JP3189076B2

JP3189076B2 - 研磨方法及び研磨装置

Info

Publication number: JP3189076B2
Application number: JP13154293A
Authority: JP
Inventors: 貞浩岸井; 博堀江; 文利杉本; 明良大石; 由弘有本; 雅彦今井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 2001-07-16
Anticipated expiration: 2016-07-16
Also published as: JPH06342778A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路装置等の製造
工程中の配線層の平坦化方法等に適する研磨方法と研磨
装置に関する。半導体装置、集積回路装置等の性能を向
上し、集積度を高めるために、その配線層を多層化およ
び微細化することが要求されている。しかし、半導体装
置、集積回路装置等の集積度を高めるために、基板上に
多種の素子を高密度で形成すると、その表面の凹凸が大
きくなり、配線の多層化および微細化を達成するための
障害になる。従来から、ＳＯＧとエッチバックを組み合
わせた平坦化技術が知られていたが、この平坦化技術に
よって充分な配線層（層間絶縁膜）の平坦化が実現でき
ないため、近時、研磨による平坦化技術が検討されてい
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の研磨による平坦化法を２つ説明す
る。図１２、図１３は、従来の研磨による平坦化法の工
程説明図（１），（２）であり、（Ａ）〜（Ｆ）は各工
程を示している。この図において１０１はシリコンウェ
ーハ、１０２はバルク表面の凸部、１０３は層間絶縁
膜、１０４は配線、１０５は層間絶縁膜である。

【０００３】第１工程（図１２（Ａ）参照）シリコンウェーハ１０１の上に、集積回路の一部を形成
するトランジスタ等の能動素子、抵抗、容量等の受動素
子、電極配線等を形成する。その結果、バルク表面の凸
部１０２が形成される。

【０００４】第２工程（図１２（Ｂ）参照）シリコンウェーハ１０１の上に形成したバルク表面の凸
部１０２の上に、ＣＶＤ法等によってＳｉＯ₂等の層間
絶縁膜１０３を堆積する。層間絶縁膜１０３の表面に
は、バルク表面の凸部１０２が存在している部分と存在
しない部分の間に凹凸が生じる。

【０００５】第３工程（図１２（Ｃ）参照）ＳｉＯ₂等の層間絶縁膜１０３の表面を、従来から知ら
れている研磨方法によって研磨して平坦化する。

【０００６】第４工程（図１２（Ｄ）参照）平坦化したＳｉＯ₂等の層間絶縁膜１０３の上の全面に
導電体膜を堆積し、パターニングすることによって配線
１０４を形成する。

【０００７】第５工程（図１３（Ｅ）参照）配線１０４の上に、ＢＰＳＧ等の層間絶縁膜１０５を堆
積する、この層間絶縁膜１０５は、その下地に配線１０
４があるため、表面に凹凸を生じる。

【０００８】第６工程（図１３（Ｆ）参照）表面に凹凸を生じた層間絶縁膜１０５を研磨して平坦化
する。

【０００９】第７工程（図１３（Ｇ）参照）第６工程で平坦化した層間絶縁膜１０５の上に、必要に
応じて新たな層間絶縁膜１０６を形成する。この工程を
繰り返して、さらに、多層化することができる。

【００１０】図１４、図１５は、従来の研磨による平坦
化法の工程説明図（３），（４）であり、（Ａ）〜
（Ｇ）は各工程を示している。この図において１１１は
シリコンウェーハ、１１２はバルク表面の凸部、１１３
は層間絶縁膜、１１４は配線用溝、１１５は導電体膜、
１１５₁は配線、１１６は層間絶縁膜である。

【００１１】第１工程（図１４（Ａ）参照）シリコンウェーハ１１１の上に、集積回路の一部を形成
するトランジスタ等の能動素子、抵抗、容量等の受動素
子、電極配線等を形成する。その結果、バルク表面の凸
部１１２が形成される。

【００１２】第２工程（図１４（Ｂ）参照）シリコンウェーハ１１１の上に形成したバルク表面の凸
部１１２の上に、ＣＶＤ等によってＢＰＳＧ等の層間絶
縁膜１１３を形成する。層間絶縁膜１１３の表面には、
バルク表面の凸部１１２が存在する部分と存在しない部
分の間に凹凸が生じる。

【００１３】第３工程（図１４（Ｃ）参照）ＢＰＳＧ等の層間絶縁膜１１３の表面を従来から知られ
ている方法によって研磨して平坦化する。

【００１４】第４工程（図１４（Ｄ）参照）平坦化したＢＰＳＧ等の層間絶縁膜１１３の表面に配線
に相当する形状の配線用溝１１４をフォトエッチングに
よって形成する。

【００１５】第５工程（図１５（Ｅ）参照）配線に相当する形状の配線用溝１１４を形成した層間絶
縁膜１１３の上の全面に導電体膜１１５を堆積する。こ
の導電体膜１１５の表面には、配線用溝１１４の影響で
凹凸を生じる。

