(57)【要約】【課題】被研磨特性の異なる領域が混在する被研磨面であっても、研磨の偏りを極力なくすことができ、被研磨面の微細研磨を可能とする磁気援用微細研磨装置及び磁気援用微細研磨方法を提供する。【解決手段】研磨対象物１を保持する保持部材１２と、保持部材１２に保持された研磨対象物１の被研磨面２に対向し、且つ被研磨面２との間に所定の間隙Ｓを設けて配置された第１の磁石１４と、保持部材１２と第１の磁石１４とを、被研磨面２にほぼ平行な仮想平面内で相対的に回転及び／又は水平振動させる第１の駆動手段と、被研磨面２と第１の磁石１４との間隙Ｓに、磁性砥粒、磁性粒子を含有する研磨砥粒、及び磁性砥粒若しくは前記研磨砥粒を含有する研磨スラリーから選ばれる研磨材を供給する研磨材供給手段とを少なくとも備える磁気援用微細研磨装置１０により、上記課題を解決する。【選択図】図１
2007136637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物を保持する保持部材と、
前記保持部材に保持された研磨対象物の被研磨面に対向し、且つ該被研磨面との間に所定の間隙を設けて配置された第１の磁石と、
前記保持部材と前記第１の磁石とを、前記被研磨面にほぼ平行な仮想平面内で相対的に回転及び／又は水平振動させる第１の駆動手段と、
前記被研磨面と前記第１の磁石との間隙に、磁性砥粒、磁性粒子を含有する研磨砥粒、及び磁性砥粒若しくは前記研磨砥粒を含有する研磨スラリーから選ばれる研磨材を供給する研磨材供給手段と、を少なくとも備えることを特徴とする磁気援用微細研磨装置。
【請求項２】
前記第１の磁石の、前記保持部材を挟んだ反対側に、第２の磁石を備えていることを特徴とする請求項１に記載の磁気援用微細研磨装置。
【請求項３】
前記保持部材と前記第２の磁石とを前記被研磨面にほぼ平行な仮想平面内で相対的に回転及び／又は水平振動させる第２の駆動手段を有することを特徴とする請求項２に記載の磁気援用微細研磨装置。
【請求項４】
前記第１の磁石の、前記被研磨面に対向する側の先端に、接着剤により貼り付けられたバフ又は当該第１の磁石の磁力により把持されたバフを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁気援用微細研磨装置。
【請求項５】
前記バフは、磁性砥粒を分散含有する無電解めっき皮膜で被覆されてなるものであることを特徴とする請求項４に記載の磁気援用微細研磨装置。
【請求項６】
前記磁性砥粒は、粒子表面に研磨粒子を分散含有する磁性めっき皮膜が形成されてなるものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の磁気援用微細研磨装置。
【請求項７】
前記研磨対象物が、前記被研磨面に被研磨特性の異なる領域が混在するものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の磁気援用微細研磨装置。
【請求項８】
前記被研磨対象物が、金属線層のダマシン構造を含むウエハ又はプリント配線板作製用はんだペースト印刷用マスクであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の磁気援用微細研磨装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の磁気援用微細研磨装置を用いて行うことを特徴とする磁気援用微細研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨対象物の被研磨面の微細研磨を可能とした磁気援用微細研磨装置及び方法に関し、更に詳しくは、被研磨特性の異なる領域が混在する被研磨面であっても、研磨の偏りを極力なくすことができる磁気援用微細研磨装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）の配線として、銅配線が適用される場合がある。この銅配線は、通常、ダマシン法と呼ばれる方法で形成されている。ダマシン法は、先ず、各ＩＣの銅配線を施す部分に配線用溝（トレンチともいう。）を形成し、そのトレンチの深さを埋めるに足る厚さ以上の銅層をシリコンウエハの全面にめっき等の手段により形成し、その後、化学的機械的平坦化研磨（Chemical Mechanical Planarization: ＣＭＰ）と呼ばれる化学的溶解と機械的研磨とを組み合わせた研磨方法により、シリコンウエハ全面に形成された銅層のうち余分な部分を除去し、上記トレンチ内に埋め込まれた銅のみを残して銅配線を形成する方法である。
【０００３】
上記の化学的機械的平坦化研磨法（ＣＭＰ法）は、例えばシリカ粒子を含んだ研磨液（スラリー）をウエハ表面に供給しながら、スピンドルに貼り付け若しくはチャッキングしたウエハの表面を、ポリッシングプレート表面の研磨パッドに接触させて研磨する方法であり、ウエハの被研磨面とポリッシングプレート表面とを直接に加圧接触させて摩擦し、ウエハの被研磨面を一括して研磨する方法である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＣＭＰ法は剛体同士を直接加圧接触させて研磨する方法であるので、ウエハの歪み、ウエハ厚さの不均一、ウエハ保持具にウエハを固定した際の傾斜ばらつき、ポリッシングプレート表面の平面度の不足等、様々な不均等要因がウエハ表面の均等研磨に影響を及ぼし易いという問題がある。こうした問題に対しては、例えば、バフを利用して被研磨面との加圧圧力を均一にしたり、ウエハの被研磨面に研磨スラリーを均等に供給したりすることが行われているが、いずれにおいても、被研磨面に均等な圧力を加えてその被研磨面を均等に研磨することは困難であった。
【０００５】
また、被研磨面内で圧力の不均等が存在すると、銅のような柔らかく展性のある金属が形成された表面では、部分的な圧延が生じる可能性もある。
【０００６】
