专利名称：化学机械研磨装置、化学机械研磨方法以及控制程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于形成嵌入到由有机系的low-k膜构成的层间绝缘膜中的铜布线的大马士革制程(Damascene process)中所使用的化学机械研磨装置、化学机械研磨方法以及控制程序。
背景技术：
当前的半导体集成电路，尤其是LSI (Large Scale Integrated Circuit :大规模集成电路)，由于微细化及高集成化的发展，其具有层叠了多个布线层的多层布线构造。多层布线构造中的以往的布线形成制程是利用光刻及干式蚀刻对堆积在绝缘膜上的Al等金属膜进行加工来形成金属布线图案的布线形成制程，但是由于Al布线的电迁移耐受能力低和电阻较高而存在布线延迟等问题。由此，近来，在多层布线形成制程中，多采用铜布线的大马士革制程。另一方面，为了 LSI的高速化及低功耗化，需要降低多层布线之间的电容，并且为了降低布线电容，必须对嵌入布线之间、布线层之间的层间绝缘膜采用低介电常数(low-k) 膜。而作为这种low-k膜，研究了 SiOF膜等无机系材料和多孔膜。能够得到2. 5以下的相对介电常数的氟树脂和非晶体氟碳等有机系材料也被寄予很大的希望。在此，参照图10对将有机系的low-k膜用作层间绝缘膜的铜布线大马士革制程进行说明。首先，在下层布线(未图示)之前所形成的半导体晶片100上，如图10的(a)所示，从下开始，按照 102 — 104 — 106 — 108 的顺序，使用 CVD (Chemical Vapor Deposition 化学气相沉积)法层叠形成例如由SiCN构成的蚀刻阻挡膜102、蚀刻阻挡膜106和例如由非晶体氟碳构成的有机系的low-k膜104、108。接下来，反复进行光刻工序以及蚀刻工序，如图10的(b)所示，在上层的low-k有机膜108上形成布线槽110，在下层的low-k有机膜102中形成通孔112。在此，在半导体基板100的表面形成有与布线槽110以及通孔112对应的凹凸。接下来，如图10的(c)所示，在包含通孔112以及布线槽110的半导体基板100 的表面，通过CVD法形成例如由TaN构成的屏蔽金属114的膜。并且，可以利用溅射法在屏蔽金属114的膜上重叠形成铜的种子层(未图示)。其次，如图10的(d)所示，按照对通孔112以及布线槽110中进行填充的方式，在半导体晶片100的表面，通过电镀敷法堆积铜116。这里，在铜116的表面，反映出与布线槽 110和通孔112对应的凹凸形状。然后，利用化学机械研磨(CMP :Chemical Mechanical Polishing)，将半导体基板 100上的铜116磨平，如图10的(e)所示，使得仅在通孔112以及布线槽110中残留铜116， 从而形成嵌入铜布线。上述的大马士革制程是将铜116的膜同时嵌入到通孔112以及布线槽110中而形成铜芯棒与铜布线的双嵌入大马士革法。与此相反，单嵌入大马士革法是将铜116的膜分别嵌入到通孔112与布线槽110中，分别形成铜芯棒与铜布线的，在除去孔或者槽以外的不需要的铜的工序中，进行与双嵌入大马士革法相同的CMP处理。图11表示以往的代表性的CMP装置。该CMP装置是通过将用于固定保持半导体晶片100的旋转头(上部平台)IM按压到贴有研磨布或者研磨垫120的旋转台(下部平台)122上，一边使旋转头120以及旋转台122旋转，一边由喷嘴1 对研磨垫120供给浆料(研磨剂)，利用化学作用与机械研磨对半导体晶片100的下表面(被处理面)的膜进行研磨使其平坦化。专利文献1 日本特开平2007_1四36。发明公开本发明所要解决的问题然而，在将有机系的low-k膜用于层间绝缘膜的铜布线的大马士革制程中，若在铜的研磨中使用了上述以往的CMP装置，则存在在CMP后的铜116的表面容易发生例如图 12所示的沟状的划痕130，或者虽然省略图示，在铜布线的中央部容易产生凹陷等问题。若在大马士革的嵌入布线上产生这样的划痕或凹陷，会对流过布线表面的高频电流(信号) 带来很大的影响，导致LSI成为次品。