【００１６】第６工程（図１５（Ｆ）参照）導電体膜１１５の表面を研磨することによって、導電体
膜１１５の配線用溝１１４からはみ出した部分を研磨に
よって除去して配線１１５₁を形成し、全体的に表面を
平坦化する。

【００１７】第７工程（図１５（Ｇ）参照）平坦化された層間絶縁膜１１３と配線１１５₁の上に、
必要に応じて新たな層間絶縁膜１１６を形成する。この
工程を繰り返すことによって、さらに、多層化すること
ができる。

【００１８】上記の従来の２つの平坦化法において、そ
の研磨速度は、使用する研磨剤や研磨布、研磨圧力等に
よって異なるが、いずれにしても、研磨時間によって研
磨量を制御する方法を採用している。すなわち、研磨条
件における研磨速度を予め求めておき、所望の研磨量に
なるように研磨時間によって研磨量を制御する方法を採
用している。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】この方法においては、
前記の研磨条件を厳しく制御することによって、研磨時
間と研磨量の関係を一定にすることを目的としている
が、研磨量を精度よく制御することは極めて困難であ
る。本発明は、１／１０μｍ程度の高い精度で研磨量を
制御する手段を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる研磨方法
においては、表面に凹凸を有する被研磨体を研磨する
際、研磨体と被研磨体との摩擦によって生じる機械的振
動の変化を検知し、該機械的振動の変化に基づいて研磨
工程を制御する工程を採用した。

【００２１】また、異なる材質の部分からなる被研磨体
を研磨する際、研磨体と被研磨体との摩擦によって生じ
る機械的振動の変化を検知し、該機械的振動の変化に基
づいて研磨工程を制御する工程を採用した。

【００２２】この場合、上記の異なる材質の部分を、シ
リコン酸化物、シリコン窒化物、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰ
ＳＧ、金属から選ばれた材質の組合せによって構成する
ことができ、被研磨体を集積回路装置を形成するウェー
ハとすることができる。

【００２３】本発明にかかる研磨装置においては、研磨
体と被研磨体を摺動状態に保持した状態で相対的に移動
する手段と、該研磨体と被研磨体の摩擦によって生じる
機械的振動を検知する手段と、該機械的振動の変化に基
づいて研磨量を制御する手段を有する構成を採用した。

【００２４】この場合、被研磨体をその背後から研磨
材、または、ガスを介して研磨布に押圧し、被研磨体の
背面から一定の距離に機械的振動を検知する手段を設け
ることができる。

【００２５】またこの場合、合成樹脂製の支持具によっ
て、被研磨体の背面から一定の距離に機械的振動を検知
する手段を支持することができ、被研磨体の背面から一
定の距離に機械的振動を検知する手段を支持する容器の
内側に合成樹脂コーティングすることができ、さらに、
研磨剤を収容する容器の研磨体と接する部分を合成樹脂
によって形成することができる。また、被研磨体を支持
する吸着パッド、または、被研磨体をワックスによって
貼りつける治具を設けることができる。

【００２６】また、本発明にかかる被研磨体において
は、所定の厚さまで研磨されたとき、研磨体と被研磨体
との摩擦によって生じる機械的振動に変化を生じさせる
ための異なる材質の部分が埋設されている構成を採用し
た。この場合、異なる材質の部分を、シリコン酸化物、
シリコン窒化物、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、金属から
選ばれた材質の組合せによって構成することができる。

【００２７】

【作用】本発明の原理を説明する。半導体ウェーハ上の
絶縁膜等の被研磨体を、研磨布等の研磨体によって研磨
する際、被研磨体と研磨体の摩擦によって機械的振動を
生じることは知られているが、本発明の発明者らは、被
研磨体と研磨体の摩擦による機械的振動の関係を詳細に
検討した結果、この機械的振動、特に、その周波数特性
が、研磨条件により顕著に異なることを見出した。

【００２８】すなわち、被研磨体の材質が、例えば、Ｓ
ｉＮ、ＳｉＯ₂、ＢＰＳＧ、ＢＳＧ、ＰＳＧ等の絶縁
体、タングステン、銅等の金属のときの機械的振動が特
性的に定まることを見出した。研磨中には、大きいレベ
ルの機械的振動が生じるが、この機械的振動とは異なる
波長をもつ機械的振動の変化を測定することにより、予
め調査しておいた被研磨体の材質を推定することができ
る。

