JP2002141313A - Ｃｍｐ装置及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小径パッドを用いた場合においても、研磨対
象材を均一に研磨することが可能なＣＭＰ装置を提供す
る。 【解決手段】 研磨パッドとして、（ａ）に示すような
先端が円形となった三角形の形状のものを使用した。こ
れは、ウェハ外周における研磨パッドとウェハの接触時
間を、揺動速度に頼らず短くするために、研磨パッド外
周の一部削るという思想に対応するものである。図に示
すように、このような研磨パッドの中心には直径５０ｍ
ｍの円形刳り抜き部が設けられている。このような研磨
パッドを用いると、実現可能な揺動条件において、研磨
パッドを用いて、揺動幅を１０分割し、各揺動幅内にお
いて、ウェハ面内の各点における相対線速の積分値と圧
力の積分値と接触時間の積分値の積が±３０％以内とな
るようにすることができ、均一な研磨が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨パッドと研磨
対象物の間に研磨剤（スラリー）を供給しながら、研磨
パッドと研磨対象物を相対運動させ、化学的研磨と機械
的研磨を併用して行うＣＭＰ装置（化学機械研磨装置）
に関するものである。

【０００２】

【従来技術】周知のＣＭＰ装置（特開平６−２１０２８
号、特開平７−２６６２１９号、特開平８−１９２３５
３号、特開平８−２９３４７７号、特開平１０−１７３
７１５号、特開平１１−１５６７１１号、英国公開特許
第２３３１９４８号公報等）においては、研磨パッドを
貼り付けた定盤をスピンドル軸で支持して回転させると
共に、それに対面するチャックに研磨対象物を保持して
回転させ、研磨パッド面に研磨剤（スラリー）を供給し
ながらチャックに保持された研磨対象物を圧接し、パッ
ドと研磨対象物を同一方向または逆方向に相対回転さ
せ、かつ研磨パッドを揺動させながら研磨対象物を研磨
する。

【０００３】研磨パッドの素材としては、硬質発泡ウレ
タンシート、ポリエステル繊維不織布、フェルト、ポリ
ビニールアルコール繊維不織布、ナイロン繊維不織布、
これら不織布上に発泡性ウレタン樹脂溶液を流延させ、
ついで発泡・硬化させたもの等が使用されている。

【０００４】従来、研磨パッドの形状は、研磨される基
板の形状と同じく円形であり、厚み３〜７ｍｍのものが
アルミニウム板やステンレス板などの定盤に貼付されて
使用されていた。

【０００５】また、かっては、研磨パッドとしては研磨
対象物より形状の大きなものが使用されていたが、その
周辺部における周速と中心部における周速との差が大き
くなり、一様な研磨が困難なこと、大きな寸法を有する
定盤を高速回転させることが困難であること等のため
に、最近では、研磨対象物より小さい形状を有する、い
わゆる小径パッドが使用されるようになってきている。

【０００６】一般に研磨量を決定する式として、以下に
示すようなPrestonの式が使用されている。Ｖ＝ｎ・Ｐ・
ｖ・ｔここで、Ｖは研磨速度、ｎは定数、Ｐは研磨パッ
ドと研磨対象物の接触圧、ｖは研磨パッドと研磨対象物
の相対線速、ｔは研磨パッドと研磨対象物の接触時間で
ある。均一な研磨を行うためには、このＶで決定される
研磨速度が、研磨対象物の各点においてほぼ等しくなけ
ればならない。

【０００７】小径パッドを用いた研磨方式の場合、ある
一瞬においては研磨対象物の一部を研磨してるため、高
い研磨速度や研磨の均一性を確保するために研磨パッド
を研磨対象物からオーバーハングさせる揺動条件で、研
磨する方法が採られている。

【０００８】しかし、研磨パッドを研磨対象物からオー
バーハングさせると、揺動により研磨パッドと研磨対象
物の接触面積が変動するため、単位面積当たりの荷重が
変動する。また、ダイヤフラム方式の加圧機構を用いた
場合、研磨対象物からのオーバーハングによる研磨パッ
ドの傾きや荷重の変動が生ずる。このため、研磨時間内
における相対線速の積分値と荷重の積分値の積は、研磨
対象物面内の各点において等しい値にならない。即ち、
不均一な研磨が行われる。

