JPH10249710A - Ｃｍｐ用偏心溝付き研磨パッド - Google Patents

Ｃｍｐ用偏心溝付き研磨パッド

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JPH10249710A
JPH10249710A JP3686998A JP3686998A JPH10249710A JP H10249710 A JPH10249710 A JP H10249710A JP 3686998 A JP3686998 A JP 3686998A JP 3686998 A JP3686998 A JP 3686998A JP H10249710 A JPH10249710 A JP H10249710A
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JP
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polishing
pad
polishing pad
wafer
center
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JP3686998A
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Charlouis Kuraiuanchie Timothy
ティモシー・チャールス・クライウァンチェ
Keith Stollervant Douglas
ダグラス・キース・ストーラヴァン
Thomas Taiea Matthew
マシュー・トーマス・タイエア
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321—After treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェーハ基板全面にわたって均一な表
面を得ることができる研磨方法及び装置を提供する。 【解決手段】研磨パッドを用いて半導体ウェーハを研磨
する方法および装置。研磨パッドは周方向の溝を備え、
この溝は研磨パッドの幾何学的中心部に対して偏心状に
設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、集積回路
製造時に行われる化学機械的研磨（ＣＭＰ）作業に関
し、特に、集積回路を含む半導体ウェーハおよびチップ
の研磨に関する。本発明は、特に、パッド構造の研磨お
よび改良された研磨制御を可能にする作業に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの集積化の急速な進歩に
より、配線パターンまたは作用領域を接続する相互接続
のより一層の小型化が要求されている。その結果、これ
らの処理に用いられる半導体ウェーハの平面化または平
坦化に対する許容度が減少している。通常の半導体ウェ
ーハ面の平坦化方法の１つとして、半導体ウェーハ面を
研磨装置で研磨する方法がある。
【０００３】このような研磨装置は研磨パッドに接触し
た回転ウェーハ搬送体を有する。研磨パッドは回転ター
ンテーブルに取り付けられ、この回転ターンテーブルは
外部からの駆動力によって駆動される。研磨装置によっ
て、薄い半導体ウェーハ面と研磨パッドとの間を研磨ま
たは摩擦しながら移動しつつ、研磨スラリを分散させ、
化学機械的研磨（ＣＭＰ）を行う。平面化におけるＣＭ
Ｐでは、ウェーハ面に衝突する研磨粒子のスラリおよび
／または反応溶液が飽和した回転パッドにウェーハ面を
接触させる必要がある。これは、ウェーハと研磨パッド
との間に作用する力によって行われる。
【０００４】一般に、ＣＭＰは基板面を均一に研磨せ
ず、材料の除去は不均一になる。例えば、ウェーハ縁部
を酸化物研磨する場合、通常、ウェーハ中心部より遅く
研磨される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半導体ウェーハおよび
／またはチップのような基板面からの材料の除去を制御
し、基板全面にわたって均一な表面を得ることができる
方法および装置が必要とされる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、研磨パッドの
中心部に対して偏心状に設けられた幾何学的中心部を有
する突起部を複数個有する研磨パッドを用いてウェーハ
を研磨する方法および装置を開示する。
【０００７】本発明は、幾何学的中心部を有するととも
に略周辺方向に広がる複数の突起部を有し、前記幾何学
的中心部が研磨パッドの中心部に対して偏心状に設けら
れている、半導体ウェーハ研磨のための研磨パッドを開
示する。
【０００８】本発明は半導体ウェーハの研磨方法を開示
し、前記方法において、研磨パッドの中心部に対して偏
