JP4901301B2 - 研磨方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

研磨方法及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、研磨方法及び半導体装置の製造方法に係り、例えば、銅（Ｃｕ）膜を研磨する研磨方法及びかかる研磨工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
近年、半導体集積回路（ＬＳＩ）の高集積化、及び高性能化に伴って新たな微細加工技術が開発されている。特に、最近はＬＳＩの高速化を達成するために、配線材料を従来のアルミ（Ａｌ）合金から低抵抗の銅（Ｃｕ）或いはＣｕ合金（以下、まとめてＣｕと称する。）に代える動きが進んでいる。Ｃｕは、Ａｌ合金配線の形成において頻繁に用いられたドライエッチング法による微細加工が困難であるので、溝加工が施された絶縁膜上にＣｕ膜を堆積し、溝内に埋め込まれた部分以外のＣｕ膜を化学機械研磨（ＣＭＰ）により除去して埋め込み配線を形成する、いわゆるダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法が主に採用されている。Ｃｕ膜はスパッタ法などで薄いシード層を形成した後に電解めっき法により数１００ｎｍ程度の厚さの積層膜を形成することが一般的である。さらに、多層Ｃｕ配線を形成する場合は、特に、デュアルダマシン構造と呼ばれる配線形成方法を用いることもできる。かかる方法では、下層配線上に絶縁膜を堆積し、所定のヴィアホール（孔）及び上層配線用のトレンチ（配線溝）を形成した後に、ヴィアホールとトレンチに配線材料となるＣｕを同時に埋め込み、さらに、上層の不要なＣｕをＣＭＰにより除去し平坦化することにより埋め込み配線を形成する。
また、最近は層間絶縁膜として比誘電率の低い低誘電率材料膜（ｌｏｗ−ｋ膜）を用いることが検討されている。すなわち、比誘電率ｋが、約４．２のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）から比誘電率ｋが例えば３．５以下のｌｏｗ−ｋ膜を用いることにより、配線間の寄生容量を低減することが試みられている。そして、ｌｏｗ−ｋ膜へのＣｕの拡散を防止するために、Ｃｕ膜とｌｏｗ−ｋ膜との間には、タンタル（Ｔａ）等のバリアメタル膜を形成することが一般的である。そして、かかるバリアメタル膜も不要な部分をＣＭＰにより除去し平坦化される。また、その他、ＳｉＯ２膜等も平坦化のために不要な部分はＣＭＰにより除去されている。
このように、ＣＭＰ法は、高性能ＬＳＩ、メモリ等で広く使用される技術である。ここで、ＣＭＰ工程に関わるコストの中で、研磨液となるスラリの占める割合は非常に高く、スラリの流量削減に対する要求は大きい。しかしながら、単にスラリの流量を減らすと研磨速度の低下、ディッシング増大、研磨温度上昇による異常研磨などの様々な問題が生じてしまう。そして、研磨後に行なうスラリの代わりに洗浄液を使った洗浄研磨工程においても、洗浄液にかかるコストが非常に高い点で同様である。洗浄液についても、単に流量を減らすとプロセス性能としての洗浄能力の低下だけでなく、メタル部の腐食など様々な問題が生じる。このように、研磨液や洗浄液といった薬液の流量削減が望まれているにもかかわらず、流量を削減することができないといった問題があった。
ここで、スラリの流量削減を目的とした技術として、例えば、研磨布中にスラリを溜める方法が開示されている（例えば、特許文献１，２参照）。しかしながら、これらの技術では機構が複雑であり、付加設備のコスト上昇やコスト削減とプロセス性能の両立が難しいのが現状である。
特開平９−５７６０８号公報 特開２００５−１２３２３２号公報
本発明は、上述した問題点を克服し、プロセス性能を低下させずに研磨液や洗浄液といった薬液の流量削減を可能とする研磨方法、或いは半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様の研磨方法は、
ターンテーブル上に配置された研磨布を前記ターンテーブルと共に回転させる回転工程と、
回転する前記研磨布を用いて、基板中心に対して回転方向の上流方向に向けて、かつ、単一の供給ノズルにより前記研磨布の略中心部から前記研磨布の外側に向けて前記研磨布の表面に対して６０度以下の方角から基板手前側における前記研磨布の表面上に薬液を供給しながら基板表面を研磨する研磨工程と、
を備えたことを特徴とする。
また、本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、
基板表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
回転する研磨布を用いて、基板中心に対して回転方向の上流方向に向けて、かつ、単一の供給ノズルにより前記研磨布の略中心部から前記研磨布の外側に向けて前記研磨布の表面に対して６０度以下の方角から基板手前側における前記研磨布の表面上に薬液を供給しながら前記薄膜を研磨する研磨工程と、
を備えたことを特徴とする。
本発明の一態様によれば、プロセス性能を低下させずに薬液の流量を削減することができる。
実施の形態１．
実施の形態１では、半導体装置の製造過程において、導電性材料の一例であるＣｕを用いた配線形成を行なう工程について重点をおいて説明する。
以下、図面を用いて、実施の形態１について説明する。
図１は、実施の形態１における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
図１において、本実施の形態では、低誘電率の絶縁性材料からなるｌｏｗ−ｋ膜の薄膜を形成するｌｏｗ−ｋ膜形成工程（Ｓ１０２）、キャップ膜を形成するキャップ膜形成工程（Ｓ１０４）、開口部を形成する開口部形成工程（Ｓ１０６）、導電性材料を用いた導電性材料膜を形成する導電性材料膜形成工程として、バリアメタル膜形成工程（Ｓ１０８）、シード膜形成工程（Ｓ１１０）、めっき工程（Ｓ１１４）と、導電性材料膜研磨工程（Ｓ１１６）と、洗浄研磨工程（Ｓ１１８）という一連の工程を実施する。そして、導電性材料膜研磨工程（Ｓ１１６）として、回転工程（Ｓ２０２）、液供給工程（Ｓ２０４）、研磨工程（Ｓ２０６）という一連の工程を実施する。同様に、洗浄研磨工程（Ｓ１１８）として、回転工程（Ｓ２１２）、液供給工程（Ｓ２１４）、研磨工程（Ｓ２１６）という一連の工程を実施する。
図２は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図２では、図１のｌｏｗ−ｋ膜形成工程（Ｓ１０２）から開口部形成工程（Ｓ１０６）までを示している。それ以降の工程は後述する。
図２（ａ）において、ｌｏｗ−ｋ膜形成工程として、基体の一例となる基板２００の上に多孔質の低誘電率絶縁性材料を用いたｌｏｗ−ｋ膜２２０の薄膜を例えば２００ｎｍの厚さで形成する。ｌｏｗ−ｋ膜２２０を形成することで、比誘電率ｋが３．０以下の層間絶縁膜を得ることができる。ここでは、一例として、比誘電率が２．５未満の低誘電率絶縁材料となるポリメチルシロキサンを用いたＬＫＤ（Ｌｏｗ−Ｋ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ：ＪＳＲ製）を用いてｌｏｗ−ｋ膜２２０を形成する。ｌｏｗ−ｋ膜２２０の材料としては、ポリメチルシロキサンの他に、例えば、ポリシロキサン、ハイドロジェンシロセスキオキサン、メチルシロセスキオキサンなどのシロキサン骨格を有する膜、ポリアリーレンエーテル、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾシクロブテンなどの有機樹脂を主成分とする膜、および多孔質シリカ膜などのポーラス膜からなる群から選択される少なくとも一種を用いて形成しても構わない。かかるｌｏｗ−ｋ膜２２０の材料では、比誘電率が２．５未満の低誘電率を得ることができる。形成方法としては、例えば、溶液をスピンコートし熱処理して薄膜を形成するＳＯＤ（ｓｐｉｎ ｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｉｃ ｃｏａｔｉｎｇ）法を用いることができる。例えば、スピナーで成膜し、このウエハをホットプレート上で窒素雰囲気中でのベークを行った後、最終的にホットプレート上で窒素雰囲気中ベーク温度よりも高温でキュアを行なうことにより形成することができる。ｌｏｗ−ｋ材料や形成条件などを適宜調節することにより、所定の物性値を有する多孔質の絶縁膜が得られる。また、基板２００として、例えば、直径２００ミリのシリコンウェハを用いる。また、ここでは、ｌｏｗ−ｋ膜２２０の下層に位置するデバイス部分やプラグ等の形成については説明を省略している。
図２（ｂ）において、キャップ膜形成工程として、ｌｏｗ−ｋ膜２２０上にＣＶＤ法によってキャップ絶縁膜として炭酸化シリコン（ＳｉＯＣ）を例えば膜厚５０ｎｍ堆積することで、ＳｉＯＣ膜２２２の薄膜を形成する。ＳｉＯＣ膜２２２を形成することで、直接リソグラフィーを行うことが困難なｌｏｗ−ｋ膜２２０を保護し、ｌｏｗ−ｋ膜２２０にパターンを形成することができる。キャップ絶縁膜の材料として、ＳｉＯＣの他に、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、炭水化シリコン（ＳｉＣＨ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）、およびＳｉＯＣＨからなる群から選択される少なくとも一種の比誘電率２．５以上の絶縁材料を用いて形成しても構わない。ここでは、ＣＶＤ法によって成膜しているが、その他の方法を用いても構わない。
図２（ｃ）において、開口部形成工程として、リソグラフィー工程とドライエッチング工程でダマシン配線を作製するための配線溝構造である開口部１５０をＳｉＯＣ膜２２２とｌｏｗ−ｋ膜２２０内に形成する。図示していないレジスト塗布工程、露光工程等のリソグラフィー工程を経てＳｉＯＣ膜２２２の上にレジスト膜が形成された基板２００に対し、露出したＳｉＯＣ膜２２２とその下層に位置するｌｏｗ−ｋ膜２２０を異方性エッチング法により除去することで、基板２００の表面に対し、略垂直に開口部１５０を形成することができる。例えば、一例として、反応性イオンエッチング法により開口部１５０を形成すればよい。
図３は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図３では、図１のバリアメタル膜形成工程（Ｓ１０８）からめっき工程（Ｓ１１４）までを示している。それ以降の工程は後述する。
