JP2000058521A

JP2000058521A - プラズマ研磨装置

Info

Publication number: JP2000058521A
Application number: JP10236530A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Hongo; 俊明本郷; Tomohiro Ota; 与浩太田; Kazunari Imahashi; 一成今橋
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1998-08-08
Filing date: 1998-08-08
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】一度に複数枚の被研磨体に対して効率良く、
しかも機械的ダメージを与えることなく表面研磨を行な
うことができるプラズマ研磨装置を提供する。【解決手段】内部雰囲気が真空引き可能になされた研
磨容器１４と、この研磨容器内へ収容されて、複数の被
研磨体Ｗを載置するために回転可能になされた回転載置
台１６と、前記回転載置台上の前記被研磨体の回転軌跡
上に設けられ、前記回転する被研磨体に対して高周波に
よりプラズマ化された表面研磨用のプラズマエッチング
ガスを供給するプラズマエッチングガス供給手段４８と
を設ける。これにより、一度に複数枚の被研磨体に対し
て効率良く、しかも機械的ダメージを与えることなく表
面研磨を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハ等の
被研磨体を表面研磨する研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体デバイスを製造する場合
には、半導体ウエハ表面に成膜、エッチング、酸化、拡
散等の各種の処理を多数回繰り返し行なうことによって
所望の素子を作り上げて行く。従来、例えば配線などを
形成する場合には、配線材料となる金属薄膜を成膜し、
これにフォトレジストを用いた微細加工技術を適用して
パターンエッチングすることにより所望の配線パターン
を得ていた。この場合、ウエハの表面は配線パターンの
存否に応じて凹凸が発生することは避けられないが、デ
ザインルールがそれ程厳しくなく、しかも層数も少ない
場合にはそれ程問題は生じなかった。しかしながら、半
導体デバイスの高集積化及び高微細化傾向がより進ん
で、デザインルールも厳しくなり、更には、素子の多層
化の要請も強くなるに従って、上記したような配線パタ
ーン等に起因する表面の凹凸が多層化や微細化に対して
悪影響を与えるようになってきた。

【０００３】そこで、配線パターンを形成する際に、均
一に成膜された金属薄膜をフォトレジストを用いてパタ
ーン化する従来方法を採用するのではなく、下地の絶縁
層に予め配線パターンに対応した配線溝を形成しておい
てこの上に全体に亘って金属薄膜を成膜し、その後、こ
の金属薄膜の全面を均一に機械研磨して配線溝内に埋め
込まれた金属薄膜のみを残して、余分な金属薄膜を除去
することにより配線パターンを形成することが行なわれ
るようになってきた。この研磨プロセスは、ＣＭＰ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈ
ｉｎｇ）と称され、これによれば、表面に凹凸を生ずる
ことなく平坦な状態で配線パターン等を形成することが
できる。この研磨プロセスは、例えば研磨布の表面に機
械的研磨粒子及び化学的研磨粒子を含む研磨液を滴下
し、この研磨布をウエハの表面に押し付けて自転或いは
公転運動させることによってウエハ表面の一部を削り取
って平坦化するものである。このような研磨プロセス
は、各層配線形成工程中におけるＳｉＯ₂ 層間絶縁層の
エッチバック処理、ホール埋め込みプラグ金属膜の平坦
化処理、或いはＣｕメタルダマシン金属膜の平坦化処理
等の各種金属膜の平坦化処理に用いられる。

