JP3467822B2 - 研磨方法 - Google Patents
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- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体装置の製
造プロセス中の化学機械研磨（ＣＭＰ）工程に適用され
る研磨方法に関し、特に、研磨レートの面内均一性の改
善に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、半導体装置の分野ではデバイスの
大容量化が進んでおり、チップ面積をなるべく小さくし
て大容量化を図るために多層配線技術が重要なものとな
っている。この多層配線技術においては、下地の平坦化
が必要となる。下地に凹凸があると、これにより段差が
生じ、この段差上に形成される配線が切れる、いわゆる
段切れ等の不都合が発生するからである。この平坦化を
良好に行うには、初期工程からの平坦化が重要である。 【０００３】一般的な半導体装置の製造プロセスにおい
て、最初に基板上に凹凸が発生し得る工程は素子分離工
程である。素子分離領域は、例えば、シリコン基板の選
択酸化、いわゆるＬＯＣＯＳ法により形成されるが、こ
の方法により形成された素子分離領域は素子形成領域よ
り一段高くなるのが普通である。そこで、素子分離工程
における凹凸の発生を防止するために、トレンチアイソ
レーションによる平坦化が提案されている。トレンチア
イソレーションとは、半導体基板に形成した溝（トレン
チ）に絶縁膜を埋め込んで素子分離を行うものである。
そして、上記絶縁膜を埋め込んだ後、溝以外に形成され
た絶縁膜よりなる凸部を除去することにより基板表面を
平坦化する。 【０００４】図２，図３，図５を用い、トレンチアイソ
レーションの形成工程を説明する。先ず、図２に示すよ
うに、シリコン基板１１上に薄いシリコン酸化膜１２お
よびシリコン窒化膜１３を形成した後、フォトリソグラ
フィおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により溝
１５を形成し、その後、熱酸化により溝１５の底面およ
び側面に内壁酸化膜１４を形成する。 【０００５】次いで、図３に示すように、有機シリコン
化合物であるテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用い
たプラズマＣＶＤにより酸化シリコン膜を埋め込み絶縁
膜１６として形成する。さらに、溝１５より上部にある
埋め込み絶縁膜１６をシリコン窒化膜１３をストッパー
として研磨除去すると、図４に示すように埋め込み絶縁
膜１６が平坦化して、溝１５の内部に埋め込まれた状態
となる。なお、ストッパーはシリコン窒化膜１３に限ら
れず、埋め込み絶縁膜１６よりも研磨レートが遅い材料
より構成されればよい。 【０００６】上記埋め込み絶縁膜１６の研磨には、例え
ば図５に示すような化学機械研磨装置が用いられる。こ
の研磨装置は、上述のようにして埋め込み絶縁膜が形成
されたウェハ（基板２５）の被研磨面を下にしてこれを
保持する基板保持部と、該基板保持部の下方に位置し、
該基板保持部に保持された基板２５と摺接させる基板研
磨部より構成される。 【０００７】上記基板保持部は、基板２５を密着保持す
る基板載置面を有する基板保持台２６、図示しないモー
タ等の駆動機構により該基板保持台２６を回転可能とな
す保持台回転軸２７よりなる。一方、基板研磨部は、ス
ラリー状の研磨剤２２を展開させるための研磨布２９、
この研磨布２９が張着された回転定盤２３、図示しない
モータ等の駆動機構により該回転定盤２３を回転可能と
なす定盤回転軸２４、研磨剤２２を研磨布２９上に供給
するための研磨剤供給管２１よりなる。 【０００８】上述の研磨装置によって実際に研磨を行う
には、先ず、基板保持台２６に基板２５を保持させ、こ
れを保持台回転軸２７の周りに回転させる。また、回転
定盤２３も定盤回転軸２４の周りに回転させ、研磨剤供
給管２１より研磨布２９上に研磨剤２２を供給する。そ
して、この研磨剤２２を介して基板２５の被研磨面と研
磨布２９とを摺接させることによって、この基板２５の
被研磨面の研磨を行う。 【０００９】このとき、基板２５の被研磨面上のある１
点の軌跡は、基板保持台２６により自転しながら、回転
定盤２３の回転により公転することになるため、基板２
５の被研磨面はかなり均一に研磨できるとされている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板２
５の被研磨面上における中心部のある１点と外周部のあ
る１点とを比較すると線速度が異なること、遠心力によ
り研磨剤が外周方向へ偏りやすいこと等の原因により、
厳密には、基板２５の被研磨面の研磨レートは、内周部
より外周部の方が大きくなっている。 【００１１】特に、半導体装置の製造プロセスにおける
平坦化においては、微細化・高集積化に対応できるグロ
ーバル平坦化を目標としているため、上述のような研磨
レートの面内不均一性はその障害となる。 【００１２】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、基板の被研磨面が均一な研磨