図３（ａ）において、バリアメタル膜形成工程として、開口部形成工程により形成された開口部１５０及びＳｉＯＣ膜２２２表面にバリアメタル材料を用いたバリアメタル膜２４０を形成する。物理気相成長法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）法の１つであるスパッタ法を用いるスパッタリング装置内でチタン（Ｔｉ）膜の薄膜を例えば膜厚５ｎｍ堆積し、バリアメタル膜２４０を形成する。バリアメタル材料の堆積方法としては、ＰＶＤ法に限らず、原子層気相成長（ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ法、あるいは、ａｔｏｍｉｃ ｌａｙｅｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＣＶＤ法）やＣＶＤ法などを用いることができる。ＰＶＤ法を用いる場合より被覆率を良くすることができる。また、バリアメタル膜の材料としては、Ｔｉの他、窒化チタン（ＴｉＮ）等のチタン系のチタン含有物質、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等のタンタル系のタンタル含有物質、窒化タングステン（ＷＮ）等のタングステン系のタングステン含有物質、もしくはＴａとＴａＮ等これらを組合せて用いた積層膜であっても構わない。
図３（ｂ）において、シード膜形成工程として、スパッタ等の物理気相成長（ＰＶＤ）法により、次の工程である電解めっき工程のカソード極となるＣｕ薄膜をシード膜２５０としてバリアメタル膜２４０が形成された開口部１５０内壁及び基板２００表面に堆積（形成）させる。ここでは、シード膜２５０を例えば基板２００表面で膜厚４５ｎｍ堆積させる。
図３（ｃ）において、めっき工程として、シード膜２５０をカソード極として、電解めっき等の電気化学成長法によりＣｕ膜２６０の薄膜を開口部１５０及び基板２００表面に堆積させる。ここでは、例えば、膜厚８００ｎｍのＣｕ膜２６０を堆積させ、堆積させた後にアニール処理を例えば２５０℃の温度で３０分間行なう。
図４は、図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図４では、図１の導電性材料膜研磨工程（Ｓ１１６）から洗浄研磨工程（Ｓ１１８）までを示している。
図４において、導電性材料膜研磨工程として、ＣＭＰ法によって、基板２００の表面を研磨して、開口部以外に表面に堆積した導電部としての配線層となるシード膜２５０を含むＣｕ膜２６０とバリアメタル膜２４０を研磨除去して、図４に示すように平坦化する。以下、導電性材料膜の研磨方法となる導電性材料膜研磨工程の内部工程について説明する。
図５は、実施の形態１におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
図６は、図５のＣＭＰ装置を上面から見た場合のＣＭＰ装置の動作を説明するための概念図である。
図７は、図５に示すＣＭＰ装置の断面構成を示す概念図である。
図５〜図７において、研磨装置の一例となるロータリ型のＣＭＰ装置では、ターンテーブル５２０上に配置された研磨布５２５上に、研磨面を下に向けて基板３００をキャリア５１０が保持する。
Ｓ２０２において、回転工程として、キャリア５１０を回転することで基板３００を回転させ、ターンテーブル５２０も回転させる。ターンテーブル５２０を回転させることで研磨布５２５も共に回転させる。
Ｓ２０４において、液供給工程として、回転する研磨布５２５の表面に対して実質的に斜め方向から研磨布５２５の表面に接液するように供給ノズル５３０から研磨液となる薬液５４０を供給する。ここで、実施の形態１では、図５及び図７に示すように、研磨布５２５の表面に対して角度θの方角から研磨液となる薬液５４０を供給する。また、図５及び図６に示すように、研磨液となる薬液５４０を供給する際に、研磨布５２５の略中心部から研磨布５２５の外側に向かって供給する。そして、角度φで示す、ターンテーブル５２０の回転方向先に位置する基板３００の手前（基板３００の上流側）に研磨液となる薬液５４０を供給する。このように、基板３００の上流側で研磨布５２５の略中心部から研磨布５２５の外側に向かって斜め方向から研磨布５２５の表面に接液するように研磨液となる薬液５４０を供給することで、研磨布５２５の径方向の速度成分を研磨液となる薬液５４０に持たせることができる。
Ｓ２０６において、研磨工程として、研磨布５２５の径方向速度成分をもった研磨液となる薬液５４０を供給しながら基板３００の表面をキャリア５１０で研磨布５２５に押圧することによって基板３００表面を研磨する。
ここで、研磨条件としては、研磨荷重Ｐを２．９４×１０４Ｐａ（３００ｇｆ／ｃｍ２）、キャリア５１０の回転スピードを６２ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）、ターンテーブル５２０の回転スピードを６０ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）とし、研磨布５２５としてＩＣ１０００（ＲＯＤＥＬ社）を用いる。また、研磨時間として、シード膜２５０を含むＣｕ膜２６０がオールクリアとなった時間に＋３０％のオーバーポリッシュを行なう。
そして、Ｃｕ膜２６０研磨用（Ｃｕ−ＣＭＰ用）に用いる研磨液は、酸化剤として過硫酸アンモニウム（１．５ｗｔ％）、錯体形成剤としてキナルジン酸（０．３ｗｔ％）とドデシルベンゼンスルホン酸カリウム（０．０６ｗｔ％）、有機酸としてシュウ酸（０．１ｗｔ％）、研磨粒子としてコロイダルシリカ（０．６ｗｔ％）、界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテル（０．０５ｗｔ％）をそれぞれ純水に配合し、水酸化カリウム（ＫＯＨ）でｐＨ９に調整した。
ここで、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の内側から外側に向けて研磨液を供給する場合に、研磨液の流量、流速、研磨布５２５面（ｘｙ面）におけるターンテーブル５２０の回転中心を中心とした場合の基板３００中心方向に対する供給ノズル５３０の供給口の角度φ、研磨布５２５面と直交する方向（ｚ方向）における研磨布５２５面に対する供給ノズル５３０の供給口の角度θをそれぞれパラメータとして、複数の条件にて研磨し、各条件における研磨速度、ディッシング量、研磨温度について比較した。いずれの条件でも研磨液が研磨布５２５の略回転中心位置で研磨布５２５に接液するように構成した。この接液位置は、基板３００の端部より研磨布５２５の回転中心位置側が望ましい。そして、各条件における供給時におけるレイノルズ数も算出した。
従来例１．０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量が０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、その時の供給ノズル５３０の供給口での流速が０．３ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）の薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．２３×１０−２ｍ（０．２３ｃｍ）とした。
サンプル１．０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量が０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、その時の供給ノズル５３０の供給口での流速が０．１５ｍ／ｓｅｃ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）の薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．２３×１０−２ｍ（０．２３ｃｍ）とした。
サンプル１．１として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．１５ｍ／ｓｅｃ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．２３×１０−２ｍ（０．２３ｃｍ）とした。
サンプル１．２として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．２ｍ／ｓｅｃ（２０ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．２×１０−２ｍ（０．２ｃｍ）とした。
サンプル１．３として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．２５ｍ／ｓｅｃ（２５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１８×１０−２ｍ（０．１８ｃｍ）とした。
サンプル１．４として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３０ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１６×１０−２ｍ（０．１６ｃｍ）とした。
サンプル１．５として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１５×１０−２ｍ（０．１５ｃｍ）とした。
サンプル１．６として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝２５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１５×１０−２ｍ（０．１５ｃｍ）とした。
サンプル１．７として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝４５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１５×１０−２ｍ（０．１５ｃｍ）とした。
サンプル１．８として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝６０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１５×１０−２ｍ（０．１５ｃｍ）とした。
サンプル１．９として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝７５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１５×１０−２ｍ（０．１５ｃｍ）とした。
サンプル１．１０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１５×１０−２ｍ（０．１５ｃｍ）とした。
サンプル１．１１として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝１３５度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１５×１０−２ｍ（０．１５ｃｍ）とした。