【００２９】図１６は、研磨による機械的振動を調査す
るための被研磨体の構成説明図である。この図におい
て、１２１はシリコン基板、１２２はＳｉＯ₂膜、１２
３は配線、１２４はＳｉＮ膜、１２５はＳｉＯ₂膜であ
る。この被研磨体は、シリコン基板１２１の上に、ＣＶ
Ｄ法によってＳｉＯ₂膜１２２が形成され、その上にラ
インアンドスペース状の配線１２３が形成され、その上
の全面にＣＶＤ法によってＳｉＮ膜１２４が形成され、
その上にＣＶＤ法によってＳｉＯ₂膜１２５が形成され
ている。

【００３０】ＳｉＯ₂の粒子を含む研磨材を用いて図１
６に示された被研磨体を研磨する場合、研磨の開始直後
は、研磨体が被研磨体のＳｉＯ₂膜１２５の表面の微細
な凹凸を研磨するため、被研磨体から発生する機械的振
動の周波数強度分布は不安定であるが、３０秒程度後に
はその凹凸が研磨されて安定する。そして、２分３０秒
程度後には、その前に安定して発生していた周波数強度
分布とは異なる周波数の強度が顕著に増大する。このと
き、研磨を停止して被研磨体の表面の膜厚を測定する
と、ＳｉＮ膜１２４の上面が僅かに露出して研磨されて
いた。

【００３１】研磨中に生じる機械的振動の周波数強度分
布の変化は、ＳｉＯ₂膜１２５だけの研磨からＳｉＮ膜
１２４の研磨に変わるときに発生することが確認され
た。すなわち、ＳｉＯ₂膜１２５を研磨している時に発
する機械的振動と、ＳｉＮ膜１２４を研磨している時に
発生する機械的振動とが異なる。したがって、この機械
的振動の周波数強度分布の変化を利用して、研磨当初の
材質の材料の研磨から、これと異なる材質の材料の研磨
に変わった時点を検出することができる。

【００３２】シリコン酸化物、シリコン窒化物、ＰＳ
Ｇ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、種々の金属等の被研磨体を研磨
した場合の測定結果によると、この機械的振動の周波数
強度分布には、研磨体の材質に固有な振動数を含んでい
ることが観察された。この知見を用いると、被研磨体の
材質を推定することができる。この研磨方法は、集積回
路装置の、多層配線層の表面を平坦化するための研磨に
適用することができる。

【００３３】また、前記のように、試料の研磨の開始し
た直後は、研磨体が試料の表面の微細な凹凸を研磨する
ため、試料から発生する機械的振動の周波数強度分布は
不安定であるが、その凹凸が研磨されて平坦化した後は
機械的振動が安定する性質を利用して、試料の表面の凹
凸が研磨されて平坦化されたことを検知し、研磨工程を
制御することができる。

【００３４】この研磨方法は、研磨体と被研磨体を摺動
状態に保持した状態で相対的に移動する手段と、この研
磨体と被研磨体の摩擦によって生じる機械的振動を検知
する手段と、この機械的振動の変化に基づいて研磨工程
を制御する手段を具える研磨装置によって実施すること
ができる。また、この研磨方法は、シリコン酸化物、シ
リコン窒化物、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ、金属等の、
所定の厚さまで研磨されたとき、研磨体と被研磨体との
摩擦によって生じる機械的振動に変化を生じさせるため
の異なる材質の部分が埋設されている被研磨体を用いる
ことによって実施することができる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。（第１実施例）図１は、第１実施例の研磨装置の構成説
明図である。この図において、１は回転軸、２は研磨
体、３は研磨布、４はウェーハ、５は吸着パッド、６は
ガイド、７はセラミックプレート、８は圧電素子、９は
ゴム部材、１０は保持具、１１は重錘、１２は周波数分
析装置である。この研磨装置を、先に図１６に示した被
研磨体を用いて集積回路装置を製造する工程における研
磨工程を想定して説明する。

【００３６】この実施例の研磨装置は、回転軸１に支持
された研磨体２の表面上に貼り付けられ研磨剤を含む研
磨布３の上に、吸着パッド５とガイド６によって被研磨
体であるウェーハ４を吸着して支持したセラミックプレ
ート７を載置し、そして、このセラミックプレート７上
に、セラミックプレート７が発生する機械的振動を検知
する手段である圧電素子８を接触し、この圧電素子８の
周囲を外来機械的振動を遮断するゴム部材９で覆い、そ
の上に、中心に開口を有する突起を具えた保持具１０を
置き、その上に中心に開口を有する重錘１１を置いてウ
ェーハ４と研磨布３の間の圧力を調節し、圧電素子８に
よって変換された電気信号を信号線を通して周波数分析
装置１２に伝送するようになっている。

【００３７】（第２実施例）図２は、第２実施例の研磨
装置の構成説明図である。この図において２１は研磨
体、２２は研磨布、２３はウェーハ、２４は容器、２５
は圧電素子、２６は圧電素子支持具、２７は研磨剤、２
８はガス、２９は伝送ケーブル、３０は周波数分析器で
ある。

