JPH09167745A - 化学的・機械的な研磨方法及びその装置並びに半導体基板の製造方法 - Google Patents
化学的・機械的な研磨方法及びその装置並びに半導体基板の製造方法Info
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- JPH09167745A JPH09167745A JP32686095A JP32686095A JPH09167745A JP H09167745 A JPH09167745 A JP H09167745A JP 32686095 A JP32686095 A JP 32686095A JP 32686095 A JP32686095 A JP 32686095A JP H09167745 A JPH09167745 A JP H09167745A
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- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明の課題は、半導体装置等の高信頼化及び
高集積化を図ることを提供することにある。 【解決手段】本発明は、被加工物の研磨圧力分布を制御
して被加工物（層間絶縁膜）の厚さを均一にすることが
できる化学的・機械的な研磨方法及びその装置並びに半
導体基板の製造方法である。
高集積化を図ることを提供することにある。 【解決手段】本発明は、被加工物の研磨圧力分布を制御
して被加工物（層間絶縁膜）の厚さを均一にすることが
できる化学的・機械的な研磨方法及びその装置並びに半
導体基板の製造方法である。
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・機械的な研磨加工する研磨加工
方法及びその装置並びに半導体集積回路等を有する半導
体基板を製造する半導体基板の製造方法に関する。
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・機械的な研磨加工する研磨加工
方法及びその装置並びに半導体集積回路等を有する半導
体基板を製造する半導体基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、半導体集積回路等を有する半導
体基板を製造する際の平坦化技術としては、従来、プラ
ズマ酸化膜（Ｐ−ＳｉＯ2）を形成し、その表面の微小
凹凸を無くすべく表面上に液体状のガラスを塗布、加熱
することによって塗布絶縁膜（ＳＯＧ）を形成し、絶縁
膜の膜厚を減少させるためにエッチバックを行うことの
組合せによって行われてきた。しかしこの平坦化技術に
おいては、大きな段差は残ってしまうことになる。更
に、配線幅の減少に伴って、段差被覆性の向上の必要性
から、Ｂｉａｓ−ＥＣＲＣＶＤ技術及びリフロー効果を
有する有機ソース（ＴＥＯＳ）などの開発が行われてき
た。しかしながら、超高集積化に伴う配線幅の減少に対
して十分段差被覆性の向上が図れることが得られない状
況であった。
体基板を製造する際の平坦化技術としては、従来、プラ
ズマ酸化膜（Ｐ−ＳｉＯ2）を形成し、その表面の微小
凹凸を無くすべく表面上に液体状のガラスを塗布、加熱
することによって塗布絶縁膜（ＳＯＧ）を形成し、絶縁
膜の膜厚を減少させるためにエッチバックを行うことの
組合せによって行われてきた。しかしこの平坦化技術に
おいては、大きな段差は残ってしまうことになる。更
に、配線幅の減少に伴って、段差被覆性の向上の必要性
から、Ｂｉａｓ−ＥＣＲＣＶＤ技術及びリフロー効果を
有する有機ソース（ＴＥＯＳ）などの開発が行われてき
た。しかしながら、超高集積化に伴う配線幅の減少に対
して十分段差被覆性の向上が図れることが得られない状
況であった。
【０００３】他方、半導体チップ、セラミックパッケー
ジ、多層セラミックパッケージ及び他の電子部品の表面
を平坦に研磨する化学的・機械的な研磨（ＣＭＰ：Chem
icalMechanical 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
塗布した研磨布に上記電子部品の表面を押付けて化学的
・機械的な研磨加工するＣＭＰ（Chemical Mechanical
Polishing）である。
ジ、多層セラミックパッケージ及び他の電子部品の表面
を平坦に研磨する化学的・機械的な研磨（ＣＭＰ：Chem
icalMechanical 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
塗布した研磨布に上記電子部品の表面を押付けて化学的
・機械的な研磨加工するＣＭＰ（Chemical Mechanical
Polishing）である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術（ＣＭ
Ｐ）では、化学的・機械的な研磨加工中の被加工物の変
形に伴う、研磨圧力の変動に対する配慮がなされていな
いため、被加工物の表面内の絶縁膜等の研磨量を制御で
きず、絶縁膜等の厚さを均一にできないという課題を有
していた。
Ｐ）では、化学的・機械的な研磨加工中の被加工物の変
形に伴う、研磨圧力の変動に対する配慮がなされていな
いため、被加工物の表面内の絶縁膜等の研磨量を制御で
きず、絶縁膜等の厚さを均一にできないという課題を有
していた。
【０００５】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等の厚さを均一に研磨加工を
実現できるようにした化学的・機械的な研磨加工方法及
びその装置を提供することにある。また本発明の目的
は、半導体基板上における層間絶縁膜の表面に微小凹凸
がなく、しかも大きな段差を有しない平坦な化学的・機
械的な研磨加工を施してその上に例えば０．３５μｍ以
下の極微細配線を形成できるようにした化学的・機械的
な研磨加工方法及びその装置を提供することにある。ま
た本発明の目的は、配線幅が、例えば０．３５μｍ以下
の極微細配線を有する多層配線層を形成した半導体基板
を簡略化して製造できるようにした半導体基板の製造方
法を提供することになる。
基板上に形成された絶縁膜等の厚さを均一に研磨加工を
実現できるようにした化学的・機械的な研磨加工方法及
びその装置を提供することにある。また本発明の目的
は、半導体基板上における層間絶縁膜の表面に微小凹凸
がなく、しかも大きな段差を有しない平坦な化学的・機
械的な研磨加工を施してその上に例えば０．３５μｍ以
下の極微細配線を形成できるようにした化学的・機械的
な研磨加工方法及びその装置を提供することにある。ま
た本発明の目的は、配線幅が、例えば０．３５μｍ以下
の極微細配線を有する多層配線層を形成した半導体基板
を簡略化して製造できるようにした半導体基板の製造方
法を提供することになる。
【０００６】
【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、基板を支持するチャックの支持面の形状
により研磨圧力を制御して上記基板の表面に対して化学
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である。また本発明は、基板を支
持するチャックの支持面の曲面形状または凹凸形状によ
り研磨圧力を制御して上記基板の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
的な研磨加工方法である。また本発明は、絶縁膜表面を
