JPH097983A - 研磨装置およびこれを用いた研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 研磨布１が張設された単一の回転定盤２と、
研磨布１上に研磨剤３を供給する研磨剤供給手段１２，
１３と、基体４，５を密着保持し、これを回転させなが
ら研磨布１に摺接させるための第１の基体保持台６およ
び第２の基体保持台７と、各基体保持台６，７の各上流
側にて各々が独立に回転可能となされた第２の研削ヘッ
ド１０および第２の研削ヘッド１１とを備える。そし
て、この研削ヘッド１０，１１により、研磨布１の表面
粗度をいずれの基体４，５に摺接する領域でも略等しく
なるように研削しながら、該基体４，５を研磨する。 【効果】 複数の基体に対して同時に研磨を行っても、
基体間の研磨特性を均一化することができるようにな
る。したがって、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、優れたスループットにて信頼性の高
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。

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同時に複数枚処理でき
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。

【０００３】ウェハを平坦化するためには、段差の凸部
を化学的機械研磨（以下、ＣＭＰと称す。）することに
よって除去する方法が適用されている。

【０００４】このＣＭＰを行うには、例えば図１３の断
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１０６より構成されるものである。

【０００５】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。

【０００６】また、上記基体保持台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、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。

【０００７】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１０６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１０６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。

【０００８】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度といった
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
が変化し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１０８を埋設させた研削ヘッド１１０が配設さ
れ、該研削砥粒１０８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１１０は、そ
の中心に設けられた軸部１１０ｓ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。

【０００９】このような研削ヘッド１１０を用いた研削
は、所定量の研磨が終了してから行ってもよいが、研磨
中における研磨特性の変化を抑制するためには、研磨を
行いながら同時に行って（以下、同時研削と称す。）、
研磨布１０１の表面粗度を常に一定に維持することが好
ましい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな研磨装置を用いた研磨工程において、スループット
を向上させるためには、単一の回転定盤１０２に対して
複数の基体保持台１０６を配設し、複数の基体１０４を
同時に研磨することが有効である。

【００１１】このためには、例えば、図１４に示される
ように、２つの基体保持台１０６，１０７を配設し、２
つの基体１０４，１０５に対して同時に研磨が行えるよ
うな研磨装置を用いればよい。

【００１２】しかしながら、このような研磨装置におい
ては、研削ヘッド１１０を配設して同時研削を行って
も、２つの基体保持台１０６，１０７間で、保持される
基体１０４，１０５の研磨速度や達成可能な平坦性とい
った研磨特性が異なってしまう。

【００１３】これは、研削ヘッド１１０によって研削さ
れた直後の研磨布１０１は所望の表面粗度を有している
ため、基体１０４に対して適切な研磨を行えるが、これ
より回転定盤１０２の回転方向の下流側にて研磨布１０
１に摺接する基体１０５に対しては、該基体１０４との
摺接により表面粗度が劣化した研磨布１０１にて研磨が
なされることとなるためである。

【００１４】そして、同時に研磨が行われる基体の数を
増やすほど、基体間で研磨特性のバラツキが大きくな
る。このため、スループット向上と、均一な研磨特性と
を両立させることは困難であった。

【００１５】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、１つの回転定盤上にて複数の
基体に対する研磨を行うに際し、いずれの基体に対して
も均一な研磨特性にて研磨を行えるような研磨装置を提
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。

【００１６】

【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単一の回転定盤と、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
めの複数の基体保持台と、該各基体保持台につき少なく
とも１つ以上設けられ、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、この研磨布の表面粗度を
調整する研削手段とを備えるものである。

【００１７】即ち、複数の基体保持台のそれぞれに対応
して研削手段が設けられることにより、いずれの基体保
持台に保持された基体に対しても、研削手段にて表面粗
度が同じように調整された研磨布を摺接させようとする
ものである。このためには、研磨布のある領域は、ある
基体に摺接した後、次の基体に摺接するに先んじて、研
削手段によって表面粗度が再調整される必要がある。

