JP2002203826A - Method for manufacturing semiconductor device and polishing apparatus - Google Patents

Method for manufacturing semiconductor device and polishing apparatus

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JP2002203826A
JP2002203826A JP2001000654A JP2001000654A JP2002203826A JP 2002203826 A JP2002203826 A JP 2002203826A JP 2001000654 A JP2001000654 A JP 2001000654A JP 2001000654 A JP2001000654 A JP 2001000654A JP 2002203826 A JP2002203826 A JP 2002203826A
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polishing
wafer
inspection
wiring
unit
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Atsushi Nishihara
淳 西原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device where a CMP polishing step for a wiring metal film can be appropriately performed and throughput of an apparatus can be enhanced and, to provide a polishing apparatus. SOLUTION: A relaying part 6, arranged between a polishing unit 2 having a plurality of polishing parts 2A-2C and a transfer robot 5 and temporarily supporting a wafer, is provided with a inspecting means for evaluating a machined surface of a wafer to have been processed. Thus, while performing a polishing step, the machining evaluation of an earlier processed wafer can be performed and productivity of the apparatus can be improved. In addition, by making the object to be inspected by the inspecting means separation widths in a surface and dishing quantity of the wiring layer formed by a damascene method, a proper machining evaluation depending on roughness and fineness of wiring patterns can be performed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ダマシン法で配線
層が形成されるデバイスの製造に用いて好適な半導体装
置の製造方法および当該方法に用いられる研磨装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device suitable for manufacturing a device having a wiring layer formed by a damascene method, and a polishing apparatus used in the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年における超LSIの高密度化、高集
積化の発展は、サブミクロン以下の微細領域に対応でき
るリソグラフィ技術に支えられている。ところが、シリ
コンウェーハ表面は、デバイス化プロセスにおいて加工
が進むにつれて凹凸が増幅されるため、投影露光方式に
おける解像度と焦点深度とを両立できずに、ウェーハ表
面の凹部と凸部を同時に焦点合わせすることが困難にな
ってきている。このため、プロセスの然るべき段階で、
ウェーハのデバイス化表面の凹凸を取り除くための平坦
化(プラナリゼーション)処理を行って、凹凸段差を焦
点深度以下に収めることが不可欠となっている。
2. Description of the Related Art In recent years, the development of ultra-high density and high integration of VLSI has been supported by lithography technology capable of coping with a fine region of submicron or less. However, since the surface of the silicon wafer becomes uneven as the processing progresses in the device fabrication process, it is difficult to achieve both resolution and depth of focus in the projection exposure method, and it is necessary to focus simultaneously on the concave and convex portions of the wafer surface. Is getting harder. Because of this, at the right stage of the process,
It is indispensable to perform a planarization (planarization) process for removing irregularities on the device surface of the wafer so that the irregularities are less than the depth of focus.

【0003】このウェーハ表面の平坦化技術の1つとし
て、CMP法がある。CMP法は公知のように、ウェー
ハ被加工面をスラリーを介して研磨布で研磨し、スラリ
ーによる被加工面の酸化作用と研磨布の機械的な研磨作
用によりウェーハ被加工面を平坦化する技術である。
One of the techniques for flattening the wafer surface is a CMP method. As is well known, the CMP method is a technique of polishing a wafer processing surface with a polishing cloth via slurry, and flattening the wafer processing surface by an oxidizing action of the slurry by the slurry and a mechanical polishing action of the polishing cloth. It is.

【0004】CMPは元々、第2層以降の配線パターン
加工に備えるための層間絶縁膜の平坦化工程に用いられ
ていたが、近年、絶縁膜上に形成された配線用金属膜に
対しても適用されている。いわゆるダマシン法である。
これは、絶縁膜に上層の配線と下層の配線を連結するた
めの溝(コンタクトホール)や配線形成用の溝を形成
し、その上に配線材料となる金属膜を成膜した後、溝以
外の部分の金属膜をCMPで除去する技術で、埋め込み
配線法とも呼ばれている。ダマシン法は配線パターンを
形成した段階で平坦化が完成するので、絶縁膜の平坦化
工程を省略することができる。
Although CMP was originally used in the step of planarizing an interlayer insulating film in preparation for processing a wiring pattern of the second and subsequent layers, recently, a metal film for wiring formed on an insulating film has also been used. Have been applied. This is the so-called damascene method.
This is because a groove (contact hole) for connecting an upper layer wiring and a lower layer wiring and a groove for forming a wiring are formed in an insulating film, a metal film serving as a wiring material is formed thereon, and then a groove other than the groove is formed. Is a technique for removing the metal film of the portion by CMP, and is also called an embedded wiring method. In the damascene method, the planarization is completed at the stage when the wiring pattern is formed, so that the step of planarizing the insulating film can be omitted.