【０００９】そこで、これを等しくするために、揺動速
度を揺動位置により可変にしたり（研磨対象物とパッド
の接触時間により調整）、荷重が一定になるように制御
したりする方法がとられてきた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、揺動速
度を揺動位置により可変速する場合、均一研磨のための
可変速の条件が複雑であったり、決定された指令速度に
機械系が追随できないという問題がある。また、揺動位
置により単位面積当たりの荷重が一定になるように圧力
を制御する場合、加圧に用いる流体の圧縮などにより制
御に遅れが生ずる問題がある。これらの問題点のため、
小径パッドを用いた研磨装置においては、研磨対象物を
均一に研磨することが困難であるという問題点があっ
た。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、小径パッドを用いた場合においても、研磨対象
物を均一に研磨することが可能なＣＭＰ装置、及びこの
ＣＭＰ装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供
することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、研磨対象物より小さい研磨パッドを研
磨対象物に相対的に押し付け、研磨対象物と研磨パッド
を共に、両者の間で相対運動が起こるように回転させな
がら、研磨パッドを揺動して研磨を行うＣＭＰ装置（化
学機械研磨装置）であって、研磨時間内における研磨パ
ッドと研磨対象物との、相対線速度の積分値、圧力の積
分値、および接触時間の積分値の、３つの積が、研磨対
象物面上の全ての点において、これらの３つの積の、研
磨対象物面上の全ての点の値の平均値に対して、±３０
％以内になるような形状の研磨パッドを有してなること
を特徴とするＣＭＰ装置（請求項１）である。

【００１３】本手段においては、研磨パッドの形状を工
夫することにより、前記Prestonの式における３つの要
素の積が、研磨対象物の全表面に亘って所定範囲に保た
れるようにしている。すなわち、研磨時間内における研
磨パッドと研磨対象物との、相対線速度の積分値、圧力
の積分値、および接触時間の積分値の、３つの積が、研
磨対象物面上の全ての点において、これらの３つの積
の、研磨対象物面上の全ての点の値の平均値に対して、
±３０％以内になるような形状の研磨パッドを使用して
いる。

【００１４】このような研磨パッドの形状は、研磨パッ
ドと研磨対象物の大きさの比、研磨パッドの揺動範囲等
によって異なってくるが、一般的には、周速が早くなる
研磨パッドの外周部をカットすることにより、研磨パッ
ドの外周部に行くに従って研磨対象物と研磨パッドの接
触時間を短くするような形状とすることによって実現で
きる。前記３つの積のばらつきの範囲を、平均値に対し
て±３０％以内になるようにしているのは、発明者らの
実験により、この範囲に抑えておけば、ＣＭＰ装置にお
いて実用的上問題のない範囲にシリコンウェハの均一研
磨が可能であることが判明したためである。

【００１５】本手段においては、研磨パッドの形状をこ
のような条件が充たされるようにしているので、複雑な
揺動を行う必要がなく、機械系が追随できる範囲の揺動
で十分となるので、研磨対象物の全ての表面において均
一な研磨を行うことが可能である。研磨パッド外形形状
の対称性は必ずしも必要ない。

【００１６】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、研磨パッドに、少なくても１
個所以上の刳り抜き部分が設けられていることを特徴と
するもの（請求項２）である。

【００１７】刳り抜き部分は、回転周速が遅い中心部に
設けることが好ましい。このようにすることにより、回
転周速が遅い部分で研磨が行われることがなくなり、研
磨パッドに当たる各部分における研磨対象部材と研磨パ
ッドとの相対速度の分布が小さくなるので、前記第１の
手段における条件を満足させることが容易になる。刳り
抜きの形状の対称性は必ずしも必要ない。また、刳り抜
き位置は研磨パッド外形形状の中心や、研磨パッドを固
定し回転する定盤の回転中心に対して必ずしも対称に配
置する必要はない。

【００１８】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第２の手段であって、刳り抜かれた部分の面積が、
パッド全体の面積に対し８０％以下であることを特徴と
するもの（請求項３）である。

【００１９】前記第２の手段において、刳り抜かれた部
分の面積をあまり大きくしすぎると、かえって研磨の一
様性が保たれないばかりでなく、研磨効率が悪くなる。
発明者の実験によれば、この面積が８０％を超えるとこ
れらが急速に悪化するので、８０％以下に限定する。

【００２０】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第２の手段又は第３の手段であって、刳り抜かれた
部分からスラリーを供給する機構が設けられていること
を特徴とするもの（請求項４）である。

【００２１】ＣＭＰ装置においては、研磨パッドと研磨
対象物の間に研磨剤であるスラリーを供給するが、研磨
パッドの外側から供給すると、研磨対象物の回転に伴う
遠心力で飛び散ってしまい、うまく、研磨パッドと研磨
対象物の間に入らない場合がある。本手段においては、
研磨パッドの刳り抜かれた部分からスラリーを供給する
ので、研磨剤が飛び散ることがなく、研磨パッドと研磨
対象物の間に供給される。

【００２２】前記課題を解決するための第５の手段は、
前記第２の手段から第４の手段のいずれかであって、前
記刳り抜き部分の形状が円以外の形状であることを特徴
とするもの（請求項５）である。

