JP3507794B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスパ
ターンが形成された半導体ウェハの表面を高度に平坦化
処理する半導体装置の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６２−１０２５４３に記載されて
いるウェハに配線構造を形成する製造方法を図１７
（ａ），（ｂ）に示す。この方法は、シリコン基板５０
上の表面の平坦な層間絶縁膜５１に配線溝５２を形成
し、配線溝５２を埋め込むように金属膜５３を成長し
（図１７（ａ））、さらに層間絶縁膜５１上の金属膜５
３を化学機械研磨法（以後、ＣＭＰ法と呼ぶ）により選
択的に除去することで、配線溝５２に選択的に金属を埋
め込む配線５３ａを製造するものである（図１７
（ｂ））。このような配線の製造方法の場合には、いか
に精度良く金属膜を薄膜化し、研磨していくかが非常に
重要である。

【０００３】図１８は、従来の配線構造の研磨装置（Ｃ
ＭＰ装置）の一例を示す。従来のＣＭＰ装置は、半導体
デバイスパターンの形成された半導体ウェハをＣＭＰ装
置に搬入・搬出するためのウェハ搬送系６１，ポリウレ
タンシート等の研磨パッド６３が張られた回転大口径研
磨定盤６２， ウェハ搬送系６１からウェハＷを受け取
り、研磨パッド６３上にウェハ面を押し付ける回転ウェ
ハ保持ヘッド６４， 研磨パッド６３に１００〜５００
μｍ程度のダイヤモンド微粒子を電着させた回転円盤を
用いて研磨パッド６３の表面を目立てする研磨パッドコ
ンディショナ６５， 純水にシリカ粒子を分散させたス
ラリ（研磨液）の供給部６６からなる。このＣＭＰ装置
では、ウェハ直径の２倍以上の研磨定盤６２に張られた
研磨パッド６３が上向面であり、ウェハの研磨面が下向
面となっている。研磨スラリはパイプ６６ａを通じて研
磨パッド６３上に直接滴下され、上向きとなっている研
磨パッド６３上に液膜となって保持されてウェハ表面に
至る。また、下向きとなっている研磨パッドコンディシ
ョナが、研磨パッド面に下降することで研磨パッド表面
を目立てする方式となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記ＣＭＰ装置による
ときにはウェハおよび研磨定盤の回転速度の増加と研磨
圧力の増加により、金属膜の研磨速度を大きくすること
ができるが、金属膜表面への傷の発生を抑制するには低
圧力・高速回転が望ましい。しかしながら、このＣＭＰ
装置では大口径の研磨定盤を回転する必要があり、低圧
力・高速回転の研磨条件（例えば、定盤回転速度＝３０
０ｒｐｍ，研磨圧力＝０．１ｋｇ／ｃｍ²）を達成する
ことは不可能であった。また、研磨パッドが上向きとな
っているため研磨パッド上に研磨パッドコンディショナ
からのダイヤモンド粒子が脱落しやすい構造となってお
り、滑落ダイヤモンド粒子により金属膜に傷を発生させ
る場合があった。

【０００５】また、ウェハ表面を平坦化処理する場合
に、従来は、第１の研磨定盤と、第２の研磨定盤との２
基の研磨定盤を用いて２段処理により行われていた。す
なわち、第１の研磨定盤は硬質の研磨布が貼られたもの
であり、粗研磨による平坦化処理に用いられ、第２の研
磨定盤は軟質の研磨布が貼られたものであり、仕上げ処
理に用いられる。実際の研磨に際しては、両研磨定盤を
回転駆動しつつ、まず第１の研磨定盤にウェハを押付
け、ウェハの銅薄膜表面を粗研磨して平坦化した後、第
２の研磨定盤に平坦化されたウェハの表面を押し付けて
仕上げ処理を行っていた。

【０００６】第１及び第２の研磨定盤は、前述のように
研磨するウェハの大きさに比してはるかに大型であり、
ウェハの平坦化並びに仕上げ処理に２基の大型の研磨定
盤を用いたのでは、限られた工場内のスペースを大きく
専有することとなって、空間の利用効率が低下する。殊
に、最近のウェハの大型化に伴い研磨定盤も益々大型化
に向かう傾向にあり、研磨定盤の設置スペース確保の問
題は、いずれ深刻な問題になってくることが予想され
る。さらには、大型の研磨定盤の全体に研磨液をゆき渡
らせる必要から大量の研磨液を要し、これがランニング
コストを上昇させ、使用済の研磨液の処分が大きな環境
問題となっていた。また、２基の研磨定盤を用いること
の今一つの問題は、両研磨定盤間にウェハを移し替える
ための時間的ロスの問題である。

【０００７】すなわち、ウェハの研磨には研磨液（スラ
リ）を用い、研磨液を供給しつつチャックに加えたウェ
ハを研磨定盤に押し付けて研磨が行われるが、第１研磨
定盤から第２研磨定盤に移行させるためにはウェハを第
１研磨定盤側のチャックから外し、さらに第２研磨定盤
側のチャックに付け替えなければならない。この付け替
えに時間がかかると半導体ウェハに付着した研磨液が乾
燥し、これがウェハ上の傷となり、また、ウェハがエッ
チングされるという問題を生ずる。さらに、従来はチャ
ッキングしたウェハを下向きにして大径の研磨定盤に押
し付けるという方式であったため、ウェハの研磨面を全
く観察することができず、研磨状況を把握することがで
きなかった。

【０００８】本発明の目的は、インデックステーブルを
用い、ウェハ搬入，研磨並びに搬出を同時並行に行い、
あわせて上記、従来のＣＭＰ装置の保有する問題点を一
挙に解消しうる半導体装置の製造方法を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明による半導体装置の製造方法においては、半
導体基板の埋め込み膜を上向きにして前記半導体基板を
インデックステーブル上のホルダに保持し、前記ホルダ
を回転させて前記基板を一定方向に回転させるととも
に、前記回転する基板の上方より、ポリッシングヘッド
を下降させ、ポリッシングヘッドに取り付けられた研磨
布を基板上でその半径方向に往復動させつつ前記半導体
基板上の前記埋め込み膜を平坦化研磨する半導体装置の
製造方法であって、前記研磨布は、前記半導体基板の直
径と同等以下で半導体基板の半径以上の大きさであり、
研磨布張り付け板を介してベースプレート上に保持さ
れ、ベースプレートは任意の方向に傾斜可能であると共
に上下方向にも揺動可能にポリッシングヘッドで支えら
れたものであり、高圧空気で加圧され、その圧力によっ
て研磨布を前記半導体基板に対して平行の姿勢に保持さ
せるとともに、ポリッシングヘッドの移動方向と前記半
導体基板表面との平行性の崩れに対してベースプレート
を微動させつつ前記半導体基板上の埋め込み膜を平坦化
研磨するものである。