有する基板を支持するチャックの支持面の曲面形状また
は凹凸形状により研磨圧力を制御して上記基板上の絶縁
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である。また
本発明は、金属膜表面を有する基板を支持するチャック
の支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧力を制
御して上記基板上の金属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
磨加工方法である。また本発明は、絶縁膜表面を有する
基板を支持するチャックの支持面の曲面形状または凹凸
形状により研磨圧力を制御して上記基板上の絶縁膜表面
の研磨量ばらつきを±５％以下で、該絶縁膜表面の凹凸
を０．２μｍ以下で化学的・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。
に、本発明は、基板を支持するチャックの支持面の形状
により研磨圧力を制御して上記基板の表面に対して化学
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である。また本発明は、基板を支
持するチャックの支持面の曲面形状または凹凸形状によ
り研磨圧力を制御して上記基板の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
的な研磨加工方法である。また本発明は、絶縁膜表面を
有する基板を支持するチャックの支持面の曲面形状また
は凹凸形状により研磨圧力を制御して上記基板上の絶縁
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である。また
本発明は、金属膜表面を有する基板を支持するチャック
の支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧力を制
御して上記基板上の金属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
磨加工方法である。また本発明は、絶縁膜表面を有する
基板を支持するチャックの支持面の曲面形状または凹凸
形状により研磨圧力を制御して上記基板上の絶縁膜表面
の研磨量ばらつきを±５％以下で、該絶縁膜表面の凹凸
を０．２μｍ以下で化学的・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。
【０００７】また本発明は、基板上の下層配線上に層間
絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶縁膜
形成工程で層間絶縁膜を形成した基板を支持するチャッ
クの支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧力を
制御して上記基板の層間絶縁膜表面に対して化学的・機
械的な研磨加工を行って平坦化する化学的・機械的な研
磨加工工程と、該化学的・機械的な研磨加工工程で平坦
化された層間絶縁膜上に所望の上層配線を形成する上層
配線形成工程とを有することを特徴とする半導体基板の
製造方法である。また本発明は、基板上の下層配線上に
層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶
縁膜形成工程で層間絶縁膜を形成した基板を支持するチ
ャックの支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧
力を制御して上記基板の層間絶縁膜表面に対して化学的
・機械的な研磨加工を行って平坦化する化学的・機械的
な研磨加工工程と、該化学的・機械的な研磨加工工程で
平坦化された層間絶縁膜に対してコンタクトホールを形
成するコンタクトホール形成工程と、該コンタクトホー
ル形成工程で形成されたコンタクトホールに導電材を埋
め込んでコンタクトスタッドを形成するコンタクトスタ
ッド形成工程と、該コンタクトスタッド形成工程の後、
上記層間絶縁膜上に所望の上層配線を形成する上層配線
形成工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造
方法である。
絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶縁膜
形成工程で層間絶縁膜を形成した基板を支持するチャッ
クの支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧力を
制御して上記基板の層間絶縁膜表面に対して化学的・機
械的な研磨加工を行って平坦化する化学的・機械的な研
磨加工工程と、該化学的・機械的な研磨加工工程で平坦
化された層間絶縁膜上に所望の上層配線を形成する上層
配線形成工程とを有することを特徴とする半導体基板の
製造方法である。また本発明は、基板上の下層配線上に
層間絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶
縁膜形成工程で層間絶縁膜を形成した基板を支持するチ
ャックの支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧
力を制御して上記基板の層間絶縁膜表面に対して化学的
・機械的な研磨加工を行って平坦化する化学的・機械的
な研磨加工工程と、該化学的・機械的な研磨加工工程で
平坦化された層間絶縁膜に対してコンタクトホールを形
成するコンタクトホール形成工程と、該コンタクトホー
ル形成工程で形成されたコンタクトホールに導電材を埋
め込んでコンタクトスタッドを形成するコンタクトスタ
ッド形成工程と、該コンタクトスタッド形成工程の後、
上記層間絶縁膜上に所望の上層配線を形成する上層配線
形成工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造
方法である。
【０００８】また本発明は、基板上の下層配線上に層間
絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶縁膜
形成工程で層間絶縁膜を形成した基板を支持するチャッ
クの支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧力を
制御して上記基板の層間絶縁膜表面に対して化学的・機
械的な研磨加工を行って平坦化する化学的・機械的な研
磨加工工程と、該化学的・機械的な研磨加工工程で平坦
化された層間絶縁膜上にＳｉＯ2膜をＣＶＤによって形
成するＳｉＯ2膜形成工程と、該ＳｉＯ2膜形成工程で形
成されたＳｉＯ2膜上に上層配線を形成する上層配線形
成工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造方
法である。また本発明は、研磨圧力が制御されるように
曲面形状または凹凸形状に形成した支持面に基板を支持
するチャックを備え、上記基板の表面を平坦に化学的・
機械的な研磨加工を施すように構成したことを特徴とす
る化学的・機械的な研磨加工装置である。即ち、本発明
は、上記チャックの表面に均一な厚さを有する支持体を
貼り付け、研磨機定盤とチャックを回転させて研磨パッ
ドの上に研磨液を滴下しながら基板の表面を研磨パッド
の上で押圧摺動させて、化学的・機械的な研磨加工を施
すように構成した。また本発明は、前記化学的・機械的
な研磨加工装置において、上記チャックの支持面に弾性
