JP2001054853A

JP2001054853A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2001054853A
Application number: JP23231199A
Authority: JP
Inventors: Akira Ishikawa; 彰石川; Tatsuya Chiga; 達也千賀
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 1999-08-19
Publication date: 2001-02-27

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のＣＭＰ用研磨装置は、硬質研磨パッド
を用いた場合、シリコンウエハ周辺部の研磨速度とシリ
コンウエハ中心部の研磨速度に差が生じ、不均一な研磨
が行われてしまうという問題があった。本発明は硬質研
磨パッドを用いた場合でもシリコンウエハの研磨面内の
研磨量の均一性が良い研磨装置を提供する。【解決手段】本発明に係る研磨装置は、研磨対象物保
持具に設置されている２個以上の流体加圧方式加圧バッ
グを用い、バッキング材を介して研磨対象物であるシリ
コンウエハに圧力を加えることにより、研磨部材とシリ
コンウエハの間に加える荷重をシリコンウエハの研磨面
内で２以上の異なる値にすることが可能となる。これに
より、シリコンウエハの研磨面内で研磨速度の差を低減
することができ、研磨面内の研磨量の均一性が向上す
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、例えばＵＬＳＩな
どの半導体デバイスを製造するプロセスにおいて実施さ
れる半導体デバイスの平坦化研磨に用いるのに好適な研
磨装置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
表面に於ける段差の存在は、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をもたら
す。また、絶縁膜では耐電圧劣化やリークの発生にもつ
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】具体的に示すと、半導体製造プロセスにお
いては、図６（ａ）、（ｂ）に示すような平坦化技術が
必須になってきている。図６（ａ）、（ｂ）は、半導体
製造プロセスにおける平坦化技術の概念図であり、半導
体デバイスの断面図である。図６（ａ）、（ｂ）におい
て、２１はシリコンウエハ、２２はＳｉＯ₂からなる層
間絶縁膜、２３はＡｌからなる金属膜、２４は半導体デ
バイスである。

【０００５】図６（ａ）は半導体デバイスの表面の層間
絶縁膜２２を平坦化する例である。図６（ｂ）は半導体
デバイスの表面の金属膜２３を研磨し、いわゆるダマシ
ン（damascene）を形成する例である。このような半導
体デバイスの表面を平坦化する方法としては、化学的機
械的研磨（Chemical Mechanical Polishing又はChemica
l Mechanical Planarization、以下ではＣＭＰと称す）
技術が広く行われている。現在、ＣＭＰ技術はシリコン
ウエハの全面を平坦化できる唯一の方法である。

【０００６】ＣＭＰはシリコンウエハの鏡面研磨法を基
に発展しており、図７に示すようなＣＭＰ装置を用いて
行われている。図７において、１３１は研磨部材、１３
２は研磨対象物保持具、１３３は研磨対象物（シリコン
ウエハ）、１３４は研磨剤供給部、１３５は研磨剤であ
る。研磨部材１３１は、定盤１３６の上に研磨体１３７
を貼り付けたものである。研磨体としては、シート状の
発泡ポリウレタンが多く用いられている。

【０００７】研磨対象物１３３は研磨対象物保持具１３
２により保持され、回転させながら揺動して、研磨部材
１３１の研磨体１３７に所定の圧力で押し付けられる。
研磨部材１３１も回転させ、研磨対象物１３３の間で相
対運動を行わせる。この状態で、研磨剤１３５は研磨剤
供給部１３４から研磨体１３７上に供給され、研磨剤１
３５は研磨体１３７上で拡散し、研磨部材１３１と研磨
対象物１３３の相対運動に伴って研磨体１３７と研磨対
象物１３３の間に入り込み、研磨対象物１３３の研磨面
を研磨する。即ち、研磨部材１３１と研磨対象物１３３
の相対運動による機械的研磨と、研磨剤１３５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。

