JP5034262B2 - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents
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Description
本発明は研磨装置および研磨方法に関し、特にＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術を用いてウェーハ表面を平坦化するための研磨装置および研磨方法に関する。
従来、半導体装置の製造においては、所定の成膜後のウェーハ表面を平坦化する工程が必須になっている。これは、ウェーハ表面に凹凸が生じていると、その後に形成される膜の被覆性が悪化し断線や絶縁不良が生じる、リソグラフィ工程でレジストの塗布膜厚が変動したり露光時にレンズの焦点が合わなくなったりして微細パターンの形成が困難になる、等の問題が発生してしまう可能性があるためである。現在は、ウェーハ表面の平坦化に、砥粒を含んだ加工液を供給しながらウェーハを研磨パッド面に押し当て両者を回転させて研磨を行うＣＭＰ技術が広く用いられている。
ＣＭＰ技術については、これまで、例えば、上記のようにウェーハと研磨パッドの面同士を擦り合わせて研磨を行う際に生じ得るスクラッチの発生を抑えるために、ウェーハよりも硬い不純物の濃度が一定値以下の研磨パッドを用いたり、砥粒に針状のものを用いたりするようにした提案がなされている（特許文献１参照）。また、このほかにも、例えば、通常の研磨パッドに替えて、塩化ビニル等の所定形状のブラシを用い、加工液を供給しながらブラシを回転させてウェーハ表面の研磨を行い、研磨後はそのウェーハ表面に水や薬液を供給し必要に応じてそのブラシを用いて洗浄するといった方法も提案されている（特許文献２参照）。
特開２０００−４９１２２号公報
特開２００３−１０９９１９号公報
しかし、従来実用されている研磨パッドは、ウレタン等の弾性を有する材料を用いて形成されている。ウェーハの研磨にそのような研磨パッドを用いたときには、研磨パッドにウェーハを押し当てたときに、研磨パッドがウェーハ表面の凹凸に追従してしまい、その結果、研磨後にもウェーハ表面に段差が残り、充分な平坦性が得られない場合があった。
図１５は従来の研磨方法の説明図である。
図１５に示すようなウェーハ１００表面の研磨を、弾性を有する研磨パッド１０１を用いて行う際には、ウェーハ１００と研磨パッド１０１の間に砥粒１０２を含む加工液を流しながら、ウェーハ１００を研磨パッド１０１に押し当てる。その際、それらはそれぞれ回転させる。
図１５に示すようなウェーハ１００表面の研磨を、弾性を有する研磨パッド１０１を用いて行う際には、ウェーハ１００と研磨パッド１０１の間に砥粒１０２を含む加工液を流しながら、ウェーハ１００を研磨パッド１０１に押し当てる。その際、それらはそれぞれ回転させる。
このとき、ウェーハ１００が、絶縁膜１０３ａ上に配線１０４ａ，１０４ｂを形成した後の表面にさらに絶縁膜１０３ｂを堆積したような構造であるような場合には、ウェーハ１００表面に配線１０４ａ，１０４ｂのパターン形状に応じた絶縁膜１０３ｂの凹凸が形成されるようになる。このような表面形状のウェーハ１００を研磨パッド１０１に押し当てると、研磨パッド１０１がその弾性のためにウェーハ１００表面の凹凸に追従してしまう。そのため、研磨時には、ウェーハ１００表面の凸部の研磨が行われるのと同時に、その凹部の研磨も行われるようになるため、研磨後もウェーハ１００表面には段差が残ってしまうようになる。
図１６および図１７は研磨後のウェーハ形状の例を示す図である。
上記のような研磨パッドの追従が起こると、例えば、図１６に示すように、ウェーハ２００内部に配線２０１ａと配線２０１ｂ，２０１ｃがある程度離れて存在しているようなときには、それらの間にディッシングが発生してしまう場合がある。また、図１７に示すように、ウェーハ３００内部に配線３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ，３０１ｅ，３０１ｆが密集して存在する領域があるような場合には、その領域の両側にグローバル段差が発生してしまう場合もある。
上記のような研磨パッドの追従が起こると、例えば、図１６に示すように、ウェーハ２００内部に配線２０１ａと配線２０１ｂ，２０１ｃがある程度離れて存在しているようなときには、それらの間にディッシングが発生してしまう場合がある。また、図１７に示すように、ウェーハ３００内部に配線３０１ａ，３０１ｂ，３０１ｃ，３０１ｄ，３０１ｅ，３０１ｆが密集して存在する領域があるような場合には、その領域の両側にグローバル段差が発生してしまう場合もある。
また、研磨パッドを用いたウェーハ表面の研磨においては、両者を回転させてそれらの面同士を擦り合わせることによって研磨を行うため、研磨時に研磨パッドとウェーハの間に比較的大きな異物（加工液に含まれる砥粒や研磨によって生じた残渣等）が混入すると、大きなスクラッチ、すなわちウェーハ上の多数のチップ領域に及ぶスクラッチが発生しやすくなる。
