JP2003303794A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平坦な表面をつくり出すことの出来る改良さ
れた研磨パッドを提供する。 【解決手段】 本発明は、巨視的に平坦な埋設表面と、
少なくとも１対の金属の線条と、を含む半導体ウエハを
研磨するための研磨パッド（１９）であって、ベース
（２０）と、ベースに連結され、ベースから間隔を隔て
て配置された外側面を有し、約４ｐｓｉを超える所定の
圧縮圧力を受けたときに６ミクロン／ｐｓｉよりも大き
い歪定数を有する弾性材料でできた第１の層（２１）
と、外側面の少なくとも一部に連結され、外側面から間
隔を隔てて配置された研磨面を有し、所定の圧縮圧力を
受けたときに第１の層の歪定数よりも小さい歪定数を有
する弾性材料でできた第２の層（２２）と、を含むこと
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置で使用する
研磨パッドに係わるものである。さらに具体的には、本
発明は半導体ウエハの内部及び表面の下に微視的な金属
の線条を形成し巨視的に平坦な表面で覆って形成された
半導体ウエハの巨視的に平坦な表面を研磨して前記金属
の線条を“露出化”し且つ平坦にするための装置に使用
する研磨パッドに係るものである。

【０００２】さらにより具体的に云えば、本発明は、半
導体ウエハの表面から硬い材質部をも柔らかい材質部を
も均等なレートで除去する事ができるところの半導体研
磨パッドに係るものである。

【０００３】

【従来の技術】半導体材料を研磨するための複合パッド
は文献によって、例えば、ジェイコブセン他によるアメ
リカ合衆国特許第3504457号によってよく知られてい
る。このジェイコブセン特許は、一つの弾性ポリウレタ
ンより成る研磨層またはフィルム２３と、弾性コルファ
ムより成る中間層２０と、化学的に不活性でより剛いニ
トリルゴムの層３５を有する複合または多層構造の研磨
パッドを発表している。ジェイコブセンの複合研磨パッ
ドにおいては、より弾力的な層が半導体に隣接し、剛い
ニトリルゴム層が研磨される半導体からより遠くに設け
られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ジェイコブセンパッド
のような弾性パッドは長い年月に亘って半導体研磨に使
用され受け入れられてきたけれども、旧来の弾性パッド
構造では巨視的な半導体表面の大部分の全体的な部分よ
りも高い（または低い）微視的な領域を含むか、あるい
は軟質で、半導体の他のより硬い領域よりも速く摩耗し
て平坦化される領域を含む巨視的な半導体の表面を容易
に均一に平坦化するものではなかった。とりたてて云え
ば、旧来のパッドは凹み易く高い領域の周囲部分の角を
まるめる傾向があり高い部分が丸まった丘形となり易
い。半導体材料表面の平坦性はフォトリソグラフ工程に
おいて極めて重要である。典型的なフォトリソグラフ工
程においては、アルミニウム、タングステン、ポリシリ
コン、等の金属膜が半導体ウエハの表面に付着させられ
る。フォトレジストの層がスプレイ等によって金属膜に
コートされる。フォトレジストは感光性である。フォト
レジスト層の上にマスクが置かれ、光が照射される。フ
ォトレジストのマスクで隠れなかった部分は露光されて
硬化する。マスクが取り除かれて、フォトレジストの露
光されず硬化しなかった部分が薬品によって溶解除去さ
れる。フォトレジストが溶解除去されたあとの保護され
ない金属膜を別の薬品で蝕刻する。さらにまた他の薬品
で平坦な半導体ウエハの表面に残った金属の線または条
の上から露光硬化したフォトレジストを除去する。こう
して硬化したフォトレジストを除去したあとに残る金属
の線条の幅は、一般的に０．３乃至２．０ミクロンであ
り、好ましくは０．５乃至１．０ミクロンである。金属
線条の厚みもしくは高さは、やはり０．３乃至２．０ミ
クロンの範囲、好ましくは０．５乃至１．５ミクロンの
範囲である。二酸化シリコンまたは他の金属酸化物また
は絶縁材料が、平坦な半導体材料の金属線条と残りの未
架装領域の上にコーティング付着される。この金属酸化
物コーティングの厚みもしくは深さは金属線条の高さ、
例えば、０．３乃至２．０ミクロンよりも大きい。この
金属酸化物層は金属線条の頂部が“露出化”するまで研
磨される。この“露出化”は金属線条の上の金属酸化物
を全て研磨し去るまで、或いは極く微小厚の金属酸化物
層が残る程度にまで研磨し去ることをいう。金属線条は
その間隙を埋めている絶縁コーティングよりも高い硬度
をもつことがあるので、この様な場合には、層間の誘電
層平坦化プロセスや金属線条と絶縁材の研磨プロセスに
おいて、線条コーティングは金属線条の間隙部が削り込
まれるために平坦な表面が得られない傾向がある。反対
に金属線条が、その間隙を埋めている絶縁コーティング
材料よりも低い硬度をもつこともあり、このような場合
には金属線条の上の絶縁物質が研磨により全部除去され
た後も研磨を続けると、金属線条が削り込まれてしまう
傾向がある。

