(57)【要約】【課題】配線抵抗のばらつきが抑制された高品質の半導体装置を安価に作製することが可能な半導体装置の製造装置を得ること。【解決手段】化学研磨液を用いて化学的機械的研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドを設置する回転可能な定盤と、表面層に凹部が形成された基板の前記凹部の形成面を前記研磨パッドの表面に対向させて保持する保持手段と、前記保持手段により保持された前記基板を前記研磨パッドに対して押圧して前記基板の前記凹部の形成面を前記研磨パッドの表面に当接させる押圧手段と、前記基板の前記凹部の形成面と前記研磨パッドとの当接面にめっき液を供給するめっき液供給手段と、前記基板および前記定盤間にめっき電圧を印加する電圧印加手段と、前記研磨パッドの表面に前記化学研磨液を供給する研磨液供給手段と、を備え、前記基板の表面に対するめっき膜の形成と、前記基板の表面の化学的機械的研磨と、を行うことが可能である。【選択図】        図１
2008205088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学研磨液を用いて化学的機械的研磨を行う研磨パッドと、
前記研磨パッドを設置する回転可能な定盤と、
表面層に凹部が形成された基板の前記凹部の形成面を前記研磨パッドの表面に対向させて保持する移動可能な保持手段と、
前記保持手段により保持された前記基板を前記研磨パッドに対して押圧して前記基板の前記凹部の形成面を前記研磨パッドの表面に当接させる押圧手段と、
前記基板の前記凹部の形成面と前記研磨パッドとの当接面にめっき液を供給するめっき液供給手段と、
前記基板および前記定盤間にめっき電圧を印加する電圧印加手段と、
前記研磨パッドの表面に前記化学研磨液を供給する研磨液供給手段と、
を備え、
前記基板の表面に対するめっき膜の形成と、前記基板の表面の化学的機械的研磨と、を行うことが可能であること、
を特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記研磨パッドおよび前記定盤が、厚み方向に設けられた前記めっき液の供給路を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記研磨パッドが、前記めっき液を保持可能な空孔を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記研磨パッドが、前記めっき液を保持可能な複数の凹部を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
表面層に凹部が形成された基板を前記凹部の形成面を露出させて保持する移動可能な保持手段と、
前記基板の表面に対してめっき膜の形成を行うめっき処理部と、
前記基板の表面の化学的機械的研磨を行う研磨処理部と、
を備え、
前記めっき処理部が、
第１の定盤と、
前記保持手段により保持された前記基板を前記第１の定盤に対して押圧して前記基板の前記凹部の形成面を前記第１の定盤の表面に当接させる押圧手段と、
前記基板の前記凹部の形成面と前記第１の基板との当接面にめっき液を供給するめっき液供給手段と、
前記基板および前記第１の定盤間にめっき電圧を印加する電圧印加手段と、
を有し、
前記研磨処理部が、
前記化学研磨液を用いて化学的機械的研磨を行う研磨パッドと、
前記研磨パッドを設置する回転可能な第２の定盤と、
前記研磨パッドの表面に前記化学研磨液を供給する研磨液供給手段と、
を有すること、
を特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造装置に関するものであり、特に、配線パターンの粗密間差を有する半導体装置に於いて配線抵抗のばらつきが抑制された高品質の配線を製造することが可能な半導体装置の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置においては、デバイスの微細化により配線も微細化されてきており、この配線材料としては、電気的特性に優れた銅（Ｃｕ）が一般に使用されている。このような銅（Ｃｕ）配線は、基板上の層間絶縁膜などに形成された配線溝に、銅（Ｃｕ）めっき膜を形成し、その後、該銅（Ｃｕ）めっき膜を研磨して形成していた。すなわち、まず配線溝が形成された基板をめっき装置のめっき液内に浸漬させて該基板上に銅（Ｃｕ）めっき膜を形成し、その後、ＣＭＰ（Chemical  Mechanical  Polishing：化学的機械研磨）装置に基板を運搬し、表面を研磨することにより銅（Ｃｕ）配線を形成していた。
【０００３】
