(57)【要約】      （修正有）【課題】寿命が長いドレッサーを有する研磨装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】研磨装置は研磨ヘッドとリテーナリングとを備えている。研磨ヘッドは基板の裏面側に圧力をかけることによって基板の表面をスラリーが供給されたパッドに押付ける。リテーナリングは、スラリーが供給されたパッドに接することによりパッドのドレッシングを行なうドレッシング面ＤＦを有し、かつドレッシング面側において、第１の材質からなる部分Ａ１と、第２の材質からなる部分Ａ２とを有する。第２の材質はスラリーが供給されたパッドに第１の材質よりも削られやすい材質である。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨液が供給された研磨布に基板の表面を押付けながら前記基板と前記研磨布とを相対運動させることにより前記基板の表面を研磨する研磨装置であって、
前記基板の裏面側に圧力をかけることによって前記基板の表面を前記研磨液が供給された前記研磨布に押付けるための研磨ヘッドと、
前記研磨液が供給された前記研磨布に接することにより前記研磨布のドレッシングを行なうドレッシング面を有し、かつ前記ドレッシング面側において、第１の材質からなる部分と、前記研磨液が供給された前記研磨布に前記第１の材質よりも削られやすい第２の材質からなる部分とを有するドレッサーとを備えた、研磨装置。
【請求項２】
前記ドレッサーが前記基板の外周を囲むように配されている、請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の研磨装置を用いた工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記工程は、前記研磨液が供給された前記研磨布により前記基板の表面を研磨しながら、前記研磨液が供給された前記研磨布により前記ドレッシング面において前記第１の材質からなる部分よりも前記第２の材質からなる部分をより深く削る、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関し、特に、研磨液が供給された研磨布に基板の表面を押付けながら基板と研磨布とを相対運動させることにより基板の表面を研磨する研磨装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置などの製造工程において、基板表面を平滑化したり平坦化したりするためのＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)技術による研磨が広く行なわれている。この研磨は、研磨ヘッドおよびリテーナリングにより保持された基板をスラリー（研磨液）が供給されたパッド（研磨布）に押付けながら基板とパッドとを相対運動させることにより行なわれる。
【０００３】
この研磨の際、パッド表面の微細な凹部に目詰まりが生じる。そこでドレッサーによりこの目詰まりが除去される。すなわちパッド表面のドレッシングが行なわれる。パッド表面の目詰まりは研磨レートや研磨均一性などの研磨特性に大きく影響するので、量産向けの研磨工程を安定化させるためにはドレッサーのドレッシングの能力を高い状態で安定的に保つ必要がある。
【０００４】
一般的なドレッサーとしては、ダイヤモンド砥石を用いたものがある。ダイヤモンド砥石により目詰まりが生じたパッドの表面層が削り取られることでドレッシングが行なわれる。また、たとえば特開平１０−９４９５９号公報では、リテーナリングに形成された凹凸によりドレッシングを行なうことが提案されている。
【特許文献１】特開平１０−９４９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のダイヤモンド砥石からなるドレッサーは、砥石がすぐに磨耗してしまうため、寿命が短いという問題がある。また上記の凹凸が形成されたリテーナリングは、凹凸部がすぐに磨耗してしまったり凸部の先端がすぐに丸みを帯びてしまったりするため、寿命が短いという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、寿命が長いドレッサーを有する研磨装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係る研磨装置は、研磨液が供給された研磨布に基板の表面を押付けながら基板と研磨布とを相対運動させることにより基板の表面を研磨する研磨装置である。この研磨装置は研磨ヘッドとドレッサーとを備えている。研磨ヘッドは基板の裏面側に圧力をかけることによって基板の表面を研磨液が供給された研磨布に押付ける。ドレッサーは、研磨液が供給された研磨布に接することにより研磨布のドレッシングを行なうドレッシング面を有し、かつドレッシング面側において、第１の材質からなる部分と、第２の材質からなる部分とを有する。第２の材質は研磨液が供給された研磨布に第１の材質よりも削られやすい材質である。
