JP3489272B2

JP3489272B2 - 研磨装置およびこれを用いた研磨方法

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Publication number: JP3489272B2
Application number: JP15003695A
Authority: JP
Inventors: 英晴中嶋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 2004-01-19
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JPH097982A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、化学機械研磨を行うた
めの研磨装置に関し、特に、半導体装置等の製造プロセ
スにおいて、段差を有する基体を面内均一性よく研磨で
きる研磨装置に関する。また、この研磨装置を用いた研
磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの微細化・高集積
化に伴って配線パターンは微細化・多層化の方向に進ん
でいる。しかし、半導体デバイスの微細化・高集積化に
よって層間絶縁膜の段差が大きく且つ急峻となると、そ
の上に形成される配線パターンの加工精度、信頼性は低
下し、半導体デバイス自体の信頼性をも低下させる要因
にもなる。このため、主としてスパッタリング法により
成膜されるＡｌ系材料よりなる配線層の段差被覆性を大
幅に改善することが困難である現在、層間絶縁膜の平坦
性を向上させることが必要とされている。

【０００３】従来、層間絶縁膜を平坦化する技術として
は、例えばＳＯＧ（Spin On Glass）を塗布する方法、
絶縁膜をさらにレジスト材料で平坦化した後にこれらを
まとめてエッチバックする方法、熱処理により絶縁膜を
リフローさせる方法等が知られている。

【０００４】しかし、これらの技術を適用して層間絶縁
膜を成膜しても、配線間隔が広い配線パターン上では、
平坦化が不足してさらにこの上に形成される配線パター
ンの加工精度や信頼性が低下し、逆に配線間隔が狭い配
線上では、この配線パターン間を層間絶縁膜で十分に埋
め込むことができずに「す」を発生させてしまうという
問題があった。

【０００５】そこで、近年では、化学機械研磨（以下、
ＣＭＰとする。）による層間絶縁膜の平坦化が注目され
ている。この研磨方法においては、回転定盤に張設され
た研磨布上にスラリー上の研磨剤を供給しながら、該研
磨布にウェハの被研磨面を摺接させて、該ウェハの平坦
化を行う。

【０００６】このＣＭＰを行うには、例えば図１０の側
面図に示されるような研磨装置が用いられる。この研磨
装置は、主に、研磨布１０１が張設された回転定盤１０
２、研磨布１０１上に研磨剤１０３を供給する研磨剤供
給手段１１２、ウェハ（基体）１０４を密着保持する基
体保持台１０５より構成されるものである。

【０００７】上記回転定盤１０２は、その中心に設けら
れた軸部１０２ｓを介して図示しないモータに接続され
ることにより、矢印ａ方向に回転可能となされている。

【０００８】また、上記基体保持台１０５は、その中心
に設けられた軸部１０５ｓを介して図示しない駆動機構
に接続されることにより、矢印ｂ方向に回転可能となさ
れると共に、矢印ｃ方向にも移動可能となされ、基体１
０４を研磨布１０１に摺接／離間させることができるよ
うになされている。

【０００９】上述の研磨装置によって実際に研磨を行う
には、先ず、基体保持台１０５に基体１０４を保持させ
た状態にて回転させる。また、回転定盤１０２を回転さ
せながら、研磨剤供給手段１１２より研磨布１０１上に
研磨剤１０３を供給する。そして、この研磨剤１０３を
介して基体１０４の被研磨面と研磨布１０１とを摺接さ
せることによって、この基体１０４を研磨する。このと
き、基体１０４は、基体保持台１０５の回転により自転
しながら、回転定盤１０２の回転により公転することに
なるため、基体１０４の被研磨面のある１点が研磨布１
０１上に描く軌跡は自公転軌跡となり、高度に均一な研
磨が可能となる。

