JP2000301438A - 平坦化加工方法および平坦化加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被加工物が、被加工面である表面に薄膜が形
成されて加工レートの異なる部分が存在し、また薄膜の
厚さが均一でない基板である場合に、その被加工面から
不要な薄膜を除去して被加工面を平坦化する方法および
装置を提供する。 【解決手段】 被加工面（1a）である表面に溝部（2a）
を有し、薄膜（3）が形成された基板（2）を被加工物
（1）とする場合に、被加工面（1a）よりも小さな研磨
面を有する研磨パッド（8）を、被加工面（1a）に押し
付けながら自体回転させ、研磨パッド（8）を被加工面
（1a）に対して相対的に移動させて研磨するに際し、研
磨パッド（8）を被加工面（1a）に押し付ける際に被加
工面（1a）に加える圧力を研磨部分（4a）（4b）によっ
て変化させ、各位置の加工レートを均一にして、被加工
面（1a）を均一に平坦化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物の被加工
面を研磨により平坦化する方法および装置に関し、特に
半導体デバイス、および磁気記録媒体のマスターを被加
工物とし、これらの表面を被加工面として平坦化する方
法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの一形態として、
模式的断面図である図４に示すように、分離された絶縁
部または導電部（２ｂ）を有する、表面が平坦な半導体
デバイス（１ｃ）が知られている。この半導体デバイス
（１ｃ）は図５に示す装置を用いて、次の方法により得
ることができる。

【０００３】まず、全体として円盤形態である半導体基
板（２）の表面にドライエッチング等により溝部（２
ａ）を形成する。溝部（２ａ）は、基板（２）の一方の
表面に同心円状に形成され、基板（２）の表面は、溝部
（２ａ）が隣接して形成された環状部分（４ａ）および
溝部が形成されていない中央円形部分（４ｂ）から構成
されている。次に、溝部（２ａ）が隣接して形成された
基板（２）の表面に絶縁性または導電性の材料で薄膜
（３）を形成する。このとき、溝部（２ａ）内にも当該
材料が堆積して薄膜が形成される。そして、一方の表面
に溝部（２ａ）および薄膜（３）が形成された当該半導
体基板（２）を被加工物（１）とし、薄膜（３）が形成
された面を被加工面（１ａ）として平坦化加工を実施
し、溝部（２ａ）内の薄膜以外の薄膜を研磨により除去
して、図４に示すような半導体デバイス（１ｃ）を得
る。図５に示す装置では、被加工面（１ａ）を下向きと
し、定盤（図示せず）の上に弾性体（107）を介して置
かれた研磨パッド（108）と接するように配置して、被
加工面（１ａ）を研磨により平坦化する。弾性体（10
7）は、被加工面（１ａ）に通常存在する、周期数cm、
振幅数μｍのうねりに研磨パッドを被加工面に対して相
対的に追随させ、うねりに起因する起伏はそのままにし
て、本来、無くすべき薄膜の凹凸部だけを研磨して被加
工面（１ａ）を平坦化するために設けられる。

【０００４】平坦化加工は、被加工面（１ａ）を研磨パ
ッド（108）に押し付けて被加工面（１ａ）に圧力を加
え、被加工物（１）の中心を回転中心とし、回転中心を
通り被加工面（１ａ）に対して垂直である軸を回転軸と
して被加工物（１）を回転させながら、研磨することに
より行う。このとき、研磨パッド（108）が置かれた定
盤も、その中心を回転中心とし、回転中心を通り被加工
面（１ａ）に対して垂直な軸を回転軸として回転する。
そして、被加工面（１ａ）は全体が同一圧力の下で研磨
されて、平坦化される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、被加工物の被
加工面において研磨レートが互いに異なる部分が存在す
る場合には、平坦化加工は均一に進行しない。例えば、
図５において模式的に示すように、溝部（２ａ）が存在
する基板（２）の表面に薄膜（３）を形成すると、溝部
（２ａ）が隣接して形成された環状部分（４ａ）では溝
部（２ａ）に追随するようにして凹凸部が形成され、溝
部が形成されていない中央円形部分（４ｂ）では平坦部
が存在することとなる。このような被加工面（１ａ）を
同一圧力の下で研磨すると、図５のグラフに示すように
凹凸部（４ａ）の方が加工レートが大きく、平坦部（４
ｂ）の方が加工レートが小さくなる傾向にある。

【０００６】したがって、図５に示すような装置で一定
の圧力を加えて被加工面（１ａ）を平坦化させると、凹
凸部（４ａ）で研磨の進行速度が大きくなり、平坦化終
了後の被加工物には図６の（ａ）に示すように段差が生
じ、平坦な被加工面が得られない。また、図６の（ａ）
の被加工物（101ａ）から中央円形部分（４ｂ）に存在
する不要な薄膜を除去するために、この被加工物を更に
研磨すると、溝部が隣接して形成された部分（４ａ）に
おいて不必要に研磨が進行し、図６の（ｂ）に示すよう
に、最終的な被加工物（101ｂ）において、隔離された
導電部または絶縁部が消失する場合もある。

【０００７】また、一般に、スパッタリングや蒸着によ
り形成された薄膜は、その厚さにむらが生じて不均一と
なる場合があり、特に、薄膜を形成する面の面積が大き
いほど、また薄膜の厚さを厚くするほど、薄膜の最大厚
さと最小厚さの差が大きくなる傾向にある。被加工面に
形成された薄膜の厚さが均一でない場合、薄膜は膜の厚
さが小さい部分において先に除去されるため、薄膜を被
加工面から完全に除去しようとすると、薄膜の厚さが小
さい部分では基板が研磨されて削られることになる。し
たがって、溝部が隣接して形成された部分に薄膜の厚さ
が小さい部分が存在する場合には、薄膜だけでなく基板
も研磨される結果、隔離された導電部または絶縁部が上
述のように消失する場合がある。

