JP2002305168A - 研磨方法及び研磨装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
研磨方法及び研磨装置および半導体装置の製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ランニングコストが低く、且つ、パターン幅
依存性が少なくて加工ダメージが発生しない研磨方法，
研摩装置を提供する。 【解決手段】 砥粒とそれらを結合する結合樹脂からな
り、５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲の弾性率を有する
砥石を研磨装置に備える。そして、凹凸を有する基板の
表面３１を平坦化加工する際に、弾性率の小さな研磨工
具１１Ｌで研磨した後、弾性率の大きな研磨工具１１Ｌ
で研磨する。
依存性が少なくて加工ダメージが発生しない研磨方法，
研摩装置を提供する。 【解決手段】 砥粒とそれらを結合する結合樹脂からな
り、５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲の弾性率を有する
砥石を研磨装置に備える。そして、凹凸を有する基板の
表面３１を平坦化加工する際に、弾性率の小さな研磨工
具１１Ｌで研磨した後、弾性率の大きな研磨工具１１Ｌ
で研磨する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、研磨による基板表
面パターンの平坦化技術に係り、特に半導体集積回路の
製造過程で用いるための研磨方法及びそれに用いる研磨
装置に関する。
面パターンの平坦化技術に係り、特に半導体集積回路の
製造過程で用いるための研磨方法及びそれに用いる研磨
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程は多くのプロセス処理工
程からなるが、まず本発明が適用される工程の一例であ
る配線工程について図１（ａ）〜図１（ｆ）を用いて説
明する。
程からなるが、まず本発明が適用される工程の一例であ
る配線工程について図１（ａ）〜図１（ｆ）を用いて説
明する。
【０００３】図１（ａ）は一層目の配線が形成されてい
るウェハの断面図を示している。トランジスタ部が形成
されているウェハ基板１の表面には絶縁膜２が形成され
ており、その上にアルミニュウム等の配線層３が設けら
れている。トランジスタとの接合をとるために絶縁膜２
にコンタクトホールが設けられているので、配線層のそ
の部分３’は多少へこんでいる。図１（ｂ）に示す２層
目の配線工程では、一層目の上に絶縁膜４、金属アルミ
層５を形成し、さらに、このアルミ層を配線パターン化
するため露光用ホトレジスト膜６を塗布する。次に、図
１（ｃ）に示すようにステッパ７を用いて２層目の配線
回路パターンを上記ホトレジスト膜６上に露光転写す
る。この場合、ホトレジスト膜６の表面が凹凸になって
いると、図に示すようにホトレジスト膜表面の凹部と凸
部８では同時に焦点が合わないことになり、解像不良と
いう重大な障害となる。
るウェハの断面図を示している。トランジスタ部が形成
されているウェハ基板１の表面には絶縁膜２が形成され
ており、その上にアルミニュウム等の配線層３が設けら
れている。トランジスタとの接合をとるために絶縁膜２
にコンタクトホールが設けられているので、配線層のそ
の部分３’は多少へこんでいる。図１（ｂ）に示す２層
目の配線工程では、一層目の上に絶縁膜４、金属アルミ
層５を形成し、さらに、このアルミ層を配線パターン化
するため露光用ホトレジスト膜６を塗布する。次に、図
１（ｃ）に示すようにステッパ７を用いて２層目の配線
回路パターンを上記ホトレジスト膜６上に露光転写す
る。この場合、ホトレジスト膜６の表面が凹凸になって
いると、図に示すようにホトレジスト膜表面の凹部と凸
部８では同時に焦点が合わないことになり、解像不良と
いう重大な障害となる。
【０００４】上記不具合を解消するため、次に述べるよ
うな基板表面の平坦化処理が検討されている。図１
（ａ）の処理工程の次に、図１（ｄ）に示すように、絶
縁層４を形成後、図中９のレベルまで平坦となるように
後述する方法によって研磨加工し、図１（ｅ）の状態を
得る。その後金属アルミ層５とホトレジスト層６を形成
し、図１（ｆ）のようにステッパ７で露光する。この状
態ではレジスト表面が平坦であるので前記解像不良の問
題は生じない。
うな基板表面の平坦化処理が検討されている。図１
（ａ）の処理工程の次に、図１（ｄ）に示すように、絶
縁層４を形成後、図中９のレベルまで平坦となるように
後述する方法によって研磨加工し、図１（ｅ）の状態を
得る。その後金属アルミ層５とホトレジスト層６を形成
し、図１（ｆ）のようにステッパ７で露光する。この状
態ではレジスト表面が平坦であるので前記解像不良の問
題は生じない。
【０００５】図２に、上記絶縁膜パターンを平坦化する
ため従来一般的に用いられている化学機械研磨加工法を
示す。研磨パッド１１を定盤上１２に貼りつけて回転し
ておく。この研磨パッドとしては、例えば発泡ウレタン
樹脂を薄いシート状にスライスして成形したものが用い
られ、被加工物の種類や仕上げたい表面粗さの程度によ
ってその材質や微細な表面構造を種々選択して使いわけ
る。他方、加工すべきウェハ１は弾性のある押さえパッ
ド１３を介してウェハホルダ１４に固定する。このウェ
ハホルダ１４を回転しながら研磨パッド１１表面に荷重
し、さらに研磨パッド１１の上に研磨スラリー１５を供
給することによりウェハ表面上の絶縁膜４の凸部が研磨
除去され、平坦化される。
ため従来一般的に用いられている化学機械研磨加工法を
示す。研磨パッド１１を定盤上１２に貼りつけて回転し
ておく。この研磨パッドとしては、例えば発泡ウレタン
樹脂を薄いシート状にスライスして成形したものが用い
られ、被加工物の種類や仕上げたい表面粗さの程度によ
ってその材質や微細な表面構造を種々選択して使いわけ
る。他方、加工すべきウェハ１は弾性のある押さえパッ
ド１３を介してウェハホルダ１４に固定する。このウェ
ハホルダ１４を回転しながら研磨パッド１１表面に荷重
し、さらに研磨パッド１１の上に研磨スラリー１５を供
給することによりウェハ表面上の絶縁膜４の凸部が研磨
除去され、平坦化される。
【０００６】二酸化珪素等の絶縁膜を研磨する場合、一
般的に研磨スラリとしてはコロイダルシリカが用いられ
る。コロイダルシリカは直径３０ｎｍ程度の微細なシリ
カ粒子を水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に懸濁させ
たものであり、アルカリによる化学作用が加わるため、
砥粒のみによる機械的研磨に比べ飛躍的に高い加工能率
と加工ダメージの少ない平滑面を得られる特徴がある。
このように、研磨パッドと被加工物の間に研磨スラリを
提供しながら加工する方法は遊離砥粒研磨技術として良
く知られている。
般的に研磨スラリとしてはコロイダルシリカが用いられ
る。コロイダルシリカは直径３０ｎｍ程度の微細なシリ
カ粒子を水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に懸濁させ
たものであり、アルカリによる化学作用が加わるため、
砥粒のみによる機械的研磨に比べ飛躍的に高い加工能率
と加工ダメージの少ない平滑面を得られる特徴がある。
このように、研磨パッドと被加工物の間に研磨スラリを
提供しながら加工する方法は遊離砥粒研磨技術として良
く知られている。
【０００７】さて従来の遊離砥粒研磨加工によるウェハ
平坦化技術には、大きく２つの解決困難な課題がある。
その一つは、パターンの種類や段差の状態によっては十
分に平坦化できない、というパターン寸法依存性の問題
であり、もうひとつは、研磨工程で必要とされる過大な
消耗品コストの問題である。以下、これらの問題につい
て詳しく説明する。
平坦化技術には、大きく２つの解決困難な課題がある。
その一つは、パターンの種類や段差の状態によっては十
分に平坦化できない、というパターン寸法依存性の問題
であり、もうひとつは、研磨工程で必要とされる過大な
消耗品コストの問題である。以下、これらの問題につい
て詳しく説明する。
【０００８】一般的に、半導体ウェハ上のパターンは種
々の寸法や段差を持つパターンから形成されている。例
えば半導体メモリ素子を例にした場合、図３（ａ）に示
すように、１つのチップは大きく４つのブロックに分割
されている。この内、４つのブロック内部は微細なメモ
リセルが規則正しく密に形成されており、メモリマット
部１６と呼ばれる。この４つのメモリマット部の境界部
には上記メモリセルをアクセスするための周辺回路１７
が形成されている。典型的なダイナミックメモリの場
合、１つのチップ寸法は７ｍｍ×２０ｍｍ程度、周辺回
路部１７の幅は１ｍｍ程度である。上記チップの断面Ａ
−Ａ’をとると、図３（ｂ）に示すようにメモリマット
部１６Ｈの平均高さは周辺回路部１７Ｌの平均高さより
０.５〜１μｍ程度高い。このような段差パターン上に
厚さ１〜２μｍ程度の絶縁膜４を成膜すると、その表面
部の断面形状３１もほぼ下地パターンの段差形状を反映
したものとなる。
々の寸法や段差を持つパターンから形成されている。例
えば半導体メモリ素子を例にした場合、図３（ａ）に示
すように、１つのチップは大きく４つのブロックに分割
されている。この内、４つのブロック内部は微細なメモ
リセルが規則正しく密に形成されており、メモリマット
部１６と呼ばれる。この４つのメモリマット部の境界部
には上記メモリセルをアクセスするための周辺回路１７
が形成されている。典型的なダイナミックメモリの場
合、１つのチップ寸法は７ｍｍ×２０ｍｍ程度、周辺回
路部１７の幅は１ｍｍ程度である。上記チップの断面Ａ
