JPH05212669A - 半導体プロセスのための改良された複合研摩パッド - Google Patents

半導体プロセスのための改良された複合研摩パッド

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JPH05212669A
JPH05212669A JP4154196A JP15419692A JPH05212669A JP H05212669 A JPH05212669 A JP H05212669A JP 4154196 A JP4154196 A JP 4154196A JP 15419692 A JP15419692 A JP 15419692A JP H05212669 A JPH05212669 A JP H05212669A
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polishing
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Michael R Oliver
マイケル・アール・オリバー
Leo D Yau
レオ・ディ・ヤウ
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 基板表面のうねりに沿って正しく研摩できる
研摩パッドを提供する。 【構成】 改良された複合研摩パッドは弾性材料から成
る第１の層２０と、第２の剛性の層２２と、スラリを運
ぶのに最適である第３の層２３とを含む。この第３の層
は、研摩工程の間にウェハが接触する層である。第２の
層は、横方向に互いに物理的に隔離されている個々の部
分に分割されている。分割された各部分は幅に沿っては
弾性であって、垂直方向には第１の層により緩衝され
る。各部分の物理的な隔離と、第１の材料の層の緩衝と
の組合わせによって、パッドをウェハに沿った長手方向
のグラデーションに適応させることができる一種の「ベ
ッドスプリング」効果が生じる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、半導体処理の
分野に関し、特に、シリコン基板上に形成される誘電体
層の表面を機械的に平坦化する工程と関連して利用され
る研摩パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体基板の機械的な平坦化には、ウェ
ハの前面を研摩することが含まれる。平坦化は、基板の
表面に形成された誘電体層の高さの段差変動を少なくす
ることを目的としている。多くの場合、除去すべき誘電
体層は二酸化ケイ素の化学気相蒸着（ＣＶＤ）により形
成される。段差変動の厚さは約１ミクロンの範囲内にあ
る。誘電体層の特徴となっている一連の平坦でない段差
は、下方に位置する金属線路に対応する寸法を有する。
【０００３】従来の機械的な平坦化方法によれば、研摩
剤で被覆されているパッドで覆われたテーブルの上に、
基板を下向きに置く。実際には、基板に下向きの圧力を
加えるように設計された機構に結合するキャリアプレー
トにシリコンウェハを取付ける。次に、ウェハとテーブ
ルを互いに相対的に回転させる。研摩剤粒子があるため
に、誘電体層の突出した部分は除去され、ウェハの表面
は物理的になめらかになる。この種の平坦化工程の目標
は、ウェハの表面の凹凸を完全に平らにすることである
のが理想的である。
【０００４】残念ながら、半導体ウェハは完全に平坦で
あるとは限らない。結晶格子構造における機械的ストレ
スはウェハの表面に沿って長手方向のグラデーションを
発生させる場合が多い。実際には、シリコンウェハの表
面は漸進的なうねりを特徴としており、そのうねりは研
摩工程を均一に実行することを妨げる。そこで、ウェハ
のいくつかの領域では研摩しすぎになってしまい、別の
領域は研摩されないまま残るという事態が起こる。不均
一な研摩というこの問題を克服するため、新たな型の研
摩パッド−半導体基板の表面に沿って現れる漸進的な長
手方向の高さの変動に適応することができるパッドを開
