JP2000288912A

JP2000288912A - 研磨ポリシャ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000288912A
Application number: JP2000081158A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyaji; 章宮地; Takashi Arai; 孝史新井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-01-01
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2000-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】１．研磨による被研磨物（例えば半導体）表
面の縁だれを防止または抑制できる、２．荷重がかかっ
てもポリシャが圧縮変形を起こしにくい、３．ポリシャ
と研磨定盤の接合にかかる平坦度不良が発生しにくい、
４、ポリシャのドレッシング（目立て）が不要である、
５．λ以下の高い被研磨物（例えば半導体）の面精度を
得ることができる、６．研磨ポリシャが低コストであ
る、７．研磨ポリシャが高寿命である、という特徴の一
部または全てを有する研磨ポリシャを提供すること。【解決手段】少なくとも定盤１００を備えて被研磨物
３００の表面を研磨するＣＭＰ研磨装置に用いる研磨ポ
リシャであって、前記研磨ポリシャは、弾性体層１０１
と前記弾性体層よりも硬度が大きい硬質層１０２との２
層構造を有し、且つ、定盤１００上に前記弾性体層１０
１が形成され、さらに前記弾性体層１０１上に前記硬質
層１０２が形成されてなることを特徴とする研磨ポリシ
ャ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＵＬＳＩ等
の半導体を製造するプロセスに於いて実施される半導体
デバイスの平坦化研磨に用いて好適なＣＭＰ用研磨装置
に用いる研磨ポリシャ及びその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体デバイス製造においては、
製造プロセスの工程数が増加し、しかもプロセスが複雑
になり（一例、多層配線）、そのため半導体デバイス表
面の形状が必ずしも平坦ではなくなっており、例えば図
６（ａ）、（ｃ）に示すように凸部（段差）を有する場
合もある。

【０００３】また、半導体デバイスの製造に於いて、微
細加工の線幅が細くなるにつれて光リソグラフィの光源
波長が短くなり、開口数（所謂ＮＡ）も大きくなって、
高解像度を得るための焦点深度が減少する。

【０００４】そのため、半導体デバイスの製造に於ける
微細加工の線幅が細く、複雑になるにつれて、半導体デ
バイスの表面状態が必ずしも平坦ではなく、段差が存在
するようになってきている。

【０００５】半導体デバイス表面に於ける段差の存在
は、配線の段切れや局所的な抵抗値の増大などを招くの
で、断線や電流容量の低下等をもたらす。また、絶縁膜
における段差の存在は、耐圧劣化やリークの発生にもつ
ながる。

【０００６】このような段差の存在は、半導体露光装置
の焦点深度が実質的に浅くなってきていることを示して
いる。即ち、歩留まり及び信頼性を向上させ、また解像
度を増大させると、焦点深度のマージンが減少するの
で、半導体デバイスの平坦化が必要となる。

【０００７】具体的に示すと、半導体製造プロセスに於
いて、例えば図６に示すような平坦化技術が必要とされ
ている。

【０００８】ここで、図６（ａ）は半導体デバイス３０
０上に形成された絶縁膜（例えば、BPSG, TEOS-SiO₂な
どの膜) を平坦化して層間膜平坦化を行う例であり、図
６（ｂ）は半導体デバイス３００上に形成された金属
（Ｗ，Ａｌ，Ｃｕなど）膜を平坦化して接続孔平坦化を
行う例であり、図６（ｃ）は半導体デバイス３００上に
形成された金属（Ｗ，Ａｌ，Ｃｕなど）膜を平坦化して
埋め込み配線（ダマシン）を形成する例である。

【０００９】かかる半導体表面を平坦化する方法として
は、化学的機械的研磨（ChemicalMechanical Polishing
またはChemical Mechanical Planarization 、以下ＣＭ
Ｐと略称する）技術を用いた平坦化方法が有望視されて
いる。

【００１０】図８はＣＭＰ技術を用いた従来の半導体研
磨装置の説明図であり、図８（ａ）は該装置の側面図、
図８（ｂ）は該装置の平面図である。

【００１１】この半導体研磨装置おいては、定盤１００
上に研磨布（２層）２００を貼り付けてポリシャとし、
この研磨布２００の上面にウェハキャリア（ウェハホル
ダ）３０２により半導体基板（シリコンウェハ）３００
を搬送する。そして、半導体基板（シリコンウェハ）
３００の表面を圧力機構３０１により研磨布２００に押
しつけ、研磨剤供給機構２０１から研磨剤２０２を滴下
しながら定盤１００を回転させた状態でウェハキャリア
（ウェハホルダ）３０２を回転及び揺動させて、即ち半
導体基板（シリコンウェハ）３００に回転運動と揺動運
動をさせて、半導体表面を研磨する。

