(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの表面を平坦化するための半導体装置の製造装置であって、
その表面に複数の凸部を有し、前記半導体ウェハの凸部に凹状の塑性変形、クラックまたは圧痕を与えるための損傷付与部材と、
前記損傷付与部材によって前記凸部に凹状の塑性変形、クラックまたは圧痕が与えられた前記半導体ウェハの表面を研磨するための研磨部材とを備えた、
半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記半導体ウェハを前記研磨部材によって研磨する前に、前記凸部を有する損傷付与部材へ、前記半導体ウェハの被研磨面を押圧する部材をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記損傷付与部材の凸部は、前記損傷付与部材の表面に配置された複数の粒子を含み、
前記複数の粒子は、前記半導体ウェハの被研磨面の硬度以上の大きさの硬度を有し、かつほぼ均一な粒径を有する、請求項１または２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記損傷付与部材は、前記損傷付与部材の表面を加工することにより塑性変形させて形成された凸部を含む、請求項１または２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記半導体ウェハを前記研磨部材によって研磨する前に、前記半導体ウェハの被研磨面を前記損傷付与部材へ押圧する際に、前記半導体ウェハおよび前記損傷付与部材のうちの少なくとも一方に振動を加えるための振動付与部材をさらに備える、請求項１または２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
半導体ウェハの表面を平坦化するための半導体装置の製造方法であって、
その表面に複数の凸部を有し、前記半導体ウェハの表面に形成された複数の凸部に凹状の塑性変形、クラックまたは圧痕を与えるための損傷付与部材へ、前記半導体ウェハの被研磨面を押圧する押圧工程と、
前記押圧工程の後に、前記半導体ウェハを研磨部材によって研磨する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記損傷付与部材の凸部は、前記損傷付与部材の表面に配置された複数の粒子を含み、
前記複数の粒子は、前記半導体ウェハの被研磨面の硬度以上の大きさの硬度を有し、かつほぼ均一な粒径を有する、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記損傷付与部材は、前記損傷付与部材の表面を加工することにより塑性変形させて形成された凸部を含む、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体ウェハの被研磨面を前記損傷付与部材へ押圧する際に、前記半導体ウェハおよび前記損傷付与部材のうちの少なくとも一方に振動を加える、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造装置および製造方法に関し、より特定的には、半導体ウェハの表面を平坦化するための半導体装置の製造装置および製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造に用いられる装置の１つとして、化学機械研磨装置が知られている。化学機械研磨装置は、半導体基板上に半導体層および層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜の表面の平坦性を確保するために用いられる。上記層間絶縁膜の表面には、光学露光方式によりメタル配線用の回路パターンが形成されるが、その回路パターンの形成時に、上記層間絶縁膜の表面の平坦性を確保することが必要とされている。ここで、平坦性とは、物質表面の粗さを示す指標の１つであり、具体的には、物質表面の所定領域における凹凸構造において、物質表面に対して最大高さを持つ凸部と、最大深さを持つ凹部との間の、物質表面の垂線方向の距離の大きさの程度を意味する。そして、その垂線方向の距離が小さいほど、平坦性が良いとする。
【０００３】
図９は、従来の化学機械研磨装置の構成図である。図９を参照して、従来の化学機械研磨装置は、回転円板（プラテン）１１１と、半導体ウェハ１１３を固定する部材と、研磨材供給装置１１７とから構成されている。半導体ウェハ１１３を固定する部材は、研磨される半導体ウェハ１１３を保持するバッキング材１１４と、研磨ヘッド１１５とから構成されている。回転円板１１１上には粘着剤により研磨布１１２が固定されており、回転円板１１１は軸１１８を中心として回転する。また、研磨ヘッド１１５の下には粘着剤によりバッキング材１１４が固定されている。研磨される半導体ウェハ１１３は、真空吸着力あるいは水の表面張力を利用して、被研磨面を下向きにしてバッキング材１１４に固定されている。そして、研磨ヘッド１１５は軸１１９を中心として回転する。研磨材供給装置１１７は、研磨布１１２上に研磨材１１６を供給できるよう設置されている。
