JPH09115865A - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

研磨装置及び研磨方法

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JPH09115865A
JPH09115865A JP8199863A JP19986396A JPH09115865A JP H09115865 A JPH09115865 A JP H09115865A JP 8199863 A JP8199863 A JP 8199863A JP 19986396 A JP19986396 A JP 19986396A JP H09115865 A JPH09115865 A JP H09115865A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドライな雰囲気で研磨処理を行う研磨装置を
提供する。 【解決手段】 本研磨装置100は、ウェハWなどの被
処理体を回転自在に保持する回転載置台104と、その
回転載置台104等を揺動可能な揺動機構108と、所
定の処理ガスをプラズマ化するとともに被処理体の回転
面にプラズマ流を照射するプラズマ発生手段120とを
備えている。例えば高周波誘導結合プラズマを発生する
手段120から照射されたプラズマ流は、ウェハの回転
力により吸引され、回転面に略平行な層流を形成し、ウ
ェハの被研磨面全体にわたり均一な研磨を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置及び研磨
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、半導体製造プロセスにおいて
は、プロセスの高度化、複雑化に伴う被処理体、例え
ば、半導体ウェハ(以下、単にウェハと称する。)の凹
凸面を平滑化するために、化学研磨剤やパッドなどを使
用してウェハ表面を機械的に研磨する、いわゆるCMP
(Chemical Mecanical Polis
hing)法が広く用いられている。
【0003】図11及び図12には、従来のCMP装置
の一例が示されている。このCMP装置は、表面に研磨
用パッド2が設置された回転テーブル4に対して、ウェ
ハ保持機構6に保持されたウェハ8を所定の圧力で圧接
し、ノズル10より、例えばシリカを主成分とするスラ
リー状の化学研磨液を研磨用パッド2の表面に供給しな
がら、回転テーブル4を回転させるとともにウェハ保持
機構6をモータ12(図12)により回転させ、化学研
磨液/研磨用パッドとウェハ表面(被研磨面)との機械
的摩擦力によりウェハ表面を研磨するものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のCMP
装置は、化学研磨液を使用してウェットな雰囲気で処理
を行う研磨装置なので、研磨液の飛散防止機構や廃液の
回収機構が必要となる上、研磨処理後にウェハを洗浄す
る後処理が必要であるという問題を有している。
【0005】また、従来のCMP装置では、研磨処理時
にウェハの被研磨面に対して研磨用パッドが圧接される
ので、ウェハ表面における研磨の進行状態を直接観察す
ることができない。従って、処理の終点検出を行うこと
が困難であり、加えて圧接圧力、回転テーブルやウェハ
保持機構の回転数、研磨液の供給量、研磨時間などの制
御パラメータも多く、最適な研磨を行うには多大な経験
とノウハウを必要としている。
【0006】本発明は、ウェハの研磨装置にかかる如上
の問題点に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、
研磨液を使用しないドライな雰囲気で、しかも実質的に
大気圧雰囲気での処理が可能な新規なドライ式の研磨装
置及び研磨方法を提供することであり、それにより、従
来のウェット式の研磨装置が抱える問題点をドラスティ
ックに解決しようとするものである。
【0007】
【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記載の発明は、被処理体の表面を研磨する
研磨装置であって、被処理体を回転自在に保持する回転
載置台と、所定の処理ガスをプラズマ化するとともに前
記被処理体の回転面にプラズマ流を照射するプラズマ発