サンプル１．１２として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝２７０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。また、供給ノズル５３０の配管半径は、０．１５×１０−２ｍ（０．１５ｃｍ）とした。
以下、表１に上述した各条件における研磨結果を示す。
Figure 0004901301
判定基準は、次のようにした。研磨速度が８５０ｎｍ／ｍｉｎより遅いか若しくはディッシング量が３０ｎｍを越えるものはＮＧ（×）とした。研磨速度が８５０ｎｍ／ｍｉｎ以上１１５０ｎｍ／ｍｉｎ未満でかつディッシング量が３０ｎｍ以下のものは使用可（○）とした。そして、研磨速度が１１５０ｎｍ／ｍｉｎ以上でかつディッシング量が３０ｎｍ以下のものは優良（◎）とした。
ここで、流速は超音波流量計を用い測定した。超音波流量計とは超音波で振動するセンサーを供給ノズル５３０の配管の２箇所に密接させた上で、一方のセンサーから超音波を発信させ、他方で受信するという送受信機である。送信信号が配管内の流体の速度により影響を受け、受信信号の変化として検出される。その変化値を演算して流速を表示するものである。また、流速は、供給ノズル５３０の配管径を変えることで調整した。
また、平均流速をＵ、管の内径をｄ、スラリの動粘性係数をνとして、レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝Ｕｄ／νで計算することができる。また、平均流速Ｕは、最大流速Ｕｍの１／２とする。また、各条件での平均流速を上述した各条件での流速とする。
表１において、従来例１．０は現行条件であり、研磨速度が１０００ｎｍ／ｍｉｎと、Ｃｕディッシング量が２０ｎｍであり、研磨中の温度も５０度以下で安定している。一方、サンプル１．０では、現行条件からスラリの流量を単に下げた場合であるが、この場合には、研磨速度が７００ｎｍ／ｍｉｎ、Ｃｕディッシング量が８０ｎｍとなり、研磨中の温度も６０度に達し不安定な研磨となった。この結果より、単に、スラリの流量を減らすだけではプロセス性能を満たさないことがわかる。そして、サンプル１．１からサンプル１．５では、流量を半減した状態で、角度φを９０度にし、角度θを０度にした場合に流速を上げていき、流速の効果を確認した。次に、サンプル１．５からサンプル１．１０では、サンプル１．５の条件から角度θを振っていき、角度θの効果を確認した。次に、サンプル１．５とサンプル１．１１からサンプル１．１２では、サンプル１．５の条件から角度φを振っていき、角度φの効果を確認した。
以上の結果から、サンプル１．５に示すような供給方法が最も効果的であることをつきとめた。つまり、流速を０．３５ｍ／ｍｉｎ（３５ｃｍ／ｍｉｎ）に上げ、供給ノズル５３０を基板３００中心に対してφ＝９０度上流にし、研磨布５２５に対して水平（θ＝０度）に向けた。このとき流速をあげるために供給ノズル５３０の供給口の内径を直径４．６ｍｍから３ｍｍに細くした。このような条件にすることで、研磨速度は流量削減前よりも速い１２４０ｎｍ／ｍｉｎとなり、Ｃｕディッシング量も１８ｎｍと小さく、研磨中の温度も４８度以下で安定させることが可能となった。また、サンプル１．１からサンプル１．５の結果が示すように、流量を減らしても、流速を上げることで、大きな効果が得られていることが分かる。そして、０．２５ｍ／ｓｅｃ（２５ｃｍ／ｓｅｃ）まで上げることで研磨液の流量を半減する前の状態と同等の特性が得られている。更に０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）まで上げた場合では、表１に示すように研磨液の流量を半減する前よりもむしろ特性は向上している。すなわち、流速を上げていくに従ってより良好な結果を得ることができる。研磨液の流量を半減してもこのような性能を引き出すことができる点で、いかにこれまでの供給方法に無駄があったかが分かる。ただし、流速を過度に上げると、研磨液が霧状に舞い上がってダスト増加の原因となり、またそのためにノズル５３０の供給口の内径を極端に細くすると研磨液が供給口付近に固着して不具合を招くおそれを生じるので、これらの問題が発生しない範囲内で流速は適宜設定可能である。
次に、サンプル１．５とサンプル１．１１からサンプル１．１２の結果が示すように、角度φが９０度では優良、角度φが１３５度では使用可能であるが、角度φが２７０度ではＮＧである。このことから研磨液の供給方向に関して、基板３００の上流側に向けて研磨液を供給することが有効であることがわかる。つまり、角度φが１８０度を越え、サンプル１．１２のように基板３００中心に対し、２７０度の方向に向けて供給した場合、流速をあげてもほとんど効果がないことがわかる。そして、サンプル１．５からサンプル１．１０の結果が示すように、研磨液を研磨布５２５の表面に対して確実に斜め方向から接液させる観点から、角度θが０に近いほど望ましいが６０度以下であれば使用可能であることがわかる。研磨液の飛び出し角度θ（供給される方角）についてはその角度依存性は小さいが、サンプル１．１０のように垂直にしてしまうと流速を速めても効果が全くなくなる。これは、基板３００の上流側へ基板面内方向に速度成分を持たせて研磨液を供給することが重要であり、そうするためには最小限の飛び出し角度が必要であることを意味している。
これらの結果を踏まえ、さらに、発明者等が試行錯誤した結果、以下の範囲が好適であることを見出した。供給ノズル５３０から放出される研磨液となる薬液５４０のｘｙ方向における放出角度φは、基板３００中心に対し、研磨布５２５の回転方向の上流方向に向かって、４５度から１８０度に設定されると好適である。また、供給ノズル５３０から放出される研磨液となる薬液５４０のｚ方向の角度θが研磨布５２５面に対して０度から６０度に設定されると好適である。そして、供給される研磨液となる薬液５４０の流速は、０．２ｍ／ｓｅｃ（２０ｃｍ／ｓｅｃ）以上、１ｍ／ｓｅｃ（１００ｃｍ／ｓｅｃ）以下で供給すると好適である。このように設定することで、プロセス性能を劣化させることなく、従来０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）必要であった研磨液となる薬液５４０の供給量を０．０５Ｌ／ｍｉｎ（５０ｍｌ／ｍｉｎ）〜０．２Ｌ／ｍｉｎ（２００ｍｌ／ｍｉｎ）に低減することができる。
従来のＣＭＰ装置では、研磨液が研磨布５２５の表面に対して略直角の上方から供給されていた。言い換えれば、供給ノズルが真下ではなく多少斜めに向いていたとしても実質的には垂直方向への滴下であり、研磨面に対し垂直方向から接液していた。よって、研磨布５２５の表面に供給された研磨液は、ターンテーブル５２０の回転による遠心力によって研磨布５２５の外側に向かって広がっていくだけであった。そのため、基板３００を研磨する場合に必要な十分な研磨液を研磨面に供給するには、従来のターンテーブル５２０の回転速度では大量の流量が必要であった。例えば、従来、０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）の流量が必要であった研磨液について、上述したように流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）に半減させると、研磨温度上昇、研磨速度低下、平坦性悪化を招いた。これに対して、本実施の形態では、供給ノズル５３０を斜めに向けて、研磨布５２５の径方向速度成分を研磨液となる薬液５４０に持たせることにより、ターンテーブル５２０の回転による遠心力による径方向への研磨液の移動を補い、従来よりも少ない流量で十分な研磨液を研磨面に供給することができる。
ここで、上述したＣｕ−ＣＭＰ用の研磨液は、酸化剤として過硫酸アンモニウムの他に、過硫酸カリウム、過水（過酸化水素）を用いることができる。そして、錯体形成剤としてキナルジン酸の他に、キノリン酸、ベンゾトリアゾール、アラニン、グリシンを用いることができる。そして、有機酸としてシュウ酸の他に、マレイン酸、クエン酸、リンゴ酸、マロン酸を用いることができる。そして、粒子としてコロイダルシリカの他に、フュームドシリカ、コロイダルアルミナ、フュームドアルミナ、セリア、チタニア、有機粒子、無機と有機の一体化した複合型粒子を用いることができる。そして、界面活性剤としてポリオキシエチレンアルキルエーテルの他に、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリビニルピロリドン、アセチレングリコール系の非イオン系界面活性剤を用いることができる。
また、図６では、研磨布５２５の略中心位置から研磨布５２５の径方向に研磨液となる薬液５４０が供給されるように供給ノズル５３０の供給口が配置されているが、これに限るものではない。好ましくは供給ノズル５３０の配置位置及び向きは、基板３００の上流側で研磨布５２５の周方向速度成分より大きな径方向速度成分を研磨液となる薬液５４０に持たせることができる位置及び向きであればよい。
以上のように余分なＣｕ膜２６０をＣＭＰ法で除去した後、余分なバリアメタル膜２４０もＣＭＰ法で研磨除去して、図４に示すように平坦化する。バリアメタル膜２４０の研磨詳細については説明を省略する。同じ装置で研磨してもよいし、別の装置で研磨してもよい。
次に、洗浄研磨工程として、ＣＭＰ法により余分なＣｕ膜２６０を除去し、引き続きバリアメタル膜２４０であるＴｉを研磨した後に、ＣＭＰ装置を用いて洗浄液による洗浄研磨を行なう。以下、洗浄液を用いた研磨方法となる洗浄研磨工程の内部工程について説明する。洗浄研磨におけるＣＭＰ装置は、図５〜図７に示したＣＭＰ装置と同様で構わない。
そして、ターンテーブル５２０上に配置された研磨布５２５上に、研磨面を下に向けて基板３００をキャリア５１０が保持する。
Ｓ２１２において、回転工程として、キャリア５１０を回転することで基板３００を回転させ、ターンテーブル５２０も回転させる。ターンテーブル５２０を回転させることで研磨布５２５も共に回転させる。
Ｓ２１４において、液供給工程として、回転する研磨布５２５の表面に対して実質的に斜め方向から研磨布５２５の表面に接液するように供給ノズル５３０から洗浄液となる薬液５４０を供給する。ここで、実施の形態１では、図５及び図７に示すように、研磨布５２５の表面に対して角度θの方角から洗浄液となる薬液５４０を供給する。また、図５及び図６に示すように、洗浄液となる薬液５４０を供給する際に、研磨布５２５の略中心部から研磨布５２５の外側に向かって供給する。そして、角度φで示すターンテーブル５２０の回転方向先に位置する基板３００の手前（基板３００の上流側）に洗浄液となる薬液５４０を供給する。このように、基板３００の上流側で研磨布５２５の略中心部から研磨布５２５の外側に向かって斜め方向から研磨布５２５の表面に接液するように洗浄液となる薬液５４０を供給することで、研磨布５２５の径方向の速度成分を洗浄液となる薬液５４０に持たせることができる。
