JP2003124165A - 半導体装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法及び製造装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ディッシングやエロージョンを減少させた半導
体装置の製造方法を提供すること。 【解決手段】凹凸パターンを表面上に有する基板のこの
凹凸パターンを研磨工具に押しつけて相対運動させ、凹
凸パターンを平坦化するもので、研磨工具を、上記基板
より小さく、かつ、砥粒２３が樹脂２４で結合固着さ
れ、気孔２２を有する多角形のセグメント２０の複数が
配置された砥石１０とし、この多角形のセグメントの角
が３個以上近接する位置にないようにした半導体装置の
製造方法。
体装置の製造方法を提供すること。 【解決手段】凹凸パターンを表面上に有する基板のこの
凹凸パターンを研磨工具に押しつけて相対運動させ、凹
凸パターンを平坦化するもので、研磨工具を、上記基板
より小さく、かつ、砥粒２３が樹脂２４で結合固着さ
れ、気孔２２を有する多角形のセグメント２０の複数が
配置された砥石１０とし、この多角形のセグメントの角
が３個以上近接する位置にないようにした半導体装置の
製造方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板表面を平坦化
する研磨や研削技術やそのような技術を用いる加工装置
に係り、特に半導体基板上に形成された薄膜を研磨や研
削する半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置
に関する。
する研磨や研削技術やそのような技術を用いる加工装置
に係り、特に半導体基板上に形成された薄膜を研磨や研
削する半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の製造には素子分
離（Ｓｈａｌｌｏｗ ＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏ
ｎ）、各トランジスタ素子から配線層へ信号伝達するた
めのタングステン（Ｗ）プラグ形成と配線層形成等のた
めの平坦化加工技術が重要となってきている。この平坦
化加工技術には化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と呼
ばれる研磨加工技術が代表的である。
離（Ｓｈａｌｌｏｗ ＴｒｅｎｃｈＩｓｏｌａｔｉｏ
ｎ）、各トランジスタ素子から配線層へ信号伝達するた
めのタングステン（Ｗ）プラグ形成と配線層形成等のた
めの平坦化加工技術が重要となってきている。この平坦
化加工技術には化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と呼
ばれる研磨加工技術が代表的である。
【０００３】特に最近では配線材料に銅が用いられるよ
うになってきた。この平坦化方法はダマシン法が主流で
あり、例えば特開平２−２７８８２２号公報、特開平８
−８３７８０号公報にその方法が開示されている。
うになってきた。この平坦化方法はダマシン法が主流で
あり、例えば特開平２−２７８８２２号公報、特開平８
−８３７８０号公報にその方法が開示されている。
【０００４】さて、銅を配線材料とすると従来のアルミ
ニウム配線と比べて耐久性が上がり、抵抗値が低くなる
メリットがあるが、その反面、銅イオンの酸化膜への拡
散等による導電性イオンによる絶縁不良を考慮しなけれ
ばならなくなる。ダマシン法においては図１１のＡに示
すように酸化膜１３と配線材料である銅１５の界面にバ
リア膜１４を成膜して銅イオンの拡散を防止している。
このバリア膜１４の存在によってダマシン法では、図１
１のＡからＣまでの工程を経て溝に銅１５を埋め込むこ
とになる。
ニウム配線と比べて耐久性が上がり、抵抗値が低くなる
メリットがあるが、その反面、銅イオンの酸化膜への拡
散等による導電性イオンによる絶縁不良を考慮しなけれ
ばならなくなる。ダマシン法においては図１１のＡに示
すように酸化膜１３と配線材料である銅１５の界面にバ
リア膜１４を成膜して銅イオンの拡散を防止している。
このバリア膜１４の存在によってダマシン法では、図１
１のＡからＣまでの工程を経て溝に銅１５を埋め込むこ
とになる。
【０００５】ダマシン法による銅配線の形成は銅１５と
バリア膜１４の加工速度の制御が重要である。加工速度
とは、単位時間あたりの被加工物質の除去量である。一
般的にバリア膜（Ｔａ、ＴａＮが主流）の加工速度は銅
に比べて遅いため、一気にＡ〜Ｃまで加工すると銅の削
れ過ぎが生じるためである。そこで、通常のスラリー加
工においては、銅を高速に研磨するスラリーとバリア膜
を高速に研磨して銅を低速に研磨するスラリー、或い
は、銅、バリア膜と酸化膜を同等の速度で加工できるス
ラリー等複数のスラリーを別々に用意する。実際のＣＭ
Ｐ工程では、銅を高速に研磨するスラリーで図１１のＡ
の工程を行ない、研磨定盤を変えてバリア膜の削れるス
ラリーで次の工程を行なう方法が取られる。場合によっ
てはさらに追加した３段目のＣＭＰとして銅、バリア膜
と酸化膜を同等の速度で加工できるスラリーにより平坦
性の向上とスクラッチ低減を行なうこともある。
バリア膜１４の加工速度の制御が重要である。加工速度
とは、単位時間あたりの被加工物質の除去量である。一
般的にバリア膜（Ｔａ、ＴａＮが主流）の加工速度は銅
に比べて遅いため、一気にＡ〜Ｃまで加工すると銅の削
れ過ぎが生じるためである。そこで、通常のスラリー加
工においては、銅を高速に研磨するスラリーとバリア膜
を高速に研磨して銅を低速に研磨するスラリー、或い
は、銅、バリア膜と酸化膜を同等の速度で加工できるス
ラリー等複数のスラリーを別々に用意する。実際のＣＭ
Ｐ工程では、銅を高速に研磨するスラリーで図１１のＡ
の工程を行ない、研磨定盤を変えてバリア膜の削れるス
ラリーで次の工程を行なう方法が取られる。場合によっ
てはさらに追加した３段目のＣＭＰとして銅、バリア膜
と酸化膜を同等の速度で加工できるスラリーにより平坦
性の向上とスクラッチ低減を行なうこともある。
【０００６】その他の従来技術として、銅の平坦化加工
に固定砥粒を用いた方法がある。アルミナ砥粒を樹脂で
固定化したシートを用いたものであり、遊離砥粒を含ん
だスラリーを不要とする特徴がある。しかし、バリア膜
１４除去のための２〜３段目のＣＭＰが必要であること
に変わりはない。この技術については「２０００ Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉ
ｚａｔｉｏｎ ｆｏｒＵＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ
Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅ」のｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，５８〜６５頁に記載
がある。
に固定砥粒を用いた方法がある。アルミナ砥粒を樹脂で
固定化したシートを用いたものであり、遊離砥粒を含ん
だスラリーを不要とする特徴がある。しかし、バリア膜
１４除去のための２〜３段目のＣＭＰが必要であること
に変わりはない。この技術については「２０００ Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉ
ｚａｔｉｏｎ ｆｏｒＵＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ
Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅ」のｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，５８〜６５頁に記載
がある。
【０００７】また、固定砥粒を用いたその他の従来技術
としてＵＳＰ５９７２７９２に記載された例がある。加
工液のｐＨを制御して被加工材料のエッチングを防止し
ながら平坦化加工する方法であり、この技術も固定砥粒
を用いた各層の被加工材料毎に研磨方法を変えるマルチ
ステップの平坦化方法に当たる。
としてＵＳＰ５９７２７９２に記載された例がある。加
工液のｐＨを制御して被加工材料のエッチングを防止し
ながら平坦化加工する方法であり、この技術も固定砥粒
を用いた各層の被加工材料毎に研磨方法を変えるマルチ
ステップの平坦化方法に当たる。
【０００８】また、特開平１０−３２９０３１号公報や
特開２０００−２３３３７５号公報には、気孔を有する
砥石を用いた研磨方法が開示されている。このような砥
石は、例えば、自己発泡性又は発泡剤で発泡性を付与し
た熱硬化性樹脂を用いて製造することができる。さら
に、上記特開２０００−２３３３７５号公報には、小セ
グメント砥石を並べた砥石を用いることが記載されてい
る。
特開２０００−２３３３７５号公報には、気孔を有する
砥石を用いた研磨方法が開示されている。このような砥
