JP3610676B2 - 化学的・機械的な研磨方法及びその装置並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路等を有する半導体基板を製造するための基板上に形成される絶縁膜、金属膜等の表面を平坦に化学的・機械的な研磨加工をする研磨加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板の外周部を平坦に研磨する化学的・機械的な研磨加工をするＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術について、米国特許第４９５４１４２号の明細書及び図面において知られている。この従来技術は、研磨定盤上に支持され、研磨剤を塗布した研磨パッドに上記電子部品の表面を押しつける際に、基板の外周部に設置するリングを研磨パッドに押し付けて化学的・機械的な研磨加工をするＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術（ＣＭＰ）では、化学的・機械的な研磨加工中にリングが研磨パッドを押し付けることによる、研磨パッドの摩滅に伴う研磨能率の被加工物の表面内での変動に対する配慮がなされていないため、被加工物上の表面内の絶縁膜等の研磨量の分布を制御できず絶縁膜などの厚さを均一にできないという課題を有していた。
【０００４】
また、被加工物とリングとの隙間での研磨パッドの変形に対する配慮がなされていないため、被加工物の外周部の研磨量の分布を制御できず絶縁膜などの厚さを均一にできないという課題を有していた。
【０００５】
また、化学的・機械的な研磨加工中にリングが研磨パッドを押し付けることによる、被加工物の表面内での研磨圧力変動に対する配慮がなされていないため、被加工物上の表面内の絶縁膜等の研磨量の分布を制御できず絶縁膜などの厚さを均一にできないという課題を有していた。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、基板上に形成された絶縁膜の厚さを均一に研磨加工できるようにした化学的・機械的な研磨加工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に、本発明は、基板の外周部分の研磨圧力を制御して上記基板面に対して化学的・機械的な研磨加工を行うことを特徴とする化学的・機械的な研磨加工方法である。
【００１０】
また、本発明は、基板の外周部分に隣接して設けた砥石を研磨パッドに押し付ける圧力を制御して基板の外周部分の研磨圧力を制御して上記基板面に対して化学的・機械的な研磨加工を行うことを特徴とする化学的・機械的な研磨加工方法である。
【００１１】
また、本発明は、基板の外周部分に隣接して設けられ樹脂または弾性体等の縦弾性係数が基板より小さい材料で構成されたリングを研磨パッドに押し付ける圧力を制御して基板の外周部分の研磨圧力を制御し、上記リングの外周に設置した砥石を研磨パッドに押し付けて上記基板面に対して化学的・機械的な研磨加工を行うことを特徴とする化学的・機械的な研磨加工方法である。
【００１２】
また、本発明は、基板の外周部分に隣接して設けた砥石を研磨パッドに押し付けて研磨パッドを目立てて上記基板面に対して化学的・機械的な研磨加工を行うことを特徴とする化学的・機械的な研磨加工方法である。
【００１３】
また、本発明は、基板の外周部分に隣接して設けた砥石及びリングに加える圧力を研磨圧力と独立して設定して化学的・機械的な研磨加工を行うことを特徴とする化学的・機械的な研磨加工方法である。
【００１４】
