JP2000117616A - 半導体装置の製造方法及び加工装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法及び加工装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体ウエハの表面の凹凸パターンを砥石を用
いて研磨加工し、凹凸パターンを平坦化するときに、高
研磨レートで、かつ、研磨量を制御性よく加工できる半
導体装置の製造方法を提供すること。 【解決手段】表面に凹凸パターンが形成された半導体ウ
エハをウエハホルダー１４で保持し、砥粒とこれら砥粒
を保持するための物質から構成される砥石１６の表面上
に押しつけて相対運動させて研磨し、凹凸パターンを平
坦化するときに、ブラシ２１や超音波等により砥石１６
の表面活性化処理を行うようにした半導体装置の製造方
法。
いて研磨加工し、凹凸パターンを平坦化するときに、高
研磨レートで、かつ、研磨量を制御性よく加工できる半
導体装置の製造方法を提供すること。 【解決手段】表面に凹凸パターンが形成された半導体ウ
エハをウエハホルダー１４で保持し、砥粒とこれら砥粒
を保持するための物質から構成される砥石１６の表面上
に押しつけて相対運動させて研磨し、凹凸パターンを平
坦化するときに、ブラシ２１や超音波等により砥石１６
の表面活性化処理を行うようにした半導体装置の製造方
法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
製造の際に、表面パターンの平坦化を行う研磨加工工程
を有する半導体装置の製造方法及びその加工を行うに適
した加工装置に関する。
製造の際に、表面パターンの平坦化を行う研磨加工工程
を有する半導体装置の製造方法及びその加工を行うに適
した加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の製造工程は多くのプロセス
処理工程からなるが、研磨加工工程を用いる一例として
配線工程について図２を用いて説明する。
処理工程からなるが、研磨加工工程を用いる一例として
配線工程について図２を用いて説明する。
【０００３】図２（ａ）は一層目の配線が形成されてい
るウエハの断面図を示している。トランジスタ部（図示
せず）が形成されているウエハ基板１の表面には絶縁膜
２が形成されており、その上にアルミニウム等の配線層
３が設けられている。トランジスタとの接合をとるため
に絶縁膜２にホールが開けられているので、配線層のホ
ール上の部分３’は多少へこんでいる。図２（ｂ）に示
す二層目の配線工程では、一層目の上に絶縁膜４、金属
アルミ層５を形成し、さらに、この金属アルミ層５を配
線パターン化するために露光用ホトレジスト層６を付着
する。次に図２（ｃ）に示すように、ステッパ７を用い
て回路パターンを上記ホトレジスト６上に露光転写す
る。この場合、ホトレジスト層６の表面の凹部と凸部８
では同時に焦点が合わないことになり、解像不良という
重大な障害となる。
るウエハの断面図を示している。トランジスタ部（図示
せず）が形成されているウエハ基板１の表面には絶縁膜
２が形成されており、その上にアルミニウム等の配線層
３が設けられている。トランジスタとの接合をとるため
に絶縁膜２にホールが開けられているので、配線層のホ
ール上の部分３’は多少へこんでいる。図２（ｂ）に示
す二層目の配線工程では、一層目の上に絶縁膜４、金属
アルミ層５を形成し、さらに、この金属アルミ層５を配
線パターン化するために露光用ホトレジスト層６を付着
する。次に図２（ｃ）に示すように、ステッパ７を用い
て回路パターンを上記ホトレジスト６上に露光転写す
る。この場合、ホトレジスト層６の表面の凹部と凸部８
では同時に焦点が合わないことになり、解像不良という
重大な障害となる。
【０００４】上記の不具合を解消するため、次に述べる
ような基板表面の平坦化処理が行われる。図２（ａ）に
示した処理工程の次に、図２（ｄ）に示すように、絶縁
層４を形成後、図中の目標レベル９まで平坦となるよう
に後述する方法によって研磨加工し、図２（ｅ）に示す
ように、絶縁膜４の表面を平坦にする。その後金属アル
ミ層５とホトレジスト層６を形成し、図２（ｆ）に示す
ように、ステッパ７で露光する。この状態ではホトレジ
スト層６の表面が平坦であるので上記解像不良の問題は
生じない。
ような基板表面の平坦化処理が行われる。図２（ａ）に
示した処理工程の次に、図２（ｄ）に示すように、絶縁
層４を形成後、図中の目標レベル９まで平坦となるよう
に後述する方法によって研磨加工し、図２（ｅ）に示す
ように、絶縁膜４の表面を平坦にする。その後金属アル
ミ層５とホトレジスト層６を形成し、図２（ｆ）に示す
ように、ステッパ７で露光する。この状態ではホトレジ
スト層６の表面が平坦であるので上記解像不良の問題は
生じない。
【０００５】図３に、上記絶縁膜パターンを平坦化する
ため従来一般的に用いられていたＣＭＰ（化学機械研
磨）加工法を示す。研磨パッド１１を定盤１２上に貼り
付けて回転させておく。この研磨パッドとしては、例え
ば発泡ウレタン樹脂を薄いシート状にスライスして形成
したものがあり、被加工物の種類や仕上げたい表面粗さ
の程度によってその材質や微細な表面構造を種々選択し
て使い分ける。他方、加工すべきウエハ基板１は弾性の
あるバッキングパッド１３を介してウエハホルダ１４に
固定する。このウエハホルダ１４を回転させながら研磨
パッド１１表面に荷重し、さらに研磨パッド１１の上に
研磨スラリ１５を供給しウエハ表面の絶縁膜４の凸部を
研磨除去し、平坦化する。
ため従来一般的に用いられていたＣＭＰ（化学機械研
磨）加工法を示す。研磨パッド１１を定盤１２上に貼り
付けて回転させておく。この研磨パッドとしては、例え
ば発泡ウレタン樹脂を薄いシート状にスライスして形成
したものがあり、被加工物の種類や仕上げたい表面粗さ
の程度によってその材質や微細な表面構造を種々選択し
て使い分ける。他方、加工すべきウエハ基板１は弾性の
あるバッキングパッド１３を介してウエハホルダ１４に
固定する。このウエハホルダ１４を回転させながら研磨
パッド１１表面に荷重し、さらに研磨パッド１１の上に
研磨スラリ１５を供給しウエハ表面の絶縁膜４の凸部を
研磨除去し、平坦化する。
【０００６】二酸化珪素等の絶縁膜をＣＭＰ加工法によ
って研磨する場合、一般的に研磨スラリとしてはフュー
ムドシリカが用いられる。フュームドシリカは直径３０
ｎｍ程度の微細なシリカ粒子をアンモニアや水酸化カリ
ウム等のアルカリ水溶液に懸濁させたものであり、加工
ダメージの少ない平滑面を得られる。
って研磨する場合、一般的に研磨スラリとしてはフュー
ムドシリカが用いられる。フュームドシリカは直径３０
ｎｍ程度の微細なシリカ粒子をアンモニアや水酸化カリ
ウム等のアルカリ水溶液に懸濁させたものであり、加工
ダメージの少ない平滑面を得られる。
【０００７】遊離砥粒を用いたＣＭＰ加工法では研磨パ
ッドと被加工物の間に研磨スラリを供給しながら研磨を
行うが、この研磨パッドと研磨スラリを用いることに起
因して次のような問題がある。
ッドと被加工物の間に研磨スラリを供給しながら研磨を
行うが、この研磨パッドと研磨スラリを用いることに起
因して次のような問題がある。
【０００８】まず、研磨パッドの弾性率が高くないため
に平坦化の能力が十分でないことが挙げられる。研磨パ
ッドは加工時にウエハ表面の凸部のみだけでなく凹部に
も接触して加重するため、必ずしもパターンが完全に平
坦にはならない。特にパターンサイズが大きくなるに従
いこの傾向が顕著となる。研磨パッドを用いた方法では
平坦化可能なパターンの最大サイズは幅数ｍｍまでであ
り、ＤＲＡＭ等に見られる数ｃｍ幅に渡るより大きなパ
ターンを完全に平坦化することは難しい。次に、研磨ス
ラリに対しては取り扱いに特別の注意が必要でありコス
ト増を招く問題がある。研磨スラリは乾燥すると容易に
除去できず、発塵源となりクリーンルーム内の異物が増
加する。また、研磨スラリ中の砥粒が時間とともに凝集
することによりスクラッチ（引っ掻き傷）等のダメージ
を発生しやすくなる。研磨スラリは通常アルカリを含む
ためこれに対する対策も必要である。結果として、専用
の研磨スラリ供給設備を用意せねばならず、また研磨ス
ラリ自体も高価であるために遊離砥粒を用いたＣＭＰ加
工法のコストは高いものになる。さらに研磨パッドの表
面形状が加工と共に変化し、研磨レート（研磨の能率）
が低下することが挙げられる。このため通常は、ウエハ
基板一枚加工毎或いは加工と同時にドレッシングと呼ば
れる研磨パッド表面の再生処理が行われる。ドレッシン
グにはダイヤモンドの砥粒を電着したドレッサーと呼ば
れるヤスリが用いられ、これで研磨パッドの表面を荒ら
すことにより研磨レートを回復させる。
に平坦化の能力が十分でないことが挙げられる。研磨パ
ッドは加工時にウエハ表面の凸部のみだけでなく凹部に
も接触して加重するため、必ずしもパターンが完全に平
坦にはならない。特にパターンサイズが大きくなるに従
いこの傾向が顕著となる。研磨パッドを用いた方法では
平坦化可能なパターンの最大サイズは幅数ｍｍまでであ
り、ＤＲＡＭ等に見られる数ｃｍ幅に渡るより大きなパ
ターンを完全に平坦化することは難しい。次に、研磨ス
ラリに対しては取り扱いに特別の注意が必要でありコス
ト増を招く問題がある。研磨スラリは乾燥すると容易に
除去できず、発塵源となりクリーンルーム内の異物が増
加する。また、研磨スラリ中の砥粒が時間とともに凝集
することによりスクラッチ（引っ掻き傷）等のダメージ
を発生しやすくなる。研磨スラリは通常アルカリを含む
ためこれに対する対策も必要である。結果として、専用
の研磨スラリ供給設備を用意せねばならず、また研磨ス
ラリ自体も高価であるために遊離砥粒を用いたＣＭＰ加
工法のコストは高いものになる。さらに研磨パッドの表
面形状が加工と共に変化し、研磨レート（研磨の能率）
が低下することが挙げられる。このため通常は、ウエハ
基板一枚加工毎或いは加工と同時にドレッシングと呼ば
れる研磨パッド表面の再生処理が行われる。ドレッシン
グにはダイヤモンドの砥粒を電着したドレッサーと呼ば
れるヤスリが用いられ、これで研磨パッドの表面を荒ら
すことにより研磨レートを回復させる。
【０００９】上記遊離砥粒によるＣＭＰ加工法の問題を
解決するためのウエハ基板平坦化加工技術として、本発
明者等の一部の者は、砥石を用いた固定砥粒による平坦
化技術を提案した（国際公開番号；ＷＯ９７／１０６１