【００１２】前記研磨布２００としては、下側が不織
布、上側が微細孔の発泡ポリウレタンからなる２層構造
のフェルト状シートが多く用いられる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記フ
ェルト状のポリシャを用いた従来の半導体研磨装置によ
るＣＭＰ研磨には、(1) 研磨による半導体表面の縁だれ
が大きい、(2) 荷重がかかるとポリシャが圧縮変形を起
こしやすい、(3) 研磨布を研磨定盤に貼り付けるとき、
接着層にムラが発生しやすく、高い平坦度を得難い、
(4) ポリシャが目づまりを起こし易いので、ドレッシン
グ（目立て）が必要である、(5) λ以下の被研磨物の面
精度を得るのは困難である、という問題点があった。

【００１４】また、図７に示すように、半導体デバイス
３００には、ウェハ全体にわたるうねりとデバイスの構
造・プロセスがもたらす段差構造が一般にある。

【００１５】そこで、このうねりと段差構造に対応すべ
く、研磨ポリシャとしては、うねりに関しては軟質構造
がうねりに追随できるという点で適しており、また段差
（特に細かい段差）に関しては硬質構造が段差を平坦化
できるという点で適していると言われている。

【００１６】そのため、研磨ポリシャとしては、軟質及
び硬質の２層構造を有する前記研磨布（下側が不織布、
上側が微細孔の発泡ポリウレタンからなる２層構造のフ
ェルト状シート）が多く採用されているが、高価格であ
るという問題点がある。

【００１７】また、２層構造のフェルト状シートは軟質
層が被研磨物と接触してへたりやすいので、寿命が比較
的短く、研磨ポリシャ交換の頻度が高いという問題点が
あった。

【００１８】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであり、１．研磨による被研磨物（例えば半導体）
表面の縁だれを防止または抑制できる、２．荷重がかか
ってもポリシャが圧縮変形を起こしにくい、３．ポリシ
ャと研磨定盤の接合にかかる平坦度不良が発生しにく
い、４、ポリシャのドレッシング（目立て）が不要であ
る、５．λ以下の高い被研磨物（例えば半導体）の面精
度を得ることができる、６．研磨ポリシャが低コストで
ある、７．研磨ポリシャが高寿命である、という特徴の
一部または全てを有する研磨ポリシャを提供することを
目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は第一
に「少なくとも定盤を備えて被研磨物の表面を研磨する
ＣＭＰ研磨装置に用いる研磨ポリシャであって、前記研
磨ポリシャは、弾性体層と前記弾性体層よりも硬度が大
きい硬質層との２層構造を有し、且つ、定盤上に前記弾
性体層が形成され、さらに前記弾性体層上に前記硬質層
が形成されてなることを特徴とする研磨ポリシャ（請求
項１）」を提供する。

【００２０】また、本発明は第二に「前記弾性体層の硬
度が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ基準で６０〜９０であることを特
徴とする請求項１記載の研磨ポリシャ（請求項２）」を
提供する。

【００２１】また、本発明は第三に「前記弾性体層が、
エポキシ樹脂の硬化物により形成されてなることを特徴
とする請求項１または２記載の研磨ポリシャ（請求項
３）」を提供する。

【００２２】また、本発明は第四に「前記硬質層が、Ａ
ｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０以上の研磨布により形成されて
なることを特徴とする請求項１〜３記載の研磨ポリシャ
（請求項４）」を提供する。

【００２３】また、本発明は第五に「前記硬質層が、Ａ
ｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０以上の樹脂硬化物であり、カー
ボンパウダー、カーボンファイバーまたはナイロンパウ
ダーを添加したエポキシ樹脂の硬化物により形成されて
なることを特徴とする請求項１〜４記載の研磨ポリシャ
（請求項５）」を提供する。

【００２４】また、本発明は第六に「前記カーボンパウ
ダー、カーボンファイバーまたはナイロンパウダーを添
加したエポキシ樹脂に、さらにグリセリンを添加した混
合エポキシ樹脂の硬化物により前記硬質層が形成されて
なることを特徴とする請求項５記載の研磨ポリシャ（請
求項６）」を提供する。

【００２５】また、本発明は第七に「少なくとも定盤を
備えて被研磨物の表面を研磨するＣＭＰ研磨装置に用い
る研磨ポリシャの製造方法であって、前記定盤上に弾性
体層を形成する段階と、前記弾性体層上に硬質層を形成
する段階とを備えることを特徴とする研磨ポリシャの製
造方法（請求項７）」を提供する。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明（請求項１〜６）にかか
る、少なくとも、定盤と、該定盤上に設けられ被研磨物
の表面を研磨する研磨ポリシャにおいては、前記研磨ポ
リシャは、弾性体層と該弾性体層よりも硬度が大きい硬
質層との２層構造を有し、かつ、前記定盤上に前記弾性
体層が形成され、さらに該弾性体層上に前記硬質層が形
成されてなる。

