(57)【要約】【課題】「グローバル・リムーバル均一性」を確保しながら、段差解消性を高めて「ローカル・パターン平坦性」を向上させることができ、しかも寿命の長い研磨体を提供する。【解決手段】研磨体４は、基材５に取り付けられる。研磨体４は、研磨パッド６、硬質弾性部材７、及び軟質部材８を、研磨面側からこの順に積層した構造を持つ。研磨パッド６として、例えば、ロデール社製のＩＣ１０００（商品名）が用いられる。硬質弾性部材７として、例えば、ステンレス板が用いられる。軟質部材８として、ロデール社製のＳｕｂａ４００（商品名）を用いられる。研磨パッド６は、研磨面側に溝６ａを有する。研磨パッド６における溝６ａの箇所の残り厚さｄが、０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たすように設定される。【選択図】　　　　図３
2004023009.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨体と被研磨物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨体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、用いられる前記研磨体であって、
研磨面側に溝が形成された研磨パッド、硬質弾性部材、及び軟質部材をこの順に積層した構造を持ち、
前記研磨パッドにおける前記溝の箇所の残り厚さｄが、０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たすことを特徴とする研磨体。
【請求項２】
前記残り厚さｄが、ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすことを特徴とする請求項１記載の研磨体。
【請求項３】
研磨体と被研磨物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨体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、用いられる前記研磨体であって、
研磨面側に溝が形成された研磨パッド、硬質弾性部材、及び軟質部材をこの順に積層した構造を持ち、
前記研磨パッドにおける前記溝の箇所の残り厚さｄは、前記研磨パッドにおける前記溝以外の箇所の厚さが２．５ｍｍ以上である場合には０ｍｍ＜ｄ≦１．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ以上２．５ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすことを特徴とする研磨体。
【請求項４】
前記残り厚さｄが、０．１ｍｍ≦ｄの条件を満たす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体。
【請求項５】
前記研磨パッドの、１．０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した時の圧縮率が、１０％以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨体。
【請求項６】
研磨体と被研磨物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨体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、用いられる、研磨面側に溝が形成された研磨パッド、硬質弾性部材及び軟質部材をこの順に積層した構造を持つ前記研磨体を、構成するために用いられる前記研磨パッドであって、
前記溝の箇所の残り厚さｄは、前記溝以外の箇所の厚さが２．５ｍｍ以上である場合には０ｍｍ＜ｄ≦１．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ以上２．５ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすことを特徴とする研磨パッド。
【請求項７】
研磨面側に溝が形成された研磨パッドであって、前記溝の箇所の残り厚さｄは、前記溝以外の箇所の厚さが２．５ｍｍ以上である場合には０ｍｍ＜ｄ≦１．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ以上２．５ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすことを特徴とする研磨パッド。
【請求項８】
１．０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した時の圧縮率が、１０％以下であることを特徴とする請求項６又は７記載の研磨パッド。
【請求項９】
研磨体と被研磨物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨体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、
前記研磨体が請求項１乃至５のいずれかに記載の研磨体であることを特徴とする研磨装置。
【請求項１０】