【０００５】半導体ウエハの表面に金属または金属様物
質を付着させるのであるから、付着物質を研磨する主目
的はこうした材料を平坦化或いは平面化する事であり、
平滑化する事ではない。これに反して金属を研磨する主
目的は基本的に金属の表面を平滑する事である。平滑な
表面を目的とする研磨と平坦な面を目的とする研磨との
区別は重要な事であり、選ばれる研磨パッドの特性に影
響する。滑らかな表面を得るのに効果的な研磨パッドが
必ずしも、半導体材料に要求される高精度に平坦な平面
を得るのに有用ではないだろう。

【０００６】従って、不同な被研磨性を持った複数種の
物質を有する半導体の表面を精確に平坦化する事が出来
るところの改良された研磨パッドを提供する事が強く望
まれている。

【０００７】それが故に、本発明の第一の目的は、平坦
な表面をつくり出すことの出来る改良された研磨パッド
を提供する事にある。さらに本発明の第二の目的は、異
なった硬度をもつ複合物から成る半導体材料の表面を効
率的に高い精度に平坦化する事が出来るところの改良さ
れた研磨パッドを提供する事にある。

【０００８】本発明の第三の目的は、異なる歪定数と異
なる弾性係数の材料層をもった複合材から成る改良され
た研磨パッドを提供する事にある。さらに本発明の第四
の目的は、弾性圧縮と回復のヒステリシスの影響を小さ
くしたところの改良された研磨パッドを提供する事にあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウエハ
を研磨する改良された研磨パッドを提供する。本発明の
研磨パッドは、半導体ウエハであって、該半導体ウエハ
は、巨視的に平坦な埋設表面と、少なくとも１対の金属
の線条と、を含み、金属の線条の各々は、埋設表面に連
結され、金属の線条の各々は、埋設表面から離れるよう
に実質的に等しい距離だけ延びており、対になった金属
の線条は、５００ミクロンよりも小さい距離だけ互いに
間隔を隔てて配置されており、半導体ウエハは、金属の
線条および埋設表面に亘って広がり、金属の線条および
埋設表面を覆うコーティングをさらに含み、コーティン
グの上面が、巨視的には平坦で、かつ、微視的には凹凸
を有する加工表面を構成している半導体ウエハを研磨す
るための研磨パッドであって、該研磨パッドは、対にな
った金属の線条を露出させるように加工表面を微視的に
平坦化し、研磨パッドは、（ａ）ベースと、（ｂ）ベー
スに連結され、ベースから間隔を隔てて配置された外側
面を有し、約４ｐｓｉを超える所定の圧縮圧力を受けた
ときに６ミクロン／ｐｓｉよりも大きい歪定数を有する
弾性材料でできた第１の層と、（ｃ）外側面の少なくと
も一部に連結され、外側面から間隔を隔てて配置された
研磨面を有し、所定の圧縮圧力を受けたときに第１の層
の歪定数よりも小さい歪定数を有する弾性材料でできた
第２の層と、を含み、研磨パッドは、金属の線条および
コーティングが、すべての点で金属の線条およびコーテ
ィングを通る中央平面から５００オングストロームより
も小さい量の偏差を有するように研磨することを特徴と
している。

