JP2000210859A - 研磨装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法 - Google Patents

研磨装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均一にウエハを研磨できる研磨装置及びそれ
を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。 【解決手段】 ウエハを保持しつつ回転させるキャリア
と、該キャリアと対向配置された研磨定盤と、該研磨定
盤を偏心回転させる回転軸と、前記研磨定盤上に配置さ
れた複数の加圧部と、該複数の加圧部に夫々接続された
加圧配管と、前記加圧部の間からスラリーを供給するス
ラリー供給手段とを備えたので、均一にウエハを研磨す
る事が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
に際してパターニングされた能動素子を有する側面を化
学的機械的に平坦化する研磨装置及びそれを用いた半導
体装置の製造方法に関すものである。
【0002】
【従来の技術】従来の研磨装置及び半導体装置の製造方
法は、例えば微小の研磨量に精度良く研磨するためパッ
ド裏側に圧力流体を配置しこれを達成する技術が提案さ
れている。図9は、従来の研磨装置の一例を示す要部説
明図である。ここで、研磨パッドの裏側に配置される加
圧部5には、中央部にスラリーを供給するための供給孔
6が形成されている。図9は、加圧部5を加圧していな
い、通常の状態を示している。
【0003】図10は、加圧部5を加圧した状態を示
し、供給孔6からスラリー7が供給されている。研磨パ
ッド8は、供給されたスラリーの上に載っている。図1
1は、従来の研磨装置の使用状態を示す側面図である。
加圧部5は、研磨定盤9の上に載っており、研磨定盤9
は、回転軸4に固定されている。回転軸4は、ウエハの
中心Cからeだけ偏心している。また、研磨パッド8に
対向してウエハ3がキャリア2に回転可能に固定されて
いる。
【0004】このような構成の従来の研磨装置は、スラ
リー7を供給しながら加圧部5を加圧流体で加圧しつつ
ウエハ3を研磨する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】然しながら、上述のよ
うな従来の研磨装置では、それぞれ次のような問題点を
有している。即ち、第1の問題点は、半導体ウエハを研
磨部材で研磨する際に研磨パッド8の中央部のみが膨張
し、凸状態となるために、均一性を維持する事が困難で
ある。その理由は、加圧部5が1つの膨張部材で構成さ
れているために、1つの風船構造となり、中央部分が常
に凸状態に成るからである。第2のの問題点は、加圧部
5が1つの風船構造になっているために、経時変化や材
料の磨耗によって膨張率が変化し正確な研磨量を設定す
る事が困難であった。また、加圧部5の変位量を部分的
に変化させる事が困難である。
【0006】更に、特開平9−293699号に圧力流
体を使用して、ウエハを研磨剤面に均一に押し付ける例
が開示されているが、本発明のように装置の機構上或る
いは性質上から研磨速度の遅い部分の研磨速度を調整す
る事ができない。
【0007】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を改良し研磨パッドの下の加圧部を全て均等に加圧し、
研磨精度を向上できる研磨装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記した目的を
達成する為、以下に示す様な基本的な技術構成を採用す
るものである。即ち、本発明に係る第1の態様として
は、研磨装置において、ウエハを保持しつつ回転させる
キャリアと、該キャリアと対向配置された研磨定盤と、
該研磨定盤を偏心回転させる回転軸と、前記研磨定盤上
に配置された複数の加圧部と、該複数の加圧部に夫々接
続された加圧配管と、前記加圧部の間からスラリーを供
給するスラリー供給手段とを備えた事を特徴とするもの
である。
【0009】また、第2の態様としては、半導体装置の
製造方法としては、第1の金属配線を有した半導体基板
