JP3270282B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
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    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/02—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent
    • B24B49/04—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation according to the instantaneous size and required size of the workpiece acted upon, the measuring or gauging being continuous or intermittent involving measurement of the workpiece at the place of grinding during grinding operation

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエーハに形成
された層間絶縁膜、半導体膜、金属膜などの膜をポリッ
シングするときのポリッシング終点を検出する機能を備
えたポリッシング装置及びポリッシングされる膜の終点
検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＩＣやＬＳＩなどの半導体装置は、半導
体基板に形成する集積回路を設計する設計工程、集積回
路を形成するために用いられる電子ビームなどを描画す
るためのマスク作成工程、単結晶インゴットから所定の
厚みのウェーハを形成するウェーハ製造工程、ウェーハ
に集積回路などの半導体素子を形成するウェーハ処理工
程、ウェーハを各半導体基板に分離しパッケージングし
て半導体装置を形成する組立工程及び検査工程等を経て
形成される。各工程には、それぞれその工程に必要な製
造装置が用意される。半導体製造装置にはこの他にも前
処理装置や排ガス処理装置など設備、環境に必要な製造
装置も用いられる。従来ウェーハ処理工程においてトレ
ンチやコンタクトホールなどの溝（トレンチ）部に金
属、ポリシリコン、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2 ）などの
任意の材料を埋め込んだ後にその表面を平坦化する方法
としてエッチバックＲＩＥ(Reactive Ion Etching)法が
知られている。以下、図８及び図９を参照してこの方法
を説明する。
【０００３】まず、シリコン半導体などの半導体基板１
表面にＳｉＯ2 膜２及びＣＶＤ法によりストッパー膜と
なるポリシリコン膜３を形成する（図８（ａ））。次
に、ポリシリコン膜３及び半導体基板１をＲＩＥにより
選択的に除去し、溝部４を形成する（図８（ｂ））。次
に、前記溝部４の内部及びポリシリコン膜３の表面にＳ
ｉＯ2 膜５をＣＶＤ法により堆積させる（図８
（ｃ））。このとき、溝部４の上にあたるＳｉＯ2 膜５
表面には溝部４の凹部に対応したへこみ５１ができる。
さらにＳｉＯ2 膜５表面の凹凸を小さくするために、エ
ッチバックレジスト６をＳｉＯ2 膜５上に更に形成する
（図９（ａ））。つづいて、エッチバックレジスト６と
ＳｉＯ2 膜５がほぼ同じエッチングレートとなる条件で
ＲＩＥを行う（図９（ｂ））。このエッチバックＲＩＥ
を用いると溝部４にのみＳｉＯ2 膜５が埋め込まれ、ポ
リシリコン膜３の表面、つまり、ウエーハ表面が平坦に
なる。しかし、凹み５１のあった部分には幾分凸部５２
が残っており十分な平坦化が難しい。このウエーハ１表
面の平坦化は、ストッパー膜となるポリシリコン膜３の
エッチングレートがＳｉＯ2 膜５より小さくなるように
設定することにより可能となる。
【０００４】ＳｉＯ2 膜５がエッチングされ、ポリシリ
コン膜３表面が露出し始めると、プラズマ放電中に含ま
れるスペクトルにポリシリコンのＳｉに対応する信号の