レートにて研磨できる研磨方法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】本発明は上述の目的を達
成するために提案されたものである。すなわち、本発明
に係る研磨方法は、研磨布上に研磨剤を供給しながら、
前記研磨布と基板とを摺接させて該基板の平坦化を行う
研磨方法において、前記研磨剤に異なるガラス転移点を
有する２種類の混合物で構成された高分子粒子を含有さ
せ、前記基板を保持する保持台の中心部と外周部に別個
に設けられたヒータにより、前記基板を保持する保持台
の中心部では、異なるガラス転移点を有する２種類の混
合物の何れもが軟化しない温度とし、前記基板を保持す
る保持台の外周部では、異なるガラス転移点を有する２
種類の混合物の何れもが軟化する温度とすることにより
前記基板を保持する保持台の中心部から外周部に亘っ
て、前記高分子粒子の硬度を徐々に低硬度の硬度分布と
することを特徴とする。 【００１４】なお、本発明に係る研磨方法においては、
高分子粒子に硬度分布が発生し基板の被研磨面が面内均
一性よく研磨される限りにおいて、研磨布と基板との摺
接面が有する温度分布の範囲と、高分子粒子が有する複
数のガラス転移点との関係は限定されない。例えば、高
分子粒子が２つのガラス転移点（低温側をＴｇ１，高温
側をＴｇ２とする。）を有する場合、上記摺接面が有す
る温度分布の範囲の中に上記Ｔｇ１，Ｔｇ２の両方が含
まれてもよいし、Ｔｇ１のみ、あるいはＴｇ２のみが含
まれてもよい。また、上記摺接面が有する温度分布の範
囲が上記Ｔｇ１とＴｇ２との間の温度範囲の中に存在し
てもよい。また、高分子粒子が３つ以上のガラス転移点
を有する場合も同様にして、研磨布と基板との摺接面が
有する温度分布の範囲と高分子粒子が有するガラス転移
点との関係を様々なパターンに設定可能である。 【００１５】ところで、上述のような研磨方法は、半導
体装置の製造プロセスに用いられて好適である。例え
ば、平坦化された素子分離領域を形成するに際し、溝を
有する半導体基板上に形成された埋め込み絶縁膜の溝よ
り上方の部分を除去する場合に本発明を適用できる。こ
の場合、溝を有する半導体基板において、溝以外の表面
には埋め込み絶縁膜より研磨レートの遅い耐摩耗性の層
が形成され、該耐摩耗性の層が研磨に対してストッパと
されるとよい。 【００１６】また、段差を有するウェハ上に形成された
絶縁膜を平坦化するに際して本発明を適用してもよい。 【００１７】 【作用】本発明を適用して、基板載置面の温度制御手段
が設けられると、この基板載置面に密着保持される基板
と研磨布との摺接面を間接的に温度制御できる。そし
て、上記摺接面の温度分布を最適化することによって、
研磨剤に含有される高分子粒子の硬度を変化させ、所望
の硬度分布を持たせることができる。 【００１８】上記高分子粒子の硬度を異ならせること
は、研磨微粒子が基板を研磨するときの研磨力を異なら
せることにつながる。これは、研磨微粒子は高分子粒子
表面に付着しているため、この研磨微粒子の硬度が研磨
力として直接発揮されるわけではなく、高分子粒子の弾
性力によって緩衝されるからである。即ち、高硬度の高
分子粒子に付着していれば比較的高い研磨力を発揮し、
低硬度の高分子粒子に付着していればその研磨力が発揮
されにくくなる。 【００１９】このため、上記摺接面に中心部から外周部
に向けて高温となるような温度分布を設け、研磨微粒子
による研磨力を中心部から外周部に向けて小とすれば、
従来は摺接時の線速度の違いや研磨剤の集中によって外
周部ほど大きくなっていた研磨レートを、中心部と外周
部とで均一化させることが可能となる。 【００２０】 【実施例】以下、本発明に係る研磨方法を適用した具体
的な実施例について説明する。 【００２１】まず、本発明に係る研磨方法に用いる研磨
装置の構成例について、図１を参照しながら説明する。
この研磨装置は、基板２５の被研磨面を下にしてこれを
保持する基板保持部と、該基板保持部の下方に位置し、
該基板保持部に保持された基板２５と摺接させる基板研
磨部とから構成される。 【００２２】上記基板保持部は、基板２５を密着保持す
る基板載置面を有し金属材料よりなる基板保持台２６、
図示しないモータ等の駆動機構により該基板保持台２６
を回転可能となす保持台回転軸２７よりなる。ここで、
上記基板保持台２６には、その中心部にヒータ２８ａ、
外周部にヒータ２８ｂが内蔵されている。これらヒータ
２８ａ，２８ｂは、別々の発熱量を発生できるようにな
されており、これにより、上記基板載置面の温度が所望
の温度分布をもって調整される。 【００２３】一方、基板研磨部は、スラリー状の研磨剤
２２を載置するための研磨布２９、この研磨布２９が張
着された回転定盤２３、図示しないモータ等の駆動機構
により上記回転定盤２３を回転可能となす定盤回転軸２
４、研磨剤２２を研磨布２９上に供給するための研磨剤
供給管２１よりなる。なお、上記研磨布２９に供給され
る研磨剤２２は２つ以上のガラス転移点をもつ高分子粒
子の表面に研磨微粒子が付着した複合粒子を含有するも
のとする。 【００２４】このような研磨装置を用いて実際に研磨を