石は、例えば、自己発泡性又は発泡剤で発泡性を付与し
た熱硬化性樹脂を用いて製造することができる。さら
に、上記特開２０００−２３３３７５号公報には、小セ
グメント砥石を並べた砥石を用いることが記載されてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のダマシン法の平
坦化をＣＭＰを用いて実施する場合、いくつかの考慮さ
れていない点がある。ひとつは上述の通り、バリア膜に
用いるＴａ、ＴａＮが銅に比べ硬いことに起因し、銅と
バリア膜のＣＭＰを別々に分けて２段以上のＣＭＰを行
なわなければならず、コストの増大、スループットの低
下、廃棄スラリーの増大による環境負荷の増大等を引き
起こすことである。
坦化をＣＭＰを用いて実施する場合、いくつかの考慮さ
れていない点がある。ひとつは上述の通り、バリア膜に
用いるＴａ、ＴａＮが銅に比べ硬いことに起因し、銅と
バリア膜のＣＭＰを別々に分けて２段以上のＣＭＰを行
なわなければならず、コストの増大、スループットの低
下、廃棄スラリーの増大による環境負荷の増大等を引き
起こすことである。
【００１０】また、研磨パッドが軟質であることに起因
して図１１と図５に示すように、配線表面が凹むディッ
シングやエロージョンを生じ、その結果として配線抵抗
値のばらつき幅が増大するということについて配慮され
ていない。特に図８に示すような多層配線構造をとるシ
ステムＬＳＩと呼ばれるロジックデバイスでは重要な課
題となる。つまり、図７に示すように下層の平坦性が低
いとＣＭＰの性能以上に平坦化性能が損なわれ、研磨残
りによる配線間のショートや断線が発生しやすくなると
いうことについても配慮されていない。この内容につい
ては「次世代ＵＬＳＩ多層配線の新材料・プロセス技術」
技術情報協会の２４２〜２４６頁に記載がある。
して図１１と図５に示すように、配線表面が凹むディッ
シングやエロージョンを生じ、その結果として配線抵抗
値のばらつき幅が増大するということについて配慮され
ていない。特に図８に示すような多層配線構造をとるシ
ステムＬＳＩと呼ばれるロジックデバイスでは重要な課
題となる。つまり、図７に示すように下層の平坦性が低
いとＣＭＰの性能以上に平坦化性能が損なわれ、研磨残
りによる配線間のショートや断線が発生しやすくなると
いうことについても配慮されていない。この内容につい
ては「次世代ＵＬＳＩ多層配線の新材料・プロセス技術」
技術情報協会の２４２〜２４６頁に記載がある。
【００１１】本発明の第１の目的は、ディッシングやエ
ロージョンを減少させた半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
ロージョンを減少させた半導体装置の製造方法を提供す
ることにある。
【００１２】本発明の第２の目的は、ディッシングやエ
ロージョンを減少させた半導体装置の製造装置を提供す
ることにある。
ロージョンを減少させた半導体装置の製造装置を提供す
ることにある。
【００１３】本発明の第３の目的は、２段階以上の化学
機械研磨を１段階で行なうことのできる半導体装置の製
造方法及び半導体装置の製造装置を提供することにあ
る。
機械研磨を１段階で行なうことのできる半導体装置の製
造方法及び半導体装置の製造装置を提供することにあ
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に
設けられた絶縁膜の開口部とこの絶縁膜の表面に第１の
導電膜を形成する工程、第１の導電膜の上に第２の導電
膜を形成する工程及び第２の導電膜と第１の導電膜の一
部を砥石により加工し、開口部内に第１の導電膜と第２
の導電膜を残す工程を有するもので、この砥石を、砥粒
が樹脂で結合固着され、気孔を含む砥石としたものであ
る。
るために、本発明の半導体装置の製造方法は、基板上に
設けられた絶縁膜の開口部とこの絶縁膜の表面に第１の
導電膜を形成する工程、第１の導電膜の上に第２の導電
膜を形成する工程及び第２の導電膜と第１の導電膜の一
部を砥石により加工し、開口部内に第１の導電膜と第２
の導電膜を残す工程を有するもので、この砥石を、砥粒
が樹脂で結合固着され、気孔を含む砥石としたものであ
る。
【００１５】本発明における砥石の圧縮弾性率は、２０
０ＭＰａ〜３ＧＰａが望ましく、５００ＭＰａ〜１ＧＰ
ａであることがより望ましい。２００ＭＰａ未満ではＣ
ＭＰ研磨パッドの圧縮弾性率と大差なく、柔らか過ぎて
ディッシングやエロージョンを生じてしまう。また、３
ＧＰａを越えると、逆に硬すぎるためスクラッチの発生
頻度が無視できない程度まで増加する。
０ＭＰａ〜３ＧＰａが望ましく、５００ＭＰａ〜１ＧＰ
ａであることがより望ましい。２００ＭＰａ未満ではＣ
ＭＰ研磨パッドの圧縮弾性率と大差なく、柔らか過ぎて
ディッシングやエロージョンを生じてしまう。また、３
ＧＰａを越えると、逆に硬すぎるためスクラッチの発生
頻度が無視できない程度まで増加する。
【００１６】気孔率に関しては、３５〜７５％が望まし
く、５０〜７０％であることがより望ましい。この際、
気孔率が３５％未満では気孔率が少ないため、ドレッッ
シングをしながら研磨を行なっても目詰まりを生じて加
工速度の減少やスクラッチの発生原因となる。また、気
孔率が７５％を越えると、砥粒率や結合材としての樹脂
率が少なくなり、砥粒率が低いため加工速度が著しく低
下したり、樹脂率が低いため必要な引張り破壊強さが保
てない等、望ましくない。
く、５０〜７０％であることがより望ましい。この際、
気孔率が３５％未満では気孔率が少ないため、ドレッッ
シングをしながら研磨を行なっても目詰まりを生じて加
工速度の減少やスクラッチの発生原因となる。また、気
孔率が７５％を越えると、砥粒率や結合材としての樹脂
率が少なくなり、砥粒率が低いため加工速度が著しく低
下したり、樹脂率が低いため必要な引張り破壊強さが保
てない等、望ましくない。
【００１７】引張り破壊伸びについては０．２〜１．５
％が望ましく、０．５〜０．９％であることがより望ま
しい。また、引張り破壊強さについては０．５〜５．０
ＭＰａが望ましく、１．０〜２．５ＭＰａであることが
より望ましい。この際、引張り破壊伸びが０．２％未
満、かつ、引張り破壊強さが０．５ＭＰａ未満では砥石
が脆くなりすぎて、研磨時に部分欠落を生じる。その破
片によるスクラッチの発生といった好ましくない現象を
引き起こす。また、引張り破壊伸びが１．５％を越えた
り、引張り破壊強さが５．０ＭＰａを越えると逆に砥石
が丈夫なため、研磨中の磨耗が極端に小さくなって、砥
粒の自生発刃が行なわれず、目詰まりを生じて、加工速
度が減少したり、スクラッチが発生しやすくなる。
％が望ましく、０．５〜０．９％であることがより望ま
しい。また、引張り破壊強さについては０．５〜５．０
ＭＰａが望ましく、１．０〜２．５ＭＰａであることが
より望ましい。この際、引張り破壊伸びが０．２％未
満、かつ、引張り破壊強さが０．５ＭＰａ未満では砥石
が脆くなりすぎて、研磨時に部分欠落を生じる。その破
片によるスクラッチの発生といった好ましくない現象を
引き起こす。また、引張り破壊伸びが１．５％を越えた
り、引張り破壊強さが５．０ＭＰａを越えると逆に砥石
が丈夫なため、研磨中の磨耗が極端に小さくなって、砥
粒の自生発刃が行なわれず、目詰まりを生じて、加工速
度が減少したり、スクラッチが発生しやすくなる。
【００１８】本発明で使用する樹脂はポリエステル系樹
脂又はポリイミド系樹脂が望ましい。他の樹脂、例えば
エポキシ系樹脂等は、過酸化水素や酸等の薬品に対する
耐久性がなく、実用に耐えない。ポリエステル系樹脂又
はポリイミド系樹脂のように過酸化水素や酸等の薬品に
対する耐久性のある樹脂を使用することにより、本発明
の物性値の実現が可能である。たとえ、他の樹脂でこの
物性値に近い値の砥石を製造しても、ポリエステル系樹
脂やポリイミド系樹脂の持つ微細砥粒のミクロな保持力
が優らないため、良好な加工速度が得られにくい。
脂又はポリイミド系樹脂が望ましい。他の樹脂、例えば
エポキシ系樹脂等は、過酸化水素や酸等の薬品に対する
耐久性がなく、実用に耐えない。ポリエステル系樹脂又
はポリイミド系樹脂のように過酸化水素や酸等の薬品に
対する耐久性のある樹脂を使用することにより、本発明
の物性値の実現が可能である。たとえ、他の樹脂でこの
物性値に近い値の砥石を製造しても、ポリエステル系樹
脂やポリイミド系樹脂の持つ微細砥粒のミクロな保持力
が優らないため、良好な加工速度が得られにくい。
【００１９】また、砥粒の平均粒径は、１０ｎｍから１
００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００２０】また、加工は、少なくとも２個の加工液供
給系から互いに異なる加工液を供給しながら行ない、こ
の互いに異なる加工液を、組成が同じで、その内の少な
くとも１種の原料の組成比が互いに異なるものとするこ
とが好ましい。
給系から互いに異なる加工液を供給しながら行ない、こ
の互いに異なる加工液を、組成が同じで、その内の少な
くとも１種の原料の組成比が互いに異なるものとするこ
