JP4212707B2 - ウエハ平坦化システム及びウエハ平坦化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ウエハ表面の凸部を局部的に活性種ガスによりエッチングして平坦化し、あるいはウエハの相対的に厚い部分を局部的にエッチングしてウエハの厚さ分布を均一にするためのウエハ平坦化システム及びウエハ平坦化方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２５は、従来のウエハ平坦化方法の一例を示す概略断面図である。
図２５において、符号１００はプラズマ発生器であり、プラズマ発生器１００で生成したプラズマ中の活性種ガスＧを、ノズル１０１からウエハＷの表面に噴射する。
ウエハＷはステージ１２０上に載置固定されており、ステージ１２０を水平方向に移動させることで、ウエハＷの表面のうち規定厚さよりも相対的に厚い部分（以下、「相対厚部」という）Ｗａをノズル１０１の真下に導く。
そして、活性種ガスＧをノズル１０１から凸状の相対厚部Ｗａに噴射し、相対厚部Ｗａを局部的にエッチングすることで、ウエハＷの表面厚さ分布を均一化することにより、ウエハＷの表面を平坦化する。。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記した従来のウエハ平坦化方法では、次のような問題があった。
プラズマ発生器１００で生成したプラズマ中のイオンが、プラズマとウエハＷとの間に印加された電位差によって加速されてウエハＷに衝突するので、イオンが衝突した部分だけが大きくエッチングされ、また、スパッタリングによって、ウエハＷ表面の原子が除去される。このため、ウエハＷの表面が原子オーダで粗れる。
さらに、ウエハＷの周囲に浮遊するパーティクルやノズル１０１を形成する放電管で発生したパーティクルがウエハＷの表面に付着し、パーティクルが付着した部分のエッチング特性が低下する。この結果、パーティクルの付着した部分と付着していない部分とのエッチング量が異なり、ウエハＷ表面が粗れる。
上記理由により、局部エッチングを行うと、ウエハＷ表面の平均自乗粗さ（Roughness Root Mean Square 以下単に「ＲＭＳ」という）が大きくなってしまう。実際に原子間力顕微鏡で局部エッチング後のウエハＷ表面を観測したところ、局部エッチング前のＲＭＳが１ｎｍより小さかったウエハＷが上記ウエハ平坦化方法による局部エッチングを行うと、ＲＭＳが１０ｎｍ程度迄悪化してしまう。また、ウエハＷを前工程から局部エッチング工程に移行させる際に、ウエハＷの表面に酸化膜が自然に発生する。この自然酸化膜を放置した状態で、ウエハＷを局部エッチングすると、局部エッチング後にウエハＷの表面に白濁が生じ、ウエハＷの表面粗さを劣化させる原因となる。
【０００４】
この発明は上述した課題を解決するためになされたもので、ウエハの自然酸化膜の除去と平坦化と平滑化とを連続的且つ自動的に行う構成として、ウエハの表面粗さの改善を図ると共に作業能率の向上を図ったウエハ平坦化システム及びウエハ平坦化方法を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係るウエハ平坦化システムは、ウエハ表面に発生した自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去装置と、自然酸化膜除去装置で自然酸化膜が除去されたウエハを取り出して所定箇所に搬送する第１の搬送装置と、ノズル部を第１の搬送装置によって搬送されてきたウエハに対向させた放電管とこの放電管内に供給されたフッ素化合物のガス又はフッ素化合物を含む混合ガスをプラズマ放電させて所定の活性種ガスを生成するプラズマ発生器とを有し、活性種ガスを放電管のノズル部からウエハの表面の相対厚部に噴射して相対厚部を局部的にエッチングする局部エッチング装置と、局部エッチング装置で平坦化されたウエハを取り出して所定箇所に搬送する第２の搬送装置と、第２の搬送装置によって搬送されてきたウエハの表面の凸部分を削り取ってウエハ表面を平滑化する平滑化装置とを具備し、自然酸化膜除去装置は、所定の活性種ガスをウエハの表面全面に噴射する放電管と、フッ素化合物と水素とを含む混合ガスを放電管内でプラズマ放電させて活性種ガスを生成するプラズマ発生器とを具備する構成とした。
かかる構成により、ウエハ表面に発生した自然酸化膜が自然酸化膜除去装置によって除去された後、このウエハが第１の搬送装置によって局部エッチング装置に搬送される。そして、局部エッチング装置において、プラズマ発生器により、放電管内に供給されたフッ素化合物のガス又はフッ素化合物を含む混合ガスがプラズマ放電され、活性種ガスが生成される。すると、この活性種ガスが放電管のノズル部からウエハの相対厚部に噴射され、相対厚部が局部的にエッチングされる。したがって、ウエハの表面全面に沿って順次局部エッチングしていくことで、ウエハ表面全面が平坦化される。そして、平坦化されたウエハが第２の搬送装置によって平滑化装置に搬送され、平滑化装置によってウエハの表面の凸部分が削り取られ、ウエハ表面が平滑化される。なお、自然酸化膜除去装置のプラズマ発生器によって、フッ素化合物と水素とを含む混合ガスが放電管内でプラズマ放電されて活性種ガスが生成される。すると、活性種ガスが放電管からウエハの表面全面に噴射され、ウエハ表面の自然酸化膜がこの活性種ガスによってエッチングされる。
【０００６】
特に、請求項２の発明は、請求項１に記載のウエハ平坦化システムにおいて、第１の搬送装置及び第２の搬送装置を一台の搬送装置で兼用する構成とした。
【０００８】
混合ガスの混合比の好例として、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載のウエハ平坦化システムにおいて、混合ガスにおけるフッ素化合物に対する水素の割合は０．１％以上５０％以下である構成とした。
また、局部エッチング処理の際には、ウエハの結晶方向の判別やウエハ位置の目印となるオリフラやノッチを位置決めしておくことが好ましい。そこで、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のウエハ平坦化システムにおいて、自然酸化膜除去装置に、ウエハのオリフラ又はノッチの位置決めを行う位置決め機構を設けた構成としてある。
【０００９】
平滑化装置の一例として、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のウエハ平坦化システムにおいて、平滑化装置は、表面に研磨パッドを有し回転可能な定盤と、ウエハの表面を定盤側に向けた状態で保持し、このウエハを定盤の研磨パッドに押圧しながら回転するキャリアと、ウエハ表面と研磨パッド間に所定の研磨液を供給する研磨液供給器とを具備するケミカルメカニカルポリッシング装置である構成とした。
かかる構成により、キャリアによって、ウエハがその表面を定盤側に向けた状態で保持され、このウエハが回転されながら回転している定盤の研磨パッドに押圧される。そして、研磨液供給器によって、研磨液がウエハ表面と研磨パッド間に供給され、ウエハ表面が鏡面研磨されて、平滑化される。
【００１０】
平滑化装置の他の例として、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のウエハ平坦化システムにおいて、平滑化装置は、所定の活性種ガスをウエハの表面全面に噴射する放電管と、フッ素化合物と酸素とを含む混合ガスを放電管内でプラズマ放電させて活性種ガスを生成するプラズマ発生器とを具備する構成とした。
かかる構成により、プラズマ発生器によって、フッ素化合物と酸素とを含む混合ガスが放電管内でプラズマ放電されて活性種ガスが生成される。すると、活性種ガスが放電管からウエハの表面全面に噴射され、ウエハの表面全面がこの活性種ガスによってエッチングされて、平滑化される。
また、フッ化化合物は各種あるが、その一例として、請求項７の発明は、請求項６に記載のウエハ平坦化システムにおいて、混合ガス中のフッ素化合物は、四フッ化炭素，六フッ化硫黄，三フッ化窒素のいずれかである構成とした。
さらに、混合ガスの混合比の好例として、請求項８の発明は、請求項７に記載のウエハ平坦化システムにおいて、混合ガスにおける四フッ化炭素に対する酸素の割合は２００％以上４００％以下である構成とした。
【００１１】
また、局部エッチング装置は複数台設けることができる。そこで、請求項９の発明は、請求項１ないし請求項４及び請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のウエハ平坦化システムにおいて、局部エッチング装置をＮ（２以上の整数）台配設し、第１の搬送装置を制御して、未処理のウエハを非作動中の自然酸化膜除去装置に搬入させ、自然酸化膜除去装置を自然酸化膜除去可能時間だけ作動させた後、第１の搬送装置を制御して、自然酸化膜除去済みのウエハを自然酸化膜除去装置から非作動中のＸ（２以上Ｎ以下の整数）台目の局部エッチング装置に搬送させる自然酸化膜除去装置制御部と、Ｘ台目の局部エッチング装置を局部エッチング可能時間だけ作動させた後、第２の搬送装置を制御して、局部エッチング処理済みのウエハを局部エッチング装置から非作動中の平滑化装置に搬送させる局部エッチング装置制御部と、平滑化装置を平滑化可能時間だけ作動させた後、第２の搬送装置を制御して、平滑化処理済みのウエハを平滑化装置から搬出させる平滑化装置制御部とを具備する制御装置を設けた構成としてある。
かかる構成により、制御装置の自然酸化膜除去装置制御部の制御によって、第１の搬送装置が、未処理のウエハを非作動中の自然酸化膜除去装置に搬入する。そして、自然酸化膜除去装置制御部の制御によって、自然酸化膜除去装置が自然酸化膜除去可能時間だけ作動された後、第１の搬送装置が自然酸化膜除去済みのウエハを自然酸化膜除去装置から非作動中のＸ台目の局部エッチング装置に搬送させる。そして、局部エッチング装置制御部の制御によって、Ｘ台目の局部エッチング装置が局部エッチング可能能時間だけ作動された後、第２の搬送装置が局部エッチング処理済みのウエハを局部エッチング装置から非作動中の平滑化装置に搬送させる。しかる後、平滑化装置制御部の制御により、平滑化装置で平滑化されたウエハが平滑化装置から搬出される。すなわち、自然酸化膜除去処理後の複数のウエハが非作動中の複数の局部エッチング装置に搬送され、複数の局部エッチング装置によって、複数のウエハが一度に局部エッチング処理される。そして、局部エッチング処理が済んだウエハから順に平滑化装置に搬送される。
【００１２】
