JP3329644B2 - 研磨パッド、研磨装置及び研磨方法 - Google Patents
研磨パッド、研磨装置及び研磨方法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/11—Lapping tools
- B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
- B24B37/22—Lapping pads for working plane surfaces characterised by a multi-layered structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイスの
製造工程で用いられる研磨技術に係わり、特にケミカル
・メカニカル・ポリッシング（ＣＭＰ）を行うための研
磨パッド、研磨装置及び研磨方法に関する。
製造工程で用いられる研磨技術に係わり、特にケミカル
・メカニカル・ポリッシング（ＣＭＰ）を行うための研
磨パッド、研磨装置及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＬＳＩの高集積化，高性能化のた
め、様々な微細加工技術が研究，開発されている。ＣＭ
Ｐ技術は、そのような厳しい微細化の要求を満たすため
に研究されている技術の一つであり、特に層間絶縁膜の
平坦化，金属プラグ形成，埋め込み配線形成等の多層配
線形成工程、更には埋め込み素子分離工程等において必
須の技術である。
め、様々な微細加工技術が研究，開発されている。ＣＭ
Ｐ技術は、そのような厳しい微細化の要求を満たすため
に研究されている技術の一つであり、特に層間絶縁膜の
平坦化，金属プラグ形成，埋め込み配線形成等の多層配
線形成工程、更には埋め込み素子分離工程等において必
須の技術である。
【０００３】ＣＭＰプロセスにおける最も重要な問題の
一つとして、研磨速度の面内均一性がある。即ち、被研
磨ウェハの研磨面内における圧力分布の不均一性等が原
因で、面内の研磨速度がばらつくため、研磨の結果、同
一ウェハ内で過剰に研磨される部分と研磨が不十分な部
分が生じる。この不均一性は、８インチ等の大口径ウェ
ハにおいて大きな問題となり、半導体素子の歩留まりや
信頼性に著しい悪影響を与えることになるため、研磨速
度の面内均一性を、これまで以上に向上させなければな
らない。これは、２５６ＭＤＲＡＭをはじめとする０．
２５μｍ世代のデバイス製造プロセスにＣＭＰ技術を適
用するためには、０．０１μｍ単位の膜厚制御が必要と
されるからである。
一つとして、研磨速度の面内均一性がある。即ち、被研
磨ウェハの研磨面内における圧力分布の不均一性等が原
因で、面内の研磨速度がばらつくため、研磨の結果、同
一ウェハ内で過剰に研磨される部分と研磨が不十分な部
分が生じる。この不均一性は、８インチ等の大口径ウェ
ハにおいて大きな問題となり、半導体素子の歩留まりや
信頼性に著しい悪影響を与えることになるため、研磨速
度の面内均一性を、これまで以上に向上させなければな
らない。これは、２５６ＭＤＲＡＭをはじめとする０．
２５μｍ世代のデバイス製造プロセスにＣＭＰ技術を適
用するためには、０．０１μｍ単位の膜厚制御が必要と
されるからである。
【０００４】ここで、ＣＭＰを層間絶縁膜の平坦化工程
に適用した場合を例に挙げて説明する。図２１（ａ）に
示すように、０．４μｍ以下の下層配線２１１段差を有
するウェハ上に層間絶縁膜２１２を１μｍの膜厚で堆積
した後、図２１（ｂ）に示すように、ＣＭＰを用いて層
間絶縁膜２１２の平坦化を行なう。その後、図２１
（ｃ）に示すように、配線２１１と接続するためにコン
タクト２１３を開孔した後、上層配線２１４を形成す
る。上記プロセスにおいてＣＭＰによる平均研磨量を
０．５μｍ、研磨速度の面内均一性を±１０％であると
仮定すると、ＣＭＰ後の下層配線２１１上の層間絶縁膜
２１２は、ウェハ内で０．４５μｍから０．５５μｍ
（Δ０．１μｍ）まで変化することになる。
に適用した場合を例に挙げて説明する。図２１（ａ）に
示すように、０．４μｍ以下の下層配線２１１段差を有
するウェハ上に層間絶縁膜２１２を１μｍの膜厚で堆積
した後、図２１（ｂ）に示すように、ＣＭＰを用いて層
間絶縁膜２１２の平坦化を行なう。その後、図２１
（ｃ）に示すように、配線２１１と接続するためにコン
タクト２１３を開孔した後、上層配線２１４を形成す
る。上記プロセスにおいてＣＭＰによる平均研磨量を
０．５μｍ、研磨速度の面内均一性を±１０％であると
仮定すると、ＣＭＰ後の下層配線２１１上の層間絶縁膜
２１２は、ウェハ内で０．４５μｍから０．５５μｍ
（Δ０．１μｍ）まで変化することになる。
【０００５】上述したＣＭＰ後の層間絶縁膜の厚さばら
つきは、コンタクト開孔時のＲＩＥオーバーエッチング
時間のばらつき、コンタクト径のばらつきによるコンタ
クト抵抗値のばらつきに直結し、半導体素子の製造歩留
まりの低下に結び付く。また、埋め込み配線形成にＣＭ
Ｐを適用した場合においても、研磨速度の面内均一性
は、配線抵抗値のばらつきに直結し、半導体素子の製造
歩留まりの低下に結び付く。したがって、ＣＭＰ技術を
超ＬＳＩプロセスに導入するには、研磨速度の均一性を
向上させることが必要になってくる。そこで、研磨速度
の面内均一性を向上させるために種々の研磨パッドが提
案されている。例えば、圧力分布の不均一性を緩和する
ために、柔らかい弾性材料の上に比較的硬質な研磨パッ
ドを載置し、局所的平坦度を確保し（或いはディッシン
グを抑制し）、かつ面内均一性を向上させる方法がある
（特開昭５８−４５８６１号，特開昭５７−２３９６５
号）。しかし、いずれも軟らかい弾性材料自体の垂直方
向或いは水平方向の剛性（弾性率）といった機械的特性
によって圧力分布の不均一が生じ、面内均一性の向上に
は限界がある。また、上記柔らかい弾性材料の代わりに
流体クッションを用いた研磨パッド（例えば、特開平５
−２８５８２５号、特開平５−５０５７６９号など）が
提案されている。このような流体クッションは、パスカ
ルの原理により加工面の荷重分布を均一にすることによ
り、研磨速度の均一性を向上させることを意図したもの
である。
つきは、コンタクト開孔時のＲＩＥオーバーエッチング
時間のばらつき、コンタクト径のばらつきによるコンタ
クト抵抗値のばらつきに直結し、半導体素子の製造歩留
まりの低下に結び付く。また、埋め込み配線形成にＣＭ
Ｐを適用した場合においても、研磨速度の面内均一性
は、配線抵抗値のばらつきに直結し、半導体素子の製造
歩留まりの低下に結び付く。したがって、ＣＭＰ技術を
超ＬＳＩプロセスに導入するには、研磨速度の均一性を
向上させることが必要になってくる。そこで、研磨速度
の面内均一性を向上させるために種々の研磨パッドが提
案されている。例えば、圧力分布の不均一性を緩和する
ために、柔らかい弾性材料の上に比較的硬質な研磨パッ
ドを載置し、局所的平坦度を確保し（或いはディッシン
グを抑制し）、かつ面内均一性を向上させる方法がある
（特開昭５８−４５８６１号，特開昭５７−２３９６５
号）。しかし、いずれも軟らかい弾性材料自体の垂直方
向或いは水平方向の剛性（弾性率）といった機械的特性
によって圧力分布の不均一が生じ、面内均一性の向上に
は限界がある。また、上記柔らかい弾性材料の代わりに
流体クッションを用いた研磨パッド（例えば、特開平５
−２８５８２５号、特開平５−５０５７６９号など）が
提案されている。このような流体クッションは、パスカ
ルの原理により加工面の荷重分布を均一にすることによ
り、研磨速度の均一性を向上させることを意図したもの
である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のＣＭ
Ｐ技術では、ウェハ面内での研磨速度のばらつきの制御
が難しく、研磨の不均一により半導体素子の歩留まりや
信頼性が低下する問題があった。また、研磨速度の均一
性をさらに向上させるために提案された流体クッション
を用いた研磨パッドには、次のような問題があることが
わかった。
Ｐ技術では、ウェハ面内での研磨速度のばらつきの制御
が難しく、研磨の不均一により半導体素子の歩留まりや
信頼性が低下する問題があった。また、研磨速度の均一
性をさらに向上させるために提案された流体クッション
を用いた研磨パッドには、次のような問題があることが
