(57)【要約】【課題】基板の面内において局所的に研磨レートを変更することが可能な研磨方法と研磨装置を提供すること。【解決手段】研磨パッド１０１に研磨剤１０９を供給し、被研磨膜が形成された基板１０を回転させながら、被研磨膜を研磨パッド１０１に接触させる工程と、研磨パッド１０１のうち、被研磨膜の特定部分Sが接触する領域G1、G2に研磨レートを制御する物質を含ませる工程と、を有することを特徴とする研磨方法による。【選択図】図１
2008235609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドに研磨剤を供給し、被研磨膜が形成された基板を回転させながら、前記被研磨膜を前記研磨パッドに接触させる工程と、
前記研磨パッドのうち、前記被研磨膜の特定部分が接触する領域に研磨レートを制御する物質を含ませる工程と、
を有することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記領域に前記研磨レートを制御する物質を含ませる工程は、前記物質を含んだ固形物を前記研磨パッドの前記領域に押し当てることにより行なわれることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記領域に前記研磨レートを制御する物質を含ませる工程は、前記物質を含んだ液体を前記研磨パッドの前記領域に滴下することにより行なわれ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方法。
【請求項４】
回転可能な研磨パッドと、
前記研磨パッドに被研磨膜が形成された基板を押し当てる基板保持具と、
前記研磨パッドに研磨剤を滴下する研磨剤供給機構と、
前記被研磨膜の特定部分が接触する領域の前記研磨パッドに、前記被研磨膜の研磨レートを制御する物質を含ませる研磨レート制御機構と、
を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
前記被研磨膜の研磨残を監視して、該研磨残の量に対応した信号を出力する終点検出機構と、
前記研磨レート制御機構を制御する制御部とを更に有し、
前記制御部が、
前記信号に基づいて、前記研磨残の前記基板面内における分布をモニターし、
前記研磨残が最も多い部分を前記特定部分として認識し、
前記研磨レート制御機構を制御して、前記領域の前記研磨パッドに、前記物質を含ませることを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法及び研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、LSI等の半導体装置は微細化の一途を辿っており、配線の設計ルールも世代と共に縮小化されている。
【０００３】
配線の形成方法としては、フォトリソグラフィとエッチングで導電膜をパターニングする手法を採用するのが一般的であるが、このような手法では配線の更なる微細化を推し進めるのが困難となっている。
【０００４】
そこで、近年では、絶縁膜の溝やホールに銅等の配線材料を埋め込むことにより配線を形成する、いわゆるダマシン法と呼ばれる手法が採用されつつある。ダマシン法では、絶縁膜上に導電膜を形成した後、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法によりその導電膜を研磨し、溝やホール内にのみ導電膜を配線として残す。
【０００５】
CMPによる研磨は、研磨パッドにスラリー（研磨剤）を供給しながら、半導体基板を研磨パッドに押し当てながら行われる。CMP工程では、導電膜の研磨レートや、研磨レートの面内均一性等の研磨特性をコントロールすることが、半導体装置を安定して量産するうえで重要となる。
【０００６】
研磨特性は、消耗部材や、CMP装置の装置パラーメータによりある程度コントロールすることができる。
【０００７】
研磨特性を左右する消耗部材には、スラリー、研磨パッド、目立て装置等がある。
【０００８】
このうち、スラリーは、その中に含まれる砥粒の材料や形状を変更したり、砥粒の割合を増加させたりすることで、研磨レートを上昇させるように作用する。また、導電膜をエッチングする作用のある薬液の量をスラリー中において増加させても、研磨レートは上昇する。
【０００９】
また、研磨パッドの表面に形成された溝の模様や深さを変更することによっても、溝内に回りこむスラリー量が変化して、研磨レートを制御することができる。
【００１０】
目立て装置は、タイヤモンドディスクを研磨パッドに押し付けることで、研磨パッドの目立てに変化をつける装置である。ダイヤモンドディスクのダイヤ粒径を変更することで、目立て具合が変化し、研磨レートと面内均一性をコントロールすることができる。また、そのようなコントロールは、ダイヤモンドディスクを研磨パッドに押し付ける力を強くしても行うことができる。
【００１１】
一方、装置パラーメータの観点では、半導体基板の裏面側から該基板を研磨パッドに押し付けるメンブレンの圧力を高めることで、研磨レートを上昇させることができる。
【００１２】
その他に、プラテンやヘッドの回転数、インナーチューブ内の圧力、リテーナーリングを研磨パッドに押し当てる圧力等によっても、研磨特性をコントロールすることができる。
【００１３】
しかしながら、これらの方法では、半導体基板の面内において局所的にリアルタイムに研磨レートを変更させるのが困難であり、半導体基板に研磨残が残ることがある。
【００１４】
研磨残を防ぐには、半導体基板の面内における研磨レートが均一になるようにすればよい。研磨レートの均一化については、下記の特許文献１〜４に開示されている。
【００１５】
そのうち、特許文献１では、研磨パッドを複数の領域に分け、研磨パッドが半導体基板に押し当てられる圧力を領域毎にコントロールし、研磨レートの均一性を向上させている。
【００１６】
特許文献２では、スラリーを滴下するノズルを複数設けることにより均一性を高めている。
