(57)【要約】【課題】より高いスループットで被研磨膜を平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】複数の研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃと、研磨テーブルの数より多い研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｄとを有する研磨装置を用いて被研磨膜を平坦化する平坦化工程を有する半導体装置の製造方法であって、平坦化工程では、複数の研磨テーブルを用いて順次行われる複数の研磨工程を経ることにより、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を平坦化し、各々の研磨工程では、被研磨膜を研磨テーブルを用いて研磨している際に、研磨に用いられていない研磨ヘッド１１２ａに対して、半導体基板の取り付け及び／又は取り外しを行う。【選択図】  図１
2004296596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の研磨テーブルと、前記研磨テーブルの数より多い研磨ヘッドとを有する研磨装置を用いて被研磨膜を平坦化する平坦化工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記平坦化工程では、前記複数の研磨テーブルを用いて順次行われる複数の研磨工程を経ることにより、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を平坦化し、
各々の前記研磨工程では、前記被研磨膜を前記研磨テーブルを用いて研磨している際に、研磨に用いられていない前記研磨ヘッドに対して、半導体基板の取り付け及び／又は取り外しを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
前記研磨工程では、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を供給しながら、前記被研磨膜を研磨する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
最終段階の前記研磨工程では、前記研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて研磨の終点を検出する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記最終段階の研磨工程より前の段階の前記研磨工程では、前記研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて研磨を終了する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記最終段階の研磨工程より前の段階の前記研磨工程では、予め定められた研磨時間で研磨を終了する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記最終段階の研磨工程では、研磨の終点を検出した後、前記被研磨膜を更に所定時間研磨する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記平坦化工程の前に、前記半導体基板上に前記被研磨膜と異なるエッチング特性を有する絶縁膜を形成する工程と；前記絶縁膜に開口部を形成する工程と；前記絶縁膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板に溝を形成する工程と；前記溝内及び前記絶縁膜上に前記被研磨膜を形成する工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記平坦化工程の前に、前記半導体基板上に配線を形成する工程と、前記配線上及び前記半導体基板上に前記被研磨膜を形成する工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記研磨砥粒は、酸化セリウムを含む
ことを特徴とする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】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、被研磨膜を研磨する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、素子領域を画定する素子分離領域を形成するための技術として、ＬＯＣＯＳ（ＬＯＣａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ、局所酸化）法が広く知られている。
【０００３】
しかし、ＬＯＣＯＳ法により素子分離領域を形成した場合には、バーズビークによって素子領域が小さくなる傾向がある。素子分離領域を形成する際の酸化量を小さくすれば、バーズビークを小さくすることが可能であるが、酸化量を小さくした場合には、十分な素子分離機能を得ることができなくなってしまう。また、ＬＯＣＯＳ法により素子分離領域を形成した場合には、基板表面に大きな段差が形成されてしまう。このため、ＬＯＣＯＳ法を用いて素子分離領域を形成する技術では、更なる微細化・高集積化が困難であった。
【０００４】
ＬＯＣＯＳ法に代わる方法として、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）法が注目されている。ＳＴＩ法による素子分離領域の形成方法を図１５を用いて説明する。図１５は、従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０００５】
まず、図１５（ａ）に示すように、半導体基板２１０上に、シリコン酸化膜２１２、シリコン窒化膜２１４を順次形成する。
【０００６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、シリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１２をパターニングする。これにより、シリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１２に、半導体基板２１０に達する開口部２１６が形成される。
【０００７】
次に、開口部２１６が形成されたシリコン窒化膜２１４をマスクとして半導体基板２１０を異方性エッチングする。こうして、半導体基板２１０にトレンチ２１６、即ち溝が形成される。
【０００８】
次に、図１５（ｂ）に示すように、トレンチ２１６内及びシリコン窒化膜２１４上にシリコン酸化膜２２０を形成する。
【０００９】
次に、図１５（ｃ）に示すように、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、化学的機械的研磨）法により、シリコン窒化膜２１４の表面が露出するまで、シリコン酸化膜２２０表面を研磨する。シリコン窒化膜２１４は、シリコン酸化膜２２０を研磨する際のストッパとして機能する。研磨剤としては、例えば、シリカより成る研磨砥粒とＫＯＨより成る添加剤とを含む研磨剤を用いる。こうして、トレンチ２１６に内に、シリコン酸化膜２２０より成る素子分離領域２２１が埋め込まれる。素子分離領域２２１により素子領域２２２が画定される。
【００１０】
この後、シリコン窒化膜２１４及びシリコン酸化膜２１２をエッチング除去する。この後、素子領域２２２内にトランジスタ（図示せず）を形成する。こうして、半導体装置が製造される。
【００１１】
ＳＴＩ法を用いて素子分離領域２２１を形成すれば、ＬＯＣＯＳ法で素子分離領域を形成する場合のようなバーズビークが発生することはなく、素子領域２２２が狭くなってしまうのを防止することができる。また、トレンチ２１８の深さを深く設定することにより、実効的な素子間距離を長くすることができるため、高い素子分離機能を得ることができる。
【００１２】
しかしながら、上記のような研磨剤、即ち、シリカより成る研磨砥粒とＫＯＨより成る添加剤とを含む研磨剤を用いた従来の半導体装置の製造方法では、研磨速度があまり速くなかった。
【００１３】
近時、研磨速度が速く、良好な平坦性が得られる研磨剤として、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤が提案されている（特許文献１〜３参照）。研磨砥粒としては、例えば酸化セリウム（セリア、ＣｅＯ２）が用いられている。添加剤としては、例えばポリアクリル酸アンモニウム塩が用いられている。
【００１４】
このような提案されている研磨剤を用いれば、シリカより成る研磨砥粒とＫＯＨより成る添加剤とを含む研磨剤を用いた場合と比較して、速い速度で被研磨膜２２０の表面を研磨することができる。
【００１５】
【特許文献１】
特開２０００−２４８２６３号公報
