JP3239764B2 - Ｃｍｐ用研磨装置及び研磨ポリシャ - Google Patents

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等
の半導体を製造するプロセスに於いて実施される半導体
デバイスの平坦化研磨に用いて好適なＣＭＰ用研磨装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体デバイス製造においては、
製造プロセスの工程数が増加し、しかもプロセスが複雑
になり（一例、多層配線）、そのため半導体デバイス表
面の形状が必ずしも平坦ではなくなっており、例えば図
６（ａ）、（ｃ）に示すように凸部（段差）を有する場
合もある。

【０００３】また、半導体デバイスの製造に於いて、微
細加工の線幅が細くなるにつれて光リソグラフィの光源
波長が短くなり、開口数（所謂ＮＡ）も大きくなって、
高解像度を得るための焦点深度が減少する。そのため、
半導体デバイスの製造に於ける微細加工の線幅が細く、
複雑になるにつれて、半導体デバイスの表面状態が必ず
しも平坦ではなく、段差が存在するようになってきてい
る。

【０００４】半導体デバイス表面に於ける段差の存在
は、配線の段切れや局所的な抵抗値の増大などを招くの
で、断線や電流容量の低下等をもたらす。また、絶縁膜
における段差の存在は、耐圧劣化やリークの発生にもつ
ながる。このような段差の存在は、半導体露光装置の焦
点深度が実質的に浅くなってきていることを示してい
る。即ち、歩留まり及び信頼性を向上させ、また解像度
を増大させると、焦点深度のマージンが減少するので、
半導体デバイスの平坦化が必要となる。

【０００５】具体的に示すと、半導体製造プロセスに於
いて、例えば図６に示すような平坦化技術が必要とされ
ている。ここで、図６（ａ）は半導体デバイス３００上
に形成された絶縁膜（例えば、BPSG, TEOS-SiO2 などの
膜) を平坦化して層間膜平坦化を行う例であり、図６
（ｂ）は半導体デバイス３００上に形成された金属
（Ｗ，Ａｌ，Ｃｕなど）膜を平坦化して接続孔平坦化を
行う例であり、図６（ｃ）は半導体デバイス３００上に
形成された金属（Ｗ，Ａｌ，Ｃｕなど）膜を平坦化して
埋め込み配線（ダマシン）を形成する例である。

【０００６】かかる半導体表面を平坦化する方法として
は、化学的機械的研磨（ChemicalMechanical Polishing
またはChemical Mechanical Planarization 、以下ＣＭ
Ｐと略称する）技術を用いた平坦化方法が有望視されて
いる。図８はＣＭＰ技術を用いた従来の半導体研磨装置
の説明図であり、図８（ａ）は該装置の側面図、図８
（ｂ）は該装置の平面図である。

【０００７】この半導体研磨装置おいては、定盤１００
上に研磨布（２層）２００を貼り付けてポリシャとし、
この研磨布２００の上面にウェハキャリア（ウェハホル
ダ）３０２により半導体基板（シリコンウェハ）３００
を搬送する。 そして、半導体基板（シリコンウェハ）
３００の表面を圧力機構３０１により研磨布２００に押
しつけ、研磨剤供給機構２０１から研磨剤２０２を滴下
しながら定盤１００を回転させた状態でウェハキャリア
（ウェハホルダ）３０２を回転及び揺動させて、即ち半
導体基板（シリコンウェハ）３００に回転運動と揺動運
動をさせて、半導体表面を研磨する。

【０００８】前記研磨布２００としては、下側が不織
布、上側が微細孔の発泡ポリウレタンからなる２層構造
のフェルト状シートが多く用いられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記フ
ェルト状のポリシャを用いた従来の半導体研磨装置によ
るＣＭＰ研磨には、(1) 研磨による半導体表面の縁だれ
が大きい、(2) 荷重がかかるとポリシャが圧縮変形を起
こしやすい、(3) 研磨布を研磨定盤に貼り付けるとき、
接着層にムラが発生しやすく、高い平坦度を得難い、
(4) ポリシャが目づまりを起こし易いので、ドレッシン
グ（目立て）が必要である、(5) λ以下の被研磨物の面
精度を得るのは困難である、という問題点があった。

【００１０】また、図７に示すように、半導体デバイス
３００には、ウェハ全体にわたるうねりとデバイスの構
造・プロセスがもたらす段差構造が一般にある。そこ
で、このうねりと段差構造に対応すべく、研磨ポリシャ
としては、うねりに関しては軟質構造がうねりに追随で
きるという点で適しており、また段差（特に細かい段
差）に関しては硬質構造が段差を平坦化できるという点
で適していると言われている。

【００１１】そのため、研磨ポリシャとしては、軟質及
び硬質の２層構造を有する前記研磨布（下側が不織布、
上側が微細孔の発泡ポリウレタンからなる２層構造のフ
ェルト状シート）が多く採用されているが、高価格であ
るという問題点がある。また、２層構造のフェルト状シ
ートは軟質層が被研磨物と接触してへたりやすいので、
寿命が比較的短く、研磨ポリシャ交換の頻度が高いとい
う問題点があった。