ピークが発生する。この放電スペクトルの変化をモニタ
し、前記ポリシリコンの信号ピークを検出することによ
り、エッチバックＲＩＥによるＳｉＯ2 膜５のエッチン
グ終点が検出でき、溝部４内へのＳｉＯ2 膜５の埋め込
みが完了する。このＲＩＥにおいて、ストッパー膜は被
エッチング膜のエッチング終点を検出するために重要な
働きをする。尚、ストッパー膜の種類は使用する工程や
装置、条件により最も有効であると考えられるものを使
用する。しかしながら、このエッチバックＲＩＥ方法
は、エッチバックレジストの塗布などの工程が多くなる
こと、ウェーハ表面にＲＩＥダメージが入りやすいこ
と、良好な平坦化が難しいこと、また真空系の装置を用
いるため、構造が複雑で、危険なエッチングガスを使用
することなどから様々な問題点が多い。そこで、エッチ
バックＲＩＥに代わって、最近はＣＭＰ(Chemical Mech
anicalPolishing) 法が盛んに研究されるようになって
きた。
【０００５】次に、図１０にウェーハ表面を平坦化する
ために用いられるＣＭＰ用のポリッシング装置の概略を
示し、以下にその構成を説明する。台１１上にベアリン
グ１３を介して研磨盤受け１５が配置されている。この
研磨受け１５上には研磨盤１７が取り付けられている。
この研磨盤１７上にはウェーハを研磨する研磨布１９が
張り付けられている。研磨受け１５及び研磨盤１７を回
転させるためにこれらの中心部分に駆動シャフト２１が
接続されている。この駆動シャフト２１は、モータ２３
により回転ベルト２５を介して回転される。一方、ウェ
ーハ２０は研磨布１９と対抗する位置にくるように真空
または水張りにより、テンプレート２９及び吸着布３１
が設けられた吸着盤３３により吸着されている。この吸
着盤３３は、駆動シャフト３５に接続されている。また
この駆動シャフト３５は、モーター３７によりギア３９
及び４１を介し回転される。駆動シャフト３５は、上下
方向の移動に対し駆動台４３に固定されている。このよ
うな構造によって、シリンダ４５による上下の移動に伴
い、駆動台４３が上下移動し、これにより吸着盤３３に
固定されたウェーハ２０が研磨布１９に押しつけられた
り研磨布１９から離れたりする。ウェーハ２０と研磨布
１９の間には目的に応じて研磨剤が流され、これにより
ウェーハ２０のポリッシングが行われる。また、図面に
は示さないが、ウェーハは、ポリッシングの間別の駆動
系によりＸ−Ｙ方向（水平方向）に移動可能となってい
る。
【０００６】次に、図１１及び図１２を参照して図１０
に示すポリッシング装置を用いたＣＭＰ法によるウェー
ハ表面の平坦化処理の一例を説明する。半導体基板１上
にＳｉ3 Ｎ4 膜７を形成する（図１１（ａ））。次に、
パターニングによりＳｉ3 Ｎ4 膜７及び半導体基板１の
所定部分をエッチングして溝部８を形成する（図１１
（ｂ））。そして、Ｓｉ3 Ｎ4 膜７上及び溝部８内にＳ
ｉＯ2 膜５をＣＶＤ法により積層する（図１２
（ａ））。続いて、ＣＭＰ法によりＳｉＯ2 膜５をポリ
ッシングし、ストッパー膜となるＳｉ3 Ｎ4 膜７の露出
を検出した段階でＳｉＯ2 膜５のポリッシングを終了さ
せることにより、溝部８内へのＳｉＯ2 膜５の埋込みが
完了すると共に半導体基板１表面の平坦化が行われる
（図１２（ｂ））。このＣＭＰ法は、図８及び図９に示
すエッチバックＲＩＥ法と比べ工程が短縮され、また良
好な平坦化が達成される。尚、ＣＭＰ法自体は新しい技
術ではなく、前述した半導体装置の製造工程におけるウ
ェーハ製造工程での製造プロセスで用いられている技術
である。最近、このＣＭＰ技術が高集積デバイスの製造
プロセスに用いられ始めおり、次に、図１３乃至図１５
を参照してその応用例を説明する。
【０００７】図１３はトレンチ素子分離プロセスにおけ
るＣＭＰ法の応用である。半導体基板１表面を熱酸化し
てＳｉＯ2 膜２を形成した後、ポリッシングのストッパ
ー膜となるＳｉ3 Ｎ4 膜７をＣＶＤ法により形成する。
次に、リソグラフィによるパターニングで素子分離形成
領域のＳｉ3 Ｎ4 膜７とＳｉＯ2 膜２及び半導体基板１
の一部を除去して溝部９を形成する。溝部９内の半導体
基板１表面を酸化し、溝部９の底にボロンをイオン注入
