WO2001063655A1

WO2001063655A1 - Dispositif de polissage chimiomecanique, dispositif formant un cablage damasquine et procede de formation d'un cablage damasquine

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Publication number: WO2001063655A1
Application number: PCT/JP2001/001414
Authority: WO
Inventors: Shunichi Shibuki
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2001-08-30
Also published as: KR100719862B1; US20030166380A1; US6749486B2; EP1274122A4; KR20020084143A; EP1274122A1; WO2001063655A8; JP2001237205A

Description

明細書化学機械的研磨装置、ダマシン配線形成装置及ぴダマシン配線形成方法技術分野

本発明は、半導体基板上に形成された金属膜表面を化学機械的手法によって研磨する研磨装置及び研磨方法に関する。背景技術

半導体装置の高集積化を更に向上させるためには、製造プロセス中におけるウェハ（半導体基板）表面の平坦化工程が重要である。ウェハの平坦化を行う装置としては、 CM P (化学機械的研磨）装置が主流となっている。 CM P装置においては、例えば、研磨対象であるウェハに対して研磨スラリーを供給レつつ、研磨パッドを接触させて当該ウェハ上の金属膜等を研磨する。

ところで、ウェハ上の絶縁膜や金属膜の凸部を選択的に研磨する（平坦性を向上させる）ためには、研磨パッド表面の変形を抑制することが必要であり、研磨パッドには高い硬度が要求される。反面、半導体ウェハ全域にわたって一様な研磨を行う（均一性を向上させる）ためには、ウェハの反り形状に倣う程度の柔軟性が研磨パッドに要求される。従って、研磨パッドを選定するにあたり、平坦性と均一性はトレードオフの関係となるため、研磨の均一性、平坦性を共に確保するのが困難である。そこで；ウェハの平坦性向上と均一性向上との両立を図るべく、研磨対象であるウェハと接触する上層に硬質材料を配置し、その下層に軟質材料を配置した 2層構造の研磨パッドが採用されている。

ここで、ウェハの保持（固定）方法について考察する。一般に、 CM P装置においては、真空チャック（真空吸着）や、バッキングフィルム（バッキングパッド）を用いてウェハを保持している。真空チャックを用いた場合の利点としては、ウェハの交換（着脱）が容易であることと；ウェハの保持が確実且つ強固であることと、ウェハの反りを解消できることがある。欠点としては、上述した 2層構造の研磨パッドを用いても、ウェハのマクロ的な厚さのばらつきを十分に吸収できず、研磨均一性が悪化する点が挙げられる。

—方、パッキングパッドを用いた場合は、ウェハ着脱の容易性やウェハ保持の確実性には劣るが、その利点としては、バッキングパッド自体が弾性に富むため、ウェハの反りや厚さのばらつきをある程度吸収（修正）できる点がある。その結果、ウェハのマクロ的なうねりをある程度修正でき、研磨均一性の悪化をある程度は防止できる。従って、現状ではパッキングパッドを用いたウェハ保持が一般的となっている。ウェハ保持手段としてバッキングパッドを用い、上述した 2層構造（硬質材料 +軟質材料）の研磨パッドを用いた研磨装置としては、例えば、特開平 10— 138123号公報，特開平 9一 321001号公報，特開平 9一 260318号公報，特開平 7— 266219号公報，特開平 7— 297195号公報に開示されたものがある。

以上、従来の研磨方法の現状について説明したが、結局のところ、従来の C MP装置においては、ウェハの平坦性と均一性の両方を十分に向上させることができなかった。特に、ダマシン構造を研磨する場合に問題が大きい。発明の開示

本発明は上記のような状況に鑑みてなされたものであり、ウェハ着脱の容易性やウェハ保持の確実性に優れた真空チャックを用いても研磨の平坦性と均一性の両方を十分に向上させることができる化学機械的研磨装置を提供することを第 1の目的とする。

