JP2013258213A

JP2013258213A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2013258213A
Application number: JP2012132384A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Kawase; 聡文側瀬; Fukugaku Minami; 学南幅; Hajime Eda; 元江田; Yukiteru Matsui; 之輝松井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-06-11
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2013-12-26
Also published as: US20130331005A1

Abstract

【課題】ＣＭＰ工程における研磨特性の向上を図る。
【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体基板２０上に形成された被研磨膜２３に対してＣＭＰ法を行う工程を具備する。前記ＣＭＰ法は、前記研磨布の表面にドレッサー１５を当接させて、前記研磨布をコンディショニングする工程と、前記被研磨膜の表面を負のＲｓｋ値を有する研磨布の表面に当接させて前記被研磨膜を研磨する工程と、を含む。前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記研磨布の表面温度は４０℃以上である。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の製造工程において、ＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）−ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）やＰＭＤ（Pre Metal Dielectric）−ＣＭＰ等の工程がある。これらのＣＭＰ工程では、半導体基板上に形成された例えばシリコン酸化膜等を被研磨膜とし、その平坦化が行われる。

例えば、ＣＭＰ工程でシリコン酸化膜の平坦化するために、セリア系スラリーが用いられる。セリア系スラリーは、シリコン酸化膜に対する研磨速度が大きく、平坦化性能が高いという性質を有する。しかしながら、セリア系スラリーを用いても研磨布表面の状態によっては、ＣＭＰ工程後の被研磨膜（例えば、シリコン酸化膜）の表面にスクラッチが多く生じてしまう。その結果、歩留まりや信頼性を低下させてしまう。

特開２００５−３４７５６８号公報

ＣＭＰ工程における研磨特性の向上を図る半導体装置の製造方法を提供する。

本実施形態による半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された被研磨膜に対してＣＭＰ法を行う工程を具備する。前記ＣＭＰ法は、前記研磨布の表面にドレッサーを当接させて、前記研磨布をコンディショニングする工程と、前記被研磨膜の表面を負のＲｓｋ値を有する研磨布の表面に当接させて前記被研磨膜を研磨する工程と、を含む。前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記研磨布の表面温度は４０℃以上である。

第１の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す構成図。第１の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す上面図。各実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャート。Ｒｓｋ値について説明するための図。研磨実験による研磨布表面のＲｓｋ値と被研磨膜の表面のスクラッチ数との関係を示すグラフ。コンディショニング実験による研磨布の表面温度と研磨布のＲｓｋ値との関係を示すグラフ。第２の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す構成図。第３の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す構成図。第３の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す上面図。第４の実施形態に係る研磨布のコンディショニング工程を示す断面図。図１０に続く、第４の実施形態に係る研磨布のコンディショニング工程を示す断面図。図１１に続く、第４の実施形態に係る研磨布のコンディショニング工程を示す断面図。各実施形態に係る半導体装置におけるＳＴＩの製造工程を示す断面図。図１３に続く、各実施形態に係る半導体装置におけるＳＴＩの製造工程を示す断面図。

本実施形態を以下に図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。また、重複する説明は、必要に応じて行う。

＜第１の実施形態＞
図１乃至図６を用いて、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態では、半導体装置の製造方法におけるＣＭＰ法において、研磨布１１の表面に水蒸気を供給することにより研磨布１１の表面をＲｓｋ値が負になるようにコンディショニングした後、研磨布１１と被研磨膜とを当接（摺動）させて被研磨膜を研磨する。これにより、ＣＭＰ工程後の被研磨膜の表面のスクラッチを低減することができる。以下に、第１の実施形態について詳説する。

［ＣＭＰ装置］
以下に、図１および図２を用いて、第１の実施形態に係るＣＭＰ装置について説明する。

図１は、第１の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す構成図である。図２は、第１の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す上面図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係るＣＭＰ装置は、ターンテーブル１０、研磨布１１、トップリング１２、スラリー供給ノズル１３、ドレッサー１５、研磨布温度測定器１６、および水蒸気供給ノズル１７を備える。

半導体基板２０が保持されたトップリング１２は、ターンテーブル１０上に貼付された研磨布１１上に当接される。半導体基板２０の表面上には被処理膜としての例えばシリコン酸化膜が形成され、研磨布１１上に当接されることで被処理膜が研磨される。ターンテーブル１０は１〜２００ｒｐｍで回転可能であり、トップリング１２は１〜２００ｒｐｍで回転可能である。これらターンテーブル１０およびトップリング１２は、それぞれ同じ方向に回転し、例えば反時計回りに回転する。また、被処理膜の研磨中、ターンテーブル１０およびトップリング１２は、一定方向に回転する。これらの研磨荷重は、通常５０〜５００ｈＰａ程度である。