心状に設けられた幾何学的中心部を有する複数の突起部
を研磨パッドに設け、半導体ウェーハを研磨する一方で
スラリをウェーハの下部に常に確保する。
【０００９】本発明の利点は、研磨時に用いるパッドが
１つで済むことである。
【００１０】本発明の利点は、より安価であるとともに
改良された均一性が得られることである。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態につい
て図示し詳細に説明するが、種々の変更および修正が請
求の範囲から逸脱することなく行われることは明らかで
ある。本発明の範囲は、構成部品の数量、構成部品の材
料、構成部品の形状、構成部品の相対的配置等にまった
く限定されず、これらは実施の形態の一例として示され
ているにすぎない。
【００１２】現在、酸化物面を研磨する場合、堆積パッ
ドの組み合わせを用い、種々の問題を防がなければなら
ない。堆積パッドはパッド面１００を有し、パッド面１
００はウェーハ面１０３に接触している。図１は、ウェ
ーハ面１０３に接触している堆積パッド面１００を示
す。堆積パッドを用いると非常に費用がかかり、また、
外縁酸化物の厚さの制御の問題が生じる。堆積パッド
は、（ＳＵＢＡＴＭ４パッドのような）軟質かつスポン
ジ状のパッド基部１０２および（ＩＣ１０００ＴＭパッ
ドのような）有孔かつ硬質のポリウレタン製上部パッド
１０１からなる。しかしながら、軟質／スポンジ状のパ
ッドは非常に圧縮性が高く、チップ内部の均一性が劣る
ため、構造が局所的に皿状にくぼんでしまうので、この
パッドを単体で用いることはできない。また、硬質のポ
リウレタン製パッドは圧縮性がないため、ウェーハとパ
ッド面との間に吸着密閉が生じるので、このパッドも単
体で用いることはできない。研磨工具はこの密閉を破断
することができず、荷重除去不良が生じる。荷重除去不
良は、工具をパッドから取り出せない場合に生じ、その
結果として、ウェーハが損傷を受ける。硬質のポリウレ
タン製上部パッドを単体で用いることができない他の理
由として、スラリをウェーハ面の下部で均一に保持する
ことができないため、ウェーハの中心部が研磨されてし
まう。スラリがウェーハ面の下部で不足していることに
よって、チップ内部または局所的な不均一およびウェー
ハ全面にわたる不均一を引き起こす。酸化物の厚さがウ
ェーハ全面にわたって不均一であることによって、エッ
チング部分の上部および下部に金属および窒化物が残留
し、全体的な電気特性が劣化してしまう。
【００１３】堆積パッドにおける実際の機構は、軟質／
スポンジ状パッドおよび有孔かつ硬質のポリウレタン製
パッドがスラリ溜めのように作用することである。ウェ
ーハが堆積パッド内に押圧されると、軟質／スポンジ状
パッドは硬質のポリウレタン製パッドの下部でスラリを
圧縮し、硬質のポリウレタン製パッドのウェーハ面と研
磨面との間にスラリを絞り出す。これに伴う問題は、パ
ッド縁部がパッド中心部より大きく圧縮するため、前縁
部の厚さにばらつきが生じる。このような厚さのばらつ
きによって、ウェーハの外部１５〜２０ｍｍの部分の均
一性が劣り、このため、上記のようなパッドを単体で用
いる場合と同様に機構不良が生じる。
【００１４】したがって、工業上、単体のパッドに起因
する厚さのばらつきまたは堆積パッドに起因する厚い前
縁部に耐えざるを得ない。新しいタイプのパッド改良は
いずれも、スラリをウェーハ面の下部に均一に被覆させ
ることを図るとともに、ウェーハの前部外縁の酸化物の
厚みを防がなければならない。
【００１５】このような単体のパッドに起因する不均一
を防ぐ本発明の解決法は、十分なスラリをウェーハ面の
下部に確保しながら、吸着密閉の発生を防ぐことであ
る。現行の溝形成技術では、必ず「同心状」のパッドの
同心環を機械加工していた。この同心状の環はウェーハ
にパターンを形成し、それが全体的な均一性の劣化につ
ながる。
【００１６】本発明は、「偏心状の」溝または流路を提
供する。これによって、ウェーハ面に対して偏心状に回
転する研磨面を形成し、不均一を平坦にする。この方法
の評価を行い、その結果は、現在用いられている堆積パ
ッド構成の方法と比較して４倍に向上した全体的均一性
を示す。
【００１７】図２は、本発明の偏心パッド２０を示す。
パッド２０の幾何学的中心部には符号Ａを付し、周方向
に同心状の環、即ち、「偏心状に」設けられた中心部Ｂ
を備えるパッドの平面内部に溝が形成された流路が設け
られている。溝付き通路領域１０は、完全に同心状の環
のみを用いて研磨時にウェーハ面内部に生じる圧痕を防
ぐように設計されている。
【００１８】ウェーハ研磨において、ウェーハをパッド
面内部に押圧したとき、スラリをウェーハ面の下部に確
保することが重要である。溝はスラリが溜まるスラリ溜
めとして機能する。したがって、ウェーハはスラリに接
