JPH097984A - 半導体装置の製造方法およびそれに使用される研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 層間絶縁膜を一定膜厚に化学的機械研磨によ
って平坦化する。 【解決手段】 化学的機械研磨装置１０のウエハ保持ヘ
ッド２０の保持穴２３には、エア供給路２８を接続され
た通気口２４と、微細通気路３３を有するセラミック板
３２と、多数本の貫通孔３６が開設された弾性材製のパ
ッド３４とから成る補助押接装置２１が装着されてい
る。ワーク１は裏側面８をパッドに当接されてヘッドに
保持され被研磨面７を研磨工具１１の研磨材面１５に擦
られる。被研磨面が研磨材面に機械的に押接され、かつ
エア圧がセラミック板、パッドを通じワークの裏側面に
印加されて被研磨面が研磨材面に押接される。 【効果】 層間絶縁膜の化学的機械研磨に際してワーク
はヘッドで押されるとともにエア圧の作用力で押される
ため、被研磨面の研磨量は全体に均一になり、層間絶縁
膜の表面の凹凸は一定膜厚に平坦化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
技術、特に、半導体ウエハ（以下、ウエハという。）の
一主面を全体的に均一に平坦化する技術に関し、例え
ば、半導体装置の製造工程において、ウエハの主面に形
成された絶縁膜の凹凸を化学的機械研磨によって平坦化
するのに利用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ウエハ
の主面を均一に研磨する研磨装置として、ワークである
ウエハの被研磨面を露出させた状態で保持するヘッド
と、一主面に研磨材面を有する研磨工具とを備えてお
り、ヘッドによって保持されたウエハの被研磨面が研磨
工具の研磨材面に反対側の一主面（以下、裏側面とい
う。）にてヘッドのワーク保持面にて反力を受けられた
状態で機械的作用力によって押接されながら、相対移動
されて研磨される研磨装置、がある。

【０００３】この研磨装置においてウエハを全面にわた
って均一に研磨するには、研磨材面に対してウエハを全
面にわたって均一に押接する必要がある。そこで、従来
の研磨装置においては、押接力による反力を受ける主面
であるウエハの裏側面を高い剛性を有する平坦なワーク
保持面によって受けることにより、ウエハの被研磨面を
研磨材面に対して全体にわたって均一に押接させるよう
に工夫されている。

【０００４】ところが、ウエハの裏側面を高い剛性を有
する平坦なワーク保持面で受ける研磨装置においては、
ウエハの切出し工程やそれに続く研削工程およびポリシ
ング工程において発生した厚み分布がウエハに存在して
いる場合に、ウエハの厚みが大きい部位に押さえ力が集
中的に作用するため、ウエハの被研磨面における研磨量
に偏りが発生するという問題点がある。

【０００５】また、被研磨面を均一に研磨するために、
研磨作業中にウエハは自公転運動や揺動運動される。こ
のようにウエハが自公転運動や揺動運動されると、ウエ
ハには横向きや斜め向き等の様々な力が作用するため、
ウエハの裏側面を高い剛性を有する平坦なワーク保持面
で受けた状態でウエハの全面に均一な押接力を付勢する
ことは困難であり、研磨量の分布をウエハの被研磨面全
体にわたって高精度に均一に維持することは困難であ
る。

【０００６】ウエハの裏側面を高い剛性を有する平坦な
ワーク保持面で受けることによる問題点を解決する研磨
装置として、ウエハを保持するヘッドを球面継手によっ
てフレキシブルに支承することにより、ウエハの被研磨
面を研磨材面に自己整合的に倣わせるように構成したも
のや、さらに、ヘッドをジャイロ機構を備えた倣い機構
で支持しウエハの被研磨面を研磨材面に強制的に倣わせ
るように構成したものが開発されている。

【０００７】なお、従来のこの種の研磨装置を述べてあ
る例として、特開昭６３−１１４８７４号公報、特開平
６−７１５５８号公報、特開平６−８０８８号公報、特
開平５−２５１４１１号公報、特開平６−６１２０２号
公報、がある。特開昭６３−１１４８７４号公報には、
複数のウエハ支持チャックが空気圧、液体圧または機械
力により加えられた垂直研磨力で多重チャックキャリヤ
ーアセンブリに保持されることにより各サブキャリヤー
は種々の厚さおよびテーパのウエハを自由に収容するこ
とができるウエハを処理するためのアセンブリが、開示
されている。特開平６−７１５５８号公報には、加圧手
段がポリシング対象物をトップリングの吸着面に吸着さ
せる時の押圧力とターンテーブルに押圧して研磨する時
の押圧力を変えることができる圧力可変機能を有してい
るポリシング装置が、開示されている。特開平６−８０
８８号公報には、ウエハ吸着面に軟質樹脂層を形成しそ
の上に硬質樹脂層を形成することによってウエハを無歪
状態で吸着するウエハ研磨用固定板が、開示されてい
る。特開平５−２５１４１１号公報には、研磨開始まで
ウエハを真空吸着し研磨開始後はウエハを自由回転させ
る研磨方法および研磨装置が、開示されている。特開平
６−６１２０２号公報には、真空吸着用貫通微小孔を有
する硬質基板表面にシリコーン弾性体を形成しそのシリ
コーン弾性体に微小孔と通ずる孔を開設しウエハを真空
吸着保持した後にウエハの研磨中シリコーン弾性体の表
面粘着性のみでウエハを保持するウエハの保持方法が、
開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハの一
主面に半導体素子が作り込まれる所謂前工程（以下、前
工程という。）において、ウエハの半導体素子が作り込
まれる主面（以下、表側面という。）に被着された絶縁
膜や金属膜を研磨装置によって研磨することにより、絶
縁膜や金属膜の表面に形成された凹凸を平坦化する技術
が提案されている。一般に、この前工程においてウエハ
の各構成部分について要求される寸法精度は設計寸法の
大略１／１０以下であり、ウエハの表側面の上に被着さ
れた絶縁膜や金属膜の一例である層間絶縁膜や配線層膜
の膜厚分布精度については、０．１μｍ以下の精度が要
求される。

【０００９】しかしながら、前述したようにウエハの切
出し工程やそれに続く研削工程およびポリシング工程か
ら前工程に投入された状態のウエハ（以下、加工前ウエ
ハという。）は、約１μｍの厚み分布を有しているた
め、ウエハの表側面に被着された層間絶縁膜や配線層膜
が前記した従来の研磨装置によって研磨された場合にお
いては、加工前ウエハの厚み分布が層間絶縁膜や配線層
膜に転写されてしまう結果となり、ウエハの表側面の上
に被着された層間絶縁膜や配線層膜の膜厚分布精度につ
いて０．１μｍ以下の精度を確保することができないと
いう問題点があることが、本発明者によって明らかにさ
れた。