また、研磨布１１上には、スラリー供給ノズル１３が配置されている。このスラリー供給ノズル１３からは、被研磨膜の研磨中において、スラリーとして所定の薬液を５０〜１０００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給することができる。なお、スラリー供給ノズル１３は、ターンテーブル１０の中心付近に設けられているが、これに限らず、スラリーが研磨布１１の全面に供給されるように適宜設けられてもよい。

ドレッサー１５は、研磨布１１に当接されることにより、研磨布１１の表面のコンディショニングを行なう。ドレッサー１５は１〜２００ｒｐｍで回転可能である。これらドレッサー１５は、例えば反時計回りに回転する。また、コンディショニング中、ターンテーブル１０およびドレッサー１５は、一定方向に回転する。これらのドレッシング荷重は、通常５０〜５００ｈＰａ程度である。ドレッサー１５は、例えばダイヤモンドドレッサーであるが、これに限らず、セラミックドレッサーでもよい。セラミックドレッサーの材質としては、例えばＳｉＣ等のセラミックが用いられる。

また、ドレッサー１５に接続される柱部分（ドレッサー駆動軸）には、赤外放射温度計である研磨布温度測定器１６が設置されている。この研磨布温度測定器１６の詳細については、後述する。

また、研磨布１１上には、純水を加熱した水蒸気等を研磨布１１に向けて噴出する水蒸気供給ノズル１７が配置されている。水蒸気供給ノズル１７は、スラリー供給ノズル１３（ターンテーブル２０の回転軸）を中心にして研磨布１１の半径上に配置されている。このため、研磨布１１が回転することによって、その全面に水蒸気等を噴出することができる。水蒸気供給ノズル１７は、研磨布温度測定器１６（ドレッサー１５）に対してターンテーブル１０の回転方向の上流側に配置されている。これにより、水蒸気供給ノズル１７を制御することで、コンディショニング中において研磨布温度測定器２６により測定される研磨布１１の表面温度を調整することができる。

さらに、研磨布１１上には、図示せぬドレッシング液供給ノズルが配置されている。ドレッシング液供給ノズルは、コンディショニング中において、種々のドレッシング液を供給する。

なお、ドレッサー１５に対してターンテーブル１０の回転方向の上流側とは、ドレッサー１５に対してターンテーブル１０の回転方向の上流側の１８０°以内の領域である。

図２に示すように、研磨布温度測定器１６は、ドレッサー１５に対して、ターンテーブル１０の回転方向の上流側に配置されている。このため、研磨布温度測定器１６は、ドレッサー１５に対して、ターンテーブル１０の回転方向の上流側の研磨布１１の表面温度（入口温度）を測定する。また、研磨布温度測定器１６は、水蒸気供給ノズル１７に対して、ターンテーブル１０の回転方向の下流側に配置されている。すなわち、研磨布温度測定器１６は、水蒸気供給ノズル１７の水蒸気によって加熱された後、ドレッサー１５と接触する前の研磨布１１の表面温度を測定する。

また、研磨布温度測定器１６は、ドレッサー１５の中心Ｏ’を通り、ターンテーブル１０の中心Ｏを中心とした一定距離を有する円軌道Ｘ上において、研磨布１１の温度を測定する。これは、円軌道Ｘ上において、ドレッサー１５と研磨布１１とが接触している時間が長く、最高温度を測定することができるためである。

また、ドレッサー１５の端部付近において、ドレッシング液は、ドレッサー１５にぶつかって盛り上がる。このため、ドレッサー１５の端部付近で温度測定を行った場合、研磨布温度測定器１６は、研磨布１１の表面温度ではなく、誤ってドレッシング液の温度を測定する可能性がある。研磨布１１の表面温度を測定するために、研磨布温度測定器１６は、円軌道Ｘ上でかつドレッシング液から距離ｄ１（例えば１０ｍｍ）離れた入口温度測定点Ａにおける温度を測定することが望ましい。

［製造方法］
以下に、図３および図４を用いて、第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。

図３は、各実施形態に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

図３に示すように、まず、ステップＳ１において、半導体基板２０上に被研磨膜が形成される。この被研磨膜は、例えば、ＳＴＩ構造やＰＭＤ構造を形成する際のシリコン酸化膜であるが、これに限らない。