してチャネルカット領域１０を形成する。次いで、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜７上及び溝部９内にポリシリコン膜３をＣＶＤ
法により形成する（図１３（ａ））。ポリシリコン膜に
代えてＳｉＯ2 を利用しても良い。次いで、半導体基板
１表面のポリシリコン３をＳｉ3 Ｎ4 膜７が露出するま
でポリッシングする（図１３（ｂ））。このときのポリ
ッシング条件では、ポリシリコン膜と比べＳｉ3 Ｎ4 膜
７のポリッシングレートは、約１／１０〜１／２００程
度と小さい条件を用いているためにＳｉ3 Ｎ4 膜７でポ
リッシングを止めることができ、溝内部にのみポリシリ
コン膜３が埋め込まれる。このように、ポリッシングで
のストッパー膜は、ポリッシングしたい膜と比べポッシ
ングレートの小さいものを選び、ポリッシング時間を指
定することでこのストッパー膜が露出した段階でポリッ
シングを終了させることができる。
【０００８】次に、図１４及び図１５を参照して金属配
線を絶縁膜の溝部内へ埋め込む場合に用いるＣＭＰ法の
応用例を説明する。半導体基板１上にＣＶＤ−ＳｉＯ2
膜５及びプラズマＳｉＯ2 膜１２を続けて形成する（図
１４（ａ））。次いで、プラズマＳｉＯ2 膜１２をパタ
ーニングして所定箇所に溝部１４を形成する（図１４
（ｂ））。溝部１４内及びプラズマＳｉＯ2 膜１２の全
面にＣｕ膜１６を積層する（図１４（ｃ））。プラズマ
ＳｉＯ2 膜１２をストッパー膜としてＣｕ膜１６をポリ
ッシングする。プラズマＳｉＯ2 膜１２が露出した段階
でＣｕ膜１６のポリッシングを終了させることにより溝
部１４内にのみＣｕ膜１４が埋め込まれ、Ｃｕ埋め込み
配線が形成される（図１５（ａ））。このポリッシング
により半導体基板１の表面が平坦化され、続く２層目の
プラズマＳｉＯ2 膜１８の形成が容易になる（図１５
（ｂ））。このＣＭＰ法による平坦化により２層目、３
層目の電極配線（図示せず）の形成が容易となる。しか
し、このような高集積デバイスの製造に使用するＣＭＰ
法において有効なポリッシングの終点検出方法はいまだ
確立されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】これまでは、主にポリ
ッシング時間を適宜設定し終点検出を行っていたが、図
１１乃至図１５で示したようにウェーハもしくは半導体
基板表面にはいろいろな膜が積層されており、ポリッシ
ングしたい膜の下のストッパー膜が露出した段階で完全
にポリッシングを精度よく終了させなければならない。
しかし、これらのポリッシングしたい膜の厚さも数１０
ｎｍから数ミクロンまでと様々であり、またウェーハ間
での膜圧のばらつきもある。そのためポリッシング時間
の設定だけでは、ポリッシングのしすぎによりストッパ
ー膜がすべてポリッシングされ、その下の膜までポリッ
シングされたり、逆に時間が短すぎてストッパー膜の上
のポリッシング膜が残ってしまったりする問題が発生し
ており、ポリッシングの終点検出技術の開発は重要な課
題の一つとなっている。従来のポリッシングの終点検出
方法としては、例えば、ポリッシング膜がポリッシング
され、その膜圧が減少することによりウェーハの静電容
量の変化を検出し、その変化により終点を検出する方法
があるが、その変化量が少ないことやウェーハ上に形成
されている膜が多層構造であったり、品種によりチップ
パターンが違うと、製品や製造工程毎にウェーハの静電
容量が違ってくるため、それぞれの条件毎に終点検出条
件の合わせ込みをする必要があった。
【００１０】また、ポリッシング中にウェーハの静電容
量をリアルタイムで設定できないなど様々な問題があ
り、この方法は実施例には余り使用されていない。さら
に、テバイス構造が微細化されてくるとポリッシングさ
れる量も少なくなり、したがって、ウェーハの静電容量
のポリッシング時と終了時の変化量が小さくなるため、
この変化を確実に精度良く終点検出を行うことは困難で
あった。本発明は、このような事情によりなされたもの
であり、半導体装置の製造工程におけるウェーハ製造工
程において行われるポリッシングを行うに際し、ポリッ
シングの終点検出を容易に行うことのできるポリッシン
グ装置を有する半導体製造装置及びこの半導体製造装置