本发明人对上述那样的划痕或凹陷的产生机理进行了研究，认为在研磨垫120与半导体晶片100接触(抵接)时，相对于半导体晶片100的表面(被处理面)的一部分，如图13所示，研磨垫12向相反方向摩擦，对被研磨材的铜116，尤其是其凸部116a施加了较大的切断应力，因此在铜116的表面容易产生小的划伤，由于浆料进入该小的划痕中而导致该位置被过分研磨，从而使划伤或凹陷发展。研磨材料的铜是比较软的金属，并且构成层间绝缘膜的low-k有机膜对来自外部的应力的抵抗力弱而容易蓄积切断力，这是产生接触时的划伤的一个因素。本发明是基于上述以往技术的问题点及其原因研究的考察而提出的，其提供了一种能够在大马士革制程中，在对由有机系的low-k膜构成的层间绝缘膜上所堆积的铜进行研磨时，防止产生划痕或凹陷，并且能够形成平坦性的精度优良和电特性的稳定性优良的嵌入铜布线的化学机械研磨装置、化学机械研磨方法以及控制程序。用于解决问题的方案本发明第1观点的铜布线形成用的化学机械研磨方法是在将介电常数低的有机膜(low-k有机膜)用作半导体基板上的层间绝缘膜的铜布线大马士革制程中，用于研磨被堆积在所述有机膜上的铜的化学机械研磨方法，该方法具有第1工序，按照一边使半导体基板与研磨垫向相同方向旋转，一边使所述研磨垫在所述半导体基板的被处理面的大致整个区域不向相反方向摩擦的方式使两者抵接；第2工序，对所述半导体基板与所述研磨垫之间的接触界面供给浆料，并对所述半导体基板与所述研磨垫之间的压力以及相对旋转速度进行控制来对所述半导体基板上的铜进行化学机械式研磨。根据所述第1观点的方法，在第1工序中，由于按照一边使半导体基板与研磨垫向相同方向旋转，一边使所述研磨垫在所述半导体基板的被处理面的大致整个区域中不向相反方向摩擦的方式使两者抵接，因此在被处理面的一些位置，对表层的铜施加的切断应力小，并且切断应力蓄积在基底的low-k有机膜中的程度也小。由此，可以在基板上的被处理面的大致整个区域不产生划痕或者凹陷源之类的伤痕，开始铜的研磨。
本发明的第2观点中的铜布线形成用的化学机械研磨方法是在将介电常数低的有机膜用作半导体基板上的层间绝缘膜的铜布线大马士革制程中，用于研磨被堆积在所述有机膜上的铜的化学机械研磨方法，该方法具有第1工序，一边使半导体基板与研磨垫向相同方向旋转，一边将各自的旋转中心轴对齐在一条直线上，使两者抵接；第2工序，对所述半导体基板与所述研磨垫之间的接触界面供给浆料，并对所述半导体基板与所述研磨垫之间的相对旋转速度以及压力进行控制来对所述半导体基板上的铜进行化学机械式研磨。根据所述第2观点的方法，在第1工程中，由于一边使半导体基板与研磨垫向相同方向旋转，一边将各自的旋转中心轴对齐在一条直线上并使两者抵接，因此在被处理面的任何位置，对表层的铜施加的切断应力均较小，并且切断应力蓄积在基底的low-k有机膜中的程度也小。由此，可以在基板上的被处理面的大致整个区域不产生划痕或者凹陷源之类的伤痕，开始铜的研磨。第1制程中的半导体基板以及研磨垫各自的旋转速度可以根据基板的口径、铜表面的凹凸状态、low-k有机膜及研磨垫的材质等恰当地设定，通常在50rpm 300rpm的范围内，例如可以设定为SOrpm 90rpm。另外，两者的旋转速度可以不同，在使抵接时的冲击或者应力减少的基础上，优选速度差尽可能地小，最优选使速度差实际为零。这里，不优选为了使半导体基板与研磨垫的速度差实际为零，而停止两者的旋转来使速度差为零。这是由于在停止旋转使速度差为零而抵接的情况下，在向第2制程转移时在半导体基板与研磨垫与之间，作用有比动摩擦力大的静止摩擦力，因而对半导体基板的被处理面带来更大的损伤。在本发明的化学机械研磨方法中，在第2工序中，为了使对半导体基板上的铜以及low-k有机膜施加的切断应力不急剧的变化，也优选使半导体基板与研磨垫向相同方向旋转，并且，更优选使所述研磨垫在所述半导体基板的被处理面的大致整个区域中不向相反方向摩擦，或者，优选将半导体基板的旋转中心轴与研磨垫的旋转中心轴在一直线上对齐。进一步，在第2工序的初始阶段，当铜(被处理膜)的凸部在一定程度或者很大程度被研磨后，即使使研磨压力或者切断应力变大也难以损伤，因此可以使半导体基板的旋转中心轴与研磨垫的旋转中心轴偏移，并且可以使半导体基板对研磨垫的偏移位置可变。 在该情况下，可以使用与半导体基板相比充分大的口径的研磨垫，从而提高研磨效率。