JP3606422B2 - ガスポリッシング方法及びポリッシング装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等のポリッシング対象物のポリッシング部位に反応性のポリッシング用ガスを照射して該ポリッシング対象物のポリッシング面をポリッシングするガスポリッシング方法及びポリッシング装置に関するものである。ここで言うガスポリッシングとは、ポリッシング対象物に反応性ガスを噴射又は照射し、該対象物面を平坦化することのみではなく、対象物面に凹凸を形成したり、該対象物面の所定部位を除去加工すること等も含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
ガスによりＳｉウエハ等のポリッシング対象物をポリッシングするにはプラズマ等によりポリッシングガスを活性化すると同時に、該活性化したガスの流れを電極、磁力などにより制御するのが一般的である。しかし、反応性のポリッシングガスだけでＳｉウエハやＰｏｌｙ−Ｓｉ膜、ＳｉＯ２膜をポリッシングすることもある。反応性のポリッシングガスだけでポリッシングする場合は、マスフローコントローラーにより、流量が制御されたポリッシングガスをガス噴射ノズルを通して、ポリッシング対象物に１０秒〜１０００秒間程度連続して照射してポリッシングを行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリッシングガスを上記のように連続的に照射してポリッシングする方法では、目的とするポリッシング部位のみだけでなくそれ以外の部分もポリッシングされるため、半導体ウエハ等のポリッシング対象物の面に存在する１〜２サイクル程度の数千Å程度のうねりや、数μｍ〜数十ｍｍの径で数百〜数千Å程度の凹凸を局所的に精度良くポリッシングすることは困難であった。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ポリッシング対象物の微細な凹凸を局所的に精度良くポリッシングできるガスポリッシング方法及びガスポリッシング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、先端にガス噴射穴が設けられ後端にガスだまりが接続されたガス噴射ノズルと、該ガス噴射ノズルのガス噴射穴を開閉するガス噴射穴開閉手段を備え、ガス噴射ノズルのガス噴射穴をポリッシング対象物のポリッシング部位に対向して配置し、ガスだまりに反応性のポリッシングガスを所定圧力で供給し、ガス噴射ノズルのガス噴射穴をガス噴射穴開閉手段で所定のタイミング開閉することにより、該ガス噴射穴から所定のタイミングで反応性のポリッシングガスを高速且つパルス状に噴射してポリッシング対象物のポリッシング部位に照射し、該ポリッシング部位をポリッシングすることを特徴とするガスポリッシング方法にある。ここで高速とはノズルから噴射されるガスの流速が音速と同一の速度から音速の１／５程度の速度であり、従来のポリッシングでは、ガスをこのような高速でポリッシング対象物に噴射することはない。
【０００６】
また、請求項１に記載のガスポリッシング方法において、ポリッシング対象物へのポリッシングガスの照射は真空雰囲気中で行うことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガスポリッシング方法において、パルス状のポリッシングガスの噴射回数を制御してポリッシング深さを制御することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、先端にガス噴射穴が設けられ後端にガスだまりが接続されたガス噴射ノズルと、ガスだまりに反応性ポリッシングガスを所定圧力で供給するガス供給手段と、ガス噴射ノズルのガス噴射穴を開閉するガス噴射穴開閉手段と、該ガス噴射穴開閉手段を制御してガス噴射ノズルのガス噴射穴から所定のタイミングで高速のポリッシング用ガスをパルス状に噴射させるガス噴射制御手段を具備し、該パルス状の高速ポリッシング用ガスをポリッシング対象物のポリッシング部位に照射してポリッシングすることを特徴とするガスポリッシング装置にある。
【０００９】
また、請求項３に記載のガスポリッシング装置において、ガス噴射ノズル及びポリッシング対象物は真空チャンバー内に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のガスポリッシング装置において、ガス噴射穴開閉手段は開口が形成された回転式ノズル板を具備し、該回転式ノズル板の開口とガス噴射ノズルのガス噴射穴が連通したときポリッシングガスが噴射されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のガスポリッシング装置において、ガス噴射制御手段は、回転式ノズル板の回転数を制御してパルス状に噴射するポリッシングガスのパルス幅及び噴射回数を設定する設定手段を具備し、該設定手段によりポリッシング量を設定できることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、ポリッシング対象物のポリッシング面にポリッシングガスを噴射してガスポリッシングを行う請求項３乃至５のいずれか１に記載のガスポリッシング装置と、該ガスポリッシング装置でポリッシングした面を更に化学的及び／又は機械的にポリッシングする化学機械ポリッシング（ＣＭＰ）装置を具備することを特徴とするポリッシング装置にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明のガスポリッシング方法を実施するためのガスポリッシング装置の構成例を示す図である。図１において、１１はポリッシング室であり、該ポリッシング室１１はポリッシング対象物を搬入搬出するためのゲート１２が設けられている。ポリッシング室１１内にはポリッシング対象物１６をＸ−Ｙ方向移動させるためのＸ−Ｙテーブル１３が配置され、該Ｘ−Ｙテーブル１３に上にヒータ１４を内蔵する載置台１５が配置され、該載置台１５上にポリッシング対象物１６を載置するようになっている。
