JP2001212752A

JP2001212752A - 研磨体、研磨装置、半導体デバイス製造方法、及び半導体デバイス

Info

Publication number: JP2001212752A
Application number: JP2000025373A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Chiga; 達也千賀; Akira Ishikawa; 彰石川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2000-02-02
Publication date: 2001-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の研磨体では、研磨体の使用に伴って研
磨体の溝構造が変化し、その溝構造の変化に伴う弾性の
変化により、長期間にわたる安定な研磨特性を得ること
が不可能であるという問題があった。本発明は研磨体の
使用による磨耗が非常に少なく、また、表面形状の変化
が小さい研磨体を提供することにより、常に安定な研磨
特性を有する研磨体を提供することを目的とする。【解決手段】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ＶＬは、0.1%≦
ＶＬ≦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研磨体を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＵＬＳＩ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に用いるのに好適な研
磨装置、該研磨装置に用いる研磨体、半導体デバイス製
造方法、及び半導体デバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】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、増加し複雑になっ
てきている。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ってきている。半導体デバイスの
表面における段差の存在は、配線の段切れ、局所的な抵
抗の増大などを招き、断線や電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。

【０００３】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ＮＡは、大きくなってきている。こ
れにより、半導体露光装置の投影レンズの焦点深度は、
実質的に浅くなってきている。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。

【０００４】具体的に示すと、半導体プロセスにおいて
は図８（ａ）、（ｂ）に示すような平坦化技術が必須に
なってきている。シリコンウエハ２１上に半導体デバイ
ス２４、ＳｉＯ₂からなる層間絶縁膜２２、Ａｌからな
る金属膜２３が形成されている。図８（ａ）は半導体デ
バイスの表面の層間絶縁膜２２を平坦化する例である。
図８（ｂ）は半導体デバイスの表面の金属膜２３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表面を平坦化する方法と
しては、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Poli
shing又はChemical Mechanical Planarization、以下で
はCMPと称す）技術が広く行われている。現在、CMP技術
はシリコンウエハの全面を平坦化できる唯一の方法であ
る。

【０００５】CMPはシリコンウエハの鏡面研磨法を基に
発展しており、図９に示すようなCMP装置を用いて行わ
れている。図９において、１３１は研磨部材、１３２は
研磨対象物保持部（以下、研磨ヘッドと称する）、１３
３は研磨対象物であるシリコンウエハ、１３４は研磨剤
供給部、１３５は研磨剤である。研磨部材１３１は、研
磨定盤１３６の上に研磨体１３７を貼り付けたものであ
る。

【０００６】研磨対象物１３３は研磨ヘッド１３２によ
り保持され、回転させながら揺動して、研磨部材１３１
の研磨体１３７に所定の圧力で押し付けられる。研磨部
材１３１も回転させ、研磨対象物１３３との間で相対運
動を行わせる。この状態で、研磨剤１３５を研磨剤供給
部１３４から研磨体１３７上に供給し、研磨剤１３５は
研磨体１３７上で拡散し、研磨部材１３１と研磨対象物
１３３との相対運動に伴って研磨体１３７と研磨対象物
１３３との間に入り込み、研磨対象物１３３の研磨面を
研磨する。即ち、研磨部材１３１と研磨対象物１３３と
の相対運動による機械的研磨と、研磨剤１３５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。

【０００７】現在、CMPに用いられる研磨体としては、
無発泡の材料からなる研磨体、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
砥粒状の研磨体がある。

【０００８】これらの中で、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動が生じる。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「ドレッシング」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。

【０００９】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、ドレッシングが必要である。

【００１０】研磨されたシリコンウエハ（研磨対象物）
については、均一性及び平坦性という研磨特性が非常に
重要である。

【００１１】均一性とは、シリコンウエハ全領域におい
て研磨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。

【００１２】均一性（%）＝（ＲＡ−ＲＩ）／（ＲＡ＋
ＲＩ）×１００ここで、ＲＡは測定した研磨量プロファイルでの最大研
磨量、ＲＩ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、シリコンウエハ全面における研磨
の均一性は高いということである。

【００１３】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エハ
で、研磨によりどれだけパターン付きシリコンウエハに
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。