另外，在第2工序中，半导体基板以及研磨垫之间的相对旋转速度也可以根据基板的口径、铜表面的凹凸状态、low-k有机膜及研磨垫的材质等恰当地设定。优选将研磨垫的旋转速度维持恒定，可以使用使半导体基板的旋转速度为比第1工序中的旋转速度低的方法对相对旋转速度进行控制，还可以使相对旋转速度可变。另外，将对接触界面施加的压力逐渐升高。另外，在第2工序中，虽然对半导体基板及研磨垫之间的接触界面施加的压力可以按照上述的诸条件被任意控制，但通常采用逐渐升高的方法。另外，本发明的化学机械研磨方法，作为一优选方式，为了使半导体基板上的铜的研磨结束，还包括第3工序，该第3工序一边使半导体基板与研磨垫向相同方向旋转，一边使两者分离。这样，优选到最后为止对半导体基板与研磨垫之间的接触界面不造成切断应力的急剧变化。由此，即使在该第3工序中，也优选使所述研磨垫在所述半导体基板的被处理面的大致整个区域中不向相反方向摩擦，或者优选将半导体基板的旋转中心轴与研磨垫的旋转中心轴在一条直线上对齐。但是，在第3工序，还可以使用使半导体基板的旋转中心轴与研磨垫的旋转中心轴偏移的方法。本发明的第1观点中的化学机械研磨装置是在将介电常数低的有机膜用作半导体基板上的层间绝缘膜的铜布线大马士革制程中，用于研磨被堆积在所述有机膜上的铜的化学机械研磨装置，具有第1平台，其可装卸地保持半导体基板，并且可旋转；第1旋转驱动部，其用于使所述第1平台以期望的旋转速度旋转；第2平台，其用于使安装研磨垫，并且可旋转；第2旋转驱动部，其使所述第2平台以期望的旋转速度旋转；第1致动器，其用于使所述第1平台与所述第2平台相对地分离或者加压接触；控制部，其对所述第1旋转驱动部、所述第2旋转驱动部以及所述第1致动器进行控制，以便一边使所述第1平台与所述第 2平台向相同方向旋转，一边使所述研磨垫在所述半导体基板的被处理面的大致整个区域不向相反方向摩擦并使两者抵接，进而对所述半导体基板上的铜进行化学机械式研磨；浆料供给部，其对所述半导体基板与所述研磨垫之间的接触界面供给浆料。根据所述的装置构成，可以可靠地实施所述的本发明的第1观点中的化学机械研磨方法。本发明的第2观点中的化学机械研磨装置是在将介电常数低的有机膜用作半导体基板上的层间绝缘膜的铜布线大马士革制程中，用于研磨被堆积在所述有机膜上的铜的化学机械研磨装置，具有第1平台，其可装卸地保持半导体基板，并且可旋转；第1旋转驱动部，其用于使所述第1平台以期望的旋转速度旋转；第2平台，其用于安装研磨垫，并且可旋转；第2旋转驱动部，其使所述第2平台以期望的旋转速度旋转；第1致动器，其用于使所述第1平台与所述第2平台相对地分离或者加压接触；控制部，其对所述第1旋转驱动部、所述第2旋转驱动部以及所述第1致动器进行控制，以便一边使所述第1平台与所述第 2平台向相同方向旋转，一边使各自的旋转中心轴对齐在一条直线上使两者抵接，进而对所述半导体基板上的铜进行化学机械式研磨；浆料供给部，其对所述半导体基板与所述研磨垫之间的接触界面供给浆料。根据上述装置构成，可以可靠地实施所述的本发明的第2观点中的化学机械研磨方法。本发明的化学机械研磨装置，作为一优选方式，还具有第2致动器，其用于使第2 平台相对于第1平台在与旋转中心轴正交的方向相对移动。由此，在第2工序以及第3工序中，可以可靠地实施使半导体基板的旋转中心轴与研磨垫的旋转中心轴偏移的方式。另外，本发明的控制程序在计算机中被执行，在执行时，使计算机对化学机械研磨装置进行控制，以便进行本发明的化学机械研磨方法。发明效果根据本发明的化学机械研磨装置、化学机械研磨方法或者控制程序，利用上述的构成以及作用，可以在大马士革制程中，在对由有机系的low-k膜构成的层间绝缘膜上所堆积的铜进行研磨时，防止产生划痕或凹陷，并且能够形成平坦性的精度优良及电特性的稳定性优良的嵌入铜布线。
