JPH08255774A

JPH08255774A - 化学的機械研磨方法および化学的機械研磨装置

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Publication number: JPH08255774A
Application number: JP5754595A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 淳一佐藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1996-10-01
Anticipated expiration: 2018-08-18
Also published as: JP3438388B2

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体装置の製造プロセス中に発生する層間
絶縁膜等の段差の平坦化に適用する、均一性にすぐれた
化学的機械研磨方法および化学的機械研磨装置を提供す
る。【構成】化学的機械研磨工程中に、洗浄液供給ノズル
１９より洗浄液を供給し、被処理基板１１表面を洗浄す
る。洗浄液供給ノズル１９には、超音波印加手段２０を
設けてもよい。【効果】被処理基板１１表面に滞留する、研磨された
材料を含む古いスラリを除去し、新しいスラリを供給で
きるので、被処理基板１１の段差パターン依存性のない
平坦化が可能であり、研磨速度の低下もない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は化学的機械研磨方法およ
び化学的機械研磨装置に関し、更に詳しくは、例えば半
導体装置等の製造工程中で発生する被処理基板上の層間
絶縁膜や電極配線の段差を精度よく平坦に一括加工す
る、所謂グローバル平坦化に適した化学的機械研磨方法
および化学的機械研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体装置の集積度が進み、
そのデザインルールがサブハーフミクロンからクォータ
ミクロンのレベルへと微細化されるに伴い、内部配線の
パターン幅も縮小されつつある。一方配線抵抗を低いレ
ベルに保ち、信号伝播の遅延や各種マイグレーションを
防止するには配線の断面積を確保する必要がある。すな
わち配線の高さはあまり縮小できないことから、配線の
アスペクト比は増加の傾向にある。

【０００３】かかる微細配線を下層とした多層配線構造
を形成する場合には、下層配線により形成された段差や
凹部を埋めるように平坦化層間絶縁膜を形成してフラッ
トな表面を確保し、この上に上層配線を形成するプロセ
スを繰り返すことが必要になる。これは、上層配線のス
テップカバレッジの向上もさることながら、レジストパ
ターニングのためのリソグラフィにおける、露光光の短
波長化やレンズの高ＮＡ化にともなうＤＯＦ（Ｄｅｐｔ
ｈｏｆＦｏｃｕｓ）の低下を補償する観点からも重
要である。一例として、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシ
マレーザステッパ露光により０．３μｍルールのライン
アンドスペースを制御性よくパターニングするには、露
光面の表面段差は０．３〜０．４μｍ以下が要求されて
いる。

【０００４】従来より各種の平坦化層間絶縁膜の形成方
法が開発されており、例えば月間セミコンダクターワー
ルド誌（プレスジャーナル社刊）１９８９年１１月号７
４〜９５ページにわたりこれら形成方法の総説が掲載さ
れている。これらの形成方法は、成膜条件の最適化によ
りセルフフロー特性を向上するか、あるいは成膜後の熱
処理によりリフロー形状を向上するものかのいずれかで
ある。いずれの方法も、配線間隔の広い段差凹部での層
間絶縁膜の平坦形状や、配線間隔の狭い部分での層間絶
縁膜のボイド（鬆）の防止に関して改善の余地が残され
ている。

【０００５】そこで、段差が発生した層間絶縁膜等を後
処理により平坦化する方法として、近年シリコンウェハ
のミラーポリッシュ法を応用した化学的機械研磨（ＣＭ
Ｐ）によるグローバル平坦化法が提案されている。この
化学的機械研方法は、一旦形成された被処理基板上の各
種段差を一括して確実に平坦化できる方法として有望視
されている。

