(57)【要約】【課題】工作物に課される段差解消性及び均一性に対する要求を充分な精度で満たしつつ、エッジエクスクルージョンを極力狭小な範囲に抑えて歩留まりを大きく向上させる。【解決手段】ベースプレート４１の一面側に弾性材料からなる多数の突起状の研磨部材４３を有して研磨体４０が構成される。各研磨部材４３は弾性率の異なる二種の材料が突起の延びる方向に積層されて構成され、突起の根元側に位置する層４６を形成する材料は、突起の先端側に位置する層４５を形成する材料よりも低い弾性率を有する。【選択図】　　　　図２
2004074310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板部材の一面側に弾性材料からなる多数の突起状の研磨部材を有して構成される研磨体であって、
前記各研磨部材は弾性率の異なる複数種の材料が突起の延びる方向に積層されて構成され、
前記突起の最も先端側に位置する層を除く他の層を形成する少なくとも一つの材料は、前記突起の最も先端側に位置する層を形成する材料よりも低い弾性率を有していることを特徴とする研磨体。
【請求項２】
前記各研磨部材は弾性率の異なる二種の材料が前記突起の延びる方向に積層されて構成されており、前記突起の根元側に位置する層を形成する材料は、前記突起の先端側に位置する層を形成する材料よりも低い弾性率を有していることを特徴とする請求項１記載の研磨体。
【請求項３】
被研磨面が露出する状態で工作物を保持する工作物保持手段と、
請求項１又は２記載の研磨体の前記研磨部材を、前記工作物保持手段により保持された前記工作物の前記被研磨面と対向して位置させる研磨体保持部材とを備え、
前記工作物保持手段により保持された前記工作物の前記被研磨面に前記研磨体の前記研磨部材を接触させた状態で前記工作物と前記研磨体とを相対移動させて前記被研磨面の研磨を行うことを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
前記工作物保持手段は前記被研磨面が上方に露出する状態で前記工作物を保持するとともに、前記研磨体保持部材は前記研磨部材が下方を向くように前記研磨体を保持し、前記研磨体は前記工作物よりも小径であることを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
【請求項５】
前記工作物が半導体ウエハであり、前記請求項３又は４記載の研磨装置を用いて前記半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【請求項６】
請求項５記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作物の表面を平坦研磨する研磨体に関し、また、この研磨体を備えて構成される研磨装置に関する。更に本発明は、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法、及びこの半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＩＣの素子構造はますます微細化・複雑化してきており、多層配線の層数は増加の一途を辿っている。このような多層配線の層数の増加に伴ってＩＣ表面の段差はますます大きくなり、薄膜形成後に行う半導体ウエハ表面の研磨精度がより重要になってきている。この薄膜形成後に行うウエハ表面の研磨精度が悪いと、段差部での薄膜が局所的に薄くなる部分ができてしまい、配線の絶縁不良やショート等が起こる虞がある。また、リソグラフィ工程においては、ウエハの表面に凹凸が多いとピンぼけ状態となることがあり、微細なパターンが形成できなくなることもある。
【０００３】
ウエハ表面の平坦化研磨を行う装置としては、スピンドルの下端において保持された半導体ウエハを、回転定盤の上面に取り付けられた研磨パッドに上方から接触させ、ウエハと研磨パッドとの接触面にシリカ粒を含んだスラリー（研磨液）を供給しつつ、ウエハと研磨パッドとの双方を回転させてウエハ表面の研磨を行うＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学的機械的研磨）装置が知られている。このＣＭＰ装置では、回転定盤の上面に取り付けられた研磨パッドの直径は、研磨されるウエハの直径よりも数倍大きく、複数枚のウエハを同時に研磨することができるようになっているのが一般的である。
【０００４】
また、特開平１１−１５６７１１号公報には、上記構成とは逆に、スピンドルの下部に取り付けられた研磨パッドを、回転定盤の上面側に保持されたウエハに上方から接触させ、ウエハと研磨パッドとの間に上記スラリーを供給しつつ、ウエハと研磨パッドの双方を回転させてウエハ表面を研磨するタイプのＣＭＰ装置が開示されている。このタイプのＣＭＰ装置では、研磨パッドの直径は研磨されるウエハの直径よりも小さく、研磨パッド側をウエハ表面に対して揺動移動させることにより、ウエハの表面全体を研磨することができるようになっている。このためウエハは一枚ごと研磨することになるが、研磨中におけるウエハの表面状態をリアルタイムで観察できるという利点がある。
【０００５】
