JPH0878299A

JPH0878299A - 研磨方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0878299A
Application number: JP20875494A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Okawa; 哲男大川; Masayasu Fujisawa; 政泰藤沢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-09-01
Filing date: 1994-09-01
Publication date: 1996-03-22
Anticipated expiration: 2020-01-19
Also published as: JP3612599B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】クリーンルームを汚染することなく被加工物
（ウエーハ）の研磨量を均一にすることができる研磨方
法およびその装置の提供。【構成】クリーンルーム２との気密性を保つ研磨装置
１と、他のプロセス装置９と被加工物を受渡しする通路
８，１０と、研磨装置とクリーンルームの外部をつなぐ
通路と、研磨定盤及び研磨布の修正装置１１とを有する
研磨装置とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の基板上に
形成した層間絶縁膜と金属配線の研磨加工において、研
磨機上で研磨定盤及び研磨布の形状修正をする研磨方法
およびその装置に係り、特に、半導体装置の露光面を平
坦とするための、研磨方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置上に形成した層間絶縁
膜と金属配線の研磨加工では、米国特許第４９４４８３
６号に示されたように、研磨定盤上に支持され、研磨剤
を塗布した研磨布にウェーハを押付けて加工する方法で
ある。

【０００３】従来の半導体装置の露光面の平坦化技術
は、プラズマ酸化膜（Ｐ−ＳｉＯ２）、塗布絶縁膜（Ｓ
ＯＧ）とエッチバックの組合わせにより行われてきた。
さらに、配線幅の減少に伴って、段差被覆性の向上の必
要性から、Ｂｉａｓ−ＥＣＲＣＶＤ技術及びリフロー効
果を有する有機ソース（ＴＥＯＳ）などの開発が行われ
てきた。今後さらに配線幅を減少させるためには、ステ
ッパの露光面の平坦化をさらに進める必要があり、各方
面で層間絶縁膜や金属膜を研磨加工して平坦化するＣＭ
Ｐ(Chemical Mechanical Polishing)技術を開発中であ
ることが知られている。

【０００４】また、従来ではコンタクトホールの穴埋め
にアルミニウム合金のスパッタ技術が用いられていた
が、配線のアスペクト比の増加に伴い、コンタクトホー
ルのアスペクト比が増大し、アルミニウム合金のスパッ
タではコンタクトホールを完全に充填することが困難と
なったことから、ＣＶＤ技術による穴埋め技術が使用さ
れるに至ったと推定される。ＣＶＤで安定した堆積膜が
形成できるタングステン等を用いてＣＶＤ成膜の後、Ｃ
ＭＰで表面を平坦化して埋込み型の配線構造を形成する
ことが研究されている。また、コンタクトスタッドを形
成する技術としてタングステンの選択ＣＶＤ技術がある
が、ＳｉＯ₂膜上の微小な欠陥を核としてタングステン
が成長してしまうため、タングステンの選択性を完全に
保つのが困難である。そこで、ＳｉＯ₂膜上に成長した
タングステンをＣＭＰで除去する技術が必要になる。

【０００５】ＣＭＰを半導体装置の製造プロセスに導入
する場合の利点は、以下の通りである。

【０００６】（ｉ）焦点マージンの拡大によって現在用
いられているステッパの延命が期待できる。

【０００７】（ii）配線の段差越えの高さが低減される
ことによって、ストレスマイグレーションに対する耐久
性が向上する。

【０００８】（iii）研磨による平坦化を前提とするた
め、層間膜材質の選択性が広がる。

【０００９】（iｖ）平坦性が向上するため配線形成プ
ロセスの開発性が向上する。

【００１０】（ｖ）ＣＭＰによって配線パタン及びコン
タクトスタッドの形成と平坦化が同時にでき、プロセス
が簡略化できる。

【００１１】以上の利点が考慮され、ＣＭＰ技術の開発
が進められている。

【００１２】また、例えば、電子計算機用のＬＳＩ実装
基板に用いるセラミクス基板では、基板上にＬＳＩチッ
プを接続するため、ＬＳＩチップ寸法に対応する基板表
面のうねりを一般に約２０μｍ以下とすることが要求さ
れている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、研
磨装置から排出される塵埃によりクリーンルーム内の他
のプロセス、例えばＣＶＤ装置や洗浄装置等をパーティ
クルや金属イオンで汚染させないための配慮がなされて
いない。このため、半導体装置内にパーティクルや金属
イオンが侵入し、半導体装置の動作不良を引起こすとい
う問題点を有していた。

【００１４】また、研磨中は研磨布表面の凹凸形状に起
因して研磨圧力のばらつきが発生するが、この研磨圧力
のばらつきによって生じる研磨量のばらつきに対する配
慮がなされていない。このため、硬質発泡樹脂製の研磨
布を用いる場合には、スウェード製及び不織布製の研磨
布を用いる場合よりも、ウェーハ面内で研磨圧力のばら
つきが増大し、研磨量制御を高精度にできないという問
題があった。

【００１５】さらに、被加工物の変形に伴う、研磨圧力
の変動に対する配慮がなされていないため、ウェーハ面
内で研磨量が均一にできないという問題点も有してい
た。

【００１６】一方、ＣＭＰ技術を半導体装置の製造プロ
セスに導入する上では、次のような問題点を有してい
る。

【００１７】（ｉ）下層配線と上層配線の間に層間絶縁
層を設ける必要があるため、配線上に形成した層間絶縁
膜の表面を平坦化するために研磨加工する際、配線上の
層間絶縁膜をたとえば±０．０５μｍの精度で研磨加工
し、ＤＲＡＭのメモリーセルと周辺回路の間の段差を６
４ＭｂＤＲＡＭでは０．４μｍ以下、１ＧｂＤＲＡＭで
は０．１μｍ以下に低減する必要がある。