【０００６】図５は従来の化学的機械研磨装置を示す概
略断面図である。同図において、回転するキャリア１２
に研磨面を下向きにして貼着した被処理基板１１は、こ
れも回転する研磨プレートであるプラテン１３と対向す
るようにセッティングする。スラリ供給系１５からノズ
ル１６を経由し、プラテン上の研磨パッド１４と称する
研磨布にスラリ１７を供給し、被処理基板１１を所定圧
力で研磨パッド１４に圧着して研磨をおこなう。このと
きキャリア１２およびプラテン１３の回転数と回転軸の
調整を最適化するとともに、被処理基板に適したスラリ
の選択が１つのポイントとなる。一例として、酸化シリ
コン系の層間絶縁膜を研磨する場合には、シリカ微粒子
を懸濁したＫＯＨ水溶液等の塩基性スラリを用い、化学
反応と機械的研磨とを併用した、いわゆるＣＭＰ（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉ
ｎｇ）を施すのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら化学的機
械研磨方法による平坦化法には、実用化に向けて解決す
べき問題が残されている。その一つとして、研磨速度の
パターン依存性が挙げられる。すなわち、小面積の段差
凸部の研磨速度と、広い面積におよぶ段差凸部の研磨速
度とに差が生じることがある。層間絶縁膜の平坦化の場
合には、広い面積の段差凸部の研磨速度が小さくなり、
この部分での平坦化の制御性が悪化する。この問題の原
因は、広い面積の段差凸部領域には、段差凸部周縁部よ
り新しいスラリが十分に供給されないためと考えられて
いる。

【０００８】さらに、段差凹部のアスペクト比の影響も
みられる。すなわち、高アスペクト比の段差凹部に隣接
する段差凸部の研磨速度が、研磨の進行にともない低下
する現象である。化学的機械研磨においては、新しいス
ラリの供給過程と、研磨された材料を含む古いスラリの
除去過程の競合により、研磨が進行する。段差凹部のア
スペクト比が大きい領域においては、その段差凹部に研
磨された材料を含む古いスラリが滞留し、したがって新
しいスラリの供給が制限され、隣接する段差凸部の研磨
速度が低下するものと考えられる。

【０００９】このような研磨速度の段差パターン依存性
の問題を解決するため、段差凸部の層間絶縁膜の厚さ方
向の一部を、予めレジストパターンをマスクにして等方
性エッチングにより除去しておき、この後化学的機械研
磨を施す方法が米国特許第４，９５４，４５９号明細書
に開示されている。この方法を図４を参照して説明す
る。

【００１０】図示しない半導体基板上の第１の層間絶縁
膜１上に線幅の異なる複数の配線層２をパターニング
し、さらに第２の層間絶縁膜３を厚く形成する。第２の
層間絶縁膜３は面積の広い段差凸部と面積の狭い段差凸
部とが混在しており、この状態のまま研磨すると、特に
面積の広い段差凸部の研磨速度が小さくなり、満足なグ
ローバル平坦化が達成できない。そこで図４（ａ）に示
すように段差凹部にレジストパターン４を形成し、これ
をマスク図４（ｂ）に示すように段差凸部の層間絶縁膜
の厚さ方向の１部を除去する。レジストパターン４を除
去すると、図４（ｃ）に示すように第２の層間絶縁膜３
は微少突起を残すのみとなる。この微少突起はその体積
はほぼ均一であるので、この図４（ｃ）に示す状態から
研磨を行えば研磨時間の短縮が可能となるとともに、図
４（ｄ）に示すように極めて表面形状にすぐれた平坦化
が達成できるのである。

【００１１】この方法によれば下地の配線パターン依存
性のない平坦化が可能となるが、レジストパターンの形
成、エッチングおよびレジストパターンの除去のプロセ
スの追加が必要であり、平坦化プロセス全体のスループ
ットが低下する問題があらたに発生する。

【００１２】本発明は上述した化学的機械研磨における
問題点を解決することをその課題とし、段差を有する被
処理基板を化学的機械研磨により平坦化するにあたり、
被処理基板上の段差凸部や段差凹部等のパターン形状依
存性のない、均一な平坦化が可能な化学的機械研磨方法
および化学的機械研磨装置を提供することをその目的と
する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の化学的機械研磨
方法は上記の課題を達成するために提案するものであ
り、化学的機械研磨により段差を有する被処理基板表面
を平坦化する工程を有する化学的機械研磨方法におい
て、この化学的機械研磨工程中に、被処理基板表面の洗
浄工程を、少なくとも一回施すことを特徴とするもので
ある。洗浄工程は、１回のみでもよいが、複数回挿入す
ることが望ましい。

