(57)【要約】【課題】ＣＭＰ工程における膜剥がれを抑制すると共に、研磨圧力の低下に伴う減少した研磨速度を高めることが出来る技術を提供することである。【解決手段】基板に対してＣＭＰを施して加工するＣＭＰ方法であって、前記ＣＭＰに際して、前記基板の中央部において加える圧力を０．０５〜１．５ｐｓｉとなし、前記基板の外周に配置したリテーナリングに加える圧力を、前記基板の中央部において加えた圧力の３〜１５倍とする。【選択図】図５
2010225711.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対してＣＭＰを施して加工するＣＭＰ方法であって、
前記ＣＭＰに際して、
前記基板の中央部において加える圧力を０．０５〜１．５ｐｓｉとなし、
前記基板の外周に配置したリテーナリングに加える圧力を、前記基板の中央部において加えた圧力の３〜１５倍とする
ことを特徴とするＣＭＰ方法。
【請求項２】
比誘電率が３以下の多孔質系絶縁膜を有する基板に対してＣＭＰを施して加工が行なわれる
ことを特徴とする請求項１のＣＭＰ方法。
【請求項３】
半導体装置の配線形成に用いられる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２のＣＭＰ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨方法に関する。特に、ＣＭＰ（化学的機械的研磨：Chemical Mechanical Polishing）方法に関する。例えば、半導体装置の配線形成に際して用いられるＣＭＰ方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（半導体集積回路）の製造にあってはＣＭＰ等の研磨技術が採用されている。すなわち、層間絶縁膜の平坦化に際してＣＭＰが用いられている。又、上層配線と下層配線との間の金属接続部形成や埋込み配線形成に際してもＣＭＰが採用されている。
【０００３】
ところで、ＬＳＩの高速性能化を達成する為、配線材料がＡｌ（Ａｌ合金）から低抵抗のＣｕ（Ｃｕ合金）に代わって来ている。このＣｕ配線形成には、所謂、ダマシン法と称される技術が用いられている。
【０００４】
ダマシン法を用いた配線形成においては、層間接続用の孔や配線用溝（以下、孔や溝を、纏めて、溝と称す。）が形成された絶縁膜（例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜や窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などの積層膜からなる絶縁膜）上に、密着力強化やＣｕの拡散防止を目的として、バリアメタル膜が設けられ、このバリアメタル膜上にＣｕ配線膜が設けられている。尚、ＳｉＮ膜は、エッチングストッパとして設けられるものである。そして、下層配線との接続が必要な箇所のＳｉＮ膜は選択的に除去される。バリアメタル膜は、１０〜５０ｎｍ程度の厚さのＴｉ，Ｗ，Ｔａ、或いは前記金属の窒化物、又は窒素シリコン化合物などで構成されている。絶縁膜としては、比誘電率が低い絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ）材料が、ＳｉＯ２，ＳｉＮに代わって、用いられ始めている。これは、比誘電率が低い絶縁膜を用いることにより、配線間の静電容量が低減されるからである。そして、静電容量の低減により、配線を通る信号の遅延が低減され、ＬＳＩの性能が向上するからである。この種のＬｏｗ−ｋ膜としては、フッ素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＦ）や炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）が知られている。尚、フッ素含有シリコン酸化膜の機械的性質とＳｉＯ２膜の機械的性質とは同等である。従って、ＳｉＯＦが絶縁膜として用いられた場合、ＳｉＯ２が絶縁膜として用いられた場合のＬＳＩ製造技術を援用できる。尚、近年では、上記Ｌｏｗ−ｋ膜中に空孔を導入し、低誘電率化を更に図る技術が研究されている。
