JP2008137134A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨レートを低下させずに、平坦性よくＣＭＰできる製造方法を提供する。
【解決手段】第１の研磨工程（Ｓ１）では、研磨盤（２）に配された研磨パッド（１）を第１のコンディショナ（５Ａ）でコンディショニングしながら、研磨キャリア（４）に保持された基板（３）を研磨パッド（１）に押し付けて研磨し、研磨パッド平坦化工程（Ｓ２）では、研磨パッド（１）の表面を平坦化し、第２の研磨工程（Ｓ３）では、研磨パッド平坦化工程（Ｓ２）で平坦化された研磨パッド（１）に基板（３）を押し付けて研磨する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing 、化学機械研磨）を用いた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ものである。

従来のＣＭＰ方法を説明する。
半導体素子の大容量化に伴い、素子の微細化及び高集積化配線の微細化、多層化が急速に進んでいる。多層化の際、ウェハ上に配線層や絶縁膜を積層すると表面が凹凸になる。この表面上にフォトリソグラフィ技術を利用してパターンマスクを形成していくと精度が劣化する。すなわち、素子の微細化により形成したい配線幅や間隔、ホール径などが小さくなるため、表面の凹凸によってパターンマスクの確度にばらつきが生じる。これにより、配線の断線によるオープン不良や配線層間の絶縁不良によるショートなどが懸念される。また、フォトリソグラフィ工程における露光時のフォーカスずれも問題にあげられる。このような問題に対処するため、形成層間の平坦化を目的としたＣＭＰ技術は不可欠である。すなわち、被平坦化処理層の凹凸部に加わるＣＭＰ用研磨パッド（研磨パッド）の圧力差により研磨レートの選択性を生じさせ、所定時間経過後には凹凸部をなだらかにし、平坦化に寄与する技術である。

ＣＭＰプロセスでは、一般に発泡ポリウレタン製の研磨パッドを回転させ、研磨パッド表面にスラリー（研磨剤入り溶媒）を供給しながらウェハを研磨パッドに押し付ける。被平坦化処理層に対し、凸部には凹部に比べて大きな圧力がかかり、研磨レートは大きくなる。ＣＭＰプロセスでは、研磨パッドの状態がウェハ研磨加工能率やウェハ面内研磨量不均一性（凸部を選択的に研磨する性能）を左右する重要な要素であることが知られている。研磨パッドは、ウェハ研磨加工処理を続けていくと劣化し、ウェハ研磨加工能率を著しく低下させる。つまり、研磨パッドの過剰な平滑化によって、スラリーを保持する機能（スラリー溜り）が減少してしまう。これにより、スラリーが研磨パッド内に均一に広がらず、ウェハ面内研磨条件がばらついたり、ウェハ研磨除去の能率が極端に低下する原因となる。そこで、平滑化された研磨パッドの表面を初期の表面状態と同等にするため、砥粒（電着ダイヤモンド砥石など）でパッドコンディショニングが実施される。今日では常時あるいは定期的なパッドコンディショニングを行わないと、研磨パッドの表面状態が変化するため生産性の向上及び良品ウェハは到底得られないとされている。
特開２００３−１５１９３４公報

上記のようなＣＭＰ技術によれば研磨パッドは、コンディショナによってコンディショニングがなされることにより、ミクロ的な単位面積当たりのパッド表面粗さは回復し、パッド表面のスラリー保持性が改善される。しかし、安定した研磨レートを得るために、研磨中にコンディショニングを続けると研磨パッドが過剰にコンディショニングされるため、埋め込み構造形成のＣＭＰ例えばＳＴＩ形成、Ｃｕ配線形成などに用いるＣＭＰにおいては、ＳＴＩ分離部、Ｃｕ配線が過剰研磨による凹む現象（ディッシング）を発生させ、半導体基盤状の平坦性を悪化させてしまう。過剰なコンディショニングを避けるため、研磨前のみにコンディショニングする方法もあるが、これでは、研磨中の安定した研磨レートを確保するのが困難であり、これらの手法は得策ではない。

また、特許文献１によると安定したコンディショニングを行うため、ＣＭＰ装置に研磨パッドのモニタリング機構を用いて、最適なコンディショニングを制御可能としているが、この特許文献１では、コンディショニング条件を変化させることで、研磨レートを一定に保つことを目的としており、研磨パッド表面を一定の表面粗さに保つことを特徴としている。しかしながら、これでは、研磨レートは一定に保つことができるが、研磨後の平坦性は確保できない。