【０００８】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法は、上記の研磨装置を用いた工程を含む。この工程は、研磨液が供給された研磨布により基板の表面を研磨しながら、研磨液が供給された研磨布によりドレッシング面において第１の材質からなる部分よりも第２の材質からなる部分をより深く削る。
【発明の効果】
【０００９】
本実施の形態によれば、第２の材質は、研磨液が供給された研磨布に第１の材質よりも削られやすい材質である。よって、研磨液が供給された研磨布により、ドレッシング面において第１の材質からなる部分よりも第２の材質からなる部分の方がより深く削られる。これにより、基板の表面を研磨しながら、ドレッシング面の凹凸形状を形成することができる。この凹凸形状の形成によりドレッシング時の凹凸形状の磨耗が補われるので、ドレッサーの寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
はじめに、本発明の一実施の形態における研磨装置の構成について、図１〜図７を用いて説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態における研磨装置の概略的な構成を示す鳥瞰図である。
図１を参照して、研磨装置は、主に、研磨ヘッドＨＤと、研磨ヘッド支持部１２と、パッド（研磨布）ＣＬと、定盤１３と、スラリー供給部１１とを有している。研磨ヘッドＨＤは、研磨ヘッド支持部１２に連結されていることにより、研磨ヘッド支持部１２の延びる方向に沿った軸ＡＨを軸とする自転運動ＳＨおよび揺動運動ＳＷを伴いながら基板（図１において図示せず）をパッドＣＬに押付けることができる。パッドＣＬは、定盤１３の主面上に固定されていることにより、定盤１３の主面に垂直な軸ＡＣ周りの回転運動ＳＣを行なうことができる。またパッドＣＬは、スラリー供給部１１により、スラリー（研磨液）の供給を受けることができる。
【００１２】
上記の構成により、研磨装置は、スラリーを含むパッドＣＬに基板の表面を押付けながら基板とパッドＣＬとを相対運動させることにより基板の表面を研磨することができる。研磨される基板としては、たとえば、半導体装置などの製造に用いられる半導体基板、液晶表示装置などの製造に用いられるガラス基板、磁気ヘッドなどの製造に用いられるセラミック基板がある。
【００１３】
図２は、本発明の一実施の形態における研磨装置の研磨ヘッド近傍の詳細な構成を示す概略断面図である。図３は、本発明の一実施の形態における研磨装置の研磨ヘッドの基板が取り付けられる側の構成を概略的に示す平面図である。
【００１４】
図２および図３を参照して、研磨装置は、さらに、リテーナリングＲＲと、ベース材ＢＳと、弾性膜ＭＢとを有している。
【００１５】
リテーナリング（ドレッサー）ＲＲは、基板ＳＢが取り付けられる部分の外周を囲む位置において研磨ヘッドＨＤにベース材ＢＳを介して取り付けられている。リテーナリングＲＲは、基板ＳＢの外周に位置することにより、基板ＳＢが研磨中に研磨ヘッドＨＤの下から飛び出すことを防止することができる。なおベース材ＢＳは、たとえば金属からなり、リテーナリングＲＲを補強している。
【００１６】
弾性膜ＭＢは、袋状の形状を有する弾性膜であり、基板ＳＢの裏面と接することができるように、研磨ヘッドＨＤのリテーナリングＲＲに囲まれた位置に取り付けられている。弾性膜ＭＢの袋状の形状の内部は、研磨ヘッド支持部１２および研磨ヘッドＨＤに設けられたガス導入部ＩＮと繋がっていることにより、ガス導入部ＩＮに加えられる圧力Ｐｓに応じて加圧されることができる。
【００１７】
この圧力Ｐｓと、研磨ヘッド支持部１２に加えられる力Ｆａとが独立して制御されることにより、基板ＳＢをパッドＣＬに押付けるために弾性膜ＭＢが基板ＳＢの裏面側にかける圧力Ｐｓと、リテーナリングＲＲがパッドＣＬを押付ける圧力Ｐｒとを独立して制御することができる。
【００１８】
図４は、図３のＩＶ部を示す概略的な部分平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った概略的な部分断面図である。
【００１９】
図３〜図５を参照して、リテーナリング（ドレッサー）ＲＲは、パッドＣＬに接する面であるドレッシング面ＤＦ（図３および図４においては図示されている面の全体、図５においては符号ＤＦで示す上面の全体）を有している。リテーナリングＲＲは、ドレッシング面ＤＦ側において、第１の材質からなる第１の部分Ａ１と、第２の材質からなる第２の部分Ａ２とを有している。第２の材質は第１の材質よりも研磨液が供給された研磨布によって削られやすい材質である。
【００２０】
図４を参照して、ドレッシング面ＤＦにおいて、第１の部分Ａ１は複数の正方形状が格子状に整列したパターンを有しており、この複数の正方形状の間の部分が第２の部分Ａ２となっている。隣り合う正方形状の間隔Ｗ１は、たとえば１ｍｍである。また各正方形状の１辺の長さＷ２は、たとえば１ｍｍである。
【００２１】