次に、ステップＳ２において、被研磨膜に対してＣＭＰ法が行われる。ここで、第１の実施形態におけるＣＭＰ法は、以下の条件で行われる。

まず、ステップＳ２１において、研磨布１１のコンディショニングが行われる。より具体的には、ドレッサー１５が研磨布１１の表面に当接され、ドレッサー１５と研磨布１１とを摺動（例えば回転）させる。また、水蒸気供給ノズル１７により、純水を加熱した水蒸気が研磨布１１の表面に供給される。

ここで、例えば、研磨布１１として、ポリウレタンを主材料とし、ＳｈｏｒｅＤ硬度が５０以上８０以下、弾性率が２００ＭＰａ以上７００ＭＰａ以下であるものをターンテーブル１０に貼付する。また、例えば、ターンテーブル１０の回転数を１０ｒｐｍ以上１１０ｒｐｍ以下とする。また、例えば、ドレッサー１５として、ダイヤモンド粗さ♯１００以上♯２００以下（旭ダイヤモンド社製）であるものを用いる。また、例えば、ドレッサー１５の回転数を１０ｒｐｍ以上１１０ｒｐｍ以下とし、ドレッシング荷重を５０ｈＰａ以上３００ｈＰａ以下とする。また、例えば、コンディショニング時間は６０秒とする。

このとき、研磨布１１の表面温度（研磨布温度測定器１６による入口温度測定点Ａの温度）が４０℃以上８０℃以下になるように、水蒸気供給ノズル１７により供給される水蒸気の供給温度および供給量を制御する。これにより、研磨布１１の表面のＲｓｋ値を０以下（負）にすることができる。

次に、ステップＳ２２において、被研磨膜が研磨される。より具体的には、トップリング１２に保持された被研磨膜がコンディショニングされた研磨布１１に当接され、被研磨膜と研磨布１１とを摺動させる。ここで、例えば、トップリング１２の回転数を１２０ｒｐｍとし、研磨荷重を３００ｇｆ／ｃｍ^２とする。また、スラリー供給ノズル１２から１００ｃｃ／ｍｉｎの流量でスラリーが供給される。スラリーは、例えば、砥粒として酸化セリウム（日立化成工業株式会社製ＤＬＳ２）とポリカルボン酸アンモニウム（花王株式会社製ＴＫ７５）とを含有している。

このように、被研磨膜の表面を負のＲｓｋ値を有して回転する研磨布１１の表面に当接させて研磨することで、研磨後の被研磨膜の表面のスクラッチ数を減少させることができる。この根拠については後述する。

図４は、Ｒｓｋ値について説明するための図である。

Ｒｓｋ値（粗さ曲線スキューネス値）とは、表面粗さプロファイルの平均線に対する確率密度分布の相対性を示すものである。

図４（ａ）に示すように、確率密度分布が表面粗さプロファイルの平均線より下に偏った場合、Ｒｓｋ値は正であるという。このとき、凸に突き出した部分が多く、平坦な部分が少なくなる。

一方、図４（ｂ）に示すように、確率密度分布が表面粗さプロファイルの平均線より上に偏った場合、Ｒｓｋ値は負であるという。このとき、凸に突き出した部分が少なく、平坦な部分が多くなる。

すなわち、Ｒｓｋ値が負であるということは、Ｒｓｋ値が正であることよりも、その表面が滑らかであることを意味する。

［ＣＭＰ条件の根拠］
以下に、図５および図６を用いて、第１の実施形態におけるＣＭＰ条件の根拠について説明する。

まず、研磨布１１の表面のＲｓｋ値と被研磨膜の表面のスクラッチ数との関係を調べる研磨実験を行った。

図５は、研磨実験による研磨布１１の表面のＲｓｋ値と被研磨膜の表面のスクラッチ数との関係を示すグラフである。ここで、Ｒｓｋ値は、高視野のレーザー顕微鏡、例えばＨＤ１００Ｄ（レーザーテック社製）で測定した粗さから計算したものである。スクラッチ数は、ＣＭＰ工程後に一旦、被研磨膜の表面を希フッ酸でライトエッチングした後に、ＫＬＡ２８１５（ＫＬＡテンコール社製、ＳＥＭＲｅｖｉｅｗ）でカウントしたものである。

図５に示すように、被研磨膜の表面を研磨布１１の表面に当接させて研磨する場合、研磨時における研磨布１１の表面のＲｓｋ値と、その結果生じる被研磨膜の表面のスクラッチ数との間に正の相関関係（相関係数０．７１）がある。言い換えると、研磨布１１のＲｓｋ値が大きくなると被研磨膜の表面のスクラッチ数が多くなり、小さくなると少なくなる。また、研磨布１１の表面のＲｓｋ値が負側に大きくなるほど（絶対値の大きな負になるほど）被研磨膜の表面のスクラッチ数が少なくなるとともに、そのばらつきが小さくなる。