【０００４】ここでＣＭＰ研磨プロセスを行なう従来の
研磨装置について説明する。例えば図１２に示すＣＭＰ
装置において、表面に研磨層である研磨布２が形成され
た大型の回転テーブル４に、ウエハ保持機構６に保持さ
せたウエハＷをフェースダウンで圧接させ、ノズル８か
ら研磨液を前記研磨布２の表面に供給しながら、回転テ
ーブル４を回転させると共にウエハ保持機構６をモータ
１０により回転させて、こうして半導体ウエハＷを回転
テーブル４上で自転させ且つ相対的に公転させることに
よってウエハＷの表面を研磨して表面を平坦化させてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような従来の湿式の研磨方法にあっては、研磨布２が
軟らかいとは言え、機械的接触による研磨であり、しか
も研磨液が化学薬品であることから、非常に薄い研磨対
象の金属膜等に機械的或いは化学的ダメージを与える場
合が発生し、ＣＭＰ後に回復のためのアニールを行なっ
てもこのダメージを回復できない場合があった。また、
発生する廃液の処理にも高価な設備を必要としていた。
そこで、上記した研磨布を用いる替わりに、特開平６−
５５７１号公報や特開平９−１１５８６５号公報等に開
示されるように、プラズマエッチングを用いて成膜表面
を研磨するドライ研磨装置が提案されている。しかしな
がら、上述した各公報に示されるプラズマ研磨装置は、
１枚ずつ処理する枚葉式であるために生産性が低く、し
かもプラズマにより高温状態に晒される半導体ウエハが
熱的にダメージを受けるのみならず、熱により研磨レー
トも変わってしまい、再現性が劣化するという問題があ
った。本発明は、以上のような問題点に着目し、これを
有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的
は、効率良く、しかも機械的、熱的ダメージを与えるこ
となく表面研磨を行なうことができるプラズマ研磨装置
を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に規定する発明
は、内部雰囲気が真空引き可能になされた研磨容器と、
この研磨容器内へ収容されて、複数の被研磨体を載置す
るために回転可能になされた回転載置台と、前記回転載
置台上の前記被研磨体の回転軌跡上に設けられ、前記回
転する被研磨体に対して高周波によりプラズマ化された
表面研磨用のプラズマエッチングガスを供給するプラズ
マエッチングガス供給手段とを設けるようにしたもので
ある。これにより、プラズマエッチングガス供給手段に
より発生されたプラズマエッチングガスにより、回転載
置台上の複数の被研磨体は一度にエッチングされて研磨
されることになる。

【０００７】ここで請求項２に規定するように、前記回
転載置台は、前記被研磨体を冷却して所定の温度に維持
する冷却機構が設けられることにより、被研磨体を冷却
して所定の温度に維持することができるので、熱的ダメ
ージを受けることを防止でき、しかも、被研磨体の温度
も一定なので研磨レートも一定となり、再現性を向上さ
せることができる。この場合、請求項３に規定するよう
に、前記プラズマエッチングガス供給手段は、プラズマ
用ガスとエッチングガスを導入するプラズマ発生器と、
このプラズマ発生器内に高周波を印加することにより前
記エッチングガスを励起してプラズマエッチングガスを
形成するプラズマ用高周波電源と、前記プラズマ発生器
にて発生した前記プラズマエッチングガスを受けて前記
回転する被研磨体の表面に前記プラズマエッチングガス
を放射させるガス放射ヘッドとにより構成する。

【０００８】これにより、プラズマ用ガスとエッチング
ガスが導入されたプラズマ発生器内では、これに印加さ
れる高周波によってプラズマが発生してエッチングガス
が活性化され、プラズマエッチングガスが形成される。
このプラズマエッチングガスがガス放射容器内へ移送さ
れ、これより被研磨体の表面に供給し、エッチングによ
り表面研磨を行なう。また、請求項４に規定するよう
に、前記ガス放射ヘッドは、回転可能になされると共に
少なくとも１つのガス放射スリットを有し、前記ガス放
射ヘッドを回転することによって前記回転する被研磨体
の表面上に前記プラズマエッチングガスが間欠的に接す
るように構成する。これにより、被研磨体の表面にはガ
ス放射スリットから放射された新鮮なプラズマエッチン
グガスが間欠的に接することになり、このため被研磨体
の表面の反応生成物の除去が効率良く行われて常に新し
いプラズマエッチングガスが流れ込むことになり、均一
に且つ効率的にエッチングによる研磨を行なうことが可
能となる。

【０００９】また、請求項５に規定するように、前記プ
ラズマエッチングガス供給手段は、前記回転載置台上の
被研磨体の回転軌跡上に設けられる上部電極と、この上
部電極にプラズマ発生用の高周波電圧を印加するプラズ
マ発生用高周波電源と、前記回転載置台側に形成された
下部電極とよりなり、前記研磨容器内にプラズマ用ガス
とエッチングガスを供給することにより前記上部電極と
前記被研磨体との間にプラズマを立てることによりプラ
ズマエッチングガスを形成するように構成してもよい。
この場合には、上部電極と下部電極との間に高周波電源
を印加することによってプラズマエッチングガスを形成
し、被研磨体の表面をエッチングにより研磨する。この
場合、請求項６に規定するように、前記下部電極は、前
記回転載置台が兼用いるようにしてもよい。