【００３８】この実施例の研磨装置においては、研磨布
２２を貼り付けた研磨体２１の上に被研磨体であるウェ
ーハ２３を載置し、このウェーハ２３を容器２４で覆
い、この容器２４内に、ウェーハ２３から一定の距離だ
け離して多孔質の合成樹脂からなる圧電素子支持具２６
によって圧電素子２５を支持し、容器２４内に充填され
た研磨剤２７の上面を加圧されたガス２８によって押し
て、ウェーハ２３と研磨布２２の間の圧力を調整し、こ
の研磨剤２７を圧電素子支持具２６を通して研磨面に供
給するようにし、圧電素子２５によって変換された電気
信号を伝送ケーブル２９によって周波数分析器３０に導
き周波数分布を分析する。

【００３９】（第３実施例）図３は、第３実施例の研磨
装置の構成説明図である。この図において３１は研磨
体、３２は研磨布、３３はウェーハ、３４は容器、３４
₁は合成樹脂被覆、３５は圧電素子、３６は圧電素子支
持具、３７は研磨剤、３８はガス、３９は伝送ケーブ
ル、４０は周波数分析器である。

【００４０】この実施例の研磨装置においては、研磨布
３２を貼り付けた研磨体３１の上に被研磨体であるウェ
ーハ３３を載置し、このウェーハ３３を、内壁にテフロ
ン、塩化ビニル等の合成樹脂被覆３４₁を有する容器３
４で覆い、この容器３４内に、ウェーハ３３から一定の
距離だけ離して多孔質の合成樹脂からなる圧電素子支持
具３６によって圧電素子３５を支持し、容器３４内に充
填された研磨剤３７の上面を加圧されたガス３８によっ
て押して、ウェーハ３３と研磨布３２の間の圧力を調整
し、この研磨剤３７を圧電素子支持具３６を通して研磨
面に供給するようにし、圧電素子３５によって変換され
た電気信号を伝送ケーブル３９によって周波数分析器４
０に導き周波数分布を分析する。この、容器３４の内壁
に形成された合成樹脂被覆３４₁は、外からの機械的振
動を遮断する効果を有している。

【００４１】（第４実施例）図４は、第４実施例の研磨
装置の構成説明図である。この図において４１は研磨
体、４２は研磨布、４３はウェーハ、４４は容器、４４
₁は合成樹脂被覆、４５は圧電素子、４６は圧電素子支
持具、４７は研磨剤、４８はガス、４９は伝送ケーブ
ル、５０は周波数分析器である。

【００４２】この実施例の研磨装置においては、研磨布
４２を貼り付けた研磨体４１の上に被研磨体であるウェ
ーハ４３を載置し、このウェーハ４３を、研磨布４２と
接触する端部にテフロン、塩化ビニル等の合成樹脂被覆
４４₁を有する容器４４で覆い、この容器４４内に、ウ
ェーハ４３から一定の距離だけ離して多孔質の合成樹脂
からなる圧電素子支持具４６によって圧電素子４５を支
持し、容器４４内に充填された研磨剤４７の上面を加圧
されたガス４８によって押して、ウェーハ４３と研磨布
４２の間の圧力を調整し、この研磨剤４７を圧電素子支
持具４６を通して研磨面に供給するようにし、圧電素子
４５によって変換された電気信号を伝送ケーブル４９に
よって周波数分析器５０に導き周波数分布を分析する。
この、容器４４の研磨布４２と接触する端部に形成され
た合成樹脂被覆４４₁は、容器４４の研磨布４２と接触
する端部と研磨布４２との摩擦によって高レベルの機械
的振動が発生するのを防止する効果を有している。

【００４３】（第５実施例）図５は、第５実施例の研磨
装置の構成説明図である。この図において５１は研磨
体、５２は研磨布、５３はウェーハ、５４は容器、５４
₂はプレート、５５は圧電素子、５６は圧電素子支持
具、５７は研磨剤、５８はガス、５９は伝送ケーブル、
６０は周波数分析器である。

【００４４】この実施例の研磨装置においては、研磨布
５２を貼り付けた研磨体５１の上に被研磨体であるウェ
ーハ５３を載置し、このウェーハ５３を、プレート５４
₂によって押さえ、このウェーハ５３とプレート５４₂
を容器５４で覆い、この容器５４内に、ウェーハ５３か
ら一定の距離だけ離して多孔質の合成樹脂からなる圧電
素子支持具５６によって圧電素子５５を支持し、容器５
４内に充填された研磨剤５７の上面を加圧されたガス５
８によって押して、ウェーハ５３と研磨布５２の間の圧
力を調整し、この研磨剤５７を圧電素子支持具５６を通
して研磨面に供給するようにし、圧電素子５５によって
変換された電気信号を伝送ケーブル５９によって周波数
分析器６０に導き周波数分布を分析する。この、プレー
ト５４₂は、ウェーハ５３を平坦性を維持したまま、研
磨布５２に押圧する効果を有している。

