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JP7781683B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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JP7781683B2 - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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Description

実施形態は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。
ＣＭＰ装置（化学的機械研磨装置）において、化学反応を促進させ、研磨レートを制御するために、研磨面を加熱し温度制御する技術が実用化されている。これまでに研磨パッド上に熱交換器を設置する手法、研磨パッド上に高温蒸気を噴射する機構が実用化されている。
特開２０００－０９４３０４号公報 特開平１０－１５６７０８号公報 特表２０２１－５２９０９７号公報
従来技術においては、研磨対象物であるウェーハ面内の詳細な温度分布制御ができず、研磨レートの面内均一性が悪くなる問題があった。また、従来の手法では、熱交換により温度制御するため、温度を急速に上昇させられないという問題もあった。
さらに、従来の装置では、研磨テーブル上にスラリーを投入しつつ、研磨パッドでウェーハを研磨テーブルに押し付けつつ研磨を行うが、スラリー流入の阻害やスラリー濃度低下を引き起こし、研磨特性が大きく変化してしまうという問題があった。
実施形態が解決しようとする課題は、ウェーハ面内の詳細な温度分布制御が可能であり、研磨レートの面内均一性を向上できる半導体製造装置及び半導体装置の製造方法の提供である。
実施形態の半導体製造装置は、研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体製造装置である。実施形態の半導体製造装置は、前記研磨ヘッドに複数のレーザー照射部を有する。実施形態の半導体製造装置は、少なくとも一つの前記レーザー照射部が前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射するレーザー照射部である。
研磨装置の第１実施形態を示す断面模式図。 図１に示す研磨装置の部分拡大断面模式図。 図１に示す研磨装置のレーザー照射部を示す下面図。 シリコンと水の消衰係数に関する周波数依存性の一例を示すグラフ。 レーザー照射によりウェーハを加熱している状態の一例を示す概念図。 研磨装置の第２実施形態を示す構成図。 研磨装置の第３実施形態を示す構成図。 研磨する前の研磨対象物の一例を示す断面模式図。 研磨途中の研磨対象物の一例を示す断面模式図。 研磨後の研磨対象物の一例を示す断面模式図。
「第１実施形態」
以下、第１実施形態の研磨装置について、図面を参照し説明する。
以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。本明細書で「隣り合う」とは、互いに隣接する場合に限定されず、対象となる２つの要素の間に別の要素が存在する場合を含む。本明細書で「ｘｘがｙｙ上に設けられる」とは、ｘｘがｙｙに接する場合に限定されず、ｘｘとｙｙとの間に別の部材が介在する場合も含む。本明細書で「平行」および「直交」とは、それぞれ「略平行」および「略直交」の場合も含む。
また、先にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向について定義する。Ｘ方向およびＹ方向は、後述する円板状のテーブル１の平坦な上面に沿う方向である。Ｙ方向は、Ｘ方向とは交差する（例えば直交する）方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向と交差する（例えば直交する）方向であり、円板状のテーブル１の厚さ方向であり、鉛直方向と等しい。本明細書では、「＋Ｚ方向」を「上」、「－Ｚ方向」を「下」と称する場合がある。＋Ｚ方向と－Ｚ方向は１８０°異なる方向となる。
図１は、第１実施形態にかかる半導体製造装置（研磨装置）Ａの断面図である。