特に、請求項１０の発明は、請求項９に記載のウエハ平坦化システムにおいて、第１の搬送装置が自然酸化膜除去済みのウエハを、局部エッチング処理終了後の局部エッチング装置のうち非作動時間が最も長い局部エッチング装置に搬送するように、自然酸化膜除去装置制御部を制御する搬送順序制御部を制御装置に設けた構成としてある。かかる構成により、自然酸化膜除去済のウエハを非作動中の局部エッチング装置に搬送する際、非作動中の局部エッチング装置が複数ある場合には、ウエハが作動停止後の非作動時間が最も長い局部エッチング装置に搬送される。
【００１３】
また、請求項１１の発明は、請求項９または請求項１０に記載のウエハ平坦化システムにおいて、局部エッチング装置における局部エッチング可能時間が自然酸化膜除去装置における自然酸化膜除去可能時間のｍ（正数）倍である場合に、Ｎ＞ｍに設定する構成とした。
【００１４】
ところで、請求項１ないし請求項１１の発明に係るウエハ平坦化システムを実行する方法も発明として成立する。そこで、請求項１２の発明に係るウエハ平坦化方法は、ウエハ表面に発生した自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去工程と、自然酸化膜除去工程で自然酸化膜が除去されたウエハを取り出して次工程に移す第１の搬送工程と、フッ素化合物のガス又はフッ素化合物を含む混合ガスをプラズマ放電させて生成した活性種ガスを放電管のノズル部から、第１の搬送工程を経て搬送されてきたウエハの表面の相対厚部に噴射させることにより、相対厚部を局部的にエッチングして、ウエハ表面を平坦化する局部エッチング工程と、局部エッチング工程で平坦化されたウエハを取り出して次工程に移す第２の搬送工程と、第２の搬送工程を経て搬送されてきたウエハの表面の凸部分を削り取ってウエハ表面を平滑化する平滑化工程と、を具備し、自然酸化膜除去工程は、フッ素化合物と水素とを含む混合ガスをプラズマ放電させて生成した活性種ガスを放電管のノズル部からウエハの表面全面に噴射させることにより、ウエハの自然酸化膜を除去する構成とした。
請求項１３の発明は、請求項１２に記載のウエハ平坦化方法において、混合ガスにおけるフッ素化合物に対する水素の割合は０．１％以上５０％以下である構成とした。
さらに、平滑化工程の一例として、請求項１４の発明は、請求項１２または請求項１３に記載のウエハ平坦化方法において、平滑化工程は、ウエハをキャリアで保持し、このウエハを回転させながらウエハ表面を回転する定盤の研磨パッドに押圧すると共に、ウエハ表面と研磨パッド間に所定の研磨液を供給して、ウエハ表面を鏡面研磨するケミカルメカニカルポリッシング工程である構成とした。
また、他の例として、請求項１５の発明は、請求項１２または請求項１３に記載のウエハ平坦化方法において、平滑化工程は、フッ素化合物と酸素とを含む混合ガスをプラズマ放電させて生成した活性種ガスを放電管のノズル部からウエハの表面全面に噴射させることにより、ウエハの表面を平滑化する構成とした。
特に、請求項１６は、請求項１５に記載のウエハ平坦化方法において、混合ガス中のフッ素化合物は、四フッ化炭素，六フッ化硫黄，三フッ化窒素のいずれかである構成とした。
請求項１７の発明は、請求項１６に記載のウエハ平坦化方法において、混合ガスにおける四フッ化炭素に対する酸素の割合は２００％以上４００％以下である構成とした。
また、請求項１８の発明は、請求項１２，請求項１３及び請求項１５ないし請求項１７のいずれかに記載のウエハ平坦化方法において、Ｎ（２以上の整数）数の局部エッチング工程と、未処理のウエハを非実行中の自然酸化膜除去工程に移す第１の工程と、ウエハに対して自然酸化膜除去工程を実行させる第２の工程と、第１の搬送工程を実行して、第２の工程実行後のウエハを、Ｎ数の局部エッチング工程のうち非実行中の一の局部エッチング工程に移す第３の工程と、一の局部エッチング工程を実行させる第４の工程と、第２の搬送工程を実行して、第４の工程実行後のウエハを、非実行中の平滑化工程に移す第５の工程と、平滑化工程を実行させる第６の工程と、第６の工程実行後のウエハを搬出する第７の工程とを設けた構成とする。
また、請求項１９の発明は、請求項１８に記載のウエハ平坦化方法において、第３の工程は、局部エッチング処理実行後の局部エッチング工程のうち非実行時間が最も長い一の局部エッチング工程にウエハを移すものである構成とした。
特に、請求項２０の発明は、請求項１９に記載のウエハ平坦化方法において、局部エッチング工程における局部エッチング処理時間が自然酸化膜除去工程における自然酸化膜除去時間のｍ（正数）倍である場合に、Ｎ＞ｍに設定した構成とする。
【００１５】
また自然酸化膜除去工程と局部エッチング工程と平滑化工程とを１つの装置で行うことができるならば、ウエハの各工程への搬送時間を省くことができ、処理作業をさらに効率化することができる。そこで、請求項２１のウエハ平坦化システムは、ノズル部をウエハの表面に対向させた放電管とこの放電管内に供給された所定のガスをプラズマ放電させて所定の活性種ガスを生成するプラズマ発生器とを有し、活性種ガスを放電管のノズル部からウエハの表面に噴射してウエハ表面をエッチング可能なエッチング装置と、ガスを放電管内に供給可能なガス供給装置と、放電管のノズル部とウエハとの距離を近づけ又は遠ざける移動機構と、移動機構を制御して、ノズル部から噴射される活性種ガスがウエハの表面全面に拡散する位置まで、ノズル部とウエハとの距離を遠ざけると共に、ガス供給装置を制御して、フッ素化合物と水素とを含む混合ガスを放電管内に供給させた後、エッチング装置を駆動させる自然酸化膜除去処理制御部，移動機構を制御して、ノズル部から噴射される活性種ガスがウエハの相対厚部に局部的に噴き当たる位置まで、ノズル部とウエハとの距離を近づけると共に、ガス供給装置を制御して、フッ素化合物のガス又はフッ素化合物を含む混合ガスを放電管内に供給させた後、エッチング装置を駆動させる局部エッチング処理制御部，及び移動機構を制御して、ノズル部から噴射される活性種ガスがウエハの表面全面に拡散する位置まで、ノズル部とウエハとの距離を遠ざけると共に、ガス供給装置を制御して、フッ素化合物と酸素とを含む混合ガスを放電管内に供給させた後、エッチング装置を駆動させる平滑化処理制御部を有する第１の自動制御装置とを具備する構成とした。
さらに、請求項２２の発明は、請求項２１に記載のウエハ平坦化システムにおいて、エッチング装置をＮ（２以上の整数）台配設し、ウエハをエッチング装置内に搬入する搬入装置と、ウエハをエッチング装置から搬出する搬出装置と、搬入装置を駆動して、未処理のＮ枚のウエハをＮ台のエッチング装置内に搬入させた後、第１の自動制御装置を駆動させ、所定時間経過後に、搬出装置を駆動して、既処理のＮ枚のウエハをＮ台のエッチング装置から搬出させる第２の自動制御装置を設けた構成とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、この発明の第１の実施形態に係るウエハ平坦化システムの概略構成図である。
このウエハ平坦化システムは、自然酸化膜除去装置１と局部エッチング装置２と平滑化装置３と第１及び第２の搬送装置としての移動ロボット４とを具備している。
【００１７】
自然酸化膜除去装置１は、シリコンウエハＷの表面に発生した自然酸化膜を除去する装置であり、図２はこの自然酸化膜除去装置１の構造図である。
図２に示すように、自然酸化膜除去装置１は、液槽１１と洗浄器１２と第３の搬送装置としてのロボット１３とを有している。
液槽１１には、シリコンウエハＷの表面に発生した自然酸化膜を除去するためのフッ化水素酸水溶液Ａ（以下、「溶液Ａ」と記す）が貯留されている。
洗浄器１２は、液槽１１から取り出されてシリコンウエハＷに付着している溶液を洗い落とすための機器であり、シリコンウエハＷをテーブル１７に送り出すベルトコンベア１４ａ，１４ｂと、ベルトコンベア１４ａ，１４ｂ間に配設された一対のスポンジブラシ１５ａ，１５ｂと、純水を噴射する一対のノズル１６ａ，１６ｂで構成されている。
ロボット１３は、前工程を経てテーブル１０上に載置されたシリコンウエハＷを保持し、液槽１１の溶液Ａ内に所定時間漬けた後、洗浄器１２のベルトコンベア１４ａ上に載置する機器である。
これにより、前工程を経たシリコンウエハＷは、ロボット１３によって液槽１１内に漬けられ、その自然酸化膜が溶液Ａによって除去される。しかる後、ベルトコンベア１４ａ上に載置されて一対のスポンジブラシ１５ａ，１５ｂ側に搬送され、シリコンウエハＷの両面にノズル１６ａ，１６ｂから純水がかけられ、一対のスポンジブラシ１５ａ，１５ｂによって洗浄される。そして、シリコンウエハＷは一対のスポンジブラシ１５ａ，１５ｂの回転によってベルトコンベア１４ｂ上に送り出され、このベルトコンベア１４ｂによってテーブル１７上に搬送される。
【００１８】
また、図１に示す局部エッチング装置２は、活性種ガスＧをシリコンウエハＷの表面の相対厚部に噴射して当該相対厚部を局部的にエッチングすることにより、シリコンウエハＷの表面全面をを平坦化するための装置であり、図３はこの局部エッチング装置２の構造を示す断面図である。
図３に示すように、局部エッチング装置２は、プラズマ発生器２０と、アルミナ放電管２１と、ガス供給装置２２と、Ｘ−Ｙ駆動機構２３と、Ｚ駆動機構２４とを具備している。
【００１９】
プラズマ発生器２０は、アルミナ放電管２１内のガスをプラズマ放電させて活性種ガスＧを生成するための器機であり、マイクロ波発振器２０ａと導波管２０ｂとよりなる。
マイクロ波発振器２０ａは、マグネトロンであり、所定周波数のマイクロ波Ｍを発振することができる。
導波管２０ｂは、マイクロ波発振器２０ａから発振されたマイクロ波Ｍを伝搬するためのもので、アルミナ放電管２１に外挿されている。
このような導波管２０ｂの左側端内部には、マイクロ波Ｍを反射して定在波を形成する反射板（ショートプランジャ）２０ｃが取り付けられている。また、導波管２０ｂの中途には、マイクロ波Ｍの位相合わせを行う３スタブチューナ２０ｄと、マイクロ波発振器２０ａに向かう反射マイクロ波Ｍを９０゜方向（図１の表面方向）に曲げるアイソレータ２０ｅが取り付けられている。
【００２０】
アルミナ放電管２１は、下端部にノズル部２１ａを有した円筒体であり、上端部には、ガス供給装置２２の供給パイプ２２ａが連結されている。
ガス供給装置２２は、アルミナ放電管２１内にガスを供給するための装置であり、ＳＦ6（六フッ化硫黄）ガスのボンベ２２ｂを有し、ボンベ２２ｂがバルブ２２ｃと流量制御器２２ｄを介して供給パイプ２２ａに連結されている。
【００２１】
プラズマ発生器２０がかかる構成を採ることにより、ガス供給装置２２からアルミナ放電管２１にガスを供給すると共に、マイクロ波発振器２０ａからマイクロ波Ｍを発振すると、アルミナ放電管２１内においてプラズマ放電が行われ、プラズマ放電で生成された活性種ガスＧがノズル部２１ａから噴射される。
【００２２】