【００１０】また、ウエハ保持ヘッドをフローティング
支持してウエハの被研磨面を研磨材面に自己整合的また
は強制的に倣わせるように構成した研磨装置において
も、研磨作業中に作用する力の変動に完全には追従する
ことができないため、ウエハの表側面の上に被着された
層間絶縁膜や配線層膜の膜厚分布精度について０．１μ
ｍ以下の精度を確保することができないという問題点が
あることが、本発明者によって明らかにされた。

【００１１】要するに、半導体装置の高集積化に伴って
配線の多層化が進んだため、ウエハ主面に形成される凹
凸の段差は１μｍ〜数μｍの大きさになる。このため、
パターン形成時にはリソグラフィーの焦点深度が段差に
対応することができなくなり、加工精度が低下する。ま
た、従来のスパッタリング法によるメタル成膜ではカバ
レッジが悪くなる。この対策として、ウエハ主面の凹凸
を化学的機械研磨（Ｃｈｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈｉｃａｌ
Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ。以下、ＣＭＰという。）によっ
て研磨してウエハ主面を平坦化することが提案されてい
る。しかし、このＣＭＰによる平坦化技術に従来の研磨
装置をそのまま使用したのでは、所定の精度を得ること
ができない。

【００１２】本発明の目的は、加工前の厚み分布や研磨
作業中に作用する力の変動に関わらず、ウエハの被研磨
面を高い精度をもって均一に研磨することができる半導
体装置の製造技術を提供することにある。

【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１４】なお、ＣＭＰを述べてある例としては、特
開平５−７４７４９号公報、特開平６−３４２７７８号
公報、特開平７−１３２８号公報、がある。特開平５−
７４７４９号公報には、内部に圧力流体を密封された弾
性体によって下面を形成されたトップリングをウエハに
押し付けてデバイス面を研磨クロスに押圧し、研磨クロ
スとウエハのデバイス面を擦り合わせてデバイス面を平
坦化するデバイス付きウエハのプラナリゼーションポリ
シング方法およびその装置が、開示されている。特開平
６−３４２７７８号公報には、ＣＭＰする際に発生する
機械的振動の変化をモニタリングし凹凸を有する表面部
分の研磨が終了したときに発生する振動の変化を検知し
て研磨工程を制御する研磨方法、研磨装置およびそれに
用いる被研磨体が、開示されている。特開平７−１３２
８号公報には、トップリングのウエハに接触する下面を
平滑に形成するとともに外れ止めリングの内径をウエハ
の外径よりも大きく形成し、ターンテーブルの回転によ
ってウエハの外周面が外れ止めリングの内周面に接触す
ることでトップリングの回転に伴って外れ止めリングが
ウエハを遊星運動させるポリシング装置および方法が、
開示されている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１６】すなわち、半導体ウエハの多層配線の表面
を平坦にするための化学的機械研磨による半導体装置の
製造方法は以下の工程を備えている、（ａ） 半導体装
置を形成するための半導体ウエハに形成された第１層の
絶縁膜の上に第１層の配線を形成する第１層の絶縁膜配
線形成工程、（ｂ） 前記第１層の絶縁膜および第１層
の配線の上に第２層の絶縁膜を形成する第２層の絶縁膜
形成工程、（ｃ） 前記半導体ウエハをヘッドにより前
記第２層の絶縁膜が形成された側の裏側面をヘッドのワ
ーク保持面に直接またはパッドを介して保持して、この
ヘッドのワーク保持面の略全面から押接用気体をその少
なくとも一部が半導体ウエハの前記裏側面周辺から外部
に散逸する状態で供給することによって前記第２層の絶
縁膜の表面を研磨クロスに準静的に押し付けた状態で研
磨材を供給しながら相対移動させて、第２層の絶縁膜の
凹凸を平坦化する平坦化工程、（ｄ） 平坦化された第
２層の絶縁膜にスルーホールまたはコンタクトホールを
形成するホール形成工程、（ｅ） ホールが形成された
第２層の絶縁膜の上に第２層の配線を形成する第２層の
配線形成工程。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
半導体装置の製造方法に使用される化学的機械研磨装置
を示しており、（ａ）は主要部の分解斜視図、（ｂ）は
一部省略一部切断正面図である。図２以降は本発明の一
実施形態である半導体装置の製造方法のＣＭＰによる平
坦化工程を説明する各説明図である。

【００１８】本実施形態において、図１に示されている
化学的機械研磨装置は、ウエハの表側面に被着された絶
縁膜や金属膜をＣＭＰすることによって絶縁膜や金属膜
の表面に形成された凹凸を平坦化するのに使用可能な装
置として構成されている。すなわち、本実施形態におけ
る化学的機械研磨装置（以下、ウエハ研磨装置とい
う。）１０のワーク１は図７（ａ）に示されているよう
に、外周の一部にオリエンテーションフラット（以下、
オリフラという。）３が直線形状に切設されたウエハ２
を備えている。図７（ｂ）に示されているように、この
ウエハ２のサブストレートの表側領域には半導体素子の
一例であるメモリーＭが作り込まれているとともに、そ
の表側面上には金属膜の一例である配線層膜から形成さ
れた配線４および絶縁膜の一例である層間絶縁膜５がそ
れぞれ被着されている。そして、配線４は厚さを有する
線分によって形成されているため、その上に被着された
層間絶縁膜５の表側面には凹凸部６が下層の配線４の凹
凸に倣って形成されている。そこで、本実施形態におい
ては、この層間絶縁膜５の表側面部の一部をウエハ研磨
装置１０によって研磨して除去することにより、層間絶
縁膜５が平坦化される。したがって、層間絶縁膜５の表
側面によって被研磨面７が形成されることになる。

【００１９】このウエハ研磨装置１０は研磨工具とヘッ
ドとを備えている。研磨工具１１はワーク１の直径より
も充分に大きい半径を有する円盤形状に形成されたベー
スプレート１２を備えており、ベースプレート１２は水
平面内において回転自在に支持されている。ベースプレ
ート１２の下面の中心には垂直方向に配された回転軸１
３が固定されており、ベースプレート１２はこの回転軸
１３によって回転駆動されるようになっている。ベース
プレート１２の上面には研磨クロス（布）１４が全体に
わたって均一に貼着されている。研磨クロス１４は表面
上にポア構造を有する合成樹脂のクロス（布）にコロイ
ダルシリカ等の微細な砥粒が抱え込まれた研磨材であ
り、その表側面によって研磨材面１５が形成されてい
る。この研磨クロス１４による研磨作業に際しては、エ
ッチング液（スラリと称される研磨溶液。以下、スラリ
という。）が用いられることにより、機械的な研磨（ポ
リシング）に加えてそのポリシング効果を高めるメカノ
ケミカルポリシング（ｍｅｃｈａｎｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が実施される。したがって、研
磨工具１１の中心線の略真上にはスラリ１７を供給する
ためのスラリ供給ノズル１６が配管されている。