【０００５】
さて、絶縁膜として採用された比誘電率が３以下のＬｏｗ−ｋ膜は、その機械的強度が弱い。従って、Ｃｕ膜やバリアメタル膜に対してＣＭＰが行われると、下層に在るＬｏｗ−ｋ膜の損傷や剥離と言った問題が起き易い。
【０００６】
この問題を解決する為の技術が幾つか提案されている。
例えば、Ｃｕ膜をＣＭＰによって研磨する際、半導体基板（ウェーハ）に加わる圧力よりもリテーナリングに加わる圧力を高くすることにより、基板中心部よりも基板周縁部の研磨速度を遅くし、基板周縁部におけるＣｕ膜を残存させ、基板周縁部に残存するＣｕ膜を溶液で溶解させて除去する技術が提案（特開２００５−３８９３５号公報）されている。
【０００７】
又、導電膜（配線膜）あるいは絶縁膜をＣＭＰする際、ウェーハ周辺部における膜厚をウェーハ中心部における膜厚より薄いものとした後、ウェーハ周辺部での研磨速度をウェーハ中心部での研磨速度より小さくしてＣＭＰを行う技術が提案（特開２００８−２２７４１３号公報）されている。
【０００８】
又、ウェーハをフェイスアップ状態で回転させて、ウェーハよりも小径の研磨パッドを回転させながらウェーハに押し付けるローカル研磨方式を用い、比誘電率が２以下の材料間にパターンが形成されたウェーハを０．０１〜０．２ｐｓｉの研磨圧力に設定してＣＭＰを行う技術が提案（特開２００４−３２７５６６号公報）されている。
【０００９】
又、研磨パッドがウェーハに押し当てられてＣＭＰを行う方法であって、研磨温度が１５〜７０℃に制御されると共に、研磨圧力が０．１〜２．０ｐｓｉに制御されてＣＭＰを行う技術が提案（特開２００８−２４４３７６号公報）されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−３８９３５号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７４１３号公報
【特許文献３】特開２００４−３２７５６６号公報
【特許文献４】特開２００８−２４４３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＣＭＰは、図１に示される如きの装置が用いられ、以下に述べる手順によって行われる。ＣＭＰの研磨パッド１２としては、主としてポリウレタン樹脂製のパッドが用いられる。研磨パッド１２は、モータ（図示せず）によって回転駆動される研磨定盤１１の上に貼り付けられている。尚、研磨パッド１２の表面には溝や穴（図示せず）が形成されている。これによって、ＣＭＰの特性（研磨速度、均一性）が向上する。或いは、ＣＭＰによって発生した屑が効率よく排出され、研磨キズが発生し難くなる。ウェーハ（半導体基板）１５は研磨ヘッド１３に固定されている。そして、モータ（図示せず）によって、ウェーハ（半導体基板）１５は回転させられる。この時、所定の圧力が掛けられ、ウェーハ１５は研磨パッド１２に押し付けられる。研磨パッド１２のほぼ中央上部に設けられたスラリ供給ノズル１７からスラリが供給されると、ウェーハ１５の表面は、研磨パッド１２の表面やスラリに含まれている砥粒によって削り取られる。ところで、ＣＭＰ中にウェーハ１５が研磨ヘッド１３から外れないようにする為、リテーナリング１４と謂われる環状の部品がウェーハ１５の周囲に設けられている。