JP2003037090A

JP2003037090A - 半導体集積回路装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003037090A
Application number: JP2001222695A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Kimura; 剛木村; Masabumi Kanetomo; 正文金友; Tsuneo Kobayashi; 恒雄小林; Yoshio Honma; 喜夫本間; Hiroki Nezu; 広樹根津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2001-07-24
Publication date: 2003-02-07
Also published as: WO2003010807A1

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体集積回路装置の製造工程であるウエハ
の研磨工程中にウエハの研磨面に傷が発生したことを検
出する。【解決手段】研磨中にウエハ７から発生する振動を、
研磨ヘッド３内に設置された振動モニタ９によって検出
することにより、研磨処理によってウエハ７の研磨面に
引っ掻き傷が発生したことを検出するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路装
置の製造技術に関し、特に、半導体集積回路装置の製造
工程における研磨技術に適用して有効な技術に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】本発明者らが検討した半導体集積回路装
置の製造工程における研磨技術は、例えば次のようなも
のである。まず、ウエハの裏面を研磨ヘッドに向けて、
そのウエハを研磨ヘッドに装着した状態で、ウエハの主
面（研磨面）を所定の加圧で研磨パッドに押し付け接触
させる。研磨パッドには研磨砥粒を含む研磨液が供給さ
れている。この状態で研磨ヘッド、研磨パッドまたはそ
の両方を回転させてウエハの主面を研磨する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記研磨技
術においては、以下の課題があることを本発明者らは見
い出した。

【０００４】すなわち、研磨処理に際して、研磨パッド
の表面の整形や修復のためにダイヤモンド砥石を用いて
研磨パッドの表面をドレッシングする必要性があるが、
このダイヤモンド粒子が破砕または脱落して研磨パッド
の表面の残ってしまう場合がある。この状態で研磨を行
うと、ウエハの研磨面に、例えば幅１００μｍ以上、深
さ０．１μｍを越える巨大な引っ掻き傷が発生し、ま
た、同時に被加工層の厚さに匹敵する深い円弧状のクラ
ック等が多数発生するため、微細回路素子を形成したウ
エハでは回路パターンが寸断されるなど、半導体集積回
路装置を形成することが不可能な状態になる。

【０００５】このような半導体集積回路装置の不良に対
応するため、研磨後に洗浄乾燥を行った状態でウエハに
上記のような巨大な引っ掻き傷が存在するか否かを検査
しているが、巨大なこの傷は、自動検出しようとすると
集積回路パターンと間違えてしまう場合があり自動検出
できないことから目視で検査がなされている。すなわ
ち、手作業のため全数を検査することは生産効率上、困
難であり、抜き取り検査とならざるを得ない。しかし、
この抜き取り検査もウエハ面に異物や傷を発生させる可
能性があることから、通常は、その後の製造工程がかな
り進んだ段階での定常的欠陥検査工程で問題の有無を把
握することが一般的である。この場合、研磨工程で発生
した前記巨大な引っ掻き傷が発見されても既に多量のウ
エハの処理が終了しており、同様の欠陥を有する多量の
ウエハが存在し、生産歩留まりを大幅に低下させる課題
がある。

【０００６】なお、本発明者らは本発明の結果に基づ
き、ウエハの加工の観点で公知例を調査した結果、例え
ば特開平１１−１８３４４７号公報には、ウエハの研削
工程に際して、ウエハの割れの原因の一つである研削装
置側の異常振動の際に発生する特定周波数の異常音を検
出することにより、ウエハの割れの予知および割れ発生
時点を検知する技術が開示されている。

【０００７】また、例えば特開平１１−２２１７６０号
公報には、被加工物が割れる直前に発生する特定の異常
音の周波数を、個別の加工装置の特性、被加工材、加工
速度等ような加工条件、加工サイクルの進行段階等に応
じて精度良く、かつ、効率良く特定し、その特定した周
波数を監視することで、被加工物の割れ等を確実に予知
する技術が開示されている。

【０００８】また、例えば特開平９−１５０３６７号公
報には、被研磨物の研磨処理に際して、研磨装置に設け
られた振動検出器によって検出された振動情報に基づい
て研磨を停止する技術や研磨面上のゴミの存在を検出す
る技術が開示されている。

【０００９】また、例えば特開２００１−１５４６７号
公報には、化学的機械的研磨（ＣＭＰ；Chemical Mecha
nical Polishing）処理に際して、研磨装置に設けられ
た音響測定器によりウエハの研磨面の凹凸の消滅を検出
し、その後、所定時間の研磨処理を施して研磨処理を終
了することで研磨の終点検出を良好に行えるようにした
技術が開示されている。

【００１０】本発明の目的は、半導体集積回路装置の製
造工程であるウエハの研磨工程中にウエハの研磨面に傷
が発生したことを検出することのできる技術を提供する
ことにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。

【００１３】すなわち、本発明は、ウエハの研磨処理に
際して、研磨パッド上の異物がウエハの研磨面を引っ掻
く時に発生する音、振動または研磨抵抗変化を検出する
ことにより、研磨の異常を判定する工程を有するもので
ある。

【００１４】

【発明の実施の形態】本願発明を詳細に説明する前に、
本願における用語の意味を説明すると次の通りである。

【００１５】１．ウエハとは、集積回路の製造に用いる
シリコン単結晶基板（一般にほぼ平面円形状であり半導
体ウエハともいう）、サファイア基板、ガラス基板、そ
の他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそれらの
複合的基板を言う。また、本願において半導体集積回路
装置というときは、半導体ウエハやサファイア基板等の
半導体または絶縁体基板に作られるものだけでなく、特
に、そうでない旨明示された場合を除き、ＴＦＴ（Thin
-Film-Transistor）およびＳＴＮ（Super-Twisted-Nema
tic）液晶等のようなガラス等の他の絶縁基板上に作ら
れるもの等も含むものとする。

【００１６】２．デバイス面とは、ウエハの主面であっ
て、その面にリソグラフィにより、複数のチップ領域に
対応するデバイスパターンが形成される面を言う。

【００１７】３．化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mec
hanical Polishing）とは、一般に被研磨面を相対的に
軟らかい布様のシート材料などからなる研磨パッドに接
触させた状態で、スラリを供給しながら面方向に相対移
動させて研磨を行うことをいい、本願においてはその
他、被研磨面を硬質の砥石面に対して相対移動させるこ
とによって研磨を行うＣＭＬ(Chemical Mechanical Lap
ping)、その他の固定砥粒を使用するもの、及び砥粒を
使用しない砥粒フリーＣＭＰなども含むものとする。

【００１８】以下の実施の形態においては便宜上その必
要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に
分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それら
はお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部ま
たは全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

【００１９】また、以下の実施の形態において、要素の
数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場
合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数
に限定される場合等を除き、その特定の数に限定される
ものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

【００２０】さらに、以下の実施の形態において、その
構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場
合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合
等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまで
もない。

【００２１】同様に、以下の実施の形態において、構成
要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示
した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられ
る場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似
するもの等を含むものとする。このことは、上記数値お
よび範囲についても同様である。

【００２２】また、本実施の形態を説明するための全図
において同一機能を有するものは同一の符号を付し、そ
の繰り返しの説明は省略する。

【００２３】また、本実施の形態においては、電界効果
トランジスタを代表するＭＩＳ・ＦＥＴ（Metal Insula
tor Semiconductor Field Effect Transistor）をＭＩ
Ｓと略し、ｐチャネル型のＭＩＳ・ＦＥＴをｐＭＩＳと
略し、ｎチャネル型のＭＩＳ・ＦＥＴをｎＭＩＳと略
す。

