JPH11269669A - ノズル装置及びそれを用いる基板の研磨装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の化学・機械的研磨法に替わり、あるい
はこれと併用することで、基板面をより効率的に平坦化
できるようなガスポリッシング装置を提供する。 【解決手段】 基板Ｗの被加工面７２に対向して配置さ
れ、被加工面にノズル３８より腐食性のガスを吹き付け
てガスポリッシュを行なうノズル装置において、ノズル
には、基端側に設けられたガス流通空間Ｓと、先端側に
形成されたノズル孔５４とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、腐食性ガスを用
いて例えば半導体ウエハのような基板の表面の凹凸を除
去して平坦化する、あるいは逆に表面に所定の凹凸を形
成するためのガスポリッシング装置に用いるノズル装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化が進む
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。これに伴い、光リソグラフィなどで回路
形成を行なう場合の焦点深度が浅くなるので、ステッパ
の結像面のより高い平坦度を必要とする。

【０００３】半導体ウエハの表面を平坦化する手段とし
て、研磨面を有する研磨テーブルと、該研磨テーブルに
対して被研磨材を把持してその研磨面を押圧する把持部
材とを有し、これらの接触面間に被研磨面の素材に応じ
た所定の研磨液を供給しながら研磨を行なう化学・機械
的研磨法（ＣＭＰ）が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この化
学・機械的研磨法は、図１２に示すように、基板を全面
に渡って研磨しながら平坦化するものであるので、基板
上のマクロな凹凸を平坦化するには向いておらず、相当
の研磨量と時間を要する。

【０００５】本発明は、従来の化学・機械的研磨法に替
わり、あるいはこれと併用することで、基板面をより効
率的に平坦化できるようなガスポリッシング装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基板の被加工面に対向して配置され、該被加工面に
ノズルより腐食性のガスを吹き付けてガスポリッシュを
行なうノズル装置において、該ノズルには、基端側に設
けられたガス空間と、先端側に形成されたノズル孔とを
有することを特徴とするノズル装置である。

【０００７】これにより、微小径のノズル孔を有するノ
ズルの通気抵抗を最小限に抑えることができることがで
きるので、ガスポリッシュに用いた際に制御の応答性を
向上させることができ、形状制御性のよいポリッシュを
行なうことができる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、前記ノズルは、
前記被加工面に向けて延びる筒状体と、該筒状体の先端
を覆う薄板状の遮蔽部材とを有し、前記ノズル孔は前記
遮蔽部材に形成されていることを特徴とする請求項１に
記載のノズル装置である。これにより、通気抵抗の低い
微小径のノズルを比較的簡単な作りやすい構造とするこ
とができる。

【０００９】前記遮蔽部材の厚さｔを、１０μｍ＜ｔ＜
１０００μｍの範囲に設定するようにしてもよい。これ
により、実用的な素材である程度の強度を確保しつつ通
気抵抗を抑えることができる。

【００１０】前記ノズル孔を複数設けるようにしてもよ
い。これにより、より広い範囲を効率的にポリッシュす
ることができる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、前記ノズルは、
前記被加工面に向けて延びる筒状体と、該筒状体の先端
に設けられたヘッダ部を有することを特徴とする請求項
１に記載のノズル装置である。これにより、より広い範
囲を均一にポリッシュすることができる。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
３のいずれかに記載のノズル装置と、化学・機械的研磨
装置とが併設されていることを特徴とする基板の研磨装
置である。これにより、まず基板の被加工面を局部的に
ガスポリッシュして、基板上のマクロな凹凸を除去した
り、あるいは除去しやすくしてから、化学・機械的研磨
装置によりミクロな凹凸を除去するようにして、平坦性
の高い研磨を効率的に行なうことができる。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
３のいずれかに記載のノズル装置によるガスポリッシュ
工程と、化学・機械的研磨工程とを順次行うことを特徴
とする基板の研磨方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。まず、図１及び図２により、ガ
スポリッシング装置の概要を説明する。このガスポリッ
シング装置は、図１に示すように、４つの真空排気可能
な気密な部屋、すなわち、中央のロボット室１０と、こ
のロボット室１０にそれぞれゲートバルブ１２，１４，
１６を介して接続された基板保管室１８、膜厚測定室２
０、ポリッシング室２２と、これらの付随装置及び全体
のシステムを統括する制御装置２４を有している。膜厚
測定室２０には、例えば、非接触で基板Ｗ面までの距離
を測定する遠隔センサや渦電流による膜厚測定器のセン
サ、エリプソメータによる膜厚測定器のセンサを基板面
に沿って走査して基板面の凹凸の状態を数値的なデータ
として得るための膜厚測定器２６が設けられている。

