JP3566430B2

JP3566430B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3566430B2
Application number: JP33147695A
Authority: JP
Inventors: 克彦山口; 茂夫森山; 感安井
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 1995-12-20
Filing date: 1995-12-20
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2015-12-20
Also published as: JPH09171980A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の製造過程で用いられる研磨加工法によるウェハ表面パターンの平坦化技術に係り、特にウェハホルダから被加工ウェハを離脱させる方法およびそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程は多くのプロセス処理工程からなるが、まず本発明が適用される工程の一例である配線工程について図１を用いて説明する。
【０００３】
図１（ａ）は一層目の配線が形成されているウェハの断面図を示している。トランジスタ部が形成されているウェハ１の表面には絶縁膜２が形成されており、その上にアルミニウム等の配線層３が設けられる。トランジスタとの接合をとるために絶縁膜２にホール４が開けられているので、配線層３表面上の凹み５の部分は多少凹んでいる。
【０００４】
図１（ｂ）に示す二層目の配線工程では、一層目の上に絶縁膜６，金属アルミニウム層７を形成し、さらに、金属アルミニウム層７を配線パターン化するため露光用ホトレジスト層８を付着させる。次に図１（ｃ）に示すようにステッパ９を用いて回路パターンを露光用ホトレジスト層８上に露光転写する。この場合、露光用ホトレジスト層８の表面が凹凸になっていると、図の点線１０で示すようにホトレジスト表面の凹部と凸部では同時に焦点が合わないことになり、解像不良という重大な障害が生じる。
【０００５】
この障害を解消するため、次に述べるような基板表面の平坦化処理が行われる。図１（ａ）の処理工程の次に、図１（ｄ）に示すように、絶縁層６を形成後、図の中の点線１１のレベルまで平坦となるように後述する方法によって研磨加工し、図１（ｅ）の状態を得る。その後、金属アルミニウム層７と露光用ホトレジスト層８を形成し、図１（ｆ）のようにステッパ９で露光する。この状態ではレジスト表面が平坦であるので解像不良の問題は生じない。
【０００６】
図２に、絶縁膜パターンを平坦化するため従来一般的に用いられている化学機械研磨加工ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）法を示す。研磨パッド１３を定盤１２の表面に貼り付けて回転しておく。研磨パッド１３は、例えば、発泡ウレタン樹脂を薄いシート状にスライスして成形したものであり、被加工物の種類や仕上げたい表面粗さの程度によってその材質や微細な表面構造を種々選択して使いわける。他方、加工すべきウェハ１は弾性バッキングパッド１４を介してウェハホルダ１５に固定する。ウェハホルダ１５を回転しながら研磨パッド１３の表面に向かって加圧し、さらに研磨パッド１３の上に研磨スラリ１６を供給することにより、図１に示したようにウェハ表面上の絶縁膜６の凸部が研磨除去され、平坦化される。
【０００７】
二酸化珪素等の絶縁膜を研磨する場合、一般に研磨スラリとしてはコロイダルシリカが用いられる。コロイダルシリカは直径３０ｎｍ程度の微細なシリカ粒子を水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に懸濁させたものであり、アルカリによる化学反応作用が加わるため、砥粒のみによる機械的研磨に比べ飛躍的に高い加工能率と加工ダメージの少ない平滑面を得られる特徴がある。このように、研磨パッドと被加工物の間に研磨スラリを供給しながら加工する方法は遊離砥粒研磨技術として良く知られている。
【０００８】
また、同図の４０は圧縮空気等の供給孔であり、この供給孔を介してウェハ１に加わる背圧を調整し、ホルダ１５へのウェハ１の着脱を行っている。
【０００９】
平坦化技術の課題の一つとしてウェハ面内における加工速度の分布むらの問題がある。このウェハ面内の加工速度分布むらは主として被加工ウェハに加えられる圧力分布のむらに起因するので、一般的には図２に示したように、弾性バッキングパッド１４を介して加圧するが、このパッドの弾性率の経時変化等によって、現実的には、圧力分布むらが発生するという重大な欠点がある。
【００１０】
