JPH0621028A - 半導体ウェーハの中間膜平坦化装置 - Google Patents

半導体ウェーハの中間膜平坦化装置

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JPH0621028A
JPH0621028A JP1453993A JP1453993A JPH0621028A JP H0621028 A JPH0621028 A JP H0621028A JP 1453993 A JP1453993 A JP 1453993A JP 1453993 A JP1453993 A JP 1453993A JP H0621028 A JPH0621028 A JP H0621028A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェーハ表面を平坦にするために改善された
装置と方法の提供。 【構成】 半導体ウェーハ表面を平坦化するパッド。そ
のパッドは２０以上の層から成る。一つの層はパッドの
他の区分と異なる水圧モジュールを持つ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は平坦化装置に関するもの
である。特にこの発明はマクロ的に平坦に見える半導体
ウェーハを平坦化することでマクロ的に平坦な表面の
下、ウェーハ内部に作られた微細な突起を露出させる装
置に関わるものである。また、本発明は半導体ウェーハ
の硬質部と軟質部を同一レートで平坦化するタイプの装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェーハの研摩にはコンポジット
パッドがよく知られている。例えばジェイコブセン等は
米国特許番号（3,５０4,４５７）で、弾性フォームポリ
ウレタン研摩層（フィルム２３）、弾性中間コーファム
層２０またはカタ練り不活性ニトリルゴム層３５から成
るコンポジット（多層）パッドを発表している。ジェイ
コブソンのコンポジットパッドでは、弾性の強い層が研
摩したい半導体に近いところに配され、カタ練りニトリ
ルゴム層が半導体から遠く配されている。ジェイコブソ
ンのような弾性パッドは長年使用され、半導体研摩法と
して定着しているが、このような従来の弾性パッド構造
では、高いところは低いところより、軟かいところは硬
いところより摩耗し易いため、半導体表面を均一に平坦
化することは難しい。特に従来のパッドは高いところに
当ったままその端を丸く削ってしまう。半導体ウェーハ
の平坦化はフォトリソグラフィーに欠かせない。典型的
なフォトリソグラフィー工程ではアルミニウム、タング
ステン、ポリシリコン等を半導体ウェーハに析出する。
そのメタル層にスプレーか何かでフォトレジストをかけ
る。フォトレジストは感光する。フォトレジスト層にマ
スクをかけて光にあてるとフォトレジストで覆れた表面
のうち、マスクがかかっていない部分が硬化する。次に
マスクが取り除かれる。フォトレジストの光にあたらな
かったために硬化しなかったエリアを薬品で取り除く。
露光しなかったフォトレジストをエッチングし、そこに
現われる保護されなかったメタルを他の薬でエッチング
する。さらに半導体ウェーハ表面のメタルライン（スト
リップ）に残された硬くなったフォトレジストを別の薬
品で取り除く。硬化したフォトレジストを除いた後、平
らなウェーハ上に現われるメタルラインやメタルストリ
ップの深さは典型値で0.３μm ／2.０μm であるが、0.
５μm 〜1.０μm の範囲が好ましい。メタルラインの厚
さ（高さ）は0.３μm 〜2.０μm で0.５μm 〜1.５μm
が望ましい。平坦なウェーハにできたメタルラインの上
も何もできなかったエリアにもSiＯ2 等の絶縁材料が析
出される。酸化メタルの膜厚はメタルラインより厚く0.