発すべく努力がなされてきた。
【０００５】現在、そのような努力の結果、ウェハに沿
って測定した研摩の均一性と、さらに局所化した領域で
得られる（すなわち、個々のダイに沿った）平坦性の程
度との間にある妥協点が見出されている。この妥協は、
従来の方法が非常に柔軟なパッドか、きわめて硬いパッ
ドのいずれかに依存していたことを反映している。ソフ
トパッドは、一般に、均一性にはすぐれているが、平坦
性には欠けており、一方、硬質パッドはすぐれた平坦性
を与えるが、均一性には欠ける。この状況を改善するた
めに、二層パッドが試みられた。この種のパッドは、下
方の柔軟な、伸縮自在の層により支持される硬質、剛性
の材料（ウェハと接触する）から形成されている。その
目的は、ソフトパッドに長い範囲のウェハの高さの変動
の大半を吸収させる一方、硬質パッドはある程度の距離
（たとえば、ダイの間隔以下）の湾曲に耐えるようにす
ることである。
【０００６】残念ながら、そのような従来の方法は、依
然として、２つの主要な点で研摩性能を低下させてい
る。まず第１に、上部のパッドは剛性であるべきもので
はあるが、剛性が高すぎてはならない。そうしないと、
上部のパッドは曲がらない剛性の表面として作用するの
で、下方のソフトパッドの利点は全く得られなくなって
しまうであろう。従って、このような構成では、上部の
パッドは適応性をもつこと、すなわち、湾曲することが
必要である。そのため、従来の方法によれば、平坦性が
完璧とはいえないことは自明である。これまで、すぐれ
た均一性と、すぐれた平坦性の双方を備えたパッドを実
現することはおぼつかなかった。
【０００７】第２に、上部パッドは、一般に、剛性に関
して最適のものであるが、水性の研摩媒体（すなわち、
スラリ）を搬送するという観点からすると、そのような
硬さは望ましくない。スラリの搬送がうまくゆかない
と、研摩の均一性と研摩の品質がそこなわれる結果にな
る。従って、上記の欠点を克服するような改善された研
摩パッドが要求される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】シリコン基板の上に形
成された誘電体層の表面を研摩により平滑にする機械的
な平坦化工程で使用するための改良された複合研摩パッ
ドを説明する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による複合研摩パ
ッドの構造は、研摩テーブルに装着される弾性材料から
成る第１の層を含む。この第１の層は、その上に続いて
設けられる層に対して緩衝層として作用する。弾性の第
１の層を覆う第２の剛性の層は支持層として作用し、第
３の材料の層により覆われている。第３の層はスラリを
搬送するのに最適である。この第３の層は、研摩工程の
間にウェハが接触する表面層を形成する。
【００１０】特定の一実施例では、第２の層は横方向に
互いに物理的に隔離された個々の部分に分割されてい
る。分割された各部分はその幅に沿っては弾性を保ち、
それと同時に、垂直方向には第１の層により緩衝され
る。各部分の物理的隔離と、第１の材料の層の緩衝との
組合わせによって、パッドをウェハに沿った長手方向の
グラデーションに適応させることを可能にする「ベッド
スプリング」効果が得られる。
【００１１】好ましい実現形態においては、剛性の第２
の層の複数のパッド部分は、溝通路領域により分離され
たタイルの列に似ている。それらの溝通路領域は、スラ
リを表面全体に導くことにより研摩工程を改善する。実
施例ごとにタイルパターンは変わっても良い。基本的な
特徴は、各セグメントがそのセグメントを第１の弾性の
層の柔軟なクッション作用により支持されて、垂直方向
に上下に動かすことができる独立（隣り合うセグメント
は無関係な）懸架手段を含むことである。セグメントの
横方向の寸法は、すぐれた局所平坦性が要求される距離
によって決定されるのが好ましい。半導体基板を研摩す
る場合、この寸法は、一般に、平坦化すべき集積回路の
物理的な大きさに基づいて決定される。本発明は添付の