【００１０】また、インデックステーブルに割り付けら
れた各ステーションにて同時並行に基板の研磨、インデ
ックステーブル上への基板の搬入並びにインデックステ
ーブルからの基板の搬出を行うものである。また、前記
埋め込み膜が導電体金属である。また、前記埋め込み膜
が銅膜と導電性密着膜からなるものである。また、銅膜
と導電性密着膜である前記埋め込み膜を、少なくとも２
つ以上の前記ポリッシングヘッドで平坦化研磨するもの
である。また、銅膜と導電性密着膜である前記埋め込み
膜を平坦化研磨する際、異なる種類の研磨液を用いるも
のである。

【００１１】また、前記ポリシングヘッドの回転中心か
ら研磨液を供給するものである。また、研磨終了時に、
ポリッシングヘッドによる加圧を解き、研磨液を洗浄液
に切り替え、前記ポリッシンングヘッドの回転中心から
洗浄水を供給して基板上から研磨液を取り除くものであ
る。

【００１２】また、半導体ウエハ上の埋め込み膜を上向
きにして前記半導体ウエハをホルダ上に保持して研磨す
る際、該ホルダの周辺部に設けられた水シール室に洗浄
水を圧入し、これをシール室より溢流させ、研磨液が基
板の下面に回りこんで研磨中に研磨液がホルダの基板保
持面に固着するのを防止するものである。

【００１３】また、上向きに保持されたウエハ上の前記
埋め込み膜の研磨中に、直接光を照射し、その直接反射
光を受光し、ウエハ上に形成されている金属膜がすべて
研磨除去され、地膜が表面に露出して金属反射から地膜
反射に変化した時の反射率の変化をもって研磨終点を検
出するものである。

【００１４】また、上向きに保持されたウエハ上の前記
埋め込み膜の研磨中に、直接光を照射し、ポリッシング
ヘッドがウエハ径よりも小さく、かつウエハ上を往復運
動することから、その直接反射光を受光してウエハの表
面性状を常にモニタすることで研磨終点を検出するもの
である。

【００１５】また、上向きに保持されたウエハ上の前記
埋め込み膜の研磨中の光の入射位置には、ウエハの表面
一部に気体あるいは液体を吹き付け、前記埋め込み膜表
面の光直接照射領域に付着する研磨液を部分的に除去し
て研磨終点検出を行うものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に本発明による自動研磨装置
を、半導体ウェハの一次研磨と、二次研磨との二段階研
磨によって表面を平坦化処理する装置に適用した例につ
いてその実施形態を説明する。

【００１７】図１，２において、本発明による研磨装置
においては、インデックステーブル１を有し、インデッ
クステーブル１の周上にローディングステーションＳ₁
と、一次研磨ステーションＳ₂と、二次研磨ステーショ
ンＳ₃と、アンローディングステーションＳ₄とが設定さ
れたものである。インデックステーブル１は、ウェハを
保持させる複数のホルダ２を同心上に有し、各ステーシ
ョンＳ₁〜Ｓ₄に順次転回送りが与えられ、各ステーショ
ンＳ₁〜Ｓ₄は、インデックステーブル１の停止位置に割
り付けられたものである。

【００１８】ローディングステーションＳ₁は、インデ
ックステーブル１上にウェハを搬入する領域であり、ア
ンローディングステーションＳ₄は、テーブル１上から
ウェハを搬出する領域である。この実施形態において、
一次研磨ステーションＳ₂は、インデックステーブル１
上に搬入されたウェハの表面を平坦化処理する領域であ
り、二次研磨ステーションＳ₃は、平坦化処理後のウェ
ハの表面を仕上げ処理する領域である。

【００１９】インデックステーブル１の上面は、回転中
心を含んで９０°の間隔で隔壁１ａより４区画され、そ
れぞれの区画にホルダ２を装備したものである。図３に
おいて、インデックステーブル１はステッピングモータ
３で駆動されて回転角９０°ずつ転回し、インデックス
テーブル１の停止位置に割付けられたステーションに順
次ホルダ２を移送する。ホルダ２は、ウェハを保持する
ものであり、この実施形態ではウェハを吸着するバキュ
ームチャック４を上面に有している。一方、各ステーシ
ョンＳ₁〜Ｓ₄には、それぞれホルダ２を駆動するモータ
５が設置されている。ホルダ２は、ベアリング１ａを介
してインデックステーブル１に支持されており、電磁ク
ラッチ６を有し、電磁クラッチ６でモータ５に接続する
ことによって、モータ５と連動し、各ステーションに移
送されてきたホルダ２は、それぞれのモータ５の回転速
度で一方向に回転駆動される。

【００２０】ホルダ２には、インデックステーブル１と
一体となったスリーブ１ｂが外装されている。バキュー
ムチャック４の真空引きの経路は、ホルダ２内に形成さ
れ、ホルダ２の胴部に環状に開口し、開口は、スリーブ
１ｂにシールされるとともに、スリーブ１ｂのポート１
ｃで外部配管４ａに受けられる。配管４ａは、真空ポン
プ（図示略）に通じ、配管４ａには切替バルブ１ｅが介
装されている。なお、ポート１ｃは電磁チャックの機能
を有し、ポート１ｃの電磁チャックは、ホルダ２が研磨
ステーションＳ₂又はＳ₃に達したときに動作し、外部配
管４ａをバキュームチャック４に連通させ、真空ポンプ
の駆動により、外部配管４ａを通じてバキュームチャッ
ク４を脱気させる。なお、インデックステーブル１の転
回移動中は、ポート１ｃは閉じられ、ホルダ２側のバキ
ュームチャック４の真空引き経路は、外部配管４ａから
隔離される。なお、後に説明するように、バキュームチ
ャック４の逆洗を行うときには、切替バルブ１ｅを純水
等の洗浄液供給配管に接続し、洗浄液をバキュームチャ
ック４に給水して逆噴射させる。

【００２１】さらにバキュームチャック４には、その外
周のシールリング２９から、純水が供給される。ホルダ
２内には、純水の供給経路を有し、純水の供給経路に
は、ポンプ１ｆに汲み上げられて外部配管４ｂから供給
された純水がスリーブ１ｂのポート１ｄを通じて給水さ
れる。ポート１ｄは、電磁クラッチの機能を有し、ポー
ト１ｄの電磁クラッチは、先のポート１ｃの電磁クラッ
チと同じようにホルダ２がステーションＳ₂又はＳ₃に達
したときにのみ動作して外部配管４ｂをホルダ２内の純
水供給経路に連通させるものである。

