JP2007305745A - 研磨体、研磨装置、これを用いた半導体デバイス製造方法およびこの方法により製造される半導体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】研磨特性が安定した研磨体を提供する。
【解決手段】本発明に係る研磨体１４は、研磨パッド１５の外径をＤ１とし、研磨パッド１４の外径における上限加工公差をＨ１とし、硬質弾性部材１６の外径をＤ２とし、硬質弾性部材１６の外径における下限加工公差をＨ２とし、軟質部材１７の外径をＤ３とし、軟質部材１７の外径における下限加工公差をＨ３とし、研磨パッド１５と硬質弾性部材１６との貼り合わせ誤差をＪ１とし、硬質弾性部材１６と軟質部材１７との貼り合わせ誤差をＪ２とすると、硬質弾性部材１６の外径Ｄ２がＤ２≧（Ｄ１＋２×Ｊ１＋Ｈ１＋Ｈ２）の関係を満たすように設定されるとともに、軟質部材１７の外径Ｄ３がＤ３≧｛Ｄ１＋２×（Ｊ１＋Ｊ２）＋Ｈ１＋Ｈ３｝の関係を満たすように設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェハ等の研磨対象物の表面を平坦化する研磨装置およびこれに用いられる研磨体に関する。さらに、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法および半導体デバイスに関する。

従来、半導体ウェハ等の研磨対象物の表面を平坦化する研磨装置として、ウェハをその被研磨面が露出する状態で保持するウェハ保持装置（対象物保持装置）と、このウェハ保持装置に保持されたウェハの被研磨面と対向する研磨パッドが貼り付けられた研磨体を保持する研磨ヘッドとを備え、これら双方を回転させた状態で研磨パッドをウェハの被研磨面に押し付け、且つ研磨体を両者の接触面内方向に揺動させてウェハを研磨する構成のものが知られている。また、このような機械的研磨に加え、研磨パッドとウェハとの接触面に研磨剤（研磨液）を供給して研磨剤の化学的作用により上記研磨を促進させる化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing；ＣＭＰ）を行うＣＭＰ装置も知られている。

このような構成の研磨装置を用いたウェハの研磨加工は、研磨パッドを回転させながらウェハ保持装置に回転保持されたウェハの被研磨面に当接させて行われ、このとき、研磨パッドは回転しながらウェハに対して水平方向へ往復運動をすることで、ウェハの全表面が均一に研磨加工される。

ところで、内部に半導体集積回路が形成されたウェハの表面は、平坦ではなく、特にチップが形成されている部分と形成されていない部分との間には段差があるのが普通である。よって、このようなウェハを研磨する場合には、ウェハ基板自身の大きな周期の凹凸（うねり）に倣って、すなわち凹凸（うねり）に沿って一様（これを、「ウェハ・グローバル・リムーバル均一性」と呼んでいる）に研磨を行いながら、局所的な凹凸をなくす（これを、「ローカル・パターン平坦性」と呼んでいる）ことが求められている。

このような要請に対応するものとして、研磨パッドと、ステンレス等の硬質弾性部材と、クッション材としての軟質部材とをこの順に積層してなり、硬質弾性部材の研磨時の荷重による変形量が、半導体集積回路の最大パターン相当間隔間においてウェハに許容される段差より小さく、１チップに相当する間隔間においてウェハに許容されるＴＴＶより大きくなるように構成された研磨体が考案されている（例えば、特許文献１を参照）。なお、ＴＴＶ（Total Thickness Variation）とは、ウェハ全体での凹凸のことである。
国際公開第０３／００９３６２号パンフレット

しかしながら、このような研磨体では、各層の部材が全て同じ内外径を有する場合、各部材における内外径の加工公差や、各部材同士の貼り合わせ誤差等により、研磨パッドの縁部の裏面側に硬質弾性部材がない場合や、軟質部材がない場合が生じる。このような場合、研磨パッドの縁部の裏面側を支持する部材がないため、研磨圧により研磨パッドの縁部が逃げてしまう。そのため、同じ種類の研磨体でもそれぞれこの逃げ量が異なることになり、同じ種類の研磨体を用いても研磨特性にばらつきが生じる一因となっていた。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、研磨特性が安定した研磨体および、この研磨体を用いた研磨装置を提供することを目的とする。また、この研磨装置を用いた半導体デバイス製造方法および半導体デバイスを提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係る研磨体は、表面が研磨対象物の被研磨面に当接する円盤状の研磨パッドと、研磨パッドの裏面側に研磨パッドと重なるように貼り合わされ研磨パッドと同様の外径を有する円盤状の硬質弾性部材と、研磨パッドの裏面側において硬質弾性部材と重なるように貼り合わされ研磨パッドおよび硬質弾性部材と同様の外径を有する円盤状の軟質部材とを備え、研磨パッドの外径をＤ１とし、研磨パッドの外径における上限加工公差をＨ１とし、硬質弾性部材の外径をＤ２とし、硬質弾性部材の外径における下限加工公差をＨ２とし、軟質部材の外径をＤ３とし、軟質部材の外径における下限加工公差をＨ３とし、研磨パッドと硬質弾性部材との貼り合わせ誤差をＪ１とし、硬質弾性部材と軟質部材との貼り合わせ誤差をＪ２とすると、硬質弾性部材の外径Ｄ２が（１）式の関係を満たすように設定されるとともに、軟質部材の外径Ｄ３が（２）式の関係を満たすように設定される。