上に第1の層間絶縁膜を形成する工程と、ウエハを保持
しつつ回転させるキャリアと該キャリアと対向配置され
た研磨定盤と該研磨定盤を偏心回転させる回転軸と前記
研磨定盤上に配置された複数の加圧部と該複数の加圧部
に夫々接続された加圧配管と前記加圧部の間からスラリ
ーを供給するスラリー供給手段とを備えた研磨装置によ
って化学的機械的研磨を行う平坦化工程と、平坦化され
た半導体基板にビアホールを開口する開口工程と、密着
層に窒化チタンを成膜し、タングステン膜を全面に成膜
する成膜工程と、前記平坦化で使用した研磨装置によっ
て再度平坦化してタングステンプラグを形成する平坦化
工程と、窒化チタンを成膜後、アルミニュウム配線を形
成する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製
造方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の半導体装置の製造方法
は、上記した従来技術に於ける問題点を解決する為、ウ
エハを保持しつつ回転させるキャリアと、該キャリアと
対向配置された研磨定盤と、該研磨定盤を偏心回転させ
る回転軸と、前記研磨定盤上に配置された複数の加圧部
と、該複数の加圧部に夫々接続された加圧配管と、前記
加圧部の間からスラリーを供給するスラリー供給手段と
を備えたので、加圧部を全て均等に加圧し、研磨精度を
向上できる。
【0011】
【実施例】以下に、本発明に係る研磨装置及びそれを用
いた半導体装置の製造方法の具体的構成を図面を用いな
がら説明する。図1は、本発明の一実施例を示す研磨装
置の要部説明図ある。ここで、研磨装置は10、ウエハ
3を保持しつつ回転させるキャリア11と、このキャリ
ア11と対向配置された研磨定盤12と、該研磨定盤1
2を偏心回転させる回転軸13と、前記研磨定盤12上
に配置された複数の加圧部14と、該複数の加圧部14
に夫々接続された加圧配管15と、前記加圧部14の間
からスラリー7を供給するスラリー供給手段16とを備
えている。
【0012】加圧部14は、環状に分割されており、本
実施例では、14a、14b、14c、14d、14
e、14fの6個のチューブ状に分割されている。加圧
部14は、耐酸、耐薬品性を有した合成ゴム或いは、合
成樹脂の可撓性を有した部材で構成されている。また、
各加圧部は、圧縮エアー或るいは水圧により膨張するも
ので、夫々加圧配管15a、15b、15c、15d、
15e、15fに接続されており、弁によって同時或い
は、別個に制御する事が出来る。
【0013】スラリー供給手段16は、各加圧部14
a、14b、14c、14d、14e、14fの間に配
設された隙間16aからスラリー7を供給する事ができ
る。隙間16aは、硬質チューブ等を配設する事によ
り、加圧部14が膨張しても空隙が確保できる構造とな
っている。スラリー供給ラインは、末端が各隙間16a
に連通すると共に、回転軸13内に配設されている。こ
の様に本実施例では、複数の隙間からスラリー7を偏る
事なく供給でき、研磨量の偏りを解消できる。
【0014】次に、以上のように構成された研磨装置の
動作について説明する。図3は、本発明の研磨装置の一
例を使用した通常加圧方法を示す説明図である。ここに
示す例では、研磨定盤12の上に配置された各加圧部1
4を均一に6psiで加圧し、研磨パッド17が平面を
形成するように制御する。また、スラリー供給手段16
によって各加圧部14の間からスラリー7が供給され
る。スラリー7は、シリカ粒子を主成分とするものであ
り、本実施例では100cc/minの割合で供給す
る。
【0015】一方、キャリア11に固定されると共に研
磨パッド17と対向配置されたウエハ3は、回転しつつ
降下して所定量の研磨が行われる。また、研磨定盤12
も回転軸13によって偏心回転する。この研磨装置は、
能動素子を有した半導体基板上に層間絶縁膜或るいは金
属配線を形成する工程で使用される。
【0016】図4は、同研磨装置を使用し、中央部と1
/2半径円周部分の研磨レートを速くする場合を示す要
部説明図である。ここでは、加圧部の内の14bと14
dを6psi、他の加圧部14a、14c、14eを5
psiで加圧する。また、ウエハ3側の押圧力は、5.