以上説明したように、本発明によれば、たとえば半導体装置における層間絶縁膜の厚さを均一にできるので、半導体装置の高信頼化と高集積化を実現することができる。即ち、半導体集積回路は多層配線層を形成するため、下層配線と上層配線の間に層間絶縁膜が存在し、この層間絶縁膜の表面を、たとえば研磨量ばらつきを±３％以下の精度でしかも微小凹凸を０．１μｍ以下を実現することができ、その結果層間絶縁膜の上に均一な厚さの配線膜を形成でき、しかも露光における焦点マージンが拡大して容易に配線幅が０．２５μｍ以下の配線を形成することができる。
【００１５】
また本発明によれば、層間絶縁膜に形成されたコンタクトホールにタングステン等の導電体をコンタクトスタッドとして選択ＣＶＤで形成する際、上記層間絶縁膜上の微小の欠陥を核として成長したタングステン等の導電膜が完全に除去することができ、層間絶縁膜上に高信頼度を有する配線を形成することができる効果がある。
【００１６】
また本発明によれば、絶縁膜または金属膜の表面において高い平坦度を得ることができるので、たとえば露光工程において焦点ずれを防止して精度の高い解像度の露光を実現し、高集積化を達成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１８】
本発明に係る化学的・機械的な研磨加工装置の一実施形態を示す全体構成および研磨加工要領を、図１を参照して説明する。図１は化学的・機械的な研磨加工装置の概念図である。図１において、半導体基板１（ウェーハ）は、チャック４に支持されたベース３上に貼り付けた支持体２に取り付けられている。研磨定盤１３の上に、平坦化を良くするために酸やアルカリに強く耐摩耗性に優れた例えば硬質発泡ポリウレタン系の研磨パッド１４が取り付けられている。研磨パッド１４の上に、アルカリを含む溶液にＳｉＯ２の砥粒を入れたものや、酸を含む溶液にアルミナや酸化セリウムの砥粒を入れた研磨剤１６が研磨剤供給管１５から供給される。
【００１９】
化学的・機械的な研磨加工は、図１に示すように研磨機基部２５上に固定されたモータ２８によって回転する研磨パッド１４の上に研磨剤供給管１５から研磨剤１６を供給しながら、チャック４で支持した被加工物１を研磨パッド１４に接触させ、さらにモータ２２によって回転するチャック４に研磨荷重を加えて矢印３３で示すように研磨定盤１３の半径方向に研磨定盤１３との間で相対的に往復運動させると、絶縁膜の表面は上記研磨剤１６に含まれるアルカリ溶液との間で化学反応が行われながら上記研磨剤１６に含まれるＳｉＯ２等の砥粒によって機械的な研磨が行われて化学的・機械的な研磨加工が進行し、段差が０．１μｍ以下に平坦化された、絶縁膜厚さのばらつきが±３％以下の所望の膜厚を有する層間絶縁膜を得ることができる。
【００２０】
なお、金属膜に対する化学的・機械的な研磨加工の場合には、研磨剤１６としてはアルカリを含む溶液にＳｉＯ２の砥粒を入れたものや、酸を含む溶液にアルミナや酸化セリウム等の砥粒を入れたものが用いられる。
【００２１】
研磨機基部２５に取り付けられた、矢印３３で示すように研磨定盤１３の半径方向に可動する往復テーブル３０にベース２９が取り付けられている。該ベース２９には、エアシリンダ２４が取り付けられており、該エアシリンダ２４には、矢印２３で示すように研磨定盤１３に垂直な方向に駆動可能なエアシリンダ軸２３が取り付けられている。ベース２９にはエアシリンダ２７が取り付けられており、矢印３２に示すように研磨定盤１３の半径方向に可動し、対向する位置に設置したストッパ２６と共にベース２３を固定可能なストッパ２６が取り付けられている。エアシリンダ軸２３に取り付けられたチャック回転用モータ及び減速機２２には研磨定盤１３と垂直な方向に回転可能なチャック回転軸２１が取り付けられている。該チャック回転軸２１にはチャック４が取り付けられている。チャック４に設けられた窪みＡ５には袋Ａ６が設置されており、該袋Ａ６には剛体３が取り付けられている。