【００１７】
特許文献３では、スラリーの蒸散を抑制するプレート部材を設けることで、研磨パッドの乾燥に伴う研磨特性の変化を防止している。
【００１８】
特許文献４では、冷却板により研磨パッドの温度分布を均一にし、研磨レートの均一性を向上させている。
【００１９】
一方、特許文献５では、配線材料の化学反応を促す固体触媒を研磨パッドに含有させることにより、低い研磨圧力でも高い研磨レートが得られるようにしている。
【００２０】
その他に、本発明に関連する技術が下記の特許文献６〜１３にも開示されている。
【特許文献１】特開平６−３３３８９１号公報
【特許文献２】特表２００４−５３６７１７号公報
【特許文献３】特開２００５−４０９２０号公報
【特許文献４】特開平−１２３０５７号公報
【特許文献５】特開２００４−３１９６０９号公報
【特許文献６】特許第３３２７８１７号明細書
【特許文献７】特開平１０−０８３９７７号公報
【特許文献８】特開２０００−３２６２２０号公報
【特許文献９】特開２００１−２５７１８７号公報
【特許文献１０】特開２００１−２８４３００号公報
【特許文献１１】特表２００１−５２２１３９号公報
【特許文献１２】特表２００３−５２１８１７号公報
【特許文献１３】特表２００３−５３４６４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明の目的は、基板の面内において局所的に研磨レートを変更することが可能な研磨方法と研磨装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明の一観点によれば、研磨パッドに研磨剤を供給し、被研磨膜が形成された基板を回転させながら、前記被研磨膜を前記研磨パッドに接触させる工程と、前記研磨パッドのうち、前記被研磨膜の特定部分が接触する領域に研磨レートを制御する物質を含ませる工程とを有する研磨方法が提供される。
【００２３】
また、本発明の別の観点によれば、回転可能な研磨パッドと、前記研磨パッドに被研磨膜が形成された基板を押し当てる基板保持具と、前記研磨パッドに研磨剤を滴下する研磨剤供給機構と、前記被研磨膜の特定部分が接触する領域の前記研磨パッドに、前記被研磨膜の研磨レートを制御する物質を含ませる研磨レート制御機構とを有する研磨装置が提供される。
【００２４】
次に、本発明の作用について説明する。
【００２５】
本発明では、被研磨膜の特定部分が接触する領域の研磨パッドに研磨レートを制御する物質を含ませるので、該特定部分の研磨レートを増加又は低減することができ、基板面内において局所的に研磨レートを変更することが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、被研磨膜の特定部分の研磨レートを制御できるので、基板面内で局所的に研磨レートを変更することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
（１）第１実施形態
CMP装置について
図１は、本実施形態に係るCMP装置の上面図である。
【００２９】
このCMP装置は、矢印Aの方向に回転可能なプラテン上に貼付された発泡ウレタンよりなる研磨パッド１０１と、その研磨パッド１０１の目立てを行う目立て機構１０８とを有する。
【００３０】
このうち、目立て機構１０８は、アーム１０４の先端にダイヤモンドディスク１０５を設けてなる。アーム１０４は軸１０４ａを中心に回動可能であって、研磨パッド１０１の所望の領域にダイヤモンドディスク１０５を押し当てることができる。
【００３１】
また、研磨パッド１０１の上方には、ノズル１０３ａから研磨パッド１０１にスラリー（研磨剤）１０９を滴下する研磨剤供給機構１０３が設けられる。スラリー１０９としては、例えば、酸化セリウムや二酸化ケイ素等の砥粒が含まれる液体を使用し得る。
【００３２】
研磨対象となる半導体基板１０は、フェイスダウンの状態で研磨ヘッド（基板保持具）１０２に保持され、該研磨ヘッド１０２によって研磨パッド１０１に押し当てられる。その半導体基板１０としては、例えばシリコン基板が用いられる。
【００３３】
研磨ヘッド１０２は、研磨時に同図の矢印Bの方向に回転しながら矢印Cの方向に揺動する。このような研磨ヘッド１０２の動きによって、半導体基板１０の研磨ムラが低減される。
【００３４】
そして、研磨パッド１０１の回転方向Aを基準にして研磨ヘッド１０２の下流には、研磨レート制御機構１０７が設けられる。その研磨レート制御機構１０７は、軸１０６ａを中心に回動可能なアーム１０６の先端に、研磨レートを制御する物質を含む固形物１０７を設けてなる。研磨パッド１０１上での固形物１０７の位置は、アーム１０６の回転角を調節することにより、任意に変化させることができる。
【００３５】
固形物１０７による研磨レートの制御は、その中に含まれる物質によって研磨レートを増大又は低下させて行われる。
【００３６】
例えば、研磨対象の膜が銅膜の場合、硫黄を含む材料で固形物１０７を構成することにより、銅膜の研磨レートが増大する。そのような材料には、例えば、ポリフェニレンサルファイドがある。
【００３７】
図２（ａ）は、研磨中の固形物１０７とその周囲の拡大斜視図である。
【００３８】
アーム１０６の先端には、固形物１０７を研磨パッド１０１に押し当てる圧力を調節する圧力調節機構１１２が設けられる。圧力調節機構１１２は、例えば、エアーによって駆動するシリンダーであり、エアーの圧力を制御することにより、上記の圧力が調節される。
【００３９】
上記の固形物１０７は、ステンレスよりなる台座１１１を介してこの圧力調節機構１１２に取り付けられる。
【００４０】
そして、研磨中では、圧力調節機構が伸長し、固形物１０７が研磨パッド１０１に押し当てられる。
【００４１】
一方、研磨前と研磨後では、図２（ｂ）に示されるように、圧力調節機構１１２が収縮して固形物１０７が研磨パッド１０１の上方に退避する。
【００４２】
研磨方法について