半導体製造装置Ａは、水平に配置された円板状の回転可能なテーブル１と、このテーブル１の上面に設置された研磨パッド２を有する。研磨パッド２の上方にはスラリーノズル３が設けられ、このスラリーノズル３から所要量のスラリー４を研磨パッド２上に供給できる。研磨パッド２は、テーブル１の上面とほぼ同一径の円形のシート状に形成されている。研磨パッド２は、例えば、発泡性のポリウレタンなどの樹脂から構成されている。研磨パッド２は、一例として、テーブル１の上面に着脱可能となるように貼り付けられている。
テーブル１の下面中心部にＺ方向に延在する回転軸１Ａが取り付けられ、テーブル１はこの回転軸１Ａを中心として水平面に沿って回転自在に支持されている。回転軸１Ａの下方には回転軸１Ａを回転駆動するモータなどを備えた駆動装置が設けられているが、図１において駆動装置は略され、回転軸１Ａの上端部のみが描かれている。
スラリーノズル３は先端部３ａを鉛直下向きとして配置され、該スラリーノズル３の先端部３ａがテーブル１の中心の上方に所定の間隔をあけて配置されている。テーブル１と研磨パッド２が同時回転されるので、スラリーノズル３から研磨パッド２の上面中央に滴下されたスラリー４を遠心力により研磨パッド２の上面に沿って研磨パッド２の円周方向に徐々に広がるように流すことができる。なお、図１に示すスラリーノズル３は一つの例示であって、スラリーノズル３は研磨パッド２の上面にスラリー４を供給できる構成であれば、設置位置や向き、構成は任意で良い。
スラリー４は、研磨に使用する研磨材の粒子を溶媒などの液剤中に必要量分散させた粘性を有する液状体である。
図１において、テーブル１の上方であって、スラリーノズル３を配置している位置とテーブル１の外周縁との間に、下から順に円板状のウェーハ（半導体基板）５と円板状のバッグ７と円板状の研磨ヘッド６が配置されている。図１に示す例では、テーブル１の半径より研磨ヘッド６の直径が若干小さく形成され、研磨ヘッド６の直径よりウェーハ５とバッグ７の直径が若干小さく形成されている。ウェーハ５の直径とバッグ７の直径は略同等に形成されている。図１の例では、テーブル１の中心より－Ｘ方向側（左側）に研磨ヘッド６、ウェーハ５、バッグ７が設置されている。
ウェーハ５はその表面（底面）５ａを研磨パッド２の上面に接触させた状態で研磨パッド２の上面にほぼ水平に設置されている。ウェーハ５の裏面（上面）５ｂ上に円盤状のバッグ７を介し研磨ヘッド６が水平に設置されている。研磨ヘッド６は円板状の本体部６Ａを有し、その上面側中央にＺ方向に延在する回転軸６Ｂが取り付けられている。
回転軸６Ｂは、図１において記載を略したモータなどを備えた回転駆動機構に接続されている。この回転駆動機構は、前述のテーブル１の回転とは別に回転軸６Ｂを回転駆動することができるので、テーブル１と研磨ヘッド６は個別に回転される。また、研磨ヘッド６と回転軸６Ｂはテーブル１の上方空間において、Ｚ方向とＸＹ方向に移動自在に図示略の支持機構により支持されており、研磨ヘッド６を研磨パッド２の上面に対し接近離間し、任意の位置に位置決めできるように構成されている。
研磨ヘッド６の本体部６Ａには、本体部６Ａの下面中心部から下面外周部にかけて複数のレーザー照射部９が組み込まれている。本体部６Ａの外周縁部であって、レーザー照射部９を配置した領域の外側に、リテーナリング８が取り付けられている。リテーナリング８は、研磨ヘッド６と同等高さを有するリング体からなる。
研磨ヘッド６の下面外周縁部に下向きの環状の溝部６Ｃが形成され、この溝部６Ｃに沿ってリテーナリング８が設けられている。リテーナリング８の上部側が溝部６Ｃの奥側に収容され、リテーナリング８の下部側が溝部６Ｃの下面開口部から下方に所定長さ突出するように、取り付けられている。リテーナリング８の上部と溝部６Ｃの内奥側との間に環状の弾性部材１０が介挿されている。リテーナリング８の下端部は研磨ヘッド６の下面から所定長さ下方に突出され、研磨ヘッド６の下方に突出されたリテーナリング８の内側にウェーハ５とバッグ７が配置されている。
リテーナリング８の下端内周側は、ウェーハ５とバッグ７の外周側を若干の隙間をあけて囲うように配置されている。後述するようにウェーハ５を研磨する場合、ウェーハ５とバッグ７の外側への飛び出しをリテーナリング８が抑制する。