【００２４】以下、本発明の実施の形態を図面に基づい
て詳細に説明する。

【００２５】（実施の形態１）まず、ウエハの研磨処理
時にウエハの研磨面に生じた引っ掻き傷に起因する不具
合の一例を説明する。

【００２６】図１〜図６は、ウエハ上の絶縁膜を研磨し
た際に、その絶縁膜に生じた引っ掻き傷によって配線間
の短絡不良が発生するまでの過程を示している。図１に
示すように、半導体基板１００の主面上に堆積された層
間絶縁膜１０１ａ上には、配線１０２ａが形成されてい
る。配線１０２ａは、層間絶縁膜１０１ａ上に堆積され
た層間絶縁膜１０１ｂによって被覆されている。この半
導体基板１００に対して研磨処理を施すことにより、層
間絶縁膜１０１ｂの上面の凹凸を平坦にする。ここで
は、この研磨処理に際して、図２に示すように、層間絶
縁膜１０１ｂの上面に、比較的大きく目視可能な引っ掻
き傷１０３ａが形成された場合が例示されている。続い
て、図３に示すように、層間絶縁膜１０１ｂに、配線１
０２ａの上面が露出されるようなスルーホール１０４ａ
を形成した後、図４に示すように、層間絶縁膜１０１ｂ
上に、導電性膜１０５ａを堆積する。この際、導電性膜
１０５ａは、スルーホール１０４ａ内のみならず上記引
っ掻き傷１０３ａ内にも埋め込まれる。その後、この導
電性膜１０５ａをＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish
ing）法等によって図５に示すように研磨する。この研
磨処理によっても引っ掻き傷１０３ａ内の導電性膜１０
５ａは除去されず、研磨処理後においても、引っ掻き傷
１０３ａ内に導電性膜１０５ａが残されてしまう。この
ため、本来、接続されるはずの無いスルーホール１０４
ａ，１０４ａ内の導電性膜１０５ａ，１０５ａは、引っ
掻き溝１０３ａ内の導電性膜１０５ａを通じて短絡して
しまう。また、図６は、この層間絶縁膜１０１ｂ上に、
配線１０２ｂをパターニングした場合を示している。互
いに隣接する配線１０２ｂ，１０２ｂは、本来、接続さ
れるはずの無いものであるが、引っ掻き溝１０３ａ内に
残された導電性膜１０５ａを通じて短絡している。

【００２７】次に、図７〜図１０は、ウエハ上の導電性
膜を研磨した際に、その導電性膜の下層の絶縁膜に生じ
た引っ掻き傷によって配線間の短絡不良が発生するまで
の過程を示している。図７に示すように、層間絶縁膜１
０１ｂにスルーホール１０４ａを形成した後、層間絶縁
膜１０１ｂ上に導電性膜１０５ａを堆積する。この段階
では、層間絶縁膜１０１ｂの上面に引っ掻き傷は無いも
のとする。続いて、導電性膜１０５ａを上記研磨処理に
よって図８に示すように研磨する。これにより、スルー
ホール１０４ａ内に導電性膜１０５ａからなるプラグを
形成する。ここでは、この研磨処理によって、層間絶縁
膜１０１ｂの上面に、比較的大きく目視可能な引っ掻き
傷１０３ｂが形成された場合が例示されている。その
後、図９に示すように、配線形成用の導電性膜１０５ｂ
を層間絶縁膜１０１ｂ上に堆積する。この際、導電性膜
１０５ｂは、引っ掻き傷１０３ｂ内にも埋め込まれる。
次いで、導電性膜１０５ｂをフォトリソグラフィ技術お
よびドライエッチング技術によってパターニングするこ
とにより、図１０に示すように、層間絶縁膜１０１ｂ上
に配線１０２ｂを形成する。この際、引っ掻き傷１０３
ｂ内に埋め込まれた導電性膜１０５ｂは、上記ドライエ
ッチングによっても除去しきれずに残される。このた
め、互いに隣接する配線１０２ｂ、１０２ｂは、本来、
接続されるはずのないものであるが、引っ掻き傷１０３
ｂ内に残された導電性膜１０５ｂを通じて短絡してしま
う。

【００２８】次に、図１１〜図１３は、ウエハ上の導電
性膜を研磨した際に、その導電性膜自体に生じた引っ掻
き傷によって配線の断線不良が発生するまでの過程を示
している。図１１に示すように、層間絶縁膜１０１ｂ上
には、層間絶縁膜１０１ｃが堆積され、その層間絶縁膜
１０１ｃには、配線形成用の溝１０６が形成されてい
る。この配線形成用の溝１０６の底面からは、スルーホ
ール１０４ａ内に埋め込まれた導電性膜１０５ａからな
るプラグの上面が露出されている。続いて、図１２に示
すように、半導体基板１００上に、上記溝１０６を埋め
込むように、導電性膜１０５ｃを堆積する。その後、図
１３に示すように、導電性膜１０５ｃが溝１０６内のみ
に残されるように、上記研磨法によって導電性膜１０５
ｃを研磨する。これにより、溝１０６内に導電性膜１０
５ｃからなる配線を形成する。ここでは、この研磨処理
によって、溝１０６内の導電性膜１０５ｃに、比較的大
きく目視可能な引っ掻き傷１０３ｃが形成された場合が
例示されている。このため、溝１０６内の導電性膜１０
５ｃからなる配線に断線不良が発生してしまう。

【００２９】なお、上記層間絶縁膜１０１ａ，１０１ｃ
は、例えば酸化シリコン膜からなる。導電性膜１０５
ａ，１０５ｂは、例えばアルミニウム、アルミニウム合
金またはタングステンからなる。導電性膜１０５ｃは、
例えば銅またはタングステンからなる。

【００３０】次に、図１４は、本発明の一実施の形態で
ある半導体集積回路装置の製造方法で用いるＣＭＰ装置
１の一例を示している。

【００３１】ＣＭＰ装置１は、研磨定盤２と、研磨ヘッ
ド３と、ドレッサ４と、スラリ供給管５と、外部受信機
６とを有している。研磨対象のウエハ７は、その研磨面
（デバイス面）を研磨定盤２側に向けた状態で研磨ヘッ
ド３に保持されている。

【００３２】研磨定盤２は、その主面内に平行に回転可
能な状態で設置されている。研磨定盤２の上面には、研
磨パッド８が貼り付けられている。研磨パッド８は、圧
縮弾性率が、例えば１００ＭＰａ程度、厚さが、例えば
１ｍｍ程度の独立気泡型のポリウレタンを主体として構
成されている。この独立気泡型構造の研磨パッド３は、
スラリが研磨パッド３内に浸透せず、ウエハ７と研磨パ
ッド８との隙間あるいは接触界面のみに存在するため、
同一加工圧力下ではスラリの流量を少なくできる利点が
ある。しかし、スラリが研磨パッド８に浸透しないこと
からマクロな意味での加工屑あるいは反応生成物が研磨
パッド８の表面から排除し難く、研磨パッド８の表層で
の目詰まり比較的生じやすい。そこで、スラリの流れを
活発にし、研磨パッド８の表面に加工屑の排除を助ける
ための溝を研磨パッド８の表面に形成する。そして、所
定の使用時間になったところで、上記ドレッサ４によっ
て適切なドレッシングを研磨パッド８の表面に加える。
これにより、加工速度の安定性向上やウエハ７の研磨面
の品位の一定性向上、または、研磨パッド８の寿命の延
長を推進できる。研磨パッド８の表面に形成された上記
溝は、格子状、同心円状または螺旋状に形成されてい
る。また、溝に代えて、直径１〜２μｍ程度の穴として
も良い。

【００３３】ただし、研磨パッド８は、これに限定され
るものではなく種々変更可能であり、例えば連続発泡構
造としても良い。連続発泡構造は、一般的に不織布（例
えばポリエステル不織布）を基材としており、その繊維
交路中に含浸された種々の樹脂が繊維同士のバインダと
して働くとともに、その樹脂層自体が連続発泡構造を有
していることが多い。

【００３４】研磨ヘッド３は、ウエハ７を保持する機能
の他に、加圧機能および回転駆動機能を有している。研
磨ヘッド３は、その平面中心に回転軸が配置され、その
下面（研磨定盤２の上面に対向する面）内において平行
に回転可能な状態で設けられている。そして、この研磨
ヘッド３の回転軸に沿って荷重を加える方式が採用され
ている。この研磨ヘッド３は、剛性板３ａ、加圧用パッ
ド３ｂ、リテーナ３ｃおよび空気加圧室３ｄを有してい
る。剛性板３ａには、その厚さ方向に延在する通気孔３
ａ１が設けられている。加圧用パッド３ｂは、剛性板３
ａに比べて低剛性の合成樹脂等からなり、その厚さ方向
に延在する通気孔３ｂ１が設けられている。剛性板３ａ
の通気孔３ａ１と、加圧用パッド３ｂの通気孔３ｂ１と
は、その平面位置が一致している。リテーナ３ｃは、研
磨処理中にウエハ７が研磨ヘッド３から外れないように
する部材であり、ウエハ７の外周を取り囲むように研磨
ヘッド３に取り付けられている。ウエハ７は、上記通気
孔３ａ１，３ｂ１からの真空吸引によって研磨ヘッド３
に装着された後、研磨パッド８に押し付けられる。研磨
圧力は、研磨ヘッド３および空気加圧室３ｄの圧搾空気
によって剛性板３ａ、加圧用パッド３ｂを介してウエハ
７に加えられる。この際のウエハ７の押し付け圧力は、
例えば５０ｋＰａ程度である。ただし、研磨ヘッド３に
おける加圧機構は、上記したものに限定されるものでは
なく種々変更可能であり、例えば加圧用パッド３ｂに代
えて薄い弾性ゴム中に空気または水を充填した袋をウエ
ハ７の裏面全面に押し付けて加圧力を均一にする構造を
採用しても良い。また、空気加圧室３ｄ内の空気を、ポ
ーラス構造のセラミック板を介してウエハ７の裏面側に
送り込み、常時、空気の層を介在させることによって均
一加圧を実現する構造を採用しても良い。この場合、バ
ッキング材やエンブレン等のような個体を介さないで空
気の層（約数十〜１００μｍ程度）で直接的にウエハ７
に対して加圧することができるので、均一性の高い安定
した研磨加工特性を得ることができる。また、この場
合、空気に代えて水を用いても良い。

