JP3305911B2 - 研磨方法および研磨装置並びにそれに用いる研磨砥石 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＬＳＩの多層化された
金属配線構造の形成に必要となる層間絶縁膜の平坦化、
金属プラグ形成、および埋め込み金属配線の形成に用い
られる研磨方法および研磨装置並びにそれに用いる研磨
砥石に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化、高性能化のた
めに様々な微細加工技術が研究、開発されている。この
研究・開発において、化学的機械的研磨方法（ケミカル
メカニカルポリッシング、以下ＣＭＰと省略する）が注
目されている。ＣＭＰは、研磨剤と被研磨体との間の化
学的作用と、研磨剤中の研磨粒子の機械的作用とを複合
化させた研磨技術であり、被研磨面に形成される変質層
が小さく、研磨速度が速いという特徴を有することか
ら、半導体装置製造プロセス、特に、多層配線形成工程
における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込
み金属配線形成において必須の技術となっている。

【０００３】以下、現在ＣＭＰに一般的に用いられてい
る研磨装置および研磨方法について説明する。図８は従
来の研磨装置を示す概略図である。図中１０１は被研磨
体保持手段であるトップリングを示す。このトップリン
グ１０１は図示しないモータ等の駆動機構に接続されて
おり、この駆動機構により上下方向に移動可能であり、
また回転可能になっている。また、トップリング１０１
には、トップリング１０１に荷重Ｗを付加するエアシリ
ンダ機構（図示せず）が設けられている。トップリング
１０１には、真空チャックによりゴム等の弾性部材１０
３を介して被研磨体１０２が保持されている。トップリ
ング１０１の下方には、研磨定盤１０４が配置されてお
り、研磨定盤１０４の上面には、弾性を有する研磨パッ
ド１０５が貼着されている。この研磨定盤１０４は駆動
機構（図示せず）により回転可能になっている。また、
研磨定盤１０４よりも上方には、研磨剤１０６を研磨パ
ッド１０５上に供給する研磨剤供給管１０７が設置され
ている。なお、研磨パッド１０５の材料としては、一般
的に弾性がある不織布、発泡ポリウレタン等が用いられ
ている。

【０００４】上記構成を有する研磨装置において、被研
磨体１０２をトップリング１０１で保持し、駆動機構に
よりトップリング１０１および研磨定盤１０４を回転さ
せ、トップリング１０１を下方に降下させて、弾性部材
１０３を介して被研磨体１０２を研磨パッド１０５に一
定の荷重Ｗで押し付ける。この状態で研磨剤供給管１０
７の吐出部１０８から研磨剤１０６を研磨パッド１０５
上に供給することにより研磨が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た研磨装置および研磨方法を層間絶縁膜の平坦化、金属
プラグ形成、埋め込み金属配線形成等のＬＳＩプロセス
に適用する場合、例えば、図９（Ａ）に示すように基板
１１１上に形成された絶縁膜１１２の溝部１１３内に金
属配線１１４を埋め込む金属配線形成においては、図９
（Ｂ）に示すようなディッシング（dishing ）Ｄやシニ
ング（thinning）が発生する。研磨速度の面内不均一性
も問題であり、これは、被研磨体に対して加える荷重の
面内分布が不均一であることが原因であると考えられ
る。また、ディッシングやシニングについては、研磨パ
ッドの弾性変形により被研磨体の凹部にまで荷重が加わ
ること、被研磨体と研磨パッドの間の摩擦熱により被研
磨体の温度が上昇して化学的作用が促進されて研磨速度
が上がることが原因であると考えられる。このような現
象は、化学的作用を大きくして被研磨体を研磨する場
合、特に被研磨体材料がＣｕやＡｌ等の場合に顕著に現
れる。

【０００６】一方、近年硬質プラスチック等を用いた比
較的硬い材料からなる研磨パッドを使用することが検討
されているが、この研磨パッドは、研磨粒子を充分に保
持することができず、研磨速度が非常に遅くなる問題が
ある。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、研磨速度を小さくすることなく、またディッシン
グやシニングを起こすことなく被研磨体に研磨処理を施
すことができる研磨方法および研磨装置並びにそれに用
いる研磨砥石を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、研磨パッドを
有する研磨定盤と被研磨体を保持する被研磨体保持手段
とを相対的に動かし、研磨剤を供給しながら前記被研磨
体を前記研磨パッドに接触させることにより前記被研磨
体に研磨処理を施す研磨方法であって、前記被研磨体の
表面における温度を前記研磨剤に含まれる少なくとも一
つの液体成分が固化する温度以下にすることを特徴とす
る研磨方法を提供する。