本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、研磨パッド及びコンディショナ（ドレッサ）が効率的に使用されると共に、ウェハ研磨平坦化性能の向上でウェハ量産を実現する半導体装置の製造方法及び半導体製造装置を提供しようとするものである。

上記課題を解決するために本発明者らは、パッドの表面粗さと埋め込み構造形成のＣＭＰ時に発生する凹みの関係に着目した。
課題を解決するための手段として、Ｃｕ−ＣＭＰを例として説明する。Ｃｕ配線形成は、層間絶縁膜にリソグラフィによりパターニングされた配線部をドライエッチングにより配線溝を形成し、スパッタによりバリアメタル、Ｃｕシード層を形成し、めっきにより配線部にＣｕを埋め込む。その後、Ｃｕ−ＣＭＰにより余剰なＣｕを除去し、配線を形成する。この余剰なＣｕを除去しているときは、安定して高研磨レートを確保しなければならないため、研磨パッドに対して十分なコンディショニングが必要となる。

十分なコンディショニングというのは、研磨パッド表面が一定以上の表面粗さを確保できている状態を示す。この状態で研磨を進行し、バリアメタルがでた時点でも同じ表面粗さの状態である研磨パッドで研磨を進行すると、解決すべき課題として説明したように配線上にディッシングによる大きな凹みが生じる。そこで、余剰なＣｕを研磨している時は、高研磨レートを確保するため、研磨パッドの表面粗さを一定以上に保ち、研磨によりバリアメタルに到達する直前で研磨パッドの状態を切り替えることで、安定した高研磨レートと高い平坦性を同一研磨基盤上で両立させることが可能となる。

以上のような着想に基づき、前記の目的を達成するため、本発明の半導体装置の製造方法は、研磨盤に配された研磨パッドを第１のコンディショナでコンディショニングしながら、研磨キャリアに保持された基板を前記研磨パッドに押し付けて研磨する第１の研磨工程と、前記研磨パッドの表面を平坦化する研磨パッド平坦化工程と、前記研磨パッド平坦化工程で平坦化された研磨パッドに前記基板を押し付けて研磨する第２の研磨工程とからなることを特徴とする。

なお、前記研磨パッドの表面を平坦化する研磨パッド平坦化工程は、研磨キャリアを使用して研磨パッド表面を平坦化するか、研磨パッド表面を別の平坦化に適した形状のコンディショナにより、平坦化する。

この構成によると、研磨レートを低下させずに、平坦性よくＣＭＰすることができる。

以下、本発明の半導体装置の製造方法を具体的な各実施形態に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置について、図面を参照して説明する。

ＣＭＰ装置は、図２に示すように研磨パッド１が配された研磨盤２と、半導体ウェハ３を保持して半導体ウェハ３の表面を研磨パッド１に接触させる研磨キャリア４と、研磨パッド１の表面をドレスする砥粒（ダイヤモンド）が保持されたコンディショナ５Ａと、研磨パッド１にスラリー（研磨剤入り溶媒）を供給するスラリー供給部６と、研磨パッド１の表面に高圧の超純水を供給する高圧超純水供給機構７とを有している。

研磨キャリア４とコンディショナ５Ａは、研磨盤２の中心からそれぞれ位置をずらせて配置されている。また、研磨キャリア４とコンディショナ５Ａは研磨盤２の径方向に矢印で示すように往復駆動するよう取り付けられている。

図３に研磨キャリア４の断面を示す。
研磨キャリア４は、ウェハ飛び出し抑制機構８によって半導体ウェハ３の外周の移動を規制しながら、研磨キャリア４の裏面と半導体ウェハ３との間に介装されたウェハ加圧機構９によって加圧されて半導体ウェハ３を研磨パッド１に押し付けている。

図４（ａ）に示すように層間絶縁膜１０とバリアメタル１１の上に形成されているＣｕ１２のうちの余剰なＣｕを除去して図４（ｃ）に示すように研磨するＣｕ−ＣＭＰ工程を、図１に示す工程で実施するよう構成されている。

ステップＳ１では、回転数６０ｒｐｍで回転させた研磨パッド１にコンディショナ５Ａ（径４．２５インチ）を４０Ｎの力で押し当てて研磨パッド１のコンディショニングを行いながら、研磨盤２を１０５ｒｐｍ，研磨キャリア４を９５ｒｐｍで回転させながら、スラリー供給部６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量でスラリーを供給し、研磨キャリア４のウェハ加圧機構９の圧力を１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８の圧力を３４．５ｋＰａで加圧しながら、図４（ｂ）に示すようにＣｕをバリアメタル１１上から１００ｎｍ残した状態になるまで研磨を行う。

