研磨方法及び配線形成方法
【課題】多ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる研磨方法を提供する。
【解決手段】研磨対象物上に形成された第１膜の大部分を研磨して除去する第１の研磨工程と、第１膜の残留部分を、配線部分を残して第２膜が表面に露出するまで研磨して除去する第２の研磨工程と、第１の研磨工程から第２の研磨工程に移行するときの第１膜の膜厚分布を予め設定する工程と、第１の研磨工程中に第１膜の厚さをうず電流センサにより測定して第１膜の膜厚分布を取得する工程と、取得された第１膜の膜厚分布が予め設定された第１膜の膜厚分布に一致するように第１の研磨工程における研磨条件を調整する工程とを有する。
【解決手段】研磨対象物上に形成された第１膜の大部分を研磨して除去する第１の研磨工程と、第１膜の残留部分を、配線部分を残して第２膜が表面に露出するまで研磨して除去する第２の研磨工程と、第１の研磨工程から第２の研磨工程に移行するときの第１膜の膜厚分布を予め設定する工程と、第１の研磨工程中に第１膜の厚さをうず電流センサにより測定して第１膜の膜厚分布を取得する工程と、取得された第１膜の膜厚分布が予め設定された第１膜の膜厚分布に一致するように第１の研磨工程における研磨条件を調整する工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法に係り、特に半導体ウェハなどの研磨対象物を研磨して平坦化する研磨方法に関するものである。
また、本発明は、配線形成方法に係り、特に半導体ウェハなどの基板上に導電膜による配線を形成する配線形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うポリッシング装置が知られている。
【０００３】
この種の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、研磨パッドを上面に有する研磨テーブルとトップリングとを備えている。そして、研磨テーブルとトップリングとの間に半導体ウェハを介在させて、研磨パッドの表面に砥液（スラリ）を供給しつつ、トップリングによって半導体ウェハを研磨テーブルに押圧して、半導体ウェハの表面を平坦かつ鏡面状に研磨している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１３６５３号公報
【特許文献２】特開平１０−５８３０９号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６７５８号公報
【特許文献４】特開２００３−１３３２７７号公報
【特許文献５】特開２００１−２３７２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、多ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる研磨方法を提供することを目的とする。
本発明は、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる配線形成方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、多ステップ研磨、特に２ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる研磨方法が提供される。この研磨方法は、研磨対象物上に形成された第１膜の大部分を研磨して除去する第１の研磨工程と、上記第１膜の残留部分を、配線部分を残して第２膜が表面に露出するまで研磨して除去する第２の研磨工程とを有する。第１の研磨工程から上記第２の研磨工程に移行するときの第１膜の膜厚分布を予め設定する。上記第１の研磨工程中に上記第１膜の厚さをうず電流センサにより測定して上記第１膜の膜厚分布を取得する。上記取得された第１膜の膜厚分布が上記予め設定された第１膜の膜厚分布に一致するように上記第１の研磨工程における研磨条件を調整する。
【０００７】
この方法によれば、実際の膜厚分布をモニタしながら、最終的に得たい膜厚分布を確実に得ることができる。すなわち、第１の研磨工程から第２の研磨工程への切替を常に所望の膜厚分布で行うことができるので、第１の研磨工程が第２の研磨工程に負荷をかけることを防止することができる。また、第２の研磨工程後のディッシングやエロージョンを抑制することができるとともに、第２の研磨工程の時間を短縮することができる。したがって、生産性の向上とコスト削減にもつながる。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる配線形成方法が提供される。この配線形成方法は、基板上に平坦な導電性の薄膜を形成する第１の工程と、上記平坦な導電性の薄膜をケミカルエッチングにより除去する第２の工程とを有している。
【０００９】
このように、基板上に平坦な導電性の薄膜を形成した後に、機械的な作用を伴わず、電気的な接続も必要としないケミカルエッチングにより、残った導電性の薄膜を除去するので、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の研磨方法によれば、多ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる。
本発明の配線形成方法によれば、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】研磨装置の一例を示す平面図である。
【図２】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの一部を示す縦断面図である。
【図３】図２に示すトップリングのリテーナリングの一例を示す底面図である。
【図４】図２に示すトップリングのリテーナリングの他の例を示す底面図である。
【図５】図２に示すトップリングのリテーナリングの他の例を示す底面図である。
【図６】図２に示すトップリングのリテーナリングの他の例を示す底面図である。
【図７】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの一部を模式的に示す平面図である。
【図８】図７に示す研磨ユニットに用いられる気体噴出機構を示す斜視図である。
【図９】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの一変形例を示す平面図である。
【図１０】図７に示す研磨ユニットの研磨パッドを示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す研磨パッドの拡大縦断面図である。
【図１２】図１０に示す研磨パッドの変形例を示す拡大平面図である。
【図１３】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１４】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１５】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１６】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１７】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１８】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１９】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図２０】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図２１】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２２】図２１に示す研磨液供給ノズルの縦断面図である。
【図２３】図２１に示す研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２４】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２５】図２１に示す研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２６】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２７】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す平面図である。
【図２８】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す模式図である。
【図２９】従来の研磨装置における研磨液供給系を示す模式図である。
【図３０】他の研磨液供給系を示す模式図である。
【図３１】図３１（ａ）および図３１（ｂ）は、図３０に示す研磨液供給系に用いられる流体圧バルブを示す模式図である。
【図３２】図２に示すトップリングの変形例を示す縦断面図である。
【図３３】図３３（ａ）から図３３（ｃ）は、ＣＭＰによる銅ダマシン配線の平坦化プロセスを示す模式図である。
【図３４】図３４（ａ）はオーバーポリッシングの状態を示す模式図、図３４（ｂ）は研磨不足の状態を示す模式図である。
【図３５】研磨液供給ノズルを揺動させて半導体ウェハの研磨を行うために使用した研磨装置の平面図である。
【図３６】図３６（ａ）は図３５に示す研磨装置において研磨液供給ノズルを揺動させた半導体ウェハにおける研磨レートを示すグラフ、図３６（ｂ）は研磨液供給ノズルを揺動させないときの半導体ウェハにおける研磨レートを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図１から図３６（ｂ）を参照して詳細に説明する。なお、図１から図３６（ｂ）において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１３】
図１は、研磨装置の一例を示す平面図である。図１に示すように、この研磨装置には、３つのウェハカセット１０を装着できるようになっている。これらのウェハカセット１０に沿って走行機構１２が設けられており、この走行機構１２の上には、２つのハンドを有する第１搬送ロボット１４が配置されている。第１搬送ロボット１４のハンドは、ウェハカセット１０にアクセス可能となっている。
【００１４】
また、研磨装置は、４つの研磨ユニット２０を備えており、これらの研磨ユニット２０は装置の長手方向に沿って配列されている。それぞれの研磨ユニット２０には、研磨面を有する研磨テーブル２２と、半導体ウェハを保持しかつ半導体ウェハを研磨テーブル２２に対して押圧しながら研磨するためのトップリング２４と、研磨テーブル２２に研磨液やドレッシング液（例えば、水）を供給するための研磨液供給ノズル２６と、研磨テーブル２２のドレッシングを行うためのドレッサ２８と、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、１つまたは複数のノズルから研磨面に噴射するアトマイザ３０とを備えている。
【００１５】
研磨ユニット２０の近傍には、長手方向に沿ってウェハを搬送する第１リニアトランスポータ３２と第２リニアトランスポータ３４とが設置されており、この第１リニアトランスポータ３２のウェハカセット１０側には、第１搬送ロボット１４から受け取ったウェハを反転する反転機３６が配置されている。
【００１６】
また、この研磨装置は、第２搬送ロボット３８と、第２搬送ロボット３８から受け取ったウェハを反転する反転機４０と、研磨後の半導体ウェハを洗浄する４つの洗浄機４２と、反転機４０および洗浄機４２の間でウェハを搬送する搬送ユニット４４とを備えている。これらの第２搬送ロボット３８、反転機４０、および洗浄機４２は、長手方向に沿って直列に配置されている。
【００１７】
このような研磨装置において、ウェハカセット１０内のウェハは、反転機３６、第１リニアトランスポータ３２、第２リニアトランスポータ３４を経て各研磨ユニット２０に導入される。各研磨ユニット２０ではウェハが研磨される。研磨後のウェハは、第２搬送ロボット３８および反転機４０を経て洗浄機４２に導入され、ここで洗浄される。洗浄後のウェハは、第１搬送ロボット１４によりウェハカセット１０に戻される。
【００１８】
図２は、研磨ユニット２０の一部を示す縦断面図である。図２に示すように、研磨ユニット２０の研磨テーブル２２は、その下方に配置されたモータ５０に連結されており、矢印で示すようにその軸心周りに回転可能になっている。また、研磨テーブル２２の上面には研磨面を有する研磨パッド（研磨布）５２が貼設されている。また、トップリング２４はトップリングシャフト５４に連結されており、トップリング２４の下部外周部には、半導体ウェハＷの外周縁を保持するリテーナリング５６が設けられている。
【００１９】
トップリング２４は、モータ（図示せず）に連結されるとともに昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これによって、トップリング２４は、矢印で示すように昇降可能かつその軸心周りに回転可能になっており、半導体ウェハＷを研磨パッド５２に対して任意の圧力で押圧することができるようになっている。
【００２０】
このような構成の研磨ユニット２０において、トップリング２４の下面に半導体ウェハＷを保持させ、回転している研磨テーブル２２の上面の研磨パッド５２に半導体ウェハＷを昇降シリンダにより押圧する。そして、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口５７から研磨パッド５２上に研磨液Ｑを供給し、半導体ウェハＷの被研磨面（下面）と研磨パッド５２の間に研磨液Ｑが存在した状態で半導体ウェハＷの研磨が行われる。
【００２１】
また、図２に示すように、研磨テーブル２２の内部には、半導体ウェハＷの膜厚を測定するうず電流センサ５８が埋設されている。うず電流センサ５８からの配線６０は、研磨テーブル２２および支持軸６２内を通り、支持軸６２の軸端に設けられたロータリコネクタ（またはスリップリング）６４を経由してコントローラ６６に接続されている。このうず電流センサ５８が半導体ウェハＷの下方を通過している間、通過軌跡上で連続的に半導体ウェハＷの表面に形成された銅膜等の導電膜の膜厚を検出できるようになっている。
【００２２】
ここで、半導体デバイスのさらなる高速化への要求に伴い、デバイス内の配線間の絶縁膜をより誘電率の小さい材料（例えばLow-k材など）にすることが検討されている。このような低誘電率材料は多孔質で機械的に脆い性質を有するため、Low-k材を用いた銅ダマシン配線の平坦化研磨プロセスにおいては、研磨時の半導体ウェハにかかる圧力（研磨圧力）を可能な限り小さくする（例えば１３．７９ｋＰａ（２ｐｓｉ）以下にする）ことが要求されている。
【００２３】
しかしながら、一般に、研磨プロセスにおける研磨レートは、研磨圧力に依存し、研磨圧力の低下とともに低下する。したがって、銅の研磨に際しては、このような研磨レートの低下を補うため、より化学的な作用の強い研磨液を用いる場合がある。このような化学的作用が強い研磨液を使用した場合、研磨液と銅膜との間でより安定した化学反応が起こらなければ、均一で安定した研磨特性を得ることができない。このため、化学的作用が強い研磨液を用いた研磨プロセスにおいては、研磨パッドと半導体ウェハとの間に未反応の研磨液をより安定的に供給することが要望されている。
【００２４】