【０００９】また、本発明は、研磨パッドが取り付けら
れた研磨定盤と、被研磨体の被研磨面を前記研磨パッド
に対面させるように前記被研磨体を保持する被研磨体保
持手段と、前記被研磨体と前記研磨パッドの表面が互い
に摺動するように前記研磨定盤と前記被研磨体保持手段
を相対的に動かす手段と、前記被研磨体の被研磨面に研
磨剤を供給する手段と、前記被研磨体の被研磨面におけ
る温度を前記研磨剤に含まれる少なくとも一つの液体成
分が固化する温度以下に維持する温度制御手段とを具備
することを特徴とする研磨装置を提供する。

【００１０】

【００１１】ここで、本発明において、被研磨体保持手
段としては、いわゆるトップリングと呼ばれる回転体等
を用いることができる。研磨剤を供給する研磨剤供給手
段としては、研磨剤供給タンクから研磨剤供給管を介し
て研磨剤を輸送する機構等を挙げることができる。被研
磨体としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｗ、これらの
合金、シリコン基板、不純物が含まれるシリコン基板、
ＴＦＴ−ＬＣＤ用のガラス基板、ＧａＡｓ等の化合物半
導体からなる基板等を用いることができる。

【００１２】本発明においては、研磨定盤と被研磨体保
持手段を相対的に動かして研磨処理を行う。したがっ
て、研磨処理の際に、研磨定盤と被研磨体保持手段を共
に動かしてもよく、研磨定盤と被研磨体保持手段のいず
れか一方を固定し、他方のみを動かしてもよい。また、
研磨定盤および／または被研磨体保持手段を動かす場
合、回転運動させてもよく、揺動運動させてもよい。特
に、回転運動させる場合には、その軌道は円でもよく、
楕円のような偏心した円でもよい。

【００１３】本発明の研磨方法において、研磨剤に含ま
れる少なくとも一つの液体成分が固化する温度以下にす
るとは、前記液体成分の例えば固化温度以下の温度に連
続的にまたは一時的に冷却し、その温度に維持するよう
に温度制御することを意味する。このように温度制御す
ることにより被研磨体の表面に前記液体成分の固化膜を
形成する。

【００１４】本発明の研磨方法においては、研磨剤に含
まれる液体成分以外の成分の気体もしくは液体を研磨領
域に供給し、その気体または液体をその成分の固化温度
以下の温度に冷却してその成分の固化膜を形成してもよ
い。この前記液体成分および前記成分の温度制御は、研
磨処理前にあらかじめ行ってもよく、研磨処理中に行っ
てもよい。

【００１５】本発明の研磨装置において、研磨剤に含ま
れる少なくとも一つの液体成分が固化する温度以下に維
持する温度制御手段としては、被研磨体保持手段を冷却
する手段、例えば被研磨体保持手段であるトップリング
内に液体窒素を循環させる手段等が挙げられる。なお、
温度制御手段とは別に、研磨パッドを前記液体成分が固
化する温度以上に維持する手段を設けることが好まし
い。この手段を設けることにより、被研磨体と研磨パッ
ドの接着を防止することができる。要は、被研磨体の凸
部等のような、研磨パッドと被研磨体とが直接接する部
分において、前記液体成分が固化しないようにすること
できればよい。また、研磨領域以外の領域に被研磨体を
冷却する手段を設けることが好ましい。この手段を設け
ることにより、スループットを向上させることができ
る。

【００１６】さらに、本発明の研磨装置においては、研
磨剤に含まれる液体成分以外の成分の気体もしくは液体
を研磨領域に供給する手段を設けてもよい。この場合に
は、前記気体もしくは液体の温度を制御する手段を設け
ることが好ましい。

【００１７】本発明の研磨砥石において、研磨粒子とし
ては、ＳｉＯ₂ 粒子、ＣｅＯ₂ 粒子、Ａｌ₂ Ｏ₃ 粒子等
を用いることができる。分散媒体としては、水、酢酸、
アルコール等を用いることができる。また、被研磨体の
材料と化学的に作用する物質としては、被研磨体材料に
依存するが、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＦ₄ ＯＨ、ピペラジ
ン、過酸化水素水等を用いることができる。