研磨ヘッド６に組み込まれているレーザー照射部９は、図１に示す断面では円柱状に略記されている。研磨ヘッド６の底面を平面視した図３に示すように、複数のレーザー照射部９は、研磨ヘッド６の底面中心部から外周縁部に向かって所定の間隔で隣接するように複数配置されている。個々のレーザー照射部９は、本体部６Ａの下部側をＺ方向に貫通するように配置され、レーザー照射部９の先端面を本体部６Ａの底面に露出させている。
図３に示す例では、研磨ヘッド６の底面において、該底面の径方向と円周方向に最近接するレーザー照射部９、９どうしの間隔が、各レーザー照射部９の直径より小さな間隔となるように複数のレーザー照射部９が密に配置されている。なお、複数のレーザー照射部９の配置は図３に示す例に限らず、各レーザー照射部９を近接配置できる配置であればいずれの配置状態を選択しても良い。全てのレーザー照射部９の先端面は研磨ヘッド６の底面６Ｄとほぼ面一になるように配置されている。
なお、図１～図３に示す各レーザー照射部９は、図面では略した赤外光などのレーザー光源（ＩＲ光源）に光ファイバなどの伝送路を介し接続されている。図示略のレーザー光源から伝送路を介し伝送されたレーザー光（赤外光）を各レーザー照射部９の先端から出射できるように構成されている。なお、図面では略しているが、レーザー照射部９の先端部側に集光レンズ等の集光光学系が組み込まれており、レーザー照射部９の先端から図２に例示するように焦点を絞ったレーザー光をレーザー照射部９の前方に向けて出射することができるようになっている。
図２ではレーザー照射部９の先端を下向きに配置した状態を示すので、下向きに照射されたレーザー光が徐々に絞られてレーザー光の光路幅が徐々に細くなるように描かれている。また、図１と図２に示すように研磨ヘッド６を設置した状態において、レーザー光の焦点位置をスラリー４あるいは研磨パッド２にほぼ合うようにレーザー光の絞りが設定される。
なお、レーザー照射部９から照射するレーザー光の波長は、２．５μｍ以上３．５μｍ以下の範囲内、あるいは５．５μｍ以上６．５μｍ以下の範囲内、あるいは波長１０μｍ以上であることが望ましい。これらの波長を有するレーザー光を発信できるレーザー素子として、ＹＡＧレーザー（イットリウムアルミニウムガーネットレーザー）、ＹＳＧＧレーザー（イットリウムスカンジウムガリウムガーネットレーザー）、ＺＢＬＡＮレーザー（フッ化物ガラスレーザー）、ＹＬＦレーザー（イットリウムリチウムフルオライドレーザー）、ＣＯ２レーザーなどが挙げられる。
バッグ７は、赤外光（ＩＲ光）透過性のシリコンゴム、例えば、シリカ粒子を含有しないシリコンゴムなどのメンブレンからなる袋体である。バッグ７には、図示略の流体圧入手段（空気圧入手段）が接続されており、バッグ７の内部に空気などの流体を注入し、バッグ７の厚さを調整できるように構成されている。シリカ粒子を含有しないシリコンゴムなどのメンブレンであれば、赤外領域の広い波長の光に対し９０％以上の透過率となるので、望ましい。
このため、バッグ７の厚さ（膨らみ量）を調節することで、バッグ７の上面を研磨ヘッド６の底面６Ｄに押し付け、バッグ７の下面をウェーハ５の上面に押し付けることができる。これにより、ウェーハ５の下面を研磨パッド２の上面に所定の圧力で押し付けることができる。即ち、バッグ７に供給する流体の量を調整することにより、バッグ７がウェーハ５の表面５ａを研磨パッド２に押し付ける場合の加圧力を調整できる。
なお、バッグ７によってウェーハ５を研磨パッド２に押し付ける力は、常時一定である必要は無く、研磨の進行に伴い変化を付けるなど、適宜変更しても良い。
なお、バッグ７の内部を複数の領域に仕切る構造としても良い。複数の領域に仕切ることで分割された領域毎に流体圧を調整することができ、領域毎にウェーハ５に対する押し付け力を調整できるようになる。これにより、例えば、ウェーハ５の下面を研磨パッド２の上面に押し付ける場合、ウェーハ５の下面が研磨パッド２の上面に対し傾斜していた場合、この傾斜を是正するように複数の領域毎の流体圧を調節し、上述の傾斜を是正することができる。
ウェーハ５は、例えば、赤外線（ＩＲ光）透過性のシリコン基板などの半導体基板からなる。従って、上述のレーザー光Ｒの波長は、前記半導体基板の透過波長であり、赤外線領域となっている。