行うには、先ず、基板保持台２６に基板２５を保持さ
せ、この基板載置面の温度をヒータ２８ａ，２８ｂによ
って、例えば中心部を低温、外周部を高温に調整する。
そして、これを保持台回転軸２７の周りに回転させ、回
転定盤２３も定盤回転軸２４の周りに回転させた状態に
て、研磨剤供給管２１より研磨布２９上に研磨剤２２を
供給する。そして、このような状態にて基板２５の被研
磨面と研磨布とを摺接させることによって、基板２５の
被研磨面を研磨する。 【００２５】なお、上記基板載置面の温度分布は、研磨
布２９と基板との摺接面に存在する高分子粒子が、この
摺接面の中心部と外周部とで異なる硬度を有するように
調整される。 【００２６】次に、このような研磨装置を用いた本発明
に係る研磨方法の実施例について説明する。なお、本実
施例では、研磨布２９上に供給する研磨剤２２として、
異なるガラス転移点を有する２種類の樹脂の混合物より
なる高分子粒子を含有するものを用いる。 【００２７】具体的には、下記の樹脂Ａおよび樹脂Ｂの
１：１混合物よりなる高分子粒子を平均粒径５０ｎｍに
形成し、平均粒径１０ｎｍのシリカよりなる研磨微粒子
とミルにて混合することによって得られた複合粒子をＫ
ＯＨ水溶液に分散させたものを研磨剤２２として用い
た。 【００２８】樹脂Ａ 材料ａ １，４−ブタンジオールとテレフタル酸より合
成したポリオール ４，４−メチレンジフェニルジイソシアネート １，４−ブタンジオール（鎖長延長剤） 材料ｂ グリセリン トリレンジイソシアネート 材料ａより合成されたポリウレタンを、材料ｂより合成
された３官能以上のトリイソシアネートにより架橋して
得た樹脂（ガラス転移点 ６０℃）。 【００２９】樹脂Ｂ 材料ｃ エチレングリコールとアジピン酸より合成した
ポリオール ４，４−メチレンジフェニルジイソシアネート エチレングリコール（鎖長延長剤） 材料ｄ グリセリン ヘキサメチレンジイソシアネート 材料ｃより合成されたポリウレタンを、材料ｄより合成
された３官能以上のトリイソシアネートにより架橋して
得た樹脂（ガラス転移点 ５０℃） そして、このような研磨剤２２を研磨布２９と基板２５
との摺接面に供給しながら、基板載置面の温度をヒータ
２８ａ，２８ｂによって中心部で４０℃、外周部で７０
℃となるように調整して基板２５の研磨を行う。 【００３０】これにより、上記摺接面の中心部では樹脂
Ａ，樹脂Ｂともに軟化しない温度とされているため高分
子粒子が高硬度に保たれ、外周部では樹脂Ａ，樹脂Ｂと
もに軟化する温度とされているため高分子粒子が低硬度
となる。また、中心部と外周部の中間部では樹脂Ｂのみ
が軟化する領域も存在するため、上記摺接面では中心部
から外周部に亘って、高分子粒子の硬度が徐々に低硬度
となる硬度分布が得られる。 【００３１】したがって、上述のような条件にて研磨を
行うと、上記摺接面の中心部から外周部へ向かって研磨
微粒子による研磨力が低くなる分布が生じ、中心部と外
周部とで研磨レートが均一化された状態となる。 【００３２】ここで、上述の研磨方法を、トレンチアイ
ソレーションの形成工程における埋め込み絶縁膜の除去
に適用した例について、図２〜図４を用いて説明する。
先ず、図２に示されるように、シリコン基板１１上に薄
いシリコン酸化膜１２およびシリコン窒化膜１３を形成
した後、フォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）により溝１５を形成し、その後、熱酸化
により溝１５の底面および側面に内壁酸化膜１４を形成
した。 【００３３】次いで、図３に示すように、下記のＣＶＤ
条件にて酸化シリコン膜を成膜し、ウェハ全面に埋め込
み絶縁膜１６を形成した。 【００３４】 酸化シリコン膜の成膜条件 原料ガス ＴＥＯＳ １０００ｓｃｃｍ（Ｈｅバブリング） Ｏ３ ２０００ｓｃｃｍ 圧力 ７９８００Ｐａ（６００Ｔｏｒｒ） 温度 ３９０℃ そして、上記埋め込み絶縁膜１６が形成されたウェハを
研磨装置の基板保持台２６に保持して、上述した研磨方
法にて研磨した。これにより、面内均一性よく研磨が行
われ、図４に示されるように、シリコン窒化膜１３をス
トッパーとして溝１５より上方の埋め込み絶縁膜１６が
除去された。 【００３５】この結果、埋め込み絶縁膜１６が溝１５の
内部に埋め込まれた状態となり、トレンチアイソレーシ
ョンが十分に平坦化された状態にて形成された。 【００３６】以下、本発明に係る研磨方法の他の実施例
について説明する。本実施例では、研磨剤２２として、
２つのガラス転移点を有する樹脂よりなる高分子粒子を
含有するものを用いる。 【００３７】具体的には、ポリエチレン−ポリスチレン
共重合体（ガラス転移点−２１〜２４℃，８０〜１００
℃）よりなる高分子粒子を平均粒径５０ｎｍに形成し、
平均粒径１０ｎｍの酸化セリウムよりなる研磨微粒子と
ミルにて混合することによって得られた複合粒子をＫＯ
Ｈ水溶液中に分散させたものを研磨剤２２とした。 【００３８】そして、このような研磨剤２２を研磨布２
９と基板２５との摺接面に供給しながら、基板載置面の
温度をヒータ２８ａ，２８ｂによって中心部で４０℃、
外周部で１１０℃となるように調整した状態にて基板２