Ｓ２１６において、研磨工程として、研磨布５２５の径方向速度成分をもった洗浄液となる薬液５４０を供給しながら基板３００の表面をキャリア５１０で研磨布５２５に押圧することによって基板３００表面を研磨する。
ここで、研磨条件としては、研磨荷重Ｐを０．９８×１０４Ｐａ（１００ｇｆ／ｃｍ２）、キャリア５１０の回転スピードを６２ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）、ターンテーブル５２０の回転スピードを６０ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）とし、研磨布５２５としてＩＣ１０００（ＲＯＤＥＬ社）を用いた。また、研磨時間として、３０秒の研磨をおこなった。そして、洗浄研磨用に用いる洗浄液となる薬液５４０は、クエン酸０．２ｗｔ％の溶液を用いた。
ここで、Ｃｕ−ＣＭＰと同様、洗浄研磨においても、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の内側から外側に向けて洗浄液を供給する場合に、洗浄液の流量、流速、研磨布５２５面（ｘｙ面）におけるターンテーブル５２０中心を中心とした場合の基板３００中心に対する供給ノズル５３０の供給口の角度φ、研磨布５２５面と直交する方向（ｚ方向）における研磨布５２５面に対する供給ノズル５３０の供給口の角度θをパラメータとして、複数の条件にて研磨し、各条件における各基板あたりのダスト数、コロージョン発生数について比較した。いずれの条件でも洗浄液が研磨布５２５の略回転中心位置で研磨布５２５に接液するように構成した。この接液位置は、基板３００の端部より研磨布５２５の回転中心位置側が望ましい。
従来例２．０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量が０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、その時の供給ノズル５３０の供給口での流速が０．３ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）の薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量が０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、その時の供給ノズル５３０の供給口での流速が０．１５ｍ／ｓｅｃ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）の薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．１として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．１５ｍ／ｓｅｃ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．２として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．２ｍ／ｓｅｃ（２０ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．３として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．２５ｍ／ｓｅｃ（２５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．４として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３０ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．５として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．６として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝２５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．７として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝４５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．８として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝６０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．９として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝７５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．１０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．１１として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝１３５度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル２．１２として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝２７０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる洗浄液を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
以下、表２に上述した各条件における洗浄研磨結果を示す。
Figure 0004901301
判定基準は、次のようにした。基板１枚に対してダスト数が５０個を越えるか若しくはコロージョン発生数が１０個を越えるものはＮＧ（×）とした。ダスト数が２０以上５０個未満でかつコロージョン発生数が１０個以下のものは使用可（○）とした。そして、ダスト数が２０個未満でかつコロージョン発生数が１０個以下のものは優良（◎）とした。
ここで、流速はＣｕ−ＣＭＰと同様、超音波流量計を用い測定した。また、流速は、供給ノズル５３０の配管径を変えることで調整した。
表２において、従来例２．０は現行条件であり、基板に対してダスト数が３０個でかつコロージョン発生数が０個であり良好であった。一方、サンプル２．０では、現行条件から洗浄液の流量を単に下げた場合であるが、この場合には、ダスト数が７５０でかつコロージョン発生数が８２個であり、使用不可（ＮＧ）の研磨となった。この結果より、単に、洗浄液の流量を減らすだけではプロセス性能を満たさないことがわかる。そして、サンプル２．１からサンプル２．５では、流量を半減した状態で、角度φを９０度にし、角度θを０度にした場合に流速を上げていき、流速の効果を確認した。次に、サンプル２．５からサンプル２．１０では、サンプル２．５の条件から角度θを振っていき、角度θの効果を確認した。次に、サンプル２．５とサンプル２．１１からサンプル２．１２では、サンプル２．５の条件から角度φを振っていき、角度φの効果を確認した。
以上の結果から、サンプル２．４に示すような供給方法が最も効果的であることをつきとめた。つまり、流速を０．３ｍ／ｍｉｎ（３０ｃｍ／ｍｉｎ）に上げ、供給ノズル５３０を基板３００中心に対してφ＝９０度上流にし、研磨布５２５に対して水平（θ＝０度）に向けた。このような条件にすることで、ダスト数が１５個でかつコロージョン発生数が２個と、特にダスト数を従来よりも大幅に低減させることが可能となった。また、サンプル２．１からサンプル２．５の結果が示すように、流速を上げることで、大きな効果が得られていることが分かる。そして、０．２５ｍ／ｓｅｃ（２５ｃｍ／ｓｅｃ）まで上げることで洗浄液の流量を半減する前の状態と略同等の特性が得られている。更に０．３０ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）まで上げた場合では、表２に示すように洗浄液の流量を半減する前よりもむしろ特性は向上している。０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）まで上げた場合も同様である。すなわち、流速を上げていくに従ってより良好な結果を得ることができる。洗浄液の流量を半減してもこのような性能を引き出すことができる点で、いかにこれまでの供給方法に無駄があったかが分かる。次に、サンプル２．５とサンプル２．１１からサンプル２．１２の結果が示すように、角度φが９０度では優良、角度φが１３５度では使用可能であるが、角度φが２７０度ではＮＧである。このことから洗浄液の供給方向に関して、基板３００の上流側に向けて洗浄液を供給することが有効であることがわかる。つまり、角度φが１８０度を越え、サンプル２．１２のように基板３００中心に対し、２７０度の方向に向けて供給した場合、流速をあげてもほとんど効果がないことがわかる。そして、サンプル２．５からサンプル２．１０の結果が示すように、洗浄液を研磨布５２５の表面に対して確実に斜め方向から接液させる観点から角度θが４５度以下であることが望ましいが６０度以下であれば使用可能であることがわかる。洗浄液の飛び出し角度θ（供給される方角）についてはその角度依存性は小さいが、サンプル２．１０のように垂直にしてしまうと流速を速めても効果が全くなくなる。これは、基板３００の上流側へ基板面内方向に速度成分を持たせて洗浄液を供給することが重要であり、そうするためには最小限の飛び出し角度が必要であることを意味している。
これらの結果を踏まえ、さらに、発明者等が試行錯誤した結果、以下の範囲が好適であることを見出した。供給ノズル５３０から放出される洗浄液となる薬液５４０のｘｙ方向における放出角度φは、基板３００中心に対し、研磨布５２５の回転方向の上流方向に向かって、４５度から１８０度に設定されると好適である。また、供給ノズル５３０から放出される洗浄液となる薬液５４０のｚ方向の角度θが研磨布５２５面に対して０度から６０度に設定されると好適である。そして、供給される洗浄液となる薬液５４０の流速は、０．２ｍ／ｓｅｃ（２０ｃｍ／ｓｅｃ）以上、１ｍ／ｓｅｃ（１００ｃｍ／ｓｅｃ）以下で供給すると好適である。このように設定することで、プロセス性能を劣化させることなく、従来０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）必要であった洗浄液となる薬液５４０の供給量を０．０５Ｌ／ｍｉｎ（５０ｍｌ／ｍｉｎ）〜０．２Ｌ／ｍｉｎ（２００ｍｌ／ｍｉｎ）に低減することができる。