【００１２】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、１．研磨による被研磨物（例えば半導体）
表面の縁だれを防止または抑制できる、２．荷重がかか
ってもポリシャが圧縮変形を起こしにくい、３．ポリシ
ャと研磨定盤の接合にかかる平坦度不良が発生しにく
い、４、ポリシャのドレッシング（目立て）が不要であ
る、５．λ以下の高い被研磨物（例えば半導体）の面精
度を得ることができる、６．研磨ポリシャが低コストで
ある、７．研磨ポリシャが高寿命である、という特徴の
一部または全てを有するＣＭＰ用研磨装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「少なくとも、定盤と、該定盤上に設けられ被研磨物
の表面を研磨する研磨ポリシャとを備えたＣＭＰ用研磨
装置において、前記研磨ポリシャは、エポキシ樹脂の硬
化物から成る弾性体層と前記弾性体層よりも硬度が大き
い硬質層との２層構造を有し、且つ、定盤上に前記弾性
体層が接着層を介さないで形成され、さらに前記弾性体
層上に前記硬質層が形成され、前記硬質層の表面に溝が
形成されてなることを特徴とするＣＭＰ用研磨装置（請
求項１）」を提供する。

【００１４】また、本発明は第二に「前記硬質層がカー
ボンパウダー、カーボンファイバーまたはナイロンパウ
ダーを添加したＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０以上のエポキ
シ樹脂の硬化物より形成されてなることを特徴とする請
求項１記載のＣＭＰ用研磨装置（請求項２）」を提供す
る。また、本発明は第三に「前記硬質層が、更にグリセ
リンを添加した混合エポキシ樹脂の硬化物により形成さ
れてなることを特徴とする請求項２記載のＣＭＰ用研磨
装置（請求項３）」を提供する。

【００１５】また、本発明は第四に「前記弾性体層の硬
度が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ基準で６０〜９０であることを特
徴とする請求項１〜３何れか１項記載のＣＭＰ用研磨装
置（請求項４）」を提供する。また、本発明は第五に
「前記硬質層が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０以上の研磨
布により形成されてなることを特徴とする請求項１、４
何れか１項記載のＣＭＰ用研磨装置（請求項５）」を提
供する。

【００１６】また、本発明は第六に、「前記定盤は不透
明材料により、前記研磨ポリシャは透明材料によりそれ
ぞれ形成され、前記研磨ポリシャの端面側から該研磨ポ
リシャに向けて光を出射する発光部と、該研磨ポリシャ
を介して取り出された前記被研磨物の表面からの反射光
を検出する受光部と、該受光部により検出された反射光
の変化に基づいて前記被研磨物表面の研磨状態を確認
し、また研磨終点を検知する研磨モニター部が設けられ
ていることを特徴とする請求項２または３記載のＣＭＰ
用研磨装置（請求項６）」を提供する。また、本発明は
第七に「前記定盤及び前記研磨ポリシャは透明材料によ
り形成され、該定盤の一方の表面側から該定盤及び前記
研磨ポリシャに向けて光を出射する発光部と、該研磨ポ
リシャ及び該定盤を介して取り出された前記被研磨物の
表面からの反射光を検出する受光部と、該受光部により
検出された反射光の変化に基づいて前記被研磨物表面の
研磨状態を確認し、また研磨終点を検知する研磨モニタ
ー部が設けられていることを特徴とする請求項２または
３記載のＣＭＰ用研磨装置（請求項７）」を提供する。
また、本発明は第八に「少なくとも定盤を備えて被研磨
物の表面を研磨するＣＭＰ用研磨装置に用いる研磨ポリ
シャであって、前記研磨ポリシャは、エポキシ樹脂の硬
化物から成る弾性体層と前記弾性体層よりも硬度が大き
い硬質層との２層構造を有し、且つ、定盤上に前記弾性
体層が接着層を介さないで形成され、さらに前記弾性体
層上に前記硬質層が形成されてなることを特徴とする研
磨ポリシャ（請求項８）」を提供する。 また、本発明は
第九に「前記硬質層がカーボンパウダー、カーボンファ
イバーまたはナイロンパウダーを添加したＡｓｋｅｒ−
Ｃ硬度が６０以上のエポキシ樹脂の硬化物より形成され
てなることを特徴とする請求項８記載の研磨ポリシャ
（請求項９）」を提供する。また、本発明は第十に「前
記硬質層が、更にグリセリンを添加した混合エポキシ樹
脂の硬化物により形成されてなることを特徴とする請求
項９記載の研磨ポリシャ（請求項１０）」を提供する。

【請求項１１】前記弾性体層の硬度が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ
基準で６０〜９０であることを特徴とする請求項８〜１
０何れか１項記載の研磨ポリシャ（請求項１１）」を提
供する。

【００１７】

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明（請求項１〜７）にかか
る、少なくとも、定盤と、該定盤上に設けられ被研磨物
の表面を研磨する研磨ポリシャとを備えたＣＭＰ用研磨
装置においては、前記研磨ポリシャは、弾性体層と該弾
性体層よりも硬度が大きい硬質層との２層構造を有し、
かつ、前記定盤上に前記弾性体層が形成され、さらに該
弾性体層上に前記硬質層が形成されてなる。