ステップＳ２では、図５のようにコンディショナ５Ａとスラリー供給部６からのスラリーの供給を停止し、図６に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９の圧力を０ｋＰａ（解除）、ウェハ飛び出し抑制機構８の圧力を３４．５ｋＰａとし、ウェハ飛び出し抑制機構８のみに荷重をかけた状態で、研磨パッド１の表面が所望の平坦度になるように研磨盤２を１０５ｒｐｍ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍで１５秒間回転させる。

その後、ステップＳ３では、図７に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９に圧力１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８に圧力３４．５ｋＰａをかけ、研磨盤２を１０５ｒｐｍ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍ、スラリー供給部６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド１にスラリーを供給し、コンディショニングを行わずに研磨パッド１で半導体ウェハ１の研磨を実施し、図４（ｃ）に示すようにバリアメタル１１が露出するまで研磨する。ステップＳ２での研磨パッド１の表面の状態の「所望の平坦度」とは、バリアメタル１１が露出した時点で、図４（ｄ）に示すように配線部にディッシング１３が入らない程度にまで平坦化された状態である。

コンディショニングを行わずに研磨するステップＳ２，ステップＳ３では、研磨屑、残留スラリーが研磨パッド１上に蓄積することがあるため、場合によって研磨パッド１の表面に対して、高圧超純水供給機構７から研磨パッド１に高圧の超純水を供給する、または、高圧超純水供給機構７にかわってウエットエア供給機構を設けて研磨パッド１に高圧のウエットエアを供給しながら平坦化しても良い。

また、上記に示した荷重，回転数，時間等は、いずれも例示するものであり、これらに限定されることはない。
この構成によると、研磨パッドを効率よくコンディショニングして、高平坦度構造の半導体装置を作成することが出来る。また、大きな装置構成の変更等は要しないため、容易に低コストで実現することができ、ウェハ研磨平坦化性能の向上でウェハ量産を実現することができる。

（第２の実施形態）
図９は第２の実施形態の半導体装置の製造方法を実行するＣＭＰ装置を示す。
図２と図５および図７に示したＣＭＰ装置では、研磨パッド１の表面をドレスする砥粒が保持されたコンディショナ５Ａだけが設けられていたが、この第２の実施形態では、砥粒（ダイヤモンド）が保持されたコンディショナ５Ａと、砥粒をもたないコンディショナ５Ｂが設けられている点だけが第１の実施形態のＣＭＰ装置とは異なっている。

図８は、図４（ａ）に示すように層間絶縁膜１０とバリアメタル１１の上に形成されているＣｕのうちの余剰なＣｕを除去して図４（ｃ）に示すように研磨するＣｕ−ＣＭＰ工程を示している。

ステップＳ１１では、図９に示すようにコンディショナ５Ａ，５Ｂのうちの砥粒（ダイヤモンド）が保持されたコンディショナ５Ａだけを用いて、コンディショナ５Ａを力４０Ｎ、回転数６０ｒｐｍで研磨パッド１のコンディショニングを行いながら、研磨盤２を１０５ｒｐｍと研磨キャリア４を９５ｒｐｍで回転させながら、スラリー供給部６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド１にスラリーを供給し、図１０に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９の圧力を１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８の圧力を３４．５ｋＰａで加圧しながら、図４（ｂ）に示すようにＣｕをバリアメタル１１上から１００ｎｍ残した状態になるまで半導体ウェハ３の研磨を行う。

次に、ステップＳ１２では、図１１に示すようにコンディショナ５Ａ，５Ｂのうちの砥粒をもたないコンディショナ５Ｂだけを用いてコンディショナ５Ｂを力８０Ｎ、回転数６０ｒｐｍで研磨パッド１のコンディショニングを行いながら、研磨パッド１で半導体ウェハ３を研磨し、図４（ｃ）に示すようにバリアメタル１１が露出した時点で半導体ウェハ３の研磨を終了する。

なお、砥粒を持たないコンディショナを用いてコンディショニングしながら研磨するステップＳ１２では、砥粒のないコンディショナでコンディショニングするため、研磨屑、残留スラリーが研磨パッド１上に蓄積することがあるため、場合によって研磨パッド１表面に対して、高圧超純水供給機構７から研磨パッド１に高圧の超純水を供給する、または、高圧超純水供給機構７にかわってウエットエア供給機構を設けて研磨パッド１に高圧のウエットエアを供給しながら平坦化しても良い。