【００２０】一方、ヘッド２０はワーク１をその被研磨
面７である層間絶縁膜５側を下向きにして露出させた状
態で保持し得るように構成されているとともに、ワーク
１を気体の圧力による作用力によって押して被研磨面７
を研磨材面１５に押接させる補助押接装置２１を構成し
ている。すなわち、ヘッド２０はワーク１の直径よりも
若干大きい直径を有する円盤形状に形成された本体２２
を備えており、本体２２の下面には円形で一定深さの保
持穴２３が同心円に配されて没設されている。保持穴２
３の大きさはワーク１の大きさよりも若干大きめに形成
されている。保持穴２３の中心には気体流通口としての
通気口２４が開設されており、通気口２４には通気路２
５が接続されている。通気路２５の他端がエアポンプ２
６に接続されることにより、通気路２５は通気口２４に
正圧気体としてのエア２７を供給する正圧供給路２８を
構成するようになっている。また、通気路２５の他端が
真空ポンプ２９に接続されることにより、通気路２５は
通気口２４に負圧を供給する負圧供給路３０を構成する
ようになっている。したがって、通気路２５は正圧供給
路２８と負圧供給路３０を兼ねるようになっており、正
圧供給路２８と負圧供給路３０とは途中に介設された切
換弁３１によって切り換えられるように構成されてい
る。

【００２１】また、保持穴２３の空所内には気体流通口
を流通する気体をワーク１の裏側面全体に分配させる分
配部材としてのセラミック板３２が奥側に敷設されてい
る。このセラミック板３２はアルミナ等の剛性が高く熱
膨張が少ないセラミックが使用されて、保持穴２３の直
径と略等しい直径を有する円盤形状に形成されており、
その厚さは保持穴２３の深さよりも小さく設定されてい
る。この分配部材としてのセラミック板３２は多孔質か
つその多孔群によって互いに連通する微細な通気路３３
を無数にかつ全体にわたって均一に構成するように成形
されている。つまり、セラミック板３２は通気口２４側
と反対側との間で正圧および負圧を全面にわたって均一
に分配し得るように構成されている。また、剛性の高い
セラミック板３２は保持穴２３の底面に当接されている
ため、その下面はワーク１の反力を受けるワーク保持面
を実質的に構成している。

【００２２】さらに、保持穴２３の空所内にはパッド３
４がセラミック板３２の下面に当接されて敷設されてい
る。パッド３４は本体３５を備えており、この本体３５
は適度な弾力性を有する弾性材料の一例であるゴムまた
は樹脂が使用されて、保持穴２３の直径と略等しい直径
を有する円板形状に形成されている。パッド本体３５に
はセラミック板３２側の空間と反対側の空間とを連通さ
せる連通路としての貫通孔３６が多数本、全面にわたっ
て均等に配されてパッド本体３５の厚さ方向に貫通する
ようにそれぞれ開設されており、各貫通孔３６は直径約
２ｍｍの円柱形状に形成されている。したがって、貫通
孔３６群が構成する開口面積の密度は、パッド３４の全
面において実質的に等しく設定されている。

【００２３】以上の補助押接装置２１が組み込まれたヘ
ッド本体２２の下端面には、円形リング形状に形成され
たガイドリング３７が保持穴２３の開口縁辺を取り囲む
ように取り付けられている。このガイドリング３７はワ
ーク１をその被研磨面７を下端から下方に露出させた状
態で、研磨作業中にワーク１が外側に飛び出すのを阻止
しつつ保持するように構成されている。

【００２４】そして、以上のように構成されたヘッド２
０は通気口２４を中心にして水平面内において回転自在
支承されているとともに、回転駆動装置（図示せず）に
よって回転駆動されるように構成されている。また、ヘ
ッド２０は研磨工具１１が設備されたステーションとワ
ーク１が１枚ずつ払い出されるローディングステーショ
ン（図示せず）との間を移送装置（図示せず）によって
往復移動されるように構成されている。さらに、ヘッド
２０は研磨作業に際して下方向に送られるように構成さ
れている。

【００２５】ここで、前記構成に係るウエハ研磨装置１
０によるＣＭＰ方法を説明する。ワーク１が被研磨面７
側を下向きに配された状態でヘッド２０のガイドリング
３７内に挿入されると、切換弁３１が切り換えられて負
圧供給路３０を通じて負圧が通気口２４に供給される。
この負圧はセラミック板３２の微細な通気路３３および
パッド３４の貫通孔３６群を通じてワーク１の被研磨面
７と反対側の主面（以下、裏側面という。）８に印加さ
れるため、ワーク１はヘッド２０に真空吸着保持された
状態になる。このようにしてワーク１を保持したヘッド
２０は移送装置によって研磨工具１１の真上に移送され
た後に下降される。ヘッド２０が下降されて、ワーク１
の被研磨面７が研磨工具１１の研磨材面１５に当接する
と、切換弁３１が切り換えられて正圧供給路２８を通じ
てエア２７が通気口２４に供給される。

【００２６】続いて、研磨工具１１およびヘッド２０が
それぞれ回転されるとともに、ヘッド２０が下方に送ら
れワーク１に一定の機械的な押接力を加える。これによ
り、ヘッド２０に保持されたワーク１の被研磨面７が研
磨工具１１の研磨材面１５に押接されながら擦られるた
め、ワーク１の被研磨面７は研磨材面１５によって研磨
される。この研磨作業中、スラリ供給ノズル１６からス
ラリ１７が研磨材面１５に供給されることにより、機械
的な研磨（ポリシング）に加えてそのポリシング効果を
高めるメカノケミカルポリシングが実施される。

【００２７】この研磨作業中、正圧供給路２８からエア
２７が通気口２４に供給されているため、エア２７の供
給圧力による作用力によってもワーク１の被研磨面７は
研磨材面１５に押接されることになる。すなわち、正圧
供給路２８から通気口２４に供給されたエア２７はセラ
ミック板３２の微細な通気路３３およびパッド３４の貫
通孔３６群を通じてワーク１の裏側面８に供給されるた
め、このエア２７の印加圧力によってワーク１が垂直方
向下方に押されることになる。このとき、セラミック板
３２の微細な通気路３３群は全体にわたって均等に開設
された状態になっているため、エア２７はパッド３４に
全面にわたって均等に分配されることになる。また、パ
ッド３４の貫通孔３６群も全体にわたって均等に分布さ
れているため、エア２７はワーク１の全面にわたって均
等に供給されることになる。したがって、ワーク１はエ
ア２７による作用力によって全体にわたって垂直かつ均
等に押し下げられて、研磨クロス１４の研磨材面１５に
準静的に押し付けられることになる。つまり、エア２７
の圧力による押し下げ荷重は垂直の等分布荷重になって
いる。ちなみに、エア２７の少なくとも一部はワーク１
の裏側面周辺等から外部に散逸することになる。