【００２３】本手段においては、研磨パッドの回転中心
が剃り抜き部分と一致する場合でも、剃り抜き部分とそ
の他の部分の境目位置が、研磨パッドの回転に伴って変
化するので、境目部分で研磨が不均一になるのを防止す
ることができる。

【００２４】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第１の手段であって、研磨パッドの中心に円形の刳
り抜き部分が設けられ、その半径をｒとするとき、前記
研磨パッドの中心から所定の距離の円周上における有効
な研磨パッド部の長さが、前記研磨パッドの端部を除
き、0.5πｒ〜４πｒの範囲にあることを特徴とするも
の（請求項６）である。

【００２５】ここで「端部」とは、研磨パッドを構成す
る部材の角部から５mm以内の距離にある部分、または研
磨パッドの縁部を構成する線を延長してできる多角形の
頂点から５mm以内の距離にある部分のことをいう。

【００２６】本手段においては、研磨パッドの形状をこ
のような条件が充たされるようにしているので、複雑な
揺動を行う必要がなく、機械系が追随できる範囲の揺動
で十分となる。よって、研磨対象物の全ての表面におい
て均一な研磨を行うことが可能である。研磨パッド外形
形状の対称性は必ずしも必要ない。

【００２７】これに対し、前記研磨パッドの中心から所
定の距離における有効な研磨パッド部の長さが、0.5π
ｒ〜４πｒの範囲に無い場合は、複雑な揺動を行わなけ
ればならず、機械系が追随できない。なお、前記端部に
おいてこの条件を外しているのは、端部が研磨に寄与す
る割合が小さいので、この部分を無視しても構わないか
らである。

【００２８】前記課題を解決するための第７の手段は、
前記第１の手段から第６の手段のいずれかであって、研
磨パッドの外形形状の中心と研磨パッドを貼り付ける定
盤の回転中心が、偏心していることを特徴とするもの
（請求項７）である。

【００２９】研磨パッドの外径形状の中心と研磨パッド
を貼り付ける定盤の回転中心が一致していると、研磨パ
ッドの外周側は常に線速が早い状態で回転し、中心部は
常に線速が遅い状態で回転する。よって線速の差が大き
くなり好ましくない。また、前記第２の手段において、
中心部に刳り抜き部分が設けられている場合は、揺動の
端部で刳り抜き部とそうでない部分に不連続部分が現れ
ることになり、これにより研磨が不均一になることがあ
る。

【００３０】本手段においては、研磨パッドの外形形状
の中心と研磨パッドを貼り付ける定盤の回転中心を偏心
させているので、研磨パッド内における線速の差が小さ
くなり、研磨対象物の研磨量をさらに均一にすることが
可能となる。また、実質上複雑な揺動を与えていること
になるので、研磨パッドの中心部が剃り貫かれている場
合においても、揺動の端部で刳り抜き部とそうでない部
分に不連続部分が現れることを防止できる。

【００３１】前記課題を解決するための第８の手段は、
前記第１の手段から第７の手段のいずれかであるＣＭＰ
装置を使用してウェハを研磨する工程を有してなること
を特徴とする半導体デバイスの製造方法（請求項８）で
ある。

【００３２】本手段においては、ウェハの研磨を均一性
良く行うことができるので、細かい線幅を有する半導体
デバイスを歩留良く製造することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態であ
るＣＭＰ装置の一例を示す斜視図、図２は研磨パッドの
移送機構を示す斜視図、図３は研磨パッドとコンディシ
ョニング装置の部分断面図、図４は研磨ヘッドの断面図
である。

【００３４】図１、図２および図３に示すインデックス
型ＣＭＰ装置１において、２は研磨ヘッド、２ａは粗研
磨用研磨ヘッド、２ｂは仕上研磨用ヘッド、３は回転
軸、３ａはモータ、３ｂは歯車、３ｃはプーリ、３ｄは
歯車、４は研磨パッド、５はパッドコンディショニング
機構、５ａはドレッシングディスク，５ｂは噴射ノズ
ル、５ｃは保護カバー、６は回転可能な洗浄ブラシ、７
は研磨ヘッドの移送機構、７ａはレール、７ｂは送りネ
ジ、７ｃは送りネジに螺着させた移動体で研磨ヘッド２
を具備させる。

【００３５】７ｄ，７ｅは歯車、７ｆはモータ、８はヘ
ッドの昇降機構であるエアシリンダ、９はウェハｗ収納
カセット、１０はローディング搬送用ロボット、１１は
ウェハ仮置台、１２は軸１２ｅを軸芯として同一円周上
に等間隔に設けられた回転可能な４基のウェハチャック
機構１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを備えるインデッ
クステーブルで、テーブル１２はｓ１のウェハローディ
ングゾーン、ｓ２の粗研磨ゾーン、ｓ３のウェハ仕上研
磨ゾーン、ｓ４のウェハアンローディングゾーンに仕分
けされている。

