JP3153018B2 - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は研磨装置及び研磨方法に
関し、より詳しくは、配線層及び被覆絶縁膜等の形成さ
れたウエハ表面を平坦化するための研磨装置及び研磨方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８（ａ），（ｂ）は従来例の研磨装置
の構成図、図９（ａ）〜（ｃ）は従来例の研磨方法につ
いて説明する断面図である。

【０００３】図８（ａ），（ｂ）において、１は回転可
能な円板状の定盤、２は定盤１上に張り付けられた研磨
布、３は定盤１に対向して設けられ、被研磨体としての
配線層及び被覆絶縁膜の形成されたウエハ５を固定する
円板状のウエハ保持具で、定盤１の直径よりも小さく、
定盤１の回転方向と同じ方向に回転するようになってい
る。４はコロイダルシリカを含む研磨剤を滴下するノズ
ルである。

【０００４】上記の研磨装置を用いて研磨する方法につ
いて、図９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。図
９（ａ）は配線層及び被覆絶縁膜の形成された後の状態
であって、研磨前の状態を示すウエハの断面図で、６は
半導体基板、７は半導体基板６上の下地絶縁膜、８は下
地絶縁膜７上に形成された下部配線層、９ａ，９ｂは下
部配線層８を後に形成される上部配線層と接続するため
の円柱状の接続導電体で、下部配線層８上に２か所形成
されている。１０は下部配線層８及び接続導電体９ａ，
９ｂを被覆する層間絶縁膜である。

【０００５】このような状態で，まず、ウエハ５を下部
配線層８及び層間絶縁膜１０の形成された面が研磨面に
なるように、図８（ａ）に示すウエハ保持具３に保持
し、固定する。次いで、下部配線層８及び層間絶縁膜１
０の形成された面と研磨布２の面とが平行に対向するよ
うに、ウエハ保持具３と研磨布２の張りつけられた定盤
１とを対向させた後、ウエハ保持具３と定盤１とを同じ
方向に回転させながらウエハ保持具３を下に移動させて
接触させるとともに、ノズル４から研磨剤を研磨布２上
に滴下する。

【０００６】ウエハ保持具３を押圧してウエハ保持具３
を定盤１上を適当に移動させながら、接続導電体９ａ，
９ｂが表出するまで、ウエハ５上の層間絶縁膜１０を研
磨する。所定の時間の経過の後、層間絶縁膜１０が研磨
され、ウエハ５の表面が平坦化されるとともに、接続導
電体９ａ，９ｂが表出する（図９（ｂ））。

【０００７】その後、表出した接続導電体９ａ，９ｂと
接続して上部配線層11ａ，11ｂを形成すると、接続導電
体９ａ，９ｂを介して下部配線層８と上部配線層11ａ，
11ｂとが接続される（図９（ｃ））。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来例
の研磨方法によれば、研磨時にウエハ保持具３を押圧す
る力のかけ具合により、ウエハ５面内で研磨量がばらつ
くため、ウエハ５面内いたるところ等しい層間絶縁膜１
０の残存膜厚を得ることは困難である。このため、図９
に示すように、残存する接続導電体９ａ，９ｂや層間絶
縁膜10ａの膜厚が薄くなり、上下配線層間の絶縁膜の耐
圧の低下や上下配線層間のショートが発生するという問
題がある。