【００１８】したがって、各研削手段は、各基体保持台
に対して回転定盤の回転方向の上流側にて、各々が独立
に回転可能に配設された研削ヘッドであって好適であ
る。なお、研磨布の表面粗度を適切に制御するために
は、各研削ヘッドの回転数や研磨布への押し付け圧力が
調整可能となされて好適である。また、回転定盤の限ら
れた面積内に多くの基体保持台を対向させるには、各研
削ヘッドの占有面積が小さい方が好ましいことから、小
径とされても研磨布の広域を研削できるように、該各研
削ヘッドが回転定盤の径方向に揺動可能となされて好適
である。

【００１９】また、各研削手段は、各基体保持台の外縁
部に同心的に配設され、該各基体保持台と一体的に回転
するようになされてもよい。例えば、円盤状の各基体保
持台の周囲を取り囲むリング状の研削ヘッドが挙げられ
る。なお、この研削ヘッドにおいては、全面に亘って研
削砥粒が埋設されていてもよいし、放射線状に複数の領
域に分割されて研削砥粒が埋設されていてもよい。この
ような研削手段においては、回転数は基体保持台の回転
数に従い、研磨布への押し付け圧力も基体保持台の押し
付け圧力に依存することとなる。但し、研削ヘッドの基
体保持台に対する相対位置を調整可能としておけば、研
削ヘッドの押し付け圧力を独立に制御することも可能と
なる。

【００２０】また、各研削手段は、各基体保持台の外縁
部に複数配設され、各々が自転可能となされてもよい。
例えば、基体保持台よりも小径の円盤状の研削ヘッドが
挙げられる。このような研削手段においては、公転の回
転数が基体保持台の回転数に従うこととなるが、自転の
回転数や研磨布への押し付け圧力を調整可能として好適
である。

【００２１】なお、上述したような、基体保持台の外縁
部にて、該基体保持台と一体的に回転するような研削手
段、あるいは該基体保持台の周囲にて自公転するような
研削手段は、基体保持台を１つだけ有する研磨装置に適
用することも可能である。しかし、複数の基体に対して
同時に研磨を行う場合に適用してより効果的である。こ
れは、基体保持台の外縁部に設けられた研削手段におい
ては、基体に摺接する領域の研磨布を基体との摺接直前
と摺接直後の２段階に研削するためである。即ち、基体
保持台およびこの外縁部の研削手段が２組以上設けられ
ることにより、上流側の基体の周囲の研削手段によって
該基体との摺接直後になされる研削と、下流側の基体の
周囲の研削手段によって該基体との摺接直前になされる
研削とを組み合わせて、効率よく、研磨布を所定の表面
粗度に調整することができるのである。また、このよう
に、基体保持台の外縁部に研削手段を設けると、回転定
盤の限られた面積内に多くの基体保持台を対向させるに
も有利となる。

【００２２】なお、研磨布の表面粗度の制御には、研削
砥粒の硬度や粒径の選択も重要である。この材料は、ダ
イヤモンド、炭化シリコン（ＳｉＣ）、酸化アルミニウ
ム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、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）より選ばれる少なくとも１種であって好適で
ある。

【００２３】また、複数の基体に対して、均一な研磨特
性にて研磨を行うためには、摺接させる研磨布の表面粗
度が略等しくなるように研削を行う以外にも、研磨剤が
略等しい条件で供給されていることも必要である。この
ため、研磨剤供給手段は、各基体保持台につき少なくと
も１つ以上設けられて好適である。

【００２４】本発明に係る研磨方法は、上述したような
研磨装置を用いて基体に対する研磨を行うものである。
即ち、単一の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、複数の基体保持台にそれぞれ保持させた
複数の基体の各被研磨面を該研磨布に摺接させることに
より、該複数の基体に対する研磨を同時に行うに際し
て、この研磨と同時に、研磨布を、その表面粗度がいず
れの基体に摺接する領域でも略等しくなるように、各基
体保持台につき少なくとも１つ以上設けられた研削手段
によって研削するものである。

【００２５】ここで、研磨布の表面粗度を、いずれの基
体に摺接する領域でも略等しくなるように研削するに
は、前述したような構成を有する研削手段を用いたり、
研磨剤供給手段を各基体保持台につき少なくとも１つ以
上設けたりすればよい。