【００１８】（ii）このため、研磨量分布の均一化、研
磨能率の安定化、研磨量のモニタリング、研磨終点検
出、研磨加工時の化学作用と機械作用のバランス制御を
確実に行うことが必要である。

【００１９】（iii）研磨量の安定化、研磨量のモニタ
リング、研磨終点検出が確実になされない場合には、配
線構造に研磨加工に対する例えばＳｉ₃Ｎ₄のような高硬
度のストッパ層を設ける必要があるが、かかるストッパ
ー層を形成するプロセスを導入すれば製造コストが増大
するという問題がある。

【００２０】（iｖ）ウェーハ面内での研磨量の均一性
を向上させるためには、ウェーハのチャッキング技術、
研磨布剛性の最適化などの技術開発を進める必要があ
る。

【００２１】（ｖ）さらに、ＣＭＰ技術の導入による、
ウェーハの表面、裏面、配線と層間絶縁膜の界面、他の
プロセスへの汚染対策を確実に行うことが必要である。

【００２２】また、ウェーハ面内での研磨量の均一性が
悪いことは、半導体装置を被加工物とした場合に以下の
ような問題が生じることを意味する。すなわち、研磨量
の均一性が悪いと、絶縁膜の厚さのばらつきが大きくな
るが、コンタクトホールを形成するプロセスでは、絶縁
膜の厚さばらつきにかかわらず、等しい深さのコンタク
トホールを形成するため、絶縁膜の厚さの小さい部分で
は下層配線がオーバーエッチングされ、反対に、絶縁膜
厚さの大きい部分ではコンタクトホールが下層配線に届
かないことが起こり得る。

【００２３】本発明の目的は、研磨布の交換及び修正を
クリーンルーム外で行うことにより、クリーンルーム内
で発塵しない研磨装置及び研磨方法を提供することにあ
る。

【００２４】本発明の他の目的は、被加工物を洗浄後、
他のプロセスへクリーンルームと隔離された状態で直接
受渡しすることにより、クリーンルーム内で発塵しない
研磨装置及び研磨方法を提供することにある。

【００２５】本発明の他の目的は、研磨定盤及び研磨布
の凹凸形状による研磨圧力の変動を解消することによ
り、研磨量の均一性を向上することができる研磨装置及
び研磨方法を提供することにある。

【００２６】本発明の他の目的は、適正量の研磨剤を供
給することにより、研磨量の変動を低減する研磨方法を
提供することにある。

【００２７】本発明の他の目的は、被加工物の変形によ
る研磨圧力の変動を解消することにより、被加工物の面
内での研磨量の均一性を向上することができる研磨布を
有する研磨装置及び研磨方法を提供することにある。

【００２８】本発明の他の目的は、半導体装置を被加工
物とした場合に、クリーンルームを汚染することなしに
半導体装置の被加工面を平坦にすることで、欠陥がなく
かつ集積度を向上させた、半導体装置を得ることができ
る研磨装置及び研磨方法を提供することにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は以下の手段を用いた。

【００３０】第一の目的である研磨装置を達成するた
め、クリーンルームとの気密性を保つ研磨装置と、研磨
装置内部とクリーンルーム内部を接続する通路と、研磨
装置内部とクリーンルーム外部を接続する通路とにより
研磨装置を構成した。また、研磨布の交換時と修正時に
は、研磨定盤を研磨機から外してクリーンルーム外に移
動し、研磨布を交換し、修正したのち研磨機に取付ける
方式とした。あるいは、研磨定盤を密閉容器に入れて外
部に塵埃が出ないようにして研磨装置から出入れする方
式とした。また、被加工物は研磨加工後に洗浄し、カセ
ットに収納してクリーンルーム内に移動する方式とし
た。

【００３１】第二の目的である研磨方法を達成するた
め、回転する研磨定盤に工具を切込み、さらに工具を研
磨定盤の半径方向に移動することにより、研磨定盤の平
面度を向上させ、さらに、該研磨定盤上に研磨布を固定
し、該研磨布に前記工具を切込み、溝を形成したのち、
工具を研磨定盤の半径方向に移動することにより、研磨
布の平面度を向上させ、研磨圧力が常に一定になるよう
に修正した研磨布を用いて研磨加工するようにした。

【００３２】第三の目的である研磨装置を構成するた
め、研磨布の表面に溝を形成し、溝を介して被加工物と
研磨布の間に適正量の研磨液を供給する方式とした。

【００３３】第四の目的である研磨方法を達成するた
め、研磨布の裏面ブロック状の剛体で支持し、ブロック
状の剛体を弾性体を介して研磨定盤に支持することによ
り、研磨圧力が常に一定になるようにして研磨加工する
ようにした。

【００３４】

【作用】本発明では、被加工物を研磨加工後に洗浄し、
カセットに収納し、クリーンルーム内の他のプロセス、
例えばＣＶＤ装置や洗浄装置などとの受渡しを、クリー
ンルームと隔離された状態で直接的に行い、また、クリ
ーンルームの外部で研磨布の交換及び修正をするため、
クリーンルーム内を汚染せず、研磨装置からクリーンル
ーム内にパーティクルや金属イオンを出さないため、ク
リーンルーム内の前記他のプロセスを汚染することがな
い。

【００３５】また、研磨定盤により研磨される被加工物
の研磨量を均一にするため、研磨装置の研磨定盤及び研
磨布を研磨装置上で切削修正して研磨布上の凹凸を除去
しており、研磨圧力が一定になり、研磨量を均一にする
ことができる。また、研磨布に前記溝を形成することに
より該溝を介して余分な研磨液が逃げて適正量の研磨液
が供給されるので、研磨量を均一にすることができる。
また、表面に溝を形成し、裏面を剛体で支持し、弾性体
を介して剛体を研磨定盤に支持することにより、研磨量
をさらに均一化することができる。