【００３６】１３はアンローディング用搬送ロボット、
１４ａはチャックドレサ、１４ｂはチャック洗浄機構、
１５はウェハ仮置台、１６はベルトコンベア、１７はウ
ェハ洗浄機構である。

【００３７】図４に示す研磨ヘッド２において、ヘッド
２は基板２１の張り出し縁２１ａが加圧シリンダ２０の
フランジ部分２０ａに支えられ、研磨パッド（環状研磨
布）４は研磨布取付板２２を介して基板２１に保持され
ている。加圧シリンダ２０内の加圧室２０ｂ内にはダイ
ヤフラム２３が張り渡され、スピンドル軸３内を通じて
加圧室２０ｂ内に圧縮空気が圧入され、その圧力によっ
て基板２１は３次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ）方向に揺動自在に支
えられ、パッド４はウェハ表面に対して平行に保もたて
られる。

【００３８】ヘッド２の中央に研磨液または洗浄液供給
パイプ２４が設けられ、パイプの先は研磨パッドの中央
刳り抜き部４ａを避けて研磨パッド環状体裏面に臨み、
環状体を経由して基板の表面に研磨液が供給される。な
お、このようにせず、研磨パッドの中央刳り抜き部４ａ
内に研磨液を供給するようにしてもよい。

【００３９】パッド素材としては、硬質発泡ウレタンシ
ート、ポリエステル繊維不織布、フェルト、ポリビニー
ルアルコール繊維不織布、ナイロン繊維不織布、これら
不織布上に発泡性ウレタン樹脂溶液を流延させ、ついで
発泡・硬化させたもの等が使用される。厚みは１〜７ｍ
ｍである。また、これらの積層体も利用できる。

【００４０】研磨剤液は、（ａ）コロイダルアルミナ、
フームドシリカ、酸化セリウム、チタニア等の固型砥粒
を０．０１〜２０重量％、（ｂ）硝酸銅、クエン酸鉄、
過酸化マンガン、エチレンジアミンテトラ酢酸、ヘキサ
シアノ鉄、フッ化水素酸、フルオロチタン酸、ジペルサ
ルフェート、フッ化アンモニウム、二フッ化水素アンモ
ニウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、等の酸化剤
１〜１５重量％、（ｃ）界面活性剤０．３〜３重量％、
（ｄ）ｐＨ調整剤、（ｅ）防腐剤、などを含有するスラ
リーが使用される（特開平６−３１３１６４号、特開平
８−１９７４１４号、特表平８−５１０４３７号、特開
平１０−６７９８６号、特開平１０−２２６７８４号
等）。

【００４１】銅、銅−チタン、銅−タングステン、チタ
ン−アルミニウム等の金属研磨に適した研磨剤スラリ−
は、株式会社フジミインコ−ポレ−テッド、ロデ−ル・
ニッタ株式会社、米国のキャボット社、米国ロデ−ル社
より入手できる。

【００４２】前記のＣＭＰ装置を用いて絶縁層の上に金
属膜を有するウェハを研磨する工程は、次のように行わ
れる。

【００４３】１）ウェハｗ１は、搬送ロボット１０のア
ームによりカセット９より取り出され仮置台１１上に金
属膜面を上向きにして載せられ、ここで裏面を洗浄さ
れ、ついで搬送ロボットによりインデックステーブル１
２のウェハローディングゾーンｓ１に移送され、チャッ
ク機構１２ａにより吸着される。

【００４４】２）インデックステーブル１２を９０度時
計回り方向に回動させてウェハｗ１を第１研磨ゾーンｓ
２に導き、スピンドル軸３を下降させてヘッド２ａに取
り付けられた研磨パッド４をウェハｗ１に押圧し、スピ
ンドル軸３とチャック機構の軸を回転させることにより
ウェハの化学機械研磨を行う。この間、新たなウェハｗ
２が仮置台の上に載せられ、ウェハローディングゾーン
ｓ１に移送され、チャック機構１２ｄにより吸着され
る。

【００４５】ＣＭＰ加工中、研磨パッドをボールネジで
ウェハの中心点より左右方向（Ｘ軸方向）に往復揺動さ
せる。研磨パッドの往復揺動は、研磨パッド外周がウェ
ハの中心点と外周間に位置するときを基準の速さとする
と、研磨パッドがウェハ中心点部では揺動速度をゆっく
りとし、ウェハ外周部では揺動速度を速くしてディッシ
ングが均一に行なわれるようにする。

【００４６】第一研磨ゾーンｓ２での化学機械研磨が所
望時間行なわれると、スピンドル軸３を上昇させ、右方
向に後退させ、パッド洗浄機構５上に導き、ここで高圧
ジェット水をノズル５ｂより吹き付けながら回転ブラシ
６で表パッド面に付着した砥粒、金属研磨屑を取り除
き、再び左方向に研磨パッドを移送し、研磨ゾーンｓ２
上に待機させる。