３）。
解決するためのウエハ基板平坦化加工技術として、本発
明者等の一部の者は、砥石を用いた固定砥粒による平坦
化技術を提案した（国際公開番号；ＷＯ９７／１０６１
３）。
【００１０】図４は、この砥石を用いた平坦化加工方法
を説明する模式図である。基本的な装置の構成は研磨パ
ッドを用いる遊離砥粒によるＣＭＰ研磨技術と同様であ
るが、研磨パッドの代わりに回転する定盤上に酸化セリ
ウム等からなる砥粒を含む砥石１６を取り付ける点が異
なる。また研磨液としてフュームドシリカ等の代わり
に、砥粒を含まない純水を供給するだけでも加工が可能
である。この砥石を研磨加工具として用いる方法は、パ
ターン段差を平坦化する能力に優れており、従来難しか
った数ｍｍ幅以上のパターンを完全に平坦化することが
可能である。また砥粒の利用効率が低い研磨スラリの代
わりとして、砥粒の利用効率の高い砥石を用いることに
よりコストを低下させることができる。
を説明する模式図である。基本的な装置の構成は研磨パ
ッドを用いる遊離砥粒によるＣＭＰ研磨技術と同様であ
るが、研磨パッドの代わりに回転する定盤上に酸化セリ
ウム等からなる砥粒を含む砥石１６を取り付ける点が異
なる。また研磨液としてフュームドシリカ等の代わり
に、砥粒を含まない純水を供給するだけでも加工が可能
である。この砥石を研磨加工具として用いる方法は、パ
ターン段差を平坦化する能力に優れており、従来難しか
った数ｍｍ幅以上のパターンを完全に平坦化することが
可能である。また砥粒の利用効率が低い研磨スラリの代
わりとして、砥粒の利用効率の高い砥石を用いることに
よりコストを低下させることができる。
【００１１】なお、研削の従来技術として特開平７−２
４９６０１号が挙げられ、これには、ベアウエハの研削
砥石の洗浄を、高圧流体噴射によって、あるいはブラシ
を用いて行うことが記載されているが、これはデバイス
が形成されたウエハを研削するものでも、平坦化するた
めの研削でもない。
４９６０１号が挙げられ、これには、ベアウエハの研削
砥石の洗浄を、高圧流体噴射によって、あるいはブラシ
を用いて行うことが記載されているが、これはデバイス
が形成されたウエハを研削するものでも、平坦化するた
めの研削でもない。
【００１２】一方、米国特許公報５６２４３０３号に
は、砥粒脱落を防止する処理を施した砥粒入り研磨パッ
ドを用いる方法が、また米国特許公報５７８２６７５号
には、砥粒入り研磨パッドの砥粒脱落を防ぐためのコン
ディショニングの方法について記載されている。
は、砥粒脱落を防止する処理を施した砥粒入り研磨パッ
ドを用いる方法が、また米国特許公報５７８２６７５号
には、砥粒入り研磨パッドの砥粒脱落を防ぐためのコン
ディショニングの方法について記載されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上記の砥石を用いて研
磨加工する従来技術は、低コストで平坦化能力に優れる
が、次のような問題がある。
磨加工する従来技術は、低コストで平坦化能力に優れる
が、次のような問題がある。
【００１４】まず、加工液に純水のみを用いると得られ
る研磨レートが遊離砥粒を用いる加工法の１／３程度と
低いことが挙げられる。また、砥石を用いた研磨加工法
においても研磨パッドと研磨スラリを用いた研磨加工法
と同様に、研磨レートが加工に伴い低下する。研磨レー
トが一定の値で安定しなければ研磨量を所望の値に制御
することは難しい。
る研磨レートが遊離砥粒を用いる加工法の１／３程度と
低いことが挙げられる。また、砥石を用いた研磨加工法
においても研磨パッドと研磨スラリを用いた研磨加工法
と同様に、研磨レートが加工に伴い低下する。研磨レー
トが一定の値で安定しなければ研磨量を所望の値に制御
することは難しい。
【００１５】砥石を用いた場合の研磨レート低下のメカ
ニズムは、研磨パッドと研磨スラリを用いた場合のそれ
とは必ずしも同じではない。研磨パッドと研磨スラリの
組み合わせの場合、砥粒は研磨加工具である研磨パッド
には固着せず遊離した状態で研磨が行われるのに対し
て、砥石の場合は砥粒が研磨加工具自体に保持されてお
り、固定砥粒が研磨に関与しているという点が大きく異
なる。研磨パッドと砥粒を含む加工液（スラリ）を用い
た場合の研磨レート低下は、研磨パッド表面の形状が変
化することによる砥粒保持力の低下や実効的な接触面積
の増加が原因である。これに対して砥石の場合には、研
磨レート低下の主要因は、砥石表面に現れている砥粒数
の減少や砥粒形状、砥粒表面の化学的活性の変化であ
る。砥石に対して研磨レートが低下しないようにその表
面を活性化するためには、研磨パッドの場合とは異なっ
た原理に基づく方法が必要になる。
ニズムは、研磨パッドと研磨スラリを用いた場合のそれ
とは必ずしも同じではない。研磨パッドと研磨スラリの
組み合わせの場合、砥粒は研磨加工具である研磨パッド
には固着せず遊離した状態で研磨が行われるのに対し
て、砥石の場合は砥粒が研磨加工具自体に保持されてお
り、固定砥粒が研磨に関与しているという点が大きく異
なる。研磨パッドと砥粒を含む加工液（スラリ）を用い
た場合の研磨レート低下は、研磨パッド表面の形状が変
化することによる砥粒保持力の低下や実効的な接触面積
の増加が原因である。これに対して砥石の場合には、研
磨レート低下の主要因は、砥石表面に現れている砥粒数
の減少や砥粒形状、砥粒表面の化学的活性の変化であ
る。砥石に対して研磨レートが低下しないようにその表
面を活性化するためには、研磨パッドの場合とは異なっ
た原理に基づく方法が必要になる。
【００１６】本発明の第１の目的は、研磨加工工程にお
いて、高研磨レートで、かつ、研磨量を制御性よく加工
する半導体装置の製造方法を提供することにある。
いて、高研磨レートで、かつ、研磨量を制御性よく加工
する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１７】本発明の第２の目的は、研磨加工を高研磨
レートで、かつ、研磨量を制御性よく加工することので
きる加工装置を提供することにある。
レートで、かつ、研磨量を制御性よく加工することので
きる加工装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の半導体装置の製造方法は、表面に凹
凸パターンが形成された半導体ウエハを、砥粒とこれら
砥粒を保持するための物質から構成される砥石の表面上
に押しつけて相対運動させて研磨し、凹凸パターンを平
坦化するときに、この砥石の表面活性化処理を行うよう
にしたものである。
るために、本発明の半導体装置の製造方法は、表面に凹
凸パターンが形成された半導体ウエハを、砥粒とこれら
砥粒を保持するための物質から構成される砥石の表面上
に押しつけて相対運動させて研磨し、凹凸パターンを平
坦化するときに、この砥石の表面活性化処理を行うよう
にしたものである。
【００１９】砥石の表面活性化処理は、ブラシを砥石に
押し付けて行っても、超音波又は振動数１０ｋＨｚ以上
の音波を砥石に伝達して行ってもよい。表面活性化処理
はこれらの方法に限られず、その他ダイヤモンド砥石を
上記砥石に押し付ける等の方法を採ることができる。
押し付けて行っても、超音波又は振動数１０ｋＨｚ以上
の音波を砥石に伝達して行ってもよい。表面活性化処理
はこれらの方法に限られず、その他ダイヤモンド砥石を
上記砥石に押し付ける等の方法を採ることができる。
【００２０】砥粒としては、二酸化珪素、酸化セリウ
ム、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、マンガン
酸化物、ジルコニア等の１種又は２種以上の混合物が好
ましく、砥粒を保持するための物質は有機樹脂が好まし
い。さらに、砥石としては上記ＰＣＴ出願；ＰＣＴ／Ｊ
Ｐ９５／０１８１４号（国際公開番号ＷＯ９７／１０６
１３号公報）記載の砥石を用いることができる。また、
砥石は気孔を含み、この気孔は、体積換算で全気孔の９
５％（２σ）の径が１μｍ以下であることが好ましい。
砥石表面上には加工液として、純水、あるいは純水に添
加剤を加えた液体を供給する。
ム、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、マンガン
酸化物、ジルコニア等の１種又は２種以上の混合物が好
ましく、砥粒を保持するための物質は有機樹脂が好まし
い。さらに、砥石としては上記ＰＣＴ出願；ＰＣＴ／Ｊ
Ｐ９５／０１８１４号（国際公開番号ＷＯ９７／１０６
１３号公報）記載の砥石を用いることができる。また、
砥石は気孔を含み、この気孔は、体積換算で全気孔の９
５％（２σ）の径が１μｍ以下であることが好ましい。
砥石表面上には加工液として、純水、あるいは純水に添
加剤を加えた液体を供給する。
【００２１】また、上記第２の目的を達成するために、
本発明の半導体装置の加工装置は、表面に凹凸パターン
が形成された半導体ウエハを保持する第１の手段と、砥
粒とこれら砥粒を保持するための物質から構成される砥
石と、半導体ウエハ表面を砥石に押しつけ、相対運動さ
せる第２の手段と、砥石の表面活性化処理を行う第３の
手段とを有するようにしたものである。
本発明の半導体装置の加工装置は、表面に凹凸パターン
が形成された半導体ウエハを保持する第１の手段と、砥
粒とこれら砥粒を保持するための物質から構成される砥
石と、半導体ウエハ表面を砥石に押しつけ、相対運動さ
せる第２の手段と、砥石の表面活性化処理を行う第３の
手段とを有するようにしたものである。
【００２２】上記の第３の手段としては、ブラシ又は超
音波又は振動数１０ｋＨｚ以上の音波を発生する手段と
この超音波又は音波を砥石に伝達する手段等が挙げられ
る。また、砥石としては上述の砥石が用いられる。
音波又は振動数１０ｋＨｚ以上の音波を発生する手段と
この超音波又は音波を砥石に伝達する手段等が挙げられ
る。また、砥石としては上述の砥石が用いられる。
【００２３】砥石の表面活性化処理において、砥石表面
には、純水、又は純水に添加剤を加えた液体の加工液を
供給する。なお、添加剤としては、分散剤やｐＨ調整剤
が挙げられる。加工液の供給量は、砥石の単位面積あた
り毎分０．１４ｍｌ／ｃｍ2以下に制限することが好ま
しい。表面活性化処理によって砥石表面からは、砥石に
弱く結合している砥粒と樹脂が大量に遊離する。この遊
離砥粒濃度の増加が研磨レートの増加に寄与する。遊離
砥粒濃度を高い状態に維持するために、砥石表面への加