また、本発明の第 2の目的は、優れた平坦性と均一性を実現する研磨装置を使用することにより、精度の高いダマシン配線を形成できるダマシン配線形成装置及び方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る化学機械的研磨装置は、半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台と；半導体基板と接触する研磨パッドと；研磨パッドを保持するプラテンと；研磨パッドとプラテンとの間に配置された弾性部材とを備える装置に適用される。そして、その特徴とするところは、弾性部材として、 J I S規格 K6301 (A型）で規定される硬度が 10 〜40であり且つ、厚さが 5〜30 mmの材質のものを使用する点にある。本発明に係るダマシン配線形成装置は、半導体基板上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜の所定領域に凹部を形成し、当該 00部を含む絶縁膜表面にバリヤメタル膜を形成し、少なくとも凹部が完全に埋まるようにバリヤメタル膜上に金属配線膜を形成した後に、凹部以外の領域で絶縁膜が露出するまで金属膜及ぴパリャメタル膜を研磨するダマシン配線形成装置に適用される。そして、その特徴とするところは、凹部以外の領域でバリヤメタル膜が露出するまで金属配線膜を研磨する第 1の研磨工程を実施する第 1の研磨手段と；凹部以外の領域で前記絶縁膜が露出するまでバリヤメタル膜を研磨する第 2の研磨工程を実施する第 2の研磨手段とを備えることである。更に、第 1の研磨手段が、半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台と；半導体基板と接触する研磨パッドと；研磨パッドを保持するプラテンと； J I S規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 1 0〜4 0、厚さが 5〜3 O mmであり、研磨パッドとプラテンとの間に配置された弾性部材とを備える。また、第 2の研磨手段が、半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台と；半導体基板と接触する研磨パッドと；研磨パッドを保持するプラテンと； J I S規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 5 0以上であり、研磨パッドとプラテンとの間に配置された弾性部材とを備えている。

本発明に係るダマシン配線形成方法は、半導体基板上に絶縁膜を形成し、当該絶縁膜の所定領域に凹部を形成し、当該凹部を含む絶縁膜表面にバリヤメタル膜を形成し、少なくとも凹部が完全に埋まるようにバリヤメタル膜上に金属配線膜を形成した後に、凹部以外の領域で絶縁膜が露出するまで金属膜及ぴバリャメタル膜を研磨するダマシン配線形成方法に適用される。そして、その特徴は、第 1の研磨手段を用い、凹部以外の領域でバリヤメタル膜が露出するまで金属配線膜を研磨する第 1の研磨工程と；第 2の研磨手段を用い、凹部以外の領域で絶縁膜が露出するまでバリヤメタル膜を研磨する第 2の研磨工程とを含むことにある。更に、第 1の研磨手段が、半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台と；半導体基板と接触する研磨パッドと；研磨パッドを保持するプラテンと； J I S規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 1 0〜4 0、厚さが 5〜3 O mmであり、研磨パッドとプラテンとの間に配置された弾性部材とを備える。また、第 2の研磨手段が、半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台と；半導体基板と接触する研磨パッドと；研磨パッドを保持するプラテンと； J I S規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 5 0以上であり、研磨パッドとプラテンとの間に配置された弾性部材とを備えている。上記ダマシン配線形成装置及び方法において、好ましくは、第 1の研磨手段と第 2の研磨手段を単一の化学機械的研磨装置によって実現する。すなわち、当該研磨装置は、記半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台と；研磨作業時に基板保持台と対向する位置に配置される第 1及び第 2のプラテンと；第 1のプラテン上に配置された第 1の研磨パッドと；第 2のプラテン上に配置された第 2の研磨パッドと；第 1のプラテンと第 1の研磨パッドとの間に配置され、】 1 3規格1：6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 1 0〜4 0、厚さが 5〜3 O mmの第 1の弾性部材と；第 2のプラテンと第 2の研磨パッドとの間に配置され、 J I S規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 5 0以上の第 2の弾性部材とを備える。そして、第 1の研磨工程を実施する際には、基板保持台を第 1のプラテンと対向する位置に配置し、第 2の研磨工程を実施する際には、基板保持台を第 2のプラテンと対向する位置に配置する。図面の簡単な説明

図 1は、本発明に係る CM P装置の構成を示す側面図（一部断面）であり、研磨パッドを張り上げ方式によって固定している。

図 2は、本発明に係る CM P装置の要部（研磨パッドとウェハ）の構成を示す断面図であり、研磨パッドをプラテンに対して接着固定している。

図 3 A〜 3 Cは、本発明に係るダマシン配線形成方法の工程を示す断面図であり、そのうち図 3 Aが研磨前の状態、図 3 Bが第 1研磨工程後の状態、図 3 Cが第 2研磨工程後の状態を示す。

