(57)【要約】【課題】  機械的強度が低い絶縁材料を使用した場合の配線の欠落を防止することができる研磨装置及び研磨方法を提供する。【解決手段】  本発明の研磨装置は、研磨パッド９と、基板Ｗを研磨パッド９に摺接させて該基板Ｗを研磨する基板保持部２３と、基板Ｗと研磨パッド９との真実接触面積が大きくなるように研磨パッド９をドレッシングするドレッサー３３とを備えた。ドレッサー３３の一構成例は、研磨パッド９の表面に形成された複数の突出部９ａの高さが略均一となるように研磨パッド９をドレッシングするように構成される。【選択図】図９
2006114861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドと、
基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、
前記基板と前記研磨パッドとの真実接触面積が大きくなるように前記研磨パッドをドレッシングするドレッサーとを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記ドレッサーは、前記研磨パッドの表面に形成された複数の突出部の高さが略均一となるように前記研磨パッドをドレッシングすることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記ドレッサーは、前記研磨パッドの表面に形成された複数の突出部の高さが０．３〜１０μｍとなるように前記研磨パッドをドレッシングすることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】
研磨パッドと、
基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、
大きさの異なる砥粒を含む研磨液を前記研磨パッドに供給する研磨液供給機構とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
研磨パッドと、
基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、
気泡を含む研磨液を前記研磨パッドに供給する研磨液供給機構とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項６】
研磨パッドと、
基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、
前記研磨パッドに超音波を照射して前記研磨パッドの表面に形成された複数の突出部に振動を与える超音波振動子とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項７】
研磨パッドと、
基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、
弾性を有する砥粒、中空砥粒、または１００ｋＰａ程度の高い圧力が加わると崩壊する砥粒を含む研磨液を前記研磨パッドに供給する研磨液供給機構とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項８】
研磨パッドと、
基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、
砥粒を含まない研磨液を前記研磨パッドに供給する研磨液供給機構とを備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項９】
基板の表面に形成された絶縁膜と該絶縁膜に埋め込まれた金属配線とを有する基板の研磨方法であって、
金属配線に隣接してダミー配線を形成し、
前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１０】
基板の表面に形成された絶縁膜と該絶縁膜に埋め込まれた金属配線とを有する基板の研磨方法であって、
金属配線に隣接する絶縁膜の部位を硬化させ、
前記基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１１】
研磨パッドをドレッシングして該研磨パッドの表面に形成された複数の突出部の高さを略均一にし、
基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１２】
研磨パッドをドレッシングして該研磨パッドの表面に形成された複数の突出部の高さを０．３〜１０μｍにし、
基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１３】
大きさの異なる砥粒を含む研磨液を用意し、
該研磨液を研磨パッドの表面に供給しながら基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板の表面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１４】
気泡を含む研磨液を用意し、
該研磨液を研磨パッドの表面に供給しながら基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１５】
研磨パッドに超音波を照射して前記研磨パッドの表面に形成された複数の突出部に振動を与え、
基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１６】
弾性を有する砥粒、中空砥粒、または１００ｋＰａ程度の高い圧力が加わると崩壊する砥粒を含む研磨液を用意し、
該研磨液を研磨パッドの表面に供給しながら基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１７】
砥粒を含まない研磨液を用意し、
該研磨液を研磨パッドの表面に供給しながら基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１８】
被研磨物を有する基板を所定の研磨圧力で研磨面に押し付けて研磨する研磨方法であって、
被研磨物の表面形状が予め設定された基準を満たしているか否かを判断し、
前記判断の結果に基づいて研磨圧力を決定し、
前記決定された研磨圧力で基板を研磨面に押し付けて基板を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１９】
前記表面形状は、被研磨物の表面に形成された凹部の深さと配線の幅の比により決定されることを特徴とする請求項１８に記載の研磨方法。
【請求項２０】
前記判断時に、基板の表面に露出している被研磨物の種類を検出することを特徴とする請求項１８に記載の研磨方法。
【請求項２１】
前記研磨中に、基板上の被研磨物の厚さを測定し、
前記測定により得られた被研磨物の厚さに基づいて研磨圧力を変えることを特徴とする請求項１８に記載の研磨方法。
【請求項２２】
被研磨物は、ヤング率が異なる複数種の材料からなる積層構造を有することを特徴とする請求項２１に記載の研磨方法。
【請求項２３】
前記複数種の材料のうちの少なくとも１つを前記研磨により除去したときに研磨圧力を変えることを特徴とする請求項２２に記載の研磨方法。
【請求項２４】
被研磨物を有する基板を所定の研磨圧力で研磨面に押し付けて研磨する研磨装置であって、
研磨面を有する研磨テーブルと、
基板を研磨面に対して押圧する基板保持部と、
被研磨物の表面形状を測定する形状測定部と、
研磨圧力を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記形状測定部により得られた前記表面形状が予め設定された基準を満たしているか否かを判断し、
前記判断の結果に基づいて研磨開始時の研磨圧力を決定するように構成されていることを特徴とする研磨装置。
【請求項２５】
前記形状測定部は、被研磨物の表面に形成された凹部の深さと配線の幅の比に基づいて前記表面形状を測定することを特徴とする請求項２４に記載の研磨装置。
【請求項２６】
前記形状測定部は、基板の表面に露出している被研磨物の種類を検出することを特徴とする請求項２４に記載の研磨装置。
【請求項２７】
研磨中に被研磨物の厚さを測定する膜厚測定部を更に備え、
前記制御部は、前記膜厚測定部により測定された被研磨物の厚さに基づいて研磨中に研磨圧力を変化させることを特徴とする請求項２４に記載の研磨装置。
【請求項２８】
被研磨物は、ヤング率が異なる複数種の材料からなる積層構造を有することを特徴とする請求項２７に記載の研磨装置。
【請求項２９】
前記制御部は、被研磨物を構成する複数種の材料のうちの少なくとも１つが研磨により除去されたときに研磨圧力を変えることを特徴とする請求項２８に記載の研磨装置。
【請求項３０】
基板の表面に形成された絶縁膜と該絶縁膜に埋め込まれた金属配線とを備えて回路を形成する半導体素子であって、
前記回路を形成するために必要な前記金属配線に隣接してダミー配線を形成したことを特徴とする半導体素子。
【請求項３１】
基板の表面に形成された絶縁膜と該絶縁膜に埋め込まれた金属配線とを備えて回路を形成する半導体素子であって、
前記回路を形成するために必要な前記金属配線に隣接する絶縁膜の部位を硬化させたことを特徴とする半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板を研磨する研磨装置及び研磨方法に係り、特にＬｏｗ−ｋ膜などの絶縁膜及び該絶縁膜に埋め込まれたＣｕなどの配線金属を有する基板の研磨に好適に用いられる研磨装置及び研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大規模集積回路の性能向上の要求に伴い、半導体ウエハ上に形成される金属配線の多層化と狭配線化が進展しつつある。特に金属配線の間隔を小さくする狭配線化は、集積度を向上させるとともに信号の伝達経路を短縮するため、集積回路の高性能化に大きく寄与すると考えられている。しかしながら、金属配線の間隔が小さくなるに伴って、隣り合う配線の間の配線間容量が増大するという問題がある。すなわち、配線を電気信号が流れる際、配線に寄生している配線間容量を充放電しながら信号が伝播するため、配線間容量が信号伝播の遅延の原因となって集積回路の動作速度向上の妨げとなってしまう。