以上のように、研磨布１１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負の状態にして被研磨膜の研磨を行うことで、被研磨膜の表面のスクラッチ数を少なくすることができる。このため、コンディショニングによって研磨布１１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることが望まれる。

次に、研磨布１１の表面温度と研磨布１１のＲｓｋ値との関係を調べるコンディショニング実験を行った。ここでは、上述したＣＭＰ装置における水蒸気供給ノズル１７から供給される水蒸気を制御することで、研磨布温度測定器１６によって測定される研磨布１１の表面温度を調整している。また、コンディショニング実験は、以下の条件によって行われた。

研磨布：ポリウレタン（ＳｈｏｒｅＤ硬度が６０、弾性率が４００ＭＰａ）
ターンテーブル回転数：２０ｒｐｍ
ドレッサー：ダイヤモンド粗さ＃１００（旭ダイヤモンド社製）
ドレッサー荷重：２００ｈＰａ
ドレッサー回転数：２０ｒｐｍ
ドレッシング液：２３℃（室温）の純水
ここで、水蒸気による加熱をした場合と、水蒸気による加熱をしなかった場合とで、それぞれ６０秒間のコンディショニング実験を行った。それぞれのコンディショニング実験において、研磨布温度測定器１６で計測された研磨布１１の表面温度は、２３℃（水蒸気による加熱なし）、６０℃（水蒸気による加熱あり）であった。

図６は、コンディショニング実験による研磨布１１の表面温度と研磨布１１のＲｓｋ値との関係を示すグラフである。

図６に示すように、ドレッサー１５により研磨布１１の表面をコンディショニングする場合、コンディショニング時における研磨布１１の表面温度と、その結果生じる研磨布１１のＲｓｋ値との間に負の相関関係がある。言い換えると、研磨布１１の表面温度が高くなると研磨布１１のＲｓｋ値が小さくなり、低くなると大きくなる。より具体的には、研磨布１１の表面温度が２３℃、６０℃のそれぞれの場合において、研磨布１１のＲｓｋ値は０．３２、−０．３２である。

上述したように、コンディショニングによって研磨布１１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることが望ましい。コンディショニングにおける研磨布１１の表面温度をより大きくすることで、研磨布１１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることができる。なお、図示するように、コンディショニングにおいて、研磨布１１の表面温度を４０℃以上にすることで、研磨布１１の表面のＲｓｋ値を負にすることができる。

一方、コンディショニングにおける研磨布１１の研削速度は、研磨布１１の表面温度に依存する。研磨布１１の表面温度が高くなると研削速度が小さくなり、低くなると大きくなる。これは、研磨布１１の表面温度が高くなることで研磨布１１が柔らかくなり（弾性率が低下し）、研削しにくくなったためであると考えられる。すなわち、研磨布１１の表面温度を高くすることにより、研磨布１１の使用寿命を延ばすことができる。

また、研磨布１１の表面温度を高めることにより、研磨布１１の材料の物性が変化して柔らかくなる。これにより、研磨布１１に当接されるドレッサー１５の摩耗速度が小さくなる。したがって、ドレッサー１５の使用寿命を延ばすことができる。このため、ドレッサー１５として、ダイヤモンドドレッサーに限らず、非ダイヤモンドドレッサー（例えば、セラミック材料のドレッサー）のような寿命の短いドレッサーを、十分な寿命で使用することが可能になる。

なお、コンディショニングにおいて、研磨布１１の表面温度を８０℃以上にした場合、研磨布１１の材料の物性がさらに変化する。これは、研磨布１１の材料が８０℃以上のガラス転移点を有するためである。ガラス転移点とは、部分的に結晶化した高分子の非晶質領域において、粘性または弾性を有する状態から硬くて比較的もろい状態へ変化する現象をいう。すなわち、研磨布１１の表面温度が８０℃以上になると、研磨布１１の材料の弾性率が大きく低下し、もとの材料と大きく異なる物性になる。その結果、研磨布１１の表面を十分にコンディショニングできなくなってしまう。このため、コンディショニングにおいて、研磨布１１の表面温度を８０℃以下に設定することが望ましい。

以上のように、研磨布１１の表面温度を４０℃以上８０℃以下の範囲でより高くしてコンディショニングを行うことで、研磨布１１のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることができ、かつ、研磨布１１の研削速度を小さくすることができる。