従って、上述したような従来のＣＭＰ法では、ウエハの被研磨面で均等な研磨を行うためには依然として多くの課題があり、被研磨面内で最も研磨が遅い部分が加工終点（例えば不要な銅が完全に除去された時点）に達するまで研磨を行えば、被研磨面内に過剰研磨が行われる部分が生じてしまうという問題がある。過剰研磨が行われた部分では、例えば銅が表面に出ている配線用トレンチ部分と、銅以外の例えば絶縁酸化物やバリア金属が表面に出ている部分とで被研磨特性が異なるため、配線用トレンチ内の銅まで研磨されて銅配線がやせ細り、ＣＭＰ法の特徴である平坦さが損なわれる等の問題がある。
【０００７】
更に、従来のＣＭＰ法では、被研磨面に強い摩擦圧力が加わるために、配線形成に利用される絶縁層等に亀裂等の破損が生じる恐れもあり、このため、例えば誘電率に関する所望の特性を有する有望な絶縁層素材が脆性等のために採用できない等の問題もある。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、被研磨特性の異なる領域が混在する被研磨面であっても、研磨の偏りを極力なくすことができ、被研磨面の微細研磨を可能とする磁気援用微細研磨装置及び磁気援用微細研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の磁気援用微細研磨装置は、研磨対象物を保持する保持部材と、前記保持部材に保持された研磨対象物の被研磨面に対向し、且つ該被研磨面との間に所定の間隙を設けて配置された第１の磁石と、前記保持部材と前記第１の磁石とを、前記被研磨面にほぼ平行な仮想平面内で相対的に回転及び／又は水平振動させる第１の駆動手段と、前記被研磨面と前記第１の磁石との間隙に、磁性砥粒、磁性粒子を含有する研磨砥粒、及び磁性砥粒若しくは前記研磨砥粒を含有する研磨スラリーから選ばれる研磨材を供給する研磨材供給手段と、を少なくとも備えることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、被研磨面と第１の磁石とが所定の間隙を設けて配置され、その間隙に上記研磨材を供給するように構成されているので、その間隙に供給された研磨材が、保持部材と第１の磁石との相対運動により被研磨面を研磨する。その結果、従来のＣＭＰ法のような直接加圧接触させずに被研磨面を研磨することができる。こうした本発明の磁気援用微細研磨装置は、ウエハの歪み、ウエハ厚さの不均一、保持部材にウエハを固定した際の傾斜ばらつき等のような、様々な不均等要因を有するウエハのような研磨対象物であっても、その被研磨面の均等研磨を実現することができ、例えば銅ダマシン配線の形成工程に、部分的な圧延等の変質を生じさせることなく適用することができる。また、同様な作用効果は、プリント配線板作製用はんだペースト印刷用マスクに対しても好ましく適用できる。
【００１１】
本発明の磁気援用微細研磨装置においては、前記第１の磁石の、前記保持部材を挟んだ反対側に、第２の磁石を備えているように構成できる。
【００１２】
この発明によれば、第２の磁石が保持部材を挟んで第１の磁石の反対側に配置されているので、保持部材を挟んで配置された２つの磁石（第１の磁石と第２の磁石）を保持部材に対して相対的に移動させることにより、保持部材と第１の磁石との間隙に供給される研磨材による均等な研磨効果を高めることができる。なお、第２の磁石の磁性と第１の磁石の磁性とが相互に逆磁性を構成することが好ましく、その結果、第１の磁石と第２の磁石とで構成されたＮＳ場内での磁性砥粒による均等な研磨効果を高めることができる。また、第２の磁石の磁場を可変可能な電磁石とすることによって、磁性砥粒と被研磨面との間の摩擦を制御でき、均質な微細研磨を実現することも可能となる。
【００１３】
本発明の磁気援用微細研磨装置において、上記第２の磁石を配置した場合においては、前記保持部材と前記第２の磁石とを前記被研磨面にほぼ平行な仮想平面内で相対的に回転及び／又は水平振動させる第２の駆動手段を有するように構成できる。この発明によれば、第２の磁石を第１の磁石と同期させるように移動してもよいし、第１の磁石と独立に移動してもよい。
【００１４】
本発明の磁気援用微細研磨装置においては、前記第１の磁石の、被研磨面に対向する側の先端に、接着剤により貼り付けられたバフ又は当該磁石の磁力により把持されたバフを有するように構成できる。バフとしては、磁性砥粒を分散含有する無電解めっき皮膜で被覆されてなるものであることが好ましい。
【００１５】
本発明の磁気援用微細研磨装置においては、前記磁性砥粒は、粒子表面に研磨粒子を分散含有する磁性めっき皮膜が形成されてなるものであることが好ましい。
【００１６】
本発明の磁気援用微細研磨装置においては、前記研磨対象物が、被研磨面に被研磨特性の異なる領域が混在するものに対して好ましく適用される。例えば、その被研磨対象物が、金属線層のダマシン構造を含むウエハ又はプリント配線板作製用はんだペースト印刷用マスクであることが好ましい。
【００１７】
上記課題を解決するための本発明の磁気援用微細研磨方法は、上記本発明の磁気援用微細研磨装置を用いて行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の磁気援用微細研磨装置又は方法によれば、被研磨面と第１の磁石とが所定の間隔を設けて配置され、その間隙に研磨材が供給されるように構成されているので、その間隙に供給された研磨材が、保持部材と第１の磁石との相対運動により被研磨面を研磨する。その結果、従来のＣＭＰ法のような直接加圧接触させずに被研磨面を研磨することができる。こうした本発明の磁気援用微細研磨装置又は方法は、ウエハの歪み、ウエハ厚さの不均一、保持部材にウエハを固定した際の傾斜ばらつき等の様々な不均等要因を有するウエハのような、硬度、展性、脆性又は化学的性質等に代表される被研磨特性が異なる微細領域が混在する被研磨面を、均一且つ良好な表面に研磨することができる。
【００１９】