尚、近年では、ウェーハ１５に加わる圧力とリテーナリングに加わる圧力とを分けて加圧することが可能なＣＭＰ装置が主流となっている。複数種の薄膜をＣＭＰする場合には、各々、専用のスラリを用いる場合が多い。このような場合、複数の研磨定盤を備えたＣＭＰ装置が用いられ、ウェーハ１５は用いるスラリの種類毎に各々の研磨定盤に輸送され、連続してＣＭＰが行われる。研磨パッド１２の表面状態はＣＭＰ特性に強い影響を及ぼす。そこで、研磨パッド表面を一定の状態に保つ為、ドレッシング（ドレス）と謂われる処理が行われることも多い。例えば、ダイヤモンド粒子を固着させた円盤状（ドーナツ状）のドレッサー１６と謂われる工具を回転させながら研磨パッド１２の表面に押し付け、表面の粗面化処理が行われる。ドレスは、ウェーハ１５のＣＭＰ中に同時に行われる方法（ｉｎ−ｓｉｔｕドレス）と、ＣＭＰ前もしくはウェーハ１５の交換中と言ったＣＭＰが行われて無い時間に行われる方法（ｅｘ−ｓｉｔｕドレス）とが有る。
【００１２】
さて、ＣＭＰにおける研磨速度ＲＲは、下記プレストンの式［Ｉ］に従うことが知られている。
式［Ｉ］
ＲＲ＝ｋ・Ｐ・Ｖ
［Ｐ＝研磨圧力  Ｖ＝ウェーハと研磨パッドと間の相対速度  ｋ＝プレストン係数］
この式［Ｉ］から、研磨速度ＲＲを向上させる為には、研磨圧力Ｐを高くするか、相対速度Ｖを大きくすれば良いことが判る。
【００１３】
研磨速度は、ウェーハと研磨パッドとの間の摩擦力に比例すること、又、摩擦力の上昇に伴って研磨温度は高くなることも知られている。特に、化学的研磨の寄与が大きなＣＭＰの場合は、単なる機械的研磨の場合よりも、研磨温度の影響が大きい。
【００１４】
さて、特許文献１〜特許文献４で提案されたＣＭＰ技術は、ウェーハに加える圧力Ｐを小さくすることによって、ウェーハに加わる摩擦力を低減し、ＣＭＰ工程の際の膜剥がれを抑制しようとしたものである。
【００１５】
しかしながら、特許文献１，２で提案されたＣＭＰ技術は、ウェーハ周辺部に対してはＣＭＰ工程中の膜剥がれを抑制できるものの、ウェーハ中心部で生じる膜剥がれに対しては効果が小さい。
【００１６】
特許文献３で提案されたＣＭＰ技術は、ウェーハに加える研磨圧力を０．０１〜０．２ｐｓｉの超低圧としているが、ウェーハと研磨パッドとの間の相対速度を大幅に高めている為、ウェーハに加わる摩擦力が増加する。よって、特許文献３に開示されたＣＭＰ技術は、膜剥がれを抑制する上で、有効な手段とは言えない。
【００１７】
特許文献４で提案されたＣＭＰ技術は、研磨パッド上に供給するスラリの温度を制御する為、装置の改良が必要で有る。更に、スラリを追随性よく温度制御することが困難である。
【００１８】
従って、本発明が解決しようとする課題は、ＣＭＰ工程における膜剥がれを抑制すると共に、研磨圧力の低下に伴う減少した研磨速度を高めることが出来る技術を提供することである。特に、ウェーハに加わる摩擦力を高めること無く、かつ、ウェーハ面内均一性を良好に維持した状態で、研磨速度を高めることが出来る技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
例えば、９０ｎｍノード〜６５ｎｍノードにおけるＣｕのＣＭＰ工程では、ウェーハに加える圧力を２ｐｓｉ〜４ｐｓｉの範囲内に設定することが一般的であった。ウェーハに加える圧力とリテーナリングに加える圧力とを分けて加圧するＣＭＰ装置においては、ウェーハに加える圧力を上記の圧力範囲とした場合、特許文献１に開示の如く、ウェーハよりリテーナリングに加える圧力を高くすると、ウェーハ中心部よりウェーハ外周部の研磨速度が遅くなる。この為、ウェーハ面内均一性の劣化が起きる。
【００２０】