この例では、トップリング２４のリテーナリング５６に溝を形成することにより、研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に研磨液をより安定的に供給するようにしている。図３は、図２のリテーナリング５６の一例を示す底面図である。図３に示すように、リテーナリング５６の底面には、その外周面７０と内周面７２とを連通する複数の溝７４が周方向に等間隔で形成されている。図３に示す例は、トップリング２４の回転方向が時計回りの場合であり、それぞれの溝７４の外周側開口部７６は、内周面側開口部７８よりも時計回り（トップリング２４の回転方向）に進んだ位置に配置されている。このような溝７４により、リテーナリング５６の内側の半導体ウェハＷと研磨パッド５２との間に研磨液を効率的かつ安定的に供給することができる。
【００２５】
ここで、これらの溝７４の外周側開口部７６の開口率は、研磨液の化学的な作用の強さによって決定され、約１０％〜約５０％とする。例えば、ある研磨液を用いる場合、開口率０％では、研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に研磨液が供給されにくく、十分な研磨レートが得られない。一方、外周側開口部７６の開口率が極端に高い場合（例えば５０％を越える場合）には、一度溝７４を通ってリテーナリング５６の内側に入った研磨液が、別の溝７４を通って外側に流れ出し、研磨液が研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に有効に保持されにくくなる。したがって、外周側開口部７６の開口率を約１０％〜約５０％の範囲とすれば、研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に研磨液を有効に供給することができ、安定した研磨レートを得ることができる。また、外周側開口部７６の開口率を約１０％〜約５０％の範囲とすれば、溝７４を介して反応後の不活性な研磨液を効果的に外部に排出することができる。なお、それぞれの溝７４の寸法および溝７４間のピッチは、上述した外周側開口部７６の開口率に応じて設定される。
【００２６】
トップリング２４の回転方向が反時計回りの場合には、図４に示すように、溝７４の向きを図３の場合と逆にするのがよい。あるいは、図５に示すように、溝７４を放射状に等間隔に配置して、トップリング２４がどちらに回転しても使用できるようにしてもよい。この場合において、図６に示すように、それぞれの溝７４の内周側開口部７８を外周側開口部７６よりも大きくしてもよい。
【００２７】
また、リテーナリング５６の溝７４の効果をより効果的なものとするために、トップリング２４の回転速度を研磨テーブル２２の回転速度に対して１／１以下が好ましいが、より好ましくは約１／３〜約１／１．５とする。この場合において、研磨テーブル２２の回転方向とトップリング２４の回転方向とは同一方向であってもよいし、あるいは逆方向であってもよい。研磨テーブル２２とトップリング２４の回転速度を上記のように設定して研磨装置を運転することで、より均一性に優れた研磨を行うことが可能となる。
【００２８】
すなわち、トップリング２４の回転速度が高いと、トップリング２４の外周部に位置するリテーナリング５６によって、研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間への研磨液の流入が阻害され、効率的な研磨液の供給を行うことができなくなる。トップリング２４の回転速度を低くすれば、上述したリテーナリング５６に形成された溝７４を介して研磨液を効率的に研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に供給することが可能となり、より均一性に優れた研磨を行うことが可能となる。
【００２９】
図７は、図１に示す研磨装置の研磨ユニット２０の一部を模式的に示す平面図である。図７に示すように、アトマイザ３０は、トップリング２４に対して研磨テーブル２２の回転方向の上流側に配置されており、研磨パッド５２に向けて洗浄液と気体の混合流体を噴射する流体噴射機構として機能する。例えば、アトマイザ３０から、窒素ガスと純水または薬液との混合流体が研磨パッド５２に向けて噴射される。この混合流体は、１）液体微粒子化、２）液体が凝固した微粒子固体化、３）液体が蒸発した気体化（これらを霧状化またはアトマイズという）された状態で研磨パッド５２に向けて噴射される。
【００３０】
このように混合流体を霧状化した状態で研磨パッド５２に噴射することで、研磨パッド５２の凹部に落ち込んだ研磨液や研磨屑を混合流体中の気体によって掻き出し、さらに純水や薬液などの洗浄液によって洗い流すことができる。これにより、スクラッチの原因となる研磨パッド５２上に存在する研磨液や研磨屑を効果的に除去することができる。
【００３１】
通常、ＣＭＰにおいては、研磨後の研磨面に、残留砥粒や研磨屑（銅研磨では銅錯体）などの研磨残渣が存在している。これらの研磨残渣を放置しておくと、後の研磨において半導体ウェハの表面に傷をつけたり、研磨液の化学的作用が抑制されて研磨レートが減少したりする原因となる。したがって、研磨中の研磨面には研磨残渣がなるべく存在しないようにすることが望まれる。このため、通常のＣＭＰでは、研磨間のインターバルに、ドレッサによって研磨面のドレッシングが行われるとともに、アトマイザによって洗浄液と気体の混合流体を研磨面に吹き付けて、研磨残渣を研磨面から除去するアトマイジングが行われる。
【００３２】
図７に示すように、アトマイザ３０に対して研磨テーブル２２の回転方向の下流側には、アトマイザ３０から噴出された混合流体を研磨パッド５２上から排出する排出機構８０が配置されている。また、アトマイザ３０と排出機構８０の上方には、アトマイザ３０と排出機構８０とを覆うカバー８２が設けられている。このカバー８２の材質としては、フッ素樹脂などの撥水性を有する材料を用いることが好ましい。このカバー８２は、研磨テーブル２２の径方向に関しては開口していてもよい。
【００３３】
図７に示す排出機構８０は、研磨パッド５２に接触する接触部材８４と、この接触部材を保持する保持部材（図示せず）とを備えている。接触部材８４としては、摩擦係数の低い材質からなる部材を用い、摩耗量が少なくなるようにすることが好ましく、また、シール性（液密性）の高い材質から形成されることが好ましい。また、この場合において、排出機構８０は、接触部材８４または保持部材を押圧する押圧機構（図示せず）を備え、この押圧機構による押圧力を制御しつつ接触部材８４を研磨パッド５２に接触させてもよい。このような押圧機構としては、気体や水などの流体の圧力を利用したシリンダ機構やボールねじ機構を用いることができる。
【００３４】
ところで、従来のＣＭＰにおいては、研磨中にアトマイジングを行うと、洗浄液が研磨面上に導入されることにより研磨液の濃度が変化し、これによって研磨特性が変化してしまうことから、研磨中のアトマイジングは行われていなかった。この例によれば、上述した排出機構８０により、アトマイザ３０からの洗浄液を即時に研磨テーブル２２の外部に排出することができる。したがって、研磨面を常に清浄な状態に保つことができ、研磨装置の研磨特性を安定させることができる。このように、この例の研磨装置によれば、研磨中にアトマイザ３０によるアトマイジング（In-situアトマイジング）が可能となる。
【００３５】
また、研磨中のドレッサ２８によるドレッシング（In-situドレッシング）と、このアトマイザ３０によるアトマイジング（In-situアトマイジング）を組み合わせることにより、研磨中に研磨パッド５２のコンディショニングを行うことが可能となる。このため、研磨間のインターバルを短縮することができ、装置のスループットを向上させることができる。
【００３６】
なお、図７に示す例では、接触部材８４が研磨テーブル２２の径方向に延びているが、接触部材８４は研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から９０°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００３７】
また、上記接触部材８４に代えて、または接触部材８４に加えて、研磨パッド５２に向けて気体を噴出する気体噴出口を有する気体噴出機構を備えてもよい。図８は、そのような気体噴出機構８６を示す斜視図である。図８に示すように、気体噴出機構８６は、研磨パッド５２に向けて乾燥空気や乾燥窒素などの気体を噴出する複数の気体噴出口８８と、噴出する気体の噴出量、噴出圧力、および噴出方向を制御する制御部（図示せず）を有しており、この気体噴出口８８からの気体の噴出によりアトマイザ３０からの洗浄液を研磨テーブル２２の外部に排出することができるようになっている。この場合において、エアカーテンのように扇形状になるように気体を噴出することが好ましい。また、気体噴出口８８の形状をスリット状にして気体を噴出する方向を制御することとしてもよい。
【００３８】
このような気体噴出機構８６を有する排出機構８０によっても、アトマイザ３０からの洗浄液を即時に研磨テーブル２２の外部に排出することができる。したがって、研磨面を常に清浄な状態に保つことができ、研磨装置の研磨特性を安定させることができる。
【００３９】
ところで、ＬＳＩにおいては、配線の微細化により高速化、高集積化、低消費電力化が行われ、高性能化が実現されている。配線の微細化は、全体としてほぼ国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）の予測に則って技術開発が行われてきた。また、抵抗が小さい銅配線や誘電率の小さいLow-k材への転換が配線の微細化と併行して進み、平坦化プロセスとして、銅ダマシン平坦化プロセス（銅ＣＭＰプロセス）に対する需要が増加する見通しとなっている。
【００４０】
ここで、銅ダマシン平坦化プロセスにおいて、Low-k材やポーラスLow-k材とのインテグレーションを実現する場合には、微細化に伴う平坦化特性のさらなる向上に加え、これらの材料の機械的強度が低いことによる研磨時の材料破壊に対する対策が必要となる。
【００４１】
これらの課題を解決するためには、加工面圧（研磨圧力）を低くすることが考えられる。通常の銅ＣＭＰでは、銅錯体を形成した後、その銅錯体を機械的に除去することによって研磨が進行する。しかしながら、通常のＣＭＰ装置で使用されている研磨液では、形成される銅錯体の強度が高いために、研磨圧力を低くすると、同時に研磨レートの低下を招いてしまうという問題がある。
【００４２】
最近では、低い研磨圧力の条件でも機械的に除去できるような、機械的強度の低い銅錯体を形成する研磨液が開発されている。この種の研磨液は化学反応性が強いため、半導体ウェハの被研磨面への研磨液の供給量および供給分布が、研磨レートや研磨レートの面内均一性に大きく影響する。
【００４３】
従来のＣＭＰ装置では、固定された１つの研磨液供給口から研磨液が供給されるので、半導体ウェハの被研磨面に対する研磨液の供給量の分布に偏りが生じ、研磨レートの面内均一性が悪化する。これは特に研磨面と半導体ウェハとの相対速度が高い場合に顕著となる。また、無駄な研磨液の供給量が多くなり、研磨コストの増加につながってしまう。したがって、いかに半導体ウェハの被研磨面に研磨液を均一かつ効率的に供給するかが重要となる。
【００４４】
この例では、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口５７（図２参照）を研磨中に移動させることで研磨液を半導体ウェハの被研磨面に均一かつ効率的に供給している。すなわち、図１に示すように、この例における研磨液供給ノズル２６は、軸２７を中心に旋回可能となっており、研磨中に研磨液供給ノズル２６が旋回機構（移動機構）により旋回されるようになっている。
【００４５】
研磨液供給ノズル２６から研磨パッド５２上には研磨液が供給されるが、この研磨パッド５２上に供給された研磨液は、トップリング２４と研磨テーブル２２との間の相対移動に伴い半導体ウェハの被研磨面に供給されることとなる。上述したように、研磨中に研磨液供給ノズル２６を旋回させ、その先端にある研磨液供給口５７（図２参照）を移動させることで、研磨パッド５２上に供給された研磨液がトップリング２４と研磨テーブル２２との間の相対移動に伴い半導体ウェハの全面に均一に行き渡るように、研磨液を研磨パッド５２上に適切に分布させることができる。
【００４６】
このように、この例における研磨液供給ノズル２６によれば、半導体ウェハの被研磨面への研磨液の供給量の分布を均一にすることができる。したがって、研磨レートを改善し、研磨レートの面内均一性を向上させることができる。また、効率的な研磨液の供給が実現されるので、研磨液の使用量を減少させることができ、研磨液の無駄をなくして研磨コストを低減することができる。
【００４７】
この例では、円弧を描くように研磨液供給ノズル２６を旋回移動させた例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、研磨液供給ノズル２６を直線移動させてもよいし、回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。また、研磨液供給ノズル２６の移動速度を移動中に一定（例えば、５０ｍｍ／ｓ）にしてもよく、あるいは変化させてもよい。また、研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を移動中に変化させる液量制御機構を設けてもよい。また、研磨液供給口５７の走査範囲は、研磨テーブル２２の半径内で、かつ半導体ウェハの直径をカバーする範囲とするのが好ましい。
【００４８】
また、図１に示す例では、研磨液供給ノズル２６が研磨テーブル２２の径方向に延びているが、図９に示すように、研磨液供給ノズル２６が研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００４９】
通常、ＣＭＰでは、研磨パッド上に保持された研磨液の化学的機械的作用により半導体ウェハの研磨を行うが、従来の研磨パッドの研磨液の保持量は小さく、したがって、大部分の研磨液は使用されずに研磨パッドから外部に排出されていた。研磨液は非常に高価であり、研磨コストに大きな影響を及ぼすため、研磨液の使用効率を向上することが研磨コストを低減するために必要である。
【００５０】
また、研磨圧力が低く（６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）以下）、相対速度が高い（２ｍ／ｓ以上）研磨では、研磨面への研磨液の液膜が増加するような条件下において、半導体ウェハと研磨面との間でハイドロプレーニング現象による滑りが生じる。このような現象は、研磨面に断面積の小さな同心円状の溝が形成されている場合や研磨テーブルの中心の１点から研磨面上に研磨液を供給するなど、研磨面への研磨液の供給が不均一な場合などに特に顕著に現れる。このようなハイドロプレーニング現象が生じると、研磨圧力が半導体ウェハと研磨面との間に作用しなくなるため、研磨レートが低下してしまう。一方、研磨液を研磨面から積極的に排出するとすれば、研磨面の研磨液の保持力が小さくなり、研磨レートが低下するとともに、研磨液の使用効率が下がってしまう。このため、適量の研磨液を研磨面に保持して研磨面上に均一な研磨液膜を形成することが要望されている。
【００５１】
このような要望を満たすために、この例では、研磨パッド５２の表面に断面積が０．３８ｍｍ２以上である溝を形成している。図１０は研磨パッド５２を示す斜視図であり、図１１は図１０の拡大断面図である。図１０に示すように、研磨パッド５２の表面には複数の円形溝９０が同心円状に形成されており、溝９０間のピッチＰ１（図１１参照）は例えば２ｍｍである。図１１に示す例では、溝９０の幅Ｗ１が０．５ｍｍ、深さＤ１が０．７６ｍｍとなっており、溝９０の断面積は０．３８ｍｍ２となっている。また、溝９０の深さを従来のものよりも大きくし、例えば１ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００５２】
