JP2009016484A - Ｃｍｐ用ドレッサおよび半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ドレッサの砥粒の偏摩耗を抑制することにより、ドレス能力の低下を抑制可能なドレッサを提供し、また、上記ドレッサにより、半導体基板の表面のＣＭＰ工程において、スクラッチの発生および研磨量ばらつきの発生を抑制可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ＣＭＰ用ドレッサおよび半導体装置の製造方法において、ホルダの外周に沿って台金が複数装着されるドレッサの場合に、ホルダ１０の外周側に位置する台金１の湾曲部２の曲率３を、ホルダ１０の中心に近い側に位置する台金１の湾曲部４の曲率５と比較して等しいか、もしくは大きくする。特に、台金１の湾曲部２，４の曲率３，５を１５０ｍｍから６００ｍｍの範囲とし、また、台金１の外周部に配置される砥粒７の砥粒間隔８を台金１の内部に配置される砥粒７の砥粒間隔９よりも小さくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体装置の製造に用いられるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）用ドレッサおよび半導体装置の製造方法に適用して有効な技術に関する。

例えば、半導体装置の製造技術において、半導体装置の性能向上に伴い、半導体製造工程では、素子分離工程、金属配線の研磨工程、層間絶縁膜の平坦化工程などに、研磨加工で半導体基板の表面を平坦に加工する、ＣＭＰ加工がなされている。半導体装置の製造において、半導体基板の表面にスクラッチが発生した場合や、層間絶縁膜、金属膜が均一の厚さに研磨されない場合には、デバイスの動作不良が発生し、量産が不安定となる。

そこで、半導体装置の製造工程では、ドレッサと呼ばれるダイヤモンド砥石を用いて研磨パッドの表面を削る、ドレッシング作業を行うことにより、研磨パッドの表面に付着した加工屑を除去し、スクラッチの発生を抑制している。また、ドレッサで研磨パッドの表面を削ることにより、ＣＭＰ加工中に半導体基板に押しつぶされて変形した研磨パッドの表面を目立てて、半導体基板の表面を均一に研磨することが行われている。

研磨パッドのドレッシング作業を繰り返すと、ドレッシング時間の経過とともにダイヤモンド砥粒が摩耗し、研磨パッドの表面の加工屑を除去する能力が低下し、半導体基板の表面にスクラッチが発生しやすくなるという問題がある。また、研磨に使用されることによってつぶされた研磨パッドの表層部分を削り取って再生する能力が低下し、半導体基板を均一に研磨できなくなるという問題がある。また、ドレッサに加える荷重を増加してドレッシングの能力を高めようとすると、使用初期の研磨パッドの面粗さが粗くなり、パッドの表面が軟らかくなり、半導体基板の表面が平坦にならず、ディッシングと呼ばれるへこみを生じるという問題がある。

ドレッサのダイヤモンド砥粒が摩耗し、ドレス能力が低下しているにもかかわらず、ドレッサを使用し続けるとスクラッチや研磨量ばらつきの増加やディッシングの増加が避けられず、半導体装置の製造歩留まりが低下するため、ドレッサを頻繁に交換する必要があり、半導体装置の製造コストが増加する。特に、半導体基板の素子分離工程で用いられている、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ ｔｒｅｎｃｈ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）−ＣＭＰ工程では、酸化セリウムスラリーを用いており、ＣＭＰドレッサのダイヤモンド砥粒が摩耗しやすく、ＣＭＰドレッサの寿命が短いという問題がある。

そこで、半導体装置の量産安定化のため、ドレッシング能力が低下しにくく、スクラッチが発生しにくく、研磨量ばらつきが大きくなりにくい、長寿命のドレッサが望まれている。ドレッサの長寿命化の課題に対し、特許文献１、特許文献２には、ドレッサの台金にＲ形状をつけて、砥粒にかかる負担の集中を軽減することにより、ドレッサの寿命を延ばすための技術が記載されている。また、特許文献３には、ドレッサの台金にＲ形状をつけて、ドレッサの外周部が研磨パッドに引っかかることを防止する技術が記載されている。
特開２００１−１１３４５６号公報 特開２００６−１９０８９９号公報 特開２００２−３３７０５０号公報

ところで、特許文献１、特許文献２の技術では、いずれもドレッサの台金に設けた曲面形状の曲率が小さいか、具体的な数値が記載されておらず、ドレッサと研磨パッドの接触状態についての検討がなされていないため、外周部の砥粒への圧力集中を多数の砥粒に分散するための、砥粒の配置についての検討がなされていない。従って、この特許文献１、特許文献２の技術からは、本発明の効果が容易に類推されるものではない。

このように、従来のドレッサでは、長寿命化を目的とした検討において、ドレッサの台金の形状と砥粒の間隔の配慮が充分になされておらず、台金エッジ部分での研磨パッドとの接触圧力が大きいため、ドレッサ外周部のダイヤモンド砥粒に加わる過大な接触圧力は充分に軽減されず、ダイヤモンド砥粒が偏摩耗しやすくドレッサの寿命が短いという問題がある。