工液の供給量は過剰にならないことが好ましい。図２１
には供給する液量と、研磨レートとの関係を示した。高
い研磨レートを得るためには供給液量に最適値があり、
過剰な液供給は研磨レートを低下させる。
には、純水、又は純水に添加剤を加えた液体の加工液を
供給する。なお、添加剤としては、分散剤やｐＨ調整剤
が挙げられる。加工液の供給量は、砥石の単位面積あた
り毎分０．１４ｍｌ／ｃｍ2以下に制限することが好ま
しい。表面活性化処理によって砥石表面からは、砥石に
弱く結合している砥粒と樹脂が大量に遊離する。この遊
離砥粒濃度の増加が研磨レートの増加に寄与する。遊離
砥粒濃度を高い状態に維持するために、砥石表面への加
工液の供給量は過剰にならないことが好ましい。図２１
には供給する液量と、研磨レートとの関係を示した。高
い研磨レートを得るためには供給液量に最適値があり、
過剰な液供給は研磨レートを低下させる。
【００２４】上記の表面活性化処理手段の内、ブラシは
毛の先端が砥石表面に接触する位置からさらに一定距離
だけ砥石側に押し付ける。押し付け距離は０．１〜５ｍ
ｍの範囲が好ましい。これ以下ではブラシが安定して接
触せず研磨レートが低下し、これ以上では砥石にダメー
ジを与える可能性がある。
毛の先端が砥石表面に接触する位置からさらに一定距離
だけ砥石側に押し付ける。押し付け距離は０．１〜５ｍ
ｍの範囲が好ましい。これ以下ではブラシが安定して接
触せず研磨レートが低下し、これ以上では砥石にダメー
ジを与える可能性がある。
【００２５】本発明でのブラシの役割は、加工屑や脱落
した砥粒を掻き出し、新たな砥粒表面を露出させること
にある。前述の米国特許公報５７８２６７５号に記載
の、固定砥粒を用いた研磨パッドをブラシでコンディシ
ョニングする方法では、ブラシは固定砥粒を脱落させな
いソフトなコンディショニングのために用いており、本
願発明とは原理が異なっている。
した砥粒を掻き出し、新たな砥粒表面を露出させること
にある。前述の米国特許公報５７８２６７５号に記載
の、固定砥粒を用いた研磨パッドをブラシでコンディシ
ョニングする方法では、ブラシは固定砥粒を脱落させな
いソフトなコンディショニングのために用いており、本
願発明とは原理が異なっている。
【００２６】また、砥石は表面形状を修正し、平坦に維
持するため、ツルーイングと呼ぶ処理を定期的に行う。
ツルーイングによって、砥石面の平面度は１０μｍ以下
とすることが好ましい。ツルーイングの方法は、定寸切
り込みによる方法を用いることができる。この方法は、
ダイヤモンド等の硬質の砥粒を埋め込んだ直径３０〜７
０ｍｍのリング又はディスクを、毎分３０００〜１００
００回転の高速で回転させながら、工具と砥石の距離を
一定に保ち砥石面内を相対的に移動させて切り込む方法
で、砥石面を精度良くツルーイングすることが出来る。
このような定寸加工では、工具高さの位置決め精度を高
めれば、原理的により高い平坦度が得られる。本発明で
は、工具高さの位置決め精度は１μｍ以下であることが
好ましい。なお、ラッピング加工や、ＣＭＰなどの研磨
加工で工具面の修正に従来一般的に用いられてきた修正
リングあるいはドレッサーは、一定の圧力で工具面を切
り込む（定圧加工）ために高い平坦度を得られない。前
述の米国特許公報５７８２６７５号記載の固定砥粒研磨
パッドとブラシを用いる方法も、ブラシの圧力を設定す
る定圧加工に属するため、研磨パッド面に高い平坦度は
期待できない。
持するため、ツルーイングと呼ぶ処理を定期的に行う。
ツルーイングによって、砥石面の平面度は１０μｍ以下
とすることが好ましい。ツルーイングの方法は、定寸切
り込みによる方法を用いることができる。この方法は、
ダイヤモンド等の硬質の砥粒を埋め込んだ直径３０〜７
０ｍｍのリング又はディスクを、毎分３０００〜１００
００回転の高速で回転させながら、工具と砥石の距離を
一定に保ち砥石面内を相対的に移動させて切り込む方法
で、砥石面を精度良くツルーイングすることが出来る。
このような定寸加工では、工具高さの位置決め精度を高
めれば、原理的により高い平坦度が得られる。本発明で
は、工具高さの位置決め精度は１μｍ以下であることが
好ましい。なお、ラッピング加工や、ＣＭＰなどの研磨
加工で工具面の修正に従来一般的に用いられてきた修正
リングあるいはドレッサーは、一定の圧力で工具面を切
り込む（定圧加工）ために高い平坦度を得られない。前
述の米国特許公報５７８２６７５号記載の固定砥粒研磨
パッドとブラシを用いる方法も、ブラシの圧力を設定す
る定圧加工に属するため、研磨パッド面に高い平坦度は
期待できない。
【００２７】上記の定寸切り込みによるツルーイング処
理を行うことによって、スクラッチ等のウエハの加工欠
陥が減少し、ウエハ面内での加工量の均一性も向上す
る。また、上記ツルーイング処理による砥石の除去量は
砥石表面から数μｍ以下と少ないため、砥石の寿命も長
くなる。
理を行うことによって、スクラッチ等のウエハの加工欠
陥が減少し、ウエハ面内での加工量の均一性も向上す
る。また、上記ツルーイング処理による砥石の除去量は
砥石表面から数μｍ以下と少ないため、砥石の寿命も長
くなる。
【００２８】砥石の表面処理方法として、液体以外の砥
粒供給源を用いた表面処理を行うことも出来る。砥粒供
給源としては、砥粒を樹脂等で結合した砥石、砥粒を含
む液を凍結させた氷状物質、砥粒を含む液のゲルあるい
はエアロゾルを用いることが出来る。
粒供給源を用いた表面処理を行うことも出来る。砥粒供
給源としては、砥粒を樹脂等で結合した砥石、砥粒を含
む液を凍結させた氷状物質、砥粒を含む液のゲルあるい
はエアロゾルを用いることが出来る。
【００２９】半導体ウエハ研磨用の上記砥石に代えて、
研磨パッドと液体以外の砥粒供給源を用いた表面処理を
行い、上記第１、第２の目的を達成することも出来る。
このとき、砥粒供給源としては、砥粒を樹脂等で結合し
た砥石、砥粒を含む液を凍結させた氷状物質、砥粒を含
む液のゲルあるいはエアロゾルを用いることが出来る。
研磨パッドと液体以外の砥粒供給源を用いた表面処理を
行い、上記第１、第２の目的を達成することも出来る。
このとき、砥粒供給源としては、砥粒を樹脂等で結合し
た砥石、砥粒を含む液を凍結させた氷状物質、砥粒を含
む液のゲルあるいはエアロゾルを用いることが出来る。
【００３０】
【発明の実施の形態】（実施例１）以下、本発明の実施
例を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例
の加工装置の基本的構成を示す模式図である。この加工
装置は、砥石１６、砥石が接着され回転運動を行う研磨
定盤１２、ウエハホルダ１４、ウエハホルダ１４を駆動
し、回転、揺動等の動作を行わせるアーム１７、砥石１
６の表面に作用するブラシ２１、ブラシが取り付けられ
ているブラシアーム２２、ツルーイングユニット３６等
からなる。砥石１６、研磨定盤１２は砥石駆動モーター
４０により、ブラシ２１は図示しないモーターにより、
ウエハホルダ１４はウエハを保持したまま図示しないモ
ーターによりそれぞれ回転運動を行う。アーム１７はア
ーム駆動モーター３９により駆動される。ウエハのウエ
ハホルダ１４への着脱はウエハロード・アンロードユニ
ット３７のウエハ搬送ロボット３８により行われる。こ
のウエハの着脱は従来の装置と同様であるので説明は省
略する。加工中は加工液供給ユニット２０を通して純水
１８が供給される。
例を図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例
の加工装置の基本的構成を示す模式図である。この加工
装置は、砥石１６、砥石が接着され回転運動を行う研磨
定盤１２、ウエハホルダ１４、ウエハホルダ１４を駆動
し、回転、揺動等の動作を行わせるアーム１７、砥石１
６の表面に作用するブラシ２１、ブラシが取り付けられ
ているブラシアーム２２、ツルーイングユニット３６等
からなる。砥石１６、研磨定盤１２は砥石駆動モーター
４０により、ブラシ２１は図示しないモーターにより、
ウエハホルダ１４はウエハを保持したまま図示しないモ
ーターによりそれぞれ回転運動を行う。アーム１７はア
ーム駆動モーター３９により駆動される。ウエハのウエ
ハホルダ１４への着脱はウエハロード・アンロードユニ
ット３７のウエハ搬送ロボット３８により行われる。こ
のウエハの着脱は従来の装置と同様であるので説明は省
略する。加工中は加工液供給ユニット２０を通して純水
１８が供給される。
【００３１】ウエハはウエハホルダ１４によって砥石１
６に対して表面を向けて保持される。加工中のウエハは
裏面から均等に加圧され、砥石１６に押し当てられる。
砥石１６とウエハホルダ１４は加工中回転運動を行う
が、両者の回転数が等しくなるように設定されており、
ウエハホルダ１４に保持されているウエハはその任意の
点で砥石に対する相対速度が等しく、ウエハ全面が均一
に研磨される。
６に対して表面を向けて保持される。加工中のウエハは
裏面から均等に加圧され、砥石１６に押し当てられる。
砥石１６とウエハホルダ１４は加工中回転運動を行う
が、両者の回転数が等しくなるように設定されており、
ウエハホルダ１４に保持されているウエハはその任意の
点で砥石に対する相対速度が等しく、ウエハ全面が均一
に研磨される。
【００３２】ブラシ２１は、加工中常時砥石１６の加工
面上に押し当てられ回転運動を行うと同時に、ブラシア
ーム２２によってその回転中心が揺動し、砥石の有効使
用面をくまなく処理する。
面上に押し当てられ回転運動を行うと同時に、ブラシア
ーム２２によってその回転中心が揺動し、砥石の有効使
用面をくまなく処理する。
【００３３】砥石は、砥粒とこれら砥粒を保持するため
の物質から構成される。砥粒としては、二酸化珪素、酸
化セリウム、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、
マンガン酸化物、ジルコニア等の１種又は２種以上の混
合物が好ましく、砥粒を保持するための物質は有機樹脂
が好ましい。さらに、砥石としては上記ＰＣＴ出願；Ｐ
ＣＴ／ＪＰ９５／０１８１４（国際公開番号；ＷＯ９７
／１０６１３号公報）記載の砥石を用いることができ
る。
の物質から構成される。砥粒としては、二酸化珪素、酸
化セリウム、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、
マンガン酸化物、ジルコニア等の１種又は２種以上の混