【特許文献２】
特開平８−２２９７０号公報
【特許文献３】
特開平５−３２６４６９号公報
【特許文献４】
特開２００１−９７０２号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、提案されている研磨剤を用いて被研磨膜を研磨した場合であっても、必ずしも十分に高いスループットで被研磨膜を研磨することは困難であった。近時、更なる低コスト化を実現すべく、更に高いスループットで被研磨膜を平坦化する技術が待望されている。
【００１７】
本発明の目的は、より高いスループットで被研磨膜を平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、複数の研磨テーブルと、前記研磨テーブルの数より多い研磨ヘッドとを有する研磨装置を用いて被研磨膜を平坦化する平坦化工程を有する半導体装置の製造方法であって、前記平坦化工程では、前記複数の研磨テーブルを用いて順次行われる複数の研磨工程を経ることにより、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を平坦化し、各々の前記研磨工程では、前記被研磨膜を前記研磨テーブルを用いて研磨している際に、研磨に用いられていない前記研磨ヘッドに対して、半導体基板の取り付け及び／又は取り外しを行う半導体装置の製造方法が提供される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
［本発明の原理］
まず、本発明の原理について説明する。
【００２０】
従来では、一般に、単一の研磨テーブルを有する研磨装置を用いて被研磨膜を研磨することにより、半導体装置を製造していた。単一の研磨テーブルを有する研磨装置は、同時に複数の被研磨膜の平坦化を行うことができない。このため、単一の研磨テーブルを有する研磨装置を用いた場合には、高いスループットで被研磨膜を平坦化するのは困難である。
【００２１】
一方、複数の研磨テーブルと複数の研磨ヘッドとを有する研磨装置が提案されている。そして、このような研磨装置を用いて被研磨膜を研磨することにより半導体装置を製造することが提案されている。
【００２２】
提案されている半導体装置の製造方法を図１乃至図３並びに図１６乃至図２１を用いて説明する。
【００２３】
図１は、複数の研磨テーブルと複数の研磨ヘッドとを有する研磨装置を示す平面図である。図２は、図１に示す研磨装置の一部を示す側面図である。図３は、図１に示す研磨装置の一部を示す拡大側面図である。図１６乃至図２０は、提案されている半導体装置の製造方法を示す工程平面図である。図２１は、提案されている半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【００２４】
図１に示すように、基台１００上には、回転可能な研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃが３つ設けられている。
【００２５】
図２に示すように、メイン研磨を行う際に用いられる研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃ上には、それぞれ研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃが設けられている。研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃとしては、例えばロデールニッタ株式会社製の研磨パッド（ＩＣ１４００）が用いられている。
【００２６】
基台１００上には、４つのアーム１０８ａ〜１０８ｄを有するカルーセル１１０が設けられている。
【００２７】
アーム１０８ａ〜１０８ｄには、回転可能な研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｄがそれぞれ設けられている。即ち、研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｄは４つ設けられている。研磨ヘッド１１２ａ〜１１２の数は、研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃの数より多い。カルーセル１１０を適宜回転させることにより、研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｄを移動させることが可能である。
【００２８】
図２に示すように、研磨ヘッド１１２は、それぞれ半導体基板１０を支持する。研磨ヘッド１１２は、半導体基板１０を回転させながら、半導体基板１０を研磨パッド１０４に押し付ける。
【００２９】
研磨テーブル１０２上には、それぞれ複数のノズル１２４ａ、１２４ｂが設けられている。ノズル１２４ａは、研磨剤を研磨パッド１０４上に供給するためのものである。ノズル１２４ｂは、純水等を研磨パッド１０４上に供給するためのものである。
【００３０】
図１に示すように、研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃの側部には、研磨パッド１０４の目立てを行うための目立て装置１１４ａ〜１１４ｃがそれぞれ設けられている。
【００３１】
図３に示すように、目立て装置１１４は、ダイヤモンドディスク１１６を有している。ダイヤモンドディスク１１６は、例えばステンレスより成る台金１１８に、例えば１５０μｍ程度の粒状のダイヤモンド１２０を固定することにより構成されている。ダイヤモンド１２０を配置する密度は、１ｃｍ２当たり数個程度となっている。ダイヤモンド１２０は、例えばニッケルめっき層１２２により台金１１８に固定されている。
【００３２】
こうして、複数の研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃと複数の研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｄとを有する研磨装置が構成されている。
【００３３】
このような研磨装置では、以下のようにして、複数の被研磨膜を同時に研磨することが可能である。
【００３４】
即ち、まず、図１６（ａ）に示すように、研磨ヘッド１１２ａに、被研磨膜が形成された半導体基板１０ａを取り付ける（ステップ１０１）
次に、図１６（ｂ）に示すように、カルーセル１１０を反時計回りに９０度回転させる（ステップ１０２）。
【００３５】
次に、被研磨膜が形成された半導体基板１０ｂを研磨ヘッド１１２ｂに取り付ける（ステップ１０３）。
【００３６】
次に、図１７（ａ）に示すように、カルーセル１１０を反時計回りに更に９０度回転させる（ステップ１０４）。
【００３７】
次に、被研磨膜が形成された半導体基板１０ｃを研磨ヘッド１１２ｃに取り付ける（ステップ１０５）。
【００３８】
次に、図１７（ｂ）に示すように、カルーセル１１０を９０度回転させる（ステップ１０６）。
【００３９】
次に、研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｃをそれぞれ回転させながら降下させるとともに、研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃを回転させる。この際、ノズル１２４を介して、研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃ上に研磨液を供給する。こうして、それぞれの半導体基板１０ａ〜１０ｃに形成された被研磨膜が同時に平坦化される。半導体基板１０ａ〜１０ｃに形成された被研磨膜を研磨している際、研磨に用いられていない研磨ヘッド１０ｄに半導体基板１０ｄを取り付ける（ステップ１０７）。
【００４０】
次に、図１８（ａ）に示すように、カルーセル１１０を時計回りに２７０°反転させる（ステップ１０８）。
【００４１】
次に、被研磨膜が平坦化された半導体基板１０ａを研磨ヘッド１１２ａから取り外す。
【００４２】
次に、図１８（ｂ）に示すように、未だ研磨されていない半導体基板１０ｅ、即ち、未研磨の半導体基板１０ｅを研磨ヘッド１１２ａに取り付ける（ステップ１０９）。
【００４３】
次に、図１９（ａ）に示すように、カルーセル１１０を反時計回りに９０°反転させる（ステップ１１０）。
【００４４】
次に、被研磨膜が平坦化された半導体基板１０ｂを研磨ヘッド１１２ｂから取り外す。
【００４５】
次に、未研磨の半導体基板１０ｆを研磨ヘッド１１２ｂに取り付ける（ステップ１１１）。
【００４６】
次に、図２０（ａ）に示すように、カルーセル１１０を反時計回りに９０°反転させる（ステップ１１２）。
【００４７】