触するとき、常にスラリを有する。硬質の研磨パッドを
単体で用いても、溝を偏心状に形成して堆積パッドを用
いても、本発明のパッドはウェーハ全面を均一に平坦に
し、ウェーハ面上の残留膜を均一に平坦にする。
【００１９】図３は、偏心溝付き通路を備える研磨パッ
ドの側面図である。流路は、研磨時にスラリを基板面の
下部に流すのに十分な幅Ｅおよび深さＦを有する。流路
間の突起部（または、突出部）は幅Ｄを有する。パッド
の厚さは符号Ｇで示される。例えば、直径２４インチの
パッドを用いた場合、パッド厚Ｇは約０．０５〜０．０
５５インチであり、流路幅Ｅは約１／８インチであり、
流路の深さはパッド厚の約８０％、すなわち、約０．０
４インチであり、突起部Ｄの幅は３／８インチである。
図２に示される偏心距離Ｃは１．５〜４インチである
が、１．５インチが理想的である。
【００２０】本発明の利点は、同心溝で研磨を行う現行
の方法を用いて同心状パターンでもってウェーハ内部を
焼きつけできることである。溝を偏心状に設けることに
よって、研磨路は、円が同心状でないので、偏心状の外
部通路上を通過する。パターンを偏心状にずらすことに
よって、ウェーハは常に同一の流路に衝突しない。流路
はウェーハ面の下部で絶えず変化している。したがっ
て、表面内部にパターンが研磨されることはない。その
結果、ウェーハ全面にわたって均一になる。
【００２１】本発明の別の利点は、基板の異なる部分の
材料が異なる速度で除去され、基板全体にわたってより
均一な表面が得られることである。
【００２２】本発明の別の利点は、別のパッドを下部に
設けることなく１つのパッドを用いればよく、さらに、
スラリをウェーハ面の下部に確保する必要を満たすこと
である。１つのパッドを用いてスラリを流すことができ
ることによって、より安価な研磨作業が実現する。
【００２３】本発明の別の利点は、「ウェーハ粘着」と
呼ばれる現象、すなわち、ウェーハ面と平滑な研磨パッ
ドとの間に生じる凝集力が吸着を発生させる現象をなく
すことである。吸着が生じると、ウェーハを表面から取
り出すことが非常に困難になる。したがって、溝付き環
を設けることによって、ウェーハが研磨面から持ち上げ
られるようにウェーハの取り外しを行う。少量の空気が
密閉内に流入するので、ウェーハは粘着しない。
【００２４】本発明の別の利点は、研磨の全体的な均一
性および局所的な均一性をともに実現することである。
全体的な均一性とは、ウェーハ全面にわたる厚さの分布
である。局所的な均一性とは、チップボックス内部の厚
さの分布である。
【００２５】上記例は具体例を示すために用いられ、研
磨パッド、スラリ、研磨搬送体およびテーブルの大きさ
の異なる組み合わせを、除去膜、研磨処理前の厚さ分布
および所望の最終的な分布にしたがって用いることがで
きることが分かる。
【００２６】本発明についてその好適な実施の形態を用
いて説明してきたが、当業者であれば、本発明が請求の
範囲の精神および範囲内の修正で実施できることが分か
る。
【００２７】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。 （１）半導体を研磨する研磨パッドにおいて、幾何学的
中心部を有するとともに略周辺方向に広がる複数の突起
部を備え、前記幾何学的中心部が前記研磨パッドの中心
部に対して偏心状に設けられていることを特徴とする研
磨パッド。 （２）さらに、前記複数の突起部の間に設けられた複数
の流路を備えることを特徴とする上記（１）記載の研磨
パッド。 （３）前記複数の流路の深さが前記研磨パッドの深さの
約８０％であることを特徴とする上記（２）記載の研磨
パッド。 （４）前記複数の流路が同心環であることを特徴とする
上記（２）記載の研磨パッド。 （５）前記幾何学的中心部が１．５〜４インチの範囲内
で前記研磨パッドの中心部に対して偏心状に設けられて
いることを特徴とする上記（１）記載の研磨パッド。 （６）前記突起部の幅が約３／８インチであり、前記流
路の幅が約１／８インチであることを特徴とする上記
（２）記載の研磨パッド。 （７）半導体を研磨する研磨パッドにおいて、幾何学的
中心部を有するとともに略周辺方向に広がる複数の溝を
備え、前記幾何学的中心部が前記研磨パッドの中心部に
対して偏心状に設けられていることを特徴とする研磨パ
ッド。 （８）半導体を研磨する研磨パッドにおいて、幾何学的
中心部を有するとともに略周辺方向に広がる溝付き通路
領域を備え、前記幾何学的中心部が前記研磨パッドの中
心部に対して偏心状に設けられていることを特徴とする
研磨パッド。 （９）前記溝付き通路領域内の前記複数の溝の深さが前
記研磨パッドの深さの約８０％であることを特徴とする
上記（８）記載の研磨パッド。 （１０）前記溝付き通路領域が同心環に設けられた溝を
備えることを特徴とする上記（８）記載の研磨パッド。 （１１）前記幾何学的中心部が１．５〜４インチの範囲