【００１５】ポリッシング室２２は、図２に示すよう
に、その中央に基板Ｗを載置する保持テーブル２８が設
けられ、これは基板Ｗを所定のポリッシング温度に維持
するヒータ３０と、基板を所定の位置に移動させるＸ−
Ｙテーブル３２とを備えている。保持テーブル２８の上
方の所定位置には、支持軸３４を介して室外の昇降装置
３６に支持されたノズル３８が設けられている。ポリッ
シング室２２には、ポリッシング室を所定の真空度に排
気する真空ポンプ４０と、排ガス中の有害成分を除去す
る除害装置４２を有する排気経路４４と、必要に応じて
パージガスを供給するパージガス供給経路、室内の真空
度を検知するセンサ、基板温度センサ（図示略）等が設
けられている。

【００１６】ノズル３８は、図３に示すように、所定の
内径Ｒを有する筒状体４６の先端に、その開口部を覆う
薄板状の遮蔽部材４８が環状の固定板５０をボルト固定
することにより取り付けられ、内部にガス流通空間Ｓを
形成している。筒状体４６と遮蔽部材４８の間にはＯリ
ングシール５２が設けられて取付部の気密性を保ってい
る。遮蔽部材４８の中心には、筒状体４６の内径Ｒより
も小さい径ｄのノズル孔５４が設けられている。遮蔽部
材の厚さｔは、ノズル孔の排気抵抗を下げるために小さ
い方が望ましいが、あまり薄いと強度や作業性が低下す
る。従って、例えば、１０μｍ＜ｔ＜１０００μｍ、よ
り好ましくは、３０μｍ＜ｔ＜５００μｍの範囲で選択
する。

【００１７】ガス供給装置５６は、この例では、例えば
ＣｌＦ₃のような腐食性ガスとＡｒ等の不活性ガスを事
前に混合したガス源５８と、フィルタ６０、流量制御器
（ＭＦＣ）６２、電磁開閉弁６４を有する供給配管６６
を有しており、これは接続部６８を介してポリッシング
室２２内に導入され、フレキシブルチューブ７０を介し
てノズル３８に接続されている。ＭＦＣ６２、開閉弁６
４はそれぞれ制御装置２４の演算制御部２４ａに接続さ
れており、 Ｘ−Ｙテーブル３２及び昇降装置３６と連
動して制御され、基板Ｗの各位置の所要ポリッシュ量に
対応するガス流量が流されるようになっている。

【００１８】なお、この実施の形態では、ポリッシング
ガスは、連続的にではなく、開閉弁６４を間欠的に開い
てパルスとして供給される。これにより、供給されたガ
スは噴射された基板Ｗ面を瞬間的にポリッシュした後に
瞬時に拡散して、局部的にポリッシュを行なうととも
に、ポリッシュ量を左右するガス供給量の制御を容易に
している。勿論、連続的にガスを供給してもよい。

【００１９】次に、このように構成されたガスポリッシ
ング装置によって基板表面を平坦化する場合の工程を説
明する。ポリッシングすべき基板Ｗは、まず保管室１８
から膜厚測定室２０に移送され、そこで、膜厚測定器２
６によって基板面の全面に亘って膜厚が測定される。こ
れにより、膜厚分布のデータが制御装置２４の画像処理
部２４ｂに記憶される。

【００２０】制御装置２４の演算制御部２４ａはその膜
厚データをもとに、ポリッシング室２２において基板Ｗ
のどの部分をどの程度ポリッシングすべきかを決める。
すなわち、基板Ｗを平坦化する場合であれば、得られた
基板Ｗの膜厚のマップの山の部分をその高さに応じた量
だけポリッシュするように、該当箇所の位置に対応する
ノズル３８に流すガスの流量、濃度、時間（パルス数）
等のパラメータを決定する。

