(57)【要約】【課題】半導体ウエハの表面研磨の平坦性及び均一性に対する要求を充分な精度で満たすことができるとともに製造コストを抑えることができる研磨部材を提供する。【解決手段】研磨対象物である半導体ウエハの被研磨面に当接して研磨を行う研磨パッド４１と、前記研磨パッド４１を平面状に貼付保持する貼付面４２ｐを有した研磨支持体４２とからなる研磨部材４において、前記貼付面４２ｐは、所望の圧縮弾性率を有して構成される。【選択図】　図３
2004022886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物の被研磨面に当接して研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドを平面状に貼付保持する貼付部材を有した研磨支持体とからなる研磨部材において、
前記貼付部材は、所望の圧縮弾性率を有していることを特徴とする研磨部材。
【請求項２】
前記研磨支持体は、本体部と、前記貼付部材とから構成され、前記貼付部材は所定厚さのシート状の弾性プレートであることを特徴とする請求項１に記載の研磨部材。
【請求項３】
前記弾性プレートは、非発泡性もしくは発泡性ゴム、あるいは、ウレタン発泡体からなることを特徴とする請求項２に記載の研磨部材。
【請求項４】
前記所望の圧縮弾性率は、前記研磨パッドの圧縮弾性率とほぼ同じであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の研磨部材。
【請求項５】
研磨対象物を保持する対象物保持装置と、前記研磨体対象物を研磨する請求項１〜４のいずれかに記載の研磨部材とを備え、前記研磨部材を前記研磨対象物に当接させながら前記対象物保持装置と前記研磨部材とを相対移動させて前記研磨対象物の被研磨面の研磨を行うように構成されることを特徴とする研磨装置。
【請求項６】
半導体ウエハの表面を請求項５に記載の研磨装置を用いて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７】
請求項６に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、半導体装置に用いられるウエハ等の基板の表面を研磨して平坦化するための研磨部材、この研磨部材を用いた研磨装置、この装置を用いた半導体デバイスの製造方法及びこの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が微細化・複雑化され、多層配線の層数が増加するに伴ってＩＣ表面の段差はますます大きくなってきており、各薄膜形成後に行う半導体ウエハ表面の研磨精度が重要になってきている。この薄膜形成後に行う研磨の精度が悪いと、段差部での薄膜が局所的に薄くなったり、あるいは配線の絶縁不良やショート等が行ったりするおそれがある。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】
そこで、半導体ウエハの表面を平坦化する研磨装置として、研磨対象物である半導体ウエハを保持する対象物保持装置と、半導体ウエハを研磨し且つ半導体ウエハの被研磨面に当接して研磨を行うシート状の研磨パッド及び研磨パッドを平面状に貼付保持する貼付面を有した研磨支持体とからなる研磨部材とを備え、この研磨部材を対象物保持装置に保持された半導体ウエハの被研磨面に当接させながら対象物保持装置と研磨部材とを相対移動させて半導体ウエハの被研磨面の研磨を行うように構成されたものが知られている。また、このような機械的研磨に加え、研磨パッドと半導体ウエハとの接触面に研磨剤（研磨液）を供給して研磨剤の化学的作用により上記研磨を促進させる化学機械研磨を行うＣＭＰ装置も知られている。
【０００４】
ところで、このようなＣＭＰ装置を用いて行う半導体ウエハの研磨プロセスにおいては、被研磨面の平坦度及び研磨の均一性など、半導体ウエハの研磨状態に対して所定精度が要求される。これら半導体ウエハの研磨状態には、研磨パッドの材料硬軟及び薄厚が大きく影響する。
【０００５】
例えば、研磨パッドが硬質材料からなる場合には、平坦度は向上するが、半導体ウエハ表面の凹凸形状に倣い難く研磨の均一性は低下してしまうという問題があった。研磨パットが軟質材料からなる場合には、半導体ウエハ表面の凹凸形状に倣い易く研磨の均一性は向上するが、平坦度は低下してしまうという問題があった。
【０００６】
また、研磨パッドを薄くすると平坦度は向上するが半導体ウエハ表面に倣い難く研磨の均一性は低下し、研磨パッドを厚くすると半導体ウエハ表面に倣い易く研磨の均一性は向上するが平坦度は低下してしまうという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、上記のような研磨パッド材料の硬軟及び薄厚の短所を補い且つ長所を組み合わせて、（半導体ウエハの）被研磨面の平坦度及び研磨の均一性とも良好な研磨を行うことができるようにした研磨部材がある。その一例として、研磨支持体に設けられた研磨パッドが硬質材料製で且つ所定厚さを有して構成されているものがある。このような研磨部材では、研磨パッドを硬質材料製にすることにより被研磨面の平坦性に対する要求を満たすことができるとともに、所定厚さを持たせることにより剛性を低下させて研磨の均一性に対する要求を満たすことができるようになっている。