合物が好ましく、砥粒を保持するための物質は有機樹脂
が好ましい。さらに、砥石としては上記ＰＣＴ出願；Ｐ
ＣＴ／ＪＰ９５／０１８１４（国際公開番号；ＷＯ９７
／１０６１３号公報）記載の砥石を用いることができ
る。
【００３４】ここで図５を用いて、ブラシの役割を説明
する。図５は、砥石表面の断面拡大概念図である。砥石
を構成する砥粒２３と、砥粒を保持する樹脂２４は均等
に混合され、砥石中には無数の微細な気孔が形成されて
いる。図５（ａ）は加工前で研磨レートが高い状態の砥
石表面を表しており、砥石表面２５上に砥粒２３が多数
露出し、加工屑が排出されてポケット２６が空いた状態
になっている。図５（ｂ）は加工に用いられた後の状態
の砥石表面を表しており、砥石の加工面上には砥粒が見
られず、加工屑が排出されるべきポケットも埋まってし
まい、いわゆる目詰まりした状態になっている。このよ
うな状態では研磨レートは著しく低下し実用的でないた
め、何らかの表面活性化処理が必要となる。本実施例に
おいては砥石表面の表面活性化処理としてブラシを用い
たブラシドレッシングと呼ぶ処理を行う。表面に露出し
た砥粒が少なく、加工屑を排出するポケットが埋まった
図５（ｂ）に示した状態の砥石に対して、ブラシドレッ
シングを行い砥石表面を活性化している状態を図５
（ｃ）に示す。ブラシによってポケットに埋まった加工
屑や脱落した砥粒は掻き出され、適度なブラシの荷重に
より、もはや砥粒を保持していない砥石表面の樹脂層だ
けが削られ、速やかに新たな砥粒が表面に露出する。こ
うしてブラシの毛２９により表面を処理することで研磨
レートが回復し、その時間的な変動を抑制することが可
能になる。なお、砥石表面２５の位置は、図５（ｂ）、
（ｃ）になると共に下方に下がっている。
する。図５は、砥石表面の断面拡大概念図である。砥石
を構成する砥粒２３と、砥粒を保持する樹脂２４は均等
に混合され、砥石中には無数の微細な気孔が形成されて
いる。図５（ａ）は加工前で研磨レートが高い状態の砥
石表面を表しており、砥石表面２５上に砥粒２３が多数
露出し、加工屑が排出されてポケット２６が空いた状態
になっている。図５（ｂ）は加工に用いられた後の状態
の砥石表面を表しており、砥石の加工面上には砥粒が見
られず、加工屑が排出されるべきポケットも埋まってし
まい、いわゆる目詰まりした状態になっている。このよ
うな状態では研磨レートは著しく低下し実用的でないた
め、何らかの表面活性化処理が必要となる。本実施例に
おいては砥石表面の表面活性化処理としてブラシを用い
たブラシドレッシングと呼ぶ処理を行う。表面に露出し
た砥粒が少なく、加工屑を排出するポケットが埋まった
図５（ｂ）に示した状態の砥石に対して、ブラシドレッ
シングを行い砥石表面を活性化している状態を図５
（ｃ）に示す。ブラシによってポケットに埋まった加工
屑や脱落した砥粒は掻き出され、適度なブラシの荷重に
より、もはや砥粒を保持していない砥石表面の樹脂層だ
けが削られ、速やかに新たな砥粒が表面に露出する。こ
うしてブラシの毛２９により表面を処理することで研磨
レートが回復し、その時間的な変動を抑制することが可
能になる。なお、砥石表面２５の位置は、図５（ｂ）、
（ｃ）になると共に下方に下がっている。
【００３５】図６は、ブラシ処理の有無による研磨レー
トの時間的変化を示す図である。横軸は時間を表し、縦
軸は研磨レートを表す。実験開始よりブラシ処理を継続
して行い、図示した破線の時点でブラシ処理のみを中止
した。研磨レートはブラシ処理を行っている間は安定し
て高いが、ブラシ処理を中断した瞬間より急激に低下す
る。ブラシの有無による研磨レートの差は５倍以上であ
り、ブラシ無しの場合は加工と共に研磨レートが低下す
る。
トの時間的変化を示す図である。横軸は時間を表し、縦
軸は研磨レートを表す。実験開始よりブラシ処理を継続
して行い、図示した破線の時点でブラシ処理のみを中止
した。研磨レートはブラシ処理を行っている間は安定し
て高いが、ブラシ処理を中断した瞬間より急激に低下す
る。ブラシの有無による研磨レートの差は５倍以上であ
り、ブラシ無しの場合は加工と共に研磨レートが低下す
る。
【００３６】用いるブラシの形状としては、図７に示す
ように円盤形状の台板２７全面に毛２９を配置したブラ
シ２１を用い、加工中はこれを図１に示したブラシアー
ム２２によって揺動させることで砥石の広範囲な面積を
均一に活性化処理することが出来る。またブラシとして
は、図８に示すようなリング形状をしたブラシ２８を用
いてもよい。リング形状の場合には、砥石とブラシの接
触総面積は減少するが、砥石の半径方向にブラシの滞留
時間分布がより均一になり表面処理が砥石上でより均一
に行われ得る。
ように円盤形状の台板２７全面に毛２９を配置したブラ
シ２１を用い、加工中はこれを図１に示したブラシアー
ム２２によって揺動させることで砥石の広範囲な面積を
均一に活性化処理することが出来る。またブラシとして
は、図８に示すようなリング形状をしたブラシ２８を用
いてもよい。リング形状の場合には、砥石とブラシの接
触総面積は減少するが、砥石の半径方向にブラシの滞留
時間分布がより均一になり表面処理が砥石上でより均一
に行われ得る。
【００３７】ブラシのサイズとして砥石の半径に準ずる
サイズの大径ブラシを用いた場合、ブラシ自身を砥石上
で揺動させなくても比較的均一に砥石面の活性化処理を
行える長所がある。また、例えば直径５ｃｍ程度の小径
ブラシを用いた場合は図１に示したアーム２２等の機械
的手段により揺動を行う必要があるが、加工装置全体の
サイズが小さくなる。ブラシの回転数は２０〜１００ｒ
ｐｍの範囲が好ましい。この範囲外では研磨レートが低
下する。
サイズの大径ブラシを用いた場合、ブラシ自身を砥石上
で揺動させなくても比較的均一に砥石面の活性化処理を
行える長所がある。また、例えば直径５ｃｍ程度の小径
ブラシを用いた場合は図１に示したアーム２２等の機械
的手段により揺動を行う必要があるが、加工装置全体の
サイズが小さくなる。ブラシの回転数は２０〜１００ｒ
ｐｍの範囲が好ましい。この範囲外では研磨レートが低
下する。
【００３８】（実施例２）ブラシによる表面活性化処理
の第二の実施例として図９に、ウエハホルダの周囲にブ
ラシを設置した例を示す。図９はウエハホルダ１４をウ
エハを保持する下面から見た図である。ウエハウエハホ
ルダ１４の外周部には加工中のウエハ外れを防止するた
めにリテーナーリング３０が設けられており、さらにそ
の外周にブラシ３１を設け、砥石表面の活性化処理を行
う。この場合にはウエハ加工のためのウエハホルダと砥
石表面処理のためのブラシが一体化され、独立したブラ
シ揺動手段を設ける必要がない。
の第二の実施例として図９に、ウエハホルダの周囲にブ
ラシを設置した例を示す。図９はウエハホルダ１４をウ
エハを保持する下面から見た図である。ウエハウエハホ
ルダ１４の外周部には加工中のウエハ外れを防止するた
めにリテーナーリング３０が設けられており、さらにそ
の外周にブラシ３１を設け、砥石表面の活性化処理を行
う。この場合にはウエハ加工のためのウエハホルダと砥
石表面処理のためのブラシが一体化され、独立したブラ
シ揺動手段を設ける必要がない。
【００３９】（実施例３）ブラシによる表面活性化処理
の第三の実施例として、図１０に直線形ブラシ３２を設
ける方法を示す。上記実施例の円形又はリング形のブラ
シに代えて、直線形ブラシ３２を砥石上に配置する。直
線形ブラシは円形のブラシのようにブラシ自身を回転さ
せる必要なく、同様の効果が得られる。直線形ブラシの
長さを砥石半径並みとすれば揺動の必要がない。より小
型のブラシを用い半径方向に揺動してもよい。
の第三の実施例として、図１０に直線形ブラシ３２を設
ける方法を示す。上記実施例の円形又はリング形のブラ
シに代えて、直線形ブラシ３２を砥石上に配置する。直
線形ブラシは円形のブラシのようにブラシ自身を回転さ
せる必要なく、同様の効果が得られる。直線形ブラシの
長さを砥石半径並みとすれば揺動の必要がない。より小
型のブラシを用い半径方向に揺動してもよい。
【００４０】上記第一から第三の実施例において、ブラ
シの毛２９の材質としては有機樹脂が適している。ブラ
シの毛の素材に求められる適度な硬さと安定性及び半導
体用途に適用可能な程度に低不純物濃度であるものとし
て、上記実施例ではナイロンからなるブラシを用いた。
ブラシの毛の直径としては、０．０５〜２ｍｍの範囲が
適している。
シの毛２９の材質としては有機樹脂が適している。ブラ
シの毛の素材に求められる適度な硬さと安定性及び半導
体用途に適用可能な程度に低不純物濃度であるものとし
て、上記実施例ではナイロンからなるブラシを用いた。
ブラシの毛の直径としては、０．０５〜２ｍｍの範囲が
適している。
【００４１】（実施例４）第四の実施例として、表面活
性化処理手段に超音波加振装置を用いる方法を示す。図
１１に表されるように超音波加振装置３３を砥石上に配
置し、純水等の加工液１８を超音波加振装置３３から供
給する。超音波は加工液１８を介して砥石１６の表面ま
で伝達される。超音波加振により、砥石表層の砥粒及び
砥粒を結合する樹脂が激しく振動し、砥石本体より脱
離、遊離砥粒化し、加工屑が排出され新たな砥石表面が
露出するために研磨レートが向上する。超音波加振装置
では、ブラシ摩耗等による経時劣化が原理的になく、表
面処理を長期にわたり安定して行うことが出来る。また
ブラシに見られる異物付着、付着砥粒の乾燥による凝集
塊が原因となる不良が発生しない特徴がある。
性化処理手段に超音波加振装置を用いる方法を示す。図
１１に表されるように超音波加振装置３３を砥石上に配
置し、純水等の加工液１８を超音波加振装置３３から供
給する。超音波は加工液１８を介して砥石１６の表面ま
で伝達される。超音波加振により、砥石表層の砥粒及び
砥粒を結合する樹脂が激しく振動し、砥石本体より脱
離、遊離砥粒化し、加工屑が排出され新たな砥石表面が
露出するために研磨レートが向上する。超音波加振装置
では、ブラシ摩耗等による経時劣化が原理的になく、表
面処理を長期にわたり安定して行うことが出来る。また
ブラシに見られる異物付着、付着砥粒の乾燥による凝集
塊が原因となる不良が発生しない特徴がある。
【００４２】なお、本実施例は、超音波の例を示した
が、振動数１０ｋＨｚ程度以上の音波でも有効である。
また、超音波としては振動数１００ｋＨｚ以下であるこ
とが適している。これは純水中にキャビテーションを起
こさせることで、砥粒の遊離、加工屑の排出効率が向上