【０００８】研磨対象物の研磨量と上述した研磨条件の
関係は、（式１）に示されるPreston式と呼ばれる経験
式により与えられる。Ｒ０＝ｋ×Ｐ×Ｖ（式１）ここで、Ｒ０は研磨対象物の研磨量、Ｐは研磨対象物を
研磨体に押し付ける単位面積当たりの圧力、Ｖは研磨部
材と研磨対象物の相対運動による相対線速度、ｋは比例
定数である。

【０００９】ところで、ＣＭＰにおいては、研磨体１３
７に圧縮弾性率（見掛圧縮弾性率）が１５ｋｇ／ｍｍ²
前後の軟質研磨パッドが多く用いられてきた。軟質研磨
パッドではシリコンウエハ周辺部において研磨速度が極
端に大きい、いわゆる縁だれ現象が発生するという問題
や、軟質研磨パッドがシリコンウエハ上のパターンの凹
凸に沿うように変形して、パターンの凸部だけでなく凹
部まで研磨されてしまう段差解消性（研磨平坦性）が悪
いという問題が生じる。このため、最近では研磨体とし
て、より弾性率の高い（表面硬度の大きい）、硬質研磨
パッドが用いられるようになってきた。しかし、一般
に、圧縮弾性率（見掛圧縮弾性率）が３０ｋｇ／ｍｍ²
以上の硬質研磨パッドを用いた研磨の場合、段差解消度
が改善される反面、研磨対象物の研磨面内の研磨量の均
一性が低下する問題がある。

【００１０】この問題を解決するために、シリコンウエ
ハに均一に荷重を加えつつ、シリコンウエハを研磨体に
沿わせるように変形させ研磨を行う、ハイドロチャック
方式、フローティングヘッド方式などの流体加圧方式が
特開平８−２２９８０４号公報などに提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、理論的
には均一な荷重が可能な流体加圧方式においても、実際
には研磨処理枚数と共に、シリコンウエハ周辺部の研磨
速度とシリコンウエハ中心部の研磨速度に差が生じ、不
均一な研磨が行われてしまう。シリコンウエハ周辺部の
不均一な研磨は、１枚のシリコンウエハから得られる半
導体デバイスの数を減少させるため、避けなければなら
ない問題である。

【００１２】本発明は上記問題を解決するためになされ
たもので、硬質研磨パッドを用いても研磨面内の研磨の
均一性が良い研磨装置を提供することを目的としてい
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意研究の
結果、流体加圧によるシリコンウエハへの均一荷重の付
加を行っても、研磨体の摩耗、リテーナーリングの接触
具合の変化などにより、研磨体とシリコンウエハの接触
形態が、シリコンウエハの中心付近とシリコンウエハ周
辺付近で異なり、リング状に研磨の不均一が生じること
を見出し、本発明をなすに至った。

【００１４】即ち上記課題を解決するため、本発明に係
わる研磨装置は、研磨部材と研磨対象物の間に研磨剤を
介在させた状態で、該研磨部材と該研磨対象物の間に荷
重を加え、且つ相対移動させることにより、前記研磨対
象物を研磨する研磨装置において、前記研磨部材と前記
研磨対象物の間に加える荷重は、前記研磨対象物の研磨
面内で２以上の異なる値である（請求項１）。

【００１５】前記研磨装置によれば、研磨部材と前記研
磨対象物の間に加える荷重を研磨対象物の研磨面内で２
以上の異なる値にすることにより、上述のPreston式か
らわかるように研磨対象物の研磨速度は変化する。これ
により、研磨対象物の研磨面内で研磨速度の差を低減す
ることができるので、研磨対象物の研磨面内の研磨量の
均一性は、向上する。よって、研磨対象物が複数の半導
体デバイスが形成されているシリコンウエハである場
合、１枚のシリコンウエハから得られる半導体デバイス
の数が増加するため、半導体製造プロセスの歩留まりが
向上し、半導体デバイスの製造費用を低減することがで
きるという効果を有する。