バッグ７とウェーハ５が上述の材料からなる場合、レーザー光として上述の波長のレーザー光を利用すると、ウェーハ５の裏面５ｂ側に照射されたレーザー光がバッグ７とウェーハ５を透過してスラリー４または研磨パッド２に確実に到達できる。これにより、レーザー光はスラリー４あるいは研磨パッド２を加熱することができる。
半導体製造装置Ａを用いてウェーハ５の研磨を実施するには、テーブル１の回転を停止し、図１に示す状態となるように研磨パッド２の上面にウェーハ５とバッグ７を積み重ねて配置し、それらの周囲を囲むようにリテーナリング８を位置合わせする。ウェーハ５とバッグ７の上方に位置している研磨ヘッド６を下降させてリテーナリング８の下部側においてウェーハ５とバッグ７を囲むとともに、バッグ７に所定の流体圧を印加してバッグ７によりウェーハ５の下面を研磨パッド２の上面に押し付ける。スラリーノズル３から研磨用のスラリーを研磨パッド２の上面に供給し、テーブル１を回転させるとともに、研磨ヘッド６も回転駆動する。
以上の操作により、ウェーハ５と研磨パッド２の間にスラリー４を供給しながら、ウェーハ５の表面５ａを研磨パッド２の上面に押し付けつつ研磨ヘッド６でウェーハ５を保持しながら、ウェーハ５と研磨パッド２を相対摺動させることができる。スラリー４には研磨材が含まれているので、ウェーハ５の表面を研磨することができる。
また、図示略のレーザー光源から伝送路を介し各レーザー照射部９にレーザー光を導入し、レーザー照射部９の先端側から図２に示すように研磨対象物であるウェーハ５に対しレーザー光Ｒを照射する。レーザー光Ｒは、バッグ７とウェーハ５を透過し、レーザー光Ｒの焦点を絞った領域がスラリー４と研磨パッド２の上面に照射される。
レーザー光Ｒとして赤外光（ＩＲ光）を利用しているので、バッグ７とウェーハ５を加熱することなく、スラリー４と研磨パッド２を主に加熱し、ウェーハ５の研磨面の温度を目的の研磨温度に調整することができる。例えば、ウェーハ５の研磨面と該研磨面に隣接するスラリー４を４０℃～７０℃の目的の温度に加熱することができる。
ウェーハ５の研磨面を目的の温度に加熱することにより、研磨中のスラリー４とウェーハ５の研磨面の化学反応を促進し、研磨レートを高めることができる。
また、研磨中にレーザー照射部９を研磨対象物であるウェーハ５に対し回転方向に相対的に移動させることで、レーサー光Ｒが照射される領域をウェーハ５に対して相対的に移動させることができ、局所的な温度差の発生を防ぐことができる。
図４は、シリコン（Ｓｉ）と水（Ｈ２Ｏ）の消衰係数Ｋに関する周波数依存性を示す。
図４に示すように、シリコンは赤外領域（ＩＲ領域）において高い透明性を示すのに対し、水は波長３μｍ（３０００ｎｍ）近傍、波長６μｍ（６０００ｎｍ）近傍の光に対し、吸収波長を有する。また、水は、波長１０μｍ（１００００ｎｍ）を超える光に対し吸収率が徐々に高くなり、波長１５μｍ（１５０００ｎｍ）において比較的高い吸収波長を示す。
よって、上述のように、レーザー照射部９から出射するレーザー光として、２．５μｍ以上３．５μｍ以下の範囲内、あるいは５．５μｍ以上６．５μｍ以下の範囲内、あるいは波長１０μｍ以上のレーザー光（ＩＲ光）を選択することが望ましい。
図５は、図２に示すように複数のレーザー照射部９からスラリー４または研磨パッド２に対しレーザー光を照射し、ウェーハ５の表面５ａを加熱した場合の温度分布について説明するための概要図である。
図５において、例えば、ウェーハ５の表面５ａにおいて中心部に照射するレーザー光ＲＡのパワーを一番低く設定し、中心部の外側と最外周に照射するレーザー光ＲＢのパワーを最大に設定する。更に、中心部の外側と最外周との間の領域に照射するレーザー光ＲＣのパワーを中程度に設定する。以上のように、レーザーパワーを使い分けできるので、全てのレーザー照射部９は、個別にパワーを制御可能となっている。以上のようにレーザーパワーを設定することにより、表面（研磨面）５ａにおいて面内均一性の高い均一加熱ができるようにレーザーパワーを調整できる。
また、レーザー照射部９からのレーザー光がスポット的に集光されている中心領域が最も高温に加熱される領域であり、この高温加熱領域の周囲に順次加熱温度が低くなる準加熱領域が同心円状に順次生成される。例えば、図５において、中心部に照射するレーザー光により加熱される領域ＲＡにおいて、その中心部ＲＡ１は最も高温に加熱される領域、ＲＡ２は２番目に高温の領域、ＲＡ３は３番目に高温の領域となる。また、最外周に照射するレーザー光により加熱される領域ＲＢにおいて、その中心部ＲＢ１は最も高温に加熱される領域、ＲＢ２は２番目に高温の領域、ＲＢ３は３番目に高温の領域となる。