シリコンウエハＷは、チャンバー２５内のチャック２６上に配置されると、チャック２６の静電気力で吸着されるようになっている。チャンバー２５には、真空ポンプ２５ａが取り付けられており、この真空ポンプ２５ａによってチャンバー２５内を真空にすることができる。また、チャンバー２５の上面中央部には、孔２５ｂが穿設され、この孔２５ｂを介してアルミナ放電管２１のノズル部２１ａがチャンバー２５内に挿入されている。孔２５ｂとアルミナ放電管２１との間にはＯ−リング２５ｃが装着され、孔２５ｂとアルミナ放電管２１との間が気密に保持されている。
そして、このような孔２５ｂに挿入されたノズル部２１ａの周囲には、ダクト２５ｄが設けられ、真空ポンプ２５ｅの駆動によって、エッチング時の反応生成ガスをチャンバー２５外部に排出するようになっている。
【００２３】
Ｘ−Ｙ駆動機構２３は、このようなチャンバー２５内に配されており、チャック２６を下方から支持している。
このＸ−Ｙ駆動機構２３は、そのＸ駆動モータ２３ａによってチャック２６を図１の左右に移動させ、そのＹ駆動モータ２３ｂによってチャック２６とＸ駆動モータ２３ａとを一体に図１の紙面表裏に移動させる。すなわち、このＸ−Ｙ駆動機構２３によって、ノズル部２１ａをシリコンウエハＷに対して相対的にＸ−Ｙ方向に移動させることができる
Ｚ駆動機構２４は、チャンバー２５内のＸ−Ｙ駆動機構２３全体を下方から支持している。このＺ駆動機構２４は、そのＺ駆動モータ２４ａによって、Ｘ−Ｙ駆動機構２３全体を上下に移動させて、ノズル部２１ａの開口２１ｂとシリコンウエハＷ表面との距離を調整することができる。
このようなＸ−Ｙ駆動機構２３のＸ駆動モータ２３ａ，Ｙ駆動モータ２３ｂやＺ駆動機構２４のＺ駆動モータ２４ａの駆動制御は、制御コンピュータ２７が所定のプログラムに基づいて行う。
【００２４】
図１において、平滑化装置３は、シリコンウエハＷの表面の凸部分を削り取って表面を平滑化するための装置であり、この実施形態では、平滑化装置としてケミカルメカニカルポリッシング装置（以下、「ＣＭＰ装置」と記す）を用いている。
図４は、ＣＭＰ装置３を一部破断して示す正面図である。
図４に示すように、ＣＭＰ装置３は、研磨パッド３０ａが表面に貼り付けられた定盤３０と、キャリア３１と、研磨液供給器としてのノズル３２と、エアポンプ３３とを具備している。
【００２５】
定盤３０は、装置筐体内部のメインモータ３４によって回転駆動されるようになっている。すなわち、メインモータ３４の回転がプーリ３４ａに伝達され、プーリ３４ａの回転がベルト３４ｂとプーリ３４ｃとを介して変速機３４ｄに伝達されている。そして、上記回転が、変速機３４ｄで変速されて、定盤３０に連結された出力回転軸３４ｅを介して定盤３０に伝達され、定盤３０が所定の速度で回転する。
【００２６】
キャリア３１は、シリコンウエハＷを保持した状態でシリコンウエハＷを定盤３０の研磨パッ３０ａ上に押圧しながら回転することができるようになっている。
図５はキャリア３１を昇降及び回転させる機構を示す断面図である。
図５に示すように、シリンダ３５内には、シリンダ３５を貫通したピストンロッド３５ａの外側に固着されたピストン３５ｂが摺動自在に収納され、シリンダ３５内の空気圧を調整することで、ピストンロッド３５ａをピストン３５ｂと一体に昇降させ、キャリア３１への押圧力を調整することができる。また、モータ３６の回転軸のギア３６ａには、ピストンロッド３５ａの上部にベアリング３６ｂを介して取り付けられたギア３６ｃが噛み合わされており、ギア３６ｃの上面に固設された支持部材３６ｄには、インナーロッド３５ｃの上端が固着されている。これにより、モータ３６の回転がギア３６ａ，３６ｃと支持部材３６ｄとを介してインナーロッド３５ｃに伝達され、インナーロッド３５ｃがピストンロッド３５ａ内で所定の速度で回転する。
【００２７】
図６はキャリア３１の断面図である。
図６に示すように、キャリア３１の上部には、連結部材３１ａが回転自在に取り付けられ、この連結部材３１ａに、ピストンロッド３５ａの下端部が連結されている。そして、キャリア３１の内歯ギア３１ｂとインナーロッド３５ｃの下端部の外歯ギア３５ｄとが噛み合っており、インナーロッド３５ｃがモータ３６の駆動で回転すると、これらギア３１ｂ，３５ｄの噛み合いによってモータ３６の回転力がキャリア３１に伝わるようになっている。
また、キャリア３１の下面には、シリコンウエハＷを収納する凹部３７が設けられ、その上面には、バッキングシート３７ａが貼り付けられている。そして、凹部３７側に開口した複数の通気孔３１ｃが、バッキングシート３７ａから空気出入口３１ｄに通じている。これにより、エアポンプ３３によって、通気口３１ｃ内の空気を、インナーロッド３５ｃに挿入され且つ空気出入口３１ｄに至るエアホース３３ａを通じて抜くことにより、シリコンウエハＷを吸着することができる。
【００２８】
図４において、ノズル３２は、上記キャリア３１に保持されたシリコンウエハＷと定盤３０との間に研磨液としてのスラリＳを供給するための機器であり、定盤３０の上方に配設されている。
【００２９】
なお、上記の如くキャリア３１とシリンダ３５とモータ３６とが一体に組み付けられた組み付け体は、図１に示すテーブル２９とテーブル３９との間を図示しない搬送機構によって搬送される。
【００３０】
移動ロボット４は、局部エッチング装置２のゲートバルブ２５ｆからチャンバー２５内に腕を入れて、局部エッチング加工済みのシリコンウエハＷをチャック２６から運び出し、レール４０上をテーブル２９側に移動して、保持しているシリコンウエハＷをテーブル２９の上に載置する。しかる後、テーブル１７側に移動して、テーブル１７上のシリコンウエハＷをチャンバー２５内に運んでチャック２６上に載置する機能を有している。
【００３１】
次に、この実施形態のウエハ平坦化システムが示す動作について説明する。なお、ウエハ平坦化システムの動作は、請求項１５，請求項１６及び請求項１９の発明に係るウエハ平坦化方法を具体的に実行するものである。
【００３２】
まず、自然酸化膜除去工程が実行される。
すなわち、図２に示すように、前工程を経てテーブル１０上に載置されたシリコンウエハＷがロボット１３に保持され、液槽１１内に所定時間漬けられる。これにより、溶液Ａ中で、ｎ（Ｈ2Ｏ）＋２ＨＦ→（Ｈ2Ｏ）ｎＨ＋＋ＨＦ2− なる反応と、ＳiＯ2＋４ＨＦ2− →ＳiＦ4＋２Ｈ2Ｏ なる反応が行われ、シリコンウエハＷに発生している自然酸化膜（ＳiＯ2）が液槽１１内の溶液Ａによって除去されることとなる。しかる後、シリコンウエハＷは、液槽１１から出されて洗浄器１２のベルトコンベア１４ａ上に載置され、一対のスポンジブラシ１５ａ，１５ｂ間に送り込まれて洗浄される。そして、シリコンウエハＷはスポンジブラシ１５ａ，１５ｂの回転によってベルトコンベア１４ｂ上に送り出され、このベルトコンベア１４ｂによってテーブル１７上に搬出される。
【００３３】
シリコンウエハＷがテーブル１７上に載置されると、第１の搬送工程が実行される。すなわち、テーブル１７上のシリコンウエハＷが移動ロボット４によって局部エッチング装置２のチャンバー２５内のチャック２６上に載置され、ゲートバルブ２５ｆが閉じられる。
【００３４】
すると、局部エッチング装置２において局部エッチング工程が実行される。
すなわち、図３に示すように、真空ポンプ２５ａが駆動されてチャンバー２５内が所定の低気圧状態にされると共に、Ｚ駆動機構２４が駆動されてＸ−Ｙ駆動機構２３全体が上昇され、シリコンウエハＷがノズル部２１ａの開口２１ｂに近付けられる。
【００３５】
そして、ガス供給装置２２のバルブ２２ｃが開かれ、ボンベ２２ｂ内のＳＦ6ガスが供給パイプ２２ａに流出されて、アルミナ放電管２１内に供給される。
このとき、バルブ２２ｃの開度が調整されて、ＳＦ6ガスの圧力が所定の圧力に維持されると共に、流量制御器２２ｄによりＳＦ6ガスの流量が調整される。
【００３６】
上記ＳＦ6ガスの供給作業と並行して、マイクロ波発振器２０ａが駆動され、ＳＦ6ガスが発振されたマイクロ波Ｍによってプラズマ放電されて、Ｆ（フッ素）ラジカルを含んだ活性種ガスＧが生成される。これにより、活性種ガスＧがアルミナ放電管２１のノズル部２１ａに案内されて、ノズル部２１ａの開口２１ｂからシリコンウエハＷ側に噴射される。
【００３７】
この状態で、制御コンピュータ２７によりＸ−Ｙ駆動機構２３が駆動され、シリコンウエハＷを吸着したチャック２６がＸ−Ｙ方向にジグザグ状に移動させられる。
すなわち、図７に示すように、ノズル部２１ａをシリコンウエハＷに対して相対的にジグザグ状に走査させる。このとき、ノズル部２１ａのシリコンウエハＷに対する相対速度は、相対厚部の厚さに略反比例するように設定しておく。これにより、図８に示すように、ノズル部２１ａが非相対厚部Ｗｂの真上を高速度で移動し、相対厚部Ｗａの上方にくると相対厚部Ｗａの厚さに応じて速度を下げる。この結果、相対厚部Ｗａに対するエッチング時間が長くなり、相対厚部Ｗａが平坦に削られることとなる。このようにして、シリコンウエハＷの表面全面を順次局部エッチングすることで、シリコンウエハＷ表面が平坦化されることとなる。
【００３８】
上記局部エッチング工程が終了すると、第２の搬送工程が実行される。
すなわち、図１に示すチャンバー２５のゲートバルブ２５ｆが開かれ、移動ロボット４によって局部エッチング加工済みのシリコンウエハＷがチャンバー２５内から取り出されて、テーブル２９側に搬送され、シリコンウエハＷがその表面を下側にした状態でテーブル２９の上に載置される。
【００３９】
すると、ＣＭＰ装置３において、平滑化工程としてのケミカルメカニカルポリッシング工程が実行される。
すなわち、一点鎖線で示すように、キャリア３１とシリンダ３５とモータ３６とが一体に組み付けられた組み付け体が、テーブル２９上のシリコンウエハＷの真上に移動し、シリンダ３５の駆動によって、キャリア３１が下降し、シリコンウエハＷが凹部３７（図６参照）内に収納される。この状態で、エアポンプ３３が駆動され、キャリア３１の通気孔３１ｃが負圧状態になって、シリコンウエハＷがバッキングシート３７ａに吸着される。
そして、シリコンウエハＷを吸着したキャリア３１が上昇し、上記組み付け体が定盤３０の真上に移動した後、シリンダ３５とモータ３６との駆動によって、回転するキャリア３１が回転している定盤３０側に下降し、シリコンウエハＷが定盤３０の研磨パッド３０ａ上に所定圧力で押圧される。
この状態で、スラリＳがノズル３２からシリコンウエハＷと定盤３０との間に供給され、シリコンウエハＷ表面が鏡面研磨されて、凸部分等の表面粗れが削り取られ、シリコンウエハＷが平滑化される。
【００４０】
上記ケミカルメカニカルポリッシング工程が終了すると、キャリア３１がシリコンウエハＷを吸着した状態で上昇し、二点鎖線で示すように、組み付け体がテーブル３９の真上まで移動した後、キャリア３１が下降する。そして、エアポンプ３３の逆駆動によって、キャリア３１の通気孔３１ｃが正圧状態になり、シリコンウエハＷがバッキングシート３７ａから剥離されて、テーブル３９上に載置される。