【００２８】これにより、ワーク１の被研磨面７は研磨
工具１１の研磨材面１５に垂直かつ均一に押接された状
態になるため、被研磨面７の研磨材面１５による研磨量
は全体にわたって均一になる。その結果、ワーク１の被
研磨面７を構成する層間絶縁膜５の表面部は全体にわた
って均等に研磨されることになるため、凹凸部６が全体
にわたって除去されるとともに、全体にわたって均一な
厚さを呈する層間絶縁膜５が形成され、きわめて良好な
平坦化を実現することができる。

【００２９】ここで、パッド３４の貫通孔３６の配列形
態と研磨後の研磨量分布との関係を図２について説明す
る。図２は直径約２ｍｍの円柱形状の貫通孔３６（図２
（ｇ）参照。以下、同じ。）が配列形態をそれぞれ相違
されて開設された各パッド３４を、前記構成に係るウエ
ハ研磨装置１０にそれぞれ使用して、ウエハ２の表面に
均一に形成した熱酸化膜９を研磨した場合についての各
パッド３４と研磨後の熱酸化膜の残った形態との関係を
示した模式的な各平面図である。図２において、網目の
部分は熱酸化膜９の残膜部分（研磨残りの部分）を示し
ており、白地の部分は熱酸化膜９が除去された部分（研
磨された部分）を示している。

【００３０】まず、図２（ａ）は貫通孔が実質的に開設
されていないパッドを示しており、図２（ｂ）はそのパ
ッドが使用されたウエハ研磨装置によって熱酸化膜が研
磨された場合の残膜分布を示している。図２（ｂ）から
明らかな通り、この場合には、ウエハの周辺部が局所的
に研磨され、中央部に研磨残しが発生してしまう。その
研磨量の均一性（最大残膜厚−最小残膜厚）／（最大残
膜厚＋最小残膜厚）（％）は、≫１００、であり、均一
性がきわめて悪い。

【００３１】図２（ｃ）は複数個の貫通孔が中央部に集
中的に開設されているパッドを示しており、図２（ｄ）
はそのパッドが使用されたウエハ研磨装置によって熱酸
化膜が研磨された場合の残膜分布を示している。この場
合には中央部と周辺部に研磨残りが発生する。しかし、
研磨量の均一性は図２（ａ）の場合に比べて向上し、そ
の均一性は、２３％である。

【００３２】図２（ｅ）は多数個の貫通孔が全体にわた
って均一に配されて開設されているパッドを示してお
り、図２（ｆ）はそのパッドが使用されたウエハ研磨装
置によって熱酸化膜が研磨された場合の残膜分布を示し
ている。この場合には周辺部に研磨残りが発生する。し
かし、研磨量の均一性は図２（ｃ）の場合に比べてさら
に向上し、その均一性は、６．３％である。

【００３３】図２（ｇ）はさらに多数個の貫通孔３６が
全体にわたって均一に配されて開設されているパッド３
４を示しており、図２（ｈ）はそのパッドが使用された
ウエハ研磨装置１０によって熱酸化膜９が研磨された場
合の残膜分布を示している。この場合には研磨残りは殆
ど発生しない。その研磨量の均一性は、３．２％であ
る。

【００３４】図２（ｅ）の場合による結果（ｆ）と、図
２（ｇ）の場合による結果（ｈ）との比較により、貫通
孔３６群の密度を高くする程、研磨量の均一性は向上す
ることが考察される。

【００３５】次に、ヘッド２０の送り量に依存する機械
的な押接力と、エアの印加圧力に依存する流体的な押接
力との関係を図３について説明する。図３は図２（ｇ）
に示されているパッド３４が使用されたウエハ研磨装置
１０によってウエハの表面に形成された熱酸化膜をヘッ
ド２０の送り量を変化させて研磨した場合の残膜の均一
性を調査した結果を示す関係曲線である。図３におい
て、縦軸に研磨量の均一性（％）が取られ、横軸にＰｇ
／Ｐｏ（％）が取られている。ここで、Ｐｇはエア２７
の印加圧力（ｇ／ｃｍ² ）であり、Ｐｏはヘッド２０の
送り量に依存する機械的な押接力の単位面積当たりの作
用力（以下、主圧力という。ｇ／ｃｍ² ）である。そし
て、ヘッド２０の送り量が変化されることによって、主
圧力Ｐｏは、２００ｇ／ｃｍ² から５００ｇ／ｃｍ² ま
で変化され、Ｐｇ／Ｐｏは、０％から１５０％まで変化
されている。

【００３６】図３によれば、Ｐｇ／Ｐｏが増大するに従
って均一性が次第に向上することが理解される。そし
て、Ｐｇ／Ｐｏが５０％以上で均一性は、半導体装置の
製造分野で必要とされる１０％を満足することになる。
また、Ｐｇ／Ｐｏが７０％を越える頃から均一性の変化
が少なくなることが理解される。同図中の×印は、研磨
作業中に試料であるウエハがヘッド２０から飛び出して
しまい研磨が不能になった場合を示している。したがっ
て、Ｐｇ／Ｐｏを高くすればする程、研磨量の均一性が
向上するが、Ｐｇ／Ｐｏが１３０％を越える頃からウエ
ハの飛び出し現象が発生してしまうことが理解される。
以上の点から、Ｐｇ／Ｐｏの値を５０％〜１３０％の範
囲に調整することが、均一な研磨を確保する上で重要な
条件であることが考察される。

【００３７】ところで、ウエハの切出し工程やそれに続
く研削工程およびポリシング工程から前工程に投入され
た状態の加工前ウエハは、約１μｍの厚み分布を有して
いることがある。

【００３８】図４（ａ）はこの加工前ウエハの代表的な
厚み分布を等高線によって示した模式図である。そし
て、同図（ｂ）は（ａ）のこの加工前ウエハの上に形成
した熱酸化膜を研磨した後の膜厚分布を比較して示した
線図である。同図（ｂ）において、縦軸に厚さ偏差量
（Å）が取られ、横軸にウエハ中心からの距離（ｍｍ）
が取られている。曲線Ａは同図（ａ）のウエハの厚さ分
布を、曲線Ｂは従来の研磨装置によって研磨された後の
熱酸化膜の厚さ分布を、曲線Ｃは本実施形態に係るウエ
ハ研磨装置によって研磨された後の熱酸化膜の厚さ分布
をそれぞれ示している。

【００３９】図４（ｂ）によれば、従来の研磨装置によ
って研磨された場合には、ウエハの厚み分布に対応して
研磨後の熱酸化膜に厚さ分布が発生しており、本実施形
態に係るウエハ研磨装置によって研磨された場合には、
研磨後の熱酸化膜の厚さ分布は、ウエハの厚み分布に殆
ど影響を受けずに全体にわたって略均一になっているこ
とが理解される。