【０００４】
図９に示すように、半導体ウェハの被研磨面を研磨する際には、研磨材供給装置１１７より研磨材１１６を所定の流量で供給しながら、回転円板１１１が軸１１８を中心として回転し、かつ、研磨ヘッド１１５が軸１１９を中心として回転する。このとき研磨ヘッド１１５を、所定の圧力で研磨布１１２に押圧する。このようにして、半導体ウェハ１１３の表面を研磨する。
【０００５】
図１０〜１５は、従来の一般的な半導体装置の製造工程を説明するための、半導体装置の断面構造図である。図１０〜１５を参照して、以下に従来の半導体装置の製造プロセスについて説明する。
【０００６】
まず、図１０に示すように、シリコン基板１２１の主表面上に窒化膜マスク１２４と、酸化膜１２２と、第１拡散層１２３とを形成する。
【０００７】
次に、図１１に示すように、上記酸化膜１２２上にシリコン電極１２５を形成する。また、第２拡散層１２６を形成する。
【０００８】
次に、図１２に示すように、上記シリコン電極１２５と酸化膜１２２との上に、配線下絶縁膜１２７を形成した後、レジストパターン（図示せず）を用いたエッチングにより配線下絶縁膜１２７にスルーホールを開孔する。その後、第１メタル配線層１２８を形成する。
【０００９】
次に、図１３に示すように、上記配線下絶縁膜１２７と、第１メタル配線層１２８との上に、層間絶縁膜１２９を形成する。
【００１０】
次に、図１４に示すように、化学機械研磨装置を用いて、上記層間絶縁膜１２９の表面を平坦化する。
【００１１】
次に、図１５に示すように、上記層間絶縁膜１２９にスルーホールを開孔した後、第２メタル配線１３０を形成する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置の高集積化はますます進んできており、それに伴って、たとえば半導体装置の一種であるロジックＩＣでは配線の多層構造化が進められてきている。そのため、配線の疎な部分と密な部分とでは、大きな段差が発生している。同様に、半導体装置の一種である半導体記憶装置については、高集積化のためメモリセルの設置面積を削減しつつ、キャパシタの容量を確保するため、メモリセルを立体的な構造とすることが進められている。そのため、基板上において、周辺回路とメモリセルとの間で大きな段差が発生している。
【００１３】
一方、半導体装置の回路パターンを基板上に転写するために、一般に光学露光方式が用いられている。そして、半導体装置の高集積化に伴い、転写される回路パターンも複雑化してきている。そのため、転写時に求められる解像度のさらなる向上が求められている。しかし、解像度を向上させていくと、転写時に基板上へ投影された回路パターンの輪郭が明確にできる焦点距離の許容範囲（焦点深度）が狭くなっていく。そのため、回路パターンが転写される基板表面に段差が発生していると、局所的に、転写された回路パターンが不鮮明になる。不鮮明な回路パターンは、その後の工程にて形成される配線の短絡や断線の原因となり、ひいては半導体装置の不良率の増加といった問題につながる。
【００１４】
こうした問題を防止するために、従来から、回路パターンが転写される面の平坦性を確保するため、図９に示すような化学機械研磨装置が用いられている。
【００１５】
しかし、図１３を参照して、被研磨面である層間絶縁膜１２９の表面の研磨前の形状は、層間絶縁膜１２９の下層に形成されている第１メタル配線層１２８等の構造（パターン）を反映している。そして、従来の化学機械研磨装置では、研磨面が被研磨面の形状に沿って弾性変形するため、被研磨面の凸部のみでなく、凹部もある程度研磨される。そのため、研磨後の被研磨面の形状（平坦性）は、研磨開始前の被研磨面の形状と相関がある。したがって、図１３に示すように層間絶縁膜１２９の下層の構造に起因して層間絶縁膜１２９の表面の平坦性が悪い場合には、研磨後においても被研磨面で必要とされる平坦性を確保するのが困難な場合がある。そのため、研磨後の基板面に回路パターンを転写した場合、平坦性が悪い部分で転写後の回路パターンが不鮮明になり、その結果配線の短絡や断線が発生し、不良品が発生するなどの問題が発生している。また、図１５に示すように、層間絶縁膜１２９の研磨後、スルーホールを形成するため層間絶縁膜１２９をエッチングする場合に、層間絶縁膜１２９の平坦性が悪く、層間絶縁膜１２９の膜厚が他の部分より厚くなっている場所では、スルーホール底部でのエッチング残りにより、スルーホールでのメタル配線と半導体構造との接触不良や断線が発生する。また、逆に層間絶縁膜１２９の膜厚が他の場所より薄くなっている場所では、スルーホール底部でのエッチングによる半導体構造の損傷が発生する。そのため、半導体構造の一部がその機能を失うという事態が発生することにより、不良品が発生するなどの問題も発生している。そして、この問題は、半導体装置の高集積化のための配線の多層構造化やメモリセルの立体構造化によりますます深刻化してきている。