また、上記に示した荷重，回転数，時間等は、いずれも例示するものであり、これらに限定されることはない。
この構成によると、研磨パッドを効率よくコンディショニングして、高平坦度構造の半導体装置を作成することが出来る。また、大きな装置構成の変更等は要しないため、容易に低コストで実現することができ、ウェハ研磨平坦化性能の向上でウェハ量産を実現することができる。

（第３の実施形態）
図１３は第３の実施形態の半導体装置の製造方法を実行するＣＭＰ装置を示し、第２の実施形態の場合と同じように砥粒（ダイヤモンド）が保持されたコンディショナ５Ａと、砥粒をもたないコンディショナ５Ｂが設けられており、研磨工程が第２の実施形態とは異なる。

図１２は、図４（ａ）に示すように層間絶縁膜１０とバリアメタル１１の上に形成されているＣｕのうちの余剰なＣｕを除去して図４（ｃ）に示すように研磨するＣｕ−ＣＭＰ工程を示している。

ステップＳ２１では、図１３に示すようなＣＭＰ装置を用いて、砥粒（ダイヤモンド）が保持されたコンディショナ５Ａを用いて力４０Ｎ、回転数６０ｒｐｍでコンディショニングを行いながら、研磨盤２を１０５ｒｐｍで回転させ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍで回転させながら、スラリー供給部６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド１にスラリーを供給し、図１４に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９の圧力を１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８の圧力を３４．５ｋＰａで加圧しながら、図４（ｂ）に示すようにＣｕをバリアメタル１１上から１００ｎｍ残した状態になるまで半導体ウェハ３の研磨を行う。

ステップＳ２２では、図１５のようにスラリー供給部６からのスラリーの供給を停止し、図１６に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９とウェハ飛び出し抑制機構８の圧力をすべて止めるとともに、砥粒ありコンディショナ５Ａを研磨パッド１上から退避させ、砥粒なしコンディショナ５Ｂを研磨パッド１上に設置する。そして、砥粒をもたないコンディショナ５Ｂを用いて力８０Ｎ、回転数６０ｒｐｍで研磨パッド１をコンディショニングし、研磨パッド１の表面が所望の平坦度になるように研磨盤２を１０５ｒｐｍで１５秒回転させる。

その後のステップＳ２３では、研磨キャリア４のウェハ加圧機構９に圧力１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８に圧力３４．５ｋＰａをかけ、研磨盤２を１０５ｒｐｍ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍ、図１７に示すようにスラリー供給部６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド１にスラリーを供給し、コンディショニングを行わずに研磨を実施し、図４（ｃ）に示すようにバリアメタル１１が露出するまで研磨する。ステップＳ２２での研磨パッド１の表面の状態の「所望の平坦度」とは、バリアメタル１１が露出した時点で、図４（ｄ）に示すように配線部にディッシング１３が入らない程度にまで平坦化された状態である。

また、ステップＳ２２では、コンディショニングを実施しないため、研磨屑、残留スラリーが研磨パッド１上に蓄積することがあるため、場合によって研磨パッド１の表面に対して、高圧の超純水を供給する、または、高圧超純水供給機構７にかわってウエットエア供給機構を設けて高圧のウエットエアを供給しながら平坦化しても良い。

また、ステップＳ２３においては、コンディショニングを実施しないとしているが、場合によっては、砥粒を持たないコンディショナ５Ｂでコンディショニングしながら研磨しても良い。

また、上記に示した荷重，回転数，時間等は、いずれも例示するものであり、これらに限定されることはない。
この構成によると、研磨パッドを効率よくコンディショニングして、高平坦度構造の半導体装置を作成することが出来る。また、大きな装置構成の変更等は要しないため、容易に低コストで実現することができ、ウェハ研磨平坦化性能の向上でウェハ量産を実現することができる。

（第４の実施形態）
図１９と図２０は第４の実施形態の半導体装置の製造方法を実行するＣＭＰ装置を示す。第１の実施形態のコンディショナ５は研磨パッド１の表面をドレスする砥粒が保持されたものであったが、この第４の実施形態で使用するコンディショナ５Ｃは、砥粒の突き出し量を可変させることが可能な構造のものを用いている。

具体的には、コンディショナ５Ｃは、図２０（ａ）と要部の拡大を示す図２０（ｂ）に示すように、コンディショナ基盤１４上には複数の開口部としてのシリンダー１５が形成されており、このシリンダー１５内に保持された砥粒（ダイヤモンド）１６の突き出し量を、シリンダー１５内部からの圧力供給により可変させることが可能な構造であり、シリンダー１５の直径：Ｌと砥粒１６の直径：Ｍが同じ直径であり、砥粒１６が露出するシリンダー出口１７の直径：Ｎが、Ｌ＝Ｍ≧Ｎとなるように設計されている。