【０００９】この問題を解決するため、研磨途中にウエ
ハの表面を観察すればよいが、ウエハの清浄処理、顕微
鏡観察等を行う必要があり、スループットの低下を招
く。本発明は、係る従来例の問題点に鑑みて創作された
ものであり、研磨途中にウエハ研磨面を観察することな
く、ウエハ面内を均一に研磨することができる研磨装置
及び研磨方法及び半導体装置の提供を目的とするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、研磨装置に係り、基体上に
導電体層及び該導電体層を被覆する絶縁膜が形成された
ウエハを保持するウエハ保持面を有するウエハ保持具
と、前記ウエハ保持面に対向する面に前記ウエハの被研
磨面よりも小さい研磨面を有する研磨布が設けられ、か
つ研磨剤が通過する複数の貫通孔が前記研磨布に形成さ
れた研磨具とを備えた研磨装置であって、前記複数の貫
通孔のうち少なくとも２つ以上の貫通孔内に前記研磨剤
が通過しうる電極が設けられ、対となる前記電極間に電
流検出手段と電源とが接続されてなり、前記研磨剤とし
て導電性を有する研磨剤を用いることを特徴とし、請求
項２記載の発明は、研磨方法に係り、ウエハ保持面を有
するウエハ保持具と、前記ウエハ保持面に対向する面に
前記ウエハの被研磨面よりも小さい研磨面を有する研磨
布が設けられ、導電性を有する研磨剤が通過する複数の
貫通孔が前記研磨布に形成され、該複数の貫通孔のうち
少なくとも２つ以上の貫通孔内に前記研磨剤が通過しう
る電極が設けられた研磨具と、対となる前記電極間に接
続された電流検出手段及び電源とを備えた研磨装置を準
備する工程と、基体上に導電体層と、該導電体層を被覆
する絶縁膜とが形成されたウエハを前記ウエハ保持具の
ウエハ保持面に保持する工程と、前記ウエハ保持面に前
記ウエハが保持されたウエハ保持具又は前記研磨具のう
ち少なくとも何れか一を回転させ、かつ前記研磨剤を吐
出しながら前記ウエハと前記研磨面とを接触させて前記
ウエハを研磨する工程と、前記ウエハを研磨している
間、前記電源から電圧を供給して前記研磨剤及び前記ウ
エハを介して前記対の電極間に流れる電流を監視し、所
定の電流を検出したら前記ウエハ保持具上で前記研磨具
を隣接する領域に移動させ、前記隣接する領域において
次の研磨を行う工程とを有することを特徴とし、請求項
３記載の発明は、請求項２記載の研磨方法に係り、前記
電流値の小さいときに前記ウエハ保持具又は前記研磨具
の回転速度を速くし、前記電流値の大きいときに前記ウ
エハ保持具又は前記研磨具の回転速度を遅くして研磨を
行うことを特徴とし、請求項４記載の発明は、研磨方法
に係り、ウエハ保持面を有するウエハ保持具と、前記ウ
エハ保持面と対向する面に前記ウエハの被研磨面よりも
小さく、かつ左右非対称な研磨面を有する研磨布が設け
られ、導電性を有する研磨剤が通過する複数の貫通孔が
前記研磨布に形成され、該複数の貫通孔のうち少なくと
も２つ以上の貫通孔内に前記研磨剤が通過しうる電極が
設けられた研磨具と、対となる前記電極間に接続された
電流検出手段及び電源とを有する研磨装置を準備する工
程と、基体上に導電体層と、該導電体層を被覆する絶縁
膜とが形成されたウエハを前記ウエハ保持具のウエハ保
持面に保持する工程と、前記ウエハ保持面に前記ウエハ
が保持されたウエハ保持具を回転させ、かつ前記研磨剤
を吐出しながら前記ウエハと前記研磨面とを接触させ
て、前記左右非対称の研磨面の面積の大きい部分が前記
ウエハ保持具の軸側に配置するように保持した状態で前
記ウエハを研磨する工程と、前記ウエハを研磨している
間、前記電源から電圧を供給して前記研磨剤及び前記ウ
エハを介して前記対の電極間に流れる電流を監視し、所
定の電流を検出したら前記ウエハ保持具上で前記研磨具
を隣接する領域に移動させ、前記隣接する領域において
次の研磨を行う工程とを有することを特徴とし、請求項
５記載の発明は、研磨方法に係り、ウエハ保持面を有す
るウエハ保持具と、前記ウエハ保持面に対向する面に前
記ウエハの被研磨面よりも小さい研磨面を有する研磨布
が設けられ、導電性を有する研磨剤が通過する複数の貫
通孔が前記研磨布に形成され、該複数の貫通孔のうち少
なくとも２つ以上の貫通孔内に前記研磨剤が通過しうる
電極が設けられた研磨具と、対となる前記電極間に接続
された電流検出手段及び電源とを有する研磨装置を準備
する工程と、基体上に導電体層と、該導電体層を被覆す
る絶縁膜とが形成されたウエハを前記ウエハ保持具のウ
エハ保持面に保持する工程と、前記ウエハ保持面に前記
ウエハが保持されたウエハ保持具又は前記研磨具のうち
少なくとも何れか一を回転させ、かつ前記研磨剤を吐出
しながら前記ウエハと前記研磨面とを接触させて前記ウ
エハを研磨する工程と、前記ウエハを研磨している間、
前記電源から電圧を供給して前記研磨剤及び前記ウエハ
を介して前記対の電極間に流れる電流を監視し、前記電
流値が小さいときに前記ウエハ保持具への前記研磨具の
押圧力を高め、前記電流値が大きいときに前記押圧力を
弱め、所定の電流を検出したら前記ウエハ保持具上で前
記研磨具を隣接する領域に移動させ、前記隣接する領域
において次の研磨を行う工程とを有することを特徴とし
ている。

【００１１】

【作用】本発明の研磨装置においては、研磨具に形成さ
れた研磨剤を供給するための複数の貫通孔にそれぞれ電
極が設けられ、対の電極間に電源及び電流検出手段が接
続されている。しかも、研磨剤として導電性を有する研
磨剤、例えばイオンを含む研磨剤を用いている。

【００１２】従って、本発明の研磨方法のように、ウエ
ハをウエハ保持具に保持し、ウエハの表面の導電体層を
被覆する絶縁膜を研磨する場合、研磨中にウエハ表面に
導電体層が表出すると、一の電極／イオン／導電体層／
イオン／他の電極を介して電流検出手段に電流が流れる
ので、電流を監視しておくことにより導電体層上の絶縁
膜を確実に除去して導電体層を表出し、かつ残存すべき
絶縁膜の膜厚を確実に保持して研磨を終了することがで
きる。

