(57)【要約】【課題】研磨部材の自重による荷重よりも低い荷重で被研磨物を研磨する。【解決手段】研磨工具３０の研磨部材４０と被研磨物との間に荷重を加えつつ、研磨工具３０とウエハとを相対移動させることにより、ウエハを研磨する。研磨工具３０はウエハの上側に配置される。研磨工具３０は、可撓性を有するドライブリング３３を介してテンションフランジ３１に固定され、上下方向に変位し得る。永久磁石５３，５４からなる付勢力付与部５０は、研磨部材４０を全体的に下方へ移動させようとする力（自重による重力とテンションフランジ３１の内部空間Ｓの空気圧）に抗して、研磨部材４０を全体的に上方へ移動させようとする付勢力（磁力）を与える。【選択図】        図１
2004265950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨部材を有する研磨工具の前記研磨部材と被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、
前記研磨部材を全体的に前記被研磨物側へ移動させようとする力に抗して、前記研磨部材を全体的に前記被研磨物とは反対側へ移動させようとする付勢力を与える付勢力付与部を備えたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
研磨部材を有する研磨工具の前記研磨部材と被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、
前記研磨部材を全体的に前記被研磨物側へ移動させようとする力に抗して、前記研磨部材を全体的に前記被研磨物とは反対側へ移動させようとする付勢力を与える付勢力付与部を備え、
前記付勢力付与部は、少なくとも前記被研磨物の研磨時において、定常的に前記付勢力を与えることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
前記研磨工具は、前記研磨部材を変位可能に支持する支持部を有し、
前記研磨部材及び前記支持部は一緒に回転し、
前記付勢力付与部は、前記研磨部材に固定されるかあるいは前記研磨部材と一体に構成された第１の部分と、前記支持部に固定されるかあるいは前記支持部と一体に構成された第２の部分とを有し、
前記第１の部分と前記第２の部分との間で前記付勢力を生ずることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨装置。
【請求項４】
前記被研磨物の研磨時に前記研磨部材が前記被研磨物の上側に配置され、
前記研磨工具は、前記研磨部材を少なくとも略上下方向に変位可能に支持する支持部を有し、
前記研磨部材を全体的に前記被研磨物側へ移動させようとする前記力は、前記研磨部材の自重による重力を含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項５】
前記研磨部材と前記被研磨物との間に加えられる前記荷重は、前記研磨部材の自重による荷重より小さいことを特徴とする請求項４記載の研磨装置。
【請求項６】
前記研磨部材を全体的に前記被研磨物側へ移動させようとする前記力は、流体圧による力を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項７】
前記付勢力が磁力又はローレンツ力であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項８】
研磨部材を有する研磨工具の前記研磨部材と被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、
前記被研磨物の研磨時に前記研磨部材が前記被研磨物の上側に配置され、
前記研磨工具は、前記研磨部材を少なくとも略上下方向に変位可能に支持する支持部を有し、
前記研磨部材は、ベース部材と、研磨体と、前記研磨体が取り付けられ前記ベース部材に対して着脱自在に装着される研磨体支持部材とを有し、
前記研磨体支持部材は、互いに異なる比重を持つ材料でそれぞれ構成された２つ以上の部位を有することを特徴とする研磨装置。
【請求項９】
研磨部材を有する研磨工具の前記研磨部材と被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、
前記被研磨物の研磨時に前記研磨部材が前記被研磨物の上側に配置され、
前記研磨工具は、前記研磨部材を少なくとも略上下方向に変位可能に支持する支持部を有し、
前記研磨部材は、ベース部材と、研磨体と、前記研磨体が取り付けられ前記ベース部材に対して着脱自在に装着される研磨体支持部材とを有する、
研磨装置を用い、
前記被研磨物を研磨する研磨方法において、
実質的に同一の外形寸法を有するとともに互いに異なる重量を有する複数の前記研磨体支持部材を用意し、
前記複数の研磨体支持部材のうちの選択した１つの研磨体支持部材を、前記ベース部材に装着して、前記被研磨物を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１０】
前記複数の研磨体支持部材のうちの少なくとも１つの研磨体支持部材は、互いに異なる比重を持つ材料でそれぞれ構成された２つ以上の部位を有することを特徴とする請求項９記載の研磨方法。
【請求項１１】
前記複数の研磨体支持部材のうちの少なくとも２つの研磨体支持部材の各々は、互いに異なる比重を持つ材料でそれぞれ構成された２つ以上の部位を有し、
前記少なくとも２つの研磨体支持部材について、用いられる各材料の種類が同じでかつ前記各材料の体積比が異なることを特徴とする請求項９記載の研磨方法。
【請求項１２】