なお、図５において３番目の高温領域ＲＡ３、ＲＢ３の外側には、特に記載していないが、これら外側の領域も３番目の高温領域ＲＡ３、ＲＢ３よりも若干低い温度領域として加熱される領域となる。
複数のレーザー照射部９は図３に示すように密に配置されているので、隣接するレーザー照射部９による準加熱領域どうしが重なるか、相互に近接することにより、ウェーハ５の表面（研磨面）５ａにおいて面内均一性の高い均一加熱ができるようになる。
なお、ウェーハ表面の加熱温度均一性をより高める目的でウェーハ５に対し研磨ヘッド６を揺動させる機構を別途設け、ウェーハ５に対し研磨ヘッド６が相対揺動できるように構成することが好ましい。
第１実施形態の半導体製造装置Ａによれば、スラリーの流入や濃度に影響を与えずにウェーハ５の表面（研磨面）５ａを急速に加熱することができる。また、それぞれのレーザー照射部９のパワーもしくは照射時間を個別に制御することで、研磨中のウェーハ５面内の温度分布制御を行うことができる。また、レーザー照射部９を研磨対象物であるウェーハ５に対し相対的に揺動させることで、局所的な温度差の発生を防ぐことができる。この結果、研磨レートの均一化や研磨後段差の解消といった研磨特性の面内均一性を高めることができる。
レーザー照射部９は個々のパワー制御が可能であり、照射時間制御も可能であるため、ウェーハ５の表面における局所的な面内温度制御が可能であり、加熱時の温度応答性も高くすることができる。
なお、本実施形態の構造では、研磨対象物であるウェーハ５に対し回転方向に相対的に移動する図示略の移動機構を設置して研磨ヘッド６を回転させている。しかし、この移動機構を省略し、移動方向は回転方向に限らず、研磨パッド２とウェーハ５との相対摺動のみによりウェーハ５の表面（研磨面）５ａを研磨する構成を採用しても良い。
「第２実施形態」
図６は、第２実施形態に係る半導体製造装置（研磨装置）Ｂを示す。第２実施形態の半導体製造装置Ｂは、第１実施形態の半導体製造装置Ａと同等構成に加え、研磨パッド２の上に冷却機構１１を備えた点に特徴を有する。
半導体製造装置Ｂは、テーブル１、研磨パッド２、スラリーノズル３、スラリー４、研磨ヘッド６、バッグ７、リテーナリング８、レーザー照射部９を有し、更に、冷却機構１１を有する。
冷却機構１１は、例えば水などの冷却液を収容可能な立体形状のタンクからなり、スラリー４の液面に接するか、研磨パッド２の上面に接するか近接して研磨パッド２から熱を奪い、研磨パッド２を冷却する機構を採用できる。冷却機構１１としてスラリー４あるいは研磨パッド２に接する冷却スライダーなどを採用できる。冷却機構１１には、冷却液を循環するための配管を接続し、冷却液を循環する構成とすることが望ましい。
第２実施形態の半導体製造装置Ｂは先の第１実施形態の半導体製造装置Ａと同等の作用効果を得ることができる上に、冷却機構１１を設けることでスラリー４あるいは研磨パッド２を直接冷却できる。冷却機構１１により冷却したスラリー４と研磨パッド２は、回転していずれウェーハ５に接触するので、冷却機構１１によりスラリー４あるいは研磨パッド２を介しウェーハ５を間接的に冷却できる。
第２実施形態の半導体製造装置Ｂは、ウェーハ５を複数のレーザー照射部９で加熱し、冷却機構１１でウェーハ５を冷却できるので、ウェーハ５の加熱手段とウェーハ５の冷却手段を別々に設けた構造となる。このようにウェーハ５の加熱手段と冷却手段を別々に設ける温冷分離構造を採用することにより、ウェーハ５を研磨する場合の熱応答性を向上できる。また、ウェーハ５の加熱と冷却の熱応答性を向上させると、ウェーハ５を研磨する場合においてスラリー４の反応性を詳細に制御し、研磨レートの均一化や研磨後段差の解消といった研磨特性の面内均一性を高めることができる。
「第３実施形態」
図７は、第３実施形態に係る半導体製造装置（研磨装置）Ｃを示す。第３実施形態の半導体製造装置Ｃは、第１実施形態の半導体製造装置Ａと同等構成に加え、研磨パッド２の上に冷却機構１１を備えた点に特徴を有する。
半導体製造装置Ｂは、テーブル１、研磨パッド２、スラリーノズル３、スラリー４、研磨ヘッド６、バッグ７、リテーナリング８、レーザー照射部９を有し、更に、冷却機構１１を有する。
