JPH09115862A - 研磨工具と、それを用いた研磨方法および研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】半導体ウエハ元々の反りなどの全体的な凹凸に
倣って研磨パッドを接触させ、前記半導体ウエハの部分
的な凹凸を平坦化でき、さらに半導体ウエハ上にかかる
荷重を均一に制御できる研磨加工技術を提供する。 【解決手段】半導体ウエハの面積より小さく形成された
硬性材料からなる複数の研磨パッド２を用い、複数の研
磨パッド２はそれぞれ弾性材料３からなる層を介して、
研磨パッドに対応し形成された複数の支持部材４にそれ
ぞれ固定され構成された研磨工具１を用いて、複数の研
磨パッド毎にそれぞれ荷重手段を設け、研磨工具から半
導体ウエハに与えられる荷重を均一なるように制御し、
半導体ウエハの研磨加工を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
製造工程で用いられる半導体ウエハの処理技術に関し、
特に、半導体ウエハの一主面に形成された絶縁層、ある
いは配線層、半導体層に起因する凹凸の平坦化のための
研磨処理に利用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体メモリに代表される大規模集積回
路（ＬＳＩ）は、年々集積化が進んでおり、それに伴い
大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さ
らに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の
積層数も増加している。その積層数の増加により、従来
は問題とはならなかった積層にすることによって生ずる
半導体ウエハ一主面の凹凸が問題となっている。その結
果、例えば日経マイクロデバイス１９９４年７月号５０
〜５７頁記載のように、積層することによって生じる凹
凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、ある
いはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させ
る目的で、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechani
cal Polishing）技術を用いた半導体ウエハの平坦化が
検討されている。

【０００３】一般にＣＭＰ装置は、被処理物である半導
体ウエハを保持するウエハホルダ、被処理物の研磨処理
を行なうための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する
ベース部から構成されている。そして、半導体ウエハの
研磨処理は研磨剤と薬液からなるスラリを用いて、半導
体ウエハと研磨パッドを相対運動させることにより、半
導体ウエハ表面の層の突出した部分が除去されてウエハ
表面の層を滑らかにするものである。この半導体ウエハ
の研磨加工時の研磨速度は、例えば半導体ウエハの一主
面に成膜された酸化シリコン（ＳｉＯ₂）膜では、半導
体ウエハと研磨パッドの相対速度及び荷重にほぼ比例し
ている。そのため、半導体ウエハの各部分を均一に研磨
加工するためには、半導体ウエハにかかる荷重を均一に
する必要がある。

【０００４】しかし、ウエハチャックに取り付けた半導
体ウエハの表面は、例えば半導体ウエハの元々の反り等
の変形により、全体的にはうねっていることが多い。そ
のため、半導体ウエハの各部分に均一に荷重を与えるた
めには、研磨パッドを前述したような半導体ウエハのう
ねりに倣って接触させる必要がある。このように半導体
ウエハのうねりに倣って接触させる観点では、柔らかい
研磨パッドを用いることが望ましい。しかし、柔らかい
研磨パッドを用いて半導体ウエハの一主面に形成された
絶縁層等の凹凸の平坦化のための研磨加工を行なう場
合、前記半導体ウエハの凹凸に対する倣い性は向上させ
ることができるが、半導体ウエハ表面の部分的な平坦性
は悪くなってしまう。例えば、前記半導体ウエハ表面の
層の部分的な凹凸が研磨だれ、つまりは研磨面が丸くな
って平坦にならないという問題をまねいてしまう。これ
に対し、堅い研磨パッドを用いて同様に半導体ウエハの
研磨加工を行なう場合は、前述した柔らかい研磨パッド
を用いた場合とは逆に半導体ウエハ表面の部分的な平坦
性は向上することができるが、半導体ウエハの全体的な
凹凸に対する倣い性の観点では悪くなり、例えば、半導
体ウエハ表面の全体的な凹凸の各部分において、突出し
ている部分の層は多く研磨されてしまい、引っ込んでい
る部分はほとんど研磨されずに残ってしまうという問題
をまねいてしまう。このような不均一な研磨加工はアル
ミ配線を露出させたり、研磨加工後の酸化シリコン絶縁
膜面の厚みが部分毎に違うために例えばスルーホール径
の不揃いや積層起因の凹凸を平坦にできず露光時の焦点
振度が不足する原因となる。