体を有することを特徴とする。また本発明は、前記化学
的・機械的な研磨加工装置において、上記チャックの支
持面の輪郭線が複数の変曲点を有する曲線であることを
特徴とする。また本発明は、前記化学的・機械的な研磨
加工装置において、上記チャックの支持面の凸部と凹部
の高さの差が０．５μｍないし１０μｍであることを特
徴とする。
絶縁膜を形成する層間絶縁膜形成工程と、該層間絶縁膜
形成工程で層間絶縁膜を形成した基板を支持するチャッ
クの支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧力を
制御して上記基板の層間絶縁膜表面に対して化学的・機
械的な研磨加工を行って平坦化する化学的・機械的な研
磨加工工程と、該化学的・機械的な研磨加工工程で平坦
化された層間絶縁膜上にＳｉＯ2膜をＣＶＤによって形
成するＳｉＯ2膜形成工程と、該ＳｉＯ2膜形成工程で形
成されたＳｉＯ2膜上に上層配線を形成する上層配線形
成工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造方
法である。また本発明は、研磨圧力が制御されるように
曲面形状または凹凸形状に形成した支持面に基板を支持
するチャックを備え、上記基板の表面を平坦に化学的・
機械的な研磨加工を施すように構成したことを特徴とす
る化学的・機械的な研磨加工装置である。即ち、本発明
は、上記チャックの表面に均一な厚さを有する支持体を
貼り付け、研磨機定盤とチャックを回転させて研磨パッ
ドの上に研磨液を滴下しながら基板の表面を研磨パッド
の上で押圧摺動させて、化学的・機械的な研磨加工を施
すように構成した。また本発明は、前記化学的・機械的
な研磨加工装置において、上記チャックの支持面に弾性
体を有することを特徴とする。また本発明は、前記化学
的・機械的な研磨加工装置において、上記チャックの支
持面の輪郭線が複数の変曲点を有する曲線であることを
特徴とする。また本発明は、前記化学的・機械的な研磨
加工装置において、上記チャックの支持面の凸部と凹部
の高さの差が０．５μｍないし１０μｍであることを特
徴とする。
【０００９】以上説明したように本発明によれば、被加
工物である基板面内の研磨量を均一にして、例えば半導
体装置における層間絶縁膜の厚さを均一にすることがで
き、その結果半導体装置の高信頼度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層が
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±５％以下の精度で、しかも微小凹凸を０．２μ
ｍ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０．３５μｍ以
下の配線を形成することができる。また研磨前に層間絶
縁膜の表面に存在した１μｍ程度の段差を、研磨後に
０．１μｍ以下の微小凹凸にすることができ、その結果
該層間絶縁層の表面に配線幅が０．２５μｍ以下の配線
を容易に形成することができる。また本発明によれば、
層間絶縁層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ンドとして選択ＣＶＤで
形成する際、上記層間絶縁膜上の微小な欠陥を核として
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を奏する。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、例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。
工物である基板面内の研磨量を均一にして、例えば半導
体装置における層間絶縁膜の厚さを均一にすることがで
き、その結果半導体装置の高信頼度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層が
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±５％以下の精度で、しかも微小凹凸を０．２μ
ｍ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０．３５μｍ以
下の配線を形成することができる。また研磨前に層間絶
縁膜の表面に存在した１μｍ程度の段差を、研磨後に
０．１μｍ以下の微小凹凸にすることができ、その結果
該層間絶縁層の表面に配線幅が０．２５μｍ以下の配線
を容易に形成することができる。また本発明によれば、
層間絶縁層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ンドとして選択ＣＶＤで
形成する際、上記層間絶縁膜上の微小な欠陥を核として
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を奏する。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、例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。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態について
図面を用いて説明する。本発明に係る化学的・機械的な
研磨加工装置の全体構成および化学的・機械的な研磨加
工要領について図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。即ち被加工物
（基板：ウエハ）１は、モータ（図示せず）によって回
転可能な剛体であるチャック２の上に貼り付けられた
（取り付けられた）支持体３の上に取り付けられてい
る。回転する研磨機定盤４の上に、平坦化を良くするた
めに酸とかアルカリに強く、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５が取り付けられて
いる。研磨パッド５の上に、アルカリを含む溶液にＳｉ
Ｏ2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液６が供
給される。化学的・機械的な研磨加工（ＣＭＰ：Chemic
al Mechanical Polishing）は、図１に示すように回転
する研磨機定盤４上に取り付けられた研磨パッド５上に
研磨液６を供給しながら、モータ（図示せず）によって
回転するチャック２で支持した被加工物（基板：ウエ
ハ）１を研磨パッド５の上に接触させ、さらにチャック
２に研磨荷重７を加えて、矢印１１で示すように研磨機
定盤４の半径方向に研磨機定盤４との間で相対的に往復
移動させながら、上記研磨液６に含まれる例えばアルカ
リ溶液との化学反応による化学的研磨とＳｉＯ2等の砥
粒とによる機械的な研磨との併用による化学的・機械的
な研磨加工（ＣＭＰ）が被加工物（例えばウエハ等の半
導体基板における絶縁膜の表面）１に対して行われる。
図面を用いて説明する。本発明に係る化学的・機械的な
研磨加工装置の全体構成および化学的・機械的な研磨加
工要領について図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。即ち被加工物
（基板：ウエハ）１は、モータ（図示せず）によって回
転可能な剛体であるチャック２の上に貼り付けられた
（取り付けられた）支持体３の上に取り付けられてい
る。回転する研磨機定盤４の上に、平坦化を良くするた