また、特許文献３の技術では、ドレッサの外周部が研磨パッドに引っかかり研磨パッドがはがれることの防止を目的としており、ドレッサの砥粒の摩耗を抑制する検討がなされていないため、ドレッサの外周部に形成したＲ形状の具体的な数値が記載されておらず、図のドレッサ外周部には、５ｍｍから１０ｍｍ程度の小さなＲ形状が記載されている。従って、この特許文献３の技術からは、本発明の効果は容易に類推されるものではない。

今後、半導体装置の性能向上のため、ＣＭＰ工程におけるスクラッチの発生や金属膜、層間膜の研磨量ばらつきを低減する必要があるため、ＣＭＰ工程で研磨パッドの表面の加工残渣を除去し、研磨パッドの表面の押しつぶされて変形した部分を目立てることが必要である。このため、ドレッシング作業に用いるドレッサのダイヤモンド砥粒の偏摩耗を抑制し、ドレッサを長寿命化することが必要である。

そこで、本発明の目的は、外周部の砥粒への圧力集中を多数の砥粒に分散して圧力集中を軽減するために必要な台金形状を検討し、また、圧力集中を軽減する上で必要な、砥粒を台金表面に配置する際の砥粒間隔を検討することで、ドレッサの砥粒の偏摩耗を抑制することにより、ドレス能力の低下を抑制可能なドレッサを提供することである。

また、本発明の他の目的は、上記ドレッサにより、半導体基板の表面のＣＭＰ工程において、スクラッチの発生および研磨量ばらつきの発生を抑制可能な半導体装置の製造方法を提供することである。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

本発明は、ＣＭＰ用ドレッサおよび半導体装置の製造方法において、ホルダの外周に沿って台金が複数装着されるドレッサの場合に、ホルダの外周側に位置する台金の湾曲部の曲率を、ホルダの中心に近い側に位置する台金の湾曲部の曲率と比較して等しいか、もしくは大きくするものである。または、ホルダの外周にリング状に形成された台金が装着されるドレッサの場合に、ホルダの外周側に位置する台金の外周側の湾曲部の曲率を、ホルダの中心に近い側に位置する台金の内周側の湾曲部の曲率と比較して等しいか、もしくは大きくするものである。特に、台金の湾曲部の曲率を１５０ｍｍから６００ｍｍの範囲とし、また、台金の外周部に配置される砥粒の間隔を台金の内部に配置される砥粒の間隔よりも小さくするものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

本発明によれば、ドレッサの台金形状を最適化し、砥粒と研磨パッドとの接触圧力の集中を緩和させることにより、ドレッサの砥粒の偏摩耗が抑制でき、ＣＭＰ工程においてスクラッチの発生が極めて少ない、半導体基板のＣＭＰ加工が実現できるという効果を奏する。

また、本発明によれば、スクラッチが無く、研磨量ばらつきが小さい半導体基板を製造することにより、半導体装置の製造プロセスを安定化し、製造歩留まりを向上できるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

以下、本発明の一実施の形態に係わる半導体装置の製造方法について、図１〜図１５を用いて説明する。本実施の形態では、主に、半導体基板の表面のＣＭＰ加工に用いるＣＭＰ用ドレッサ、このＣＭＰ用ドレッサを用いたＣＭＰ工程を含む半導体装置の製造方法を説明する。また、以下に説明する、ＣＭＰ用ドレッサの各技術、半導体装置の製造方法の各技術は、それぞれ独立に適用したり、任意に組み合わせて適用することが可能であることは言うまでもない。

＜ＣＭＰ用ドレッサ（１）＞
図１を用いて、半導体基板の表面のＣＭＰ加工に用いるドレッサの第１の構造例を説明する。図１（ａ）は台金の中心を通る断面図（図１（ｂ）のａ−ａ’切断面）、図１（ｂ）はホルダの外周に沿って台金が複数装着されるドレッサの平面図を示したものである。ここでは、台金の外側とはホルダの外周側に位置する部分を指し、台金の内側とはホルダの中心に近い側に位置する部分を指すものとする。

図１（ａ）に示すように、台金１の外側には、外側の湾曲部２が設けられており、台金１の内側には、内側の湾曲部４が設けられている。外側の湾曲部２は、外側の湾曲部の曲率３を有しており、台金１の内側の湾曲部４は、内側の湾曲部の曲率５を有している。また、台金１の表面には、砥粒保持層６を介して、砥粒７が配置されており、この台金の外側では外側の砥粒間隔８、この台金の内側では内側の砥粒間隔９で配置されている。図１（ｂ）に示すように、この台金１が、ホルダ１０の上に、このホルダ１０の外周に沿って複数配置されている。

このドレッサでは、台金１の外側の湾曲部２の曲率３が、内側の湾曲部４の曲率５と比較して大きくなっている。特に、この外側の湾曲部２の曲率３、内側の湾曲部４の曲率５を、１５０ｍｍから６００ｍｍの範囲としている。また、台金１の外側の砥粒間隔８を、内側の砥粒間隔９よりも小さくしている。

＜ＣＭＰ用ドレッサ（２）＞
次に、図２を用いて、半導体基板の表面のＣＭＰ加工に用いるドレッサの第２の構造例を説明する。図２は台金の中心を通る断面図を示したものである。