【０００５】この部分的な平坦性と全体的な倣い性を向
上するという相反する要求を満たすための研磨パッドに
関する従来技術としては、特開平６−２１０２８号公
報、及び特開平５−２１２６６９号公報などが挙げられ
る。前者の特開平６−２１０２８号公報に記載されてい
る研磨加工技術は、研磨パッドを２層化し、半導体ウエ
ハと直に接触する研磨パッドは堅く、その裏の研磨パッ
ドは柔らかいものを用いて研磨加工するものである。

【０００６】又、後者の特開平５−２１２６６９号公報
に記載されている研磨加工技術は、弾性材料からなる第
１の層と、第１の層の上側に形成された第２の剛性の層
と、第２の層の上に形成されスラリを運ぶのに最適な第
３の層から構成され、前記第２及び第３の層は、横方向
に互いに物理的に隔離されている個々の部分に分割され
ている３層構造の複合研磨パッドを用いて研磨加工する
ものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の堅い層
と柔らかい層の２層構造で形成された研磨パッドを用い
て、半導体ウエハを平坦化するための研磨加工を行った
場合でも、半導体ウエハの全体的な凹凸があったり、半
導体ウエハの膜厚が部分的に異なっていると、前記ウエ
ハ上にかかる荷重が均一にならないため、研磨ムラの原
因となってしまう。また、前記２層構造の研磨パッドは
堅さに制限があるため、半導体ウエハの全体的な凹凸に
対する倣い性は充分ではなく、積層により生ずる凹凸の
平坦化には限界があった。

【０００８】又、後者のベース基板側から順に、弾性材
料からなる第１の層、第１層の上に形成された剛性の第
２の層、第２の層の上に形成されたスラリを運ぶのに最
適な第３の層から構成され、第２の層及び第３の層は横
方向に互いに物理的に隔離されている３層構造の複合研
磨パッドを用いて、半導体ウエハを平坦化するための研
磨加工処理を行った場合は、弾性材料からなる第１の層
の上に横方向に互いに物理的に隔離された剛性の第２の
層を形成しているため、半導体ウエハの全体的な凹凸に
対する倣い性、及び半導体ウエハ表面の層の部分的な平
坦性のバランスを良くすることができる。しかし、前記
複合研磨パッドの第２及び第３の層が横方向に互いに物
理的に隔離されていても、前記複合研磨パッドを固定す
るベース基板に加えられる圧力は一定であるため、半導
体ウエハにかかる荷重を均一にするには限界があった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上記問題点を解
決し、半導体ウエハにかかる荷重を均一にすることがで
きる研磨加工技術を提供することである。

【００１０】又、本発明のその他の目的は、半導体ウエ
ハの各位置における研磨量を所望の値に平坦化すること
ができる研磨加工技術を提供することである。

【００１１】なお、本発明の上記並びにその他の目的
と、新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明
らかになるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下
記の通りである。

【００１３】即ち、半導体ウエハの研磨加工において用
いられる、研磨パッド、弾性材層、及びこれらを支持す
る支持部材から構成される本発明の研磨工具は、硬性材
料からなる研磨パッドを複数個平面配置し、前記複数の
研磨パッドそれぞれを支持する複数の支持部材が前記弾
性材層を介して、前記複数の研磨パッドそれぞれに対応
して形成されているものである。

【００１４】又、研磨スラリが被覆された複数の研磨パ
ッド、弾性材層、及びこれらを支持する支持部材からな
る研磨工具と半導体ウエハとの相対運動により、前記半
導体ウエハの一主面の研磨加工を行なう本発明の研磨方
法は、前記半導体ウエハの一主面の膜厚を測定する工程
と、この測定結果に基づいて前記複数の研磨パッドそれ
ぞれに加える荷重を調整する工程と、前記研磨パッドを
前記半導体ウエハの一主面に接触する工程と、前記研磨
工具と前記半導体ウエハとを相対運動させる工程とから
なるものである。

【００１５】さらに、研磨スラリが被覆された研磨パッ
ド、弾性材層、及びこれらを支持する支持部材からなる
研磨工具と半導体ウエハの相対運動により、前記半導体
ウエハの研磨加工を行なう本発明の研磨装置は、硬性材
料からなる前記研磨パッドを複数個平面配置し、前記複
数の研磨パッドそれぞれを支持する複数の支持部材が前
記弾性材層を介して、前記複数の研磨パッドそれぞれに
対応して形成された研磨工具と、前記研磨パッド毎にそ
れぞれ荷重を加える荷重機構とを具備したものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施の形態で
ある研磨装置の概略構成図である。図２は、本発明の一
実施の形態である研磨装置の研磨工具を示す平面図であ
る。図３（ａ）〜（ｌ）は本発明の一実施の形態である
研磨工具の研磨パッドの配置例を示した平面図である。
図４（ａ）〜（ｄ）は半導体ウエハの簡単な積層プロセ
スを示す断面図である。図５（ａ），（ｂ）は本発明の
一実施の形態である研磨工具と半導体ウエハとの接触状
態を示す断面図である。図６は本発明の一実施形態であ
る研磨工具の変形例を示す断面図である。