CMPによる研磨では、半導体基板１０の全面において研磨レートが同じで、研磨後に半導体基板１０に研磨残が残らないのが理想的である。
【００４３】
しかし、従来例に係るCMP装置では、研磨残の発生を完全に防ぐことは困難で、図３の平面図に示すように、半導体基板１０の周縁部に研磨残Rが残ってしまう。特に、研磨対象の膜が電界めっきにより形成された銅膜の場合、電解めっきの際に基板の周縁部から給電を行うため、周縁部での銅膜の膜厚が厚くなり、このような研磨残Rが発生し易い。
【００４４】
本実施形態では、研磨残Rの発生を以下のようにして防止する。
【００４５】
まず、図３に示すように、研磨残Rが発生している部分を、優先的に研磨が必要な特定部分Sとして認識する。
【００４６】
そして、図４に示すように、上記の研磨レート制御機構１１０を用いて、特定部分Sが接触する領域G1の研磨パッド１０１に固形物１０７を押し当て、該固形物１０７中の研磨レートを制御する物質、例えば硫黄を研磨パッド１０１に含ませる。
【００４７】
このようにすると、領域G1を通った特定部分Sの研磨レートが、他の部分よりも速くなり、上記のような研磨残Rが発生するのを抑制できる。
【００４８】
なお、研磨パッド１０１において、特定部分S以外の部分Tが接触する領域に研磨レートを制御する物質を含ませると、基板１０において研磨レートを制御する必要のない部分Tまで研磨レートが増加又は低下してしまう。
【００４９】
従って、領域G1は、基板１０に形成された被研磨膜の特定部分Sのみが接触する領域であり、且つ、被研磨膜のうち特定部分S以外の部分Tが接触しない領域であるのが好ましい。そのような領域としては、領域G1の他に領域G2もあり、該領域G2における研磨パッド１０１に研磨レートを制御する物質を含ませるようにしてもよい。
【００５０】
（２）第２実施形態
CMP装置について
図５は、本実施形態に係るCMP装置の上面図である。
【００５１】
このCMP装置が第１実施形態と異なる点は、研磨レート制御機構１１０の構造である。
【００５２】
本実施形態では、この研磨レート制御機構１１０を、アーム１１５とノズル１１５ａにより構成し、研磨パッド１０２の回転方向Aを基準にして研磨ヘッド１０２の上流に設ける。
【００５３】
研磨レート制御機構１１０は、研磨レートを制御する物質を含んだ液体１２０をノズル１１５ａから研磨パッド１０１に滴下することにより、上記物質を研磨パッド１０１に含ませるように機能する。
【００５４】
研磨方法について
図６は、本実施形態に係る研磨方法について説明するための平面図である。
【００５５】
本実施形態でも、半導体基板１０上の被研磨膜において研磨レートを増加させたい部分を特定部分Sとして認識する。以下では、第１実施形態において図３を参照して説明したように、その特定部分Sが半導体基板１０の周縁部分であるとする。
【００５６】
そして、研磨レート制御機構１１０を用いて、特定部分Sが接触する領域G1の研磨パッド１０１に液体１２０を滴下し、該液体１２０が含有する研磨レートを増大させる物質を研磨パッド１０１に含ませる。
【００５７】
液体１２０は、研磨対象となる膜に応じて選択される。
【００５８】
例えば、銅膜を研磨する場合は、液体１２０として硫黄水を使用することにより、特定部分Sにおける研磨レートが速くなる。
【００５９】
一方、酸化シリコン膜を研磨する場合は、水酸化カリウム水溶液を液体１２０として使用することにより、特定部分Sにおける酸化シリコン膜の研磨レートを速めることができる。
【００６０】
そして、タングステン膜を研磨する場合には、液体１２０として過酸化水素水を用いることで、特定部分Sにおけるタングステン膜の研磨レートを速めることができる。
【００６１】
また、液体１２０として砥粒の含有量がスラリー１０９における含有量よりも多い液体を用いることにより、研磨する膜の種類に関わらず、特定部分Sにおける研磨レートを選択的に増大させることができる。
【００６２】
このように液体１２０を適宜選択することで、特定部分Sが他の部分よりも優先的に研磨され、研磨残の発生を防止することができる。
【００６３】
また、第１実施形態で説明したように、特定部分S以外の部分Tが接触する領域の研磨パッド１０１に研磨レートを制御する物質を含ませると、基板１０において研磨レートを制御する必要のない部分Tまで研磨レートが増加又は低下してしまうので、基板１０の特定部分Sのみが接触する領域G1にのみ液体１２０を滴下するのが好ましい。そのような領域には、領域G1の他に領域G2もあり、該領域G2における研磨パッド１０１に液体１２０を滴下してもよい。
【００６４】
なお、上記では、図３に示したように、半導体基板１０の周縁部に研磨残Rが発生し易い場合について説明した。
【００６５】
しかし、研磨残Rの分布はCMP条件等によって変動し、図７のように半導体基板１０の中央部に研磨残Rが発生する場合もある。
【００６６】
この場合は、中央部よりも外側で研磨残Rが発生していない部分を特定部分Sとして認識し、液体１２０として研磨レートを低下させる物質を含んだ液体を用いることにより特定部分Sの研磨レートを遅くしてもよい。このようにすると、基板中央部の研磨レートが特定部分Sよりも相対的に速くなるので、中央部に研磨残Rが発生するのを防止できる。
【００６７】
研磨対象となる膜が銅膜の場合は、液体１２０としてベンゾトリアゾール水を用いることにより、このように特定部分Sにおける銅膜の研磨レートを低下させることができる。
【００６８】
（３）第３実施形態
第１実施形態では、固形物１０７を研磨パッド１０１に押し当てて研磨レートを制御した。この方法では、固形物１０７と研磨パッド１０１との間の摩擦熱により、研磨パッド１０１の温度が上昇することがある。
【００６９】
その温度上昇が軽微なら特に問題はない。しかし、過度な温度上昇は、固形物１０７が押し当てられた部分の研磨レートを必要以上に上昇せしめ、研磨レートの制御を困難にする恐れがある。
【００７０】
