JPH08108372A

JPH08108372A - 研磨布

Info

Publication number: JPH08108372A
Application number: JP24395794A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Hayashide; 吉生林出
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1996-04-30

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体ウエハ面内における研磨量の均一化
と、段差に対する平坦化とを両立させた研磨が可能な研
磨布を提供する。【構成】一側に研磨面１７ａを有する第１層部１７
と、この第１層部１７の他側に貼布された第２層部１８
とで構成し、第１層部１７の他側に研磨面１７ａの裏側
に所定の厚さを残して溝１９を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエハおよび
この半導体ウエハ上に形成された半導体装置を、回転加
工機等により回転させて研磨する研磨布に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハはその製造段階において、
高精度の鏡面を得るために回転研磨装置などにより研磨
される。また、このようにして研磨された半導体ウエハ
上に半導体装置を形成する工程においても、半導体装置
の凹凸を平坦化したり、半導体装置上に形成された余剰
の絶縁膜や金属膜等を除去する目的で、半導体装置の表
面が回転研磨装置などにより研磨される。そして、この
場合も半導体ウエハの場合と同様に極めて高精度の研磨
が求められる。さらに、半導体ウエハ上に半導体装置が
完成した後、半導体装置の裏面に位置する半導体ウエハ
が最終製品として、適切な厚みになるように同様の回転
研磨装置によって研磨される。このように、回転研磨装
置を用いた研磨工程は、半導体ウエハおよびこの上に形
成された半導体装置を製造する上で極めて重要なことで
ある。

【０００３】図１０は従来の回転研磨装置の要部の概略
構成を示す断面図である。図において、１は中心部に回
転軸１ａを有し、駆動手段（図示せず）により５〜２０
０回転／分の速度で回転する定盤、２はこの定盤１の上
面に粘着剤３により固定された研磨布、４は回転軸４ａ
を介して定盤１の回転数に応じた回転数で回転する固定
ヘッド、５はこの固定ヘッド４の上面に表面張力または
真空吸着等の方法で固定された半導体ウエハ、６はこの
半導体ウエハ５と研磨布２との間に研磨剤（図示せず）
を供給する研磨剤供給手段である。

【０００４】なお、ウエハ５を固定する固定ヘッド４の
回転軸４ａの中心７は、定盤１の回転軸１ａの中心８に
対して固定された状態でそれぞれ回転する場合もある
し、図１１に示すように、定盤１の回転軸１ａの中心８
からずれた揺動中心９の周囲に軌跡１０を描きながらそ
れぞれ回転する場合もある。

【０００５】図１２は上記のように構成される回転研磨
装置で、半導体装置表面の平坦化が行われる様子を模式
的に示す断面図である。図において、図１０に示すもの
と同様な部分は同一符号を付して説明を省略する。１１
は半導体ウエハ５上に形成された第１の絶縁膜、１２は
この第１の絶縁膜１１上に０．５〜２μｍ程度の厚みで
形成された配線層、１３はこの配線層１２を覆うように
形成された第２の絶縁膜で、表面に複数の凸部１３ａが
形成されている。

【０００６】図１２において、定盤１および回転ヘッド
４をそれぞれ回転させることにより、研磨布２で第２の
絶縁膜１３の各凸部１３ａ部分のみを選択的に研磨すれ
ば、平滑な表面を得ることができる。ここで、研磨布２
に柔軟な材質の部材を用いた場合は、半導体ウエハ５の
厚みの変動を吸収し、半導体ウエハ５の全面にわたって
良好な研磨量の均一性が得られるが、図１２に示すよう
に研磨布２の表面の一部が、第２の絶縁膜１３の凸部１
３ａ以外の部分にも接触して、この部分が研磨され一般
に平坦性を得ることは困難となる。