【００１６】また、前記研磨対象物を保持し、且つ前記
研磨対象物を前記研磨部材に押し当てる研磨対象物保持
具を有し、該研磨対象物保持具は、２個以上の流体加圧
方式加圧バッグを有し、前記２個以上の流体加圧方式加
圧バッグは、前記研磨対象物に圧力を加え、前記研磨部
材と前記研磨対象物の間に加える荷重を発生させること
が好ましい（請求項２）。これにより、研磨対象物保持
具に設置されている２個以上の流体加圧方式加圧バッグ
を用いることにより、研磨部材と前記研磨対象物の間に
加える荷重を研磨対象物の研磨面内で２以上の異なる値
にすることが可能となり、研磨対象物の研磨面内で研磨
速度の差を低減することができるので、研磨対象物の研
磨面内の研磨量の均一性が向上する。よって、研磨対象
物が複数の半導体デバイスが形成されているシリコンウ
エハである場合に、１枚のシリコンウエハから得られる
半導体デバイスの数が増加するため、半導体製造プロセ
スの歩留まりが向上し、半導体デバイスの製造費用を低
減することができるという効果を有する。

【００１７】また、前記研磨対象物を保持し、且つ前記
研磨対象物を前記研磨部材に押し当てる研磨対象物保持
具を有し、該研磨対象物保持具は、前記研磨対象物と全
面で接触しているバッキング材と、前記研磨対象物保持
具の内部に固定されている支持剛体と、前記バッキング
材と前記支持剛体の間に配置されている２個以上の流体
加圧方式加圧バッグを有し、前記２個以上の流体加圧方
式加圧バッグは、前記バッキング材を介して、前記研磨
対象物に圧力を加え、前記研磨部材と前記研磨対象物の
間に加える荷重を発生させることが好ましい（請求項
３）。これにより、研磨対象物保持具に設置されている
２個以上の流体加圧方式加圧バッグを用い、バッキング
材を介して研磨対象物に圧力を加えることにより、研磨
部材と前記研磨対象物の間に加える荷重を研磨対象物の
研磨面内で２以上の異なる値にすることが可能となり、
研磨対象物の研磨面内で研磨速度の差を低減することが
できるので、研磨対象物の研磨面内の研磨量の均一性が
向上する。よって、研磨対象物が複数の半導体デバイス
が形成されているシリコンウエハである場合に、１枚の
シリコンウエハから得られる半導体デバイスの数が増加
するため、半導体製造プロセスの歩留まりが向上し、半
導体デバイスの製造費用を低減することができるという
効果を有する。

【００１８】また、前記２個以上の流体加圧方式加圧バ
ッグの内、１個の流体加圧方式加圧バッグは、円盤状で
あり、残りの１個以上の流体加圧方式加圧バッグは、前
記円盤状の流体加圧方式加圧バッグを取り囲むように配
置されていて、且つ中心が前記円形の流体加圧方式加圧
バッグと共通であるドーナツ状であることが好ましい
（請求項４）。これにより、研磨対象物の中央部と研磨
対象物の周辺部での研磨速度を均一にすることが可能と
なり、研磨面内の中央部と周辺部での研磨量の均一性を
向上させることができる。よって、研磨対象物が複数の
半導体デバイスが形成されているシリコンウエハである
場合に、１枚のシリコンウエハから得られる半導体デバ
イスの数が増加するため、半導体製造プロセスの歩留ま
りが向上し、半導体デバイスの製造費用を低減すること
ができるという効果を有する。

【００１９】また、前記２個以上の流体加圧方式加圧バ
ッグは、ハニカム状に配置されていることが好ましい
（請求項５）。これにより、研磨量の不均一が研磨対象
物の中央部と研磨対象物の周辺部以外で発生しても、研
磨対象物に加える圧力を研磨面内でハニカム状の分布に
することにより、研磨面内の研磨速度を均一にすること
が可能となり、研磨面内の研磨量の均一性を向上させる
ことができる。よって、研磨対象物が複数の半導体デバ
イスが形成されているシリコンウエハである場合に、１
枚のシリコンウエハから得られる半導体デバイスの数が
増加するため、半導体製造プロセスの歩留まりが向上
し、半導体デバイスの製造費用を低減することができる
という効果を有する。