図 4は、本発明の実施例によるウェハ面内均一性（研磨均一性）の計測点を示す説明図である。

図 5は、本発明の研磨装置の要部の構成（プラテンとウェハ保持台）を示す平面図である。図 6は、図 5に示す装置の側面図であり、一部を断面によって示している。図 7は、本発明の他のタイプの研磨装置の要部の構成（プラテンとウェハ保持台）を示す平面図である。発明を実施するための最良の形態

本発明は、基本的には真空チャックによってウェハを固定するタイプの CM P装置において、凹部の幅の狭い（2 0 0 μ πι未満）金属配線層を研磨するケースに適用される。

図 1は、本発明の第 1実施例に係る CM P装置の構成を示す。この CM P装置は、研磨対象であるウェハ 1 0と接触する研磨パッド 1 2と、研磨パッド 1 2が取り付けられるプラテン 1 4と、研磨パッド 1 2とプラテン 1 4との間に配置された弾性部材 1 6と、ウェハ 1 0を保持するウェハステージ 2 0と、ゥェハステージ 2 0上に固定されるリテーナ 1 8と、ウェハステージ 2 0を回転可能に指示するェハーターンテーブル 2 2とを備えている。本発明の最大の特徴は、弾性部材 1 6の硬度及び厚さの設定にある。なお、弾性部材 1 6の具体的な設定値については後に詳述する。

弾性部材 1 6は、中央に穴を有するリング状（ドーナツ状）に成形され、両面テープ等によってプラテン 1 4に固定されている。弾性部材 1 6は、プラテン 1 4との間空気が入らないようにセットされる。通常、弾性部材 1 6はー且プラテン 1 4にセットされると、頻繁に交換されることはない。研磨パッド 1 2もリング状（ドーナツ状）に成形され；インナーリング 2 4と、外周リング 2 6と、ボルト 2 8、 3 0によってプラテン 1 4の底面に固定される。

ウェハステージ 2 0は、ウェハターンテーブル 2 2上に回転可能な状態で設置されている。リテーナ 1 8は、ウェハステージ 2 0上に固定され、ウェハ 1 0はウェハステージ 2 0上に真空チャックによって固定される。プラテン 1 4 と、ウェハターンテーブル 2 2と、ウェハステージ 2 0は、軸 Α— Α，、 Β— B，、 C一 C，を中心に各々回転する。プラテン 1 4の中心には、垂直方向に延びるスラリー供給孔 3 2が設けられており、研磨作業中は、このスラリー供給孔 3 2から所定のスラリーが供給される。研磨パッド 1 2は、所謂張り上げ方式によってプラテン 1 4に固定される。すなわち、接着剤等を用いることなく、外周部と内周部のみを上述したポルト 2 8 , 3 0で締め付けて固定する。なお、本発明においては、研磨パッドの固定方法は張り上げ方式に限らず、接着方式（図 2 ) など種々の方式を採用することができる。

研磨作業に際しては、ウェハ 1 0をウェハステージ 2 0上に真空チャックによって固定し、プラテン 1 4，ウェハターンテーブル 2 2 , ウェハステージ 2 0を各々回転駆動する。その後、スラリー供給孔 3 2からスラリーを供給しつつ、プラテン 1 4を降下させ、ウェハ 1 0の被研磨面に研磨パッド 1 2を所定の圧力で押し付けて研磨を行う。

図 2は、研磨パッドをプラテンに接着固定する例を示す。この例においては、プラテン 3 6上に弾性部材 3 8を接着固定し、弾性部材 3 8上に研磨パッド 4 0を接着固定する。ウェハ 1 0は、ウェハ保持台 4 2の底面に真空吸着によつて固定される。ウェハ保持台 4 2の内部には、真空を引くための穴 4 4が複数形成されている。

本発明に係る弾性部材 1 6， 3 8は、 J I S規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 1 0〜4 0であり且つ、厚さが 5〜3 0 mmに設定さている。以下、その根拠（実験データ）について説明する。なお、研磨パッドは、 J I S 規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 9 0以上であり、厚さが 0 . 5〜 2 mmのものを用いることができる。以下に示す実験においては、米国ロデール社製 I C 1 0 0 0 (硬度 9 5 , 厚さ約 1' . 3 mm) を用いた。