【００１９】そのため、本発明（請求項１〜７）にかか
るＣＭＰ用研磨装置は、１．研磨による被研磨物（例え
ば半導体）表面の縁だれを防止または抑制できる、２．
荷重がかかってもポリシャが圧縮変形を起こしにくい、
という効果を奏する。まず、本発明（請求項１〜７）に
かかるＣＭＰ用研磨装置は、研磨ポリシャが弾性体層と
該弾性体層よりも硬度が大きい硬質層との２層構造を有
するので、被研磨物（例えば半導体）のうねりに対して
は弾性体層により追随可能であり、また被研磨物（例え
ば半導体）表面の段差（特に細かい段差）に対しては硬
質層により平坦化が可能である。

【００２０】しかも、本発明（請求項１〜７）にかかる
ＣＭＰ用研磨装置は、前記定盤上に前記弾性体層が形成
され、さらに該弾性体層上に前記硬質層が形成されてい
るので、被研磨物（例えば半導体）研磨に必要な研磨ポ
リシャの硬度（や粘弾性度）を十分に確保することが可
能であり、また該研磨ポリシャの硬度（や粘弾性度）を
長時間にわたって安定して保持できる。

【００２１】そのため、本発明（請求項１〜７）にかか
るＣＭＰ用研磨装置によれば、縁だれの少ない高精度の
被研磨物（例えば半導体）表面を長期間にわたって安定
して得ることができる。即ち、本発明（請求項１〜７）
にかかるＣＭＰ用研磨装置は、１．研磨による被研磨物
（例えば半導体）表面の縁だれを防止または抑制でき
る、２．荷重がかかってもポリシャが圧縮変形を起こし
にくい、という効果を奏する。

【００２２】また、本発明（請求項１〜７）にかかるＣ
ＭＰ用研磨装置は、前記定盤上に形成された弾性体層が
研磨剤や被研磨物に直接触れることはなく、研磨装置を
長期間稼働させても弾性体層が消耗することがないの
で、研磨装置の長期間稼働により消耗する硬質層のみを
交換すればよいことになる。そのため、硬質層として研
磨布を使用する場合には、従来の高価な２層構造の研磨
布とする必要がなく、単層の研磨布とすることができ
る。

【００２３】即ち、本発明（請求項１〜７）にかかるＣ
ＭＰ用研磨装置は、６．研磨ポリシャが低コストであ
る、７．研磨ポリシャが高寿命である、という効果を奏
する。本発明のＣＭＰ用研磨装置においては、研磨ポリ
シャを構成する弾性体層の硬度をＡｓｋｅｒ−Ｃ基準で
６０〜９０とすることが好ましい（請求項４）。かかる
構成にすることにより、被研磨物（例えば半導体）のう
ねりに対する追随性を確保した上で、前記効果１及び２
をさらに増大することができる。

【００２４】また、本発明のＣＭＰ用研磨装置にかかる
研磨ポリシャは、定盤上の弾性体層がエポキシ樹脂の硬
化物により形成されてなることが好ましい（請求項
１）。かかる構成にすると、弾性体層のエポキシ樹脂が
接着性を有するので、定盤上にエポキシ樹脂の硬化物か
らなる弾性体層を形成することで、定盤と弾性体層とを
直接接合することができる。

【００２５】そのため、本発明（請求項１）にかかるＣ
ＭＰ用研磨装置は、研磨ポリシャと定盤を接着剤を介し
て接合する場合における接合層の厚さムラに起因するポ
リシャ表面の平坦度不良の問題が発生しにくい。即ち、
本発明（請求項１）にかかるＣＭＰ用研磨装置は、３．
ポリシャと研磨定盤の接合にかかる平坦度不良が発生し
にくい、という効果を奏する。

【００２６】なお、定盤上に弾性体層を接合材を用いて
接合してもよい。かかる接合材としては例えば、ゴム系
接着剤、シアノアクリレート系接着剤などの各種接着剤
や両面テープ等のテープ状接合部材を使用することがで
きる。定盤上に弾性体層を接合部材を用いて接合した場
合には、さらに硬質層を形成して作製した研磨ポリシャ
に精度出し加工を施すことにより、接合層の厚さムラに
起因するポリシャ表面の平坦度不良を改善して良好な平
坦度とすることができる。

【００２７】本発明のＣＭＰ用研磨装置においては、研
磨ポリシャを構成する硬質層がＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６
０以上であることが好ましい（請求項２、３、５）。か
かる構成にすることにより、縁だれの少ない高精度の被
研磨物（例えば半導体）表面を長期間にわたって安定し
て得ることができるという前記効果を増大することがで
きる。

【００２８】Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０以上の硬質層と
しては、研磨布（請求項５）、カーボンパウダー、カー
ボンファイバーまたはナイロンパウダーを添加したエポ
キシ樹脂の硬化物（請求項２）、またはグリセリンと、
カーボンパウダー、カーボンファイバーまたはナイロン
パウダーを添加したエポキシ樹脂の硬化物（請求項３）
が適用できる。

