(57)【特許請求の範囲】
【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、
複数のノズルが所定の間隔で分散して配置されているノズル集合体と、
各ノズルからの前記ガスの流れを個別に制御する制御機構とを有し、
前記ノズル集合体には、ノズルの間隔を調整するためのノズル位置調整機構が設けられていることを特徴とするノズル装置。
【請求項２】
前記制御機構は、前記各ノズルに給気する給気管を個別に開閉する開閉弁を有し、前記開閉弁は前記ノズル集合体と一体に配置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。
【請求項３】
隣接する前記ノズルの間隔Ｄが、各ノズルが単独で行った所定量のポリッシュにおけるポリッシュ形状の半価幅をｄとしたときに、
０．９ｄ／１．１７７＜Ｄ≦１．１ｄ／１．１７７
に設定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。
【請求項４】
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複数のノズルが所定の間隔で分散して配置されているノズル集合体と、
各ノズルからの前記ガスの流れを個別に制御する制御機構とを有し、
前記ノズル集合体には、ノズルの間隔を調整するためのノズル位置調整機構が設けられているノズル装置と、
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。
【請求項５】
基板の被加工面に対向して複数のノズルを配置するノズル配置工程と、
該ノズルより腐食性のガスを所定量ずつ間欠的にパルス状に流し、かつ各ノズルからのガス流れを前記パルス数を調整することによって制御しながら前記被加工面に吹き付けるポリッシュ工程とを備え、
前記ノズル配置工程において、各ノズルの間隔Ｄを、各ノズルが単独で行った所定量のポリッシュにおけるポリッシュ形状の半価幅をｄとしたときに、
０．９ｄ／１．１７７＜Ｄ≦１．１ｄ／１．１７７
に設定することを特徴とするガスポリッシュ方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガスポリッシング装置に用いるノズル装置に関する。ここで、ガスポリッシングとは、例えば半導体ウエハのような基板の表面に腐食性ガスを局部的に噴射して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ものである。
【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】
本発明のノズル装置は、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、複数のノズルが所定の間隔で分散して配置されているノズル集合体と、各ノズルからの前記ガスの流れを個別に制御する制御機構とを有し、前記ノズル集合体には、ノズルの間隔を調整するためのノズル位置調整機構が設けられていることを特徴とするノズル装置である。
【０００７】
このような構成のノズル装置において、例えば、所定の真空度に調整したチャンバ内に基板を置き、複数のノズルのそれぞれから被加工面に向けて、対応する位置における必要ポリッシュ量を得るように、圧力、流速、流量、ポリッシング時間等を制御しつつガスを噴射する。これにより、一度の工程で被加工面の所定範囲をポリッシュすることができる。
【０００８】
各位置における必要ポリッシュ量は、予め基板の表面の凹凸分布を測定しておき、これに基づいて算出しておく。また、各ノズル先端に遠隔センサを設け、凹凸分布を測定して必要ポリッシュ量をリアルタイムで算出しながらガス噴射量を制御してもよい。
【０００９】
各ノズルはできるだけ局部的にポリッシュを行って被加工面の整形機能を高めるようにするのが好ましく、ノズルの形状や径はその目的に応じて適宜のものが採用可能である。例えば、各ノズルからのガスが他の領域に影響を与えないように、ノズルの近傍に排気口を開口させるようにしてもよい。また、同様の目的で、ノズルを間欠的に開閉してガスをパルスとして噴射してもよく、これによってガス噴射量の制御性も向上させられる。
【００１０】
前記ノズルを、前記被加工面の全面に対応する領域に配置するようにしてもよい。これにより、一度の工程で被加工面の全面をポリッシュすることができる。また、前記ノズルを、前記被加工面を分割した形状に対応する領域に配置するようにしてもよい。これにより、分割の数に対応する数度の工程で被加工面の全面をポリッシュすることができる。
【００１１】
また、前記制御機構は、前記各ノズルに給気する給気管を個別に開閉する開閉弁を有し、前記開閉弁は前記ノズル集合体と一体に配置されていることを特徴とするものである。これにより、開閉弁からノズル先端までの間に残留するガスの影響を少なくして、制御精度を向上させることができる。
【００１２】