めに酸とかアルカリに強く、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５が取り付けられて
いる。研磨パッド５の上に、アルカリを含む溶液にＳｉ
Ｏ2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液６が供
給される。化学的・機械的な研磨加工（ＣＭＰ：Chemic
al Mechanical Polishing）は、図１に示すように回転
する研磨機定盤４上に取り付けられた研磨パッド５上に
研磨液６を供給しながら、モータ（図示せず）によって
回転するチャック２で支持した被加工物（基板：ウエ
ハ）１を研磨パッド５の上に接触させ、さらにチャック
２に研磨荷重７を加えて、矢印１１で示すように研磨機
定盤４の半径方向に研磨機定盤４との間で相対的に往復
移動させながら、上記研磨液６に含まれる例えばアルカ
リ溶液との化学反応による化学的研磨とＳｉＯ2等の砥
粒とによる機械的な研磨との併用による化学的・機械的
な研磨加工（ＣＭＰ）が被加工物（例えばウエハ等の半
導体基板における絶縁膜の表面）１に対して行われる。
【００１１】図２はチャック２の断面構造図である。８
は、研磨中に被加工物１が支持体３から外れることを防
止する基板押さえである。９は、チャック２の表面形状
の輪郭曲線である。チャック２の輪郭曲線９上には変曲
点１０存在する。図３は、研磨量の分布とチャック２の
輪郭曲線９との関係を説明するための図である。図３
（ａ）は、平面度が０．２μｍ以下の平坦な支持面を有
するチャック２を用いてウエハ上の絶縁膜を研磨した場
合の絶縁膜の研磨量分布である。ここで、ウエハ面内に
おける研磨量Ｚは、次の（数１）式で示す如く半径ｒの
関数で表わされる。 Ｚ＝ｆ（ｒ） （数１） ここでウエハ面内における研磨量Ｚ＝ｆ（ｒ）の最大値
をＺｍａｘとし、最小値をＺｍｉｎとし、研磨量Ｚ＝ｆ
（ｒ）の平均値をＺａｖｅとすると、研磨量偏差Ｄは、
次の（数２）式の関係で表わされる。 Ｄ＝（Ｚｍａｘ−Ｚｍｉｎ）／Ｚａｖｅ （数２） この研磨量偏差Ｄを解消するためには、研磨量の小さい
部分の研磨圧力を大きくする必要がある。研磨圧力Ｐで
ウエハを研磨加工する場合には、支持体３に圧力Ｐが加
わり、支持体３が変形する。このときの変形量をδとす
ると支持体３の弾性率Ｋは、次の（数３）式で表わされ
る。 Ｋ＝δ／Ｐ （数３） 従って、チャック２の支持面に曲面形状又は凹凸形状を
形成して凸形状の部分を形成することによって、研磨中
に凸形状の部分の支持体３の変形量が大きくなり、研磨
圧力が増加し、その結果研磨圧力分布を制御することが
可能となり、内周から外周に亘ってほぼ一様な研磨量を
得ることができる。即ち、研磨量偏差Ｄをほぼなくすこ
とができる。
は、研磨中に被加工物１が支持体３から外れることを防
止する基板押さえである。９は、チャック２の表面形状
の輪郭曲線である。チャック２の輪郭曲線９上には変曲
点１０存在する。図３は、研磨量の分布とチャック２の
輪郭曲線９との関係を説明するための図である。図３
（ａ）は、平面度が０．２μｍ以下の平坦な支持面を有
するチャック２を用いてウエハ上の絶縁膜を研磨した場
合の絶縁膜の研磨量分布である。ここで、ウエハ面内に
おける研磨量Ｚは、次の（数１）式で示す如く半径ｒの
関数で表わされる。 Ｚ＝ｆ（ｒ） （数１） ここでウエハ面内における研磨量Ｚ＝ｆ（ｒ）の最大値
をＺｍａｘとし、最小値をＺｍｉｎとし、研磨量Ｚ＝ｆ
（ｒ）の平均値をＺａｖｅとすると、研磨量偏差Ｄは、
次の（数２）式の関係で表わされる。 Ｄ＝（Ｚｍａｘ−Ｚｍｉｎ）／Ｚａｖｅ （数２） この研磨量偏差Ｄを解消するためには、研磨量の小さい
部分の研磨圧力を大きくする必要がある。研磨圧力Ｐで
ウエハを研磨加工する場合には、支持体３に圧力Ｐが加
わり、支持体３が変形する。このときの変形量をδとす
ると支持体３の弾性率Ｋは、次の（数３）式で表わされ
る。 Ｋ＝δ／Ｐ （数３） 従って、チャック２の支持面に曲面形状又は凹凸形状を
形成して凸形状の部分を形成することによって、研磨中
に凸形状の部分の支持体３の変形量が大きくなり、研磨
圧力が増加し、その結果研磨圧力分布を制御することが
可能となり、内周から外周に亘ってほぼ一様な研磨量を
得ることができる。即ち、研磨量偏差Ｄをほぼなくすこ
とができる。
【００１２】図３（ｂ）は、本発明に係るチャック２の
支持面に形成した曲面形状又は凹凸形状を説明するため
の図である。ここで、チャック２の支持面に形成した曲
面形状又は凹凸形状の輪郭曲線の高さＨは、次の（数
４）式で示す如く半径ｒの関数で表わされる。 Ｈ＝ｇ（ｒ） （数４） そしてチャック２の輪郭曲線９における最大値Ｈｍａｘ
と最小値Ｈｍｉｎの差をΔＨとすると、ΔＨは、支持体
３の弾性率Ｋと研磨圧力Ｐと研磨量偏差Ｄの積であるか
ら、次の（数５）式で表わされる。 ΔＨ＝（Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）＝Ｋ・Ｐ・Ｄ （数５） 従って、内周から外周に亘ってほぼ一様な研磨量を得る
ために、図３（ａ）に示す研磨量Ｚ＝ｆ（ｒ）の関係か
らチャック２の輪郭曲線９における半径ｒでの高さＨは
次の（数６）式の関係から算出することができる。但し
（数６）式はウエハの最外周において、（ｆ（ｒ）−Ｚ
ｍｉｎ）が０になるためＨが無限大の極値を示すことに
なり、補正をする必要が有る。このように、研磨量分布
の偏差Ｄをもとにして被加工物１を支持するチャック２
の支持面形状を補正することにより、研磨量分布を制御
できるため、被加工物（基板）１への研磨圧力分布を均
一にして研磨量を均一にすることができる。 Ｈ＝−α・ΔＨ・ｆ（ｒ）／（ｆ（ｒ）−Ｚｍｉｎ） （数６） ここで、αは実験的に求める補正係数である。
支持面に形成した曲面形状又は凹凸形状を説明するため
の図である。ここで、チャック２の支持面に形成した曲
面形状又は凹凸形状の輪郭曲線の高さＨは、次の（数
４）式で示す如く半径ｒの関数で表わされる。 Ｈ＝ｇ（ｒ） （数４） そしてチャック２の輪郭曲線９における最大値Ｈｍａｘ
と最小値Ｈｍｉｎの差をΔＨとすると、ΔＨは、支持体
３の弾性率Ｋと研磨圧力Ｐと研磨量偏差Ｄの積であるか
ら、次の（数５）式で表わされる。 ΔＨ＝（Ｈｍａｘ−Ｈｍｉｎ）＝Ｋ・Ｐ・Ｄ （数５） 従って、内周から外周に亘ってほぼ一様な研磨量を得る
ために、図３（ａ）に示す研磨量Ｚ＝ｆ（ｒ）の関係か
らチャック２の輪郭曲線９における半径ｒでの高さＨは
次の（数６）式の関係から算出することができる。但し
（数６）式はウエハの最外周において、（ｆ（ｒ）−Ｚ
ｍｉｎ）が０になるためＨが無限大の極値を示すことに
なり、補正をする必要が有る。このように、研磨量分布
の偏差Ｄをもとにして被加工物１を支持するチャック２
の支持面形状を補正することにより、研磨量分布を制御
できるため、被加工物（基板）１への研磨圧力分布を均
一にして研磨量を均一にすることができる。 Ｈ＝−α・ΔＨ・ｆ（ｒ）／（ｆ（ｒ）−Ｚｍｉｎ） （数６） ここで、αは実験的に求める補正係数である。
【００１３】以上説明したように、図３（ａ）に示す研
磨量Ｚ＝ｆ（ｒ）において、ウエハの中心を対称にして
変曲点を有することから、チャック２の支持面に形成す
る曲面形状または凹凸形状においてもチャック２の中心
を対称にして変曲点を有することになる。いずれにして
も、チャック２の支持面を曲面形状または凹凸形状に形
成することによってウエハ（基板）の内周から外周に亘
っての研磨圧力分布が制御されてほぼ一様な研磨量を得
