(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を平坦化する装置において、
半導体基板の表面に形成された金属化パターン上に付着成形された絶縁層を化学／機械的に研磨（ＣＭＰ）するための、回転自在のプラテン及び研磨パッドと、
研磨スラリ溜め及び該スラリを前記研磨パッドへ供給する手段と、
回転自在の基板キャリヤ、及び、該回転自在の基板キャリヤと前記回転自在のプラテンと研磨パッドとの間に圧力を加えつつ、前記半導体基板の表面を前記回転研磨プラテン及び研磨パッドに対して並列に保持する手段と、
前記半導体基板を、前記回転自在の基板キャリヤから水スプレー・ノズル及び空気スプレー・ノズルを備えたインライン洗浄ステーションへ搬送する手段と、
前記半導体基板を、前記インライン洗浄ステーションからインライン光学式厚さ測定具へ搬送する手段と、
前記半導体基板を、前記インライン光学式厚さ測定具内で位置決めする手段と、
研磨の前後において、金属化パターン上の絶縁層の厚さを測定する手段と、
研磨の前後において、前記半導体基板上の絶縁層の厚さを測定する手段と、
前記金属化パターン上の絶縁層の第１の研磨除去速度を算出する手段と、
前記半導体基板上の絶縁層の第２の研磨除去速度を算出する手段と、
前記第１の研磨除去速度を前記第２の研磨除去速度で割って研磨除去速度比を算出する手段と、
前記半導体基板を、前記インライン光学式厚さ測定具から前記回転自在の基板キャリヤへ搬送して、前記研磨除去速度比が０．９〜１．１未満となるまで、更に化学／機械的研磨（ＣＭＰ）を行う手段と
を備えたことを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記回転自在のプラテン及び研磨パッドが、１０〜１００ｒｐｍの速度で回転することを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、前記回転自在の基板キャリヤが、１０〜１００ｒｐｍの速度で回転することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、前記回転自在の基板キャリヤと前記回転自
在のプラテンと研磨パッドとの間に加えられる圧力が、０．１〜１０ｐｓｉであることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、前記研磨スラリが、ｐＨが９〜１４の化学的エッチング剤からなることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、前記金属化パターンが、長さ及び幅寸法が５０〜１，０００μｍの金属アイランドを備えていること特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置において、前記金属化パターンの厚さが、３，０００〜８，０００オングストロームであることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１記載の装置において、前記絶縁層が、酸化シリコンであることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１記載の装置において、前記金属化パターン上の絶縁層の厚さを測定する手段が、光学干渉手段であることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項１記載の装置において、前記半導体基板上の絶縁層の厚さを測定する手段が、光学干渉手段であることを特徴とする装置。
【請求項１１】
半導体基板を化学／機械的に研磨する（ＣＭＰ）方法において、
前記半導体基板上に第１の絶縁層を付着成形するステップと、
該第１の絶縁層上に金属化パターンを形成するステップと、
前記第１の絶縁層及び前記金属化パターン上に第２の絶縁層を一致するように付着成形するステップと、
前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の厚さを測定するステップと、
前記半導体基板上の前記第２の絶縁層と前記第１の絶縁層との組み合わせの厚さを測定するステップと、
前記第２の絶縁層に化学／機械的に研磨する（ＣＭＰ）ステップと、
前記半導体基板を、水スプレー・ノズル及び空気スプレー・ノズルを備えたインライン洗浄ステーションへ搬送するステップと、
前記水スプレー・ノズルからの水により、前記半導体基板から研磨スラリを除去するステップと、
