JPH1034524A

JPH1034524A - Ｃｍｐ用研磨装置

Info

Publication number: JPH1034524A
Application number: JP18737896A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyaji; 章宮地; Takashi Arai; 孝史新井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】１．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、２、ポリシャのドレッシングが
不要である、３．λ以下の高い被研磨物の面精度を得る
ことができる、４．研磨中に被研磨物表面の研磨量や研
磨の終点を高精度にて検知できる、５．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化学的機械的研磨装置ＣＭＰを提供
する。【解決手段】定盤２と、定盤２上に設けられ被研磨物
３の表面を研磨する研磨ポリシャ１とを備えたＣＭＰ装
置において、研磨ポリシャ１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、かつ、研
磨ポリシャ１はエポキシ樹脂の接着力により定盤２上に
直接接合されてなる。

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
５（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。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。

【０００４】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。このような段差の存在は、前述したように半導
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。

【０００５】具体的に示すと、半導体製造プロセスに於
いて、例えば図５に示すような平坦化技術が必要とされ
ている。ここで、図５（ａ）は半導体デバイス上に形成
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５（ｂ）は
半導体デバイス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５
（ｃ）は半導体デバイス上に形成された金属（Ｗ，Ａ
ｌ，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。

【０００６】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。図６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６（ａ）は該装置の側面図、図６
（ｂ）は該装置の平面図である。

【０００７】この半導体研磨装置おいては、定盤１８上
に研磨布（１層または２層）１５を貼り付けてポリシャ
とし、この研磨布１５の上面にウェハキャリア（ウェハ
ホルダ）５により半導体基板（シリコンウェハ）３を搬
送する。そして、半導体基板（シリコンウェハ）３の表
面を圧力機構１０により研磨布１５に押しつけ、研磨剤
供給機構１７から研磨剤４を滴下しながら定盤１８を回
転させた状態でウェハキャリア（ウェハホルダ）５を回
転及び揺動させて、即ち半導体基板（シリコンウェハ）
３に回転運動と揺動運動をさせて、半導体表面を研磨す
る。

【０００８】前記研磨布１５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。また、ＣＭＰ技術を
用いた従来の半導体研磨装置において、研磨中に半導体
基板３表面の研磨量や研磨の終点を検知する方法として
は、研磨時間を管理すること、研磨する材料が変わ
ることにより変化するウェハキャリアの回転トルクを電
流値等で検出すること、研磨されている表面からの摩
擦による音の変化をとらえること、定盤１８及び研磨
布１５に孔をあけ、この孔を通してレーザー光を半導体
基板３表面に照射し、その反射光を利用して計測するこ
と、などによる検知方法が用いられる。

【０００９】

【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。

【００１０】また、研磨中に半導体基板３表面の研磨量
や研磨の終点を検知する前記方法のうち、からは現
状では検知精度がよくないという問題点があり、また
は研磨量検知や研磨の終点検知を光学的に行うために、
定盤１８及び研磨布１５に孔をあける必要があり、また
検知の対象位置が開孔付近に限定されるという問題点が
あった。

【００１１】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、７．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（半導体
表面など、被研磨物表面の光による直接観察または計測
が可能）、という特徴の一部または全てを有するＣＭＰ
用研磨装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【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とを備えたＣＭＰ用研磨
装置において、前記研磨ポリシャは、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、か
つ、該研磨ポリシャは前記定盤上に、直接形成されてい
るか、或いは接合材により接合されていることを特徴と
するＣＭＰ用研磨装置（請求項１）」を提供する。

【００１３】また、本発明は第二に「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
ポリシャとを備えたＣＭＰ用研磨装置において、前記研
磨ポリシャがナイロンパウダー及び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、かつ、該研磨
ポリシャは前記定盤上に、直接形成されているか、或い
は接合材により接合されていることを特徴とするＣＭＰ
用研磨装置（請求項２）」を提供する。