て、例えばウエハ上の絶縁膜の表面を平坦に化学的・機
械的な研磨加工を施すことができる。上記実施の形態に
おいては、図２に示すようにチャック２の剛体部分の表
面を曲面形状または凹凸形状に形成し、この表面に均一
な厚さの弾性体からなる支持体３を貼り付けて取り付け
た場合を示したが、チャック２の剛体部分の表面を平坦
にして、その上に支持体３の厚さをチャック２の内周か
ら外周に向けて変化させても原理的には研磨圧力分布を
制御することができる。しかし、支持体３はある程度使
用した場合、交換する必要がある。また弾性体である支
持体３の厚さを高精度に変化させて製造することは通常
困難であるため、チャック２の剛体部分の表面を曲面形
状または凹凸形状に形成した方が、製造する上でも、ま
た高精度が要求される点からも優れている。
磨量Ｚ＝ｆ（ｒ）において、ウエハの中心を対称にして
変曲点を有することから、チャック２の支持面に形成す
る曲面形状または凹凸形状においてもチャック２の中心
を対称にして変曲点を有することになる。いずれにして
も、チャック２の支持面を曲面形状または凹凸形状に形
成することによってウエハ（基板）の内周から外周に亘
っての研磨圧力分布が制御されてほぼ一様な研磨量を得
て、例えばウエハ上の絶縁膜の表面を平坦に化学的・機
械的な研磨加工を施すことができる。上記実施の形態に
おいては、図２に示すようにチャック２の剛体部分の表
面を曲面形状または凹凸形状に形成し、この表面に均一
な厚さの弾性体からなる支持体３を貼り付けて取り付け
た場合を示したが、チャック２の剛体部分の表面を平坦
にして、その上に支持体３の厚さをチャック２の内周か
ら外周に向けて変化させても原理的には研磨圧力分布を
制御することができる。しかし、支持体３はある程度使
用した場合、交換する必要がある。また弾性体である支
持体３の厚さを高精度に変化させて製造することは通常
困難であるため、チャック２の剛体部分の表面を曲面形
状または凹凸形状に形成した方が、製造する上でも、ま
た高精度が要求される点からも優れている。
【００１４】以上説明したように、被加工物（基板）１
の内周から外周に亘っての研磨圧力分布が制御されるよ
うにチャック２の支持面を曲面形状または凹凸形状に形
成することによって、被加工物１が、半導体基板におけ
る絶縁膜（例えばプラズマＴＥＯＳ膜等）である場合、
回転する研磨パッド５上に研磨液６を供給しながら、チ
ャック２で支持した半導体基板における絶縁膜を研磨パ
ッド５の上に接触させ、さらにモータによって回転する
チャック２に研磨荷重を加えて矢印１１で示すように研
磨機定盤４の半径方向に研磨機定盤４との間で相対的に
往復移動させると、絶縁膜の表面は上記研磨液６に含ま
れるアルカリ溶液との間で化学的反応が行われながら上
記研磨液６に含まれるＳｉＯ2等の砥粒とによって機械
的な研磨が行われて化学的・機械的な研磨加工が進行
し、微小凹凸が０．０１μｍ以下の平坦化された、研磨
量のばらつきが±５％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。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、研磨液６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。
の内周から外周に亘っての研磨圧力分布が制御されるよ
うにチャック２の支持面を曲面形状または凹凸形状に形
成することによって、被加工物１が、半導体基板におけ
る絶縁膜（例えばプラズマＴＥＯＳ膜等）である場合、
回転する研磨パッド５上に研磨液６を供給しながら、チ
ャック２で支持した半導体基板における絶縁膜を研磨パ
ッド５の上に接触させ、さらにモータによって回転する
チャック２に研磨荷重を加えて矢印１１で示すように研
磨機定盤４の半径方向に研磨機定盤４との間で相対的に
往復移動させると、絶縁膜の表面は上記研磨液６に含ま
れるアルカリ溶液との間で化学的反応が行われながら上
記研磨液６に含まれるＳｉＯ2等の砥粒とによって機械
的な研磨が行われて化学的・機械的な研磨加工が進行
し、微小凹凸が０．０１μｍ以下の平坦化された、研磨
量のばらつきが±５％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。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、研磨液６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。
【００１５】
【実施例】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。主な化学的・機械的な研磨加工条件は、研
磨圧力：３０〜４０ｋＰａ、研磨液６：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５：硬質発泡ポリウレタン系（硬度約６０度）厚さ
０．９５ｍｍ、半導体基板の支持体３には、チャック表
面に形成した厚さ約０.５ｍｍ、弾性率Ｋ＝約１μｍ／
ｋＰａのスウェードタイプの弾性体を用いた。図３
（ｂ）においてチャック２の中心の凸部の高さを約１μ
ｍとし、チャック２の外周部の凸部の高さを約２μｍと
した。次に示す（表１）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、研磨圧力分布の制御なし
の場合の比較例と本発明に係るチャック２の表面を曲面
形状または凹凸形状に形成して研磨圧力分布を制御する
実施例とを研磨後の絶縁膜厚さと研磨量ばらつきとにつ
いて比較したものである。
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。主な化学的・機械的な研磨加工条件は、研
磨圧力：３０〜４０ｋＰａ、研磨液６：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５：硬質発泡ポリウレタン系（硬度約６０度）厚さ
０．９５ｍｍ、半導体基板の支持体３には、チャック表
面に形成した厚さ約０.５ｍｍ、弾性率Ｋ＝約１μｍ／
ｋＰａのスウェードタイプの弾性体を用いた。図３
（ｂ）においてチャック２の中心の凸部の高さを約１μ
ｍとし、チャック２の外周部の凸部の高さを約２μｍと
した。次に示す（表１）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、研磨圧力分布の制御なし
の場合の比較例と本発明に係るチャック２の表面を曲面
形状または凹凸形状に形成して研磨圧力分布を制御する
実施例とを研磨後の絶縁膜厚さと研磨量ばらつきとにつ
いて比較したものである。
【００１６】
【表１】
【００１７】化学的・機械的な研磨加工特性は、研磨後
の絶縁膜の研磨量の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）面
内４９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７）から算出した。 Ｖ＝±１００（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／２Ｔａｖｅ （数７） （表１）中、比較１は、表面の平面度が０．２μｍであ
るチャックを用いた比較例としての実験結果、比較２お
よび３は、表面がそれぞれ２μｍ凸、５μｍ凸の曲面で
あるチャックを用いた比較例としての実験結果を示す。
