JP2001079755A

JP2001079755A - 研磨体及び研磨方法

Info

Publication number: JP2001079755A
Application number: JP25494199A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Chiga; 達也千賀; Akira Ishikawa; 彰石川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-09-08
Filing date: 1999-09-08
Publication date: 2001-03-27

Abstract

(57)【要約】【課題】軟質研磨体及び硬質研磨体のいずれにおいて
も、均一性の向上及び平坦性の向上は、両立せず、均一
性、平坦性の両者の間にはトレードオフの関係がある。
本発明は従来の研磨装置を用いても、均一性及び平坦性
がともに向上する研磨体及びそれを用いた研磨方法を提
供することを目的とする。【解決手段】研磨体と研磨対象物の間に研磨剤を介在
させた状態で、該研磨体と該研磨対象物を相対移動させ
ることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用
いる研磨体において、表面に異なる２種類以上の凹凸構
造が周期的または非周期的に形成されている研磨体及び
それを用いた研磨方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＵＬＳＩな
どの半導体デバイスを製造するプロセスにおいて実施さ
れる半導体デバイスの平坦化研磨に用いるのに好適な研
磨装置に用いる研磨体及び研磨方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路の高集積化、微細化に伴
って、半導体製造プロセスの工程は、増加し複雑になっ
てきている。これに伴い、半導体デバイスの表面は、必
ずしも平坦ではなくなってきている。半導体デバイスの
表面に於ける段差の存在は、配線の段切れ、局所的な抵
抗の増大などを招き、断線や電気容量の低下をもたら
す。また、絶縁膜では耐電圧劣化やリークの発生にもつ
ながる。

【０００３】一方、半導体集積回路の高集積化、微細化
に伴って、光リソグラフィに用いられる半導体露光装置
の光源波長は、短くなり、半導体露光装置の投影レンズ
の開口数、いわゆるＮＡは、大きくなってきている。こ
れにより、半導体露光装置の投影レンズの焦点深度は、
実質的に浅くなってきている。焦点深度が浅くなること
に対応するためには、今まで以上に半導体デバイスの表
面の平坦化が要求されている。

【０００４】具体的に示すと、半導体製造プロセスにお
いては、図５（ａ）、（ｂ）に示すような平坦化技術が
必須になってきている。図５（ａ）、（ｂ）は、半導体
製造プロセスにおける平坦化技術の概念図であり、半導
体デバイスの断面図である。図５（ａ）、（ｂ）におい
て、２１はシリコンウエハ、２２はＳｉＯ₂からなる層
間絶縁膜、２３はＡｌからなる金属膜、２４は半導体デ
バイスである。

【０００５】図５（ａ）は半導体デバイスの表面の層間
絶縁膜２２を平坦化する例である。図５（ｂ）は半導体
デバイスの表面の金属膜２３を研磨し、いわゆるダマシ
ン（damascene）を形成する例である。このような半導
体デバイスの表面を平坦化する方法としては、化学的機
械的研磨（Chemical Mechanical PolishingまたはChemi
cal Mechanical Planarization、以下ではＣＭＰと称
す）技術が広く行われている。現在、ＣＭＰ技術はシリ
コンウエハの全面を平坦化できる唯一の方法である。

【０００６】ＣＭＰはシリコンウエハの鏡面研磨法を基
に発展しており、図６に示すようなＣＭＰ装置を用いて
行われている。図６において、１３１は研磨部材、１３
２は研磨対象物保持部（以下、研磨ヘッドと称する）、
１３３は研磨対象物であるシリコンウエハ、１３４は研
磨剤供給部、１３５は研磨剤である。研磨部材１３１
は、研磨定盤１３６の上に研磨体１３７を張り付けたも
のである。研磨体としては、シート状の発泡ポリウレタ
ンが多く用いられている。