【０００３】
この問題を解決するために、配線間の絶縁材料として低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）の材料の開発と、それを用いた多層配線の開発が進められている。従来の絶縁材料単体では、十分に低い誘電率と絶縁性能を共に満たすことが困難であるため、最近では、最も有望な低誘電率材料として、高い誘電率（例えば比誘電率３程度）の材料の中に誘電率の低い空孔（比誘電率１程度）を多数含んだ低誘電率材料（多孔質Ｌｏｗ−ｋ材料）が検討されはじめている。
【０００４】
多層構造で狭配線の大規模集積回路を製造する際には、現在では、いわゆるダマシン法が用いられる。ダマシン法を用いて配線パターンを形成する方法は次のとおりである。まず、平坦化された絶縁膜中にビアホールと配線パターン溝を形成し、その上に、ＰＶＤ法またはＣＶＤ法を用いて厚さ２０ｎｍ程度のタンタル（Ｔａ）やタンタルナイトライド（ＴａＮ）からなる障壁薄膜（バリア層）を形成する。次に、めっきによりビアホールや配線パターン溝に銅（Ｃｕ）を埋め込む。そして、埋め込まれたＣｕ表面を平坦化されている絶縁膜と同一平面になるまでＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)装置により研磨する。この時、バリア層も同時に除去する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の製造工程においては、低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）絶縁材料を使用すると、従来材料を利用する場合に比べて、Ｃｕ配線に欠落（クラッキング、配線と絶縁膜との剥がれ、脱落、断線など）が多数生じるという現象が生じている。このＣｕ配線の欠落の発生は、前述のように多孔質Ｌｏｗ−ｋ材料が内部に多数の空孔を有するために、機械的な強度、弾性率、靱性、配線と下層部材との密着性などが低いことによるものと考えられている。さらに、多孔質Ｌｏｗ−ｋ材料は、空孔を多数含んでいるために断熱材に近い特性を示し、熱伝導率が低い。このために、Ｃｕ配線の熱を十分に放熱できない、という別の問題も有している。
【０００６】
本発明は、このような低誘電率材料を用いた際に生じる上記問題点に鑑みてなされたものであり、機械的強度が低い絶縁材料を使用した場合の配線の欠落を防止することができる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明者らは単層の配線パターンが形成された基板をＣＭＰ装置により研磨しているときの状態を有限要素法を用いて解析した。その結果、主にＣＭＰ工程の際に基板に作用する押圧力（研磨圧力）に起因して、機械的強度が低いＬｏｗ−ｋ膜が変形し、バリア層とＣｕ配線との境界付近に、顕著な引張応力が発生することを本発明者らは見出した。以下、図面を参照して引張応力の分布について説明する。
【０００８】
図１（ａ）はＬｏｗ−ｋ膜に埋め込まれた５本のＣｕ配線（密配線）を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＬｏｗ−ｋ膜及びＣｕ配線の表面に発生する引張応力を示すグラフである。図２（ａ）はＬｏｗ−ｋ膜に埋め込まれた１本のＣｕ配線（孤立配線）を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＬｏｗ−ｋ膜及びＣｕ配線の表面に発生する引張応力を示すグラフである。図１（ａ）及び図２（ａ）において、符号１はＣｕ配線を示し、符号２はＬｏｗ−ｋ膜を示し、符号３はバリア層であるＴａ層を示す。なお、図１（ａ）に示すＣｕ配線の幅は０．１８μｍであり、図２（ａ）に示すＣｕ配線の幅も同じく０．１８μｍである。図１（ｂ）に示すように、密配線の場合には最も外側に位置するＣｕ配線の外縁において引張応力が大きな値を示すことが分かる。また、図２（ｂ）に示すように、孤立配線の場合にはＣｕ配線の両外縁において引張応力が極大値を示すことが分かる。更に図１（ｂ）と図２（ｂ）を比較すると、密配線の場合での引張応力の最大値と孤立配線の場合の引張応力の最大値がほぼ同じであることが分かる。なお、図１（ｂ）及び図２（ｂ）ではＬｏｗ−ｋ膜及びＣｕ配線を有するデバイスの表面に１３．８ｋＰａの均一な圧力がかかるものとして計算を行った。
【０００９】
一般に、ドレッサーでドレッシングされた研磨パッドの場合、研磨パッドと基板の研磨表面は全面で接触しているわけではなく、“毛羽立った”研磨パッドの表面のごく一部が研磨液（スラリー）に含まれる砥粒を介して基板と接触している。図３に研磨パッドと基板とが接触している様子を模式的に示す。図３に示すように、研磨パッド１００の表面には多数の突出部１００ａが形成されており、これらの突出部１００ａが研磨液１５０に含まれる砥粒２００を介して基板Ｗの被研磨面Ｓ１と接触している。このため、研磨パッド１００と基板Ｗとの真実接触面積は非常に小さい（基板の表面積の１％以下）ことが知られている。この影響を考慮した結果、基板の被研磨面には基板の裏面Ｓ２（研磨時は通常上面となる）に与える圧力よりもはるかに大きな圧力が局所的に作用していると本発明者らは推察した。
【００１０】
これらの影響に加えて、研磨液に対するＣｕの応力感受性を考慮すると、バリア層とＣｕ配線との境界付近で応力腐食割れが発生し、この応力腐食割れに起因して、Ｃｕ配線の欠落が発生していると本発明者らは確信するに至った。
【００１１】
図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示した、有限要素解析によって示された応力集中の位置と、下記文献１に示された実際にＣＭＰ装置で基板を研磨した際に発生するＣｕ配線の欠落の位置とは極めてよく一致する。孤立した配線の両側、あるいは複数の平行した配線の外側では欠落が顕著に生じることや、高強度の絶縁材料を利用した際には欠落が発生しにくいことなど、実際の欠落原因の殆どを、上記の応力腐食割れによって説明し得ることを本発明者らは確認している。
文献１：Nagai, et al.,Proc.  ２００４  Int.  Interconnect  Tech.  Conf.,  Page.１４５−１４７,  ２００４
【００１２】
また、本発明者らは、Ｃｕ膜の表面形状やバリア層の厚さなどに起因して応力集中の位置や引張応力の最大値が変わりうることを見出した。以下、この点について図面を参照して説明する。図４（ａ）はめっきが施された後の孤立配線を示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す孤立配線の部分拡大図である。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）は変形量を５０，０００倍に拡大して表示している。この例では、層間絶縁膜（Inter Layer Dielectric）２は、Ｄ−ＭＳＱ（高密度メチルシロキサンＬｏｗ−ｋ膜）２ａ及びＰ-ＭＳＱ（多孔質メチルシロキサンＬｏｗ−ｋ膜）２ｂからなる積層構造であり、層間絶縁膜２の上には、バリア層としてのＴａ層３が形成され、さらにその上にめっきによりＣｕ膜７が堆積している。
【００１３】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、Ｃｕ膜７の上面には凹部７ａが形成されている。この凹部７ａはめっき処理により形成されたものであり、配線１の直上に位置している。このような凹部７ａが形成された基板をＣＭＰにより研磨すると、水平方向の最大引張応力は、図４（ｂ）に示すIV部に現れる。従って、凹部７ａで応力腐食割れが発生する可能性が最も高くなる。
【００１４】
図５はＣｕ膜が除去された後の、バリア層の研磨を行っているときの被研磨面での水平方向引張応力を示すグラフである。図５において、符号Ｃ１はバリア層が厚いとき（Ｔａ膜厚３０ｎｍ）における引張応力を表し、符号Ｃ２はＣＭＰによりバリア層が完全に除去されたとき（Ｔａ膜厚０ｎｍ）における引張応力を表している。この例でも、層間絶縁膜は２層構造であり、上層はＴＥＯＳ(ヤング率６０ＧＰａ)またはＳｉＯＣ（Carbonを含むＬｏｗ−ｋ膜、ヤング率１１ＧＰａ）からなるハードマスク（hard Mask）であり、下層がＰ-ＭＳＱ（ヤング率５ＧＰa）である。図５に示すように、Ｃｕ膜が除去された後においては、最大引張応力はＣｕ配線の外縁で現れる。そして、図５から、バリア層が厚いときに見られる最大引張応力は、バリア層が完全に除去されたときの最大引張応力よりも小さいことが分かる。
【００１５】
図６は、上記の結果より、ＣＭＰでＣｕ配線を形成する際に応力腐食割れの発生しやすい箇所を示した図である。すなわち、研磨開始時では、矢印Ａ１に示すように、配線１の直上の凹部７ａで応力集中し、凹部７ａが研磨により除去された後は、矢印Ａ２，Ａ３に示すように、配線１の外縁で応力集中する。このように、ＣＭＰ工程の進行に応じて応力集中の位置が変化し、これらの位置で応力腐食割れが起こりやすくなる。
【００１６】