本発明の磁気援用微細研磨装置又は方法を銅ダマシン配線の形成工程に適用すれば、部分的な圧延等の変質の発生を防ぐことができ、また、配線用トレンチ内の銅配線が研磨されるのを防いで、平坦さが損なわれるのを防ぐことができる。また、被研磨面に強い摩擦圧力が加わらないので、配線形成に利用される絶縁層等に亀裂等の破損が生じる恐れがなく、例えば誘電率に関する所望の特性を有する有望な絶縁層素材を採用することも可能である。
【００２０】
また、本発明の磁気援用微細研磨装置及び方法を銅ダマシン配線の形成方法に適用すれば、銅研磨工程において、ウエハ全面にわたって強い圧力を掛けることなく銅研磨を過不足なく行うことができるので、銅配線のやせ細り等を減少させることができる。その結果、ＩＣ製品の歩留向上、信頼性向上、それに伴うコストダウン、化学薬液の不使用による環境にやさしいプロセス等を実現することができる。
【００２１】
また、従来の研磨法では被研磨面全面を一括研磨することしかできなかったが、本発明の磁気援用微細研磨装置及び方法によれば、第１の磁石の形状と、第１の磁石又は保持部材の移動とを組み合わせることにより、被研磨面の一部を選択的に研磨したり、被研磨面を掃引研磨したり一括研磨することもできる。
【００２２】
また、本発明の磁気援用微細研磨装置又は方法の特徴である大きな押圧を伴わない研磨装置又は方法は、非常に薄い層の研磨を制御よく行うことができ、また、強い圧力による研磨法が適用できなかった素材に対する研磨を可能とすると共に、広範なナノレベル研磨への応用も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の磁気援用微細研磨装置及び方法について説明するが、本発明は、その技術的思想を有する限りにおいて、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
図１は、本発明の磁気援用微細研磨装置の一例を示す模式的な構成図である。図２は、本発明の磁気援用微細研磨装置の他の一例を示す模式的な部分構成図である。本発明の磁気援用微細研磨装置１０は、図１に示すように、研磨対象物１を保持する保持部材１２と、その保持部材１２に保持された研磨対象物１の被研磨面２に対向し、且つその被研磨面２との間に所定の間隙Ｓを設けて配置された第１の磁石１４と、保持部材１２と第１の磁石１４とを、被研磨面２にほぼ平行な仮想平面２ａ内で相対的に回転及び／又は水平振動させる第１の駆動手段１６と、被研磨面２と第１の磁石１４との間隙Ｓに、磁性砥粒、磁性粒子を含有する研磨砥粒、及び磁性砥粒若しくは前記研磨砥粒を含有する研磨スラリーから選ばれる研磨材５を供給する研磨材供給手段１８とを少なくとも備えるものである。以下、各構成について詳しく説明する。
【００２５】
（研磨対象物）
本発明に好ましく適用される研磨対象物１は、微細研磨が要求される各種のものを挙げることができ、被研磨面２に被研磨特性が異なる領域が混在するものであることが好ましい。例えば、金属線層のダマシン構造を含むウエハや、プリント配線板作製用はんだペースト印刷用マスク等を挙げることができる。また、被研磨面２全面を平面に加工せずに、一定の厚さだけ研磨する必要がある研磨対象物１に対しても好ましく適用することができる。こうした研磨対象物１の研磨は、従来のＣＭＰ法では不可能であったが、本発明の磁気援用微細研磨装置では可能となる。以上のような研磨対象物１を本発明の磁気援用微細研磨装置１０で研磨すれば、被研磨面２の全域を過不足なく微細且つ平坦に研磨することができる。特に、シリコンウエハに銅ダマシン配線を形成する際の銅研磨工程や、プリント配線板作製用はんだペースト印刷用マスクの製造工程に好ましく適用することができる。
【００２６】
（保持部材）
保持部材１２は、研磨対象物１を保持する部材であり、第１の磁石１４と所定の間隙Ｓを隔てて対向配置されている。その間隙Ｓは、研磨対象物１の種類や研磨形態、さらには、研磨材５の種類等によって任意に変化させることができるが、通常、０．０５ｍｍから５ｍｍの範囲に調整される。この保持部材１２には、研磨対象物１の被研磨面２が第１の磁石１２側になるように保持される。
【００２７】
保持部材１２は、シリコンウエハ等のように被研磨面２の裏面が平担になっている研磨対象物１を保持する場合には、研磨対象物１に接する側の面（以下、保持面３という。）を平面状とすることができ、また、その保持面３が吸着用の真空孔や真空溝等の部分的凹所を有していてもよい。但し、保持面３に部分的凹所を設けた場合には、その保持面３が研磨対象物１を平らに保持できることが前提である。
【００２８】
保持部材１２への研磨対象物１の保持方法としては、保持部材１２に研磨対象物１を接着剤等で貼り付ける方法や、保持部材１２に形成された真空孔や真空溝で研磨対象物１を吸着させる方法等を挙げることができる。また、研磨対象物１が柱状又は円筒状の物体であり、被研磨面２がその末端面である場合や、その他不定形物体の端面である場合においては、保持部材１２は、それらの物体の被研磨面以外の任意の部位を万力又は締付具等の把持手段によって保持してもよい。
【００２９】
保持面３の広さは、研磨対象物１の最大寸法以上であることが望ましいが、研磨対象物１を歪みや変形なく保持することができれば、研磨対象物１の最大寸法未満であっても構わない。また、保持部材１２の四辺には、高さ調整ネジ等の傾斜調整機構２６を設けてもよく、その傾斜調整機構２６により、保持部材１２の表面傾斜を調整することができる。
【００３０】
保持部材１２は、手動又はモーターにより駆動する移動用ネジ又は摺動機構等の移動手段（図１には図示しない）より、第１の磁石１４との対向方向（Ｚ方向：図１では上下方向Ｚ）に移動することができる。その移動は移動距離調整機構（図１には図示しない）により手動又は自動で制御され、保持部材１２に保持される研磨対象物１の被研磨面２と、第１の磁石１４との間の間隔Ｓを任意に調整することができる。また、移動距離調整機構は、被研磨面２と第１の磁石１４との間隔Ｓを検出する検出機構（図１には図示しない）を有していてもよい。なお、この移動手段は、後述する第１の磁石１４が備えている場合には省略してもよいし、保持部材１２と第１の磁石１４の両方が備えていてもよい。