【００２７】そのため、本発明（請求項１〜７）にかか
る研磨ポリシャは、１．研磨による被研磨物（例えば半導体）表面の縁だれ
を防止または抑制できる、２．荷重がかかってもポリシ
ャが圧縮変形を起こしにくい、という効果を奏する。

【００２８】まず、本発明（請求項１〜６）にかかる研
磨ポリシャは、弾性体層と該弾性体層よりも硬度が大き
い硬質層との２層構造を有するので、被研磨物（例えば
半導体）のうねりに対しては弾性体層により追随可能で
あり、また被研磨物（例えば半導体）表面の段差（特に
細かい段差）に対しては硬質層により平坦化が可能であ
る。

【００２９】しかも、本発明（請求項１〜６）にかかる
研磨ポリシャは、定盤上に弾性体層が形成され、さらに
該弾性体層上に前記硬質層が形成されているので、被研
磨物（例えば半導体）研磨に必要な研磨ポリシャの硬度
（や粘弾性度）を十分に確保することが可能であり、ま
た該研磨ポリシャの硬度（や粘弾性度）を長時間にわた
って安定して保持できる。

【００３０】そのため、本発明（請求項１〜６）にかか
る研磨ポリシャによれば、縁だれの少ない高精度の被研
磨物（例えば半導体）表面を長期間にわたって安定して
得ることができる。

【００３１】即ち、本発明（請求項１〜６）にかかる研
磨ポリシャは、１．研磨による被研磨物（例えば半導
体）表面の縁だれを防止または抑制できる、２．荷重が
かかってもポリシャが圧縮変形を起こしにくい、という
効果を奏する。

【００３２】また、本発明（請求項１〜６）にかかる研
磨ポリシャは、前記定盤上に形成された弾性体層が研磨
剤や被研磨物に直接触れることはなく、研磨装置を長期
間稼働させても弾性体層が消耗することがないので、研
磨装置の長期間稼働により消耗する硬質層のみを交換す
ればよいことになる。

【００３３】そのため、硬質層として研磨布を使用する
場合には、従来の高価な２層構造の研磨布とする必要が
なく、単層の研磨布とすることができる。

【００３４】即ち、本発明（請求項１〜６）にかかる研
磨ポリシャは、６．研磨ポリシャが低コストである、
７．研磨ポリシャが高寿命である、という効果を奏す
る。本発明の研磨ポリシャにおいては、研磨ポリシャ
を構成する弾性体層の硬度をＡｓｋｅｒ−Ｃ基準で６０
〜９０とすることが好ましい（請求項２）。

【００３５】かかる構成にすることにより、被研磨物
（例えば半導体）のうねりに対する追随性を確保した上
で、前記効果１及び２をさらに増大することができる。

【００３６】また、本発明の研磨ポリシャは、定盤上の
弾性体層がエポキシ樹脂の硬化物により形成されてなる
ことが好ましい（請求項３）。

【００３７】かかる構成にすると、弾性体層のエポキシ
樹脂が接着性を有するので、定盤上にエポキシ樹脂の硬
化物からなる弾性体層を形成することで、定盤と弾性体
層とを直接接合することができる。

【００３８】そのため、本発明（請求項３）にかかる研
磨ポリシャは、研磨ポリシャと定盤を接着剤を介して接
合する場合における接合層の厚さムラに起因するポリシ
ャ表面の平坦度不良の問題が発生しにくい。

【００３９】即ち、本発明（請求項３）にかかる研磨ポ
リシャは、３．ポリシャと研磨定盤の接合にかかる平坦
度不良が発生しにくい、という効果を奏する。

【００４０】なお、定盤上に弾性体層を接合材を用いて
接合してもよい。かかる接合材としては例えば、ゴム系
接着剤、シアノアクリレート系接着剤などの各種接着剤
や両面テープ等のテープ状接合部材を使用することがで
きる。

【００４１】定盤上に弾性体層を接合部材を用いて接合
した場合には、さらに硬質層を形成して作製した研磨ポ
リシャに精度出し加工を施すことにより、接合層の厚さ
ムラに起因するポリシャ表面の平坦度不良を改善して良
好な平坦度とすることができる。

【００４２】本発明の研磨ポリシャにおいては、研磨ポ
リシャを構成する硬質層がＡｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０以
上であることが好ましい（請求項４〜６）。

【００４３】かかる構成にすることにより、縁だれの少
ない高精度の被研磨物（例えば半導体）表面を長期間に
わたって安定して得ることができるという前記効果を増
大することができる。