ここで、成膜された銅（Ｃｕ）めっき膜においては、基板上に於ける配線溝のパターンの差（粗密差）により、オーバープレーティングが生じていた。そして、このオーバープレーティングにより、成膜された銅（Ｃｕ）めっき膜においてはプロトリュージョン差や膜厚の差が生じていた。このオーバープレーティングは、パターンの密な場所で発生しやすい。そして、プロトリュージョン差や膜厚の差が大きい場合には、これらに起因してＣＭＰによる平坦化の際にエロージョンやディッシングが生じる。これらのエロージョンやディッシングは、基板上に於ける配線抵抗のばらつきの原因となる。また、プロトリュージョン差や銅（Ｃｕ）膜の膜厚の差が大きい場合には、ＣＭＰによる研磨量が多くなり、加工効率が低下するため、コストアップの要因にもなっていた。
【０００４】
そこで、このような問題に対処すべく、エロージョンおよびディッシングの低減のためにＥＣＭＰ（Electro  ＣＭＰ：電解ＣＭＰ）が提唱されている。このＥＣＭＰは、ＣＭＰを行いながら電気分解により対象物をエッチングする技術である。
【０００５】
【非特許文献１】"New Approach to Realizing Copper Damascene: Beyond Traditional Deposition and CMP" , September 29, 2003 , 8th Annual International CMP Symposium
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のＥＣＭＰ技術によれば、すでに成膜された、プロトリュージョン差や銅（Ｃｕ）膜の膜厚の差が生じている厚膜の銅（Ｃｕ）膜を研磨することになるため、エロージョンおよびディッシングの低減の効果は不十分である。すなわち、基板上に於ける配線抵抗のばらつきの低減の効果は不十分である。
【０００７】
また、上記従来のＥＣＭＰ技術によれば、すでに成膜された、プロトリュージョン差や銅（Ｃｕ）膜の膜厚の差が生じている厚膜の銅（Ｃｕ）膜を研磨することになるため、ＣＭＰによる研磨量を減らすことができず、加工効率の向上やコストの低減効果も不十分である。
【０００８】
一方、従来の配線の製造方法においては、めっき処理を行う装置と、研磨処理を行う装置とが別々に分離されているため、各装置の配置のよってはめっき処理を行った基板の運搬に多くの手間や時間を要する場合もあり、また配線の形成条件が異なる少量多品種の製品等においては処理工程ごとの基板の管理が複雑になるなど、作業効率の観点においては問題がある。
【０００９】
めっき技術としては、めっき表面を規制してめっき処理を行う技術が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。しかしながら、このような技術のみでは効率に関する問題は解決できない。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、配線抵抗のばらつきが抑制された高品質の半導体装置を効率良く安価に作製することが可能な半導体装置の製造装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施例によれば、めっき膜の形成においては、研磨パッドに基板が押さえつけられているため、めっき液はまずＬｉｎｅ部の配線溝に選択的に供給され、配線溝が埋め混まれる。配線溝がめっき液で埋め込まれた後においては、研磨パッド上に基板が押さえつけられているため、めっき液はＬｉｎｅ部およびＳｐａｃｅ部に略均等に供給される。したがって、本発明の一実施例によれば、研磨パッドに基板が押さえつけられることでめっき液がまずＬｉｎｅ部の配線溝に選択的に供給されてめっき膜が形成される半導体装置の製造装置が提供される。また、このようにしてめっき膜を形成した後に、形成しためっき膜の化学的機械的研磨を行うことが可能な半導体装置の製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一実施例によれば、プロトリュージョン差や膜厚の差が抑制されためっき膜を容易に且つ効率良く形成することができる、という効果を奏する。これにより、エロージョンやディッシングに起因した配線抵抗のばらつきの発生が効果的に防止された高品質の半導体装置を製造することが可能な半導体装置の製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる半導体装置の製造装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。なお、以下に示す図面においては、理解の容易のため各部材の縮尺は実際とは異なる場合がある。また、理解の容易のため各部材の縮尺は図面間においても異なる場合がある。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置であるめっき・研磨装置１１の構成を模式的に示す図である。このめっき・研磨装置１１は、表面層に配線形成用の溝部が設けられた基板（たとえば半導体ウェハ）Ｗの表面に対して電界めっきによりめっき膜の形成を行い、また、基板（たとえば半導体ウェハ）Ｗの表面の化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical  Mechanical  Polishing）を行って配線層を形成するめっき・研磨装置である。