【０００７】研磨対象物１３３は研磨ヘッド１３２によ
り保持され、回転させながら揺動して、研磨部材１３１
の研磨体１３７に所定の圧力で押し付けられる。研磨部
材１３１も回転させ、研磨対象物１３３の間で相対運動
を行わせる。この状態で、研磨剤１３５は研磨剤供給部
１３４から研磨体１３７上に供給され、研磨剤１３５は
研磨体１３７上で拡散し、研磨部材１３１と研磨対象物
１３３の相対運動に伴って研磨体１３７と研磨対象物１
３３の間に入り込み、研磨対象物１３３の研磨面を研磨
する。即ち、研磨部材１３１と研磨対象物１３３の相対
運動による機械的研磨と、研磨剤１３５の化学的作用が
相乗的に作用して良好な研磨が行われる。

【０００８】このように研磨されたシリコンウエハ（研
磨対象物）については、均一性及び平坦性という研磨特
性が非常に重要である。均一性は、シリコンウエハの全
領域において研磨が均一に行われているかを評価するも
のである。そして、研磨後のシリコンウエハの研磨面の
研磨量プロファイルを測定し、均一性は、一般的に以下
の式で求められる。

【０００９】均一性（%）＝（ＲＡ−ＲＩ）／（ＲＡ＋
ＲＩ）×１００ここで、ＲＡは測定した研磨量プロファイルでの最大研
磨量、ＲＩは測定した研磨量プロファイルでの最小研磨
量である。上式から得られる均一性の値は、より小さい
ほど特性が良い。即ち、最大研磨量と最小研磨量の差が
少ないものほど、シリコンウエハの全領域における研磨
の均一性は、良いということである。

【００１０】平坦性は、凹凸パターンを有するシリコン
ウエハを研磨した時の、凹凸パターンの残留段差の大き
さを示すものである。つまり、平坦性は凹凸パターンを
有するシリコンウエハで、研磨によりどれだけ凸部が選
択的に研磨され、研磨後の凹凸パターンの残留段差が少
なくなるかを示すものである。平坦性は、その値が小さ
いほど特性が良い。

【００１１】均一性及び平坦性の両研磨特性は、研磨体
の弾性率に非常に大きな影響を受ける。研磨体は、弾性
率の大きさにより、弾性率が小さい軟質研磨体及び弾性
率が大きい硬質研磨体に分けられる。弾性率が小さい軟
質研磨体の場合、シリコンウエハに圧力をかけた際に研
磨体の表面がシリコンウエハのそりに対して密着性が非
常に高く、シリコンウエハの全面にわたって、均一性は
非常に良くなる。しかし、凹凸パターンを有するシリコ
ンウエハに関しては、研磨体の変形によってシリコンウ
エハ上の凹凸に研磨体が倣ってしまい、段差が残ったま
ま研磨が進行するため、平坦性は悪くなる。

【００１２】一方、弾性率が大きい硬質研磨体の場合、
凹凸パターンを有するシリコンウエハに関しては、研磨
体の変形が少ないため、凹凸パターンのうちの凸部から
順次研磨されることとなり、平坦性は良い。しかし、シ
リコンウエハのそりや加圧時の圧力分布がダイレクトに
研磨に効いてくるため、均一性は悪くなる。つまり、軟
質研磨体及び硬質研磨体のいずれにおいても、均一性の
向上及び平坦性の向上は、両立せず、均一性及び平坦性
の両者の間にはトレードオフの関係がある。

【００１３】最近では、この両研磨特性を満足させるた
め、弾性率の大きい下層及び弾性率の小さい上層の２層
を積層した積層構造の研磨体が使用されたり、研磨ヘッ
ドの加圧方式を改良した流体加圧方式の研磨ヘッド等が
使われ、均一性の向上及び平坦性の向上の両立を目指し
ている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、積層構造の研
磨体では、研磨体自体のばらつきによる研磨特性の違い
が大きくなり、半導体製造プロセスから見た場合、不安
定要素が大きくなるという問題がある。また、研磨ヘッ
ドの改良では、研磨ヘッドの構造が非常に複雑になると
いう問題がある。

