JPH08172064A - 半導体ウェハ処理装置及び半導体ウェハ処理方法 - Google Patents

半導体ウェハ処理装置及び半導体ウェハ処理方法

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JPH08172064A
JPH08172064A JP7156111A JP15611195A JPH08172064A JP H08172064 A JPH08172064 A JP H08172064A JP 7156111 A JP7156111 A JP 7156111A JP 15611195 A JP15611195 A JP 15611195A JP H08172064 A JPH08172064 A JP H08172064A
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semiconductor wafer
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勝弥 奥村
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、一台で化学的機械的ポリッシン
グ、湿式化学処理、酸化を含む多数の処理をウェハに施
すことのできる処理装置及び処理方法を提供することで
ある。 【構成】 回転可能なポリッシングパッド１０２の中央
には陽極酸化流体１０６が収容された固定台１０４が設
けられている。ウェハは回転可能な加工物ホルダ８に取
着され、この加工物ホルダ８は旋回可能な張り出しアー
ム５に取着されている。したがって、ウェハはポリッシ
ングパッド１０２と陽極酸化流体１０６のいずれかに移
動され、ポリッシング又は陽極酸化が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は半導体ウェハの処理装
置、特に、一台で化学的機械的研磨、湿式化学処理、酸
化を含む多数の処理をウェハに施すことのできる処理装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】この技術分野では半導体ウェハの処理装
置が知られている。ウェハの処理には半導体の結晶を薄
い板状にスライスしてウェハを作ること、このスライス
したウェハを研磨して表面の凹凸を除去し、平坦な面に
することが含まれる。一般に、研磨の処理は少なくとも
２つの工程からなっている。第１の工程は粗い研磨であ
る。この工程は研磨性スラリーを用いたラッピング処理
を適用することができる。即ち、ウェハを回転キャリア
に載置し、不溶研磨粒子が液体に懸濁しているスラリー
を吹きかけながらこのウェハを回転ポリッシングパッド
に押し当てて研磨する技術を適用することができる。第
２の工程は細かいポリッシングである。この第２の工程
は第１の工程と同じ方法で実施されるが、この場合には
研磨粒子の数の少ないスラリーを使用するか、研磨材料
の含有量の少ないポリッシングパッドを使用する。細か
いポリッシングの工程には化学的機械的処理（ＣＭＰプ
ロセス）が含まれる。ＣＭＰプロセスは機械的研磨と化
学的研磨との組み合わせであり、酸性スラリーや塩基性
スラリーが主に用いられる。ＣＭＰプロセスでは機械的
な研磨と酸や塩基の作用との相乗効果によりウェハの表
面の凹凸が除去される。
【０００３】ウェハの製造では、集積回路やチップなど
の装置は前記の処理の済んだウェハにインプリントされ
る。各チップには電導性の金属や半導体や絶縁材料など
の多数の薄い層が形成されている。各層は成長や堆積に
より形成される。例えば、酸化層は成長法によりチップ
の表面に形成されて、絶縁層として機能する。或いは、
金属層を流体槽内で陽極酸化することにより絶縁酸化層
を形成することができる。一般的な堆積技術には化学気
相成長法、蒸着、スパッタリングがあり、いずれも導体
及び半導体の層の形成に有効である。層の形成後に一連
のパターニング処理がされて、形成した層の一部が除去
される。パターニング処理はエッチング法等の技術によ
り実施される。チップの製造にはドーピングや熱処理等
の工程も必要である。層の形成、パターン化、ドーピン
グ、熱処理を複数回実施することにより最終製品として
チップが形成される。製造中には個々の層について研磨
及び洗浄をしなければならない。
【０００４】一般に、現在のチップ製造技術では以上に
述べた各工程毎に別の機械を使用しなければならない。
しかし、個々の機械を使用することには製造施設におい
て限られたスペースを無駄にする。さらに、チップを製
造する際には、１０種類以上もの層について形成、研
磨、加工の各処理を層毎にしなければならないことも珍
しくない。従って、製造工程毎にチップを機械から機械
へ移動させなければならないため、効率が悪くなるだけ
でなく、ウェハが損傷したり汚染したりする危険性が増
大する。
【０００５】半導体ウェハに複数種類の処理を施す装置
がBouladon et alの米国特許第４，４８１，７４１号
（以下、米国特許と称す）に開示されている。この米国
特許に開示されている装置には、ホイールとこのホイー
ルの上面に配置された固体ディスクとを有する回転プレ
ートが設けられている。ディスクは溝により内側の領域
と外側の領域とに分けられており、この溝には環が嵌合
されている。内側の領域は第１の基板であるポリッシン
グパッドにより覆われ、外側の領域は第２の基板である
別の種類のポリッシングパッドにより覆われている。即
ち、基板の一方は他方よりも肌理が粗くなっている。
【０００６】前記米国特許の装置では、スライスしたウ
ェハに２段階のポリッシング処理を施すことができる。
第１の段階は粗いポリッシングであり、プレートを回転
させ、研磨スラリーを外側の基板に吹き付けながら回転
しているウェハを降下させてこれを外側の基板に押し当
てることにより、研磨あるいは粗いポリッシングが行わ
れる。この研磨あるいは粗いポリッシングが終了する