【００２２】以下に各ステーションＳ₁〜Ｓ₄の構成を説
明する。 （１）ローディングステーションＳ₁ ローディングステーションＳ₁には、ロボットアーム７
と、ウェハ裏面洗浄手段８とチャック洗浄手段９とを装
備している。ロボットアーム７は、ウェハキャリア１０
からウェハＷを一枚ずつ取り出し、これをピンクランプ
１１下に搬送する。ピンクランプ１１は、クランプのウ
ェハ裏面洗浄処理後、インデックステーブル１上にウェ
ハＷを搬入するものであり、ウェハＷの周縁を保持する
ために、数本のピンを同一円周上の位置で拡縮可能に配
列している。ウェハ裏面洗浄手段８は、ピンクランプ１
１に保持されたウェハＷの裏面を洗浄するものである。
ウェハ裏面洗浄手段８は、例えばブラシである。その構
造を図４に示す。

【００２３】図４において、ブラシ８ａ，８ｂの対がブ
ラシホルダ１２の両端に上向きに取付けられ、各々のブ
ラシ軸に装着された遊星歯車１３を中心歯車１４に噛合
させ、ブラシホルダ１２を中心歯車１４にて回転駆動す
ることにより、各々のブラシ８ａ，８ｂを自転させなが
ら公転させるようにしたものである。このブラシ８ａ，
８ｂをピンクランプ１１に保持させたウェハＷの裏面に
押し当て、洗浄水を供給しながら回転させてウェハ裏面
の異物を除去する。

【００２４】チャック洗浄手段９は、ウェハＷを吸着保
持させるホルダ２のバキュームチャック４を洗浄するも
のである。チャック洗浄手段９は、ウェハＷの搬入に先
立って、ホルダ２上に進出し、ホルダ２上に下降してバ
キュームチャック４の吸着面を払拭する。

【００２５】図５にチャック洗浄手段９の一例を示す。
図５において、チャック洗浄手段９は、例えば、回転軸
１５の軸端に円盤状のチャック洗浄部１６を有するもの
である。チャック洗浄部１６は、円形のセラミックリン
グであり、ウェブ面には洗浄水の供給孔１７が開口され
ている。チャック洗浄部１６を回転駆動し、供給孔１７
を通して洗浄水を注水しながらチャック洗浄部１６をバ
キュームチャック４の吸着面に押し付けてバキュームチ
ャック４の吸着面を洗浄する。この洗浄によって、チャ
ック４の保持面上にスラッジがあれば、これを破断，洗
浄し、ウェハＷにディンプルの発生を防止する。

【００２６】バキュームチャック４の吸着面及びウェハ
Ｗの裏面を洗浄した後、ピンクランプ１１上のウェハＷ
をローディングステーションＳ₁のホルダ２上に搬入
し、バキュームチャック４の吸着面にウェハＷを吸着さ
せる。ウェハＷの搬入後、インデックステーブル１を一
定の回転角度（９０°）転回させ、搬入されたウェハＷ
をまず、一次研磨ステーションＳ₂へ移行させ、ローデ
ィングステーションＳ₁に移行してきた次のホルダ２に
対しては、新たなウェハの搬入に備える。

【００２７】（２）一次研磨ステーションＳ₂ 一次研磨ステーションＳ₂には、図６に示すようにポリ
ッシングヘッド１８と、パッドコンディショナ手段１９
と、パッドクリーニング手段２０とを装備している。ポ
リッシングヘッド１８は、図７に示すように、加圧シリ
ンダ２１と、ベースプレート２２と、研磨布張り付板２
３との組立体からなり、研磨面に硬質の研磨布２４を有
している。加圧シリンダ２１を支えるスピンドル２５に
よって上方から垂下され、図６に示すように退避位置か
ら一次研磨ステーションＳ₂のバキュームチャック４上
に進出し、バキュームチャック４上に吸着されたウェハ
Ｗ上に下降し、研磨布２４をウェハＷの表面に押し付
け、粗研磨によって平坦化処理する。粗研削工程は、ウ
ェハＷを保持するホルダ２を高速で回転させ、ポリッシ
ングヘッド１８を一方向に回転駆動し、その回転中心の
給液孔１８ａより、研磨液（スラリ）を研磨布２４に供
給しつつ行う。これによって研磨液は、研磨布２４の外
周方向に一様に分散し、ホルダ２の高速回転が可能とな
る。

【００２８】なお、ウェハＷは、図８に示すようにバキ
ュームチャック４の吸着孔２６にクランプされている
が、バキュームチャック４には、吸着孔２６の開口領域
の外側に、環状溝として上面に開口された水シール室２
７を有し、水シール室２７は、バキュームチャック４の
側面に開口した通水溝２８に通じ、通水溝２８は、固定
側であるシールリング２９の内壁に開口した給水孔３０
に連通させ、給水孔３０内に洗浄水を圧入し、これを水
シール室２７より溢流させている。これによって研磨液
がウェハＷの下面に回り込んで研磨中にウェハ保持面に
固着するのを防いでいる。あわせて、バキュームチャッ
ク４の吸着孔２６への研磨液の進入は防止される。

【００２９】図７において、ポリッシングヘッド１８
は、ベースプレート２２の張出し縁２２ａが加圧シリン
ダ２１の鍔部分２１ａに支えられ、研磨布２４は、研磨
布張り付板２３を介してベースプレート２２に保持され
ているものである。加圧シリンダ２１内の加圧室３１内
にはダイヤフラム３２が張り渡され、スピンドル２５内
を通じて加圧室３１内に高圧空気が圧入され、その圧力
によってベースプレート２２は、任意の方向に傾斜可能
であると共に上下方向にも揺動可能に支えられ、下面の
研磨布２４は、ウェハＷの表面に対して平行の姿勢に保
持される。

【００３０】ポリッシングヘッドの揺動による微動機能
は本発明の自動研磨装置において極めて重要である。す
なわち、ポリッシングヘッドはインデックステーブル上
に設置されたレールをガイドとして往復運動するわけで
あるが、ポリッシングヘッド部が完全剛体で形成されて
いた場合、レールとウェハ表面との完全平行性が要求さ
れる。この平行性が崩れていた場合、ポリッシングヘッ
ドの送りとともに研磨圧力が変化し、ウェハ面内で研磨
が不均一となってしまう。本発明では、高圧空気による
研磨布への加圧で研磨布面が微小に揺動する機構を具備
していることで構造的遊びを持たせているのである。回
転トルクは、加圧シリンダ２１からベースプレート２２
に伝えられる。なお、図９に示すようにポリッシングヘ
ッド１８の周囲をフード３３で覆い、ウェハの研磨加工
中及び加工完了後は、フード３３の内面に沿って洗浄水
ｆを流しつづけることにより、飛散した研磨液の固化、
ひいては研磨液の固形物の落下によるウェハＷの破損を
防止できる。