【００２９】Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０以上の硬質層
（研磨ポリシャの研磨面となる）をカーボンパウダー、
カーボンファイバーまたはナイロンパウダーを添加した
エポキシ樹脂の硬化物（請求項２）、またはグリセリン
と、カーボンパウダー、カーボンファイバーまたはナイ
ロンパウダーを添加したエポキシ樹脂の硬化物（請求項
３）により構成すると、４、ポリシャのドレッシング
（目立て）が不要である、という効果を得ることができ
る。

【００３０】また、エポキシ樹脂は硬化収縮が少なく、
硬化成形用の型との転写性に優れ、また硬化物の切削性
が優れているので、エポキシ樹脂硬化物により構成され
る研磨ポリシャの研磨面を高精度に形成することができ
る。なお、研磨ポリシャの研磨面精度は、研磨対象試料
（例えば半導体基板）の研磨精度に直接関係するため、
できる限り高精度であることが好ましい。

【００３１】そのため、かかる高精度に形成された研磨
面（エポキシ樹脂面）を有する研磨ポリシャを用いた本
発明（請求項２、３）のＣＭＰ用研磨装置は、５．λ以
下の被研磨物の高い面精度を得ることができる、という
効果を奏する。さらに、前記研磨ポリシャを構成する硬
化物は透明であるため、本発明（請求項２、３）のＣＭ
Ｐ用研磨装置は、８．研磨量検知や研磨の終点検知を光
学的に行う場合にポリシャに孔をあける必要がなく、研
磨条件を変化させずに研磨状態を検知することが可能で
あり、また検知の対象位置が特定領域に限定されない、
という効果を奏する。

【００３２】また、本発明（請求項２、３）にかかるＣ
ＭＰ用研磨装置は、研磨ポリシャがカーボンパウダー、
カーボンファイバーまたはナイロンパウダー（耐熱性、
耐熱衝撃性、滑性などにおいて優れた特性を有する）を
添加したエポキシ樹脂の硬化物により形成されており、
９．研磨ポリシャの熱変形温度が増加する、１０．被研
磨物（例えば半導体）の研磨加工中における摩擦熱の発
生を抑制できる、という効果も奏する。

【００３３】また、エポキシ樹脂は、機械的強度特性、
化学薬品に対する耐性力において優れた特性を有するの
で、このエポキシ樹脂を用いて形成した研磨ポリシャも
同じ優れた特性を有する。本発明のＣＭＰ用研磨装置に
かかる研磨ポリシャは、カーボンパウダー、カーボンフ
ァイバーまたはナイロンパウダーだけでなく、さらにグ
リセリンを添加したエポキシ樹脂の硬化物により形成さ
れていることが好ましい（請求項３）。

【００３４】エポキシ樹脂にさらにグリセリン（乾燥剤
及び潤滑剤として優れた特性を示す）を添加すると、エ
ポキシ樹脂の硬化収縮がさらに低減されて硬化成形用の
型との転写性が向上するとともに、硬化物の硬度（や粘
弾性度）を長時間にわたって安定して保持できるという
特性や硬化物の切削性がさらに向上する、１０．被研磨
物（例えば半導体）の研磨加工中における摩擦熱の発生
を抑制できる、という効果を奏する。

【００３５】本発明にかかるＣＭＰ用研磨装置の前記定
盤が不透明材料により、前記研磨ポリシャが透明材料
（エポキシ樹脂硬化物）によりそれぞれ形成されている
場合には、透明な研磨ポリシャの端面側から該研磨ポリ
シャの端面に向けて光を出射する発光部と、該研磨ポリ
シャを介して取り出された被研磨物（例えば半導体）表
面からの反射光を検出する受光部と、該受光部により検
出された反射光の変化に基づいて前記被研磨物（例えば
半導体）表面の研磨状態を確認し、また研磨終点を検知
する研磨モニター部が設けられていることが好ましい
（請求項６）。

【００３６】また、本発明にかかるＣＭＰ用研磨装置の
定盤が透明材料（例えば、溶融石英など）により、前記
研磨ポリシャが透明材料（エポキシ樹脂硬化物）によ
り、それぞれ形成されている（透明な弾性体層が定盤上
に接合材を用いて接合されているときには、該接合材も
透明材料により形成されている）場合には、透明な定盤
の一方の表面側から該定盤及び前記研磨ポリシャに向け
て光を出射する発光部と、該研磨ポリシャ及び該定盤を
介して取り出された前記被研磨物の表面からの反射光を
検出する受光部と、該受光部により検出された反射光の
変化に基づいて前記被研磨物表面の研磨状態を確認し、
また研磨終点を検知する研磨モニター部が設けられてい
ることが好ましい（請求項７）。

【００３７】かかる構成にすることにより、本発明（請
求項６、７）にかかるＣＭＰ用研磨装置は、１１．研磨
中に被研磨物（例えば半導体）表面の研磨量や研磨の終
点を高精度にて検知できる、という効果を奏する。ま
た、定盤及び研磨ポリシャが透明材料により形成されて
いる（透明な弾性体層が定盤上に接合材を用いて接合さ
れているときには、該接合材も透明材料により形成され
ている）場合には（請求項７）、研磨中における被研磨
物（例えば半導体）表面全体の光による直接観察及び計
測が可能となる。

