JP6606017B2 - 基板処理装置 - Google Patents

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Description

本願は、基板処理装置に関する。
半導体デバイスの製造において、基板の表面を研磨する化学機械研磨（ＣＭＰ，Chemical Mechanical Polishing）装置が知られている。ＣＭＰ装置では、研磨テーブルの上面に研磨パッドが貼り付けられて、研磨面が形成される。このＣＭＰ装置は、トップリングによって保持される基板の被研磨面を研磨面に押しつけ、研磨面に研磨液としてのスラリーを供給しながら、研磨テーブルとトップリングとを回転させる。これによって、研磨面と被研磨面とが摺動的に相対移動され、被研磨面が研磨される。
ここでＣＭＰを含む平坦化技術については、近年、被研磨材料が多岐に渡り、またその研磨性能（例えば平坦性や研磨ダメージ、更には生産性）に対する要求が厳しくなっている。ＣＭＰ装置では、半導体装置の微細化により、研磨性能および清浄度への要求が高まってきている。
このような状況のなかで、ＣＭＰ装置において、処理される基板よりも寸法の小さなサイズの研磨パッドを用いて基板を処理することがある（たとえば特許文献１）。一般に、処理される基板よりも寸法の小さなサイズの研磨パッドは、基板に局所的に生じた凹凸を平坦化したり、基板の特定の部分だけを研磨したり、基板の位置に応じて研磨量を調整したりでき、コントロール性に優れる。
一方、新たな平坦化方法も提案されており、触媒基準エッチング（catalyst referred etching：以下ＣＡＲＥ）法もその一つである。ＣＡＲＥ法は、処理液の存在下において、触媒材料近傍のみにおいて処理液中から被研磨面との反応種が生成され、触媒材料と被研磨面を近接乃至接触させることで、触媒材料との近接乃至接触面において、選択的に被研磨面のエッチング反応を生じさせることが可能である（たとえば特許文献２）。例えば、凹凸を有する被研磨面においては、凸部と触媒材料とを近接乃至接触させることで、凸部の選択的エッチングが可能になり、より被研磨面の平坦化が可能になる。
また、基板の研磨速度およびエッチング速度は、基板の表面とパッドとが接触する領域の温度に依存する。そのため、基板を高精度に平坦化するには、基板の表面とパッドとが接触するよう領域の温度を制御することが望ましい。
米国特許第６５６１８８１号明細書 国際公開第２０１５／１５９９７３号パンフレット 特開平１０−１５８０９号公報
基板表面を上から研磨する形式の研磨装置では、回転可能なテーブルにより基板を下から真空吸着により保持する。従来、基板を保持するテーブルは、平坦なテーブルの表面上に吸着用の溝パターンが形成され、基板を直接テーブルの上に載せて、真空吸着させていた。そのため、テーブルの平坦でない部分が、その上に配置される基板に影響を及ぼし、研磨後の基板の表面の平坦性に影響を与えることがある。たとえば、基板をテーブルに真
空吸着させるとき、テーブルの平坦でない部分と基板とは接触しない。そのため、テーブルと基板との間に隙間が生じ、この隙間からエアーが漏れ、基板の吸着率が低くなることがある。また、テーブルに使用される材料は一般的に高硬度材料なので、テーブルに接触する基板の裏面はダメージを受けやすい。一方、基板の裏面へのダメージを低減するために、比較的に硬度の低い樹脂でテーブルを構成することもあるが、樹脂製のテーブルの場合、一般的に平坦性が悪くなる。