生手段とを備えたことを特徴としている。
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の研
磨装置において、処理ガスを、実質的に大気圧雰囲気で
プラズマ化することを特徴としている。
【0009】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載の研磨装置において、プラズマ発生手段よりプラズ
マ流を被処理体の外径よりも内側に照射することを特徴
とするしている。
【0010】請求項4記載の発明は、請求項1〜3のい
ずれか記載の研磨装置において、前記被処理体を保持す
る前記回転載置台が、前記被処理体の被処理面の回転に
よって生じる遠心力により、前記プラズマ流を前記被処
理体の外周方向に導き、略層流状態で前記被処理面上を
拡散させながら前記被処理面を研磨することが可能な速
度で高速回転されることを特徴としている。
【0011】請求項5記載の発明は、請求項1〜4のい
ずれか記載の研磨装置において、前記被処理面への前記
プラズマ流の照射を、前記回転載置台の回転数が100
0rpm以上の状態になると行われることを特徴として
いる。
【0012】請求項6記載の発明は、請求項1〜5のい
ずれか記載の研磨装置において、前記被処理体面への前
記プラズマ流の照射を、前記被処理体面と前記照射口と
の距離が50mm以下で行われることを特徴としてい
る。
【0013】請求項7記載の発明は、請求項1〜6のい
ずれか記載の研磨装置において、回転載置台の回転中心
を移動可能に構成したことを特徴としている。
【0014】請求項8記載の発明は、請求項1〜7のい
ずれか記載の研磨装置において、回転載置台の駆動系
と、処理ガスの供給系が、中央演算処理装置から伝達さ
れる信号により制御されることを特徴としている。
【0015】さらに請求項9記載の発明は、被処理体の
表面を研磨する研磨方法であって、被処理体を回転させ
ながら、その回転面に所定の処理ガスのプラズマ流を照
射することを特徴としている。
【0016】請求項10記載の発明は、請求項9記載の
研磨方法において、プラズマ流を実質的に大気圧雰囲気
で形成することを特徴としている。
【0017】請求項11記載の発明は、請求項9または
10記載の研磨方法において、プラズマ流を被処理体の
外径よりも内側に照射することを特徴としている。
【0018】請求項12記載の発明は、請求項9〜11
のいずれか記載の研磨方法において、前記被処理体を研
磨することが可能な速度で高速回転させて、その回転に
よって生じる遠心力により、前記プラズマ流を前記被処
理体の外周方向に導き、略層流状態で前記被処理面上を
拡散させながら前記被処理面を研磨することを特徴とし
ている。
【0019】請求項13記載の発明は、請求項9〜12
のいずれか記載の研磨方法において、前記被処理面への
前記プラズマ流の照射を、前記被処理体の回転数が10
00rpm以上の状態になると行われることを特徴とし
ている。
【0020】請求項14記載の発明は、請求項9〜13
のいずれか記載の研磨方法において、前記被処理体面へ
の前記プラズマ流の照射を、前記被処理体面と前記プラ
ズマ流を照射するプラズマ発生手段の照射口との距離が
50mm以下で行われることを特徴としている。
【0021】請求項15記載の発明は、請求項9〜14
のいずれか記載の研磨方法において、中央演算処理装置
から伝達される信号により、回転載置台の駆動系と、処
理ガスの供給系を制御することを特徴としている。
【0022】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら本
発明をプラズマ研磨装置に適用した実施の一形態につい
て詳細に説明する。
【0023】本実施の形態にかかるプラズマ研磨装置1
00は、図1及び図2に示すように、回転軸102上に
軸止された回転載置台104を備えている。この回転載
置台104は、モータのような回転駆動機構106から
回転軸102を介して回転を伝達することにより、高速
で回転することができる。研磨処理時において、後述す
るように、プラズマ発生室122内で発生したプラズマ
流が開放端122aから回転載置台104上に載置され
たウェハWの被研磨面に照射され、回転により生じた遠
心力に吸引されて、ウェハWの被研磨面に略平行な層流