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具体实施例方式下面，参照图1 图9对本发明的优选实施方式进行说明。在图1中，表示了本发明的一实施方式中的CMP(化学机械研磨)装置的主要构成。该CMP装置优选在用于形成嵌入铜布线的大马士革制程中使用，例如在图10的大马士革制程中，可以用于将在半导体晶片100的low-k有机膜(层间绝缘膜)108上所堆积的铜 116磨平的CMP工序(图10的(d) — (e))。该CMP装置的构造如下。在可旋转并且可升降的旋转头(上部平台)10上粘贴研磨垫12，并在可旋转的固定设置的旋转台(下部平台)14上，将半导体晶片100表面朝上地安装。在旋转台14上具有用于将半导体晶片100装卸自如地固定的保持单元，例如吸附卡盘(未图示)。旋转头10与上部电动机16的旋转轴16a结合，旋转台14与下部电动机18 的旋转轴18a结合。如图所示，旋转头10的旋转中心轴，即，上部电动机16的旋转轴16a 与旋转台14的旋转中心轴，即下部电动机18的旋转轴18a在同一的垂直线N上对齐，旋转头10以及旋转台14正对置。上部平台控制部20以及下部平台控制部22具有电动机驱动电路，以便对上部电动机16以及下部电动机18供给驱动电流，按照来自主控制部M的控制信号分别对旋转头 10及旋转台14的旋转动作(旋转开始/停止，转速等)进行控制。旋转头10及上部电动机16与被固定安装在支撑台或者支架沈的升降/加压致动器观的驱动轴28a结合。该升降/加压致动器观例如由汽缸或者内置电动机的线性致动器构成，使驱动轴28a在上述垂直线N上对齐。升降/加压控制部30具有对致动器洲供给压缩空气或者对致动器观供给驱动电流的空气压缩回路或者驱动电路，按照来自主控制部M的指示，对旋转头10的升降以及按压力进行控制。浆料供给部32具有例如贮存由含有氧化铝研磨粒的研磨液构成的浆料(研磨剂) 罐、和从该罐中取出浆料并喷出的泵，并将泵的出口侧连接于浆料供给管34的一端。浆料供给管34的另一端通过安装于上部电动机16的旋转轴16a的旋转接头36与旋转头10内的浆料导入部(未图示)连接。在旋转头10内还设置有从该浆料导入部通向研磨垫的浆料流路(未图示)。由浆料供给部32送出的浆料通过浆料供给管34、旋转接头36及旋转头10内的浆料导入部、浆料流路被送到研磨垫12，并从研磨垫12的整个面渗出。主控制部M具有微型计算机，并根据存储在外部存储器或者内部存储器中的软件(程序)，对装置内的各个部，尤其是旋转头10、旋转台14、升降/加压致动器观以及浆料供给部32的各个动作以及装置整体的动作(顺序)进行控制。接下来，根据图2至图6对本实施方式的CMP装置的作用进行说明。在图2中，表示了在嵌入铜布线形成用的大马士革制程中为了进行CPM工序，由主控制部M执行的控制程序的主要顺序。在图3中，表示了该CMP制程中的各部的状态或者物理量的时间的变化 (波形)。在初始状态下，如图1所示，旋转头10位于被设置在旋转台14的上方的原位置， 研磨垫12与旋转台14上的半导体晶片100分离。主控制部M首先通过上部平台控制部20以及下部平台控制部22分别启动上部电动机16以及下部电动机18，并将旋转头(上部平台)10以及旋转台(下部平台)14的旋转速度增大到接触(抵接)用的速度V1Qa、V14a。(步骤S1、S2)。
这里，旋转头10以及旋转台14的接触用的旋转速度V1(la、VMa可以根据半导体晶片 100的口径、表面的凹凸状态、研磨垫12的材质等被设定为恰当的值，通常，可以为50rpm到 300rpm的范围内，例如可以被设定为80rpm 90rpm。另外，虽然Vltla > V14a或者Vltla < V14a 也没有关系，但优选Vltla = V14at5上部平台控制部20以及下部平台控制部22可以通过使用例如旋转式编码器(未图示)等旋转速度检测器，对研磨垫12以及旋转台14的旋转速度以反馈方式进行控制，还可以在各自的旋转速度到达设定值V1(la、V14a或者稳定的时刻，将其状态通过状态信号等通知给主控制部对。接下来，主控制部24通过升降/加压控制部30并借助于升降/加压致动器观使旋转头10下降(步骤S3)，并在基于旋转头10的下降距离或者高度位置的规定的时刻，优选在研磨垫12与旋转台14上的半导体晶片100接触之前(时刻、)，使浆料供给部32开始送出浆料(步骤、)。如上述那样，由浆料供给部32送出的浆料通过浆料供给管；34、旋转接头36 及旋转头10内的浆料导入部、浆料流路被送到研磨垫12，并从研磨垫12的整个面渗出。然后，主控制部M对研磨垫12与半导体晶片100的接触进行确认(步骤&，时刻 t2)。该接触的确认例如可以基于旋转头10的下降距离或者高度位置进行，但通常使用对上部电动机16的旋转扭矩的变化进行检测的方法较为可靠。