【００３５】本実施の形態１においては、この研磨ヘッ
ド３の平面中央において剛性板３ａおよび加圧用パッド
３ｂに開口部が形成されており、その開口部内に振動モ
ニタ９が設置され、ウエハ７の裏面を直接的に観測可能
な構造となっている。振動モニタ９は、例えばレーザ光
の入射光と、ウエハ７の裏面からの反射光との位相差を
検出するレーザドップラー方式を用いた。振動モニタ９
で検出された振動は、電気信号に変換された後、通信機
１０を通じて外部受信機６に送信されるようになってい
る。これにより、研磨ヘッド３の回転中であっても、す
なわち、研磨処理中であっても、ウエハ７で生じた振動
を確実に検出することが可能となっている。外部受信機
６は、測定部と電気的に接続され、さらにＣＭＰ装置１
の動作制御部に電気的に接続されている。この測定部で
は、受信された信号からウエハ７の振動波形を測定す
る。動作制御部では、その測定部から伝送された測定結
果に基づいて、ウエハ７の研磨面内における異常発生の
有無を判定し、異常（傷等）が有るようであれば研磨動
作を停止する。この際、例えばディスプレイまたはプリ
ンタ等のような表示手段を介して検出結果を表示するこ
ともできる。また、異常が発生した際には、例えばスピ
ーカを通じて警告音を鳴らしたり、ＬＥＤ等のような発
光体を通じて警告灯を点滅させたりする等して作業者に
異常発生を警告することもできる。そして、異常が検出
された場合は、研磨パッド８、加圧用パッド３ｂおよび
ドレッサ４等のような各構成部を交換する。また、その
異常発生の情報を、後続の研磨工程の情報として提供す
る。

【００３６】上記ＣＭＰ装置１のドレッサ４は、研磨パ
ッド８の表面のコンディショニング（ドレッシングまた
はシーズニングともいう）を行うための構成部である。
コンディショニングは、研磨パッド８の表面の整形、研
磨処理の進行に伴い研磨パッド８の表面の微細孔に加工
屑や反応生成物またはスラリ等のような固形物による目
づまりが生じるとウエハ７の加工特性が劣化するので、
研磨パッド８の表面を初期状態と同等の状態にする処理
である。これにより、研磨処理を良好に行うことがで
き、研磨レートを向上させることが可能となる。このよ
うな意味の他に、研磨パッド８の表面の平坦性を確保す
ること（トゥルーイング）も含まれる。このコンディシ
ョニングの方法としては、例えばダイヤモンド砥石を用
いて、目づまり等が生じた研磨パッド８の表面層を削り
除去する方法が主流となっている。

【００３７】図１５は、ドレッサ４の要部拡大断面図を
示している。ドレッサ４のドレッサ基体４ａの主面（研
磨パッド８に対して研磨処理を施す面）には、直径１０
０μｍ程度の複数個のダイヤモンド粒子４ｂが、例えば
ニッケル（Ｎｉ）メッキ等のようなメッキ層４ｃによっ
て固着されている。上記ＣＭＰ装置１のスラリ供給管５
は、研磨パッド８の上面にスラリを供給する管であり、
ＣＭＰ装置１を構成するスラリ供給機構と機械的に接続
されている。

【００３８】このＣＭＰ装置１を用いた研磨処理は、例
えば次のように行われる。研磨ヘッド３に装着されたウ
エハ７は、研磨ヘッド３と共に回転し、同じく回転する
研磨定盤２の研磨パッド８に押さえ付けられながら研磨
されるようになっている。この際、研磨パッド８の上面
にはスラリが供給される。ウエハ７の中心位置での研磨
定盤２の摺動速度は、例えば５００ｍｍ／ｓ程度であ
る。また、ウエハ７は、例えば直径２０．３２ｃｍ（８
インチ）程度のシリコン（Ｓｉ）単結晶等を基板として
なり、例えば３２回転／分で自転させた。また、ウエハ
７の研磨面には、例えば１μｍ程度の段差を持つ凹凸パ
ターンを有する絶縁膜が形成されているものを用いた。
スラリは、例えばシリカ（二酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ₂））砥粒濃度３％程度の水溶液を１００ｃｃ／分の
割合で研磨パッド８の上面に供給した。ただし、スラリ
は、これに限定されるものではなく種々変更可能であ
る。絶縁膜を研磨する際に用いて好適なスラリとして
は、例えば酸化セリウム（ＣｅＯ₂）を砥粒とするスラ
リ、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）を砥粒とするスラリ、ジルコ
ニア（ＺｒＯ₂）を砥粒とするスラリまたは酸化マンガ
ン（Ｍｎ₂Ｏ₃）を砥粒とするスラリ等がある。また、例
えばタングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）またはアルミニウ
ム（Ａｌ）等のような金属膜を研磨する際に用いて好適
なスラリとしては、例えばアルミナと酸化力のある薬剤
（酸化剤）とを混合した溶液がある。この酸化剤として
は、例えば硝酸鉄（Ｆｅ（ＮＯ₃）₂）、過酸化水素水
（Ｈ₂Ｏ₂）またはヨウ素酸カリウム（ＫＩＯ₃）等があ
る。

【００３９】次に、本実施の形態１の作用について説明
する。例えばウエハ７上に堆積された絶縁膜上の凹凸を
研磨パッド８が摺動すると、研磨パッド８の表面はその
厚み方向に圧縮変形を繰り返すためウエハ７に機械的振
動が誘起される。この機械的振動の周波数は研磨パッド
８の摺動速度をパターンピッチで除した値が基本周波数
となるが、集積回路を構成するパターン群は種々の配列
形状、パターンピッチからなるため、実際に発生する振
動周波数は複雑なスペクトルを有する。図１６は、ウエ
ハ７の配線形成段階における絶縁膜（例えば酸化シリコ
ン膜）の上面の段差を平坦にする際、研磨処理中にウエ
ハ７に発生する機械的振動の周波数スペクトルの代表例
の波形Ａ〜Ｃを示したものである。同図において１５０
０Ｈｚ以下の周波数帯域に発生する振動は、主にＣＭＰ
装置１の機構系の回転動作による振動であり、高周波側
の振動は研磨に伴うウエハ７の振動と前記機構系の振動
との高調波が重なり合ったものと考えられる。

【００４０】ところで、ウエハ７に形成された集積回路
パターンの凹凸上に堆積された絶縁膜の表面は、一般的
にパターンの配列ピッチの違いによって凹凸の段差も異
なることが知られている。すなわち、配列ピッチが小さ
い場合は、絶縁膜表面の凹凸の段差も小さく、配列ピッ
チが大きい場合は、絶縁膜表面の凹凸も大きい。このこ
とは、研磨が進行するに従い、まず、配列ピッチの小さ
いパターン群が先に平坦になり、配列ピッチの大きいパ
ターン群ほど平坦になるのが遅くなることを意味する。
以上の現象に加えて同一配列ピッチでも凸パターンの線
幅が広いほど、その上部に積層された絶縁膜の研磨速度
が遅くなることが本発明者らの検討によって明らかにな
った。これら配線ピッチや配線幅が異なる凹凸パターン
を研磨パッド８に押し付けて研磨すると、この凹凸に追
従して研磨パッド８が圧縮変形するのに伴って種々の機
械的振動が発生する。この振動の周波数は、パターンの
配列ピッチが小さいほど高周波数帯域となり、配列ピッ
チが大きいほど低周波帯域の振動が発生し易くなる。ま
た、配列ピッチが小さいほど速く平坦化されるため、研
磨の進行に伴って高周波数帯域側の振動が低下し低周波
数帯域側の振動強度の割合が増大していく傾向にある。
上記図１６の波形Ａは、研磨開始初期の振動周波数スペ
クトルであり、研磨進行に従い振動周波数スペクトルは
波形Ａから波形Ｂに、さらに波形Ｃへと変化する。同図
から研磨の進行に従って低周波数帯域の振動の割合が増
大して行くことが分かる。しかし、総じてスペクトルの
分布形状は類似している。