上記のディッシングやグローバル段差は、研磨パッドをより硬質なものに変更することによって、その発生を幾分減少させることが可能である。しかし、そのように研磨パッドを硬質なものに変更した場合にも、研磨を面同士を擦り合わせて行う以上、スクラッチの発生を抑えることは難しく、硬質なものに変更することによって却って深く広範囲に及ぶスクラッチが発生してしまう場合もある。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、高平坦性を得ることができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
本発明の一観点によれば、被研磨部材表面を上向きに配置し、前記被研磨部材表面の研磨を行う研磨装置において、針状部材を備える研磨部材を有し、前記被研磨部材を固定し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ、前記被研磨部材表面と反応する加工液を前記被研磨部材表面に供給しながら、前記針状部材を前記被研磨部材の表面方向にほぼそのままの位置で振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う研磨装置が提供される。
このような研磨装置によれば、研磨部材が、針状部材を備え、研磨時には、その針状部材を被研磨部材表面に接触させ振動させることによってその被研磨部材表面の研磨が行われる。振動で針状部材が被研磨部材表面を擦ることによって研磨が行われるので、面同士を回転させながら擦り合わせて研磨を行う場合に比べ、被研磨部材表面の凹凸に起因したディッシングや広範囲に及ぶスクラッチの発生等が抑えられるようになる。
また、本発明の一観点によれば、被研磨部材表面を上向きに配置し、前記被研磨部材表面の研磨を行う研磨方法において、針状部材を備える研磨部材を用い、前記被研磨部材を固定し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ、前記被研磨部材表面と反応する加工液を前記被研磨部材表面に供給しながら、前記針状部材を前記被研磨部材の表面方向にほぼそのままの位置で振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う研磨方法が提供される。
このような研磨方法によれば、針状部材を備える研磨部材を用い、研磨時には、その針状部材を被研磨部材表面に接触させ振動させることによってその被研磨部材表面の研磨を行う。研磨が、振動する針状部材で被研磨部材表面を擦ることによって行われるので、被研磨部材表面の凹凸に起因したディッシングや広範囲に及ぶスクラッチの発生等が抑えられるようになる。
開示の研磨装置および研磨方法によれば、被研磨部材表面の凹凸に起因したディッシングや広範囲に及ぶスクラッチの発生等が抑えられるようになり、被研磨部材を精度よく平坦化することが可能になる。
このような研磨を行う研磨装置および研磨方法をウェーハの研磨に用いた場合には、高平坦性のウェーハを得ることが可能になるので、断線や絶縁不良、レジスト塗布膜厚の変動、露光時のレンズの焦点ずれ等の発生を抑え、信頼性の高い半導体装置を製造することが可能になる。
以下、ウェーハ表面の平坦化を行う場合を例に、図面を参照して詳細に説明する。
図１は研磨装置の概略模式図である。また、図２〜図４は研磨装置の研磨部材の概略模式図であって、図２は研磨部材の正面模式図、図３は研磨部材の平面模式図、図４は研磨部材の下面模式図である。
図１は研磨装置の概略模式図である。また、図２〜図４は研磨装置の研磨部材の概略模式図であって、図２は研磨部材の正面模式図、図３は研磨部材の平面模式図、図４は研磨部材の下面模式図である。
図１に示す研磨装置１は、研磨が行われる部材（被研磨部材）であるウェーハ１０が保持されるチャック部２０、およびウェーハ１０の研磨を行うための研磨部材３０を有している。この研磨装置１において、研磨部材３０は、ウェーハ１０に離接可能に構成されている。また、研磨部材３０は、チャック部２０の載置面２０ａと平行方向に高速で振動することができるように構成されている。なお、研磨装置１における研磨部材３０の動作制御機構については後述する。図１には、研磨部材３０の動作制御機構についてはその図示を省略している。
上記構成を有する研磨装置１の研磨部材３０は、図１および図２〜図４に示すように、複数の極小かつ極細の針状部材３１ａが保持されたブロック３１を有している。そして、そのようなブロック３１が複数連結されて研磨部材３０が構成されている。また、各ブロック３１には、研磨時に針状部材３１ａ側へ加工液を供給するための加工液供給口３１ｂが設けられている。加工液供給口３１ｂは、研磨部材３０の外部に設置されている加工液流通用配管や貯蔵タンクに接続され（共に図示せず。）、加工液供給口３１ｂからは必要に応じて針状部材３１ａ側へ加工液が供給されるようになっている。
なお、針状部材３１ａの数は、図１、図２および図４の各図に示す本数に限定されるものではなく、また、便宜上、各図の針状部材３１ａの数やサイズは変更している。
ここで、ブロック３１の針状部材３１ａは、ミクロンレベルの極小かつ極細の針状材料を用いて構成される。後述のように、研磨部材３０は、この針状部材３１ａをウェーハ１０に押し当てて研磨を行うので、針状部材３１ａには、極小かつ極細であることに加え、一定レベル以上の機械的強度も必要になる。このような要件を満たす材料としては、例えば、カーボンナノチューブが挙げられる。