【００１７】次に図１、図２、及び図３を基に本発明の
一実施の形態である研磨加工工具及び研磨加工装置を説
明する。図１は本発明の一実施の形態である半導体ウエ
ハの一主面に形成された導電性等の膜の研磨加工を行う
際に用いられる１プラテン１ヘッド構成による研磨装置
（ＣＭＰ装置）の概略構成を示している。この研磨装置
は主に、被処理物である半導体ウエハの一主面の凹凸を
平坦化するための研磨工具１、前記研磨工具が半導体ウ
エハに所定の荷重を与えるための荷重手段、前記研磨工
具を固定するであるプラテン、前記プラテンを回転させ
るプラテンの回転手段、前記半導体ウエハを保持固定す
るウエハチャック部、前記ウエハチャック部を回転させ
る回転手段、研磨処理前あるいは研磨処理途中での半導
体ウエハ上の各部分の研磨量を測定する研磨量測定（膜
圧測定）機構、研磨処理用のスラリを供給するスラリ供
給機構、前記研磨量測定機構の測定データに基づいて前
記荷重手段から与えられる荷重の設定、前記プラテンの
回転手段及びウエハチャックの回転手段の設定を行う研
磨量設定機構等から構成されている。

【００１８】前記研磨工具１は、研磨パッド２、弾性材
料からなる層（以下、弾性体３という）、及び前記研磨
パッドを支持固定するベース基板４の三層から構成され
ている。前記研磨パッド２は半導体ウエハに対する平坦
性の秀れた硬性材料からなる研磨パッド、例えば硬性と
硬度がきわめて秀れていることで良く知られている複合
ガラス繊維エポキシ材料が適している。そして、前記硬
性材料からなる（以下、堅いという）研磨パッドの半導
体ウエハの全体的な凹凸に対する倣い性を考慮して、前
記堅い研磨パッドを２枚以上に分割している。この分割
された研磨パッド２の面積はそれぞれ半導体ウエハに製
造するチップのサイズの１／４〜４倍が良いが、用途に
合わせてサイズを定める必要がある。ここでは前記研磨
パッドを１０ｍｍ角毎の大きさに分割して形成してい
る。尚、本実施形態では、前記研磨パッドを前記分割形
成したが、半導体ウエハの面積より小さく形成された研
磨パッドを複数形成することもできる。前記複数個形成
されたそれぞれの研磨パッドは互いに独立して弾性体
３、例えば、ゴム、ウレタン、クッション、バネ、エア
や液体の入ったチューブ等を介して、前記それぞれ研磨
パッドの支持部材であるベース基板４に固定する。尚、
このベース基板は前記複数の研磨パッド毎に独立して荷
重を与えるために前記研磨パッドと同様に分割されてい
る。前記分割された研磨パッドは弾性体を介してベース
基板に固定されているため、前記研磨パッドの凹凸に対
応して垂直方向に沈み込み、半導体ウエハの全体的な凹
凸を吸収し、前記研磨パッドを半導体ウエハの凹凸に倣
わせることができ、さらに堅い研磨パッドを用いている
ため、半導体ウエハの部分的な凹凸を平坦化することが
できる。前記研磨パッド２と弾性体３、及び弾性体３と
ベース基板との固定は、例えば両面テープ、あるいは接
着剤、真空吸着、ネジ等を用いて固定等により固定され
る。 又、前記複数の研磨パッドを用いて構成された研
磨工具１には、荷重手段が接続されており、前記荷重手
段は荷重機構、荷重測定機構、及び荷重機構の制御部で
ある制御コントローラ等から構成されている。前記荷重
測定機構は例えば圧力センサであり、それぞれ前記研磨
工具１の荷重を測定するものである。前記圧力センサ５
は複数の研磨工具１毎に設けられている。更に前記複数
の研磨工具１毎に荷重を調整する目的で、前記複数の研
磨工具それぞれに荷重を与える荷重機構６が独立して設
けられ、前記それぞれの研磨パッドに対応する荷重機構
６は専用の制御コントローラ７により与える荷重を制御
されている。前記荷重機構の制御コントローラ７は、半
導体ウエハ上の各部分の研磨量を設定する研磨量設定機
構に接続されており、前記研磨量設定機構からの設定に
従い、それぞれの荷重機構６から与える荷重の制御を行
う。そして、前記圧力センサ５及び荷重機構６の接続さ
れた研磨工具１は、プラテン８の上にそれぞれ配置され
ている。

