JP4675803B2

JP4675803B2 - 平坦化装置

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Publication number: JP4675803B2
Application number: JP2006065960A
Authority: JP
Inventors: 正一寺田; 剛資水野; 健上原
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2026-03-10
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Description

本発明は，基板上の塗布膜を硬化する前に平坦化する平坦化装置に関する。

例えば半導体集積回路などの多層配線構造の形成プロセスでは，例えばウェハ上の金属配線間に絶縁膜を形成する処理が行われる。この絶縁膜の形成処理には，例えばウェハ上に液状の絶縁膜材料を供給し，ウェハを回転させ，絶縁膜材料をウェハ表面の全体に拡散させて，ウェハ上に絶縁膜を塗布するいわゆる塗布法が広く用いられている。ウェハ上に絶縁膜が塗布されると，その後絶縁膜を高温度下で硬化させる硬化処理が行われて，最終的に絶縁膜が形成される。絶縁膜として一般的なＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎＧｌａｓｓ）膜やＳＯＤ（ＳｐｉｎＯｎＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）膜は，このようにして形成されている。

しかしながら，上述の塗布法を用いた場合，下地パターンの段差の深さや疎密により絶縁膜材料が凹みに入り込む量が異なるため，形成された絶縁膜の表面に凹凸ができることがある。このように絶縁膜の表面に凹凸ができると，例えばフォトリソグラフィー工程の露光時にフォーカスが上層のレジスト膜に部分的に合わず，レジストパターンの線幅が不均一になる。これにより，絶縁膜のエッチング溝の幅も不均一になる。また，絶縁膜の厚い部分と薄い部分では，エッチング溝の深さも異なる。このように絶縁膜のエッチング溝の幅や深さがばらつくと，例えば絶縁膜の溝に埋設される金属配線の長さや太さが不揃いになり，ウェハ面内の配線の電気抵抗が不均一になる。以上のように，絶縁膜の表面に凹凸ができると，多層配線構造の形成プロセスや最終的に形成される多層配線構造に様々な不具合が生じる。

そこで，上述の塗布法により絶縁膜を形成した場合，絶縁膜が硬化された後に，絶縁膜を平坦化するＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理が行われている。ＣＭＰ処理は，ＣＭＰ装置において，シリカ粒を含んだ液状のスラリー（研磨液）を供給しながら，ウェハ表面を研磨パッドに接触させて研磨することにより行われている（特許文献１参照）。

特開２００４−１０６０８４号公報

しかしながら，上述のＣＭＰ装置は，ウェハよりも２倍以上大きい研磨パッドを用いているため，非常に大型で，消費電力も大きい。また，高価なスラリーを大量に使用する必要があり，ランニングコストが高い。さらに，ウェハ上にスラリーが残ると，多層配線を汚染したり，疵を付ける恐れがあるため，スラリーを洗い落とすために専用の洗浄装置による洗浄工程が別途必要になり，処理工程が増えて複雑になる。

本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，上述のＣＭＰ装置を用いずに，ウェハなどの基板上に平坦な絶縁膜などの塗布膜を形成することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は，基板上に塗布された塗布膜を硬化する前に平坦化する平坦化装置であって，基板上の塗布膜の表面に接触させる接触体と，前記接触体を塗布膜の表面に押し当て，当該接触体を塗布膜の表面に沿って移動させて，塗布膜の表面を平坦化する接触体駆動機構と，前記接触体が塗布膜を平坦化する際に基板に供給される加工液を供給する加工液供給部と，を有し，前記加工液は，塗布膜の溶剤であることを特徴とする。

この発明によれば，硬化前の柔らかい状態の塗布膜に接触体を押し当てて，その接触体を塗布膜の表面に沿って移動させることにより，塗布膜の表面を削って塗布膜を平坦化できる。この結果，従来のように塗布膜の硬化後にＣＭＰ装置を用いて塗布膜をＣＭＰ処理する必要がないので，比較的小型の装置を用いて低コストで塗布膜を平坦化できる。また，スラリーを用いないので，スラリーを除去するための専用の洗浄装置が必要ない。

上記平坦化装置は，前記基板を保持して回転させる回転保持部材を有し，前記接触体は，前記回転保持部材に保持され回転された基板に押し当てられるようにしてもよい。

また，上記平坦化装置は，前記塗布膜の膜厚を検出する膜厚センサと，前記膜厚センサによる膜厚の検出結果に基づいて，前記接触体の押し当て圧力を制御して，塗布膜を所定の膜厚に平坦化する制御部と，をさらに有していてもよい。

前記接触体駆動機構は，前記接触体を支持して移動させる支持部材を有し，前記膜厚センサは，前記支持部材に取り付けられていてもよい。

上記平坦化装置は，基板の歪みを検出する歪み検出センサと，前記歪み検出センサによる歪みの検出結果に基づいて，前記接触体の基板に対する高さを制御して，塗布膜を所定の膜厚に平坦化する制御部と，をさらに有していてもよい。