−Ａ’をとると、図３（ｂ）に示すようにメモリマット
部１６Ｈの平均高さは周辺回路部１７Ｌの平均高さより
０.５〜１μｍ程度高い。このような段差パターン上に
厚さ１〜２μｍ程度の絶縁膜４を成膜すると、その表面
部の断面形状３１もほぼ下地パターンの段差形状を反映
したものとなる。
【０００９】本発明の目的とする平坦化工程では、上記
ウェハ表面の絶縁膜４を一点鎖線３２のように平坦化し
たいのであるが、一般的にこの用途に多く用いられてい
る発泡ポリウレタン樹脂製の軟質な研磨パッドを用いた
場合には、研磨速度にパターン依存性が存在するために
このようには平坦化されない。すなわち、図４に示すよ
うに、軟質な研磨パッド１１Ｌを用いた場合、研磨パッ
ド表面形状は研磨荷重のために図中の実線３０のように
変形する。寸法がミクロンオーダの微細パターンには荷
重が集中するため短時間で平坦化研磨されるものの、ｍ
ｍオーダの大きな寸法のパターンには分布荷重となって
加わるため、研磨速度は遅くなる。その結果、研磨後の
断面形状は、図中の破線３４のようになり、依然として
高低差：ｄが残留したものとなってしまうのである。
ウェハ表面の絶縁膜４を一点鎖線３２のように平坦化し
たいのであるが、一般的にこの用途に多く用いられてい
る発泡ポリウレタン樹脂製の軟質な研磨パッドを用いた
場合には、研磨速度にパターン依存性が存在するために
このようには平坦化されない。すなわち、図４に示すよ
うに、軟質な研磨パッド１１Ｌを用いた場合、研磨パッ
ド表面形状は研磨荷重のために図中の実線３０のように
変形する。寸法がミクロンオーダの微細パターンには荷
重が集中するため短時間で平坦化研磨されるものの、ｍ
ｍオーダの大きな寸法のパターンには分布荷重となって
加わるため、研磨速度は遅くなる。その結果、研磨後の
断面形状は、図中の破線３４のようになり、依然として
高低差：ｄが残留したものとなってしまうのである。
【００１０】平坦性を向上させるためには研磨パッドを
より硬質にすれば良いが、この場合には後述する加工ダ
メージの問題と共に、ウェハ面内の加工むらの増大とい
う新たな問題を生じる。この硬質パッド使用時に生じる
加工むら増大の原因については、まだ学術的に解明され
ていないが、研磨パッド表面上に供給された砥粒が研磨
パッド表面の微細構造部に捕捉されて被加工基板との間
に入ってゆく確率が変動するなどの影響によるものと考
えられている。半導体の配線工程の用途には±５％以下
のむらであることが求められ、現状、研磨パッドの硬さ
の限界はヤング率：１０ｋｇ／ｍｍ２程度が上限となっ
ている。そのため、メモリ素子のようにミリメートルオ
ーダからミクロンオーダまでの大小さまざまなパターン
が混在している半導体素子では、十分な平坦化効果が期
待できず、適用可能な対象としては、あまり寸法の大き
なパターンを含まない半導体製品、例えば論理ＬＳＩな
どに限られている。
より硬質にすれば良いが、この場合には後述する加工ダ
メージの問題と共に、ウェハ面内の加工むらの増大とい
う新たな問題を生じる。この硬質パッド使用時に生じる
加工むら増大の原因については、まだ学術的に解明され
ていないが、研磨パッド表面上に供給された砥粒が研磨
パッド表面の微細構造部に捕捉されて被加工基板との間
に入ってゆく確率が変動するなどの影響によるものと考
えられている。半導体の配線工程の用途には±５％以下
のむらであることが求められ、現状、研磨パッドの硬さ
の限界はヤング率：１０ｋｇ／ｍｍ２程度が上限となっ
ている。そのため、メモリ素子のようにミリメートルオ
ーダからミクロンオーダまでの大小さまざまなパターン
が混在している半導体素子では、十分な平坦化効果が期
待できず、適用可能な対象としては、あまり寸法の大き
なパターンを含まない半導体製品、例えば論理ＬＳＩな
どに限られている。
【００１１】硬質研磨パッドと軟質研磨パッドの中間的
な特性をもつものとして、軟質パッドの一部に硬質な研
磨ペレットを埋め込んだ研磨パッド技術が特開平６−２
０８９８０に開示されているが、得られる研磨特性は中
間の硬度をもつ研磨パッドとほぼ同等のものとなる。
な特性をもつものとして、軟質パッドの一部に硬質な研
磨ペレットを埋め込んだ研磨パッド技術が特開平６−２
０８９８０に開示されているが、得られる研磨特性は中
間の硬度をもつ研磨パッドとほぼ同等のものとなる。
【００１２】上記従来の遊離砥粒研磨法による半導体ウ
ェハの平坦化技術における第２の課題は、高価なランニ
ングコストの低減にある。これは遊離砥粒研磨法におけ
る研磨スラリの利用効率の低さに起因している。すなわ
ち、研磨傷を発生しない超平滑研磨のためにはコロイダ
ルシリカなどの研磨スラリを数１００ｃｃ／分以上の割
合で供給する必要があるが、その大半は実際の加工に寄
与することなく排除されてしまう。半導体用の高純度ス
ラリの価格は極めて高価であり、平坦化研磨プロセスコ
ストの大半はこの研磨スラリにより決っており、その改
善が強く要求されている。
ェハの平坦化技術における第２の課題は、高価なランニ
ングコストの低減にある。これは遊離砥粒研磨法におけ
る研磨スラリの利用効率の低さに起因している。すなわ
ち、研磨傷を発生しない超平滑研磨のためにはコロイダ
ルシリカなどの研磨スラリを数１００ｃｃ／分以上の割
合で供給する必要があるが、その大半は実際の加工に寄
与することなく排除されてしまう。半導体用の高純度ス
ラリの価格は極めて高価であり、平坦化研磨プロセスコ
ストの大半はこの研磨スラリにより決っており、その改
善が強く要求されている。
【００１３】上記以外の従来技術として、砥粒を金属粉
末やレジン樹脂で結合して製作した高速回転用砥石を、
研削定盤とする固定砥粒加工法が１st International A
BTECConference（Ｓｅｏｕｌ，１１月１９９３年）の講
演論文集Ｐ８０−Ｐ８５に記載されているが、加工面に
微細なスクラッチがしばしば発生する欠点が知られてい
る。さらに、このスクラッチの問題を解決するため、電
気泳動法で製作した極めて小さな粒径を持つ微細砥粒砥
石による平坦化技術が特開平６−３０２５６８に公開さ
れているが、砥石自体が硬質となるので、研磨液や加工
雰囲気等に含まれる塵埃等によるスクラッチの問題は依
然として残る。
末やレジン樹脂で結合して製作した高速回転用砥石を、
研削定盤とする固定砥粒加工法が１st International A
BTECConference（Ｓｅｏｕｌ，１１月１９９３年）の講
演論文集Ｐ８０−Ｐ８５に記載されているが、加工面に
微細なスクラッチがしばしば発生する欠点が知られてい
る。さらに、このスクラッチの問題を解決するため、電
気泳動法で製作した極めて小さな粒径を持つ微細砥粒砥
石による平坦化技術が特開平６−３０２５６８に公開さ
れているが、砥石自体が硬質となるので、研磨液や加工
雰囲気等に含まれる塵埃等によるスクラッチの問題は依
然として残る。
【００１４】これまで説明したように、従来の遊離砥粒
研磨による半導体ウェハの平坦化技術では、最小寸法が
ミクロンオーダの微細パターンとｍｍオーダの大寸法の
パターンを同時に平坦に加工しうる条件が存在しないた
め、メモリＬＳＩのように、大小さまざまなパターンが
混在する半導体集積回路の製造には適用が困難であっ
た。また、研磨処理に必要なランニングコストが高いこ
とが量産適用上の大きな欠点となっていた。
研磨による半導体ウェハの平坦化技術では、最小寸法が
ミクロンオーダの微細パターンとｍｍオーダの大寸法の
パターンを同時に平坦に加工しうる条件が存在しないた
め、メモリＬＳＩのように、大小さまざまなパターンが
混在する半導体集積回路の製造には適用が困難であっ
た。また、研磨処理に必要なランニングコストが高いこ
とが量産適用上の大きな欠点となっていた。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の欠点を解消し、加工ダメージを発生すること
なく、寸法の大きなパターン部と微細なパターン部を同
一平面に平坦化するための加工法、およびそのための装
置を提供することにある。
従来技術の欠点を解消し、加工ダメージを発生すること
なく、寸法の大きなパターン部と微細なパターン部を同
一平面に平坦化するための加工法、およびそのための装
置を提供することにある。
【００１６】本発明の他の目的は、ランニングコストの
低い加工方法とそのための加工装置を提供することにあ
る。
低い加工方法とそのための加工装置を提供することにあ
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、従来の研磨
パッドと研磨スラリを用いた遊離砥石研磨加工に代え、
弾性率（硬さ）をコントロールした研磨工具（砥石等）
を用いる固定砥粒加工法とすることにより、達成でき
る。
パッドと研磨スラリを用いた遊離砥石研磨加工に代え、
弾性率（硬さ）をコントロールした研磨工具（砥石等）
を用いる固定砥粒加工法とすることにより、達成でき
る。
【００１８】さらに、硬質な研磨工具を用いた場合に生
じやすい極微細なパターンの加工ダメージの問題の解消
のためには、従来のように一回の加工だけで全てのパタ
ーンを平坦化するのではなく、加工ダメージを受けやす
い微細なパターンのみを先に軟質な研磨工具を用いて平
坦化加工し、その後に硬質な砥石や研磨パッドなどの研
磨工具を用いて大きな加工力で高能率に大寸法パターン
を平坦化加工することにより達成できる。
じやすい極微細なパターンの加工ダメージの問題の解消
のためには、従来のように一回の加工だけで全てのパタ
ーンを平坦化するのではなく、加工ダメージを受けやす
い微細なパターンのみを先に軟質な研磨工具を用いて平
坦化加工し、その後に硬質な砥石や研磨パッドなどの研
磨工具を用いて大きな加工力で高能率に大寸法パターン
を平坦化加工することにより達成できる。