【００１５】
図１に示すように、このめっき・研磨装置１１は、ヘッド１２と、研磨パッド１３と、定盤１４と、押圧部１５と、電圧印加部１６と、洗浄部１７と、めっき液供給部２０と、研磨液供給部３０と、を備えて構成される。
【００１６】
ヘッド１２は、めっき・研磨対象である半導体ウェハＷの被めっき表面（被研磨表面）を研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓ側に向けて保持するとともに図示しない駆動機構により移動および回転可能な保持手段である。研磨パッド１３は、半導体ウェハＷの被めっき表面（被研磨表面）のＣＭＰ用の研磨部材である。
【００１７】
ここで、半導体ウェハＷの被めっき表面とは、半導体ウェハＷにおける配線の形成面であり、表面層に配線形成用の溝部が設けられた半導体ウェハＷの表面である。被研磨表面とは、めっき・研磨装置１１によりめっき膜が形成された半導体ウェハＷの表面である。なお、半導体ウェハＷの被めっき表面においては、溝部の内面を含む表面に、バリアメタル膜ＢＬが形成されている。
【００１８】
定盤１４は、略円盤状とされ、研磨パッド１３を配置し、図示しない回転手段によって回転可能とされている。研磨パッド１３と定盤１４とで処理テーブルＴを構成している。押圧部１５は、ヘッド１２が保持する半導体ウェハＷを研磨パッド１３に対して押圧して、該半導体ウェハＷの表面を該研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓに当接させる。また、押圧部１５としては専用の機構を設けても良いが、ヘッド１２の自重を用いることも可能である。ヘッド１２の自重が過重である場合には、ヘッド１２を上方に引き上げる機構を設けても良い。また、押圧部１５としては、ヘッド１２の駆動機構に、ヘッド１２を押圧する機能を備えても良い。
【００１９】
電圧印加部１６は、半導体ウェハＷと定盤１４との間に所定のめっき電圧を印加する。電圧印加部１６は、電界めっきを行う際に、半導体ウェハＷを＋極、定盤１４を−極として、半導体ウェハＷおよび定盤１４間に所定のめっき電圧を印加する。また、めっき膜がオーバープレーティングの場合には、電圧印加部１６が逆バイアスを印加することにより、電解研磨（ＥＣＭＰ）を行うことが可能である。
【００２０】
洗浄部１７は、半導体ウェハＷ、研磨パッド１３および定盤１４の洗浄を行う。洗浄にはたとえば、純水やアルカリ水、洗浄ブラシなどを用いる。
【００２１】
めっき液供給部２０は、ヘッド１２が保持する半導体ウェハＷと研磨パッド１３との当接面にめっき液Ｌを供給する。めっき液供給部２０は、定盤１４および研磨パッド１３において厚み方向に設けられためっき液供給路１４ａ、１３ａを用いて、めっき液Ｌを半導体ウェハＷと研磨パッド１３との当接面に供給する。また、本実施の形態においては、めっき液Ｌとして銅（Ｃｕ）めっき液を用いる婆について説明するが、めっき液Ｌは銅に限定されるものではなく、配線材料として使用可能な材料であって電界めっきが可能な材料であれば良い。
【００２２】
なお、めっき液供給路１４ａ、１３ａの断面積や断面形状、数量に関しては特に限定はなく、めっき液Ｌを半導体ウェハＷと研磨パッド１３との当接面にめっき液Ｌを確実に供給できればよい。なお、理解の容易のため、図１においてはめっき液供給路１４ａ、１３ａを大きく記載してある。
【００２３】
研磨液供給部３０は、ヘッド１２が保持する研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓにノズル３１により化学研磨液を供給する。ノズル３１は、研磨パッド１３上に於ける研磨液の供給場所を自在に変更できるように移動可能とされている。
【００２４】
また、このめっき・研磨装置１１は、制御部４０と、入力部４１と、出力部４２と、記憶部４３と、を有する。制御部４０は、ヘッド１２の移動および回転、定盤１４の回転、めっき液供給部２０、研磨液供給部３０、などの装置全体の制御を行う。入力部４１は、マウスなどのポインティングデバイスキーボード等によって実現され、各種の情報を制御部４０に対して入力することができる。
【００２５】