【００１０】また、請求項７に規定するように、前記回
転載置台には、前記被研磨体を自転させる自転機構を設
けているようにしてもよい。これによれば、被研磨体は
回転載置台により公転されつつ自転機構により自転する
ので、研磨の面内均一性を向上させることが可能とな
る。この場合、請求項８に規定するように、前記自転機
構は、超音波モータにより構成したり、請求項９に規定
するように、前記自転機構は、前記被研磨体と直接接触
してこれを自転させる自転テーブルを有するようにして
もよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るプラズマ研
磨装置の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図１
は本発明に係るプラズマ研磨装置の第１実施例を示す構
成図、図２は図１中の回転載置台を示す平面図、図３は
図１中のプラズマエッチングガス供給手段及びその近傍
を示す拡大断面図、図４は図３中のＡ−Ａ線矢視断面図
である。図示するように、このプラズマ研磨装置１２
は、略円筒体状になされた、例えばアルミニウム製の研
磨容器１４を有しており、この研磨容器１４の内部に
は、複数、図示例では４枚の被研磨体である半導体ウエ
ハＷを載置するための回転載置台１６が設けられる。こ
の回転載置台１６は例えばアルミニウムよりなり、この
下面中央部に連結された回転軸１８は容器底部２０を例
えば磁性流体シール２２を介して貫通して支持されてお
り、これを気密に回転自在としている。この回転軸１８
は、図示しない駆動モータに連結されており、所定の回
転数で回転する。

【００１２】上記回転載置台１６の上面には、図２にも
示すようにウエハＷの厚さと略同じ深さの４つのウエハ
収容凹部２４が同一円周上に配列され、このウエハ収容
凹部２４の直径は、ウエハＷの直径よりも僅かに大きく
設定されて、この中にウエハＷを収容保持するようにな
っている。従って、各ウエハＷは、回転載置台１６の回
転中心を中心として回転、すなわち公転するようになっ
ている。また、この回転載置台１６の内部には、冷却機
構２６が設けられており、プラズマによって加熱される
ウエハＷを所定の温度に冷却するようになっている。具
体的には、この冷却機構２６は、各ウエハ収容凹部２４
の下方に形成された幅広の冷媒通路２８（図４も参照）
を有しており、各冷媒通路２８は、その両端が上記回転
軸１８内に形成された冷媒供給路３０と冷媒排出路３２
にそれぞれ接続されている。この冷媒としては例えばチ
ラーやガルデンを用いることができ、温度調整器３４に
て冷却した冷媒を圧送してウエハＷを冷却して所定の温
度に維持できるようになっている。

【００１３】この研磨容器１４の底部２０には、排気口
３６が設けられ、これには途中に真空ポンプ３８等を介
設した排気通路４０が接続されており、研磨容器１４内
を減圧雰囲気或いは真空雰囲気に維持できるようになっ
ている。また、容器側壁にはウエハ搬出入口４２が形成
されており、これには開閉可能になされたゲートバルブ
４４を介して真空引き可能になされてたロードロック室
４６が連結され、研磨容器１４内を大気開放することな
く、ウエハＷを搬出入できるようになっている。そし
て、上記４つのウエハＷの回転軌跡の上方には、この回
転するウエハＷに対して高周波によりプラズマ化された
プラズマエッチングガスを供給するプラズマエッチング
ガス供給手段４８が容器天井部５０に支持させて設けら
れている。具体的には、図３にも示すようにこの供給手
段４８は、石英等により形成されたプラズマ発生容器５
２を有しており、これには例えば１３．５６ＭＨｚの高
周波を出力するプラズマ用高周波電源５４に接続された
高周波誘導コイル５６が巻回されている。尚、このプラ
ズマ用高周波電源５４やプラズマ発生容器５２は研磨容
器１４の外に設けるのがよい。