前記接触体駆動機構は，前記接触体を支持して移動させる支持部材を有し，前記歪み検出センサは，前記支持部材に取り付けられていてもよい。

前記加工液供給部は，前記接触体に形成されていてもよい。

上記平坦化装置は，前記加工液供給部として，基板の中心部に加工液を供給するノズルと，基板の中心部と外縁部の間に加工液を供給するノズルを有していてもよい。

また別な観点による本発明は，基板上に塗布された塗布膜を硬化する前に平坦化する平坦化装置であって，基板上の塗布膜の表面に接触させる接触体と，前記接触体を塗布膜の表面に押し当て，当該接触体を塗布膜の表面に沿って移動させて，塗布膜の表面を平坦化する接触体駆動機構と，前記塗布膜が接触体により平坦化された後に基板に洗浄液を供給する洗浄液供給部とを有し，前記洗浄液は，前記塗布膜の溶剤であることを特徴としている。

前記平坦化装置は，前記洗浄液供給部として，洗浄液を噴霧するノズル，超音波振動を付加した洗浄液を噴出するノズル，又は基板に接触した状態で，当該接触部分に洗浄液を供給する洗浄体の少なくともいずれかを有していてもよい。

前記接触体は，回転可能に構成されていてもよい。また，前記接触体は，スポンジ状に構成されていてもよい。

本発明によれば，ＣＭＰ装置を用いずに，塗布膜を平坦化できるので，コストの低減が図られる。

以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかる平坦化装置が搭載された基板処理システム１の構成の概略を示す平面図であり，図２は，基板処理システム１の正面図であり，図３は，基板処理システム１の背面図である。

基板処理システム１は，図１に示すように例えば２５枚のウェハＷをカセット単位で外部から基板処理システム１に対して搬入出したり，カセットＣに対してウェハＷを搬入出したりするカセットステーション２と，一連の基板処理の中で枚葉式に所定の処理を施す複数の各種処理装置を多段配置してなる処理ステーション３と，この処理ステーション３に隣接して設けられたバッチ式の加熱炉４との間でウェハＷの受け渡しをするインターフェイスステーション５とを一体に接続した構成を有している。

カセットステーション２には，カセット載置台１０が設けられ，当該カセット載置台１０は，複数のカセットＣをＸ方向（図１中の上下方向）に一列に載置自在になっている。カセットステーション２には，搬送路１１上をＸ方向に向かって移動可能なウェハ搬送体１２が設けられている。ウェハ搬送体１２は，カセットＣに収容されたウェハＷのウェハ配列方向（Ｚ方向；鉛直方向）にも移動自在であり，Ｘ方向に配列された各カセットＣ内のウェハＷに対して選択的にアクセスできる。

ウェハ搬送体１２は，Ｚ軸周りのθ方向に回転可能であり，後述する処理ステーション３側の第３の処理装置群Ｇ３に属するエクステンション装置３２に対してもアクセスできる。

処理ステーション３には，その中心部に主搬送装置１３が設けられており，この主搬送装置１３の周辺には，各種処理装置が多段に配置されて処理装置群が構成されている。この基板処理システム１には，４つの処理装置群Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４が配置されており，第１及び第２の処理装置群Ｇ１，Ｇ２は，基板処理システム１の正面側に配置され，第３の処理装置群Ｇ３は，カセットステーション２に隣接して配置され，第４の処理装置群Ｇ４は，インターフェイスステーション５に隣接して配置されている。

第１の処理装置群Ｇ１には，例えば図２に示すようにウェハＷに，ＳＯＧ膜材料又はＳＯＤ膜材料などの絶縁材料を塗布し，塗布絶縁膜を形成する塗布処理装置１７と，塗布絶縁膜を平坦化する平坦化装置１８とが下から順に２段に配置されている。第２の処理装置群Ｇ２も同様に，塗布処理装置１９と，平坦化装置２０とが下から順に２段に積み重ねられている。

第３の処理装置群Ｇ３には，例えば図３に示すようにウェハＷを冷却処理する冷却処理装置３０，３１，ウェハＷを待機させるエクステンション装置３２，ウェハＷを加熱処理する加熱処理装置３３，３４，３５等が下から順に例えば６段に重ねられている。

第４の処理装置群Ｇ４には，例えば冷却処理装置４０，４１，エクステンション装置４２，加熱処理装置４３，４４，４５等が下から順に例えば６段に積み重ねられている。

インターフェイスステーション５には，例えば図１に示すようにＸ方向に向けて延伸する搬送路５０上を移動するウェハ搬送体５１が設けられている。また，インターフェイスステーション５の加熱炉４側には，複数のウェハボート５２をＸ方向に並べて配置できる載置台５３が設けられている。ウェハボート５２は，複数のウェハＷを垂直方向に多段に配列して保持できるものである。ウェハ搬送体５１は，上下方向に移動可能でかつθ方向にも回転可能であり，処理ステーション３と載置台５３上のウェハボート５２との間でウェハＷを搬送できる。加熱炉４は，インターフェイスステーション５からウェハボート５２を収容して，複数のウェハＷを同時に高温で加熱できる。