【００１３】このように、電流を監視しながら研磨量を
調整することができるので、従来のように、研磨途中に
ウエハ表面の観察をしなくてもよい。従って、工程の簡
略化を図り、より均一な研磨を行なうことができる。こ
れにより、ウエハ保持具上ウエハ保持具の回転方向に直
角な方向に研磨具を移動することにより、ウエハ全面を
均一に研磨することができる。

【００１４】また、ウエハ保持面を有するウエハ保持具
と、ウエハ保持面に対向する面にウエハの被研磨面より
も小さく、かつ左右非対称な研磨面を有する研磨布とを
備え、研磨布の面積の大きい部分がウエハ保持具の軸側
に配置するように保持した状態で研磨している。なお、
この場合、研磨具は自転させない。従って、研磨布の面
積の大きい部分がウエハ保持具の軸に近く、面積の小さ
い部分がウエハ保持具の軸に遠く置かれるので、ウエハ
保持具が回転すると、単位時間当たりウエハが研磨布と
接触している面積を軸に近い部分と軸に遠い部分でほぼ
等しくすることができる。従って、研磨布の接触面内で
の研磨量のばらつきを最小に抑えることができるので、
研磨剤及びウエハを介して対の電極間に流れる電流を監
視することにより、ウエハ上の被研磨体を均一に研磨す
ることができる。これにより、ウエハ保持具上ウエハ保
持具の回転方向に直角な方向に研磨具を移動することに
より、ウエハ全面を均一に研磨することができる。

【００１５】

【００１６】また、回転しうるウエハ保持具又は回転し
うる研磨具の回転速度を、検出された電流値が大きい場
合、遅くし、検出された電流値が小さい場合、速くする
ことにより、同一半径距離の研磨量まで制御でき、ウエ
ハ面内の研磨量をより一層均一にすることができる。こ
れは、回転数が速いほど研磨速度が大きくなり、回転数
が遅い程研磨速度が小さいからである。

【００１７】更に、研磨具への押圧力を、検出された電
流値が大きい場合、小さくし、検出された電流値が小さ
い場合、大きくすることにより、同一半径距離の研磨量
まで制御でき、ウエハ面内の研磨量をより一層均一にす
ることができる。これは、圧力が大きいほど研磨速度が
大きくなり、圧力が小さい程研磨速度が小さいからであ
る。

【００１８】

【実施例】次に、図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。 （１）本発明の第１の実施例の研磨装置 図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施例に係る研磨
装置のうち研磨具の構成図、図２は本発明の第１の実施
例に係る研磨装置のうちウエハ保持具の構成図である。

【００１９】図１（ａ），（ｂ）において、２１は回転
可能な円柱状の研磨具で、研磨されるウエハ２９と接触
する表面に研磨布２２が形成され、イオン、例えばＮａ
イオンやＫイオン等を含むコロイダルシリカ等の研磨剤
が通過する２つの貫通孔23ａ，23ｂが形成され、貫通孔
23ａ，23ｂ内に網目状の電極24ａ，24ｂが設けられてい
る。そして、研磨されるウエハ２９と接触する表面に研
磨布２２が形成されている。また、対となる電極24ａ，
24ｂ間には電流計（電流検出手段）２５，電源２６が直
列に接続されている。２７は研磨具２１に対向して設け
られ、被研磨体としての下部配線層及び被覆絶縁膜の形
成されたウエハ２９を固定する円板状のウエハ保持具
で、研磨具２１の直径よりも大きく、回転するようにな
っている。また、図２に示すように、ウエハ保持具２７
の表面には吸着パッド２８が形成されている。

【００２０】なお、２９は被研磨体としてのウエハで、
図３（ａ）に示すように、半導体基板３１上のシリコン
酸化膜からなる下地絶縁膜３３と、下地絶縁膜３３上に
形成されたアルミニウムからなる下部配線層（導電体
層）３４と、下部配線層３４を後に形成される上部配線
層と接続するための、下部配線層３４上に２か所形成さ
れている円柱状のアルミニウムからなる接続導電体（導
電体層）35ａ，35ｂと、下部配線層３４及び接続導電体
35ａ，35ｂを被覆するシリコン酸化膜からなる層間絶縁
膜（絶縁膜）３６とを有している。

【００２１】以上のように、本発明の第１の実施例の研
磨装置によれば、研磨具２１に形成された研磨剤を供給
するための複数の貫通孔23ａ，23ｂにそれぞれ網目状の
電極24ａ，24ｂが設けられ、対の電極24ａ，24ｂ間に電
源２６及び電流計２５が直列に接続されている。しか
も、研磨剤はイオンを含んでいる。

