JPH10156724A - 研磨布、該研磨布を用いた平坦化研磨方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被研磨面を研磨する場合に、均一性と再現性
を損なわず、かつ、パターンの疎密に依存せず平坦な研
磨面を得ることが可能な研磨布、該研磨布を用いた平坦
化研磨方法、及び半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 縦弾性係数Ｅ_A の大きい表層Ａと、縦
弾性係数Ｅ_B の小さい下層Ｂとを有し、両層Ａ，Ｂとの
間に上記Ｂ層よりも少なくとも縦弾性係数の大きい中間
層Ｍを設けた研磨布。上記を用いた平坦化研磨方
法。研磨工程を有する半導体装置の製造方法におい
て、半導体基体或いは半導体基体表面に形成した被研磨
層を研磨布を用いて平坦化研磨する場合に、上記を用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨布、該研磨布
を用いた平坦化研磨方法、及び半導体装置の製造方法に
関する。本発明はたとえば、段差を有する基体表面、或
いは段差を有する基体表面に被研磨層を形成し被研磨層
を平坦に研磨加工する工程を有する場合において、この
とき用いる研磨布及び平坦化研磨方法として利用するこ
とができ、また、研磨工程を有する各種の半導体装置の
製造方法において、その研磨方法を改良した技術として
利用することができる。

【０００２】たとえば本発明は、半導体製造装置の研磨
加工方法に具体化して、たとえば超微細化、高集積化し
たメモリーを含む半導体集積回路等の製造の際の技術と
して、好適に利用できる。

【０００３】

【従来の技術】研磨技術を用いる技術分野は多く、たと
えば半導体装置等の電子部品の製造工程において、精密
な研磨技術が採用されている。以下、半導体装置製造技
術の分野を例にとって、当該分野における技術的要請に
ついて述べる。

【０００４】近年、半導体装置製造技術の分野では数々
の技術的要請がなされており、たとえばＬＳＩについて
これに高付加価値を持たせるため、更なる高集積化が要
求されている。このため半導体装置製造技術においては
微細化及び積層化が進められている。このような微細化
及び積層化が進むと、半導体装置として回路パターンを
半導体基板上に形成することが困難になる。一般的に、
回路パターンをパターニングするためにはフォトリソグ
ラフィー技術が用いられ、微細化はフォトリソグラフィ
ーの解像度Ｋと焦点深度（Ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕ
ｓ、以下ＤＯＦと略す）に影響を与える。ここで、解像
度Ｋと焦点深度ＤＯＦは、それぞれ次のように表され
る。

【０００５】

【数３】Ｋ＝ｋ₁ λ／ＮＡ ＤＯＦ＝ｋ₂ λ／ＮＡ² （ただしｋ₁ 、ｋ₂ はプロセスファクター、λ＝波長、
ＮＡ＝開孔率である）

【０００６】微細化とは基本的に解像度を上げること
（即ちＫの値を小さくすること）であるが、上記の関係
から、これにともなってＤＯＦの値も小さくなることが
分かる。このとき、半導体チップ内のデバイスを構成す
べき部分の段差がＤＯＦよりも大きくなると、半導体装
置としてのパターンが基板上に形成されなくなる。

【０００７】また次に、積層化が進むと、チップ内の絶
対段差は各レイヤー（積層化された場合のそれぞれの
層）の持つデバイス段差の積算に等しくなるため、絶対
段差が増加することになる。よって、デバイス段差を、
与えられたＤＯＦ内に収める技術が要求されることにな
る。これを達成させるためには、次の（Ａ）（Ｂ）の検
討が必須とされる。 （Ａ）チップ内の絶対段差を低減するグローバル平坦化
技術を開発すること。 （Ｂ）デバイス構造の変更、高誘電体材料の採用、低抵
抗配線材料を採用することで、デバイス段差自体を低減
すること。

【０００８】以下に、これら（Ａ）（Ｂ）を検討する場
合について、各説明する。 （Ａ）へのアプローチ グローバル（全面）平坦化としては、半導体装置製造工
程中の主に層間絶縁膜を形成する工程で行われている。
ここではダミーパターンを用いて、堆積ののちエッチバ
ックを行う技術がよく用いられ、たとえば、ＳＯＧの成
膜或いはＣＶＤによる堆積ののち、全面ＲＩＥを行う方
法が採用されてきた。しかし、工程数の増加、及び素子
特性の劣化（ダミーパターンによりＲＣ遅延が増大す
る）の観点より、更に簡便かつ平坦度の優れた平坦化技
術が必要とされに至ってきた。

【０００９】そこで、研磨技術を用いた平坦化技術が注
目されるのであり、たとえば層間絶縁膜の化学的機械研
磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅｃａｎｉｃａｌ−ｐｏｌｉ
ｓｈｉｎｇ、適宜ＣＭＰと略す）技術が、グローバル平
坦化技術として注目を浴びている（これについては、た
とえば前田和夫，電子材料，６月号，１９９３年，ｐ４
１〜４７）。