1 . 弾性部材の硬度に関する評価

弾性部材 1 6又は 3 8の硬度に対するウェハ研磨の平坦性及び均一性の変化について実験を行った。実験は、図 3 Aに示す試料（ウェハ）に対して行われた。ウェハは、基板上に厚さ 5 0 0 O Aの熱酸化膜（絶縁膜） 4 6を形成し、所定の領域に幅 1 0 μ m〜 5 mm, 深さ 4 5 0 0 Aの凹部（研磨終了後に配線部となる）を形成し、その上に厚さ 2 0 O Aの T a膜（バリヤメタル膜） 4 8 を形成し、その上に厚さ 1 0 0 O Aの C uシード膜 5 0を形成し、更にその上に厚さ 1 z mの C uメツキ（金属配線膜） 5 2を形成したパターンに対して行われた。実験に使用されたパターンは、長さ 1 Ommのライン . アンド . スぺースであり、スペースを 5 mmに設定した。ライン（凹部）は、幅の異なる

(1 0 ;u ni〜5mm) ものを使用した。弾性体の厚さは 1 0 mmのものを使用した。また、研磨速度は、 Cuの全面平坦膜（ベタ膜）を圧力 30 0 gZcm² で研磨したときの値が 6 00 OK/m i nになるような設定とした。

(1) 平坦性の評価

平坦性の評価に際しては、上述したパターン表面の酸化膜 46が露出するまで研磨（1工程）を行い、様々な幅の配線部における研磨後の配線厚み減少量 (デイツシング）を計測した。表 1に実験結果を示す。なお、表中、硬度は J I S規格 K6 3 0 1 (A型）で規定される値であり、ディッシング量の単位は Aである。また、表中、「 I C 1 0 0 0ノ40 0」は、米国口デール社製 I C 1 0 0 0/4 0 0を意味する。これは、上層の硬質材（本発明の研磨パッドに相当）として I C 1 0 0 0 (硬度 9 5、 J I S— K 6 3 0 1準拠）を使用し、下層の軟質材（本発明の弾性部材に相当）として SUB A4 00 (硬度 5 5〜 6 6、 J I S-K 6 3 0 1準拠）を使用したもので、従来一般的に用いられている 2層構造の研磨パッドである。

上記表 1から明らかなように、硬度が 1 0以上の場合に良好な平坦性（低いデイツシング量）が得られる。なお、硬度 1 0以上であっても配線幅（すなわち、絶縁膜 4 6に形成した凹部の幅）が 5 0 0 m以上の場合には平坦性は悪化するが、実際の金属配線層の幅は 2 0 0 以下であるため問題ないと言える。

(2) 均一性の評価

弾性部材 1 6又は 38の硬度を J I S規格 K630 1 (A型）で規定される 5〜90の間で、ウェハ面内の研磨均一性を測定した。図 4に X印で示すように、均一性「δ」の測定は、ウェハ 53の中心を通って直行する 2直線上の 2 5点での膜厚 X iを計測し、以下の式に基づいて行われた。

膜厚： X； ( i = 1〜 25 )

平均膜厚： X= 1/25 · ΣΧ;

面内均一性： δ-Ι/Χ'

δ ' Σ (Χ-Χ;) ²) X 100

実験結果を表 2に示す。

表 2

上記の表から明らかなように、弾性部材 1 6， 38の硬度が 5〜 40の間で良好な均一性が得られ、硬度が 10〜40の間で特に良好な均一性が得られた。 2. 弾性部材の厚さに関する評価

弾性部材 1 6又は 38の厚さに対するウェハ研磨の平坦性及び均一性の変化について実験を行った。弾性部材の硬度の場合と同様に、実験は、図 3 Αに示す試料（ウェハ）に対して行われた。

(1) 平坦性の評価

平坦性の評価に際しては、上述したパターン表面の酸化膜 46が露出するまで研磨（1工程）を行い、幅 200 μπιの配線部における研磨後の配線厚み減少量（ディッシング）を計測した。厚さ 3mm〜6 Omm, 硬度 1 0〜40の範囲における実験結果を表 3に示す。なお、表中、硬度は J I S規格 K630 1 (A型）で規定される値であり、デイツシング量の単位は Aである。表 3

表 3から明らかなように、弾性部材 1 6又は 3 8の厚さが 3 mm以上、 30 mm以下の場合に良好な平坦性が得られる。

(2) 面内均一性の評価

均一性の評価についての実験も上述した平坦性と同じ条件で行つた。すなわち、パターン表面の酸化膜 4 6が露出するまで研磨（1工程）を行い、幅 2 0 0 μ mの配線部における研磨後の均一性を計測した。厚さ 3 mn！〜 6 0 mm、硬度 1 0〜40の範囲における実験結果を表 4に示す。なお、均一性「δ」の測定は、弾性体硬度についての実験の場合と同様に、ウェハ 5 3 (図 4) の中心を通つて直行する 2直線上の 25点での膜厚 X _;を計測し、以下の式に基づいて行われた。

膜厚： X i ( i = 1〜 2 5 )

平均膜厚： X= 1/25 · ΣΧ!

