特開 2024-129678 研磨装置、研磨方法、および、半導体装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129678

(43)【公開日】2024-09-27

(54)【発明の名称】研磨装置、研磨方法、および、半導体装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20240919BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622E

H01L21/304 621D

H01L21/304 622B

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039030

(22)【出願日】2023-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】318010018

【氏名又は名称】キオクシア株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100213654

【弁理士】

【氏名又は名称】成瀬 晃樹

(72)【発明者】

【氏名】荒川 岳

【テーマコード（参考）】

5F057

【Ｆターム（参考）】

5F057AA03

5F057BA21

5F057BC02

5F057CA12

5F057DA03

5F057EA01

5F057EA07

5F057EA09

5F057EA10

5F057EA12

5F057FA42

5F057GA07

5F057GB25

(57)【要約】

【課題】より平坦に研磨を行うことができる研磨装置、研磨方法、および、半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態による半導体装置は、ヘッドと、研磨テーブルと、回転テーブルと、粒子供給部と、チャンバと、を備える。ヘッドは、研磨対象物を保持する。研磨テーブルは、研磨対象物の被研磨面を研磨する。回転テーブルは、被研磨面と接触可能である。粒子供給部は、回転テーブルと接触した被研磨面の少なくとも一部に粒子を固着させることが可能なように、粒子を含む粒子含有液を回転テーブル上に供給する。１つのチャンバは、研磨テーブルおよび回転テーブルを収容する。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨対象物を保持するヘッドと、
前記研磨対象物の被研磨面を研磨する研磨テーブルと、
前記被研磨面と接触可能な回転テーブルと、
前記回転テーブルと接触した前記被研磨面の少なくとも一部に粒子を固着させることが可能なように、前記粒子を含む粒子含有液を前記回転テーブル上に供給する粒子供給部と、
前記研磨テーブルおよび前記回転テーブルを収容する１つのチャンバと、
を備える、研磨装置。

【請求項2】

前記被研磨面の少なくとも一部は、前記被研磨面の段差部または凹部を含む、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項3】

前記粒子供給部は、前記回転テーブルを貫通して、前記被研磨面と接触する前記回転テーブルの接触面で開口するように設けられ、前記粒子含有液を前記回転テーブル上に供給する供給管を有する、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項4】

前記粒子供給部は、前記回転テーブルの上方から前記粒子含有液を滴下することにより、前記粒子含有液を前記回転テーブル上に供給する滴下部を有する、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項5】

前記粒子供給部は、前記粒子を凝集させる凝集剤、および、前記粒子を分散させる分散剤の少なくとも一方をさらに含む前記粒子含有液を供給する、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項6】

前記粒子供給部は、粒径が異なる複数の前記粒子を含む前記粒子含有液を供給する、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項7】

前記粒子は、シリカ、セリア、ポリウレタン、および、ポリエチレンの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項8】

前記回転テーブルは、前記回転テーブルの温度を調整する温調部を有する、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項9】

前記回転テーブル上にガスを供給するガス供給部をさらに備える、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項10】

前記ヘッドの回転中の駆動電流、または、前記回転テーブルの回転中の駆動電流を検出する第１駆動電流検出部と、
検出された前記駆動電流の変化に基づいて、前記粒子供給部を制御する第１制御部と、
をさらに備える、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項11】

前記ヘッドの回転中の駆動電流、または、前記研磨テーブルおよび前記回転テーブルの回転中の駆動電流を検出する第２駆動電流検出部と、
検出された前記駆動電流の変化に基づいて、前記研磨テーブルによる前記研磨対象物の処理と、前記回転テーブルによる前記研磨対象物の処理と、の切り替えタイミングを制御する第２制御部をさらに備える、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項12】

前記回転テーブルは、前記被研磨面との接触面に設けられるパッドを有する、請求項１に記載の研磨装置。

【請求項13】

粒子を含む粒子含有液を回転テーブル上に供給し、
研磨対象物の被研磨面の少なくとも一部に前記粒子を固着させるように、前記被研磨面を前記回転テーブルに接触させ、
少なくとも一部に前記粒子が固着された前記被研磨面を研磨する、
ことを具備する、研磨方法。

【請求項14】

前記被研磨面を前記回転テーブルに接触させた後に、少なくとも一部に前記粒子が固着された前記被研磨面を研磨する、ことを繰り返す、ことをさらに具備する、請求項１３に記載の研磨方法。

【請求項15】

膜が形成された半導体基板を準備し、
請求項１３に記載の研磨方法により、前記半導体基板上の前記膜を研磨する、
ことを具備する、半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本実施形態は、研磨装置、研磨方法、および、半導体装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程において、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等による研磨が行われる場合がある。しかし、半導体装置における配線等のパターンによっては、平坦化が難しい場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－１９８３５０号公報