【００１４】そして、このプラズマ発生容器５２には、
プラズマ用ガスとして、例えばＡｒガスを供給するＡｒ
ガス通路５６が接続されると共にエッチングガスとし
て、例えばＳＦ₆ ガスを供給するエッチングガス通路５
８が接続されており、それぞれマスフローコントローラ
等の流量制御器６０によって流量制御されたガスを供給
するようになっている。そして、プラズマ発生容器５２
においては、上記高周波によってＡｒガスをプラズマ化
し、これによってエッチングガスを活性化してプラズマ
エッチングガスを形成するようになっている。尚、必要
に応じて、上記各通路５６、５８を介してＮ₂ ガス等の
不活性ガスも供給できるようになっている。

【００１５】また、上記プラズマ発生容器５２には、プ
ラズマ移送管６２を介して例えば石英よりなるガス放射
ヘッド６４が連結されており、これにプラズマエッチン
グガスを移送するようになっている。このプラズマ放射
ヘッド６４は、ウエハＷの直径と同じか、これよりも少
し長い例えば中空円筒体状の容器形状になされており、
この下面には、回転乃至公転するウエハＷと対向するよ
うに回転載置台１６の半径方向に延びる放射スリット６
６が形成されており、公転するウエハＷの表面に向けて
プラズマエッチングガスを放射するようになっている。
この放射スリット６６の幅Ｌ１は例えば１ｍｍ程度に設
定され、ウエハＷの上面とガス放射スリット６６との間
隙Ｌ２は例えば２００μｍ程度に設定されて、非常に接
近させて設けている。図示例では発明の理解を容易にす
るために間隙Ｌ２はかなり大きく記載している。

【００１６】次に、以上のように構成された装置を用い
て行なわれる研磨操作について説明する。まず、未処理
のウエハＷをロードロック室４６から開放されたゲート
バルブ４４を介して予め真空雰囲気、或いは減圧雰囲気
になされた研磨容器１４内に搬入し、各ウエハ収容凹部
２４内に載置してこれを保持する。次に、ゲートバルブ
４４を閉じて研磨容器１４内を密閉する。そして、ウエ
ハＷを載置した回転載置台１６を所定の回転数で回転す
ると共にプラズマ発生容器５２内に流量制御されたＡｒ
ガスとエッチングガス、すなわちＳＦ₆ ガスをそれぞれ
導入する。この導入されたＡｒガスは高周波誘導コイル
５６から放射される１３．５６ＭＨｚの高周波により励
起されてプラズマ化され、これによりＳＦ₆ガスは解離
して活性化され、プラズマエッチングガスが生成され
る。生成されたこのプラズマエッチングガスは、プラズ
マ移送管６２内を移送されてガス放射ヘッド６４に導入
され、この下端に設けた長尺のガス放射スリット６６か
ら公転するウエハＷの面上に放出乃至放射されることに
なる。これにより、プラズマエッチングガスによりウエ
ハＷの表面に全面的に形成されている、例えばアルミニ
ウム膜、タングステン膜或いは銅膜等がエッチングさ
れ、研磨されることになる。この時、公転するウエハＷ
の表面には、これがガス放射ヘッド６４の下面に位置し
た時にプラズマエッチングガスが均一に放射されるの
で、研磨を面間及び面内において均一に行なうことがで
きる。

【００１７】一方、この研磨操作の間にあっては、プラ
ズマによってウエハ温度が例えば、数１００℃程度まで
次第に上昇して研磨レート等が変化する恐れが生ずる
が、ここでは回転載置台１６内に設けた冷却機構２６の
冷媒通路２８に、冷媒を流してウエハＷをその下面より
冷却して、これが略一定の温度、例えば５０℃程度を維
持するようになされている。従って、熱変化が生じない
ことから研磨レートが常に一定値に維持されることにな
り、研磨時の膜厚の面間及び面内の均一性を一層向上で
きるのならず、再現性も高く維持することができる。ま
た、ウエハＷが冷却されることから、これが熱歪やウエ
ハ割れ等の熱的ダメージを受けることも防止することが
できる。また、研磨布がウエハ表面に直接接触する従来
装置と異なり、本発明装置ではプラズマエッチングガス
によりウエハ表面を研磨することから、ウエハ表面が機
械的ダメージを受けることを防止することができる。