【００２６】

【作用】本発明を適用して、各基体保持台につき、研削
手段を１つ以上設けると、いずれの基体保持台に保持さ
れた基体に対しても、表面粗度が略等しい研磨布を摺接
させることが可能となる。

【００２７】各研削手段が、各基体保持台に対して回転
定盤の回転方向の上流側にて、各々が独立に回転可能に
配設された研削ヘッドである場合、複数の基体に対して
同時に研磨を行っても、それぞれの基体の上流側にて研
磨布に対する表面粗度の再調整を行えるため、いずれの
基体に対しても略等しい表面粗度を有する研磨布を摺接
させることができる。

【００２８】なお、研削ヘッドを回転定盤の径方向に揺
動可能とすれば、小径化が可能となるため、回転定盤の
限られた面積内に多くの基体保持台を対向させることが
可能となる。

【００２９】また、各研削手段が、各基体保持台の外縁
部に同心的に配設され、該各基体保持台と一体的に回転
するように配設されたものである場合、あるいは、各基
体保持台の外縁部に複数配設され、各々が自転可能とな
されたものである場合も、回転定盤の限られた面積内に
多くの基体保持台を対向させやすい。さらに、研磨布の
ある領域が基体に摺接するまでには、上流側の基体との
摺接直後になされる研削と、下流側の基体との摺接直前
になされる研削との２段階の研削がなされるため、基体
保持台およびこれに伴う研削手段が２組以上設けられる
ことによって効率よく、研磨布に対する研削および基体
に対する研磨が行える。

【００３０】なお、研削手段が、各基体保持台と一体的
に回転するように配設されたものである場合、研削手段
を動作させるために新たな駆動機構を必要とせず、単純
な構成によって十分な研削を行える。

【００３１】また、研削手段が、各基体保持台の外縁部
に複数配設され、各々が自転可能となされたものである
場合、基体保持台の回転によってのみ動作させる場合よ
りも、研磨布に対する相対的な摺接速度を上げることが
でき、より均一な研削が可能となる。

【００３２】このため、上述したような研磨装置を用い
て、複数の基体に対して同時に研磨を行うと、スループ
ットを向上させつつ、基体間の研磨特性を均一化するこ
とができるようになる。

【００３３】

【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。

【００３４】実施例１ 本実施例の研磨装置は、２つの基体保持台に対して、回
転定盤の回転方向の上流側にて、各々が独立に回転可能
に配設された、２つの研削手段を備えたものである。以
下、この研磨装置について、図１に示される平面図、図
２に示される図１のａ−ａ’線における断面図、図３に
示される図１のｂ−ｂ’線における断面図を参照しなが
ら説明する。

【００３５】この研磨装置は、平均粗さＲa が０．５μ
ｍの研磨布１が張設された回転定盤２と、研磨布１上に
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、基体４，５をそれぞれ密着保持し、これを研磨
布１に摺接させる第１の基体保持台６および第２の基体
保持台７と、これらの基体保持台６，７の各上流側の所
定地点に各々が独立に回転可能に配設された第１の研削
ヘッド１０および第２の研削ヘッド１１とから構成され
る。

【００３６】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。

【００３７】また、上記第１の基体保持台６および第２
の基体保持台７も、その中心に設けられた軸部６ｓ，７
ｓ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４，５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、上記研磨布１への摺
接／離間を制御できるようになされている。

【００３８】上記第１の研削ヘッド１０および第２の研
削ヘッド１１は、粒径１００μｍのダイヤモンドよりな
る研削砥粒８，９がそれぞれ埋設され、これら回転させ
ながら研磨布１に摺接させることによって、これらの下
流側に所定の表面粗度を生成させるものである。なお、
これら第１の研削ヘッド１０および第２の研削ヘッド１
１は、その中心に設けられた軸部１０ｓ，１１ｓを介し
て図示しない駆動機構に接続され、これにより、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１に対する
研削砥粒８，９の摺接／離間および押し付け圧力を制御
できるようになされている。また、これら第１の研削ヘ
ッド１０および第２の研削ヘッド１１は、回転定盤２の
径方向（矢印Ｆ方向）に揺動可能となされている。