ここで、ブロック３１の針状部材３１ａは、ミクロンレベルの極小かつ極細の針状材料を用いて構成される。後述のように、研磨部材３０は、この針状部材３１ａをウェーハ１０に押し当てて研磨を行うので、針状部材３１ａには、極小かつ極細であることに加え、一定レベル以上の機械的強度も必要になる。このような要件を満たす材料としては、例えば、カーボンナノチューブが挙げられる。
ブロック３１は、研磨前から研磨後に至るまで針状部材３１ａを確実に保持しておくことができ、かつ、研磨時に針状部材３１ａをウェーハ１０に押し当てたときにそれ単体ではウェーハ１０表面の凹凸に追従しないような硬さを有するものであれば、その材質は特に限定されない。なお、針状部材３１ａに上記のようなカーボンナノチューブを用いるような場合には、ブロック３１の一方の面に、所定長さのカーボンナノチューブを成長させるようにすれば、ブロック３１に極小かつ極細の針状部材３１ａを多数保持させることが可能である。
加工液供給口３１ｂは、ここでは加工液が針状部材３１ａ側へブロック３１のほぼ中央から供給されるように設けられている。研磨時には、各ブロック３１の加工液供給口３１ｂからほぼ同量の加工液がそれぞれ供給されるようになっている。加工液の種類は、研磨を行うウェーハ１０表面の材質に応じて選択され、例えば、過酸化水素水等の酸性溶液や水酸化カリウム等のアルカリ性溶液等が用いられる。ただし、この研磨部材３０を用いる研磨においては、シリカ粒子等の砥粒を含む加工液を用いることも可能であるが、ここではそのような砥粒を含まない加工液を用いる。
このような構造の各ブロック３１が複数連結されることにより、図１〜図４に示したような研磨部材３０が構成される。研磨部材３０は、そのサイズがウェーハ１０のサイズに応じて設定され、図１に示したように、ウェーハ１０の研磨を行うに当たり研磨部材３０とウェーハ１０を対向配置したときに研磨部材３０によってウェーハ１０全体が覆われるようなサイズにすることが好ましい。なお、研磨部材３０のサイズは、例えば、連結するブロック３１の数や各ブロック３１のサイズによって調節することができる。
ここで、図５および図６はブロック連結方法の一例の概略説明図であって、図５はブロックの連結面の模式図、図６はブロックの連結状態の要部模式図である。
各ブロック３１の連結面には、図５に示すように、内部で広く、表面で狭い、断面Ｔ字形状の溝３１ｃが形成されている。そして、図６に示すように、各ブロック３１の溝３１ｃを対向させ、それぞれの溝３１ｃを連結部材３２によって連結する。連結部材３２は、その形状および溝３１ｃの断面形状により、連結後はその両端部３２ａ，３２ｂがそれぞれの溝３１ｃから外れないような構成になっている。また、連結部材３２は、溝３１ｃ内を溝３１ｃの形状に沿って可動する構成になっている。
各ブロック３１の連結面には、図５に示すように、内部で広く、表面で狭い、断面Ｔ字形状の溝３１ｃが形成されている。そして、図６に示すように、各ブロック３１の溝３１ｃを対向させ、それぞれの溝３１ｃを連結部材３２によって連結する。連結部材３２は、その形状および溝３１ｃの断面形状により、連結後はその両端部３２ａ，３２ｂがそれぞれの溝３１ｃから外れないような構成になっている。また、連結部材３２は、溝３１ｃ内を溝３１ｃの形状に沿って可動する構成になっている。
図７は研磨時の研磨部材の状態の一例を示す正面模式図である。
各ブロック３１の連結部を上記図５および図６に示したような構成とすることにより、研磨部材３０は、そのブロック３１の位置を、例えば図７に示すように、連結したままブロック３１ごとに変化させることが可能になる。したがって、例えば、この研磨部材３０は、ウェーハ１０表面の研磨が必要な領域と不要な領域の配置、あるいはウェーハ１０表面の凹凸の配置やその程度等に応じて、チャック部２０に保持されているウェーハ１０の表面に対する離接方向の位置を適切に調整することが可能になる。
各ブロック３１の連結部を上記図５および図６に示したような構成とすることにより、研磨部材３０は、そのブロック３１の位置を、例えば図７に示すように、連結したままブロック３１ごとに変化させることが可能になる。したがって、例えば、この研磨部材３０は、ウェーハ１０表面の研磨が必要な領域と不要な領域の配置、あるいはウェーハ１０表面の凹凸の配置やその程度等に応じて、チャック部２０に保持されているウェーハ１０の表面に対する離接方向の位置を適切に調整することが可能になる。
次に、研磨部材３０の動作制御機構について説明する。
図８は研磨部材の動作制御機構の構成例を示す図である。
研磨部材３０の各ブロック３１は、それぞれ制御部４０に接続されている。研磨部材３０は、この制御部４０によって、加工液供給口３１ｂからの加工液の供給、各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する離接方向の位置、および各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する押圧力がそれぞれ制御されるようになっている。例えば、制御部４０は、最終的に高平坦性のウェーハ１０を得るために、研磨終了時に各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する離接方向の位置を一致させる、あるいは研磨終了時に各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する押圧力、または一定圧力で押圧したときに発生する応力を一致させるように、研磨の間、加工液供給制御を行いつつ、各ブロック３１の位置制御や圧力制御を行う。