と、ウェハはアームにより上昇され、研磨スラリーが吹
き付けられている内側の基板の上方に移動される。この
状態でウェハは回転しながら下降し、内側の基板と接触
して細かいポリッシングが行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】前記米国特許の装置
は、主にウェハの最初の処理に関するものであり、即
ち、ウェハ表面を平坦化すると言うチップ製造の準備段
階の処理に関するものである。従って、前記米国特許に
は、ウェハのポリッシングと言う同一処理の異なる態様
を実施することが開示されており、同一の機械で２種類
の全く異なる処理を行うことは開示されていない。前記
米国特許には、チップの製造に必須の酸化、陽極酸化、
エッチング、洗浄などのポリッシング以外の処理を行う
ことは開示されていない。さらに、これには現在のチッ
プ製造技術で必須となるＣＰＭ処理の使用について開示
されていない。従って、前記米国特許の装置をチップの
製造に用いた場合、その用途は限定されてしまう。
【０００８】この発明の目的は、一台で化学的機械的ポ
リッシング、湿式化学処理、酸化を含む多数の処理をウ
ェハに施すことのできる処理装置及び処理方法を提供す
ることである。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用】この発明は一端に
ウェハ保持体を有し、軸を中心に旋回するアームを備え
た半導体ウェハの処理装置に関する。ウェハ保持体は、
それに保持された半導体ウェハに回転力が加えられる
と、半導体ウェハと一緒に回転する。この装置は上面を
有し回転する環状のパッドと環状パッド内に配置された
槽を備えている。この槽はウェハを処理するための流体
を収容している。前記パッドと槽はウェハ保持体の下方
に配置されている。ウェハはアームにより垂直水平の両
方向に移動して、回転パッドに接触させられたり槽内の
流体中に浸される。
【００１０】別の実施例において、この装置は上面が研
磨部分とポリッシング部分とを含む複数の扇形部に区分
された回転パッドを備えている。研磨部分とポリッシン
グ部分を比較すると、研削部分は肌理が粗く、ポリッシ
ング部分は肌理が細かい。ウェハ保持体か回転パッドの
いずれか一方が垂直方向に移動して、ウェハを回転パッ
ドに接触させる。これによりウェハは研磨部分とポリッ
シング部分とに交互に接触する。
【００１１】さらに別の実施例において、回転パッドは
下層と表面層とを有している。表面層は２つの扇形部を
有している。両扇形部を比較すると、一方の扇形部は比
較的堅く、他方の扇形部は比較的柔らかい。下層は両扇
形部よりも柔らかい材料で形成されている。
【００１２】
【実施例】図１乃至図４を参照してこの発明の第１の実
施例に基づく処理装置について説明する。装置１００は
フレーム１と、テーブル２と、動作制御コンソール３
と、調節の可能なタレット４とを備えている。タレット
４は軸で旋回する張り出しアーム５と、電気モータ６
と、垂直軸７とを備えている。垂直軸７は加工物ホルダ
８と空気ジャッキ９とを備えている。加工物ホルダ８は
処理すべき半導体ウェハのような加工物を保持する。加
工物は真空を利用するなどの通常の方法で保持される。
電気モータ６と垂直軸７とは通常のベルト機構により連
結されており、電気モータ６の回転力が垂直軸７に伝達
される。これにより加工物ホルダ８が回転し加工物も回
転する。タレット４を上下させてアーム５の高さを調整
することにより、テーブル２の上方に位置する加工物ホ
ルダ８の高さが調整される。アーム５はタレット４を軸
にして旋回するため、加工物ホルダ８は角移動する。空
気ジャッキ９により加工物ホルダ８は垂直方向に移動す
る。従って、タレット４とその関連構造とにより、先に
提示した米国特許に記載されているように、通常の通り
に加工物を旋回移動、回転、又は垂直移動させて所望の
位置に配置できる。
【００１３】装置１００は環状の外側台１０２と固定の
内側台１０４とを備えている。外側台１０２には円形の
開口１１７が設けられ、この開口１１７内に内側台１０
４が配置されている。内側台１０４及び環状台１０２
は、いずれもテーブル２に設けられている円柱形のタン
ク１１内に配置されている。内側台１０４は流体貯蔵槽
であり、希釈硫酸などの通常の陽極酸化流体１０６で満
たされている。図３には陽極酸化回路１０８が示されて
いる。この回路は電源１０７と、固定台１０４の底を貫
通して陽極酸化流体１０６内に突出している電気リード
線１１０、１１２とで構成されている。電気リード線１
１２は電気リード線１１０よりも上方に延出し、陽極酸
化流体１０６の表面の直ぐ下の高さまで延びている。
【００１４】図４には外側台１０２の構造が示されてい
る。外側台１０２は環状の回転ホイール１１４と、この
回転ホイール１１４の上面に配置固定されている環状の
回転ディスク１１６とを有している。内側台１０４は外
側台１０２から離隔した状態で回転ディスク１１６の開
口１１７内に配置されており、電気的に絶縁されてい
る。必要があれば前記米国特許に示されているように環
状部材などにより内側及び外側の両台を化学的に絶縁す
ることもできる。この場合、環状部材の壁が環状回転デ
ィスク１１６の開口１１７内を上方に延出するように
し、環状部材を回転ホイール１１４の内側の表面に固定
することが好ましい。回転ホイール１１４は通常の方法
で駆動すれば良いため、回転ホイール１１４の回転方法
はこの発明には含まれない。例えば回転ホイール１１４
はその内壁であるリムに接触するように配置した内側の
回転伝動機構と接触させることにより駆動することがで
きる。あるいは、前記米国特許に示されているように、
回転ホイール１１４に下方に延出する側壁部を設け、半
径方向に延びる複数本のスポークスにより前記側壁部と
駆動ハブとを相互に連結するようにしても良い。
【００１５】前記回転ディスク１１６の上面には、例え