前記空気スプレー・ノズルからの空気により、前記半導体基板を乾燥するステップと、
前記半導体基板を、インライン光学式厚さ測定具まで搬送するステップと、
該光学式厚さ測定具内で前記半導体基板を整列するステップと、
化学／機械的研磨（ＣＭＰ）の後に、前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の厚さを再度測定するステップと、
化学／機械的研磨（ＣＭＰ）の後に、前記半導体基板上の前記第２の絶縁層及び前記第１の絶縁層の組み合わせの厚さを再度測定するステップと、
前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の第１の研磨除去速度を算出するステップと、
前記半導体基板上の前記第２の絶縁層の第２の研磨除去速度を算出するステップと、
前記第１の研磨除去速度を前記第２の研磨除去速度で割って、研磨除去速度の比を算出するステップと、
該研磨除去速度の比が０．９〜１．１未満となるまで、化学／機械的研磨（ＣＭＰ）を更に施すステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の方法において、前記第１の絶縁層が、酸化シリコンであることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記酸化シリコンが、２００〜４５０°の温度で、２，０００〜２０，０００オングストロームの厚さまで、ＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて付着成形されることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１１記載の方法において、前記金属化パターンが、長さ及び幅寸法が５０〜１，０００μｍの金属アイランドを備えていることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の方法において、前記金属アイランドの厚さが、３，０
００〜８，０００オングストロームであることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１４記載の方法において、前記金属アイランドがアルミニウムであることを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１４記載の方法において、前記金属アイランドがアルミニウム−銅−シリコンであることを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１１記載の方法において、前記第２の絶縁層が酸化シリコンであることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１８記載の方法において、前記酸化シリコンが、２００〜４５０°の温度で、２，０００〜２０，０００オングストロームの厚さまで、ＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて付着成形されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１１記載の方法において、前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の厚さの測定が、光学干渉によりなされることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１１記載の方法において、前記半導体基板上の前記第２の絶縁層及び前記第１の絶縁層の組み合わせの厚さの測定が、光学干渉によりなされることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１１記載の方法において、前記第２の絶縁層の化学／機械的研磨（ＣＭＰ）が、研磨粒子及び化学エッチング剤を含んだ研磨スラリを用いて、９〜１４のｐＨでなされることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１１記載の方法において、化学／機械的研磨後の前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の厚さの再測定が、光学干渉によりなされることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項１１記載の方法において、化学／機械的研磨後の前記半導体基板