【００３６】これにより、半導体装置等を被加工物とし
た場合、パーティクルや金属イオンによる欠陥を生ずる
ことなく、高い平坦度を得ることができ、露光工程での
焦点ずれを防止し、精度の高い解像度を得ることができ
るなど半導体装置の高信頼化及び高集積化を図ることが
できる。

【００３７】

【実施例】本発明の研磨装置の全体構成および研磨加工
要領を、図１および図２を参照して説明する。図１は研
磨装置の概念図、図２は研磨加工の概念図である。な
お、図３は図２に対応する従来の研磨方法の説明図であ
る。

【００３８】図１において、１は研磨装置、２は研磨装
置１を内設したクリーンルームである。研磨装置１に
は、気体供給管３、純水供給管４、研磨液供給管５が接
続されるとともに、気体排出管６、廃液排出管７が接続
されている。研磨装置１は、通路（クリーンパス）８を
介してクリーンルーム２内に設置されたＣＶＤ装置など
の他のプロセス装置９と接続され、他方、通路（クリー
ンパス）１０を介してクリーンルーム２の外部に設置さ
れている研磨布の修正装置１１に接続されている。ここ
で、研磨装置１、気体供給管３、純水供給管４、研磨液
供給管５、気体排出管６、廃液排出管７、通路８，１
０、および他のプロセス装置９は、いずれもクリーンル
ーム２と隔離された状態になっている。

【００３９】研磨加工は、まず、図示しない研磨定盤に
研磨布を取付けた後、修正装置１１で前記研磨布を修正
し、通路１０を介して研磨定盤を研磨布とともに研磨装
置１へ取付ける。この場合、通路１０の中の気圧はクリ
ーンルーム２の外部の気圧より大きいため、通路１０の
内部はクリーンルーム２の外部の雰囲気により汚染され
ることがない。研磨加工に必要な気体と純水と研磨液
は、それぞれ、クリーンルーム２の外部から気体供給管
３、純水供給管４、研磨液供給管５を介して研磨装置１
の内部へ導入されるので、クリーンルーム２の内部を汚
染することはない。一方、研磨加工によって生じる排ガ
スと廃液は、それぞれ気体排出管６、廃液排出管７を介
して研磨装置１内からクリーンルーム２の外部へ排出さ
れるため、クリーンルーム２の内部を汚染することはな
い。

【００４０】前記研磨布が磨耗した場合には、研磨装置
１上で研磨布を修正し、このとき生じる廃液を廃液排出
管７を介して研磨装置１内からクリーンルーム２の外部
へ排出する。また、研磨布を交換する場合には、研磨装
置１から研磨定盤を取外し、通路１０を介して研磨定盤
をクリーンルーム２の外部に設置した研磨布の修正装置
１１へ移動する。そして、研磨定盤から使用済みの研磨
布を取外し、新たな研磨布を取付ける。新たな研磨布は
修正された後、上記の方法で研磨定盤とともに研磨装置
１に取付けられる。なお、研磨布の他の交換方法とし
て、研磨布を取付けた状態で研磨定盤を密閉容器に入
れ、外部に塵埃が出ないようにして研磨装置１から通路
１０を介して出し入れするようにしてもよい。

【００４１】被加工物（ウエーハ）は、カセットに収納
された状態で他のプロセス装置９から通路８を介して研
磨装置１に供給される。このとき、研磨装置１の内圧を
通路８の内圧よりも小さくし、通路８が研磨装置１の雰
囲気によって汚染されることを防止する。研磨加工され
た被加工物は、洗浄された後、カセットに収納されて通
路８を介して他のプロセス装置９へ搬送される。このと
き、研磨装置１の内圧を通路８の内圧よりも小さくし、
通路８が研磨装置１の雰囲気によって汚染されることを
防止する。また、該カセットを通路８から他のプロセス
装置９へ移動する際は、通路８の内圧を他のプロセス装
置９の内圧よりも小さくし、他のプロセス装置９の汚染
を防止する。

【００４２】図２において、１２は前記図１に示す研磨
装置１における回転する主軸、１３は主軸１２上に着脱
可能に支持されて一体に回転する研磨定盤、１４は研磨
液、１５は回動可能なチャック、１６はチャック１５に
保持された被加工物（ウエーハ）、１７は研磨定盤１３
上に接着された研磨布である。

【００４３】研磨加工は、図２に示すように回転する研
磨布１７上に研磨液１４を供給しながら、チャック１５
で支持した被加工物１６を研磨布１７の上に接触させ、
さらにチャック１５に研磨荷重をかけて、被加工物１６
の研磨加工を行う。

【００４４】図３は、従来の研磨方法を示す図で、研磨
定盤１３及び研磨布１７の表面を修正しない場合には、
図３（ａ）に示すように、研磨定盤１３及び研磨布１７
の表面に凹凸が存在する。この研磨定盤１３及び研磨布
１７を用いて研磨加工を行うと、図３（ｂ）に示すよう
に、被加工物１６と研磨布１７の表面の間に変位量Ｘが
生じ、Ｘに応じた研磨荷重の変動が生じるため、被加工
物１６の面内で研磨量を均一にすることができない不具
合がある。