【００４１】これに対してドレッサ４のダイヤモンド粒
子４ｂが脱落し、ウエハ７に大きな引っ掻き傷が生じる
場合は、この振動周波数スペクトルに特異的な振動周波
数が新たに加わることが本発明者らの検討によって初め
て明らかになった。図１７は、研磨中に約３０〜１００
μｍ程度の直径のダイヤモンド粒子を研磨パッド８上に
散布し、大きな引っ掻き傷を故意に発生させた時の振動
周波数のスペクトルである。種々の周波数の振動が生じ
ることが分かるが、通常の研磨では発生し難い十数ｋＨ
ｚ〜数百ｋＨｚの振動、特に十数ｋＨｚ近傍と、１００
〜５００ｋＨｚの領域に特徴的なスパイク振動が発生す
ることが本発明者らの検討によって初めて明らかとなっ
た。発明者らは、ダイヤモンド粒子の大きさを変えて測
定を試みた結果、振動強度に変化が認められたが、振動
の周波数スペクトルには顕著な変化は認められなかっ
た。したがって、これらの特異的な周波数の振動を選択
的に検知し、その強度のレベルを分別できるようにして
おけば、研磨中に巨大なスクラッチが発生したか否か
を、その場で検知できることになる。その結果、巨大ス
クラッチによりかなり膨大な不良のウエハ７を作り込ん
でしまうこともなくなり、上記の検知時点でＣＭＰ装置
１の停止、メンテナンスを行えば、１枚のウエハ７のみ
が不良となるだけで済むことになり、その経済的な効果
は計り知れない。

【００４２】図１８は、上記振動の電気信号のうち、研
磨定盤２や研磨ヘッド３等のような機構系から発生する
１．５〜５ｋＨｚの振動を除外するためバンドパスフィ
ルタを挿入した場合に、引っ掻き傷が発生した際に、例
えば１００〜５００ｋＨｚの振動強度がどう変化するか
を観測した結果を示している。また、図１９は、ウエハ
７の研磨面に形成された引っ掻き傷１１ａ、１１ｂを示
し、図２０は、研磨パッド８の摺動方向Ｚ１とクラック
１１ｃの発生状態を示している。この傷には、幅１００
μｍ以上、深さ０．１μｍを越える巨大な引っ掻き傷
（ビックスクラッチ）等がある。

【００４３】図１８の振動波形Ｄは、図１９の引っ掻き
傷１１ａのようにウエハ７の直径に匹敵するほど長くな
ったときの波形である。また、図１８の振動波形Ｅは、
図１９の引っ掻き傷１１ｂのようにウエハ７の一部のみ
になったときの波形であり、振動持続時間が短いことが
確認できた。また、前記研磨条件のうち、研磨パッド８
にウエハ７を押さえ付ける力、いわゆる研磨荷重を変化
させて引っ掻き傷の幅と、上記１００〜５００ｋＨｚの
振動強度との関係を調べた結果が図２１である。この図
２１から該振動強度と、引っ掻き傷の大きさ（幅）とに
相関関係があると言うことができる。したがって、該振
動の持続時間と強度とを検出すれば、引っ掻き傷によっ
てウエハ７が受けるダメージの程度を把握できるため、
ウエハ７の研磨工程での不良検出および製造停止を自動
的に制御できる。

【００４４】（実施の形態２）図２２は、研磨ヘッド３
における振動モニタ９の取り付け位置を示したものであ
る。振動モニタ９は、例えば加速度検知センサであり、
研磨ヘッド３に直接機械的に固定されている。この時、
研磨処理によって発生する５ｋＨｚ以下の基本的な振動
は、図２３の振動波形Ｇで示すように、前述のレーザド
ップラ振動モニタによる振動波形Ｆに比べ大幅に減少し
ている。また、ドレッサ４のダイヤモンド粒子でウエハ
７を引っ掻いた時に特異的に生じる１０〜３００ｋＨｚ
の振動周波数スペクトルも、図２４に示すように、振動
モニタ９に到達する前に減衰するため検出が不可能とな
る。

【００４５】そこで、本実施の形態２においては、振動
モニタ９に代えて、例えば広帯域音響マイクロフォンを
モニタとして用いた。この広帯域音響マイクロフォンの
取り付け状態は、図１４の振動モニタ９と同じである。
すなわち、この広帯域音響マイクロフォンは、研磨ヘッ
ド３内に挿入され、低剛性ゴムによって固定された状態
で、加圧用パッド３ｂの裏面を臨むように配置されてい
る。図２５は、研磨処理時にウエハ７から発せられる音
波を、上記広帯域音響マイクロフォンによって検出した
時の結果を示している。前記実施の形態１で説明したレ
ーザドップラー方式の検出モニタで計測されたような１
００ｋＨｚ以上での特異的な振動スペクトルは、上記マ
イクロフォンが検出できる周波数帯域外であるため検出
できないが、例えば１０〜数十ｋＨｚでの特異的な振動
スペクトルは、前記実施の形態１の場合よりもブロード
があるが、より強い強度を検出することができた。した
がって、ウエハ７の研磨処理時に研磨面に形成される傷
の検出精度をさらに向上させることができる。本実施の
形態２では、検出音の周波数は、例えば１〜７ｋＨｚ程
度、または、２〜６ｋＨｚ、好ましくは３〜５ｋＨｚ程
度である。また、ウエハ７の直径を２０ｃｍとすると、
ウエハ７の研磨面に巨大なスクラッチが形成された場合
の異常振動時間は、５０ｍｓｅｃ以上、または１００ｍ
ｓｅｃ以上、あるいは１５０ｍｓｅｃ以上、好ましくは
２００ｍｓｅｃのオーダである。

【００４６】（実施の形態３）図２６は、本実施の形態
のＣＭＰ装置１の制御系のブロックを示している。振動
モニタ９は、前記実施の形態１，２で説明したものと同
じである。この振動モニタ９で検出され、電気信号に変
換された信号は、バンドパスフィルタ１２に伝送され
る。バンドパスフィルタ１２では、特定の振動周波数帯
域の信号を抽出した後、その信号を強度比較器１３に伝
送する。強度比較器１３では、その信号の振動強度レベ
ルを基準値と比較してそれを超えた場合に“１”を発生
し、その信号を時間積算計１４に伝送する。時間積算計
１４では、前記振動の“１”を越えた振動持続時間ｔを
積算させ、その振動持続時間ｔが予め設定された値を超
えた時に判別器１５により異常信号を発生させて研磨処
理を停止する。一方、上記振動持続時間ｔが予め設定さ
れた値を超えない時には研磨処理を継続する。

【００４７】（実施の形態４）図２７は、本発明の他の
実施の形態であるＣＭＰ装置１の説明図を示している。
前記実施の形態１〜３では、振動モニタを研磨ヘッド内
に設置した場合について説明した。本実施の形態４にお
いては、例えばマイクロフォンからなる振動モニタ９を
研磨ヘッド３の外部に設置した。マイクロフォンの場
合、回転動作する研磨ヘッド３に対しても比較的容易に
配置できる。この振動モニタ９の位置は、研磨ヘッド３
から遠すぎると良好な検出ができないが、近すぎても研
磨時に発生する音の広がりが狭く、マイクロフォンの指
向性の範囲内に入らないため良好な検出ができない。そ
こで、本実施の形態４では、振動モニタ９を研磨ヘッド
３から約５０ｃｍ離れた位置に設置した。また、振動モ
ニタ９は、前記実施の形態３で説明した制御系ＭＣと配
線を通じて電気的に接続されている。また、マイクロフ
ォンからなる振動モニタ９と、研磨ヘッド３との間に音
響導波管または音響集音板（音響集音手段）を介在させ
ることで、音の検出精度をさらに向上させることができ
る。

【００４８】ここでは、例えば直径２０．３２ｃｍ（８
インチ）程度のシリコン単結晶等を基板とし、その上に
約８００ｎｍ厚の絶縁膜を形成したウエハ７を、例えば
３６回転／分で回転する研磨ヘッド３で４０回転／分で
回転させた６３．５ｃｍ（２５インチ）径の発泡ポリウ
レタン製の研磨パッド８を貼り付けた研磨定盤８上に３
５ｋＰａ（３５０ｇ／ｃｍ²）の研磨圧力で押さえ付け
研磨した。この際、約８０μｍ径のダイヤモンド粒子を
数個、研磨パッド８上にばらまき、その時発生した擦過
音を上記振動モニタ９で検出した。この時の検出周波数
は、例えば５ｋＨｚ±１ｋＨｚの帯域とした。また、こ
の時のウエハ７の研磨面に発生した引っ掻き傷の長さを
光学顕微鏡で個々の研磨毎に観測した。図２８は、擦過
音強度と傷の幅との関係を示している。同図より傷の幅
がほぼ２μｍ程度より小さい場合は、雑音に隠れて擦過
音の明確な分別ができないが、それ以上の傷幅では擦過
音強度との相関が良好となり、異常検出が可能となるこ
とが本発明者らによって判明した。