【００１０】次に、上述した（Ｂ）へのアプローチの検
討について述べる。 （Ｂ）へのアプローチ ここでは、一例として配線材料を取り上げる。現在主流
のＡｌ系配線材料よりも比抵抗が２／３倍と小さいＣｕ
系材料が有望視されている。ところが、このＣｕ系材料
は、Ｃｌ系のガスとの反応生成物の蒸気圧が低いためＲ
ＥＩによる加工が難しい。そこで、塩素系の反応生成物
を作らなくてもＣｕ系配線材料が加工できるＣｕＣＭＰ
が注目を浴びている（Ｊ．Ｍ．Ｓｔｅｉｇｅｒｗａｌ
ｄ，ｅｔ．ａｌ．，Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉ．Ｓ
ｏｃ．，Ｖｏｌ．１４１，Ｎｏ．１０，ｐ２８４２〜２
８４８，Ｏｃｔｏｂｅｒ，１９９４）。このような金属
のＣＭＰについては、予め層間絶縁膜に配線層を残すた
めの溝や、配線層を接続するための接続孔を形成した
後、当該溝や接続孔に配線材料を残す方法（Ｄａｍａｓ
ｃｅｎｅ（Ｒｏｎａｌｄ Ｒ．Ｕｔｔｅｃｈｔ，Ｒｏｂ
ｅｒｔ Ｍ．Ｇｅｆｆｋｅｎ，ＶＩＭＣ Ｃｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅ，ｐ２０〜２６，Ｊｕｎｅ，１１−１２，１９
９１），Ｄｕａｌｄａｍａｓｃｅｎｅ（Ｃａｒｔｅｒ
Ｗ．Ｋａｎｎｔａ，ｅｔ．ａｌ．，ＶＩＭＣ Ｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅ，ｐ１４４〜１５２，Ｊｕｎｅ，１１−１
２，１９９１））が検討されている。

【００１１】要するにＣＭＰ技術に代表される研磨技術
は、今後の半導体装置の製造プロセスのキープロセスで
あり、その技術開発が重要視されている。しかし、ＣＭ
Ｐ技術等の研磨技術にも解決すべき問題が残っており、
これをまとめると以下のようになる。 １．研磨量の下地形状及び形状の疎密による依存性（パ
ターン依存性）がある。 ２．他の半導体プロセスに比べ均一性と再現性が劣る。 ３．スクラッチの発生のおそれがある。 ４．パーティクルやメタルコンタミネーション等の汚染
の除去技術の確立が要せられる。 ５．終点を適正に判定する方法の開発が要せられる。

【００１２】とりわけて、上記１のパターン依存性は、
グローバル平坦性や加工形状に直接関係するもので、早
急に解決されなければならない課題である。本発明は、
基本的に、このパターンの依存性を解決する手段を提供
することを目的としている。そこで、まず、パターン依
存性の発生原因と、パターン依存性解決を図る従来技術
について述べる。

【００１３】パターン依存性の対策と解決すべき問題点
について説明すると、次のとおりである。研磨における
パターン依存性とは、研磨量が下地のパターンの寸法と
密度に依存して変化することを意味する。研磨量につい
てパターン依存性が生じる原因は、研磨時の実効荷重
が、パターンの寸法と密度によって変化するためであ
る。このことは、ＣＭＰの研磨量と研磨布の弾性変形か
ら、次のように説明できる。

【００１４】被研磨面内の任意のポイントＸに於ける研
磨量Ｍ_X は、次のようにプレストン式に表される。たと
えば被研磨面１０である基板面内のポイントＸについて
は、図６に示した。図６中、符号１０は、研磨定盤を示
す。

【００１５】

【数４】 Ｍ_X ＝ｋ_X Ｖ_X Ｐ_X ｔ_X ・・・（１）プレストン式

【００１６】ここで、ｋ_X は比例定数、ｔ_X は研磨時間
である。これから、研磨量Ｍ_X は、研磨圧力Ｐ_X と相対
速度Ｖ_X に比例していることがわかる。通常、研磨量の
面内均一性を向上させるため、段差を有さない基体を用
いて、相対速度と研磨圧力が研磨内面で分布を持たない
ように条件の最適化を行う。

【００１７】しかし、段差を有する基体を研磨すると
き、研磨布１２は図７に示したように基体１３の凹凸に
そって弾性変形するため、パターンの寸法に依存した応
力集中やパターン密度に依存した圧力分布が生じる
（Ｙ．Ｈａｙａｓｉｄａ，ｅｔ．ａｌ．，ＶＩＭＣ Ｃ
ｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｃ．Ｍ．Ｐ．Ｐｌａｎａｒｉｚａ
ｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ，ｐ４６４〜４７０，Ｊｕｎ
ｅ２９，１９９５）。この応力集中や圧力分布によって
研磨量Ｍが変化してしまい、いわゆるパターン依存性が
発生するのである。よって、パターン依存性を抑制する
ためには研磨布の弾性変形量を小さくすることが必要に
なる。

【００１８】そこで、研磨布の弾性変形量を研磨布の物
性及び研磨条件の関係について考える。弾性変形したと
きの研磨布の変形量は、図７に示すように、均一な梁の
たわみ量δとして扱うことができる。図７中、符号１２
で研磨布（計算上、梁として扱う）を示し、１３で段差
のある被研磨基体を示す。今研磨布に等分布荷重ｐが作
用し研磨布を弾性変形させたとすると、研磨布のたわみ
量δは次のようにして与えられる。