【００４５】つぎに、図４を参照して前記図２に示す研
磨液の厚さ分布を説明する。図４は、研磨布上の研磨液
の厚さ分布の模式図である。図４（ａ）に示すように、
研磨布１７の表面に凹凸がなくフラットの場合は、研磨
中、研磨液１４の逃げ場がないため、図４（ｂ）に示す
ように、研磨液１４の厚さが厚い部分と薄い部分とが生
じる。このため、研磨液１４の厚さが厚い部分では薄い
部分に比べて砥粒の引っかき作用が小さくなり、そのぶ
ん研磨量が低下し、被加工物１６の面内で研磨量が均一
にならない。この対策として本発明においては、図４
（ｃ）に示すように研磨布１７の表面に研磨液１４の通
路となる溝を形成し、該溝を経路として余分な研磨液１
４が自由に研磨布１７上から逃げられるようにし、研磨
布１７と被加工物１６との間の全面に常に適正量の研磨
液１４を供給可能にして研磨量の変動を低減し、研磨量
の均一性を向上させたものである。

【００４６】図５は、研磨布に前記図４（ｃ）に示す溝
を形成する方法の実施例を示す図である。図中、図２と
同符号のものは同じものを示す。図５（ａ）において、
１８は直動テーブルで、主軸１２と直交する図示矢印方
向に駆動可能になっている。１９は直動テーブル１８に
取付けられた切込み台、２０は切込み台１９に支持され
た工具である。

【００４７】前記溝形成に先立ち、工具２０を回転する
研磨定盤１３に切込み、かつ研磨定盤１３の半径方向に
送り、研磨定盤１３の上面が平面になるように切削修正
を行う。

【００４８】つぎに、図５（ｂ）に示すように、研磨定
盤１３上に研磨布１７を取付けた後、研磨布１７に工具
２０を切込み、研磨布１７の表面に溝２１を順次形成す
る。

【００４９】さらに、図５（ｃ）に示すように、回転す
る研磨布１７に工具２０を切込み、かつ工具２０を研磨
定盤１３の半径方向に送り、研磨布１７の表面を平面に
加工する。この平面加工により溝２１を形成する際に生
じるバリも除去することができる。

【００５０】上記溝形成において、同心円の溝を加工す
る場合には、切込み台１９を固定して工具２０を研磨布
１７に切込み、溝２１を形成した後、工具２０を上方に
後退させて、切込み台１９を次の溝２１の位置まで半径
方向に移動させ、上記工程を繰返すことにより、研磨布
１７上に同心円状の溝２１を形成することができる。ま
た、渦巻き状の溝２１を形成する場合には、工具２０を
研磨布１７に切込んだ状態で切込み台１９を研磨布１７
の半径方向に送ればよい。

【００５１】図５（ｄ）は、前記図２に示すチャック１
５を使用した例を示す図である。取付け台２２は研磨装
置のチャック１５に着脱可能に支持されており、取付け
台２２の研磨布１７に相対する面には複数枚の摺動板２
２ａが取付けられている。チャック１５を回転させる
と、取付け台２２は研磨布１７の上で回転運動する。取
付け台２２の外周部には研磨布１７の方向に切込み可能
な工具２０が取付けられている。工具２０を研磨布１７
に切込んだ状態でチャック１５あるいは研磨定盤１３を
回転させると、研磨布１７上に溝２１が形成される。

【００５２】ここで、サイクロイド状の溝を形成する場
合には、工具２０を研磨布１７に切込んだ状態で、チャ
ック１５及び研磨定盤１３を同じ方向に回転運動させれ
ばよい。また、同心円状の溝を形成するには、チャック
１５の回転を停止した状態で工具２０を研磨布１７に切
込み、研磨定盤１３を回転させて研磨布１７に円周状の
溝２１を形成した後、工具２０を上方に後退させ、チャ
ック１５を次の溝２１の位置まで半径方向に移動させて
上記工程を繰り返せばよい。さらに、渦巻状の溝を形成
するには、チャック１５の回転運動を停止した状態で工
具２０を研磨布１７に切込み、その状態のままチャック
１５を研磨布１７の半径方向に送ることにより形成する
ことができる。

【００５３】図５（ｅ）は、研磨定盤１３及び研磨布１
７を、前記図１に示す研磨装置１に取付け、研磨装置１
上で研磨布１７の修正を行う場合を示す図である。チャ
ック１５には砥石２３が取り付られている。研削液２４
を供給しながら、回転する砥石２３を回転中の溝２１が
形成された研磨布１７に押付け、研磨布１７を修正す
る。

【００５４】図６は、前記図５に示す溝加工方法を用い
て研磨布１７に溝加工を行った場合のパターン例を示す
図である。図６（ａ）は同心円状のパターン、図６
（ｂ）は渦巻き状のパターン、図６（ｃ）はサイクロイ
ド状のパターン、図６（ｄ）は格子状のパターンを示
す。図中、２１は形成された溝を示す。

【００５５】図７は、研磨定盤１３および研磨布１７の
切削修正説明図である。図７（ａ）に示すように、裏面
（図の左側面）を平面に加工した研磨定盤１３を旋盤の
チャックで支持し、旋盤の主軸を回転させる。工具２０
を研磨定盤１３に切込み、工具２０を研磨定盤１３の半
径方向に送り、研磨定盤１３を切削修正する。このとき
切削は、予め計算で求めた値、すなわち研磨定盤１３の
最外周の厚さと中心の厚さとの差がＸとなるように、図
の右側面の斜面に沿って行われる。つぎに、図７（ｂ）
に示すように研磨定盤１３に研磨布１７を取付け、研磨
定盤１３の場合と同様に工具２０を研磨布１７に切込
み、工具２０を研磨布１７の半径方向に送って研磨布１
７を切削修正する。このように切削修正された研磨定盤
１３および研磨布１７は、図７（ｃ）に示すように研磨
定盤１３を研磨装置１の回転軸１２にネジ２５を用いて
水平状態に取付けた場合に、研磨定盤１３が点線で示す
状態から前記Ｘだけ自重でたわみ、研磨定盤１３上の研
磨布１７の表面を実線で示す平面に保つことができる。