例えば、ダマシンプロセスにおいて配線用の銅膜を研磨する場合は、研磨パッド１０１の温度上昇によってスラリー中のエッチング成分が活発に作用するようになるため、銅配線の上面が過度に研磨されて、いわゆるディッシングが発生してしまう。
【００７１】
本実施形態では、このような研磨パッド１０１の温度上昇を以下のようにして防止する。なお、本実施形態が第１実施形態と異なる点は、研磨レート制御機構１１０のみである。従って、以下では、本実施形態に係る研磨レート制御機構１１０についてのみ説明する。
【００７２】
図８は、その研磨レート制御機構１１０の先端付近の斜視図である。
【００７３】
本実施形態では、固形物１０７の内部に冷媒配管１２１を通し、純水等の冷媒１２３をその冷媒配管１２１内に流通させる。
【００７４】
冷媒１２３は、冷媒配管１２１内を循環しチラー１２４に戻される。チラー１２４は、冷媒１２３を冷却し、冷媒１２３の温度を一定に保つ役割を担う。
【００７５】
このように冷媒１２３で固形物１０７を冷却しながら、固形物１０７を研磨パッド１０１に押し付けることにより、固形物１０７との摩擦で研磨パッド１０１の温度が過度に上昇するのを防止できる。その結果、固形物１０７が押し当てられた部分の研磨パッド１０１において研磨レートが必要以上に上昇するのが抑制され、研磨レート制御機構１１０による研磨レートの制御を容易にすることができる。
【００７６】
（４）第４実施形態
第３実施形態では、固形物１０７を冷却することにより、研磨パッド１０１の温度上昇を防いだ。
【００７７】
これに対し、本実施形態では、固形物１０７を研磨パッド１０１に押し当てる圧力を調節することにより、研磨パッド１０１の温度上昇を防止する。
【００７８】
図９は、本実施形態に係る固形物１０７とその周囲の拡大斜視図である。
【００７９】
本実施形態では、固形物１０７の近傍に、研磨パッド１０１の表面温度を測定する温度測定部１３０を設ける。その温度測定部１３０は、例えば、遠赤外線吸収膜と熱電対とからなるサーモパイルチップを内蔵したデジタル放射温度センサよりなる。
【００８０】
研磨パッド１０１において、固形物１０７が押し当てられた部分１０１ａの表面温度Tは温度測定部１３０によって温度信号S2に変換され、該温度信号S2が制御部３００に入力される。
【００８１】
制御部３００は、温度信号S2に基づいて表面温度Tを監視しながら、圧力信号S1により圧力調節機構１１２を制御し、表面温度Tが常に一定になるように、固形物１０７を研磨パッド１０１に押し当てる圧力Pを制御する。
【００８２】
本実施形態では、このように圧力調節機構１１２をリアルタイムに制御することで、表面温度Tが常に一定に保たれ、研磨パッド１０１の温度上昇によって研磨レートが過度に増大するのを防止することができる。
【００８３】
（５）第５実施形態
図１０は、本実施形態で使用される研磨レート制御機構１１０とその周囲の拡大平面図である。なお、研磨レート制御機構１１０以外の構成は、第１実施形態と同様である。
【００８４】
本実施形態に係る研磨レート制御機構１１０は、研磨パッド１０１と対向して設けられて固形物１０７をガイドするアーム１３１を有する。固形物１０７は、不図示のモータに接続されたボールネジによってアーム１３１に沿って移動する。そして、制御部３００からの位置信号S3によって固形物１３１の位置をアーム１３１に沿って変えることにより、研磨レートの制御対象となる特定部分Sの位置を変える。
【００８５】
本実施形態では、研磨パッド１０１の上方に第４実施形態で説明した温度測定部１３０を複数個所に設け、固形物１３１との摩擦によって上昇する研磨パッド１０１の表面温度Tをその温度測定部１３０により監視する。
【００８６】
なお、このように温度測定部１３０を複数設けるのではなく、固形物１３１と連動した温度測定部１３０を一つだけ設けてもよい。
【００８７】
制御部３００は、温度測定部１３０から出力される温度信号S2に基づいて、表面温度Tが一定になるように、圧力信号S1（図９参照）により圧力調節機構１１２を制御し、固形物１０７を研磨パッド１０１に押し当てる圧力を制御する。
【００８８】
これによれば、固形物１０７の位置を移動させることにより、半導体基板１０において研磨残が発生しないように研磨レートを制御すべき特定部分Sを変える場合でも、研磨パッド１０１の温度上昇に伴って研磨レートが過剰に増加するのを防止でき、特定部分Sにおける研磨レートを制御し易くなる。
【００８９】
（６）第６実施形態
図１１は、本実施形態に係るCMP装置の上面図である。
【００９０】
本実施形態が第５実施形態と異なる点は、研磨パッド１０１に終点検出用窓１０１ｘを設けた点である。
【００９１】
図１２は、その終点検出用窓１０１ｘ付近の拡大断面図である。
【００９２】
終点検出用窓１０１ｘは、研磨パッド１０１の開口１０１ｙに埋め込まれた透明ウレタンよりなる。そして、終点検出用窓１０１ｘの下のプラテン１３９には、発光部１４１と受光部１４２とからなる終点検出装置１４０が設けられる。
【００９３】
終点検出装置１４０では、終点検出用窓１０１ｘの上方を通過中の半導体基板１０に発光部１４１からレーザ光L1を照射し、その反射光L2の強度を受光部１４２で終点検出信号S4に変換する。
【００９４】
反射光L2の強度は研磨残の量に応じて変動する。例えば、研磨対象の膜が銅膜である場合は、研磨残の量が多いほど反射光L2の強度が強くなる。従って、上記の終点検出信号S4は、研磨残の量に対応した信号となる。
【００９５】
なお、研磨パッド１０１には終点検出用窓１０１ｘが一箇所しか設けられていないが、研磨パッド１０１と研磨ヘッド１０２のそれぞれの回転数に差があり、且つ研磨ヘッド１０２が揺動するため、半導体基板１０の表面上でのレーザ光L1の軌跡は異なる複数の線状となる。制御部３００は、その軌跡上での終点検出信号S4をリアルタイムに監視することにより、半導体基板１０の中心からの距離と反射光L2の強度Iとの関係を示すグラフを得る。
【００９６】
そのグラフの形状は、研磨条件等によって様々な形となる。以下に、直径Eが２００mmのシリコン基板を半導体基板１０として用い、そのシリコン基板上に形成された銅膜を研磨した場合のグラフの例について説明する。