【0005】ダマシン法に適用される配線用金属膜とし
て、W(タングステン)、Al(アルミニウム)、Cu
(銅)がある。その中でもCuは、配線の低抵抗化、耐
エレクトロマイグレーション性の向上を図れる点で有利
である。
As a wiring metal film applied to the damascene method, W (tungsten), Al (aluminum), Cu
(Copper). Among them, Cu is advantageous in that the resistance of the wiring can be reduced and the electromigration resistance can be improved.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】さて、ダマシン法にお
けるCMPプロセスでは、配線層よりも加工速度が遅い
絶縁膜が研磨ストッパとなる。しかし、配線パターンの
密度や大きさによって加工の進み具合が異なるため、あ
る程度絶縁膜が加工のストッパとして働いても、高密度
の配線パターンの部分では加工の進行をくい止めること
ができない。その結果、配線部のオーバー加工が生じ、
配線層の厚さが目減りするシニングが生ずる。一方、比
較的低密度な配線パターンや幅広の配線部では、配線層
の中央部が凹むディッシングが生じ、信頼性低下および
その上層に形成する絶縁膜表面の凹凸化の原因となる。
ディッシングは、配線部のオーバー加工の段階で層間絶
縁膜の研磨レートと金属層の研磨レートの差に起因して
発生する。また、オーバー加工を回避するためにCu層
の加工量を抑えると、隣接する配線間でCuが残留し
(メタル残り)、配線不良を引き起こす。
In the CMP process in the damascene method, an insulating film having a lower processing speed than a wiring layer serves as a polishing stopper. However, the progress of processing differs depending on the density and size of the wiring pattern. Therefore, even if the insulating film functions as a processing stopper to some extent, the progress of processing cannot be stopped in the high-density wiring pattern portion. As a result, over-processing of the wiring portion occurs,
Thinning occurs in which the thickness of the wiring layer is reduced. On the other hand, in a relatively low-density wiring pattern or a wide wiring portion, dishing in which the central portion of the wiring layer is depressed occurs, which causes a decrease in reliability and an uneven surface of an insulating film formed thereover.
Dishing occurs due to the difference between the polishing rate of the interlayer insulating film and the polishing rate of the metal layer at the stage of over-processing the wiring portion. Also, if the amount of processing of the Cu layer is suppressed to avoid over-processing, Cu remains between adjacent wirings (metal remaining), causing wiring failure.

【0007】したがって、CMPでは研磨加工量を高精
度に制御することが必要であり、研磨終了点を適切に判
断して配線部の過度な加工を防止することが重要となっ
てくる。
Therefore, in the CMP, it is necessary to control the polishing amount with high precision, and it is important to appropriately determine the polishing end point to prevent excessive processing of the wiring portion.

【0008】そこで従来では、空間分解能の高さから光
学的測定方法が多く採用され、例えば特開平11−30
7604号公報には、レーザー光の反射光に基づいて絶
縁膜上のメタル残りの存在を確認するようにしている。
また、特開平9−298174号公報、特開平9−29
8175号公報、特開平9−298176号公報には、
ウェーハを回転させながら分光反射率測定法により絶縁
膜の膜厚分布を測定するようにしている。
Therefore, conventionally, optical measurement methods have been widely used because of their high spatial resolution.
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 7604, the presence of a metal residue on an insulating film is confirmed based on reflected laser light.
Also, JP-A-9-298174 and JP-A-9-29
No. 8175, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-298176,
The thickness distribution of the insulating film is measured by a spectral reflectance measuring method while rotating the wafer.

【0009】しかしながら、前者は単に絶縁膜上の金属
膜の有無を検出するだけで、配線層のディッシング等の
オーバー加工を検出する構成ではない。また、後者は、
ウェーハ面内の同一半径領域における表面形状を平均化
して検出するようにしているため、高精度な加工評価を
行うことが困難である。特に、配線パターンが疎な領域
ではディッシング量が問題となる一方、配線パターンが
密な領域では隣接する配線層間の分離幅が問題となる
が、配線パターンに疎密を有するデバイスの高精度な研
磨終了点の検出は、上記の方法では極めて困難である。
However, the former merely detects the presence or absence of a metal film on an insulating film, and does not detect overwork such as dishing of a wiring layer. The latter is
Since the surface shapes in the same radius region in the wafer surface are averaged and detected, it is difficult to perform highly accurate processing evaluation. In particular, in a region where the wiring pattern is sparse, the amount of dishing becomes a problem, while in a region where the wiring pattern is dense, the separation width between adjacent wiring layers becomes a problem. Point detection is extremely difficult with the above method.

【0010】次に、CMP装置によって製品ウェーハを
処理する前には、通常、パイロットウェーハ(モニタウ
ェーハ)を研磨、評価することによって、製品ウェーハ
を処理できる装置状態にあるか、いかなる条件で処理す
べきかを判断している。しかし、現状のCMP技術では
加工特性の変動が他の半導体製造装置に比べて大きいの
で、高精度な研磨を行うためには、高い頻度でモニタウ
ェーハを流す必要が生じる。一方、CMP装置のローダ
/アンローダユニットの近傍に検査(評価)ユニットを
設けて、処理した製品ウェーハの評価を行うようにした
ものがあるが、製品評価をアンロード直前で行うように
しているため、研磨条件の変更等、装置へフィードバッ
クをかけにくいという問題がある。
Next, before processing the product wafer by the CMP apparatus, the pilot wafer (monitor wafer) is usually polished and evaluated to determine whether the apparatus is in an apparatus state capable of processing the product wafer or under any conditions. I'm judging you. However, in the current CMP technology, the fluctuation of the processing characteristics is larger than that of other semiconductor manufacturing apparatuses. Therefore, in order to perform highly accurate polishing, it is necessary to flow a monitor wafer at a high frequency. On the other hand, there is an inspection (evaluation) unit provided near the loader / unloader unit of the CMP apparatus to evaluate the processed product wafer. However, the product evaluation is performed immediately before unloading. However, there is a problem that it is difficult to give feedback to the apparatus, such as a change in polishing conditions.

【0011】そこで、上記した特開平9−298174
号、特開平9−298175号、特開平9−29817
6号、特開平11−307604号の各公報には、ウェ
ーハ研磨中に加工評価を行う検査工程を設け、ウェーハ
表面が所定の条件範囲内にあるときには研磨を停止し、
そうでなければ研磨を続行するようにした技術が記載さ
れている。これにより、モニタウェーハの研磨評価に伴
う時間や消耗資材を低減できるとともに、研磨速度の変
動や製品ウェーハ毎の膜厚のバラツキの影響を受けずに
最適な加工が可能となり、更に装置異常に伴う製品ウェ
ーハの損失を最低限に抑えることができる。
Therefore, the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-298174 has been disclosed.
JP-A-9-298175, JP-A-9-29817
No. 6, each of JP-A-11-307604 is provided with an inspection step for performing processing evaluation during wafer polishing, and when the wafer surface is within a predetermined condition range, polishing is stopped,
Otherwise, a technique is described in which polishing is continued. As a result, it is possible to reduce the time and consumable materials involved in the polishing evaluation of the monitor wafer, and it is possible to perform the optimum processing without being affected by fluctuations in the polishing rate and variations in the film thickness of each product wafer. Product wafer loss can be minimized.