【０００７】一方、研磨布２に比較的硬質のものを用い
た場合には、凸部１３ａの部分が選択的に研磨される傾
向が強くなり、良好な平坦性は得られるが、半導体ウエ
ハ５や第１の絶縁膜１１の厚みの変動を吸収することが
できなくなり、半導体ウエハ５の面内の研磨量の不均一
性が大きくなる。なお、研磨布２の硬さについては様々
な指標があるが、その一つとして圧縮率がある。この圧
縮率は所定の圧力で研磨布２の所定の面積を押さえて得
られる圧縮率を示し、一般に、硬い研磨布２ほど圧縮率
は小さく、典型的には１％程度で、柔軟な研磨布２は圧
縮率が大きく１０％近くになるものもある。

【０００８】上記のような硬さに関する問題を解消する
ために、図１３に示すような２層構造の研磨布が、例え
ばＵＳＰ５，２５７，４７８号明細書等で提案され実際
に用いられている。図において、２ａは例えば発泡ポリ
ウレタン等のように比較的硬質の材料が選択された第１
の層、２ｂは例えば不織布等のように比較的軟質の材料
が選択された第２の層で、これら第１の層２ａおよび第
２の層２ｂで研磨布２は構成されている。

【０００９】このように、上記研磨布２はそれぞれ硬質
の第１の層２ａおよび軟質の第２の層２ｂを組み合わせ
て、半導体装置表面の平坦性とウエハ５の面内の研磨量
の均一性とを両立させることを目的としている。しかし
ながら、この場合にも第１の層２ａの硬度が大きい場
合、もしくは厚みが大きい場合には、ウエハ５の面内に
おける均一性の向上は少ない。これは第１の層２ａが横
方向に対しても変形しにくく、結果的にウエハ５の湾曲
に沿うことができず、ウエハ５の面内で均一な圧力を得
ることができないためである。

【００１０】又、研磨布の表面に溝を設けることで均一
性を向上させることは、例えば実開昭５７−５９０５４
号公報および特開平２−３６０６６号公報等で開示され
ているように良く知られている。これは、設けられた溝
を介して研磨布がウエハの全面に良く行き渡り、且つ溝
部分で研磨布が折曲してウエハの面に沿い、ウエハに対
して均一な圧力が加わるためと解釈されている。そし
て、このような考え方は、１９９３年度応用物理学会秋
期大会論文集「ＣＭＰによる層間絶縁膜の平坦化技術」
で発表されているように、柔軟な研磨布の上に硬質の研
磨布の島を設ける考え方と共通している。

【００１１】しかしながら、出願人によって得られた検
討結果によれば、このように表面に溝が設けられた構造
の研磨布を用いた場合には、表面に溝を持たない構造の
場合に比べて著しく平坦性が劣化する。図１４に高さが
１μｍの段差を研磨により平坦化した場合に相対段差
（研磨後に得られた段差と元の段差との比）と研磨量と
の関係を示すが、図中直線１４で示す溝加工された研磨
布の場合は、直線１５で示す溝を持たない研磨布の場合
に比べて、同等の相対段差を得るために２倍近い研磨量
を必要とすることが図から明かである。

【００１２】この理由は、図１３に示すように溝を持た
ない研磨布２の場合は、表面が連続的につながっている
ため、研磨布２の内部で水平方向に引っ張る力が働き、
第２の絶縁膜１３の凸部１３ａ間に形成される凹部１３
ｂが狭い個所では、研磨布２によって摩擦されにくく、
また研磨布２が接触したとしてもその摩擦力は弱い。と
ころが、図１５に示すように研磨布２の表面に溝１６が
加工されていると、研磨布２の表面では水平方向の張力
は働かず、しかも厚さ方向には定盤１と固定ヘッド４と
に加えられている荷重が溝１６の側面１６ａを介してか
かるため、第２の絶縁膜１３の凹部１３ｂも上記荷重と
ほぼ同じ力で摩擦され、結果として凸部１３ａに対する
選択性が低下する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記で説明したような
従来のＣＭＰ（化学機械研磨）技術では、半導体ウエハ
面内における研磨量の均一化と、段差に対する平坦化と
を両立させることが困難であるという問題点があった。