【００９７】
第１例
図１３〜図１６は、第１例に係る研磨途中のグラフである。そのグラフの横軸は半導体基板の中心からの距離を示し、縦軸は反射光L2の強度Iを示す。
【００９８】
また、これらの図では、半導体基板１０の表面上でのレーザ光L1の複数の軌跡のそれぞれに対応した複数のグラフが示されている。
【００９９】
研磨開始直後（図１３）では、反射強度Iは半導体基板１０の全面で一様である。
【０１００】
そして、基板中心から削れてゆき（図１４）、基板中心では研磨が完了した状態となる（図１５）。更に研磨を続けることにより研磨を終了するが（図１６）、基板の周縁部には銅の研磨残Rがリング状に残っている。
【０１０１】
第２例
図１７〜図２２は、第２例に係る研磨途中のグラフである。
【０１０２】
この例では、研磨の開始（図１７）からある程度の時間が経つと、基板の周縁部から研磨が進む（図１８）。その後、基板中心部も徐々に研磨され（図１９）、基板周縁部には銅の研磨残がなく中心部にのみ銅膜が残った状態となる（図２０）。更に研磨を進めると、基板の略全面で銅の研磨残がなくなった状態（図２１）となり、最終的には、研磨残が全くなくなる（図２２）。
【０１０３】
第３例
図２３〜図３０は、第３例に係る研磨途中のグラフである。
【０１０４】
この例では、研磨の開始（図２３）からある程度の時間が経つと、基板の中心部から研磨が進む（図２４、図２５）。そして、基板周縁部に残存する銅の研磨残は、研磨を進めるにつれて徐々に少なくなるが（図２６〜図２９）、最終的に研磨残をなくすことはできず、研磨を終了した段階で基板周縁部に僅かな研磨残Rが発生する（図３０）。
【０１０５】
本実施形態では、上記した第１〜第３例で説明したような反射強度Iのグラフを利用して、以下のようにして研磨残の発生を防止する。
【０１０６】
図３１は、本実施形態に係る研磨方法について示すフローチャートである。
【０１０７】
最初のステップP1では、研磨レート制御機構１１０を用いずに、半導体基板１０に対する研磨を開始する。そして、研磨を行いながら、第１〜第３例で説明した反射強度Iのグラフを半導体基板１０における研磨残の面内分布とみなすことにより、制御部３００においてその面内分布を把握する。
【０１０８】
次に、ステップP2に進み、研磨を行いながら上記の面内分布が不均一であるかどうかを判断する。
【０１０９】
図３２は、ステップP2について説明するための図である。同図に示されるように、本ステップでは、半導体基板１０を半径に応じて小領域D1〜D14に区分し、それぞれの領域D1〜D14における反射強度Iの平均値Imean(1)〜Imean(14)を求め、該平均値Imean(1)〜Imean(14)の最大値と最小値との差ΔI1が許容値I1を超えた場合に、研磨残の面内分布が不均一であると判断される。
【０１１０】
なお、既述のように、反射強度Iのグラフは、半導体基板１０の表面上でのレーザ光L1の複数の軌跡のそれぞれに対応して複数存在する。本例では、これら複数のグラフの中から任意の一つを選択してもよいし、各グラフの平均をとって上記の演算を行ってもよい。これについては後述の第１〜第３変形例でも同様である。
【０１１１】
そして、このステップP2において研磨残の面内分布が不均一である（YES）と判断された場合には、ステップP3に進み、半導体基板１０において研磨残が最も多い部分を、研磨レートの制御が必要な特定部分Sとして認識する。図３２の例では、小領域D1,D14が特定領域Sとして認識される。
【０１１２】
次に、ステップP4に進み、制御部３００のデータベース内に、ステップP3で認識された特定部分Sの基板１０での位置を研磨残情報Dsとして基板１０毎に蓄積する。なお、特定部分Sの位置は研磨時間と共に変動するので、研磨時間と特定部分Sの位置とを対にしてデータベースに蓄積してもよい。
【０１１３】
次いで、ステップP5に移行し、第１〜５実施形態のいずれかの方法により、研磨レート制御機構１１０を用いて特定部分Sの研磨レートを制御し、研磨残が発生しないようにする。
【０１１４】
図３２の例において、研磨対象となる膜が銅膜の場合は、例えばポリフェニレンサルファイドよりなる固形物１０７を用い、特定部分Sが接触する領域Gの研磨パッド１０１に研磨レートを増大させる硫黄を含有させながら研磨を行うことにより、特定部分Sの研磨レートを他の部分よりも速くし、銅よりなる研磨残が発生しないようにする。
【０１１５】
一方、上記のステップP2において研磨残の面内分布が不均一でない（NO）と判断された場合には、ステップP6に進み、研磨レート制御機構１１０を用いることなしに、そのまま研磨を続行する。
【０１１６】
以上により、本実施形態に係る研磨方法の主要ステップが終了したことになる。
【０１１７】
上記した本実施形態では、終点検出装置１４０を用いてリアルタイムに研磨残を監視することにより、研磨残が発生している部分の研磨レートを研磨レート制御機構１１０で自動的に制御することが可能となる。
【０１１８】
ここで、このようにリアルタイムに研磨残を監視しても、研磨残が実際に発生してから研磨レート制御機構１１０を動作させたのでは、時間的な余裕がない場合ある。
【０１１９】
その場合は、現在の研磨を終了した後、次の半導体基板１０を研磨するときに、ステップP4で蓄積した研磨残情報Dsを参照して、特定部分Sが接触する領域の研磨パッドGに、研磨の初期から研磨レート制御機構１１０により研磨レートを制御する物質を含ませるのが好ましい。
【０１２０】
このようにすると、研磨残が実際に発生する前に特定部分Sの研磨レートを他の部分よりも増加又は低下させることができ、研磨終了時点での研磨残の発生を防止し易くなる。
【０１２１】
また、研磨残情報Dsを蓄積するステップP4において、半導体基板１０から切り出される電子装置の品種、及び半導体基板１０上の膜を研磨するステップが属する工程名を、研磨残情報Dsに蓄積してもよい。また、その半導体基板１０のロット番号やスロット番号（ウエハ番号）もその研磨残情報Dsに蓄積してもよい。