【００１５】本発明は上記問題を解決するためになされ
たものであり、従来の研磨装置においても、均一性及び
平坦性がともに優れた特性を示す研磨体及びそれを用い
た研磨方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記問題を鑑み、本発明
者らは研磨体の表面に２種類以上の凹凸構造を形成する
ことにより、均一性及び平坦性ともに優れることを見い
だし、本発明に至った。即ち、上記課題を解決するため
に、本発明に係る研磨体は、研磨体と研磨対象物の間に
研磨剤を介在させた状態で、該研磨体と該研磨対象物を
相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する
研磨装置に用いる研磨体において、表面に異なる２種類
以上の凹凸構造が周期的または非周期的に形成されてい
る（請求項１）。

【００１７】上記研磨体によれば、２種類以上の凹凸構
造が形成されているため、凹凸構造により研磨特性のう
ち、均一性が良い部分及び平坦性が良い部分が共存する
ことなる。これにより均一性及び平坦性がともに向上す
る。また、同種類の前記凹凸構造が形成されている領域
内では、前記凹凸構造の凹部及び前記凹凸構造の凸部
は、各々２個以上形成されていることが好ましい（請求
項２）。これにより、均一性及び平坦性は、さらに向上
する。

【００１８】また、前記凹凸構造は、第１の凹凸構造及
び第２の凹凸構造の２種類の凹凸構造からなり、前記第
１の凹凸構造の凹部及び前記第２の凹凸構造の凹部は、
溝であり、前記第１の凹凸構造の凸部の幅は、前記第２
の凹凸構造の凸部の幅の２倍以上である（請求項３）。
これにより、凸部の幅が広い第１の凹凸構造が形成され
ている研磨体の領域は、硬質研磨体と同等に機能し、凹
凸パターンを有する研磨対象物の研磨時に選択的に凹凸
パターンの凸部を研磨していくことにより、均一性が向
上する。一方、凸部の幅が狭い第２の凹凸構造が形成さ
れている研磨体の領域は、軟質研磨体と同等に機能し、
研磨対象物のそりや、研磨対象物表面に形成されている
膜の成膜時の膜厚むらに対しても追従して研磨していく
ことにより、平坦性が向上する。

【００１９】また、形状が円であり、かつ同種類の前記
凹凸構造が形成されている領域は、同心円状に配置され
ていることが好ましい（請求項４）。これにより、均一
性及び平坦性は、さらに向上する。また、同種類の前記
凹凸構造が形成されている領域は、格子状に配置されて
いることが好ましい（請求項５）。これにより、均一性
及び平坦性は、さらに向上する。

【００２０】また、表面に前記研磨剤を供給及び排出す
る溝がさらに形成されていることが好ましい（請求項
６）。これにより、研磨剤が研磨対象物の全面に均一に
供給されるため、均一性が悪くなったり、摩擦が大きく
なり研磨装置の特性の劣化が生じることがない。また、
ビッカース硬度ｋが、２.５（Kg／mm²）＜ｋ＜３０（Kg
／mm²）であることが好ましい（請求項７）。これによ
り、均一性及び平坦性は、さらに向上する。

【００２１】また、表面に前記凹凸構造が形成されてい
る第１の層と、第１の層に積層している第２の層と、か
ら構成され、前記第２の層の弾性率は、前記第１の層の
弾性率より大きいことが好ましい（請求項８）。これに
より、積層構造の研磨体でも、均一性及び平坦性を向上
させることが可能である。さらに、上記課題を解決する
ために、本発明に係る研磨方法は、研磨体と研磨対象物
の間に研磨剤を介在させた状態で、該研磨体と該研磨対
象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研
磨する研磨方法において、前記研磨対象物は、半導体デ
バイスが形成されたシリコンウエハであり、本発明に係
る研磨体を用いる（請求項９）。