図面の各図に例示されているが、図は本発明を限定する
ものではない。尚、図中、同じ図中符号は同様の要素を
指示する。
【００１２】
【実施例】半導体平坦化工程に使用するための改良され
た複合研摩パッドを説明する。以下の説明中、本発明を
完全に理解させるために、特定の材料の種類、厚さ、幾
何学的形状などの特定の事項を数多く詳細に挙げるが、
本発明を実施するためにそれらの特定の詳細な事項を使
用する必要がないことは当業者には自明であろう。ま
た、場合によっては、本発明を無用にわかりにくくしな
いために、周知の構造や材料特性、処理工程を詳細には
説明しないこともある。
【００１３】図１には従来のソフト研摩パッド１１の横
断面図が示されている。図示するように、パッド１１は
剛性の研摩テーブル１０の表面に装着されている。さら
に図示されているシリコンウェハ１５の上面は、通常の
研摩期間中と同様にソフトパッド１１に圧接されてい
る。尚、シリコンウェハ１５は破線１３により指示する
ような長手方向のグラデーションを特徴としている。
【００１４】より小さな、局所的なレベルで見ると、ウ
ェハ１５はその表面に沿って数多くの段差変化、すなわ
ち、突出部分１４を含んでいる。それらの突出部分１４
は、ウェハ１５に集積回路を製造する通常のシーケンス
から生じる。通常、突出部分１４は二酸化シリコンなど
の誘電体層から形成されている。先に述べた通り、平坦
化工程の目的は、長い範囲の表面のグラデーションを妨
害せずに突出部分１４を研摩除去することである。言い
かえれば、表面を研摩した後、ウェハ１５は破線１３に
より表すようなウェハの長手方向のうねりに従っている
べきである。
【００１５】従来のソフトパッド１１に関わる問題点
は、十分な剛性に欠けているために、研摩工程の効率を
きわめて低下させることである。パッド１１は長い範囲
のグラデーション１３に十分に適応しているが、局所的
に研摩の効率が低下するために、突出部分１４を完全に
取除くことは非常に困難である。通常、単一の層から成
るソフトパッド１１（典型的には、Ｒｏｄｅｌ ＳＵＢ
Ａ４パッド）では、突出部分１４の縁部を丸くすること
しかできず、表面の凹凸を適切に平坦化することはでき
ない。
【００１６】図２は、研摩テーブル１０に比較的硬いパ
ッド（たとえば、Ｒｏｄｅｌ ＩＣ−６０パッド）１２
を装着する従来の別の方法を示す。硬質パッド１２はそ
れが接触している突出部分１４を除去するという面では
きわめて有効であるが、剛性が高いために、長い範囲の
表面のうねりに適応しなくなってしまう。すなわち、ウ
ェハ１５のある部分は完全に研摩されるか又は研摩しす
ぎになる結果になる一方、別の部分は研摩が足りなくな
る。（尚、図２に指示した寸法は例示を目的として示し
た典型的な寸法であるにすぎない。実際の寸法、間隔な
どが広い範囲にわたることは自明であろう。従って、図
に記入してある寸法を本発明の範囲を限定するものとし
て解釈してはならない。）
【００１７】図３は、図１のソフトパッド１１と図２の
相対的に硬いパッド１２とに関連するトレードオフを示
すグラフである。ソフトパッドでは、ウェハに沿って研
摩は非常に均一に行われるが、平坦性はそこなわれる。
これに対し、硬質パッドは均一性には欠けるが、すぐれ
た平坦性を可能にする。さらに、パッド１２は上面が硬
いために疎水性である。すなわち、スラリ搬送メカニズ
ムとして作用するという観点からいえば、パッド１２は
不十分である。
【００１８】図４は、本発明の複合パッドの一般的に好
ましい実施例の横断面図である。図４のパッドは３つの
別個の層から構成され、それらの層の組合わせによっ
て、いくつかの独立した研摩パラメータを最適化するこ
とができる。第１の層である層２０は、研摩テーブル１
０の上面に装着される相対的に柔軟な、弾性の材料から
形成されている。層２０は、１ミリメートル程度の厚さ
のシリコーンスポンジゴム又はフォームラバーから形成
されるのが好ましい。次に、層２０の上面を覆う剛性材
料の層２２がある。一般的に好ましい実施例では、層２