【０００８】
しかしながら、研磨パッドを構成する材料は高価であるため、上記のように研磨パッドに厚さを持たせるような構成である研磨部材においては、磨耗により研磨パッドを交換する際に研磨パッドが厚い状態で新品の研磨パッドと交換しなければならず、製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨対象物である半導体ウエハの表面研磨の平坦性及び均一性に対する要求を充分な精度で満たすことができるとともに製造コストを抑えることができる研磨部材、この研磨部材を用いた研磨装置、この装置を用いた半導体デバイスの製造方法及びこの製造方法により製造された半導体デバイスとを提供することを目的としている。
【００１０】
【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、本発明においては、研磨対象物の被研磨面に当接して研磨を行う研磨パッドと、前記研磨パッドを平面状に貼付保持する貼付部材を有した研磨支持体とからなる研磨部材において、前記貼付部材は、所望の圧縮弾性率を有して構成される。
【００１１】
なお、上記の研磨部材の研磨支持体は、本体部と、前記貼付部材とから構成され、前記貼付部材は所定厚さのシート状の弾性プレートであることが好ましい。
【００１２】
また、上記の研磨部材の弾性プレートは、非発泡性もしくは発泡性ゴム、あるいは、ウレタン発泡体から構成されることが好ましい。
【００１３】
上記の研磨部材の所望の圧縮弾性率は、前記研磨パッドの圧縮弾性率とほぼ同じであってもよい。
【００１４】
本発明に係る研磨装置は、研磨対象物を保持する対象物保持装置と、前記研磨体対象物を研磨する上記の研磨部材とを備え、前記研磨部材を前記研磨対象物に当接させながら前記対象物保持装置と前記研磨部材とを相対移動させて前記研磨対象物の被研磨面の研磨を行うように構成される。
【００１５】
本発明に係る半導体デバイス製造方法は、半導体ウエハの表面を、上記の研磨装置を用いて平坦化する工程を有する。また、本発明に係る半導体デバイスは、上記の半導体デバイス製造方法により製造される。
【００１６】
【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。まず、本発明に係るＣＭＰ装置（化学機械研磨装置）１について、以下に図を参照して説明する。
【００１７】
ＣＭＰ装置１は、研磨ヘッド移送機構７により研磨面を下方に向けて支持された複数の研磨ヘッドを有する。この研磨ヘッドとしては、粗研磨用研磨ヘッド２ａ、中研磨用研磨ヘッド２ｂ及び仕上げ研磨用研磨ヘッド２ｃ（但し、図においては仕上げ研磨用研磨ヘッド２ｃは示されていない）からなり、これらを総称して符号２を用いて研磨ヘッド２として説明する。研磨ヘッド２は研磨ヘッド移送機構７から下方に延びた回転軸３に取り付けられており、研磨ヘッド移送機構７内の図示しないモータにより回転駆動されるように構成されている。この研磨ヘッド２は下端部にパッド保持機構を有し、研磨部材４が研磨面を下方に向けてパッド保持機構により保持されて研磨ヘッド２の下端に着脱自在に取り付けられている。
【００１８】
ＣＭＰ装置１内には、パッドコンディショニング機構５が設けられており、ここで研磨部材４のドレッシングが行われる。パッドコンディショニング機構５はドレッシングディスク５ａ、噴射ノズル５ｂ及び回転可能な洗浄ブラシ６が図示のように配設されている。
【００１９】
研磨ヘッド移送機構７は、レ−ル７ａ、送りネジ７ｂ、送りネジ７ｂに螺着された移動体７ｃを有し、移動体７ｃに回転軸３を介して研磨ヘッド２が取り付けられている。送りネジ７ｂは歯車７ｄ，７ｅを介してモータ７ｆにより回転駆動され、移動体７ｃが図２に示すｘ方向に移動される。また、移動体７ｃ内に配設された図示しない昇降機構により、研磨ヘッド２は図２に示すｚ方向に昇降移動されるようになっている。各研磨ヘッド２ａ，２ｂ，２ｃそれぞれに上記のような機構が設けられており、それぞれ独立してｘ，ｚ方向に移動されるようになっているが、特に粗研磨用研磨ヘッド２ａは、ｘ，ｚ方向に直角なｙ方向にも移動されるように構成されている。
【００２０】
ＣＭＰ装置１にはさらに、研磨対象物であるウエハＷを収納する収納カセット９が設けられ、この収納カセット９に対してウエハＷの搬送を行うウエハ搬送用ロボット１０が設けられている。ウエハ搬送用ロボット１０は収納カセット９から未研磨状態のウエハＷをインデックステーブル１２に搬送するとともに研磨完了後のウエハＷを搬出するためのロボットであり、この搬送経路の途中にウエハＷを一時的に載置するウエハ仮置台１１が設けられている。
【００２１】
インデックステーブル１２は軸１２ｅを軸芯として同一円周上に等間隔に設けられた回転可能な４基のウエハチャック機構２０を備えて構成され、符号Ｓ１で示すウエハロ−ディング＆アンローディングゾ−ン、符号Ｓ２で示す粗研磨ゾ−ン、符号Ｓ３で示す中研磨ゾ−ン、符号Ｓ４で示す仕上げ研磨ゾーンに仕分けされている。よって、各ウエハチャック機構２０はインデックステーブル１２の回転に応じて、ウエハロ−ディング＆アンローディングゾ−ンＳ１、粗研磨ゾ−ンＳ２、中研磨ゾーンＳ３及び仕上げ研磨ゾーンＳ４へ順番に移動し、各ゾーンの上方にそれぞれ、粗研磨用研磨ヘッド２ａに保持された粗研磨用研磨部材４ａ、中研磨用研磨ヘッド２ｂに保持された中研磨用研磨部材４ｂ、仕上げ研磨用研磨ヘッド２ｃに保持された仕上げ研磨用研磨部材４ｃが位置する。