【００２２】従って、研磨中にウエハ２９表面に接続導
電体35ａ，35ｂが表出すると、一の電極24ｂ／イオン／
接続導電体35ｂ／下部導電体層３４／接続導電体35ａ／
イオン／他の電極24ａを介して電流計２５に電流が流れ
るので、電流を監視しておくことにより接続導電体35
ａ，35ｂ上の層間絶縁膜３６を確実に除去して接続導電
体35ａ，35ｂを表出し、かつ残存すべき層間絶縁膜３６
の膜厚を確実に保持して研磨を終了することができる。

【００２３】これにより、電流を監視しながら研磨量を
調整することができるので、従来のように、研磨途中に
ウエハ２９表面の観察をしなくてもよい。従って、工程
の簡略化を図り、より均一な研磨を行うことができる。

【００２４】なお、上記の実施例では貫通孔23ａ，23ｂ
が２つ設けられているが、３つ以上の貫通孔を設けても
よい。この場合、特定の貫通孔に形成された１つの電極
を電源２６の正又は負の端子に接続し、他の貫通孔に形
成された電極をすべて電源の負又は正の端子に接続す
る。または、一のグループの複数の電極を電源の正又は
負の端子に接続し、他のグループの複数の電極を電源の
負又は正の端子に接続する。

【００２５】（２）本発明の第２の実施例の研磨装置 図３（ａ），（ｂ）は本発明の第２の実施例に係る研磨
装置のうち研磨具の構成図である。

【００２６】図３（ａ），（ｂ）において、21ａは研磨
されるウエハ29ａと接触する表面に研磨布22ａが形成さ
れている回転可能な円柱状の研磨具で、イオン、例えば
ＮａイオンやＫイオン等を含むコロイダルシリカ等を含
む研磨剤が通過する不図示の複数の貫通孔が形成され、
貫通孔内に網目状の電極が設けられている。また、対と
なる電極間には電流計（電流検出手段）25ａ，電源26ａ
が直列に接続されている。更に、第１の実施例と異なる
ところは、研磨布22ａは左右非対称に形成されてなり、
ウエハ保持具27ａ上、研磨布22ａの面積の大きい部分が
ウエハ保持具27ａの軸に近く、研磨布22ａの面積の小さ
い部分がウエハ保持具27ａの軸から遠くに置かれること
である。

【００２７】27ａは研磨具21ａに対向して設けられ、被
研磨体としての下部配線層及び被覆絶縁膜等の形成され
たウエハ29ａを保持し、回転しうる円板状のウエハ保持
具で、研磨具21ａの直径よりも大きくなっている。更
に、ウエハ保持具27ａの表面には吸着パッド28ａが形成
されている。

【００２８】一般的に研磨速度は研磨布と被研磨体の相
対速度の増大に伴い大きくなる。ウエハ保持具27ａが回
転すると、研磨布22ａの単位面積あたりの研磨速度は、
外周の方が大きい。本発明の第２の実施例の研磨装置に
よれば、研磨布22ａは左右非対称に形成されてなり、ウ
エハ保持具27ａ上、研磨布22ａの面積の大きい部分がウ
エハ保持具27ａの軸に近く、研磨布22ａの面積の小さい
部分がウエハ保持具27ａの軸から遠くに置かれるので、
半径方向の研磨量をほぼ同じにでき、ウエハ29ａ内の研
磨量のばらつきをより低減できる。電流検出手段との併
用により、ウエハ29ａ上の被研磨体を均一に研磨するこ
とができる。これにより、ウエハ保持具27ａ上ウエハ保
持具27ａの回転方向に直角な方向に研磨具21ａを移動す
ることにより、ウエハ29ａ全面を均一に研磨することが
できる。

【００２９】これにより、電流を監視しながら研磨量を
調整することができるので、従来のように、研磨途中に
ウエハ29ａ表面の観察をしなくてもよい。従って、工程
の簡略化を図り、より均一な研磨を行うことができる。

【００３０】（３）本発明の第３の実施例の研磨方法 （Ａ）半導体装置の製造方法への適用 上記の研磨装置を用いて研磨する本発明の第３の実施例
の研磨方法について、図２，図４（ａ）〜（ｃ），図５
及び図１（ａ），（ｂ）を参照しながら説明する。図２
はウエハを研磨中の研磨装置の側面図、図４（ａ）〜
（ｃ）は第３の実施例の研磨方法を含む半導体装置の製
造方法について示す断面図、図５は研磨が終了した後の
ウエハ表面の平坦性を示す断面図である。

【００３１】図４（ａ）は下部配線層及び被覆絶縁膜の
形成された後の状態であって、研磨前の状態を示すウエ
ハの断面図で、３１はシリコンからなる半導体基板、３
３は半導体基板３１上のシリコン酸化膜からなる下地絶
縁膜、３４は下地絶縁膜３３上に形成されたアルミニウ
ムからなる下部配線層（導電体層）、35ａ，35ｂは下部
配線層３４を後に形成される上部配線層と接続するため
の円柱状のアルミニウムからなる接続導電体で、下部配
線層３４上に２か所形成されている。３６は下部配線層
３４及び接続導電体35ａ，35ｂを被覆するシリコン酸化
膜からなる層間絶縁膜（絶縁膜）である。