【００１９】被加工物の物性に合わせて最適に選択され
た砥石の種類と加工条件による固定砥粒加工法であるの
で、硬質としても加工むらの発生を伴うことなくパター
ン依存性が少なく、かつ基板面内の加工速度むらの少な
い平坦化加工を行なうことができる。また高価な研磨ス
ラリを必要としないので、極めて低いランニングコスト
で加工することができる。また、加工後の洗浄も容易に
なる。
た砥石の種類と加工条件による固定砥粒加工法であるの
で、硬質としても加工むらの発生を伴うことなくパター
ン依存性が少なく、かつ基板面内の加工速度むらの少な
い平坦化加工を行なうことができる。また高価な研磨ス
ラリを必要としないので、極めて低いランニングコスト
で加工することができる。また、加工後の洗浄も容易に
なる。
【００２０】さらに、加工ダメージを受けやすい極微細
パターンならびに欠落しやすい大寸法パターンのコーナ
部を先に剛性の小さな軟質研磨パッドで研磨、除去、お
よび丸めておき、その後に形状創成機能の高い硬質研磨
パッドで平坦化加工すれば、パターン幅依存性のより少
ない加工ダメージのない良質な加工面を得ることができ
る。
パターンならびに欠落しやすい大寸法パターンのコーナ
部を先に剛性の小さな軟質研磨パッドで研磨、除去、お
よび丸めておき、その後に形状創成機能の高い硬質研磨
パッドで平坦化加工すれば、パターン幅依存性のより少
ない加工ダメージのない良質な加工面を得ることができ
る。
【００２１】なおこれまでは半導体ウェハを適用対象と
した実施例について説明したが、この他、薄膜映像デバ
イスや、その他のガラスやセラミックス等の基板の平坦
化加工にも適用できる。
した実施例について説明したが、この他、薄膜映像デバ
イスや、その他のガラスやセラミックス等の基板の平坦
化加工にも適用できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について詳
細に説明する。本発明では、図２に示した研磨装置にお
いて、従来の研磨パッドの代わりに、硬度が最適に制御
された特殊な砥石を用いることを特徴とする。先の従来
技術にて説明したように、微細砥粒砥石を用いて半導体
ウェハの表面平坦化を試みる技術はいくつかあるが、い
ずれの加工面に微細なスクラッチがしばしば発生する欠
点を有しており、実用化できる段階にはいたっていな
い。
細に説明する。本発明では、図２に示した研磨装置にお
いて、従来の研磨パッドの代わりに、硬度が最適に制御
された特殊な砥石を用いることを特徴とする。先の従来
技術にて説明したように、微細砥粒砥石を用いて半導体
ウェハの表面平坦化を試みる技術はいくつかあるが、い
ずれの加工面に微細なスクラッチがしばしば発生する欠
点を有しており、実用化できる段階にはいたっていな
い。
【００２３】上記スクラッチの発生原因は、これまで主
として砥粒が大き過ぎるためと考えられてきたが、発明
者らの研究により、砥粒の大小よりも、むしろ砥石の弾
性率が過大であることに起因していることが判明した。
として砥粒が大き過ぎるためと考えられてきたが、発明
者らの研究により、砥粒の大小よりも、むしろ砥石の弾
性率が過大であることに起因していることが判明した。
【００２４】しかるに本発明の特徴は、上記従来の緻密
かつ硬質な砥石に代えて、図５に示すように、砥粒２１
が軟らかな樹脂２２で粗に結合された極めて軟らかな砥
石を用いることに特徴がある。具体的には、砥石の弾性
率は５−５００ｋｇ／ｍｍ２と、従来一般的な砥石に比
べ１／１０から１／１００の硬さであり、逆に、従来、
本発明の用途に用いられている硬質発泡ポリウレタン製
などの硬質研磨パッドのかたさに比べれば、５倍から５
０倍のかたさである。
かつ硬質な砥石に代えて、図５に示すように、砥粒２１
が軟らかな樹脂２２で粗に結合された極めて軟らかな砥
石を用いることに特徴がある。具体的には、砥石の弾性
率は５−５００ｋｇ／ｍｍ２と、従来一般的な砥石に比
べ１／１０から１／１００の硬さであり、逆に、従来、
本発明の用途に用いられている硬質発泡ポリウレタン製
などの硬質研磨パッドのかたさに比べれば、５倍から５
０倍のかたさである。
【００２５】このような軟らかい砥石の製作法の一例を
以下に説明する。砥粒２１の種類としては、二酸化珪
素、酸化セリウム、アルミナなどが好ましく、粒径は
０.０１−１ミクロン程度のものがスクラッチを発生す
ることなく良好な加工能率を得ることができる。これら
砥粒を結合するための樹脂２２としては、フェノール系
などの高純度有機系樹脂が本発明の用途には好ましい。
上記砥粒を結合樹脂に混練後、適切な圧力を加えて固形
化し、必要に応じて加熱硬化などの処理を加える。上記
製法において結合樹脂の種類、および加圧圧力によって
できあがる砥石の硬度を制御でき、本発明ではこれが５
−５００ｋｇ／ｍｍ２となるようにする。
以下に説明する。砥粒２１の種類としては、二酸化珪
素、酸化セリウム、アルミナなどが好ましく、粒径は
０.０１−１ミクロン程度のものがスクラッチを発生す
ることなく良好な加工能率を得ることができる。これら
砥粒を結合するための樹脂２２としては、フェノール系
などの高純度有機系樹脂が本発明の用途には好ましい。
上記砥粒を結合樹脂に混練後、適切な圧力を加えて固形
化し、必要に応じて加熱硬化などの処理を加える。上記
製法において結合樹脂の種類、および加圧圧力によって
できあがる砥石の硬度を制御でき、本発明ではこれが５
−５００ｋｇ／ｍｍ２となるようにする。
【００２６】次に、このようにして製作された砥石を用
いての加工例を挙げる。粒径１μｍの酸化セリウムを弾
性率：１００ｋｇ／ｍｍ２となるようにフェノール系樹
脂で結合して製作された砥石を用い、厚さ１ミクロンの
ニ酸化珪素膜を加工した場合、パターン幅が１０ｍｍか
ら０.５ミクロンのすべての種類のパターンに対して、
加工速度：０.３±０.０１μｍ／分以下、という極めて
良好なパターン幅依存性、表面あらさ：２ｎｍＲａの良
好な加工面を得ることができた。また、研磨パッドを硬
質にした場合に問題となる。ウェハ面内の加工むらも見
られなかった。これは従来の遊離砥粒による加工と異な
り、本発明は固定砥粒で加工されるためと考えられる。
いての加工例を挙げる。粒径１μｍの酸化セリウムを弾
性率：１００ｋｇ／ｍｍ２となるようにフェノール系樹
脂で結合して製作された砥石を用い、厚さ１ミクロンの
ニ酸化珪素膜を加工した場合、パターン幅が１０ｍｍか
ら０.５ミクロンのすべての種類のパターンに対して、
加工速度：０.３±０.０１μｍ／分以下、という極めて
良好なパターン幅依存性、表面あらさ：２ｎｍＲａの良
好な加工面を得ることができた。また、研磨パッドを硬
質にした場合に問題となる。ウェハ面内の加工むらも見
られなかった。これは従来の遊離砥粒による加工と異な
り、本発明は固定砥粒で加工されるためと考えられる。
【００２７】上記加工例では研磨液として純水を供給す
るだけであったが、当然のことながら、被加工物の種類
によっては、従来の研磨技術で用いられているように、
アルカリ性や酸性の液を供給しても良いことはあきらか
である。なお、被加工物がニ酸化シリコンやシリコンの
場合にはアルカリ性の液が、アルミニウムやタングステ
ン等の金属の場合には酸性の液がよい。
るだけであったが、当然のことながら、被加工物の種類
によっては、従来の研磨技術で用いられているように、
アルカリ性や酸性の液を供給しても良いことはあきらか
である。なお、被加工物がニ酸化シリコンやシリコンの
場合にはアルカリ性の液が、アルミニウムやタングステ
ン等の金属の場合には酸性の液がよい。
【００２８】また、より高度な表面あらさが必要とされ
る場合には、上記砥石を用いた研磨加工後に、軟質な研
磨パッドを用いて仕上げれば良いことは明白である。
る場合には、上記砥石を用いた研磨加工後に、軟質な研
磨パッドを用いて仕上げれば良いことは明白である。
【００２９】砥石の弾性率が上記の範囲をはずれると、
良好には加工できない。すなわち、砥石の弾性率が５ｋ
ｇ／ｍｍ２より小さい場合には、パターン幅の小さいも
のだけが速く研磨されるという、パターン幅依存性が顕
著になり、メモリ素子は平坦化できない。逆に砥石の弾
性率が５００ｋｇ／ｍｍ２より大きい場合には、いくら
小さい砥粒径の砥石を用いても、スクラッチ発生の問題
は依然として残される。すなわち、本発明で提案すると
ころの、砥石の弾性率が５−２００ｋｇ／ｍｍ ２の場合
に、半導体用途に適した加工を行なうことができた。よ
り好ましくは５０−１５０ｋｇ／ｍｍ２である。
良好には加工できない。すなわち、砥石の弾性率が５ｋ
ｇ／ｍｍ２より小さい場合には、パターン幅の小さいも
のだけが速く研磨されるという、パターン幅依存性が顕
著になり、メモリ素子は平坦化できない。逆に砥石の弾
性率が５００ｋｇ／ｍｍ２より大きい場合には、いくら
小さい砥粒径の砥石を用いても、スクラッチ発生の問題
は依然として残される。すなわち、本発明で提案すると
ころの、砥石の弾性率が５−２００ｋｇ／ｍｍ ２の場合
に、半導体用途に適した加工を行なうことができた。よ
り好ましくは５０−１５０ｋｇ／ｍｍ２である。
【００３０】上記の砥石の条件下であっても、加工能率
を高めようと過度な研磨荷重を与えると、研磨パターン
の形状等によっては前記スクラッチとは異なる加工ダメ
ージの問題が発生する。以下、この問題について説明す
る。
を高めようと過度な研磨荷重を与えると、研磨パターン
の形状等によっては前記スクラッチとは異なる加工ダメ
ージの問題が発生する。以下、この問題について説明す
る。
【００３１】図６に示すように、硬質な砥石や研磨パッ
ド１１Ｈを用いて研磨する場合、これら研磨工具の表面
は段差パターンの凸部でのみ接触しながら加工すること
になる。この時に過度な研磨荷重を加えると、パターン
の端部３５は加工摩擦力によるモーメントを受けて点線