次に，上述の平坦化装置１８，２０の構成について説明する。図４は，平坦化装置１８の構成の概略を示す縦断面の説明図であり，図５は，平坦化装置１８の横断面の説明図である。

平坦化装置１８は，例えば内部を閉鎖可能なケーシング７０を有している。ケーシング７０内の中央部には，ウェハＷを保持して回転させるスピンチャック７１を備えている。スピンチャック７１は，水平な上面を有し，当該上面には，例えばウェハＷを吸引する吸引口（図示せず）が設けられている。この吸引口からの吸引により，ウェハＷをスピンチャック７１上に吸着保持できる。

スピンチャック７１は，例えばモータなどを備えたチャック駆動機構７２により，所定の速度に回転できる。また，チャック駆動機構７２には，シリンダなどの昇降駆動源が設けられており，スピンチャック７１は上下動可能である。

スピンチャック７１の周囲には，ウェハＷから飛散又は落下する液体を受け止め，回収するカップ７３が設けられている。カップ７３の下面には，回収した液体を排出する排出管７４と，カップ７３内の雰囲気を排気する排気管７５が接続されている。排気管７５は，ポンプなどの負圧発生装置７６に接続されており，カップ７３内の雰囲気を強制的に排気できる。

図５に示すようにカップ７３のＸ方向負方向（図５の下方向）側には，Ｙ方向（図５の左右方向）に沿って延伸するレール８０が形成されている。レール８０は，例えばカップ７３のＹ方向負方向（図５の左方向）側の外方からＹ方向正方向（図５の右方向）側の外方まで形成されている。レール８０には，例えば３本のアーム８１，８２，８３が取り付けられている。

支持部材としての第１のアーム８１の先端部の下面には，ブラシ機構９０が支持されている。ブラシ機構９０は，図６に示すように下面が開口した略円筒状のケース１００と，そのケース１００内に収容された接触体としてのブラシ１０１と，そのブラシ１０１の上部にプレート１０２を介して取り付けられた回転シャフト１０３を備えている。

ブラシ１０１は，例えば略円柱状に形成され，下面が平坦に形成されている。ブラシ１０１は，例えばウレタン製で，柔軟性のあるスポンジ状に形成されている。また，ブラシ１０１は，２層構造に形成され，下層ブラシ１０１ａは，硬質ウレタンにより形成され，上層ブラシ１０１ｂは，軟質ウレタンにより形成されている。回転シャフト１０３の上部は，ケース１００の上面を貫通し第１のアーム８１の内部にまで挿入されており，その回転シャフト１０３の上部には，第１のアーム８１内に設けられている駆動ベルト１０４が掛けられている。図示しない駆動源により駆動ベルト１０４を回転させることにより，回転シャフト１０３を鉛直軸周りに回転させ，ブラシ１０１を回転させることができる。

回転シャフト１０３の上端部は，先細の円錐形状に形成されており，第１のアーム８１内に設けられた圧力センサ１０５に当接している。この圧力センサ１０５により，回転シャフト１０３から受ける圧力，つまりブラシ１０１のウェハＷに対する押し当て圧力を検出できる。

圧力センサ１０５による検出結果は，制御部１０６に出力でき，制御部１０６は，その検出結果に基づいて，押し当て圧力が所定の設定圧力になるように，後述するアーム駆動部１０７による第１のアーム８１の上下駆動を制御できる。

第１のアーム８１は，例えばモータを備えた図５に示すアーム駆動部１０７により，レール８０上をＹ方向に移動自在であり，ブラシ１０１を，カップ７３のＹ方向正方向側の外方に設置された待機部１０８からカップ７３内まで移動させ，ウェハＷの表面上を水平方向に移動させることができる。また，アーム駆動部１０７は，例えば上下方向に伸縮するシリンダを備えており，そのシリンダによって第１のアーム８１を昇降できる。これにより，ブラシ１０１を昇降させ，ブラシ１０１をウェハＷの表面に所定の圧力で押し当てることができる。なお，本実施の形態においては，例えばレール８０，第１のアーム８１及びアーム駆動部１０７により接触体駆動機構が構成されている。

第２のアーム８２には，図４に示すように加工液供給部としての加工液供給ノズル１１０が支持されている。第２のアーム８２は，例えば図５に示すアーム駆動部１１１によってレール８０上をＹ方向に移動自在であり，加工液供給ノズル１１０を，カップ７３のＹ方向正方向側の外方に設けられた待機部１１２からカップ７３内まで移動させ，ウェハＷの表面上を水平方向に移動させることができる。また，アーム駆動部１１１は，上下方向に伸縮するシリンダを備えており，そのシリンダによって第２のアーム８２を昇降させ，加工液供給ノズル１１０の高さも調節できる。

加工液供給ノズル１１０には，図４に示すように加工液供給源１１３に連通する供給管１１４が接続されている。本実施の形態においては，例えば加工液供給源１１３には，絶縁材料の溶剤，例えばＳＯＧ膜材料の溶剤，例えばジブチルエーテル（ＤＢＥ），又はＳＯＤ膜材料の溶剤，例えばγ―ブチルラクトン，又はシクロヘキサンが貯留される。なお，加工液には，純水，若しくは溶剤と純水の混合液を用いてもよい。