［効果］
上記第１の実施形態によれば、半導体装置の製造方法におけるＣＭＰ法において、研磨布１１の表面に水蒸気を供給することにより、研磨布１１の表面を４０℃以上８０℃以下の範囲のより高い温度でコンディショニングする。その後、コンディショニングされた研磨布１１の表面に被研磨膜の表面を当接させて被研磨膜を研磨する。これにより、以下の効果を得ることができる。

研磨布１１の表面をより高い温度でコンディショニングすることにより、研磨布１１の表面のＲｓｋ値をより絶対値の大きな負の値にすることができる。この負のＲｓｋ値を有する研磨布１１の表面に被研磨膜の表面を当接させて被研磨膜を研磨することで、ＣＭＰ工程後の被研磨膜の表面のスクラッチ数を低減することができる。その結果、デバイスの歩留まりや信頼性の低下を抑制することができる。

また、研磨布１１の表面をより高い温度でコンディショニングすることにより、研磨布１１の研削速度を小さくすることができる。これにより、研磨布１１の使用寿命を延ばすことができ、ＣＭＰ工程におけるコストの低減が可能になる。

また、研磨布１１の表面をより高い温度でコンディショニングすることにより、ドレッサー１５の摩耗速度を小さくすることができる。これにより、ドレッサー１５の使用寿命を延ばすことができ、ＣＭＰ工程におけるコストの低減が可能になる。

＜第２の実施形態＞
図３および図７を用いて、第２の実施形態について説明する。第１の実施形態では、コンディショニングにおいて、水蒸気供給ノズル１７から供給される水蒸気を制御することで研磨布１１の表面温度を調整した。これに対し、第２の実施形態では、コンディショニングにおいて、加熱機１８を制御することで研磨布１１の表面温度を調整する。以下に、第２の実施形態について詳説する。なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。

［ＣＭＰ装置］
以下に、図７を用いて、第２の実施形態に係るＣＭＰ装置について説明する。

図７は、第２の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す構成図である。

図７に示すように、第２の実施形態に係るＣＭＰ装置において、第１の実施形態と異なる点は、水蒸気供給ノズル１７の代わりに、加熱機１８を有する点である。

加熱機１８は、コンディショニング中において、研磨布１１の表面に当接される。加熱機１８は、スラリー供給ノズル１３（ターンテーブル２０の回転軸）を中心にして研磨布１１の半径上に配置されている。このため、研磨布１１が回転することによって、その全面を加熱することができる。加熱機１８は、研磨布温度測定器１６（ドレッサー１５）に対してターンテーブル１０の回転方向の上流側に配置されている。これにより、加熱機１８を制御することで、コンディショニング中において研磨布温度測定器２６により測定される研磨布１１の表面温度を調整することができる。加熱機１８は、２３℃（室温）以上８０℃以下の範囲で研磨布１１の表面温度を制御する。

研磨布温度測定器１６は、ドレッサー１５に対して、ターンテーブル１０の回転方向の上流側に配置されている。このため、研磨布温度測定器１６は、ドレッサー１５に対して、ターンテーブル１０の回転方向の上流側の研磨布１１の表面温度（入口温度）を測定する。また、研磨布温度測定器１６は、加熱機１８に対して、ターンテーブル１０の回転方向の下流側に配置されている。すなわち、研磨布温度測定器１６は、加熱機１８によって加熱された後、ドレッサー１５と接触する前の研磨布１１の表面温度を測定する。

［製造方法］
以下に、図３を用いて、第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。

まず、ステップＳ１において、半導体基板２０上に被研磨膜が形成される。

次に、ステップＳ２において、被研磨膜に対してＣＭＰ法が行われる。ここで、第２の実施形態におけるＣＭＰ法は、以下の条件で行われる。

まず、ステップＳ２１において、研磨布１１のコンディショニングが行われる。より具体的には、ドレッサー１５が研磨布１１の表面に当接され、ドレッサー１５と研磨布１１とを摺動させる。また、加熱機１８により、研磨布１１の表面が加熱される。

このとき、研磨布１１の表面温度（研磨布温度測定器１６による入口温度測定点Ａの温度）が４０℃以上８０℃以下になるように、加熱機１８を制御する。これにより、研磨布１１のＲｓｋ値を負にすることができる。

次に、ステップＳ２２において、被研磨膜が研磨される。より具体的には、トップリング１２に保持された被研磨膜がコンディショニングされた研磨布１１に当接され、被研磨膜と研磨布１１とを摺動させる。

このように、被研磨膜の表面を負のＲｓｋ値を有して回転する研磨布１１の表面に当接させて研磨することで、研磨後の被研磨膜の表面のスクラッチ数を減少させることができる。