【００１４】また、本発明は第三に「前記定盤は不透明
材料により形成され、前記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を特徴とする請求項１または２記
載のＣＭＰ用研磨装置（請求項３）」を提供する。

【００１５】また、本発明は第四に「前記定盤は透明材
料により形成され、該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を特徴とする請求項１
または２記載のＣＭＰ用研磨装置（請求項４）」を提供
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明（請求項１〜４）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とを備えたＣＭＰ用研磨
装置においては、前記研磨ポリシャがナイロンパウダー
を添加したエポキシ樹脂の硬化物により形成され、か
つ、該研磨ポリシャは前記定盤上に、直接形成されてい
るか、或いは接合材により接合されている。

【００１７】そのため、本発明（請求項１〜４）にかか
るＣＭＰ用研磨装置は、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、
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以下の被研磨物の高い面精度を得る
ことができる、７．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、という効果を奏する。

【００１８】まず、本発明（請求項１〜４）にかかるＣ
ＭＰ用研磨装置は、研磨ポリシャが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。

【００１９】そのため、通常の研磨加工は勿論、高速高
圧条件下の研磨加工にも適した研磨ポリシャをナイロン
パウダーを添加したエポキシ樹脂の硬化物により形成し
て研磨を行えば、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。即ち、本発明（請求項１〜４）にかかるＣＭ
Ｐ用研磨装置は、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。

【００２０】また、本発明（請求項１〜４）のＣＭＰ用
研磨装置では、研磨ポリシャの材料主成分であるエポキ
シ樹脂が接着性を有するので、定盤上に研磨ポリシャを
形成することで、定盤と研磨ポリシャを直接接合するこ
とができる。そのため、本発明（請求項１〜４）にかか
るＣＭＰ用研磨装置は、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。

【００２１】また、本発明（請求項１〜４）のＣＭＰ用
研磨装置では、定盤上に研磨ポリシャを接合材を用いて
接合することもできる。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。定盤上に研磨ポリシャを接合材を用いて接
合した場合には、接合後の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。

【００２２】即ち、本発明（請求項１〜４）にかかるＣ
ＭＰ用研磨装置は、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。
また、本発明（請求項１〜４）のＣＭＰ用研磨装置で
は、研磨ポリシャがナイロンパウダーを添加したエポキ
シ樹脂の硬化物であるため、４、ポリシャのドレッシン
グ（目立て）が不要である、という効果を奏する。

【００２３】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、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。なお、研
磨ポリシャの研磨面精度は、研磨対象試料（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。

【００２４】そのため、かかる高精度に形成された研磨
面を有する研磨ポリシャを用いた本発明（請求項１〜
４）のＣＭＰ用研磨装置は、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、という
効果を奏する。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１〜４）のＣＭ
Ｐ用研磨装置は、７．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。

【００２５】また、本発明（請求項１〜４）にかかるＣ
ＭＰ用研磨装置は、研磨ポリシャがナイロンパウダー
（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、８．研磨ポリシャの熱変形温度が増加する、
９．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。

【００２６】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。本発明のＣＭＰ用研磨装置に
かかる研磨ポリシャは、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２）。

【００２７】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、９．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。

【００２８】本発明にかかるＣＭＰ用研磨装置の定盤が
不透明材料（例えば、鋳鉄、ゼオライトなど）により形
成されている場合には、前記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前記被研磨物（例
えば半導体）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（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（請求項３）。

【００２９】また、本発明にかかるＣＭＰ用研磨装置の
定盤が透明材料（例えば、溶融石英など）により形成さ
れている（研磨ポリシャ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、該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（例えば半導体）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（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（請求項４）。

【００３０】かかる構成にすることにより、本発明（請
求項３、４）にかかるＣＭＰ用研磨装置は、６．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、
定盤が透明材料により形成されている（研磨ポリシャが
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（請求
項４）、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。