ところで、ウエハの平坦化に際しては、段差解消性（或いは平坦性）及び均一性に対する所定の要求が満たされる必要がある。ウエハ表面の段差解消性及び均一性には研磨パッドを構成する材料の弾性率（硬さ）が大きく影響し、研磨パッドが硬質材料からなる場合と軟質材料からなる場合とではその研磨特性が大きく異なることが知られている。すなわち、硬質材料からなる研磨パッドはウエハ表面の微細凹部まで入り込めないので均一性はやや不充分となるが、ウエハ表面上の凸部を十分に平坦化できるので段差解消性は良好となる。一方、軟質材料からなる研磨パッドはウエハ表面上の凸部を十分には平坦化できないので段差解消性はやや不充分となるが、ウエハの微細凹部まで入り込むことができるので均一性は良好となる。
【０００６】
また、ウエハ表面の平坦化研磨においては、エッジエクスクルージョンに対する要求も課される。エッジエクスクルージョンとは、ウエハの周辺部において段差解消性や均一性等の評価対象外となる領域（通常はその幅の大きさで表される）のことであり、これが所定の基準値内に抑えられるようにする必要がある。エッジエクスクルージョンが大き過ぎると、そのウエハから切り出せるチップ数が少なって歩留まり（Ｇ／Ｗ歩留まり）が小さくなるほか、他の要求基準をも満たせなくなる虞も出てくる。
【０００７】
このエッジエクスクルージョンは、ウエハ表面の研磨中に、ウエハのエッジ上に位置する研磨パッドが局所的にウエハの側面に回り込むことにより生じる縁だれによる要因と、研磨パッドがウエハの内方に引き込まれる際に、ウエハのエッジ側方に位置した研磨パッドの一部がエッジに引っ掛かってその近傍部分が浮き上がり、ウエハ表面との間に非接触部分を生じてしまうオーバーシュートによる要因とがあるが、これら縁だれやオーバーシュートの大きさも研磨パッドの材料硬さに影響される。すなわち、研磨パッドが軟質材料からなる場合には、研磨パッドはウエハのエッジ形状にほぼ倣うように屈曲するため縁だれは大きくなるがオーバーシュート量は小さくなり、ウエハ表面との非接触部分は小さくなる。一方、研磨パッドが硬質材料からなる場合には、研磨パッドはウエハのエッジ形状に倣うようには屈曲できないためエッジ近傍領域におけるウエハ表面との非接触部分は大きくなるが、その分縁だれは小さくなる。このように研磨パッドが軟質材料からなる場合には縁だれが、また研磨パッドが硬質材料からなる場合にはオーバーシュート量がそれぞれ大きくなり、いずれもエッジエクスクルージョンは大きくなってしまう。
【０００８】
図１２は従来の研磨体の一例を示すものであり、図１２（Ａ）はその側面図、図１２（Ｂ）は下面図である。この研磨体は上記した研磨パッド材料の硬軟の違いに起因する欠点を補いつつ、段差解消性、均一性とも良好にすることができるようにしたものであり、研磨体保持部材９０に取り付けられる円盤状のベースプレート９１と、このベースプレート９１に取り付けられた硬質材料からなる研磨パッド９２とからなり、研磨パッド９２の表面には縦横の溝が設けられて多数の突起９４が突出した形状となっている。このような研磨体では、研磨パッド９２が硬質材料からなることにより段差解消性の要求を満たすことができるとともに、研磨パッド９２の表面に縦横の溝を設けて研磨パッド９２の面外曲げ剛性を低下させることにより、研磨パッド９２を軟質材料により構成した場合と同様の効果を与えて均一性に対する要求を満たすことができるようにしている。ここで、研磨パッド９２の表面に設けられた縦横の溝は、スラリーをウエハと研磨パッド９２との接触面全体に行き渡らせるほか、スラリーを或る程度の時間研磨パッド９２の表面に滞留させる働きをしている。また、研磨により生じたウエハの削り屑を、ウエハ表面を傷付けることなく接触面外に排出させる働きもしている。
【０００９】
図１３（Ａ）は上記研磨体を改良した研磨体の側面図を示している。なお、この研磨体の下面図は図１２（Ｂ）と同様であるので省略する。この研磨体は、研磨体保持部材１００に取り付けられるベースプレート１０１と、このベースプレート１０１に取り付けられた硬質弾性材料からなる研磨パッド１０２との間に軟質弾性材料からなる層（軟質材料層）１０３を有しており、研磨パッド１０２には軟質材料層１０３との境目にまで至る深さを有する溝が縦横に設けられて多数の突起１０４が形成されている。このような構成の研磨体では、ベースプレート１０１と研磨パッド１０２との間に軟質材料層１０３が設けられているため、突起１０４がウエハＷ表面の凹凸形状に倣うようになり、図１２に示す研磨体よりも一層良好な均一性が得られる。なお、このような構成の研磨体は、特開平１１−１５６６９９号公報において開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記図１３（Ａ）に示すタイプの研磨体では、研磨パッド１０２の各突起１０４は軟質材料層１０３を介して根元において繋がっているため、図１３（Ｂ）に示すように、ウエハＷのエッジ上に位置した突起（これを符号１０４ａで示す）が大きく傾いたときには、軟質材料層１０３内で体積移動が起き、この傾いた突起１０４ａに隣接する他の突起（これらを符号１０４ｂ，１０４ｃで示す）を引きずってこれを変形させる（傾かせる）。このためオーバーシュート量が大きくなり、エッジエクスクルージョンの領域が広くなってしまうという問題が生じていた。