５の研磨を行う。 【００３９】これにより、研磨布２９と基板２５との摺
接面において、中心部では低温側のポリエチレン成分の
ガラス転移点より高温であるので、高分子粒子が少し軟
化した状態となり、外周部では高温側のポリスチレン成
分のガラス転移点より高温であるので高分子粒子がかな
り軟化した状態となる。したがって、上述のような条件
にて研磨を行うと、上記摺接面の中心部から外周部へ向
かって研磨微粒子による研磨力が低くなる分布が生じ、
中心部と外周部とで研磨レートが均一化された状態とな
る。 【００４０】そして、上述の研磨方法を、先の実施例と
同様トレンチアイソレーションの形成工程における埋め
込み絶縁膜１６の除去に適用したところ、面内均一性よ
く研磨が行われ、図４に示されるように、シリコン窒化
膜１３をストッパーとして溝１５より上方の埋め込み絶
縁膜１６が除去された。 【００４１】この結果、埋め込み絶縁膜１６が溝１５の
内部に埋め込まれた状態となり、トレンチアイソレーシ
ョンが十分に平坦化された状態にて形成された。 【００４２】以上、本発明に係る研磨方法について説明
したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形変更が可能である。例えば、本発明に係
る研磨方法に用いる研磨装置における温度制御手段とし
ては、ヒータのような加熱手段に限られず、冷却管等の
冷却手段、あるいは加熱手段と冷却手段を併用したもの
が使用できる。また、高分子粒子や研磨微粒子の材料等
も上述したものに限られない。 【００４３】また、本発明に係る研磨方法を適用してト
レンチアイソレーションの形成を行うに際して、ストッ
パーとして使用できる材料はシリコン窒化膜に限られ
ず、埋め込み絶縁膜よりも研磨レートが遅い材料であれ
ばよいし、埋め込み絶縁膜を構成する酸化シリコン膜の
成膜条件等も特に限定されない。また、本発明に係る研
磨方法は、トレンチアイソレーションの形成以外にも、
層間平坦化膜の形成等に適用されてもよく、高い研磨レ
ートを確保しつつ、基板へのダメージが抑制された研磨
を行うに際していずれの場合に適用されてもよい。 【００４４】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、基板の
被研磨面と研磨布との摺接面において、研磨剤に含有さ
れる高分子粒子の硬度に分布を持たせると、面内均一性
に優れた研磨が可能となる。 【００４５】したがって、本発明を半導体装置の製造プ
ロセスにおける平坦化に適用すると、完全平坦化を図る
ことが可能となり、これにより、半導体装置の多層配線
化を進め、さらなる高集積化が可能となる。
造プロセス中の化学機械研磨（ＣＭＰ）工程に適用され
る研磨方法に関し、特に、研磨レートの面内均一性の改
善に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、半導体装置の分野ではデバイスの
大容量化が進んでおり、チップ面積をなるべく小さくし
て大容量化を図るために多層配線技術が重要なものとな
っている。この多層配線技術においては、下地の平坦化
が必要となる。下地に凹凸があると、これにより段差が
生じ、この段差上に形成される配線が切れる、いわゆる
段切れ等の不都合が発生するからである。この平坦化を
良好に行うには、初期工程からの平坦化が重要である。 【０００３】一般的な半導体装置の製造プロセスにおい
て、最初に基板上に凹凸が発生し得る工程は素子分離工
程である。素子分離領域は、例えば、シリコン基板の選
択酸化、いわゆるＬＯＣＯＳ法により形成されるが、こ
の方法により形成された素子分離領域は素子形成領域よ
り一段高くなるのが普通である。そこで、素子分離工程
における凹凸の発生を防止するために、トレンチアイソ
レーションによる平坦化が提案されている。トレンチア
イソレーションとは、半導体基板に形成した溝（トレン
チ）に絶縁膜を埋め込んで素子分離を行うものである。
そして、上記絶縁膜を埋め込んだ後、溝以外に形成され
た絶縁膜よりなる凸部を除去することにより基板表面を
平坦化する。 【０００４】図２，図３，図５を用い、トレンチアイソ
レーションの形成工程を説明する。先ず、図２に示すよ
うに、シリコン基板１１上に薄いシリコン酸化膜１２お
よびシリコン窒化膜１３を形成した後、フォトリソグラ
フィおよび反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により溝
１５を形成し、その後、熱酸化により溝１５の底面およ
び側面に内壁酸化膜１４を形成する。 【０００５】次いで、図３に示すように、有機シリコン
化合物であるテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用い
たプラズマＣＶＤにより酸化シリコン膜を埋め込み絶縁
膜１６として形成する。さらに、溝１５より上部にある
埋め込み絶縁膜１６をシリコン窒化膜１３をストッパー
として研磨除去すると、図４に示すように埋め込み絶縁
膜１６が平坦化して、溝１５の内部に埋め込まれた状態
となる。なお、ストッパーはシリコン窒化膜１３に限ら
れず、埋め込み絶縁膜１６よりも研磨レートが遅い材料