【００４１】
このように、この実施形態のウエハ平坦化システムによれば、局部エッチングによって生じたシリコンウエハＷの表面の粗れを略完全になくすことができるので、シリコンウエハＷのＲＭＳを向上させることができる。また、自然酸化膜を予め除去して、局部エッチングを行うので、局部エッチング後の白濁の発生を防止することができる。また、自然酸化膜除去工程と局部エッチング工程と平滑化工程とを連続的且つ自動的に行うことができるので、作業能率を向上させることができる。
この点を実証すべく、発明者等は、自然酸化膜除去装置１の液槽１１内の溶液Ａとして、１７％のフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）と０．７％のフッ化水素酸（ＨＦ）と８２．３％の純水とを混合したフッ化水素酸水溶液を使用し、ＲＭＳが０．９ｎｍであるシリコンウエハＷをこの溶液Ａに２分間漬けた後、洗浄器１２で洗浄した。そして、このシリコンウエハＷを局部エッチング装置２のチャック２６に載置し、ＳＦ6ガスを流量２５０ＳＣＣＭの割合でアルミナ放電管２１内に供給した。これとほぼ同時に、マイクロ波発振器２０ａによって出力電力３５０Ｗのマイクロ波ＭをＳＦ6ガスに向けて発振し、ガス圧１．５Ｔｏｒｒの活性種ガスＧをノズル部２１ａから噴射して、シリコンウエハＷの表面全面を局部エッチングした。その後、ＣＭＰ装置３を用いて、局部エッチング装置２で平坦化されたシリコンウエハＷの表面を０．２μｍだけ鏡面研磨して、シリコンウエハＷのＲＭＳを測定したところ、このＲＭＳが、０．３５ｎｍに減少していた。つまり、自然酸化膜除去工程と局部エッチング工程と平滑化工程とを実行することによって、シリコンウエハＷ表面のＲＭＳが０．９ｎｍから０．３５ｎｍに向上した。
【００４２】
（第２の実施形態）
図９は、この発明の第２の実施形態に係るウエハ平坦化システムの概略構成図である。なお、図１〜図８に示した要素と同一要素については同一符号を付して説明する。
このウエハ平坦化システムは、シリコンウエハＷをドライに保った状態で、自然酸化膜除去工程と局部エッチング工程と平滑化工程とを実行することができるようにした点が、上記第１の実施形態と異なる。
図９において符号５が自然酸化膜除去装置であり、符号６が平滑化装置である。
【００４３】
自然酸化膜除去装置５は、図１０に示すように、プラズマ発生器５０と、アルミナ放電管５１と、ガス供給装置５２と、チャック５６を回転させるモータ５３と、位置決め機構５４とを具備している。
【００４４】
プラズマ発生器５０は、局部エッチング装置２のプラズマ発生器２０と同構造であり、マイクロ波発振器５０ａと導波管５０ｂとよりなる。すなわち、マイクロ波発振器５０ａは、所定周波数のマイクロ波Ｍを発振するマグネトロンであり、導波管５０ｂには、反射板５０ｃと３スタブチューナ５０ｄとアイソレータ５０ｅとが取り付けられている。アルミナ放電管５１も局部エッチング装置２のアルミナ放電管２１と同構造であり、その上端部には、ガス供給装置５２の供給パイプ５２ａが連結されている。
ガス供給装置５２は、ＣＦ4（四フッ化炭素）ガスのボンベ５２ｂとＨ2（水素）ガスのボンベ５２ｅとを有し、これらのボンベ５２ｂ，５２ｅがバルブ５２ｃと流量制御器５２ｄを介して供給パイプ５２ａに連結されている。このガス供給装置５２では、ＣＦ4ガスに対するＨ2ガスの割合を０．１％以上５０％以下に設定した混合ガスをアルミナ放電管５１に供給する。
【００４５】
シリコンウエハＷは、チャンバー５５内のチャック５６上に配置されるが、ノズル部５１ａからの活性種ガスＧ１をチャック５６上のシリコンウエハＷの表面全面に噴射するようにするため、ノズル部５１ａとチャック５６との距離は局部エッチング装置２のノズル部２１ａとチャック２６との距離に比べて極めて大きく設定されている。
チャンバー５５には、局部エッチング装置２のチャンバー２５と同様に、チャンバー５５内を低圧にする真空ポンプ５５ａが設けられている。
【００４６】
モータ５３は、シリコンウエハＷ径よりも小径のチャック５６を回転させるためのもので、その回転軸がチャック５６の中心部に連結されている。
位置決め機構５４は、モータ５３を制御して、シリコンウエハＷのオリフラやノッチの位置決めを行うための周知の機構であり、発光素子５４ａと受光素子５４ｂとコントローラ５４ｃとを有している。すなわち、発光素子５４ａからの光ＬをシリコンウエハＷの下方に配置された受光素子５４ｂで受光し、受光量に応じた電圧信号Ｖを受光素子５４ｂからコントローラ５４ｃに出力する。コントローラ５４ｃは、入力されている電圧信号Ｖの電圧値が基準電圧値Ｖ１以上であって、その電圧値が増加から減少に変化したときにモータ５３を停止させる機能を有している。
これにより、図１１に示すように、ノッチＷｎを有したシリコンウエハＷが回転している場合には、ノッチＷｎが受光素子５４ｂの真上に位置したときに、図１２に示すように、それまでほぼ一定電圧値であった電圧信号Ｖが急激に立ち上がるので、コントローラ５４ｃは、この急激に立ち上がった電圧値Ｖｎを入力するとほぼ同時にモータ５３の回転を停止させて、ノッチＷｎを受光素子５４ｂのほぼ真上に位置決めすることとなる。また、図１３に示すように、オリフラＷｏを有したシリコンウエハＷが回転している場合には、オリフラＷｏが受光素子５４ｂの真上を通過していくときに、図１４に示すように、電圧信号Ｖが滑らかに立ち上がる。コントローラ５４ｃは、最大電圧値Ｖｏを入力するとほぼ同時にモータ５３の回転を停止させて、オリフラＷｏの中心Ｗｏ′を受光素子５４ｂのほぼ真上に位置決めすることとなる。
【００４７】
一方、平滑化装置６も、図１５に示すように、プラズマ発生器６０と、アルミナ放電管６１と、ガス供給装置６２と、チャック６６を回転させるモータ６３とを具備している。
【００４８】
プラズマ発生器６０も、局部エッチング装置２のプラズマ発生器２０と同構造であり、アルミナ放電管６１も局部エッチング装置２のアルミナ放電管２１と同構造であるが、ガス供給装置６２は、ＣＦ4ガスのボンベ６２ｂとＯ2（酸素）ガスのボンベ６２ｅとを有し、これらのボンベ６２ｂ，６２ｅがバルブ６２ｃと流量制御器６２ｄを介して供給パイプ６２ａに連結されている。このガス供給装置６２では、ＣＦ4ガスに対するＯ2ガスの割合を２００％以上４００％以下に設定した混合ガスをアルミナ放電管６１に供給する。
【００４９】
アルミナ放電管６１のノズル部６１ａとチャック６６との距離は、自然酸化膜除去装置５と同様に、局部エッチング装置２のノズル部２１ａとチャック２６との距離に比べて極めて大きく設定されており、ノズル部６１ａからの活性種ガスＧ２がチャック６６上のシリコンウエハＷの表面全面に噴射されるようになっている。
チャンバー６５には、自然酸化膜除去装置５のチャンバー５５と同様に、真空ポンプ６５ａが設けられている。
【００５０】
モータ６３は、シリコンウエハＷ径よりも大径のチャック６６を回転させるためのもので、その回転軸がチャック６６の中心部に連結されている。
【００５１】
図９に示す移動ロボット４′は、平滑化加工済みのシリコンウエハＷを平滑化装置６のチャック６６から運び出し、テーブル３９上に載置した後、レール４０′上を局部エッチング装置２側に移動する。そして、局部エッチング加工済みのシリコンウエハＷをチャック２６から運び出し、平滑化装置６側に移動して、保持しているシリコンウエハＷをチャック６６上に載置する。しかる後、自然酸化膜除去装置５側に移動して、自然酸化膜除去装置加工済みのシリコンウエハＷをチャック５６から運び出し、局部エッチング装置２側に移動して、チャック２６上に載置する。そして、テーブル１０上のシリコンウエハＷを自然酸化膜除去装置５のチャック５６上に載置する機能を有している。
【００５２】
次に、この実施形態のウエハ平坦化システムが示す動作について説明する。なお、ウエハ平坦化システムの動作は、請求項１７，請求項１８，請求項２０ないし請求項２２の発明に係るウエハ平坦化方法を具体的に実行するものである。
まず、自然酸化膜除去工程においては、前工程を経てテーブル１０上に載置されたシリコンウエハＷが移動ロボット４′に保持され、自然酸化膜除去装置５のチャック５６上に載置される。そして、図１０に示す位置決め機構５４によって、モータ５３が制御され、シリコンウエハＷのオリフラやノッチが受光素子５４ｂのほぼ真上に位置決めされる。
この位置決め動作と並行して、図１０に示したガス供給装置５２により、ＣＦ4ガスに対するＨ2ガスの割合が０．１％以上５０％以下である混合ガスがアルミナ放電管５１に供給され、プラズマ発生器５０によって、プラズマ放電される。上記プラズマ放電によって生成された活性種ガスＧ１は、アルミナ放電管５１のノズル部５１ａから噴射され、シリコンウエハＷの表面全体に拡散する。
これにより、２ＣＦ4＋Ｈ2→２ＣＦ3^＊（ＣＦ3のラジカル）＋２ＨＦ なる反応と、ＳiＯ2＋４ＨＦ→ＳiＦ4＋２Ｈ2Ｏ なる反応とが生じると解され、この結果、シリコンウエハＷ表面の自然酸化膜が活性種ガスＧ１に含まれるラジカルによってエッチングされる。
【００５３】
自然酸化膜除去工程が終了すると、第１の搬送工程が実行され、自然酸化膜除去装置１のチャック５６上のシリコンウエハＷが図９に示す移動ロボット４′によって局部エッチング装置２のチャック２６上に搬送される。
そして、局部エッチング装置２において局部エッチング工程が実行され、シリコンウエハＷ表面が平坦化されることとなる。
上記局部エッチング工程が終了すると、第２の搬送工程が実行され、移動ロボット４′によって、局部エッチング加工済みのシリコンウエハＷがチャック２６から取り出されて、平滑化装置６のチャンバー６５内のチャック６６上に搬送される。
【００５４】
すると、平滑化装置６において、平滑化工程が実行される。
すなわち、図１５に示すモータ６３によって、シリコンウエハＷを吸着したチャック６６が回転されると共に、ガス供給装置６２により、ＣＦ4ガスに対するＯ2ガスの割合が２００％以上４００％以下に設定された混合ガスがアルミナ放電管６１に供給され、この混合ガスがプラズマ発生器６０によってプラズマ放電される。
上記プラズマ放電によって生成された活性種ガスＧ２は、アルミナ放電管６１のノズル部６１ａから噴射され、シリコンウエハＷの表面全体に拡散する。これにより、シリコンウエハＷの表面が活性種ガスＧ２に含まれるＦラジカルやＯラジカルによってエッチングされる。すなわち、活性種ガスＧ２がシリコンウエハＷの表面に吹き当たると、図１６に示すように，Ｏラジカルが存在することから、ＳiＯxＦy(x，y＝１，２，・・・）と思われる反応生成物Ｒが発生する。また、ＦラジカルはシリコンウエハＷ表面をエッチングする。また、反応生成物ＲはシリコンウエハＷの表面全体に発生するが、その蒸気圧によって、大部分の反応生成物Ｒが蒸発し、粗れの原因となっている微少な凹部Ｗc内に堆積した反応生成物Ｒが蒸発せずに溜まっていく。このため、凹部Ｗcに反応生成物Ｒが堆積してＦラジカルによるエッチングから保護され、凹部Ｗc以外の部分のみがＦラジカルによってエッチングされていく。