【００３１】即ち、本発明（請求項３、４）にかかるＣ
ＭＰ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。図１は、本発明の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。

【００３２】図１のＣＭＰ用研磨装置は、定盤２、定盤
２の上面に直接形成された、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研磨ポリシャ１、被研
磨物（ウェハ）３のキャリア５、研磨剤４を供給する研
磨剤供給機構１７、被研磨物（ウェハ）への圧力付加機
構１０を備えている。図２は、研磨ポリシャ１の製造方
法を示す工程図である。

【００３３】先ず、エポキシ樹脂の主剤及び硬化剤を適
量採取し、これにナイロンパウダーを添加し攪拌棒７な
どを用いて充分に攪拌してから（図２（ａ））、エポキ
シ樹脂の主剤、硬化剤及びナイロンパウダーからなる樹
脂混合物６をポリシャ製作工具８に保持された定盤２上
に滴下する。なお、エポキシ樹脂にさらにグリセリンを
添加してもよい。

【００３４】次に、離形剤を塗布した平面状の合わせ皿
９をポリシャ製作工具８に取り付けて、上から樹脂混合
物６に押し当てる（図２（ｃ））。製造する研磨ポリシ
ャの厚さは、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。ここで、ポリシ
ャ製作工具８と、圧力付加機構を備えた合わせ皿９が樹
脂混合物６の硬化成形用の型に相当する。

【００３５】次に、これらを恒温槽に入れて一定温度で
加熱硬化させる（図２（ｄ））。室温まで温度を降下さ
せた後、合わせ皿９から樹脂混合物６の硬化物を剥離す
る（図２（ｅ））。そして、硬化物に研磨液が通る溝を
形成することにより（図２（ｆ））研磨ポリシャが完成
する。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。

【００３６】なお、研磨ポリシャの硬度は対象とする被
研磨物の材料に合わせて、樹脂混合物の混合比、樹脂混
合物の硬化条件等を調整することで設定することができ
る。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。

【００３７】

【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）に適用した例と、透
明な研磨ポリシャを利用して研磨の終点検出を行った例
を説明する。「実施例１」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
リン及びナイロンパウダーからなる樹脂混合物を加熱硬
化させた硬化物であるＣＭＰ用研磨ポリシャを図２に示
した製造工程に従って製作した。

【００３８】まず、ボンドクイック＃５の主剤、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６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７を用いて十分に攪拌を行った（図２（ａ））。こ
の樹脂混合物６をポリシャ製作工具８に保持された直径
φ：３００ｍｍの平板の定盤２（鋳鉄、又は溶融石英製
等）上に滴下した（図２（ｂ））。

【００３９】次に、離形剤を塗布した平面状の合わせ皿
９（鋳鉄製、定盤２と同じ直径）を製作工具８に取り付
けて、これを上方から定盤２上の樹脂混合物６に押し当
てながら位置調整をして樹脂混合物６の層厚さが３ｍｍ
になるようにした（図２（ｃ））。続いて、樹脂混合物
６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、７０°Ｃで１時間加熱することにより樹脂
混合物６を硬化させた（図２（ｄ））。そして、十分に
温度が下がった後、合わせ皿９から樹脂混合物６の硬化
物を剥離し（図２（ｅ））、この硬化物に研磨液が通る
放射状の溝を切削により形成して（図２（ｆ））研磨ポ
リシャとした。

【００４０】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。な
お、樹脂混合物６の硬化物を定盤２上に直接形成しない
で、ゴム系接着剤、シアノアクリレート系接着剤または
両面テープを用いて硬化物を定盤上に接合して研磨ポリ
シャとしてもよい。

【００４１】この場合の研磨ポリシャの面出しは、超精
密旋盤による切削加工で行い、研磨ポリシャの仕上がり
面の表面あらさを１μｍ以下にすることができる。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。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１μ
ｍ厚のＣＶＤによる酸化珪素膜（ＳｉＯ₂）を成膜し、
またフォトリソグラフィーによりパターンを形成した。