３μm 〜2.０μm である。この酸化メタルはメタルライ
ンの頭が露出するまで研かれる。メタルラインを露出さ
せるにはメタルラインの頭の酸化メタルを全部研摩によ
って取り去ってしまう方法とメタルラインの上に薄膜だ
け残して酸化メタルのほとんどを取り去る方法がある。
メタルラインの硬度がラインどうしの間にある絶縁被膜
のものより高い場合は絶縁被膜が削り込まれる傾向があ
るため、メタルライン、一絶縁材料のような誘電層間の
平坦化においては表面が平坦にならない。同様に、メタ
ルラインの硬度がメタルラインを仲介する絶縁被膜のも
のより低い場合は、メタルライン上の絶縁被膜が除去さ
れ後も、なお研摩を続けると、メタルラインが削り込ま
れてしまう。
【０００３】半導体ウェーハ上に析出されたメタル／メ
タル系の材料を除去する目的はウェーハ表面を滑らかに
することではなく平坦化することである。これとは対照
的に金属を磨く主たる目的は滑らかにすることである。
表面を滑らかにするために磨くことと平坦化するために
材料を除去することを区別することが重要で、選ぶべき
平坦化装置の特徴を左右する。表面を滑らかにするため
の装置は半導体ウェーハの製造に必要な公差の小さい平
坦な表面を作り出すのに適切かどうか疑わしい。
【０００４】よって、研摩上異なる特徴をもつ材料から
成る半導体ウェーハ表面を正確に平坦化できるように改
善された装置と方法を提示することが切に望まれる。さ
て、当発明の主たる目的はウェーハ表面を平坦にするた
めに改善された装置と方法を提供することである。ま
た、硬度の異なる組成をもつ半導体ウェーハの表面を効
果的に近公差に平坦化するための平坦化法と装置を提供
することである。
【０００５】急ぎ発明したもう一つの目的は異なる水圧
モジュールをもつ材料の層でできた平坦化用改良コンポ
ジットパッドを提供することである。とはいえ、さらな
る目的は弾性圧縮した時起こるパッドの膨張で起こるヒ
ステリシス効果を最小にくい止めることである。この分
野の専門家には以下の説明と図から、本発明の目的と特
典の詳細がおわかりいただけることと考える。
【０００６】
【発明の要約】簡単に言えば、我々は本発明を通して、
半導体ウェーハを平坦化するより優れた装置を提供する
ものである。ウェーハはマクロ的に平坦な基盤で準表面
に接する一対以上の突起を持つ。それぞれの突起は準表
面からほとんど等距離突き出し、突起間の距離は５００
μm 以下とする。また、ウェーハは突起と準表面を覆う
被覆を持つ。この被膜の表面はマクロ的に平坦な作業面
を含む。この改良された平坦化装置は一対以上の突起を
露出するため平坦化するが研摩パッド組立てを使用す
る。その研摩パッド組立ての構成は、ベースにつづいて
弾性材料でできた第一層がある。この層の表面はベース
から離れたところにあり約４psi の圧力が第一層にかか
った時２５０〜４００psi の水圧モジュールを示す。つ
づいて弾性材料でできた第二層がある。これは一部で外
部表面と接がり、外部表面と離れたところに平坦化表面
を持ち、第二層の平坦化表面にはスラリー研摩媒体があ
る。この改良型平坦化装置はウェーハの作業面を平坦化
表面に合わせた状態を保つ保持機構を持つ。
【０００７】さらに、パッド組立ての一区分と保持機構
が動いてスラリー媒体と平坦化表面の接触を促し、作業
面を平坦化するような動力手段を有する。
【０００８】
【実施例】図に戻り、本発明の実用状況を説明するにふ
さわしいと考えられる現段階での実施例をあげることと
する。ここでは参考文献を示し、諸説を通して本発明の
限界となる要素を連ねることはしない。図１はシリンダ
ー状のウェーハ、つまり半導体ウェーハ２３または他材
料がシリンダー状のヘッド２４に取り付けられていると
ころを表わす。ヘッド２４はウェーハ２３のマクロ的に
平坦な円形の底平面２３Ａを支える。ここでいう「マク
ロ的に平坦」とは肉眼では平坦に見えるという意味であ
る。「ミクロ的に平坦」とは通常、表面を貫く中心面か
ら0.１μm 〜4.０μm の偏差で表面が波形を成している
という意味である。例えば、図１のように、ミクロ的に
平坦な準表面の距離Ｄ５は2.０μm 〜3.０μm で一定し
ているのがふつうである。ここでいう「ミクロ的に平
坦」とは通常、表面を貫く中心面から4.０μm 以下の偏
