JPH05146969A - 半導体基板上に形成された誘電体層を研磨する装置 - Google Patents

半導体基板上に形成された誘電体層を研磨する装置

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JPH05146969A
JPH05146969A JP4129416A JP12941692A JPH05146969A JP H05146969 A JPH05146969 A JP H05146969A JP 4129416 A JP4129416 A JP 4129416A JP 12941692 A JP12941692 A JP 12941692A JP H05146969 A JPH05146969 A JP H05146969A
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JP
Japan
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pad
polishing
substrate
dielectric layer
slurry
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Pending
Application number
JP4129416A
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English (en)
Inventor
Joseph R Breivogel
ジヨセフ・アール・ブレイヴオーゲル
Seiichi Morimoto
セイイチ・モリモト
Matthew J Prince
マシユウ・ジエイ・プリンス
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Intel Corp
Original Assignee
Intel Corp
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11Lapping tools
    • B24B37/20Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体基板上に形成されている誘電体層をよ
り早く研磨する装置を得ることである。 【構成】 パッドの上面にはほぼ円周方向の溝が複数本
形成される。それらの溝は、パッドの面積を増大し、単
位面積当りより多くの研磨スラリを基板へ付着させる点
接触を生じさせることにより、研磨作業を容易にするよ
うな寸法にされる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体処理の分野に関す
るものであり、更に詳しくいえば、半導体基板上に形成
された誘電体層を平らにするための研磨法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】今日製造されている集積回路(IC)
は、半導体基板に製造されている各種のデバイスを結合
するための金属化された精密な相互接続系に全体として
依存している。それらの金属化された相互接続を形成す
るための技術は極めて高度なものであって、当業者には
周知のものである。アルミニウムその他の金属を付着し
て、パターンを描いて、シリコン基板の表面に沿って相
互接続路を形成する。ほとんどの技術においては、次に
誘電体層すなわち絶縁層をその第1の金属(金属1)の
上に付着する。それからエッチングにより誘電体層にバ
イア穴をあけ、第2の金属化層を付着する。第2の金属
(金属2)層が誘電体層を被覆し、バイア穴を充填する
ことにより、金属層1に対して電気的接触を行う。誘電
体層の目的は、もちろん、金属1と金属2の相互接続の
間の絶縁体として作用することである。
【0003】金属間の誘電体層は二酸化シリコンの化学
蒸着(CVD)を含むことがしばしばである。それは約
1ミクロンの厚さに形成されるのが普通である。(通常
は、下側の金属1相互接続も約1ミクロンの厚さに形成
される。)二酸化シリコン層はその上面が、高さと幅が
下側の金属1の線に対応するように、平らでない状態で
被覆する。
【0004】層間誘電体の上面におけるそれらの段の高
さの変化にはいくつかの望ましくないことがある。ま
ず、平らでない誘電体の表面が以後のフォトリソグラフ
処理工程の光学的分解を妨げる。このために高解像力の
線を印刷することが極めて困難になる。第2の問題は、
誘電体の上の金属2(第2の金属)層も段付きとなる。
段が高すぎるとすると、金属2の層中で回路が開かれる
という大きな危険がある。
【0005】それらの問題に対処するために、層間誘電
体の上面をより良く平らにするために種々の技術が開発
されている。1つの技術は、誘電体の上面に沿う突き出
た段を除去するために研磨剤による研磨することであ
る。この方法では、シリコン基板を、研磨剤を被覆され
ている平らなパッドが被覆されている台の上に置く。次
に、ウエハと台を相対的に回転させて突出している部分
を除去する。誘電体層の上面がほとんど平らになるまで
研磨を続ける。
【0006】安定した高い研磨速度を達成し、維持する
1つの要因はパッドの調整である。パッド調整は、パッ
ド表面を以後の研磨作業のために適切な状態にする技術
である。従来の方法によれば、パッド調整は、平らな縁
部を有するかみそりまたは小刀型の刃を用いてパッドの
上面をこすることを含む。これにより研磨パッドから古
い研磨コンパウンド(すなわち、スラリ)が除去され、
パッドの表面に新しいスラリ粒子がしみ込む。いいかえ
ると、表面をこすることにより、パッド表面の使用した
古い研磨剤を除去することが助けられる。同時に、パッ
ド表面を横切って流れる新しいスラリの一定の流れが、
パッドに新しい研磨粒子がしみ込むことを助ける。従来
は、比較的軟らかで、フェルト状の材料(ローデル社
(Rodel,Inc.)製のローデル500のよう
な)を含む種類の研磨パッドへこの技術は適用されてい
た。
【0007】しかし、他の比較的硬いパッド(ローデル
社製のIC60パッドのような)が用いられる場合に
は、従来のかみそりまたは小刀の刃による調整技術によ
り得られる結果は小刀の刃による調整技術により得られ
る結果は不満足なものである。この種のパッドに用いら
れる場合は、より多くのウエハを処理するにつれて直刃
による研磨速度が低下して生産性を低下させる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ここでの説明からわか
るように、比較的硬いパッドの研磨速度を従来よりも3
0〜50%向上できる、改良した半導体研磨技術を本発
明は提供するものである。更に、この比較的高い研磨速
度は多数のウエハの研磨において一定に保たれるから、
ウエハ間の研磨速度の安定度が高くなる。
【0009】
【課題を解決するための手段】この明細書においては、
半導体基板上に形成された誘電体層を研磨する改良した
研磨装置について説明する。一実施例においては、本発
明は、特殊な研磨パッドに覆われた回転台を含む。パッ
ドには複数の円周溝が設けられる。それらの溝は、たと
えば、フライス盤、旋盤その他の手段で形成できる。パ
ッドと基板の境界面で点接触して研磨作業を容易にする
ような寸法にそれらの溝は形成される。それらの溝は利
用可能なパッド面積を増し、単位面積当りより多くのス
ラリを基板へ付着できるようにする。
【0010】本発明の研磨装置は、パッドの表面を研磨
スラリで被覆する手段と、基板に対して台を回転させる