【００１４】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、半導体ウエハ面内における研磨
量の均一化と、段差に対する平坦化とを両立させた研磨
が可能な研磨布を提供することを目的とするものであ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
る研磨布は、研磨面の裏側に所定の厚さを残して溝を形
成したものである。

【００１６】又、この発明の請求項２に係る研磨布は、
請求項１において、一側に研磨面を有する第１層部と、
この第１層部の他側に貼布された第２層部とで構成し、
第１層部を第２層部より圧縮率の小さい材質の部材で形
成するようにしたものである。

【００１７】又、この発明の請求項３に係る研磨布は、
請求項２において、第１層部の他側に溝を形成するよう
にしたものである。

【００１８】又、この発明の請求項４に係る研磨布は、
請求項２において、第２層部の少なくともいずれか一側
に溝を形成するようにしたものである。

【００１９】又、この発明の請求項５に係る研磨布は、
請求項２において、第２層部を他側から貫通して第１層
部まで到達する溝を形成するようにしたものである。

【００２０】又、この発明の請求項６に係る研磨布は、
請求項１ないし５のいずれかにおいて、溝を格子状に配
設するとともにピッチを３０ｍｍ以下に形成したもので
ある。

【００２１】又、この発明の請求項７に係る研磨布は、
請求項１ないし６のいずれかにおいて、溝を研磨面と接
近する方向に幅狭に形成したものである。

【００２２】又、この発明の請求項８に係る研磨布は、
請求項１ないし７のいずれかにおいて、溝の幅を３ｍｍ
以下に形成したものである。

【００２３】又、この発明の請求項９に係る研磨布は、
請求項１ないし８のいずれかにおいて、研磨面に幅が１
００μｍ以下の溝が形成されたものである。

【００２４】

【作用】この発明の請求項１における研磨布の溝は、研
磨布表面に水平方向の張力が働くのを可能とし、研磨布
が溝の位置で厚さ方向に突出するのを抑制する。

【００２５】又、この発明の請求項２における研磨布の
第１層部は、溝と協働して半導体ウエハの面に沿って折
曲し、第２層部は第１層部が半導体ウエハの面に沿うこ
とによる変形を吸収する。

【００２６】又、この発明の請求項３における研磨布の
溝は、研磨布表面に水平方向の張力が働くのを可能と
し、研磨布が溝の位置で厚さ方向に突出するのを抑制す
る。

【００２７】又、この発明の請求項４における研磨布の
溝は、研磨布表面に水平方向の張力が働くのを可能と
し、研磨布が溝の位置で厚さ方向に突出するのを抑制す
る。

【００２８】又、この発明の請求項５における研磨布の
溝は、研磨布表面に水平方向の張力が働くのを可能と
し、研磨布が溝の位置で厚さ方向に突出するのを抑制す
る。

【００２９】又、この発明の請求項６における研磨布の
溝は、研磨布表面に水平方向の張力が働くのを可能と
し、研磨布が溝の位置で厚さ方向に突出するのを抑制す
る。

【００３０】又、この発明の請求項７における研磨布の
溝は、研磨面と接近する方向に幅狭に形成されるため、
加工が容易となる。

【００３１】又、この発明の請求項８における研磨布の
溝は、研磨布表面に水平方向の張力が働くのを可能と
し、研磨布が溝の位置で厚さ方向に突出するのを抑制す
る。

【００３２】又、この発明の請求項９における研磨布の
溝は、幅が１００μｍ以下の溝が形成された研磨布表面
に水平方向の張力が働くのを可能とし、研磨布が溝の位
置で厚さ方向に突出するのを抑制する。

【００３３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例を図について説明す
る。図１はこの発明の実施例１における研磨布の構成を
示す断面図、図２は図１における溝の配置状態を示す斜
視図、図３は図１における研磨布によって半導体ウエハ
を研磨している状態を示す断面図である。

