。その後、タンタルやタンタルナイトライド等からなるバリア膜1Dが形成される。このバリア膜1Dは配線材1Eが配線間絶縁膜1C内に拡散することを防ぐために設けているものである。
【0024】
なお、図3において、後述するように、平坦化の第1ステップ終点1F、第2ステップ終点1G、平坦化最終終点1Hと条件を変えて平坦化処理を行う。最終終点1Hまで平坦化を行うことで配線材1Eは配線間絶縁膜1Cで分断された形状になり、銅配線の形成が終了する。
【0025】
図2において、ブローヘッド3はブローノズル3Aと、エアオペレーションバルブ3Dと、エアオペレーションバルブ3Dを駆動する圧縮空気を供給するエアチューブ3Eと、ブローノズル3Aと液化炭酸供給ユニット6とを結び液化炭酸をブローノズル3aに供給する液化炭酸供給管3Fとからなる。
【0026】
図4にブローヘッドの段面図を示す。
図に示すように、ブローノズル3Aの内部にはニードル弁3Bが設けてある。ブローノズル3Aとニードル弁3Bとの間はシールリング3Cでシールされている。なお、ニードル弁3B後端は、ブローノズル3Aより後端より外部に突出して設けてあり、これを調整することによって、ニードル弁を動作させた時の、ブローノズル内部のニードル弁の開き量を調整することができる。なお、ニードル弁3Bの開き量によって、ブローノズル3Aから放出されるドライアイス粒子の量、ブロー領域の大きさ、ブロー領域内のドライアイス粒子の均一性及びドライアイス粒子の速度が決定される。なお、ニードル弁3Bはステッピングモータ3Hにより軸方向に駆動される。また、ブローノズル3A内の圧力は圧力計3Gにより測定される。
【0027】
次にこのブローヘッドの動作について説明する。まず、液化炭酸は、液化炭酸供給ユニット6から5MPa以上の圧力で液化炭酸供給管3Fを経由してエアオペレーションバルブ3D部に設けられた液化炭酸供給路3Jに導入される。
【0028】
エアーオペレーションバルブ3Dは、エアー供給部3sと、バルブ部に設けたバネ3kと、弁部となるシリンダロッド3nとから構成されている。エアー供給部に圧縮エアーを供給すると、ばねを戻す方向に力が作用して、シリンダロッド3nを持ち上げ、エアーオペレーションバルブ3Dが開状態となるものである。
【0029】
次に、エアオペレーションバルブ3Dに接続されているエアチューブ3Eに圧縮空気を供給することで、エアオペレーションバルブ3Dを開く。これによって、エアオペレーションバルブ3D部まで供給された液化炭酸は、ブローノズル3A内部3Iに供給される。ブローノズル3Aの内部3Iの断面積は、エアオペレーションバルブ3D、液化炭酸供給路3Jの断面積より大きく形成されている。ブローノズル3Aの内部3Iに供給された液化炭酸は、ここで断熱膨張し液化炭酸、ドライアイス粒子、及び気体の混合物となる。前記混合物はブローノズル3A内壁とニードル弁3Bによって作られた隙間を通過して大気中に放出される。前記混合物は、大気中に放出されることによって更に膨張し、液化炭酸はほとんど無くなり、ドライアイス粒子と気体の混合物となり処理対象ワーク1表面に到達する。本実施例で形成されるドライアイス粒子径は、液化炭酸の流量、供給圧力、噴射圧力によって決定され、最小で1μmをピークとしたガウス分布をとるものまで生成可能である。
【0030】
ここで、ドライアイス粒子をブローしている間、主に液化炭酸の断熱膨張による構成部品の熱収縮を原因として、ブロー状態が不安定になりやすい。本実施例では、ブロー状態を安定させるために、フィードバック制御を用いている。フィードバック制御の目標値は予め設定されており、この目標値とブローノズル3A内部の圧力を計測する圧力計3Gの計測結果から差分を求める。そして、この差分からステッピングモータ3Hの駆動量を決定し、ステッピングモータ3H制御する。すなわち、ドライアイス粒子をブロー中は、常に圧力計3Gでブローノズル3A内部の圧力を測定し、この値を電気信号として処理系に与える。処理系では、目標値との差分をステッピングモータ3Hの制御量に変換し、その値に基づいてステッピングモータ3Hを制御する。
【0031】
このように制御することで、ブローノズル3A内部の圧力が上昇した場合は、ニードル弁3Bが開く(押し上げる)方向に移動し、ドライアイス粒子のブロー系の流路径が大きくなる。これにより、ブローノズル3A内部の圧力は降下する。逆に目標値に対して、ブローノズル3A内部の圧力が降下した場合は、ニードル弁3Bを閉じる(押し込む)方向に移動させ、ドライアイス粒子ブロー系の流路径を小さくする。これにより、ブローノズル3A内部の圧力は上昇する。図9にブローノズル内部の圧力変化に伴う異常検出の状態を説明する図を示す。
【0032】
図9の実線▲1▼で示すように、ブローノズル3Aとニードル弁3B間で詰まりが発生した場合は、フィードバック制御を行なってもニードル弁が最大開状態まで至り、本制御が制定しない。このため、この状況を異常状態と認識して、装置側に詰まりが発生したことを検知することができる。逆に、図9の一点鎖線▲2▼に示すように、液化炭酸の供給不足になったニードル弁を完全に閉じた状態としても圧力は低下し続け、本制御が制定しない。このため、この状況を異常状態と認識して、装置に液化炭酸が供給不良状態になっていることを検知することができる。
【0033】
液化炭酸が高い圧力で供給されることや、ブローノズル3A内壁とニードル弁3Bによって形成された狭い隙間を通過することにより、ドライアイス粒子は高い運動エネルギーを持って処理対象ワーク1表面に到達する。処理対象ワーク1表面に到達したドライアイス粒子は、運動エネルギーが高いことから、配線材1Eに楔状に入り込む。さらに、配線材1E内部に入り込んだドライアイス粒子は、配線材1Eから熱エネルギーを奪い気体状態へ昇華する。この時の膨張エネルギーにより、周囲の配線材1Eは結合を引きちぎられ、バルク状態で処理対象ワーク1表面から離脱する。
【0034】
以上の処理を、処理対象ワーク1表面に連続して行うことによって、処理対象ワーク1表面から配線材1Eを剥離し、平坦化を行うことが可能である。
【0035】
また、バリア膜1Dに対しても同様の物理現象を用いて処理対象ワーク1表面から剥離、平坦化が可能である。
【0036】
以上のように配線材1E、バリア膜1Dを剥離し平坦化を行うに当り、本実施例で示す銅配線のダマシンプロセスにおける銅配線材の平坦化工程においては、先に述べたように、実際には複数のステップで処理される。これは、以下の理由による。
【0037】
