(57)【要約】【課題】平坦化工程において、スクラッチおよびクラックを抑制しつつ、所望の平坦性を得ることができる。【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体基板１０上に、ＳｉＯ２よりも小さい比誘電率を有する層１４，１５を介して、表面に凹凸を有する被加工膜１３を形成する工程と、前記被加工膜の表面を平坦化する工程と、平坦化された前記被加工膜の表面をエッチングする工程と、を具備する。【選択図】      図１
2014183221.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に、エアギャップを介して、表面に凹凸を有する被加工膜を形成する工程と、
前記被加工膜の表面を負のＲｓｋ値を有する研磨パッドの表面に接触させつつ前記被加工膜および前記研磨パッドを回転させることで前記被加工膜を化学的機械的研磨して前記被加工膜の表面を平坦化する工程と、
平坦化された前記被加工膜の表面をエッチングする工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板上に、ＳｉＯ２よりも小さい比誘電率を有する層を介して、表面に凹凸を有する被加工膜を形成する工程と、
前記被加工膜の表面を平坦化する工程と、
平坦化された前記被加工膜の表面をエッチングする工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記被加工膜の表面を平坦化する工程は、前記被加工膜の表面を負のＲｓｋ値を有する研磨パッドの表面に接触させつつ前記被加工膜と前記研磨パッドとを摺動させることで前記被加工膜を化学的機械的研磨する工程を含む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。
【請求項４】
前記被加工膜の表面を平坦化する工程は、前記研磨パッドの表面にドレッサーを接触させつつ、前記研磨パッドの表面温度を４０℃以上にして、前記研磨パッドをコンディショニングする工程をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記被加工膜の表面を平坦化する工程は、
前記被加工膜上に、前記凹凸に沿って表面層を形成する工程と、
前記被加工膜を溶解する加工溶液中で、加工体により前記凹凸の凹部上の前記表面層を残存させつつ前記凹凸の凸部上の前記表面層を除去し、前記凸部の溶解の程度を前記凹部の溶解の程度よりも大きくして前記加工溶液により前記被加工膜の前記凸部を選択的に溶解させる工程と、
を含む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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、膜表面の平坦化技術としてＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術がある。このＣＭＰ工程では、半導体基板上に形成された例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）等を被加工膜として、その表面の平坦化が行われる。
【０００３】
しかしながら、ＣＭＰ工程では、砥粒を含むスラリーが用いられる。このため、ＣＭＰ工程後、被加工膜の表面に砥粒による研磨ダメージ（スクラッチ）が生じてしまう。
【０００４】
一方、近年、半導体メモリでは、大容量化および低消費電力化のために、微細化とともに新構造の導入が進められている。例えば、ハーフピッチが２０ｎｍ未満以降の世代では、電極（配線）間の絶縁性を確保するために、低誘電率の絶縁層としてエアギャップが導入されている。
【０００５】
このように、微細化に伴ってエアギャップが形成されると、デバイスの機械的強度が大きく低下する。このため、エアギャップ上の被加工膜の表面をＣＭＰ技術で平坦化すると、上記スクラッチの発生に加え、エアギャップ部分にＣＭＰ工程時のせん断応力によるせん断ダメージ（クラック）が発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３４７５６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
平坦化工程において、スクラッチおよびクラックを抑制しつつ、所望の平坦性を得ることができる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態による半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、ＳｉＯ２よりも小さい比誘電率を有する層を介して、表面に凹凸を有する被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜の表面を平坦化する工程と、平坦化された前記被加工膜の表面をエッチングする工程と、を具備する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。
【図２】本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を示す断面図。
【図３】図２に続く、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を示す断面図。
【図４】図３に続く、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を示す断面図。
【図５】本実施形態に係る半導体装置の製造工程の他の例を示す断面図。
【図６】図５に続く、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の他の例を示す断面図。
【図７】図６に続く、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の他の例を示す断面図。
【図８】図７に続く、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の他の例を示す断面図。
【図９】第１ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す構成図。
【図１０】第１ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す上面図。
【図１１】第１ＣＭＰ法におけるフローチャート。
【図１２】Ｒｓｋ値について説明するための図。
【図１３】研磨実験による研磨パッド表面のＲｓｋ値と被加工膜の表面のスクラッチ数との関係を示すグラフ。
【図１４】コンディショニング実験による研磨パッドの表面温度と研磨パッドのＲｓｋ値との関係を示すグラフ。
【図１５】第２ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す構成図。
【図１６】第３ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す構成図。
【図１７】第３ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す上面図。
【図１８】第４ＣＭＰ法における研磨パッドのコンディショニング工程を示す断面図。
【図１９】図１８に続く、第４ＣＭＰ法における研磨パッドのコンディショニング工程を示す断面図。
【図２０】図１９に続く、第４ＣＭＰ法における研磨パッドのコンディショニング工程を示す断面図。
【図２１】第１化学的研磨法におけるフローチャート。
【図２２】第１化学的研磨法におけるフローを示す断面図。
【図２３】第１化学的研磨法に係る第１の実施例におけるフローを示す断面図。
【図２４】第１化学的研磨法に係る第４の実施例を示す断面図。
【図２５】第２化学的研磨法におけるフローを示す断面図。
【図２６】第２平坦化法における化学的研磨装置の一例を示す構成図。
【図２７】第２平坦化法における化学的研磨装置の他の例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本実施形態を以下に図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。また、重複する説明は、必要に応じて行う。
【００１１】
＜実施形態＞
図１乃至図２７を用いて、本実施形態について説明する。本実施形態は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）よりも小さい比誘電率を有する機械的強度が低い絶縁層（例えば、エアギャップ１４または多孔質層１５）上に形成される被加工膜１３の平坦化薄膜化加工法である。より具体的には、平坦化薄膜化加工法は、エアギャップ１４または多孔質層１５上の凹凸を有する被加工膜１３を所定の平坦化法により平坦化する工程と、被加工膜１３をエッチバックすることにより薄膜化する工程と、を有する。これにより、被加工膜１３に生じるスクラッチおよびクラックを抑制しつつ、所望の平坦性を得ることができる。以下に、本実施形態について詳説する。
【００１２】
［１．本実施形態に係る半導体装置の製造方法］
以下に、図１乃至図８を用いて、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００１３】
まず、図１を用いて、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の概要を説明する。
【００１４】
図１は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
【００１５】
図１に示すように、まず、ステップＳ１１において、半導体基板１０上に、比誘電率がＳｉＯ２よりも小さい絶縁層が形成される。この絶縁層は、エアギャップ１４または多孔質層１５である。次に、ステップＳ１２において、絶縁層上に、被加工膜１３が形成される。被加工膜１３は、その表面に凹凸を有する。次に、被加工膜１３の平坦化薄膜化加工が行われる。より具体的には、ステップＳ１３において、被加工膜が所定の平坦化法によって平坦化される。所定の平坦化法についての詳細は、後述する。その後、ステップＳ１４において、被加工膜がエッチバックされる。
【００１６】
次に、図２乃至図８を用いて、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について、より詳細に説明する。