【００１０】

【発明の実施の形態】上記の本発明の目的および利点
は、以下に記述する手段によって明らかである。以下こ
れを図面に基づいて説明する。ここで、図面に即して本
発明の実施例について説明するが実施例は本来本発明の
説明の目的のために示すもので、本発明をこれに限定す
るものでは無い。図中各要素を示す番号は全図を通して
対応する同一要素を示している。

【００１１】図１は、パッドにかかる圧力Ｐに対する弾
性パッドの圧縮量Ｄの関係を示すグラフである。図１に
おいて、Ｐ２はＰ１より大きくＤ２はＤ１より大きい。
ポリウレタン材料では、一般的にＤ２はＰ１が４ｐｓｉ
の時に約７０ミクロンである。グラフにおいて線１３は
直線部１２と曲線部１１を含んでいる。グラフに見られ
るように多くの弾性材料はパッドにかかる圧力がある一
定の値を超えると、圧縮量Ｄと圧力Ｐの関係はほぼ直線
的なものとなる。直線部12の傾斜は歪定数を示し、受け
た圧力に応じた圧縮量を与える。曲線部１１は表面のけ
ばが押しつぶされることによって現れるものであろう。

【００１２】図２には、円筒状の研磨ヘッド２４に半導
体材料その他の円筒状被加工物或いはウエハ２３が取り
付けられている状態を示す。ヘッド２４は円形の支持面
２４Ａがありウエハ２３の巨視的に平坦な底面２３Ａを
受けている。ここにいう“巨視的に平坦" とは目視的に
平面であることを意味し、“微視的に平坦" とは顕微鏡
的に平面であることを意味する。ウエハの上側の加工表
面２３Ｂは巨視的に平坦であり面２４Ａと概ね平行であ
る。加工表面２３Ｂは顕微鏡的には凹凸があり、概して
完全な平面は無い。加工表面２３Ｂの凹凸は小さく、加
工表面２３Ｂの中央平面に対して0.1乃至4.0ミクロンの
偏差の範囲内にある。例えば、図２のＤ５の寸法は一般
的に2.0乃至3.0ミクロンのオーダーにある。

【００１３】さらに図４において半導体ウエハの加工表
面のウエハ中央平面からの偏差について説明する。すな
わち図４において、ウエハ２３０は円筒形のヘッド２４
に装着されている、ヘッド２４の円形の受け座面２４Ａ
はウエハ２３０の円形の巨視的に平坦な底面２３０Ａを
受けている。ウエハ２３０の上側の加工表面２３０Ｂも
また巨視的に平坦で概ね面２４Ａに平行である。加工表
面２３０Ｂは顕微鏡的に見れば全面的に凹凸がある。こ
の全面的にある凹凸は、図２の加工表面２３０Ｂにもあ
るように、図４において加工表面２３０Ｂに示されてい
る。この図４の加工表面２３０Ｂ及び図２の加工表面２
３Ｂの凹凸は明らかに説明の為に誇張して表している、
図４の１点鎖線１５は中央平面を表している。図４の中
央平面１５は、概ね面２４Ａに平行でありまた図の紙面
に対して垂直である。中央平面１５は面２３０Ｂと交わ
り、加工表面２３０Ｂの中央平面１５の上下に存在する
全ての点と中央平面１５との寸法の総和は零である。中
央平面１５の下の点との寸法は負の値として扱われ、上
方の点との寸法は正の値として扱われる。従って、図４
において矢印Ｇで示される寸法は負の値となり、矢印Ｆ
で示される寸法は正の値となる。実際において、図４に
おいて矢印Ｆ及びＧで示される寸法は約 0.1ミクロン乃
至 4.0ミクロンの範囲にあり、中央平面１５は完全に平
面である。

【００１４】図２に戻って、研磨パッド手段１９は、円
形の表面２０Ａを有する円筒形の金属べ一ス２０を含ん
でおり、弾性パッド２１は巨視的に平坦な底面２１Ａで
べ一スの表面２０Ａに一般に接着剤層を介して付けられ
ている。上側の巨視的に平坦な表面２１Ｂは可撓性パッ
ドの巨視的に平坦な下面２２Ａに接している。通常この
面２１Ｂと２２Ａを接合するために接着剤が用いられ
る。可撓性パッド２２の上側の研磨面２２Ｂは巨視的に
平坦であり、表面２０Ａ、２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ及び
２２Ｂは任意の形状寸法を与えられる。