請求項１乃至８のいずれかに記載の研磨装置又は請求項９乃至１１のいずれかに記載の研磨方法を用いて、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半導体デバイス製造方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の半導体デバイス製造方法により製造される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、内部に半導体回路等が形成されたウエハ等の半導体ウエハなどの被研磨物の研磨に用いられる研磨装置及び研磨方法、この研磨装置又は研磨方法を用いた半導体デバイス製造方法、並びに、半導体デバイスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内部に半導体回路等が形成されたウエハを平坦化する研磨装置として、例えば、下記の特許文献１，２に開示された研磨装置が知られている。
【０００３】
特許文献１，２に開示された研磨装置では、研磨工具をウエハの上側に配置し、研磨工具の研磨部材とウエハとの間に荷重を加えつつ、研磨工具及びウエハをそれぞれ回転させるとともに研磨工具を揺動させることで、研磨工具とウエハとを相対移動させることにより、ウエハを研磨する。前記研磨工具は、研磨部材の他に、研磨部材を上下方向等に変位可能にフレキシブルに支持する支持部を有している。したがって、研磨部材とウエハとの間に加わる荷重には、研磨部材の自重による荷重が含まれる。また、研磨部材には大気圧より高い空気圧による力が下向きに加えられる。このため、研磨部材とウエハとの間に加わる荷重には、空気圧による荷重も含まれる。よって、特許文献１，２に開示された研磨装置では、研磨部材とウエハとの間に加わる荷重は、研磨部材の自重による荷重と空気圧による荷重とを加算したものとなっている。また、研磨部材とウエハとの間の荷重の調整は、研磨部材を下向きに付勢する前記空気圧の大きさを調整することで、行っている。
【０００４】
また、特許文献１，２に開示された研磨装置では、研磨部材は、ベース部材と、研磨体としての研磨パッドと、研磨パッドが取り付けられベース部材に対して着脱自在に装着される研磨体支持部材と、から構成されている。研磨体支持部材は、セラミック又はアルミニウム合金等の単一材料で構成されている。
【０００５】
以上述べた点は、特許文献１，２に開示された研磨装置に共通している。
【０００６】
特許文献２に開示された研磨装置では、特許文献１に開示された研磨装置と同様の構成に加えて、ウエハの研磨中に研磨部材に矯正モーメントを与えてウエハ表面に対する研磨部材の姿勢を一定に保持する姿勢保持手段を有している。したがって、特許文献２に開示された研磨装置では、研磨部材が研磨時に前述した揺動によりウエハからはみ出しても、研磨部材の傾きが矯正され、ウエハの周辺部が過剰に研磨されてだれて（片べりして）しまうことがない。特許文献２には、研磨工具を回転自在に支持する移動ステージに対して固定され通電されるコイル、及び、研磨部材に対して固定され前記コイルとの間で前記矯正モーメントを与えるためのローレンツ力を発生させる磁界を生ずる永久磁石、からなる電磁アクチュエータを、姿勢保持手段として用いる例が、開示されている。この例では、前記コイルは、研磨部材の円周方向に渡って４分割されており、各部のコイルに流れる電流量をそれぞれ独立して調整することで、前記矯正モーメントを与えている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−１５６７１１号公報
【特許文献２】
特開２００２−１００５９３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体集積回路の更なる高集積化、微細化に伴って、配線パターン間の間隔が一段と狭まっている。このため、パターン間隔の狭小化にも拘わらず配線パターン間の絶縁性を確保するため、層間絶縁膜の材料として、Ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）材料が用いられるようになってきている。Ｌｏｗ−ｋ材料は、一般的に多孔質材料であり、例えば、多孔質シリカを挙げることができる。このようなＬｏｗ−ｋ材料を用いた半導体ウエハを平坦化研磨する場合、Ｌｏｗ−ｋ材料の多孔質構造を破壊することなく研磨する必要がある。したがって、多孔質構造は非常に脆いことから、研磨部材とウエハとの間の荷重を十分に低くしなければならない。
【０００９】
ところが、前述した従来の研磨装置では、研磨部材とウエハとの間の荷重の調整は、研磨部材を下向きに付勢する空気圧の大きさを調整することで、行っている。したがって、研磨部材の自重による荷重程度の低荷重（例えば、７０ｇ／ｃｍ２（≒１ｐｓｉ）以下）でウエハを研磨しようとすると、空気圧を大気圧程度の低い範囲で制御しなければならない。しかし、空気圧を低い範囲で制御する場合には、空気圧を高い範囲で制御する場合に比べて、高精度で空気圧を制御することができず、高い精度で所望の荷重にすることができない。したがって、高精度でウエハを平坦化することができない。
【００１０】
また、前述した従来の研磨装置では、研磨部材の自重による荷重が、ウエハと研磨部材との間にかかってしまい、ウエハと研磨部材との間の荷重を、研磨部材の自重による荷重より小さくすることができなかった。このため、例えば７ｇ／ｃｍ２（≒０．１ｐｓｉ）以下の極低荷重でウエハを研磨することは不可能であった。したがって、Ｌｏｗ−ｋ材料の多孔質構造の破壊の可能性を十分に低減することは、困難であった。
【００１１】