【００１５】
また、ポリッシング室１１にはポリッシング対象物１６に対向するように、ガス噴射ノズル１７が配置され、該ガス噴射ノズル１７は、電磁弁１８、マニホールド１９、バルブ２０、フィルタ２１及びバルブ２２を通してポリッシングガス（例えば、ＣｌＦ３ガス）源２３に接続されている。また、ポリッシング室１１にはバルブ２５を介して、ターボ分子ポンプ２６、ルーツポンプ２７及び除害装置２８が接続されている。また、ポリッシング室１１にはバルブ２９及びフィルタ３０を介して窒素（Ｎ２）ガス源３１が接続されている。
【００１６】
なお、１０は電磁弁の開閉を制御してガス噴射ノズル１７にパルス状にポリッシングガスを供給するガス噴射制御部、３２はマニホールド１９内のポリッシングガスのガス圧を測定する圧力計、３３はヒータ１４に電流を送るヒータ電源である。
【００１７】
ポリッシング対象物１６のポリッシングは下記のようにして行う。先ずゲート１２を開放して、ポリッシング対象物１６を載置台１５の上に載置し、ゲート１２を閉じる。バルブ２５を開放し、ルーツポンプ２７を起動し、ポリッシング室１１内を１０−１〜１０−２Ｔｏｒｒの真空度にする。バルブ２２、フィルタ２１、バルブ２０を通してポリッシングガス源２３からマニホールド１９内にポリッシングガスを供給する。該マニホールド１９内のガス圧は２２８０〜４００Ｔｏｒｒとする。なお、ターボ分子ポンプ２６はポリッシング条件によっては必ずしも必要なものではない。
【００１８】
ガス噴射制御部１０の制御により電磁弁１８を０．１〜１０秒程度瞬時に開けて、マニホールド１９内のポリッシングガスをガス噴射ノズル１７に送り、該ガス噴射ノズル１７からポリッシングガスを高速（例えば、音速）でパルス状に噴射し、ポリッシング対象物１６のポリッシング部位に照射する。この場合、ポリッシング室１１内の真空度を１０−１〜１０−２Ｔｏｒｒに維持し、排気速度を速くしている。これにより、ポリッシング部位は図２に示す正規分布のポリッシングプロファイルでポリッシングすることが可能となる。
【００１９】
ポリッシング深さを深くする場合は、ガス噴射制御部１０により、電磁弁１８を開ける回数を増やし、即ちパルス状のガス噴射回数を増やすことによりポリッシング深さを深くすることができる。ガス噴射制御部１０は図３に示すように、ポリッシング部位のポリッシング深さＰｄに応じて、電磁弁１８の開放時間及び開放回数、即ちパルス幅及びパルス回数を設定する設定部１０ａを設け、該設定部１０ａで設定したパルス幅及びパルス回数で電磁弁駆動部１０ｂを制御して電磁弁１８を開閉することにより、ポリッシング深さＰｄに応じたポリッシングが実現できる。
【００２０】
一つのポリッシング部位のポリッシングが終了してたら、Ｘ−Ｙテーブル１３を移動させながら、次のポリッシング部位をガス噴射ノズル１７の真下に位置させ、上記操作でポリッシングを行う。このポリッシング操作をポリッシング面の全域ポリッシング部位について行う。全域のポリッシング終了後は、ポリッシング室１１のポリッシングガスを十分に排気した後、バルブ２５を閉じ、バルブ２９を開放し、ポリッシング室１１内に窒素ガス源３１からフィルタ３０を通して窒素ガスを導入し、該ポリッシング室１１内を大気圧としてゲート１２を開放してガスポリッシングの終了したポリッシング対象物１６を搬出する。なお、上記例ではポリッシング部位の移動をＸ−Ｙテーブル１３の移動でポリッシング対象物１６を移動したが、ポリッシング対象物１６を移動せずガス噴射ノズル１７を移動するようにしてもよい。また、両者を移動するようにしてもよい。
【００２１】
図４はポリッシング条件の一例を示す図である。ここではポリッシング対象物としてＰｏｌｙ−Ｓｉを用い、ポリッシングガスにはＣｌＦ３ガスとＡｒガスを混合比１：２で混合したものを用いている。ポリッシング時間（パルス幅）０．６ｓｅｃの間のガス流量を９０ｃｃとし、ノズル先端とポリッシング対象物の間隔１ｍｍ、ノズル径１／４インチ、ポリッシング対象物の温度５０℃、排気速度約１０００ｌ／ｍｉｎとした場合、１回のポリッシングガスの照射でポリッシング深さ約１０００Åとなる。
【００２２】
図５はうねりを有するウエハ表面のＰｏｌｙ−Ｓｉを上記のようにパルス状にポリッシングガスを照射して、平坦化した例を示す図である。図５（ａ）に示すように、４００Å〜千数百Åのうねりを図５（ｂ）に示すように、４００Åの前後に平坦化することが可能となる。
【００２３】
図６は本発明のガスポリッシング装置の構成例を示す図である。ポリッシング室１１にはポリッシング対象物１６を搬入搬出するためのゲート１２が設けられ、ポリッシング室１１内にはＸ−Ｙテーブル１３、ヒータ１４を内蔵する載置台１５、ポリッシング対象物１６が配置され、ポリッシング対象物１６に対向してガス噴射ノズル４０が配置されている。該ガス噴射ノズル４０は駆動制御部４８によりＺ方向（上下方向）に移動できるようになっている。
【００２４】
また、ガス噴射ノズル４０はノズル４１を具備し、該ノズル４１の下端部には後述するように所定の間隔で開口を設けた回転式ノズル板４２が配置されている。この回転式ノズル板４２はモータ４３により回転するようになっている。ポリッシング室１１内のノズル４１の近傍上流側にはガスだまり４４が設けられ、該ガスだまり４４はマスフローコントローラ４６、バルブ４５及びフレキシブルチューブ６５を通してポリッシングガス源４７よりポリッシングガス（例えば、ＣｌＦ３ガス）が所定の圧力（２２８０〜４００Ｔｏｒｒ）で供給されており、回転式ノズル板４２をモータ４３で回転することにより、回転式ノズル板４２の開口とノズル４１のガス噴射穴が一致するごとに、ガスだまり４４のポリッシングガスがノズル４１を通ってパルス状に噴射される。