を用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的に
している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体製造装置
は、研磨布を有する研磨盤と、前記研磨盤を回転させる
第１の駆動シャフトを有する第１駆動手段と、ポリッシ
ングされる膜及びポリッシングを止めるストッパー膜が
形成された半導体ウエーハを固定する吸着布を有する吸
着盤と、前記吸着盤を回転させる第２の駆動シャフトを
有する第２駆動手段と、前記半導体ウエーハに赤外光を
供給する赤外光供給手段と、前記半導体ウエーハに供給
された前記赤外光の強度の変化を検出し前記ポリッシン
グされる膜のポリッシング終点を検出するための手段と
を備え前記吸着盤は少なくとも１対の貫通孔を有し、前
記１対の貫通孔の双方の間隔は前記半導体ウエーハに近
づくにつれて狭くなり、前記吸着布は前記一対の貫通孔
に対して設けられた少なくとも１対の孔を有しているこ
とを特徴としている。
【００１２】本発明の半導体装置の製造方法は、ポリッ
シングされる膜及びポリッシングを止めるストッパー膜
が形成された半導体ウエーハを回転させてこの半導体ウ
エーハ表面をポリッシングする工程と、前記半導体ウエ
ーハ表面をポリッシングしながら前記半導体ウエーハに
向けて所定のエネルギーを供給する工程と、前記半導体
ウエーハを透過した前記エネルギーに対する透過エネル
ギーの強度を検出する工程と、前記ストッパー膜の露出
による前記透過エネルギーの変化から前記ポリッシング
される膜のポリッシング終点を検出する工程とを備えた
ことを特徴としている。
【００１３】また、前記エネルギーは、前記半導体ウエ
ーハの中心部に向けて供給されるようにしても良い。
【００１４】また、前記エネルギーは、赤外光又は振動
波であるようにしても良い。
【００１５】
【作用】ウェーハをポリッシングする際のポリッシング
終点検出において、ポリッシング中のウェーハに供給さ
れ、エネルギー発生手段から生成された赤外光や振動波
などの第１のエネルギーに基づく第２のエネルギーを検
出することによりポリッシング終点の信号を容易にかつ
確実に検出する。
【００１６】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。まず、図１乃至図３を参照して第１の実施例を説
明する。図１は、ポリッシング装置の断面図、図２は、
ＳｉＯ2 の赤外吸収スペクトルの強度を示す特性図、図
３は、ＳｉＯ2 の赤外吸収スペクトル強度とＳｉＯ2 ポ
リッシング時間との関係を示す特性図である。台１１上
にベアリング１３１を介して研磨盤受け１５が配置され
ている。この研磨盤受け１５の上には研磨盤１７が取り
付けられている。そしてこの研磨盤１７上には研磨布１
９が張り付けられている。研磨盤受け１５及び研磨盤１
７を回転させるためにこれらの中心部分に中空の駆動シ
ャフト４６が接続されている。この駆動シャフト４６は
モータ２３により回転ベルト２５を介して回転される。
研磨盤受け１５、研磨盤１７及び研磨布１９の中心部
は、ウェーハ２０の中心部が露出するように所定の径の
孔が設けられている。この孔の直径は５ｍｍ以下でよ
い。この孔の径は、後述の赤外光のビームの径より大き
く、かつポリッシングの際のウェーハ２０の中心部のポ
リッシングに影響を与えない大きさが良い。
【００１７】一方、ウェーハ２０は、研磨布１９と対向
する位置になるように真空又は水張りによりテンプレー
ト２９及び吸着布３１が設けられた吸着盤３３により吸
着されている。吸着盤３３及び吸着布３１の中心部に
は、それぞれ所定の径でウェーハの中心が露出するよう
に孔が設けられている。この孔の直径は５ｍｍ以下でよ
い。この孔の径は、後述の透過光のビーム径より大き
く、かつポリッシングの際のウェーハ２０の中心部のポ
リッシングに影響を与えない大きさが好ましい。この吸
着盤３３は、中空の駆動シャフト４７に接続されてい
る。この駆動シャフト４７は、モータ３７によりギア３
９及び駆動シャフト４７側のギア４１を介して回転す
る。駆動シャフト４７は、上下方向の移動に対し、駆動
台４３に固定されている。シリンダ４５の上下の移動に