とが好ましい。
【００２１】また、上記第１の目的を達成するために、
本発明の半導体装置の製造方法は、凹凸パターンを表面
上に有し、半導体素子の少なくとも一部が形成された基
板のこの凹凸パターンを研磨工具に押しつけて相対運動
させ、凹凸パターンを平坦化するもので、研磨工具を、
上記基板より小さく、かつ、砥粒が樹脂で結合固着さ
れ、気孔を有する多角形のセグメントの複数が配置され
た砥石とし、この多角形のセグメントの角が３個以上近
接する位置にないように構成したものである。
本発明の半導体装置の製造方法は、凹凸パターンを表面
上に有し、半導体素子の少なくとも一部が形成された基
板のこの凹凸パターンを研磨工具に押しつけて相対運動
させ、凹凸パターンを平坦化するもので、研磨工具を、
上記基板より小さく、かつ、砥粒が樹脂で結合固着さ
れ、気孔を有する多角形のセグメントの複数が配置され
た砥石とし、この多角形のセグメントの角が３個以上近
接する位置にないように構成したものである。
【００２２】このセグメントは、台板に固定されている
ものを用いてもよく、また、セグメントが、少なくとも
このセグメントより軟質の弾性材料からなるクッション
を介して台板に固定されているものを用いてもよい。
ものを用いてもよく、また、セグメントが、少なくとも
このセグメントより軟質の弾性材料からなるクッション
を介して台板に固定されているものを用いてもよい。
【００２３】平坦化は、少なくとも２個の加工液供給系
から互いに異なる加工液を供給しながら行ない、この互
いに異なる加工液を、組成が同じで、その内の少なくと
も１種の原料の組成比が互いに異なるものとすることが
好ましい。
から互いに異なる加工液を供給しながら行ない、この互
いに異なる加工液を、組成が同じで、その内の少なくと
も１種の原料の組成比が互いに異なるものとすることが
好ましい。
【００２４】好ましい砥石の物性値は、前記のものと同
じである。
じである。
【００２５】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の半導体装置の製造装置は、回転定盤と、回転定
盤に固定された研磨工具と、研磨工具の表面をドレッシ
ングするドレッシング手段と、少なくとも２系統の加工
液供給系と、基板を保持し、加工荷重をこの基板に伝え
る加圧手段と、研磨工具と基板とを相対運動させる運動
手段とを備え、研磨工具を、砥粒が樹脂で結合固着さ
れ、気孔を含む砥石とし、砥石を、上記基板より小さい
多角形のセグメントの複数が配置された砥石とし、回転
定盤とドレッシング手段とを、基準面に対し位置決め可
能な構造としたものである。
本発明の半導体装置の製造装置は、回転定盤と、回転定
盤に固定された研磨工具と、研磨工具の表面をドレッシ
ングするドレッシング手段と、少なくとも２系統の加工
液供給系と、基板を保持し、加工荷重をこの基板に伝え
る加圧手段と、研磨工具と基板とを相対運動させる運動
手段とを備え、研磨工具を、砥粒が樹脂で結合固着さ
れ、気孔を含む砥石とし、砥石を、上記基板より小さい
多角形のセグメントの複数が配置された砥石とし、回転
定盤とドレッシング手段とを、基準面に対し位置決め可
能な構造としたものである。
【００２６】セグメントは、台板に固定されているもの
がよい。複数の多角形のセグメントは、その角が３個以
上近接する位置にないようにすることが好ましい。好ま
しい砥石の物性値は、前記のものと同じである。
がよい。複数の多角形のセグメントは、その角が３個以
上近接する位置にないようにすることが好ましい。好ま
しい砥石の物性値は、前記のものと同じである。
【００２７】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の半導体装置の製造装置は、回転定盤と、回転定
盤に固定された研磨工具と、研磨工具の表面をドレッシ
ングするドレッシング手段と、少なくとも２系統の加工
液供給系と、基板を保持し加工荷重をこの基板に伝える
加圧手段と、研磨工具と基板とを相対運動させる運動手
段とを備え、研磨工具を砥粒が樹脂で結合固着され、気
孔を有し、上記基板より小さい多角形のセグメントの複
数が配置された砥石としたものである。
本発明の半導体装置の製造装置は、回転定盤と、回転定
盤に固定された研磨工具と、研磨工具の表面をドレッシ
ングするドレッシング手段と、少なくとも２系統の加工
液供給系と、基板を保持し加工荷重をこの基板に伝える
加圧手段と、研磨工具と基板とを相対運動させる運動手
段とを備え、研磨工具を砥粒が樹脂で結合固着され、気
孔を有し、上記基板より小さい多角形のセグメントの複
数が配置された砥石としたものである。
【００２８】セグメントは、台板に固定されているもの
でもよいし、少なくともセグメントより軟質の弾性材料
からなるクッションを介して台板に固定されているもの
でもよい。前者の場合、回転定盤とドレッシング手段
を、基準面に対し位置決め可能な構造とすることが好ま
しく、後者の場合、ドレッシング手段を、定圧ドレッシ
ング手段とすることが好ましい。
でもよいし、少なくともセグメントより軟質の弾性材料
からなるクッションを介して台板に固定されているもの
でもよい。前者の場合、回転定盤とドレッシング手段
を、基準面に対し位置決め可能な構造とすることが好ま
しく、後者の場合、ドレッシング手段を、定圧ドレッシ
ング手段とすることが好ましい。
【００２９】いずれも複数の多角形のセグメントは、そ
の角が３個以上近接する位置にないようにすることが好
ましい。また、少なくとも２個の加工液供給系を、それ
ぞれ組成が同じで、その内の少なくとも１種の原料の組
成比が異なる加工液を供給する加工液供給系とすること
が好ましい。好ましい砥石の物性値は、前記のものと同
じである。
の角が３個以上近接する位置にないようにすることが好
ましい。また、少なくとも２個の加工液供給系を、それ
ぞれ組成が同じで、その内の少なくとも１種の原料の組
成比が異なる加工液を供給する加工液供給系とすること
が好ましい。好ましい砥石の物性値は、前記のものと同
じである。
【００３０】
【発明の実施の形態】（実施の形態１）図２を用いて本
発明を実施する平坦化加工装置（半導体製造装置）を説
明する。砥石１０は回転定盤１１上に固定され、その上
方にはウェハ１を保持するヘッド２が備えられている。
このヘッドは、スイングアーム３により位置決めされ、
ウェハを保持すると共に回転定盤１１と同方向に自転で
きる他、ウェハ表面を砥石へ押し付けて所定の力で荷重
する機能も有している。また、加工液９は供給する加工
液供給系７から滴下される。本発明における加工液供給
系６、７は図２に示す通り２系統ある。これら２系統か
ら供給される加工液は加工中に各液の切替や流量の制御
が行なえる。その他、砥石１０の表面を平滑にドレッシ
ングできる定寸ドレッサ４を備えている。この定寸ドレ
ッサは、刃先と砥石表面間の位置を装置の基準面５を基
準として位置決めが可能な機能を有しており、所定量の
切り込みが可能である。この定寸ドレッサにはダイヤモ
ンド砥粒を固着したカップ型ドレッサが装着され、毎分
７０００〜１００００回転程度の高速回転駆動ができ
る。ダイヤモンド砥粒（モース硬度１０）を使用するの
は、被加工面である固定砥粒１０よりも十分に硬い材料
で磨耗や欠けが少ない必要があるためである。また、こ
のドレッサは砥石面全面を平滑化できる構成となってい
ることはいうまでもない。
発明を実施する平坦化加工装置（半導体製造装置）を説
明する。砥石１０は回転定盤１１上に固定され、その上
方にはウェハ１を保持するヘッド２が備えられている。
このヘッドは、スイングアーム３により位置決めされ、
ウェハを保持すると共に回転定盤１１と同方向に自転で
きる他、ウェハ表面を砥石へ押し付けて所定の力で荷重
する機能も有している。また、加工液９は供給する加工
液供給系７から滴下される。本発明における加工液供給
系６、７は図２に示す通り２系統ある。これら２系統か
ら供給される加工液は加工中に各液の切替や流量の制御
が行なえる。その他、砥石１０の表面を平滑にドレッシ
ングできる定寸ドレッサ４を備えている。この定寸ドレ
ッサは、刃先と砥石表面間の位置を装置の基準面５を基
準として位置決めが可能な機能を有しており、所定量の
切り込みが可能である。この定寸ドレッサにはダイヤモ
ンド砥粒を固着したカップ型ドレッサが装着され、毎分
７０００〜１００００回転程度の高速回転駆動ができ
る。ダイヤモンド砥粒（モース硬度１０）を使用するの
は、被加工面である固定砥粒１０よりも十分に硬い材料
で磨耗や欠けが少ない必要があるためである。また、こ
のドレッサは砥石面全面を平滑化できる構成となってい
ることはいうまでもない。
【００３１】被加工ウェハ１の断面構造について図３を
用いて説明する。本図ではウェハ基板のシリコン部分は
省略してあり、酸化膜１３、バリア膜１４と銅１５の構
成のみが示されている。この酸化膜はシリコン酸化膜以
外の低誘電率材料であっても良いし、酸化膜と低誘電率
材料との積層体であっても良い。酸化膜１３には配線溝
が形成されており、その上からバリア膜１４と銅１５が