第３のアーム８３には，洗浄液を高圧で噴霧する洗浄液供給部としてのスプレーノズル１２０が支持されている。第３のアーム８３は，例えば図５に示すアーム駆動部１２１によってレール８０上をＹ方向に移動自在であり，洗浄液供給ノズル１２０を，カップ７３のＹ方向負方向側の外方に設けられた待機部１２２からカップ７３内まで移動させ，ウェハＷの表面上に水平移動させることができる。また，第３のアーム８２は，例えばアーム駆動部１２１によって昇降自在であり，スプレーノズル１２０の高さも調節できる。

洗浄液供給ノズル１２０には，図４に示すように洗浄液供給源１２３に連通する供給管１２４が接続されている。本実施の形態においては，例えば洗浄液供給源１２３には，絶縁材料の溶剤，例えばＳＯＧ膜材料の溶剤，例えばジブチルエーテル（ＤＢＥ），又はＳＯＤ膜材料の溶剤，例えばγ―ブチルラクトン，又はシクロヘキサンが貯留される。なお，洗浄液には，純水，若しくは溶剤と純水の混合液を用いてもよい。

カップ７３内のスピンチャック７１上には，加工液を吐出するサブノズル１３０が設けられている。サブノズル１３０は，例えば図５に示すようにアーム１３１により固定され，スピンチャック７１上のウェハＷの中心からずれた位置，例えばウェハＷの中心部と外縁部との中間付近に向けられている。サブノズル１３０は，図４に示すように供給管１３２によって加工液供給源１３３に連通している。加工液供給源１３３には，上記加工液供給源１１３と同じ絶縁材料の溶剤，例えばＳＯＧ膜材料の溶剤又はＳＯＤ膜材料の溶剤が貯留される。

ケーシング７０の天井面の中央部には，給気口１４０が形成されている。

この平坦化装置１８におけるウェハ処理の制御は，例えば制御部１０６によって行われている。制御部１０６は，例えばコンピュータであり，プログラム格納部を有している。そのプログラム格納部には，上述のスピンチャック７１，アーム８１〜８３などの駆動系の動作や各ノズル１１０，１２０，１３０からの液体の動停止などを制御して，後述する平坦化処理を実行するプログラムが格納されている。なお，このプログラムは，コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録されていたものであって，その記録媒体から制御部１０６にインストールされたものであってもよい。

なお，平坦化装置２０の構成は，上述の平坦化装置１８と同様であるので，説明を省略する。

次に，以上のように構成された平坦化処理１８で行われる平坦化処理を，基板処理システム１全体で行われるウェハ処理のプロセスとともに説明する。

先ず，ウェハ搬送体１２によって，カセット載置台１０上のカセットＣからウェハＷが取り出され，第３の処理装置群Ｇ３のエクステンション装置３２を介して冷却処理装置３０に搬送される。冷却処理装置３０に搬送されたウェハＷは，所定温度に温度調節され，その後主搬送装置１３によって塗布処理装置１７に搬送される。

塗布処理装置１７では，例えば回転されたウェハＷの中心部に液状の絶縁材料が滴下され，ウェハＷの表面の全体に絶縁材料が拡散されて，ウェハＷの表面層に塗布絶縁膜が形成される。このとき，図７に示すようにウェハＷの表面を微視的に見ると，塗布絶縁膜Ａの表面は，下地パターンＢの凹凸の比較的凹部の面積が少ない部分では盛り上がり，下地パターンＢの比較的凹部の面積が多い部分では下がる。このように塗布絶縁膜Ａの表面には，下地パターンＢの凹凸に対応した凹凸が形成される。

塗布処理装置１７で塗布絶縁膜Ａが形成されたウェハＷは，例えば加熱処理装置３３に搬送される。加熱処理装置３３において，ウェハＷは，加熱される。この加熱処理では，例えばウェハＷは，１５０℃程度の低温で加熱され，塗布絶縁膜Ａ内の溶剤の一部が揮発され，半乾き状態となる。