となって、外周方向に流れていき、そのプロセスでウェ
ハWの表面を研磨し、平滑化していく構成であるため、
ウェハWに対する単位面積当たりの研磨効率を考慮し、
ウェハWの回転速度、すなわち回転載置台の回転速度は
1000〜7000rpmの範囲内で設定されることが
望ましく、さらに4000〜6000rpmの範囲内で
設定されることが望ましい。
【0024】また、回転駆動機構106は、レール10
8a(図2)及び不図示の駆動機構から成る揺動機構1
08上に載置されており、研磨処理時に左右に揺動させ
ることにより、回転載置台104の回転中心を移動させ
ることができる。これにより、ウェハWの被研磨面に対
してプラズマ流を均一に照射することが可能となり、そ
の揺動速度は、後述の開放端122aがウェハWの半径
方向に2〜4秒間の範囲で1往復するように設定するこ
とが望ましい。なお、ウェハWの周縁部ほど、開口端1
22aの面積に対する被研磨面の揺動されるべき面積比
が大きくなるため、回転駆動機構106の揺動速度は一
定とせず、ウェハWの略中心から周縁部に移動させる際
には、その揺動速度を遅くしていくことが望ましい。そ
して、あらかじめウェハWの被研磨面の凹凸がわかって
いる場合には、その凸部分の多い場所で回転駆動機構1
06の揺動速度を遅くすることができる。
【0025】回転載置台104の載置面にはウェハWを
保持する保持機構、例えば真空チャック110が設けら
れており、ウェハWを回転載置台104上に固定して、
例えば5000rpmの高速で回転させることができ
る。なお回転軸102及び回転載置台104は不図示の
昇降機構、例えばエアシリンダなどにより昇降自在に構
成されている。従って、ウェハ搬送/搬出時には、その
下方位置にまで下降して、不図示の搬送装置との間でウ
ェハWの受け渡しを行うことができる。また、研磨処理
時には、天板112との間隔が最適となる位置にまで、
ウェハWを上昇させることができる。
【0026】回転駆動機構106、揺動機構108及び
不図示の昇降機構は、中央演算処理装置CPU109等
に接続されており、その中央演算処理装置CPU109
にインプットされている任意のプログラムによって、そ
れらの回転速度、移動速度などを正確に制御することが
可能なように構成されている。
【0027】回転載置台104の載置面(または、ウェ
ハWの被研磨面)の上方には、その載置面(または、被
研磨面)と略平行な面を成すように天板112が設置さ
れている。この天板112の略中央、すなわち、静止位
置にある(すなわち、揺動機構108がニュートラル位
置にある)回転載置台104の回転中心のほぼ延長線上
には、プラズマ発生装置120が設置されている。ま
た、天板112には光学センサ113が設けられてお
り、ウェハWの被研磨面を実時間で観察し、所定の平滑
度が得られた時点で、光学センサ113から終点信号が
中央演算処理装置CPU109に送られ、研磨処理が終
了するように構成されている。なお回転載置台104
(または、ウェハW)とプラズマ発生装置120との位
置関係については、後述するように、プラズマ発生装置
120からウェハWの被研磨面に照射されるプラズマ流
が、ウェハWの回転面(被研磨面)に生じる遠心力に吸
引されて、層流となって外周方向に均一に流れるように
配置すればよく、本実施の形態のように、プラズマ発生
装置120の鉛直方向中心線と回転載置台104の回転
中心線とが一致している必要はない。さらに、回転載置
台104上に載置されるウェハWとプラズマ発生装置1
20の開放端122aとの距離は、例えば8インチのウ
ェハWを用いて研磨処理を行う場合、上記最適なウェハ
Wの回転数及び後述の開放端122aの直径の範囲を考
慮すると、50mm以下が好ましく、さらに5〜30m
mの範囲内にあることが好ましい。
【0028】さて、本実施の形態において使用されるプ
ラズマ発生装置120は、プラズマトーチとも称される
もので、石英やシリコンカーバイドなどの誘電性材料か
ら成るプラズマ発生室122と、そのプラズマ発生室1
22の外側に数ターンにわたり巻回された高周波アンテ
ナ124とから主に構成されている。プラズマ発生室1
22は、一方端(ウェハW側)が開放し他方端が閉止し
た中空シリンダ形状をしている。その開放端122aは
天板112を貫通して、ウェハWの被研磨面に面してい