【００１８】ここでプロセス条件としては、研磨容器１
４内の圧力は３００〜１０００Ｔｏｒｒ程度の範囲内、
ウエハ温度は２０〜５０℃程度の範囲内、Ａｒガスの流
量は５０００〜１００００ｓｃｃｍ程度の範囲内、ＳＦ
₆ ガスの流量は３００〜５００ｓｃｃｍ程度の範囲内で
ある。上述のような構成において、ウエハ表面上に形成
されたタングステン膜及び酸化膜に対してそれぞれ表面
研磨処理を行なった結果、次のような評価結果を得るこ
とができた。研磨条件に関しては、高周波電力は２００
０Ｗ、電極間ギャップは１ｍｍである。この結果、図１
１に示すようにタングステンの研磨レートは略３０００
Å／ｍｉｎであり、酸化膜の研磨レートは略１２００Å
／ｍｉｎである。研磨の面内均一性は共に±１０％以内
であり、共に良好な結果を得ることができた。

【００１９】上記第１実施例では、プラズマエッチング
ガス供給手段４８の一部であるガス放射ヘッド６４を固
定構造としたが、これに限定されず、ガス放射ヘッドに
複数の放射スリットを設けて回転できる構造としてもよ
い。このような構造の第２実施例の要部拡大図を図５に
示す。図６は図５中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。尚、
図３及び図４に示す構造と同一部分については同一符号
を付して説明を省略する。図示するように、ここではプ
ラズマエッチングガス供給手段４８の一部であるプラズ
マ発生容器５２から延びるプラズマ移送管６２を長くし
てＬ字状に屈曲し、公転するウエハＷの回転軌跡に対し
て直交するように配置する。そして、このプラズマ移送
管６２の先端を封止し、これに円筒体状のガス放射ヘッ
ド６８がその長手方向に貫通させて取り付けられてい
る。ガス放射ヘッド６８の両端板６９とプラズマ移送管
６２の貫通部には軸受７０が介設されており、このガス
放射ヘッド６８は回転可能に支持されている。このプラ
ズマ移送管６２の先端には小型のヘッド回転モータ７２
が取り付けられ、このモータ７２の回転軸に取り付けた
駆動歯車７４が上記ガス放射ヘッド６８の端板６９に固
定された従動歯車７５と歯合しており、上記モータ７２
の回転により上記ガス放射ヘッド６８を所定の回転数で
回転するようになっている。

【００２０】そして、上記プラズマ移送管６２の内、上
記ガス放射ヘッド６８内に位置する部分には、多数のプ
ラズマ孔７６が形成されており、上記プラズマ発生容器
６２内で発生したプラズマエッチングガスをガス放射ヘ
ッド６８内へ供給できるようになっている。そして、こ
のガス放射ヘッド６８には、その長手方向に沿ってウエ
ハＷの直径と同じか、或いはそれよりも少し長い複数、
図示例では４つのガス放射スリット７８が形成されてい
る。これらのガス放射スリット７８はガス放射ヘッド６
８の周方向に沿って等間隔で配置され、スリット７８の
幅は第１実施例のガス放射スリット６６（図４参照）の
場合と同様に１ｍｍ程に設定されている。

【００２１】尚、上記ガス放射ヘッド６８の回転構造は
上述したものに限定されない。この第２実施例の場合に
は、プラズマ発生容器５２内で発生したプラズマエッチ
ングガスはプラズマ移送管６２を介して移送され、これ
に形成したプラズマ孔７６からガス放射ヘッド６８内に
導入される。このガス放射ヘッド６８は、所定の回転
数、例えば１２００ｒｐｍ程度の回転数でプラズマ移送
管６２を中心として回転しており、回転しつつ４つの各
ガス噴射スリット７８からプラズマエッチングガスが放
出されることになる。従って、ウエハＷの表面は、回転
しつつあるガス放射スリット７８からのプラズマエッチ
ングガスによりエッチングされて研磨されることにな
る。このため、ウエハＷがガス放射ヘッド６８の下を通
過する際に、このウエハ表面はプラズマエッチングガス
と間欠的に接することになる。そして、ガス放射スリッ
ト７８の回転により、エッチングにより発生した反応生
成物が随伴して除去されるので、常に新しいプラズマエ
ッチングガスがウエハ表面に流れ込むことになり、その
結果、エッチングによる研磨を面内及び面間において更
に均一に行なうことができ、しかもこれを効率的に行な
うことができる。