従来の洗浄研磨に用いていたＣＭＰ装置では、洗浄液が研磨布５２５の表面に対して略直角の上方から供給されていた。言い換えれば、供給ノズルが真下ではなく多少斜めに向いていたとしても実質的には垂直方向への滴下であり、研磨面に対し垂直方向から接液していた。よって、研磨布５２５の表面に供給された洗浄液は、ターンテーブル５２０の回転による遠心力によって研磨布５２５の外側に向かって広がっていくだけであった。そのため、基板３００を研磨する場合に必要な十分な洗浄液を研磨面に供給するには、従来のターンテーブル５２０の回転速度では大量の流量が必要であった。例えば、従来、０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）の流量が必要であった洗浄液について、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）に半減させると、絶縁膜上のダスト数は３０個／基板から７５０個／基板まで増加した。また、Ｃｕ配線端にコロージョンの発生が確認され、コロージョン発生数は０個／基板から８２個／基板まで増加した。これに対して、本実施の形態では、研磨布５２５の径方向速度成分を洗浄液となる薬液５４０に持たせることにより、ターンテーブル５２０の回転による遠心力による径方向への洗浄液となる薬液５４０の移動を補い、従来よりも少ない流量で十分な洗浄液となる薬液５４０を研磨面に供給することができる。
また、Ｃｕ−ＣＭＰと同様、図６では、研磨布５２５の略中心位置から研磨布５２５の径方向に洗浄液となる薬液５４０が供給されるように供給ノズル５３０の供給口が配置されているが、これに限るものではない。好ましくは供給ノズル５３０の配置位置及び向きは、基板３００の上流側で研磨布５２５の周方向速度成分より大きな径方向速度成分を洗浄液となる薬液５４０に持たせることができる位置及び向きであればよい。
以上のようにして、図４に示すダマシン配線を形成することができる。以降、多層配線を形成する場合も同様である。また、デュアルダマシン配線を形成する場合も同様である。
以上のように、Ｃｕ−ＣＭＰにおいて、基板３００の上流側に斜め上方から径方向に速度成分を持つように研磨液となる薬液５４０を研磨布５２５上に供給することで、研磨液の流量を低減することができる。そして、同様に、洗浄研磨において、基板３００の上流側に斜め上方から径方向に速度成分を持つように洗浄液となる薬液５４０を研磨布５２５上に供給することで、洗浄液となる薬液５４０の流量を低減することができる。
実施の形態２．
実施の形態１では、半導体装置の製造過程において、導電性材料の一例であるＣｕを用いた配線形成を行なう工程について重点をおいて説明したが、半導体装置の製造過程において、基板の研磨を行なう工程はこれに限るものではない。実施の形態２では、半導体装置の製造過程において、酸化膜ＣＭＰの一例として、デバイス部分と配線部分とをつなぐプラグ形成を行なう過程における酸化膜ＣＭＰについて重点をおいて説明する。
以下、図面を用いて、実施の形態２について説明する。
図８は、実施の形態２における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。
図８において、実施の形態２では、ＳｉＯ２膜の薄膜を形成するＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１４０２）、ＳｉＯ２膜の薄膜を研磨するＳｉＯ２膜研磨工程（Ｓ１４０６）、開口部を形成する開口部形成工程（Ｓ１４０８）、バリアメタル膜形成工程（Ｓ１４１０）、Ｗ膜の薄膜を形成するＷ膜形成工程（Ｓ１４１２）、バリアメタル膜とＷ膜とを研磨するプラグ材料膜研磨工程（Ｓ１４１６）という一連の工程を実施する。そして、ＳｉＯ２膜研磨工程（Ｓ１４０６）の内部工程として、回転工程（Ｓ２２２）、液供給工程（Ｓ２２４）、研磨工程（Ｓ２２６）という一連の工程を実施する。
図９は、図８のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図９では、図８のＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１４０２）から開口部形成工程（Ｓ１４０８）までを示している。それ以降の工程は後述する。
図９（ａ）において、ＳｉＯ２膜形成工程として、デバイス部分が形成された基板２００の表面にＣＶＤ法によって、例えば、膜厚５００ｎｍのＳｉＯ２膜の薄膜を堆積し、プラグ層の絶縁膜となるＳｉＯ２膜２１０を形成する。ここでは、ＣＶＤ法によって成膜しているが、その他の方法を用いても構わない。ここで、ＳｉＯ２膜２１０の薄膜を堆積する場合に、堆積前の基板２００の表面が平らであれば好ましいが、例えば、ゲート形成等により基板２００の表面が波打っている場合、堆積したＳｉＯ２膜２１０の表面も波打ってしまう。そのため、ここでもＳｉＯ２膜２１０の表面を平坦化するため研磨することが望ましい。
図９（ｂ）において、ＳｉＯ２膜研磨工程として、基板２００の表面に形成されたＳｉＯ２膜２１０の薄膜を研磨する。ＳｉＯ２膜２１０を平坦にすることで、後述する工程で堆積させるバリアメタルやＷがプラグとして所望する位置とは異なる位置にて凹部に残ることを防止することができる。ここで、装置構成は、図５〜図７で示したＣＭＰ装置の構成と同様で構わないので説明を省略する。そして、ターンテーブル５２０上に配置された研磨布５２５上に、研磨面を下に向けて基板３００をキャリア５１０が保持する。
Ｓ２２２において、回転工程として、キャリア５１０を回転することで基板３００を回転させ、ターンテーブル５２０も回転させる。ターンテーブル５２０を回転させることで研磨布５２５も共に回転させる。
Ｓ２２４において、液供給工程として、回転する研磨布５２５の表面に対して実質的に斜め方向から研磨布５２５の表面に接液するように供給ノズル５３０から研磨液となる薬液５４０を供給する。ここで、実施の形態１と同様、図５及び図７に示すように、研磨布５２５の表面に対して角度θの方角から研磨液となる薬液５４０を供給する。また、図５及び図６に示すように、研磨液となる薬液５４０を供給する際に、研磨布５２５の略中心部から研磨布５２５の外側に向かって供給する。そして、角度φで示すターンテーブル５２０の回転方向先に位置する基板３００の手前（基板３００の上流側）に研磨液となる薬液５４０を供給する。このように、基板３００の上流側で研磨布５２５の略中心部から研磨布５２５の外側に向かって斜め方向から研磨布５２５の表面に接液するように研磨液となる薬液５４０を供給することで、研磨布５２５の径方向の速度成分を研磨液となる薬液５４０に持たせることができる。
Ｓ２２６において、研磨工程として、研磨布５２５の径方向速度成分をもった研磨液となる薬液５４０を供給しながら基板３００の表面をキャリア５１０で研磨布５２５に押圧することによって基板３００表面を研磨する。
ここで、研磨条件としては、研磨荷重Ｐを３．９２×１０４Ｐａ（４００ｇｆ／ｃｍ２）、キャリア５１０の回転スピードを１０５ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）、ターンテーブル５２０の回転スピードを１００ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）とし、研磨布５２５としてＩＣ１０００（ＲＯＤＥＬ社）を用いた。
そして、ＳｉＯ２膜２１０研磨用（酸化膜−ＣＭＰ用）に用いる研磨液となる薬液５４０は、研磨粒子にセリア（５ｗｔ％）を含有したスラリを用いた。また、ここでは、２液をテーブル上で混合するプロセスを用い、図示しない第２の供給ノズルから別途、界面活性剤として、ポリオキシエチレンアルキルエーテル（０．０５ｗｔ％）の溶液を０．００３Ｌ／ｍｉｎ（３ｍｌ／ｍｉｎ）同時に供給する。
ここで、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の内側から外側に向けて研磨液を供給する場合に、研磨液の流量、流速、研磨布５２５面（ｘｙ面）におけるターンテーブル５２０中心を中心とした場合の基板３００中心に対する供給ノズル５３０の供給口の角度φ、研磨布５２５面と直交する方向（ｚ方向）における研磨布５２５面に対する供給ノズル５３０の供給口の角度θをパラメータとして、複数の条件にて研磨し、各条件における研磨速度、ディッシング量、研磨温度について比較した。いずれの条件でも研磨液が研磨布５２５の略回転中心位置で研磨布５２５に接液するように構成した。この接液位置は、基板３００の端部より研磨布５２５の回転中心位置側が望ましい。
従来例３．０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量が０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、その時の供給ノズル５３０の供給口での流速が０．３ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）の薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量が０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、その時の供給ノズル５３０の供給口での流速が０．１５ｍ／ｓｅｃ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）の薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．１として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．１５ｍ／ｓｅｃ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．２として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．２ｍ／ｓｅｃ（２０ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．３として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．２５ｍ／ｓｅｃ（２５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．４として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３０ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．５として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．