また、図１２に示すように、同心円状の溝９０と溝９０とを接続する直線状の細溝９２を形成してもよい。このような細溝９２により研磨液が遠心力を受けにくくなる。細溝９２は、円周方向に対して所定の角度だけ傾斜した溝とするのが好ましく、例えば、円周方向に対する傾斜角度αを３０°、細溝９２間のピッチＰ２を２ｍｍとする。また、この細溝９２の幅は溝９０の幅の３０％程度とすることが好ましい。
【００５３】
この例では、研磨パッド５２に同心円状の溝９０を形成した例を説明したが、溝９０の形状は、これに限られるものではない。例えば、研磨パッド５２の表面に、上述した断面積を有する螺旋状の溝を形成してもよい。法線方向に対する角度を一定（例えば４５°）にした螺旋状の溝を形成すれば、一定の遠心力によって研磨液を排出することができる。
【００５４】
また、上述した溝９０に加えて、あるいは溝９０に代えて、開口面積が２．９８ｍｍ２以上の複数の孔（直径１．９５ｍｍ以上の孔）を研磨パッド５２に形成してもよい。このように、大きな開口面積を有する複数の孔を研磨パッド５２の表面に形成することで、研磨面における研磨液の保持量を増やすことができ、研磨液の使用効率を向上させることができる。このような孔の開口面積は、好ましくは３．１４ｍｍ２（直径２ｍｍ）以上、より好ましくは１９．６３ｍｍ２（直径５ｍｍ）以上である。また、孔の形状は、丸形や楕円形とすることができ、孔の配置は、同心状、千鳥状、格子状などとすることができる。
【００５５】
ここで、ＣＭＰプロセスは、主に（１）半導体ウェハを研磨パッドに押圧し、研磨パッドにスラリを供給しながら半導体ウェハを研磨する主研磨工程と、（２）半導体ウェハの研磨後にスラリを水に換えて半導体ウェハの研磨（洗浄）を行う水ポリッシュ工程という２つの工程からなる。（１）の主研磨工程では、半導体ウェハの表面の余分な膜材料を研磨により除去し、（２）の水ポリッシュ工程では、半導体ウェハの表面に付着しているスラリや研磨生成物を洗浄および除去する。
【００５６】
上述したように、配線構造の微細化に伴いより絶縁性の高い絶縁膜が求められており、絶縁性の高い膜の材料として、ポーラスLow-k材などが候補として挙がっているが、これらの材料は機械的強度が極めて低い。したがって、従来のＣＭＰ装置における研磨圧力は１３．７９〜３４．４７ｋＰａ（２〜５ｐｓｉ）であったが、今後は１３．７９ｋＰａ（２ｐｓｉ）以下、さらに６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）以下にすることが要求される。
【００５７】
このように、Low-k材を含む半導体ウェハを研磨する場合には、低い研磨圧力（例えば３．４５ｋＰａ（０．５ｐｓｉ））で研磨を行う必要がある。この場合には、主研磨工程と水ポリッシュ工程の双方を低研磨圧力で行う必要があるが、低研磨圧力で水ポリッシュ工程を行うと、スラリ等の付着物を完全には除去できず、これらの付着物が半導体ウェハの表面に残留してしまう場合がある。
【００５８】
したがって、この例においては、以下のように水ポリッシュ工程を行う。低研磨圧力での主研磨工程後に、主研磨工程と同等かそれ以下の圧力で半導体ウェハを研磨パッド５２に押圧し、線速度が１．５ｍ／ｓ以上、好ましくは２ｍ／ｓ以上、さらに好ましくは３ｍ／ｓ以上になるように、研磨テーブル２２を回転させる。純水（ＤＩＷ）を流量１ｌ／ｍｉｎで研磨パッド５２上に供給して水ポリッシングする。これにより、低圧研磨後のウェハの表面を適正に洗浄することができる。あるいは、純水（ＤＩＷ）に代えて、薬液、例えばクエン酸液などのウェハの表面に付着したスラリの脱離を促進させる薬液を供給して薬液ポリッシングしてもよい。なお、洗浄工程の時間を例えば通常の１０秒から２０秒に延ばしても同様の効果が得られるが、この場合には、スループットが低下してしまうため、上述した高速回転での水ポリッシングまたは薬液ポリッシングを行うことが好ましい。
【００５９】
上述した例では、研磨液供給ノズル２６の先端に設けた研磨液供給口５７から研磨液を供給する例を説明したが、研磨液供給ノズル２６はこれに限られるものではない。例えば、図１３に示すように、研磨液供給口５７が形成された円板１００と、この円板１００を取り付けたアーム１０２とを備えた研磨液供給ノズル２６ａを用いることもできる。この場合には、アーム１０２を旋回させずに円板１００のみを回転させながら研磨液を供給してもよいし、アーム１０２を旋回させ、かつ円板１００を回転させながら研磨液を供給してもよい。また、アーム１０２を直線移動させてもよい。さらに、研磨液供給口５７の移動速度、すなわち、アーム１０２の移動速度および／または円板１００の回転速度を移動中に変化させてもよい。また、研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を移動中に変化させる液量制御機構を設けてもよい。
【００６０】
また、図１４に示すように、複数の研磨液供給口５７を有する研磨液供給ノズル２６ｂを用いることもできる。この場合において、研磨液供給ノズル２６ｂを旋回移動させても、直線移動させても、回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。また、研磨液供給ノズル２６ｂの移動速度を移動中に変化させてもよい。また、各研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を個別に制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、各研磨液供給口５７の孔径を変えてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがって研磨液供給口５７の孔径が小さくなるように構成してもよい。また、図１４に示す例では、研磨液供給ノズル２６ｂが研磨テーブル２２の径方向に延びているが、図１５に示すように、研磨液供給ノズル２６が研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００６１】
また、研磨液供給ノズルを移動させるのではなく、研磨液供給ノズル内で研磨液供給口を移動させてもよい。例えば、図１６に示すように、内部で移動可能な研磨液供給口５７ａを有する研磨液供給ノズル２６ｃを用いることもできる。図１６に示す例では、研磨液供給口５７を直線移動させているが、これに限られるものではない。例えば、研磨液供給口５７を旋回移動させてもよいし、回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。この場合において、研磨液供給ノズル２６ｃを旋回させずに研磨液供給口５７ａのみを移動させながら研磨液を供給してもよいし、研磨液供給ノズル２６ｃを旋回させ、かつ研磨液供給口５７ａを移動させながら研磨液を供給してもよい。また、研磨液供給口５７ａの移動速度を移動中に変化させてもよい。また、研磨液供給口５７ａから供給される研磨液の量を移動中に変化させる液量制御機構を設けてもよい。さらに、図１７に示すように、図１６に示す研磨液供給ノズル２６ｃを複数設けてもよい。
【００６２】
また、図１８に示すように、複数の研磨液供給口５７が形成された円板１００と、この円板１００を取り付けたアーム１０２とを備えた研磨液供給ノズル２６ｄを用いることもできる。この場合には、アーム１０２を旋回させずに円板１００のみを回転させながら研磨液を供給してもよいし、アーム１０２を旋回させ、かつ円板１００を回転させながら研磨液を供給してもよい。また、アーム１０２を直線移動させてもよい。さらに、研磨液供給口５７の移動速度、すなわち、アーム１０２の移動速度および／または円板１００の回転速度を移動中に変化させてもよい。各研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を個別に制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、各研磨液供給口５７の孔径を変えてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがって研磨液供給口５７の孔径が小さくなるように構成してもよい。また、図１８に示す例では、研磨液供給口５７が同一円周上に配置されているが、研磨液供給口５７を複数の円周上に同心状に配置してもよいし、あるいは単一の直線上や複数の直線上に配置してもよい。
【００６３】
また、図１９に示すように、複数の研磨液供給口５７が形成された中空ロール１０４を備えた研磨液供給ノズル２６ｅを用いることもできる。このロール１０４は、研磨テーブル２２の表面に対して平行な回転軸を中心として回転可能に構成される。研磨液供給口５７は、直線状に配置したり、螺旋状に配置したり、あるいはランダムに配置してもよい。この場合において、ロール１０４を回転させながら研磨液を供給してもよいし、ロール１０４を旋回および回転させながら研磨液を供給してもよい。さらに、研磨液供給口５７の移動速度、すなわち、ロール１０４の回転速度および／または旋回速度を移動中に変化させてもよい。各研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を個別に制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、各研磨液供給口５７の孔径を変えてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがって研磨液供給口５７の孔径が小さくなるように構成してもよい。また、ロール１０４の長手方向の位置によって供給される研磨液が異なるように、ロール１０４を複数のゾーンに分割してもよい。さらに、図１９に示す例では、研磨液供給ノズル２６ｅのロール１０４が研磨テーブル２２の径方向に延びているが、ロール１０４が研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００６４】
また、図２０に示すように、研磨液供給口としてのスリット１０６が形成されたロール１０４を備えた研磨液供給ノズル２６ｆを用いることもできる。この場合において、ロール１０４を回転させながら研磨液を供給してもよいし、ロール１０４を旋回および回転させながら研磨液を供給してもよい。さらに、ロール１０４の回転速度および／または旋回速度を移動中に変化させてもよい。また、スリット１０６から供給される研磨液の量を制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、スリット１０６の開口幅を位置によって変化させてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがってスリット１０６の開口幅が小さくなるように構成してもよい。また、ロール１０４の長手方向の位置によって供給される研磨液が異なるように、ロール１０４を複数のゾーンに分割してもよい。さらに、図２０に示す例では、研磨液供給ノズル２６ｆのロール１０４が研磨テーブル２２の径方向に延びているが、ロール１０４が研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００６５】
また、図２０に示す例では、螺旋状のスリット１０６がロール１０４に形成されているが、直線状のスリットを用いることもできる。図２１は、直線状のスリットが形成された研磨液供給ノズル２６ｇを示す斜視図、図２２は、図２１の縦断面図である。図２２に示すように、研磨液供給ノズル２６ｇは、内部に圧力室１０８を有する圧力保持部１１０と、圧力保持部１１０から下方に延びるスリット１１２を形成するスリット部１１４とを備えている。この圧力保持部１１０は、圧力室１０８に供給される研磨液Ｑの圧力を制御してスリット１１２から吐出される研磨液Ｑの流量を調整する。直線状にスリット１１２が形成されているため、研磨液Ｑがスリット１１２から幅方向に一様に噴出される。また、図２３に示すように、圧力室１０８を複数の室に分割し、各室に供給される研磨液Ｑの流量を変化させることで、幅方向に流量が異なるように研磨液を噴出することもできる。なお、図２１および図２２に示す研磨液供給ノズル２６ｇは、研磨テーブル２２の径方向に沿って配置してもよいし、あるいは研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に沿って配置してもよい。
【００６６】
また、図２４に示すような研磨液供給ノズル２６ｈを用いて研磨パッド５２上に供給される研磨液を分散させることもできる。この研磨液供給ノズル２６ｈは、研磨液供給口５７から噴出される研磨液Ｑを分散させる末広がり形状の分散板（分散スカート）１１６を備えている。この研磨液供給ノズル２６ｈによれば、研磨液供給口５７から噴出された研磨液Ｑが分散スカート１１６上を流れる間に多方向に分散され、この分散された状態で研磨パッド５２に供給される。分散スカート１１６には、溝を形成したり、研磨液の流れを規制する抵抗部材を設けたりしてもよい。また、分散スカート１１６の表面を荒らして抵抗をつけてもよい。分散スカート１１６の材質としては、フッ素樹脂などの耐薬品性を有する材料を用いることが好ましい。また、図２５に示すように、図２１に示す研磨液供給ノズル２６ｇに分散スカート１１６を取り付けてもよい。
【００６７】
また、図２６に示すような研磨液供給ノズル２６ｉを用いて研磨パッド５２上に供給される研磨液を分散させることもできる。この研磨液供給ノズル２６ｉは、円板状のノズル本体１１８と、ノズル本体１１８の下面に取り付けられた分散板１２０とを備えている。研磨液はノズル本体１１８および分散板１２０の中心部に形成された貫通孔（図示せず）を介して研磨パッド５２上に供給される。分散板１２０の下面は抵抗のある材質で形成されている。この研磨液供給ノズル２６ｉによれば、研磨液供給口５７から研磨パッド５２上に供給された研磨液は、分散板１２０の外側に出るまでの間に分散板１２０の下面により多方向に分散される。分散板１２０の材質としては、フッ素樹脂などの耐薬品性を有する材料を用いることが好ましい。
【００６８】
また、図２７に示すように、研磨液供給ノズル２６に対して研磨テーブル２２の回転方向の下流側に、研磨パッド５２と接触する分散板１２２（接触部材）を設けて研磨パッド５２上に供給される研磨液を分散させることもできる。この分散板１２２により、研磨液供給ノズル２６から供給された研磨液Ｑが半径方向に拡散され、研磨パッド５２上の研磨液の分布が均一になる。この分散板１２２は、例えばフッ素樹脂などの耐摩耗性を有する弾性体から形成されることが好ましい。また、分散板１２２は、研磨テーブル２２の径方向に沿って配置してもよいし、あるいは研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に沿って配置してもよい。さらに、分散板１２２を静止させておいてもよいが、分散板１２２を旋回移動、直線移動、または回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。この場合において、分散板１２２の移動速度を移動中に変化させてもよい。また、図２８に示すように、分散板１２２に複数のスリット１２４を設けてスリット１２４を介して研磨液Ｑを分散させてもよい。このスリット１２４は、シャッターなどにより寸法（スリット１２４の幅や高さ、ピッチ）を調整できるようになっていることが好ましい。
【００６９】