該剛体３には支持体２が貼り付けられており、該支持体２には半導体基板１が支持されている。スリップリング２０から気体を導入し気体供給通路１７を介して袋Ａ６に供給される。また、チャック４の窪みＡ５の外周に設けられた窪みＢ７には袋Ｂ８が設置されており、該袋Ｂ８にはリング１１が取り付けられている。スリップリング２０から気体を導入し気体供給通路１８を介して袋Ｂ８に供給される。また、窪み７の外周に設けられた窪みＣ９には袋Ｃ１０が設置されており、該袋Ｃ１０には砥石１２が取り付けられている。スリップリング２０から気体を導入し気体供給通路１９を介して袋Ｃ１０に供給される。半導体基板１を支持体２に取り付け、エアシリンダ軸２３を定盤１３の方向に駆動し半導体基板１が研磨パッド１４に接した時点でエアシリンダ軸２３の駆動を停止しストッパ２６をエアシリンダ２３の方向に駆動してエアシリンダ２３を固定する。そして、袋Ａ６に気体を供給して半導体基板１に研磨圧力を与える。また、袋Ｂに気体を供給してリング１１によって研磨パッド１４を押圧する。また、袋Ｃに気体を供給して砥石１２によって研磨パッド１４を押圧する。
【００２２】
次に、チャック４によるウェーハ外周部の研磨圧力分布制御と、ドレッシングについて図２を用いて説明する。図２は、チャック４の外周部分の断面拡大図である。チャック４において、１２Ａは砥石台、１２Ｂは砥石台１２Ａに支持された砥石、１２Ｃは砥石１２Ｂの表面に固定されている砥粒である。圧力ＰＡが剛体３に加えられると、半導体基板１と研磨パッド１４との間に生じる研磨圧力はＰＡとなる。圧力ＰＢがリング１１に加えられると、リング１１と研磨パッド１４との間に生じる圧力はＰｒとなる。圧力ＰＣがリング砥石台１２Ａに加えられると、砥粒１２Ｃと研磨パッド１４との間に生じる圧力はＰｄとなる。リング１１を圧力Ｐｒで研磨パッド１４を押圧することにより、半導体基板１の外周部の研磨パッド１４を定盤１３の方向に変形させることになる。そして研磨パッドの１４の変形量を適切にすることにより、半導体基板１の外周部の研磨圧力を変化させることができる。また、砥粒１２Ｃを圧力Ｐｄで研磨パッド１４に押圧することにより、砥粒１２Ｃが研磨パッド１４に切り込み、研磨パッド１４の表面が目立てられることになる。
【００２３】
図３は、研磨定盤１３上のチャック４の配置図である。（ａ）は本発明のチャック４の配置図である。（ｂ）は本発明を用いない場合のチャック４と砥石の配置図を示す。本発明では、チャック４が周囲に砥石１２を有しているため、目立て用のチャックを設置する必要がなく、研磨パッド１４上に多くのチャック４を設置することができ、一度に多くの半導体基板を研磨することができる。しかし、本発明を用いない場合には砥石を有する目立て用のチャックを研磨パッド１４上に設置する必要があるため、本発明を用いた場合よりも研磨用のチャックが１つ少なくなり、スループットが低下する。
【００２４】
また、本発明に係る化学的・機械的な研磨加工装置の他の一実施形態を示す全体構成および研磨加工要領を、図４を参照して説明する。図４は化学的・機械的な研磨加工装置の概念図である。図４において、半導体基板１（ウエハ）は、チャック４に支持されたベース３上に貼り付けた支持体２に取り付けられている。研磨定盤１３の上に、平坦化を良くするために酸やアルカリに強く耐磨耗性に優れた例えば硬質発泡ポリウレタン系の研磨パッド１４が取り付けられている。研磨パッド１４の上に、アルカリを含む溶液にＳｉＯ２の砥粒を入れたコロイダルシリカや、酸を含む溶液にアルミナや酸化セリウムの砥粒を入れた研磨剤１６が研磨剤供給管１５から供給される。
【００２５】