【００２０】また、前記研磨対象物保持具は、前記２個
以上の流体加圧方式加圧バッグの各々の間を仕切る壁を
さらに有することが好ましい（請求項６）。これによ
り、流体加圧方式加圧バッグの圧力が発生する方向をシ
リコンウエハ側に限ることができるので、流体加圧方式
加圧バッグの圧力の変化に対する研磨対象物の研磨量の
変化が大きくなり、研磨対象物の研磨量の調整がし易く
なる。

【００２１】前記研磨対象物と前記研磨部材の間に加え
る２以上の異なる荷重は、前記研磨対象物の研磨面内の
研磨速度差を相殺する値に設定されていることが好まし
い（請求項７）。これにより、研磨対象物の研磨面内で
研磨速度の差を低減することができるので、研磨対象物
の研磨面内の研磨量の均一性が向上する。これにより、
研磨対象物が複数の半導体デバイスが形成されているシ
リコンウエハである場合に、１枚のシリコンウエハから
得られる半導体デバイスの数が増加するため、半導体製
造プロセスの歩留まりが向上し、半導体デバイスの製造
費用を低減することができるという効果を有する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の実施の
形態を説明する。先ず、本発明に係る研磨対象物保持具
（以下では研磨ヘッドと称す）を説明する。図１は、本
発明に係る研磨ヘッドの概略構成を示す断面図である。
本発明に係る研磨ヘッドにおいて、３個の流体加圧方式
加圧バッグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが支持剛体１２とバ
ッキング材であるＰＥＴフィルム１５の間に配置されて
いる。３個の流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、１１ｂ、
１１ｃは、１個の円盤状の流体加圧方式加圧バッグ１１
ａと２個のドーナツ状の流体加圧方式加圧バッグ１１
ｂ、１１ｃである。円盤状の流体加圧方式加圧バッグ１
１ａは、その中心が研磨ヘッドの回転軸（不図示）とほ
ぼ一致するように配置されている。ドーナツ状の流体加
圧方式加圧バッグ１１ｂは、その中心が円盤状の流体加
圧方式加圧バッグ１１ａと共通するように配置されてい
て、且つ、円盤状の流体加圧方式加圧バッグ１１ａの外
側に配置されている。ドーナツ状の流体加圧方式加圧バ
ッグ１１ｃは、その中心が円盤状の流体加圧方式加圧バ
ッグ１１ａと共通するように配置されていて、且つ、ド
ーナツ状の流体加圧方式加圧バッグ１１ｂの外側に配置
されている。

【００２３】このように円盤状の流体加圧方式加圧バッ
グ１１ａ及び２個のドーナツ状の流体加圧方式加圧バッ
グ１１ｂ、１１ｃは、研磨対象物であるシリコンウエハ
（不図示）を３つの領域に分割するように配置されてい
る。各流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ
の間には隙間ができ、加圧が不連続になりやすい。これ
を軽減するため流体加圧方式加圧バッグの材質は、弾性
率が小さいゴムが良く、１mm以下の厚さが望ましい。材
質としてはラテックス、ブチルゴム、シリコンゴム、ネ
オプレンゴム、フッ素樹脂ゴムなどが上げられる。本発
明に係る研磨ヘッドの流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、
１１ｂ、１１ｃは、厚さ０.２mmのラテックスで作製さ
れている。

【００２４】各流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、１１
ｂ、１１ｃは、それぞれに圧縮空気の供給及び各流体加
圧方式加圧バッグ内の空気量の制御ができるように、円
盤状の流体加圧方式加圧バッグ１１ａには電空レギュレ
ーター１３ａと配管１３ａ’が、ドーナツ状の流体加圧
方式加圧バッグ１１ｂには電空レギュレーター１３ｂと
配管１３ｂ’が、ドーナツ状の流体加圧方式加圧バッグ
１１ｃには電空レギュレーター１３ｃと配管１３ｃ’が
接続されている。電空レギュレーター１３ａ、１３ｂ、
１３ｃは、それぞれ配管を介して圧縮空気ボンベ（不図
示）に接続している。