出力部４２は、液晶ディスプレイなどのモニタやプリンタなどによって実現され、装置の制御情報などを出力することができる。記憶部４３は、半導体記憶メモリやハードディスク装置などによって実現され、各種プログラムやデータを記憶することができる。
【００２６】
つぎに、上記のように構成された本実施の形態にかかるめっき・研磨装置１１の動作について説明する。まず、半導体ウェハＷを用意する。この半導体ウェハＷには、図２−１に示すように、予め表面層（層間絶縁膜ＩＬ）に配線形成用の配線溝Ｇのパターンが設けられ、さらに配線溝Ｇの内面を含む表面層（層間絶縁膜ＩＬ）上にバリアメタル膜ＢＬが形成されている。これにより、半導体ウェハＷの表面層（層間絶縁膜ＩＬ）には、Ｌｉｎｅ部（配線溝Ｇのパターンが形成されている部位）とＳｐａｃｅ部（配線溝Ｇのパターンが形成されていない部位）とが存在する。また、Ｌｉｎｅ部においても、パターンの粗密差が存在する。そして、このような半導体ウェハＷを、該半導体ウェハＷの被めっき表面を研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓに対向させてヘッド１２により保持する。
【００２７】
つぎに、半導体ウェハＷを保持したヘッド１２を押圧部１５により研磨パッド１３に対して押圧して、図２−２に示すように、該半導体ウェハＷの表面を該研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓに当接させる。続いて、めっき液供給部２０が、ヘッド１２が保持する半導体ウェハＷと研磨パッド１３との当接面に、めっき液供給路１４ａ、１３ａを用いて、めっき液Ｌを供給する。ここでは、めっき液Ｌとして銅めっき液を用いる。
【００２８】
そして、電圧印加部１６が、半導体ウェハＷと定盤１４との間に所定のめっき電圧を印加する。ここで、電圧印加部１６は、電界めっきを行う際に、半導体ウェハＷを＋極、定盤１４を−極として、半導体ウェハＷおよび定盤１４間に所定のめっき電圧を印加する。このとき、ヘッド１２を回転させても良い。また、定盤１４を回転させても良い。そして、ヘッド１２および定盤１４を回転させても良い。これにより電界めっきが行われるが、ヘッド１２により研磨パッド１３上に半導体ウェハＷが押さえつけられているため、銅めっき液ＬはまずＬｉｎｅ部の配線溝Ｇに選択的に供給され、図２−３に示すように配線溝Ｇを埋め始める。
【００２９】
そして、このまま電界めっきが継続され、配線溝Ｇが銅めっき液Ｌで埋め込まれると、銅めっき液Ｌは図２−４に示すようにＬｉｎｅ部およびＳｐａｃｅ部に略均等に供給され、配線溝Ｇ上を含む半導体ウェハＷの表面に薄い銅めっき膜ＣｕＬを形成する。このように、Ｌｉｎｅ部およびＳｐａｃｅ部に薄い銅めっき膜ＣｕＬが形成された時点で、銅めっき液Ｌの供給およびめっき電圧の印加を停止して、銅めっき膜ＣｕＬの形成を終了する。
【００３０】
つぎに、銅めっき膜ＣｕＬを形成した半導体ウェハＷを、洗浄部１７がたとえば純水により水洗浄する。また、研磨ヘッド１３上およびめっき液供給路１４ａ、１３ａに残っている銅めっき液Ｌを除去し、研磨ヘッド１３を純水により水洗浄する。
【００３１】
つぎに、洗浄した半導体ウェハＷを、銅めっき膜ＣｕＬを形成しためっき被研磨表面を研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓに対向させて、再度ヘッド１２により保持する。そして、つぎに、半導体ウェハＷを保持したヘッド１２を押圧部１５により研磨パッド１３に対して押圧して、図２−５に示すように銅めっき膜ＣｕＬを形成した被研磨表面を該研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓに当接させる。
【００３２】
続いて、研磨液供給部３０が、ヘッド１２が保持する研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓにノズル３１により化学研磨液を供給する。この状態でヘッド１２および定盤１４を所定の方向に回転させて銅めっき膜ＣｕＬ、バリアメタル膜ＢＬおよび層間絶縁膜ＩＬの研磨を行い、配線高さを調整して配線を完成させる。
【００３３】
また、銅めっき膜ＣｕＬの膜厚が厚めに形成されている場合には、電圧印加部１６でめっき膜形成時と逆バイアスを印加しながら、電解研磨（ＥＣＭＰ）を行うことも可能である。
【００３４】
また、少量の銅めっき液Ｌを用いためっき膜形成工程とめっき膜研磨工程とを１サイクルとして、これを数サイクル繰り返すことにより、薄膜の銅めっき層を配線部（配線溝Ｇ）のみに堆積するようにして銅配線を形成しても良い。
【００３５】