【0012】しかしながら、上記の構成では、検査工程
中に製品ウェーハの研磨作業を行うことができないため
に、検査による時間的ロスが多大となり、装置全体とし
てスループットの向上が望めないという問題点がある。
However, in the above configuration, since the polishing operation of the product wafer cannot be performed during the inspection process, there is a problem that the time loss due to the inspection is large and the throughput of the entire apparatus cannot be improved. .

【0013】本発明は上述の問題に鑑みてなされ、配線
金属膜の研磨工程を適正に行うことができ、また、装置
のスループットの向上を図ることができる半導体装置の
製造方法および研磨装置を提供することを課題とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and provides a method of manufacturing a semiconductor device and a polishing apparatus capable of appropriately performing a polishing step of a wiring metal film and improving the throughput of the apparatus. The task is to

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するに
当たり、本発明の第1の発明である半導体装置の製造方
法は、ウェーハ被研磨面の表面状態を検査する検査工程
が、配線層の面内分離幅を測定するステップと、配線層
のディッシング量を測定するステップとからなることを
特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, according to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: The method is characterized by comprising a step of measuring an in-plane separation width and a step of measuring a dishing amount of a wiring layer.

【0015】上記の両ステップを行うことにより、配線
パターンの疎なる領域に対する加工量と配線パターンの
密なる領域に対する加工量とを検出でき、配線パターン
に疎密を有するデバイス化領域に対して適正な研磨条件
を設定することができると共に、研磨終了点を高精度に
制御することが可能となる。
By performing both of the above steps, it is possible to detect the amount of processing for the region where the wiring pattern is sparse and the amount of processing for the region where the wiring pattern is dense. The polishing conditions can be set, and the polishing end point can be controlled with high accuracy.

【0016】また、以上の課題を解決するに当たり、本
発明の第2の発明である研磨装置は、ウェーハ表面に形
成された被加工層を研磨する複数の研磨部を有する研磨
ユニットと、上記研磨ユニットとの間で上記ウェーハの
受け渡しを行う移送手段と、上記研磨ユニットと移送手
段との間に配置され、上記移送されるウェーハを一時的
に支持する中継部と、上記各研磨部および中継部へウェ
ーハを循環供給するキャリアを備えた研磨装置であっ
て、上記中継部に、上記研磨したウェーハの被加工面を
評価する検査手段を設けたことを特徴としている。
In order to solve the above problems, a polishing apparatus according to a second aspect of the present invention includes a polishing unit having a plurality of polishing units for polishing a layer to be processed formed on a wafer surface; Transfer means for transferring the wafer to and from the unit; a relay unit disposed between the polishing unit and the transfer means, for temporarily supporting the transferred wafer; and each of the polishing units and the relay unit A polishing apparatus provided with a carrier for circulating and supplying wafers to a wafer, wherein the relay unit is provided with inspection means for evaluating a work surface of the polished wafer.

【0017】本発明の作用について説明すると、移送手
段によってローダ部から中継部へ供給されたウェーハ
は、キャリアによって研磨ユニット内の各研磨部へ搬送
され、所定の研磨処理が行われる。一方、研磨ユニット
で所定の研磨処理がされたウェーハは上記中継部へ供給
され、ここから上記移送手段によってアンローダ部へ搬
送される。このとき、上記中継部に供給された処理済ウ
ェーハの被加工面を上記検査手段で評価して、研磨処理
が適正か否かを判断し、研磨が不十分な場合は再度研磨
部へ搬送し、研磨が過度に行われていれば研磨部におけ
る研磨時間等の研磨条件の設定を変更する。本発明で
は、上記したウェーハの検査工程を行っている間でも上
記複数の研磨部において所定の研磨作業を行わせること
により、装置のスループット向上が図られると共に、検
査手段による検査結果を研磨部へフィードバックして、
生産中のウェーハの研磨条件等をその場で変更すること
が可能となる。
The operation of the present invention will be described. The wafer supplied from the loader unit to the relay unit by the transfer unit is transported by the carrier to each polishing unit in the polishing unit, and a predetermined polishing process is performed. On the other hand, the wafer that has been subjected to the predetermined polishing processing by the polishing unit is supplied to the relay section, and is transported from here to the unloader section by the transfer means. At this time, the processed surface of the processed wafer supplied to the relay unit is evaluated by the inspection unit to determine whether the polishing process is appropriate, and if the polishing is insufficient, the wafer is transferred to the polishing unit again. If the polishing is excessively performed, the setting of the polishing conditions such as the polishing time in the polishing section is changed. In the present invention, by performing a predetermined polishing operation in the plurality of polishing units even during the above-described wafer inspection process, the throughput of the apparatus is improved, and the inspection result by the inspection unit is transmitted to the polishing unit. Feedback,
It becomes possible to change polishing conditions and the like of a wafer during production on the spot.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】図1は本発明の実施の形態による研磨装置
の概要を示す平面図である。本実施の形態の研磨装置1
は、第1から第3の複数の研磨部2A,2B,2Cを有
する研磨ユニット3と、研磨ユニット3とローダ/アン
ローダ部4との間でウェーハを移送する移送ロボット5
と、移送ロボット5から研磨ユニット3へ、及び、研磨
ユニット3から移送ロボット5へウェーハを移載する際
に、当該ウェーハを一時的に支持する中継部6とを備え
ている。
FIG. 1 is a plan view showing an outline of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. Polishing apparatus 1 of the present embodiment
Is a polishing unit 3 having a plurality of first to third polishing units 2A, 2B, 2C, and a transfer robot 5 for transferring a wafer between the polishing unit 3 and the loader / unloader unit 4.
And a relay unit 6 for temporarily supporting the wafer when transferring the wafer from the transfer robot 5 to the polishing unit 3 and from the polishing unit 3 to the transfer robot 5.