図７は、以上の結果を考慮して、ＣＭＰ工程の進行に伴う引張応力の変化とＣＭＰ工程での最適な研磨圧力（基板を研磨面に対して押し付けるときの圧力）との関係を示すグラフである。引張応力は研磨圧力と線形関係があることが有限要素法解析から分かっているので、引張応力を軽減させるには研磨圧力を下げればよい。具体的には、Ｃｕ膜の表面に凹部が形成されている初期段階と、バリア層が表面に露出した最終段階において、研磨圧力を下げることが応力腐食割れを防止するために有効である。
【００１７】
図８は層間絶縁膜の構造によって最大引張応力が変化することを示すグラフである。図８において、符号Ｌ１，Ｌ４，Ｌ５は層間絶縁膜がＤ−ＭＳＱ及びＰ−ＭＳＱからなる積層構造の場合を示し、符号Ｌ２，Ｌ３は層間絶縁膜がＤ−ＭＳＱからなる単層構造の場合を示している。なお、Ｄ−ＭＳＱのヤング率は１５ＧＰａ〜２０ＧＰａであり、Ｐ−ＭＳＱのヤング率は５ＧＰａ〜８．５ＧＰａである。
【００１８】
Ｃｕ配線における応力腐食割れは、ヤング率７ＧＰａのＰ−ＭＳＱを用いた場合に激しく起こるが、ヤング率８．５ＧＰａのＰ−ＭＳＱの場合には応力腐食割れが殆ど発生しない（Galvanic  Corrosionのような他の種類の腐食と区別できないレベルである）ことが実際の半導体デバイスで観察されている。従って、図８から、最大引張応力が０．０８ＭＰａ（８０ｋＰａ）以下であれば、応力腐食割れが防止できると期待できる。実際に、図４（ｂ）において、Ｃｕ膜の凹部での最大引張応力値は０．０８ＭＰａを超えており、この部位で応力腐食割れが発生すると考えられる。
【００１９】
応力腐食割れを防止するためには、すでに述べたように、ＣＭＰ工程の初期段階での研磨圧力を下げることが有効であるが、Ｃｕ膜の表面に凹部がなければ応力腐食割れが発生しない。従って、めっき後のＣｕ膜の平坦性を向上させためっき技術も応力腐食割れを防止する点で有効である。図４（ｂ）において、幅２００ｎｍの配線の上方に深さ１００ｎｍの凹部がある場合では、最大引張応力が８０〜９０ｋＰａであった。すなわち、凹部の深さと配線幅の比が０．５（１００ｎｍ／２００ｎｍ）のときに応力腐食割れが起きると考えられる。従って、凹部の深さと配線幅の比が０．５の半分以下、すなわち０．２５以下になるようにめっきできれば、応力腐食割れの懸念がほぼなくなると考えることができる。
【００２０】
このように、Ｃｕ配線の欠落は、基板を研磨パッドに押し付けた際にＬｏｗ−ｋ材料が沈みこんで（大きく変形して）Ｃｕ膜の凹部やＣｕ配線とバリア層との境界付近に顕著な引張応力が生じること、研磨パッドと基板との間の真実接触面積が小さいこと、Ｃｕが研磨液に対する応力感受性を有することを主な要因として発生する。
【００２１】
従って、Ｃｕ配線などの金属配線の欠落を防止するための第１の技術的思想は、研磨パッドと基板との間の真実接触面積が大きくなるようにすることである。
すなわち、本発明の一態様は、研磨パッドと、基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、前記基板と前記研磨パッドとの真実接触面積が大きくなるように前記研磨パッドをドレッシングするドレッサーとを備えたことを特徴とする研磨装置である。
【００２２】
本発明の好ましい態様は、前記ドレッサーは、前記研磨パッドの表面に形成された複数の突出部の高さが略均一となるように前記研磨パッドをドレッシングすることを特徴とする。
このように、研磨パッド上の表面の微細な突出部の高さが均一になれば、研磨パッドと基板（半導体ウエハ等）との真実接触面積を増加させることができる。
【００２３】
本発明の好ましい態様は、前記ドレッサーは、前記研磨パッドの表面に形成された複数の突出部の高さが０．３〜１０μｍとなるように前記研磨パッドをドレッシングすることを特徴とする。
このように、研磨パッド表面の粗さ（突出部の高さ）を小さくすることで、研磨パッドの多くの部分を砥粒を介して基板に接触させることができる。従って、基板の裏面（上面）から基板に加わる押し付け力を分散でき、応力腐食割れを抑制することができる。
【００２４】
もちろん、基板の裏面（上面）から基板に加わる押し付け力を小さくすれば、基板に局所的に作用する力を減少させ、応力腐食割れの発生を避けるという効果が得られることは言うまでもない。しかしながら、実際のＣＭＰ装置を考えると、基板の裏面からの圧力を極端に下げることは難しい。現在のＣＭＰ装置では、基板の裏面からの圧力は、概ね２００ｈＰａ程度であり、例えば、これを１／１０にするならば、２０ｈＰａにしなくてはならない。この値は大気圧の高々２％に過ぎず、気圧の変動によって簡単に変化してしまう。従って、基板の裏面から被研磨面に加わる圧力を安定して制御できる範囲で応力腐食割れを抑制する効果を得るためには、真実接触面積を増大させることが有効な方法であることが明らかである。
【００２５】
本発明の他の態様は、研磨パッドと、基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、大きさの異なる砥粒を含む研磨液を前記研磨パッドに供給する研磨液供給機構とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
研磨液（スラリー）中の砥粒の粒度分布を研磨パッドの表面粗さ分布に近くなるように、大きさの異なる砥粒の混合比を調節することが好ましい。研磨パッドの表面粗さ分布と、スラリーの砥粒の粒度分布とがほぼ一致すれば、突出部周辺の高い領域（基板側の領域）には小さな砥粒が、突出部の間に位置する低い領域（研磨パッド側の領域）には大きな砥粒が分布し、真実接触面積を増加させることができる。
【００２６】
本発明の他の態様は、研磨パッドと、基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、気泡を含む研磨液を前記研磨パッドに供給する研磨液供給機構とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
本発明によれば、以下の２つの作用が得られる。一つは、研磨パッドと砥粒との間や、砥粒と基板表面との間に気泡が入り込み、この気泡の弾性によって、基板の被研磨面への力の集中を避けることができることである。もう一つの作用は、研磨液に混入された多数の微小な気泡によって互いに隣接する突出部の間を埋めて突出部を毛羽立たせ、研磨パッドと基板との真実接触面積を増加させることができることである。
【００２７】
本発明の他の態様は、研磨パッドと、基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、前記研磨パッドに超音波を照射して前記研磨パッドの表面に形成された複数の突出部に振動を与える超音波振動子とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
本発明によれば、超音波により研磨パッド表面を毛羽立たせ、寝ている突出部を立たせると同時に、砥粒をかき混ぜて浮き上がらせることができる。これにより、研磨パッドと基板との真実接触面積を増大させることができる。
【００２８】
金属配線の欠落を防止する第２の技術的思想は、砥粒が研磨パッドからの力を分散して基板表面に伝達するようにすることである。
すなわち、本発明の一態様は、研磨パッドと、基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、弾性を有する砥粒、中空砥粒、または１００ｋＰａ程度の高い圧力が加わると崩壊する砥粒を含む研磨液を前記研磨パッドに供給する研磨液供給機構とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
【００２９】
本発明によれば、基板と研磨パッドに挟まれた砥粒に力が作用した際に、この砥粒が変形して基板との接触面積が広がる。これにより、基板の被研磨面に作用する力が分散するので、基板に高い圧力が局所的に加わることを抑制することができる。さらに、研磨時に大きな力が砥粒に加わると、砥粒自らが崩壊し、これによって、力が基板に局所的に加わることが防止される。なお、弾性を有する砥粒としては、弾性体の表面に複数の微粒子を付着させた砥粒や弾性体からなる砥粒を用いることができる。
【００３０】
本発明の他の態様は、研磨パッドと、基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨する基板保持部と、砥粒を含まない研磨液を前記研磨パッドに供給する研磨液供給機構とを備えたことを特徴とする研磨装置である。
通常、研磨パッドと基板との間には砥粒が介在するため、砥粒のごく限られた部分のみが基板に接触する。本発明によれば、砥粒を含まない研磨液を使用することにより、研磨パッドの突出部が直接基板に接触することになる。従って、砥粒を含む研磨液を用いた場合に比べて基板と研磨パッドとの間にはるかに広い接触面積を確保できるため、力を分散させて応力集中を抑制することができる。
【００３１】
金属配線の欠落を防止する第３の技術的思想は、引張応力が作用する絶縁膜を補強することである。通常、基板を研磨パッドに押し付けると、Ｃｕ配線の両側のＬｏｗ−ｋ膜の部位が大きく沈み込み、基板の表面には顕著な引張応力が発生する。そして、この引張応力によって応力腐食割れが発生するのであるから、金属配線の欠陥を防止するためには、Ｌｏｗ−ｋ膜の沈み込みを防止することが有効である。
【００３２】
従って、本発明の一態様は、基板の表面に形成された絶縁膜と該絶縁膜に埋め込まれた金属配線とを有する基板の研磨方法であって、金属配線に隣接してダミー配線を形成し、前記基板を研磨することを特徴とする。
この場合、密集して並んでいる金属配線間にはダミー配線を設ける必要なく、最も外側に位置する金属配線に隣接してダミー配線を設ければよい。ダミー配線は、基板の表面に生じる引張応力を低減させるために必要なだけの線幅があればよいため、金属配線と概略同じ線幅があれば、金属配線の欠落を防止する効果がある。しかしながら、Ｌｏｗ−ｋ材料の断熱特性を考慮して、線幅の広いダミー配線を形成して該ダミー配線を放熱部材として機能させることが好ましい。このようにすることにより、熱の移動を促すことができ、集積回路の温度上昇を避けることが可能となる。