図８は研磨部材の動作制御機構の構成例を示す図である。
研磨部材３０の各ブロック３１は、それぞれ制御部４０に接続されている。研磨部材３０は、この制御部４０によって、加工液供給口３１ｂからの加工液の供給、各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する離接方向の位置、および各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する押圧力がそれぞれ制御されるようになっている。例えば、制御部４０は、最終的に高平坦性のウェーハ１０を得るために、研磨終了時に各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する離接方向の位置を一致させる、あるいは研磨終了時に各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する押圧力、または一定圧力で押圧したときに発生する応力を一致させるように、研磨の間、加工液供給制御を行いつつ、各ブロック３１の位置制御や圧力制御を行う。
さらに、制御部４０は、このような各ブロック３１に対する圧力制御等に加え、研磨部材３０を、大きく移動させることなく、ほぼそのままの位置で、ウェーハ１０の表面方向（図中左右方向）に高速振動させる動作制御（振動制御）が行えるように構成されている。それにより、研磨部材３０は、その針状部材３１ａがウェーハ１０表面に押し当てられた状態で制御部４０による高速振動が行われることによって、針状部材３１ａ先端でウェーハ１０表面を擦って研磨を行うことができるようになっている。
図９は研磨部材による研磨の概略説明図である。また、図１０は研磨部材による研磨後の状態を示す図である。なお、図９および図１０には、１つのブロック３１で研磨される領域を模式的に図示している。
例えば、被研磨部材であるウェーハ１０が、図９に示すように、絶縁膜１１ａ上にパターン形状が異なる配線１２ａ，１２ｂを形成した後にその表面にさらに絶縁膜１１ｂを堆積したような構造を有しているような場合を想定する。その場合、ウェーハ１０表面には、その内部に形成されている配線１２ａ，１２ｂのパターン形状に応じて、絶縁膜１１ｂの凹凸が形成されるようになる。
このようなウェーハ１０について研磨部材３０を用いて研磨を行う場合には、まず、図１に示したように、ウェーハ１０を研磨装置１のチャック部２０に固定した後、図８に示したように、制御部４０によってブロック３１を適正な押圧力でウェーハ１０表面に押し当てる。そして、研磨時には、このようなウェーハ１０表面に対し、加工液供給口３１ｂから砥粒を含まない所定の加工液１３を供給しながら、針状部材３１ａを押し当て、研磨部材３０をウェーハ１０表面方向（図中左右方向）にほぼそのままの位置で高速振動させる。その際、ウェーハ１０は回転させない。これにより、ウェーハ１０表面（絶縁膜１１ｂ）と加工液１３を化学反応させながら、そのウェーハ１０表面を針状部材３１ａ先端で擦って研磨する。ウェーハ１０表面では、まず凸部が選択的に研磨され、その後、その凸部が除去された後のウェーハ１０表面が設定膜厚（図９中点線）まで全体的に研磨されて、図１０に示すような高平坦性のウェーハ１０が得られるようになる。
その他のブロック３１の領域についても、これと同様に研磨が行われ、研磨が必要な領域については、研磨終了時に各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する離接方向の位置を一致させる、あるいは研磨終了時に各ブロック３１のウェーハ１０表面に対する押圧力、または一定圧力で押圧したときに発生する応力を一致させることにより、ウェーハ１０の全面にわたって平坦性の高い表面が得られるようになる。なお、ウェーハ１０上に研磨が不要な領域がある場合には、ウェーハ１０の研磨時に、そのような領域に対応するブロック３１の針状部材３１ａをウェーハ１０表面に接触させないよう、そのブロック３１に対し制御部４０による圧力制御を行ってウェーハ１０表面に対する離接方向の位置を調整しておけばよい。
このように、研磨部材３０を用いたウェーハ１０の研磨では、各ブロック３１がウェーハ１０表面の凹凸に追従しないため、そのような凹凸に起因したディッシング等を抑制することができる。
また、この研磨は、砥粒を含まない加工液１３を用いると共に、研磨部材３０の針状部材３１ａ先端をウェーハ１０表面に押し当ててほぼそのままの位置でその表面方向に高速振動させることによって研磨を行う。そのため、従来のように研磨パッドとウェーハ１０の面同士を擦り合わせて研磨を行う方法に比べ、スクラッチの発生を効果的に抑制することができる。たとえ研磨時に研磨部材３０とウェーハ１０の間に異物が混入したような場合であっても、ウェーハ１０が固定された状態で、かつ研磨部材３０がほぼそのままの位置で高速振動するので、多数のチップ領域に及ぶような大きなスクラッチの発生を防止することができるようになる。