【００４０】ここで、研磨後の膜厚分布について差が発
生する原理を図５によって簡単に説明する。図５（ａ）
に示されているように、従来の研磨装置によれば、厚み
分布を有するウエハ２Ａは厚みの大きい場所が（研磨ク
ロス１４から強く押し返される結果）ヘッド２０Ａによ
って研磨材面１５に強く押接される状態になるため、そ
のウエハ２Ａの表側面に均一に形成された層間絶縁膜５
は研磨後において、同図（ｂ）に示されているように、
厚み分布を有するウエハ２Ａの厚みの大きい場所で薄
く、厚みの小さい場所で厚く研磨されることになる。

【００４１】これに対して、本実施形態によれば、図５
（ｃ）に示されているように、厚み分布を有するウエハ
２Ａの厚み分布は弾力性を有するパッド本体３５が弾性
変形することにより吸収される。すなわち、厚み分布を
有するウエハ２Ａの表側面に均一に形成された層間絶縁
膜５は厚み分布に関わらず研磨材面１５に全体にわたっ
て面一（平行）に接触する状態になる。ここで、パッド
本体３５が弾性変形すると、その弾性変形量に対応した
大きさの弾性力が厚み分布を有するウエハ２Ａの各部位
にそれぞれ加わることになるため、研磨材面１５による
層間絶縁膜５の研磨量には弾性力の大きさの分布に対応
した分布が発生してしまう。しかし、このパッド３４に
当接したウエハ２Ａはその弾性力よりも大きいエア２７
の印加圧力Ｐｇによる作用力によって研磨材面１５の方
向へ全体にわたって均等かつ垂直に押された状態になっ
ているため、ウエハ２Ａの被研磨面７である層間絶縁膜
５の表面はパッド本体３５の弾性変形による弾性力分布
に影響を受けることなく研磨材面１５に全体にわたって
均等かつ垂直に押接されることになる。つまり、パッド
３４の極僅かな弾性力の差は、その弾性力の大きさより
も遙かに大きいエア２７による作用力にとっては殆ど無
いに等しくなっている。その結果、図５（ｄ）に示され
ているように、厚み分布を有するウエハ２Ａの表側面に
均一に形成された層間絶縁膜５はその研磨後の膜厚が全
体にわたって均一（一定）になった状態に研磨されるこ
となる。

【００４２】ところで、本実施形態に係る半導体装置の
製造方法の平坦化工程に送られて来たワーク１が図５に
示されているような厚み分布を有するウエハ２Ａである
場合において、従来の研磨装置によって層間絶縁膜５が
研磨されると、図５（ｂ）に示されているように、ウエ
ハ２Ａの厚みの大きい場所で層間絶縁膜５が薄くなり過
ぎて下層の配線４が露出してしまう。このため、従来の
研磨装置は層間絶縁膜５の平坦化の実用に供することは
できない。

【００４３】しかし、本実施形態に係るウエハ研磨装置
１０によれば、厚み分布を有しているウエハ２Ａであっ
ても、図５（ｄ）に示されているように、層間絶縁膜５
は全体にわたって均一に研磨されるため、層間絶縁膜５
の平坦化を実現することができる。すなわち、本実施形
態によれば、前述した通り、ウエハ２Ａの厚み分布に関
わらず被研磨面７は全体にわたって均一に研磨されるた
め、層間絶縁膜５の厚さは全体にわたって均一に減少さ
れることになる。つまり、層間絶縁膜５の表面に形成さ
れていた凹凸部６が研磨によって除去されることによ
り、層間絶縁膜５の表面は平坦化される。他方、層間絶
縁膜５は全体にわたって均一に被着されていたのである
から、研磨量が全体にわたって均一であるならば、その
研磨後の層間絶縁膜５の厚さは全体にわたって均一であ
る。したがって、ウエハ研磨装置１０による研磨量を、
層間絶縁膜５の研磨前の厚さ、配線４の厚さおよび凹凸
部６の関係によって適度に設定することにより、下層の
配線４を研磨することなく層間絶縁膜５を平坦化するこ
とができる。

【００４４】以下、本発明の一実施形態である半導体装
置の製造方法におけるＣＭＰによる平坦化工程を主に、
前記構成に係るウエハ研磨装置１０を使用して多層配線
における層間絶縁膜に形成された凹凸を平坦化する場合
について説明する。

【００４５】図６（ａ）に示されているように、ＣＭＰ
による平坦化工程に投入される前に、ウエハ２の第１主
面には多層配線における第１層の絶縁膜５ａが形成さ
れ、この第１層の絶縁膜５ａの上に第１層の配線４ａが
金属被膜被着処理やリソグラフィー処理およびエッチン
グ処理によってパターニングされて形成される。なお、
この第１層の配線４ａにはポリシリコンやポリサイド等
によって形成されるワード線等も含まれる。

【００４６】その後、図６（ｂ）に示されているよう
に、ウエハ２の第１層の絶縁膜５ａの上にはＳｉＯ₂ や
Ｓｉ₃ Ｎ₄ 等からなる第２層の絶縁膜５ｂが、ＣＶＤ法
等によって第１層の配線４ａを被覆するように被着され
る。この第２層の絶縁膜５ｂの表面側には第１層の配線
４ａの厚み分に相当する凸部が形成されるため、被研磨
面７には不特定多数の凹凸部６が形成された状態にな
る。

【００４７】この状態のウエハ２がワーク１として、本
実施形態に係る半導体装置の製造方法における平坦化工
程を実施するウエハ研磨装置１０に供給される。そし
て、ウエハ研磨装置１０は前述した通り、この状態のワ
ーク１をヘッド２０によって保持して、第２層の絶縁膜
５ｂの表面を研磨工具１１にスラリ１６を供給しながら
相対的に擦り付けることによりＣＭＰし、第２層の絶縁
膜５ｂの凹凸部６を平坦化する。

【００４８】このＣＭＰによって、ワーク１の被研磨面
７である第２層の絶縁膜５ｂに形成された凹凸部６の凸
部が先に除去されて行くため、第２層の絶縁膜５ｂの表
面は次第に平坦化されて行く。この際、本実施形態によ
れば、前述した通り、ウエハ２の厚み分布に関わらず被
研磨面７は全体にわたって均一に研磨されるため、第２
層の絶縁膜５ｂの厚さは全体にわたって均一に減少され
ることになる。つまり、第２層の絶縁膜５ｂの表面に形
成されていた凹凸部６がＣＭＰによって除去されること
により、第２層の絶縁膜５ｂの表面は平坦化される。他
方、第２層の絶縁膜５ｂは全体にわたって均一に被着さ
れていたのであるから、研磨量が全体にわたって均一で
あるならば、その研磨後の第２層の絶縁膜５ｂの厚さは
全体にわたって均一である。したがって、ウエハ研磨装
置１０による研磨量を、第２層の絶縁膜５ｂの研磨前の
厚さ、第２層の配線４ａの厚さおよび凹凸部６の関係に
よって適度に設定することにより、第２層の配線４ａを
研磨することなく第２層の絶縁膜５ｂを平坦化すること
ができる。