【００１９】

【数５】δ＝１２ｐ（ｘ⁴ −２ｌｘ³ ＋ｌ³ ｘ）／（２
４Ｅｈ³ ｂ）

【００２０】ここで、ｘ＝片側凸部からの距離、ｐ＝荷
重、ｌ＝スペースの幅、Ｅ＝縦弾性係数（ヤング係
数）、ｈ＝研磨布の厚み、ｂ＝研磨布の奥行きである。
ｘ＝１／２のとき、研磨布のたわみ量δは最大値δｍａ
ｘをとる（下式参照）。

【００２１】

【数６】 δｍａｘ＝６０ｐｌ⁴ ／（３８４Ｅｈ³ ｂ）・・・（２）

【００２２】上記式（２）より、δｍａｘを小さくする
ためには、次の１〜４の対策をとればよいことがわか
る。 １．荷重ｐを小さくする。 ２．スペースの幅ｌを小さくする。 ３．研磨布の縦弾性係数Ｅを大きくする、即ち研磨布を
硬くする。 ４．研磨布の厚みｈを薄くする。

【００２３】ここで、スペースの幅ｌを小さくするため
には、ダミーパターンを配置すればよいのであるが、ダ
ミーパターンを配置することはＲＣ遅延の増大を誘発す
るため、避けることが望ましい。次に、研磨布の厚みｈ
小さくすることは、生産性（研磨布の交換頻度を多くせ
ざるを得なくなる）を考えると、現実的でない。

【００２４】よって、δｍａｘを小さくする最も現実的
な方法は、荷重ｐを下げること、及び研磨布の縦弾性係
数Ｅを大きくすることである。

【００２５】研磨時の荷重を下げることは、装置側で比
較的容易に実現できる。しかし、研磨時の荷重を下げる
ことは、同時に研磨装置の動コンプライアンスを低下さ
せるため、研磨の面内均一を劣化させることになる。

【００２６】一方、研磨布の縦弾性係数Ｅの値を更に大
きくすることは、現在市販されている通常の材料からな
る研磨布、すなわち、たとえばポリウレタン樹脂系の研
磨布については、すでに限界に達していることを考える
と、非常に難しい。

【発明が解決しようとする課題】

【００２７】上記のように、均一性と再現性を損なわ
ず、かつ、パターンの疎密に依存せず平坦な研磨面を得
るための技術、たとえば適切な研磨条件及びドレス条件
を有する研磨技術は、必ずしも容易には達成できないの
である。

【００２８】本発明は上記問題点に鑑みて創案されたも
ので、被研磨面を研磨する場合に、均一性と再現性を損
なわず、かつ、パターンの疎密に依存せず平坦な研磨面
を得ることが可能な研磨布、該研磨布を用いた平坦化研
磨方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目
的とする。

【００２９】これは、たとえば半導体基板表面に形成さ
れた凹凸を平坦化する研磨工程について言えば、被研磨
表面の均一性と再現性を損なわず、かつ、下地パターン
の疎密に依存せず平坦な基板表面等を形成可能な技術を
提供するということであり、このことは、前述した内容
から、次のように言い換えることができる。 １）研磨系の動コンプライアンスを低下させないこと、
すなわちこれによる均一性及び再現性の維持・向上 ２）研磨布の縦弾性係数Ｅを大きくすること、すなわち
これによるパターン依存性の解消

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明の研磨布は上記目
的を達成するため、縦弾性係数Ｅ_A の大きい表層Ａと、
縦弾性係数Ｅ_B の小さい下層Ｂとを有し、両層Ａ，Ｂと
の間に上記Ｂ層よりも少なくとも縦弾性係数の大きい中
間層Ｍを設けたことを特徴とする構成としたものであ
る。

【００３１】本発明の平坦化研磨方法は上記目的を達成
するため、被研磨材料を、研磨布を用いて研磨すること
により平坦化する平坦化研磨方法において、研磨布とし
て、縦弾性係数Ｅ_A の大きい表層Ａと、縦弾性係数Ｅ_B
の小さい下層Ｂとを有し、両層Ａ，Ｂとの間に上記Ｂ層
よりも少なくとも縦弾性係数の大きい中間層Ｍを設けた
研磨布を用いることを特徴とする構成としたものであ
る。

【００３２】本発明の半導体装置の製造方法は上記目的
を達成するため、研磨工程を有する半導体装置の製造方
法において、半導体基体、或いは半導体基体表面に形成
した被研磨層を研磨布を用いて平坦化研磨する場合に、
研磨布として、縦弾性係数Ｅ_A の大きい表層Ａと、縦弾
性係数Ｅ_B の小さい下層Ｂとを有し、両層Ａ，Ｂとの間
に上記Ｂ層よりも少なくとも縦弾性係数の大きい中間層
Ｍを設けた研磨布を用いることを特徴とする構成とした
ものである。