３６のように剥離、倒壊したり、パターン基部に微細な
クラック３７が発生したりする。このクラック３７の到
達深さは加工条件によって異なるが、しばしば所望の平
坦化レベルより深く達し、半導体素子としての信頼性を
損なう原因となる。このような微細パターンの損傷問題
のため、従来、硬質研磨工具を用いての平坦化作業にあ
たっては小さな荷重でゆっくり行なわなければならず、
極めて長い加工時間を要していた。
ド１１Ｈを用いて研磨する場合、これら研磨工具の表面
は段差パターンの凸部でのみ接触しながら加工すること
になる。この時に過度な研磨荷重を加えると、パターン
の端部３５は加工摩擦力によるモーメントを受けて点線
３６のように剥離、倒壊したり、パターン基部に微細な
クラック３７が発生したりする。このクラック３７の到
達深さは加工条件によって異なるが、しばしば所望の平
坦化レベルより深く達し、半導体素子としての信頼性を
損なう原因となる。このような微細パターンの損傷問題
のため、従来、硬質研磨工具を用いての平坦化作業にあ
たっては小さな荷重でゆっくり行なわなければならず、
極めて長い加工時間を要していた。
【００３２】上記課題は、以下に説明する方法によって
解決される。図７を用いて前記パターン損傷の原因、お
よびそれを防止するための本発明の基本概念を説明す
る。図７中の上段の２つの図はウェハ基板上の凸部パタ
ーンが硬質な研磨パッド１１Ｈに押しつけられている様
子を、また下段の２つの図はそれぞれ、その場合にパタ
ーンに加わる応力分布を示している。研磨開始直後には
まだパターンの端部が角ばっているので、幅の広いパタ
ーン１０１の端部には集中応力１０２が加わり、その最
大値は平均応力の１０倍以上に達する。また幅の狭いパ
ターン１０３にも前記最大値に近い応力１０４が加わ
る。この状態で研磨パッドとウェハ基板の間に相対運動
が与えられると、パターン各部には上記応力に比例した
摩擦力が加えられることになり、パターン材料の機械強
度よりこれら摩擦力の方が大きい場合には、パターン端
部が剥離したり微細パターンが倒壊することになる。こ
れがパターン損傷の発生原因である。
解決される。図７を用いて前記パターン損傷の原因、お
よびそれを防止するための本発明の基本概念を説明す
る。図７中の上段の２つの図はウェハ基板上の凸部パタ
ーンが硬質な研磨パッド１１Ｈに押しつけられている様
子を、また下段の２つの図はそれぞれ、その場合にパタ
ーンに加わる応力分布を示している。研磨開始直後には
まだパターンの端部が角ばっているので、幅の広いパタ
ーン１０１の端部には集中応力１０２が加わり、その最
大値は平均応力の１０倍以上に達する。また幅の狭いパ
ターン１０３にも前記最大値に近い応力１０４が加わ
る。この状態で研磨パッドとウェハ基板の間に相対運動
が与えられると、パターン各部には上記応力に比例した
摩擦力が加えられることになり、パターン材料の機械強
度よりこれら摩擦力の方が大きい場合には、パターン端
部が剥離したり微細パターンが倒壊することになる。こ
れがパターン損傷の発生原因である。
【００３３】上記加工初期の応力集中に起因したパター
ン損傷の課題を解決するためには、あらかじめ応力集中
の要因となるパターン角部、および微細なパターンを取
り除いておけば良い。すなわち、図７（ｂ）に示すよう
に、幅の広いパターンの角部１０５は丸めておき、また
微細パターン１０６も高さを低減すると共に角を丸めて
おけば良い。このようなパターンに対する応力分布は同
図下部のように集中することはないので、従来以上に硬
質な研磨工具を用いても大きな研磨荷重を加えることが
できるようになる。その結果、パターン幅依存性が少な
い加工を短時間で実現できるようにする。
ン損傷の課題を解決するためには、あらかじめ応力集中
の要因となるパターン角部、および微細なパターンを取
り除いておけば良い。すなわち、図７（ｂ）に示すよう
に、幅の広いパターンの角部１０５は丸めておき、また
微細パターン１０６も高さを低減すると共に角を丸めて
おけば良い。このようなパターンに対する応力分布は同
図下部のように集中することはないので、従来以上に硬
質な研磨工具を用いても大きな研磨荷重を加えることが
できるようになる。その結果、パターン幅依存性が少な
い加工を短時間で実現できるようにする。
【００３４】上記基本概念を実現するためには、２つの
研磨工程を経れば良い。以下、図８（ａ）〜図８（ｅ）
を用て具体的な実施例について説明する。まず、第一の
工程（図８（ａ），（ｂ））として、軟質な研磨パッド
１１Ｌ（例えばロデールニッタ社製のＳＵＰＲＥＭＥ−
ＲＮのようにパッド表面に微細な空胴部を設けたもの）
と研磨スラリ（図示せず）を用い、被加工ウェハ表面３
１を１分間程度研磨加工する。研磨スラリとしても、コ
ロイダルシリカや酸化セリウム、アルミナなど、極く一
般的なものを用いることができる。軟質パッド１１Ｌで
研磨された結果、加工前に存在していたサブミクロンオ
ーダの微細パターン部は、図８（ｃ）に示すように研磨
されて消滅し、また大寸法パターンのコーナ部も丸めら
れる。
研磨工程を経れば良い。以下、図８（ａ）〜図８（ｅ）
を用て具体的な実施例について説明する。まず、第一の
工程（図８（ａ），（ｂ））として、軟質な研磨パッド
１１Ｌ（例えばロデールニッタ社製のＳＵＰＲＥＭＥ−
ＲＮのようにパッド表面に微細な空胴部を設けたもの）
と研磨スラリ（図示せず）を用い、被加工ウェハ表面３
１を１分間程度研磨加工する。研磨スラリとしても、コ
ロイダルシリカや酸化セリウム、アルミナなど、極く一
般的なものを用いることができる。軟質パッド１１Ｌで
研磨された結果、加工前に存在していたサブミクロンオ
ーダの微細パターン部は、図８（ｃ）に示すように研磨
されて消滅し、また大寸法パターンのコーナ部も丸めら
れる。
【００３５】次に第二の工程として、平坦化機能に優れ
る硬質な研磨工具１１Ｈ、例えば図５に示した構成から
なる砥石を使用して３分間ほど研磨する。事前に損傷を
受けやすい微細パターンは上記工程で撤去されているの
で、第一工程で用いた研磨工具より硬質な研磨工具を用
いて研磨しても、微細パターン基部のクラックは発生せ
ず、図８（ｅ）に示すようにダメージの無い平坦化加工
を行なうことができる。
る硬質な研磨工具１１Ｈ、例えば図５に示した構成から
なる砥石を使用して３分間ほど研磨する。事前に損傷を
受けやすい微細パターンは上記工程で撤去されているの
で、第一工程で用いた研磨工具より硬質な研磨工具を用
いて研磨しても、微細パターン基部のクラックは発生せ
ず、図８（ｅ）に示すようにダメージの無い平坦化加工
を行なうことができる。
【００３６】第２の研磨工程で用いる研磨工具は、高速
かつ平坦に研磨できるものであれば何でも良く、研磨砥
石以外に、通常の硬質発泡ポリウレタン樹脂系の研磨パ
ッドとコロイダルシリカ等の極く一般的な組合せのポリ
ッシング加工でも良い。但し、弾性率が５〜５００ｋｇ
／ｍｍ２の砥石を用いることにより、クラックがなく、
かつ平坦な研磨面を短時間で得ることができる。
かつ平坦に研磨できるものであれば何でも良く、研磨砥
石以外に、通常の硬質発泡ポリウレタン樹脂系の研磨パ
ッドとコロイダルシリカ等の極く一般的な組合せのポリ
ッシング加工でも良い。但し、弾性率が５〜５００ｋｇ
／ｍｍ２の砥石を用いることにより、クラックがなく、
かつ平坦な研磨面を短時間で得ることができる。
【００３７】上記のように、最初にやわらかい工具で破
壊されやすいパターン部を除いておき、次に形状創成機
能の高い高剛性かつ硬質な工具で平坦化加工することに
より、実質的にダメージのない研磨面を得ることができ
る。これは、発明者らによる具体的な実験により、その
効果が初めて見出されたものである。複数の研磨工程を
経て最終加工面を得る手法は、例えば特開昭６４−４２
８２３や特開平２−２６７９５０に開示されているよう
に、従来から良く知られているが、これらはすべて、加
工能率は高いものの加工ダメージの入り易い研磨工程を
先に配置し、この工程で生じたダメージを後の平滑化工
程で除去しようとするものである。このため、第一工程
で用いる研磨パッドの硬度は第２工程で用いるパッドの
硬度より高いものを用いていた。これに対し本発明で
は、最初に加工ダメージの原因となるものを除去してお
こうとするものであり、技術的な本質はまったく異なる
ものである。
壊されやすいパターン部を除いておき、次に形状創成機
能の高い高剛性かつ硬質な工具で平坦化加工することに
より、実質的にダメージのない研磨面を得ることができ
る。これは、発明者らによる具体的な実験により、その
効果が初めて見出されたものである。複数の研磨工程を
経て最終加工面を得る手法は、例えば特開昭６４−４２
８２３や特開平２−２６７９５０に開示されているよう
に、従来から良く知られているが、これらはすべて、加
工能率は高いものの加工ダメージの入り易い研磨工程を
先に配置し、この工程で生じたダメージを後の平滑化工
程で除去しようとするものである。このため、第一工程
で用いる研磨パッドの硬度は第２工程で用いるパッドの
硬度より高いものを用いていた。これに対し本発明で
は、最初に加工ダメージの原因となるものを除去してお
こうとするものであり、技術的な本質はまったく異なる
ものである。
【００３８】また、図１０（ａ）〜（ｅ）に１つのトラ
ンジスタと１つのキャパシタからなるメモリセルを本発
明を用いて製造したときの工程の一例を示す。なお、図
１０は図１１のＡ−Ａ’断面を示したものである。ここ
で、１１０はソース領域、１２０はドレイン領域、１１
１、１２１はそれぞれの領域への接続部、２１０はキャ
パシタ下部電極、２３０はキャパシタ上部電極、１０６
はビット線、１４１はゲート電極を示す。
ンジスタと１つのキャパシタからなるメモリセルを本発