するためである。特に好ましい振動数の範囲は２０から
５０ｋＨｚである。これについては以下の説明でも同様
である。
が、振動数１０ｋＨｚ程度以上の音波でも有効である。
また、超音波としては振動数１００ｋＨｚ以下であるこ
とが適している。これは純水中にキャビテーションを起
こさせることで、砥粒の遊離、加工屑の排出効率が向上
するためである。特に好ましい振動数の範囲は２０から
５０ｋＨｚである。これについては以下の説明でも同様
である。
【００４３】表面活性化処理手段による砥石表面活性化
の強度は次の点を考慮し決定する。
の強度は次の点を考慮し決定する。
【００４４】砥石を用いた研磨加工法においては、図１
２に示すように、ウエハ１枚の加工毎或いは加工と同時
に砥石表面形状の修正を目的としたツルーイングと呼ば
れる処理を行う。これはダイヤモンド等の砥粒が付着し
た研削工具３４を用い砥石表面に対して定寸の切り込み
を行うことで砥石表面形状を平坦にそろえる操作であ
る。この操作により砥石表面の形状を高さ方向に数μｍ
以下の精度となるように平坦化し、ウエハがその全面で
均一に加工されることを保証する。ツルーイングによる
砥石の摩耗量は通常１０μｍ以下である。ここでブラ
シ、超音波等による表面活性化処理は砥石の平坦度を低
下させない範囲で表面を活性化する必要がある。よって
表面活性化処理の深さ方向の影響範囲は図１３に示すよ
うにツルーイングによる砥石の摩耗量以下となるように
制御する。具体的には、ブラシの押圧力、ブラシ回転
数、ブラシ硬さ、或いは超音波の振動数、パワーを制御
し、これら表面活性化処理手段による表面活性化の影響
深さ３５（ｂ）をツルーイングによる砥石摩耗量（ａ）
以下、すなわちａ＞ｂとする。図１に示したツルーイン
グユニット３６はこのツルーイングを行う手段である。
２に示すように、ウエハ１枚の加工毎或いは加工と同時
に砥石表面形状の修正を目的としたツルーイングと呼ば
れる処理を行う。これはダイヤモンド等の砥粒が付着し
た研削工具３４を用い砥石表面に対して定寸の切り込み
を行うことで砥石表面形状を平坦にそろえる操作であ
る。この操作により砥石表面の形状を高さ方向に数μｍ
以下の精度となるように平坦化し、ウエハがその全面で
均一に加工されることを保証する。ツルーイングによる
砥石の摩耗量は通常１０μｍ以下である。ここでブラ
シ、超音波等による表面活性化処理は砥石の平坦度を低
下させない範囲で表面を活性化する必要がある。よって
表面活性化処理の深さ方向の影響範囲は図１３に示すよ
うにツルーイングによる砥石の摩耗量以下となるように
制御する。具体的には、ブラシの押圧力、ブラシ回転
数、ブラシ硬さ、或いは超音波の振動数、パワーを制御
し、これら表面活性化処理手段による表面活性化の影響
深さ３５（ｂ）をツルーイングによる砥石摩耗量（ａ）
以下、すなわちａ＞ｂとする。図１に示したツルーイン
グユニット３６はこのツルーイングを行う手段である。
【００４５】上記実施例の表面活性化処理手段が特に有
効である砥石として、気孔を含み、体積換算で全気孔の
９５％（２σ）の径が１μｍ以下であるような超微細気
孔砥石が挙げられる。気孔径が非常に小さく、平均的な
砥粒のサイズである０．１〜２μｍと同等以下である
と、ブラシ等の表面処理手段の深さ方向影響範囲を砥石
表面より数μｍの極表層のみに留めることが可能とな
る。このため表面処理による砥石面形状の崩れが少な
く、研磨レート向上効果が空間的に均一に現れ、しかも
持続しやすい特徴がある。なお、気孔径は、水銀圧入法
（ポロシメーター）により測定した。
効である砥石として、気孔を含み、体積換算で全気孔の
９５％（２σ）の径が１μｍ以下であるような超微細気
孔砥石が挙げられる。気孔径が非常に小さく、平均的な
砥粒のサイズである０．１〜２μｍと同等以下である
と、ブラシ等の表面処理手段の深さ方向影響範囲を砥石
表面より数μｍの極表層のみに留めることが可能とな
る。このため表面処理による砥石面形状の崩れが少な
く、研磨レート向上効果が空間的に均一に現れ、しかも
持続しやすい特徴がある。なお、気孔径は、水銀圧入法
（ポロシメーター）により測定した。
【００４６】上記実施例では砥石の活性化処理方法とし
てブラシ又は超音波を用いたが、砥石表面に新しい砥粒
や微細気孔の口を露出させて、研磨能率を高い状態に保
つという意味においては、活性化処理手段としてはブラ
シに限らず、ダイヤモンド砥石或いはその他の砥粒を含
む砥石、ＰＶＡブラシ、スポンジブラシ、ウォータージ
ェット等の方法を用いることが可能である。ただし、前
述のように表面活性化処理の深さ方向の影響範囲を砥石
のツルーイング量である１０μｍ程度以下に留めつつ、
十分に砥石表面の活性化を行うという点ではブラシ又は
超音波による表面活性化処理が適している。図１４に主
な表面活性化処理手段による研磨レートの向上率の比較
結果を示す。処理手段なしの場合に比べ、ブラシ、超音
波、ダイヤモンド砥石の順に高い研磨レート向上効果が
得られる。また、活性化処理を行うタイミングについて
も、本実施例のように加工中に活性化処理を行う場合の
他に、加工と加工の間に活性化処理を行う場合、或いは
加工時間中の一部に加工と同時の活性化処理を行う等の
方法があることはいうまでもない。
てブラシ又は超音波を用いたが、砥石表面に新しい砥粒
や微細気孔の口を露出させて、研磨能率を高い状態に保
つという意味においては、活性化処理手段としてはブラ
シに限らず、ダイヤモンド砥石或いはその他の砥粒を含
む砥石、ＰＶＡブラシ、スポンジブラシ、ウォータージ
ェット等の方法を用いることが可能である。ただし、前
述のように表面活性化処理の深さ方向の影響範囲を砥石
のツルーイング量である１０μｍ程度以下に留めつつ、
十分に砥石表面の活性化を行うという点ではブラシ又は
超音波による表面活性化処理が適している。図１４に主
な表面活性化処理手段による研磨レートの向上率の比較
結果を示す。処理手段なしの場合に比べ、ブラシ、超音
波、ダイヤモンド砥石の順に高い研磨レート向上効果が
得られる。また、活性化処理を行うタイミングについて
も、本実施例のように加工中に活性化処理を行う場合の
他に、加工と加工の間に活性化処理を行う場合、或いは
加工時間中の一部に加工と同時の活性化処理を行う等の
方法があることはいうまでもない。
【００４７】（実施例５）本発明の第五の実施例とし
て、図１５に示すように、加工中の研磨状態のモニタよ
り得られる情報をフィードバックして表面活性化処理手
段の操作条件を決定する方法を示す。フィードバックに
用いるモニタ可能な情報として、ウエハにかかる摩擦
力、ウエハホルダの振動、排出される加工液の砥粒濃度
等があり、これに対して制御可能な表面活性化処理手段
の主な操作条件には、ブラシ回転数、ブラシ押し付け
力、ブラシ押し付け高さ（ブラシ−砥石垂直距離）、ブ
ラシ揺動範囲、ブラシ揺動速度、同時使用ブラシ数、超
音波周波数、超音波出力がある。ブラシ等の表面活性化
処理手段を砥石加工では、表面活性化処理手段なしの場
合に比べ加工に伴う研磨レートの変動は小さい。しかし
ながら、例えばブラシ処理を用いた場合でも、ウエハ一
枚を加工する間に５％程度の研磨レートの低下は避けら
れない。研磨レートの低下はウエハ−砥石間の摩擦力低
下として検出可能であり、摩擦力は、図１に示したウエ
ハホルダ１４を駆動するモーターの付加電流或いはアー
ム１７の歪み量として半導体歪みゲージを用いて測定で
きる。従って、検出された摩擦力の低下に応じてブラシ
の押し付け高さを下げてより強力にブラシ処理を行って
研磨レートを安定化することができる。例えば、５％の
研磨レート低下は１００μｍ程度ブラシ高さを下げて研
磨レートを増加することで補償可能である。
て、図１５に示すように、加工中の研磨状態のモニタよ
り得られる情報をフィードバックして表面活性化処理手
段の操作条件を決定する方法を示す。フィードバックに
用いるモニタ可能な情報として、ウエハにかかる摩擦
力、ウエハホルダの振動、排出される加工液の砥粒濃度
等があり、これに対して制御可能な表面活性化処理手段
の主な操作条件には、ブラシ回転数、ブラシ押し付け
力、ブラシ押し付け高さ（ブラシ−砥石垂直距離）、ブ
ラシ揺動範囲、ブラシ揺動速度、同時使用ブラシ数、超
音波周波数、超音波出力がある。ブラシ等の表面活性化
処理手段を砥石加工では、表面活性化処理手段なしの場
合に比べ加工に伴う研磨レートの変動は小さい。しかし
ながら、例えばブラシ処理を用いた場合でも、ウエハ一
枚を加工する間に５％程度の研磨レートの低下は避けら
れない。研磨レートの低下はウエハ−砥石間の摩擦力低
下として検出可能であり、摩擦力は、図１に示したウエ
ハホルダ１４を駆動するモーターの付加電流或いはアー
ム１７の歪み量として半導体歪みゲージを用いて測定で
きる。従って、検出された摩擦力の低下に応じてブラシ
の押し付け高さを下げてより強力にブラシ処理を行って
研磨レートを安定化することができる。例えば、５％の
研磨レート低下は１００μｍ程度ブラシ高さを下げて研
磨レートを増加することで補償可能である。
【００４８】また、研磨状態のモニタを使用しない場合
には、加工後のウエハ膜厚を測定して求めた研磨レート
の変動値を元に、次のウエハ加工時の表面活性化処理条
件を決定する方法を取ればよい。図１６に、ウエハ一枚
加工毎にブラシの押し付け高さを下げて研磨レート低下
を補償した場合の研磨レート変動とブラシ処理条件が一
定で研磨レート変動の補償をしなかった場合の研磨レー
ト変動を示す。図に見られるように、ブラシ処理条件を
ウエハ一枚加工毎に制御した場合の研磨レートの変動を
±３％以内に抑制することができた。
には、加工後のウエハ膜厚を測定して求めた研磨レート
の変動値を元に、次のウエハ加工時の表面活性化処理条
件を決定する方法を取ればよい。図１６に、ウエハ一枚
加工毎にブラシの押し付け高さを下げて研磨レート低下
を補償した場合の研磨レート変動とブラシ処理条件が一
定で研磨レート変動の補償をしなかった場合の研磨レー
ト変動を示す。図に見られるように、ブラシ処理条件を
ウエハ一枚加工毎に制御した場合の研磨レートの変動を
±３％以内に抑制することができた。
【００４９】上記実施例のブラシを用いる砥石の表面活
性化処理においては、表面活性化処理と同時に砥石上に
供給する加工液の量を、毎分０．１４ｍｌ／ｃｍ2以下
に制限した。実験では、直径７００ｍｍ、内径２００ｍ
ｍの砥石の場合に加工液の供給量が５００ｍｌ／ｍｉｎ