【００２２】
ウエハ搬送用ロボット１０は研磨が完了したウエハＷを搬送するアンロ−ディング用搬送ロボットとしても用いられ、このロボット１０により研磨完了ウエハＷはベルトコンベア１６の上に搬送され、ベルトコンベア１６によりウエハ洗浄機構１７に送られて洗浄される。なお、インデックステーブル１２のウエハチャック機構２０をドレッシング及び洗浄するチャックドレッサ１４ａ及びチャック洗浄機構１４ｂも有する。
【００２３】
以上のように、本発明に係るＣＭＰ装置１について説明してきたが、本発明の範囲は上述のものに限定されるものではない。例えば、上記実施例に示したＣＭＰ装置１では、研磨対象物であるウエハＷをインデックステーブル１２上のウエハチャック機構２０に保持させて、研磨部材４をその上方から押し当てる構成であったが、このような構成に替えて、ウエハＷを研磨部材４の研磨面の上方に設置して、ウエハＷの被研磨面を上方から研磨部材４の研磨面に押し当てる構成であってもよい。また、上記実施例では研磨部材４がウエハＷよりも小径であったが、これは一例であり、これとは反対にウエハＷが研磨部材４よりも小径であってもよい。
【００２４】
上記構成のＣＭＰ装置１を用いて、ウエハＷの研磨作業を行って後述する研磨部材４の研磨パッド４１が摩耗してきた際は、スピンドル軸３を左右方向（ｘ軸方向）に後退させ、パッドコンディショニング機構５のドレッシングディスク５ａに研磨部材４を押し当て、研磨部材４を回転させて研磨パッド４１の表面を削り出し、研磨部材４の修復を図る。このようにウエハＷの研磨あるいは研磨パッド４１の修復により研磨パッド４１の磨耗が所定量以上になると、研磨パッド４１は新しいパッドと交換される。
【００２５】
ここで、本発明に係る研磨部材４の構成について、図３を用いて以下に説明する。なお、図３（ａ）は研磨部材４を示す断面説明図であり、図３（ｂ）は研磨部材４の斜視図である。
【００２６】
研磨部材４は、研磨対象物である半導体ウエハの被研磨面に当接して研磨を行う研磨パッド４１と、この研磨パッド４１を平面状に貼付保持する貼付面４２ｐを有した研磨支持体４２とから構成されている。
【００２７】
研磨支持体４２は、パッドプレート４２ａと、貼付部材であるパッドプレート４２ａの貼付面４２ｐ側に設けられ且つ所定厚さのシート状の弾性プレート４２ｂとから構成されている。なお、弾性プレート４２ｂは、研磨パッド４１とほぼ同じ圧縮弾性率を有している。
【００２８】
また、研磨支持体４２は、研磨パッド４１を貼付保持する貼付部材が所望の圧縮弾性率を確保できる構成であれば、上記実施例に限定されるものではない。例えば、単層のプレートあるいは３層以上重ね合わせたプレートから構成される研磨支持体４２を用いて研磨部材４を構成してもよい。
【００２９】
このような構成の研磨部材４に用いられる研磨パッド４１としては、硬質発泡ウレタンシート、ポリエステル繊維不織布、フェルト、ポリビニールアルコール繊維不織布、ナイロン繊維不織布、これら不織布上に発泡性ウレタン樹脂溶液を流延させ、ついで発泡・硬化させたもの（一例として、ロデール社製のＩＣ１０００）等が使用されている。パッドプレート４２ａとしては、ステンレスやアルミニウム等の金属製が使用されている。また、弾性プレート４２ｂとしては、非発泡性もしくは発泡性ゴム、あるいは、ウレタン発泡体等を使用されることが好ましい。
【００３０】
このような構成により、本発明の研磨部材４は、研磨支持体４２により貼付面４２ｐにおける所望の圧縮弾性率（これは、研磨対象物において求められる平坦性及び研磨の均一性の程度に応じて適切に設定される。例えば、本実施例では、研磨パッド４１とほぼ同じ圧縮弾性率が設定されている。）を確保することができるので、高価である研磨パッド４１を薄く構成することができる。この結果、半導体ウエハの表面研磨の平坦性及び均一性に対する要求を充分な精度で満たすことができるとともに、研磨部材４の製造コストを抑えることができる。したがって、研磨パッド４１を従来よりも薄くなるまで使用してから研磨パッド４１を交換するので、前述したような研磨部材４の交換に掛かる費用も抑えることができる。
【００３１】
ここで、上記の研磨部材４を（ＣＭＰ装置１の）研磨ヘッド２の下端に固定保持させる構成について、図４を用いて説明する。図４は研磨ヘッド２及び研磨部材４の断面説明図である。研磨部材４のパッドプレート４２ａの上面は、研磨ヘッド２に接合する接合面部となっており、当該面内にヘッドの位置決め突部２３が係入する凹部４０ｄと、ヘッドの位置決めピン２４が係入する凹部４０ｅとが設けられている。なお、研磨ヘッドと研磨部材の位置決めの凹部、突部は逆に設けてもよい。例えば、位置決め突部、位置決めピンを研磨部材上面部に、これらが係入する凹部が研磨ヘッド面部に設けられてもよい。
【００３２】