【００１８】

【作用】ＣＭＰにおいては、被研磨体の材料により機械
的作用が強くなったり化学的作用が強くなったりする。
例えば、被研磨体が絶縁膜である場合には、比較的機械
的作用が強くなり、被研磨体が金属配線である場合に
は、比較的化学的作用が強くなる。被研磨体が絶縁膜で
ある場合、研磨パッドの撓みやパターン幅の広い部分で
の研磨粒子の溜まりが生じることによりディッシングが
生じると考えられる。一方、被研磨体が金属配線である
場合には、機械的作用と化学的作用の相乗効果によりデ
ィッシングが生じると考えられる。すなわち、パターン
幅の広い部分では、化学的に活性な研磨剤が存在した状
態で、僅かにでも研磨パッドの撓み等でその部分が機械
的に擦られると、化学的な金属の除去作用が促進され、
著しいディッシングが生じる。

【００１９】また、化学的作用がさらに強いＣＭＰで
は、研磨剤と金属配線が接触しただけでエッチング反応
が生じる。この場合、上記接触によるエッチング反応の
速度と、研磨パッドまたは研磨剤中の研磨粒子と被研磨
体との間の機械的な接触によるエッチング反応および化
学的なエッチング反応の速度との差により埋め込み配線
等を形成することになる。この場合、ディッシングは機
械的作用の強いＣＭＰの場合に比べて、パターン幅が比
較的狭い領域でも化学的なエッチング反応によりディッ
シングが生じてしまうことになる。

【００２０】このようなディッシングを抑制するために
は、凹部を機械的作用または化学的作用から防ぐ必要が
ある。本発明は、上記のような観点からなされたもので
あり、被研磨体全面にあるいは凹部に選択的に機械的な
強度を有する比較的厚い保護膜を形成してＣＭＰを行う
ことを特徴とするものである。具体的には、この保護膜
としては、液体または気体を被研磨体の被研磨面に接触
させ、被研磨面表面で固化させてなる固化膜を用いる。
液体または気体の固化は、被研磨体または被研磨体表面
の温度を液体または気体が固化する温度（例えば、凝固
点）以下に制御することにより行う。

【００２１】固化膜は、金属配線１を有する基板２上に
形成された絶縁膜３の平坦化を行う場合、図１（Ａ）に
示すように、被研磨体である絶縁膜３の凹凸に追従して
ほぼ均一な厚さで形成されていてもよく（気体から固化
する場合等に生じ易い）、図１（Ｂ）に示すように、表
面が平坦になるように形成されていてもよい（液体から
固化する場合等に生じ易い）。

【００２２】固化膜の表面の研磨パッドまたは研磨粒子
が接触する部分では、いわゆる摩擦熱により温度が上昇
し、固化膜は気化または液化して被研磨体表面から除去
される。例えば、図１（Ａ）に示すような固化膜４が形
成された被研磨体をＣＭＰする場合、凸部では研磨パッ
ドまたは研磨粒子が接触することにより摩擦熱が発生
し、その摩擦熱により固化膜４が融解して除去し、絶縁
膜３が露出して削られる。凹部では研磨パッドまたは研
磨粒子が接触する頻度が低いために摩擦熱が発生しにく
い。この場合、固化膜３は機械的または化学的な研磨作
用に対する保護膜として働き、ディッシングの発生を防
止する。また、図１（Ｂ）に示すような固化膜４が形成
された被研磨体をＣＭＰする場合、研磨パッドまたは研
磨粒子が被研磨体と接触することにより摩擦熱が発生
し、固化膜４は全面にわたってほぼ均一に表面から除去
される。固化膜４が除去されていき、絶縁膜３が露出し
た部分（絶縁膜３の凸部）では、絶縁膜３が削られる。
一方、絶縁膜３が露出しない部分（絶縁膜３の凹部）で
は、固化膜３は機械的または化学的な研磨作用に対する
保護膜として働き、ディッシングの発生を防止する。被
研磨面も同時に研磨されてゆくことになる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して具体
的に説明する。 （実施例１）本実施例では、基板上に形成されたＳｉＯ
₂ 膜の溝内に金属配線材料としてＡｌを埋め込む場合に
ついて説明する。