る。そして、研磨処理時において、後述するように、プ
ラズマ発生室122内で発生したプラズマ流が開放端1
22aから回転載置台104上に載置されたウェハWの
被研磨面に照射され、回転により生じた遠心力に吸引さ
れて、ウェハWの被研磨面に略平行な層流となって、外
周方向に流れていき、そのプロセスでウェハWの表面を
研磨し、平滑化していく構成であるため、開放端122
aの直径は、ウェハWの外径の十分の一以下とし、開放
端122aの面積としては、ウェハWの面積の百分の一
以下とすることで、プラズマ流をウェハWの被研磨面全
域に拡散させることが可能となる。すなわち、プラズマ
の発生効率や使用効率、さらに研磨効率などを考慮する
と、プラズマ発生室122の内径及び開放端122aの
直径は、例えば8インチのウェハWを用いて研磨処理を
行う場合、5〜30mmの範囲内にあることが好まし
く、さらに10〜20mmの範囲内にあることが好まし
い。なお、プラズマ発生室122と天板112とは封止
部材114により気密に接続されている。またプラズマ
発生室122の閉止端122bには第1及び第2の処理
ガス供給系統126、128が、適当なガスケットを介
して気密に接続されている。
【0029】プラズマ発生室122の閉止端122bの
頂部に接続される第1の処理ガス供給系126は、ガス
源126aからマスフローコントローラ(MFC)とも
称される流量制御器126bを介して、不活性ガス、例
えばアルゴンなどのプラズマ励起用ガスを導入するもの
である。また、プラズマ発生室122の閉止端122b
の周辺部に接続される第2の処理ガス供給系128は、
ガス源128aから流量制御器(MFC)128bを介
して、エッチャントガスを導入するものである。エッチ
ャントガスの流量は、全ガスの流量の1〜2%の範囲で
プラズマ発生室122内に導入されるとよい。さらに、
エッチャントガスは、研磨面の材質に応じて選択するこ
とができる。例えば、シリコン酸化膜の平滑化を行う場
合には、フッ素系ガスをエッチャントガスとして使用す
ることができる。また、タングステンやアルミニウムな
どの金属膜の平滑化を行う場合には、塩素系ガスをエッ
チャントガスとして使用することができる。なお、図示
の例では、不活性ガスとエッチャントガスを別経路にて
プラズマ発生室122に導入しているが、これらのガス
を導入経路内にて混合した後、混合ガスをプラズマ発生
室122に導入することもできる。また、エッチャント
ガスが不要な場合には、不活性ガスのみをプラズマ化
し、例えばアルゴンプラズマのみによって研磨処理を行
うこともできる。なお、流量調節器126b及び128
bは、中央演算処理装置CPU109等に接続されてお
り、その中央演算処理装置CPU109にインプットさ
れている任意のプログラムによって、処理ガスの流量を
所望の状態に正確に制御することが可能なように構成さ
れている。
【0030】さて、上記の如きプラズマ発生室122の
外周には、高周波アンテナ124が数ターンにわたり巻
回されている。この高周波アンテナには、適当なマッチ
ング回路(不図示)を介して、高周波電源130が接続
されており、例えば、13.56MHzの高周波を高周
波アンテナ124に印加することができる。高周波アン
テナ124は、図1の例では、約3ターンのコイル状の
銅線を使用しているが、本発明はかかる実施の形態に限
定されない。プラズマ発生装置120によりプラズマを
生成するには、印加された高周波によりプラズマ発生室
122内に交番磁場を形成できればよく、高周波アンテ
ナ124のターン数および形状については、設計の範囲
内で任意に設定できる。特に高周波アンテナ124の形
状については、板状のものを使用することもできる。ま
た、高周波アンテナ124は高周波の印加により過熱す
るので、例えば、図3に示すように、高周波アンテナ1
24として中空コイルを使用し、その中空部124aに
冷却水を通水する構成を採用することもできる。
【0031】次に、図3を参照しながら、上記プラズマ
発生装置120によるプラズマ生成の機構について簡単
に説明する。このプラズマ発生装置120は、高周波誘
導結合を利用してプラズマを生成するものであり、プラ
ズマ発生室122内に不活性ガスやエッチャントガスな
どの処理ガス132を流しながら、高周波アンテナ(誘
導コイル)124を通して例えば、13.56MHzの