次に、半導体基板１０ｅ、１０ｆ、１０ｄに形成された被研磨膜を、研磨ヘッド１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｄと研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃとを用いて研磨する。この際、半導体基板１０ｅ、１０ｆ、１０ｄに形成された被研磨膜を研磨している際、被研磨膜が平坦化された半導体基板１０ｃを研磨ヘッド１１２ｃから取り外す。また、半導体基板１０ｅ、１０ｆ、１０ｄに形成された被研磨膜を研磨している際、図２０（ｂ）に示すように、未研磨の半導体基板１０ｇを研磨ヘッド１１２ｃに取り付ける（ステップ１１３）。
【００４８】
この後の工程は、上記と同様であるので、説明を省略する（ステップ１１４以降）。なお、ステップ１２６以降は、図２１においては省略されている。
【００４９】
このような提案されている研磨装置では、複数の研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃ及び複数の研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｄを用いて、複数の被研磨膜を同時に平坦化することができるため、単一の研磨テーブルを用いて被研磨膜を研磨する場合と比較して、被研磨膜を平坦化する際のスループットを向上することが可能となる。
【００５０】
しかしながら、更なる低コスト化を図るべく、更に高いスループットで被研磨膜を平坦化することが要求されている。
【００５１】
本願発明者らは、鋭意検討した結果、以下のようにして、被研磨膜を平坦化する際のスループットをより向上することに想到した。
【００５２】
本発明の原理を図４乃至図６を用いて説明する。図４及び図５は、本発明による半導体装置の製造方法の原理を示す平面図である。図６は、本発明による半導体装置の製造方法の原理を示す工程図である。
【００５３】
まず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０ａを、研磨ヘッド１１２ａにより支持する（ステップ１）。
【００５４】
次に、図４（ｂ）に示すように、カルーセル１１０を反時計回りに９０度回転させる。これにより、研磨ヘッド１１２ａが、研磨テーブル１０２ａ上に位置することとなる。研磨ヘッド１１２ｂは、ウェハの搬出入口に位置することとなる（ステップ２）。
【００５５】
次に、研磨ヘッド１１２ａと研磨テーブル１０２ａとを用いて、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して、第１段階の研磨、即ち、初期段階の研磨を行う。こうして、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して第１段階の研磨が行われ、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜の表面がある程度研磨される。研磨ヘッド１１２ａと研磨テーブル１０２ａとを用いて半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して第１段階の研磨を行っている際、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｂを研磨ヘッド１１２ｂに取り付ける。半導体基板１０ｂに形成された被研磨膜に対して研磨工程を行っている際に、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｂを研磨ヘッド１１２ｂに取り付けるため、全体として所要時間の短縮化を図ることが可能となる（ステップ３）。
【００５６】
次に、図５（ａ）に示すように、カルーセル１１０を反時計回りに９０度更に回転させる。これにより、研磨ヘッド１１２ａが、研磨テーブル１０２ｂ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｂが研磨テーブル上に位置することとなる。研磨ヘッド１１２ｃは、ウェハの搬出入口に位置することとなる（ステップ４）。
【００５７】
次に、研磨ヘッド１１２ａと研磨テーブル１０２ｂとを用いて半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して第２段階の研磨、即ち、中途段階の研磨を行うとともに、研磨ヘッド１１２ｂと研磨テーブル１０２ａとを用いて半導体基板１０ｂに形成された被研磨膜に対して第１段階の研磨を行う。こうして、半導体基板１０に形成された被研磨膜に対して第２段階の研磨が行われ、半導体基板１０に形成された被研磨膜の表面がある程度平坦化される。また、半導体基板１０に形成された被研磨膜に対して第１段階の研磨が行われ、半導体基板１０に形成された被研磨膜の表面がある程度研磨される。研磨ヘッド１１２ａ、１１ｂと研磨テーブル１０２ａ、１０２ｂとを用いて被研磨膜に対する研磨工程をそれぞれ行っている際、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｃを研磨ヘッド１１２ｃに取り付ける（ステップ５）。
【００５８】
次に、図５（ｂ）に示すように、カルーセル１１０を反時計回りに９０度更に回転させる。これにより、研磨ヘッド１１２ａが、研磨テーブル１０２ｃ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｂが研磨テーブル１０２ｂ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｃが研磨テーブル１０２ａ上に位置することとなる。研磨ヘッド１１２ｄは、ウェハの搬出入口に位置することとなる（ステップ６）。
【００５９】
次に、研磨ヘッド１１２ａと研磨テーブル１０２ｃとを用いて半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して第３段階の研磨、即ち最終段階の研磨を行い、研磨ヘッド１１２ｂと研磨テーブル１０２ｂとを用いて半導体基板１０ｂに形成された被研磨膜に対して第２段階の研磨を行うとともに、研磨ヘッド１１２ｃと研磨テーブル１０２ａとを用いて半導体基板１０ｃに形成された被研磨膜に対して第１段階の研磨を行う。こうして、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して第３段階の研磨が行われ、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜の表面が平坦化される。また、半導体基板１０ｂに形成された被研磨膜に対して第２段階の研磨が行われ、半導体基板１０ｂに形成された被研磨膜の表面がある程度平坦化される。また、半導体基板１０ｃに形成された被研磨膜に対して第１段階の研磨が行われ、半導体基板１０ｃに形成された被研磨膜の表面がある程度研磨される。研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｃと研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃとを用いて被研磨膜に対する研磨工程をそれぞれ行っている際、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｄを研磨ヘッド１１２ｄに取り付ける（ステップ７）。
【００６０】
次に、カルーセル１１０を時計回りに２７０度回転させる。これにより、研磨ヘッド１１２ａがウェハの搬出入口に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｂは、研磨テーブル１０２ｃ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｃは、研磨テーブル１０２ｂ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｄは、研磨テーブル１０２ａ上に位置することとなる（ステップ８）。
【００６１】
次に、半導体基板１０ｂに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ｂと研磨テーブル１０２ｃとを用いて第３段階の研磨工程を行い、半導体基板１０ｃに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ｃと研磨テーブル１０２ｂとを用いて第２段階の研磨工程を行うとともに、半導体基板１０ｄに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ｄと研磨テーブル１０２ｄとを用いて第１段階の研磨工程を行う。研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃを用いてそれぞれの研磨工程を行っている際、平坦化された被研磨膜が形成された半導体基板１０２ａを研磨ヘッド１１２ａから取り外す。この後、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１１２ｅを研磨ヘッド１１２ａに取り付ける。半導体基板１０ｂ〜１０ｄに形成された被研磨膜に対して研磨工程を行っている際に、既に平坦化された被研磨膜が形成された半導体基板１０ａを研磨ヘッド１１２ａから取り外すとともに、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｅを研磨ヘッド１１２ａに取り付けるため、所要時間を全体として短縮することが可能となる（ステップ９）。