【０００８】このように、薄膜が形成された被加工面か
ら不要な薄膜を除去するために研磨を実施して被加工面
を平坦化しようとする場合には、通常の研磨と異なり、
表面を均一に平坦化させるだけでなく、研磨レートが相
互に異なる部分の存在、および薄膜の厚さの不均一性等
を考慮して、不要な薄膜のみを可及的に除去する必要が
ある。そこで、本発明は特に、被加工面である表面に薄
膜が形成され、研磨レートの異なる部分が存在し、また
薄膜の厚みが均一でない基板が被加工物である場合に、
その被加工面から不要な薄膜を除去して被加工面を平坦
化する方法、ならびにその方法を実施するための装置を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の平坦化加工方法
は、被加工物の被加工面よりも小さな研磨面を有する研
磨パッドを、被加工面に押し付けながら回転させ、研磨
パッドを被加工面に対して相対的に移動させて被加工面
を研磨するに際し、研磨パッドを被加工面に押し付ける
際に被加工面に加える圧力を、被加工面の研磨位置によ
って変化させることを特徴とする。研磨パッドを被加工
面に押し付ける際に被加工面に加えられる圧力は、加工
（または研磨）レートを決定する因子の１つであり、こ
れを変化させることにより加工レートを変化させること
ができる。また、被加工面より小さい研磨面を有する研
磨パッドを用いることで、被加工面に押し付ける際に被
加工面に加える圧力を局所的に大きくする、または小さ
くすることが可能である。なお、被加工面より小さい研
磨面とは、両方の面を重ねた場合、被加工面に研磨面が
完全に含まれる関係にあることを意味する。したがっ
て、本発明の平坦化加工方法によれば、被加工物の被加
工面が元来、加工レートの異なる複数の部分から成る場
合であっても、部分的に加工レートを調節することが可
能であり、その結果、被加工面全体の加工レートを可及
的に均一にでき、均一な被加工面が得られる。

【００１０】上記本発明の平坦化加工方法は、元来、加
工レートの異なる部分が存在するような被加工面を有す
る被加工物を平坦化するのに適しており、例えば、基板
表面に溝部が隣接して形成され、表面に所定の材料から
成る薄膜が形成され、溝部内にも薄膜が形成されている
基板から、溝部内の薄膜以外の薄膜を除去するのに適し
ている。ここで、「溝部内に薄膜が形成される」とは、
薄膜を形成している材料が溝部内に堆積し、溝部を形成
する凹部（またはくぼみ部）内全体に埋め込まれる（ま
たは詰められる）ようにして薄膜が形成されることを意
味する。また、「溝部内の薄膜」とはそのように形成さ
れた薄膜、即ち、溝部内全体に埋め込まれている（もし
くは溝部内全体を埋め尽くしている、または溝部内に充
填されている）薄膜を意味するものとする。即ち、「溝
部内の薄膜」とは、基板表面の薄膜のうち、溝部を形成
する凹部に埋め込まれた薄膜部分のみを意味する。従っ
て、溝部において、溝部の凹部の底のレベルから測定し
た膜厚が溝部の深さよりも大きい薄膜が形成されている
場合、溝部が形成されていない基板表面のレベルを越え
て存在する薄膜部分は溝部上に位置する場合であっても
「溝部内の薄膜」には該当しない。

【００１１】基板表面に溝部が隣接して形成され、これ
らの溝部内に薄膜が形成されると、一般に、薄膜が溝部
の形状に追随し、被加工面上に溝部に起因する凹凸が形
成される。そして、この凹凸部分では加工レートが大き
くなる傾向にある。したがって、溝部が隣接して形成さ
れている部分である溝部形成部分（即ち、溝部および溝
部間の基板表面部分を含む基板表面の一部分）に研磨パ
ッドを押し付けて加える圧力を、当該部分以外の部分に
加える圧力よりも小さくすれば、加工レートが小さくな
るので、被加工面全体の加工レートが均一となり、不要
な薄膜が残ったり、あるいは溝部内の薄膜が不必要に除
去されて消失することがない。また、薄膜の厚さが不均
一である場合、薄膜の厚さに応じて、研磨パッドを被加
工面に押し付ける際の圧力を変化させることにより、必
要な薄膜の除去または不要な薄膜の残留を防止すること
ができる。

【００１２】本発明の平坦化加工装置は、被加工物の被
加工面を平坦化する装置であって、 ａ）被加工物を固定支持するチャック部； ｂ）被加工面より小さい研磨面を有する研磨パッド； ｃ）研磨パッドを回転させる回転手段； ｄ）研磨パッドを被加工面に押し付ける押圧手段； ｅ）研磨パッドを被加工面に押し付ける際に被加工面に
加える圧力を変化させる圧力制御手段；および ｆ）研磨パッドを被加工面に対して相対的に移動させる
移動手段を備えて成ることを特徴とする。この装置によ
れば、上記本発明の平坦化加工方法を実施することがで
き、したがって上記本発明の平坦化加工方法によっても
たらされる効果を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の平坦化加工方法
を、これを実施するための本発明の平坦化加工装置とと
もに説明する。図１は本発明の平坦化加工方法を実施す
る装置を、被加工物の厚さ方向の断面図で模式的に示す
ものである。図１において、被加工物（１）は、Ｘ−Ｙ
ステージ（11）に取り付けられたチャック部（５）で固
定され、被加工物（１）の被加工面（１ａ）よりも小さ
い研磨面を有する研磨パッド（８）で研磨される。研磨
パッド（８）は弾性体（７）を介して研磨ヘッド（６）
に取り付けられ、研磨ヘッド（６）は回転手段（９）に
よって回転させられる。研磨パッド（８）は、研磨ヘッ
ド（６）に取り付けられた押圧手段（10）によって被加
工面（１ａ）に押し付けられ、被加工面（１ａ）に圧力
を加える。また、Ｘ−Ｙステージ（11）を駆動させて被
加工物（１）を被加工面（１ａ）と平行な面（図１では
Ｘ−Ｙ方向）において任意の方向に移動させることによ
り、研磨パッド（８）を被加工面（１ａ）に対して相対
的に移動させている。図１では、圧力制御手段（13）が
Ｘ−Ｙステージ（11）および押圧手段（10）に接続さ
れ、被加工面（１ａ）の各位置に加えられる圧力をコン
トロールしている。また、研磨に際しては、被加工面
（１ａ）と研磨パッド（８）との間に研磨液を供給する
（図示せず）。