【００１０】このような研磨装置において、研磨布１０
１の表面粗度は、研磨速度や達成可能な平坦性といった
研磨特性に大きく影響する。このため、該研磨布１０１
としては、通常、ポリウレタン等の可撓性材料が、所望
の表面粗度に調整されて用いられている。しかし、研磨
布１０１は研磨がなされている間に摩耗して、表面粗度
を変化させてしまうものであるため、研磨特性の経時変
化を防ぐためには、研磨布１０１を研削する必要があ
る。そこで、上述の研磨装置においては、ダイヤモンド
等の研削砥粒１０７を埋設させた研削ヘッド１０６が配
設され、該研削砥粒１０７を研磨布１０１に摺接させて
研削することが行われている。この研削ヘッド１０６
は、その中心に設けられた軸部１０６ｓを介して図示し
ない駆動機構に接続されることにより、所望の回転数に
て矢印ｄ方向に回転可能となされるとともに、矢印ｅ方
向にも移動可能とされ、上記研磨布１０１への摺接／離
間を制御できるようになされている。

【００１１】このような研削ヘッド１０６を用いた研削
は、所定量の研磨が終了してから逐次行ってもよいし、
研磨中における研磨特性の変化に対応するために、研磨
を行いながら同時に行ってもよい。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基体１０４
の面内および基体１０４間で均一な研磨を行うために
は、研磨布１０１の表面粗度のみならず、該研磨布１０
１の断面形状をも適切に制御する必要もある。

【００１３】これは、研磨布１０１の断面形状に不適切
な凹凸があると、回転定盤１０２の上面に対して基体保
持台１０５の基体保持面が平行となるようにして基体１
０４を研磨布１０１に摺接させても、研磨布１０１に対
する基体１０４の押し付け圧力が面内でばらついてしま
うからである。

【００１４】また、基体保持台１０５における基体保持
面と、研磨布１０１表面との平行度が高すぎても、基体
１０４を研磨布１０１に対して摺接させたときに、基体
１０４が研磨布１０１に密着するため、スラリー１０３
が基体１０４の中央部まで入り込めない。なお、もとも
と基体１０４の中央部付近に存在していたスラリー１０
３も、基体１０４の回転に伴い、外周側へと追い出され
やすく、これに、外周側の大きな線速度の影響が加わっ
てしまう。即ち、研磨布１０１表面が平坦すぎても、基
体１０４の中央部より外周部の方が研磨レートが高くな
ってしまい、十分な面内均一性を達成できない。そし
て、このように面内での均一化が達成できないような研
磨においては、再現性を確保することも困難である。

【００１５】しかしながら、上述したような従来の研磨
装置においては、研削ヘッド１０６の研削砥粒保持面が
単一平面であるため、研磨布１０１の断面形状を自由に
制御することができなかった。

【００１６】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、基体の面内および基体間で均
一な研磨が行えるように、研磨布の断面形状を制御可能
な研磨装置を提供することを目的とする。また、このよ
うな研磨装置を用いた研磨方法を提供することを目的と
する。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る研磨装置
は、上述の目的を達成するために提案されたものであ
り、研磨布が張設された回転定盤と、この研磨布上に研
磨剤を供給する研磨剤供給手段と、基体を密着保持し、
これを回転させながら前記研磨布に摺接させるための基
体保持台と、自身が保持する研削砥粒を研磨布に摺接さ
せることによって該研磨布を研削する複数の研削手段と
を備え、これら複数の研削手段は、回転定盤の中心から
の距離が互いに異なる複数の位置に各々１つずつ配設さ
れ、且つ、研削動作時に回転定盤上に描く軌跡がこの回
転定盤の半径をカバーするごとく配設されるものであ
る。

【００１８】即ち、本発明の研磨装置は、複数の研削手
段により、研磨布の表面粗度のみならず、該研磨布の断
面形状を制御可能とするものである。

【００１９】断面形状を所望の形状に制御するには、研
削手段の各々は、その回転数、前記研磨布に対する押し
付け圧力、押し付け角度の少なくともいずれかが他の研
削手段とは独立に制御可能となされる必要がある。

【００２０】ここで、複数の研削手段が描く軌跡によっ
て回転定盤の半径をカバーするには、各研削手段の直径
が、回転定盤の半径を研削手段の個数で割った長さと等
しい、あるいは、大きくなるように、研削手段の直径あ
るいは個数を設定すればよい。この場合、回転定盤の回
転によって各研削手段が描く軌跡が、隣接する研削手段
が描く軌跡に接する、あるいは、一部重なるように、そ
れぞれの研削手段を配置し、結果として、各研削手段が
描く軌跡が回転定盤上を同心円状に分割するようにすれ
ばよい。