【００２４】図２は前記埋め込み金属配線形成に使用す
る研磨装置を示す概略図である。図中１１は被研磨体保
持手段であるトップリングを示す。このトップリング１
１は図示しないモータ等の駆動機構に接続されており、
この駆動機構により上下方向に移動可能であり、また回
転可能になっている。また、トップリング１１には、ト
ップリング１１に荷重Ｗを付加するエアシリンダ機構
（図示せず）が設けられている。トップリング１１に
は、真空チャックによりゴム等の弾性部材１３を介して
被研磨体１２が保持されている。トップリング１１の下
方には、研磨定盤１４が配置されており、研磨定盤１４
の上面には、弾性を有する研磨パッド１５が貼着されて
いる。この研磨定盤１４は駆動機構（図示せず）により
回転可能になっており、冷却水を循環させる冷却機構が
設けられている。また、研磨定盤１４よりも上方には、
研磨剤１６を研磨パッド１５上に供給する研磨剤供給管
１７が設置されている。トップリング１１内には、冷却
ジャケット２０が設けられており、冷却ジャケット２０
には、冷媒供給管１９が連通するように接続されてい
る。この冷媒供給管１９および冷却ジャケット２０に液
体窒素を通流させることにより、トップリング１１およ
び被研磨体１２を冷却するようになっている。

【００２５】ここで、被研磨体としては、図３（Ａ）に
示すものを使用した。すなわち、被研磨体１２として
は、図３（Ａ）に示すように、基板２１上にＳｉＯ₂ 膜
２２を形成し、ＳｉＯ₂ 膜２２に溝２３を形成し、全面
にＡｌ２４を堆積してなるものを使用した。なお、溝２
３深さは約４０００オングストロームであり、溝幅は
０．５μｍから１００μｍまで順次大きさが異なるよう
に設定した（ライン＆スペースパターン）。また、研磨
剤１６としては、水に対して１重量％のピペラジンを加
えたピペラジン水溶液にＳｉＯ₂ 微粉末を水に対して１
０〜２０重量％で懸濁させたもの（アミンベースコロイ
ダルシリカ）を用いた。このアミンベースコロイダルシ
リカにＡｌが接触するとＡｌは僅かに溶解してエッチン
グされる。研磨剤また、研磨パッド１５としては、発泡
ポリウレタンシートを用いた。また、被研磨体１２を研
磨パッド１５に押し付ける荷重Ｗは平均圧力で３００ｇ
／ｃｍ² とした。

【００２６】上記構成を有する研磨装置において、被研
磨体１２をトップリング１１で保持し、駆動機構により
トップリング１１および研磨定盤１４を回転させ、トッ
プリング１１を下方に降下させて、弾性部材１３を介し
て被研磨体１２を研磨パッド１５に一定の荷重Ｗ（３０
０ｇ／cm² ）で押し付けた。この状態で研磨剤供給管１
７の吐出部１８から研磨剤１６を研磨パッド１５上に供
給することにより研磨を行った。このとき、冷媒供給管
１９から冷却ジャケット２０に水を通流させ、トップリ
ング１１および被研磨体１２をアミンベースコロイダル
シリカが固化する温度（−２℃以下）に冷却し、その温
度を維持した。

【００２７】このアミンベースコロイダルシリカは０℃
以下の温度で固化し始めるので、上記温度に制御された
状態においては、図３（Ａ）に示すＡｌ２４上に氷の皮
膜が形成される。この氷はアミンベースコロイダルシリ
カ中の水が固化したものと考えられる。この氷の皮膜
は、凸部においては、アミンベースコロイダルシリカ中
のＳｉＯ₂ 微粒子とＡｌ２４との接触に起因して発生す
る摩擦熱により融解して除去され、Ａｌ２４が露出して
研磨される。一方、凹部においては、アミンベースコロ
イダルシリカ中のＳｉＯ₂ 微粒子とＡｌ２４との接触の
頻度が低く摩擦熱の発生が少ないので、氷の皮膜は除去
されず保護膜として機能する。これにより、図３（Ｂ）
に示すように、パターン幅の広い部分でもほとんどディ
ッシングなく研磨することができた。氷の皮膜は、ある
程度の機械的強度を有し、しかも化学的反応を抑制する
インヒビターとして働くため、機械的および化学的な研
磨作用を抑制する。このため、長時間のオーバーポリッ
シュに対しても凹部におけるディッシングの発生を抑制
することができる。なお、研磨処理後に被研磨体表面に
残存する氷の皮膜は、被研磨体の温度を上昇させること
により簡単に気化または液化して容易に被研磨体から除
去できる。

【００２８】本発明の研磨方法によれば、さらに幅の広
いパターンにおけるディッシングも顕著に抑制できる。
実際に、トップリング１１の温度を−１０℃に保持し、
図２に示す研磨装置により研磨処理を行ったときのジャ
ストポリッシング（パターン凸部のＡｌが完全にポリッ
シングされるまでの時間）時でのディッシング量は、２
０μｍ幅のパターンでも１０００オングストローム以下
であり、１００μｍ幅のパターンでも１０００オングス
トローム程度またはそれ以下に抑制することができた。