成膜されている。平坦化前の基板表面の初期形状は、図
３（ａ）に示すように凹凸している。この状態を図３
（ｃ）に示すように酸化膜に形成された溝内の銅を残
し、酸化膜までを露出して終了する。従来のＣＭＰでは
図３（ａ）から図３（ｂ）のバリア膜１４露出で、或い
は露出直前で一旦研磨を停止して、異なる回転定盤に搬
送し、バリア膜の研磨速度が銅と比べ相対的に高いスラ
リーを滴下しながら研磨して図３（ｃ）の状態まで平坦
化して終了する。
用いて説明する。本図ではウェハ基板のシリコン部分は
省略してあり、酸化膜１３、バリア膜１４と銅１５の構
成のみが示されている。この酸化膜はシリコン酸化膜以
外の低誘電率材料であっても良いし、酸化膜と低誘電率
材料との積層体であっても良い。酸化膜１３には配線溝
が形成されており、その上からバリア膜１４と銅１５が
成膜されている。平坦化前の基板表面の初期形状は、図
３（ａ）に示すように凹凸している。この状態を図３
（ｃ）に示すように酸化膜に形成された溝内の銅を残
し、酸化膜までを露出して終了する。従来のＣＭＰでは
図３（ａ）から図３（ｂ）のバリア膜１４露出で、或い
は露出直前で一旦研磨を停止して、異なる回転定盤に搬
送し、バリア膜の研磨速度が銅と比べ相対的に高いスラ
リーを滴下しながら研磨して図３（ｃ）の状態まで平坦
化して終了する。
【００３２】ドレッシングについて説明すると、図３
（ａ）の段階で砥石１０表面の砥粒は銅の加工に伴い脱
落するか、固定化している樹脂に囲まれ、一種の目つぶ
れを生じて砥石表面の研磨加工に有効な砥粒存在密度が
低減する。この状態を当初の状態に復帰する手段が図２
の定寸ドレッサ４である。この定寸ドレッサ４は絶対高
さ基準位置からの高さ位置制御が可能な構成になってお
り、砥石１０の表面高さ位置への位置決めや所定量の切
り込みも可能である。図３（ｂ）の段階で定寸ドレッサ
４を作動させ、例えば１マイクロメータ程度切り込め
ば、目つぶれを除去した砥石表面が得られるので、所定
のバリア膜の加工速度が得られる。最終的には表面のバ
リア膜１４が消失した時点（図３（ｃ））平坦化加工が
完了する。
（ａ）の段階で砥石１０表面の砥粒は銅の加工に伴い脱
落するか、固定化している樹脂に囲まれ、一種の目つぶ
れを生じて砥石表面の研磨加工に有効な砥粒存在密度が
低減する。この状態を当初の状態に復帰する手段が図２
の定寸ドレッサ４である。この定寸ドレッサ４は絶対高
さ基準位置からの高さ位置制御が可能な構成になってお
り、砥石１０の表面高さ位置への位置決めや所定量の切
り込みも可能である。図３（ｂ）の段階で定寸ドレッサ
４を作動させ、例えば１マイクロメータ程度切り込め
ば、目つぶれを除去した砥石表面が得られるので、所定
のバリア膜の加工速度が得られる。最終的には表面のバ
リア膜１４が消失した時点（図３（ｃ））平坦化加工が
完了する。
【００３３】本発明では、これら一連の加工プロセスを
同一砥石１０の上で行なう。この砥石１０の製造方法に
ついて説明する。ただし、本発明に用いる砥石はこれら
の製造方法によるものに限定されるものではない。
同一砥石１０の上で行なう。この砥石１０の製造方法に
ついて説明する。ただし、本発明に用いる砥石はこれら
の製造方法によるものに限定されるものではない。
【００３４】まず、第１の方法として、ポリエステル系
樹脂（例えば、液体のビスフェノール系不飽和ポリエス
テル樹脂）を０．３７ｋｇとフュームドシリカ（例え
ば、日本アエロジル製、アエロジル５０、平均粒子径３
０ｎｍ）を１．２３ｋｇ、過酸化物１９ｇを混合攪拌し
て、所定の金型に投入し、体積が２．５リットルになる
ようにプレスする。プレスした後、８０〜１５０℃で１
〜３時間加熱し、反応硬化させる。型から取り出した
後、必要に応じて、反応硬化を終了させるため、さらに
１５０〜３００℃で１〜６時間反応硬化する。この場
合、砥粒量、樹脂量、プレス量を変えることで、場合に
よってはマイクロカプセルを加えることで所定の物性を
得ることができる。
樹脂（例えば、液体のビスフェノール系不飽和ポリエス
テル樹脂）を０．３７ｋｇとフュームドシリカ（例え
ば、日本アエロジル製、アエロジル５０、平均粒子径３
０ｎｍ）を１．２３ｋｇ、過酸化物１９ｇを混合攪拌し
て、所定の金型に投入し、体積が２．５リットルになる
ようにプレスする。プレスした後、８０〜１５０℃で１
〜３時間加熱し、反応硬化させる。型から取り出した
後、必要に応じて、反応硬化を終了させるため、さらに
１５０〜３００℃で１〜６時間反応硬化する。この場
合、砥粒量、樹脂量、プレス量を変えることで、場合に
よってはマイクロカプセルを加えることで所定の物性を
得ることができる。
【００３５】上記配合で得た砥石の圧縮弾性率は６００
ＭＰａ、引張り破壊伸びは０．７％、引張り破壊強さは
２．１ＭＰａ、気孔率が６５体積％であった。
ＭＰａ、引張り破壊伸びは０．７％、引張り破壊強さは
２．１ＭＰａ、気孔率が６５体積％であった。
【００３６】第２の方法として、ポリエステル系樹脂
（例えば、粉体のジアリルフタレート樹脂）を０．６ｋ
ｇとコロイダルシリカ（例えば、日産化学製スノーテッ
クスＺＬ、平均粒子径７０ｎｍ、固形分４０重量％）を
３．０ｋｇ混合し、気孔材（例えば、澱粉、コーンスタ
ーチ等）０．１８ｋｇ、過酸化物１７．５ｇを加え、水
を加えて３．０リットルとし、さらに混合攪拌してから
所定の金型に投入し、４０〜９０℃で２４〜４８時間反
応固化させる。型から取り出して、必要に応じて、未反
応物や触媒等を水洗し、乾燥する。さらに乾燥後、反応
を終了させるため、１００〜３００℃で１〜６時間硬化
させる。この場合、砥粒量、樹脂量等を変えることで所
定の物性を得ることが可能となる。
（例えば、粉体のジアリルフタレート樹脂）を０．６ｋ
ｇとコロイダルシリカ（例えば、日産化学製スノーテッ
クスＺＬ、平均粒子径７０ｎｍ、固形分４０重量％）を
３．０ｋｇ混合し、気孔材（例えば、澱粉、コーンスタ
ーチ等）０．１８ｋｇ、過酸化物１７．５ｇを加え、水
を加えて３．０リットルとし、さらに混合攪拌してから
所定の金型に投入し、４０〜９０℃で２４〜４８時間反
応固化させる。型から取り出して、必要に応じて、未反
応物や触媒等を水洗し、乾燥する。さらに乾燥後、反応
を終了させるため、１００〜３００℃で１〜６時間硬化
させる。この場合、砥粒量、樹脂量等を変えることで所
定の物性を得ることが可能となる。
【００３７】上記配合で得た砥石の圧縮弾性率は７２０
ＭＰａ、引張り破壊伸びは０．２５％、引張り破壊強さ
は１．０ＭＰａ、気孔率が６５体積％であった。
ＭＰａ、引張り破壊伸びは０．２５％、引張り破壊強さ
は１．０ＭＰａ、気孔率が６５体積％であった。
【００３８】砥石の物性値測定方法について次に説明す
る。圧縮弾性率については、ＪＩＳＫ７２０８−１９９
５ プラスチックの圧縮試験方法、また、引張り破壊伸
び、引張り破壊強さは、ＪＩＳ Ｋ７１１３−１９９５
プラスチックの引張り試験方法に準じて（株）エー・
アンド・ディ社製テンシロンＵＣＴ−５Ｔで測定した。
る。圧縮弾性率については、ＪＩＳＫ７２０８−１９９
５ プラスチックの圧縮試験方法、また、引張り破壊伸
び、引張り破壊強さは、ＪＩＳ Ｋ７１１３−１９９５
プラスチックの引張り試験方法に準じて（株）エー・
アンド・ディ社製テンシロンＵＣＴ−５Ｔで測定した。
【００３９】砥石の構造は図１に示す通り、ウェハ１よ
りも小さな多角形のセグメント２０を台板２１上に接着
固定してある。ウェハ１よりも小さい必要性は、加工中
に発生する研磨くずの排除、加工液の供給性、ウェハの
砥石面への吸着防止等を促進するためである。この砥石
セグメントは上述の通り引張り破壊強さが高々５ＭＰａ
であるので、研磨中欠けやすい欠点がある。欠けが発生
すると、ウェハー表面の均一な加工が困難となり、スク
ラッチの発生等の影響が出るので、如何に砥石の研磨特
性を保ったまま欠けにくい構成をとるかということが重
要である。ここでは図１に示す通り同心円状にセグメン
ト２０を配し、かつ、各角が一致しないように配置し
た。つまり３個以上のセグメントの角部が近接しないよ
うにした。このように配置すると最も欠けやすい角部が
隣合うセグメントにより保護されるので好ましい。ま
た、円周方向に隣合うセグメントに関しては、中心から
の位置を台形状セグメントの高さの１／２程度ずらして
配置することにより、加工均一性も向上する効果があ
る。ずらす位置がこれほど大きくなくとも、台板２１の
円周方向に隣合うセグメントを、各セグメントの円周方
向にある一辺の半径方向の位置が、互いにずれているよ
うにすることが好ましい。
りも小さな多角形のセグメント２０を台板２１上に接着
固定してある。ウェハ１よりも小さい必要性は、加工中
に発生する研磨くずの排除、加工液の供給性、ウェハの
砥石面への吸着防止等を促進するためである。この砥石
セグメントは上述の通り引張り破壊強さが高々５ＭＰａ
であるので、研磨中欠けやすい欠点がある。欠けが発生
すると、ウェハー表面の均一な加工が困難となり、スク
ラッチの発生等の影響が出るので、如何に砥石の研磨特
性を保ったまま欠けにくい構成をとるかということが重