図２に示すように、台金１の外側には、外側の湾曲部２が設けられており、外側の湾曲部２の曲率は、外側の湾曲部の曲率３と、外側の第２の曲率１１と、外側の第３の曲率１２で形成されている。また、台金１の内側には、内側の湾曲部４が設けられており、内側の湾曲部４は、内側の湾曲部の曲率５と、内側の第２の曲率１３と、内側の第３の曲率１４で形成されている。また、台金１の表面には、砥粒保持層６を介して、砥粒７が配置されており、この台金の外側では外側の砥粒間隔８、この台金の内側では内側の砥粒間隔９で配置されている。このドレッサにおいても、図１（ｂ）と同様に、この台金１が、ホルダ１０の上に、このホルダ１０の外周に沿って複数配置されている。

このドレッサでは、台金１の外側の湾曲部２の曲率３が、内側の湾曲部４の曲率５と比較して等しくなっている。特に、この外側の湾曲部２の曲率３，１１，１２、内側の湾曲部４の曲率５，１３，１４を、１５０ｍｍから６００ｍｍの範囲としている。また、台金１の外側の砥粒間隔８を、内側の砥粒間隔９よりも小さくしている。

なお、図２のドレッサでは、外側の湾曲部２および内側の湾曲部４を曲率を有するＲ形状で形成したが、外側の湾曲部の曲率３と内側の湾曲部の曲率５によって砥粒の偏摩耗を抑制する効果があるため、外側の湾曲部２および内側の湾曲部４の外側（曲率１１，１２の湾曲部、曲率１３，１４の湾曲部）をテーパ形状にしたとしても、本発明の効果には何ら問題はない。

＜有限要素法を用いた接触圧力の計算方法＞
次に、図３を用いて、台金にドレス圧力を加えて研磨パッドに押し付けた場合に、台金と研磨パッドの間に生じる接触圧力を、有限要素法を用いて計算する方法を説明する。図３には、接触圧力の計算に用いる有限要素解析のモデルの概略と、計算によって得られる接触圧力比分布曲線２６が示されている。本実施の形態では、台金１の中心周りに形状が対称となっている場合について、中心軸の片側について、二次元のモデルを作成した。

まず、台金１と上層パッド２０と下層パッド２１と定盤２２の寸法で二次元形状のモデルを作成する。次に、モデルの物性として、台金１と上層パッド２０と下層パッド２１と定盤２２のヤング率およびポアソン比を設定する。次に、上層パッド２１の下面と下層パッド２２の上面を結合し、上層パッド２１と下層パッド２２との間に滑りが生じないように設定する。また、台金１の下面と上層パッド２０の上面が互いに接触するように位置決めする。次に、定盤２２の下面およびモデル全体の左端が移動しないように固定した後、モデルをメッシュ分割する。

次に、台金１の上面に、段階的にドレス圧力２３を付加し、最終的にドレス圧力２３に達するまでドレス圧力を増加し、台金１の下面と上層パッド２０の上面の間に生じる接触圧力２４を計算する。次に、接触圧力２４を台金内周の接触圧力２５で除することにより、接触圧力比分布曲線２６を求める。算出した接触圧力比が所望の圧力比よりも大きい場合には、台金１の湾曲部２の曲率Ｒを増加した値に設定し、再度、台金１と上層パッド２０との間に生じる接触圧力比分布曲線２６から接触圧力比を計算する。算出した接触圧力比が所望の接触圧力比に等しくなるまで計算を繰り返し、台金１の湾曲部２の曲率Ｒを求める。

＜接触圧力分布と砥粒配置範囲および砥粒間隔の関係＞
次に、図４を用いて、ドレッサを構成するために必要な接触圧力分布と、砥粒配置範囲および砥粒間隔の関係について説明する。ドレッサを長寿命化するためには、上述したように、台金１の湾曲部の形状を適正化して台金１と上層パッド２０との間に生じる接触圧力比を小さくすることが重要である。

まず、ドレッサの長寿命化に重要である、砥粒の配置範囲について説明する。得られた接触圧力分布の接触圧力の大きい範囲で、できるだけ多くの砥粒に分散させることにより、外周に配置した砥粒の摩耗を抑制することが重要である。図４には、外側の湾曲部の曲率３を有する台金１と上層パッド２０との間に生じる接触圧力から算出された接触圧力比分布曲線２６が示されている。砥粒７が配置される範囲２７は、接触圧力比が０よりも大きい範囲よりも外周の部分を含んだ範囲に配置されている。一方、台金１の外側で接触圧力比が０になる範囲は、明らかに台金１と上層パッド２０が接触しない範囲であり、砥粒７を配置されない範囲２８である。本実施の形態では、砥粒７が配置されない範囲２８に砥粒を配置していないが、砥粒を配置しても何ら問題はない。

次に、ドレッサの長寿命化に重要である、砥粒間隔について説明する。特に、接触圧力比がピークとなる位置の付近で、できるだけ砥粒間隔を小さくして砥粒７を配置し、接触圧力をできるだけ多くの砥粒７で分担させることが重要である。砥粒７の粒径がおよそ１５０μｍから１８０μｍの範囲である場合には、砥粒間隔を０．２ｍｍから０．２５ｍｍの範囲で、できるだけ狭くし、接触圧力をできるだけ多くの砥粒７で分担させることが重要である。砥粒間隔をおよそ０．２ｍｍよりも狭くして砥粒７を配置すると、砥粒７どうしが接触しやすくなるか、または重なりやすくなることにより、砥粒７の高さばらつきが大きくなり、高さの高い砥粒にドレス圧力が集中し、ドレッサの長寿命化が充分になされない。また、砥粒間隔をおよそ０．２５ｍｍよりも大きくした場合には、接触圧力を分担する砥粒７の数が減少し、砥粒一個当たりにかかるドレス圧力が増加し、ドレッサの長寿命化が充分になされない。

