JPH1148131A - 基板を平坦化するための研磨工具および研磨方法 - Google Patents

基板を平坦化するための研磨工具および研磨方法

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JPH1148131A
JPH1148131A JP21923497A JP21923497A JPH1148131A JP H1148131 A JPH1148131 A JP H1148131A JP 21923497 A JP21923497 A JP 21923497A JP 21923497 A JP21923497 A JP 21923497A JP H1148131 A JPH1148131 A JP H1148131A
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JP
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substrate
layer
intermediate layer
polishing
polishing tool
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Junji Takashita
順治 高下
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Canon Inc
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大面積の基板全面の反りに倣って変形するこ
とができるとともに基板上にある微小凹凸には倣わずに
微小凸部に選択的に強い圧接力で作用し、しかも必要な
表面硬度を有しかつスクラッチが入りにくい研磨工具を
提供する。 【解決手段】 大面積の基板7を平坦に研磨する研磨工
具1を、3層中で最も柔らかいスエード状の不織布等の
弾性体の最内層2と、3層中で最も硬質の硬質ウレタン
樹脂シート等の弾性体の中間層3と、中間層3より柔ら
かく最内層2より硬い多孔質樹脂シートの表面層4を積
層接着するとともに3層中の少なくとも中間層3をセグ
メント状に分割して構成し、基板7全面の反りに倣って
変形できるとともに、セグメント状に分割された硬質の
中間層3、あるいはセグメント状に分割された中間層3
と表面層4が、基板表面の配線に対応して生じている微
小凸部に強く圧接して優先的に選択的に研磨除去する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板等の基
板を平坦化するための研磨工具および研磨方法に関し、
特に、大面積のガラス基板上に半導体デジタル感光セン
サー等を作製する際に必要となる平坦化プロセスにおい
て用いられ、ガラス基板上に形成された多数の配線上に
堆積付着した絶縁膜の微小段差を平坦に研磨するための
研磨工具および該研磨工具を用いて研磨する研磨方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】大面積のガラス基板上に形成する半導体
デジタル感光センサー等の作製の際には、図4に示すよ
うに、大判の矩形ガラス基板108上に多数の金属配線
109が形成され、これらの金属配線109を埋め込む
ように全面均一に絶縁膜110が付着される。この絶縁
膜110の表面には金属配線109に対応して多数の凹
凸の微小段差が生じる。これらの凹凸段差は後成膜工程
の障害となるために、表面凸部111を平坦に除去しか
つ基板全面において絶縁膜の厚さのむらがないように均
一に除去して、金属配線の厚みむらがないように平坦化
することが必要になってくる。そこで、ガラス基板10
8上の配線109に対応して発生する絶縁膜110表面
の凸部部分111を除去し全体として平坦化するため
に、平面ラップ盤に貼着した2層ないし3層の弾性研磨
シートに基板を押し付けて、研磨シート上に適宜の研磨
液を供給しながら、基板を研磨する方法が従来から採用
されている。
【0003】基板を研磨する弾性研磨シートとしては、
表面層を硬質ウレタン系のシート、内層を柔らかいスエ
ードタイプのシートとし、これらを積層した2層研磨シ
ート等が一般に使用されている。このような2層研磨シ
ートにおいて、表面層の機能は基板表面の絶縁層の微小
凹凸をならし平坦に研磨することであり、硬い研磨シー
トを用いる方が平坦化には効果的である。また、内部の
弾性層は表面層よりも柔らかい材質で、表面層が基板全
面の反りに倣って変形しやすくなるように研磨シートの
内部から間接的に作用する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の研磨シートおよび研磨方法においては、次のような
未解決な課題があった。