以上、ウエハの研磨を例に挙げて説明したが、他の被研磨物を研磨する場合にも、低荷重や極低荷重で研磨することが要請される場合もある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、研磨部材の自重による荷重よりも低い荷重で被研磨物を研磨することができる研磨装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、研磨部材の自重による荷重程度の低荷重で高い精度で被研磨物を研磨することができる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
【００１４】
さらに、本発明は、従来の半導体デバイス製造方法に比べて、歩留りが向上し低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による研磨装置は、研磨部材を有する研磨工具の前記研磨部材と被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、前記研磨部材を全体的に前記被研磨物側へ移動させようとする力に抗して、前記研磨部材を全体的に前記被研磨物とは反対側へ移動させようとする付勢力を与える付勢力付与部を備えたものである。
【００１６】
本発明の第２の態様による研磨装置は、研磨部材を有する研磨工具の前記研磨部材と被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、前記研磨部材を全体的に前記被研磨物側へ移動させようとする力に抗して、前記研磨部材を全体的に前記被研磨物とは反対側へ移動させようとする付勢力を与える付勢力付与部を備え、前記付勢力付与部は、少なくとも前記被研磨物の研磨時において、定常的に前記付勢力を与えるものである。
【００１７】
本発明の第３の態様による研磨装置は、前記第１又は第２の態様において、前記研磨工具は、前記研磨部材を変位可能に支持する支持部を有し、前記研磨部材及び前記支持部は一緒に回転し、前記付勢力付与部は、前記研磨部材に固定されるかあるいは前記研磨部材と一体に構成された第１の部分と、前記支持部に固定されるかあるいは前記支持部と一体に構成された第２の部分とを有し、前記第１の部分と前記第２の部分との間で前記付勢力を生ずるものである。
【００１８】
前記第１及び第２の部分の組み合わせの例としては、永久磁石と永久磁石との組み合わせ、永久磁石と電磁石との組み合わせ、永久磁石又は電磁石と磁性材料との組み合わせ、及び、ローレンツ力発生用のコイルと磁界発生部（例えば、永久磁石）との組み合わせを、挙げることができる。
【００１９】
本発明の第４の態様による研磨装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記被研磨物の研磨時に前記研磨部材が前記被研磨物の上側に配置され、前記研磨工具は、前記研磨部材を少なくとも略上下方向に変位可能に支持する支持部を有し、前記研磨部材を全体的に前記被研磨物側へ移動させようとする前記力は、前記研磨部材の自重による重力を含むものである。
【００２０】
本発明の第５の態様による研磨装置は、前記第４の態様において、前記研磨部材と前記被研磨物との間に加えられる前記荷重は、前記研磨部材の自重による荷重より小さいものである。
【００２１】
本発明の第６の態様による研磨装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記研磨部材を全体的に前記被研磨物側へ移動させようとする前記力は、流体圧による力を含むものである。
【００２２】
本発明の第７の態様による研磨装置は、前記第１乃至第６の態様のいずれかの態様において、前記付勢力が磁力又はローレンツ力であるものである。
【００２３】
本発明の第８の態様による研磨装置は、研磨部材を有する研磨工具の前記研磨部材と被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置において、前記被研磨物の研磨時に前記研磨部材が前記被研磨物の上側に配置され、前記研磨工具は、前記研磨部材を少なくとも略上下方向に変位可能に支持する支持部を有し、前記研磨部材は、ベース部材と、研磨体と、前記研磨体が取り付けられ前記ベース部材に対して着脱自在に装着される研磨体支持部材とを有し、前記研磨体支持部材は、互いに異なる比重を持つ材料でそれぞれ構成された２つ以上の部位を有するものである。
【００２４】
本発明の第９の態様による研磨方法は、研磨部材を有する研磨工具の前記研磨部材と被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨工具と前記被研磨物とを相対移動させることにより、前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、前記被研磨物の研磨時に前記研磨部材が前記被研磨物の上側に配置され、前記研磨工具は、前記研磨部材を少なくとも略上下方向に変位可能に支持する支持部を有し、前記研磨部材は、ベース部材と、研磨体と、前記研磨体が取り付けられ前記ベース部材に対して着脱自在に装着される研磨体支持部材とを有する、研磨装置を用い、前記被研磨物を研磨する研磨方法において、実質的に同一の外形寸法を有するとともに互いに異なる重量を有する複数の前記研磨体支持部材を用意し、前記複数の研磨体支持部材のうちの選択した１つの研磨体支持部材を、前記ベース部材に装着して、前記被研磨物を研磨するものである。
【００２５】
本発明の第１０の態様による研磨方法は、前記第９の態様において、前記複数の研磨体支持部材のうちの少なくとも１つの研磨体支持部材は、互いに異なる比重を持つ材料でそれぞれ構成された２つ以上の部位を有するものである。
【００２６】
本発明の第１１の態様による研磨方法は、前記第９の態様において、前記複数の研磨体支持部材のうちの少なくとも２つの研磨体支持部材の各々は、互いに異なる比重を持つ材料でそれぞれ構成された２つ以上の部位を有し、前記少なくとも２つの研磨体支持部材について、用いられる各材料の種類が同じでかつ前記各材料の体積比が異なるものである。