【００１６】
また、必要な平坦性を確保できるまで化学機械研磨を行なうと、多層構造化された配線や立体構造を持つメモリセルを多数有する半導体装置の場合、従来以上に研磨工程に時間がかかるという問題もあった。さらに、上記のように必要な平坦性を確保できるまで化学機械研磨を行なうと、既に平坦化された部分の層間絶縁膜１２９も引続き研磨することになる。その結果、層間絶縁膜１２９の下層の半導体構造までも研磨されることにより損傷を受け、その結果、半導体構造の一部がその機能を失い、不良品となるなどの問題も発生している。
【００１７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、この発明の１つの目的は、半導体装置の配線の短絡、断線、接触不良、エッチングによる半導体装置の損傷などの不良を防止することである。
【００１８】
具体的には、この発明の１つの目的は、半導体装置の製造プロセスの１つである研磨工程において、被研磨面の研磨前の形状に左右されず、研磨後の被研磨面の平坦性を確保することにより、その後の工程での回路パターンの不完全な転写を防止し得る、半導体製造装置および製造方法を得ることである。また具体的にこの発明のもう１つの目的は、半導体装置の製造プロセスの１つである研磨工程において、被研磨面の研磨前の形状に左右されず、研磨後の被研磨面の平坦性を確保することにより、その後の被研磨面へのエッチング工程でのエッチング残りによる配線の接触不良や、被研磨面の下層の半導体構造へのエッチングによる損傷を防止し得る、半導体装置の製造装置および製造方法を得ることである。
【００１９】
この発明のもう１つの目的は、半導体装置の製造プロセスの１つである研磨工程における研磨時間を短縮することである。
【００２０】
この発明のもう１つの目的は、研磨の際に、被研磨面の下層に形成された半導体構造に損傷を与えることを防止し得る、半導体装置の製造装置および製造方法を得ることである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
請求項１における半導体装置の製造装置は、半導体ウェハの表面を平坦化させるための半導体装置の製造装置であって、その表面に複数の凸部を有し、上記半導体ウェハの凸部に凹状の塑性変形、クラックまたは圧痕を与えるための損傷付与部材と、上記損傷付与部材によって凸部に凹状の塑性変形、クラックまたは圧痕が与えられた上記半導体ウェハの表面を研磨するための研磨部材とを備えている。そして、このような装置を用い、研磨部材による研磨の前に、その表面に凸部を有する損傷付与部材へ、半導体ウェハの被研磨面を押圧することにより、半導体ウェハ表面に損傷を与える。すると、損傷付与部材の凸部と、半導体ウェハの被研磨面の凸部とが接触し、半導体ウェハの被研磨面の凸部に微小なクラックや圧痕が形成される。そのため、その後の研磨工程において、微小なクラックなどが形成された被研磨面の凸部の研磨される速度が、損傷を受けていない被研磨面の凹部の研磨される速度と比較して速くなる。その結果、被研磨面の凸部が凹部よりも速く研磨され、それにより、研磨後の被研磨面の凹凸の程度が小さくなる。そのため、研磨終了後の半導体ウェハ表面の平坦性を向上させることができる。よって、研磨後の回路パターンの不完全な転写を防止することができ、また、研磨工程後のエッチング工程におけるエッチング残りや被研磨面の下層の半導体構造へのエッチングによる損傷を防止することができる。よって、不完全な回路パターンの転写に起因する配線の短絡や断線の発生、およびエッチング不良に起因する配線の接触不良や、半導体構造の機能の喪失を防止することができる。
【００２２】
また半導体ウェハの被研磨面の凸部において、研磨前に微小なクラックや圧痕が形成されることにより、被研磨面の凸部の研磨される速度が、クラックや圧痕が形成されていない従来の被研磨面の凸部の研磨される速度と比較して速くなる。その結果、必要な平坦性を確保するまでの加工時間を、従来の工程と比較して短縮することができる。また、既に平坦化された被研磨面を、必要な平坦性を確保するためにさらに研磨することに起因した、被研磨面の下層に形成された半導体構造の損傷を防止することができる。
【００２３】
請求項２における半導体装置の製造装置は、請求項１の構成において、上記半導体ウェハを上記研磨部材によって研磨する前に、上記凸部を有する損傷付与部材へ、上記半導体ウェハの被研磨面を押圧する部材をさらに備える。このように半導体ウェハの被研磨面を損傷付与部材へ押圧する部材を備えることにより、半導体ウェハの押圧圧力などの条件の調整および再現が可能となる。その結果、研磨前に損傷付与部材へ半導体ウェハを押圧する条件の最適化および安定化が可能となる。
【００２４】