【００３３】本発明は、本発明者による次のような知見
により、創案されたものである。本発明者は、上述の目
的を達成するため、鋭意検討を行う過程で、研磨布の表
層：Ａ（縦弾性係数Ｅ_A の大きい層）と研磨系の動コン
プライアンスを低下させないための下層：Ｂ（縦弾性係
数Ｅ_B の小さい層）の間に、Ａ層よりも縦弾性係数の大
きい層：Ｍ（縦弾性係数Ｅ_M ＞Ｅ_A ＞Ｅ_B ）を設けるこ
とにより、本発明の目的に合致した効果を得ることがで
きることを見い出した。このような研磨布及び、この研
磨布を用いて半導体基体を研磨加工することは、以下に
示した考えに基づく。

【００３４】１）研磨系の動コンプライアンスを低下さ
せないこと 研磨系の動コンプライアンスを制御するには、系の剛性
のコントロールが必要になる。系の剛性には、研磨装置
の剛性と研磨布の剛性とが考えられるが、研磨装置の剛
性を低下させることは加工精度と再現性を劣化させるた
め現実的ではない。そこで、研磨布の剛性、即ち、縦弾
性係数を調節することで、系の動コンプライアンスを向
上させる方法が現実的である。

【００３５】具体的には、研磨系のの動コンプライアン
スを低下させないために、研磨布の表層：Ａ（縦弾性係
数Ｅ_A ）よりも縦弾性係数の小さい下層：Ｂ（縦弾性係
数Ｅ_A ＞Ｅ_B ）を設ける手段が良い。

【００３６】２）研磨布の縦弾性係数Ｅを大きくするこ
と 研磨布全体の見かけの縦弾性係数Ｅは次のように示すこ
とができる。

【００３７】

【数７】 Ｅ＝（Ｆ／Ｓ）／（λ／ｌ） ・・・（３）

【００３８】ここで、Ｓは力（荷重）Ｆに垂直な見かけ
の断面積、λは縦弾性変形量、ｌは研磨布の厚さであ
る。これを図５に示したようにＡ層及びＢ層に分離し、
さらに中間のＭ層を想定して同様に考えると、Ａ層、Ｍ
層及びＢ層の縦弾性係数Ｅ_A 、Ｅ_M 、Ｅ_B は、次のよう
に表せる。

【００３９】

【数８】 Ｅ_A ＝（Ｆ／Ｓ_A ）／（λ_A ／ｌ_A ） ・・・（４） Ｅ_M ＝（Ｆ／Ｓ_M ）／（λ_M ／ｌ_M ） ・・・（４） Ｅ_B ＝（Ｆ／Ｓ_B ）／（λ_B ／ｌ_B ） ・・・（６）

【００４０】ここで、力の釣合いと、初期条件から、Ｓ
＝Ｓ_A ＝Ｓ_M ＝Ｓ_B 、λ＝λ_A ＝λ_M ＝λ_B 、ｌ＝ｌ_A
＝ｌ_M ＝ｌ_B であるから、以下の関係が成り立つ。

【００４１】

【数９】 Ｅ＝（ｌ_A ＋ｌ_M ＋ｌ_B ）（ｌ_A ／Ｅ_A ＋ｌ_M ／Ｅ_M ＋ｌ_B ／Ｅ_B ）^-1 ・・・（７）

【００４２】これをｎ個の層に一般化すると、次式
（７′）となる。

【００４３】

【数１０】 Ｅ ＝（ｌ₁ ＋ｌ₂ ＋・・・＋ｌ_n-1 ＋ｌ_n ）（ｌ₁ ／Ｅ₁ ＋ｌ₂ ／Ｅ₂ ＋ ・・・＋ｌ_n-1 ／Ｅ_n-1 ＋ｌ_n ／Ｅ_n ）^-1 ・・・（７′）

【００４４】今、Ｍ層の無い研磨布の見かけの縦弾性係
数Ｅ₀ を式（７′）から求めると、Ｅ₀ は次のようにな
る。

【００４５】

【数１１】 Ｅ₀ ＝（ｌ_A ＋ｌ_B ）（ｌ_A ／Ｅ_A ＋ｌ_B ／Ｅ_B ）^-1 ・・・（８）

【００４６】Ｅ＞Ｅ₀ となるためには、（７）、（８）
より、次の条件が満たされればよい。

【００４７】

【数１２】 Ｅ_M ＞（ｌ_A ＋ｌ_B ）（ｌ_A ／Ｅ_A ＋ｌ_B ／Ｅ_B ）^-1 ・・・（９）

【００４８】即ち、Ｅ_M の物性値としてＥ_M ＞Ｅ₀ であ
ればよいことになる。これをｎ個のＭ層で一般化する
と、次の条件であればよいことになる。

【００４９】

【数１３】 Ｅ_M-1 、Ｅ_M-2 、・・・、Ｅ_M-(n-1) ＋Ｅ_M-n ＞（ｌ_A ＋ｌ_B ）（ｌ_A ／ Ｅ_A ＋ｌ_B ／Ｅ_B ）^-1 ・・・（９′）

【００５０】また、（７）式で表される縦弾性係数Ｅを
もつ研磨布が、要求される最小の縦弾性係数Ｅ′よりも
大きくなるためには、（７）式より、次のようであれば
よい。