ば通常の接着剤により環状のポリッシングパッド１１８
が固定されている。ポリッシングパッド１１８は通常の
材料で形成されているが、材料の種類は実施すべきポリ
ッシングの種類及びポリッシング対象の材質により決ま
る。例えばアルミニウム層をポリッシングする場合、柔
らかい布（a soft fabric ）で出来たパッドが用いられ
る。パッドは柔らかいものであるほど感触が一定してい
る。あるいは、ポリウレタン製又は繊維やビーズが埋め
込まれているポリウレタン製の堅いパッドを用いること
もできる。適切なパッドはIC-40 、IC-60 、IC-1000 、
Suba 500、Polytex と言う名称により、ローデル(Rode
l) 社で製造されている。同様に、パッドに吹き付ける
スラリーとしては、研磨粒子を含む酸性、塩基性、中性
の各溶液のいずれかがポリッシングする材料の種類に応
じて用いられる。例えばアルミニウム層のポリッシング
には中性の溶液が最も好ましい。
【００１６】この装置は化学的機械的処理（ＣＭＰ）及
び陽極酸化処理によりチップを製造する際に用いること
ができ、特に、この装置は金属層を先ず酸化させてから
金属層にＣＭＰプロセスを施す工程を有するポリッシン
グ処理によって金属層を平らにする作業に特に適してい
る。金属層を有するウェハ５０は前記加工物ホルダ８に
固定され、ウェハ８を降下させて陽極酸化流体１０６の
中の上方の電極に接触させる（図３）。陽極酸化回路１
０８に電流を供給することにより、金属層の下面は酸化
する。その後、加工物ホルダ８を上昇させてウェハ５０
を陽極酸化流体１０６から離し、ウェハ５０を旋回移動
させてポリッシングパッド１１８の上に配置する。ここ
で研磨剤を含んだ化学スラリーを通常の方法でポリッシ
ングパッド１１８に吹き付ける。加工物ホルダ８を回転
させてウェハ５０を回転させながらこれを降下させてポ
リッシングパッド１１８に接触させ、ウェハ５０の酸化
面を研磨する。スラリーは金属酸化層の組成に従って酸
性、塩基性、中性のいずれかであり、酸化層の組成に応
じて選択された公知の研磨剤粒子を含んでいる。溶液内
でゆっくりと酸化する材料にこの発明を用いると特に有
利である。例えばアルミニウム合金、銅、銀、耐熱金属
などの材料では、ポリッシングのために別の装置に移動
させる必要がないため、陽極酸化による酸化の割合を増
大させることができる利点がある。
【００１７】ある種類のポリッシング処理では、先に述
べたように、ウェハを陽極処理槽内に降下させ、電流を
流すことにより金属層を酸化させる。酸化層を水和させ
る（水酸化）塩基性のスラリーが吹き付けられているポ
リッシングパッド１１８に酸化した金属層を接触させ、
弱く結合した水和酸化層とその下の金属層との間に差異
を形成する。水和した酸化層は機械的な研磨作用により
容易に除去できる。その後、ウェハを別の装置に移動さ
せることなく、これを再び陽極酸化流体１０６に浸し
て、前記の研磨処理を繰り返す。このように、酸化と研
磨の両処理を一台の装置で実施することができ、しかも
繰り返して実施することができる。
【００１８】また、流体貯蔵槽としての固定台１０４を
エッチング溶液で満たしても良い。典型的なエッチング
処理において、ウェハはエッチング溶液に耐え得る材料
で形成されたマスクにより覆われた表面層を有し、前記
流体貯蔵槽内に浸される。ウェハのマスクに覆われてい
ない表面層の部分は溶解され、マスクの図形が表面層に
形成される。この発明の装置を使用することにより、ウ
ェハは先ずエッチング溶液に浸されてから、これを機械
的な研磨用のスラリーが吹き付けられたポリッシングパ
ッド１１８に接触させる。研磨作用によりエッチングの
割合が一層増大する。必要があれば、ウェハはエッチン
グ槽としての固定台１０４とポリッシングパッド１１８
との間を行き来することも容易にできる。使用するエッ
チング溶液は表面層の組成に基づいて決まる。例えばア
ルミニウムはリン酸や硝酸などの酸、苛性ソーダや水酸
化カリウムなどの塩基、テトラメチル水酸化アンモニウ
ムなどの有機塩基でエッチングすることができる。
【００１９】この発明に基づく装置１００は層の微細構
造を形成する際に特に有効である。例えば二酸化シリコ
ンのような絶縁層に溝を形成し、この溝の中に金属性の
垂直スタッドを形成して、絶縁層の上下に設けられてい
る両金属層を接続する場合に有効である。この例につい
て図９（ａ）を参照して説明する。先ず、金属層Ｍ１に
ＳｉＯ2 層６０１を堆積する。堆積したＳｉＯ2 層６０
１にエッチング処理を施して貫通孔を形成し、この孔に
タングステン（Ｗ）などの金属を充填してスタッド６０
３を形成する。エッチングと充填の両工程はいずれも従
来の方法で行うことができる。ＳｉＯ2 層６０１の上面
及びタングステンの上面を研磨してから、ＳｉＯ2 層６
０１の上に第２の金属層Ｍ２を堆積させる。場合によっ
ては、金属層Ｍ２の上に第３の金属層Ｍ３をさらに堆積
させる。
【００２０】チップの製造中に、正確な位置合わせを必
要とするリゾグラフィの工程を実施しなければならない
こともある。スタッドは１層又は複数層の不透明な金属
層で覆われているため、スタッドの位置を決めることは
困難である。従って、スタッドかスタッドの周囲のＳｉ
Ｏ2 層６０１のいずれを僅かに突出させて、スタッドの
位置が容易に分かるようにする必要がある。即ち、Ｓｉ
Ｏ2 層６０１及びタングステンのスタッドは、いずれも
上面が滑らかでなければならないのであるが、図９
（ｂ）及び図９（ｃ）に示すように、いずれか一方の上
面を他方の上面よりも高くすることにより凹凸を形成し
て、スタッドの位置が分かるようにする。
【００２１】この発明の装置を用いればチップを様々な
位置に移動させることなくチップに微細構造を形成する
ことができる。例えば金属層Ｍ１、この金属層Ｍ１の上
に堆積したＳｉＯ2 層、このＳｉＯ2 層に形成した溝、
この溝の中に堆積したタングステンを有するチップをこ
の発明の装置に搬送する。チップの上面をポリッシング