請求項９記載の研磨装置を用いて、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半導体デバイス製造方法。
【請求項１１】
請求項１０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体、この研磨体を用いた研磨装置、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法、及び、半導体デバイス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おける段差の存在は、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などをもたらす。また、絶縁膜では耐電圧劣化やリークの発生などにもつながる。
【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】
内部に半導体回路等が形成されたウエハ等のプロセスウエハなどの被研磨物の研磨技術として、大きな（ダイサイズレベルでの）エリアの効率的な平坦化技術として注目を集めているのが、化学的機械的研磨である。これは、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ又はＰｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）と呼ばれる研磨工程である。ＣＭＰは、物理的研磨に、化学的な作用を併用して、プロセスウエハの表面層を除いていく工程で、グローバル平坦化及び、電極形成のための重要な技術である。具体的には、酸、アルカリ、酸化剤などの研磨物の可溶性溶媒中に、研磨粒（シリカ、アルミナ、酸化セリウムなどが一般的）を分散させたスラリーと呼ばれる研磨剤を用い、更に、研磨パッドを有する研磨工具の前記研磨パッドで、ウエハ表面を加圧し、相対運動で摩擦することにより研磨を進行させる。
【０００５】
ところで、ブランク状態のウエハと異なり、パターンウエハの表面は、平坦ではなく、特にチップが形成されている部分と形成されていない部分とでは段差があるのが普通である。よって、このようなパターンウエハを研磨する場合には、ウエハ基板の大きな周期の凹凸（うねり）に倣って、すなわち凹凸（うねり）に沿って一様に研磨（これを、「グローバル・リムーバル均一性」と呼んでいる。）を行いながら、局所的な凹凸をなくす（これを、「ローカル・パターン平坦性」と呼んでいる。）ことが求められている。
【０００６】
このような要請に応えるべく、従来は、研磨工具において、研磨体として硬質研磨パッドと軟質パッドとを貼り合わせたいわゆる２層パッドを用い、この２層パッドを、硬質研磨パッドが被研磨物側となるように、剛性体からなる研磨定盤の表面に貼り付けていた。前記硬質研磨パッドとして、ロデ−ル社製のＩＣ１０００（商品名）が用いられ、その表面には研磨剤の供給及び排出のための溝が形成されていた。この硬質研磨パッドでは、溝が形成されていない箇所の厚さが１．２７ｍｍ、溝の深さが約０．６ｍｍ、溝が形成されている箇所の残り厚さが約０．６７（＝１．２７−０．６）ｍｍであった。また、前記軟質パッドとして、スポンジ状のロデール社製のＳｕｂａ４００（商品名）が用いられていた。
【０００７】
このような２層パッドからなる研磨体を用いれば、硬質研磨パッドと研磨定盤との間に軟質パッドが介在しているため、軟質パッドが比較的に圧縮変形し易いことから、硬質研磨パッドがパターンウエハの大きなうねりに倣って変形する。よって、パターンウエハのうねりに沿って研磨量を一定とした研磨を行うことができる。一方、局所的な凹凸に対しては、硬質研磨パッドが比較的に変形し難いので、局所的な凹凸は研磨により除去することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これまで以上に半導体集積回路の集積度を高めることが要請され、より細かい配線ルールを適用することが要請されている。また、システムＬＳＩを研磨する需要が増加しているが、システムＬＳＩにおいては、パターンの疎密度の分布が激しくなっている。
【０００９】
このように、細かい配線ルールで決定されるパターンや、疎密度の分布が激しいパターンが内部に形成されたパターンウエハを研磨する場合、前述したような従来の研磨体を用いても、「グローバル・リムーバル均一性」と「ローカル・パターン平坦性」を共に満足させることが困難であった。すなわち、これらのウエハにおいては局所的な凹凸が大きくなる傾向にあり、前述したような従来の研磨体を用いた場合には、局所的な凹凸が増大するに伴って、軟質パッドが圧縮変形し、硬質パッドもそれに倣って変形する結果、段差解消性が低下し、「ローカル・パターン平坦性」を確保することが困難となる。
【００１０】
そこで、本発明者は、表面に溝が形成された研磨パッド、硬質弾性部材、及び軟質部材をこの順に積層した構造を持つ研磨体を、案出した。ここで、硬質弾性部材は、例えば、ヤング率が１００００ｋｇ／ｍｍ２以上の弾性部材である。軟質部材は、例えば、１．０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した時の圧縮率が１０％以上の部材である。