【特許文献2】特開２００４－３３５７４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

より平坦に研磨を行うことができる研磨装置、研磨方法、および、半導体装置の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本実施形態による半導体装置は、ヘッドと、研磨テーブルと、回転テーブルと、粒子供給部と、チャンバと、を備える。ヘッドは、研磨対象物を保持する。研磨テーブルは、研磨対象物の被研磨面を研磨する。回転テーブルは、被研磨面と接触可能である。粒子供給部は、回転テーブルと接触した被研磨面の少なくとも一部に粒子を固着させることが可能なように、粒子を含む粒子含有液を回転テーブル上に供給する。１つのチャンバは、研磨テーブルおよび回転テーブルを収容する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】第１実施形態による研磨装置の構成の一例を示す平面図である。

【図2】第１実施形態による搬送部、研磨テーブル、および、堆積テーブルの構成の一例を示す斜視図である。

【図3】第１実施形態による研磨ヘッドおよび堆積テーブルの構成の一例を示す斜視図である。

【図4】第１実施形態による研磨ヘッドの構成の一例を示す断面図である。

【図5】第１実施形態による堆積テーブルの構成の一例を示す図である。

【図6】第１実施形態による堆積テーブルの構成の一例を示す断面図である。

【図7】第1実施形態によるウェハの被研磨面における粒子の状態の一例を示す断面図である。

【図8】第１実施形態による堆積テーブルの構成の一例を示す断面図である。

【図9】第１実施形態による温調部の構成の一例を示す断面図である。

【図10】第１実施形態による堆積パッドの構成の一例を示す断面図である。

【図11】第１実施形態による半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。

【図12】比較例による半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。

【図13】第２実施形態による温調部の構成の一例を示す断面図である。

【図14】第２実施形態による堆積テーブルの構成の一例を示す平面図である。

【図15】第３実施形態による堆積テーブルの構成の一例を示す断面図である。

【図16】第３実施形態による温調部の構成の一例を示す断面図である。

【図17】第４実施形態による温調部の構成の一例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0008】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態による研磨装置１の構成の一例を示す平面図である。尚、図１に示す破線の円は、搬送および処理されるウェハ（研磨対象物）Ｗの位置を示す。

【0009】

尚、図１は、ウェハＷの表面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、ウェハＷの表面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、－Ｚ方向を下方向として取り扱う。－Ｚ方向は、重力方向と一致していても一致していなくてもよい。

【0010】

研磨装置１は、例えば、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）装置を含む。研磨装置１は、チャンバ１０と、搬送部２０と、研磨テーブル３０と、スラリー供給部４０と、堆積テーブル（回転テーブル）５０と、粒子供給部６０と、ガス供給部７０と、ドレッサー８０と、制御部９０と、を備える。

【0011】

チャンバ１０は、搬送部２０、研磨テーブル３０、スラリー供給部４０、堆積テーブル５０、粒子供給部６０、ガス供給部７０、および、ドレッサー８０を収容する。尚、図１に示す例では、制御部９０は、チャンバ１０の外部に設けられている。しかし、制御部９０は、チャンバ１０内に設けられていてもよい。

【0012】

また、ウェハＷは、チャンバ１０内に搬入されて研磨装置１による処理が行われる。処理されたウェハＷは、次の工程の処理または洗浄等のため、チャンバ１０外へ搬出される。

【0013】

搬送部２０は、ウェハＷを搬送する。また、搬送部２０は、研磨テーブル３０と堆積テーブル５０との間で、ウェハＷを移動させる。

【0014】

研磨テーブル３０は、ウェハＷの被研磨面Ｓ（図７を参照）を研磨する。研磨テーブル３０によるウェハＷの処理は、以下では、研磨処理と呼ばれる。

【0015】

スラリー供給部４０は、研磨テーブル３０上にスラリー（研磨剤）を供給する。スラリーは、例えば、研磨対象物を改質する化学成分等を含む薬液、研磨対象物を機械的に研磨するための砥粒、および／または、粘度調整剤（ポリマー）等を含む。スラリー供給部４０は、例えば、ノズルである。

【0016】

堆積テーブル５０は、回転可能な回転テーブルである。堆積テーブル５０は、研磨テーブル３０と隣接して配置される。堆積テーブル５０は、ウェハＷの被研磨面Ｓと接触可能である。堆積テーブル５０は、ウェハＷの被研磨面Ｓに粒子Ｐを固着（堆積）させる。堆積テーブル５０によるウェハＷの処理は、以下では、堆積処理と呼ばれる。