【００３２】このような状態で，まず、ウエハ２９を下
部配線層３４及び層間絶縁膜３６の形成された面が表出
するように、図２に示すウエハ保持具２７の吸着パッド
２８上に保持し、固定する。次いで、下部配線層３４及
び層間絶縁膜３６の形成された面と研磨布２２の面とが
平行に対向するように、ウエハ保持具２７と研磨布２２
の張りつけられた研磨具２１とを対向させた後、ウエハ
保持具２７と研磨具２１とを同じ方向に、かつ等しい角
速度で回転させながらウエハ保持具２７を下に移動させ
るか又は研磨具２１を上に移動させて接触させるととも
に、研磨具２１の貫通孔23ａ，23ｂを通過させて研磨剤
を研磨布２２上に滴下する。

【００３３】そして、研磨具２１を押圧して研磨具２１
をウエハ保持具２７上を適当に移動させながら、ウエハ
２９上の層間絶縁膜３６を研磨する。このとき、ウエハ
保持具２７と研磨具２１とを同じ方向に、かつ等しい角
速度で回転させながら研磨しているので、ウエハ保持具
２７と研磨具２１との相対速度が等しくなり、場所によ
らず均一な研磨が可能である。更に、研磨中、電流計２
５を監視する。いま、ある程度研磨が進み、接続導電体
35ａ，35ｂが表出したとすると、一の電極24ｂ／イオン
／接続導電体35ｂ／下部導電体層３４／接続導電体35ａ
／イオン／他の電極24ａを介して電流が流れ、電流計２
５に検出される。これにより、研磨具２１の接触部の研
磨が終了したことになるので、隣接する領域に研磨具２
１を移動する。次いで、同様に層間絶縁膜３６を研磨し
ていく。このようにして、ウエハ２９全面の研磨が完了
する（図４（ｂ））。

【００３４】これにより、図５に示すように、所定の量
の層間絶縁膜３６がウエハ２９全面にわたり均一に研磨
され、ウエハ２９の表面が平坦化される。そして、接続
導電体35ａ〜35ｄが表出する。

【００３５】その後、表出した接続導電体35ａ，35ｂと
接続して上部配線層37ａ，37ｂを形成すると、接続導電
体35ａ，35ｂを介して下部配線層３４と上部配線層37
ａ，37ｂとが接続される（図４（ｃ））。

【００３６】（Ｂ）本発明の第３の実施例の研磨方法に
ついての比較評価実験 本発明の研磨方法について定量的に評価するため、次の
様な比較評価実験を行った。

【００３７】１．試料作成 ウエハ29ｂ上に直径２μｍ，高さ０．５μｍのアルミニ
ウムからなる円柱状のスタッド（導電体層）４１，41
ａ，41ｂを１０ｍｍ間隔で直径１５０ｍｍのウエハ29ｂ
に島状に形成した。その後、ＣＶＤ法によりシリコン酸
化膜（絶縁膜）36ｂを１μｍ被覆した（図６（ａ），
（ｂ））。

【００３８】２．研磨実験 上記の試料について、従来例による研磨方法と本発明の
研磨方法とにより研磨した。この場合、検出される電流
は、一の電極24ｂ／金属イオン／スタッド41ｂ／半導体
基板31ａ／スタッド41ａ／金属イオン／他の電極24ａを
介して電流が流れる。評価方法は次の通りである。即
ち、周辺部１５ｍｍ以内にあるスタッド４１のシリコン
酸化膜36ｂが全て除去された後、除去されていない或い
はスタッドの高さが０．２μｍ以上残存しているスタッ
ド４１の数を数えた。１０ロットについて調査した結果
を図７に示す。

【００３９】上記の調査結果によれば、ウエハ内の残存
膜厚のばらつき及びウエハ間の平均残存膜厚ともに従来
例に比較して大幅に改善された。以上のように、本発明
の第３の実施例の研磨方法によれば、ウエハ２９をウエ
ハ保持具２７に保持し、ウエハ２９の表面の下部配線層
３４及び接続導電体35ａ，35ｂを被覆する層間絶縁膜３
６を研磨する場合、研磨中にウエハ２９表面に接続導電
体35ａ，35ｂが表出すると、一の電極24ｂ／金属イオン
／接続導電体35ｂ／下部導電体層３４／接続導電体35ａ
／金属イオン／他の電極24ａを介して電流計２５に電流
が流れるので、電流を監視しておくことにより接続導電
体35ａ，35ｂ上の層間絶縁膜３６を確実に除去して接続
導電体35ａ，35ｂを表出し、かつ残存すべき層間絶縁膜
３６の膜厚を確実に保持して研磨を終了することができ
る。

【００４０】また、ウエハ保持具２７と研磨具２１とを
同じ方向に、かつ等しい角速度で回転させながら研磨し
ているので、ウエハ保持具２７と研磨具２１との相対速
度がウエハ２９面内至る所等しくなり、場所によらず均
一な研磨が可能である。