冷却機構１１は、例えば水などの冷却液を収容可能な立体形状のタンク１１Ａと、このタンク１１Ａの下面に複数形成された噴射ノズル１１Ｂを有する。冷却機構１１は、複数の噴射ノズル１１Ｂから水などの冷却液１２を研磨パッド２の上面に供給して研磨パッド２から熱を奪い、研磨パッド２を冷却する機構を採用できる。冷却機構１１には、冷却液を供給するための配管を接続し、冷却液を供給できる構成とすることが望ましい。
第３実施形態の半導体製造装置Ｃは先の第１実施形態の半導体製造装置Ａと同等の作用効果を得ることができる上に、噴射ノズル１１Ｂを有する冷却機構１１を設けることでスラリー４あるいは研磨パッド２を直接冷却できる。冷却機構１１により冷却したスラリー４と研磨パッド２は、回転していずれウェーハ５に接触するので、冷却機構１１によりスラリー４あるいは研磨パッド２を介しウェーハ５を間接的に冷却できる。
第３実施形態の半導体製造装置Ｃは、ウェーハ５を複数のレーザー照射部９で加熱し、冷却機構１１でウェーハ５を冷却できるので、ウェーハ５の加熱手段とウェーハ５の冷却手段を別々に設けた構造となる。このようにウェーハ５の加熱手段と冷却手段を別々に設ける温冷分離構造を採用することにより、ウェーハ５を研磨する場合の熱応答性を向上できる。また、ウェーハ５の加熱と冷却の熱応答性を向上させると、ウェーハ５を研磨する場合においてスラリー４の反応性を詳細に制御し、研磨レートの均一化や研磨後段差の解消といった研磨特性の面内均一性を高めることができる。
「研磨対象物の構造」
図８に、先の第１～第３実施形態の半導体製造装置（研磨装置）Ａ、Ｂ、Ｃによる研磨対象とする研磨対象物１３の模式断面を示す。
図示略の素子が形成されたシリコンウェーハなどの半導体基板ＳＷ上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜１４が、例えば、厚さ１５０ｎｍとなるように成膜されており、絶縁膜１４内に矩形断面形状の配線溝１５が、１００ｎｍの深さとなるように複数形成されている。
配線溝１５を一部埋め込み、配線溝１５の周囲の絶縁膜１４を覆うように、タンタル（Ｔａ）からなるバリア膜１６が厚さ１０ｎｍとなるように形成されている。また、配線溝１５を埋め込み、バリア膜１６の上面側を覆うように銅（Ｃｕ）からなる配線金属膜１７が厚さ５００ｎｍとなるように形成されている。
なお、図８に示す研磨対象物１３は、実際には全体として薄型円板状であり、図１に示すウェーハ５と同様に研磨パッド２の上面に載置することができる。図１に示す半導体製造装置Ａに適用して研磨する場合、図８に示す配線金属膜１７の上面側を研磨対象物１３の研磨面として、この研磨面を研磨パッド２の上面に接するように設置できる。
「半導体装置の第１の製造方法」
図８に示す研磨対象物１３に対し、例えば、図１に示した半導体製造装置（研磨装置）Ａを用い、研磨開始直後から研磨面の温度が６５℃になるようにレーザー照射部９からレーザー光Ｒを照射する。研磨面の温度は赤外線モニタ（図示せず）等で検知しながらレーザー光Ｒのパワーを調整する。このとき、ウェーハ面内の温度が均一になるように、温度の上がりやすいウェーハ中央部に照射するレーザー光Ｒのパワーを外周部よりも下げるようにすることが好ましい。
続いて配線金属膜１７の厚さが１００ｎｍになるまで研磨面の温度６５℃を維持するようにレーザー光Ｒのパワーを調整しながら研磨を行う。
ウェーハ５と研磨パッド２の摩擦による熱が発生するため、研磨面の温度を６５℃に維持するためには、徐々にレーザー光Ｒのパワーを低減する。レーザー光Ｒの照射中は、レーザー照射部９を研磨対象物１３に対し、回転方向に相対的に移動させることで、局所的な温度差の発生を防止できる。
続いて、配線金属膜１７の厚さが１００ｎｍになったことを渦電流モニタ（図示せず）等で検知したならば、レーザー光Ｒの照射を停止し、継続してバリア膜１６上の配線金属膜１７が無くなるまで研磨を行う（図９参照）。レーザー光Ｒの照射を停止するのは、配線溝１５内の配線金属膜１７が凹むディッシングを防止し、高密度の配線領域が凹むエロージョンを防ぐためである。
続いて、図１と同等構成である図示略の別の半導体製造装置（研磨装置）を用いてバリア膜１６、配線金属膜１７、絶縁膜１４を研磨により部分的に除去する。配線高さが５０ｎｍになるまで研磨を行い、隣接する配線溝間の配線を相互に電気的に分離し、配線構造１８を備えた半導体装置２０を形成できる（図１０参照）。