面内均一性： δ = 1/Χ · " (1/25 · Σ (X-Xi) ²) X 100

表 4 '

表 4から明らかなように、弾性部材 1 6又は 3 8の厚さが 5 mm以上、 3 0 mm以下の場合に良好な均一性が得られる。表 1から表 4に示された実験結果を総合的に判断すると、弾性部材 1 6又は 38の硬度が1 0〜40 1 3規格1^6 301 A型）であり且つ、厚さが 5 mm〜 30 mmの時に、良好な平坦性及び均一性が得られる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。この実施例においては、 2つの工程でダマシン配線層の研磨を行う。すなわち、第 1の工程で T a膜 48が露出するまで研磨を行い、第 2の工程で酸ィヒ膜 46が露出するまで研磨を行う。

2つの工程でダマシン配線層を研磨する場合の平坦性の評価（実験）結果を表 5に示す。この実験では、第 1研磨工程において、弾性部材 16又は 38として、硬度 1 0及び 20、厚さ 10 mmのものを使用し、他の条件は上述した実施例（1つの工程で研磨する例）と同様とした。第 2研磨工程では、研磨パッドとして米国口デール社製 I C 1 000/400を使用し、スラリーは第 1 研磨工程と同じものと、異なるもの（Cuと T aの選択比が第 1研磨工程のスラリーより低いスラリー）を用いた。ここで、米国口デール社製 I C 1 000 /400は、上層の硬質材（研磨パッドに相当）として I C 1000 (硬度 9 5、 J I S— K6301準拠）を使用し、下層の軟質材（弹性部材に相当）として SUBA400 (硬度 55〜66、 J I S—K6301準拠）を使用すること意味する。

平坦性の評価に際して、幅 200 mの配線部における研磨後の配線厚み減少量（デイツシング）を計測した。実験では、第 1研磨工程に使用する弾性部材（1 6又は 28) の硬度を 1 0、 20としている。また、比較例として 1つの工程でダマシン配線層（図 3A〜3 C) の研磨を行った場合のデータ（上述した 1工程での実験データ）を示す。なお、表 5中、硬度は J I S規格 K63 01 (A型）で規定される値であり、デイツシング量の単位は Aである。

表 5

表 5より明らかなように、 1回の工程で酸化膜まで研磨 "る場合に比べ、 2 回の工程（第 1研磨工程 +第 2研磨工程）で研磨をする方が平坦性が向上する。スラリーに関しても、第 1研磨工程と第 2研磨工程とで使い分ける方が平坦性が向上する。

図 5及び図 6は、 2回の工程（第 1研磨工程 +第 2研磨工程）でダマシン配線層を研磨するのに使用される CM P装置の要部の構成（プラテンとウェハ保持部材）を示す。図 5が平面図であり、図 6が側面図（一部断面）である。この実施例においては、ダマシン配線を研磨する場合に、 2つの異なるプラテン 5 4， 5 6を使用している。第 1のプラテン 5 4は第 1の研磨パッド 6 2を保持する。第 1プラテン 5 4と研磨パッド 6 2との間には第 1の弾性部材 5 8が配置されている。第 2のプラテン 5 6は第 2の研磨パッド 6 4を保持する。第 2のプラテン 5 6と研磨パッド 6 4との間には第 2の弾性部材 6 0が配置されている。 '