【００５６】図８は、研磨布１７の変形状態の説明図で
ある。図８（ａ）に示すようにＤＲＡＭの層間絶縁膜の
研磨加工時に、研磨荷重として等分布荷重Ｗを加える
と、研磨布１７は弾性変形して周辺回路の方向に凸の形
状となる。図８（ｂ）は、研磨布１７の変形モデルを示
す。ここで、研磨布１７のヤング率をＥ、断面２次モー
メントをＩ、周辺回路の幅をＬ、研磨布１７に加える等
分布荷重をＷとすると、研磨布１７の変形量の最大値Ｙ
ｍａｘは、公式

【００５７】

【数１】

【００５８】で示される。

【００５９】図９，図１０および図１１は、従来の研磨
布による研磨加工例の説明図で、図９はスウェード研磨
布及び不織布研磨布を研磨定盤に取付けて研磨加工を行
った例、図１０は硬質研磨布を研磨定盤に取付けて用い
た例、図１１は硬質研磨布の倣い性を向上させる目的
で、硬質研磨布をスウェード、不織布などの弾性体を介
して研磨定盤に取付けて用いた例を示す図である。

【００６０】図９において、２６は被加工物１６のメモ
リーセル、２７は周辺回路を示す。スウェード研磨布及
び不織布研磨布１７は剛性が小さいために、図９（ａ）
に示すように、メモリーセル２６と周辺回路２７の凹凸
形状にならって変形させられ、図９（ｂ）点線で示すよ
うに、メモリーセル２６上の層間絶縁膜が研磨加工され
ると同時に、周辺回路２７上の層間絶縁膜も同様に研磨
加工される。このため、メモリーセル２６と周辺回路２
７の間の段差の低減効果が小さくなる不具合がある。た
とえば、メモリーセル２６と周辺回路２７の間の段差が
１．２μｍの場合、段差が０．４μｍになるまで研磨加
工を行ったところ、メモリーセル２６上の絶縁膜の研磨
量は１．２μｍ必要で、周辺回路２７の研磨量は０．４
μｍであった。このとき、メモリーセル２６上では配線
が露出した。この配線の露出を防止するために研磨量を
小さくすると、充分な段差低減効果が得られない不具合
点を有する。

【００６１】図１０（ａ）において、硬質研磨布１７
は、前記図９に示すスウェード及び不織布研磨布１７よ
りも剛性が大きいため、メモリーセル２６上の層間絶縁
膜を選択的に研磨加工することが可能である。しかし、
被加工物１６のそりに対する倣い性が小さいことから、
研磨圧力が不均一になり、そのため図１０（ｂ）の点線
で示すように研磨量が均一にならず、メモリーセル２６
内及び被加工物１６の面内で絶縁膜の厚さを一定とする
ことができない。その結果、特に、メモリーセル２６の
端部では配線が露出するような不具合点を有する。

【００６２】図１１（ａ）において、２８は研磨定盤１
３に取付けられたスウェードや不織布などからなる弾性
体である。この例においては、メモリーセル２６上の層
間絶縁膜を選択的に研磨加工することが可能であり、か
つ被加工物１６の面内の研磨量の均一性は、前記図１０
に示す硬質研磨布１７のみの場合よりも向上するが、硬
質研磨布１７の裏面の弾性体２８により、硬質研磨布１
７の剛性が低下して硬質研磨布１７の変形量が増加す
る。このため、図１１（ｂ）に示すようにメモリーセル
２６の端部にだれを生じ、その結果、メモリーセル２６
内での層間絶縁膜の厚さが不均一となる不具合点を有す
る。

【００６３】図１２は、本発明の研磨布による研磨加工
例の説明図である。図１２（ａ）において、２９はセラ
ミックス、ステンレス板などからなる剛体で、例えば前
記図６（ｄ）に示す格子状パターンの溝２１を形成した
硬質研磨布１７の裏面を支持するとともに、反対の面を
ゴム材などからなる弾性体２８を介して研磨定盤１３に
取付けられている。かかる構成にすることにより研磨布
１７の剛性を低下させることなく、各格子を独立して変
形可能に運動させて被加工物１６に倣わせることができ
るため、研磨圧力を均一化させることが可能になり、図
１２（ｂ）に示すようにメモリーセル２６上の層間絶縁
膜を選択的かつ均一に研磨加工して研磨量の変動を低減
し、かつ均一性を向上させることが可能になった。

【００６４】図１３は、ＤＲＡＭにおいて、メモリーセ
ル２６と周辺回路２７との間に段差を生じた場合の本発
明の研磨要領の説明図で、前記図１２（ｂ）に対応する
天地逆の拡大図である。図１３において、３０は被加工
物１６における金属配線、３１は金属配線３０上のメモ
リーセル２６に形成された層間絶縁膜である。この場合
の研磨加工は、前記図１２（ａ）に示す構成に対応する
ように、厚さ１.３ｍｍの発泡ポリウレタン系樹脂製の
硬質研磨布１７に幅３ｍｍ、深さ０.９ｍｍ、ピッチ１
５ｍｍの格子状パターンの溝２１を形成し、該格子状パ
ターンを形成した面の裏面を厚さ２ｍｍ×１２ｍｍ角の
ガラス板からなる剛体２９で支持し、厚さ０.７５ｍｍ
のブチル系発泡体からなる弾性体２８を介して研磨定盤
１３に固定した。研磨剤には、平均粒径約３０ｎｍのコ
ロイダルシリカを用い、研磨圧力を約４ｋＰａとした。
金属配線３０上に厚さ１μｍの層間絶縁膜３１を形成し
たところ、該層間絶縁膜３１形成後のメモリーセル２６
と周辺回路２７との間の段差は１.２μｍであった。つ
いで、メモリーセル２６上の層間絶縁膜３１を選択的に
研磨加工し、その場合の研磨量を０.８μｍとして、メ
モリーセル２６と周辺回路２７との間の段差を０.４μ
ｍに低減した。この研磨加工により、メモリーセル２６
内の金属配線３０上に厚さ０.２±０.０５μｍの絶縁膜
３１を残すことができた。