【００６２】
この後の工程は、図６（ｂ）を用いて上述した半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する（ステップ１０以降）。こうして、半導体基板１０に形成された被研磨膜が、複数の研磨工程を順次経ることにより、順次平坦化される。
【００６３】
このように、本発明による半導体装置の製造方法では、研磨テーブル１０２ａでは第１段階の研磨工程が行われるようになっており、研磨テーブル１０２ｂでは第２段階の研磨工程が行われるようになっており、研磨テーブル１０２ｃでは第３段階の研磨工程が行われるようになっており、複数の研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃを用いて順次行われる研磨工程を経ることにより、被研磨膜が順次平坦化される。しかも、本発明による半導体装置の製造方法では、被研磨膜を研磨している際に、研磨に用いられていない研磨ヘッド１１２から、平坦化が完了した半導体基板１０を取り外すとともに、未研磨の半導体基板１０をその研磨ヘッド１１２に取り付ける。従って、本発明によれば、全体として所要時間を短縮することができる。従って、本発明によれば、高いスループットで被研磨膜を平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供することができる。
【００６４】
［一実施形態］
次に、本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法について図１乃至図１０を用いて説明する。図７及び図８は、本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００６５】
まず、図７（ａ）に示すように、半導体基板１０を用意する。半導体基板１０としては、例えばシリコン基板を用いる。ここでは、例えばシリコンウェハを用いる。
【００６６】
次に、半導体基板１０上の全面に、例えば熱酸化法により、シリコン酸化膜１２を形成する。シリコン酸化膜１２の厚さは、例えば１０ｎｍ程度とする。
【００６７】
次に、全面に、例えばＣＶＤ法により、シリコン窒化膜１４を形成する。シリコン窒化膜１４の膜厚は、例えば１００ｎｍ程度とする。
【００６８】
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１２に半導体基板１０に達する開口部１６を形成する。
【００６９】
次に、開口部１６が形成されたシリコン窒化膜１４をマスクとして、半導体基板１０を異方性エッチングする。これにより、半導体基板１０にトレンチ１８、即ち、溝が形成される。トレンチ１８の深さは、例えば３００ｎｍ程度とする。
【００７０】
次に、図７（ｂ）に示すように、全面に、例えば高密度プラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜２０を形成する。シリコン酸化膜２０の膜厚は、例えば４５０ｎｍ程度とする。こうして、トレンチ１８内にシリコン酸化膜２０が埋め込まれる。こうして、表面に凹凸が存在するシリコン酸化膜２０が形成される。シリコン酸化膜２０は、被研磨膜となるものである。
【００７１】
こうして、被研磨膜２０が形成された半導体基板１０が形成される。なお、被研磨膜の平坦化を行う前に、被研磨膜２０が形成された半導体基板１０を多数形成しておく。
【００７２】
次に、ＣＭＰ法により、被研磨膜２０の平坦化を以下のようにして行う。
【００７３】
即ち、図４（ａ）に示すように、まず、半導体基板１０ａを、研磨ヘッド１１２ａにより支持する。この際、被研磨膜であるシリコン酸化膜２０が下面側に位置するようにする（ステップ１）。
【００７４】
次に、カルーセル１１０を反時計回りに９０度回転させる。これにより、半導体基板１０を支持する研磨ヘッド１１２ａが、研磨テーブル１０２ａ上に位置することとなる（ステップ２）。
【００７５】
次に、目立て装置１１４ａを用いて研磨パッド１０２ａの目立てを行う。研磨パッド１０４ａの目立てを行う際の条件は、例えば以下の通りとする。
【００７６】
ダイヤモンドディスク１１６が研磨パッド１０４ａに加える荷重は、例えば１００〜２００ｇ重／ｃｍ２とする。ダイヤモンドディスク１１６の回転数は、例えば７０〜１２０回転／分とする。
【００７７】
こうして、研磨パッド１０２ａの目立てが終了する。
【００７８】
上記のように、本実施形態では、被研磨膜を研磨する直前に研磨パッド１０２の目立てを行う。被研磨膜を研磨する前に研磨パッド１０２の目立てを行うことは、Ｅｘ−Ｓｉｔｕドレスと称されている。
【００７９】
次に、図４（ｂ）に示すように、ＣＭＰ法により、研磨ヘッド１１２ａと研磨テーブル１０２ａとを用いて、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して、第１段階の研磨、即ち、初期段階の研磨を行う。
【００８０】
第１段階の研磨は、以下のようにして行う。即ち、研磨ヘッド１１２ａにより半導体基板１０ａを回転させながら、研磨ヘッド１１２ａを降下させ、被研磨膜２０の表面を研磨パッド１０４ａの表面に押し付ける。この際、研磨テーブル１０２ａを回転させるとともに、ノズル１２４ａ（図１参照）を介して研磨パッド１０４ａ上に研磨剤１２６（図１参照）を供給する。研磨時間は、予め定められた所定時間とする。ここでは、研磨時間を例えば６０秒とする。こうして、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜であるシリコン酸化膜２０の表面がある程度研磨される。
【００８１】
半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して研磨テーブル１０２ａを用いて第１段階の研磨を行っている際、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｂを、搬出入口を経由して搬入する。そして、半導体基板１０ｂを研磨ヘッド１１２ｂに取り付ける。
【００８２】
半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して研磨を行っている際に、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｂを研磨ヘッド１１２ｂに取り付けるため、所要時間を全体として短縮することが可能となる。
【００８３】
研磨剤１２６、即ち、スラリーとしては、例えば、被研磨膜２０の表面に凹凸が存在する際には比較的速い研磨レートで被研磨膜２０の表面を研磨し、被研磨膜２０の表面がほぼ平坦化された際には被研磨膜２０に対する研磨レートが遅くなるような特性を有する研磨剤を用いる。
【００８４】
このような研磨剤としては、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を用いることができる。研磨砥粒としては、例えば酸化セリウム（セリア）を用いることができる。添加剤としては、例えばポリアクリル酸アンモニウム塩を用いることができる。このような研磨剤としては、例えばＥＫＣテクノロジー株式会社製の研磨剤（型番：Ｍｉｃｒｏ  Ｐｌａｎｅｒ  ＳＴＩ２１００）を挙げることができる。
【００８５】
図９は、研磨速度が変化するメカニズムを示す概念図である。
【００８６】
図９（ａ）に示すように、被研磨膜２０の表面に凹凸が存在している状態においては、被研磨膜２０の凸部における角の部分に圧力が集中するため、被研磨膜２０の凸部における角の部分に高い圧力が加わる。このため、被研磨膜２０の凸部における角の部分では界面活性剤２４が剥がれやすい。このため、界面活性剤２４が剥がれやすい部分において、被研磨膜２０が研磨砥粒２６により研磨される。このため、被研磨膜２０の表面に凹凸が存在している状態においては、比較的速い研磨速度で被研磨膜２０が研磨される。
【００８７】
これに対し、図９（ｂ）に示すように被研磨膜２０の表面がほぼ平坦化された状態においては、高い圧力が一部に集中して加わることはなく、被研磨膜２０に加わる圧力は全体として平均化される。このため、界面活性剤２４が被研磨膜２０の表面から剥がれにくい。このため、被研磨膜２０の表面がほぼ平坦化された状態においては、被研磨膜２０に対する研磨速度は極めて遅くなる。
【００８８】
このように、本実施形態で用いられる研磨剤１２６は、表面に凹凸が存在する被研磨膜２０に対する研磨速度は速く、表面が平坦化された被研磨膜２０に対する研磨速度は遅くなるという特性を有している。
【００８９】