なお、用語を統一する目的で、上述の実験で用いた米国口デール社製 I C 1 0 0 0 / 4 0 0のような 2層構造の研磨パッドの場合は、研磨対象であるゥェハと接触する硬質材料からなる上層を「研磨パッド」、該上層とプラテンとの間に位置する軟質材料からなる下層を「弾性部材」と称す。また、第 1の研磨ノッド 6 2、第 2の研磨パッド 6 4としては、ともに J I S規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 9 0以上であり、厚さが 0 . 5 mn！〜 2 mmのものを用いることができる。例えば、研磨パッド 6 2， 6 4として、米国ロデール社製 I C 1 0 0 0を用いることができる。図 5及び図 6に示す CM P装置には単一のウェハ保持台 6 6が設けられ、ゥェハ 6 8を真空吸着によって保持している。ウェハ保持台 6 6は、ロボットァーム 7 0によって第 1プラテン 5 4に対向する位置と、第 2プラテン 5 6に対向する位置に移動可能になっている。

第 1のプラテン 5 4は、第 1研磨工程（バリヤメタル 4 8が露出するまでの研磨）に使用されるものであり、第 1の弾性部材 5 8としては J I S規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 1 0〜4 0、厚さが 5〜3 0 mmのものを使用する。一方、第 2のプラテン 5 6は、第 2研磨工程（酸化膜 4 6が露出するまでの研磨）に使用されるものであり、第 2の弾性部材 6 0としては J I S 規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 5 0以上のものを使用する。

図 5及ぴ図 6に示す CM P装置において、図 3 A〜3 Cに示すダマシン配線構造の研磨を行う場合には、ロボットアーム 7 0の動作によりウェハ保持台 6 6を第 1のプラテン 5 4の対向位置（直上）に配置して、図 3 Bに示すように、 T a膜 4 8が露出するまで C u膜 5 2及び C uシード膜 5 0を研磨する（第 1 研磨工程）。次に、ロボットアーム 7 0の動作によりウェハ保持台 6 6を第 2 のプラテン 5 4の対向位置（直上）に配置して、図 3 Cに示すように、熱酸化膜パターン 4 6が露出するまで T a膜 4 8を研磨する（第 2研磨工程）。

図 7は、 2回の工程（第 1研磨工程 +第 2研磨工程）でダマシン配線層（図 3 A〜3 C ) を研磨するのに使用される CM P装置の他の例（プラテンとゥェハ保持部材）を示す。この例においては、ダマシン配線を研磨する場合に、第 1研磨工程に使用される単一の第 1プラテン 7 2と、第 2研磨工程に使用される 2つの第' 2プラテン 7 4 , 7 6とを備えている。第 1のプラテン 7 2は第 1 の研磨パッド 6 2を保持し、 2枚のウェハを同時に研磨可能になっている。第 1プラテン 7 2と研磨パッド 6 2との間には第 1の弾性部材 5 8が配置されている。第 2のプラテン 7 4， 7 6は各々第 2の研磨パッド 6 4を保持する。第 2のプラテン 7 4 , 7 6と研磨パッド 6 4との間には第 2の弹性部材 6 0が配置されている。

図 7に示す CM P装置においては、 2つの第 2プラテン 7 4， 7 6に各々対応するウェハ保持台 8 2 , 8 4が設けられ、ウェハを真空吸着によって保持している。ウェハ保持台 82は、ロボットアーム 78によって第 1プラテン 72 に対向する位置と、第 2プラテン 74に対向する位置に移動可能になっている。また、ウェハ保持台 84は、ロボットアーム 80によって第 1プラテン 72に対向する位置と、第 2プラテン 76に対向する位置に移動可能になっている。第 1のプラテン 72は、第 1研磨工程（バリヤメタルが露出するまでの研磨）に使用されるものであり、図 2に示すような構造になっている。すなわち、研磨パッド 40とプラテン 36との間に第 1の弾性部材 38が介在されている。そして、その弾性部材としては J 1 3規格11630 1 (A型）で規定される硬度が 1 0〜40、厚さが 5〜 3 Ommのものを使用する。一方、第 2のプラテン 74は、第 2研磨工程（酸化膜が露出するまでの研磨）に使用されるものであり、第 2の弾性部材としては J 1 3規格1^630 1 '(A型）で規定される硬度が 50以上のものを使用する。

図 7に示す CMP装置において、図 3 A〜3 Cに示すダマシン配線構造の研磨を行う場合には、ロボットアーム 78、 80の動作によりウェハ保持台 82, 84を第 1のプラテン 72の対向位置（直上）に配置して、図 3 Bに示すように、 T a膜 48が露出するまで Cu膜 5 2及び C uシード膜 50を研磨する (第 1研磨工程）。次に、ロボットアーム 78, 80の動作によりウェハ保持台 82， 84を第 2のプラテン 74, 76の対向位置（直上）に配置して、図 3 Cに示すように、熱酸化膜パターン 46が露出するまで T a膜 48を研磨する（第 2研磨工程）。