【００１１】
この研磨体を用いれば、研磨パッドと軟質部材との間に硬質弾性部材が挟み込まれているため、「グローバル・リムーバル均一性」を確保しながら、段差解消性を高めて、「ローカル・パターン平坦性」を向上させることができる。
【００１２】
この硬質弾性部材を挟み込んだ研磨体において用いる研磨面側の研磨パッドとしては、硬質パッドを用いることが好ましい。そこで、この研磨体の研磨面側の研磨パッドとして、前記従来の研磨体の硬質パッドと同じく、溝が形成されていない箇所の厚さが１．２７ｍｍ、溝の深さが約０．６ｍｍ、溝が形成されている箇所の残り厚さが約０．６７（＝１．２７−０．６）ｍｍの、ロデール社製のＩＣ１０００（商品名）をそのまま用いることが考えられる。
【００１３】
しかし、本発明者の研究の結果、この場合には、硬質弾性部材を挟み込んだ研磨体では、段差解消性の点では研磨面側の研磨パッドが本来的に長い寿命を持っているにも拘わらずに、当該研磨パッドの溝の深さによる制約を受けて、当該研磨パッドの寿命が短くなってしまうことが判明した。
【００１４】
すなわち、硬質弾性部材を挟み込んだ研磨体の研磨面側の研磨パッドの厚さは、被研磨物の研磨に伴う消耗やドレッシング（研磨面の目詰まり等を除去する処理であり、コンディショニングとも呼ばれる。）に伴う消耗により、薄くなっていく。一方、研磨パッドの表面の溝は、研磨中の研磨剤の供給及び排出のために不可欠であり、溝が消失又は所定深さ以下になってしまうと、所望の研磨特性を得ることができない。したがって、前記厚さや溝深さを持つＩＣ１０００を用いる場合には、溝が消失するまで寿命が尽きないと仮定した場合でも、溝が不可欠であるという制約から、溝が形成されていない箇所の厚さが０．６７（＝１．２７−０．６）ｍｍまで薄くなった時点で、寿命が尽きることになる。ところが、本発明者の研究の結果、硬質弾性部材を挟み込んだ研磨体において、研磨面側の研磨パッドの厚さが０．６７（＝１．２７−０．６）ｍｍより薄くなっても、当該研磨体による段差解消性が低下するどころか逆にわずかに向上することが判明した。
【００１５】
このように、硬質弾性部材を挟み込んだ研磨体において、従来の研磨パッドをそのまま用いると、溝の深さの制約を受けて、無駄に寿命が低下してしまうのである。
【００１６】
なお、前述した２層パッドからなる研磨体の場合、そもそも前述した硬質弾性部材を挟み込んだ研磨体に比べて段差解消性が劣る上に、研磨面側の研磨パッドの溝が形成されていない箇所の厚さが薄くなるに従って段差解消性が低下してしまい、前記厚さや溝深さを持つＩＣ１０００を用いても、溝が消失する前に、段差解消性の点から制約を受けて寿命が尽きてしまう。したがって、２層パッドからなる研磨体の場合、研磨面側の研磨パッドの溝をより深くしておいても、何ら寿命を延ばすことはできない。
【００１７】
本発明は、前述したような本発明者の研究により新たに見出された事情に鑑みてなされたもので、「グローバル・リムーバル均一性」を確保しながら、段差解消性を高めて「ローカル・パターン平坦性」を向上させることができ、しかも寿命の長い研磨体、及びこれに用いることができる研磨パッドを提供することを目的とする。
【００１８】
また、本発明は、被研磨物を効率良く研磨することができるとともに、ランニングコストを低減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。
【００１９】
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、歩留りが向上ししかも効率良く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。
【００２０】
【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の態様による研磨体は、研磨体と被研磨物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨体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、用いられる前記研磨体であって、（ａ）研磨面側に溝が形成された研磨パッド、硬質弾性部材、及び軟質部材をこの順に積層した構造を持ち、（ｂ）前記研磨パッドにおける前記溝の箇所の残り厚さｄが、０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たすものである。
【００２１】
前記第１の態様において、硬質弾性部材は、例えば、ヤング率が１００００ｋｇ／ｍｍ２以上の弾性部材であり、典型的な例として金属板を挙げることができる。硬質弾性部材として、例えば、ステンレス板を用いることができ、その厚さは例えば０．１ｍｍ〜０．９４ｍｍとすることができる。前記軟質部材は、例えば、１．０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した時の圧縮率が１０％以上の部材であり、典型的な例として、気泡を内包するウレタン弾性部材、不織布などを挙げることができる。
【００２２】