【００４７】３）インデックステーブルを時計回り方向
に９０度回動させ、研磨されたウェハｗ１を第二研磨ゾ
ーンｓ３に導き、スピンドル軸３を下降させてヘッド２
ｂに取り付けられた研磨パッド４を粗研磨されたウェハ
ｗ１に押圧し、スピンドル軸３とチャック機構の軸を回
転させることによりウェハの化学機械仕上研磨を行う。
仕上げ研磨終了後は、スピンドル軸３を上昇、右方向に
後退させ、ヘッド２ｂに取り付けられた研磨パッドを洗
浄機構５で洗浄し、再び左方向に移送し、第二研磨ゾー
ンｓ３上に待機させる。

【００４８】この間、新たなウェハｗ３が仮置台の上に
載せられ、ウェハローディングゾーンｓ１に移送され、
チャック機構１２ｃにより吸着される。また、第一研磨
ゾーンｓ２ではウェハｗ２の化学機械粗研磨が実施され
る。

【００４９】４）インデックステーブル１２を時計回り
方向に９０度回動させ、研磨されたウェハｗ１をアンロ
ーディングゾーンｓ４に導く。ついで、アンローディン
グ搬送ロボット１３で仕上研磨されたウェハを仮置台１
５へ搬送し、裏面を洗浄した後、更に搬送ロボット１３
でベルトコンベアを利用した移送機構へと導き、研磨さ
れたウェハのパターン面に洗浄液をノズル１７より吹き
付け洗浄し、さらにウェハを次工程へと導く。

【００５０】この間、新たなウェハｗ４が仮置台の上に
載せられ、ウェハローディングゾーンｓ１に移送され、
チャック機構１２ｂにより吸着される。また、第一研磨
ゾーンｓ２ではウェハｗ３の化学機械粗研磨が、第二研
磨ゾーンｓ３ではウェハｗ２の化学機械仕上研磨実施さ
れる。

【００５１】５）インデックステーブル１２を時計方向
に９０度回転させ、以下前記２）から４）の工程と同様
の操作を繰り返し、ウェハの化学機械研磨を行う。

【００５２】上記例において、化学機械研磨加工を第一
粗研磨と第二仕上研磨に分けたのは、スループット時間
を短縮するためであるが、ＣＭＰ加工を一段で行っても
よいし、粗研磨、中仕上研磨、仕上研磨と三段階に分
け、よりスループット時間を短縮してもよい。三段階の
ＣＭＰ加工工程をとるときは、ｓ１をウェハローディン
グとウェハンローディングの兼用ゾーンとし、ｓ２を第
一研磨ゾーン、ｓ３を第二研磨ゾーン、ｓ４を第３研磨
ゾーンとする。

【００５３】また、研磨パッド素材は、第一研磨パッド
と第二研磨パッドの素材を変えてもよい。

【００５４】本発明のＣＭＰ装置は、金属パターンの上
に絶縁層膜が形成された基板の絶縁層膜の除去、ＳＴＩ
のＰ−ＴＥＯＳ膜層の除去にも勿論利用できる。

【００５５】

【実施例】（実施例１）以上説明したようなＣＭＰ装置
を用い、１μｍの熱酸化膜が成膜された８インチウェハ
の研磨を以下の条件で行った。前記のＣＭＰ装置では２
段階研磨を行っているが、実験であるため、第一研磨ゾ
ーンｓ２における研磨を行わず、第二研磨ゾーンｓ３に
おける研磨のみを行う。研磨条件は以下のように設定し
た。

【００５６】パッド回転数 ：４００ｒｐｍ ウェハ回転数 ：−２００ｒｐｍ（パッドと逆回転） 荷重 ：２００ｇｆ／ｃｍ² 研磨時間 ：１２０ｓｅｃ スラリー ：キャボット社ＳＳ２５を２倍希釈、７５ｍ
ｌ／ｍｉｎ 揺動スタート位置 ：研磨パッドの中心が、ウェハの中
心から２５ｍｍ 揺動幅 ：スタート位置からウェハ外周に向かい４０．
０ｍｍ 揺動速度 ：１０分割で可変速、１つの分割部分の幅は
４．０ｍｍ 実施例の研磨パッドとして、図５（ａ）に示すような先
端が円形となった三角形の形状のものを使用した。これ
は、ウェハ外周における研磨パッドとウェハの接触時間
を、揺動速度に頼らず短くするために、研磨パッド外周
を一部削るという思想に対応するものである。図に示す
ように、このような研磨パッドの中心には直径５０ｍｍ
の円形刳り抜き部が設けられている。