【００２５】また、各流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、
１１ｂ、１１ｃは、厚さ０.２mmの壁１４ａ、１４ｂに
より仕切られている。壁１４ａは円盤状の流体加圧方式
加圧バッグ１１ａとドーナツ状の流体加圧方式加圧バッ
グ１１ｂの間に配置されていて、壁１４ｂはドーナツ状
の流体加圧方式加圧バッグ１１ｂとドーナツ状の流体加
圧方式加圧バッグ１１ｃの間に配置されている。壁１４
ａ、１４ｂで仕切られていることにより圧力による流体
加圧方式加圧バッグの変形は、シリコンウエハ（不図
示）が配置している方向（図１のＺ方向）にのみ生じ
る。

【００２６】流体加圧方式加圧バッグとシリコンウエハ
（不図示）の間にはバッキング材である厚さ０.２mmの
ＰＥＴフィルム１５が配置されている。ＰＥＴフィルム
１５は最外周に配置されているドーナツ状の流体加圧方
式加圧バッグ１１ｃの頂点３カ所１６において約φ２mm
の円形の面積で接着されている。シリコンウエハ（不図
示）は、ＰＥＴフィルム１５とシリコンウエハの間に付
けられた水の表面張力により保持される。

【００２７】支持剛体１２はＯリング１７を介し、研磨
ヘッド１８に固定されている。そして、支持剛体裏の空
間２０に圧縮空気を導入し、支持剛体１２をピストンの
ように押し引きできるよう電空レギュレーター１３ｄと
配管１３ｄ’が配置されている。電空レギュレーター１
３ｄは配管を介して圧縮空気ボンベ（不図示）に接続し
ている。

【００２８】以上説明した構成により、図２に示すよう
に、支持剛体裏の空間２０内の空気量の増加により発生
する圧力により、支持剛体１２を介し流体加圧方式加圧
バッグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ全体の加圧が可能であ
る。且つ、各流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、１１ｂ、
１１ｃ内の空気量の増加により発生する圧力により、各
流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより
分割されている研磨対象物であるシリコンウエハ４６の
３つの領域へ、バッキング材であるＰＥＴフィルム１５
を介して個別に加圧することができる。図２は本発明に
係る研磨ヘッドの流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、１１
ｂ、１１ｃ及び支持剛体裏の空間２０に圧縮空気を供給
した時のシリコンウエハ４６の研磨面の変形の様子を示
す断面図である。（図２の矢印の長さは、それぞれの流
体加圧方式加圧バッグによる圧力の大きさを示す）。こ
れにより、本発明に係る研磨ヘッドを研磨装置に搭載し
た場合、研磨装置の研磨部材と研磨対象物（シリコンウ
ェハ４６）の間に加える荷重を、各流体加圧方式加圧バ
ッグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより分割されている研磨
対象物（シリコンウエハ４６）の３つの領域ごとに異な
る値とすることができる。また、各流体加圧方式加圧バ
ッグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを壁１４ａ、１４ｂで仕切
ることにより流体加圧方式加圧バッグの圧力の変化に対
する研磨対象物の研磨量の変化が大きくなり、研磨対象
物の研磨量の調整がし易くなる。よって、各流体加圧方
式加圧バッグを壁で仕切ることは、好ましい。

【００２９】また、研磨ヘッド１８の外周には、研磨時
のシリコンウエハ４６の飛び出しを防止するため、リテ
ーナーリング１９が取り付けられている。また、バッキ
ング材１５は、流体加圧方式加圧バッグの変形を効率よ
く研磨対象物であるシリコンウエハに伝えるため、薄い
（弾性変形量が小さい）方が好ましい。