在图4中，表示研磨垫12与半导体晶片100抵接或者接触的状态。在确认了接触后，主控制部M将旋转头10与旋转台14之间的相对旋转速度控制为适合研磨的规定值(步骤&)。例如，如图3所示，将旋转头10的旋转速度保持为接触用的设定值Vltla的状态下，将旋转台14的旋转速度线性地减速到比接触用的设定值Vwa低的设定值V14b，将相对旋转速度线性地上升到研磨用的设定值Vs (时刻t3 时刻t4)。该研磨用的相对旋转速度设定值Vs可以根据半导体晶片100的口径、表面的凹凸状态、研磨垫12 的材质等选定适当的值例如3-30rpm，还可以在研磨中进行可变控制。另一方面，主控制部M通过升降/加压控制部30借助于升降/加压致动器观控制研磨垫12对半导体晶片100的按压力即研磨压力(步骤S7)，通常为随着处理时间的经过而逐渐(例如为线性地)上升。在本实施方式中，在接触时，将半导体晶片100以及研磨垫12如图5所示使其旋转中心在同一条直线N上对齐，并向同一方向旋转。由此，在半导体晶片100与研磨垫12 的接触面上，如图6所示，即使研磨垫12按压到半导体晶片100的表面，研磨垫12也不在半导体晶片100的表面的整个区域中向相反方向摩擦，因此在被处理面的任何位置，对铜 116(特别是凸部116a)施加的切断应力均很小，并且切断应力蓄积在基底的low-k有机膜 108、104中程度也小。因此，可以不在半导体晶片100表面的整个区域产生如划痕或者凹陷源之类的伤痕，开始铜116的研磨。并且，在本实施方式中，由于在接触后也将半导体晶片100以及研磨垫12如图5 所示使其旋转中心在同以直线N上对齐，并一边向相同方向旋转，一边对相对旋转速度以及研磨压力进行逐渐变动或者进行调整，因此对半导体晶片100的表面的任意部分均不造成切断应力的急剧的变化，可以稳定地进行铜116的研磨。当从接触时刻(时刻t2)经过了规定的研磨处理时间(设定时间)Ts时(步骤S8, 时刻t5)，主控制部M为了结束研磨，其通过上部平台控制部20以及下部平台控制部22，将旋转头10与旋转台14之间的相对旋转速度切换为分离用的旋转速度Ve(步骤S9，S10)。 该分离用的旋转速度Ve优选为尽可能小的值，最好优选被设定为零(Ve = 0)。在该例中， 将旋转头10的旋转速度从之前的旋转速度Vltla减速到分离用的设定值Vltlb (Vltlb = V14b)(时刻t5至时刻t6)，使相对旋转速度等于设定值Ve (0)。此外，为了得到研磨结束的时刻，还可以使用通过上部平台控制部20或者下部平台控制部22检测研磨垫12对low-k有机膜108上的屏蔽金属114进行研磨时的旋转扭矩的变化的方法。主控制部M接下来通过升降/加压控制部30借助于利用升降/加压致动器观使旋转头10上升，使半导体晶片100与研磨垫12分离或者分开(步骤S11,时刻t7)。另外， 几乎与此同时，使浆料供给部32停止浆料的供给(步骤S12)。并且，通过上部平台控制部 20以及下部平台控制部22使旋转头10以及旋转台14的旋转停止(步骤S13)。如上述那样，在本实施方式中，即使在结束研磨处理时，也将两方如图5所示使其旋转中心在同一条直线N上对齐，并一边向相同方向旋转，一边使相对旋转速度减小(优选减小为0)，使半导体晶片100与研磨垫12顺利地分离，因此，能够可及地降低在半导体晶片 100的表面(铜116的表面以及low-k有机膜108的表面)带伤的可能性。在图7中表示了第2实施方式中的CMP装置的主要的构成。对与上述的第1实施方式的CMP装置(图1)相同的构成或者功能的部分，赋予同一参照符号。 在该实施方式中，在旋转头(上部平台)10，将半导体晶片100面朝下地安装，并在与旋转头10相比口径(直径)格外大的例如2倍程度大的旋转台(下部平台)14粘贴研磨垫12，旋转头10的旋转中心轴与旋转台14的旋转中心轴可以成为在同轴上对齐的装置构成，还可以成为任意偏移的装置构成。具体而言，可以使经由上部电动机16与旋转头10结合的升降/加压致动器观在水平的一方向上(X方向)移动，借助其上方设置的水平移动机构40，使得升降/加压致动器观乃至旋转头10的位置可以在水平方向上变化。另外，在旋转头10中，具有用于装卸自如地将半导体晶片100安装的保持单元，例如吸附卡盘(未图示)。