【００１４】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。

【００１５】軟質研磨体の場合、シリコンウエハに圧力
をかけた際に研磨体の表面がシリコンウエハのそりに対
して密着性が非常に高く、シリコンウエハの全面にわた
って均一性は非常に良くなる。しかし、凹凸パターンを
有するシリコンウエハに関しては、研磨体の変形によっ
てシリコンウエ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。

【００１６】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エハに関しては、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
リコンウエハのそりや加圧時の圧力分布がダイレクトに
研磨に効いてくるため、均一性は悪くなる。

【００１７】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、
溝の深さが浅く、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。

【００１８】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、色々な形状の溝パタ
ー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
ヘッド及び研磨定盤の振動等につながってくる。

【００１９】CMPを行う研磨装置は、それぞれのコンセ
プト、特色に基づき多種多様な装置がある。例えばスル
ープットを向上させるため１つの研磨体で複数枚のシリ
コンウエ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エ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、安定した研磨剤の供給に対す
る最適な溝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。

【００２０】CMPは他の光学研磨や、金属ラッピングと
比較して、スループットの問題から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。

【００２１】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。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】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
弾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トロールすることができない
という問題がある。

【００２３】本発明は上記問題を解決するためになされ
たものであり、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研磨体を提供するこ
とにより、常に安定な研磨特性を有する研磨体及びそれ
を用いた研磨装置を提供することを目的とする。

【００２４】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目的として
いる。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記問題を鑑み、本発明
者は研磨体の発泡による空孔領域の割合、溝構造、厚さ
を規定することにより、従来から使用されている研磨体
に比べ、格段に優れた研磨特性を発揮することを見いだ
し、本発明に至った。

【００２６】即ち、上記課題を解決するために、本発明
に係る研磨体は、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
磨装置に用いる研磨体において、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ＶＬは、0.1%≦ＶＬ≦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
（請求項１）。

【００２７】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、ドレッシング
が不要もしくはドレッ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
（溝幅Ｗ、体積割合ＶＬ）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。

【００２８】また、厚さDは、0.5mm≦D≦5.0mmであるこ
とが好ましい（請求項２）。これにより、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。

【００２９】また、前記溝の深さは、前記溝の幅Ｗの３
倍以下であることが好ましい（請求項３）。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。

【００３０】また、表面に対する前記溝の形状は、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
ことが好ましい（請求項４）。これにより、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。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。

【００３１】また、前記溝の断面形状は、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
（請求項５）。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。

【００３２】また、前記材料の圧縮弾性率Ｋは、0.1Ｇ
Ｐａ≦Ｋ≦2.0ＧＰａであることが好ましい（請求項
６）。これにより、材料の圧縮弾性率Ｋが、0.1ＧＰａ
≦Ｋ≦2.0ＧＰａ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。

【００３３】また、前記材料の主成分は、エポキシ樹
脂、アクリル樹脂、又は無発泡ウレタン樹脂であること
が好ましい（請求項７）。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。

【００３４】また、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が好ましい（請求項
８）。これにより、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、均一性が悪くなったり、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。

【００３５】また、少なくとも一部に透明領域を有する
ことが好ましい（請求項９）。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、研磨状態を観察する装置により、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。

【００３６】さらに、上記課題を解決するために、本発
明に係る研磨装置は、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
る研磨装置において、前記研磨体の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ＶＬは、0.1%≦ＶＬ≦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
（請求項１０）。

【００３７】上記研磨装置によれば、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、ドレッシン
グが不要もしくはドレッ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（溝幅Ｗ、体積割合ＶＬ）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。

【００３８】また、前記研磨体の厚さDは、0.5mm≦D≦
5.0mmであることが好ましい（請求項１１）。これによ
り、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。

【００３９】また、前記溝の深さは、前記溝の幅Ｗの３
倍以下であることが好ましい（請求項１２）。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。

【００４０】また、前記研磨体の表面に対する前記溝の
形状は、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
む形状であることが好ましい（請求項１３）。これによ
り、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。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。

【００４１】また、前記溝の断面形状は、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
（請求項１４）。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。

【００４２】また、前記研磨体の材料の圧縮弾性率Ｋ
は、0.1ＧＰａ≦Ｋ≦2.0ＧＰａであることが好ましい
（請求項１５）。これにより、材料の圧縮弾性率Ｋが、
0.1ＧＰａ≦Ｋ≦2.0ＧＰａ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。