ところで、本発明者は、ＣＭＰ工程を行う際のウェーハに加える圧力を０．０５〜１．５ｐｓｉと言った低圧領域で研磨する実験において、従来、高圧にしていなかったリテーナリングに加える圧力を徐々に高めた処、ウェーハ面内全面において研磨速度の大幅な向上が図れることを見出すに至った。
【００２１】
すなわち、機械的研磨の要素が強かった従来のＣＭＰ技術（ウェーハに加える圧力を高くすることによって、ウェーハと研磨パッドとの間の摩擦力を増大させ、以って研磨速度を増加）に対して、ウェーハに加える圧力を低下させた場合、ウェーハと研磨パッドとの間の摩擦力が小さいものの、リテーナリングの圧力を高めることによって、研磨温度がウェーハ面内でほぼ一様に上昇することになり、均一性良く研磨速度が向上した化学的研磨の要素が強まったＣＭＰ技術が活用できることに気付いたのである。そして、ウェーハに加える圧力を小さくしたならば、膜剥離や膜損傷が起き難くなり、一方、ウェーハ周辺に配置されたリテーナリングに加える圧力を高めたならば、研磨速度が向上することから、これ等の技術思想を上手く活用したならば、前記の問題点が解決できるのではないかとの啓示を得るに至った。
【００２２】
前記知見に基づいて本発明が達成された。
【００２３】
すなわち、前記の課題は、
基板に対してＣＭＰを施して加工するＣＭＰ方法であって、
前記ＣＭＰに際して、
前記基板の中央部において加える圧力を０．０５〜１．５ｐｓｉとなし、
前記基板の外周に配置したリテーナリングに加える圧力を、前記基板の中央部において加えた圧力の３〜１５倍とする
ことを特徴とするＣＭＰ方法によって解決される。
【発明の効果】
【００２４】
基板に加わる研磨圧力を低くしたので、ＣＭＰ工程の際の膜剥がれが抑制され、そして研磨圧力の低下に伴う研磨速度の低下を、基板外周に配置したリテーナリングに加わる圧力を高めることで改善した。すなわち、リテーナリングに加わる圧力を高めて温度上昇を図り、以って研磨速度の向上を得、これによって、基板に加わる研磨圧力を低くしたことに起因した研磨速度の低下を補償できるようにした。従って、膜剥離・膜損傷の防止に研磨速度を犠牲にしなくても済む。そして、面内均一性良くＣＭＰが行われる。しかも、上記特長は装置の格別な改造を施さずとも得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＣＭＰ装置の要部の概略図
【図２】研磨ヘッド部の概略図
【図３】リテーナリング圧力／ウェーハ圧力と研磨温度との関係を示すグラフ
【図４】ウェーハの位置と研磨速度との関係を示すグラフ
【図５】リテーナリング圧力／ウェーハ圧力と研磨速度との関係を示すグラフ
【図６】Ｃｕ配線形成工程図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明はＣＭＰ方法である。例えば、半導体装置の配線形成に用いられるＣＭＰ方法である。更に具体的に述べると、例えば多孔質系絶縁膜（ポーラス状絶縁膜；比誘電率が３以下）を有する基板に対して施されるＣＭＰ方法である。研磨ヘッドと研磨定盤を有する通常のＣＭＰ装置を用いて本発明を実施できる。
【００２７】
前記ＣＭＰに際して、前記基板の中央部において加える圧力を０．０５〜１．５ｐｓｉ（より好ましくは０．１ｐｓｉ以上。１．０ｐｓｉ以下。）とした。尚、中央部とは、中心から基板寸法の７０％程度の大きさの領域である。勿論、これよりも大きなものであっても良い。例えば、中心から基板寸法の９０％程度の大きさの領域において加える圧力を０．０５〜１．５ｐｓｉ（より好ましくは０．１ｐｓｉ以上。１．０ｐｓｉ以下。）とすることは更に好ましい。特に、中心から基板寸法の９５％程度の大きさの領域において加える圧力を０．０５〜１．