【００２１】なお、回転定盤の半径を研削手段の個数で
割った長さよりも、各研削手段の直径の方が小さくて
も、研削手段の各々を回転定盤の径方向に揺動可能に配
設すれば、これら研削手段が描く軌跡によって回転定盤
の半径をカバーすることができる。この場合、研磨布に
生成させる研削条件を径方向で連続的に変化させるため
に、各研削手段が描く軌跡が、隣接する研削手段が描く
軌跡と一部重なるようにして好適である。なお、揺動と
同期させて、研削手段の各々における回転数、前記研磨
布に対する押し付け圧力、押し付け角度を変化させても
よい。

【００２２】また、研磨剤供給手段は、研削を均一に行
い、さらには研削がなされた研磨布に研磨剤を均一に保
持させるため、上述したような研削手段近傍の１箇所以
上に研磨剤を供給できるように配設されて好適である。

【００２３】そして、本発明の研磨方法は、上述した研
磨装置を用いて行うものであり、回転定盤に張設された
研磨布上に研磨剤を供給しながら、基体保持台に保持さ
せた基体の被研磨面を該研磨布に摺接させることによ
り、該基体に対する研磨を行った後、あるいは、この研
磨を行いながら、研削手段に保持させた研削砥粒を研磨
布に摺接させることによって該研磨布を研削するに際
し、回転定盤の中心からの距離が互いに異なる複数の位
置に各々１つずつ配設され、且つ、研削動作に回転定盤
上に描く軌跡がこの回転定盤の半径をカバーするごとく
配設された複数の研削手段を用いることにより、該研磨
布の断面形状を所望の形状に制御するものである。

【００２４】ここで、研磨布の断面形状を所望の形状に
制御するには、研削手段の各々における回転数、研磨布
に対する押し付け圧力、押し付け角度の少なくともいず
れかを他の研削手段とは独立に制御しながら研削すれば
よい。さらに、研削手段を、回転定盤の径方向に揺動さ
せてもよい。

【００２５】また、研削を均一に行い、さらには研削が
なされた研磨布に対して研磨剤を均一に保持させるた
め、研磨剤を研削手段近傍の１箇所以上に供給して好適
である。

【００２６】なお、研削手段に埋設される研削砥粒とし
ては、従来公知の材料がいずれも使用可能であるが、ダ
イヤモンド、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ₂Ｏ₃）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化チタン
（ＴｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、酸化セリウム
（ＣｅＯ）等が挙げられる。

【００２７】

【作用】本発明を適用して、複数の研削手段を、回転定
盤の中心からの距離が互いに異なり、且つ、該回転定盤
上に描く軌跡がこの回転定盤の半径をカバーするごとく
配設し、各研削手段ごとに研削条件（回転数、押し付け
圧力、押し付け角度等）を異ならせると、研磨布の断面
形状を自由に制御することが可能となる。

【００２８】なお、各研削手段を揺動させながら、該揺
動に同期させて上記研削条件を変化させるようにする
と、研削条件を回転定盤の径方向で連続的に変化させる
ことが可能となる。

【００２９】また、研磨剤を研削手段近傍の１箇所以上
に供給できるようにすると、各研削手段に対して均一に
研磨剤を供給することができるため、各研削手段によっ
てなされる研削の条件を安定化させることが可能とな
る。また、研削によって所定の表面粗度が与えられた研
磨布に対して、均一に研磨剤を保持させることができる
ため、基体に対する研磨条件を安定化させることが可能
となる。

【００３０】したがって、このような研磨装置を用いる
と、基体の面内および基体間で均一な研磨が行えるよう
になる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明に係る研磨装置およびこれに用
いた研磨方法について、具体的な実施例を挙げて説明す
る。

【００３２】実施例１本実施例の研磨装置は、回転定盤中心からの距離が互い
に異なるように３つの研削手段が配設されたものであ
る。以下、この研磨装置について、図１に示される側面
図、図２に示される上面図を参照しながら説明する。