［効果］
上記第２の実施形態によれば、半導体装置の製造方法におけるＣＭＰ法において、研磨布１１の表面を加熱機１８で加熱することにより、研磨布１１の表面を４０℃以上８０℃以下の範囲のより高い温度でコンディショニングする。その後、コンディショニングされた研磨布１１の表面に被研磨膜の表面を当接させて被研磨膜を研磨する。これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３の実施形態＞
図３、図８および図９を用いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、コンディショニングにおいて、ドレッサー１５自体を加熱して制御することで研磨布１１の表面温度を調整する。以下に、第３の実施形態について詳説する。なお、第３の実施形態において、上記第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。

［ＣＭＰ装置］
以下に、図８および図９を用いて、第３の実施形態に係るＣＭＰ装置について説明する。

図８は、第３の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す構成図である。図９は、第３の実施形態に係るＣＭＰ装置を示す上面図である。

図８に示すように、第３の実施形態に係るＣＭＰ装置において、第１の実施形態と異なる点は、水蒸気供給ノズル１７の代わりに、ドレッサー１５自体を加熱する点である。

ドレッサー１５は、研磨布１１に当接されることにより、研磨布１１の表面のコンディショニングを行なう。このとき、ドレッサー１５自体を加熱して制御することで、コンディショニング中において研磨布温度測定器２６により測定される研磨布１１の表面温度を調整することができる。ドレッサー１５は、２３℃（室温）以上８０℃以下の範囲で研磨布１１の表面温度を制御する。

図９に示すように、研磨布温度測定器１６は、ドレッサー１５に対して、ターンテーブル１０の回転方向の下流側に配置されている。このため、研磨布温度測定器１６は、ドレッサー１５に対して、ターンテーブル１０の回転方向の下流側の研磨布１１の表面温度（出口温度）を測定する。すなわち、研磨布温度測定器１６は、ドレッサー１５によって加熱された後の研磨布１１の表面温度を測定する。

また、研磨布温度測定器１６は、ドレッサー１５の中心Ｏ’を通り、ターンテーブル１０の中心Ｏを中心とした一定距離を有する円軌道Ｘ上において、研磨布１１の温度を測定する。また、ドレッシング液ではなく、研磨布１１の表面温度を測定するために、研磨布温度測定器１６は、円軌道Ｘ上でかつドレッシング液から距離ｄ２（例えば１０ｍｍ）離れた出口温度測定点Ｂにおける温度を測定することが望ましい。

［製造方法］
以下に、図３を用いて、第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。

次に、ステップＳ２において、被研磨膜に対してＣＭＰ法が行われる。ここで、第３の実施形態におけるＣＭＰ法は、以下の条件で行われる。

まず、ステップＳ２１において、研磨布１１のコンディショニングが行われる。より具体的には、ドレッサー１５が研磨布１１の表面に当接され、ドレッサー１５と研磨布１１とを摺動させる。また、ドレッサー１５自体を加熱することにより、研磨布１１の表面が加熱される。

このとき、研磨布１１の表面温度（研磨布温度測定器１６による出口温度測定点Ｂの温度）が４０℃以上８０℃以下になるように、ドレッサー１５を制御する。これにより、研磨布１１のＲｓｋ値を負にすることができる。

［効果］
上記第３の実施形態によれば、半導体装置の製造方法におけるＣＭＰ法において、研磨布１１の表面をドレッサー１５で加熱することにより、研磨布１１の表面を４０℃以上８０℃以下の範囲のより高い温度でコンディショニングする。その後、コンディショニングされた研磨布１１の表面に被研磨膜の表面を当接させて被研磨膜を研磨する。これにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第４の実施形態＞
図３、図１０乃至図１２を用いて、第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、コンディショニングにおいて、研磨布１１の表面と０以上（正）のＲｓｋ値を有するドレッサー１５の表面とを当接する。これにより、研磨布１１の表面のＲｓｋ値を負にすることができ、ＣＭＰ工程後の被研磨膜の表面のスクラッチを低減することができる。以下に、第４の実施形態について詳説する。なお、第４の実施形態において、第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。

［ＣＭＰ装置］
以下に、第４の実施形態に係るＣＭＰ装置について説明する。

第４の実施形態に係るＣＭＰ装置において、第１の実施形態と異なる点は、ドレッサー１５の表面が正のＲｓｋ値を有する点である。

ドレッサー１５は、研磨布１１に当接されることにより、研磨布１１の表面のコンディショニングを行なう。このとき、ドレッサー１５の表面が正のＲｓｋ値を有する。なお、ドレッサー１５の表面がより絶対値の大きな正のＲｓｋ値を有することが望ましい。また、ドレッサー１５は、表面がコーティングされた金属製ドレッサーであることが望ましいが、これに限らず、ダイヤモンドドレッサーまたはセラミックドレッサーであってもよい。