【００１７】
図２乃至図４は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の一例を示す断面図である。図５乃至図８は、本実施形態に係る半導体装置の製造工程の他の例を示す断面図である。より具体的には、図２乃至図４は、比誘電率がＳｉＯ２よりも小さい絶縁層として、エアギャップ１４を形成する例である。また、図５乃至図８は、比誘電率がＳｉＯ２よりも小さい絶縁層として、多孔質層１５を形成する例である。エアギャップ１４と同様に、多孔質層１５を形成することで、デバイスの機械的強度が低下してしまう。
【００１８】
比誘電率がＳｉＯ２よりも小さい絶縁層として、エアギャップ１４を形成する場合、まず、図２に示すように、半導体基板１０上に絶縁層１１を介して、例えばＷからなる配線１２が形成される。この配線１２は、絶縁層１１上の全面に形成された後、図示せぬレジストをマスクとしたＲＩＥによってパターニングされることで形成される。配線１２の膜厚（高さ）は、例えば４００ｎｍ程度である。
【００１９】
次に、配線１２を覆うように、層間絶縁層（被加工膜）１３が形成される。このとき、層間絶縁層１３は、カバレッジの悪い方法、例えばＰ−ＣＶＤ（Plasma-Chemical Vapor Deposition）法により形成されるＳｉＯ２からなる。この成膜法により、隣接する配線１２の間にエアギャップ１４が形成される（図１におけるステップＳ１１）。その結果、配線間の絶縁性の向上を図ることができる。言い換えると、配線１２および配線１２間のエアギャップ１４上に、層間絶縁層１３が形成される（図１におけるステップＳ１２）。この層間絶縁層１３の膜厚は、例えば７８０ｎｍ程度である。
【００２０】
このとき、絶縁層１１上に配線１２が形成されていることにより、層間絶縁層１３の表面に凹凸が形成される。より具体的には、配線１２が形成された上方の領域が凸部となり、それ以外の上方の領域が凹部（溝）となる。
【００２１】
次に、凹凸を有する層間絶縁層１３に平坦化薄膜化加工が行われる。
【００２２】
より具体的には、まず、図３に示すように、層間絶縁層１３が所定の平坦化法によって平坦化される（図１におけるステップＳ１３）。所定の平坦化法は、例えばスクラッチを低減することができるＣＭＰ法（後述する第１平坦化法）、または化学的研磨法（後述する第２平坦化法）である。これらの詳細については、後述する。これにより、層間絶縁層１３の表面に生じるスクラッチを低減しつつ、層間絶縁層１３の表面の凹凸が除去されて平坦化される。
【００２３】
このとき、エアギャップ１４上の層間絶縁層１３の膜厚が厚いほど、平坦化法によってエアギャップ１４にかかるせん断応力は小さくなる。本例では、所定の平坦化法の後に残存するエアギャップ１４上の層間絶縁層１３の膜厚を、十分に厚く、例えば４８０ｎｍ程度にする。これにより、所定の平坦化法のときにエアギャップ１４部分にかかるせん断応力を低減することができる。すなわち、所定の平坦化法のときのせん断応力によってエアギャップ１４部分に生じるクラックを低減することができる。
【００２４】
次に、図４に示すように、層間絶縁層１３がエッチバックされる（図１におけるステップＳ１４）。エッチバックは、例えばＲＩＥ等の異方性を有するドライエッチングであるが、これに限らず、ウェットエッチングでもよい。なお、ドライエッチングのエッチングガスとしては、例えばＣＦ４が用いられる。これにより、層間絶縁層１３は、平坦性を維持したまま、その表面が除去される。その結果、層間絶縁層１３を所望の膜厚まで薄くすることができる。エッチバック後に残存する配線１２（エアギャップ１４）上の層間絶縁層１３の膜厚は、例えば２８０ｎｍ程度である。このとき、非接触加工であるエッチバックでは、平坦化法と異なり、砥粒によるスクラッチやせん断応力によるクラックが生じない。
【００２５】
なお、所定の平坦化法からエッチバックに切り替わるときのエアギャップ１４上の層間絶縁層１３の膜厚は、４８０ｎｍ程度に限らない。所定の平坦化法の際にエアギャップ１４にかかるせん断応力を小さくするため、所定の平坦化法からエッチバックへの切り替えは、エアギャップ１４上の層間絶縁層１３の膜厚ができる限り厚いときのほうがよい。このため、所定の平坦化法によって層間絶縁層１３の表面が十分な平坦性を有する程度に凹凸が除去されると同時に、エッチバックに切り替わることが望ましい。
【００２６】
このようにして、本実施形態に係る平坦化薄膜化加工が行われ、半導体装置の一例が製造される。
【００２７】
比誘電率がＳｉＯ２よりも小さい絶縁層として、多孔質層１５を形成する場合、まず、図５に示すように、半導体基板１０上に絶縁層１１を介して、例えばＷからなる配線１２が形成される。この配線１２は、絶縁層１１上の全面に形成された後、図示せぬレジストをマスクとしたＲＩＥによってパターニングされることで形成される。配線１２の膜厚（高さ）は、例えば４００ｎｍ程度である。
【００２８】
次に、配線１２を覆うように、多孔質層１５が形成される（図１におけるステップＳ１１）。多孔質層１５は、例えばＳｉＯＣまたはＳｉＮを含む。これにより、隣接する配線１２の間に多孔質層１５が埋め込まれる。その結果、配線間の絶縁性の向上を図ることができる。このとき、絶縁層１１上に配線１２が形成されていることにより、多孔質層１５の表面に凹凸が形成される。より具体的には、配線１２が形成された上方の領域が凸部となり、それ以外の上方の領域が凹部となる。
【００２９】
次に、図６に示すように、多孔質層１５を覆うように、多孔質層１５上に、ＳｉＯ２からなる層間絶縁層（被加工膜）１３が形成される（図１におけるステップＳ１２）。このとき、多孔質層１５の表面が凹凸を有するため、それを反映して層間絶縁層１３の表面に凹凸が形成される。より具体的には、層間絶縁層１３において、多孔質層１５の凸部の上方の領域が凸部となり、多孔質層１５の凹部の上方の領域が凹部となる。また、多孔質層１５と層間絶縁層１３との積算膜厚は、例えば７８０ｎｍ程度である。
【００３０】
次に、凹凸を有する層間絶縁層１３に平坦化薄膜化加工が行われる。
【００３１】
より具体的には、まず、図７に示すように、層間絶縁層１３が所定の平坦化法によって平坦化される（図１におけるステップＳ１３）。所定の平坦化法は、例えばスクラッチを低減することができるＣＭＰ法、または化学的研磨法である。これらの詳細については、後述する。これにより、層間絶縁層１３の表面に生じるスクラッチを低減しつつ、層間絶縁層１３の表面の凹凸が除去されて平坦化される。
【００３２】
このとき、所定の平坦化法の後に残存する多孔質層１５上の層間絶縁層１３の膜厚を、十分に厚く、例えば４８０ｎｍ程度にする。これにより、所定の平坦化法のときに多孔質層１５部分にかかるせん断応力を低減することができる。すなわち、所定の平坦化法のときのせん断応力によって多孔質層１５部分に生じるクラックを低減することができる。
【００３３】
次に、図８に示すように、層間絶縁層１３がエッチバックされる（図１におけるステップＳ１４）。エッチバックは、例えばＲＩＥ等の異方性を有するドライエッチングであるが、これに限らず、ウェットエッチングでもよい。これにより、層間絶縁層１３は、平坦性を維持したまま、その表面が除去される。その結果、層間絶縁層１３を所望の膜厚まで薄くすることができる。エッチバック後に残存する多孔質層１５上の層間絶縁層１３の膜厚は、例えば２８０ｎｍ程度である。
【００３４】
このようにして、本実施形態に係る平坦化薄膜化が行われ、半導体装置の他の例が製造される。
【００３５】
上述したように、本実施形態では、エアギャップ１４または多孔質層１５上の被加工膜１３の平坦化薄膜化加工において、所定の平坦化法およびエッチバックが行われる。これにより、層間絶縁層１３の表面に生じるスクラッチを低減するとともに、エアギャップ１４または多孔質層１５部分に生じるクラックを低減することができる。
【００３６】
［２．第１平坦化法］
以下に、図９乃至図２０を用いて、本実施形態に係る第１平坦化法について説明する。第１平坦化法は、ＣＭＰ法であり、研磨パッド２１の表面をＲｓｋ値が負になるようにコンディショニングした後、研磨パッド２１と被加工膜１３とを接触させて被加工膜１３を研磨する方法である。これにより、ＣＭＰ法後の被加工膜１３の表面のスクラッチを低減することができる。以下に、第１平坦化法として、第１乃至第４ＣＭＰ法について説明する。
【００３７】
［２−１．第１ＣＭＰ法］
まず、図９乃至図１４を用いて、第１ＣＭＰ法について説明する。
【００３８】
［２−１（１）．第１ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置］
以下に、図９および図１０を用いて、第１ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置について説明する。
【００３９】
図９は、第１ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す構成図である。図１０は、第１ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す上面図である。
【００４０】
図９に示すように、第１ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置は、ターンテーブル２０、研磨パッド２１、ヘッド２２、スラリー供給ノズル２３、ドレッサー２５、研磨パッド温度測定器２６、および水蒸気供給ノズル２７を備える。
【００４１】
ウェハ３０（半導体基板１０）が保持されたヘッド２２は、ターンテーブル２０上に貼付された研磨パッド２１上に接触される。半導体基板１０の表面上にはエアギャップ１４または多孔質層１５とエアギャップ１４または多孔質層１５上のＳｉＯ２からなる被加工膜１３が形成される。この被加工膜１３が研磨パッド２１上に接触されることで、被加工膜１３が研磨される。ターンテーブル２０は１〜２００ｒｐｍで回転可能であり、ヘッド２２は１〜２００ｒｐｍで回転可能である。これらターンテーブル２０およびヘッド２２は、それぞれ同じ方向に回転し、例えば反時計回りに回転する。また、被加工膜１３の研磨中、ターンテーブル２０およびヘッド２２は、一定方向に回転する。これらの研磨荷重は、通常５０〜５００ｈＰａ程度である。
【００４２】