【００２５】
図６において、５５はモータ４３の回転制御を行いノズル４１からパルス状に噴射されるポリッシングガスのガスの周期等を制御するガス噴射制御部、５６はＸ−Ｙテーブル１３の駆動制御部である。ガス噴射制御部５５によりモータ４３は回転制御され、ポリッシングガスは制御された所定の周期でノズル４１を通って高速で且つパルス状に噴射される。
【００２６】
図１に示すように、電磁弁１８をポリッシング室１１の外に設け、電磁弁１８の開放によりガス供給配管を通して、ガス噴射ノズル１７にポリッシングガスを供給する場合は、電磁弁１８からガス噴射ノズル１７の先端までがデットスペースとなり、このデットスペースをポリッシングガスが流れるのに時間がかかり、ガス噴射が不均一となるという問題がある。特に、半導体ウエハ等のポリッシング対象物の面に存在する１〜２サイクル程度の数千Å程度のうねりや、数μｍ〜数十ｍｍの径で数百〜数千Å程度の凹凸を局所的に精度良くポリッシングするにはポリッシングガスがガス噴射ノズル１７の先端まで到達する時間が短い方が微小な凹凸を局所的に精度良くポリッシングするためには好ましい。
【００２７】
図６に示す構成のガスポリッシング装置ではガス噴射ノズル４０のノズル４１の先端に回転式ノズル板４２を設け、回転式ノズル板４２の開口とノズル４１のガス噴射穴が一致するごとにノズル４１の近傍に設けたガスだまり４４からポリッシングガスを噴射するようにしたため、上記のようなノズル４１の先端までのデットスペースが殆どなく、回転式ノズル板４２の開口とノズル４１のガス噴射穴が一致するごとに直ちにガスが噴射される。従って、ポリッシングガスの噴射が均一となり、ポリッシング対象物の微小な凹凸を局所的に精度良くポリッシングすることが可能となる。
【００２８】
図７はガス噴射ノズルにポリッシングガスを供給する電磁弁がガス噴射ノズルより離れたポリッシング室外に設けられている場合と、図７に示すようにノズルの先端に回転式ノズル板を配置する場合のガス流量応答性を示す図である。図において、Ａはノズルの先端に回転式ノズル板を設けた場合、Ｂは電磁弁をポリッシング室外に設けた場合を示す。電磁弁をガス噴射ノズルより離れたポリッシング室外に設けた場合は、デットタイムＤＴが発生するのに対して、ノズルの先端に回転式ノズル板を設けた場合はデットタイムは殆ど発生しない。
【００２９】
図８はガス噴射ノズル４０の詳細構造を示す図で、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は回転式ノズル板４２の平面図である。回転式ノズル板４２は円板状で周方向に等間隔で複数の開口４２ａが設けられている。該回転式ノズル板４２はガス噴射ノズル４０の枠体４０ａの下面にベアリング４０ｂを介在させ、中心部に設けられた回転軸４２ｂを中心にモータ４３により回転するようになっている。枠体４０ａの所定位置にはノズル４１が設けられており、回転式ノズル板４２が回転することにより、開口４２ａとノズル４１のガス噴出口４１ａが一致し、ガスだまり４４のポリッシングガスがノズル４１を通って噴射される。なお、４０ｃは回転軸４２ｂを支持するベアリング、４０ｄは回転式ノズル板４２とノズル４１の間をシールするＯリングである。
【００３０】
図９は本発明のガスポリッシング装置の構成例を示す図である。本ガスポリッシング装置が図６のガスポリッシング装置と異なる点は、ガス噴射ノズル６０が図６のガス噴射ノズル４０と異なる点であり、他は略同一である。即ち、ガス噴射ノズル６０は、ノズル６１に電磁弁６２を取り付けた構造である。そしてこの電磁弁６２の付いたノズル６１の近傍上流側にガスだまり４４を設けている。ガス噴射制御部６３の制御により、電磁弁６２を開閉することにより、ノズル６１よりパルス状にポリッシングガスが噴射される。
【００３１】
このように、ノズル６１にそのガス噴射穴を開閉する電磁弁６２を設けることにより、ガスだまり４４からノズル６１の先端までガスが流れるデットスペースが殆どなく、図６のガスポリッシング装置と同様、ポリッシングガスの噴射が均一となり、ポリッシング対象物の微小な凹凸を局所的に精度良くポリッシングすることが可能となる。また、ガス噴射ノズル６０には反応余剰ガスを吸引する吸引ノズル６４を設けることにより、ポリッシング部位以外のポリッシングを阻止でき、精度の良いポリッシングが可能となる。
【００３２】
図１０は請求項７に記載のポリッシング装置の構成例を示す図である。図示するように、本ポリッシング装置はガスポリッシング装置７１とＣＭＰ装置７２、ロボット室７３及びポリッシング対象物搬入室７４を具備し、ポリッシング対象物搬入室７４とロボット室７３をゲート７５で接続し、ロボット室７３とガスポリッシング装置７１をゲート７６で接続し、ＣＭＰ装置７２とロボット室７３をゲート７７で接続した構成である。
【００３３】
ロボット室７３のロボット７９でポリッシング対象物搬入室７４に搬入されたポリッシング対象物７８をピックアップし、ゲート７５、ロボット室７３及びゲート７６を経由してガスポリッシング装置７１に搬入し、ガスポリッシングを行った後、ロボット７９でガスポリッシングの終了したポリッシング対象物７８をピックアップし、ゲート７６、ロボット室７３及びゲート７７を経由してＣＭＰ装置７２に搬入し、化学機械的ポリッシングを行った後、ロボット７９で化学機械的ポリッシングの終了したポリッシング対象物７８をピックアップし、ゲート７７、ロボット室７３及びゲート７５を経由してポリッシング対象物搬入室７４に搬入する。
【００３４】
上記構成のポリッシング装置によれば、ガスポリッシングから化学機械的ポリッシングを連続して実施でき、従来のポリッシング装置では得られない精度のよいポリッシングが実現できる。ガスポリッシング又は化学機械的ポリッシングの終了後洗浄や乾燥等の処理を行うが、その洗浄装置や乾燥装置の図示を省略している。ガスポリッシング装置７１としては、上記請求項３乃至６に記載のいずれかのガスポリッシング装置を用いる。