【００４９】以上のようにして、ＣＭＰ方法が終了した
状態で、ワーク１の被研磨面７である第２層の絶縁膜５
ｂの表面は図６（ｃ）に示されているようにきわめて高
精度に平坦化されており、かつ、第１層の配線４ａの真
上には第２層の絶縁膜５ｂが予め設定された層厚をもっ
て残された状態になっている。

【００５０】この状態のワーク１はウエハ研磨装置１０
からアンローディング装置によってホール形成工程に送
られる。ホール形成工程において、図６（ｄ）に示され
ているように、ワーク１の第２層の絶縁膜５ｂにおける
所定の第１層の配線４ａの真上にはスルーホール４ｃが
それぞれ開設される。

【００５１】続いて、第２層配線形成工程において、図
６（ｅ）に示されているように、第２層の絶縁膜５ｂの
上には第２層の配線４ｂが金属被膜被着処理やリソグラ
フィー処理およびエッチング処理によってパターニング
される。この際、第２層の絶縁膜５ｂの表面は高精度に
平坦化されているため、第２層の配線４ｂはきわめて高
精度にパターニングされる。第２層の配線４ｂのパター
ニングに際して第２層の絶縁膜５ｂの上に被着される金
属被膜の一部が第２層の絶縁膜５ｂに開設されているス
ルーホール４ｃに充填することにより、スルーホール導
体４ｄが形成される。そして、パターニングされた第２
層の配線４ｂの所定部分はスルーホール導体４ｄによっ
て第１層の配線４ａに電気的に接続された状態になる。

【００５２】以降、前記絶縁膜形成工程、本発明に係る
平坦化工程、ホール形成工程および配線形成工程が繰り
返されることにより、図７（ｂ）に示されている多層配
線が形成されることになる。この際、先の工程で形成さ
れた層の絶縁膜および配線が次の工程で下層の絶縁膜お
よび下層の配線に相当することになるのは言うまでもな
い。なお、ホールはスルーホールに限らず、コンタクト
ホールの場合も含み、また、ホールは第１層の配線を第
２層の配線に接続するに限らず、第１層の配線を第３層
や第４層の配線に接続する場合もある。

【００５３】図８は本発明の実施形態２であるウエハ研
磨装置を示しており、（ａ）はその底面図、（ｂ）は
（ａ）のｂ−ｂ線に沿う側面断面図である。図９
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はその効果を説明するための研
磨後の膜厚分布をそれぞれ示す各等高線図である。

【００５４】本実施形態２が前記実施形態１と異なる点
は、貫通孔３６群の配置密度がウエハ２のオリフラ３に
対応する領域において小さく設定されている点である。
ちなみに、ガイドリング３７はワーク１の飛び出しを防
止するとともに、周方向の位置決めを実行し得るように
なっている。

【００５５】ところで、オリフラを有するウエハの表面
に形成された熱酸化膜を研磨装置によって研磨した場合
に、その研磨後の膜厚分布がオリフラの近傍において特
異な分布を呈することが本発明者によって明らかにされ
た。図９（ａ）は従来の研磨装置によって研磨された場
合の研磨後の膜厚分布を示しており、オリフラの近傍に
おいて等高線がきわめて密になって膜厚分布が不均一に
なっている状態がよく理解される。図９（ｂ）は前記実
施形態１に係るウエハ研磨装置によって研磨された場合
の研磨後の膜厚分布を示しており、オリフラの近傍にお
いて等高線が若干密になっていることが理解される。

【００５６】これに対して、図９（ｃ）は本実施形態２
に係るウエハ研磨装置によって研磨された場合の研磨後
の膜厚分布を示しており、オリフラの近傍においても等
高線は粗になり、オリフラ近傍における特異な膜厚分布
が改善されていることがよく理解される。本実施形態２
において、オリフラ近傍における特異な膜厚分布が改善
される理由は、パッド３４において貫通孔３６群の配置
密度が小さく設定されることにより、ワーク１のオリフ
ラ３近傍におけるエア２７の印加圧力（Ｐｇ）による単
位面積当たりの押接力が部分的に適度に弱められるため
と、考察される。

【００５７】図１０は本発明の実施形態３であるウエハ
研磨装置を示しており、（ａ）はその正面断面図、
（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う平面断面図である。

【００５８】本実施形態３が前記実施形態１と異なる点
は、分配部材が互いに流体的に仕切られてそれぞれ同心
円に配置されたインナセラミック板３２Ａと、センタセ
ラミック板３２Ｂと、アウタセラミック板３２Ｃとから
構成されており、各セラミック板に異なる圧力のエア２
７Ａ、２７Ｂ、２７Ｃがスイベルジョイント３８を介し
てそれぞれ印加されるようになっている点にある。

【００５９】本実施形態３によれば、ワーク１には径方
向で異なるエア圧力（Ｐｇ）がそれぞれ印加されるた
め、ワーク１に径方向で大きさの異なる押接力をそれぞ
れ加えることができ、その結果、ワーク１の被研磨面に
おける研磨量の均一性をより一層高めることができる。
ちなみに、ワーク１に対して押接力の大きさを異ならせ
るのは、径方向に限らず、周方向についてであってもよ
い。要するに、補助押接装置２１はエア等の気体の圧力
による押接力の分布が、ワーク１の被研磨面７の部位に
おいて異なるように構成することができる。

【００６０】図１１は本発明の実施形態４であるウエハ
研磨装置を示す正面断面図である。

【００６１】本実施形態４が前記実施形態１と異なる点
は、パッド３４に連通路としての貫通孔３６が開設され
ていない点である。

【００６２】図１２は本発明の実施形態５であるウエハ
研磨装置を示す正面断面図である。

【００６３】本実施形態５が前記実施形態１と異なる点
は、パッド３４が省略されている点である。

【００６４】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

【００６５】例えば、パッドにおいて分配部材とワーク
の反力側主面（裏側面）とを連通させる連通路は、パッ
ド本体に厚さ方向に開設された貫通孔によって構成する
に限らず、発泡樹脂等の多孔質材料が使用されて形成さ
れたパッド本体自体の多孔質による微細な連通路によっ
て構成してもよい。また、パッド本体はゴムまたは樹
脂、発泡樹脂によって構成するに限らず、フェルトやガ
ラスウール等の適度な弾力性を有する材料によって構成
することができる。