【0017】

粒子供給部６０は、後述するように、堆積テーブル５０上に粒子含有液Ｌを供給する。粒子含有液Ｌは、粒子Ｐを含み、ウェハＷの被研磨面Ｓの少なくとも一部に粒子Ｐを固着（堆積）させるための液体である。より詳細には、被研磨面Ｓの少なくとも一部は、被研磨面Ｓに段差部または凹部等を含む。これにより、研磨テーブル３０による研磨時に、被研磨面Ｓの段差部または凹部を保護することができる。この結果、段差部または凹部は、被研磨面Ｓの凸部よりも研磨されづらくなり、より平坦に研磨を行うことができる。尚、図１に示す例では、粒子供給部６０として、滴下部６１（図５を参照）が示されている。

【0018】

ガス供給部７０は、堆積テーブル５０上にガスを供給する。

【0019】

ドレッサー８０は、２つのドレッサー８１、８２を有する。ドレッサー８１、８２のそれぞれは、研磨テーブル３０および堆積テーブル５０のパッド（研磨パッド３２および堆積パッド５２）のドレッシング（コンディショニング）を行う。

【0020】

制御部９０は、粒子供給部６０を制御する。より詳細には、制御部９０は、駆動電流検出部２１１（図２を参照）が検出する駆動電流の変化に基づいて、粒子供給部６０を制御する。これにより、堆積処理中に、粒子含有液Ｌの粘度を調整することができる。

【0021】

図２は、第１実施形態による搬送部２０、研磨テーブル３０、および、堆積テーブル５０の構成の一例を示す斜視図である。

【0022】

搬送部２０は、研磨ヘッド２１と、旋回アーム２２と、旋回軸２３と、を有する。

【0023】

研磨ヘッド（保持部）２１は、ウェハＷを保持する。研磨ヘッド２１は、回転可能に設けられる。研磨ヘッド２１は、ウェハＷを被研磨面Ｓの裏面で吸着することができる。研磨ヘッド２１は、ウェハＷを研磨テーブル３０および堆積テーブル５０に押圧することができる。

【0024】

また、研磨ヘッド２１は、駆動電流検出部２１１を有する。駆動電流検出部２１１は、例えば、研磨ヘッド２１の回転駆動機構（モータ、図示せず）に流れる駆動電流を検出する。駆動電流検出部２１１は、検出した駆動電流を制御部９０に送信する。駆動電流の検出結果は、制御部９０により、回転駆動機構の負荷（トルク）の算出に用いられる。

【0025】

旋回アーム２２は、研磨ヘッド２１と連結されている。

【0026】

旋回軸２３は、一転鎖線で示す軸を中心として、旋回アーム２２を旋回させる。これにより、ウェハＷを搬送させることができる。

【0027】

研磨テーブル３０は、回転定盤３１と、研磨パッド３２と、を有する。

【0028】

回転定盤３１は、回転可能に設けられる。回転定盤３１は、例えば、ロータリー方式で回転する。回転定盤３１は、プラテンと称することもある。

【0029】

研磨パッド３２は、回転定盤３１上に設けられる。研磨パッド３２は、研磨処理時に、ウェハＷの被研磨面Ｓとの接触面に設けられる。

【0030】

堆積テーブル５０は、回転定盤５１と、堆積パッド５２と、を有する。

【0031】

回転定盤５１は、回転可能に設けられる。回転定盤５１は、例えば、研磨テーブル３０の回転定盤３１と比較して小径のテーブルである。回転定盤５１は、例えば、オービタル方式で回転する。すなわち、回転定盤５１は、小円運動する。

【0032】

堆積パッド５２は、回転定盤５１上に設けられる。堆積パッド５２は、堆積処理時に、ウェハＷの被研磨面Ｓとの接触面に設けられる。また、堆積パッド５２を設けることにより、粒子含有液Ｌが堆積テーブル５０から飛ばされることを抑制することができる。これにより、粒子含有液Ｌが堆積テーブル５０上で保持されやすくすることができる。

【0033】

また、堆積パッド５２は、回転定盤５１と比較して、高い弾性率を有する。堆積パッド５２は、比較的高い弾性率を有することが好ましい。これにより、被研磨面Ｓの段差部または凹部に粒子Ｐを固着させやすくすることができる。堆積パッド５２は、例えば、ポリウレタンを含む。

【0034】

制御部９０は、駆動電流検出部２１１が検出した駆動電流を受信する。制御部９０は、回転中の研磨ヘッド２１の駆動電流に基づいて、粒子供給部６０を制御する。研磨ヘッド２１の駆動電流は、粒子含有液Ｌの粘度に応じて変化する可能性がある。従って、粒子含有液Ｌの粘度の判断に、研磨ヘッド２１の駆動電流が用いられてもよい。これにより、堆積処理中に、粒子含有液Ｌの粘度が所望の粘度になるように調整することができる。