請求項３における半導体装置の製造装置では、請求項１または２の構成において、上記損傷付与部材の凸部が、上記損傷付与部材の表面に配置された複数の粒子を含んでいる。上記複数の粒子は、上記半導体ウェハの被研磨面の硬度以上の大きさの硬度を有し、かつほぼ均一な粒径を有する。このように複数の粒子を含むことにより形成された損傷付与部材の凸部を備えることにより、粒子の粒径を変更することで、損傷付与部材の凸部の高さおよびピッチを制御することができる。そのため、半導体ウェハの被研磨面の研磨前の形状に適合するように、高さおよびピッチを調整した凸部を備える損傷付与部材を得ることができ、半導体ウェハのさまざまな被研磨面に適した損傷付与部材を得ることが可能となる。その結果、半導体ウェハの被研磨面の凸部に、微小なクラックや圧痕をより効果的に形成することが可能となり、それにより、研磨後の半導体ウェハの被研磨面の平坦性を向上させることができる。そのため、半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００２５】
請求項４における半導体装置の製造装置では、請求項１または２の構成において、上記損傷付与部材が、上記損傷付与部材の表面を加工することにより、塑性変形させて形成された凸部を含む。このように損傷付与部材自体を加工することにより凸部を形成するので、損傷付与部材の材質を変更することにより、損傷付与部材の凸部の硬度を変更することが可能となる。また、凸部の加工時に、加工条件を制御することにより、凸部の形成ピッチや凸部の高さを変更することができる。そのため、半導体ウェハの被研磨面の硬度などの条件に適した損傷付与部材を得ることが可能となる。その結果、半導体ウェハの被研磨面の凸部に、微小なクラックや圧痕をより効果的に形成することが可能となる。それにより、研磨後の半導体ウェハの被研磨面の平坦性を向上させることができ、そのため、回路パターンの不完全な転写などに起因する、半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００２６】
請求項５における半導体装置の製造装置は、請求項１または２の構成において、上記半導体ウェハを上記研磨部材によって研磨する前に、上記半導体ウェハの被研磨面を上記損傷付与部材へ押圧する際に、上記半導体ウェハおよび上記損傷付与部材のうちの少なくとも一方に、振動を加えるための振動付与部材を有する。このように半導体ウェハの被研磨面を損傷付与部材へ押圧した際に、半導体ウェハおよび損傷付与部材のうち少なくとも一方に振動を加えるための振動付与部材を有することにより、半導体ウェハの被研磨面にある凸部と、損傷付与部材の表面にある凸部との接触部および接触回数を増加させることができ、半導体ウェハの被研磨面にある凸部に、振動を加えない場合より多くの微小なクラックや圧痕が形成される。これにより、半導体ウェハの被研磨面にある凸部の研磨される速度を、振動を加えない場合より向上させることができ、研磨後の被研磨面の平坦性を向上させることができる。その結果、回路パターンの不完全な転写などに起因する、半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００２７】
請求項６における半導体装置の製造方法は、半導体ウェハの表面を平坦化させるための、半導体装置の製造方法であって、凸部を有し、前記半導体ウェハの表面に形成された複数の凸部に凹状の塑性変形、クラックまたは圧痕を与えるための損傷付与部材へ、上記半導体ウェハの被研磨面を押圧する押圧工程と、上記押圧工程の後に、上記半導体ウェハの被研磨面を上記研磨部材によって研磨する工程とを有している。このような工程を有することで、損傷付与部材の凸部と、半導体ウェハの被研磨面の凸部とが接触し、半導体ウェハの被研磨面の凸部に微小なクラックや圧痕が形成される。そのため、その後の研磨工程において、微小なクラック等が形成された被研磨面の凸部の研磨される速度が、損傷を受けていない被研磨面の凹部の研磨される速度と比較して速くなる。その結果、被研磨面の凸部が、凹部よりも速く研磨され、それにより、研磨後の被研磨面の凹凸の程度が小さくなる。そのため、研磨終了後の半導体ウェハ表面の平坦性を向上させることができる。よって、研磨後の回路パターンの不完全な転写を防止することができ、また、研磨工程後のエッチング工程における、エッチング残りや被研磨面の下層の半導体構造へのエッチングによる損傷を防止できる。よって、不完全な回路パターンの転写に起因する配線の短絡および断線の発生、エッチング不良に起因する配線の接触不良、および半導体構造の機能の喪失を防止することができる。また、半導体ウェハの被研磨面の凸部において、研磨前に微小なクラックや圧痕が形成されることにより、被研磨面の凸部の研磨される速度が、クラックや圧痕が形成れさていない従来の被研磨面の凸部の研磨される速度と比較して速くなる。その結果、必要な平坦性を確保するまでの加工時間を、従来の工程と比較して短縮することができる。また、既に平坦化された被研磨面を、必要な平坦性を確保するためにさらに研磨することに起因した、被研磨面の下層に形成された半導体構造の損傷を防止することができる。