上述のように、使用する研磨パッドの寸法とヤング率等の物性値に対して、接触圧力の集中を低減するための台金１の適正形状が求まり、さらに、砥粒７を配置する範囲と砥粒間隔を適正化することにより、ドレッサが長寿命化される。

＜台金の湾曲部の曲率と接触圧力比分布の関係＞
次に、図５を用いて、上述の台金と研磨パッドの間の接触圧力を算出する方法を用いて台金の湾曲部の曲率Ｒと接触圧力比分布の関係を計算した結果について説明する。本実施の形態では、有限要素法での計算条件を以下の数値に設定した。

ドレッサの直径：２０ｍｍ、ドレッサの高さ：１０ｍｍ、ドレッサに付加する圧力：１３ｋＰａ、上層パッド２０と下層パッド２１と定盤２２の直径：３０ｍｍ、上層パッド２０の厚さ：１．３ｍｍ、下層パッド２１の厚さ：１．４ｍｍ、台金１のヤング率：２１０ＧＰａ、上層パッド２０のヤング率：５０ＭＰａ、下層パッド２１のヤング率：８ＭＰａ、定盤２２のヤング率：２１０ＧＰａ、台金１と上層パッド２０と下層パッド２１と定盤２２のポアソン比：０．３、また、台金１および上層パッド２０および下層パッド２１のメッシュサイズを１０μｍに設定して計算を行った。

図５において、台金１の湾曲部の曲率を大きくすると、台金１と上層パッド２０との接触圧力比が減少するとともに、接触圧力比がピークとなる位置が台金１の外側に移動する。

次に、曲率と接触圧力比の関係について、図６を用いて説明する。従来の台金にＲがついていない場合（Ｒ＝０ｍｍ）は、圧力比は約２０である。Ｒの値が１５０ｍｍまでは、接触圧力比は急激に減少し、Ｒが１５０ｍｍより大きい範囲では、接触圧力の減少が緩やかであり、曲率Ｒがおよそ１５０ｍｍよりも大きい範囲で、接触圧力比の低減効果が大きい。曲率Ｒを従来の０ｍｍから６００ｍｍにすると、接触圧力比が２０から３．２に、約１／６に低減する。また、曲率Ｒが６００ｍｍより大きい領域では、台金１の外周部が上層パッド２０に食い込む。従って、曲率Ｒが１５０ｍｍから６００ｍｍの範囲２９で、接触圧力比の低減効果がある。

次に、図１および図７を用いて、ドレッサに偏荷重が加わった場合の接触圧力比分布の計算結果について説明する。ＣＭＰ工程では、ドレッサと研磨パッドとの間に生じる摩擦力により、ドレッサを傾けようとするモーメントが発生し、ドレッサの外側のエッジ部では、静的なドレス荷重に加えて、モーメントによる偏荷重が加わる。本実施の形態では、ドレッサと研磨パッドとの間の摩擦係数を１として、モーメントを考慮し、接触圧力比分布を計算した。

台金１の直径を２０ｍｍ、台金１の高さを１０ｍｍ、湾曲部の外側の曲率３を６００ｍｍとし、台金１をベースの外周に固定した。このとき、ベースの直径を３５０ｍｍとすると、ドレッサのエッジに加わる偏荷重は約２０Ｎである。本実施の形態では、台金１の外側の湾曲部の曲率３の中心の位置を台金１のエッジから４ｍｍ内周側の位置（台金中心から６ｍｍの位置）とした。また、台金１の最外周のエッジを滑らかにつなぐため、外側の第２の曲率１１を１２ｍｍ、外側の第３の曲率１２を１ｍｍとしたＲ形状を形成した。第２の曲率１１の中心の位置を台金１のエッジから１．８ｍｍ離れた位置とし、第３の曲率１２の中心の位置を台金１のエッジから１ｍｍ離れた位置とした。

上層パッド２０と下層パッド２１と定盤２２の直径：３０ｍｍ、上層パッド２０の厚さ：１．３ｍｍ、下層パッド２１の厚さ：１．４ｍｍ、台金１のヤング率：２１０ＧＰａ、上層パッド２０のヤング率：５０ＭＰａ、下層パッド２１のヤング率：８ＭＰａ、定盤２２のヤング率：２１０ＧＰａ、台金１と上層パッド２０と下層パッド２１と定盤２２のポアソン比：０．３、また、台金１および上層パッド２０および下層パッド２１のメッシュサイズを１０μｍに設定して計算を行った。図７に示すように、接触圧力比の最大値は１．４で、上記と同様に、接触圧力比の低減の効果がある。