【００３４】図において、従来の場合と同様な部分は同
一符号を付して説明を省略する。１７は一側に研磨面１
７ａを有する第１層部で、厚さ１．２ｍｍ、圧縮率１％
の発泡ポリウレタンで形成されている。１８は第１層部
１７の他側に貼布された第２層部で、厚さ１．２ｍｍ、
圧縮率１０％の不織布で形成されている。１９は第１層
部１７の他側に研磨面１７ａと所定の厚さを残して形成
された複数の溝で、半導体ウエハ５の直径が１５０ｍｍ
と仮定して幅１ｍｍ、深さ０．８ｍｍに形成され、図２
に示すようにピッチＰ＝１５ｍｍの格子状に配置されて
いる。そして、これら１７〜１９で研磨布２０が構成さ
れ、粘着剤３により定盤１に固定されている。

【００３５】上記のように構成された研磨布で半導体ウ
エハ５の表面を研磨する場合、第１層部１７に形成され
た溝１９が研磨面１７ａとの間に所定の厚さを残して形
成され、研磨面１７ａの表面が連続的につながっている
ため、水平方向の力が働いて例えば図１５で説明したよ
うに、溝１６の側面１６ａ部が第２の絶縁膜１３の凹部
１３ｂに接触するようなことも回避されるため、平坦性
を損なうことはない。

【００３６】又、溝１９のピッチＰは１５ｍｍと、半導
体ウエハ５の直径１５０ｍｍと比較して十分小さく、第
１層部１７は溝１９の部分で折曲するため、第２の絶縁
膜１３の表面に容易に沿うことができ、また、第１層部
１７が第２の絶縁膜１３の表面に沿うことによる変形
は、柔軟な第２層部１８が吸収するため、半導体ウエハ
５の全面で良好な研磨量の均一性を確保することができ
る。

【００３７】実施例２．尚、上記実施例１では、溝１９
を格子状に配置したが、これに限定されるものではな
く、要するに、平坦性を確保するためには、溝１９によ
って区画される研磨布２０表面の領域は、半導体ウエハ
５の大きさに対して十分小さくなければならず、一般的
に、半導体ウエハ５の直径が主に１２５ｍｍから２５０
ｍｍ程度であることを考慮すると、各領域の面積は約１
０００ｍｍ²以下が望ましく、したがって、溝配置を格
子状にした場合の溝のピッチは３０ｍｍ以下にする必要
がある。

【００３８】実施例３．又、上記実施例１では、溝１９
の断面形状を矩形にした場合について説明したが、図４
ないし図６に示すように、研磨布２０の第１層部１７の
他側にそれぞれ断面形状が台形、Ｖ字形、半円形の溝２
１、２２、２３を形成するようにしても良い。そして、
研磨布２０の第１層部１７の溝２１、２２、２３が形成
された部分には、定盤からの力がかからないので、この
部分の研磨速度は他の部分に比べて小さくなる。したが
って、平坦性を確保するためには、可能な限り溝幅は細
い方が好ましく、溝の占める面積は研磨布の面積の２０
％以下でなければならず、上記実施例２において説明し
た領域の最大面積を考慮すると、溝幅は３ｍｍ以下にす
る必要がある。なお、溝の深さは特に限定されるもので
はなく、研磨布２０の第１層部１７の厚み以下であれば
良い。

【００３９】上記のように構成される各研磨布２０は、
まず、第１層部１７の他側を例えばダイヤモンドカッタ
等により、所定の幅、深さ、ピッチで各図４ないし図６
に示す形状の溝２１、２２、２３を格子状に加工し、こ
の溝加工された面に第２層部１８を接合することにより
得られる。この工程は図１５に示す従来の研磨布２の製
造工程とほとんど変わらず、したがって製造コストの上
昇を伴わない。なお、各溝２１、２２、２３はそれぞれ
台形、Ｖ字形、半円形というように、研磨面１７ａと接
近する方向に幅狭に形成しているので、溝加工が容易に
なるという効果もある。