第１段階の研磨を行う際における研磨条件は、例えば以下の通りとする。
【００９０】
研磨ヘッド１１２ａを研磨パッド１０４ａに押し付ける研磨圧力は、例えば１００〜５００ｇ重／ｃｍ２の範囲とする。ここでは、例えば３５０ｇ重／ｃｍ２とする。
【００９１】
研磨ヘッド１１２ａの回転数は、例えば７０〜１３０回転の範囲とする。ここでは、例えば１２２回転／分とする。
【００９２】
研磨テーブル１１２ａの回転数は、例えば７０〜１３０回転／分の範囲とする。ここでは、例えば１２０回転／分とする。
【００９３】
研磨剤１２６の供給量は、例えば０．１〜０．３リットルの範囲とする。ここでは、例えば０．２リットル／分とする。
【００９４】
なお、第１段階の研磨を行う際の条件は、上記に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【００９５】
こうして、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して、第１段階の研磨が終了する（ステップ３）。
【００９６】
次に、研磨ヘッド１１２ａを上昇させる。
【００９７】
次に、図５（ａ）に示すように、カルーセルを反時計回りに９０度更に回転させる。これにより、研磨ヘッド１１２ａが、研磨テーブル１０２ｂ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｂが研磨テーブル１０２ａ上に位置することとなる（ステップ４）。
【００９８】
次に、目立て装置１１４ａを用いて研磨パッド１０４ａの目立てを行うとともに、目立て装置１１４ｂを用いて研磨パッド１０４ｂの目立てを行う。研磨パッド１０４ａ、１０４ｂの目立てを行う際の条件は、上記と同様とする。
【００９９】
次に、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ａと研磨テーブル１０４ｂとを用いて第２段階の研磨工程を行うとともに、半導体基板１０ｂに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ｂと研磨テーブル１０４ａとを用いて第１段階の研磨工程を行う。
【０１００】
研磨テーブル１０４ａ、１０４ｂを用いてそれぞれの研磨工程を行っている際、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｃを研磨ヘッド１１２ｃに取り付ける。
【０１０１】
半導体基板１０ａ、１０ｂに形成された被研磨膜に対して研磨を行っている際に、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｃを研磨ヘッド１１２ｃに取り付けるため、所要時間を全体として短縮することが可能となる。
【０１０２】
研磨テーブル１０２ａを用いて行われる第１段階の研磨については、上記と同様であるので説明を省略する。
【０１０３】
研磨テーブル１０２ｂを用いて行われる第２段階の研磨は、以下のようにして行う。即ち、まず、研磨ヘッド１１２ａにより半導体基板１０ａを回転させながら、研磨ヘッド１１２ａを降下させ、被研磨膜２０の表面を研磨パッド１０４ｂの表面に押し付ける。この際、研磨テーブル１０２ｂを回転させるとともに、ノズル１２４ａ（図１参照）を介して研磨パッド１０４ｂ上に研磨剤１２６を供給する。
【０１０４】
第２段階の研磨工程では、研磨テーブル１０２ａの駆動電圧又は駆動電流を観測し、研磨テーブル１０２ａの駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて、研磨を終了する。
【０１０５】
図１０は、研磨テーブルの駆動電圧・駆動電流の変化を示すグラフである。横軸は、研磨時間を示している。縦軸は、研磨テーブルの駆動電圧・駆動電流を示している。研磨テーブルの駆動電圧と駆動電流はほぼ同様に変化する傾向があるため、図１０では、駆動電圧と駆動電流の両方を一つの曲線で表している。
【０１０６】
研磨テーブルの駆動電圧及び駆動電流は、研磨が開始されてからある程度の時間においては、あまり変化しない。第１段階の研磨工程は、上述したように、予め定められた所定時間行われる。このため、第１段階の研磨工程は、図１０中のＡの時点で終了する。
【０１０７】
第２段階の研磨工程では、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧及び駆動電流は、図１０中のＤの時点から増加し始める。そして、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧及び駆動電流は、徐々に増加する。そして、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧及び駆動電流は、増加から減少に転じる。本実施形態では、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧又は駆動電流が増加から減少に転じる時点Ｂで第２段階の研磨工程を終了する。換言すれば、本実施形態では、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧又は駆動電流が極大値となる時点で、第２段階の研磨を終了する。
【０１０８】
なお、ここでは、研磨テーブル１０２の駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて第２段階の研磨工程を終了する場合を例に説明したが、研磨テーブル１０２のトルク等の変化に基づいて第２段階の研磨工程を終了してもよい。また、研磨ヘッド１１２の駆動電圧、駆動電流、トルク等の変化に基づいて第２段階の研磨工程を終了してもよい。
【０１０９】
また、第２段階の研磨工程を行う際における他の研磨条件は、第１段階の研磨工程を行う際における研磨条件と同様とする。
【０１１０】
こうして、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して、研磨ヘッド１１２ａと研磨テーブル１０２ｂとを用いて第２段階の研磨工程が行われ、半導体基板１０ｂに形成された被研磨膜に対して、研磨ヘッド１１２ｂと研磨テーブル１０２ａとを用いて第１段階の研磨工程が行われる（ステップ５）。
【０１１１】
次に、研磨ヘッド１１２ａ、１１２ｂを上昇させる。
【０１１２】
次に、図５（ｂ）に示すように、カルーセル１１０を反時計回りに９０度程度更に回転させる。これにより、研磨ヘッド１１２ａが、研磨テーブル１０２ｃ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｂが研磨テーブル１０２ｂ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｃが研磨テーブル１０２ａ上に位置することとなる（ステップ６）。
【０１１３】
次に、目立て装置１１４ａ〜１１４ｃを用いて、それぞれの研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃに対して目立てを行う。研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃの目立てを行う際の条件は、上記と同様とする。
【０１１４】
次に、半導体基板１０２ａに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ａと研磨テーブル１０２ｃとを用いて第３段階の研磨、即ち最終段階の研磨工程を行い、半導体基板１０２ｂに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ｂと研磨テーブル１０２ｂとを用いて第２段階の研磨工程を行うとともに、半導体基板１０ｃに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ｃと研磨テーブル１０２ａとを用いて第１段階の研磨工程を行う。
【０１１５】
研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃを用いてそれぞれの研磨工程を行っている際、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｄを研磨ヘッド１１２ｄに取り付ける。
【０１１６】
半導体基板１０ａ〜１０ｃに形成された被研磨膜に対して研磨工程を行っている際に、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｄを研磨ヘッド１１２ｄに取り付けるため、所要時間を全体として短縮することが可能となる。
【０１１７】
研磨テーブル１０２ａを用いて行われる第１段階の研磨については、上記と同様であるので説明を省略する。また、研磨テーブル１０２ｂを用いて行われる第２段階の研磨についても、上記と同様であるので、説明を省略する。
【０１１８】