５ｐｓｉ（より好ましくは０．１ｐｓｉ以上。１．０ｐｓｉ以下。）とすることは一層好ましい。すなわち、本発明にあっては、基板に対する圧力を低いものとした。従って、ＣＭＰに際して、膜剥離や膜損傷が起き難い。尚、基板に加わる圧力が余りにも小さくなると、研磨速度の面内均一性が悪化し、ＣＭＰでのバラツキが大きくなってしまう。又、圧力制御が困難になり、ＣＭＰにバラツキが起き易かった。そこで、斯かる問題を出来るだけ小さなものとする為、０．０５ｐｓｉ以上とした。圧力の上限値は１．５ｐｓｉとした。これより高圧であると、膜剥離や膜損傷が起き易くなったからである。特に、脆弱なＬｏｗ−ｋ膜が設けられた基板にＣＭＰを施した場合は、膜剥離や膜損傷が起き易かった。
【００２８】
前記ＣＭＰに際して、基板の外周に配置したリテーナリングに加える圧力を、前記基板の中央部において加えた圧力の３〜１５倍（より好ましくは、４倍以上。１０倍以下。）とした。すなわち、リテーナリングに加わる圧力が基板に加わる圧力の３倍未満の小さな場合には、研磨速度の向上度が低かった。そして、基板に対する圧力を小さくしたことに起因する研磨速度の低下の改善が不十分であった。逆に、リテーナリングに加わる圧力が基板に加わる圧力の１５倍より大きな場合には、基板に供給されるスラリ量が急激に減少し、研磨速度が低下したり、研磨速度の面内均一性が悪化したからである。
【００２９】
そして、銅や銅合金に対する研磨用スラリを用いたＣＭＰは、同じ化学的機械的研磨でも、化学的研磨の要素が強く、研磨温度が研磨速度や研磨の面内均一性に与える影響は大きく、特に良好な成果をもたらした。又、研磨温度が研磨速度に与える影響は、スラリの種類を変えても同様な傾向が認められた。
【００３０】
尚、基板の外周部（外周部とは中央部の外側の領域）において加える圧力は、特別に規定しなくても良いが、好ましくは、０．０５〜７ｐｓｉ（より好ましくは０．１ｐｓｉ以上。５ｐｓｉ以下。）であった。
【００３１】
以下、更に詳しく説明する。
図１は、本発明の実施に際して用いるＣＭＰ装置（化学的機械的研磨装置）の要部（研磨部）の概略図である。図１中、１１は研磨定盤、１２は研磨定盤１１の上に貼り付けられた研磨パッド、１３は研磨ヘッド、１４は研磨ヘッド１３の外周に取り付けられたリテーナリング、１５は半導体基板（ウェーハ）である。１６は研磨パッド１２の表面を一定の状態に保つためのドレッサー、１７はスラリを研磨パッド１２上に供給する為のスラリ供給ノズルである。尚、斯かる構成のＣＭＰ装置は従来からも知られているので、詳細は省略される。
【００３２】
図２は、図１に示したＣＭＰ装置の研磨ヘッド部の概略図である。研磨ヘッド２１には半導体基板（ウェーハ）２２に圧力を加える為のメンブレン２３が取り付けられている。メンブレン２３は、所謂、エアーバック方式となっている。そして、半導体基板２２の中央部に加える圧力を制御する為のゾーン１と、半導体基板２２の外周部に加える圧力を制御する為のゾーン２と、半導体基板２２の最外周部に加える圧力を制御する為のゾーン３との三つに分割された各々の領域に、リテーナリング２４とは独立して圧力が加えられる構造になっている。尚、本実施例では、研磨速度の均一性が厳しく要求される大口径ウェーハで説明するが、小口径ウェーハであっても適用できる。本実施例では、メンブレン２３の直径が約３００ｍｍである。そして、ゾーン３は、メンブレン２３（半導体基板２２）の端から約３ｍｍに亘る領域に設けられたメンブレンを使用した。ゾーン２は、ゾーン３より更に２０ｍｍの幅だけ内側の領域に設けられたメンブレンを使用した。
【００３３】
尚、本発明の実施には、図１，２で説明したＣＭＰ装置に限られない。半導体基板に加わる圧力とリテーナリングに加わる圧力とを分離して加圧することが可能なＣＭＰ装置であれば、如何なるＣＭＰ装置であっても用いられる。