【００３１】一方、図６において、ウェハＷの研磨によ
ってポリッシングヘッド１８の研磨布２４に生ずる目づ
まり，目の不揃いは、パッドコンディショナ手段１９に
よって修正する。パッドコンディショナ手段１９は、回
転するパッドコンディショニングディスク３４を有し、
このディスク３４を回転させながらポリッシングヘッド
１８の研磨布２４に押し付けて目立て（ドレスアップ）
を行う。

【００３２】なお、研磨布２４を目立てするときには、
図７において、加圧シリンダ２１内にさらに高圧空気を
圧入し、ダイヤフラム３２を通じてベースプレート２２
の張出し縁２２ａを加圧シリンダ２１の鍔部分２１ａに
ポリシング圧力より強い所定圧で圧着すれば、研磨布２
４を取り付けたベースプレート２２は、加圧シリンダ２
１に固定して研磨布２４が安定する。研磨布２４の目立
て後は、パットクリーニング手段２０としてのブラシを
回転しつつ進退動させ、研磨布２４の表面に付着してい
る脱落砥粒や研磨粉などを除去して次のウェハの粗研磨
に備え、インデックステーブル１を一定角度（９０°）
転回させて粗研磨による平坦化処理が終了したウェハＷ
を二次研磨ステーションＳ₃に移行させる。

【００３３】（３）二次研磨ステーションＳ₃ 図１，２において、二次研磨ステーションＳ₃において
は、一次研磨による平坦化処理されたウェハ表面の面粗
度をさらに小さくすることを目的として研磨処理が行わ
れる。研磨液は、一次研磨処理に用いた研磨液とは異な
り、仕上げ研磨処理に適したものを用いるのが一般的で
ある。二次研磨ステーションＳ₃においても一次研磨ス
テーションＳ₂と同様にポリッシングヘッド３５のほか
にパッドコンディショナ手段３６及びパットクリーニン
グ手段３７を備えている。二次研磨ステーションＳ₃に
移送されてきたウェハＷは、ポリッシングヘッド３５に
て表面仕上げ処理が行われるほか、パッドコンディショ
ナ手段３６及びパットクリーニング手段３７によるポリ
ッシングヘッド３５の研磨布のコンディショニング並び
にクリーニングの処理を行う点は、一次研磨ステーショ
ンＳ₂での処理と、処理の操作としては全く同じであ
る。

【００３４】二次研磨ステーションＳ₃に設置されたポ
リッシングヘッド３５に用いられる研磨布は、一次研磨
ステーションＳ₂のポリッシングヘッド１８に用いられ
た研磨布の硬度に比して軟質であり、仕上げ処理は、平
坦化処理よりも長い時間をかけて研磨加工が行われる場
合が一般的である。仕上げ処理が完了すると、インデッ
クステーブル１は一定角度転回し、ウェハＷはアンロー
ディングステーションＳ₄に移送される。

【００３５】（４）アンローディングステーションＳ₄ 図１，２において、アンローディングステーションＳ₄
には、ウェハ表面洗浄手段３８と、ロボットアーム３９
とを装備している。ウェハ表面洗浄手段３８は、例えば
ウェハＷの表面を洗浄するブラシである。

【００３６】洗浄時にはウェハＷを保持するホルダ２を
回転させ、回転するウェハＷ上にウェハ表面洗浄手段３
８を押し付けて洗浄する。ウェハ表面洗浄手段３８は、
図１０に示すような回転する円板状のブラシを用いるこ
とができ、ブラシの使用時に退避位置からホルダ２の上
方に移動させてウェハＷの洗浄を行う。洗浄後、逆圧力
をかけてバキュームチャック４内から水とエアを噴出
し、ホルダ２上からウェハを脱着する。ロボットアーム
３９は、ホルダ２上からピンクランプ４０により取り出
されたウェハＷをコンベア４１上に移すものであり、コ
ンベア４１は、研磨されたウェハＷを次工程へ搬出させ
る。一方、インデックステーブル１は一定角度（９０
°）転回し、ウェハＷが取外されたホルダ２をローディ
ングステーションＳ₁に移し、次のウェハの搬入に備え
る。

【００３７】以上の実施形態においては、ローディング
ステーションＳ₁にウェハを搬入し、以後、インデック
ステーブルを一定角度（９０°）づつ転回させてウェハ
を順次一次研磨ステーションＳ₂，二次研磨ステーショ
ンＳ₃を経由させて平坦化処理，仕上げ処理を行い、ア
ンローディングステーションＳ₄から外部へ搬出しつつ
次々に搬入されたウェハの平坦化処理と仕上げ処理を同
じインデックステーブル１上で行うものである。本発明
においては、インデックステーブル１に備えたホルダ２
のバキュームチャック４にウェハＷを吸着させ、その上
方からポリッシングヘッド１８，３５を圧下して平坦化
処理並びに仕上げ処理を行うため、ウェハの直径よりも
小さいポリッシングヘッドを用いることによりウェハの
研磨面は常に観測可能であり、ウェハ表面の性状，研磨
厚みを計測しつつ、ホルダ２の回転速度，ポリシング圧
を自由に設定することができ、ひいてはウェハＷの１つ
づつについて、最適の加工条件を設定して研磨加工を行
うことができる。

【００３８】さらに、一次研磨ステーションＳ₂での平
坦化処理と、二次研磨ステーションＳ₃での仕上げ処理
との処理時間に長短があったとしても、両処理の研磨開
始時間をずらせて処理終了時間を合致させることによっ
て、研磨後，洗浄までの時間を短縮し、また、研磨後，
研磨液のウェハへの乾燥固着を防ぐことが可能となる。

【００３９】本発明において、図８に示すように、ウェ
ハを吸着保持するホルダ２の吸着保持面の大きさは、少
なくともウェハの外径よりも小さく設定されている。し
たがって、ローディングステーションＳ₁へのウェハの
搬入およびアンローディングステーションＳ₄からのウ
ェハの搬出は、ピンクランプによって行われるが、ホル
ダの吸着保持面の外径がウェハの外径よりも小さいと、
ウェハは、ホルダの外縁に張り出して保持されることに
なるため、ローディングステーションのホルダ上にウェ
ハを搬入するとき、あるいは、アンローディングステー
ションからウェハを搬出するときにも、ウェハの張り出
し部分をピンクランプで保持してホルダへの搬出並びに
ホルダからの搬出を無理なくできる。

【００４０】図１１は、ウェハの表面平坦化処理の仕上
げ完了を検知するウェハ表面検知手段４２を装備した例
を示す図である。ウェハ表面検知手段４２は、光源４３
と、光度計４４とを有している。光源４３より発した一
定強度のレーザ光をハーフミラー４５で反射させて研磨
処理中のウェハ表面に垂直に入射し、その反射光の強度
を光度計４４で連続的に検出する。ウェハＷ上に形成さ
れている金属膜がすべて研磨除去されて地膜（例えばシ
リコン酸化膜）が表面に露出すると、金属の反射から下
地膜の反射へと変化する。このウェハ上の反射率の変化
による反射光の強度を検出することで、金属膜研磨の完
了を検知することができる。この実施形態においては、
ウェハに対して光源を垂直に入射する例を示したが、ウ
ェハ面に対して任意の角度で入射してもよく、また、光
の反射に限らず、ウェハの表面の温度変化を測定して仕
上げ研磨の完了時点を知ることができる。