【００３５】
なお、ポリッシング対象物のポリッシングは、上記のようなガスポリッシング装置に隣接してＣＭＰ装置を配置するのに限定されるものではなく、ガスポリッシング装置とＣＭＰ装置を離して設置し、ガスポリッシング装置でガスポリッシングをした多数のポリッシング対象物をＣＭＰ装置に搬入し、該ＣＭＰ装置で化学機械的ポリッシングを行うようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び２に記載の発明によれば、ガスだまりに反応性のポリッシングガスを所定圧力で供給し、ガス噴射ノズルのガス噴射穴をガス噴射穴開閉手段で所定のタイミング開閉することにより、該ガス噴射穴から所定のタイミングで反応性のポリッシングガスを高速且つパルス状に噴射してポリッシング対象物のポリッシング部位に照射し、該ポリッシング部位をポリッシングするので、ポリッシングガスの噴射停止の間に時間遅れなく、噴射されるポリッシングガスの流速及び流量が均一となり、ポリッシング部位が正規分布のプロファイルでポリッシングされ、精度の良いポリッシング方法を提供できる。
【００３８】
また、請求項４に記載の発明によれば、回転式ノズル板の開口とガス噴射ノズルのガス噴射穴が連通したときポリッシングガスを噴射するので、ガス噴射穴の開閉とノズル先端からのポリッシングガスの噴射停止の間に時間遅れがなく、噴射されるポリッシングガスの流速及び流量が均一となり、さらに精度のよいガスポリッシングが可能となる。
【００３９】
また、請求項５に記載の発明によれば、回転式ノズル板の回転数を制御してパルス状に噴射するポリッシングガスのパルス幅及び噴射回数を設定する設定手段を具備するので、ポリッシング量に応じた精度のよいポリッシングが可能となる。
【００４０】
また、請求項６に記載の発明によれば、請求項３乃至５のいずれか１に記載のガスポリッシング装置の他にガスポリッシングした面を更に化学的及び／又は機械的にポリッシングするＣＭＰ装置を具備するので、更に精度のよいポリッシングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスポリッシング方法を実施するためのガスポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図２】ポリッシングプロファイル例を示す図である。
【図３】ガス噴射制御部の構成例を示す図である。
【図４】ポリッシング条件の一例を示す図である。
【図５】ウエハ表面のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜のポリッシング例を示す図である。
【図６】本発明のガスポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図７】ポリッシングガスのガス流量応答性を示す図である。
【図８】ガス噴射ノズル４０の詳細構造を示す図で、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は回転式ノズル板の平面図である。
【図９】本発明のガスポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図１０】本発明のポリッシング装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ガス噴射制御部
１１ ポリッシング室
１２ ゲート
１３ Ｘ−Ｙテーブル
１４ ヒータ
１５ 載置台
１６ ポリッシング対象物
１７ ガス噴射ノズル
１８ 電磁弁
１９ マニホールド
２０ バルブ
２１ フィルタ
２２ バルブ
２３ ポリッシングガス源
２５ バルブ
２６ ターボ分子ポンプ
２７ ルーツポンプ
２８ 除害装置
２９ バルブ
３０ フィルタ
３１ 窒素ガス源
３２ 圧力計
３３ ヒータ電源
４０ ガス噴射ノズル
４１ ノズル
４２ 回転式ノズル板
４３ モータ
４４ ガスだまり
４５ バルブ
４６ マスフローコントローラ
４７ ポリッシングガス源
４８ 駆動制御部
４９ バルブ
５０ 真空ポンプ
５１ 除害装置
５２ バルブ
５３ フィルタ
５４ 窒素ガス源
５５ ガス噴射制御部
５６ 駆動制御部
６０ ガス噴射ノズル
６１ ノズル
６２ 電磁弁
６３ ガス噴射制御部
６４ 吸引ノズル
７１ ガスポリッシング装置
７２ ＣＭＰ装置
７３ ロボット室
７４ ポリッシング対象物搬入室
７５〜７７ ゲート
７８ ポリッシング対象物
７９ ロボット
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等のポリッシング対象物のポリッシング部位に反応性のポリッシング用ガスを照射して該ポリッシング対象物のポリッシング面をポリッシングするガスポリッシング方法及びポリッシング装置に関するものである。ここで言うガスポリッシングとは、ポリッシング対象物に反応性ガスを噴射又は照射し、該対象物面を平坦化することのみではなく、対象物面に凹凸を形成したり、該対象物面の所定部位を除去加工すること等も含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