また、前記第１の態様において、例えば、前記被研磨物が、内部に半導体集積回路が形成されたウエハなどのパターンウエハであり、前記硬質弾性部材は、前記パターンウエハの研磨中にかけられる研磨荷重における変形量が、前記パターンウエハにおけるパターンの最大間隔間において、前記パターンウエハに許容されるＬＴＶより小さく、１チップに相当する間隔間において、前記パターンウエハに許容されるＴＴＶより大きくなるように構成されたものでもよい。ここで、ＬＴＶ（Ｌｏｃａｌ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）とは、ウエハの１チップ内の局所的な凹凸のことであり、ＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ　Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）とは、ウエハ全体での凹凸のことである。
【００２３】
本発明の第２の態様による研磨体は、前記第１の態様において、前記残り厚さｄが、ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすものである。
【００２４】
本発明の第３の態様による研磨体は、研磨体と被研磨物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨体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、用いられる前記研磨体であって、（ａ）研磨面側に溝が形成された研磨パッド、硬質弾性部材、及び軟質部材をこの順に積層した構造を持ち、（ｂ）前記研磨パッドにおける前記溝の箇所の残り厚さｄは、前記研磨パッドにおける前記溝以外の箇所の厚さが２．５ｍｍ以上である場合には０ｍｍ＜ｄ≦１．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ以上２．５ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすものである。
【００２５】
本発明の第４の態様による研磨体は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記残り厚さｄが、０．１ｍｍ≦ｄの条件を満たすものである。
【００２６】
本発明の第５の態様による研磨体は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、前記研磨パッドの、１．０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した時の圧縮率が、１０％以下であるものである。
【００２７】
本発明の第６の態様による研磨パッドは、研磨体と被研磨物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨体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、用いられる、研磨面側に溝が形成された研磨パッド、硬質弾性部材及び軟質部材をこの順に積層した構造を持つ前記研磨体を、構成するために用いられる前記研磨パッドであって、前記溝の箇所の残り厚さｄは、前記溝以外の箇所の厚さが２．５ｍｍ以上である場合には０ｍｍ＜ｄ≦１．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ以上２．５ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすものである。
【００２８】
本発明の第７の態様による研磨パッドは、研磨面側に溝が形成された研磨パッドであって、前記溝の箇所の残り厚さｄは、前記溝以外の箇所の厚さが２．５ｍｍ以上である場合には０ｍｍ＜ｄ≦１．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ以上２．５ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たし、前記溝以外の箇所の厚さが０．９ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすものである。
【００２９】
本発明の第８の態様による研磨パッドは、前記第６又は第７の態様において、１．０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した時の圧縮率が、１０％以下であるものである。
【００３０】
本発明の第９の態様による研磨装置は、研磨体と被研磨物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記被研磨物との間に荷重を加えつつ、前記研磨体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、前記研磨体が前記第１乃至第５のいずれかの態様による研磨体であるものである。
【００３１】
本発明の第１０の態様による半導体デバイス製造方法は、前記第９の態様によ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ものである。
【００３２】