【００３１】
（第１の磁石）
第１の磁石１４は、保持部材１２に保持された研磨対象物１の被研磨面２に対向し、且つ被研磨面２との間に所定の間隙Ｓを設けて配置されている。こうして配置された第１の磁石１４において、研磨対象物１に対向する側の極性はＮ極であってもＳ極であってもよい。
【００３２】
第１の磁石１４の種類としては、ＮｄＦｅＢ磁石等の永久磁石を好ましく用いることができるが、電磁石を用いても構わない。
【００３３】
第１の磁石１４は、図１に示すような単一の磁石棒からなるものであってもよいし、図２に示すような複数の磁石棒からなるものであってもよい。複数の磁石棒で第１の磁石１４を構成する場合には、被研磨面２側の磁極を同じにしてもよいし異なるようにしてもよい。
【００３４】
複数の磁石棒を用い、被研磨面２側の磁極を同じにした場合には、図２に示すように、個々の磁石棒を互いに離隔して配置し、それらを固定具２８で束ねた構造とすることが好ましい。こうした構造からなる第１の磁石１４は、被研磨面２側の角部分の長さを実質的に長くすることができるので、磁性砥粒等の研磨材５を個々の磁石棒の端面の角部分（すなわち、磁石棒の端面の周長部分）により多く着磁させることができるという利点がある。また、複数の磁石棒を用い、被研磨面２側の磁極を交互に異なるように束ねてもよい。この場合には、図示しないが、個々の磁石棒の他端（研磨対象物１側ではない端部のこと。）のうち、異なる極性の磁極同士を一対ごとに又はまとめてヨークで接続することが好ましく、その結果、研磨対象物１側の磁性砥粒吸引力を強めることができる。
【００３５】
第１の磁石１４として電磁石を用いる場合には、電源（図１には図示しない）として直流電源を用いることが好ましい。直流電源は、各磁極の極性を固定することができ、磁性砥粒の吸引力を高めることができる。一方、交流電源は、磁極の極性が交互に変化するために磁性砥粒の吸引力の面では不利であり研磨効率が低下するものの、装置コストや運用コストの面からは有利である。
【００３６】
また、図２に例示したように、被研磨面２に平行となる固定具２８に複数の第１の磁石１４を取り付けることができるが、そうした固定具２８は、棒状又は筒状の非磁性体又は磁性体で構成できる。なお、上述のように、極性を同じくする複数の第１の磁石１４にヨークを接合する場合には、ヨークを固定具２８として利用することもできる。
【００３７】
第１の磁石１４は、手動又はモーターにより駆動する移動用ネジ又は摺動機構等の移動手段（図１には図示しない）により、保持部材１２との対向方向（Ｚ方向）に移動することができる。その移動は移動距離調整機構（図１には図示しない）により手動又は自動で制御され、第１の磁石１４と、保持部材１２に保持される研磨対象物１の被研磨面２との間の間隔Ｓを任意に調整することができる。また、移動距離調整機構は、第１の磁石１４と、被研磨面２との間隔Ｓを検出する検出機構（図１には図示しない）を有していてもよい。なお、この移動手段は、上記保持部材１２が備えている場合には省略してもよいし、保持部材１２と第１の磁石１４の両方が備えていてもよい。
【００３８】
（第１の駆動手段）
第１の駆動手段１６は、図１に示すように、保持部材１２と第１の磁石１４とを被研磨面２にほぼ平行な仮想平面２ａ内で相対的に回転及び／又は水平振動させる手段である。図１においては、この第１の駆動手段１６は第１の磁石１４が備えているが、保持部材１２が備えていてもよいし、両方が備えていてもよい。
【００３９】
先ず、保持部材１２が第１の駆動手段を備えている場合について説明する。保持部材１２は、手動又はモーターにより駆動する移動用ネジ又は摺動機構等の移動手段により、第１の磁石１４との対向方向に直交する方向、すなわち保持部材１２の保持面３に平行な方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させることができる。そうした移動はＸＹ移動機構により行うことができ、研磨対象物１の被研磨面２を第１の磁石１４との対向位置に移動させることができる。
【００４０】
保持部材１２の移動により、研磨対象物１の被研磨面２が所定の位置に調整される。その後、第１の駆動手段が、保持部材１２を回転又は水平振動させることにより、被研磨面２と第１の磁石１４とが被研磨面２にほぼ平行な仮想平面２ａ内で相対的に回転又は水平振動する。
【００４１】
保持部材１２の回転は、図１では示さないが、保持部材１２に直接付設したギアをモーターで駆動する回転機構や、保持部材１２に接続したスピンドルをギア機構を介してモーターで駆動する回転機構等により行うことができ、被研磨面２と第１の磁石１４とを、被研磨面２にほぼ平行な仮想平面２ａ内で相対的に回転させることができる。一方、保持部材１２の水平振動については、モーターによる回転をカムにより直線振動に変換する振動手段により、被研磨面２と第１の磁石１４とを、被研磨面２にほぼ平行な仮想平面２ａ内でＸ方向又はＹ方向の何れかの方向に、所定の振幅で直線振動させることができる。また、Ｘ方向とＹ方向の両方向同時に振動させ、楕円振動させることもできる。
【００４２】
次に、図１に示すように、第１の磁石１４が第１の駆動手段１６を備えている場合について説明する。第１の磁石１４は、手動又はモーターにより駆動する移動用ネジ又は摺動機構等の移動手段により、保持部材１２との対向方向に直交する方向、すなわち保持部材１２の保持面３に平行な方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させることができる。そうした移動はＸＹ移動機構により行うことができ、第１の磁石１４を研磨対象物１の被研磨面２との対向位置に移動させることができる。
【００４３】