浆料供给管34通过安装在下部电动机18的旋转轴18a的旋转接头36与旋转台14内的浆料导入部(未图示)连接。在旋转台14内，设置有从该浆料导入部通向研磨垫的浆料流路(未图示)。由浆料供给部32送出的浆料，通过浆料供给管34、 旋转接头36及旋转台14内的浆料导入部、浆料流路被送到研磨垫12，并从研磨垫12的整个面渗出。在本实施方式中，在开始CPM处理时，可以使用与上述第1实施方式相同的方法， 使旋转头10以及旋转台14 一边向相同方向旋转，一边对齐各自的旋转中心轴，并进行接触。由此，在半导体晶片100与研磨垫12的接触面，如图6所示，即使研磨垫12按压并接触半导体晶片100的表面(被处理面)，在半导体晶片100表面的任意部分，研磨垫12也不向相反方向摩擦，因此，对表层的铜116(尤其是凸部116a)施加的切断应力小，并且切断应力蓄积在基底的low-k有机膜108、104中的程度也小。因此，可以不遍布半导体晶片100 的整个表面产生划痕或者凹陷源之类的伤痕，开始铜116的研磨。并且，在接触后，将旋转头10与旋转台14之间的相对旋转速度调整为设定值Vs， 在经过规定时间后，优选在半导体晶片100上的铜116的凸部116a被大部分研磨后，使水平移动机构40工作，如图8所示，将半导体晶片100的旋转中心轴从研磨垫12的旋转中心轴偏移，并在该偏移后的位置进行研磨处理。在该情况下，如图8所示，可以使旋转头10(半导体晶片100)的偏移位置相对旋转台14(研磨垫12)向箭头X的方向直线移动，或者也可以向箭头θ的方向环状地移动。 在这样的偏移关系中，在半导体晶片100的表面(被处理面)中，混有与研磨垫12向相反方向摩擦的部分不同的部分。但是，由于被处理膜的铜116的凸部116a(图6)被大部分研磨并在表面无伤痕，所以即使对其施加某种程度大的切断应力，产生划痕或凹陷的可能性也较小。另一方面，在该偏移方式中，由于可以将大口径的研磨垫12的大范围区域有效利用于对半导体晶片100的研磨，所以可以提高浆料的提供速度和研磨速度。在使研磨结束时，虽然可以在偏移位置使半导体晶片100与研磨垫12分离，但是优选将旋转头10返回旋转台14的中心，并降低相对旋转速度(优选为0)，再使两者分离。从而，可以在研磨结束时，最大可能地减少半导体晶片100的表面(铜116的表面以及 low-k有机膜108的表面)带伤的可能性。在图9中，表示了为了进行上述实施方式中的CMP处理方法，对上述CMP装置(图 1、图7)的各部的控制以及整体的时序进行控制的主控制部24的构成例。该构成例的主控制部24具有通过总线50连接的处理器(CPU) 52、内部存储器 (RAM) 54、程序储存装置(HDD) 56、闪存存储器或者光盘等外部存储器驱动器(DRV) 58、键盘和鼠标等输入器件(KEY)60、显示装置(DIS)62、网络及接口(C0M)64以及周边接口(I/ F) 66。处理器(CPU) 52从装填在外部存储器驱动器(DRV) 58中闪存存储器或者光盘等存储介质68中读取所要的程序编码并保存在HDD56中。或者，还可以通过网络及接口 64从网络下载所要的程序。然后，处理器(CPU) 52将在各阶段或者各个场面所需要的程序的编码从HDD156展开到工作存储器(RAM) 54中来执行各个步骤，进行期望的运算处理并通过周边接口 66对装置内的各部进行控制。用于实现在上述实施方式中说明的CMP的程序在整个该计算机系统中被执行。
图1是表示本发明的一实施方式中的CMP装置的主要构成的图。图2是表示用于实施方式中的CPM工序的控制程序的主要顺序的流程图。图3是表示实施方式的CMP工序中的各部的状态或者物理量的时间的变化的波形图。图4是表示在实施方式的CMP装置中，使研磨垫抵接或者接触于半导体晶片的状态的图。图5是表示在实施方式的CMP中，半导体晶片与研磨垫的旋转方向以及相对位置关系的俯视图。图6是示意性地表示在实施方式的CMP中，研磨垫刚抵接在半导体晶片后的接触面的情况的剖面图。图7是表示第2实施方式中的CMP装置的主要构成的图。