パッド１１８で研磨して滑らかにする。この後、チップ
を陽極酸化流体１０６内に浸してＳｉＯ2 層かタングス
テンの層のいずれかをさらにエッチングすると、図９
（ｂ）及び図９（ｃ）に示す凹凸形状が得られる。ある
いは、タングステンの層を陽極酸化により酸化させた
後、ポリッシングパッドにより酸化層を除去しても良
い。所望の凹凸形状を形成してからチップを別の位置に
移して金属層Ｍ２及びＭ３を形成する。
【００２２】一般に、この発明に基づく装置１００はエ
ッチングなどの最初の化学的処理と化学的機械的処理
（ＣＭＰプロセス）とを組み合わせたあらゆる処理に使
用することができる。このような技術はチップの製造分
野で益々一般化している。例えばポリッシング技術では
エッチング工程をＣＭＰプロセスの間に実施することも
ある。装置１００を用いればウェハをある装置から別の
装置へ移動することなくＣＭＰプロセスとエッチング工
程とを実施することができる。この発明に基づく装置は
酸化物のエッチングにも利用することができる。例えば
チップの酸化物層にトレンチ又は溝を形成して隣接する
回路素子相互を絶縁する浅いトレンチアイソレーション
処理にこの発明の装置を利用することができる。この場
合、エッチャントには酸化物のエッチングに有効なフッ
化水素酸ＨＦが含まれる。
【００２３】この他、流体槽１０６を水のような洗浄流
体に変更し、ＣＭＰプロセスによるポリッシング後、ウ
ェハを洗浄流体に浸し、ＣＭＰプロセスの際に生じた砕
片を除去するようにも良い。
【００２４】また、この発明の装置１００を使用した場
合、次のような効果を得ることができる。金属のＣＭＰ
プロセスに適用される一般的なスラリーの１つとして酸
化剤＋研磨剤＋水という組み合わせからなるものがあ
る。このスラリーの場合、スラリー中の酸化材が金属に
酸化膜を作りそれを研磨材によって研磨するというメカ
ニズムによってＣＭＰプロセスが実施される。しかし、
この酸化剤に代えて陽極酸化を行うことにより、不安定
な酸化剤を使用することなく金属を酸化することがで
き、しかも、電流によって酸化膜の膜厚を管理できる利
点を有している。
【００２５】次に図５を参照して、図１乃至図４に示し
た装置の変形例を説明する。装置１００′には固定台１
０４の代わりに電熱ホットプレート１０４′が設けられ
ている。ホットプレート１０４′は電流が印加されると
発熱する。このホットプレート１０４′は、銅やアルミ
ニウムなどの金属層を大気中で酸化させる際に使用され
る。このホットプレート１０４′は環状体２２により外
側の環状台１０２から分離されている。環状体２２は、
環状台１０２に取り付けて環状台１０２と共に回転する
ようにしても良いし、回転しないように固定しても良
い。
【００２６】次に図６及び図７（ａ）を参照して、この
発明の第２の実施例に基づくポリッシング装置について
説明する。ポリッシング装置２００は図１に示した装置
１００と同様にフレーム１′、テーブル２′、コンソー
ル３′、タレット４′、アーム５′、電気モータ６′、
垂直軸７′、加工物ホルダ８′、空気ジャッキ９′、タ
ンク１１′を備えている。ポリッシング装置２００は２
つの扇形部２０４と、２０６とに区分されたポリッシン
グパッド２０２をさらに備えている。扇形部２０４は半
円の扇形部２０６に比べて表面が若干粗く、研削部を構
成している。例えば扇形部２０４はポリウレタンパッ
ド、または酸化アルミニウム等の金属酸化粒子を含む材
料で覆ったポリウレタンで形成したパッドとすることが
できる。また、扇形部２０４は平坦なプレートの表面に
樹脂を塗り、研磨材を散布して形成した樹脂円盤（ピッ
チホイール(pitch wheel) ）や、砥石で形成することも
できる。扇形部２０６はポリウレタンを主としたパッ
ド、例えばポリウレタンを含浸させたポリエステルのフ
ェルトで形成できる。扇形部２０４及び２０６は継ぎ目
２０８で継ぎ合わされている。ポリッシングパッド２０
２は図４に示したポリッシングパッド１１８と対応して
環状の回転ディスクの上に配置される。
【００２７】一般に、扇形部２０４及び２０６は、各加
工物が隣の扇形部に跨がることなく一つの扇形部内に完
全に収まるように、それぞれの表面積及び形状が決めら
れている。例えばポリッシングパッド２０２の直径が２
４〜３６″（″＝インチ）であれば、円形の各扇形部の
最大幅は１５〜１８″になる。この大きさのパッド２０
２を直径が１５〜１８″未満の円形のウェハの研磨に用
いれば、ウェハを一つの扇形部内に完全に納めることが
できる。但し、必ずしもウェハを一個の扇形部内に完全
に納めなければならないと言うわけではない。特に、以
下に述べる実施例のように、ポリッシングパッドが多数
個の扇形部に区切られている場合には、ウェハを一個の
扇形部内に完全に納める必要はない。
【００２８】次に、第２の実施例の動作について説明す
る。第１の実施例と同じように、加工物ホルダ８′を回
転させてウェハを回転させながらタレット４′と垂直軸
７′に設けられている空気ジャッキ９′とを作動させ、
ウェハを降下させてパッド２０２に接触させる。一種の
スラリーを吹き付けることにより、扇形部２０６（研磨
部）が細かいポリッシングに適用される場合、扇形部２
０４はウェハの研磨または粗いポリッシング処理に供さ
れる。ポリッシングパッド２０２及びウェハはいずれも
回転しているため、ウェハには粗いポリッシング処理と
細かい研磨処理とが交互に施される。この一巡はポリッ
シングパッド２０２が一回転する度に繰り返されるた
め、ウェハに対して粗いポリッシング処理と細かい研磨
処理とが交互に連続して実施される。このプロセスは研
磨により生じる傷の除去に効果を発揮する。粗い研磨処
理が終わってから肌理の細かいポリッシングパッドでウ
ェハを研磨する従来の処理とは異なり、この発明では粗
い研磨により生じた傷は深くなる前にポリッシングによ
り滑らかにされる。
【００２９】図７（ｂ）は図７（ａ）に示すポリッシン