【００４９】（実施の形態５）図２９は本発明の他の実
施の形態であるＣＭＰ装置の平面図、図３０は図２９の
ＣＭＰ装置を側面から見たときの説明図を示している。

【００５０】本実施の形態５においては、図２９および
図３０に示すように、例えばマイクロフォンからなる振
動モニタ９（９ａ〜９ｃ）をＣＭＰ装置１に複数台設置
した場合について説明する。ここでは、振動モニタ９を
３台設置した場合について例示しているが、これに限定
されるものではなく、例えば２台または４台以上として
も良い。振動モニタ９を複数台とすることにより、検出
精度を向上させることができる。

【００５１】第１の例では、各振動モニタ９ａ〜９ｃ
が、互いにウエハ７の中心ＣＥから等しい距離Ｌ１に配
置されている。また、各振動モニタ９ａ〜９ｃは、ウエ
ハ７の搭載面から等しい高さＨ１に設置されている。す
なわち、各振動モニタ９ａ〜９ｃの配置条件を一致させ
ることにより、各振動モニタ９ａ〜９ｃでの音の検出状
態を等しくすることができるので、研磨処理中の音を正
確に検出することが可能となる。

【００５２】また、第２の例では、複数台の振動モニタ
９ａ〜９ｃのうち、振動モニタ９ａを上記配置形態から
ずらしてバックグラウンド音を測定するものとし、その
検出結果と、他の振動モニタ９ｂ，９ｃで検出した音と
を比較することにより、研磨処理中にウエハ７の研磨面
に傷が形成されたことを検出するようにしても良い。距
離Ｌ２は、振動モニタ９ａから振動音の照準測定位置ま
での距離を示している。

【００５３】（実施の形態６）図３１は、前記実施の形
態４と同様の研磨条件で１枚のウエハ７を研磨している
最中に研磨パッド８の表面を整形するドレッサ４から脱
落したと思われるダイヤモンド粒子で発生した擦過音を
４段階の強度レベルに分別して検出した時の研磨時間経
緯を示したものである。

【００５４】時間ｔ１のレベル４の信号は大きな擦過傷
がウエハ７の直径全長にわたって発生した場合であり、
時間ｔ２での信号は中程度の引っ掻き傷がウエハ７の直
径全長にわたって発生した場合のものである。また、時
間ｔ３の断続的信号はダイヤモンド粒子が研磨パッド８
上の溝穴に出入りしながら断続的な引っ掻き傷を発生さ
せたものと推定される。さらに、時間ｔ３での断続的な
信号が発生した後は新たな擦過音の発生が認められない
ことから引っ掻き傷の原因と思われるダイヤモンド粒子
は研磨パッド８外に流失したか研磨パッドの表面に形成
された溝内に入り込んだためと考えられる。ウエハ７の
所定の研磨時間ｔ３が無視できる程度、長い場合は初期
に発生した引っ掻き傷は研磨されてしまい、もはや致命
的な欠陥にはならないため、このウエハ７は不良ウエハ
ではなくなる可能性がある。ただし、時間ｔ１で発生し
た信号レベルが高いため、かなり大きく深い引っ掻き傷
が発生しており、その後の研磨でこの傷が無くなるか否
かは事前に検証しておく必要がある。このように擦過音
の強度レベルの分別および発生時刻と持続時間との識別
を行うことにより、不良ウエハとして扱うか否か、後続
のウエハの研磨を継続すべきか中止すべきか判定するこ
とが可能となる。

【００５５】（実施の形態７）前記ウエハ７の研磨面に
形成された引っ掻き傷の大きさにより発生する音響また
は機械的振動のスペクトル分布に差があることが本発明
者らの検討によって判明した。前記図１７の振動周波数
スペクトルが発生したウエハ７の研磨面を観察すると前
記図１９に示す幅が太くかつ長い引っ掻き傷１１ａが認
められ、その引っ掻き傷１１ａ上には、前記図２０に示
すクラック１１ｃが多数発生していた。これに対し、図
１９に示す引っ掻き傷１１ｂの場合は、前記図１７の振
動スペクトル中のｆ１１〜ｆ１ｎのような高振動数帯域
のスペクトルの発生は極めて微弱であり、クラック１１
ｃの発生も希フッ酸で被研磨面をエッチングしてクラッ
ク１１ｃの口を開かせないと観察できないほどであっ
た。したがって、振動周波数スペクトルの発生の仕方、
すなわち、スペクトルパターンの形態によって該引っ掻
き傷の大きさや深さなどの程度が分別できることが本発
明者らによって明らかとなった。

【００５６】（実施の形態８）本実施の形態８において
は、前記実施の形態１〜７で説明したＣＭＰ研磨方法
を、例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）
の製造方法に適用した場合について説明する。

【００５７】図３２は、そのＤＲＡＭの製造工程中にお
けるウエハ７の要部断面図を示している。ウエハ７を構
成する半導体基板（以下、基板という）７Ｓは、例えば
ｐ型のシリコン単結晶からなり、その主面（デバイス形
成面）の分離領域には、溝１６が形成されている。ま
た、この基板７Ｓの主面上（溝１６内も含む）には、例
えば熱酸化法によって形成された酸化シリコン膜からな
る絶縁膜１７が形成されている。また、基板７Ｓの主面
の活性領域上には、絶縁膜１７を介して、例えば窒化シ
リコンからなる絶縁膜１８が形成されている。さらに、
基板７Ｓの主面上（溝１６内も含む）には、例えばＣＶ
Ｄ（Chemical Vapor Deposition）法等で形成された酸
化シリコン膜からなる絶縁膜１９が堆積されている。比
較的広い範囲にわたって窪んでいる絶縁膜１９の上面に
は、例えば窒化シリコン膜からなる絶縁膜２０がフォト
レジスト膜（以下、単にレジスト膜という）２１ａをエ
ッチングマスクとしたエッチング法によってパターニン
グされている。

【００５８】このようなウエハ７に対して、まず、レジ
スト膜２１ａを除去した後、前記実施の形態１〜７で説
明したＣＭＰ法によって、図３３に示すように、絶縁膜
１９が溝１６内のみに残されるように絶縁膜１９を研磨
する。この際、絶縁膜２０をＣＭＰのストッパとするこ
とにより、溝１６内の絶縁膜１９が削れ過ぎてしまうの
を防止することができる。これにより、溝型の分離部２
２（ＳＧＩ：ShallowGroove IsolationまたはＳＴＩ：S
hallow Trench Isolation）を形成することができる。

【００５９】このような溝型の分離部２２では、ＣＭＰ
処理時に生じた傷等が、その直後の洗浄処理や熱処理に
よって拡大される場合が多くあるので、ＣＭＰ処理時に
傷等が可能な限り生じないようにすることが好ましい。
本実施の形態８によれば、このＣＭＰ研磨処理に際し
て、ウエハ７の研磨面に引っ掻き傷が発生した場合にそ
れを検知できるので、不良のウエハ７を排除でき、ま
た、その検知以降のウエハ７の研磨処理で同じ傷等が発
生するのを防止できる。このため、上記した不具合を抑
制または防止でき、ＤＲＡＭの歩留まりおよび信頼性を
向上させることができる。

【００６０】続いて、絶縁膜２０をエッチング除去した
後、図３４に示すように、基板７Ｓの活性領域にゲート
絶縁膜２３を形成する。その後、レジスト膜２１ｂをエ
ッチングマスクとしたエッチング法によって、ゲート絶
縁膜２３および溝型の分離部２２上に、メモリ回路領域
のワード線ＷＬおよび周辺回路領域のゲート電極２４を
パターニングする。ワード線ＷＬおよびゲート電極２４
は、例えば低抵抗ポリシリコン膜上に窒化タングステン
等のようなバリア導体膜を介してタングステン等のよう
な金属膜を堆積してなる。また、ワード線ＷＬおよびゲ
ート電極２４上には、例えば窒化シリコン膜等からなる
キャップ絶縁膜２５が堆積されている。

【００６１】その後、図３５に示すように、メモリ回路
領域にｎＭＩＳからなるメモリセル選択ＭＩＳＱｓを形
成し、周辺回路領域にｎＭＩＳＱｎおよびｐＭＩＳＱｐ
を形成する。その後、メモリ回路領域においては、ワー
ド線ＷＬを覆うように、例えば窒化シリコン膜からなる
絶縁膜２６を形成し、周辺回路領域においては、ゲート
電極２４およびキャップ絶縁膜２５の側面に、例えば窒
化シリコン膜からなるサイドウォール２７を形成する。
さらに、その後、基板７Ｓの主面上に、例えば酸化シリ
コン膜からなる絶縁膜２８をＣＶＤ法等によって堆積す
る。