9psiである。この様に制御すると、従来は遅かった
ウエハの中央部分と1/2半径円周部分の研磨レートを
速くする事が出来る。
【0017】図5は、この研磨装置を使用し、ウエハ中
央部分の研磨レートを速くする場合を示す要部説明図で
ある。ここでは、加圧部の内の14bを6psi、他の
加圧部を5psiに制御する。また、ウエハ3側の圧力
を5.9psi、研磨パッド17側の回転数を320r
pm、ウエハ側の回転数を20rpmとする。
【0018】このようにして研磨すれば、従来の研磨装
置では遅かったウエハ3の中央部分の研磨レートを速く
する事が出来る。
【0019】次に、本発明の研磨装置を使用した半導体
装置の製造方法について説明する。図6に示すように、
第1の金属配線18を有した半導体基板19上に第1の
層間絶縁膜20を形成する工程と、ウエハ3を保持しつ
つ回転させるキャリア11と該キャリア11と対向配置
された研磨定盤12と該研磨定盤12を偏心回転させる
回転軸13と前記研磨定盤上に配置された複数の加圧部
14と該複数の加圧部14に夫々接続された加圧配管1
5と前記加圧部の間からスラリー7を供給するスラリー
供給手段16とを備えた研磨装置10によって化学的機
械的研磨を行う平坦化工程と、平坦化された半導体基板
19にビアホール21を開口する開口工程と、密着層に
窒化チタンを成膜し、タングステン膜22を全面に成膜
する成膜工程と、前記平坦化で使用した研磨装置10に
よって再度平坦化してタングステンプラグ23を形成す
る平坦化工程と、窒化チタンを成膜後、アルミニュウム
配線24を形成する工程とを備えている。
【0020】図7は、本発明の研磨装置を用いた半導体
装置の製造方法の他の例を示す説明図である。ここで、
金属配線18を有した半導体基板19上に第1の層間絶
縁膜20を形成する絶縁膜形成工程と、溝配線25を形
成した後、ビアホール21を形成する工程と、全面に密
着層タンタル膜を形成し、スパッタ法でシード銅膜を成
膜後、電解メッキ法により、銅膜26を形成する工程
と、ウエハ3を保持しつつ回転させるキャリア11と該
キャリア11と対向配置された研磨定盤12と該研磨定
盤12を偏心回転させる回転軸と前記研磨定盤上に配置
された複数の加圧部と該複数の加圧部に夫々接続された
加圧配管15と前記加圧部の間からスラリー7を供給す
るスラリー供給手段16とを備えた研磨装置10によっ
て化学的機械的研磨を行い銅ダマシン配線を行う工程と
を備えたものである。
【0021】また、図8からも明らかな様に、本発明の
研磨装置を使用してウエハを研磨した、ウエハの移動に
関係なく略一様の研磨レートを達成する事ができる。
【0022】尚、本発明は以上の実施例に限ることなく
本発明の技術思想に基づいて種々の設計変更が可能であ
る。
【0023】
【発明の効果】第1の効果は、従来の研磨装置に比べパ
ッドからの押圧力を均一にでき、ウエハ面内の研磨割合
が均一になる。したがって、半導体装置の製造精度を向
上する事が出来る。その理由は、従来では、研磨パッド
の中央部分のみが膨れていたが、本発明の研磨装置では
均一にウエハを押圧するからである。第2の効果は、パ
ッドからの圧力を部分的に変化させる事により、局所的
に研磨レートを変更する事が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施例を示す研磨装置の要
部説明図ある。
【図2】図2は、本発明の研磨装置におけるスラリーと
加圧部との関係を示す側面図である。
【図3】図3は、本発明の研磨装置の一例を使用した通
常加圧方法を示す説明図である。
【図4】図4は、同研磨装置を使用し、中央部と1/2
半径円周部分の研磨レートを速くする場合を示す要部説
明図である。
【図5】図5は、同研磨装置を使用し、中央部分の研磨
レートを速くする場合を示す要部説明図である。
【図6】図6は、本発明の研磨装置を用いた半導体装置
の製造方法の一例を示す説明図である。
【図7】図7は、本発明の研磨装置を用いた半導体装置
の製造方法の他の例を示す説明図である。
【図8】図8は、本発明の研磨装置を使用してタングス
テン膜を研磨した場合の研磨レートの面内分布を示す説
明図である。
【図9】図9は、従来の研磨装置の一例を示す要部説明
図である。
【図10】図10は、従来の研磨装置を示す要部側面図
である。
【図11】図11は、従来の研磨装置の使用状態を示す
側面図である。
【符号の説明】
2 キャリア 3 ウエハ 4 回転軸 5 加圧部 6 供給孔 7 スラリー 8 研磨パッド 9 研磨定盤 10 研磨装置 11 キャリア 12 研磨定盤 13 回転軸 14 加圧部 15 加圧配管 16 スラリー供給手段 16a 隙間 17 研磨パッド 18 第1の金属配線 19 半導体基板 20 第1の層間絶縁膜 21 ビアホール 22 タングステン膜 23 タングステンプラグ 24 アルミニュウム配線 25 溝配線 26 銅膜
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年12月6日(1999.12.