【0035】

次に、研磨ヘッド２１の構成について説明する。

【0036】

図３は、第１実施形態による研磨ヘッド２１および堆積テーブル５０の構成の一例を示す斜視図である。

【0037】

粒子Ｐを被研磨面に固着させる際、研磨ヘッド２１は自転し、堆積テーブル５０は、例えば、オービタル方式で回転する。

【0038】

図４は、第１実施形態による研磨ヘッド２１の構成の一例を示す断面図である。図４の上段は、堆積処理時における研磨ヘッド２１を示す。また、図４の下段は、旋回アーム２２の旋回時、すなわち、ウェハＷの搬送時における研磨ヘッド２１を示す。

【0039】

堆積処理時において、研磨ヘッド２１は、堆積テーブル５０に向けて、ウェハＷを加圧する。尚、研磨ヘッド２１は、研磨処理時においても、研磨テーブル３０に向けて、ウェハＷを加圧する

【0040】

旋回アーム２２の旋回時において、研磨ヘッド２１は、ウェハＷを裏面で吸着する。

【0041】

次に、堆積テーブル５０およびその周辺の構成について説明する。

【0042】

図５は、第１実施形態による堆積テーブル５０の構成の一例を示す図である。尚、図５に示す破線の円は、搬送および処理されるウェハＷの位置、または、研磨ヘッド２１の位置を示す。

【0043】

粒子供給部６０は、滴下部６１を有する。滴下部６１は、堆積テーブル５０の上方から粒子含有液Ｌを滴下することにより、粒子含有液Ｌを堆積テーブル５０上に供給する。滴下部６１は、例えば、ノズルを有する。粒子含有液Ｌは、少なくとも粒子を含む砥液を有する。砥液は、例えば、粒子に加えて水等の溶媒を含んでもよい。粒子含有液Ｌは、さらに、水、温水、および、薬液の少なくともいずれかを含んでもよい。

【0044】

また、滴下部６１は、ミキサー６１１を有する。ミキサー６１１は、例えば、水、温水、砥液、および、薬液（図示せず）を混合する。

【0045】

温水は、水よりも高い温度を有する。水および温水との混合により、粒子含有液Ｌの温度が調整される。粒子含有液Ｌの温度を調整することにより、粒子含有液Ｌ中の溶媒（例えば、水）の蒸発を促進することができ、粒子含有液Ｌにおける粒子Ｐの濃度を向上させることができる。この結果、粒子ＰをウェハＷの被研磨面Ｓに固着させやすくすることができる。

【0046】

図５に示す例では、３種類の砥液Ａ、Ｂ、Ｃが供給される。尚、砥液の種類は、３種類に限られない。例えば、砥液Ａ、Ｂ、Ｃのうち、少なくとも１つの砥液が供給されればよく、２以上の砥液が供給されてもよい。砥液Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、例えば、シリカ、セリア、および、樹脂の少なくとも１つの粒子Ｐを含む。樹脂は、例えば、ポリウレタンまたはポリエチレン等である。砥液Ａ、Ｂ、Ｃに含まれる粒子Ｐは、それぞれ異なっていてよい。尚、砥液に含まれる粒子Ｐの種類は、これらに限られない。砥液に含まれる粒子Ｐは、異なる粒径を有することが好ましい。

【0047】

尚、粒子含有液Ｌの詳細については、図７を参照して、後で説明する。

【0048】

ガス供給部７０は、堆積テーブル５０上にガスを供給する。ガス供給部７０は、例えば、ＣＤＡ（Clean Dry Air）を噴射する。尚、ガス供給部７０は、Ｎ_２等の不活性ガスを供給してもよい。ガスを供給することにより、粒子含有液Ｌ中の溶媒（例えば、水）の蒸発を促進することができ、粒子含有液Ｌにおける粒子Ｐの濃度を向上させることができる。この結果、粒子ＰをウェハＷの被研磨面Ｓに固着させやすくすることができる。

【0049】

また、ガス供給部７０は、室温よりも高いガス（温風）を供給することが好ましい。これにより、粒子含有液Ｌ中の溶媒（例えば、水）の蒸発をさらに促進し、粒子含有液Ｌにおける粒子Ｐの濃度をさらに向上させることができる。

【0050】

図６は、第１実施形態による堆積テーブル５０の構成の一例を示す断面図である。

【0051】

粒子供給部６０は、例えば、複数の供給管６２を有する。供給管６２は、回転定盤５１（堆積テーブル５０）を貫通して、ウェハＷの被研磨面Ｓと接触する堆積テーブル５０の接触面で開口するように設けられる。水、温水、砥液Ａ、Ｂ、Ｃ、および、薬液（図示せず）は、供給管６２を通過して、堆積テーブル５０上に供給される。