研磨ヘッド２は研磨部材４を負圧吸着により接合するように構成され、図４に断面を示しているように、スピンドル軸３内に設けられた流路３ａと連通する流路２１を内部に有し、さらに研磨部材４が接合する下面部に流路２１と連通する凹部２２を設けて形成されている。このため、研磨ヘッド２に研磨部材４が接合し、上記スピンドル軸３の流路３ａと連通する真空ポンプ（不図示）を作動させて流路３ａ、流路２１を減圧することにより研磨ヘッド２に研磨部材４を負圧吸着により固定保持することができるようになっている。このように固定保持のときの位置決めのために、研磨ヘッド２の下面には位置決め突部２３及び位置決めピン２４が設けられている。また、このようにして負圧吸着により固定保持された研磨部材４を研磨ヘッド２から取り外すときは、真空ポンプの運転を止め、真空ポンプの吸引力をなくせばよい。
【００３３】
次に、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施例について説明する。図５は、半導体デバイスの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、まずＳ２００で次に上げるステップＳ２０１〜２０４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。
【００３４】
ここで、ステップＳ２０１はウエハの表面を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶＤ等によりウエハ表面に絶縁膜や誘導体膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウエハ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はウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【００３５】
ＣＶＤ工程（Ｓ２０２）もしくは電極形成工程（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研磨装置により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイスの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。
【００３６】
ＣＭＰ工程（Ｓ２０５）もしくは酸化工程（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への回路パターンの焼き付け、露光したウエハの現像が行われる。さらに、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。
【００３７】
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。
【００３８】
本発明によ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ＣＭＰ装置１（研磨装置）を用いているため、半導体ウエハの表面研磨の平坦性及び均一性を高精度に保ち、ＣＭＰ工程の歩留まりを向上させながら、高価な研磨パッドを従来よりも薄くなるまで使用できるので、従来の半導体デバイスの製造方法に比べて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ある。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工程に本発明による研磨装置を用いてもよい。さらに、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では、平坦度の高いウエハが用いられることとなるので、配線の絶縁不良やショートなどの不具合の少ない性能のよい安価なデバイスとなる。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、研磨対象物である半導体ウエハの表面研磨の平坦性及び均一性に対する要求を充分な精度で満たすことができるとともに製造コストを抑えることができる研磨部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＣＭＰ装置を示す斜視図である。
【図２】上記ＣＭＰ装置の一部を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る研磨部材を示す断面説明図及び斜視図である。
【図４】上記研磨部材を用いた研磨ヘッドの断面説明図である。
【図５】本発明に係る半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　　ＣＭＰ装置　　（研磨装置）
４　　　研磨部材
４１　　研磨パッド
４２　　研磨支持体
４２ａ　パッドプレート（本体部）
４２ｂ　弾性プレート　（貼付部材）
４２ｐ　貼付面
Ｗ　　　半導体ウエハ　（研磨対象物）
【図１】
2004022886.tif 000003
【図２】
2004022886.tif 000004
【図３】
2004022886.tif 000005
【図４】
2004022886.tif 000006
【図５】
2004022886.tif 000007