Ｄ２≧（Ｄ１＋２×Ｊ１＋Ｈ１＋Ｈ２） …（１）
Ｄ３≧｛Ｄ１＋２×（Ｊ１＋Ｊ２）＋Ｈ１＋Ｈ３｝ …（２）

また、上述の発明において、Ｈ１＝０．０５ｍｍ、Ｈ２＝０．０５ｍｍ、Ｈ３＝０．０５ｍｍ、Ｊ１＝０．１ｍｍ、J２＝０．１ｍｍである場合に、硬質弾性部材の外径Ｄ２が（３）式の関係を満たすように設定されるとともに、軟質部材の外径Ｄ３が（４）式の関係を満たすように設定されることが好ましい。

Ｄ２＝Ｄ１＋０．４ｍｍ …（３）
Ｄ３＝Ｄ１＋０．８ｍｍ …（４）

さらに、上述の発明において、研磨パッド、硬質弾性部材、および軟質部材は、中央に穴部を有するドーナツ円盤状にそれぞれ形成されており、研磨パッドの内径をｄ１とし、研磨パッドの内径における下限加工公差をｈ１とし、硬質弾性部材の内径をｄ２とし、硬質弾性部材の内径における上限加工公差をｈ２とし、軟質部材の内径をｄ３とし、軟質部材の内径における上限加工公差をｈ３とすると、硬質弾性部材の内径ｄ２が（５）式の関係を満たすように設定されるとともに、軟質部材の内径ｄ３が（６）式の関係を満たすように設定されることが好ましい。

ｄ２≦（ｄ１−２×Ｊ１−ｈ１−ｈ２） …（５）
ｄ３≦｛ｄ１−２×（Ｊ１＋Ｊ２）−ｈ１−ｈ３｝ …（６）

また、上述の発明において、ｈ１＝０．０５ｍｍ、ｈ２＝０．０５ｍｍ、ｈ３＝０．０５ｍｍ、Ｊ１＝０．１ｍｍ、J２＝０．１ｍｍである場合に、硬質弾性部材の内径ｄ２が（７）式の関係を満たすように設定されるとともに、軟質部材の外径Ｄ３が（８）式の関係を満たすように設定されることが好ましい。

ｄ２＝ｄ１−０．４ｍｍ …（７）
ｄ３＝ｄ１−０．８ｍｍ …（８）

さらに、第２の本発明に係る研磨体は、表面が研磨対象物の被研磨面に当接する円盤状の研磨パッドと、研磨パッドの裏面側に研磨パッドと重なるように貼り合わされ研磨パッドと同様の外径を有する円盤状の硬質弾性部材と、研磨パッドの裏面側において硬質弾性部材と重なるように貼り合わされ研磨パッドおよび硬質弾性部材と同様の外径を有する円盤状の軟質部材とを備え、研磨パッドの表面に垂直な方向から当該表面を見たときに、硬質弾性部材の外縁部の円周の全てが研磨パッドの外縁部の円周よりはみ出して露出しており、軟質部材の外縁部の円周の全てが硬質弾性部材の外縁部の円周よりはみ出して露出している。

また、上述の発明において、研磨パッド、硬質弾性部材、および軟質部材は、中央に穴部を有するドーナツ円盤状にそれぞれ形成されており、研磨パッドの表面に垂直な方向から当該表面を見たときに、硬質弾性部材の内縁部の円周の全てが研磨パッドの内縁部の円周よりはみ出して露出しており、軟質部材の内縁部の円周の全てが硬質弾性部材の内縁部の円周よりはみ出して露出していることが好ましい。