第１の磁石１４の移動により、第１の磁石１４が被研磨面２に対向する所定の位置に調整される。その後、第１の駆動手段１６が、図１に示すように、第１の磁石１４を回転又は水平振動させることにより、第１の磁石１４と被研磨面２とが被研磨面２にほぼ平行な仮想平面２ａ内で相対的に回転又は水平振動する。
【００４４】
第１の磁石１４の回転は、第１の磁石１４に直接付設したギアをモーターで駆動する回転機構や、第１の磁石１４に接続したスピンドルをギア機構を介してモーターで駆動する回転機構等の第１の駆動手段１６により行うことができ、第１の磁石１４と被研磨面２とを、被研磨面２にほぼ平行な仮想平面２ａ内で相対的に回転させることができる。一方、第１の磁石１４の水平振動については、モーターによる回転をカムにより直線振動に変換する振動手段により、第１の磁石１４と被研磨面２とを、被研磨面２にほぼ平行な仮想平面内でＸ方向又はＹ方向の何れかの方向に、所定の振幅で直線振動させることができる。また、Ｘ方向とＹ方向の両方向同時に振動させて楕円振動させることもできる。
【００４５】
（研磨材供給手段）
研磨材供給手段１８は、図１示すように、被研磨面２と第１の磁石１４との間隙Ｓに、磁性砥粒、磁性粒子を含有する研磨砥粒、及び磁性砥粒若しくは研磨砥粒を含有する研磨スラリーから選ばれる研磨材５を供給するものである。研磨材供給手段１８による研磨材５の供給は、被研磨面２と第１の磁石１４との間隙Ｓに直接供給してもよいし、その間隙Ｓの近傍に供給してもよい。
【００４６】
研磨材供給手段１８としては、適量の研磨材５を噴射又は滴下することができる供給手段を挙げることができる。具体的には、非磁性体又は不透磁性からなるノズルを有するものを挙げることができる。研磨材５の噴射量や滴下量、またその噴射時間や滴下時間は、ノズルに連設された導管途中に設けた電磁弁の開閉調整により制御することができる。こうした研磨材供給手段１８は、第１の磁石１４の側面に沿わせて設けてもよいし、第１の磁石１４自体に導孔を設けて第１の磁石１４に一体に形成してもよいし、第１の磁石１４の磁力の影響が比較的小さい位置に配置してもよい。
【００４７】
研磨材供給手段１８には、研磨材５を貯蔵する貯蔵タンクが連設されている。その貯蔵タンクは、内容量や組成濃度を検出して、その内容量や組成濃度を常に一定に保つ調整補給システムを備えていることが望ましい。内容量や組成濃度の検出は、電気的な検出装置であっても光学的な検出装置であってもよい。研磨材５の噴射量や滴下量、またその噴射時間や滴下時間は、上記導管途中に設けた電磁弁の開閉調整の他、貯蔵タンクからノズルの送る導管に設けられた送出圧力弁の開閉調整によっても制御することができる。
（研磨材）
研磨材５としては、磁性砥粒、磁性粒子を含有する研磨砥粒、又は、磁性砥粒若しくは研磨砥粒を含有する研磨スラリー等を挙げることができる。
【００４８】
磁性砥粒としては、研磨対象物１よりも高い硬度の磁性粉体や、研磨対象物１よりも高い硬度の非磁性粉体と磁性体とを一体化した複合粉体等を挙げることができる。後者の複合粉体の例としては、粒子表面に研磨粒子を分散含有する磁性めっき皮膜が形成されてなるものを挙げることができる。一例として挙げれば、例えば図３に示すように、直径が約１０μｍ程度の微小なプラスチックボール３４の表面に、ダイヤモンド微粒子３６を分散含有したニッケル・コバルトめっき皮膜３８を設けてなる磁性砥粒３２を例示することができるが、この形態に限定されないことは言うまでもない。なお、磁性砥粒の素材、寸法、形状等は、所望の研磨速度、スラリーにする場合の溶媒液体の性質、研磨対象物１の被研磨面２における微細構造の寸法形状等に応じて適宜選択決定できる。
【００４９】
研磨材５は、従来のＣＭＰ法と同様の化学的薬液の併用を妨げるものではないが、必ずしも薬液は必要としない。
【００５０】
（バフ）
第１の磁石１４の、被研磨面２に対向する側の先端には、バフ２４を有するように構成してもよい。バフ２４は、第１の磁石１４の先端に接着剤で貼付して設けてもよいし、第１の磁石１４の先端に当該磁石の磁気吸引力で着磁して設けてもよい。図４は、バフ２４が設けられた第１の磁石１４の一例を示す模式的な断面図である。
【００５１】
バフ２４としては、繊維からなるものであって、磁性砥粒を分散含有する無電解めっき皮膜で被覆されてなるものを好ましく挙げることができる。こうして設けられたバフ２４により、第１の磁石１４の磁気吸引力により着磁する磁性砥粒の保持性を向上させることができ、その結果、被研磨面２と第１の磁石１４との間に働く研磨作用を均等に行うことができる。また、バフ２４の素材が繊維で構成されていることから、緩衝作用も併せ持つことができ、研磨作用をより均等に行うことができる。
【００５２】
バフ２４の利用に伴う磁性砥粒の保持性の向上効果は、磁性砥粒の消費量の節減に寄与することができる。また、磁性砥粒の凝集による巨大粒子化を防いで磁性砥粒の過剰な供給を防ぐことができ、その結果、被研磨面２の荒れを効果的に防止することができる。
【００５３】
また、被研磨面２と第１の磁石１４との間に働く研磨作用の均等効果は、バフ２４の存在により、研磨圧が分散して均等になることによるものである。また、被研磨面２と第１の磁石１４との間に働く研磨作用の緩衝効果は、磁性砥粒が多少凝集して巨大粒子化が生じた場合にも有効であるが、この効果は、バフ２４を構成する繊維素材に由来するものである。
【００５４】
バフ２４に形成された分散めっき皮膜中の磁性砥粒は、研磨中、横方向の力が主に加わる。そのため、バフ２４のクッション性と相俟って、浮遊砥粒よりも被研磨面２に対する当たりが柔らかく、表面状態の良好な精密仕上げ研磨を可能とする。なお、バフ２４と被研磨面２との間隔Ｓ’は、被研磨面２の脆弱性等に配慮して決定することが好ましく、例えば、僅かな間隔Ｓ’としてもよいし、ほぼ接触した状態としてもよいし、バフ２４のクッション性を失わない範囲で被研磨面２に軽く押しつけた状態としてもよい。
【００５５】
（第２の磁石）