【００２８】
請求項７における半導体装置の製造方法は、請求項６の構成において、上記損傷付与部材が、上記損傷付与部材の表面に配置された複数の粒子を含んでいる。上記複数の粒子は、上記半導体ウェハの被研磨面の硬度以上の大きさの硬度を有し、かつほぼ均一な粒径を有する。このように複数の粒子を含むことにより形成された損傷付与部材の凸部を用いることにより、粒子の粒径を変更することで、損傷付与部材の凸部の高さおよびピッチを制御することができる。そのため、半導体ウェハの被研磨面の研磨前の形状に適合するように、高さおよびピッチを調整した凸部を備える損傷付与部材を得ることができ、半導体ウェハのさまざまな被研磨面に適した損傷付与部材を用いることが可能となる。その結果、半導体ウェハの被研磨面の凸部に微小なクラックや圧痕をより効果的に形成することが可能となり、それにより研磨後の半導体ウェハの被研磨面の平坦性を向上させることができる。そのため、半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００２９】
請求項８における半導体装置の製造方法は、請求項６の構成において、上記損傷付与部材が、上記損傷付与部材の表面を加工することにより塑性変形させて形成された凸部を含む。このように損傷付与部材自体を加工することにより形成された凸部を含む損傷付与部材を用いることで、損傷付与部材の材質を変更することにより、さまざまな硬度の凸部を有する損傷付与部材を用いることが可能となる。また、凸部の加工の際に、加工条件を制御することにより、凸部の形成ピッチや凸部の高さをさまざまに変更した損傷付与部材を用いることが可能となる。そのため、半導体ウェハの被研磨面の硬度などの条件に適した損傷付与部材を選択し、使用することが可能となる。その結果、半導体ウェハの被研磨面の凸部に微小なクラックや圧痕をより効果的に形成することが可能となる。それにより、研磨後の半導体ウェハの被研磨面の平坦性を向上させることができ、そのため、回路パターンの不完全な転写などに起因する、半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００３０】
請求項９における半導体装置の製造装置は、請求項６の構成において、上記半導体ウェハを上記研磨部材によって研磨する前に、上記半導体ウェハの被研磨面を上記損傷付与部材へ押圧する際に、上記半導体ウェハおよび上記損傷付与部材のうちの少なくとも一方に振動を加える工程を有する。このように半導体ウェハの被研磨面を損傷付与部材で押圧した際に、半導体ウェハおよび損傷付与部材のうち少なくとも一方に振動を加える工程を有することにより、半導体ウェハの被研磨面にある凸部と、損傷付与部材の表面にある凸部との接触部および接触回数を増加させることができ、半導体ウェハの被研磨面にある凸部に、振動を加えない場合より多くの微小なクラックや圧痕が形成される。これにより、半導体ウェハの被研磨面にある凸部の研磨される速度を、振動を加えない場合よりも向上させることができ、研磨後の被研磨面の平坦性を向上させることができる。その結果、回路パターンの不完全な転写などに起因する半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００３２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による半導体ウェハの表面を平坦化させるための、半導体装置の製造装置の構成図であり、図２は、図１に示した損傷付与部材５の詳細構造を示した構成図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１による半導体装置の製造装置は、回転円板（プラテン）６と、半導体ウェハ１を固定する部材と、研磨材供給装置１１と、損傷付与部材５とから構成されている。半導体ウェハ１を固定する部材は、研磨される半導体ウェハ１を保持するバッキング材９と、研磨ヘッド１０とから構成されている。
【００３３】
回転円板６上に粘着剤により研磨布７が固定されており、回転円板６は、軸１９を中心として回転する。また、研磨ヘッド１０の下に粘着剤によりバッキング材９が固定されている。研磨される半導体ウェハ１は真空吸着力あるいは水の表面張力を利用して、半導体ウェハ１の被研磨面を下向きにしてバッキング材９に固定されている。そして、研磨ヘッド１０は、軸２０を中心として回転する。研磨材供給装置１１は、研磨布７上に研磨材８を供給できるように設置されている。
【００３４】
