WO2000059680A1

WO2000059680A1 - Corps de polissage, dispositif de polissage, procede de polissage et procede de fabrication d'un dispositif a semi-conducteur

Info

Publication number: WO2000059680A1
Application number: PCT/JP2000/001544
Authority: WO
Inventors: Akira Ishikawa; Tatsuya Senga; Shirou Maruguchi; Takashi Arai; Hosei Nakahira; Eiji Matsukawa; Akira Miyaji
Original assignee: Nikon Corporation
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 2000-03-14
Publication date: 2000-10-12
Also published as: EP1211023B1; TW530348B; CN1345264A; TW511174B; KR100471527B1; EP1211023A4; US6749714B1; EP1211023A1; CN1312742C; CN1551303A; KR20010102535A; DE60039054D1

Description

明細研磨体、研磨装置、研磨方法、及び半導体デバイスの製造方法技術分野

本発明は、例えば U L S Iなどの半導体デバイスを製造するプロセスにおいて実施される半導体デバイスの平坦化研磨等に用いるのに好適な研磨装置に用いられる研磨体、研磨装置、研磨方法に関するものであり、さらに、これら研磨装置、研磨方法を使用した半導体デバイスの製造方法に関するものである。背景技術

半.導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、半導体製造プロセスの工程は、 i 加し複雑になってきてる。これに伴い、半導体デバイスの表面は、必ずしも平坦ではなくなつてきている。半導体デバイスの表面に於ける段差の存在は、配線の段切れ、局所的な抵抗の增大などを招き、断線や' 気容量の低下をもたらす。また、絶縁膜では耐電圧劣化やリークの発生にもつながる。

一方、半導体集積回路の高集積化、微細化に伴って、光リソグラフィに用いられる半導体露光装置の光源波長は、短くなり、半導体露光装置の投影レンズの開口数、いわゆる Ν Αは、大きくなつてきている。これにより、半導体露光装置の投影レンズの焦点深度は、実質的に浅くなつてきている。焦点深度が浅くなることに対応するためには、今まで以上に半導体デバイスの表面の平坦化が要求されている。

具体的に示すと、半導体製造プロセスにおいては、図 1に示すような平坦化技術が必須になってきている。図 1は、半導体製造プロセスにおける平坦化技術の概念図であり、半導体デバイスの断面図である。図 1 において、 1 1 はシリコンウェハ、 1 2は Si 0 ₂からなる層間絶縁膜、 1 3は A1からなる金属膜、 1 4は半導体デバイスである。

図 1 ( a ) は半導体デバイスの表面の層間絶縁膜 1 2を平坦化する例である。図 1 ( b ) は半導体デバイスの表面の金属膜 1 3を研磨し、いわゆるダマシン（damascene ) を形成する例である。このような半導体デバイスの表面を平坦化する方法としては、化学的機械的研磨 ( Chemical Mechanical Polishing ま丁こは Chemical Mechanical Plananzation, 以下では C M Pと称す）技術が広く行われている。現在、 C M P技術はシリコンウェハの全面を平坦化できる唯一の方法である。

C M Pはシリコンゥェハの鏡面研磨法を基に発展しており、図 2に示すよ.うな C M P装置を用いて行われている。図 2において、 5は研磨部材、 1 6は研磨対象物保持部（'以下、研磨ヘッドと称することがある）、 1 7は研磨対象物であるシリコンウェハ、 1 8は研磨剤供給部、 1 9は研磨剤である。研磨部材 1 5は、研磨定盤 2 0の上に研磨体 2 1 (以下、研磨パッドと称することがある）を張り付けたものである。研磨体 2 1 としては、シート状の ¾泡ポリウレタンが多く用いられている。

研磨対象物 1 7は研磨ヘッド 1 6により保持され、回転されながら揺動して、研磨部材 1 5の研磨体 2 1 に所定の圧力で押し付けられる。研磨部材 1 5 も回転され、研磨対象物 1 7との間で相対運動が行われる。この状態で、研磨剤 1 9が研磨剤供給部 1 8から研磨体 2 1上に供給される。研磨剤 1 9は研磨体 2 1上で拡散し、研磨部材 1 5 と研磨対象物 1 7の相対運動に伴って研磨体 2 1 と研磨対象物 1 7の間に入り込み、研磨対象物 1 7の被研磨面を研磨する。即ち、研磨部材 1 5 と研磨対象物 1 7の相対運動による機械的研磨と、研磨剤 1 9の化学的作用が相乗的に作用して良好な研磨が行われる。

従来の発泡性の樹脂よりなるシート状の研磨パッド（以下発泡性の研磨パッドと呼ぶ）を用いる場合、ウェハ全体での研磨均一性は良い。しかしながら、発泡性の研磨パッドは、一般に、

(1) 縁だれが大きい

(2) 荷重がかかると圧縮変形を起こす

などの問題があり、これらのことから、発泡性の研磨パッドは、パ夕一ン付のウェハでの段差解消性、即ち、研磨平坦性は良くなかった。そこで、最近では、無発泡でより硬質の樹脂より成る研磨パッド（以下、無発泡の研磨パッドと呼ぶことがある）が検討されている。

無発泡の研磨パッドは硬質の高分子材料の表面に溝構造から成る凹凸を形成し、研磨対象物、この場合はウェハ表面を研磨するものである。無発泡の研磨パッドを用いることによって、発泡性の研磨パッドを使用した場合の問題であった、段差解消性の冏; Sが解決された。

C M P装置のプロセス安定性については、研磨パッドの処理枚数が増えた時にも安定した均一性、平坦性を示す他に、デバイスの断線や絶縁破壊の点からスクラッチ（傷）の無いことも要求されている。

しかしながら、無発泡樹脂よりなる硬質研磨パッドは、パターンの段差解消は良いが、ゥヱハに傷が生じやすい傾向があり、また、研磨レートが発泡ポリウレタンよりなる研磨パッドに比べ低い傾向があった。また、一般に研磨パッドの研磨速度を决定する重要な因子として研磨パッド表面に於ける研磨剤の保持性と流動性がある。研磨剤の保持性の点で、硬質の無発泡の研磨パッドは、発泡性の研磨パッドに及ばない。また、従来の無発泡の研磨パッドを定盤上に固定して、研磨剤を供給しながら定盤を高速で回転させた場合には、遠心力により研磨剤が研磨パッドの外に飛ばされてしまうため、研磨剤の保持性が低いので、供給される研磨剤が有効に研磨速度向上に寄与しないという問題があった。一方、従来最も一般的に使用されているのが、発泡ポリウレタンを主成分とする研磨体（研磨パッド）である。この研磨体は、研磨体の表面での研磨剤の保持能力が優れている。しかし、この研磨体を連続して使用すると、研磨体の表面の発泡部分の穴に研磨剤の砥粒が目詰まりし、研磨速度の大きな変勤が生じる。従って、研磨前及び、研磨中にダイヤモンドを電着した砥石によって、研磨体の表面を削り取る「ドレツシング」という作業を行い、研磨体の表面状態が常に同一条件になるようにする必要がある。

また、研磨砥粒を樹脂に含有させた固定砥粒状の研磨体についても、上記の発泡体の研磨体と同様に発泡部分の穴へ砥粒の目詰まりや、研磨砥粒の状態を整えるため、ドレツシングが必要である。

研磨されたシリコンウェハ（研 ii対象物）については、均一性及び平坦性という研磨特性が非常に S要である。

均一性とは、シリコンゥヱハ全領域において研麿が均一に行われるかということを評価するものである。この評価には一般的に以下の式が用いられる。

均一性 ( % ) = ( R A - R I ) / ( R A + R I ) x 1 0 0

ここで、 R Aは測定した研磨量プロファイルでの最大研磨量、 R Iは測定した研磨量プロファイルでの最小研磨量である。上式から得られる均一性の値は、小さいものほど特性が良い。すなわち、最大研磨量と最小研磨量の差が少ないものほど、シリコンゥェハ全面における研磨の均一性は高いということである。

また平坦性については、凹凸のあるパターンを研磨した時の、残留段差の大きさを評価したものである。つまり段差のあるパターン付きシリコンウェハで、研磨によりどれだけパターン付きシリコンゥェハにおける凸部が選択的に研磨され、研磨後の残留段差が少なくなるかということを示すものである。

均一性及び平坦性の両研磨特性は、研磨体の弾性率に非常に大きな影響を受ける。研磨体は、弾性率の大きさにより、弾性率が小さい軟質研磨体、及び弾性率が大きい硬質研磨体に分けられる。

軟質研磨体の場合、シリコンウェハに圧力をかけた際に研磨体の表面がシリコンウェハのそりに対して密着性が非常に高く、シリコンウェハの全面にわたって均一性は非常に良くなる。しかし、凹凸パターンを有するシリコンウェハに関しては、研磨体の変形によってシリコンウェハ上の凹凸に研磨体が倣ってしまい、段差が残ったまま研磨が進行するため、平坦性は悪くなる。

一.方、弾性率が大きい硬質研磨体の場合、凹凸パターンを有するシリコンウェハに関しては、研磨体の変形が小さいため、凹凸パターンのうちの凸部から順次研磨されることとなり、平坦性は良い。しかし、シリコンウェハのそりや加圧時の圧力分布がグイレク卜に研麿に効いてくるため、均一性は悪くなる。

しかし、研磨体に同一の材料を用いた際にも研磨体の厚さや、研磨体の表面の溝の幅、深さといった研磨体の構造的要因が、見かけ上の弾性の変化として大きく影響してくる。つまり、研磨体の厚さが厚いほど、研磨体の弾性変形量は大きくなり、見かけ上軟質になる。一方、薄い研磨体の場合、変形量が小さいため見かけ上硬質となる。また、溝構造についても、溝の深さが深く、溝間の凸部分の幅が狭いものは、荷重を加えた際の表面の変形が大きく、見かけ上軟質となる。一方、潢の深さが浅く、溝間の凸部分の幅が広いものは、荷重を加えた際の変形が小さく、見かけ上硬質となる。上記では、弾性の観点から研磨体の厚さ、溝構造を説明した。この他、溝の重要な役割として研磨剤の安定供給が挙げられる。この研磨剤の安定供給を行う溝構造については、現在までに、色々な形状の溝パ夕 —ンが公開されている。これらの溝による研磨剤の供給が十分でなければ、研磨対象物の研磨面への研磨剤が不十分となり、研磨時の化学的反応及び、機械的研磨が十分に行われないことから、研磨速度の低下につながる。また、研磨対象物の研磨面と研磨体との摩擦による温度状態も不均一となり、均一性が著しく劣り、さらに、研磨対象物の表面でのスクラッチの発生や、研磨時の研磨へッド及び研磨定盤の振動等につながつてくる。

C M Pを行う研磨装;！は、それそれのコンセプト、特色に基づき多種多様な装置がある。例えばスル 7プッ卜を向上させるため 1つの研磨体で複数枚のシリコンウェハを同時に研磨するもの、装置サイズ ^:を小さくするためシリコンウェハよりも小さい研磨体で高速回転により研磨を行うもの、及び均一性を向上させるために研磨ヘッド部分を特に改良したものなどである。このような研磨装置の多様性と、安定した研磨剂の供給に対する最適な潢構造とは切っても切り離せない関係にあり、研磨剤の研磨面への安定な供給に関してはその装置に大きく依存する。

C M Pは他の光学研磨や、金属ラッピングと比較して、研磨加工時間は非常に短い。つまり、研磨時の回転、加圧等が非常に大きい条件で研磨が行われる。従って、研磨体の表面での研磨剤の保持が困難な条件の下で研磨が行われる。 - 最適とされる溝構造については、上記の装置による依存性が挙げられるが、基本的には、研磨剤を如何に研磨体の表面で保持しつつ研磨を行うかということが重要になってくるのである。

しかし、従来の発泡ポリウレタンを主成分とする研磨体、及び研磨砥粒を樹脂に含有させた固定砥粒状の研磨体では、ドレッシングにより研磨体の表面が削り取られ、厚さが徐々に薄くなる。このため、研磨体を

1つの弾性体として見たときに、厚さが変わることから、厚さの変化に伴い連続的に弹性変形量の変わる研磨体となり、使用するに従って均一性や平坦性に大きな変動を生じさせるという問題がある。さらに、ドレッシングにより前述した研磨体の厚さが変化するだけでなく、研磨体の表面の溝の深さ等の溝構造も変化してしまう。このため、研磨体の厚さや、溝構造により研磨特性をコン卜ロールすることができないという問題がある。

前述のように、軟質研磨休及び硬質研磨体のいずれにおいても、均一性の向上及び平坦性の向上は、両立せず、均一性及び平坦性の両者の問にはトレードオフの関係がある a

最近では、この両研磨特性を満足させるため、弾性率の大きい下層及び弾性率の小さい上層の 2層を禎層した積層構造の研磨体が使用されたり、研磨ヘッドの加圧方式を改良した流体加圧方式の研磨ヘッド等が使われ、均一性の向上及び平坦性の向上の両立を目指している。

しかし、積層構造の研磨体では、研磨体自体のばらつきによる研磨特性の違いが大きくなり、半導体製造プロセスから見た場合、不安定要素が大きくなるという問題がある。また、研磨ヘッドの改良では、研磨へッドの構造が非常に複雑になるという問題がある。発明の開示

本発明の第 1の目的は、前記問題を解決することであり、より具体的には、傷の発生が起こりにくく、かつ研磨レートが高い研磨体（研磨パッド）、研磨装置、研磨方法、およびこれら研磨装置、研磨方法を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することにある。本発明の第 2の目的は前記問題を解決することであり、より具体的には、供給される研磨剤が有効に研磨に寄与し、研磨剤供給に対して効率的な研磨が可能な、研磨剤の保持性と流動性が高いために研磨速度が高く、且つ、傷の発生が少なく、なおかつ段差解消性に優れた無発泡の研磨体（研磨パッド）及びこれを用いた研磨装置、研磨方法を提供すること、さらに、このような研磨装置、研磨方法を用いることにより、研磨工程のコストダウンを図るとともに工程効率化を図り、それにより従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製造することができる半導体デバイス製造方法を提供することである。

本発明の第 3の目的は前記問題を解決することであり、より具体的には、研磨体の使用による磨耗が非常に少なく、また、表面形状の変化が小さいので、常に安定な研磨特性を有する研磨体を提供すること、及びそれを用いた研磨装置、研磨方法を提供すること、これらの研'磨装置、研磨方法を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することである。また、研磨対象物の均一性、平坦性、及び研磨速度といった研磨特性がコントロールされた研磨体及びそれを用いた研磨装置を提供することをも目的としている。

本発明の第 4の目的は、上記問題を解决することであり、より具体的には、従来の研磨装置においても、均一性及び平坦性がともに優れた特性を示す研磨体（研磨パッド）及びそれを用いた研磨装置、研磨方法を提供すること、さらにはこれらの研磨装置、研磨方法を用いた半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

前記第 1の目的を達成するための第 1の発明は、研磨対象物を保持する研磨へッドと研磨体とを具え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用いる研磨体であって、前記研磨体が、少なくともその表面が無発泡の高分子重合体から成り、前記表面に溝構造が設けられ、更に前記表面に鋭い端部を有しないことを特徴とする研磨体（請求の範囲第 1項）である。

発明者らは、ウェハの傷発生の原因を実験を繰り返し行い調査した。先ず、研磨パッド自体を調査した結果、無発泡樹脂よりなる硬質研磨パッドの表面に形成された溝構造に問題があることを発見した。この溝構造形成時にその表面にバリが生じることがある。このバリは研磨中に剥がれてくることもある。このバリが研磨対象物すなわちゥェハ表面に傷を発生させる。更にこのバリが核となりスラリーの凝集が生じ、凝集したスラリーがウェハ表面を傷つけることも発見した。

本発明はこのような知見を基にしてなされたものである。すなわち、本発明に係る研磨体は、無発泡-①高分子材料からなるので、前記無発泡剤からなる研磨体の特長をそのまま有するが、それに加えて、その表面に鋭い端部を有しないので、その端-部を形成するときにバリが発生しない。よって、バリやスラリーの凝集によってウェハの表面が傷つけられることがない。なお「端部」というのは、 ¾面に形成された凹凸の境目や、凸部の頂点のことを言う。また、以上の説明から明らかなごとく、「鋭い端部」とは、加工の際にバリを発生させ、研磨の際にそのバリが剥離するような鋭さを持った端部のことである。

前記第 1の目的を達成するための第 2の発明は、前記第 1の発明であつて、溝構造が、複数の交点を有する複数の溝から成り、前記交点に於ける溝が交差する角度が 2度未満の鋭角を有しないことを特徴とするもの（請求の範囲第 2項）である。