【００１４】この洗浄工程は、被処理基板表面および研
磨パッドの内の少なくとも一方に向けて洗浄液を供給す
る工程であることを特徴とする。洗浄液を供給する際に
は、スラリの供給を停止してもよいし、継続して供給し
てもよい。また洗浄液を供給するとともに、超音波を印
加してもよい。超音波の印加は、洗浄液の液流を直接励
振するメガソニック洗浄が効果的である。

【００１５】また本発明の化学的機械研磨装置は、段差
を有する被処理基板表面を平坦化するための化学的機械
研磨装置において、この被処理基板表面の洗浄手段を有
することを特徴とするものである。

【００１６】この洗浄手段は、被処理基板表面および研
磨パッドの内の少なくとも一方に向けた洗浄液供給ノズ
ルを具備することを特徴とするものである。この洗浄液
供給ノズルには、超音波印加手段を具備していてもよ
い。超音波印加手段は、圧電素子、電歪素子あるいは電
磁変換素子等その種類は選ばない。印加周波数は、例え
ば数十ｋＨｚから数ＭＨｚである。

【００１７】

【作用】本発明の化学的機械研磨方法の骨子は、化学的
機械研磨工程中に、被処理基板表面の洗浄工程を少なく
とも１回挿入することであり、この洗浄工程により、被
処理基板表面から研磨された材料を含む古いスラリを除
去する点にある。この洗浄工程後、再び化学的機械研磨
工程を施すことにより、被処理基板表面には新しいスラ
リが供給され、均一でしかも研磨速度の低下のない化学
的機械研磨が可能となる。

【００１８】洗浄工程は、被処理基板あるいは研磨パッ
ドのいずれかに洗浄液を供給することにより達成され
る。このうち、被処理基板に洗浄液を供給する場合に
は、研磨された材料を含む古いスラリは、被処理基板上
から直接的に除去される。この場合には、当然被処理基
板を研磨パッドから離間させ、洗浄液を被処理基板表面
に供給することとなる。また、研磨パッド側に洗浄液を
供給する場合には、研磨パッド上の古いスラリを除去
し、洗浄された研磨パッドに被処理基板を接触させるこ
とにより、被処理基板は間接的に洗浄されることとな
る。この場合には、被処理基板を研磨パッドから離間さ
せてもよく、接触させたままでもよい。メガソニック洗
浄法等、超音波を併用した洗浄方法を用いれば、洗浄液
流のみによる洗浄効果に加え、超音波振動による洗浄効
果が相乗され、均一でしかも研磨速度の低下のない化学
的機械研磨が徹底される。

【００１９】さらに本発明の化学的機械研磨装置は、洗
浄手段を具備することにより、上述した化学的機械研磨
方法を効率的に施すことを可能とした。すなわち、被処
理基板を化学的機械研磨装置から脱着することなく、そ
の場で洗浄をおこなうことにより、化学的機械研磨工程
のスループットの低下は防止できる。

【００２０】洗浄手段としては、被処理基板または研磨
パッドに向けた洗浄液供給ノズルを別体に具備すること
により、研磨のためのスラリ供給と洗浄液の供給とを交
互に切り替えておこなうことが可能となる。この切り替
えは手動で可能であるが、被処理基板やスラリの種類に
応じて、切り替えプログラムや超音波印加プログラムを
入力したマイクロコンピュータ等の制御手段を用いれ
ば、化学的機械研磨工程の均一化や省力化に寄与する。

【００２１】洗浄液供給ノズルには、流出する洗浄液を
励振する超音波印加手段を配設しておけば、洗浄効果は
徹底される。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例につき添付図面
を参照しながら説明する。