図１８は、図４（ａ）に示すように層間絶縁膜１０とバリアメタル１１の上に形成されているＣｕのうちの余剰なＣｕを除去して図４（ｃ）に示すように研磨するＣｕ−ＣＭＰ工程を示している。

ステップＳ３１では、図１９に示すようなＣＭＰ装置を用いて、コンディショナ５Ｃを用いてコンディショナ基盤１４の力を４０Ｎ、シリンダー１５の力を５３．４Ｎ、回転数６０ｒｐｍで研磨パッド１のコンディショニングを行いながら、研磨盤２を１０５ｒｐｍで回転させ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍで回転させながら、スラリー供給部６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド１にスラリーを供給し、図２１に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９の圧力を１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８の圧力を３４．５ｋＰａで加圧しながら半導体ウェハ３の研磨を行う。

Ｃｕをバリアメタル上から１００ｎｍ残した状態で研磨を継続しながら、ステップＳ３２では、コンディショナ基盤１４の力を８０Ｎ、シリンダー１５の力を０Ｎ（解除）とし砥粒１６が突き出さないようにし、回転数６０ｒｐｍでコンディショニングしながら半導体ウェハ３を研磨し、図４（ｃ）に示すようにバリアメタル１１が露出するまで研磨する。

また、ステップＳ３２で砥粒を突き出させない状態でコンディショニングすると、研磨屑、残留スラリーが研磨パッド上に蓄積することがあるため、場合によって研磨パッド表面に対して、高圧超純水供給機構７から高圧の超純水を供給する、または、高圧超純水供給機構７にかわってウエットエア供給機構を設けて高圧のウエットエアを供給しながら研磨しても良い。

また、上記に示した荷重，回転数，時間等は、いずれも例示するものであり、これらに限定されることはない。
この構成によると、研磨パッドを効率よくコンディショニングして、高平坦度構造の半導体装置を作成することが出来る。また、大きな装置構成の変更等は要しないため、容易に低コストで実現することができ、ウェハ研磨平坦化性能の向上でウェハ量産を実現することができる。

（第５の実施形態）
図２３は第５の実施形態の半導体装置の製造方法を実行するＣＭＰ装置を示し、第４の実施形態の場合と同じように砥粒の突き出し量を可変できるコンディショナ５Ｃを用いており、研磨工程が第４の実施形態とは異なる。

図２２は、図４（ａ）に示すように層間絶縁膜１０とバリアメタル１１の上に形成されているＣｕのうちの余剰なＣｕを除去して図４（ｃ）に示すように研磨するＣｕ−ＣＭＰ工程を示している。

ステップＳ４１では、図２３に示すようなＣＭＰ装置を用いて、コンディショナ基盤１４の力を４０Ｎ、シリンダー１５の力を５３．４Ｎ、回転数６０ｒｐｍで研磨パッド１のコンディショニングを行いながら、研磨盤２を１０５ｒｐｍで回転させ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍで回転させながら、スラリー供給部６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド１にスラリーを供給し、図２４に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９の圧力を１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８の圧力を３４．５ｋＰａで加圧しながら、図４（ｂ）に示すようにＣｕをバリアメタル１１上から１００ｎｍ残した状態になるまで半導体ウェハ３の研磨を行う。

Ｃｕをバリアメタル上から１００ｎｍ残した状態で研磨を停止した後、ステップＳ４２では、図２５のようにスラリー供給部６からのスラリーの供給を停止し、図２６に示すように研磨キャリア４の荷重をすべて止め、コンディショナ基盤１４の力を８０Ｎ、シリンダー１５の力を０Ｎ（解除）としコンディショナ５Ｃから砥粒１６が突き出さないようにして回転数６０ｒｐｍで研磨パッド１をコンディショニングし、研磨パッド１の表面が所望の平坦度になるように研磨盤２を１０５ｒｐｍで１５秒回転させる。

その後のステップＳ４３では、図２７に示すように研磨キャリアのウェハ加圧機構９に圧力１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８に圧力３４．５ｋＰａをかけ、研磨盤２を１０５ｒｐｍ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍ、スラリー供給部６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド１にスラリーを供給し、コンディショニングを行わずに半導体ウェハ３の研磨を実施し、図４（ｃ）に示すようにバリアメタル１１が露出するまで研磨する。