【００４４】Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０以上の硬質層と
しては、研磨布（請求項４）、カーボンパウダー、カー
ボンファイバーまたはナイロンパウダーを添加したエポ
キシ樹脂の硬化物（請求項５）、またはグリセリンと、
カーボンパウダー、カーボンファイバーまたはナイロン
パウダーを添加したエポキシ樹脂の硬化物（請求項６）
が適用できる。

【００４５】Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６０以上の硬質層
（研磨ポリシャの研磨面となる）をカーボンパウダー、
カーボンファイバーまたはナイロンパウダーを添加した
エポキシ樹脂の硬化物（請求項５）、またはグリセリン
と、カーボンパウダー、カーボンファイバーまたはナイ
ロンパウダーを添加したエポキシ樹脂の硬化物（請求項
６）により構成すると、４、ポリシャのドレッシング
（目立て）が不要である、という効果を得ることができ
る。

【００４６】また、エポキシ樹脂は硬化収縮が少なく、
硬化成形用の型との転写性に優れ、また硬化物の切削性
が優れているので、エポキシ樹脂硬化物により構成され
る研磨ポリシャの研磨面を高精度に形成することができ
る。

【００４７】なお、研磨ポリシャの研磨面精度は、研磨
対象試料（例えば半導体基板）の研磨精度に直接関係す
るため、できる限り高精度であることが好ましい。

【００４８】そのため、かかる高精度に形成された研磨
面（エポキシ樹脂面）を有する研磨ポリシャを用いた本
発明（請求項５、６）の研磨ポリシャは、５．λ以下の
被研磨物の高い面精度を得ることができる、という効果
を奏する。

【００４９】さらに、前記研磨ポリシャを構成する硬化
物は透明であるため、本発明（請求項５、６）の研磨ポ
リシャは、８．研磨量検知や研磨の終点検知を光学的に
行う場合にポリシャに孔をあける必要がなく、研磨条件
を変化させずに研磨状態を検知することが可能であり、
また検知の対象位置が特定領域に限定されない、という
効果を奏する。

【００５０】また、本発明（請求項５、６）にかかる研
磨ポリシャは、研磨ポリシャがカーボンパウダー、カー
ボンファイバーまたはナイロンパウダー（耐熱性、耐熱
衝撃性、滑性などにおいて優れた特性を有する）を添加
したエポキシ樹脂の硬化物により形成されており、９．
研磨ポリシャの熱変形温度が増加する、１０．被研磨物
（例えば半導体）の研磨加工中における摩擦熱の発生を
抑制できる、という効果も奏する。

【００５１】また、エポキシ樹脂は、機械的強度特性、
化学薬品に対する耐性力において優れた特性を有するの
で、このエポキシ樹脂を用いて形成した研磨ポリシャも
同じ優れた特性を有する。

【００５２】本発明の研磨ポリシャは、カーボンパウダ
ー、カーボンファイバーまたはナイロンパウダーだけで
なく、さらにグリセリンを添加したエポキシ樹脂の硬化
物により形成されていることが好ましい（請求項６）。

【００５３】エポキシ樹脂にさらにグリセリン（乾燥剤
及び潤滑剤として優れた特性を示す）を添加すると、エ
ポキシ樹脂の硬化収縮がさらに低減されて硬化成形用の
型との転写性が向上するとともに、硬化物の硬度（や粘
弾性度）を長時間にわたって安定して保持できるという
特性や硬化物の切削性がさらに向上する、１０．被研磨
物（例えば半導体）の研磨加工中における摩擦熱の発生
を抑制できる、という効果を奏する。

【００５４】ＣＭＰ用研磨装置の前記定盤が不透明材料
により、前記研磨ポリシャが透明材料（エポキシ樹脂硬
化物）によりそれぞれ形成されている場合には、透明な
研磨ポリシャの端面側から該研磨ポリシャの端面に向け
て光を出射する発光部と、該研磨ポリシャを介して取り
出された被研磨物（例えば半導体）表面からの反射光を
検出する受光部と、該受光部により検出された反射光の
変化に基づいて前記被研磨物（例えば半導体）表面の研
磨状態を確認し、また研磨終点を検知する研磨モニター
部が設けられていることが好ましい。

【００５５】また、ＣＭＰ用研磨装置の定盤が透明材料
（例えば、溶融石英など）により、前記研磨ポリシャが
透明材料（エポキシ樹脂硬化物）により、それぞれ形成
されている（透明な弾性体層が定盤上に接合材を用いて
接合されているときには、該接合材も透明材料により形
成されている）場合には、透明な定盤の一方の表面側か
ら該定盤及び前記研磨ポリシャに向けて光を出射する発
光部と、該研磨ポリシャ及び該定盤を介して取り出され
た前記被研磨物の表面からの反射光を検出する受光部
と、該受光部により検出された反射光の変化に基づいて
前記被研磨物表面の研磨状態を確認し、また研磨終点を
検知する研磨モニター部が設けられていることが好まし
い。