また、従来は、ウェーハ１０表面の凹凸に追従するような研磨パッドを用いて研磨を行う場合には、その凸部と共に研磨されてしまう凹部の研磨量を考慮し、あらかじめ厚く絶縁膜１１ｂを形成しておく手法がしばしば採用されてきた。しかし、ウェーハ１０表面の研磨に上記の研磨部材３０を用いた場合には、各ブロック３１領域では凸部から選択的に研磨されていくので、はじめに形成しておく絶縁膜１１ｂの膜厚を従来よりも薄くすることが可能になり、また、研磨量自体も従来よりも削減することが可能になるので、コスト面等においても有利になる。
なお、ウェーハ１０表面の凹凸は、このように配線１２ａ，１２ｂのパターン形状に起因して発生する場合のほか、絶縁膜１１ａ，１１ｂの成膜時に生じるウェーハ１０面内の膜厚分布によって発生する場合もある。勿論、そのような原因で発生する凹凸に対しても、上記同様の研磨を行うことにより、高平坦性のウェーハ１０を得ることが可能である。
次に、研磨後の研磨部材３０の処理について説明する。
ウェーハ１０の研磨に用いた研磨部材３０は、１枚または複数枚のウェーハ１０の研磨終了後に、研磨部材３０に付着したスクラッチ等の原因となり得る異物を除去するための洗浄や、定盤を用いた針状部材３１ａの平坦度出し（ゼロ点合わせ）を行うようにする。
ウェーハ１０の研磨に用いた研磨部材３０は、１枚または複数枚のウェーハ１０の研磨終了後に、研磨部材３０に付着したスクラッチ等の原因となり得る異物を除去するための洗浄や、定盤を用いた針状部材３１ａの平坦度出し（ゼロ点合わせ）を行うようにする。
図１１は研磨部材の洗浄方法の概略説明図である。
研磨部材３０の洗浄を行う場合には、それに先立ち、まず、所定の洗浄液５０を貯蔵する洗浄槽５１を用意する。ウェーハ１０研磨後の研磨部材３０の洗浄液５０としては、例えば、純水やアンモニア等の薬液を用いることができる。
研磨部材３０の洗浄を行う場合には、それに先立ち、まず、所定の洗浄液５０を貯蔵する洗浄槽５１を用意する。ウェーハ１０研磨後の研磨部材３０の洗浄液５０としては、例えば、純水やアンモニア等の薬液を用いることができる。
研磨部材３０の洗浄の際には、研磨部材３０を洗浄槽５１まで移動した後、その研磨部材３０を洗浄液５０に浸漬する。浸漬する際には、研磨部材３０の少なくとも針状部材３１ａの部分が洗浄液５０に浸漬されるようにする。浸漬後は、洗浄槽５１内の洗浄液５０に超音波を印加する、あるいは研磨部材３０を研磨時のように高速振動させる。それにより、針状部材３１ａに付着している異物を洗浄して除去する。
図１２は研磨部材の平坦度出し方法の概略説明図である。
ウェーハ１０を研磨した後の研磨部材３０は、研磨によってその針状部材３１ａが磨耗している場合がある。針状部材３１ａの長さが部分的に異なる研磨部材３０を用いて研磨を行うと、ウェーハ１０を精度良く平坦化することが難しくなる。そこで、図１２に示すように、研磨部材３０に対し、その針状部材３１ａの平坦性を確保するため、平坦度出し用定盤６０を用いて針状部材３１ａの平坦度出しを行う。
ウェーハ１０を研磨した後の研磨部材３０は、研磨によってその針状部材３１ａが磨耗している場合がある。針状部材３１ａの長さが部分的に異なる研磨部材３０を用いて研磨を行うと、ウェーハ１０を精度良く平坦化することが難しくなる。そこで、図１２に示すように、研磨部材３０に対し、その針状部材３１ａの平坦性を確保するため、平坦度出し用定盤６０を用いて針状部材３１ａの平坦度出しを行う。
その際は、まず、研磨部材３０を平坦度出し用定盤６０上に配置し、上記図８に示した制御部４０を利用して、各ブロック３１に均等に所定の圧力を印加する。その際は、すべてのブロック３１の位置を揃えた上で、各ブロック３１に均等に所定の圧力を印加する。異なるブロック３１間で針状部材３１ａの長さが揃っていない場合には、そのようなブロック３１間で所定の圧力を印加したときに生じる応力の大きさが異なってくる。したがって、その応力がすべてのブロック３１で同じになるように、この平坦度出し用定盤６０で針状部材３１ａの長さを揃えるようにする。
なお、平坦度出しは、研磨部材３０を図１１に示したような方法で洗浄した後に行うようにすることが望ましい。
このようにして洗浄や平坦度出しを行った後の研磨部材３０を用いて再び上記のようなウェーハ１０の研磨を行うことにより、高精度で平坦化された、損傷のないあるいは極めて少ないウェーハ１０を得ることが可能になる。
このようにして洗浄や平坦度出しを行った後の研磨部材３０を用いて再び上記のようなウェーハ１０の研磨を行うことにより、高精度で平坦化された、損傷のないあるいは極めて少ないウェーハ１０を得ることが可能になる。
なお、以上の説明では、研磨部材３０の針状部材３１ａをカーボンナノチューブのような材料を用いて構成する場合を例にして述べたが、カーボンナノチューブ以外の材料を用いることも可能である。材料の選定に当たっては、対象とする面の研磨が行える機械的強度を有していることに加え、研磨時に用いる加工液１３や洗浄に用いる洗浄液５０に対する耐性を考慮する。
また、以上の説明では、研磨部材３０の各ブロック３１に１つずつ加工液供給口３１ｂを設けるようにしたが、その数は必ずしもこれに限定されるものではない。
また、研磨装置１の研磨部材３０を別の構成のものにすることも可能である。
また、研磨装置１の研磨部材３０を別の構成のものにすることも可能である。
図１３は研磨部材の第１の変形例の概略模式図である。