さらに、本発明に係る研磨装置は、研磨対象物を保持する対象物保持装置と、研磨対象物を研磨可能な研磨パッドを有する研磨体とを備え、対象物保持装置に保持された研磨対象物の被研磨面に研磨パッドの表面を当接させながら、被研磨面の一部が研磨パッドの表面よりはみ出る状態で研磨体を被研磨面内で相対移動させることにより、研磨対象物の研磨を行うように構成された研磨装置において、研磨体が本発明に係る研磨体であることを特徴とする。

また、本発明に係る半導体デバイス製造方法は、研磨対象物は半導体ウェハであり、本発明に係る研磨装置を用いて半導体ウェハの表面を平坦化する工程を有することを特徴とする。

さらに、本発明に係る半導体デバイスは、本発明に係る半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする。

本発明によれば、研磨特性を安定させることができる。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る研磨体を備えた研磨装置の代表例であるＣＭＰ装置（化学的機械的研磨装置）の一部を図１に示している。このＣＭＰ装置１０は、研磨対象物であるウェハ１１を裏面から吸着保持するウェハチャック１２（対象物保持装置）と、下端部に研磨体１４が取り付けられた研磨ヘッド１３とを主体に構成される。ウェハチャック１２は、図示しないインデックステーブルに水平面内で回転自在に支持されており、インデックステーブルの内部に配設された電動モータ（図示せず）等の駆動手段により、ウェハチャック１２とともにウェハ１１が水平面内で回転するようになっている。

研磨ヘッド１３の下端部には、研磨体１４が接着剤や両面接着テープを用いた接着等により取り付けられる。また、研磨ヘッド１３は、ウェハチャック１２に対して水平方向に揺動可能で、且つ、鉛直方向に上下動可能に構成された研磨アーム（図示せず）の先端に回転自在に取り付けられており、研磨アーム内に配設された図示しない回転駆動機構により回転駆動されて、水平面内で高速回転自在に構成される。なお、研磨体１４の外径は、ウェハ１１の外径よりも小さくなるように構成されており、ウェハ１１の研磨を行うときに、ウェハ１１の被研磨面１１ａの一部が研磨体１４を構成する研磨パッド１５の表面よりもはみ出るようになっている。

研磨体１４は、表面がウェハ１１の被研磨面１１ａに当接する研磨パッド１５と、研磨パッド１５の裏面側に研磨パッド１５と重なるように貼り合わされた硬質弾性部材１６と、研磨パッド１５の裏面側において硬質弾性部材１６と重なるように貼り合わされた軟質部材１７とを備え、研磨パッド１５、硬質弾性部材１６、および軟質部材１７がこの順で積層されて構成されている。研磨パッド１５は、中央に穴部を有するドーナツ円盤状に形成され、その表面がウェハ１１の被研磨面１１ａに当接する研磨面となっている。

硬質弾性部材１６は、ステンレス材を用いて、研磨パッド１５と同様の内外径を有するドーナツ円盤状に形成され、接着剤や両面接着テープ等により研磨パッド１５の裏面側に接着される。硬質弾性部材１６の外径Ｄ２は、研磨パッド１５の外径Ｄ１よりも０．４ｍｍ大きくなるように、すなわち前述の（３）式（および（１）式）の関係を満たすように設定される。一方、硬質弾性部材１６の内径ｄ２は、研磨パッド１５の内径ｄ１よりも０．４ｍｍ小さくなるように、すなわち前述の（７）式（および（５）式）の関係を満たすように設定される。

なお、硬質弾性部材１６の研磨時の荷重による変形量が、半導体集積回路の最大パターン相当間隔間においてウェハ１１に許容される段差より小さく、１チップに相当する間隔間においてウェハ１１に許容されるＴＴＶより大きくなるように、硬質弾性部材１６の厚さを決めている。ここで、半導体集積回路の最大パターン相当間隔間、および１チップに相当する間隔について説明する。

図３（ａ）はウェハ１１の断面図を示すものであり、図において、シリコン基板２１の上に回路や配線のパターン２２が形成され、その上に層間絶縁層２３が形成されて、回路や配線のパターン２２同士を絶縁している。半導体集積回路の最大パターン相当間隔間とは、１つのチップ内において、互いに最も離れた回路や配線のパターン２２を覆う層間絶縁層２３の凹部の距離ａに相当する間隔のことである。本実施形態では、半導体集積回路の最大パターン相当間隔間は、約４ｍｍ程度である。

図３（ｂ）は１枚のウェハ１１を示す図であり、ウェハ１１の上に複数のチップ２５が形成されている。１チップに相当する間隔とは、チップの形状が正方形の場合、その一辺ｂに相当する間隔のことであり、本実施形態では約２０ｍｍ程度である。チップの形状が正方形でない場合、異なる寸法のチップが１枚のウェハ１１上に形成されている場合には、その辺の最大のものに相当する距離をいう。