【００１９】ここで複数の研磨工具１の配置例を図３を
基に説明する。図３は本発明の一実施形態である研磨工
具の配置例を示した平面図であり、ここで挙げた研磨工
具１の配置に関しては、研磨パッドの形状が一つかそれ
とも複数か、研磨パッドどうしが等間隔かそれとも等間
隔でないか、研磨パッドが周期的かそれとも非周期的か
に分類できる。又、研磨パッドの材質に関しても材料が
同一かそれとも２種類以上の材質を用いているかに分類
できる。

【００２０】図３（ａ）〜（ｃ）は一つの形状の研磨パ
ッドを等間隔で周期的に配置した例である。図３（ｄ）
は一つの形状の研磨パッドを等間隔でなく、周期的に配
置した例である。図３（ｅ）は一つの形状の研磨パッド
を等間隔でなく、対称性はあるが非周期的に配置した例
である。図３（ｆ）は一つの形状の研磨パッドを等間隔
でなく、非周期的に配置した例である。図３（ｇ）〜
（ｈ）は複数の形状の研磨パッドを等間隔で周期的に配
置した例である。図３（ｉ）は複数の形状の研磨パッド
を等間隔で非周期的に配置した例である。図３（ｊ）は
複数の形状の研磨パッドを等間隔でなく非周期的に配置
した例である。図３（ｋ）は複数の形状の研磨パッドを
等間隔でなく非周期的に配置した例である。このような
研磨パッドの配置に関して、研磨パッドの配置や形状を
種々変更させることにより被処理物の中心部と外側の研
磨特性を変える等の調整をすることができる。

【００２１】図３（ｌ）は複数の形状で２種類以上の材
質を用いた研磨パッドを等間隔で周期的に配置した例で
ある。前記研磨パッドの材質は同一でも２種類以上でも
問題なく研磨加工できる。特に所望の堅さの研磨パッド
が入手できない場合には、図３（ｌ）のようにいくつか
の堅さの研磨パッドを組み合わせて、配置させることに
よって所望の堅さの研磨パッドで研磨した状態を得るこ
とができる。つまり、研磨パッドの材質等を組み合わせ
て配置させることにより、例えば所望の表面の荒さを持
つ平坦面に研磨したり、種々な研磨特性の研磨パッドに
調整することが可能である。尚、これらの分割された研
磨パッドの形状やパターンは種々変更可能であり、用途
によって使いわけても良い。

【００２２】前記研磨工具１を配置した前記プラテン８
は、前記プラテンの回転手段に接続されており、前記プ
ラテンの回転手段は、プラテン回転用モータ、回転数測
定機、及び制御コントローラ等からなっている。前記プ
ラテン回転用モータ９は研磨加工処理の際にはプラテン
８を所定の回転数に回転させる。この回転により前記プ
ラテン８上に配置されている研磨工具１も一緒に回転さ
れる。前記プラテン回転用モータ９には、前記プラテン
の回転数及び回転トルクを測定する測定機１０が接続さ
れており、前記測定機１０はプラテン回転用モータ９の
制御コントローラ１１によって制御されている。又、研
磨加工処理時に使用される研磨用のスラリは研磨処理の
際にスラリ供給用ノズル１２から研磨工具１に供給さ
れ、前記研磨工具１の研磨パッド２を被覆する。この研
磨用のスラリとしては、コロイダルシリカ、酸化セリウ
ム、酸化アルミナ等が用いられる。

【００２３】そして、前記研磨工具１の研磨パッドに半
導体ウエハの処理面が対向するように前記半導体ウエハ
を保持するウエハチャック部１３が設けられており、前
記研磨加工処理の被処理物である半導体ウエハの裏面、
つまりは研磨加工が行われる面の反対側を真空吸着等に
より保持する。前記ウエハチャック部１３は、ウエハチ
ャック部の回転手段に接続されており、前記ウエハチャ
ック部の回転手段は、ウエハチャック回転用モータ、回
転数測定機、及び制御コントローラ等からなっている。
前記ウエハチャック回転用モータ１４は、半導体ウエハ
の研磨加工処理時にウエハチャック部１３を研磨工具の
回転に対して相対的に回転させ、ウエハチャック部１３
に保持された半導体ウエハを所定の回転数に回転させ
る。前記回転用モータ１４には前記ウエハチャック部１
３の回転数を測定する回転数測定機１５、及び前記回転
用モータの制御を行うための制御コントローラ１６が接
続されている。