【００４１】以上実施形態においては、インデックステ
ーブル上で、研磨処理として粗研磨と、仕上げ研磨を行
う例を説明したが、本発明において粗研磨と、仕上げ研
磨とは必ずしも１度ずつの研磨処理を行う場合に限ら
ず、研磨処理に３以上のステーションを割り当てて２回
以上の粗研磨又は２回以上の仕上げ研磨を行うことがで
きる。もっとも、本発明は、少くとも１回の粗研磨処理
又は仕上げ研磨処理にのみ用いることもできる。ローデ
ィングステーションとアンローディングステーションは
共用でき、また、ステーションの区画は、２つ以上であ
ればよい。また、インデックステーブルは、９０°毎の
転回送りに限るものではない。

【００４２】〔実施例〕以下に本発明の実施例を示す。
図１２は、ＭＯＳＦＥＴが形成されたシリコン基板１０
１上の多層配線構造を示す。

【００４３】多層配線は、（１）ＭＯＳＦＥＴと上層配
線を接続するためのタングステン・コンタクトプラグ部
１０２、（２）ＣＭＯＳ回路ブロック内を接続するアル
ミ・ローカル配線部１０３、（３）低誘電率有機膜に銅
を埋め込んだ銅・グローバル配線部１０４から構成され
る。ここでは、まずＭＯＳＦＥＴ間の素子分離には、Ｃ
ＭＰ法を利用してシリコン基板１０１に形成された溝に
シリコン酸化膜を埋め込んだ平坦化素子分離構造が採用
されている。さらに、ＭＯＳＦＥＴ上にはＢＰＳＧ膜１
０５を成長するが、このＢＰＳＧ膜１０５もＣＭＰ法で
平坦化されている。この平坦化されたＢＰＳＧ膜１０５
にはＭＯＳＦＥＴの拡散層およびゲート電極に至るコン
タクトホールが形成されており、ここではシリカ粒子を
酸化剤水溶液に分散させたスラリを用い、Ｗ−ＣＭＰ法
を利用したタングステン・コンタクトプラグが形成され
ている。このタングステンコンタクトプラグ上には、第
１シリコン酸化膜１０６に形成された第１配線溝にアル
ミの埋め込まれた第１埋め込みアルミ配線が形成されて
いる。さらに、その上層の第２シリコン酸化膜１０７に
形成された第１スルーホールと第２配線溝に一括してア
ルミの埋め込まれた第２埋め込みアルミ配線が形成され
ている。これら埋め込みアルミ配線は、配線溝あるいは
配線溝とスルーホールとに高温スパッタ法でアルミの埋
め込み成膜を行い、シリカ粒子やアルミナ粒子を酸化剤
水溶液に分散させたスラリを用いたＡｌ−ＣＭＰ法で埋
め込み平坦化を行う。さらに、第２シリコン酸化膜１０
７上の低誘電率有機膜１０８に形成された第２スルーホ
ールと第３配線溝に銅の埋め込まれた第３埋め込み銅配
線と、第３スルーホールと第４配線溝に銅の埋め込まれ
た第４埋め込み銅配線が形成されている。これら埋め込
み銅配線は、配線溝あるいは配線溝とスルーホールとに
ＭＯＣＶＤ法で銅の埋め込み成膜を行い、シリカ粒子や
アルミナ粒子を酸化剤水溶液に分散させたスラリを用い
たＣｕ−ＣＭＰ法で埋め込み平坦化を行う。

【００４４】このように、ＭＯＳＦＥＴの形成されたシ
リコン基板１０１上の多層配線の形成には、メタルＣＭ
Ｐ法を用いたＷ，Ａｌ，Ｃｕ，Ｔｉ，ＴｉＮ，ＷＳ
ｉ_X，ＴｉＳｉ_X等の金属の埋め込み平坦化が多用されて
いるわけである。また、平坦化素子分離形成やＢＰＳＧ
膜表面の表面平坦化にも、酸化膜ＣＭＰ法が適用されて
いるわけである。ここでは、本発明による自動研磨装置
を用いて、低誘電率有機膜１０８に埋め込み銅配線形成
する場合の実施例を詳細に説明する。

【００４５】まず、図１３に示すように下地配線上の厚
さ１μｍ程度の低誘電率有機膜１０８、たとえばポリイ
ミドやベンゾシクロブテンに深さ０．５μｍの配線溝と
その底部から下地配線層に至る深さ０．５μｍ程度のス
ルーホールに、厚さ１０〜３０ｎｍ程度のＴｉＮやＴｉ
の導電性密着膜１０９をコリメートスパッタ法で成膜し
た。次に、図１４に示すように、成長基板温度を１７０
℃〜２５０℃としたＭＯＣＶＤ法で０．８μｍ厚の銅膜
１１０を成長し、銅膜／導電性密着膜／低誘電率有機膜
間の密着性向上と銅膜の結晶成長を目的とした２５０℃
〜４００℃、１０分間程度の真空結晶化アニールを行っ
た。この真空結晶化アニールにより銅膜１１０の比抵抗
は２．２μΩｃｍから１．８−１．９μΩｃｍにまで低
減した。かかる銅膜１１０には、図１３のような下地配
線溝の粗密度に対応した表面凹凸がある。すなわち、配
線溝幅が銅の成長膜厚の半分倍以下（ここでは、０．４
μｍ）の幅の狭い配線溝Ｈ₁には、両側の配線溝側壁か
らの銅膜の成長が合わさることで、配線溝が完全に埋め
込まれる。一方、幅の広い配線溝Ｈ₂の場合、両側の配
線溝側壁からの銅膜の成長が合わさらないため、銅膜表
面は凹状となる。このような下地配線溝幅に依存した表
面段差が銅膜表面に存在する。

【００４６】かかる銅膜を本発明による自動研磨装置で
研磨する。まず、ローディングステーションＳ₁では、
銅膜１１０の成長面を上向きに２４枚程度の８インチ・
シリコンウェハが収納されたウェハキャリアからウェハ
を一枚ずつ取り出し、ピンクランプ下に搬送する。ピン
クランプでウェハの周縁を保持し、ウェハ裏面洗浄ブラ
シでウェハ裏面を洗浄する。このウェハ裏面洗浄と同時
に、多孔質アルミナからなるバキュームチャックの吸着
面の洗浄がチャック洗浄部により行われている。チャッ
ク洗浄手段では、吸着面上のスラッジを除去して吸着面
の平坦性を確保する。このバキュームチャック洗浄時に
はチャック洗浄部から洗浄液が供給されるが、バキュー
ムチャックから吸着面への逆洗を同時に行って多孔質ア
ルミナの微細孔壁に析出した研磨剤等の固体微粒子（ス
ラッジ）も取り除くことができる。