要である。ここでは図１に示す通り同心円状にセグメン
ト２０を配し、かつ、各角が一致しないように配置し
た。つまり３個以上のセグメントの角部が近接しないよ
うにした。このように配置すると最も欠けやすい角部が
隣合うセグメントにより保護されるので好ましい。ま
た、円周方向に隣合うセグメントに関しては、中心から
の位置を台形状セグメントの高さの１／２程度ずらして
配置することにより、加工均一性も向上する効果があ
る。ずらす位置がこれほど大きくなくとも、台板２１の
円周方向に隣合うセグメントを、各セグメントの円周方
向にある一辺の半径方向の位置が、互いにずれているよ
うにすることが好ましい。
【００４０】ここに示した配置例が、ほんの一例に過ぎ
ないことは明白である。上記制限さえ満たせば、さまざ
まな形状との組み合わせが可能である。
ないことは明白である。上記制限さえ満たせば、さまざ
まな形状との組み合わせが可能である。
【００４１】セグメント２０の表面の拡大模式図を左上
に示してある。砥石は、砥粒２３が樹脂２４で結合固着
され、気孔２２が含まれている。砥石１０には銅とバリ
ア膜を加工できて酸化膜にはキズをつけない性能が要求
される。砥粒２３の硬度としてはバリア膜材料と同等か
硬質で酸化膜と同等か軟質であることが好ましい。例え
ば、バリア膜にＴａを選択するとモース硬度は６．５で
あり、酸化膜（シリコン酸化膜）は７であることからシ
リカ砥粒（モース硬度７）が上記要求を満たす。シリカ
はスクラッチや不純物の問題から、ヒュームドシリカや
コロイダルシリカが望ましい。このシリカ砥粒をバリア
膜に有効に作用させれば平坦化加工できることになる。
また、砥粒の粒径は平均１００ｎｍ程度以下に制限する
とスクラッチの発生を抑制することができる。また、１
０ｎｍ以上であることが好ましい。
に示してある。砥石は、砥粒２３が樹脂２４で結合固着
され、気孔２２が含まれている。砥石１０には銅とバリ
ア膜を加工できて酸化膜にはキズをつけない性能が要求
される。砥粒２３の硬度としてはバリア膜材料と同等か
硬質で酸化膜と同等か軟質であることが好ましい。例え
ば、バリア膜にＴａを選択するとモース硬度は６．５で
あり、酸化膜（シリコン酸化膜）は７であることからシ
リカ砥粒（モース硬度７）が上記要求を満たす。シリカ
はスクラッチや不純物の問題から、ヒュームドシリカや
コロイダルシリカが望ましい。このシリカ砥粒をバリア
膜に有効に作用させれば平坦化加工できることになる。
また、砥粒の粒径は平均１００ｎｍ程度以下に制限する
とスクラッチの発生を抑制することができる。また、１
０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００４２】上述した砥石１０を、図２に示す平坦化加
工装置に設置し、砥石１０表面を定寸ドレッサ４により
ドレッシングする。この際の砥石表面の平坦度は１０μ
ｍ程度となっていると共に、砥石の面には砥粒が露出し
た状態となっている。図３（ａ）に示すように、この砥
石面には加工液８が供給されてウェハを研磨する。この
とき定寸ドレッサ４は砥石１０からは離れた位置で停止
している。この加工液は酸化剤、有機酸、防食剤と純水
からなっており、酸化剤として過酸化水素水（３０％濃
度）を３０％、有機酸としてリンゴ酸を０．１５％、防
食剤としてベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）０．２％の液
体を用いた。この過酸化水素水の濃度と各材料の研磨速
度特性は図４に黒丸印で示す通り、濃度３０％程度で銅
の研磨速度が最大となる特性がある（（ａ）の領域）。
こうすることによりウェハ一枚の加工時間を短縮できて
スループットが向上するという望ましい効果が生じる。
工装置に設置し、砥石１０表面を定寸ドレッサ４により
ドレッシングする。この際の砥石表面の平坦度は１０μ
ｍ程度となっていると共に、砥石の面には砥粒が露出し
た状態となっている。図３（ａ）に示すように、この砥
石面には加工液８が供給されてウェハを研磨する。この
とき定寸ドレッサ４は砥石１０からは離れた位置で停止
している。この加工液は酸化剤、有機酸、防食剤と純水
からなっており、酸化剤として過酸化水素水（３０％濃
度）を３０％、有機酸としてリンゴ酸を０．１５％、防
食剤としてベンゾトリアゾール（ＢＴＡ）０．２％の液
体を用いた。この過酸化水素水の濃度と各材料の研磨速
度特性は図４に黒丸印で示す通り、濃度３０％程度で銅
の研磨速度が最大となる特性がある（（ａ）の領域）。
こうすることによりウェハ一枚の加工時間を短縮できて
スループットが向上するという望ましい効果が生じる。
【００４３】銅の除去が進み図３（ｂ）の状態になった
時点で加工液８を加工液９に切り替える。本実施例にお
いては加工液供給系６を止めて加工液供給系７から加工
液９を供給するように変更すればよい。加工液９の構成
成分は前記加工液８と同じで、酸化剤（過酸化水素
水）、有機酸（リンゴ酸）、防食剤（ＢＴＡ）である。
図３（ｂ）の工程におけるこれら濃度は銅とバリア膜の
加工速度がほぼ１：１になるように調整されている（図
４の（ｂ）の領域）。調整方法は酸化剤濃度の調整と後
述する加工中の定寸ドレッシングの併用で行ない、銅と
バリア膜の加工速度比を１：１となるようにした。こう
することによりディッシングやエロージョンといった銅
や酸化膜の削れ過ぎを防止できるので望ましい。
時点で加工液８を加工液９に切り替える。本実施例にお
いては加工液供給系６を止めて加工液供給系７から加工
液９を供給するように変更すればよい。加工液９の構成
成分は前記加工液８と同じで、酸化剤（過酸化水素
水）、有機酸（リンゴ酸）、防食剤（ＢＴＡ）である。
図３（ｂ）の工程におけるこれら濃度は銅とバリア膜の
加工速度がほぼ１：１になるように調整されている（図
４の（ｂ）の領域）。調整方法は酸化剤濃度の調整と後
述する加工中の定寸ドレッシングの併用で行ない、銅と
バリア膜の加工速度比を１：１となるようにした。こう
することによりディッシングやエロージョンといった銅
や酸化膜の削れ過ぎを防止できるので望ましい。
【００４４】図３（ｂ）の工程における定寸ドレッシン
グとは、定寸ドレッサ４を砥石１０の表面の高さまで下
降させ、ダイヤモンド砥粒を砥石面に接触することによ
り目つぶれした砥石の表層部分を除去すると共に新しい
砥粒面の露出と遊離砥粒を発生させる機能のことであ
る。この定寸ドレッサの位置決め高さ位置は、平坦化加
工前にドレッシングした位置と同一位置でも良いし、１
μｍ程度さらに切込んでも良い。切込むことにより遊離
砥粒１６が多数発生し、バリア膜１４の加工速度を向上
することができる。
グとは、定寸ドレッサ４を砥石１０の表面の高さまで下
降させ、ダイヤモンド砥粒を砥石面に接触することによ
り目つぶれした砥石の表層部分を除去すると共に新しい
砥粒面の露出と遊離砥粒を発生させる機能のことであ
る。この定寸ドレッサの位置決め高さ位置は、平坦化加
工前にドレッシングした位置と同一位置でも良いし、１
μｍ程度さらに切込んでも良い。切込むことにより遊離
砥粒１６が多数発生し、バリア膜１４の加工速度を向上
することができる。
【００４５】バリア膜が除去され、酸化膜が露出すると
加工が終了することになる。このときに酸化膜の加工速
度がバリアと銅に比べて非常に小さいとオーバ研磨時の
膜減りを防止できる効果があり、望ましい。その他にも
ウェハ面内不均一性がある場合においても加工時間を長
めに設定することによって研磨残りを防止する事も可能
となる。例えば、加工時間は、被加工面上のほとんどの
バリア膜が除去されるまでの研磨時間をジャスト研磨時
間とした場合、ジャスト研磨時間の１．３から１．５倍
程度にするとよい。 （実施の形態２）砥石１０は、砥粒の他に中空のマイク
ロカプセルを含有すると加工中の薬液保持性が向上し、
加工速度の増加という効果がある。また、砥石の表面の
至るところにおける薬液濃度の均一化が図れることも期
待できる。
加工が終了することになる。このときに酸化膜の加工速
度がバリアと銅に比べて非常に小さいとオーバ研磨時の
膜減りを防止できる効果があり、望ましい。その他にも
ウェハ面内不均一性がある場合においても加工時間を長
めに設定することによって研磨残りを防止する事も可能
となる。例えば、加工時間は、被加工面上のほとんどの
バリア膜が除去されるまでの研磨時間をジャスト研磨時
間とした場合、ジャスト研磨時間の１．３から１．５倍
程度にするとよい。 （実施の形態２）砥石１０は、砥粒の他に中空のマイク
ロカプセルを含有すると加工中の薬液保持性が向上し、
加工速度の増加という効果がある。また、砥石の表面の
至るところにおける薬液濃度の均一化が図れることも期
待できる。
【００４６】一般的にウェハ中央領域には薬液が侵入し
にくく、ウェハ面内の加工速度分布は、中央ほど遅くな
る傾向が見られる。これは薬液がウェハ周辺領域に比べ
中央領域には十分供給されていないことに起因する。こ
の課題を解決する手段として砥石表面に独立気孔を設
け、気孔内に薬液を保持する手段がある。その手段とし