以下であれば、ブラシによる研磨レート向上効果を損な
わなかった。この値を砥石単位面積あたりに換算する
と、毎分０．１４ｍｌ／ｃｍ2以下となる。
性化処理においては、表面活性化処理と同時に砥石上に
供給する加工液の量を、毎分０．１４ｍｌ／ｃｍ2以下
に制限した。実験では、直径７００ｍｍ、内径２００ｍ
ｍの砥石の場合に加工液の供給量が５００ｍｌ／ｍｉｎ
以下であれば、ブラシによる研磨レート向上効果を損な
わなかった。この値を砥石単位面積あたりに換算する
と、毎分０．１４ｍｌ／ｃｍ2以下となる。
【００５０】（実施例６）本発明の第六の実施例とし
て、砥石の表面活性化処理手段として固体又はゲル、エ
アロゾル上の砥粒供給源を用いる方法を示す。
て、砥石の表面活性化処理手段として固体又はゲル、エ
アロゾル上の砥粒供給源を用いる方法を示す。
【００５１】図１７には、固体砥粒供給源として砥石４
１を用いた場合の実施例を示す。この砥粒供給源の砥石
４１をウエハ加工中に、ウエハ加工用の砥石１６に接
触、相対運動させる。砥石１６の表面上の加工屑や古い
砥粒は排出され新たな面が露出し、遊離砥粒濃度が増加
して研磨レートが向上する。
１を用いた場合の実施例を示す。この砥粒供給源の砥石
４１をウエハ加工中に、ウエハ加工用の砥石１６に接
触、相対運動させる。砥石１６の表面上の加工屑や古い
砥粒は排出され新たな面が露出し、遊離砥粒濃度が増加
して研磨レートが向上する。
【００５２】ここで、砥粒供給源の砥石４１はウエハを
加工する砥石１６の砥粒と同一の砥粒を用い、これらの
砥粒を、ウエハ加工用と砥石と同等又はより弱く結合す
る樹脂を用いて砥石化した。砥粒供給源用に用いる砥粒
はウエハ加工用の砥石１６と同等以下の粒径の砥粒で、
気孔径も砥石１６と同等以下の微細気孔の砥石とするこ
とで、スクラッチ等の研磨キズを防止した。
加工する砥石１６の砥粒と同一の砥粒を用い、これらの
砥粒を、ウエハ加工用と砥石と同等又はより弱く結合す
る樹脂を用いて砥石化した。砥粒供給源用に用いる砥粒
はウエハ加工用の砥石１６と同等以下の粒径の砥粒で、
気孔径も砥石１６と同等以下の微細気孔の砥石とするこ
とで、スクラッチ等の研磨キズを防止した。
【００５３】（実施例７）本発明の第七の実施例とし
て、砥石の表面活性化処理手段として氷状の砥石を用い
た例を示す。
て、砥石の表面活性化処理手段として氷状の砥石を用い
た例を示す。
【００５４】砥粒供給源の砥石４１（図１７）として、
砥粒を含む液体を凍結させた氷状の砥石を用いた。実施
例６で示した樹脂で結合した砥石に比べ、樹脂を含まな
いため、加工に必要な砥粒と液のみを供給でき、効率よ
く遊離砥粒濃度を高めることが出来た。
砥粒を含む液体を凍結させた氷状の砥石を用いた。実施
例６で示した樹脂で結合した砥石に比べ、樹脂を含まな
いため、加工に必要な砥粒と液のみを供給でき、効率よ
く遊離砥粒濃度を高めることが出来た。
【００５５】（実施例８）本発明の第八の実施例とし
て、砥粒を含む液体をゲル状としたものを用いた例を示
す。ここでは、ゲル状砥粒供給源として、ウエハ加工用
の砥粒である平均粒径０．３ミクロンの酸化セリウムを
純水に分散させたものに、平均粒径０．１ミクロンの酸
化マグネシウムＭｇＯを加えゲル化したものを用いた。
この柔らかいゲル状の砥粒供給源を用いることで、ウエ
ハ加工用の砥石１６への表面ダメージを最小に押さえる
ことができ、砥石１６の寿命延長とスクラッチ防止に効
果があった。
て、砥粒を含む液体をゲル状としたものを用いた例を示
す。ここでは、ゲル状砥粒供給源として、ウエハ加工用
の砥粒である平均粒径０．３ミクロンの酸化セリウムを
純水に分散させたものに、平均粒径０．１ミクロンの酸
化マグネシウムＭｇＯを加えゲル化したものを用いた。
この柔らかいゲル状の砥粒供給源を用いることで、ウエ
ハ加工用の砥石１６への表面ダメージを最小に押さえる
ことができ、砥石１６の寿命延長とスクラッチ防止に効
果があった。
【００５６】（実施例９）本発明の第九の実施例とし
て、複数のノズルからエアロゾル状の砥粒供給源を用い
た例を示す。
て、複数のノズルからエアロゾル状の砥粒供給源を用い
た例を示す。
【００５７】ウエハ加工用の砥石１６の表面に遊離砥粒
を最も均一に供給する目的で、次に述べるエアロゾル状
の砥粒供給源を用いる方法が効果があった。図１８に示
すように、砥石１６上に複数のノズル４２を設け、この
ノズル４２から砥粒と加工液をエアロゾル上に噴射し
た。ノズルの周囲は図示しないカバーで覆い、雰囲気中
への砥粒の拡散を防止した。砥石１６面上には砥粒が均
一に噴射され、遊離砥粒濃度の分布が均一になったた
め、研磨レート向上効果に加えてウエハ１上での加工量
分布が均一となる効果が得られた。
を最も均一に供給する目的で、次に述べるエアロゾル状
の砥粒供給源を用いる方法が効果があった。図１８に示
すように、砥石１６上に複数のノズル４２を設け、この
ノズル４２から砥粒と加工液をエアロゾル上に噴射し
た。ノズルの周囲は図示しないカバーで覆い、雰囲気中
への砥粒の拡散を防止した。砥石１６面上には砥粒が均
一に噴射され、遊離砥粒濃度の分布が均一になったた
め、研磨レート向上効果に加えてウエハ１上での加工量
分布が均一となる効果が得られた。
【００５８】（実施例１０）本発明の第１０の実施例と
して、半導体ウエハの凹凸パターン平坦化用の研磨パッ
ドと、固体又は、ゲル、エアロゾル状の砥粒供給源を用
いる方法を示す。ここでは従来一般的であった、砥粒を
含む液体であるスラリを使用しない。スラリに代えて、
砥粒を樹脂で結合した砥石、又は砥粒を含む加工液を凍
結させた氷状砥石、砥粒と加工液からなるゲル、砥粒と
加工液からなるエアロゾル、のいずれか一種又はこれら
の組み合わせを用いて砥粒を研磨パッド上に供給した。
して、半導体ウエハの凹凸パターン平坦化用の研磨パッ
ドと、固体又は、ゲル、エアロゾル状の砥粒供給源を用
いる方法を示す。ここでは従来一般的であった、砥粒を
含む液体であるスラリを使用しない。スラリに代えて、
砥粒を樹脂で結合した砥石、又は砥粒を含む加工液を凍
結させた氷状砥石、砥粒と加工液からなるゲル、砥粒と
加工液からなるエアロゾル、のいずれか一種又はこれら
の組み合わせを用いて砥粒を研磨パッド上に供給した。
【００５９】まず、研磨パッド上への砥粒供給源を砥
石、又は氷状砥石、砥粒と加工液のゲル、とした場合を
図１９に示す。砥粒供給源４５を回転する研磨パッド１
１に接触しながら押し当てることで、砥粒を砥粒供給源
４５から研磨パッド１１へ供給する。
石、又は氷状砥石、砥粒と加工液のゲル、とした場合を
図１９に示す。砥粒供給源４５を回転する研磨パッド１
１に接触しながら押し当てることで、砥粒を砥粒供給源
４５から研磨パッド１１へ供給する。
【００６０】砥粒供給源４５が、砥粒と樹脂からなる砥
石の場合には、研磨パッドに比べ相対的に硬い砥石を押
し当てる効果で、摩滅した研磨パッド表面の目立て（ド
レッシング）と砥粒の供給を同時に行うことができた。
この方法は、取扱性の悪いスラリに代えて砥石を砥粒供
給源としたため、自動化により適している。
石の場合には、研磨パッドに比べ相対的に硬い砥石を押
し当てる効果で、摩滅した研磨パッド表面の目立て（ド
レッシング）と砥粒の供給を同時に行うことができた。
この方法は、取扱性の悪いスラリに代えて砥石を砥粒供
給源としたため、自動化により適している。
【００６１】（実施例１１）本発明の第１１の実施例と
して、柔らかい膜を研磨する例を示す。
して、柔らかい膜を研磨する例を示す。
【００６２】加工対象となるウエハ上の膜が、例えばＢ
ＰＳＧ膜やアルミ膜のように柔らかいものである場合、
砥粒供給源には砥粒と加工液を凍結させた氷状砥石を用
いた。氷状砥石は砥粒を結合する樹脂を含まず、砥粒と
樹脂からなる凝集砥石片の発生がない。また、柔らかい
膜の加工に適した柔らかい研磨パッドの表面を必要以上
の荒らさず、研磨パッド表面へ与えるダメージが少な
い。氷状砥石の使用により、スクラッチ等の研磨キズを
発生させずに柔らかい膜の加工を行うことが出来た。
ＰＳＧ膜やアルミ膜のように柔らかいものである場合、
砥粒供給源には砥粒と加工液を凍結させた氷状砥石を用
いた。氷状砥石は砥粒を結合する樹脂を含まず、砥粒と
樹脂からなる凝集砥石片の発生がない。また、柔らかい
膜の加工に適した柔らかい研磨パッドの表面を必要以上
の荒らさず、研磨パッド表面へ与えるダメージが少な
い。氷状砥石の使用により、スクラッチ等の研磨キズを
発生させずに柔らかい膜の加工を行うことが出来た。
【００６３】（実施例１２）本発明の第１２の実施例と
して、柔らかい膜を研磨する別の例を示す。
して、柔らかい膜を研磨する別の例を示す。
【００６４】柔らかい膜に対して、さらにダメージを少
なく加工するために、砥粒供給源として砥粒を含む液体
をゲル状としたものを用いた。ここでは、ゲル状砥粒供
給源として、ウエハ加工用の砥粒である平均粒径０．３
ミクロンの酸化マグネシウムＭｇＯを加えゲル化したも
のを用いた。この柔らかいゲル状の砥粒供給源を用いる
ことで、研磨パッド１１への表面ダメージを最小に抑え
ることができ、研磨パッド１１の寿命を延長し、スクラ
ッチを防止する効果が得られた。
なく加工するために、砥粒供給源として砥粒を含む液体
をゲル状としたものを用いた。ここでは、ゲル状砥粒供
給源として、ウエハ加工用の砥粒である平均粒径０．３
ミクロンの酸化マグネシウムＭｇＯを加えゲル化したも
のを用いた。この柔らかいゲル状の砥粒供給源を用いる
ことで、研磨パッド１１への表面ダメージを最小に抑え
ることができ、研磨パッド１１の寿命を延長し、スクラ
ッチを防止する効果が得られた。
【００６５】（実施例１３）本発明の第１３の実施例と
して、複数のノズルからエアロゾル状の砥粒供給源を用
いた例を示す。
して、複数のノズルからエアロゾル状の砥粒供給源を用
いた例を示す。
【００６６】研磨パッド１１の表面に遊離砥粒を最も均
一に供給する目的で、次に述べるエアロゾル状の砥粒供
給源を用いる方法が効果があった。図２０に示すよう
に、研磨パッド１１上に複数のノズル４６を設け、この
ノズル４６から砥粒と加工液をエアロゾル状に噴射し
た。ノズルの周囲は図示しないカバーで覆い、雰囲気中
への砥粒の拡散を防止した。研磨パッド１１面上には砥
粒が均一に噴射され、遊離砥粒濃度の分布が均一になっ
たため、ウエハ１上での加工量分布が均一となる効果が
得られた。
一に供給する目的で、次に述べるエアロゾル状の砥粒供
給源を用いる方法が効果があった。図２０に示すよう