わかった。
【０００７】例えば、ポリエチレン製の袋に気体を封入
した流体クッション２２４を図２２（ａ）に示す研磨装
置の研磨パッド２２３と研磨定盤２２５との間に取り付
け、被処理基板２２２を保持した研磨ヘッド２２１と研
磨定盤２２５とを、それぞれ１００ｒｐｍで回転させ、
研磨剤供給パイプ２２７から研磨剤を供給しながら被処
理基板２２２を研磨パッド２２３に３００ｇ／ｃｍ2 の
荷重で押圧して、被処理基板２２２を研磨した結果、図
２２（ｂ）に示すように研磨パッド２２３と流体クッシ
ョン２２４が大きく変形し、研磨ヘッドが振動したり、
研磨ヘッドや研磨パッドの回転数が安定しなかったりす
る問題があった。また、上記問題のために、研磨速度の
面内均一性が向上しなかったり、研磨速度の安定性が低
下するという問題を引き起こしていた。
した流体クッション２２４を図２２（ａ）に示す研磨装
置の研磨パッド２２３と研磨定盤２２５との間に取り付
け、被処理基板２２２を保持した研磨ヘッド２２１と研
磨定盤２２５とを、それぞれ１００ｒｐｍで回転させ、
研磨剤供給パイプ２２７から研磨剤を供給しながら被処
理基板２２２を研磨パッド２２３に３００ｇ／ｃｍ2 の
荷重で押圧して、被処理基板２２２を研磨した結果、図
２２（ｂ）に示すように研磨パッド２２３と流体クッシ
ョン２２４が大きく変形し、研磨ヘッドが振動したり、
研磨ヘッドや研磨パッドの回転数が安定しなかったりす
る問題があった。また、上記問題のために、研磨速度の
面内均一性が向上しなかったり、研磨速度の安定性が低
下するという問題を引き起こしていた。
【０００８】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、ウェハ等の被研磨基板
の研磨面内での圧力分布を一定にすることができ、研磨
速度の面内均一性を向上させることのできる研磨方法、
そのための研磨パッド及び研磨装置を提供することにあ
る。
ので、その目的とするところは、ウェハ等の被研磨基板
の研磨面内での圧力分布を一定にすることができ、研磨
速度の面内均一性を向上させることのできる研磨方法、
そのための研磨パッド及び研磨装置を提供することにあ
る。
【０００９】
（概要）上記課題を解決するために本発明の１つの態様
は、次のような構成を採用している。
は、次のような構成を採用している。
【００１０】即ち本発明は、ＣＭＰを行うための研磨パ
ッドにおいて、被処理基板を研磨する面を有した第１の
層と、流体が気密封止された微小袋を配設した第２の層
とを少なくとも有し、第１の層の研磨面とは反対の面側
に第２の層を設けたことを特徴とする。
ッドにおいて、被処理基板を研磨する面を有した第１の
層と、流体が気密封止された微小袋を配設した第２の層
とを少なくとも有し、第１の層の研磨面とは反対の面側
に第２の層を設けたことを特徴とする。
【００１１】また本発明は、ＣＭＰを行うための研磨装
置において、基板を保持または押圧する手段と回転板と
を有し、前記回転板上面に微小袋が配設されることを特
徴とする。
置において、基板を保持または押圧する手段と回転板と
を有し、前記回転板上面に微小袋が配設されることを特
徴とする。
【００１２】さらに、本発明の研磨方法は、被処理基板
を基板保持部に保持する工程と、回転板上に配設された
微小袋が設けられ、この微小袋上に設けられた研磨面に
研磨剤を供給する工程と、前記回転板を回転させて前記
基板保持部を前記回転板に対して押圧することにより、
前記被処理基板を研磨する工程とを含むことを特徴とす
る。
を基板保持部に保持する工程と、回転板上に配設された
微小袋が設けられ、この微小袋上に設けられた研磨面に
研磨剤を供給する工程と、前記回転板を回転させて前記
基板保持部を前記回転板に対して押圧することにより、
前記被処理基板を研磨する工程とを含むことを特徴とす
る。
【００１３】本発明の他の態様は、次のような構成を採
用している。
用している。
【００１４】即ち本発明は、ＣＭＰを行うための研磨パ
ッドにおいて、被処理基板を研磨する面を有した第１の
層と、内部に流体が充填された流体保持部からなる第２
の層とを少なくとも有し、第１の研磨面とは反対の面側
に第２の層を設け、流体保持部が内部に多数の支柱を有
することを特徴とする。
ッドにおいて、被処理基板を研磨する面を有した第１の
層と、内部に流体が充填された流体保持部からなる第２
の層とを少なくとも有し、第１の研磨面とは反対の面側
に第２の層を設け、流体保持部が内部に多数の支柱を有
することを特徴とする。
【００１５】また、本発明は、ＣＭＰを行うための研磨
装置において、基板を保持または押圧する手段と、回転
板とを有し、前記回転板の上面に、その内部に多数の支
柱を有する流体保持部が設けられていることを特徴とす
る。
装置において、基板を保持または押圧する手段と、回転
板とを有し、前記回転板の上面に、その内部に多数の支
柱を有する流体保持部が設けられていることを特徴とす
る。
【００１６】さらに、本発明の研磨方法は、被処理基板
を基板保持部に保持する工程と、回転板上に内部に多数
の支柱を有する流体保持部を設け、この流体保持部上に
設けられた研磨面に研磨剤を供給する工程と、前記回転
板を回転させて前記基板保持部を前記回転板に対して押
圧することにより、前記被処理基板を研磨する工程とを
含むことを特徴とする。またさらに、本発明の研磨装置
は、被処理基板を保持または押圧する手段、定盤、前記
基板を保持または押圧する手段と前記定盤との間に設け
られた研磨パッドを有する流体クッション、前記定盤の
側部から上方に延びて設けられ、前記流体クッションを
支持するための支持枠、および前記流体クッションの変
形を防ぐためのダミー加圧機構を具備することを特徴と
する。
を基板保持部に保持する工程と、回転板上に内部に多数
の支柱を有する流体保持部を設け、この流体保持部上に
設けられた研磨面に研磨剤を供給する工程と、前記回転
板を回転させて前記基板保持部を前記回転板に対して押
圧することにより、前記被処理基板を研磨する工程とを
含むことを特徴とする。またさらに、本発明の研磨装置
は、被処理基板を保持または押圧する手段、定盤、前記
基板を保持または押圧する手段と前記定盤との間に設け
られた研磨パッドを有する流体クッション、前記定盤の
側部から上方に延びて設けられ、前記流体クッションを
支持するための支持枠、および前記流体クッションの変
形を防ぐためのダミー加圧機構を具備することを特徴と
する。
【００１７】（作用）本発明においては、研磨パッドを
支持するために、従来の軟らかい弾性材料の代わりに流
体保持部を用いている。ここで、密閉した容器内の流体
は、流体内の全ての点で圧力が等しくなることから、流
体保持部を用いることにより、被研磨基板の被研磨面に
対して研磨パッドが全ての点で等しい圧力で押圧され
る。また流体保持部として、内部に気体流体を気密封止
した微小袋を配置した流体マットあるいは流体保持部内
部に支柱を設けることにより、被処理基板を研磨パッド
に押圧して回転させたときの流体保持部の変形を小さく
できることから、研磨パッド保持盤、試料保持盤の回転
を安定化することができる。その結果、研磨速度の面内
均一性を向上させることができ、半導体素子の製造歩留
まり向上等に寄与することが可能となる。
支持するために、従来の軟らかい弾性材料の代わりに流
体保持部を用いている。ここで、密閉した容器内の流体
は、流体内の全ての点で圧力が等しくなることから、流
体保持部を用いることにより、被研磨基板の被研磨面に
対して研磨パッドが全ての点で等しい圧力で押圧され
る。また流体保持部として、内部に気体流体を気密封止
した微小袋を配置した流体マットあるいは流体保持部内
部に支柱を設けることにより、被処理基板を研磨パッド
に押圧して回転させたときの流体保持部の変形を小さく
できることから、研磨パッド保持盤、試料保持盤の回転
を安定化することができる。その結果、研磨速度の面内
均一性を向上させることができ、半導体素子の製造歩留
まり向上等に寄与することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を、図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１９】（実施形態１）図２は、本発明の第１の実
