JPH08150557A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回路パターンのあるウエハを均一に研磨するこ
とのできる研磨パッドと半導体ウエハ。 【構成】定盤１に付ける研磨パッド２を二層構造とし、
第一層１１を柔らかい材料とし、第二層１２を分離した
小部分とし、第二層１２の表面１４を曲面とする。ま
た、研磨前の半導体ウエハ３の表面１９の回路パターン
の凹凸構造２０，２１の端面２３を半導体ウエハ３の表
面１９に対して傾斜させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造過程で半導体
ウエハの表面を機械的に平坦化する工程で用いられる研
磨パッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の研磨パッドは、例えば、特開平5
−212669 号公報に記載のように、多層構造となってお
り、回転定盤の上に柔らかい弾性材料の第一層，その上
に剛性材料の第二層，その上に多孔質材料の第三層があ
り、第二層と第三層は横方向に多数の溝で分割されたタ
イル状の構造になっていた。第三層の表面（ウエハに接
する面）は平面形状であり、その端部が鋭角かあるいは
小さな丸みを有するものであった。

【０００３】また、従来の半導体ウエハの表面の微細な
回路パターンの構造として、研磨前の凹凸の端面が研磨
面に対して垂直であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術は、ウ
エハのうねりを第一層の変形で吸収し、ウエハのうねり
に追従して均一に研磨することをねらったものだが、研
磨中のウエハが横方向に移動していることを考慮してい
ない。ウエハが移動する場合、柔らかい第一層の変形に
よって第二層と第三層が横方向に引きずられ、分割され
た第三層の端部がウエハに強く当たり、研磨の均一性が
悪かった。また、ウエハの変形によってウエハ表面の凸
部の周辺部を中央部より多く研磨してしまう（いわゆる
周辺だれを生じてしまう）という問題があった。

【０００５】本発明の目的は、回路パターンのあるウエ
ハを均一に研磨するに適した研磨パッド構造と半導体ウ
エハ構造を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は研磨パッドを二層構造とし柔らかい材料
の第一層，その上に硬い材料の第二層を形成し、第二層
を横方向に多数の溝で分割された構造とし、第二層の表
面（ウエハに接する面）を曲面とする。また、比較的に
寸法の大きな回路パターンについて半導体ウエハの表面
の凹凸の端面を研磨面に対して傾斜させる。

【０００７】

【作用】うねりのあるウエハを研磨パッドに押しつけて
水平に移動させて研磨する場合、第一層の変形によって
第二層が横方向に引きずられるが、第二層の表面が曲面
になっているため研磨パッドとウエハとの接触圧力は変
化せずウエハを均一に研磨できる。

【０００８】また、半導体ウエハの表面の凹凸の端面が
傾斜しているためウエハの変形が小さく、均一に研磨で
きる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図４によ
り説明する。図１は研磨装置の原理図を示す。定盤１の
上に研磨パッド２を貼りつける。研磨パッド２の上には
研磨液を流す。半導体ウエハ３は研磨する面４が研磨パ
ッド２に接触するようにしてホルダ５に取りつけられて
いる。ホルダ５にはバッキングパッド６が貼りついてお
り、ウエハ３はバッキングパッド６に水の表面張力で貼
りつき、ホルダ５と同じ運動をする。ホルダ５は荷重７
がかけられ、定盤１の上を揺動８しながら回転９してい
る。定盤１も回転１０する。その結果、ウエハ３の研磨
面４が研磨パッド２の表面にこすられながら移動して研
磨される。

【００１０】図２は研磨パッド２を拡大した垂直断面図
を示す。研磨パッドは定盤１に貼りついた柔らかい材料
の第一層１１とその上の硬い材料の第二層１２で構成さ
れ、第二層１２の表面は多孔質になっている。第二層は
多数の溝１３によって分離された構造となっており、そ
の表面１４が曲面になっている。第一層１１にも多数の
溝１５があるが、その溝の幅は第二層の溝１３の幅より
大きく、その結果、第二層１２が第一層１１をはみ出し
てひさし状の構造になっている。第一層は定盤１に貼り
つける部分１６で連続している。

【００１１】研磨パッドの材質は、例えば、ポリウレタ
ン，ナイロンであり、研磨パッドの代表的寸法は第一層
の厚さ０.３〜１mm ，第二層の厚さ０.３〜１mm ，第二
層の分割された小領域の幅３〜２０mm，第二層を分割す
る溝幅０.１〜１mm ，第二層の表面の曲率半径１〜１０
０ｍ（表面の厚さ方向の変位が１〜１０μｍ程度に相
当）である。研磨パッドの表面の曲率半径はウエハのう
ねりの曲率半径より小さくする。