また、研磨パッド２１上には、スラリー供給ノズル２３が配置される。このスラリー供給ノズル２３からは、被加工膜１３の研磨中において、スラリー２４として所定の薬液を５０〜１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給することができる。なお、スラリー供給ノズル２３は、ターンテーブル２０の中心付近に設けられているが、これに限らず、スラリー２４が研磨パッド２１の全面に供給されるように適宜設けられてもよい。
【００４３】
ドレッサー２５は、研磨パッド２１に接触されることにより、研磨パッド２１の表面のコンディショニングを行なう。ドレッサー２５は１〜２００ｒｐｍで回転可能である。これらドレッサー２５は、例えば反時計回りに回転する。また、コンディショニング中、ターンテーブル２０およびドレッサー２５は、一定方向に回転する。これらのドレッシング荷重は、通常５０〜５００ｈＰａ程度である。ドレッサー２５は、例えばダイヤモンドドレッサーであるが、これに限らず、セラミックドレッサーでもよい。セラミックドレッサーの材質としては、例えばＳｉＣ等のセラミックが用いられる。
【００４４】
また、ドレッサー２５に接続される柱部分（ドレッサー駆動軸）には、赤外放射温度計である研磨パッド温度測定器２６が設置される。この研磨パッド温度測定器２６の詳細については、後述する。
【００４５】
また、研磨パッド２１上には、純水を加熱した水蒸気等を研磨パッド２１に向けて噴出する水蒸気供給ノズル２７が配置される。水蒸気供給ノズル２７は、スラリー供給ノズル２３（ターンテーブル２０の回転軸）を中心にして研磨パッド２１の半径上に配置される。このため、研磨パッド２１が回転することによって、その全面に水蒸気等を噴出することができる。水蒸気供給ノズル２７は、研磨パッド温度測定器２６（ドレッサー２５）に対してターンテーブル２０の回転方向の上流側に配置されている。これにより、水蒸気供給ノズル２７を制御することで、コンディショニング中において研磨パッド温度測定器２６により測定される研磨パッド２１の表面温度を調整することができる。
【００４６】
さらに、研磨パッド２１上には、図示せぬドレッシング液供給ノズルが配置されている。ドレッシング液供給ノズルは、コンディショニング中において、種々のドレッシング液を供給する。
【００４７】
なお、ドレッサー２５に対してターンテーブル２０の回転方向の上流側とは、ドレッサー２５に対してターンテーブル２０の回転方向の上流側の１８０°以内の領域である。
【００４８】
図１０に示すように、研磨パッド温度測定器２６は、ドレッサー２５に対して、ターンテーブル２０の回転方向の上流側に配置される。このため、研磨パッド温度測定器２６は、ドレッサー２５に対して、ターンテーブル２０の回転方向の上流側の研磨パッド２１の表面温度（入口温度）を測定する。また、研磨パッド温度測定器２６は、水蒸気供給ノズル２７に対して、ターンテーブル２０の回転方向の下流側に配置される。すなわち、研磨パッド温度測定器２６は、水蒸気供給ノズル２７の水蒸気によって加熱された後、ドレッサー２５と接触する前の研磨パッド２１の表面温度を測定する。
【００４９】
また、研磨パッド温度測定器２６は、ドレッサー２５の中心Ｏ’を通り、ターンテーブル２０の中心Ｏを中心とした一定距離を有する円軌道Ｘ上において、研磨パッド２１の温度を測定する。これは、円軌道Ｘ上において、ドレッサー２５と研磨パッド２１とが接触している時間が長く、最高温度を測定することができるためである。
【００５０】
また、ドレッサー２５の端部付近において、ドレッシング液は、ドレッサー２５にぶつかって盛り上がる。このため、ドレッサー２５の端部付近で温度測定を行った場合、研磨パッド温度測定器２６は、研磨パッド２１の表面温度ではなく、誤ってドレッシング液の温度を測定する可能性がある。研磨パッド２１の表面温度を測定するために、研磨パッド温度測定器２６は、円軌道Ｘ上でかつドレッシング液から距離ｄ１（例えば１０ｍｍ）離れた入口温度測定点Ａにおける温度を測定することが望ましい。
【００５１】
［２−１（２）．第１ＣＭＰ法におけるフロー］
以下に、図１１および図１２を用いて、第１ＣＭＰ法におけるフローについて説明する。
【００５２】
図１１は、第１ＣＭＰ法におけるフローチャートである。
【００５３】
図１１に示すように、まず、ステップＳ２１において、研磨パッド２１のコンディショニングが行われる。より具体的には、ドレッサー２５が研磨パッド２１の表面に接触され、ドレッサー２５と研磨パッド２１とを摺動（例えば回転）させる。また、水蒸気供給ノズル２７により、純水を加熱した水蒸気が研磨パッド２１の表面に供給される。
【００５４】
ここで、例えば、研磨パッド２１として、ポリウレタンを主材料とし、ＳｈｏｒｅＤ硬度が５０以上８０以下、弾性率が２００ＭＰａ以上７００ＭＰａ以下であるものをターンテーブル２０に貼付する。また、例えば、ターンテーブル２０の回転数を１０ｒｐｍ以上１１０ｒｐｍ以下とする。また、例えば、ドレッサー２５として、ダイヤモンド粗さ♯１００以上♯２００以下（旭ダイヤモンド社製）であるものを用いる。また、例えば、ドレッサー２５の回転数を１０ｒｐｍ以上１１０ｒｐｍ以下とし、ドレッシング荷重を５０ｈＰａ以上３００ｈＰａ以下とする。また、例えば、コンディショニング時間は６０秒とする。
【００５５】
このとき、研磨パッド２１の表面温度（研磨パッド温度測定器２６による入口温度測定点Ａの温度）が４０℃以上８０℃以下になるように、水蒸気供給ノズル２７により供給される水蒸気の供給温度および供給量を制御する。これにより、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値を０以下（負）にすることができる。
【００５６】
次に、ステップＳ２２において、被加工膜１３が化学的機械的研磨（ＣＭＰ）される。より具体的には、ヘッド２２に保持された被加工膜１３がコンディショニングされた研磨パッド２１に接触され、被加工膜１３と研磨パッド２１とを摺動させる。ここで、例えば、ヘッド２２の回転数を１２０ｒｐｍとし、研磨荷重を３００ｇｆ／ｃｍ２とする。また、スラリー供給ノズル２３から１００ｃｃ／ｍｉｎの流量でスラリー２４が供給される。スラリー２４は、例えば、砥粒として酸化セリウム（日立化成工業株式会社製ＤＬＳ２）とポリカルボン酸アンモニウム（花王株式会社製ＴＫ７５）とを含有している。
【００５７】
このように、被加工膜１３の表面を負のＲｓｋ値を有して回転する研磨パッド２１の表面に接触させて研磨することで、研磨後の被加工膜１３の表面のスクラッチ数を減少させることができる。この根拠については後述する。
【００５８】
図１２は、Ｒｓｋ値について説明するための図である。
【００５９】
Ｒｓｋ値（粗さ曲線スキューネス値）とは、表面粗さプロファイルの平均線に対する確率密度分布の相対性を示すものである。
【００６０】
図１２（ａ）に示すように、確率密度分布が表面粗さプロファイルの平均線より下に偏った場合、Ｒｓｋ値は正であるという。このとき、凸に突き出した部分が多く、平坦な部分が少なくなる。
【００６１】
一方、図１２（ｂ）に示すように、確率密度分布が表面粗さプロファイルの平均線より上に偏った場合、Ｒｓｋ値は負であるという。このとき、凸に突き出した部分が少なく、平坦な部分が多くなる。
【００６２】
すなわち、Ｒｓｋ値が負であるということは、Ｒｓｋ値が正であることよりも、その表面が滑らかであることを意味する。
【００６３】
［２−１（３）．第１ＣＭＰ法における条件の根拠］
以下に、図１３および図１４を用いて、第１ＣＭＰ法の条件の根拠について説明する。
【００６４】
まず、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値と被加工膜１３の表面のスクラッチ数との関係を調べる研磨実験を行った。
【００６５】
図１３は、研磨実験による研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値と被加工膜１３の表面のスクラッチ数との関係を示すグラフである。ここで、Ｒｓｋ値は、高視野のレーザー顕微鏡、例えばＨＤ１００Ｄ（レーザーテック社製）で測定した粗さから計算したものである。スクラッチ数は、ＣＭＰ工程後に一旦、被加工膜１３の表面を希フッ酸でライトエッチングした後に、ＫＬＡ２８１５（ＫＬＡテンコール社製、ＳＥＭ  Ｒｅｖｉｅｗ）でカウントしたものである。
【００６６】
図１３に示すように、被加工膜１３の表面を研磨パッド２１の表面に接触させて研磨する場合、研磨時における研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値と、その結果生じる被加工膜１３の表面のスクラッチ数との間に正の相関関係（相関係数０．７１）がある。言い換えると、研磨パッド２１のＲｓｋ値が大きくなると被加工膜１３の表面のスクラッチ数が多くなり、小さくなると少なくなる。また、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値が負側に大きくなるほど（絶対値の大きな負になるほど）被加工膜１３の表面のスクラッチ数が少なくなるとともに、そのばらつきが小さくなる。
【００６７】
以上のように、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負の状態にして被加工膜１３の研磨を行うことで、被加工膜１３の表面のスクラッチ数を少なくすることができる。このため、コンディショニングによって研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることが望まれる。
【００６８】
次に、研磨パッド２１の表面温度と研磨パッド２１のＲｓｋ値との関係を調べるコンディショニング実験を行った。ここでは、上述したＣＭＰ装置における水蒸気供給ノズル２７から供給される水蒸気を制御することで、研磨パッド温度測定器２６によって測定される研磨パッド２１の表面温度を調整している。また、コンディショニング実験は、以下の条件によって行われた。
【００６９】
研磨パッド：ポリウレタン（ＳｈｏｒｅＤ硬度が６０、弾性率が４００ＭＰａ）
ターンテーブル回転数：２０ｒｐｍ
ドレッサー：ダイヤモンド粗さ＃１００（旭ダイヤモンド社製）
ドレッサー荷重：２００ｈＰａ
ドレッサー回転数：２０ｒｐｍ
ドレッシング液：２３℃（室温）の純水
ここで、水蒸気による加熱をした場合と、水蒸気による加熱をしなかった場合とで、それぞれ６０秒間のコンディショニング実験を行った。それぞれのコンディショニング実験において、研磨パッド温度測定器２６で計測された研磨パッド２１の表面温度は、２３℃（水蒸気による加熱なし）、６０℃（水蒸気による加熱あり）であった。