【００５７】比較例用の研磨パッドとして、図５（ｂ）
に示すように、直径１５０ｍｍの円形の研磨パッドの中
心に直径５０ｍｍの円形剃り抜き部を設けたものを使用
した。

【００５８】これらの研磨パッドを用いて、揺動幅を１
０分割し、各揺動幅内において、ウェハ面内の各点にお
ける研磨時間内での研磨パッドと研磨対象物との相対線
速の積分値、圧力の積分値、および接触時間の積分値の
積が、これらの３つの積の研磨対象物面上の全ての点の
値の平均値に対して、±３０％以内となるように、揺動
の各位置における、それぞれの揺動速度を計算により求
めた。その結果を図６に示す。図６において、実線は計
算された指示速度であり、丸印は実際に得られた速度で
ある。これによれば、実際に得られた揺動速度は指令値
に追随しており、目的とする研磨状態がえられているこ
とが分かる。

【００５９】図７に、この研磨において得られた研磨量
（オングストローム）を示す。これによれば、測定位置
に係わらず、ほぼ一定の研磨量が得られていることが分
かる。研磨均一性（σ）は１２．３％であった。

【００６０】図８は図５（ｂ）に示すような研磨パッド
を用いて、揺動幅を１０分割し、各揺動幅内において、
ウェハ面内の各点における研磨時間内での研磨パッドと
研磨対象物との相対線速の積分値、圧力の積分値、およ
び接触時間の積分値の積が、これらの３つの積の研磨対
象物面上の全ての点の値の平均値に対して、±３０％以
内となるように、揺動の各位置における、それぞれの揺
動速度を計算により求めた結果を示す。

【００６１】図６と図８を比較すると、図８の場合、揺
動速度の変化が大きくなっているのが分かる。そして、
丸印に示される実測値は、指令値に追随していないのが
分かる。すなわち、実際の研磨においては、ウェハ面内
の各点における研磨時間内での研磨パッドと研磨対象物
との相対線速の積分値、圧力の積分値、および接触時間
の積分値の積が、これらの３つの積の研磨対象物面上の
全ての点の値の平均値に対して、±３０％以内となると
いう条件が充たされていない。

【００６２】つまり、図５（ｂ）におけるような形状の
研磨パッドは、研磨時間内における研磨パッドと研磨対
象物との、相対線速度の積分値、圧力の積分値、および
接触時間の積分値の、３つの積が、研磨対象物面上の全
ての点において、これらの３つの積の、研磨対象物面上
の全ての点の値の平均値に対して、±３０％以内になる
という条件を充たしていないことになる。

【００６３】図９は、図５（ｂ）に示した研磨パッドを
使用し、図８に示したような揺動パターンで研磨を行っ
た結果を示す。図７と図９の研磨量（オングストロー
ム）を比較すると、比較例である図９において、研磨量
のばらつきが大きくなっているのが分かる。これは、ウ
ェハ外周部での、揺動の可変速が有効に作用していない
ため、ウェハ周辺での研磨速度が大きいためである。研
磨均一性（σ）は１７．３％であった。

【００６４】（実施例２）図７を見ると、ウェハ中心か
ら５０ｍｍ付近に研磨の不均一があることがわかる。こ
れは、図５（ａ）のパッドの直径５０ｍｍの刳り抜き部
の影響である。すなわち、パッドの中心から２５ｍｍの
位置に穴の端が存在し、この部分で不連続な部分が現れ
るので、その影響を受けて不均一部が発生する。これを
防ぐため、図１０のように、中心部の刳り抜き部が正六
角形であり、その他は図５（ａ）と同じ形状を有する研
磨パッドを作成し、図６に示したのと同じ揺動条件で研
磨を行った。研磨条件は実施例１と同じである。

【００６５】その結果を図１１に示す。図１１による
と、図７に見られたウェハ中心から５０ｍｍ付近に見ら
れた研磨の不均一部分が解消されている。研磨均一性
（σ）は６．３％となった。これは、中心部の刳り抜き
部を正六角形とすることにより、刳り抜き部とそうでな
い部分の境目の、回転中心からの距離が、パッドの回転
と共に変化するので、境目となる部分が平滑化されるた
めであると考えられる。よって、この刳り抜き部の形状
を円以外の形状にすれば同じ効果が得られる。同様の考
え方によれば、刳り抜き部の中心を、パッドの回転中心
から偏心させても同じ効果が得られる。

【００６６】（実施例３）図１２は、本発明の第３の実
施例である研磨パッドの平面図である。この研磨パッド
は、図５に示したものと同じような構造をしており、角
が丸められた正３角形の中心部に円形の刳り抜き部を有
している。この円形の刳り抜き部の半径をｒとする。そ
のとき、この研磨パッドの中心Ｏからｒ１だけ離れた場
所、すなわち半径ｒ１の円周上における研磨に寄与する
部分の長さが、0.5πｒ〜４πｒの範囲にあるようにさ
れている。