なお、第４の実施形態に係るＣＭＰ装置では、コンディショニングにおいて、研磨布１１の表面温度の制御が不要である。このため、第４の実施形態に係るＣＭＰ装置は、第１の実施形態に係るＣＭＰ装置における研磨布温度測定器１６および水蒸気供給ノズル１７を有さなくてもよい。

［製造方法］
以下に、図３、図１０乃至図１２を用いて、第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。

図１０乃至図１２は、第４の実施形態に係る研磨布１１のコンディショニング工程を示す断面図である。

次に、ステップＳ２において、被研磨膜に対してＣＭＰ法が行われる。ここで、第４の実施形態におけるＣＭＰ法は、以下の条件で行われる。

まず、ステップＳ２１において、研磨布１１のコンディショニングが行われる。

より具体的には、まず、図１０に示すように、ドレッサー１５の表面が正のＲｓｋ値となるように制御する。次に、図１１に示すように、研磨布１１の表面と正のＲｓｋ値を有するドレッサー１５の表面とを当接させる。このとき、ドレッサー１５と研磨布１１とは、ドレッサー１５の表面の凸部が研磨布１１の表面に押し込まれるようなドレッサー荷重で当接される。これにより、研磨布１１の表面に、ドレッサー１５の表面の凸部が反映（転写）された凹部が形成される。すなわち、研磨布１１の表面のＲｓｋ値が負となる。このとき、ドレッサー１５の表面形状を研磨布１１の表面により反映させるため、コンディショニング時において研磨布１１とドレッサー１５とを相対運動（例えば、回転）させないことが望ましい。次に、図１２に示すように、ドレッサー１５が研磨布１１から離される。その後、ドレッサー１５を研磨布１１上において移動させ、図１０乃至図１２における上記コンディショニング動作を繰り返し行う。

なお、研磨布１１とドレッサー１５とを相対運動（例えば、回転）させることで、ドレッサー１５を移動させずに一度の当接でコンディショニングを行ってもよい。

このように、正のＲｓｋ値を有するドレッサー１５の表面を研磨布１１の表面に当接させることで、研磨布１１の表面のＲｓｋ値を負にすることができる。

［ＣＭＰ条件の根拠］
以下に、第４の実施形態におけるＣＭＰ条件の根拠について説明する。

ドレッサー１５のＲｓｋ値と研磨布１１のＲｓｋ値との関係を調べるコンディショニング実験を行った。コンディショニング実験は、以下の二条件（比較例および第４の実施形態）によって行われた。

比較例
研磨布：ポリウレタン（ＳｈｏｒｅＤ硬度が６０、弾性率が４００ＭＰａ）
ターンテーブル回転数：２０ｒｐｍ
ドレッサー：ダイヤモンド粗さ＃１００（旭ダイヤモンド社製）
ドレッサー荷重：２００ｈＰａ
ドレッサー回転数：２０ｒｐｍ
ドレッシング液：２３℃（室温）の純水
第４の実施形態
研磨布：ポリウレタン（ＳｈｏｒｅＤ硬度が６０、弾性率が４００ＭＰａ）
ターンテーブル回転数：０ｒｐｍ
ドレッサー：表面コーティングされた金属製、表面のＲｓｋ＞０
ドレッサー荷重：２００ｈＰａ
ドレッサー回転数：０ｒｐｍ
ドレッシング液：２３℃（室温）の純水
ここで、比較例においてドレッサー表面のＲｓｋを制御していない（ドレッサー表面のＲｓｋは、例えば負である）。これに対して、第４の実施形態においてドレッサー表面のＲｓｋが正になるように制御している。なお、それぞれのコンディショニング実験において、研磨布１１の表面温度は、２３℃（室温）であった。

ドレッサー１５により研磨布１１の表面をコンディショニングする場合、コンディショニング時におけるドレッサー１５の表面のＲｓｋ値と、その結果生じる研磨布１１のＲｓｋ値との間に負の相関関係がある。言い換えると、ドレッサー１５の表面のＲｓｋ値が大きくなると研磨布１１のＲｓｋ値が小さくなり、小さくなると大きくなる。より具体的には、ドレッサー１５の表面のＲｓｋ値が負（比較例）、正（第４の実施形態）のそれぞれの場合において、研磨布１１のＲｓｋ値は０．３２、−０．１８である。

上述したように、コンディショニングによって研磨布１１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることが望ましい。コンディショニングにおけるドレッサー１５の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな正にすることで、研磨布１１の表面のＲｓｋ値をより絶対値が大きな負にすることができる。