【００５１】

【数１４】 ｌ_M ＞〔ｌ_A （Ｅ′−Ｅ_A ）／Ｅ_A ＋ｌ_B （Ｅ′−Ｅ_B ）／Ｅ〕〔（Ｅ_M − Ｅ′）／Ｅ_M 〕^-1 ・・・（１０）

【００５２】同様に（１０）式を一般化して条件を求め
るとすると、Ｍ層全体を１つにまとめ、このときの見か
けの縦弾性係数Ｅ_M を（７′）から求め、式に代入すれ
ばよい。このときのｌ_M は、ｌ_M ＝ｌ_M-1 ＋ｌ_M-2 ＋・
・・＋ｌ_M-(n-1) ＋ｌ_M-n である。

【００５３】よって式（９）、（１０）、一般的には式
（９′）、（１０）を同時に満足させることによって、
従来からの研磨布よりも縦弾性係数Ｅの値を大きくした
研磨布を得ることができる。

【００５４】

【作用】本発明によれば、研磨布の表層：Ａ（縦弾性係
数Ｅ_A の大きい層）と研磨系の動コンプライアンスを低
下させないための下層：Ｂ（縦弾性係数Ｅ_B の小さい
層）の間に、Ａ層よりも縦弾性係数の大きい金属層：Ｍ
（縦弾性係数Ｅ_M ＞Ｅ_A ＞Ｅ_B ）を設けることによっ
て、次の作用がもたらされる。すなわち、 １）研磨系の動コンプライアンスを低下させないこと ２）研磨布の縦弾性係数Ｅを大きくすること が可能となった。

【００５５】

【発明の実施の形態】以下本発明の好ましい実施の形態
を述べ、更に、具体的な実施の形態例を説明する。ただ
し、当然のことではあるが、本発明は以下に開示する具
体的な実施の形態例に限定されるものではない。

【００５６】本発明の研磨布は、縦弾性係数Ｅ_A の大き
い表層Ａと、縦弾性係数Ｅ_B の小さい下層Ｂとを有し、
両層Ａ，Ｂとの間に上記Ｂ層よりも少なくとも縦弾性係
数の大きい中間層Ｍを設けたものであり、この場合、前
記表層Ａは、弾性変形量が小さく研磨後の表面に欠陥を
作らない程度の縦弾性係数Ｅ_A を有し、前記下層Ｂは、
研磨系の動コンプライアンスを低下させない縦弾性係数
Ｅ_B を有する構成にすることが好ましい。

【００５７】このような研磨布は、たとえば半導体基板
表面に形成された凹凸を平坦化する研磨工程において好
ましく用いることができ、この研磨布は、弾性変形量の
小さい表層：Ａ（縦弾性係数Ｅ_A の大きい層）と研磨系
の動コンプライアンスを低下させないための下層：Ｂ
（縦弾性係数Ｅ_B の小さい層）の間に、Ａ層よりも縦弾
性係数の大きい金属層：Ｍ（縦弾性係数Ｅ_M ＞Ｅ_A ＞Ｅ
_B ）を設けた研磨布として構成することは、好ましい実
施の態様である。

【００５８】研磨布の前記Ｍ層は、１層からなる単層で
あってもよく、または２以上の複数層からなるものであ
ってもよい。

【００５９】研磨布の前記Ａ層、Ｂ層、及びＭ層の厚さ
をそれぞれｌ_A 、ｌ_M 、ｌ_B とし、また縦弾性係数をそ
れぞれＥ_A 、Ｅ_M 、Ｅ_B としたとき、以下の関係を満足
させる構成とすることは、好ましい実施の態様である。

【００６０】

【数１５】ｌ_M ＞〔ｌ_A （Ｅ′−Ｅ_A ）／Ｅ_A ＋ｌ
_B （Ｅ′−Ｅ_B ）／Ｅ_B 〕〔（Ｅ_M −Ｅ′）／ Ｅ_M 〕

【００６１】ただしＭ層がｎ層（ｎは２以上の自然数）
ある場合、各層の厚さをそれぞれｌ₁ 、ｌ₂ 、・・・、
ｌ_n-1 、ｌ_n とすると、Ｅ_M 、ｌ_M は下記のように表さ
れる。

【００６２】

【数１６】Ｅ_M ＝（ｌ₁ ＋ｌ₂ ＋・・・＋ｌ_n-1 ＋
ｌ_n ）（ｌ₁ ／Ｅ₁ ＋ｌ₂ ／Ｅ₂ ＋・・・＋ｌ_n-1 ／Ｅ
_n-1 ＋ｌ_n ／Ｅ_n ）^-1 ｌ_M ＝ｌ_M-1 ＋ｌ_M-2 ＋・・・＋ｌ_M-(n-1) ＋ｌ _M-n

【００６３】本発明の平坦化研磨方法は、被研磨材料
を、研磨布を用いて研磨することにより平坦化する平坦
化研磨方法において、研磨布として、上記本発明に係る
研磨布を用いる。この場合に、研磨布として、上述した
各種の態様を採用したものを用いることができる。

【００６４】本発明の平坦化研磨方法において、その平
坦化が、段差を有する基体表面を平坦に研磨するもの、
或いは段差を有する基体表面に被研磨層を形成し被研磨
層を平坦に研磨するものであることは、好ましい態様で
ある。かかる場合に、本発明の効果を十分に発揮できる
からである。