なお、ステップＳ４２での研磨パッド１の表面の状態の「所望の平坦度」とは、バリアメタル１１が露出した時点で、図４（ｄ）に示すように配線部にディッシング１３が入らない程度にまで平坦化された状態である。

また、ステップＳ４３でコンディショニングを行わずに研磨する工程においては、コンディショニングを実施しないため、研磨屑、残留スラリーが研磨パッド１上に蓄積することがあるため、場合によって研磨パッド１の表面に対して、高圧超純水供給機構７から高圧の超純水を供給する、または、高圧超純水供給機構７にかわってウエットエア供給機構を設けて高圧のウエットエアを供給しながら平坦化しても良い。

また、本実施例においては、バリアメタル露出まで研磨する工程において、砥粒を突き出させないコンディショナでコンディショニングを実施しないとしているが、場合によってはコンディショニングしながら研磨しても良い。

また、上記に示した荷重，回転数，時間等は、いずれも例示するものであり、これらに限定されることはない。
この構成によると、研磨パッドを効率よくコンディショニングして、高平坦度構造の半導体装置を作成することが出来る。また、大きな装置構成の変更等は要しないため、容易に低コストで実現することができ、ウェハ研磨平坦化性能の向上でウェハ量産を実現することができる。

（第６の実施形態）
図２９と図３０は第６の実施形態の半導体装置の製造方法を実行するＣＭＰ装置を示す。

第５の実施形態のコンディショナ５Ｃはコンディショナ基盤１４の全面の砥粒の突き出し量を可変させることが可能な構造のものを用いていたが、この第６の実施形態では、コンディショナ基盤１４に部分的に砥粒の突き出し量を可変させることが可能な分割コンディショナ５Ｄを用いている。

具体的には、分割コンディショナ５Ｄは、図３０に示すように、コンディショナ基盤１４が同心円状に複数分割され、この例では外周側の基盤１８Ａには砥粒１６としてのダイヤモンドを配し、内周側の基盤１８Ｂには砥粒を配していない。更に、この分割された基盤１８Ａ，１８Ｂは、それぞれ圧力をかけることによって高さを可変できるように構成されている。

図２８は、図４（ａ）に示すように層間絶縁膜１０とバリアメタル１１の上に形成されているＣｕのうちの余剰なＣｕを除去して図４（ｃ）に示すように研磨するＣｕ−ＣＭＰ工程を示している。

ステップＳ５１では、図２９に示すようなＣＭＰ装置を用いて、分割コンディショナ５Ｄの砥粒有りの基盤１８Ａの力を４０Ｎ、砥粒なしの基盤１８Ｂの力を０Ｎ（解除）、回転数６０ｒｐｍでコンディショニングを行いながら、研磨盤２を１０５ｒｐｍで回転させ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍで回転させながら、スラリー供給管６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド１にスラリーを供給し、図３１に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９の圧力を１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８の圧力を３４．５ｋＰａで加圧しながら、図４（ｂ）に示すようにＣｕをバリアメタル１１上から１００ｎｍ残した状態になるまで半導体ウェハ３の研磨を行う。

Ｃｕをバリアメタル上から１００ｎｍ残した状態で研磨を継続しながら、ステップＳ５２では、砥粒有りの基盤１８Ａの力を０Ｎ（解除）、砥粒なしの基盤１８Ｂの力を８０Ｎ、回転数６０ｒｐｍでコンディショニングしながら半導体ウェハ３の研磨を実施し、図４（ｃ）に示すようにバリアメタル１１が露出した時点で研磨を終了する。

また、ステップＳ５２において砥粒有りの基盤１８Ａの力を０Ｎ（解除）、砥粒なしの基盤１８Ｂの力を８０Ｎの状態でコンディショニングすると、研磨屑、残留スラリーが研磨パッド上に蓄積することがあるため、場合によって研磨パッド１の表面に対して、高圧超純水供給機構７から高圧の超純水を供給する、または、高圧超純水供給機構７にかわってウエットエア供給機構を設けて高圧のウエットエアを供給しながら研磨しても良い。

また、上記に示した荷重，回転数，時間等は、いずれも例示するものであり、これらに限定されることはない。
この構成によると、研磨パッドを効率よくコンディショニングして、高平坦度構造の半導体装置を作成することが出来る。また、大きな装置構成の変更等は要しないため、容易に低コストで実現することができ、ウェハ研磨平坦化性能の向上でウェハ量産を実現することができる。