【００２７】
本発明の第１２の態様による半導体デバイス製造方法は、前記第１乃至第８のいずれかの態様による研磨装置又は前記第９乃至第１１のいずれかの態様による研磨方法を用いて、半導体ウエハの表面を平坦化する工程を有するものである。
【００２８】
本発明の第１３の態様による半導体デバイスは、前記第１２の態様による半導体デバイス製造方法により製造されるものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による研磨装置、研磨方法、半導体デバイス及び半導体デバイス製造方法について、図面を参照して説明する。
【００３０】
［第１の実施の形態］
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施の形態による研磨装置１を模式的に示す部分断面側面図である。図２は、図１に示す研磨装置１における研磨工具（研磨ヘッド）３０の付近の拡大断面図である。図３は、図２に示す研磨工具３０の分解斜視図である。
【００３２】
本実施の形態による研磨装置１は、ＣＭＰ装置（化学的機械的研磨装置）として構成されているが、本発明は他の研磨装置にも適用することができる。
【００３３】
本実施の形態による研磨装置１においては、図１に示すように、基台１０の上面にテーブル支持部１１が設けられている。テーブル支持部１１には、シャフト１２が垂直に延びた状態で回転自在に支持されている。シャフト１２の上端には、回転テーブル１３が水平に設けられている。回転テーブル１３の上面側には、被研磨物としてのウエハＷが吸着保持される。回転テーブル１３は、テーブル支持部１１に内蔵された電動モータＭ１でシャフト１２を駆動することにより、水平面内で回転させることができるようになっている。
【００３４】
テーブル支持部１１の側方には、支柱１４が垂直に延びるように設けられている。支柱１４は、水平アーム１６が固定された第１移動ステージ１５を、上下方向に移動自在に支持している。水平アーム１６は、回転テーブル１３の上方を水平に延びている。水平アーム１６は、スピンドル２０を垂直状態に保持する第２移動ステージ１７を、水平方向に移動自在に支持している。第１移動ステージ１５は、これに内蔵された電動モータＭ２の駆動により、支柱１４上を上下方向に移動することができるようになっている。第２移動ステージ１７は、これに内蔵された電動モータＭ３の駆動により、水平アーム１６上を水平方向に移動することができるようになっている。また、スピンドル２０は、第２移動ステージ１７に内蔵された電動モータＭ４により回転駆動される。スピンドル２０の回転軸は、シャフト１２の回転軸とほぼ平行に延びている。
【００３５】
スピンドル２０の下端部には、研磨工具３０が取り付けられている。研磨工具３０は、図２及び図３に示すように、スピンドル２０に取り付けられた円盤部材３１ａとその下面側にボルトＢ１により取り付けられた円筒部材３１ｂとからなるテンションフランジ３１と、円筒部材３１ｂの下端部にボルトＢ２により固定されたリング部材３２と、円筒部材３１ｂとリング部材３２との間に外周部が挟持された円盤状のドライブリング３３と、ドライブリング３３の下面側に取り付けられた研磨部材４０とから構成されている。
【００３６】
ドライブリング３３は、金属性のドライブプレート３４とこの下面側に積層されるゴム製のダイアフラム３５とからなり、それぞれの中央部にはほぼ同一半径の円形孔３４ａ，３５ａが設けられている。ドライブプレート３４及びダイアフラム３５は、前述したようにテンションフランジ３１とリング部材３２との間にに挟持されてその外周部が固定される。しかし、ドライブプレート３４は、自身に設けられた中心からの距離が異なる同心弧状の３種の透孔３４ｂ，３４ｃ，３４ｄにより、適当な可撓性を有している。このため、ドライブプレート３４は、面外方向（上下方向を含む）に微少変形することが可能である。ダイアフラム３５は、テンションフランジ３１の内部空間Ｓとベースプレート４１と間の気密を保持するものである。
【００３７】
研磨部材４０は、円盤状のベースプレート（ベース部材）４１と、ベースプレート４１とほぼ同じ外径を有する円盤状のパッドプレート（研磨体支持部材）４２と、パッドプレート４２よりも若干小さい半径を有する円形の研磨パッド（研磨体）４３とから構成されている。ベースプレート４１の中央部上面側には、ドライブリング３３の（ドライブプレート３４及びダイアフラム３５の）円形孔３４ａ，３５ａよりも若干小さい半径を有する円盤状の中心部材４４が、ボルトＢ３により固定されている。この中心部材４４に芯合わせをされたドライブリング３３の内周部は、ベースプレート４１とこのベースプレート４１の上面側にボルトＢ４により固定されるリング部材４５との間に、挟持されている。このように、ベースプレート４１がドライブリング３３を介してテンションフランジ３１に固定されることで、スピンドル２０の回転がテンションフランジ３１からベースプレート４１へ伝達される。また、ベースプレート４１がドライブリング３３を介してテンションフランジ３１に固定されることで、テンションフランジ３１は、ドライブリング３３（特に、ドライブプレート３４）と共に、研磨部材４０をドライブプレート３４の面外方向（上下方向を含む）に変位可能にフレキシブルに支持する支持部を、構成している。研磨部材４０には、その自重による重力がかかっている。
【００３８】
なお、ベースプレート４１の外周部から外方に張り出したフランジ４１ａの外径は、リング部材３２の内周部から内方に張り出したフランジ３２ａの内径よりも大きく形成され、フランジ４１ａがフランジ３２ａの上側に位置している。これにより、ベースプレート４１がリング部材３２から抜け出ることがないようになっている。
【００３９】