【0020】各研磨部2A〜2Cと中継部6はそれぞれ
同一円周上に配置されると共に、各研磨部2A〜2C及
び中継部6に対応して各々ウェーハWを支持可能なキャ
リア(ヘッド)7が設けられている。キャリア7は、中
心Oの周りに矢印方向へ間欠的に回動し、研磨部2A〜
2C及び中継部6の間で各々ウェーハWを同期して循環
供給するように構成されている。
Each of the polishing units 2A to 2C and the relay unit 6 are arranged on the same circumference, and a carrier (head) capable of supporting the wafer W corresponding to each of the polishing units 2A to 2C and the relay unit 6. 7 are provided. The carrier 7 rotates intermittently around the center O in the direction of the arrow, and
The wafer W is circulated and supplied synchronously between the 2C and the relay unit 6.

【0021】制御部8は、各研磨部2A〜2Cにおける
研磨時間、研磨圧力、スラリー供給量等の研磨条件と、
移送ロボット5及びキャリア7の運転とを制御すると共
に、後述するように、中継部6に設けられた検査手段の
検査結果に基づいて、各研磨部2A〜2Cにおける研磨
条件の設定を変更可能に構成される。
The control unit 8 controls polishing conditions such as polishing time, polishing pressure, and slurry supply amount in each of the polishing units 2A to 2C;
In addition to controlling the operation of the transfer robot 5 and the carrier 7, the setting of the polishing conditions in each of the polishing units 2A to 2C can be changed based on the inspection result of the inspection unit provided in the relay unit 6 as described later. Be composed.

【0022】各研磨部2A〜2Cは各々同一構成を有
し、例えば図2に示すようなCMP研磨装置として構成
されている。各研磨部2A〜2Cには、矢印C方向へ回
転可能な回転軸9に支持され上面に研磨布10が敷設さ
れた研磨プレート(プラテン)11を有している。キャ
リア7は矢印D方向へ回転可能な回転軸12を有し、そ
の下面はウェーハWを被加工面Wpを下向きにして吸着
保持できる構成となっている。そして、ウェーハWを研
磨布10へ所定の研磨圧力で押し付けると共に、各回転
軸9,12を回転させることによって、スラリー(研磨
材)13を介して被加工面Wpを研磨するように構成さ
れる。
Each of the polishing sections 2A to 2C has the same configuration, and is configured as, for example, a CMP polishing apparatus as shown in FIG. Each of the polishing units 2A to 2C has a polishing plate (platen) 11 supported by a rotating shaft 9 rotatable in the direction of arrow C and having an upper surface on which a polishing cloth 10 is laid. The carrier 7 has a rotating shaft 12 rotatable in the direction of arrow D. The lower surface of the carrier 7 is configured to hold the wafer W by suction with the surface to be processed Wp facing downward. Then, the wafer W is pressed against the polishing cloth 10 with a predetermined polishing pressure, and the rotating shafts 9 and 12 are rotated to polish the processing surface Wp via the slurry (abrasive) 13. .

【0023】なお、本実施の形態では、各研磨部2A〜
2Cにエンドポイントモニター(図示略)が設けられ、
各モニターの出力に基づいて制御部8により研磨部2A
〜2Cの制御が行われる。上記エンドポイントモニター
は、研磨中のウェーハ被加工面Wpからの反射光に基づ
いて、被加工面の状態変化を平均化して検出する従来公
知のものである。
In this embodiment, each of the polishing units 2A to 2A
An endpoint monitor (not shown) is provided on 2C,
The polishing unit 2A is controlled by the control unit 8 based on the output of each monitor.
2C is performed. The end point monitor is a conventionally known end point monitor that averages and detects a change in the state of the processed surface based on light reflected from the processed surface Wp of the wafer being polished.

【0024】中継部6には、本発明に係る検査手段が設
けられている。図3に示すように、中継部6は、ウェー
ハWの被加工面Wp側の面の周縁を支持する検査ステー
ジ14を備えている。検査ステージ14は中空部14a
を有する略円筒形状を呈し、その下方位置には被加工面
Wpの表面状態を光学的に検出する測定ヘッド15が配
置されている。測定ヘッド15は、被加工面Wpと平行
な方向へ移動可能な移動台16の上に支持されている。
The relay section 6 is provided with the inspection means according to the present invention. As shown in FIG. 3, the relay unit 6 includes an inspection stage 14 that supports a peripheral edge of a surface of the wafer W on the processing surface Wp side. Inspection stage 14 is hollow 14a
And a measuring head 15 for optically detecting the surface state of the surface to be processed Wp is disposed below the cylindrical head. The measuring head 15 is supported on a movable table 16 that can move in a direction parallel to the processing surface Wp.

【0025】測定ヘッド15は、本実施の形態では被加
工面Wpに向けて出射した紫外線領域の短波長照射光L
の反射光を受光し、その出力を制御部8へ供給するよう
に構成される。制御部8は測定ヘッド15の出力に基づ
いて、被加工面Wpに後述するダマシンプロセスで形成
された配線層の面内分離幅と、当該配線層のディッシン
グ量とを測定する。そして、これらの値が所定範囲内に
ないときは、後述するように当該ウェーハを再度研磨部
2A〜2Cへ供給して研磨するか、あるいは、装置の異
常を報知等するように構成される。
In this embodiment, the measuring head 15 emits the short-wavelength irradiation light L in the ultraviolet region emitted toward the processing surface Wp.
, And supplies the output to the control unit 8. The control unit 8 measures the in-plane separation width of the wiring layer formed on the surface to be processed Wp by a damascene process described later and the dishing amount of the wiring layer based on the output of the measuring head 15. When these values are not within the predetermined range, the wafer is supplied to the polishing units 2A to 2C again for polishing as described later, or an abnormality of the apparatus is notified.