なお、図９および図１３から図２８に示すような研磨液供給手段を用いる場合、研磨パッド５２は、図１０に示すような同心円状に溝が形成されたパッドのように、研磨パッド５２の半径方向に複数に分割された領域が形成されているものを用いることが好ましい。このような研磨パッドを用いることで、供給された研磨液が研磨パッド上で混合されずに各々の分割された領域に保持されたまま、半導体ウェハの被研磨面に効率よく供給される。
【００７０】
ところで、従来のＣＭＰ装置においては、複数の研磨液供給口が設けられる場合、図２９に示すように、ＣＭＰ装置５００の外部に大流量の研磨液循環系５０２が設けられ、ＣＭＰ装置５００から研磨液循環系５０２に１本の研磨液供給ライン５０４が接続される。この研磨液供給ライン５０４は、ＣＭＰ装置５００内で複数のライン５０６に分岐して各研磨液供給口に接続される。したがって、研磨液供給ノズルの形状によっては、各研磨液供給口からの研磨液の供給量に差が生じやすく、均一な研磨液供給のためには、各研磨液供給口の調整やバルブの設置が必要であった。
【００７１】
この例においては、図３０に示すように、研磨装置２００の外部に、研磨液タンク２０２、圧送ポンプ２０４、背圧弁２０６、および配管２０８から構成される大流量の研磨液循環系２１０が設けられている。各研磨液供給口５７からは複数の研磨液供給ライン２１２が延びており、これらの研磨液供給ライン２１２が直接研磨液循環系２１０の配管２０８に接続されている。このような構成とすることで、半導体ウェハへの均一な研磨液供給が可能となり、研磨レートを改善することができ、研磨レートの面内均一性を大幅に向上させることができる。
【００７２】
ここで、図３０に示すように、各研磨液供給ライン２１２には、研磨液供給口５７から供給される研磨液の流量を調整する流量調整弁として流体圧バルブ２１４が設けられている。この流体圧バルブ２１４は、図３１（ａ）および図３１（ｂ）に示すように、柔軟性のある研磨液供給ライン２１２の管２１２ａを流体の圧力によって押圧して管の径を絞る管圧縮部２１６を有している。この管圧縮部２１６は管２１２ａを囲むように配置されている。図３１（ｂ）に示すように、流体圧によって管２１２ａが絞られることによって、管２１２ａ内を流れる研磨液Ｑの流量が減少する。この流体圧バルブ２１４は、流体圧により管２１２ａを絞るので、管２１２ａの摩耗を防止することができる。
【００７３】
ここで、トップリングのリテーナリングは、（１）研磨対象物（半導体ウェハ）の外周縁部の保持、および（２）研磨面（研磨パッド）を押付することによる被研磨対象物の研磨プロファイルの制御を行っている。研磨面圧が低い状態で、上述したような機械的強度の低い銅錯体を形成する研磨液を用いる場合には、過剰なリテーナリングの研磨面への押付は、研磨対象物の表面への研磨液の供給を律速させる。したがって、リテーナリングの研磨面への押付荷重は小さい方がよい。しかしながら、リテーナリングの押付荷重が小さいと、研磨対象物がトップリングから飛び出しやすくなる。したがって、リテーナリングの押付荷重を低くした状態であっても研磨対象物の飛び出しを防止することができるリテーナリングが要望されている。
【００７４】
このような要望に応えるために、図３２に示すように、研磨パッド５２を押圧して半導体ウェハＷと研磨パッド５２との接触状態を調整する押圧部材３００と、半導体ウェハＷがトップリング２４から飛び出すのを防止するリング状のガイド部材３０２とから構成されるリテーナリング３５６を用いてもよい。ガイド部材３０２は押圧部材３００よりも径方向内側、すなわち半導体ウェハＷに近接する位置に配置されている。このようなリテーナリング３５６を用いることにより、研磨圧力が小さい場合においても、半導体ウェハＷがトップリング２４から飛び出すことを防止しつつ、半導体ウェハＷの研磨プロファイルの制御を行うことができる。
【００７５】
また、ガイド部材３０２は、ねじやエアシリンダにより上下方向に位置調整可能となっており、研磨パッド５２の表面からの高さを調整することができる。また、ガイド部材３０２の径方向幅は６ｍｍ以下であることが好ましく、半導体ウェハＷよりも硬度の小さい材質から形成されていることが好ましい。
【００７６】
半導体デバイスの製造工程において、ＣＭＰによる銅ダマシン配線の平坦化プロセスにおいては、配線部分を残してバリアメタル上まで銅膜が完全に除去されるが、一般に、バリアメタル上まで銅膜を除去する工程は、図３３（ａ）から図３３（ｃ）に示すように、（１）初期銅膜４００の大部分を高速に除去するとともに、初期段差を緩和し、若干の銅膜４００ａを残留させる第１の工程（バルク銅研磨工程、図３３（ａ）から図３３（ｂ）の工程）と、残りの銅膜４００ａを、配線部分４００ｂを残してバリアメタル４０２上まで完全に除去する第２の工程（銅クリア工程、図３３（ｂ）から図３３（ｃ）の工程）とから構成される。
【００７７】
バルク銅研磨工程においては、初期段差をできる限り緩和（平坦化）し、銅膜４００ａをできる限り薄く、しかも均一に残すことにより、銅クリア工程への負荷を低減することができる。例えば、バルク銅研磨工程後の残留銅膜４００ａの厚さが１００〜１５０ｎｍ程度、好ましくは１００ｎｍ以下、厚さのレンジが５０ｎｍ以下程度となるように研磨することが好ましい。また、一般的には、銅クリア工程では、図３４（ａ）に示すような、銅を除去した後のディッシング４１０やエロージョン４１２を抑制するため、研磨圧力を低くして研磨がなされる。
【００７８】
ここで、従来のＣＭＰ装置では、ウェハ面内のある特定位置の膜厚の情報からプロセスの切替のタイミングを決定していた。この方法では、研磨中の膜厚分布に関係なく切替のタイミングが決定されるため、例えば、研磨プロファイルが変化した場合であっても、測定されるウェハ上の位置の膜厚が所定値になりさえすれば、プロセスの切替が行われてしまう。
【００７９】
仮に、測定される位置よりも非常に残膜の厚い部分が他の位置に存在した場合、図３４（ｂ）に示すように、次の銅クリア工程の終了後に銅膜の残留４１４が生じるおそれがある。また、逆に、測定される位置よりも非常に残膜の薄い部分が他の位置に存在した場合、図３４（ａ）に示すように、その位置でディッシング４１０やエロージョン４１２が生じるおそれがある。
【００８０】
このような問題を防止するために、以下のような方法を採用することができる。すなわち、バルク銅研磨工程から銅クリア工程に移行するときの銅膜の膜厚分布を予め設定し、記憶装置に格納しておく。バルク銅研磨工程中には、うず電流センサ５８（図２参照）により半導体ウェハの銅膜の膜厚分布を取得する。シミュレーションソフトウエアにより、予め設定された膜厚分布と研磨中にうず電流センサ５８により取得された膜厚分布とを瞬時に比較し、設定された膜厚分布とするために必要な研磨条件のシミュレーションを行う。シミュレーションによって得られた研磨条件に基づいて、設定された膜厚分布になるようにトップリング２４によるプロファイル制御を行う。例えば、現在の残膜分布において研磨量が不足している領域に対して研磨レートを高めるような制御を行う。このようなプロファイル制御により、結果的に銅クリア工程直前の銅残膜が均一となるように、あるいは予め決められた膜厚分布となるようにする。そして、実際の膜厚分布が設定された膜厚分布と一致したときに、バルク銅研磨工程から銅クリア工程に切り替える。
【００８１】
このような方法により、実際の研磨形状（膜厚分布）をモニタしながら、最終的に得たい膜厚分布を確実に得ることができる。すなわち、バルク銅研磨工程から銅クリア工程への切替を常に所望の膜厚分布で行うことができるので、バルク銅研磨工程のプロセス変動（研磨レートの変動や研磨プロファイルの変動）に影響されず、常に一定の条件で銅クリア工程を開始することができる。したがって、次工程である銅クリア工程への負荷を最小限にとどめることができる。これは、銅クリア工程後のディッシング４１０やエロージョン４１２を抑制することに寄与するだけでなく、銅クリア工程の時間短縮（過研磨時間の抑制）にも寄与し、生産性の向上とコスト削減にもつながる。
【００８２】
配線形成工程において、半導体ウェハ上の導電膜を研磨するときには、研磨が終了したときに存在するディフェクト（例えば、導電膜の半導体ウェハ表面上への残留４１４、スクラッチやピット４１６（図３４（ａ）および図３４（ｂ）参照））は、次の配線形成工程に影響を及ぼすのみならず、最終的に形成された電気回路の電気特性の劣化にも影響を及ぼす。したがって、研磨の終了時にこれらのディフェクトをなくすことが要望される。
【００８３】
ＣＭＰにおいては、導電膜の残留に対して、初期膜以上に研磨（オーバーポリッシング）を行って導電膜の残留４１４をなくすこともなされるが、一般にオーバーポリッシングを長時間行うと、図３４（ａ）に示すように、配線部においてディッシング４１０やエロージョン４１２が発生してしまう。また、機械的な作用による研磨を行うため、スクラッチやピット４１６の発生は避けられない。
【００８４】
一般に残留した導電膜４１４は、研磨除去が難しいため、過剰のオーバーポリッシングを必要とする。この場合には、ディッシング４１０やエロージョン４１２，およびスクラッチやピット４１６が発生しやすくなる。これを避けるために、上述したバルク銅研磨工程をＣＭＰで行い、その後のＣＭＰによる銅クリア工程を銅膜の残りが５０ｎｍ以下となったところで止め、その後の銅クリア工程をケミカルエッチングにより行い、銅膜を除去するという方法を用いることができる。このように、機械的な作用を伴わないケミカルエッチングにより銅クリア工程を行えば、ディフェクトを生じさせずに銅膜の研磨を行うことができる。
【００８５】
ケミカルエッチングにおけるエッチャントとしては、硫酸、硝酸、ハロゲン酸（特にフッ酸、塩酸）などの酸、アンモニア水などのアルカリ、過酸化水素などの酸化剤とフッ化水素や硫酸などの酸との混合物を用いることができる。また、バルク銅研磨工程において導電性の薄膜の厚さを測定し、該測定された厚さが所定の厚さ、好ましくは１００ｎｍ以下になったときに、バルク銅研磨工程から銅クリア工程に切り替えるのが好ましい。この場合の膜厚の測定は、導電膜に光を照射して膜厚を測定する光学式センサ、導電膜に発生するうず電流を検出して膜厚を測定するうず電流センサ（図２参照）、研磨テーブル２２の回転トルクを検出して導電膜の膜厚を測定するトルク検知センサ、導電膜に超音波をあてて膜厚を測定する超音波式センサのうち少なくとも１つを使用することができる。
【００８６】
上述したケミカルエッチングは、ＣＭＰ装置を用いて銅膜の薄膜を形成するバルク銅研磨工程に限らず、他のプロセスとも組み合わせることができる。すなわち、基板上に平坦な導電性の薄膜を形成する種々のプロセスの後に、その導電性の薄膜をケミカルエッチングにより除去することができる。
【００８７】
例えば、電解研磨により薄膜を形成した後に、その薄膜をケミカルエッチングにより除去してもよい。電解研磨は、機械的な作用を用いずに研磨を行うことができるため、スクラッチやピット４１６の発生が低減されるものの、電気的な接続がなされないような導電膜の残留（例えば絶縁材料上に形成された微小な導電膜の残留）が生じると、その残留した導電膜の除去ができないという問題がある。しかしながら、電解研磨により平坦な導電性の薄膜を形成した後に、電気的な接続を必要としないケミカルエッチングによりその導電性の薄膜を除去することとすれば、ディフェクトを生じさせずに導電膜の除去をすることができる。この場合において、電解研磨の方法は特定のものに限定されるものではない。例えば、イオン交換体を用いた電解研磨またはイオン交換体を用いない電解研磨のいずれであってもよい。また、電解研磨においては、超純水、純水、または５００μＳ／ｃｍ以下の液体または電解液を用いることが好ましい。例えば、特開２００３−１４５３５４号公報に記載されている電解加工装置を用いて上述の電解研磨を行うこととしてもよい。
【００８８】
また、平坦めっきにより薄膜を形成した後に、その薄膜をケミカルエッチングにより除去することもできる。さらに、上述の例では、銅膜（Ｃｕ）を形成および除去する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｒｕのうちの少なくとも１つを含む導電性薄膜を形成した後に、その薄膜をケミカルエッチングにより除去してもよい。
【００８９】
図３５に示す研磨装置において、実際に研磨中に研磨液供給ノズル２６を揺動させて半導体ウェハの研磨を行った。図３６（ａ）は、このときの結果を示すグラフである。図３６（ｂ）に示す研磨液供給ノズル２６を揺動させない場合のグラフと比較すればわかるように、研磨中に研磨液供給ノズル２６を揺動させることにより、半導体ウェハの面内均一性が向上した。
【００９０】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９１】
２０ 研磨ユニット
２２ 研磨テーブル
２４ トップリング
２６ 研磨液供給ノズル
２８ ドレッサ
３０ アトマイザ（流体噴出機構）
５２ 研磨パッド（研磨布）
５６，３５６ リテーナリング
５７ 研磨液供給口
５８ うず電流センサ
７０ 外周面
７２ 内周面
７４ 溝
８０ 排出機構
８２ カバー
８４ 接触部材
８６ 気体噴出機構
８８ 気体噴出口
１００ 円板
１１６ 分散スカート
１２０，１２２ 分散板
１２４ スリット
２１０ 研磨液循環系
２１２ 研磨液供給ライン
３００ 押圧部材
３０２ ガイド部材
４００ 銅膜
４０２ バリアメタル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨方法に係り、特に半導体ウェハなどの研磨対象物を研磨して平坦化する研磨方法に関するものである。
また、本発明は、配線形成方法に係り、特に半導体ウェハなどの基板上に導電膜による配線を形成する配線形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うポリッシング装置が知られている。
【０００３】
この種の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、研磨パッドを上面に有する研磨テーブルとトップリングとを備えている。そして、研磨テーブルとトップリングとの間に半導体ウェハを介在させて、研磨パッドの表面に砥液（スラリ）を供給しつつ、トップリングによって半導体ウェハを研磨テーブルに押圧して、半導体ウェハの表面を平坦かつ鏡面状に研磨している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１３６５３号公報
【特許文献２】特開平１０−５８３０９号公報
【特許文献３】特開平１０−２８６７５８号公報
【特許文献４】特開２００３−１３３２７７号公報
【特許文献５】特開２００１−２３７２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、多ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる研磨方法を提供することを目的とする。
本発明は、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる配線形成方法を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、多ステップ研磨、特に２ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる研磨方法が提供される。この研磨方法は、研磨対象物上に形成された第１膜の大部分を研磨して除去する第１の研磨工程と、上記第１膜の残留部分を、配線部分を残して第２膜が表面に露出するまで研磨して除去する第２の研磨工程とを有する。第１の研磨工程から上記第２の研磨工程に移行するときの第１膜の膜厚分布を予め設定する。上記第１の研磨工程中に上記第１膜の厚さをうず電流センサにより測定して上記第１膜の膜厚分布を取得する。上記取得された第１膜の膜厚分布が上記予め設定された第１膜の膜厚分布に一致するように上記第１の研磨工程における研磨条件を調整する。