【００４１】これにより、研磨途中でのウエハ観察を不
要にして工程を簡略化でき、かつ、より均一な研磨を行
うことができる。なお、上記の第３の実施例では、ウエ
ハ保持具２７及び研磨具２１の回転速度を研磨中一定に
しているが、ウエハ保持具２７又は研磨具２１の回転速
度を、検出された電流値が大きい場合、遅くし、検出さ
れた電流値が小さい場合、速くすることもできる。この
ように回転速度を調節することにより、同一半径距離の
研磨量まで制御でき、ウエハ面内の研磨量をより一層均
一にすることができる。これは、回転数が速いほど研磨
速度が大きくなり、回転数が遅い程研磨速度が小さいか
らである。

【００４２】（４）本発明の第４の実施例の研磨方法 上記の第２の実施例の研磨装置を用いて研磨する本発明
の第４の実施例の研磨方法について、図３（ａ），
（ｂ）及び図４（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明す
る。

【００４３】まず、ウエハ29ａをウエハ保持具27ａの吸
着パッド28ａ上に保持し、固定する。次いで、ウエハ29
ａの被研磨面と研磨布22ａの面とが平行に対向するよう
に、ウエハ保持具27ａと研磨布27ａの張りつけられた研
磨具21ａとを対向させた後、ウエハ保持具27ａを回転さ
せながらウエハ保持具27ａを下に移動させるか又は研磨
具21ａを上に移動させて接触させるとともに、研磨具21
ａの貫通孔を通過させて研磨剤を研磨布22ａ上に滴下す
る。なお、左右非対称な研磨布22ａの面積の大きい部分
がウエハ保持具27ａの軸に近く、研磨布22ａの面積の小
さい部分がウエハ保持具27ａの軸に遠くなるように研磨
具21ａを置く。

【００４４】次いで、研磨具21ａを押圧して、ウエハ29
ａ上の層間絶縁膜３６を研磨する。このとき、電流計25
ａを監視する。いま、ある程度研磨が進み、接続導電体
35ａ，35ｂが表出したとすると、このとき、一の電極24
ｂ／金属イオン／接続導電体35ｂ／下部導電体層３４／
接続導電体35ａ／金属イオン／他の電極24ａを介して電
流が流れ、電流計25ａに検出される。これにより、研磨
具21ａの接触部の研磨が終了したことになるので、研磨
が終了した領域に隣接する領域であって、ウエハ保持具
27ａの回転方向に直角な方向に研磨具21ａを移動する。
次いで、同様に層間絶縁膜３６を研磨していく。このよ
うにして、ウエハ29ａ全面の研磨が完了する（図４
（ｂ））。

【００４５】これにより、図５に示すように、所定の量
の層間絶縁膜３６がウエハ２９全面にわたり均一に研磨
され、ウエハ２９の表面が平坦化される。そして、接続
導電体35ａ〜35ｄが表出する。

【００４６】その後、表出した接続導電体35ａ，35ｂと
接続して上部配線層37ａ，37ｂを形成すると、接続導電
体35ａ，35ｂを介して下部配線層３４と上部配線層37
ａ，37ｂとが接続される（図４（ｃ））。

【００４７】以上のように、本発明の第４の実施例によ
れば、回転しうるウエハ保持具27ａと、左右非対称な研
磨布22ａとを有し、研磨布22ａの面積の大きい部分がウ
エハ保持具27ａの軸に近く、面積の小さい部分がウエハ
保持具27ａの軸に遠くなるように研磨具21ａを置いてい
る。

【００４８】一般的に、研磨速度は研磨布と被研磨体の
相対速度の増大に伴いおおきくなる。ウエハ保持具27ａ
が回転すると、研磨布22ａの単位面積あたりの研磨速度
は外周の方が大きい。従って、半径方向の研磨量を研磨
布22ａの内でほぼ同じにでき、ウエハ29a 内の研磨量の
ばらつきを低減できる。電流検出手段との併用により、
ウエハ29ａ上の被研磨体を均一に研磨することができ
る。これにより、ウエハ保持具27ａ上ウエハ保持具27ａ
の回転方向に直角な方向に研磨具21ａを移動することに
より、ウエハ29ａ全面を均一に研磨することができる。

【００４９】なお、上記の第４の実施例では、研磨具21
ａへの押圧力を研磨中一定にしているが、研磨具21ａへ
の押圧力を、検出された電流値が大きい場合、小さく
し、検出された電流値が小さい場合、大きくすることも
できる。このように押圧力を調節することにより、同一
半径距離の研磨量まで制御でき、ウエハ面内の研磨量を
より一層均一にすることができる。これは、圧力が大き
いほど研磨速度が大きくなり、圧力が小さい程研磨速度
が小さいからである。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明の研磨装置におい
ては、研磨板の定盤の研磨剤を供給するための複数の貫
通孔にそれぞれ網目状導電体が設けられ、対の網目状導
電体間に電源及び電流検出手段が接続されている。しか
も、研磨剤として導電性を有する研磨剤、例えば金属イ
オンを含む研磨剤を用いている。