【００６２】次いで、図３６に示すように、絶縁膜２８
上に、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜２９をＣＶ
Ｄ法によって堆積した後、この絶縁膜２９の上面を、前
記実施の形態１〜７で説明したＣＭＰ法で研磨する。こ
れにより、絶縁膜２９の上面を平坦にする。絶縁膜２９
の研磨においては、ドレッサ４による研磨パッド８のコ
ンディショニング回数が、他の膜を研磨する場合に比べ
て多いことから、巨大な引っ掻き傷（スクラッチ）等が
発生し易い。本実施の形態８によれば、このＣＭＰ研磨
処理に際して、ウエハ７の絶縁膜２９（層間絶縁膜）の
上面（研磨面）に引っ掻き傷等が発生した場合にそれを
検知できるので、絶縁膜２９の上面に引っ掻き傷のある
不良のウエハ７を排除でき、また、その検知以降のウエ
ハ７の研磨処理によって同じ傷等が発生するのを防止で
きる。したがって、ＤＲＡＭの歩留まりおよび信頼性を
向上させることができる。

【００６３】続いて、図３７に示すように、絶縁膜２９
上に、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜３０をＣＶ
Ｄ法等によって堆積する。この絶縁膜３０は、ＣＭＰ処
理によって小さな損傷（マイクロスクラッチ等）を受け
ている絶縁膜２９の上面を覆い保護する機能を有してい
る。その後、図３８に示すように、ビット線ＢＬおよび
第１層配線３１ａを形成した後、その上層に、メモリセ
ル選択ＭＩＳＱｓのソース及びドレイン用の半導体領域
の一方に接続されるキャパシタ３２を形成する。キャパ
シタ３２は、情報蓄積用の容量素子であり、下部電極上
に容量絶縁膜を介して上部電極が積み重ねられてなる。
その後、キャパシタ３２の上層に第２層配線３１ｂを形
成し、さらにその上層に第３層配線３１ｃを形成する。
配線層間の層間絶縁膜は、例えば酸化シリコン膜からな
り、所定の層間絶縁膜の上面で前記実施の形態１〜７で
説明したＣＭＰ法を用いて平坦化がなされている。した
がって、ＤＲＡＭの歩留まりおよび信頼性を向上させる
ことができる。

【００６４】（実施の形態９）本実施の形態９において
は、前記実施の形態１〜７で説明したＣＭＰ研磨方法
を、例えばＣＭＩＳ（Complementary MIS）回路を有す
る半導体集積回路装置の製造方法に適用した場合につい
て説明する。

【００６５】図３９は、その半導体集積回路装置の製造
工程中の要部断面図を示している。ウエハ７を構成する
基板７Ｓには、ｐウエルＰＷＬおよびｎウエルＮＷＬが
形成されている。このｐウエルＰＷＬにはｎＭＩＳＱｎ
が形成され、ｎウエルＮＷＬにはｐＭＩＳＱｐが形成さ
れている。この基板７Ｓの主面（デバイス形成面）上に
は、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜３３がＣＶＤ
法によって堆積されている。その絶縁膜３３の上面は、
前記実施の形態１〜７で説明したＣＭＰ法によって平坦
化されている。絶縁膜３３には、ｎＭＩＳＱｎおよびｐ
ＭＩＳＱｐのソースおよびドレイン用の半導体領域およ
びゲート電極が露出するようなコンタクトホール３４が
穿孔されている。

【００６６】まず、このような基板７Ｓ上に、例えば窒
化チタン等のような導電性バリア膜（金属膜）３５をス
パッタリング法等によって堆積した後、その上に、例え
ばタングステン等のような金属膜３６をスパッタリング
法等によって堆積する。続いて、この金属膜３６および
導電性バリア膜３５の２種の積層された金属膜を、前記
実施の形態１〜７で説明したＣＭＰ法等によって研磨す
ることにより、図４０に示すように、コンタクトホール
３４内に、導電性バリア膜３５上に金属膜３６を積み重
ねてなるプラグ３７を形成する。本発明者らの検討によ
れば、タングステン膜等のような高融点金属膜の研磨処
理と酸化シリコン膜等のような絶縁膜の研磨処理とで
は、タングステン膜の研磨処理での傷の方が大きかっ
た。本実施の形態９によれば、このＣＭＰ研磨処理に際
して、ウエハ７の金属膜３６および導電性バリア膜３５
の上面（研磨面）に引っ掻き傷等が発生した場合にそれ
を検知できるので、その上面に引っ掻き傷のある不良の
ウエハ７を排除でき、また、その検知以降のウエハ７の
研磨処理によって同じ傷等が発生するのを防止できる。
したがって、ＣＭＩＳ回路を有する半導体集積回路装置
の歩留まりおよび信頼性を向上させることができる。

【００６７】その後、図４１に示すように、絶縁膜３３
上に、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金から
なる第１層配線３８をフォトリソグラフィ技術およびド
ライエッチング技術によって形成した後、図４２に示す
ように、第１層配線３８を覆うように、絶縁膜３３上
に、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜３９をＣＶＤ
法等によって堆積する。

【００６８】次いで、絶縁膜３９の上面を、前記実施の
形態１〜７で説明したＣＭＰ法等によって研磨すること
により、図４３に示すように、平坦にする。これによ
り、前記と同様の効果を得ることができる。続いて、絶
縁膜３９に、第１層配線３８の一部が露出するようなス
ルーホール４０を形成した後、前記実施の形態８と同様
に、スルーホール４０内にプラグ４１を形成する。その
後、絶縁膜３９上に、例えば窒化シリコン膜からなる絶
縁膜４２をＣＶＤ法等によって堆積した後、その上に、
例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜４３をＣＶＤ法等
によって堆積する。

【００６９】次いで、図４４に示すように、絶縁膜４
２，４３にフォトリソグラフィ技術およびドライエッチ
ング技術によって配線溝４４を形成した後、図４５に示
すように、基板７Ｓ上に、例えば窒化チタンまたはタン
タル等からなる導電性バリア膜４５をスパッタリング法
等によって堆積した後、その上に、例えば銅からなるシ
ード膜をスパッタリング法等によって堆積し、さらに、
その上に、例えば銅からなる金属膜４６をメッキ法等に
よって堆積する。続いて、配線溝４４内のみに導電性バ
リア膜４５および金属膜４６が残されるように、金属膜
４６および導電性バリア膜４５を、前記実施の形態１〜
７で説明したＣＭＰ法等によって研磨することにより、
図４６に示すように、配線溝４４内に埋込み配線４７を
形成する（シングルダマシン技術）。埋込み配線４７
は、プラグ４１を通じて第１層配線３８と電気的に接続
されている。その後、絶縁膜３９上に、例えば窒化シリ
コン膜からなる絶縁膜４９および酸化シリコン膜等から
なる絶縁膜５０をＣＶＤ法等によって下層から順に堆積
する。以降は、シングルダマシン配線技術または配線溝
と孔とを同時に埋め込むデュアルダマシン配線技術を用
いて埋込み配線を形成し、後工程を経てＣＭＩＳ回路を
有する半導体集積回路装置を製造する。

【００７０】以上、本発明者によってなされた発明を実
施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実
施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００７１】例えば前記実施の形態１〜９においては、
研磨ヘッドに保持されたウエハの研磨面を、これに相対
するように配置された研磨定盤上の研磨パッドに接触さ
せた状態で、研磨ヘッドおよび研磨定盤を回転させてウ
エハを研磨する構造を用いた場合について説明したが、
これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例
えば研磨台上にウエハを固定した状態で装着し、そのウ
エハの研磨面に相対するように配置された研磨パッドを
ウエハの研磨面に接触させた状態で回転させてウエハを
研磨するようにしても良い。また、図４７に示すよう
に、矢印の方向に移動するベルト状の研磨パッド５１に
ウエハ７の研磨面を接触させることでウエハ７を研磨す
るようにしても良い。また、図４８に示すように、ウエ
ハ７を固定した状態で載せた研磨台５２を図４８の水平
方向に移動または回転させつつ、ウエハ７の研磨面に対
して、ホイールパッド５３を接触させた状態で回転させ
てウエハ７を研磨するようにしても良い。ホイールパッ
ド５３の本体は、ウエハ７の研磨面に対して所定の角度
で傾斜している。研磨処理に際しては、ホイールパッド
５３に所定の荷重をかけてウエハ７との接触状態を調整
している。上記したいずれの研磨装置の場合も振動モニ
タ（マイクロフォンを含む）を設置することで研磨中の
引っ掻き傷の発生を検出可能になっている。