明を用いて製造したときの工程の一例を示す。なお、図
１０は図１１のＡ−Ａ’断面を示したものである。ここ
で、１１０はソース領域、１２０はドレイン領域、１１
１、１２１はそれぞれの領域への接続部、２１０はキャ
パシタ下部電極、２３０はキャパシタ上部電極、１０６
はビット線、１４１はゲート電極を示す。
【００３９】図１０（ａ）は、ｐ型シリコン基板１０１
上に選択酸化法を用いて、メモリセル間を電気的に分離
するために厚さ８００ｎｍのシリコン酸化膜からなる素
子分離膜１０２およびスイッチング用ＭＯＳトランジス
タのゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜を形成した後の
基板断面図である。その後、ＭＯＳトランジスタの閾値
電圧制御のために、ボロンをイオン打ち込みし、更に化
学気相成長法（以下ＣＶＤ法と略記）でゲート電極１４
１となる多結晶シリコン膜を３００ｎｍの厚さ堆積す
る。次に図１０（ｂ）に示すように、ＭＯＳトランジス
タのゲート電極１４１およびゲート絶縁膜１３０を周知
のホトエッチングにより形成する。多結晶シリコン膜に
は導電性を持たせるためリンを添加する。その後、砒素
をイオン打ち込みしＭＯＳトランジスタのソース領域１
１０、ドレイン領域１２０を形成する。
上に選択酸化法を用いて、メモリセル間を電気的に分離
するために厚さ８００ｎｍのシリコン酸化膜からなる素
子分離膜１０２およびスイッチング用ＭＯＳトランジス
タのゲート絶縁膜となるシリコン酸化膜を形成した後の
基板断面図である。その後、ＭＯＳトランジスタの閾値
電圧制御のために、ボロンをイオン打ち込みし、更に化
学気相成長法（以下ＣＶＤ法と略記）でゲート電極１４
１となる多結晶シリコン膜を３００ｎｍの厚さ堆積す
る。次に図１０（ｂ）に示すように、ＭＯＳトランジス
タのゲート電極１４１およびゲート絶縁膜１３０を周知
のホトエッチングにより形成する。多結晶シリコン膜に
は導電性を持たせるためリンを添加する。その後、砒素
をイオン打ち込みしＭＯＳトランジスタのソース領域１
１０、ドレイン領域１２０を形成する。
【００４０】次に図１０（ｃ）に示したように基板表面
に層間絶縁膜となるＰＳＧ（リンガラス）膜１０３をＣ
ＶＤ法で５００ｎｍの厚さ堆積後、約２００ｎｍの平坦
化研磨をおこなう。ＰＳＧ膜１０３の研磨に用いた砥石
の弾性率は５０ｋｇ／ｍｍ２である。
に層間絶縁膜となるＰＳＧ（リンガラス）膜１０３をＣ
ＶＤ法で５００ｎｍの厚さ堆積後、約２００ｎｍの平坦
化研磨をおこなう。ＰＳＧ膜１０３の研磨に用いた砥石
の弾性率は５０ｋｇ／ｍｍ２である。
【００４１】その後、ＰＳＧ膜に接続部１１１を設け、
ビット線１０６を形成する（図１１）。
ビット線１０６を形成する（図１１）。
【００４２】次に、図１０（ｄ）に示したように層間絶
縁膜となるＰＳＧ膜１０４をＣＶＤ法で５００ｎｍの厚
さ堆積後、平坦化研磨を行い、更にホトエッチングによ
り開口して接続部１２１を形成する。このＰＳＧ膜１０
４の表面は、弾性率が５０ｋｇ／ｍｍ２の砥石を用いて
平坦化する。なお、従来の軟質研磨パッドでＰＳＧ膜を
研磨後、弾性率が５０ｋｇ／ｍｍ２の砥石で研磨するこ
とにより、よりダメージのない研磨を行うことができ
る。
縁膜となるＰＳＧ膜１０４をＣＶＤ法で５００ｎｍの厚
さ堆積後、平坦化研磨を行い、更にホトエッチングによ
り開口して接続部１２１を形成する。このＰＳＧ膜１０
４の表面は、弾性率が５０ｋｇ／ｍｍ２の砥石を用いて
平坦化する。なお、従来の軟質研磨パッドでＰＳＧ膜を
研磨後、弾性率が５０ｋｇ／ｍｍ２の砥石で研磨するこ
とにより、よりダメージのない研磨を行うことができ
る。
【００４３】その後、キャパシタ下部電極２１０となる
多結晶シリコン膜をＣＶＤ法により形成し、所望の形状
に加工する。この多結晶シリコン膜にも導電性を持たせ
るためにリンを添加する。次に、その上にキャパシタ絶
縁膜２２０およびキャパシタ電極２３０を形成する（図
１０（ｅ））。
多結晶シリコン膜をＣＶＤ法により形成し、所望の形状
に加工する。この多結晶シリコン膜にも導電性を持たせ
るためにリンを添加する。次に、その上にキャパシタ絶
縁膜２２０およびキャパシタ電極２３０を形成する（図
１０（ｅ））。
【００４４】上記方法によりメモリセルの表面を従来に
比べより平坦にすることができ、微細で信頼性の高い半
導体装置を得ることができる。
比べより平坦にすることができ、微細で信頼性の高い半
導体装置を得ることができる。
【００４５】次に、本発明を実施するに適した加工装置
の構成を図９を用いて説明する。基本的には２プラテ
ン、２ヘッド構成の研磨装置であるが、プテラン上の研
磨工具とそれらの運転方法に特徴がある。前記の弾性率
の低い砥石が上面に接着されている砥石定盤５１と、研
磨パッドが上面に接着されている研磨定盤５２は、それ
ぞれ２０ｒｐｍ程度の一定速度で回転している。被加工
ウェハ５５はハンドリングロボット５４によってローダ
カセット５３から取り出され、直動キャリア５６上のロ
ードリング５７上に載せられる。次に、上記直動キャリ
ア５７が図中左方向に移動し、ロード／アンロードポジ
ションに位置決めされると、研磨アームＡ５８が回転移
動し、その先端に設けられているウェハ研磨ホルダ５９
の下面に上記被加工ウェハ５５を真空吸着する。次に、
研磨アームＡ５８はウェハ研磨ホルダ５９が研磨パッド
定盤５２の上に位置するように回転する。ウェハ研磨ホ
ルダ５９は下面に吸着している被加工ウェハ５５を研磨
パッド５２上に押しつけながら回転し、研磨スラリ（図
示せず）を供給しながら被加工ウェハ５５を１分間ほど
研磨する。この研磨加工により、前述したように加工ダ
メージの原因となる被加工ウェハ５５表面上のサブミク
ロンオーダの微細パターン部は消滅し、また大寸法パタ
ーンのコーナ部も丸められる。
の構成を図９を用いて説明する。基本的には２プラテ
ン、２ヘッド構成の研磨装置であるが、プテラン上の研
磨工具とそれらの運転方法に特徴がある。前記の弾性率
の低い砥石が上面に接着されている砥石定盤５１と、研
磨パッドが上面に接着されている研磨定盤５２は、それ
ぞれ２０ｒｐｍ程度の一定速度で回転している。被加工
ウェハ５５はハンドリングロボット５４によってローダ
カセット５３から取り出され、直動キャリア５６上のロ
ードリング５７上に載せられる。次に、上記直動キャリ
ア５７が図中左方向に移動し、ロード／アンロードポジ
ションに位置決めされると、研磨アームＡ５８が回転移
動し、その先端に設けられているウェハ研磨ホルダ５９
の下面に上記被加工ウェハ５５を真空吸着する。次に、
研磨アームＡ５８はウェハ研磨ホルダ５９が研磨パッド
定盤５２の上に位置するように回転する。ウェハ研磨ホ
ルダ５９は下面に吸着している被加工ウェハ５５を研磨
パッド５２上に押しつけながら回転し、研磨スラリ（図
示せず）を供給しながら被加工ウェハ５５を１分間ほど
研磨する。この研磨加工により、前述したように加工ダ
メージの原因となる被加工ウェハ５５表面上のサブミク
ロンオーダの微細パターン部は消滅し、また大寸法パタ
ーンのコーナ部も丸められる。
【００４６】上記第一の研磨工程が終わると、次に、ウ
ェハ研磨ホルダ５９が砥石定盤５１の上に位置するよう
に研磨アームＡ５８が回転する。その後ウェハ研磨ホル
ダ５９は下面に吸着している被加工ウェハ５５を砥石定
盤５１上に押しつけながら回転し、上記と同様に研磨ス
ラリ（図示せず）を供給しながら被加工ウェハ５５を２
分間ほどラッピングする。この第２研磨工程が終了する
と、研磨アームＡ５８は再びウェハ研磨ホルダ５９が先
の研磨定盤５２の上に位置するように回転し、前回と同
様に被加工ウェハ５５を１分間ほど研磨する。このラッ
ピング加工後の研磨は、ラッピング工程で生じるわずか
なスクラッチ等を除去するためのものであり、ラッピン
グ加工条件または要求される表面粗さのレベルによって
は、当然のことながら省略することができる。
ェハ研磨ホルダ５９が砥石定盤５１の上に位置するよう
に研磨アームＡ５８が回転する。その後ウェハ研磨ホル
ダ５９は下面に吸着している被加工ウェハ５５を砥石定
盤５１上に押しつけながら回転し、上記と同様に研磨ス
ラリ（図示せず）を供給しながら被加工ウェハ５５を２
分間ほどラッピングする。この第２研磨工程が終了する
と、研磨アームＡ５８は再びウェハ研磨ホルダ５９が先
の研磨定盤５２の上に位置するように回転し、前回と同
様に被加工ウェハ５５を１分間ほど研磨する。このラッ
ピング加工後の研磨は、ラッピング工程で生じるわずか
なスクラッチ等を除去するためのものであり、ラッピン
グ加工条件または要求される表面粗さのレベルによって
は、当然のことながら省略することができる。
【００４７】上記３工程の研磨によって加工は終了し、
次に洗浄工程に入る。研磨アームＡ５８が回転し、今度
はウェハ研磨ホルダ５９を回転ブラシ６０が設けられて
いる洗浄ポジション上に位置付ける。回転ブラシ６０は
回転しながらウェハ研磨ホルダ５９下面に吸着されてい
る被加工ウェハ５５の加工面を水洗ブラシで洗浄する。
洗浄が終了すると、直動キャリア５６が再び上記洗浄ポ
ジション上まで移動し、ウェハ研磨ホルダ５９の真空吸
着から開放された被加工ウェハを受け取る。
次に洗浄工程に入る。研磨アームＡ５８が回転し、今度
はウェハ研磨ホルダ５９を回転ブラシ６０が設けられて
いる洗浄ポジション上に位置付ける。回転ブラシ６０は
回転しながらウェハ研磨ホルダ５９下面に吸着されてい
る被加工ウェハ５５の加工面を水洗ブラシで洗浄する。
洗浄が終了すると、直動キャリア５６が再び上記洗浄ポ
ジション上まで移動し、ウェハ研磨ホルダ５９の真空吸
着から開放された被加工ウェハを受け取る。
【００４８】なお、ここでは回転ブラシを用いたが、そ
の代りに超音波を与えたジェット水流による洗浄法を用
いることができる。その後、直動キャリア５６がロード