図２に示すように、ベースプレート４１の内部には、面内方向に延びて下面側に複数の吸着開口を有する空気吸入路７１が形成されている。この空気吸入路７１は、中心部材４４側にも延びて、テンションフランジ３１の内部空間Ｓ内に開口している。この開口には、スピンドル２０の中央に貫通形成された空気供給路２１内を延びた吸入管７２が接続されている。ベースプレート４１の下面側にパッドプレート４２を位置させた状態でこの吸入管７２から空気を吸入することにより、パッドプレート４２をベースプレート４１に吸着取り付けできるようになっている。ここで、パッドプレート４２は、ベースプレート４１との間に設けられたセンターピンＰ１と位置決めピンＰ２とにより、芯出しと回転方向の位置決めとがなされる。研磨パッド４３は研磨により次第に劣化する消耗品であるためパッドプレート４２の下面に着脱自在に取り付けられ（例えば接着剤による）、研磨パッド４３の交換作業が容易になるようになっている。
【００４０】
図２に示すように、スピンドル２０の内部に形成された空気供給路２１は、図示しない空気圧送ラインと繋がっており、ここから空気を圧送してテンションフランジ３１の内部空間Ｓ内の圧力を高め、研磨部材４０を全体的にテンションフランジ３１内で下方に付勢することができるようになっている。また、この内部空間Ｓ内の空気圧は、調整できるようになっている。なお、空気に代えて他の流体をテンションフランジ３１の内部空間へ圧送するようにしてもよい。
【００４１】
したがって、研磨部材４０には、研磨部材４０を全体的に下方へ（すなわち、ウエハＷ側へ）移動させようとする力（すなわち、ウエハＷ側へ向かう力）として、研磨部材４０の自重による重力と内部空間Ｓ内の空気圧による力とを加算した力が、加わる。
【００４２】
本実施の形態による研磨装置１は、図１及び図２に示すように、研磨部材４０を全体的に下方へ移動させようとする力に抗して、研磨部材４０を全体的に上方へ移動させようとする付勢力を与える付勢力付与部５０を、備えている。
【００４３】
本実施の形態では、付勢力付与部５０は、円環状の磁石保持板５１を介してベースプレート４１に対して固定された円環状の永久磁石５３と、円環状の磁石保持板５２を介してテンションフランジ３１に対して固定された円環状の永久磁石５４と、から構成されている。磁石保持板５１は、ベースプレート４１の外周部に、そこから外方に張り出すように取り付けられている。磁石保持板５２は、テンションフランジ３１の円筒部材３１ｂの外周部に、そこから外方に張り出すように取り付けられている。永久磁石５３，５４は、磁石保持板５１の上面及び磁石保持板５２の下面にそれぞれ取り付けられ、上下方向に互いに対向している。永久磁石５３，５４は両方とも上側がＮ極で下側がＳ極であり、それらの対向面は異極となっている。これにより、永久磁石５３，５４との間に、円周方向の全体に渡って上下方向の吸引力の磁力が作用する。本実施の形態では、この磁力が、研磨部材４０を全体的に上方へ移動させようとする付勢力となっている。この磁力の大きさは、例えば研磨部材４０の自重による重力とほぼ同じ大きさとなるように設定してもよいが、それよりかなり大きくなるように設定しておくことが好ましい。これは、空気圧を低い範囲で制御する場合には、空気圧を高い範囲で制御する場合に比べて、高精度で空気圧を制御することができないので、ウエハＷと研磨パッド４３との間の荷重を十分に小さくする場合においても、テンションフランジ３１の内部空間Ｓ内の空気圧を高くして、高精度で荷重を設定することができるようにするためである。なお、本実施の形態では、言うまでもなく、研磨部材４０の自重による重力と内部空間Ｓ内の空気圧による力とを加算した力の大きさは、ウエハＷと研磨パッド４３との間の所望の荷重に応じた力の大きさだけ、前記磁力の大きさより大きくされる。
【００４４】
なお、永久磁石５３，５４のうちの一方を、磁性材料（例えば、鉄）からなる円環状の部材で置き換えてもよい。永久磁石５３を磁性材料の部材で置き換える場合、ベースプレート４１及び磁石保持板５１も同じ材料で構成すれば、当該材料でこれらを一体に構成することも可能である。同様に、永久磁石５４を磁性材料の部材で置き換える場合、円筒部材３１ｂ及び磁石保持板５２も同じ材料で構成すれば、当該材料でこれらを一体に構成することも可能である。また、永久磁石５３，５４のうちの一方又は両方を電磁石で置き換えることも可能である。さらに、永久磁石５３，５４を円環状に構成せずに、例えば、円周方向に沿って複数に分割してもよい。
【００４５】
また、本実施の形態では、図２に示すように、空気供給路２１内を螺旋状に延びてテンションフランジ３１の内部空間Ｓ内に開口した研磨剤供給管８１は、スピンドル２０と中心部材４４との間に設けられた接続具８２を介して、中心部材４４を貫通して設けられた供給路８３、センターピンＰ１内を貫通する流路８４、パッドプレート４２内に形成された流路８５及び研磨パッド４３に設けられた流路８６と繋がっており、図示しない研磨剤供給装置より供給されるシリカ粒等を含んだ液状のスラリー（研磨剤）を研磨パッド４３の下面側に供給することができるようになっている。
【００４６】
次に、本実施の形態による研磨装置１の動作について、説明する。ウエハＷの研磨を行うには、先ず回転テーブル１３の上面に被研磨物であるウエハＷを吸着保持し、電動モータＭ１を駆動して回転テーブル１３を回転させる。ここで、ウエハＷは、その中心が回転テーブル１３の中心に一致するように、回転テーブル１３に取り付けられる。次に、電動モータＭ３を駆動して第２移動ステージ１７をウエハＷの上方に位置させ、電動モータＭ４によりスピンドル２０を駆動して研磨工具３０を回転させる。続いて電動モータＭ２を駆動して研磨工具３０を降下させ、研磨パッド４３をウエハＷの表面に上方から所望の荷重で押し当てるとともに、電動モータＭ３を駆動して研磨工具３０をウエハ表面と平行な方向に揺動させる。このとき、前述したようにして、スラリー（研磨剤）が研磨パッド４３の下面側に供給される。