【００４３】また、前記研磨体の材料の主成分は、エポ
キシ樹脂、アクリル樹脂、又は無発泡ウレタン樹脂であ
ることが好ましい（請求項１６）。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。

【００４４】また、前記研磨体の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が好ましい
（請求項１７）。これにより、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、均一性が悪くなっ
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。

【００４５】また、前記研磨体の少なくとも一部に透明
領域を有することが好ましい（請求項１８）。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、研磨状態を観察する装置により、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。

【００４６】さらに、本発明に係る半導体デバイス製造
方法は、本発明に係る研磨装置を用いて半導体シリコン
ウエハの表面を平坦化する工程を有する（請求項１
９）。

【００４７】上記半導体デバイス製造方法によれば、半
導体シリコンウエハの表面を平坦化する工程において本
発明に係る研磨装置を用いているため、半導体シリコン
ウエハの表面を平坦化する工程での研磨終点の検出精度
または膜厚の測定精度が低下することがなくなる等によ
り、半導体シリコンウエハの表面を平坦化する工程での
歩留まりが向上する。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トで半導体デバイスを製造す
ることができる。

【００４８】さらに、本発明に係る半導体デバイスは本
発明に係る半導体デバイス製造方法により製造される
（請求項２０）。

【００４９】上記半導体デバイスによれば、本発明に係
る半導体デバイス製造方法により製造されているので、
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、半導体デバイスの製
造原価を低減させることができる。

【００５０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を参照し
て説明する。

【００５１】まず、本発明の第１の実施の形態による研
磨体及び第２の実施の形態による研磨装置について説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態による研磨体の
一部分の断面図である。図２は本発明の第２の実施の形
態による研磨装置の概略構成図である。

【００５２】研磨体１１は溝が形成されている領域１３
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。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
体と呼ばれていて、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１１の表面には断
面形状がＶ字形の溝１３が形成されている。

【００５３】第２の実施の形態による研磨装置は、研磨
部材３１、研磨対象物保持部３２（以下、研磨ヘッドと
称す）、及び研磨剤供給部３４から構成されている。そ
して、研磨ヘッド３２には、研磨対象物であるシリコン
ウエハ３３が取り付けられ、研磨剤供給部３４は研磨剤
（スラリー）３５を供給する。研磨部材３１は、研磨定
盤３６の上に前述した第１の実施の形態による研磨体１
１を設置したものであり、研磨体１１は両面テープもし
くは接着剤により研磨定盤３６に貼り付けられている。

【００５４】シリコンウエハ３３は研磨ヘッド３２によ
り保持され、回転させながら揺動させられ、研磨部材３
１の研磨体１１に所定の圧力で押し付られる。研磨部材
３１も回転させ、シリコンウエハ３３との間で相対運動
を行わせる。この状態で、研磨剤３５が研磨剤供給部３
４から研磨体１１上に供給され、研磨剤３５を研磨体１
１上で拡散し、研磨部材３１とシリコンウエハ３３の相
対運動に伴って研磨体１１とシリコンウエハ３３との間
に入り込み、シリコンウエハ３３の研磨面を研磨する。
即ち、研磨部材３１とシリコンウエハ３３の相対運動に
よる機械的研磨と、研磨剤３５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。

【００５５】図３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３において研
磨体４１の表面に形成されている溝の断面形状は矩形で
ある。図３（ａ）は研磨対象物４２により荷重が加えら
れていない状態であり、図３（ｂ）は研磨対象物４２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４１の表面
から溝の底までの領域４３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４４に分けてみた場合、
図３（ｂ）に示すように、弾性変形は単位面積当たりの
荷重が大きくなっている溝が形成されている領域４３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４３
の変形は小さい。この溝が形成されている領域４３の変
形量の大小によって、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。

【００５６】研磨体の表面での溝１３の幅Ｗ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１３の内部に入った研磨剤のクリーニングも難し
く溝１３の内部で研磨剤が固着し、そのくずにより研磨
時のシリコンウエ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１３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、CMP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１３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。

【００５７】また、溝１３が形成されている領域を含む
研磨体１１の体積に対する、溝１３が形成されている領
域の体積の割合ＶＬが、0.1％より小さい場合は、研磨
体１１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ＶＬ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ＶＬは、0.1%≦ＶＬ≦30％であることが
好ましい。