上述したように、めっき・研磨装置１１における銅めっき膜ＣｕＬの形成においては、ヘッド１２により研磨パッド１３上に半導体ウェハＷが押さえつけられているため、銅めっき液ＬはまずＬｉｎｅ部の配線溝Ｇに選択的に供給され、配線溝Ｇが埋め混まれる。配線溝Ｇが銅めっき液Ｌで埋め込まれた後においては、ヘッド１２により研磨パッド１３上に半導体ウェハＷが押さえつけられているため、銅めっき液ＬはＬｉｎｅ部およびＳｐａｃｅ部に略均等に供給される。そして、銅めっき膜ＣｕＬの表面が研磨パッド１３の表面１３ｓにより規制された状態で、研磨パッド１３の表面１３ｓに沿って、配線溝Ｇ上を含む半導体ウェハＷの表面に薄い銅めっき膜ＣｕＬが形成される。
【００３６】
このように、このめっき・研磨装置１１においては、銅めっき液ＬをＬｉｎｅ部の配線溝Ｇに選択的に供給し、銅めっき膜ＣｕＬの表面を研磨パッド１３の表面１３ｓにより規制した状態で配線溝Ｇ上を含む半導体ウェハＷの表面に薄い銅めっき膜ＣｕＬを形成するため、プロトリュージョン差や膜厚の差が抑制された、ブランケット膜に近い平坦性を有する銅めっき膜ＣｕＬを容易に且つ効率良く形成することができる。
【００３７】
また、このめっき・研磨装置１１においては、上述したように銅めっき液ＬをＬｉｎｅ部の配線溝Ｇに選択的に供給することができるため、半導体ウェハＷ上のＬｉｎｅ部において配線溝Ｇのパターンの粗密差が存在する場合においても、プロトリュージョン差や膜厚の差が抑制された、ブランケット膜に近い平坦性を有する薄い銅めっき膜ＣｕＬを容易に且つ効率良く形成することができる。
【００３８】
これにより、Ｌｉｎｅ部の配線溝Ｇのパターンの差（粗密差）に起因したオーバープレーティングの発生を防止することができ、オーバープレーティングによるプロトリュージョン差や膜厚の差に起因した、ＣＭＰによる平坦化処理時のエロージョンやディッシングの発生を未然に防止することができる。したがって、このめっき・研磨装置１１によれば、エロージョンやディッシングに起因した配線抵抗のばらつきの発生を効果的に防止することができ、高品質の半導体装置を製造することができる。
【００３９】
また、プロトリュージョン差や膜厚の差を抑制した薄い銅めっき膜を形成することができるため、使用するめっき液Ｌを減量することができるとともにＣＭＰによる研磨量を低減することができ、加工効率および生産性を向上させるとともにコストダウンを図ることができる。
【００４０】
また、このめっき・研磨装置１１においては、めっき処理とめっき膜の研磨処理とを１つの装置内で行うことで従来のようにめっき装置から研磨装置への半導体ウェハＷの長距離運搬の発生がなく、即座につぎの処理を行うことができるため、効率良く銅(Cu)配線を形成することができ、効率良く処理を行うことが可能であり、生産性を向上させることができる。
【００４１】
また、このめっき・研磨装置１１においては、めっき処理とめっき膜の研磨処理とを１つの装置内で行うことで、めっき処理とめっき膜の研磨処理との繰り返し処理を迅速且つ容易に行うことができる。これにより、加工の修正等も容易に行うことができる。
【００４２】
このめっき・研磨装置１１においては、めっき処理とめっき膜の研磨処理とを１つの装置内で行うことで、配線の形成条件が異なる少量多品種の製品等に対しても、半導体ウェハＷ１枚ごとに個別にフレキシブルに対応することができる。
【００４３】
また、このめっき・研磨装置１１においては、定盤１４を、めっき膜研磨時の支持基板として使用するとともに、めっき膜形成時のめっき膜表面の規制用部材としても兼用しているため、少ない構成部材でかつ狭いスペースで装置が構成されており、安価な装置が実現されている。
【００４４】
なお、通常、ＣＭＰ装置の研磨パッド１３には、発泡ポリウレタンなどの材料が用いられており、上述しためっき・研磨装置１１においても研磨パッド１３の材料として発泡ポリウレタンを用いることができる。また、このめっき・研磨装置１１においては、研磨パッド１３の材料として、図３−１に示すように空孔を有する材料を用いることができ、たとえばスポンジ状の材料を用いることができる。この場合は、めっき液Ｌを研磨パッド１３に滴下して供給する。
【００４５】
空孔を有する材料で研磨パッド１３を構成することにより、研磨パッド１３の表面に供給されためっき液Ｌを研磨パッド１３の空孔中に蓄えることが可能となり、またはめっき液供給路１３ａから直接研磨パッド１３の空孔中にめっき液Ｌを蓄えることが可能となる。これにより、めっき膜形成時に研磨パッド１３の表面の広範囲において半導体ウェハＷの被めっき表面にめっき液Ｌを供給することができ、確実に且つ効率的に配線形成用の配線溝Ｇにめっき液Ｌを供給することができる。また、この場合は、めっき液Ｌを研磨パッド１３に滴下するとともにめっき液供給路１３ａからも研磨パッド１３にめっき液Ｌを供給しても良い。