【００６７】図１２の場合、半径ｒ１の円が正３角形に
内接するとき、その円周上における研磨に寄与する部分
の長さが最大になる。よって、内接円の半径が、刳り抜
き部分の半径の２倍以内となるようにすればよい。

【００６８】半径が内接円の半径より大きな部分では、
半径が大きくなるに従って、研磨パッドにかからない部
分の長さが大きくなるので、研磨に寄与する部分の長さ
が減少する。よって、端部、すなわち、研磨パッドの縁
部（３角形の辺）を構成する線を延長してできる正三角
形の頂点Ａ、Ｂ、Ｃから５mm以内にある部分を除いた部
分まで半径を拡大した場合、その範囲において、研磨に
寄与する部分の長さが0.5πｒ以上となるようにすれば
よい。

【００６９】（実施例４）図１３ は、半導体デバイス
製造プロセスを示すフローチャートである。半導体デバ
イス製造プロセスをスタートして、まずステップＳ２０
０で、次に挙げるステップＳ２０１〜Ｓ２０４の中から
適切な処理工程を選択する。選択に従って、ステップＳ
２０１〜Ｓ２０４のいずれかに進む。

【００７０】ステップＳ２０１はシリコンウェハの表面
を酸化させる酸化工程である。ステップＳ２０２はＣＶ
Ｄ等によりシリコンウェハ表面に絶縁膜を形成するＣＶ
Ｄ工程である。ステップＳ２０３はシリコンウェハ上に
電極を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ス
テップＳ２０４はシリコンウェハにイオンを打ち込むイ
オン打ち込み工程である。

【００７１】ＣＶＤ工程もしくは電極形成工程の後で、
ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工
程である。ＣＭＰ工程では本発明に係るＣＭＰ装置によ
り、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金
属膜の研磨によるダマシン（damascene）の形成等が行
われる。

【００７２】ＣＭＰ工程もしくは酸化工程の後でステッ
プＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソ工程
である。フォトリソ工程では、シリコンウェハへのレジ
ストの塗布、露光装置を用いた露光によるシリコンウェ
ハへの回路パターンの焼き付け、露光したシリコンウェ
ハの現像が行われる。さらに次のステップＳ２０７は現
像したレジスト像以外の部分をエッチングにより削り、
その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要
となったレジストを取り除くエッチング工程である。

【００７３】次にステップＳ２０８で必要な全工程が完
了したかを判断し、完了していなければステップＳ２０
０に戻り、先のステップを繰り返して、シリコンウェハ
上に回路パターンが形成される。ステップＳ２０８で全
工程が完了したと判断されればエンドとなる。

【００７４】本発明に係る半導体デバイス製造方法で
は、ＣＭＰ工程において本発明に係るＣＭＰ装置を用い
ているため、ＣＭＰ工程での研磨の一様性が向上する。
これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて、
細かいパターンを有する半導体デバイスを、低コストで
製造することができるという効果がある。

【００７５】なお、上記の半導体デバイス製造プロセス
以外の半導体デバイス製造プロセスのＣＭＰ工程に本発
明に係るＣＭＰ装置を用いてもよい。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明においては、この範囲に抑えておけば、
従来のＣＭＰ装置に比して研磨対象物を均一に研磨する
ことが可能となる。

【００７７】請求項２に係る発明においては、回転周速
が遅い部分で研磨が行われることがなくなり、研磨パッ
ドに当たる各部分における研磨対象部材と研磨パッドと
の相対速度の分布が小さくなるので、前記請求項１にお
ける条件を満足させることが容易になる。

【００７８】請求項３に係る発明においては、研磨の一
様性が保たれなくなったり、研磨効率が悪くなったりす
ることがない。

【００７９】請求項４に係る発明においては、研磨パッ
ドの刳り抜かれた部分からスラリーを供給するので、研
磨剤が飛び散ることがなく、研磨パッドと研磨対象物の
間に供給される。

【００８０】請求項５に係る発明においては、剃り抜き
部の境目部分で研磨が不均一になるのを防止することが
できる。

【００８１】請求項６に係る発明においては、複雑な揺
動を行う必要がなく、機械系が追随できる範囲の揺動で
十分となるので、研磨対象物の全ての表面において均一
な研磨を行うことが可能である。

【００８２】請求項７に係る発明においては、研磨パッ
ド内における線速の差が小さくなり、研磨対象物の研磨
量をさらに均一にすることが可能となる。

【００８３】請求項８に係る発明においては、ウェハの
研削を精度良く行うことができるので、細かい線幅を有
する半導体デバイスを歩留良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例であるＣＭＰ装置の一例を示す
斜視図である。