【００３８】即ち、本発明（請求項６、７）にかかるＣ
ＭＰ用研磨装置によれば、研磨中に容易にポリシャ側か
ら被研磨物（例えば半導体）の表面状態を観察或いは計
測可能となり、研磨すべき量を光学的に容易に管理する
ことができる。図１は、本発明のＣＭＰ用研磨装置（一
例）の一部構成を示す概略図であり、図１（ａ）が側面
図、図１（ｂ）が平面図である。

【００３９】図１のＣＭＰ用研磨装置は、定盤１００、
定盤１００の上面に直接形成されたエポキシ樹脂の硬化
物からなる弾性体層１０１（研磨ポリシャの第１層）、
弾性体層１０１の上面に形成されたグリセリン及びナイ
ロンパウダーを添加したエポキシ樹脂の硬化物からなる
硬質層（研磨ポリシャの第２層）１０２、被研磨物（ウ
ェハ）３００のキャリア（ホルダ）３０２、研磨剤２０
２を供給する研磨剤供給機構２０２、被研磨物（ウェ
ハ）への圧力付加機構３０１を備えている。

【００４０】図３は、定盤１００上にエポキシ樹脂の硬
化物からなる弾性体層１０１を形成する方法を示す工程
図である。先ず、エポキシ樹脂の主剤及び硬化剤を容器
８に適量採取し、攪拌棒９などを用いて充分に攪拌して
から（図３（ａ））、エポキシ樹脂の主剤、硬化剤から
なる樹脂混合物１０１’を製作工具３に保持された定盤
１００上に滴下する。

【００４１】次に、離形剤を塗布した平面状の合わせ皿
４を製作工具３に取り付けて、上から樹脂混合物１０
１’に押し当てる（図２（ｃ））。形成する弾性体層１
０１の厚さは、この時の合わせ皿の位置（付加圧力）を
調整することにより所定の値に設定する。ここで、製作
工具３と、圧力付加機構を備えた合わせ皿４が樹脂混合
物１０１’の硬化成形用の型に相当する。

【００４２】最後に、これらを恒温槽に入れて一定温度
で加熱硬化させ、室温まで温度を降下させた後、合わせ
皿４から樹脂混合物１０１’の硬化物（弾性体層１０
１）及び定盤１００を剥離することにより、定盤１００
上に形成された弾性体層１０１が得られる。そして、定
盤１００上に形成された弾性体層１０１上に、さらに硬
質層（単層の研磨布または混合エポキシ樹脂の硬化物）
を形成すると、例えば図２に示すような、定盤１００上
に形成された、エポキシ樹脂弾性体層１０１／混合エポ
キシ樹脂（エポキシ樹脂、グリセリン及びナイロンパウ
ダーの混合物）硬化物の硬質層１０２からなる研磨ポリ
シャと、エポキシ樹脂弾性体層１０１／混合エポキシ樹
脂（エポキシ樹脂、グリセリン及びカーボンパウダーの
混合物）硬化物の硬質層１０３からなる研磨ポリシャ
と、エポキシ樹脂弾性体層１０１／単層研磨布の硬質層
１０４からなる研磨ポリシャと、がそれぞれ得られる。

【００４３】ここで、硬質層が混合エポキシ樹脂（例え
ば、エポキシ樹脂、グリセリン、ナイロンパウダーまた
はカーボンパウダーの混合物）の硬化物である場合に
は、図３の工程に準じて、前記定盤１００上に形成され
た弾性体層１０１上に混合エポキシ樹脂の硬化物を所望
の厚さに形成すればよい（図４ａ〜ｅ参照）。また、硬
質層が混合エポキシ樹脂の硬化物である場合には、硬質
層の表面に研磨液（剤）が通る溝を網目状、放射状また
は螺旋状などの形状（図５参照）にて形成することによ
り、研磨ポリシャが完成する（図４ｆ参照）。

【００４４】なお、硬質層が研磨布である場合には、目
立て機構を設けて頻繁に研磨布の研磨面をリフレシュす
る必要があるが、硬質層が混合エポキシ樹脂の硬化物で
ある場合には、目立て機構は不要である。また、研磨ポ
リシャの硬度は、研磨対象とする被研磨物の材料に合わ
せて、弾性体層及び硬質層の硬度を調整することで設定
することができるが、硬質層の硬度を弾性体層の硬度よ
りも大きくする。

【００４５】ワークの研磨精度に直接関係する研磨ポリ
シャの面精度出しは、合わせ皿を高精度加工してこれら
のレプリカを取る方法、研磨機により合わせ皿と摺り合
わせを行う方法、超精密旋盤を用いた高精度切削による
方法、のいずれかにより行えばよい。以下、本発明を実
施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例
に限定されるものではない。

【００４６】

【実施例】前述した製造工程に従ってＣＭＰ用研磨ポリ
シャを製作し、この研磨ポリシャを高精度高速のＣＭＰ
平坦化加工機（ＣＭＰ用研磨装置）に適用した例を説明
する。弾性体層１０１は、横浜ゴム製のＦＥＸ−０１０
１（エポキシ樹脂の主剤）と、テトラエチレンペンタミ
ン（硬化剤）をそれぞれ１０：１の割合で混合したもの
を定盤１００上に硬化（硬化条件：５０℃、３時間）さ
せることにより形成した。