【００３３】この研磨装置は、研磨布１が張設された回
転定盤２と、基体４をそれぞれ密着保持し、これを研磨
布１に摺接させる基体保持台５と、基体保持台５の上流
側の所定地点に、回転定盤２の中心から外周部へ向かっ
て順に配設された３つの研削手段（第１の研削ヘッド
６、第２の研削ヘッド７、第３の研削ヘッド８）と、第
１の研削ヘッド６と第２の研削ヘッド７との間、第２の
研削ヘッド７と第３の研削ヘッド８との間における研磨
布１上に、それぞれスラリー状の研磨剤３を供給する研
磨剤供給手段１２，１３とを備える。

【００３４】ここで、上記回転定盤２は、その中心に設
けられた軸部２ｓを介して図示しないモータに接続され
ることにより、矢印Ａ方向に回転可能となされている。

【００３５】上記基体保持台５は、基体４の中心を回転
定盤２の半径の中央に対向させるような位置に配設され
る。そして、その中心に設けられた軸部５ｓを介して図
示しない駆動機構に接続されることにより、基体４を矢
印Ｂ方向に回転可能とするとともに、矢印Ｃ方向にも移
動可能とし、研磨布１への摺接／離間を制御できるよう
になされている。

【００３６】上記第１の研削ヘッド６、第２の研削ヘッ
ド７、第３の研削ヘッド８は、それぞれ回転定盤２の半
径を３等分した長さよりも大きい直径を有する円盤状の
研削手段である。そして、第１の研削ヘッド６は、回転
定盤２の最内周部に配され、第２の研削ヘッド７は、回
転定盤２の半径の中央部に配され、第３の研削ヘッド８
は、回転定盤２の最外周部に配される。なお、これら３
つの研削ヘッド６，７，８は、回転定盤２の回転によっ
てその底面が描く軌跡Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃が、研磨布１の
全面を通過するように、即ち、この３つの研削ヘッド
６，７，８によって研磨布１の全面を研削できるように
配される。但し、３つの研削ヘッド６，７，８の全てを
同一半径内に並べることができないため、ここでは、第
２の研削ヘッド７を、第１の研削ヘッド６および第３の
研削ヘッド８よりも上流側にずらして配した。

【００３７】また、各研削ヘッド６，７，８の底面に
は、図３に示されるように、その外周縁部の４箇所に、
それぞれ粒径１００μｍのダイヤモンドよりなる研削砥
粒９，１０，１１が埋設されている。ここでは、研削砥
粒９，１０，１１が埋設されている領域が、その他の領
域よりも突出するように形成されている。

【００３８】また、これら研削ヘッド６，７，８は、そ
の中心に設けられた軸部６ｓ，７ｓ，８ｓを介して図示
しない駆動機構にそれぞれ接続され、これにより、それ
ぞれが所望の回転数にて矢印Ｄ方向に回転可能となされ
るとともに、矢印Ｅ方向にも移動可能とされ、上記研磨
布１に対する研削砥粒９，１０，１１の摺接／離間およ
び押し付け圧力がそれぞれ制御されるようになされてい
る。さらに、各研削ヘッド６，７，８は、上述の駆動機
構により、矢印Ｆ方向に傾斜可能となされており、これ
により、軸部６ｓ，７ｓ，８ｓの鉛直方向からの傾き
（以下、チルト角と称す。）が調整される。

【００３９】このような研磨装置を用いれば、第１の研
削ヘッド６、第２の研削ヘッド７、第３の研削ヘッド８
を、それぞれ回転数、押し付け圧力、チルト角を所望の
値に設定した状態にて、それぞれの研削砥粒９，１０，
１１を研磨布１に摺接させることができ、研磨布１に所
望の断面形状を生成させることができる。

【００４０】また、第１の研削ヘッド６と第２の研削ヘ
ッド７との間、第２の研削ヘッド７と第３の研削ヘッド
８との間における研磨布１上に、それぞれ研磨剤３を供
給できるため、各研削ヘッド６，７，８に対して略均一
に研磨剤３を供給することができる。これは、各研削ヘ
ッド６，７，８によってなされる研削の条件を安定化さ
せることにつながる。また、研削によって所定の表面粗
度が与えられた研磨布１に対して、均一に研磨剤３を保
持させることにもなる。