2回の工程（第 1研磨工程 +第 2研磨工程）でダマシン配線層（図 3A〜3 C) を研磨する方法としては、図 5、図 6及び図 7に示す方法の他に、 1台の CMP装置内に複数のプラテンと各プラテンに対応するウェハ保持台とを備える方法がある。この場合、第 1研磨工程においては、第 1のウェハ保持台でゥェハを吸着保持し、対応する第 1のプラテンに取り付けられている研磨パッドを用いて研磨を行う。その後、ロボットアームによってウェハを第 1の保持台から第 2の保持台に移送し、第 2のプラテンに取り付けられた研磨パッドを用いて第 2研磨工程を行う。

他の方法としては、第 1研磨工程と第 2研磨工程を行う CMP装置を別々に設ける方法がある。更に他の方法としては、第 1及ぴ第 2の研磨工程に対し、同一の CM P装置、同一のプラテンを使用する方法が考えられる。この場合、最初に所定枚数（1 0 0枚等）のウェハに対して第 1研磨工程を実施する。その後、研磨パッド下に配置された弾性部材を張り替えて第 2研磨工程を実施する。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。産業上の利用可能性

本発明によれば、弾性部材として、 J I S規格 K 6 3 0 1 (A型）で規定される硬度が 1 0〜4 0であり且つ、厚さが 5〜3 O mmの材質のものを使用しているため、真空吸着によりウェハを保持してもウェハの平坦性と均一性の両方を十分に向上させることができるという効果がある。これにより、精度の高いダマシン配線を形成できるというメリットもある。

Claims

請求の範囲

1. 半導体基板（10) 上に形成された金属膜の表面を平坦化する化学機械的研磨装置であって、

' 前記半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台（42) と；

前記半導体基板と接触する研磨パッド（12) と；

前記研磨パッドを保持するプラテン（36) と；

前記研磨パッドと前記プラテンとの間に配置された弾性部材（1 6) とを備え、

前記弾性部材は、 J I S規格 K6301 (A型）で規定される硬度が 1 0〜 40であり且つ、厚さが 5〜3 Ommであることを特徴とする、化学機械的研

2. 半導体基板（1 0) 上に絶縁膜（46) を形成し、当該絶縁膜の所定領域に凹部を形成し、当該凹部を含む絶縁膜表面にパリヤメタル膜（48) を形成し、少なくとも前記凹部が完全に埋まるように前記バリヤメタル膜上に金属配線膜（52) を形成した後に、前記凹部以外の領域で前記絶縁膜が露出するまで前記金属膜及びパリヤメタル膜を研磨するダマシン配線形成装置において、前記凹部以外の領域で前記バリヤメタル膜が露出するまで前記金属配線膜を研磨する第 1の研磨工程を実施する第 1の研磨手段と；

前記凹部以外の領域で前記絶縁膜が露出するまで前記バリヤメタル膜を研磨する第 2の研磨工程を実施する第 2の研磨手段とを備え、

前記第 1の研磨手段が、前記半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台と；前記半導体基板と接触する研磨パッドと；前記研磨パッドを保持するプラテンと； J I S規格 K6 30 1 (A型）で規定される硬度が 1 0〜40、厚さが 5〜3 Ommであり、前記研磨パッドと前記プラテンとの間に配置された弾性部材とを備え、

前記第 2の研磨手段が、前記半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台と；前記半導体基板と接触する研磨パッドと；前記研磨パッドを保持するプラテンと； J I S規格 K630 1 (A型）で規定される硬度が 50以上であり、前記研磨パッドと前記プラテンとの間に配置された弾性部材とを備えたことを特徴とするダマシン配線形成装置。