【００３９】このような研磨装置を用いれば、研磨布１
に、第１の研削ヘッド１０，第２の研削ヘッド１１の研
削砥粒８，９をそれぞれ摺接させて、これらの下流側に
所定の表面粗度を生成させ、この所定の表面粗度を有す
る研磨布１に対して、第１の基体保持台６および第２の
基体保持台７に保持された基体４，５の被研磨面をそれ
ぞれ摺接させて研磨を行うことができる。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】 層間絶縁膜５４の成膜条件 原料ガス ： ＴＥＯＳ 流量 ３５０ ｓｃｃｍ Ｏ₂ 流量 ３５０ ｓｃｃｍ 圧力 ： １３３０ Ｐａ （１０ Ｔｏｒｒ） 温度 ： ４００ ℃ ＲＦ電力 ： ３６０ Ｗ 但し、ＴＥＯＳとはテトラエトキシシランである。

【００４３】そして、上述のような構成を有する基体に
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。

【００４４】具体的には、先ず、上述のウェハを２枚
（基体４，５）、それぞれ層間絶縁膜５４が研磨布１に
対向するように第１の基体保持台６と第２の基体保持台
７に保持させて１７ｒｐｍにて回転させる一方、回転定
盤２を１７ｒｐｍにて回転させ、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
給した。また、該研磨布１には、第１の研削ヘッド１
０，第２の研削ヘッド１１における研削砥粒８，９の保
持面を５０ｒｐｍにて回転させながら３０ｋｇｆなる押
し付け圧力にて摺接させた。そして、上記第１の研削ヘ
ッド１０，第２の研削ヘッド１１による研削が行われて
いる研磨布１に対して基体４，５を摺接させた。

【００４５】このような同時研削により、基体４，５の
いずれに対しても、研磨布１の平均粗さが等しくなされ
た状態で研磨が行われ、図５に示されるように、各基体
４，５における層間絶縁膜５４が平坦化された。

【００４６】その後、基体４，５を研磨布１から離間さ
せ、該基体４，５をフッ化水素（ＨＦ）水溶液にて洗浄
し、該基体４，５の被研磨面に付着した研磨剤３を除去
した。

【００４７】なお、研磨布のある点ｘにおける表面粗度
は図６に示されるように、基体４あるいは基体５に摺接
することによって、Ｒ₁ からＲ₂ まで低下し、研削砥粒
８あるいは研削砥粒９に摺接することによって、Ｒ₂ か
らＲ₁ まで回復する、という変化を繰り返す。ここで
は、Ｒ₁ は平均粗さＲa ＝０．５μｍであり、Ｒ₂ は平
均粗さＲa ＝０．３μｍである。

【００４８】したがって、本実施例のようにして研磨を
行うと、基体４と基体５とに対して同時に研磨を行って
も、両者に略等しい表面粗度を有する研磨布を摺接させ
ることができる。このため、基体４，５間で研磨特性が
ばらつくことなく、スループット向上と、均一な研磨特
性とを両立させることができた。

【００４９】実施例３ 本実施例の研磨装置は、２つの基体保持台の各外縁部に
同心的に配設され、該各基体保持台と一体的に回転する
研削手段を備えたものである。以下、この研磨装置につ
いて、図７に示される平面図、図８に示される図７のａ
−ａ’線における断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、共通説明を省略する。

【００５０】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、研磨布１上に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、基体４，５を
それぞれ密着保持し、これを研磨布１に摺接させる第１
の基体保持台６および第２の基体保持台７とは実施例１
の研磨装置と同一の構成を有する。そして、本実施例の
研磨装置においては、各々独立に回転可能となされた第
１の研削ヘッド１０および第２の研削ヘッド１１が設け
られる代わりに、第１の基体保持台６の外縁部に、該第
１の基体保持台６と一体的に回転する第１の研削ヘッド
２０が設けられ、第２の基体保持台７の外縁部に、該第
２の基体保持台７と一体的に回転する第２の研削ヘッド
２１が設けられる。

【００５１】上記第１の研削ヘッド２０および第２の研
削ヘッド２１は、それぞれ第１の基体保持台６および第
２の基体保持台７の外縁部を取り囲むごとくリング状を
なしており、その研磨布１との対向面に粒径８０μｍの
ダイヤモンドよりなる研削砥粒１８，１９がそれぞれ埋
設されてなる。なお、図９に第１の研削ヘッド２０の底
面を示すように、研削砥粒１８は、放射線状に複数の領
域に分割されて埋設されており、第２の研削ヘッド２１
の底面においても同様に、研削砥粒１９は、放射線状に
複数の領域に分割されて埋設されている。