【００５８】このように、第１の実施の形態による研磨
体を用いた第２の実施の形態による研磨装置では、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ッシングに要する
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（溝幅Ｗ、体積割
合ＶＬ）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。

【００５９】なお、第１の実施の形態において溝１３の
断面の形状をＶ字形としたが、他の形状でも良い。

【００６０】次に本発明の第３の実施の形態による研磨
体及び第４の実施の形態による研磨装置について説明す
る。第３の実施の形態による研磨体及び第４の実施の形
態による研磨装置は、それぞれ、第１の実施の形態によ
る研磨体の変形例、及び第２の実施の形態による研磨装
置の変形例である。

【００６１】第３の実施の形態による研磨体は、厚さD
が、0.5mm≦D≦5.0mmである。その他は第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。

【００６２】第４の実施の形態による研磨装置は、研磨
定盤上に第３の実施の形態による研磨体が設置されてい
る。その他は第２の実施の形態による研磨装置と同様で
あるので説明を省略する。

【００６３】研磨体１１の厚さＤが5.0mm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１１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。

【００６４】このように第３の実施の形態による研磨体
を用いた第４の実施の形態による研磨装置では、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。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。

【００６５】次に本発明の第５の実施の形態による研磨
体及び第６の実施の形態による研磨装置について説明す
る。第５の実施の形態による研磨体及び第６の実施の形
態による研磨装置は、それぞれ、第１もしくは第３の実
施の形態による研磨体の変形例、及び第２もしくは第４
の実施の形態による研磨装置の変形例である。

【００６６】第５の実施の形態による研磨体は、溝１３
の深さが、研磨体の表面での溝の幅Ｗの３倍以下であ
る。その他は第１もしくは第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。

【００６７】第６の実施の形態による研磨装置は、研磨
定盤上に第５の実施の形態による研磨体が設置されてい
る。その他は第２の実施の形態による研磨装置と同様で
あるので説明を省略する。

【００６８】溝１３の深さが、研磨体１１の表面での溝
１３の幅Ｗの３倍を越えると、研磨体の溝内部の研磨剤
の除去が難しく研磨剤が内部で固着し、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１３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。

【００６９】このように第５の実施の形態による研磨体
を用いた第６の実施の形態による研磨装置では、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。

【００７０】次に本発明の第７の実施の形態による研磨
体及び第８の実施の形態による研磨装置について説明す
る。第７の実施の形態による研磨体及び第８の実施の形
態による研磨装置は、それぞれ、第１、第３、もしくは
第５の実施の形態による研磨体の変形例、及び第２、第
４、もしくは第６の実施の形態による研磨装置の変形例
である。

【００７１】図４は第７の実施の形態による研磨体の概
略構成図である。第７の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。その他は第１、
第３、もしくは第５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。

【００７２】第８の実施の形態による研磨装置は、研磨
定盤上に第７の実施の形態による研磨体が設置されてい
る。その他は第２の実施の形態による研磨装置と同様で
あるので説明を省略する。

【００７３】なお、第７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良い。

【００７４】このように第７の実施の形態による研磨体
を用いた第８の実施の形態による研磨装置では、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。

【００７５】次に本発明の第９の実施の形態による研磨
体及び第１０の実施の形態による研磨装置について説明
する。第９の実施の形態による研磨体及び第１０の実施
の形態による研磨装置は、それぞれ、第１、第３、第
５、もしくは第７の実施の形態による研磨体の変形例、
及び第２、第４、第６、もしくは第８の実施の形態によ
る研磨装置の変形例である。

【００７６】図５は第９の実施の形態による研磨体の断
面図である。図５（ａ）は、溝の断面形状がＶ字形であ
る研磨体であり、図５（ｂ）は、溝の断面形状がＵ字形
である研磨体である。図５（ａ）では研磨体５１の表面
に断面形状がＶ字形である溝５２が形成されている。図
５（ｂ）では研磨体５１の表面に断面形状がＵ字形であ
る溝５３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、研磨剤の供給や排出が容易であり、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、シリコンウエハの研磨面での傷の発生を抑
えることが可能である。その他は第１、第３、第５もし
くは第７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。