【００２２】前記研磨方法によれば、研磨体の表面に２
種類以上の凹凸構造が形成されているため、凹凸構造に
より研磨特性のうち、均一性が良い部分と、平坦性が良
い部分が共存することなる。これにより、半導体デバイ
スが形成されたシリコンウエハの研磨方法において、均
一性及び平坦性は、ともに向上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実
施の形態に係る研磨体を示す図である。図１（ａ）は平
面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’部分の断面図
である。本発明の第１の実施の形態に係る研磨体は、円
形をしており、表面に２種類の凹凸構造が形成されてい
る。ここでは、２種類の凹凸構造の各々を第１の凹凸構
造及び第２の凹凸構造と称する。図１（ａ）に示すよう
に第１の凹凸構造を有する領域（図１（ａ）の黒い部
分）及び第２の凹凸構造を有する領域（図１（ａ）の白
い部分）は、研磨体の表面に同心円状に配置されてい
る。第１の凹凸構造が形成されている領域（図１（ａ）
の黒い部分）は、３カ所に配置されていて、第２の凹凸
構造が形成されている領域（図１（ａ）の白い部分）
は、２カ所に配置されている。第１の凹凸構造が形成さ
れている領域では、凹部及び凸部は、各々２個以上形成
されており、第２の凹凸構造が形成されている領域で
も、凹部及び凸部は、各々２個以上形成されている。第
１の凹凸構造の凹部及び第２の凹凸構造の凹部は、とも
に溝である。これらの溝は、同心円状もしくは螺旋状に
形成されている。そして、図１（ｂ）に示すように、第
１の凹凸構造の凸部の幅及び第２の凹凸構造の凸部の幅
は異なっており、第１の凹凸構造の凸部の幅は、第２の
凹凸構造の凸部の幅より広い。

【００２４】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の第２の実
施の形態に係る研磨体を示す図である。図２（ａ）は平
面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’部分の断面図
である。本発明の第２の実施の形態に係る研磨体は、円
形をしており、表面に２種類の凹凸構造が形成されてい
る。ここでは、２種類の凹凸構造の各々を第１の凹凸構
造及び第２の凹凸構造と称する。図２（ａ）に示すよう
に第１の凹凸構造を有する領域（図２（ａ）の黒い部
分）及び第２の凹凸構造を有する領域（図２（ａ）の白
い部分）は、研磨体の表面に格子状に配置されている。
第１の凹凸構造が形成されている領域では、凹部及び凸
部は、各々２個以上形成されており、第２の凹凸構造が
形成されている領域でも、凹部及び凸部は、各々２個以
上形成されている。第１の凹凸構造の凹部及び第２の凹
凸構造の凹部は、ともに溝である。これらの溝は各領域
内で図２（ａ）内の上下方向に沿って直線状に形成され
ている。そして、図２（ｂ）に示すように、第１の凹凸
構造の凸部の幅と第２の凹凸構造の凸部の幅は異なって
おり、第１の凹凸構造の凸部の幅は、第２の凹凸構造の
凸部の幅より広い。

【００２５】上記の第１の実施の形態もしくは第２の実
施の形態に係る研磨体は、ＣＭＰ装置に搭載され、シリ
コンウエハの研磨に用いられる。ここで、ＣＭＰ装置に
ついて簡単に説明する。ＣＭＰ装置は、研磨体を張り付
けた研磨定盤からなる研磨部材、研磨対象物であるシリ
コンウエハを保持する研磨対象物保持部（以下、研磨ヘ
ッドと称する）、及び研磨部材の研磨体上に研磨剤を供
給する研磨剤供給部、から構成されている。シリコンウ
エハが保持されている研磨ヘッドは、回転させながら揺
動して、研磨部材の研磨体に所定の圧力で押し付けられ
る。研磨部材も回転させ、シリコンウエハの間で相対運
動を行わせる。この状態で、研磨剤は研磨剤供給部から
研磨体上に供給され、研磨剤は研磨体上で拡散し、研磨
部材とシリコンウエハの相対運動に伴って研磨体とシリ
コンウエハの間に入り込み、シリコンウエハの研磨面が
研磨される。

【００２６】シリコンウエハが保持されている研磨ヘッ
ドに圧力をかけて、研磨定盤上の第１の実施の形態もし
くは第２の実施の形態に係る研磨体に所定の圧力で押し
付ると、研磨体の凹凸構造の凸部の幅が広い領域では、
研磨体に加わる単位面積当たりの圧力が小さく、これに
伴う研磨体の変形量は、小さい。一方、研磨体の凹凸構
造の凸部の幅が狭い領域では、研磨体に加わる単位面積
当たりの圧力が大きく、これに伴う研磨体の変形量は、
大きい。即ち、同一の研磨体に見かけ上、硬質研磨体と
軟質研磨体が共存していることになる。