【００２３】実施例１まず実際の研磨プロセスの説明に入る前に、本発明の化
学的機械研磨装置の一構成例につき、図２（ａ）〜
（ｂ）を参照して説明する。

【００２４】図２（ａ）は本発明の化学的機械研磨装置
の一構成例を示す概略断面図である。基本的な装置構成
は図４に示した従来の化学的機械研磨装置と同様である
ので、重複する部分の説明は省略する。本発明の化学的
機械研磨装置の特徴部分は、研磨パッド表面に向けて洗
浄液を供給する洗浄液供給ノズル１９である。洗浄液供
給ノズル１９には、洗浄液供給系１８から純水等の洗浄
液が供給される。この洗浄液供給系１８は、図示しない
洗浄液槽やポンプ、流量制御装置等から構成されるもの
である。さらにこの洗浄液供給系１８は、スラリ供給系
１５と共に制御手段２１により集中制御されており、被
処理基板に最適な化学的機械研磨条件により、流量や時
間を含めて制御可能である。この化学的機械研磨装置構
成により、被処理基板１１をキャリア１２から脱着する
ことなく、化学的機械研磨工程と、洗浄工程を交互に施
すことが可能である。なお図２（ａ）においては、スラ
リ供給ノズル１６と洗浄液供給ノズル１９は別体に設け
られているが、一体に形成してもよい。

【００２５】図２（ｂ）は洗浄液供給ノズル１９部分の
他の例を拡大して示す概略断面図であり、圧電振動子等
による超音波印加手段２０がノズル部分に配設されてい
る。超音波印加手段２０は図示しない超音波発振器に接
続されており、この超音波発振器も制御手段２１により
その出力や周波数を含めて制御可能である。この洗浄液
供給ノズル１９を用いることにより、超音波振動を伴い
つつ洗浄液を研磨パッド１４に供給可能である。

【００２６】実施例２次に本実施例の化学的機械研磨方法につき説明する。化
学的機械研磨方法に関する以下の実施例は、すべてＡｌ
系金属配線上に形成した層間絶縁膜の平坦化に本発明を
適用した例であり、これを図１（ａ）〜（ｂ）を参照し
て説明する。なお、従来の化学的機械研磨方法の説明に
供した図４（ａ）〜（ｄ）と同様の機能を有する部分に
は同一の参照符号を付すものとする。本実施例は、スラ
リ供給を中断して研磨パッドに洗浄液を供給するサイク
ルを複数回繰り返した例である。

【００２７】まず図１（ａ）に示すように、Ｓｉ等の半
導体基板（図示せず）上にＳｉＯ₂等の第１の層間絶縁
膜１およびＡｌ系金属等からなる配線層２を形成する。
配線層２はパターン密度や配線幅に分布が見られる。配
線層２の密な部分のラインアンドスペースは一例として
０．３５μｍ、疎な部分のそれは２．０μｍである。配
線層の高さはいずれも０．５μｍである。次にＣＶＤ等
により、酸化シリコン系材料層からなる第２の層間絶縁
膜３を厚く、例えば平坦部分で０．８μｍの厚さに形成
する。ここまで形成したサンプルを被処理基板とする。

【００２８】つぎに図２（ａ）に示す化学的機械研磨装
置を用い、上述の被処理基板１１をキャリア１２に真空
チャッキング等で保持し、一例として下記条件で第２の
層間絶縁膜３の化学的機械研磨を行った。なおスラリと
してはシリカ微粒子をＫＯＨ／アルコール／水系の溶媒
に懸濁した一般的なものを用いた。プラテン回転数５０ｒｐｍキャリア回転数１７ｒｐｍ研磨圧力８ｐｓｉパッド温度３０〜４０ ℃ スラリ流量２２５ｍｌ／分この条件で２分間化学的機械研磨後、スラリの供給を停
止し、下記条件により洗浄液供給ノズル１９から研磨パ
ッド１４に向けて純水を供給し、３０秒間洗浄した。洗浄液流量５００ｍｌ／分（純水）この研磨・洗浄のサイクルを繰り返し、第２の層間絶縁
膜３が平坦化され所望の厚さになるまで継続した。