【００４５】（第６実施例）図６は、第６実施例の研磨
装置の構成説明図である。この図において６１は研磨
体、６２は研磨布、６３はウェーハ、６４は容器、６４
₁は合成樹脂被覆、６５は圧電素子、６６は圧電素子支
持具、６７は研磨剤、６８はガス、６９は伝送ケーブ
ル、７０は周波数分析器である。

【００４６】この実施例の研磨装置においては、研磨布
６２を貼り付けた研磨体６１の上に被研磨体であるウェ
ーハ６３を載置し、このウェーハ６３を、内壁と研磨布
６２と接触する端部にテフロン、塩化ビニル等の合成樹
脂被覆６４₁を有する容器６４で覆い、この容器６４内
に、ウェーハ６３から一定の距離だけ離して多孔質の合
成樹脂からなる圧電素子支持具６６によって圧電素子６
５を支持し、容器６４内に充填された研磨剤６７の上面
を加圧されたガス６８によって押して、ウェーハ６３と
研磨布６２の間の圧力を調整し、この研磨剤６７を圧電
素子支持具６６を通して研磨面に供給するようにし、圧
電素子６５によって変換された電気信号を伝送ケーブル
６９によって周波数分析器７０に導き周波数分布を分析
する。この、容器６４の内壁と研磨布６２と接触する端
部に形成されたテフロン、塩化ビニル等の合成樹脂被覆
６４₁は、外からの機械的振動を遮断する効果と、容器
６４の研磨布６２と接触する端部と研磨布６２との摩擦
によって高レベルの機械的振動が発生するのを防止する
効果を有している。

【００４７】（第７実施例）図７は、第７実施例の研磨
装置の構成説明図である。この図において７１は研磨
体、７２は研磨布、７３はウェーハ、７４は容器、７４
₁は合成樹脂被覆、７４₂はプレート、７５は圧電素
子、７８はガス、７９は伝送ケーブル、８０は周波数分
析器である。

【００４８】この実施例の研磨装置においては、研磨布
７２を貼り付けた研磨体７１の上に被研磨体であるウェ
ーハ７３を載置し、このウェーハ７３をプレート７４₂
によって押圧し、このウェーハ７３とプレート７４
₂を、内壁と研磨布７２と接触する端部にテフロン、塩
化ビニル等の合成樹脂被覆７４₁を有する容器７４で覆
い、このプレート７４₂の上面に圧電素子７５を固定
し、このプレート７４₂を容器７４内に供給されるガス
７８によって押して、ウェーハ７３と研磨布７２の間の
圧力を調整し、研磨剤を容器７４の外周から研磨面に供
給するようにし、圧電素子７５によって変換された電気
信号を伝送ケーブル７９によって周波数分析器８０に導
き周波数分布を分析する。

【００４９】この、容器７４の内壁と研磨布７２と接触
する端部に形成されたテフロン、塩化ビニル等の合成樹
脂被覆７４₁は、外からの機械的振動を遮断する効果
と、容器６４の研磨布６２と接触する端部と研磨布６２
との摩擦によって高レベルの機械的振動が発生するのを
防止する効果を有し、また、プレート７４₂を容器７４
内に供給されるガス７８によって押して、ウェーハ７３
と研磨布７２の間の圧力を空気圧調整装置を用いて微細
に調整することができる。

【００５０】（第８実施例）図８は、第８実施例の被研
磨体の構成説明図である。この図において８１は基板、
８２は絶縁膜、８３は配線、８４は層間絶縁膜である。
本発明の研磨方法が適用できるこの実施例の被研磨体
は、基板８１の上に絶縁膜８２が形成され、その上に配
線８３が形成され、その上に、シリコン酸化物、シリコ
ン窒化物、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧ等からなり表面に
凹凸を有する層間絶縁膜８４が形成されている。この実
施例の被研磨体を本発明の研磨方法によって、研磨工程
によって生じる機械的振動をモニターしながら研磨する
と、表面の凹凸が研磨されている時の機械的振動と、表
面の凹凸が研磨されて平坦化されたときの機械的振動の
差から、平坦化された時点を検出することができる。

【００５１】（第９実施例）図９は、第９実施例の被研
磨体の構成説明図であり、（Ａ）と（Ｂ）は各態様を示
している。この図において、９１は基板、９２₁は第１
の絶縁膜、９３₁は第１の配線、９４₁は第２の絶縁
膜、９５₁は第３の絶縁膜、９６₁は第４の絶縁膜、９
２₂は第５の絶縁膜、９３₂は第２の配線、９４₂は第
６の絶縁膜、９５₂は第７の絶縁膜、９６₂は第８の絶
縁膜、９７は第９の絶縁膜である。