ことにより誘電体層が平らにされるように、パッドの表
面へ基板を押しつける手段を更に含む。パッドの単位面
積当りの溝の数と溝の間隔は、高い研磨速度および研磨
の一様性を達成するために用いられるパッドおよびスラ
リのそれぞれの種類に対して最適にされる。本発明によ
れば、研磨速度は1分間当り約2000オングストロー
ムまで高くすることができる。この研磨速度は従来技術
による最高の研磨速度の約50%の向上である。また、
この比較的高い研磨速度は少なくとも200枚のウエハ
の研磨作業において一定である。
【0011】
【実施例】以下に、半導体基板上に形成された誘電体層
の研磨に用いる改良した研磨装置について説明する。以
下の説明においては、本発明を完全に理解できるように
するために、材料の種類、厚さ等のような特定の詳細を
数多く述べる。しかし、それらの詳細は本発明の実施に
は不要であることが当業者には明かであろう。他の例で
は、本発明を不必要にあいまいにしないようにするため
に、周知の構造および周知の処理工程は述べない。
【0012】まず、半導体基板上に形成されている誘電
体層を平らにする研磨装置が示されている図1を参照す
る。作業中は、シリコン基板15が表面を下にしてパッ
ド11の上に置かれる。パッド11は台10の上に固定
される。このようにして、研磨する誘電体層はパッド1
1の上面に直接接触して置かれる。本発明によれば、パ
ッド11は、シリカ粒子のような研磨粒子を送り出すこ
とができる比較的硬質のポリウレタンその他類似の材料
を含む。ここで説明している本発明の実施例において
は、ローデル社(Rodel,Inc.)製の無孔パッ
ド「IC60」が採用される。前記した有利な結果を達
成するために、本発明の方法に従って、類似の特性を有
する類のパッドを調整できることもわかるであろう。
【0013】基板15の裏面に下向きの力F1 を加える
ために、「キル(quill)」としても知られている
担体13が用いられる。基板15の裏面は真空圧によ
り、または湿っている表面の張力により、担体13の底
に接触させられたままとなる。インサートパッド17が
ウエハ15を担体13から緩衝することが好ましい。処
理中に下側の担体13からウエハ15が横方向へ滑るこ
とを阻止するために、通常の保持環14が用いられる。
加えられる圧力F1は典型的には1平方センチメートル
当り約352グラム(1平方インチ当り5ポンド)のオ
ーダーであって、担体13のうしろ側に取付けられてい
る軸12により加えられる。その圧力は誘電体層の上面
の研磨を容易にするために用いられる。軸12を回転さ
せて基板15へ回転運動を伝えることができる。これに
より研磨作業が非常に促進させる。
【0014】研磨作業中に、担体13は典型的には台1
0に対して約40rpm で円形に回転する。この回転運動
は、通常のモータを軸12へ連結することにより容易に
行わせることができる。ここで説明している実施例にお
いては、台10は基板の動きに対して同じ向きに約15
rpm の速さでも回転する。また、台10は周知の機械的
手段で回転させられる。台10と担体13が回転させら
れると、シリカをベースとする溶液(「スラリ」としば
しば呼ばれる)がパイプ18を通じてパッド11の上面
へ送られる。現在は、SC3010として知られている
スラリが用いられる。このスラリSC3010はキャボ
ット社(Cabot,Inc.)により製造される。研
磨作業においては、スラリ粒子はパッド11の上面内に
埋込まれるようになる。そうすると、台10における担
体13の相対的な回転運動により誘電体層の研磨が容易
にされる。誘電体層の上面が非常に平らになるまで研磨
はこのようにして続けられる。
【0015】上記の研磨作業を一層容易にするために、
パッド11の表面に複数の溝を刻む。研磨される部分に
一連のほぼ円形の溝が形成されているパッド11が図2
に示されている。それらの溝47は、フライス盤、旋
盤、プレス等または類似の方法により形成される。研磨
はパッドの全面にわたって行われることはないから、パ
ッドの表面のうち研磨する部分だけに溝を形成する必要
があることに注目されたい。これが図2に溝を設けられ
た領域42で示されている。
【0016】図3は本発明に従ってパッドに形成された
溝を設けられている領域42を示す横断面図である。こ
の図からわかるように、溝は三角形であって、それの深
さはスラリが研磨中に基板表面の下側へ移動できるよう
にするのに十分な深さである。このようにスラリが移動
できるようにすることにより、単位面積当りより多くの
スラリを基板へ供給できる。もちろん、溝自体は種々の
形をとることができる。たとえば、底が平らな溝、また
は横断面が半円形の溝を形成できる。長さ10cm当り約
8〜126本(1インチ当り2〜32本)の溝を設け、
各溝の深さを約0.004〜0.024cm(約0.01
〜0.06インチ)にすることが好ましい。
【0017】上記のように、同心溝によりスラリを研磨
中に基板の下側へ送ることができる。これによって1分
間当り約2000オングストロームの研磨速度が得られ
る。この研磨速度は少なくとも200枚のウエハの研磨
において一定であることが判明している。また、パッド
表面に複数の同心溝を形成することにより、パッド材料
の有用な寿命を十分に延長するという有益な効果が得ら
れている。
【0018】基板が担体へ正しく取付けられ、スラリの
最初の量が溝付きパッドに付着された後で、研磨作業を
開始できる。現在は、台の回転速度を15rpm 、担体の
回転速度を40rpm として、約6分間の研磨時間が採用
される。図4に示す溝付き領域42を、基板がたどる研
磨経路41の幅に等しいか、それにより広いことが重要
である。ここで説明している実施例においては、軸12
が担体13を回転させる(パッド11の回転運動は矢印
39で示されている)から、担体13は台10の中心4
0に対して静止位置に留まる。台は矢印38により示さ
れるようにも回転させられる。研磨中に用いられるパッ
ド(すなわち、台10を覆うパッド11)の表面部分が
研磨経路41により示されている。図4に破線で示され
ている環は溝付きパッドの区域42を示す。別の実施例
は、本発明の要旨または範囲を逸脱するこなしに、基板
15を台10に対して回転すなわち動かすために異なる
手段を採用できる。以上、1つの特定のパッドの調整に
関連して本発明を説明したが、類似の結果を達成するた
めに本発明は多数の異なるパッドを使用できることがわ
かる。更に、本発明の他の実施例は、説明したように円
周方向溝の代りに放射状溝または垂直溝格子を使用する
ことができる。更に別の実施例は溝を多少ランダムに配
置できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に用いられる研磨装置を示す。
【図2】本発明の研磨パッドの上面に形成されている円
周方向溝を示す研磨パッドの上面図である。
【図3】本発明の研磨パッドの上面に形成された溝を示
す研磨パッドの横断面図である。
【図4】研磨作業中の担体と台の相対的な動きを示す図
1の装置の上面図である。
【符号の説明】
10 回転台 11 研磨パッド 12 軸 13 担体 14 保持環 47 溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セイイチ・モリモト アメリカ合衆国 97007 オレゴン州・ビ ーバートン・サウスウエスト 163アール デイ アヴエニユ・9645 (72)発明者 マシユウ・ジエイ・プリンス アメリカ合衆国 97210 オレゴン州・ポ ートランド・ノースウエスト エヴアレツ ト・2143