研磨テーブル１０２ｃを用いて行われる第３段階の研磨は、以下のようにして行う。即ち、まず、研磨ヘッド１１２ａにより半導体基板１０を回転させながら、研磨ヘッド１１２ａを降下させ、被研磨膜２０の表面を研磨パッド１０４ｃの表面に押し付ける。この際、研磨テーブル１０２ｃを回転させるとともに、ノズル１２４を介して研磨パッド１０４上に研磨剤１２６を供給する。
【０１１９】
第３段階の研磨工程では、研磨テーブル１０２ｃの駆動電圧又は駆動電流を観測し、研磨テーブル１０２ｃの駆動電圧又は駆動電流に基づいて、研磨の終点を検出する。
【０１２０】
図１０に示すように、第３段階の研磨工程では、研磨テーブル１０２ｃの駆動電圧及び駆動電流は徐々に減少する。そして、被研磨膜の表面がほぼ平坦化されると、研磨テーブル１０２ｃの駆動電圧及び駆動電流は殆ど変化しなくなる。そして、研磨テーブル１０２ｃの駆動電圧及び駆動電流が殆ど変化しなくなった時点Ｃを、研磨の終点とする。
【０１２１】
このように、本実施形態では、研磨テーブル１０２ｃの駆動電圧又は駆動電流に基づいて、研磨テーブル１０２ｃの研磨の終点を検出する。
【０１２２】
こうして、研磨剤を供給しながら行われるメイン研磨が終了する（図７（ｃ）参照）。
【０１２３】
メイン研磨が終了した段階では、図７（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１４上に被研磨膜２０が残っている。シリコン窒化膜１４上に被研磨膜２０が残っていると、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１２をエッチング除去することができないため、シリコン窒化膜１４上の被研磨膜２０を除去しなければならない。このため、第３の研磨工程では、メイン研磨が終わった後、引き続いて、シリコン窒化膜１４上の被研磨膜２０を除去するための仕上げ研磨を行う。
【０１２４】
仕上げ研磨は、以下のようにして行う。即ち、研磨剤を供給するのを止め、ノズル１２４ｂを介して純水を供給しながら、研磨ヘッド１１２ａを回転させる。この際、研磨テーブル１０２ｃも回転させる。仕上げ研磨の時間は、所定時間とする。ここでは、仕上げ研磨の時間を、例えば３０秒とする。
【０１２５】
仕上げ研磨を開始する際には、被研磨膜であるシリコン酸化膜２０の表面には、メイン研磨の際に用いられた研磨剤１２６が付着している。また、研磨パッド１０４ｃの表面にも、研磨剤１２６が付着している。研磨剤１２６に含まれていた界面活性剤より成る添加剤２４は水溶性であるため、純水を供給すると、添加剤２４（図９参照）は短時間で除去される。一方、研磨剤１２６に含まれていた研磨砥粒２６（図９参照）は、水溶性ではないため、除去されにくく、研磨パッド１２４ｃと被研磨膜２０との間に残ることとなる。添加剤２４は、被研磨膜の表面が平坦化された際に、被研磨膜２０の研磨速度を遅くするのに寄与していたものである。このような添加剤２４が短時間に除去される一方、研磨に寄与する研磨砥粒２６は研磨パッド１０４と被研磨膜２０との間に残るため、被研磨膜２０を研磨砥粒２６により更に研磨することができる。
【０１２６】
なお、このように、研磨剤１２６を供給するのを止め、純水１２８を供給しながら被研磨膜２０を研磨する技術は、水ポリッシュと称されている。
【０１２７】
仕上げ研磨を行う際における研磨条件は、例えば以下のように設定する。
【０１２８】
研磨ヘッド１１２ａを研磨パッド１０４ｃに押し付ける研磨圧力は、例えば５０〜５００ｇ重／ｃｍ２の範囲とする。ここでは、例えば１４０ｇ重／ｃｍ２とする。
【０１２９】
研磨ヘッド１１２ａの回転数は、例えば４０〜１４０回転／分の範囲とする。ここでは、例えば１２０回転／分とする。
【０１３０】
研磨テーブル１０２ｂの回転数は、例えば４０〜１４０回転／分の範囲とする。ここでは、例えば１２０回転／分とする。
【０１３１】
純水１２８の供給量は、例えば０．１〜１０リットル／分の範囲とする。ここでは、例えば０．１５リットル／分とする。
【０１３２】
仕上げ研磨を行う際における研磨条件は、上記に限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
【０１３３】
こうして、仕上げ研磨が終了し、シリコン窒化膜１４上のシリコン酸化膜２０が除去される（図８（ａ）参照）。
【０１３４】
こうして、半導体基板１０ａに形成された被研磨膜に対して第３段階の研磨工程が終了する（ステップ７）。
【０１３５】
次に、研磨ヘッド１１２ａ〜１１２ｃを上昇させる。
【０１３６】
次に、カルーセル１１０を時計回りに２７０度回転させる。これにより、研磨ヘッド１１２ａがウェハの搬出入口に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｂは、研磨テーブル１０２ｃ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｃは、研磨テーブル１０２ｂ上に位置することとなる。また、研磨ヘッド１１２ｄは、研磨テーブル１０２ａ上に位置することとなる（ステップ８）。
【０１３７】
次に、上記と同様にして、目立て装置１１４ａ〜１１４ｃを用いて、それぞれの研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃに対して目立てを行う。研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃの目立てを行う際における条件は、上記と同様とする。
【０１３８】
次に、上記と同様にして、半導体基板１０ｂに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ｂと研磨テーブル１０２ｃとを用いて第３段階の研磨工程を行い、半導体基板１０ｃに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ｃと研磨テーブル１０２ｂとを用いて第２段階の研磨工程を行い、半導体基板１０ｄに形成された被研磨膜に対して研磨ヘッド１１２ｄと研磨テーブル１０２ｄとを用いて第１段階の研磨工程を行う。
【０１３９】
研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃを用いてそれぞれの研磨工程を行っている際、平坦化された被研磨膜が形成された半導体基板１０ａを研磨ヘッド１１２ａから取り外す。そして、搬出入口を経由して、半導体基板１０ａを搬出する。搬出入口を経由して、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｅを搬入する。この後、半導体基板１０ｅを研磨ヘッド１１２ａに取り付ける。
【０１４０】
半導体基板１０ｂ〜１０ｄに形成された被研磨膜に対して研磨工程を行っている際に、既に平坦化された被研磨膜が形成された半導体基板１０ａを研磨ヘッド１１２ａから取り外すとともに、未研磨の被研磨膜が形成された半導体基板１０ｅを研磨ヘッド１１２ａに取り付けるため、所要時間を全体として短縮することが可能となる（ステップ９）。
【０１４１】
この後の工程は、図６（ｂ）を用いて上述した半導体装置の製造方法と同様であるので、説明を省略する（ステップ１０以降）。なお、ステップ２６以降については、図６においては省略されている。こうして、半導体基板１０に形成された被研磨膜が、複数の研磨工程を順次経ることにより、順次平坦化される。
【０１４２】
次に、図８（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１４及びシリコン酸化膜１２をエッチング除去する。トレンチ１８内に埋め込まれたシリコン酸化膜２０より成る素子分離領域２１により、素子領域２２が画定される。
【０１４３】
この後、素子領域２２内に、トランジスタ等（図示せず）を形成する。
【０１４４】
こうして、本実施形態による半導体装置が製造される。
【０１４５】
このように、本実施形態による半導体装置の製造方法では、研磨テーブル１０２ａでは第１段階の研磨工程が行われるようになっており、研磨テーブル１０２ｂでは第２段階の研磨工程が行われるようになっており、研磨テーブル１０２ｃでは第３段階の研磨工程が行われるようになっており、複数の研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃを用いて順次行われる研磨工程を経ることにより、被研磨膜が順次平坦化される。そして、本実施形態では、被研磨膜を研磨している際に、研磨に用いられていない研磨ヘッド１１２から、平坦化が完了した半導体基板１０を取り外すとともに、未研磨の半導体基板１０をその研磨ヘッド１１２に取り付ける。しかも、本実施形態では、３つの研磨工程を経ることにより被研磨膜を平坦化するため、研磨に用いられていない研磨ヘッドにおいて半導体基板を脱着するための所要時間と、各研磨工程における所要時間との差を比較的小さくすることができる。このため、本実施形態によれば、被研磨膜を平坦化する際における所要時間を全体として短縮することができる。このため、本実施形態によれば、高いスループットで被研磨膜を平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供することができる。