ところで、硬質弾性部材１６を両端固定の長方形の梁として近似し、その長さをＬ、厚さをｈ、ヤング率をＥとし、面圧ｐが均等にかかったものとすると、周知の梁の計算により、その最大変形量ｗは、次の（９）式のように表される。

ｗ＝ｐＬ⁴／（３２Ｅｈ³） …（９）

いま、最大パターン相当間隔値を４ｍｍ、１チップに相当する間隔値を２０ｍｍとし、デバイス配線ルールを０．１μｍのとき、許容段差が０．１０μｍ、ＴＴＶが２μｍと仮定すると、Ｌ＝４ｍｍのときのｗが０．１μmより小さく、Ｌ＝２０ｍｍのときのｗが２μmより大きくなければならない。面圧ｐを２００ｇ／ｍｍ²として、ステンレスのヤング率Ｅを２１０００ｋｇ／ｍｍ²とすると、上記を満足する厚さｈは、０．２０ｍｍ＜ｈ＜０．６２ｍｍとなる。これに対し、ヤング率Ｅが４００ｋｇ／ｍｍ²の硬質プラスチックを使用すると、厚さｈは、０．７４ｍｍ＜ｈ＜２．３２ｍｍとなる。厚さが厚くなると、その両面の平行度が悪化する等の不都合な点が生じるので、厚さが薄くて済む金属を硬質弾性部材として用いるのが好ましい。

さて、軟質部材１７は、研磨パッド１５および硬質弾性部材１６と同様の内外径を有するドーナツ円盤状に形成され、接着剤や両面接着テープ等により硬質弾性部材１６の裏面側に接着される。軟質部材１７の外径Ｄ３は、研磨パッド１５の外径Ｄ１よりも０．８ｍｍ大きくなるように、すなわち前述の（４）式（および（２）式）の関係を満たすように設定される。一方、軟質部材１７の内径ｄ３は、研磨パッド１５の内径ｄ１よりも０．８ｍｍ小さくなるように、すなわち前述の（８）式（および（６）式）の関係を満たすように設定される。

軟質部材１７としては、圧縮変形が大きく、かつ塑性変形が起こりにくいものが好ましく、例えば、内部に気泡を有するクロロプレンゴムや、弾性不織布等が使用できる。これにより、１チップに相当するような大きなうねりに対しては研磨パッド１５が倣って、研磨量が一定の研磨を行い、配線パターンの最大間隔に相当する間隔のような局所的な凹凸に対しては研磨パッド１５がほとんど変形しないので、「ウェハ・グローバル・リムーバル均一性」と、「ローカル・パターン平坦性」とを共に満足させることができる。

このような構成のＣＭＰ装置１０を用いたウェハ１１の研磨加工は、研磨ヘッド１３とともに研磨パッド１５を回転させながらウェハチャック１２に回転保持されたウェハ１１の被研磨面１１ａに当接させて行われ、このとき、研磨パッド１５は回転しながらウェハに対して水平方向（すなわち、被研磨面１１ａ内の方向）へ往復運動（揺動）することで、ウェハ１１の全表面が平坦に研磨加工される。なおこのとき、研磨パッド１５とウェハ１１との間に研磨剤（スラリー）が供給される。

ところで、研磨体１４を構成する研磨パッド１５、硬質弾性部材１６、および軟質部材１７は、互いに貼り合わせる際に、各部材の外径を基準として行っているが、研磨パッド１５と硬質弾性部材１６との貼り合わせ誤差、および硬質弾性部材１６と軟質部材１７との貼り合わせ誤差は、それぞれ最大±０．１ｍｍ程度である。また、研磨パッド１５、硬質弾性部材１６、および軟質部材１７の内外径の加工公差は、最大±０．０５ｍｍ程度である。

そのため、例えば、研磨パッド１５と硬質弾性部材１６との貼り合わせ誤差Ｊ１が０．１ｍｍで、研磨パッド１５の外径Ｄ１における上限加工公差Ｈ１が０．０５ｍｍ、硬質弾性部材１６の外径Ｄ２における下限加工公差Ｈ２が０．０５ｍｍの場合には、研磨パッド１５の外縁部に対する硬質弾性部材１６の外縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より（ずれの最大値となる）最大０．１５ｍｍずれることになる。さらに（上記条件に加えて）、硬質弾性部材１６と軟質部材１７との貼り合わせ誤差Ｊ２が０．１ｍｍで、軟質部材１７の外径Ｄ３における下限加工公差Ｈ３が０．０５ｍｍの場合、硬質弾性部材１６の外縁部に対する軟質部材１７の外縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より最大０．１ｍｍずれることになり、研磨パッド１５の外縁部に対する軟質部材１７の外縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より（ずれの最大値となる）最大０．２５ｍｍずれることになる。