次にウェハＷは，冷却処理装置３１に搬送され，所定の温度に冷却された後，平坦化装置１８に搬送される。

平坦化装置１８では，給気口１４０からの給気と負圧発生装置７６による排気管７５からの排気が行われており，カップ７３内にダウンフローが形成されている。平坦化装置１８に搬送されたウェハＷは，先ず図４に示すようにスピンチャック７１に吸着保持される。続いて図８に示すようにブラシ１０１と加工液供給ノズル１１０がウェハＷの中心の上方まで移動する。その後，ウェハＷが回転され，加工液供給ノズル１１０からウェハＷの中心付近に溶剤が吐出される。また，サブノズル１３０からウェハＷの半径上の中間程度の位置に溶剤が吐出される。また，ブラシ１０１の回転が開始される。その状態で，図９（ａ）に示すようにブラシ１０１が下降し，ウェハＷの表面層の塗布絶縁膜Ａに予め設定された所定の圧力で押し当てられる。これにより，表面から所定の深さの塗布絶縁膜Ａが削り取られる。例えば図９（ａ）のように下地パターンＢの溝からはみ出した塗布絶縁膜Ａを除去する場合には，下地パターンＢの凹凸の上面までの深さの塗布絶縁膜Ａがブラシ１０１により除去される。その後，ブラシ１０１は，Ｙ方向に沿って図９（ｂ）に示すようにウェハＷの径方向に水平移動し，塗布絶縁膜Ａの表面層が水平に削り取られる。なお，この際の削り取る深さは，任意であり，下地パターンＢの上面上に薄い塗布絶縁膜Ａを残すように削り取ってもよい。その後，ブラシ１０１は，図９（ｃ）に示すようにウェハＷの外方まで移動され，ウェハ表面全面において塗布絶縁膜Ａの表面が削り取られ平坦化される。

ブラシ１０１がウェハＷの外方まで到達した後，ブラシ１０１とウェハＷ上の加工液供給ノズル１１０が待機部１０８，１１２まで戻され，平坦化工程が終了する。そして例えばウェハＷの回転が維持された状態で，今度は図１０に示すようにスプレーノズル１２０がウェハＷの中心上方まで移動する。そして，スプレーノズル１２０が溶剤を噴霧しながらウェハＷの中心上方から外方まで移動する。これにより，ウェハＷ上に残った塗布絶縁膜Ａの残渣が洗い落とされ，ウェハＷの洗浄が行われる。その後スプレーノズル１２０からの溶剤の噴霧が停止され，高速回転によるウェハＷの振り切り乾燥が行われる。その後ウェハＷの回転が停止されて，一連の平坦化処理が終了する。

平坦化処理の終了したウェハＷは，平坦化装置１８から例えばエクステンション装置４２に搬送され，エクステンション装置４２からインターフェイスステーション５に搬送される。その後ウェハＷは，ウェハボート５２に収容され，ウェハボート５２に所定枚数のウェハＷが収容された時点で，ウェハボート５２毎に加熱炉４に搬送される。加熱炉４では，ウェハＷは，高温度，高湿度雰囲気の例えば４００℃以上で加熱され，塗布絶縁膜Ａが化学反応を伴って硬化される。なお，ＳＯＧ膜の場合，この硬化処理において，ＳＯＧ膜の結合反応が行われる。

硬化処理の終了したウェハＷは，例えばインターフェイスステーション５を通じて処理ステーション３に戻され，処理ステーション３からカセットステーション２に戻されて，ウェハ搬送体１２によってカセットＣに戻される。

以上の実施の形態によれば，平坦化装置１８において，硬化される前の塗布絶縁膜Ａにブラシ１０１を押し当て，そのブラシ１０１をウェハ表面に沿って移動させることにより塗布絶縁膜Ａの表面を削り平坦化した。このように，塗布絶縁膜Ａを固める前の柔らかい状態のときに，塗布絶縁膜Ａを平坦化するので，従来のようなＣＭＰ装置が不要になり，小型で簡単な構成の装置により低コストで塗布絶縁膜Ａを平坦化できる。また，スラリーを用いないので，そのスラリーを流すための専用の洗浄装置による洗浄処理が必要ない。

スピンチャック７１によりウェハＷを回転させながら，ブラシ１０１をウェハＷに押し当てて移動させたので，ウェハＷの全面の塗布絶縁膜Ａを均一に平坦化できる。また，ブラシ１０１自体も回転させたので，ブラシ１０１の塗布絶縁膜Ａを削る能力をさらに高めることができる。

平坦化装置１８に加工液供給ノズル１１０を設けて，ウェハＷに溶剤を供給しながら，塗布絶縁膜Ａを平坦化したので，塗布絶縁膜Ａの加工面を柔らかくして，ブラシ１０１による加工を適正に行うことができる。また，この溶剤の供給により，ブラシ１０１と塗布絶縁膜Ａとの間の摩擦熱を除去しつつ，塗布絶縁膜Ａの残渣も洗い流すことができる。

また，サブノズル１３０により，ウェハＷの半径の中心付近にも溶剤を供給したので，ウェハＷの外縁部側にも十分に溶剤が供給され，ウェハＷの全面において適正な加工を行うことができる。