【０１２２】
これによれば、別の日に半導体基板１０上の膜を研磨するとき、該基板１０と同じ品種且つ工程名の研磨残情報Dsを参照することで、研磨の初期から特定部分Sが接触する領域Gの研磨パッド１０１に研磨レートを制御する物質を含ませることが可能となり、研磨残の発生を防止し易くなる。
【０１２３】
なお、研磨残の分布が均一であるかどうかを判断するステップS2は上記に限定されない。以下に、ステップS2の変形例について説明する。
【０１２４】
第１変形例
図３３は、本変形例におけるステップP2の処理内容を説明するための図である。
【０１２５】
本例では、半導体基板１０の各小領域D1〜D14において、研磨前における反射強度Iinitial(1)〜Iinitial(14)と研磨中における反射強度Ifinal(1)〜Ifinal(14)との差Idif(1)〜Idif(14)を求め、該差Idif(1)〜Idif(14)の最大値と最小値との差ΔI2が許容値I2を超えた場合に、研磨残の面内分布が不均一であると判断する。
【０１２６】
第２変形例
図３４は、本変形例におけるステップP2の処理内容を説明するための図である。
【０１２７】
本例では、研磨を開始してから所定の時間が経過した後、予め定めておいた閾値Ithよりも強い強度の反射強度Iが発生している部分が半導体基板１０に存在している場合に、研磨残の分布が不均一であると判断する。
【０１２８】
第３変形例
図３５は、本変形例におけるステップP2の処理内容を説明するための図である。
【０１２９】
本例では、研磨残の分布が均一である場合の反射強度と、研磨中における反射強度とを基板１０の複数の点Qで比較し、両者の値が異なる点Qが存在する場合に、研磨残の分布が不均一であると判断する。
【０１３０】
（７）第７実施形態
本実施形態では、第１〜第６実施形態で説明した研磨方法を用いた半導体装置の製造方法について説明する。図３６〜図３９は、本実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図である。
【０１３１】
最初に、図３６（ａ）に示す断面構造を得るまでの工程について説明する。
【０１３２】
まず、p型のシリコン基板１０の表層に熱酸化膜を形成することにより、トランジスタの活性領域を画定する素子分離絶縁膜１１を形成する。このような素子分離構造はLOCOS(Local Oxidation of Silicon)と呼ばれるが、これに代えてSTI(Shallow Trench Isolation)を形成してもよい。
【０１３３】
次いで、シリコン基板１０の所定の深さにpウェル１８を形成した後、シリコン基板１０の活性領域を熱酸化して、ゲート絶縁膜１２となる熱酸化膜を形成する。そして、ゲート絶縁膜１２の上に、ポリシリコン膜をパターニングしてなるゲート電極１３を形成し、更にシリコン基板１０の上側全面に絶縁膜を形成した後、その絶縁膜をエッチバックしてゲート電極１３の横に絶縁性サイドウォール１４として残す。その絶縁膜は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成された酸化シリコン膜である。
【０１３４】
続いて、絶縁性サイドウォール１４をマスクにしてシリコン基板１０にn型不純物をイオン注入することにより、ソース／ドレイン領域１５を形成する。
【０１３５】
そして、ソース／ドレイン領域１５上にチタンシリサイド等よりなる金属シリサイド層２２を形成した後、シリコン基板１０の上側全面にカバー絶縁膜１６と第１層間絶縁膜１７とをこの順にCVD法により形成する。このうち、カバー絶縁膜１６としては窒化シリコン膜を、そして第１層間絶縁膜１７としては酸化シリコン膜を形成し得る。
【０１３６】
このようにして形成された第１層間絶縁膜１７の上面には、ゲート電極１３を反映した凹凸が形成される。その凹凸は、第１層間絶縁膜１７の上に多層配線構造を形成するのを阻害する。
【０１３７】
そこで、次の工程では、第１〜第６実施形態で説明したいずれかの研磨方法を用いて、第１層間絶縁膜１７の上面を研磨して平坦化する。第１層間絶縁膜１７は、酸化シリコンよりなるため、第１実施形態で説明したように水酸化カリウム水溶液によりシリコン基板１０の研磨レートを局所的に速めることができる。
【０１３８】
次に、図３７（ａ）に示すように、カバー絶縁膜１６と第１層間絶縁膜１７をパターニングして、ソース／ドレイン領域１５の上にコンタクトホール１７ａを形成する。
【０１３９】
そして、このコンタクトホール１７ａの内面と第１層間絶縁膜１７のそれぞれの上面に、スパッタ法によりグルー膜２０としてチタン膜と窒化チタン膜とをこの順に形成する。
【０１４０】
更に、このグルー膜２０の上に、反応ガスとして六フッ化タングステンガスを使用するCVD法によりタングステン膜２１を形成し、このタングステン膜２１でコンタクトホール１７ａを完全に埋め込む。
【０１４１】
続いて、図３７（ｂ）に示すように、第１層間絶縁膜１７の上の余分なグルー膜２０とタングステン膜２１とを研磨して除去し、これらの膜をコンタクトホール１７ａ内にのみ導電性プラグ２１ａとして残す。
【０１４２】
ここで、タングステン膜２１の研磨は、第１〜第６実施形態のいずれかの研磨方法により研磨され、第１実施形態で説明したように過酸化水素水を用いることで研磨レートが局所的に速くなり、タングステンの研磨残が発生するのを防止できる。
【０１４３】
次に、図３８（ａ）に示すように、第１層間絶縁膜１７と導電性プラグ２１ａのそれぞれの上面にCVD法により酸化シリコン膜を形成し、その酸化シリコン膜を第２層間絶縁膜２３とする。
【０１４４】
そして、この第２層間絶縁膜２３をパターニングすることにより、導電性プラグ２１ａの上に配線溝２３ａを形成する。
【０１４５】