【００３３】
本発明の他の態様は、基板の表面に形成された絶縁膜と該絶縁膜に埋め込まれた金属配線とを有する基板の研磨方法であって、金属配線に隣接する絶縁膜の部位を硬化させ、前記基板を研磨することを特徴とする。
例えば、金属配線の両側の絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜など）の部位を、金属膜を形成する前に硬化させておく。この場合、Ｌｏｗ−ｋ膜に電子ビームを照射することで、Ｌｏｗ−ｋ膜の組成を変えて機械的強度を高めることができる。しかしながら、基板の全面に電子ビームを照射してしまうとＬｏｗ−ｋ膜の組成が基板表面全体で変わり、Ｌｏｗ−ｋ膜が持つ低誘電率と絶縁性を損なってしまう可能性がある。従って、エッチングなどでパターン溝を形成した後に、パターン溝に隣接する、パターンが形成されていない領域に電子ビームを照射してその部分の強度を高めることが好ましい。また、Ｌｏｗ−ｋ膜の低誘電率を損なわないためには、金属配線の間隔とほぼ同じ距離だけ離間した外側の領域に、電子ビームを照射することが好ましい。この場合、電子ビームが照射される領域は、金属配線の２倍以上の幅を持つことが好ましい。このように、本発明によれば、押し付け力によるＬｏｗ−ｋ膜（絶縁膜）の変形を抑制しつつ、絶縁膜の特性を保つことができ、金属配線の欠落を防止することができる。
【００３４】
本発明の他の態様は、研磨パッドをドレッシングして該研磨パッドの表面に形成された複数の突出部の高さを略均一にし、基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の他の態様は、研磨パッドをドレッシングして該研磨パッドの表面に形成された複数の突出部の高さを０．３〜１０μｍにし、基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の他の態様は、大きさの異なる砥粒を含む研磨液を用意し、該研磨液を研磨パッドの表面に供給しながら基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板の表面を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の他の態様は、気泡を含む研磨液を用意し、該研磨液を研磨パッドの表面に供給しながら基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の他の態様は、研磨パッドに超音波を照射して前記研磨パッドの表面に形成された複数の突出部に振動を与え、基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
【００３５】
本発明の他の態様は、弾性を有する砥粒、中空砥粒、または１００ｋＰａ程度の高い圧力が加わると崩壊する砥粒を含む研磨液を用意し、該研磨液を研磨パッドの表面に供給しながら基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
本発明の他の態様は、砥粒を含まない研磨液を用意し、該研磨液を研磨パッドの表面に供給しながら基板を前記研磨パッドに摺接させて該基板を研磨することを特徴とする研磨方法である。
【００３６】
金属配線の欠落を防止する第４の技術的思想は、基板上の被研磨物の表面形状や厚さに応じて研磨圧力を変えることである。
すなわち、本発明の他の態様は、被研磨物を有する基板を所定の研磨圧力で研磨面に押し付けて研磨する研磨方法であって、被研磨物の表面形状が予め設定された基準を満たしているか否かを判断し、前記判断の結果に基づいて研磨圧力を決定し、前記決定された研磨圧力で基板を研磨面に押し付けて基板を研磨することを特徴とする。
本発明によれば、被研磨物（金属膜など）の表面にくぼみが形成されている場合に研磨圧力を下げることができるので、金属配線の欠落（クラッキングなど）を防止することができる。
【００３７】
本発明の好ましい態様は、前記表面形状は、被研磨物の表面に形成された凹部の深さと配線の幅の比により決定されることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記判断時に、基板の表面に露出している被研磨物の種類を検出することを特徴とする。
【００３８】
本発明の好ましい態様は、前記研磨中に、基板上の被研磨物の厚さを測定し、前記測定により得られた被研磨物の厚さに基づいて研磨圧力を変えることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、被研磨物は、ヤング率が異なる複数種の材料からなる積層構造を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数種の材料のうちの少なくとも１つを前記研磨により除去したときに研磨圧力を変えることを特徴とする。
本発明によれば、研磨中において、被研磨物が引張応力の最大値が大きくなりやすい厚さに達したときに研磨圧力を下げることができるので、金属配線の欠落を防止することができる。
【００３９】
本発明の他の態様は、被研磨物を有する基板を所定の研磨圧力で研磨面に押し付けて研磨する研磨装置であって、研磨面を有する研磨テーブルと、基板を研磨面に対して押圧する基板保持部と、被研磨物の表面形状を測定する形状測定部と、研磨圧力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記形状測定部により得られた前記表面形状が予め設定された基準を満たしているか否かを判断し、前記判断の結果に基づいて研磨開始時の研磨圧力を決定するように構成されていることを特徴とする。
【００４０】
本発明の好ましい態様は、前記形状測定部は、被研磨物の表面に形成された凹部の深さと配線の幅の比に基づいて前記表面形状を測定することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記形状測定部は、基板の表面に露出している被研磨物の種類を検出することを特徴とする。
【００４１】
本発明の好ましい態様は、研磨中に被研磨物の厚さを測定する膜厚測定部を更に備え、前記制御部は、前記膜厚測定部により測定された被研磨物の厚さに基づいて研磨中に研磨圧力を変化させることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、被研磨物は、ヤング率が異なる複数種の材料からなる積層構造を有することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記制御部は、被研磨物を構成する複数種の材料のうちの少なくとも１つが研磨により除去されたときに研磨圧力を変えることを特徴とする。
【００４２】
本発明の他の態様は、基板の表面に形成された絶縁膜と該絶縁膜に埋め込まれた金属配線とにより回路を形成する半導体素子であって、前記回路を形成するために必要な前記金属配線に隣接してダミー配線を形成したことを特徴とする半導体素子である。
本発明の他の態様は、基板の表面に形成された絶縁膜と該絶縁膜に埋め込まれた金属配線とにより回路を形成する半導体素子であって、前記回路を形成するために必要な前記金属配線に隣接する絶縁膜の部位を硬化させたことを特徴とする半導体素子である。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、機械的強度が低いＬｏｗ−ｋ材料を絶縁膜として使用した場合でも、研磨時における金属配線の欠落を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明の実施形態に係る研磨装置及び研磨方法について図面を参照して説明する。
図９は本発明の一実施形態に係る研磨装置の要部を示す側面図である。
図９に示すように、研磨装置は、上面に研磨パッド９を有する研磨テーブル１１と、半導体ウエハ（基板）Ｗを真空吸着により保持し、これを研磨パッド９の上面（研磨面）に押圧して研磨するトップリングユニット１２と、研磨パッド９のドレッシング（コンディショニング）を行うドレッシングユニット１３とを備えている。研磨テーブル１１は、テーブル軸１１ａを介してモータ（図示せず）に連結されており、研磨テーブル１１は、図９の矢印Ｃで示すようにそのテーブル軸１１ａ周りに回転可能になっている。研磨パッド９は、例えば不織布により構成されている。なお、本実施形態で用いる半導体ウエハＷは、絶縁膜としてのＬｏｗ−ｋ膜と、該Ｌｏｗ−ｋ膜に形成されたバリア層及びＣｕ膜とが表面に形成された基板である。
【００４５】
研磨テーブル１１の上方には研磨液供給ノズル１５及びドレッシング液供給ノズル１６が配置されており、研磨液供給ノズル１５は配管を介して研磨液貯留タンク１７に接続され、ドレッシング液供給ノズル１６は配管を介してドレッシング液貯留タンク１８に接続されている。このような構成により、研磨液供給ノズル１５からは研磨液が、ドレッシング液供給ノズル１６からはドレッシング液（例えば、純水）が、研磨テーブル１１上の研磨パッド９上に供給されるようになっている。
【００４６】
トップリングユニット１２は、回転可能な支軸２０と、支軸２０の上端に連結される揺動アーム２１と、揺動アーム２１の自由端から垂下するトップリングシャフト２２と、トップリングシャフト２２の下端に連結される略円盤状のトップリング（基板保持部）２３とから構成されている。トップリング２３は、支軸２０の回転による揺動アーム２１の揺動と共に水平方向に移動し、プッシャー（図示せず）と研磨パッド９上の研磨位置との間での往復運動が可能となっている。また、トップリング２３は、トップリングシャフト２２を介して揺動アーム２１の内部に設けられた図示しないモータ及び昇降シリンダに連結されており、これにより、図９の矢印Ｄ，Ｅに示すように昇降可能かつトップリングシャフト２２周りに回転可能となっている。