【００２４】又、研磨処理前あるいは研磨処理途中での
半導体ウエハ上の各部分の研磨量を測定、つまり膜圧測
定する機構として、例えば多重反射干渉式膜圧測定機１
８が設けられている。前記膜圧測定機構としては他に
も、水晶振動子を用いた半導体ウエハの固有振動数の変
化による膜圧測定機、あるいは触針式の段差測定機を用
いても良い。そして、前記多重反射干渉式膜圧測定機１
８はパッド毎に荷重を変化調整する研磨量設定機構１７
に接続されており、前記研磨量設定機構１７は前記多重
反射干渉式膜圧測定機１８によって得られた測定データ
に基づいて半導体ウエハ上の各部分の研磨量の設定を行
う。前記半導体ウエハ上の各部分の研磨量の設定は、あ
る規則に従って行われる。この規則として、例えばガラ
ス研磨におけるＰｒｅｓｔｏｎの式が挙げられ、前記Ｐ
ｒｅｓｔｏｎの式は、ガラスの研磨速度が、加工荷重に
比例し、研磨パッドとの相対速度に比例するものであ
る。前記研磨量設定機構１７から出された研磨量の設定
内容は、前記荷重機構の制御手段、前記プラテンの回転
手段の制御手段、及び前記ウエハチャックの回転手段の
制御手段に送られる。

【００２５】次に本発明の一実施の形態である研磨装置
を用いた半導体ウエハの研磨加工処理について、図４及
び図５を基に説明する。

【００２６】この半導体装置の製造に用いられる半導体
ウエハ１９は例えば単結晶引き上げ法等により形成され
たシリコン（Ｓｉ）のインゴットをスライスして得られ
る円板上のシリコン基板に所定の回路を形成したもので
ある。

【００２７】前記シリコン基板回路形成にあたって、導
電性、半導電性、あるいは絶縁性等の膜を積層する。例
えば図４の場合、図４（ａ）に示したようにシリコン基
板２０の一面に酸化シリコン絶縁層２１ａを形成する。
前記形成された酸化シリコン絶縁層の上に所定のアルミ
配線２２のパターンを図４（ｂ）に示すように形成す
る。そして前記アルミ配線２２のパターン形成後、図４
（ｃ）に示すように前記アルミ配線２２のパターンの上
からシリコン基板２０に酸化シリコン絶縁層２１ｂを形
成する。ここで前記シリコン基板２０への前記アルミ配
線２２及び酸化シリコン絶縁層２１ｂの積層に起因し
て、半導体ウエハの表面の層、ここでは酸化シリコン絶
縁層２１ｂに部分的に凹凸が生じてしまう。このような
積層起因による半導体ウエハの凹凸を前述した研磨加工
装置で図４（ｄ）に示すような平坦化させるものであ
る。又、半導体ウエハは全体的にも元々の反り等の変形
があるため、前記表面がうねっていることが多く、半導
体ウエハの全体的な凹凸に倣う必要がある。

【００２８】このような平坦化を要する半導体ウエハ１
９の裏面を真空吸着等により、前述した研磨装置のウエ
ハチャック部１３に搭載する。そしてウエハチャック部
１３に接続されたウエハチャック回転用モータ１４を用
いて、前記ウエハチャック部１３及び前記ウエハチャッ
ク部に搭載された半導体ウエハ１９を所定の回転数まで
回転させる。このウエハチャック回転用モータ１４は制
御コントローラ１６により制御され、回転数測定機１５
により回転数を測定する。このウエハチャック部１３は
複数の半導体ウエハを装着できるように構成し、複数の
半導体ウエハを同時に処理することもできる。

【００２９】そして、前述したように複数の研磨工具１
が搭載されたプラテン８も、前記ウエハチャック部１３
と同様に、前記プラテン８に接続されたプラテン回転用
モータ９を用いて、前記研磨工具を所定の回転数まで回
転させる。このプラテン回転用モータ９は回転モータ用
の制御コントローラ１１により制御され、この時の回転
数は前記プラテン回転用モータ９に接続された回転数測
定機１０により測定する。前記半導体ウエハ１９と研磨
工具１の回転は、互いに相対的に回転させる。そして、
前記スラリ供給用ノズル１２から、回転された前記研磨
工具１の表面、つまりウエハチャック部１３に保持され
た半導体ウエハ１９との接触させる面の上に研磨用のス
ラリを供給し、前記研磨パッドを研磨スラリで被覆す
る。前記研磨工具へのスラリ供給後、図示しない駆動手
段により、ウエハチャック部１３に保持された半導体ウ
エハ１９とプラテン８に固定された研磨工具１を近付け
ていき、半導体ウエハ４と研磨工具とを研磨用スラリを
介して相対運動させることにより、半導体ウエハの一主
面の部分的な突出部分が研磨され、前記半導体ウエハの
表面が平坦化される。