【００７２】また、前記実施の形態１〜９においては、
研磨処理時の振動や音響の媒体が基本的に気体である場
合について説明したが、これに限定されるものではな
く、例えば液体や固体を媒体とする形態でも良い。

【００７３】また、前記実施の形態１〜９においては、
研磨処理時に発生する振動や音響を検出することでスク
ラッチ等が発生したことを検知した場合について説明し
たが、これに限定されるものではなく、例えば研磨ヘッ
ドまたは研磨定盤の回転数の変化を検出することで測定
される研磨抵抗によって、スクラッチ等の発生を検知す
ることもできる。この場合も研磨処理の対象や方法は前
記実施の形態１〜９と同じである。

【００７４】また、前記実施の形態１〜９においては、
振動モニタをウエハの裏側または研磨ヘッドの近傍に配
置した場合について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、例えば研磨定盤（研磨パッド）またはその機
構系に設けても良い。

【００７５】また、前記した例では、音響を検出する方
法、振動を検出する方法または研磨抵抗を検出する方法
のいずれか１つにより、ウエハの研磨面に傷が発生した
か否かを検知した場合について説明したが、これら３つ
の方法の２つ以上を組み合わせて傷の発生を検出しても
良い。

【００７６】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるＤＲＡ
ＭまたはＣＭＩＳ回路を有する半導体集積回路装置の製
造方法に適用した場合について説明したが、それに限定
されるものではなく、例えばＳＲＡＭ（Static Random
Access Memory）またはフラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯ
Ｍ；Electric Erasable Programmable Read Only Memor
y）等のような他のメモリ回路を有する半導体集積回路
装置の製造方法、マイクロプロセッサ等のような論理回
路を有する半導体集積回路装置の製造方法あるいは上記
メモリ回路と論理回路とを同一基板に設けている混載型
の半導体集積回路装置の製造方法にも適用できる。ま
た、液晶基板の製造方法やマイクロマシンの製造方法に
も本発明を適用することができる。

【００７７】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下の通りである。

【００７８】すなわち、ウエハの研磨処理に際して、研
磨パッド上の異物がウエハの研磨面を引っ掻く時に発生
する音、振動または研磨抵抗変化を検出して、研磨の異
常を判定する工程を有することにより、半導体集積回路
装置の製造工程であるウエハの研磨工程中にウエハの研
磨面に傷が発生したことを検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明者らが検討した研磨処理の課題を説明す
るための製造工程中のウエハの要部断面図である。

【図２】図１に続く製造工程中のウエハの要部断面図で
ある。

【図３】図２に続く製造工程中のウエハの要部断面図で
ある。

【図４】図３に続く製造工程中のウエハの要部断面図で
ある。

【図５】図４に続く製造工程中のウエハの要部断面図で
ある。

【図６】図５に続く製造工程中のウエハの要部断面図で
ある。

【図７】本発明者らが検討した研磨処理の課題を説明す
るための製造工程中のウエハの要部断面図である。

【図８】図７に続く製造工程中のウエハの要部断面図で
ある。

【図９】図８に続く製造工程中のウエハの要部断面図で
ある。

【図１０】図９に続く製造工程中のウエハの要部断面図
である。

【図１１】本発明者らが検討した研磨処理の課題を説明
するための製造工程中のウエハの要部断面図である。

【図１２】図１１に続く製造工程中のウエハの要部断面
図である。

【図１３】図１２に続く製造工程中のウエハの要部断面
図である。

【図１４】本発明の一実施の形態である半導体集積回路
装置の製造方法で用いる研磨装置の一例の説明図であ
る。

【図１５】図１４の研磨装置のドレッサの要部断面図で
ある。

【図１６】ウエハの配線形成段階における絶縁膜上面の
段差を平坦にする際、研磨処理中にウエハに発生する機
械的振動の周波数スペクトルの代表例の波形を示した波
形図である。

【図１７】研磨中に約３０〜１００μｍ程度の直径のダ
イヤモンド粒子を研磨パッド上に散布し、大きな引っ掻
き傷を故意に発生させた時の振動周波数のスペクトルを
示した波形図である。

【図１８】研磨処理時に発生した振動のうち、研磨定盤
や研磨ヘッド等のような機構系から発生する１．５〜５
ｋＨｚの振動を除外するためバンドパスフィルタを挿入
した場合に、引っ掻き傷が発生した際に、例えば１００
〜５００ｋＨｚの振動強度がどう変化するかを観測した
結果の波形図である。

【図１９】ウエハの研磨面に形成された引っ掻き傷の説
明図である。

【図２０】研磨パッドの摺動方向に対するクラックの発
生状態を示した説明図である。

【図２１】研磨条件のうち、研磨荷重を変化させて引っ
掻き傷の幅と振動強度との関係を調べた結果を示すグラ
フ図である。

【図２２】研磨ヘッドにおける振動モニタの取り付け位
置を示した説明図である。

【図２３】研磨処理時に発生する５ｋＨｚ以下の基本的
な振動の波形図である。

【図２４】ドレッサのダイヤモンド粒子でウエハを引っ
掻いた時に特異的に生じる１０〜３００ｋＨｚの振動周
波数スペクトルの波形図である。

【図２５】研磨処理時にウエハから発せられる音波を、
広帯域音響マイクロフォンによって検出した時の結果の
波形図である。

【図２６】研磨装置の制御系を構成するブロックの説明
図である。

【図２７】本発明の他の実施の形態である研磨装置の説
明図である。

【図２８】研磨処理時にウエハから生じた擦過音強度と
ウエハに生じた傷の幅との関係を示すグラフ図である。

【図２９】本発明の他の実施の形態である研磨装置の平
面図である。

【図３０】図２９の研磨装置を側面から見たときの説明
図である。

【図３１】研磨処理中にドレッサのダイヤモンド粒子に
よって発生した擦過音を４段階の強度レベルに分別して
検出した時の研磨時間経緯を示した説明図である。

【図３２】本発明の他の実施の形態である半導体集積回
路装置の製造工程中におけるウエハの要部断面図であ
る。

【図３３】図３２に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図３４】図３３に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図３５】図３４に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図３６】図３５に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図３７】図３６に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図３８】図３７に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図３９】本発明のさらに他の実施の形態である半導体
集積回路装置の製造工程中におけるウエハの要部断面図
である。

【図４０】図３９に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図４１】図４０に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図４２】図４１に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図４３】図４２に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図４４】図４３に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図４５】図４４に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図４６】図４５に続く半導体集積回路装置の製造工程
中におけるウエハの要部断面図である。

【図４７】本発明の他の実施の形態である研磨装置の変
形例の説明図である。

【図４８】本発明のさらに他の実施の形態である研磨装
置の変形例の説明図である。

【符号の説明】

１ＣＭＰ装置（研磨装置）２研磨定盤３研磨ヘッド３ａ剛性板３ａ１通気孔３ｂ加圧用パッド３ｂ１通気孔３ｃリテーナ３ｄ空気加圧室４ドレッサ５スラリ供給管６外部受信機７ウエハ８研磨パッド９振動モニタ９ａ〜９ｃ振動モニタ１０通信機１１ａ，１１ｂ引っ掻き傷１１ｃクラック１２バンドパスフィルタ１３強度比較器１４時間積算計１５判別器１６溝１７絶縁膜１８絶縁膜１９絶縁膜２０絶縁膜２１ａフォトレジスト膜２２溝型の分離部２３ゲート絶縁膜２４ゲート電極２５キャップ絶縁膜２６絶縁膜２７サイドウォール２８絶縁膜２９絶縁膜３０絶縁膜３１ａ第１層配線３１ｂ第２層配線３１ｃ第３層配線３２キャパシタ３３絶縁膜３４コンタクトホール３５導電性バリア膜３６金属膜３７プラグ３８第１層配線３９絶縁膜４０スルーホール４１プラグ４２絶縁膜４３絶縁膜４４配線溝４５導電性バリア膜４６金属膜４７埋込み配線４９絶縁膜５０絶縁膜Ａ〜Ｃ波形Ｄ〜Ｇ振動波形Ｑｐｐチャネル型のＭＩＳ・ＦＥＴＱｎｎチャネル型のＭＩＳ・ＦＥＴＱｓメモリセル選択ＭＩＳ・ＦＥＴＢＬビット線１００半導体基板１０１ａ、１０１ｂ層間絶縁膜１０２ａ，１０２ｂ配線１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ引っ掻き傷１０４ａスルーホール１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ導電性膜１０６溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/76 Ｈ０１Ｌ 21/88 Ｋ５Ｆ０８３ 21/8238 21/76 Ｌ 21/8242 27/10 ６２１Ｃ 27/092 27/108 (72)発明者小林恒雄東京都青梅市新町六丁目16番地の３株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者本間喜夫東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者根津広樹東京都青梅市新町六丁目16番地の３株式会社日立製作所デバイス開発センタ内Ｆターム(参考） 3C034 AA08 AA13 BB92 CA05 DD18 3C058 AA07 AB04 BA01 BA09 BB02 BC01 BC02 BC03 CA01 CB02 CB06 DA12 DA17 5F032 AA34 AA44 AA45 CA14 CA17 CA20 DA02 DA33 DA34 5F033 HH08 HH09 HH11 HH21 HH33 JJ19 JJ33 KK01 KK08 KK09 MM01 MM12 MM13 NN06 NN07 PP15 PP27 QQ09 QQ11 QQ37 QQ48 RR04 RR06 SS11 TT02 5F048 AB01 AB03 AC03 BA01 BC06 BF07 BF11 BF16 DA23 5F083 AD24 AD48 GA27 JA32 JA39 JA40 JA56 NA01 PR21 PR40 PR43 PR44 PR53 PR54