【００４１】実施例２以下、上述のような実施例１の研磨装置を用い、半導体
装置の製造プロセスにおける層間平坦化膜の形成工程を
行った例について説明する。

【００４２】先ず、図４に示されるような、シリコン基
板５１上に酸化シリコンよりなる下層絶縁膜５２、Ａｌ
系材料よりなる配線パターン５３、該配線パターン５３
を被覆する層間絶縁膜５４が順に形成されてなるウェハ
を用意した。ここで、層間絶縁膜５４は以下の成膜条件
によって成膜されたものである。

【００４３】層間絶縁膜５４の成膜条件原料ガス：ＴＥＯＳ流量３５０ｓｃｃｍＯ₂ 流量３５０ｓｃｃｍ圧力：１３３０Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）温度：４００ ℃ ＲＦ電力：３６０Ｗ但し、ＴＥＯＳとはテトラエトキシシランである。

【００４４】そして、上述のような構成を有するウェハ
（基体４）に対して、以下のような研磨を行うことによ
って、層間絶縁膜５４の段差の凸部を除去して平坦化を
行った。

【００４５】具体的には、先ず、回転定盤２を５０ｒｐ
ｍにて回転させ、第１の研削ヘッド６、第２の研削ヘッ
ド７、第３の研削ヘッド８における回転数、研磨布１へ
の押し付け圧力、チルト角を下記のように設定した状態
で、各々の研削砥粒９，１０，１１を研磨布１に摺接さ
せた。

【００４６】第１の研削ヘッド６の設定回転数：５０ｒｐｍ押し付け圧力：９００ｇ／ｃｍ² チルト角：３° 第２の研削ヘッド７の設定回転数：５０ｒｐｍ押し付け圧力：７００ｇ／ｃｍ² チルト角：０° 第３の研削ヘッド８の設定回転数：５０ｒｐｍ押し付け圧力：９００ｇ／ｃｍ² チルト角： −３° なお、チルト角は、各研削ヘッド６，７，８の軸部６
ｓ，７ｓ，８ｓを回転定盤２の中心に向かって傾斜させ
る方向をプラス（＋）、回転定盤２の外周側に向かって
傾斜させる方向をマイナス（−）として示した。

【００４７】そして、上述のような条件にて研削がなさ
れている研磨布１上に、シリカ／水酸化カリウム／水よ
りなるスラリー状の研磨剤３を供給しながら、基体４を
層間絶縁膜５４が研磨布１に対向するように基体保持台
５に保持させて５０ｒｐｍにて回転させ、該基体保持台
５の基体保持面が回転定盤２の上面に対して平行となる
ようにして、基体４を研磨布１に摺接させた。

【００４８】これにより、基体４に対する研磨が行わ
れ、図５に示されるように、基体４における層間絶縁膜
５４が平坦化された。その後、基体４を研磨布１から離
間させ、被研磨面をフッ化水素（ＨＦ）水溶液にて洗浄
することにより、付着していた研磨剤３を除去した。

【００４９】本実施例のようにして研磨を行うと、基体
４の面内が均一な研磨特性にて研磨できた。これは、各
研削ヘッド６，７，８における押し付け圧力およびチル
ト角を調整したことにより、研磨布１の断面形状が、図
６に示されるように、回転定盤２の半径の中央部で相対
的に高さが高く、回転定盤２の中心部および外周縁部に
向かうほど相対的に高さが低くなる形状、即ち、半径の
中央部が盛り上がるような形状に制御されたからであ
る。具体的には、研磨布１の断面は、半径の中央部が相
対的に３０μｍ高くなるような凸形状となった。

【００５０】そして、研磨布１の断面形状がこのような
形状とされると、基体保持台５に保持された基体４は、
その中心が研磨布１の相対的に高さの高い部分に押し付
けられ、該基体４の外周側が研磨布１の相対的に高さが
低い部分に押し付けられることとなるため、研磨剤３が
基体４の外周側のみならず、基体４の中心部まで入り込
みやすくなり、該基体４の中心部まで十分な研磨が行え
るのである。

【００５１】なお、研磨剤３が各研削ヘッド６，７，８
の間から供給され、所定の研削がなされた研磨布１に対
して均一に保持されたことも、基体４の中心部まで十分
な研磨が行えた理由の１つに挙げられる。