差を持つ表面のことを指す。マクロ的に平坦な表面はミ
クロ的に平坦であるとは限らない。
【０００９】半導体ウェーハの作業面と中心面の偏差に
ついて図３を参考に説明する。図３では、半導体ウェー
ハはシリンダー状のヘッド２４に取り付けられている。
ヘッド２４の円形で平坦な支持表面２４Ａでウェーハ２
３０のマクロ的に平坦な円形平坦化表面底２３０Ａを受
ける。上部にある作業面２３０Ｂはマクロ的にもミクロ
的にも平坦で、概ね表面２４Ａに平行している。図３は
表面２３０Ｂ（および図１の表面２３Ｂ）の波形をかな
り誇張している。図３の点線１５は表面１２０Ｂの中心
面である。図３の中心面１５は概ね表面２４Ａと平行で
図面用紙の面と垂直であるが、そうでなくともかまわな
い。中心面１５は、中心面とその上の表面を示す。点と
の距離と中心面とその下の表面を示す点との距離を全部
足すとゼロになるように表面２３０Ｂと交差する。平面
１５より下にある点は負の値をとり、平面１５より上に
ある点は正の値をとる。よって、図３においては矢印Ｇ
で示されている距離は負の値であり矢印下で示されてい
る距離は正の値である。実際には、図３に矢印ＦとＧで
示されているような距離は0.１μm 〜4.０μm の範囲で
ある。中心面は完全に平坦である。
【００１０】図１に戻ろう。パッド組立て１９は円形で
平坦な上部表面をもつシリンダー状の金属ベースを持っ
ている。弾性パッド２１のマクロ的に平坦な底平坦化表
面２１Ａは、だいたい接着済の層で表面に接着されてい
る。マクロ的に平坦な表面２１Ｂの上部はフレキシブル
パッド２２のマクロ的に平坦な表面２２Ａの下部に接着
されている。２１Ｂと２２Ａは通常接着済で接着されて
いる。図８はこの方法をさらに改善したものである。弾
性パッド２２の上側表面は概ねマクロ的に平坦でありミ
クロ的にも平坦であり得る。表面２０Ａ、２１Ｂ、２２
Ａ、および２２Ｂは任意の形、サイズをとって差しつか
えない。
【００１１】図２は、図１のパッド組立て１９と半導体
ウェーハの構成をさらに詳しく断面図に描いたものであ
る。ウェーハ２３の準表面３５はマクロ的に平坦であ
る。突起３１、３２、３３、３４、３６、３８のそれぞ
れは準表面と接続し、準表面から、ほとんど等距離、突
き出している。突起３１から３４はそれぞれ前述のフォ
トリソグラフィー工程を経てメタルまたはその外の材料
で表面３５につくられたライン（ストリップ）を表わ
す。突起３１から３４は準表面３５からそれぞれの頭ま
で側面上を伸び、その頭は比較的平坦である。突起３１
から３４のそれぞれの突起の側面は準表面３５に対して
垂直である。突起３１〜３４の頭である外部表面は準表
面３５に対して概ね平行である。突起の代わりに３６と
３８のように準表面３５にトレンチが作られることがあ
る。図２において被膜層３０は突起３１から３４、３
６、３８を覆うように持ち上がり表面３５も覆う。被膜
層３０は“マウンド”とよばれる持ち上がり部分ができ
ており３２と３３等の間にある低い中間エリアとは摩耗
率が違う。矢印Ｔで示された被膜層３０の最小膜厚は準
表面３５は突起３１から３４の準表面上のつき出し部分
より大きい。突起３１と３４は概ね同形、同寸法である
から、準表面３５と研摩表面２３Ｂの距離は、準表面３
５と突起の頭までの距離より、どの点をとっても大きい
ことになる。トレンチ３６と３８は概ね突起３１から３
４と同形、同寸法である。突起３１〜３４、３６、３８
の形と寸法は任意である。同発明の装置は作業面２３Ｂ
を平坦化して、被膜３０を十分な薄みの膜厚にし、しか
も突起３１〜３４の頭だけを露出させるのにとりわけ有
効である。被膜３０の一部を除去した結果、被膜３０の
表面が平坦になることが望ましい。また突起３１から３
４の側面は露出することなく、被膜３０に埋もれている
ことが望ましい。よって平坦化表面２２Ｂは、突起３１
から３４の側面まで伸びて突起３１から３４をカバーす
ることはない。しかしパッド２２の材料の表面２２Ｂが
作業面２３に直接触れ、スラリーを仲介するパッド２２
が表面２３に直接触れることは重要である。議論のため
図２ではあえて準表面３５と作業面３４Ｂの波形を誇張
した。
【００１２】図１の弾性パッド２１と２２を作業面に矢
印Ｓの方向に押しつけるとパッド２１と２２は圧縮され