より構成されればよい。 【０００６】上記埋め込み絶縁膜１６の研磨には、例え
ば図５に示すような化学機械研磨装置が用いられる。こ
の研磨装置は、上述のようにして埋め込み絶縁膜が形成
されたウェハ（基板２５）の被研磨面を下にしてこれを
保持する基板保持部と、該基板保持部の下方に位置し、
該基板保持部に保持された基板２５と摺接させる基板研
磨部より構成される。 【０００７】上記基板保持部は、基板２５を密着保持す
る基板載置面を有する基板保持台２６、図示しないモー
タ等の駆動機構により該基板保持台２６を回転可能とな
す保持台回転軸２７よりなる。一方、基板研磨部は、ス
ラリー状の研磨剤２２を展開させるための研磨布２９、
この研磨布２９が張着された回転定盤２３、図示しない
モータ等の駆動機構により該回転定盤２３を回転可能と
なす定盤回転軸２４、研磨剤２２を研磨布２９上に供給
するための研磨剤供給管２１よりなる。 【０００８】上述の研磨装置によって実際に研磨を行う
には、先ず、基板保持台２６に基板２５を保持させ、こ
れを保持台回転軸２７の周りに回転させる。また、回転
定盤２３も定盤回転軸２４の周りに回転させ、研磨剤供
給管２１より研磨布２９上に研磨剤２２を供給する。そ
して、この研磨剤２２を介して基板２５の被研磨面と研
磨布２９とを摺接させることによって、この基板２５の
被研磨面の研磨を行う。 【０００９】このとき、基板２５の被研磨面上のある１
点の軌跡は、基板保持台２６により自転しながら、回転
定盤２３の回転により公転することになるため、基板２
５の被研磨面はかなり均一に研磨できるとされている。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、基板２
５の被研磨面上における中心部のある１点と外周部のあ
る１点とを比較すると線速度が異なること、遠心力によ
り研磨剤が外周方向へ偏りやすいこと等の原因により、
厳密には、基板２５の被研磨面の研磨レートは、内周部
より外周部の方が大きくなっている。 【００１１】特に、半導体装置の製造プロセスにおける
平坦化においては、微細化・高集積化に対応できるグロ
ーバル平坦化を目標としているため、上述のような研磨
レートの面内不均一性はその障害となる。 【００１２】そこで本発明は、かかる従来の実情に鑑み
て提案されたものであり、基板の被研磨面が均一な研磨
レートにて研磨できる研磨方法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】本発明は上述の目的を達
成するために提案されたものである。すなわち、本発明
に係る研磨方法は、研磨布上に研磨剤を供給しながら、
前記研磨布と基板とを摺接させて該基板の平坦化を行う
研磨方法において、前記研磨剤に異なるガラス転移点を
有する２種類の混合物で構成された高分子粒子を含有さ
せ、前記基板を保持する保持台の中心部と外周部に別個
に設けられたヒータにより、前記基板を保持する保持台
の中心部では、異なるガラス転移点を有する２種類の混
合物の何れもが軟化しない温度とし、前記基板を保持す
る保持台の外周部では、異なるガラス転移点を有する２
種類の混合物の何れもが軟化する温度とすることにより
前記基板を保持する保持台の中心部から外周部に亘っ
て、前記高分子粒子の硬度を徐々に低硬度の硬度分布と
することを特徴とする。 【００１４】なお、本発明に係る研磨方法においては、
高分子粒子に硬度分布が発生し基板の被研磨面が面内均
一性よく研磨される限りにおいて、研磨布と基板との摺
接面が有する温度分布の範囲と、高分子粒子が有する複
数のガラス転移点との関係は限定されない。例えば、高
分子粒子が２つのガラス転移点（低温側をＴｇ１，高温
側をＴｇ２とする。）を有する場合、上記摺接面が有す
る温度分布の範囲の中に上記Ｔｇ１，Ｔｇ２の両方が含
まれてもよいし、Ｔｇ１のみ、あるいはＴｇ２のみが含
まれてもよい。また、上記摺接面が有する温度分布の範
囲が上記Ｔｇ１とＴｇ２との間の温度範囲の中に存在し
てもよい。また、高分子粒子が３つ以上のガラス転移点
を有する場合も同様にして、研磨布と基板との摺接面が
有する温度分布の範囲と高分子粒子が有するガラス転移
点との関係を様々なパターンに設定可能である。 【００１５】ところで、上述のような研磨方法は、半導
体装置の製造プロセスに用いられて好適である。例え
ば、平坦化された素子分離領域を形成するに際し、溝を
有する半導体基板上に形成された埋め込み絶縁膜の溝よ
り上方の部分を除去する場合に本発明を適用できる。こ
の場合、溝を有する半導体基板において、溝以外の表面
には埋め込み絶縁膜より研磨レートの遅い耐摩耗性の層
が形成され、該耐摩耗性の層が研磨に対してストッパと
されるとよい。 【００１６】また、段差を有するウェハ上に形成された
絶縁膜を平坦化するに際して本発明を適用してもよい。 【００１７】 【作用】本発明を適用して、基板載置面の温度制御手段
が設けられると、この基板載置面に密着保持される基板
と研磨布との摺接面を間接的に温度制御できる。そし
て、上記摺接面の温度分布を最適化することによって、
研磨剤に含有される高分子粒子の硬度を変化させ、所望