【００５２】第１の研削ヘッド２０および第２の研削ヘ
ッド２１は、第１の基体保持台６および第２の基体保持
台７の回転に従って、矢印Ｂ方向へ回転すると共に、こ
れら基体保持台６，７の移動に伴って、矢印Ｃ方向へも
移動可能となされている。但し、両研削ヘッド２０，２
１は、各基体保持台６，７に対する相対位置が調整可能
とされ、所望の押し付け圧力にて研磨布１を研削できる
ようになされている。

【００５３】このような研磨装置を用い、研磨布１に、
第１の研削ヘッド２０および第２の研削ヘッド２１の研
削砥粒１８，１９をそれぞれ摺接させながら、これらの
内周側の第１の基体保持台６および第２の基体保持台７
に保持された基体４，５の被研磨面をそれぞれ摺接させ
た場合、研磨布１のある領域は、基体４に摺接するまで
に、基体５との摺接直後の第２の研削ヘッド２１による
研削、基体４との摺接直前の第１の研削ヘッド２０によ
る研削という、２段階の研削がなされることとなる。同
様に、研磨布１のある領域は、基体５に摺接するまで
に、基体４との摺接直後の第１の研削ヘッド２０による
研削、基体５との摺接直前の第２の研削ヘッド２１によ
る研削という、２段階の研削がなされることとなる。

【００５４】このため、本実施例の研磨装置において
は、効率よく研磨布１を研削しながら基体４，５に対す
る研磨を行うことができる。また、この研磨装置におい
ては、研削ヘッド２０，２１を動作させるために新たな
駆動機構を必要とせず、単純な構成によって十分な研削
を行える。

【００５５】実施例４ 以下、上述のような実施例３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。

【００５６】具体的には、先ず、実施例２と同様に、シ
リコン基板５１上に酸化シリコンよりなる下層絶縁膜５
２、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２枚のウェハ（基体４，５）を、それぞれ層間絶縁膜
５４が研磨布１に対向するように第１の基体保持台６と
第２の基体保持台７に保持させた。

【００５７】また、回転定盤２を１７ｒｐｍにて回転さ
せ、研磨布１上に研磨剤３を供給する一方、第１の基体
保持台６、第２の基体保持台７をそれぞれ１７ｒｐｍに
て回転させることにより、該第１の基体保持台６および
第２の基体保持台７の外縁部にそれぞれ設けられた第１
の研削ヘッド２０および第２の研削ヘッド２１をも回転
させた。

【００５８】そして、第１の基体保持台６および第２の
基体保持台７に保持された基体４，５と、第１の研削ヘ
ッド２０および第２の研削ヘッド２１に埋設された研削
砥粒１８，１９とを研磨布１に摺接させた。ここでは、
両研削ヘッド２０，２１の研磨布１に対する押し付け圧
力は、各基体保持台６，７に対する相対位置によって調
整され、３０ｋｇｆとなされた。

【００５９】このような同時研削により、基体４，５の
いずれに対しても、研磨布１の平均粗さＲa が等しくな
された状態で研磨が行われ、層間絶縁膜５４が平坦化さ
れた。その後、基体４，５を研磨布１から離間させ、実
施例２と同様にして、基体４，５の被研磨面に付着した
研磨剤３を除去した。