【００２７】弾性率が小さい軟質研磨体は、均一性が優
れていて、弾性率が大きい硬質研磨体は、平坦性が優れ
ている。この傾向は本発明に係る研磨体でも同様に機能
する。即ち、研磨体の凹凸構造の凸部の幅が広い部分
は、硬質研磨体と同等に機能し、凹凸パターンの研磨時
に選択的にシリコンウエハ上の凹凸パターンの凸部分を
研磨していくことにより、均一性が向上する。一方、研
磨体の凹凸構造の凸部の幅が狭い部分は、軟質研磨体と
同等に機能し、シリコンウエハのそりや、成膜時の膜厚
むらに対しても追従して研磨していくことにより、平坦
性が向上する。

【００２８】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実
施の形態に係る研磨体を示す図である。図３（ａ）は平
面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’部分の断面図
である。本発明の第３の実施の形態に係る研磨体は、本
発明の第１の実施の形態に係る研磨体の変形例である。
本発明の第３の実施の形態に係る研磨体が本発明の第１
の実施の形態に係る研磨体と異なる部分は、研磨剤を供
給及び排出する溝が研磨体の表面に形成されている部分
である。研磨剤を供給及び排出するため、図３（ａ）に
示すように中心から放射状に直線の溝１１が形成されて
いる。その他の構成は、第１の実施の形態と同様である
ので、説明を省略する。

【００２９】図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の第４の実
施の形態に係る研磨体を示す図である。図４（ａ）は平
面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’部分の断面図
である。本発明の第４の実施の形態に係る研磨体は、本
発明の第２の実施の形態に係る研磨体の変形例である。
本発明の第４の実施の形態に係る研磨体が本発明の第２
の実施の形態に係る研磨体と異なる部分は、研磨剤を供
給及び排出する溝が研磨体の表面に形成されている部分
である。研磨剤を供給及び排出するため、図４（ａ）に
示すように縦方向に直線の溝１２が形成され、横方向に
直線の溝１３が形成されている。その他の構成は、第２
の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

【００３０】シリコンウエハの研磨においては、研磨剤
がシリコンウエハ全面に均一に供給されることが望まし
い。均一に供給されない場合には、均一性が悪くなった
り、摩擦が大きくなり研磨装置の特性の劣化が生じる場
合がある。第３の実施の形態及び第４の実施の形態に係
る研磨体の研磨剤を供給及び排出する溝は、研磨時に発
生する上記の問題が解決されればよく、溝幅、溝形状、
溝深さについては、いずれの形態についても限定される
ものではない。

【００３１】なお、第１、２、３、及び４の実施の形態
に係る研磨体では、２種類の凹凸構造を用いているが、
３種類以上の凹凸構造を用いても良い。また、第１、
２、３、及び４の実施の形態に係る研磨体では、同種類
の凹凸構造が形成されている領域内で、凹部の幅及び凸
部の幅は、一定であったが、凹部の幅及び凸部の幅が順
番に変化していく凹凸構造を用いても良い。

【００３２】また、第１及び３の実施の形態では、第１
の凹凸構造を有する領域及び第２の凹凸構造を有する領
域は、同心円状に配置されていて、第２及び４の実施の
形態では、第１の凹凸構造を有する領域及び第２の凹凸
構造を有する領域は、格子状に配置されているが、第１
の凹凸構造を有する領域及び第２の凹凸構造を有する領
域は、周期的に配置させても良いし、その他の形態で配
置させても良い。

【００３３】また、第１、２、３、及び４の実施の形態
に係る研磨体では、第１の凹凸構造及び第２の凹凸構造
の凹部は、溝であるとしたが溝の代わりに孔であっても
良い。また、第１、２、３、及び４の実施の形態に係る
研磨体では、第１の凹凸構造の凹部の溝は、矩形であ
り、第２の凹凸構造の凹部の溝は、Ｖ字型であるが、こ
れらの溝の形状は、Ｖ字型、Ｕ字型、矩形、及び台形の
いずれでも良い。