の硬度分布を持たせることができる。 【００１８】上記高分子粒子の硬度を異ならせること
は、研磨微粒子が基板を研磨するときの研磨力を異なら
せることにつながる。これは、研磨微粒子は高分子粒子
表面に付着しているため、この研磨微粒子の硬度が研磨
力として直接発揮されるわけではなく、高分子粒子の弾
性力によって緩衝されるからである。即ち、高硬度の高
分子粒子に付着していれば比較的高い研磨力を発揮し、
低硬度の高分子粒子に付着していればその研磨力が発揮
されにくくなる。 【００１９】このため、上記摺接面に中心部から外周部
に向けて高温となるような温度分布を設け、研磨微粒子
による研磨力を中心部から外周部に向けて小とすれば、
従来は摺接時の線速度の違いや研磨剤の集中によって外
周部ほど大きくなっていた研磨レートを、中心部と外周
部とで均一化させることが可能となる。 【００２０】 【実施例】以下、本発明に係る研磨方法を適用した具体
的な実施例について説明する。 【００２１】まず、本発明に係る研磨方法に用いる研磨
装置の構成例について、図１を参照しながら説明する。
この研磨装置は、基板２５の被研磨面を下にしてこれを
保持する基板保持部と、該基板保持部の下方に位置し、
該基板保持部に保持された基板２５と摺接させる基板研
磨部とから構成される。 【００２２】上記基板保持部は、基板２５を密着保持す
る基板載置面を有し金属材料よりなる基板保持台２６、
図示しないモータ等の駆動機構により該基板保持台２６
を回転可能となす保持台回転軸２７よりなる。ここで、
上記基板保持台２６には、その中心部にヒータ２８ａ、
外周部にヒータ２８ｂが内蔵されている。これらヒータ
２８ａ，２８ｂは、別々の発熱量を発生できるようにな
されており、これにより、上記基板載置面の温度が所望
の温度分布をもって調整される。 【００２３】一方、基板研磨部は、スラリー状の研磨剤
２２を載置するための研磨布２９、この研磨布２９が張
着された回転定盤２３、図示しないモータ等の駆動機構
により上記回転定盤２３を回転可能となす定盤回転軸２
４、研磨剤２２を研磨布２９上に供給するための研磨剤
供給管２１よりなる。なお、上記研磨布２９に供給され
る研磨剤２２は２つ以上のガラス転移点をもつ高分子粒
子の表面に研磨微粒子が付着した複合粒子を含有するも
のとする。 【００２４】このような研磨装置を用いて実際に研磨を
行うには、先ず、基板保持台２６に基板２５を保持さ
せ、この基板載置面の温度をヒータ２８ａ，２８ｂによ
って、例えば中心部を低温、外周部を高温に調整する。
そして、これを保持台回転軸２７の周りに回転させ、回
転定盤２３も定盤回転軸２４の周りに回転させた状態に
て、研磨剤供給管２１より研磨布２９上に研磨剤２２を
供給する。そして、このような状態にて基板２５の被研
磨面と研磨布とを摺接させることによって、基板２５の
被研磨面を研磨する。 【００２５】なお、上記基板載置面の温度分布は、研磨
布２９と基板との摺接面に存在する高分子粒子が、この
摺接面の中心部と外周部とで異なる硬度を有するように
調整される。 【００２６】次に、このような研磨装置を用いた本発明
に係る研磨方法の実施例について説明する。なお、本実
施例では、研磨布２９上に供給する研磨剤２２として、
異なるガラス転移点を有する２種類の樹脂の混合物より
なる高分子粒子を含有するものを用いる。 【００２７】具体的には、下記の樹脂Ａおよび樹脂Ｂの
１：１混合物よりなる高分子粒子を平均粒径５０ｎｍに
形成し、平均粒径１０ｎｍのシリカよりなる研磨微粒子
とミルにて混合することによって得られた複合粒子をＫ
ＯＨ水溶液に分散させたものを研磨剤２２として用い
た。 【００２８】樹脂Ａ 材料ａ １，４−ブタンジオールとテレフタル酸より合
成したポリオール ４，４−メチレンジフェニルジイソシアネート １，４−ブタンジオール（鎖長延長剤） 材料ｂ グリセリン トリレンジイソシアネート 材料ａより合成されたポリウレタンを、材料ｂより合成
された３官能以上のトリイソシアネートにより架橋して
得た樹脂（ガラス転移点 ６０℃）。 【００２９】樹脂Ｂ 材料ｃ エチレングリコールとアジピン酸より合成した
ポリオール ４，４−メチレンジフェニルジイソシアネート エチレングリコール（鎖長延長剤） 材料ｄ グリセリン ヘキサメチレンジイソシアネート 材料ｃより合成されたポリウレタンを、材料ｄより合成
された３官能以上のトリイソシアネートにより架橋して
得た樹脂（ガラス転移点 ５０℃） そして、このような研磨剤２２を研磨布２９と基板２５
との摺接面に供給しながら、基板載置面の温度をヒータ
２８ａ，２８ｂによって中心部で４０℃、外周部で７０
℃となるように調整して基板２５の研磨を行う。 【００３０】これにより、上記摺接面の中心部では樹脂
Ａ，樹脂Ｂともに軟化しない温度とされているため高分
子粒子が高硬度に保たれ、外周部では樹脂Ａ，樹脂Ｂと
もに軟化する温度とされているため高分子粒子が低硬度
となる。また、中心部と外周部の中間部では樹脂Ｂのみ
が軟化する領域も存在するため、上記摺接面では中心部
から外周部に亘って、高分子粒子の硬度が徐々に低硬度
となる硬度分布が得られる。 【００３１】したがって、上述のような条件にて研磨を
行うと、上記摺接面の中心部から外周部へ向かって研磨