施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。
施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。
【００２０】図中２１は回転可能で試料を真空チャック
可能な試料ホルダを示しており、この試料ホルダ２１に
よって、被研磨基板２２は保持されるようになってい
る。試料ホルダ２１の下方には、表面に研磨パッド２３
が形成され、内部に水を充填した軟質塩化ビニル樹脂製
のクッション２４が、ＳＵＳ製定盤２５の上に設置され
ている。
可能な試料ホルダを示しており、この試料ホルダ２１に
よって、被研磨基板２２は保持されるようになってい
る。試料ホルダ２１の下方には、表面に研磨パッド２３
が形成され、内部に水を充填した軟質塩化ビニル樹脂製
のクッション２４が、ＳＵＳ製定盤２５の上に設置され
ている。
【００２１】定盤２５の側部に支持枠２５ａが設けられ
ており、これにより研磨定盤２５は上面に凹構造を備え
たものとなっている。そして、その凹構造は研磨パッド
を有するクッション２４が入り込む深さを有している。
また、支持枠２５ａの高さを高くして研磨の際に研磨剤
を溜めて、研磨パッドを浸漬させることも可能である。
さらに、定盤２５は円運動、偏心小円運動が可能となっ
ている。
ており、これにより研磨定盤２５は上面に凹構造を備え
たものとなっている。そして、その凹構造は研磨パッド
を有するクッション２４が入り込む深さを有している。
また、支持枠２５ａの高さを高くして研磨の際に研磨剤
を溜めて、研磨パッドを浸漬させることも可能である。
さらに、定盤２５は円運動、偏心小円運動が可能となっ
ている。
【００２２】試料ホルダ２１の周囲には、研磨パッドの
研磨面全面を均等に加圧してクッション２４の大きな変
形を防ぐためのダミー加圧機構２６が、試料ホルダ２１
の運動を妨げないように配置されている。研磨剤供給用
の配管２７は研磨剤タンク（不図示）より研磨定盤２５
の上部まで延びており、研磨剤供給量の制御が可能とな
っている。研磨パッドには、１ｃｍ角、厚さ１．３ｍｍ
の大きさの発泡ポリウレタン構造のものを、１．１ｍｍ
ピッチで敷き詰めて、幅１ｍｍの溝が格子状に形成され
るようにして用いた。
研磨面全面を均等に加圧してクッション２４の大きな変
形を防ぐためのダミー加圧機構２６が、試料ホルダ２１
の運動を妨げないように配置されている。研磨剤供給用
の配管２７は研磨剤タンク（不図示）より研磨定盤２５
の上部まで延びており、研磨剤供給量の制御が可能とな
っている。研磨パッドには、１ｃｍ角、厚さ１．３ｍｍ
の大きさの発泡ポリウレタン構造のものを、１．１ｍｍ
ピッチで敷き詰めて、幅１ｍｍの溝が格子状に形成され
るようにして用いた。
【００２３】次に、図１に本実施形態で使用した被研磨
基板の断面形状を示す。これを製造工程順に説明する
と、まず図１（ａ）に示すように、シリコン基板１上に
シリコン酸化膜２を１μｍ程度形成し、このシリコン酸
化膜２の表面に、幅０．４〜１０μｍ，深さ０．４μｍ
の配線用の溝２ａ及び接続配線用の開孔２ｂ等を、通常
のリソグラフィ工程、反応性イオンエッチング工程によ
り形成する。次いで、図１（ｂ）に示すように、直流マ
グネトロンスパッタリング法により、ＴｉＮ膜３を約５
０ｎｍ形成し、引き続き直流マグネトロンスパッタリン
グ法により、Ｃｕ膜４を約６００ｎｍ形成する。以上の
ように作成した基板を用い、前記図２に示す装置でＣＭ
Ｐを行い、溝２ａ，開孔部２ｂ以外の余剰なＣｕ膜４を
除去して、Ｃｕ溝配線及びＣｕプラグを形成した。
基板の断面形状を示す。これを製造工程順に説明する
と、まず図１（ａ）に示すように、シリコン基板１上に
シリコン酸化膜２を１μｍ程度形成し、このシリコン酸
化膜２の表面に、幅０．４〜１０μｍ，深さ０．４μｍ
の配線用の溝２ａ及び接続配線用の開孔２ｂ等を、通常
のリソグラフィ工程、反応性イオンエッチング工程によ
り形成する。次いで、図１（ｂ）に示すように、直流マ
グネトロンスパッタリング法により、ＴｉＮ膜３を約５
０ｎｍ形成し、引き続き直流マグネトロンスパッタリン
グ法により、Ｃｕ膜４を約６００ｎｍ形成する。以上の
ように作成した基板を用い、前記図２に示す装置でＣＭ
Ｐを行い、溝２ａ，開孔部２ｂ以外の余剰なＣｕ膜４を
除去して、Ｃｕ溝配線及びＣｕプラグを形成した。
【００２４】研磨剤としては、グリシン水溶液に過酸化
水素を加えたものにシリカ粒子を分散させ、更にインヒ
ビターとしてベンゾトリアゾール（以下、ＢＴＡと略
す）を添加したものを用いた。
水素を加えたものにシリカ粒子を分散させ、更にインヒ
ビターとしてベンゾトリアゾール（以下、ＢＴＡと略
す）を添加したものを用いた。
【００２５】上記の装置を用いて、図１の試料について
ＣＭＰを行った。研磨時、定盤２５及び定盤２５上に溜
められた研磨剤の温度は２５℃で一定になるようにし
た。その他の研磨条件は、研磨圧力３００ｇｆ／ｃ
ｍ2 、定盤２５，試料ホルダ２１共に、回転数６０ｒｐ
ｍで円運動させた。なお、室温は２５℃であった。
ＣＭＰを行った。研磨時、定盤２５及び定盤２５上に溜
められた研磨剤の温度は２５℃で一定になるようにし
た。その他の研磨条件は、研磨圧力３００ｇｆ／ｃ
ｍ2 、定盤２５，試料ホルダ２１共に、回転数６０ｒｐ
ｍで円運動させた。なお、室温は２５℃であった。
【００２６】このときのＣｕ膜の平均研磨速度は、約１
２０ｎｍ／分という値が得られた。また、ＴｉＮ膜の研
磨速度は約３０ｎｍ／分であった。また、ウェハ面内で
の研磨速度のばらつきは極めて小さく、従来の研磨装置
を用いた時の面内均一性が±１５％であったものが、本
発明の研磨装置を用いることにより、±４％に改善され
た。面内均一性は、（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍ
ｉｎ）×１００により求めた（ただし、ウェーハ周辺１
０ｍｍは除く。）。また、以降の実施例において同様の
評価を行なった。
２０ｎｍ／分という値が得られた。また、ＴｉＮ膜の研
磨速度は約３０ｎｍ／分であった。また、ウェハ面内で
の研磨速度のばらつきは極めて小さく、従来の研磨装置
を用いた時の面内均一性が±１５％であったものが、本
発明の研磨装置を用いることにより、±４％に改善され
た。面内均一性は、（Ｍａｘ−Ｍｉｎ）／（Ｍａｘ＋Ｍ
ｉｎ）×１００により求めた（ただし、ウェーハ周辺１
０ｍｍは除く。）。また、以降の実施例において同様の
評価を行なった。
【００２７】なお、本実施形態の変形例として、図３
（ａ）に断面図を、図３（ｂ）に平面図を示すように、
クッション２４上に複数の試料ホルダ２１を載置し、複
数の被研磨基板２２を同時に研磨することも可能であ
る。
（ａ）に断面図を、図３（ｂ）に平面図を示すように、
クッション２４上に複数の試料ホルダ２１を載置し、複
数の被研磨基板２２を同時に研磨することも可能であ
る。
【００２８】（実施形態２）図４は、本発明の第２の実
施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。
施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。
【００２９】図中９１は回転可能で試料を真空チャック
可能な試料ホルダを示しており、この試料ホルダ９１に
よって、被処理基板９２は研磨面を下にして保持され、
回転可能なＳＵＳ製定盤９５上に固定された研磨パッド
に押圧されるようになっている。ここで、研磨パッド
は、被処理基板９２の接触面側が研磨剤を保持する機能
を有し、また、定盤に固定される側は、内部に空気を入
れた多数の微小袋（エアーセル）により構成されてい
る。
可能な試料ホルダを示しており、この試料ホルダ９１に
よって、被処理基板９２は研磨面を下にして保持され、
回転可能なＳＵＳ製定盤９５上に固定された研磨パッド
に押圧されるようになっている。ここで、研磨パッド
は、被処理基板９２の接触面側が研磨剤を保持する機能
を有し、また、定盤に固定される側は、内部に空気を入
れた多数の微小袋（エアーセル）により構成されてい
る。
【００３０】図５には、本実施例で用いたエアーセルを
上面から見た図を示す。本実施例においては、被処理基
板との接触面側に、厚さ１．３ｍｍ、発砲ポリウレタン
を用い、また、定盤に固定される側に、内部に大気圧の