また、前記ノズル集合体には、ノズルの間隔を調整するためのノズル位置調整機構が設けられていることを特徴とするものである。これにより、対象基板の大きさやポリッシュの条件、目的等に応じてノズル間隔を調整し、より好適な条件でポリッシュを行なうことができる。
【００１３】
また、隣接する前記ノズルの間隔Ｄが、各ノズルが単独で行った所定量のポリッシュにおけるポリッシュ形状の半価幅をｄとしたときに、０．９ｄ／１．１７７＜Ｄ≦１．１ｄ／１．１７７に設定されていることを特徴とするものである。これにより、複数のノズルによるポリッシュ後の形状が平坦な底部を有するようになるので、広い範囲を効率的に平坦化させることができる。
【００１４】
ノズルの間隔Ｄを、各ノズルが単独で行った所定量のポリッシュにおけるポリッシュ形状の半価幅をｄとしたときに、Ｄ＜ｄ／１．１７７に設定してもよい。この場合、複数のノズルによるポリッシュ後の形状が、一つのノズルの時よりも深く大きくなるため、より大きな凹凸を削る場合には、Ｄ＜ｄ／１．１７７の設定を使用する。また、より大きなポリッシング形状を得ることができることにより、大きなポリッシング形状の間隔Ｄ’、半価幅ｄ’とがＤ’＝ｄ’／１．１７７（±１０％）となればより大きな範囲でより深くポリッシングし、かつ底部を平坦化させることができる。
【００１５】
各ノズルを正三角形の頂点に位置するような平面的配置としてもよい。これにより、隣接するノズルの間隔が全て均等になるようにノズルを配置して、平坦化を効率的に行うことができる。
【００１６】
前記制御機構が、前記各ノズルに給気する給気管を個別に開閉する開閉弁とを有し、前記開閉弁が前記ノズル集合体に近接して配置されるようにしてもよい。これにより、開閉弁からノズル先端までの間の空間を小さくして、弁の開閉とガス流れの間の時間のずれを小さくし、制御精度を向上させることができる。
【００１７】
また、本発明の基板の研磨装置は、上記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ものである。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。
【００１８】
また、本発明のガスポリッシュ方法は、基板の被加工面に対向して複数のノズルを配置するノズル配置工程と、該ノズルより腐食性のガスを所定量ずつ間欠的にパルス状に流し、かつ各ノズルからのガス流れを前記パルス数を調整することによって制御しながら前記被加工面に吹き付けるポリッシュ工程とを備え、前記ノズル配置工程において、各ノズルの間隔Ｄを、各ノズルが単独で行った所定量のポリッシュにおけるポリッシュ形状の半価幅をｄとしたときに、０．９ｄ／１．１７７＜Ｄ≦１．１ｄ／１．１７７に設定することを特徴とするものである。
【００１９】
また、上記記載のノズル装置によるガスポリッシュ工程、又は上記記載の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ようにしてもよい。
【００２０】
【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２０、ポリッシング室２２と、これらの部屋に付随する装置及び全体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。
【００２１】
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、基板を所定角度ずつ回転させる回転装置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集合体３８が設けられている。ポリッシング室２２の真空度を検知するセンサ４８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４６が設けられている。また、室内の真空度を検知するセンサ４８、基板温度センサ（図示略）等が設けられている。
【００２２】
ノズル集合体３８は、複数のノズル５０がノズル盤５２にこれを貫通するように取り付けられて構成され、各ノズル５０には腐食性のガスを供給するフレキシブルなガス供給管５４が接続されている。この供給管５４は束ねられてポリッシング室外部に導入され、ガス供給装置５６に接続されている。ノズル集合体３８は、この例では基板Ｗの表面の６分の１をカバーする形状のもので、図４に示すように、中心角が６０度の扇形のノズル盤５２に、所定の径のパイプ状のノズル５０が、隣接するノズルとの距離が等しくなるように正三角形の頂点に位置するように分散して配置されている。
【００２３】
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５８とＡｒ等の不活性ガス６０を混合して用いるようになっており、これらのガス源５８，６０には各供給管５４ごとに、フィルタ６２、流量制御器（ＭＦＣ）６４、電磁開閉弁６６を有する供給配管６８が設けられて各供給管５４に接続されている。各供給配管６８のＭＦＣ６４、開閉弁６６はそれぞれ制御装置２４の制御出力端子に接続されており、制御装置によって各ガスの流量、開閉のタイミングが制御されるようになっている。