一般的に、ＣＡＲＥ法およびＣＭＰにおいては、ウェハＷｆの処理速度（研磨速度、エッチング速度）は、処理される基板の表面の温度に依存する。そこで、処理する基板の表面の温度を制御する場合、温度調整された薬液または純水を基板の表面に供給して、液体と基板との間の熱交換により基板の表面温度を調整することがある。しかし、温度調整された薬液や純水は、流路を通って基板の表面に供給されるので、基板の表面に到達する液体の温度は、環境に応じて設定温度とは異なる場合がある。また、薬液や純水は流路に残留するので、液体の設定温度を変化させても、基板に供給される液体の温度はすぐには変化しない。また、テーブルの蓄熱により、基板の表面温度は設定温度を超えたり（オーバーシュート）、設定温度を下回ったりする（アンダーシュート）。また、温度調整された液体の供給口に近い基板の部分のほど温度調整の効果が大きくなり、基板表面の温度分布が均一になりにくい。また、基板表面の温度分布をコントロールすることができず、基板の温度制御が難しい。
本願発明は、上述の課題の少なくとも一部を緩和ないし解決することを目的としている。
第１の形態によれば、基板処理装置が提供され、かかる基板処理装置は、基板を保持するためのテーブルと、前記基板処理装置は、前記テーブルの上面に取り付けられる樹脂フィルムと、前記テーブルの内部に設けられるヒーターと、を有し、前記テーブルの前記上面はセラミックスから形成され、前記テーブルの前記上面は、真空源に接続可能な開口部を有し、前記樹脂フィルムはポリイミドから形成され、前記テーブルの前記上面に取り付けられたときに前記テーブルの開口部に対応する位置に、貫通孔が形成される。かかる形態によれば、セラミックス製で硬度の高い材料で平坦なテーブルを形成できるとともに、相対的に硬度の低い樹脂製フィルムを介して基板を支持することで、テーブルの上面の平坦性を高く維持しつつ、基板へダメージを与える可能性を低減することができる。また、樹脂製フィルムはテーブルよりも硬度が低く、ある程度は変形可能であるため、テーブルと基板との接触状態を改善でき、真空吸着時のエアーの漏れを抑制できる。また、ヒーターにより、処理される基板の表面の温度を制御することができ、基板の処理速度を制御することができる。また、ヒーターにより、樹脂製フィルムの硬度を制御することもできる。
第２の形態によれば、第１の形態による基板処理装置において、前記テーブル上に保持された基板の表面温度を測定するための温度センサを有する。かかる形態によれば、温度センサで基板の表面温度を測定することができるので、基板の表面が最適な温度になるように基板の表面温度を制御することができる。
第３の形態によれば、第２の形態による基板処理装置において、前記温度センサおよび前記ヒーターと連絡可能な制御装置を有し、前記制御装置は、前記温度センサで測定された温度に基づいて前記ヒーターを制御するように構成される。かかる形態によれば、制御装置により、基板の表面を所望の温度になるように制御することができる。
第４の形態によれば、第３の形態による基板処理装置において、前記テーブルは複数の
領域を有し、前記ヒーターは、前記テーブルの前記複数の領域に対応する位置に配置される複数のヒーターを有し、前記制御装置は、前記複数のヒーターをそれぞれ独立に制御するように構成される。かかる形態によれば、基板の表面に所望の温度分布を形成することができ、基板の処理速度を領域ごとに制御することができる。
一実施形態としての基板処理システムの基板処理装置の概略平面図である。 一実施形態による基板処理装置の概略側面図である。 一実施形態による基板処理装置の概略側面図である。
以下に、本発明に係る基板処理装置の実施形態を添付図面とともに説明する。添付図面において、同一または類似の要素には同一または類似の参照符号が付され、各実施形態の説明において同一または類似の要素に関する重複する説明は省略することがある。また、各実施形態で示される特徴は、互いに矛盾しない限り他の実施形態にも適用可能である。