【００７７】第１０の実施の形態による研磨装置は、研
磨定盤上に第９の実施の形態による研磨体が設置されて
いる。その他は第２の実施の形態による研磨装置と同様
であるので説明を省略する。

【００７８】なお、第９の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良い。

【００７９】このように第９の実施の形態による研磨体
を用いた第１０の実施の形態による研磨装置では、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。

【００８０】次に本発明の第１１の実施の形態による研
磨体及び第１２の実施の形態による研磨装置について説
明する。第１１の実施の形態による研磨体及び第１２の
実施の形態による研磨装置は、それぞれ、第１、第３、
第５、第７、もしくは第９の実施の形態による研磨体の
変形例、及び第２、第４、第６、第８、もしくは第１０
の実施の形態による研磨装置の変形例である。

【００８１】第１１の実施の形態による研磨体は、材料
の圧縮弾性率Ｋが、 0.1ＧＰａ≦Ｋ≦2.0ＧＰａである。その他は、第１、第３、第５、第７、もしくは
第９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。

【００８２】第１２の実施の形態による研磨装置は、研
磨定盤上に第１１の実施の形態による研磨体が設置され
ている。その他は、第２の実施の形態による研磨装置と
同様であるので説明を省略する。

【００８３】このように第１１の実施の形態による研磨
体を用いた第１２の実施の形態による研磨装置では、材
料の圧縮弾性率Ｋが、 0.1ＧＰａ≦Ｋ≦2.0ＧＰａ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。

【００８４】次に本発明の第１３の実施の形態による研
磨体及び第１４の実施の形態による研磨装置について説
明する。第１３の実施の形態による研磨体及び第１４の
実施の形態による研磨装置は、それぞれ、第１、第３、
第５、第７、第９もしくは第１１の実施の形態による研
磨体の変形例、及び第２、第４、第６、第８、第１０、
もしくは第１２の実施の形態による研磨装置の変形例で
ある。

【００８５】第１３の実施の形態による研磨体を用いた
第１４の実施の形態による研磨装置では、研磨体の材料
の主成分がエポキシ樹脂、アクリル樹脂、もしくは無発
泡ウレタン樹脂である。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。

【００８６】第１４の実施の形態による研磨装置は、研
磨定盤上に第１３の実施の形態による研磨体が設置され
ている。その他は、第２の実施の形態による研磨装置と
同様であるので説明を省略する。

【００８７】このように第１３の実施の形態による研磨
体を用いた第１４の実施の形態による研磨装置では、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。

【００８８】次に本発明の第１５の実施の形態による研
磨体及び第１６の実施の形態による研磨装置について説
明する。第１５の実施の形態による研磨体及び第１６の
実施の形態による研磨装置は、それぞれ、第１、第３、
第５、第７、第９、第１１、もしくは第１３の実施の形
態による研磨体の変形例、及び第２、第４、第６、第
８、第１０、第１２、もしくは第１４の実施の形態によ
る研磨装置の変形例である。

【００８９】第１５の実施の形態による研磨体を用いた
第１６の実施の形態による研磨装置では、研磨体の表面
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。

【００９０】なお、前記研磨剤を供給及び排出する溝と
しては、第１、３、５、７、９、１１、１３の実施の形
態による研磨体に形成されている溝の一部を利用しても
良いし、または第１、３、５、７、９、１１、１３の実
施の形態による研磨体に形成されている溝とは異なる新
たな溝を形成しても良い。

【００９１】第１６の実施の形態による研磨装置は、研
磨定盤上に第１５の実施の形態による研磨体が設置され
ている。その他は、第２の実施の形態による研磨装置と
同様であるので説明を省略する。

【００９２】このように第１５の実施の形態による研磨
体を用いた第１６の実施の形態による研磨装置では、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、均一性が悪くなったり、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。

【００９３】次に本発明の第１７の実施の形態による研
磨体及び第１８の実施の形態による研磨装置について説
明する。第１７の実施の形態による研磨体及び第１８の
実施の形態による研磨装置は、それぞれ、第１、第３、
第５、第７、第９、第１１、第１３、もしくは第１５の
実施の形態による研磨体の変形例、及び第２、第４、第
６、第８、第１０、第１２、第１４、もしくは第１６の
実施の形態による研磨装置の変形例である。