【００１４】被加工物（１）は円盤形態の基板（２）で
あり、図１では基板（２）を直径方向で切断したときの
被加工物（１）の断面が示されている。基板表面には溝
部（２ａ）が複数形成されている。この溝部（２ａ）を
含む基板表面には、薄膜（３）が形成されている。当該
薄膜（３）を形成する材料は溝部（２ａ）内にも埋め込
まれて溝部（２ａ）内にも薄膜（３）が形成されてい
る。溝部（２ａ）は円盤形態の基板（２）に同心円状に
形成されており、被加工面（１ａ）である基板（２）の
表面は、溝部（２ａ）が隣接して形成された環状部分
（４ａ）、および溝部が形成されていない中央円形部分
（４ｂ）から構成されている。このような被加工物
（１）は、薄膜（３）が形成されている面を被加工面と
し、溝部（２ａ）内の薄膜以外の基板表面上の薄膜を平
坦化加工により除去して、例えば、図４に示すような隔
離された絶縁部または導電部を有する半導体デバイスを
製造するために用いられる。

【００１５】図４に示すような半導体デバイスを製造す
るために用いられる被加工物は、例えば、厚さが０．２
８〜０．６３mm、直径５０〜１５０mmの円盤状シリコン
基板に、幅０．５〜４μｍ、深さ０．４〜１．０μｍの
溝部を、ピッチ１〜８μｍで同心円状に、基板の周縁部
数mmの箇所から基板の中心に向かって半径の約３／５に
わたって設けて環状の溝部形成部分を形成し、その上に
適当な金属から成る材料で薄膜を形成して作製する。溝
部は反応性イオンエッチング等の異方性エッチングによ
り形成できる。隔離された導電部を形成するためには、
薄膜を形成する材料は例えばアルミニウム、銅であるこ
とが好ましい。薄膜は、スパッタリングまたは蒸着等に
よって形成され、その厚さは平坦化加工処理される前に
おいて、溝部形成部分以外の部分において０．４〜１μ
ｍであることが好ましい。０．４μｍ未満では溝部内に
形成される薄膜の量（即ち、溝部内に堆積する薄膜の
量）が不十分となり、１．０μｍを超えると除去すべき
薄膜の量が増加するだけであり、コスト的にも不利であ
る。

【００１６】また、図１に示す被加工物（１）は、磁気
記録媒体を製造するに際して用いられるマスターであっ
て、磁気記録媒体用基板に所定の磁気情報を与え得るよ
うに、磁性体部が隔離されて形成されたマスターであっ
てもよい。この場合、マスターは、例えば、シリコンか
ら成り、厚さが０．２８〜０．６３mm、直径が５０〜１
５０mmの円盤状の板である。この板が所定の磁気情報を
与える得るように、幅０．５〜４μｍ、深さ０．４〜
１．０μｍの溝部が、反応性イオンエッチング等の異方
性エッチングによりピッチ１〜８μｍで同心円状に、基
板の周縁部数mmの箇所から、基板の中心に向かって半径
の約３／５にわたって環状の溝部形成部分が設けられ
る。溝部は磁気情報に応じて、幅および深さ等が互いに
異なっていてもよく、また不連続な部分があってもよ
い。薄膜は、例えばコバルトおよびニッケル等の磁性体
から形成される。磁性体の薄膜はスパッタリングまたは
蒸着等により形成する。平坦化加工処理前の溝部形成部
分以外の部分の薄膜の厚さは０．４〜１．０μｍである
ことが好ましい。

【００１７】本発明の平坦化加工方法においては、研磨
パッドを被加工面に押し付ける際に被加工面に加える圧
力が被加工面の全体にわたって一定とならないようにす
るために、被加工面よりも小さな研磨面を有する研磨パ
ッドが用いられる。ここで、研磨パッドの研磨面とは、
研磨パッドの被加工面に接する部分のうち研磨作用を奏
する部分を意味する。研磨パッドの研磨面が大き過ぎる
と研磨位置によって被加工面に加える圧力を変化させる
ことが難しくなり、図５を参照して説明したように加工
レートの大きい部分と小さい部分とが生じるおそれがあ
る。したがって、研磨パッドの研磨面が小さいほど、す
なわち研磨面積が小さいほど研磨パッドを被加工面に押
し付ける際に被加工面に加える圧力を小刻みに変化させ
ることが可能となり、加工レートを精度良くコントロー
ルすることが可能となる。

【００１８】被加工物（１）の被加工面が、溝部が隣接
して形成されている部分と溝部が形成されていない部分
とを有する基板表面に薄膜が形成されて成る面である場
合、研磨パッドの研磨面は、溝部が隣接して形成されて
いる部分および溝部が形成されていない部分のいずれよ
りも小さいことが好ましい。研磨パッドの研磨面が、溝
部が隣接して形成されている部分および溝部が形成され
ていない部分のいずれよりも小さいとは、研磨パッドの
研磨面が全て被加工面上に位置し被加工面からはみ出る
ことのないように研磨パッドを配置させるときに、研磨
面が、溝部が隣接して形成された部分内に収まり得る配
置が少なくとも１つ在し、かつ溝部が形成されていない
部分内に収まり得る配置が少なくとも１つ存在すること
を意味する。