【００５２】また、本実施例を適用して、他の基体に対
して同様にして研磨を行っても、再現性に優れた研磨が
行えた。

【００５３】実施例３本実施例の研磨装置は、回転定盤の径方向に揺動可能な
研削手段を有するものである。以下、この研磨装置につ
いて、図７に示される側面図、図８に示される上面図を
参照しながら説明する。なお、実施例１に示された研磨
装置と同一の構成を有する部材に共通符号を付し、重複
説明を省略した。

【００５４】この研磨装置において、研磨布１が張設さ
れた回転定盤２と、基体４をそれぞれ密着保持し、これ
を研磨布１に摺接させる基体保持台５とは実施例１の研
磨装置と同一の構成を有する。

【００５５】そして、本実施例の研磨装置においては、
基体保持台５の上流側の所定地点に、回転定盤２の半径
を２等分した長さよりも小さい直径を有する研削手段
（第１の研削ヘッド１６、第２の研削ヘッド１７）が配
設され、また、この第１の研削ヘッド１６と第２の研削
ヘッド１７との間における研磨布１上に研磨剤３を供給
できるように研磨剤供給手段１２が配設されている。

【００５６】この研削ヘッド１６，１７は、回転定盤２
の同一半径上に、第１の研削ヘッド１６が回転定盤２の
内周側、第２の研削ヘッド１７が回転定盤２の外周部と
なるように配されている。また、それぞれの底面には、
実施例１の研削ヘッド６，７，８と同様、それぞれ粒径
１００μｍのダイヤモンドよりなる研削砥粒１９，２０
が埋設されている。

【００５７】また、これら研削ヘッド１６，１７は、そ
の中心に設けられた軸部１６ｓ，１７ｓを介して図示し
ない駆動機構にそれぞれ接続され、これにより、それぞ
れが所望の回転数にて矢印Ｄ方向に回転可能となされる
とともに、矢印Ｅ方向にも移動可能とされ、上記研磨布
１に対する研削砥粒１９，２０の摺接／離間および押し
付け圧力がそれぞれ制御されるようになされている。

【００５８】さらに、各研削ヘッド１６，１７は、上述
の駆動機構により、矢印Ｆ方向に傾斜可能となされてお
り、これにより、チルト角が調整される。また、矢印Ｇ
方向に所望の速度で揺動可能ともなされている。この揺
動動作により、これら２つの研削ヘッド１６，１７は、
その底面の軌跡が回転定盤２の半径をカバーするよう
に、即ち、研磨布１の全面を研削できるようになる。

【００５９】このような研磨装置を用いれば、第１の研
削ヘッド１６、第２の研削ヘッド１７を、それぞれ回転
数、押し付け圧力、チルト角、揺動速度を所望の値に設
定した状態にて、それぞれの研削砥粒１９，２０を研磨
布１に摺接させ、研磨布１に所望の断面形状を生成させ
ることができる。なお、第１の研削ヘッド１６、第２の
研削ヘッド１７の各々において、揺動に同期させて、回
転数、押し付け圧力、チルト角を変化させながら研削を
行うことも可能である。

【００６０】実施例４以下、上述のような実施例４の研磨装置を用い、半導体
装置の製造プロセスにおける層間平坦化膜の形成工程を
行った例について説明する。

【００６１】具体的には、先ず、実施例２と同様に、シ
リコン基板５１上に下層絶縁膜５２、配線パターン５
３、該配線パターン５３を被覆する層間絶縁膜５４が順
に形成されてなるウェハ（基体４）を、それぞれ層間絶
縁膜５４が研磨布１に対向するように基体保持台５に保
持させた。

【００６２】また、回転定盤２を５０ｒｐｍにて回転さ
せ、第１の研削ヘッド１６、第２の研削ヘッド１７にお
ける回転数、研磨布１への押し付け圧力、揺動速度を下
記のように設定し、チルト角を揺動に同期させて下記の
ように変化させた状態で、各々の研削砥粒１９，２０を
研磨布１に摺接させた。