化学的・機械的な研磨加工は、図４に示すように回転する研磨パッド１４の上に研磨剤供給管１５から研磨剤１６を供給しながら、チャック４で支持した被加工物１を研磨パッド１４に接触させ、さらに回転するチャック４に研磨荷重を加えて研磨定盤１３の半径方向に研磨定盤１３との間で相対的に往復運動させると、絶縁膜の表面は上記研磨剤１６に含まれるアルカリ溶液との間で化学反応が行われながら上記研磨剤１６に含まれるＳｉＯ２等の砥粒によって機械的な研磨が行われて化学的・機械的な研磨加工が進行し、段差が０．１μｍ以下に平坦化された、絶縁膜厚さのばらつきが±３％以下の所望の膜厚を有する層間絶縁膜を得ることができる。
【００２６】
なお、金属膜に対する化学的・機械的な研磨加工の場合には、研磨剤１６としてはアルカリを含む溶液にＳｉＯ２の砥粒を入れたコロイダルシリカや、酸を含む溶液にアルミナや酸化セリウム等の砥粒を入れたものが用いられる。
【００２７】
回転可能なチャック４に設けられた窪みＡ５には袋Ａ６が設置されており、該袋Ａ６には剛体３が取り付けられている。該剛体３には支持体２が貼り付けられており、該支持体２には半導体基板１が支持されている。気体供給通路１７を介して袋Ａ６に気体が供給される。また、チャック４の窪みＡ５の外周に設けられた窪みＤ３５には袋Ｄ３６が設置されており、該袋Ｄ３６には砥石３７が取り付けられている。気体供給通路１４を介して袋Ｄ３６に気体が供給される。半導体基板１を支持体２に取り付け、袋Ａ６に気体を供給して半導体基板１に研磨圧力を与える。また、袋Ｄ３６に気体を供給して砥石３７によって研磨パッド１４を押圧すると同時に研磨パッド１４の表面を目立てる。
【００２８】
次に、チャック４によるウェーハ外周部の研磨圧力分布制御と、ドレッシングについて図５を用いて説明する。図２は、チャック４の外周部分の断面拡大図である。チャック４において、３７Ａはベース、３７Ｂは砥石台、３７Ｃは半導体基板１が研磨中にチャック４から飛び出すことを防止するリング、３８は砥石台３７Ｂの位置を調節するためのスペーサ、３９は砥石台３７Ｂをベース３７Ａに固定するためのネジ、４０は砥石台３７Ｂに固定された砥石、４１は砥石４０の表面に固定されている砥粒である。圧力ＰＡが剛体３に加えられると、半導体基板１と研磨パッド１４との間に生じる研磨圧力はＰＡとなる。圧力ＰＤがリング１１に加えられると、リング１１と研磨パッド１４との間に生じる圧力はＰｒとなる。圧力ＰＣがリング砥石台１２Ａに加えられると、砥粒１２Ｃと研磨パッド１４との間に生じる圧力はＰｄとなる。リング１１を圧力Ｐｒで研磨パッド１４を押圧することにより、半導体基板１の外周部の研磨パッド１４を定盤１３の方向に変形させることになる。そして研磨パッドの１４の変形量を適切にすることにより、半導体基板１の外周部の研磨圧力を変化させることができる。また、砥粒１２Ｃを圧力Ｐｄで研磨パッド１４に押圧することにより、砥粒１２Ｃが研磨パッド１４に切り込み、研磨パッド１４の表面が目立てられることになる。この場合、スペーサ３８の厚さｔを大きくすると砥粒４１の突き出し量ｈが増加し、砥粒４１が研磨パッド１４の表面を目立てる深さが増加する。
【００２９】
次に本発明に係る化学的・機械的な研磨加工を半導体基板上に形成されたプラズマＴＥＯＳ膜（１．５μｍ堆積）からなる層間絶縁膜に適用した場合について説明する。
【００３０】
はじめに、図１に示す装置を用いた場合について説明する。主な化学的・機械的な研磨条件は、研磨圧力３５ｋＰａ、半導体基板と研磨パッドの平均相対速度：１９ｍ／ｍｉｎ、研磨剤１６：アルカリ溶液からなるコロイダルシリカ（粒径約３０ｎｍ）、研磨パッド１４：硬質発泡ポリウレタン系（硬度約６０度）厚さ約１ｍｍ、半導体基板の支持体２には、ベース３の表面に形成した厚さ約０．５ｍｍのスウェードタイプの弾性体を用いた。砥粒１２Ｃには粒径約２５０μｍのダイヤモンド砥粒を用い、目立ての圧力Ｐｄは約７ｋＰａとした。
【００３１】