そこで、図１６の破線で示すように、凹部Ｗc内に漸次堆積していく反応生成物Ｒの表面とエッチングされていく部分の表面とが略等しくなった時点で、プラズマ発生器６０の駆動を停止する。
これにより、平滑化工程が完了し、表面が略完全に平滑化されたシリコンウエハＷを得ることができる。
【００５５】
このように、この実施形態のウエハ平坦化システムによれば、シリコンウエハＷの表面粗さを減少させることができるだけでなく、シリコンウエハＷをドライな状態に保ったまま自然酸化膜除去工程と局部エッチング工程と平滑化工程とを達成することができるので、洗浄工程を省くことができ、その分作業処理速度を高めることができる。
【００５６】
発明者等は、この実施形態のウエハ平坦化システムによるシリコンウエハＷの表面粗さの向上を実証すべく、次のような実験を行った。
自然酸化膜除去装置５では、ＣＦ4ガスとＨ2ガスとの流量をそれぞれ５００ＳＣＣＭと５０ＳＣＣＭに設定して、これらの混合ガスをアルミナ放電管５１内に供給した。これとほぼ同時に、マイクロ波発振器５０ａによって出力電力２００Ｗのマイクロ波Ｍをこの混合ガスに向けて発振し、ガス圧１．１Ｔｏｒｒの活性種ガスＧ１をノズル部５１ａから噴射して、シリコンウエハＷの表面全面をエッチングした。
しかる後、このシリコンウエハＷを局部エッチング装置２のチャック２６に載置し、ＳＦ6ガスを流量１５０ＳＣＣＭの割合でアルミナ放電管２１内に供給した。これとほぼ同時に、マイクロ波発振器２０ａによって出力電力３５０Ｗのマイクロ波ＭをＳＦ6ガスに向けて発振し、ガス圧１．５Ｔｏｒｒの活性種ガスＧをノズル部２１ａから噴射して、シリコンウエハＷの表面全面を局部エッチングした。
さらに、平滑化装置６では、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとの流量をそれぞれ１５０ＳＣＣＭと６００ＳＣＣＭに設定して、これらの混合ガスをアルミナ放電管６１内に供給した。そして、マイクロ波発振器６０ａによって出力電力２００Ｗのマイクロ波Ｍをこの混合ガスに向けて発振し、ガス圧２．０Ｔｏｒｒの活性種ガスＧ２をノズル部６１ａから噴射して、シリコンウエハＷの表面全面をエッチングした。
上記処理後、シリコンウエハＷの表面粗さを測定したところ、そのＲＭＳが、０．３０ｎｍに減少していた。
その他の構成，作用効果は上記第１の実施形態と同様であるので、その記載は省略する。
【００５７】
（第３の実施形態）
図１７は、この発明の第３の実施形態に係るウエハ平坦化システムを示すブロック図である。なお、図１〜図１６に示した要素と同一要素については同一符号を付して説明する。
この実施形態のウエハ平坦化システムは、局部エッチング装置２を三台配設し、シリコンウエハＷを大気に曝すことなく、自然酸化膜除去処理，局部エッチング処理及び平滑化処理を行うことができるようにした点が上記第二の実施形態のウエハ平坦化システムと異なる。
【００５８】
図１７において、符号１３９はロード及びアンロード室であり、このロード及びアンロード室１３９内部には、未処理のシリコンウエハＷを収納したロードカセット１４０と処理済みのシリコンウエハＷを収納するアンロードカセット１４１とが配設されている。また、このロード及びアンロード室１３９は、ウエハ搬出入口１３９ａを介して平面視六角形のロボット室４１に連結されている。
【００５９】
ロボット室４１内には、第一の搬送装置と第二の搬送装置としての一台のロボット４２が配備されている。
ロボット４２は、シリコンウエハＷを保持したアーム４２ａを伸縮及び回転させることで、シリコンウエハＷのロードカセット１４０から搬出，シリコンウエハＷの自然酸化膜除去装置５と局部エッチング装置２と平滑化装置６への搬入出，及びシリコンウエハＷのアンロードカセット１４１への搬入を行う機器である。
【００６０】
自然酸化膜除去装置５は、ゲートバルブ５５ｂを介して、ロボット室４１に連結され、三台の局部エッチング装置２（以下、「局部エッチング装置２−１，局部エッチング装置２−２，局部エッチング装置２−３」とも記す）は、ゲートバルブ２５ｆを介してロボット室４１に各々連結され、平滑化装置６はゲートバルブ６５ｂを介してロボット室４１に連結されている。
【００６１】
上記のように装備されたロボット４２とロボット室４１の周囲に組み付けられた自然酸化膜除去装置５，局部エッチング装置２−１〜２−３及び平滑化装置６とは、制御装置８によって制御されるようになっている。
制御装置８は、自然酸化膜除去装置制御部８１と搬送順序制御部８２と局部エッチング装置制御部８３と平滑化装置制御部８４とを有している。
【００６２】
自然酸化膜除去装置制御部８１は、ロボット４２がシリコンウエハＷをロードカセット１４０から取り出し、開いているゲートバルブ５５ｂを通じて自然酸化膜除去装置５内に搬入するように、ロボット４２を制御する機能を有している。また、自然酸化膜除去装置制御部８１は、ゲートバルブ５５ｂが閉じられた自然酸化膜除去装置５を自然酸化膜除去可能時間Ｔだけ作動させる。即ち、図１０に示した位置決め機構５４とガス供給装置５２とプラズマ発生器５０とを自然酸化膜除去可能時間Ｔだけ作動させて、シリコンウエハＷの表面の自然酸化膜を除去させる。さらに、この自然酸化膜除去装置制御部８１は、ロボット４２が上記自然酸化膜除去可能時間Ｔ経過後にゲートバルブ５５ｂが開いている自然酸化膜除去装置５から自然酸化膜除去済みのシリコンウエハＷを取り出して、シリコンウエハＷを局部エッチング装置２−１〜２−３のうちゲートバルブ２５ｆが開いている非作動中の局部エッチング装置に搬送するように、ロボット４２を制御する。
【００６３】
搬送順序制御部８２は、上記自然酸化膜除去装置制御部８１を制御する部分であり、ロボット４２が自然酸化膜除去装置５から取り出したシリコンウエハＷを局部エッチング装置２−１〜２−３のうち非作動時間が最も長い局部エッチング装置に搬送するように自然酸化膜除去装置制御部８１を制御する。具体的には、搬送順序制御部８２が後述する局部エッチング装置制御部８３から送られてくる各局部エッチング装置２の局部エッチング処理可能時間ｍ×Ｔ（以下、単に「ｍＴ」と記す。また、ｍは正数である。）のデータを監視し、局部エッチング処理可能時間ｍＴを経過した局部エッチング装置２のうち局部エッチング処理可能時間ｍＴの経過後の時間が最も長い局部エッチング装置２に対して、自然酸化膜除去装置５からのシリコンウエハＷを搬送させる。例えば、局部エッチング装置２−２，局部エッチング装置２−３が非作動中である場合に、局部エッチング装置２−２の作動停止後の経過時間が２分であり、局部エッチング装置２−３の作動停止後の経過時間が１分である時には、ロボット４２が局部エッチング装置２−２にシリコンウエハＷを搬送するように、自然酸化膜除去装置制御部８１を制御する。
【００６４】
局部エッチング装置制御部８３は、シリコンウエハＷがロボット４２によって局部エッチング装置２に収納されると、局部エッチング装置２内のシリコンウエハＷの存在を検知して局部エッチング処理可能時間ｍＴだけ当該局部エッチング装置２を作動させる機能を有している。また、局部エッチング装置制御部８３は、上記局部エッチング装置２が局部エッチング処理可能時間ｍＴ経過すると、ロボット４２が局部エッチング装置２内のシリコンウエハＷを取り出してゲートバルブ６５ｂが開いている非作動中の平滑化装置６にシリコンウエハＷを搬送するように、ロボット４２を制御する機能も有している。
【００６５】
平滑化装置制御部８４は、シリコンウエハＷがロボット４２によって平滑化装置６に収容されると、平滑化装置６内のシリコンウエハＷの存在を検知して、平滑化装置６を平滑化可能時間ｔだけ作動させる機能を有している。また、平滑化装置制御部８４は、平滑化装置６が平滑化可能時間ｔ経過すると、ロボット４２で平滑化装置６内のシリコンウエハＷを取り出して、アンロードカセット１４１内に収納する機能をも有している。
【００６６】
次に、この実施形態のウエハ平坦化システムが示す動作について説明する。
尚、ここでは、理解を容易にするため、Ｔ＝ｔ＝１分として説明する。また、この動作は、請求項２３及び請求項２４のウエハ平坦化方法を具体的に実行するものでもある。１枚目〜１１枚目のシリコンウエハＷに対してウエハ平坦化方法の第１〜第７の工程をそれぞれ実行するが、下記では１枚目のシリコンウエハＷに対する第１〜第７の工程の実行状態のみを表示する。
【００６７】
まず、ｍ＝４（＞Ｎ＝３）の条件下で、１１枚のシリコンウエハＷを処理する場合について述べる
図１８は、上記条件下における自然酸化膜除去装置５と局部エッチング装置２−１〜２−３と平滑化装置６との各装置の処理時間を示すタイムチャート図である。なお、図中の丸付き番号は処理されるシリコンウエハＷの順番を示す。例えば、▲１▼は１枚目のシリコンウエハＷを示し、▲２▼は２枚目のシリコンウエハＷを示す。また、ロボット４２による各装置への搬送時間は省略した。
ロードカセット１４０がロード及びアンロード室１３９内に配され、ロボット室４１とロード及びアンロード室１３９内が真空にされると、ロボット４２が制御装置８の自然酸化膜除去装置制御部８１によって制御され、アンロードカセット１４１内の１枚目のシリコンウエハＷがロボット４２によって自然酸化膜除去装置５内に搬入される（第１の工程）。
すると、自然酸化膜除去装置５が自然酸化膜除去装置制御部８１によって作動され、シリコンウエハＷの位置決め処理と自然酸化膜除去とが実行される（第２の工程）。この１枚目のシリコンウエハＷに対する自然酸化膜除去処理は、図１８の（ａ）及び（ｆ）に示すように、０分時〜１分時迄行われる。
シリコンウエハＷの自然酸化膜除去装置５への搬送後１分間が経過すると、シリコンウエハＷが自然酸化膜除去装置制御部８１の制御で制御されたロボット４２によって取り出され、局部エッチング装置２−１内に搬送される（第３の工程）。これにより、局部エッチング装置２−１が局部エッチング装置制御部８３によって作動され、シリコンウエハＷの局部エッチング処理が実行される（第４の工程）。この処理は、図１８の（ｂ）及び（ｆ）に示すように、１分時〜５分時迄の４分間行われる。
また、１枚目のシリコンウエハＷが局部エッチング装置２−１に搬送されると、図１８の（ａ）に示すように、直ちに２枚目のシリコンウエハＷがロボット４２によってロードカセット１４０から取り出されて、自然酸化膜除去装置５内に搬入され、２枚目のシリコンウエハＷに対して位置決め処理と自然酸化膜除去処理とが実行される。この処理は、１分時〜２分時迄行われ、２分時経過後、図１８の（ｃ）に示すように、このシリコンウエハＷがロボット４２によって自然酸化膜除去装置５から局部エッチング装置２−２に搬送される。局部エッチング装置２−２において、２枚目のシリコンウエハＷにタイする局部エッチング処理が２分時〜６分時迄実行される。