また、研磨ヘッド１０は、回転円板６上と、損傷付与部材５上との両方の位置に、研磨ヘッド１０を移動させることが可能に構成されている。また、研磨ヘッド１０と損傷付与部材５とは、損傷付与部材５上に半導体ウェハ１を押圧させることが可能なように構成されている。また、半導体ウェハ１の被研磨面を損傷付与部材５に押圧した際、研磨ヘッド１０は、半導体ウェハ１の被研磨面とほぼ平行方向に０．１〜１０μｍの振幅で研磨ヘッド１０を振動させることが可能に構成されている。ただし、この際、損傷付与部材５が、半導体ウェハ１の被研磨面とほぼ平行方向に０．１〜１０μｍの振幅にて振動することが可能に構成されていてもよい。
【００３５】
また、図２を参照して、損傷付与部材５は、平坦な板４と、その平坦な板４の表面に一様に接着された複数のＳｉＯ２  砥粒３とから構成されている。複数のＳｉＯ２  砥粒３はほぼ均一な粒径を有しており、その平均粒径は１μｍ程度である。また、ＳｉＯ２  砥粒３は半導体ウェハ１の被研磨面の硬度以上の硬度を有する。
【００３６】
この実施の形態１の半導体装置の製造装置では、図１に示すように、損傷付与部材５を有している。そして、回転円板上での半導体ウェハ１の研磨の前に、半導体ウェハ１の被研磨面を損傷付与部材５のＳｉＯ２  砥粒３が接着された表面に押圧することにより、半導体ウェハ１の被研磨面に存在する凸部に微小なクラックや圧痕が形成される。それにより、その後の研磨工程において、微小なクラックなどが形成された被研磨面の凸部の研磨される速度が、損傷を受けていない被研磨面の凹部の研磨される速度と比較して速くなる。その結果、従来に比べて、被研磨面の凸部が凹部よりも速く研磨され、それにより研磨後の被研磨面の凹凸の程度が小さくなる。そのため、研磨終了後の半導体ウェハ１表面の平坦性を向上させることができ、研磨後の回路パターンの不完全な転写や、研磨工程後のエッチング工程におけるエッチング残りや被研磨面の下層の半導体構造へのエッチングによる損傷を防止できる。よって不完全な回路パターンの転写に起因する配線の短絡や断線、およびエッチング不良に起因する配線の接触不良や、半導体構造の機能の喪失を防止することができる。
【００３７】
また、半導体ウェハ１の被研磨面の凸部において、研磨前に、微小なクラックや圧痕が形成されているため、被研磨面の凸部の研磨される速度が、クラックや圧痕が形成されていない従来の被研磨面の凸部の研磨される速度と比較して速くなる。その結果、必要な平坦性を確保するまでの加工時間を、従来の工程と比較して短縮することができる。また、既に平坦化された被研磨面を、必要な平坦性を確保するためにさらに研磨することに起因した、被研磨面の下層に形成された半導体構造の損傷を防止することができる。
【００３８】
また、研磨ヘッド１０と損傷付与部材５とを、半導体ウェハ１の被研磨面を損傷付与部材５へ押圧することが可能なように構成することにより、半導体ウェハの押圧圧力などの条件の調整および再現が可能となり、その結果、研磨前に損傷付与部材５へ半導体ウェハ１を押圧する条件の最適化および安定化が可能となる。
【００３９】
また、損傷付与部材５が、損傷付与部材５の表面に配置された複数の粒子を含むことにより、粒子の粒径を変更することで、損傷付与部材５の凸部の高さおよびピッチを制御することができる。そのため、半導体ウェハ１の被研磨面の研磨前の形状に適合するように、高さおよびピッチを調整した凸部を備える損傷付与部材５を得ることができ、半導体ウェハ１のさまざまな被研磨面に適した損傷付与部材５を得ることが可能となる。その結果、半導体ウェハ１の被研磨面の凸部に微小なクラックや圧痕を、より効果的に形成することが可能となる。それにより、研磨後の半導体ウェハ１の被研磨面の平坦性を向上させることができ、そのため、半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００４０】
また、半導体ウェハ１の被研磨面を損傷付与部材５へ押圧した際、半導体ウェハ１および損傷付与部材５の少なくとも一方を振動可能に構成しているので、押圧時に、半導体ウェハ１の被研磨面にある凸部と、損傷付与部材５の表面にある凸部との接触部および接触回数を増加させることができ、半導体ウェハ１の被研磨面にある凸部に、より多くの微小なクラックや圧痕を形成することができる。その結果、半導体ウェハ１の被研磨面にある凸部の研磨される速度を、振動を加えない場合より向上させることができ、研磨後の被研磨面の平坦性を向上させることがでる。そのため回路パターンの不完全な転写などに起因する半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００４１】
図３〜５は、上記損傷付与部材５に上記半導体ウェハ１が押圧されている状態を説明するための構成図である。以下、図３〜５を参照して、損傷付与部材５に半導体ウェハ１が押圧されている状態を説明する。
【００４２】
図３は、損傷付与部材５に半導体ウェハ１が押圧されている状態を示す構成図である。図３を参照して、半導体ウェハ１の被研磨面には、半導体ウェハ１上の配線上に層間絶縁膜の凸部２が形成され、層間絶縁膜の凸部２は損傷付与部材のＳｉＯ２  砥粒３に押圧されている。このときの押圧圧力は１ｋｇｆ／ｃｍ２  とする。このように損傷付与部材５のＳｉＯ２  砥粒３に押圧することにより、半導体ウェハ１の凸部２には微小なクラックや圧痕が形成される。図４、５は半導体ウェハ１の凸部２での、微小なクラックおよび圧痕の形成状況を示す構成図である。