【0052】

なお、粒子供給部６０は、図５に示す例または図６に示す例のいずれか一方の構成を備えてもよいし、図５に示す例または図６に示す例の両方の構成を備えていてもよい。

【0053】

図７は、第1実施形態によるウェハＷの被研磨面Ｓにおける粒子Ｐの状態の一例を示す断面図である。粒子Ｐは、粒子含有液Ｌに含まれる。

【0054】

ウェハＷは、半導体基板１１０と、配線１２０と、膜１３０と、を有する。

【0055】

半導体基板１１０は、例えば、シリコン基板である。

【0056】

配線１２０は、半導体基板１１０上に設けられる。配線１２０は、例えば、導電性金属を含む。

【0057】

膜１３０は、半導体基板１１０および配線１２０上に設けられる。膜１３０は、例えば、絶縁膜である。膜１３０の上面は、ウェハＷの被研磨面Ｓに対応し、配線１２０のパターンに応じた凹凸形状を有する。

【0058】

図７に示す例では、異なる粒径（大きさ）を有する複数の粒子Ｐが凝集した凝集体Ｐａが示されている。互いに略同じ大きさを有する２つの凝集体Ｐａは、被研磨面Ｓで固着（吸着）されている。凝集体Ｐａは、比較的広い凹部内で吸着されている。この場合、研磨処理時に凹部を埋めて保護することができる。そのため、実施形態の粒子含有液Ｌは砥液を含むので、効果的に研磨処理を行うことができる。

【0059】

一方、凝集体Ｐａは、比較的狭い凹部内には入ることができない場合がある。この場合、比較的狭い凹部にはボイドが残存してしまい、研磨処理時に凹部を保護することができない。すなわち、凝集体Ｐａの凝集状態によって、被研磨面Ｓへの凝集体Ｐａ（粒子Ｐ）の固着状態が変化する可能性がある。

【0060】

そこで、粒子含有液Ｌに、薬液としての凝集剤および分散剤の少なくとも一方をさらに追加することが考えられる。凝集剤は、粒子Ｐを凝集させる。分散剤は、粒子Ｐを分散させる。これにより、凝集体Ｐａの大きさを調整することができる。この結果、被研磨面Ｓの表面状態に応じて、段差部または凹部への凝集体Ｐａ（粒子Ｐ）の固着のしやすさを調整することができる。凝集剤は、例えば、ポリマーを含む。分散剤は、例えば、界面活性剤を含む。また、段差部または凹部への固着のしやすさから、粒子Ｐは、複数の粒径を有することが好ましい。

【0061】

実施形態における粒子含有液Ｌの構成は、例えば、粒子の凝集性、被研磨面Ｓの表面状態、および／または、被研磨面Ｓと形成される凝集物との密着性等に基づいて、事前に決定してもよい。

【0062】

図８は、第１実施形態による堆積テーブル５０の構成の一例を示す断面図である。

【0063】

回転定盤５１は、粒子含有液Ｌの温度を調整できるように、比較的高い熱伝導性を有する材料を含むことが好ましい。回転定盤５１は、例えば、ＳｉＣを含む。

【0064】

堆積テーブル５０は、温調部５３と、金属プレート５４と、断熱部５５と、をさらに有する。

【0065】

温調部５３は、堆積テーブル５０（粒子含有液Ｌ）の温度を調整する。温調部５３は、例えば、赤外線ヒーターとして機能する。温調部５３は、堆積テーブル５０の内部に設けられる。温調部５３は、堆積テーブル５０の温度を、例えば、２５℃～８０℃に調整する。より好ましくは、６５℃～７５℃に調整する。堆積テーブル５０を温調することにより、粒子含有液Ｌを温調することができる。これにより、粒子含有液Ｌ中の溶媒（例えば、水）の蒸発を促進することができ、粒子含有液Ｌにおける粒子Ｐの濃度を向上させることができる。この結果、粒子ＰをウェハＷの被研磨面Ｓに固着させやすくすることができる。

【0066】

金属プレート５４は、温調部５３と対向する、回転定盤５１の面に設けられる。金属プレート５４が温調部５３で放射される赤外線を吸収することにより、堆積テーブル５０の温調を行うことができる。金属プレート５４は、例えば、ＣｕまたはＡｌを含む。

【0067】

断熱部５５は、供給管６２を覆うように設けられる。断熱部５５および供給管６２は、例えば、２重配管構造を有する。断熱部５５には、断熱材が用いられる。

【0068】

図９は、第１実施形態による温調部５３の構成の一例を示す断面図である。

【0069】

温調部５３は、ヒータープレート５３１と、発熱体５３２と、を有する。

【0070】

ヒータープレート５３１は、ヒーター基板である。図９に示す例では、ヒータープレート５３１の内部に、発熱体５３２が設けられる。ヒータープレート５３１は、比較的高い絶縁性および比較的高い熱伝導性を有する。ヒータープレート５３１は、例えば、ＡｌＮを含むセラミックプレートである。