【００３４】
上記ＣＭＰ装置を使用して本発明の条件でＣＭＰを行った場合、低圧研磨であることから、Ｌｏｗ−ｋ膜が形成された半導体基板２２の膜剥離は効果的に防止された。尚、ゾーン１において半導体基板２２に加わる圧力が０．０５ｐｓｉより小さい場合には、半導体基板２２の面内で研磨圧力を均一に制御することが困難であった。この為、研磨速度の面内均一性が低下した。かつ、研磨時間の半導体基板２２間におけるバラツキが大きくなった。逆に、１．５ｐｓｉより大きい場合には、ＣＭＰによって、Ｌｏｗ−ｋ膜が剥離し易かった。又、Ｌｏｗ−ｋ膜が損傷し易かった。更には、研磨速度の面内均一性が低下した。
【００３５】
リテーナリング２４に加わる圧力を高くすると、研磨速度が向上した。但し、リテーナリング２４に加わる圧力が半導体基板２２のゾーン１において加わる圧力の３倍より小さい場合には、研磨速度の向上効果は僅かであった。従って、３倍以上が大事な要件であった。逆に、リテーナリング２４に加わる圧力が半導体基板２２のゾーン１において加わる圧力の１５倍より大きい場合には、半導体基板２２に供給されるスラリ量が急激に減少した。この為、研磨速度が急激に低下した。又、研磨速度の面内均一性が急激に低下した。従って、リテーナリング２４に加わる圧力は、半導体基板２２のゾーン１において加わる圧力の１５倍以下とした。
【００３６】
以下、更に具体的に説明する。
３００ｍｍφのＣｕブランケットウェーハ１５が図１，２のＣＭＰ装置に装填された。研磨パッド１２は直径が７６３ｍｍの積層構造パッドである。更に説明すると、上層に格子溝と同心円状の溝が加工された発泡ポリウレタン樹脂製パッドが積層されたＩＣ１４００（ニッタ・ハース  トレーディング（株）製）の研磨パッド１２が用いられた。ＣＭＰに用いられるスラリはシリカ系砥粒を含有した市販のＣｕ用スラリである。ドレッサー１６は直径が１０６ｍｍで、ダイヤ砥粒番手；＃６０のＡ１６０（住友スリーエム（株）製）が使用された。Ｃｕブランケットウェーハ１５は、直径が３００ｍｍのＳｉウェーハの表面全面にスパッタリングでバリアメタル膜（１０ｎｍ厚のタンタルナイトライド膜、その上に２５ｎｍ厚のタンタル膜）が形成され、バリアメタル膜上にスパッタリングで５０ｎｍ厚のＣｕシード膜が形成され、Ｃｕシード膜上に電解メッキで１０００ｎｍ厚のＣｕ配線膜が形成され、２５０℃で３分間のアニール処理が施されたものである。
【００３７】
そして、次に示される条件でＣＭＰが行われた。図２に示した研磨ヘッドに加える圧力の中、ウェーハ（メンブレン）に加える圧力は、ゾーン１とゾーン２とには０．５〜１ｐｓｉ、例えば０．９ｐｓｉの圧力が、ゾーン３には２．３ｐｓｉの圧力が加えられた。リテーナリング１４に加えられる圧力は、ウェーハ（ゾーン１，２）に加わる圧力の２．２倍〜３倍〜１５倍の圧力、例えば２．２〜５．６倍（２〜５ｐｓｉ：３倍未満の圧力は本発明外）である。すなわち、ウェーハに加わる圧力は０．９ｐｓｉ、リテーナリング１４に加わる圧力は、ウェーハ（ゾーン１，２）に加わる圧力の２．２〜５．６倍の圧力とした。ウェーハに加わる圧力を０．９ｐｓｉとしたのは、１．０ｐｓｉ前後の圧力で代表させる為である。研磨定盤１１の回転数は６０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転数は５５ｒｐｍである。スラリは３００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド上に供給された。そして、１分間の研磨が行われた。尚、研磨前には９（ｌｂｆ）の荷重で３０秒間のｅｘ−ｓｉｔｕドレスが行われた。