この問題の解決のために、図３に示すように、ウェハホルダ１５に通常取り付けられている弾性バッキングパッド１４に代えて、中に水や空気２２を封入したゴム製の加圧袋１７を介して被加工物に均一に加圧する方法がある。この方法によれば、圧力分布のむらがなくなるので、極めて均一な加工面が得られる。しかし、ウェハの裏面には極近傍まで上記の加圧袋１７が配置されているので、図２に示したような、ウェハの離脱のための圧縮空気等の供給ができない。そのため、従来はウェハホルダ１５から手作業でウェハを剥がさなければならず、この加圧袋１７を用いるウェハ荷重法が実用的に用いられることはなかった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の加圧袋等を用いたウェハホルダにおいて、ウェハの剥離を自動化可能とするためになされたものである。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明では、負圧または流体圧を利用してウェハに固体が接触することなくウェハを剥離することができる方法を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、研磨パッド表面上に半導体ウェハを取り付け、ウェハの背面から荷重しながらウェハ表面を平坦化研磨加工する工程において、加工後の前記被加工ウェハをウェハホルダから離脱する方法として、ウェハ表面側の雰囲気圧力を、ウェハとウェハホルダが吸着している部分の圧力より低くすることによりウェハを離脱する。
【００１４】
上記、ウェハ表面側の雰囲気圧力をウェハとウェハホルダが吸着している部分より低くする方法として、例えばウェハを加圧袋１７を介してウェハホルダに水貼りしたものを、負圧チャンバに入れ、負圧チャンバを周囲の雰囲気圧力より負圧にする。また、水槽の中に水没させ、ウェハ表面と対向した水槽の底で撹拌子を回転させて旋回水流を作り、負圧を発生する。また、ウェハを加圧袋１７を介してウェハホルダに水貼りしたような場合、別の弾性バッキングパッドの表面に加工後のウェハ表面を接触させ、押し付けたあと、ウェハホルダを急速に引き離す。また、ウェハと加圧袋１７の接する面の外周に予め形成されたくさび状の空間に向けて、水流を噴射してウェハを離脱する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図４は第１の実施例を工程順に示した断面図である。
【００１６】
ウェハ１は、ウェハホルダ１５に加圧袋１７を介して水貼りされて装着され研磨される。その後、ウェハホルダ１５からウェハ１を離脱するために、負圧チャンバ１８上に設置する（ａ）。ウェハホルダ１５と負圧チャンバ１８の境界は密閉度を保つために密閉保持具２０を介する。負圧チャンバ１８内を吸引口１９から吸引する。周囲の雰囲気圧力より負圧になると、加圧袋１７からウェハ１が離脱する。離脱したウェハ１は、ウェハ受取治具２１によって受け止められる。
【００１７】
離脱したウェハは、図示していないハンドリング機構によって取り出され、その後ウェハは洗浄，エッチングなどの工程を経て、半導体装置の機能を付加することを反復して、半導体装置が形成される。
【００１８】
図５は第２の実施例の工程順に示した断面図である。
【００１９】
ウェハ１は、ウェハホルダ１５に加圧袋１７を介して水貼りされて装着され研磨される。その後、ウェハホルダ１５からウェハ１を離脱するために、負圧チャンバ１８に設置する（ａ）。この例では負圧チャンバ内にあらかじめ水等２２を満たしておく。ウェハホルダ１５と負圧チャンバ１８の境界は密閉度を保つために密閉度保持具２０を介する。負圧チャンバ１８内を吸引口１９から吸引する。周囲の雰囲気圧力より負圧になると、加圧袋１７からウェハ１が離脱する。離脱したウェハは、水や空気２２によって受け止められる。この実施例によれば、離脱したウェハは、極めてソフトに支えることができ、さらに水等２２を介在させることによりウェハ加工面の乾燥等を防止し、砥粒の残骸の固着を防止することができる。
【００２０】
離脱したウェハは、図示していないハンドリング機構によって取り出され、洗浄，エッチングなどの工程を経て、半導体装置の機能を付加することを反復して、半導体装置が形成される。
【００２１】
図６は第３の実施例の工程順に示した断面図である。
【００２２】
ウェハホルダ１５に加圧袋１７を介して水貼りされているウェハ１を、水流噴射装置２３に設置する。給水口兼水流噴射口２４から、水や空気２２を噴射すると、加圧袋１７を介して水貼りされているウェハ１が接する周囲のくさび状の境界に水や空気２２が入り込み、加圧袋１７からウェハ１が離脱する。離脱したウェハは、水や空気２２によって受け止められる。本実施例では数ｍｍ間隔で配置した、約φ０．５ｍｍの噴射口を用いている。一つの噴射口の流速は約３ｍ／ｓで流量は約３ｃｍ^３／ｓ程度の条件で数秒のうちにウェハは離脱した。ここで示した噴出流速，流量は必要とするウェハの処理時間に応じて適宜設定できることは当然である。離脱したウェハは、極めてソフトに支えることができ、液体を介在させることによりウェハ加工面の乾燥等を防止し、砥粒の残骸の固着を防止することができる。
【００２３】
離脱したウェハは、図示していないハンドリング機構によって取り出され、洗浄，エッチングなどの工程を経て、半導体装置の機能を付加することを反復して、半導体装置が形成される。
【００２４】
図７は第４の実施例の工程順に示した断面図である。
【００２５】