比較１、２、３は、プラズマＴＥＯＳ膜（１.５μｍ堆
積）に対して残膜厚さが０．５２μｍ、０．４８μｍ、
０．５μｍまで化学的・機械的な研磨加工を施したとこ
ろ、研磨量のばらつきが±１０％、±８％、±７％であ
ったことを示す。
の絶縁膜の研磨量の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）面
内４９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７）から算出した。 Ｖ＝±１００（Ｔｍａｘ−Ｔｍｉｎ）／２Ｔａｖｅ （数７） （表１）中、比較１は、表面の平面度が０．２μｍであ
るチャックを用いた比較例としての実験結果、比較２お
よび３は、表面がそれぞれ２μｍ凸、５μｍ凸の曲面で
あるチャックを用いた比較例としての実験結果を示す。
比較１、２、３は、プラズマＴＥＯＳ膜（１.５μｍ堆
積）に対して残膜厚さが０．５２μｍ、０．４８μｍ、
０．５μｍまで化学的・機械的な研磨加工を施したとこ
ろ、研磨量のばらつきが±１０％、±８％、±７％であ
ったことを示す。
【００１８】（表１）中、実施１ないし３は、本発明に
係るチャックの表面を曲面形状または凹凸形状に形成し
て研磨圧力分布を制御する実施例としての実験結果を示
す。実施１は、チャックの表面形状が不良で研磨圧力分
布の制御も不良の場合であり、実施２および３はチャッ
クの表面形状が良好で研磨圧力分布の制御も良好の場合
である。実施１は研磨圧力分布の制御が不良で、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・機械的な研磨加工を施したとこ
ろ、研磨量のばらつきが±５％であったことを示す。実
施２と３は研磨圧力分布の制御が良好で、プラズマＴＥ
ＯＳ膜（１.５μｍ堆積）に対して残膜厚さが０．５２
μｍ、０．４７μｍまで化学的・機械的な研磨加工を施
したところ、研磨量のばらつきが±５％以下の±２％、
±３％であったことを示す。
係るチャックの表面を曲面形状または凹凸形状に形成し
て研磨圧力分布を制御する実施例としての実験結果を示
す。実施１は、チャックの表面形状が不良で研磨圧力分
布の制御も不良の場合であり、実施２および３はチャッ
クの表面形状が良好で研磨圧力分布の制御も良好の場合
である。実施１は研磨圧力分布の制御が不良で、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・機械的な研磨加工を施したとこ
ろ、研磨量のばらつきが±５％であったことを示す。実
施２と３は研磨圧力分布の制御が良好で、プラズマＴＥ
ＯＳ膜（１.５μｍ堆積）に対して残膜厚さが０．５２
μｍ、０．４７μｍまで化学的・機械的な研磨加工を施
したところ、研磨量のばらつきが±５％以下の±２％、
±３％であったことを示す。
【００１９】これらの各実験結果を示す（表１）から分
かるように、比較例に比べて本発明の如くチャックの表
面を曲面形状または凹凸形状に形成して研磨圧力分布を
制御することによって層間絶縁膜の膜厚さばらつきを低
減できる効果が得られたことを確認することができた。
さらに、本発明の如くチャックの表面を曲面形状または
凹凸形状に形成して研磨圧力分布を制御することによっ
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。次に、本発
明に係る研磨圧力分布を制御して行う化学的・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４を用いて説明する。
かるように、比較例に比べて本発明の如くチャックの表
面を曲面形状または凹凸形状に形成して研磨圧力分布を
制御することによって層間絶縁膜の膜厚さばらつきを低
減できる効果が得られたことを確認することができた。
さらに、本発明の如くチャックの表面を曲面形状または
凹凸形状に形成して研磨圧力分布を制御することによっ
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。次に、本発
明に係る研磨圧力分布を制御して行う化学的・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４を用いて説明する。
【００２０】即ち、４１は半導体基板（６インチのシリ
コン基板）上に半導体素子を形成した後に１層目のアル
ミ配線を形成する工程である。４２は工程４１で形成さ
れた１層目のアルミ配線上にプラズマＴＥＯＳ膜（層間
絶縁膜）をＣＶＤにより１．７μｍ程度の厚さに堆積
（成膜）する工程である。４３は工程４２で成膜された
例えば１．７μｍ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とおり、チャックの
表面を曲面形状または凹凸形状に形成して研磨圧力分布
を制御して化学的・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４３で１．２μｍ研磨加
工した結果、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±０．０２μｍ（膜厚さのばらつきが±４％）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１μ
ｍ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
の表面粗さ測定器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Ｔ
ＥＯＳ膜の表面粗さが０．２ないし０．３ｎｍＲｍａｘ
であることを確認した。
コン基板）上に半導体素子を形成した後に１層目のアル
ミ配線を形成する工程である。４２は工程４１で形成さ
れた１層目のアルミ配線上にプラズマＴＥＯＳ膜（層間
絶縁膜）をＣＶＤにより１．７μｍ程度の厚さに堆積
（成膜）する工程である。４３は工程４２で成膜された
例えば１．７μｍ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とおり、チャックの
表面を曲面形状または凹凸形状に形成して研磨圧力分布
を制御して化学的・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４３で１．２μｍ研磨加
工した結果、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±０．０２μｍ（膜厚さのばらつきが±４％）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１μ
ｍ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
の表面粗さ測定器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Ｔ
ＥＯＳ膜の表面粗さが０．２ないし０．３ｎｍＲｍａｘ
であることを確認した。
【００２１】４４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。４５は工程４４で堆積したＳｉＯ2膜
に対して下層アルミ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。４６は工程４５で成膜されたＳｉＯ2膜の表面にタ