图8是表示 第2实施方式中的半导体晶片与研磨垫的旋转方向以及相对位置关系的俯视图。图9是表示实施方式的CMP装置中的主控制部的构成例的框图。图10是表示将有机系的low-k膜用作层间绝缘膜的铜布线的大马士革制程的工序的图。图11是表示以往的代表的CMP装置的构成的图。图12是表示使用以往的CMP装置所产生的缺陷的一个例子的大致剖面图。图13是表示以往的CMP装置中的半导体晶片与研磨垫的旋转方向以及相对位置关系的俯视图。符号的说明10...旋转头(上部平台)；12...研磨垫；14...旋转台(下部平台)；16···上部电动机；18···下部电动机；20. ··上部平台控制部；22...下部平台控制部；24...主控制部；28···升降/加压致动器；30...升降/加压控制部;32...浆料供给部；32...浆料供给管；36...旋转接头；40...水平移动机构；100...半导体晶片；104、108. · · low-k 膜(层间绝缘膜)；106...铜。
权利要求
1.一种铜布线形成用的化学机械研磨方法，在将介电常数低的有机膜用作半导体基板上的层间绝缘膜的铜布线大马士革制程中，用于研磨被堆积在所述有机膜上的铜，具有第1工序，按照一边使半导体基板与研磨垫向相同方向旋转，一边使所述研磨垫在所述半导体基板的被处理面的大致整个区域中不向相反方向摩擦的方式使两者抵接；第2工序，对所述半导体基板与所述研磨垫之间的接触界面供给浆料，并对所述半导体基板与所述研磨垫之间的压力以及相对旋转速度进行控制，对所述半导体基板上的铜进行化学机械式研磨。
2.—种铜布线形成用的化学机械研磨方法，在将介电常数低的有机膜用作半导体基板上的层间绝缘膜的铜布线大马士革制程中，用于研磨被堆积在所述有机膜上的铜，具有第1工序，一边使半导体基板与研磨垫向相同方向旋转，一边将各自的旋转中心轴对齐在一条直线上，使两者抵接；第2工序，对所述半导体基板与所述研磨垫之间的接触界面供给浆料，并对所述半导体基板与所述研磨垫之间的相对旋转速度以及压力进行控制，对所述半导体基板上的铜进行化学机械式研磨。
3.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第1工序中，将所述半导体基板以及所述研磨垫各自的旋转速度设定在 50rpm 300rpm的范围内。
4.根据权利要求3所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第1工序中，将所述半导体基板以及所述研磨垫各自的旋转速度设定为 80rpm 90rpmo
5.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第1工序中，使所述半导体基板的旋转速度和所述研磨垫的旋转速度之差实质上为零。
6.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第2工序中，使所述半导体基板和所述研磨垫向相同方向旋转。
7.根据权利要求6所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第2工序中，所述研磨垫在所述半导体基板的被处理面的大致整个区域中不向相反方向摩擦。
8.根据权利要求6所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第2工序中，使所述半导体基板的旋转中心轴与所述研磨垫的旋转中心轴在一条直线上对齐。
9.根据权利要求6所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第2工序中，使所述半导体基板的旋转中心轴与所述研磨垫的旋转中心轴偏移。
10.根据权利要求9所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第2工序中，使所述半导体基板相对于所述研磨垫的偏移位置可变。
11.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第2工序中，将所述研磨垫的旋转速度维持恒定，并使所述半导体基板的旋转速度比所述第1工序中的旋转速度低。
12.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第2工序中，使所述半导体基板与所述研磨垫的相对旋转速度可变。