【００４７】
このように、ウエハＷの表面は、研磨剤の供給を受けつつ、ウエハＷ自身の回転運動と研磨工具３０の（すなわち研磨パッド４３の）回転及び揺動運動とにより研磨されて平坦化されるのである。
【００４８】
そして、このような研磨時の研磨パッド４３とウエハＷとの間の荷重は、前述した上方向への付勢力（本実施の形態では、永久磁石５３，５４間の磁力）の大きさを研磨部材４０の自重による重力の大きさ以上の任意の大きさに設定しておき、テンションフランジ３１の内部空間Ｓ内の空気圧を適宜に調整することで、ゼロ以上の任意の荷重に設定することができる。したがって、本実施の形態によれば、研磨時の研磨パッド４３とウエハＷとの間の荷重を、研磨部材４０の自重による荷重より小さい荷重、例えば７ｇ／ｃｍ２（≒０．１ｐｓｉ）以下の極低荷重にすることができる。よって、ウエハＷがＬｏｗ−ｋ材料を用いたものであっても、ウエハＷの研磨時にＬｏｗ−ｋ材料の多孔質構造が破壊される可能性が大幅に低減し、歩留りが著しく向上する。
【００４９】
ところで、テンションフランジ３１の内部空間Ｓ内の空気圧は、必ずしも大気圧より高くする必要はなく、大気圧としてもよい。この場合、空気供給路２１を大気に開放すればよい。この場合であっても、前述した上方向への付勢力（本実施の形態では、永久磁石５３，５４間の磁力）を、ゼロより大きくかつ研磨部材４０の自重による重力より小さい任意の大きさの力に設定すれば、その設定に応じた、ゼロより大きくかつ研磨部材４０の自重による荷重より小さい任意の荷重を、研磨パッド４３とウエハＷとの間に加えることができる。したがって、この場合にも前述した利点が得られる。なお、テンションフランジ３１の内部空間Ｓを大気圧のままにする場合には、ダイアフラム３５を除去してもよい。
【００５０】
［第２の実施の形態］
【００５１】
図４は、本発明の第２の実施の形態による研磨装置の要部を示す部分断面側面図である。図４において、図１乃至図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５２】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、前記第１の実施の形態では、永久磁石５４が円環状の磁石保持板５２を介してテンションフランジ３１に固定されているのに対し、本実施の形態では、永久磁石５４が、磁石保持板１５２を介して、研磨工具３０を回転自在に支持する第２移動ステージ１７に対して固定されている点のみである。磁石保持板１５２は、第２移動ステージ１７から外方に張り出して下方に延びた円筒状に構成されている。磁石５４は、磁石保持板１５２の下端部に固定されている。
【００５３】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００５４】
［第３の実施の形態］
【００５５】
図５は、本発明の第３の実施の形態による研磨装置における研磨工具３０の付近の拡大断面図であり、図２に対応している。図５において、図１乃至図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５６】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。前記第１の実施の形態では、付勢力付与部５０が前述した上方向への付勢力として磁力を生ずるのに対し、本実施の形態では、付勢力付与部５０が前述した上方向への付勢力としてローレンツ力を生ずるように構成されている。
【００５７】
すなわち、本実施の形態では、付勢力付与部５０は、円環状の永久磁石２５４，２５５と、１つのコイル２５８とから構成されている。ベースプレート４１の外周部に、そこから外方に張り出すように、円環状の張出部材２５１が取り付けられている。永久磁石２５４，２５５は、張出部材２５１の外縁部からテンションフランジ３１の外方に張り出して上方に延びる同心状の２つの円筒部からなる磁石保持フレーム２５２，２５３に、設けられている。円筒状のコイル保持フレーム２５７が、テンションフランジ３１の円筒部３１ｂの外周部に取り付けられ、そこから外方に張り出して下方に延び、その下端部が両永久磁石２５４，２５５の間に位置している。コイル２５８は、このコイル保持フレーム２５７に巻き付けられている。
【００５８】
ここで、永久磁石２５４，２５５は各々上下に分極しているが、上下それぞれ異なる極同士が対向している（外側の永久磁石２５４は上側がＳ極、下側がＮ極であり、内側の永久磁石２５５は上側がＮ極、下側がＳ極）。このため、永久磁石２５４，２５５の上下部には、向きの異なる２種の磁界が研磨部材４０の半径方向を向いて生じた状態となっている。
【００５９】
コイル２５８は、スピンドル２０の回転軸を中心とするほぼ全周に渡る円弧部が水平部分となるようにコイル保持フレーム２５７に巻き付けられており、コイル２５８の垂直部分はコイル保持フレーム２５７の上下壁に沿って上下方向に延びている。このため、各コイル２５８の水平部分は上下２列（図５においてＵ，Ｌで示す）となるが、これら両水平部分Ｕ，Ｌは、上記永久磁石２５４，２５５間の上下部に生ずる２種の磁界を各々直角に横切るように位置している。
【００６０】
コイル２５８に電流を流すと、そのコイル２５８の水平部分を流れる電流と上記磁界は直交することとなり、これら両者間には電流と磁界との両方に直交するローレンツ力が作用する。コイル２５８の電流の向きを適切に設定することで、このローレンツ力が、永久磁石２５４，２５５すなわちベースプレート４１を上方向へ移動させようとする力となる。
【００６１】
本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００６２】