て中空のマイクロカプセルが有効である。本実施例にお
いては、平均径４３μｍのカプセルを砥石の３０体積％
で含有させた。この砥石を用いて平坦化加工を行なった
ところ、銅とバリア膜であるＴａＮの加工速度が５０％
以上増加した。
にくく、ウェハ面内の加工速度分布は、中央ほど遅くな
る傾向が見られる。これは薬液がウェハ周辺領域に比べ
中央領域には十分供給されていないことに起因する。こ
の課題を解決する手段として砥石表面に独立気孔を設
け、気孔内に薬液を保持する手段がある。その手段とし
て中空のマイクロカプセルが有効である。本実施例にお
いては、平均径４３μｍのカプセルを砥石の３０体積％
で含有させた。この砥石を用いて平坦化加工を行なった
ところ、銅とバリア膜であるＴａＮの加工速度が５０％
以上増加した。
【００４７】なお、マイクロカプセルの中空の部分は、
前記の気孔率の範囲に含まれていない。マイクロカプセ
ルの中空の部分を前記の気孔率に加えるなら、それらの
合計の値が８０％を越えないことが好ましい。 （実施の形態３）上記の平坦化方法を適用してパターン
付きウェハを加工し、図５の結果を得た。用いたパター
ンは銅配線が周期的に並ぶ、いわゆるライン＆スペース
で１ラインの幅は２０μｍである。横軸は酸化膜間隔ｄ
で、縦軸はディッシングとエロージョンの和である。従
来のＣＭＰと比べ、高い平坦化性能を実証できているこ
とが分かる。この高い平坦化性能は従来のＣＭＰのパッ
ドよりも２から３０倍高い圧縮弾性率（２００ＭＰａか
ら３ＧＰａ）を有する砥石を用いたことに起因する効果
である。
前記の気孔率の範囲に含まれていない。マイクロカプセ
ルの中空の部分を前記の気孔率に加えるなら、それらの
合計の値が８０％を越えないことが好ましい。 （実施の形態３）上記の平坦化方法を適用してパターン
付きウェハを加工し、図５の結果を得た。用いたパター
ンは銅配線が周期的に並ぶ、いわゆるライン＆スペース
で１ラインの幅は２０μｍである。横軸は酸化膜間隔ｄ
で、縦軸はディッシングとエロージョンの和である。従
来のＣＭＰと比べ、高い平坦化性能を実証できているこ
とが分かる。この高い平坦化性能は従来のＣＭＰのパッ
ドよりも２から３０倍高い圧縮弾性率（２００ＭＰａか
ら３ＧＰａ）を有する砥石を用いたことに起因する効果
である。
【００４８】硬質な砥石で平坦化加工する場合の課題の
一つにスクラッチがある。本発明の砥石は高純度なヒュ
ームト゛シリカやコロイダルシリカの微細砥粒を均質に
分散固定してあるので、スクラッチを生じる原因である
異物や大径粒子を含まない。さらに、定寸ドレッサによ
り加工前の砥石の面は平滑に、かつ目つぶれや目詰まり
のない状態にされているので、スクラッチが生じにく
い。図６は銅の１２０μｍ四方のパターンを加工した後
の表面形状を測定した結果である。表面の凹凸の高さは
１０ｎｍ以下であり、半導体の配線として十分な鏡面と
なっていることを確認した。 （実施の形態４）次に実際に本発明を半導体デバイスに
適用した実施例について図８を用いて説明する。本構造
は６層の多層配線ロジックデバイスの断面である。シリ
コンウェハ基板１の表面に浅溝素子分離溝（ＳＴＩ）を
酸化膜平坦化加工技術により形成した後、ゲートパター
ン１９等を形成しトランジスタを形成する。その後、上
部配線層との接続用のＷ製コンタクトプラグ１８をＷ平
坦化加工技術により形成する。Ｗプラグ１８も銅配線構
造と同様に絶縁膜との界面にバリア膜１７が成膜され
る。このＷプラグから上層がすべて銅配線層であり、６
層とも本発明を用いて形成した。下地層が平坦であるの
で、図７を用いて説明した研磨残りやディッシングとエ
ロージョンのない良好な平坦化が行なえたことが分か
る。また、ＳＴＩ層やＷプラグ平坦化も固定砥粒を用い
た平坦化を適用することによってより平坦な半導体装置
を製造することが可能になることはいうまでもない。例
えば、固定砥粒を用いたＳＴＩ層平坦化に関しては特開
２０００―４９１２２号公報に記載がある。 （実施の形態５）実施の形態４までは、ドレッサとして
一定量切り込み可能な定寸ドレッサ４を用いて平坦化加
工する例であった。ここでは、通常用いる一定圧力を保
ってドレッシングする定圧ドレッサを備えたＣＭＰ装置
への適用例を説明する。図９は定圧ドレッサ３０を備え
た従来の回転定盤式のＣＭＰ装置である。このＣＭＰ装
置に通常装着する研磨パッドの代わりに本発明の多層式
砥石４０を装着する。図２に示した砥石１０は圧縮弾性
率が高いため表面を平坦度よくドレッシングする必要が
あった。このために定寸ドレッサが必要であったわけで
ある。本実施の形態の多層式砥石４０は、図１０に示す
ように、台板２１上にクッション４３を置き、その上に
フィルム４２を固定する。このフィルム４２の上に砥石
セグメント４１を固定した構造をしている。クッション
４３は砥石セグメント４１より軟質な弾性材料であれば
よい。ここではシート状のポリウレタンフォームを用い
た。この上に固定するフィルム４２は、多層式砥石４０
に荷重した際の各セグメント砥石４１の動きを滑らかに
連結し、砥石セグメント４１の角等にウェハ１や定圧ド
レッサ３０が衝突して砥石が欠けたりしないようにする
目的で挿入された部材である。定圧ドレッサとは、一定
の圧力でドレッサを研磨パッドに押しつけながらパッド
面の目立てをする機能を有する手段であって、定寸ドレ
ッサのようにドレッサ高さを特定位置に位置決めできる
機能はない。また、セグメント砥石４１の形状や配置
は、前述の図１に示した砥石のセグメントと同様でよ
い。もちろん、定寸ドレッサを備えた装置にこの多層構
造砥石４０を装着して用いても良い。
一つにスクラッチがある。本発明の砥石は高純度なヒュ
ームト゛シリカやコロイダルシリカの微細砥粒を均質に
分散固定してあるので、スクラッチを生じる原因である
異物や大径粒子を含まない。さらに、定寸ドレッサによ
り加工前の砥石の面は平滑に、かつ目つぶれや目詰まり
のない状態にされているので、スクラッチが生じにく
い。図６は銅の１２０μｍ四方のパターンを加工した後
の表面形状を測定した結果である。表面の凹凸の高さは
１０ｎｍ以下であり、半導体の配線として十分な鏡面と
なっていることを確認した。 （実施の形態４）次に実際に本発明を半導体デバイスに
適用した実施例について図８を用いて説明する。本構造
は６層の多層配線ロジックデバイスの断面である。シリ
コンウェハ基板１の表面に浅溝素子分離溝（ＳＴＩ）を
酸化膜平坦化加工技術により形成した後、ゲートパター
ン１９等を形成しトランジスタを形成する。その後、上
部配線層との接続用のＷ製コンタクトプラグ１８をＷ平
坦化加工技術により形成する。Ｗプラグ１８も銅配線構
造と同様に絶縁膜との界面にバリア膜１７が成膜され
る。このＷプラグから上層がすべて銅配線層であり、６
層とも本発明を用いて形成した。下地層が平坦であるの
で、図７を用いて説明した研磨残りやディッシングとエ
ロージョンのない良好な平坦化が行なえたことが分か
る。また、ＳＴＩ層やＷプラグ平坦化も固定砥粒を用い
た平坦化を適用することによってより平坦な半導体装置
を製造することが可能になることはいうまでもない。例
えば、固定砥粒を用いたＳＴＩ層平坦化に関しては特開
２０００―４９１２２号公報に記載がある。 （実施の形態５）実施の形態４までは、ドレッサとして
一定量切り込み可能な定寸ドレッサ４を用いて平坦化加
工する例であった。ここでは、通常用いる一定圧力を保
ってドレッシングする定圧ドレッサを備えたＣＭＰ装置
への適用例を説明する。図９は定圧ドレッサ３０を備え
た従来の回転定盤式のＣＭＰ装置である。このＣＭＰ装
置に通常装着する研磨パッドの代わりに本発明の多層式
砥石４０を装着する。図２に示した砥石１０は圧縮弾性
率が高いため表面を平坦度よくドレッシングする必要が
あった。このために定寸ドレッサが必要であったわけで
ある。本実施の形態の多層式砥石４０は、図１０に示す
ように、台板２１上にクッション４３を置き、その上に
フィルム４２を固定する。このフィルム４２の上に砥石
セグメント４１を固定した構造をしている。クッション
４３は砥石セグメント４１より軟質な弾性材料であれば
よい。ここではシート状のポリウレタンフォームを用い
た。この上に固定するフィルム４２は、多層式砥石４０
に荷重した際の各セグメント砥石４１の動きを滑らかに
連結し、砥石セグメント４１の角等にウェハ１や定圧ド
レッサ３０が衝突して砥石が欠けたりしないようにする
目的で挿入された部材である。定圧ドレッサとは、一定
の圧力でドレッサを研磨パッドに押しつけながらパッド
面の目立てをする機能を有する手段であって、定寸ドレ
ッサのようにドレッサ高さを特定位置に位置決めできる
機能はない。また、セグメント砥石４１の形状や配置
は、前述の図１に示した砥石のセグメントと同様でよ
い。もちろん、定寸ドレッサを備えた装置にこの多層構
造砥石４０を装着して用いても良い。
【００４９】このような多層構造をとることにより、各
セグメント砥石４１の表面の高さ形状が不揃いであって
も下層のクッション４３が変形することによって荷重を