また例えば、研磨パッド１５と硬質弾性部材１６との貼り合わせ誤差Ｊ１が０．１ｍｍで、研磨パッド１５の内径ｄ１における下限加工公差ｈ１が０．０５ｍｍ、硬質弾性部材１６の内径ｄ２における上限加工公差ｈ２が０．０５ｍｍの場合には、研磨パッド１５の内縁部に対する硬質弾性部材１６の内縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より（ずれの最大値となる）最大０．１５ｍｍずれることになる。さらに（上記条件に加えて）、硬質弾性部材１６と軟質部材１７との貼り合わせ誤差Ｊ２が０．１ｍｍで、軟質部材１７の内径ｄ３における上限加工公差ｈ３が０．０５ｍｍの場合、硬質弾性部材１６の内縁部に対する軟質部材１７の内縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より最大０．１ｍｍずれることになり、研磨パッド１５の内縁部に対する軟質部材１７の内縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より（ずれの最大値となる）最大０．２５ｍｍずれることになる。

これに対し、本実施形態では、前述したように、硬質弾性部材１６の外径Ｄ２は研磨パッド１５の外径Ｄ１よりも０．４ｍｍ大きくなるように設定され、硬質弾性部材１６の内径ｄ２は研磨パッド１５の内径ｄ１よりも０．４ｍｍ小さくなるように設定されている。また、軟質部材１７の外径Ｄ３は研磨パッド１５の外径Ｄ１よりも０．８ｍｍ大きくなるように設定され、軟質部材１７の内径ｄ３は研磨パッド１５の内径ｄ１よりも０．８ｍｍ小さくなるように設定されている。

そのため、図２（ｂ）に示すように、研磨パッド１５の外縁部に対して硬質弾性部材１６の外縁部が０．１５ｍｍずれたとしても、硬質弾性部材１６の外径Ｄ２は研磨パッド１５の外径Ｄ１よりも０．４ｍｍ大きいため、片側０．０５ｍｍの余裕がある。同様に、研磨パッド１５の内縁部に対して硬質弾性部材１６の内縁部が０．１５ｍｍずれたとしても、硬質弾性部材１６の内径ｄ２は研磨パッド１５の内径ｄ１よりも０．４ｍｍ小さいため、片側０．０５ｍｍの余裕がある。

また、研磨パッド１５の外縁部に対して軟質部材１７の外縁部が０．２５ｍｍずれたとしても、軟質部材１７の外径Ｄ３は研磨パッド１５の外径Ｄ１よりも０．８ｍｍ大きいため、片側０．１５ｍｍの余裕がある。また同様に、研磨パッド１５の内縁部に対して軟質部材１７の内縁部が０．２５ｍｍずれたとしても、軟質部材１７の内径ｄ３は研磨パッド１５の内径ｄ１よりも０．８ｍｍ小さいため、片側０．１５ｍｍの余裕がある。これにより、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、各部材における貼り合わせ誤差や内外径の加工公差に拘わらず、研磨パッド１５の（内外の）縁部の裏面側に、硬質弾性部材１６および軟質部材１７が常に存在することになる。

この結果、本実施形態の研磨体１４によれば、硬質弾性部材１６の外径Ｄ２が（１）式の関係を満たすように設定され、軟質部材１７の外径Ｄ３が（２）式の関係を満たすように設定され、硬質弾性部材１６の内径ｄ２が（５）式の関係を満たすように設定され、軟質部材１７の内径ｄ３が（６）式の関係を満たすように設定されることで、すなわち、研磨パッド１５の表面に垂直な方向から研磨パッド１５の表面を見たときに、硬質弾性部材１６の（内外の）縁部の円周の全てが研磨パッド１５の（内外の）縁部の円周よりはみ出して露出し、軟質部材１７の（内外の）縁部の円周の全てが硬質弾性部材１６の（内外の）縁部の円周よりはみ出して露出するように設定することで、各部材における貼り合わせ誤差や内外径の加工公差に拘わらず、研磨パッド１５の（内外の）縁部の裏面側に、硬質弾性部材１６および軟質部材１７が常に存在する状態となるため、同種の研磨体１４毎による研磨特性を安定させることができる。