る。（逆も同じ。）パッド２１と２２の、表面２３Ｂ上
のＢ点にかかる力は、パッド２１と２２の、表面２３Ｂ
上のＡ点にかかる力より小さい。これは単にパッド２１
と２２が２３Ｂ表面上のＢ点よりＡ点で強く圧縮される
ためである。同様に図２において、２３Ｂ表面にかかる
力、Ｆ１、Ｆ２は同表面にかかるＦ３Ｆ４の力より大き
い。これもまたパッド上の点Ｆ1 、Ｆ2 がＦ3、Ｆ4 よ
り強く圧縮されているからである。２１、２２層に適し
た材料としては、ロデール製の弾性があり、かつ圧縮性
のある研摩材料がある。商品名では Politex、 Suba、 Ｍ
Ｈ、ＩＣがある。また層２１用としては従来からスキュ
ーバダイビング用ウェットスーツの製造に使用されてい
るネオプリンフォームのようなフォーム材料を活用する
こともできる。これらの材料はどれも一般に普及してい
る接着済で簡単に貼り合わせることができる。
【００１３】本発明用のパッドを試作している時、意外
にも平坦化能力を劣しているのは表面２１Ａと２２Ｂの
間の接着剤の層であることを発明した。特に、平坦化構
造に作業中傷ついたり破損し易い軟かい要素が含まれて
いる時の改善が必要であることがわかった。弾性の低い
接着剤を作るか、できれば、２１層と２２層の間にもう
一つ非弾性層を設ければ、２２層の材料選択を最適化
し、前述の構造での平坦化性能を上げることができるは
ずである。
【００１４】弾性のない層を設けることで、研摩にあた
る２２層の体積圧縮性が増すため、作業面の脆い突起を
削り込むことが少なくなるようであり、良好な平坦化を
歩留りよく行える。図８にそのような構造のパッドを示
す。９３層はパッドをベース２０に貼り付けるための接
着剤である。２１層には少なくとも３０％、できれば４
０％〜７０％が空隙体積であるような弾性材料が、９１
層には薄膜で基本的に弾性も圧縮性も無いポリエステ
ル、ナイロン、メタル、エポキシ、強化ファイバーグラ
スエポキシのような、硬度の典型値がショアＡ９０の材
料がふさわしい。２２層は空隙体積が２５％以上、でき
れば３５％あるものを選んだ。図８のパッドは、２２層
が５ミル以上、できれば１０〜３５ミル、９１層の膜厚
は３ミル以上、できれば５〜１５ミル以上欲しい。２１
層は１５ミル以上であればどんな厚くてもよいが、３０
〜５０ミルの厚さなら、たいていのアプリケーションに
適する。図８のようなパッドを作る際は２１層と２２層
の体積を圧縮できることが不可決である。もし材料が変
形するだけで体積が圧縮されなければ、パッド上に展開
する作業面のダイナミックな動きで波が生じ、目的の平
坦化を達成できなくなってしまう。我々は２１層の圧縮
性は１０psi の負荷に対して５％以上必要であり、１０
％〜３０％あれば、たいていのアプリケーションに適す
ることを発見した。２２層は作業面と接触し、接点に非
常に高い圧縮力を受ける。よって２２層は１００psi の
負荷に対し、５％より大きい圧縮性を持たなければなら
ない。
【００１５】図２では、表面２２Ｂは作業面２３Ｂに接
触しその上を回転する。シリカ、アルミナ等の研摩懸濁
液（スラリー）が２２Ｂ上にあり、作業表面２３Ｂの材
料を少しずつ除去しながら平坦化する。表面２２Ｂと作
業面２３Ｂの回転の関係を図６に示す。図６では、２２
Ｂの円形表面は矢印Ｗの方向に回転する。固定されてい
るヘッド２４は、作業面２３Ｂを平坦化表面２２Ｂに押
しつける。
【００１６】必要に応じてヘッド２４は表面２２Ｂにつ
いて回転させたり他の方向に動かすことができる。平坦
化パッド組立て１９の目的は２３Ｂ表面を限りなくミク
ロ的に平坦にし、４mm四方で１６mm2 の表面積に対して
Ｔ．Ｉ．Ｒ．（総合計概数計算）で±２００Å〜５００
Åに保つことである。Ｔ．Ｉ．Ｒ．計算で２００Å〜５
００Åとは、２３Ｂ表面上の１６mm2 のエリアの中で高
低の差が２００Å、ということである。Ｔ．Ｉ．Ｒ．で
２００Å〜５００Åは概ね１６mm2 のエリアの中心面か
ら１００Å〜２５０Åの偏差に価する。発明した装置は
１６mm2 のエリアにおいて、Ｔ．Ｉ．Ｒ．２００Å〜５
００Åを達成したので、２３Ｂ表面の４mm四方のエリア
で、２００Å〜５００ÅＴ．Ｉ．Ｒ．を狙うのが実用的
であろう。今後は、本発明をもってあるいは実施例を改