3. 前記第 1の研磨手段と第 2の研磨手段は単一の化学機械的研磨装置に含まれ、当該研磨装置は、

前記半導体基板（1 0) を真空吸着によって保持する基板保持台（6 6) と；研磨作業時に前記基板保持台と対向する位置に各々配置される第 1及び第 2のプラテン（54, 56) と；前記第 1のプラテン（54) 上に配置された第 1の研磨パッド（62) と；前記第 2のプラテン（56) 上に配置された第 2の研磨パッド（64) と；前記第 1のプラテンと前記第 1の研磨パッドとの間に配置され、 J I S規格 K6301 (A型）で規定される硬度が 10〜40、厚さが 5〜30 mmの第 1の弾性部材（58) と；前記第 2のプラテンと前記第 2の研磨パッドとの間に配置され、 J I S規格 K630 1 (A型）で規定される硬度が 50以上の第 2の弾性部材（60) とを備え、

前記第 1の研磨工程を実施する際には、前記基板保持台を前記第 1のプラテンと対向する位置に配置して前記第 1の研磨パッドを用いて研磨を行い、前記第 2の研磨工程を実施する際には、前記基板保持台を前記第 2のプラテンと対向する位置に配置して前記第 2の研磨パッドを用いて研磨を行うことを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のダマシン配線形成装置。

4. 前記化学機械的研磨装置は、前記第 1のプラテン（54) を 1つ備え、前記第 2のプラテンを複数備え、前記基板保持台を前記第 2のプラテン（56) と同数備えていることを特徴とする請求の範囲第 3項に記載のダマシン配線形

5. 半導体基板（10) 上に絶縁膜（46) を形成し、当該絶縁膜の所定領域に凹部を形成し、当該凹部を含む絶縁膜表面にパリヤメタル膜（48) を形成し、少なくとも前記凹部が完全に埋まるように前記バリヤメタル膜上に金属配線膜（52) を形成した後に、前記凹部以外の領域で前記絶縁膜が露出するまで前記金属膜及ぴバリヤメタル膜を研磨するダマシン配線形成方法において、第 1の研磨手段を用い、前記凹部以外の領域で前記バリヤメタル膜が露出するまで前記金属配線膜を研磨する第 1の研磨工程と；第 2の研磨手段を用い、前記凹部以外の領域で前記絶縁膜が露出するまで前記パリヤメタル膜を研磨する第 2の研磨工程とを含み、

前記第 1の研磨手段が、前記半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台（66) と；前記半導体基板と接触する研磨パッド（62， 64) と；前記研磨パッドを保持するプラテン（54， 56) と； J I S規格 K 630 1

(A型）で規定される硬度が 10〜40、厚さが 5〜 30mmであり、前記研磨パッドと前記プラテンとの間に配置された弾性部材（58, 60) とを備え、前記第 2の研磨手段が、前記半導体基板を真空吸着によって保持する基板保持台と；前記半導体基板と接触する研磨パッドと；前記研磨パッドを保持するプラテンと； J I S規格 K6301 (A型）で規定される硬度が 50以上であり、前記研磨パッドと前記プラテンとの間に配置された弾性部材とを備えていることを特徴とするダマシン配線形成方法。

6. 前記第 1の研磨手段と第 2の研磨手段は単一の化学機械的研磨装置に含まれ、当該研磨装置は、

前記半導体基板（1 0) を真空吸着によって保持する基板保持台（66) と；研磨作業時に前記基板保持台と対向する位置に配置される第 1及び第 2のプラテン（54, 56) と'；前記第 1のプラテン上に配置された第 1の研磨パッド（62) と；前記第 2のプラテン上に配置された第 2の研磨パッド（6 4) と；前記第 1のプラテンと前記第 1の研磨パッドとの間に配置され、 J I S規格 K6301 (A型）で規定される硬度が 10〜4◦、厚さが 5〜30m mの第 1の弾性部材（58) と；前記第 2のプラテンと前記第 2の研磨パッドとの間に配置され、 J I S規格 K6301 (A型）で規定される硬度が 50以上の第 2の弾性部材（60) とを備え、

前記第 1の研磨工程を実施する際には、前記基板保持台を前記第 1のプラテンと対向する位置に配置して前記第 1の研磨パッドを用いて研磨を行い、前記第 2の研磨工程を実施する際には、前記基板保持台を前記第 2のプラテンと対向する位置に配置して前記第 2の研磨パッドを用いて研磨を行うことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載のダマシン配線形成方法。

7. 前記化学機械的研磨装置は、前記第 1のプラテン（54) を 1つ備え、前記第 2のプラテンを複数備え、前記基板保持台を前記第 2のプラテン（5 6 ) と同数備えていることを特徴とする請求の範囲第 6項に記載のダマシン配線形成方法。