【図２】研磨パッドの移送機構を示す斜視図である。

【図３】研磨パッドとコンディショニング装置の部分断
面図である。

【図４】研磨ヘッドの断面図である。

【図５】実施例と比較例における研磨パッドの例を示す
図である。

【図６】本発明の実施例における揺動速度を示す図であ
る。

【図７】本発明の第１の実施例におけるウェハの研磨結
果を示す図である。

【図８】比較例における揺動速度を示す図である。

【図９】比較例におけるウェハの研磨結果を示す図であ
る。

【図１０】本発明の第２の実施例における研磨パッドを
示す図ある。

【図１１】本発明の第２の実施例におけるウェハの研磨
結果を示す図である。

【図１２】本発明の第３の実施例における研磨パッドを
示す図ある。

【図１３】半導体デバイスの製造工程を示す図である。

【符号の説明】 １…ＣＭＰ装置、２…研磨ヘッド、２ａ…粗研磨用研磨
ヘッド、２ｂ…仕上研磨用ヘッド、３…回転軸、３ａ…
モータ、３ｂ…歯車、３ｃ…プーリ、３ｄ…歯車、４…
研磨パッド、４ａ…中央刳り抜き部、５…パッドコンデ
ィショニング機構、５ａ…ドレッシングディスク、５ｂ
…噴射ノズル、５ｃ…保護カバー、６…洗浄ブラシ、７
…研磨ヘッドの移送機構、７ａ…レール、７ｂ…送りネ
ジ、７ｃ…移動体、７ｄ，７ｅ…歯車、７ｆ…モータ、
８…エヤシリンダ、９…ウェハｗ収納カセット、１０…
ローディング搬送用ロボット、１１…ウェハ仮置台、１
２…インデックステーブル、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，
１２ｄ…ウェハチャック機構、１３…アンローディング
用搬送ロボット、１４ａ…チャックドレサ、１４ｂ…チ
ャック洗浄機構、１５…ウェハ仮置台、１６…ベルトコ
ンベア、１７…ウェハ洗浄機構、２０…加圧シリンダ、
２０ａ…フランジ部分、２０ｂ…加圧室、２１…基板、
２１ａ…張り出し縁、２２…研磨布取付板、２３…ダイ
ヤフラム、２４洗浄液供給パイプ、ｓ１…ウェハローデ
ィングゾーン、ｓ２…粗研磨ゾーン、ｓ３…のウェハ仕
上研磨ゾーン、ｓ４…ウェハアンローディングゾーン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨対象物より小さい研磨パッドを研磨
   対象物に相対的に押し付け、研磨対象物と研磨パッドを
   共に、両者の間で相対運動が起こるように回転させなが
   ら、研磨パッドを揺動して研磨を行うＣＭＰ装置（化学
   機械研磨装置）であって、研磨時間内における研磨パッ
   ドと研磨対象物との、相対線速度の積分値、圧力の積分
   値、および接触時間の積分値の、３つの積が、研磨対象
   物面上の全ての点において、これらの３つの積の、研磨
   対象物面上の全ての点の値の平均値に対して、±３０％
   以内になるような形状の研磨パッドを有してなることを
   特徴とするＣＭＰ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のＣＭＰ装置であって、
   研磨パッドに、少なくても１個所以上の刳り抜き部分が
   設けられていることを特徴とするＣＭＰ装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のＣＭＰ装置であって、
   刳り抜かれた部分の面積が、パッド全体の面積に対し８
   ０％以下であることを特徴とするＣＭＰ装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３に記載のＣＭＰ装
   置であって、刳り抜かれた部分からスラリーを供給する
   機構が設けられていることを特徴とするＣＭＰ装置。
5. 【請求項５】 請求項２から請求項４のうちいずれか１
   項に記載のＣＭＰ装置であって、前記刳り抜き部分の形
   状が円以外の形状であることを特徴とするＣＭＰ装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のＣＭＰ装置であって、
   研磨パッドの中心に円形の刳り抜き部分が設けられ、そ
   の半径をｒとするとき、前記研磨パッドの中心から所定
   の距離の円周上における有効な研磨パッド部の長さが、
   前記研磨パッドの端部を除き、0.5πｒ〜４πｒの範囲
   にあることを特徴とするＣＭＰ装置。
7. 【請求項７】 請求項１から請求項６のうちいずれか１
   項に記載のＣＭＰ装置であって、研磨パッドの外形形状
   の中心と研磨パッドを貼り付ける定盤の回転中心が、偏
   心していることを特徴とするＣＭＰ装置。
8. 【請求項８】 請求項１から請求項７のうちいずれか１
   項に記載のＣＭＰ装置を使用してウェハを研磨する工程
   を有してなることを特徴とする半導体デバイスの製造方
   法。