【００２４】
制御装置２４は、電磁開閉弁６６を間欠的に開いてポリッシングガスを、連続的にではなくパルスとして供給する。これにより、供給されたガスが噴射された基板Ｗ面を瞬間的にポリッシュした後に瞬時に拡散するようにして、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。
【００２５】
そして、ノズル集合体３８におけるノズル５０の間隔Ｄは、各ノズル５０が単独で行った所定量のポリッシュにおけるポリッシュ形状の半価幅、すなわち、図５に示すように、１本のノズルによって形成される凹部Ｒの深さＨ0の２分の１の位置における幅をｄとすると、Ｄ＝２σ＝ｄ／１．１１７に等しく設定されている。凹部Ｒの形状は正規分布をしており、このσは標準偏差に相当する。このようなσの値は、ポリッシュを行なう種々の条件によって変化する。ここでは、以下のような条件で試験を行った。
【００２６】
被加工物：  多結晶シリコン
ポリッシュガス組成：  ＣｌＦ3：Ａｒ＝１：２
ノズル径：  ６．４ｍｍ（内径４．８ｍｍ）
ガス流量：  ９０ｃｃ
ポリッシュ時間：  ０．６ｓｅｃ
被加工物の温度：  ５０℃
ポリッシュ最大深さＨ0：  約１０００Å
【００２７】
このような構成による作用を図６を参照して説明する。図６は、ノズルの間隔を変えた場合のポリッシング面の断面形状の変化を示すもので、ノズル集合体３８によってポリッシュされる形状が各ノズル５０のポリッシュ量を重ね合わせたものとなることを示している。
【００２８】
この図において、ノズル間隔Ｄが２σより小さい場合は、同図（ａ）ないし（ｃ）に示すようにより深いプロフィールの凹部Ｒとなり、同図（ｄ）に示すようにノズル間隔Ｄが２σと等しい場合には断面が台形状の凹部Ｒとなり、さらにノズル間隔Ｄが２σより大きくなると、同図（ｅ）又は（ｆ）に示すように底面に凹凸がある凹部Ｒが形成される。従って、ある程度の面積の箇所を平坦にポリッシュする場合には、
δ＝Ｄ／２σ
を１．０程度とすることが好ましい。δを１．０以下とすると複数のノズルによるポリッシング後の形状が、一つのノズルの時よりも深く大きくなるため、より大きな凹凸を削る場合には、Ｄ＜ｄ／１．１７７の設定を使用する。また、より大きな凹凸を得ることができることにより、大きなポリッシング形状の各々の間隔Ｄ’と半価幅ｄ’とがＤ’＝ｄ’／１．１７７（±１０％）となればより大きな範囲でより深くポリッシングし、かつ底部を平坦化させることができる。
【００２９】
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２６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。
【００３０】
制御装置２４の制御演算部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５０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。
【００３１】
この実施の形態では、ノズル集合体３８が基板表面を６分割した形状となっているので、ポリッシュも基板表面を６分の１ずつ６回行なう。従って、各ノズル５０ごとのパラメータは、６回のポリッシュ動作に対してそれぞれ決定される。
【００３２】
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、図７に示すように、基板表面の最初の６分の１の部分のポリッシュを、上記のパラメータに沿ってノズル５０からガスを流すことにより行なう。ノズル集合体３８の高さは、各ノズルによるポリッシュのプロフィールやノズル間隔との関係に基づいて予め定め、昇降装置３６で調整しておく。
【００３３】
この場合において、このノズル集合体ではδ＝１．０に設定しており、例えば、隣接する３本のノズル５０から同時にガスを噴射すると、図６（ｄ）に示すように断面が台形となるようなプロフィールの凹部Ｒを形成するようにポリッシュがなされる。この平坦部の平面的な形状や面積は噴射ノズル５０の本数を選択することにより適宜に設定される。このようにして、形状や断面を調整することができる平坦部を持つ凹部Ｒを順次組み合わせてポリッシュを行なうことにより、凹凸を精度良く平坦化することができる。次に、基板Ｗを６分の１回転して、この部分のガスポリッシュを行い、以下、同様に基板Ｗの全面のポリッシュを行なう。
【００３４】
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。
【００３５】
このようなノズル集合体３８においては、基板全面を６分割しているので、ノズル盤５２を基板全面に対応する大きさに形成する場合よりも小さくすることができるが、勿論、全面を２以上の適宜の数に分割してもよい。この例では、基板Ｗ側を回転させてノズル集合体３８を次の処理面に移動したが、ノズル集合体側を移動するようにしてもよい。また、この例ではノズル盤５２を扇状としたが、分割の形状は適宜であり、相対移動の方向も、回転でなくＸ−Ｙ方向への直線移動でもよい。さらに、ノズル盤５２を基板Ｗ全面に対応する大きさに形成してもよく、それにより、全面のポリッシュ動作を１回で行なってポリッシュ作業能率を向上させることができる。