図１３に示す研磨部材７０は、各ブロック７１に設けられた針状部材７１ａの先端が球状になっている点で、上記研磨部材３０の針状部材３１ａと相違している。このように針状部材７１ａ先端が球状になっている場合には、研磨部材７０を高速振動させたときに、針状部材７１ａ先端がウェーハ１０表面でスムーズに振動するようになる。ウェーハ１０研磨時におけるこの研磨部材７０の動作制御については、上記研磨部材３０の場合と同様とすることができる。このような構成の研磨部材７０を用いることによっても、上記研磨部材３０同様、高平坦性のウェーハ１０を得ることが可能である。
図１３に示す研磨部材７０は、各ブロック７１に設けられた針状部材７１ａの先端が球状になっている点で、上記研磨部材３０の針状部材３１ａと相違している。このように針状部材７１ａ先端が球状になっている場合には、研磨部材７０を高速振動させたときに、針状部材７１ａ先端がウェーハ１０表面でスムーズに振動するようになる。ウェーハ１０研磨時におけるこの研磨部材７０の動作制御については、上記研磨部材３０の場合と同様とすることができる。このような構成の研磨部材７０を用いることによっても、上記研磨部材３０同様、高平坦性のウェーハ１０を得ることが可能である。
また、図１４は研磨部材の第２の変形例の概略模式図である。なお、図１４には、１つの針状部材の断面を模式的に図示している。
図１４に示す研磨部材は、その針状部材８０が、極細の管８０ａの先端に球体８０ｂが回転可能に取り付けられた構造を有している点で、上記研磨部材３０の針状部材３１ａと相違している。この針状部材８０は、その管８０ａに砥粒を含まない加工液９０を流通させることが可能になっていて、針状部材８０がウェーハ１０に押し当てられて高速振動されたときに、管８０ａ内の加工液９０が振動に伴って回転する球体８０ｂを介してウェーハ１０表面に供給されるようになっている。ウェーハ１０研磨時におけるこの研磨部材の動作制御については、上記研磨部材３０の場合と同様とすることができる。このような構成の針状部材８０を有する研磨部材を用いることによっても、上記研磨部材３０同様、高平坦性のウェーハ１０を得ることが可能である。
図１４に示す研磨部材は、その針状部材８０が、極細の管８０ａの先端に球体８０ｂが回転可能に取り付けられた構造を有している点で、上記研磨部材３０の針状部材３１ａと相違している。この針状部材８０は、その管８０ａに砥粒を含まない加工液９０を流通させることが可能になっていて、針状部材８０がウェーハ１０に押し当てられて高速振動されたときに、管８０ａ内の加工液９０が振動に伴って回転する球体８０ｂを介してウェーハ１０表面に供給されるようになっている。ウェーハ１０研磨時におけるこの研磨部材の動作制御については、上記研磨部材３０の場合と同様とすることができる。このような構成の針状部材８０を有する研磨部材を用いることによっても、上記研磨部材３０同様、高平坦性のウェーハ１０を得ることが可能である。
また、第３の変形例として、研磨部材に設ける針状部材の構成によっては、その針状部材の１本１本について圧力センサを取り付けて各針状部材に対して圧力を印加することができるようにしてもよい。このような構成とすることにより、より微小な領域に対して精度の良い研磨を行うことが可能になる。
以上説明したように、ウェーハ表面の研磨に上記のような研磨部材を用いると共に、砥粒を含まない加工液を用いることにより、ウェーハ内部のパターン形状や成膜分布の影響を抑え、さらにウェーハ表面のスクラッチの発生等を抑えて、高平坦性のウェーハを得ることができるようになる。これにより、信頼性の高い半導体装置を製造することが可能になる。また、その際は、研磨を行う膜の成膜量およびその研磨量を削減することも可能になる。
なお、以上の説明では、被研磨部材としてウェーハを用いた場合を例にして述べたが、上記構成を有する研磨装置および研磨方法は、その他の被研磨部材についても同様に適用可能である。
（付記１） 被研磨部材表面の研磨を行う研磨装置において、
針状部材を備える研磨部材を有し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする研磨装置。
針状部材を備える研磨部材を有し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする研磨装置。
（付記２） 前記被研磨部材表面に前記被研磨部材表面と反応する加工液を供給しながら、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記３） 前記加工液は、砥粒を含まないことを特徴とする付記２記載の研磨装置。
（付記４） 前記研磨部材は、前記針状部材が前記被研磨部材表面と対向するように配置され、前記被研磨部材表面とほぼ平行方向に振動することを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記４） 前記研磨部材は、前記針状部材が前記被研磨部材表面と対向するように配置され、前記被研磨部材表面とほぼ平行方向に振動することを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記５） 前記研磨部材は、前記針状部材を備えるブロックが複数連結されて構成されていることを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記６） 前記ブロックは、前記研磨部材を前記被研磨部材表面と対向配置したときに、前記針状部材が前記被研磨部材表面側に配置されるように連結されると共に、連結したまま前記被研磨部材表面に対する離接方向の位置をそれぞれ調整することができるよう可動自在に構成されていることを特徴とする付記５記載の研磨装置。