ガスによりＳｉウエハ等のポリッシング対象物をポリッシングするにはプラズマ等によりポリッシングガスを活性化すると同時に、該活性化したガスの流れを電極、磁力などにより制御するのが一般的である。しかし、反応性のポリッシングガスだけでＳｉウエハやＰｏｌｙ−Ｓｉ膜、ＳｉＯ２膜をポリッシングすることもある。反応性のポリッシングガスだけでポリッシングする場合は、マスフローコントローラーにより、流量が制御されたポリッシングガスをガス噴射ノズルを通して、ポリッシング対象物に１０秒〜１０００秒間程度連続して照射してポリッシングを行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリッシングガスを上記のように連続的に照射してポリッシングする方法では、目的とするポリッシング部位のみだけでなくそれ以外の部分もポリッシングされるため、半導体ウエハ等のポリッシング対象物の面に存在する１〜２サイクル程度の数千Å程度のうねりや、数μｍ〜数十ｍｍの径で数百〜数千Å程度の凹凸を局所的に精度良くポリッシングすることは困難であった。
【０００４】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ポリッシング対象物の微細な凹凸を局所的に精度良くポリッシングできるガスポリッシング方法及びガスポリッシング装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため請求項１に記載の発明は、先端にガス噴射穴が設けられ後端にガスだまりが接続されたガス噴射ノズルと、該ガス噴射ノズルのガス噴射穴を開閉するガス噴射穴開閉手段を備え、ガス噴射ノズルのガス噴射穴をポリッシング対象物のポリッシング部位に対向して配置し、ガスだまりに反応性のポリッシングガスを所定圧力で供給し、ガス噴射ノズルのガス噴射穴をガス噴射穴開閉手段で所定のタイミング開閉することにより、該ガス噴射穴から所定のタイミングで反応性のポリッシングガスを高速且つパルス状に噴射してポリッシング対象物のポリッシング部位に照射し、該ポリッシング部位をポリッシングすることを特徴とするガスポリッシング方法にある。ここで高速とはノズルから噴射されるガスの流速が音速と同一の速度から音速の１／５程度の速度であり、従来のポリッシングでは、ガスをこのような高速でポリッシング対象物に噴射することはない。
【０００６】
また、請求項１に記載のガスポリッシング方法において、ポリッシング対象物へのポリッシングガスの照射は真空雰囲気中で行うことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガスポリッシング方法において、パルス状のポリッシングガスの噴射回数を制御してポリッシング深さを制御することを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、先端にガス噴射穴が設けられ後端にガスだまりが接続されたガス噴射ノズルと、ガスだまりに反応性ポリッシングガスを所定圧力で供給するガス供給手段と、ガス噴射ノズルのガス噴射穴を開閉するガス噴射穴開閉手段と、該ガス噴射穴開閉手段を制御してガス噴射ノズルのガス噴射穴から所定のタイミングで高速のポリッシング用ガスをパルス状に噴射させるガス噴射制御手段を具備し、該パルス状の高速ポリッシング用ガスをポリッシング対象物のポリッシング部位に照射してポリッシングすることを特徴とするガスポリッシング装置にある。
【０００９】
また、請求項３に記載のガスポリッシング装置において、ガス噴射ノズル及びポリッシング対象物は真空チャンバー内に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のガスポリッシング装置において、ガス噴射穴開閉手段は開口が形成された回転式ノズル板を具備し、該回転式ノズル板の開口とガス噴射ノズルのガス噴射穴が連通したときポリッシングガスが噴射されることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のガスポリッシング装置において、ガス噴射制御手段は、回転式ノズル板の回転数を制御してパルス状に噴射するポリッシングガスのパルス幅及び噴射回数を設定する設定手段を具備し、該設定手段によりポリッシング量を設定できることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６に記載の発明は、ポリッシング対象物のポリッシング面にポリッシングガスを噴射してガスポリッシングを行う請求項３乃至５のいずれか１に記載のガスポリッシング装置と、該ガスポリッシング装置でポリッシングした面を更に化学的及び／又は機械的にポリッシングする化学機械ポリッシング（ＣＭＰ）装置を具備することを特徴とするポリッシング装置にある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明のガスポリッシング方法を実施するためのガスポリッシング装置の構成例を示す図である。図１において、１１はポリッシング室であり、該ポリッシング室１１はポリッシング対象物を搬入搬出するためのゲート１２が設けられている。ポリッシング室１１内にはポリッシング対象物１６をＸ−Ｙ方向移動させるためのＸ−Ｙテーブル１３が配置され、該Ｘ−Ｙテーブル１３に上にヒータ１４を内蔵する載置台１５が配置され、該載置台１５上にポリッシング対象物１６を載置するようになっている。
【００１５】
また、ポリッシング室１１にはポリッシング対象物１６に対向するように、ガス噴射ノズル１７が配置され、該ガス噴射ノズル１７は、電磁弁１８、マニホールド１９、バルブ２０、フィルタ２１及びバルブ２２を通してポリッシングガス（例えば、ＣｌＦ３ガス）源２３に接続されている。また、ポリッシング室１１にはバルブ２５を介して、ターボ分子ポンプ２６、ルーツポンプ２７及び除害装置２８が接続されている。また、ポリッシング室１１にはバルブ２９及びフィルタ３０を介して窒素（Ｎ２）ガス源３１が接続されている。
【００１６】
なお、１０は電磁弁の開閉を制御してガス噴射ノズル１７にパルス状にポリッシングガスを供給するガス噴射制御部、３２はマニホールド１９内のポリッシングガスのガス圧を測定する圧力計、３３はヒータ１４に電流を送るヒータ電源である。
【００１７】