内で前記研磨パッドの中心部に対して偏心状に設けられ
ていることを特徴とする上記（８）記載の研磨パッド。 （１２）半導体ウェーハを研磨する方法において、研磨
パッドの中心部に対して偏心状に設けられた幾何学的中
心部を有する複数の突起部を研磨パッドに設け、半導体
ウェーハを研磨する半導体ウェーハ研磨方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の堆積パッドの構成を示す。
【図２】本発明の平面図である。
【図３】本発明の断面図である。
【符号の説明】
１０ 溝付き通路領域 ２０ 偏心パッド １００ パッド面 １０１ 上部パッド １０２ パッド基部 １０３ ウェーハ面 Ａ 幾何学的中心部 Ｂ 流路 Ｃ 偏心距離 Ｄ 突起部の幅 Ｅ 流路の幅 Ｆ 流路の深さ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティモシー・チャールス・クライウァンチ ェ アメリカ合衆国05452、 ヴァーモント州 エセックス・ジャンクション スカイライ ン・ドライブ 22 (72)発明者 ダグラス・キース・ストーラヴァン アメリカ合衆国05452、 ヴァーモント州 エセックス・ジャンクション ウェスト・ ストリート 60 (72)発明者 マシュー・トーマス・タイエア アメリカ合衆国05452、 ヴァーモント州 エセックス・ジャクション ブリックヤー ド・ロード 60 ユニット＃14

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体を研磨する研磨パッドにおいて、幾
    何学的中心部を有するとともに略周辺方向に広がる複数
    の突起部を備え、 前記幾何学的中心部が前記研磨パッドの中心部に対して
    偏心状に設けられていることを特徴とする研磨パッド。
  2. 【請求項２】さらに、前記複数の突起部の間に設けられ
    た複数の流路を備えることを特徴とする請求項１記載の
    研磨パッド。
  3. 【請求項３】前記複数の流路の深さが前記研磨パッドの
    深さの約８０％であることを特徴とする請求項２記載の
    研磨パッド。
  4. 【請求項４】前記複数の流路が同心環であることを特徴
    とする請求項２記載の研磨パッド。
  5. 【請求項５】前記幾何学的中心部が１．５〜４インチの
    範囲内で前記研磨パッドの中心部に対して偏心状に設け
    られていることを特徴とする請求項１記載の研磨パッ
    ド。
  6. 【請求項６】前記突起部の幅が約３／８インチであり、
    前記流路の幅が約１／８インチであることを特徴とする
    請求項２記載の研磨パッド。
  7. 【請求項７】半導体を研磨する研磨パッドにおいて、幾
    何学的中心部を有するとともに略周辺方向に広がる複数
    の溝を備え、 前記幾何学的中心部が前記研磨パッドの中心部に対して
    偏心状に設けられていることを特徴とする研磨パッド。
  8. 【請求項８】半導体を研磨する研磨パッドにおいて、幾
    何学的中心部を有するとともに略周辺方向に広がる溝付
    き通路領域を備え、 前記幾何学的中心部が前記研磨パッドの中心部に対して
    偏心状に設けられていることを特徴とする研磨パッド。
  9. 【請求項９】前記溝付き通路領域内の前記複数の溝の深
    さが前記研磨パッドの深さの約８０％であることを特徴
    とする請求項８記載の研磨パッド。
  10. 【請求項１０】前記溝付き通路領域が同心環に設けられ
    た溝を備えることを特徴とする請求項８記載の研磨パッ
    ド。
  11. 【請求項１１】前記幾何学的中心部が１．５〜４インチ
    の範囲内で前記研磨パッドの中心部に対して偏心状に設
    けられていることを特徴とする請求項８記載の研磨パッ
    ド。
  12. 【請求項１２】半導体ウェーハを研磨する方法におい
    て、 研磨パッドの中心部に対して偏心状に設けられた幾何学
    的中心部を有する複数の突起部を研磨パッドに設け、 半導体ウェーハを研磨する半導体ウェーハ研磨方法。
JP3686998A 1997-03-10 1998-02-19 Ｃｍｐ用偏心溝付き研磨パッド Pending JPH10249710A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/812,884 US5842910A (en) 1997-03-10 1997-03-10 Off-center grooved polish pad for CMP
US08/812884 1997-03-10

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