空気が封入された直径３１ｍｍ，高さ１３ｍｍ，体積：
８ｃｍ3 のセルをセル部の面積比（上面から見たとき、
セル部がマット中で占める割合）が７０％になるように
規則的に敷き詰めたマットを用いた。
上面から見た図を示す。本実施例においては、被処理基
板との接触面側に、厚さ１．３ｍｍ、発砲ポリウレタン
を用い、また、定盤に固定される側に、内部に大気圧の
空気が封入された直径３１ｍｍ，高さ１３ｍｍ，体積：
８ｃｍ3 のセルをセル部の面積比（上面から見たとき、
セル部がマット中で占める割合）が７０％になるように
規則的に敷き詰めたマットを用いた。
【００３１】この装置を用いて、シリコン酸化膜の段差
が形成してある試料を研磨して研磨速度の面内均一性に
ついて評価した。研磨剤としては、酸化セリウムを水に
１重量％分散させたものを用いた。研磨速度のバラツキ
は、現在、一般的に用いられている研磨ユニット（ＩＣ
−１００／ＳＵＢＡ−４００：ロデールニッタ製）を用
いた場合には±１０％であったものが、本実施形態の研
磨パッドを用いた場合には±３％以下と非常に良好な値
が得られた。
が形成してある試料を研磨して研磨速度の面内均一性に
ついて評価した。研磨剤としては、酸化セリウムを水に
１重量％分散させたものを用いた。研磨速度のバラツキ
は、現在、一般的に用いられている研磨ユニット（ＩＣ
−１００／ＳＵＢＡ−４００：ロデールニッタ製）を用
いた場合には±１０％であったものが、本実施形態の研
磨パッドを用いた場合には±３％以下と非常に良好な値
が得られた。
【００３２】（実施形態３）図６は、本発明の第３の実
施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。図中１２１は、回転可能で試料を真空チャック可能
な試料ホルダーを示しており、この試料ホルダーによっ
て被処理基板１２２は研磨面を下にして保持され、回転
可能なＳＵＳ製定盤１２５上の流体クッション１２４に
固定された研磨パッド１２３に押圧されるよう構成され
ている。
施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。図中１２１は、回転可能で試料を真空チャック可能
な試料ホルダーを示しており、この試料ホルダーによっ
て被処理基板１２２は研磨面を下にして保持され、回転
可能なＳＵＳ製定盤１２５上の流体クッション１２４に
固定された研磨パッド１２３に押圧されるよう構成され
ている。
【００３３】流体クッション１２４は、糸の支柱と、糸
を編んだ布で構造されており、外周部の布にはゴムを含
浸させて気密性を確保し、空気供給口１３１より空気を
送り込んで気密できる構造である。研磨パッド１２３お
よび流体クッション１２４を上面から見た図を図７に示
す。
を編んだ布で構造されており、外周部の布にはゴムを含
浸させて気密性を確保し、空気供給口１３１より空気を
送り込んで気密できる構造である。研磨パッド１２３お
よび流体クッション１２４を上面から見た図を図７に示
す。
【００３４】この研磨装置を用いて、８インチウェハ上
にシリコン酸化膜の段差を有する試料を研磨し、研磨速
度の面内均一性について評価した。流体クッション内部
の圧力は、１．２ｋｇ／ｃｍ2 とし、この上面の発泡ポ
リウレタン製の研磨パッドを固定した。研磨剤として
は、酸化セリウムを水に１重量％分散させたものを用い
た。加工圧力は０．３ｋｇ／ｃｍ2 、試料ホルダー１２
１および研磨定盤１２５の回転速度は１００ｒｐｍとし
た。
にシリコン酸化膜の段差を有する試料を研磨し、研磨速
度の面内均一性について評価した。流体クッション内部
の圧力は、１．２ｋｇ／ｃｍ2 とし、この上面の発泡ポ
リウレタン製の研磨パッドを固定した。研磨剤として
は、酸化セリウムを水に１重量％分散させたものを用い
た。加工圧力は０．３ｋｇ／ｃｍ2 、試料ホルダー１２
１および研磨定盤１２５の回転速度は１００ｒｐｍとし
た。
【００３５】研磨速度の均一性は、発泡ポリウレタン製
の研磨パッドを通常の定盤の上に固定した研磨装置を用
いた場合には±１０％、発泡ポリウレタン製の研磨パッ
ドを従来の流体クッション（内部に支柱は無く、１．０
ｋｇ／ｃｍ2 の大気が密封されている）上に固定した研
磨装置を用いた場合には、±２５％であったものが、本
発明の研磨装置を用いた場合には、±４％以下の非常に
優れた均一性が得られた。
の研磨パッドを通常の定盤の上に固定した研磨装置を用
いた場合には±１０％、発泡ポリウレタン製の研磨パッ
ドを従来の流体クッション（内部に支柱は無く、１．０
ｋｇ／ｃｍ2 の大気が密封されている）上に固定した研
磨装置を用いた場合には、±２５％であったものが、本
発明の研磨装置を用いた場合には、±４％以下の非常に
優れた均一性が得られた。
【００３６】上述したように本発明の研磨装置を用いる
ことにより優れた研磨速度の面内均一性が得られる理由
は、次のように考えることができる。従来の流体クッシ
ョンでは、流体クッション内部の圧力が大気圧より高く
なると研磨パッドが大きく変形した。つまり、流体クッ
ション内部の圧力を予め大気圧より高く封入した時や、
被処理基板を研磨パッドに押圧した時、流体クッション
が大きく変形し、それによって、研磨中に研磨ヘッドが
振動したり、研磨ヘッドや研磨パッドの回転数が安定し
なかったりするという問題があった。その結果、加工面
の荷重分布が不均一になり、研磨速度の面内均一性が悪
化した。しかしながら、本発明のように流体クッション
内部に支柱を多数設けることにより、流体クッション内
部の圧力が大気圧より高くなっても研磨パッドの変形を
防止することができるようになった。つまり、流体クッ
ション内部の圧力を予め大気圧より高く封入できるよう
になった。その結果、被処理基板を研磨パッドに押圧し
ても流体クッションの変形は抑制されるので、研磨中に
研磨ヘッドが振動したり、研磨ヘッドが研磨パッドの回
転数が安定しなかったりするという問題を解決すること
ができた。したがって、加工面の荷重分布が均一にな
り、研磨速度の面内均一性が向上した。
ことにより優れた研磨速度の面内均一性が得られる理由
は、次のように考えることができる。従来の流体クッシ
ョンでは、流体クッション内部の圧力が大気圧より高く
なると研磨パッドが大きく変形した。つまり、流体クッ
ション内部の圧力を予め大気圧より高く封入した時や、
被処理基板を研磨パッドに押圧した時、流体クッション
が大きく変形し、それによって、研磨中に研磨ヘッドが
振動したり、研磨ヘッドや研磨パッドの回転数が安定し
なかったりするという問題があった。その結果、加工面
の荷重分布が不均一になり、研磨速度の面内均一性が悪
化した。しかしながら、本発明のように流体クッション
内部に支柱を多数設けることにより、流体クッション内
部の圧力が大気圧より高くなっても研磨パッドの変形を
防止することができるようになった。つまり、流体クッ
ション内部の圧力を予め大気圧より高く封入できるよう
になった。その結果、被処理基板を研磨パッドに押圧し
ても流体クッションの変形は抑制されるので、研磨中に
研磨ヘッドが振動したり、研磨ヘッドが研磨パッドの回
転数が安定しなかったりするという問題を解決すること
ができた。したがって、加工面の荷重分布が均一にな
り、研磨速度の面内均一性が向上した。
【００３７】なお、本実施形態においては、糸を織って
内部に支柱を備えた流体クッションを作製したが、例え
ば、隔壁などにより流体クッションを押圧した時の変形
が抑制できる構造であれば同様な効果が得られた。
内部に支柱を備えた流体クッションを作製したが、例え
ば、隔壁などにより流体クッションを押圧した時の変形
が抑制できる構造であれば同様な効果が得られた。
【００３８】また、本実施形態においては、流体クッシ
ョン内部に空気を封入したが、空気以外、窒素、酸素な
どの気体を封入しても同様の効果が得られた。また、内
部に封入する流体は、水などの液体より気体の方が面内
均一性がよかった。さらに、流体クッション内部に封入
する気体の圧力は、大気圧以上、大気圧＋加工圧力以下
とした際に、最も優れた面内均一性が得られた。
ョン内部に空気を封入したが、空気以外、窒素、酸素な
どの気体を封入しても同様の効果が得られた。また、内
部に封入する流体は、水などの液体より気体の方が面内
均一性がよかった。さらに、流体クッション内部に封入
する気体の圧力は、大気圧以上、大気圧＋加工圧力以下