図１は、一実施形態としての基板処理システムの基板処理装置１０の概略平面図である。基板処理装置１０は、ＣＡＲＥ法を利用して、基板上の半導体材料（被処理領域）のエッチング処理を行う装置である。あるいは、基板処理装置１０は、基板よりも寸法の小さなパッドを用いるＣＭＰ装置として構成することもできる。基板処理システムは、基板処理装置１０と、基板を洗浄するように構成された基板洗浄部（図示省略）と、基板を搬送する基板搬送部（図示省略）とを備えている。また、必要に応じて基板乾燥部も備えてよい（図示省略）。基板搬送部は、ウェット状態の基板およびドライ状態の基板を別々に搬送できるように構成される。更に半導体材料の種類によっては、基板処理装置１０による処理の前もしくは後において、従来の処理される基板の寸法よりも大きな研磨パッドを用いるＣＭＰによる処理を行って良く、よって基板処理システムは更に大径研磨パッドを備えるＣＭＰ装置を備えてよい。さらに、基板処理システムは、化学気相成長（ＣＶＤ）装置、スパッタ装置、メッキ装置、およびコーター装置などの成膜装置を含んでもよい。本実施例では、基板処理装置１０は、ＣＭＰ装置とは別体のユニットとして構成されている。基板洗浄部、基板搬送部およびＣＭＰ装置は、周知技術であるので、以下では、これらの図示および説明は省略する。
基板処理装置１０は、基板を保持するためのテーブル２０と、触媒を保持するパッドを備えるヘッド３０と、処理液供給部４０と、揺動アーム５０と、コンディショニング部２００と、制御部３００と、を備えている。テーブル２０は基板保持面を備え、基板保持面に基板の一種としてのウェハＷｆを保持するように構成されている。本実施形態では、テーブル２０は、ウェハＷｆの被処理面が上方を向くようにウェハＷｆを保持する。また、本実施形態では、テーブル２０は、ウェハＷｆを保持するための機構として、ウェハＷｆの裏面（被処理面と反対側の面）を真空吸着する真空吸着プレートを有する真空吸着機構を備えている。真空吸着の方式としては、吸着面に真空ラインに接続された複数の吸着穴を有する吸着プレートを用いた点吸着の方式、吸着面に溝（例えば同心円状）を有し、溝内に設けた真空ラインへの接続穴を通して吸着する面吸着の方式のいずれを用いても良い。ただし、ウェハＷｆを保持するための機構は、公知の任意の機構とすることができ、例えば、ウェハＷｆの周縁部の少なくとも１ヶ所においてウェハＷｆの表面および裏面をクランプするクランプ機構であっても良く、またウェハＷｆの周縁部の少なくとも１ヶ所においてウェハＷｆの側面を保持するローラチャック機構であっても良い。かかるテーブル２０は、駆動部モータ、アクチュエータ（図示省略）によって、回転可能に構成されている。
図１に示される実施形態のヘッド３０は、その下端に触媒を保持するように構成されて
いる。本実施形態では、ヘッド３０の寸法は、ウェハＷｆの寸法よりも小さい。すなわち、ヘッド３０からウェハＷｆに向けて投影した場合のヘッド３０の投影面積は、ウェハＷｆの面積よりも小さい。また、ヘッド３０は、駆動部すなわちアクチュエータ（図示省略）によって回転可能に構成されている。また、ヘッド３０の触媒をウェハＷｆに接触摺動させるために、ヘッド３０をウェハＷｆに対して昇降させるモータやエアシリンダを揺動アーム５０内に備えている（図示省略）。
処理液供給部４０は、ウェハＷｆの表面に処理液ＰＬを供給するように構成されている。ここで、図１では処理液供給部４０は１つだが、複数配置されていても良く、その場合各処理液供給部から異なる処理液を供給しても良い。また、エッチング処理後に本基板処理装置１０において、ウェハＷｆの表面の洗浄を行う場合、処理液供給部４０からは洗浄用薬液や水を供給しても良い。また、他の実施形態として、処理液供給部４０は、処理液ＰＬを揺動アーム５０およびヘッド３０の内部を通って、ヘッド３０の表面から処理液ＰＬをウェハＷｆの表面に供給するように構成してもよい。また、一実施形態として、処理液供給部４０に、処理液の温度を調整するための温度調整ユニットを設け、ウェハＷｆに供給する液体の温度をコントロールできるようにしてもよい。