【００４６】
また、このめっき・研磨装置１１においては、図３−２に示すように研磨パッド１３の表面に凹部１３ｂを広範囲にわたって多数設けた形態としても良い。この場合は、めっき液Ｌを研磨パッド１３に滴下して供給する。このように研磨パッド１３の表面に凹部１３ｂを多数設けることにより、研磨パッド１３の表面に供給されためっき液Ｌを該凹部１３ｂに蓄えることが可能となり、めっき膜形成時に研磨パッド１３の表面の広範囲において半導体ウェハＷの被めっき表面にめっき液Ｌを供給することができ、確実に且つ効率的に配線形成用の配線溝Ｇにめっき液Ｌを供給することができる。
【００４７】
そして、研磨パッド１３の表面に凹部を広範囲にわたって多数設けた形態とし、めっき膜形成時に定盤１４を回転させる場合には、凹部の形状を図３−３に示すように定盤１４の回転方向に対して液溜まりのできやすい形状にしても良い。定盤１４を回転させる場合には、図３−３に示すように定盤１４の面内中心方向（Ｘ方向）と逆方向（Ｙ方向）に遠心力が働くので、たとえば図３−３に示すように凹部に蓄えられためっき液ＬがＹ方向に飛び出しにくい形状とする。これにより、めっき膜形成時に定盤１４を回転させた場合でも、研磨パッド１３の表面の広範囲において半導体ウェハＷの被めっき表面にめっき液Ｌを確実に供給することができ、確実に且つ効率的に配線形成用の配線溝Ｇにめっき液Ｌを供給することができる。
【００４８】
実施の形態２．
上述した実施の形態１においては、めっき膜の形成とめっき膜の研磨とを同一処理テーブル上において行う場合について説明したが、めっき膜の形成とめっき膜の研磨とを異なる処理テーブル上で行う構成とすることも可能である。図２は、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造装置であるめっき・研磨装置５１の構成を模式的に示す図である。めっき・研磨装置５１が上述しためっき・研磨装置１１と異なる点は主として処理テーブルの構成方法であり、その他の構成はめっき・研磨装置１１と同じ構成を有するため、ここでは図示および詳細な説明は省略する。
【００４９】
このめっき・研磨装置５１は、めっき処理部と研磨処理部とを別々に有し、図４に示すようにめっき処理用の処理テーブルＴＭと、化学研磨処理用の処理テーブルＴＰと、を個別に備える。めっき処理部は、めっき処理用の処理テーブルＴＭと、押圧部１５と、めっき液供給部２０と、電圧印加部１６と、により構成される。また、研磨処理部は、化学研磨処理用の処理テーブルＴＰと、研磨液供給部３０と、により構成される。
【００５０】
めっき処理用の処理テーブルＴＭは、図５−１に示すように、めっき・研磨装置１１の定盤１４と同様に厚み方向にめっき液供給路１４ａを備えためっき処理用の定盤１４Ｍからなる。また、化学研磨処理用の処理テーブルＴＰは、図５−２に示すように研磨パッド１３が配置されて図示しない回転手段によって回転可能とされた定盤１４Ｐからなる。なお、めっき処理用の処理テーブルＴＭは、図示しない回転手段によって回転可能とされても良い。また、めっき・研磨装置５１は、めっき処理後および研磨処理後の半導体ウェハＷの洗浄を行う洗浄スペースＷＳを有する。なお、ヘッド１２は、半導体ウェハＷはめっき処理部、研磨処理部および洗浄スペースＷＳのいずれにも移動可能である。
【００５１】
このめっき・研磨装置５１によりめっき処理を行う場合には、上述した処理テーブルＴの代わりにめっき処理用の処理テーブルＴＭを使用し、上述しためっき・研磨装置１１の場合と同様にしてめっき膜の形成を行う。すなわち、半導体ウェハＷを保持したヘッド１２を押圧部１５により処理テーブルＴＭに対して押圧して、該半導体ウェハＷの表面を処理テーブルＴＭ表面に当接させる。続いて、ヘッド１２が保持する半導体ウェハＷと処理テーブルＴＭとの当接面に、めっき液供給部２０によりめっき液供給路１４ａを用いてめっき液Ｌを供給する。
【００５２】
そして、電圧印加部１６が、半導体ウェハＷと処理テーブルＴＭとの間に所定のめっき電圧を印加する。ここで、電圧印加部１６は、電界めっきを行う際に、半導体ウェハＷを＋極、定盤１４Ｍを−極として、半導体ウェハＷおよび定盤１４Ｍに所定のめっき電圧を印加する。このとき、ヘッド１２を回転させても良い。また、処理テーブルＴＭを回転させても良い。そして、ヘッド１２および処理テーブルＴＭを回転させても良い。これにより電界めっきが行われるが、ヘッド１２により処理テーブルＴＭ上に半導体ウェハＷが押さえつけられているため、銅めっき液ＬはまずＬｉｎｅ部の配線溝Ｇに選択的に供給され、配線溝Ｇを埋め始める。
【００５３】