に、研磨パッド１１上に複数のノズル４６を設け、この
ノズル４６から砥粒と加工液をエアロゾル状に噴射し
た。ノズルの周囲は図示しないカバーで覆い、雰囲気中
への砥粒の拡散を防止した。研磨パッド１１面上には砥
粒が均一に噴射され、遊離砥粒濃度の分布が均一になっ
たため、ウエハ１上での加工量分布が均一となる効果が
得られた。
【００６７】（実施例１４）本発明の第１４の実施例と
して、上記の加工法を用いて製造した、半導体装置の製
造方法を示す。図２２（ａ）から（ｄ）は、ウエハ基板
にトランジスタ等を形成する前の、素子分離工程の説明
図である。何れもウエハ表面を拡大し断面方向から見て
いる。図２２（ａ）は、ウエハ基板１に素子分離目的の
浅溝５０をドライエッチングにより形成した段階であ
る。後にトランジスタ等を形成する素子形成領域５３
は、ＣＶＤ法で堆積した窒化膜５１により保護してあ
る。この後、ウエハ全面に熱酸化及びＣＶＤ法により二
酸化珪素の絶縁膜２を堆積し、浅溝５０に絶縁膜１を埋
め込んだ状態が図２２（ｂ）である。ここで本発明の加
工法を用いて図２２（ｂ）中の５４の位置まで研磨、平
坦化し、浅溝５０以外の不要な絶縁膜２を除去すると図
２２（ｃ）の状態になる。その後、熱リン酸などのエッ
チング液により窒化膜５１を除去し、熱酸化膜除去、ゲ
ート酸化膜堆積、イオン打ち込み等の多数の工程を経て
素子形成領域５３にトランジスタ５２等の素子を形成し
た状態が図２２（ｄ）である。浅溝中の絶縁膜２の表面
は、その後形成する素子の性能を損なわないために高度
な平坦性と無欠陥性が要求される。同時にスループット
も要求されるため、この平坦化工程への本発明の適用は
効果的であった。
して、上記の加工法を用いて製造した、半導体装置の製
造方法を示す。図２２（ａ）から（ｄ）は、ウエハ基板
にトランジスタ等を形成する前の、素子分離工程の説明
図である。何れもウエハ表面を拡大し断面方向から見て
いる。図２２（ａ）は、ウエハ基板１に素子分離目的の
浅溝５０をドライエッチングにより形成した段階であ
る。後にトランジスタ等を形成する素子形成領域５３
は、ＣＶＤ法で堆積した窒化膜５１により保護してあ
る。この後、ウエハ全面に熱酸化及びＣＶＤ法により二
酸化珪素の絶縁膜２を堆積し、浅溝５０に絶縁膜１を埋
め込んだ状態が図２２（ｂ）である。ここで本発明の加
工法を用いて図２２（ｂ）中の５４の位置まで研磨、平
坦化し、浅溝５０以外の不要な絶縁膜２を除去すると図
２２（ｃ）の状態になる。その後、熱リン酸などのエッ
チング液により窒化膜５１を除去し、熱酸化膜除去、ゲ
ート酸化膜堆積、イオン打ち込み等の多数の工程を経て
素子形成領域５３にトランジスタ５２等の素子を形成し
た状態が図２２（ｄ）である。浅溝中の絶縁膜２の表面
は、その後形成する素子の性能を損なわないために高度
な平坦性と無欠陥性が要求される。同時にスループット
も要求されるため、この平坦化工程への本発明の適用は
効果的であった。
【００６８】この他、配線層間の絶縁膜の平坦化工程に
おいても、本発明を適用することで効果が得られるのは
言うまでもない。
おいても、本発明を適用することで効果が得られるのは
言うまでもない。
【００６９】また、本発明は、絶縁膜に限らず、ダマシ
ン加工の銅配線やアルミニウム膜等、導電膜の研磨に用
いることも勿論可能である。
ン加工の銅配線やアルミニウム膜等、導電膜の研磨に用
いることも勿論可能である。
【００７０】
【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、半導体集積回路の製造工程で用いられる研磨加工法
によるウエハ表面パターンの平坦化技術の内の砥石を用
いた平坦化加工法において、砥石表面の活性化処理手段
を導入することにより、研磨加工の能率が向上し、低コ
ストな平坦化加工が可能になる。また加工中の砥石表面
の活性化処理手段の導入により研磨レートの安定化が達
成されるため、総研磨量を所望の値に制御することが容
易になる。その結果研磨残り或いは過剰研磨の可能性が
減少し、不良発生率が低下する。研磨残りによる再研磨
工程が不必要になるために全体の工程数を減らすことも
できる。また例えば、被加工物である半導体ウエハ上の
絶縁膜厚さを精密に制御することが可能になるため、膜
の電気的特性を最適化し半導体装置の生産歩留まりを向
上させることができる。
ば、半導体集積回路の製造工程で用いられる研磨加工法
によるウエハ表面パターンの平坦化技術の内の砥石を用
いた平坦化加工法において、砥石表面の活性化処理手段
を導入することにより、研磨加工の能率が向上し、低コ
ストな平坦化加工が可能になる。また加工中の砥石表面
の活性化処理手段の導入により研磨レートの安定化が達
成されるため、総研磨量を所望の値に制御することが容
易になる。その結果研磨残り或いは過剰研磨の可能性が
減少し、不良発生率が低下する。研磨残りによる再研磨
工程が不必要になるために全体の工程数を減らすことも
できる。また例えば、被加工物である半導体ウエハ上の
絶縁膜厚さを精密に制御することが可能になるため、膜
の電気的特性を最適化し半導体装置の生産歩留まりを向
上させることができる。
【００７１】また、本発明の加工装置によれば、ウエハ
の研磨加工の能率が向上し、また、研磨量の制御が容易
に行えるので、装置のスループットが向上する。
の研磨加工の能率が向上し、また、研磨量の制御が容易
に行えるので、装置のスループットが向上する。
【図１】本発明の一実施例の加工装置の構成を示す模式
図である。
図である。
【図２】ウエハ表面の平坦化工程の説明図である。
【図３】従来の化学機械研磨法を説明する図である。
【図４】従来の砥石を用いた平坦化加工法を説明する図
である。
である。
【図５】砥石表面の活性化処理を概念的な説明図であ
る。
る。
【図６】ブラシによる活性化処理の効果の説明図であ
る。
る。
【図７】砥石表面の活性化処理を行う円形状のブラシの
説明図である。
説明図である。
【図８】砥石表面の活性化処理を行うリング形のブラシ
の説明図である。
の説明図である。
【図９】砥石表面の活性化処理を行うウエハホルダ一体
型ブラシの説明図である。
型ブラシの説明図である。
【図１０】砥石表面の活性化処理を行う直線形ブラシの
説明図である。
説明図である。
【図１１】超音波加振装置を用いた砥石表面の活性化処
理の説明図である。
理の説明図である。
【図１２】砥石表面のツルーイング処理を説明する図で
ある。
ある。
【図１３】砥石表面活性化処理の深さを説明する図であ
る。
る。
【図１４】表面活性化処理手段の効果を比較する説明図
である。
である。
【図１５】研磨モニタ情報より表面活性化処理手段の操
作条件を制御する流れ図である。
作条件を制御する流れ図である。
【図１６】加工毎に表面活性化処理条件を制御する加工
方法の効果の説明図である。
方法の効果の説明図である。
【図１７】砥石の表面活性化処理に、固体砥粒供給源を
用いた実施例の説明図である。
用いた実施例の説明図である。
【図１８】砥石の表面活性化処理に、エアロゾル状の砥
粒供給源を用いた実施例の説明図である。
粒供給源を用いた実施例の説明図である。
【図１９】研磨パッドに対し、固体状の砥粒供給源を用
いた実施例の説明図である。
いた実施例の説明図である。
【図２０】研磨パッドに対し、エアロゾル状の砥粒供給
源を用いた実施例の説明図である。
源を用いた実施例の説明図である。
【図２１】砥石上への供給液量と研磨レートとの関係を
示した図である。
示した図である。
【図２２】本発明を素子分離工程へ適用した実施例の説
明図である。
明図である。
１…ウエハ基板 ２、４…絶縁膜 ３…配線層 ３’…ホール上の部分 ５…金属アルミ層 ６…ホトレジスト層 ７…ステッパ ８…凸部 ９…目標レベル １１…研磨パッド １２…定盤 １３…バッキングパッド １４…ウエハホルダ １５…研磨スラリ １６…砥石 １７…アーム １８…加工液 ２０…加工液供給ユニット ２１、２８、３１…ブラシ ２２…ブラシアーム ２３…砥粒 ２４…樹脂 ２５…砥石表面 ２６…ポケット ２７…台板 ２９…毛 ３０…リテーナーリング ３２…直線形ブラシ ３３…超音波加振装置 ３４…研削工具 ３５…深さ ３６…ツルーイングユニット ３７…ウエハロード・アンロードユニット ３８…ウエハ搬送ロボット ３９…アーム駆動モーター ４０…砥石駆動モーター ４１…固体砥粒供給源の砥石 ４２…砥石へのエアロゾル供給ノズル ４５…研磨パッド上への砥粒供給源 ４６…研磨パッドへのエアロゾル供給ノズル ５０…浅溝 ５１…窒化膜 ５２…トランジスタ ５３…素子形成領域 ５４…素子分離工程の平坦化目標レベル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森山 茂夫 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 河村 喜雄 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 河合 亮成 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 佐藤 雅彦 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 西村 貞之 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 株式会社日立製作所内 Ｆターム(参考） 3C047 FF04 FF08 GG10 GG20 3C058 AA03 AA07 AA09 AA12 AA14 AA19 AC02 AC04 CB03 CB10 DA17
Claims (37)
- 【請求項１】表面に凹凸パターンが形成された半導体ウ
エハを、砥粒とこれら砥粒を保持するための物質から構
成される砥石表面上に押しつけて相対運動させて研磨
し、上記凹凸パターンを平坦化する工程を有する半導体
装置の製造方法において、 上記砥石中の上記砥粒を遊離させる表面活性化処理を行
うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】上記砥石の表面活性化処理は、ブラシを上
記砥石に押し付けて行うことを特徴とする請求項１記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】表面に凹凸パターンが形成された半導体ウ