配線材1Eは電気分解法によってバリア膜1D上に形成される。このため、配線材1Eの最表面は必ず、一旦、空気中にさらされる。このため、配線材1Eの最表面には、薄い酸化銅が形成される。このようにして形成された酸化銅は、配線材1Eに対して結合強度が高く剥離しにくい特徴がある。また、バリア膜1Dも配線材1Eに対して結合強度が高く剥離しにくい。
【0038】
従って、先ず、第一ステップとして、ブローノズル3Aを処理対象ワーク1表面に対して垂直に近い角度及びニードル弁3Bの開きを大きくした状態にして最表面の酸化銅膜を除去する。第一ステップにて、配線材1Eは、平坦化第一ステップ終点1Fまで平坦化される。
【0039】
次いで、第二ステップとして、ブローノズル3Aを処理対象ワーク1表面に対して約45度まで傾け、ニードル弁3Bの開きを小さくした状態にし、バリア膜1D表面が露出するまで平坦化を行う。第二ステップにて、配線材1Eは、平坦化第二ステップ終点1Gまで平坦化される。
【0040】
第二ステップにて、ブローノズル3Aを傾けること及びニードル弁3Bの開きを小さくすることの理由は、平坦化速度をある程度遅くすることで均一な平坦化速度を得るためである。
【0041】
最後に、第三ステップとして、ブローノズル3Aを処理対象ワーク1表面に対して約30度まで傾け、ニードル弁3Bの開きを大きくした状態として、平坦化最終終点1Hまで平坦化を行う。
第三ステップにて、第二ステップ以上に、ブローノズル3Aを傾ける理由は、上記第一ステップ及び第二ステップと異なり、第三ステップでは、既に配線材1Eが配線間絶縁膜1Cによって分離された形となっている。このため、処理対象ワーク1表面には、バリア膜1Dと配線材1Eの二つの異なる材質が混在している状態になっている。ところで、バリア膜1Dの平坦化される速度は、配線材1Eの平坦化される速度に対して遅い。このため、この速度比をできるだけ小さく抑えて、ワーク1の表面を略均一に平坦化するためである。
【0042】
図5は本発明を実現する装置の平坦化処理に用いるブローヘッドの移動機構部を示した図である。又図6は、ワーク保持ステージの断面図を示したものである。
【0043】
図5において、前述のように、処理対象ワーク1はワーク保持ステージ2上に載置されている。このワーク保持ステージ2は、図6示すように、実際に処理対象ワーク1が設置されるワークステージ表面プレート2Aと、ドライアイスの昇華によって処理対象ワーク1の温度が低下するため処理対象ワークを加熱し温度を保つためのヒータ2Bと、ワーク1をロボットハンド等から受け渡しするときに、ワーク1を表面プレート2Aより持ち上げて受け渡しをスムーズに行うための搬送用プッシングロッド2Cと、プッシングロッド動作用動力であるエアシリンダ2Dとを備えている。なお、ワークス保持テージ2はサーボモータからなる回転用動力2Eを備えている。また、図が煩雑化するため省略してあるが、ワーク保持ステージ2は真空吸着機構を持ち、吸引吸着によって、処置対象ワーク1をワークステージ表面プレート2A表面に保持できる構成としてある。
【0044】
図5において、ブローヘッド移動機構4は、ブローヘッド3をX軸方向に移動するためのX軸移動機構4Aと、Y軸方向に移動するためのY軸移動機構4Bとを備えている。なお、X軸移動機構4A,Y軸移動機構4B共にサーボモータ4XS、4YSで駆動される。
【0045】
さらに、ブローヘッド移動機構4は、ブローヘッド3を処理対象ワーク1表面に対して垂直方向となるZ軸方向に移動するためのZ軸移動機構4Cと、ブローヘッド3と処理対象ワーク1表面の角度を調整するθ軸移動機構4Dと、エアチューブ3Eや液化炭酸供給管3Fを収納するダクト4Eとを備えている。
【0046】
図7に処理室及びチャンバ内の排気の状況を説明するための上面図を示す。又図8に図7の側面図を示す。
【0047】
図7において、ワーク処理室5Bにクリーンエアもしくはクリーンガスを供給するクリーンガス供給ユニット5Aが設けてある。ワーク処理室5Bは処理対象ワーク1を平坦化処理する部屋で、中央にワーク保持ステージ2が設置されている。ワーク処理室5Bはパンチメタルプレート5Cによって、図8断面図に示すように、上下にワーク処理室上部5D及びワーク処理室下部5Eに分けられている。これは、平坦化処理の際に剥離された配線材1E等が、ワーク処理室5B底部に残留した後、再び部屋内に舞い上がり、処理対象ワーク1に再付着することを防ぐためである。ブローヘッド機構室5Fは、ブローヘッド移動機構4が納められてる。ワーク処理室5Bとブローヘッド機構室5Fの横には排気室5Gが設けてある。排気室5Gと、ワーク処理室5B及びブローヘッド機構室5Fとの間には、排気流体が通過できるように開口窓が設けてある。また、排気室5Gの底部には、排気管5Hが配設されている。図が煩雑化するために省略してあるが、排気管5Hの下流にフィルタ、吸着筒、排気ポンプ等が設置されており、排気中の異物をトラップする。さらに、排気中の異物をトラップ後の気体から、冷凍機、圧縮機等を用いて、液化炭酸のみを回収し、回収した液化炭酸を再び平坦化処理に用いるリサイクル機構も設置可能である。
【0048】
次に、チャンバ5内の気体の流れ方向を説明する。クリーンガス供給ユニット5Aから供給されたクリーンガスは、先ず、ワーク処理室上部5Dに流入する。ワーク処理室上部5Dに流入したクリーンガスの一部はブローヘッド機構室5Fに直接流出し、ワーク処理室上部5D及びブローヘッド機構室5F内のクリーンガスは排気室5Gへと流出する。ワーク処理室上部5Dに流入したクリーンガスの一部は、昇華、気化した炭酸ガスや平坦化によって処理対象ワーク1から剥離された配線材1E等と混合して、その内の一部は直接排気室5Gに流出し、残りは一旦ワーク処理室下部5Eを介して排気室5Gに流入する。排気室5Gに流入したクリーンガス、及び平坦化に用いられ昇華、気化した炭酸ガスや、平坦化によって処理対象ワーク1から剥離された配線材1E等は、排気管5Hから装置外部へ排気される。上記のようにチャンバ5内の気体の流れが決められているため、第一に平坦化によって処理対象ワーク1から剥離された配線材1E等が処理対象ワーク1に再付着することが無い。第二に、ブローヘッド移動機構4等の機構部から発生する異物が処理対象ワーク1に付着することが無い。
【0049】