【００４７】なお、弾性体層１０１は厚さが１０ｍｍで
あり、硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃで６５であった。 「実施例１」 前記定盤１００上に形成された弾性体層１０１上に、図
４に示す工程に従って、エポキシ樹脂接着剤であるボン
ドクイック＃５（エポキシ樹脂ポリチオール、コニシ
製）とグリセリン、ナイロンパウダーからなる樹脂混合
物を加熱硬化させてＣＭＰ用研磨ポリシャを製作した。

【００４８】まず、ボンドクイック＃５の主剤及び硬化
剤とグリセリン、ナイロンパウダー（東レナイロンパウ
ダーＳＰ−５００）からなる樹脂混合物の混合比（重量
比）が３：１：１：0.05になるように、容器に採取し撹
袢棒を用いて十分に攪拌を行った（図４（ａ））。この
樹脂混合物をポリシャ製作工具に保持された直径φ：３
００ｍｍの平板の定盤１００（鋳鉄、又は溶融石英製
等）上の弾性体層１０１上に滴下した（図４（ｂ））。

【００４９】次に、離形剤を塗布した平面状の合わせ皿
（鋳鉄製、定盤と同じ直径）を製作工具に取り付けて、
これを上方から弾性体層１０１上の樹脂混合物に押し当
てながら位置調整をして樹脂混合物の層厚さが３ｍｍに
なるようにした（図４（ｃ））。続いて、樹脂混合物の
層厚さが３ｍｍになるように保持した状態のまま恒温槽
に入れ、５０°Ｃで３時間加熱することにより樹脂混合
物を硬化させた（図４（ｄ））。そして、十分に温度が
下がった後、合わせ皿を樹脂混合物の硬化物１０２から
剥離し（図４（ｅ））、この硬化物に研磨液が通る溝を
切削により形成して（図４（ｆ））研磨ポリシャとし
た。

【００５０】なお、溝は図５（ａ）に示す形状に形成し
た。また、研磨ポリシャの硬度は、Ａｓｋｅｒ−Ｃで９
５であった。研磨ポリシャの面出しは、オスカー型の研
磨機を用いて直径φ３００ｍｍの平板状合わせ皿と５％
（重量％）の酸化セリウム研磨液により行った。研磨ポ
リシャの仕上がり面の表面あらさは約１μｍとした。

【００５１】次に、以上により製作した研磨ポリシャを
使用したＣＭＰ用研磨装置（図１参照）による半導体平
坦化の研磨加工について説明する。研磨加工されるウェ
ハは直径３インチ、厚さ２５μｍのＳｉウェハであり、
その表面に１μｍ厚のアルミニウム層が所定のパターン
にて形成されている。その上にプラズマＣＶＤによる酸
化珪素膜（ＳｉＯ2 ）を成膜して図６（ａ）の構造を有
する試料を作成した。

【００５２】この試料（ウェハ）のパターン面を次の条
件により研磨加工した。 加工条件 ・定盤（ワーク）回転数：４５ｒｐｍ ・ウェハキャリアの揺動距離：３５ｍｍ ・ウェハキャリアの揺動回数：２５往復／分 ・ウェハへの付加荷重：１９０ｇ／ｃｍ2 ・研磨液（剤）：濃度６％の酸化セリウム（自動供給） ・研磨時間：１分 この研磨条件により、前記試料（ウェハ）を２００枚連
続で研磨加工したところ、いずれもニュートン縞２〜４
本の平面が得られた。また、パターンの密度による平面
度、縁だれの影響は見られなかった。

【００５３】研磨後のポリシャ表面を検査したところ、
初期状態と変わっていなかったのでドレッシングは不要
であった。従来の研磨布による方法では、ドレッシング
が必要であったが、特に今回のポリシャでは問題はなか
った。 「実施例２」 前記定盤１００上に形成された弾性体層１０１上に、図
４に示す工程に従って、実施例１で使用したボンドクイ
ック＃５の主剤と、硬化剤としてテトラエチレンペンタ
ミン、及びグリセリン、カーボンパウダーからなる樹脂
混合物を加熱硬化させてＣＭＰ用研磨ポリシャを製作し
た。

【００５４】ボンドクイックの主剤、テトラエチレンペ
ンタミン及びグリセリン、カーボンパウダーからなる樹
脂混合物の混合比（重量比）は、３：１：0.5 ：0.05と
した他は、実施例１と同様な工程により研磨ポリシャを
作製した。但し、研磨ポリシャの溝は図５（ｂ）に示す
螺旋状に形成した。また、研磨ポリシャの硬度は、Ａｓ
ｋｅｒ−Ｃで９５であった。