【００４７】かかるウェハ裏面洗浄とバキュームチャッ
ク面洗浄により固体微粒子を完全に除去することは非常
に重要である。すなわち、ウェハとバキュームチャック
間に固体異物が存在すると、吸着されたウェハの表面が
局部的に凸状に変形する。このウェハを平坦化研磨する
と局所的凸部も平坦化されるが、ウェハをバキュームチ
ャックから外した際にディンプル（局所的凹部）となっ
てしまうからである。バキュームチャックの吸着面およ
びウェハの裏面の洗浄時間は３０秒から６０秒程度であ
るが、この洗浄時間に制限はない。洗浄液としては純水
あるいは純水を電気分解した電解イオン水を用いるが洗
浄液種に限定はなく、例えば、純水にセルロース等の水
溶性有機高分子分散水溶液を用いて、ウェハ裏面に有機
高分子層を吸着させて親水性処理してもよい。この基板
裏面の親水性処理によりスラッジの乾燥固着を抑制でき
る効果もある。また、アルコール，メチルエチルケト
ン，有機アミンを用いることもできる。

【００４８】ウェハ裏面洗浄とバキュームチャックの吸
着面の洗浄後、ピンクランプ上のウェハをローディング
ステーションＳ₁のホルダ上に搬入し、バキュームチャ
ックの吸着面にウェハを銅膜形成面を上向きに吸着させ
る。ウェハの搬入後、インデックステーブルを一角度
（９０°）回転させ、搬入されたウェハをまず一次研磨
ステーションＳ₂へ移動させる。ポリッシングヘッド
は、研磨布をウェハ上の銅膜表面に０．０１〜０．４ｋ
ｇ／ｃｍ²程度の圧力で押しつけて平坦化処理を行う。

【００４９】この一次研磨工程による粗研磨では、ウェ
ハを保持するホルダを５０〜３００ｒｐｍ程度の速度で
回転させ、５０〜１０００ｒｐｍで回転するポリッシン
グヘッドをウェハ上に０．１〜５ｃｍ／秒の速度で往復
させる。この際、研磨布の中心より研磨液（スラリ）を
ウェハ上に供給しつつ行う。この際、往復速度は常に一
定とする必要はなく、ウェハ中心部に長く研磨布が存在
するように可変速移動させることも可能である。研磨布
の直径はウェハの直径と同程度以下である。下限値はな
いがあまり小さくなると研磨布とウェハとの接触面積が
小さくなり、また研磨布の周速が小さくなることから銅
膜の研磨速度が著しく遅く実用的でない。従って、研磨
布の直径として少なくともウェハの半径以上が望まし
い。研磨布としては、発泡ポリウレタンやポリプロピレ
ン等の高分子シートに溝を形成したものを用いた。研磨
布に形成された溝は研磨液の給液孔１８ａのある中心か
ら螺旋状あるいは放射状に形成されており、研磨布中心
から外周部に向って効率よく研磨液が供給されるよう工
夫されている。なお、溝の断面形状に制限はないがＶ字
型が望ましく、溝縁が丸め加工されているとさらに望ま
しい。

【００５０】銅膜の研磨液としては、１０〜１００ｎｍ
のシリカ粒子を１０〜２０ｗｔ％程度酸化剤水溶液に分
散させたものを用いた。研磨液にはアンモニアを微量添
加して弱アルカリ性としたが、ＨＮＯ₃，燐酸，クエン
酸，酢酸やシュウ酸を微量添加した酸性研磨液を用いて
もよい。酸化剤としては、過酸化水素水やヨウ化カリウ
ム水溶液であるが、その種類に限定はない。また、研磨
剤としてアルミナ粒子，過酸化マンガン粒子，酸化セリ
ウム粒子等を用いてもよい。本発明による自動研磨装置
では、研磨液供給管内壁や研磨液廃液管内壁にはテフロ
ン（登録商標）コーティング等の酸・アルカリ耐性処理
が施されている。さらに、各ステーションＳ₁〜Ｓ₄はア
クリル等の衝壁で仕切られており、少なくともステーシ
ョンＳ₂とＳ₃には局所排気がなされ、酸あるいはアルカ
リ性研磨液の蒸気が滞留しない構造となっている。さら
に、研磨中にはポリッシングヘッドの周囲をフードで覆
い、ウェハの研磨加工中および加工完了後は、フードの
内壁に洗浄水を流し続けることで、飛散した研磨液の固
化や研磨液の液体成分の蒸発を防いでいる。洗浄水とし
ては純水を用いるのが一般的であるが、研磨液自体をフ
ード内壁に流すことも可能である。さらに、水シール室
からの洗浄水をバキュームチャック外側から供給するこ
とで、研磨中にウェハ裏面に研磨液が侵入することを防
いでいる。

【００５１】かかる一次研磨ステーションでの研磨処理
によって、図１５に示すように銅膜１１０の表面段差が
なくなり平坦となる。一例として、低誘電率有機膜上に
成長した０．８μｍ厚の銅膜を０．２μｍ程度にまで、
研磨することで表面を平坦化した。一次研磨ステーショ
ンでの研磨時間の研磨が終了すると、まずポリッシング
ヘッドの圧力を無加重とし、さらに研磨布の中心部から
供給されている研磨液を純水に切り替えて銅膜上から研
磨液を素早く取り除く。研磨液には銅をエッチングする
作用もあるため、この純水供給処理は重要である。な
お、この際洗浄液である純水も研磨布中心から供給され
るため、効率良くウェハ上の銅膜から研磨液を除去する
ことを可能としている。この純水洗浄工程は１０〜３０
秒程度である。

【００５２】その後、ポリッシングヘッドはウェハから
引き離され、ポリッシングヘッドはパッドコンディショ
ナ手段により、研磨布表面の目立てを行う。パッドコン
ディショナは、回転するパッドコンディショニングディ
スクを有し、このディスクを回転させながら研磨布に押
しあてる。パッドコンディショニングディスクの表面に
は、５０〜５００μｍ径のダイヤモンド微粒子が電着さ
れ、あるいはガラス中に埋め込まれており、このダイヤ
モンドヤスリで研磨布の目立てを行う。この際、研磨布
の中心部から研磨液あるいは純水を供給する。今回、ダ
イヤモンド微粒子はパッドコンディショニングディスク
の外周１ｃｍ幅の帯状に形成されているものを用いた
が、全面に形成されているものを用いてもよい。ここで
の特徴は研磨布が下向きでダイヤモンド電着面が上向き
となっていることで、仮にダイヤモンド粒子がディスク
より脱落したとしても研磨布上に残留しにくい。さら
に、パッドコンディショニング終了後、パッドクリーニ
ング手段で研磨布表面を自動洗浄することで、研磨布表
面の清浄度を保つ。