【００３６】
図８は、この発明の他の実施の形態を示すもので、各ノズル５０Ａが、内側のガスノズル管７０と外側の排気管７１とからなる二重管として構成されている。各ノズル５０Ａの排気管７１は図示しないマニホールドに集合しており、これは真空ポンプを有する排気経路に接続されている。この排気経路は、ポリッシング室２２のものを共有してもよく、別途に設けてもよい。
【００３７】
このように構成された集合ノズル３８では、ノズル管７０の近傍に排気管７１を開口させており、各ノズルから放出されたガスがその近傍で吸引されて排気される。従って、１つのノズルからのガスの影響がより局部的になるので、表面の形状制御がより精密に行われる。
【００３８】
図９及び図１０は、この発明のさらに他の実施の形態を示すもので、ノズル集合体３８Ａにガス供給装置５６の一部であるガス分配部が組み込まれているものである。すなわち、この例のノズル集合体３８Ａは、ノズル盤５２Ａと一体のケーシング７２の中に所定圧のポリッシングガスを貯留するヘッダ７４と、該ヘッダ７４と各ノズル５０を流量調整弁７６及び開閉弁６６を介して連絡する給気管７８とを内蔵している。これらの弁は、それぞれ制御装置２４の出力端子に接続され、先の実施の形態と同様の方法で制御されてガスポリッシングが行われる。
【００３９】
このような構成のガスポリッシング装置においては、ノズル５０を開閉する開閉弁６６がノズル５０の先端により近い位置に設けられているので、開閉弁６６からノズル先端までの部分に存在するガスが弁６６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。
【００４０】
図１１に示すのは、この発明の他の実施の形態のノズル集合体３８Ｂであり、これは円板状のノズル盤５２Ｂに、中心に１本の固定ノズル５０Ｂが設けられ、その周囲に６本の可動ノズル５０Ｃが等間隔に、かつ摺動機構８０を介して径方向に摺動可能に設けられている。各可動ノズル５０Ｃの摺動機構８０にはモータ８２と、その回転を直線運動に変えるウォームギア８４が設けられている。なお、この例では、６本の可動ノズル５０Ｃを設けているが、さらにその外側に可動ノズルを増やすことも可能である。また、この例では、各ノズルごとにアクチュエータ（モータ）８２を設けているが、複数のノズルをリンク機構で連結して、１つのアクチュエータで連動させるようにしてもよい。
【００４１】
このような構成のノズル集合体３８Ｂにおいては、ポリッシング条件に応じてノズルの間隔Ｄを変えて用いることができる。従って、種々のポリッシュ条件によって２σの値が変わる場合には、それに追随させてノズル間隔Ｄを変えて、δ＝１．０になるように調整して用いる。また、δ＝１．０の場合だけでなく、図６（ａ）ないし（ｃ）に示すようにシャープな断面形状の凹部を形成した方が良い場合にはＤを小さくしてδ＜１．０として用いる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、圧力、流速、流量、ポリッシュ時間等を制御しつつ各ノズルからガスを噴射することにより、一度の工程で被加工面の所定範囲を、各位置における必要ポリッシュ量を得るように、ポリッシュすることができる。また、ノズル間隔を適宜に設定し、各ノズルから流れを調整しつつガスを噴射することにより所要のプロフィールを有する凹部を形成することができる。従って、被加工面の所定範囲を、各位置における必要ポリッシュ量を得るようにポリッシュして、効率良く所定の表面形状を得ることができる。従って、半導体製造工程においては、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】ノズル装置の構成を示す図である。
【図４】ノズル集合体の構造を示す図である。
【図５】１つ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６】ノズル間隔と被ポリッシュ面の断面形状の関係を示す図である。
【図７】基板をポリッシュする時のノズルの位置を示す図である。
【図８】ノズル集合体の他の実施の形態を示す図である。
【図９】ノズル装置の他の実施の形態を示す図である。
【図１０】図９の実施の形態のノズル装置を示す図である。
【図１１】ノズル集合体の構造の他の実施の形態を示す図である。
【図１２】従来のＣＭＰ法によるポリッシュ工程を示す図である。
【符号の説明】
２４    制御装置
３８    ノズル集合体
５０    ノズル
５２    ノズル盤
５８    腐食性ガス
６４    流量制御器（ＭＦＣ）
６６    開閉弁
７８    給気管
８４    ノズル位置調整機構
Ｗ    基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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