【００２９】比較のために、上記研磨装置を用いて、ト
ップリング１１および被研磨体１２の温度制御を行わず
に同様の被研磨体に同様の研磨剤を用いて研磨処理を行
った場合、ジャストポリッシング時でのディッシング量
は、パターンサイズが大きくなるほど多かった。具体的
には、パターン幅３μｍ以下では、ディッシング量は１
０００オングストローム以下であるが、パターン幅１０
μｍでは、ディッシング量は１５００〜２０００オング
ストローム、パターン幅１００μｍでは、ディッシング
量は４０００オングストロームであった。

【００３０】本実施例では、研磨剤としてアミンベース
コロイダルシリカを用いて被研磨体としてＡｌを研磨し
た場合について説明しているが、本発明は、研磨剤の種
類や被研磨体の種類に限定されず、被研磨体表面の温度
を制御して、研磨剤または研磨剤中の少なくとも一成分
が被研磨体表面で固化膜を形成させる全ての場合におい
て効果が発揮される。また、本実施例では、比較的化学
的作用が強いＣＭＰについて述べたが、例えば水にシリ
カ粒子、酸化セリウム粒子、アルミナ粒子を懸濁させた
だけの研磨剤を用いる比較的機械的作用が強い研磨処理
においても本発明の効果は大きい。これは、本発明にお
ける固化膜は、ある程度の機械的強度を有するため、機
械的作用の強い研磨処理においても、研磨パッドの撓み
等に起因するディッシングの抑制に顕著な効果を示すか
らである。

【００３１】また、本実施例においては、被研磨体の温
度を固化温度以下に保持しながら研磨処理を行っている
が、研磨処理を行う前に被研磨体を冷却して表面に固化
膜を形成してもよく、研磨処理の最中であって少なくと
も上述のジャストポリッシング時間に達する前に被研磨
体を冷却して表面に固化膜を形成してもよい。

【００３２】また、本実施例においては、研磨剤中の成
分（水）を固化させて氷の皮膜を固化膜とした場合につ
いて述べている。研磨剤中の固化する成分として、他に
ギ酸、ベンゼン、酢酸等の有機物を用いることができ
る。これらの物質固化温度は、それぞれ常圧で８．４
℃、５．５℃、１６．６℃であるので、それぞれが被研
磨体表面で固化するように各部の温度を調節することに
より、上記と同様に研磨処理を行うことができる。これ
ら固化物質は単独で用いても、水等と混合させて用いて
もよく、さらには２種以上の固化物質を混合させて用い
ることも可能である。この場合、凝固点が一番低い物質
の凝固点以下に冷却することが好ましい。

【００３３】本発明において被研磨体表面の冷却は、少
なくとも被研磨体表面に固化膜が形成される温度まで行
えばよく、研磨パッドの表面に存在する研磨剤全体が固
化する温度まですることは好ましくない。このため、少
なくとも研磨パッド表面の温度は研磨剤等が固化する温
度以上に設定することが好ましい。なお、研磨剤の成分
の固化温度が室温以下となるような系では、研磨処理時
の摩擦熱により自動的に温度が上昇するので、前記のよ
うに特に研磨パッドの温度調節を行うことがなくても上
述の状態になることがある。このような場合には、研磨
パッドや研磨剤の温度調節を行う必要はないが、特に研
磨処理の制御性を向上させるために、上述の温度状態に
するような温度調節機構を設けてもよい。

【００３４】さらに、本発明の研磨方法は、被研磨体表
面に固化膜を良好に形成することができれば、図２に示
す研磨装置以外の研磨装置を用いても上記と同様の効果
を得ることができる。例えば、図４に示すように、被研
磨体１２の径に対して研磨パッド１５の径が小さく、こ
の小径の研磨パッド１５およびトップリング１１を回転
させ、研磨パッド１２を被研磨体１２の表面に押圧され
ることにより研磨処理を行うような研磨装置を用いても
上記と同様の効果を発揮することができる。この場合、
トップリング１１を固定し、研磨定盤４を被研磨体１２
の被研磨面上で走査してもよく、その逆にトップリング
１１を走査し、研磨定盤１４を固定してもよい。さら
に、トップリング１１および研磨定盤１４を共に動かせ
てもよい。 （実施例２）図５は本発明の研磨装置の他の実施例を示
す概略図である。図５中において、図２と同一部分につ
いては図２と同一符号を付してその説明を省略する。