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。４７は工程４４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。以上説明した工程４１〜４７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。
に厚さ０．１μｍのＳｉＯ2膜をＣＶＤで堆積（成膜）
する工程である。４５は工程４４で堆積したＳｉＯ2膜
に対して下層アルミ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。４６は工程４５で成膜されたＳｉＯ2膜の表面にタ
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。４７は工程４４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。以上説明した工程４１〜４７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。
【００２２】次に本発明に係る研磨圧力分布を制御して
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５を用いて説明する。即ち、５１は半
導体基板上に下層配線を形成する工程である。５２は工
程５１で形成された下層配線上に例えばプラズマＴＥＯ
Ｓ膜をＣＶＤにより１．７μｍ程度の厚さに堆積（成
膜）する工程である。５３は工程５２で成膜された例え
ば１．７μｍ厚さのプラズマ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とおり、
チャックの表面を曲面形状または凹凸形状に形成して研
磨圧力分布を制御して化学的・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５３で１μｍ
研磨加工した結果、図４に示す実施例と同様に、厚さが
０．５μｍ±０．０２μｍ（膜厚さのばらつきが±４
％）で膜厚さのばらつきを±５％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。
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５を用いて説明する。即ち、５１は半
導体基板上に下層配線を形成する工程である。５２は工
程５１で形成された下層配線上に例えばプラズマＴＥＯ
Ｓ膜をＣＶＤにより１．７μｍ程度の厚さに堆積（成
膜）する工程である。５３は工程５２で成膜された例え
ば１．７μｍ厚さのプラズマ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とおり、
チャックの表面を曲面形状または凹凸形状に形成して研
磨圧力分布を制御して化学的・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５３で１μｍ
研磨加工した結果、図４に示す実施例と同様に、厚さが
０．５μｍ±０．０２μｍ（膜厚さのばらつきが±４
％）で膜厚さのばらつきを±５％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。
【００２３】５４は工程５３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。５５は工程５４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。５６は工程４３と同様に研磨圧力分
布を制御して化学的・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。５７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。以上説明した工程５１
〜５７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
きる。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。
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。５５は工程５４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。５６は工程４３と同様に研磨圧力分
布を制御して化学的・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。５７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。以上説明した工程５１
〜５７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
きる。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。
【００２４】
【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、チャックの支持面（表面）を曲面形状ま
たは凹凸形状に形成して基板面内の研磨圧力分布を制御
することにより、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±５％以下
で、しかも微小凹凸を０．２μｍ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
とができる効果を奏する。
加工において、チャックの支持面（表面）を曲面形状ま
たは凹凸形状に形成して基板面内の研磨圧力分布を制御
することにより、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±５％以下
で、しかも微小凹凸を０．２μｍ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
とができる効果を奏する。
【図１】本発明に係る化学的・機械的な研磨加工装置の
概念図である。
概念図である。
【図２】本発明に係るチャックの断面構造を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明に係る研磨量の分布とチャックの輪郭曲
線との関係を説明するための図である。
線との関係を説明するための図である。
【図４】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。
施例である工程フローを示す図である。
【図５】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。
一実施例である工程フローを示す図である。
１…被加工物（基板：ウエハ）、２…チャック、３…支
持体、４…研磨機定盤 ５…研磨パッド、６…研磨液、７…研磨荷重、８…基板
押さえ ９…チャックの表面形状の輪郭曲線、１０…変曲点
持体、４…研磨機定盤 ５…研磨パッド、６…研磨液、７…研磨荷重、８…基板
押さえ ９…チャックの表面形状の輪郭曲線、１０…変曲点
Claims (10)
- 【請求項１】基板を支持するチャックの支持面の形状に
より研磨圧力を制御して上記基板の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。 - 【請求項２】基板を支持するチャックの支持面の曲面形
状または凹凸形状により研磨圧力を制御して上記基板の