【００１５】図３は、図２における研磨パッド手段１９
と半導体ウエハ２３のより詳細な構造を示すものであ
る。ウエハ２３は巨視的に平坦な埋設表面３５を包含し
ている、金属の線条３１、３２、３３、３４、３６、及
び３８が各々埋設表面３５に連結され、埋設表面から離
れるように実質的に等しい距離だけ延びている。金属の
線条３１−３４は、前に述べたフォトリソグラフ工程に
おいて埋設表面３５上に形成される金属線或いは条をあ
らわすものである。埋設表面３５に連結された金属の線
条を形成する別の方法はトレンチ３６および３８を作る
ものである。図３において、コーティング３０が金属の
線条３１から３４及び３６、３８、を覆い埋設表面３５
を覆っている。コーティング３０の金属の線条３１から
３４を覆っている盛り上がった領域は、金属の線条３１
と３２、３２と３３のような中間領域とは異なる速度で
研磨される。矢印Ｔで示すコーティング３０の最小厚み
は、各金属の線条３１−３４が埋設表面３５からの寸法
より大きい。各金属の線条３１−３４は概ね同様な形状
と寸法であるから加工物表面２３Ｂはどの点においても
埋設表面３５からの寸法は金属の線条３１−３４の最上
点と埋設表面３５の寸法よりも大きい。トレンチ３６及
び３８は一般に金属の線条３１−３４と同様な形状寸法
である。ここで金属の線条３１−３４、３６、３８には
任意の形状寸法を与え得るものである。本発明の研磨パ
ッドは、金属の線条３１−３４の最上面の部分のみを
“露出化" させるために、コーティング３０の充分な厚
みを除去して加工表面２３Ｂを平坦化する必要がある場
合において、特に有用である。このようにコーティング
３０の部分を除去するに当たり望ましくは、研磨された
コーティング３０の表面が平坦化されており、巨視的に
平坦な埋設表面３５に全般的に平行に倣うことである。
図３には、説明のために埋設表面３５及び加工表面２３
Ｂの凹凸を大きく誇張して描いてある。

【００１６】図２において、弾性パッド２２及び２１が
矢印Ｓの方向に加工表面２３Ｂに対して(または互いに
逆に)押し付けられるとき、パッド２２と２１は圧縮さ
れる。このときパッド２２と２１によってＢ位置におい
て加工表面２３Ｂに対して発生する圧力はＡ位置におい
てパッド２２と２１によって加工表面２３Ｂに対して発
生する圧力よりも小さい、それはパッド２２及び２１が
加工表面２３Ｂに対してＡ位置において圧縮される量が
Ｂ位置においてよりも大きく圧縮されることから明らか
である。

【００１７】同様に図３において、加工表面２３Ｂに対
して作用する力Ｆ１及びＦ２はＦ３及びＦ４より大き
い、これも同様にパッドが力Ｆ１、Ｆ２を発生する場所
のほうが力Ｆ３、Ｆ４を発生する場所よりも多く圧縮さ
れているからである。図３において、研磨パッドの研磨
面２２Ｂは加工表面２３Ｂに対して摺動しながら回転す
る。シリカ、アルミナ、或いは他の研磨剤を懸濁させた
水溶液が研磨面２２Ｂ上に供給され、加工表面２３Ｂを
緩やかに研磨し平坦化する。研磨面２２Ｂの加工表面２
３Ｂに対する回転の態様については図７に示す。図７に
おいて、円形の面２２Ｂは矢印Ｗの方向に回転する。静
止しているヘッド２４が加工表面２３Ｂを研磨面２２Ｂ
に対して押し付ける。ヘッド２４はそれ自身回転したり
面２２Ｂに対して移動したりする事が出来る。