＜台金の加工方法（１）＞
次に、図８を用いて、ドレッサの台金の加工方法を説明する。まず、図８（ａ）に示すように、ＮＣ旋盤に台金１を保持し、台金１を中心軸周りに回転させながら、切削工具３０を台金１の中心から外周方向に移動させながら、切削工具３０に台金１の方向に切り込みを与えて、台金１の外周に外側の湾曲部２を形成した。次に、図８（ｂ）に示すように、外周に外側の湾曲部２を形成した台金１を、ホルダ１０の外周に固定した。次に、ホルダ１０を、ホルダ１０の中心軸周りに回転させながら切削工具３０を台金１の中心からホルダ１０の内周に向かう方向に移動させながら、切削工具３０に台金１の方向に切り込みを与えて、ホルダ１０の中心に近い方の台金１の内側の湾曲部４を形成した。

＜台金の加工方法（２）＞
次に、図９を用いて、ドレッサの台金の他の加工方法を説明する。まず、図８に記載した方法で、外側と内側の湾曲部の形状が非対称形状である台金１を製作した。次に、図９（ａ）に示すように、台金１を金型材３１に埋め込み、図９（ｂ）に示すように、金型材３１が固まった後、台金１を外して金型３２を作成した。次に、図９（ｃ）に示すように、金型３２に台金材料を流し込み、台金材料が固まった後、台金１を金型３２から取り出し、外側と内側の湾曲部の形状が非対称形状の台金１を作成した。

＜台金の形状の測定方法＞
次に、図１０（ａ）を用いて、ドレッサの台金の湾曲部の形状の測定方法を説明する。図１０（ａ）に示すレーザ変位計３３のレーザプローブ３４を、台金１の表面上で走査させ、台金１に形成した外側の湾曲部２の形状と内側の湾曲部４の形状を測定した。なお、測定器は、レーザ変位計のほか、接触式のプロファイラを用いても、同様に台金１の湾曲部の形状を測定できる。

図１０（ｂ）は、台金１に砥粒保持層６を介して砥粒７を配置した後の、台金形状の測定方法を説明する図である。レーザ変位計３３のレーザプローブ３４を台金１の内周から外周まで走査し、砥粒７と砥粒７の間での高さを読み取ることで、台金１の外側と内側の湾曲部２，４の非対称形状を測定した。

＜ダイヤモンド砥粒＞
次に、図７を用いて、台金の表面にダイヤモンド砥粒を固定する場合を説明する。上記で説明した台金１の表面に、砥粒保持層６を介して、砥粒７としてダイヤモンド砥粒を固定した。図７に示される接触圧力比の計算結果から、台金中心からの距離が７．８ｍｍより内側で接触圧力が生じている。そこで、接触圧力比が０よりも大きい範囲よりも外側の部分を含んだ範囲に砥粒７を配置するため、ダイヤモンド砥粒を配置する範囲を、台金中心から８ｍｍまでとした。また、配置するダイヤモンド砥粒の粒径を＃１００とし、配置間隔を０．２５ｍｍとした。

＜砥粒間隔の異なる領域の形成方法＞
次に、図１１（ａ）を用いて、砥粒間隔の異なる領域を形成する方法を説明する。図１１（ａ）は台金の平面、図１１（ｂ）はホルダの外周に台金が配置されるドレッサの平面図を示したものである。

本ドレッサは、図１１（ａ）に示すように、台金１の表面に、ホルダ１０の中心を基準として、台金上でホルダ１０の外周に近い方に砥粒間隔の狭い領域３５を設け、台金上でホルダ中心に近い方に砥粒間隔の広い領域３６を設けてなる構造である。このドレッサは、まず、台金上でホルダ１０の中心に近い領域にマスクをかけ、台金上でホルダ１０の外周に近い領域に、狭い間隔で砥粒７を配置し、砥粒間隔の狭い領域３５を形成した。次に、台金上でホルダ１０の中心に近い領域にかけたマスクを除去し、台金上でホルダ外周に近い方に形成した、この砥粒間隔の狭い領域３５にマスクをかけ、台金上でホルダ１０の中心に近い方に広い間隔で砥粒７を配置し、砥粒間隔の広い領域３６を形成した後、台金上でホルダ１０の外周に近い領域に形成した砥粒間隔の狭い領域にかけたマスクを除去した。次に、図１１（ｂ）に示すように、複数の台金１をホルダ１０の外周に配置させ、ＣＭＰドレッサを構成した。

＜リング状の台金＞
次に、図１２、図１３を用いて、リング状台金の構造例を説明する。

図１２（ａ）に示すドレッサは、ホルダとリング状に形成された台金が一体成形された一体型リング状台金４０に砥粒７が配置されてなる構造である。この一体型リング状台金４０の外周部および内周部には、上記と同様に曲率６００ｍｍの湾曲部を形成した。本ドレッサを用いることにより、同様の接触圧力比の低減効果が期待できる。

図１２（ｂ）に示すドレッサは、リング状台金４１に砥粒７が配置され、このリング状台金４１がホルダ４２に固定されてなる構造である。このリング状台金４１の外周部および内周部には、上記と同様に曲率６００ｍｍの湾曲部を形成した。本ドレッサを用いることにより、同様の接触圧力比の低減効果が期待できる。