【0026】次に、以上のように構成される研磨装置1
を用いた半導体装置の製造方法について説明する。本実
施の形態では、図4に示すダマシン法によって絶縁膜上
に銅配線層を埋め込み形成する工程に上記構成の研磨装
置1が用いられる。まず、ダマシン法による銅配線層の
形成工程について説明する。
Next, the polishing apparatus 1 configured as described above
A method for manufacturing a semiconductor device using the method will be described. In the present embodiment, the polishing apparatus 1 having the above configuration is used in the step of burying and forming a copper wiring layer on an insulating film by the damascene method shown in FIG. First, a process of forming a copper wiring layer by a damascene method will be described.

【0027】SiO2 (二酸化珪素)等の絶縁膜21に
対してプラズマエッチング法により配線埋め込み用の溝
部22を形成した後(図4A)、バリアメタル層23を
成膜し(図4B)、その上にCVD法、メッキ法等によ
り金属膜24を成膜してCu層を形成する(図4C)。
バリアメタル層23は、絶縁膜1へのCuの拡散阻止、
密着力向上の観点から形成されるもので、例えばTiN
(窒化チタン)、Ta(タンタル)、TaN(窒化タン
タル)、WN(窒化タングステン)等が用いられる。次
いで、CMP法により溝部22以外の部分のCu層24
及びバリアメタル層23を除去して、絶縁膜21上にC
u配線層24Aを形成する(図4D)。
After a trench 22 for embedding wiring is formed in the insulating film 21 such as SiO 2 (silicon dioxide) by a plasma etching method (FIG. 4A), a barrier metal layer 23 is formed (FIG. 4B). A metal layer 24 is formed thereon by a CVD method, a plating method or the like to form a Cu layer (FIG. 4C).
The barrier metal layer 23 prevents diffusion of Cu into the insulating film 1,
It is formed from the viewpoint of improving the adhesion, for example, TiN
(Titanium nitride), Ta (tantalum), TaN (tantalum nitride), WN (tungsten nitride) and the like are used. Next, the Cu layer 24 other than the groove 22 is formed by the CMP method.
And the barrier metal layer 23 is removed, and C
The u wiring layer 24A is formed (FIG. 4D).

【0028】研磨装置1のローダ/アンローダ部4へ
は、図4Cに示した状態のウェーハ(以下、未処理ウェ
ーハともいう。)Wが搬入され、研磨部2A〜2Cにお
いて図4Dに示した状態に加工される。以下、研磨装置
1の作用について説明する。
A wafer W in a state shown in FIG. 4C (hereinafter, also referred to as an unprocessed wafer) is carried into the loader / unloader section 4 of the polishing apparatus 1, and is brought into a state shown in FIG. Processed into Hereinafter, the operation of the polishing apparatus 1 will be described.

【0029】図8は本実施の形態の作用を示すフローで
ある。まず、ローダ/アンローダ部4に収容された未処
理ウェーハWを移送ロボット5によって中継部6の検査
ステージ14上へ被加工面Wpを下向きにして移送する
(ステップS1)。そして、以下のように各研磨部2A
〜2CへウェーハWを順次循環供給し、所定の研磨処理
を行う(ステップS2,S3)。
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the present embodiment. First, the unprocessed wafer W accommodated in the loader / unloader unit 4 is transferred by the transfer robot 5 onto the inspection stage 14 of the relay unit 6 with the work surface Wp facing downward (step S1). Then, as shown below, each polishing unit 2A
Wafers W are sequentially circulated and supplied to 22C, and a predetermined polishing process is performed (steps S2 and S3).

【0030】中継部6に位置するキャリア7はウェーハ
Wの裏面側を吸着保持し、第1研磨部2Aへ移動し、被
加工面Wpに対し所定の研磨作用を行う。ここでは、C
u膜24表面の凹凸除去を目的とする粗研磨が行われ
る。研磨終了点は、上記エンドポイントモニターにより
検出されるCu膜24の膜厚分布に基づいて決定され
る。
The carrier 7 located in the relay section 6 holds the back surface side of the wafer W by suction, moves to the first polishing section 2A, and performs a predetermined polishing action on the work surface Wp. Here, C
Rough polishing is performed to remove irregularities on the surface of the u film 24. The polishing end point is determined based on the thickness distribution of the Cu film 24 detected by the endpoint monitor.

【0031】次いで、キャリア7は第1研磨部2Aから
第2研磨部2Bへ移動する。ここでは、絶縁膜21上の
溝部22以外のCu膜24の除去を目的とする研磨が行
われる。研磨終了点は、ウェーハ表面がCu膜24から
バリアメタル層23へ変化することによる反射光強度変
化の面内平均値に基づいて決定される。
Next, the carrier 7 moves from the first polishing section 2A to the second polishing section 2B. Here, polishing for removing the Cu film 24 other than the groove 22 on the insulating film 21 is performed. The polishing end point is determined based on the in-plane average value of the change in reflected light intensity due to the change of the wafer surface from the Cu film 24 to the barrier metal layer 23.

【0032】続いて、キャリア7は第2研磨部2Bから
第3研磨部2Cへ移動する。ここでは、絶縁膜21上の
溝部22以外のバリアメタル層23の除去を目的とする
研磨が行われる。研磨終了点は、ウェーハ表面がバリア
メタル層23から絶縁膜21へ変化することによる反射
光強度変化の面内平均値に基づいて決定される。
Subsequently, the carrier 7 moves from the second polishing section 2B to the third polishing section 2C. Here, polishing for the purpose of removing the barrier metal layer 23 other than the groove 22 on the insulating film 21 is performed. The polishing end point is determined based on the in-plane average value of the reflected light intensity change due to the change of the wafer surface from the barrier metal layer 23 to the insulating film 21.