【００１８】研磨パッド手段１９の目的は埋設表面３５
にほぼ平行な巨視的に平坦な面を作ることであり、さら
にまたコーティング３０を研磨して得られる加工表面２
３Ｂが、４ミリ角すなわち１６平方ミリメートルの方形
のなかで、平面度偏差（以下ＴＩＲと略記する）が＋或
いは−２００乃至５００オングストロームの範囲内にあ
る微視的に実質的に平坦な研磨面を得ることである。こ
こでＴＩＲ２００オングストロームということは、加工
表面２３Ｂの１６平方ミリメートルの範囲内が最高点と
最低点の差が２００オングストロームあるということで
ある。ＴＩＲが２００乃至５００オングストロームであ
るということは、１６平方ミリメートルの範囲内におい
て中央平面からの＋または−の偏差が１００乃至２５０
オングストロームの範囲内にあるということである。本
発明の研磨パッドは１６平方ミリメートルの範囲でＴＩ
Ｒ２００−５００オングストロームをつくり出すとき、
このパッドは、好ましくは加工表面２３Ｂの少なくとも
４平方ミリメートルの範囲内でＴＩＲ２００−５００オ
ングストロームを得るのに使用される。実際には本発明
または改良された実施例では加工表面２３Ｂの２０ミリ
メートル角すなわち４００平方ミリメートルの範囲内で
ＴＩＲ２００−５００オングストロームを得ることが望
まれる。コーティング３０を研磨する際に問題となるの
は、金属の線条３１−３４がしばしばコーティング３０
の材質とは異なる硬さと被研磨性を有するからである。
例えば、もしコーティング３０が金属の線条３１、３２
よりも被研磨性が大きければ金属の線条３１と３２の間
のコーティング部分は削り込まれて３１と３２の間は凹
状の領域となる。コーティング３０を研磨する上でもう
一つの重大な問題は、コーティングが非常に薄く一般に
２乃至３ミクロンであることで、重要なことはパッドの
研磨面２２Ｂがコーティング３０の加工表面２３Ｂの全
体的な凹凸に倣う性質が在るということである。その様
な全体的な凹凸は図４の矢印Ｇで示すように中央平面１
５から０．１−４．０ミクロンのオーダーにある。高い
点は金属の線条３１−３４に起因し加工表面２３Ｂの全
体的な凹凸のうちで極く小さい部分を占める。コーティ
ング３０は概ね均等な厚みであるから、加工表面２３Ｂ
の全体的な凹凸は埋設表面３５の全体的な凹凸に概ね平
行に倣う。もし表面２２Ｂが完全に平坦で且つ完全に剛
体であれば、図３における金属の線条３１を覆っている
コーティング３０は、金属の線条３３や３４の上のコー
ティングが全く除去されないでも金属の線条３１の辺り
は埋設表面３５まで研磨し去られるだろう。本発明の研
磨装置は半導体材料上の軟質部が削り込まれることを最
小に防止するもので、重要な点は、半導体材料の加工表
面内にある全体的凹凸面から高い（あるいは低い）点の
材料を削りとることを防止或いは最小にとどめることに
ある。例えば、高い金属の線条３１および３２の間の距
離が５００乃至６００ミクロンまでであり、３１と３２
は金属線であり、コーティング３０が金属酸化物絶縁材
料または他の金属であって金属の線条３１及び３２より
硬い或いは柔らかい或いは同等の硬さであるとき、本発
明の研磨パッドは金属の線条３１と３２の頂点の間に展
開する表面にまで平坦化し、２００−３００オングスト
ローム以内に平坦化する。

【００１９】本発明の実施において、研磨パッド手段１
９の弾性層２２は層２１より剛いもので、歪定数Ｄは層
２１に対して４乃至２０ｐｓｉの圧力が加えられたとき
０．２５−３．０ミクロン／ｐｓｉの範囲にあるもの
で、層２１の歪定数は６．０ミクロン／ｐｓｉまたはそ
れ以上のものである。層２１の歪定数はここでは４−２
０ｐｓｉの圧力の時好ましくは６．０−１２．０ミクロ
ン／ｐｓｉである。普通は、歪定数は図１における線１
３の概ね直線となる部分１２の傾斜角を示す。層２１の
大きい歪定数はコーティング３０の高低に従って弾性的
に圧縮変形することを可能ならしめる。