また具体的には、Ｈ１＝０．０５ｍｍ、Ｈ２＝０．０５ｍｍ、Ｈ３＝０．０５ｍｍ、Ｊ１＝０．１ｍｍ、J２＝０．１ｍｍの場合、硬質弾性部材１６の外径Ｄ２が（３）式の関係を満たすように設定されるとともに、軟質部材１７の外径Ｄ３が（４）式の関係を満たすように設定されることが好ましく、さらに、ｈ１＝０．０５ｍｍ、ｈ２＝０．０５ｍｍ、ｈ３＝０．０５ｍｍの場合、硬質弾性部材１６の内径ｄ２が（７）式の関係を満たすように設定されるとともに、軟質部材１７の内径ｄ３が（８）式の関係を満たすように設定されることが好ましく、このようにすれば、研磨特性をより安定させることができる。

そして、本実施形態のＣＭＰ装置１０によれば、上述のような構成の研磨体１４を用いることで研磨特性がより安定するため、ウェハ１１の加工精度および歩留まりを向上させることができる。

なお、研磨パッド１５と硬質弾性部材１６との貼り合わせ誤差がＪ１で、研磨パッド１５の外径Ｄ１における上限加工公差がＨ１、硬質弾性部材１６の外径Ｄ２における下限加工公差がＨ２の場合には、研磨パッド１５の外縁部に対する硬質弾性部材１６の外縁部の相対位置は、最大｛Ｊ１＋（Ｈ１＋Ｈ２）／２｝だけずれることになる。さらに（上記条件に加えて）、硬質弾性部材１６と軟質部材１７との貼り合わせ誤差がＪ２で、軟質部材１７の外径Ｄ３における下限加工公差がＨ３の場合、研磨パッド１５の外縁部に対する軟質部材１７の外縁部の相対位置は、最大｛Ｊ１＋Ｊ２＋（Ｈ１＋Ｈ３）／２｝だけずれることになる。これに対し、研磨パッド１５の外縁部の裏面側に硬質弾性部材１６および軟質部材１７が常に存在する状態にするため、研磨パッド１５の外径Ｄ１に各ずれ量の２倍を加えることにより、（１）式および（２）式が求められることになる。なお、各貼り合わせ誤差Ｊ１，Ｊ２および、各加工公差Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３（後述のＨ２２を含む）は、絶対値（正の数）とする。

また、研磨パッド１５の内径ｄ１における下限加工公差がｈ１、硬質弾性部材１６の内径ｄ２における上限加工公差がｈ２の場合には、研磨パッド１５の内縁部に対する硬質弾性部材１６の内縁部の相対位置は、最大｛Ｊ１＋（ｈ１＋ｈ２）／２｝だけずれることになる。さらに（上記条件に加えて）、軟質部材１７の内径ｄ３における上限加工公差がｈ３の場合、研磨パッド１５の内縁部に対する軟質部材１７の内縁部の相対位置は、最大｛Ｊ１＋Ｊ２＋（ｈ１＋ｈ３）／２｝だけずれることになる。これに対し、研磨パッド１５の内縁部の裏面側に硬質弾性部材１６および軟質部材１７が常に存在する状態にするため、研磨パッド１５の内径ｄ１から各ずれ量の２倍を差し引くことにより、（５）式および（６）式が求められることになる。なお、各加工公差ｈ１，ｈ２，ｈ３（後述のｈ２２を含む）は、絶対値（正の数）とする。

なお、上述の実施形態において、硬質弾性部材１６の外径Ｄ２が上限加工公差のときにも、研磨パッド１５の外縁部に対する軟質部材１７の外縁部の相対位置は、（ずれの最大値となる）最大０．２５ｍｍずれることになる。例えば、研磨パッド１５と硬質弾性部材１６との貼り合わせ誤差Ｊ１が０．１ｍｍで、研磨パッド１５の外径Ｄ１における上限加工公差Ｈ１が０．０５ｍｍ、硬質弾性部材１６の外径Ｄ２における上限加工公差Ｈ２２が０．０５ｍｍの場合には、研磨パッド１５の外縁部に対する硬質弾性部材１６の外縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より最大０．１ｍｍずれることになる。さらに（上記条件に加えて）、硬質弾性部材１６と軟質部材１７との貼り合わせ誤差Ｊ２が０．１ｍｍで、軟質部材１７の外径Ｄ３における下限加工公差Ｈ３が０．０５ｍｍの場合、硬質弾性部材１６の外縁部に対する軟質部材１７の外縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より（ずれの最大値となる）最大０．１５ｍｍずれることになり、研磨パッド１５の外縁部に対する軟質部材１７の外縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より（ずれの最大値となる）最大０．２５ｍｍずれることになる。