図１３に示すドレッサは、一体型リング状台金４０の表面に、一体型リング状台金４０の中心を基準として、台金４０の外周に近い方に砥粒間隔の狭い領域４３を設け、台金４０の中心に近い方に砥粒間隔の広い領域４４を設けてなる構造である。このドレッサは、まず、一体型リング状台金４０の中心に近い領域にマスクをかけ、一体型リング状台金４０の外周に近い領域に、狭い間隔で砥粒７を配置し、砥粒間隔の狭い領域４３を形成した。次に、一体型リング状台金４０の中心に近い領域にかけたマスクを除去し、一体型リング状台金４０の外周に近い方に形成した、この砥粒間隔の狭い領域４３にマスクをかけ、一体型リング状台金４０の中心に近い方に広い間隔で砥粒７を配置し、砥粒間隔の広い領域４４を形成した後、一体型リング状台金４０の外周に近い領域に形成した砥粒間隔の狭い領域にかけたマスクを除去し、ＣＭＰドレッサを構成した。

＜半導体装置の製造方法（１）＞
次に、図１４を用いて、ドレッサを用いた半導体装置の製造方法の第１の適用例を説明する。第１の適用例では、半導体装置の製造方法における素子分離工程に、本発明のドレッサを用いた、ＳＴＩ−ＣＭＰ工程について説明する。

まず、図１４（ａ）に示すように、半導体基板５０の表面にＳｉＯ_２膜５１をＣＶＤで堆積した。さらに、ＳｉＯ_２膜５１の表面に窒化珪素膜５２を堆積した。次に、図１４（ｂ）に示すように、この窒化珪素膜５２の表面に、ドライエッチングにより浅溝５３を形成するためのマスクを形成した。次に、図１４（ｃ）に示すように、半導体基板５０の表面にドライエッチングで浅溝５３を形成した。次に、図１４（ｄ）に示すように、半導体基板５０の表面および浅溝５３にＳｉＯ_２膜５４をＣＶＤで埋め込んだ。

その後、上記のドレッサを使用して研磨パッドのドレッシングを施した。ドレッシング工程では、二層構造の発泡ポリウレタン製の研磨パッドを使用し、ドレッサの回転数を２０ｒ／ｍｉｎ、研磨装置の定盤回転数を３０ｒ／ｍｉｎ、ドレス液として純水を流量２００ｍｌ／ｍｉｎ、ドレス荷重を２００Ｎ、ドレッシング時間３０秒の条件で研磨パッドのドレッシングを施した。

その後、図１４（ｅ）に示すように、ＳＴＩ−ＣＭＰ工程を施して、半導体基板５０の表面の浅溝の内側のみにＳｉＯ_２膜５４の絶縁膜を形成した素子分離構造を形成した。ＳＴＩ−ＣＭＰ工程では、二層構造の発泡ポリウレタン製の研磨パッドを使用し、半導体基板の回転数を２０ｒ／ｍｉｎ、研磨装置の定盤回転数を３０ｒ／ｍｉｎ、研磨液として酸化セリウムスラリーを流量２００ｍｌ／ｍｉｎで供給しながら、研磨圧力３０ｋＰａ、研磨時間５分間の条件で半導体基板に研磨を施した。これにより、浅溝の中にＳｉＯ_２膜５４を埋め込んだ、素子分離構造を形成した。

本実施の形態のドレッサは、ドレッサの外周部での接触圧力の集中を抑制することにより、ダイヤモンド砥粒の偏摩耗を抑制し、研磨パッドの表面を削り取るドレッシング能力を長く維持できる効果があるため、このドレッサを用いてＳＴＩ−ＣＭＰ工程を行うことにより、研磨パッドの表面の加工残渣がドレッサにより除去され、ＣＭＰ加工でスクラッチを発生させることなく、素子分離構造を形成することができる。

本実施の形態のドレッサを用いてＳＴＩ−ＣＭＰ工程を行ったところ、ドレッサを２０時間以上使用しても半導体基板上にスクラッチが発生しない効果を確認した。これに対し、従来のドレッサを用いてＳＴＩ−ＣＭＰ工程を行うと、ドレッサを使用した時間が１０時間を超えると半導体基板の表面にスクラッチが発生し始めたため、これ以上はドレッサを使用し続けることができず、スクラッチの発生を回避するためには、ドレッサを新品のものに交換しなければならなかった。

このように、本実施の形態のドレッサを使用した場合には、従来のドレッサを使用した場合よりも長時間ドレッサを使用でき、スクラッチの発生を防止することができるため、ＳＴＩ−ＣＭＰ工程の製造コストを低減できる。従って、本実施の形態によれば、ＳＴＩ−ＣＭＰ工程の後でスクラッチのない良品のみを半導体装置の製造プロセスに流すことが可能であるため、半導体装置の製造歩留まりを向上できる。

＜半導体装置の製造方法（２）＞
次に、図１５を用いて、ドレッサを用いた半導体装置の製造方法の第２の適用例を説明する。第２の適用例では、半導体装置の製造方法におけるＣｕ配線工程に、本発明のドレッサを用いた場合について説明する。

まず、半導体基板に素子分離構造を形成した後、デバイス構造を形成した。その後、半導体基板の表面に、層間膜堆積工程６０を施して層間膜を堆積した。その後、層間膜に配線溝およびビアホールを形成する工程６１を施して配線溝とビアホールを形成した。その後、配線溝およびビアホール内にバリア層を形成する工程６２を施してバリア層を形成した後、層間膜上および配線溝およびビアホール内にＣｕ膜を堆積する工程６３により、配線溝とビアホールにＣｕ膜を埋め込んだ。