【０００７】
この方法によれば、実際の膜厚分布をモニタしながら、最終的に得たい膜厚分布を確実に得ることができる。すなわち、第１の研磨工程から第２の研磨工程への切替を常に所望の膜厚分布で行うことができるので、第１の研磨工程が第２の研磨工程に負荷をかけることを防止することができる。また、第２の研磨工程後のディッシングやエロージョンを抑制することができるとともに、第２の研磨工程の時間を短縮することができる。したがって、生産性の向上とコスト削減にもつながる。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる配線形成方法が提供される。この配線形成方法は、基板上に平坦な導電性の薄膜を形成する第１の工程と、上記平坦な導電性の薄膜をケミカルエッチングにより除去する第２の工程とを有している。
【０００９】
このように、基板上に平坦な導電性の薄膜を形成した後に、機械的な作用を伴わず、電気的な接続も必要としないケミカルエッチングにより、残った導電性の薄膜を除去するので、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の研磨方法によれば、多ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる。
本発明の配線形成方法によれば、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】研磨装置の一例を示す平面図である。
【図２】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの一部を示す縦断面図である。
【図３】図２に示すトップリングのリテーナリングの一例を示す底面図である。
【図４】図２に示すトップリングのリテーナリングの他の例を示す底面図である。
【図５】図２に示すトップリングのリテーナリングの他の例を示す底面図である。
【図６】図２に示すトップリングのリテーナリングの他の例を示す底面図である。
【図７】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの一部を模式的に示す平面図である。
【図８】図７に示す研磨ユニットに用いられる気体噴出機構を示す斜視図である。
【図９】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの一変形例を示す平面図である。
【図１０】図７に示す研磨ユニットの研磨パッドを示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す研磨パッドの拡大縦断面図である。
【図１２】図１０に示す研磨パッドの変形例を示す拡大平面図である。
【図１３】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１４】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１５】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１６】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１７】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１８】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図１９】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図２０】図１に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。
【図２１】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２２】図２１に示す研磨液供給ノズルの縦断面図である。
【図２３】図２１に示す研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２４】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２５】図２１に示す研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２６】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。
【図２７】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す平面図である。
【図２８】図１に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す模式図である。
【図２９】従来の研磨装置における研磨液供給系を示す模式図である。
【図３０】他の研磨液供給系を示す模式図である。
【図３１】図３１（ａ）および図３１（ｂ）は、図３０に示す研磨液供給系に用いられる流体圧バルブを示す模式図である。
【図３２】図２に示すトップリングの変形例を示す縦断面図である。
【図３３】図３３（ａ）から図３３（ｃ）は、ＣＭＰによる銅ダマシン配線の平坦化プロセスを示す模式図である。
【図３４】図３４（ａ）はオーバーポリッシングの状態を示す模式図、図３４（ｂ）は研磨不足の状態を示す模式図である。
【図３５】研磨液供給ノズルを揺動させて半導体ウェハの研磨を行うために使用した研磨装置の平面図である。
【図３６】図３６（ａ）は図３５に示す研磨装置において研磨液供給ノズルを揺動させた半導体ウェハにおける研磨レートを示すグラフ、図３６（ｂ）は研磨液供給ノズルを揺動させないときの半導体ウェハにおける研磨レートを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図１から図３６（ｂ）を参照して詳細に説明する。なお、図１から図３６（ｂ）において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１３】
図１は、研磨装置の一例を示す平面図である。図１に示すように、この研磨装置には、３つのウェハカセット１０を装着できるようになっている。これらのウェハカセット１０に沿って走行機構１２が設けられており、この走行機構１２の上には、２つのハンドを有する第１搬送ロボット１４が配置されている。第１搬送ロボット１４のハンドは、ウェハカセット１０にアクセス可能となっている。
【００１４】
また、研磨装置は、４つの研磨ユニット２０を備えており、これらの研磨ユニット２０は装置の長手方向に沿って配列されている。それぞれの研磨ユニット２０には、研磨面を有する研磨テーブル２２と、半導体ウェハを保持しかつ半導体ウェハを研磨テーブル２２に対して押圧しながら研磨するためのトップリング２４と、研磨テーブル２２に研磨液やドレッシング液（例えば、水）を供給するための研磨液供給ノズル２６と、研磨テーブル２２のドレッシングを行うためのドレッサ２８と、液体（例えば純水）と気体（例えば窒素）の混合流体を霧状にして、１つまたは複数のノズルから研磨面に噴射するアトマイザ３０とを備えている。
【００１５】
研磨ユニット２０の近傍には、長手方向に沿ってウェハを搬送する第１リニアトランスポータ３２と第２リニアトランスポータ３４とが設置されており、この第１リニアトランスポータ３２のウェハカセット１０側には、第１搬送ロボット１４から受け取ったウェハを反転する反転機３６が配置されている。
【００１６】
また、この研磨装置は、第２搬送ロボット３８と、第２搬送ロボット３８から受け取ったウェハを反転する反転機４０と、研磨後の半導体ウェハを洗浄する４つの洗浄機４２と、反転機４０および洗浄機４２の間でウェハを搬送する搬送ユニット４４とを備えている。これらの第２搬送ロボット３８、反転機４０、および洗浄機４２は、長手方向に沿って直列に配置されている。
【００１７】
このような研磨装置において、ウェハカセット１０内のウェハは、反転機３６、第１リニアトランスポータ３２、第２リニアトランスポータ３４を経て各研磨ユニット２０に導入される。各研磨ユニット２０ではウェハが研磨される。研磨後のウェハは、第２搬送ロボット３８および反転機４０を経て洗浄機４２に導入され、ここで洗浄される。洗浄後のウェハは、第１搬送ロボット１４によりウェハカセット１０に戻される。
【００１８】
図２は、研磨ユニット２０の一部を示す縦断面図である。図２に示すように、研磨ユニット２０の研磨テーブル２２は、その下方に配置されたモータ５０に連結されており、矢印で示すようにその軸心周りに回転可能になっている。また、研磨テーブル２２の上面には研磨面を有する研磨パッド（研磨布）５２が貼設されている。また、トップリング２４はトップリングシャフト５４に連結されており、トップリング２４の下部外周部には、半導体ウェハＷの外周縁を保持するリテーナリング５６が設けられている。
【００１９】
トップリング２４は、モータ（図示せず）に連結されるとともに昇降シリンダ（図示せず）に連結されている。これによって、トップリング２４は、矢印で示すように昇降可能かつその軸心周りに回転可能になっており、半導体ウェハＷを研磨パッド５２に対して任意の圧力で押圧することができるようになっている。
【００２０】
このような構成の研磨ユニット２０において、トップリング２４の下面に半導体ウェハＷを保持させ、回転している研磨テーブル２２の上面の研磨パッド５２に半導体ウェハＷを昇降シリンダにより押圧する。そして、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口５７から研磨パッド５２上に研磨液Ｑを供給し、半導体ウェハＷの被研磨面（下面）と研磨パッド５２の間に研磨液Ｑが存在した状態で半導体ウェハＷの研磨が行われる。
【００２１】
また、図２に示すように、研磨テーブル２２の内部には、半導体ウェハＷの膜厚を測定するうず電流センサ５８が埋設されている。うず電流センサ５８からの配線６０は、研磨テーブル２２および支持軸６２内を通り、支持軸６２の軸端に設けられたロータリコネクタ（またはスリップリング）６４を経由してコントローラ６６に接続されている。このうず電流センサ５８が半導体ウェハＷの下方を通過している間、通過軌跡上で連続的に半導体ウェハＷの表面に形成された銅膜等の導電膜の膜厚を検出できるようになっている。
【００２２】
ここで、半導体デバイスのさらなる高速化への要求に伴い、デバイス内の配線間の絶縁膜をより誘電率の小さい材料（例えばLow-k材など）にすることが検討されている。このような低誘電率材料は多孔質で機械的に脆い性質を有するため、Low-k材を用いた銅ダマシン配線の平坦化研磨プロセスにおいては、研磨時の半導体ウェハにかかる圧力（研磨圧力）を可能な限り小さくする（例えば１３．７９ｋＰａ（２ｐｓｉ）以下にする）ことが要求されている。
【００２３】
しかしながら、一般に、研磨プロセスにおける研磨レートは、研磨圧力に依存し、研磨圧力の低下とともに低下する。したがって、銅の研磨に際しては、このような研磨レートの低下を補うため、より化学的な作用の強い研磨液を用いる場合がある。このような化学的作用が強い研磨液を使用した場合、研磨液と銅膜との間でより安定した化学反応が起こらなければ、均一で安定した研磨特性を得ることができない。このため、化学的作用が強い研磨液を用いた研磨プロセスにおいては、研磨パッドと半導体ウェハとの間に未反応の研磨液をより安定的に供給することが要望されている。
【００２４】
この例では、トップリング２４のリテーナリング５６に溝を形成することにより、研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に研磨液をより安定的に供給するようにしている。図３は、図２のリテーナリング５６の一例を示す底面図である。図３に示すように、リテーナリング５６の底面には、その外周面７０と内周面７２とを連通する複数の溝７４が周方向に等間隔で形成されている。図３に示す例は、トップリング２４の回転方向が時計回りの場合であり、それぞれの溝７４の外周側開口部７６は、内周面側開口部７８よりも時計回り（トップリング２４の回転方向）に進んだ位置に配置されている。このような溝７４により、リテーナリング５６の内側の半導体ウェハＷと研磨パッド５２との間に研磨液を効率的かつ安定的に供給することができる。
【００２５】
ここで、これらの溝７４の外周側開口部７６の開口率は、研磨液の化学的な作用の強さによって決定され、約１０％〜約５０％とする。例えば、ある研磨液を用いる場合、開口率０％では、研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に研磨液が供給されにくく、十分な研磨レートが得られない。一方、外周側開口部７６の開口率が極端に高い場合（例えば５０％を越える場合）には、一度溝７４を通ってリテーナリング５６の内側に入った研磨液が、別の溝７４を通って外側に流れ出し、研磨液が研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に有効に保持されにくくなる。したがって、外周側開口部７６の開口率を約１０％〜約５０％の範囲とすれば、研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に研磨液を有効に供給することができ、安定した研磨レートを得ることができる。また、外周側開口部７６の開口率を約１０％〜約５０％の範囲とすれば、溝７４を介して反応後の不活性な研磨液を効果的に外部に排出することができる。なお、それぞれの溝７４の寸法および溝７４間のピッチは、上述した外周側開口部７６の開口率に応じて設定される。
【００２６】
トップリング２４の回転方向が反時計回りの場合には、図４に示すように、溝７４の向きを図３の場合と逆にするのがよい。あるいは、図５に示すように、溝７４を放射状に等間隔に配置して、トップリング２４がどちらに回転しても使用できるようにしてもよい。この場合において、図６に示すように、それぞれの溝７４の内周側開口部７８を外周側開口部７６よりも大きくしてもよい。
【００２７】
また、リテーナリング５６の溝７４の効果をより効果的なものとするために、トップリング２４の回転速度を研磨テーブル２２の回転速度に対して１／１以下が好ましいが、より好ましくは約１／３〜約１／１．５とする。この場合において、研磨テーブル２２の回転方向とトップリング２４の回転方向とは同一方向であってもよいし、あるいは逆方向であってもよい。研磨テーブル２２とトップリング２４の回転速度を上記のように設定して研磨装置を運転することで、より均一性に優れた研磨を行うことが可能となる。
【００２８】
すなわち、トップリング２４の回転速度が高いと、トップリング２４の外周部に位置するリテーナリング５６によって、研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間への研磨液の流入が阻害され、効率的な研磨液の供給を行うことができなくなる。トップリング２４の回転速度を低くすれば、上述したリテーナリング５６に形成された溝７４を介して研磨液を効率的に研磨パッド５２と半導体ウェハＷとの間に供給することが可能となり、より均一性に優れた研磨を行うことが可能となる。
【００２９】