【００６５】図１４は、本発明の研磨布の研磨定盤への
取付け構成例を示す図である。図１４（ａ）は、前記図
１２（ａ）に示す構成と同じで、硬質研磨布１７に格子
状パターンの溝２１を形成し、該格子状パターン面の裏
面を剛体２９で支持し、弾性体２８を介して研磨定盤１
３に取付けた例である。

【００６６】図１４（ｂ）は、セル状に分割した剛体２
９の裏面を弾性体２８で支持し、この両者を金具３２を
介して研磨定盤１３に接着にて取付けておき、前記剛体
２９上に格子状パターンの溝２１を形成した硬質研磨布
１７を取付けた例である。本構成により硬質研磨布１７
は、各格子ごとに独立して変形可能に運動することが可
能になり、図示しない被加工物１６に倣わせることがで
きるため、研磨圧力を均一化させて前記図１２に示す場
合と同様の効果を奏せしめることが可能になる。なお、
硬質研磨布１７を交換する場合には、硬質研磨布１７を
剛体２９から分離すればよく、その場合、剛体２９は金
具３２に支持されて、研磨定盤１３上に残る。

【００６７】図１４（ｃ）は、セル状に分割した硬質研
磨布１７の裏面を剛体２９で支持し、弾性体２８を介し
て研磨定盤１３に取付けた例である。この場合、硬質研
磨布１７と剛体２９の界面、剛体２９と弾性体２８の界
面、及び弾性体２８と研磨液１４が接触するのを防止す
るため、セルとセルとの間にパッシベーション膜３３を
形成する。これは研磨加工中の硬質研磨布１７の挙動、
すなわち、セル状に分割された個々の硬質研磨布１７の
独立した自由な運動を妨げないようにするためである。
なお、パッシベーション膜３３としては、シリコンゴム
などの弾性体を使用する。

【００６８】図１５は、前記図１４（ｃ）に示す硬質研
磨布１７の形成工程説明図である。まず、図１５（ａ）
に示すように研磨定盤１３上に、弾性体２８、剛体２
９、硬質研磨布１７の順に取付ける。次に、図１５
（ｂ）に示すように、回転軸３４に取付けられた円盤状
工具３５を弾性体２８の上面位置まで切込み、図１５
（ｃ）に示すようなセル状に分割した硬質研磨布１７を
形成する。

【００６９】図１６は、本発明の研磨加工中の硬質研磨
布の挙動説明図である。ここで被加工物１６は、弾性体
３６を介して研磨装置１のチャック１５に支持されてい
る。一方、図示の研磨布側は、前記図１４（ａ）に示す
構成である。チャック１５に研磨荷重を加え、研磨定盤
１３を回転させると、被加工物１６は硬質研磨布１７お
よび剛体２９とともに、弾性体３６、２８を介して変形
する。この場合の変形状態は、セル状に分割された個々
の硬質研磨布１７が独立して自由な運動を行うことが可
能になっているため、図示のごとく被加工物１６と硬質
研磨布１７との全面が互いに密着するように、硬質研磨
布１７が被加工物１６に倣って変形する。この変形のた
め、研磨圧力を均一化させることが可能になり、研磨量
の変動を低減させるとともに、均一性を向上させること
が可能になる。なお、この硬質研磨布の挙動は、前記図
１４（ｂ）、（ｃ）に示す構成の場合でも同じである。

【００７０】表１は、本発明の研磨装置を使用してウエ
ーハを研磨した場合の研磨量とそのばらつきの１例を示
す比較表である。

【００７１】

【表１】

【００７２】表中、比較１及び比較２は、溝２１を形成
していない発泡ポリウレタン系の硬質研磨布を使用した
比較例としての実験結果、実施１及び実施２は、発泡ポ
リウレタン系の硬質研磨布に格子状パターンの溝２１を
形成した本発明の実施例としての実験結果、実施３は、
前記図１４（ａ）に示す硬質研磨布を用いた本発明の実
施例としての実験結果を示す。

【００７３】研磨した層間絶縁膜は、ＢＰＳＧ膜（１μ
ｍ堆積）を用いた。主な研磨条件は、研磨圧力：４ｋＰ
ａ、研磨剤：コロイダルシリカ（粒径約３０ｎｍ）、研
磨布：硬質発泡ポリウレタン系（硬度約６０度）で、厚
さはいずれも０.８ｍｍある。そして、実施１および実
施２の研磨布に形成した格子状パターンの溝２１は、幅
２ｍｍ、深さ０.５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍである。ま
た、実施３の研磨布に形成した格子状パターンの溝２１
は、実施１および実施２の寸法と同様に、幅２ｍｍ、深
さ０.５ｍｍ、ピッチ１５ｍｍとし、剛体２９には厚さ
２ｍｍ×１２ｍｍ角のガラス板、弾性体２８には厚さ
０.７５ｍｍのブチル系発泡体を使用した。なお、ウェ
ーハは、研磨装置のチャックに取付けたスウェードタイ
プの弾性体により水張り法で支持した。

【００７４】研磨特性は研磨量のばらつきによって評価
した。評価は（米）ｐｒｏｍｅｔｒｉｘ社製の薄膜厚さ
計ＦＴ６５０を用いてウェーハ面内４９箇所の絶縁膜の
厚さを測定し、研磨前の厚さと研磨後の厚さの差を研磨
量とした。そして、研磨量の最大値をＲｍａｘ，最小値
をＲｍｉｎ、平均値をＲａｖｅとしたとき、研磨量ばら
つきＶを、