【００５２】第１の態様本発明の研磨方法が適用できるこの実施例の第１の態様
の被研磨体は、図９（Ａ）示されているように、基板９
１の上に第１の絶縁膜９２₁が形成され、その上に第１
の配線９３₁が形成され、その上の全面に第２の絶縁膜
９４₁が形成され、その上に、第３の絶縁膜９５₁が形
成され、その上の全面に第４の絶縁膜９６₁が形成さ
れ、この第４の絶縁膜９６₁の表面が本発明の研磨方法
によって平坦化された後、第５の絶縁膜９２₂が形成さ
れ、その上に第２の配線９３₂が形成され、その上の全
面に第６の絶縁膜９４₂が形成され、その上に、第７の
絶縁膜９５₂が形成され、その上の全面に第８の絶縁膜
９６₂が形成され、この第８の絶縁膜９６₂の表面が本
発明の研磨方法によって平坦化された後、第９の絶縁膜
９７が形成される。

【００５３】なお、この態様において、第１の配線９３
₁と第２の配線９３₂の上に形成された第２の絶縁膜９
４₁と第６の絶縁膜９４₂は、第１の配線９３₁と第２
の配線９３₂と、第３の絶縁膜９５₁と第７の絶縁膜９
５₂の間に反応が生じて特性が劣化するのを防ぐため、
あるいは、第３の絶縁膜９５₁と第７の絶縁膜９５₂の
成長速度が小さい材料である場合に、全体としての成長
速度を稼ぐために挿入されている。

【００５４】この構成において、第４の絶縁膜９６₁、
第８の絶縁膜９６₂（以下「第４の絶縁膜９６₁等」と
いう）と、第３の絶縁膜９５₁、第７の絶縁膜９５
₂（以下「第３の絶縁膜９５₁等」という）の材料の組
合せを次のようにして、機械的振動の差を大きくするこ
とができる。（１）第４の絶縁膜９６₁等がドーパントのないシリコ
ン酸化膜で、第３の絶縁膜９５₁等がＳｉＮ膜または、
第４の絶縁膜９６₁等がＳｉＮ膜で、第３の絶縁膜９５
₁等がドーパントのないシリコン酸化膜（２）第４の絶縁膜９６₁等がドーパントのないシリコ
ン酸化膜で、第３の絶縁膜９５₁等がＢＳＧ膜または、
第４の絶縁膜９６₁等がＢＳＧ膜で、第３の絶縁膜９５
₁等がドーパントのないシリコン酸化膜（３）第４の絶縁膜９６₁等がドーパントのないシリコ
ン酸化膜で、第３の絶縁膜９５₁等がＰＳＧ膜または、
第４の絶縁膜９６₁等がＰＳＧ膜で、第３の絶縁膜９５
₁等がドーパントのないシリコン酸化膜（４）第４の絶縁膜９６₁等がドーパントのないシリコ
ン酸化膜で、第３の絶縁膜９５₁等がＢＰＳＧ膜また
は、第４の絶縁膜９６₁等がＢＰＳＧ膜で、第３の絶縁
膜９５₁等がドーパントのないシリコン酸化膜

【００５５】第２の態様なお、この態様の説明における符号等は、第１の態様と
整合させたため欠番を生じている。本発明の研磨方法が
適用できるこの実施例の第２の態様の被研磨体は、図９
（Ｂ）示されているように、基板９１の上に第１の絶縁
膜９２₁が形成され、その上に第１の配線９３₁が形成
され、その上の全面に第３の絶縁膜９５₁が形成され、
その上の全面に第４の絶縁膜９６₁が形成され、この第
４の絶縁膜９６₁の表面が本発明の研磨方法によって平
坦化された後、その上に第２の配線９３₂が形成され、
その上に第７の絶縁膜９５₂が形成され、その上の全面
に第８の絶縁膜９６₂が形成され、この第８の絶縁膜９
６₂の表面が本発明の研磨方法によって平坦化される。