グパッドの変形例を示している。ポリッシングパッド２
０２′は４個の扇形部または四分円を含んでいる。四分
円２０４′は四分円２０６′よりも表面が粗い。従っ
て、ポリッシングパッド２０２′が一回転すると、ウェ
ハは研磨、ポリッシング、研磨、ポリッシングが連続し
て行われる。このサイクルはポリッシングパッド２０
２′が一回転する度に繰り返される。
【００３０】図７（ｃ）は図７（ａ）及び図７（ｂ）に
示したパッドのさらに別の変形例を示している。パッド
２１０は肌理の異なる３つの扇形部２１２、２１４、２
１６に区分されている。ポリッシング中ウェハは肌理の
粗い表面、肌理が中間の粗さである表面、肌理の細かい
表面により連続的に処理される。
【００３１】図７（ａ）乃至図７（ｂ）に示したパッド
の扇形部は、いずれの例も同じサイズに設定したが、図
７（ｃ）に示すようにある扇形部を別の扇形部よりも大
きくしてもよい。扇形部のサイズ及び形状は、設計の際
に適宜選択すべき事柄である。扇形部のサイズ及び表面
の肌理の粗さを適切に選択することにより、用途に適し
た研磨パッドを形成することができる。例えば肌理の粗
い扇形部が比較的大きくなるように設計したパッドは高
い研磨レートを望む場合に有効であり、小さくて肌理の
細かい扇形部は研磨中に生じた傷を平坦化するのに有効
である。肌理の細かい扇形部が比較的大きくなるように
設計したパッドは、ウェハの表面を平坦化する場合に有
効である。この場合、肌理の粗い扇形部を大きくしたパ
ッドに比べて研磨レートは低くなるが、肌理の粗い扇形
部による研磨が間欠的に行われるため、肌理の細かいポ
リシッング表面だけのパッドに比べて研磨レートを増加
できる。
【００３２】次に、図８（ａ）を参照してこの発明の第
３の実施例について説明する。ポリッシングパッド３０
０は下層である裏面パッド３０２と、上層である表面パ
ッド３０４とを備えている。表面パッド３０４は裏面パ
ッド３０２の上面に配置され、二つの部分３０４ａ、３
０４ｂによって構成されている。二つの部分３０４ａ、
３０４ｂは半円形状とされ、裏面パッド３０２をほぼ完
全に覆っている。裏面パッド３０２は比較的柔らかいパ
ッドであり、例えばローデル社製の Suba 4 を裏面パッ
ドとして使用することができる。二つの部分３０４ａ、
３０４ｂは互いに硬さが異なっているが、いずれも裏面
パッド３０２に比べれば遥かに硬いものである。例えば
部分３０４ａを前記 IC-1000のような硬質のポリウレタ
ンパッドとし、部分３０４ｂを前記 Suba 500 のような
中間の硬さのパッドとすることができる。この他、繊維
やビードを埋め込んだポリウレタンで硬質の部分を形成
し、非常に柔らかい酸化物ポリッシングパッドとしての
Surfin XXX 、或いは前記Polytex などで柔らかい部分
を形成することもできる。二つの部分３０４ａ及び３０
４ｂは、図７（ａ）に示した扇形部２０４、２０６と同
じように、いずれも最低の幅及び全面積がウェハの幅及
び面積よりも大きい。従って、ウェハは一つの部分に完
全に収まる。パッド３００は、図４に示したように、回
転ディスクと回転ホイールとの組み合わせの上に全体が
配置されている。
【００３３】電気モータ６′と空気ジャッキ９′とを操
作し、回転しているウェハを下降させ、これを回転して
いる表面パッド３０４に接触させる。このようにして表
面パッド３０４の部分３０４ａ及び３０４ｂによりウェ
ハを研磨する。部分３０４ａ及び３０４ｂは互いに硬さ
が違うため、ウェハは硬さの異なる両表面の作用を連続
的に交互に受ける。一般に、表面パッドの硬質部分３０
４ａはウェハの表面を平坦化するのに役立ち、中間の硬
さの部分３０４ｂは傷を除去するのに役立つ。表面パッ
ド３０４の両部分３０４ａ及び３０４ｂは、いずれの部
分よりも柔らかい裏面パッド３０２により共に支えられ
ているため、平坦化する処理と傷を除去する処理とを交
互に連続的に実施することができるようになっている。
表面パッドの各部分の硬さは、それぞれの部分と裏面パ
ッドとの組合わさった効果により決まる。
【００３４】図８（ａ）に示したようにパッドを重ねた
構成には次のような効果もある。即ち、ポリッシングパ
ッドを構成している両部分が共に下層に固定されている
ため、両部分をそれぞれの側面に沿って互いに密接させ
ることができる。従って、継ぎ目の幅がかなり狭くなる
ため、ウェハの研磨屑が継ぎ目に詰まると言う問題を生
じ難くすることができる。さらに、表面パッド３０４の
部分３０４ａ及び３０４ｂは、これらを図７（ｂ）の扇
形部２０４′及び２０６′のようにそれぞれ２個の四分
円とすることもできる。
【００３５】次に、図８（ｂ）を参照してこの発明のさ
らに別の実施例について説明する。ポリッシングパッド
３１０は下層３１４と表面パッドとしての上層３１２と
を有している。下層３１４は二つの部分３１４ａ及び３
１４ｂに分かれている。上層３１２は両部分３１４ａ及
び３１４ｂのそれぞれの上面に配置されている。両部分
３１４ａ及び３１４ｂは共に半円であり、上層３１２は
下面が両部分によりほとんど完全に覆われている。上層
３１２は比較的硬いパッドであり、例えば前記IC-1000
で形成されている。一方の部分３１４ａは上層３１２と
ほぼ同じ硬さの材料で形成されている。部分３１４ａは
上層３１２と同じ材料で形成することが好ましい。例え
ば上層３１２及び部分３１４ａの両者を前記IC-1000 で
形成すれば、ポリッシングパッド３１０の中で部分３１
４ａの箇所を均一の硬さにすることができる。部分３１
４ｂは比較的柔らかい材料、例えば前記 Suba 4 で形成
する。この実施例では、パッド３１０の中で硬い部分３
１４ａを有する箇所は平坦化（planarity ）するのに有
効であり、比較的柔らかい部分３１４ｂを有する箇所は
均一化（uniformity）するのに有効である。図８（ｂ）
に示す実施例によっても表面層の継ぎ目の問題は除去さ
れている。
【００３６】以上に好ましい実施例を参照してこの発明