研磨体の表面には、研磨剤を研磨体と研磨対象物の間に供給する等の目的のために、溝が設けられるのが普通である。発明者らは、さらに実験を行なった結果、通常の無発泡高分子材料を使用した研磨体の場合、溝の交差角度が 2度未満となると、加工の際にバリが発生しにくくなり、仮にバリが発生したとしても、研磨中にバリが剥がれることが少なくなり、研磨対象物に傷をつけることが極端に減少するので好ましいことを発見した。したがって、本発明においては、溝の交点における交差角度を 2度未満に限定する。

前記第 1の目的を達成するための第 3の発明は、前記第 1の発明であつて、前記溝構造が、複数の交点を有する複数の溝から成り、前記溝の部分に曲率半径 5 0 m未満の端部を有しないことを特徴とするもの (請求の範四第 3項）である。

発明者らはさらなる実験の結果、研磨体表面に形成される溝の曲がり部や交差部における角部において、その曲率半径が 5 0 m未満であるような鋭い部分があると、その-部分で加工時にバリが発生することが多くな,り、かつ研磨時においてバリが脱落することを発見した。 '本発明はこのような知見に基づくものであ 0—、溝の部分に曲率半径 5 0〃m未満の端部を冇しないことを特徴とする。

前記第 1の目的を達成するための第 4の発明は、前記第 1の¾明から第 3の発明のいずれかであって、前記潢構造が、螺旋状溝と放射状溝の組み合わせ、または同心円状溝と放射状潢の組み合せ、または格子状溝の何れかから成ることを特徴とするもの（請求の範囲第 4項）である。これの溝構造の場合、螺旋状溝と放射状溝、同心円状溝と放射状溝、格子状溝が交差する角度を 9 0度に近くすることができる。よって、溝の交差部分で、加工時にバリが発生しにくくすることができ、かつ研磨時においてバリが脱落することを防止できる。

前記第 1の目的を達成するための第 5の発明は、前記第 1の発明から第 4の発明のいずれかであって、前記高分子重合体が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニール樹脂、及びポリカーボネ一卜樹脂、無発泡ウレ夕ン樹脂の群から選ばれた何れか一つ以上の樹脂であることを特徴とするもの（請求の範囲第 5項）である。

これらの部材は、研磨の際の磨耗量が少ないので、研磨体として用いた場合、その寿命が向上する。よって、研磨体の交換頻度が低下するので、研磨に要する費用を低減することができる。

前記第 1の目的を達成するための第 6の発明は、研磨対象物を保持する研磨へッドと少なくともその表面が無発泡の高分子重合体から成る研磨体とを用い、前記研磨体と前記研磨対象物との問に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、前記研磨剤が酸化セリウム粒子を含むことを特徴とする研磨方法（詰求の範囲第 6項）である。

C M Pの誘電体の研磨には一-般に、研磨剤として二酸化珐素（ S i O ₂ ) を含んだスラリーが多く使用されている。このスラリーは'安定性に優れているが、凝集してガラスを幵成しやすい性質を持つ。この凝集物は研磨パッドの表面に凝集する。凝集する場所が溝の内部の場合には凝集物は iSの原因にならないが、溝の外側、即ち凸部の場合には傷の原因になりやすい。

これに対し、酸化セリウムを含んだスラリーは水に分散しやすく、容易に水洗でき凝集し難いため、無発泡樹脂よりなる硬質研磨パッド（以下無発泡研磨パッドと呼ぶ）に適している。よって、本発明においては、研磨体に少なくともその表面が無発泡の高分子重合体から成るものを用い、研磨材として酸化セリゥム粒子を含むものを用いているので、二酸化珪素を含む研磨剤に比較して傷の発生の原因になることを防止できる。

発泡研磨パッドで酸化セリウムのスラリーを使用した場合、研磨パッドの加工面の発泡内でのスラリ一の保持力が高いため、過剰にセリウム砥粒が残り、研磨の安定性に影響を及ぼしていた。即ち、時間と共に研磨速度が変化する問題や、スラリ一供給の制御操作に対しての応答性が低い問題があった。これに比べ、本発明で用いている無発泡研磨パッドは保持力が低く、前の状態の影響を引きずらないため、スラリー濃度の制御の操作が直ちに研磨性、特に研磨速度に反映し、安定した研磨特性を保つことができる。

更に、無発泡研磨パッドと酸化珪素のスラリーの組み合せでは、研磨レートを高めることは困難であつたが、酸化セリウムスラリ一との組み合せにより高い研磨速度が得られる。なお、酸化セリウム粒子の大きさは、通常入手できるものでよく、一般的には粒径が 2 0 0 n m以下である。

前記第 1の目的を達成する第 7の発明は、研磨対象物を保持する研磨へッ.ドと少なくともその表面が無発泡の高分子重合体から成る'研磨体とを用い、前記研磨体と前記研磨対逢物との間に研磨剂を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法であり、かつ前記研磨剤が酸化セリゥム粒子を含むことを特徴とする研磨方法であって、前記研磨体が、詰求の範囲第 1項から第 5項のうちいずれかに記載の研磨体であることを特徴とするもの（請求の範囲第 7項）である。

この発明においては、研磨体自体がバリを発生しないという効果と、研磨剤が傷の発生を引き起こさないものであるという効果が相乗して、研磨時における研磨対象物の傷の発生を防止する効果を高めることがでさる。

前記第 1の発明の目的を達成するための第 8の発明は、研磨対象物を保持する研磨ヘッドと研磨体とを用い、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、前記研磨対象物と前記研磨体との間に加重を徐々に加える段階を有することを特徴とする研磨方法（請求の範囲第 8項）である。

本発明者らが発見した知見によれば、研磨時における研磨トルクは、研磨対象物と研磨体との間に一定の荷重を加えた場合、研磨開始直後に急上昇し、数秒後に急低下し、約 1 0秒後にほぼ-一定の値となる。よつて、前記研磨対象物と前記研磨体との間に加重を徐々に加える段階を有するようにすることにより、研磨開始直後にトルクが急激に増大することを防止でき、その結果、急激なトルクの増大が研磨対象物の慯の発生原因となることが防止できる。また、研磨装置への負荷が少なくなり、振動あるいは熱による影響が少なくなるばかりでなく、硬い研磨パッドを用いた場合に生じやすい傷の-発生を低減できる優れた効果がある。前記第 1の目的を達成するための第 9の発明は、研磨対象物'を保持する研磨へッドと研磨体とを用い、 ^—記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、前記研磨対象物または前記研磨休の移動負荷が一定になるよう前記研磨対象物と前記研磨体との間の荷 IIを調節する段階を有することを特徴とする研磨方法（請求の範囲第 9項）である。

本発明においても、研磨開始直後にトルクが急激に増大することを防止でき、その結果、急激なトルクの増大が研磨対象物の傷の発生原因となることが防止できる。研磨装置への負荷が更に少なくなり、振動あるいは熱による影響が更に少なくなるばかりでなく、硬い研磨パッドを用いた場合の傷を更に低減できる優れた効果がある。

前記第 1の目的を達成するための第 1 0の発明は、研磨対象物を保持する研磨へッドと研磨体とを具え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、前記研磨体として、前記第 1の発明（請求の範囲第 1項）から第 5の発明 (請求の範囲第 5項）のいずれかを用いていることを特徴とする研磨装置（請求の範囲第 1 0項）である。

本発明においては、前記第 1の発明（請求の範囲第 1項）から第 5の発明（請求の範囲第 5項）のいずれかを研磨体として用いているので、各発明の項でのベた作用効果を発揮することができ、前記第 1の目的を達成することができる。

前記第 1の目的を達成するための第 1 1の発明は、研磨対象物を保持する研磨へッドと研磨体とを具え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、 -前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、前記研磨対象物と前記研磨体との間に^変の荷重を与える加重機構と、研磨体を移動する研磨体移動機構と、研磨対象物を移動する研磨対象物移動機構と、前記研磨体移動機構と前記研磨対象物移動機構の片方または両方の移動の負荷を検出するためのそれそれの負荷検出機構と、前記どちらか一方の負荷検出機構によって検出される負荷の値をもとに前記加重機構が与える加重を制御するためのフィードバック機構とを具えることを特徴とする研磨装置（特許請求の範囲第 1 1項）である。

前述のように、本発明者らが発見した知見によれば、研磨時における研磨トルクは、研磨対象物と研磨体との間に一定の荷重を加えた場合、研磨開始直後に急上昇し、数秒後に急低下し、約 1 0秒後にほぼ一定の値となる。そして、研磨開始直後にトルクが急激に増大することが研磨対象物の傷の発生原因となる。本発明においては、研磨体移動機構と研磨対象物移動機構の片方または両方の移動の負荷を検出するためのそれそれの負荷検出機構と、前記どちらか一方の負荷検出機構によって検出される負荷の値をもとに前記加重機構が与える加重を制御するためのフイードバック機構とを具えるので、常にこれらの負荷（トルク）を適当な値に保つことができる。よって、トルクが増大することに起因して、研磨対象物に傷が発生することを防止できる。前記第 2の目的を達成するための第 1の発明は、研磨体と研磨対象物との問に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用いる前記研磨休であって、前記研磨体の少なくともその加工面部が、無発泡の樹脂から成り、溝構造から成る複数の凹凸部を有し、前記溝構造が同心円状、螺旋状、格子状、三角格子状、放射状の溝の群から選ばれた一つあ，るいは二つ以上の組み合せから成ることを特徴とする研磨'体（請求の範囲第 1 2項）である。

本発明になる研磨体は、少なくともその加工面部が無発泡の樹脂から成る满構造を有していれば、シート状でもプレート状でもよく、また異種の材料を積層した多層構造でも、剛性のある平面プレー卜上に成型されたプレート状のものでもよい。

また、研磨速度を向上させるため、また傷をなくするために、溝の形状は重要であり、そのために、研磨剤の流動性と保持性、研磨屑または凝集した研磨粒の排出性を効果的に行うのに適したパターンが選ばれる。発明者らの実験結果によれば、そのパターンは、同心円状、螺旋状、格子状、三角格子状、放射状の溝の群から選ばれた一つあるいは二つ以上の組み合せが好ましい。

本発明の研磨体は、研磨剤の供給量に対して従来の発泡性研磨パッドと同等の効率で研磨可能であり、また硬質パッドであることからパターン付きウェハに対して段差解消性が優れている。

前記第 2の目的を達成するための第 2の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 1 2項）であって、前記凹凸部の凹部（溝部）及び凸部の断面が、矩形、台形、及び 3角形から選ばれた一種類以上の形状を各々有することを特徴とするもの（請求の範囲第 1 3項）である。

本発明においては、凹凸部の凹部（潢部）及び凸部の断面が、矩形、台形、及び 3角形から選ばれた一種類以上の形状を各々有するようにしているので、溝のピッチや幅を最適なものに加工しやすいという特長を有する。

前記第 2の目的を達成するための第 3の発明は、前記第 2の発明求の範囲第 1 3項）であって、前記矩形、前記台形、または前記 3角形の形状が、以下の条件を充たす.ことを特徴とするもの（請求の範囲第 1 4項）である。 ' a≥ b、 b≥ 0、 c≥ 0

(ここで、 aは凸部の底辺の長さ、 bは凸部の上辺の長さ、 cは凹部の底辺の長さである。）

このようにすることにより、研磨屑または凝集した研磨粒が排出される途中で溝の中に詰まってしまうことがなくなり、研磨屑または凝集した研磨粒の研磨休の加工面の外部への排出円滑に行なわれる。よって、研磨速度を向上させることができると共に、研磨屑または凝集した研磨粒により研磨対象物に傷がつくのを防止することができる。さらに、このようにすることにより、溝の加工が簡単になるというメリットもぁる。

本発明の研磨体においては、研磨剤の流動性と接触面積の大きさが最適化されているので、研磨速度が早く、また硬質パッドであることからパターン付きウェハに対して段差解消性が優れ、更にまた溝の幅が最適化されているので、研磨屑や研磨剤の凝集物の排出がスムーズに行われ、更にまた傷の発生がない。

前記第 2の目的を達成するための第 4の発明は、前記第 3請求の範囲第 1 4項）の発明であって、前記矩形、前記台形、または前記 3角形の形状が、以下の条件を充たすことを特徴とするもの（請求の範 ffl第 1 5 項）である。

0.0mm ^ D 3.0mm、 0. 1mm ^ a + c ^ 5.0mm、 d ^ 0. 1mm

(ここで、 dは凹部の深さである。）

シリコンウェハの研磨量と上述した研磨条件の関係は、（ 1 ) 式に示される Preston式と呼ばれる経験式により与えられる。

R = kxPxV ·'· ( 1)

ここで、 Rはシリコンウェハの研磨量、 Ρはシリコンウェハを研磨体に押.し付ける単位面積当たりの圧力、 Vは研磨部材とシリコン'ウェハの相対運動による相対線速度、 kは] 例定数である。

Prestonの式によれば、研磨速度は、研磨体と研磨対象物の相対速度のみならず、研磨対象物と研磨体との接触而での圧力に比例する。研磨速度は、更に有効接触面¾にも比例するので、単位面積当たりの荷重が同一で相対速度が同一の時、接触面積は大きいほど研磨速度は向上する。ここで有効接触面積の有効の意味は、研磨体と研磨対象物との接触状態は、未加圧時と研磨中の加圧時とでは異なるため、また、研磨体と研磨対象物との当たりが不完全なことがあるため、研磨中の接触面積は、図面から単純に計算される値とは異なる値である、実効的（有効的）な値を取るという意味である。無発泡の研磨パッドでは、接触面積が単に大きいだけでは、研磨剤が前記接触面の隅々にまで供給されない、即ち研磨剤の流動性が低くなるために、研磨速度を上げることができない。研磨剤が前記接触面の隅々にまで供給されるようにするには、溝の密度を高めればよい。しかしながら、ただ単に溝の密度を高め、溝の総面積を増加させるだけでは、研磨速度の向上に余り有効ではない。溝の総面積と接触面積の和は、研磨体の加工面の面積に等しいから、溝の総面積の増加は接触面積を減少させ、接触面積の減少は以上の議論から研磨速度を低下させるからである。従って、溝の密度を高めても、溝の総面積を増加させると、研磨剤の流動性向上の効果、従って研磨速度向上の効果を相殺するであろう。流動性を高め、且つ、接触面裢を減らさないためには、溝の密度は高いだけでは不充分であり、同時に溝幅を狭くしなければならない。溝の幅を狭く、且つ、溝のピッチを小さくし、、の密度を高めることによって、研磨剤が接触面の隅々にまで供給され、研磨速度が向上するのである。

ここで、重要なのは溝の役である。溝は研)！体の凸部を形成する機能、研磨剤を接触面である凸部に供給して研磨剤の流動性を確保する機能のみならず、研磨屑または凝集した研磨剤中の研磨粒（以下凝集した研磨粒と呼ぶ）をそこから排出する重要な機能を担っているのである。その意味で余り溝の幅は小さくない方がよい。余り小さいと、研磨屑または凝集した研磨粒が排出される途中で溝の中に詰まってしまうため、研磨屑または凝桀した研磨粒の研磨体の加工而の外部への排出が損なわれ、これが研磨中に研磨対象物に接触することによって傷の発生の原因になるからである。

以上の理由により、溝のピッチは、粗過ぎても、逆に細か過ぎてもよくなく、また、溝の幅は広過ぎても、逆に狭過ぎてもよくなく、各々最適値を有する。

ここで（ a + c ) は溝のピッチである力、溝のピッチ pは、研磨剤の流動性の良さと、接触面積の多さというお互いに矛盾する特性のトレードオフにより決まり、実験の結果、 0. 1mm以上 5.0mm以下が好ましいことが判明した。同様の実験の結果、溝の凸部の上辺の長さ bは、 0.0mm以上 3.0mm以下が好ましいことが判明した。溝の深さ dの下限は研磨屑または凝集した研磨粒の排出性から決まり、 0.1mm 以上が好ましいことも判明した。

前記第 2の目的を達成するための第 5の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 1 2項）であって、前記凹凸部の凹部（溝部）の断面が、曲部を有する形状であることを特徴とするもの（請求の範囲第 1 6項）である。

凹凸部の凹部部）の断面が、曲部を有する形状であると、研磨剤の供給や排出が容易であり、且つ、研磨部材の加工面と溝とがなす角度も大きく取れるので、研磨部材の加工面に生じる鋭角な部分の発生を抑えられる。これらにより、研磨-対象物の傷の発生を効果的に抑えることが可能である。 '