【００２９】本実施例によれば、スラリの供給を一時中
断し、研磨パッド１４に洗浄液を供給して間接的に被処
理基板１１表面を洗浄する工程を挿入することにより、
被処理基板１１のパターン依存性なく、また化学的機械
研磨の進行にともなう研磨速度の低下もなく、図１
（ｂ）に示すように第２の層間絶縁膜３の良好な平坦化
が達成された。化学的機械研磨工程全体の所要時間は、
洗浄工程を挿入しない従来の方法に比較して若干長いも
のの、均一な平坦化効果はスループットの若干の低下を
十分に補うものであった。この第２の層間絶縁膜３の平
坦度は、段差の絶対値で比較すると、従来の方法による
ものの約１／２に低減された。なお本実施例では洗浄液
の供給を複数回繰り返したが、研磨工程中に１回のみ洗
浄液を供給する場合であっても、従来例に比較して均一
な平坦化効果が確認された。

【００３０】実施例３本実施例は、スラリ供給は継続しながら、研磨パッドに
洗浄液を間欠的に供給するサイクルを複数回繰り返した
例である。

【００３１】本実施例の化学的機械研磨条件は実施例１
の条件に準拠したものであるが、洗浄工程のみ異なる。
すなわち、化学的機械研磨を２分間施した後、スラリの
供給は継続したまま、さらに洗浄液供給ノズル１９より
純水を３０秒間供給する。純水の供給量は実施例１と同
じ５００ｍｌ／分である。このサイクルを繰り返し、第
２の層間絶縁膜３が平坦化され所望の厚さになるまで継
続した。

【００３２】本実施例によれば、スラリの供給を中断す
ることなく、研磨パッド１４に洗浄液を供給して間接的
に被処理基板１１表面を洗浄する工程を挿入することに
より、被処理基板１１のパターン依存性なく、また化学
的機械研磨の進行にともなう研磨速度の低下もなく、第
２の層間絶縁膜３の良好な平坦化が達成された。化学的
機械研磨工程全体の所要時間は、洗浄工程を挿入しない
従来の方法に比較してほぼ同じであり、スループットの
低下は見られなかった。

【００３３】実施例４本実施例は、図２（ｂ）に示した洗浄液供給ノズル１９
を用い、洗浄液に超音波を印加しながら研磨パッド１４
に洗浄液を供給した例である。本実施例の化学的機械研
磨条件および洗浄条件は実施例１の条件に準拠したもの
であるが、洗浄工程において洗浄液供給ノズル１９に配
設された超音波印加手段を励振した点、および１回の洗
浄時間を１５秒間に半減した点の２点のみ異なる。すな
わち、超音波印加手段２０に、超音波発振器より一例と
して２００Ｗの電力を供給して洗浄液を励振し、被処理
基板に向けて供給した。

【００３４】本実施例によれば、スラリの供給を一時中
断して、研磨パッド１４に超音波励振された洗浄液を供
給して間接的に被処理基板１１表面を高効率で洗浄する
工程を挿入することにより、被処理基板１１のパターン
依存性なく、また化学的機械研磨の進行にともなう研磨
速度の低下もなく、第２の層間絶縁膜３の良好な平坦化
が達成された。化学的機械研磨工程全体の所要時間は、
洗浄工程を挿入しない従来の方法に比較して短縮され、
スループットの向上にも寄与した。

【００３５】実施例５本実施例より以後は、被処理基板に向けて洗浄液を供給
し、直接被処理基板を洗浄する工程を挿入した化学的機
械研磨を説明する実施例である。まず実際の研磨プロセ
スの説明に入る前に、本発明の化学的機械研磨装置の他
の構成例につき、図３（ａ）〜（ｂ）を参照して説明す
る。