【００９４】第１７の実施の形態による研磨体を用いた
第１８の実施の形態による研磨装置では、研磨体の一部
に透明領域を有する。

【００９５】図６は本発明の第１８の実施の形態による
研磨装置の概略構成図である。第１８の実施の形態によ
る研磨装置において、第２の実施の形態による研磨装置
と同じ部分には同じ番号を付す。第１８の実施の形態に
よる研磨装置において、研磨定盤３６には開口部３８が
形成されている。さらに、研磨定盤３６の下には、光学
的に研磨状態を観察して研磨過程を測定する装置３９が
設置されている。研磨定盤３６の上には第１７の実施の
形態による研磨体１１が設置されている。研磨体１１の
透明領域（不図示）と研磨定盤３６の開口部３８が重な
るようになっている。その他は、第２の実施の形態によ
る研磨装置と同様であるので説明を省略する。

【００９６】光学的に研磨状態を観察して研磨過程を測
定する装置３９としては、反射分光特性（反射分光スペ
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装置３
９で計測された反射分光スペクトルを、コンピューター
（不図示）においてシミュレーション等で得られた参照
スペクトルと比較し、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装置３９と
しては、前述した反射分光特性（反射分光スペクトル）
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ＣＣＤ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良い。

【００９７】このように第１７の実施の形態による研磨
体を用いた第１８の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、研磨状態を観察する装置により、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。

【００９８】以上の第１、第３、第５、第７、第９、第
１１、第１３、第１５、もしくは第１７の実施の形態に
よる研磨体を用いた第２、第４、第６、第８、第１０、
第１２、第１４、第１６、もしくは第１８の実施の形態
による研磨装置において、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良い。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
ば良い。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良い。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
幅を広くすれば良い。

【００９９】また、第１、第３、第５、第７、第９、第
１１、第１３、第１５、もしくは第１７の実施の形態に
よ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。

【０１００】図７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。半導体デバイス製造プロセスを
スタートして、まずステップ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。

【０１０１】ステップS201はシリコンウエハの表面を酸
化させる酸化工程である。ステップS202はCVD等により
シリコンウエハ表面に絶縁膜を形成するCVD工程であ
る。ステップS203はシリコンウエ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。ステップS204はシ
リコンウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程で
ある。

【０１０２】CVD工程もしくは電極形成工程の後で、ス
テップS205に進む。ステップS205はCMP工程である。CMP
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。

【０１０３】CMP工程もしくは酸化工程の後でステップS
206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、シリコンウエハへのレジストの塗
布、露光装置を用いた露光によるシリコンウエハへの回
路パターンの焼き付け、露光したシリコンウエハの現像
が行われる。さらに次のステップS207は現像したレジス
ト像以外の部分をエ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。

【０１０４】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、シリコンウエハ上に回
路パターンが形成される。ステップS208で全工程が完了
したと判断されればエンドとなる。

【０１０５】本発明に係る半導体デバイス製造方法で
は、CMP工程において本発明に係る研磨装置を用いてい
るため、CMP工程での研磨終点の検出精度または膜厚の
測定精度が向上することにより、CMP工程での歩留まり
が向上する。これにより、従来の半導体デバイス製造方
法に比べて低コスト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。

【０１０６】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CMP工程に本発明
に係る研磨装置を用いても良い。

【０１０７】本発明に係る半導体デバイスは、本発明に
係る半導体デバイス製造方法により製造される。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ト
で半導体デバイスを製造することができ、半導体デバイ
スの製造原価を低下させることができるという効果があ
る。

【０１０８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【０１０９】［実施例１］研磨装置の研磨定盤の表面に
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、0.98ＧＰａである。実施例１の研磨体の表面に
は、溝幅Ｗ0.35mm、溝間の凸部分の幅0.15mm、深さ0.30
mm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ＶＬは、2.6％である。

【０１１０】研磨ヘッドにバッキング材を介し、熱酸化
膜が1μm形成された6インチシリコンウエハを取り付
け、以下の条件で150秒間研磨を行った。

【０１１１】研磨ヘッド回転数：50rpm、研磨定盤回転
数：50rpm、研磨ヘッドへの荷重：3.92×10⁴Ｐａ、研磨
ヘッドの揺動幅：30mm、研磨ヘッドの揺動速度：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
プラズマTEOS（テトラエチルオルソシリケート）膜パタ
ーン付きシリコンウエハを研磨した。このパターン付き
シリコンウエハはパターン部分が、1.5μmのプラズマTE
OS膜、パターンなし部分が1.0μmのプラズマTEOS膜で、
初期の段差として0.5μmの段差がある。シリコンウエハ
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0.8μmになるまで研磨した。