【００６０】なお、研磨布１のある点ｙは、図１０に示
されるように、基体４との摺接直前に、その外周側の研
削砥粒１８に摺接することによって、表面粗度をｒ₂ か
らｒ₁ まで回復させてから、該基体４と摺接する。そし
て、該基体４との摺接によって、表面粗度がｒ₁ からｒ
₃ まで低下しても、すぐその直後に、再び研削砥粒１８
に摺接することによって、表面粗度をｒ₃ からｒ₂ まで
回復させる。同様に、ｒ₂ を維持していた表面粗度は、
基体５との摺接直前に、その外周側の研削砥粒１９に摺
接することによって、ｒ₁ まで回復する。その直後、基
体５との摺接によりｒ₁ からｒ₃ まで低下しても、すぐ
その直後に、再び研削砥粒１９との摺接によってｒ₃ か
らｒ₂ まで回復する。このように、研磨布１は、これら
基体４，５の外周側に設けられた研削砥粒１８，１９に
よって、基体４，５に摺接する直前および直後に研削が
なされるということを繰り返す。ここでは、ｒ₁ は平均
粗さＲa ＝０．４μｍ、ｒ₂ は平均粗さＲa ＝０．３７
μｍ、ｒ₃ は平均粗さＲa＝０．３μｍである。

【００６１】したがって、本実施例のようにして研磨を
行うと、基体４と基体５とに対して同時に研磨を行って
も、両者に略等しい表面粗度を有する研磨布を摺接させ
ることができる。このため、基体４，５間で研磨特性が
ばらつくことなく、スループット向上と、均一な研磨特
性とを両立させるができた。

【００６２】実施例５ 本実施例の研磨装置は、研削手段が、２つの基体保持台
の各外縁部に複数配設され、該研削手段自身も自転する
ようになされたものである。以下、この研磨装置につい
て、図１１の平面図を参照しながら説明する。なお、実
施例１および実施例３に示された研磨装置と同一の構成
を有する部材には共通符号を付し、共通説明を省略す
る。

【００６３】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、研磨布１上に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、基体４，５を
それぞれ密着保持し、これを研磨布１に摺接させる第１
の基体保持台６および第２の基体保持台７とは実施例１
の研磨装置と同一の構成を有する。そして、第１の基体
保持台６の外縁部には、該第１の基体保持台６の回転に
伴って公転し、それ自体も自転する円盤状の８個の第１
の研削ヘッド３０が設けられ、第２の基体保持台７の外
縁部にも同様に、該第２の基体保持台７の回転に伴って
公転し、それ自体も自転する８個の円盤状の第２の研削
ヘッド３１が設けられる。

【００６４】上記第１の研削ヘッド３０および第２の研
削ヘッド３１は、それぞれ基体保持台６，７よりも小径
とされ、図１２に断面図を示すように、研磨布１との対
向面に粒径１００μｍのダイヤモンドよりなる研削砥粒
２８，２９がそれぞれ埋設されてなる。また、それぞれ
の中心が軸部３０ｓ，３１ｓ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Ｇ方向に自転可能となさ
れている。なお、モータは、８個の第１の研削ヘッド３
０、８個の第２の研削ヘッド３１のそれぞれに１つずつ
接続される必要はなく、ここでは、８個の第１の研削ヘ
ッド３０を１つのモータにて自転させ、８個の第２の研
削ヘッド３１を他の１つのモータにて自転させた。

【００６５】したがって、これら第１の研削ヘッド３０
および第２の研削ヘッド３１は、第１の基体保持台６お
よび第２の基体保持台７の回転に従って、矢印Ｂ方向へ
公転すると共に、各々が自転することにより、研削砥粒
２８，２９を自公転運動させる。なお、研磨布１に対す
る第１の研削ヘッド３０および第２の研削ヘッド３１の
摺接／離間は、第１の基体保持台６および第２の基体保
持台７の移動に伴って行われるが、該各研削ヘッド３
０，３１の研磨布１への押し付け圧力は、各々調整可能
となされている。

【００６６】このような研磨装置を用い、研磨布１に、
第１の研削ヘッド３０および第２の研削ヘッド３１の研
削砥粒２８，２９をそれぞれ摺接させながら、これらの
内周側の第１の基体保持台６および第２の基体保持台７
に保持された基体４，５の被研磨面をそれぞれ摺接させ
た場合、実施例３の研磨装置を用いた場合と同様、研磨
布１のある領域は、基体４，５との摺接直前および摺接
直後に、第１の研削ヘッド３０および第２の研削ヘッド
３１による２段階の研削がなされてから基体４，５に摺
接することとなる。