【００２０】層２２の低い歪定数は、加工表面２３Ｂか
ら軟質の部分例えば金属の線条３１と３２の中間の部分
を削り込むのを防止する。層２２の低い歪定数Ｄは金属
の線条３１と３２の間の様な領域を層２２によって橋掛
けするような作用をする。さきに述べたように、パッド
２２は図３において矢印Ｅで示したような約５００乃至
６００ミクロンまでの距離離れた領域に効果的に橋掛け
を行う。本発明の実施にあたっては発泡ポリウレタンそ
の他の発泡或いは弾性体等望ましい歪定数を持った材料
が使用できる。

【００２１】本発明の複合研磨パッドにおいて、達成さ
れるべき研磨の態様とパッドに使用される材料が重要で
ある。第１に、コーティング３０を研磨する第１の目的
は平坦化である。これは多くの研磨作業が面を平滑にす
る事を第１目的としているのとは対照的である。第２
に、本発明の研磨パッドは、加工物の巨視的に平坦な表
面の全て、もしくは大部分の点に同時に接触して表面を
研磨し平坦化する。このタイプの研磨は、他の加工物の
限定された範囲のみを研磨する。従って、点接触型研磨
と言われるものとは異なるものである。第３に、本発明
複合パッドの重要な特性はパッドに用いられる弾性層材
料の歪定数Ｄである。しばしば材料の歪定数は融点、密
度、柔軟性、硬さ、その他の物性に依存するとされるけ
れども、こうした仮定は正しく無い。以下に表１に物性
比較表によって示す。

【表１】

【００２２】上の表においてフェノールホルムアルデヒ
ドはフルフリルアルコールと硬さが同じであるのに弾性
係数ははっきりと差がある。また、塩化ビニールはフル
フリルアルコールよりも比重が小さいのに硬さが高い。
弾性係数とは、歪と応力の比であり、物体がそれを歪ま
せようとする力に抵抗する度合いである。

【００２３】図７において、パッド２２の運動経路Ｐ１
は経路Ｐ２に比してパッドの１回転中にウエハ２３の下
で圧接されている時間が長い。しかしながらパッド２２
の経路のＰ１、Ｐ２に関係なくパッド２１及び２２（図
３及び図４をも参照）がウエハ２３の下で圧縮される時
間はおおよそ同じである。これは図５にさらに詳細に示
される、すなわち、研磨パッド手段１９を構成する弾性
パッドが圧縮されるに要する時間はパッド２１および２
２がＤ４の距離を移動するに要する時間で示される。研
磨面２２Ｂがウエハ２３の丸みを帯びた緑５０に接触し
てからウエハの下を矢印Ｄ４で示す距離を移動すること
により研磨パッド手段１９は矢印Ｄ３で示す寸法だけ圧
縮される。表面２２ＢがＤ３の寸法だけ圧縮されるに要
する時間は一般的に０.００１乃至０.００３秒で標準的
には０.００２秒である。しかしながらその様な時間は
０.００３秒程度以下である。現在は、距離Ｄ３は約７
０ミクロンである。０.００２秒の間に７０ミクロンを
圧縮することは圧縮変形速度が約１インチ毎秒というこ
とになる。材料を早い速度で圧縮変形させれば材料は剛
さを増すので圧縮に要する力も増加する。図６のグラフ
はこの現象を説明するものである。図６において、時間
軸の０秒において図５の点６０がウェハ２３の加工表面
２３Ｂの下に進入しようとして丁度ウエハ２３の外縁の
位置に来ている。時間軸の０.００２秒の位置ではパッ
ド手段１９の点６０がウエハ２３の下へ距離Ｄ４だけ移
動し寸法Ｄ３だけ圧縮されている。理論上、点６０がウ
エハの下へ距離Ｄ４だけ移動した時点において、パッド
手段１９がウエハ２３に対して及ぼす力が第６図のグラ
フの点６１で示す最大値をとる。パッド手段１９上の点
６０がウエハ２３の下をさらに進んで行くと、圧縮され
たパッド２１及び２２がウエハ２３に及ぼす力は次第に
減少して行き、力の大きさは点６０がウエハ２３の下に
移動して０.１秒の後になって図６のグラフの点６２で
示す大きさにまで減少する。このパッド２１及び２２の
圧縮変形速度に基づいて、パッド手段１９がウエハ２３
に対して及ぼす力が増加する現象は高い歪定数を持つ、
従って、厚みの大きい弾性材料の効用を減殺する。また
一方、高い歪定数は、それがウエハ２３の加工表面２３
Ｂの凹凸に対して迅速に反応しそしてウエハ２３に対し
てより均一な圧力を維持しながらウエハ２３の加工面２
３Ｂの凹凸に対して良く順応するパッド２１の性能を高
めるのに望ましいのである。