善して２０mm四方でＴ．Ｉ．Ｒ．２００Å〜５００Åを
達成する所存である。
【００１７】問題は被膜を構成する材料と違う硬度を持
ち、除去上の特性も異なる突起３１〜３４を持つ被膜３
０を平坦化することであった。例えば、もし、被膜３０
が突起３１と３２より削り易い場合、被膜中の突起３１
と３２を仲介するエリアが削り込まれてしまうであろ
う。発明した装置は半導体ウェーハ表面の軟かい材料が
削り込まれるのを最小限に食い止め、削り込みを防ぐ、
例えば背の高い突起３１と３４の距離が５００μm 〜６
００μm 以下で突起３１と３２がメタルライン、また、
被膜３０が絶縁性メタルかまたは突起３１と３２より軟
かい／硬い／同じ硬さの材料でできていれば、発明した
装置は突起３１と３２の頭を結んだ線の延長上に２００
Å〜３００Åレベルで平坦化する。
【００１８】本発明を理解する鍵は、強度、弾性、剛性
等と体積ひずみを区別することである。先行技術でも、
硬度、弾性等を研摩パッドの特性として捉えてきたが、
これらの用語はしばしば材料の曲げ変形や回復力を計る
ために用いられてきた。それは先行技術においては、半
導体ウェーハ作業面の不規則なところにパッドを合わせ
るように配慮したが、平坦化に焦点を合わさなかったか
らである。例えば固体や軟かいゴムは「固くない」とか
「固い」とか言える。これらの用語は、パッドの体積が
変化しない場合も含めて、パッドの形の変わり易さ（変
形モジュール）を表わす。本発明では、２１層と２２層
は形だけでなく体積も明らかに変わらなければならな
い。本発明で言う「圧縮力」とは体積ひずみによる体積
の変化のことである。
【００１９】本発明を実施すると、２２層に４psi から
２０psi の圧力がかかった時、弾性層２２は１psi の圧
縮力に対して４００psi 〜５０００psi の水圧モジュー
ルを示す。（ただし２２層の膜厚はパッド直径に比べれ
ば小さいと仮定する。）例えば、２２層に４psi の圧縮
力がかかると２２層の水圧モジュールＫは１６００psi
〜２0,０００psi の範囲となる。もし２０psi の圧縮力
がかかれば、２２層の水圧モジュールＫは８０００psi
〜１０0,０００psi の範囲になる。弾性層２１に４psi
〜２０psi の圧縮力がかかった場合、２１層の水圧モジ
ュールは１psiの圧縮力に対して１００psi より大き
い。２１層の水圧モジュールは４psi 〜２０psi の圧縮
力が２１層にかかった時、１psi の圧縮力に対して１０
０psi 〜２５０psi であることが今のところ望ましいと
考えられる。例えば、２１層に１０psi の圧縮力がかか
った場合、２１層の水圧モジュールは１０００psi 〜２
５００psi の範囲になる。水圧モジュールＫは水圧Ｐが
一定のとき、形を変えないで体積を変えようとする耐性
を測定する際使われる。層にかかる圧力がもともとゼロ
であると仮定し、水圧Ｐがその層にかかり、（△Ｖ）／
（Ｖ）が体積ひずみである場合、水圧モジュールＫは
（ＰＶ）／△Ｖ）に等しい。２１層の水圧モジュールが
低ければ２１層は弾性変形する。２２層の水圧モジュー
ルＫが高いことは、例えば突起３１と３２の間で作業面
２３Ｂの軟かい材料が削り込まれるのを防ぐのに役立
つ。２２層の水圧モジュールＫが高いために、図３の矢
印Ｅで示すように５００μm 〜６００μm 離れた地点を
効果的にブリッジできるのである。必要な水圧モジュー
ルの値さえ得られればウレタンフォーム等他のフォーム
や弾性材料でも本発明の用途に使用できる。
【００２０】本発明のパッドを構成するにあたってそれ
までに実施した材料除去がどういうタイプであったか、
また平坦化用パッドにどういう材料を使用してきたかを
認識することが重要であった。第一に被膜３０を研摩す
る主たる目的は平坦化することである。これは多くの研
摩が滑らかにすることを主たる目的としているのと対照
的である。
【００２１】発明した装置はマクロ的にあるいはミクロ
的に平らな半導体ウェーハの表面の全てのポイントに同
時に接触して表面を研くことで平坦化するよう設計され
ている。この材料除去のタイプは半導体ウェーハの限ら
れたエリアを磨くポイント接触タイプと区別できる。第
三に、平坦化用コンポジットのクリティカルな特性は、