本発明の第１１の態様による半導体デバイスは、前記第１０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。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による研磨体、研磨装置、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。
【００３４】
図１は、本発明の一実施の形態による研磨装置を模式的に示す概略構成図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’矢視の一部拡大図である。図３は、図２中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【００３５】
本実施の形態による研磨装置は、研磨工具１と、研磨工具１の下側に被研磨物としてのウエハ２を保持するウエハホルダ３と、研磨工具１に形成した供給路（図示せず）を介してウエハ２と研磨工具１との間に研磨剤（スラリー）を供給する研磨剤供給部（図示せず）と、備えている。
【００３６】
研磨工具１は、アクチュエータとして電動モータ等を用いた図示しない機構によって、図１中の矢印ａ，ｂ，ｃで示すように、回転、上下動及び左右に揺動（往復動）できるようになっている。ウエハホルダ３は、アクチュエータとして電動モータ等を用いた図示しない機構によって、図１中の矢印ｔで示すように、回転できるようになっている。
【００３７】
研磨工具１は、研磨体４と、研磨体４における研磨面（図１中の下面）と反対側の面（図１中の上面）を支持する基材５とを有している。本実施の形態では、研磨体４の径がウエハ２の径より小さくされ、装置全体のフットプリントが小さくなっているとともに、高速・低荷重研磨が容易となっている。もっとも、本発明では、研磨体４の径はウエハ２の径と同じかそれより大きくてもよい。研磨体４（特に研磨パッド６）の平面視での形状は、例えば、回転中心の付近の部分が除去されたリング状としてもよいし、円板状としてもよい。
【００３８】
研磨体４は、図１及び図３に示すように、研磨パッド６、硬質弾性部材７、及び軟質部材８を、研磨面側からこの順に積層した構造を持っている。研磨パッド６と硬質弾性部材７との間、硬質弾性部材７と軟質部材８との間、軟質部材８と基材５との間は、例えば、接着剤や両面接着テープを用いた接着等により、接合することができる。研磨パッド６の寿命が尽きた場合には、研磨体４の全体を交換してもよいし、研磨パッド６のみを交換してもよい。
【００３９】
研磨パッド６は、硬質パッドであることが好ましく、例えば、１．０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した時の圧縮率が１０％以下であることが好ましい。具体的には、研磨パッド６として、例えば、ロデール社製のＩＣ１０００（商品名）を用いることができるが、これに限定されるものではない。
【００４０】
研磨パッド６の研磨面側には、図２及び図３に示すように、格子状のパターンで溝６ａが形成されている。もっとも、溝６ａのパターンは、格子状に限定されるものではなく、種々のパターンを採用し得る。
【００４１】
研磨パッド６における溝６ａの箇所の残り厚さｄは、０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たすように設定されている。研磨パッド６における溝６ａの箇所の残り厚さｄは、例えば、０ｍｍ＜ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすように設定してもよい。
【００４２】
あるいは、研磨パッド６における溝６ａの箇所の残り厚さｄは、研磨パッド６における溝以外の箇所の初期の厚さｄ０が２．５ｍｍ以上である場合には０ｍｍ＜ｄ≦１．６ｍｍの条件を満たし、溝６ａ以外の箇所の初期の厚さｄ０が０．９ｍｍ以上２．５ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．６ｍｍの条件を満たし、溝６ａ以外の箇所の初期の厚さｄ０が０．９ｍｍ未満である場合には０ｍｍ＜ｄ≦０．２７ｍｍの条件を満たすように、設定してもよい。
【００４３】
なお、研磨パッド６における溝６ａの箇所の残り厚さｄは、０ｍｍを越える値であれば、溝６ａで分離していないので、研磨パッド６を硬質弾性部材７に貼り付ける際の取り扱いが容易となる。残り厚さｄが０．１ｍｍ以上であれば、不用意に溝６ａの箇所で分離してしまうようなおそれがなくなり、より好ましい。
【００４４】
硬質弾性部材７は、例えば、ヤング率が１００００ｋｇ／ｍｍ２以上の弾性部材であり、典型的な例として金属板を挙げることができる。具体的には、硬質弾性部材７として、例えば、ステンレス板を用いることができ、その厚さは例えば０．１ｍｍ〜０．９４ｍｍとすることができる。
【００４５】
なお、硬質弾性部材７は、ウエハ２の研磨中にかけられる研磨荷重における変形量が、ウエハ２におけるパターンの最大間隔間において、ウエハ２に許容されるＬＴＶより小さく、１チップに相当する間隔間において、前記パターンウエハに許容されるＴＴＶより大きくなるように構成されたものでもよい。
【００４６】