図７は、図１に示す研磨装置の研磨ユニット２０の一部を模式的に示す平面図である。図７に示すように、アトマイザ３０は、トップリング２４に対して研磨テーブル２２の回転方向の上流側に配置されており、研磨パッド５２に向けて洗浄液と気体の混合流体を噴射する流体噴射機構として機能する。例えば、アトマイザ３０から、窒素ガスと純水または薬液との混合流体が研磨パッド５２に向けて噴射される。この混合流体は、１）液体微粒子化、２）液体が凝固した微粒子固体化、３）液体が蒸発した気体化（これらを霧状化またはアトマイズという）された状態で研磨パッド５２に向けて噴射される。
【００３０】
このように混合流体を霧状化した状態で研磨パッド５２に噴射することで、研磨パッド５２の凹部に落ち込んだ研磨液や研磨屑を混合流体中の気体によって掻き出し、さらに純水や薬液などの洗浄液によって洗い流すことができる。これにより、スクラッチの原因となる研磨パッド５２上に存在する研磨液や研磨屑を効果的に除去することができる。
【００３１】
通常、ＣＭＰにおいては、研磨後の研磨面に、残留砥粒や研磨屑（銅研磨では銅錯体）などの研磨残渣が存在している。これらの研磨残渣を放置しておくと、後の研磨において半導体ウェハの表面に傷をつけたり、研磨液の化学的作用が抑制されて研磨レートが減少したりする原因となる。したがって、研磨中の研磨面には研磨残渣がなるべく存在しないようにすることが望まれる。このため、通常のＣＭＰでは、研磨間のインターバルに、ドレッサによって研磨面のドレッシングが行われるとともに、アトマイザによって洗浄液と気体の混合流体を研磨面に吹き付けて、研磨残渣を研磨面から除去するアトマイジングが行われる。
【００３２】
図７に示すように、アトマイザ３０に対して研磨テーブル２２の回転方向の下流側には、アトマイザ３０から噴出された混合流体を研磨パッド５２上から排出する排出機構８０が配置されている。また、アトマイザ３０と排出機構８０の上方には、アトマイザ３０と排出機構８０とを覆うカバー８２が設けられている。このカバー８２の材質としては、フッ素樹脂などの撥水性を有する材料を用いることが好ましい。このカバー８２は、研磨テーブル２２の径方向に関しては開口していてもよい。
【００３３】
図７に示す排出機構８０は、研磨パッド５２に接触する接触部材８４と、この接触部材を保持する保持部材（図示せず）とを備えている。接触部材８４としては、摩擦係数の低い材質からなる部材を用い、摩耗量が少なくなるようにすることが好ましく、また、シール性（液密性）の高い材質から形成されることが好ましい。また、この場合において、排出機構８０は、接触部材８４または保持部材を押圧する押圧機構（図示せず）を備え、この押圧機構による押圧力を制御しつつ接触部材８４を研磨パッド５２に接触させてもよい。このような押圧機構としては、気体や水などの流体の圧力を利用したシリンダ機構やボールねじ機構を用いることができる。
【００３４】
ところで、従来のＣＭＰにおいては、研磨中にアトマイジングを行うと、洗浄液が研磨面上に導入されることにより研磨液の濃度が変化し、これによって研磨特性が変化してしまうことから、研磨中のアトマイジングは行われていなかった。この例によれば、上述した排出機構８０により、アトマイザ３０からの洗浄液を即時に研磨テーブル２２の外部に排出することができる。したがって、研磨面を常に清浄な状態に保つことができ、研磨装置の研磨特性を安定させることができる。このように、この例の研磨装置によれば、研磨中にアトマイザ３０によるアトマイジング（In-situアトマイジング）が可能となる。
【００３５】
また、研磨中のドレッサ２８によるドレッシング（In-situドレッシング）と、このアトマイザ３０によるアトマイジング（In-situアトマイジング）を組み合わせることにより、研磨中に研磨パッド５２のコンディショニングを行うことが可能となる。このため、研磨間のインターバルを短縮することができ、装置のスループットを向上させることができる。
【００３６】
なお、図７に示す例では、接触部材８４が研磨テーブル２２の径方向に延びているが、接触部材８４は研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から９０°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００３７】
また、上記接触部材８４に代えて、または接触部材８４に加えて、研磨パッド５２に向けて気体を噴出する気体噴出口を有する気体噴出機構を備えてもよい。図８は、そのような気体噴出機構８６を示す斜視図である。図８に示すように、気体噴出機構８６は、研磨パッド５２に向けて乾燥空気や乾燥窒素などの気体を噴出する複数の気体噴出口８８と、噴出する気体の噴出量、噴出圧力、および噴出方向を制御する制御部（図示せず）を有しており、この気体噴出口８８からの気体の噴出によりアトマイザ３０からの洗浄液を研磨テーブル２２の外部に排出することができるようになっている。この場合において、エアカーテンのように扇形状になるように気体を噴出することが好ましい。また、気体噴出口８８の形状をスリット状にして気体を噴出する方向を制御することとしてもよい。
【００３８】
このような気体噴出機構８６を有する排出機構８０によっても、アトマイザ３０からの洗浄液を即時に研磨テーブル２２の外部に排出することができる。したがって、研磨面を常に清浄な状態に保つことができ、研磨装置の研磨特性を安定させることができる。
【００３９】
ところで、ＬＳＩにおいては、配線の微細化により高速化、高集積化、低消費電力化が行われ、高性能化が実現されている。配線の微細化は、全体としてほぼ国際半導体技術ロードマップ（ＩＴＲＳ）の予測に則って技術開発が行われてきた。また、抵抗が小さい銅配線や誘電率の小さいLow-k材への転換が配線の微細化と併行して進み、平坦化プロセスとして、銅ダマシン平坦化プロセス（銅ＣＭＰプロセス）に対する需要が増加する見通しとなっている。
【００４０】
ここで、銅ダマシン平坦化プロセスにおいて、Low-k材やポーラスLow-k材とのインテグレーションを実現する場合には、微細化に伴う平坦化特性のさらなる向上に加え、これらの材料の機械的強度が低いことによる研磨時の材料破壊に対する対策が必要となる。
【００４１】
これらの課題を解決するためには、加工面圧（研磨圧力）を低くすることが考えられる。通常の銅ＣＭＰでは、銅錯体を形成した後、その銅錯体を機械的に除去することによって研磨が進行する。しかしながら、通常のＣＭＰ装置で使用されている研磨液では、形成される銅錯体の強度が高いために、研磨圧力を低くすると、同時に研磨レートの低下を招いてしまうという問題がある。
【００４２】
最近では、低い研磨圧力の条件でも機械的に除去できるような、機械的強度の低い銅錯体を形成する研磨液が開発されている。この種の研磨液は化学反応性が強いため、半導体ウェハの被研磨面への研磨液の供給量および供給分布が、研磨レートや研磨レートの面内均一性に大きく影響する。
【００４３】
従来のＣＭＰ装置では、固定された１つの研磨液供給口から研磨液が供給されるので、半導体ウェハの被研磨面に対する研磨液の供給量の分布に偏りが生じ、研磨レートの面内均一性が悪化する。これは特に研磨面と半導体ウェハとの相対速度が高い場合に顕著となる。また、無駄な研磨液の供給量が多くなり、研磨コストの増加につながってしまう。したがって、いかに半導体ウェハの被研磨面に研磨液を均一かつ効率的に供給するかが重要となる。
【００４４】
この例では、研磨液供給ノズル２６の研磨液供給口５７（図２参照）を研磨中に移動させることで研磨液を半導体ウェハの被研磨面に均一かつ効率的に供給している。すなわち、図１に示すように、この例における研磨液供給ノズル２６は、軸２７を中心に旋回可能となっており、研磨中に研磨液供給ノズル２６が旋回機構（移動機構）により旋回されるようになっている。
【００４５】
研磨液供給ノズル２６から研磨パッド５２上には研磨液が供給されるが、この研磨パッド５２上に供給された研磨液は、トップリング２４と研磨テーブル２２との間の相対移動に伴い半導体ウェハの被研磨面に供給されることとなる。上述したように、研磨中に研磨液供給ノズル２６を旋回させ、その先端にある研磨液供給口５７（図２参照）を移動させることで、研磨パッド５２上に供給された研磨液がトップリング２４と研磨テーブル２２との間の相対移動に伴い半導体ウェハの全面に均一に行き渡るように、研磨液を研磨パッド５２上に適切に分布させることができる。
【００４６】
このように、この例における研磨液供給ノズル２６によれば、半導体ウェハの被研磨面への研磨液の供給量の分布を均一にすることができる。したがって、研磨レートを改善し、研磨レートの面内均一性を向上させることができる。また、効率的な研磨液の供給が実現されるので、研磨液の使用量を減少させることができ、研磨液の無駄をなくして研磨コストを低減することができる。
【００４７】
この例では、円弧を描くように研磨液供給ノズル２６を旋回移動させた例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、研磨液供給ノズル２６を直線移動させてもよいし、回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。また、研磨液供給ノズル２６の移動速度を移動中に一定（例えば、５０ｍｍ／ｓ）にしてもよく、あるいは変化させてもよい。また、研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を移動中に変化させる液量制御機構を設けてもよい。また、研磨液供給口５７の走査範囲は、研磨テーブル２２の半径内で、かつ半導体ウェハの直径をカバーする範囲とするのが好ましい。
【００４８】
また、図１に示す例では、研磨液供給ノズル２６が研磨テーブル２２の径方向に延びているが、図９に示すように、研磨液供給ノズル２６が研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００４９】
通常、ＣＭＰでは、研磨パッド上に保持された研磨液の化学的機械的作用により半導体ウェハの研磨を行うが、従来の研磨パッドの研磨液の保持量は小さく、したがって、大部分の研磨液は使用されずに研磨パッドから外部に排出されていた。研磨液は非常に高価であり、研磨コストに大きな影響を及ぼすため、研磨液の使用効率を向上することが研磨コストを低減するために必要である。
【００５０】
また、研磨圧力が低く（６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）以下）、相対速度が高い（２ｍ／ｓ以上）研磨では、研磨面への研磨液の液膜が増加するような条件下において、半導体ウェハと研磨面との間でハイドロプレーニング現象による滑りが生じる。このような現象は、研磨面に断面積の小さな同心円状の溝が形成されている場合や研磨テーブルの中心の１点から研磨面上に研磨液を供給するなど、研磨面への研磨液の供給が不均一な場合などに特に顕著に現れる。このようなハイドロプレーニング現象が生じると、研磨圧力が半導体ウェハと研磨面との間に作用しなくなるため、研磨レートが低下してしまう。一方、研磨液を研磨面から積極的に排出するとすれば、研磨面の研磨液の保持力が小さくなり、研磨レートが低下するとともに、研磨液の使用効率が下がってしまう。このため、適量の研磨液を研磨面に保持して研磨面上に均一な研磨液膜を形成することが要望されている。
【００５１】
このような要望を満たすために、この例では、研磨パッド５２の表面に断面積が０．３８ｍｍ２以上である溝を形成している。図１０は研磨パッド５２を示す斜視図であり、図１１は図１０の拡大断面図である。図１０に示すように、研磨パッド５２の表面には複数の円形溝９０が同心円状に形成されており、溝９０間のピッチＰ１（図１１参照）は例えば２ｍｍである。図１１に示す例では、溝９０の幅Ｗ１が０．５ｍｍ、深さＤ１が０．７６ｍｍとなっており、溝９０の断面積は０．３８ｍｍ２となっている。また、溝９０の深さを従来のものよりも大きくし、例えば１ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００５２】
また、図１２に示すように、同心円状の溝９０と溝９０とを接続する直線状の細溝９２を形成してもよい。このような細溝９２により研磨液が遠心力を受けにくくなる。細溝９２は、円周方向に対して所定の角度だけ傾斜した溝とするのが好ましく、例えば、円周方向に対する傾斜角度αを３０°、細溝９２間のピッチＰ２を２ｍｍとする。また、この細溝９２の幅は溝９０の幅の３０％程度とすることが好ましい。
【００５３】
この例では、研磨パッド５２に同心円状の溝９０を形成した例を説明したが、溝９０の形状は、これに限られるものではない。例えば、研磨パッド５２の表面に、上述した断面積を有する螺旋状の溝を形成してもよい。法線方向に対する角度を一定（例えば４５°）にした螺旋状の溝を形成すれば、一定の遠心力によって研磨液を排出することができる。
【００５４】
また、上述した溝９０に加えて、あるいは溝９０に代えて、開口面積が２．９８ｍｍ２以上の複数の孔（直径１．９５ｍｍ以上の孔）を研磨パッド５２に形成してもよい。このように、大きな開口面積を有する複数の孔を研磨パッド５２の表面に形成することで、研磨面における研磨液の保持量を増やすことができ、研磨液の使用効率を向上させることができる。このような孔の開口面積は、好ましくは３．１４ｍｍ２（直径２ｍｍ）以上、より好ましくは１９．６３ｍｍ２（直径５ｍｍ）以上である。また、孔の形状は、丸形や楕円形とすることができ、孔の配置は、同心状、千鳥状、格子状などとすることができる。
【００５５】
ここで、ＣＭＰプロセスは、主に（１）半導体ウェハを研磨パッドに押圧し、研磨パッドにスラリを供給しながら半導体ウェハを研磨する主研磨工程と、（２）半導体ウェハの研磨後にスラリを水に換えて半導体ウェハの研磨（洗浄）を行う水ポリッシュ工程という２つの工程からなる。（１）の主研磨工程では、半導体ウェハの表面の余分な膜材料を研磨により除去し、（２）の水ポリッシュ工程では、半導体ウェハの表面に付着しているスラリや研磨生成物を洗浄および除去する。
【００５６】
上述したように、配線構造の微細化に伴いより絶縁性の高い絶縁膜が求められており、絶縁性の高い膜の材料として、ポーラスLow-k材などが候補として挙がっているが、これらの材料は機械的強度が極めて低い。したがって、従来のＣＭＰ装置における研磨圧力は１３．７９〜３４．４７ｋＰａ（２〜５ｐｓｉ）であったが、今後は１３．７９ｋＰａ（２ｐｓｉ）以下、さらに６．８９ｋＰａ（１ｐｓｉ）以下にすることが要求される。
【００５７】
このように、Low-k材を含む半導体ウェハを研磨する場合には、低い研磨圧力（例えば３．４５ｋＰａ（０．５ｐｓｉ））で研磨を行う必要がある。この場合には、主研磨工程と水ポリッシュ工程の双方を低研磨圧力で行う必要があるが、低研磨圧力で水ポリッシュ工程を行うと、スラリ等の付着物を完全には除去できず、これらの付着物が半導体ウェハの表面に残留してしまう場合がある。
【００５８】
したがって、この例においては、以下のように水ポリッシュ工程を行う。低研磨圧力での主研磨工程後に、主研磨工程と同等かそれ以下の圧力で半導体ウェハを研磨パッド５２に押圧し、線速度が１．５ｍ／ｓ以上、好ましくは２ｍ／ｓ以上、さらに好ましくは３ｍ／ｓ以上になるように、研磨テーブル２２を回転させる。純水（ＤＩＷ）を流量１ｌ／ｍｉｎで研磨パッド５２上に供給して水ポリッシングする。これにより、低圧研磨後のウェハの表面を適正に洗浄することができる。あるいは、純水（ＤＩＷ）に代えて、薬液、例えばクエン酸液などのウェハの表面に付着したスラリの脱離を促進させる薬液を供給して薬液ポリッシングしてもよい。なお、洗浄工程の時間を例えば通常の１０秒から２０秒に延ばしても同様の効果が得られるが、この場合には、スループットが低下してしまうため、上述した高速回転での水ポリッシングまたは薬液ポリッシングを行うことが好ましい。