前記第 2の目的を達成するための第 6の発明は、前記第 5 (請求の範囲第 1 6項）の発明であって、前記曲部を有する形状が、以下の条件を充たすことを特徴とするもの（請求の範囲第 1 7項）である。

0.0mm≤ e ^ 3.0mm, 0. 1mm≤ e + f ≤5.0mm_N g≥ 0. 1mm

(ここで、 eは凸部の上辺の長さ、 f は凹部の上辺の長さ、 gは凹部の深さである。）

各数値をこのように限定した理由は、前記第 4の発明（請求の範囲第 1 5項）における数値限定理由と同じであり、発明者らの実験の結果定まったものである。

前記第 2の目的を達成するための第 7の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 1 2項）から第 6の発明（請求の範囲第 1 7項）のいずれかであって、前記凹凸部が凹凸の周期構造を有することを特徴とするもの (請求の範囲第 1 8項）である。本発明においては、凹凸部が周期構造を有するので、加工が簡単であり、自動工作機で加工できるという利点を有する。

前記第 2の目的を達成するための第 8の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 1 2項）から第 7の発明（詰求の範囲第 1 8項）のいずれかであって、前記無発泡の樹脂が、ビッカース硬度が 1.5kgf/mm ²以上または圧縮ヤング率が 2 5 kgf/ mm ²以上を充たすことを特徴とするもの（諳求の範囲第 1 9項）である。

硬質の無発泡の研磨部材の大きな特徴の一つは平坦性、即ちパターンの段差解消を効率良く行うことである。研磨部材の硬度が低下すると、その段差解消性は悪化する。発明者らの実験の結果、研磨部材の材料のビヅカース硬度が 1.5kgf/mm ² (約 1.5 x i0⁷ Pa ) 以上、あるいは圧縮ヤング率が 2 5 kgf/mm ² (約 5 x l0⁸ Pa ) 以上のときに、残留段差問題ない程度に抑えることができ、且つ高い研磨速度と良好な平坦性の両方を得ることができることがわかった。

前記第 2の目的を達成するための第 9の発明は、研磨体と研磨対象物との問に研磨剤を介在させた状態で、前記研 m体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装匿であつて、研磨体として、前記第 1の発明（II求の範囲第 1 2項）から第 8の発明（求の範 H第 1 9項）のいずれかである研磨休を用いることを特徴とするもの（請求項 2 0 ) である。

本研磨装置は、前記第 1の発明（請求の範囲第 1 2項）から第 8の発明（請求の範囲第 1 9項）のいずれかである研磨体を用いているので、それそれ第 1の発明から第 8の発明が各々有する作用効果が得られ、前記第 2の目的が達成できる。

前記第 2の目的を達成するための第 1 0の発明は、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する方法であって、研磨体として前記第 8の発明（請求の範囲第 1 9項）に係る研磨体を用いたものを使用し、当該研磨体の温度を管理する段階を有することを特徴とする研磨方法（請求の範囲第 2 1項）である。

研磨速度は接触面積に比例する。ところが、一般に固体と固体との接触は点である。本発明になる無発泡の研磨部材は、硬質の材料を使っているので、実効的な接触面積が、図面から単純に計算される値よりも低いために、研磨速度が期待値よりも低いことがある。そこで、凸部全体を研磨対象物になじませるために、研磨パッドの材料の樹脂の硬度の温度依存性を利用する。樹脂の硬度は温度上昇と共に低くなる。研磨パッドの硬度を温度を上昇させ、また温度管理することによって研磨対象物に対する当たりを向上させるのである。研磨速度は温度に依存して、温度が高くなるほど研磨速度は上昇する。この研磨速度の上昇の原因には、有効（実効的な）接触面積の墻加の他に、スラリーの反応性の向上がある。よって、研磨体の温度を管理することにより、研磨速度を向上させたり、所定の研磨速度を保つようにすることができる。前記第 3の目的を達成するための第 1の発明は、研磨体と研磨対象物との問に研磨剂を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用いる研磨体であって、表面に形成されている溝を有し、前記溝の前記表面での幅 Wは、 0.1mm≤W ^ 2.0mmであり、前記溝が形成されている領域を含む研磨体の体積に対する、前記溝が形成されている領域の体積の割合 V Lは、 0.1%≤ V L ^ 30 %であり、前記溝が形成されている領域を含まない研磨体の体積に対して、発泡による空孔領域が 20 %以下である材料で形成されていることを特徴とする研磨体（請求の範囲第 2 2 項）である。

上記研磨体によれば、研磨体の材料が無発泡タイプ、もしくは低発泡タイプであるので、研磨体の使用による磨耗が非常に少なく、さらに、ドレツシングが不要もしくはドレツシングに要する時間が短くて済むので、摩耗による溝構造の変化がないため、常に安定な研磨特性を得ることができる。これらにより、研磨体の交換頻度が低下するため、研磨に要する費用を低減させることができる。さらに、表面に形成されている溝構造（満幅 W、体積割合 V L ) により研磨特性の中の均一性、平坦性、及び研磨速度をコントロールすることができ、好適な研磨特性が得られるように溝構造を選択することができる。これらにより、研磨の歩留まりが向上したり、研磨に要する時問が短縮するので、研磨に要する費用を低減させることができる -ο·

前記第 3の目的を達成するための第 2の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 2 2項）であって、厚さ Dが、 0.5mm≤D≤5.0mmであることを特徴とするもの（請求の範囲第 2 3項）である。

これにより、研磨休の厚さ Dにより研磨特性の中の均一性、平坦性、及び研磨速度をコントロールすることができ、好適な研磨特性が得られるように厚さを選択することができる。よって、研磨の歩留まりが向上したり、研磨に要する時間が短縮するので、研磨に要する費用を低減させることができる。

前記第 3の目的を達成するための第 3の発明は、前記第 1 の発明（請求の範囲第 2 2項）又は第 2の発明（請求の範囲第 2 3項）であって、前記溝の深さが、前記溝の幅 Wの 3倍以下であることを特徴とするもの (請求の範囲第 2 4項）である。

これにより、研磨対象物の研磨面に傷を発生させることがない。よつて、研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができる。

前記第 3の目的を達成するための第 4の発明は、前記第 1 (請求の範囲第 2 2項）の発明から第 3の発明（請求の範囲第 2 4項）のいずれかであって、表面に対する前記潢の形状が、螺旋状、同心円状、格子状、三角格子状、編み目状、ランダム形状、又はこれらの中の 2種類以上を含む形状であることを特徴とするもの（請求の範囲第 2 5項）である。

これにより、研磨体の表面での研磨剤の保持能力が高くなるので、研磨速度が向上し、かつ均一性も向上する。よって、研磨の歩留まりが向上したり、研磨に要する時間が短縮するので、研磨に要する費用を低減させることができる。

前記第 3の目的を達成するための第 5の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 2 2項）から第 4の発明（請求の範囲第 2 5項）のいずれかであって、前記満の断面形状が、曲率を有する形状、矩形、 V'字形、又は多角形であることを特徴とするもの（請求の範囲第 2 6項）である。これにより、研磨対象物の研磨面に傷を発生させることがなくなる。よって、研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができる。

前記第 3の目的を達成するための第 6の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 2 2項）から第 5 (請求の範囲第 2 6項）の発明のいずれかであって、材料の圧縮弾性率 Kが、 0. l G Pa≤ K 2.0 G Paであることを特徴とするもの（請求の範囲第 2 7項）である。

本手段においては、材料が軟らかすぎないため、研摩の際に磨耗量が少なく、研摩体が長寿命となり、かつ、平坦性が悪くなることがない。また、材料が硬すぎないため、研摩対象物に傷が付くことが無く、かつ、均一性が悪くなることが無い。

これにより、材料の圧縮弾性率が、 0. l G Pa≤ K≤2.0 G Paである材料で形成されている研磨体に対して、研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができる。

前記第 3の目的を達成するための第 7の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 2 2項）から第 6の発明（請求の範囲第 2 7項）のいずれかであって、前記材料の主成分が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニール樹脂、及びポリカーボネート樹脂、無発泡ゥレ夕ン樹脂の群から選ばれた何れか一つ以上の樹脂であることを特徴とするものであることを特徴とするもの（請求の範囲第 2 8項）である。これにより、研磨による研磨体の摩耗が少ないので、研磨体の寿命が向上する。よって、研磨体の交換頻度が低下するので、研磨に要する費用を低減させることができる。

前記第 3の目的を達成するための第 8の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 2 2項）から第 7の発明（請求の範囲第 2 8項）のいずれかであって、表面に前記研磨剤を供給及び排出する溝がさらに形成されていて、該研磨剂を供給及び排出する '溝は、前記潢の一部であるか、または前記潢とは別に形成されている溝であることを特徴とするもの（詰求の範囲第 2 9項）である。

これにより、研磨剤が研磨対象物の研磨而の全体に均一に供給されるため、均一性が悪くなつたり、摩擦が大きくなることによる研磨特性の劣化が生じることがない。よって、研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができる。

前記第 3の目的を達成するための第 9の発明は、前記第 1の発明（請求の範囲第 2 2項）から第 8の発明（請求の範囲第 2 9項）のいずれかであって、少なくとも一部に透明領域を有することを特徴とするもの (請求の範囲第 3 0項）である。

これにより、研磨定盤に形成されている開口部、及び研磨体の透明領域を介して、研磨状態を親察する装置により、研磨工程の途中で研磨対象物の研磨面の研磨状態をその場検出（in-situ検出）することができる。よって、研磨工程中に研磨の終点を検出できるので研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができる。透明領域を構成する材料としては、たとえば塩化ビニル等が使用できる。

前記第 3の目的を達成するための第 1 0の発明は、研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であつて、研磨体として前記第 1の発明（請求の範囲第 2 2項）から第 9の発明（請求の範囲第 3 0项）のうちいずれかを使用していることを特徴とするもの（請求の範囲第 3 1項）である。

本発明においは、研磨体とし前記第 1の発明（請求の範囲第 2 2 項） .から第 9の発明（請求の範囲第 3 0項）のうちいずれかを'使用しているので、それそれ、対応する研磨体が有する特長を生かすことができ、前記第 3の目的を達成することができる。前記第 4の目的を達成するための第 1の発明は、研磨体と研磨対象物の間に研磨剤を介在させた状態で、該研磨体と該研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用いる研磨体であって、表面に異なる 2種類以上の凹凸構造が周期的または非周期的に形成されていることを特徴とするもの（請求の範囲第 3 2項）である。

上記研磨体によれば、 2種類以上の凹凸構造が形成されているため、凹凸構造により研磨特性のうち、均一性が良い部分及び平坦性が良い部分が共存することなる。これにより均一性及び平坦性がともに向上する。すなわち、研磨体の積層構造及び研磨へッドの改良を行うことなく、研磨体の表面に 2種類以上の凹凸構造を形成することにより、同一の研磨体に、見かけ上、硬質研磨体及び軟質研磨体を共存させることが可能になり、従来の研磨装置を用いても、一般にトレードオフにあるといわれる均一性及び平坦性の研磨特性を改善することが可能である研磨体及びそれを用いた研磨方法を提供できる。これに伴い、研磨工程に要する費用をかけないで、半導体製造プロセスの歩留まりを向上させることができるという効果を有する。

前記第 4の目的を達成するための第 2の発明は、前記第 1の発明（,清求項の範囲第 3 2項）であって、同種類の前記凹凸構造が形成されている領域内では、前記凹凸構造の凹部及び前記凹凸構造の凸部は、各々 2 個以上形成されていることを特徴とするもの（請求の範囲第 3 3項）である.。

これにより、均一性及び平坦性は、さらに向上する。

前記第 4の目的を達成するための第 3の発明は、前記第 2の発明（請求項の範囲第 3 3項）であって、前記凹凸構造が第 1の凹凸構造及び第 2の凹凸構造の 2種類の凹凸構造からなり、前記第 1の凹凸構造の凹部及び前記第 2の凹凸構造の凹部は、溝であり、前記第 1の凹凸構造の凸部の幅は、前記第 2の凹凸構造の凸部の幅の 2倍以上であることを特徴とするもの（請求の範囲第 3 4項）である。

これにより、凸部の幅が広い第 1の凹凸構造が形成されている研磨体の領域は、硬質研磨体と同等に機能し、凹凸パターンを有する研磨対象物の研磨時に選択的に凹凸パターンの凸部を研磨していくことにより、平坦性が向上する。一方、凸部の幅が狭い第 2の凹凸構造が形成されている研磨体の領域は、軟質研磨体と同等に機能し、研磨対象物のそりや、研磨対象物表面に形成されている膜の成膜時の膜厚むらに対しても追従して研磨していくことにより、均一性が向上する。

前記第 4の目的を達成するための第 4の発明は、前記第 1の発明（請求項の範囲第 3 2項）から第 3の発明（請求項の範囲第 3 4項）のいずれかであって、平面形状が円であり、かつ同種類の前記凹凸構造が形成されている領域は、同心円状に配置されていることを特徴とするもの (請求の範囲第 3 5項）である。

これにより、均一性及び平坦性は、さらに向上する。

前記第 4の目的を達成するための第 5の発明は、前記第 1の発明（請求項の範囲第 3 2項）から第 3の発明请求項の範囲第 3 4項）のいずれかであって、同種類の前記凹凸構造が形成されている領域は、格子状に配置されていることを特徴とするもの（請求の範囲第 3 6項）である。

こ.れにより、均一性及び平坦性は、さらに向上する。

前記第 4の目的を達成するため ©第 6の発明は、前記第 1の発明（請求項の範囲第 3 2項）から第 5の発明（^求項の範囲第 3 6項）のいずれかであって、表面に前記研磨剤を供給及び排出する潢がさらに形成されていることを特徴とするもの身求の範囲第 3 7項）である。

これにより、研磨剤が研磨対象物の全面に均一に供給されるため、均一性が悪くなったり、摩擦が大きくなり研磨装置の特性の劣化が生じることがない。

前記第 4の目的を達成するための第 7の発明は、前記第 1の発明（請求項の範囲第 3 2項）から第 6の発明（請求項の範囲第 3 7項）のいずれかであって、ピツカ一ス硬度 kが、 2.5 ( Kgf/ mm ² ) < k < 3 0 ( Kgf/mm ² ) であることを特徴とするもの（請求の範囲第 3 8項）である。

これにより、均一性及び平坦性は、さらに向上する。前記第 4の目的を達成するための第 8の発明は、前記第 1の発明（請求項の範囲第 3 2項）から第 7の発明（請求項の範囲第 3 8項）のいずれかであって、表面に前記凹凸構造が形成されている第 1の層と、第 1 の層の下部に設置され第 1の層が積層している第 2の層とから構成され、前記第 2の層の弾性率は、前記第 1の層の弾性率より大きいことを特徴とするもの（請求の範囲第 3 9項）である。

これにより、積層構造の研磨体でも、均一性及び平坦性を向上させることが可能である。

前記第 4の目的を達成するための第 9の発明は、研磨体と研磨対象物の間に研磨剤を介在させた状態で、該研磨体と該研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、研磨体として前記第 1の発明（請求項の範囲第 3 2項）から第 8の発明（請求項の範囲第 3 9項）のいずれかを用いることを特徴とするもの（請求の範囲第 4 0項）である。

本発明においては、前記第 1の発明から第 8の発明のいずれかの研磨体を用いているので、それそれの発明の項で述べた作用効果が発揮され、前記第 4の目的を達成することができる。

前記第 1の目的から第 4の目的をそれそれ達成するための発明は、詰求の範囲第 6項、第 7項、第 8項、第 9項のいずれかに係る研磨方法、又は、請求の範囲第 1 0項、第 1 1項、第 2 0項、第 2 1項、第 3 1 項、第 4 0項にかかる研磨装置のうち、少なくとも一つの方法又は装置を用いてウェハを研磨するプロセスを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法（請求の範囲第 4 1項）である。

本発明においては、それそれ特長を有する研磨方法又は装置を利用しているので、前記第 1の目的から第 4の目的に沿ってウェハを研磨することができる。よって、半導体デバイスを精度、歩留、スループット良く製造することができる。図面の簡単な説明

図 1は、半導体プロセスにおける平坦化技術の概念図であり、半導体デバイスの断面を示すものである。（ a )、 ( b ) において、左は平坦化前の状態、右は平坦化後の状態を示す。