軟質部材８は、例えば、１．０ｋｇ／ｃｍ２で加圧した時の圧縮率が１０％以上の部材であり、典型的な例として、気泡を内包するウレタン弾性部材、不織布などを挙げることができる。具体的には、軟質部材８として、ロデール社製のＳｕｂａ４００（商品名）を用いることができる。
【００４７】
ここで、本実施の形態によるウエハ２の研磨について説明する。研磨工具１は、回転しながら揺動つつ、研磨工具１の研磨体４がウエハホルダ３上のウエハ２の上面に所定の圧力（荷重）で押し付けられる。ウエハホルダ３を回転させてウエハ２も回転させ、ウエハ２と研磨工具１との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剤が研磨剤供給部からウエハ２と研磨体４との間に供給され、その間で拡散し、ウエハ２の被研磨面を研磨する。すなわち、研磨工具１とウエハ２の相対運動による機械的研磨と、研磨剤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。このとき、研磨体４の研磨パッド６の溝６ａは、研磨中の研磨剤の供給及び排出の作用を担う。
【００４８】
本実施の形態によれば、研磨体４が、研磨パッド６、硬質弾性部材７及び軟質部材８の積層体として構成されており、研磨パッド６と軟質部材８との間に硬質弾性部材７が挟み込まれているため、硬質弾性部材７を介在させない場合（すなわち、研磨体を、硬質研磨パッドと軟質パッドとを貼り合わせた従来の２層パッドで構成する場合）に比べて、「グローバル・リムーバル均一性」を確保しながら、段差解消性を高めて、「ローカル・パターン平坦性」を向上させることができる。
【００４９】
研磨パッド６の溝６ａ以外の箇所の厚さは、ウエハ２の研磨に伴う消耗やドレッシングに伴う消耗により、薄くなっていく。本実施の形態では、従来の２層パッドからなる研磨体の硬質パッドと異なり、研磨体４の研磨パッド６における溝６ａの箇所の残り厚さｄが前述したように設定されているので、溝６ａの深さの制約が緩和され、無駄に研磨パッド６の寿命が低下してしまう事態が低減され、寿命が延びる。したがって、本実施の形態によれば、ウエハ２を効率良く研磨することができるとともに、ランニングコストを低減することができる。
【００５０】
この点について、本発明者は、図４に示すモデル及び図５に示すモデルについて、有限要素法を用いた解析を行い、図６に示す解析結果を得た。図４及び図５において、図１及び図３中の要素と同一又は対応する要素には、同一符号を付している。図４及び図５は解析モデルを模式的に示す概略断面図である。
【００５１】
図４に示すモデルでは、基材５は完全な剛体であるものとした。軟質部材８は、ロデール社製のＳｕｂａ４００（商品名）とし、荷重をかけないときのその厚さを１．２７ｍｍとした。硬質弾性部材７は、厚さ０．２ｍｍのステンレス板とした。研磨パッド６は、ロデール社製のＩＣ１０００（商品名）とし、荷重をかけないときのその厚さをｄ０’とした。研磨パッド６は溝６ａを有していないものとした。ウエハ２に代わるものとして、平面からなる上面を有し上面側に平面視で４×４ｍｍ角の十分深い孔１０ａを有する完全な剛体１０を想定し、基材５に上方から２００ｇｆ／ｃｍ２の荷重をかけたときの、研磨パッド６の孔１０ａ内へのめり込み量Δｈを、研磨パッド６の厚さｄ０’をそれぞれ変えて各厚さｄ０’について、有限要素法を用いて算出した。このようにして得た図４に示す解析モデルの解析結果を、図６中にラインＣで示す。図４に示す解析モデルは、前述した実施の形態の研磨体４に相当している。
【００５２】
図５に示すモデルが図４に示すモデルと異なる所は、硬質弾性部材７が除去されている点のみである。図５に示すモデルの他の条件は、図４に示すモデルと場合と全く同一として、研磨パッド６の孔１０ａ内へのめり込み量Δｈを、研磨パッド６の厚さｄ０’をそれぞれ変えて各厚さｄ０’について、有限要素法を用いて算出した。このようにして得た図５に示す解析モデルの解析結果を、図６中にラインＤで示す。図５に示す解析モデルは、前述した２層パッドからなる従来の研磨体に相当している。
【００５３】
図４及び図５に示すモデルにおいて、めり込み量Δｈの大きさはウエハ２等の被研磨物の段差解消性の指標となり、めり込み量Δｈが大きいほど段差解消性は低く、逆に、めり込み量Δｈが小さいほど段差解消性が高いことを意味する。
【００５４】
図６からわかるように、前述した実施の形態の研磨体４に相当する図４に示すモデルの場合、研磨パッド６の各厚さｄ０’に渡って、めり込み量Δｈが十分に小さくて段差解消性が高く、しかも、厚さｄ０’が薄くなるに従って段差解消性が低下するどころか逆にわずかに向上する。これは、研磨パッド６が薄くなるに従って硬質弾性部材７の影響が支配的になるためであると、考えられる。なお、図６中のＣに示すように、研磨パッド６の厚さｄ０’が０．６７（＝１．２７−０．６）ｍｍより薄くなっても、段差解消性が向上している。
【００５５】
これに対し、前述した２層パッドからなる従来の研磨体に相当する図５に示すモデルの場合、研磨パッド６の各厚さｄ０’に渡ってそもそもめり込み量Δｈが大きく段差解消性が低い上に、厚さｄ０’が薄くなるに従って、急激にめり込み量Δｈが増大し、段差解消性が急激に大きく低下することがわかる。