２は、剛性と硬度がきわめてすぐれていることで良く知
られている複合ガラス繊維エポキシ材料から形成されて
いる。一般的に好ましい実施例では、層２２の厚さは１
ミリメートル程度である。
【００１９】本発明の複合研摩パッドの第３の、すなわ
ち、一番上の層２３は、スラリ搬送部分として作用する
スポンジ状の多孔性材料から形成されている。平坦化工
程の間、この層２３はシリコンの表面と接触しているの
で、層２３はウェハに沿ってスラリを運び出すことがで
きなければならない。そこで、層２３のセルは開放して
いる、すなわち、層２３は多孔性なのである。また、シ
リコン基板表面の局所的な不調和に適応できるように、
層２３を高い可撓性をもって形成することも望ましい。
一般的に好ましい実施例では、層２３はＲｏｄｅｌ製造
の「ＳＵＢＡ−５００」という名で知られるパッド材料
から製造されている。層２３の厚さは０．１ミリメート
ルから２．０ミリメートルの範囲にあるのが好ましい。
別の実施例では、この範囲を越える厚さを採用しても良
い。
【００２０】図４では、層２２及び２３が分割されてい
るように見える。図６は、図４に横断面図で示した複合
パッドの平面図である。第２の層と第３の層を分割した
結果、溝通路２６により分離された複数個のタイル２５
が形成されている。図６のタイル２５は、互いに等間隔
で離間する正方形として示されている。実際には、第２
の層及び第３の層の分割により形成されるタイルのパタ
ーンは多様な形態をとっていて良い。たとえば、図７
は、分割タイル２５が三角形の形状で現れるように複合
パッドの平面図である。さらに、図８は、本発明の複合
パッドが溝通路２６により分離された複数個の六角形の
タイル２５として形成されているような別の実施例を示
す。タイルについては数多くの様々な形状やパターンを
採用できることは自明であり、それらの形状やパターン
はそれぞれ本発明の趣旨の中に十分に含まれているもの
と考えられる。
【００２１】層２３及び２２をタイル２５の形でパター
ン形成するのは、分割によって個々のタイル２５が物理
的に隔離されるからである。すなわち、ある１つのタイ
ルの垂直（すなわち、上下）連動は隣り合うタイルに全
く伝達されないのである。個々のタイルに加わる下向き
の圧力は下方に位置する弾性層２０により吸収され、隣
り合うタイルには伝わらない。従って、実質的に、各タ
イルセグメントはテーブル１０上に独立して懸架されて
いることになる。本発明のこの面は図９の横断面図にさ
らに図示されている。図９に示す通り、タイル２５ｂは
下向きの力Ｆを受けている。層２２は硬く、弾性がある
ので、この下向きの力は層２２のうち、タイル２５ｂの
直下の狭い部分によって吸収される。（図９には明確に
は示していないが、層２３も、多孔性であるため、幾分
かは圧縮する。）層２０の物理的性質と、個々のタイル
２５の分割とによって、タイル２５ｂに加わる下向きの
力のうち、隣り合うタイル２５ａ又は２５ｃへ伝わる量
はごくわずかである。言いかえれば、溝通路２６が設け
られていることと相まって、層２０の弾性は個々のタイ
ル２５を独立して懸架する手段として機能するのであ
る。そのため、タイル２５は、研摩中、ウェハの長い範
囲の輪郭形状に従って上下に動くことができる。従っ
て、セグメントに分割された本発明の複合パッドは、局
所的な平坦化を行いつつも、シリコン基板の長手方向の
グラデーションに適応できる。
【００２２】尚、本発明のパッドのそれぞれの層は、夫
々異なる目的を果たしながら、協調して所望の研摩結果
を生じるように機能することを理解すべきである。先に
説明した通り、最も上の層２３はスラリを搬送するのに
最適であり、中央の層２２は短い範囲を平坦化させるの
に適し、下の層２０はパッドを基板の長い範囲のうねり
に適応させることができる。それにより、ウェハ全面で
研摩を非常に均一に実施できるのである。
【００２３】層の分割方法は様々である。好ましい実施
例においては、層２０，２２及び２３をその順序でテー
ブル１０の上に載せる。次に、上の２つの層をのこ刃で