次に、図1を用いて、本発明の平坦化の動作の1例を説明する。 まず、処理対象ワーク1はワーク供給及び処理済ワーク退避カセット7A内部に収納され、移載機7にセットされる。ワーク搬送用多軸ロボット7Eは、ワーク供給及び処理済ワーク退避カセット7Aから、処理対象ワーク1を取り出し、ワーク位置決め機構7Bにセットする。ワーク位置決め機構7Bでは、処理対象ワーク1のアライメントを行う。その後、再びワーク搬送用多軸ロボット7Eは、処理対象ワーク1をワーク予備加熱ステージ7Cに移動し予備加熱を行う。予備加熱が終了した処理対象ワーク1は、ワーク搬送用多軸ロボット7Eによって取り出される。それと略同時に、ワークロード及びアンロードポート5Iを開く。その後、ワーク搬送用多軸ロボット7Eは処理対象ワーク1をワーク保持ステージ2上に搬送する。
【0050】
このとき、ブローヘッド3は、処理対象ワーク1の搬送に干渉しないように、ブローヘッド移動機構4をによりワーク保持ステージ2上から退避している。同様に、処理対象ワーク1の搬送に干渉しないように、ワーク搬送用プッシングロッド2Cは、ワーク保持ステージ2内部に収納されている。更に、ワーク処理室5B内にはクリーンガス供給ユニット5Aによってクリーンガスが大気圧以上の圧力で供給されており、ワークロード及びアンロードポート5Iからワーク処理室5B内部へ異物が侵入することを防いでいる。また、排気室5Gの排気管5Hからの排気も行われている。
【0051】
処理対象ワーク1がワーク保持ステージ2上部に搬送された後、ワーク搬送用プッシングロッド2Cを上昇させて、プッシングロッド2C上に処理対象ワーク1を受取る。ワーク搬送用プッシングロッド2Cが処理対象ワーク1を受け取ると、ワーク搬送用多軸ロボット7Eをワーク処理室5B外に退避させ、ワークロード及びアンロードポート5I閉じる。同時にワーク搬送用プッシングロッド2Cを降下させ、ワークステージ表面プレート2A上に処理対象ワーク1を設置し、真空吸着保持する。このとき、ヒータ2Bは予め所定の温度を保持する用に加熱してある。このため、予備加熱された処理対象ワーク1をワークステージ表面プレート2A上に載置しても温度が低下することは無い。
【0052】
次に、ワーク処理室5B内にての平坦化処理を始めるが、平行して、移載機7側では次の処理対象ワーク1の準備及び、先に処理済の処理対象ワーク1が存在する場合は後述する処理対象ワーク1の冷却、収納処理が行われる。
【0053】
ワーク保持ステージ2上に処理対象ワーク1が真空吸着され、ワークロード及びアンロードポート5I閉じた後、ブローヘッド3が処理対象ワーク1上に無い常態で、エアオペレーションバルブ3Dを開き、ドライアイスの噴射を開始する。これは、エアオペレーションバルブ3Dを開いた直後のドライアイスの噴射状態が安定しにくいためである。ドライアイスの噴射安定後、ブローヘッド3を処理対象ワーク1上に移動し、先に図3を用いて説明した、複数のステップによる平坦化処理を行う。
【0054】
平坦化処理中はブローヘッド移動機構4をもって処理対象ワーク1表面をスキャンし、処理対象ワーク1表面全面を平坦化する。この時、ブローヘッド移動機構4だけでなくワークステージ回転用動力2Eを用いることによって、処理対象ワーク1を回転させ平坦化の均一性を向上させることが可能である。
【0055】
ドライアイスの噴射中は、処理対象ワーク1のブローポイントに対して、ワーク表面除電装置8より直接軟X線を照射し、処理対象ワーク1への静電気の帯電を防ぐ。
【0056】
平坦化処理が終了した時点で、ブローヘッド移動機構4を駆動して、ブローヘッド3を処理対象ワーク1上から退避させる。その後、エアオペレーションバルブ3Dを閉じてドライアイスの噴射を終了する。ドライアイス終了時にも、エアオペレーションバルブ3Dを閉じた瞬間のドライアイスの噴射状態が安定せず、処理対象ワーク1に意図しない処理が行われないようにするためである。
【0057】
次いで、真空吸着を解除すると共に、ワーク搬送用プッシングロッド2Cを上昇させ、処理対象ワーク1をワーク保持ステージ2面から持ち上げる。次いで、ワークロード及びアンロードポート5Iを開き、ワーク搬送用多軸ロボット7Eを用いて処理対象ワーク1をワーク処理室5Bから取り出しワークロード及びアンロードポート5Iを閉じる。
【0058】
ワーク処理室5Bから取り出された処理対象ワーク1は、ワーク搬送用多軸ロボット7Eにより、ワーク冷却ステージ7D上に設置される。ワーク冷却ステージ7D上で自然冷却を行った後、再びワーク搬送用多軸ロボット7Eにより、ワーク供給及び処理済ワーク退避カセット7Aに収納される。
【0059】
以上説明した動作に係わらず次のように動作させてもよい。
【0060】
本方式を真空または低気圧中で行っても良い。
【0061】
配線材1E表面の酸化銅剥離を、例えばドライエッチング、ウエットエッチング等の他の手法で行っても良い。
【0062】
バリア膜1Dの剥離を、例えばドライエッチング、ウエットエッチング等の他の手法で行っても良い。
【0063】
液化炭酸に代わり、予めドライアイス粒子を用意し、圧縮空気等に混合して処理対象ワーク1表面に吹き付け、平坦化を行っても良い。
【0064】
ブローノズル3Aをフラットノズル化し、ライン上にドライアイス粒子又はアルゴン粒子を噴射することで、Y軸移動機構4Bを省略した形で実現しても良い。
【0065】
ブローノズル3Aを面状に配列し、ドライアイス粒子又はアルゴン粒子を噴射することで、X軸移動機構4A及びY軸移動機構4Bを省略した形で実現しても良い。
【0066】
【発明の効果】
以上の構成とすることで、非接触にて電子デバイス表面の平坦化を行うことができ、歩留が向上し、かつ磨耗による交換部品がなくなりメンテナンスの期間を長くすることができる。さらに、薬液を用いない為、廃液を生成しな等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実現する装置の全体を説明した図である。
【図2】本発明における平坦化部の概要を示した図である。
【図3】本発明における処理対象ワークの一例において,構造の詳細を説明した図である。
【図4】本発明におけるブローヘッド部詳細を説明した図である。
【図5】本発明における平坦化処理機構部の詳細を説明した図である。
【図6】本発明におけるワークステージ構造の詳細を説明した図である。
【図7】本発明装置におけるチャンバの構造を説明した図である。
【図8】本発明装置におけるチャンバの断面構造を説明した図である。
【図9】ブローノズル内部の圧力変化に伴う異常検出の状態を説明する図である。
【符号の説明】