（第７の実施形態）
この第７の実施形態では、コンディショナ基盤１４に部分的に砥粒の突き出し量を可変させることが可能な分割コンディショナ５Ｄを有したＣＭＰ装置を用いている点は同じであるが、研磨工程が第６の実施形態とは異なる。

図３２は、図４（ａ）に示すように層間絶縁膜１０とバリアメタル１１の上に形成されているＣｕのうちの余剰なＣｕを除去して図４（ｃ）に示すように研磨するＣｕ−ＣＭＰ工程を示している。

ステップＳ６１では、図３３に示すようなＣＭＰ装置を用いて、分割コンディショナ５Ｄの砥粒の基盤１８Ａの力を４０Ｎ、砥粒なしの基盤１８Ｂの力を０Ｎ（解除）、回転数６０ｒｐｍでコンディショニングを行いながら、研磨盤２を１０５ｒｐｍで回転させ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍで回転させながら、スラリー供給管６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド１にスラリーを供給し、図３４に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９の圧力を１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８の圧力を３４．５ｋＰａで加圧しながら研磨を行う。

Ｃｕをバリアメタル上から１００ｎｍ残した状態で研磨を停止した後、ステップＳ６２では、図３５のようにスラリー供給部６からのスラリーの供給を停止し、図３６に示すように研磨キャリア４の荷重をすべて止め、コンディショナ基盤５Ｄの砥粒有りの基盤１８Ａの力を０Ｎ（解除）、砥粒なしの基盤１８Ｂの力を８０Ｎ、回転数６０ｒｐｍでコンディショニングし、研磨パッド１表面が所望の平坦度になるように研磨盤２を１０５ｒｐｍで１５秒回転させる。

その後、ステップＳ６３では、図３７に示すように研磨キャリア４のウェハ加圧機構９に圧力１７．２ｋＰａ、ウェハ飛び出し抑制機構８に圧力３４．５ｋＰａをかけ、研磨盤２を１０５ｒｐｍで回転させ、研磨キャリア４を９５ｒｐｍで回転させて、スラリー供給部６から２００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨盤２にスラリーを供給し、コンディショニングを行わずに研磨を実施し、バリアメタルが露出した時点で研磨を終了する。

なお、ステップＳ６２での研磨パッド１の表面の状態の「所望の平坦度」とは、バリアメタル１１が露出した時点で、図４（ｄ）に示すように配線部にディッシング１３が入らない程度にまで平坦化された状態である。

また、コンディショニングを行わずに研磨するステップＳ６３では、コンディショニングを実施しないため、研磨屑、残留スラリーが研磨パッド１上に蓄積することがあるため、場合によって研磨パッド１表面に対して高圧超純水供給機構７から高圧の超純水を供給する、または、高圧超純水供給機構７にかわってウエットエア供給機構を設けて高圧のウエットエアを供給しながら平坦化しても良い。

また、本実施例においては、バリアメタル露出まで研磨する工程において、砥粒なし部加圧状態のコンディショナでコンディショニングを実施しないとしているが、場合によってはコンディショニングしながら研磨しても良い。

また、上記に示した荷重，回転数，時間等は、いずれも例示するものであり、これらに限定されることはない。
この構成によると、研磨パッドを効率よくコンディショニングして、高平坦度構造の半導体装置を作成することが出来る。また、大きな装置構成の変更等は要しないため、容易に低コストで実現することができ、ウェハ研磨平坦化性能の向上でウェハ量産を実現することができる。

本発明の研磨方法を用いることで、高平坦度構造が要求されている超ＬＳＩ半導体装置の製造に寄与できる。

本発明の第１の実施形態の製造方法のフロー図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ１の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 同実施の形態の研磨処理工程図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ２の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ３の平面図 本発明の第２の実施形態の製造方法のフロー図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ１１の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ１２の平面図 本発明の第３の実施形態の製造方法のフロー図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ２１の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ２２の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ２３の平面図 本発明の第４の実施形態の製造方法のフロー図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ３１の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のコンディショナ５Ｃの断面図と要部拡大図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 本発明の第５の実施形態の製造方法のフロー図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ４１の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ４２の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ４３の平面図 本発明の第６の実施形態の製造方法のフロー図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ５１の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の分割コンディショナ５Ｄの断面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 本発明の第７の実施形態の製造方法のフロー図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ６１の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ６２の平面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置の研磨キャリアの断面図 同実施の形態の実施に使用するＣＭＰ装置のステップＳ６３の平面図