【００６６】貫通孔等による連通路群のワーク側の開口
面積の密度を部分的に相異させる手段としては、貫通孔
群の配列密度を相異ならせるに限らず、各連通路の開口
面積を相異ならせてもよい。

【００６７】分配部材は多孔質のセラミックによって形
成するに限らず、発泡樹脂によって形成してもよい。

【００６８】また、分配部材は剛性を有する板材に多数
本の貫通孔を厚さ方向に貫通するように開設して構成し
てもよい。この分配部材においては、各貫通孔をパッド
の各貫通孔にそれぞれ対向させて配設させることができ
る。さらに、この分配部材に弾性材料を焼き付けや接着
等によって付設して、分配部材とパッドとを一体的に構
成することができる。

【００６９】補助押接装置の押接用気体としてはエアを
媒体に使用するに限らず、窒素等の気体を使用してもよ
い。

【００７０】ヘッドを上側に研磨工具を下側に配置する
に限らず、ヘッドを下側に研磨工具を上側に配置しても
よい。また、ヘッド側を下降させるように構成するに限
らず、研磨工具側を上昇させるように構成してもよい。
さらに、ヘッドと研磨工具とは上下方向に不動とし、ワ
ークの被研磨面と研磨工具の研磨材面とを相対的に水平
方向に移動させて単に擦り合わせるように構成してもよ
い。

【００７１】負圧供給路３０は正圧供給路２８と兼用に
構成するに限らず、別に設けてもよいし、場合によって
は省略することができる。

【００７２】ウエハ研磨装置のワークは、表面に金属膜
および絶縁膜が被着されたウエハに限らず、加工前ウエ
ハであってもよい。すなわち、ウエハ研磨装置は、ウエ
ハの研削装置やポリシング装置等として使用することが
できる。

【００７３】以上の説明では研磨装置をウエハの研磨に
適用した場合について説明したが、それに限定されるも
のではなく、研磨装置はコンパクトディスクや磁気ディ
スク、液晶パネル、フォトマスク等の板形物の表面を研
磨する研磨に適用することができる。

【００７４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００７５】板厚が不均一なウエハであっても厚み分布
に関わらず、被研磨面全体にわたって均一な研磨量をも
って研磨することができるため、例えば、被研磨面に全
体的に均一な厚さをもって被着された被膜を全面にわた
って均一な厚さに研磨することができる。

【００７６】その結果、半導体装置の製造工程におい
て、ウエハの表面に被着された金属膜や絶縁膜の表面に
おける凹凸部を全面にわたって均一に研磨することによ
り、金属膜や絶縁膜の表面を平坦化することができるた
め、配線の微細化や高集積化等をより一層促進させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である半導体装置の製造方
法における平坦化工程に使用される化学的機械研磨装置
を示しており、（ａ）は主要部の分解斜視図、（ｂ）は
一部省略一部切断正面図である。

【図２】パッドの貫通孔の配列形態と研磨後の研磨量分
布との関係を説明するための説明図であり、（ａ）、
（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）はパッドの貫通孔の配列形態を
それぞれ示す各平面図、（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、
（ｈ）は研磨後の熱酸化膜の残った形態をそれぞれ示す
模式的な各平面図である。

【図３】ヘッドの送り量に依存する機械的な押接力とエ
アの印加圧力に依存する流体的な押接力との関係を示す
線図である。

【図４】（ａ）はウエハの代表的な厚み分布を等高線に
よって示した模式図、（ｂ）は（ａ）のウエハの上に形
成した熱酸化膜を研磨した後の膜厚分布を比較して示し
た線図である。

【図５】研磨後の膜厚分布について差が発生する原理を
説明するための説明図であり、（ａ）は従来の研磨装置
による研磨状態を示す模式的正面断面図、（ｂ）はその
厚み分布を示す模式的正面断面図、（ｃ）は本発明の一
実施形態であるウエハ研磨装置による研磨状態を示す模
式的正面断面図、（ｄ）はその厚み分布を示す正面断面
図である。

【図６】本発明の一実施形態である半導体装置の製造方
法の平坦化工程を説明するための各拡大部分断面図を示
しており、（ａ）は第１層の配線形成工程、（ｂ）は第
２層の絶縁膜形成工程、（ｃ）は平坦化工程、（ｄ）は
ホール形成工程、（ｅ）は第２層の配線形成工程を示し
ている。

【図７】ワークを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）
は拡大部分断面図である。

【図８】本発明の実施形態２であるウエハ研磨装置を示
しており、（ａ）はその底面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−
ｂ線に沿う側面断面図である。

【図９】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はその効果を説明する
ための研磨後の膜厚分布をそれぞれ示す各等高線図であ
る。