【００３６】図３（ａ）は本発明の化学的機械研磨装置
の他の構成例を示す概略断面図である。基本的な構成は
図４に示した従来の化学的機械研磨装置と同様であるの
で、重複する部分の説明は省略する。本発明の化学的機
械研磨装置の特徴部分は、被処理基板１１の表面に向け
て下方より洗浄液を供給する洗浄液供給ノズル１９であ
る。この洗浄液供給ノズル１９は、キャリア１２の上下
動に同期して出退自在に構成されいる。すなわち、キャ
リア１２を下降して被処理基板１１を研磨パッド１４に
接触させる化学的機械研磨工程中には、洗浄液供給ノズ
ル１９は図示しない回動または伸縮等の手段によりキャ
リア１２下方より退避する。一方、被処理基板１１の洗
浄工程に入る場合には、キャリア１２を上昇するととも
に、洗浄液供給ノズル１９はキャリア１２の下方あるい
は下方の近傍に接近し、被処理基板１１に向け、洗浄液
供給系１８から純水等の洗浄液を下方より供給する。こ
の洗浄液供給系１８は、図示しない洗浄液槽やポンプ、
流量制御装置等から構成されるものである。さらにこの
洗浄液供給系１８は、スラリ供給系１５と共に制御手段
２１により集中制御されており、被処理基板に最適な化
学的機械研磨条件により、流量や時間を含めて制御可能
である。この化学的機械研磨装置構成により、被処理基
板１１をキャリア１２から脱着することなく、化学的機
械研磨工程と、洗浄工程を交互に施すことが可能であ
る。

【００３７】図３（ｂ）は洗浄液供給ノズル１９部分の
他の例を拡大して示す概略断面図であり、圧電振動子等
による超音波印加手段２０がノズル部分に配設されてい
る。超音波印加手段２０は図示しない超音波発振器に接
続されており、この超音波発振器も制御手段２１により
その出力や周波数を含めて制御可能である。この洗浄液
供給ノズル１９を用いることにより、超音波振動を伴い
つつ洗浄液を被処理基板１１下面に向け供給可能であ
る。

【００３８】実施例６次に本実施例の化学的機械研磨方法につき説明する。化
学的機械研磨方法に関する以下の実施例は、実施例２と
同じくすべてＡｌ系金属配線上に形成した層間絶縁膜の
平坦化に本発明を適用した例であり、これを再び図１
（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。本実施例は、スラ
リ供給を中断して被処理基板に洗浄液を供給するサイク
ルを複数回繰り返した例である。

【００３９】図１（ａ）に示す被処理基板は、先の実施
例２で説明した被処理基板と同じであるので重複する説
明を省略する。つぎに図３（ａ）に示す化学的機械研磨
装置を用い、上述の被処理基板１１をキャリア１２に真
空チャッキング等で保持し、一例として下記条件で第２
の層間絶縁膜３の化学的機械研磨を行った。なおスラリ
としてはシリカ微粒子をＫＯＨ／アルコール／水系の溶
媒に懸濁した一般的なものを用いた。プラテン回転数５０ｒｐｍキャリア回転数１７ｒｐｍ研磨圧力８ｐｓｉパッド温度３０〜４０ ℃ スラリ流量２２５ｍｌ／分この条件で２分間化学的機械研磨後、スラリの供給を停
止するとともにキャリア１２を上昇し、洗浄液供給ノズ
ル１９から被処理基板１１下面に向けて一例として下記
条件により純水を噴出し、１５秒間洗浄した。洗浄液流量５００ｍｌ／分（純水）この後キャリア１２を再び下降し、研磨パッド１４に所
定圧力で接触させ、同条件で化学的機械研磨を再開し
た。この研磨・洗浄のサイクルを繰り返し、第２の層間
絶縁膜３が平坦化され所望の厚さになるまで継続した。