続いて、図３８（ｂ）に示すように、配線溝２３ａの内面と第２層間絶縁膜２３の上面に、バリアメタル膜２５としてスパッタ法により窒化タンタル膜を形成する。その後、このバリアメタル膜２５の上に電界めっきにより銅膜２６を形成し、その銅膜２６により配線溝２３ａを完全に埋め込む。
【０１４６】
そして、図３９に示すように、第２層間絶縁膜２３の上の余分なバリアメタル膜２５と銅膜２６とを研磨して除去し、これらの膜を配線溝２３ａ内にのみ金属配線２６ａとして残す。
【０１４７】
銅膜２６の研磨には、第１〜第６実施形態で説明した研磨方法を採用し得る。そして、ポリフェニレンサルファイドや硫黄水を用いることで、銅膜２６の研磨レートを局所的に速くすることができ、研磨残の発生を防止することができる。
【０１４８】
以上により、本実施形態に係る半導体装置の基本構造が完成する。
【０１４９】
本実施形態では、第１層間絶縁膜１７の研磨（図３６（ｂ））、タングステン膜２１の研磨（図３７（ｂ））、及び銅膜２６の研磨（図３９）において、第１〜第６実施形態の研磨方法を用いる。これにより、各研磨工程で研磨残が発生するのを抑制でき、研磨残によって半導体装置が不良となるのを防止でき、ひいては半導体装置の歩留まりを向上させることが可能となる。
【０１５０】
以下に、本発明の特徴を付記する。
【０１５１】
（付記１）  研磨パッドに研磨剤を供給し、被研磨膜が形成された基板を回転させながら、前記被研磨膜を前記研磨パッドに接触させる工程と、前記研磨パッドのうち、前記被研磨膜の特定部分が接触する領域に研磨レートを制御する物質を含ませる工程と、を有することを特徴とする研磨方法。
【０１５２】
（付記２）  前記領域に前記研磨レートを制御する物質を含ませる工程は、前記物質を含んだ固形物を前記研磨パッドの前記領域に押し当てることにより行なわれることを特徴とする付記１に記載の研磨方法。
【０１５３】
（付記３）  前記被研磨膜として銅膜を形成し、前記固形物としてポリフェニレンサルファイドの固形物を用いることを特徴とする付記２に記載の研磨方法。
【０１５４】
（付記４）  冷媒で前記固形物を冷却しながら、該固形物を前記研磨パッドに押し当てることを特徴とする付記２に記載の研磨方法。
【０１５５】
（付記５）  前記研磨パッドの表面温度を測定して、該表面温度が一定になるように、前記固形物を前記研磨パッドに押し当てる圧力を制御することを特徴とする付記２に記載の研磨方法。
【０１５６】
（付記６）  前記領域に前記研磨レートを制御する物質を含ませる工程は、前記物質を含んだ液体を前記研磨パッドの前記領域に滴下することにより行なわれることを特徴とする付記１に記載の半導体装置の製造方法。
【０１５７】
（付記７）  前記被研磨膜が銅膜である場合、前記液体として硫黄水又はベンゾトリアゾール水を用い、前記被研磨膜が酸化シリコン膜の場合、前記液体として水酸化カリウム水溶液を用い、前記被研磨膜がタングステン膜の場合、前記液体として過酸化水素を用いることを特徴とする付記６に記載の半導体装置の製造方法。
【０１５８】
（付記８）  前記液体として、砥粒の含有量が前記研磨剤における含有量よりも多い液体を用いることを特徴とする付記６に記載の研磨方法。
【０１５９】
（付記９）  前記被研磨膜の研磨残の前記基板面内における分布をモニターする工程と、
前記基板において前記研磨残が最も多い部分を前記特定部分とする工程を更に有することを特徴とする付記１に記載の研磨方法。
【０１６０】
（付記１０）  回転可能な研磨パッドと、
前記研磨パッドに被研磨膜が形成された基板を押し当てる基板保持具と、
前記研磨パッドに研磨剤を滴下する研磨剤供給機構と、
前記被研磨膜の特定部分が接触する領域の前記研磨パッドに、前記被研磨膜の研磨レートを制御する物質を含ませる研磨レート制御機構と、
を有することを特徴とする研磨装置。
【０１６１】
（付記１１）  前記研磨レート制御機構は、前記物質を含んだ固形物を前記一部領域における前記研磨パッドに押し当てることにより、前記物質を前記研磨パッドに含ませることを特徴とする付記１０に記載の研磨装置。
【０１６２】
（付記１２）  前記固形物を冷却する冷媒配管を更に有することを特徴とする付記１１に記載の研磨装置。
【０１６３】
（付記１３）  前記固形物を前記研磨パッドに押し当てる圧力を調節する圧力調節機構と、
前記研磨パッドの表面温度を測定する温度測定部とを更に有し、
前記表面温度が一定になるように、前記圧力調節機構により前記固形物を前記研磨パッドに押し当てる圧力を制御することを特徴とする付記１１に記載の研磨装置。
【０１６４】
（付記１４）  前記研磨レート制御機構は、前記物質を含んだ液体を前記研磨パッドに滴下することにより、前記物質を前記研磨パッドに含ませることを特徴とする付記１０に記載の研磨装置。
【０１６５】
（付記１５）  前記被研磨膜の研磨残を監視して、該研磨残の量に対応した信号を出力する終点検出機構と、
前記研磨レート制御機構を制御する制御部とを更に有し、
前記制御部が、
前記信号に基づいて、前記研磨残の前記基板面内における分布をモニターし、
前記研磨残が最も多い部分を前記特定部分として認識し、
前記研磨レート制御機構を制御して、前記領域の前記研磨パッドに、前記物質を含ませることを特徴とする付記１０に記載の研磨装置。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係るCMP装置の上面図である。
【図２】図２（ａ）は研磨中の固形物とその周囲の拡大斜視図であり、図２（ｂ）は研磨前と研磨後における固形物とその周囲の拡大斜視図である。
【図３】図３は、半導体基板に残存する研磨残の平面図である。
【図４】図４は、本発明の第１実施形態に係る研磨方法について説明するための平面図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係るCMP装置の上面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る研磨方法について説明するための平面図である。