【００５６】かかる構成にすることにより、ＣＭＰ用研
磨装置は、１１．研磨中に被研磨物（例えば半導体）表
面の研磨量や研磨の終点を高精度にて検知できる、とい
う効果を奏する。また、定盤及び研磨ポリシャが透明材
料により形成されている（透明な弾性体層が定盤上に接
合材を用いて接合されているときには、該接合材も透明
材料により形成されている）場合には、研磨中における
被研磨物（例えば半導体）表面全体の光による直接観察
及び計測が可能となる。

【００５７】即ち、以上のようなＣＭＰ用研磨装置によ
れば、研磨中に容易にポリシャ側から被研磨物（例えば
半導体）の表面状態を観察或いは計測可能となり、研磨
すべき量を光学的に容易に管理することができる。

【００５８】図１は、本発明の研磨ポリシャを説明する
ＣＭＰ用研磨装置（一例）の一部構成を示す概略図であ
り、図１（ａ）が側面図、図１（ｂ）が平面図である。

【００５９】図１のＣＭＰ用研磨装置は、定盤１００、
定盤１００の上面に直接形成されたエポキシ樹脂の硬化
物からなる弾性体層１０１（研磨ポリシャの第１層）、
弾性体層１０１の上面に形成されたグリセリン及びナイ
ロンパウダーを添加したエポキシ樹脂の硬化物からなる
硬質層（研磨ポリシャの第２層）１０２、被研磨物（ウ
ェハ）３００のキャリア（ホルダ）３０２、研磨剤２０
２を供給する研磨剤供給機構２０１、被研磨物（ウェ
ハ）への圧力付加機構３０１を備えている。

【００６０】図３は、定盤１００上にエポキシ樹脂の硬
化物からなる弾性体層１０１を形成する方法を示す工程
図である。

【００６１】先ず、エポキシ樹脂の主剤及び硬化剤を容
器８に適量採取し、攪拌棒９などを用いて充分に攪拌し
てから（図３（ａ））、エポキシ樹脂の主剤、硬化剤か
らなる樹脂混合物１０１’を製作工具３に保持された定
盤１００上に滴下する。

【００６２】次に、離形剤を塗布した平面状の合わせ皿
４を製作工具３に取り付けて、上から樹脂混合物１０
１’に押し当てる（図２（ｃ））。形成する弾性体層１
０１の厚さは、この時の合わせ皿の位置（付加圧力）を
調整することにより所定の値に設定する。

【００６３】ここで、製作工具３と、圧力付加機構を備
えた合わせ皿４が樹脂混合物１０１’の硬化成形用の型
に相当する。

【００６４】最後に、これらを恒温槽に入れて一定温度
で加熱硬化させ、室温まで温度を降下させた後、合わせ
皿４から樹脂混合物１０１’の硬化物（弾性体層１０
１）及び定盤１００を剥離することにより、定盤１００
上に形成された弾性体層１０１が得られる。

【００６５】そして、定盤１００上に形成された弾性体
層１０１上に、さらに硬質層（単層の研磨布または混合
エポキシ樹脂の硬化物）を形成すると、例えば図２に示
すような、定盤１００上に形成された、エポキシ樹脂弾
性体層１０１／混合エポキシ樹脂（エポキシ樹脂、グリ
セリン及びナイロンパウダーの混合物）硬化物の硬質層
１０２からなる研磨ポリシャと、エポキシ樹脂弾性体層
１０１／混合エポキシ樹脂（エポキシ樹脂、グリセリン
及びカーボンパウダーの混合物）硬化物の硬質層１０３
からなる研磨ポリシャと、エポキシ樹脂弾性体層１０１
／単層研磨布の硬質層１０４からなる研磨ポリシャと、
がそれぞれ得られる。

【００６６】ここで、硬質層が混合エポキシ樹脂（例え
ば、エポキシ樹脂、グリセリン、ナイロンパウダーまた
はカーボンパウダーの混合物）の硬化物である場合に
は、図３の工程に準じて、前記定盤１００上に形成され
た弾性体層１０１上に混合エポキシ樹脂の硬化物を所望
の厚さに形成すればよい（図４ａ〜ｅ参照）。

【００６７】また、硬質層が混合エポキシ樹脂の硬化物
である場合には、硬質層の表面に研磨液（剤）が通る溝
を網目状、放射状または螺旋状などの形状（図５参照）
にて形成することにより、研磨ポリシャが完成する（図
４ｆ参照）。