【００６３】第１の研削ヘッド１６の設定回転数：５０ｒｐｍ押し付け圧力：９００ｇ／ｃｍ² 揺動速度：３０回／分チルト角：回転定盤２中心から回転定盤２の半径
中央に向かって３°〜０°へと連続的に変化第２の研削ヘッド１７の設定回転数：５０ｒｐｍ押し付け圧力：９００ｇ／ｃｍ² 揺動速度：３０回／分チルト角：回転定盤２の半径中央から回転定盤２
の外周に向かって０°〜−３°へと連続的に変化なお、第１の研削ヘッド１６と第２の研削ヘッド１７と
は、常に同方向に同期させて揺動させ、両者の移動範囲
は、回転定盤２の半径中央にて一部重なるようにした。

【００６４】そして、このようにして断面形状が制御さ
れている研磨布１上に、研磨剤３を供給しながら、基体
４を保持した基体保持台５を５０ｒｐｍにて回転させ、
該基体保持台５の基体保持面が回転定盤２の上面に対し
て平行となるようにして、基体４を研磨布１に摺接させ
た。

【００６５】これにより、基体４に対する研磨が行わ
れ、基体４における層間絶縁膜５４が平坦化された。そ
の後、基体４を研磨布１から離間させ、被研磨面を洗浄
することにより、付着していた研磨剤３を除去した。

【００６６】本実施例のようにして研磨を行うと、基体
４の面内が均一な研磨特性にて研磨できた。これは、第
１の研削ヘッド１６、第２の研削ヘッド１７を揺動させ
ながら、これらのチルト角を変化させたことにより、研
磨布１を、回転定盤２の半径の中央部が盛り上がるよう
な断面形状とすることができたためである。そして、研
磨布１の断面形状がこのように制御されると、研磨剤３
が基体４の外周側のみならず、基体４の中心部まで入り
込みやすくなり、該基体４の中心部まで十分な研磨が行
えるのである。また、他の基体に対して同様にして研磨
を行っても、再現性に優れた研磨が行えた。

【００６７】以上、本発明に係る研磨装置およびこれを
用いた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。

【００６８】例えば、実施例１の研磨装置においては、
３つの研削ヘッド６，７，８を配設したが、４つ以上の
研削ヘッドを配設して、さらに研磨布１の断面形状を厳
しく制御可能としてもよい。また、研磨布１の断面形状
を単に回転定盤２の半径の中央が盛り上がった形状とす
るならば、回転定盤２の半径を２等分した長さよりも大
きな直径を有する２つの研削ヘッドに、各々所定のチル
ト角を持たせることによっても達成可能である。

【００６９】さらに、実施例３の研磨装置においては、
２つの研削ヘッド１６，１７に対して、それぞれ揺動さ
せながらチルト角を変化可能な駆動機構を設けたが、研
磨布１に与えるべき断面形状が決まっているならば、図
９に示されるように、研磨布１に与えるべき曲面に対す
る距離が等しくなる位置にガイドレール２１を設け、こ
のガイドレールに沿って研削ヘッド１６，１７を矢印Ｈ
方向に移動させるようにしてもよい。このような構成と
すれば、研削ヘッド１６，１７を移動させることによっ
て、自動的にチルト角を所望の値に変化させることがで
き、駆動機構を簡略化することができる。

【００７０】また、チルト角を変化させる代わりに、揺
動に同期させて研削ヘッド１６，１７の回転数や研磨布
１への押し付け圧力を変化させるようにしてもよい。さ
らに、揺動速度自体を回転定盤２の径方向の位置によっ
て変化させることによって、研磨布１の断面形状を制御
してもよい。

【００７１】さらに、研削ヘッドを３つ以上配設した
り、研磨剤供給管１２を２つ以上配設する等の変更も可
能である。

【００７２】また、実施例２、実施例４においては、研
磨布１の断面形状を回転定盤２の半径の中央部が盛り上
がった形状となるように研削したが、必要に応じて、異
なる断面形状を形成してもよい。

【００７３】各実施例においては、研削ヘッド６，７，
８および研削ヘッド１６，１７の底面に、研削砥粒９，
１０，１１および研削砥粒１９，２０を外周縁部の一部
のみに埋設したが、外周縁部の全周に亘って埋設して
も、底面全面に亘って埋設することも可能である。

【００７４】その他、一度に２枚以上の基体に対して同
時に研磨を行えるように、基体保持台や研削ヘッドの数
を増やしたり、基体に対する研磨を行ってから、研削を
行って研磨布１の断面形状を回復させるようにする等、
本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形変更が可
能である。