【００４２】さらに、その上に１μｍのアルミニウム層
を成膜して図５(b) の断面構造を持たせた試料を作成し
た。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。加工条件・定盤（ワーク）回転数：２５０ｒｐｍ・被研磨物キャリア（ホルダ）の揺動距離：１５ｍｍ・被研磨物キャリア（ホルダ）の揺動回数：４５往復／
分・圧力付加機構による付加荷重：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１３０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。

【００４３】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」実施例１で使用したボンドクイック＃５の
主剤、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、ナイロンパウダー（東レ製ＳＰ−５００）か
らなる樹脂混合物を加熱硬化させた硬化物であるＣＭＰ
用研磨ポリシャを図２に示した工程に準じて製作した。

【００４４】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、ナイロ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。後の工程は実施例１と同じである。但し、研磨ポリ
シャの溝は螺旋状とした。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１３０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３〜７Ａで
あった。

【００４５】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」実施例１と同じ研磨ポリシャを鋳鉄製の定
盤上に形成した。研磨ポリシャの製作においては、前記
実施例で述べたポリシャ製作方法と同様に合わせ皿法を
採用した。

【００４６】製作した研磨ポリシャを使用したＣＭＰ用
研磨装置による実施例１と同様の半導体表面研磨を光を
用いた終点検出とともに行った。連続加工の結果はニュ
ートン縞２〜４本、平面度λ（rms ）の精度が得られ、
表面粗さはＲＭＳで３〜９Ａであった。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。

【００４７】被研磨物（半導体）表面の観察系は図３に
示すような構成とした。発光部であるレーザ光源１１
と、この光源に対して研磨ポリシャを挟んで対向配置さ
れたディテクター（受光部）１２は定盤２に固定されて
おり、定盤２の回転と共に回転する構造になっている。
また、研磨モニター部１６は、ディテクター１２により
検出された光量の変化に基づいて被研磨物（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機能を
有する。

【００４８】被研磨物（半導体）表面の観察系により、
研磨中の半導体表面の研磨状態は次のようにして確認す
ることができる。観察系においてレーザ光源１１からの
レーザー光を研磨ポリシャ１の端面側から斜めに入射さ
せて透明な研磨ポリシャ（混合エポキシ樹脂層）を導波
路のように使用すると、半導体表面のアルミ層が全面で
残っている状態から研磨された状態になるに従ってディ
テクター１２に入る光量が減少し、研磨すべきアルミ層
がなくなる研磨終点では反射光の変化が急激に発生し
て、これから研磨モニター部１６は研磨状態を確認し、
また研磨終点を検知することができる。

【００４９】このように、本実施例のＣＭＰ用研磨装置
によれば、研磨中に容易にポリシャの端面側から被研磨
物（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。「実施例４」前記実施例では、定盤を不透明材料により
作製したのに対して、本実施例では定盤１３を透明な溶
融石英で作製し、その上に実施例１と同様に、エポキシ
樹脂、グリセリン、ナイロンパウダーの混合物を硬化形
成して研磨ポリシャを作製した。

【００５０】そして、この研磨ポリシャに実施例１と同
様に、研削による溝入れと研磨による面出しを行い、こ
の研磨ポリシャを使用したＣＭＰ用研磨装置による実施
例１と同様の半導体表面研磨を光を用いた終点検出とと
もに行った。連続加工の結果はニュートン縞２〜４本、
平面度λ（rms ）の精度が得られ、表面粗さはＲＭＳで
３〜９Ａであった。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。

【００５１】被研磨物（半導体）表面の観察系は図４に
示すような構成とした。発光部であるレーザ光源１１と
受光部であるディテクター１２は溶融石英製の定盤１３
の下方に配置されている。また、研磨モニター部１６
は、ディテクター１２により検出された光量の変化に基
づいて被研磨物（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機能を有する。