1…処理対象ワーク、1A…シリコン基板、1B…酸化膜、1C…配線間絶縁膜、1D…バリア膜、1E…配線材、1F…平坦化第一ステップ終点、1G…平坦化第二ステップ終点、1H…平坦化最終終点、2…ワーク保持ステージ、2A…ワークステージ表面プレート、2B…ヒータ、2C…ワーク搬送用プッシングロッド、2D…プッシングロッド動作用動力、2E…ワークステージ回転用動力、3…ブローヘッド、3A…ブローノズル、3B…ニードル弁、3C…リング型シール、3D…エアオペレーションバルブ、3E…エアチューブ、3F…液化炭酸供給管、3G…圧力計、3H…ステッピングモータ、4…ブローヘッド移動機構、4A…X軸移動機構、4B…Y軸移動機構、4C…Z軸移動機構、4D…θ軸移動機構、4E…ケーブルベア、5…チャンバ、5A…クリーンガス供給ユニット、5B…ワーク処理室、5C…パンチメタルプレート、5D…ワーク処理室上部、5E…ワーク処理室下部、5F…ブローヘッド機構室、5G…排気室、5H…排気管、5I…ワークロード及びアンロードポート、6…液化炭酸供給ユニット、6A…液化炭酸供給管、7…移載機、7A…ワーク供給及び処理済ワーク退避カセット、7B…ワーク位置決め機構、7C…ワーク予備加熱ステージ、7D…ワーク冷却ステージ、7E…ワーク搬送用多軸ロボット、8…ワーク表面除電装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子デバイス(半導体素子)の製造装置に係るものであり、特に、銅配線を形成する際に多く用いられるダマシンプロセス(銅を上から削っていく工程)における平坦化を行う方法及び装置である。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の技術には,平坦化を行う表面をスラリーと研磨パッドを用いて化学的及び機械的に研磨するCMP法(例えば,特許文献1参照。)がある。CMP法は、平坦化を行う電子デバイス表面にスラリーを供給し、平坦な研磨パッドを持って電子デバイス表面の不要な部位を研磨し平坦化を行うものである。
【0003】
また、サンドブラストによって半導体又はセラミック基板に所望のスロット抜きあるいは溝さらいを行うときに、加工面を精密荒さにすることが特許文献2に開示されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平8−321479号公報
【特許文献2】
特開平5−338237号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
CMP法の最大の問題点は,CMP法は電子デバイス表面に,固体である研磨パッドを直接押し付けて平坦化を行う為、電子デバイス表面にスクラッチを生成しやすく、歩留まりが低いと言う欠点がある。また、研磨パッドが磨耗することにより交換が必要である。さらに、研磨パッドが目詰まりを起こさないように定期的に洗浄必要とする。さらに、スラリーを大量消費すると共に、スラリー及び研磨パッドの破片が電子デバイス表面上に残留することがある。このため、後工程に洗浄を必要とし、多量の廃液を出してしまうと言う欠点がある。
【0006】
また、特許文献2のサンドブラストを用いた場合、マスキング処理が必要なことや、サンド粒としてSiO2を使用することが記載されているが、この使用したサンド粒の回収等が問題となる。
【0007】
それゆえ本発明の目的は、非接触にて電子デバイス表面の平坦化を行うことで、歩留が向上し、かつ磨耗による交換部品がなく、さらに、薬液を用いない為、廃液を生成しない方法及び装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、電子デバイスの製造工程のうち、配線を形成する工程で、ワーク表面に形成された配線材層から配線として残留させる部分と、境界部材からなる部分を平坦化しする場合に、ドライアイス粒子を含む物質を前記電子デバイスの配線材及び/又は境界部材を形成した面に噴射し、前記配線材及び/又は境界部材に前記ドライアイス粒子が衝突、又は前記配線又は境界部材の表面物質内部に潜り込んだ前記ドライアイス粒子が昇華する際のエネルギーで、前記配線材の配線となる面の配線材及び配線材以外の物質を物理的に剥離し、前記配線を含む表面を平坦化加工を行うことを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図1乃至図9に示す一実施形態に基づいて、本発明を説明する。
【0010】
図1に電子デバイス(半導体装置)の平坦化を行うための装置の全体構成を示す。本装置はワークを平坦化処理室に搬入するための移載機7部と、ワークの平坦化処理を行うブローヘッド3を備えたワーク処理室5Bと、平坦化処理用のブローヘッド移動機構4を収納したブローヘッド機構室5Fとからなる。なおこれらの装置は全てクリーンルームにしてある。なお、ワーク処理室5Bとブローヘッド機構室5Fはチャンバ構造5となっている。
【0011】
図1において、移載機部7は、処理対象ワーク1をワーク処理室内のステージ上に供給する移載機であるワーク搬送用多軸ロボット7E等を備えている。ワーク1は、ワーク供給及び処理済ワーク退避カセット7Aに収納されて装置外から搬入、又は装置外に搬出される。ワーク供給カセット7A内に収納されて搬入されたワーク1は、ワーク搬送用多軸ロボット7Eによりワーク位置決め機構7Bにセットされる。ワーク位置決め機構7Bで位置決めされたワーク1はワーク予備加熱ステージ7Cに移載され、予備加熱される。予備加熱されたワーク1はワーク搬送用多軸ロボット7Eによってワーク処理室5B内のワーク保持ステージ2上に載置される。なお、このとき、移載機部7とワーク処理室5Bを仕切り壁に設けてあるワークロード及びアンロードポート5Iを開き、ワーク搬送用多軸ロボット7Eのハンド部が平坦化処理室内に挿入できるようにしてある。ワーク1をワーク保持ステージ上に載置し終わると、ワーク搬送用多軸ロボット7Eのハンド部は移載機部7に戻りワークロード及びアンロードポート5Iは閉じられる。
【0012】
そして、ブローヘッド移動機構4の先端部に設けたブローヘッド3をドライアイス粒子又はアルゴン粒子がワーク1の表面に衝突するように向けて、ドライアイス粒子又はアルゴン粒子を吹き付けて平坦化処理を行う。
【0013】
ドライアイス粒子又はアルゴン粒子は昇華性である。このため、運動エネルギーを持って電子デバイス表面に達したドライアイス粒子又はアルゴン粒子は、楔状に電子デバイス表面物質内部に達する。そして、ここで電子デバイスより熱エネルギーを受け取ることによって、電子デバイス表面物質内部で気体に昇華、膨張する。このとき、膨張のエネルギーによって電子デバイス表面物質を剥離するため、他の昇華性を有しない物質を用いる方法に対して、効果的に平坦化を行うことが可能である。