【００２４】発泡体その他を使用した弾性パッドに生ず
るもう一つの問題はヒステリシスである。ヒステリシス
とは、パッドの圧縮圧力を除いた後も元の形状に弾性的
に回復しない傾向をいうものである。

【００２５】ヒステリシスの問題を軽減するために、そ
して弾性材料の圧縮応力の圧縮速度による増加の問題を
軽減するために、発明者は図８に示す複合パッドを発見
した。このパッドは、弾性発泡材料２２を含み、弾性発
泡材料２２は、その下に配置したガスを内包した気泡状
中空体よりも非常に小さい歪定数を有する。空気、窒
素、その他任意のガスが個々の気泡状中空体７０に充填
される。気泡状中空体７０は相互に連結されても良いし
また1個ずつ積み重ね、あるいは詰め込まれても良い
し、１個、或いはもっと多くの気泡状中空体が使用され
ても良い。個々の気泡状中空体７０はガスまたは他の流
体を完全に密封してある。またもし望むならば、一つの
気泡状中空体は隣の気泡状中空体と連通しておりガスが
相互に流通し得るようになってどの気泡状中空体も単独
に密封はされていないようにする事もできる、したがっ
て一つの気泡状中空体が圧縮されるとき、ガスは隣の気
泡状中空体のほうへ圧入される。このように気泡状中空
体７０の中のガスは圧縮変形速度に起因する圧力の増加
及びヒステリシスの影響を最小にすることが出来る。本
発明の実施技術の態様の一つとして、気泡状中空体７０
を円筒状の室７１から取り除き、パッド２２を室７１の
上部に気密的に且つ摺動可能にピストンのようにはめ込
み、室７１をガスで満たしパッド２２が矢印Ｘの方向に
圧縮されたとき、室７１内の空気が圧縮されてパッドの
研磨面２２Ｂをウエハ表面の全体的凹凸に実質的に平行
に倣う力を及ぼすようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】研磨パッドに作用する圧力と歪の関係を示すグ
ラフである。

【図２】凹凸のある微視的表面を有する半導体材料と半
導体材料表面を平坦化するために使用される複合研磨パ
ッドの側面を示す図である。

【図３】図２に示した半導体材料及び研磨パッドの詳細
な構造を示す部分断面側面図である。

【図４】半導体材料の巨視的に平坦な中央平面の状態を
示す断面図である。

【図５】本発明の複合研磨パッドが半導体材料の下に移
動して来たときの圧縮状態を示す断面図である。

【図６】弾性研磨パッドが半導体材料の下に移動してき
た最初からの時間経過と、パッドが半導体材料に及ぼす
圧力の関係を示すグラフである。

【図７】図２及び図５における研磨パッドとウエハ保持
具を上から見た平面図である。

【図８】他の実施形態の研磨パッドの構造を示す断面図
である。

【符号の説明】

１９ 研磨パッド手段 ２０ 金属べ一ス ２１ 弾性パッド ２２ 可撓性パッド ２３ ウエハ ２４ 研磨ヘッド ３０ コーティング ３１、３２、３３、３４ 金属の線条 ３５ 埋設表面 ３６、３８ トレンチ ７０ 気泡状中空体