パッドに使用される弾性層の水圧モジュールＫである。
図６のように、回転のたびにパッド２２のＰ１に沿う部
分はＰ２に沿う部分よりウェーハ２３に長時間圧縮され
る。しかし、パッド２２がＰ１に沿うかＰ２に沿うかに
かかわらず、パッド２１と２２（図２および３参照）が
ウェーハ２３に圧縮されるに必要な時間は概ね同じであ
る。この事は図４に、パッド組立て１９であるフレキシ
ブルパッドを圧縮する時間を、パッド２１と２２をＤ４
の距離だけ動かすのに必要な時間として表わされてい
る。平坦化表面２３Ｂがウェーハ２３の先端５０に接
し、ウェーハ２３の下を距離Ｄ４（矢印）だけ動いた
ら、パッド組立ての表面１０はＤ３（矢印）で示された
距離分圧縮されたことになる。２２Ｂ表面でＤ３（矢
印）の長さ分圧縮する時間は、0.００１〜0.００３秒の
範囲で典型値は0.００２秒である。0.０００３秒のよう
に短いこともある。Ｄ３は距離にして７０μm である。
0.００２秒で７０μm 圧縮するのであるから大まかには
１秒当たり１インチの割合で圧縮していることになる。
動きや圧縮速度が速ければ、材料はより剛く、高い圧縮
力を持つものが要求される。図５はこの現象を表わして
いる。図５のゼロ秒地点では、ポイント６０はウェーハ
２３の縁にありウェーハ２３の作業面２３Ｂの下を動き
始めている。0.００２秒後には、ポイント６０はウェー
ハ２３の下をＤ４だけ動いており、弾性パッド２１と２
２は矢印ではさまれたＤ３分だけ圧縮されている。パッ
ド組立て１９のポイント６０がウェーハ２３の下をＤ４
だけ動いた地点でウェーハ２３に働くパッド組立て１９
の圧縮力は、図５で、ポイント６１となり、最大値とな
ることを我々は最近理論づけた。パッド組立て１９のポ
イント６０がさらにウェーハ２３上を動き続けると、圧
縮されたパッド２１と２２がウェーハ２３に押しつける
力は、パッド１９のポイント６０がウェーハ２３の下に
入ってから0.１秒後の地点まで次第に減じ、パッド組立
てがウェーハ２３に押しつける力はこの時、図５のよう
にポイント６０から６２に変わる。パッド２１と２２の
圧縮速度を上げた時、パッド組立て１９がウェーハ２３
に押しつける力は水圧モジュールの低い材料を用いるこ
とで緩和される。一方、水圧モジュールが低いというこ
とはパッド２１を２３Ｂ作業面の波形にす速くフィット
させることができ、またウェーハ２３にかかる圧力を均
一に保つことができる点で好ましくさえある。
【００２２】もう一つの、フォームまたは他の材料でで
きた弾性パッドにまつわる問題はヒステリシス（履歴）
である。ヒステリシスとはパッドから圧縮力が解放され
た時、弾性拡張して完全に元の形に戻らない傾向のこと
をいう。ヒステリシスの問題を最小にし、弾性パッドの
圧縮速度を上げた時に起きる力を最小にするために、図
７に示すようなコンポジットパッドを発見した。このパ
ッドには、弾性フォーム材２２を持ち、パッド２２の下
にできている泡にガスの嵩が充満するいわゆる「パッ
ド」よりずっと低いヒステリシスモジュールを持つ弾性
フォーム材を使用した。それぞれの弾性泡７０には空
気、窒素またはその他の必要なガスを含ませることがで
きる。泡７０は通じさせたり別々の泡を積んだりするこ
とができる。泡７０は単独でも複数でも活用できる。泡
７０のそれぞれの泡はその中のガスや流体を完全に包み
込んでしまう。必要なら弾性泡７０の最初の泡を次の泡
と通じさせて２つの泡の間をガスが流れるように、どち
らの泡もその中にガスを完全に包み込むことがないよう
にすることもできる。結果、最初の泡が圧縮されると二
番目の泡の中にガスは強制的に流れることになる。泡７
０のガスは圧縮速度が増した結果強くなる力を最小にと
どめ、ヒステリシス効果をも最小に押える。
【００２３】専門家には理解いただけようが、シリンダ
ーチャンバ７１から泡７０を除去することができる。ガ
スが閉じ込められたチャンバ７１と隙間なく滑らかにチ
ャンバー７１上部に貼り付いたパッド２２はちょうどピ
ストンのように連動する。パッド２２が矢印Ｘの方向に
下に圧縮されるとその反発力でパッド表面２２Ｂを押し
上げてウェーハ表面全体に拡がる波形にぴったりと沿う
のである。
【００２４】我々の発明を技術的にご理解いただき、実
用していただくために、上述のごとく説明し、現段階に