【００１９】図１のように、被加工物（１）を構成する
基板（２）の表面に、溝部（２ａ）が隣接して形成され
ている環状部分（４ａ）、および溝部が形成されていな
い中央円形部分（４ｂ）が存在する場合、研磨パッド
（８）の研磨面は円形であることが好ましく、その直径
は、環状部分（４ａ）の基板の半径方向の幅（Ｄa）よ
りも小さく、かつ中央円形部分（４ｂ）の直径（Ｄb）
よりも小さいことが好ましい。この条件を満たせば、溝
部が隣接して形成された環状部分（４ａ）と溝部が形成
されていない中央円形部分（４ｂ）とで、研磨パッド
（８）を介して被加工面（１ａ）に加える圧力を容易に
変えることができる。研磨パッドの研磨面の直径は、よ
り好ましくは、Ｄa＜Ｄbである場合には、０．５Ｄa以
下であり、Ｄb＜Ｄaである場合には、０．５Ｄb以下で
ある。

【００２０】本発明の平坦化加工方法において、研磨パ
ッド（８）による被加工面（１ａ）の研磨は、研磨パッ
ド（８）を被加工面（１ａ）に押し付けながら自転さ
せ、研磨パッド（８）を被加工面（１ａ）に対して相対
的に被加工面（１ａ）に平行な方向に移動させて実施す
る。

【００２１】研磨パッド（８）は弾性体（７）を介して
研磨ヘッド（６）に取り付けられる。弾性体（７）は、
被加工面（１ａ）に通常存在する、周期数cm、振幅数μ
ｍのうねりに、研磨パッド（８）を追随させるために取
り付けられる。弾性体（７）は、例えば、不織布タイプ
の連続発泡体で形成され、平面形状が研磨パッドの平面
形状と同一であって、厚みが１〜２mmであることが好ま
しい。研磨ヘッド（６）は、例えばモーターである回転
手段（９）によって回転させられる。図１において、研
磨ヘッド（６）は、研磨パッド（８）の中心を回転中心
とし、回転中心を通り被加工面（１ａ）に垂直な軸を回
転軸として回転する。研磨パッド（８）の回転数は、研
磨パッドの種類および被加工物の被加工面の態様に応じ
て適宜選択することができ、５０〜２５００rpm程度が
好ましい。

【００２２】研磨パッド（８）を被加工面（１ａ）に対
して相対的に移動させるとは、研磨中、研磨パッド
（８）と被加工面（１ａ）との位置関係を、両者の接触
状態を維持しながら変化させることを意味する。研磨
中、研磨パッド（８）を被加工面（１ａ）に対して相対
的に移動させることにより、被加工面（１ａ）全体が研
磨され平坦化される。両者の位置関係を変化させるに
は、研磨パッド（８）を被加工面（１ａ）上で移動させ
てもよく、または逆に被加工物（１）を移動させてもよ
く、あるいは両者を移動させてもよい。図１では、円盤
状の被加工物（１）がチャック部（５）を介して取り付
けられたＸ−Ｙステージ（11）を、研磨パッドで被加工
面（１ａ）全体が研磨されるように、Ｘ軸方向およびＹ
軸方向で直線移動させることによって、研磨パッド
（８）を被加工面（１ａ）に対して相対的に移動させて
いる。

【００２３】本発明の平坦化方法においては、研磨パッ
ド（８）を被加工面（１ａ）に押し付ける際に被加工面
（１ａ）に加える圧力を研磨位置に応じて変化させるこ
とにより各研磨位置における加工レートをコントロール
し、被加工面（１ａ）の全体で加工レートが略一定とな
るようにすることを特徴とする。加工レートは、被加工
面に加える圧力が小さいと小さくなり、被加工面に加え
る圧力が大きいと大きくなる。

【００２４】研磨パッド（８）は、研磨ヘッド（６）に
取り付けられた押圧手段（10）によって被加工面（１
ａ）に押し付けられ、被加工面（１ａ）に圧力を加え
る。押圧手段（10）は、例えば、空圧シリンダー等の機
械的な荷重調節機構である。押圧手段（10）はＸ−Ｙス
テージ（11）とともに圧力制御手段（13）に接続されて
おり、圧力制御手段（13）は両者の作動を制御して、被
加工面（１ａ）の各部分に加えられる圧力をコントロー
ルする。また、被加工面（１ａ）において、一定圧力の
下では加工レートの大きい部分と小さい部分とが生じる
ことが予め判っている場合には、圧力制御手段（13）
に、各部分の位置情報および加工レートの大小等の情報
を入力し、コントロールされた圧力を自動的に被加工面
（１ａ）の各部分に加えることも可能である。

【００２５】図１に示す態様では、基板（２）に薄膜
（３）を形成した被加工面（１ａ）において、基板
（２）表面に溝部（２ａ）が隣接して形成された環状部
分（４ａ）では、溝部（２ａ）に追随するようにして凹
凸部が存在し、溝部が形成されていない中央円形部分
（４ｂ）では平坦部が存在することとなるが、このよう
な被加工面においては、図５を参照して説明したよう
に、凹凸を有する環状部分（４ａ）の方が加工レートは
大きく、平坦な中央円形部分（４ｂ）の方が加工レート
は小さくなる傾向にある。したがって、研磨パッド
（８）を被加工面（１ａ）に押し付ける際に被加工面
（１ａ）に加える圧力は、環状部分（４ａ）において小
さくなるようにして、加工レートを被加工面（１ａ）に
おいて略一定にすることが望ましい。図１に、被加工面
（１ａ）の直径上で研磨パッド（８）を矢印（12ａ）方
向に相対的に移動させた場合の被加工面（１ａ）に加え
る圧力と加工レートとの関係をグラフで示す。なお、図
１のグラフにおいて、圧力は、便宜上、研磨パッドの中
心点における圧力を示しているが、研磨パッドから被加
工面に加えられる圧力は研磨パッドのいずれの点におい
ても同一である。従って、例えば、図１のグラフにおい
て、研磨パッドの中心が環状部分（４ａ）と中央円形部
分（４ｂ）との境界付近にあって、研磨パッド（８）が
環状部分（４ａ）および中央円形部分（４ｂ）の両方に
跨っている場合には、環状部分（４ａ）の一部分におい
て高い圧力が加えられることがある。