微粒子による研磨力が低くなる分布が生じ、中心部と外
周部とで研磨レートが均一化された状態となる。 【００３２】ここで、上述の研磨方法を、トレンチアイ
ソレーションの形成工程における埋め込み絶縁膜の除去
に適用した例について、図２〜図４を用いて説明する。
先ず、図２に示されるように、シリコン基板１１上に薄
いシリコン酸化膜１２およびシリコン窒化膜１３を形成
した後、フォトリソグラフィおよび反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）により溝１５を形成し、その後、熱酸化
により溝１５の底面および側面に内壁酸化膜１４を形成
した。 【００３３】次いで、図３に示すように、下記のＣＶＤ
条件にて酸化シリコン膜を成膜し、ウェハ全面に埋め込
み絶縁膜１６を形成した。 【００３４】 酸化シリコン膜の成膜条件 原料ガス ＴＥＯＳ １０００ｓｃｃｍ（Ｈｅバブリング） Ｏ３ ２０００ｓｃｃｍ 圧力 ７９８００Ｐａ（６００Ｔｏｒｒ） 温度 ３９０℃ そして、上記埋め込み絶縁膜１６が形成されたウェハを
研磨装置の基板保持台２６に保持して、上述した研磨方
法にて研磨した。これにより、面内均一性よく研磨が行
われ、図４に示されるように、シリコン窒化膜１３をス
トッパーとして溝１５より上方の埋め込み絶縁膜１６が
除去された。 【００３５】この結果、埋め込み絶縁膜１６が溝１５の
内部に埋め込まれた状態となり、トレンチアイソレーシ
ョンが十分に平坦化された状態にて形成された。 【００３６】以下、本発明に係る研磨方法の他の実施例
について説明する。本実施例では、研磨剤２２として、
２つのガラス転移点を有する樹脂よりなる高分子粒子を
含有するものを用いる。 【００３７】具体的には、ポリエチレン−ポリスチレン
共重合体（ガラス転移点−２１〜２４℃，８０〜１００
℃）よりなる高分子粒子を平均粒径５０ｎｍに形成し、
平均粒径１０ｎｍの酸化セリウムよりなる研磨微粒子と
ミルにて混合することによって得られた複合粒子をＫＯ
Ｈ水溶液中に分散させたものを研磨剤２２とした。 【００３８】そして、このような研磨剤２２を研磨布２
９と基板２５との摺接面に供給しながら、基板載置面の
温度をヒータ２８ａ，２８ｂによって中心部で４０℃、
外周部で１１０℃となるように調整した状態にて基板２
５の研磨を行う。 【００３９】これにより、研磨布２９と基板２５との摺
接面において、中心部では低温側のポリエチレン成分の
ガラス転移点より高温であるので、高分子粒子が少し軟
化した状態となり、外周部では高温側のポリスチレン成
分のガラス転移点より高温であるので高分子粒子がかな
り軟化した状態となる。したがって、上述のような条件
にて研磨を行うと、上記摺接面の中心部から外周部へ向
かって研磨微粒子による研磨力が低くなる分布が生じ、
中心部と外周部とで研磨レートが均一化された状態とな
る。 【００４０】そして、上述の研磨方法を、先の実施例と
同様トレンチアイソレーションの形成工程における埋め
込み絶縁膜１６の除去に適用したところ、面内均一性よ
く研磨が行われ、図４に示されるように、シリコン窒化
膜１３をストッパーとして溝１５より上方の埋め込み絶
縁膜１６が除去された。 【００４１】この結果、埋め込み絶縁膜１６が溝１５の
内部に埋め込まれた状態となり、トレンチアイソレーシ
ョンが十分に平坦化された状態にて形成された。 【００４２】以上、本発明に係る研磨方法について説明
したが、本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形変更が可能である。例えば、本発明に係
る研磨方法に用いる研磨装置における温度制御手段とし
ては、ヒータのような加熱手段に限られず、冷却管等の
冷却手段、あるいは加熱手段と冷却手段を併用したもの
が使用できる。また、高分子粒子や研磨微粒子の材料等
も上述したものに限られない。 【００４３】また、本発明に係る研磨方法を適用してト
レンチアイソレーションの形成を行うに際して、ストッ
パーとして使用できる材料はシリコン窒化膜に限られ
ず、埋め込み絶縁膜よりも研磨レートが遅い材料であれ
ばよいし、埋め込み絶縁膜を構成する酸化シリコン膜の
成膜条件等も特に限定されない。また、本発明に係る研
磨方法は、トレンチアイソレーションの形成以外にも、
層間平坦化膜の形成等に適用されてもよく、高い研磨レ
ートを確保しつつ、基板へのダメージが抑制された研磨
を行うに際していずれの場合に適用されてもよい。 【００４４】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、基板の
被研磨面と研磨布との摺接面において、研磨剤に含有さ
れる高分子粒子の硬度に分布を持たせると、面内均一性
に優れた研磨が可能となる。 【００４５】したがって、本発明を半導体装置の製造プ
ロセスにおける平坦化に適用すると、完全平坦化を図る
ことが可能となり、これにより、半導体装置の多層配線
化を進め、さらなる高集積化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨方法に用いる研磨装置の一構
成例を示す模式図である。 【図２】トレンチアイソレーションの形成工程におい