伴い、これに接続された駆動台４３が上下移動し吸着盤
３３に固定されたウェーハ２０が研磨布１９に押し付け
られたり、研磨布１９から離間したりする。また、図に
は示さないが、ウェーハ２０は、ポリッシング中、別の
駆動系によりＸ−Ｙ方向（水平方向）に移動可能となっ
ている。
【００１８】駆動台４３の上部には、２．５μｍから２
５μｍまでの波長の光を出せる赤外光源４８及びこの光
源からの赤外光を分光するため分光器４９が取り付けら
れている。分光器４９から出た赤外光５０は、駆動シャ
フト４７中を通過し、さらに吸着盤３３及び吸着布３１
それぞれの赤外光５０のビーム径より大きな孔を通過し
ウェーハ２０に達する。ウェーハ２０を通過した赤外光
５０からの透過光５３は、研磨布１９、研磨盤１７及び
研磨受け１５それぞれの透過光５３のビーム径より大き
な孔を通過し、さらに中空の駆動シャフト４６中を通過
し、その端部に取り付けられた光検出器５４で検出され
る。この方法によりポリッシングの終点を精度よく検出
することができる。ウェーハ２０は、Ｘ−Ｙ方向の動き
と駆動シャフト４７による吸着盤３３の回転との組み合
わせにより扇動するため、この透過光５３は、ほぼ定期
的に遮断される。この扇動の周期は、ポリッシングの終
点が近くなると自動的に短くなるように予め設定しても
良い。別の方法ではポリッシングの状況を見ながら適宜
自動的に短くなるように制御手段（図示せず）を用いて
Ｘ−Ｙ方向の動きの量及び速度又は吸着盤３３の回転の
速度を随時制御するか予め設定してもよい。
【００１９】これにより、透過光５３が光検出器５４に
検出される単位時間当たりの回数をポリッシング開始時
点に比べてポリッシング終了間際の方を多くすることが
できる。これにより、透過光５３が遮断されることによ
るポリッシング終点の見落としによる過度のポリッシン
グを防止することが可能となる。光検出器５４は、駆動
シャフト４６と一緒に回転しないよう固定され、ベアリ
ングを介して駆動シャフト４６に取り付けられている。
ウェーハ２０を赤外光５０が透過する際に任意の波長の
エネルギーの吸収が起こる。そのときの波長は、原子及
び結合原子の種類に固有のものである。そこでポリッシ
ングする膜に固有の波長でのエネルギーの吸収量をモニ
タすることによりポリッシングの終点を検出できる。前
述の図１１及び図１２を例にとると、図１２（ａ）のＳ
ｉＯ2 膜５のポリッシング前では半導体基板１の全面に
ＳｉＯ2 膜５が形成されているため波長は、図２の曲線
（ａ）に示すように９．０μｍ前後にＳｉＯ2 固有の赤
外エネルギー吸収による相対透過強度の大きなピーク信
号が検出される。図２の縦軸は、相対透過強度を示し、
横軸は、透過光波長（μｍ）と波数を示している。この
ＳｉＯ2 膜５のポリッシングを進めると図２の曲線
（ｂ）に示すようにＳｉＯ2 膜５が薄くなるにつれてＳ
ｉＯ2 の赤外吸収のピーク、つまり相対透過強度が小さ
くなることがわかる。
【００２０】図１２（ｂ）に示すように完全にＳｉＯ2
膜５がポリッシングされると図２の曲線（ｃ）のように
半導体基板１の溝部内に埋め込まれたＳｉＯ2 の量に相
当するピーク信号がわずかに検出されるだけとなる。こ
のＳｉＯ2 に関する赤外吸収のピーク信号強度とポリッ
シング時間との関係をモニターしていくと図３に示す特
性図のようになる。図の縦軸は、赤外吸収のピーク信号
強度を示し、横軸は、ポリッシング時間を示している。
図３の曲線の（ａ）〜（ｃ）のそれぞれの信号強度は、
図２の曲線（ａ）〜（ｃ）のＳｉＯ2に関する信号のピ
ーク強度に対応している。図３からも明らかなように、
予め、ポリッシング終点時のＳｉＯ2 の信号のピーク強
度（図の点線で示す値）を適宜設定しておくことによ
り、自動的に終点検出でき、これによりポリッシング膜
を一定膜厚残したり、または除去したりすることが可能
となる。また、モニタする波長領域を変更することによ
り、ポリッシングする膜を任意に変更することが可能に
なる。例えば、ポリッシング膜をＳｉ3 Ｎ4 とする場合
では、モニタする波長領域を１１．４〜１２．５μｍに
設定することにより、ＳｉＯ2 と同様に終点検出が可能
となる。
【００２１】次に、図４を参照して第２の実施例を説明