図５を参照して、第２の部分Ａ２は第１の部分Ａ１に深さＤ１に渡って埋め込まれている。深さＤ１は、たとえば１ｍｍである。
【００２２】
図６は、図５のドレッシング面が、スラリーが供給されたパッドにより削られた様子を概略的に示す断面図である。図６を参照して、ドレッシング面ＤＦにおいて、第２の部分Ａ２が第１の部分Ａ１よりも研磨液が供給されたパッドＣＬによって削られやすい材質からなるため、第２の部分Ａ２が第１の部分Ａ１よりも深さＤ２だけ深く削られている。深さＤ２は、たとえば０．１ｍｍである。
【００２３】
このようにドレッシング面ＤＦにおいて第２の部分Ａ２が第１の部分Ａ１よりも深く削られている結果、ドレッシング面ＤＦにおいて第２の部分Ａ２を凹部とし第１の部分Ａ１を凸部とする凹凸形状が形成されている。この凹凸形状によりリテーナリングＲＲはドレッシング面ＤＦにおいてパッドＣＬをドレッシングする能力を有している。
【００２４】
なおドレッシング面ＤＦにおける第１および第２の部分Ａ１、Ａ２のパターンは、上述した図４に示すパターンに限られるものではない。たとえば、図７に示すように図４における第１の部分Ａ１と第２の部分Ａ２とを入れ替えたパターンを用いることもできる。
【００２５】
次に、第１の部分Ａ１の材質（第１の材質）および第２の部分Ａ２の材質（第２の材質）について説明する。
【００２６】
研磨装置によって研磨される膜が主に基板ＳＢに形成された酸化膜である場合、アルカリ性のスラリーが好ましい。この場合たとえば、第１の材質をステンレス合金とし、第２の材質をタングステン（Ｗ）とすることで、第２の材質が第１の材質よりもスラリーに溶解しやすくなる。これにより第２の材質を第１の材質よりもスラリーが供給されたパッドＣＬによって削られやすい材質とすることができる。
【００２７】
研磨装置によって研磨される膜が主に基板ＳＢに形成されたタングステン膜である場合、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を含有するスラリーが好ましい。この場合たとえば、第１の材質をステンレス合金とし、第２の材質をタングステンとすることで、第２の材質が第１の材質よりもスラリーに溶解しやすくなる。これにより第２の材質を第１の材質よりもスラリーが供給されたパッドＣＬによって削られやすい材質とすることができる。
【００２８】
研磨装置によって研磨される膜が主に基板ＳＢに形成された銅（Ｃｕ）膜である場合、過酸化水素を含有するスラリーが好ましい。この場合たとえば、第１の材質をステンレス合金とし、第２の材質を銅とすることで、第２の材質が第１の材質よりもスラリーに溶解しやすくなる。これにより第２の材質を第１の材質よりもスラリーが供給されたパッドＣＬによって削られやすい材質とすることができる。
【００２９】
また、第１の材質をセラミックスとし、第２の材質を樹脂とすることで、第２の材質を第１の材質よりも機械的に削られやすくすることができる。これにより第２の材質を第１の材質よりもスラリーが供給されたパッドＣＬによって削られやすい材質とすることができる。この樹脂は、たとえばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ(Polyphenylene Sulfide)）樹脂とすることができる。またセラミックスとしては、たとえば炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ケイ素（ＳｉＮ）を用いることができる。これにより第２の材質を第１の材質よりもスラリーが供給されたパッドＣＬによって削られやすい材質とすることができる。
【００３０】
また、第１の材質を金属とし、第２の材質を樹脂とすることで、第２の材質を第１の材質よりも機械的に削られやすくすることができる。この樹脂は、たとえばＰＰＳ樹脂とすることができる。またスラリーが過酸化水素を含有しない場合、第１の材質として、たとえばステンレス合金やタングステンを用いることができる。これにより第２の材質を第１の材質よりもスラリーが供給されたパッドＣＬによって削られやすい材質とすることができる。
【００３１】
なお、第１および第２の材質が共に金属であるリテーナリングＲＲは、たとえば第１の部分Ａ１の機械加工により形成された凹部に第２の部分Ａ２を嵌め込むことにより作製することができる。また第１の材質が金属やセラミックスであり、第２の材質が樹脂であるリテーナリングＲＲは、たとえば、第１の部分Ａ１の機械加工により形成された凹凸面上に樹脂層を形成し、続いてこの樹脂層を研磨して上記凹凸面の凹部にのみ樹脂を残すことにより作製することができる。
【００３２】
次に、本発明の一実施の形態における研磨装置を用いた工程を含む半導体装置の製造方法について、図８および図９を用いて説明する。
【００３３】
図８は、本発明の一実施の形態における半導体装置の製造方法により得られる半導体装置の概略的な部分断面図である。
【００３４】