切断する。この製造方法では、溝通路２６の幅はのこ刃
の幅によって決まる。化学エッチングなどの他の方法も
可能である。一般的には、溝通路２６は１ミリメートル
の幅であり、タイル２５の面積は約２cm2 である。タイ
ル２５の横の長さはウェハ１５上の個々のダイの幅とほ
ぼ一致するように選択されるのが最適である。実際に
は、タイルの幅が個々のダイの幅とほぼ一致している場
合に、適切な局所平坦性が得られることが確認されてい
る。
【００２４】本発明のセグメント分割パッドのもう１つ
の利点は、タイル２５の間の溝通路２６がスラリを表面
を巡って効率良く導いてゆく手段としても作用すること
である。このようにしてスラリを導いてゆくと、ウェハ
全面におけるスラリの分布が大きく改善されるため、パ
ッドの研摩性能は向上する。
【００２５】図５は、先に説明したように第１の層２０
と、第２の層２２とを含む本発明の別の実施例を含む。
層２２は分割されて、溝通路、すなわち、空間２９によ
り分離された個々のタイルを形成している。このセグメ
ントに分割された層を連続する材料のシート２３が覆っ
ている。先の場合と同じように、層２３はスラリを運ぶ
のに最適な材料から形成されている。また、層２２は剛
性材料から成るが、層２０はスポンジ状の弾性材料から
形成されている。図５のパッドの動作原理は基本的には
図４の動作原理と同じである。言いかえれば、個々のタ
イルは空間２９と、層２０から成る下方の伸縮自在の材
料とによって上下に−互いに独立して−動くように設計
されているのである。尚、この実施例では、層２３が連
続しているために、隣り合うタイルの間にわずかな結び
つきが起こることもある。しかしながら、層２３は意図
的に高い可撓性をもつように形成されており、可能な限
り薄く（たとえば、厚さ０．５ミリメートル未満）製造
されるのが好ましいということを理解すべきである。図
５の実施例で得られる第１の利点は、耐久性が向上する
ことでる。研摩工程は、元来、摩耗を招くものであるの
で、図４の実施例の場合、個々のタイルははがれたり、
損傷したりしがちである。図５のパッドは、シリコン基
板の表面と接触する層として連続する。柔軟な上面層を
採用することにより、この問題点を克服している。
【００２６】本発明を特定の実施例と関連させて説明し
たが、ここで例として示し且つ説明した特定の実施例を
限定的な意味をもつものと考えてはならないことを理解
すべきである。好ましい実施例の詳細を参照しても、そ
れは特許請求の範囲の範囲を限定しようとするものでは
なく、特許請求の範囲自体は本発明に不可欠であると考
えられる特徴のみを挙げているにすぎない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の研摩パッドの横断面図。
【図２】従来の別の研摩パッドの横断面図。
【図３】従来の研摩パッドの平坦性と均一性とのトレー
ドオフを示すグラフ。
【図４】本発明の複合パッドの一般的に好ましい実施例
の横断面図。
【図５】本発明の別の実施例の横断面図。
【図６】図４の複合パッドの平面図。
【図７】三角形セグメントから成るパターンを利用する
本発明の別の実施例の平面図。
【図８】六角形セグメントから成るパターンを使用する
本発明の別の実施例の平面図。
【図９】セグメント分割されたタイルの独立懸架の概念
を示す本発明の横断面図。
【符号の説明】
１０ 研摩テーブル ２０ 第１の層 ２２ 剛性の層 ２３ 最上層 ２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ タイル ２６ 溝通路 ２９ 空間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サム・エフ・ルーク アメリカ合衆国 92779−2952 オレゴン 州・ポートランド・ノースウエスト コロ ンビア アヴェニュ・4290 (72)発明者 マイケル・アール・オリバー アメリカ合衆国 97124−6497 オレゴン 州・ヒルズボロ・ノースイースト エレイ ム ヤング パークウエイ・5200 (72)発明者 レオ・ディ・ヤウ アメリカ合衆国 97229 オレゴン州・ポ ートランド・ノースウエスト ブロンソン クレスト・3539