６として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝２５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．７として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝４５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．８として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝６０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．９として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝７５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．１０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．１１として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝１３５度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル３．１２として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝２７０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となるセリア（５ｗｔ％）を含有した研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
以下、表３に上述した各条件における研磨結果を示す。
Figure 0004901301
判定基準は、次のようにした。研磨速度が３５０ｎｍ／ｍｉｎより遅いか若しくはディッシング量が３０ｎｍを越えるものはＮＧ（×）とした。研磨速度が３５０ｎｍ／ｍｉｎ以上４５０ｎｍ／ｍｉｎ未満でかつディッシング量が３０ｎｍ以下のものは使用可（○）とした。そして、研磨速度が４５０ｎｍ／ｍｉｎ以上でかつディッシング量が３０ｎｍ以下のものは優良（◎）とした。
ここで、実施の形態１と同様、流速は超音波流量計を用い測定した。また、流速は、供給ノズル５３０の配管径を変えることで調整した。
表３において、従来例３．０は現行条件であり、研磨速度が４００ｎｍ／ｍｉｎと、酸化膜ディッシング量が２０ｎｍであり、研磨中の温度も５０度以下で安定している。一方、サンプル３．０では、現行条件からスラリの流量を単に下げた場合であるが、この場合には、研磨速度が３００ｎｍ／ｍｉｎ、酸化膜ディッシング量が８０ｎｍとなり、研磨中の温度も６０度に達し不安定な研磨となった。この結果より、単に、スラリの流量を減らすだけではプロセス性能を満たさないことがわかる。そして、サンプル３．１からサンプル３．５では、流量を半減した状態で、角度φを９０度にし、角度θを０度にした場合に流速を上げていき、流速の効果を確認した。次に、サンプル３．５からサンプル３．１０では、サンプル３．５の条件から角度θを振っていき、角度θの効果を確認した。次に、サンプル３．５とサンプル３．１１からサンプル３．１２では、サンプル３．５の条件から角度φを振っていき、角度φの効果を確認した。
以上の結果から、サンプル３．５に示すような供給方法が最も効果的であることをつきとめた。つまり、流速を０．３５ｍ／ｍｉｎ（３５ｃｍ／ｍｉｎ）に上げ、供給ノズル５３０を基板３００中心方向に対してφ＝９０度上流にし、研磨布５２５に対して水平（θ＝０度）に向けた。このような条件にすることで、研磨速度は流量削減前よりも速い５００ｎｍ／ｍｉｎとなり、酸化膜ディッシング量も２３ｎｍと小さく、研磨中の温度も４８度以下で安定させることが可能となった。また、サンプル３．１からサンプル３．５の結果が示すように、流速を上げることで、大きな効果が得られていることが分かる。そして、０．２５ｍ／ｓｅｃ（２５ｃｍ／ｓｅｃ）まで上げることで研磨液の流量を半減する前の状態を超える特性が得られている。すなわち、流速を上げていくに従ってより良好な結果を得ることができる。研磨液の流量を半減してもこのような性能を引き出すことができる点で、いかにこれまでの供給方法に無駄があったかが分かる。次に、サンプル３．５とサンプル３．１１からサンプル３．１２の結果が示すように、角度φが９０度では優良、角度φが１３５度では使用可能であるが、角度φが２７０度ではＮＧである。このことから研磨液の供給方向に関して、基板３００の上流側に向けて研磨液を供給することが有効であることがわかる。つまり、角度φが１８０度を越え、サンプル３．１２のように基板３００中心に対し、２７０度の方向に向けて供給した場合、流速をあげてもほとんど効果がないことがわかる。そして、サンプル３．５からサンプル３．１０の結果が示すように、研磨液を研磨布５２５の表面に対して確実に斜め方向から接液させる観点から、角度θが０に近いほど望ましいが６０度以下であれば使用可能であることがわかる。研磨液の飛び出し角度θ（供給される方角）についてはその角度依存性は小さいが、サンプル３．１０のように垂直にしてしまうと流速を速めても効果が全くなくなる。これは、基板３００の上流側へ基板面内方向に速度成分を持たせて研磨液を供給することが重要であり、そうするためには最小限の飛び出し角度が必要であることを意味している。
これらの結果を踏まえ、さらに、発明者等が試行錯誤した結果、実施の形態１と同様に以下の範囲が好適であることを見出した。供給ノズル５３０から放出される研磨液となる薬液５４０のｘｙ方向における放出角度φは、基板３００中心に対し、研磨布５２５の回転方向の上流方向に向かって、４５度から１８０度に設定されると好適である。また、供給ノズル５３０から放出される研磨液となる薬液５４０のｚ方向の角度θが研磨布５２５面に対して０度から６０度に設定されると好適である。そして、供給される研磨液となる薬液５４０の流速は、０．２ｍ／ｓｅｃ（２０ｃｍ／ｓｅｃ）以上、１ｍ／ｓｅｃ（１００ｃｍ／ｓｅｃ）以下で供給すると好適である。このように設定することで、プロセス性能を劣化させることなく、従来０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）必要であった研磨液となる薬液５４０の供給量を０．０５Ｌ／ｍｉｎ（５０ｍｌ／ｍｉｎ）〜０．２Ｌ／ｍｉｎ（２００ｍｌ／ｍｉｎ）に低減することができる。
従来のＣＭＰ装置では、ベースとなる研磨液が研磨布５２５の表面に対して略直角の上方から供給されていた。言い換えれば、供給ノズルが真下ではなく多少斜めに向いていたとしても実質的には垂直方向への滴下であり、研磨面に対し垂直方向から接液していた。よって、研磨布５２５の表面に供給された研磨液は、ターンテーブル５２０の回転による遠心力によって研磨布５２５の外側に向かって広がっていくだけであった。そのため、基板３００を研磨する場合に必要な十分な研磨液を研磨面に供給するには、従来のターンテーブル５２０の回転速度では大量の流量が必要であった。例えば、従来、０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）の流量が必要であった研磨液について、上述したように流量を０．１５Ｌ／ｍｉｎ（１５０ｍｌ／ｍｉｎ）に半減させると、研磨温度上昇、研磨速度低下、平坦性悪化を招いた。これに対して、本実施の形態では、供給ノズル５３０を斜めに向けて、研磨布５２５の径方向速度成分を研磨液となる薬液５４０に持たせることにより、ターンテーブル５２０の回転による遠心力による径方向への研磨液の移動を補い、従来よりも少ない流量で十分な研磨液を研磨面に供給することができる。
ここで、酸化膜のＣＭＰ用の研磨液としては、研磨粒子としてセリアの他に、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、コロイダルアルミナ、フュームドアルミナ、チタニア、有機粒子、無機と有機の一体化した複合型粒子を用いることができる。また、別途供給される２液目の溶液に使用する界面活性剤として、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸カリウム、ポリアクリル酸アンモニウム、ポリビニルピロリドン、アセチレングリコール系の非イオン系界面活性剤を用いることができる。
図９（ｃ）において、開口部形成工程として、リソグラフィー工程とドライエッチング工程でプラグを作製するためのプラグ孔（ホール）構造である開口部１５２をＳｉＯ２膜２１０内に形成する。図示していないレジスト塗布工程、露光工程等のリソグラフィー工程を経てＳｉＯ２膜２１０の上にレジスト膜が形成された基板２００に対し、露出したＳｉＯ２膜２１０を異方性エッチング法により除去して開口部１５２を形成すればよい。異方性エッチング法を用いることで、基板２００の表面に対し、略垂直に開口部１５２を形成することができる。例えば、一例として、反応性イオンエッチング法により開口部１５２を形成すればよい。
図１０は、図８のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。
図１０では、図８のバリアメタル膜形成工程（Ｓ１４１０）からプラグ材料膜研磨工程（Ｓ１４１６）までを示している。
図１０（ａ）において、バリアメタル膜形成工程として、前記開口部形成工程により形成された開口部１５２及びＳｉＯ２膜２１０表面にバリアメタル材料を用いたバリアメタル膜となる窒化チタン（ＴｉＮ）膜２１４を形成する。物理気相成長法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）法の１つであるスパッタ法を用いるスパッタリング装置内でＴｉＮ膜２１４の薄膜を形成する。バリアメタル材料の堆積方法としては、ＰＶＤ法に限らず、上述したＡＬＤ法、ＡＬＣＶＤ法、或いはＣＶＤ法などを用いることができる。ＰＶＤ法を用いる場合より被覆率を良くすることができる。
図１０（ｂ）において、Ｗ膜形成工程として、ＣＶＤ法により、ＴｉＮ膜２１４が形成された開口部１５２内壁及び基板２００表面にＷ膜２１６の薄膜を堆積（形成）させる。
図１０（ｃ）において、プラグ材料膜研磨工程として、基板２００の表面を研磨して、開口部１５２以外にＳｉＯ２膜２１０の表面に堆積されたＷ膜２１６及びＴｉＮ膜２１４を研磨除去して、図１０（ｃ）に示すようなプラグを形成する。ここで、装置構成は、図５〜図７に示したＣＭＰ装置と同様で構わないので説明を省略する。また、研磨条件は、Ｗ膜２１６及びＴｉＮ膜２１４を研磨する条件に適宜調整すればよい。
図１１は、プラグ層の上に配線層が形成された様子を示す断面図である。
図１０（ｃ）に示すようなプラグを形成した後に図１１に示すような配線形成を行なっていけばよい。