図１に示されるように、揺動アーム５０は、駆動部すなわちアクチュエータ（図示省略）によって、回転中心５１を中心として揺動可能に構成されている。また、ヘッド３０は、上下移動可能に構成されており、ウェハＷｆにヘッド３０を押し当てることが可能である。揺動アーム５０の先端（回転中心５１と反対側の端部）には、ヘッド３０が回転可能に取り付けられている。
図１に示される実施形態において、制御部３００はたとえば、ＣＰＵ、メモリなどの記憶装置、および入出力装置などを備える汎用コンピュータ、または専用コンピュータから構成することができる。制御部３００は、基板処理装置１０内の各種コンポーネントに接続され、また、こられの動作を制御するためのプログラムを格納しており、基板処理装置１０の全体の動作を制御することができる。
図２は、一実施形態による基板処理装置１０の概略側面図である。図２は、ヘッド３０がウェハＷｆに接触した状態を示している。なお、図２においては、ヘッド３０を昇降させる機構、揺動アーム５０および処理液供給部４０は省略されている。ヘッド３０には、ウェハＷｆと接触してウェハＷｆを処理するためのパッド３３を備える。パッド３３は、ＣＡＲＥ用の触媒が付与されたパッドとすることができる。あるいは、他の実施形態として、パッドをＣＭＰ用のパッドとすることもできる。
上述したように、テーブル２０は回転可能に構成される。図２に示されるように、テーブル２０は、真空源（不図示）に接続される通路２２を有する。通路２２は、テーブル２０の上面２４に設けられる開口部２６に連通する。テーブル２０の全体または少なくとも上面はセラミックスから形成される。セラミックスは一般的に高硬度材料であり、樹脂などの比較的硬度の小さい材料の場合に比べて、上面の平坦性が高いテーブルを形成することができる。また、セラミックスは一般的に耐熱性に優れ、熱による変形も小さい。図２に示される実施形態において、テーブル２０の上面２４には、樹脂製フィルム２８が配置される。図２に示されるように、樹脂製フィルム２８は、テーブル２０の上面２４に配置されたときに、テーブル２０の開口部２６に対応する位置に貫通孔２９を備える。樹脂製フィルム２８は、たとえば、両面テープによりテーブル２０の上面２４に接着することができ、また、接着剤によりテーブル２０の上面２４に接着してもよい。樹脂製フィルム２８は、耐熱性に優れる樹脂、たとえばポリイミドから形成することができるまた、樹脂製フィルム２８は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）などで形成してもよい。テーブルの平坦性を維
持しつつテーブル表面の硬さを緩和するために、樹脂製フィルム２８の厚さは約３０μｍから約５００μｍであることが望ましい。
上述のように、セラミックス製のテーブル２０は、上面２４の平坦性が高いテーブルを実現できるが、高硬度であるために、ウェハＷｆを直接的にテーブル２０に配置すると、ウェハＷｆにダメージを与えることがある。図２の実施形態においては、セラミックスよりも硬度の低い樹脂製フィルム２８がテーブル２０の上面２４に配置されるので、テーブル２０の上面の平坦性を高く維持しつつ、ウェハＷｆへダメージを与える可能性を低減することができる。
図３は、一実施形態による基板処理装置１０の概略側面図である。図３に示される実施形態による基板処理装置１０のテーブル２０は、上面２４から下の位置にヒーター１００が配置される。ヒーター１００は、テーブル２０内の通路２２の部分を除いて、テーブル２０のほぼ全面に配置することができる。ヒーター１００は、制御部３００により制御されるように構成される。また、ヒーター１００を、テーブル２０内で複数の領域に分割して配置し、分割領域ごとに別々にコントロールできるように構成してもよい。そのため、ウェハＷｆ表面の温度分布を制御することができる。ヒーター１００は、一般的な電熱線から形成することができる。たとえば、セラミックス製のテーブル２０を製造するときに、内部に電熱線を埋め込むことで、ヒーター１００を埋め込んだテーブル２０を製造することができる。