【図７】図７は、半導体基板の中央部に研磨残が発生した場合の平面図である。
【図８】図８は、本発明の第３実施形態における研磨レート制御機構の先端付近の斜視図である。
【図９】図９は、本発明の第４実施形態に係る固形物とその周囲の拡大斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の第５実施形態で使用される研磨レート制御機構とその周囲の拡大平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第６実施形態に係るCMP装置の上面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第６実施形態に係るCMP装置の終点検出用窓付近の拡大断面図である。
【図１３】図１３は、研磨残を示す反射光の第１例に係るグラフ（その１）である。
【図１４】図１４は、研磨残を示す反射光の第１例に係るグラフ（その２）である。
【図１５】図１５は、研磨残を示す反射光の第１例に係るグラフ（その３）である。
【図１６】図１６は、研磨残を示す反射光の第１例に係るグラフ（その４）である。
【図１７】図１７は、研磨残を示す反射光の第２例に係るグラフ（その１）である。
【図１８】図１８は、研磨残を示す反射光の第２例に係るグラフ（その２）である。
【図１９】図１９は、研磨残を示す反射光の第２例に係るグラフ（その３）である。
【図２０】図２０は、研磨残を示す反射光の第２例に係るグラフ（その４）である。
【図２１】図２１は、研磨残を示す反射光の第２例に係るグラフ（その５）である。
【図２２】図２２は、研磨残を示す反射光の第２例に係るグラフ（その６）である。
【図２３】図２３は、研磨残を示す反射光の第３例に係るグラフ（その１）である。
【図２４】図２４は、研磨残を示す反射光の第３例に係るグラフ（その２）である。
【図２５】図２５は、研磨残を示す反射光の第３例に係るグラフ（その３）である。
【図２６】図２６は、研磨残を示す反射光の第３例に係るグラフ（その４）である。
【図２７】図２７は、研磨残を示す反射光の第３例に係るグラフ（その５）である。
【図２８】図２８は、研磨残を示す反射光の第３例に係るグラフ（その６）である。
【図２９】図２９は、研磨残を示す反射光の第３例に係るグラフ（その７）である。
【図３０】図３０は、研磨残を示す反射光の第３例に係るグラフ（その８）である。
【図３１】図３１は、本発明の第６実施形態に係る研磨方法について示すフローチャートである。
【図３２】図３２は、図３１のステップP2について説明するための図である。
【図３３】図３３は、本発明の第６実施形態の第１変形例におけるステップP2の処理内容を説明するための図である。
【図３４】図３４は、本発明の第６実施形態の第２変形例におけるステップP2の処理内容を説明するための図である。
【図３５】図３５は、本発明の第６実施形態の第３変形例におけるステップP2の処理内容を説明するための図である。
【図３６】図３６（ａ）、（ｂ）は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。
【図３７】図３７（ａ）、（ｂ）は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。
【図３８】図３８（ａ）、（ｂ）は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。
【図３９】図３９は、本発明の第７実施形態に係る半導体装置の製造途中の断面図（その４）である。
【符号の説明】
【０１６７】
１０…半導体基板、１１…素子分離絶縁膜、１２…ゲート絶縁膜、１３…ゲート電極、１４…絶縁性サイドウォール、１５…ソース／ドレイン領域、１６…カバー絶縁膜、１７…第１層間絶縁膜、１７ａ…コンタクトホール、２０…グルー膜、２１…タングステン膜、２１ａ…導電性プラグ、２２…金属シリサイド層、２３…第２層間絶縁膜、２３ａ…配線溝、２５…バリアメタル膜、２６…銅膜、２６ａ…金属配線、１０１…研磨パッド、１０２…研磨ヘッド、１０３…研磨剤供給機構、１０３ａ…ノズル、１０４…アーム、１０４ａ…軸、１０５…ダイヤモンドディスク、１０６…アーム、１０６ａ…軸、１０７…固形物、１０８…目立て機構、１０９…スラリー、１１０…研磨レート制御機構、１１１…台座、１１２…圧力調節機構、１１５…アーム、１１５ａ…ノズル、１２０…液体、１２１…冷媒配管、１２３…冷媒、１２４…チラー、１３０…温度測定部、１３１…アーム、１４０…終点検出装置、１４１…発光部、１４２…受光部、３００…制御部。
【図１】
2008235609.tif 000003
【図２】
2008235609.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008235609.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2008235609.tif 000012
【図１１】
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【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】
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【図１８】
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【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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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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