【００７５】なお、本発明は、層間絶縁膜の平坦化に適
用する以外にも、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
絶縁膜の溝内部以外の部分を除去するために適用しても
よい。また、貼り合わせＳＯＩ（シリコン・オン・イン
シュレーター）基板を用いたシリコン活性層の形成に適
用することもできる。

【００７６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
を適用して、回転定盤中心からの距離が互いに異なる複
数の位置に各々一つずつ研削手段を配設し、各研削手段
ごとに研削条件を異ならせると、研磨布の断面形状を自
由に制御することが可能となる。

【００７７】このため、このような研磨装置を用いる
と、基体の面内および基体間で均一な研磨が行えるよう
になる。

【００７８】したがって、本発明を例えば半導体装置の
製造プロセスにおける平坦化に適用すると、信頼性の高
い多層配線構造のデバイスを製造することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨装置の一構成例を示す模式的
側面図である。

【図２】図１の研磨装置における模式的上面図である。

【図３】研削ヘッドを示す模式的底面図である。

【図４】本発明を適用して層間絶縁膜の平坦化を行うプ
ロセスを示すものであり、配線パターンを被覆する層間
絶縁膜が形成された状態の基体を示す模式的断面図であ
る。

【図５】図４の基体に対して研磨を行い、平坦化された
状態を示す模式的断面図である。

【図６】本発明に係る研磨方法の一例を適用したときの
研磨布の断面形状を示す模式的断面図である。

【図７】本発明に係る研磨装置の他の構成例を示す模式
的側面図である。

【図８】図７の研磨装置における模式的上面図である。

【図９】図７の研磨装置の変形例を示す模式的要部側面
図である。

【図１０】従来型の研磨装置の一構成例を示す模式的側
面図である。

【符号の説明】

１研磨布２回転定盤３研磨剤４基体５基体保持台６第１の研削ヘッド７第２の研削ヘッド８第３の研削ヘッド９，１０，１１研削砥粒１２研磨剤供給管５１シリコン基板５２下層絶縁膜５３配線パターン５４層間絶縁膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨布が張設された回転定盤と、前記研磨布上に研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、基体を密着保持し、これを回転させながら前記研磨布に
摺接させるための基体保持台と、自身が保持する研削砥粒を前記研磨布に摺接させること
によって該研磨布を研削する複数の研削手段とを備え、前記複数の研削手段は、前記回転定盤の中心からの距離
が互いに異なる複数の位置に各々１つずつ配設され、且
つ、研削動作時に回転定盤上に描く軌跡がこの回転定盤
の半径をカバーするごとく配設されるとともに、前記研削手段の各々は、その回転数、前記研磨布に対す
る押し付け圧力、押し付け角度の少なくともいずれかが
他の研削手段とは独立に制御可能となされていることを
特徴とする研磨装置。
【請求項２】前記研削手段の各々は、前記回転定盤の径
方向に揺動可能となされていることを特徴とする請求項
１記載の研磨装置。
【請求項３】前記研磨剤供給手段は、前記研磨剤を前記
研削手段近傍の１箇所以上に供給可能に配設されている
ことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項４】回転定盤に張設された研磨布上に研磨剤を
供給しながら、基体保持台に保持させた基体の被研磨面
を該研磨布に摺接させることにより、該基体に対する研
磨を行った後、あるいは、この研磨を行いながら、研削
手段に保持させた研削砥粒を前記研磨布に摺接させるこ
とによって該研磨布を研削するに際し、前記回転定盤の中心からの距離が互いに異なる複数の位
置に各々１つずつ配設され、且つ、研削動作時に回転定
盤上に描く軌跡がこの回転定盤の半径をカバーするごと
く配設された複数の研削手段を用いるとともに、前記研
削手段の各々における回転数、前記研磨布に対する押し
付け圧力、押し付け角度の少なくともいずれかを他の研
削手段とは独立に制御することにより、該研磨布の断面
形状を所望の形状に制御することを特徴とする研磨方
法。
【請求項５】前記研削手段の各々を、前記回転定盤の径
方向に揺動させることを特徴とする請求項４記載の研磨
方法。
【請求項６】前記研磨剤を前記研削手段近傍の１箇所以
上に供給することを特徴とする請求項４記載の研磨方
法。