また，スプレーノズル１２０により，平坦化終了後にウェハＷに溶剤を噴霧したので，ウェハＷ上に残った塗布絶縁膜Ａの残渣を除去し，ウェハＷを適正に洗浄できる。

以上の実施の形態では，予め設定された圧力により，ブラシ１０１を塗布絶縁膜Ａに押し当てていたが，塗布絶縁膜Ａの膜厚を検出し，その膜厚に基づいて，塗布絶縁膜Ａに対するブラシ１０１の押し当て圧力を制御して，塗布絶縁膜Ａを所定の膜厚に平坦化してもよい。かかる場合，例えば図１１に示すように第１のアーム８１には，例えば保持部材１５０を介して膜厚センサ１５１が保持される。膜厚センサ１５１は，ブラシ１０１に近接した位置にブラシ１０１に並べて設けられる。膜厚センサ１５１により検出された塗布絶縁膜Ａの膜厚検出結果は，例えば制御部１０６に出力できる。制御部１０６は，その膜厚検出結果に基づいて，アーム駆動部１０７による第１のアーム８１の上下駆動を制御し，ブラシ１０１の押し当て圧力を調整して，塗布絶縁膜Ａを所定の膜厚に平坦化できる。具体的には，制御部１０６は，膜厚検出結果に基づいて，塗布絶縁膜Ａが所定の膜厚に削られているか否かを判定し，所定の膜厚まで削られている場合には，平坦化工程を終了させ，所定の膜厚まで削られていない場合には，ブラシ１０１による押し当て圧力を上げて，再度平坦化工程を実行できる。

かかる構成の平坦化装置１８における平坦化処理では，ブラシ１０１が塗布絶縁膜Ａに押し付けられた状態で，一度ブラシ１０１がウェハＷの中央部から外縁部まで移動され，その後に，膜厚センサ１５１により塗布絶縁膜Ａの膜厚が検出される。そして，塗布絶縁膜Ａが予め設定された所定の膜厚に平坦化されていれば，第１のアーム８１によりブラシ１０１が上昇され，平坦化工程が終了される。塗布絶縁膜Ａが所定の膜厚になっていない場合には，ブラシ１０１の押し当て圧力が上げられ，再度ブラシ１０１がウェハＷの中央部から外縁部まで移動され，平坦化工程が行われる。その後，再度膜厚センサ１５１により塗布絶縁膜Ａの膜厚が検出され，所定の膜厚になっていない場合には，ブラシ１０１の圧力がさらに上げられ，ブラシ１０１による平坦化工程が行われる。この繰り返しは，塗布絶縁膜Ａが所定の膜厚になるまで行われる。

この例の場合，膜厚センサ１５１により塗布絶縁膜Ａの膜厚を実際に検出しながら平坦化が行われるので，より正確かつ確実に塗布絶縁膜Ａを所定の厚みに平坦化できる。

ところで，平坦化装置１８におけるウェハＷは，スピンチャック７１の吸引力などの影響により僅かに歪みが生じることがある。このウェハＷの歪みを検出し，その歪みに基づいてブラシ１０１の高さを制御して，塗布絶縁膜Ａを所定の膜厚に平坦化してもよい。かかる場合，例えば図１２に示すように第１のアーム８１には，保持部材１６０を介して歪み検出センサとしてのレーザ変位計１６１が取り付けられる。このレーザ変位計１６１は，ウェハＷとの距離を測定して，ウェハＷの表面の凹凸（歪み）を検出できる。レーザ変位計１６１により検出されたウェハ表面の歪み検出結果は，例えば制御部１０６に出力できる。制御部１０６は，その歪み検出結果に基づいて，アーム駆動部１０７による第１のアーム８１の上下駆動を制御し，ブラシ１０１のウェハＷに対する高さを調整して，塗布絶縁膜Ａを所定の膜厚に平坦化できる。

そして，平坦化処理時には，先ず，レーザ変位計１６１が回転しているウェハＷ上を走査し，ウェハ面内の歪みを検出する。その後，ブラシ１０１が塗布絶縁膜Ａの表面に押し当てられ，塗布絶縁膜Ａの表面を削りながら水平移動する。このときに，ブラシ１０１がウェハＷの歪みに応じて上下動され，ブラシ１０１とウェハＷの表面との距離が一定に保たれる。この場合，スピンチャック７１などによりウェハＷに歪みが生じていても，ウェハ面内において厚さが均一な塗布絶縁膜Ａに平坦化できる。

以上の実施の形態では，ブラシ１０１とは別体の加工液供給ノズル１１０が設けられていたが，ブラシ１０１自体に加工液供給部を形成してもよい。かかる場合，例えば図１３に示すように，第１のアーム８１に支持されたブラシ機構１７０は，硬質の下層ブラシ１７１ａと軟質の上層ブラシ１７１ｂからなる円柱状のブラシ１７１と，そのブラシ１７１の上部に取り付けられた回転シャフト１７２と，回転シャフト１７２の外周面に取り付けられた液体貯留容器１７３と，液体貯留容器１７３に加工液を供給するノズル１７４などを備えている。

例えばノズル１７４は，第１のアーム８１の下面の例えば２箇所に設けられ，吐出方向が下方に向けられている。液体貯留容器１７３は，ノズル１７４の下方であって回転シャフト１７２の外周面の全周に渡って形成されている。回転シャフト１７２とブラシ１７１の内部には，ブラシ１７１の下面中央の加工液供給部としての液体供給口１７５に通じる液体通路１７６が形成されている。液体通路１７６は，液体貯留容器１７３内に面する回転シャフト１７２の外周面から回転シャフト１７２の中心軸とブラシ１７１の中心軸を通って液体供給口１７５に通じている。