【００２２】この時、ガス放射スリット７８とウエハＷ
との相対移動速度を上げるには、ヘッド回転モータ７２
の回転数を上げるようにしもてよいが、両者の回転方向
を互いに逆方向に設定しておけば、容易に両者の相対移
動速度を上げることができる。また、本実施例の場合に
も、回転載置台１６に設けた冷却機構２６によりウエハ
Ｗが冷却されて一定の温度に維持されているので、第１
実施例の場合と同様にウエハが熱的ダメージを受けた
り、研磨レートが変動したりすることを阻止することが
できる。尚、ガス放射スリット７８の数やガス放射ヘッ
ドの回転数は単に一例を示したに過ぎず、上述した数値
例に限定されない。また、以上説明した第１実施例及び
第２実施例では、各ウエハは、回転載置台１６のウエハ
収容凹部２４内に固定された状態で載置されていたが、
このウエハＷをウエハ収容凹部２４内で自転させるよう
にしてもよい。図７はこのような回転載置台を示す要部
拡大断面図、図８は図７に示す自転機構の一例である超
音波モータを示す平面図、図９は自転機構の他の一例を
説明するための要部拡大断面図である。

【００２３】図７及び図８に示すように、回転載置台１
６の各ウエハ収容凹部２４の底部に、この中に載置され
るウエハＷを自転させるための自転機構８０を設けてい
る。図示例では、この自転機構８０として、ウエハＷの
直径と略同じ程度の直径になされたリング状の超音波モ
ータ８２を埋め込んで用いており、このモータ８２を駆
動することにより、ウエハＷをウエハ収容凹部２４内で
自転できるようにしている。また、図９に示す場合に
は、自転機構８０は以下のように構成される。すなわ
ち、ウエハ収容凹部２４の底部に、ウエハＷを載置でき
る大きさの自転テーブル８４を設け、このテーブル８４
の下面中央に連結した自転軸８６を回転載置台１６に貫
通させて設け、この自転軸８６を軸受８８を介して支持
することにより、上記自転テーブル８４を回転自在とし
ている。

【００２４】そして、この自転軸８６の下端に自転用モ
ータ９０を取付け、この自転用モータ９０を回転駆動す
ることにより、ウエハＷを自転し得るようになってい
る。このウエハＷの自転の回転数は、例えば５回／ｍｉ
ｎ程度である。このように自転機構８０を設けることに
よって研磨工程において、ウエハＷを公転のみならず自
転もさせることにより、ウエハＷの表面に偏りなくプラ
ズマエッチングガスが当たることになり、研磨処理の面
間及び面内均一性を一層向上させることができる。以上
の各実施例におけるプラズマエッチングガス供給手段４
８にあっては、ウエハＷからかなり離れて配置されたプ
ラズマ発生容器５２内でプラズマエッチングガスを形成
し、これを公転するウエハ面上に移送して、ウエハ表面
を研磨するようにしたが、これに限定されず、回転する
ウエハＷの直上にプラズマ放電用の電極を設けてプラズ
マエッチングガスを生成するようにしてもよい。図１０
はこのように構成された本発明装置の第３実施例を示す
構成図である。尚、図１に示す構成と同一部分について
は同一符号を付して説明を省略する。

【００２５】図示するようにこの第３実施例にあって
は、プラズマエッチングガス供給手段４８の一部とし
て、ウエハＷのサイズと同一、或いはこれよりも少し大
きくなされた円板状の上部電極９２を用いており、この
上部電極９２を公転するウエハＷと微少な間隙Ｌ３、例
えば２００μｍの間隔を隔てて対向させて配置してい
る。この上部電極９２の上面中央部は導電性の支持ロッ
ド９４に連結され、この支持ロッド９４の上端を容器天
井部に絶縁材９６を介して取付ることにより、上部電極
９２を固定している。そして、この支持ロッド９４に
は、第１実施例の高周波よりも高い周波数、例えば２０
０ＭＨｚ程度の高周波電圧を印加するプラズマ発生用高
周波電源９８に接続されている。このように高周波電圧
の周波数を高くした理由は、周波数が先の１３．５６Ｍ
Ｈｚのように低すぎると高周波印加時のイオンの移動距
離が大きくなってこのイオンがウエハ表面に衝突し、ウ
エハ表面にダメージを与える恐れが生ずるからである。
この場合の高周波電圧の周波数の範囲は、間隙Ｌ３の長
さにもよるが、１００〜３００ＭＨｚ程度である。そし
て、回転載置台１６の回転軸１８は例えばブラシ１００
を介して接地されており、これにより回転載置台１６
は、上記上部電極９２と対向する下部電極１０２として
兼用されることになる。また、研磨容器１４の天井部に
は、この容器内へＡｒガスを導入するＡｒガス導入口１
０４及びエッチングガスを導入するエッチングガス導入
口１０６がそれぞれ設けられ、各導入口１０４、１０６
から流量制御されたＡｒガスやエッチングガスを導入し
得るようになっている。