リングの内径とウェーハの外径の差が小さいことが望ましいが、リングの内径とウェーハの外径の差が０．１ｍｍの場合にはリングの内径とウェーハの外径の公差のため、研磨中にリングに拘束されてウェーハが変形し、研磨量ばらつきが大きくなった。また、リングの内径とウェーハの外径の差が１ｍｍ以上の場合にはウェーハがチャックの一方に偏り、偏荷重がかかるため、研磨量ばらつきが大きくなった。そこで、リングの内径とウェーハの外径の差は０．１ｍｍないし１ｍｍが適当である。本実施例ではリングの内径とウェーハの外径の差を０．５ｍｍとした。
【００３２】
また、リングで研磨パッドを加圧すると、研磨パッドが変形してウェーハ外周部の研磨圧力のばらつきを低減する効果があるため、リングの圧力Ｐｒがより大きいことが望ましいが、リングの圧力Ｐｒが大きいほど研磨パッドの磨滅も大きくなる。そこで、本実施例ではリング圧力Ｐｒを研磨圧力の２倍の７０ｋＰａとした。
【００３３】
図６は、層間絶縁膜に対する化学的・機械的な研磨加工において、本発明に係るウェーハ外周部の研磨圧力分布を制御し、研磨中にウェーハ外周に設けた砥石で研磨パッドをドレッシングする場合の実施例と、ウェーハ外周部での研磨圧力の制御と研磨パッドのドレッシングなしの場合の比較例とを研磨後の絶縁膜の外周部での厚さ分布について比較したものである。
【００３４】
図中、（ａ）は、ウェーハ外周部の研磨圧力分布を制御し、研磨中にウェーハ外周に設けた砥石で研磨パッドをドレッシングした場合の比較例としての実験結果を示す。（ａ）は、プラズマＴＥＯＳ膜（１．５μｍ堆積）に対して残膜厚さが０．５μｍまで化学的・機械的研磨加工を施したところ、ウェーハ半径が６０ｍｍから７３ｍｍまでの範囲で絶縁膜の厚さばらつきが±２％であったことを示す。また、ウェーハ最外周部において絶縁膜が残っており、基板が露出しないことを示す。
【００３５】
図６中、（ｂ）は、ウェーハ外周部での研磨圧力の制御と研磨パッドのドレッシングなしの場合の実施例としての実験結果を示す。（ｂ）は、プラズマＴＥＯＳ膜（１．５μｍ堆積）に対してウェーハ全体での残膜厚さの平均値が０．４μｍまで化学的・機械的研磨加工を施したところ、ウェーハ半径が６０ｍｍから７０ｍｍまでの範囲で絶縁膜の厚さばらつきが±６％であり、ウェーハ半径が６０ｍｍから７３ｍｍまでの範囲で絶縁膜の厚さばらつきが±１４％であったことを示す。また、ウェーハ最外周部半径７４ｍｍから７５ｍｍの範囲で絶縁膜が残っておらず、基板が露出していることを示す。
【００３６】
図７は、層間絶縁膜に対する化学的・機械的な研磨加工において、本発明に係るウェーハ外周部の研磨圧力分布を制御し、研磨中にウェーハ外周に設けた砥石で研磨パッドをドレッシングする場合の実施例と、ウェーハ外周部での研磨圧力の制御と研磨パッドのドレッシングなしの場合の比較例とを研磨後の絶縁膜の半径方向での厚さ分布について比較したものである。
【００３７】
図中、（ａ）は、ウェーハ外周部の研磨圧力分布を制御し、研磨中にウェーハ外周に設けた砥石で研磨パッドをドレッシングした場合の比較例としての実験結果を示す。（ａ）は、プラズマＴＥＯＳ膜（１．５μｍ堆積）に対して残膜厚さが０．５μｍまで化学的・機械的研磨加工を施したところ、ウェーハ半径が７０ｍｍ及び７３ｍｍまでの範囲で絶縁膜の厚さばらつきが共に±３％であったことを示す。また、ウェーハ最外周部において絶縁膜が残っており、基板が露出しないことを示す。
【００３８】
図７中、（ｂ）は、ウェーハ外周部での研磨圧力の制御と研磨パッドのドレッシングなしの場合の実施例としての実験結果を示す。（ｂ）は、プラズマＴＥＯＳ膜（１．５μｍ堆積）に対して残膜厚さの平均値が０．４μｍまで化学的・機械的研磨加工を施したところ、ウェーハ半径が７０ｍｍまでの範囲で絶縁膜の厚さばらつきが±１５％であり、ウェーハ半径が７３ｍｍまでの範囲で絶縁膜の厚さばらつきが±１９％であったことを示す。また、ウェーハ最外周部で絶縁膜が残っておらず、基板が露出していることを示す。