【００６８】なお、硬質層が研磨布である場合には、目
立て機構を設けて頻繁に研磨布の研磨面をリフレシュす
る必要があるが、硬質層が混合エポキシ樹脂の硬化物で
ある場合には、目立て機構は不要である。

【００６９】また、研磨ポリシャの硬度は、研磨対象と
する被研磨物の材料に合わせて、弾性体層及び硬質層の
硬度を調整することで設定することができるが、硬質層
の硬度を弾性体層の硬度よりも大きくする。

【００７０】ワークの研磨精度に直接関係する研磨ポリ
シャの面精度出しは、合わせ皿を高精度加工してこれら
のレプリカを取る方法、研磨機により合わせ皿と摺り合
わせを行う方法、超精密旋盤を用いた高精度切削による
方法、のいずれかにより行えばよい。

【００７１】以下、本発明を実施例により更に詳細に説
明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではな
い。

【００７２】

【実施例】前述した製造工程に従ってＣＭＰ用研磨ポリ
シャを製作し、この研磨ポリシャを高精度高速のＣＭＰ
平坦化加工機（ＣＭＰ用研磨装置）に適用した例を説明
する。

【００７３】弾性体層１０１は、横浜ゴム製のＦＥＸ−
０１０１（エポキシ樹脂の主剤）と、テトラエチレンペ
ンタミン（硬化剤）をそれぞれ１０：１の割合で混合し
たものを定盤１００上に硬化（硬化条件：５０℃、３時
間）させることにより形成した。

【００７４】なお、弾性体層１０１は厚さが１０ｍｍで
あり、硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃで６５であった。「実施例１」前記定盤１００上に形成された弾性体層１
０１上に、図４に示す工程に従って、エポキシ樹脂接着
剤であるボンドクイック＃５（エポキシ樹脂ポリチオー
ル、コニシ製）とグリセリン、ナイロンパウダーからな
る樹脂混合物を加熱硬化させてＣＭＰ用研磨ポリシャを
製作した。

【００７５】まず、ボンドクイック＃５の主剤及び硬化
剤とグリセリン、ナイロンパウダー（東レナイロンパウ
ダーＳＰ−５００）からなる樹脂混合物の混合比（重量
比）が３：１：１：0.05になるように、容器に採取し撹
袢棒を用いて十分に攪拌を行った（図４（ａ））。

【００７６】この樹脂混合物をポリシャ製作工具に保持
された直径φ：３００ｍｍの平板の定盤１００（鋳鉄、
又は溶融石英製等）上の弾性体層１０１上に滴下した
（図４（ｂ））。

【００７７】次に、離形剤を塗布した平面状の合わせ皿
（鋳鉄製、定盤と同じ直径）を製作工具に取り付けて、
これを上方から弾性体層１０１上の樹脂混合物に押し当
てながら位置調整をして樹脂混合物の層厚さが３ｍｍに
なるようにした（図４（ｃ））。

【００７８】続いて、樹脂混合物の層厚さが３ｍｍにな
るように保持した状態のまま恒温槽に入れ、５０°Ｃで
３時間加熱することにより樹脂混合物を硬化させた（図
４（ｄ））。そして、十分に温度が下がった後、合わせ
皿を樹脂混合物の硬化物１０２から剥離し（図４
（ｅ））、この硬化物に研磨液が通る溝を切削により形
成して（図４（ｆ））研磨ポリシャとした。

【００７９】なお、溝は図５（ａ）に示す形状に形成し
た。また、研磨ポリシャの硬度は、Ａｓｋｅｒ−Ｃで９
５であった。

【００８０】研磨ポリシャの面出しは、オスカー型の研
磨機を用いて直径φ３００ｍｍの平板状合わせ皿と５％
（重量％）の酸化セリウム研磨液により行った。研磨ポ
リシャの仕上がり面の表面あらさは約１μｍとした。

【００８１】次に、以上により製作した研磨ポリシャを
使用したＣＭＰ用研磨装置（図１参照）による半導体平
坦化の研磨加工について説明する。

【００８２】研磨加工されるウェハは直径３インチ、厚
さ２５μｍのＳｉウェハであり、その表面に１μｍ厚の
アルミニウム層が所定のパターンにて形成されている。
その上にプラズマＣＶＤによる酸化珪素膜（ＳｉＯ₂ ）
を成膜して図６（ａ）の構造を有する試料を作成した。

【００８３】この試料（ウェハ）のパターン面を次の条
件により研磨加工した。

【００８４】加工条件・定盤（ワーク）回転数：４５ｒｐｍ・ウェハキャリアの揺動距離：３５ｍｍ・ウェハキャリアの揺動回数：２５往復／分・ウェハへの付加荷重：１９０ｇ／ｃｍ² ・研磨液（剤）：濃度６％の酸化セリウム（自動供給）・研磨時間：１分この研磨条件により、前記試料（ウェハ）を２００枚連
続で研磨加工したところ、いずれもニュートン縞２〜４
本の平面が得られた。また、パターンの密度による平面
度、縁だれの影響は見られなかった。