高周波をかけると、図中点線134で示すような交番磁
場を生じ、その磁束のまわりに電場が発生して電子が加
速される。このとき加速された電子が処理ガス132の
原子と衝突してイオン化し、プラズマ放電が生じる。こ
のようにして生成したプラズマ流138は、プラズマ発
生室122の開放端122aより、図1及び図2に示す
ように、回転載置台104上に載置されたウェハWの被
研磨面に照射され、回転により生じた遠心力に吸引され
て、ウェハWの被研磨面に略平行な層流となって、外周
方向に流れていき、そのプロセスでウェハWの表面を研
磨し、平滑化していく。
【0032】なお、プラズマ流138が照射されるプラ
ズマ発生室122の開放端122aとウェハWの回転面
との位置関係は、プラズマ流138がウェハWの外径よ
りも内側に照射されるように調整される。例えば、ウェ
ハWの外径の十分の一程度の領域に向かってプラズマ流
138を照射することができれば、ウェハWの回転によ
り生じた遠心力によりプラズマ流はその回転面に沿って
十分に拡散し、ウェハWの被研磨面全体にわたり均一な
研磨処理を行うことができる。また、図3に示すような
高周波誘導結合型のプラズマ発生装置120により生成
されたプラズマの密度むらを補償するために、揺動機構
108により回転載置台102の回転中心を左右に揺動
させ、ウェハWの表面を流れるプラズマ流を平均化し、
研磨処理の均一化を図ることも可能である。
【0033】また、図1〜図4の例では、プラズマ発生
装置120のプラズマ流138の照射口は開放端122
aとして構成されているが、図7及び図8に示すよう
に、プラズマ発生室122の開放端122aにパンチン
グメタル160aやメッシュ170aを取り付けて、プ
ラズマ発生室122の開放端122aから照射されるプ
ラズマ流138のプラズマ密度の均一化を図ることもで
きる。但し、ここで使われるパンチングメタルやメッシ
ュなどは充分な被膜処理が施されたものでなければなら
ない。
【0034】以上のように、本実施の形態にかかる高周
波誘導結合を利用したプラズマ発生装置120によれ
ば、実質的に大気圧雰囲気の常圧プラズマを生成するこ
とが可能である。かかる常圧プラズマは、低圧雰囲気で
生成される低圧プラズマよりもイオンや電子の平均自由
行程が短いので、被研磨面の凹部に入りにくく、被研磨
面の凸部に衝突しやすいという特性を有している。本実
施の形態によれば、このような特性を有する常圧プラズ
マが、ウェハWの被研磨面に略平行な層流となって流れ
るので、効率的にしかも高い精度でウェハW表面の平滑
化処理を行える。しかも、本実施の形態では、大気圧雰
囲気でしかもドライな環境で研磨処理を行うことができ
るので、ウェット式の従来の研磨処理に比較して、ある
程度開放的な空間で処理を行うことができ、装置の簡素
化を図ることができる。さらに、本実施の形態では、被
研磨面が研磨パッドなどで覆われず開放しているので、
例えば光学センサによりウェハWの表面からの反射光を
実時間で観察することが可能であり、最適な終点検出を
行うことができ、研磨処理の精度をより高めることがで
きる。
【0035】以上説明したように、本実施の形態による
プラズマ研磨装置100は、従来のウェット式CMP装
置に比較して、ある程度開放的な空間で処理を行うこと
ができるが、実際運用にあたっては、図4に示すよう
な、処理チャンバ150内に収容されて、1つのユニッ
トとして構成することができる。処理チャンバ150
は、図示のように、例えば略6方体形状をしており、そ
の上部天板150aの略中央にプラズマ発生装置120
が取り付けられている。また処理チャンバ150の一方
の側壁には、開閉自在の開口部150bが形成されてお
り、不図示の搬送手段により、ウェハWの搬入搬出を行
うことができる。さらに処理チャンバ150の他方の側
壁には、排気口150cが設けられており、排気ファン
150dなどにより、処理チャンバ150内の排気を行
うことができる。本実施の形態では、既に説明したよう
に常圧プラズマを使用して研磨処理を行うので、真空ポ
ンプなどにより減圧排気を行う必要はなく、排気ファン
150d程度の排気手段を使用することが可能であり、
装置構成を簡略化できる。さらに、上記処理チャンバ1
50を規格化されたユニットと構成することにより、複
数の処理装置を組み合わせて構成されるマルチチャンバ