図 2は、 C M P装置の概略構成図である。

図 3は、本発明における C M P研磨装置の研磨パッドの例を示す平面概念図である。

図 4は、本発明のトルク検出機構を持った研磨装置の例を示す概念図である。

図 5は、 C M P装置における荷重とトルクの時間推移の例を示す図である。

図 6は、本発明の研磨パッドの^の断面形状の例を示す図である。図 7は、従来例の研磨パッドの、螺旋状溝と格子状溝とを組み合わせた溝構造の部分的な平面拡大図を示す図である。

図 8は、本発明の実施形態における溝構造の断面構造の例を説明する図である。

図 9は、本発明の実施形態における溝構造の断面構造の例を説明する図である。

図 1 0は、本発明の実施の形態における同心円状と放射状溝の組み合わせの溝構造の例を示す図である。

図 1 1は、本発明の実施の形態における格子状溝の溝構造の例を示す図である。

図 1 2は、本発明の実施の形態における三角格子状溝の溝構造の例を示す図である。図 1 3は、研磨部材の硬度と温度との関係を示す図である。

図 1 4は、研磨速度と温度との関係を示す図である。

図 1 5は、本発明の実施例である研磨へッドの概要図である。

図 1 6は、本発明の実施の形態である研磨体の一部分の断面図である。

図 1 7は、荷重が加えられた状態の研磨体の状態を示す断面図である。

図 1 8は、研磨体の概略構成の例を示す平面図である。

図 1 9は、本発明の実施の形態である研磨体の断面図である。

図 2 0は、本発明の実施の形態である C M P装置の概略構成図である。

図 2 1は、本発明の実施の形である研磨体を示す図である。

図 2 2は、本発明の実施の形態である研磨体を示す図である'。

図 2 3は、本発明の実施の形態である研磨体を示す図である。

図 2 4は、本発明の実施の形態である研磨体を示す図である。

図 2 5は、半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャートである。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明をより詳細に説明するために、添付の図面に沿ってこれを説明するが、本説明はあくまでも実施の形態の例及び実施例を示すものであり、発明の内容を限定するように解釈すべきものではない。まず、本発明の第 1の目的を達成するための発明の実施の形態の例、及び実施例について説明する。

[実施形態 1— 1 ] 本実施形態の研磨パッド（研磨体）は、その表面に形成した溝構造にバリがない。そのために、第一にバリが発生しない溝構造形成法を取ること、そのために溝形成が終わった研磨パッドの表面を馴らす処理をすることも重要であるが、本発明では研磨中に研磨パッドから剥がれてくるバリをなくすることに着目した。

本実施形態の研磨パッドの溝構造は、溝構造を構成する複数の溝が交差する交点での交差角度が 2度以下の鋭角を持たない。これによつて、研磨中に剥がれてくるノリを大きく低減できるのである。このためには、同心円状と放射状の溝の組み合せ（図 3 ( a ) )、螺旋状と放射状の組み合せ、あるいは格子溝のみの構造（図 3 ( b ) ) が最も有効である。これらの溝構造の場合、交差角度は 9 0度になる。放射状の溝の場合には、放射状の溝を構成する数の溝が交差する交点（通常は研磨パッド.の中央部）での交差角度が 2度以上の角度を有するように'する。このためには、放射状の溝を構成す複数の溝を等角度間隔で設けた場合は、複数の溝を 1 8 0本を超えて形成しないことが好ましい。更に放射状のを構成する複数の溝の長さを長短交互に取り混ぜ、研磨パッドの中央付近で、放射状の溝を構成する短い方の複数の潢の研磨パッドの中心側の終端を同心円状に配置することも好ましい。このように、研磨パッドの加工面には鋭い端部を有しないことが好ましく、具体的には曲率半径 5 0〃 m未満の端面を研磨パヅドの加工面に有しないことが好ましい。

[実施形態 1 — 2 ]

本実施形態は、実施形態 1 と組み合わせて用いられるスラリーであ本スラリーは、凝集を起こしにくい。

凝集し難いスラリーとしては酸化セリゥムを含んだスラリーが好ましく用いられる。 C M Pの誘電体の研磨には一般に二酸化珪素（ S i 0 ₂ ) を含んだスラリーが多く使用されている。このスラリーは安定性に優れているが、凝集してガラスを形成しやすい性質を持つ。この凝集物は研磨パッドの表面に凝集する。凝集する場所が溝の内部の場合には凝集物は傷の原因にならないが、溝の外側、即ち凸部の場合には傷の原因になりやすい。酸化セリウムを含んだスラリーは水に溶けやすく、容易に水洗でき凝集し難いため、無発泡樹脂よりなる硬質研磨パッド（以下無発泡研磨パッドと呼ぶ）に適している。発泡研磨パッドで酸化セリウムのスラリ一を使 fflした場合、研磨パッドの加工面の発泡内でのスラリ一の保持力が高いため、過剰にセリウム砥粒が残り、研磨の安定性に影響を及ぼしていた。即ち、時間と共に研磨速度が変化する問題や、スラリ一供給の制御操作に対しての,応答性が低い問題があつた。これに比ベ、 .無発泡研磨パッドは保持力が低く、前の状態の影響を引きずらないため、スラリー濃度の制御の操作力直ちに研磨性、特に研磨速度に反映し、安定した研磨特性を保つことができる。

更に、無発泡研麿パッドと酸化珪素のスラリーの組み合せでは、研磨レートを高めることは困難であつたが、酸化セリウムスラリ一との組み合せにより高い研磨速度が得られる。

[実施形態 1— 3 ]

本実施形態は、図 4に示され、傷を低減する研磨装置である。なお、以下の図において、前出の図に示された要素と同じ要素には同じ符号を付してその説明を省略することがある。

図 4において、 2 2は研磨ヘッド 1 6を回転させる回転モー夕、 2 3 は回転モ一夕 2 2の回転トルクを検出する回転トルク検出機構、 2 4は揺動運動（研磨パッドの加工面に平行な直線振動運動）の負荷検出機構、 2 5は研磨ヘッド 1 6に揺動運動を与える揺動機構、 2 6はシリコンウェハ 1 7の被研磨面に荷重を与える加重機構であり、外部から受信された負荷または回転トルク信号に応じて加重を調整可能な加重調整機構を具える。 2 7は定盤回転モ一夕、 2 8は定盤回転の回転トルク検出機構である。研磨へッド 1 6はシリコンウエノヽ 1 7を保持すると共に、シリコンゥヱノヽ 1 7を回転する。研磨部材 1 5は、研磨定盤 2 0の上に研磨パッド（研磨体） 2 1を貼り付けたものである。

研磨パッド 2 1 としては、表面に溝構造を有した無発泡樹脂よりなるものが使用されている。研磨へッド 1 6は回転モー夕 2 2により回転運動し、また研磨部材 1 5は定盤回転モー夕 2 7により回転運動する。この過程でシリコンウエノヽ 1 7は、研磨剂 1 9 と研磨パッド 2 1の作用により被研磨面が研磨される。

本研磨装置は以下のように胁炸する。研磨中に定盤トルク検出機構 2 8は.定盤回転モー夕 2 7の回転トルクを、研磨ヘッドトルク検'出機構 2 3は研磨へッド回転モ一夕 2 2の回 feトルクを、そして揺動負荷検出機構 2 4は揺動機構 2 5から揺動負荷を検出する。定盤トルク検出機構 2 8、研磨へッドトルク検出機構 2 3又は揺動負荷検出機構 2 4の何れかからのトルク若しくは負荷信号は加重機構 2 6にフィードバックされ、加重機構 2 6はこのトルクまたは負荷信号を予め設定された基準信号と比較し、その差分に応じて加重を増減する。具体的にはトルクまたは負荷が基準よりも大きいときには加重を軽減し、逆に基準よりも小さいときには加重を増加させ、このようにして加重機構 2 6の与える加重の結果生じる被研磨面の荷重による回転トルクまたは揺動負荷は常に一定に維持される。

トルクまたは負荷を制御する対象は好ましくは研磨へッド回転モー夕 2 2である。

以上の例では、研磨の間トルクまたは負荷が終始制御されたが、もつと簡略的に、トルク、または負荷のフィードバック制御を行わなくて、単に図 4において、研磨へッドへの加重を段階的に加えるのみでもよい。この場合は、フィードバック制御に必要な外部信号に応じて加重を調整する加重調整機構、等の機能は不要となる。

図 5は研磨部材と研磨へッドとが共に定速度で回転しているときの、研磨へッドの与える加重と研磨へッド回転モー夕の回転トルクの時間的変化を示す。図 5 ( a ) は、研磨開始と同時に一定値の加重を与えた場合であり、図 5 ( b ) は、研磨開始から段階的に徐々に加重を一定値まで増加させた場合である。図 5 ( a ) は、トルクが、研磨開始直後に急上昇し、数秒後に急低下し、約 1 0秒後に一定値に落ち着くことを示している。これは静止摩擦から動摩擦への切り替わりを示す。これに対して図 5 ( b ) においては、トルク力研磨閗始直後からほぼ一定に安定している。

本発明は研磨開始直後のトルクの急激な増大が、研磨部材と研磨対象物に及ぼす影響を考慮し、例えばその急激な変化時に研磨対象物¾面に傷が発生しやすい等の実験的結果から、トルクをできるだけ一定に制御すれば傷を防止できるのではないかとの推定の基に行われた。その結果、傷の減少だけでなく、余計な振動や熱の発生が抑えられて、安定した研磨結果を得ることが可能となった。

上の説明では研磨ヘッド、プラテンともに移動のために回転を行った例であるが、例えば片方が直線運動の場合でも、所謂相対運動を行っている場合にも有効であることは言うまでもない。更に図 4では揺動機構を研磨へッド側に設けているが、これを研磨体側に設けてもよいことは言うまでもない。

[実施例 1— 1 ]

以下の実施例は実施形態 1 一 1に対応する。先ず硬質研磨パッドを以下のように作製した。

材料として、エポキシ主剤ェビコート 8 2 8、ェピコート 8 7 1 ( 共に油化シェルエポキシ社製）と硬化剤ジァミノジフェニルメタンを重量比 2.6 ： 3.9 ： 1で混合、攪拌し、 0 800mmのサイズの型に流し込み、 150°Cで 8時間加熱し硬化させた。次いで、切削加工で、上記エポキシ樹脂表面にピッチ 0.5mm、深さ 0.3mmの螺旋状 V溝（ V角度 60 ° ) と、幅 2 mm 、深さ 0.5mmの 5度刻みの放射状溝を形成し、研磨パッドとした。図 6に本溝の断面形状の拡大図を示す。図 6において、 3 1 は研磨パッド表面、 3 2は研磨パッドの潢を示す。

この研磨パッドを定盤に両面テープで貼り付け研磨パッドとし、研磨対象物として熱酸化膜が 1 m形成された 6インチシリコンウェハを表面張力で研磨ヘッドの弾性膜ハヅキングフィルム）に固定し、以下に示す研磨条件で研磨を行った。

研磨条件

'研磨パッド回転数： 50rpm

• 研磨へッド回転数： 50rpm

-揺動距離： 30mm

•揺動頻度： 15往復/分

•研磨剤： Cabot社製 SEMI Supei's25を 2倍に希釈（酸化 ¾素スラリ ―)

-研磨剤流量： 200ml/分

• ゥェハへの荷重： 460gf/cm ²

このように研磨されたゥェ八の研磨速度を測定したところ、 200nm /分が得られた。研磨面を傷検査機で検査したところ、傷は発見されなかった。

[比較例 1 一 1 ] 溝構造を除いて、実施例 1 ― 1 と同じ条件で研磨パッドを作製した。溝構造は、図 7の研磨パッド平面拡大図で示すように、螺旋状と格子状溝の組み合せで形成した。図 7において、 3 3は螺旋状溝、 3 4は格子状溝である。

この研磨パッドを用い、実施例 1 — 1 と同じシリコンウェハを、実施例 1 — 1 と全く同一条件で研磨した。このように研磨されたウェハを傷検査機で検査したところ、研磨面に時々傷が見受けられた。研磨パッドに溝が交差する角度が 2度未満の鋭角を有する部分があるためである。

[実施例 1 — 2 ]

更に実施例 1 ― 1 と同一条件で作製した研磨パッドで、実施例 1 ― 1 と同じウェハに対し、研磨剂として酸化セリウム粒子を 5重量％含有するスラリーを用いる以外は実施^! 1 - 1 と同じ条件で研磨したところ、研磨.レ一卜として 420nm /分が得られた。研磨面を傷検査機で検査したところ、傷は発見されなかった。

[実施例 1 — 3 ]

図 4に示す加重機構 2 6により研磨へッドに段階的に加重することにより、図 5 ( b ) に示すように、ウェハへの荷重を 0から 400gf/ cm ² まで約 1 0秒かけて段階的に増加させた以外は、比較例 1 ― 1 と同一研磨パッド、同一ウェハ、同一研磨条件で研磨した。

このように研磨されたウェハを傷検査機で検査したところ、傷は発見されなかった。

更に、ウェハへの荷重を 0から 400gf/ cm ²まで約 1 0秒かけて段階的に増加させる他、実施例 1 一 1 と同一研磨パッドを用い、同一ウェハに対して、同一研磨条件で研磨した。

このように研磨されたウェハを傷検査機で検査したところ、傷は発見されなかった。以上のように、段階的に加重を加えることによって、プラテン及び研磨へッドの回転の負荷（トルク）が急増するのを防ぎ、トルクは研磨初期からほぼ一定であつた。

以上の実施の形態、実施例の説明では研磨へッドへの加重を制御または段階的に変えて研磨したが、相対的な圧力であることから、研磨体への荷重であっても本発明の効果は変わらないことは言うまでもない。以下、本発明の第 2の目的を達成するための発明の実施の形態の例、及び実施例について説明する。

[実施形態 2 - 1】

図 8は本発明の第 2 一 1の実施形態による研磨体 2 1の加工面部の溝構造から成る凹凸部の拡大断面を示す図であり 4 1は凸部、 4 2は凹部 (溝部）である。 aは凸部 4 1の底辺の長さ、 bは凸部 4 1の上辺の長さ、 cは凹部（溝部） 4 2の底辺の長さ、 dは凹部（溝部） 4 2の深さを表している。ここで、凹凸部は周期構造を取ることが好ましく、この場合、図 8に於ける pは凹凸部の凹凸の周期構造のピッチ（以下溝のピツチと呼ぶ）であり、ー 13は溝4 2 (凹部の上部）の幅である。図 8 では、研磨体の加工面部のみを示したが、本発明になる研磨体は、少なくともその加工面部が無発泡の樹脂から成る溝構造を有していれば、シ —ト状でもプレート状でもよく、また異種の材料を積層した多層構造でも、剛性のある平面プレート上に成型されたプレート状のものでもよい。 ―

ここで前記プレストン（Preston ) の式によれば、研磨速度は、研磨体と研磨対象物の相対速度のみならず、研磨対象物と研磨体との接触面での圧力に比例する。研磨速度は、更に有効接触面積にも比例するので、単位面積当たりの荷重が同一で相対速度が同一の時、接触面積は大きいほど研磨速度は向上する。ここで有効接触面積の有効の意味は、研磨体と研磨対象物との接触状態は、未加圧時と研磨中の加圧時とでは異なるため、また、研磨体と研磨対象物との当たりが不完全なことがあるため、研磨中の接触面積は、図面から単純に計算される値とは異なる値である、実効的（有効的）な値を取るという意味である。無発泡の研磨パッドでは、接触面積が単に大きいだけでは、研磨剤が前記接触面の隅々にまで供給されない、即ち研磨剤の流動性が低くなるために、研磨速度を上げることができない。研磨剤が前記接触面の隅々にまで供給されるようにするには、溝の密度を高めればよい。しかしながら、ただ単に溝の密度を高め、満の総面積を増加させるだけでは、研磨速度の向上に余り有効ではない。溝の総面積と接触面積の和は、研磨体の加工面の面積に等しいから、溝の総面積-の増加は接触面積を減少させ、接触面積の減少は以上の議論から研磨速度を低下させるからである。従'つて、溝の密度を高めても、溝の総面積を墻加させると、研磨剤の流動性向上の効果、従って研磨速度向上の効果を相殺するであろう。流動性を高め、且つ、接触面積を減らさないためには、溝の密度は高いだけでは不充分であり、同時に溝幅を狭くしなければならない。溝の幅を狭く、且つ、溝のピッチを小さくし、溝の密度を高めることによって、研磨剤が接触面の隅々にまで供給され、研磨速度が向上するのである。