【００５２】被研磨物（半導体）表面の観察系により、
研磨中の被研磨物（半導体）表面の研磨状態は次のよう
にして確認することができる。レーザー光源１１からの
レーザー光を斜め下或いは下方から透明な定盤１３、研
磨ポリシャ１及び被研磨物（半導体）３の表面に向けて
導入すると、被研磨物（半導体）３表面からの反射光が
部分反射ミラー１４を通してディテクター１２に導かれ
るので、被研磨物（半導体）３表面全体の光による直接
観察または計測が可能である。

【００５３】このとき、半導体表面のアルミ層が全面で
残っている状態から研磨された状態になるに従ってディ
テクター１２に入る光量が減少し、研磨すべきアルミ層
がなくなる研磨終点では反射光の変化が急激に発生し
て、これから研磨モニター部１６は研磨状態を確認し、
また研磨終点を検知することができる。なお、研磨すべ
きアルミ層が無くなった状態では、反射光が急に少なく
なると共に、反射光が振動するように変動し始めた。こ
のことからも研磨モニター部１６は研磨終点を検知する
ことができる。

【００５４】このように、本実施例の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（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。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
〜４）のＣＭＰ用研磨装置によれば、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、７．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）、８．研磨ポリシャの熱変形温度が増加
する、９．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、という効果の一部また
は全てを奏する。

【００５６】本発明（請求項１〜４）のＣＭＰ用研磨装
置によれば、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。

【００５７】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。また、本発明（請求項３、４）のＣ
ＭＰ用研磨装置によれば、研磨中の被研磨物（例えば半
導体）表面の状態確認や研磨終点の検知を行うにあた
り、従来の間接情報（音、熱など）を用いる方法に比べ
て精度の高い確認や検知が可能な光学的観察法にかかる
系をより容易に採用することが可能となった利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明の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】は研磨ポリシャの製造方法を示す工程図であ
る。

【図３】は実施例３に於ける光学的測定の手法の一例を
説明する側面図である。

【図４】は実施例４に於ける光学的測定の手法の一例を
示す側面図である。

【図５】は本発明にかかるＣＭＰ研磨装置の研磨対象物
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６】は従来の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】

１・・・研磨ポリシャ（例えばナイロンエポキシポリシ
ャ）２・・・定盤３・・・ウェハ（被研磨物の一例）４・・・研磨剤５・・・ウェハホルダー兼キャリア（被研磨物のホルダ
ー兼キャリア）６・・・樹脂混合物（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）７・・・攪拌棒８・・・ポリシャ製作工具９・・・合わせ皿１０・・・圧力付加機構１１・・・レーザー光源（発光部）１２・・・ディテクター部（受光部）１３・・・溶融石英で出来た定盤１４・・・部分反射ミラー１５・・・研磨布１６・・・研磨モニター部１７・・・研磨剤供給機構１８・・・定盤以上

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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とを備えたＣ
ＭＰ用研磨装置において、前記研磨ポリシャは、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、かつ、該研磨ポリシ
ャは前記定盤上に、直接形成されているか、或いは接合
材により接合されていることを特徴とするＣＭＰ用研磨
装置。
【請求項２】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とを備えたＣ
ＭＰ用研磨装置において、前記研磨ポリシャがナイロンパウダー及びグリセリンを
添加したエポキシ樹脂の硬化物により形成され、かつ、
該研磨ポリシャは前記定盤上に、直接形成されている
か、或いは接合材により接合されていることを特徴とす
るＣＭＰ用研磨装置。
【請求項３】前記定盤は不透明材料により形成され、
前記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
を特徴とする請求項１または２記載のＣＭＰ用研磨装
置。
【請求項４】前記定盤は透明材料により形成され、該
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
ていることを特徴とする請求項１または２記載のＣＭＰ
用研磨装置。