【００７０】
図１４は、コンディショニング実験による研磨パッド２１の表面温度と研磨パッド２１のＲｓｋ値との関係を示すグラフである。
【００７１】
図１４に示すように、ドレッサー２５により研磨パッド２１の表面をコンディショニングする場合、コンディショニング時における研磨パッド２１の表面温度と、その結果生じる研磨パッド２１のＲｓｋ値との間に負の相関関係がある。言い換えると、研磨パッド２１の表面温度が高くなると研磨パッド２１のＲｓｋ値が小さくなり、低くなると大きくなる。より具体的には、研磨パッド２１の表面温度が２３℃、６０℃のそれぞれの場合において、研磨パッド２１のＲｓｋ値は０．３２、−０．３２である。
【００７２】
上述したように、コンディショニングによって研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることが望ましい。コンディショニングにおける研磨パッド２１の表面温度をより大きくすることで、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることができる。なお、図示するように、コンディショニングにおいて、研磨パッド２１の表面温度を４０℃以上にすることで、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値を負にすることができる。
【００７３】
一方、コンディショニングにおける研磨パッド２１の研削速度は、研磨パッド２１の表面温度に依存する。研磨パッド２１の表面温度が高くなると研削速度が小さくなり、低くなると大きくなる。これは、研磨パッド２１の表面温度が高くなることで研磨パッド２１が柔らかくなり（弾性率が低下し）、研削しにくくなったためであると考えられる。すなわち、研磨パッド２１の表面温度を高くすることにより、研磨パッド２１の使用寿命を延ばすことができる。
【００７４】
また、研磨パッド２１の表面温度を高めることにより、研磨パッド２１の材料の物性が変化して柔らかくなる。これにより、研磨パッド２１に接触されるドレッサー２５の摩耗速度が小さくなる。したがって、ドレッサー２５の使用寿命を延ばすことができる。このため、ドレッサー２５として、ダイヤモンドドレッサーに限らず、非ダイヤモンドドレッサー（例えば、セラミック材料のドレッサー）のような寿命の短いドレッサーを、十分な寿命で使用することが可能になる。
【００７５】
なお、コンディショニングにおいて、研磨パッド２１の表面温度を８０℃より高くした場合、研磨パッド２１の材料の物性がさらに変化する。これは、研磨パッド２１の材料が８０℃より高いガラス転移点を有するためである。ガラス転移点とは、部分的に結晶化した高分子の非晶質領域において、粘性または弾性を有する状態から硬くて比較的もろい状態へ変化する現象をいう。すなわち、研磨パッド２１の表面温度が８０℃を超えると、研磨パッド２１の材料の弾性率が大きく低下し、もとの材料と大きく異なる物性になる。その結果、研磨パッド２１の表面を十分にコンディショニングできなくなってしまう。このため、コンディショニングにおいて、研磨パッド２１の表面温度を８０℃以下に設定することが望ましい。
【００７６】
以上のように、研磨パッド２１の表面温度を４０℃以上８０℃以下の範囲でより高くしてコンディショニングを行うことで、研磨パッド２１のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることができ、かつ、研磨パッド２１の研削速度を小さくすることができる。
【００７７】
［２−１（４）．第１ＣＭＰ法における効果］
上記第１ＣＭＰ法によれば、研磨パッド２１の表面に水蒸気を供給することにより、研磨パッド２１の表面を４０℃以上８０℃以下の範囲のより高い温度でコンディショニングする。その後、コンディショニングされた研磨パッド２１の表面に被加工膜１３の表面を接触させて被加工膜１３を研磨する。これにより、以下の効果を得ることができる。
【００７８】
研磨パッド２１の表面をより高い温度でコンディショニングすることにより、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値をより絶対値の大きな負の値にすることができる。この負のＲｓｋ値を有する研磨パッド２１の表面に被加工膜１３の表面を接触させて被加工膜１３を研磨することで、ＣＭＰ工程後の被加工膜１３の表面のスクラッチ数を低減することができる。その結果、デバイスの歩留まりや信頼性の低下を抑制することができる。
【００７９】
［２−２．第２ＣＭＰ法］
次に、図１１および図１５を用いて、第２ＣＭＰ法について説明する。なお、第２ＣＭＰ法において、上記第１ＣＭＰ法と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【００８０】
［２−２（１）．第２ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置］
以下に、図１５を用いて、第２ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置について説明する。
【００８１】
図１５は、第２ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す構成図である。
【００８２】
図１５に示すように、第２ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置において、第１ＣＭＰ法と異なる点は、水蒸気供給ノズル２７の代わりに、加熱器２８を有する点である。
【００８３】
加熱器２８は、コンディショニング中において、研磨パッド２１の表面に接触される。加熱器２８は、スラリー供給ノズル２３（ターンテーブル２０の回転軸）を中心にして研磨パッド２１の半径上に配置される。このため、研磨パッド２１が回転することによって、その全面を加熱することができる。加熱器２８は、研磨パッド温度測定器２６（ドレッサー２５）に対してターンテーブル２０の回転方向の上流側に配置される。これにより、加熱器２８を制御することで、コンディショニング中において研磨パッド温度測定器２６により測定される研磨パッド２１の表面温度を調整することができる。加熱器２８は、２３℃（室温）以上８０℃以下の範囲で研磨パッド２１の表面温度を制御する。
【００８４】
研磨パッド温度測定器２６は、ドレッサー２５に対して、ターンテーブル２０の回転方向の上流側に配置される。このため、研磨パッド温度測定器２６は、ドレッサー２５に対して、ターンテーブル２０の回転方向の上流側の研磨パッド２１の表面温度（入口温度）を測定する。また、研磨パッド温度測定器２６は、加熱器２８に対して、ターンテーブル２０の回転方向の下流側に配置される。すなわち、研磨パッド温度測定器２６は、加熱器２８によって加熱された後、ドレッサー２５と接触する前の研磨パッド２１の表面温度を測定する。
【００８５】
［２−２（２）．第２ＣＭＰ法におけるフロー］
以下に、第１ＣＭＰ法と同様に図１１を用いて、第２ＣＭＰ法におけるフローについて説明する。
【００８６】
図１１に示すように、まず、ステップＳ２１において、研磨パッド２１のコンディショニングが行われる。より具体的には、ドレッサー２５が研磨パッド２１の表面に接触され、ドレッサー２５と研磨パッド２１とを摺動させる。また、加熱器２８により、研磨パッド２１の表面が加熱される。
【００８７】
このとき、研磨パッド２１の表面温度（研磨パッド温度測定器２６による入口温度測定点Ａの温度）が４０℃以上８０℃以下になるように、加熱器２８を制御する。これにより、研磨パッド２１のＲｓｋ値を負にすることができる。
【００８８】
次に、ステップＳ２２において、被加工膜１３が研磨される。より具体的には、ヘッド２２に保持された被加工膜１３がコンディショニングされた研磨パッド２１に接触され、被加工膜１３と研磨パッド２１とを摺動させる。
【００８９】
このように、被加工膜１３の表面を負のＲｓｋ値を有して回転する研磨パッド２１の表面に接触させて研磨することで、研磨後の被加工膜１３の表面のスクラッチ数を減少させることができる。
【００９０】
［２−２（３）．第２ＣＭＰ法における効果］
上記第２ＣＭＰ法によれば、研磨パッド２１の表面を加熱器２８で加熱することにより、研磨パッド２１の表面を４０℃以上８０℃以下の範囲のより高い温度でコンディショニングする。その後、コンディショニングされた研磨パッド２１の表面に被加工膜１３の表面を接触させて被加工膜１３を研磨する。これにより、第１ＣＭＰ法と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
［２−３．第３ＣＭＰ法］
次に、図１１、図１６および図１７を用いて、第３ＣＭＰ法について説明する。なお、第３ＣＭＰ法において、上記第１ＣＭＰ法と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【００９２】
［２−３（１）．第３ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置］
以下に、図１６および図１７を用いて、第３ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置について説明する。
【００９３】
図１６は、第３ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す構成図である。図１７は、第３ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置を示す上面図である。
【００９４】
図１６に示すように、第３ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置において、第１ＣＭＰ法と異なる点は、水蒸気供給ノズル２７の代わりに、ドレッサー２５自体を加熱する点である。
【００９５】
ドレッサー２５は、研磨パッド２１に接触されることにより、研磨パッド２１の表面のコンディショニングを行なう。このとき、ドレッサー２５自体を加熱して制御することで、コンディショニング中において研磨パッド温度測定器２６により測定される研磨パッド２１の表面温度を調整することができる。ドレッサー２５は、２３℃（室温）以上８０℃以下の範囲で研磨パッド２１の表面温度を制御する。
【００９６】