その後、研磨パッドのドレッシング工程６４を施した。ドレッシング工程６４では、二層構造の発泡ポリウレタン製の研磨パッドを使用し、ドレッサの回転数を２０ｒ／ｍｉｎ、研磨装置の定盤回転数を３０ｒ／ｍｉｎ、ドレス液として純水を流量２００ｍｌ／ｍｉｎ、ドレス荷重を２００Ｎ、ドレッシング時間１分間の条件で研磨パッドのドレッシングを施した。

その後、Ｃｕ−ＣＭＰ工程６５を施して、半導体基板にビアとＣｕ配線を同時に形成した。Ｃｕ−ＣＭＰ工程６５では、二層構造の発泡ポリウレタン製の研磨パッドを使用し、半導体基板の回転数を２０ｒ／ｍｉｎ、研磨装置の定盤回転数を３０ｒ／ｍｉｎ、研磨液としてシリカスラリーを流量２００ｍｌ／ｍｉｎ、研磨圧力を３０ｋＰａ、研磨時間２分間の条件でＣｕ膜の研磨を施した。

Ｃｕ−ＣＭＰ工程６５を施した後、キャップ層堆積工程６６を施してキャップ層を堆積し、さらに層間膜堆積工程６７を施して層間膜を堆積した。

本実施の形態のドレッサを用いてＣｕ−ＣＭＰ工程６５を行うことにより、スクラッチを発生させることはなかった。従って、本実施の形態によれば、Ｃｕ−ＣＭＰ工程６５の後でスクラッチのない良品のみを半導体装置の製造プロセスに流すことが可能であるため、半導体装置の製造歩留まりを向上できる。

＜実施の形態の効果＞
以上説明した、半導体基板の表面のＣＭＰ加工に用いるＣＭＰ用ドレッサ、このＣＭＰ用ドレッサを用いたＣＭＰ工程を含む半導体装置の製造方法における主な効果を纏めると、以下のようになる。

（１）ドレッサの台金形状を最適化することで、外周部の砥粒（ダイヤモンド砥粒）への圧力集中を多数の砥粒に分散して圧力集中を軽減することができる。また、ダイヤモンド砥粒を台金表面に配置する際の砥粒間隔を最適化することで、圧力集中を軽減することができる。この結果、ダイヤモンド砥粒と研磨パッドとの接触圧力の集中を緩和させ、ドレッサのダイヤモンド砥粒の偏摩耗を抑制することができる。これにより、ドレス時間の経過に伴うドレス能力の低下を抑制することができるとともに、ドレッサを長寿命化することが可能となる。

（２）ドレス能力の低下を抑制可能なドレッサを用いることで、半導体基板の表面のＣＭＰ工程において、スクラッチの発生および研磨量ばらつきの発生を抑制することができる。この結果、スクラッチが無く、研磨量ばらつきが小さい半導体基板を製造することができる。この検査に合格した半導体基板を用いることで、半導体装置の製造プロセスを安定化し、半導体装置の不良品の発生を低減することができるとともに、製造歩留まりを向上することが可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の半導体装置の製造方法は、例えば、ＳＴＩ−ＣＭＰ工程、Ｃｕ−ＣＭＰ工程などのＣＭＰ加工に用いるＣＭＰ用ドレッサ、このＣＭＰ用ドレッサを用いたＣＭＰ工程を含む半導体装置の製造方法に利用可能である。

本発明の一実施の形態において、（ａ），（ｂ）はドレッサの第１の構造例を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、ドレッサの第２の構造例を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、ドレッサの有限要素解析のモデルと接触圧力比を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、ドレッサの台金と研磨パッドの接触圧力分布と、砥粒配置範囲および砥粒間隔の関係を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、ドレッサの台金の湾曲部の曲率と接触圧力比分布との相関を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、ドレッサの台金の湾曲部の曲率と接触圧力比との相関を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、ドレッサの台金の接触圧力比分布と、砥粒を配置する位置を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、（ａ），（ｂ）はドレッサの台金に非対称の湾曲部を形成する方法を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、（ａ）〜（ｃ）はドレッサの台金に非対称の湾曲部を形成する他の方法を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、（ａ），（ｂ）はドレッサの台金の形状の測定方法を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、（ａ），（ｂ）はドレッサに砥粒間隔の異なる領域を形成する方法を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、（ａ），（ｂ）はドレッサのリング状台金の構造例を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、ドレッサのリング状台金の砥粒間隔の異なる領域を形成する方法を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、（ａ）〜（ｅ）はドレッサを用いたＳＴＩ−ＣＭＰ工程を含む半導体装置の製造方法を説明するための図である。 本発明の一実施の形態において、ドレッサを用いたＣＭＰ工程を含む他の半導体装置の製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１…台金、２…湾曲部（外側）、３…曲率（外側の湾曲部）、４…湾曲部（内側）、５…曲率（内側の湾曲部）、６…砥粒保持層、７…砥粒、８…砥粒間隔（外側）、９…砥粒間隔（内側）、１０…ホルダ、
１１…曲率（外側の第２）、１２…曲率（外側の第３）、１３…曲率（内側の第２）、１４…曲率（内側の第３）、
２０…上層パッド、２１…下層パッド、２２…定盤、２３…ドレス圧力、２４…接触圧力、２５…台金内周の接触圧力、２６…接触圧力比分布曲線、
２７…砥粒が配置される範囲、２８…砥粒が配置されない範囲、
２９…曲率Ｒが１５０ｍｍから６００ｍｍの範囲、
３０…切削工具、３１…金型材、３２…金型、
３３…レーザ変位計、３４…レーザプローブ、
３５…砥粒間隔の狭い領域、３６…砥粒間隔の広い領域、
４０…一体型リング状台金、４１…リング状台金、４２…ホルダ、４３…砥粒間隔の狭い領域、４４…砥粒間隔の広い領域、
５０…半導体基板、５１…ＳｉＯ_２膜、５２…窒化珪素膜、５３…浅溝、５４…ＳｉＯ_２膜、
６０…層間膜堆積工程、６１…層間膜に配線溝およびビアホールを形成する工程、６２…配線溝およびビアホール内にバリア層を形成する工程、６３…層間膜上および配線溝およびビアホール内にＣｕ膜を堆積する工程、６４…研磨パッドのドレッシング工程、６５…Ｃｕ−ＣＭＰ工程、６６…キャップ層堆積工程、６７…層間膜堆積工程。