［効果］
上記第４の実施形態によれば、半導体装置の製造方法におけるＣＭＰ法において、ドレッサー１５の表面のＲｓｋ値を制御して、研磨布１１の表面をコンディショニングする。その後、コンディショニングされた研磨布１１の表面に被研磨膜の表面を当接させて被研磨膜を研磨する。これにより、以下の効果を得ることができる。

ドレッサー１５の表面のＲｓｋ値を正の値にしてコンディショニングすることにより、研磨布１１の表面のＲｓｋ値を負の値にすることができる。この負のＲｓｋ値を有する研磨布１１の表面に被研磨膜の表面を当接させて被研磨膜を研磨することで、ＣＭＰ工程後の被研磨膜の表面のスクラッチ数を低減することができる。その結果、デバイスの歩留まりや信頼性の低下を抑制することができる。

［適用例］
以下に、図１３および図１４を用いて、各実施形態に係る半導体装置の製造方法の適用例について説明する。ここでは、半導体装置におけるＳＴＩ構造の製造方法について説明する。

図１３および図１４は、各実施形態に係る半導体装置におけるＳＴＩの製造工程を示す断面図である。

まず、図１３に示すように、半導体基板２０上に、ストッパー膜となるシリコン窒化膜２１が形成される。その後、シリコン酸化膜等をエッチングマスクとして、半導体基板２０に、ＳＴＩパターン２２が形成される。なお、半導体基板２０とシリコン窒化膜２１との間に、例えばシリコン酸化膜等を設けてもよい。

次に、全面に、例えば高密度プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりシリコン酸化膜２３が形成される。このとき、シリコン酸化膜２３は、ＳＴＩパターン２２外にも形成される。

次に、図１４に示すように、シリコン酸化膜２３を被処理膜としてＣＭＰ工程が行われ、表面が研磨される。このＣＭＰ工程において、第１の実施形態が適用される。すなわち、研磨布１１の表面のＲｓｋ値を負になるようにコンディショニングした後、その研磨布１１の表面にシリコン酸化膜２３の表面を当接させてシリコン酸化膜２３を研磨する。これにより、ＳＴＩパターン２２外のシリコン酸化膜２３が除去されＳＴＩ構造が形成される。

しかし、これに限らず、各実施形態におけるＣＭＰ法は、種々の金属材料、絶縁材料を被処理膜として行うＣＭＰ工程に対して適用可能である。

その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１１…研磨布、１５…ドレッサー、２０…半導体基板、２３…シリコン酸化膜（被研磨膜）

Claims

半導体基板上に形成された被研磨膜に対してＣＭＰ法を行う工程を具備し、
前記ＣＭＰ法は、
回転する前記研磨布の表面に非ダイヤモンドドレッサーを当接させて、前記研磨布をコンディショニングする工程と、
前記被研磨膜の表面を負のＲｓｋ値を有する研磨布の表面に当接させて前記被研磨膜を研磨する工程と、
を含み、
前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記ドレッサーに対して前記回転方向の上流側の前記研磨布の表面に水蒸気を供給することにより、前記研磨布の表面温度を４０℃以上８０℃以上にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
半導体基板上に形成された被研磨膜に対してＣＭＰ法を行う工程を具備し、
前記ＣＭＰ法は、
前記研磨布の表面にドレッサーを当接させて、前記研磨布をコンディショニングする工程と、
前記被研磨膜の表面を負のＲｓｋ値を有する研磨布の表面に当接させて前記被研磨膜を研磨する工程と、
を含み、
前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記研磨布の表面温度は４０℃以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記研磨布の表面温度は８０℃以下であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記研磨布の表面に水蒸気を供給することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記研磨布を回転させ、前記水蒸気は前記ドレッサーに対して前記回転方向の上流側の前記研磨布の表面に供給されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記研磨布の表面に加熱機を当接することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記研磨布を回転させ、前記加熱機は前記ドレッサーに対して前記回転方向の上流側の前記研磨布の表面に当接されることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
前記研磨布をコンディショニングする工程において、前記ドレッサーを加熱することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記ドレッサーは、非ダイヤモンドドレッサーであることを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板上に形成された被研磨膜に対してＣＭＰ法を行う工程を具備し、
前記ＣＭＰ法は、
前記研磨布の表面に正のＲｓｋ値を有するドレッサーを当接させて前記研磨布をコンディショニングする工程と、
前記被研磨膜の表面を負のＲｓｋ値を有する研磨布の表面に当接させて前記被研磨膜を研磨する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。