【００４０】本実施例によれば、スラリの供給を中断
し、被処理基板１１に洗浄液を供給して被処理基板１１
表面を洗浄する工程を挿入することにより、被処理基板
のパターン依存性なく、また化学的機械研磨の進行にと
もなう研磨速度の低下もなく、図１（ｂ）に示すように
第２の層間絶縁膜３の良好な平坦化が達成された。化学
的機械研磨工程全体の所要時間は、洗浄工程を挿入しな
い従来の方法に比較してほぼ同等であった。なお本実施
例では洗浄液の供給を複数回繰り返したが、研磨工程中
に１回のみ洗浄液を供給する場合であっても、従来例に
比較して均一な平坦化効果が確認された。

【００４１】実施例７本実施例は、図３（ｂ）に示した洗浄液供給ノズル１９
を用い、洗浄液に超音波を印加しながら被処理基板に洗
浄液を供給した例である。本実施例の化学的機械研磨条
件および洗浄条件は実施例６の条件に準拠したものであ
るが、洗浄工程において洗浄液供給ノズル１９に配設さ
れた超音波印加手段２０を励振した点、および１回の洗
浄時間を１０秒間に短縮した点の２点のみ異なる。すな
わち、超音波印加手段２０に、超音波発振器より一例と
して２００Ｗの電力を供給して洗浄液を励振し、被処理
基板１１に向けて供給した。

【００４２】本実施例によれば、スラリの供給を中断し
て、被処理基板１１下面に超音波励振された洗浄液を供
給して被処理基板表面を高効率で洗浄する工程を挿入す
ることにより、被処理基板のパターン依存性なく、また
化学的機械研磨の進行にともなう研磨速度の低下もな
く、第２の層間絶縁膜３の良好な平坦化が達成された。
化学的機械研磨工程全体の所要時間は、洗浄工程を挿入
しない従来の方法に比較して短縮され、スループットの
向上にも寄与した。

【００４３】以上、本発明を７例の実施例をもって説明
したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるもので
はない。

【００４４】被処理基板として酸化シリコン系材料層か
らなる層間絶縁膜の平坦化を例示したが、酸化シリコン
系材料層としてはＳｉＯ₂の他にＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰ
ＳＧ、ＡｓＳＧ等のシリケートガラスであってもよい。
またＳｉＯＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄等の絶縁膜の平坦化であって
もよい。また素子間分離やＤＲＡＭのキャパシタセルを
構成するトレンチへの絶縁材料や誘電材料の埋め込み平
坦化に応用してもよい。さらにＷ等の高融点金属層ＣＶ
Ｄ形成後や、Ａｌ系金属層形成後の平坦化に用いてもよ
い。本発明の化学的機械研磨装置は、化学反応を伴わな
い半導体基板等のミラーポリッシュに用いることも可能
である。また半導体装置以外の各種電子装置の表面平坦
化に適用可能である。

【００４５】スラリとしてシリカ微粒子とＫＯＨ／エタ
ノール／水系溶媒の組み合わせを例示したが、Ａｌ₂Ｏ
₃等他の研磨微粒子や、他の系統の溶媒を被処理基板に
合わせて選択してよい。例えば、Ｗ層の平坦化にはＨ₂
Ｏ₂／ＫＯＨ系の溶媒が好適であるし、Ａｌ系金属層の
平坦化にはＨ₃ＰＯ₄／Ｈ₂Ｏ₂系の溶媒を用いればよ
い。

【００４６】超音波として正弦波の他に、矩形波、鋸歯
状波あるいはこれらの複合波であってもよい。印加周波
数は基本的には数十ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの超音波を採用
するが、目的に応じて２０ｋＨｚ以下の可聴帯域や、Ｍ
Ｈｚオーダのメガソニック帯域であってもよい。また複
数の周波数を重畳してもよく、ホワイトノイズやピンク
ノイズによる励振も可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば化学的機械研磨工程中に、被処理基板表面の洗
浄工程を少なくとも一回挿入することにより、均一でし
かも研磨速度の低下のない化学的機械研磨方法が可能と
なる。