（付記６） 前記ブロックは、前記研磨部材を前記被研磨部材表面と対向配置したときに、前記針状部材が前記被研磨部材表面側に配置されるように連結されると共に、連結したまま前記被研磨部材表面に対する離接方向の位置をそれぞれ調整することができるよう可動自在に構成されていることを特徴とする付記５記載の研磨装置。
（付記７） 前記ブロックは、前記被研磨部材表面に対する押圧力をそれぞれ制御することができるように構成されていることを特徴とする付記５記載の研磨装置。
（付記８） 前記ブロックは、前記被研磨部材表面に前記被研磨部材表面と反応する加工液を供給するための加工液供給口を有していることを特徴とする付記５記載の研磨装置。
（付記８） 前記ブロックは、前記被研磨部材表面に前記被研磨部材表面と反応する加工液を供給するための加工液供給口を有していることを特徴とする付記５記載の研磨装置。
（付記９） 前記被研磨部材を固定して保持する保持部を有することを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記１０） 前記針状部材は、カーボンナノチューブであることを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記１０） 前記針状部材は、カーボンナノチューブであることを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記１１） 前記針状部材は、先端が球状になっていることを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記１２） 前記針状部材は、前記被研磨部材表面に前記被研磨部材表面と反応する加工液が流通可能な管と、前記管の先端に回転可能に設けられた球体と、を有することを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記１２） 前記針状部材は、前記被研磨部材表面に前記被研磨部材表面と反応する加工液が流通可能な管と、前記管の先端に回転可能に設けられた球体と、を有することを特徴とする付記１記載の研磨装置。
（付記１３） 被研磨部材表面の研磨を行う研磨方法において、
針状部材を備える研磨部材を用い、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする研磨方法。
針状部材を備える研磨部材を用い、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする研磨方法。
（付記１４） 前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う際には、
前記被研磨部材表面に前記被研磨部材表面と反応する加工液を供給しながら、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
前記被研磨部材表面に前記被研磨部材表面と反応する加工液を供給しながら、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
（付記１５） 前記加工液は、砥粒を含まないことを特徴とする付記１４記載の研磨方法。
（付記１６） 前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う際には、
前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を前記被研磨部材表面とほぼ平行方向に振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
（付記１６） 前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う際には、
前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を前記被研磨部材表面とほぼ平行方向に振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
（付記１７） 前記研磨部材は、前記針状部材を備えるブロックが複数連結されて構成され、
前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う際には、
前記ブロックの前記被研磨部材表面に対する離接方向の位置を調整し、研磨を行う領域について、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う際には、
前記ブロックの前記被研磨部材表面に対する離接方向の位置を調整し、研磨を行う領域について、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
（付記１８） 前記研磨部材は、前記針状部材を備えるブロックが複数連結されて構成され、
前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う際には、
研磨を行う領域について、前記ブロックの前記被研磨部材表面に対する押圧力を制御し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う際には、