／アンロードポジションまで戻ると、ウェハハンドリン
グロボット５４が加工済みのウェハを掴み、これをアン
ロードカセット６１に収納する。以上が研磨アームＡ５
８の一周期分の動作である。同様に研磨アームＢ６２も
これと平行して動作する。当然のことながら、これは２
つの研磨定盤を時分割して有効に利用するためである。
研磨アームＢ６２の動作シーケンスは研磨アームＡ５８
のシーケンスと全く同一であるが、半周期だけ位相が遅
れたものとなっている。即ち、研磨アームＢ６２は上記
第二の研磨工程の開始に合わせて動作を開始する。
の代りに超音波を与えたジェット水流による洗浄法を用
いることができる。その後、直動キャリア５６がロード
／アンロードポジションまで戻ると、ウェハハンドリン
グロボット５４が加工済みのウェハを掴み、これをアン
ロードカセット６１に収納する。以上が研磨アームＡ５
８の一周期分の動作である。同様に研磨アームＢ６２も
これと平行して動作する。当然のことながら、これは２
つの研磨定盤を時分割して有効に利用するためである。
研磨アームＢ６２の動作シーケンスは研磨アームＡ５８
のシーケンスと全く同一であるが、半周期だけ位相が遅
れたものとなっている。即ち、研磨アームＢ６２は上記
第二の研磨工程の開始に合わせて動作を開始する。
【００４９】上記実施例は研磨アームの数を２本とする
場合に適した構成例であり、２本の研磨アームの回転軌
跡が交差または接する位置を設け、ここに一組の洗浄ブ
ラシやロード／アンロードのための直動キャリアの停止
位置を設けることにより、２本の研磨アームでこれらの
機能を兼用することができる構成となっている。
場合に適した構成例であり、２本の研磨アームの回転軌
跡が交差または接する位置を設け、ここに一組の洗浄ブ
ラシやロード／アンロードのための直動キャリアの停止
位置を設けることにより、２本の研磨アームでこれらの
機能を兼用することができる構成となっている。
【００５０】これまでは２本の研磨アームを設ける実施
例について説明してきたが、構成を簡略化するために当
然のことながらこれを一本とすることもできる。逆に装
置のスループットを向上させるため、研磨アームの数を
３本以上にしたり、１本の研磨アームに複数のウェハ研
磨ホルダを取り付ける構成としても良い。さらに上記実
施例では、研磨パッド用と砥石用にそれぞれ独立した２
つの回転定盤を設けてあるが、これを１つの回転定盤と
することも可能である。すなわち、回転定盤の周辺部に
はリング状の砥石を設け、その中央部に研磨パッドを設
けるのである。その他にも、装置のフットプリント（設
置のための投影面積）を小さくするために回転定盤を傾
けた設計とすることも可能である。
例について説明してきたが、構成を簡略化するために当
然のことながらこれを一本とすることもできる。逆に装
置のスループットを向上させるため、研磨アームの数を
３本以上にしたり、１本の研磨アームに複数のウェハ研
磨ホルダを取り付ける構成としても良い。さらに上記実
施例では、研磨パッド用と砥石用にそれぞれ独立した２
つの回転定盤を設けてあるが、これを１つの回転定盤と
することも可能である。すなわち、回転定盤の周辺部に
はリング状の砥石を設け、その中央部に研磨パッドを設
けるのである。その他にも、装置のフットプリント（設
置のための投影面積）を小さくするために回転定盤を傾
けた設計とすることも可能である。
【００５１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の研磨方法及
び研磨装置によれば、研磨プロセスコストを抑制しつ
つ、パターン寸法依存性のより少ない加工ダメージのな
い良質な平坦化加工面を得ることができる。
び研磨装置によれば、研磨プロセスコストを抑制しつ
つ、パターン寸法依存性のより少ない加工ダメージのな
い良質な平坦化加工面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウェハ表面の平坦化工程の説明図。
【図２】化学機械研磨法を説明する図。
【図３】半導体メモリ素子の平面図（ａ）及び断面図
（ｂ）。
（ｂ）。
【図４】軟質な研磨パッドを用いて加工した場合の問題
点を説明する図。
点を説明する図。
【図５】本発明で用いる砥石の構成を説明する図。
【図６】硬質な研磨パッドを用いて加工した場合の問題
点を説明する図。
点を説明する図。
【図７】従来の研磨の状況（ａ）及び本発明の研磨の状
況（ｂ）を説明するための図。
況（ｂ）を説明するための図。
【図８】本発明の実施例を説明する図。
【図９】本発明の実施例に適した加工装置の構造例を示
す図。
す図。
【図１０】半導体装置の製造工程を示す装置断面図。
【図１１】図１０（ｅ）に示した装置の平面図。
１…ウェハ基板／ウェハ、２…絶縁膜、３…配線層、４
…絶縁膜、５…金属アルミ層、６…露光用ホトレジスト
膜、７…ステッパ、８…、９…、１１…研磨パッド、１
２…定盤、１３…押さえパッド、１４…ウェハホルダ、
１５…研磨スラリ、１６…メモリマット部、１７…周辺
回路部、２１…砥粒、２２…樹脂、３７…クラック、５
１…砥石定盤、５２…研磨定盤／研磨パッド定盤、５３
…ローダカセット、５４…ハンドリングロボット、５５
…被加工ウェハ、５６…直動キャリヤ、５７…ロードリ
ング、５８，６２…研磨アーム、５９，６３…ウェハ研
磨ホルダ、６０…回転ブラシ、６１…アンロードカセッ
ト、１０１…ｐ型シリコン基板、１０２…素子分離膜、
１０３，１０４…層間絶縁膜、１０６…ビット線、１１
０…ソース領域、１１１，１２１…接続部、、１２０…
ドレイン領域、１３０…ゲート絶縁膜、１４１…ゲート
電極、２１０…キャパシタ下部電極、２２０…キャパシ
タ絶縁膜、２３０…キャパシタ上部電極。
…絶縁膜、５…金属アルミ層、６…露光用ホトレジスト
膜、７…ステッパ、８…、９…、１１…研磨パッド、１
２…定盤、１３…押さえパッド、１４…ウェハホルダ、
１５…研磨スラリ、１６…メモリマット部、１７…周辺
回路部、２１…砥粒、２２…樹脂、３７…クラック、５
１…砥石定盤、５２…研磨定盤／研磨パッド定盤、５３
…ローダカセット、５４…ハンドリングロボット、５５
…被加工ウェハ、５６…直動キャリヤ、５７…ロードリ
ング、５８，６２…研磨アーム、５９，６３…ウェハ研
磨ホルダ、６０…回転ブラシ、６１…アンロードカセッ
ト、１０１…ｐ型シリコン基板、１０２…素子分離膜、
１０３，１０４…層間絶縁膜、１０６…ビット線、１１
０…ソース領域、１１１，１２１…接続部、、１２０…
ドレイン領域、１３０…ゲート絶縁膜、１４１…ゲート
電極、２１０…キャパシタ下部電極、２２０…キャパシ
タ絶縁膜、２３０…キャパシタ上部電極。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年４月１９日（２００２．４．１
９）
９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】発明の名称
【補正方法】変更
【補正内容】
【発明の名称】 研磨方法及び研磨装置および半導体装
置の製造方法
置の製造方法
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項２】上記研磨工具を構成する砥粒が、二酸化珪
素，酸化セリウム，アルミナの何れか、又はそれらの混
合物であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方
法。
素，酸化セリウム，アルミナの何れか、又はそれらの混
合物であることを特徴とする請求項１に記載の研磨方
法。
【請求項３】上記研磨工具を構成する砥粒の平均粒径が
１ミクロン以下の微細砥石であることを特徴とする請求
項１乃至請求項２に記載の研磨方法。
１ミクロン以下の微細砥石であることを特徴とする請求
項１乃至請求項２に記載の研磨方法。
【請求項４】凹凸パターンが形成されている基板の表面
上に薄膜を形成するステップと、上記基板の上記薄膜が
形成されている面を研磨工具表面上に押しつけて相対運
動させながら凹凸パターンを平坦化するステップとを含
む研磨方法において、 上記研磨工具として、弾性率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ
２の範囲の砥粒と結合樹脂とからなる砥石を用い、さら
にその後ポリウレタン研磨パッドを用いることを特徴と
する研磨方法。
上に薄膜を形成するステップと、上記基板の上記薄膜が
形成されている面を研磨工具表面上に押しつけて相対運
動させながら凹凸パターンを平坦化するステップとを含
む研磨方法において、 上記研磨工具として、弾性率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ
２の範囲の砥粒と結合樹脂とからなる砥石を用い、さら
にその後ポリウレタン研磨パッドを用いることを特徴と
する研磨方法。
【請求項５】上記砥粒は、二酸化珪素，酸化セリウム，
アルミナの何れか、又はそれらの混合物であり、砥粒の
平均粒径が１ミクロン以下であることを特徴とする請求
項４に記載の研磨方法。
アルミナの何れか、又はそれらの混合物であり、砥粒の
平均粒径が１ミクロン以下であることを特徴とする請求
項４に記載の研磨方法。
【請求項６】パターンが表面に形成されている被加工基
板を研磨工具の表面上に押しつけて相対運動させながら
少なくとも２種類以上の研磨工具を段階的に用いて加工
する研磨方法において、 上記２種類の研磨工具のうち、最初に用いる第一の研磨
工具の弾性率は第二の研磨工具の弾性率より小さく、上
記第二の研磨工具の弾性率は５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２
の範囲の値であることを特徴とする研磨方法。