上の前記第２の絶縁層及び前記第１の絶縁層の組み合わせの厚さの再測定が、光学干渉によりなされることを特徴とする方法。
【請求項２５】
半導体基板を化学／機械的に研磨する（ＣＭＰ）方法において、
前記半導体基板上に第１の絶縁層を付着成形するステップと、
該第１の絶縁層上に金属化パターンを形成するステップと、
前記第１の絶縁層及び前記金属化パターン上に第２の絶縁層を一致するようにに付着成形するステップと、
前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の厚さを測定するステップと、
前記半導体基板上の前記第２の絶縁層及び前記第１の絶縁層の組み合わせの厚さを測定するステップと、
前記第２の絶縁層に化学／機械的研磨（ＣＭＰ）を施すステップと、
前記半導体基板を、水スプレー・ノズル及び空気スプレー・ノズルを備えたインライン洗浄ステーションへ搬送するステップと、
前記水スプレー・ノズルからの水で、前記半導体基板から研磨スラリを除去するステップと、
前記空気スプレー・ノズルからの空気により、前記半導体基板を乾燥するステップと、
前記半導体基板をインライン光学式厚さ測定具まで搬送するステップと、前記光学式厚さ測定具内で前記半導体基板を整合させるステップと、
化学／機械的研磨（ＣＭＰ）後に、前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の厚さを再度測定するステップと、
化学／機械的研磨（ＣＭＰ）後に、前記半導体基板上の前記第２の絶縁層及び前記第１の絶縁層の組み合わせの厚さを再度測定するステップと、
前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の第１の研磨除去速度を算出するステップと、
前記半導体基板上の前記第２の絶縁層の第２の研磨除去速度を算出するステップと、
前記第２の研磨除去速度を前記第１の研磨除去速度で割って、研磨除去速度の比を算出するステップと、
該研磨除去速度の比が０．９〜１．１を超えるまで、化学／機械的研磨（ＣＭＰ）を更
に施すステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５記載の方法において、前記第１の絶縁層が酸化シリコンであることを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２５記載の方法において、前記酸化シリコンが、２００〜４５０°の温度で、２，０００〜２０，０００オングストロームの厚さまで、ＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて付着成形されることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項２５記載の方法において、前記金属化パターンが、長さ及び幅寸法が５０〜１，０００μｍの金属アイランドを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項２８記載の方法において、前記金属アイランドの厚さが、３，０００〜８，０００オングストロームであることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項２８記載の方法において、前記金属アイランドが、アルミニウムであることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
請求項２８記載の方法において、前記金属アイランドが、アルミニウム−銅−シリコンであることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項２５記載の方法において、前記第２の絶縁層が酸化シリコンであることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、前記酸化シリコンが、２００〜４５０°の温度で、２，０００〜２０，０００オングストロームの厚さまで、ＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて付着成形されることを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項２５記載の方法において、前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の厚さの測定が、光学干渉によりなされることを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項２５記載の方法において、前記半導体基板上の前記第２の絶縁層及び前記第１の絶縁層の組み合わせの厚さの測定が、光学干渉によりなされることを特徴とする方法。