【００５５】以上により製作した研磨ポリシャを使用し
たＣＭＰ用研磨装置により、実施例１と同じ試料を２０
０枚、実施例１と同じ条件により連続加工したところ、
ニュートン縞２〜４本、平面度λ（rms ）の精度が得ら
れた。また表面粗さはＲＭＳで３〜７Ａであった。研磨
後のポリシャ表面を検査したところ、初期状態と変わっ
ていなかったのでドレッシングは不要であった。 「実施例３」 前記定盤１００上に形成された弾性体層１０１上に硬質
層としてロデールニッタ製の研磨布（ＩＣ−１０００）
１０４を貼り付けて研磨ポリシャを作製した。この研磨
ポリシャの硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃで９５であった。

【００５６】以上により製作した研磨ポリシャを使用し
たＣＭＰ用研磨装置により、実施例１と同じ試料を２０
０枚、実施例１と同じ条件により連続加工したところ、
ニュートン縞２〜４本、平面度λ（rms ）の精度が得ら
れた。また表面粗さはＲＭＳで３〜９Ａであった。な
お、本実施例では、研磨（一枚）ごとにダイアモンドに
よるドレッシング（目立て）処理を行った。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
〜７）のＣＭＰ用研磨装置によれば、１．研磨による被
研磨物（例えば半導体）表面の縁だれを防止または抑制
できる、２．荷重がかかってもポリシャが圧縮変形を起
こしにくい、３．ポリシャと研磨定盤の接合にかかる平
坦度不良が発生しにくい、４、ポリシャのドレッシング
（目立て）が不要である、５．λ以下の高い被研磨物
（例えば半導体）の面精度を得ることができる、６．研
磨ポリシャが低コストである、７．研磨ポリシャが高寿
命である、８．研磨量検知や研磨の終点検知を光学的に
行う場合にポリシャに孔をあける必要がないので、研磨
条件を変化させずに研磨状態を検知することが可能であ
り、また検知の対象位置が特定領域に限定されない（被
研磨物表面の光による直接観察または計測が可能）、
９．研磨ポリシャの熱変形温度が増加する、１０．被研
磨物（例えば半導体）の研磨加工中における摩擦熱の発
生を抑制できる、１１．研磨中に被研磨物（例えば半導
体）表面の研磨量や研磨の終点を高精度にて検知でき
る、という効果の一部または全てを奏する。

【００５８】本発明（請求項１〜７）のＣＭＰ用研磨装
置によれば、弾性体層を定盤の上に形成し、その上に弾
性体層よりも硬度が大きい硬質層を形成して研磨ポリシ
ャとしているので、被研磨物（例えば半導体）のそりに
よる大きなうねりや段差構造による凹凸面の様な構造に
対して追従性が良くなり、しかも十分な研磨ポリシャと
しての硬度を確保できるので、均一な平坦化研磨が可能
である。

【００５９】さらに、硬質層に研磨布を用いる場合に
は、研磨布が１層構造のため従来の２層構造研磨布と比
較してコスト削減となり、また従来の２層構造研磨布の
寿命が原因が軟質樹脂層の劣化にあったことを考慮する
と、長寿命化によるコスト削減に効果がある。研磨布の
代わりに硬質の混合エポキシ樹脂の硬化物を採用した場
合には、従来の研磨布の様にドレッシングが不要であ
り、長期間ポリシャ硬度（や粘弾性度）を一定に保つこ
とができるので、一度研磨ポリシャの面精度を出してお
けば、その後の面精度調整は不要であり、同一種類の被
研磨物（例えば半導体）表面の平坦化であれば、研磨ポ
リシャを交換または調整することなく何回も研磨加工を
行うことができる。

【００６０】そのため、研磨ポリシャの交換作業に要す
る時間を削減でき、装置のダウンタイムを減少できる。
加えて、研磨の熟練を不要とするとともに、面精度が高
く、縁だれの少ない高精度の被研磨物（例えば半導体）
表面の平坦化を短時間に連続して行うことができること
は言うまでもない。また、本発明（請求項６、７）のＣ
ＭＰ用研磨装置によれば、研磨中の被研磨物（例えば半
導体）表面の状態確認や研磨終点の検知を行うにあた
り、従来の間接情報（音、熱など）を用いる方法に比べ
て精度の高い確認や検知が可能な光学的観察法にかかる
系をより容易に採用することが可能となった利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明のＣＭＰ用研磨装置（一例）の一部構
成を示す概略図であり、図１（ａ）が側面図、図１
（ｂ）が平面図である。