【０１１２】［実施例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１と同様
の研磨対象物（熱酸化膜が1μm形成された6インチシリ
コンウエハ、及びプラズマTEOS膜パターン付きシリコン
ウエハ）の研磨を行った。実施例２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0.25
mm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ＶＬは、1.6％である。研磨条件は実施例１と全
く同一条件である。

【０１１３】［実施例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1μm形成された6インチシリ
コンウエハ、及びプラズマTEOS膜パターン付きシリコン
ウエハ）の研磨を行った。実施例３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0.25
mm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ＶＬは、3.1％である。研磨条件は実施例１と全
く同一条件である。

【０１１４】［実施例４］実施例３の研磨体にて、熱酸
化膜が1μm形成された6インチシリコンウエハを1000枚
研磨した後に、実施例１と同様の研磨対象物（熱酸化膜
が1μm形成された6インチシリコンウエハ、及びプラズ
マTEOS膜パターン付きシリコンウエハ）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１と全く同一条件
である。

【０１１５】［実施例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1μm形成された6インチシリ
コンウエハ、及びプラズマTEOS膜パターン付きシリコン
ウエハ）の研磨を行った。実施例５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0.25
mm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ＶＬは、5.2％である。研磨条件は実施例１と
全く同一条件である。

【０１１６】［比較例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１と同様
の研磨対象物（熱酸化膜が1μm形成された6インチシリ
コンウエハ、及びプラズマTEOS膜パターン付きシリコン
ウエハ）の研磨を行った。比較例１の研磨体の表面に
は、溝幅Ｗ0.05mm、溝間の凸部分の幅0.45mm、深さ2.0m
m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ＶＬは、5.0％である。研磨条件は実施例１と全く
同一条件である。

【０１１７】［比較例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１と同様
の研磨対象物（熱酸化膜が1μm形成された6インチシリ
コンウエハ、及びプラズマTEOS膜パターン付きシリコン
ウエハ）の研磨を行った。比較例２の研磨体の表面に
は、溝幅Ｗ0.45mm、溝間の凸部分の幅0.05mm、深さ2.0m
m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ＶＬは、45.0％である。研磨条件は実施例１と全く
同一条件である。

【０１１８】［評価］実施例１、２、３、４、５、比較
例１、２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1μm形成された6インチシリコン
ウエ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1μm形成された6インチシリコンウエ
ハのエッジから内側5mm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。

【０１１９】均一性（%）＝（ＲＡ−ＲＩ）／（ＲＡ＋
ＲＩ）×１００ここで、ＲＡは測定した研磨量プロファイルでの最大研
磨量、ＲＩ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エハを用いて、パター
ンなし部分が0.8μmになるまで研磨し、その時のシリコ
ンウエ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。

【０１２０】［結果］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。

【０１２１】

【表１】

【０１２２】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。

【０１２３】実施例１と実施例２では、溝構造が異なる
のみであるが、溝の幅が広く、深さが深い実施例１で均
一性が優れていて、その逆の実施例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、溝間の凸部分の幅の広い実施例２で大き
な上昇が見られている。

【０１２４】実施例２と実施例３については、溝構造が
同じで研磨体の厚さが異なるものである。実施例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。

【０１２５】実施例３と実施例４については、連続研磨
前と連続研磨後の評価である。本発明による研磨体で
は、研磨毎のドレッシング工程を行っていない。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。

【０１２６】実施例５と実施例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５の編み目状の構造が優れていることを示してい
る。

【０１２７】比較例１及び比較例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ウエハの研磨面の傷が極端に大
きい傾向があった。

【０１２８】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
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ッ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研磨体及び研磨装
置を提供できる。これに伴い、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。

【０１２９】さらに、本発明によれば、表面に形成され
ている溝構造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研磨体及び研磨
装置を提供できる。これに伴い、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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による研磨体の一部
分の断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による研磨装置の概
略構成図である。