【００３４】また、第１、２、３、及び４の実施の形態
に係る研磨体は、弾性率の大きな層との積層構造をして
いる研磨体についても、同様に適用される。この場合、
積層構造をしている研磨体は、表面に凹凸構造が形成さ
れている第１の層、及び第１の層の下面（表面と反対側
の面）に積層している第２の層から構成されていて、本
発明の効果を得るためには、第２の層の弾性率は、第１
の層の弾性率より大きいことが好ましい。

【００３５】また、研磨体の表面に溝を形成する方法
は、周知の方法、例えば、溝加工用バイトを用いて研磨
体の表面を旋盤加工する方法等を用いることができる。
以下、本発明の実施の形態を、実施例を参照しながら説
明する。

【００３６】

【実施例】［実施例１］ＣＭＰ装置の研磨定盤に、第１
の実施の形態に係る構造（図１（ａ））を有し、エポキ
シ樹脂からなる無発泡性の研磨体を張り付けた。この研
磨体の表面には、深さ０.３mmのV溝、幅０.１mmの凸部
からなる凹凸構造（図１（ｂ）の第２の凹凸構造）及
び、深さ０.３mm、幅５mmの凹部、幅５mmの凸部からな
る凹凸構造（図１（ｂ）の第１の凹凸構造）が同心円状
に２０mm間隔で形成されている。第２の凹凸構造のV溝
の斜面の角度は、６０°程度である。

【００３７】エポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体の
ビッカース硬度は、７.０（Kg／mm²）である。前述のよ
うに軟質研磨体及び硬質研磨体が共存する構造とするた
めには、研磨体のビッカース硬度は、２.５（Kg／mm²）
以上、３０（Kg／mm²）以下であることが好ましい。ま
た、実施例１では凹凸構造の凸部の幅の広い部分と凸部
の幅の狭い部分の幅の比は、５０倍である。前述のよう
に軟質研磨体及び硬質研磨体が共存する構造とするため
には、凹凸構造の凸部の幅の広い部分と凸部の幅の狭い
部分の幅の比は、２倍以上であることが好ましい。

【００３８】研磨ヘッドにはバッキング材を介し、熱酸
化膜が１μm形成された６インチシリコンウエハを取り
付け、以下の条件で研磨を行った。研磨ヘッドの回転
数：５０rpm、研磨定盤の回転数：５０rpm、荷重（研磨
ヘッドを研磨体へ押しつける圧力）：４００g／cm²、研
磨ヘッドの揺動幅：３０mm、研磨ヘッドの揺動速度：１
５ストローク／分、研磨時間：２分、使用研磨剤：Cabo
t社製SS25をイオン交換水で２倍希釈、研磨剤流量：２
００ml／分。

【００３９】また、複数の５００nmの段差を有する複数
の２mm四方の凸パターン（凸部の膜厚１５００nm、凹部
の膜厚１０００nm）が形成されている６インチシリコン
ウエハについて、上記条件で時間管理によって凸部を５
００nm研磨した。［実施例２］ＣＭＰ装置の研磨定盤に、第３の実施の形
態に係る構造（図３（ａ））を有し、エポキシ樹脂から
なる無発泡性の研磨体を張り付けた。この研磨体には、
あらかじめ研磨剤を供給及び排出するため、幅２mm、深
さ０.３mmの放射状の溝１１が形成されている。さら
に、この研磨体の表面には深さ０.３mmのV溝、幅０.１m
mの凸部からなる凹凸構造（図３（ｂ）の第２の凹凸構
造）及び、深さ０.３mm、幅５mmの凹部、幅５mmの凸部
からなる凹凸構造（図３（ｂ）の第１の凹凸構造）が、
同心円状に２０mm間隔で配置されている。第２の凹凸構
造のV溝の斜面の角度は、６０°程度である。