【００５９】
上述した例では、研磨液供給ノズル２６の先端に設けた研磨液供給口５７から研磨液を供給する例を説明したが、研磨液供給ノズル２６はこれに限られるものではない。例えば、図１３に示すように、研磨液供給口５７が形成された円板１００と、この円板１００を取り付けたアーム１０２とを備えた研磨液供給ノズル２６ａを用いることもできる。この場合には、アーム１０２を旋回させずに円板１００のみを回転させながら研磨液を供給してもよいし、アーム１０２を旋回させ、かつ円板１００を回転させながら研磨液を供給してもよい。また、アーム１０２を直線移動させてもよい。さらに、研磨液供給口５７の移動速度、すなわち、アーム１０２の移動速度および／または円板１００の回転速度を移動中に変化させてもよい。また、研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を移動中に変化させる液量制御機構を設けてもよい。
【００６０】
また、図１４に示すように、複数の研磨液供給口５７を有する研磨液供給ノズル２６ｂを用いることもできる。この場合において、研磨液供給ノズル２６ｂを旋回移動させても、直線移動させても、回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。また、研磨液供給ノズル２６ｂの移動速度を移動中に変化させてもよい。また、各研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を個別に制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、各研磨液供給口５７の孔径を変えてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがって研磨液供給口５７の孔径が小さくなるように構成してもよい。また、図１４に示す例では、研磨液供給ノズル２６ｂが研磨テーブル２２の径方向に延びているが、図１５に示すように、研磨液供給ノズル２６が研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００６１】
また、研磨液供給ノズルを移動させるのではなく、研磨液供給ノズル内で研磨液供給口を移動させてもよい。例えば、図１６に示すように、内部で移動可能な研磨液供給口５７ａを有する研磨液供給ノズル２６ｃを用いることもできる。図１６に示す例では、研磨液供給口５７を直線移動させているが、これに限られるものではない。例えば、研磨液供給口５７を旋回移動させてもよいし、回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。この場合において、研磨液供給ノズル２６ｃを旋回させずに研磨液供給口５７ａのみを移動させながら研磨液を供給してもよいし、研磨液供給ノズル２６ｃを旋回させ、かつ研磨液供給口５７ａを移動させながら研磨液を供給してもよい。また、研磨液供給口５７ａの移動速度を移動中に変化させてもよい。また、研磨液供給口５７ａから供給される研磨液の量を移動中に変化させる液量制御機構を設けてもよい。さらに、図１７に示すように、図１６に示す研磨液供給ノズル２６ｃを複数設けてもよい。
【００６２】
また、図１８に示すように、複数の研磨液供給口５７が形成された円板１００と、この円板１００を取り付けたアーム１０２とを備えた研磨液供給ノズル２６ｄを用いることもできる。この場合には、アーム１０２を旋回させずに円板１００のみを回転させながら研磨液を供給してもよいし、アーム１０２を旋回させ、かつ円板１００を回転させながら研磨液を供給してもよい。また、アーム１０２を直線移動させてもよい。さらに、研磨液供給口５７の移動速度、すなわち、アーム１０２の移動速度および／または円板１００の回転速度を移動中に変化させてもよい。各研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を個別に制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、各研磨液供給口５７の孔径を変えてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがって研磨液供給口５７の孔径が小さくなるように構成してもよい。また、図１８に示す例では、研磨液供給口５７が同一円周上に配置されているが、研磨液供給口５７を複数の円周上に同心状に配置してもよいし、あるいは単一の直線上や複数の直線上に配置してもよい。
【００６３】
また、図１９に示すように、複数の研磨液供給口５７が形成された中空ロール１０４を備えた研磨液供給ノズル２６ｅを用いることもできる。このロール１０４は、研磨テーブル２２の表面に対して平行な回転軸を中心として回転可能に構成される。研磨液供給口５７は、直線状に配置したり、螺旋状に配置したり、あるいはランダムに配置してもよい。この場合において、ロール１０４を回転させながら研磨液を供給してもよいし、ロール１０４を旋回および回転させながら研磨液を供給してもよい。さらに、研磨液供給口５７の移動速度、すなわち、ロール１０４の回転速度および／または旋回速度を移動中に変化させてもよい。各研磨液供給口５７から供給される研磨液の量を個別に制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、各研磨液供給口５７の孔径を変えてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがって研磨液供給口５７の孔径が小さくなるように構成してもよい。また、ロール１０４の長手方向の位置によって供給される研磨液が異なるように、ロール１０４を複数のゾーンに分割してもよい。さらに、図１９に示す例では、研磨液供給ノズル２６ｅのロール１０４が研磨テーブル２２の径方向に延びているが、ロール１０４が研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００６４】
また、図２０に示すように、研磨液供給口としてのスリット１０６が形成されたロール１０４を備えた研磨液供給ノズル２６ｆを用いることもできる。この場合において、ロール１０４を回転させながら研磨液を供給してもよいし、ロール１０４を旋回および回転させながら研磨液を供給してもよい。さらに、ロール１０４の回転速度および／または旋回速度を移動中に変化させてもよい。また、スリット１０６から供給される研磨液の量を制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、スリット１０６の開口幅を位置によって変化させてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがってスリット１０６の開口幅が小さくなるように構成してもよい。また、ロール１０４の長手方向の位置によって供給される研磨液が異なるように、ロール１０４を複数のゾーンに分割してもよい。さらに、図２０に示す例では、研磨液供給ノズル２６ｆのロール１０４が研磨テーブル２２の径方向に延びているが、ロール１０４が研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に延びていてもよい。
【００６５】
また、図２０に示す例では、螺旋状のスリット１０６がロール１０４に形成されているが、直線状のスリットを用いることもできる。図２１は、直線状のスリットが形成された研磨液供給ノズル２６ｇを示す斜視図、図２２は、図２１の縦断面図である。図２２に示すように、研磨液供給ノズル２６ｇは、内部に圧力室１０８を有する圧力保持部１１０と、圧力保持部１１０から下方に延びるスリット１１２を形成するスリット部１１４とを備えている。この圧力保持部１１０は、圧力室１０８に供給される研磨液Ｑの圧力を制御してスリット１１２から吐出される研磨液Ｑの流量を調整する。直線状にスリット１１２が形成されているため、研磨液Ｑがスリット１１２から幅方向に一様に噴出される。また、図２３に示すように、圧力室１０８を複数の室に分割し、各室に供給される研磨液Ｑの流量を変化させることで、幅方向に流量が異なるように研磨液を噴出することもできる。なお、図２１および図２２に示す研磨液供給ノズル２６ｇは、研磨テーブル２２の径方向に沿って配置してもよいし、あるいは研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に沿って配置してもよい。
【００６６】
また、図２４に示すような研磨液供給ノズル２６ｈを用いて研磨パッド５２上に供給される研磨液を分散させることもできる。この研磨液供給ノズル２６ｈは、研磨液供給口５７から噴出される研磨液Ｑを分散させる末広がり形状の分散板（分散スカート）１１６を備えている。この研磨液供給ノズル２６ｈによれば、研磨液供給口５７から噴出された研磨液Ｑが分散スカート１１６上を流れる間に多方向に分散され、この分散された状態で研磨パッド５２に供給される。分散スカート１１６には、溝を形成したり、研磨液の流れを規制する抵抗部材を設けたりしてもよい。また、分散スカート１１６の表面を荒らして抵抗をつけてもよい。分散スカート１１６の材質としては、フッ素樹脂などの耐薬品性を有する材料を用いることが好ましい。また、図２５に示すように、図２１に示す研磨液供給ノズル２６ｇに分散スカート１１６を取り付けてもよい。
【００６７】
また、図２６に示すような研磨液供給ノズル２６ｉを用いて研磨パッド５２上に供給される研磨液を分散させることもできる。この研磨液供給ノズル２６ｉは、円板状のノズル本体１１８と、ノズル本体１１８の下面に取り付けられた分散板１２０とを備えている。研磨液はノズル本体１１８および分散板１２０の中心部に形成された貫通孔（図示せず）を介して研磨パッド５２上に供給される。分散板１２０の下面は抵抗のある材質で形成されている。この研磨液供給ノズル２６ｉによれば、研磨液供給口５７から研磨パッド５２上に供給された研磨液は、分散板１２０の外側に出るまでの間に分散板１２０の下面により多方向に分散される。分散板１２０の材質としては、フッ素樹脂などの耐薬品性を有する材料を用いることが好ましい。
【００６８】
また、図２７に示すように、研磨液供給ノズル２６に対して研磨テーブル２２の回転方向の下流側に、研磨パッド５２と接触する分散板１２２（接触部材）を設けて研磨パッド５２上に供給される研磨液を分散させることもできる。この分散板１２２により、研磨液供給ノズル２６から供給された研磨液Ｑが半径方向に拡散され、研磨パッド５２上の研磨液の分布が均一になる。この分散板１２２は、例えばフッ素樹脂などの耐摩耗性を有する弾性体から形成されることが好ましい。また、分散板１２２は、研磨テーブル２２の径方向に沿って配置してもよいし、あるいは研磨テーブル２２の径方向に対して所定の角度（０°から４５°）だけ傾いた方向に沿って配置してもよい。さらに、分散板１２２を静止させておいてもよいが、分散板１２２を旋回移動、直線移動、または回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。この場合において、分散板１２２の移動速度を移動中に変化させてもよい。また、図２８に示すように、分散板１２２に複数のスリット１２４を設けてスリット１２４を介して研磨液Ｑを分散させてもよい。このスリット１２４は、シャッターなどにより寸法（スリット１２４の幅や高さ、ピッチ）を調整できるようになっていることが好ましい。
【００６９】
なお、図９および図１３から図２８に示すような研磨液供給手段を用いる場合、研磨パッド５２は、図１０に示すような同心円状に溝が形成されたパッドのように、研磨パッド５２の半径方向に複数に分割された領域が形成されているものを用いることが好ましい。このような研磨パッドを用いることで、供給された研磨液が研磨パッド上で混合されずに各々の分割された領域に保持されたまま、半導体ウェハの被研磨面に効率よく供給される。
【００７０】
ところで、従来のＣＭＰ装置においては、複数の研磨液供給口が設けられる場合、図２９に示すように、ＣＭＰ装置５００の外部に大流量の研磨液循環系５０２が設けられ、ＣＭＰ装置５００から研磨液循環系５０２に１本の研磨液供給ライン５０４が接続される。この研磨液供給ライン５０４は、ＣＭＰ装置５００内で複数のライン５０６に分岐して各研磨液供給口に接続される。したがって、研磨液供給ノズルの形状によっては、各研磨液供給口からの研磨液の供給量に差が生じやすく、均一な研磨液供給のためには、各研磨液供給口の調整やバルブの設置が必要であった。
【００７１】
この例においては、図３０に示すように、研磨装置２００の外部に、研磨液タンク２０２、圧送ポンプ２０４、背圧弁２０６、および配管２０８から構成される大流量の研磨液循環系２１０が設けられている。各研磨液供給口５７からは複数の研磨液供給ライン２１２が延びており、これらの研磨液供給ライン２１２が直接研磨液循環系２１０の配管２０８に接続されている。このような構成とすることで、半導体ウェハへの均一な研磨液供給が可能となり、研磨レートを改善することができ、研磨レートの面内均一性を大幅に向上させることができる。
【００７２】
ここで、図３０に示すように、各研磨液供給ライン２１２には、研磨液供給口５７から供給される研磨液の流量を調整する流量調整弁として流体圧バルブ２１４が設けられている。この流体圧バルブ２１４は、図３１（ａ）および図３１（ｂ）に示すように、柔軟性のある研磨液供給ライン２１２の管２１２ａを流体の圧力によって押圧して管の径を絞る管圧縮部２１６を有している。この管圧縮部２１６は管２１２ａを囲むように配置されている。図３１（ｂ）に示すように、流体圧によって管２１２ａが絞られることによって、管２１２ａ内を流れる研磨液Ｑの流量が減少する。この流体圧バルブ２１４は、流体圧により管２１２ａを絞るので、管２１２ａの摩耗を防止することができる。
【００７３】
ここで、トップリングのリテーナリングは、（１）研磨対象物（半導体ウェハ）の外周縁部の保持、および（２）研磨面（研磨パッド）を押付することによる被研磨対象物の研磨プロファイルの制御を行っている。研磨面圧が低い状態で、上述したような機械的強度の低い銅錯体を形成する研磨液を用いる場合には、過剰なリテーナリングの研磨面への押付は、研磨対象物の表面への研磨液の供給を律速させる。したがって、リテーナリングの研磨面への押付荷重は小さい方がよい。しかしながら、リテーナリングの押付荷重が小さいと、研磨対象物がトップリングから飛び出しやすくなる。したがって、リテーナリングの押付荷重を低くした状態であっても研磨対象物の飛び出しを防止することができるリテーナリングが要望されている。
【００７４】
このような要望に応えるために、図３２に示すように、研磨パッド５２を押圧して半導体ウェハＷと研磨パッド５２との接触状態を調整する押圧部材３００と、半導体ウェハＷがトップリング２４から飛び出すのを防止するリング状のガイド部材３０２とから構成されるリテーナリング３５６を用いてもよい。ガイド部材３０２は押圧部材３００よりも径方向内側、すなわち半導体ウェハＷに近接する位置に配置されている。このようなリテーナリング３５６を用いることにより、研磨圧力が小さい場合においても、半導体ウェハＷがトップリング２４から飛び出すことを防止しつつ、半導体ウェハＷの研磨プロファイルの制御を行うことができる。
【００７５】
また、ガイド部材３０２は、ねじやエアシリンダにより上下方向に位置調整可能となっており、研磨パッド５２の表面からの高さを調整することができる。また、ガイド部材３０２の径方向幅は６ｍｍ以下であることが好ましく、半導体ウェハＷよりも硬度の小さい材質から形成されていることが好ましい。
【００７６】