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハの研磨処理中に、研磨パッド上の
異物がウエハの研磨面を引っ掻く時に発生する音を検出
することにより、前記ウエハの研磨処理の異常を判定す
る工程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の
製造方法。
【請求項２】請求項１記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記ウエハの研磨面を引っ掻く時に発
生して大気中を伝搬する音波を音波検出手段によって検
出することを特徴とする半導体集積回路装置の製造方
法。
【請求項３】請求項２記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記音波検出手段を複数配置し、その
複数の音波検出手段によって前記音波を検出することを
特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項４】請求項３記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記複数の音波検出手段の各々を、前
記ウエハの中心から等しい距離で同じ高さに配置したこ
とを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項５】請求項２記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記音波検出手段と前記ウエハとの間
に音響導波管または音響集音手段が介在されるようにし
たことを特徴とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項６】請求項２記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記音波検出手段によって検出される
音波の周波数が１〜７ｋＨｚであることを特徴とする半
導体集積回路装置の製造方法。
【請求項７】請求項２記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記音波検出手段によって検出される
音波の周波数が２〜６ｋＨｚであることを特徴とする半
導体集積回路装置の製造方法。
【請求項８】請求項２記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記音波検出手段によって検出される
音波の周波数が３〜５ｋＨｚであることを特徴とする半
導体集積回路装置の製造方法。
【請求項９】請求項１記載の半導体集積回路装置の製
造方法において、前記ウエハの研磨処理は、前記ウエハ
の研磨面の金属膜を研磨する工程であることを特徴とす
る半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１０】請求項１記載の半導体集積回路装置の
製造方法において、前記ウエハの研磨処理は、前記ウエ
ハの研磨面の絶縁膜を研磨する工程であることを特徴と
する半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１１】請求項１０記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、前記ウエハの研磨処理は、前記ウ
エハの研磨面上に堆積された絶縁膜を、前記研磨面に形
成された溝内に残されるように研磨することで、前記ウ
エハの研磨面に分離部を形成する工程であることを特徴
とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１２】請求項１記載の半導体集積回路装置の
製造方法において、検出された音の特定の周波数または
その周波数スペクトルパターンの発生を検知し、その強
度のレベルまたはスペクトルパターンの類似度から前記
ウエハの研磨面に生じた傷の発生状態を判定し、研磨処
理動作の条件を制御することを特徴とする半導体集積回
路装置の製造方法。
【請求項１３】請求項１記載の半導体集積回路装置の
製造方法において、前記ウエハの研磨面に形成された各
種パターン群の凹凸を研磨する際に生じる音響の周波数
群をフィルタリング除去した後、少なくとも１以上の特
定の音響周波数または周波数スペクトルパターンを抽出
することにより、前記異物によるウエハの研磨面の引っ
掻き傷の発生を判定することを特徴とする半導体集積回
路装置の製造方法。
【請求項１４】請求項１記載の半導体集積回路装置の
製造方法において、研磨処理中にウエハ側から発生する
音のうち、少なくとも１以上の特定の音響周波数を検出
し、その強度が事前に設定したレベルを超えた場合に、
その研磨処理動作を停止またはその研磨処理の終了後に
後続の研磨処理動作を中断させ、かつ、検出結果の表示
または異常発生の警告を行うことを特徴とする半導体集
積回路装置の製造方法。
【請求項１５】ウエハの研磨処理中に、研磨パッド上
の異物がウエハの研磨面を引っ掻く時に発生する振動を
検出することにより、前記ウエハの研磨処理の異常を判
定する工程を有することを特徴とする半導体集積回路装
置の製造方法。
【請求項１６】請求項１５記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、前記ウエハの研磨面を引っ掻く時
にウエハから発生する振動を検出する振動検出手段を、
ウエハの裏面に接触させた状態、研磨ヘッドまたは研磨
定盤に設けたことを特徴とする半導体集積回路装置の製
造方法。
【請求項１７】請求項１５記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、前記ウエハの研磨処理は、前記ウ
エハの研磨面の金属膜を研磨する工程であることを特徴
とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１８】請求項１５記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、前記ウエハの研磨処理は、前記ウ
エハの研磨面の絶縁膜を研磨する工程であることを特徴
とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項１９】請求項１５記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、前記ウエハの研磨処理は、前記ウ
エハの研磨面上に堆積された絶縁膜を、前記研磨面に形
成された溝内に残されるように研磨することで、前記ウ
エハの研磨面に分離部を形成する工程であることを特徴
とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２０】請求項１５記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、前記ウエハの研磨面に形成された
各種パターン群の凹凸を研磨する際に生じる振動の周波
数群をフィルタリング除去した後、少なくとも１以上の
特定の振動の周波数または周波数スペクトルパターンを
抽出することにより、前記異物によるウエハの研磨面の
引っ掻き傷の発生を判定することを特徴とする半導体集
積回路装置の製造方法。
【請求項２１】請求項１５記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、研磨処理中にウエハ側から発生す
る音のうち、少なくとも１以上の特定の振動周波数を検
出し、その強度が事前に設定したレベルを超えた場合
に、その研磨処理動作を停止またはその研磨処理の終了
後に後続の研磨処理動作を中断させ、かつ、検出結果の
表示または異常発生の警告を行うことを特徴とする半導
体集積回路装置の製造方法。
【請求項２２】ウエハの研磨処理中に、研磨パッド上
の異物がウエハの研磨面を引っ掻く時に発生する研磨抵
抗の変化を検出することにより、前記ウエハの研磨処理
の異常を判定する工程を有することを特徴とする半導体
集積回路装置の製造方法。
【請求項２３】請求項２２記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、前記ウエハの研磨処理は、前記ウ
エハの研磨面の金属膜を研磨する工程であることを特徴
とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２４】請求項２２記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、前記ウエハの研磨処理は、前記ウ
エハの研磨面の絶縁膜を研磨する工程であることを特徴
とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２５】請求項２２記載の半導体集積回路装置
の製造方法において、前記ウエハの研磨処理は、前記ウ
エハの研磨面上に堆積された絶縁膜を、前記研磨面に形
成された溝内に残されるように研磨することで、前記ウ
エハの研磨面に分離部を形成する工程であることを特徴
とする半導体集積回路装置の製造方法。
【請求項２６】（ａ）ウエハの主面に溝を形成する工
程、（ｂ）前記ウエハの溝を含む主面上に絶縁膜を堆積
する工程、（ｃ）前記絶縁膜が前記溝内に残されるよう
に前記絶縁膜を化学機械研磨法によって研磨する工程を
有し、前記化学機械研磨工程中において、研磨パッド上の異物
がウエハの研磨面を引っ掻く時に発生する音を検出する
ことにより、前記ウエハの研磨処理の異常を判定する工
程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。
【請求項２７】（ａ）ウエハの主面上に絶縁膜を堆積
する工程、（ｂ）前記絶縁膜に孔を穿孔する工程、
（ｃ）前記絶縁膜の孔を含む主面上に金属膜を堆積する
工程、（ｄ）前記金属膜が前記孔内に残されるように前
記金属膜を化学機械研磨法によって研磨する工程を有
し、前記化学機械研磨工程中において、研磨パッド上の異物
がウエハの研磨面を引っ掻く時に発生する音を検出する
ことにより、前記ウエハの研磨処理の異常を判定する工
程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。
【請求項２８】（ａ）ウエハの主面上に絶縁膜を堆積
する工程、（ｂ）前記絶縁膜を化学機械研磨法によって
研磨する工程を有し、前記化学機械研磨工程中において、研磨パッド上の異物
がウエハの研磨面を引っ掻く時に発生する音を検出する
ことにより、前記ウエハの研磨処理の異常を判定する工
程を有することを特徴とする半導体集積回路装置の製造
方法。