３枚目のシリコンウエハＷも同様に、２枚目のシリコンウエハＷが自然酸化膜除去装置５から局部エッチング装置２−２に搬送された直後にロードカセット１４０から自然酸化膜除去装置５に搬送され、自然酸化膜除去装置５で１分間の自然酸化膜除去処理が実行される。しかる後、３枚目のシリコンウエハＷは局部エッチング装置２−３に搬送され、局部エッチング装置２−３で３分時〜７分時迄局部エッチング処理される。
【００６８】
そして、３枚目のシリコンウエハＷが局部エッチング装置２−３に搬送された直後に、４枚目のシリコンウエハＷが自然酸化膜除去装置５に搬入されて、自然酸化膜除去処理が３分時〜４分時迄実行される。この４枚目のシリコンウエハＷの処理後において即ち４分時においては、４枚目のシリコンウエハＷは非作動中の局部エッチング装置２が生じるまで待機させられることとなる。
その後、５分時になると、図１８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、局部エッチング装置２−１が作動が停止され、１枚目のシリコンウエハＷが局部エッチング装置制御部８３で制御されたロボット４２によって局部エッチング装置２−１から平滑化装置６に搬送され（第５の工程）、平滑化装置６が平滑化装置制御部８４の制御によって５分時〜６分時の１分間だけ作動される（第６の工程）。そして、平滑化処理後即ち６分時に平滑化装置６の作動が停止され、１枚目のシリコンウエハＷが平滑化装置制御部８４で制御されたロボット４２によってアンロードカセット１４１に収納される（第７の工程）。
５枚目及び６枚目のシリコンウエハＷも、図１８の（ａ）及び（ｃ）〜（ｆ）に示すように、２枚目のシリコンウエハＷが局部エッチング装置２−２から平滑化装置６に搬送された直後及び３枚目のシリコンウエハＷが局部エッチング装置２−３から平滑化装置６に搬送された直後に、局部エッチング装置２−２及び局部エッチング装置２−３に各々搬送され、各シリコンウエハＷに対して各々４分間の局部エッチング処理が実行される。
また、平滑化装置６に搬送された２枚目及び３枚目のシリコンウエハＷも、図１８の（ｆ）に示すように、順次平滑化処理された後、アンロードカセット１４１に収納される。
ま７枚目〜１１枚目のシリコンウエハＷに対しても同様の搬送及び処理がなされ、これらの処理時間は図１８に示すようになる。
【００６９】
以上から、この実施形態のウエハ平坦化システムにおいては、図１８の（ｆ）に示すように、１１枚のシリコンウエハＷをｍ＝４の条件下で処理するに要する時間は１９分である。
これに対して、図１７において、局部エッチング装置２が一台の場合には、１１枚のシリコンウエハＷを処理する時間は４６分必要である。したがって、この実施形態のウエハ平坦化システムによる処理のスループットは、局部エッチング装置２が一台の場合のスループットの約２．４倍に達する。
【００７０】
次に、、ｍ＝３（＝Ｎ）の条件下で、１１枚のシリコンウエハＷを処理する場合について述べる
図１９は、上記条件下における自然酸化膜除去装置５と局部エッチング装置２−１〜２−３と平滑化装置６との各装置の処理時間を示すタイムチャート図である。
図１９に示すように、この場合には、１１枚のシリコンウエハＷを処理するに要する時間は１５分であり、上記ｍ＝４の場合の処理時間よりも短い。すなわち、ｍ＝３の条件下での処理のスループットは局部エッチング装置２が一台の場合のスループットの約３倍にもなる。
この条件でスループットが増加するのは、自然酸化膜除去装置５によって自然酸化膜除去処理が済んだシリコンウエハＷを待機させることなく、直ちに非作動中の局部エッチング装置２に搬送することができることに因るものと考えられる。
【００７１】
最後に、ｍ＝２（＜Ｎ）の条件下で、１１枚のシリコンウエハＷを処理する場合について述べる。
図２０は、上記条件下における自然酸化膜除去装置５と局部エッチング装置２−１〜２−３と平滑化装置６との各装置の処理時間を示すタイムチャート図である。
図２０に示すように、この場合には、１１枚のシリコンウエハＷを処理するに要する時間が１４分であり、上記ｍ＝３の場合の処理時間よりも短い。局部エッチング処理可能時間ｍＴが短い多数の局部エッチング装置２で複数のシリコンウエハＷを処理することに因るものと考えられる。
この場合には、非作動中の局部エッチング装置２が同時に複数存在する事態が発生するので、自然酸化膜除去装置制御部８１のみの機能では、自然酸化膜除去装置５で自然酸化膜除去処理済みのシリコンウエハＷをどの局部エッチング装置２に搬送するかを決定することができない。しかし、この実施形態のウエハ平坦化システムでは、搬送順序制御部８２が自然酸化膜除去装置制御部８１を制御し、シリコンウエハＷを非作動時間が最も長い局部エッチング装置２に搬送するので、システム全体の処理をスムーズに実行することができる。例えば、図２０の（ａ）〜（ｃ）に示すように、４枚目のシリコンウエハＷを自然酸化膜除去装置５から取り出した時点（４分時）では、二台の局部エッチング装置２−１，２−２が同時に非作動中である。しかし、局部エッチング装置２−１は作動停止後１分を経過しており、局部エッチング装置２−２は作動停止直後の状態であるので、４枚目のシリコンウエハＷは、搬送順序制御部８２で制御された自然酸化膜除去装置制御部８１の制御によって、非作動時間が最も長い局部エッチング装置２−１に搬送されることになる。
【００７２】
このように、この実施形態のウエハ平坦化システムによれば、処理のスループットをより一層向上させることができる。また、シリコンウエハＷを大気に曝すことなく処理することができるので、自然酸化膜の発生やゴミの付着などを防止することができ、この結果、洗浄工程を省くことができ、その分処理作業時間の短縮化を図ることができる。
その他の構成，作用効果は上記第２の実施形態と同様であるので、その記載は省略する。
【００７３】
（第４の実施形態）
図２１は、この発明の第４の実施形態に係るウエハ平坦化システムを示すブロック図である。なお、図１７に示した要素と同一要素については同一符号を付して説明する。
このウエハ平坦化システムは、１台のエッチング装置によって、自然酸化膜除去処理と局部エッチング処理と平滑化処理とを行うことができ、しかも、このエッチング装置を複数台設けて、複数のシリコンウエハＷを略同時に処理することができるようにした点が、上記第３の実施形態と異なる。また、このウエハ平坦化システムは、請求項２６及び請求項２７の発明に係る実施形態である。
【００７４】
図２１に示すように、このウエハ平坦化システムは、シリコンウエハＷを位置決めするための位置決め機構５９と、未処理のシリコンウエハＷを収納したカセット１４０が配置されたロード室１３９ｂと、処理後のシリコンウエハＷを収納するカセット１４１が配置されたアンロード室１３９ｃと、４つのプロセス室９と、搬入装置及び搬出装置としてのロボット４２と、第２の自動制御装置７５とを備えている。
【００７５】
各プロセス室９には、図２２に示すように、図３に示した局部エッチング装置２と略同構造のエッチング装置７と第１の自動制御装置７０とが設けられている。
エッチング装置７には、ガス供給装置２２が連結されており、このガス供給装置２２は、ＳＦ6ガスのボンベ２２ｂとＣＦ4ガスのボンベ５２ｂとＨ2ガスのボンベ５２ｅとＯ2ガスのボンベ６２ｅとを有している。
【００７６】
一方、第１の自動制御装置７０は、自然酸化膜除去処理制御部７１と局部エッチング処理制御部７２と平滑化処理制御部７３とで構成されている。
自然酸化膜除去処理制御部７１は、エッチング装置７に対して自然酸化膜除去処理を自動的に行わせるための部分である。具体的には、自然酸化膜除去処理制御部７１は、移動機構としてのＺ駆動機構２４を駆動して、Ｘ−Ｙ駆動機構２３全体を下降させ、図２３に示すように、シリコンウエハＷをアルミナ放電管２１のノズル部２１ａから遠ざける機能を有している。このとき、ノズル部２１ａの開口２１ｂとシリコンウエハＷとの距離は十分大きく、ノズル部２１ａから噴射される活性種ガスＧ１がシリコンウエハＷの表面全体に拡散する距離である。そして、自然酸化膜除去処理制御部７１は、ガス供給装置２２を制御して、ボンベ５２ｂとボンベ５２ｅとを開かせ、ＣＦ4ガスとＨ2ガスとの混合ガスをアルミナ放電管２１に供給させると共に、エッチング装置７を駆動させる。即ち、プラズマ発生器２０を駆動して、上記混合ガスをプラズマ放電させ、生成した活性種ガスＧ１をシリコンウエハＷの表面全体に拡散させて、シリコンウエハＷの表面の自然酸化膜を除去させる。自然酸化膜除去処理制御部７１は、かかる活性種ガスＧ１の噴射を所定時間行わせた後、処理終了信号Ｃ１を局部エッチング処理制御部７２に出力する。
局部エッチング処理制御部７２は、エッチング装置７に対して局部エッチング処理を自動的に行わせるための部分である。具体的には、局部エッチング処理制御部７２は、自然酸化膜除去処理制御部７１からの処理終了信号Ｃ１を入力すると、Ｚ駆動機構２４を駆動して、Ｘ−Ｙ駆動機構２３全体を上昇させ、図２２に示すように、シリコンウエハＷをノズル部２１ａに近づける機能を有している。このとき、ノズル部２１ａの開口２１ｂとシリコンウエハＷとの距離は十分小さく、ノズル部２１ａから噴射される活性種ガスＧがシリコンウエハＷの相対厚部に局部的に噴き当たる距離である。そして、局部エッチング処理制御部７２は、真空ポンプ２５ａを駆動して、チャンバー２５内のガスを排出させた後、ガス供給装置２２を制御して、ボンベ２２ｂを開かせ、ＳＦ6ガスをアルミナ放電管２１に供給させると共に、エッチング装置７を駆動させる。即ち、プラズマ発生器２０を駆動して生成した活性種ガスＧをシリコンウエハＷの表面に局部的に噴きつけさせながら、Ｘ−Ｙ駆動機構２３でシリコンウエハＷを移動させることで、相対厚部を順次局部エッチングさせる。局部エッチング処理制御部７２は、エッチング装置７に対してかかる処理を所定時間行わせた後、処理終了信号Ｃ２を平滑化処理制御部７３に出力する。
平滑化処理制御部７３は、エッチング装置７に対して平滑化処理を自動的に行わせるための部分である。具体的には、平滑化処理制御部７３は、局部エッチング処理制御部７２からの処理終了信号Ｃ２を入力すると、Ｚ駆動機構２４を駆動して、Ｘ−Ｙ駆動機構２３全体を再度下降させ、図２３に示したように、シリコンウエハＷをノズル部２１ａから遠ざけると共にＸ−Ｙ駆動機構２３でシリコンウエハＷを回転させる機能を有している。そして、平滑化処理制御部７３は、真空ポンプ２５ａを駆動して、チャンバー２５内のガスを排出させた後、ガス供給装置２２を制御して、ボンベ５２ｂとボンベ６２ｅとを開かせ、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとの混合ガスをアルミナ放電管２１に供給させると共に、エッチング装置７を駆動させる。即ち、プラズマ発生器２０を駆動して生成した活性種ガスＧ２をシリコンウエハＷの表面全体に拡散させることで、シリコンウエハＷ表面全体を平滑化させる。平滑化処理制御部７３は、エッチング装置７に対してかかる活性種ガスＧ２の噴射処理を所定時間行わせた後、エッチング装置７の駆動を停止させる。