図１７に示すように、研磨パッド温度測定器２６は、ドレッサー２５に対して、ターンテーブル２０の回転方向の下流側に配置される。このため、研磨パッド温度測定器２６は、ドレッサー２５に対して、ターンテーブル２０の回転方向の下流側の研磨パッド２１の表面温度（出口温度）を測定する。すなわち、研磨パッド温度測定器２６は、ドレッサー２５によって加熱された後の研磨パッド２１の表面温度を測定する。
【００９７】
また、研磨パッド温度測定器２６は、ドレッサー２５の中心Ｏ’を通り、ターンテーブル２０の中心Ｏを中心とした一定距離を有する円軌道Ｘ上において、研磨パッド２１の温度を測定する。また、ドレッシング液ではなく、研磨パッド２１の表面温度を測定するために、研磨パッド温度測定器２６は、円軌道Ｘ上でかつドレッシング液から距離ｄ２（例えば１０ｍｍ）離れた出口温度測定点Ｂにおける温度を測定することが望ましい。
【００９８】
［２−３（２）．第３ＣＭＰ法におけるフロー］
以下に、第１ＣＭＰ法と同様に図１１を用いて、第３ＣＭＰ法におけるフローについて説明する。
【００９９】
図１１に示すように、まず、ステップＳ２１において、研磨パッド２１のコンディショニングが行われる。より具体的には、ドレッサー２５が研磨パッド２１の表面に接触され、ドレッサー２５と研磨パッド２１とを摺動させる。また、ドレッサー２５自体を加熱することにより、研磨パッド２１の表面が加熱される。
【０１００】
このとき、研磨パッド２１の表面温度（研磨パッド温度測定器２６による出口温度測定点Ｂの温度）が４０℃以上８０℃以下になるように、ドレッサー２５を制御する。これにより、研磨パッド２１のＲｓｋ値を負にすることができる。
【０１０１】
次に、ステップＳ２２において、被加工膜１３が研磨される。より具体的には、ヘッド２２に保持された被加工膜１３がコンディショニングされた研磨パッド２１に接触され、被加工膜１３と研磨パッド２１とを摺動させる。
【０１０２】
このように、被加工膜１３の表面を負のＲｓｋ値を有して回転する研磨パッド２１の表面に接触させて研磨することで、研磨後の被加工膜１３の表面のスクラッチ数を減少させることができる。
【０１０３】
［２−３（３）．第３ＣＭＰ法における効果］
上記第３ＣＭＰ法によれば、研磨パッド２１の表面をドレッサー２５で加熱することにより、研磨パッド２１の表面を４０℃以上８０℃以下の範囲のより高い温度でコンディショニングする。その後、コンディショニングされた研磨パッド２１の表面に被加工膜１３の表面を接触させて被加工膜１３を研磨する。これにより、第１ＣＭＰ法と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
［２−４．第４ＣＭＰ法］
次に、図１１、図１８乃至図２０を用いて、第４ＣＭＰ法について説明する。なお、第４ＣＭＰ法において、上記第１ＣＭＰ法と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。
【０１０５】
［２−４（１）．第４ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置］
以下に、第４ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置について説明する。
【０１０６】
第４ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置において、第１ＣＭＰ法と異なる点は、ドレッサー２５の表面が正のＲｓｋ値を有する点である。
【０１０７】
ドレッサー２５は、研磨パッド２１に接触されることにより、研磨パッド２１の表面のコンディショニングを行なう。このとき、ドレッサー２５の表面が正のＲｓｋ値を有する。なお、ドレッサー２５の表面がより絶対値の大きな正のＲｓｋ値を有することが望ましい。また、ドレッサー２５は、表面がコーティングされた金属製ドレッサーであることが望ましいが、これに限らず、ダイヤモンドドレッサーまたはセラミックドレッサーであってもよい。
【０１０８】
なお、第４ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置では、コンディショニングにおいて、研磨パッド２１の表面温度の制御が不要である。このため、第４ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置は、第１ＣＭＰ法におけるＣＭＰ装置における研磨パッド温度測定器２６および水蒸気供給ノズル２７を有さなくてもよい。
【０１０９】
［２−４（２）．第４ＣＭＰ法におけるフロー］
以下に、図１１、図１８乃至図２０を用いて、第４ＣＭＰ法におけるフローについて説明する。
【０１１０】
図１８乃至図２０は、第４ＣＭＰ法における研磨パッド２１のコンディショニング工程を示す断面図である。
【０１１１】
まず、ステップＳ２１において、研磨パッド２１のコンディショニングが行われる。
【０１１２】
より具体的には、まず、図１８に示すように、ドレッサー２５の表面が正のＲｓｋ値となるように制御する。次に、図１９に示すように、研磨パッド２１の表面と正のＲｓｋ値を有するドレッサー２５の表面とを接触させる。このとき、ドレッサー２５と研磨パッド２１とは、ドレッサー２５の表面の凸部が研磨パッド２１の表面に押し込まれるようなドレッサー荷重で接触される。これにより、研磨パッド２１の表面に、ドレッサー２５の表面の凸部が反映（転写）された凹部が形成される。すなわち、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値が負となる。このとき、ドレッサー２５の表面形状を研磨パッド２１の表面により反映させるため、コンディショニング時において研磨パッド２１とドレッサー２５とを相対運動（例えば、回転）させないことが望ましい。次に、図２０に示すように、ドレッサー２５が研磨パッド２１から離される。その後、ドレッサー２５を研磨パッド２１上において移動させ、図１８乃至図２０における上記コンディショニング動作を繰り返し行う。
【０１１３】
なお、研磨パッド２１とドレッサー２５とを相対運動（例えば、回転）させることで、ドレッサー２５を移動させずに一度の接触でコンディショニングを行ってもよい。
【０１１４】
このように、正のＲｓｋ値を有するドレッサー２５の表面を研磨パッド２１の表面に接触させることで、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値を負にすることができる。
【０１１５】
次に、ステップＳ２２において、被加工膜１３が研磨される。より具体的には、ヘッド２２に保持された被加工膜１３がコンディショニングされた研磨パッド２１に接触され、被加工膜１３と研磨パッド２１とを摺動させる。
【０１１６】
このように、被加工膜１３の表面を負のＲｓｋ値を有して回転する研磨パッド２１の表面に接触させて研磨することで、研磨後の被加工膜１３の表面のスクラッチ数を減少させることができる。
【０１１７】
［２−４（３）．第４ＣＭＰ法における条件の根拠］
以下に、第４ＣＭＰ法における条件の根拠について説明する。
【０１１８】
ドレッサー２５のＲｓｋ値と研磨パッド２１のＲｓｋ値との関係を調べるコンディショニング実験を行った。コンディショニング実験は、以下の二条件（比較例および第４ＣＭＰ法）によって行われた。
【０１１９】
比較例
研磨パッド：ポリウレタン（ＳｈｏｒｅＤ硬度が６０、弾性率が４００ＭＰａ）
ターンテーブル回転数：２０ｒｐｍ
ドレッサー：ダイヤモンド粗さ＃１００（旭ダイヤモンド社製）
ドレッサー荷重：２００ｈＰａ
ドレッサー回転数：２０ｒｐｍ
ドレッシング液：２３℃（室温）の純水
第４ＣＭＰ法
研磨パッド：ポリウレタン（ＳｈｏｒｅＤ硬度が６０、弾性率が４００ＭＰａ）
ターンテーブル回転数：０ｒｐｍ
ドレッサー：表面コーティングされた金属製、表面のＲｓｋ＞０
ドレッサー荷重：２００ｈＰａ
ドレッサー回転数：０ｒｐｍ
ドレッシング液：２３℃（室温）の純水
ここで、比較例においてドレッサー表面のＲｓｋを制御していない（ドレッサー表面のＲｓｋは、例えば負である）。これに対して、第４ＣＭＰ法においてドレッサー表面のＲｓｋが正になるように制御している。なお、それぞれのコンディショニング実験において、研磨パッド２１の表面温度は、２３℃（室温）であった。
【０１２０】
ドレッサー２５により研磨パッド２１の表面をコンディショニングする場合、コンディショニング時におけるドレッサー２５の表面のＲｓｋ値と、その結果生じる研磨パッド２１のＲｓｋ値との間に負の相関関係がある。言い換えると、ドレッサー２５の表面のＲｓｋ値が大きくなると研磨パッド２１のＲｓｋ値が小さくなり、小さくなると大きくなる。より具体的には、ドレッサー２５の表面のＲｓｋ値が負（比較例）、正（第４ＣＭＰ法）のそれぞれの場合において、研磨パッド２１のＲｓｋ値は０．３２、−０．１８である。
【０１２１】
上述したように、コンディショニングによって研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることが望ましい。コンディショニングにおけるドレッサー２５の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな正にすることで、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることができる。
【０１２２】
［２−４（４）．第４ＣＭＰ法における効果］
上記第４ＣＭＰ法によれば、ドレッサー２５の表面のＲｓｋ値を制御して、研磨パッド２１の表面をコンディショニングする。その後、コンディショニングされた研磨パッド２１の表面に被加工膜１３の表面を接触させて被加工膜１３を研磨する。これにより、以下の効果を得ることができる。
【０１２３】
ドレッサー２５の表面のＲｓｋ値を正の値にしてコンディショニングすることにより、研磨パッド２１の表面のＲｓｋ値を負の値にすることができる。この負のＲｓｋ値を有する研磨パッド２１の表面に被加工膜１３の表面を接触させて被加工膜１３を研磨することで、ＣＭＰ工程後の被加工膜１３の表面のスクラッチ数を低減することができる。その結果、デバイスの歩留まりや信頼性の低下を抑制することができる。
【０１２４】
［３．第２平坦化法］
以下に、図２１乃至図２７を用いて、本実施形態に係る第２平坦化法について説明する。第２平坦化法は、化学的研磨法であり、凹凸３１（凹部３１ｂおよび凸部３１ａ）を有する被加工膜１３の表面上に表層３２を形成した後、加工溶液３３中において被加工膜１３の凸部３１ａ上の表層３２を除去することで、露出した凸部３１ａを加工溶液３３によって溶解させる方法である。これにより、化学的研磨法の後の被加工膜１３の表面のスクラッチを低減することができる。以下に、第２平坦化法として、第１および第２化学的研磨法について説明する。