【００６５】本発明の半導体装置の製造方法は、被研磨
材料を、研磨工程を有する半導体装置の製造方法におい
て、半導体基体、或いは半導体基体表面に形成した被研
磨層を研磨布を用いて平坦化研磨する場合に、研磨布と
して、上記本発明に係る研磨布を用いる。この場合に、
研磨布として、上述した各種の態様を採用したものを用
いることができる。

【００６６】実施の形態例１ 以下に具体的な実施例を述べる。この実施の形態例に係
る研磨布は、図１に概略断面図で示すように、縦弾性係
数Ｅ_A の大きい表層Ａと、縦弾性係数Ｅ_B の小さい下層
Ｂとを有し、両層Ａ，Ｂとの間に上記Ｂ層よりも少なく
とも縦弾性係数の大きい（縦弾性係数Ｅ_M ）中間層Ｍを
設けた構造を有する。

【００６７】その表層Ａは、弾性変形量が小さく研磨後
の表面に欠陥を作らない程度の縦弾性係数Ｅ_A を有し、
下層Ｂは、研磨系の動コンプライアンスを低下させない
縦弾性係数Ｅ_B を有する構成に設計する。

【００６８】この実施の形態例では、上記研磨布を得る
のに、次の手順により研磨布を構成するようにした。か
つ、この研磨布を用いた平坦化、及び半導体装置の製造
を行った。

【００６９】市販されている最も標準的な２層の研磨布
は、図５に略示するように、表層（Ａ層）と、下層（Ｂ
層）とからなる。弾性変形量の小さい表層（Ａ層）の縦
弾性係数Ｅ_A 、厚さｌ_A は、それぞれ、下記のとおりで
ある。また、同じく研磨系の動コンプライアンスを低下
させないための下層（Ｂ層）の縦弾性係数Ｅ_B 、厚さｌ
_B は、それぞれ、下記のとおりである（前掲のＹ．Ｈａ
ｙａｓｉｄａ，ｅｔ．ａｌ．，ＶＩＭＣ Ｃｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅ，Ｃ．Ｍ．Ｐ．Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ
Ｐｒｏｃｅｓｓ，ｐ４６４〜４７０，Ｊｕｎｅ２９，１
９９５）。

【００７０】

【数１７】Ｅ_A ＝１２５．４×１０⁶ （Ｐａ）、 ｌ_A ＝０．８×１０^-3（ｍ）、 Ｅ_B ＝３１．４×１０⁶ （Ｐａ）、 ｌ_B ＝０．８×１０^-3（ｍ）

【００７１】ここで、前掲の（８）式より、この研磨布
全体の見かけの縦弾性係数Ｅ₀ は、Ｅ₀ ＝４．４８×１
０⁷ となる。

【００７２】そこで、（７）式より、Ａ層とＢ層の間に
挟まる層（Ｍ層。たとえば金属層）の縦弾性係数Ｅ_M を
５．０×１０⁷ 、５．０×１０⁸ 、５．０×１０⁹ 、
５．０×１０¹⁰、５．０×１０¹¹（Ｐａ）と変化させた
ときのＭ層の厚さｌ_M に対する研磨布全体の見かけの縦
弾性係数Ｅを、図２に示した。Ｍ層の縦弾性係数Ｅ_M を
５．０×１０⁷ （Ｐａ）とした場合のＭ層の厚さｌ_M に
対する研磨布全体の見かけの縦弾性係数Ｅの関係をグラ
フ（Ｉ）で示し、同じくＭ層の縦弾性係数Ｅ_M を５．０
×１０⁸ （Ｐａ）とした場合のＭ層の厚さｌ_M に対する
研磨布全体の見かけの縦弾性係数Ｅの関係をグラフ（Ｉ
Ｉ）で示し、同じくＭ層の縦弾性係数Ｅ_Mを５．０×１
０⁹ （Ｐａ）とした場合のＭ層の厚さｌ_M に対する研磨
布全体の見かけの縦弾性係数Ｅの関係をグラフ（ＩＩ
Ｉ）で示し、同じくＭ層の縦弾性係数Ｅ_M を５．０×１
０¹⁰（Ｐａ）とした場合のＭ層の厚さｌ_M に対する研磨
布全体の見かけの縦弾性係数Ｅの関係をグラフ（ＩＶ）
で示し、同じくＭ層の縦弾性係数Ｅ_M を５．０×１０¹¹
（Ｐａ）ととした場合のＭ層の厚さｌ_M に対する研磨布
全体の見かけの縦弾性係数Ｅの関係をグラフ（Ｖ）で示
す。（図中、グラフ（ＩＶ）とグラフ（Ｖ）とはほとん
ど重なっている。）

【００７３】図２より、Ｍ層の縦弾性係数Ｅ_M が５．０
×１０⁷ （Ｐａ）以上の範囲では、研磨布全体の見かけ
の縦弾性係数ＥはＭ層の厚さｌ_M に比例して大きくなる
ことがわかる。よって（９）式を満たせば原理的に、研
磨布全体の見かけの縦弾性係数Ｅの値を所望の値にする
ことが可能となる。このときのＭ層を構成するための具
体的な材料としては、プラスチック（発泡処理を行なわ
ないものが好ましい）、金属材料等が挙げられる。