【００５６】この構成において、第４の絶縁膜９６₁、
第８の絶縁膜９６₂（以下「第４の絶縁膜９６₁等」と
いう）と、第３の絶縁膜９５₁、第７の絶縁膜９５
₂（以下「第３の絶縁膜９５₁等」という）の材料の組
合せを次のようにして、機械的振動の差を大きくするこ
とができる。（１）第４の絶縁膜９６₁等がドーパントのないシリコ
ン酸化膜で、第３の絶縁膜９５₁等がＳｉＮ膜または、
第４の絶縁膜９６₁等がＳｉＮ膜で、第３の絶縁膜９５
₁等がドーパントのないシリコン酸化膜（２）第４の絶縁膜９６₁等がドーパントのないシリコ
ン酸化膜で、第３の絶縁膜９５₁等がＢＳＧ膜または、
第４の絶縁膜９６₁等がＢＳＧ膜で、第３の絶縁膜９５
₁等がドーパントのないシリコン酸化膜（３）第４の絶縁膜９６₁等がドーパントのないシリコ
ン酸化膜で、第３の絶縁膜９５₁等がＰＳＧ膜または、
第４の絶縁膜９６₁等がＰＳＧ膜で、第３の絶縁膜９５
₁等がドーパントのないシリコン酸化膜（４）第４の絶縁膜９６₁等がドーパントのないシリコ
ン酸化膜で、第３の絶縁膜９５₁等がＢＰＳＧ膜また
は、第４の絶縁膜９６₁等がＢＰＳＧ膜で、第３の絶縁
膜９５₁等がドーパントのないシリコン酸化膜

【００５７】（第１０実施例）図１０は、第１０実施例
の被研磨体の構成説明図である。この図において用いた
符号は第９実施例と同様に、９１は基板、９２₁は第１
の絶縁膜、９３₁は第１の配線、９６₁は第４の絶縁
膜、９２₂は第５の絶縁膜、９３₂は第２の配線、９６
₂は第８の絶縁膜、９７は第９の絶縁膜、９８₁は第１
の金属柱、９８₂は第２の金属柱である。なお、この態
様の説明における符号等は、第１の態様と整合させたた
め欠番を生じている。

【００５８】本発明の研磨方法が適用できるこの実施例
の被研磨体は、図１０に示されているように、基板９１
の上に第１の絶縁膜９２₁が形成され、その上に第１の
配線９３₁と第１の金属柱９８₁が形成され、その上の
全面に第４の絶縁膜９６₁が形成され、この第４の絶縁
膜９６₁の表面が、第１の金属柱９８₁の上端の機械的
振動を検出することによって平坦化された後、第５の絶
縁膜９２₂が形成され、その上に第２の配線９３₂と第
２の金属柱９８₂が形成され、その上の全面に第８の絶
縁膜９６₂が形成され、この第８の絶縁膜９６₂の表面
が第２の金属柱９８₂の上端の機械的振動を検出するこ
とによって平坦化された後、第９の絶縁膜９７が形成さ
れる。

【００５９】この実施例において、第４の絶縁膜９６₁
と第８の絶縁膜９６₂としては、ドーパントのないシリ
コン酸化膜、ＳｉＮ膜、ＢＳＧ膜、ＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ
膜が用いられ、第１の金属柱９８₁と第２の金属柱９８
₂としては、タングステン等の硬質金属、あるいは、銅
等の軟質金属が用いられる。第１の金属柱９８₁と第２
の金属柱９８₂が硬質金属であっても、軟質金属であっ
ても、前記の無機絶縁膜とは発生する機械的振動の周波
数特性は異なっているため、研磨量の制御が有効に行わ
れる。

【００６０】

【発明の効果】図１１は、本発明の研磨方法による平坦
性説明図であり、（Ａ）は本発明による場合、（Ｂ）は
従来技術による場合を示している。従来技術による場合
は、被研磨体を４回、３分ずつ研磨して平均研磨速度を
求め、この平均研磨速度に基づいて、表面上に凹凸を有
する基板の上にＳｉＮ膜とＳｉＯ₂膜を形成した被研磨
体を２分１０秒間研磨し、研磨した後に、凸部の上のＳ
ｉＮ膜の厚さ、あるいは、ＳｉＮ膜の上に存在するＳｉ
Ｏ₂膜の厚さを測定した。

【００６１】そして、ＳｉＮ膜の厚さが研磨前と同じで
ある場合を０μｍ、ＳｉＮ膜の厚さが薄くなっている場
合を「−」、ＳｉＮ膜の上にＳｉＯ₂が残っている場合
は「＋」として評価した。評価したウェーハは５０枚
で、中心付近の断面をＳＥＭで観察して各膜の厚さを数
量化した。この従来の研磨方法によった場合は、図８
（Ｂ）に示されているように、測定結果は、−０．３μ
ｍから＋０．３μｍの間にばらついている。

【００６２】これに反して、被研磨体を研磨する工程に
おいて、機械的振動の周波数特性をモニターしながら研
磨量を制御する本発明による場合は、測定結果が−０．
１μｍから０μｍの間に１００％入っている。したがっ
て、本発明は、集積回路装置等の表面を平坦化する研磨
技術分野において、研磨量の制御性の向上と、研磨の自
動化に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の研磨装置の構成説明図である。