【0071】

発熱体５３２は、２つの端子Ｔ１、Ｔ２と電気的に接続される。発熱体５３２は、２つの端子Ｔ１、Ｔ２から電力が供給されて発熱する。発熱体５３２は、例えば、Ｎｉ－Ｃｒ系発熱体である。

【0072】

図１０は、第１実施形態による堆積パッド５２の構成の一例を示す断面図である。

【0073】

堆積パッド５２は、フィラー５２１と、ポア（空孔）５２２と、を有する。

【0074】

フィラー５２１は、比較的高い熱伝導性を有する。これにより、堆積パッド５２の熱伝導性を向上させることができ、粒子含有液Ｌの温調をより適切に行うことができる。フィラー５２１は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３またはＡｌＮを有する。尚、フィラー５２１の材料は、これらに限られない。

【0075】

ポア５２２は、堆積パッド５２内に複数形成されている。ポア５２２の形状は、例えば、略球形である。

【0076】

次に、研磨装置１を用いた研磨方法について説明する。実施形態の研磨方法は、堆積処理と、研磨処理を含む。

【0077】

まず、温調部５３は堆積テーブル５０の昇温を開始し、粒子供給部６０は粒子含有液Ｌを堆積テーブル５０上に連続吐出により供給する。尚、粒子供給部６０は、温水を供給することより、粒子含有液Ｌを昇温することができる。

【0078】

次に、堆積テーブル５０は回転し、ガス供給部７０はＣＤＡを堆積テーブル５０上に供給する。また、粒子供給部６０は、粒子含有液Ｌを、連続吐出から間欠吐出に切り替えて供給する。

【0079】

次に、粒子供給部６０は粒子含有液Ｌの供給を停止し、堆積テーブル５０は回転を停止する。

【0080】

次に、搬送部２０は、ウェハＷを堆積テーブル５０上に搬送し、堆積テーブル５０に向けてウェハＷを加圧する。また、堆積テーブル５０は、回転する。これにより、堆積処理が行われる。

【0081】

次に、制御部９０は、堆積処理中に必要に応じて、粒子供給部６０に粒子含有液Ｌを供給させる。また、ガス供給部７０は、堆積テーブル５０の外周部にＣＤＡを供給する。

【0082】

制御部９０は、堆積処理中に、回転中の研磨ヘッド２１の駆動電流を受信し続ける。例えば、堆積処理中に粒子含有液Ｌの粘度が高くなると、駆動電流が増大する可能性がある。制御部９０は、堆積処理中において、回転中の研磨ヘッド２１の駆動電流の変化に基づいて、粒子供給部６０を制御する。より詳細には、制御部９０は、堆積処理中において、回転中の研磨ヘッド２１の駆動電流が第１所定値以上になった場合、粒子供給部６０に粒子含有液Ｌを供給させる。これにより、堆積処理中に、粒子含有液Ｌの粘度が所望の粘度になるように調整することができる。

【0083】

堆積処理の終了時、粒子供給部６０およびガス供給部７０は粒子含有液ＬおよびＣＤＡの供給を停止し、堆積テーブル５０は回転を停止する。

【0084】

次に、研磨ヘッド２１はウェハＷを吸着し、搬送部２０はウェハＷを研磨テーブル３０に搬送する。

【0085】

次に、ドレッサー８２は、必要に応じて、堆積パッド５２のドレッシングを行う。

【0086】

次に、研磨テーブル３０は、粒子Ｐが固着されたウェハＷの被研磨面Ｓを研磨する。すなわち、研磨処理が行われる。

【0087】

上記の堆積処理および研磨処理は、繰り返し行われる。堆積処理と研磨処理との切り替えタイミングは、例えば、予め設定される。

【0088】

次に、研磨装置１を用いた、半導体装置の製造方法について説明する。

【0089】

図１１は、第１実施形態による半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。図１１の上段は、研磨装置１による研磨前のウェハＷの断面図を示す。図１１の下段は、研磨装置１による研磨後のウェハＷの断面図を示す。

【0090】

まず、図１１の上段に示すように、膜１３０が形成された半導体基板１１０を準備する。例えば、半導体基板１１０上に所定のパターンの配線１２０を形成し、半導体基板１１０および配線１２０上に膜１３０を形成する。

【0091】

図１１の上段に示すように、ウェハＷには、低被覆率領域、高被覆率領域、および、幅広スペース領域が存在する。低被覆率領域は、配線１２０による被覆率が比較低い領域である。高被覆率領域は、配線１２０による被覆率が比較高い領域である。幅広スペース領域は、例えば、配線１２０が設けられない領域である。配線１２０のパターンによって、被研磨面Ｓに対応する膜１３０の上面には凹凸が存在する。