【図３】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３（ａ）は荷重が加えられていない状態
であり、図３（ｂ）は荷重が加えられている状態であ
る。

【図４】第７の実施の形態による研磨体の概略構成図で
ある。

【図５】第９の実施の形態による研磨体の断面図であ
る。図５（ａ）は、溝の断面形状がＶ字形である研磨体
であり、図５（ｂ）は、溝の断面形状がＵ字形である研
磨体である。

【図６】本発明の第１８の実施の形態による研磨装置の
概略構成図である。

【図７】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。

【図８】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８（ａ）
は半導体デバイスの表面の層間絶縁膜を平坦化する例で
あり、図８（ｂ）は半導体デバイスの表面の金属膜を研
磨し、いわゆるダマシン（damascene）を形成する例で
ある。

【図９】従来のCMP装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１１、４１、５１、１３７研磨体１３、５２断面形状がＶ字形である溝２１シリコンウエハ２２層間絶縁膜（ＳｉＯ₂）２３金属膜（Ａｌ）２４半導体デバイス３１、１３１研磨部材３２、１３２研磨ヘッド３３、４２、１３３研磨対象物（シリコンウエハ）３４、１３４研磨剤供給部３５、１３５研磨剤（スラリー）３６、１３６研磨定盤３８開口部３９研磨状態を観察する装置４３表面から溝の底までの領域４４溝の入っていない研磨体のバルク領域５３断面形状がＵ字形である溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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
置に用いる研磨体において、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ＶＬは、 0.1%≦ＶＬ≦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。
【請求項２】厚さDは、 0.5mm≦D≦5.0mm であることを特徴とする請求項１に記載の研磨体。
【請求項３】前記溝の深さは、前記溝の幅Ｗの３倍以下
であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
研磨体。
【請求項４】表面に対する前記溝の形状は、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
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の
研磨体。
【請求項５】前記溝の断面形状は、曲率を有する形状、
矩形、Ｖ字形、又は多角形であることを特徴とする請求
項１から請求項４のいずれかに記載の研磨体。
【請求項６】前記材料の圧縮弾性率Ｋは、 0.1ＧＰａ≦Ｋ≦2.0ＧＰａであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれ
かに記載の研磨体。
【請求項７】前記材料の主成分は、エポキシ樹脂、アク
リル樹脂、又は無発泡ウレタン樹脂であることを特徴と
する請求項１から請求項６のいずれかに記載の研磨体。
【請求項８】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請求項１から７の
いずれかに記載の研磨体。
【請求項９】少なくとも一部に透明領域を有することを
特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の研磨体。
【請求項１０】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
装置において、前記研磨体の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
ＶＬは、 0.1%≦ＶＬ≦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装置。
【請求項１１】前記研磨体の厚さDは、 0.5mm≦D≦5.0mm であることを特徴とする請求項１０に記載の研磨装置。
【請求項１２】前記溝の深さは、前記溝の幅Ｗの３倍以
下であることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に
記載の研磨装置。
【請求項１３】前記研磨体の表面に対する前記溝の形状
は、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請求項１０から請求項１２
のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項１４】前記溝の断面形状は、曲率を有する形
状、矩形、Ｖ字形、又は多角形であることを特徴とする
請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の研磨装
置。
【請求項１５】前記研磨体の材料の圧縮弾性率Ｋは、 0.1ＧＰａ≦Ｋ≦2.0ＧＰａであることを特徴とする請求項１０から請求項１４のい
ずれかに記載の研磨装置。
【請求項１６】前記研磨体の材料の主成分は、エポキシ
樹脂、アクリル樹脂、又は無発泡ウレタン樹脂であるこ
とを特徴とする請求項１０から請求項１５のいずれかに
記載の研磨装置。
【請求項１７】前記研磨体の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請
求項１０から１６のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項１８】前記研磨体の少なくとも一部に透明領域
を有することを特徴とする請求項１０から１７のいずれ
かに記載の研磨装置。
【請求項１９】請求項１０から１８のいずれかに記載の
研磨装置を用いて半導体シリコンウエハの表面を平坦化
する工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造
方法。
【請求項２０】請求項１９に記載の半導体デバイス製造
方法により製造されることを特徴とする半導体デバイ
ス。