【０１４６】
また、本実施形態によれば、３つの研磨工程を経ることにより被研磨膜を平坦化するため、各研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃにおける研磨時間が短い。このため、研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃの目立てに要する時間を短くすることができる。研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃの目立てに要する時間を短くすることができるため、ダイヤモンドディスク１１６の寿命を延ばすことができる。
【０１４７】
また、本実施形態によれば、各研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃにおける研磨時間が短いため、研磨パッド１０４ａ〜１０４ｃの寿命を延ばすことができる。
【０１４８】
また、本実施形態によれば、各研磨テーブル１０２ａ〜１０２ｃにおける研磨時間が短いため、研磨の安定性を向上することができる。
【０１４９】
（評価結果）
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法の評価結果について図１１及び図１２を用いて説明する。図１１は、本実施形態による半導体装置の製造方法における平坦化工程の所要時間を示す図である。図１２は、提案されている半導体装置の製造方法における平坦化工程の所要時間を示す図である。なお、図１１及び図１２では、ステップ２６以降は省略されている。また、ここでは、２５枚のウェハに対して被研磨膜の平坦化を行った。
【０１５０】
図１６乃至図２１を用いて上述した提案されている半導体装置の製造方法の場合、各部の所要時間は図１２に示すようになる。提案されている半導体装置の製造方法では、ウェハ１枚当たりの平均所要時間は１７６．１秒であった。
【０１５１】
本実施形態による半導体装置の製造方法の場合には、各部の所要時間は図１１に示すようになる。本実施形態による半導体装置の製造方法では、ウェハ一枚当たりの平均処理時間は１５０．７秒であった。
【０１５２】
このことから、本実施形態によれば、提案されている半導体装置の製造方法と比較して、平坦化工程におけるスループットを向上し得ることが分かる。
【０１５３】
（変形例）
次に、本実施形態による半導体装置の製造方法の変形例を図１３及び図１４を用いて説明する。図１３及び図１４は、本変形例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【０１５４】
まず、図１３（ａ）に示すように、トランジスタ（図示せず）等が形成された半導体基板１０上に、層間絶縁膜２８を形成する。
【０１５５】
次に、全面に、積層膜３０を形成する。積層膜３０は、配線の材料となるものである。積層膜３０は、例えば、膜厚５ｎｍのＴｉ膜、膜厚５０ｎｍのＴｉＮ膜、膜厚３００ｎｍのＡｌ膜、膜厚５ｎｍのＴｉ膜、及び膜厚８０ｎｍのＴｉＮ膜を順次積層することにより形成することができる。
【０１５６】
次に、フォトリソグラフィ技術を用いて、積層膜３０をパターニングする。これにより、積層膜３０より成る複数の配線３２が形成される。
【０１５７】
次に、全面に、例えば高密度プラズマＣＶＤ法により、シリコン酸化膜２０を形成する。シリコン酸化膜２０の膜厚は例えば７００ｎｍ程度とする。シリコン酸化膜２０は、被研磨膜となるものである。
【０１５８】
次に、第１実施形態による半導体装置の製造方法と同様にして、シリコン酸化膜より成る被研磨膜２０を平坦化する。
【０１５９】
こうして、図１４に示すように、被研磨膜であるシリコン酸化膜２０の表面が平坦化された半導体装置が形成される。
【０１６０】
このように、被研磨膜２０は、配線３２上に形成された被研磨膜２０であってもよい。本変形例のように、配線３２上に形成された被研磨膜２０を平坦化する場合にも、高いスループットで被研磨膜２０を平坦化することができる。
【０１６１】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１６２】
例えば、上記実施形態では、酸化セリウム（セリア）より成る研磨砥粒を含む研磨剤１２４を用いる場合を例に説明したが、本発明は、研磨剤に含まれる研磨砥粒は酸化セリウムに限定されるものではない。即ち、表面に凹凸が存在する被研磨膜２０に対する研磨速度が比較的速く、表面がほぼ平坦化された被研磨膜２０に対しては研磨速度が遅くなるような特性を有する研磨剤を適宜用いることができる。例えば、酸化シリコン（シリカ）より成る研磨砥粒を含み、上記のような特性を有する研磨剤を用いてもよい。例えば、かかる研磨剤として、花王株式会社製のＫＳ−Ｓ−２１０を挙げることができる。
【０１６３】
また、上記実施形態では、表面に凹凸が存在する被研磨膜２０に対する研磨速度が比較的速く、表面がほぼ平坦化された被研磨膜２０に対しては研磨速度が遅くなるような特性を有する研磨剤を用いたが、このような特性を有する研磨剤に限定されるものではなく、あらゆる研磨剤を用いることが可能である。
【０１６４】
また、上記実施形態では、第３段階の研磨工程において、終点が検出された直後に仕上げ研磨を行ったが、かならずしも終点が検出された直後に仕上げ研磨を行わなくてもよい。例えば、終点が検出された後に所定時間のオーバー研磨を行い、オーバー研磨の後に仕上げ研磨を行うようにしてもよい。オーバー研磨の時間は、例えば６０秒以内、望ましくは１５秒以内とする。
【０１６５】
また、上記実施形態では、第２段階の研磨工程において、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧又は駆動電流が極大値になった時点で研磨工程を終了したが、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧又は駆動電流が極大値になった時点で研磨工程を終了しなくてもよい。例えば、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧又は駆動電流が極大値になった後に、所定時間のオーバー研磨を行ってもよい。オーバー研磨の時間は、例えば６０秒以内、望ましくは１５秒以内とする。
【０１６６】
また、上記実施形態では、研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電流が極大値になった時点で研磨工程を終了したが、研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電圧が極小値になった時点で研磨工程を終了してもよい。
【０１６７】
また、上記実施形態では、第１段階の研磨工程において、予め定められた所定時間で研磨を終了したが、予め定められた所定時間で研磨を終了しなくてもよい。例えば、予め定められた所定時間の研磨を行った後、更に所定時間のオーバー研磨を行ってもよい。オーバー研磨の時間は、例えば６０秒以内、望ましくは１５秒以内とする。
【０１６８】
また、上記実施形態では、第１段階の研磨工程において、予め定められた所定時間で研磨を終了したが、予め定められた研磨時間で研磨を終了しなくてもよい。例えば、研磨テーブル１０２ａの駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて、第１段階の研磨を終了してもよい。例えば、研磨テーブル１０２ａの駆動電圧又は駆動電流が増加し始める時点で、即ち、図１０中のＤの時点で、第１段階の研磨を終了してもよい。また、例えば研磨テーブル１０２ａの駆動電圧又は駆動電流が増加し始めた後、所定時間のオーバー研磨を行うようにしてもよい。
【０１６９】
また、上記実施形態では、第２段階の研磨工程において、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて研磨を終了したが、第２段階の研磨工程は、研磨テーブル１０２ｂの駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて終了しなくてもよい。例えば、予め定められた所定時間で第２段階の研磨工程を行うようにしてもよい。
【０１７０】
また、上記実施形態では、３つの研磨工程を経ることにより被研磨膜を平坦化したが、必ずしも３つの研磨工程を経ることにより被研磨膜を平坦化しなくてもよい。例えば、２つの研磨工程を経ることにより被研磨膜を平坦化してもよい。また、４つ以上の研磨工程を経ることにより被研磨膜を平坦化してもよい。但し、被研磨膜を平坦化する際における所要時間を全体として短縮するためには、研磨に用いられていない研磨ヘッドにおいて半導体基板を脱着するための所要時間と、各研磨工程における所要時間との差が比較的小さくなるようにすることが望ましい。