6)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項7
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項8
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記解決すべき
課題を解決するため、基本的に以下に記載されたような
構成を採用するものである。すなわち本発明の方法に
る第1の態様としては、一枚のウエハのみを研磨する研
磨装置であって、ウエハの中心とキャリアの中心とを揃
えて固定保持しつつ回転させるキャリアと、該キャリア
と対向配置された研磨定盤と、該研磨定盤を偏心回転さ
せる回転軸と、前記研磨定盤上に配置され複数の加圧部
と、該複数の加圧部に夫々接続された加圧配管と、ス
リーを供給するスラリー供給手段とを備えると共に前記
キャリアの中心は、研磨定盤の回転軸上に位置し、前記
研磨定盤は、キャリアの中心に対して偏心運動をする
を特徴とするものである。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウエハを保持しつつ回転させるキャリア
    と、該キャリアと対向配置された研磨定盤と、該研磨定
    盤を偏心回転させる回転軸と、前記研磨定盤上に配置さ
    れ複数の加圧部と、該複数の加圧部に夫々接続された加
    圧配管と、スラリーを供給するスラリー供給手段とを備
    えた事を特徴とする研磨装置。
  2. 【請求項2】 前記スラリー供給手段は、前記複数の加
    圧部の隙間からそれぞれスラリーを供給することを特徴
    とする請求項1記載の研磨装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の加圧部は、同心円状に配置さ
    れたことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
  4. 【請求項4】 前記加圧部の上には、研磨パッドが配設
    されたことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
  5. 【請求項5】 前記加圧部は、夫々に接続された加圧配
    管によって、個別に加圧量を制御できることを特徴とす
    る請求項1記載の研磨装置。
  6. 【請求項6】 前記複数の加圧部は、環状に多分割され
    ていることを特徴とする請求項2記載の研磨装置。
  7. 【請求項7】 半導体装置を製造する際に、研磨パッド
    の下に配置された複数に分割された加圧部をそれぞれ別
    々の圧力で制御しウエハの研磨速度を部分的に変えた事
    を特徴とする半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項8】 半導体装置を製造する際に、研磨パッド
    の下から供給するスラリーを複数箇所から供給する事を
    特徴とする半導体装置の製造方法。
  9. 【請求項9】 第1の金属配線を有した半導体基板上に
    第1の層間絶縁膜を形成する工程と、ウエハを保持しつ
    つ回転させるキャリアと該キャリアと対向配置された研
    磨定盤と該研磨定盤を偏心回転させる回転軸と前記研磨
    定盤上に配置された複数の加圧部と該複数の加圧部に夫
    々接続された加圧配管と前記加圧部の間からスラリーを
    供給するスラリー供給手段とを備えた研磨装置によって
    化学的機械的研磨を行う平坦化工程と、平坦化された半
    導体基板にビアホールを開口する開口工程と、密着層に
    窒化チタンを成膜し、タングステン膜を全面に成膜する
    成膜工程と、前記平坦化で使用した研磨装置によって再
    度平坦化してタングステンプラグを形成する平坦化工程
    と、窒化チタンを成膜後、アルミニュウム配線を形成す
    る工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
  10. 【請求項10】 金属配線を有した半導体基板上に第1
    の層間絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、溝配線を形
    成した後、ビアホールを形成する工程と、全面に密着層
    タンタル膜を形成し、スパッタ法でシード銅膜を成膜
    後、電解メッキ法により、銅膜を形成する工程と、ウエ
    ハを保持しつつ回転させるキャリアと該キャリアと対向
    配置された研磨定盤と該研磨定盤を偏心回転させる回転
    軸と前記研磨定盤上に配置された複数の加圧部と該複数
    の加圧部に夫々接続された加圧配管と前記加圧部の間か
    らスラリーを供給するスラリー供給手段とを備えた研磨
    装置によって化学的機械的研磨を行い銅ダマシン配線を
    行う工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003136395A (ja) * 2001-11-02 2003-05-14 Nikon Corp 研磨装置、研磨方法、半導体デバイス及び半導体デバイス製造方法
KR101092594B1 (ko) 2008-09-26 2011-12-13 호야 가부시키가이샤 마스크블랭크용 기판의 제조방법 및 마스크블랭크용 기판

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