とした際に、最も優れた面内均一性が得られた。
【００３９】さらに、本実施形態においては、流体クッ
ション内部に空気を封入したが、空気を封入しないで、
流体の圧力を制御する手段を設けても同様な効果が得ら
れた。
ション内部に空気を封入したが、空気を封入しないで、
流体の圧力を制御する手段を設けても同様な効果が得ら
れた。
【００４０】（実施形態４）図８は、本発明の第４の実
施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。図中２２１は、回転可能で試料を真空チャック可能
な試料ホルダーを示しており、この試料ホルダーによっ
て被処理基板２２２は研磨面を下にして保持され、回転
可能なＳＵＳ製定盤２３５上に固定された定盤パッド２
３２に押圧されるようになっている。ここで、研磨パッ
ドは、被処理基板２２２の接触面側が研磨剤を保持する
機能を有し、また、定盤に固定される側は、内部に空気
を入れた多数のエア・セルからなるマットより構成され
ている。本実施例においては、被処理基板との接触面側
に、厚さ１．３ｍｍ、発泡ポリウレタン２２３を用い、
定盤が固定される側に、内部に大気圧の空気が封入して
ある縦×横：１０×１０から５５×５５ｍｍ、高さ：１
０ｍｍ、体積：１〜３０ｃｍ3 のそれぞれ独立したポリ
エチレン製セルからなるマット２２４を用いた。研磨パ
ッドを上面から見た図を図９に示す。
施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。図中２２１は、回転可能で試料を真空チャック可能
な試料ホルダーを示しており、この試料ホルダーによっ
て被処理基板２２２は研磨面を下にして保持され、回転
可能なＳＵＳ製定盤２３５上に固定された定盤パッド２
３２に押圧されるようになっている。ここで、研磨パッ
ドは、被処理基板２２２の接触面側が研磨剤を保持する
機能を有し、また、定盤に固定される側は、内部に空気
を入れた多数のエア・セルからなるマットより構成され
ている。本実施例においては、被処理基板との接触面側
に、厚さ１．３ｍｍ、発泡ポリウレタン２２３を用い、
定盤が固定される側に、内部に大気圧の空気が封入して
ある縦×横：１０×１０から５５×５５ｍｍ、高さ：１
０ｍｍ、体積：１〜３０ｃｍ3 のそれぞれ独立したポリ
エチレン製セルからなるマット２２４を用いた。研磨パ
ッドを上面から見た図を図９に示す。
【００４１】この研磨パッドを用いて、８インチウェー
ハ上にシリコン酸化膜の段差が形成された試料を研磨し
て研磨速度の面内均一性について評価した。研磨剤とし
ては、酸化セリウムを水に１重量％分散させたものを用
いた。エアーセルの体積と均一性との関係を図１０に示
す。研磨速度の均一性は、発泡ポリウレタン製の研磨パ
ッド２３２を単層で用いた場合には±１０％であったも
のが、発泡ポリウレタンと、縦×横：３９×３９ｍｍ、
高さ：１０ｍｍ、体積：１５ｃｍ3 のエアーセルとより
構成されたマットよりなる研磨パッドを用いた場合に
は、±１０％以下の均一性が得られた。さらに、上記発
泡ポリウレタンと、縦×横：３２×３２ｍｍ、高さ：１
０ｍｍ、体積：１０ｃｍ3 より小さいエアーセルとから
構成されたマットよりなる研磨パッドを用いた場合に
は、±５％以下という非常に優れた均一性が得られた。
なお、エアーセルの体積が０．１ｃｍ3 以下だと、エア
ーセルの耐久性に問題があった。
ハ上にシリコン酸化膜の段差が形成された試料を研磨し
て研磨速度の面内均一性について評価した。研磨剤とし
ては、酸化セリウムを水に１重量％分散させたものを用
いた。エアーセルの体積と均一性との関係を図１０に示
す。研磨速度の均一性は、発泡ポリウレタン製の研磨パ
ッド２３２を単層で用いた場合には±１０％であったも
のが、発泡ポリウレタンと、縦×横：３９×３９ｍｍ、
高さ：１０ｍｍ、体積：１５ｃｍ3 のエアーセルとより
構成されたマットよりなる研磨パッドを用いた場合に
は、±１０％以下の均一性が得られた。さらに、上記発
泡ポリウレタンと、縦×横：３２×３２ｍｍ、高さ：１
０ｍｍ、体積：１０ｃｍ3 より小さいエアーセルとから
構成されたマットよりなる研磨パッドを用いた場合に
は、±５％以下という非常に優れた均一性が得られた。
なお、エアーセルの体積が０．１ｃｍ3 以下だと、エア
ーセルの耐久性に問題があった。
【００４２】上述したように、エアーセルの面積を小さ
くすることにより研磨速度の面内均一性が向上するの
は、エアーセルの面積を小さくすることによって、研磨
ヘッドの振動を防止できるため、あるいは、研磨ヘッド
や研磨パッドの回転が安定するために、被処理基板の加
工面における荷重分布が改善された結果であると考えら
れる。
くすることにより研磨速度の面内均一性が向上するの
は、エアーセルの面積を小さくすることによって、研磨
ヘッドの振動を防止できるため、あるいは、研磨ヘッド
や研磨パッドの回転が安定するために、被処理基板の加
工面における荷重分布が改善された結果であると考えら
れる。
【００４３】（実施形態５）図１１は、本発明の第５の
実施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。図中２２１は、回転可能で試料を真空チャック可能
な試料ホルダーを示しており、この試料ホルダーによっ
て被処理基板２２２は研磨面を下にして保持され、回転
可能なＳＵＳ製定盤２２５上に固定された研磨パッドに
押圧されるようになっている。ここで、研磨パッドは、
被処理基板２２２の接触面側が研磨剤を保持する機能を
有し、また、定盤に固定される側は、内部に空気を封入
した多数のエアーセルからなるマットより構成されてい
る。本実施例においては、被処理基板との接触面側に、
厚さ１．３ｍｍ、発泡ポリウレタン２２３を用い、定盤
に固定される側に、内部に大気圧の空気が封入された直
径：３１ｍｍ、高さ：１３ｍｍ、体積：９．８ｃｍ3 の
円柱状のポリエチレン製セルをセル部の面積比（上面か
ら見た時、セル部がマット中で占める割合）が７２％に
なるように配設したマット２２４を用いた。研磨パッド
を上から見た図を図１２に示す。
実施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。図中２２１は、回転可能で試料を真空チャック可能
な試料ホルダーを示しており、この試料ホルダーによっ
て被処理基板２２２は研磨面を下にして保持され、回転
可能なＳＵＳ製定盤２２５上に固定された研磨パッドに
押圧されるようになっている。ここで、研磨パッドは、
被処理基板２２２の接触面側が研磨剤を保持する機能を
有し、また、定盤に固定される側は、内部に空気を封入
した多数のエアーセルからなるマットより構成されてい
る。本実施例においては、被処理基板との接触面側に、
厚さ１．３ｍｍ、発泡ポリウレタン２２３を用い、定盤
に固定される側に、内部に大気圧の空気が封入された直
径：３１ｍｍ、高さ：１３ｍｍ、体積：９．８ｃｍ3 の
円柱状のポリエチレン製セルをセル部の面積比（上面か
ら見た時、セル部がマット中で占める割合）が７２％に
なるように配設したマット２２４を用いた。研磨パッド
を上から見た図を図１２に示す。
【００４４】この研磨パッドを用いて、８インチウェハ
上にシリコン酸化膜の段差が形成された試料を研磨し
て、研磨速度の面内均一性について評価した。研磨剤と
しては、酸化セリウムを水に１重量％分散させたものを
用いた。研磨速度の均一性は、発泡ポリウレタン製の研
磨パッドを単層で用いた場合には±１０％であったもの
が、本実施形態の研磨パッドを用いた場合には±３％と
非常に良好な値が得られた。
上にシリコン酸化膜の段差が形成された試料を研磨し
て、研磨速度の面内均一性について評価した。研磨剤と
しては、酸化セリウムを水に１重量％分散させたものを
用いた。研磨速度の均一性は、発泡ポリウレタン製の研
磨パッドを単層で用いた場合には±１０％であったもの
が、本実施形態の研磨パッドを用いた場合には±３％と
非常に良好な値が得られた。
【００４５】上述したように、本発明の第５の実施形態
に示す構造の研磨パッドを用いた方が、本発明の第４の
実施形態に示す構造の研磨パッドよりも研磨速度の面内
均一性が向上する理由は明らかでないが、本発明の第５
の実施形態に示す構造の方がセルとセルとの間隔は空い
ているために、研磨中のパッドの変形、振動が隣接した