【0014】
また、ドライアイス粒子を用いた場合、ドライアイスが昇華する際に電子デバイス表面や大気中の水分と結合し、酸性の液体を生成する。この酸性の液体によって、科学的に電子デバイス表面のエッチングを進行させる効果も併せ持つ。
【0015】
剥離された電子デバイス表面物質は、気化したドライアイス又はアルゴンと一緒に大気中に拡散する。同時に前記酸性の液体は、他のドライアイスの昇華時に処理室内に拡散する。これらは電子デバイス表面への再付着を防ぐため集中排気する。また、排気された電子デバイス表面物質はフィルタや吸着筒等によって容易に集塵される。
【0016】
以上のように、ドライアイスを噴射する非接触平坦化処理であるため、電子デバイス表面へのダメージが少なく、特にCMP法と比較して、スクラッチ等の欠陥が発生しない。このため、高い歩留まりを確保することが可能である。
【0017】
同様に、非接触処理のためCMP法の研磨パッドのように部品が磨耗することが無く、交換部品が発生しない。このため、ランニングコストを低く抑えることが出来る。これは同時に、装置が長いメンティナンス間隔と、短いメンティナンス時間で運用可能であることをも示している。
【0018】
また、廃棄物としては、CMP法のように、スラリーや化学薬品を含む廃液を排出せず、剥離された電子デバイス表面物質と炭酸ガスのみとなる。このため、気体として処理可能であり、かつ、炭酸ガスは冷凍機や圧縮機を通すことでリサイクル可能であり、環境負荷を低くすることが可能である。
【0019】
また、平坦化処理後の表面には、CMP法のように異物が付着しない。このため、後工程での洗浄を必要とせず、ランニングコストを低減できるとともに環境負荷も小さくすることが可能である。
【0020】
なお、平坦化処理中は、除電装置8を動作させてワーク1表面を除電処理する。平坦化処理後、再びワークロード及びアンロードポート5Iを開きワーク搬送用多軸ロボット7Eを動作させてワーク1を取り出し、ワーク冷却ステージ7D上に載置して自然冷却する。冷却されたワーク1は、ワーク搬送用多軸ロボット7Eにより冷却ステージ7Dから処理済ワーク退避カセット7Aに収納され搬出される。なお、ワーク1の冷却は自然冷却の手法を用いていたが、クリーンエア等を吹き付ける等の強制冷却を行っても良い。除電装置8は、本実施例では、軟X線を直接処理対象ワーク表面に照射する構成にしてある。
【0021】
なおブローヘッド3には液化炭酸供給ユニット6から液化炭酸を供給する配管が接続されている。この液化炭酸供給ユニット6には、別設されたハウスラインから液化炭酸を供給する液化炭酸供給管6Aが接続されている。
【0022】
次に、各部の詳細を図面を用いて説明する。
図2にブローヘッドの構成を示す。本構成は、半導体デバイス製造工程において、銅配線のダマシンプロセスにおける銅配線材の不要部分を取り去る平坦化工程に用いる状況を示したものである。ワークステージ2上にはワーク1が載置されている。
【0023】
このワーク1の構成を図3に示すように、ワーク1は、シリコン基板1A上に熱酸化により酸化膜1Bが形成され、その上に配線間絶縁膜1Cである。配線間絶縁膜1Cは、酸化膜1B表面に一様に形成した後、ホトレジスト等を用いた露光法によって、バリア膜1D、配線材1Eが入り込むための溝が形成される。その後、タンタルやタンタルナイトライド等からなるバリア膜1Dが形成される。このバリア膜1Dは配線材1Eが配線間絶縁膜1C内に拡散することを防ぐために設けているものである。
【0024】
なお、図3において、後述するように、平坦化の第1ステップ終点1F、第2ステップ終点1G、平坦化最終終点1Hと条件を変えて平坦化処理を行う。最終終点1Hまで平坦化を行うことで配線材1Eは配線間絶縁膜1Cで分断された形状になり、銅配線の形成が終了する。
【0025】
図2において、ブローヘッド3はブローノズル3Aと、エアオペレーションバルブ3Dと、エアオペレーションバルブ3Dを駆動する圧縮空気を供給するエアチューブ3Eと、ブローノズル3Aと液化炭酸供給ユニット6とを結び液化炭酸をブローノズル3aに供給する液化炭酸供給管3Fとからなる。
【0026】
図4にブローヘッドの段面図を示す。
図に示すように、ブローノズル3Aの内部にはニードル弁3Bが設けてある。ブローノズル3Aとニードル弁3Bとの間はシールリング3Cでシールされている。なお、ニードル弁3B後端は、ブローノズル3Aより後端より外部に突出して設けてあり、これを調整することによって、ニードル弁を動作させた時の、ブローノズル内部のニードル弁の開き量を調整することができる。なお、ニードル弁3Bの開き量によって、ブローノズル3Aから放出されるドライアイス粒子の量、ブロー領域の大きさ、ブロー領域内のドライアイス粒子の均一性及びドライアイス粒子の速度が決定される。なお、ニードル弁3Bはステッピングモータ3Hにより軸方向に駆動される。また、ブローノズル3A内の圧力は圧力計3Gにより測定される。
【0027】
次にこのブローヘッドの動作について説明する。まず、液化炭酸は、液化炭酸供給ユニット6から5MPa以上の圧力で液化炭酸供給管3Fを経由してエアオペレーションバルブ3D部に設けられた液化炭酸供給路3Jに導入される。
【0028】
エアーオペレーションバルブ3Dは、エアー供給部3sと、バルブ部に設けたバネ3kと、弁部となるシリンダロッド3nとから構成されている。エアー供給部に圧縮エアーを供給すると、ばねを戻す方向に力が作用して、シリンダロッド3nを持ち上げ、エアーオペレーションバルブ3Dが開状態となるものである。
【0029】
次に、エアオペレーションバルブ3Dに接続されているエアチューブ3Eに圧縮空気を供給することで、エアオペレーションバルブ3Dを開く。これによって、エアオペレーションバルブ3D部まで供給された液化炭酸は、ブローノズル3A内部3Iに供給される。ブローノズル3Aの内部3Iの断面積は、エアオペレーションバルブ3D、液化炭酸供給路3Jの断面積より大きく形成されている。ブローノズル3Aの内部3Iに供給された液化炭酸は、ここで断熱膨張し液化炭酸、ドライアイス粒子、及び気体の混合物となる。前記混合物はブローノズル3A内壁とニードル弁3Bによって作られた隙間を通過して大気中に放出される。前記混合物は、大気中に放出されることによって更に膨張し、液化炭酸はほとんど無くなり、ドライアイス粒子と気体の混合物となり処理対象ワーク1表面に到達する。本実施例で形成されるドライアイス粒子径は、液化炭酸の流量、供給圧力、噴射圧力によって決定され、最小で1μmをピークとしたガウス分布をとるものまで生成可能である。