【００５３】このパッドコンディショニング処理を行っ
ている際、インデックステーブルは９０°回転されて、
ウェハＷは二次研磨ステーションＳ₃に移行される。こ
の回転より、ローディングステーションからは一次研磨
ステーションＳ₂に新たなウェハが供給されてくる。

【００５４】二次研磨ステーションＳ₃においても、一
次研磨ステーションと同様に、研磨中にはポリッシング
ヘッド周囲をフードで覆い、ウェハの研磨加工中フード
の内壁に洗浄水を流し続けることで、飛散した研磨液の
固化や研磨液の液体成分の蒸発を防いでいる。さらに、
水シール室からの洗浄水をバキュームチャック外側から
供給することで、研磨中にウェハ裏面に研磨液が侵入す
ることを防いでいる。

【００５５】二次研磨ステーションＳ₃のポリッシング
ヘッドには、軟質の研磨布が張られている。例えば、気
泡密度の高い発泡ポリウレタンシートやポリエステル等
の化学繊維型の研磨布を用いる。この二次研磨工程にお
いても、ウェハを保持するホルダを５０〜３００ｒｐｍ
程度の速度で回転させ、５０〜１０００ｒｐｍで回転す
るポリッシングヘッドをウェハ上に０．１〜５ｃｍ／秒
の速度で往復させて、銅膜１１０を研磨により薄膜化し
てゆく。ポリッシングヘッドの中心から供給される研磨
液には、０．１〜１ｗｔ％のセルロース等の水溶性有機
高分子と５〜１０Ｗｔ％のシリカ粒子を溶解させた酸化
剤水溶液を用いた。水溶性有機高分子は研磨後銅膜表面
に吸着して銅表面を親水性化することで、研磨剤粒子の
乾燥・固着を抑制する効果を有している。ここでは、二
次研磨ステーションＳ₃で研磨布と研磨液種を一次研磨
ステーションと変える場合を示したが、これらの研磨部
材を変更せずに、研磨圧力をさらに低下させポリッシン
グヘッドの回転速度を上げる等の研磨条件の変更を行う
こともできる。

【００５６】二次研磨ステーションＳ₃には、ウェハ表
面のレーザ光の反射率の変化を検出する光度計が具備さ
れている。なお、ウェハ上のレーザ光入射位置には高圧
窒素ガス，高圧空気あるいは純水が吹きつけられてお
り、ウェハ上の研磨液を押しのけるように工夫がなされ
ている。ここでは、配線溝領域以外の低誘電率有機膜上
の銅膜が完全に研磨されて反射率が低下した時点を研磨
終了点とした。このように、本発明による自動研磨装置
では、ポリッシングヘッドがウェハ径よりも小さくウェ
ハハ上を往復運動しても、ウエハ表面一部は上方から観
察が可能であることから、ウェハの表面性状を常にモニ
タすることで研磨の終点検出を可能ならしめているので
ある。なお、パッドコンディショナ手段及びパッドクリ
ーニング手段によるポリッシングヘッドの研磨布のコン
ディショニング並びにクリーニングの処理を行う点は、
一次研磨ステーションでの処理と同じである。

【００５７】二次研磨ステーションでの研磨処理によ
り、図１６に示すように有機膜１０８の配線溝に銅の埋
め込まれた銅配線１１１が得られる。

【００５８】アンローディングステーションＳ₄におい
ては、ウェハを保持するバキュームチャックからなるホ
ルダを５０ｒｐｍ程度の速度で回転させ、回転するウェ
ハに同じく５０ｒｐｍ程度で回転するウェハ表面洗浄手
段のブラシを押しつけて洗浄する。洗浄液としては、純
水あるいはそれを電気分解した電解イオン水を用いる。
洗浄後、バキュームチャックの吸着面に空気と純水との
逆圧力をかけてウェハを解放する。ロボットアームでウ
ェハをコンベア上に移し、コンベアは銅膜の研磨された
ウェハを次工程であるスクラブ洗浄装置へと速やかに移
送する。

【００５９】以上、実施例に示した自動研磨装置におい
ては、ウェハのローディングステーションＳ₁における
ウェハ搬入処理、一次研磨ステーションＳ₂における銅
膜の平坦化研磨処理、二次研磨ステーションＳ₃におけ
る銅膜の除去仕上げ処理、アンローディングステーショ
ンＳ₄でのウェハ搬出処理を同時並行に行い、かつイン
デックステーブルの一定方向への回転で複数のウェハを
同時に次段の工程に速やかに送ることを可能としてい
る。最も効率良く本発明の自動研磨装置を運転するに
は、一次研磨ステーションと二次研磨ステーションの研
磨時間がほぼ同じになるようにそれぞれの研磨条件を設
定することが望ましい。少なくとも、一次研磨処理の終
了時と二次研磨処理との終了時とが一致するよう各々の
研磨処理開始時のタイミング調整をする必要がある。

【００６０】本実施例では、低誘電率有機膜上の銅膜を
研磨する場合について述べたが、シリコン酸化膜上のア
ルミ膜やタングステン膜の研磨に適用できることも自明
である。さらに、ＢＰＳＧ膜やシリコン酸化膜の表面平
坦化にも適用できる。この場合には、一次研磨ステーシ
ョンと二次研磨ステーションとに硬質研磨布とシリカ粒
子分散研磨液を用い、両ステーションで同時並行に平坦
化研磨を行うことも可能である。

【００６１】

【発明の効果】以上のように本発明によるときには、イ
ンデックステーブルに割り付けられた各ステーションに
て同時並行にウェハの研磨，インデックステーブル上へ
のウェハの搬入並びにインデックステーブルからのウェ
ハの搬出を行って、ウェハの研磨作業を能率よく行うこ
とができ、また、ウェハの研磨による性状変化を常時監
視しつつ研磨することができるため、粗研磨と仕上げ研
磨とを同じインデックステーブル上で順次に行う場合に
おいて、粗研磨と仕上げ研磨との研磨終了の時機を一致
させることができ、これによって、研磨処理後、ウェハ
を待機されることがなく、ひいては、研磨液の乾燥固化
によってウェハの品質を低下させることがない。本発明
によれば、研磨装置の設置に広いスペースを必要とせ
ず、各ウェハに対して全く同じ条件で研磨処理を行うこ
とができ、高品質で均一な製品に仕上げることができ
る。本発明によれば、各種ガラス，Ｓｉ，ＳｉＯ₂，各
種セラミックス，アルチック，ガリウムヒ素，インジウ
ムリン，サファイアなどの研磨処理に広く適用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を略示的に示す平面図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態を示す図である。