【0033】以上のようにして各研磨部2A〜2Cにお
いて図4Cに示した状態から図4Dに示した状態にまで
ウェーハWの被加工面Wpを研磨した後(ステップS
4)、キャリア7を第3研磨部2Cから再度中継部6へ
移動させ、ウェーハWを検査ステージ14上へ図3に示
した形態で載置する(ステップS5)。その後、移動ユ
ニット5が検査ステージ14上に置かれた処理済のウェ
ーハWを把持してローダ/アンローダ部4へ搬送するが
(ステップS7)、それまでの間に、以下のような被加
工面Wpの表面状態の検査が行われる(ステップS
6)。
After the polished surface Wp of the wafer W is polished from the state shown in FIG. 4C to the state shown in FIG.
4) The carrier 7 is moved from the third polishing section 2C to the relay section 6 again, and the wafer W is mounted on the inspection stage 14 in the form shown in FIG. 3 (step S5). Thereafter, the moving unit 5 grips the processed wafer W placed on the inspection stage 14 and transports it to the loader / unloader unit 4 (step S7). Inspection of the surface state of Wp is performed (Step S)
6).

【0034】検査ステージ14上へ被加工面Wpを下向
きにしてウェーハWが位置決め載置されると、検査ステ
ージ14の下方に位置する測定ヘッド15が、あらかじ
め設定されたウェーハ上の特定のチップ領域C1,C
2,C3(図7参照)に対向する位置へ移動し、当該領
域における表面状態の検査を行う。
When the wafer W is positioned and placed on the inspection stage 14 with the surface to be processed Wp facing downward, the measuring head 15 located below the inspection stage 14 is moved to a predetermined chip area on the wafer set in advance. C1, C
2 and C3 (see FIG. 7), and inspect the surface condition in the area.

【0035】本実施の形態では、照射光Lの反射光強度
分布、位相のズレ量等から、配線パターンの密なる部分
におけるCu配線層24Aの面内分離幅X(図5参照)
と、配線パターンの疎なる部分におけるCu配線層24
Aのディッシング量ΔYとが測定される(図6参照)。
特に、溝部22の開口22aはテーパ状を呈するので、
加工量に応じた分離幅Xを検出でき、これによりシニン
グ量を測定できると共に、絶縁膜21の膜厚を間接的に
測定することができる。
In this embodiment, the in-plane separation width X of the Cu wiring layer 24A in the dense portion of the wiring pattern is determined from the intensity distribution of reflected light of the irradiation light L, the amount of phase shift, and the like (see FIG. 5)
And the Cu wiring layer 24 in the portion where the wiring pattern is sparse
The dishing amount ΔY of A is measured (see FIG. 6).
In particular, since the opening 22a of the groove 22 has a tapered shape,
The separation width X according to the processing amount can be detected, whereby the thinning amount can be measured, and the thickness of the insulating film 21 can be measured indirectly.

【0036】このように配線パターンの疎密に応じて測
定対象を異ならせることにより、配線パターンに疎密を
有するデバイス化領域に対して適正な研磨が行われたか
否かを検出することができると共に、CMPを用いたC
u軟質金属配線の研磨条件を適正に制御することがで
き、高い品質保証が可能となる。すなわち、低抵抗、高
い耐エレクトロマイグレーション性を有する配線層を得
ることができる。
As described above, by making the measurement target different depending on the density of the wiring pattern, it is possible to detect whether or not appropriate polishing has been performed on a device area having the density of the wiring pattern. C using CMP
The polishing conditions for the u-soft metal wiring can be appropriately controlled, and high quality assurance can be achieved. That is, a wiring layer having low resistance and high electromigration resistance can be obtained.

【0037】本検査工程では、図7に示すようにウェー
ハW上の異なる半径領域に位置するチップ数カ所、例え
ばウェーハ中央部に位置するチップC1,ウェーハ周縁
部に位置するチップC2及びこれらの間に位置するチッ
プC3に対して上記の測定を行う。これにより、ウェー
ハW全体が適正に研磨されたかどうかを検査することが
できる。
In this inspection step, as shown in FIG. 7, several chips located at different radial regions on the wafer W, for example, a chip C1 located at the center of the wafer, a chip C2 located at the peripheral edge of the wafer, and a space between these chips The above measurement is performed for the chip C3 located. This makes it possible to inspect whether the entire wafer W has been properly polished.

【0038】本実施の形態では、例えば配線層24Aの
面内分離幅が約0.2μm、ディッシング量ΔYが50
nm以下となるように各研磨部2A〜2Cを設定してい
るが、分離幅Xが上記所定未満であるときは配線短絡不
良となったりメタル残りの可能性があることから研磨不
足と判断し、再度研磨部2A〜2Cで所定の研磨を行わ
せると共に、分離幅X及びディッシング量ΔYが上記所
定値を超える場合は過研磨であると判断して各研磨部2
A〜2Cの研磨条件を変更したり、装置のメンテナンス
を行わせるべく装置異常を発令する(ステップS6)。
また、各研磨部2A〜2Cのエンドポイントモニターの
出力発信タイミングを変更させるようにしてもよい。
In the present embodiment, for example, the in-plane separation width of the wiring layer 24A is about 0.2 μm, and the dishing amount ΔY is 50
Each of the polishing sections 2A to 2C is set to be equal to or less than nm, but when the separation width X is less than the above-mentioned predetermined value, it is determined that the polishing is insufficient because there is a possibility of a wiring short circuit failure or a remaining metal. When the predetermined width is again performed by the polishing units 2A to 2C, and the separation width X and the dishing amount ΔY exceed the above-mentioned predetermined values, it is determined that overpolishing is performed, and the respective polishing units 2A to 2C are overpolished.
An apparatus abnormality is issued to change the polishing conditions of A to 2C or to perform maintenance of the apparatus (step S6).
Further, the output transmission timing of the endpoint monitor of each of the polishing units 2A to 2C may be changed.