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研摩パッドで被覆された支持テーブル
    と、前記研摩パッドを研摩スラリで被覆する手段と、半
    導体基板を前記支持テーブルに対して動かすと前記半導
    体基板の表面が平坦化される結果となるように前記半導
    体基板を前記研摩パッドに強制的に圧接させる手段とを
    含む装置を利用して、半導体基板の表面を平坦化する際
    に使用する研摩パッドにおいて、 前記支持テーブルに装着される弾性材料から成る第１の
    層と；前記第１の層を覆う剛性材料から成る第２の層
    と；前記第２の層を覆い、前記工程の間に前記半導体基
    板と接触すると共に、前記研摩スラリを搬送する材料か
    ら成る第３の層とを具備し、 前記第２の層は、横方向に互いに物理的に隔離されてい
    る個々の部分に分割されており、各部分はその幅に沿っ
    ては弾性であって、さらに、垂直方向には前記第１の層
    により緩衝される改良された研摩パッド。
  2. 【請求項２】 研摩パッドで被覆された支持テーブル
    と、前記研摩パッドを研摩スラリで被覆する手段と、半
    導体基板を前記支持テーブルに対して動かすと前記半導
    体基板の表面に形成された誘電体層の高さの局所的な変
    動が平坦化されるように前記半導体基板を前記研摩パッ
    ドに圧接させる手段とを含む装置を利用して、表面に沿
    って長手方向に高さのグラデーションをも示す半導体基
    板の表面に形成された誘電体層の高さの局所的な変動を
    平坦化する工程において、 前記支持テーブルに装着される伸縮自在の材料から成る
    第１の層と；前記スラリを搬送するスポンジ材料から成
    り且つ前記工程の間に前記半導体と接触する表面層によ
    って被覆される、それぞれが前記第１の層に装着され前
    記第１の層を覆う剛性の材料の中間層から形成される複
    数個の分割されたタイルとを具備し、 前記タイルは、それぞれ、横方向に互いに機械的に隔離
    されていると共に、垂直方向には前記第１の層により緩
    衝され、前記複数個のタイルが、前記基板の前記長手方
    向のグラデーションに影響を及ぼさずに、前記高さの局
    所的な変動を平坦化するように協調して作用する改良さ
    れた研摩パッド。
  3. 【請求項３】 研摩パッドで被覆された支持テーブル
    と、前記研摩パッドを研摩スラリで被覆する手段と、半
    導体基板を前記支持テーブルに対して動かすと前記半導
    体基板の表面に形成された誘電体層の高さの局所的な変
    動が平坦化されるように前記半導体基板を前記研摩パッ
    ドに圧接させる手段とを含む装置を利用して、表面に沿
    って長手方向に高さのグラデーションをも示す半導体基
    板の表面に形成された誘電体層の高さの局所的な変動を
    平坦化する工程において、 前記支持テーブルに装着される伸縮自在の材料から成る
    第１の層と；前記第１の層を覆い、それぞれが前記第１
    の層に装着される剛性の材料の中間層から形成されてい
    る複数個の分割されたタイルと；前記研摩スラリの搬送
    に最適であるスポンジ状材料から成り、前記タイルを覆
    い、前記工程の間に前記半導体基板と接触する表面層と
    を具備し、 前記タイルは、横方向に互いに機械的に隔離されている
    と共に、垂直方向には前記第１の層により緩衝され、前
    記タイルが前記長手方向のグラデーションに適応しなが
    ら前記高さの局所的な変動を平坦化するように協調して
    作用する改良された研摩パッド。
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