以上説明した半導体装置２０の製造方法では、研磨対象物１３の研磨面に対し、スラリーの流入や濃度に影響を与えずに、レーザー照射部９により急速な研磨面の加熱を行うことができる。また、それぞれのレーザー照射部９のパワーもしくは照射時間を個別に制御することで、研磨中において研磨面内の温度分布制御を行うことができる。さらに、レーザー照射部９を研磨対象物１３（あるいはウェーハ５）に対し相対的に移動させることで局所的な温度差の発生を防ぐことができる。
この結果、研磨レートの均一性や研磨後段差の解消といった、研磨特性の面内均一性を高めることができ、バリア膜１６上の配線金属膜１７の残渣の発生を防止し、面内の部分的な過研磨によるディッシング及びエロージョンの発生を防ぐことができる。
「半導体装置の第２の製造方法」
第２の製造方法における研磨対象物は、第１の製造方法で用いた研磨対象物１３と同一である。本実施形態では図６に示した第２実施形態に係る半導体製造装置（研磨装置）Ｂを用い、研磨開始直後から研磨面温度が６５℃になるようにレーザー照射部９からレーザー光Ｒを照射する。同時に、冷却機構１１を用いて研磨面の下流側でスラリー４及び研磨パッド２を冷却する。
続いて、配線金属膜１７の厚さが１００ｎｍになるまで研磨面の温度を６５℃に維持するように研磨を行う。続いて、配線金属膜１７の厚さが１００ｎｍになったことを検知したら、レーザー光Ｒの照射を停止し、冷却機構１１により研磨面温度を４０℃になるように冷却しながら、バリア膜１６上の配線金属膜１７が無くなるまで研磨を行う。
続いて図２と同等構成である図示略の別の半導体製造装置（研磨装置）を用いて図９に示すバリア膜１６と配線金属膜１７、絶縁膜１４を部分的に除去し、図１０に示す配線構造１８を形成し、半導体装置２０を形成する。
以上説明した半導体装置２０の製造方法では、研磨中の摩擦や化学反応により生じた熱による研磨パッド２上の温度分布の不均一性を解消することができる。さらに、研磨面内の温度分布制御を先の第１の製造方法よりもさらに均一化することができる。また、バリア膜１６上の配線金属膜１７の残渣の発生を防止し、面内の部分的な過研磨によるディッシング及びエロージョンの発生を第１の製造方法より防ぐことができる。
Ａ…半導体製造装置（研磨装置）、Ｒ…レーザー光、１…テーブル、２…研磨パッド、３…スラリーノズル、４…スラリー、５…ウェーハ（半導体基板）、６…研磨ヘッド、７…バッグ、８…リテーナリング、９…レーザー照射部、１３…研磨対象物、ＳＷ…半導体基板、１５…配線溝、１６…バリア膜、１７…配線金属膜、１８…配線構造、２０…半導体装置。

Claims (13)

  1. 研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体製造装置であり、前記研磨ヘッドに複数のレーザー照射部を有し、少なくとも一つの前記レーザー照射部が前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射するレーザー照射部であり、
    前記レーザー光が、波長２．５μｍ以上３．５μｍ以下の光と、波長５．５μｍ以上６．５μｍ以下の光と、波長１０μｍ以上の光の少なくとも１つである半導体製造装置。
  2. 研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体製造装置であり、前記研磨ヘッドに複数のレーザー照射部を有し、少なくとも一つの前記レーザー照射部が前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射するレーザー照射部であり、
    前記レーザー照射部が、ＹＡＧレーザー、ＹＳＧＧレーザー、ＺＢＬＡＮレーザー、ＹＬＦレーザー、ＣＯ ２ レーザーのいずれかの照射部である半導体製造装置。
  3. 研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体製造装置であり、前記研磨ヘッドに複数のレーザー照射部を有し、少なくとも一つの前記レーザー照射部が前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射するレーザー照射部であり、