【００２６】被加工面（１ａ）に加える圧力の具体的な
大きさ、および環状部分（４ａ）における圧力（Ａ）と
中央円形部分（４ｂ）における圧力（Ｂ）との比（Ａ／
Ｂ）は、溝の寸法およびピッチ、薄膜を形成する材料の
種類、薄膜の厚さ、ならびに溝壁面の堆積膜厚すなわち
ステップカバレージ等に応じて適宜選択することができ
る。例えば、円盤状のシリコン基板（２）に、幅２μ
ｍ、深さ０．５μｍの溝を４μｍピッチで基板（２）の
周縁部から基板の中心に向かって半径の約３／５にわた
って形成し、スパッタリングにより厚さ１μｍのコバル
ト薄膜を形成した場合には、圧力（Ｂ）を０．０５〜
０．１kgf／cm²とし、圧力比（Ａ／Ｂ）を０．５〜０．
９とすることが好ましい。

【００２７】被加工面に加える圧力を高くする部分と低
くする部分との境界線上における圧力は、例えば図１の
グラフに示すように、研磨パッドの中心が境界線に達し
たときに急増減させてもよい。また、研磨パッドの中心
が境界線に達した瞬間、被加工面に加える圧力をゼロに
して、研磨パッドを中央円形部分（４ｂ）から環状部分
（４ａ）へ、あるいは環状部分（４ａ）から中央円形部
分（４ｂ）へ移行させてもよい。また、境界線付近で圧
力を漸減あるいは漸増させて、研磨パッドを中央円形部
分（４ｂ）から環状部分（４ａ）へ、あるいは環状部分
（４ａ）から中央円形部分（４ｂ）移行させてもよい。

【００２８】本発明の平坦化方法の別の実施態様を、装
置とともに図２に示す。図２において、図１と同じ符号
で表される部品および要素等は、特に断りのない限り図
１と同じ要素および部品であり、その機能等は図１と同
じである。図２に示す態様では、被加工物（１）を固定
したチャック部（５）が回転ステージ（15）を介してＸ
ステージ（14）の上に置かれていること、また、被加工
面（１ａ）に研磨パッド（８）を押し付ける押圧手段
が、流体を封入した密閉容器（16）、弾性材料から成る
壁（17）および圧力調整器（18）から構成されている点
において、図１に示す実施態様と異なる。

【００２９】図２では、被加工物（１）はチャック部
（５）に固定され、チャック部（５）は回転ステージ
（15）の上に置かれ、回転ステージ（15）は、Ｘ軸方向
にのみ移動可能なＸステージ（14）の上に置かれてい
る。被加工物（１）は回転ステージ(15）の回転により
回転させられる。図２に示す実施態様では、円盤状であ
る被加工物（１）が、その中心を回転中心とし、回転中
心を通り被加工面（１ａ）に垂直である軸を回転軸とし
て回転するようになっている。したがって、研磨パッド
（８）を被加工面（１ａ）に対して相対的に移動させる
に際し、被加工物（１）（基板（２））の半径方向に沿
って研磨パッド（８）を被加工物（１）に対して相対的
に往復移動させることにより、研磨を被加工面（１ａ）
の全体にわたって実施することが可能となる。図２にお
いては、研磨パッド（８）の中心が基板（２）の半径
内、すなわち矢印（12ｂ）で示される範囲内に存在する
ように被加工物（１）をＸステージ（14）で移動させる
ことによって、研磨パッド（８）を被加工面（１ａ）に
対して相対的に往復移動させている。この移動方法によ
れば、被加工物（１）の移動量が少なくてすみ、迅速に
平坦化加工を行うことができる。また、別法として、研
磨パッド（８）を基板（２）の直径方向に沿って基板に
対して相対的に往復移動させる、すなわち研磨パッド
（８）の中心が被加工物（１）の直径内に存在するよう
に被加工物（１）をＸステージ（14）で移動させてもよ
い。

【００３０】図２に示す被加工物（１）は図１の被加工
物（１）と同じであるから、図１で説明したように、凹
凸を有する環状部分（４ａ）の方が加工レートは大き
く、平坦な中央円形部分（４ｂ）の方が加工レートは小
さくなる傾向にある。したがって、研磨パッドを被加工
面に押し付ける際に被加工面に加える圧力は、図２のグ
ラフに示すように環状部分（４ａ）において小さくなる
ようにして、加工レートを被加工面（１ａ）の全体にお
いて略一定にすることが望ましい。なお、図２の態様で
は、研磨パッド（８）は矢印（12ｂ）の範囲内のみで移
動させればよいので、加工レートと圧力との関係は、被
加工物（１）の半径の範囲内においてのみ示している。
また、被加工面（１ａ）の各部分に加える好ましい圧力
の大きさ等は、図１を参照して説明したとおりである。