【００４８】特に、被処理基板表面の平坦化すべきパタ
ーンの疎密や面積の大小による研磨速度の不均一が解消
され、良好な均一平坦面を得ることが可能となる。

【００４９】上記均一でスループットの高い化学的機械
研磨方法は、研磨パッドあるいは被処理基板に向けた洗
浄液供給ノズルを従来の化学的機械研磨装置に付加した
化学的機械研磨装置を採用することにより達成でき、ス
ラリ等の組成は従来のままでもよいので、比較的簡単に
効果を享受することが可能である。

【００５０】以上の効果により、多層配線構造の採用に
より高段差が発生した半導体装置の表面平坦化プロセス
の均一化の向上が、スループットの低下を殆ど伴うこと
なく、あるいはむしろスループットの向上を伴いつつ達
成されることとなり、本発明が高集積化された半導体装
置等の製造プロセスに寄与する効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の化学的機械研磨方法を説明する概略断
面図であり、（ａ）は複数の配線層上に形成した層間絶
縁膜に段差が発生した状態、（ｂ）は層間絶縁膜を化学
的機械研磨により平坦化した状態である。

【図２】本発明の化学的機械研磨装置の一構成例を示す
図であり、（ａ）は化学的機械研磨装置を示す概略断面
図、（ｂ）は洗浄液供給ノズルの変形例を拡大して示す
概略断面図である。

【図３】本発明の化学的機械研磨装置の他の構成例を示
す図であり、（ａ）は化学的機械研磨装置を示す概略断
面図、（ｂ）は洗浄液供給ノズルの変形例を拡大して示
す概略断面図である。

【図４】従来の化学的機械研磨方法を説明する概略断面
図であり、（ａ）は複数の配線層上に形成した層間絶縁
膜に段差が発生した状態、（ｂ）は層間絶縁膜の段差凹
部上にレジストパターンを形成した状態、（ｃ）はレジ
ストパターンをマスクに層間絶縁膜の段差凸部をエッチ
ング除去した状態、（ｄ）は層間絶縁膜を化学的機械研
磨により平坦化した状態である。

【図５】従来の化学的機械研磨装置を示す概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１第１の層間絶縁膜２配線層３第２の層間絶縁膜４レジストパターン１１被処理基板１２キャリア１３プラテン１４研磨パッド１５スラリ供給系１６スラリ供給ノズル１７スラリ１８洗浄液供給系１９洗浄液供給ノズル２０超音波印加手段２１制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２４Ｂ 37/00 Ｂ２４Ｂ 37/00 ＦＨ０１Ｌ 21/306 Ｈ０１Ｌ 21/306 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化学的機械研磨により、段差を有する被
処理基板表面を平坦化する工程を有する化学的機械研磨
方法において、前記化学的機械研磨工程中に、該被処理基板表面の洗浄
工程を、少なくとも一回施すことを特徴とする、化学的
機械研磨方法。
【請求項２】洗浄工程は、被処理基板表面および研磨
パッドのうちの少なくとも一方に向けて、洗浄液を供給
する工程であることを特徴とする、請求項１記載の化学
的機械研磨方法。
【請求項３】洗浄工程は、被処理基板表面および研磨
パッドのうちの少なくとも一方に向けて、洗浄液を供給
するとともに、超音波を印加する工程であることを特徴
とする、請求項１記載の化学的機械研磨方法。
【請求項４】化学的機械研磨により、段差を有する被
処理基板表面を平坦化するための化学的機械研磨装置に
おいて、該被処理基板表面の洗浄手段を有することを特徴とす
る、化学的機械研磨装置。
【請求項５】洗浄手段は、被処理基板表面および研磨
パッドのうち内の少なくとも一方に向けた洗浄液供給ノ
ズルを具備するのであることを特徴とする、請求項４記
載の化学的機械研磨装置。
【請求項６】洗浄手段は、被処理基板表面および研磨
パッドのうちの少なくとも一方に向けた洗浄液供給ノズ
ルと、前記洗浄液供給ノズルに配設された超音波印加手
段を具備するものであることを特徴とする、請求項４記
載の化学的機械研磨装置。