【００７７】
図２１において、第２の自動制御装置７５は、ロボット４２を制御して、シリコンウエハＷをプロセス室９内のエッチング装置７に搬入させると共に、所定時間経過後に、シリコンウエハＷをエッチング装置７から搬出させる装置である。具体的には、第２の自動制御装置７５は、ロボット４２を制御して、ロード室１３９ｂ内のカセット１４０に収納された未処理の４枚のシリコンウエハＷを４つのプロセス室９内のエッチング装置７に順次搬入させた後、各プロセス室９内の第１の自動制御装置７０を駆動させる。そして、エッチング装置７における自然酸化膜除去処理と局部エッチング処理と平滑化処理との総時間以上の時間が経過した後に、第２の自動制御装置７５は、第１の自動制御装置７０を停止させると共に、ロボット４２を制御して、処理済みのシリコンウエハＷを４台のエッチング装置７からそれぞれ搬出して、アンロード室１３９ｃ内のカセット１４１に収納させる機能を有している。
【００７８】
この実施形態のウエハ平坦化システムがかかる構成を採ることにより、４枚のシリコンウエハＷを略同時に処理することができる。即ち、上記第３の実施形態では、自然酸化膜除去装置５に故障や処理の遅延が生じた場合に、システム全体の処理が停止又は遅延するおそれがあるが、この実施形態のウエハ平坦化システムでは、１台のエッチング装置７に故障や処理の遅延が生じた場合でも、他の３台のエッチング装置７によって処理することができる。
その他の構成，作用効果については上記第３の実施形態と同様であるので、その記載は省略する。
【００７９】
なお、この発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施形態では、フッ素化合物として、ＳＦ6ガスやＣＦ4ガスを用いたが、ＮＦ3 （三フッ化窒素）ガスを用いることもできる。また、局部エッチング装置２のアルミ２ナ放電管２１に単体のＳＦ6ガス供給する構成としたが、ＳＦ6ガスとＯ2ガス等、他のガスとの混合ガスをアルミナ放電管２１に供給する構成とすることもできる。
また、上記実施形態では、プラズマ発生器として、マイクロ波を発振してプラズマを発生するプラズマ発生器２０，５０，６０を用いたが、活性種ガスを生成しうる手段であれば良く、例えば高周波によってプラズマを発生して活性種ガスを生成するプラズマ発生器など各種のプラズマ発生器を用いることができることは勿論である。
【００８０】
また、上記第３の実施形態のウエハ平坦化システムでは、三台の局部エッチング装置２を配設した構成としたが、図２４に示すように、任意にＮ台の局部エッチング装置２を配設する構成とすることもできる。
ここで、Ｎ台の局部エッチング装置２を配設した場合の処理時間などについて考察する。
自然酸化膜除去装置５による自然酸化膜除去可能時間をＴとし、一台の局部エッチング装置２による局部エッチング処理可能時間をｍ×Ｔとし、平滑化装置６による平滑化可能時間をｔとして、Ｙ枚のシリコンウエハＷを図２４に示すウエハ平坦化システムで処理するときに費やす時間即ち合計処理時間を考える。
Ｎ＜ｍの場合には、簡単な計算により、下記（１）及び（２）式を得る。
Ｐ1＝ｍ×［Ｙ／Ｎ］＋（ａ−１）＋Ｔ＋ｔ …（１）
ａ ＝Ｙ−（［Ｙ／Ｎ］−１）×Ｎ …（２）
但し、Ｐ1は合計処理時間である。また、［Ｙ／Ｎ］は（Ｙ／Ｎ）以上の整数のうち最小の整数を示す。例えば、［２．４］は「３」であり、［３］は、「３」である。
上記（１）及び（２）式から、Ｎ＜ｍの場合の合計処理時間Ｐ1は下記（３）式で表すことができる。
Ｐ1＝（ｍ−Ｎ）×［Ｙ／Ｎ］＋Ｙ＋Ｎ−１＋Ｔ＋ｔ …（３）
また、Ｎ＝ｍの場合の合計処理時間Ｐ2は、下記（４）式で表すことができる。
Ｐ2＝Ｙ＋Ｎ−１＋Ｔ＋ｔ …（４）
さらに、Ｎ＞ｍの場合の合計処理時間Ｐ3は下記（５）式で表すことができる。
Ｐ3＝Ｐ1＋（Ｎ−ｍ）×（［Ｙ／Ｎ］−１）
∴ ＝Ｙ＋ｍ−１＋Ｔ＋ｔ …（５）
なお、局部エッチング装置２が一台しかない場合の合計処理時間Ｐ0は下記（６）式で表される。
Ｐ0＝ｍＹ＋Ｔ＋ｔ …（６）
次に、上記（３）〜（６）で示される合計処理時間Ｐ0，Ｐ1，Ｐ2，Ｐ3の大小関係について考える。
まず、Ｐ0とＰ1との差は、下記（７）式で表される。
Ｐ0−Ｐ1＝ｍＹ＋Ｔ＋ｔ−｛（ｍ−Ｎ）×［Ｙ／Ｎ］＋Ｙ＋Ｎ−１＋Ｔ＋ｔ｝…（７）
ここで、［Ｙ／Ｎ］＝（Ｙ／Ｎ）としても、上記（７）式の正負決定には影響を与えないと考えられるので、［Ｙ／Ｎ］＝（Ｙ／Ｎ）とすると、上記（７）式から下記（８）式を得る。
Ｐ0−Ｐ1＝｛（ｍＹ／Ｎ）−１｝（Ｎ−１） …（８）
Ｎ＜ｍかつＮ＞１であるので、Ｐ0−Ｐ1＞０ であり、 結果として下記（９）式の関係を得る。
Ｐ0＞Ｐ1 …（９）
Ｐ1とＰ2との差は、下記（１０）式で表される。
Ｐ1−Ｐ2＝（ｍ−Ｎ）×（Ｙ／Ｎ） …（１０）
ここで、Ｎ＜ｍより、下記（１１）式の関係を得る。
Ｐ1＞Ｐ2 …（１１）
最後に、Ｐ3とＰ2との差は、下記（１２）式で表される。
Ｐ2−Ｐ3＝Ｎ−ｍ …（１２）
ここで、Ｎ＞ｍより、下記（１３）式の関係を得る。
Ｐ2＞Ｐ3 …（１３）
以上、上記（９）式と（１１）式と（１３）式とから下記（１４）の関係を得る。
Ｐ0＞Ｐ1＞Ｐ2＞Ｐ3 …（１４）
この（１４）式の結果から、合計処理時間Ｐ3が最も短いことが判る。したがって、局部エッチング処理可能時間ｍＴが自然酸化膜除去可能時間Ｔのｍ倍である局部エッチング装置２をＮ台設けたウエハ平坦化システムでは、Ｎ＞ｍに設定することで、スループットをより一層高めることができるといえる。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、この発明によれば、ウエハ表面の自然酸化膜を除去した後、局部エッチングを行うので、局部エッチング時における白濁の発生を防止することができる。そして、局部エッチングによってウエハ表面を平坦化した後、ウエハの表面全面を平滑化するので、ウエハの表面面粗さを減少させることができ、この結果、高品質のウエハを提供することができるという優れた効果がある。しかも、ウエハ表面の自然酸化膜の除去と平坦化と平滑化とを連続的且つ自動的に行うので、作業能率とスループットとを向上させることができる。
また、それぞれ複数のウエハに対して複数の局部エッチング処理を行う構成にすることで、多数のウエハを短時間で処理することができ、この結果、スループットをさらに高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施形態に係るウエハ平坦化システムの概略構成図である。
【図２】自然酸化膜除去装置の構造図である。
【図３】局部エッチング装置の構造を示す断面図である。
【図４】ＣＭＰ装置を一部破断して示す正面図である。
【図５】キャリアを昇降及び回転させる機構を示す断面図である。
【図６】キャリアの断面図である。
【図７】ノズル部のシリコンウエハに対する走査状態を示す平面図である。
【図８】局部エッチング工程を示す断面図である。
【図９】この発明の第２の実施形態に係るウエハ平坦化システムの概略構成図である。
【図１０】図９に示すウエハ平坦化システムに適用される自然酸化膜除去装置の断面図である。
【図１１】ノッチを有したシリコンウエハの平面図である。
【図１２】図１１のシリコンウエハの位置決め時の電圧波形を示す線図である。
【図１３】オリフラを有したシリコンウエハの平面図である。
【図１４】図１３のシリコンウエハの位置決め時の電圧波形を示す線図である。
【図１５】図９に示すウエハ平坦化システムに適用される平滑化装置を示す断面図である。
【図１６】平滑化工程を示す断面図である。
【図１７】この発明の第３の実施形態に係るウエハ平坦化システムを示すブロック図である。
【図１８】ｍ＝４（＞Ｎ＝３）の条件下における自然酸化膜除去装置と三台の局部エッチング装置と平滑化装置との各装置の処理時間を示すタイムチャート図である。
【図１９】ｍ＝３（＝Ｎ）の条件下における自然酸化膜除去装置と三台の局部エッチング装置と平滑化装置との各装置の処理時間を示すタイムチャート図である。
【図２０】ｍ＝２（＜Ｎ）の条件下における自然酸化膜除去装置と三台の局部エッチング装置と平滑化装置との各装置の処理時間を示すタイムチャート図である。
【図２１】この発明の第４の実施形態に係るウエハ平坦化システムを示すブロック図である。
【図２２】プロセス室内のエッチング装置と第１の自動制御装置とを示し、エッチング装置による局部エッチング処理状態を示す断面図である。
【図２３】エッチング装置による自然酸化膜除去処理状態及び平滑化処理処理を示す断面図である。
【図２４】ウエハ平坦化システムの一変形例を示す断面図である。
【図２５】従来のウエハ平坦化方法の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１，５…自然酸化膜除去装置、２…局部エッチング装置、 ３，６…平滑化装置、 ４…移動ロボット、 Ｇ，，Ｇ１，Ｇ２…活性種ガス、 Ｗ…シリコンウエハ。

Claims (22)

1. ウエハ表面に発生した自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去装置と、
   上記自然酸化膜除去装置で自然酸化膜が除去されたウエハを取り出して所定箇所に搬送する第１の搬送装置と、
   ノズル部を上記第１の搬送装置によって搬送されてきたウエハに対向させた放電管とこの放電管内に供給されたフッ素化合物のガス又はフッ素化合物を含む混合ガスをプラズマ放電させて所定の活性種ガスを生成するプラズマ発生器とを有し、上記活性種ガスを上記放電管のノズル部からウエハの表面の相対厚部に噴射して当該相対厚部を局部的にエッチングする局部エッチング装置と、
   上記局部エッチング装置で平坦化されたウエハを取り出して所定箇所に搬送する第２の搬送装置と、
   上記第２の搬送装置によって搬送されてきたウエハの表面の凸部分を削り取ってウエハ表面を平滑化する平滑化装置とを具備し、
   上記自然酸化膜除去装置は、所定の活性種ガスを上記ウエハの表面全面に噴射する放電管と、フッ素化合物と水素とを含む混合ガスを上記放電管内でプラズマ放電させて上記活性種ガスを生成するプラズマ発生器とを具備する、
   ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
2. 請求項１に記載のウエハ平坦化システムにおいて、