第２の磁石２２は、必要に応じて、第１の磁石１４側からみて保持部材１２を挟んだ反対側に設けることができる。この第２の磁石２２を設ける場合には、保持部材１２を挟んで、第１の磁石１４とほぼ対向する位置に配置することが望ましい。また、第２の磁石２２は、保持部材１２に密着して設けてもよいし、保持部材１２から離して設けてもよい。
【００５６】
第２の磁石２２は、上記第１の磁石１４と同様、単一の磁石棒からなるものであってもよいし、複数の磁石棒からなるものであってもよい。また、第２の磁石２２の種類としては、上記の第１の磁石１４と同様、ＮｄＦｅＢ磁石等の永久磁石を好ましく用いることができるが、電磁石を用いても構わない。なお、第２の磁石２２の極性は、第１の磁石１４の極性と反対であることが望ましいが、第２の磁石２２及び／又は第１の磁石１４に電磁石を用いる場合には、第２の磁石２２の極性は、第１の磁石１４の極性と同じであっても反対であっても構わない。
【００５７】
第１の磁石１４が異なる極性の磁石棒を束ねた構成である場合には、第２の磁石２２の極性はいずれの極性としてもよいし、第２の磁石２２を異なる極性の磁石棒を束ねた構成としてもよい。また、保持部材１２自体を第２の磁石２２としてもよいし、着磁可能な材料で形成した保持部材１２に第２の磁石２２を着磁させて配置することもできる。また、保持部材１２を透磁性材料で形成し、その保持部材１２から所定の間隔を隔てて第２の磁石２２配置することもできる。
【００５８】
第２の磁石２２の保持部材側の磁極には、第１の磁石１４を構成する磁石棒の他端（研磨対象物１側ではない端部のこと。）をヨークで接続することが好ましく、その結果、第１の磁石１４の磁性砥粒の吸引力を強めることができる。
【００５９】
第２の磁石２２も上記第１の磁石１４と同様、手動又はモーターにより駆動する移動用ネジ又は摺動機構等の移動手段により、保持部材１２との対向方向（Ｚ方向）に移動することができる。その移動は移動距離調整機構により手動又は自動で制御され、第２の磁石１４と保持部材１２との間の間隔を任意に調整することができる。また、移動距離調整機構は、第２の磁石２２と被研磨面２との間隔を検出する検出機構を有していてもよい。なお、この移動手段は省略してもよい。
【００６０】
（第２の駆動手段）
第２の駆動手段４２は、保持部材１２と第２の磁石２２とを被研磨面２にほぼ平行な仮想平面２ａ内で相対的に回転等させる手段である。特にこの第２の駆動手段４２は、第１の磁石１４の動きに対して、適宜同期させ、時間差を与え、又は非同期に動作させることが好ましい。
【００６１】
第２の磁石２２は、手動又はモーターにより駆動する移動用ネジ又は摺動機構等の移動手段により、保持部材１２との対向方向に直交する方向、すなわち保持部材１２の保持面に平行な方向（Ｘ方向及びＹ方向）に移動させることができる。そうした移動はＸＹ移動機構により行うことができ、第２の磁石２２を第１の磁石１４の対向位置に移動させることができる。
【００６２】
第２の磁石２２は、第２の磁石２２に直接付設したギアをモーターで駆動する回転機構や、保持部材１２に接続したスピンドルをギア機構を介してモーターで駆動する回転機構等の第２の駆動手段４２により、第１の磁石１４に同期させて又は同期させないで回転等させることができる。
【００６３】
（他の構成）
第１の磁石１４及び／又は第２の磁石２２として電磁石を用いる場合において、電磁石の磁極変換周波数を適宜選択することにより、第１の磁石１４と第２の磁石２２とを同期させ、又は時間差を与え、又は非同期にすることができる。こうした態様で動作させることにより、研磨中の磁性砥粒の挙動モードを適宜選択することができ、所望の研磨状態を得ることができる。
【００６４】
また、第１の磁石１４及び／又は第２の磁石２２として複数の電磁石を束ねたもの用いる場合においても、上記同様、束ねた電磁石を構成する個別磁石の磁極変換周波数を適宜選択することにより、第１の磁石１４と第２の磁石２２について、個別の磁石毎に同期させ、又は時間差を与え、又は非同期にすることができる。こうした態様で動作させることにより、研磨中の磁性砥粒の挙動モードを適宜選択することができ、所望の研磨状態を得ることができる。
【００６５】
本発明の磁気援用微細研磨装置１０は、被研磨面２と第１の磁石１４の間隙Ｓに位置する研磨対象となる部分を視野に収めることができる非接触光学検知手段（図１では図示しない）を備えていることが好ましい。そうした非接触光学検知手段は、被研磨面２表面の反射率又は屈折率等の光学特性を検出することができ、その結果、被研磨面２を形成する材料を特定することも可能となる。
【００６６】
また、本発明の磁気援用微細研磨装置１０は、非接触光学検知手段で取得したデータを予め設定した基準値と比較処理する制御手段を備えていることが好ましい。この制御手段は、非接触光学検知手段で取得したデータを予め設定した基準値と比較処理することにより、(i)第１の磁石１４と被研磨面２との３次元的な相対位置関係の調整や決定、(ii)第２の磁石２２と被研磨面２の３次元的な相対位置関係の調整や決定、(iii)研磨終点に達したか否かの判定、(iv)研磨の継続の決定、(v)研磨の停止の決定、(vi)磁性砥粒の供給量調整、(vii)第１の磁石１４、第２の磁石２２又は被研磨面について、動作モード、回転速度、振動速度、振幅等の調整や決定等、各種の動作制御を行うようにすることが可能である。本発明の磁気援用微細研磨装置は、こうした制御手段よりなる総合制御システムが設けられていることが望ましい。
【００６７】
また、第２の磁石２２が設けられる場合には、第２の磁石２２と保持部材１２との３次元的な相対位置関係を検出又は計測できる位置検出手段を備えていることが好ましい。こうした位置検出手段は、機械的であっても、光学的であっても、電気的であってもよい。また、この場合、その位置検出手段から取得されたデータを予め設定した基準値と比較処理する制御手段を備えていることが好ましい。
【００６８】