【図２】第２実施例の研磨装置の構成説明図である。

【図３】第３実施例の研磨装置の構成説明図である。

【図４】第４実施例の研磨装置の構成説明図である。

【図５】第５実施例の研磨装置の構成説明図である。

【図６】第６実施例の研磨装置の構成説明図である。

【図７】第７実施例の研磨装置の構成説明図である。

【図８】第８実施例の被研磨体の構成説明図である。

【図９】第９実施例の被研磨体の構成説明図であり、
（Ａ）と（Ｂ）は各態様を示している。

【図１０】第１０実施例の被研磨体の構成説明図であ
る。

【図１１】本発明の研磨方法による平坦性説明図であ
り、（Ａ）は本発明による場合、（Ｂ）は従来技術によ
る場合を示している。

【図１２】従来の研磨による平坦化法の工程説明図
（１）であり、（Ａ）〜（Ｄ）は各工程を示している。

【図１３】従来の研磨による平坦化法の工程説明図
（２）であり、（Ｅ）〜（Ｇ）は各工程を示している。

【図１４】従来の研磨による平坦化法の工程説明図
（３）であり、（Ａ）〜（Ｄ）は各工程を示している。

【図１５】従来の研磨による平坦化法の工程説明図
（４）であり、（Ｅ）〜（Ｇ）は各工程を示している。

【図１６】研磨による機械的振動を調査するための被研
磨体の構成説明図である。

【符号の説明】

１回転軸２，２１，３１，４１，５１，６１，７１研磨体３，２２，３２，４２，５２，６２，７２研磨布４，２３，３３，４３，５３，６３，７３ウェーハ５吸着パッド６ガイド７セラミックプレート８，２５，３５，４５，５５，６５，７５圧電素子９ゴム部材１０保持具１１重錘１２周波数分析装置２４，３４，４４，５４，６４，７４容器２６，３６，４６，５６，６６圧電素子支持具２７，３７，４７，５７，６７研磨剤２８，３８，４８，５８，６８，７８ガス２９，３９，４９，５９，６９，７９伝送ケーブル３０，４０，５０，６０，７０，８０周波数分析器３４₁，４４₁，６４₁，７４₁ 合成樹脂被覆５４₂，７４₂ プレート８１、９１基板８２絶縁膜８３配線８４層間絶縁膜９２₁ 第１の絶縁膜９３₁ 第１の配線９４₁ 第２の絶縁膜９５₁ 第３の絶縁膜９６₁ 第４の絶縁膜９２₂ 第５の絶縁膜９３₂ 第２の配線９４₂ 第６の絶縁膜９５₂ 第７の絶縁膜９６₂ 第８の絶縁膜９７第９の絶縁膜９８₁ 第１の金属柱９８₂ 第２の金属柱

フロントページの続き (72)発明者大石明良神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者有本由弘神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (72)発明者今井雅彦神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内 (56)参考文献特開昭55−54174（ＪＰ，Ａ) 特開平６−320416（ＪＰ，Ａ) 特開平５−90263（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304 622 B24B 37/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に電極や配線などの存在に起因する凹
凸をもつ集積回路装置が形成されたウエハである被研磨
体を研磨する際、研磨体と被研磨体との摩擦で生じる機械的振動の変化を
モニタして該表面の凹凸が研磨されているときの機械的
振動と該表面の凹凸が研磨されて平坦化されたときの機
械的振動との差に基づいて研磨工程を制御することを特
徴とする研磨方法。
【請求項２】研磨体と被研磨体を摺動状態に保持した状
態で相対的に移動する手段と、該被研磨体をその背後から研磨剤を介して研磨布に押圧
する手段と、該被研磨体の背面から一定の距離に設けられて機械的振
動を検知する手段と、該機械的振動の変化に基づいて研磨工程を制御する手段
とを備えてなることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】研磨体と被研磨体を摺動状態に保持した状
態で相対的に移動する手段と、該被研磨体をその背後からガスを介して研磨布に押圧す
る手段と、該被研磨体の背面から一定の距離に設けられて機械的振
動を検知する手段と、該機械的振動の変化に基づいて研磨工程を制御する手段
とを備えてなることを特徴とする研磨装置。
【請求項４】該被研磨体の背面から一定の距離に設けら
れて機械的振動を検知する手段が合成樹脂製の支持具で
支持されてなることを特徴とする請求項２或いは請求項
３記載の研磨装置。
【請求項５】該被研磨体の背面から一定の距離に設けら
れて機械的振動を検知する手段を支持する容器の内側に
合成樹脂コーティングが施されてなることを特徴とする
請求項２乃至請求項４の何れか１記載の研磨装置。
【請求項６】該被研磨体を支持する吸着パッド、或い
は、該被研磨体をワックスで貼付する治具を備えてなる
ことを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れか１記載
の研磨装置。