【００３８】
図３は、リテーナリング圧力を変えた場合の研磨温度の測定結果である。すなわち、赤外線放射温度計を用いてウェーハ（リテーナリング）中央部近傍の研磨パッドの表面温度が測定された。この表面温度を研磨温度とした。図３から判る通り、研磨温度は、（リテーナリングに加わる圧力）／（ウェーハに加わる圧力）が大きくなる程、高くなっている。リテーナリングに加わる圧力が５ｐｓｉ（ウェーハに加わる圧力の５．６倍）の場合、リテーナリングに加わる圧力が２ｐｓｉ（ウェーハに加わる圧力の２．２倍）の場合より、約１０℃上昇している。これは、ウェーハに加わる圧力が低いことから、顕著に現われた特徴である。そして、ウェーハに加わる圧力が２ｐｓｉより高い場合には、ウェーハと研磨パッドとの摩擦による研磨温度の上昇が大きく、リテーナリングに加わる圧力が高まっても、これに起因した研磨温度の上昇が大きく現われることも無かったと考えられた。
【００３９】
図４は、前記研磨条件でＣｕブランケットウェーハのＣＭＰを行った際のウェーハ直径方向における研磨速度分布の結果である。研磨速度はＣｕブランケットウェーハのＣＭＰ前後の膜厚差から求められた。尚、Ｃｕ膜の膜厚は四探針シート抵抗測定器を用いて測定された。膜厚の測定範囲はウェーハ中心から±１４４ｍｍの範囲である。測定ポイントは、ウェーハ中心から９８ｍｍまでが７ｍｍ間隔で、９８ｍｍから１４４ｍｍまでが４ｍｍ間隔である。図４から判る通り、研磨速度は、（リテーナリングに加わる圧力）／（ウェーハに加わる圧力（０．９ｐｓｉ））が大きくなる程、ウェーハ全面でほぼ一様に向上している。図３に示された如く、リテーナリングに加わる圧力を高くしたことから、研磨温度が上昇した結果と言える。
【００４０】
図４の研磨速度分布から、ウェーハ面内における研磨速度の平均値と、不均一性（１σ）とが求められた。その結果が図５に示される。リテーナリングに加わる圧力が２ｐｓｉ（ウェーハに加える圧力の２．２倍）の場合の研磨速度が２３０ｎｍ／ｍｉｎであるのに対して、リテーナリングに加わる圧力が５ｐｓｉ（ウェーハに加わる圧力の５．６倍）の場合の研磨速度は４４０ｎｍ／ｍｉｎである。すなわち、研磨速度は約２倍になっている。リテーナリングに加わる圧力が５ｐｓｉ（ウェーハに加わる圧力の５．６倍）の場合の不均一性は、低い圧力（２〜４ｐｓｉ）の場合の不均一性に比べたならば、僅かに大きくなっている。しかしながら、何れのリテーナリング圧力の場合も、不均一性は４．５％未満である。すなわち、良好な結果が得られている。
【００４１】
以上の結果から判る通り、半導体装置の配線形成に本ＣＭＰ方法を採用したならば、高い研磨速度が得られ、しかもウェーハ面内均一性に優れたＣＭＰが行われている。
【００４２】
次に、本発明のＣＭＰ方法を用いた半導体装置の配線形成について図６を参照しながら説明する。
【００４３】
先ず、３００ｍｍφのＳｉウェーハの表面全面に、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、下地絶縁膜（５００ｎｍ厚のＳｉＯ２）６１を形成した。次いで、エッチングストッパ膜（５０ｎｍ厚のＳｉＣＮ膜）６２を形成した。そして、回転塗布法を用いて塗料を塗布し、この後でプリベーク及びキュア処理を施して、膜厚が１００ｎｍで比誘電率が２．４の低誘電率絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）６３を形成した。この後、低誘電率絶縁膜６３表面にＨｅプラズマ処理を行なった、そして、プラズマＣＶＤ法により、キャップ絶縁膜（５０ｎｍ厚のＳｉＯ２）６４を形成した（図６（ａ）参照）。
【００４４】