【００７４】本実施の形態例では、上記のことから、た
とえば、弾性変形量の小さい表層（Ａ層）の縦弾性係数
Ｅ_A 、及び厚さｌ_A を、それぞれＥ_A ＝１２５．４×１
０⁶（Ｐａ）、ｌ_A ＝０．８×１０^-3（ｍ）、研磨系の
動コンプライアンスを低下させないための下層（Ｂ層）
の縦弾性係数、厚さ、はＥ_B ＝３１．４×１０⁶ （Ｐ
ａ）、ｌ_B ＝０．８×１０^-3（ｍ）とし、不飽和ポリエ
ステル樹脂のプリミックス成形品（ＢＭＣ）を材料とし
てＭ層を形成して、このＭ層の厚さｌ_M をｌ_M ＝１．０
×１０^-3（ｍ）とした研磨布を作成した。このとき、Ｍ
層の縦弾性係数Ｅ_M は、Ｅ_M ＝６．８６×１０⁸ 〜１．
７２×１０⁹ （Ｐａ）となる。図３に、Ｅ_M ＝６．８６
×１０⁸ （Ｐａ）の場合のＭ層の厚さｌ_M に対する研磨
布全体の見かけの縦弾性係数Ｅの関係をグラフ（ＶＩ）
で示し、Ｅ_M ＝１．７２×１０⁹ （Ｐａ）の場合のＭ層
の厚さｌ_M に対する研磨布全体の見かけの縦弾性係数Ｅ
の関係をグラフ（ＶＩＩ）で示した。図示のように、Ｍ
層の厚さｌ_M に対する研磨布全体の見かけの縦弾性係数
Ｅは、図３の関係となり、研磨布全体の縦弾性係数Ｅ
は、Ｅ_M ＝６．５１×１０⁸ 〜６．６４×１０⁷ （Ｐ
ａ）となる。この値は、（８）式に示す市販の縦弾性係
数Ｅ₀ （Ｅ₀ ＝４．４８×１０⁷ ）よりも大きくなって
いることがわかる。

【００７５】本実施の形態例では、上記の研磨布を用い
て、半導体基板上に形成された、下地の凹凸を反映した
絶縁膜を研磨して平坦化を行い、微細で集積化されたメ
モリー装置等の半導体装置を得た。このようにして研磨
したしたとき、均一性は良好に維持され、かつ、パター
ン依存性は改善されていた。よって、すぐれた平坦化研
磨効果が得られ、かつ、生産性良く信頼性の高い半導体
装置を得ることができた。

【００７６】このように、本実施の形態例によれば、半
導体基板表面に形成された凹凸を平坦化する研磨工程に
おいて、均一性と再現性を損なわず、かつ、パターンの
疎密に依存せずに、平坦表面化を達成することが可能と
なる。なお当然のことであるが、Ｍ層の層数及びそれぞ
れの材質及び厚さは、上記の具体例に限定されるもので
はなく、（９）式を満足するものであればよいことはも
ちろんである。

【００７７】実施の形態例２ この実施の形態例では、次の手順により研磨布を構成し
て、これを用いた平坦化、及び半導体装置の製造を行っ
た。

【００７８】すなわちここでは、研磨布全体の見かけの
縦弾性係数Ｅを弾性変形量の小さいＡ層の縦弾性係数Ｅ
_A ＝１２５．４×１０⁶ （Ｐａ）より大きくするため、
Ｍ層の縦弾性係数Ｅ_M とこのときのＭ層の最小の厚さｌ
_{M (min)} を（１０）式より求めた。図４に、これにより
求めたＭ層の縦弾性係数Ｅ_M とこのときのＭ層の最小の
厚さｌ_{M (min)} との関係を示す。

【００７９】図４より、Ｅ_M ＝１．０×１０¹⁰（Ｐａ）
以上の場合には、Ｍ層の最小の厚さｌ_{M (min)} の値はフ
ラットになり、Ｅ_M の値に関係なくｌ_{M (min)} ＝３．６
×１０^-3（ｍ）となる。

【００８０】ここで、Ｅ_M ＝１．０×１０¹⁰（Ｐａ）以
上とする条件を満たす材料としては、Ａｌ、Ｃｕ等の金
属材料を挙げることができる。たとえば、Ｍ層としてＡ
ｌを使った場合、Ｅ_M ＝７．２×１０¹⁰（Ｐａ）で、こ
のときの最小厚さｌ_{M (min)}＝３．５９８６×１０^-3＝
３．６×１０^-3（ｍ）となる。

【００８１】本実施の形態例においても、上述した構成
で研磨布を形成し、実施の形態例１におけると同様にし
てこの研磨布を用いて、半導体基板上に形成された、下
地の凹凸を反映した絶縁膜を研磨して平坦化を行い、微
細で集積化された半導体装置を得た。このようにして研
磨したしたとき、均一性は良好に維持され、かつ、パタ
ーン依存性は改善されていた。よって、すぐれた平坦化
研磨効果が得られ、かつ、生産性良く信頼性の高い半導
体装置を得ることができた。

【００８２】このように、本実施の形態例によれば、実
施の形態例１と同様に、半導体基板表面に形成された凹
凸を平坦化する研磨工程において、均一性と再現性を損
なわず、かつ、パターンの疎密に依存せずに、平坦表面
化を達成することが可能となる。なお、本実施の形態例
においても、Ｍ層の層数及びそれぞれの材質及び厚さ
は、上記の具体例に限定されるものではなく、条件とし
て（１０）式を満足するものであればよいことは当然の
ことである。