【請求項３６】
請求項２５記載の方法において、前記第２の絶縁層の化学／機械的研磨（ＣＭＰ）が、研磨粒子及び化学エッチング剤を含んだ研磨スラリを用いて、９〜１４のｐＨでなされることを特徴とする方法。
【請求項３７】
請求項２５記載の方法において、化学／機械的研磨後の前記金属化パターン上の前記第２の絶縁層の厚さの再測定が、光学干渉によりなされることを特徴とする方法。
【請求項３８】
請求項２５記載の方法において、化学／機械的研磨後の前記半導体基板上の前記第２の絶縁層及び前記第１の絶縁層の組み合わせの厚さの再測定が、光学干渉によりなされることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板の表面を化学／機械的にポリシングすなわち研磨する（ＣＭＰ）装置及び方法に関する。より詳細には、本発明は、付着されかつパターン形成された層から生じるトポグラフィ（形状）的特徴を含んだ半導体基板を平坦な状態まで研磨する際に、該基板をＣＭＰ装置から取り外すことなく、平坦化完了点を検出することができるインライン型平坦度測定装置を備えた、化学／機械的研磨（ＣＭＰ）装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の組立において、金属導体ラインは、デバイス回路中の多くの構成部品を相互接続するのに使用される。金属導体ラインは、別個のデバイスを相互接続し、それにより集積回路を形成する機能を果たす。金属導体ラインは、更に、絶縁材料からなる薄層により次の接続レベルから絶縁され、該絶縁層を貫通して形成された穴が、連続する導電接続層間の電気的アクセスを形成する。このような配線工程においては、粗面に付着された層に平板印刷的に画像及びパターン形成するのが難しいことから、絶縁層が円滑な表面トポグラフィ（形状）を有するのが望ましい。また、表面トポグラフィが荒れていると、次に付着された層によるステップ・カバレージに欠陥が生じ、段差部を横断する層が不連続となり、且つ、トポグラフィ特徴間で空隙が形成されることになる。付着された層によるステップ・カバレージの欠陥やトポグラフィ特徴間での空隙形成は、工程歩留まりを低下させると共に、集積回路の信頼性を失墜させることになる。半導体回路チップの配線密度が高くなると、多重配線レベルでデバイスを接続しなければならなくなり、従って、レベル間の誘電体の平坦化が組立工程において決定的に重要なステップとなる。
【０００３】
半導体回路製造においては、化学／機械的研磨（ＣＭＰ）は、導電接続パターン層を分離する絶縁層上に円滑な表面トポグラフィを現出させるために行われる一工程である。ＣＭＰは、また、半導体基板の表面から異なる材料層を除去するのに使用することができる。例えば、絶縁材料層を貫通する穴の形成に続いて、金属化層が一括付着され、次いで、ＣＭＰを使用して平坦な金属スタッドが形成される。簡単に言えば、ＣＭＰ工程では、化学的特性、圧力及び温度を制御した条件下で、半導体材料からなる薄い平らな基板を保持し、且つ、該基板を湿った研磨面に当てて回転させる。アルミナまたはシリカ等の研磨材を含んだ化学スラリが、研磨材料として使用される。更に、化学スラリは、処理中に基板の様々な表面をエッチングするよう選択された化学物質を含む。研磨中に、機械的作用と化学的作用を組み合わせて材料を除去することにより、研磨された表面に優れた平坦化をもたらす。研磨工程中では、下方の材料を過度に除去することなく、十分な量の材料を除去して円滑な表面をもたらすことが重要である。従って、平坦化が達成された時点を検出する方法が、必要となる。
【０００４】
１９９５年５月９日にダニエル・Ａ・クーズ（Ｄａｎｉｅｌ  Ａ．Ｋｏｏｓ）等に与えられた「半導体平坦化研磨方法の光学式完了点検出方法」と題する米国特許第５，４１３，９４１号には、研磨されつつある基板にレーザー光を当て、反射光を測定する研磨完了点検出方法が記載されている。反射光の強さにより、研磨された表面の平坦度の測定が得られる。
【０００５】