以上説明したように、本発明の磁気援用微細研磨装置又は方法によれば、被研磨面２と研磨砥粒との間に働く主たる力は、第１の磁石１４に着磁した個々の磁性砥粒や連鎖状の磁性砥粒が第１の磁石１４と被研磨面２の相対運動に伴って被研磨面２上を高速で引きずられて擦過しながら動く際に、被研磨面２に衝突する個々の磁性砥粒の質量と速度による瞬間的な衝撃力であることに特徴がある。
【００６９】
個々の磁性砥粒が被研磨面２に衝突する衝撃力は、磁性砥粒の質量や硬さ、衝突時の速度等で定まり、研磨速度は、前記衝撃力を生じさせる磁性砥粒の密度とその衝撃力の平均の関数となる。また、磁性砥粒の速度は、第１の磁石１４の動きへの追従で定まり、従って、第１の磁石１４と個々の磁性砥粒との結合力（磁気吸引力）の強さに依存する。
【００７０】
具体的には、被研磨面２に衝撃を与えた磁性砥粒が第１の磁石１４から一旦離脱しないだけの結合力があれば、第１の磁石１４の移動速度で次々と衝撃を与えることができるので、衝撃力の総和、すなわち研磨力は最大になる。しかしながら、被研磨面２に衝撃を与えた磁性砥粒が第１の磁石１４から離脱すれば、次の待機中の磁性砥粒が第１の磁石１４に着磁し、第１の磁石１４の移動速度に達して被研磨面２に衝撃を与えるのにタイムラグが生じる。その結果、衝撃力の総和が下がり、研磨力が低下する。従って、磁性砥粒が第１の磁石１４から離脱しない程度の強い磁気吸引力が望ましく、上述したバフ利用による保持力の向上も、この現象に対して効果がある。
【実施例】
【００７１】
図５は、本発明の磁気援用微細研磨装置の実施形態を示す構成図であり、集積回路製造工程の銅ダマシン配線工程におけるシリコンウエハに設けられた銅表面を研磨する装置の例である。なお、本発明は、上記本発明の特徴を有する範囲において、以下に具体的に示した例に限定されるものではない。
【００７２】
図５に示す磁気援用微細研磨装置５１は、シリコンウエハ１ａを搭載するウエハステージ５２と、ウエハステージ５２の中央下部に設けられた真空供給システム５６と、ウエハ位置移動ステージ６１と、ウエハ位置移動システム６２と、ウエハステージ５２の上部にシリコンウエハ１ａから離間した位置に設けられた第１の磁石６７と、第１の磁石の回転スピンドル６８と、第１の磁石の回転システム６９と、第１の磁石の振動用ステージ７０と、第１の磁石の振動システム７１と、第１の磁石の位置移動用ステージ７２と、第１の磁石の位置移動システム７３と、研磨スラリー供給システム７４と、を有している。
【００７３】
ウエハステージ５２は、ウエハ搭載円盤５３と、ウエハ搭載円盤５３の直下に僅かな間隙を隔てて設けられた第２の磁石５５と、それらを包むシリンダー状の筐体とで構成されている。このウエハステージ５２には、研磨スラリーの飛散を防ぐ装置カバー７８や、使用済みスラリー又は余剰スラリーの回収トレイ７９が設けられていてもよい。
【００７４】
ウエハ搭載円盤５３は、透磁性を有する材料で形成されており、研磨対象物であるシリコンウエハ１ａよりも大きな直径で形成されている。このウエハ搭載円盤５３には、真空吸着孔５４が所定の間隔で設けられ、その真空吸着孔５４で吸着されたシリコンウエハ１ａが搭載されている。なお、真空吸着孔５４は、ウエハ搭載円盤５３を貫通する複数の微小孔である。
【００７５】
第２の磁石５５は、ウエハ搭載円盤５３と同じ直径のＮｄＦｅＢ永久磁石で構成されている。第２の磁石５５の外縁部分には、第２の磁石５５を貫通する真空導入孔が設けられており、その真空導入孔は上記の真空吸着孔５４に通じている。
【００７６】
真空供給システム５６は、ウエハステージ５２の中央下部に設けられ、真空取入口に接続される真空配管５７と、電磁開閉弁５８と、真空解除バルブ５９と、真空ポンプと６０を有している。
【００７７】
ウエハ位置移動ステージ６１は、ウエハ位置移動システム６２により、ウエハ被研磨面にほぼ平行な仮想平面内でウエハステージ５２を回転させたり、ＸＹ方向に移動させたりすることができるステージである。さらに、このウエハ位置移動ステージ６１は、ウエハ被研磨面の傾斜を調整することもできる。
【００７８】
ウエハ位置移動システム６２は、ウエハ位置移動ステージ６１の中心軸に接続したウエハステージ回転スピンドル６３と、Ｘ方向及びＹ方向の適切な水平位置に接続された水平移動用ネジ６４と、ウエハ位置移動ステージ６１の四隅に設けたステージ傾斜調整ネジ６５と、それらを動作させる制御モーター６６とを有している。
【００７９】
第１の磁石６７は、ウエハステージ５２の上部にシリコンウエハ１ａから離間した位置に設けられている。この第１の磁石６７は、上述した第２の磁石５５の磁極と反対の極性を有したＮｄＦｅＢ永久磁石で構成されている。
【００８０】
この第１の磁石６７は、第１の磁石を保持する保持機構を先端に有する回転スピンドル６８と、その回転スピンドル６８の回転を制御する回転システム６９とにより駆動する。回転システム６９は、モーターの起動、停止、回転速度の設定や制御を行う。
【００８１】
第１の磁石の振動用ステージ７０は、回転スピンドル６８と回転システム６９とを保持し、第１の磁石６７をウエハ研磨平面に沿って所定の振幅でＸ方向又はＹ方向に直線振動させ又はその両方向に同時に振動する楕円振動させるためのステージである。この振動用ステージ７０は、Ｘ方向及びＹ方向の適切な位置に接続されたカム機構、スプリング、カム回転用モーター等よりなる振動システム７１によって直線振動又は楕円振動する。
【００８２】
第１の磁石の位置移動用ステージ７２には、振動用ステージ７０と振動システム７１とが取り付けられており、第１の磁石６７をウエハ被研磨面に沿ったＸ方向、Ｙ方向及びウエハ被研磨面に垂直なＺ方向に移動させる。
【００８３】
第１の磁石の位置移動システム７３は、位置移動用ステージ７２のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の適切な位置に接続された移動用ネジ並びに移動用ネジを回転させる制御モーターよりなるシステムである。
【００８４】