板を研磨工具の表面上に押しつけて相対運動させながら
少なくとも２種類以上の研磨工具を段階的に用いて加工
する研磨方法において、 上記２種類の研磨工具のうち、最初に用いる第一の研磨
工具の弾性率は第二の研磨工具の弾性率より小さく、上
記第二の研磨工具の弾性率は５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２
の範囲の値であることを特徴とする研磨方法。
【請求項７】上記第一の研磨工具として、ポリウレタン
樹脂製の研磨パッドを用い、上記第二の研磨工具とし
て、砥粒とこれら砥粒を結合，保持するための物質から
構成される研磨工具を用いることを特徴とする請求項６
に記載の研磨方法。
樹脂製の研磨パッドを用い、上記第二の研磨工具とし
て、砥粒とこれら砥粒を結合，保持するための物質から
構成される研磨工具を用いることを特徴とする請求項６
に記載の研磨方法。
【請求項８】上記第二の研磨工具を構成する砥粒の結
合，保持のための物質は、有機樹脂材料であることを特
徴とする請求項７に記載の研磨方法。
合，保持のための物質は、有機樹脂材料であることを特
徴とする請求項７に記載の研磨方法。
【請求項９】上記第二の研磨工具を構成する砥粒が二酸
化珪素，酸化セリウム，酸化アルミナの何れか、又はそ
れらの混合物であり、構成する砥粒の平均粒径が１ミク
ロン以下であることを特徴とする請求項６又は請求項７
に記載の研磨方法。
化珪素，酸化セリウム，酸化アルミナの何れか、又はそ
れらの混合物であり、構成する砥粒の平均粒径が１ミク
ロン以下であることを特徴とする請求項６又は請求項７
に記載の研磨方法。
【請求項１０】それぞれ異なる２種類の研磨工具が表面
に設けられている２つの回転定盤と、被加工物を保持し
て上記回転定盤の上に押しつけながら回転する少なくと
も１つ以上の回転保持具と、 上記回転保持具を上記いずれの回転定盤の上にも位置付
け可能に機能する保持具移動機構とを備えたことを特徴
とする研磨装置において、上記保持具移動機構は先端に上記回転保持具を設けた回
転アーム型であり、その回転によって生じる上記回転保
持具の軌跡上に被加工物を上記回転保持具から脱着する
ための試料交換機構および洗浄機構を設けたことを特徴
とする研磨装置 。
に設けられている２つの回転定盤と、被加工物を保持し
て上記回転定盤の上に押しつけながら回転する少なくと
も１つ以上の回転保持具と、 上記回転保持具を上記いずれの回転定盤の上にも位置付
け可能に機能する保持具移動機構とを備えたことを特徴
とする研磨装置において、上記保持具移動機構は先端に上記回転保持具を設けた回
転アーム型であり、その回転によって生じる上記回転保
持具の軌跡上に被加工物を上記回転保持具から脱着する
ための試料交換機構および洗浄機構を設けたことを特徴
とする研磨装置 。
【請求項１１】複数の回転アーム型保持具移動機構を備
え、それらの回転によって生じる複数の回転保持具の軌
跡が一つの交差点または接点を有するように上記回転ア
ーム型保持具移動機構群を配置し、上記一つの交差点ま
たは接点上に被加工物をそれぞれの回転保持具から脱着
するための試料交換機構および洗浄機構を設けたことを
特徴とする請求項１０に記載の研磨装置。
え、それらの回転によって生じる複数の回転保持具の軌
跡が一つの交差点または接点を有するように上記回転ア
ーム型保持具移動機構群を配置し、上記一つの交差点ま
たは接点上に被加工物をそれぞれの回転保持具から脱着
するための試料交換機構および洗浄機構を設けたことを
特徴とする請求項１０に記載の研磨装置。
【請求項１２】上記研磨工具の少なくとも一方は、弾性
率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲の砥石と有機樹脂
材料の結合樹脂とからなる砥石であることを特徴とする
請求の請求項１０に記載の研磨装置。
率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲の砥石と有機樹脂
材料の結合樹脂とからなる砥石であることを特徴とする
請求の請求項１０に記載の研磨装置。
【請求項１３】上記砥石の砥粒は、二酸化珪素，酸化セ
リウム，アルミナの何れか、又はそれらの混合物であ
り、上記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下であることを
特徴とする請求項１０又は請求項１２に記載の研磨方
法。
リウム，アルミナの何れか、又はそれらの混合物であ
り、上記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下であることを
特徴とする請求項１０又は請求項１２に記載の研磨方
法。
【請求項１４】上記研磨工具の他方は、ポリウレタン製
の研磨パッドであることを特徴とする請求項１１乃至請
求項１３に記載の研磨装置。
の研磨パッドであることを特徴とする請求項１１乃至請
求項１３に記載の研磨装置。
【請求項１５】半導体基板上に絶縁膜を形成する第１の
ステップと、 上記半導体基板の上記絶縁膜が形成されている面を、弾
性率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲の砥石からなる
研磨工具を用いた研磨により平坦化する第２のステップ
と、 上記半導体基板の被研磨面を洗浄する第３のステップと
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
ステップと、 上記半導体基板の上記絶縁膜が形成されている面を、弾
性率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲の砥石からなる
研磨工具を用いた研磨により平坦化する第２のステップ
と、 上記半導体基板の被研磨面を洗浄する第３のステップと
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】上記第３のステップにおいて、水洗ブラ
シで洗浄することを特徴とする請求項１５に記載の半導
体装置の製造方法。
シで洗浄することを特徴とする請求項１５に記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項１７】上記第３のステップにおいて、超音波を
与えたジェット水流により洗浄することを特徴とする請
求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
与えたジェット水流により洗浄することを特徴とする請
求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】上記砥石は、砥粒と有機樹脂材料の結合
樹脂とからなることを特徴とする請求項１５に記載の半
導体装置の製造方法。
樹脂とからなることを特徴とする請求項１５に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項１９】上記砥粒は、二酸化珪素，酸化セリウ
ム，アルミナの何れか、又はそれらの混合物であり、上
記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下であることを特徴と
する請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
ム，アルミナの何れか、又はそれらの混合物であり、上
記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下であることを特徴と
する請求項１８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】半導体基板上に絶縁膜を形成する第１の
ステップと、 上記半導体基板の上記絶縁膜が形成されている面を、研
磨工具として弾性率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲
の砥石を用い、純水を供給しながら研磨することにより
平坦化する第２のステップとを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
ステップと、 上記半導体基板の上記絶縁膜が形成されている面を、研
磨工具として弾性率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲
の砥石を用い、純水を供給しながら研磨することにより
平坦化する第２のステップとを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。
【請求項２１】上記砥石は、砥粒と有機樹脂材料の結合
樹脂とからなることを特徴とする請求項２０に記載の半
導体装置の製造方法。
樹脂とからなることを特徴とする請求項２０に記載の半
導体装置の製造方法。
【請求項２２】上記砥粒は、二酸化珪素，酸化セリウ
ム，アルミナの何れか、又はそれらの混合物であり、上
記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下であることを特徴と
する請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
ム，アルミナの何れか、又はそれらの混合物であり、上
記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下であることを特徴と