ポリッシング対象物１６のポリッシングは下記のようにして行う。先ずゲート１２を開放して、ポリッシング対象物１６を載置台１５の上に載置し、ゲート１２を閉じる。バルブ２５を開放し、ルーツポンプ２７を起動し、ポリッシング室１１内を１０−１〜１０−２Ｔｏｒｒの真空度にする。バルブ２２、フィルタ２１、バルブ２０を通してポリッシングガス源２３からマニホールド１９内にポリッシングガスを供給する。該マニホールド１９内のガス圧は２２８０〜４００Ｔｏｒｒとする。なお、ターボ分子ポンプ２６はポリッシング条件によっては必ずしも必要なものではない。
【００１８】
ガス噴射制御部１０の制御により電磁弁１８を０．１〜１０秒程度瞬時に開けて、マニホールド１９内のポリッシングガスをガス噴射ノズル１７に送り、該ガス噴射ノズル１７からポリッシングガスを高速（例えば、音速）でパルス状に噴射し、ポリッシング対象物１６のポリッシング部位に照射する。この場合、ポリッシング室１１内の真空度を１０−１〜１０−２Ｔｏｒｒに維持し、排気速度を速くしている。これにより、ポリッシング部位は図２に示す正規分布のポリッシングプロファイルでポリッシングすることが可能となる。
【００１９】
ポリッシング深さを深くする場合は、ガス噴射制御部１０により、電磁弁１８を開ける回数を増やし、即ちパルス状のガス噴射回数を増やすことによりポリッシング深さを深くすることができる。ガス噴射制御部１０は図３に示すように、ポリッシング部位のポリッシング深さＰｄに応じて、電磁弁１８の開放時間及び開放回数、即ちパルス幅及びパルス回数を設定する設定部１０ａを設け、該設定部１０ａで設定したパルス幅及びパルス回数で電磁弁駆動部１０ｂを制御して電磁弁１８を開閉することにより、ポリッシング深さＰｄに応じたポリッシングが実現できる。
【００２０】
一つのポリッシング部位のポリッシングが終了してたら、Ｘ−Ｙテーブル１３を移動させながら、次のポリッシング部位をガス噴射ノズル１７の真下に位置させ、上記操作でポリッシングを行う。このポリッシング操作をポリッシング面の全域ポリッシング部位について行う。全域のポリッシング終了後は、ポリッシング室１１のポリッシングガスを十分に排気した後、バルブ２５を閉じ、バルブ２９を開放し、ポリッシング室１１内に窒素ガス源３１からフィルタ３０を通して窒素ガスを導入し、該ポリッシング室１１内を大気圧としてゲート１２を開放してガスポリッシングの終了したポリッシング対象物１６を搬出する。なお、上記例ではポリッシング部位の移動をＸ−Ｙテーブル１３の移動でポリッシング対象物１６を移動したが、ポリッシング対象物１６を移動せずガス噴射ノズル１７を移動するようにしてもよい。また、両者を移動するようにしてもよい。
【００２１】
図４はポリッシング条件の一例を示す図である。ここではポリッシング対象物としてＰｏｌｙ−Ｓｉを用い、ポリッシングガスにはＣｌＦ３ガスとＡｒガスを混合比１：２で混合したものを用いている。ポリッシング時間（パルス幅）０．６ｓｅｃの間のガス流量を９０ｃｃとし、ノズル先端とポリッシング対象物の間隔１ｍｍ、ノズル径１／４インチ、ポリッシング対象物の温度５０℃、排気速度約１０００ｌ／ｍｉｎとした場合、１回のポリッシングガスの照射でポリッシング深さ約１０００Åとなる。
【００２２】
図５はうねりを有するウエハ表面のＰｏｌｙ−Ｓｉを上記のようにパルス状にポリッシングガスを照射して、平坦化した例を示す図である。図５（ａ）に示すように、４００Å〜千数百Åのうねりを図５（ｂ）に示すように、４００Åの前後に平坦化することが可能となる。
【００２３】
図６は本発明のガスポリッシング装置の構成例を示す図である。ポリッシング室１１にはポリッシング対象物１６を搬入搬出するためのゲート１２が設けられ、ポリッシング室１１内にはＸ−Ｙテーブル１３、ヒータ１４を内蔵する載置台１５、ポリッシング対象物１６が配置され、ポリッシング対象物１６に対向してガス噴射ノズル４０が配置されている。該ガス噴射ノズル４０は駆動制御部４８によりＺ方向（上下方向）に移動できるようになっている。
【００２４】
また、ガス噴射ノズル４０はノズル４１を具備し、該ノズル４１の下端部には後述するように所定の間隔で開口を設けた回転式ノズル板４２が配置されている。この回転式ノズル板４２はモータ４３により回転するようになっている。ポリッシング室１１内のノズル４１の近傍上流側にはガスだまり４４が設けられ、該ガスだまり４４はマスフローコントローラ４６、バルブ４５及びフレキシブルチューブ６５を通してポリッシングガス源４７よりポリッシングガス（例えば、ＣｌＦ３ガス）が所定の圧力（２２８０〜４００Ｔｏｒｒ）で供給されており、回転式ノズル板４２をモータ４３で回転することにより、回転式ノズル板４２の開口とノズル４１のガス噴射穴が一致するごとに、ガスだまり４４のポリッシングガスがノズル４１を通ってパルス状に噴射される。
【００２５】
図６において、５５はモータ４３の回転制御を行いノズル４１からパルス状に噴射されるポリッシングガスのガスの周期等を制御するガス噴射制御部、５６はＸ−Ｙテーブル１３の駆動制御部である。ガス噴射制御部５５によりモータ４３は回転制御され、ポリッシングガスは制御された所定の周期でノズル４１を通って高速で且つパルス状に噴射される。
【００２６】
図１に示すように、電磁弁１８をポリッシング室１１の外に設け、電磁弁１８の開放によりガス供給配管を通して、ガス噴射ノズル１７にポリッシングガスを供給する場合は、電磁弁１８からガス噴射ノズル１７の先端までがデットスペースとなり、このデットスペースをポリッシングガスが流れるのに時間がかかり、ガス噴射が不均一となるという問題がある。特に、半導体ウエハ等のポリッシング対象物の面に存在する１〜２サイクル程度の数千Å程度のうねりや、数μｍ〜数十ｍｍの径で数百〜数千Å程度の凹凸を局所的に精度良くポリッシングするにはポリッシングガスがガス噴射ノズル１７の先端まで到達する時間が短い方が微小な凹凸を局所的に精度良くポリッシングするためには好ましい。