【００３９】
化学的・機械的な研磨加工は、研磨後の絶縁膜の研磨量ばらつきによって評価した。評価は光干渉式の薄膜厚さ計を用いて半導体基板（ウエハ）の外周部では１６箇所、直径方向では３１箇所の絶縁膜の厚さを測定した。そして、絶縁膜の厚さの最大値をＴｍａｘ、最小値をＴｍｉｎ、平均値をＴａｖｅとしたとき、膜厚ばらつきＶを、次に示す（数１）から算出した。
【００４０】
【数１】

【００４１】
これらの各実験結果を示す図７及び図８から分かるように、比較例に比べて本発明のように基板の外周部の研磨圧力を改善することによって、また、研磨中に研磨パッドをドレッシングすることによって研磨前に絶縁膜の表面に存在した１μｍの段差を、研磨後に０．１μｍ以下にすることができた。この値は、この層間絶縁膜上に０．２５μｍ以下の配線幅を有する配線を形成することを可能にする値である。
【００４２】
次に、本発明に係る研磨パッドを加圧して被加工物の外周の研磨圧力を改善し、研磨パッドのドレッシングを行う化学的・機械的な研磨加工方法を適用して、６インチのシリコン基板上に２層のアルミ配線構造を持つ半導体装置を製造した実施例について、図８を用いて説明する。
【００４３】
すなわち、４２は半導体基板（６インチのシリコン基板）上に１層目のアルミ配線を形成する工程である。４３は工程４２で形成された１層目のアルミ配線上に例えばプラズマＴＥＯＳ膜（層間絶縁膜）をＣＶＤにより１．５μｍ程度の厚さに堆積（成膜）する工程である。４４は工程４３で堆積された例えば１．５μｍ厚さのプラズマＴＥＯＳ膜の表面を、前記本発明の実施の形態で説明した通り、基板の外周部の研磨圧力を改善して化学的・機械的な研磨加工を行って表面を平坦化する工程である。この工程４４で１μｍ研磨した結果、プラズマＴＥＯＳ膜の厚さ分布を光干渉式の薄膜厚さ測定器を用いて測定したところ、厚さが０．５μｍ±０．０１３μｍ（膜厚さのばらつきが±２．６％）であることを確認した。このとき、プラズマＴＥＯＳ膜を堆積した後にプラズマＴＥＯＳ膜の表面に存在した１μｍの段差について、触針式の段差測定器による測定とウエハの断面のＳＥＭ観察を行い、段差が１μｍから０．１μｍ以下に低減されたことを確認した。また、接触式の表面粗さ計及び原子間力顕微鏡を用いて、研磨したプラズマＴＥＯＳ膜の表面粗さを測定し、プラズマＴＥＯＳ膜の表面粗さが０．２ないし０．３ｎｍＲｍａｘであることを確認した。
【００４４】
４５は研磨したプラズマＴＥＯＳ膜の表面に厚さ０．１μｍのＳｉＯ２膜をＣＶＤで堆積（成膜）する工程である。４６は工程４５で堆積したＳｉＯ２膜に対して下層アルミ配線と電気接続をとるためのコンタクトホールをエッチングによって形成する工程である。４７は工程４６で形成されたコンタクトホールにタングステン等からなる導電体のコンタクトビアを形成する工程である。４８は工程４５で成膜されたＳｉＯ２膜の表面に幅０．２５μｍのアルミ上層配線を形成する工程である。
【００４５】
以上説明した工程４２〜４８によって６インチのシリコン基板上に２層のアルミ配線構造を持つ半導体装置を製造することができる。このように半導体装置を製造し、コンタクトビア抵抗及び配線抵抗を測定した結果、コンタクト抵抗不良及び配線不良がないことが分かり、信頼性の高い半導体装置を製造することができた。
【００４６】
次に本発明に係る研磨パッドを加圧して被加工物の外周の研磨圧力を改善し、研磨パッドのドレッシングを行う化学的・機械的な研磨加工方法を適用して、半導体基板上に２層の配線構造を持つ半導体装置を製造した実施例について、図９を用いて説明する。
【００４７】