【００８５】研磨後のポリシャ表面を検査したところ、
初期状態と変わっていなかったのでドレッシングは不要
であった。従来の研磨布による方法では、ドレッシング
が必要であったが、特に今回のポリシャでは問題はなか
った。「実施例２」前記定盤１００上に形成された弾性体層１
０１上に、図４に示す工程に従って、実施例１で使用し
たボンドクイック＃５の主剤と、硬化剤としてテトラエ
チレンペンタミン、及びグリセリン、カーボンパウダー
からなる樹脂混合物を加熱硬化させてＣＭＰ用研磨ポリ
シャを製作した。

【００８６】ボンドクイックの主剤、テトラエチレンペ
ンタミン及びグリセリン、カーボンパウダーからなる樹
脂混合物の混合比（重量比）は、３：１：0.5 ：0.05と
した他は、実施例１と同様な工程により研磨ポリシャを
作製した。

【００８７】但し、研磨ポリシャの溝は図５（ｂ）に示
す螺旋状に形成した。また、研磨ポリシャの硬度は、Ａ
ｓｋｅｒ−Ｃで９５であった。

【００８８】以上により製作した研磨ポリシャを使用し
たＣＭＰ用研磨装置により、実施例１と同じ試料を２０
０枚、実施例１と同じ条件により連続加工したところ、
ニュートン縞２〜４本、平面度λ（rms ）の精度が得ら
れた。また表面粗さはＲＭＳで３〜７Åであった。

【００８９】研磨後のポリシャ表面を検査したところ、
初期状態と変わっていなかったのでドレッシングは不要
であった。「実施例３」前記定盤１００上に形成された弾性体層１
０１上に硬質層としてロデールニッタ製の研磨布（ＩＣ
−１０００）１０４を貼り付けて研磨ポリシャを作製し
た。この研磨ポリシャの硬度はＡｓｋｅｒ−Ｃで９５で
あった。

【００９０】以上により製作した研磨ポリシャを使用し
たＣＭＰ用研磨装置により、実施例１と同じ試料を２０
０枚、実施例１と同じ条件により連続加工したところ、
ニュートン縞２〜４本、平面度λ（rms ）の精度が得ら
れた。また表面粗さはＲＭＳで３〜９Åであった。

【００９１】なお、本実施例では、研磨（一枚）ごとに
ダイアモンドによるドレッシング（目立て）処理を行っ
た。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
〜６）の研磨ポリシャによれば、１．研磨による被研磨
物（例えば半導体）表面の縁だれを防止または抑制でき
る、２．荷重がかかってもポリシャが圧縮変形を起こし
にくい、３．ポリシャと研磨定盤の接合にかかる平坦度
不良が発生しにくい、４、ポリシャのドレッシング（目
立て）が不要である、５．λ以下の高い被研磨物（例え
ば半導体）の面精度を得ることができる、６．研磨ポリ
シャが低コストである、７．研磨ポリシャが高寿命であ
る、８．研磨量検知や研磨の終点検知を光学的に行う場
合にポリシャに孔をあける必要がないので、研磨条件を
変化させずに研磨状態を検知することが可能であり、ま
た検知の対象位置が特定領域に限定されない（被研磨物
表面の光による直接観察または計測が可能）、９．研磨
ポリシャの熱変形温度が増加する、１０．被研磨物（例
えば半導体）の研磨加工中における摩擦熱の発生を抑制
できる、１１．研磨中に被研磨物（例えば半導体）表面
の研磨量や研磨の終点を高精度にて検知できる、という
効果の一部または全てを奏する。

【００９３】本発明（請求項１〜７）の研磨ポリシャ及
び研磨ポリシャの製造方法によれば、弾性体層を定盤の
上に形成し、その上に弾性体層よりも硬度が大きい硬質
層を形成して研磨ポリシャとしているので、被研磨物
（例えば半導体）のそりによる大きなうねりや段差構造
による凹凸面の様な構造に対して追従性が良くなり、し
かも十分な研磨ポリシャとしての硬度を確保できるの
で、均一な平坦化研磨が可能である。

【００９４】さらに、硬質層に研磨布を用いる場合に
は、研磨布が１層構造のため従来の２層構造研磨布と比
較してコスト削減となり、また従来の２層構造研磨布の
寿命が短い原因が軟質樹脂層の劣化にあったことを考慮
すると、長寿命化によるコスト削減に効果がある。