図８を参照して、半導体装置は、機能層ＦＬと、配線パターンＷＲと、絶縁膜ＩＬと、保護膜ＩＬ２とを有している。機能層ＦＬは、たとえばトランジスタなどの半導体素子を含む層である。この機能層ＦＬの上に絶縁膜ＩＬに埋め込まれた配線パターンＷＲが形成されている。そして配線パターンＷＲと絶縁膜ＩＬとを覆うように保護膜ＩＬ２が形成されている。
【００３５】
図９は、本発明の一実施の形態における半導体装置の製造方法が含む工程を概略的に示す部分断面図である。
【００３６】
図９を参照して、機能層ＦＬ上に絶縁膜ＩＬが堆積される。次にこの堆積された絶縁膜ＩＬに対して、配線パターンＷＲが形成される位置に貫通溝を設けるためのパターニングが行なわれる。次にパターニングされた絶縁膜ＩＬを覆い、かつ上記の貫通溝が充填されるように銅などからなる金属膜ＭＴが堆積される。これにより機能層ＦＬと、絶縁膜ＩＬと、金属膜ＭＴとを有する基板ＳＢが得られる。次に、図中矢印方向に破線で示す面まで、本実施の形態の研磨装置を用いて基板ＳＢの表面が研磨される。これにより溝部以外の金属膜ＭＴが除去されて、金属膜ＭＴから配線パターンＷＲが形成される。続いて保護膜ＩＬ２が堆積されることで、図８に示す半導体装置が得られる。
【００３７】
本実施の形態によれば、第２の材質は、スラリーが供給されたパッドＣＬに第１の材質よりも削られやすい材質である。よって、スラリー供給部１１（図１）からスラリーが供給されたパッドＣＬ（図２）により、図６に示すようにドレッシング面ＤＦにおいて第１の材質からなる第１の部分Ａ１よりも第２の材質からなる第２の部分Ａ２の方がより深く削られる。この結果リテーナリングＲＲはドレッシング面ＤＦに凹凸形状を有するので、ドレッシング面ＤＦがパッドＣＬに接することによりパッドＣＬのドレッシングを行なうことができる。
【００３８】
上記の凹凸形状の形成は、基板ＳＢの表面の研磨と同様に、スラリーが供給されたパッドＣＬにより行なわれる。よって基板ＳＢの表面の研磨と同時にドレッシング面ＤＦの凹凸形状を形成することができる。このため基板ＳＢの研磨中におけるドレッシング面ＤＦのドレッシングによる凹凸形状の磨耗を補うことができる。よって、リテーナリングＲＲのドレッサーとしての寿命を長くすることができる。
【００３９】
上記のようにリテーナリングＲＲのドレッサーとしての寿命が長いため、研磨装置を用いた工程を含む半導体装置の製造において、頻繁にドレッサーの交換を行なう必要がなくなり、生産効率を高めることができる。
【００４０】
また、図２および図３に示すように、リテーナリングＲＲは基板ＳＢの外周を囲むように配されている。これにより、研磨中の基板ＳＢの研磨ヘッドＨＤからの飛び出しを防止することができる。またリテーナリングＲＲがパッドＣＬを押付ける圧力Ｐｒは、基板ＳＢをパッドＣＬに押付けるために弾性膜ＭＢが基板ＳＢの裏面側にかける圧力Ｐｓとは独立して制御されるので、基板ＳＢの外周側の研磨均一性を高めることができる。
【００４１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、研磨液が供給された研磨布に基板の表面を押付けながら基板と研磨布とを相対運動させることにより基板の表面を研磨する研磨装置およびそれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施の形態における研磨装置の概略的な構成を示す鳥瞰図である。
【図２】本発明の一実施の形態における研磨装置の研磨ヘッド近傍の詳細な構成を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態における研磨装置の研磨ヘッドの基板が取り付けられる側の構成を概略的に示す平面図である。
【図４】図３のＩＶ部を示す概略的な部分平面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った概略的な部分断面図である。
【図６】図５のドレッシング面が、スラリーが供給されたパッドにより削られた様子を概略的に示す断面図である。
【図７】図３のＩＶ部の変形例を示す概略的な部分平面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造方法により得られる半導体装置の概略的な部分断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造方法が含む工程を概略的に示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ１  第１の部分、Ａ２  第２の部分、ＣＬ  パッド、ＤＦ  ドレッシング面、ＨＤ  研磨ヘッド、ＲＲ  リテーナリング、ＳＢ  基板。
【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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【図８】
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【図９】
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