ウェハホルダ１５に加圧袋１７を介して水貼りされているウェハ１を、ウェハ受取治具２１，水や空気２２，撹拌子２７の設置された水槽２６の中に水没させる。磁石を用いたスターラー２８で撹拌子２７を回転させ、水槽２６内に旋回水流を作り出す。その後、数秒内にウェハ１が加圧袋１７から離脱する。離脱したウェハ１はウェハ受取治具２１によって受け止められる。このウェハの離脱させる時間は撹拌子の回転速度に依存する。本実施例では、回転数０，約７００，約１，０００ｒｐｍ時の三種類の回転数で撹拌子を回転させた時の離脱までの時間を測定した。測定結果の平均値は０ｒｐｍ時は、約１２０秒，約７００ｒｐｍ時は、約３０秒，約１，０００ｒｐｍ時は、約５秒程度で離脱することが分かった。
【００２６】
離脱したウェハは、図示していないハンドリング機構によって取り出され、洗浄，エッチングなどの工程を経て、半導体装置の機能を付加することを反復して、半導体装置が形成される。
【００２７】
図８は第５の実施例の工程順に示した断面図である。
【００２８】
ウェハホルダ１５に加圧袋１７を介して水貼りされているウェハ１の表面を、水槽３０に含水している治具２９に、平坦に貼り付けられた弾性バッキングパッド１４の表面に接触させて加圧する。その後、ウェハホルダ１を瞬間的に引き離すと、加圧袋１７からウェハ１が離脱する。
【００２９】
離脱したウェハは、図示はしていないが、適宜のハンドリング機構によって洗浄工程，エッチング工程など、半導体装置の機能を付加するプロセスを経て、半導体装置が形成される。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によると加工後、ウェハを人手を使わないで自動的に数秒以下の短時間でウェハホルダから離脱することができるので半導体装置のスループットの向上、しかも人手による離脱作業時のウェハ表面への接触が避けられるのでデリケートなウェハの取り扱い、表面への傷等の入ることを解消できる。また、半導体装置の性能劣化が生じないので安価で信頼性が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】配線工程におけるウェハ表面平坦化の説明図。
【図２】化学機械研磨法の説明図。
【図３】加圧袋による等分布加圧法の説明図。
【図４】負圧チャンバによるウェハ離脱方法の説明図。
【図５】水槽を備えた負圧チャンバによるウェハ離脱方法の説明図。
【図６】水流噴射によるウェハ離脱方法の説明図。
【図７】旋回水流によるウェハの離脱方法の説明図。
【図８】押し付けウェハ離脱方法の説明図。
【符号の説明】
１…ウェハ、２…絶縁膜、３…配線層、４…ホール、５…凹み、６…絶縁膜、７…金属アルミニウム層、８…露光用ホトレジスト層、９…ステッパ、１０…解像不良部分、１１…平坦化のレベル、１２…定盤、１３…研磨パッド、１４…弾性バッキングパッド、１５…ウェハホルダ、１６…研磨スラリ、１７…加圧袋、１８…負圧チャンバ、１９…吸引口、２０…密閉保持具、２１…ウェハ受取治具２２…水や空気、４０…圧縮空気の供給孔。

Claims

ウェハホルダに加圧力分布を均一にするための加圧袋を介して半導体ウェハを加圧袋に水張りして保持した状態で研磨パッド表面上に前記半導体ウェハに荷重しながら平坦化研磨加工し、加工後の前記半導体ウェハを前記ウェハホルダから離脱する方法において、前記半導体ウェハ表面側の雰囲気の気体の圧力を負圧にして、前記半導体ウェハと前記ウェハホルダが水張りにより吸着している部分の吸着力を相殺するようにすることにより前記半導体ウェハを前記ホルダから下に離脱せしめることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記半導体ウェハ表面側の雰囲気圧力を前記半導体ウェハと前記ウェハホルダが水張りにより吸着している部分より低くする方法として、前記半導体ウェハを加圧袋を介して前記ウェハホルダに水貼りしたものを、負圧チャンバに入れ、負圧チャンバを周囲の雰囲気圧力より負圧にすることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
ウェハホルダに加圧力分布を均一にするための加圧袋を介して半導体ウェハを加圧袋に水張りして保持した状態で研磨パッド表面上に前記半導体ウェハに荷重しながら平坦化研磨加工し、加工後の前記半導体ウェハを前記ウェハホルダから離脱する方法において、前記半導体ウェハを加圧袋を介して前記ウェハホルダに水貼りしたものを、水槽の中に水没させ、水槽内において水没している前記半導体ウェハ表面と対向した水槽の底で撹拌子を回転させて旋回水流を作り、前記半導体ウェハの表面側の圧力を低くすることにより、前記半導体ウェハと前記ウェハホルダが水張りにより吸着している部分の吸着力を相殺するようにして前記半導体ウェハを前記ホルダから下に離脱せしめることを特徴とする半導体装置の製造方法。
ウェハホルダに加圧力分布を均一にするための加圧袋を介して半導体ウェハを加圧袋に水張りして保持した状態で研磨パッド表面上に前記半導体ウェハに荷重しながら平坦化研磨加工し、加工後の前記半導体ウェハを前記ウェハホルダから離脱する方法において、前記半導体ウェハを加圧袋を介して前記ウェハホルダに水貼りしたものを、水槽内において平坦に貼り付けられた弾性パッド上に接触させ急激にウェハホルダを上方に引き上げることにより前記半導体ウェハと前記ウェハホルダが水張りにより吸着している部分の吸着力を相殺するようにして前記半導体ウェハを前記ウェハホルダから下に離脱せしめることを特徴とする半導体装置の製造方法。