【0092】

次に、図１１の下段に示すように、堆積処理を用いた実施形態の研磨方法により、膜１３０を研磨する。堆積処理を用いることにより、研磨前における被研磨面Ｓの表面状態によらず、被研磨面Ｓをより平坦に研磨することができる。この後、後続のプロセスを経て半導体装置が製造される。半導体装置は、例えば、３次元ＮＡＮＤ型フラッシュメモリ等があげられるが、特に限定されない。

【0093】

以上のように、第１実施形態によれば、粒子供給部６０は、堆積テーブル５０と接触した被研磨面Ｓの少なくとも一部に粒子Ｐを固着させることが可能なように、粒子Ｐを含む粒子含有液Ｌを堆積テーブル５０上に供給する。これにより、より平坦に研磨を行うことができる。

【0094】

また、研磨テーブル３０および堆積テーブル５０は、１つのチャンバ１０に収容される。研磨テーブル３０および堆積テーブル５０は、互いに隣接して配置される。これにより、堆積テーブル５０から研磨テーブル３０へのウェハＷの搬送中に、被研磨面Ｓに固着した粒子Ｐが剥がれてしまうことを抑制することができる。

【0095】

尚、堆積テーブル５０の回転は、オービタル方式に限られず、ロータリー方式であってもよい。

【0096】

また、温水の供給に代えて、予め４０℃程度に昇温された砥液Ａ、Ｂ、Ｃが供給されてもよい。

【0097】

また、堆積パッド５２が設けられなくてもよい。この場合、回転定盤５１は、ウェハＷの被研磨面と直接接触する。

【0098】

また、制御部９０は、研磨ヘッド２１の駆動電流に限られず、堆積テーブル５０の駆動電流の変化に基づいて、粒子供給部６０を制御してもよい。この場合、駆動電流検出部２１１は、堆積テーブル５０の回転駆動機構に流れる駆動電流を検出する。

【0099】

また、制御部９０が設けられなくてもよい。この場合、堆積処理中における粒子供給部６０による粒子含有液Ｌの供給は、予め設定される。

【0100】

（比較例）
図１２は、比較例による半導体装置の製造方法の一例を示す断面図である。比較例は、堆積テーブル５０による堆積処理が行われない点で、第１実施形態とは異なっている。

【0101】

図１２の下段に示すように、配線１２０のパターンの粗密差によって研磨速度が生じ、被研磨面Ｓに大きな段差が存在する。研磨後の被研磨面Ｓには、楕円で示されるように、斜面が存在する。また、研磨後の被研磨面Ｓには、配線１２０の被覆率差によって、隣接領域に段差が残存している。

【0102】

これに対して、第１実施形態では、堆積処理が行われる。これにより、粒子Ｐは、ウェハＷの被研磨面Ｓの凹部に固着され、研磨処理時に凹部を保護する。この結果、図１１に示すように、配線１２０のパターンによらず、より平坦に研磨を行うことができる。

【0103】

また、高段差が存在する膜１３０を平坦化する場合、段差のうち低い部分も研磨されてしまい、平坦化することが難しい可能性がある。

【0104】

これに対して、第１実施形態では、粒子Ｐは、被研磨面Ｓの段差部に固着され、研磨処理時に段差部を保護する。これにより、高段差が存在する被研磨面Ｓも、より平坦に研磨を行うことができる。

【0105】

（第２実施形態）
図１３は、第２実施形態による温調部５３の構成の一例を示す断面図である。第２実施形態は、第１実施形態と比較して、温調部５３の構成が異なっている。

【0106】

温調部５３は、循環路５３４をさらに有する。循環路５３４は、ヒータープレート５３１の内部に設けられ、循環水を通過させる。循環水は、冷却水または温水である。冷却水により、堆積テーブル５０の温度を下げることができる。温水により、堆積テーブル５０の温度を上げることができる。これにより、堆積テーブル５０の温度の調整をより適切に行うことができる。

【0107】

図１４は、第２実施形態による堆積テーブル５０の構成の一例を示す平面図である。

【0108】

図１４に示す例では、循環路５３４は、Ｚ方向から見て、渦巻き状に設けられる。これにより、堆積テーブル５０の全体にわたって略均一に温調することができる。

【0109】

第２実施形態のように、温調部５３の構成が変更されてもよい。第２実施形態による研磨装置１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0110】

（第３実施形態）
図１５は、第３実施形態による堆積テーブル５０の構成の一例を示す断面図である。第３実施形態は、第１実施形態と比較して、堆積テーブル５０の構成が異なっている。

【0111】

温調部５３は、回転定盤５１の一部として、回転定盤５１に埋め込まれる。温調部５３の上面は、回転定盤５１の上面（堆積テーブル５０の上面）で露出する。この場合、温調部５３は、回転定盤５１とともに回転する。また、供給管６２および断熱部５５は、温調部５３内を通過するように設けられる。