セルに伝わりにくく、その結果、研磨ヘッドの振動を防
止する効果が高いためであると考えられる。あるいは、
研磨ヘッドや研磨パッドの回転を安定させる効果が、よ
り高いためであるとも考えられる。
に示す構造の研磨パッドを用いた方が、本発明の第４の
実施形態に示す構造の研磨パッドよりも研磨速度の面内
均一性が向上する理由は明らかでないが、本発明の第５
の実施形態に示す構造の方がセルとセルとの間隔は空い
ているために、研磨中のパッドの変形、振動が隣接した
セルに伝わりにくく、その結果、研磨ヘッドの振動を防
止する効果が高いためであると考えられる。あるいは、
研磨ヘッドや研磨パッドの回転を安定させる効果が、よ
り高いためであるとも考えられる。
【００４６】次に、上記セルの面積比と研磨速度の面内
均一性との関係について調べた。セルの大きさは、直
径：３１ｍｍ、高さ：１３ｍｍ、体積９．８ｃｍ3 の円
柱状であり、セルの面積比を５０〜１００％まで変化さ
せた。得られた結果を、図１３に示す。図１３に示すよ
うに面内均一性は、セルの面積比６０〜９０％で最も良
好な値が得られた。ここに示した最適なセル面積比は、
セルの形状、被処理基板側に用いた材料の曲げ剛性、加
工面の荷重によってそれぞれ変化した。このようにセル
の形状、曲げ強度、荷重によりそれぞれ最適なセル面積
比が変化する理由は、セルの形状、荷重により研磨中の
パッドの変形、振動の隣接したセルへの伝わり方が変化
するため、また、セル面積比、曲げ強度により加工面に
掛かる荷重分布が変化するためであると考えられる。ま
た、図２０に示すように、発泡ポリウレタン２２３とマ
ット２２４との間に、曲げ強度が強い例えば薄いステン
レス板２３０を介しても同様な効果が得られた。
均一性との関係について調べた。セルの大きさは、直
径：３１ｍｍ、高さ：１３ｍｍ、体積９．８ｃｍ3 の円
柱状であり、セルの面積比を５０〜１００％まで変化さ
せた。得られた結果を、図１３に示す。図１３に示すよ
うに面内均一性は、セルの面積比６０〜９０％で最も良
好な値が得られた。ここに示した最適なセル面積比は、
セルの形状、被処理基板側に用いた材料の曲げ剛性、加
工面の荷重によってそれぞれ変化した。このようにセル
の形状、曲げ強度、荷重によりそれぞれ最適なセル面積
比が変化する理由は、セルの形状、荷重により研磨中の
パッドの変形、振動の隣接したセルへの伝わり方が変化
するため、また、セル面積比、曲げ強度により加工面に
掛かる荷重分布が変化するためであると考えられる。ま
た、図２０に示すように、発泡ポリウレタン２２３とマ
ット２２４との間に、曲げ強度が強い例えば薄いステン
レス板２３０を介しても同様な効果が得られた。
【００４７】次に、被処理基板側に用いた発泡ポリウレ
タンに代えて厚さ１ｍｍの不織布を用いた研磨パッドを
用いて、８インチＳｉウェハの鏡面研磨を行ない、ウェ
ハの平坦度（ＴＴＶ：TOTAL THICKNESS VARIATION ）に
ついて評価した。研磨剤としては、コロイド状シリカ粉
末スラリー（ＰＨ１１）を用いた。平坦度は、上記不織
布製研磨パッド単層では３μｍ以下であったものが、本
実施形態の研磨パッドを用いた場合には、１μｍ以下に
することができた。
タンに代えて厚さ１ｍｍの不織布を用いた研磨パッドを
用いて、８インチＳｉウェハの鏡面研磨を行ない、ウェ
ハの平坦度（ＴＴＶ：TOTAL THICKNESS VARIATION ）に
ついて評価した。研磨剤としては、コロイド状シリカ粉
末スラリー（ＰＨ１１）を用いた。平坦度は、上記不織
布製研磨パッド単層では３μｍ以下であったものが、本
実施形態の研磨パッドを用いた場合には、１μｍ以下に
することができた。
【００４８】なお、上記実施形態においては、図１４
（ａ）〜（ｃ）に示すような構造のエア・セルを用い
た。（ａ）は大気圧の空気が封入された一体型ポリエチ
レン製エア・セル、（ｂ）は、二層のポリエチレン製シ
ートを圧着して作製したエア・セル、（ｃ）は、三層の
ポリエチレン製シートを圧着して作製したエア・セルで
ある。エア・セルの耐久性は、（ａ）より（ｂ）、
（ｃ）の方が優れていた。また、ポリエチレンに酢酸ビ
ニルを添加することによって、耐久性を向上させること
ができた。また、実施形態１に示した形状より、実施形
態５に示したような押圧しない状態で上下の面が略平坦
であった方が耐久性がよかった。
（ａ）〜（ｃ）に示すような構造のエア・セルを用い
た。（ａ）は大気圧の空気が封入された一体型ポリエチ
レン製エア・セル、（ｂ）は、二層のポリエチレン製シ
ートを圧着して作製したエア・セル、（ｃ）は、三層の
ポリエチレン製シートを圧着して作製したエア・セルで
ある。エア・セルの耐久性は、（ａ）より（ｂ）、
（ｃ）の方が優れていた。また、ポリエチレンに酢酸ビ
ニルを添加することによって、耐久性を向上させること
ができた。また、実施形態１に示した形状より、実施形
態５に示したような押圧しない状態で上下の面が略平坦
であった方が耐久性がよかった。
【００４９】また、本実施形態においては、研磨パッド
の被処理基板側に発泡ポリウレタン、あるいは不織布を
用いたが、例えば、塩化ビニル、ポリエチレンなどの材
料を用いても同様の効果が得られた。また、上記材料に
ディンプル加工を施しても同様の効果が得られた。さら
に、エア・セル部に研磨剤保持機能を付与しても同様の
効果が得られた。
の被処理基板側に発泡ポリウレタン、あるいは不織布を
用いたが、例えば、塩化ビニル、ポリエチレンなどの材
料を用いても同様の効果が得られた。また、上記材料に
ディンプル加工を施しても同様の効果が得られた。さら
に、エア・セル部に研磨剤保持機能を付与しても同様の
効果が得られた。
【００５０】（実施形態６）図１５は、本発明の第６の
実施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。研磨定盤は、回転可能なＳＵＳ製定盤２２５上に凹
凸形状を有するゴムを含浸させた不織布２２８を、ＳＵ
Ｓ製固定板２２９とネジ２３０とにより固定することに
より構成される。このように、固定板２２９とネジ２３
０とでゴムを含浸させた不織布２２８をＳＵＳ製定盤２
２５上に固定することによって、ＳＵＳ製定盤２２５上
に大気圧の空気を密封したエア・セルが作製される。被
処理基板の研磨は、この研磨定盤上に研磨剤を保持する
研磨パッド２２３を固定し、研磨剤を供給しながら被処
理基板を研磨パッド２２３に押圧することにより行なわ
れる。研磨パッド２２３と研磨定盤２２５を上面から見
た図を図１６に示す。
実施形態に係わる研磨装置の概略構成を示す断面図であ
る。研磨定盤は、回転可能なＳＵＳ製定盤２２５上に凹
凸形状を有するゴムを含浸させた不織布２２８を、ＳＵ
Ｓ製固定板２２９とネジ２３０とにより固定することに
より構成される。このように、固定板２２９とネジ２３
０とでゴムを含浸させた不織布２２８をＳＵＳ製定盤２
２５上に固定することによって、ＳＵＳ製定盤２２５上
に大気圧の空気を密封したエア・セルが作製される。被
処理基板の研磨は、この研磨定盤上に研磨剤を保持する
研磨パッド２２３を固定し、研磨剤を供給しながら被処
理基板を研磨パッド２２３に押圧することにより行なわ
れる。研磨パッド２２３と研磨定盤２２５を上面から見
た図を図１６に示す。
【００５１】本実施例においては、ＳＵＳ製定盤上に直
径：３１ｍｍ、高さ：１３ｍｍ、体積：９．８ｃｍ3 の
円柱状のエア・セルを、セル部の面積比が７０％になる
ように作製した研磨定盤を用いた。また、研磨パッドに
は、厚さ１．３ｍｍの発泡ポリウレタン２２３を用い
た。
径：３１ｍｍ、高さ：１３ｍｍ、体積：９．８ｃｍ3 の
円柱状のエア・セルを、セル部の面積比が７０％になる
ように作製した研磨定盤を用いた。また、研磨パッドに
は、厚さ１．３ｍｍの発泡ポリウレタン２２３を用い
た。
【００５２】この装置を用いて、８インチウェハ上にシ
リコン酸化膜の段差が形成してある試料を研磨し、研磨
速度の面内均一性について評価した。研磨剤としては、
酸化セリウムを水に１重量％分散させたものを用いた。
研磨速度の均一性は、本発明の定盤を用いなかった場合
には±１０％であったものが、本実施形態の研磨定盤を
用いた場合には±３％以下と非常に良好な値が得られ
た。また、図１９に示すように、エアーセルに流体供給
手段２３２を取り付け、エアーセルを気密封止するため