【００４０】この研磨体を用いて実施例１と同様に、熱
酸化膜が１μm形成された６インチシリコンウエハ、及
び複数の５００nmの段差を有する複数の２mm四方の凸パ
ターンが形成されている６インチシリコンウエハの研磨
を行った。［実施例３］ＣＭＰ装置の研磨定盤に、第４の実施の形
態に係る構造（図４（ａ））を有し、エポキシ樹脂から
なる無発泡性の研磨体を張り付けた。この発泡性の研磨
体には、あらかじめ研磨剤を供給及び排出するため、幅
２mm、深さ０.３mmの格子状の溝１２、１３が形成され
ている。さらに、この研磨体の表面には深さ０.３mmのV
溝、幅０.１mmの凸部からなる凹凸構造（図３（ｂ）の
第２の凹凸構造）及び、深さ０.３mm、幅５mmの凹部、
幅５mmの凸部からなる凹凸構造（図３（ｂ）の第１の凹
凸構造）が２０mmの等間隔で格子状に配置されている。

【００４１】この研磨体を用いて実施例１と同様に、熱
酸化膜が１μm形成された６インチシリコンウエハ、及
び複数の５００nmの段差を有する複数の２mm四方の凸パ
ターンが形成されている６インチシリコンウエハの研磨
を行った。［比較例１］表面に溝構造を有する、エポキシ樹脂から
なる無発泡性の研磨体をＣＭＰ装置の研磨定盤に張り付
けた。この研磨体の表面には、研磨剤を保持するため、
０.５mm間隔で凸部幅０.２mm、深さ０.３mmのV溝が形成
されており、さらに研磨剤を供給及び排出するため、幅
２mm、深さ０.３mmの放射状の溝が形成されている。

【００４２】この研磨体を用いて実施例１と同様に、熱
酸化膜が１μm形成された６インチシリコンウエハ、及
び複数の５００nmの段差を有する複数の２mm四方の凸パ
ターンが形成されている６インチシリコンウエハの研磨
を行った。［比較例２］表面に溝構造を有する発泡性の研磨体（第
１の層）と、弾性率の非常に大きい弾性体（第２の層）
との積層からなる積層構造の研磨体をＣＭＰ装置の研磨
定盤に張り付けた。この研磨体の第１の層の表面には、
研磨剤を保持するため、０.５mm間隔で凸部幅０.２mm、
深さ０.３mmのV溝が形成されており、さらに研磨剤を供
給及び排出するため、幅２mm、深さ０.３mmの放射状の
溝が形成されている。

【００４３】この研磨体を用いて実施例１と同様に、熱
酸化膜が１μm形成された６インチシリコンウエハ、及
び複数の５００nmの段差を有する複数の２mm四方の凸パ
ターンが形成されている６インチシリコンウエハの研磨
を行った。［評価］実施例１、２、３及び比較例１、２について、
各々の研磨後のシリコンウエハを用いて、均一性及び平
坦性の評価を行った。

【００４４】均一性については熱酸化膜が１μm形成さ
れた６インチシリコンウエハを用いてエッジから内側５
mmの部分を除いた研磨量プロファイルを測定し、以下の
式によって均一性を評価した。均一性（%）＝（ＲＡ−ＲＩ）／（ＲＡ＋ＲＩ）×１０
０ここで、ＲＡは測定した研磨量プロファイルでの最大研
磨量、ＲＩは測定した研磨量プロファイルでの最小研磨
量である。

【００４５】また、平坦性については、複数の５００nm
の段差を有する複数の２mm四方の凸パターンが形成され
ている６インチシリコンウエハで、段差分の５００nmを
研磨した際の、シリコンウエハ内の複数の個所で残留段
差を測定し、それらの残留段差の測定値の内の最大値を
平坦性とした。ここで上記の実施例１、２、３及び比較
例１、２について均一性及び平坦性の評価結果をまとめ
ると以下の表１のようになる。

【００４６】

【表１】

【００４７】この評価から、比較例１、２のような均一
性または平坦性のいずれかが悪いといった特性は、実施
例１、２、３には見られず、均一性及び平坦性ともに優
れた特性を示している。また、実施例２と比較例１でエ
ッジから内側１mmの部分を除いて均一性を評価したとこ
ろ、実施例２では８％、比較例１では２０％であった。
これより、本発明に係る研磨体により、シリコンウエハ
の最周辺の研磨特性も十分に改善されていることが明ら
かである。