を詳細に説明した。しかし、ここに示した実施例は飽く
までも説明のための例に過ぎず、この発明を何等限定す
るものではない。この技術分野で通常の知識を有する者
であれば、特許請求の範囲に記載したこの発明の範囲内
で種々様々に修正や変更を加えることができることは言
うまでもない。
【００３７】
【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
陽極酸化又はエッチング等のウェハを処理するための流
体を貯蔵する流体貯蔵槽あるいは電熱ホットプレートを
環状とポリッシングパッドを１台の装置に配置してい
る。このため、陽極酸化やエッチング等の処理とポリッ
シングとを１台の装置で容易且つ繰り返し行うことがで
き、スペースの有効利用を図ることができる。
【００３８】しかも、ポリッシングパッドが設けられる
外側台の中心部に流体貯蔵槽あるいは電熱ホットプレー
トを配置しているため、ポリッシングパッドと流体貯蔵
槽あるいは電熱ホットプレートとの間の移動距離及び移
動時間を短縮できる。したがって、全体的な処理時間を
増加することなく、ウェハ処理の実質的な時間を増加で
きる。
【００３９】さらに、外側台の中心部に流体貯蔵槽を配
置した場合、ポリッシングパッドと流体貯蔵槽との間に
おいて、ウェハの搬送時間を短縮できるため、ウェハ表
面の乾燥を防止でき、パーティクルの付着を防止でき
る。
【００４０】また、ポリッシングパッドを複数の扇形部
分に区分し、各扇形部分に異なるの研磨レートの研磨材
を設定している。したがって、ウェハに対して異なる程
度の研磨及びポリッシングを交互に連続して行うことが
できる。
【００４１】しかも、ある研磨又はポリッシング処理の
後、次の研磨又はポリッシング処理に移動する際、ウェ
ハをポリッシングパッドの表面から離間しないため、ウ
ェハの処理面に所謂フットパターンが形成されることを
防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】湿式化学処理用に内側のテーブルを備えたこの
発明の第１の実施例に基づく研磨装置の斜視図である。
【図２】図１に示した装置の外側及び内側の両テーブル
を上からみた図である。
【図３】図２に示した内側のテーブルの側面図である。
【図４】図２に示した外側のテーブルの拡大斜視図であ
る。
【図５】図１乃至図４に示した研磨装置の内側のテーブ
ルを電熱ホットプレートとした実施例を示す斜視図であ
る。
【図６】この発明の第２の実施例に基づく研磨装置の斜
視図である。
【図７】図７（ａ）は図６に示した装置に用いられるポ
リッシングパッドを上からみた図、図７（ｂ）は図７
（ａ）に示したポリッシングパッドの変形例を上からみ
た図、図７（ｃ）は図７（ａ）に示したポリッシングパ
ッドのさらに別の変形例を上からみた図である。
【図８】図８（ａ）、図８（ｂ）は図６、図７に示した
ポリッシングパッドのさらに別の変形例の側面図であ
る。
【図９】図９（ａ）乃至（ｃ）は製造中のチップを示す
断面図である。
【符号の説明】
１…フレーム、２…テーブル、３…作動制御コンソー
ル、４…タレット、５…アーム、６…電気モータ、７…
垂直軸、８…加工物ホルダ、９…空気ジャッキ、１１…
タンク、２２…環状体、５０…ウェハ、１００…装置、
１０２…環状台、１０４…固定台（流体貯蔵槽）、１１
７…円形の開口、２０２、２０２´、２１０…ポリッシ
ングパッド。
フロントページの続き (72)発明者 ウイリアム・ジェイ・コート アメリカ合衆国、ニューヨーク州 12570、 ポクワグ、スーザン・ドライブ 64 (72)発明者 ジェームス・ガードナー・ライアン アメリカ合衆国、コネチカット州 06470、 ニュータウン、ボッグス・ヒル・ロード 100 (72)発明者 奥村 勝弥 アメリカ合衆国、ニューヨーク州 12603、 ポキプシ、アージェント・ドライブ ２ (72)発明者 矢野 博之 アメリカ合衆国、ニューヨーク州 12590、 ワッピンガース・フォールス、タウン・ビ ュー・ドライブ 85

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウェハを保持し、この保持した半
    導体ウェハに回転力が加えられると一緒に回転すること
    が可能なウェハ保持体を一端に有するアームと、 前記ウェハ保持体の下方に配置され、上面が複数個の扇
    形部分に区分され、前記複数個の扇形部分は研磨部分と
    ポリッシング部分とに分けられ、前記研磨部分はポリッ
    シング部分に比べて肌理が比較的粗く、前記ポリッシン
    グ部分は研磨部分に比べて肌理が比較的細かくされた回
    転可能なパッドとを具備し、 前記ウェハ保持体とパッドとの一方が垂直に移動可能と
    され、前記ウェハがパッドに接触し、前記ウェハが研磨
    部分とポリッシング部分とに連続的に交互に接触するこ
    とを特徴とする半導体ウェハ処理装置。
  2. 【請求項２】 前記パッドはほぼ円形であり、前記扇形
    部分が半円形であることを特徴とする請求項１記載の半
    導体ウェハ処理装置。
  3. 【請求項３】 前記パッドはほぼ円形であり、前記の研
    磨部分及びポリッシング部分は共に四分円の形状とさ
    れ、このパッドには四分円の形状とされた更に別の研磨
    部分と、四分円の形状とされた更に別のポリッシング部
    分とが設けられ、これらの研磨部分とポリッシング部分
    とが交互に配置されていることを特徴とする請求項１記
    載の半導体ウェハ処理装置。
  4. 【請求項４】 前記研磨部分は金属酸化物粒子を含む材
    料で覆ったポリウレタンで形成され、ポリッシング部分
    はポリウレタンを主としたパッドであることを特徴とす
    る請求項１記載の半導体ウェハ処理装置。
  5. 【請求項５】 回転可能なホイールを更に具備し、この
    ホイールに前記パッドを取り外し可能に配置することを