【００１２】図３は本発明の研磨パッド２を使用して、
うねりのあるウエハ３を研磨している途中の拡大した垂
直断面図を示す。ウエハ３は代表的寸法が直径１００〜
200mm，厚さ０.５〜１mm の円板形状をしており、通常
２０mm程度のピッチ１７で数μｍの変位１８のうねりを
もっている。研磨前のウエハ３の表面１９には、微細な
回路パターンの凹凸があり、その代表的寸法は凸部２０
の幅が１μｍ〜１０mm，凹部２１の幅が１μｍ〜５mm，
凹部の深さ０.１〜５μｍ である。図３の中に破線２２
で示した面が研磨したい目標面である。ウエハのうねり
に追従して、研磨前の表面１９から破線２２まで均一に
研磨することが理想である。

【００１３】本実施例の研磨パッドの構造の場合、ウエ
ハのうねりに合わせて研磨パッド２の柔らかい材料の第
一層１１が変形し、ウエハのうねりに追従して研磨パッ
ドの表面１４はウエハ３の表面１９に接する。ウエハ３
は水平方向（図３の場合は右方向）に移動しているた
め、硬い材料の第二層１２が横方向に引きずられている
が、研磨パッドの表面１４が曲面になっているため、研
磨パッド２とウエハ３との接触部が常に面接触となり、
その接触圧力はどこでも一定であり、その結果、ウエハ
は均一に研磨される。

【００１４】図４は本発明の研磨パッドの平面図であ
る。分離された第二層１２は四角形状をしている。

【００１５】また、図３に本発明の研磨前の半導体ウエ
ハ表面に形成する回路パターンの凹凸形状を示す垂直断
面図を示す。ウエハ３の表面の凸部の端面２３がウエハ
表面１９あるいは研磨目標面２２に対して垂直でなく、
傾斜している。傾斜角は、たとえば、４５°〜８５°で
ある。

【００１６】本発明の効果を示すため、従来技術の研磨
パッドを使用して、うねりのあるウエハ３を研磨してい
る途中の断面図を図５に示す。研磨パッドが柔らかい材
料の第一層２４とその上の硬い材料の第二層２５で構成
され、第二層２５の表面は平面になっている。研磨パッ
ドの柔らかい材料の変形によって、ウエハのうねりに追
従し、研磨パッドの表面はウエハ３の表面に接している
が、ウエハ３の水平方向の移動によって、硬い材料の第
二層２５が横方向に引きずられているため、研磨パッド
とウエハとの接触部の接触圧力が場所によって異なって
いる。すなわち、分割された第二層の端部がウエハに接
触する部分２６は特に強い接触圧力であり、またウエハ
の凸部の端部が研磨パッドに接触する部分２７も強い接
触圧力であり、ウエハと研磨パッドが面接触する部分２
８は比較的に弱い接触圧力となる。ウエハの移動速度は
時間変化するため、接触圧力も時間変化する。研磨速度
は接触圧力にほぼ比例するため、以上の影響により従来
構造の研磨パッドでは十分に均一な研磨ができなかっ
た。一方、図３に示した本発明の研磨パッドは、移動速
度が変化しても接触圧力が一定であるためさらに均一な
研磨が可能となった。

【００１７】また、本発明の半導体ウエハ表面の回路パ
ターンの断面形状を用いた効果を図６，図７に示す。図
６は従来構造の回路パターンの断面形状のウエハ３を研
磨している途中の断面図を示す。研磨パッド２の形状と
して簡単のため連続した層とする。凸部２０の端面がウ
エハ表面に垂直な場合である。ウエハ３が研磨パッド２
に押し付けられた時、凸部２０のみが研磨パッド２に接
触しているため、凹部２１が開くように変形し、その結
果、凸部の周辺部２９が突出し、そこの研磨量が大きく
なるという問題があった（いわゆる周辺だれが生じ
る）。ウエハの変形は寸法の大きなパターンほど大き
い。図７は本発明の回路パターンの断面形状のウエハ３
を研磨している途中の断面図を示す。凸部２０の端面２
３がウエハ表面に対して傾斜しているため、強度が増し
てウエハの変形がなく、均一な研磨が可能となった。