吸収するので、加工均一性低下やスクラッチ発生といっ
た不具合を避けることができる。さらに、導入済みのＣ
ＭＰ装置への適用が容易である特長もある。
セグメント砥石４１の表面の高さ形状が不揃いであって
も下層のクッション４３が変形することによって荷重を
吸収するので、加工均一性低下やスクラッチ発生といっ
た不具合を避けることができる。さらに、導入済みのＣ
ＭＰ装置への適用が容易である特長もある。
【００５０】また、通常の平坦化加工装置では、回転定
盤１１と定圧ドレッサの回転方向は同一であるが、ドレ
ス後の積層式砥石４０の表面形状を平坦にドレッシング
することを目的に逆回転可能な構造にすると、多層構造
砥石４０の長寿命化も可能となり、望ましい。
盤１１と定圧ドレッサの回転方向は同一であるが、ドレ
ス後の積層式砥石４０の表面形状を平坦にドレッシング
することを目的に逆回転可能な構造にすると、多層構造
砥石４０の長寿命化も可能となり、望ましい。
【００５１】
【発明の効果】本発明により、従来バリア膜除去のため
に２段以上必要であったＣＭＰ工程を一工程で平坦化で
きる。この工程短縮は単位時間当たりのウェハ着工数の
増加を意味し、スループットが向上するといえる。ま
た、高圧縮弾性率砥石を用いることにより従来、生じて
いたディッシング、エロ―ジョンを低減できる。この効
果は、配線抵抗値のばらつき低減や断線不良の低減とい
った歩留りの向上になる。
に２段以上必要であったＣＭＰ工程を一工程で平坦化で
きる。この工程短縮は単位時間当たりのウェハ着工数の
増加を意味し、スループットが向上するといえる。ま
た、高圧縮弾性率砥石を用いることにより従来、生じて
いたディッシング、エロ―ジョンを低減できる。この効
果は、配線抵抗値のばらつき低減や断線不良の低減とい
った歩留りの向上になる。
【図１】本発明の砥石の説明図。
【図２】本発明に用いる装置構成の説明図。
【図３】本発明の加工工程の説明図。
【図４】本発明の加工薬液濃度と相対研磨速度の関係を
示す図。
示す図。
【図５】本発明の平坦化性能を示す図。
【図６】本発明の平坦化後の銅表面形状を示す図。
【図７】平坦化性能を説明するための半導体装置の部分
断面模式図。
断面模式図。
【図８】多層配線構造を有する半導体装置の断面模式
図。
図。
【図９】定圧ドレッサを備えたＣＭＰ装置に多層構造砥
石を装着した場合の説明図。
石を装着した場合の説明図。
【図１０】本発明の多層構造砥石の断面構造模式図。
【図１１】従来の平坦化方法の説明図。
１…ウェハ、２…ヘッド、３…スイングアーム、４…定
寸ドレッサ、５…基準面、６…加工液供給系、７…加工
液供給系、８…加工液、９…加工液、１０…砥石、１１
…回転定盤、１２…固定砥粒、１３…酸化膜、１４…バ
リア膜、１５…銅、１６…遊離砥粒、１７…（Ｗプラグ
の）バリア膜、１８…Ｗプラグ、１９…ゲート、２０…
セグメント、２１…台板、２２…気孔、２３…砥粒、２
４…樹脂、３０…定圧ドレッサ、４０…多層式砥石、４
１…砥石セグメント、４２…連結フィルム、４３…クッ
ション。
寸ドレッサ、５…基準面、６…加工液供給系、７…加工
液供給系、８…加工液、９…加工液、１０…砥石、１１
…回転定盤、１２…固定砥粒、１３…酸化膜、１４…バ
リア膜、１５…銅、１６…遊離砥粒、１７…（Ｗプラグ
の）バリア膜、１８…Ｗプラグ、１９…ゲート、２０…
セグメント、２１…台板、２２…気孔、２３…砥粒、２
４…樹脂、３０…定圧ドレッサ、４０…多層式砥石、４
１…砥石セグメント、４２…連結フィルム、４３…クッ
ション。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山口 宇唯
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 近藤 誠一
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 安井 感
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 貝瀬 正博
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 本田 実
京都府京都市南区吉祥院御池町18番地 日
本特殊研砥株式会社内
Ｆターム(参考） 3C063 AA02 BB01 BC03 BC09 EE10
FF23
Claims (28)
- 【請求項１】基板上に設けられた絶縁膜の開口部と該絶
縁膜表面に第１の導電膜を形成する工程、該第１の導電
膜の上に第２の導電膜を形成する工程及び該第２の導電
膜と上記第１の導電膜の一部を砥石により加工し、上記
開口部内に上記第１の導電膜と上記第２の導電膜を残す
工程を有する半導体装置の製造方法において、上記砥石
は、砥粒が樹脂で結合固着され、気孔を含む砥石である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】請求項１記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記砥石の圧縮弾性率は、２００ＭＰａ〜３ＧＰ
ａの範囲であることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項３】請求項１記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記砥石の気孔率は、３５〜７５％の範囲である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】請求項２記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記砥石の気孔率は３５〜７５％の範囲であり、
引張り破壊伸びは０.２〜１.５％の範囲であり、引張り
破壊強さは０.５〜５ＭＰａの範囲であることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】請求項１記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記砥粒は、ヒュームドシリカ及びコロイダルシ
リカの内の少なくとも１種であり、上記樹脂は、ポリエ
ステル系樹脂及びポリイミド系樹脂の内の少なくとも１
種であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】請求項１記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記砥粒の平均粒径は、１０ｎｍから１００ｎｍ
の範囲にあることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】請求項１記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記砥石は、中空のマイクロカプセルを含有して
いることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】請求項１記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記加工は、少なくとも２個の加工液供給系から
互いに異なる加工液を供給しながら行なわれ、上記互い
に異なる加工液は、組成が同じで、その内の少なくとも
１種の原料の組成比が互いに異なることを特徴とする半
導体装置の製造方法。 - 【請求項９】請求項１記載の半導体装置の製造方法にお
いて、上記砥石は、上記基板より小さい多角形のセグメ
ントの複数が配置された砥石であって、上記多角形のセ
グメントの角が３個以上近接する位置にないことを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】凹凸パターンを表面上に有し、半導体素
子の少なくとも一部が形成された基板の該凹凸パターン
を研磨工具に押しつけて相対運動させ、上記凹凸パター
ンを平坦化する半導体装置の製造方法において、上記研
磨工具は、上記基板より小さく、かつ、砥粒が樹脂で結
合固着され、気孔を有する多角形のセグメントの複数が
配置された砥石であって、上記多角形のセグメントの角
が３個以上近接する位置にないことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項１１】請求項１０記載の半導体装置の製造方法
において、上記セグメントは、台板に固定されているこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】請求項１０記載の半導体装置の製造方法
において、上記セグメントは、少なくとも上記セグメン
トより軟質の弾性材料からなるクッションを介して台板
に固定されていることを特徴とする半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１３】請求項１０記載の半導体装置の製造方法
において、上記平坦化は、少なくとも２個の加工液供給
系から互いに異なる加工液を供給しながら行なわれ、上