【００１１】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、工作物に課される段差解消性及び均一性に対する要求を充分な精度で満たしつつ、エッジエクスクルージョンを極力狭小な範囲に抑えて歩留まりを大きく向上させることが可能な構成の研磨体、及びこのような研磨体を備えて構成される研磨装置を提供することを目的としている。更に、このような研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法、及びこの半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスを提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため、本発明に係る研磨体は、平板部材の一面側に弾性材料からなる多数の突起状の研磨部材を有して構成される研磨体であって、各研磨部材は弾性率の異なる複数種の材料が突起の延びる方向に積層されて構成され、突起の最も先端側に位置する層を除く他の層を形成する少なくとも一つの材料は、突起の最も先端側に位置する層を形成する材料よりも低い弾性率を有している。
【００１３】
本発明に係る研磨体は、平板部材の一面側に弾性材料からなる多数の突起状の研磨部材を有してなり、各研磨部材は弾性率の異なる複数種の材料が突起の延びる方向に積層されて構成され、突起の最も先端側に位置する層を除く他の層を形成する少なくとも一つの材料は、突起の最も先端側に位置する層を形成する材料よりも低い弾性率を有している（軟質になっている）ので、この研磨体を用いて工作物の被研磨面を研磨した場合、その被研磨面には突起の最も先端側に位置する硬質材料層が接触することになって段差解消性に対する要求が満足される一方、被研磨面上の凹凸形状に対しては、硬質材料層と平板部材との間に設けられた軟質材料層が屈曲変形することにより硬質材料層がその凹凸形状に倣うようになるので、均一性に対する要求も満足される。ここで、各研磨部材それぞれが軟質材料層を有しており、従来のように隣接する突起同士が共通の軟質材料層により繋がっている構成ではないため、工作物のエッジ上に位置した一部の研磨部材が大きく屈曲した場合であっても、隣接した他の研磨部材はこれに引きずられて屈曲することがない。このため、エッジエクスクルージョンを極力狭小な範囲に抑えることができ、歩留まりを大きく向上させることができる。
【００１４】
このような研磨体では、特に、各研磨部材は弾性率の異なる二種の材料が突起の延びる方向に積層されて構成されており、突起の根元側に位置する層を形成する材料は、突起の先端側に位置する層を形成する材料よりも低い弾性率を有していることが好ましい。このような構成であれば、より簡単な構成で上記効果を得ることができる。
【００１５】
また、本発明に係る研磨装置は、被研磨面が露出する状態で工作物を保持する工作物保持手段と、上記本発明に係る研磨体の研磨部材を、工作物保持手段により保持された工作物の被研磨面と対向して位置させる研磨体保持部材とを備え、工作物保持手段により保持された工作物の被研磨面に研磨体の研磨部材を接触させた状態で工作物と研磨体とを相対移動させて被研磨面の研磨を行う構成になっている。
【００１６】
このような構成の研磨装置では、上記効果を有する本発明に係る研磨体を有して構成されているので、段差解消性と均一性とに対する要求を満たしつつ、エッジエクスクルージョンを極力狭小な範囲に抑えた歩留まりの高い工作物を効率よく生産することができる。特に、工作物が半導体ウエハである場合には、そのウエハから切り出せるチップ数が増大するので、歩留まりを大きく向上させることができる。
【００１７】
また、上記研磨装置においては、工作物保持手段は被研磨面が上方に露出する状態で工作物を保持するとともに、研磨体保持部材は研磨部材が下方を向くように研磨体を保持し、研磨体は工作物よりも小径であることが好ましい。このような構成によれば、研磨中における工作物の表面状態をリアルタイムで観察することができるようになる。
【００１８】
また、本発明に係る半導体デバイス製造方法は、工作物が半導体ウエハであり、上記本発明に係る研磨装置を用いて半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする。このような半導体デバイス方法では、研磨工程において上記本発明に係る研磨装置が用いられるため、歩留まりが向上する。
【００１９】
また、本発明に係る半導体デバイスは、上記本発明に係る半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする。このような半導体デバイスは、上記本発明に係る半導体デバイス製造方法により高歩留まりで製造されるので、大変低コストな半導体デバイスとなる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は本発明に係る研磨装置の一例としてのＣＭＰ装置の要部構成を示したものである。このＣＭＰ装置１０は工作物（研磨対象）である半導体ウエハ（以下、ウエハと称する）Ｗを被研磨面が上方に露出する状態で保持する回転定盤２０と、この回転定盤２０の上方に設置された研磨ヘッド５０とを備えて構成されている。