する。図４は、赤外光源を有するポリッシング装置の断
面図である。以下に説明する部分以外の構造について
は、図１に示すポリッシング装置と同じ構造であり、そ
の説明は省略する。駆動シャフト４７の所定位置（例え
ば中間部分）に赤外光５０が入射できる孔５５が設けら
れている。中空の駆動シャフト４７内の孔５５付近には
ミラー５６が設けられている。赤外光源４８から分光器
４９を経て水平に出た赤外光５０は、この孔５５を通過
してからミラー５６で反射される。ミラーで反射された
赤外光５０は駆動シャフト４７内を通過しウェーハ２０
に垂直に入射される。ウェーハ２０に入射された赤外光
５０は、ウェーハ２０の透過光５３として光検出器５４
で検出される。駆動シャフト４７に設けられた孔は、１
つである必要はなく複数あっても良い。この場合、赤外
光５０がウェーハ２０に入射するようにミラーの取り付
け位置・形状を工夫する必要がある。本実施例では、第
１の実施例と同様の効果を得ることができる。また、赤
外光源４８を駆動シャフト４７の長さ方向に対し様々な
位置に設置できるので設置場所の自由度が確保できる。
【００２２】次に、図５を参照して第３の実施例を説明
する。図５は、光検出器の位置に特徴のあるポリッシン
グ装置の断面図である。以下に説明する部分以外の構造
については、図１に示すポリッシング装置と同じ構造で
あり、その説明は省略する。赤外光源４８より分光器４
９を通過した赤外光５０は、駆動シャフト４７の端部近
傍に配置したハーフミラー５９を通過し、駆動シャフト
４７の中空部を通過しウェーハ２０にその裏面から入射
される。ウェーハ２０の裏面に入射した赤外光５０は、
ウェーハ２０内を透過し、その表面（ポリッシングされ
る面をいう）で垂直に反射し駆動シャフト４７内を赤外
光５０とは逆方向に通りハーフミラー５９に入射され
る。ハーフミラー５９に入射されたウェーハ２０からの
透過光５３は、ハーフミラー５９により所定角度で反射
され光検出器５８で検出される。本実施例では、第１の
実施例と同様の効果を得ることができる。また、精度よ
くポリッシングの終点を検出することができる。
【００２３】次に、図６を参照して第４の実施例を説明
する。図６は、ポリッシング装置の断面図である。以下
に説明する部分以外の構造については図１に示すポリッ
シング装置と同じ構造であり、その説明は省略する。こ
の実施例では、赤外光源と光検出器の設置場所と、吸着
盤及び吸着布の構造に特徴がある。赤外光源４８は、駆
動シャフト３５の脇に設置されている。赤外光源４８で
発生した赤外光５０が分光器４９を通過しウェーハ方向
に照射されるようにミラー５９が所定箇所に設けられて
いる。駆動シャフト３５に連結した吸着盤５７には、赤
外光５０がウェーハ２０に入射するように傾斜した貫通
孔６２が形成され、また、ウェーハ２０からの透過光５
３がミラー６０で反射され光検出器５４に入射するよう
に貫通孔６２とは逆方向に傾斜した貫通孔６３が形成さ
れており、両貫通孔６２、６３は合わせて断面Ｖ字状に
設けられている。吸着盤５７の貫通孔６２、６３に対応
して、吸着布６６にも赤外光５０及び透過光５３を通過
させるために孔６５、６６が設けられている。赤外光５
０は、貫通孔６２、孔６６を通過しウェーハ２０に入射
される。入射した赤外光５０は、ウェーハ２０の表面で
反射して透過光５３となり、この透過光５３は、孔６
５、貫通孔６３を通過し、ミラー６０を介して光検出器
５４に検出される。
【００２４】また、駆動シャフト３５を回転させるため
にウェーハ２０に入射する赤外光５０は定期的に遮断さ
れる。赤外光５０は、駆動シャフト３５が半回転する毎
に、すなわち、吸着盤５７が半回転する毎に貫通孔６
２、６３内を交互に通過し、ウェーハ２０に入射され
る。赤外光５０が遮断される期間を短くし、透過光５０
の検出をより多く行いたい場合は、吸着盤の貫通孔及び
吸着布の孔を更に多く設けても良い。本実施例では、第
１の実施例と同様の効果を得ることができる。また、精
度よくポリッシングの終点を検出することができる。
【００２５】次に、図７を参照して第５の実施例を説明
する。図７は、ポリッシング装置の断面図である。以下
に説明する部分以外の構造については図１のポリッシン