【００４８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、研
磨体の積層構造及び研磨ヘッドの改良を必要とせず、研
磨体の表面に２種類以上の凹凸構造を形成することによ
り、同一の研磨体に、見かけ上、硬質研磨体及び軟質研
磨体を共存させることが可能になり、従来の研磨装置を
用いても、一般にトレードオフにあるといわれる均一性
及び平坦性の研磨特性を改善することが可能である研磨
体及びそれを用いた研磨方法を提供できる。これに伴
い、研磨工程に要する費用をかけないで、半導体製造プ
ロセスの歩留まりを向上させることができるという効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る研磨体を示す
図である。図１（ａ）は研磨体の平面図であり、図１
（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’部分の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る研磨体を示す
図である。図２（ａ）は研磨体の平面図であり、図２
（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’部分の断面図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る研磨体を示す
図である。図３（ａ）は研磨体の平面図であり、図３
（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’部分の断面図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態に係る研磨体を示す
図である。図４（ａ）は研磨体の平面図であり、図４
（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’部分の断面図である。

【図５】半導体製造プロセスにおける平坦化技術の概念
図であり、半導体デバイスの断面図である。図５（ａ）
は半導体デバイスの表面の層間絶縁膜を平坦化する例で
ある。図５（ｂ）は半導体デバイスの表面の金属膜を研
磨し、いわゆるダマシン（damascene）を形成する例で
ある。

【図６】従来のＣＭＰ装置の概略構成である。

【符号の説明】

１１、１２、１３・・・研磨剤を供給及び排出する溝２１・・・シリコンウエハ２２・・・ＳｉＯ₂からなる層間絶縁膜２３・・・Ａｌからなる金属膜２４・・・半導体デバイス１３１・・・研磨部材１３２・・・研磨対象物保持具（研磨ヘッド）１３３・・・研磨対象物（シリコンウエハ）１３４・・・研磨剤供給部１３５・・・研磨剤１３６・・・研磨定盤１３７・・・研磨体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨体と研磨対象物の間に研磨剤を介在さ
せた状態で、該研磨体と該研磨対象物を相対移動させる
ことにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用い
る研磨体において、表面に異なる２種類以上の凹凸構造が周期的または非周
期的に形成されていることを特徴とする研磨体。
【請求項２】同種類の前記凹凸構造が形成されている領
域内では、前記凹凸構造の凹部及び前記凹凸構造の凸部
は、各々２個以上形成されていることを特徴とする請求
項１に記載の研磨体。
【請求項３】前記凹凸構造は、第１の凹凸構造及び第２
の凹凸構造の２種類の凹凸構造からなり、前記第１の凹凸構造の凹部及び前記第２の凹凸構造の凹
部は、溝であり、前記第１の凹凸構造の凸部の幅は、前記第２の凹凸構造
の凸部の幅の２倍以上であることを特徴とする請求項２
に記載の研磨体。
【請求項４】形状が円であり、かつ同種類の前記凹凸構
造が形成されている領域は、同心円状に配置されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の研
磨体。
【請求項５】同種類の前記凹凸構造が形成されている領
域は、格子状に配置されていることを特徴とする請求項
１から３のいずれかに記載の研磨体。
【請求項６】表面に前記研磨剤を供給及び排出する溝が
さらに形成されていることを特徴とする請求項１から５
のいずれかに記載の研磨体。
【請求項７】ビッカース硬度ｋが２.５（Kg／mm²）＜ｋ＜３０（Kg／mm²）であることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記
載の研磨体。
【請求項８】表面に前記凹凸構造が形成されている第１
の層と、第１の層に積層している第２の層と、から構成され、前記第２の層の弾性率は、前記第１の層の弾性率より大
きいことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載
の研磨体。
【請求項９】研磨体と研磨対象物の間に研磨剤を介在さ
せた状態で、該研磨体と該研磨対象物を相対移動させる
ことにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法におい
て、前記研磨対象物は、半導体デバイスが形成されたシリコ
ンウエハであり、請求項１から８のいずれかに記載の研
磨体を用いることを特徴とする研磨方法。