【００３１】図２に示す態様では、研磨パッド（８）を
介して被加工面（１ａ）に圧力を加えるための押圧手段
が、密閉容器（16）内に封入された流体に、圧力調整器
（18）によって加えられた圧力により加圧する構造とな
っていて、密閉容器（16）の研磨パッド（８）に接触す
る壁（17）が弾性材料で構成され、この壁を介して、流
体に加えられた圧力を研磨パッド（８）に伝達すること
によって、研磨パッド（８）を被加工面（１ａ）に押し
付けるようになっている。

【００３２】すなわち、密閉容器（16）に封入された流
体を例えば機械的に加圧することによって、その圧力を
増加させると、弾性材料から成る壁（17）が膨らむた
め、壁（17）に接触している研磨パッド（８）が被加工
面（１ａ）に押し付けられて被加工面（１ａ）に圧力を
与えることとなる。流体は具体的には空気のような気
体、あるいは水のような液体であってよいが、装置を簡
易なものとし、取り扱いを容易にするためには、流体は
空気であることが好ましい。流体に加える圧力を調整す
る圧力調整器（18）は、流体の圧力を増減させることが
できるものであればよく、例えばコンプレッサーのよう
な流体を加圧する機械的な手段であってよい。また、流
体に加える圧力は、被加工面（１ａ）全体の加工レート
が略均一となるように、圧力制御手段（13）によってコ
ントロールされる。

【００３３】この押圧手段は弾性材料から成る壁（17）
の上に流体が存在する構成となっているので、被加工面
（１ａ）に通常存在するうねりに研磨パッド（８）がよ
り追随しやすくなるという利点がある。また、流体に加
える圧力は短時間で変化させることができるため、圧力
制御手段（13）からの指示に対して良好な応答性を示
す。したがって、図２に示す押圧手段によれば、精度良
く加工レートを変化させることができる。

【００３４】図２では、モーター（９）により、ベルト
（19）を介して密閉容器（16）を回転させ、それにより
密閉容器（16）に取り付けた研磨パッド（８）を回転さ
せるようになっている。図２に示す態様においても、研
磨パッド（８）は図１に示す態様と同様、円盤状である
研磨パッドの中心を回転中心とし、回転中心を通る軸を
回転軸として回転する。

【００３５】図３は、本発明の平坦化加工方法および平
坦化加工装置のさらに別の実施態様を示すものである。
図３において、図１と同じ符号で表される部品および要
素等は、特に断りのない限り図１と同じ要素および部品
であり、その機能等は図１と同じである。図３の実施態
様においては、被加工物（１）の被加工面（１ａ）にお
ける平坦化加工の状態の情報を得る手段としてのカメラ
（20）、カメラ（20）より得られた情報から平坦化加工
の状態を認識する表面状態認識部としての画像認識装置
（21）、および圧力制御部（22）が設けられている点に
おいて図１に示す実施態様とは異なる。

【００３６】図３の実施態様において、被加工物（１）
は、溝部（２ａ）が隣接して形成された基板（２）表面
上に、薄膜（３）が形成され、当該薄膜（３）を形成す
る材料が溝部（２ａ）内に堆積して溝部（２ａ）内にも
薄膜（３）が形成されている被加工面（１ａ）を有す
る。溝部（２ａ）は円盤形態の基板（２）に同心円状に
全面にわたって形成されており、平坦化加工前の被加工
面（１ａ）には、薄膜（３）が溝部（２ａ）に追随して
いるために、全面にわたって凹凸が形成されている。図
３においては、この被加工物（１）から、溝部（２ａ）
内の薄膜以外の薄膜を除去して表面を平坦化するために
平坦化加工が実施される。そして、図１および図２の場
合と異なり、溝部（２ａ）が全面にわたって形成されて
いるために、研磨パッド（８）を被加工面（１ａ）に押
し付ける際に被加工面（１ａ）に加える圧力を変化させ
る必要は本来無い。

【００３７】しかし、表面に形成された薄膜（３）の厚
みが均一でないと、平坦化加工を実施している間に、図
３に示すように、薄膜が除去された部分（４ｄ）と、除
去されていない部分（４ｃ）とが生じる場合がある。薄
膜の除去の状態が異なる部分が混在したまま、被加工面
（１ａ）に加える圧力を変化させないで研磨を継続する
と、必要な部分まで除去されるため好ましくない。

【００３８】そこで、図３の実施態様では、被加工面
（１ａ）の状態の情報を得る手段（20）、および得られ
た情報から平坦化加工の状態を認識する表面状態認識部
（21）によって、被加工面（１ａ）を継続的に観察し、
平坦化加工前あるいは加工中の被加工面（１ａ）の各箇
所における薄膜（３）の厚さの相違に関する情報や、被
加工面（１ａ）に薄膜（３）が除去された部分（４ｄ）
とそうでない部分（４ｃ）とが生じたときにはその情報
を圧力制御部（22）に伝達するようになっている。圧力
制御部（22）は伝達された情報に基づいて、それに接続
された押圧手段（10）およびＸ−Ｙステージ（11）の作
動をコントロールして、被加工面（１ａ）の各部分に加
える圧力をコントロールする。なお、被加工面の状態の
情報を得る手段（20）は研磨に先立って情報を得るよう
に配置されることが好ましく、例えば図示した態様では
Ｘ方向に関して左に向かって研磨パッド（８）が進行す
るときのみ研磨が実施され、それに先立って当該手段
（20）により情報を得ることが好ましい。