Claims (12)

1. ホルダの外周に沿って台金が複数装着されるＣＭＰ用ドレッサであって、
   前記ホルダの外周側に位置する前記台金の湾曲部の曲率が、前記ホルダの中心に近い側に位置する前記台金の湾曲部の曲率と比較して等しいか、もしくは大なることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
2. 請求項１に記載のＣＭＰ用ドレッサにおいて、
   前記台金の湾曲部の曲率Ｒが、１５０ｍｍ≦Ｒ≦６００ｍｍの範囲であることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
3. 請求項１または２に記載のＣＭＰ用ドレッサにおいて、
   前記台金の湾曲部を含む表面に砥粒を配置してなることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
4. ホルダの外周に沿って台金が複数装着されるＣＭＰ用ドレッサであって、
   前記台金の外周部に配置される砥粒の間隔が、前記台金の内部に配置される砥粒の間隔よりも小なることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
5. ホルダの外周にリング状に形成された台金が装着されるＣＭＰ用ドレッサであって、
   前記ホルダの外周側に位置する前記台金の外周側の湾曲部の曲率が、前記ホルダの中心に近い側に位置する前記台金の内周側の湾曲部の曲率と比較して等しいか、もしくは大なることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
6. 請求項５に記載のＣＭＰ用ドレッサにおいて、
   前記台金の湾曲部の曲率Ｒが、１５０ｍｍ≦Ｒ≦６００ｍｍの範囲であることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
7. 請求項５または６に記載のＣＭＰ用ドレッサにおいて、
   前記台金の湾曲部を含む表面に砥粒を配置してなることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
8. ホルダの外周にリング状に形成された台金が装着されるＣＭＰ用ドレッサであって、
   前記台金の外周部に配置される砥粒の間隔が、前記台金の内部に配置される砥粒の間隔よりも小なることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
9. 請求項５〜８のいずれか１項に記載のＣＭＰ用ドレッサにおいて、
   前記ホルダと前記リング状に形成された台金が一体成形されてなることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサ。
10. 半導体基板上に浅溝を形成し、前記浅溝を含む半導体基板表面にＳｉＯ_２膜を形成するＳｉＯ_２膜形成工程と、前記ＳｉＯ_２膜の表面を、研磨パッドに押圧して研磨して平坦化するＳＴＩ−ＣＭＰ工程とを有し、
    前記ＳＴＩ−ＣＭＰ工程で用いるＣＭＰ用ドレッサは、前記研磨パッドが予め、ホルダの外周に沿って台金が複数装着されるＣＭＰ用ドレッサであって、
    前記ホルダの外周側に位置する前記台金の湾曲部の曲率が、前記ホルダの中心に近い側に位置する前記台金の湾曲部の曲率と比較して等しいか、もしくは大なるものであり、
    前記台金の外周部に配置される砥粒の間隔が前記台金の内部に配置される砥粒の間隔よりも小なるものであり、
    前記ＣＭＰ用ドレッサを用いてドレッシングがなされていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 層間膜の堆積工程と、配線溝とビアホールの形成工程と、バリア層の形成工程と、Ｃｕ膜の堆積工程と、Ｃｕ膜のＣＭＰ工程とを有し、
    前記Ｃｕ膜のＣＭＰ工程で用いるＣＭＰ用ドレッサは、研磨パッドが予め、ホルダの外周に沿って台金が複数装着されるＣＭＰ用ドレッサであって、
    前記ホルダの外周側に位置する前記台金の湾曲部の曲率が、前記ホルダの中心に近い側に位置する前記台金の湾曲部の曲率と比較して等しいか、もしくは大なるものであり、
    前記台金の外周部に配置される砥粒の間隔が、前記台金の内部に配置される砥粒の間隔よりも小なるものであり、
    前記ＣＭＰ用ドレッサを用いてドレッシングがなされていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項１０または１１に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記台金の湾曲部の曲率Ｒが、１５０ｍｍ≦Ｒ≦６００ｍｍの範囲であることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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