［第４の実施の形態］
【００６３】
図６は、本発明の第４の実施の形態による研磨装置において用いられる、研磨パッド（研磨体）４３を貼り付けたパッドプレート（研磨体支持部材）４２を示す断面図である。図６において、図１乃至図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００６４】
本実施の形態による研磨装置が前記第１の実施の形態による研磨装置と異なる所は、以下に説明する点のみである。
【００６５】
図面には示していないが、本実施の形態では、図２中の付勢力付与部５０（永久磁石５３，５４）及び磁石保持板５１，５２が除去されている。
【００６６】
また、本実施の形態では、図２中の研磨パッド４３付きのパッドプレート４２に代えて、図６（ａ）又は図６（ｂ）に示す研磨パッド４３付きパッドプレート４２がベースプレート（ベース部材）４１に装着される。両者の研磨パッド４３は同一であるが、パッドプレート４２の構造が次のように異なる。すなわち、図２に示すパッドプレート４２は単一の材料（例えば、後述する部位４２ａと同じ比重の小さい材料）で構成されているのに対し、図６（ａ）及び図６（ｂ）にそれぞれ示すパッドプレート４２は、比重の小さい材料（例えば、セラミック、アルミニウム又はその合金）からなる部位４２ａと、比重の大きい材料（例えば、鉛）からなる部位（本実施の形態では、リング状部材）４２ｂとから構成されている。図２に示すパッドプレート４２も図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すパッドプレート４２も、外形寸法は同一に構成されている。図６（ａ）に示すパッドプレート４２と図６（ｂ）に示すパッドプレート４２とでは、部位４２ａと部位４２ｂとの体積比が異なっている。したがって、図２、図６（ａ）及び図６（ｂ）にそれぞれ示すパッドプレート４２では、外形寸法が同一でありながら重量が異なる。
【００６７】
なお、図６において、１８５，１８６はそれぞれ、センターピンＰ１及び位置決めピンＰ２（図６では省略、図２参照。）を設けるための孔である。
【００６８】
さらに、本実施の形態では、テンションフランジ３１の内部空間Ｓを大気に開放したままとされる。したがって、ダイアフラム３５を除去してもよい。
【００６９】
本実施の形態による研磨装置では、前述した第１の実施の形態による研磨装置と同様の動作によってウエハＷが研磨される。ただし、本実施の形態では、付勢力付与部５０が除去されるとともに、テンションフランジ３１の内部空間Ｓが大気圧であるので、研磨パッド４３とウエハＷとの間には、研磨部材４０の自重による荷重が加わる。
【００７０】
本実施の形態によれば、研磨パッド４３とウエハＷとの間の荷重が研磨部材４０の自重により定まるので、この荷重を低荷重にすることができ、しかも、その荷重の設定を高い精度で行うことができる。そして、本実施の形態によれば、図６（ａ）又は図６（ｂ）に示すパッドプレート４２が用いられるので、部位４２ａと部位４２ｂとの体積比を適宜定めることによって、研磨パッド４３とウエハＷとの間の荷重を、パッドプレート４２を前記比重の小さい材料のみで構成した場合の相対的に低い荷重と、パッドプレート４２を前記比重の大きい材料のみで構成した場合の相対的に高い荷重との間の、任意の大きさの荷重に設定することができる。
【００７１】
したがって、本実施の形態によれば、前述した第１乃至第３の実施の形態に比べれば荷重が大きくなるので、ウエハＷがＬｏｗ−ｋ材料を用いたものである場合、Ｌｏｗ−ｋ材料の多孔質構造が研磨時に破壊する可能性はやや高くなるものの、研磨部材４０の自重による荷重である低い荷重で研磨を行うので、多孔質構造の破壊の可能性を低くすることができる。そして、前述したように、所望の荷重に設定することができる上、荷重設定の精度が高いので、高精度でウエハＷを平坦化することができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、比重の異なる２種の材料でパッドプレート４２を構成しているが、比重の異なる３種以上の材料でパッドプレート４２を構成してもよい。
【００７３】
次に、本発明の一実施の形態による研磨方法について説明する。この研磨方法では、前述した第４の実施の形態と同様に、前述した第１の実施の形態による研磨装置において、付勢力付与部５０（永久磁石５３，５４）及び磁石保持板５１，５２を取り除くとともに、テンションフランジ３１の内部空間Ｓを大気に開放したままとした研磨装置を用いる。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すようなパッドプレート４２を、変更しようとする所望の複数種の荷重（例えば、０．１ｐｓｉ、０．２５ｐｓｉ、０．５ｐｓｉの３種類）にそれぞれ応じて、部材４２ａと部材４２ｂの体積比をそれぞれ変えたものを、予め用意しておく。なお、例えば、ウエハＷが３００ｍｍウエハの場合、０．１ｐｓｉは３．６ｋｇ重、０．２５ｐｓｉは９ｋｇ重、０．５ｐｓｉは１８ｋｇ重に相当する。この予め用意する複数のパッドプレート４２には、単一の材料からなるパッドプレート４２を含んでいてもよい。そして、各パッドプレート４２には研磨パッド４３を予め貼り付けておく。ウエハＷを研磨する場合、その複数の研磨パッド４３付きパッドプレート４２のうちから所望の荷重に対応する１つを選択し、これを前記研磨装置に装着し、前述した第４の実施の形態と同様に、研磨する。
【００７４】
この研磨方法によれば、前述した第４の実施の形態と同様の利点が得られる他、複数種の荷重にそれぞれ応じて複数の研磨パッド４３付きパッドプレート４２を予め用意しておくので、迅速に荷重を変更することができるという利点が得られる。
【００７５】
［第５の実施の形態］
【００７６】