    特徴とする請求項１記載の半導体ウェハ処理装置。
  6. 【請求項６】 前記パッドの上面にスラリーを吹き付け
    る手段を更に具備することを特徴とする請求項１記載の
    半導体ウェハ処理装置。
  7. 【請求項７】 前記パッドは直径が２４〜３６インチの
    範囲であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウ
    ェハ処理装置。
  8. 【請求項８】 半導体ウェハを回転可能なウェハ保持体
    に載置し、この載置したウェハに回転力を加える工程
    と、 回転している前記ウェハを、表面の肌理が比較的粗い研
    磨部分と表面の肌理が比較的細かいポリッシング部分と
    からなる複数個の扇形部分に区分され、回転しているパ
    ッドに接触させる工程とを具備し、 ポリッシング中に前記ウェハは各扇形部分の表面に連続
    的に交互に接触することを特徴とする半導体ウェハ処理
    方法。
  9. 【請求項９】 ポリッシング中に前記パッドの表面に機
    械的研磨用のスラリーを吹き付ける工程を更に具備する
    ことを特徴とする請求項８記載の半導体ウェハ処理方
    法。
  10. 【請求項１０】 前記スラリーは化学的研磨剤であるこ
    とを特徴とする請求項９記載の半導体ウェハ処理方法。
  11. 【請求項１１】 半導体ウェハを保持し、この保持した
    半導体ウェハに回転力が加えられると一緒に回転するこ
    とが可能なウェハ保持体を一端に有するアームと、 前記ウェハ保持体の下方に配置され、下層と表面層とを
    有し、前記表面層は２つの扇形部分を含み、一方の扇形
    部分は他方の扇形部分に比べて比較的堅く、他方の扇形
    部分は一方の扇形部分に比べて比較的中間の硬さを有
    し、下層は両扇形部分よりも柔らかい材料で形成された
    回転可能なパッドとを具備し、 前記ウェハ保持体とパッドとのいずれか一方が垂直に移
    動可能とされ、前記ウェハが前記パッドの表面層に接触
    し、前記ウェハが比較的硬い扇形部分と比較的中間の硬
    さの扇形部分とに連続的に交互に接触するようにされる
    ことを特徴とする半導体ウェハ処理装置。
  12. 【請求項１２】 前記下層はほぼ円形状とされ、両扇形
    部分は共に半円形状とされ、下層が両扇形部分によりほ
    ぼ覆われていることを特徴とする請求項１１記載の半導
    体ウェハ処理装置。
  13. 【請求項１３】 前記下層及び表面層は共にほぼ円形状
    とされ、前記の両扇形部分は共に四分円の形状とされ、
    円形の表面層は四分円の形状とされた更に別の比較的硬
    い扇形部分と、四分円の形状とされた更に別の比較的中
    間の硬さを有する扇形部分とが設けられ、これら比較的
    硬い扇形部分と比較的中間の硬さを有する扇形部分とが
    交互に配置されていることを特徴とする請求項１１に記
    載の半導体ウェハ処理装置。
  14. 【請求項１４】 回転可能なホイールを更に具備し、前
    記パッドはこのホイールに取り外し可能に載置されるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の半導体ウェハ処理装
    置。
  15. 【請求項１５】 前記パッドの表面層にスラリーを吹き
    付ける手段を更に具備することを特徴とする請求項１１
    に記載の半導体ウェハ処理装置。
  16. 【請求項１６】 半導体ウェハを保持し、この保持した
    半導体ウェハに回転力が加えられると一緒に回転するこ
    とが可能なウェハ保持体を一端に有するアームと、回転
    可能なパッドとを具備し、 前記ウェハ保持体の下方に配置され、下層及びこの下層
    の上の表面層を有し、前記下層は２つの扇形部分を含
    み、一方の扇形部分は他方の扇形部分に比べて比較的堅
    く、他方の扇形部分は一方の扇形部分に比べて比較的柔
    らかく、表面層は一方の比較的硬い扇形部分とほぼ同じ
    硬さの材料で形成された回転可能なパッドとを具備し、 前記ウェハ保持体とパッドとのいずれか一方が垂直に移
    動可能とされ、前記ウェハが前記パッドの表面層に接触
    し、前記ウェハが表面層の中で一方の扇形部分の上に位
    置する部分と他方の扇形部分の上に位置する部分とに連
    続的に交互に接触することを特徴とする半導体ウェハ処
    理装置。
  17. 【請求項１７】 前記表面層は一方の扇形部分と同じ材
    料で形成されていることを特徴とする請求項１６記載の
    半導体ウェハ処理装置。
  18. 【請求項１８】 ウェハに回転力を与えるように前記ウ
    ェハを回転可能なウェハ保持体に配置する工程と、 下層と表面層とからなり、この表面層は扇形部分を２つ
    有し、一方の扇形部分は他方の扇形部分に比べて比較的
    堅く、他方の扇形部分は一方の扇形部分に比べて比較的
    中間の硬さを有し、前記下層は両扇形部分よりも柔らか
    い材料で形成された回転しているパッドに、前記回転し
    ているウェハを接触させる工程とを具備し、 ポリッシング中に前記ウェハは各扇形部分に連続的に交
    互に接触することを特徴とする半導体ウェハ処理方法。
  19. 【請求項１９】 前記ポリッシング中に前記パッドの表
    面に機械的研磨用のスラリーを吹き付ける工程を更に具
    備することを特徴とする請求項１８に記載の半導体ウェ
    ハ処理方法。
  20. 【請求項２０】 前記スラリーは化学的研磨剤であるこ
    とを特徴とする請求項１９に記載の半導体ウェハ処理方
    法。
  21. 【請求項２１】 ウェハを保持し、この保持しているウ
    ェハに回転力が与えられると一緒に回転するとともに、
    垂直方向に移動してウェハに垂直方向の動きを与えるこ