そして、配線溝Ｇが銅めっき液Ｌで埋め込まれると、銅めっき液ＬはＬｉｎｅ部およびＳｐａｃｅ部に略均等に供給され、配線溝Ｇ上を含む半導体ウェハＷの表面に薄い銅めっき膜ＣｕＬを形成する。Ｌｉｎｅ部およびＳｐａｃｅ部に薄い銅めっき膜ＣｕＬが形成された時点で、銅めっき液Ｌの供給およびめっき電圧の印加を停止して、銅めっき膜ＣｕＬの形成を終了する。
【００５４】
つぎに、銅めっき膜ＣｕＬを形成した半導体ウェハＷをヘッド１２に保持したまま洗浄スペースＷＳに移動させる。そして、洗浄部１７がたとえば純水により半導体ウェハＷをヘッド１２に保持したまま水洗浄する。
【００５５】
つぎに、洗浄した半導体ウェハＷを、上述した定盤１４の代わりに処理テーブルＴＰを使用し、上述しためっき・研磨装置１１の場合と同様にしてめっき膜の化学研磨を行う。すなわち、まず洗浄した半導体ウェハＷをヘッド１２に保持したまま処理テーブルＴＰ上に移動させる。そして、銅めっき膜ＣｕＬを形成した被研磨表面を研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓに対向させて、ヘッド１２を押圧部１５により研磨パッド１３に対して押圧して、銅めっき膜ＣｕＬを形成した被研磨表面を該研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓに当接させる。
【００５６】
続いて、研磨液供給部３０が、ヘッド１２が保持する研磨パッド１３の研磨面（表面）１３ｓにノズル３１により化学研磨液を供給する。この状態でヘッド１２および処理テーブルＴＰを所定の方向に回転させて銅めっき膜ＣｕＬ、バリアメタル膜ＢＬおよび層間絶縁膜ＩＬの研磨を行い、配線高さを調整して配線を完成させる。
【００５７】
また、銅めっき膜ＣｕＬの膜厚が厚めに形成されている場合には、電圧印加部１６でめっき膜形成時と逆バイアスを印加しながら、電解研磨（ＥＣＭＰ）を行うことも可能である。
【００５８】
上述したように、めっき・研磨装置５１における銅めっき膜ＣｕＬの形成においては、ヘッド１２によりめっき処理用の処理テーブルＴＭ上に半導体ウェハＷが押さえつけられているため、めっき・研磨装置１１の場合と同様に、銅めっき液ＬをＬｉｎｅ部の配線溝Ｇに選択的に供給し、銅めっき膜ＣｕＬの表面をめっき処理用の処理テーブルＴＭの表面により規制した状態で配線溝Ｇ上を含む半導体ウェハＷの表面に薄い銅めっき膜ＣｕＬを形成する。これにより、プロトリュージョン差や膜厚の差が抑制された、ブランケット膜に近い平坦性を有する銅めっき膜ＣｕＬを容易に且つ効率良く形成することができる。
【００５９】
また、このめっき・研磨装置５１においても、上述したように銅めっき液ＬをＬｉｎｅ部の配線溝Ｇに選択的に供給することができるため、半導体ウェハＷ上のＬｉｎｅ部において配線溝Ｇのパターンの粗密差が存在する場合においても、プロトリュージョン差や膜厚の差が抑制された、ブランケット膜に近い平坦性を有する薄い銅めっき膜ＣｕＬを容易に且つ効率良く形成することができる。
【００６０】
これにより、Ｌｉｎｅ部の配線溝Ｇのパターンの差（粗密差）に起因したオーバープレーティングの発生を防止することができ、オーバープレーティングによるプロトリュージョン差や膜厚の差に起因した、ＣＭＰによる平坦化処理時のエロージョンやディッシングの発生を未然に防止することができる。したがって、このめっき・研磨装置５１によれば、エロージョンやディッシングに起因した配線抵抗のばらつきの発生を効果的に防止することができ、高品質の半導体装置を製造することができる。
【００６１】
また、プロトリュージョン差や膜厚の差を抑制した薄い銅めっき膜を形成することができるため、使用するめっき液Ｌを減量することができるとともにＣＭＰによる研磨量を低減することができ、加工効率および生産性を向上させるとともにコストダウンを図ることができる。
【００６２】
また、このめっき・研磨装置５１においては、めっき処理とめっき膜の研磨処理とを１つの装置内で行うことで従来のようにめっき装置から研磨装置への半導体ウェハＷの長距離運搬が不要となるため、効率良く銅(Cu)配線を形成することができ、効率良く処理を行うことが可能であり、生産性を向上させることができる。
【００６３】
また、このめっき・研磨装置５１においては、めっき処理用の処理テーブルＴＭと化学研磨処理用の処理テーブルＴＰとを個別に備えるため、めっき処理と研磨処理とを同時に行うことができ、効率良く配線を形成することができ生産性を向上させることができる。
【００６４】
なお、上記においては、めっき処理用の処理テーブルＴＭと化学研磨処理用の処理テーブルＴＰの構成がことなるが、双方にめっき・研磨装置１１における処理テーブルＴを使用して部品共通化を図ることも可能である。
【００６５】