【図１０】本発明の実施形態３であるウエハ研磨装置を
示しており、（ａ）はその正面断面図、（ｂ）は（ａ）
のｂ−ｂ線に沿う平面断面図である。

【図１１】本発明の実施形態４であるウエハ研磨装置を
示す正面断面図である。

【図１２】本発明の実施形態５であるウエハ研磨装置を
示す正面断面図である。

【符合の説明】

１…ワーク、２…ウエハ、２Ａ…厚み分布を有するウエ
ハ、３…オリエンテーションフラット（オリフラ）、４
…配線、４ａ…第１層の配線、４ｂ…第２層の配線、４
ｃ…スルーホール、４ｄ…スルーホール導体、５…層間
絶縁膜（絶縁膜）、５ａ…第１層の絶縁膜、５ｂ…第２
層の絶縁膜、６…凹凸部、７…被研磨面、８…裏側面、
９…熱酸化膜、１０…ウエハ研磨装置（研磨装置）、１
１…研磨工具、１２…ベースプレート、１３…回転軸、
１４…研磨クロス、１５…研磨材面、１６…スラリ供給
ノズル、１７…スラリ、２０、２０Ａ…ヘッド、２１…
補助押接装置、２２…ヘッド本体、２３…保持穴、２４
…通気口（気体流通口）、２５…通気路（流体圧供給
路）、２６…エアポンプ、２７、２７Ａ、２７Ｂ、２７
Ｃ…エア（気体）、２８…正圧供給路、２９…真空ポン
プ、３０…負圧供給路、３１…切換弁、３２…セラミッ
ク板（分配部材）、３２Ａ…インナセラミック板、３２
Ｂ…センタセラミック板、３２Ｃ…アウタセラミック
板、３３…微細な通気路、３４…パッド、３５…パッド
本体、３６…貫通孔（連通路）、３７…ガイドリング、
３８…スイベルジョイント。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 英樹 千葉県茂原市早野3300番地 株式会社日立 製作所電子デバイス事業部内 (72)発明者 本間 喜夫 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 楠川 喜久雄 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 三谷 真一郎 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハの多層配線の表面を平坦に
   するための化学的機械研磨による半導体装置の製造方法
   は以下の工程を備えている、（ａ） 半導体装置を形成
   するための半導体ウエハに形成された第１層の絶縁膜の
   上に第１層の配線を形成する第１層の絶縁膜配線形成工
   程、（ｂ） 前記第１層の絶縁膜および第１層の配線の
   上に第２層の絶縁膜を形成する第２層の絶縁膜形成工
   程、（ｃ） 前記半導体ウエハをヘッドにより前記第２
   層の絶縁膜が形成された側の裏側面をヘッドのワーク保
   持面に直接またはパッドを介して保持して、このヘッド
   のワーク保持面の略全面から押接用気体をその少なくと
   も一部が半導体ウエハの前記裏側面周辺から外部に散逸
   する状態で供給することによって前記第２層の絶縁膜の
   表面を研磨クロスに準静的に押し付けた状態で研磨材を
   供給しながら相対移動させて、第２層の絶縁膜の凹凸を
   平坦化する平坦化工程、（ｄ） 平坦化された第２層の
   絶縁膜にスルーホールまたはコンタクトホールを形成す
   るホール形成工程、（ｅ） ホールが形成された第２層
   の絶縁膜の上に第２層の配線を形成する第２層の配線形
   成工程。
2. 【請求項２】 平坦化工程においてヘッドと研磨クロス
   との間の機械的作用力が併用されることを特徴とする請
   求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 平坦化工程において押接用気体による作
   用力の大きさが、機械的作用力の大きさの５０％〜１３
   ０％に設定されていることを特徴とする請求項２に記載
   の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 ヘッドのワーク保持面と半導体ウエハの
   裏側面との間に略全面に複数の連通路を有するパッドが
   介在されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装
   置の製造方法。
5. 【請求項５】 平坦化工程において連通路群の半導体ウ
   エハ側開口面積の密度が半導体ウエハの裏側面の部位で
   異なることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の
   製造方法。
6. 【請求項６】 半導体ウエハの多層配線の表面を平坦に
   するための化学的機械研磨による半導体装置の製造方法
   は以下の工程を備えている、（ａ） 半導体装置を形成
   するための半導体ウエハに形成された第１層の絶縁膜の
   上に第１層の配線を形成する第１層の絶縁膜配線形成工
   程、（ｂ） 前記第１層の絶縁膜および第１層の配線の
   上に第２層の絶縁膜を形成する第２層の絶縁膜形成工
   程、（ｃ） 前記半導体ウエハをヘッドにより前記第２
   層の絶縁膜が形成された側の裏側面をヘッドの少なくと
   も一部が多孔質に形成されたワーク保持面に直接または
   パッドを介して保持して、このヘッドのワーク保持面の
   少なくとも多孔質部分から押接用気体をその少なくとも
   一部が半導体ウエハの前記裏側面周辺から外部に散逸す
   る状態で供給することによって前記第２層の絶縁膜の表
   面を研磨クロスに準静的に押し付けた状態で研磨材を供
   給しながら相対移動させて、第２層の絶縁膜の凹凸を平
   坦化する平坦化工程、（ｄ） 平坦化された第２層の絶
   縁膜にスルーホールまたはコンタクトホールを形成する
   ホール形成工程、（ｅ） ホールが形成された第２層の
   絶縁膜の上に第２層の配線を形成する第２層の配線形成
   工程。
7. 【請求項７】 ヘッドのワーク保持面の略全面が多孔質
   であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の
   製造方法。
8. 【請求項８】 平坦化工程においてヘッドと研磨クロス
   との間の機械的作用力が併用されるとともに、押接用気
   体による作用力の大きさが、ヘッドの機械的作用力の大
   きさの５０％〜１３０％に設定されていることを特徴と
   する請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 ヘッドのワーク保持面と半導体ウエハの
   裏側面との間に略全面に複数の連通路を有するパッドが
   介在されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装
   置の製造方法。
10. 【請求項１０】 平坦化工程において連通路群の分布が
    半導体ウエハの裏側面の部位で異なることを特徴とする
    請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 半導体ウエハをヘッドにより被研磨面
    側の裏側面をヘッドのワーク保持面に直接またはパッド
    を介して保持して、このヘッドのワーク保持面の略全面
    から押接用気体をその少なくとも一部が半導体ウエハの
    前記裏側面周辺から外部に散逸する状態で供給すること
    によって前記被研磨面を研磨クロスに準静的に押し付け
    た状態で研磨材を供給しながら相対移動させて、被研磨
    面の凹凸を平坦化することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
12. 【請求項１２】 半導体ウエハをヘッドにより被研磨面
    側の裏側面をヘッドの少なくとも一部が多孔質に形成さ
    れたワーク保持面に直接またはパッドを介して保持し
    て、このヘッドのワーク保持面の少なくとも多孔質部分
    から押接用気体をその少なくとも一部が半導体ウエハの
    前記裏側面周辺から外部に散逸する状態で供給すること
    によって前記被研磨面を研磨クロスに準静的に押し付け
    た状態で研磨材を供給しながら相対移動させて、被研磨
    面の凹凸を平坦化することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。
13. 【請求項１３】 板形状のワークを被研磨面を露出させ
    た状態で保持するヘッドと、一主面に研磨材面を有する
    研磨工具とを備えており、ヘッドによって保持されたワ
    ークの被研磨面が研磨工具の研磨材面に擦り合わされて
    研磨される研磨装置において、 前記ヘッドは押接用気体を前記ワークの裏側面の略全体
    に分配させる分配部材と、この分配部材に押接用気体を
    供給する気体供給路とを備えていることを特徴とする研
    磨装置。
14. 【請求項１４】 分配部材が多孔質のセラミックまたは
    発泡樹脂によって形成されていることを特徴とする請求
    項１３に記載の研磨装置。
15. 【請求項１５】 分配部材が横断面内で複数区画に分割
    されていることを特徴とする請求項１３に記載の研磨装
    置。
16. 【請求項１６】 板形状のワークを被研磨面を露出させ
    た状態で保持するヘッドと、一主面に研磨材面を有する
    研磨工具とを備えており、ヘッドによって保持されたワ
    ークの被研磨面が研磨工具の研磨材面に擦り合わされて
    研磨される研磨装置において、 前記ヘッドは押接用気体を前記ワークの裏側面の略全体
    に分配させる分配部材と、弾性力を有する材料によって
    前記ワークの裏側面に当接する平板形状に形成されたパ
    ッドと、前記分配部材に押接用気体を供給する気体供給
    路とを備えていることを特徴とする研磨装置。
17. 【請求項１７】 パッドに厚さ方向に連通する連通路が
    略全面にわたって開設されていることを特徴とする請求
    項１６に記載の研磨装置。
18. 【請求項１８】 連通路群のワーク側開口面積の密度
    が、ワークの裏側面の部位で異なることを特徴とする請
    求項１７に記載の研磨装置。