【００３９】図３では、被加工面（１ａ）の状態の情報
を得る手段（20）は、被加工面の状態を撮像するカメラ
であり、得られた情報から被加工面（１ａ）の平坦化加
工の状態を認識する表面状態認識部（21）は、例えば、
撮像された画像から薄膜が除去された部分とそうでない
部分とを検出する画像認識装置であるが、それ以外の装
置、例えば特定波長の光を被加工面に照射した時の反射
率を測定する装置を被加工面の状態の情報を得る手段
（20）とし、反射率の相違から、薄膜が透明な材料で形
成されている場合には加工前もしくは加工中の被加工面
における薄膜の厚さの相違を検出する装置、あるいは加
工中に被加工面において薄膜が除去された部分が生じた
場合に除去された部分と除去されていない部分を検出す
る装置等を表面状態認識部（21）としてもよい。また、
研磨パッド（８）と被加工面（１ａ）との間の摩擦係数
により変化する研磨パッド（８）の回転軸トルクを計測
する装置を被加工面の状態の情報を得る手段（20）と
し、計測値と予め測定した参照値とを比較して表面状態
を判定する装置を表面状態認識部（21）としてもよい。
なお、上述のような被加工面の状態の情報を得る手段
（20）、表面状態認識部（21）、および圧力制御部（2
2）等に関し特に詳細に説明しなかった要素は自体周知
のものである。

【００４０】図３の実施態様において、研磨パッド
（８）を被加工面（１ａ）に対して相対的に移動させる
方法は、図１を参照して説明した方法と同じであり、移
動中、研磨パッド（８）を被加工面（１ａ）に押し付け
る際に被加工面に（１ａ）に加える圧力の大きさと加工
レートとの関係は、図３のグラフに示すとおりである。
薄膜（３）が除去されていない部分（４ｃ）では、研磨
による薄膜（３）の除去が進行するような加工レートと
なる圧力（Ａ）が加えられる。薄膜（３）が除去された
部分（４ｄ）では過剰な研磨を防止するため、圧力を、
研磨が実質的に進行しない圧力、すなわち加工レートが
ほぼゼロとなる圧力（Ｃ）にする。このような平坦化加
工を実施することにより、薄膜の厚みにむらがある場合
でも、必要な部分を除去することなく不要な薄膜のみを
除去して、被加工面を均一に平坦化することができる。

【００４１】このように、図３に示すような圧力制御手
段よれば、被加工面の平坦化加工の状態を実時間で認識
することにより、被加工面に加える圧力もまた実時間で
制御でき、平坦化加工の状態に応じて加工レートを容易
に変化させることができる。このような圧力の制御は、
例えば、平坦化加工前に検出することが難しい薄膜の厚
さむらが被加工面に存在する場合でも、加工開始後にそ
の問題に対処することを可能にするので、過剰あるいは
不十分な薄膜除去の防止に有効である。

【００４２】以上、本発明の平坦化加工方法を具体的な
実施態様に基づいて説明したが、本発明は上記態様に限
定されるものではない。例えば、図２に示す装置に、図
３に示すカメラや画像認識部を組み合わせてもよい。各
装置においては、任意の方法で研磨パッドを被加工面に
対して相対的に移動させることができ、例えば図１に示
した装置で採用した移動方法を図２に示す装置に適用し
てもよい。また、被加工物および研磨パッドの形状は円
盤形状に限定されず、上述の条件を満たす限りにおい
て、その他の形状としてもよい。

【００４３】また、上記説明において特に言及しなかっ
た構成は、通常の平坦化加工方法および平坦化加工装置
で採用されている方法および材料等によって構成された
ものを用いることができる。例えば、被加工物は、真空
吸着やワックス固定剤によりチャック部へ取り付けられ
る。また、研磨パッドは、独立気泡を有するポリウレタ
ン製の発泡体であってよい。

【００４４】本発明の平坦化加工方法および平坦化加工
装置は、ダイヤモンドスラリー、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）
等を研磨液として供給しながら研磨を行う機械研磨（Me
chanical Polishing：ＭＰ）のみならず、コロイダルシ
リカ（ＳｉＯ₂）を研磨液として供給し、機械的な研磨
を行うとともに化学的作用による研磨をも実施する化学
的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭ
Ｐ）においても適用できる。

【００４５】

【発明の効果】本発明による平坦化加工方法および平坦
化加工装置によれば、被加工物の被加工面に、元来、加
工レートが異なる部分が２以上存在する場合であって
も、各部分において研磨パッドを押し付ける際に加える
圧力を変えることにより、被加工面の全体にわたって略
均一な加工レートで研磨が進行するため、被加工面が均
一に平坦化される。したがって、本発明の平坦化加工方
法および平坦化加工装置は、被加工物が、溝部を有する
表面に絶縁性または導電性の材料から成る薄膜が形成さ
れ、当該材料が溝部内に堆積する（または埋め込まれ
る）ことによって溝部内にも薄膜が形成されている基板
であり、平坦化加工が、基板の薄膜形成面を被加工面と
して、溝部内の薄膜以外の薄膜を除去して、隔離された
絶縁部または導電部を有する半導体装置を得ることを目
的として実施される場合に特に適している。すなわち、
本発明によれば、薄膜の形成により、同じ圧力の下では
加工レートが互いに異なる凹凸部と平坦部とが同一面内
に混在していても、あるいは同一面内における薄膜の厚
さが均一でなくても、溝部内の薄膜以外の不要な薄膜だ
けを除去して、被加工面を均一に平坦化できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、本発明の平坦化加工方法および平坦
化加工装置の実施態様の一例を示す模式図である。