    前記複数のレーザー照射部が前記レーザー照射部から出射するレーザー光のパワーを個別に制御可能である半導体製造装置。
  4. 研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体製造装置であり、前記研磨ヘッドに複数のレーザー照射部を有し、少なくとも一つの前記レーザー照射部が前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射するレーザー照射部であり、
    前記研磨対象物の表面を研磨する研磨パッドを有し、前記研磨パッドの冷却機構を有する半導体製造装置。
  5. 研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体製造装置であり、前記研磨ヘッドに複数のレーザー照射部を有し、少なくとも一つの前記レーザー照射部が前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射するレーザー照射部であり、
    前記研磨ヘッド内に、前記レーザー光を透過するメンブレンにより形成されたバッグを有し、該バッグが流体の注入により前記研磨対象物を加圧する機能を有する半導体製造装置。
  6. 前記メンブレンが、シリカ粒子を含有しないシリコンゴムからなる請求項５に記載の半導体製造装置。
  7. 研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体製造装置であり、前記研磨ヘッドに複数のレーザー照射部を有し、少なくとも一つの前記レーザー照射部が前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射するレーザー照射部であり、
    前記レーザー照射部を前記研磨対象物に対し移動させる機構を有する半導体製造装置。
  8. 前記研磨対象物が、半導体基板であり、前記レーザー光の波長が、前記研磨対象物の透過波長である請求項１～７の何れか一項に記載の半導体製造装置。
  9. 前記レーザー光の波長が、赤外線領域である請求項１～７の何れか一項に記載の半導体製造装置。
  10. 研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体装置の製造方法において、
    前記研磨ヘッドに設置された複数のレーザー照射部の少なくとも一つから、前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射しながら前記研磨対象物の表面を研磨するとともに、
    前記レーザー照射部から出射されるレーザー光のパワーを研磨中に変化させる半導体装置の製造方法。
  11. 研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体装置の製造方法において、
    前記研磨ヘッドに設置された複数のレーザー照射部の少なくとも一つから、前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射しながら前記研磨対象物の表面を研磨するとともに、
    前記研磨対象物の表面を研磨する研磨パッドと、前記研磨パッドの冷却機構を備え、前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射すると同時に前記冷却機構を用いて前記研磨パッドを冷却する半導体装置の製造方法。
  12. 研磨対象物を研磨ヘッドに保持して前記研磨対象物の表面を研磨する半導体装置の製造方法において、
    前記研磨ヘッドに設置された複数のレーザー照射部の少なくとも一つから、前記研磨対象物の裏面側にレーザー光を照射しながら前記研磨対象物の表面を研磨するとともに、
    前記レーザー照射部を前記研磨対象物に対し移動させる機構を備え、研磨中に前記レーザー照射部を前記研磨対象物に対し移動させる半導体装置の製造方法。
  13. 前記研磨対象物が、半導体基板であり、前記レーザー光の波長が、前記研磨対象物の透過波長である請求項１０～１２のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
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