ここで、重要なのは溝の役割である。溝は研磨体の凸部を形成する機能、研磨剤を接触面である凸部に供給して研磨剂の流動性を確保する機能のみならず、研磨屑または凝集した研磨剤中の研磨粒（以下凝集した研磨粒と呼ぶ）をそこから排出する重要な機能を担っているのである。その意味で余り溝の幅は小さくない方がよい。余り小さいと、研磨屑または凝集した研磨粒が排出される途中で溝の中に詰まってしまうため、研磨屑または凝集した研磨粒の研磨体の加工面の外部への排出が損なわれ、これが研磨中に研磨対象物に接触することによって傷の発生の原因になるからである。

以上の理由により、溝のピッチは、粗過ぎても、逆に細か過ぎても良くなく、また、溝の幅は広過ぎても、逆に狭過ぎても良くなく、各々最適値を有する。

図 8で、好ましい溝の幅（p— b ) の範囲はそこから排出される研磨屑または凝集した研磨粒の寸法に依存し、酸化シリコン系スラリーの場合 0.05mm以上 4.5mm以下が好ましい。

潢のピッチ pは、以上のように限定された溝の幅の制限のもと、研磨剤の流動性の良さと、接触面積の多さというお互いに矛盾する特性のトレ一ドオフにより決まり、実験の結果、 0. 1mm以上 5.0mm以下が好ましいことが分かった。また、 !·の凸部の上辺の長さ bは、 0.0mm以上 3.0mm以下が好ましいことも分かつた。

更に、凸部の底辺の長さ aと上辺の長さ bとの関係は、 a bであり、上辺の長さ bは、 b≥ 0であり、凹部の底辺の長さ cは、 c 0であることが好ましい。 a bとすることにより、製作が容易であるばかりでなく、剪断方向の力に対して強い構造とすることができる。なお、 b = 0のときは凸部の上辺はェッヂ状になるが、このエツヂ状の凸部が研磨対象物に加圧される研磨状態では、エツヂ部分は圧縮され、有限の面積で研磨対象物に接触するので、 b = 0のときでも有効接触面積は零にはならない。溝の深さ dの下限は研磨屑または凝集した研磨粒の排出性から决まり、 0. 1 mm以上が好ましい。また、凹凸部は周期構造を取ることが製作を容易にするので好ましい。

[実施形態 2 - 2 ]

図 9は本発明の第 2 — 2の実施形態による研磨体の加工面部の溝構造から成る凹凸部の拡大断面を示す図である。第 2 — 2の実施形態による研磨体では、凹部（溝部） 4 2の断面が U字形であるが、その他は、第 2— 1の実施形態による研磨体と同様であるので、第 2— 1の実施形態による研磨体と同様の部分については説明を省略する。第 2— 2の実施形態による研磨体において、 eは凸部 4 1の上辺の長さ、 f は凹部（溝部） 4 2の上辺の長さ、 gは溝の深さを表している。ここで、凹凸部は周期構造を取ることが製作を容易にするので好ましく、この場合、図 9 に於ける p 2は凹凸部の凹凸の周期構造のピッチ（以下溝のピッチと呼ぶ）である。

第 2 _ 1の実施形態による研磨体と同様に、第 2— 2の実施形態による研磨体では、好ましい溝の幅 f の範囲はそこから排出される研磨屑または凝集した研磨粒の寸法に依存し、実験の結果、酸化シリコン系スラリ一の場合 0.05mm以上 4.5mm.J 下が好ましいことが分かった。

溝のピッチ p 2は、以上のように限定された潢の幅の制限の'もと、研磨剤の流動性の良さと、接触面積の多さというお互いに矛盾する特性のトレードオフにより決まり、実験の結果、 0. 1mm以上 5.0mm以下が好ましいことが分かった。溝の凸部の上辺の長さ e は、 0.0mm以上

3.0mm以下が好ましいことも分かった。

なお、 e = 0のときは凸部の上辺はエツヂ状になるが、このエツヂ状の凸部が研磨対象物に加圧される研磨状態では、ェッヂ部分は圧縮され、有限の面積で研磨対象物に接触するので、 e = 0のときでも有効接触面積は零にはならない。溝の深さ gの下限は研磨屑または凝集した研磨粒の排出性から決まり、 0. 1mm以上が好ましい。

第 2— 2の実施形態においては、研磨体の加工面部に凹部（溝部）の断面が U字形である溝が形成されているが、溝が U字形であると、研磨剂の供給や排出が容易であり、且つ、研磨体の加工面と溝とがなす角度も大きく取れるので、研磨体の加工面に生じる鋭角な部分の発生を抑えられる。これらにより、研磨対象物の傷の発生を抑えることが可能である。

なお、第 2— 2の実施形態による研磨体では、研磨体の加工面に形成されている凹部（溝部）の断面形状を U字形であるとしたが、 U字形以外の曲率を有する形状であってもよい。

第 2 — 1及び第 2— 2の実施形態による研磨体において、研磨速度を向上させるため、また傷をなくするために、溝の形状は重要であり、そのために、研磨剤の流動性と保持性、研磨屑または凝集した研磨粒の排出性を効果的に行うのに適したパターンが選ばれる。そのパターンは、同心円状、螺旋状、格子状、三角格子状、放射状の溝の群から選ばれた一つあるいは二つ以上の組み合せが好ましい。この内、同心円状と放射状の潢が図 1 0に、格子状の溝-が図 1 1に、三角格子状の溝が図 1 2に示されている（いずれも研磨体 2 1の平面図である）。

以上述べたように、研磨速度は接触面積に比例する。ところが、一般に固体と固体との接触は点である。本発明になる無発泡の研磨体は、硬質の材料を使っているので、実効的な接触面積が、図面から単純に計算される値よりも低いために、研磨速度が期待値よりも低いことがある。凸部全体を研磨対象物になじませるためには工夫が要る。そのために、研磨パッドの材料の樹脂の硬度の温度依存性を利用する。樹脂の硬度は温度上昇と共に低くなる。研磨パッドの硬度を温度を上昇させ、また温度管理することによって研磨対象物に対する当たりを向上させるのである。図 1 3には本発明の実施例の研磨体の材料である高分子材料が温度の上昇と共にその硬度を低下させる様子を示している（各線は、異なる高分子材料について、それそれの特性を示したものである）。図 1 4に示すように、研磨速度は温度に依存して、温度が高くなるほど研磨速度は上昇する。この研磨速度の上昇の原因には、有効（実効的な）接触面積の増加の他に、スラリーの反応性の向上がある。

硬質の無発泡の研磨体の大きな特徴の一つは平坦性、即ちパターンの段差解消を効率良く行うことである。研磨体の硬度が低下すると、その段差解消性は悪化する。以下に、研磨体の硬度と段差解消性との関係を調べる実験をした。 50011 厚の

のパ夕一ン膜の上に 1 〃 m厚の酸化珪素（ S i 0₂) 膜が形成され、初期段差が 500nmのウェハを、材料の硬度を様々に変化させた研磨体で 700nm研磨、除去したところ、研磨体の材料のピッカース硬度が 1.5kgf/mm² (約 1.5X 10⁷ Pa) 以上、あるいは圧縮ヤング率が 25kgf/mm² (約 2.5xl0⁸Pa) 以上のときに、残留段差を 150nm以下にすることができることが分かつた。

このことから、ビッカース硬度 1.5kgf/mm² (約 1.5 X 10⁷ Pa ² ) 以上、 .あるいは圧縮ヤング率が 25kgf/mm² (約 2.5 X 10⁸ Pa) 以上を維持でき、且つ最も温度の高い条件で研磨を行えば、最も高い研磨速度と良好な平坦性の両方を得ることができることが分かる。

以上の研磨パッドには、図 1 0、図 1 1、図 1 2で示した潢構造の適当な場所に孔を穿ち、研磨中の研磨状態をその場で光学的に測定するために、測定光を通すための測定窓を一ヶ所以上に設けてもよい。また、その測定窓の研磨対象物側の面に研磨対象物、研磨へッドが接触したときの傷発生を防止するために、ハードコートを施し、その反対側の面に反射防止膜を施すのも好ましい。更に本発明の研磨体は、これを例えば従来例の図 2 に示したような研磨装置に取り付ければ、研磨速度が高く、段差解消性に優れ、且つ傷の発生のない研磨装置が得られる。

[実施例 2— 1 ]

図 1 5は、本発明の実施例である研磨ヘッドを示す概要図である。図 1 5において、 4 3は研磨対象物保持部（研磨ヘッド）の主要部、 4 4 はアルミニウム製リング、 4 5は弾性膜、 4 6は 0リング、 4 7はリテ —ナリング、 4 8は 0リング、 4 9は機密空間、 5 0、 5 1は高圧空気流入孔である。螺旋状の溝（溝のピッチ： 0.5mm、凸部の上辺の長さ： 0. 15mm) と放射状の凹溝（ 5度間隔、深さ 0.5mm)の両方を有するエポキシ樹脂からなる、無発泡のシートを 0 8OOmm X 2O m m tのアルミベースプレート上に固定し、これを研磨パッドとした。

次に、内径 φ 145mm のアルミニゥム製リング 4 4に弾性膜 4 5 ( 口デ一ルニヅ夕製 R201) を貼り、このリング 4 4を、 0 リング 4 6、 4 8を介して図 1 5に示されるように配し、図 1 5に示す研磨へッドを構成した。 4 7はリテーナリングであり、これは研磨対象物（シリコンゥェハ） 1 7の飛び出し防止用のリングである。 4 9は研磨対象物 1 7を加圧するために正圧に保たれた-気密空問であり、正圧を与えるために圧縮気体が高圧空気流入孔 5 0、 5 1から供給される。この気密'空問 4 9 と弾性膜 4 5 とにより、研磨ヘッド—は、リテ一ナリング 4 7を含んだ全体系と独立に加圧できる構造になっている。

弾性膜 4 5に S i 0 ₂の熱酸化膜が 1 〃m形成された 6ィンチのシリコンェハ 1 7を表面張力で固定し、以下に示す加工条件で研磨を行つた。

加工条件

' 研磨パッド回転数： 50rpm

• 研磨へッド回転数： 50rpm

-揺動距離： 30mm

-揺動回数： 15 往復/分

-研磨剤：キヤボット社製 SEMI Supers25を 2倍に希釈

·研磨剤流量： 50ml//分

' ウェハへの荷重： 400g m ² ( 3.9 X 10⁴ Pa ) プラテンの温度、従って研磨パッドの温度は 5 0 °Cに維持した。以上の条件で研磨した結果、研磨速度として 200nm /分が得られた。また、 500nm厚の 4 mm x 4 mmのパターン膜の上に 1 m厚の酸化珪素（ S i 0 ₂ ) 膜を形成し、初期段差が 500nmのウェハを、 700nm の厚みだけ研磨、除去したところ、残留段差は lOOnm以下であり、良好であった。また、傷の発生もなかった。

[比較例 2— 1 ]

研磨パッドの温度を室温にした時、実施例 2— 1 と同様に、残留段差は lOOnm以下で良好であつたが、研磨速度は 150nm/分に低下した。傷の発生はなかった。

[比較例 2— 2 ]

溝の凸部の上辺の長さを 0.35mmに広げたことを除いて、実施例 2— 1 と.同様の研磨パッドで、研磨パッドの温度を 50 °Cにして研'磨を行つた。研磨速度は実施例 1の 200nm/分から 180nm/分に低下した。研磨剤の流勋性が低下したためと考えられる。傷の発生はなかった。以下、本発明の第 3の目的を達成するための発明の実施の形態の例、及び実施例について説明する。

[実施形態 3 - 1 ]

図 1 6に示される本実施の形態における研磨体（研磨パッド） 2 1は溝 3 2が形成されている領域を含まない研磨体 2 1の体積に対して、発泡による空孔領域が 20 %以下である材料で形成されている。前記発泡による空孔領域が 0 %である研磨体は、無発泡タイプの研磨体と呼ばれている。また、前記発泡による空孔領域が 0 %を越えているが、比較的少ない研磨体は、低発泡タイプの研磨体と呼ばれている。このような無発泡タイプ及び低発泡タイプの研磨体自体は、発泡タイプの研磨体（前記発泡による空孔領域が比較的多い研磨体）に比べて研磨剤の保持能力が低い。そのため、研磨体 2 1の表面には断面形状が V字形の溝 3 2が形成されている。

本実施の形態における研磨装置は、図 2に示した研磨装置と基本的に同様の構成を有し、本実施の形態として示した研磨体を研磨体（研磨パッド） 2 1 として用いていることのみが異なる。よって、以下、図 2を参照して説明する。

研磨体 2 1は両面テープもしくは接着剤により研磨定盤 2 0に貼り付けられている。

シリコンウェハ 1 7は研磨ヘッド 1 6により保持され、回転させながら揺動させられ、研磨部材 1 5の研磨体 2 1 に所定の圧力で押し付られる。研磨部材 1 5も回転させ、. -シリコンウェハ 1 7 との間で相対運動を行わせる。この状態で、研磨剂 1 9が研磨剤供給部 1 8から研磨体 2 1 上に供給される。研磨剤 1 9は研磨体 2 1上で拡散し、研磨部材 1 5 とシリコンウェハ 1 7の相対運動に伴って研磨体 2 1 とシリコンウェハ 1 7との間に入り込み、シリコンウェハ 1 7の研磨面を研磨する。即ち、研磨部材 1 5 とシリコンウエノヽ 1 7の相対運動による機械的研磨と、研磨剤 1 9の化学的作用が相乗的に作用して良好な研磨が行われる。

図 1 7は研磨対象物により荷重が加えられた状態の研磨体の一部分の断面図である。図 1 7において研磨体 2 1の表面に形成されている溝の断面形状は矩形である。図 1 7 ( a ) は研磨対象物 1 7により荷重が加えられていない状態であり、図 1 7 ( b ) は研磨対象物 1 7により荷重が加えられている状態である。表面に溝が形成されている研磨体において、荷重が加えられると研磨体全体において弾性変形する。しかし、研磨体 2 1の表面から溝の底までの領域 2 1 aと、その下層にあたる溝の入っていない研磨体のバルク領域 2 1 bに分けてみた場合、図 1 7 ( b ) に示すように、弾性変形は単位面積当たりの荷重が大きくなつている溝が形成されている領域 2 1 aにおいて大きく発生する。この変形は溝間の凸部分の幅が狭い場合や、溝が深い場合に大きい。また、逆に溝間の凸部分の幅が広い場合や、溝が浅い場合には溝領域 2 l aの変形は小さい。この溝が形成されている領域 2 1 aの変形量の大小によつて、研磨特性は大きく変化する。つまり、変形量が大きければ軟質の研磨体の特徴である均一性の向上をもたらし、一方で変形量が小さければ硬質の研磨体の特徴である平坦性の向上をもたらす。

研磨体の表面での溝 3 2の幅 W (図 1 6 ) が 0.1mmより狭い場合には、この研磨体を製造する上で溝の寸法の精度を保ったまま溝を形成することが困難である。さらに、溝 3 2の内部に入った研磨剤のクリ一二ングも難しく溝 3 2の内部で砑磨剤が固着し、そのくずにより研磨時のシリ,コンウェハの研磨面に傷が発生する可能性がある。一方、 '研磨体の表面での溝 3 2の幅 Wが 2.0mmより広い場合には、研磨剤を介して研磨対象物と接触する面積が減少することにより、研磨体と研磨対象物との接触抵抗により発生する熱が少なくなるので、 C M Pの化学的な要素が効かず研磨速度が著しく低下する。このため、溝 3 2の研磨体の表面での幅 Wは、 0.1mm≤W≤2.0mmであることが好ましい。

また、溝 3 2が形成されている領域を含む研磨体 2 1の体積に対する、溝 3 2が形成されている領域の体積の割合 V Lが、 0.1 %より小さい場合は、研磨体 2 1の表面での研磨液の保持能力が低下するので、これにより研磨速度が著しく低下したり、均一性が悪くなる。さらに、研磨体の変形量が小さくなり、均一性が悪くなる。一方、前記割合 V Lが 30 %を越える場合は、研磨体の変形量が大きくなるので、平坦性が悪くなる。よって、前記割合 V Lは、 0.1%≤ V L≤30 %であることが好ましい。このように、前記のような研磨体を用いた前記のような研磨装置では、研磨体の材料が無発泡タイプ、もしくは低発泡タイプであるので、研磨体の使用による磨耗が非常に少なく、さらに、ドレッシングが不要もしくはドレツシングに要する時間が短くて済むので、摩耗による溝構造の変化がないため、常に安定な研磨特性を得ることができる。これらにより、研磨体の交換頻度が低下するため、研磨に要する費用を低減させることができるという効果を有する。さらに、表面に形成されている溝構造（潢幅 W、体積割合 V L ) により研磨特性の中の均一性、平坦性、及び研磨速度をコントロールすることができ、好適な研磨特性が得られるように溝構造を選択することができる。これにより、研磨の歩留まりが向上したり、研磨に要する時間が短縮するので、研磨に要する費用を低減させることができると-いう効果を有する。