【００２１】
回転定盤２０はウエハＷとほぼ同じ直径を有する円盤状の回転テーブルであり、上下方向に延びた回転軸２２の上端に取り付けられてほぼ水平姿勢に保持されている。回転定盤２０の上面には図示しない真空チャックが設けられており、これにより工作物であるウエハＷを回転定盤２０の上面側に着脱自在に固定できるようになっている。回転軸２２は図示しない電動モータを有して構成されるウエハ回転駆動機構１２（図１参照）により回転駆動させることができる。
【００２２】
研磨ヘッド５０は、回転定盤２０の上方に位置して設けられた研磨体保持部材３０と、この研磨体保持部材３０に保持される円盤状の研磨体４０とからなっている。ここで、研磨体保持部材３０は、回転定盤２０に保持されたウエハＷの表面に垂直な方向に延びて設けられた軸（すなわち回転軸２２と平行な軸）を回転軸とするスピンドル５２の下端に取り付けられおり、研磨体保持部材３０の下面である研磨体保持面３２は、スピンドル５２の回転軸に垂直（したがってウエハＷ表面に平行）になるように設けられている。そして、研磨体４０はこの研磨体保持面３２に、接着剤（例えば両面テープ）等により着脱自在に取り付けられている。
【００２３】
図２は研磨ヘッド５０を拡大して示すものであり、図２（Ａ）はその側面図、図２（Ｂ）は下面図である。また、図３は研磨ヘッド５０における図２（Ａ）の領域ＩＩＩを拡大して示したものである。これらの図より分かるように、研磨体４０は円盤状に形成されたベースプレート４１の下面側に弾性材料からなる多数の突起状の研磨部材４３を有してなり、各研磨部材４３は、弾性率の異なる二種の材料が突起の延びる方向（ここでは上下方向）に積層されて構成されている。そして、突起の根元側に位置する層（ここでは上側の層）４６を形成する材料は、突起の先端側に位置する層（ここでは下側の層）４５を形成する材料よりも低い弾性率を有している。
【００２４】
すなわち、各研磨部材４３は先端部に硬質の材料層（例えば硬質系の発泡ウレタンからなる層）が配されるとともに、根元部には軟質の材料層（例えば軟質系の発泡ウレタンからなる層）が配された構成となっている。このため、以下の説明において、突起の先端側に位置する層４５を硬質材料層と称し、突起の根元側に位置する層４６を軟質材料層と称することにする。但し、ここでいう「硬質」、「軟質」という硬さの表現は、両材料層４５，４６を構成する材料の硬さを比較したときの相対的な表現である。また、ベースプレート４１は研磨部材４３を構成する材料に比して十分に高い弾性率を有する材料（例えばステンレス等の金属、或いは樹脂材料）により構成されている。
【００２５】
研磨体４０はこのようにベースプレート４１と多数の突起状の研磨部材４３とが一体に構成されており、ベースプレート４１の上面側が研磨体保持部材３０の研磨体保持面３２に取り付けられる。この研磨体４０の直径は、工作物であるウエハＷの直径よりも小径であり、各研磨部材４３の下面（或いは各研磨部材４３の下面を連ねた面）が本研磨体４０の研磨面４７に相当する。なお、研磨部材４３が磨り減ってこれを交換するときには、研磨体４０ごと交換することになる。
【００２６】
研磨ヘッド５０が取り付けられるスピンドル５２は図示しない電動モータを有して構成される研磨ヘッド回転駆動機構１４（図１参照）により垂直軸まわりに回転駆動されるようになっている。また、スピンドル５２は複数の図示しない電動モータを有して構成される研磨ヘッド移動機構１６（図１参照）により、垂直姿勢を保ったまま三次元的に平行移動させることができる。
【００２７】
図１及び図２に示すように、本ＣＭＰ装置１０においては、スピンドル５２及び研磨ヘッド５０を上下方向に貫通するようにスラリー供給管６２が設けられており、その一方側の端部はベースプレート４１の中央部に設けられた開口部４２（図２（Ｂ）参照。）において開口し、他方側の端部は図１に示すようにスラリー供給装置６０に接続されている。
【００２８】
このような構成のＣＭＰ装置１０を用いてウエハＷの表面を研磨するには、先ず、研磨ヘッド５０の研磨体保持面３２に研磨体４０を取り付ける。研磨体４０を研磨体保持面３２に取り付けたら、ウエハＷを回転定盤２０の上面に上述の真空チャックを用いて固定する。このとき、ウエハＷの中心が回転定盤２０の中心に一致するようにする。続いて、ウエハ回転駆動機構１２により回転定盤２０を回転させてウエハＷをその中心まわりに回転させるとともに、研磨ヘッド回転駆動機構１４によりスピンドル５２を回転させて研磨ヘッド５０を回転させる。ウエハＷと研磨ヘッド５０の双方が回転を始めたら、研磨ヘッド移動機構１６によりスピンドル５２を移動させて研磨体４０をウエハＷの上方に位置させた後、これを下降させて、研磨体４０の下面、すなわち研磨面４７をウエハＷの被研磨面（上面）に上方から接触させる。
【００２９】