方式の処理システムを構築したり、連続プロセスシーケ
ンスの1ユニットとすることが可能である。なお、上記
実施の形態において、処理チャンバ150の形状を略6
方体として説明したが、本発明はかかる構成に限定され
ず、いかなる形状であっても適用することが可能であ
り、例えば略円形の形状であってもよい。
【0036】次に、上記のように構成された本実施の形
態にかかるプラズマ研磨装置により図5(a)に示すよ
うなシリコン酸化膜よりなる層間絶縁膜が形成されたウ
ェハの表面を研磨する場合の動作について説明する。こ
のウェハは、図5(a)に示すように、シリコン層20
2の上に配線部をなす金属層204、例えばアルミニウ
ム層が形成され、その表面全体に絶縁膜208が形成さ
れている。
【0037】まず、中央演算処理装置109の制御信号
によって、回転載置台104を下方のウェハ受け入れ位
置にまで下降させ、図5(a)に示すように、表面が凹
凸面208である未処理のウェハWを搬送装置により、
回転載置台104上に載置する。そして、真空チャック
110によりウェハWを真空吸着するとともに、回転載
置台104を研磨処理位置にまで上昇させる。さらに、
回転載置台104、すなわちウェハWを、例えば500
0rpmの高速で回転させる。次いで、プラズマ発生室
122内に処理ガス、例えばアルゴンガスとCF4ガス
を導入しながら、高周波電源130より、例えば13.
56MHzの高周波を高周波アンテナ124に印加し、
プラズマ発生室122内にプラズマを生成する。プラズ
マ発生室122内のプラズマは、室内が若干陽圧である
ことと、ウェハWの回転による吸引力により、開口部1
22aよりプラズマ流138としてウェハWの表面に向
かって照射される。その後、プラズマ流は、ウェハWの
回転により外周方向に層流となって流れ、図5(b)に
示すように、ウェハWの凹凸面208を平滑面210に
研磨していく。
【0038】ウェハWの被研磨面は、光学センサ113
により実時間で観察されており、所定の平滑度が得られ
た時点で、光学センサは終点信号を装置の中央演算処理
装置CPU109に送り、研磨処理が終了する。研磨処
理終了後、中央演算処理装置CPU109の制御信号に
より、回転載置台104の回転が停止されるとともに、
プラズマも停止される。その後、回転載置台104はウ
ェハ搬出位置にまで下降し、不図示の搬送手段により研
磨済みのウェハWを搬出して一連の処理が終了する。
【0039】以上の実施の形態においては、シリコン酸
化膜を平滑化する工程を説明したが、本発明は、シリコ
ン酸化膜以外の、例えばシリコンナイトライド膜を研磨
する場合にも適用することができる。さらに、本発明
は、図6(a)に示すように、コンタクトホール220
が形成された絶縁膜222、例えばシリコン酸化膜の表
面全体に、例えばチタンナイトライド膜よりなる薄いバ
リヤ層224を介して金属膜226、例えばタングステ
ン膜が形成されたウェハWを、図6(b)に示すよう
に、絶縁膜222が露出するまで金属膜226及びバリ
ヤ層224をエッチバックするような処理に対しても適
用することができる。
【0040】以上の説明から明らかなように、本発明
は、ウェハWの回転によりプラズマ流を被研磨面に略平
行な層流として流すことにより、ウェハWの被研磨面全
体にわたり均一に研磨しようとするものである。しかし
ながら、ウェハWの外周域に発生する乱流が処理に悪影
響を与える場合には、図9及び図10に示すような構成
を採用して、層流の均一な流れを保持することができ
る。例えば、図9に示す実施例では、ウェハWの外径よ
りも大径の回転載置台104’を用い、さらにウェハW
を囲むように、ウェハWの回転面の外周域を擬似的に延
長させるような整流機構240を設置して、ウェハWの
外周域における乱流を防止することができる。あるい
は、図10に示すように、隔壁に250により回転載置
台104の周囲を囲み、隔壁250の側壁部に多数の吸
気口250aを設けることで、ウェハWの外周域おいて
層流を乱すことなく、吸気口250aから吸気する構成
とすることができる。
【0041】以上、本発明の好適な実施の形態について
図面に即して説明したが、本発明はかかる例に限定され
ない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載した技術