【０１７１】
（付記１）  複数の研磨テーブルと、前記研磨テーブルの数より多い研磨ヘッドとを有する研磨装置を用いて被研磨膜を平坦化する平坦化工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記平坦化工程では、前記複数の研磨テーブルを用いて順次行われる複数の研磨工程を経ることにより、半導体基板上に形成された被研磨膜の表面を平坦化し、
各々の前記研磨工程では、前記被研磨膜を前記研磨テーブルを用いて研磨している際に、研磨に用いられていない前記研磨ヘッドに対して、半導体基板の取り付け及び／又は取り外しを行う
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１７２】
（付記２）  付記１記載の半導体装置の製造方法において、
前記研磨工程では、研磨砥粒と界面活性剤より成る添加剤とを含む研磨剤を供給しながら、前記被研磨膜を研磨する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１７３】
（付記３）  付記２記載の半導体装置の製造方法において、
最終段階の前記研磨工程では、前記研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて研磨の終点を検出する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１７４】
（付記４）  付記３記載の半導体装置の製造方法において、
前記最終段階の研磨工程より前の段階の前記研磨工程では、前記研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電流の変化に基づいて研磨を終了する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１７５】
（付記５）  付記３記載の半導体装置の製造方法において、
前記最終段階の研磨工程より前の段階の前記研磨工程では、予め定められた研磨時間で研磨を終了する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１７６】
（付記６）  付記３記載の半導体装置の製造方法において、
前記最終段階の研磨工程では、研磨の終点を検出した後、前記被研磨膜を更に所定時間研磨する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１７７】
（付記７）  付記４記載の半導体装置の製造方法において、
前記最終段階の研磨工程より前の段階の前記研磨工程では、前記研磨テーブルの駆動電圧又は駆動電流の値が極値になった後、前記被研磨膜を更に所定時間研磨する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１７８】
（付記８）  付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記平坦化工程の前に、前記半導体基板上に前記被研磨膜と異なるエッチング特性を有する絶縁膜を形成する工程と；前記絶縁膜に開口部を形成する工程と；前記絶縁膜をマスクとして前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板に溝を形成する工程と；前記溝内及び前記絶縁膜上に前記被研磨膜を形成する工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１７９】
（付記９）  付記１乃至７のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記平坦化工程の前に、前記半導体基板上に配線を形成する工程と、前記配線上及び前記半導体基板上に前記被研磨膜を形成する工程とを更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１８０】
（付記１０）  付記１乃至９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記研磨砥粒は、酸化セリウムを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１８１】
（付記１１）  付記１乃至９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記研磨砥粒は、酸化シリコンを含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１８２】
（付記１２）  付記１乃至１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
前記添加剤は、ポリアクリル酸アンモニウム塩より成る
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０１８３】
【発明の効果】
以上の通り、本発明によれば、複数の研磨テーブルを用いて順次行われる研磨工程を経ることにより、被研磨膜を順次平坦化するとともに、被研磨膜を研磨している際に、研磨に用いられていない研磨ヘッドに対して半導体基板の脱着を行う。このため、本発明によれば、被研磨膜を平坦化する際における所要時間を全体として短縮することができる。このため、本発明によれば、高いスループットで被研磨膜を平坦化し得る半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の研磨テーブルと複数の研磨ヘッドとを有する研磨装置を示す平面図である。
【図２】図１に示す研磨装置の一部を示す側面図である。
【図３】図１に示す研磨装置の一部を示す拡大側面図である。
【図４】本発明による半導体装置の製造方法の原理を示す平面図（その１）である。
【図５】本発明による半導体装置の製造方法の原理を示す平面図（その２）である。
【図６】本発明による半導体装置の製造方法の原理を示す工程図である。
【図７】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図８】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図９】研磨速度が変化するメカニズムを示す概念図である。
【図１０】研磨テーブルの駆動電圧・駆動電流の変化を示すグラフである。
【図１１】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法における平坦化工程の所要時間を示す図である。
【図１２】提案されている半導体装置の製造方法における平坦化工程の所要時間を示す図である。
【図１３】本発明の変形例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図１４】本発明の変形例による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図１５】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【図１６】提案されている半導体装置の製造方法を示す工程平面図（その１）である。
【図１７】提案されている半導体装置の製造方法を示す工程平面図（その２）である。
【図１８】提案されている半導体装置の製造方法を示す工程平面図（その３）である。
【図１９】提案されている半導体装置の製造方法を示す工程平面図（その４）である。
【図２０】提案されている半導体装置の製造方法を示す工程平面図（その５）である。
【図２１】提案されている半導体装置の製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ〜１０ｌ…半導体基板
１２…シリコン酸化膜
１４…シリコン窒化膜
１６…開口部
１８…トレンチ
２０…シリコン酸化膜、被研磨膜
２１…素子分離領域
２２…素子領域
２４…添加剤、界面活性剤
２６…研磨砥粒
２８…層間絶縁膜
３０…積層膜
３２…配線
１００…基台
１０２ａ〜１０２ｃ…研磨テーブル
１０４ａ〜１０４ｃ…研磨パッド
１０８ａ〜１０８ｄ…アーム
１１０…カルーセル
１１２ａ〜１１２ｄ…研磨ヘッド
１１４ａ〜１１４ｃ…目立て装置
１１６…ダイヤモンドディスク
１１８…台金
１２０…ダイヤモンド
１２２…ニッケルめっき層
１２４ａ、１２４ｂ…ノズル
１２６…研磨剤
２１０…半導体基板
２１２…シリコン酸化膜
２１４…シリコン窒化膜
２１６…開口部
２１８…トレンチ
２２０…シリコン酸化膜、被研磨膜
２２１…素子分離領域
２２２…素子領域
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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