【0030】
ここで、ドライアイス粒子をブローしている間、主に液化炭酸の断熱膨張による構成部品の熱収縮を原因として、ブロー状態が不安定になりやすい。本実施例では、ブロー状態を安定させるために、フィードバック制御を用いている。フィードバック制御の目標値は予め設定されており、この目標値とブローノズル3A内部の圧力を計測する圧力計3Gの計測結果から差分を求める。そして、この差分からステッピングモータ3Hの駆動量を決定し、ステッピングモータ3H制御する。すなわち、ドライアイス粒子をブロー中は、常に圧力計3Gでブローノズル3A内部の圧力を測定し、この値を電気信号として処理系に与える。処理系では、目標値との差分をステッピングモータ3Hの制御量に変換し、その値に基づいてステッピングモータ3Hを制御する。
【0031】
このように制御することで、ブローノズル3A内部の圧力が上昇した場合は、ニードル弁3Bが開く(押し上げる)方向に移動し、ドライアイス粒子のブロー系の流路径が大きくなる。これにより、ブローノズル3A内部の圧力は降下する。逆に目標値に対して、ブローノズル3A内部の圧力が降下した場合は、ニードル弁3Bを閉じる(押し込む)方向に移動させ、ドライアイス粒子ブロー系の流路径を小さくする。これにより、ブローノズル3A内部の圧力は上昇する。図9にブローノズル内部の圧力変化に伴う異常検出の状態を説明する図を示す。
【0032】
図9の実線▲1▼で示すように、ブローノズル3Aとニードル弁3B間で詰まりが発生した場合は、フィードバック制御を行なってもニードル弁が最大開状態まで至り、本制御が制定しない。このため、この状況を異常状態と認識して、装置側に詰まりが発生したことを検知することができる。逆に、図9の一点鎖線▲2▼に示すように、液化炭酸の供給不足になったニードル弁を完全に閉じた状態としても圧力は低下し続け、本制御が制定しない。このため、この状況を異常状態と認識して、装置に液化炭酸が供給不良状態になっていることを検知することができる。
【0033】
液化炭酸が高い圧力で供給されることや、ブローノズル3A内壁とニードル弁3Bによって形成された狭い隙間を通過することにより、ドライアイス粒子は高い運動エネルギーを持って処理対象ワーク1表面に到達する。処理対象ワーク1表面に到達したドライアイス粒子は、運動エネルギーが高いことから、配線材1Eに楔状に入り込む。さらに、配線材1E内部に入り込んだドライアイス粒子は、配線材1Eから熱エネルギーを奪い気体状態へ昇華する。この時の膨張エネルギーにより、周囲の配線材1Eは結合を引きちぎられ、バルク状態で処理対象ワーク1表面から離脱する。
【0034】
以上の処理を、処理対象ワーク1表面に連続して行うことによって、処理対象ワーク1表面から配線材1Eを剥離し、平坦化を行うことが可能である。
【0035】
また、バリア膜1Dに対しても同様の物理現象を用いて処理対象ワーク1表面から剥離、平坦化が可能である。
【0036】
以上のように配線材1E、バリア膜1Dを剥離し平坦化を行うに当り、本実施例で示す銅配線のダマシンプロセスにおける銅配線材の平坦化工程においては、先に述べたように、実際には複数のステップで処理される。これは、以下の理由による。
【0037】
配線材1Eは電気分解法によってバリア膜1D上に形成される。このため、配線材1Eの最表面は必ず、一旦、空気中にさらされる。このため、配線材1Eの最表面には、薄い酸化銅が形成される。このようにして形成された酸化銅は、配線材1Eに対して結合強度が高く剥離しにくい特徴がある。また、バリア膜1Dも配線材1Eに対して結合強度が高く剥離しにくい。
【0038】
従って、先ず、第一ステップとして、ブローノズル3Aを処理対象ワーク1表面に対して垂直に近い角度及びニードル弁3Bの開きを大きくした状態にして最表面の酸化銅膜を除去する。第一ステップにて、配線材1Eは、平坦化第一ステップ終点1Fまで平坦化される。
【0039】
次いで、第二ステップとして、ブローノズル3Aを処理対象ワーク1表面に対して約45度まで傾け、ニードル弁3Bの開きを小さくした状態にし、バリア膜1D表面が露出するまで平坦化を行う。第二ステップにて、配線材1Eは、平坦化第二ステップ終点1Gまで平坦化される。
【0040】
第二ステップにて、ブローノズル3Aを傾けること及びニードル弁3Bの開きを小さくすることの理由は、平坦化速度をある程度遅くすることで均一な平坦化速度を得るためである。
【0041】
最後に、第三ステップとして、ブローノズル3Aを処理対象ワーク1表面に対して約30度まで傾け、ニードル弁3Bの開きを大きくした状態として、平坦化最終終点1Hまで平坦化を行う。
第三ステップにて、第二ステップ以上に、ブローノズル3Aを傾ける理由は、上記第一ステップ及び第二ステップと異なり、第三ステップでは、既に配線材1Eが配線間絶縁膜1Cによって分離された形となっている。このため、処理対象ワーク1表面には、バリア膜1Dと配線材1Eの二つの異なる材質が混在している状態になっている。ところで、バリア膜1Dの平坦化される速度は、配線材1Eの平坦化される速度に対して遅い。このため、この速度比をできるだけ小さく抑えて、ワーク1の表面を略均一に平坦化するためである。
【0042】
図5は本発明を実現する装置の平坦化処理に用いるブローヘッドの移動機構部を示した図である。又図6は、ワーク保持ステージの断面図を示したものである。
【0043】
図5において、前述のように、処理対象ワーク1はワーク保持ステージ2上に載置されている。このワーク保持ステージ2は、図6示すように、実際に処理対象ワーク1が設置されるワークステージ表面プレート2Aと、ドライアイスの昇華によって処理対象ワーク1の温度が低下するため処理対象ワークを加熱し温度を保つためのヒータ2Bと、ワーク1をロボットハンド等から受け渡しするときに、ワーク1を表面プレート2Aより持ち上げて受け渡しをスムーズに行うための搬送用プッシングロッド2Cと、プッシングロッド動作用動力であるエアシリンダ2Dとを備えている。なお、ワークス保持テージ2はサーボモータからなる回転用動力2Eを備えている。また、図が煩雑化するため省略してあるが、ワーク保持ステージ2は真空吸着機構を持ち、吸引吸着によって、処置対象ワーク1をワークステージ表面プレート2A表面に保持できる構成としてある。
【0044】