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。 - 【請求項３】絶縁膜表面を有する基板を支持するチャッ
クの支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧力を
制御して上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。 - 【請求項４】金属膜表面を有する基板を支持するチャッ
クの支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧力を
制御して上記基板上の金属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。 - 【請求項５】絶縁膜表面を有する基板を支持するチャッ
クの支持面の曲面形状または凹凸形状により研磨圧力を
制御して上記基板上の絶縁膜表面の研磨量ばらつきを±
５％以下で、該絶縁膜表面の凹凸を０．２μｍ以下で化
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。 - 【請求項６】基板上の下層配線上に層間絶縁膜を形成す
る層間絶縁膜形成工程と、 該層間絶縁膜形成工程で層間絶縁膜を形成した基板を支
持するチャックの支持面の曲面形状または凹凸形状によ
り研磨圧力を制御して上記基板の層間絶縁膜表面に対し
て化学的・機械的な研磨加工を行って平坦化する化学的
・機械的な研磨加工工程と、 該化学的・機械的な研磨加工工程で平坦化された層間絶
縁膜上に所望の上層配線を形成する上層配線形成工程と
を有することを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 【請求項７】基板上の下層配線上に層間絶縁膜を形成す
る層間絶縁膜形成工程と、 該層間絶縁膜形成工程で層間絶縁膜を形成した基板を支
持するチャックの支持面の曲面形状または凹凸形状によ
り研磨圧力を制御して上記基板の層間絶縁膜表面に対し
て化学的・機械的な研磨加工を行って平坦化する化学的
・機械的な研磨加工工程と、 該化学的・機械的な研磨加工工程で平坦化された層間絶
縁膜に対してコンタクトホールを形成するコンタクトホ
ール形成工程と、 該コンタクトホール形成工程で形成されたコンタクトホ
ールに導電材を埋め込んでコンタクトスタッドを形成す
るコンタクトスタッド形成工程と、 該コンタクトスタッド形成工程の後、上記層間絶縁膜上
に所望の上層配線を形成する上層配線形成工程とを有す
ることを特徴とする半導体基板の製造方法。 - 【請求項８】基板上の下層配線上に層間絶縁膜を形成す
る層間絶縁膜形成工程と、 該層間絶縁膜形成工程で層間絶縁膜を形成した基板を支
持するチャックの支持面の曲面形状または凹凸形状によ
り研磨圧力を制御して上記基板の層間絶縁膜表面に対し
て化学的・機械的な研磨加工を行って平坦化する化学的
・機械的な研磨加工工程と、 該化学的・機械的な研磨加工工程で平坦化された層間絶
縁膜上にＳｉＯ2膜をＣＶＤによって形成するＳｉＯ2膜
形成工程と、 該ＳｉＯ2膜形成工程で形成されたＳｉＯ2膜上に上層配
線を形成する上層配線形成工程とを有することを特徴と
する半導体基板の製造方法。 - 【請求項９】研磨圧力が制御されるように曲面形状また
は凹凸形状に形成した支持面に基板を支持するチャック
を備え、上記基板の表面を平坦に化学的・機械的な研磨
加工を施すように構成したことを特徴とする化学的・機
械的な研磨加工装置。 - 【請求項１０】上記チャックの支持面の凸部と凹部の高
さの差が０．５μｍないし１０μｍであることを特徴と
する請求項９記載の化学的・機械的な研磨加工装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32686095A JPH09167745A (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 化学的・機械的な研磨方法及びその装置並びに半導体基板の製造方法 |
| PCT/JP1996/003502 WO1997020343A1 (fr) | 1995-11-29 | 1996-11-29 | Procede de fabrication de dispositif a semi-conducteurs, procede de polissage chimio-mecanique et dispositif utilise pour la mise en ×uvre du procede |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32686095A JPH09167745A (ja) | 1995-12-15 | 1995-12-15 | 化学的・機械的な研磨方法及びその装置並びに半導体基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09167745A true JPH09167745A (ja) | 1997-06-24 |
Family
ID=18192538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32686095A Pending JPH09167745A (ja) | 1995-11-29 | 1995-12-15 | 化学的・機械的な研磨方法及びその装置並びに半導体基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09167745A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990024818A (ko) * | 1997-09-08 | 1999-04-06 | 윤종용 | 화학기계적 연마장치 |
| JP2002170796A (ja) * | 2000-12-04 | 2002-06-14 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | ウェーハ研磨装置 |
| CN111805433A (zh) * | 2019-04-10 | 2020-10-23 | 松下知识产权经营株式会社 | 研磨装置以及研磨方法 |
| CN116852183A (zh) * | 2023-08-02 | 2023-10-10 | 山东有研半导体材料有限公司 | 一种用于大型晶圆研磨机改善晶圆形貌的研磨工艺 |
| WO2024009580A1 (ja) * | 2022-07-04 | 2024-01-11 | 株式会社Sumco | ウェーハ研磨条件の決定方法、ウェーハの製造方法およびウェーハ片面研磨システム |
| CN120533612A (zh) * | 2025-07-25 | 2025-08-26 | 杭州众硅电子科技有限公司 | 一种用于电化学机械抛光的抛光吸附盘机构及电化学机械抛光系统 |
-
1995
- 1995-12-15 JP JP32686095A patent/JPH09167745A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19990024818A (ko) * | 1997-09-08 | 1999-04-06 | 윤종용 | 화학기계적 연마장치 |
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