【００１８】本発明の研磨パッドを製造する方法を図８
に示す。まず、平板３０上に柔らかい材料の第一層１１
を乗せる。次に第一層に溝１５を形成する。第一層を完
全に分離せず、溝１５の底に薄い膜１６を連続させる。
薄い膜１６で連続させる理由は完成した研磨パッドを持
ち運ぶ時にばらばらになるのを防ぐためである。次に第
一層１１の上に連続した第二層１２を接着し、溝１３を
形成する。次に上方から金型３１を押しつけて硬い材料
の第二層を永久変形させ、その表面１４を曲面に成形す
る。

【００１９】本発明の他の実施例の研磨パッドの断面図
を図９，図１０に示す。図９は、硬い材料の第二層１２
の厚さを変化させて表面１４を曲面にした場合である。
図１０は硬い材料の第二層１２の表面１４に複数の波を
有する曲面にした場合である。

【００２０】本発明の他の実施例の研磨パッドの平面図
を図１１に示す。分離された第二層１２は円形形状をし
ている。この他、三角形状や六角形状でも良い。

【００２１】本発明の他の実施例の半導体ウエハ表面の
回路パターンの断面形状を図１２，図１３に示す。回路
パターンとして、半導体チップ（代表的寸法５〜１０m
m）に対する大きなパターンと、各配線（代表的寸法１
〜１００μｍ）に対する小さなパターンが重なってい
る。破線２２が研磨目標面であり、小さなパターンを完
全に平坦に研磨するが、大きなパターンは途中まで研磨
する場合を示す。図１２では大きなパターンに対する凹
部２１の溝底近くの端面２３を傾斜させたものである。

【００２２】図１３では凹部２１の溝底近くの端面２３
に丸みをもたせたものである。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、うねりのあるウエハの
移動速度が変化しても接触圧力を一定にすることがで
き、ウエハの均一な研磨が可能となり、また、回路パタ
ーンがあるウエハの変形がなくなり、均一な研磨が可能
となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す研磨装置の説明図。

【図２】本発明の一実施例の研磨パッドの断面図。

【図３】本発明の一実施例の研磨パッドと半導体ウエハ
表面の回路パターンの断面形状を用いてウエハを研磨し
ている途中の断面図。

【図４】本発明の一実施例の研磨パッドの平面図。

【図５】従来技術の研磨パッドを用いてウエハを研磨し
ている途中の断面図。

【図６】従来の半導体ウエハ表面の回路パターンの断面
形状のウエハを研磨している途中の断面図。

【図７】本発明の一実施例の半導体ウエハ表面の回路パ
ターンの断面図。

【図８】本発明の一実施例の研磨パッドを製造する方法
の説明図。

【図９】本発明の第二の実施例の研磨パッドの断面図。

【図１０】本発明の第三の実施例の研磨パッドの断面
図。

【図１１】本発明の第二の実施例の研磨パッドの平面
図。

【図１２】本発明の第二の実施例の半導体ウエハ表面の
回路パターンの断面図。

【図１３】本発明の第三の実施例の半導体ウエハ表面の
回路パターンの断面図。

【符号の説明】

１…定盤、２…研磨パッド、３…ウエハ、４…ウエハの
研磨面、５…ホルダ、６…バッキングパッド、７…荷
重、８…ホルダの揺動、９…ホルダの回転、１０…定盤
の回転、１１…研磨パッドの第一層、１２，２５…第二
層、１３…第二層の溝、１４…研磨パッドの表面、１５
…第一層の溝、１６…第二層の連続部、１７…ウエハの
うねりのピッチ、１８…うねりの変位、１９…ウエハの
表面、２０…回路パターンの凸部、２１…凹部、２２…
研磨の目標面、２３…端面、２４…第一層、２６〜２８
…ウエハと研磨パッドとの接触部、２９…凸部の周辺
部、３０…平板、３１…金型。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】定盤に半導体ウエハを押しつけて動かすこ
   とにより、前記半導体ウエハの表面を研磨する装置に用
   いる研磨パッドにおいて、前記研磨パッドが二層構造と
   なり、前記定盤に接する第一の層は前記半導体ウエハに
   接する第二の層より柔らかい材料で形成され、前記第二
   の層は横方向に互いに分離された多数の小部分で形成さ
   れ、前記第二の層の表面が前記半導体ウエハ側に凸とな
   るような曲面になっており、前記曲面の曲率半径は前記
   半導体ウエハが有するうねりの曲率半径より小さいこと
   を特徴とする研磨パッド。