【００５１】従って、本発明の研磨方法のように、ウエ
ハをウエハ保持具に保持し、ウエハの表面の導電体層を
被覆する絶縁膜を研磨する場合、研磨中にウエハ表面に
導電体層が表出すると、一の電極／イオン／配線層／イ
オン／他の電極を介して電流検出手段に電流が流れるの
で、電流を監視しておくことにより導電体層上の絶縁膜
を確実に除去して導電体層を表出し、かつ残存すべき絶
縁膜の膜厚を確実に保持して研磨を終了することができ
る。

【００５２】このように、電流を監視しながら研磨量を
調整することができるので、従来のように、研磨途中に
ウエハ表面の観察をしなくてもよい。これにより、工程
の簡略化を図り、より均一な研磨を行うことができる。

【００５３】また、ウエハ保持面を有するウエハ保持具
と、左右非対称な研磨面を有する研磨布とを備え、研磨
布の面積の大きい部分がウエハ保持具の軸に近く、面積
の小さい部分がウエハ保持具の軸に遠く置かれるので、
研磨布の接触面内での研磨量のばらつきを最小に抑える
ことができる。従って、研磨剤及びウエハを介して対の
電極間に流れる電流を監視することにより、ウエハ上の
被研磨体を均一に研磨することができる。これにより、
ウエハ保持具上ウエハ保持具の回転方向に直角な方向に
研磨具を移動することにより、ウエハ全面を均一に研磨
することができる。

【００５４】

【００５５】また、回転しうるウエハ保持具又は回転し
うる研磨具の回転速度を、検出された電流値が大きい場
合、遅くし、検出された電流値が小さい場合、速くする
ことにより、同一半径距離の研磨量まで制御でき、ウエ
ハ面内の研磨量をより一層均一にすることができる。こ
れは、回転数が速いほど研磨速度が大きくなり、回転数
が遅い程研磨速度が小さいからである。

【００５６】更に、研磨具への押圧力を、検出された電
流値が大きい場合、小さくし、検出された電流値が小さ
い場合、大きくすることにより、同一半径距離の研磨量
まで制御でき、ウエハ面内の研磨量をより一層均一にす
ることができる。これは、圧力が大きいほど研磨速度が
大きくなり、圧力が小さい程研磨速度が小さいからであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る研磨装置の研磨具
の詳細構成図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る研磨装置の構成図
である。