    とが可能なウェハ保持体を一端に有し、垂直軸を中心に
    旋回してウェハを水平方向に移動させることが可能なア
    ームと、 前記ウェハ保持体の下方に配置され、開口した中央の領
    域及び上面を有する環状の回転可能なパッドと、 前記パッドの開口した中央の領域内に配置され、前記ウ
    ェハを処理する流体が収容された流体槽とを具備し、 前記ウェハは前記アームにより垂直及び水平方向に移動
    され、前記回転可能なパッドに接触したり流体槽内の流
    体に浸されることを特徴とする半導体ウェハ処理装置。
  22. 【請求項２２】 前記流体槽は陽極酸化溶液を含み、前
    記装置は第１及び第２の電気リード線を含む電気回路を
    更に具備し、前記第１及び第２の電気リード線の一方は
    前記流体に浸された前記ウェハに接触する位置に槽内を
    延びていることを特徴とする請求項２１記載の半導体ウ
    ェハ処理装置。
  23. 【請求項２３】 前記流体槽はエッチング溶液を含むこ
    とを特徴とする請求項２１記載の半導体ウェハ処理装
    置。
  24. 【請求項２４】 前記流体槽は洗浄流体を含むことを特
    徴とする請求項２１記載の半導体ウェハ処理装置。
  25. 【請求項２５】 ウェハに回転力を与えるように前記ウ
    ェハを回転可能なウェハ保持体に配置する工程と、 前記回転しているウェハを中央の領域が開口している環
    状の回転パッドの上面に接触させる工程と、 前記ウェハを流体槽内の流体に漬ける工程とを具備し、 流体槽が環状の回転パッドの開口している中央の領域に
    配置されていて、ウェハ保持体の動きにより半導体ウェ
    ハが垂直及び水平の両方向に移動して環状の回転パッド
    に接触したり流体に浸すことを特徴とする半導体ウェハ
    処理方法。
  26. 【請求項２６】 前記ウェハが環状の回転パッドの上面
    に接触しているとき、この上面にスラリーを吹き付ける
    工程を更に具備することを特徴とする請求項２５記載の
    半導体ウェハ処理方法。
  27. 【請求項２７】 前記流体槽は陽極酸化溶液を含み、前
    記ウェハが流体に浸されている間、前記ウェハの表面を
    陽極酸化するように前記流体槽とウェハとの間に電流を
    印加する工程を更に具備することを特徴とする請求項２
    ５記載の半導体ウェハ処理方法。
  28. 【請求項２８】 前記ウェハは表面に金属層を有し、前
    記電流はこの金属層を酸化することを特徴とする請求項
    ２７記載の半導体ウェハ処理方法。
  29. 【請求項２９】 前記流体槽はエッチング溶液を含み、
    前記ウェハが前記流体槽に浸されている間、前記ウェハ
    の表面をエッチングする工程を更に具備することを特徴
    とする請求項２５記載の半導体ウェハ処理方法。
  30. 【請求項３０】 ウェハを保持し、この保持しているウ
    ェハに回転力が与えられると一緒に回転するとともに、
    垂直方向に移動してウェハに垂直方向の動きを与えるこ
    とが可能なウェハ保持体を一端に有し、垂直軸を中心に
    旋回してウェハを水平方向に移動させることが可能なア
    ームと、 前記ウェハ保持体の下方に配置され、開口した中央の領
    域及び上面を有する環状の回転可能なパッドと、 前記パッド内に配置された電熱ホットプレートとを具備
    し、 ウェハはアームにより垂直及び水平方向に移動され、前
    記回転可能なパッドに接触したり、前記電熱ホットプレ
    ートに接触したりすることを特徴とする半導体ウェハ処
    理装置。
  31. 【請求項３１】 ウェハを回転、旋回、垂直移動可能な
    ウェハ保持体に配置する工程と、 前記ウェハの表面の金属層を電熱ホットプレートの上面
    に接触させ、金属層を酸化させる工程と、 前記ウェハ保持体を旋回させ、前記ウェハを回転可能な
    パッドの上方に移動させる工程と、 前記ウェハ保持体を回転させ、前記ウェハに回転力を与
    える工程と、 前記パッドが回転している間に前記ウェハ保持体を旋回
    させるとともに、垂直方向に降下させ、前記ウェハを前
    記パッドに接触させることにより、前記酸化した金属層
    をポリッシュする工程とを具備し、 前記電熱ホットプレートは前記パッドの開口領域内に配
    置され、前記ウェハは前記ウェハ保持体の動きにより垂
    直及び水平方向に移動し、前記回転しているパッドや前
    記電熱ホットプレートに接触することを特徴とする半導
    体ウェハ処理方法。
  32. 【請求項３２】 ウェハに回転力を与えるように前記ウ
    ェハを回転可能なウェハ保持体に配置する工程と、 下層とこの下層に上に重ねられた表面層を有し、前記下
    層は２つの扇形部分を有し、一方の扇形部分は他方の扇
    形部分に比べて比較的堅く、他方の扇形部分は一方の扇
    形部分に比べて比較的柔らかく、前記表面層は一方の比
    較的硬い扇形部分とほぼ同じ硬さの材料で形成された回
    転しているパッドに、前記回転しているウェハを接触さ
    せる工程とを具備し、 ポリッシング中に前記ウェハは前記表面層の一方の扇形
    部分の上に位置する部分と他方の扇形部分の上に位置す
    る部分とに連続的に交互に接触することを特徴とする半
    導体ウェハ処理方法。
  33. 【請求項３３】 ポリッシング中に前記パッドの表面に
    機械的研削スラリーを吹き付ける工程を更に具備するこ
    とを特徴とする請求項３２記載の半導体ウェハ処理方
    法。
  34. 【請求項３４】 前記スラリーは化学的研磨剤であるこ
    とを特徴とする請求項３３に記載の半導体ウェハ処理方
    法。
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