ウエハＷの研磨中には、研磨ヘッド移動機構１６により研磨ヘッド５０を移動させて、研磨体４０の研磨面４７がウエハＷの表面に接触した状態のままその表面上を移動するようにする。これにより研磨体４０はウエハＷより小径でありながら、ウエハＷの表面（被研磨面）全域について研磨することができる。図４及び図５はこのようなウエハＷの研磨工程における研磨体４０の移動経路の例を示すものであり、ともにウエハＷの上方から見たものである。これらの図中に矢印付きで示す行路は、研磨体４０の（研磨面４７の）中心位置の移動経路であり、図４に示す例は、研磨体４０をウエハＷ表面上の一の方向に揺動（往復）運動させつつ、同じくウエハＷ表面上であって上記一の方向と直角な方向に向かって移動させるようにしたものである。また、図５に示す例は、ウエハＷ表面上を、ウエハＷの外縁側から中心側に向かうように螺旋状に研磨体４０を移動させるようにしたものである。これらいずれの移動経路によっても、ウエハＷ表面の全域を研磨することができる。なお、これらと異なる他の移動経路によってもウエハＷ表面の全域を研磨できることは勿論である。
【００３０】
ウエハＷの研磨中においては、スラリー供給装置６０よりシリカ粒を含んだスラリーを圧送し、スラリー供給管６２及びベースプレート４１上の開口４２を介してベースプレート４１の下面側にスラリーが供給されるようにする。ベースプレート４１の下面側に供給されたスラリーは隣接する研磨部材４３同士の間の溝内を流れるため、ウエハＷの表面（被研磨面）と研磨体４０の研磨面４７との間に十分な量のスラリーが行き渡るようになる。また、スラリーが上記溝内に或る程度の時間滞留することから、少ないスラリーで十分な研磨を行うことが可能である。
【００３１】
本研磨体４０では、上述したように、平板部材であるベースプレート４１の一面側に設けられた弾性材料からなる多数の突起状の研磨部材４３を有してなり、各研磨部材４３は弾性率の異なる二種の材料が突起の延びる方向に積層されて構成され、突起の根元側に位置する層（軟質材料層４６）を形成する材料は、突起の先端側に位置する層（硬質材料層４５）を形成する材料の弾性率よりも低い弾性率を有している（軟質になっている）ので、この研磨体４０を用いてウエハＷの被研磨面を研磨した場合、その被研磨面には突起の先端側に位置する硬質材料層４５が接触することになって段差解消性に対する要求が満足される一方、被研磨面上の凹凸形状に対しては、硬質材料層４５とベースプレート４１との間に設けられた軟質材料層４６が屈曲変形することにより硬質材料層４５がその凹凸形状に倣うようになるので、均一性に対する要求も満足される。
【００３２】
また、ウエハＷの研磨に際しては、上記のように研磨ヘッド５０が移動されるため、多数ある研磨部材４３（研磨面４７）の一部は図６（Ａ）に示すように、ウエハＷのエッジよりウエハＷの外方にはみ出すことになる。このとき、ウエハＷのエッジ上に位置する研磨部材４３（図６（Ａ）において符号４３ａで示す研磨部材）は根元側の軟質材料層４６において屈曲するが、本研磨体４０では各研磨部材４３それぞれが軟質材料層４６を有しており、従来例のように隣接する突起同士が共通の軟質材料層により繋がっている構成（図１３参照）ではない。このため、ウエハＷのエッジ上に位置した一部の研磨部材４３が大きく屈曲した場合であっても、隣接した他の研磨部材４３（例えば図６（Ａ）において符号４３ｂで示す研磨部材）はこれに引きずられて屈曲することがない。
【００３３】
よって、ウエハＷのエッジ近傍における単位時間当たりの研磨量は図６（Ｂ）のグラフＨのようになり、図１３に示した従来例に係る研磨体においてはグラフＪのようになるのに比較して、エッジエクスクルージョンが小さくなる。なお、図６（Ｂ）においては、本研磨体４０を用いた場合のエッジエクスクルージョンの範囲を符号Ｅで示しており、図１３において示した従来例に係る研磨体を用いた場合のエッジエクスクルージョンの範囲をＥ０で示している。このように本研磨体４０によれば、段差解消性及び均一性に対する要求を十分に満足し得るうえ、エッジエクスクルージョンを極力狭小な範囲に抑えることができるので、歩留まりを大きく向上させることが可能である。
【００３４】
また、本ＣＭＰ装置１０は、上述のように、被研磨面が露出する状態で工作物であるウエハＷを保持する工作物保持手段としての回転定盤２０と、回転定盤２０により保持されたウエハＷの被研磨面に垂直な軸（スピンドル５２の回転軸）まわりに回転可能であり、上記研磨体４０のベースプレート４１を上記軸に垂直な面である研磨体保持面３２において保持した状態で、研磨体４０の研磨部材４３を、回転定盤２０により保持されたウエハＷの被研磨面と対向して位置させる研磨体保持部材３０とを備え、回転定盤２０により保持されたウエハＷの被研磨面に研磨体４０の研磨部材４３を接触させた状態で研磨体保持部材３０、すなわち研磨体４０を移動させて被研磨面の研磨を行う構成になっている。
【００３５】
このＣＭＰ装置１０においては、上述の効果を有する本発明に係る研磨体（研磨体４０）を有しているので、段差解消性と均一性とに対する要求を満たしつつ、エッジエクスクルージョンを極力狭小な範囲に抑えた歩留まりの高い工作物（ここではウエハＷ）を効率よく生産することができる。特に、工作物が上述のように半導体ウエハである場合には、そのウエハＷから切り出せるチップ数が増大するので、歩留まりを大きく向上させることができる。
【００３６】