【００６７】このため、本実施例の研磨装置において
は、効率よく研磨布１を研削しながら基体４，５を研磨
することができる。また、この研磨装置においては、第
１の研削ヘッド３０および第２の研削ヘッド３１をそれ
ぞれ８個ずつ配設し、これらを各々自転させるため、実
施例３の研磨装置に比して、研磨布に対する研削砥粒２
８，２９の相対的な摺接速度を上げることができ、より
均一な研削が可能となる。

【００６８】実施例６ 以下、上述のような実施例５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。

【００６９】具体的には、先ず、実施例２と同様に、シ
リコン基板５１上に酸化シリコンよりなる下層絶縁膜５
２、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２枚のウェハ（基体４，５）を、それぞれ層間絶縁膜
５４が研磨布１に対向するように第１の基体保持台６と
第２の基体保持台７に保持させた。

【００７０】また、回転定盤２を１７ｒｐｍにて回転さ
せ、研磨布１上に研磨剤３を供給する一方、第１の基体
保持台６および第２の基体保持台７をそれぞれ１７ｒｐ
ｍにて回転させることにより、該基体保持台６，７の外
縁部にそれぞれ設けられた第１の研削ヘッド３０および
第２の研削ヘッド３１を公転させた。また、これと同時
に、各研削ヘッド３０，３１を各々自転させた。

【００７１】そして、第１の基体保持台６および第２の
基体保持台７に保持された基体４，５と、第１の研削ヘ
ッド３０および第２の研削ヘッド３１に埋設された研削
砥粒２８，２９とを研磨布１に摺接させた。ここでは、
各研削ヘッド３０，３１の研磨布１に対する押し付け圧
力を、３０ｋｇｆとした。

【００７２】このような同時研削により、基体４，５の
いずれに対しても、研磨布１の平均粗さが等しくなされ
た状態で研磨が行われ、層間絶縁膜５４が平坦化され
た。その後、基体４，５を研磨布１から離間させ、実施
例２と同様にして、基体４，５の被研磨面に付着した研
磨剤３を除去した。

【００７３】なお、研磨布１のある点ｚは、実施例４と
同様に、基体４，５の外周側に設けられた研削砥粒２
８，２９によって、基体４，５に摺接する直前および直
後に研削がなされて２段階に表面粗度を回復させてか
ら、基体４，５に摺接するということを繰り返した。

【００７４】したがって、本実施例のようにして研磨を
行うと、基体４と基体５とに対して同時に研磨を行って
も、両者に略等しい表面粗度を有する研磨布を摺接させ
ることができる。このため、基体４，５間で研磨特性が
ばらつくことなく、スループット向上と、均一な研磨特
性とを両立させるができた。

【００７５】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。例えば、実施例１の研磨装置においては、第１
の研削ヘッド１０および第２の研削ヘッド１１を基体
４，５よりも小径とし、回転定盤２の径方向に揺動させ
たが、該回転定盤２上に十分な面積がある場合には、両
研削ヘッド１０，１１の径を基体４，５と同等以上とし
て揺動を行わせずともよい。

【００７６】また、実施例３の研磨装置においては、第
１の研削ヘッド２０および第２の研削ヘッド２１におけ
る研磨布１との対向面に研削砥粒１８，１９を埋設する
領域と埋設しない領域とを形成したが、全面に亘って研
削砥粒１８，１９を埋設してもよい。

【００７７】さらに、実施例５の研磨装置においては、
各基体保持台６，７について、８個ずつの研削ヘッド３
０，３１を配設したが、この個数はこれに限られない。
また、研削ヘッド３０，３１の各々に１つずつモータを
配設してもよい。

【００７８】その他、一度に３枚以上の基体に対して研
磨を行えるように、基体保持台や研削ヘッドの数を増や
す等、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。

【００７９】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、本発明は、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。

【００８０】

【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、各基体保持台につき、研削手段を１つ以上
設けた研磨装置は、いずれの基体保持台に保持された基
体に対しても、表面粗度が略等しくなされた研磨布を摺
接させることが可能となる。

【００８１】このため、このような研磨装置を用いて、
複数の基体に対して同時に研磨を行うと、スループット
を向上させつつ、基体間の研磨特性を均一化することが
できるようになる。

【００８２】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、優れたスル
ープットにて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
平面図である。