【００４３】
図４を参照して、半導体ウェハ１の表面にある層間絶縁膜の凸部２が、損傷付与部材の表面に接着固定されたＳｉＯ２  砥粒３に押圧されることにより、層間絶縁膜の凸部２の表面が凹状に塑性変形している。
【００４４】
図５を参照して、半導体ウェハ１の表面にある層間絶縁膜の凸部２が、損傷付与部材の表面に接着固定されたＳｉＯ２  砥粒３に押圧されることにより、層間絶縁膜の凸部２にクラックが形成されている。
【００４５】
このように半導体ウェハ１の被研磨面の凸部２に微小なクラックや圧痕を形成することにより、研磨後の半導体ウェハ１の被研磨面の平坦性を、損傷付与部材を使用しない場合より向上させることができ、その結果、半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００４６】
（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２による半導体装置の製造装置における損傷付与部材の構成図である。この実施の形態２では、上記した実施の形態１と異なり、損傷付与部材１５の表面を加工することにより損傷付与部材１５の表面に凸部を設ける。具体的には、図６を参照して、実施の形態２による損傷付与部材１５は、平坦な板１４と、平坦な板１４の表面をショットブラスト法により塑性変形させて形成した１μｍ程度の凸部１３とから構成される。このような構成の損傷付与部材１５に、半導体ウェハ１の被研磨面を押圧するこにとより、半導体ウェハ１の被研磨面の凸部２に微小なクラックや圧痕が形成される。そのため、その後の研磨工程での、半導体ウェハ１の被研磨面の凸部２の研磨される速度を速めることができ、その結果、研磨終了後の半導体ウェハ１表面の平坦性を向上させることができる。よって、研磨後の回路パターンの不完全な転写を防止することができ、また、研磨工程後のエッチング工程における、エッチング残りや被研磨面の下層の半導体構造へのエッチングによる損傷を防止できる。よって、不完全な回路パターンの転写に起因する配線の短絡や断線、およびエッチング不良に起因する配線の接触不良や半導体構造の機能の喪失を防止することができる。
【００４７】
また、半導体ウェハ１の被研磨面の凸部２には、研磨前に微小なクラックや圧痕が形成されることにより、被研磨面の凸部２の研磨される速度が、クラックや圧痕が形成されていない従来の被研磨面の凸部２の研磨される速度と比較して速くなる。その結果、必要な平坦性を確保するまでの加工時間を、従来の工程と比較して短縮することができ、また、既に平坦化された被研磨面を、必要な平坦性を確保するためにさらに研磨することにより、被研磨面の下層に形成された半導体構造に損傷を与えることを防止することができる。
【００４８】
また、このように損傷付与部材１５自体を加工することにより凸部１３を形成するので、損傷付与部材１５の材質を変更することにより、損傷付与部材１５の凸部１３の硬度を変更することが可能となる。また、凸部１３の加工時に、加工条件を制御することにより、凸部１３の形成ピッチや凸部の高さを変更することができる。そのため、半導体ウェハ１のさまざまな被研磨面に適した損傷付与部材１５を得ることが可能となる。その結果、半導体ウェハ１の被研磨面の凸部２に微小なクラックや圧痕を、より効果的に形成することが可能となり、研磨後の半導体ウェハ１の被研磨面の平坦性を、研磨前に損傷付与部材１５へ半導体ウェハ１を押圧しない場合と比較して約２０％向上させることができる。それにより、回路パターンの不完全の転写などに起因する半導体装置の回線の断線などの不良の発生を防止することができる。なお、図７に示すように、損傷付与部材２５の凸部２３は、平坦な板２４の表面を、０．５μｍ前後のバイトを用いて、１μｍピッチにて格子状あるいは螺旋状に加工することにより形成してもよい。
【００４９】
（実施の形態３）
図８は、本発明の実施の形態３による、半導体ウェハの表面を平坦化させるための半導体装置の製造装置における損傷付与部材に、半導体ウェハを押圧した際の状態を示す構造図である。
【００５０】