グ装置と同じ構造であるのでその説明は省略する。この
実施例では、駆動シャフトに加える振動の強度の変化か
らポリッシングの終点を検出することに特徴がある。駆
動シャフト２１の下端に振動を発生させる発振子６７及
び発振子受け６８が固定されており、これらは駆動シャ
フト２１と一緒に回転するようになっている。発振子６
７への電圧は、電源６９（回転しない）から伝導ブラシ
７０を介して供給される。発振子６７により発生した振
動は、駆動シャフト２１内を振動波７１としてウェーハ
２０に伝えられる。ウェーハ２０表面の被ポリッシング
膜がポリッシングされ、このポリッシングによってスト
ッパー膜が露出してくると、ウェーハ２０表面とこれに
接する研磨布１９との間の摩擦係数が急激に変化する。
摩擦係数の急激な変化によって振動波７１の強度も急激
に変化する。
【００２６】一方、駆動シャフト２１の横には変位セン
サ７２及び変位センサ受け７３が設けられている。この
変位センサ７２は、振動波の強度の変化を駆動シャフト
２１と、変位センサ７２の間の僅かな隙間の電界強度も
しくは磁界強度の変化としてとらえ、これを電気信号に
変換し検出する。駆動シャフト２１に加えられた振動波
７１の振動強度の変化を変位センサ７２でモニタすれば
ポリッシング膜をポリッシングしているときの電気信号
の振幅に対し、ストッパー膜が露出したときはより大き
な電気信号の振幅が発生する。この変化を検出するよう
にモニタを行うことにより、ポリッシングの終点検出が
可能となる。発振子６７の振動数は、１００ＭＨｚ以下
が望ましく、またそのパワーは駆動シャフト２１の回転
及びウェーハ２０のポリッシングの精度に影響を与えな
い振動数であればよい。以上に示したすべての実施例に
おいて、ポリッシング中のウェーハを回転させながら、
もしくはウェーハにポリッシング以外の余分な動きをさ
せることなく、ポリッシングの終点を検出することがで
きるために従来のポリッシングより時間がかからなくな
る。振動波を良好に伝える媒体として最適なものを駆動
シャフトに選択すれば、良好な振動波を得ることができ
る。本発明は、前述した図１１乃至図１５に記載された
半導体装置の製造方法に適用することができる。
【００２７】
【発明の効果】半導体装置の製造工程におけるウェーハ
製造工程において行われるポリッシングを行うに際し、
ポリッシングの終点検出を容易に行うことのできるポリ
ッシング装置及びポリッシング方法において、ポリッシ
ング中のウェーハに供給され、エネルギー発生手段から
生成された、赤外光や振動波などの第１のエネルギーに
基づく第２のエネルギーを検出することによりポリッシ
ング終点の信号を容易にかつ確実に検出することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例のポリッシング装置の断
面図。
【図２】本発明のＳｉＯ2 の赤外吸収スペクトルの強度
を示す特性図。
【図３】本発明のＳｉＯ2 の赤外吸収スペクトル強度と
ＳｉＯ2 ポリッシング時間との関係を示す特性図。
【図４】第２の実施例のポリッシング装置の断面図。
【図５】第３の実施例のポリッシング装置の断面図。
【図６】第４の実施例のポリッシング装置の断面図。
【図７】第５の実施例のポリッシング装置の断面図。
【図８】従来のエッチバックＲＩＥ法による積層された
膜の平坦化プロセス断面図。
【図９】従来のエッチバックＲＩＥ法による積層された
膜の平坦化プロセス断面図。
【図１０】従来のポリッシング装置の断面図。
【図１１】本発明及び従来のＣＭＰ法によるＳｉＯ2 膜
の平坦化プロセス断面図。
【図１２】本発明及び従来のＣＭＰ法によるＳｉＯ2 膜
の平坦化プロセス断面図。
【図１３】本発明及び従来のＣＭＰ法によるトレンチ素
子分離プロセス断面図。
【図１４】本発明及び従来のＣＭＰ法による金属配線埋
込みプロセス断面図。
【図１５】本発明及び従来のＣＭＰ法による金属配線埋
込みプロセス断面図。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、 ２、５、１２、１８・・・Ｓｉ
Ｏ2 膜、３・・・ポリシリコン膜、 ４、８、９、１４
・・・溝部、６・・・エッチバックレジスト、 ７・・