以上のように、酸化膜ＣＭＰにおいても、基板３００の上流側に斜め上方から径方向に速度成分を持つように研磨液を研磨布５２５上に供給することで、研磨液の流量を低減することができる。
実施の形態３．
上述した実施の形態１や実施の形態２では、ＣＭＰ装置で薬液５４０を供給する際、薬液５４０を研磨布５２５の略中心部から外周側に向かって供給していたが、これに限るものではない。実施の形態３では、薬液５４０を供給する際に、研磨布５２５の外側から研磨布５２５の略中心部に向かって供給する構成について説明する。実施の形態３では、特に、Ｃｕ−ＣＭＰの場合について説明する。実施の形態３における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャート及びフローチャートに対応して実施される工程を表す各工程断面図は、実施の形態１と同様である。
Ｓ１０２〜Ｓ１１４については、実施の形態１と同様であるため省略する。図４において、導電性材料膜研磨工程（Ｓ１１６）として、ＣＭＰ法によって、基板２００の表面を研磨して、開口部以外に表面に堆積した導電部としての配線層となるシード膜２５０を含むＣｕ膜２６０とバリアメタル膜２４０を研磨除去して、図４に示すように平坦化する。以下、導電性材料膜の研磨方法となる導電性材料膜研磨工程の内部工程について説明する。
図１２は、実施の形態３におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。
図１３は、図１２のＣＭＰ装置を上面から見た場合のＣＭＰ装置の動作を説明するための概念図である。
図１４は、図１２に示すＣＭＰ装置の断面構成を示す概念図である。
図１２〜図１４において、研磨装置の一例となるロータリ型のＣＭＰ装置では、ターンテーブル５２０上に配置された研磨布５２５上に、研磨面を下に向けて基板３００をキャリア５１０が保持する。
Ｓ２０２において、回転工程として、キャリア５１０を回転することで基板３００を回転させ、ターンテーブル５２０も回転させる。ターンテーブル５２０を回転させることで研磨布５２５も共に回転させる。
Ｓ２０４において、液供給工程として、回転する研磨布５２５の表面に対して実質的に斜め方向から研磨布５２５の表面に接液するように供給ノズル５３０から研磨液となる薬液５４０を供給する。ここで、実施の形態３では、図１２及び図１４に示すように、研磨布５２５の表面に対して角度θの方角から研磨液となる薬液５４０を供給する。また、図１２及び図１３に示すように、研磨液となる薬液５４０を供給する際に、研磨布５２５の外側から研磨布５２５の略中心部に向かって供給する。そして、角度φで示すターンテーブル５２０の回転方向先に位置する基板３００の手前（基板３００の上流側）に研磨液となる薬液５４０を供給する。このように、基板３００の上流側で研磨布５２５の外部から研磨布５２５の略中心部に向かって斜め上方の方角から研磨布５２５の表面に接液するように研磨液となる薬液５４０を供給することで、研磨布５２５の径方向の速度成分を研磨液となる薬液５４０に持たせることができる。
Ｓ２０６において、研磨工程として、研磨布５２５の径方向速度成分をもった研磨液となる薬液５４０を供給しながら基板３００の表面をキャリア５１０で研磨布５２５に押圧することによって基板３００表面を研磨する。
ここで、研磨条件としては、研磨荷重Ｐを０．９８×１０４Ｐａ（１００ｇｆ／ｃｍ２）、キャリア５１０の回転スピードを１８３ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）、ターンテーブル５２０の回転スピードを１５０ｍｉｎ−１（ｒｐｍ）とし、研磨布５２５としてＩＣ１０００（ＲＯＤＥＬ社）を用いる。また、研磨時間として、シード膜２５０を含むＣｕ膜２６０がオールクリアとなった時間に＋３０％のオーバーポリッシュを行なう。研磨条件は、ターンテーブル５２０とキャリア５１０の回転数、及び研磨荷重Ｐ以外は、実施形態１と同じである。Ｃｕ膜２６０研磨用（Ｃｕ−ＣＭＰ用）に用いる研磨液も、実施の形態１と同様である。このように、実施の形態３では、実施の形態１に比べ、低荷重、高速回転を基本としている。低荷重、高速回転とすることで、スクラッチや膜剥がれを抑制することができる。しかしながら、この回転数で、従来のようなターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて、流量が０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、流速が０．３ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）の薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給したのでは、遠心力によりほとんどの研磨液が基板３００に到達するまえにテーブル外に排出されてしまう。そのため、後述するように、ウエハ中央の研磨速度が遅くなってしまう。そのため、面内均一性について例えば３ｓｉｇｍａ（σ）で３０％となり実施の形態１における回転数での結果に比べ著しく悪化してしまう。そこで、実施の形態３では、後述するように、高速回転に対応した研磨液の向き、流速等を構成する。
ここで、研磨液の流量、流速、研磨布５２５面（ｘｙ面）におけるターンテーブル５２０中心を中心とした場合の基板３００中心に対する供給ノズル５３０の供給口の角度φ、研磨布５２５面と直交する方向（ｚ方向）における研磨布５２５面に対する供給ノズル５３０の供給口の角度θをパラメータとして、複数の条件にて研磨し、各条件における研磨速度、ディッシング量、面内均一性について比較した。また、ここでは、回転半径が３７０ｍｍのターンテーブル５２０を用いた。同様に、回転半径が３７０ｍｍの研磨布５２５がターンテーブル５２０上に配置されている。そして、図１３に示すように、上方から見て時計回り（右回り）にターンテーブル５２０を回転させる。また、以下に記載する条件では、図１３に示すように、ターンテーブル５２０の回転中心位置を原点とするｘｙ座標系で位置を特定する。
従来例４．０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量が０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、その時の供給ノズル５３０の供給口での流速が０．３ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）の薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．１として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．１５ｍ／ｓｅｃ（１５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．２として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．２ｍ／ｓｅｃ（２０ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．３として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．２５ｍ／ｓｅｃ（２５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．４として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３０ｍ／ｓｅｃ（３０ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．５として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．６として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝２５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．７として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝４５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．８として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝６０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．９として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝９０度、θ＝７５度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．１０として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で真下（θ＝９０度）に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．１１として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝１３５度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．１２として、供給ノズル５３０をターンテーブル５２０の略中心位置（研磨布５２５の略回転中心位置）で角度φ＝２７０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の外側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
従来例４．０及びサンプル４．１〜サンプル４．１２のいずれの条件でも研磨液が研磨布５２５の略回転中心位置で研磨布５２５に接液するように構成した。しかしながら、以降の条件では、研磨液が、研磨布５２５の外側から内側に向けて供給されるように、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の内側に向けて配置する。そのため、研磨液が研磨布５２５に接液する位置も異なってくる。