図３に示される実施形態において、基板処理装置１０は、温度センサ１５０を有する。温度センサ１５０は、たとえばサーモグラフィ、赤外線センサなどの非接触式の温度センサとすることができる。温度センサ１５０は、ウェハＷｆの表面の温度を測定できるように配置される。たとえば、温度センサ１５０は図示しない移動機構に保持され、温度センサ１５０がウェハＷｆの表面を走査できるように構成することができる。温度センサ１５０は、制御部３００に接続される。制御部３００は、ウェハＷｆの処理中に、温度センサ１５０から受け取ったウェハＷｆ表面の温度情報に基づいて、ヒーター１００を制御する。
ＣＡＲＥ法およびＣＭＰにおいては、ウェハＷｆの処理速度（研磨速度、エッチング速度）は、ウェハＷｆ表面の温度に依存する。図３に示される実施形態においては、テーブル２０内に配置されたヒーター１００により、ウェハＷｆの表面の温度を制御することができる。かかる実施形態の場合、前述した処理液を通じたウェハＷｆ表面の温度制御の場合よりも、ウェハＷｆ表面の温度を速やかに調整することができる。また、ヒーター１００でテーブル２０の表面の全体を均一に加熱することができるので、ウェハＷｆの表面を均一に加熱することができる。また、テーブル２０の表面を複数の領域に分割して、分割領域ごとにヒーター１００を配置して、分割領域ごとに独立に温度制御するもできる。分割領域ごとに独立に温度制御することで、分割領域ごとに処理速度（研磨速度・エッチング速度）を変化させることができ、ウェハＷｆの処理をより精密に制御することができる。また、温度センサ１５０は、ウェハＷｆの表面の温度を直接的に測定するので、たとえばテーブル２０内の温度を測定する場合や、処理液の温度を測定する場合に比べて、ウェハＷｆの表面の温度を正確に測定することができる。さらに、図３に示される実施形態においては、ヒーター１００によりテーブル２０の上面２４に配置される樹脂製フィルム２８も加熱されるので、樹脂製フィルム２８の硬さを制御することもできる。
１０…基板処理装置
２０…テーブル
２２…通路
２４…上面
２６…開口部
２８…樹脂製フィルム
２９…貫通孔
３０…ヘッド
３３…パッド
４０…処理液供給部
５０…揺動アーム
５１…回転中心
１００…ヒーター
１５０…温度センサ
２００…コンディショニング部
３００…制御部
Ｗｆ…ウェハ
ＰＬ…処理液

Claims (4)

  1. 研磨装置であって、
    基板を保持するためのテーブルと、
    前記研磨装置は、前記テーブルの上面に取り付けられる樹脂フィルムと、
    前記テーブルの内部に設けられるヒーターと、を有し、
    前記テーブルの前記上面はセラミックスから形成され、前記テーブルの前記上面は、真空源に接続可能な開口部を有し、
    前記樹脂フィルムはポリイミドから形成され、前記テーブルの前記上面に取り付けられたときに前記テーブルの開口部に対応する位置に、貫通孔が形成される、
    研磨装置。
  2. 請求項１に記載の研磨装置であって、
    前記テーブル上に保持された基板の表面温度を測定するための温度センサを有する、
    研磨装置。
  3. 請求項２に記載の研磨装置であって、
    前記温度センサおよび前記ヒーターと連絡可能な制御装置を有し、
    前記制御装置は、前記温度センサで測定された温度に基づいて前記ヒーターを制御するように構成される、
    研磨装置。
  4. 請求項３に記載の研磨装置であって、
    前記テーブルは複数の領域を有し、
    前記ヒーターは、前記テーブルの前記複数の領域に対応する位置に配置される複数のヒーターを有し、
    前記制御装置は、前記複数のヒーターをそれぞれ独立に制御するように構成される、
    研磨装置。
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