【００５６】
したがって、図６に示す解析結果から、前述した２層パッドからなる従来の研磨体の場合には、段差解消性の点から研磨パッド６の寿命に制約が生じてしまうのに対し、前述した実施の形態の研磨体４の場合には、段差解消性の点から研磨パッド６の寿命が制約されてしまうようなことがない。
【００５７】
このため、前述した実施の形態の研磨体４の場合には、研磨体４の研磨パッド６における溝６ａの箇所の残り厚さｄを可能な限り薄くし、当初の研磨パッド６の溝６ａの深さを深くしておくほど、溝６ａによる寿命の制約が緩和され、研磨パッド６の寿命が延びることがわかる。したがって、本実施の形態では、研磨体４の研磨パッド６における溝６ａの箇所の残り厚さｄが前述したように設定されているので、既存の溝付きのロデール社製のＩＣ１０００（商品名）を研磨パッド６としてそのまま用いる場合に比べて、研磨パッド６の寿命を延ばすことができる。
【００５８】
なお、前述した２層パッドからなる従来の研磨体の場合には、段差解消性の点から研磨パッドの寿命が制約されてしまうので、溝の箇所の残り厚さをいくら薄くしても、研磨パッド６の寿命を延ばすことは不可能である。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
ＣＶＤ工程もしくは電極形成工程の後で、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。
【００６２】
ＣＭＰ工程または酸化工程の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソ工程である。フォトリソ工程では、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。
【００６３】
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。
【００６４】
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を用いているため、ウエハ２を高い精度で平坦に研磨することができる。このため、ＣＭＰ工程での歩留まりが向上し、従来の半導体デバイス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。また、研磨体４の研磨パッド６の寿命が長いので、ウエハ２を効率良く平坦に研磨することができ、この点からも低コストで半導体デバイスを製造することができる。
【００６５】
なお、前記の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良い。
【００６６】
本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係る半導体デバイス製造方法により製造される。これにより、従来の半導体デバイス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、半導体デバイスの製造原価を低減することができるという効果がある。
【００６７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００６８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、「グローバル・リムーバル均一性」を確保しながら、段差解消性を高めて「ローカル・パターン平坦性」を向上させることができ、しかも寿命の長い研磨体、及びこれに用いることができる研磨パッドを提供することができる。
【００６９】
また、本発明によれば、被研磨物を効率良く研磨することができるとともに、ランニングコストを低減することができる研磨装置を提供することができる。
【００７０】
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、歩留りが向上ししかも効率良く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】本発明の一実施の形態による研磨装置を模式的に示す概略構成図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’矢視の一部拡大図である。
【図３】図２中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図４】解析モデルを模式的に示す概略断面図である。
【図５】他の解析モデルを模式的に示す概略断面図である。
【図６】図４及び図５に示すモデルの解析結果を示す図である。
【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　研磨工具
２　ウエハ
３　ウエハホルダ
４　研磨体
５　基材
６　研磨パッド
７　硬質弾性部材
８　軟質部材
【図１】
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【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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