【００２１】次に、ロボット１０ａによって基板Ｗはポ
リッシング室２２に移送され、ここで、上述したパラメ
ータに沿ってガスポリッシングされる。まず、ポリッシ
ング室２２を所定の真空状態とし、ヒータ３０により基
板温度を所定温度に加熱した後、昇降装置３６を駆動し
てノズル３８の高さをポリッシュのプロフィールやノズ
ル径等との関係に基づいて設定する。勿論、基板Ｗの高
さを基板のポリッシュ位置に対応して変えるようにして
もよい。

【００２２】次に、Ｘ−Ｙテーブルを作動させ、基板Ｗ
のポリッシュ必要箇所がノズル３８の直下に順次来るよ
うに基板Ｗを所定のピッチ又は速度で移動させ、被研磨
面を走査する。そして、図４に示すように、基板Ｗの膜
厚マップに基づいて予め算出した各位置におけるパラメ
ータに沿ってポリッシュガスをノズル３８より噴射し、
被研磨面７２のポリッシュを行なう。ガス噴射は、基板
Ｗとノズル３８を相対移動させながら連続的に行っても
良く、あるいは所定位置において瞬間的に停止して行っ
ても良い。

【００２３】この過程では、開閉弁６４を通過したガス
は、供給配管６６、フレキシブルチューブ７０、ノズル
３８のガス流通空間Ｓを通り、遮蔽部材４８に形成され
たノズル孔５４によって絞られて、基板Ｗのポリッシュ
すべき領域に向けて噴射され、被研磨面７２の加工を精
度良く行う。コンダクタンスの小さい流路はノズル孔５
４の部分だけであるので、図１１に比較例として示すよ
うな細管形状のノズルに比べて制御の遅れも少ない。

【００２４】そして、必要に応じて洗浄や乾燥工程を行
ってから、ロボット１０ａによって膜厚測定室２０に戻
し、膜厚の再測定を行う。そして、基板面の凹凸の程度
が許容基準範囲外である場合には再度ガスポリッシング
を行ない、範囲内である場合には保管室１８に戻す。ガ
スポリッシングを行った後に、さらに化学・機械的研磨
（ＣＭＰ）を行って、ミクロな凹凸を除去するようにし
ても良い。

【００２５】この例では、基板Ｗ側を移動させて被研磨
面７２を走査するようにしたが、ノズル側をＸ−Ｙ方向
に駆動してもよい。また、ノズル３８と基板Ｗの相対移
動の機構は、Ｘ−Ｙ移動に限らず、回転と直線移動の組
合せ等適宜のものが採用されてよい。

【００２６】図５に示すのは、全体としてのポリッシュ
効率を向上させるようにしたポリッシュ方法の他の実施
の形態であり、ガス噴射を間欠的に行っている。すなわ
ち、ある場所を所定量ポリッシュした後に、あるピッチ
でノズル３８を相対移動させてポリッシュする工程を繰
り返している。その結果、ポリッシュ後の被加工面７２
にはミクロの凹凸を含むマクロな凹凸が残されている。

【００２７】そして、ガスポリッシングを行った後に、
さらに化学・機械的研磨（ＣＭＰ）を行う。これによ
り、ミクロな凹凸が除去されると同時にマクロの凹凸も
除去されて平坦化される。このようにして、２つの工程
を組み合わせて行い、全体として平坦化の効率を向上さ
せることができる。なお、Ｘ方向への連続的なポリッシ
ュをＹ方向にピッチをおいて行っても良い。

【００２８】図６に示すのは、遮蔽部材４８を筒状体４
６に取り付けるための他の構造を示すもので、環状の固
定板７４ａと内面にねじ溝７５を形成した筒状部７４ｂ
を一体化した固定部材７４をノズル３８の筒状体４６の
外周に直接に螺合させるようにしたものである。これに
より、シール性や取付強度、操作性などを改善すること
ができる。

【００２９】図７に示すのは、この発明のノズル３８を
用いたガスポリッシング装置の他の実施の形態であり、
流量制御器（ＭＦＣ）６２、電磁開閉弁６４を有するガ
ス制御部７６をノズル３８と一体化したものである。こ
れにより、ノズル３８の開閉をノズル３８の先端により
近いところでできるので、開閉弁６４からノズル先端ま
での部分に存在するガスが弁６４の閉止後に流れて制御
の遅れが生じることが防止される。