この後、塗布手段によりレジスト膜を設けた。そして、リソグラフィ工程およびドライエッチング工程を経て、絶縁膜（低誘電率絶縁膜６３及びキャップ絶縁膜６４）にＣｕ配線用の溝を形成した（図６（ｂ）参照）。
【００４５】
次に、スパッタリング法により、バリアメタル膜（１０ｎｍ厚のタンタルナイトライド膜、その上に１０ｎｍ厚のタンタル膜）６５を設けた（図６（ｃ）参照）。
【００４６】
この後、スパッタリング法により、バリアメタル膜６５の上に５０ｎｍ厚のＣｕシード膜を設け、次いで電解メッキ法によって３００ｎｍ厚のＣｕ配線膜６６を設けた（図６（ｄ）参照）。そして、２５０℃で３分間のアニール処理を行った。
【００４７】
この図６（ｄ）に示されるパターンのウェーハに対して、図１，２のＣＭＰ装置を用いてＣｕ配線膜６６のＣＭＰを行った。
【００４８】
Ｃｕ配線膜６６の研磨条件は前述の通りである。図２に示した研磨ヘッドに加える圧力の中、ウェーハ（メンブレン）に加える圧力は、ゾーン１，２にあっては０．９ｐｓｉ、ゾーン３にあっては２．３ｐｓｉである。そして、リテーナリングに加える圧力は２〜５ｐｓｉである。すなわち、リテーナリングに加える圧力は、ウェーハ（ゾーン１，２）に加える圧力の２．２〜５．６倍であった。研磨定盤の回転数は６０ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転数は５５ｒｐｍであった。スラリは市販のＣｕ用スラリである。そして、３００ｍｌ／ｍｉｎの流量で研磨パッド上にスラリを供給した。尚、研磨前には９（ｌｂｆ）の荷重で３０秒間のｅｘ−ｓｉｔｕドレスを行った。Ｃｕ配線膜６６の研磨はＣＭＰ装置に備えられている光学式の終点検出器を用いて、研磨終点（ＯＰ；０％）までの時間に対して２０％の過剰研磨を行った。
【００４９】
上記研磨条件で図６（ｄ）に示されたパターンウェーハのＣｕ配線膜６６が研磨された。この時、リテーナリングに加える圧力が２ｐｓｉ（ウェーハに加える圧力の２．２倍）の場合には、研磨終点までの時間が１１７秒間、過剰研磨時間が２３秒間、合計１４０秒間であったのに対して、リテーナリングに加える圧力が５ｐｓｉ（ウェーハに加える圧力の５．６倍）の場合には、研磨終点までの時間が５５秒間、過剰研磨時間が１１秒間、合計６６秒間であった。すなわち、本発明の条件でＣＭＰを行ったならば、短時間でＣＭＰが終了する。そして、ＣＭＰ工程におけるスループットが大幅に向上した。更には、研磨時間の短縮化は、スラリ使用量の削減、研磨パッドやドレッサー等の消耗品の寿命向上効果を奏する。従って、ＣＭＰ工程におけるコスト低減にも大きな貢献をする。
【００５０】
しかも、本発明の条件のＣＭＰの場合、ウェーハのＣｕ配線膜研磨の際に、膜剥離やＣｕ研磨残りと言った不良は認められなかった。
【符号の説明】
【００５１】
１１        研磨定盤
１２        研磨パッド
１３        研磨ヘッド
１４        リテーナリング
１５        半導体基板（ウェーハ）
１６        ドレッサー
１７        スラリ供給ノズル
２１        研磨ヘッド
２２        半導体基板（ウェーハ）
２３        メンブレン
２４        リテーナリング
６１        下地絶縁膜
６２        エッチングストッパ膜
６３        低誘電率絶縁膜
６４        キャップ絶縁膜
６５        バリアメタル膜
６６        Ｃｕ配線膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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