ここで、本研磨体４０における硬質材料層４５及び軟質材料層４６の材料の選択、及びこれら両材料層４５，４６の厚さの比率などは、研磨部材４３の長さ、隣接する研磨部材４３同士の間隔等をパラメータとして決定される。例えば、ウエハＷのエッジ上に位置した研磨部材４３が傾いた場合でも、この研磨部材（図６（Ａ）における研磨部材４３ａ）が隣接する研磨部材（図６（Ｂ）における研磨部材４３ｂ）に接触しないようにする、という条件を課す場合には、この条件を満たすように上記材料の選択や厚さの比率などが定められる。また、ベースプレート４１の材料や弾性係数、厚さなども、ウエハＷに求められる研磨精度や硬質材料層４５及び軟質材料層４６についての物性値等に応じて最適の値が決定される。
【００３７】
本研磨体４０の製造手順は特に限定されないが、その一例を示すと、先ず、円盤状のベースプレート４１の一面側に軟質材料層４６を形成する材料からなる円盤状の第１層を設け、その上に、硬質材料層４５を形成する材料からなる円盤状の第２層を設ける。ここで、第１層と第２層とはベースプレート４１とほぼ同じ大きさの径となるようにする。これによりベースプレート４１、第１層及び第２層がこの順に積層された円盤形の研磨体素体ができあがるが、このような研磨体素体に、第２層側から第１層に至る深さを有する溝を縦横に設ければ、ベースプレート４１上に硬軟二層の材料層からなる多数の研磨部材４３を有した本研磨体４０が完成する。
【００３８】
ここで上記溝をベースプレート４１と第１層との境界に至るまで設けた場合には図３に示した形態の研磨体４０となるが、この溝の深さは必ずしもベースプレート４１と第１層との境界に至るまで設けなくてもよく、図７に示す第１変形例に係る研磨体のように、各研磨部材４３が隣接する他の研磨部材４３とその根元部において繋がっていてもよい。但しこの場合には、隣接する研磨部材４３同士が繋がる部分の層（第１層）の厚さｈは、この研磨体を用いてウエハＷを研磨した際、ウエハＷのエッジ上に位置した研磨部材４３が屈曲しても、隣接した他の研磨部材４３がこれに引きずられて屈曲することがないような範囲に限定される必要がある。或いは、図８に示す第２変形例に係る研磨体のように、上記溝をベースプレート４１が少々削れる程度の深さまで設けてもよい。このような形態であっても、本発明に係る研磨体の効果は妨げられない。
【００３９】
また、本研磨体４０においては、各研磨部材４３は、図２（Ｂ）に示したように縦横に規則正しく並んで設けられるのであってもよいが、図９に示す第３変形例に係る研磨体のように、各研磨部材４３は不規則に配置されていても構わない。この場合にはベースプレート４１の一面側に、硬軟二層に形成された円柱状或いは角柱状の研磨部材４３を多数植設する製造法となる。しかし、図２（Ｂ）に示したような、各研磨部材４３がベースプレート４１上で規則正しく並んでいる研磨体４０では、上述したように、ベースプレート４１、第１層及び第２層からなる円盤形の研磨体素体上に縦横の溝を設けるだけでよいので、製造手順が大変簡単になるという利点がある。
【００４０】
図１０は第４変形例に係る研磨体を示しており、図１０（Ａ）はこの第４変形例に係る研磨体を下方から見た図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）における矢視Ｂ−Ｂより見た研磨体４０の端面図である。この第４変形例に係る本研磨体４０においては、ベースプレート４１上に形成される多数の研磨部材４３のうち、ウエハＷの研磨中においてウエハＷのエッジ上に位置することがあり、或いはエッジより外方にはみ出すことのある領域のもののみが上述の実施形態における研磨部材４３のように細分化された形状に形成され、それ以外の領域のものは細分化されない、広い研磨面４７を有する形状に形成されている。このような形態であっても、本発明に係る研磨体の効果は妨げられない。
【００４１】
また、上述の実施形態に示した研磨体４０では、各研磨部材４３は、弾性率の異なる二種の材料が突起の延びる方向に積層された構成を有するとともに、突起の根元側に位置する層４６を形成する材料が、突起の先端側に位置する層４５を形成する材料よりも低い弾性率を有するものであったが、これは一例に過ぎず、各研磨部材４３は、弾性率の異なる複数種の材料が突起の延びる方向に積層された構成を有し、研磨部材４３を構成する複数種の材料のうち、突起の最も先端側に位置する層を除く他の層を形成する少なくとも一つの材料が、突起の最も先端側に位置する層を形成する材料よりも低い弾性率を有していればよい。すなわち、上述の実施形態において示した研磨体４０は、研磨部材４３を構成する弾性率の異なる材料の層が二つ（二層）である場合の特別な例である。このように、研磨部材４３を構成する弾性率の異なる材料層が二層でなく、それ以上の層であっても、ウエハＷの被研磨面に研磨部材の硬質材料層が接触するようにして段差解消性に対する要求が満たされるようにし、また、この硬質材料層とベースプレートとの間に設けた軟質材料層が屈曲変形することにより硬質材料層が被研磨面の凹凸形状に倣うことができるようにして均一性に対する要求を満足させることができるのは、上述の二層の場合と同じである。
【００４２】
次に、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施形態について説明する。図１１は半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。半導体製造プロセスをスタートすると、先ずステップＳ２００で次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から適切な処理工程を選択し、いずれかのステップに進む。