同様に、硬質弾性部材１６の内径ｄ２が下限加工公差のときにも、研磨パッド１５の外縁部に対する軟質部材１７の内縁部の相対位置は、（ずれの最大値となる）最大０．２５ｍｍずれることになる。例えば、研磨パッド１５と硬質弾性部材１６との貼り合わせ誤差Ｊ１が０．１ｍｍで、研磨パッド１５の内径ｄ１における下限加工公差ｈ１が０．０５ｍｍ、硬質弾性部材１６の内径ｄ２における下限加工公差ｈ２２が０．０５ｍｍの場合には、研磨パッド１５の内縁部に対する硬質弾性部材１６の内縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より最大０．１ｍｍずれることになる。さらに（上記条件に加えて）、硬質弾性部材１６と軟質部材１７との貼り合わせ誤差Ｊ２が０．１ｍｍで、軟質部材１７の内径ｄ３における上限加工公差ｈ３が０．０５ｍｍの場合、硬質弾性部材１６の内縁部に対する軟質部材１７の内縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より（ずれの最大値となる）最大０．１５ｍｍずれることになり、研磨パッド１５の内縁部に対する軟質部材１７の内縁部の相対位置は、図２（ａ）で示される設計上の位置より（ずれの最大値となる）最大０．２５ｍｍずれることになる。

また、上述の実施形態において、研磨パッド１５、硬質弾性部材１６、および軟質部材１７は、中央に穴部を有するドーナツ円盤状にそれぞれ形成されているが、これに限られるものではなく、これらが単なる円盤状に形成される場合においても、本発明を適用することができる。

続いて、本発明に係る半導体デバイスの製造方法の実施例について説明する。図４は半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。半導体製造プロセスをスタートすると、まずステップＳ２００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し、いずれかのステップに進む。

ここで、ステップＳ２０１は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ＣＶＤ等によりウェハ表面に絶縁膜や誘電体膜を形成するＣＶＤ工程である。ステップＳ２０３はウェハに電極を蒸着等により形成する電極形成工程である。ステップＳ２０４はウェハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。

ＣＶＤ工程（Ｓ２０２）もしくは電極形成工程（Ｓ２０３）の後で、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５はＣＭＰ工程である。ＣＭＰ工程では本発明による研磨装置により、層間絶縁膜の平坦化や半導体デバイス表面の金属膜の研磨、誘電体膜の研磨等が行われ、ダマシン（damascene）プロセスが適用されることもある。

ＣＭＰ工程（Ｓ２０５）もしくは酸化工程（Ｓ２０１）の後でステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６はフォトリソグラフィ工程である。この工程では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ウェハへの回路パターンの焼き付け、露光した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。

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Ｓ２００に戻り、先のステップを繰り返して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。

本発明によ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かかる研磨装置を用いているため、ウェハの加工精度および歩留まりが向上する。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができるという効果がある。なお、上記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工程に本発明による研磨装置を用いても良い。また、本発明による半導体デバイス製造方法により製造された半導体デバイスは、低コストの半導体デバイスとなる。

本発明に係る研磨体を備えた研磨装置の一例であるＣＭＰ装置の一部を示す正面図である。 上記研磨体の断面図である。 （ａ）は半導体集積回路の最大パターン相当間隔間を示す説明図であり、（ｂ）は１チップに相当する間隔を示す説明図である。 本発明に係る半導体デバイスの製造プロセスを示すフローチャートである。

符号の説明

１ ＣＭＰ装置（研磨装置）
１１ ウェハ（研磨対象物） １１ａ 被研磨面
１２ ウェハチャック（対象物保持装置）
１４ 研磨体 １５ 研磨パッド
１６ 硬質弾性部材 １７ 軟質部材

Claims (9)