【００２６】さて、このような構成においては、研磨容
器１４内にＡｒガスとエッチングガスを導入し、この容
器１４内を所定のプロセス圧力に維持しておく。ここ
で、下部電極１０２としても機能する回転載置台１６と
ウエハＷは導通しているので、上部電極９２に例えば２
００ＭＨｚの高周波電圧を印加することにより、円板状
の上部電極９２と公転するウエハＷの表面との間隙にプ
ラズマが生じて、ここにプラズマエッチングガスが発生
する。そして、このプラズマエッチングガスにより各ウ
エハＷの表面がエッチングされて研磨されることにな
る。この場合、上述のように高周波電圧の周波数を例え
ば２００ＭＨｚに高く設定しているので、その分、イオ
ンの振動距離が短くなり、ウエハ表面がイオンによるダ
メージを受けることを防止することができる。

【００２７】この時のプロセス条件に関しては、例えば
圧力が３００〜１０００Ｔｏｒｒ程度、Ａｒガスの流量
は５０００〜１００００ｓｃｃｍ程度、エッチングガス
の流量は３００〜５００ｓｃｃｍ程度、回転載置台１４
の回転数は６０００ｒｐｍ程度である。尚、上記実施例
では、プラズマガスとしてＡｒガスを用いた場合を説明
したが、これに限定されず、Ｈｅガス等の他の不活性ガ
スを用いてもよい。また、エッチングガスとしてはＳＦ
₆ ガスの他に、他のエッチングガス、例えばＮＦ₃ 、Ｃ
ｌ₂ 、ＣｌＦ₃ 等も用いることができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラズマ
研磨装置によれば、次のように優れた作用効果を発揮す
ることができる。請求項１、３、５、６に規定するよう
に、回転載置台に複数枚の被研磨体を載置してこれを回
転（公転）しつつプラズマエッチングガスにより表面全
体をエッチングして研磨を行なうようにしたので、複数
の被研磨体を一度に表面研磨することができる。請求項
２に規定するように、研磨処理中の被研磨体を冷却機構
により冷却して所定の温度に維持することにより、これ
が熱的ダメージを受けることを防止できるのみならず、
研磨レートが変動することも防止でき、研磨処理の面間
及び面内均一性を向上させることができる。請求項４に
規定するように、ガス放射スリットを設けたガス放射ヘ
ッドを回転しつつ、上記ガス放射スリットからプラズマ
エッチングガスを放射するようにすれば、被研磨体の表
面に新鮮なガスが間欠的に接することになり、このため
被研磨体の表面の反応生成物の除去が効率良く行われ
て、常に新しいプラズマエッチングガスが流れ込むこと
になり、均一に且つ効率的に研磨を行なうことができ
る。また、請求項７乃至９に規定するように、被研磨体
に公転の他に、自転機構により自転の動きも加えること
により、研磨処理の面間及び面内の均一性を一層向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプラズマ研磨装置の第１実施例を
示す構成図である。

【図２】図１中の回転載置台を示す平面図である。

【図３】図１中のプラズマエッチングガス供給手段及び
その近傍を示す拡大断面図である。

【図４】図３中のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図５】第２実施例を示す要部拡大図である。