【００４７】
トップリング２３は自転しながら、その下面に保持した半導体ウエハＷを回転している研磨パッド９上の研磨面に対して任意の圧力で押圧する。このとき、研磨液供給ノズル１５からは研磨パッド９に研磨液が供給される。研磨液としては、例えばキレート剤、界面活性剤などの混合溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものが用いられる。そして、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化学的・機械的研磨によって半導体ウエハＷが平坦かつ鏡面状に研磨される。
【００４８】
研磨装置を用いて研磨を行うと、研磨パッド９の研磨性能が低下する。そこで、研磨パッド９の研磨性能を回復させるために、ドレッシングユニット１３が設けられている。このドレッシングユニット１３は、回転可能な支軸３０と、支軸３０の上端に連結される揺動アーム３１と、揺動アーム３１の自由端から垂下するドレッサーシャフト３２と、ドレッサーシャフト３２の下端に連結されるドレッサー３３とから構成されている。ドレッサー３３は、支軸３０の回転による揺動アーム３１の揺動と共に水平方向に移動し、研磨パッド９上のドレッシング位置と研磨テーブル１１の外側のドレッサー洗浄装置（図示せず）との間で往復運動が可能となっている。
【００４９】
ドレッサー３３の下面には、研磨パッド９の表面（研磨面）に摺接して研磨パッド９のドレッシングを行うドレッシング部材３４が配置されている。ドレッサー３３は、このドレッシング部材３４を回転している研磨パッド９に対して任意の圧力で押圧し、自転することで研磨パッド９のドレッシング（目立て）を行う。ドレッシング部材３４の下面には、多数の微小なダイヤモンド粒子が電着により付着されている。
【００５０】
このドレッサー３３を用いたドレッシング処理は次のように行われる。すなわち、ドレッシング供給ノズル１６から純水などのドレッシング液を研磨パッド９上に供給しつつ、ドレッサー３３と研磨テーブル１１をそれぞれ回転させる。そして、ドレッサー３３のドレッシング部材３４を研磨パッド９に押圧することで、研磨パッド９の表面に残留する研磨液や被研磨材料（例えば配線材料となるＣｕ）の削り屑を除去すると共に、研磨パッド９の表面の平坦化及び目立てが行われ、研磨パッド９が再生される。
【００５１】
図１０はドレッシング後の研磨パッドを模式的に示す断面図である。図１０に示すように、研磨パッド９の表面には、高さがほぼ均一の突出部９ａが形成されており、突出部９ａの頂部が略同一平面内に位置している。研磨中においては、半導体ウエハＷの下面は、研磨液１５０に含まれる砥粒２００を介してこれらの突出部９ａに押圧される。このように、突出部９ａの高さが均一に揃っているので、表面粗さが不均一な研磨パッドに比べて、より多くの砥粒２００を介して研磨パッド９を半導体ウエハＷに接触させることができる。従って、研磨パッド９と半導体ウエハＷとの真実接触面積を増加させることができ、半導体ウエハＷに生じる応力集中を緩和させることができる。
【００５２】
突出部９ａの高さが均一となるように研磨パッド９をドレッシングするためには、ドレッシング部材３４の下面に付着されるダイヤモンド粒子の高さを均一にすることが必要となる。ダイヤモンド粒子の高さを均一とするための構成について図１１を参照して説明する。図１１は図９に示すドレッサーの一例を示す拡大図である。図１１に示すように、ドレッシング部材３４の下面には板材３５が取り付けられており、この板材３５によりダイヤモンド粒子３６がドレッシング部材３４から脱落してしまうことが防止されている。この板材３５にはダイヤモンド粒子３６を保持する複数の通孔３５ａが形成されており、これらの通孔３５ａの直径は互いに同一となっている。そして、これらの通孔３５ａにダイヤモンド粒子３６を保持させることにより、ドレッシング部材３４に電着させるダイヤモンド粒子３６の大きさ（高さ）を実質的に同一とすることができる。
【００５３】
研磨パッドと半導体ウエハとの真実接触面積を増加させる他の方法として、ドレッサーの下面から突出するダイヤモンド粒子の高さを所定の値以下に規制する方法がある。具体的には、ドレッシング後の研磨パッド９の表面に形成される突出部９ａの高さが０．３〜１０μｍとなるようにドレッサー３３のダイヤモンド粒子の高さを調節する。図１２はダイヤモンド粒子の高さが所定の値以下に規制されたドレッサーによりドレッシングされた研磨パッドを模式的に示す断面図である。図１２に示すように、研磨パッド９の表面に形成された突出部９ａの高さ（粗さ）Ｈが小さいため、半導体ウエハＷの下面は、突出部９ａ上の砥粒のみならず、凹部に入り込んだ砥粒にも押圧されることになる。従って、表面粗さが大きな研磨パッドに比べてより多くの砥粒を介して研磨パッド９を半導体ウエハＷに接触させることができ、研磨パッド９と半導体ウエハＷとの真実接触面積を増加させることができる。この場合、突出部９ａの高さを均一にすることは必ずしも必要ではないが、真実接触面積を増加させる観点から、図１０に示す場合と同様に、突出部９ａの高さを均一とすることが好ましい。
【００５４】
上述したドレッサー３３は、研磨パッド９を機械的にドレッシングするものであるが、これに代えて、研磨パッド９を化学的にドレッシングするドレッサーを用いてもよい。このようなドレッサーについて図１３乃至図１４（ｂ）を参照して説明する。図１３は化学的ドレッシングを行うドレッサーの例を示す模式図である。図１３に示すように、研磨テーブル１１の上方にはエッチング液を供給するエッチング液供給ノズル３９が配置されており、このエッチング液供給ノズル３９からエッチング液が研磨パッド９上に供給されるようになっている。研磨テーブル１１には、研磨パッド９の周縁部を囲むように環状の堰４０が設けられている。エッチング液供給ノズル３９から供給されたエッチング液３８は、研磨パッド９上に一定時間貯留された後、堰４０に設けられた排出口（図示せず）から排出される。このようにして、研磨パッド９の表面がエッチング液３８の化学的作用によりエッチングされる。この場合、エッチング液３８の研磨パッド９との接触時間を調整することにより、研磨パッド９の表面に形成される突出部９ａの大きさ（高さ）や形状を制御することができる。
【００５５】
図１４（ａ）は化学的ドレッシングを行うドレッサーの他の例を示す模式図である。図１４（ａ）に示すように、研磨テーブル１１には、パルス電源４２に接続された電極４１が埋設されている。この電極４１の上面には、上方に向かって突出する複数の微小な突起４１ａが形成されており、これらの突起４１ａの先端が研磨パッド９の下面に接触している。研磨テーブル１１の上方には、研磨パッド９上に電解液（薬液）を供給する薬液供給ノズル４３が配置されている。研磨テーブル１１の周縁部には、上述した環状の堰４０（図１３参照）が設けられており、この堰４０によって電解液４４が研磨パッド９上に貯留されるようになっている。電解液４４を研磨パッド９上に貯留させた状態で、パルス電源４２から電極４１にパルス電圧を印加し、突起４１ａに対応した位置にある研磨パッド９の表面部位を選択的にエッチングし、研磨パッド９の表面に複数の突出部９ａ（図１０及び図１２参照）を形成する。このような構成によれば、パルス電圧のパルス幅及び振幅、電極４１の突起４１ａの形状及び配置などを適宜調整することにより、所望の形状を有する突出部９ａを研磨パッド９の表面上に形成することができる。
【００５６】
図１４（ｂ）は化学的ドレッシングを行うドレッサーの更に他の例を示す模式図である。図１４（ｂ）に示すように、研磨テーブル１１と研磨パッド９との間には電極５０が配置されており、研磨パッド９の上方にも電極５１が配置されている。これらの電極５０，５１はパルス電源４２に接続されている。研磨パッド９の上方に配置された電極５１の下面には、下方に向かって突出する複数の微小な突起５１ａが形成されている。この電極（加工電極）５１は研磨時には研磨テーブル１１の外側の退避位置に配置されている。研磨テーブル１１の上方には研磨パッド９上に電解液（薬液）を供給する薬液供給ノズル４３が配置されている。研磨テーブル１１の周縁部には、上述した環状の堰４０（図１３参照）が設けられており、この堰４０によって電解液４４が研磨パッド９上に貯留されるようになっている。
【００５７】
ドレッシングを行う際は、電極５１を研磨テーブル１１の上方に移動させ、複数の突起５１ａを研磨パッド９の表面に接触させる。この状態で、電解液４４を研磨パッド９上に供給し、パルス電源４２から電極５０，５１にパルス電圧を印加して、突起５１ａに接触している研磨パッド９の表面部位を選択的にエッチングする。この場合も、パルス電圧のパルス幅及び振幅、電極の突起の形状及び配置などを適宜調整することにより、所望の形状を有する突出部９ａ（図１０及び図１２参照）を研磨パッド９の表面に形成することができる。また、これらの他にも、例えば、特開２００１−１２９７５５号公報や特開２００４−３４１５９号公報に記載のドレッサーを用いてもよい。
【００５８】