的思想の範疇において、様々な変更及び修正に想到する
ことが可能であり、それらについても、本発明の技術的
範囲に属するものと了解される。
【0042】例えば、上記実施の形態では、半導体ウェ
ハを研磨する場合を例に挙げて説明したが、本発明はか
かる例に限定されず、LCD基板などの被処理体の表面
を研磨する場合にも適用することができる。また、上記
実施の形態では、大気圧雰囲気で生成された常圧プラズ
マにより研磨処理を行う例を示したが、研磨装置を気密
チャンバ内に収容し、気密チャンバ内を減圧雰囲気に保
持して、減圧プラズマにより研磨処理を行うことも可能
であることは言うまでもない。さらにまた、上記実施の
形態では、プラズマ発生装置120として高周波誘導結
合型のプラズマトーチを採用したが、本発明はかかる例
に限定されず、各種プラズマ発生装置、例えばマイクロ
波プラズマ発生装置、ECRプラズマ発生装置などによ
り生成したプラズマを研磨処理に利用することが可能で
ある。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プラズマ発生装置から被処理体の回転面に照射されたプ
ラズマ流を、回転により回転面に略平行な層流として流
すことが可能であり、そのプラズマ流により被研磨面を
研磨することにより、ドライな雰囲気で研磨処理を行う
ことができる。このように、本発明によれば、従来の研
磨装置のように、ウェットな雰囲気で処理を行う必要が
ないので、研磨液の飛散防止機構や廃液回収機構を省略
し、装置構成を簡略化することができる。さらに、被処
理体をウェットな雰囲気に曝すことなく研磨処理を行え
るので、被処理体の後処理を省略することが可能とな
り、プロセスの工程数を減らすことができる。さらにま
た、本発明によれば、被処理体の研磨面に対して研磨パ
ッドなどを押圧する必要がないので、研磨面を光学セン
サなどでリアルタイムで観察することが可能となり、よ
り正確な終点検出を行え、研磨精度の向上を図ることが
できる。また、マルチチャンバ方式の処理システムによ
る連続プロセス装置におけるプロセスの一環として、研
磨工程を組み込むことが可能となる。
【0044】特に、大気圧雰囲気で生成した常圧プラズ
マを利用して研磨処理を行った場合には、プラズマ流を
より効率的に研磨面の凸部に衝突させることが可能とな
り、より高速でかつ平滑度の高い処理を行うことができ
る。そして、常圧プラズマを利用することにより、処理
チャンバの機密性を下げ、また排気機構も簡略化するこ
ともできるので装置のイニシャルコストを軽減すること
ができる。さらに大気圧雰囲気で処理を行うことにより
真空チャックの吸着力も高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態にかかるプラズマ処理装
置の概略的構成を示す略断面図である。
【図2】図1に示すプラズマ処理装置の概略を示す見取
図である。
【図3】本発明に適用可能なプラズマ発生装置によるプ
ラズマ発生メカニズムを示す説明図である。
【図4】本発明の実施の一形態にかかるプラズマ処理装
置を収納可能な処理チャンバの一例を示す見取図であ
る。
【図5】本発明を適用可能なウェハ表面の積層構造を示
す説明図であり、図5(a)研磨処理前の様子、図5
(b)は研磨処理後の様子をそれぞれ示している。
【図6】本発明を適用可能な別のウェハ表面の積層構造
を示す説明図であり、図6(a)研磨処理前の様子、図
6(b)は研磨処理後の様子をそれぞれ示している。
【図7】本発明を適用可能なプラズマ発生装置のプラズ
マ照射口の別の実施の形態を示す説明図である。
【図8】本発明を適用可能なプラズマ発生装置のプラズ
マ照射口のさらに別の実施の形態を示す説明図である。
【図9】本発明を適用可能なプラズマ研磨装置の別の実
施の形態を示す説明図である。
【図10】本発明を適用可能なプラズマ研磨装置のさら
に別の実施の形態を示す説明図である。
【図11】従来のCMP方式の研磨装置の一例を示す見
取図である。
【図12】従来のCMP方式の研磨装置の一例を示す側
面図である。
【符号の説明】
W ウェハ 100 プラズマ研磨装置 102 回転軸 104 回転載置台 106 回転駆動機構 108 揺動機構 109 中央演算処理装置 112 天板 113 光学センサ 120 プラズマ発生装置 122 プラズマ発生室 122a プラズマ照射口 124 高周波アンテナ 126 第1の処理ガス供給経路 128 第2の処理ガス供給経路 130 高周波電源