【００３０】この時、前記研磨工具１は、図５に示すよ
うに研磨パッドが複数個形成され、かつ研磨パッド２を
弾性体３を介してベース基板４に固定されて構成されて
いるために前記半導体ウエハの全体的な凹凸に倣って堅
い研磨パッドを接触できる。さらに前記複数の研磨パッ
ド毎に荷重を与える機構６がそれぞれ設けられており、
適宜各部分の荷重を与える荷重機構６を前記荷重を与え
る機構用の制御コントローラ７により制御し、半導体ウ
エハの各部分に加える荷重を均一に与える。

【００３１】又、複数の研磨パッド毎に圧力センサ５が
設けられており、各研磨パッド毎の荷重を測定すること
ができる。この研磨量は、前記多重反射干渉式膜圧測定
機１８により、研磨前、あるいは研磨処理途中で得られ
た測定データに基づいて、前述したＰｒｅｓｔｏｎの式
に従って、前記研磨量設定機構において半導体ウエハ上
の各部分の研磨量を設定する。この設定は、ガラスの研
磨速度は加工荷重に比例し、研磨パッドとの相対速度に
比例するとしたものであるため、前記プラテンの回転数
測定機１０とウエハチャック部の回転数測定機１５によ
り研磨パッドと半導体ウエハの位置が計算でき、ある時
点での研磨パッドに与えるべき荷重が定められる。そこ
で前記研磨パッド毎に与えるべき荷重の設定を前記荷重
機構用の制御コントローラ７に送り、研磨パッド毎にあ
る荷重機構６と圧力センサ５により設定された荷重に調
整される。又、前記研磨量設定機構から必要に応じて前
記プラテンの回転手段、及び前記ウエハチャックの回転
手段での回転数の制御も行う。

【００３２】そして、一定時間経過後、前記ウエハチャ
ック部１３に保持された半導体ウエハ１９と前記プラテ
ン８に固定された研磨工具を離していき、当該半導体ウ
エハの研磨加工を終了する。そして前記研磨加工処理の
終了した半導体ウエハ１９を前記ウエハチャック部１３
から取り外し、さらに未処理の半導体ウエハを前記ウエ
ハチャック部１３に保持し、同様に半導体ウエハの研磨
加工処理を繰返し行っていくものである。

【００３３】前記実施の形態によれば次のような効果が
得られる。

【００３４】（１）研磨加工工具の硬性材料からなる複
数の研磨パッドのそれぞれが半導体ウエハの面積より小
さく分割し、前記それぞれの研磨パッドを弾性材料を介
してベース基板に固定した研磨工具を用いたことによ
り、半導体ウエハの全体的な凹凸に倣って接触させるこ
とができ、かつ、半導体ウエハの部分的な凹凸を平坦化
できる。

【００３５】（２）（１）の複数の研磨パッドごとにそ
れぞれ荷重を与える荷重機構を設け、それぞれの研磨パ
ッドから前記半導体ウエハ上に与えられる荷重を制御す
るようにしたことにより、半導体ウエハの各部分に加え
られる荷重を均一にすることができる。又、荷重を調整
することにより、半導体ウエハの各部分に加えられる荷
重を均一にすることができるため、半導体ウエハ全体で
の残膜厚のバラツキが少なく、研磨だれ等の問題もない
良好な研磨加工をすることが可能となる。

【００３６】（３）前記複数の研磨パッド毎にそれぞれ
に荷重を与える荷重機構を設け、半導体ウエハの各部分
に加えられる荷重を制御しているため、たとえ半導体ウ
エハに酸化シリコン絶縁膜を成膜する際に膜厚むらが生
じている場合でも均一な研磨が可能となる。

【００３７】（４）前記複数の研磨工具の配置及び形状
を種々変更させることにより、研磨特性を自由に調整・
変更することができる。

【００３８】（５）前記研磨工具の複数の研磨パッド
を、複数種類の材質の研磨パッドを組み合わせて配置さ
せることにより、所望の研磨特性の研磨パッドを入手で
きない場合でも、所望の研磨特性の研磨パッドで研磨加
工を行った状態を得ることができる。

【００３９】以上、本発明者によってなされた発明を実
施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施
形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例え
ば本実施形態では分かり易く説明するために簡単な積層
構造の半導体ウエハの研磨加工処理について説明した
が、本発明は複雑な多層配線ほど有効となる研磨加工技
術である。