【００４３】
ここで、ステップＳ２０１はウエハＷの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウエハＷ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウエハＷに電極を蒸着等により形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はウエハＷにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【００４４】
ＣＶＤ工程（ステップＳ２０２）若しくは電極形成工程（ステップＳ２０３）の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明による上記ＣＭＰ装置１０により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨によるダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）の形成等が行われる。
【００４５】
ＣＭＰ工程（ステップＳ２０５）若しくは酸化工程（ステップＳ２０１）の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソグラフィ工程である。この工程ではウエハＷへのレジストの塗布、露光装置を用いた露光によるウエハＷへの回路パターンの焼き付け、露光したウエハＷの現像が行われる。更に、次のステップＳ２０７は現像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。
【００４６】
次に、ステップＳ２０８で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップＳ２００に戻り、先のステップを繰り返してウエハＷ上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全工程が完了したと判断されればエンドとなる。
【００４７】
このように本発明に係る半導体デバイス製造方法では、ＣＭＰ工程において本発明に係る研磨装置（ＣＭＰ装置１０）を用いているため、歩留まりが向上する。また、これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べ低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果が生まれる。なお、上記半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発明に係る研磨装置を用いてもよい。また、本発明に係る半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスは高歩留まりで製造されるので、低コストの半導体デバイスとなる。
【００４８】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明してきたが、本発明の範囲は上述の実施形態において示したものに限定されない。例えば、上述の実施形態では、本発明に係る研磨体若しくは本発明に係る研磨装置により研磨される工作物は半導体ウエハＷであるとして説明したが、これは一例であり、液晶基板等の他の基板を工作物としてもよい。更には、基板以外のものを工作物としてもよい。
【００４９】
また、上述の実施形態では、本発明に係る研磨装置（ＣＭＰ装置１０）は、回転定盤２０により回転されたウエハＷの被研磨面に回転状態の研磨部材４３を接触させるとともに、研磨体４０をウエハＷ表面に対して揺動させてウエハＷ表面を研磨する構成であったが、これは、ウエハＷの被研磨面に研磨部材４３を接触させた状態でウエハＷと研磨体４０とを相対移動させるのであれば、必ずしも上記のような研磨方法を採用する必要はない。例えば、上記例のように一方が固定で他方が揺動する構成ではなく、双方が揺動移動する構成であってもよい。また、上記例のように双方が回転する構成ではなく、一方又は双方が非回転である構成であってもよい。
【００５０】
また、本発明に係る研磨装置は、上述の実施形態では、工作物保持手段は工作物を被研磨面が上方に露出する状態で保持するとともに、研磨体保持部材は研磨部材が下方に向くように研磨体を保持し、かつ、研磨体は工作物よりも小径であるとしていたが、これは一例であり、工作物保持手段が工作物を被研磨面が下方に露出する状態で保持するとともに、研磨体保持部材が研磨体を研磨部材が上方を向くように保持する構成のものであってもよい。この場合には、研磨体は工作物よりも大径となるのが普通である。但し、上述の実施形態において示したＣＭＰ装置１０のように、工作物保持手段が工作物を被研磨面が上方に露出する状態で保持するとともに、研磨体保持部材が研磨体を研磨部材が下方を向くように保持し、研磨体が工作物よりも小径である構成を採る場合には、研磨中における工作物の表面状態をリアルタイムで観察することができるという利点がある。