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハであって、該半導体ウエハ
   は、 巨視的に平坦な埋設表面と、 少なくとも１対の金属の線条と、を含み、 前記金属の線条の各々は、前記埋設表面に連結され、 前記金属の線条の各々は、前記埋設表面から離れるよう
   に実質的に等しい距離だけ延びており、 前記対になった金属の線条は、５００ミクロンよりも小
   さい距離だけ互いに間隔を隔てて配置されており、 前記半導体ウエハは、前記金属の線条および前記埋設表
   面に亘って広がり、前記金属の線条および前記埋設表面
   を覆うコーティングをさらに含み、前記コーティングの
   上面が、巨視的には平坦で、かつ、微視的には凹凸を有
   する加工表面を構成している半導体ウエハを研磨するた
   めの研磨パッドであって、 該研磨パッドは、前記対になった金属の線条を露出させ
   るように前記加工表面を微視的に平坦化し、前記研磨パ
   ッドは、（ａ） ベースと、（ｂ） 前記ベースに連結
   され、前記ベースから間隔を隔てて配置された外側面を
   有し、約４ｐｓｉを超える所定の圧縮圧力を受けたとき
   に６ミクロン／ｐｓｉよりも大きい歪定数を有する弾性
   材料でできた第１の層と、（ｃ） 前記外側面の少なく
   とも一部に連結され、前記外側面から間隔を隔てて配置
   された研磨面を有し、前記所定の圧縮圧力を受けたとき
   に前記第１の層の歪定数よりも小さい歪定数を有する弾
   性材料でできた第２の層と、を含み、前記研磨パッド
   は、前記金属の線条および前記コーティングが、すべて
   の点で前記金属の線条および前記コーティングを通る中
   央平面から５００オングストロームよりも小さい量の偏
   差を有するように研磨することを特徴とする研磨パッ
   ド。
2. 【請求項２】 半導体ウエハであって、該半導体ウエハ
   は、 巨視的に平坦な加工表面と、 前記加工表面にある隣接した金属の線条およびコーティ
   ングと、を含み、前記金属の線条は、前記コーティング
   と異なる速度で摩耗する半導体ウエハを研磨する研磨パ
   ッドであって、 該研磨パッドは、（ａ） ベースと、（ｂ） 前記ベー
   スに連結され、前記ベースから間隔を隔てて配置された
   外側面を有し、約４ｐｓｉを超える所定の圧縮圧力を受
   けたときに６ミクロン／ｐｓｉよりも大きい歪定数を有
   する弾性材料でできた第１の層と、（ｃ） 前記外側面
   の少なくとも一部に連結され、前記外側表面から間隔を
   隔てて配置された研磨面を有し、前記所定の圧縮圧力を
   受けたときに約３ミクロン／ｐｓｉよりも小さい歪定数
   を有する弾性可撓性材料でできた第２の層と、を含み、 前記研磨パッドは、前記金属の線条および前記コーティ
   ングが、すべての点で前記金属の線条および前記コーテ
   ィングを通る中央平面から５００オングストロームより
   も小さい量の偏差を有するように研磨することを特徴と
   する研磨パッド。
3. 【請求項３】 半導体ウエハの加工表面であって、該加
   工表面は、 巨視的に平坦でかつ、前記加工表面がすべての点で、前
   記加工表面を通る中央平面から４ミクロンよりも小さい
   量の偏差を有する概して微視的に平坦である加工表面を
   研磨する研磨パッドであって、（ａ） ベースと、
   （ｂ） 前記ベースに連結され、前記ベースから間隔を
   隔てて配置された外側面を有し、約４ｐｓｉを超える所
   定の圧縮圧力を受けたときに６ミクロン／ｐｓｉよりも
   大きい歪定数を有する弾性材料でできた第１の層と、
   （ｃ） 前記外側面の少なくとも一部に連結され、前記
   外側表面から間隔を隔てて配置された研磨面を有し、前
   記所定の圧縮圧力を受けたときに前記第１の層の歪定数
   よりも小さい歪定数を有する弾性材料でできた第２の層
   と、を含み、 前記研磨パッドは、前記金属の線条および前記コーティ
   ングが、すべての点で前記金属の線条および前記コーテ
   ィングを通る中央平面から５００オングストロームより
   も小さい量の偏差を有するように研磨することを特徴と
   する研磨パッド。
4. 【請求項４】 前記金属の線条および前記コーティング
   を合わせた全領域は、１６平方ミリメートルよりも小さ
   いことを特徴とする請求項２に記載の研磨パッド。