のバルブまたは逆止弁２３１を取り付けても同様に優れ
た効果が得られた。
リコン酸化膜の段差が形成してある試料を研磨し、研磨
速度の面内均一性について評価した。研磨剤としては、
酸化セリウムを水に１重量％分散させたものを用いた。
研磨速度の均一性は、本発明の定盤を用いなかった場合
には±１０％であったものが、本実施形態の研磨定盤を
用いた場合には±３％以下と非常に良好な値が得られ
た。また、図１９に示すように、エアーセルに流体供給
手段２３２を取り付け、エアーセルを気密封止するため
のバルブまたは逆止弁２３１を取り付けても同様に優れ
た効果が得られた。
【００５３】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。実施形態においては、被研磨物と
してシリコン酸化膜を用いたが、シリコン酸化膜に限ら
ず、Ｃｕ，Ａｌ，ポリＳｉ，Ｗ，Ｒｕ等のあらゆる材料
において、本発明は有効である。ただし、得られる研磨
速度、研磨速度の面内均一性は、被処理基板側に用いる
材料の研磨剤保持能力、研磨剤の種類などにより変化す
る。
されるものではない。実施形態においては、被研磨物と
してシリコン酸化膜を用いたが、シリコン酸化膜に限ら
ず、Ｃｕ，Ａｌ，ポリＳｉ，Ｗ，Ｒｕ等のあらゆる材料
において、本発明は有効である。ただし、得られる研磨
速度、研磨速度の面内均一性は、被処理基板側に用いる
材料の研磨剤保持能力、研磨剤の種類などにより変化す
る。
【００５４】また、実施形態４〜６においては、内部に
大気圧空気を封入したセルを用いたが、セルの内部は空
気に限らず、気体、液体ならば同様の効果が得られた。
ただし、気体を封入したセルのほうが液体を封入したセ
ルより均一性が優れていた。また、密封した気体の圧力
は大気圧より少し高い方が良好な結果が得られた。
大気圧空気を封入したセルを用いたが、セルの内部は空
気に限らず、気体、液体ならば同様の効果が得られた。
ただし、気体を封入したセルのほうが液体を封入したセ
ルより均一性が優れていた。また、密封した気体の圧力
は大気圧より少し高い方が良好な結果が得られた。
【００５５】また、これらの実施形態４〜６において
は、同一形状のエア・セルを用いたが、図１７および１
８に示すように、直径の大きいセルと、直径の小さなセ
ルを組み合わせて用いた研磨パッド、あるいは、研磨定
盤でも同様な効果が得られた。
は、同一形状のエア・セルを用いたが、図１７および１
８に示すように、直径の大きいセルと、直径の小さなセ
ルを組み合わせて用いた研磨パッド、あるいは、研磨定
盤でも同様な効果が得られた。
【００５６】また、ポリエチレン製、あるいはゴムを含
浸させた不織布製のエア・セルを用いたが、本発明はこ
れらに限定されず、所望の荷重を加えた際の膨張率が１
０％以内であれば同様の効果が得られた。
浸させた不織布製のエア・セルを用いたが、本発明はこ
れらに限定されず、所望の荷重を加えた際の膨張率が１
０％以内であれば同様の効果が得られた。
【００５７】その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。
で、種々変形して実施することができる。
【００５８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、ウ
ェハ等の被研磨基板の研磨面内での圧力分布を一定にす
ることができ、研磨速度の面内均一性を向上させること
ができ、これにより半導体素子の製造歩留まり及び信頼
性向上等に寄与することも可能となる。
ェハ等の被研磨基板の研磨面内での圧力分布を一定にす
ることができ、研磨速度の面内均一性を向上させること
ができ、これにより半導体素子の製造歩留まり及び信頼
性向上等に寄与することも可能となる。
【図１】実施例に使用した被研磨基板の断面形状を示す
工程図。
工程図。
【図２】第１の実施形態に係わる研磨装置の概略構成を
示す断面図。
示す断面図。
【図３】第１の実施形態の変形例の概略構成を示す断面
図と平面図。
図と平面図。
【図４】第２の実施形態に係わる研磨装置の概略構成を
示す断面図。
示す断面図。
【図５】第２の実施形態におけるエアセルマットを上面
から見た図。
から見た図。
【図６】第３の実施形態に係わる研磨装置の概略構成を
示す断面図。
示す断面図。
【図７】第３の実施形態におけるエアセルマットを上面
から見た図。
から見た図。
【図８】第４の実施形態に係わる研磨装置の概略構成を
示す断面図。
示す断面図。
【図９】第４の実施形態におけるエアセルマットを上面
から見た図。
から見た図。
【図１０】第４の実施形態におけるセルの体積と均一性
との関係を示すグラフ図。
との関係を示すグラフ図。
【図１１】第５の実施形態に係わる研磨装置の概略構成
を示す断面図。
を示す断面図。
【図１２】第５の実施形態におけるエアセルマットを上
面から見た図。
面から見た図。
【図１３】第５の実施形態におけるセルの面積比と均一
性との関係を示すグラフ図。
性との関係を示すグラフ図。
【図１４】第５の実施形態におけるマット構造の詳細
図。
図。
【図１５】第６の実施形態に係わる研磨装置の概略構成
を示す断面図。
を示す断面図。
【図１６】第６の実施形態におけるエアセルマットを上
面から見た図。
面から見た図。
【図１７】本発明の他の実施形態に係わる研磨装置の概
略構成を示す断面図。
略構成を示す断面図。
【図１８】本発明の他の実施形態におけるエアセルマッ
トを上面から見た図。
トを上面から見た図。
【図１９】本発明の他の実施形態に係わる研磨装置の概
略構成を示す断面図。
略構成を示す断面図。
【図２０】本発明の他の実施形態に係わる研磨装置の概
略構成を示す断面図。
略構成を示す断面図。
【図２１】従来の研磨装置を用いて形成した多層配線の
断面図。
断面図。
【図２２】従来の研磨装置の概略構成を示す断面図。
１…シリコン基板 ２…シリコン酸化膜 ２ａ…配線用溝 ２ｂ…接続用開口 ３…ＴｉＮ膜 ４…Ｃｕ膜 １１…試料ホルダ １２…被研磨基板 １３…研磨パッド １４…クッション １５…研磨定盤 １５ａ…支持枠
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中野 裕 神奈川県横浜市磯子区新杉田８ 株式会 社東芝横浜事業所内 (72)発明者 竪山 佳邦 神奈川県川崎市幸区堀川町72番地 株式 会社東芝川崎事業所内 (72)発明者 早坂 伸夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株式会社東芝研究開発センター内 審査官 小松 竜一 (56)参考文献 特開 平５−285825（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/304 B24B 37/00
Claims (29)
- 【請求項１】被処理基板を研磨する第１の面と第２の面
とを有する第１の層、および前記第１の層の前記第２の
面に設けられ、流体が気密封止された複数の微小袋を内
部に有する第２の層を少なくとも有し、前記微小袋は、それぞれ独立して固定されている ことを
特徴とする研磨パッド。 - 【請求項２】前記流体は気体であることを特徴とする請
求項１記載の研磨パッド。 - 【請求項３】前記微小袋は略平坦な上面と略平坦な下面
とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の
研磨パッド。 - 【請求項４】前記微小袋は、被処理基板を研磨する面に
対して５０％以上の領域を占めることを特徴とする請求
項１ないし３のいずれか１項に記載の研磨パッド。 - 【請求項５】前記微小袋は、被処理基板を研磨する面に
対して６０％以上９０％以下の領域を占めることを特徴
とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の研磨パ
ッド。 - 【請求項６】前記微小袋は規則的に配設されることを特
徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の研磨
パッド。 - 【請求項７】前記微小袋は該微小袋１個の体積が０．１
ｃｍ 3 以上１５ｃｍ 3 以下であることを特徴とする請求
項１ないし６のいずれか１項に記載の研磨パッド。 - 【請求項８】前記微小袋は該微小袋１個の体積が０．１
ｃｍ 3 以上１０ｃｍ 3 以下であることを特徴とする請求