【００９５】研磨布の代わりに硬質の混合エポキシ樹脂
の硬化物を採用した場合には、従来の研磨布の様にドレ
ッシングが不要であり、長期間ポリシャ硬度（や粘弾性
度）を一定に保つことができるので、一度研磨ポリシャ
の面精度を出しておけば、その後の面精度調整は不要で
あり、同一種類の被研磨物（例えば半導体）表面の平坦
化であれば、研磨ポリシャを交換または調整することな
く何回も研磨加工を行うことができる。

【００９６】そのため、研磨ポリシャの交換作業に要す
る時間を削減でき、装置のダウンタイムを減少できる。
加えて、研磨の熟練を不要とするとともに、面精度が高
く、縁だれの少ない高精度の被研磨物（例えば半導体）
表面の平坦化を短時間に連続して行うことができること
は言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明の研磨ポリシャを説明するＣＭＰ用研
磨装置（一例）の一部構成を示す概略図であり、図１
（ａ）が側面図、図１（ｂ）が平面図である。

【図２】は研磨ポリシャの構造例を示す断面図である。

【図３】は定盤上に弾性体（エポキシ樹脂硬化）層を形
成する方法を示す工程図である。

【図４】は定盤上の弾性体（エポキシ樹脂硬化）層上に
硬質（混合エポキシ樹脂硬化）層を形成して研磨ポリシ
ャを作製する方法を示す工程図である。

【図５】は研磨ポリシャの硬質層に設ける溝の形状例を
示す平面図である。

【図６】は本発明にかかる研磨ポリシャの研磨対象物の
一つである半導体デバイスの断面構造の例を示す図であ
る。

【図７】は半導体表面のうねりを示す概念図である。

【図８】は従来の研磨ポリシャを説明するＣＭＰ用研磨
装置（一例）の一部構成を示す概略図であり、図１
（ａ）が側面図、図１（ｂ）が平面図である。

【符号の説明】

３・・・・・製作工具４・・・・・平面状の合わせ皿８・・・・・容器９・・・・・攪拌棒１００・・・定盤１０１・・・弾性体層（例えば、エポキシ樹脂硬化層）１０１’・・エポキシ樹脂混合物（主剤、硬化剤）１０２・・・硬質層（例えば、エポキシ樹脂の主剤及び
硬化剤、グリセリン、ナイロンパウダーの混合樹脂硬化
層）１０３・・・硬質層（例えば、エポキシ樹脂の主剤及び
硬化剤、グリセリン、カーボンパウダーの混合樹脂硬化
層）１０４・・・硬質層（例えば、単層の研磨布）２００・・・研磨布（２層）２０１・・・研磨剤供給機構２０２・・・研磨剤３００・・・被研磨物（例えば、ウェハ上の半導体デバ
イス）３０１・・・圧力機構３０２・・・被研磨物のキャリアまたはホルダー（例え
ば、ウェハキャリアまたはホルダー）３０５・・・配線層３０６・・・絶縁膜（層）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも定盤を備えて被研磨物の表面を
研磨するＣＭＰ研磨装置に用いる研磨ポリシャであっ
て、前記研磨ポリシャは、弾性体層と前記弾性体層より
も硬度が大きい硬質層との２層構造を有し、且つ、定盤
上に前記弾性体層が形成され、さらに前記弾性体層上に
前記硬質層が形成されてなることを特徴とする研磨ポリ
シャ。
【請求項２】前記弾性体層の硬度が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ
基準で６０〜９０であることを特徴とする請求項１記載
の研磨ポリシャ。
【請求項３】前記弾性体層が、エポキシ樹脂の硬化物
により形成されてなることを特徴とする請求項１または
２記載の研磨ポリシャ。
【請求項４】前記硬質層が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６
０以上の研磨布により形成されてなることを特徴とする
請求項１〜３記載の研磨ポリシャ。
【請求項５】前記硬質層が、Ａｓｋｅｒ−Ｃ硬度が６
０以上の樹脂硬化物であり、カーボンパウダー、カーボ
ンファイバーまたはナイロンパウダーを添加したエポキ
シ樹脂の硬化物により形成されてなることを特徴とする
請求項１〜４記載の研磨ポリシャ。
【請求項６】前記カーボンパウダー、カーボンファイ
バーまたはナイロンパウダーを添加したエポキシ樹脂
に、さらにグリセリンを添加した混合エポキシ樹脂の硬
化物により前記硬質層が形成されてなることを特徴とす
る請求項５記載の研磨ポリシャ。
【請求項７】少なくとも定盤を備えて被研磨物の表面
を研磨するＣＭＰ研磨装置に用いる研磨ポリシャの製造
方法であって、前記定盤上に弾性体層を形成する段階
と、前記弾性体層上に硬質層を形成する段階とを備える
ことを特徴とする研磨ポリシャの製造方法。