なお、この実施の形態において溝 3 2の断面の形状を V字形としたが、他の形状でもよい。

[実施形態 3— 2 ]

本実施の形態による研磨体は、厚さ D (図 1 6 ) が、 0.5mm≤D≤ 5.0mmである。その他は第 3 — 1の実施の形態による研磨体と同様であるので説明を省略する。また、研磨装置は、第 3— 1の実施の形態の研磨装置と同じものを使用している。

研磨体 2 1の厚さ D力^.0mmより厚ければ、研磨体の絶対変形量が増加し、平坦性が悪くなる。一方、研磨体 1 1の厚さ Dが 0.5mmより薄ければ、研磨体の絶対変形量が減少し、均一性が悪くなる。このため、厚さ Dは、 0.5mm≤ D≤5.0mmであることが好ましい。

このように、この実施の形態による研磨体を用いた研磨装置では、研磨体の厚さ Dにより研磨特性の中の均一性、平坦性、及び研磨速度をコン卜ロールすることができ、好適な研磨特性が得られるように厚さを選択することができる。これにより、研磨の歩留まりが向上したり、研磨に要する時間が短縮するので、研磨に要する費用を低減させることができるという効果を有する。

[実施形態 3 - 3 ]

本実施の形態における研磨体は、溝 3 2の深さが、研磨体の表面での溝の幅 W (図 1 6 ) の 3倍以下である。その他は第 3— 1または第 3— 2 3の実施の形態における研磨体と同様であるので説明を省略する。また、研磨装置としては、第 3— 1の実施の形態と同じ研磨装置を使用している。

溝 3 2の深さ力研磨体 2 1の表面での溝 3 2の幅 Wの 3倍を越えると、研磨体の溝内部の研磨剂の除去が難しく研磨剤が内部で 0着し、その固着物がはがれたときに研磨-対象物の研磨面に傷を発生させる可能性が高.い。よって、溝 3 2の深さは、研磨体の表面での溝の幅 Wの 3倍以下であることが好ましい。

このように、本実施の形態による研磨体を用いた研磨装置では、研磨対象物の研磨面に傷を発生させることがない。これにより、研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができるという効果を有する。

[実施形態 3— 4 ]

図 1 8は、本実施の形態による研磨体の概略構成図（平面図）である。本実施の形態による研磨体では研磨体の表面に対する溝の形状は、編み目状である。研磨体の表面に対する溝の形状が編み目状であると、研磨剤が安定して供給でき、かつ、研磨定盤の回転に伴う遠心力により研磨体上の研磨剤が研磨体の外へ飛び出しにくいので、研磨体の表面での研磨剤の保持能力を向上させることができる。よって、研磨体の表面に対する溝の形状は、編み目状であることが好ましい。その他については前記各第 3— 1、第 3— 2、第 3— 3の実施の形態による研磨体と同様であるので説明を省略する。

なお、以上の実施の形態による研磨体の研磨体の表面に対する溝の形状は編み目状であるとしたが、螺旋状、同心円状、格子状、三角格子状もしくはランダム形状のいずれか、又はこれら及び編み目状の中の 2種類以上を含む形状であってもよい。

このような溝の形状を有する研磨体を用いた研磨装置では、研磨体の表面での研磨剤の保持能力が高いので、研磨速度が向上し、かつ均一性も向上する。これにより、研磨の歩留まりが向上したり、研磨に耍する時間が短縮するので、研磨に要する費用を低減させることができるという効果を有する。

[実施形態 3— 5 ]

図. 1 9は本実施の形態における研磨体の断面図である。図 1 ' 9 ( a ) は、溝 3 2の断面形状が V字形である研磨体であり、図 1 9 ( b ) は、溝 3 2の断面形状が U字形である研磨体である。図 1 9 ( a ) では研磨体 2 1の表面に断面形状が V字形である溝 3 2が形成されている。図 1 9 ( b ) では研磨体 2 1の表面に断面形状が U字形である溝 3 2が形成されている。溝がこれらのような断面形状であると、研磨剤の供給ゃ排出が容易であり、かつ、研磨体の表面と溝とがなす角度も大きく取れるので、研磨体の表面に生じる鋭角な部分の発生を抑えられる。これらにより、シリコンウェハの研磨面での傷の発生を抑えることが可能である。

研磨体 2 1のその他の構成は第 3— 1から第 3— 4の実施の形態における研磨体と同様であるので説明を省略する。

なお、本実施の形態による研磨体では、研磨体の表面に形成されている溝の断面形状を V字形もしくは U字形であるとしたが、 U字形以外の曲率を有する形状、矩形、もしくは多角形であってもよい。

このような研磨体を用いた研磨装置では、研磨対象物に傷を発生させることがない。これにより、研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができるという効果を有する。

[実施形態 3— 6 ]

本実施の形態による研磨体は、材料の圧縮弾性率 Kが、

0. l G Pa≤ K≤2.0 G Pa

である。その他の構成は第 3— 1から第 3— 5の実施の形態における研磨体と同様であるので説明を省略する。

本実施の形態においては、材料が軟らかすぎないため、研摩の際に磨耗量が少なく、研摩体が長寿命となり、かつ、平坦性が悪くなることがない。また、材料が硬すぎないこめ、研摩対象物に傷が付くことが無く、 .かつ、均一性が悪くなることが無い。

このような実施の形態による研体を用いた研磨装置では、材料の圧縮弾性率 Kが、

0. l G Pa≤ K≤2.0 G Pa

である材料で形成されている研磨体に対して、研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができるという効果を有する。

[実施形態 3— 7 ]

本実施の形態による研磨体では、その材料の主成分がエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニール樹脂、及びポリカーボネート樹脂、無発泡ウレ夕ン樹脂の群から選ばれた何れか一つ以上の樹脂である。これらの材料を主成分とする研磨体は、研磨による摩耗が少ない。

このような研磨体を用いた研磨装置では、研磨による研磨体の摩耗が少ないので、研磨体の寿命が向上する。これにより、研磨体の交換頻度が低下するので、研磨に要する費用を低減させることができるという効果を有する。

[実施形態 3 - 8 ]

本実施の形態における研磨体の表面には、研磨剤を供給及び排出する溝がさらに形成されている。これにより、研磨剤が研磨対象物の全面に均一に供給される。なお、前記研磨剤を供給及び排出する溝の断面形状は、曲率を有する形状、矩形、 V字形、又は多角形であることが好ましい。また、前記研磨剤を供給及び排出する溝の研磨体の表面に対する形状は、放射状、格子状、三角格子状、編み目状、又はランダム形状であることが好ましい。

なお、前記研磨剤を供給及び排出する溝としては、前記各実施の形態において研磨体に形成されてい溝の一部を利用してもよいし、またはこれらとは異なる新たな溝を形成してもよい。 '

このような研磨体を用いた研磨装置では、研磨剤が研磨対象物の研磨面の全体に均一に供給されるため、均一性が悪くなつたり、研磨対象物と研磨体との摩擦が大きくなることによる研磨特性の劣化が生じることがない。これにより、研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができるという効果を有する。

[実施形態 3— 9 ]

本実施の形態は、研磨体の一部に透明領域を有するものである。

図 2 0は本実施の形態である研磨装置の概略構成図である。図 2 0において、 6 1 は開口部、 6 2は研磨過程測定装置、 6 3は測定光である。図 2 0に示す研磨装置の基本構成は図 2に示したものと同じであるので、異なる部分のみについて説明する。研磨定盤 2 0には開口部 6 1 が形成されている。さらに、研磨定盤 2 0の下には、光学的に研磨状態を親察して研磨過程（例えばシリコンゥ Iハの厚さ）を測定する研磨過程測定装置 6 2が設置されている。研磨定盤 2 0の上に設けられた研磨体 2 1 には透明領域（不図示）が設けられ、この透明領域と研磨定盤 2 0の開口部 6 1が重なるようになっている。よって、研磨過程測定装置 6 2から照射された測定光 6 3は、この開口部 6 1 と研磨体 2 1の透明領域を通過してシリコンウェハで反射し、再び研磨体 2 1の透明領域と開口部 6 1 を通過して研磨過程測定装置 6 2に戻って検出される。これにより研磨の進行状況が測定される。

光学的に研磨状態を観察して研磨過程を測定する研磨過程測定装置 6 2 としては、反射分光特性（反射分光スぺクトル）から研磨終点の検出及び膜厚測定をする装置を用いることが好ましい。研磨面の状態を観察する研磨過程測定装置 6 2で計測された反射分光スぺクトルを、コンビュ—夕一（不図示）においてシミュレーション等で得られた参照スぺクトルと比較し、膜厚の算出もしくは研磨終点の検出がされる。なお、研磨面の状態を観察する研磨過程測定装置 6 2 としては、前述した反射分光特性（反射分光スぺクトル）から研磨終点の検出及び膜厚測定をする装置の代わりに、特定の波長での反射率の変化から研磨終点の検出もしくは膜厚測定をする装置、または研磨面を C C Dカメラ等で撮影した画像を画像処理することにより研磨終点の検出もしくは膜厚測定をする装置等を用いてもよい。

このように、本実施の形態による研磨装置では、研磨定盤に形成されている開口部、及び研磨体の透明領域を介して、研磨状態を親察する装置により、研磨工程の途中で研磨対象物の研磨面の研磨状態をその場検出（in-situ検出）することができる。これにより、研磨工程中に研磨の終点を検出できるので研磨の歩留まりが向上し、研磨に要する費用を低減させることができるという効果を有する。 .

以上説明した第 3— 1から第 3— 9における各実施の形態において、研磨特性をコントロールするためには、本発明で規定した範囲内で溝構造、及び研磨体の厚さを次のようにすればよい。

すなわち、均一性を向上させるためには、溝の深さを深くし、研磨体の厚さを厚くすればよい。また、平坦性を向上させるためには、溝の深さを浅くし、研磨体の厚さを薄くすればよい。さらに研磨体速度を上昇させるためには、研磨体の溝間の凸部分の幅を広くすればよい。

また、これら各実施の形態における研磨体において表面に溝を形成する方法は、周知の方法、例えば、溝加工用バイトを用いて研磨体の表面を旋盤加工する方法等を用いることができる。

[実施例 3 — 1 ]

研磨装置の研磨定盤の表面に溝構造を有するェポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体を両面テープにより貼り付けた。エポキシ樹脂の圧縮弾性率は、 0.98 G Paである。実施例 1 の研磨体の表面には、溝幅 W 0.35mm, 溝間の凸部分の幅 0. 15mm、深さ 0.30mmの V字形の溝が螺旋状に形成されている。研磨体の厚さは 4.0mmであり、溝が形成されている領域を含む研磨体の体積に対する、前記溝が形成されている領域の体積の割合 V Lは、 2.6 %である。

研磨へッドにバッキング材を介し、熱酸化膜が 1 m形成された 6インチシリコンウェハを取り付け、以下の条件で 150秒間研磨を行った。研磨へッド回転数： 50rpm

研磨定盤回転数： 50rpm

研磨へッドの荷重： 3.92x 10 ⁴ Pa

研磨へッドの揺動幅： 30mm

研磨へッドの揺動速度： 15ストローク/分

使用研磨剤： Cabot社製 SS25をイオン交換水で 2倍希釈

研磨剤流量： 200ml/分また、上記条件でブラズマ TEOS (テトラエトキシシラン）膜パ夕一ン付きシリコンウェハを研磨した。このパターン付きシリコンウェハはパターン部分が、 1.5〃mのプラズマ TEOS膜、パターンなし部分が 1.0 〃mのプラズマ TEOS膜で、初期の段差として 0.5 mの段差がある。シリコンウェハ内には 4.0mm角のパターンが 2次元に配列している。この膜をパターンなし部分が 0.8〃mになるまで研磨した。

[実施例 3— 2 ]

表面に溝構造を有するェポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体にて、実施例 1 と同様の研磨対象物（熱酸化膜が 1 m形成された 6 インチシリコンウェハ、及びプラズマ TEOS膜パターン付きシリコンウェハ）の研磨を行った。この研磨体の表面には、潢幅 W0.25mm、溝間の凸部分の幅 0.25mm、深さ 0.25mmの V字形の溝が螺旋状に形成されている。研磨体の厚さは 4.0mmであり、溝が形成されている領域を含む'研磨体の体積に対する、前記溝が形成されている領域の体積の割合 V Lは、 1.6 %である。研磨条件は実施例 3— 1 と全く同一条件である。

[実施例 3— 3 ]

表面に溝構造を有するエポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体にて、実施例 1 と同様の研磨対象物（熱酸化膜が 1〃m形成された 6インチシリコンウェハ、及びプラズマ TEOS膜ノターン付きシリコンゥェハ）の研磨を行った。この研磨体の表面には、溝幅 W 0.25mm、溝間の凸部分の幅 0.25mm、深さ 0.25mmの V字形の ¾が螺旋状に形成されている。研磨体の厚さは 2.0mmであり、溝が形成されている領域を含む研磨体の体積に対する、前記溝が形成されている領域の体積の割合 V L は、 3.1 %である。研磨条件は実施例 3— 1 と全く同一条件である。

[実施例 3 — 4 ]

実施例 3— 3の研磨体にて、熱酸化膜が 1 〃m形成された 6インチシリコンウェハを 1000枚研磨した後に、実施例 3 — 1 と同様の研磨対象物（熱酸化膜が 1〃m形成された 6インチシリコンウェハ、及びプラズマ TEOS膜パターン付きシリコンウェハ）の研磨を行った。この研磨については、研磨前、研磨中にドレッシングを行っていない。研磨条件は実施例 3— 1 と全く同一条件である。

[実施例 3— 5 ]

表面に溝構造を有するエポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体にて、実施例 1 と同様の研磨対象物（熱酸化膜が 1 m形成された 6インチシリコンウェハ、及びプラズマ TEOS膜パターン付きシリコンウェハ）の研磨を行った。この研磨体の表面には、溝幅 W0.25mm、溝間の凸部分の幅 0.25mm、深さ 0.25mmの U字形の溝が編み目状に形成されている。研磨体の厚さは 4.0mmであり、溝が形成されている領域を含む研磨体の体積に対する、前記溝が形成されている領域の体積の '割合 V L は、 5.2 %である。研磨条件は実施例 3— 1 と全く同一条件である。

[比較例 3 — 1 ]

表面に溝構造を有するエポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体にて、実施例 3— 1 と同様の研磨対象物（熱酸化膜が 1〃m形成された 6インチシリコンウェハ、及びプラズマ TEOSH莫パターン付きシリコンゥェハ）の研磨を行った。この研磨体の表面には、溝幅 W 0.05mm、溝間の凸部分の幅 0.45mm、深さ 2.0mmの矩形の溝が螺旋状に形成されている。研磨体の厚さは 4.0mmであり、溝が形成されている領域を含む研磨体の体積に対する、前記溝が形成されている領域の体積の割合 V L は、 5.0 %である。研磨条件は実施例 3— 1 と全く同一条件である。

[比較例 3— 2 ]

表面に溝構造を有するエポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体にて、実施例 3 - 1 と同様の研磨対象物（熱酸化膜が 1 〃m形成された 6 インチシリコンウェハ、及びプラズマ TEOSfl莫ノターン付きシリコンゥェハ）の研磨を行った。比較例 3 — 2 の研磨体の表面には、溝幅 W 0.45mm, 溝間の凸部分の幅 0.05mm、深さ 2.0mmの矩形の溝が螺旋状に形成されている。研磨体の厚さは 4.0mmであり、溝が形成されている領域を含む研磨体の体積に対する、前記溝が形成されている領域の体積の割合 V Lは、 45.0 %である。研磨条件は実施例 3 — 1 と全く同一条件である。

[評価]

以上の実施例と比較例について、各々の研磨後の研磨対象物を用いて、研磨速度、均一性、平坦性を測定した。研磨速度については、熱酸化膜が 1 〃 m形成された 6 ィ-ンチシリコンウェハのエッジから内側 5mmの部分を除いた部分の平均研磨量と研磨時間から換算して算出した。均一性については、熱酸化膜が 1〃m形成された 6インチシリコンウェハのエツジから内側 5 mmの部分を除いた研磨量プロファイルから、以下の式によって均一性を算出した。