絶縁層の化学／機械的平坦化は、また、絶縁層の厚さを測定し、除去された層の量を平坦化状態と関連づけることで監視されてきた。これは、ＣＭＰ工程が平坦化されるべき荒れたトポグラフィを生じるパターン密度に頼ることから、信頼できる方法ではない。トポグラフィが高さ（厚さ）特徴及び横方向の寸法（大きさ）特徴の双方において変化する対象物を考えてみる。ＣＭＰ研磨除去速度は、高さが低い特徴に比して、高さが高い特徴についての方が大きい。また、表面特徴の平坦化は、特徴の高さを一定のものとした場合には、横方向の寸法により決定される。横方向の寸法が小さい場合は、該小さい特徴上の局部的な研磨除去速度は、横方向寸法の大きな特徴上の局部研磨速度より大きくなる。更に、トポグラフィ特徴上の局部研磨除去速度は、多のトポグラフィ特徴の近接度合いによっても影響される。例えば、所定の高さの分離された特徴は、同様な特徴であっても、同様の特徴がアレイ状に近接して囲繞するものより、速く研磨される。半導体デバイス構造体の化学／機械的研磨中に除去された材料の厚さを単に監視して平坦化を確認することが不十分であることは、明白である。半導体デバイス構造体の各レベルは異なるパターン密度を有しており、このパターン密度が半導体基板の局部的及び全体的に変化することがある。従って、単に基板上の部分におけるＣＭＰ中に除去された材料の厚を測定しても、平坦化を予測するには十分ではない。
【０００６】
処理コストを低減し、且つ、ＣＭＰ装置の製品の処理量を増大するために、製品をＣＭＰ装置から取り外してのオフライン検査、平坦度測定及び研磨層厚測定をすることなく、平坦化が達成される時点を測定できることが望ましい。
【０００７】
本発明は、付着され且つパターン形成された層から生じるトポグラフィ特徴を含む半導体基板の化学／機械的研磨（ＣＭＰ）を行う新規な方法及び装置に関する。新規で且つ改良されたＣＭＰ装置は、インライン基板洗浄ステーションと、インライン光学式厚さ測定ステーションとを備えている。トポグラフィ特徴を含む半導体基板を平坦な状態に研磨する際に、ＣＭＰ平坦化完了点を検出する新規で改良された方法は、トポグラフィ・パターン密度とは関係なく、様々な絶縁体層の平坦化に適応できる。前記ＣＭＰ装置は、最新式の化学／機械的研磨ステーションと、基板洗浄ステーションと、簡単な光学式膜厚測定装置とを備えている。基板表面の平坦化の完了点は、パターン特徴上の絶縁材料除去速度と、下方にパターン特徴が存在しない領域上の絶縁材料除去速度との比を監視することにより、検出される。
【０００８】
【発明の概要】
本発明の目的は、パターン特徴上の絶縁材料除去速度と、下方にパターン特徴が存在しない領域上の絶縁材料除去速度との比を監視することにより、平坦化工程の完了点を検出することができる、半導体基板表面を平坦状態に化学／機械的に研磨する（ＣＭＰ）ための、改良された新規な装置及び方法を提供することである。
本発明の別の目的は、半導体基板上の別個のデバイスを接続するのに使用されるパターン形成された金属化層上に付着された絶縁層を平坦化するＣＭＰ工程において、完了点を検出する新規で改良された装置及び方法を提供することである。
本発明の更に別の目的は、インライン基板洗浄ステーションと、簡単な光学式膜厚測定装置と、パターン特徴上の絶縁材料除去速度と下方にパターン特徴が存在しない領域上の絶縁材料除去速度との比を測定する手段とを備えた、新規で改良されたＣＭＰ装置を提供することである。
【０００９】
本発明による研磨装置の新規な特徴は、半導体基板の表面に形成された金属化パターン上に付着された絶縁層を化学／機械的に研磨する（ＣＭＰ）回転自在のプラテン及び研磨パッドと、研磨スラリ溜め及び該スラリを前記研磨パッドへ供給する手段と、回転自在の基板キャリヤ、及び該基板キャリヤと前記回転自在のプラテンと研磨パッドとの間に圧力を加えつつ、前記半導体基板の表面を前記回転研磨パッドに対して並列に保持する手段と、前記半導体基板を前記回転自在の基板キャリヤから水スプレー・ノズル及び空気スプレー・ノズルを備えたインライン洗浄ステーションへ搬送する手段と、前記半導体基板を前記インライン洗浄ステーションからインライン光学式厚さ測定具へ搬送する手段と、前記半導体基板を前記インライン光学式厚さ測定具内で位置合わせする手段と、研磨の前後において、前記金属化パターン上の絶縁層の厚さを測定する手段と、研磨の前後において、前記半導体基板上の絶縁層の厚さを測定する手段と、前記金属化パターン上の前記絶縁層の第１の研磨除去速度を算出する手段と、前記半導体基板上の前記絶縁層の第２の研磨除去速度を算出する手段と、前記第１の研磨除去速度を前記第２の研磨除去速度で割って、研磨除去速度の比を算出する手段と、前記半導体基板を前記インライン光学式厚さ測定具から前記回転自在の基板キャリヤへ搬送して、前記研磨除去速度の比が約０．９〜１．１未満となるまで、更に化学／機械的研磨（ＣＭＰ）を行う手段とを備えたことである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