【００３０】また、本発明に係る研磨ヘッドの流体加圧
方式加圧バッグの分割数は、３であるが、流体加圧方式
加圧バッグの好適な分割数は、加工対象となるシリコン
ウエハの直径により異なる。例えば、６インチサイズの
分割数は２〜７、８インチサイズの分割数は２〜１１、
１２インチサイズの分割数は２〜１５が好ましい。ま
た、流体加圧方式加圧バッグが同心円状に分割されてい
る場合、流体加圧方式加圧バッグの一つの分割サイズ
は、２〜１５mm程度が好ましい。そして、分割位置がシ
リコンウエハの周辺部では、分割数が多い方がシリコン
ウエハに加圧する圧力の調整をより細かく行えるので好
ましい。

【００３１】また、各流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、
１１ｂ、１１ｃ及び支持剛体裏の空間２０には、圧縮空
気を導入するとしたが、他の気体や液体でも良い。ま
た、本発明に係る研磨ヘッドでは、３個の流体加圧方式
加圧バッグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、支持剛体１２と
バッキング材であるＰＥＴフィルム１５の間に配置さ
れ、各流体加圧方式加圧バッグは壁１４ａ、１４ｂによ
り仕切られている。しかし、３個の流体加圧方式加圧バ
ッグ１１ａ、１１ｂ、１１ｃが直接シリコンウエハに接
続していて、３個の流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、１
１ｂ、１１ｃのみでシリコンウエハに圧力を加圧できる
構成となっている場合、支持剛体１２、バッキング材で
あるＰＥＴフィルム１５、壁１４ａ、１４ｂは省いても
良い。

【００３２】また、本発明に係る研磨ヘッドでは、３個
の流体加圧方式加圧バッグが同心円状に分割されている
が、流体加圧方式加圧バッグの分割形状がハニカム状と
なるような形状としても良い。同心円状の不均一性を補
正するためには、流体加圧方式加圧バッグが同心円状に
分割されていることが、好ましいが、流体加圧方式加圧
バッグがハニカム状に分割していることにより研磨の不
均一性が同心円状でない研磨装置でも研磨の均一性を向
上させることができる。

【００３３】また、各流体加圧方式加圧バッグ１１ａ、
１１ｂ、１１ｃの荷重を設定する前にダミーシリコンウ
エハを研磨して、その研磨の不均一性から荷重を設定す
ることが好ましい。また、１度のダミーシリコンウエハ
の研磨で設定した圧力では、均一性があまり良くない場
合はダミーシリコンウエハの研磨及び荷重の設定を繰り
返して行っても良い。

【００３４】

【実施例】［実施例１］実験ではφ８００mmのＡｌ定盤
上でエポキシ樹脂を硬化した後、機械加工で平面及び溝
構造を形成し、研磨体３７である硬質研磨パッドを作製
した。まず図３に示す、硬質研磨パッド３７及び研磨定
盤３６からなる研磨部材３１と、研磨ヘッド３２の回転
及び研磨ヘッド３２の揺動による相対運動で研磨対象物
３３の研磨を行う研磨装置に、図８に示す従来の研磨ヘ
ッド６３を取り付けた。図８は従来の研磨ヘッドの概略
構成を示す断面図である。図８において支持剛体６１に
バッキング材６２を配置した。支持剛体６１は、研磨ヘ
ッド６３にネジで固定されている。研磨対象物は、バッ
キング材６２と研磨対象物６５の間に付けられた水の表
面張力により保持される。また、研磨ヘッド６３の外周
には、研磨時のシリコンウエハ飛び出しを防止するた
め、リテーナーリング６４が取り付けられている。研磨
対象物６５として石英ガラスを用いて２０時間研磨し、
故意に摩耗した硬質研磨パッドを作製した。この時の硬
質研磨パッドの状況は、前述した揺動する範囲で断面が
U字形に摩耗していた。そして、その最大摩耗量は、１
０μmであった。このように、実施例１で用いる硬質研
磨パッドを用意した。