おける好ましい実用例を述べてきた。
【図面の簡単な説明】
【図１】ミクロ的に平坦な、波形のない半導体ウェーハ
表面と、そのウェーハを平坦化するために使用したコン
ポジットパッドの一部の側面図である。
【図２】図１に示した研摩パッドの一部と半導体ウェー
ハの構成を詳しく図化したものである。
【図３】マクロ的またはミクロ的に平らな半導体ウェー
ハの表面の中心平面を示す。
【図４】本発明によるコンポジット研摩パッドが半導体
ウェーハ下部を動いた時の圧縮状態を示す。
【図５】半導体ウェーハについた弾性パッドの位置と半
導体ウェーハ下部を動いた時間の関係をグラフに表わし
たものである。
【図６】図１と図４のパッドとウェーハキャリアの平面
図である。
【図７】本発明による代替平坦化用パッドの略図であ
る。
【図８】平坦化用パッドの３つの稼働層を表わす略図で
ある。
【符号の説明】
１６ パッド組立て ２１、２２ パット ２３ 半導体ウェーハ ２４ ヘッド
フロントページの続き (72)発明者 トーマス シー ハイド アメリカ合衆国 アリゾナ州 85224 チ ャンドラー ノース ブレントウッド ド ライヴ 1907 (72)発明者 ジョン ヴィー エイチ ロバーツ アメリカ合衆国 デラウェア州 19713 ニューアーク ウィナーク ドライヴ 3805

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 次の事を含む半導体ウェーハ平坦化装置 マクロ的に平坦な準表面、 一対以上の突起 それぞれが準表面に接続していること それぞれが前述準表面から離れたところに外表面を持つ
    こと それぞれが前述準表面からほとんど同じ高さで突起して
    いること 離れているスペースは５００μｍより小さいこととす
    る。前述の突起と準表面を包むように拡がる被膜。前述
    被膜の外表面はマクロ的に平坦な作業面をもつこと。前
    述装置は次のことを含む。 (a) 平坦化パッド組立て。その構成は次の通り。 (i) ベース。 (ii)第一層。これは弾性材料でできており、前述のベー
    スに接続し、前述ベースから離れた外表面を持ち、4psi
    〜20psi の圧縮力が前述第一層にかかった時の水圧モジ
    ュールは1psiの圧縮力に対して250psiである。 (iii) 第二層。これも弾性材料でできており外表面に一
    部接続している。前述膜に触れ、すり合わせて上部表面
    を露出する。前述第二層に任意の圧縮力がかかった時の
    水圧モジュールは、前述第一層の水圧モジュールより大
    きい。 (iv)液体スラリー研摩媒体。これが前述第二層の平坦化
    表面にあること。 (b) 前述ウェーハを作業面に保持し、かつ、次のうち少
    なくとも一方に接触する保持機構。 (i) 前述平坦化表面 (ii)前述スラリー媒体、さらに (c) 少なくとも前述の平坦化パッドの一段と前述保持機
    構の一機能（前述パッド組立てと保持機構の他の区分に
    対して）を動かし、前述パッド組立てと前述保持機構の
    動きによって前述スラリーと前述平坦化表面が前述作業
    面に接触させ研摩するための動力手段。 前述平坦化表面。これは前述作業面を、少なくとも外表
    面が露出するまで、ミクロ的に平坦にする。すなわち前
    述作業面と外表面が概ねミクロ的に平坦、共にプレーナ
    ーにし、それぞれの外表面が作業面と接したところで止
    まっている状態にする。
  2. 【請求項２】 請求項１の装置では (a) 前述突起のそれぞれは準表面から突き出して外表面
    で止まる側面を一つ以上有する。 (b) 前述被膜は (i) 前述準表面が前述パッド組立てで平坦化されるま
    で、前述側面を覆う。 (ii)前述準表面が平坦化され、外表面が露出した後も、
    前述側面を覆う。また (iii) 準表面から突き出している突起より厚い。
  3. 【請求項３】 請求項２の装置では前述準表面から前述
    突起がつき出す距離は0.３μｍ〜2.０μｍの範囲であ
    る。
  4. 【請求項４】 請求項３の装置では、前述材料は半導体
    ウェーハであり前述突起のそれぞれの幅は0.３μｍ〜2.