【0039】以上のような作用を各キャリア7がそれぞ
れ同期して行うことにより、各研磨部2A〜2Cにおい
て別々にウェーハWの研磨作業が行われる一方、中継部
6では研磨直後のウェーハWの上述した検査が行われる
ので、製品ウェーハの生産を停止させることなくウェー
ハ被加工面Wpの研磨を行うことができる。特に検査工
程における検査結果に基づく研磨条件の変更は、並行し
て行われる研磨部2A〜2Cでの研磨工程に反映され、
これにより適正な研磨加工を維持できる。
The above operations are performed by the respective carriers 7 in synchronization with each other, so that the polishing of the wafer W is performed separately in each of the polishing sections 2A to 2C, while the relay section 6 performs the polishing of the wafer W immediately after polishing. Since the above-described inspection is performed, the wafer processing surface Wp can be polished without stopping the production of the product wafer. In particular, the change of the polishing condition based on the inspection result in the inspection process is reflected in the polishing process in the polishing units 2A to 2C performed in parallel,
Thereby, appropriate polishing can be maintained.

【0040】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発
明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is, of course, not limited to this, and various modifications can be made based on the technical idea of the present invention.

【0041】例えば以上の実施の形態では、金属配線層
24としてCuを用いたが、これに限らず、AlやWな
どの金属材料でなる配線層を形成するプロセスにも、本
発明は適用可能である。
For example, in the above embodiment, Cu is used as the metal wiring layer 24, but the present invention is not limited to this, and the present invention is applicable to a process of forming a wiring layer made of a metal material such as Al or W. It is.

【0042】また、以上の実施の形態では、第1から第
3の各研磨部2A〜2Cで段階的にウェーハWを研磨処
理するようにしたが、各研磨部独立して全研磨工程を行
わせるようにしてもよい。また、各研磨部を同一円周上
に配置するようにしたが、直線的に並設するようにして
もよい。
In the above-described embodiment, the wafer W is polished step by step in each of the first to third polishing units 2A to 2C. However, the entire polishing process is performed independently for each polishing unit. You may make it do. In addition, although the respective polishing units are arranged on the same circumference, they may be linearly juxtaposed.

【0043】更に、CMP研磨装置の構成は上記実施の
形態に限らず、一枚のウェーハに対して複数の加圧ヘッ
ドを適用して研磨するようにしたCMP研磨装置にも、
本発明は適用可能である。
Further, the configuration of the CMP polishing apparatus is not limited to the above-described embodiment, but may be applied to a CMP polishing apparatus that performs polishing by applying a plurality of pressure heads to one wafer.
The present invention is applicable.

【0044】更に又、配線層24の面内分離幅Xの測定
に反射光の強度分布を利用したが、電子ビームを照射し
たときに発生する被照射面からの二次電子を利用するこ
とも可能である。
Further, the intensity distribution of the reflected light is used for measuring the in-plane separation width X of the wiring layer 24, but secondary electrons generated from the irradiated surface when the electron beam is irradiated may be used. It is possible.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体装置
の製造方法によれば、ダマシン法で形成される配線パタ
ーンの疎密に応じた適正な加工評価を行うことができ、
高い品質保証が可能となる。
As described above, according to the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to perform a proper processing evaluation according to the density of a wiring pattern formed by a damascene method.
High quality assurance is possible.

【0046】請求項2の発明によれば、加工評価を平均
値でなく実測値で行うことができるので、高精度な加工
評価を行うことができると共に、ウェーハ面内における
加工のバラツキを検出することができる。
According to the second aspect of the present invention, since the processing evaluation can be performed not by the average value but by the actual measurement value, the processing evaluation can be performed with high accuracy, and the variation in the processing in the wafer surface can be detected. be able to.

【0047】請求項3の発明によれば、製品の生産を停
止させることなくウェーハ被加工面の評価を行うことが
できるので、スループットの向上が図られる。
According to the third aspect of the present invention, the wafer processing surface can be evaluated without stopping the production of the product, so that the throughput can be improved.

【0048】請求項4の発明によれば、軟質金属材料を
用いたダマシンプロセスを適正に行うことができ、デバ
イスの低電気抵抗化、耐エレクトロマイグレーション性
の向上等を図ることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, a damascene process using a soft metal material can be properly performed, and the device can have low electric resistance, improved electromigration resistance, and the like.

【0049】また、本発明の研磨装置によれば、各研磨
部でウェーハの研磨処理を行いながら、処理済のウェー
ハ被加工面の加工評価を行うことができるので、装置の
スループットの向上を図ることができる。また、異常研
磨検出時においては各研磨部へフィードバックが可能と
なり、適正な研磨終了点を確保することができる。
Further, according to the polishing apparatus of the present invention, it is possible to evaluate the processing of the processed surface of the processed wafer while polishing the wafer in each polishing section, thereby improving the throughput of the apparatus. be able to. In addition, when abnormal polishing is detected, feedback to each polishing unit becomes possible, and an appropriate polishing end point can be secured.

【0050】請求項6の発明によれば、空間分解能の高
い加工評価を行うことができ、請求項7の発明によれ
ば、ウェーハ面内のチップ単位で個別の加工評価を行う
ことができる。これらの構成により、高精度なウェーハ
被加工面の加工評価を行うことが可能となる。
According to the invention of claim 6, processing evaluation with high spatial resolution can be performed, and according to the invention of claim 7, individual processing evaluation can be performed for each chip in a wafer surface. With these configurations, it is possible to perform processing evaluation of the wafer processing surface with high accuracy.

【0051】そして、請求項8の発明によれば、先に処
理したウェーハ被加工面の評価結果を、並行して行われ
る他のウェーハの研磨処理にフィードバックでき、適正
な加工条件を維持することができる。
According to the eighth aspect of the present invention, the evaluation result of the surface to be processed previously processed can be fed back to the polishing processing of another wafer to be performed in parallel, so that appropriate processing conditions can be maintained. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態による研磨装置の概略構成
を示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1における各研磨部の構成の一例を示す側断
面図である。
FIG. 2 is a side sectional view showing an example of a configuration of each polishing unit in FIG.