【図６】図５中のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

【図７】回転載置台を示す要部拡大断面図である。

【図８】図７に示す自転機構の一例である超音波モータ
を示す平面図である。

【図９】自転機構の他の一例を説明するための要部拡大
断面図である。

【図１０】本発明装置の第３実施例を示す構成図であ
る。

【図１１】本発明装置の研磨レートを示すグラフであ
る。

【図１２】ＣＭＰ研磨プロセスを行なう従来の研磨装置
を示す図である。

【符号の説明】

１２プラズマ研磨装置１４研磨容器１６自転載置台２４ウエハ収容凹部２６冷却機構２８冷媒通路３４温度調整器４８プラズマエッチングガス供給手段５２プラズマ発生器５４プラズマ用高周波電源５６Ａｒガス通路５８エッチングガス通路６２プラズマ移送管６４プラズマ放射ヘッド６６ガス放射スリット６８ガス放射ヘッド７２ヘッド回転モータ７６プラズマ孔７８ガス噴射スリット８０自転機構８２超音波モータ８４自転テーブル９０自転用モータ９２上部電極９８プラズマ発生用高周波電源１０２下部電極Ｗ半導体ウエハ（被処理体）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今橋一成山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650番地東京エレクトロン株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 4K057 DA04 DB01 DB08 DB20 DD01 DD04 DD08 DD09 DE01 DE06 DE14 DE20 DG02 DG07 DG08 DG12 DG13 DG15 DG16 DM02 DM04 DM13 DM18 DM35 DM39 DN01 5F004 AA01 AA06 AA09 AA11 BA03 BA04 BA11 BB11 BB13 BB24 BB25 BB28 BD07 CA04 DA04 DA06 DA17 DA18 DA23 DA25 DA26 DB00 DB08 DB10 DB13 EB02 EB03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部雰囲気が真空引き可能になされた研
磨容器と、この研磨容器内へ収容されて、複数の被研磨
体を載置するために回転可能になされた回転載置台と、
前記回転載置台上の前記被研磨体の回転軌跡上に設けら
れ、前記回転する被研磨体に対して高周波によりプラズ
マ化された表面研磨用のプラズマエッチングガスを供給
するプラズマエッチングガス供給手段とを設けたことを
特徴とするプラズマ研磨装置。
【請求項２】前記回転載置台は、前記被研磨体を冷却
して所定の温度に維持する冷却機構が設けられることを
特徴とする請求項１記載のプラズマ研磨装置。
【請求項３】前記プラズマエッチングガス供給手段
は、プラズマ用ガスとエッチングガスを導入するプラズ
マ発生器と、このプラズマ発生器内に高周波を印加する
ことにより前記エッチングガスを励起してプラズマエッ
チングガスを形成するプラズマ用高周波電源と、前記プ
ラズマ発生器にて発生した前記プラズマエッチングガス
を受けて前記回転する被研磨体の表面に前記プラズマエ
ッチングガスを放射させるガス放射ヘッドとにより構成
されることを特徴とする請求項１または２記載のプラズ
マ研磨装置。
【請求項４】前記ガス放射ヘッドは、回転可能になさ
れると共に少なくとも１つのガス放射スリットを有し、
前記ガス放射ヘッドを回転することによって前記回転す
る被研磨体の表面上に前記プラズマエッチングガスが間
欠的に接するように構成したことを特徴とする請求項１
または２記載のプラズマ研磨装置。
【請求項５】前記プラズマエッチングガス供給手段
は、前記回転載置台上の被研磨体の回転軌跡上に設けら
れる上部電極と、この上部電極にプラズマ発生用の高周
波電圧を印加するプラズマ発生用高周波電源と、前記回
転載置台側に形成された下部電極とよりなり、前記研磨
容器内にプラズマ用ガスとエッチングガスを供給するこ
とにより前記上部電極と前記被研磨体との間にプラズマ
を立てることによりプラズマエッチングガスを形成する
ように構成したことを特徴とする請求項１または２記載
のプラズマ研磨装置。
【請求項６】前記下部電極は、前記回転載置台が兼用
していることを特徴とする請求項５記載のプラズマ研磨
装置。
【請求項７】前記回転載置台には、前記被研磨体を自
転させる自転機構を設けていることを特徴とする請求項
１乃至６のいずれかに記載のプラズマ研磨装置。
【請求項８】前記自転機構は、超音波モータよりなる
ことを特徴とする請求項７記載のプラズマ研磨装置。
【請求項９】前記自転機構は、前記被研磨体と直接接
触してこれを自転させる自転テーブルを有することを特
徴とする請求項７記載のプラズマ研磨装置。