研磨スラリー供給システム７４は、研磨対象であるシリコンウエハ１ａ上の研磨領域に磁性砥粒を含む研磨用スラリーを供給するためのシステムであり、研磨スラリータンク、研磨スラリーをタンクより送出するポンプ、スラリー輸送配管、先端ノズル、先端ノズルを研磨領域の位置に保持する保持具等で構成されている。
【００８５】
なお、上記磁気援用微細研磨装置５１には、さらに、表面観察装置７５や表面観察視野移動システム７６が好ましく設けられる。表面観察装置７５は、ウエハ研磨面全域の表面状態を観察する装置であり、表面観察視野移動システム７６は、表面観察装置７５のＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向の適切な位置に接続された移動用ネジ並びに移動用ネジを回転させる制御モーターよりなるものである。
【００８６】
次に、本発明の磁気援用微細研磨装置５１の操作例について説明する。
【００８７】
（１）先ず、研磨対象物であるシリコンウエハ１ａの被研磨面を上にしてウエハステージ５２上に置き、真空ポンプ６０を起動した後に真空配管６７の電磁開閉弁６８を開き、ウエハ裏面をウエハステージ５２に吸着して固定する。（２）次に、ウエハ位置移動システム６２によりウエハ位置移動ステージ６１を動かして、シリコンウエハ１ａの第１の磁石６７に対する傾きを調整し、ウエハ被研磨面と第１の磁石６７の先端の間隙がシリコンウエハ１ａ又は第１の磁石６７の移動によって変化しないようにする。さらに、シリコンウエハ１ａを回転又はＸＹ方向に移動して、第１の磁石６７がウエハ研磨の最初の位置にくるよう調整する。（３）次に、第１の磁石の位置移動システム７３により、第１の磁石の位置移動用ステージ７２を上下に動かして、第１の磁石６７の先端とウエハ被研磨面との間隔を適正な距離に設定する。（４）次に、研磨スラリー供給システム７４により、シリコンウエハ１ａ上の研磨領域と第１の磁石との間隙に磁性砥粒を含む研磨用スラリーをノズルから適量供給する。（５）次に、第１の磁石の回転システム６９により、第１の磁石の回転スピンドル６８の先端に保持された第１の磁石６７を回転させるのと同時に、第１の磁石の振動システム７１により、第１の磁石６７を予め設定した振幅及び方向で振動させる。（６）次に、所定の厚さの研磨を行うために、予め設定した時間だけ第１の磁石６７を回転及び振動させて研磨を行う。その後、第１の磁石の位置移動システム７３により、第１の磁石の位置移動用ステージ７２を予め設定した距離だけＸ方向又はＹ方向に動かして、第１の磁石６７の先端をシリコンウエハ１ａ上の次の研磨位置に来るように調整してから、上述の（４）から（６）までの作業工程を繰り返す。
【００８８】
（７）次に、シリコンウエハ１ａ上の全研磨領域について、上述の（４）から（６）までの作業工程を終えた後、第１の磁石の回転システム６９及び第１の磁石の振動システム７１を停止して、第１の磁石の位置移動システム７３により第１の磁石の位置移動用ステージ７２を動かして第１の磁石６７をウエハ領域外に待避させると共に、表面観察視野移動システム７７により表面観察装置７６の視野をシリコンウエハ１ａ上に移動して、ウエハ全表面の研磨状態を観察する。（８）ウエハ表面観察の結果、研磨不足の領域を発見した場合には、表面観察視野移動システム７７により表面観察装置７６をウエハ領域外に待避させ、その研磨不足領域に対して上述の（４）から（８）までの作業工程を繰り返す。（９）最後に、シリコンウエハ１ａ上の全ての研磨領域が十分に研磨されたことを確認した後、真空配管５７の電磁開閉弁６８を閉じ、同じく真空配管５７の電磁開閉弁６８より末端側に設けた真空解除バルブ５９を開き、シリコンウエハ１ａをウエハステージ５２からとり外して研磨工程を完了する。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の磁気援用微細研磨装置の一例を示す模式的な構成図である。
【図２】本発明の磁気援用微細研磨装置の他の一例を示す模式的な部分構成図である。
【図３】本発明に適用される研磨材の一例を示す模式的な断面図である。
【図４】バフが設けられた第１の磁石の一例を示す模式的な断面図である。
【図５】本発明の磁気援用微細研磨装置の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００９０】
１  研磨対象物
１ａ  シリコンウエハ
２  被研磨面
２ａ  仮想平面
３  保持面
５  研磨材
１０  磁気援用微細研磨装置
１２  保持部材
１４  第１の磁石
１６  第１の駆動手段
１８  研磨材供給手段
２２  第２の磁石
２４  バフ
２６  傾斜調整機構
２８  固定具
３２  磁性砥粒
３４  プラスチックボール
３６  ダイヤモンド微粒子
３８  めっき皮膜
４２  第２の駆動手段
５１  磁気援用微細研磨装置
５２  ウエハステージ
５３  ウエハ搭載円盤
５４  真空吸着孔
５５  第２の磁石円盤
５６  真空供給システム
５７  真空配管
５８  電磁開閉弁
５９  真空解除バルブ
６０  真空ポンプ
６１  ウエハ位置移動用ステージ
６２  ウエハ位置移動システム
６３  ウエハステージ回転スピンドル
６４  ウエハステージ水平移動用ネジ
６５  ウエハステージ傾斜調整ネジ
６６  制御モーター
６７  第１の磁石
６８  第１の磁石の回転スピンドル
６９  第１の磁石の回転システム
７０  第１の磁石の振動用ステージ
７１  第１の磁石の振動システム
７２  第１の磁石の位置移動用ステージ
７３  第１の磁石の位置移動システム
７４  研磨スラリー供給システム
７５  先端ノズル
７６  表面観察装置
７７  表面観察視野移動システム
７８  装置カバー
７９  回収トレイ
【図１】
2007136637.tif 000003
【図２】
2007136637.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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