半導体デバイスの製造工程において、ＣＭＰによる銅ダマシン配線の平坦化プロセスにおいては、配線部分を残してバリアメタル上まで銅膜が完全に除去されるが、一般に、バリアメタル上まで銅膜を除去する工程は、図３３（ａ）から図３３（ｃ）に示すように、（１）初期銅膜４００の大部分を高速に除去するとともに、初期段差を緩和し、若干の銅膜４００ａを残留させる第１の工程（バルク銅研磨工程、図３３（ａ）から図３３（ｂ）の工程）と、残りの銅膜４００ａを、配線部分４００ｂを残してバリアメタル４０２上まで完全に除去する第２の工程（銅クリア工程、図３３（ｂ）から図３３（ｃ）の工程）とから構成される。
【００７７】
バルク銅研磨工程においては、初期段差をできる限り緩和（平坦化）し、銅膜４００ａをできる限り薄く、しかも均一に残すことにより、銅クリア工程への負荷を低減することができる。例えば、バルク銅研磨工程後の残留銅膜４００ａの厚さが１００〜１５０ｎｍ程度、好ましくは１００ｎｍ以下、厚さのレンジが５０ｎｍ以下程度となるように研磨することが好ましい。また、一般的には、銅クリア工程では、図３４（ａ）に示すような、銅を除去した後のディッシング４１０やエロージョン４１２を抑制するため、研磨圧力を低くして研磨がなされる。
【００７８】
ここで、従来のＣＭＰ装置では、ウェハ面内のある特定位置の膜厚の情報からプロセスの切替のタイミングを決定していた。この方法では、研磨中の膜厚分布に関係なく切替のタイミングが決定されるため、例えば、研磨プロファイルが変化した場合であっても、測定されるウェハ上の位置の膜厚が所定値になりさえすれば、プロセスの切替が行われてしまう。
【００７９】
仮に、測定される位置よりも非常に残膜の厚い部分が他の位置に存在した場合、図３４（ｂ）に示すように、次の銅クリア工程の終了後に銅膜の残留４１４が生じるおそれがある。また、逆に、測定される位置よりも非常に残膜の薄い部分が他の位置に存在した場合、図３４（ａ）に示すように、その位置でディッシング４１０やエロージョン４１２が生じるおそれがある。
【００８０】
このような問題を防止するために、以下のような方法を採用することができる。すなわち、バルク銅研磨工程から銅クリア工程に移行するときの銅膜の膜厚分布を予め設定し、記憶装置に格納しておく。バルク銅研磨工程中には、うず電流センサ５８（図２参照）により半導体ウェハの銅膜の膜厚分布を取得する。シミュレーションソフトウエアにより、予め設定された膜厚分布と研磨中にうず電流センサ５８により取得された膜厚分布とを瞬時に比較し、設定された膜厚分布とするために必要な研磨条件のシミュレーションを行う。シミュレーションによって得られた研磨条件に基づいて、設定された膜厚分布になるようにトップリング２４によるプロファイル制御を行う。例えば、現在の残膜分布において研磨量が不足している領域に対して研磨レートを高めるような制御を行う。このようなプロファイル制御により、結果的に銅クリア工程直前の銅残膜が均一となるように、あるいは予め決められた膜厚分布となるようにする。そして、実際の膜厚分布が設定された膜厚分布と一致したときに、バルク銅研磨工程から銅クリア工程に切り替える。
【００８１】
このような方法により、実際の研磨形状（膜厚分布）をモニタしながら、最終的に得たい膜厚分布を確実に得ることができる。すなわち、バルク銅研磨工程から銅クリア工程への切替を常に所望の膜厚分布で行うことができるので、バルク銅研磨工程のプロセス変動（研磨レートの変動や研磨プロファイルの変動）に影響されず、常に一定の条件で銅クリア工程を開始することができる。したがって、次工程である銅クリア工程への負荷を最小限にとどめることができる。これは、銅クリア工程後のディッシング４１０やエロージョン４１２を抑制することに寄与するだけでなく、銅クリア工程の時間短縮（過研磨時間の抑制）にも寄与し、生産性の向上とコスト削減にもつながる。
【００８２】
配線形成工程において、半導体ウェハ上の導電膜を研磨するときには、研磨が終了したときに存在するディフェクト（例えば、導電膜の半導体ウェハ表面上への残留４１４、スクラッチやピット４１６（図３４（ａ）および図３４（ｂ）参照））は、次の配線形成工程に影響を及ぼすのみならず、最終的に形成された電気回路の電気特性の劣化にも影響を及ぼす。したがって、研磨の終了時にこれらのディフェクトをなくすことが要望される。
【００８３】
ＣＭＰにおいては、導電膜の残留に対して、初期膜以上に研磨（オーバーポリッシング）を行って導電膜の残留４１４をなくすこともなされるが、一般にオーバーポリッシングを長時間行うと、図３４（ａ）に示すように、配線部においてディッシング４１０やエロージョン４１２が発生してしまう。また、機械的な作用による研磨を行うため、スクラッチやピット４１６の発生は避けられない。
【００８４】
一般に残留した導電膜４１４は、研磨除去が難しいため、過剰のオーバーポリッシングを必要とする。この場合には、ディッシング４１０やエロージョン４１２，およびスクラッチやピット４１６が発生しやすくなる。これを避けるために、上述したバルク銅研磨工程をＣＭＰで行い、その後のＣＭＰによる銅クリア工程を銅膜の残りが５０ｎｍ以下となったところで止め、その後の銅クリア工程をケミカルエッチングにより行い、銅膜を除去するという方法を用いることができる。このように、機械的な作用を伴わないケミカルエッチングにより銅クリア工程を行えば、ディフェクトを生じさせずに銅膜の研磨を行うことができる。
【００８５】
ケミカルエッチングにおけるエッチャントとしては、硫酸、硝酸、ハロゲン酸（特にフッ酸、塩酸）などの酸、アンモニア水などのアルカリ、過酸化水素などの酸化剤とフッ化水素や硫酸などの酸との混合物を用いることができる。また、バルク銅研磨工程において導電性の薄膜の厚さを測定し、該測定された厚さが所定の厚さ、好ましくは１００ｎｍ以下になったときに、バルク銅研磨工程から銅クリア工程に切り替えるのが好ましい。この場合の膜厚の測定は、導電膜に光を照射して膜厚を測定する光学式センサ、導電膜に発生するうず電流を検出して膜厚を測定するうず電流センサ（図２参照）、研磨テーブル２２の回転トルクを検出して導電膜の膜厚を測定するトルク検知センサ、導電膜に超音波をあてて膜厚を測定する超音波式センサのうち少なくとも１つを使用することができる。
【００８６】
上述したケミカルエッチングは、ＣＭＰ装置を用いて銅膜の薄膜を形成するバルク銅研磨工程に限らず、他のプロセスとも組み合わせることができる。すなわち、基板上に平坦な導電性の薄膜を形成する種々のプロセスの後に、その導電性の薄膜をケミカルエッチングにより除去することができる。
【００８７】
例えば、電解研磨により薄膜を形成した後に、その薄膜をケミカルエッチングにより除去してもよい。電解研磨は、機械的な作用を用いずに研磨を行うことができるため、スクラッチやピット４１６の発生が低減されるものの、電気的な接続がなされないような導電膜の残留（例えば絶縁材料上に形成された微小な導電膜の残留）が生じると、その残留した導電膜の除去ができないという問題がある。しかしながら、電解研磨により平坦な導電性の薄膜を形成した後に、電気的な接続を必要としないケミカルエッチングによりその導電性の薄膜を除去することとすれば、ディフェクトを生じさせずに導電膜の除去をすることができる。この場合において、電解研磨の方法は特定のものに限定されるものではない。例えば、イオン交換体を用いた電解研磨またはイオン交換体を用いない電解研磨のいずれであってもよい。また、電解研磨においては、超純水、純水、または５００μＳ／ｃｍ以下の液体または電解液を用いることが好ましい。例えば、特開２００３−１４５３５４号公報に記載されている電解加工装置を用いて上述の電解研磨を行うこととしてもよい。
【００８８】
また、平坦めっきにより薄膜を形成した後に、その薄膜をケミカルエッチングにより除去することもできる。さらに、上述の例では、銅膜（Ｃｕ）を形成および除去する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、Ｒｕのうちの少なくとも１つを含む導電性薄膜を形成した後に、その薄膜をケミカルエッチングにより除去してもよい。
【００８９】
図３５に示す研磨装置において、実際に研磨中に研磨液供給ノズル２６を揺動させて半導体ウェハの研磨を行った。図３６（ａ）は、このときの結果を示すグラフである。図３６（ｂ）に示す研磨液供給ノズル２６を揺動させない場合のグラフと比較すればわかるように、研磨中に研磨液供給ノズル２６を揺動させることにより、半導体ウェハの面内均一性が向上した。
【００９０】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００９１】
２０ 研磨ユニット
２２ 研磨テーブル
２４ トップリング
２６ 研磨液供給ノズル
２８ ドレッサ
３０ アトマイザ（流体噴出機構）
５２ 研磨パッド（研磨布）
５６，３５６ リテーナリング
５７ 研磨液供給口
５８ うず電流センサ
７０ 外周面
７２ 内周面
７４ 溝
８０ 排出機構
８２ カバー
８４ 接触部材
８６ 気体噴出機構
８８ 気体噴出口
１００ 円板
１１６ 分散スカート
１２０，１２２ 分散板
１２４ スリット
２１０ 研磨液循環系
２１２ 研磨液供給ライン
３００ 押圧部材
３０２ ガイド部材
４００ 銅膜
４０２ バリアメタル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物上に形成された第１膜の大部分を研磨して除去する第１の研磨工程と、
前記第１膜の残留部分を、配線部分を残して第２膜が表面に露出するまで研磨して除去する第２の研磨工程と、
前記第１の研磨工程から前記第２の研磨工程に移行するときの第１膜の膜厚分布を予め設定する工程と、
前記第１の研磨工程中に前記第１膜の厚さをうず電流センサにより測定して前記第１膜の膜厚分布を取得する工程と、
前記取得された第１膜の膜厚分布が前記予め設定された第１膜の膜厚分布に一致するように前記第１の研磨工程における研磨条件を調整する工程と、
を有することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記取得された第１の膜の膜厚分布が前記予め設定された第１膜の膜厚分布に一致したときに、前記第１の研磨工程から前記第２の研磨工程に移行す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】
基板上に平坦な導電性の薄膜を形成する第１の工程と、
前記平坦な導電性の薄膜をケミカルエッチングにより除去する第２の工程と、
を有することを特徴とする配線形成方法。
【請求項４】
前記第１の工程は、化学的機械的研磨によりなされることを特徴とする請求項３に記載の配線形成方法。
【請求項５】
前記第１の工程は、電解研磨によりなされることを特徴とする請求項３に記載の配線形成方法。
【請求項６】
前記電解研磨は、イオン交換体を用いた電解研磨であることを特徴とする請求項５に記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記ケミカルエッチングのエッチャントは、硫酸、硝酸、ハロゲン酸、過酸化水素、アンモニア水、およびこれらの混合物のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の配線形成方法。
【請求項８】
前記第１の工程において、前記導電性の薄膜の厚さを測定し、該測定された厚さが所定の厚さになったときに前記第１の工程を終了することを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の配線形成方法。
【請求項９】
前記所定の厚さは１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の配線形成方法。
【請求項１０】
前記導電性の薄膜は、Ｃｕ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、およびＲｕのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載の配線形成方法。
【請求項１】
研磨対象物上に形成された第１膜の大部分を研磨して除去する第１の研磨工程と、
前記第１膜の残留部分を、配線部分を残して第２膜が表面に露出するまで研磨して除去する第２の研磨工程と、
前記第１の研磨工程から前記第２の研磨工程に移行するときの第１膜の膜厚分布を予め設定する工程と、
前記第１の研磨工程中に前記第１膜の厚さをうず電流センサにより測定して前記第１膜の膜厚分布を取得する工程と、
前記取得された第１膜の膜厚分布が前記予め設定された第１膜の膜厚分布に一致するように前記第１の研磨工程における研磨条件を調整する工程と、
を有することを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記取得された第１の膜の膜厚分布が前記予め設定された第１膜の膜厚分布に一致したときに、前記第１の研磨工程から前記第２の研磨工程に移行す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】
基板上に平坦な導電性の薄膜を形成する第１の工程と、
前記平坦な導電性の薄膜をケミカルエッチングにより除去する第２の工程と、
を有することを特徴とする配線形成方法。
【請求項４】
前記第１の工程は、化学的機械的研磨によりなされることを特徴とする請求項３に記載の配線形成方法。
【請求項５】
前記第１の工程は、電解研磨によりなされることを特徴とする請求項３に記載の配線形成方法。
【請求項６】
前記電解研磨は、イオン交換体を用いた電解研磨であることを特徴とする請求項５に記載の配線形成方法。
【請求項７】
前記ケミカルエッチングのエッチャントは、硫酸、硝酸、ハロゲン酸、過酸化水素、アンモニア水、およびこれらの混合物のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載の配線形成方法。
【請求項８】
前記第１の工程において、前記導電性の薄膜の厚さを測定し、該測定された厚さが所定の厚さになったときに前記第１の工程を終了することを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載の配線形成方法。
【請求項９】
前記所定の厚さは１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の配線形成方法。
【請求項１０】
前記導電性の薄膜は、Ｃｕ、Ｔａ、ＴａＮ、ＷＮ、ＴｉＮ、およびＲｕのうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項３から９のいずれか一項に記載の配線形成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２０１１−１７６３４２（Ｐ２０１１−１７６３４２Ａ）
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８７６３８（Ｐ２０１１−８７６３８）
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【分割の表示】特願２００４−３３４５４８（Ｐ２００４−３３４５４８）の分割
【原出願日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１１日（２０１１．４．１１）
【分割の表示】特願２００４−３３４５４８（Ｐ２００４−３３４５４８）の分割
【原出願日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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