すなわち、４９は半導体基板上に下層配線を形成する工程である。５０は工程４９で形成された下層配線上に例えばプラズマＴＥＯＳ膜をＣＶＤにより１．５μｍ程度の厚さに堆積（成膜）する工程である。５１は工程５０で堆積された例えば１．５μｍ程度の厚さのＴＥＯＳ膜（層間絶縁膜）の表面を、前記本発明の実施の形態で説明した通り、基板の外周部の研磨圧力を改善して化学的・機械的な研磨加工を行って表面を平坦化する行程である。この行程５１で１μｍ研磨加工した結果、図６ないし図７に示す実施例と同様に、厚さが０．５μｍ±０．０１３μｍ（膜厚さのばらつきが±２．６％）で膜厚さのばらつきを±３％以下にして、段差（微小凹凸）を０．１μｍ以下に低減させて平坦化することができる。プラズマＴＥＯＳ膜の表面粗さを０．２ないし０．３ｎｍＲｍａｘにすることができる。
【００４８】
５２は５１で表面が平坦化され、所望の膜厚に研磨されたプラズマＴＥＯＳ膜に対して下層配線と電気的接続をとるためのコンタクトホールをエッチングによって形成する工程である。５３は工程５２で形成されたコンタクトホールに対して選択ＣＶＤによりタングステン等からなる導電体のコンタクトスタッドを形成する工程である。５４は工程４４と同様に基板の外周の研磨圧力を改善し、研磨パッドを目立てて化学的・機械的な研磨加工を行って表面に成長したタングステン等の金属膜を除去する工程である。５５はプラズマＴＥＯＳ膜（層間絶縁膜）の表面に上層配線を形成する工程である。
【００４９】
以上説明した工程４９〜５５によって半導体基板上に多層配線構造を持つ半導体装置を製造することができる。このように半導体装置を製造し、コンタクトスタッド抵抗及び配線抵抗を測定した結果、コンタクト不良及び配線不良がないことが分かり、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。
【００５０】
また、半導体装置の製造プロセスの過程で形成された絶縁膜は例えば図１０（ａ）のように同心円状に分布することが多いため、図１０（ｂ）に示すようにチップ内のＣＭＰが行われていない絶縁膜の厚さを測定し厚さの等高線を求めると、等高線の曲率はウェーハ上の半径ｒを表すため、チップに切断された後でも、チップ内の絶縁膜の厚さ分布を測定すればチップの作られた半径位置が分かる。例えば６インチウェーハではチップが半径７０ｍｍよりも外周に作られている場合にも容易に分かる。
【００５１】
また、図４に示す装置を用いた研磨方法でも上記と同様の研磨条件を用いた。砥粒の突き出し量ｈを４０μｍ以下とした場合には研磨パッドの目立てが十分に行われなかった。また、ｈを５０μｍより大きくした場合、絶縁膜表面の段差が十分に低減できなかった。そこで、本実施例では砥粒の突き出し量ｈを５０μｍとした。その結果、図２に示す装置を用いた研磨方法と同等の結果を得た。
【００５２】
また本発明は、薄膜多層配線基板を製造するのに適用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、化学的・機械的な研磨加工において、研磨中に基板の外周部の研磨圧力分布を制御して、絶縁膜や金属膜などの厚さを均一に、しかも平坦に（例えば、膜厚さのばらつきを±３％以下で、しかも微小凹凸を０．１μｍ以下）加工できるため、例えば半導体装置の高信頼化及び高集積化を図ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る化学的・機械的な研磨加工装置の一実施例の形態を示す概念図である。
【図２】図１に示す基板を支持するチャックの説明図である。
【図３】図１に示す研磨定盤上の被加工物を支持するチャック部の説明図であり、（ａ）は本発明を用いた場合の研磨方法を説明するための図、（ｂ）は本発明を用いない場合の研磨方法を説明するための図である。