符号の説明

１ 研磨パッド
２ 研磨盤
３ 半導体ウェハ（基板）
４ 研磨キャリア
５Ａ 砥粒（ダイヤモンド）が保持されたコンディショナ
５Ｂ 砥粒をもたないコンディショナ
５Ｃ 砥粒の突き出し量を可変させることが可能なコンディショナ
５Ｄ 分割コンディショナ
６ スラリー供給部
７ 高圧超純水供給機構
８ ウェハ飛び出し抑制機構
９ ウェハ加圧機構
１０ 層間絶縁膜
１１ バリアメタル
１２ Ｃｕ
１４ コンディショナ基盤
１５ シリンダー
１６ 砥粒（ダイヤモンド）
１７ シリンダー出口
１８Ａ 外周側の基盤
１８Ｂ 内周側の基盤

Claims (16)

1. 研磨盤に配された研磨パッドを第１のコンディショナでコンディショニングしながら、研磨キャリアに保持された基板を前記研磨パッドに押し付けて研磨する第１の研磨工程と、
   前記研磨パッドの表面を平坦化する研磨パッド平坦化工程と、
   前記研磨パッド平坦化工程で平坦化された研磨パッドに前記基板を押し付けて研磨する第２の研磨工程と
   からなることを特徴とする
   半導体装置の製造方法。
2. 前記研磨キャリアは、ウェハ加圧機構とウェハ飛び出し抑制機構からなり、前記研磨パッド平坦化工程において、前記研磨キャリアの前記ウェハ飛び出し抑制機構によって前記研磨パッドを平坦化す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. 前記研磨パッド平坦化工程において、砥粒を有しない第２のコンディショナによって前記研磨パッドを平坦化す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. 前記第１のコンディショナは表面の砥粒の突出量が調節でき、前記第１の研磨工程において、前記砥粒を前記第１のコンディショナの表面よりも突出させて研磨パッドをコンディショニングし、
   前記研磨パッド平坦化工程において、前記砥粒を前記第１のコンディショナの表面から突出させることなく前記第１のコンディショナを前記研磨パッドに押し付け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。
5. 前記第１のコンディショナは、
   砥粒を有する第１の領域と砥粒を有しない第２の領域からなり、前記第１の研磨工程において、前記第１のコンディショナの前記第１の領域を用いて研磨し、
   前記研磨パッド平坦化工程において、前記第１のコンディショナの前記第２の領域を用いて平坦化す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。
6. 前記第２の領域は前記第１の領域に囲まれていることを特徴とする
   請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記第２の研磨工程は、前記研磨パッドの平坦化工程が開始後に、前記研磨パッドの平坦化工程の途中から開始されることを特徴とする
   請求項１〜請求項６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第２の研磨工程において、前記研磨パッドを高圧の超純水またはウエットエアで洗浄することを特徴とする
   請求項１〜請求項７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
9. 回転機構を備えた研磨パッドを有する研磨盤と、回転機構と加圧機構を備えた基板を保持する研磨キャリアと、回転機構と加圧機構を備えた砥粒を有する第１のコンディショナと、回転機構と加圧機構を備えた砥粒を有しない第２のコンディショナとからなることを特徴とする
   半導体装置の製造装置。
10. 回転機構を備えた研磨パッドを有する研磨盤と、回転機構と加圧機構を備えた基板を保持する研磨キャリアと、回転機構と加圧機構を備えた砥粒の突き出し量を調節できるコンディショナとからなることを特徴とする
    半導体装置の製造装置。
11. 前記コンディショナは複数の開口部を持ち、前記開口部に突き出し量が調節できるダイヤモンドを備えていることを特徴とする
    請求項１０に記載の半導体装置の製造装置。
12. 回転機構を備えた研磨パッドを有する研磨盤と、回転機構と加圧機構を備えた基板を保持する研磨キャリアと、回転機構と加圧機構を備え、砥粒を有する第１の領域と砥粒を有しない第２の領域とを備えたコンディショナとからなることを特徴とする
    半導体装置の製造装置。
13. 前記コンディショナの前記第１の領域と前記第２の領域とはそれぞれ独立して加圧することを特徴とする
    請求項１２に記載の半導体装置の製造装置。
14. 前記第１の領域が前記第２の領域に囲まれていることを特徴とする
    請求項１２または請求項１３に記載の半導体装置の製造装置。
15. 前記研磨パッドに研磨剤を供給する研磨剤供給機構をさらに備えていることを特徴とする
    請求項９〜請求項１４のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
16. 前記研磨パッドを洗浄するための高圧超純水供給機構または前記研磨パッドを洗浄するためのウエットエア供給機構をさらに備えていることを特徴とする
    請求項９〜請求項１５のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。

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