均一性（％) = ( R A - R I ) / ( R A + R I ) x 1 0 0

ここで、 R Aは測定した研磨量プロファイルでの最大研磨量、 R I は測定した研磨量プロファイルでの最小研磨量である。また、平坦性については、 6インチのプラズマ TEOS膜パターン付きシリコンウェハを用いて、パターンなし部分が 0.8〃mになるまで研磨し、その時のシリコンウェハ内の複数の個所で残留段差を測定し、それらの残留段差の測定値の中の最大値を平坦性とした。

上記各実施例、比較例の研磨体の溝構造、厚さ、及び上記測定による結果を表 1 に示す。（実施例 3 - 1 を実施例 1、比較例 3 - 1 を比較例 1等と示す） (表 1 )

本発明に係る溝構造と研磨体の厚さの規定により、研磨体の材料は全く同じながら、上記に示したように研磨特性に大きな違いが見られた。実施例 3— 1 と実施例 3— 2では、潢構造が異なるのみであるが、溝の幅が広く、深さが深い実施例 3— 1で均一性が優れていて、その逆の実施例 3— 2で平坦性が優れている。これは既に述べているように、溝が形成されている領域の見かけ上の弾性率の違いが原因である。研磨速度についても、潢間の凸部分の幅の広い実施例 3— 2で大きな上昇が見られている。

実施例 3— 2 と実施例 3— 3については、潢構造が同じで研磨体の厚さが異なるものである。実施例 3— 2では均一性が優れていて、実施例 3では平坦性が優れている。この例についても、研磨体の厚さの違いによる研磨時の絶対変形量の違いが原因である。

実施例 3— 3 と実施例 3— 4については、連続研磨前と連続研磨後の評価である。本発听による研磨体では、研磨毎のドレッシング工程を行つていないにもかかわらず、連続研磨により研磨特性が変化しないことを示している。

実施例 3— 5 と実施例 3— 2では、研磨体の表面における溝の形状が編み目状のものと螺旋状のものの比較である。この例では研磨剤の供給排出能力の優れている実施例 3 — 5の編み目状の構造が優れていることを示している。

比較例 3— 1及び比較例 3— 2は、本発明の請求項の範囲から外れた溝構造を持っているものである。比較例 3 - 1では溝間の幅が広く研磨剤が十分に供給できておらず、研磨効率が悪い。また、比較例 3— 2では溝間の幅が極端に小さいため、研磨時の接触面積が小さいことにより研磨効率が劣っている。さらに、この両者については研磨時に発生するシリコンゥェハの研磨面の傷が極端に大きい傾向があつた。以下、本発明の第 4の目的を達成するための発明の実施の形態の例、及び実施例について説明する。

[実施形態 4— 1】 -.

図.2 1 ( a)、 (b) は、本実施の形態に係る研磨体を示す図'である。図 2 1 ( a) は平面図、図 2 1 ( b ) は図 2 1 ( a) の A— A，部分の断面図である（なお、断面図は異なる形状の 2種類の断面があることを示すものであって、断面位置は、正確に Aと A' 位置には対応していない）。

本実施の形態に係る研磨体は、平面形状が円形をしており、表面に 2 種類の凹凸構造が形成されている。ここでは、 2種類の凹凸構造の各々を第 1の凹凸構造及び第 2の凹凸構造と称する。図 2 1 ( a) に示すように第 1の凹凸構造を有する領域（図 2 1 ( a) の黒い部分）及び第 2 の凹凸構造を有する領域（図 2 1 ( a) の白い部分）は、研磨体の表面に同心円状に配置されている。第 1の凹凸構造が形成されている領域 (図 2 1 (a) の黒い部分）は、 3力所に配置されていて、第 2の凹凸構造が形成されている領域（図 2 1 ( a) の白い部分）は、 2力所に配置されている。第 1の凹凸構造が形成されている領域では、凹部及び凸部は、各々 2個以上形成されており、第 2の凹凸構造が形成されている領域でも、凹部及び凸部は、各々 2個以上形成されている。第 1の凹凸構造の凹部及び第 2の凹凸構造の凹部は、共に溝である。これらの溝は、同心円状もしくは螺旋状に形成されている。そして、図 2 1 ( b ) に示すように、第 1の凹凸構造の凸部の幅及び第 2の凹凸構造の凸部の幅は異なっており、第 1の凹凸構造の凸部の幅は、第 2の凹凸構造の凸部の幅より広い。

[実施形態 4一 2]

図 2 2 ( a)、 ( b ) は、本実施の形態に係る研磨体を示す図である。図 2 2 ( a) は平面図、図 2 2 ( b ) は図 2 2 ( a) の B— B ' 部分の断面図である。（なお、断面図は異なる形状の 2種類の断面があることを示すものであって、断面位置は、正確に Bと B，位置には対応していない）。

本実施の形態に係る研磨体は、 Ψ¾形状が円形をしており、表面に 2 種類の凹凸構造が形成されている。ここでは、 2種類の凹凸構造の各々を第 1の凹凸構造及び第 2の凹凸構造と称する。図 2 2 ( a) に示すように第 1の凹凸構造を有する領域（図 2 2 ( a) の黒い部分）及び第 2 の凹凸構造を有する領域（図 2 2 ( a) の白い部分）は、研磨体の表面に格子状に配置されている。第 1の凹凸構造が形成されている領域では、凹部及び凸部は、各々 2個以上形成されており、第 2の凹凸構造が形成されている領域でも、凹部及び凸部は、各々 2個以上形成されている。第 1の凹凸構造の凹部及び第 2の凹凸構造の凹部は、ともに溝である。これらの溝は各領域内で図 2 2 ( a) 内の上下方向に沿って直線状に形成されている。そして、図 2 2 ( b ) に示すように、第 1の凹凸構造の凸部の幅と第 2の凹凸構造の凸部の幅は異なっており、第 1の凹凸構造の凸部の幅は、第 2の凹凸構造の凸部の幅より広い。上記の第 4― 1の実施の形態もしくは第 4— 2の実施の形態に係る研磨体は、図 2に示すような C M P装置に搭載され、シリコンウェハの研磨等に用いられる。

シリコンウェハが保持されている研磨へッドに圧力をかけて、研磨定盤上の第 4 - 1の実施の形態もしくは第 4— 2の実施の形態に係る研磨体に所定の圧力で押し付ると、研磨体の凹凸構造の凸部の幅が広い領域では、研磨体に加わる単位面積当たりの圧力が小さく、これに伴う研磨体の変形量は、小さい。一方、研磨体の凹凸構造の凸部の幅が狭い領域では、研磨体に加わる単位面積当たりの圧力が大きく、これに伴う研磨休の変形量は、大きい。即ち、同一の研磨体に見かけ上、硬質研磨体と軟質研磨体が共存していることになる。

弾性率が小さい軟質研磨体は均一性が優れていて、弾性率が大きい硬質研磨体は、平坦性が優れている。この傾向は本発明に係る'研磨体でも同様に機能する。即ち、研磨体の-凹凸構造の凸部の幅が広い部分は、硬質研磨体と同等に機能し、凹凸パターンの研磨時に遗択的にシリコンウェハ上の凹凸パターンの凸部分を研磨していくことにより、均一性が向上する。一方、研磨体の凹凸構造の凸部の幅が狭い部分は、軟質研磨体と同等に機能し、シリコンウェハのそりや、成膜時の膜厚むらに対しても追従して研磨していくことにより、平坦性が向上する。

[実施形態 4— 3 ]

図 2 3 ( a )、 ( b ) は、本実施の形態に係る研磨体を示す図である。図 2 3 ( a ) は平面図、図 2 3 ( b ) は図 2 3 ( a ) の C— C，部分の断面図である（なお、断面図は異なる形状の 2種類の断面があることを示すものであって、断面位置は、正確に Cと C，位置には対応していない）。

。本実施の形態に係る研磨体は、前記第 4— 1の実施の形態に係る研磨体の変形例である。本実施の形態に係る研磨体が前記第 4 一 1の実施の形態に係る研磨体と異なる部分は、研磨剤を供給及び排出するために研磨体の表面に形成されている溝の部分である。研磨剤を供給及び排出するため、図 2 3 ( a ) に示すように中心から放射状に直線の溝 7 1が形成されている。その他の構成は、第 4— 1の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

[実施形態 4 一 4 ]

図 2 4 ( a )、 ( b ) は、本実施の形態に係る研磨体を示す図である。図 2 4 ( a ) は平面図、図 2 4 ( b ) は図 2 4 ( a ) の D— D，部分の断面図である（なお、断面図は異なる形状の 2種類の断面があることを示すものであって、断面位置は、正確に Dと D ' 位置には対応していない）。

本発明の第 4の実施の形態に係る研磨体は、前記第 4— 2の'実施の形態に係る研磨体の変形例である。 *—実施の形態に係る研磨体が前記第 4 一 2の実施の形態に係る研磨体と異なる部分は、研磨剤を供給及び排出するために研磨体の表面に形成されている溝の部分である。研磨剤を供給及び排出するため、図 2 4 ( a ) に示すように縦方向に直線の溝 7 2 が形成され、横方向に直線の溝 7 3が形成されている。その他の構成は、第 4 一 2の実施の形態と同様であるので、説明を省略する。

シリコンウェハの研磨においては、研磨剤がシリコンウェハ全面に均一に供給されることが望ましい。均一に供給されない場合には、均一性が悪くなつたり、摩擦が大きぐなり研磨装置の特性の劣化が生じる場合がある。第 4— 3の実施の形態及び第 4 - 4の実施の形態に係る研磨体の研磨剤を供給及び排出する溝は、研磨時に発生する上記の問題が解決されればよく、溝幅、溝形状、溝深さについては、いずれの形態についても限定されるものではない。なお、第 4— 1〜第 4— 4の実施の形態に係る研磨体では、 2種類の凹凸構造を用いているが、 3種類以上の凹凸構造を用いてもよい。また、これらの実施の形態に係る研磨体では、同種類の凹凸構造が形成されている領域内で、凹部の幅及び凸部の幅は、一定であつたが、凹部の幅及び凸部の幅が順番に変化していく凹凸構造を用いてもよい。また、第 4— 1及び第 4— 3の実施の形態では、第 1の凹凸構造を有する領域及び第 2の凹凸構造を有する領域は、同心円状に配置されていて、第 4 一 2及び第 4— 4の実施の形態では、第 1の凹凸構造を有する領域及び第 2の凹凸構造を有する領域は、格子状に配置されているが、第 1の凹凸構造を有する領域及び第 2の凹凸構造を有する領域は、周期的に配置させてもよいし、その他の形態で配置させてもよい。

また、第 4一 1〜第 4— 4の実施の形態に係る研磨体では、第 1の凹凸構造及び第 2の凹凸構造の凹部は、溝であるとしたが溝のわりに孔であってもよい。

また、これらの実施の形態に係る研磨体では、第 1の凹凸構造の凹部の溝は、矩形であり、第 2の凹凸構造の凹部の潸は、 V字型であるが、これらの溝の形状は、 V字型、 U字型、矩形、及び台形のいずれでもよい。

さらに、これらの実施の形態に係る研磨体は、弾性率の大きな層との積層構造をしている研磨体についても、同様に適用される。この場合、積層構造をしている研磨体は、表面に凹凸構造が形成されている第 1の層、及び第 1の層の下面（表面と反対側の面）に積層している第 2の層から構成されていて、本発明の効果を得るためには、第 2の層の弾性率は、第 1の層の弾性率より大きいことが好ましい。

また、研磨体の表面に溝を形成する方法は、周知の方法、例えば、溝加工用バイトを用いて研磨体の表面を旋盤加工する方法等を用いることができる。

[実施例 4 - 1 ]

CMP装置の研磨定盤に、第 4一 1の実施の形態に係る構造（図 2 1 ( a )) を有し、エポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体を張り付けた。この研磨体の表面には、深さ 0.3mmの V溝、幅 0.1mmの凸部からなる凹凸構造（図 2 1 ( b ) の第 2の凹凸構造）及び、深さ 0.3mm、幅 5 mmの凹部、幅 5 mmの凸部からなる凹凸構造（図 2 1 ( b ) の第 1 の凹凸構造）が同心円状に 2 0 mm間隔で形成されている。第 2の凹凸構造の V溝の斜面の角度は、 6 0 ° 程度である。

エポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体のビッカース硬度は、 7.0 (Kgf/mm²) である。前述のように軟質研磨体及び硬質研磨体が共存する構造とするためには、研磨体のビッカース硬度は、 2.5 (Kgf/mm ²) 以上、 3 0 (Kgf/mm² ) 以下であることが好ましい。ま'た、本実施例では凹凸構造の凸部の幅の広い ¾分と凸部の幅の狭い部分の幅の比は、 5 0倍である。前述のように軟質研磨体及び硬質研磨体が共存する構造とするためには、凹凸構造の凸部の幅の広い部分と凸部の幅の狭い部分の幅の比は、 2倍以上であることが好ましい。

研磨へッドにはバッキング材を介し、熱酸化膜が 1〃m形成された 6 インチシリコンウェハを取り付け、以下の条件で研磨を行った。

研磨へッドの回転数： 5 0 rpm

研磨定盤の回転数： 5 0 rpm

荷重（研磨へッドを研磨体へ押しつける圧力）： 4 0 O g/cm² 研磨へッドの揺動幅： 3 Omm

研磨へッドの揺動速度： 1 5ストローク/分

研磨時間： 2分

使用研磨剤： Cabot社製 SS25をイオン交換水で 2倍希釈、研磨剤流量： 2 0 0 ml/分

また、複数の 500nmの段差を有する複数の 2 mm四方の凸パターン (凸部の膜厚 1500nm、凹部の膜厚 lOOOnm ) が形成されている 6インチシリコンゥヱハについて、上記条件で時間管理によって凸部を 500nm研磨した。

[実施例 4 - 2 ]

C M P装置の研磨定盤に、第 4— 3の実施の形態に係る構造（図 2 3 ( a ) ) を有し、エポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体を張り付けた。この研磨体には、あらかじめ研磨剤を供給及び排出するため、幅 2 mm、深さ 0.3mmの放射状の溝 7 1が形成されている。さらに、この研磨体の表面には深さ 0.3mmの V溝、幅 0. 1mmの凸部からなる凹凸構造 (図 2 3 ( b ) の第 2の凹凸構造）及び、深さ 0.3mm、幅 5 mmの凹部、 .幅 5 mmの凸部からなる凹凸構造（図 2 3 ( b ) の第 1の凹凸構造）が、同心円状に 2 O mm間隔で配置されている。第 2の凹凸構造の V溝の斜面の角度は、 6 0 ° 程度である。

この研磨体を用いて実施例 4 _ 1 と同様に、熱酸化膜が 1 〃m形成された 6 インチシリコンウェハ、及び複数の 500nmの段差を有する複数の 2 mm四方の凸パターンが形成されている 6インチシリコンウェハの研磨を行った。

[実施例 4 一 3 ]

C M P装置の研磨定盤に、第 4— 4の実施の形態に係る構造（図 2 4 ( a ) ) を有し、エポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体を張り付けた。この発泡性の研磨体には、あらかじめ研磨剤を供給及び排出するため、幅 2 mm、深さ 0.3mmの格子状の溝 7 2、 7 3が形成されている。さらに、この研磨体の表面には深さ 0.3mmの V溝、幅 0. 1mmの凸部からなる凹凸構造（図 2 3 ( b ) の第 2の凹凸構造）及び、深さ 0.3mm、幅 5 mmの凹部、幅 5 mmの凸部からなる凹凸構造（図 2 3 ( b ) の第 1の凹凸構造）が 2 0 mmの等間隔で格子状に配置されている。

この研磨体を用いて実施例 4 — 1 と同様に、熱酸化膜が 1 m形成された 6インチシリコンウェハ、及び複数の 500nmの段差を有する複数の 2 mm四方の凸パターンが形成されている 6インチシリコンウェハの研磨を行った。

[比較例 4 - 1 ]

表面に溝構造を有する、エポキシ樹脂からなる無発泡性の研磨体を C M P装置の研磨定盤に張り付けた。この研磨体の表面には、研磨剤を保持するため、 0.5mm問隔で凸部幅 0.2mm、深さ 0.3mmの V溝が形成されており、さらに研磨剤を供給及び排出するため、幅 2 mm、深さ 0.3mm の放射状の溝が形成されている-。 *