【００３５】図５に示す研磨装置において、研磨定盤１
４内には、研磨パッド１５の温度を研磨剤１６中の少な
くとも一つの成分の固化温度以上に保つために研磨定盤
１４を加熱・冷却することができる温度制御手段３１が
設けられている。また、研磨定盤１４とは別の位置に
は、被研磨体１２を載置することができ、被研磨体１２
を冷却するための冷却装置３２が設置されている。この
冷却装置３２は冷凍機３３を有している。さらに、冷却
装置３２には、液体または気体を導入する供給口３４が
設けられている。この冷却装置３２により、被研磨体１
２表面上に固化膜を形成できるようになっている。な
お、トップリング１１は、冷却装置３２で被研磨体表面
に固化膜を形成した状態で図中の点線で示す軌道で移動
して研磨パッド１５上方に位置し、その後下降して被研
磨体１２を研磨パッド１５に接触させる。

【００３６】上記構成を有する研磨装置を用いてＳｉＯ
₂ 膜の平坦化を行う場合について説明する。ここで、被
研磨体としては、基板上に形成されたポリシリコン配線
上に厚さ５０００オングストロームのＳｉＯ₂ 膜を形成
してなるものを用いた。なお、ポリシリコン配線の段差
は約４０００オングストロームであり、溝幅は０．５μ
ｍから２００μｍまで順次大きさが異なるように設定し
た（ライン＆スペースパターン）。また、研磨剤１６と
しては、水に酸化セリウム粒子を懸濁してなるものを用
いた。また、研磨パッド１５としては、ポリエーテル不
織布をポリウレタンに含浸させてなるものを用いた。

【００３７】上記構成を有する研磨装置において、ま
ず、被研磨体１２をトップリング１１で保持して冷却装
置３２にセットし、供給口３４から水蒸気を冷却装置３
２内に導入する。このようにして被研磨体表面の温度が
−５℃になるまで冷却して、被研磨体表面に固化膜
（氷）を形成した。次いで、冷媒を冷媒供給管１９およ
び冷却ジャケット２０に循環させてトップリング１１の
温度を０℃に保ち、さらに、温度制御手段３１により研
磨パッド１５の温度を１０℃に保った。この状態でＳｉ
Ｏ₂ 膜に研磨処理を行った。その結果、パターン幅が２
００μｍでもジャストポリッシング時にディッシング量
が１０００オングストローム以下となった。なお、研磨
処理後に被研磨体表面に残存する氷の皮膜は、被研磨体
の温度を上昇させることにより簡単に気化または液化し
て容易に被研磨体から除去できる。

【００３８】比較のために、上記研磨装置を用いて、ト
ップリング１１および被研磨体１２の温度制御を行わず
に同様の被研磨体に同様の研磨剤を用いて研磨処理を行
った場合、ジャストポリッシング時でのディッシング量
は、パターン幅２００μｍでは、ディッシング量はジャ
ストポリッシング時に２０００〜３０００オングストロ
ーム以下であった。

【００３９】本実施例においては、機械的作用の強いＳ
ｉＯ₂ 膜の研磨処理について述べたが、実施例１に示す
ような、例えばＡｌの研磨処理においても表面に固化膜
を形成して研磨処理することにより極めてディッシング
抑制効果の高い研磨を行うことができる。

【００４０】また、本実施例においては、研磨剤中の成
分（水）を固化させて氷の皮膜を固化膜とした場合につ
いて述べている。要は、研磨剤とは別に液体または気体
をあらかじめ被研磨体表面に供給し、被研磨体表面の温
度を制御することにより（冷却することにより）、その
液体または気体の成分を固化させて固化膜を表面に形成
して研磨処理を行えばよい。例えば、ギ酸、ベンゼン等
の有機物を用いて被研磨体表面にこれらの固化膜を形成
することができる。これらの物質の固化温度はそれぞれ
常圧で８．４℃、５．５℃であるので、それぞれが被研
磨体表面で固化するように各部の温度を調節すれば上記
と同様に研磨処理を行うことができる。また、固化膜は
上記に限るものではなく、温度調節により固化されるも
のであればよい。また、室温程度もしくは室温以上で固
化する物質を用いてもよく、その場合には室温以上にな
るように、研磨装置の各部を加熱することが好ましい。
例えば、酢酸（氷酢酸でもよい）等を用いることができ
る。酢酸の場合、その固化温度は常圧で１６．６℃であ
る。また、これらの固化物質は単独で用いても、水等と
混合させて用いてもよく、さらには２種以上の固化物質
を混合させて用いることもできる。この場合、凝固点が
一番低い物質の凝固点以下に冷却することが好ましい。