【図３】インデックステーブルの断面図である。

【図４】ウェハ裏面洗浄手段を示す図である。

【図５】チャック洗浄手段を示す図である。

【図６】一次研磨ステーションの設備を示す図である。

【図７】ポリッシングヘッドを示す図である。

【図８】バキュームチャックの構造を示す図である。

【図９】ポリッシングヘッドを覆うフードを設けた例で
ある。

【図１０】ウェハ表面洗浄手段を示す図である。

【図１１】ウェハ表面洗浄手段を示す図である。

【図１２】本発明の一実施例による半導体ウェハの研磨
処理工程を示す図である。

【図１３】本発明の一実施例による半導体ウェハの研磨
処理工程を示す図である。

【図１４】本発明の一実施例による半導体ウェハの研磨
処理工程を示す図である。

【図１５】本発明の一実施例による半導体ウェハの研磨
処理工程を示す図である。

【図１６】本発明の一実施例による半導体ウェハの研磨
処理工程を示す図である。

【図１７】（ａ），（ｂ）は、ウェハの配線構造を示す
図である。

【図１８】図１７のウェハを平坦化処理する従来の研磨
処理の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ インデックステーブル １ａ 衝壁 ２ ホルダ ３ ステッピングモータ ４ バキュームチャック ４ａ，４ｂ 外部配管 ５ モータ ６ 電磁クラッチ ７ ロボットアーム ８ ウェハ裏面洗浄手段 ８ａ，８ｂ ブラシ ９ チャック洗浄手段 １０ ウェハキャリア １１ ピンクランプ １２ ブラシホルダ １３ 遊星歯車 １４ 中心歯車 １５ 回転軸 １６ チャック洗浄部 １７ 供給孔 １８ ポリッシングヘッド １８ａ 給液孔 １９ パッドコンディショナ手段 ２０ パッドクリーニング手段 ２１ 加圧シリンダ ２１ａ 鍔部分 ２２ ベースプレート ２２ａ 張出し縁 ２３ 研磨布張り付板 ２４ 研磨布 ２５ スピンドル ２６ 吸着孔 ２７ 水シール室 ２８ 通水溝 ２９ シールリング ３０ 給水孔 ３１ 加圧室 ３２ ダイヤフラム ３３ フード ３４ パッドコンディショニングディスク ３５ ポリッシングヘッド ３６ パッドコンディショナ手段 ３７ パッドクリーニング手段 ３８ ウェハ表面洗浄手段 ３９ ロボットアーム ４０ ピンクランプ ４１ コンベア ４２ ウェハ表面検知手段 ４３ 光源 ４４ 光度計 ４５ ハーフミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｇ Ｋ Ｚ (56)参考文献 特開 昭63−141670（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−193006（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−174411（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−167585（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−221055（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−201788（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−193033（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−88759（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−45567（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−322515（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−372364（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−13567（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−153273（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−130647（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304 B24B 37/04

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の埋め込み膜を上向きにして
   前記半導体基板をインデックステーブル上のホルダに保
   持し、前記ホルダを回転させて前記基板を一定方向に回
   転させるとともに、前記回転する基板の上方より、ポリ
   ッシングヘッドを下降させ、ポリッシングヘッドに取り
   付けられた研磨布を基板上でその半径方向に往復動させ
   つつ前記半導体基板上の前記埋め込み膜を平坦化研磨す
   る半導体装置の製造方法であって、 前記研磨布は、前記半導体基板の直径と同等以下で半導
   体基板の半径以上の大きさであり、研磨布張り付け板を
   介してベースプレート上に保持され、ベースプレートは
   任意の方向に傾斜可能であると共に上下方向にも揺動可
   能にポリッシングヘッドで支えられたものであり、高圧
   空気で加圧され、その圧力によって研磨布を前記半導体
   基板に対して平行の姿勢に保持させるとともに、ポリッ
   シングヘッドの移動方向と前記半導体基板表面との平行
   性の崩れに対してベースプレートを微動させつつ前記半
   導体基板上の埋め込み膜を平坦化研磨することを特徴と
   する半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 インデックステーブルに割り付けられた
   各ステーションにて同時並行に基板の研磨、インデック
   ステーブル上への基板の搬入並びにインデックステーブ
   ルからの基板の搬出を行う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. 【請求項３】 前記埋め込み膜が導電体金属であること
   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. 【請求項４】 前記埋め込み膜が銅膜と導電性密着膜か
   らなるものであることを特徴とする請求項１に記載され
   た半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 銅膜と導電性密着膜である前記埋め込み
   膜を、少なくとも２つ以上の前記ポリッシングヘッドで
   平坦化研磨することを特徴とする請求項１又は２に記載
   された半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 銅膜と導電性密着膜である前記埋め込み
   膜を平坦化研磨する際、異なる種類の研磨液を用いるこ
   とを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方
   法。
7. 【請求項７】 前記ポリッシングヘッドの回転中心から
   研磨液を供給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。
8. 【請求項８】 研磨終了時に、ポリッシングヘッドによ
   る加圧を解き、研磨液を洗浄液に切り替え、前記ポリッ
   シンングヘッドの回転中心から洗浄水を供給して基板上
   から研磨液を取り除くことを特徴とする請求項７に記載
   の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 半導体ウエハ上の埋め込み膜を上向きに
   して前記半導体ウエハをホルダ上に保持して研磨する
   際、該ホルダの周辺部に設けられた水シール室に洗浄水
   を圧入し、これをシール室より溢流させ、研磨液が基板
   の下面に回りこんで研磨中に研磨液がホルダの基板保持
   面に固着するのを防止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。
10. 【請求項１０】 上向きに保持されたウエハ上の前記埋
    め込み膜の研磨中に、直接光を照射し、その直接反射光
    を受光し、ウエハ上に形成されている金属膜がすべて研
    磨除去され、地膜が表面に露出して金属反射から地膜反
    射に変化した時の反射率の変化をもって研磨終点を検出
    することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製
    造方法。
11. 【請求項１１】 上向きに保持されたウエハ上の前記埋
    め込み膜の研磨中に、直接光を照射し、ポリッシングヘ
    ッドがウエハ径よりも小さく、かつウエハ上を往復運動
    することから、その直接反射光を受光してウエハの表面
    性状を常にモニタすることで研磨終点を検出することを
    特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 上向きに保持されたウエハ上の前記埋
    め込み膜の研磨中の光の入射位置には、ウエハの表面一
    部に気体あるいは液体を吹き付け、前記埋め込み膜表面
    の光直接照射領域に付着する研磨液を部分的に除去して
    研磨終点検出を行うことを特徴とする請求項１１に記載
    の半導体装置の製造方法。