項１ないし７のいずれか１項に記載の研磨パッド。 - 【請求項９】前記第１層と第２層との間に補強層を設け
ることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に
記載の研磨パッド。 - 【請求項１０】基板を保持または押圧する手段、 それぞれ独立して固定された複数の微小袋を有する定
盤、および 前記基板を保持または押圧する手段と前記定
盤との間に設けられた研磨パッドを有することを特徴と
する研磨装置。 - 【請求項１１】前記定盤は回転板であることを特徴とす
る請求項１０に記載の研磨装置。 - 【請求項１２】前記微小袋は流体が気密封止されること
を特徴とする請求項１０または１１に記載の研磨装置。 - 【請求項１３】前記定盤には微小袋中の流体を気密封止
する手段が設けられていることを特徴とする請求項１０
記載の研磨装置。 - 【請求項１４】前記流体は気体であることを特徴とする
請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の研磨装
置。 - 【請求項１５】前記微小袋は略平坦な上面と略平坦な下
面とを有することを特徴とする請求項１０ないし１４の
いずれか１項に記載の研磨装置。 - 【請求項１６】前記微小袋は前記定盤面に対して５０％
以上の領域を占めることを特徴とする請求項１０ないし
１５のいずれか１項に記載の研磨装置。 - 【請求項１７】前記微小袋は前記定盤面に対して６０％
以上９０％以下の領域を占めることを特徴とする請求項
１０ないし１６のいずれか１項に記載の研磨装置。 - 【請求項１８】前記微小袋は規則的に配設されることを
特徴とする請求項１０ないし１７のい ずれか１項に記載
の研磨装置。 - 【請求項１９】被処理基板を基板保持部に保持する工程
と、それぞれ 独立して固定された複数の微小袋の上の研磨面
に、研磨剤を供給する工程と、定盤 を回転させて前記基板保持部を前記定盤に対して押
圧することにより、前記被処理基板を研磨する工程とを
含むことを特徴とする研磨方法。 - 【請求項２０】前記定盤は回転板であることを特徴とす
る請求項１９記載の研磨方法。 - 【請求項２１】被処理基板を研磨する第１の面と第２の
面とを有する第１の層、および前記第１の層の前記第２
の面に設けられた第２の層を少なくとも有し、前記第２の層は、内部に流体が充填された流体保持部を
含み、この 流体保持部は内部に多数の支柱を有すること
を特徴とする研磨パッド。 - 【請求項２２】前記流体は気体であることを特徴とする
請求項２１記載の研磨パッド。 - 【請求項２３】前記基板保持部には、大気圧以上の気体
が密封されていることを特徴とする請求項２１または２
２に記載の研磨パッド。 - 【請求項２４】基板を保持または押圧する手段、 上面に流体保持部を有する定盤、および 前記基板を保持
または押圧する手段と前記定盤との間に設けられた研磨
パッドを有し、 前記流体保持部は、多数の支柱を内部に有することを特
徴とする研磨装置。 - 【請求項２５】前記定盤は回転板であることを特徴とす
る請求項２４記載の研磨装置。 - 【請求項２６】被処理基板を基板保持部に保持する工程
と、定盤 上に設けられ、内部に多数の支柱を有する流体保持
部の上の研磨面に研磨剤を供給する工程と、 前記定盤を回転させて前記基板保持部を前記定盤に対し
て押圧することにより、前記被処理基板を研磨する工程
とを含むことを特徴とする研磨方法。 - 【請求項２７】前記定盤は回転板であることを特徴とす
る請求項２６記載の研磨方法。 - 【請求項２８】被処理基板を保持または押圧する手段、 定盤、 前記基板を保持または押圧する手段と前記定盤との間に
設けられた研磨パッドを有する流体クッション、 前記定盤の側部から上方に延びて設けられ、前記流体ク
ッションを支持するための支持枠、および 前記流体クッ
ションの変形を防ぐためのダミー加圧機構を具備するこ
とを特徴とする研磨装置。 - 【請求項２９】前記定盤は回転板であることを特徴とす
る請求項２８記載の研磨装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33296A JP3329644B2 (ja) | 1995-07-21 | 1996-01-05 | 研磨パッド、研磨装置及び研磨方法 |
| US08/683,265 US5664989A (en) | 1995-07-21 | 1996-07-18 | Polishing pad, polishing apparatus and polishing method |
| DE19629286A DE19629286B4 (de) | 1995-07-21 | 1996-07-19 | Polierkissen und Poliervorrichtung |
| KR1019960029112A KR100236203B1 (ko) | 1995-07-21 | 1996-07-19 | 연마패드, 연마장치 및 연마방법 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18586295 | 1995-07-21 | ||
| JP7-185862 | 1995-07-21 | ||
| JP33296A JP3329644B2 (ja) | 1995-07-21 | 1996-01-05 | 研磨パッド、研磨装置及び研磨方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0997772A JPH0997772A (ja) | 1997-04-08 |
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Family
ID=26333296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33296A Expired - Fee Related JP3329644B2 (ja) | 1995-07-21 | 1996-01-05 | 研磨パッド、研磨装置及び研磨方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5664989A (ja) |
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| KR (1) | KR100236203B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6287185B1 (en) * | 1997-04-04 | 2001-09-11 | Rodel Holdings Inc. | Polishing pads and methods relating thereto |
| JP3923589B2 (ja) * | 1997-04-22 | 2007-06-06 | 住友スリーエム株式会社 | プローブカード針先研掃方法 |
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| US5882251A (en) * | 1997-08-19 | 1999-03-16 | Lsi Logic Corporation | Chemical mechanical polishing pad slurry distribution grooves |
| US5865666A (en) * | 1997-08-20 | 1999-02-02 | Lsi Logic Corporation | Apparatus and method for polish removing a precise amount of material from a wafer |
| US6068879A (en) * | 1997-08-26 | 2000-05-30 | Lsi Logic Corporation | Use of corrosion inhibiting compounds to inhibit corrosion of metal plugs in chemical-mechanical polishing |
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