【００４０】又、本実施形態では研磨加工処理を一つの
層にだけ適用した場合について説明したが、積層された
層のうち平坦化が必要な層、あるいはすべての層に研磨
加工処理を行うようにしても良い。

【００４１】又、本実施形態では半導体ウエハ上の各部
分の研磨量の調整を、研磨パッドごとの荷重調整により
行なった場合について説明したが、例えば研磨量がPres
tonの式のように荷重と研磨パッドとの相対速度に比例
する場合には相対速度の調整でも研磨量の調整が可能で
ある。従って均一な研磨を可能にする目的で研磨パッド
毎に荷重機構を用いたが、研磨パッド毎に回転を与える
機構、又は研磨パッド毎に温度を与える機構、あるいは
それらの組み合わせることでも均一な研磨加工が可能で
ある。

【００４２】又、本実施形態では、研磨パッド、弾性材
層、及びこれらを支持する支持部材の三層をすべてを平
面方向に分割形成された研磨工具を用いた研磨加工につ
いて説明したが、本発明は図６に示したように弾性材層
を分割形成せずに形成した研磨工具を用いてもよい。

【００４３】さらに、本実施形態では半導体ウエハに積
層された絶縁性等の膜の平坦化に用いた場合について説
明したが、本発明は多層配線板、例えばプリント基板や
マルチチップモジュール基板等に積層される層の平坦化
に適用しても良い。

【００４４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
の通りである。

【００４５】即ち、半導体ウエハの面積より小さく形成
された硬性材料からなる複数の研磨パッドを、それぞれ
弾性材料からなる層を介して支持部材に固定し、複数の
研磨パッドからなる研磨工具を構成しているため、半導
体ウエハの全体的な凹凸に倣って接触させることがで
き、かつ、半導体ウエハの部分的な凹凸を平坦化でき
る。さらに前記複数の研磨パッドそれぞれに荷重を与え
る機構を設け、それぞれの荷重を与える機構で、前記研
磨パッドから半導体ウエハに与えられる荷重を制御する
ようにしたことにより、半導体ウエハの各部分に加えら
れる荷重を均一にすることができる。又、半導体ウエハ
の各部分に加えられる荷重を均一にすることができるた
め、半導体ウエハ全体での残膜厚のバラツキが少なく、
研磨だれの問題もない良好な研磨加工をすることが可能
となる。従って、半導体ウエハ全体での残膜厚のバラツ
キが少なく、研磨だれの問題もない良好な研磨加工が可
能となるため、ＬＳＩの多層配線化及び高密度化が容易
になる。

【００４６】さらに、積層起因の半導体ウエハの部分的
な凹凸を平坦化する研磨加工が可能となるため、従来問
題であった露光時の焦点深度の不足がない、あるいはス
ルーホール部の平坦化による配線密度の向上した半導体
デバイスを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である半導体ウエハ上に形
成された導電性、あるいは半導電性、絶縁性の膜の研磨
加工を行うための研磨装置の概略構成図である。

【図２】本発明の一実施形態である研磨装置の研磨工具
を示す平面図である。

【図３】本発明の一実施形態である研磨工具の研磨パッ
ドの配置例を示した平面図である。

【図４】半導体ウエハのプロセスの一部を示す断面図で
ある。

【図５】本発明の一実施形態である研磨工具と半導体ウ
エハとの接触状態を示す断面図である。

【図６】本発明の一実施形態である研磨工具の変形例を
示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・研磨工具、２・・・研磨パッド、３・・・弾性体、４・・・
ベース基板、５・・・圧力センサ、６・・・荷重機構、７・・・
荷重機構用の制御コントローラ、８・・・プラテン、９・・・
プラテン回転用モータ、１０・・・プラテン回転数と回転
トルクの測定機、１１・・・プラテン回転用モータの制御
コントローラ、１２・・・スラリ供給用ノズル、１３・・・ウ
エハチャック、１４・・・ウエハチャック回転用モータ、
１５・・・ウエハチャック回転数と回転トルクの測定機、
１６・・・ウエハチャック用回転モータの制御コントロー
ラ、１７・・・研磨量設定機構、１８・・・多重干渉式膜厚測
定機、１９・・・半導体ウエハ、２０・・・シリコン基板、２
１・・・酸化シリコン絶縁層、２２・・・アルミ配線