トポグラフィ・パターン密度に関係なく改良された平坦化検出が達成され、且つ、下に存在する材料を過度に除去することがない、化学／機械的研磨（ＣＭＰ）を利用した半導体基板の表面を研磨する、新規で改良された装置及び方法について、詳細に説明する。
【００１１】
図１は、最新式のＣＭＰ装置１０と、インライン基板洗浄ステーション１１と、光学式膜厚測定装置１２との組み合わせの略図である。ＣＭＰ処理中に、基板１３は、研磨パッド１４上で所定の時間にわたり研磨され、次いで、基板１３は、水スプレー・ノズル１５及び空気スプレー・ノズル１６を備えたインライン基板洗浄ステーション１１へ搬送される。そして、水スプレー・ノズル１５を起動させて、研磨スラリを基板表面から洗い落とし、次いで、空気スプレー・ノズル１６を起動させて、基板表面を乾燥させる。基板１３は、洗浄且つ乾燥された後、光学式膜厚測定装置１２まで搬送される。通常実施されているように、基板の平坦部を利用して、光学式膜厚測定装置に対して規定された位置に基板が配向位置決めされる。
【００１２】
平坦化監視構造は、図２Ａ及びＢに示すように、トポグラフィ発生特徴が下方に存在しない第１の領域２０及びトポグラフィ発生特徴が下方に存在する第２の領域２１を備えた光学式測定整合マークである。この光学式測定整合マークの横方向寸法は、第１の領域２０が約１００μｍ×１００μｍであり、第２の領域２１が約１００μｍ×１００μｍである。整合マークの２の領域の横方向寸法は、光学または光波干渉等の光学式厚さ検出技術により、不当にコストのかかる光学装置の位置決めを必要とせずに、ＣＭＰ研磨装置上の元の位置において実施できるように、選択される。次に、下方にトポグラフィ生成特徴を有する第２の領域２１の横方向寸法は、この特徴上での平坦化が達成されることにより半導体デバイス構造体の全ての重要な領域での平坦化が確実となるように選択される。約１００μｍ×１００μｍの下方にトポグラフィ発生特徴が存在する部分の横方向の寸法は、この基準に合致するが、工程の所定のニーズに合致するように、これらの寸法を変更することが可能である。例えば、約５０〜１０００μｍ間の横方向寸法であれば、下方にトポグラフィ特徴が存在するものに適している。
【００１３】
光学式測定整合マークは、シリコン・ウェハ基板上の基板平坦部または切欠き部等の、定められた基板特徴に対する定められた位置に生じる。シリコン基板の平坦部及び切欠き部の双方とも、半導体の業界では一般に使用されている。半導体基板の平坦部等の基板特徴に対して定められた位置に光学式測定整合マークを配置することにより、光学式測定整合マークの位置は、常に良好に規定され、光学式測定装置を、比較的容易に該整合マークに集中させることが可能となる。
【００１４】
図２Ａ及びＢを再度参照すると、図２Ａは、トポグラフィ特徴が一切存在しない第１の領域２０及びトポグラフィ特徴２２を有する第２の領域２１を備えた光学式測定整合マークの頂面図を示している。トポグラフィ特徴２２の横方向の寸法は、約１００μｍ×１００μｍである。第１の領域２０の横方向の寸法は、約１００μｍ×１００μｍである。第１の領域２０及び第２の領域２１を備えた光学式測定整合マークは、半導体基板２４上の平坦部２３に対して規定された位置に形成される。図２Ｂは、図２Ａに示した光学式測定整合マークの断面図を示している。
【００１５】
図３は、半導体デバイス構造体を化学／機械的研磨中に平坦化を監視するための光学式整合マークの使用の概略を示したものである。図３は、研磨前の監視構造の断面である。第１の絶縁体３０は、ＣＶＤ（化学気相成長）、ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相成長）、またはＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）等の半導体業界では一般的な方法により、成形される。第１の絶縁体３０の成形に適した方法は、ＣＶＤであり、この時の温度は、２００〜４５０℃であり、厚さは、約２，０００〜２０，０００オングストロームである。または、第１の絶縁体３０を、同様に半導体業界では一般的なＳＯＧ（スピン・オン・グラス）及びリフロー技術により付着成形することが可能である。トポグラフィ特徴３１は、横方向寸法が約１００μｍ×１００μｍの金属アイランドを備えており、且つ、ブランケット金属層をパターン形成し、次いでエッチングすることにより形成される。