【００７５】

【数２】

【００７６】と定義した。これらの各実験結果を示す表
１から分かるように、溝２１を形成していない硬質研磨
布を使用した比較１及び比較２に比べて、本発明の研磨
布による研磨量のばらつき低減の効果を確認することが
できた。

【００７７】さらに、前記図１３に示すメモリ−セル２
６の幅が１０ｍｍ、周辺回路２７の幅が２ｍｍ、メモリ
−セル２６と周辺回路２７との間の段差が１．２μｍの
被加工物１６を、前記実例２の条件でメモリ−セル２６
上の絶縁膜の厚さのばらつきを±０．０５μｍの精度で
研磨加工し、前記段差を０．４μｍ以下に低減すること
ができた。そしてさらに、研磨量を増加することにより
前記段差を０．１μｍ以下にすることができた。この値
は、１ＧｂＤＲＡＭに対応可能な値である。

【００７８】図１７は、電子計算機用のＬＳＩ実装基板
に用いるセラミックス基板を、本発明の研磨方法を使用
して平坦化した例を示す図である。図１７（ａ）の断面
図に示すように、セラミックス基板３７の表面には緻密
層３８が形成されており、緻密層３８の表面までコンタ
クトスタッド３９が形成されている。緻密層３８の表面
の凹凸の振幅が大きい場合には、ＬＳＩとコンタクトス
タッド３９に導通しない部分が生じる。そこで、緻密層
３８を残しながら平坦化することが必要である。研磨剤
には平均粒径約３０ｎｍのコロイダルシリカをＫＯＨ水
溶液に混濁させたものを用い、研磨布１７の厚さは１.
３ｍｍとした。研磨布のセラミックス基板３７表面への
倣い性が悪い場合には、図１７（ｂ）に示すようにセラ
ミックス基板３７全体に平坦化が及び、緻密層３８が研
磨加工により存在しなくなる部分が生じる。そこで、前
記図１６に示す研磨方法を使用して加工することによ
り、図１７（ｃ）に示すように、一定厚さの緻密層３８
を残して平坦化することが可能になる。

【００７９】図１８は、ＬＳＩ実装基板の表面の波長と
振幅との関係を示す図で、基板表面のうねりを示す。図
１８において、ＡはＬＳＩチップの幅、ＢはＬＳＩ実装
基板の幅、ＣはＬＳＩ実装基板の緻密層３８の厚さであ
る。ＬＳＩチップとコンタクトスタッド３９とが導通不
良を起こさないためには、ＬＳＩチップの幅に対応する
波長ＯからＡに対応する振幅の平坦化が必要である。本
発明の研磨布を用いない場合には、研磨布の基板表面形
状への倣い性が不十分なために波長ＯからＢに対応する
振幅の平坦化が行われ、前記図１７（ｂ）のように研磨
量を緻密層３８の厚さＣ以上にする必要があり、緻密層
３８がなくなる部分が生じる。そこで、本実施例では、
ＬＳＩチップの幅Ａを２０ｍｍとした場合、研磨布１７
のセグメントの幅を１３ｍｍに設定し、セラミックス基
板表面の波長２０μｍ以下に対応する波長を２０μｍ以
下に平坦化し、ＬＳＩチップとコンタクトスタッド３９
との導通不良を防止した。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、被加工
物を研磨加工後に洗浄し、カセットに収納し、クリーン
ルーム内の他のプロセスとの受渡しを行い、また、クリ
ーンルームの外部で研磨布の交換及び修正をするため、
クリーンルームを汚染せず、研磨装置からクリーンルー
ム内にパーティクルや金属イオンを出さないため、クリ
ーンルーム内の他のプロセスを汚染することがない。

【００８１】また、研磨定盤により研磨される被加工物
の研磨量を均一にするため、研磨装置の研磨定盤及び研
磨布を研磨装置上で切削修正して研磨布上の凹凸を除去
しており、研磨圧力が一定になり、研磨量を均一にする
ことができる。また、上記したように研磨布に溝を形成
することにより適正量の研磨液が供給されるので、研磨
量を均一にすることができる。また、剛性を損なうこと
なく被加工物への倣い性を大きくした研磨布を用いるこ
とにより、研磨量をさらに均一化することができる。

【００８２】これにより、半導体装置等を被加工物とし
た場合、パーティクルや金属イオンによる欠陥を生ずる
ことなく、高い平坦度を得ることができ、露光工程での
焦点ずれを防止し、精度の高い解像度を得ることができ
るなど半導体装置の高信頼化及び高集積化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置の概念図である。