・Ｓｉ3 Ｎ4 膜、１０・・・チャネルカット領域、 １
１・・・台、１３、１３１、１３２、１３３、１３４・
・・ベアリング、１５・・・研磨盤受け、 １６・・・
Ｃｕ膜、 １７・・・研磨盤、１９・・・研磨布、 ２
０・・・ウェーハ、２１、３５、４６、４７・・・駆動
シャフト、 ２３、３７・・・モータ、２５・・・回転
ベルト、 ２９・・・テンプレート、３１、６４・・・
吸着布、 ３３、５７・・・吸着盤、３９、４１・・・
ギア、 ４３・・・駆動台、 ４５・・・シリンダ、４
８・・・赤外光源、 ４９・・・分光器、５０・・・赤
外光、 ５１・・・へこみ、 ５２・・・凸部、５３・
・・透過光、 ５４、５８・・・光検出器、５５・・・
駆動シャフトの孔、 ５６、５９、６０・・・ミラー、
６２、６３・・・吸着盤の貫通孔、 ６５、６６・・・
吸着布の孔、６７・・・発振子、 ６８・・・発振子受
け、 ６９・・・電源、７０・・・電導ブラシ、 ７１
・・・振動波、 ７２・・・変位センサ、７３・・・変
位センサ受け
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−178526（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−52032（ＪＰ，Ａ) 特表 平９−511328（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−501635（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 621 H01L 21/304 622 B24B 37/04

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨布を有する研磨盤と、 前記研磨盤を回転させる第１の駆動シャフトを有する第
    １駆動手段と、 ポリッシングされる膜及びポリッシングを止めるストッ
    パー膜が形成された半導体ウエーハを固定する吸着布を
    有する吸着盤と、 前記吸着盤を回転させる第２の駆動シャフトを有する第
    ２駆動手段と、 前記半導体ウエーハに赤外光を供給する赤外光供給手段
    と、 前記半導体ウエーハに供給された前記赤外光の強度の変
    化を検出し、前記ポリッシングされる膜のポリッシング
    終点を検出するための手段とを備え、 前記吸着盤は少なくとも１対の貫通孔を有し、前記１対
    の貫通孔の双方の間隔は前記半導体ウエーハに近づくに
    つれて狭くなり、前記吸着布は前記一対の貫通孔に対し
    て設けられた少なくとも１対の孔を有していることを特
    徴とする半導体製造装置。
  2. 【請求項２】 ポリッシングされる膜及びポリッシング
    を止めるストッパー膜が形成された半導体ウエーハを回
    転させてこの半導体ウエーハ表面をポリッシングする工
    程と、 前記半導体ウエーハ表面をポリッシングしながら、前記
    半導体ウエーハに向けて所定のエネルギーを供給する工
    程と、 前記半導体ウエーハを透過した前記エネルギーに対する
    透過エネルギーの強度を検出する工程と、 前記ストッパー膜の露出による前記透過エネルギーの変
    化から前記ポリッシングされる膜のポリッシング終点を
    検出する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の
    製造方法。
  3. 【請求項３】 前記エネルギーは、前記半導体ウエーハ
    の中心部に向けて供給されることを特徴とする請求項２
    に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記エネルギーは振動波であることを特
    徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体装置の製
    造方法。
  5. 【請求項５】 前記エネルギーは赤外光であることを特
    徴とする請求項２又は請求項３に記載の半導体装置の製
    造方法。
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