サンプル４．１３として、供給ノズル５３０を研磨布５２５面上の図１３に示すｘｙ座標（０，１８０）の位置付近で研磨液が研磨布５２５に接液する位置で、なおかつ角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の中心部側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．１４として、供給ノズル５３０を研磨布５２５面上の図１３に示すｘｙ座標（０，３３０）の位置付近で研磨液が研磨布５２５に接液する位置で、なおかつ角度φ＝９０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の中心部側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．１５として、供給ノズル５３０を研磨布５２５面上の図１３に示すｘｙ座標（−２５０，２５０）の位置付近で研磨液が研磨布５２５に接液する位置で、なおかつ角度φ＝１３５度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の中心部側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
サンプル４．１６として、供給ノズル５３０を研磨布５２５面上の図１３に示すｘｙ座標（−３３０，０）の位置付近で研磨液が研磨布５２５に接液する位置で、なおかつ角度φ＝１８０度、θ＝０度で、供給ノズル５３０の供給口の向きを研磨布５２５の中心部側に向けて配置した。そして、流量を０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）、供給ノズル５３０の供給口での流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）とした薬液５４０となる研磨液（スラリ）を供給ノズル５３０から研磨布５２５面上に供給した。
以下、表４に上述した各条件における結果を示す。
Figure 0004901301
判定基準は、次のようにした。研磨速度が１２００ｎｍ／ｍｉｎより遅いか若しくはディッシング量が３０ｎｍを越えるか若しくは面内均一性（３σ）が２０％を越えるものはＮＧ（×）とした。研磨速度が１２００ｎｍ／ｍｉｎ以上１５００ｎｍ／ｍｉｎ未満でかつディッシング量が３０ｎｍ以下でかつ面内均一性（３σ）が１０％を越え２０％以下のものは使用可（○）とした。そして、研磨速度が１５００ｎｍ／ｍｉｎ以上でかつディッシング量が３０ｎｍ以下でかつ面内均一性（３σ）が１０％以下のものは優良（◎）とした。
流速は超音波流量計を用い測定した。また、流速は、供給ノズル５３０の配管径を変えることで調整した。
表４において、従来例４．０は現行条件であり、高速研磨の結果、研磨速度が１１００ｎｍ／ｍｉｎで、Ｃｕディッシング量が８０ｎｍとなり、面内均一性も３０％に達し不安定な研磨となった。この結果より、従来条件で回転数を上げると遠心力によりほとんどの研磨液が基板３００に到達するまえにテーブル外に排出されてしまうため、ウエハ中央の研磨速度が遅くなってしまうことがわかる。そのため、面内均一性について例えば３σで３０％となり実施の形態１における回転数での結果に比べ著しく悪化してしまう。よって、従来の条件で高速回転させる場合にはさらに流量を増やす必要があることがわかる。
また、サンプル４．１からサンプル４．１２は、実施の形態１におけるサンプル１．１からサンプル１．１２と条件が同様であるが、サンプル４．５とサンプル４．６を用いることで基板３００中央に効率よくスラリが供給され面内均一性が改善される（３σ＝１６％、１８％）。このように、研磨布５２５の径方向に速度成分を持たせてスラリを供給することによりスクラッチや膜剥がれを抑制することが可能となる。ここで、サンプル４．５とサンプル４．６も使用可能ではあるが、発明者等はさらなる性能改善を試みた。ターンテーブル５２０の回転が速い場合に遠心力によりほとんどの研磨液が基板３００に到達するまえにテーブル外に排出されてしまうのであれば、それに応じて研磨液を供給する向きを考慮することが望ましい。そこで、サンプル４．１３からサンプル４．１６では、遠心力に対向する向きに研磨液を供給し、研磨液が研磨布５２５上に留まるように構成した。その際、各条件で供給ノズル５３０から吐出された研磨液が研磨布５２５に接液する概略位置と供給ノズル５３０の向きを変えてその効果を確認した。
図１５は、実施の形態３における研磨液の接液位置と供給ノズルの向きを示す概念図である。
図１５において、矢印５４２ａは、サンプル４．５での接液位置と供給ノズル５３０の向きを示している。矢印５４２ｂは、サンプル４．１３での接液位置と供給ノズル５３０の向きを示している。矢印５４２ｃは、サンプル４．１４での接液位置と供給ノズル５３０の向きを示している。矢印５４２ｄは、サンプル４．１５での接液位置と供給ノズル５３０の向きを示している。矢印５４２ｅは、サンプル４．１６での接液位置と供給ノズル５３０の向きを示している。これらの位置と向きとでＣｕ−ＣＭＰを実施した結果、表４に示すように、遠心力に対向する向きに速度成分を持つように研磨布５２５の外側から内側（中央部側）に向かって研磨液を供給することが効果的であることがわかる。このように、供給ポイントをテーブル中心からずらすことで、研磨速度の向上と面内均一性のさらなる向上を達成することができる。
これらの結果を踏まえ、さらに、発明者等が試行錯誤した結果、ターンテーブル５２０を高速化する場合には、以下の範囲が好適であることを見出した。供給ノズル５３０から放出される研磨液となる薬液５４０のｘｙ方向における放出角度φは、基板３００中心に対し、研磨布５２５の回転方向の上流方向に向かって、４５度から１８０度に設定されると好適である。また、供給ノズル５３０から放出される研磨液となる薬液５４０のｚ方向の角度θが研磨布５２５面に対して０度から２５度に設定されると好適である。そして、供給される研磨液となる薬液５４０の流速は、０．３５ｍ／ｓｅｃ（３５ｃｍ／ｓｅｃ）以上１ｍ／ｓｅｃ（１００ｃｍ／ｓｅｃ）以下で供給すると好適である。また、研磨布５２５の外側から研磨布５２５の内側（中央部側）に向かって供給すると好適である。このように設定することで、プロセス性能を劣化させることなく、従来０．３Ｌ／ｍｉｎ（３００ｍｌ／ｍｉｎ）必要であった研磨液となる薬液５４０の供給量を増やすことなく高速回転に対応させることができる。
上述したように、従来技術ではＣＭＰスラリ、洗浄液は高価であるため少量での処理がのぞまれていたのにも関わらずＣＭＰ特性の劣化、洗浄能力の低下が生じるため流量削減の実用化は困難であった。しかしながら、上述した実施の形態で示したように、供給される液体の供給量、供給速度、供給の角度（キャリア５１０に装備されるトップリングに対する角度φ、水平方向に対する角度θ（あおり））等を最適化することで、プロセス性能を低下することなく、スラリ使用量を削減することができる。よって、コスト削減と高いパフォーマンスを両立することができる。
以上、具体例を参照しつつ実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述したように最適な流速、方向等は一義的に決まるものではなく、プロセス条件に依存する。よって、各種プロセス条件に合わせて薬液５４０が研磨布５２５の面内方向に速度成分を持つような供給条件を適宜定めればよい。例えば、研磨布５２５の外側から内側に向かって供給する場合及び内側から外側に向かって供給する場合に、上方から見た供給ノズル５３０の向きは、研磨布５２５の径方向に完全に一致させる場合に限るものではない。好ましくは、供給される薬液５４が研磨液５２５の径方向に速度成分を持ち、さらに好ましくは、薬液５４の径方向速度成分が周方向速度成分よりも大きくなる向きであればよい。また、Ｃｕ配線層の絶縁膜として、ｌｏｗ−ｋ膜２２０を用いたが、これに限るものではなく、例えば、ＳｉＯ２膜等であってもよい。
また、層間絶縁膜の膜厚や、開口部のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての研磨方法及び半導体装置の製造方法は、本発明の範囲に包含される。
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィープロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。
実施の形態１における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。 図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。 図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。 図１のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。 実施の形態１におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。 図５のＣＭＰ装置を上面から見た場合のＣＭＰ装置の動作を説明するための概念図である。 図５に示すＣＭＰ装置の断面構成を示す概念図である。 実施の形態２における半導体装置の製造方法の要部を表すフローチャートである。 図８のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。 図８のフローチャートに対応して実施される工程を表す工程断面図である。 プラグ層の上に配線層が形成された様子を示す断面図である。 実施の形態３におけるＣＭＰ装置の構成を示す概念図である。 図１２のＣＭＰ装置を上面から見た場合のＣＭＰ装置の動作を説明するための概念図である。 図１２に示すＣＭＰ装置の断面構成を示す概念図である。 実施の形態３における研磨液の接液位置と供給ノズルの向きを示す概念図である。
符号の説明
２００，３００ 基板
２１０ ＳｉＯ２膜
２２０ ｌｏｗ−ｋ膜
２４０ バリアメタル膜
２５０ シード膜
２６０ Ｃｕ膜
５２０ ターンテーブル
５２５ 研磨布
５３０ 供給ノズル
５４０ 薬液

Claims (2)

  1. ターンテーブル上に配置された研磨布を前記ターンテーブルと共に回転させる回転工程と、
    回転する前記研磨布を用いて、基板中心に対して回転方向の上流方向に向けて、かつ、単一の供給ノズルにより前記研磨布の略中心部から前記研磨布の外側に向けて前記研磨布の表面に対して６０度以下の方角から基板手前側における前記研磨布の表面上に薬液を供給しながら基板表面を研磨する研磨工程と、
    を備えたことを特徴とする研磨方法。
  2. 基板表面に薄膜を形成する薄膜形成工程と、
    回転する研磨布を用いて、基板中心に対して回転方向の上流方向に向けて、かつ、単一の供給ノズルにより前記研磨布の略中心部から前記研磨布の外側に向けて前記研磨布の表面に対して６０度以下の方角から基板手前側における前記研磨布の表面上に薬液を供給しながら前記薄膜を研磨する研磨工程と、
    を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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