【図２】本発明の研磨加工の概念図である。

【図３】従来の研磨方法の説明図である。

【図４】本発明および従来の研磨布上の研磨液の厚さ分
布の模式図である。

【図５】研磨布に図４（ｃ）に示す溝を形成する方法の
実施例を示す図である。

【図６】図５に示す溝加工方法を用いて研磨布に溝加工
を行った場合のパターン例を示す図である。

【図７】本発明の研磨定盤および研磨布の切削修正説明
図である。

【図８】本発明の研磨布の変形状態の説明図である。

【図９】従来のスウェード研磨布及び不織布研磨布を研
磨定盤に取付けて研磨加工を行った例を示す図である。

【図１０】従来の硬質研磨布を研磨定盤に取付けて用い
た例を示す図である。

【図１１】従来の硬質研磨布をスウェード、不織布など
の弾性体を介して研磨定盤に取付けて用いた例を示す図
である。

【図１２】本発明の研磨布による研磨加工例の説明図で
ある。

【図１３】メモリーセルと周辺回路との間に段差を生じ
た場合の本発明の研磨要領の説明図である。

【図１４】本発明の研磨布の研磨定盤への取付け構成例
を示す図である。

【図１５】図１４（ｃ）に示す硬質研磨布１７の形成工
程説明図である。

【図１６】本発明の研磨加工中の硬質研磨布の挙動説明
図である。

【図１７】基板を本発明の研磨方法を使用して平坦化し
た例を示す図である。

【図１８】被加工物表面の波長と振幅の関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…研磨装置、２…クリーンルーム、３…気体供給管、
４…純水供給管、５…研磨液供給管、６…気体排出管、
７…廃液排出管、８，１０…通路（クリーンパス）、９
…他のプロセス装置、１１…修正装置、１２…回転主
軸、１３…研磨定盤、１４…研磨液、１５…チャック、
１６…被加工物（ウエーハ）、１７…研磨布、１８…直
動テーブル、１９…切込み台、２０…工具、２１…溝、
２２…取付け台、２３…砥石、２４…研削液、２５…ネ
ジ、２６…メモリーセル、２７…周辺回路、２８…弾性
体、２９…剛体、３０…金属配線、３１…層間絶縁膜、
３２…金具、３３…パッシベーション膜、３４…回転
軸、３５…円盤状工具、３６…弾性体、３７…セラミッ
クス基板、３８…緻密層、３９…コンタクトスタッド。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエーハ上に形成された層間絶縁膜等の
研磨加工を行う研磨装置において、（ｉ）気密性を保っ
てクリンルーム内に設置された研磨装置と、（ii）該研
磨装置とクリンルーム内の他のプロセス装置との間を接
続し該両者間に被加工物を受渡しするためのクリンルー
ムと隔離された通路と、（iii）前記研磨装置とクリー
ンルーム外部とをつなぐクリンルームと隔離された通路
と、（iｖ）前記研磨装置にクリーンルームの外部から
気体、純水、研磨液を供給するクリンルームと隔離され
た供給経路と、（ｖ）前記研磨装置より排ガス、廃液、
加工屑をクリンルーム外部へ排出するクリンルームと隔
離された排出経路とを備えたことを特徴とする研磨装
置。
【請求項２】前記クリンルーム内に設置された研磨装
置が、回動可能な主軸と、該主軸上に着脱可能に支持さ
れて主軸と一体に回転する研磨定盤と、被加工物を保持
し前記研磨定盤に対して相対的に回転および移動可能な
チャックと、前記研磨定盤上を移動し支持した工具によ
り前記研磨定盤および該研磨定盤上に接着された研磨布
を加工する切削修正手段とを備えてなる請求項１記載の
研磨装置。
【請求項３】前記研磨定盤上に接着された研磨布が、
セル状に分割され、該分割された研磨布の裏面を、ガラ
ス、セラミックスまたは金属などの剛体で支持するとと
もに、該剛体の裏面を弾性体を介して研磨定盤上に接着
支持してなる請求項２記載の研磨装置。
【請求項４】前記研磨定盤上に接着された研磨布が、
表面に所定のパターンの研磨液通路用の溝が加工され、
該溝加工された研磨布の裏面を、ガラス、セラミックス
または金属などの剛体で支持するとともに、該剛体の裏
面を弾性体を介して研磨定盤上に接着支持してなる請求
項２記載の研磨装置。
【請求項５】前記クリンルーム内の他のプロセス装
置、クリンルーム内に設置された研磨装置および該両者
間を接続する通路が、その内圧を他のプロセス装置より
通路、研磨装置の順に低くなるように、差を設けてなる
請求項１記載の研磨装置。
【請求項６】ウエーハ上に形成された層間絶縁膜等の
研磨加工を行う研磨方法において、（ｉ）研磨装置を気
密性を保ってクリンルーム内に設置し、（ii）該研磨装
置とクリンルーム内の他のプロセス装置との間の被加工
物の受渡しをクリンルームと隔離された通路を介して行
い、（iii）前記研磨装置の研磨加工に使用する気体、
純水、研磨液はクリーンルームの外部からクリンルーム
と隔離された供給経路を介して供給し、研磨加工により
発生する排ガス、廃液、加工屑は前記研磨装置よりクリ
ンルームと隔離された排出経路を介してクリンルーム外
部へ排出し、（iｖ）研磨布の交換及び修正を該研磨布
を研磨定盤とともに前記研磨装置より取外してクリーン
ルーム外部とつなぐクリンルームと隔離された通路を介
してクリーンルーム外部で行うことを特徴とする研磨方
法。
【請求項７】前記被加工物の受渡しが、該被加工物を
密閉容器に収納して行われる請求項６記載の研磨方法。
【請求項８】前記研磨布の交換及び修正が、研磨布を
研磨定盤とともに研磨装置から取外したのち密閉容器に
収めてクリーンルームの外部に出して行われ、研磨布の
交換及び修正後、該研磨布と研磨定盤を洗浄し研磨布を
研磨定盤とともに密閉容器に収めてクリーンルーム内に
入れて研磨装置に取り付けられる請求項６記載の研磨方
法。
【請求項９】前記クリンルーム内に設置された研磨装
置における被加工物の研磨加工が、セル状に分割された
研磨布の裏面を、ガラス、セラミックスまたは金属など
の剛体で支持し、かつ該剛体の裏面を弾性体を介して研
磨定盤上に接着支持し、前記研磨布の表面に、チャック
に弾性体を介して支持された被加工物を押圧して行われ
る請求項６記載の研磨方法。
【請求項１０】前記クリンルーム内に設置された研磨
装置における被加工物の研磨加工が、表面に格子状パタ
ーンの溝を形成した研磨布の裏面を、ガラス、セラミッ
クスまたは金属などの剛体で支持し、かつ該剛体の裏面
を弾性体を介して研磨定盤上に接着支持し、前記研磨布
の表面に、チャックに弾性体を介して支持された被加工
物を押圧して行われる請求項６記載の研磨方法。