【００４１】また、本実施例においては、研磨領域とは
別の領域で被研磨体表面を冷却し、固化膜を形成した
後、さらにトップリング１１を冷却して研磨処理を行っ
ているが、一旦別の領域で被研磨体表面を冷却した後、
トップリング１１の温度調節を行わないで研磨処理して
も良い場合がある。しかしながら、研磨時間が長く表面
温度が変化する場合には、トップリング１１および研磨
パッド部分の温度調節を行うことが望ましい。 （実施例３）本実施例では、基板上に形成されたＳｉＯ
₂ 膜の溝内に金属配線材料としてＡｌを埋め込む場合に
ついて説明する。

【００４２】図６は本発明の研磨砥石を備えた研磨装置
を示す概略図である。なお、図６において図２と同一部
分については図２と同一符号を付してその説明を省略す
る。図６に示す研磨装置においては、研磨剤供給管１７
を有していない。これは、本発明の研磨砥石を用いて研
磨処理を行うと、研磨砥石から研磨剤が供給されるから
である。また、研磨定盤１４上には、研磨砥石４１が取
り付けられている。この研磨砥石４１は、図７に示すよ
うに、研磨粒子４３が分散した状態で分散媒体４２が固
化してなるものである。

【００４３】ここで、被研磨体としては、実施例１と同
様に、図３（Ａ）に示すものを使用した。また、研磨砥
石４１としては、水にピペラジン水溶液を１重量％加
え、ＳｉＯ₂ 粒子を２０重量％（水に対して）分散させ
た研磨溶液（ｐＨ１１．１）を作製し、この研磨溶液を
型に入れて−４０℃に冷却して固化して、ＳｉＯ₂ 粒子
が分散媒体であるピペラジン水溶液中に分散した状態の
砥石を使用した。なお、この研磨溶液のＡｌに対するウ
ェットエッチングレートは約５０オングストローム／分
（２５℃）であった。また、研磨砥石４１を取り付けた
研磨定盤１４を−２０℃に冷却して保持した。

【００４４】上記構成を有する研磨装置において、実施
例１に示すようにしてＡｌに研磨処理を行った。その結
果、１００μｍ幅のパターンでもディッシング量を１０
０オングストロームに抑えることができた。また、Ａｌ
を５０００オングストローム／分の高速で研磨でき、研
磨速度の経時変化もなかった。これは、本発明の研磨砥
石においては、研磨が進行して研磨粒子の鋭角部が丸ま
り研磨効果が低下しても、研磨中の摩擦熱により研磨砥
石が融解し、表面の研磨粒子が脱落して、鋭角部を有す
る新たな研磨粒子が露出するので、全体として研磨効果
が低下しなかったためであると考えられる。このとき、
Ａｌ表面に傷や変質層等は確認されなかった。なお、こ
こでは、被研磨体と研磨砥石とが貼り付いてしまうこと
を防止するために、被研磨体１２の温度を研磨砥石４１
の温度よりも高く（この場合４０℃に）保持し、さらに
被研磨体と研磨砥石を互いに回転させた状態で接触させ
る。

【００４５】本実施例においては、研磨粒子および分散
媒体に、被研磨体材料と化学的に作用する物質を加えた
研磨溶液を固化して研磨砥石としているが、研磨粒子と
分散媒体を固化して研磨砥石とし、その研磨砥石を用い
て研磨処理を行う際に被研磨体材料と化学的に作用する
物質を供給しても上記と同様の効果が得られる。

【００４６】本実施例は、被研磨体、研磨粒子、分散媒
体、および被研磨体材料と化学的に作用する物質の種類
に関係なく、これらの種々の組み合わせによる研磨砥石
を用いても上記と同様の効果が得られる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の研磨方法お
よび研磨装置並びにそれに用いる研磨砥石は、研磨速度
を小さくすることなく、またディッシングやシニングを
起こすことなく表面に凹凸を有する被研磨体に研磨処理
を施すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の研磨方法の原理
を説明するための断面図。

【図２】本発明の研磨装置の一実施例を示す概略図。

【図３】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の研磨方法におい
て研磨処理する場合について説明するための断面図。