【０１２５】
［３−１．第１化学的研磨法］
まず、図２１乃至図２４を用いて、第１化学的研磨法について説明する。
【０１２６】
［３−１（１）．第１化学的研磨法におけるフロー］
以下に、図２１および図２２を用いて、第１化学的研磨法におけるフローについて説明する。
【０１２７】
図２１は、第１化学的研磨法におけるフローチャートである。
【０１２８】
図２２は、第１化学的研磨法におけるフローを示す断面図であり、凹凸３１を有する被加工膜１３を示す断面図である。
【０１２９】
図２２（ａ）に示すように、被加工膜１３は、その表面に凹凸３１を有する。凹凸３１は、凸部３１ａと凹部３１ｂとを有する。凸部３１ａの表面と凹部３１ｂの表面との間の距離（凹凸３１の深さｈ１）は、例えば３０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下程度である。
【０１３０】
まず、第１化学的研磨法では、図２１および図２２（ｂ）に示すように、ステップＳ３１において、凹凸３１を有する被加工膜１３上に、表面層３２が形成される。表面層３２は、被加工膜１３の表面を覆い、被加工膜１３の凹凸３１に沿って形成される。表面層３２は、被加工膜１３と結合または化学吸着等の吸着により形成される。表面層３２は、後述する加工溶液３３によって被加工膜１３が溶解することを抑制する。すなわち、表面層３２は、被加工膜１３の保護層として機能する。
【０１３１】
表面層３２には、例えば、界面活性剤の層、自己組織化層、および撥水層の少なくともいずれかが用いられる。表面層３２の例については後述する。
【０１３２】
次に、図２１および図２２（ｃ）に示すように、ステップＳ３２において、被加工膜１３の凸部３１ａ上の表面層３２が除去される。より具体的には、加工溶液３３中で表面層３２を介して被加工膜１３と加工体３４とを接触させつつ、被加工膜１３および加工体３４の少なくともいずれかを回転させる。すなわち、被加工膜１３と加工体３４との相対的な位置が変化するように被加工膜１３と加工体３４とを摺動させる。この回転は、例えば、被加工膜１３と加工体３４とが接する面に対して垂直な方向を軸とする回転である。
【０１３３】
また、加工体３４は、後述する研磨パッド６１，８１である。加工体３４は、例えば、樹脂材料を含む。また、加工体３４は、例えば、触媒材料を含むことができる。
【０１３４】
これにより、加工体３４に接触しない凹部３１ｂ上の表面層３２を残しつつ、加工体３４に接触する凸部３１ａ上の表面層３２を除去する。言い換えると、凹凸３１の凸部３１ａ上の表面層３２を選択的に除去する。したがって、表面層３２で凹部３１ｂが覆われ、表面層３２から凸部３１ａの上面が露出する状態が得られる。
【０１３５】
また、加工溶液３３は、被加工膜１３を溶解する溶液である。例えば、被加工膜１３がＳｉＯ２である場合、加工溶液３３は、フッ化水素溶液、フッ化アンモニウム溶液、または強アルカリの溶液を含むことができる。
【０１３６】
このため、露出した凸部３１ａは、加工体３４に接触しつつ加工溶液３３に接触することで、加工溶液３３により溶解される。一方、凹部３１ｂは、表面層３２で覆われており加工溶液３０に接触しないため溶解され難い。すなわち、被加工膜１３の凸部３１ａの溶解の程度は、凹部３１ｂの溶解の程度よりも大きくなる。
【０１３７】
この状態において被加工膜１３の溶解が進むことで、図２１および図２２（ｄ）に示すように、ステップＳ３３において、被加工膜１３が化学的研磨される。すなわち、化学的研磨（図２１におけるステップＳ３３）後における被加工膜１３の凹凸の深さｈ２は、処理前の凹凸の深さｈ１よりも小さくなる。このように、化学的研磨後においては、初期の凹凸の深さ（大きさ）よりも、加工後の凹凸の深さ（大きさ）が小さい状態が得られる。
【０１３８】
［３−１（２）．第１化学的研磨法における効果］
上記第１化学的研磨法によれば、凹凸３１（凹部３１ｂおよび凸部３１ａ）を有する被加工膜１３の表面上に表層３２を形成した後、加工溶液３３中において加工体３４に接触させることで被加工膜１３の凸部３１ａ上の表層３２を除去する。そして、露出した凸部３１ａを加工体３４に接触させつつ加工溶液３３によって溶解させることで化学的研磨を行う。この加工溶液３３は、砥粒を実質的に含まない。これにより、化学的研磨の後の被加工膜１３の表面のスクラッチを低減することができる。
【０１３９】
［３−１（３）．第１化学的研磨法に係る実施例］
第１化学的研磨法によれば、スクラッチの発生を抑制した効率的な化学的研磨法が提供できる。以下、第１化学的研磨法に係るいくつかの実施例について説明する。
【０１４０】
（第１の実施例）
図２３は、第１化学的研磨法に係る第１の実施例におけるフローを示す断面図であり、凹凸３１を有する被加工膜１３を示す断面図である。
【０１４１】
図２３（ａ）に示すように、被加工膜１３は、その表面に凹凸３１を有する。凹凸３１は、凸部３１ａと凹部３１ｂとを有する。凸部３１ａの表面と凹部３１ｂの表面との間の距離（凹凸３１の深さｈ１）は、例えば３０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下程度である。
【０１４２】
図２３（ｂ）に示すように、表面層３２として、界面活性剤が被加工膜１３に吸着する。被加工膜１３の表面に吸着した界面活性剤（表面層３２）は、表面保護膜として機能する。界面活性剤には、アニオン性、カチオン性、両性および非イオン性の界面活性剤を用いることができる。また、界面活性剤は、アニオン系、非イオン部を有するアニオン系、カチオン系、両性系および非イオン系の界面活性剤から選択することができる。この界面活性剤に好ましく用いられる官能基の例としては、例えば、カルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型、アミン塩型、第４級アンモニウム塩型、エーテル型、エステル型、アルカノールアミド型、カルボキシベタイン型、およびグリシン型の官能基等が挙げられる。
【０１４３】
例えば、界面活性剤は、被加工膜１３の極性と逆の極性を有することができる。これにより、界面活性剤は、電気的相互作用により、被加工膜１３により強く吸着することができる。これにより、表面層３２が安定して形成できる。例えば、被加工膜１３がＳｉＯ２である場合、表面層３２となる界面活性剤にはカチオン系界面活性剤を用いることが望ましい。
【０１４４】
これにより、ＳｉＯ２からなる被加工膜１３の表面に、界面活性剤が電気的相互作用により強く吸着する。このように、表面層３２として界面活性剤を用いた場合、表面層３２は、被加工膜１３に化学吸着する。すなわち、第１化学的研磨法において、表面層３２の形成は、被加工膜１３の上に界面活性剤の層を形成することを含むことができる。
【０１４５】
図２３（ｃ）に示すように、加工溶液３３中で表面層３２を介して被加工膜１３と加工体３４とを接触させつつ、被加工膜１３と加工体３４とを回転させる。加工溶液３３には、例えば水酸化カリウムやアンモニア等の溶液が用いられる。加工溶液３３のｐＨは１０程度であり、加工溶液３３は強アルカリ溶液である。加工溶液３３中で、被加工膜１３（ＳｉＯ２）に、加工体３４を、被加工膜１３および加工体３４の少なくともいずれかを回転させながら接触させて化学的研磨を行う。加工体３４には、例えばウレタン樹脂からなる研磨パッドが用いられる。
【０１４６】
このとき、図２３（ｃ）に示すように、被加工膜１３の凹部３１ｂは、界面活性剤の表面層３２により保護され、強アルカリ溶液中でも溶解が抑制される。一方、凸部３１ａでは、ウレタン樹脂の加工体３４との接触により、凸部３１ａ上面上から界面活性剤が離脱し、凸部３１ａのＳｉＯ２が露出する。被加工膜１３の表面において、界面活性剤の吸着量が多いと、加工溶液３３による被加工膜１３の溶解速度は低い。このため、凸部３１ａにおいて、強アルカリ溶液により溶解が進行する。このように、凸部３１ａが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。その結果、図２３（ｄ）に示すように、化学的研磨の後における被加工膜１３の凹凸の深さｈ２は、処理前の凹凸の深さｈ１よりも小さくなる。
【０１４７】
第１の実施例においては、凹部３１ｂに対する凸部３１ａの加工選択比が高い。このため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。
【０１４８】
（第２の実施例）
第２の実施例では、表面層３２としてカチオン性界面活性剤のポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）をＳｉＯ２の被加工膜１３（図２３（ｃ）参照）の表面に形成する。第２の実施例では、カチオン性界面活性剤を用いているため、表面が負に帯電しているＳｉＯ２の被加工膜１３と吸着しやすく、容易に表面層３２を形成することができる。他にも、カチオン性界面活性剤として、ポリエチレンイミン（ＰＥＩ）を用いることができる。
【０１４９】
第２の実施例に用いられるＰＶＰの水系ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）によって測定された、ポリエチレングリコール換算の重量平均分子量（Ｍｗ）は、２万以上、好ましくは２０万以上１５０万以下、より好ましくは３０万以上１５０万以下である。重量平均分子量が上記範囲にあると、ウレタン樹脂の加工体３４との接触による摩擦を低減することができる。界面活性剤を用いた場合、重量平均分子量が大きいほど保護効果は高い。
【０１５０】
他にも、例えば、重量平均分子量が２０万以上である第１のＰＶＰと、２万以下の第２のＰＶＰを混合してもよい。これにより、比較的高分子量である第１のＰＶＰによって加工溶液３０から保護がなされ、かつ比較的低分子量である第２のＰＶＰにより緻密に表面層２０が被加工膜１３を被覆することができる。
【０１５１】
ＰＥＩの水系ＧＰＣによって測定された、ポリエチレングリコール換算の重量平均分子量（Ｍｗ）は、１万以上、好ましくは１０万以上かつ１００万以下である。重量平均分子量が上記範囲にあると、ウレタン樹脂の加工体３４との接触による摩擦を低減することができる。
【０１５２】