【図２】図１におけるａ−ａ’線断面を示す模式的断面
図である。

【図３】図１におけるｂ−ｂ’線断面を示す模式的断面
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研磨に
おいて、研磨布のある点ｘにおける表面粗度の変化を示
すタイムチャート図である。

【図７】本発明に係る研磨装置の他の構成例を示す模式
的平面図である。

【図８】図７におけるａ−ａ’線断面を示す模式的断面
図である。

【図９】図７における研削ヘッドを示す模式的底面図で
ある。

【図１０】本発明に係る研磨方法の他の例を適用した研
磨において、研磨布のある点ｘにおける表面粗度の変化
を示すタイムチャート図である。

【図１１】本発明に係る研磨装置のさらに他の構成例を
示す模式的平面図である。

【図１２】図１１における研削ヘッドを示す模式的断面
図である。

【図１３】従来型の研磨装置の一構成例を示す模式的断
面図である。

【図１４】従来型の研磨装置の他の構成例を示す模式的
平面図である。

【符号の説明】

１ 研磨布 ２ 回転定盤 ３ 研磨剤 ４，５ 基体 ６ 第１の基体保持台 ７ 第２の基体保持台 ８，９ 研削砥粒 １０ 第１の研削ヘッド １１ 第２の研削ヘッド １２，１３ 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 (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨布が張設された単一の回転定盤と、 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
   摺接させるための複数の基体保持台と、 前記各基体保持台につき少なくとも１つ以上設けられ、
   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、該研磨布の表面粗度を調整する研削手段とを
   備えることを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 前記各研削手段は、前記各基体保持台に
   対して前記回転定盤の回転方向の上流側にて、各々が独
   立に回転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。
3. 【請求項３】 前記各研削手段は、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２
   記載の研磨装置。
4. 【請求項４】 前記各研削手段は、前記各基体保持台の
   外縁部に同心的に配設され、該各基体保持台と一体的に
   回転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。
5. 【請求項５】 前記研削手段は、各基体保持台の外縁部
   に複数配設され、各々が自転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。
6. 【請求項６】 前記研削砥粒が、ダイヤモンド、炭化シ
   リコン、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チタン、
   酸化シリコン、酸化セリウムより選ばれる少なくとも１
   種よりなることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
7. 【請求項７】 前記研磨剤供給手段が、前記各基体保持
   台につき少なくとも１つ以上設けられていることを特徴
   とする請求項１記載の研磨装置。
8. 【請求項８】 単一の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、複数の基体保持台にそれぞれ保
   持させた複数の基体の各被研磨面を該研磨布に摺接させ
   ることにより、該複数の基体に対する研磨を同時に行う
   に際して、 この研磨と同時に、前記研磨布を、その表面粗度がいず
   れの基体に摺接する領域でも略等しくなるように、前記
   各基体保持台につき少なくとも１つ以上設けられた研削
   手段によって研削することを特徴とする研磨方法。
9. 【請求項９】 前記各基体保持台に対して前記回転定盤
   の回転方向の上流側にて、各々が独立に回転する研削手
   段によって、前記研磨布に対する研削を行うことを特徴
   とする請求項８記載の研磨方法。
10. 【請求項１０】 前記研削手段を、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９記載の研磨方
    法。
11. 【請求項１１】 前記各基体保持台の外縁部に同心的に
    配設され、該各基体保持台と一体的に回転する研削手段
    によって、前記研磨布に対する研削を行うことを特徴と
    する請求項８記載の研磨方法。
12. 【請求項１２】 前記各基体保持台の外縁部に複数配設
    され、各々が自転可能となされている研削手段によっ
    て、前記研磨布に対する研削を行うことを特徴とする請
    求項８記載の研磨方法。
13. 【請求項１３】 前記研削手段として、ダイヤモンド、
    炭化シリコン、酸化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化チ
    タン、酸化シリコン、酸化セリウムより選ばれる少なく
    とも１種よりなる研削砥粒が埋設されたものを用いるこ
    とを特徴とする請求項８記載の研磨方法。
14. 【請求項１４】 前記各基体保持台につき少なくとも１
    つ以上設けられている研磨剤供給手段によって、研磨布
    上に研磨剤を供給することを特徴とする請求項８記載の
    研磨方法。