図5において、ブローヘッド移動機構4は、ブローヘッド3をX軸方向に移動するためのX軸移動機構4Aと、Y軸方向に移動するためのY軸移動機構4Bとを備えている。なお、X軸移動機構4A,Y軸移動機構4B共にサーボモータ4XS、4YSで駆動される。
【0045】
さらに、ブローヘッド移動機構4は、ブローヘッド3を処理対象ワーク1表面に対して垂直方向となるZ軸方向に移動するためのZ軸移動機構4Cと、ブローヘッド3と処理対象ワーク1表面の角度を調整するθ軸移動機構4Dと、エアチューブ3Eや液化炭酸供給管3Fを収納するダクト4Eとを備えている。
【0046】
図7に処理室及びチャンバ内の排気の状況を説明するための上面図を示す。又図8に図7の側面図を示す。
【0047】
図7において、ワーク処理室5Bにクリーンエアもしくはクリーンガスを供給するクリーンガス供給ユニット5Aが設けてある。ワーク処理室5Bは処理対象ワーク1を平坦化処理する部屋で、中央にワーク保持ステージ2が設置されている。ワーク処理室5Bはパンチメタルプレート5Cによって、図8断面図に示すように、上下にワーク処理室上部5D及びワーク処理室下部5Eに分けられている。これは、平坦化処理の際に剥離された配線材1E等が、ワーク処理室5B底部に残留した後、再び部屋内に舞い上がり、処理対象ワーク1に再付着することを防ぐためである。ブローヘッド機構室5Fは、ブローヘッド移動機構4が納められてる。ワーク処理室5Bとブローヘッド機構室5Fの横には排気室5Gが設けてある。排気室5Gと、ワーク処理室5B及びブローヘッド機構室5Fとの間には、排気流体が通過できるように開口窓が設けてある。また、排気室5Gの底部には、排気管5Hが配設されている。図が煩雑化するために省略してあるが、排気管5Hの下流にフィルタ、吸着筒、排気ポンプ等が設置されており、排気中の異物をトラップする。さらに、排気中の異物をトラップ後の気体から、冷凍機、圧縮機等を用いて、液化炭酸のみを回収し、回収した液化炭酸を再び平坦化処理に用いるリサイクル機構も設置可能である。
【0048】
次に、チャンバ5内の気体の流れ方向を説明する。クリーンガス供給ユニット5Aから供給されたクリーンガスは、先ず、ワーク処理室上部5Dに流入する。ワーク処理室上部5Dに流入したクリーンガスの一部はブローヘッド機構室5Fに直接流出し、ワーク処理室上部5D及びブローヘッド機構室5F内のクリーンガスは排気室5Gへと流出する。ワーク処理室上部5Dに流入したクリーンガスの一部は、昇華、気化した炭酸ガスや平坦化によって処理対象ワーク1から剥離された配線材1E等と混合して、その内の一部は直接排気室5Gに流出し、残りは一旦ワーク処理室下部5Eを介して排気室5Gに流入する。排気室5Gに流入したクリーンガス、及び平坦化に用いられ昇華、気化した炭酸ガスや、平坦化によって処理対象ワーク1から剥離された配線材1E等は、排気管5Hから装置外部へ排気される。上記のようにチャンバ5内の気体の流れが決められているため、第一に平坦化によって処理対象ワーク1から剥離された配線材1E等が処理対象ワーク1に再付着することが無い。第二に、ブローヘッド移動機構4等の機構部から発生する異物が処理対象ワーク1に付着することが無い。
【0049】
次に、図1を用いて、本発明の平坦化の動作の1例を説明する。 まず、処理対象ワーク1はワーク供給及び処理済ワーク退避カセット7A内部に収納され、移載機7にセットされる。ワーク搬送用多軸ロボット7Eは、ワーク供給及び処理済ワーク退避カセット7Aから、処理対象ワーク1を取り出し、ワーク位置決め機構7Bにセットする。ワーク位置決め機構7Bでは、処理対象ワーク1のアライメントを行う。その後、再びワーク搬送用多軸ロボット7Eは、処理対象ワーク1をワーク予備加熱ステージ7Cに移動し予備加熱を行う。予備加熱が終了した処理対象ワーク1は、ワーク搬送用多軸ロボット7Eによって取り出される。それと略同時に、ワークロード及びアンロードポート5Iを開く。その後、ワーク搬送用多軸ロボット7Eは処理対象ワーク1をワーク保持ステージ2上に搬送する。
【0050】
このとき、ブローヘッド3は、処理対象ワーク1の搬送に干渉しないように、ブローヘッド移動機構4をによりワーク保持ステージ2上から退避している。同様に、処理対象ワーク1の搬送に干渉しないように、ワーク搬送用プッシングロッド2Cは、ワーク保持ステージ2内部に収納されている。更に、ワーク処理室5B内にはクリーンガス供給ユニット5Aによってクリーンガスが大気圧以上の圧力で供給されており、ワークロード及びアンロードポート5Iからワーク処理室5B内部へ異物が侵入することを防いでいる。また、排気室5Gの排気管5Hからの排気も行われている。
【0051】
処理対象ワーク1がワーク保持ステージ2上部に搬送された後、ワーク搬送用プッシングロッド2Cを上昇させて、プッシングロッド2C上に処理対象ワーク1を受取る。ワーク搬送用プッシングロッド2Cが処理対象ワーク1を受け取ると、ワーク搬送用多軸ロボット7Eをワーク処理室5B外に退避させ、ワークロード及びアンロードポート5I閉じる。同時にワーク搬送用プッシングロッド2Cを降下させ、ワークステージ表面プレート2A上に処理対象ワーク1を設置し、真空吸着保持する。このとき、ヒータ2Bは予め所定の温度を保持する用に加熱してある。このため、予備加熱された処理対象ワーク1をワークステージ表面プレート2A上に載置しても温度が低下することは無い。
【0052】
次に、ワーク処理室5B内にての平坦化処理を始めるが、平行して、移載機7側では次の処理対象ワーク1の準備及び、先に処理済の処理対象ワーク1が存在する場合は後述する処理対象ワーク1の冷却、収納処理が行われる。
【0053】
ワーク保持ステージ2上に処理対象ワーク1が真空吸着され、ワークロード及びアンロードポート5I閉じた後、ブローヘッド3が処理対象ワーク1上に無い常態で、エアオペレーションバルブ3Dを開き、ドライアイスの噴射を開始する。これは、エアオペレーションバルブ3Dを開いた直後のドライアイスの噴射状態が安定しにくいためである。ドライアイスの噴射安定後、ブローヘッド3を処理対象ワーク1上に移動し、先に図3を用いて説明した、複数のステップによる平坦化処理を行う。
【0054】
平坦化処理中はブローヘッド移動機構4をもって処理対象ワーク1表面をスキャンし、処理対象ワーク1表面全面を平坦化する。この時、ブローヘッド移動機構4だけでなくワークステージ回転用動力2Eを用いることによって、処理対象ワーク1を回転させ平坦化の均一性を向上させることが可能である。
【0055】
ドライアイスの噴射中は、処理対象ワーク1のブローポイントに対して、ワーク表面除電装置8より直接軟X線を照射し、処理対象ワーク1への静電気の帯電を防ぐ。