【００３０】図８は、この発明の他の実施の形態のガス
ノズル３８Ａを示すもので、１枚の遮蔽部材７８に複数
のノズル孔５４が形成されているものである。ノズル孔
５４を隣接して配置することにより、１本の場合には図
９（ａ）に示す断面形状となるのに対して、同図（ｂ）
に示すように台形上の断面を持つ凹部が形成される。従
って、比較的広い面積を平坦化する場合には、１本の太
いノズルを用いるよりも効率良く平坦化することができ
る。

【００３１】図１０は、この発明の他の実施の形態のガ
スノズル３８Ｂを示すもので、筒状部４６の先端に円盤
状の空間を形成するヘッダ８０が設けられ、その下面の
ノズル板８２に複数の短筒状のノズル８４が形成されて
いるものである。この実施の形態においては、ヘッダ空
間Ｓが設けられているので、図８の場合に比べてより広
い範囲に均等にガスを供給することができる。

【００３２】図８又は図１０のような複数のノズル孔を
有するノズルにおいても、ノズル孔の間隔やガス噴射の
タイミングを適宜に設定することにより、図４又は図５
のいずれのポリッシュ方法も採用することができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、微小径のノズル孔を有するノズルの通気抵抗を最小
限に抑えることができるので、ガスポリッシュに用いた
際に制御の応答性を向上させることができ、形状制御性
のよいポリッシュを行なうことができる。従って、従来
の化学・機械的研磨法に替わり、あるいはこれと併用す
ることで、基板面をより効率的に平坦化できるようなガ
スポリッシング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のノズル装置が用いられるガスポリッ
シング装置の全体構成を示す平面図である。

【図２】図１のガスポリッシュ室の構成を示す断面図で
ある。

【図３】（ａ）はノズルの先端部の構成を示す断面図、
（ｂ）はその底面図である。

【図４】ガスポリッシュ工程での形状変化を説明する図
である。

【図５】他のガスポリッシュ工程での形状変化を説明す
る図である。

【図６】（ａ）はノズルの先端部の他の構成を示す断面
図、（ｂ）はその底面図である。

【図７】ガスポリッシュ室の他の構成を示す断面図であ
る。

【図８】（ａ）はノズルの他の構成を示す断面図、
（ｂ）はその底面図である。

【図９】（ａ）は１本のノズルによるポリッシュ後の断
面形状を示す図、（ｂ）は複数本のノズルによるポリッ
シュ後の断面形状を示す図である。

【図１０】（ａ）はノズルのさらに他の構成を示す断面
図、（ｂ）はその底面図である。

【図１１】ノズルの比較例を示す断面図である。

【図１２】従来のＣＭＰ法によるポリッシュ過程を示す
図である。

【符号の説明】

３８ ノズル ４６ 筒状体 ４８ 遮蔽部材 ５４ ノズル孔 ７２ 被加工面 ８０ ヘッダ部 Ｓ ガス流通空間 Ｗ 基板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の被加工面に対向して配置され、該
   被加工面にノズルより腐食性のガスを吹き付けてガスポ
   リッシュを行なうノズル装置において、 該ノズルには、基端側に設けられたガス流通空間と、先
   端側に形成されたノズル孔とを有することを特徴とする
   ノズル装置。
2. 【請求項２】 前記ノズルは、前記被加工面に向けて延
   びる筒状体と、該筒状体の先端を覆う薄板状の遮蔽部材
   とを有し、前記ノズル孔は前記遮蔽部材に形成されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載のノズル装置。
3. 【請求項３】 前記ノズルは、前記被加工面に向けて延
   びる筒状体と、該筒状体の先端に設けられたヘッダ部を
   有することを特徴とする請求項１に記載のノズル装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載のノ
   ズル装置と、化学・機械的研磨装置とが併設されている
   ことを特徴とする基板の研磨装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし３のいずれかに記載のノ
   ズル装置によるガスポリッシュ工程と、化学・機械的研
   磨工程とを順次行うことを特徴とする基板の研磨方法。