該金属層の厚さは、約３，０００〜８，０００オングストロームである。トポグラフィ特徴３１は、アルミまたはアルミ−銅−シリコンから成る接続配線パターンが半導体基板上に形成されるのと同時に、形成される。第２の絶縁体３２は、第１の絶縁体３０、トポグラフィ特徴３１及び接続配線パターン（本発明の一部ではないため図示なし）上に一致するように成形される。第２の絶縁体３２は、ＣＶＤ（化学気相成長）、ＬＰＣＶＤ（低圧化学気相成長）またはＰＥＣＶＤ（プラズマ化学気相成長）等の、半導体業界では一般的な方法により成形される。第２の絶縁体３２の成形に適した方法は、ＣＶＤであり、この時の温度は、２００〜４５０℃°であり、厚さは、約２，０００〜２０，０００オングストロームである。または、第２の絶縁体３２を、同様に半導体業界では一般的なＳＯＧ（スピン・オン・グラス）及びリフロー技術により成形することが可能である。初期の絶縁体の厚さの測定は、トポグラフィ特徴３１の上方の領域３４及びトポグラフィ特徴の無い領域３３において実行される。半導体業界で一般的に使用される光学干渉を用いて、上記の初期の絶縁体の厚さを測定することも可能である。
【００１６】
図１及び図３を参照すると、第２の絶縁体３２の化学／機械的研磨（ＣＭＰ）が、シリカまたはアルミナ等の研磨粒子から成る研磨スラリと、ｐＨが約ｐＨ＝９〜ｐＨ＝１４の化学的エッチング剤を使用して、所定の時間にわたり実行される状態が図示されている。回転自在のプラテン及び研磨パッド１４が約１０〜１００ｒｐｍの速度で回転される。回転自在の基板キャリヤと回転自在のプラテンと研磨パッド間に加えられる圧力は、約０．００７０３１〜０．７０３１ｋｇｆ／ｃｍ2（約０．１〜１０ｐｓｉ）である。所定の時間の化学／機械的研磨に続いて、半導体基板は、回転自在の基板キャリヤから、水スプレー・ノズル１５及び空気スプレー・ノズル１６を備えたインライン洗浄ステーション１１へ搬送される。水スプレー・ノズル１５を動作させることにより、研磨スラリが基板表面から洗い落とされ、次いで、空気スプレー・ノズル１６を起動させることにより基板表面が乾燥される。基板１３は、洗浄乾燥された後、光学式膜厚測定装置１２まで搬送され、そこで、トポグラフィ特徴３１の上方の領域３４及びトポグラフィ特徴の無い領域３３における絶縁体の厚さが、再度光学干渉技術を用いて測定される。例示の目的で、初期のトポグラフィ表面を符号Ｉで表し、第１の研磨されたトポグラフィ表面を符号１で表すことにする。ＣＭＰ材料除去速度は、領域３３及び３４双方とも、初期の絶縁体の厚さからＣＭＰ後の対応する絶縁体厚を差し引き、次いで、生じた差を研磨経過時間で割ることにより算出される。次いで、ＣＭＰ研磨除去速度の比が、領域３４における除去速度を領域３３における除去速度で割ることにより算出される。領域３４の除去速度が領域３３の除去速度より大きくなり、平坦化が進行しているのが示されるのが典型である。さらに研磨されたトポグラフィ表面をそれぞれ符号２及び３で表すことにより、平坦化の進行がさらに進んでいるのが示されている。各研磨が繰り返された後で、新たな材料除去速度が領域３３及び３４について算出される。また、ＣＭＰ研磨除去速度の比も、各研磨が繰り返された後で算出される。ＣＭＰ研磨除去速度の比は、平坦化が進行するにつれて、大きな数値から１．００に近似する数値へと前進するのが典型的である。斯かる研磨除去速度の比が０．９〜１．１未満となるまで、更なる化学／機械的研磨がなされる。または、領域３３の除去速度を領域３４の除去速度で割って、第２の研磨除去速度の比を算出することが可能であり、該第２の研磨除去速度の比が１．１〜０．９を超えるまで、更に化学／機械的研磨がなされる。
【００１７】
本発明を好適な実施例を参照して詳細に図示且つ説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく態様及び詳細において様々な変更をなすことが可能なことは当業者には自明のことである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＰＭ装置の概略断面図である。
【図２】本発明の光学式整合マークの概略上面図及び断面図である。
【図３】継続してＣＰＭを実行する場合の、光学式整合マークにおける平坦化進行状態を示す概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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