【0056】
平坦化処理が終了した時点で、ブローヘッド移動機構4を駆動して、ブローヘッド3を処理対象ワーク1上から退避させる。その後、エアオペレーションバルブ3Dを閉じてドライアイスの噴射を終了する。ドライアイス終了時にも、エアオペレーションバルブ3Dを閉じた瞬間のドライアイスの噴射状態が安定せず、処理対象ワーク1に意図しない処理が行われないようにするためである。
【0057】
次いで、真空吸着を解除すると共に、ワーク搬送用プッシングロッド2Cを上昇させ、処理対象ワーク1をワーク保持ステージ2面から持ち上げる。次いで、ワークロード及びアンロードポート5Iを開き、ワーク搬送用多軸ロボット7Eを用いて処理対象ワーク1をワーク処理室5Bから取り出しワークロード及びアンロードポート5Iを閉じる。
【0058】
ワーク処理室5Bから取り出された処理対象ワーク1は、ワーク搬送用多軸ロボット7Eにより、ワーク冷却ステージ7D上に設置される。ワーク冷却ステージ7D上で自然冷却を行った後、再びワーク搬送用多軸ロボット7Eにより、ワーク供給及び処理済ワーク退避カセット7Aに収納される。
【0059】
以上説明した動作に係わらず次のように動作させてもよい。
【0060】
本方式を真空または低気圧中で行っても良い。
【0061】
配線材1E表面の酸化銅剥離を、例えばドライエッチング、ウエットエッチング等の他の手法で行っても良い。
【0062】
バリア膜1Dの剥離を、例えばドライエッチング、ウエットエッチング等の他の手法で行っても良い。
【0063】
液化炭酸に代わり、予めドライアイス粒子を用意し、圧縮空気等に混合して処理対象ワーク1表面に吹き付け、平坦化を行っても良い。
【0064】
ブローノズル3Aをフラットノズル化し、ライン上にドライアイス粒子又はアルゴン粒子を噴射することで、Y軸移動機構4Bを省略した形で実現しても良い。
【0065】
ブローノズル3Aを面状に配列し、ドライアイス粒子又はアルゴン粒子を噴射することで、X軸移動機構4A及びY軸移動機構4Bを省略した形で実現しても良い。
【0066】
【発明の効果】
以上の構成とすることで、非接触にて電子デバイス表面の平坦化を行うことができ、歩留が向上し、かつ磨耗による交換部品がなくなりメンテナンスの期間を長くすることができる。さらに、薬液を用いない為、廃液を生成しな等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実現する装置の全体を説明した図である。
【図2】本発明における平坦化部の概要を示した図である。
【図3】本発明における処理対象ワークの一例において,構造の詳細を説明した図である。
【図4】本発明におけるブローヘッド部詳細を説明した図である。
【図5】本発明における平坦化処理機構部の詳細を説明した図である。
【図6】本発明におけるワークステージ構造の詳細を説明した図である。
【図7】本発明装置におけるチャンバの構造を説明した図である。
【図8】本発明装置におけるチャンバの断面構造を説明した図である。
【図9】ブローノズル内部の圧力変化に伴う異常検出の状態を説明する図である。
【符号の説明】
1…処理対象ワーク、1A…シリコン基板、1B…酸化膜、1C…配線間絶縁膜、1D…バリア膜、1E…配線材、1F…平坦化第一ステップ終点、1G…平坦化第二ステップ終点、1H…平坦化最終終点、2…ワーク保持ステージ、2A…ワークステージ表面プレート、2B…ヒータ、2C…ワーク搬送用プッシングロッド、2D…プッシングロッド動作用動力、2E…ワークステージ回転用動力、3…ブローヘッド、3A…ブローノズル、3B…ニードル弁、3C…リング型シール、3D…エアオペレーションバルブ、3E…エアチューブ、3F…液化炭酸供給管、3G…圧力計、3H…ステッピングモータ、4…ブローヘッド移動機構、4A…X軸移動機構、4B…Y軸移動機構、4C…Z軸移動機構、4D…θ軸移動機構、4E…ケーブルベア、5…チャンバ、5A…クリーンガス供給ユニット、5B…ワーク処理室、5C…パンチメタルプレート、5D…ワーク処理室上部、5E…ワーク処理室下部、5F…ブローヘッド機構室、5G…排気室、5H…排気管、5I…ワークロード及びアンロードポート、6…液化炭酸供給ユニット、6A…液化炭酸供給管、7…移載機、7A…ワーク供給及び処理済ワーク退避カセット、7B…ワーク位置決め機構、7C…ワーク予備加熱ステージ、7D…ワーク冷却ステージ、7E…ワーク搬送用多軸ロボット、8…ワーク表面除電装置。
Claims (5)
- 電子デバイスの製造において、噴出媒体としてドライアイス粒子を含む物質を前記電子デバイスのワーク表面に噴射し、前記電子デバイスワーク表面に前記ドライアイス粒子が衝突又は前記電子デバイスワーク表面物質内部に潜り込んだ前記ドライアイス粒子が、前記電子デバイスワーク表面の物質を物理的に剥離し、前記電子デバイスワーク表面の平坦化加工を行うことを特徴とする平坦化方法。
- 電子デバイスの製造において、少なくとも、噴出媒体としてドライアイス粒子を含む物質を前記電子デバイスのワーク表面に噴射し、大気中又は噴射物内に存在する水分と前記ドライアイス粒子によって酸性の物質を生成し、前記酸性の物質と前記ワーク表面物質との化学によって、前記ワーク表面物質を化学的に剥離し、前記ワーク表面の平坦化加工を行うことを特徴とする平坦化方法。
- 請求項1又は2において、噴射媒体にドライアイスに変わり,固体アルゴン粒子を用いることを特徴とする平坦化方法。
- ワーク搬入部と、ワークを保持するステージを備えた処理室と、処理室内のワーク表面にドライアイス粒子を生成し吹きつけるための噴射機構と、前記ドライアイス粒子をワーク面に吹き付けられるように、前記噴射機構を移動するためのヘッド移動機構を備えたヘッド機構室と、前記処理室及びヘッド機構室を連通する排気室とから構成されたことを特徴とする平坦化処理装置。
- 請求項4記載の平坦化処理装置において、
前記噴射機構を構成するブローノズル内部の圧力を検出する圧力計を設け、前記圧力計が測定した圧力に応じてブローノズルのニードル弁の開度を制御する構成としたことを特徴とする平坦化処理装置。
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- 2003-05-28 JP JP2003150067A patent/JP2004356244A/ja active Pending
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