   上記第１の搬送装置及び第２の搬送装置を一台の搬送装置で兼用する構成とした、
   ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
3. 請求項１または請求項２に記載のウエハ平坦化システムにおいて、
   上記混合ガスにおけるフッ素化合物に対する水素の割合は０．１％以上５０％以下である、
   ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のウエハ平坦化システムにおいて、
   上記自然酸化膜除去装置に、上記ウエハのオリフラ又はノッチの位置決めを行う位置決め機構を設けた、
   ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のウエハ平坦化システムにおいて、
   上記平滑化装置は、表面に研磨パッドを有し回転可能な定盤と、上記ウエハの表面を上記定盤側に向けた状態で保持し、このウエハを上記定盤の研磨パッドに押圧しながら回転するキャリアと、上記ウエハ表面と研磨パッド間に所定の研磨液を供給する研磨液供給器とを具備するケミカルメカニカルポリッシング装置である、
   ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
6. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のウエハ平坦化システムにおいて、
   上記平滑化装置は、所定の活性種ガスを上記ウエハの表面全面に噴射する放電管と、フッ素化合物と酸素とを含む混合ガスを上記放電管内でプラズマ放電させて上記活性種ガスを生成するプラズマ発生器とを具備する、
   ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
7. 請求項６に記載のウエハ平坦化システムにおいて、
   上記混合ガス中のフッ素化合物は、四フッ化炭素，六フッ化硫黄，三フッ化窒素のいずれかである、
   ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
8. 請求項７に記載のウエハ平坦化システムにおいて、
   上記混合ガスにおける四フッ化炭素に対する酸素の割合は２００％以上４００％以下である、
   ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
9. 請求項１ないし請求項４及び請求項６ないし請求項８のいずれかに記載のウエハ平坦化システムにおいて、
   上記局部エッチング装置をＮ（２以上の整数）台配設し、
   上記第１の搬送装置を制御して、未処理のウエハを非作動中の自然酸化膜除去装置に搬入させ、当該自然酸化膜除去装置を自然酸化膜除去可能時間だけ作動させた後、上記第１の搬送装置を制御して、自然酸化膜除去済みのウエハを当該自然酸化膜除去装置から非作動中のＸ（２以上Ｎ以下の整数）台目の局部エッチング装置に搬送させる自然酸化膜除去装置制御部と、上記Ｘ台目の局部エッチング装置を局部エッチング可能時間だけ作動させた後、第２の搬送装置を制御して、局部エッチング処理済みのウエハを当該局部エッチング装置から非作動中の平滑化装置に搬送させる局部エッチング装置制御部と、上記平滑化装置を平滑化可能時間だけ作動させた後、上記第２の搬送装置を制御して、平滑化処理済みのウエハを当該平滑化装置から搬出させる平滑化装置制御部とを具備する制御装置を設けた、
   ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
10. 請求項９に記載のウエハ平坦化システムにおいて、
    上記第１の搬送装置が自然酸化膜除去済みのウエハを、局部エッチング処理終了後の局部エッチング装置のうち非作動時間が最も長い局部エッチング装置に搬送するように、上記自然酸化膜除去装置制御部を制御する搬送順序制御部を上記制御装置に設けた、
    ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
11. 請求項９または請求項１０に記載のウエハ平坦化システムにおいて、
    上記局部エッチング装置における局部エッチング可能時間が上記自然酸化膜除去装置における自然酸化膜除去可能時間のｍ（正数）倍である場合に、Ｎ＞ｍに設定する、
    ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
12. ウエハ表面に発生した自然酸化膜を除去する自然酸化膜除去工程と、
    上記自然酸化膜除去工程で自然酸化膜が除去されたウエハを取り出して次工程に移す第１の搬送工程と、
    フッ素化合物のガス又はフッ素化合物を含む混合ガスをプラズマ放電させて生成した活性種ガスを放電管のノズル部から、上記第１の搬送工程を経て搬送されてきたウエハの表面の相対厚部に噴射させることにより、当該相対厚部を局部的にエッチングして、ウエハ表面を平坦化する局部エッチング工程と、
    上記局部エッチング工程で平坦化されたウエハを取り出して次工程に移す第２の搬送工程と、
    上記第２の搬送工程を経て搬送されてきたウエハの表面の凸部分を削り取ってウエハ表面を平滑化する平滑化工程と、を具備し、
    上記自然酸化膜除去工程は、フッ素化合物と水素とを含む混合ガスをプラズマ放電させて生成した活性種ガスを放電管のノズル部から上記ウエハの表面全面に噴射させることにより、当該ウエハの自然酸化膜を除去する、
    ことを特徴とするウエハ平坦化方法。
13. 請求項１２に記載のウエハ平坦化方法において、
    上記混合ガスにおけるフッ素化合物に対する水素の割合は０．１％以上５０％以下である、
    ことを特徴とするウエハ平坦化方法。
14. 請求項１２または請求項１３に記載のウエハ平坦化方法において、
    上記平滑化工程は、上記ウエハをキャリアで保持し、このウエハを回転させながらウエハ表面を回転する定盤の研磨パッドに押圧すると共に、ウエハ表面と研磨パッド間に所定の研磨液を供給して、ウエハ表面を鏡面研磨するケミカルメカニカルポリッシング工程である、
    ことを特徴とするウエハ平坦化方法。
15. 請求項１２または請求項１３に記載のウエハ平坦化方法において、
    上記平滑化工程は、フッ素化合物と酸素とを含む混合ガスをプラズマ放電させて生成した活性種ガスを放電管のノズル部からウエハの表面全面に噴射させることにより、当該ウエハの表面を平滑化する、
    ことを特徴とするウエハ平坦化方法。
16. 請求項１５に記載のウエハ平坦化方法において、
    上記混合ガス中のフッ素化合物は、四フッ化炭素，六フッ化硫黄，三フッ化窒素のいずれかである、
    ことを特徴とするウエハ平坦化方法。
17. 請求項１６に記載のウエハ平坦化方法において、
    上記混合ガスにおける四フッ化炭素に対する酸素の割合は２００％以上４００％以下である、
    ことを特徴とするウエハ平坦化方法。
18. 請求項１２，請求項１３及び請求項１５ないし請求項１７のいずれかに記載のウエハ平坦化方法において、
    Ｎ（２以上の整数）数の上記局部エッチング工程と、
    未処理のウエハを非実行中の自然酸化膜除去工程に移す第１の工程と、
    当該ウエハに対して自然酸化膜除去工程を実行させる第２の工程と、
    上記第１の搬送工程を実行して、上記第２の工程実行後のウエハを、上記Ｎ数の局部エッチング工程のうち非実行中の一の局部エッチング工程に移す第３の工程と、
    上記一の局部エッチング工程を実行させる第４の工程と、
    上記第２の搬送工程を実行して、上記第４の工程実行後のウエハを、非実行中の平滑化工程に移す第５の工程と、
    上記平滑化工程を実行させる第６の工程と、
    上記第６の工程実行後のウエハを搬出する第７の工程とを設けた、
    ことを特徴とするウエハ平坦化方法。
19. 請求項１８に記載のウエハ平坦化方法において、
    上記第３の工程は、局部エッチング処理実行後の局部エッチング工程のうち非実行時間が最も長い一の局部エッチング工程にウエハを移すものである、
    ことを特徴とするウエハ平坦化方法。
20. 請求項１９に記載のウエハ平坦化方法において、
    上記局部エッチング工程における局部エッチング処理時間が上記自然酸化膜除去工程における自然酸化膜除去時間のｍ（正数）倍である場合に、Ｎ＞ｍに設定した、
    ことを特徴とするウエハ平坦化方法。
21. ノズル部をウエハの表面に対向させた放電管とこの放電管内に供給された所定のガスをプラズマ放電させて所定の活性種ガスを生成するプラズマ発生器とを有し、上記活性種ガスを上記放電管のノズル部からウエハの表面に噴射して当該ウエハ表面をエッチング可能なエッチング装置と、
    上記ガスを上記放電管内に供給可能なガス供給装置と、
    上記放電管のノズル部と上記ウエハとの距離を近づけ又は遠ざける移動機構と、
    上記移動機構を制御して、上記ノズル部から噴射される活性種ガスがウエハの表面全面に拡散する位置まで、ノズル部とウエハとの距離を遠ざけると共に、上記ガス供給装置を制御して、フッ素化合物と水素とを含む混合ガスを上記放電管内に供給させた後、上記エッチング装置を駆動させる自然酸化膜除去処理制御部，上記移動機構を制御して、上記ノズル部から噴射される活性種ガスがウエハの相対厚部に局部的に噴き当たる位置まで、ノズル部とウエハとの距離を近づけると共に、上記ガス供給装置を制御して、フッ素化合物のガス又はフッ素化合物を含む混合ガスを上記放電管内に供給させた後、上記エッチング装置を駆動させる局部エッチング処理制御部，及び上記移動機構を制御して、上記ノズル部から噴射される活性種ガスがウエハの表面全面に拡散する位置まで、ノズル部とウエハとの距離を遠ざけると共に、上記ガス供給装置を制御して、フッ素化合物と酸素とを含む混合ガスを上記放電管内に供給させた後、上記エッチング装置を駆動させる平滑化処理制御部を有する第１の自動制御装置と
    を具備する、ことを特徴とするウエハ平坦化システム。
22. 請求項２１に記載のウエハ平坦化システムにおいて、
    上記エッチング装置をＮ（２以上の整数）台配設し、上記ウエハを上記エッチング装置内に搬入する搬入装置と、上記ウエハを上記エッチング装置から搬出する搬出装置と、上記搬入装置を駆動して、未処理のＮ枚のウエハを上記Ｎ台のエッチング装置内に搬入させた後、上記第１の自動制御装置を駆動させ、所定時間経過後に、上記搬出装置を駆動して、既処理のＮ枚のウエハを上記Ｎ台のエッチング装置から搬出させる第２の自動制御装置を設けた、
    ことを特徴とするウエハ平坦化システム。

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