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パッドで覆われた回転台と、前記パッド
    の表面を研磨スラリで被覆する手段と、半導体基板を前
    記スラリとともに回転するパッド表面に誘電体層を平ら
    にするために前記基板を前記表面へ押しつける手段とを
    有し、前記パッドの表面には、パッド/基板の境界面に
    点接触を生じさせることにより前記研磨作業を容易にす
    る複数の溝が形成されていることを特徴とする半導体基
    板上に形成された誘電体層を研磨する装置。
  2. 【請求項2】 回転台と、 この回転台を回転させる手段と、 表面に、半導体基板との境界面に複数の点接触を生ずる
    ことにより研磨作業を容易にする、対応する複数のほぼ
    円周方向の溝が表面に形成されている前記回転台を被覆
    するパッドと、 このパッドの前記上面の上に研磨スラリを付着する手段
    と、 前記基板に対する、前記スラリと一緒の回転運動によっ
    て、前記基板上に形成されている誘電体層を平らにする
    ように、前記基板を前記パッドへ押しつける手段と、を
    有することを特徴とする半導体基板上に形成された誘電
    体層を研磨する装置。
  3. 【請求項3】 上に研磨スラリが付着されるパッドで被
    覆される回転台と、この回転台を回転させる手段と、前
    記スラリの存在の下における半導体基板に対する前記回
    転台の回転運動により、基板の表面に形成されている誘
    電体層が平らになるように、前記基板を前記パッドの表
    面へ押しつける手段と、を備える種類の半導体基板研磨
    装置において、 パッドと基板の境界面に点接触を生じさせることにより
    前記研磨作業を容易にするために、前記パッドの表面に
    形成された複数のほぼ円周方向の溝、を備えることを特
    徴とする、研磨速度と研磨の一様性を向上させるための
    半導体基板研磨装置。
JP4129416A 1991-06-24 1992-04-23 半導体基板上に形成された誘電体層を研磨する装置 Pending JPH05146969A (ja)

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US719476 1991-06-24

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