【００４０】実施例４．尚、上記各実施例では、研磨布
２０の第１層部１７の他側に各溝１９、２１、２２、２
３を形成した場合について説明したが、図７に示すよう
に、溝２４を研磨布２０の第２層部１８の他側から貫通
させて、第１層部１７に到達するように形成し、又、図
８に示すように、溝２６を研磨布２０の第２層部１８の
他側に形成するようにしても良く、上記各実施例と同様
の効果を得ることができる。

【００４１】上記のように構成される各研磨布２０は、
まず、第１層部１７および第２層部１８を接合加工した
後、第２層部１８の他側からダイヤモンドカッタ等によ
り所定の溝加工を行うことにより得られる。この製造工
程は上記実施例３でも説明したように従来の研磨布の製
造工程とほぼ変わらず、したがって製造コストの上昇も
伴わない。

【００４２】実施例５．又、上記各実施例では、研磨布
２０が第１層部１７および第２層部１８の２層構造を例
に説明したが、３層以上の構造にしても良いことは言う
までもなく、上記各実施例と同様の効果を発揮すること
ができる。

【００４３】実施例６．さらに又、上記各実施例では、
複数層構造の研磨布２０の場合について説明したが、図
９に示すように単層の研磨布２６に溝２７を施すように
しても良く、溝の配置、形状、幅は上記各実施例と同様
であり、研磨布２６の厚み、圧縮率を最適化すること
で、上記各実施例と同様の効果が得られる。

【００４４】実施例７．そして、図１５に示すように、
研磨布２の表面に溝１６が加工されていると、第２の絶
縁膜１３の凹部１３ｂにも荷重がかかって摩擦されるた
め、凸部１３ａに対する選択性が低下することを従来の
技術において説明したが、例えば、１９９３年度精密機
械工学会秋季大会学術講演会論文集「Ｍ０３、ＬＳＩデ
バイス・ウエハのプラナリゼーション加工（第３報）」
に示されたように、研磨面に溝幅が１００μｍ以下の微
小溝が加工された研磨布に、上記各実施例で説明した溝
を形成しても良く、上記各実施例と同様の効果を発揮し
得る。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、この発明の請求項１によ
れば、研磨面の裏側に所定の厚さを残して溝を形成した
ので、半導体ウエハ面内における研磨量の均一化と、段
差に対する平坦化とを両立させた研磨が可能な研磨布を
提供することができる。

【００４６】又、この発明の請求項２によれば、請求項
１において、研磨布を一側に研磨面を有する第１層部
と、この第１層部の他側に貼布された第２層部とで構成
し、第１層部を第２層部より圧縮率の小さい材質の部材
で形成するようにしたので、半導体ウエハ面内における
研磨量の均一化と、段差に対する平坦化とを両立させた
研磨が可能な研磨布を提供することができる。

【００４７】又、この発明の請求項３によれば、請求項
２において、溝を第１層部の他側に形成するようにした
ので、半導体ウエハ面内における研磨量の均一化と、段
差に対する平坦化とを両立させた研磨が可能な研磨布を
提供することができる。

【００４８】又、この発明の請求項４によれば、請求項
２において、溝を第２層部の少なくともいずれか一側に
形成するようにしたので、半導体ウエハ面内における研
磨量の均一化と、段差に対する平坦化とを両立させた研
磨が可能な研磨布を提供することができる。

【００４９】又、この発明の請求項５によれば、請求項
３において、溝を第２層部を他側から貫通して第１層部
まで到達するように形成したので、半導体ウエハ面内に
おける研磨量の均一化と、段差に対する平坦化とを両立
させた研磨が可能な研磨布を提供することができる。

【００５０】又、この発明の請求項６によれば、請求項
１ないし５のいずれかにおいて、溝を格子状に配置する
とともに、ピッチを３０ｍｍ以下に形成したので、半導
体ウエハ面内における研磨量の均一化と、段差に対する
平坦化とをより両立させた研磨が可能な研磨布を提供す
ることができる。