次に、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施の形態について説明する。図７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。半導体デバイス製造プロセスをスタートして、まずステップ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する。選択に従って、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４のいずれかに進む。
【００７７】
ステップＳ２０１はシリコン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等によりシリコンウエハ表面に絶縁膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はシリコンウエハ上に電極膜を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はシリコンウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
【００７８】
ＣＶＤ工程（Ｓ２０２）もしくは電極形成工程（Ｓ２０３）の後で、ステップＳ２０９に進み、ＣＭＰ工程を行うかどうかを判断する。行わない場合はステップＳ２０６に進むが、行う場合はステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程であり、この工程では、本発明に係る研磨装置又は本発明に係る研磨方法を用いて、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によるダマシン（ｄａｍａｓｃｅｎｅ）の形成等が行われる。
【００７９】
ＣＭＰ工程（Ｓ２０５）または酸化工程（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、シリコン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シリコンウエハへの回路パターンの焼き付け、露光したシリコン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を行い、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。
【００８０】
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、シリコン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。
【００８１】
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又は研磨方法を用いているため、半導体デバイスを歩留り良く低コストで製造することができる。また、本発明によ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では、歩留りが高く、かつ、安価な半導体デバイスとなる。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良い。
【００８２】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨部材の自重による荷重よりも低い荷重で被研磨物を研磨することができる研磨装置を提供することができる。
【００８４】
また、本発明によれば、研磨部材の自重による荷重程度の低荷重で高い精度で被研磨物を研磨することができる研磨装置及び研磨方法を提供することができる。
【００８５】
さらに、本発明によれば、従来の半導体デバイス製造方法に比べて、歩留りが向上し低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法、及び低コストの半導体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による研磨装置を模式的に示す部分断面側面図である。
【図２】図１に示す研磨装置における研磨工具の付近の拡大断面図である。
【図３】図２に示す研磨工具の分解斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による研磨装置の要部を示す部分断面側面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態による研磨装置における研磨工具の付近の拡大断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態による研磨装置において用いられる、研磨パッドを貼り付けたパッドプレートを示す断面図である。
【図７】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。
【符号の説明】
１  研磨装置
１３  回転テーブル
２０  スピンドル
３０  研磨工具（研磨ヘッド）
３１  テンションフランジ
３３  ドライブリング
４０  研磨部材
４１  ベースプレート（ベース部材）
４２  パッドプレート（研磨体支持部材）
４３  研磨パッド（研磨体）
５０  付勢力付与部
５３，５４  永久磁石
Ｗ  ウエハ（被研磨物）
【図１】
2004265950.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004265950.tif 000007
【図６】
2004265950.tif 000008
【図７】
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