【００３５】この後、本発明に係る研磨ヘッド（図１）
を取り付け、膜厚１μmの熱酸化膜が形成された６イン
チシリコンウエハの研磨を、以下の条件で行った。研磨
ヘッドの回転数：５０rpm、研磨定盤の回転数：５０rp
m、円盤状の流体加圧方式加圧バッグ１１ａの荷重：４.
０kg／cm²（実効圧力２００g／cm²）、ドーナツ状の流
体加圧方式加圧バッグ１１ｂの荷重：４.５kg／cm²（実
効圧力２２０g／cm²）、ドーナツ状の流体加圧方式加圧
バッグ１１ｃの荷重：４.０kg／cm²（実効圧力２００g
／cm²）、揺動幅：３０mm、揺動速度：１５ストローク
／分、研磨時間：２分、使用研磨液：Cabot社製SS25を
イオン交換水で２倍希釈、研磨液流量：２００ml／分。

【００３６】研磨後のシリコンウエハの中心を通りオリ
フラ（オリエンタルフラット）（不図示）に平行な部分
の熱酸化膜の残り膜厚のプロファイルを図４に示す。図
４のグラフは、横軸がシリコンウエハの膜厚測定位置、
縦軸が研磨後の熱酸化膜の残り膜厚である。図４より、
エッジから内側３mmの部分を除き、平均研磨速度２４６
nm／分、均一性３.７%で熱酸化膜が研磨された。なお、
均一性は以下の（式２）で求めた。

【００３７】均一性（%）＝（ＲＡ−ＲＩ）／（ＲＡ＋ＲＩ）×１００（式２）ここで、ＲＡは測定した研磨量プロファイルでの最大研
磨量、ＲＩは測定した研磨量プロファイルでの最小研磨
量である。［比較例］実施例と同様にして硬質研磨パッドを準備し
た。研磨ヘッドには前述した図８に示す従来の研磨ヘッ
ドを用いた。この研磨ヘッドを用い、実施例１と同様に
研磨した。ただし、加圧は２５０g／cm²である。

【００３８】研磨後のシリコンウエハの中心を通りオリ
フラに平行な部分の熱酸化膜の残り膜厚のプロファイル
を図５に示す。図５より、エッジから内側３mmの部分を
除き、平均研磨速度２７２nm／分、均一性１２．５%で
熱酸化膜が研磨された。本発明の実施例１の研磨の均一
性（３．７％）と従来技術による比較例での研磨の均一
性（１２．５%）を比較すると、本発明の実施例１の研
磨の均一性が向上していることがわかる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係る研磨装
置は、研磨対象物保持具に設置されている２個以上の流
体加圧方式加圧バッグを用い、バッキング材を介して研
磨対象物に圧力を加えることにより、研磨部材と前記研
磨対象物の間に加える荷重を研磨対象物の研磨面内で２
以上の異なる値にすることが可能となり、研磨対象物の
研磨面内で研磨速度の差を低減することができるので、
研磨対象物の研磨面内の研磨量の均一性が向上する。よ
って、研磨対象物が複数の半導体デバイスが形成されて
いるシリコンウエハである場合に、１枚のシリコンウエ
ハから得られる半導体デバイスの数が増加するため、半
導体製造プロセスの歩留まりが向上し、半導体デバイス
の製造費用を低減することができるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨ヘッドの概略構成を示す断面
図である。

【図２】本発明に係る研磨ヘッドの流体加圧方式加圧及
び支持剛体裏の空間に圧縮空気を供給した時のシリコン
ウエハの研磨面の変形の様子を示す断面図である。

【図３】本発明に係る研磨ヘッドを搭載した研磨装置の
概略構成図である。

【図４】実施例における研磨後の熱酸化膜の残り膜厚の
プロファイルを示す図である。

【図５】比較例における研磨後の熱酸化膜の残り膜厚の
プロファイルを示す図である。

【図６】半導体製造プロセスにおける平坦化技術の概念
図であり、半導体デバイスの断面図である。図６（ａ）
は半導体デバイスの表面の層間絶縁膜を平坦化する例で
ある。図６（ｂ）は半導体デバイスの表面の金属膜を研
磨し、いわゆるダマシン（damascene）を形成する例で
ある。