【図４】本発明の研磨装置の他の実施例を示す概略図。

【図５】本発明の研磨装置の他の実施例を示す概略図。

【図６】本発明の研磨砥石を備えた研磨装置を示す概略
図。

【図７】本発明の研磨砥石を示す断面図。

【図８】従来の研磨装置を示す概略図。

【図９】（Ａ）および（Ｂ）は被研磨体のディッシング
を説明するための断面図。

【符号の説明】

１…金属配線、２，２１…基板、３…絶縁膜、４…固化
膜、１１…トップリング、１２…被研磨体、１３…弾性
部材、１４…研磨定盤、１５…研磨パッド、１６…研磨
剤、１７…研磨剤供給管、１８…吐出部、１９…冷媒供
給管、２０…冷却ジャケット、２２…ＳｉＯ₂ 膜、２３
…溝、２４…Ａｌ、３１…温度制御手段、３２…冷却装
置、３３…冷凍機、３４…供給口、４１…研磨砥石、４
２…分散媒体、４３…研磨粒子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨パッドを有する研磨定盤と被研磨体
   を保持する被研磨体保持手段とを相対的に動かし、研磨
   剤を供給しながら前記被研磨体を前記研磨パッドに接触
   させることにより前記被研磨体に研磨処理を施す研磨方
   法であって、 前記被研磨体の表面における温度を前記研磨剤に含まれ
   る少なくとも一つの液体成分が固化する温度以下にする
   ことを特徴とする研磨方法。
2. 【請求項２】 研磨パッドを有する研磨定盤と被研磨体
   を保持する被研磨体保持手段とを相対的に動かし、研磨
   剤を供給しながら前記被研磨体を前記研磨パッドに接触
   させることにより前記被研磨体に研磨処理を施す研磨方
   法であって、 前記研磨剤とは別に液体または気体物質をあらかじめ前
   記被研磨体表面に供給し、被研磨体の表面における温度
   を前記液体または気体物質が固化する温度以下にして、
   その後、前記液体または気体物質の固化状態を維持しな
   がら、前記研磨剤を用いて前記被研磨体の研磨処理を行
   うことを特徴とする研磨方法。
3. 【請求項３】 研磨パッドを有する研磨定盤と表面に凹
   凸を有する被研磨体を保持する被研磨体保持手段とを相
   対的に動かし、前記被研磨体を前記研磨パッドに接触さ
   せることにより前記被研磨体に研磨処理を施す研磨方法
   であって、 前記パッドとして、研磨粒子、分散媒体、および前記被
   研磨体の材料と化学的に作用する物質からなる砥石を用
   い、前記砥石は前記研磨粒子が分散した状態で前記分散
   媒体が冷却されることで固化されていることを特徴とす
   る研磨方法。
4. 【請求項４】 研磨パッドが取り付けられた研磨定盤
   と、 被研磨体の被研磨面を前記研磨パッドに対面させるよう
   に前記被研磨体を保持する被研磨体保持手段と、 前記被研磨体と前記研磨パッドの表面が互いに摺動する
   ように前記研磨定盤と前記被研磨体保持手段を相対的に
   動かす手段と、 前記被研磨体の被研磨面に研磨剤を供給する手段と、 前記被研磨体の被研磨面における温度を前記研磨剤に含
   まれる少なくとも一つの液体成分が固化する温度以下に
   維持する温度制御手段と、 を具備することを特徴とする研磨装置。
5. 【請求項５】 研磨パッドが取り付けられた研磨定盤
   と、 被研磨体の被研磨面を前記研磨パッドに対面させるよう
   に前記被研磨体を保持する被研磨体保持手段と、 前記被研磨体と前記研磨パッドの表面が互いに摺動する
   ように前記研磨定盤と前記被研磨体保持手段を相対的に
   動かす手段と、 前記被研磨体の被研磨面に研磨剤を供給する手段と、 前記被研磨体を研磨する研磨領域とは別の領域に設けら
   れ、前記被研磨体を載置する被研磨体載置手段と、 この被研磨体載置手段に載置された被研磨体の被研磨面
   に液体または気体物質を供給する手段と、 前記被研磨体載置手段に載置された被研磨体の被研磨面
   における温度を前記液体または気体物質が固化する温度
   以下に制御する第１の温度制御手段と、 前記被研磨体を前記被研磨体載置手段から前記研磨領域
   へ搬送する搬送手段と、 を具備することを特徴とする研磨装置。
6. 【請求項６】 前記被研磨体は、前記被研磨体保持手段
   で保持された状態で、前記搬送手段により前記被研磨体
   載置手段から前記研磨領域へ搬送される請求項５記載の
   研磨装置。
7. 【請求項７】 前記被研磨体保持手段は、前記被研磨体
   の被研磨面における温度を前記液体または気体物質が固
   化する温度以下に制御する第２の温度制御手段を有する
   請求項５記載の研磨装置。