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被処理体の表面を研磨する研磨装置であ
    って、 前記被処理体を回転自在に保持する回転載置台と、 所定の処理ガスをプラズマ化するとともに前記被処理体
    の回転面にプラズマ流を照射するプラズマ発生手段と、 を備えたことを特徴とする、研磨装置。
  2. 【請求項2】 前記処理ガスは、実質的に大気圧雰囲気
    でプラズマ化されることを特徴とする、請求項1に記載
    の研磨装置。
  3. 【請求項3】 前記プラズマ流は、前記被処理体の外径
    よりも内側に照射されることを特徴とする、請求項1ま
    たは2に記載の研磨装置。
  4. 【請求項4】 前記被処理体を保持する前記回転載置台
    は、前記被処理体の被処理面の回転によって生じる遠心
    力により、前記プラズマ流を前記被処理体の外周方向に
    導き、略層流状態で前記被処理面上を拡散させながら前
    記被処理面を研磨することが可能な速度で高速回転され
    ることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の
    研磨装置。
  5. 【請求項5】 前記被処理面への前記プラズマ流の照射
    は、前記回転載置台の回転数が1000rpm以上の状
    態になると行われることを特徴とする、請求項1〜4の
    いずれかに記載の研磨装置。
  6. 【請求項6】 前記被処理体面への前記プラズマ流の照
    射は、前記被処理体面と前記照射口との距離が50mm
    以下で行われることを特徴とする、請求項1〜5のいず
    れかに記載の研磨装置。
  7. 【請求項7】 前記回転載置台の回転中心は移動可能で
    あることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載
    の研磨装置。
  8. 【請求項8】 回転載置台の駆動系と、処理ガスの供給
    系は、中央演算処理装置から伝達される信号により制御
    されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記
    載の研磨装置。
  9. 【請求項9】 被処理体の表面を研磨する研磨方法であ
    って、 前記被処理体を回転させながら、その回転面に所定の処
    理ガスのプラズマ流を照射することを特徴とする、研磨
    方法。
  10. 【請求項10】 前記プラズマ流は、実質的に大気圧雰
    囲気であることを特徴とする、請求項9に記載の研磨方
    法。
  11. 【請求項11】 前記プラズマ流は、前記被処理体の外
    径よりも内側に照射されることを特徴とする、請求項9
    または10に記載の研磨方法。
  12. 【請求項12】 前記被処理体を研磨することが可能な
    速度で高速回転させて、その回転によって生じる遠心力
    により、前記プラズマ流を前記被処理体の外周方向に導
    き、略層流状態で前記被処理面上を拡散させながら前記
    被処理面を研磨することを特徴とする、請求項9〜11
    のいずれかに記載の研磨方法。
  13. 【請求項13】 前記被処理面への前記プラズマ流の照
    射は、前記被処理体の回転数が1000rpm以上の状
    態になると行われることを特徴とする、請求項9〜12
    のいずれかに記載の研磨方法。
  14. 【請求項14】 前記被処理体面への前記プラズマ流の
    照射は、前記被処理体面と前記プラズマ流を照射するプ
    ラズマ発生手段の照射口との距離が50mm以下で行わ
    れることを特徴とする、請求項9〜13のいずれかに記
    載の研磨方法。
  15. 【請求項15】 中央演算処理装置から伝達される信号
    により、回転載置台の駆動系と、処理ガスの供給系を制
    御することを特徴とする、請求項9〜14のいずれかに
    記載の研磨方法。
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