ノズル１７４は，上述の実施の形態で記載した供給管１１４によって加工液供給源１１３に連通している。また，ブラシ１７１の下層ブラシ１７１ａは，上層ブラシ１７１ｂよりも径が小さく，上層ブラシ１７１ｂの下面に形成された凹部内に嵌め込まれている。回転シャフト１７２には，上記実施の形態と同様に第１のアーム８１内の駆動ベルト１０４が掛けられており，この駆動ベルト１０４により回転できる。また，回転シャフト１７２の上端部は，先細の円錐形状に形成されており，第１のアーム８１内の圧力センサ１０５に当接している。

平坦化処理の際には，回転されたウェハＷの中央部に，ブラシ１７１が自転しながら所定の圧力で押し付けられると共に，ノズル１７４から加工液としての溶剤が吐出される。この溶剤は，液体貯留容器１７３で受け止められ，そこから液体通路１７６を通じて液体供給口１７５からウェハＷの中央部に供給される。その後，ブラシ１７１がウェハＷの中央部から外縁部まで移動され，塗布絶縁膜Ａの表面が平坦化される。

かかる例によれば，ブラシ１７１の中央から溶剤が吐出されるので，ブラシ１７１と塗布絶縁膜Ａとの接触部分に効果的に溶剤を供給できる。したがって，ブラシ１７１と塗布絶縁膜Ａとの摩擦熱を適正に排除できる。また，加工液供給ノズル１１０のアームが不要になり，装置を簡略化できる。

以上の実施の形態では，平坦化装置１８に，ウェハＷに洗浄液を供給するためのスプレーノズル１２０が設けられていたが，これに加えて，超音波を付加した洗浄液を噴出するメガソニックノズルを設けてもよい。かかる場合，例えば図１４に示すようにレール８０上に第４のアーム１８０が設けられ，この第４のアーム１８０に，メガソニックノズル１８１が支持される。第４のアーム１８０は，例えばアーム駆動部１８２によってレール８０上をＹ方向に移動自在であり，メガソニックノズル１８１を，待機部１８３からカップ７３内まで移動させ，ウェハＷの表面上を水平移動させることができる。また，第４のアーム１８０は，例えばアーム駆動部１８２によって昇降自在であり，メガソニックノズル１８１の高さも調節できる。メガソニックノズル１８１は，スプレーノズル１２０と同様に供給管１２４によって洗浄液供給源１２３に連通している。

そして，平坦化処理の際の洗浄工程時には，メガソニックノズル１８１は，スプレーノズル１２０と共にウェハＷ上を移動しながら，ウェハＷの表面に洗浄液を供給する。こうすることにより，洗浄力が増し，ウェハ表面にある塗布絶縁膜Ａの残渣をより効果的に除去できる。

前記例において，平坦化装置１８には，ウェハＷと接触しながら当該接触部分に洗浄液を供給する洗浄体をさらに設けてもよい。かかる場合，例えば図１５に示すようにレール８０上に第５のアーム１９０が設けられ，この第５のアーム１９０に，洗浄体１９１が支持される。洗浄体１９１は，例えば上述した図１３に示すブラシ機構１７０と同様の構成を有し，ブラシ１７１と，回転シャフト１７２と，液体貯留容器１７３と，ノズル１７４と，液体供給口１７５に通じる液体通路１７６を備えている。

第５のアーム１９０は，例えば図５に示すアーム駆動部１９２によってレール８０上をＹ方向に移動自在であり，洗浄体１９１を，待機部１９３からカップ７３内まで移動させ，ウェハＷの表面上を移動させることができる。また，第５のアーム１９０は，例えばアーム駆動部１９２によって昇降自在であり，洗浄体１９１の高さも調節できる。洗浄体１９１のノズル１７４は，スプレーノズル１２０と同様に供給管１２４によって洗浄液供給源１２３に連通している。したがって，ノズル１７４からは，洗浄液が吐出され，液体供給口１７５からは，洗浄液が供給される。

そして，平坦化処理の際の洗浄工程時には，洗浄体１９１が自転しながらウェハＷの中央部に所定の圧力で押し付けられ，それと共に洗浄体１９１の中央の液体供給口１７５から洗浄液を供給する。そして，洗浄体１９１は，洗浄液を吐出したスプレーノズル１２０やメガソニックノズル１８１と共にウェハＷの表面上を水平移動し，ウェハ表面の塗布絶縁膜Ａの残渣を除去する。かかる場合，ウェハ表面の残渣がさらに効果的に除去される。

以上の実施の形態は，スプレーノズル１２０に加えて，メガソニックノズル１８１や洗浄体１９１を備えたものであったが，スプレーノズル１２０なしで，メガソニックノズル１８１や洗浄体１９１がそれぞれ単独で設けられていてもよい。また，スプレーノズル１２０，メガソニックノズル１８１，洗浄体１９１のうちの２つ以上を他の組み合わせで用いてもよい。

以上，添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが，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された思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に相到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば，以上の実施の形態では，絶縁膜を形成し，平坦化するものであったが，絶縁膜以外の塗布膜を形成し平坦化する場合にも，本発明は適用できる。また，ウェハＷを回転させた状態で塗布するスピンコート法で形成された塗布膜でなくても，塗布液を吐出したノズルとウェハＷとを相対的に移動させながら塗布するスキャンコート法で形成された塗布膜にも，本発明は適用できる。また，本発明は，ウェハＷ以外のＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ），フォトマスク用のマスクレチクルなどの基板にも適用できる。