研磨パッドと半導体ウエハとの真実接触面積を増加させる他の方法として、大きさの異なる複数種の砥粒を含む研磨液を研磨パッドに供給する方法がある。この方法について図１５を参照して説明する。図１５は大きさの異なる２種類の砥粒を含む研磨液を用いて半導体ウエハを研磨しているときの様子を示す模式図である。この場合は、研磨パッド９と半導体ウエハＷとの間に介在する研磨液１５０中の砥粒２００Ａ，２００Ｂの粒度分布が、研磨パッド９の表面粗さ分布に近くなるように砥粒２００Ａ，２００Ｂの混合量を調節する。研磨パッド９の表面粗さ分布と、研磨液１５０中の砥粒２００Ａ，２００Ｂの粒度分布とがほぼ一致すれば、図１５に示すように、高い部分（半導体ウエハ側の領域）には小さな砥粒２００Ａが、低い部分（研磨パッド側の領域）には大きな砥粒２００Ｂが分布する。すなわち、大きい砥粒２００Ｂによって研磨パッド９の表面に形成された凹部が充填され、これらの大きい砥粒２００Ｂの上に小さい砥粒２００Ａが散在する。従って、研磨パッド９の表面粗さが実質的に小さくなり、真実接触面積を増加させることができる。
【００５９】
半導体ウエハＷの研磨に寄与する小さい砥粒２００Ａの直径はできるだけ小さいことが好ましい。具体的には、小さい砥粒２００Ａの直径は１００ｎｍ以下であることが好ましく、さらには１０〜３０ｎｍであることが好ましい。また、この小さい砥粒２００Ａとしてはシリカ（ＳｉＯ２）が好適に用いられる。一方、大きい砥粒２００Ｂの直径は、０．１〜１μｍであることが好ましい。また、大きい砥粒２００Ｂは柔らかいものであることが好ましく、具体的には、Ｃｕのヤング率１２９．８ＧＰａよりも小さいものであることが好ましい。
【００６０】
このような研磨液は、大きさの異なる砥粒を予め混合して製造してもよく、大きさの異なる砥粒をそれぞれ含む複数種の研磨液を、研磨パッド９に供給する直前で混合するようにしてもよい。図１６（ａ）は前者の場合の研磨液供給機構を示す模式図であり、図１６（ｂ）は後者の場合の研磨液供給機構を示す模式図である。図１６（ａ）に示す研磨液供給機構では、単一の研磨液貯留タンク１７に大きさの異なる２種類の砥粒２００Ａ，２００Ｂを導入し、攪拌器（図示せず）で混合させて研磨液１５０を生成した後、この研磨液１５０を供給配管５６を介して研磨液供給ノズル１５から研磨パッド９に供給する。一方、図１６（ｂ）に示す研磨液供給機構では、大きさの異なる砥粒２００Ａ，２００Ｂを含んだ研磨液１５０Ａ，１５０Ｂは、それぞれ研磨液貯留タンク１７Ａ，１７Ｂに貯留される。そして、研磨液１５０Ａ，１５０Ｂを研磨液貯留タンク１７Ａ，１７Ｂから供給配管５６Ａ，５６Ｂにそれぞれ導き、研磨パッド９に供給する直前で混合する。このように、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示すいずれの研磨液供給機構を用いてもよく、あるいは他の研磨液供給機構を用いて大きさの異なる砥粒を含む研磨液を製造してもよい。なお、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示す例では、大きさ及び硬さの異なる２種類の砥粒を用いたが、３種類以上の砥粒を用いてもよい。
【００６１】
研磨パッドと半導体ウエハとの真実接触面積を増加させる他の方法として、砥粒に加えて微小な気泡を含む研磨液を用いる方法がある。研磨液に気泡を形成するには、研磨液に気体を供給すればよい。この場合、気泡がＣｕ配線に及ぼす悪影響を避けるために、Ｏ２以外の気体を用いることが好ましい。仮にＯ２からなる気泡が混入された研磨液を用いると、Ｏ２が半導体ウエハＷ上のＣｕ配線と反応してＣｕＯＸが生成され、このＣｕＯＸがＣｕ配線を劣化させてしまう。このような観点から、研磨液に混入させる気体としては、Ｎ２ガスやＡｒガスなどの不活性ガスであることが好ましい。
【００６２】
図１７は気泡を含む研磨液を用いて半導体ウエハを研磨しているときの様子を示す模式図である。図１７に示すように、研磨液１５０に混入された微小な気泡６０は、研磨パッド９の表面の凹部に入り込み、これによって、研磨パッド９の突出部を毛羽立たせることができる。従って、半導体ウエハＷと研磨パッド９との真実接触面積を増加させることができる。この気泡６０の大きさは砥粒２００よりも大きいことが好ましく、具体的には、気泡６０の直径は数μｍ〜数十μｍであることが好ましい。
【００６３】
研磨液に気泡を混入させる装置としては、さまざまな装置を用いることができる。図１８は気泡を含む研磨液を研磨パッドに供給する研磨液供給機構の一例を示す模式図である。図１８に示すように、この研磨液供給機構は、研磨液１５０を貯留する研磨液貯留タンク１７と、研磨液１５０に気泡を混入させるバブリング槽６１と、バブリング槽６１に不活性ガスなどの気体を供給する気体供給源６２とを備えている。研磨液貯留タンク１７に貯留された研磨液１５０は、供給配管５６を介してバブリング槽６１に供給される。このバブリング槽６１では、気体供給源６２からの気体が研磨液１５０中に吹き込まれ、気体は微小な気泡となって研磨液１５０中に散在する。そして、気泡を含んだ研磨液１５０は、研磨液供給ノズル１５を介して研磨テーブル１１上の研磨パッド９上に供給される。
【００６４】
図１９は気泡を含む研磨液を研磨パッドに供給する研磨液供給機構の他の例を示す模式図である。図１９に示すように、この研磨液供給機構は、微量の不活性ガス（例えばＮ２ガス）を予め溶解させた純水（ＤＩＷ）を貯留する純水タンク６３と、研磨液１５０を貯留する研磨液貯留タンク１７と、供給配管５６を介して研磨液貯留タンク１７に接続される減圧機構６４（例えばエジェクタやベンチュリ管）とを備えている。純水は純水タンク６３から研磨液貯留タンク１７に導入され、研磨液貯留タンク１７に貯留されている研磨液１５０が希釈される。その後、研磨液１５０は供給配管５６を介して減圧機構６４に導かれ、減圧機構６４により研磨液１５０の圧力を低下させて不活性ガスからなる微小な気泡を研磨液１５０中に発生させる。そして、気泡を含んだ研磨液１５０は、研磨液供給ノズル１５を介して研磨テーブル１１上の研磨パッド９上に供給される。
【００６５】
図２０は気泡を含む研磨液を研磨パッドに供給する研磨液供給機構の更に他の例を示す模式図である。図２０に示すように、この研磨液供給機構は、研磨液１５０を貯留する研磨液貯留タンク１７と、研磨液１５０に不活性ガス（例えばＮ２ガス）を溶解させるガス溶解装置６５と、ガス溶解装置６５に不活性ガスを供給する気体供給源６２と、ガス溶解装置６５に接続される減圧機構６４（例えばエジェクタやベンチュリ管）とを備えている。研磨液貯留タンク１７に貯留されている研磨液１５０は、供給配管５６を介してガス溶解装置６５に導入され、ここで気体供給源６２からの不活性ガスが研磨液１５０中に溶解される。その後、研磨液１５０は減圧機構６４に導かれ、研磨液１５０の圧力が低下して不活性ガスからなる微小な気泡が研磨液１５０中に発生する。そして、気泡を含んだ研磨液１５０は、研磨液供給ノズル１５を介して研磨テーブル１１上の研磨パッド９上に供給される。ここで、ガス溶解装置６５としては、市販のガス溶解フィルタなどを用いることができる。なお、特開２００３−１３６４０５号公報に示される方法を用いて配管中の研磨液に超音波振動を与えて気泡を発生させてもよい。
【００６６】
研磨パッドと半導体ウエハとの真実接触面積を増加させる他の方法として、研磨パッドに超音波を照射する方法がある。図２１は超音波照射手段を備えた研磨装置の要部を示す概略図である。図２１に示すように、研磨テーブル１１の内部には、超音波を研磨パッド９に照射する超音波振動子７０が配置されている。この超音波振動子７０からは研磨パッド９に向けて超音波が照射され、研磨パッド９の表面に形成されている突出部９ａを振動させる。これにより、研磨工程の際に倒れた突出部９ａ（図１０及び図１２参照）を毛羽立たせる（屹立させる）ことができ、真実接触面積を増加させることができる。
【００６７】
研磨時にＣｕ配線に生じる欠落（クラッキング）を防止する方法として、研磨パッドと半導体ウエハとの真実接触面積を増加させる方法以外に、研磨パッドから半導体ウエハに加わる押圧力を砥粒によって緩和させる方法がある。このような方法の一例として、弾性を有する砥粒、中空砥粒、及び所定の圧力が加わると崩壊する砥粒のうち少なくとも１種類を含んだ研磨液を用いる方法が挙げられる。
【００６８】
図２２（ａ）は、中空砥粒を含む研磨液を用いて半導体ウエハを研磨しているときの様子を示す模式図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）に示す中空砥粒を示す拡大断面図であり、図２２（ｃ）は中空砥粒が力を受けて変形する様子を示す拡大断面図である。なお、図２２（ｃ）に示す矢印は中空砥粒に加わる力を表している。
【００６９】
図２２（ｂ）に示すように、中空砥粒２０１は、ＳｉＯ２などの複数の微粒子２０２を焼結またはプレス加工などにより結合させて製造することができる。あるいは、樹脂を用いて化学合成により中空砥粒２０１を製造してもよい。このような中空砥粒２０１によれば、図２２（ａ）及び図２２（ｃ）に示すように、研磨パッド９と半導体ウエハＷとの間に挟まれたときに中空砥粒２０１が変形し、これにより、研磨パッド９から半導体ウエハＷに加わる押圧力を緩和させることができる。また、中空砥粒２０１に過度な力が加わると、中空砥粒２０１自らが崩壊し、半導体ウエハＷに形成されたデバイスにダメージを与えないようにすることができる。
【００７０】
ここで、砥粒は中空でなくてもよく、所定の圧力、例えば１００ｋＰａ以上の圧力が加わると崩壊するように製造された砥粒を用いてもよい。図１（ｂ）及び図２（ｂ）では、デバイス面に加わる圧力を１３．８ｋＰａとして計算したが、この場合、孤立のＣｕ配線にかかる引張応力は、真実接触面積を０．４％として計算しなおすと３０ＭＰａ近くに達し、Ｃｕ配線の欠落が発生する。そこで、真実接触面積を約１０倍に増加させるために、１００ｋＰａ程度の圧力が加わると崩壊する砥粒を用いれば、Ｃｕ配線の欠落が防止できると考えられる。
【００７１】