する請求項２１に記載の半導体装置の製造方法。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｄ 3/34 Ｂ２４Ｄ 3/34 Ｚ Ｃ０８Ｊ 5/14 ＣＦＢ Ｃ０８Ｊ 5/14 ＣＦＢ // Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｚ Ｃ０８Ｌ 61:06 Ｃ０８Ｌ 61:06 (72)発明者 松原 直 埼玉県所沢市東所沢１−21−３ (72)発明者 石田 吉弘 茨城県ひたちなか市柳が丘35−10 (72)発明者 河合 亮成 東京都小平市喜平町１−２−５ アイビー ハイツ105 Ｆターム(参考） 3C043 BB00 CC02 CC11 3C058 AA02 AA18 CB01 CB03 DA17 3C063 AA02 AB05 BB01 BB03 BB07 BC03 CC02 CC19 EE10 FF23 4F071 AA41 AB18 AB26 DA18
Claims (37)
- 【請求項１】凹凸パターンが形成されている基板の表面
上に絶縁膜を形成する第１のステップと、上記絶縁膜の
上面を研磨工具表面上に押しつけて相対運動させながら
上記絶縁膜の上面を平坦化する第２のステップとを含む
研磨方法において、 上記研磨工具として、砥粒とこれら砥粒を結合，保持す
るための物質から構成され、弾性率が５乃至５００ｋｇ
／ｍｍ２の範囲の砥石を用い、上記第２のステップの研
磨液として、純水を供給することを特徴とする研磨方
法。 - 【請求項２】上記研磨工具を構成する砥粒の結合，保持
のための物質は、有機樹脂材料であることを特徴とする
請求項１に記載の研磨方法。 - 【請求項３】上記研磨工具を構成する砥粒が、二酸化珪
素，酸化セリウム，アルミナの何れか、又はそれらの混
合物であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載の研磨方法。 - 【請求項４】上記研磨工具を構成する砥粒の平均粒径が
１ミクロン以下の微細砥石であることを特徴とする請求
項１乃至請求項３に記載の研磨方法。 - 【請求項５】凹凸パターンが形成されている基板の表面
上に薄膜を形成するステップと、上記基板の上記薄膜が
形成されている面を研磨工具表面上に押しつけて相対運
動させながら凹凸パターンを平坦化するステップとを含
む研磨方法において、 上記研磨工具として、弾性率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ
２の範囲の砥石を用い、さらにその後研磨パッドを用い
ることを特徴とする研磨方法。 - 【請求項６】上記砥石は、砥粒と結合樹脂とからなるこ
とを特徴とする請求項５に記載の研磨方法。 - 【請求項７】上記結合樹脂は、有機樹脂材料であること
を特徴とする請求項６に記載の研磨方法。 - 【請求項８】上記砥粒は、二酸化珪素，酸化セリウム，
アルミナの何れか、又はそれらの混合物であることを特
徴とする請求項６又は請求項７に記載の研磨方法。 - 【請求項９】上記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下であ
ることを特徴とする請求項６乃至請求項８に記載の研磨
方法。 - 【請求項１０】上記研磨パッドは、ポリウレタン製であ
ることを特徴とする請求項５乃至請求項９に記載の研磨
方法。 - 【請求項１１】パターンが表面に形成されている被加工
基板を研磨工具の表面上に押しつけて相対運動させなが
ら少なくとも２種類以上の研磨工具を段階的に用いて加
工する研磨方法において、 上記２種類の研磨工具のうち、最初に用いる第一の研磨
工具の弾性率は第二の研磨工具の弾性率より小さく、上
記第二の研磨工具の弾性率は５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２
の範囲の値であることを特徴とする研磨方法。 - 【請求項１２】上記第一の研磨工具として、樹脂製の研
磨パッドを用いることを特徴とする請求項１１に記載の
研磨方法。 - 【請求項１３】上記第二の研磨工具として、砥粒とこれ
ら砥粒を結合，保持するための物質から構成される研磨
工具を用いることを特徴とする請求項１１又は請求項１
２に記載の研磨方法。 - 【請求項１４】上記第二の研磨工具を構成する砥粒の結
合，保持のための物質は、有機樹脂材料であることを特
徴とする請求項１３に記載の研磨方法。 - 【請求項１５】上記第二の研磨工具を構成する砥粒が二
酸化珪素，酸化セリウム，酸化アルミナの何れか、又は
それらの混合物であることを特徴とする請求項１３又は
請求項１４に記載の研磨方法。 - 【請求項１６】上記第二の研磨工具を構成する砥粒の平
均粒径が１ミクロン以下であることを特徴とする請求項
１３乃至請求項１５に記載の研磨方法。 - 【請求項１７】上記研磨パッドは、ポリウレタン製であ
ることを特徴とする請求項１２乃至請求項１６に記載の
研磨方法。 - 【請求項１８】それぞれ異なる２種類の研磨工具が表面
に設けられている２つの回転定盤と、 被加工物を保持して上記回転定盤の上に押しつけながら
回転する少なくとも１つ以上の回転保持具と、 上記回転保持具を上記いずれの回転定盤の上にも位置付
け可能に機能する保持具移動機構とを備えたことを特徴
とする研磨装置。 - 【請求項１９】上記保持具移動機構は先端に上記回転保
持具を設けた回転アーム型であり、その回転によって生
じる上記回転保持具の軌跡上に被加工物を上記回転保持
具から脱着するための試料交換機構および洗浄機構を設
けたこをと特徴とする請求項１８に記載の研磨装置。 - 【請求項２０】複数の回転アーム型保持具移動機構を備
え、それらの回転によって生じる複数の回転保持具の軌
跡が一つの交差点または接点を有するように上記回転ア
ーム型保持具移動機構群を配置し、上記一つの交差点ま
たは接点上に被加工物をそれぞれの回転保持具から脱着
するための試料交換機構および洗浄機構を設けたことを
特徴とする請求項１８に記載の研磨装置。 - 【請求項２１】上記研磨工具の少なくとも一方は、弾性
率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲の砥粒と結合樹脂
とからなる砥石であることを特徴とする請求の請求項１
８乃至請求項２０に記載の研磨装置。 - 【請求項２２】上記結合樹脂は、有機樹脂材料であるこ
とを特徴とする請求項２１に記載の研磨方法。 - 【請求項２３】上記砥粒は、二酸化珪素，酸化セリウ
ム，アルミナの何れか、又はそれらの混合物であること
を特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載の研磨方
法。 - 【請求項２４】上記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下で
あることを特徴とする請求項２１乃至請求項２３に記載
の研磨方法。 - 【請求項２５】上記研磨工具の他方は、ポリウレタン製
の研磨パッドであることを特徴とする請求項１８乃至請
求項２４に記載の研磨装置。 - 【請求項２６】半導体基板上に絶縁膜を形成する第１の
ステップと、 上記半導体基板の上記絶縁膜が形成されている面を、研
磨工具として弾性率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲
の砥石を用いた研磨により平坦化する第２のステップ
と、 上記半導体基板の被研磨面を洗浄する第３のステップと
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２７】上記第３のステップにおいて、水洗ブラ
シで洗浄することを特徴とする請求項２６に記載の半導
体装置の製造方法。 - 【請求項２８】上記第３のステップにおいて、超音波を
与えたジェット水流により洗浄することを特徴とする請
求項２６に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２９】上記砥石は、砥粒と結合樹脂とからなる
ことを特徴とする請求項２６乃至請求項２８に記載の半
導体装置の製造方法。 - 【請求項３０】上記結合樹脂は、有機樹脂材料であるこ
とを特徴とする請求項２９に記載の研磨方法。 - 【請求項３１】上記砥粒は、二酸化珪素，酸化セリウ
ム，アルミナの何れか、又はそれらの混合物であること
を特徴とする請求項２９又は請求項３０に記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項３２】上記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下で
あることを特徴とする請求項２９乃至請求項３１に記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３３】半導体基板上に絶縁膜を形成する第１の
ステップと、 上記半導体基板の上記絶縁膜が形成されている面を、研
磨工具として弾性率が５乃至５００ｋｇ／ｍｍ２の範囲
の砥石を用い、純水を供給しながら研磨することにより
平坦化する第２のステップとを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項３４】上記砥石は、砥粒と結合樹脂とからなる
ことを特徴とする請求項３３に記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項３５】上記結合樹脂は、有機樹脂材料であるこ
とを特徴とする請求項３４に記載の研磨方法。 - 【請求項３６】上記砥粒は、二酸化珪素，酸化セリウ
ム，アルミナの何れか、又はそれらの混合物であること
を特徴とする請求項３４又は請求項３５に記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項３７】上記砥粒の平均粒径が１ミクロン以下で
あることを特徴とする請求項３４乃至請求項３６に記載
の半導体装置の製造方法。
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