また、図２３（ｃ）に示すように、被加工膜１３の凹部３１ｂは、カチオン性界面活性剤の表面層３２により保護され、加工溶液３３による溶解が抑制される。一方、凸部３１ａでは、ウレタン樹脂の加工体３４との接触により、凸部３１ａ上からカチオン性界面活性剤が離脱し、凸部３１ａのＳｉＯ２が露出する。被加工膜１３の表面において、界面活性剤の吸着量が多いと、加工溶液３３による被加工膜１３の溶解速度は低い。このため、凸部３１ａにおいて、フッ化水素とフッ化アンモニウムの混合溶液により溶解が進行する。このように、凸部３１ａが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。
【０１５３】
（第３の実施例）
第３の実施例では、表面層３２の形成のために２種類の界面活性剤を用いる。第一の界面活性剤としてカチオン性界面活性剤を、第二の界面活性剤としてアニオン性界面活性剤を用い、被加工膜１３（図２３（ｃ）参照）の表面に形成する。カチオン性界面活性剤およびアニオン性界面活性剤を混合することにより、電気的または疎水的相互作用により、アニオン性界面活性剤を用いない場合よりも、さらに表面層３２の保護効果を高めることができる。
【０１５４】
第３の実施例に用いられるカチオン性の第１の界面活性剤は、例えば、ポリビニルピロリドン（ＰＶＰ）またはポリエチレンイミン（ＰＥＩ）である。アニオン性の第２の界面活性剤としては、例えば、ポリアクリル酸（ＰＡＡ）を用いることができる。
【０１５５】
第３の実施例に用いられるＰＡＡの重量平均分子量は、例えば、ＧＰＣによって測定されたポリエチレングリコール換算の重量平均分子量（Ｍｗ）を適用できる。ＰＡＡの重量平均分子量（Ｍｗ）は２,０００以上かつ５００万以下であればよいが、好ましくは４０００以上かつ１０万以下である。第２の界面活性剤はアニオン性界面活性剤のため、単独では、溶解抑制効果は小さい。
【０１５６】
さらに溶解を抑制するためには、第１の界面活性剤は重量平均分子量が大きいほど保護効果は高いが、第２の界面活性剤は、比較的重量平均分子量は小さい方が好ましい。例えば、重量平均分子量が１００万の第１のＰＥＩと、重量平均分子量が４,０００の第２のＰＡＡを混合すると、より緻密に被加工膜１３を被覆することができ、摩擦と溶解を更に抑制することができる。
【０１５７】
図２３（ｃ）に示すように、被加工膜１３の凹部３１ｂは、カチオン性である第１の界面活性剤およびアニオン性である第２の界面活性剤を含む表面層３２により保護され、加工溶液３３による溶解が抑制される。一方、凸部３１ａでは、ウレタン樹脂の加工体３４との接触により、凸部３１ａ上面上から第１の界面活性剤および第２の界面活性剤が離脱し、凸部３１ａのＳｉＯ２が露出する。被加工膜１３の表面において、界面活性剤の吸着量が多いと、加工溶液３３による被加工膜１３の溶解速度は低い。このため、凸部３１ａにおいて、フッ化水素とフッ化アンモニウムの混合溶液により溶解が進行する。このように、凸部３１ａが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。
【０１５８】
（第４の実施例）
第４の実施例では、表面層３２として自己組織化層（Self-Assembled Monolayer：ＳＡＭ）を、ＳｉＯ２の被加工膜１３の表面に形成する。このように、表面層３２の形成は、被加工膜１３の上に自己組織化層を形成させることを含むことができる。
【０１５９】
自己組織化する分子は、その反応性官能基が、ＳｉＯ２膜表面に向いた方向で吸着する。例えば、自己組織化する分子が長鎖アルキル基を有する場合、ファンデルワールス力や疎水基相互作用が働く。例えば、自己組織化する分子がベンゼン環を有する場合には、π電子相互作用が働く。このような分子においては、吸着分子が集合したときに熱的に安定化するため、分子が密に集積化した単分子膜が形成される。
【０１６０】
この自己組織化層を表面層３２として用いることで、加工溶液３３による被加工膜１３のウェットエッチングが抑制される。自己組織化層を用いた表面層３２は、界面活性剤を用いた場合によりも緻密に被加工膜１３を被覆する。このため、加工溶液３３からの被加工膜１３の保護効果が大きい。
【０１６１】
ＳｉＯ２膜の表面への自己組織化層の形成方法としては、例えば、シランカップリング反応を利用することができる。例えば、有機シランでＳｉＯ２膜の表面を処理すると、共有結合により、有機シラン分子が固定化されるシランカップリング反応が起こる。このとき、シロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）により、ＳｉＯ２膜の表面が改質される。すなわち、表面層３２は、被加工膜１３と結合する。このように、表面層３２の形成は、シランカップリング反応を生じさせることを含むことができる。
【０１６２】
第４の実施例では、加工溶液３３としてフッ化水素溶液を用い、加工体３４としてＰｔ（白金）の板を用いる。Ｐｔ板は、触媒として機能する。フッ化水素溶液中で、ＳｉＯ２膜（被加工膜１３）と、Ｐｔ板（加工体３４）とを、表面層３２を介して接触させ、ＳｉＯ２膜およびＰｔ板の少なくともいずれかを回転させて化学的研磨を行う。このとき、ＳｉＯ２膜の凹部３１ｂでは、自己組織化層の表面層３２による改質・保護により、フッ化水素による溶解が抑制される。
【０１６３】
一方、凸部３１ａのＰｔ板（触媒）の近傍では、以下の第１式、
Ｆ＊  ＋  Ｈ２Ｏ  →  ＯＨ＊  ＋  ＨＦ  ・・・  （１）
の反応により、ヒドロキシラジカル（ＯＨ＊）が生成される。
【０１６４】
図２４は、第１化学的研磨法に係る第４の実施例を示す断面図である。
【０１６５】
図２４は、凸部３１ａのＰｔ板（触媒）の近傍におけるヒドロキシラジカル（ＯＨ＊）の発生の状態を模式的に例示している。Ｐｔ板の触媒（加工体３４）と接触する凸部３１ａでは、ヒドロキシラジカルによる酸化により、シロキサン結合が切断され、ＳｉＯ２が形成される。そして、以下の第２式、
ＳｉＯ２  ＋  ６ＨＦ  →  Ｈ２ＳｉＦ６  ＋  ２Ｈ２Ｏ  ・・・  （２）
の反応により、ＳｉＯ２が溶解する。その結果、凸部３１ａが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。被加工膜１３の表面において、自己組織化層の量が多いと、加工溶液３３による被加工膜１３の溶解速度は低い。
【０１６６】
第４の実施例においても、凹部３１ｂに対する凸部３１ａの加工選択比が高い。このため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。
【０１６７】
（第５の実施例）
第５の実施例では、表面層３２として自己組織化層を用いる。そして、加工体３４としてＴｉＯ２を用いる。ＴｉＯ２は光触媒として機能する。
【０１６８】
例えば、ｐＨが１０程度の強アルカリ溶液中で、自己組織化層の表面層３２を介して、ＳｉＯ２膜とＴｉＯ２板と接触させ、ＳｉＯ２膜およびＴｉＯ２板の少なくともいずれかを回転させながら化学的研磨を行う。このとき、ＴｉＯ２板の表面に紫外光を含有する光を照射する。ＳｉＯ２膜の凹部３１ｂでは自己組織化層の表面層３２による改質・保護により、強アルカリ溶液による溶解が抑制される。
【０１６９】
一方、凸部３１ａのＴｉＯ２板（触媒）の近傍では、ＴｉＯ２の光触媒効果により、ホールが形成され、以下の第３式および第４式によりヒドロキシラジカルが生成される。
【０１７０】
ＴｉＯ２  ＋  ｈν  →  ｅ−  ＋  ｈ＋  ・・・  （３）
ＯＨ−  ＋  ｈ＋  →  ＯＨ＊  ・・・  （４）
触媒と接触する凸部３１ａでは、ヒドロキシラジカルによる酸化により、シロキサン結合が切断されＳｉＯ２が表面に形成される。そして、強アルカリ溶液の加工溶液３３により、ＳｉＯ２膜が溶解する。その結果、凸部３１ａが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。
【０１７１】
第５の実施例においても、凹部３１ｂに対する凸部３１ａの加工選択比が高いため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。表面層３２として用いた自己組織化層は、化学的研磨の後に、例えば、アッシングにより除去することができる。
【０１７２】
（第６の実施例）
第６の実施例では、表面層３２として、撥水化処理層を用いる。例えば、表面層３２の形成処理として、例えば、テトラメチルシリルジエチルアミン（ＴＭＳＤＭＡ）によるシリル化処理を行う。そして、加工体３４として、Ｍｏ（モリブデン）板を用いる。Ｍｏ板は、触媒として機能する。加工溶液３３として、フッ化水素溶液を用いる。
【０１７３】
フッ化水素溶液中で、撥水化処理層の表面層３２を介して、ＳｉＯ２膜とＭｏ板とを接触させ、ＳｉＯ２膜およびＭｏ板の少なくともいずれかを回転させながら化学的研磨を行う。このとき、ＳｉＯ２膜の凹部３１ｂでは、撥水化処理層の表面層３２により、フッ化水素による溶解が抑制される。被加工膜１３の表面において、撥水化層の量が多いと（ＳｉＯ２膜の撥水化度が高いと）、加工溶液３３による被加工膜１３の溶解速度は低い。
【０１７４】
凸部３１ａのＭｏ板の近傍では、第１式の反応により、ヒドロキシラジカルが生成される。触媒であるＭｏ板と接触する凸部３１ａでは、ヒドロキシラジカルによる酸化により、シロキサン結合が切断され、表面にＳｉＯ２が形成される。第２式の反応によりＳｉＯ２が溶解する。その結果、凸部３１ａが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。
【０１７５】
第６の実施例においても、凹部３１ｂに対する凸部３１ａの加工選択比が高いため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。
【０１７６】
（第７の実施例）
第７の実施例においては、表面層３２として、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）による撥水化処理層を用いる。そして、加工体３４として、Ｐｔ板を用い、加工溶液３３として、フッ化水素溶液を用いる。
【０１７７】
この場合も、凸部３１ａのＰｔ板の近傍では、第１式の反応により、ヒドロキシラジカルが生成され、凸部３１ａが選択的に溶解し、化学的に平坦化が進行する。第７の実施例においても、凹部３１ｂに対する凸部３１ａの加工選択比が高いため、高い平坦性が効率良く得られる。そして、砥粒を用いないため、スクラッチの発生が抑制される。
【０１７８】