【図３】本発明の第２の実施例に係る研磨装置の研磨具
の詳細構成図である。

【図４】本発明の第３の実施例に係る研磨方法を含む半
導体装置の製造方法について説明する断面図である。

【図５】本発明の第３の実施例に係る研磨方法により得
られたウエハ表面の平坦性について説明する断面図であ
る。

【図６】本発明の第３の実施例に係る研磨方法の効果を
確認するための調査に用いた試料についての説明図であ
る。

【図７】本発明の第３の実施例に係る研磨方法の効果を
確認するための調査結果についての説明図である。

【図８】従来例に係る研磨装置の構成図である。

【図９】従来例に係る研磨方法を含む半導体装置の製造
方法について説明する断面図である。

【図１０】従来例に係る研磨方法により得られたウエハ
表面の平坦性について説明する断面図である。

【符号の説明】

２１，21ａ 研磨具、 ２２，22ａ 研磨布、 23ａ，23ｂ 貫通孔、 24ａ，24ｂ 電極、 ２５，25ａ 電流計、 ２６，26ａ 電源、 ２７，27ａ ウエハ保持具、 ２８，28ａ 吸着パッド、 ２９，29ａ，29ｂ ウエハ、 ３１，31ａ 半導体基板、 32ａ〜32ｄ 電流通流部、 ３３ 下地絶縁膜、 ３４ 下部配線層（導電体層）、 35ａ，35ｂ 接続導電体（導電体層）、 ３６，36ａ 層間絶縁膜（絶縁膜）、 36ｂ シリコン酸化膜（絶縁膜）、 37ａ，37ｂ 上部配線層、 ４１，41ａ，41ｂ スタッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２１ Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２１Ｂ (56)参考文献 特開 平１−207929（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−54174（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−129669（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−224969（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304 622 H01L 21/304 621 B24B 37/00 B24B 37/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体上に導電体層及び該導電体層を被覆
   する絶縁膜が形成されたウエハを保持するウエハ保持面
   を有するウエハ保持具と、前記ウエハ保持面に対向する
   面に前記ウエハの被研磨面よりも小さい研磨面を有する
   研磨布が設けられ、かつ研磨剤が通過する複数の貫通孔
   が前記研磨布に形成された研磨具とを備えた研磨装置で
   あって、 前記複数の貫通孔のうち少なくとも２つ以上の貫通孔内
   に前記研磨剤が通過しうる電極が設けられ、対となる前
   記電極間に電流検出手段と電源とが接続されてなり、前
   記研磨剤として導電性を有する研磨剤を用いることを特
   徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 ウエハ保持面を有するウエハ保持具と、
   前記ウエハ保持面に対向する面に前記ウエハの被研磨面
   よりも小さい研磨面を有する研磨布が形成され、導電性
   を有する研磨剤が通過する複数の貫通孔が前記研磨布に
   形成され、該複数の貫通孔のうち少なくとも２つ以上の
   貫通孔内に前記研磨剤が通過しうる電極が設けられた研
   磨具と、対となる前記電極間に接続された電流検出手段
   及び電源とを備えた研磨装置を準備する工程と、 基体上に導電体層と、該導電体層を被覆する絶縁膜とが
   形成されたウエハを前記ウエハ保持具のウエハ保持面に
   保持する工程と、 前記ウエハ保持面に前記ウエハが保持されたウエハ保持
   具又は前記研磨具のうち少なくとも何れか一を回転さ
   せ、かつ前記研磨剤を吐出しながら前記ウエハと前記研
   磨面とを接触させて前記ウエハを研磨する工程と、 前記ウエハを研磨している間、前記電源から電圧を供給
   して前記研磨剤及び前記ウエハを介して前記対の電極間
   に流れる電流を監視し、所定の電流を検出したら前記ウ
   エハ保持具上で前記研磨具を隣接する領域に移動させ、
   前記隣接する領域において次の研磨を行う工程とを有す
   ることを特徴とする研磨方法。
3. 【請求項３】 前記電流値の小さいときに前記ウエハ保
   持具又は前記研磨具の回転速度を速くし、前記電流値の
   大きいときに前記ウエハ保持具又は前記研磨具の回転速
   度を遅くして研磨を行うことを特徴とする請求項２記載
   の研磨方法。
4. 【請求項４】 ウエハ保持面を有するウエハ保持具と、
   前記ウエハ保持面と対向する面に前記ウエハの被研磨面
   よりも小さく、かつ左右非対称な研磨面を有する研磨布
   が設けられ、導電性を有する研磨剤が通過する複数の貫
   通孔が前記研磨布に形成され、該複数の貫通孔のうち少
   なくとも２つ以上の貫通孔内に前記研磨剤が通過しうる
   電極が設けられた研磨具と、対となる前記電極間に接続
   された電流検出手段及び電源とを有する研磨装置を準備
   する工程と、 基体上に導電体層と、該導電体層を被覆する絶縁膜とが
   形成されたウエハを前記ウエハ保持具のウエハ保持面に
   保持する工程と、 前記ウエハ保持面に前記ウエハが保持されたウエハ保持
   具を回転させ、かつ前記研磨剤を吐出しながら前記ウエ
   ハと前記研磨面とを接触させて、前記左右非対称の研磨
   面の面積の大きい部分が前記ウエハ保持具の軸側に配置
   するように保持した状態で前記ウエハを研磨する工程
   と、 前記ウエハを研磨している間、前記電源から電圧を供給
   して前記研磨剤及び前記ウエハを介して前記対の電極間
   に流れる電流を監視し、所定の電流を検出したら前記ウ
   エハ保持具上で前記研磨具を隣接する領域に移動させ、
   前記隣接する領域において次の研磨を行う工程とを有す
   ることを特徴とする研磨方法。
5. 【請求項５】 ウエハ保持面を有するウエハ保持具と、
   前記ウエハ保持面に対向する面に前記ウエハの被研磨面
   よりも小さい研磨面を有する研磨布が設けられ、導電性
   を有する研磨剤が通過する複数の貫通孔が前記研磨布に
   形成され、該複数の貫通孔のうち少なくとも２つ以上の
   貫通孔内に前記研磨剤が通過しうる電極が設けられた研
   磨具と、対となる前記電極間に接続された電流検出手段
   及び電源とを有する研磨装置を準備する工程と、 基体上に導電体層と、該導電体層を被覆する絶縁膜とが
   形成されたウエハを前記ウエハ保持具のウエハ保持面に
   保持する工程と、 前記ウエハ保持面に前記ウエハが保持されたウエハ保持
   具又は前記研磨具のうち少なくとも何れか一を回転さ
   せ、かつ前記研磨剤を吐出しながら前記ウエハと前記研
   磨面とを接触させて前記ウエハを研磨する工程と、 前記ウエハを研磨している間、前記電源から電圧を供給
   して前記研磨剤及び前記ウエハを介して前記対の電極間
   に流れる電流を監視し、前記電流値が小さいときに前記
   ウエハ保持具への前記研磨具の押圧力を高め、前記電流
   値が大きいときに前記押圧力を弱め、所定の電流を検出
   したら前記ウエハ保持具上で前記研磨具を隣接する領域
   に移動させ、前記隣接する領域において次の研磨を行う
   工程とを有することを特徴とする研磨方法。