こ.の研磨体を用いて実施例 4— 1 と同様に、熱酸化膜が 1 m形成された 6インチシリコンウェハ、及複数の 500nmの段差を有する複数の 2 mm四方の凸パターンが形成されている 6インチシリコンウェハの研磨を行つた。

[比較例 4 - 2 ]

表面に溝構造を有する発泡性の研磨体（第 1の層）と、弾性率の非常に大きい弾性体（第 2の層）との積層からなる積層構造の研磨体を C M P装置の研磨定盤に張り付けた。この研磨体の第 1の層の表面には、研磨剤を保持するため、 0.5mm間隔で凸部幅 0.2mm、深さ 0.3mmの V溝が形成されており、さらに研磨剤を供給及び排出するため、幅 2 mm、深さ 0.3mmの放射状の溝が形成されている。

この研磨体を用いて実施例 4 — 1 と同様に、熱酸化膜が 1〃m形成された 6インチシリコンウェハ、及び複数の 500nmの段差を有する複数の 2 mm四方の凸パターンが形成されている 6インチシリコンウェハの研磨を行った。

[評価]

実施例 4 — 1 、 4 一 2 、 4 — 3及び比較例 4 — 1 、 4 — 2について、各々の研磨後のシリコンウェハを用いて、均一性及び平坦性の評価を行つた。

均一性については熱酸化膜が 1 m形成された 6インチシリコンゥェハを用いてエッジから内側 5 mmの部分を除いた研磨量プロファイルを測定し、以下の式によって均一性を評価した。

均一性（％) 二 ( R A - R I ) / ( R A + R I ) x 1 0 0

ここで、 R Aは測定した研磨量プロファイルでの最大研磨量、 R Iは測定した研磨量プロフアイルでの最小研磨量である。

また、平坦性については、複数の 500nmの段差を有する複数の 2 mm 四方の凸パターンが形成されている 6インチシリコンウェハで'、段差分の 500nmを研磨した際の、シリコンゥェハ内の複数の個所で残留段差を測定し、それらの残留段差の測定値の内の最大値を平坦性とした。ここで上記の実施例及び比較例について均一性及び平坦性の評価結果をまとめると以下の表 2のようになる（実施例 4 — 1 を実施例 1、比較例 4 一 1 を比較例 1 というように記載する）。

(表 2 )

この評価から、比較例 4 一 1 、 4 — 2のような均一性または平坦性のいずれかが悪いといった特性は、実施例 4 — 1 、 4一 2 、 4 — 3には見られず、均一性及び平坦性ともに優れた特性を示している。

また、実施例 4 一 2 と比較例 4 — 1でエツジから内側 1 mmの部分を除いて均一性を評価したところ、実施例 4— 2では 8 %、比較例 4— 1 では 2 0 %であった。これより、本発明に係る研磨体により、シリコンウェハの最周辺の研磨特性も十分に改善されていることが明らかである。

[半導体デバイスの製造方法の実施の形態]

図 2 5は半導体デバイス製造プロセスを示すフ口一チャートである。半導体デバイス製造プロセスをスタートして、まずステヅプ S200で、次に挙げるステップ S201〜S204の中から適切な処理工程を選択する。選択に従って、ステップ S201 ~ S204のいずれかに進む。

ステップ S20 1はシリコンウェハの表面を酸化させる酸化工程である。ステツプ S202は CVD等によりシリコンゥェハ表面に絶縁膜を形成する CVD工程である。ステツブ S203はシリコンゥェハ上に電極を蒸着等の工程で形成する電極形成工程である。ステツプ S204はシリコンゥェハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。

CVD工程もしくは電極形成工程の後で、ステップ S205に進む。ステヅプ S205は C M P工程である。 C M P工程では本発明に係る研磨装置により、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金属膜の研磨によるダマシン（damascene ) の形成等が行われる。

C M P工程もしくは酸化工程の後でステツプ S206に進む。ステップ S206はフォトリソ工程である。フォトリソ工程では、シリコンウェハへのレジス卜の塗布、露光装置を用いた露光によるシリコンウェハへの回路パターンの焼き付け、露光したシリコンゥェハの現像が行われる。さらに次のステップ S207は現像したレジスト像以外の部分をェッチングにより削り、その後レジスト剥離が行われ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くエッチング工程である。次にステップ S208で必要な全工程が完了したかを判断し、完了していなければステップ S200に戻り、先のステップを繰り返して、シリコンウェハ上に回路パターンが形成される。ステツプ S208で全工程が完了したと判断されればェンドとなる。

本発明に係る半導体デバイス製造方法では、 C M P工程において本発明に係る研磨装置、又は研磨方法を用いているため、半導体デバイスを精度、歩留、スループット良く製造することができる。これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて低コス卜で半導体デバイスを製造することができるという効果がある。

なお、上記の半導体デバイス製造プロセス以外の半導体デバイス製造プロセスの C M P工程に本発明に係る研磨装置を用いてもよい。産業上の利用分野

以上説明したように、本発明にる研磨体、研磨装置、研磨方法は、 C M P工程に用いることにより、被研磨対象に傷の発生が起こりにくく、かつ研磨レートを高くすることができ、また、段差解消を図ることができる。また、安定した研磨特性を得ることができる。さらに、均一性及び平坦性の両方が優れた被研磨対象物を得ることができる。そして、本発明に係る半導体デバイスの製造方法は、性能の良い半導体デバイスを歩留とスループットよく製造するのに使用することができる。なお、本発明の説明においては、図 1に示すような、パターンが形成されたウェハの研磨を例として説明したが、本発明は、ベアシリコン基板の平坦化のための研磨等、他の目的にも用いられることは言うまでもない。

Claims

請求の範囲

1 . 研磨対象物を保持する研磨ヘッドと研磨体とを具え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用いる研磨体であって、前記研磨体が、少なくともその表面が無発泡の高分子重合体から成り、前記表面に溝構造が設けられ、更に前記表面に鋭い端部を有しないことを特徴とする研磨体。

2 . 請求の範囲第 1項に記載の研磨体であって、前記潢構造が、複数の交点を有する複数の溝から成り、前記交点に於ける溝が交差する角度が 2度未満の鋭角を有しないことを特徴とする研磨体。

3 . 請求の範囲第 1項に記載の研磨体であって、前記溝構造が、複数の交点を有する複数の溝から成り、前記溝の部分に曲率半径 5 0 / m未満の端部を有しないことを特徴とする研磨体。

4 . 請求の範囲第 1項から第 3項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、前記溝構造が、螺旋状溝と放射状溝の組み合わせ、または同心円状溝と放射状溝の組み合せ、または格子状溝の何れかから成ることを特徴とする研磨体。

5 . 請求の範囲第 1項から第 4項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、前記高分子重合体が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニール樹脂、及びポリカーボネート樹脂、無発泡ウレ夕ン樹脂の群から選ばれた何れか一つ以上の樹脂であることを特徴とする研磨体。

6 . 研磨対象物を保持する研磨へッドと少なくともその表面が無発泡の高分子重合体から成る研磨体とを用い、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、前記研磨剤が酸化セリゥム粒子を含むことを特徴とする研磨方法。

7 . 研磨対象物を保持する研磨へッドと少なくともその表面が無発泡の高分子重合体から成る研磨体とを用い、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法であり、研磨剤が酸化セリゥム粒子を含むことを特徴とする研磨方法であって、前記研磨体が、請求の範囲第 1項から第 5項のうちいずれかに記載の研磨体であることを特徴とする研磨方法。

8 . 研磨対象物を保持する研磨ヘッドと研磨体とを用い、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剂を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、前記研磨対象物と前記研磨体との間に加重を徐々に加える段階を有することを特徴とする研磨方法。

9 . 研磨対象物を保持する研磨ヘッドと研磨体とを用い、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、前記研磨対象物または前記研磨体の移動負荷が一定になるよう前記研磨対象物と前記研磨体との間の荷重を調節する段階を有することを特徴とする研磨方法。

1 0 . 研磨対象物を保持する研磨ヘッドと研磨体とを具え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、前記研磨体として、請求の範囲第 1項から第 5項のうちいずれか 1項に記載の研磨体を用いていることを特徴とする研磨装

1 1 . 研磨対象物を保持する研磨ヘッドと研磨体とを具え、前記研磨体と前記研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を'研磨する研磨装置であって、前記研磨対象^ Γと前記研磨体との間に可変の荷重を与える加重機構と、研磨体を移動する研磨体移動機構と、研磨対象物を移動する研磨対象物移動機構と、前記研麿体移動機構と前記研磨対象物移動機構の片方または両方の移動の負荷を検出するためのそれそれの負荷検出機構と、前記どちらか一方の負荷検出機構によって検出される負荷の値をもとに前記加重機構が与える加重を制御するためのフィ一ドバック機構とを具えることを特徴とする研磨装置。

1 2 . 研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用いる前記研磨体であって、前記研磨体の少なくともその加工面部が、無発泡の樹脂から成り、溝構造から成る複数の凹凸部を有し、前記溝構造が同心円状、螺旋状、格子状、三角格子状、放射状の溝の群から選ばれた一つあるいは二つ以上の組み合せから成ることを特徴とする研磨体。

1 3 . 請求の範囲第 1 2項に記載の研磨体であって、前記凹凸部の凹部 (溝部）及び凸部の断面が、矩形、台形、及び 3角形から選ばれた一種類以上の形状を各々有することを特徴とする研磨体。

1 4 . 請求の範囲第 1 3項に記載の研磨体であって、前記矩形、前記台形、または前記 3角形の形状が、以下の条件を充たすことを特徴とする研磨体。

a≥ b、 b≥ 0、 c≥ 0

1 5 . 請求の範囲第 1 4項に記載の研磨体であって、前記矩形、前記台形、または前記 3角形の形状が、以下の条件を充たすことを特徴とする研磨体。

0.0mm ^ b≥ 3.0min、 0· lmm ^ a + c≥ 5.0mm、 d≥ 0. 1mm

(ここで、 dは凹部の深さである。）

1 6 . 請求の範囲第 1 2項に記載の研磨体であって、前記凹凸部の凹部 (溝部）の断面が、曲部を有する形状であることを特徴とする研磨体。

1 7 . 請求の範囲第 1 6項に記載の研磨体であって、前記曲部を有する形状が、以下の条件を充たすことを特徴とする研磨体。

0.0mm≤ e≤3.0mm, 0.1mm≤ e + f ≤5.0mm_N g≥ 0. 1mm (ここで、 eは凸部の上辺の長さ、 f は凹部の上辺の長さ、 gは凹部の深さである。）

1 8 . 請求の範囲第 1 2項から第 1 7項に記載のうちいずれかの研磨体であって、前記凹凸部が凹凸の周期構造を有することを特徴とする研磨体。

1 9 . 請求の範囲第 1 2項から第 1 8項に記載のうちいずれかの研磨体であって、前記無発泡の樹脂が、ビッカース硬度が 1.5kgf/ mm ²以上または圧縮ヤング率が 2 5 kgf/mm ²以上を充たすことを特徴とする研磨体。

2 0 . 研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で'、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、研磨体として、請求項 1 2から請求項 1 9 のうちいずれかの研磨体を用いることを特徴とする研磨装置。

2 1 . 研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨方法であって、研磨体として請求の範囲第 1 9項に記載の研磨体を用いたものを使用し、当該研磨体の温度を管理する段階を有することを特徴とする研磨方法。

2 2 . 研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用いる研磨体であって、表面に形成されている溝を有し、前記溝の前記表面での幅 Wは、 0.1mm≤ W ^ 2.0mmであり、前記溝が形成されている領域を含む研磨体の体積に対する、前記溝が形成されている領域の体積の割合 V Lは、 0.1%≤ V L≤30 %であり、前記溝が形成されている領域を含まない研磨体の体積に対して、発泡による空孔領域が 20 %以下である材料で形成されていることを特徴とする研磨体。

2 3 . 請求の範囲第 2 2項に記載の研磨体であって、厚さ Dが、 0.5mm ≤D≤ 5.0mmであることを特徴とする研磨体。

2 4 . 請求の範囲第 2 2項又は第 2 3項に記載の研磨体であって、前記溝の深さが、前記潢の幅 Wの 3-倍以下であることを特徴とする研磨体。

2 5 . 請求の範囲第 2 2項から第 4項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、表面に対する前記溝の形状が、螺旋状、同心円状、格子状、三角格子状、編み目状、ランダム形状、又はこれらの中の 2種類以上を含む形状であることを特徴とする研磨体。

2 6 . 請求の範囲第 2 2項から第 2 5項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、前記溝の断面形状が、曲率を有する形状、矩形、 V字形、又は多角形であることを特徴とする研磨体。

2 7 . 請求の範囲第 2 2項から第 2 6項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、材料の圧縮弾性率が、 0. l G Pa≤ K≤2.0 G Paであることを特徴とする研磨体。

2 8 . 請求の範囲第 2 2項から第 2 7項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、材料の主成分が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、塩化ビニール樹脂、及びポリカーボネート樹脂、無発泡ゥレ夕ン樹脂の群から選ばれた何れか一つ以上の樹脂であることを特徴とするものであることを特徴とする研磨体。

2 9 . 請求の範囲第 2 2項から第 2 8項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、表面に前記研磨剤を供給及び排出する溝がさらに形成されていて、該研磨剤を供給及び排出する溝は、前記溝の一部であるか、または前記溝とは別に形成されている溝であることを特徴とする研磨体。

3 0. . 請求の範囲第 2 2項から第 2 9項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、少なくとも一部に明領域を有することを特徴とする研磨体。

3 1 . 研磨体と研磨対象物との間に研磨剤を介在させた状態で、前記研磨体と前記研磨対象物とを相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、研磨体として請求の範囲第 2 2項から請求の範囲第 3 0項のうちいずれか 1項に記載の研磨体を使用していることを特徴とする研磨装置。

3 2 . 研磨体と研磨対象物の間に研磨剤を介在させた状態で、該研磨体と該研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置に用いる研磨体であって、表面に異なる 2種類以上の凹凸構造が周期的または非周期的に形成されていることを特徴とする研磨体。

3 3 . 請求項の範囲第 3 2項に記載の研磨体であって、同種類の前記凹凸構造が形成されている領域内では、前記凹凸構造の凹部及び前記凹凸構造の凸部は、各々 2個以上形成されていることを特徴とする研磨体。

3 4 . 請求の範囲第 3 3項に記載の研磨体であって、前記凹凸構造が第 1の凹凸構造及び第 2の凹凸構造の 2種類の凹凸構造からなり、前記第 1の凹凸構造の凹部及び前記第 2の凹凸構造の凹部は、溝であり、前記第 1の凹凸構造の凸部の幅は、前記第 2の凹凸構造の凸部の幅の 2倍以上であることを特徴とする研磨体。

3 5 . 請求の範囲第 3 2項から-第 3 4項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、平面形状が円であり、かつ同種類の前記凹凸構造が形成されている領域は、同心円状に配置されていることを特徴とする研磨体。

3 6 . 請求の範囲第 3 2項から第 3 4項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、同種類の前記凹凸構造が形成されている領域は、格子状に配置されていることを特徴とする研磨体。

3 7 . 請求の範囲第 3 2項から第 3 6項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、表面に前記研磨剤を供給及び排出する溝がさらに形成されていることを特徴とする研磨体。

3 8 . 請求の範囲第 3 2項から第 3 7項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、ビヅカース硬度 kが、 2.5 ( Kgf/ mm ² ) < k < 3 0 ( Kgf/mm ² ) であることを特徴とする研磨体。

3 9 . 請求の範囲第 3 2項から第 3 8項のうちいずれか 1項に記載の研磨体であって、表面に前記凹凸構造が形成されている第 1の層と、第 1 の層の下部に設置され第 1の層が積層している第 2の層とから構成され、前記第 2の層の弾性率は、前記第 1の層の弾性率より大きいことを特徴とする研磨体。

4 0 . 研磨体と研磨対象物の間に研磨剤を介在させた状態で、該研磨体と該研磨対象物を相対移動させることにより、前記研磨対象物を研磨する研磨装置であって、研磨体として請求の範囲第 3 2項から第 3 9項のうちいずれか 1項に記載の研磨体を用いることを特徴とする研磨装置。

4 1 . 請求の範囲第 6項、第 7項、 ^_第 8項、第 9項、第 2 1項のいずれかに記載の研磨方法、又は、請求の範囲第 1 0項、第 1 1項、第 2 0 項、第 3 1項、第 4 0項に記載の研磨装置のうち、少なくとも一つの方法又は装置を用いてウェハを研磨するプロセスを有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。