エハを、砥粒とこれら砥粒を保持するための物質から構
成される砥石表面上に押しつけて相対運動させて研磨
し、上記凹凸パターンを平坦化する工程を有する半導体
装置の製造方法において、 超音波又は振動数１０ｋＨｚ以上の音波を上記砥石に伝
達して上記砥石の表面活性化処理を行うことを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】表面に凹凸パターンが形成された半導体ウ
エハを、砥粒とこれら砥粒を保持するための物質から構
成される砥石表面上に押しつけて相対運動させて研磨
し、上記凹凸パターンを平坦化する工程を有する半導体
装置の製造方法において、 上記研磨の状態を検出し、該検出した値に基づいて、上
記砥石を表面活性化処理する条件を制御することを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】上記検出する研磨の状態は、半導体ウエハ
の膜厚であり、上記制御は、半導体ウエハを平坦化する
工程が終了して後に行うことを特徴とする請求項４記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項６】表面に凹凸パターンが形成された半導体ウ
エハを保持する第１の手段と、 砥粒とこれら砥粒を保持するための物質から構成される
砥石と、 上記半導体ウエハ表面を上記砥石に押しつけ、相対運動
させる第２の手段と、 上記砥石中の上記砥粒を遊離させる表面活性化処理を行
う第３の手段とを有することを特徴とする加工装置。 - 【請求項７】上記第３の手段は、ブラシであることを特
徴とする請求項６に記載の加工装置。 - 【請求項８】表面に凹凸パターンが形成された半導体ウ
エハを保持する第１の手段と、 砥粒とこれら砥粒を保持するための物質から構成される
砥石と、 上記半導体ウエハ表面を上記砥石に押しつけ、相対運動
させる第２の手段と、 超音波又は振動数１０ｋＨｚ以上の音波を発生する手段
と、 上記超音波又は音波を上記砥石に伝達する手段を有する
ことを特徴とする加工装置。 - 【請求項９】上記砥石は気孔を含み、該気孔は、体積換
算で全気孔の９５％の径が１μｍ以下であることを特徴
とする請求項６又は７記載の加工装置。 - 【請求項１０】表面に凹凸パターンが形成された半導体
ウエハを保持する第１の手段と、 砥粒とこれら砥粒を保持するための物質から構成される
砥石と、 上記半導体ウエハ表面を上記砥石に押しつけ、相対運動
させる第２の手段と、 上記砥石の表面活性化処理を行う第３の手段と、 ツルーイングユニットを有することを特徴とする加工装
置。 - 【請求項１１】砥粒と上記砥粒を保持するための物質か
らなる砥石に、表面活性化処理を施し、 上記砥石に、上記砥石の単位面積あたり毎分０．１４ｍ
ｌ／ｃｍ2以下の供給量で液を供給し、 上記砥石に半導体ウエハを押しつけながら研磨して、上
記半導体ウエハ表面を平坦化する工程を有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】上記表面活性化処理は、ブラシを上記砥
石に押しつけて行うことを特徴とする請求項１１記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】上記ブラシの毛の上記砥石と接触する長
さが０．１ｍｍ以上５ｍｍ以下の範囲内となるように、
上記ブラシを上記砥石側に押し付けた状態で研磨するこ
とを特徴とする請求項１１又は１２記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項１４】上記表面活性化処理は、超音波又は振動
数１０ｋＨｚ以上の音波を上記砥石に伝達して行うこと
を特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１５】上記表面活性化処理は、固体砥粒供給源
から上記砥石表面に砥粒を供給して行うことを特徴とす
る請求項１１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１６】上記固体砥粒供給源は、砥粒と上記砥粒
を保持するための物質から構成される第２の砥石である
ことを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１７】上記固体砥粒供給源は、砥粒を含む液体
を凍結させたものであることを特徴とする請求項１５記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１８】上記表面活性化処理は、砥粒を含む液体
のゲル又はエアロゾルから上記砥石表面に砥粒を供給し
て行うことを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項１９】上記表面活性化処理と上記平坦化処理
を、同時に行うことを特徴とする請求項１１から１８の
いずれか一に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２０】砥粒と上記砥粒を保持するための物質か
らなる砥石に、表面活性化処理を施し、 上記砥石に、ツルーイング処理を行い、 上記砥石に半導体ウエハを押しつけながら研磨して、上
記半導体ウエハ表面を平坦化する工程を有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２１】上記ツルーイング処理により、上記砥石
の平坦度は１０μｍ以下とされることを特徴とする請求
項２０記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２２】半導体ウエハを、研磨パッドに押しつけ
て相対運動させて研磨し、 上記研磨パッド表面に、砥粒を含む固体砥粒供給源から
上記砥粒を供給し、 上記半導体ウエハ表面を平坦化する工程を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２３】上記固体砥粒供給源は、砥粒と上記砥粒
を保持するための物質から構成された砥石であることを
特徴とする請求項２２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２４】上記固体砥粒供給源は、砥粒を含む液体
を凍結させたものであることを特徴とする請求項２２記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２５】表面に凹凸パターンが形成された半導体
ウエハを、研磨パッドに押しつけて相対運動させて研磨
し、 上記研磨パッド表面に、砥粒を含む液体のゲルから上記
砥粒を供給し、 上記凹凸パターンを平坦化する工程を有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２６】表面に凹凸パターンが形成された半導体
ウエハを、研磨パッドに押しつけて相対運動させて研磨
し、 上記研磨パッド表面に、砥粒を含む液体のエアロゾルか
ら上記砥粒を供給し、 上記凹凸パターンを平坦化する工程を有することを特徴
とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２７】半導体基板上に、膜を形成する工程と、 砥粒と上記砥粒を保持するための物質からなる砥石に、
上記砥粒を遊離させる表面活性化処理を施し、 上記砥石に上記半導体基板を押しつけながら上記膜を研
磨して平坦化する工程とを有することを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項２８】上記膜は、絶縁膜であることを特徴とす
る請求項２７記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２９】上記膜は、導電膜であることを特徴とす
る請求項２７記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３０】半導体基板に、素子分離領域となる溝部
を形成する工程と、 上記溝部から上記溝の外周部にかけて、絶縁膜を形成す
る工程と、 砥粒と上記砥粒を保持するための物質からなる砥石に、
上記砥粒を遊離させる表面活性化処理を施しながら、上
記砥石に上記半導体基板を押しつけながら研磨して、上
記絶縁膜を研磨する工程と、 上記素子分離領域以外の領域に、電界効果トランジスタ
を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置
の製造方法。 - 【請求項３１】上記表面活性化処理は、上記砥石にブラ
シを押しつけて行うことを特徴とする請求項２８記載の
半導体装置の製造方法。 - 【請求項３２】上記表面活性化処理は、超音波又は振動
数１０ｋＨｚ以上の音波を上記砥石に伝達して行うこと
を特徴とする請求項２８記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３３】被研磨物を保持する保持手段と、 砥粒と上記砥粒を保持するための物質からなる砥石と、 上記被研磨物を上記砥石に押しつけ、相対運動させる手
段と、 上記砥粒を遊離させる上記砥石の表面活性化処理を行う
手段と、 上記砥石の定寸切り込み加工を行う手段とを有すること
を特徴とする加工装置。 - 【請求項３４】被研磨物を保持する保持手段と、 砥粒と結合樹脂からなる砥石と、 上記被研磨物を上記砥石に押しつけ、相対運動させる手
段と、 上記砥石表面に砥粒を供給する固体砥粒供給源とを有す
ることを特徴とする加工装置。 - 【請求項３５】被研磨物を保持する保持手段と、 砥粒と結合樹脂からなる砥石と、 上記被研磨物を上記砥石に押しつけ、相対運動させる手
段と、 上記砥石表面に砥粒を供給する、液体のゲル又は液体の
エアロゾルからなる砥粒供給源とを有することを特徴と
する加工装置。 - 【請求項３６】被研磨物を保持する保持手段と、 研磨パッドと、 上記被研磨物を上記研磨パッドに押しつけ、相対運動さ
せる手段と、 上記研磨パッド表面に砥粒を供給する固体砥粒供給源と
を有することを特徴とする加工装置。 - 【請求項３７】被研磨物を保持する保持手段と、 研磨パッドと、 上記被研磨物を上記研磨パッドに押しつけ、相対運動さ
せる手段と、 上記研磨パッド表面に砥粒を供給する、液体のゲル又は
液体のエアロゾルからなる砥粒供給源とを有することを
特徴とする加工装置。
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