【図２】は研磨ポリシャの構造例を示す断面図である。

【図３】は定盤上に弾性体（エポキシ樹脂硬化）層を形
成する方法を示す工程図である。

【図４】は定盤上の弾性体（エポキシ樹脂硬化）層上に
硬質（混合エポキシ樹脂硬化）層を形成して研磨ポリシ
ャを作製する方法を示す工程図である。

【図５】は研磨ポリシャの硬質層に設ける溝の形状例を
示す平面図である。

【図６】は本発明にかかるＣＭＰ研磨装置の研磨対象物
の一つである半導体デバイスの断面構造の例を示す図で
ある。

【図７】は半導体表面のうねりを示す概念図である。

【図８】は従来のＣＭＰ用研磨装置（一例）の一部構成
を示す概略図であり、図１（ａ）が側面図、図１（ｂ）
が平面図である。

【符号の説明】

３・・・・・製作工具 ４・・・・・平面状の合わせ皿 ８・・・・・容器 ９・・・・・攪拌棒 １００・・・定盤 １０１・・・弾性体層（例えば、エポキシ樹脂硬化層） １０１’・・エポキシ樹脂混合物（主剤、硬化剤） １０２・・・硬質層（例えば、エポキシ樹脂の主剤及び
硬化剤、グリセリン、ナイロンパウダーの混合樹脂硬化
層） １０３・・・硬質層（例えば、エポキシ樹脂の主剤及び
硬化剤、グリセリン、カーボンパウダーの混合樹脂硬化
層） １０４・・・硬質層（例えば、単層の研磨布） ２００・・・研磨布（２層） ２０１・・・研磨剤供給機構 ２０２・・・研磨剤 ３００・・・被研磨物（例えば、ウェハ上の半導体デバ
イス） ３０１・・・圧力機構 ３０２・・・被研磨物のキャリアまたはホルダー（例え
ば、ウェハキャリアまたはホルダー） ３０５・・・配線層 ３０６・・・絶縁膜（層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−77186（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−132342（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−52032（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−100321（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−57882（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−340299（ＪＰ，Ａ) 実公 昭62−34689（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 37/00,37/04 H01L 21/304

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも、定盤と、該定盤上に設けられ
   被研磨物の表面を研磨する研磨ポリシャとを備えたＣＭ
   Ｐ用研磨装置において、前記研磨ポリシャは、エポキシ
   樹脂の硬化物から成る弾性体層と前記弾性体層よりも硬
   度が大きい硬質層との２層構造を有し、且つ、定盤上に
   前記弾性体層が接着層を介さないで形成され、さらに前
   記弾性体層上に前記硬質層が形成され、前記硬質層の表
   面に溝が形成されてなることを特徴とするＣＭＰ用研磨
   装置。
2. 【請求項２】前記硬質層がカーボンパウダー、カーボン
   ファイバーまたはナイロンパウダーを添加したＡｓｋｅ
   ｒ−Ｃ硬度が６０以上のエポキシ樹脂の硬化物より形成
   されてなることを特徴とする請求項１記載のＣＭＰ用研
   磨装置。
3. 【請求項３】前記硬質層が、更にグリセリンを添加した
   混合エポキシ樹脂の硬化物により形成されてなることを
   特徴とする請求項２記載のＣＭＰ用研磨装置。
4. 【請求項４】前記弾性体層の硬度が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ基
   準で６０〜９０であることを特徴とする請求項１〜３何
   れか１項記載のＣＭＰ用研磨装置。
5. 【請求項５】前記硬質層が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０
   以上の研磨布により形成されてなることを特徴とする請
   求項１、４何れか１項記載のＣＭＰ用研磨装置。
6. 【請求項６】前記定盤は不透明材料により、前記研磨ポ
   リシャは透明材料によりそれぞれ形成され、前記研磨ポ
   リシャの端面側から該研磨ポリシャに向けて光を出射す
   る発光部と、該研磨ポリシャを介して取り出された前記
   被研磨物の表面からの反射光を検出する受光部と、該受
   光部により検出された反射光の変化に基づいて前記被研
   磨物表面の研磨状態を確認し、また研磨終点を検知する
   研磨モニター部が設けられていることを特徴とする請求
   項２または３記載のＣＭＰ用研磨装置。
7. 【請求項７】前記定盤及び前記研磨ポリシャは透明材料
   により形成され、該定盤の一方の表面側から該定盤及び
   前記研磨ポリシャに向けて光を出射する発光部と、該研
   磨ポリシャ及び該定盤を介して取り出された前記被研磨
   物の表面からの反射光を検出する受光部と、該受光部に
   より検出された反射光の変化に基づいて前記被研磨物表
   面の研磨状態を確認し、また研磨終点を検知する研磨モ
   ニター部が設けられていることを特徴とする請求項２ま
   たは３記載のＣＭＰ用研磨装置。
8. 【請求項８】少なくとも定盤を備えて被研磨物の表面を
   研磨するＣＭＰ用研磨装置に用いる研磨ポリシャであっ
   て、前記研磨ポリシャは、エポキシ樹脂の硬化物から成
   る弾性体層と前記弾性体層よりも硬度が大きい硬質層と
   の２層構造を有し、且つ、定盤上に前記弾性体層が接着
   層を介さないで形成され、さらに前記弾性体層上に前記
   硬質層が形成されてなることを特徴とする研磨ポリシ
   ャ。
9. 【請求項９】前記硬質層がカーボンパウダー、カーボン
   ファイバーまたはナイロンパウダーを添加したＡｓｋｅ
   ｒ−Ｃ硬度が６０以上のエポキシ樹脂の硬化物より形成
   されてなることを特徴とする請求項８記載の研磨ポリシ
   ャ。
10. 【請求項１０】前記硬質層が、更にグリセリンを添加し
    た混合エポキシ樹脂の硬化物により形成されてなること
    を特徴とする請求項９記載の研磨ポリシャ。
11. 【請求項１１】前記弾性体層の硬度が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ
    基準で６０〜９０であることを特徴とする請求項８〜１
    ０何れか１項記載の研磨ポリシャ。