【００８３】

【発明の効果】上述のとおり、本発明によれば、被研磨
面を研磨する場合に、均一性と再現性を損なわず、か
つ、パターンの疎密に依存せず平坦な研磨面を得ること
が可能な研磨布を提供することができ、また、このよう
な有利な研磨布を用いた平坦化研磨方法を提供すること
ができ、また、これを用いて、信頼性の高い半導体装置
を生産性良く製造できる半導体装置の製造方法を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨布構造を略示する模式図である。

【図２】実施の形態例１を説明するための図であり、研
磨布のＭ層の厚さｌ_M に対する研磨布全体の縦弾性係数
Ｅの関係を示す図である。

【図３】実施の形態例１における、研磨布のＭ層の厚さ
ｌ_M に対する研磨布全体の縦弾性係数Ｅの関係を示す図
である。

【図４】実施の形態例２における、研磨布のＭ層の縦弾
性係数Ｅ_M とＭ層の最小の厚さｌ_{M (min)} の関係を示す
図である。

【図５】従来技術の研磨布構造を示す図である。

【図６】プレストン式を説明するために被研磨面である
基板面内のポイントＸを示す図である。

【図７】研磨布が被研磨基体の凹凸にそって、弾性変形
することを示す図である。

【符号の説明】

Ａ・・・（研磨布の）表層、Ｂ・・・（研磨布の）下
層、Ｍ・・・（研磨布の表層と下層の間の）中間層。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】縦弾性係数Ｅ_A の大きい表層Ａと、縦弾性
   係数Ｅ_B の小さい下層Ｂとを有し、両層Ａ，Ｂとの間に
   上記Ｂ層よりも少なくとも縦弾性係数の大きい中間層Ｍ
   を設けたことを特徴とする研磨布。
2. 【請求項２】前記表層Ａは、弾性変形量が小さく研磨後
   の表面に欠陥を作らない程度の縦弾性係数Ｅ_A を有し、 前記下層Ｂは、研磨系の動コンプライアンスを低下させ
   ない縦弾性係数Ｅ_B を有することを特徴とする請求項１
   に記載の研磨布。
3. 【請求項３】前記Ｍ層は、１層または２以上の複数層か
   らなることを特徴とする請求項１に記載の研磨布。及び
   これを用いた平坦化研磨方法。
4. 【請求項４】前記Ａ層、Ｂ層、及びＭ層の厚さをそれぞ
   れｌ_A 、ｌ_M 、ｌ_B とし、また縦弾性係数をそれぞれＥ
   _A 、Ｅ_M 、Ｅ_B としたとき、 【数１】ｌ_M ＞〔ｌ_A （Ｅ′−Ｅ_A ）／Ｅ_A ＋ｌ
   _B （Ｅ′−Ｅ_B ）／Ｅ_B 〕〔（Ｅ_M −Ｅ′）／ Ｅ_M 〕 の関係を満足させることを特徴とする請求項１に記載の
   研磨布。ただしＭ層がｎ層（ｎは２以上の自然数）ある
   場合、各層の厚さをそれぞれｌ₁ 、ｌ₂ 、・・・、ｌ
   _n-1 、ｌ_n とすると、 【数２】Ｅ_M ＝（ｌ₁ ＋ｌ₂ ＋・・・＋ｌ_n-1 ＋ｌ_n ）
   （ｌ₁ ／Ｅ₁ ＋ｌ₂ ／Ｅ₂ ＋・・・＋ｌ_n-1 ／Ｅ_n-1 ＋
   ｌ_n ／Ｅ_n ）^-1 ｌ_M ＝ｌ_M-1 ＋ｌ_M-2 ＋・・・＋ｌ_M-(n-1) ＋ｌ _M-n
5. 【請求項５】被研磨材料を、研磨布を用いて研磨するこ
   とにより平坦化する平坦化研磨方法において、 研磨布として、 縦弾性係数Ｅ_A の大きい表層Ａと、縦弾性係数Ｅ_B の小
   さい下層Ｂとを有し、両層Ａ，Ｂとの間に上記Ｂ層より
   も少なくとも縦弾性係数の大きい中間層Ｍを設けた研磨
   布を用いることを特徴とする平坦化研磨方法。
6. 【請求項６】前記平坦化が、段差を有する基体表面を平
   坦に研磨するもの、或いは段差を有する基体表面に被研
   磨層を形成し被研磨層を平坦に研磨するものであること
   を特徴とす請求項５に記載の平坦化研磨方法。
7. 【請求項７】研磨工程を有する半導体装置の製造方法に
   おいて、 半導体基体、或いは半導体基体表面に形成した被研磨層
   を研磨布を用いて平坦化研磨する場合に、 研磨布として、 縦弾性係数Ｅ_A の大きい表層Ａと、縦弾性係数Ｅ_B の小
   さい下層Ｂとを有し、両層Ａ，Ｂとの間に上記Ｂ層より
   も少なくとも縦弾性係数の大きい中間層Ｍを設けた研磨
   布を用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。