1. 表面が研磨対象物の被研磨面に当接する円盤状の研磨パッドと、前記研磨パッドの裏面側に前記研磨パッドと重なるように貼り合わされ前記研磨パッドと同様の外径を有する円盤状の硬質弾性部材と、前記研磨パッドの裏面側において前記硬質弾性部材と重なるように貼り合わされ前記研磨パッドおよび硬質弾性部材と同様の外径を有する円盤状の軟質部材とを備え、
   前記研磨パッドの外径をＤ１とし、前記研磨パッドの外径における上限加工公差をＨ１とし、前記硬質弾性部材の外径をＤ２とし、前記硬質弾性部材の外径における下限加工公差をＨ２とし、前記軟質部材の外径をＤ３とし、前記軟質部材の外径における下限加工公差をＨ３とし、前記研磨パッドと前記硬質弾性部材との貼り合わせ誤差をＪ１とし、前記硬質弾性部材と軟質部材との貼り合わせ誤差をＪ２とすると、
   前記硬質弾性部材の外径Ｄ２が、次式
   Ｄ２≧（Ｄ１＋２×Ｊ１＋Ｈ１＋Ｈ２）
   の関係を満たすように設定されるとともに、
   前記軟質部材の外径Ｄ３が、次式
   Ｄ３≧｛Ｄ１＋２×（Ｊ１＋Ｊ２）＋Ｈ１＋Ｈ３｝
   の関係を満たすように設定されることを特徴とする研磨体。
2. Ｈ１＝０．０５ｍｍ、Ｈ２＝０．０５ｍｍ、Ｈ３＝０．０５ｍｍ、Ｊ１＝０．１ｍｍ、J２＝０．１ｍｍである場合に、
   前記硬質弾性部材の外径Ｄ２が、次式
   Ｄ２＝Ｄ１＋０．４ｍｍ
   の関係を満たすように設定されるとともに、
   前記軟質部材の外径Ｄ３が、次式
   Ｄ３＝Ｄ１＋０．８ｍｍ
   の関係を満たすように設定されることを特徴とする請求項１に記載の研磨体。
3. 前記研磨パッド、前記硬質弾性部材、および前記軟質部材は、中央に穴部を有するドーナツ円盤状にそれぞれ形成されており、
   前記研磨パッドの内径をｄ１とし、前記研磨パッドの内径における下限加工公差をｈ１とし、前記硬質弾性部材の内径をｄ２とし、前記硬質弾性部材の内径における上限加工公差をｈ２とし、前記軟質部材の内径をｄ３とし、前記軟質部材の内径における上限加工公差をｈ３とすると、
   前記硬質弾性部材の内径ｄ２が、次式
   ｄ２≦（ｄ１−２×Ｊ１−ｈ１−ｈ２）
   の関係を満たすように設定されるとともに、
   前記軟質部材の内径ｄ３が、次式
   ｄ３≦｛ｄ１−２×（Ｊ１＋Ｊ２）−ｈ１−ｈ３｝
   の関係を満たすように設定されることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の研磨体。
4. ｈ１＝０．０５ｍｍ、ｈ２＝０．０５ｍｍ、ｈ３＝０．０５ｍｍ、Ｊ１＝０．１ｍｍ、J２＝０．１ｍｍである場合に、
   前記硬質弾性部材の内径ｄ２が、次式
   ｄ２＝ｄ１−０．４ｍｍ
   の関係を満たすように設定されるとともに、
   前記軟質部材の外径Ｄ３が、次式
   ｄ３＝ｄ１−０．８ｍｍ
   の関係を満たすように設定されることを特徴とする請求項３に記載の研磨体。
5. 表面が研磨対象物の被研磨面に当接する円盤状の研磨パッドと、前記研磨パッドの裏面側に前記研磨パッドと重なるように貼り合わされ前記研磨パッドと同様の外径を有する円盤状の硬質弾性部材と、前記研磨パッドの裏面側において前記硬質弾性部材と重なるように貼り合わされ前記研磨パッドおよび硬質弾性部材と同様の外径を有する円盤状の軟質部材とを備え、
   前記研磨パッドの表面に垂直な方向から前記表面を見たときに、前記硬質弾性部材の外縁部の円周の全てが前記研磨パッドの外縁部の円周よりはみ出して露出しており、前記軟質部材の外縁部の円周の全てが前記硬質弾性部材の外縁部の円周よりはみ出して露出していることを特徴とする研磨体。
6. 前記研磨パッド、前記硬質弾性部材、および前記軟質部材は、中央に穴部を有するドーナツ円盤状にそれぞれ形成されており、
   前記研磨パッドの表面に垂直な方向から前記表面を見たときに、前記硬質弾性部材の内縁部の円周の全てが前記研磨パッドの内縁部の円周よりはみ出して露出しており、前記軟質部材の内縁部の円周の全てが前記硬質弾性部材の内縁部の円周よりはみ出して露出していることを特徴とする請求項５に記載の研磨体。
7. 研磨対象物を保持する対象物保持装置と、前記研磨対象物を研磨可能な研磨パッドを有する研磨体とを備え、前記対象物保持装置に保持された前記研磨対象物の前記被研磨面に前記研磨パッドの表面を当接させながら、前記被研磨面の一部が前記研磨パッドの前記表面よりはみ出る状態で前記研磨体を前記被研磨面内で相対移動させることにより、前記研磨対象物の研磨を行うように構成された研磨装置において、
   前記研磨体が請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の研磨体であることを特徴とする研磨装置。
8. 前記研磨対象物は半導体ウェハであり、
   請求項７に記載の研磨装置を用いて前記半導体ウェハの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デバイス製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体デバイス製造方法により製造されたことを特徴とする半導体デバイス。

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