このように、表面層３２の形成は、被加工膜１３を撥水化処理することを含むことができる。そして、被加工膜１３を撥水化処理することは、テトラメチルシリルジエチルアミン、およびヘキサメチルジシラザンの少なくともいずれかを用いた処理を実施することを含むことができる。
【０１７９】
そして、加工体３４に用いる触媒材料は、ＰｔおよびＭｏの少なくともいずれかを含むことができる。また、触媒材料は、ＴｉＯ２を含み、平坦化する工程は、被加工膜１３に紫外線を照射することを含むことができる。
【０１８０】
［３−２．第２化学的研磨法］
まず、図２５乃至図２７を用いて、第２化学的研磨法について説明する。第２化学的研磨法では、加工溶液３３は、表面層３２を形成する原料を含む。そして、表面層３２の形成は、表面層３２を形成する原料を含む加工溶液３０と被加工膜１３とを接触させて、その原料から表面層３２を形成することを含む。以下に、第２化学的研磨法について詳説する。
【０１８１】
［３−２（１）．第２化学的研磨法におけるフロー］
以下に、図２５を用いて、第２化学的研磨法におけるフローについて説明する。
【０１８２】
図２５は、第２化学的研磨法におけるフローを示す断面図であり、凹凸３１を有する被加工膜１３を示す断面図である。
【０１８３】
図２５（ａ）に示すように、被加工膜１３は、その表面に凹凸３１を有する。凹凸３１は、凸部３１ａと凹部３１ｂとを有する。凸部３１ａの表面と凹部３１ｂの表面との間の距離（凹凸３１の深さｈ１）は、例えば３０ｎｍ以上５０００ｎｍ以下程度である。
【０１８４】
まず、第２化学的研磨法では、図２５（ｂ）に示すように、例えば、表面層３２を形成する界面活性剤（表面層３２の原料）を含む加工溶液３３と、被加工膜１３と、を接触させる。加工溶液３３中の界面活性剤は、被加工膜１３の表面に吸着し、表面層３２が形成される。
【０１８５】
次に、図２５（ｃ）に示すように、加工膜１３の凸部３１ａ上の表面層３２が除去される。より具体的には、加工溶液３３中で表面層３２を介して被加工膜１３と加工体３４とを接触させつつ、被加工膜１３および加工体３４の少なくともいずれかを回転させる。これにより、加工体３４に接触しない凹部３１ｂ上の表面層３２を残しつつ、加工体３４に接触する凸部３１ａ上の表面層３２を除去する。露出した凸部３１ａは、加工体３４に接触しつつ加工溶液３３に接触することで、加工溶液３３により溶解される。一方、凹部３１ｂは、表面層３２で覆われており加工溶液３３に接触しないため溶解され難い。
【０１８６】
この状態において被加工膜１３の溶解が進むことで、図２５（ｄ）に示すように、被加工膜１３が化学的研磨される。すなわち、化学的研磨の後における被加工膜１３の凹凸の深さｈ２は、処理前の凹凸の深さｈ１よりも小さくなる。このように、化学的研磨後においては、初期の凹凸の深さ（大きさ）よりも、加工後の凹凸の深さ（大きさ）が小さい状態が得られる。
【０１８７】
［３−２（２）．第２化学的研磨法における効果］
上記第２化学的研磨法によれば、凹凸３１（凹部３１ｂおよび凸部３１ａ）を有する被加工膜１３の表面に加工溶液３３を接触させる。加工溶液３３は、表面層３２を形成する成分と被加工膜１３を溶解する成分とを含む。このため、被加工膜１３の表面に加工溶液３３を接触させることで、表面層３２が形成される。その後、加工溶液３３中において加工体３４に接触させることで被加工膜１３の凸部３１上の表面層３２を除去する。そして、露出した凸部３１ａを加工体３４に接触させつつ加工溶液３３によって溶解させることで化学的研磨を行う。これにより、第１化学的研磨法と同様の効果を得ることができる。さらに、第２化学的研磨法では、表面層３２の形成が加工溶液３３中の原料によって行われるため、表面層３２の形成の工程が簡略化できる。
【０１８８】
［３−３．第２平坦化法における化学的研磨装置］
以下に、図２６および図２７を用いて、第２平坦化法における化学的研磨装置について説明する。
【０１８９】
図２６は、第２平坦化法における化学的研磨装置の一例を示す構成図である。
【０１９０】
図２６に示すように、一例による化学的研磨装置は、前処理部５０およびポリッシング処理部６０を備える。
【０１９１】
前処理部５０は、容器５５およびヘッド５２を備える。ヘッド５２は、ウェハ７０（半導体基板１０）を保持する。容器５５内には、前処理溶液５４を格納可能である。ウェハ７０は、前処理溶液５４に接触させられる。これにより、前処理が行われる。
【０１９２】
ポリッシング処理部６０は、ターンテーブル６５上に添付された研磨パッド６１、ヘッド６２、および薬液供給ノズル６３を備える。ヘッド６２は、ウェハ７０を保持する。薬液供給ノズル６３から、薬液６４が研磨パッド６１に向けて供給される。研磨パッド６１は、薬液６４を介して、ウェハ７０と対向する。研磨パッド６１を回転させつつ、ウェハ７０を回転させる。これによりポリッシング処理が行われる。
【０１９３】
第２平坦化法における化学的研磨装置の一例では、凹凸３１を有する被加工膜１３上に凹凸３１に沿って被加工膜１３と結合または吸着し被加工膜１３の溶解を抑制する表面層３２を形成する工程を実施できる。さらに、本装置は、被加工膜１３を溶解する加工溶液３３中で表面層３２を介して被加工膜１３と加工体３４とを接触させつつ被加工膜１３と加工体３４とを回転させ、凹凸３１の凹部３１ｂ上の表面層３２を残しつつ凹凸３１の凸部３１ａ上の表面層３２を除去し、凸部３１ａの溶解の程度を凹部３１ｂの溶解の程度よりも大きくして被加工膜１３を平坦化する工程、を実施できる。
【０１９４】
なお、表面層３２を形成する工程は、前処理部５０により実施可能である。被加工膜１３を平坦化する工程は、ポリッシング処理部６０で実施可能である。
【０１９５】
図２７は、第２平坦化法における化学的研磨装置の他の例を示す構成図である。
【０１９６】
図２７に示すように、他の例による化学的研磨装置は、前処理ポリッシング処理部８０を備える。
【０１９７】
前処理ポリッシング処理部８０は、パッド８１、ノズル８３を備える。ノズル８３は、薬液６４または前処理溶液５４を切り替えて、ウェハ７０に供給する。他の例による化学的研磨装置においても、表面層３２を形成する工程と、被加工膜１３を平坦化する工程と、を実施することができる。
【０１９８】
なお、表面層３２を形成する工程および被加工膜１３を平坦化する工程はともに、前処理ポリッシング部８０で実施可能である。
【０１９９】
［４．本実施形態に係る半導体装置の製造方法の効果］
比較例１では、エアギャップ１４または多孔質層１５上に形成された凹凸を有する被加工膜１３の平坦化薄膜化加工を通常のＣＭＰ法により行う。この場合、スラリー２４に含まれる砥粒または研磨パッド２１表面による応力集中によって、被加工膜１３の表面にスクラッチが生じてしまう。また、被加工膜１３に研磨パッド２１を接触させることによるせん断応力によって、機械的強度が低下したエアギャップ１４または多孔質層１５部分にクラックが生じてしまう。さらに、被加工膜１３の表面に生じたスクラッチが起点となり、エアギャップ１４または多孔質層１５部分にクラックが生じてしまう場合もある。
【０２００】
比較例２では、エアギャップ１４または多孔質層１５上に形成された凹凸を有する被加工膜１３の平坦化薄膜化加工を第１平坦化法によるＣＭＰ法（第１乃至第４ＣＭＰ法）により行う。すなわち、Ｒｓｋ値が負の表面を有する研磨パッド２１を用いたＣＭＰ法を行う。この場合、被加工膜１３の表面に生じるスクラッチを低減することができる。しかし、被加工膜１３に研磨パッド２１を接触させることによるせん断応力によって、被加工膜１３の膜厚が薄くなった場合に機械的強度が低下したエアギャップ１４または多孔質層１５部分にクラックが生じてしまう。
【０２０１】
比較例３では、エアギャップ１４または多孔質層１５上に形成された凹凸を有する被加工膜１３の平坦化薄膜化加工を第２平坦化法による化学的研磨法により行う。すなわち、加工溶液３３中において被加工膜１３に加工体３４（パッド６１，８１）を接触させる化学的研磨法を行う。この場合、砥粒を含むスラリーを用いないため、被加工膜１３の表面に生じるスクラッチを低減することができる。しかし、被加工膜１３に加工体３４（パッド６１，８１）を接触させることによるせん断応力によって、被加工膜１３の膜厚が薄くなった場合に機械的強度が低下したエアギャップ１４または多孔質層１５部分にクラックが生じてしまう。
【０２０２】
これに対し、上記本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、エアギャップ１４または多孔質層１５上に形成された凹凸を有する被加工膜１３の平坦化薄膜化加工において、被加工膜１３表面にスクラッチの発生を低減することができる所定の平坦化法（第１平坦化法または第２平坦化法）により被加工膜１３の平坦化が行われる。その後、被加工膜１３が所望の膜厚（例えば、４８０ｎｍ程度）を有する状態でエッチバックに切り替え、エッチバックにより被加工膜１３の薄膜化を行う。これにより、以下の効果を得ることができる。
【０２０３】
所定の平坦化法を行うことにより、被加工膜１３表面に生じるスクラッチを低減することができる。これに伴い、スクラッチが起点となるエアギャップ１４または多孔質層１５へのクラックを防ぐことができる。
【０２０４】
また、被加工膜１３が十分に厚い膜厚を有する状態で、所定の平坦化法からエッチバックへと加工法を切り替える。言い換えると、せん断応力が生じる所定の平坦化法は、エアギャップ１４または多孔質層１５上において被加工膜１３が十分に厚い膜厚を有するときに行われる。そして、その後の加工（薄膜化）は、せん断応力が生じない非接触加工であるエッチバックにより行う。これにより、所定の平坦化法の際にエアギャップ１４または多孔質層１５部分にかかるせん断応力を低減することができる。すなわち、所定の平坦化法の際のせん断応力によって、エアギャップ１４または多孔質層１５部分に生じるクラックを低減することができる。
【０２０５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０２０６】
１０…半導体基板、１３…被加工膜、１４…エアギャップ、１５…多孔質層、２１，３４，６１，８１…研磨パッド、２５…ドレッサー、３１…凹凸、３１ａ…凸部、３１ｂ…凹部、３２…表面層、３３…加工溶液
【図１】
2014183221.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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