本発明は，ＣＭＰ装置を用いずに塗布膜を平坦化する際に有用である。

基板処理システムの構成の概略を示す平面図である。図１の基板処理システムの正面図である。図１の基板処理システムの背面図である。平坦化装置の構成の概略を示す縦断面の説明図である。平坦化装置の構成の概略を示す横断面の説明図である。ブラシ機構の構成の概略を示す縦断面の説明図である。下地パターン上に塗布絶縁膜を形成した状態を示すウェハの縦断面の説明図である。平坦化工程時のブラシ機構と加工液供給ノズルとサブノズルの配置を示す説明図である。（ａ）は，ブラシをウェハの中央に押し当てた状態を示す縦断面の説明図である。（ｂ）は，ブラシを水平方向に移動させた状態を示す縦断面の説明図である。（ｃ）は，ブラシがウェハの外方まで到達した状態を示す縦断面の説明図である。洗浄工程時のスプレーノズルの配置を示す説明図である。膜厚センサを備えた場合のブラシ機構の構成の概略を示す縦断面の説明図である。レーザ変位計を備えた場合のブラシ機構の構成の概略を示す縦断面の説明図である。液体供給口をブラシの中央に設けた場合のブラシ機構の構成の概略を示す縦断面の説明図である。メガソニックノズルを備えた平坦化装置の構成の概略を示す横断面の説明図である。洗浄体を備えた平坦化装置の構成の概略を示す横断面の説明図である。

符号の説明

１基板処理システム
４加熱炉
１８平坦化装置
７１スピンチャック
８１第１のアーム
１０１ブラシ
１１０加工液供給ノズル
Ａ塗布絶縁膜
Ｂ下地パターン
Ｗウェハ

Claims

基板上に塗布された塗布膜を硬化する前に平坦化する平坦化装置であって，
基板上の塗布膜の表面に接触させる接触体と，
前記接触体を塗布膜の表面に押し当て，当該接触体を塗布膜の表面に沿って移動させて，塗布膜の表面を平坦化する接触体駆動機構と，
前記接触体が塗布膜を平坦化する際に基板に供給される加工液を供給する加工液供給部と，を有し，
前記加工液は，塗布膜の溶剤であることを特徴とする，平坦化装置。
前記加工液供給部は，前記接触体に形成されていることを特徴とする，請求項１に記載の平坦化装置。
前記加工液供給部として，基板の中心部に加工液を供給するノズルと，基板の中心部と外縁部の間に加工液を供給するノズルを有することを特徴とする，請求項１に記載の平坦化装置。
基板上に塗布された塗布膜を硬化する前に平坦化する平坦化装置であって，
基板上の塗布膜の表面に接触させる接触体と，
前記接触体を塗布膜の表面に押し当て，当該接触体を塗布膜の表面に沿って移動させて，塗布膜の表面を平坦化する接触体駆動機構と，
前記塗布膜が接触体により平坦化された後に基板に洗浄液を供給する洗浄液供給部とを有し，
前記洗浄液は，前記塗布膜の溶剤であることを特徴とする，平坦化装置。
前記洗浄液供給部として，洗浄液を噴霧するノズル，超音波振動を付加した洗浄液を噴出するノズル，又は基板に接触した状態で，当該接触部分に洗浄液を供給する洗浄体の少なくともいずれかを有することを特徴とする，請求項４に記載の平坦化装置。
前記基板を保持して回転させる回転保持部材を有し，
前記接触体は，前記回転保持部材に保持され回転された基板に押し当てられることを特徴とする，請求項１〜５のいずれかに記載の平坦化装置。
前記塗布膜の膜厚を検出する膜厚センサと，
前記膜厚センサによる膜厚の検出結果に基づいて，前記接触体の押し当て圧力を制御して，塗布膜を所定の膜厚に平坦化する制御部と，をさらに有することを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の平坦化装置。
前記接触体駆動機構は，前記接触体を支持して移動させる支持部材を有し，
前記膜厚センサは，前記支持部材に取り付けられていることを特徴とする，請求項７に記載の平坦化装置。
基板の歪みを検出する歪み検出センサと，
前記歪み検出センサによる歪みの検出結果に基づいて，前記接触体の基板に対する高さを制御して，塗布膜を所定の膜厚に平坦化する制御部と，をさらに有することを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載の平坦化装置。
前記接触体駆動機構は，前記接触体を支持して移動させる支持部材を有し，
前記歪み検出センサは，前記支持部材に取り付けられていることを特徴とする，請求項９に記載の平坦化装置。
前記接触体は，回転可能に構成されていることを特徴とする，請求項１〜１０のいずれかに記載の平坦化装置。
前記接触体は，スポンジ状に構成されていることを特徴とする，請求項１〜１１のいずれかに記載の平坦化装置。