13.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨方法，其特征在于， 在所述第2工序中，使施加在所述接触界面的压力逐渐地升高。
14.根据权利要求1或2所述的化学机械研磨方法，其特征在于，为了结束所述半导体基板的铜的研磨还具有第3工序，该第3工序一边使所述半导体基板与所述研磨垫向相同方向旋转，一边使两者分离。
15.根据权利要求14所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第3工序中，所述研磨垫在所述半导体基板的被处理面的大致整个区域中不向相反方向摩擦。
16.根据权利要求14所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第3工序中，使所述半导体基板的旋转中心轴与所述研磨垫的旋转中心轴在一条直线上对齐。
17.根据权利要求14所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第3工序中，使所述半导体基板的旋转中心轴与所述研磨垫的旋转中心轴偏移。
18.根据权利要求14所述的化学机械研磨方法，其特征在于，在所述第3工序中，使所述半导体基板的旋转速度和所述研磨垫的旋转速度之差实质上为零。
19.一种控制程序，在计算机中被执行，在被执行时，使计算机对化学机械研磨装置进行控制，以便进行权利要求1或者权利要求2所述的化学机械控制方法。
20.一种铜布线形成用的化学机械研磨装置，在将介电常数低的有机膜用作半导体基板上的层间绝缘膜的铜布线大马士革制程中，用于研磨被堆积在所述有机膜上的铜，具有第1平台，其可装卸地保持半导体基板，并且构成为可旋转； 第1旋转驱动部，其用于使所述第1平台以期望的旋转速度旋转； 第2平台，其安装有研磨垫，并且构成为可旋转； 第2旋转驱动部，其用于使所述第2平台以期望的旋转速度旋转； 第1致动器，其用于使所述第1平台与所述第2平台相对地分离或者加压接触； 控制部；其对所述第1旋转驱动部、所述第2旋转驱动部以及所述第1致动器进行控制，以便一边使所述第1平台与所述第2平台向相同方向旋转，一边使所述研磨垫在所述半导体基板的被处理面的大致整个区域中不向相反方向摩擦地使两者抵接，进而对所述半导体基板上的铜进行化学机械式研磨；及浆料供给部，其对所述半导体基板与所述研磨垫之间的接触界面供给浆料。
21.—种铜布线形成用的化学机械研磨装置，在将介电常数低的有机膜用作半导体基板上的层间绝缘膜的铜布线大马士革制程中，用于研磨被堆积在所述有机膜上的铜，具有第1平台，其可装卸地保持半导体基板，并且构成为可旋转； 第1旋转驱动部，其用于使所述第1平台以期望的旋转速度旋转；第2平台，其安装有研磨垫，并且构成为可旋转； 第2旋转驱动部，其用于使所述第2平台以期望的旋转速度旋转； 第1致动器，其用于使所述第1平台与所述第2平台相对地分离或者加压接触； 控制部，其对所述第1旋转驱动部、所述第2旋转驱动部以及所述第1致动器进行控制，以便一边使所述第1平台与所述第2平台向相同方向旋转，一边使各自的旋转中心轴对齐在一条直线上并使两者抵接，进而对所述半导体基板上的铜进行化学机械式研磨； 浆料供给部，其对所述半导体基板与所述研磨垫之间的接触界面供给浆料。
22.根据权利要求21所述的化学机械研磨装置，其特征在于， 具有第2致动器，其用于使所述第2平台相对于所述第1平台在与旋转中心轴正交的方向相对移动。
全文摘要
在大马士革制程中在对被堆积于由有机系的low-k膜构成的层间绝缘膜上的铜进行研磨时，CMP装置可以防止发生划痕或凹陷。在该CMP装置中，使粘贴了研磨垫(12)的旋转头(10)的旋转中心轴与将半导体晶片(100)面朝上安装的旋转台(14)的旋转中心轴在同一垂直线(N)上对齐，并一边使旋转头(10)及旋转台(14)向相同方向旋转，一边使旋转头(10)下降，从而使研磨垫(12)与旋转台(14)上的半导体晶片(100)抵接，使得研磨垫(12)在半导体晶片(100)表面的整个区域中不向相反方向摩擦。
文档编号B24B37/04GK102160152SQ20098013720
公开日2011年8月17日 申请日期2009年8月26日 优先权日2008年9月24日
发明者大见忠弘, 松冈孝明 申请人:东京毅力科创株式会社, 国立大学法人东北大学