図８を参照して、半導体ウェハ１の被研磨面は、図６に示した損傷付与部材１５に押圧されている。半導体ウェハ１上の配線上に形成された層間絶縁膜の凸部２は損傷付与部材１５の凸部１３に押圧されている。このときの押圧圧力は１ｋｇｆ／ｃｍ２  とする。そして、半導体ウェハ１の押圧と同時に、０．５μｍの振幅で、周波数１Ｈｚ〜１０ＫＨｚにて、１０秒間半導体ウェハ１を、水平方向に振動させる。これにより、半導体ウェハ１の被研磨面にある凸部２に、より多くの微小なクラックや圧痕が形成されるので、半導体ウェハ１の被研磨面にある凸部２の研磨される速度を、振動を加えない場合より向上させることができる。それにより、研磨後の被研磨面の平坦性を、損傷付与部材１５を使用しない場合と比較して約３０％向上させることができる。その結果、回路パターンの不完全な転写などの起因する半導体装置の配線の断線などの不良の発生を防止することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、請求項１〜９に記載の発明によれば、半導体ウェハ表面の平坦性を向上させることができるため、回路パターンの不完全な転写、研磨工程後のエッチング工程におけるエッチング残り、および半導体ウェハの被研磨面の下層の半導体構造へのエッチングによる損傷を防止することが可能な半導体装置の製造装置および製造方法を得ることができる。これにより、不完全な回路パターンの転写に起因する配線の短絡や断線の発生、およびエッチング不良に起因する配線の接触不良や、半導体構造の機能の喪失を防止することができる。また、半導体ウェハの被研磨面の凸部において、研磨前に微小なクラックや圧痕が形成されることにより、必要な平坦性を確保するまでの加工時間を、従来の工程と比較して短縮することが可能な半導体装置の製造装置および製造方法を得ることができる。また、既に平坦化された被研磨面を、必要な平坦性を確保するためにさらに研磨することに起因した、被研磨面の下層に形成された半導体構造の損傷を防止することが可能な半導体装置の製造装置および製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による、半導体ウェハの表面を平坦化させるための、半導体装置の製造装置の構成図である。
【図２】図１に示した、損傷付与部材の詳細構造を示した構成図である。
【図３】図２に示した、損傷付与部材に半導体ウェハが押圧されている状態を示す構成図である。
【図４】図３に示した押圧状態における半導体ウェハの凸部の変形状態の一例を説明するための構成図である。
【図５】図３に示した押圧状態における半導体ウェハの凸部の変形状態の他の例を説明するための構成図である。
【図６】本発明の実施の形態２による、半導体ウェハの表面を平坦化させるための、半導体装置の製造装置における損傷付与部材の構成図である。
【図７】本発明の実施の形態２による、半導体ウェハの表面を平坦化させるための、半導体装置の製造装置における損傷付与部材の構成図である。
【図８】本発明の実施の形態３による、半導体ウェハの表面を平坦化させるための、半導体装置の製造装置における損傷付与部材に、半導体ウェハが押圧されている状態を示す構造図である。
【図９】従来の化学機械研磨装置の構成図である。
【図１０】従来の一般的な半導体装置の製造工程の第１工程を説明するための、断面構造図である。
【図１１】従来の一般的な半導体装置の製造工程の第２工程を説明するための、断面構造図である。
【図１２】従来の一般的な半導体装置の製造工程の第３工程を説明するための、断面構造図である。
【図１３】従来の一般的な半導体装置の製造工程の第４工程を説明するための、断面構造図である。
【図１４】従来の一般的な半導体装置の製造工程の第５工程を説明するための、断面構造図である。
【図１５】従来の一般的な半導体装置の製造工程の第６工程を説明するための、断面構造図である。
【符号の説明】
１，１１３  半導体ウェハ、２  層間絶縁膜の凸部、３  ＳｉＯ２  砥粒、４，１４，２４  平坦な板、５，１５，２５  損傷付与部材、６，１１１  回転円板（プラテン）、７，１１２  研磨布、８，１１６  研磨材、９，１１４  バッキング材、１０，１１５  研磨ヘッド、１１，１１７  研磨材供給装置、１３，２３  損傷付与部材の凸部、１９，１１８  回転円板の回転軸、２０，１１９  研磨ヘッドの回転軸、１２１  シリコン基板、１２２  酸化膜、１２３  第１拡散層、１２４  窒化膜、１２５  シリコン電極、１２６  第２拡散層、１２７  配線下絶縁膜、１２８  第１メタル配線、１２９  層間絶縁膜、１３０  第２メタル配線。
【図１】
0003569411.tif 000002
【図２】
0003569411.tif 000003
【図３】
0003569411.tif 000004
【図４】
0003569411.tif 000005
【図５】
0003569411.tif 000006
【図６】
0003569411.tif 000007
【図７】
0003569411.tif 000008
【図８】
0003569411.tif 000009
【図９】
0003569411.tif 000010
【図１０】
0003569411.tif 000011
【図１１】
0003569411.tif 000012
【図１２】
0003569411.tif 000013
【図１３】
0003569411.tif 000014
【図１４】
0003569411.tif 000015
【図１５】
0003569411.tif 000016