なお、図２３（ａ）に示すように、中空砥粒に代えて、弾性体の表面に多数の微粒子２０２を固定させた砥粒２０３を用いてもよい。弾性体としては、空孔率の高い樹脂（多孔質樹脂）が好適に用いられる。この場合でも、図２３（ｂ）に示すように、砥粒２０３に力が加わったときにこの砥粒２０３が変形し、研磨パッドから半導体ウエハに加わる押圧力を緩和させることができる。なお、弾性体として用いる樹脂として、特開２００１−１５４６２号公報に示されるように不活性体(ＰＭＭＡ、ポリメチルメタクリレート)を用いてもよい。
【００７２】
研磨時にＣｕ配線に生じる欠落を防止する他の方法として、砥粒を含まない研磨液を用いる方法がある。通常、砥粒を含む研磨液を用いた場合、砥粒のごく限られた部分のみが半導体ウエハに接触するため、比較的大きな圧力が局所的に半導体ウエハに作用することになる。これに対し、砥粒を含まない研磨液を用いた場合は、研磨パッドの突出部が直接基板に接触することになる。この場合、研磨パッドの突出部の曲率半径は、通常、砥粒に比べてはるかに大きく、また、研磨パッドの硬さも砥粒に比べてはるかに軟らかいので、研磨パッドから半導体ウエハに加わる押圧力を緩和させることができる。
なお、砥粒を含まない研磨液を用いた場合には、砥粒の引掻きによる基板表面の除去効果がなくなるため、研磨速度が低下する虞がある。このため、前述の研磨パッドの表面粗さを略均一として真実接触面積を増加させる方法や超音波や気泡によって真実接触面積を増加させる手法と併用することがより好ましい。
【００７３】
今まで述べてきた、Ｃｕ配線の欠落（クラッキング）の発生を防止するための手段は、ドレッサーや研磨液に関するものであるが、配線パターン、すなわちＬｏｗ−ｋ膜を補強することによってもＣｕ配線の欠落を防止することができる。以下、図２４及び図２５を参照してＬｏｗ−ｋ膜を補強する方法について説明する。
【００７４】
図２４はＬｏｗ−ｋ膜に埋め込まれたＣｕ配線群（密配線）を示す断面図である。図２４に示すように、下層絶縁膜４の上に絶縁膜としてのＬｏｗ−ｋ膜２が形成され、その上にバリア層としてのＴａ層３が形成され、さらにその上に金属配線としてのＣｕ配線１が等間隔に形成されている。
【００７５】
図２４に示すように、５本のＣｕ配線１からなる配線群（密配線）の両側には、この配線群と平行に延びるダミー配線７５がそれぞれ形成されている。図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して説明したように、配線群の最も外側に位置する金属配線の外縁には、研磨時に大きな引張応力が発生する。従って、ダミー配線７５は、最も外側のＣｕ配線１に隣接して配置される。このように、ダミー配線７５を設けることによってその周囲のＬｏｗ−ｋ膜２を補強することができる。なお、最も外側のＣｕ配線１とダミー配線７５との距離は、Ｃｕ配線１の間隔とほぼ同じとすることが好ましい。
【００７６】
図２５はＬｏｗ−ｋ膜に埋め込まれた１本のＣｕ配線（孤立配線）を示す断面図である。この例においても、下層絶縁膜４の上に絶縁膜としてのＬｏｗ−ｋ膜２が形成され、その上にバリア層としてのＴａ層３が形成され、さらにその上に１本のＣｕ配線（孤立配線）１が形成されている。図２５に示すように、孤立したＣｕ配線１の両側には、このＣｕ配線１と平行に延びるダミー配線７５が形成されている。
【００７７】
上述したダミー配線７５は、Ｃｕ配線１と同様の方法で形成することができる。すなわち、下層絶縁膜（または半導体ウエハ）の上にＬｏｗ−ｋ膜を形成し、このＬｏｗ−ｋ膜にＣｕ配線用の溝を形成すると同時にダミー配線用の溝を形成する。その後、Ｌｏｗ−ｋ膜の上にバリア層としてのＴａ層を形成し、さらにＴａ層の上にＣｕ膜を形成する。このようにして、ＣｕをＣｕ配線用の溝とダミー配線用の溝に充填し、Ｌｏｗ−ｋ膜にＣｕ配線及びダミー配線を形成する。そして、ＣＭＰ装置により半導体ウエハを研磨することにより図２４及び図２５に示す配線パターンを有する半導体素子が形成される。
【００７８】
既に説明したように、Ｃｕ配線の絶縁膜として用いられるＬｏｗ−ｋ膜は機械的強度が低いため、研磨時において半導体ウエハＷを研磨パッドに押し付けたときに、Ｌｏｗ−ｋ膜が変形し、Ｃｕ配線に欠落を生じさせてしまう。このような欠落は、Ｃｕ配線の線幅が細いほど発生しやすく、実験によって、線幅０．１８μｍの密配線や孤立配線では欠落が生じやすく、線幅１．０μｍの場合には欠落が発生しないことが分かっている。
【００７９】
本実施形態によれば、配線パターンを構成する密配線及び孤立配線（以下、総称して単に金属配線という）に隣接してダミー配線を設けることにより、Ｌｏｗ−ｋ膜の機械的強度を高めることができる。従って、研磨時においてＬｏｗ−ｋ膜の変形が防止され、金属配線に欠落が生じてしまうことが防止できる。なお、ダミー配線は金属配線以上の線幅を有することが好ましい。その理由は、デバイス部で発生する熱をダミー配線を介して効率よく放熱させるためである。なお、このダミー配線に代えて、このダミー配線に相当する部分の絶縁膜を後述する電子ビームによって硬化させることによっても配線の欠落を防止する効果が得られる。
【００８０】
Ｌｏｗ−ｋ膜を補強する他の方法として、Ｌｏｗ−ｋ膜自体を硬化させる方法がある。この方法について図２６（ａ）乃至図２６（ｅ）を参照して説明する。図２６（ａ）乃至図２６（ｆ）は、半導体ウエハの表面にＣｕ配線を形成する工程を示す模式図である。図２６（ａ）に示すように、まず、半導体ウエハＷの上に層間絶縁膜としてのＬｏｗ−ｋ膜２を形成し、Ｌｏｗ−ｋ膜２の上面に塗布したレジスト５を配線パターンに沿って選択的に除去する。次に、図２６（ｂ）に示すように、エッチング処理によりＬｏｗ−ｋ膜２にトレンチ（溝）６を形成する。そして、図２６（ｃ）に示すように、レジスト５の上から電子ビームを半導体ウエハＷに向けて照射し、トレンチ６の両側壁を硬化させる（ＥＢキュア工程）。その後、図２６（ｄ）に示すように、レジスト５を除去し、Ｌｏｗ−ｋ膜２の上にバリア層３をスパッタリングなどにより形成する。そして、図２６（ｅ）に示すように、バリア層３の上にＣｕ膜７をめっきにより形成し、トレンチ６内にＣｕを充填する。その後、図２６（ｆ）に示すように、化学機械的研磨（ＣＭＰ）により、Ｌｏｗ−ｋ膜２の上面に形成されたＣｕ膜７及びバリア層３を除去し、Ｃｕ配線１を有する半導体素子を形成する。
【００８１】
このように、Ｌｏｗ−ｋ材料からなるトレンチ６の側壁を硬化させることにより、Ｌｏｗ−ｋ膜２の機械的強度を高めることができる。従って、研磨時においてＣｕ配線１とバリア層３との界面に生じる引張応力が大きくならず、Ｃｕ配線１に欠落が生じてしまうことが防止できる。この場合、トレンチの側壁に機械的強度の高い絶縁膜を薄く堆積させても同様の効果を得ることができる。
【００８２】
次に、Ｌｏｗ−ｋ膜を補強する他の方法について図２７を参照して説明する。図２７は半導体ウエハ上に形成されたチップ（集積回路）を示す平面図である。図２７に示すように、集積回路は、一般に、複数のパターン領域８０から構成され、これらのパターン領域８０の間には、配線パターンが形成されない部分（以下、非パターン部８１という）が存在する。この非パターン部８１に電子ビームを照射すれば、非パターン部８１の表面に露出するＬｏｗ−ｋ膜を硬化させることができる。
【００８３】
すなわち、配線パターンに沿ってトレンチをＬｏｗ−ｋ膜に形成した後、非パターン部８１に電子ビームを照射してこの非パターン部８１のＬｏｗ−ｋ膜を硬化させる。そして、Ｌｏｗ−ｋ膜の上にバリア層及びＣｕ膜を形成し、研磨装置により研磨する。この方法によれば、配線パターンに隣接するＬｏｗ−ｋ膜の機械的強度が高められるので、研磨時に配線パターンを構成するＣｕ配線に欠落が生じてしまうことを防止することができる。
【００８４】
次に、本発明の他の実施形態について図２８を参照して説明する。図２８は本発明の他の実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。なお、特に説明しない本実施形態の研磨装置の構成は図９に示す研磨装置の構成と同様であるので、その重複する説明を省略する。本実施形態における被研磨物は、ヤング率の異なる材料からなる積層構造体であり、具体的には、半導体ウエハＷの表面に形成された、Ｃｕ膜（ヤング率：１２９．８ＧＰａ）、Ｔａ層（ヤング率：１８５．７ＧＰａ）、及びＬｏｗ−ｋ材（層間絶縁膜）である。また、この実施形態で用いられる層間絶縁膜は、Ｄ−ＭＳＱ（高密度メチルシロキサンＬｏｗ−ｋ膜）及びＰ-ＭＳＱ（多孔質メチルシロキサンＬｏｗ−ｋ膜）からなる積層構造を有している。
【００８５】
図２８に示すように、本実施形態の研磨装置は、被研磨物としてのＣｕ膜の表面形状を測定する形状測定部９０と、研磨圧力（半導体ウエハＷの研磨面に対する圧力）を制御する制御部９１とを備えている。形状測定部９０は、渦電流センサまたは光学式センサなどを利用して膜厚分布（プロファイル）を測定し、Ｃｕ膜の表面形状を解析するように構成されている。形状測定部９０は制御部９１に接続されており、Ｃｕ膜の表面形状を示すデータが制御部９１に送信されるようになっている。なお、形状測定部９０は、渦電流センサまたは光学式センサなどを利用して、半導体ウエハＷの表面に露出している被研磨物の種類（材質）を検出するように構成されている。
【００８６】
Ｃｕ膜の表面に凹部（くぼみ）が形成されていると、図４（ｂ）に示すように、研磨工程時に凹部において応力が集中してしまい、この部位で応力腐食割れが生じやすくなる。そこで、本実施形態では、研磨工程が始まる前に、以下に述べる方法により凹部の配線に対する相対的な大きさを測定し、凹部が予め設定された基準よりも大きい場合は研磨工程時の研磨圧力を低く設定する。
【００８７】