【００２７】
図６に示す構成のガスポリッシング装置ではガス噴射ノズル４０のノズル４１の先端に回転式ノズル板４２を設け、回転式ノズル板４２の開口とノズル４１のガス噴射穴が一致するごとにノズル４１の近傍に設けたガスだまり４４からポリッシングガスを噴射するようにしたため、上記のようなノズル４１の先端までのデットスペースが殆どなく、回転式ノズル板４２の開口とノズル４１のガス噴射穴が一致するごとに直ちにガスが噴射される。従って、ポリッシングガスの噴射が均一となり、ポリッシング対象物の微小な凹凸を局所的に精度良くポリッシングすることが可能となる。
【００２８】
図７はガス噴射ノズルにポリッシングガスを供給する電磁弁がガス噴射ノズルより離れたポリッシング室外に設けられている場合と、図７に示すようにノズルの先端に回転式ノズル板を配置する場合のガス流量応答性を示す図である。図において、Ａはノズルの先端に回転式ノズル板を設けた場合、Ｂは電磁弁をポリッシング室外に設けた場合を示す。電磁弁をガス噴射ノズルより離れたポリッシング室外に設けた場合は、デットタイムＤＴが発生するのに対して、ノズルの先端に回転式ノズル板を設けた場合はデットタイムは殆ど発生しない。
【００２９】
図８はガス噴射ノズル４０の詳細構造を示す図で、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は回転式ノズル板４２の平面図である。回転式ノズル板４２は円板状で周方向に等間隔で複数の開口４２ａが設けられている。該回転式ノズル板４２はガス噴射ノズル４０の枠体４０ａの下面にベアリング４０ｂを介在させ、中心部に設けられた回転軸４２ｂを中心にモータ４３により回転するようになっている。枠体４０ａの所定位置にはノズル４１が設けられており、回転式ノズル板４２が回転することにより、開口４２ａとノズル４１のガス噴出口４１ａが一致し、ガスだまり４４のポリッシングガスがノズル４１を通って噴射される。なお、４０ｃは回転軸４２ｂを支持するベアリング、４０ｄは回転式ノズル板４２とノズル４１の間をシールするＯリングである。
【００３０】
図９は本発明のガスポリッシング装置の構成例を示す図である。本ガスポリッシング装置が図６のガスポリッシング装置と異なる点は、ガス噴射ノズル６０が図６のガス噴射ノズル４０と異なる点であり、他は略同一である。即ち、ガス噴射ノズル６０は、ノズル６１に電磁弁６２を取り付けた構造である。そしてこの電磁弁６２の付いたノズル６１の近傍上流側にガスだまり４４を設けている。ガス噴射制御部６３の制御により、電磁弁６２を開閉することにより、ノズル６１よりパルス状にポリッシングガスが噴射される。
【００３１】
このように、ノズル６１にそのガス噴射穴を開閉する電磁弁６２を設けることにより、ガスだまり４４からノズル６１の先端までガスが流れるデットスペースが殆どなく、図６のガスポリッシング装置と同様、ポリッシングガスの噴射が均一となり、ポリッシング対象物の微小な凹凸を局所的に精度良くポリッシングすることが可能となる。また、ガス噴射ノズル６０には反応余剰ガスを吸引する吸引ノズル６４を設けることにより、ポリッシング部位以外のポリッシングを阻止でき、精度の良いポリッシングが可能となる。
【００３２】
図１０は請求項７に記載のポリッシング装置の構成例を示す図である。図示するように、本ポリッシング装置はガスポリッシング装置７１とＣＭＰ装置７２、ロボット室７３及びポリッシング対象物搬入室７４を具備し、ポリッシング対象物搬入室７４とロボット室７３をゲート７５で接続し、ロボット室７３とガスポリッシング装置７１をゲート７６で接続し、ＣＭＰ装置７２とロボット室７３をゲート７７で接続した構成である。
【００３３】
ロボット室７３のロボット７９でポリッシング対象物搬入室７４に搬入されたポリッシング対象物７８をピックアップし、ゲート７５、ロボット室７３及びゲート７６を経由してガスポリッシング装置７１に搬入し、ガスポリッシングを行った後、ロボット７９でガスポリッシングの終了したポリッシング対象物７８をピックアップし、ゲート７６、ロボット室７３及びゲート７７を経由してＣＭＰ装置７２に搬入し、化学機械的ポリッシングを行った後、ロボット７９で化学機械的ポリッシングの終了したポリッシング対象物７８をピックアップし、ゲート７７、ロボット室７３及びゲート７５を経由してポリッシング対象物搬入室７４に搬入する。
【００３４】
上記構成のポリッシング装置によれば、ガスポリッシングから化学機械的ポリッシングを連続して実施でき、従来のポリッシング装置では得られない精度のよいポリッシングが実現できる。ガスポリッシング又は化学機械的ポリッシングの終了後洗浄や乾燥等の処理を行うが、その洗浄装置や乾燥装置の図示を省略している。ガスポリッシング装置７１としては、上記請求項３乃至６に記載のいずれかのガスポリッシング装置を用いる。
【００３５】
なお、ポリッシング対象物のポリッシングは、上記のようなガスポリッシング装置に隣接してＣＭＰ装置を配置するのに限定されるものではなく、ガスポリッシング装置とＣＭＰ装置を離して設置し、ガスポリッシング装置でガスポリッシングをした多数のポリッシング対象物をＣＭＰ装置に搬入し、該ＣＭＰ装置で化学機械的ポリッシングを行うようにしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び２に記載の発明によれば、ガスだまりに反応性のポリッシングガスを所定圧力で供給し、ガス噴射ノズルのガス噴射穴をガス噴射穴開閉手段で所定のタイミング開閉することにより、該ガス噴射穴から所定のタイミングで反応性のポリッシングガスを高速且つパルス状に噴射してポリッシング対象物のポリッシング部位に照射し、該ポリッシング部位をポリッシングするので、ポリッシングガスの噴射停止の間に時間遅れなく、噴射されるポリッシングガスの流速及び流量が均一となり、ポリッシング部位が正規分布のプロファイルでポリッシングされ、精度の良いポリッシング方法を提供できる。