また、このめっき・研磨装置５１においては、めっき処理用の処理テーブルＴＭとめっき液供給部２０との機能を、図６に示すようにめっき液Ｌを貯留する貯留部７１と、貯留部７１中に固定された定盤７２により構成することも可能である。この場合、めっき処理時には、ヘッド１２に保持された半導体ウェハＷを貯留部７１に浸漬させて定盤７２の表面に押さえつける。これにより、めっき・研磨装置１１の場合と同様に、銅めっき液ＬをＬｉｎｅ部の配線溝Ｇに選択的に供給し、銅めっき膜ＣｕＬの表面をめっき処理用の処理テーブルＴＭの表面により規制した状態で配線溝Ｇ上を含む半導体ウェハＷの表面に薄い銅めっき膜ＣｕＬを形成する。この場合においても、プロトリュージョン差や膜厚の差が抑制された、ブランケット膜に近い平坦性を有する銅めっき膜ＣｕＬを容易に且つ効率良く形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造装置は、半導体装置に於ける配線の製造に有用であり、特に、配線パターンの粗密間差を有する半導体装置に於いて配線抵抗のばらつきが抑制された高品質の配線を製造する場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図２−１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置のよる配線形成における銅めっき膜の形成方法を説明する図である。
【図２−２】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置のよる配線形成における銅めっき膜の形成方法を説明する図である。
【図２−３】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置のよる配線形成における銅めっき膜の形成方法を説明する図である。
【図２−４】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置のよる配線形成における銅めっき膜の形成方法を説明する図である。
【図２−５】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置のよる配線形成における銅めっき膜の研磨方法を説明する図である。
【図２−６】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置のよる配線形成における銅めっき膜の研磨方法を説明する図である。
【図３−１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置における研磨パッドの変形例を説明する断面図である。
【図３−２】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置における研磨パッドの変形例を説明する断面図である。
【図３−３】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置における研磨パッドの変形例を説明する断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造装置の構成を説明するための図である。
【図５−１】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造装置のめっき処理用の処理テーブルを説明するための図である。
【図５−２】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造装置の化学研磨処理用の処理テーブルを説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の製造装置の他の構成例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
１１  めっき・研磨装置
１２  ヘッド
１３  研磨パッド
１３ａ  めっき液供給路
１３ｂ  凹部
１３ｓ  表面
１４  定盤
１４ａ  めっき液供給路
１４Ｍ  定盤
１４Ｐ  定盤
１５  押圧部
１６  電圧印加部
１７  洗浄部
２０  めっき液供給部
３０  研磨液供給部
３１  ノズル
４０  制御部
４１  入力部
４２  出力部
４３  記憶部
５１  めっき・研磨装置
７１  貯留部
７２  定盤
ＢＬ  バリアメタル膜
ＣｕＬ  銅めっき膜
Ｇ  配線溝
ＩＬ  層間絶縁膜
Ｔ  処理テーブル
ＴＭ  めっき処理用の処理テーブル
ＴＰ  化学研磨処理用の処理テーブル
Ｗ  半導体ウェハ
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図６】
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