まず、研磨工程が開始される前に、半導体ウエハＷは形状測定部９０に搬送され、ここでＣｕ膜の膜厚分布が測定され、Ｃｕ膜の表面形状（プロファイル）、すなわち凹部の大きさが求められる。形状測定部９０で得られたデータは制御部９１に送られ、ここで凹部の深さと配線の幅との比が求められる。制御部９１には配線の幅が予め入力されており、制御部９１により凹部の深さと配線幅との比が求められる。図４（ｂ）を参照して説明したように、凹部の深さと配線幅との比が０．２５以下の場合は、応力腐食割れが起こる可能性がほとんどないと考えられるので、求められた比が０．２５（基準値）以下の場合は、通常の研磨圧力で研磨が開始される。一方、求められた比が０．２５よりも大きい場合は、制御部９１は、研磨工程の開始時の研磨圧力を通常の値よりも低く設定する（図７参照）。このようにすることにより、Ｃｕ膜の表面の凹部に起因する応力腐食割れを防止することができる。
【００８８】
研磨工程が進んでＣｕ膜が除去されると、Ｃｕ配線の外縁に応力集中が起こる。この場合、図５を参照して説明したように、Ｔａ層の厚さに応じて引張応力の最大値が変化する。すなわち、Ｔａ層が厚い場合は引張応力の最大値が大きく、研磨によりＴａ層が除去されるに従って引張応力の最大値が小さくなる。従って、Ｔａ層の研磨開始時または直前に研磨圧力を下げれば引張応力の最大値を小さくできる。
【００８９】
本実施形態では、渦電流センサや光学式センサなどの膜厚測定センサ（膜厚測定部）９２を研磨テーブル１１に埋設し、研磨中における被研磨物の膜厚の変化を測定する。膜厚測定センサ９２の出力信号は上述した制御部９１に送られるようになっている。制御部９１は膜厚測定センサ９２からの出力信号に基づき、Ｃｕ膜が完全に除去される前に（Ｔａ層が露出する前に）研磨圧力を下げるように揺動アーム２１内の昇降シリンダを制御する（図７参照）。この場合、Ｃｕ膜が除去されたときに研磨圧力を下げるようにしてもよい。これにより、Ｃｕ配線の外縁に現れる最大引張応力を下げることができる。さらに制御部９１は、Ｔａ層が研磨により除去される直前に研磨圧力を上げるように昇降シリンダを制御する。この場合、Ｔａ層が除去されたときに研磨圧力を上げるようにしてもよい。
【００９０】
このように、本実施形態によれば、引張応力が大きくなると予想されるときに研磨圧力を低下させるので、研磨工程全体を通して引張応力を低く保つことができる。従って、Ｃｕ配線に応力腐食割れが生じてしまうことを防止することができる。
【００９１】
これまで、金属配線の欠落を防止するための種々の手段について述べてきたが、これらの手段は適宜組み合わせることが可能である。例えば、図１０乃至図２１に示す真実接触面積を増加させる手段と、図２２（ａ）乃至図２３に示す研磨パッドから半導体ウエハに作用する押圧力を緩和させる手段と、図２４乃至図２７に示す絶縁膜（即ち、Ｌｏｗ−ｋ膜）の機械的強度を高める手段と、図７及び図２８に示す研磨圧力を変化させる手段とを適宜組み合わせることで、金属配線に欠落が発生することを防止するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】図１（ａ）はＬｏｗ−ｋ膜に埋め込まれた５本のＣｕ配線（密配線）を示す断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＣｕ配線に発生する引張応力を示すグラフである。
【図２】図２（ａ）はＬｏｗ−ｋ膜に埋め込まれた１本のＣｕ配線（孤立配線）を示す断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＣｕ配線に発生する引張応力を示すグラフである。
【図３】研磨パッドと基板とが接触している様子を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）はめっきが施された後の孤立配線を示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す孤立配線の部分拡大図である。
【図５】バリア層の研磨を行っているときの被研磨面での水平方向引張応力を示すグラフである。
【図６】ＣＭＰでＣｕ配線を形成する際に応力腐食割れの発生しやすい箇所を示した図である。
【図７】ＣＭＰ工程の進行に伴う引張応力の変化と最適な研磨圧力との関係を示すグラフである。
【図８】層間絶縁膜の構造によって最大引張応力が変化することを示すグラフである。
【図９】本発明の一実施形態に係る研磨装置の要部を示す側面図である。
【図１０】ドレッシング後の研磨パッドを模式的に示す断面図である。
【図１１】図９に示すドレッサーの一例を示す拡大図である。
【図１２】ダイヤモンド粒子の高さが所定の値以下に規制されたドレッサーによりドレッシングされた研磨パッドを模式的に示す断面図である。
【図１３】化学的ドレッシングを行うドレッサーの例を示す模式図である。
【図１４】図１４（ａ）は化学的ドレッシングを行うドレッサーの他の例を示す模式図であり、図１４（ｂ）は化学的ドレッシングを行うドレッサーの更に他の例を示す模式図である。
【図１５】大きさの異なる２種類の砥粒を含む研磨液を用いて半導体ウエハを研磨しているときの様子を示す模式図である。
【図１６】図１６（ａ）は大きさの異なる２種類の砥粒を含む研磨液を供給する研磨液供給機構の一例を示す模式図であり、図１６（ｂ）は大きさの異なる２種類の砥粒を含む研磨液を供給する研磨液供給機構の他の例を示す模式図である。
【図１７】気泡を含む研磨液を用いて半導体ウエハを研磨しているときの様子を示す模式図である。
【図１８】気泡を含む研磨液を研磨パッドに供給する研磨液供給機構の一例を示す模式図である。
【図１９】気泡を含む研磨液を研磨パッドに供給する研磨液供給機構の他の例を示す模式図である。
【図２０】気泡を含む研磨液を研磨パッドに供給する研磨液供給機構の更に他の例を示す模式図である。
【図２１】超音波照射手段を備えた研磨装置の要部を示す概略図である。
【図２２】図２２（ａ）は、中空砥粒を含む研磨液を用いて半導体ウエハを研磨しているときの様子を示す模式図であり、図２２（ｂ）は図２２（ａ）に示す中空砥粒を示す拡大断面図であり、図２２（ｃ）は中空砥粒が力を受けて変形する様子を示す拡大断面図である。
【図２３】図２３（ａ）は、弾性体の表面に多数の微粒子を固定させた砥粒を示す拡大断面図であり、図２３（ｂ）は図２３（ａ）に示す砥粒が力を受けて変形する様子を示す拡大断面図である。
【図２４】Ｌｏｗ−ｋ膜に埋め込まれたＣｕ配線群（密配線）を示す断面図である。
【図２５】Ｌｏｗ−ｋ膜に埋め込まれた１本のＣｕ配線（孤立配線）を示す断面図である。
【図２６】図２６（ａ）乃至図２６（ｆ）は、半導体ウエハの表面にＣｕ配線を形成する工程を示す模式図である。
【図２７】半導体ウエハ上に形成されたチップ（集積回路）を示す平面図である。
【図２８】本発明の他の実施形態に係る研磨装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９３】
１      Ｃｕ配線（金属配線）
２      Ｌｏｗ−ｋ膜（絶縁膜）
３      Ｔａ層（バリア層）
４      下層絶縁膜
５      レジスト
６      トレンチ（溝）
７      Ｃｕ膜
９      研磨パッド
９ａ    突出部
１１    研磨テーブル
１１ａ  テーブル軸
１２    トップリングユニット
１３    ドレッシングユニット
１５    研磨液供給ノズル
１６    ドレッシング液供給ノズル
１７    研磨液貯留タンク
１８    ドレッシング液貯留タンク
２０，３０    支軸
２１，３１    揺動アーム
２２    トップリングシャフト
２３    トップリング
３２    ドレッサーシャフト
３３    ドレッサー
３４    ドレッシング部材
３５    板材
３５ａ  通孔
３６    ダイヤモンド粒子
３８    エッチング液
３９    エッチング液供給ノズル
４０    堰
４１    電極
４１ａ  突起
４２    パルス電源
４３    薬液供給ノズル
４４    電解液
５０，５１    電極
５１ａ  突起
５６    供給配管
６０    気泡
６１    バブリング槽
６２    気体供給源
６３    純水タンク
６４    減圧機構
６５    ガス溶解装置
７０    超音波振動子
７５    ダミー配線
８０    パターン領域
８１    非パターン部
９０    形状測定器
９１    制御部
９２    膜厚測定センサ（膜厚測定部）
１００  研磨パッド
１５０  研磨液
２００，２０３  砥粒
２０１  中空砥粒
２０２  微粒子
Ｗ      半導体ウエハ（基板）
【図１】
2006114861.tif 000003
【図２】
2006114861.tif 000004
【図３】
2006114861.tif 000005
【図４】
2006114861.tif 000006
【図５】
2006114861.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006114861.tif 000009
【図８】
2006114861.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2006114861.tif 000012
【図１１】
2006114861.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2006114861.tif 000019
【図１８】
2006114861.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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