【図２】 図２は、本発明の平坦化加工方法および平坦
化加工装置の実施態様の一例を示す模式図である。

【図３】 図３は、本発明の平坦化加工方法および平坦
化加工装置の実施態様の一例を示す模式図である。

【図４】 図４は、本発明の平坦化加工方法および平坦
化加工装置により得られる被加工物の一例の断面図であ
る。

【図５】 図５は、従来の平坦化加工方法および平坦化
加工装置の実施態様の一例を示す模式図である。

【図６】 図６の（ａ）および（ｂ）は、従来の平坦化
加工方法および平坦化加工装置により得られる被加工物
の一例の断面図である。

【符号の説明】

１...被加工物、１ａ...被加工面、１ｃ...半導体デバ
イス、２...基板、２ａ...溝部、２ｂ...絶縁部または
導電部、３...薄膜、４ａ...溝部が形成されている部
分、４ｂ...溝部が形成されていない部分、４ｃ...薄膜
が除去されていない部分、４ｄ...薄膜が除去されてい
る部分、５...チャック部、６...研磨ヘッド、７...弾
性体、８...研磨パッド、９...回転手段、10...押圧手
段、11...Ｘ−Ｙステージ、12ａ，12b...移動方向、1
3...圧力制御手段、14...Ｘステージ、15...回転ステー
ジ、16...密閉容器、17...弾性材料から成る壁、18...
圧力調整器、19...ベルト、20...被加工面の状態の情報
を得る手段（カメラ）、21...表面状態認識部（画像認
識部）、22...圧力制御部、101ａ，101ｂ...従来の平坦
化加工方法による加工品、107...弾性体、108...研磨パ
ッド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C043 BA01 BA09 BA13 CC07 DD02 DD04 EE04 3C049 AA07 AA12 AA16 AB01 AC04 BA05 BB02 BB06 CA01 CB01

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物の被加工面を平坦化する平坦化
   加工方法において、被加工面よりも小さな研磨面を有す
   る研磨パッドを、被加工面に押し付けながら回転させ、
   研磨パッドを被加工面に対して相対的に移動させて被加
   工面を研磨するに際し、研磨パッドを被加工面に押し付
   ける際に被加工面に加える圧力を、被加工面の研磨位置
   によって変化させることを特徴とする平坦化加工方法。
2. 【請求項２】 被加工物は、表面に溝部が形成され、当
   該溝部を含む表面に薄膜が形成されている基板であり、
   被加工面は、当該薄膜が形成された面であり、平坦化加
   工が、溝部内の薄膜以外の薄膜を除去して被加工面を平
   坦化するために実施される請求項１に記載の平坦化加工
   方法。
3. 【請求項３】 基板表面は、溝部が隣接して形成されて
   いる部分および溝部が形成されていない部分を有し、研
   磨パッドの研磨面がいずれの部分よりも小さく、研磨パ
   ッドを被加工面に押し付ける際に被加工面に加える圧力
   を、基板表面に溝部が隣接して形成されている部分と、
   溝部が形成されていない部分とで異なるようにすること
   を特徴とする請求項２に記載の平坦化加工方法。
4. 【請求項４】 基板および研磨パッドが円盤形態であ
   り、基板表面が、溝部が形成されていない中央円形部
   分、および該中央円形部分を囲む溝部が隣接して形成さ
   れている環状部分とから成り、研磨パッドの研磨面の直
   径は、溝部が隣接して形成されている環状部分の基板の
   半径方向の幅よりも小さく、かつ溝部が形成されていな
   い中央円形部分の直径よりも小さいことを特徴とする請
   求項２または請求項３に記載の平坦化加工方法。
5. 【請求項５】 基板を回転させるとともに、基板の半径
   または直径方向に沿って研磨パッドを基板に対して相対
   的に往復移動させることにより、研磨パッドを被加工面
   に対して相対的に移動させることを特徴とする請求項４
   に記載の平坦化加工方法。
6. 【請求項６】 被加工面において、基板表面に形成され
   た溝部内の薄膜を除き、薄膜が除去された部分および薄
   膜が除去されていない部分が生じたときに、研磨パッド
   を被加工面に押し付けるに際し、被加工面に加える圧力
   を、それぞれの部分において変化させることを特徴とす
   る請求項２〜５のいずれか一項に記載の平坦化加工方
   法。
7. 【請求項７】 薄膜が磁性体材料から成る請求項２〜６
   のいずれか一項に記載の平坦化加工方法。
8. 【請求項８】 被加工物の被加工面を平坦化する平坦化
   加工装置であって、 ａ）被加工物を固定支持するチャック部； ｂ）被加工面より小さい研磨面を有する研磨パッド； ｃ）研磨パッドを回転させる回転手段； ｄ）研磨パッドを被加工面に押し付ける押圧手段； ｅ）研磨パッドを被加工面に押し付ける際に被加工面に
   加える圧力を変化させる圧力制御手段；および ｆ）研磨パッドを被加工面に対して相対的に移動させる
   移動手段を備えて成る、平坦化加工装置。
9. 【請求項９】 研磨パッドが円盤形態である請求項８に
   記載の平坦化加工装置。
10. 【請求項１０】 円盤形態の被加工物を平坦化する平坦
    化加工装置であって、チャック部を回転させる回転手段
    をさらに有して成り、移動手段が被加工物の半径または
    直径方向に沿って研磨パッドを基板に対して相対的に往
    復移動させるものである請求項９に記載の平坦化加工装
    置。
11. 【請求項１１】 押圧手段が、密閉容器内に封入された
    流体に加えられた圧力により研磨パッドを被加工面に押
    圧する構造であり、密閉容器の研磨パッドに接触する壁
    の少なくとも一部が弾性材料で構成されて成り、流体に
    加えられた圧力を、弾性材料を介して研磨パッドに伝達
    することによって、研磨パッドを被加工面に押し付ける
    ようになっている請求項８〜１０のいずれか一項に記載
    の平坦化加工装置。
12. 【請求項１２】 流体が空気である請求項１１に記載の
    平坦化加工装置。
13. 【請求項１３】 圧力制御手段が、被加工面の状態の情
    報を得る手段、得られた情報から平坦化加工の状態を認
    識する表面状態認識部、および表面状態認識部で認識さ
    れた被加工面の平坦化加工の状態に応じて、研磨パッド
    を被加工面に押し付ける際に被加工面に加える圧力をコ
    ントロールする圧力制御部から成る請求項８〜１２のい
    ずれか一項に記載の平坦化加工装置。