【００３８】
また、請求項４に記載の発明によれば、回転式ノズル板の開口とガス噴射ノズルのガス噴射穴が連通したときポリッシングガスを噴射するので、ガス噴射穴の開閉とノズル先端からのポリッシングガスの噴射停止の間に時間遅れがなく、噴射されるポリッシングガスの流速及び流量が均一となり、さらに精度のよいガスポリッシングが可能となる。
【００３９】
また、請求項５に記載の発明によれば、回転式ノズル板の回転数を制御してパルス状に噴射するポリッシングガスのパルス幅及び噴射回数を設定する設定手段を具備するので、ポリッシング量に応じた精度のよいポリッシングが可能となる。
【００４０】
また、請求項６に記載の発明によれば、請求項３乃至５のいずれか１に記載のガスポリッシング装置の他にガスポリッシングした面を更に化学的及び／又は機械的にポリッシングするＣＭＰ装置を具備するので、更に精度のよいポリッシングが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスポリッシング方法を実施するためのガスポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図２】ポリッシングプロファイル例を示す図である。
【図３】ガス噴射制御部の構成例を示す図である。
【図４】ポリッシング条件の一例を示す図である。
【図５】ウエハ表面のＰｏｌｙ−Ｓｉ膜のポリッシング例を示す図である。
【図６】本発明のガスポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図７】ポリッシングガスのガス流量応答性を示す図である。
【図８】ガス噴射ノズル４０の詳細構造を示す図で、図８（ａ）は断面図、図８（ｂ）は回転式ノズル板の平面図である。
【図９】本発明のガスポリッシング装置の構成例を示す図である。
【図１０】本発明のポリッシング装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ガス噴射制御部
１１ ポリッシング室
１２ ゲート
１３ Ｘ−Ｙテーブル
１４ ヒータ
１５ 載置台
１６ ポリッシング対象物
１７ ガス噴射ノズル
１８ 電磁弁
１９ マニホールド
２０ バルブ
２１ フィルタ
２２ バルブ
２３ ポリッシングガス源
２５ バルブ
２６ ターボ分子ポンプ
２７ ルーツポンプ
２８ 除害装置
２９ バルブ
３０ フィルタ
３１ 窒素ガス源
３２ 圧力計
３３ ヒータ電源
４０ ガス噴射ノズル
４１ ノズル
４２ 回転式ノズル板
４３ モータ
４４ ガスだまり
４５ バルブ
４６ マスフローコントローラ
４７ ポリッシングガス源
４８ 駆動制御部
４９ バルブ
５０ 真空ポンプ
５１ 除害装置
５２ バルブ
５３ フィルタ
５４ 窒素ガス源
５５ ガス噴射制御部
５６ 駆動制御部
６０ ガス噴射ノズル
６１ ノズル
６２ 電磁弁
６３ ガス噴射制御部
６４ 吸引ノズル
７１ ガスポリッシング装置
７２ ＣＭＰ装置
７３ ロボット室
７４ ポリッシング対象物搬入室
７５〜７７ ゲート
７８ ポリッシング対象物
７９ ロボット
Claims (6)
- 先端にガス噴射穴が設けられ後端にガスだまりが接続されたガス噴射ノズルと、該ガス噴射ノズルのガス噴射穴を開閉するガス噴射穴開閉手段を備え、前記ガス噴射ノズルのガス噴射穴をポリッシング対象物のポリッシング部位に対向して配置し、前記ガスだまりに反応性のポリッシングガスを所定圧力で供給し、前記ガス噴射ノズルのガス噴射穴を前記ガス噴射穴開閉手段で所定のタイミング開閉することにより、該ガス噴射穴から所定のタイミングで反応性のポリッシングガスを高速且つパルス状に噴射して前記ポリッシング対象物のポリッシング部位に照射し、該ポリッシング部位をポリッシングすることを特徴とするガスポリッシング方法。
- 請求項１に記載のガスポリッシング方法において、
前記パルス状のポリッシングガスの噴射回数を制御してポッシング深さを制御することを特徴とするガスポリッシング方法。 - 先端にガス噴射穴が設けられ後端にガスだまりが接続されたガス噴射ノズルと、前記ガスだまりに反応性ポリッシングガスを所定圧力で供給するガス供給手段と、前記ガス噴射ノズルのガス噴射穴を開閉するガス噴射穴開閉手段と、該ガス噴射穴開閉手段を制御して前記ガス噴射ノズルのガス噴射穴から所定のタイミングで高速のポリッシング用ガスをパルス状に噴射させるガス噴射制御手段を具備し、該パルス状の高速ポリッシング用ガスをポリッシング対象物のポリッシング部位に照射してポリッシングすることを特徴とするガスポリッシング装置。
- 請求項３に記載のガスポリッシング装置において、
前記ガス噴射穴開閉手段は開口が形成された回転式ノズル板を具備し、該回転式ノズル板の開口と前記ガス噴射ノズルのガス噴射穴が連通したとき前記ポリッシングガスが噴射されることを特徴とするガスポリッシング装置。 - 請求項４に記載のガスポリッシング装置において、
前記ガス噴射制御手段は、前記回転式ノズル板の回転数を制御して前記パルス状に噴射するポリッシングガスのパルス幅及び噴射回数を設定する設定手段を具備し、該設定手段によりポリッシング量を設定できることを特徴とするガスポリッシング装置。 - ポリッシング対象物のポリッシング面にポリッシングガスを噴射してガスポリッシングを行う請求項３乃至５のいずれか１に記載のガスポリッシング装置と、該ガスポリッシング装置でポリッシングした面を更に化学的及び／又は機械的にポリッシングする化学機械ポリッシング（ＣＭＰ）装置を具備することを特徴とするポリッシング装置。
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