【図７】従来のＣＭＰ装置の概略構成図である。

【図８】従来の研磨ヘッドの概念図である。

【符号の説明】

１１ａ・・・円盤状の流体加圧方式加圧バッグ１１ｂ、１１c・・・ドーナツ状の流体加圧方式加圧バ
ッグ１２、６１・・・支持剛体１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・・電空レギュレー
ター１３ａ’、１３ｂ’、１３ｃ’、１３ｄ’・・・配管１４ａ、１４ｂ・・・壁１５、６２・・・バッキング材（ＰＥＴフィルム）１６・・・バッキング材の接着点１７・・・Oリング１８、６３・・・研磨ヘッド１９、６４・・・リテーナーリング２０・・・支持剛体の裏の空間２１・・・シリコンウエハ２２・・・ＳｉＯ₂からなる層間絶縁膜２３・・・Ａlからなる金属膜２４・・・半導体デバイス３１、１３１・・・研磨部材３２、１３２・・・研磨対象物保持具（研磨ヘッド）３３、４６、１３３・・・研磨対象物（シリコンウエ
ハ）３４、１３４・・・研磨剤供給部３５、１３５・・・研磨液３６、１３６・・・研磨定盤３７・・・研磨体（硬質研磨パッド）６５・・・研磨対象物１３７・・・研磨体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨部材と研磨対象物の間に研磨剤を介在
させた状態で、該研磨部材と該研磨対象物の間に荷重を
加え、且つ相対移動させることにより、前記研磨対象物
を研磨する研磨装置において、前記研磨部材と前記研磨対象物の間に加える荷重は、前
記研磨対象物の研磨面内で２以上の異なる値であること
を特徴とする研磨装置。
【請求項２】前記研磨対象物を保持し、且つ前記研磨対
象物を前記研磨部材に押し当てる研磨対象物保持具を有
し、該研磨対象物保持具は、２個以上の流体加圧方式加圧バ
ッグを有し、前記２個以上の流体加圧方式加圧バッグは、前記研磨対
象物に圧力を加え、前記研磨部材と前記研磨対象物の間
に加える荷重を発生させることを特徴とする請求項１に
記載の研磨装置。
【請求項３】前記研磨対象物を保持し、且つ前記研磨対
象物を前記研磨部材に押し当てる研磨対象物保持具を有
し、該研磨対象物保持具は、前記研磨対象物と全面で接触し
ているバッキング材と、前記研磨対象物保持具の内部に
固定されている支持剛体と、前記バッキング材と前記支
持剛体の間に配置されている２個以上の流体加圧方式加
圧バッグを有し、前記２個以上の流体加圧方式加圧バッグは、前記バッキ
ング材を介して、前記研磨対象物に圧力を加え、前記研
磨部材と前記研磨対象物の間に加える荷重を発生させる
ことを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】前記２個以上の流体加圧方式加圧バッグの
内、１個の流体加圧方式加圧バッグは、円盤状であり、残りの１個以上の流体加圧方式加圧バッグは、前記円盤
状の流体加圧方式加圧バッグを取り囲むように配置され
ていて、且つ中心が前記円盤状の流体加圧方式加圧バッ
グと共通であるドーナツ状であることを特徴とする請求
項２または３に記載の研磨装置。
【請求項５】前記２個以上の流体加圧方式加圧バッグ
は、ハニカム状に配置されていることを特徴とする請求
項２または３に記載の研磨装置。
【請求項６】前記研磨対象物保持具は、前記２個以上の
流体加圧方式加圧バッグの各々の間を仕切る壁をさらに
有することを特徴とする請求項２から５のいずれかに記
載の研磨装置。
【請求項７】前記研磨対象物と前記研磨部材の間に加え
る２以上の異なる荷重は、前記研磨対象物の研磨面内の
研磨速度差を相殺する値に設定されていることを特徴と
する請求項１から６のいずれかに記載の研磨装置。