研磨を行う領域について、前記ブロックの前記被研磨部材表面に対する押圧力を制御し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
（付記１９） 前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う際には、
前記被研磨部材を固定し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
前記被研磨部材を固定し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ前記針状部材を振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
（付記２０） 前記針状部材は、カーボンナノチューブであることを特徴とする付記１３記載の研磨方法。
１ 研磨装置
１０ ウェーハ
１１ａ，１１ｂ 絶縁膜
１２ａ，１２ｂ 配線
１３，９０ 加工液
２０ チャック部
２０ａ 載置面
３０，７０ 研磨部材
３１，７１ ブロック
３１ａ，７１ａ，８０ 針状部材
３１ｂ 加工液供給口
３１ｃ 溝
３２ 連結部材
３２ａ，３２ｂ 両端部
４０ 制御部
５０ 洗浄液
５１ 洗浄槽
６０ 平坦度出し用定盤
８０ａ 管
８０ｂ 球体
１０ ウェーハ
１１ａ，１１ｂ 絶縁膜
１２ａ，１２ｂ 配線
１３，９０ 加工液
２０ チャック部
２０ａ 載置面
３０，７０ 研磨部材
３１，７１ ブロック
３１ａ，７１ａ，８０ 針状部材
３１ｂ 加工液供給口
３１ｃ 溝
３２ 連結部材
３２ａ，３２ｂ 両端部
４０ 制御部
５０ 洗浄液
５１ 洗浄槽
６０ 平坦度出し用定盤
８０ａ 管
８０ｂ 球体
Claims (9)
- 被研磨部材表面を上向きに配置し、前記被研磨部材表面の研磨を行う研磨装置において、
針状部材を備える研磨部材を有し、前記被研磨部材を固定し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ、前記被研磨部材表面と反応する加工液を前記被研磨部材表面に供給しながら、前記針状部材を前記被研磨部材の表面方向にほぼそのままの位置で振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする研磨装置。 - 前記研磨部材は、別個の複数のブロックが連結されて構成され、前記ブロックがそれぞれ前記針状部材を備えることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
- 前記ブロックは、前記被研磨部材表面に対する押圧力をそれぞれ制御することができるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
- 前記ブロックは、前記被研磨部材表面に前記被研磨部材表面と反応する加工液を供給するための加工液供給口を有していることを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
- 前記被研磨部材を固定して保持する保持部を有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
- 前記針状部材は、
前記被研磨部材表面に前記加工液が流通可能な管と、
前記管の先端に回転可能に設けられた球体と
を有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。 - 被研磨部材表面を上向きに配置し、前記被研磨部材表面の研磨を行う研磨方法において、
針状部材を備える研磨部材を用い、前記被研磨部材を固定し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ、前記被研磨部材表面と反応する加工液を前記被研磨部材表面に供給しながら、前記針状部材を前記被研磨部材の表面方向にほぼそのままの位置で振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする研磨方法。 - 前記研磨部材は、別個の複数のブロックが連結されて構成され、前記ブロックがそれぞれ前記針状部材を備え、
前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ、前記加工液を前記被研磨部材表面に供給しながら、前記針状部材を前記被研磨部材の表面方向にほぼそのままの位置で振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行う際には、
研磨を行う領域について、前記ブロックの前記被研磨部材表面に対する押圧力を制御し、前記針状部材を前記被研磨部材表面に接触させ、前記加工液を前記被研磨部材表面に供給しながら、前記針状部材を前記被研磨部材の表面方向にほぼそのままの位置で振動させることによって前記被研磨部材表面の研磨を行うことを特徴とする請求項７記載の研磨方法。 - 前記針状部材は、カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項７記載の研磨方法。
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