【図3】図1における中継部の構成を示す側面図であ
る。
FIG. 3 is a side view illustrating a configuration of a relay unit in FIG. 1;

【図4】本発明の実施の形態に適用されるダマシンプロ
セスの各工程を説明する断面模式図であり、Aは配線用
溝部形成工程、Bはバリアメタル層形成工程、Cは配線
金属膜形成工程、そしてDはCMP研磨工程をそれぞれ
示している。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating each step of a damascene process applied to an embodiment of the present invention, wherein A is a wiring groove forming step, B is a barrier metal layer forming step, and C is a wiring metal film forming step. Step D indicates a CMP polishing step.

【図5】本発明の実施の形態における、ダマシンプロセ
スで形成された配線層間の面内分離幅を説明する要部断
面図である。
FIG. 5 is a fragmentary cross-sectional view for explaining an in-plane separation width between wiring layers formed by a damascene process in the embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施の形態における、ダマシンプロセ
スで形成された配線層のディッシング量を説明する要部
断面図である。
FIG. 6 is a fragmentary cross-sectional view for explaining a dishing amount of a wiring layer formed by a damascene process in the embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の形態における、研磨評価対象を
模式的に説明するウェーハ平面図である。
FIG. 7 is a wafer plan view schematically explaining a polishing evaluation target in the embodiment of the present invention.

【図8】本発明の実施の形態の作用を説明するフロー図
である。
FIG. 8 is a flowchart illustrating an operation of the exemplary embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…研磨装置、2A…第1研磨部、2B…第2研磨部、
2C…第3研磨部、3…研磨ユニット、4…ローダ/ア
ンローダ部、5…移送ロボット(移送手段)、6…中継
部、7…キャリア、8…制御部、14…検査ステージ、
15…測定ヘッド(検査手段)、16…移動台、21…
絶縁膜、22…溝部、23…バリアメタル層、24…金
属膜(銅)、24A…配線部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polishing apparatus, 2A ... 1st grinding | polishing part, 2B ... 2nd grinding | polishing part,
2C: third polishing section, 3: polishing unit, 4: loader / unloader section, 5: transfer robot (transfer means), 6: relay section, 7: carrier, 8: control section, 14: inspection stage,
15 measuring head (inspection means), 16 moving table, 21
Insulating film, 22 groove, 23 barrier metal layer, 24 metal film (copper), 24A wiring section.

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 配線用溝部を形成した絶縁膜の上に配線
用金属膜を成膜したウェーハに対して、前記溝部以外の
前記金属膜を研磨除去し配線層を形成する研磨工程と、
前記ウェーハの被研磨面の表面状態を検査する検査工程
とを行う半導体装置の製造方法において、 前記検査工程が、 前記配線層の面内分離幅を測定するステップと、 前記配線層のディッシング量を測定するステップとから
なることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A polishing step of polishing and removing the metal film other than the grooves to form a wiring layer on a wafer having a wiring metal film formed on an insulating film having the wiring grooves formed therein;
A semiconductor device manufacturing method for performing an inspection step of inspecting a surface state of a surface to be polished of the wafer, wherein the inspection step comprises: measuring an in-plane separation width of the wiring layer; and measuring a dishing amount of the wiring layer. Measuring the semiconductor device.
【請求項2】 前記検査工程が、前記ウェーハ面内の所
定のチップ領域に対して行われることを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the inspection step is performed on a predetermined chip area in the wafer surface.
【請求項3】 前記検査工程が、前記研磨工程で他のウ
ェーハが処理されている間に行われることを特徴とする
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
3. The method according to claim 1, wherein the inspection step is performed while another wafer is being processed in the polishing step.
【請求項4】 前記金属膜が、銅でなることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
4. The method according to claim 1, wherein the metal film is made of copper.
【請求項5】 ウェーハ表面に形成された被加工層を研
磨する複数の研磨部を有する研磨ユニットと、前記研磨
ユニットとの間で前記ウェーハの受け渡しを行う移送手
段と、前記研磨ユニットと前記移送手段との間に配置さ
れ、前記移送されるウェーハを一時的に支持する中継部
と、前記各研磨部および前記中継部へ前記ウェーハを循
環供給するキャリアを備えた研磨装置であって、 前記中継部に、前記研磨したウェーハの被加工面を評価
する検査手段を設けたことを特徴とする研磨装置。
5. A polishing unit having a plurality of polishing units for polishing a layer to be processed formed on a wafer surface, transfer means for transferring the wafer to and from the polishing unit, and the polishing unit and the transfer A polishing device, comprising: a relay unit disposed between the relay unit and a temporary support for the transferred wafer; and a carrier for circulating and supplying the wafer to each of the polishing units and the relay unit. A polishing unit provided with an inspection means for evaluating a surface to be processed of the polished wafer.
【請求項6】 前記検査手段が、 前記ウェーハを支持する検査ステージと、 前記被加工面に対向配置され、前記被加工面の表面状態
を光学的に検出する測定ヘッドとを含むことを特徴とす
る請求項5に記載の研磨装置。
6. The inspection means includes: an inspection stage that supports the wafer; and a measurement head that is arranged to face the processing surface and optically detects a surface state of the processing surface. The polishing apparatus according to claim 5, wherein the polishing is performed.
【請求項7】 前記測定ヘッドが、前記被加工面と平行
な方向へ移動可能とされることを特徴とする請求項6に
記載の研磨装置。
7. The polishing apparatus according to claim 6, wherein the measuring head is movable in a direction parallel to the surface to be processed.
【請求項8】 前記検査手段による検査結果に基づい
て、前記研磨部における研磨条件の設定を変更可能な制
御手段を備えたことを特徴とする請求項5に記載の研磨
装置。
8. The polishing apparatus according to claim 5, further comprising control means capable of changing setting of polishing conditions in said polishing section based on an inspection result by said inspection means.
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