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハの研磨加工において用いられ
   る、研磨パッド、弾性材層、及びこれらを支持する支持
   部材から構成される研磨工具であって、硬性材料からな
   る研磨パッドを複数個平面配置し、前記複数の研磨パッ
   ドそれぞれを支持する複数の支持部材が前記弾性材層を
   介して、前記複数の研磨パッドそれぞれに対応して形成
   されていることを特徴とする研磨工具。
2. 【請求項２】前記弾性材層は、前記複数の研磨パッドそ
   れぞれに対応した複数の弾性材層から形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の研磨工具。
3. 【請求項３】前記複数の研磨パッドが、少なくとも２種
   類の材質の研磨パッドを組み合わせて平面配置している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の研磨工
   具。
4. 【請求項４】研磨スラリが被覆された複数の研磨パッ
   ド、弾性材層、及びこれらを支持する支持部材からなる
   研磨工具と半導体ウエハとの相対運動により、前記半導
   体ウエハの一主面の研磨加工を行なう研磨方法におい
   て、前記半導体ウエハの一主面の膜厚を測定する工程
   と、この測定結果に基づいて前記複数の研磨パッドそれ
   ぞれに加える荷重を調整する工程と、前記研磨パッドを
   前記半導体ウエハの一主面に接触する工程と、前記研磨
   工具と前記半導体ウエハとを相対運動させる工程とを有
   することを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。
5. 【請求項５】研磨スラリが被覆された研磨パッド、弾性
   材層、及びこれらを支持する支持部材からなる研磨工具
   と半導体ウエハの相対運動により、前記半導体ウエハの
   研磨加工を行なう研磨装置において、硬性材料からなる
   前記研磨パッドを複数個平面配置し、前記複数の研磨パ
   ッドそれぞれを支持する複数の支持部材が前記弾性材層
   を介して、前記複数の研磨パッドそれぞれに対応して形
   成された研磨工具と、前記研磨パッド毎にそれぞれ荷重
   を加える荷重機構とを具備したことを特徴とする半導体
   ウエハの研磨装置。
6. 【請求項６】前記弾性材層は、前記複数の研磨パッドそ
   れぞれに対応した複数の弾性材層から形成されているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の半導体ウエ
   ハの研磨装置。
7. 【請求項７】前記複数の研磨パッドそれぞれの前記半導
   体装置との接触面積が、前記半導体ウエハの前記複数の
   研磨パッドと接触する面積よりも小さいことを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載の半導体ウエハの研磨装
   置。
8. 【請求項８】前記複数の研磨パッドが、少なくとも２種
   類の材質の研磨パッドを組み合わせて平面配置している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の半導体ウ
   エハの研磨装置。
9. 【請求項９】前記複数の研磨パッド毎に設けられ、前記
   それぞれの研磨パッドに与えられる荷重を測定する荷重
   測定機構と、前記荷重測定機構からの測定結果を基に前
   記それぞれの研磨パッドに与えられる荷重を制御する制
   御機構とを具備したことを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項記載の半導体ウエハの研磨装置。
10. 【請求項１０】前記半導体ウエハに形成された膜厚を測
    定する膜厚測定機構と、前記半導体ウエハの膜厚の測定
    結果を基に前記半導体ウエハ上の各部分の研磨量を設定
    する研磨量設定機構とを具備したことを特徴とする特許
    請求の範囲第５項記載の半導体ウエハの研磨装置。
11. 【請求項１１】前記研磨量設定機構は、前記研磨工具を
    載置するプラテン、及び前記半導体ウエハを保持するウ
    エハチャック部の回転手段の制御も行なうことを特徴と
    する特許請求の範囲第５項記載の研磨装置。
12. 【請求項１２】研磨スラリが被覆された複数の研磨パッ
    ド、弾性材層、及びこれらを支持する支持部材からなる
    研磨工具と半導体ウエハの相対運動により、前記半導体
    ウエハの研磨加工を行なう研磨装置において、硬性材料
    からなる研磨パッドを複数個平面配置し、前記複数の研
    磨パッドそれぞれを支持する複数の支持部材が前記弾性
    材層を介して、前記複数の研磨パッドそれぞれに対応し
    て形成された研磨工具と、前記研磨パッド毎に設けら
    れ、該研磨パッドから前記半導体ウエハに荷重を与える
    複数の荷重手段と、前記荷重手段が設けられた前記研磨
    工具を載置するプラテンと、前記プラテンを所定の回転
    数まで回転させる第１の回転手段と、前記半導体ウエハ
    を保持するウエハチャック部と、前記ウエハチャック部
    を所定の回転数まで回転させる第２の回転手段と、前記
    研磨パッドに研磨スラリを供給する供給機構とを有する
    ことを特徴とする半導体ウエハの研磨装置。