【図４】本発明に係る化学的・機械的な研磨加工装置の他の一実施例の形態を示す概念図である。
【図５】図４に示す基板の外周部分を支持するチャックの説明図である。
【図６】被加工物の外周部の研磨後の絶縁膜厚さを示す図であり、（ａ）は本発明を用いた場合の研磨方法による効果を説明するための図、（ｂ）は本発明を用いない場合の研磨結果を説明するための図である。
【図７】被加工物の研磨後の面内の絶縁膜厚さの分布を示す図であり、（ａ）は本発明を用いた場合の効果を本発明の研磨方法による効果を説明するための図、（ｂ）は本発明を用いない場合の研磨結果を説明するための図である。
【図８】本発明に係る半導体装置を製造するための一実施例である工程フローを示す図である。
【図９】本発明に係る半導体装置を製造するための他の一実施例である工程フローを示す図である。
【図１０】本発明を用いた場合の研磨方法による効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・支持体、３・・・剛体、４・・・チャック本体、５・・・窪みＡ、６・・・袋Ａ、７・・・窪みＢ、８・・・袋Ｂ、９・・・窪みＣ、１０・・・袋Ｃ、１１・・・リング、１２・・・砥石、１２Ａ・・・砥石台、１２Ｂ・・・砥石、１２Ｃ・・・砥粒、１３・・・定盤、１４・・・研磨パッド、１５・・・研磨剤供給管、１６・・・研磨剤、１７・・・気体供給通路Ａ、１８・・・気体供給通路Ｂ、１９・・・気体供給通路Ｃ、２０・・・スリップリング、２１・・・チャック回転軸、２２・・・チャック回転用モータ及び減速機、２３・・・エアシリンダ軸、２４・・・エアシリンダ、２５・・・研磨機基部、２６・・・ストッパ、２７・・・エアシリンダ、２８・・・定盤回転モータ及び減速機、２９・・・ベース、３０・・・往復テーブル、３１・・・ベースの可動方向、３２・・・ストッパの可動方向、３３・・・往復テーブルの可動方向、３４・・・砥石、３５・・・窪みＤ、３６・・・袋Ｄ、３７・・・砥石、３７Ａ・・・ベース、３７Ｂ・・・砥石台、３７Ｃ・・・リング、３８・・・スペーサ、３９・・・ネジ、４０・・・砥石、４１・・・砥粒、４２・・・下層配線を形成する工程、４３・・・ＴＥＯＳ膜をＣＶＤで成膜する工程、４４・・・化学的・機械的な研磨によりＴＥＯＳ膜を平坦化する工程、４５・・・コンタクトホールをエッチングにより形成する工程、４６・・・ＴＥＯＳ膜の表面にＳｉＯ２膜を形成する工程、４７・・・コンタクトビアを形成する工程、４８・・・上層配線を形成する工程、４９・・・下層配線を形成する工程、５０・・・層間絶縁膜を形成する工程、５１・・・化学的・機械的な研磨により層間絶縁膜を平坦化する工程、５２・・・コンタクトホールをエッチングにより形成する工程、５３・・・選択ＣＶＤによりコンタクトスタッドを形成する工程、５４・・・化学的・機械的な研磨により層間絶縁膜上に成長した金属膜を除去する工程、５５・・・上層配線を形成する工程

Claims (2)

1. 基板の外周に隣接して設置し、基板よりも縦弾性係数の小さい樹脂あるいは樹脂を含有する材料で構成されたリングを研磨パッド面に押圧し、リングの外周に隣接して設置した砥石を研磨パッドに押圧し、前記基板上の絶縁膜表面に対して化学的・機械的な研磨加工を行うことを特徴とする化学的・機械的な研磨加工方法。
2. 基板の外周に隣接して設置し、基板よりも縦弾性係数の小さい樹脂あるいは樹脂を含有する材料で構成されたリングを研磨パッド面に押圧し、リングの外周に隣接して設置した砥石を研磨パッドに押圧し、前記基板上の絶縁膜表面に対して化学的・機械的な研磨加工を行う場合に上記リングと砥石の研磨パッドへの押圧力と研磨圧力とを独立して設定することを特徴とする化学的・機械的な研磨加工方法。

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