【００５１】又、この発明の請求項７によれば、請求項
１ないし６のいずれかにおいて、溝を研磨面と接近する
方向に幅狭に形成するようにしたので、半導体ウエハ面
内における研磨量の均一化と、段差に対する平坦化とを
両立させた研磨が可能であることは勿論のこと、溝の加
工が容易な研磨布を提供することができる。

【００５２】又、この発明の請求項８によれば、請求項
１ないし７のいずれかにおいて、溝の幅を３ｍｍ以下に
形成するようにしたので、半導体ウエハ面内における研
磨量の均一化と、段差に対する平坦化とをより両立させ
た研磨が可能な研磨布を提供することができる。

【００５３】又、この発明の請求項９によれば、請求項
１ないし８のいずれかにおいて、研磨面に幅が１００μ
ｍ以下の溝が形成された研磨布に適用したので、半導体
ウエハ面内における研磨量の均一化と、段差に対する平
坦化とを両立させた研磨が可能な研磨布を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１における研磨布の構成を
示す断面図である。

【図２】図１における溝の配置状態を示す斜視図であ
る。

【図３】図１における研磨布によって半導体ウエハを
研磨している状態を示す断面図である。

【図４】この発明の実施例３における研磨布の構成の
一例を示す断面図である。

【図５】この発明の実施例３における研磨布の構成の
異なる一例を示す断面図である。

【図６】この発明の実施例３における研磨布の構成の
さらに異なる一例を示す断面図である。

【図７】この発明の実施例４における研磨布の構成の
一例を示す断面図である。

【図８】この発明の実施例４における研磨布の構成の
異なる一例を示す断面図である。

【図９】この発明の実施例６における研磨布の構成を
示す断面図である。

【図１０】従来の回転研磨装置の要部の概略構成を示
す断面図である。

【図１１】図１０における固定ヘッドの運動の軌跡を
示す図である。

【図１２】単層構造の従来の研磨布により半導体装置
表面の平坦化が行われる様子を模式的に示す断面図であ
る。

【図１３】２層構造の従来の研磨布により半導体装置
表面の平坦化が行われる様子を模式的に示す断面図であ
る。

【図１４】高さが１μｍの段差を研磨により平坦化し
た場合の相対段差と研磨量との関係を示す図である。

【図１５】２層構造で研磨面に溝を有する従来の研磨
布により半導体装置表面の平坦化が行われる様子を模式
的に示す断面図である。

【符号の説明】

１定盤、３粘着剤、５半導体ウエハ、１３第２
の絶縁膜、１３ａ凸部、１３ｂ凹部、１７第１層
部、１７ａ研磨面、１８第２層部、１９，２１，２
２，２３，２４，２５，２７，１９ａ側面、溝、２
０，２６研磨布。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハおよび上記半導体ウエハ上
に形成された半導体装置を研磨する研磨布において、研
磨面の裏側に所定の厚さを残して溝が形成されているこ
とを特徴とする研磨布。
【請求項２】研磨布は一側に研磨面を有する第１層部
と、この第１層部の他側に貼布された第２層部とで構成
され、上記第１層部は上記第２層部より圧縮率の小さい
材質の部材で形成されていることを特徴とする請求項１
記載の研磨布。
【請求項３】溝は第１層部の他側に形成されているこ
とを特徴とする請求項２記載の研磨布。
【請求項４】溝は第２層部の少なくともいずれか一側
に形成されていることを特徴とする請求項２記載の研磨
布。
【請求項５】溝は第２層部を他側から貫通して第１層
部まで到達していることを特徴とする請求項２記載の研
磨布。
【請求項６】溝は格子状に配設されるとともにピッチ
が３０ｍｍ以下に形成されていることを特徴とする請求
項１ないし５のいずれかに記載の研磨布。
【請求項７】溝は研磨面と接近する方向に幅狭に形成
されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれ
かに記載の研磨布。
【請求項８】溝の幅は３ｍｍ以下に形成されているこ
とを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の研
磨布。
【請求項９】研磨面に幅が１００μｍ以下の溝が形成
されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれ
かに記載の研磨布。