記互いに異なる加工液は、組成が同じで、その内の少な
くとも１種の原料の組成比が互いに異なることを特徴と
する半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】請求項１０記載の半導体装置の製造方法
において、上記砥石の気孔率は、３５〜７５％の範囲で
あることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１５】請求項１０記載の半導体装置の製造方法
において、上記砥石の圧縮弾性率は、２００ＭＰａ〜３
ＧＰａの範囲であり、引張り破壊伸びは０.２〜１.５％
の範囲であり、引張り破壊強さは０.５〜５ＭＰａの範
囲であるることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１６】回転定盤と、該回転定盤に固定された研
磨工具と、該研磨工具の表面をドレッシングするドレッ
シング手段と、少なくとも２系統の加工液供給系と、基
板を保持し加工荷重を該基板に伝える加圧手段と、上記
研磨工具と上記基板とを相対運動させる運動手段とを備
え、上記研磨工具は、砥粒が樹脂で結合固着され、気孔
を含む砥石であり、該砥石は、上記基板より小さい多角
形のセグメントの複数が配置された砥石であり、上記回
転定盤と上記ドレッシング手段とは、基準面に対し位置
決め可能な構造であることを特徴とする半導体装置の製
造装置。 - 【請求項１７】請求項１６記載の半導体装置の製造装置
において、上記セグメントは、台板に固定されているこ
とを特徴とする半導体装置の製造装。 - 【請求項１８】請求項１６記載の半導体装置の製造装置
において、上記複数の多角形のセグメントは、その角が
３個以上近接する位置にないことを特徴とする半導体装
置の製造装置。 - 【請求項１９】請求項１６記載の半導体装置の製造装置
において、上記砥石の気孔率は、３５〜７５％の範囲で
あり、圧縮弾性率は、２００ＭＰａ〜３ＧＰａの範囲で
あり、引張り破壊伸びは０.２〜１.５％の範囲であり、
引張り破壊強さは０.５〜５ＭＰａの範囲であることを
特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項２０】回転定盤と、該回転定盤に固定された研
磨工具と、該研磨工具の表面をドレッシングするドレッ
シング手段と、少なくとも２系統の加工液供給系と、基
板を保持し加工荷重を該基板に伝える加圧手段と、上記
研磨工具と上記基板とを相対運動させる運動手段とを備
え、上記研磨工具は、砥粒が樹脂で結合固着され、気孔
を有し、上記基板より小さい多角形のセグメントの複数
が配置された砥石であることを特徴とする半導体装置の
製造装置。 - 【請求項２１】請求項２０記載の半導体装置の製造装置
において、上記セグメントは、台板に固定されているこ
とを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項２２】請求項２１記載の半導体装置の製造装置
において、上記複数の多角形のセグメントは、その角が
３個以上近接する位置にないことを特徴とする半導体装
置の製造装置。 - 【請求項２３】請求項２１記載の半導体装置の製造装置
において、上記回転定盤と上記ドレッシング手段とは、
基準面に対し位置決め可能な構造であることを特徴とす
る半導体装置の製造装置。 - 【請求項２４】請求項２１記載の半導体装置の製造装置
において、上記少なくとも２個の加工液供給系は、それ
ぞれ組成が同じで、その内の少なくとも１種の原料の組
成比が異なる加工液を供給する加工液供給系であること
を特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項２５】請求項２０記載の半導体装置の製造装置
において、上記セグメントは、少なくとも上記セグメン
トより軟質の弾性材料からなるクッションを介して台板
に固定されていることを特徴とする半導体装置の製造装
置。 - 【請求項２６】請求項２５記載の半導体装置の製造装置
において、上記複数の多角形のセグメントは、その角が
３個以上近接する位置にないことを特徴とする半導体装
置の製造装置。 - 【請求項２７】請求項２５記載の半導体装置の製造装置
において、上記ドレッシング手段は、定圧ドレッシング
手段であることを特徴とする半導体装置の製造装置。 - 【請求項２８】請求項２５記載の半導体装置の製造装置
において、上記少なくとも２個の加工液供給系は、それ
ぞれ組成が同じで、その内の少なくとも１種の原料の組
成比が異なる加工液を供給する加工液供給系であること
を特徴とする半導体装置の製造装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2001320289A JP3934388B2 (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | 半導体装置の製造方法及び製造装置 |
| US10/272,831 US6849542B2 (en) | 2001-10-18 | 2002-10-18 | Method for manufacturing a semiconductor device that includes planarizing with a grindstone that contains fixed abrasives |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001320289A JP3934388B2 (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | 半導体装置の製造方法及び製造装置 |
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|---|---|---|---|
| JP2001320289A Expired - Fee Related JP3934388B2 (ja) | 2001-10-18 | 2001-10-18 | 半導体装置の製造方法及び製造装置 |
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| JP2005238413A (ja) * | 2004-02-27 | 2005-09-08 | Yachiyo Microscience Inc | ラップ盤用回転定盤 |
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| JP2006076191A (ja) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 絵柄色調制御方法及び装置 |
| US20090117835A1 (en) * | 2007-11-04 | 2009-05-07 | Hui-Shen Shih | Expandable polishing platen device |
| WO2010063647A1 (en) * | 2008-12-03 | 2010-06-10 | Struers A/S | Abrasive disc |
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| CN109940467B (zh) * | 2019-03-12 | 2023-12-08 | 桂林创源金刚石有限公司 | 一种抛光装置及制造方法 |
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| JP3858462B2 (ja) * | 1998-07-30 | 2006-12-13 | 株式会社日立製作所 | 半導体装置の製造方法 |
| US6206759B1 (en) * | 1998-11-30 | 2001-03-27 | Micron Technology, Inc. | Polishing pads and planarizing machines for mechanical or chemical-mechanical planarization of microelectronic-device substrate assemblies, and methods for making and using such pads and machines |
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-
2001
- 2001-10-18 JP JP2001320289A patent/JP3934388B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-10-18 US US10/272,831 patent/US6849542B2/en not_active Expired - Lifetime
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