て、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が形成されたシリ
コン基板に溝を形成し、溝の底面および側面に内壁酸化
膜が形成された状態を示す断面図である。 【図３】図２のウェハに対して埋め込み絶縁膜を形成し
た状態を示す断面図である。 【図４】図３のウェハの埋め込み絶縁膜をシリコン窒化
膜が露出するまで研磨した状態を示す断面図である。 【図５】従来の研磨装置の構成例を示す模式図である。 【符号の説明】 １１ シリコン基板、 １２ シリコン酸化膜、 １３
シリコン窒化膜、 １４ 内壁酸化膜、 １５ 溝、
１６ 埋め込み絶縁膜、 ２１ 研磨剤供給管、 ２
２ 研磨剤、 ２３ 回転定盤、 ２４ 定盤回転軸、
２５ 基板、２６ 基板保持台、 ２７ 保持台回転
軸、 ２８ａ，２８ｂ ヒータ、 ２９研磨布
成例を示す模式図である。 【図２】トレンチアイソレーションの形成工程におい
て、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が形成されたシリ
コン基板に溝を形成し、溝の底面および側面に内壁酸化
膜が形成された状態を示す断面図である。 【図３】図２のウェハに対して埋め込み絶縁膜を形成し
た状態を示す断面図である。 【図４】図３のウェハの埋め込み絶縁膜をシリコン窒化
膜が露出するまで研磨した状態を示す断面図である。 【図５】従来の研磨装置の構成例を示す模式図である。 【符号の説明】 １１ シリコン基板、 １２ シリコン酸化膜、 １３
シリコン窒化膜、 １４ 内壁酸化膜、 １５ 溝、
１６ 埋め込み絶縁膜、 ２１ 研磨剤供給管、 ２
２ 研磨剤、 ２３ 回転定盤、 ２４ 定盤回転軸、
２５ 基板、２６ 基板保持台、 ２７ 保持台回転
軸、 ２８ａ，２８ｂ ヒータ、 ２９研磨布
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
B24B 37/00
B24B 37/04
H01L 21/304
C08J 5/14
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 研磨布上に研磨剤を供給しながら、前記
研磨布と基板とを摺接させて該基板の平坦化を行う研磨
方法において、 前記研磨剤に異なるガラス転移点を有する２種類の混合
物で構成された高分子粒子を含有させ、 前記基板を保持する保持台の中心部と外周部に別個に設
けられたヒータにより、前記基板を保持する保持台の中
心部では、異なるガラス転移点を有する２種類の混合物
の何れもが軟化しない温度とし、前記基板を保持する保
持台の外周部では、異なるガラス転移点を有する２種類
の混合物の何れもが軟化する温度とすることにより前記
基板を保持する保持台の中心部から外周部に亘って、前
記高分子粒子の硬度を徐々に低硬度の硬度分布とするこ
とを特徴とする研磨方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1720794A JP3467822B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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Family
ID=11937503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1720794A Expired - Fee Related JP3467822B2 (ja) | 1994-02-14 | 1994-02-14 | 研磨方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3467822B2 (ja) |
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| US8591286B2 (en) * | 2010-08-11 | 2013-11-26 | Applied Materials, Inc. | Apparatus and method for temperature control during polishing |
| KR101480179B1 (ko) * | 2011-12-30 | 2015-01-09 | 제일모직주식회사 | Ｃｍｐ 슬러리 조성물 및 이를 이용한 연마 방법 |
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1994
- 1994-02-14 JP JP1720794A patent/JP3467822B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH07223160A (ja) | 1995-08-22 |
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|---|---|---|---|
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