【0112】

温調部５３が回転定盤５１の上面において回転定盤５１から露出されることにより、ウェハＷおよび粒子含有液Ｌに熱が伝わりやすくすることができる。この結果、温調をより適切に行うことができる。また、ヒータープレート５３１の材料の熱伝導率が回転定盤５１の材料の熱伝導率よりも高い場合、温調をさらに適切に行うことができる。ヒータープレート５３１の材料は、例えば、ＡｌＮである。ＡｌＮの熱伝導率は、例えば、１７０Ｗ／（ｍ・℃）である。回転定盤５１の材料は、例えば、ＳｉＣである。ＳｉＣの熱伝導率は、例えば、１００Ｗ／（ｍ・℃）である。

【0113】

図１６は、第３実施形態による温調部５３の構成の一例を示す断面図である。

【0114】

温調部５３は、金属プレート５３３をさらに有する。金属プレート５３３は、発熱体５３２の上方に設けられる。また、金属プレート５３３は、ヒータープレート５３１の内部において、ヒータープレート５３１の上面と、発熱体５３２と、の間に設けられる。これにより、発熱体５３２で発生した熱を、ヒータープレート５３１の上面、すなわち、堆積テーブル５０の上面に伝えやすくすることができる。金属プレート５３３は、例えば、ＣｕまたはＡｌを含む。

【0115】

第３実施形態のように、堆積テーブル５０の構成が変更されてもよい。第３実施形態による研磨装置１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0116】

（第４実施形態）
図１７は、第４実施形態による温調部５３の構成の一例を示す断面図である。第４実施形態は、温調部５３が循環路５３４をさらに有する点で、第３実施形態とは異なっている。従って、第４実施形態は、第２実施形態および第３実施形態の組み合わせである。

【0117】

第４実施形態のように、温調部５３の構成が変更されてもよい。第４実施形態による研磨装置１は、第２実施形態および第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0118】

（第５実施形態）
第５実施形態では、研磨ヘッド２１の駆動電流が堆積処理と研磨処理との切り替えタイミングの制御に用いられる点で、第１実施形態とは異なっている。

【0119】

制御部９０は、回転中の研磨ヘッド２１の駆動電流の変化に基づいて、堆積処理と研磨処理との切り替えタイミングを制御する。研磨ヘッド２１の駆動電流は、ウェハＷの被研磨面Ｓにおける粒子Ｐの固着の状況に応じて変化する可能性がある。例えば、堆積処理中に粒子Ｐが被研磨面Ｓの段差部または凹部に完全に埋まりきると、駆動電流が増大する可能性がある。一方、研磨処理中に粒子Ｐが被研磨面Ｓの段差部または凹部から剥がれると、駆動電流が減少する可能性がある。従って、堆積処理と研磨処理との切り替えタイミングの判断に、研磨ヘッド２１の駆動電流が用いられてもよい。

【0120】

制御部９０は、堆積処理中において、回転中の研磨ヘッド２１の駆動電流が第２所定値以上になった場合、堆積処理を終了し、ウェハＷを堆積テーブル５０から研磨テーブル３０に搬送させる。すなわち、粒子Ｐの固着が十分に行われたと判断された場合、堆積処理が終了する。

【0121】

制御部９０は、研磨処理中において、回転中の研磨ヘッド２１の駆動電流が第３所定値以下になった場合、研磨処理を終了し、ウェハＷを研磨テーブル３０から堆積テーブル５０に搬送させる。すなわち、固着された粒子Ｐが剥がれてきたと判断された場合、研磨処理が終了する。

【0122】

尚、制御部９０は、研磨ヘッド２１の駆動電流に限られず、研磨テーブル３０および堆積テーブル５０の駆動電流の変化に基づいて、堆積処理と研磨処理との切り替えタイミングを制御してもよい。この場合、駆動電流検出部２１１は、研磨テーブル３０および堆積テーブル５０の回転駆動機構に流れる駆動電流を検出する。

【0123】

第５実施形態のように、研磨ヘッド２１の駆動電流が堆積処理と研磨処理との切り替えタイミングの制御に用いられてもよい。第５実施形態による研磨装置１は、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第５実施形態の研磨装置１に第２実施形態～第４実施形態を組み合わせてもよい。

【0124】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0125】

１ 研磨装置、１０ チャンバ、２０ 搬送部、２１ 研磨ヘッド、２１１ 駆動電流検出部、３０ 研磨テーブル、５０ 堆積テーブル、５２ 堆積パッド、５３ 温調部、５３２ 発熱体、６０ 粒子供給部、６１ 滴下部、６１１ ミキサー、６２ 供給管、７０ ガス供給部、９０ 制御部、１１０ 半導体基板、１２０ 配線、１３０ 膜、Ｌ 粒子含有液、Ｐ 粒子、Ｐａ 凝集体、Ｓ 被研磨面、Ｗ ウェハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】