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る研磨体は、平板部材の一面側に弾性材料からなる多数の突起状の研磨部材を有してなり、各研磨部材は弾性率の異なる複数種の材料が突起の延びる方向に積層されて構成され、突起の最も先端側に位置する層を除く他の層を形成する少なくとも一つの材料は、突起の最も先端側に位置する層を形成する材料よりも低い弾性率を有している（軟質になっている）ので、この研磨体を用いて工作物の被研磨面を研磨した場合、その被研磨面には突起の最も先端側に位置する硬質材料層が接触することになって段差解消性に対する要求が満足される一方、被研磨面上の凹凸形状に対しては、硬質材料層と平板部材との間に設けられた軟質材料層が屈曲変形することにより硬質材料層がその凹凸形状に倣うようになるので、均一性に対する要求も満足される。ここで、各研磨部材それぞれが軟質材料層を有しており、従来のように隣接する突起同士が共通の軟質材料層により繋がっている構成ではないため、工作物のエッジ上に位置した一部の研磨部材が大きく屈曲した場合であっても、隣接した他の研磨部材はこれに引きずられて屈曲することがない。このため、エッジエクスクルージョンを極力狭小な範囲に抑えることができ、歩留まりを大きく向上させることができる。
【００５２】
また、本発明に係る研磨装置は、上記効果を有する本発明に係る研磨体を有して構成されているので、段差解消性と均一性とに対する要求を満たしつつ、エッジエクスクルージョンを極力狭小な範囲に抑えた歩留まりの高い工作物を効率よく生産することができる。特に、工作物が半導体ウエハである場合には、そのウエハから切り出せるチップ数が増大するので、歩留まりを大きく向上させることができる。
【００５３】
また、本発明に係る半導体デバイス方法は、研磨工程において上記本発明に係る研磨装置が用いられるため、歩留まりが向上する。また、本発明に係る半導体デバイスは、上記本発明に係る半導体デバイス製造方法により高歩留まりで製造されるので、大変低コストな半導体デバイスとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の一例としてのＣＭＰ装置の要部構成図である。
【図２】上記ＣＭＰ装置における研磨ヘッドを拡大して示す図であり、（Ａ）はその側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図３】研磨ヘッドにおける図２（Ａ）の領域ＩＩＩを拡大して示す図である。
【図４】ウエハの研磨工程における研磨ヘッドの移動経路の第１例を示す図である。
【図５】ウエハの研磨工程における研磨ヘッドの移動経路の第２例を示す図である。
【図６】（Ａ）はウエハの研磨中に、多数ある研磨部材のうちウエハのエッジ上に位置するものが根元側の軟質材料層において屈曲している状態を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）の状態におけるウエハのエッジ近傍における単位時間当たりの研磨量を示す研磨量曲線であり、グラフＨは本発明に係る研磨体の場合、グラフＪは従来構成の研磨体の場合をそれぞれ示している。
【図７】研磨体の第１変形例を示す図である。
【図８】研磨体の第２変形例を示す図である。
【図９】研磨体の第３変形例を示す図である。
【図１０】第４変形例に係る研磨体を示しており、（Ａ）は研磨ヘッドを下方から見た図、（Ｂ）は（Ａ）における矢視Ｂ−Ｂより見た研磨ヘッドの端面図である。
【図１１】本発明に係る半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１２】従来の研磨体の第１例を示す図であり、（Ａ）側面図、（Ｂ）は下面図である。
【図１３】従来の研磨体の第２例を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）はこの研磨体を構成する突起が軟質材料層において屈曲している状態を示す図である。
【符号の説明】
１０　　ＣＭＰ装置
１２　　ウエハ回転駆動機構
１４　　研磨ヘッド回転駆動機構
１６　　研磨ヘッド移動機構
２０　　回転定盤
２２　　回転軸
３０　　研磨体保持部材
３２　　研磨体保持面
４０　　研磨体
４１　　ベースプレート
４２　　開口
４３　　研磨部材
４５　　硬質材料層
４６　　軟質材料層
４７　　研磨面
５０　　研磨ヘッド
５２　　スピンドル
６０　　スラリー供給装置
６２　　スラリー供給管
Ｗ　　　半導体ウエハ
【図１】
2004074310.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004074310.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004074310.tif 000009
【図８】
2004074310.tif 000010
【図９】
2004074310.tif 000011
【図１０】
2004074310.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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