    ０μｍの範囲である。
  5. 【請求項５】 平坦化装置で使用する研摩パッド。前述
    パッドは次のものを含む。 (a) 弾性ベース材料。これは第一層に4psi〜20psi の範
    囲で選択された圧縮力がかかった時にだいたい1psiの圧
    縮力に対して250psiより大きい水圧モジュールを持つ。 (b) 第二平坦化層。これは前述第二層に前述の選ばれた
    圧縮力がかかった時、１psi の圧縮力に対して400psi以
    上の水圧モジュールを持つ。 前述パッドは前述平坦化装置に据付けができ、単独であ
    るいはスラリーと連系してウェーハ作業面を平坦化す
    る。
  6. 【請求項６】 請求項５の研摩パッドにおいて、前述第
    二層は少なくとも次の２つのうち１つと接触する平坦化
    表面を持つ材料でできている。 (a) 前述作業面および (b) 前述パッドがスラリーと共に使用される時は前述ス
    ラリー。
  7. 【請求項７】 ウェーハ作業面を平坦化する装置。作業
    面はマクロ的にもミクロ的にも平坦で、作業面のどの点
    をとっても中心面との偏差はおよそ４μｍより小さい。
    前述の装置は次のものを含む。 (a) 平坦化パッド組立て。これは次を含む。 (i) ベース (ii) ベースに接続し、弾性材料でできている第一層。
    これは前述ベースから離れたところに外表面を持ち、約
    4psiを超える選ばれた圧縮力が第一層にかかった時の水
    圧モジュールは1psiの圧縮力に対して250psiより小さ
    い。 (iii) 少なくとも一部が外表面に接し、弾性材料ででき
    た第二層。これは前述外表面と離れたところに平坦化表
    面を持ち、前述の選ばれた圧縮力が前述の第二層にかか
    った時の水圧モジュールは第一層のものより大きい。 (iv)前述第二層の平坦化表面にあるスラリー媒体。 (b) 前述の作業面にウェーハを当てた状態を保持する保
    持機能。 これは次のいずれかに接触する。 (i) 前述平坦化表面および (ii)前述スラリー媒体。 (c) 前述パッドの少なくとも一部分と保持機構の動きに
    よって前述スラリーと前述平坦化表面を接触させ前述作
    業面を研摩する動力手段。
  8. 【請求項８】 請求項７の装置では第一層と第二層の
    （水圧モジュールを測るとき使用される測定器のフット
    の）トータルエリアは16mm2 である。
  9. 【請求項９】 平坦化装置で使用するパッドは次のこと
    を満たす。 (a) 弾性パッドの厚さは0.０１５インチ以上、体積の３
    ０％は空 であるため、ベース材料は体積を圧縮するこ
    とが可能で、10psi の負荷で５％以上圧縮することがで
    きる。 (b) 中間層の厚さは、0.００３インチ以上で、基本的に
    体積は圧縮できない。 (c) 最上段の平坦化層の厚さは、0.００５インチ以上で
    あり、その体積の２５％は空洞であるため、平坦化層は
    体積圧縮が可能で、100psiの負荷に対し５％以上圧縮で
    きる。 前述研摩パッドを適当な平坦化装置に取り付ければ単独
    で、あるいはスラリーを使って、ウェーハを平坦化する
    ことができる。
  10. 【請求項１０】 請求項８の研摩パッドにおいては、平
    坦化層の最上部の空隙のいくつかはミクロ球ガスででき
    ている。
  11. 【請求項１１】 請求項９の研摩パッドにおいては、弾
    性ベース層の空洞のいくつかはミクロ球ガスでできてい
    る。
  12. 【請求項１２】 平坦化装置で使用される研摩パッドは
    次のとおり。 (a) 弾性ベース材料は0.０１５インチ以上の厚みがあ
    り、その３０％以上は空隙であるためベース材料の体積
    を圧縮することが可能で１０psi の負荷に対し５％以上
    圧縮できる。また (b) 最上部の平坦化層は0.００５インチ以上の厚みがあ
    り、その２５％以上は空隙であるため、平坦化層は体積
    圧縮が可能で100psiの負荷に対し５％以上圧縮できる。 前述研摩パッドは適当な平坦化装置に取り付けることが
    でき、単独であるいはスラリーと合わせて作業面を平坦
    化する。
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