【0005】基板面積が大きくなればなるほど基板の反
りも大きくなり、研磨に際して大判基板と研磨工具を相
互に押し付けた場合、基板と研磨工具のそれぞれに反り
があるために、さらに研磨工具の表面層が硬いために、
基板全面を同時に均一に加圧することが困難であった。
大面積の基板全面を均一に加圧するには、研磨工具表面
の硬質層を柔らかくして基板の反りに倣いやすくするの
が効果的であるけれども、柔らかすぎると基板上の微小
凹凸を平坦に研磨する能力が低下してしまう。そこで、
工具表面層を硬くしたままで、その下層側をさらに柔ら
かくすることが考えられるが、下層側から工具表面を柔
軟にするには限界がある。そこで、表面をある程度硬く
してかつ基板の反りに倣って変形しやすい研磨工具が求
められている。
【0006】また、工具表面に硬質材を用いると、研磨
液に異物が混入している場合にスクラッチを生じやす
く、特に、基板上の金属配線がCu、Al、Cr等の金
属である場合にスクラッチが入りやすい。工具表面層を
柔らかい材料にするとスクラッチは出にくくなるけれど
も、前述したように、基板表面の微小凹凸部の平坦化能
力が低下するために好ましくない。
【0007】そこで、本発明は、上記の従来技術の有す
る未解決の課題に鑑みてなされたものであって、大面積
基板の研磨時に基板全面の反りに倣って変形することが
できるとともに基板上にある微小凹凸には倣わずに微小
凸部に選択的に強い圧接力で作用し、しかも必要な表面
硬度を有しかつスクラッチが入りにくい研磨工具を提供
することならびに該研磨工具を用いて基板を研磨する研
磨方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の研磨工具は、研磨定盤上に3種類の材料を
積層接着して基板を平坦化するための平面弾性研磨工具
において、最内層を3層中で最も柔らかい弾性体とし、
中間層を最も硬質の弾性体とし、表面層を前記中間層よ
り柔らかく前記最内層より硬い多孔質樹脂シートとする
とともに、3層のうち少なくとも中間層をセグメント状
に分割したことを特徴とする。
【0009】本発明の研磨工具においては、セグメント
状に分割された中間層のセグメントの最小寸法は研磨す
べき基板上の配線パターンの最大溝幅の2倍以上とする
ことが好適である。
【0010】また、本発明の研磨工具においては、最内
層を厚さ1mm以上のベロア状またはスエード状の不織
布とし、中間層を0.2〜2mmの硬質ウレタン樹脂シ
ートとし、表面層を前記中間層より薄い多孔質ウレタン
樹脂シートまたは樹脂繊維プレスシートとすることが好
ましい。
【0011】そして、本発明の研磨方法は、請求項1な
いし3のいずれか1項記載の研磨工具を用いて、基板の
表面を平坦化することを特徴とする。
【0012】
【作用】平面弾性研磨工具を3種類の材料を積層接着し
て形成し、3層中で最も柔らかいベロア状またはスエー
ド状の不織布等の弾性体を最内層とし、最も硬質の硬質
ウレタン樹脂シート等の弾性体を中間層とし、該中間層
より柔らかく前記最内層より硬い多孔質樹脂シートを表
面層として積層接着するとともに3層中の少なくとも中
間層をセグメント状に分割して研磨工具を構成し、この
研磨工具に大面積の基板を加圧プレートにより加圧して
研磨する際に、最も硬質の中間層をセグメント状に分割
してあるために、研磨工具は、基板全面の反りに倣って
変形して研磨することができ、しかも硬質のセグメント
が基板表面の微小凸部に強く圧接して優先的に選択的に
研磨除去することができ、さらに表面層を多孔質材料と
したことにより、スクラッチを発生させることなく研磨
を行なうことができる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【0014】図1は、本発明に基づく3層研磨工具を研
磨装置に装着して基板を研磨する態様を図示する模式図
であり、図2は、研磨工具においてセグメント状に分割
された中間層および表面層の各セグメントの作用を説明
するための、3層の研磨工具と基板を圧接させて研磨を
行なう状態を拡大して示す摸式断面拡大図である。
【0015】図1および図2において、研磨工具1は研
磨装置の研磨定盤5に貼着されており、基板加圧プレー
ト6に保持された被研磨基板7は、研磨工具1上に加圧
されて、基板7の回転あるいは揺動、さらに研磨工具1
の回転により、そして研磨工具1上に適宜の研磨液を供
給しながら、基板7の表面の研磨が行なわれる。
【0016】本発明の研磨工具1は、3種類の材料を最
内層2、中間層3および表面層4として積層接着すると
ともに3層のうち少なくとも中間層3をセグメント状に
分割して構成する平面弾性研磨工具であり、最内層2は
柔らかい弾性体、例えばスエードタイプまたはベロアタ
イプの不織布、発泡スポンジ、ゴム等で形成し、工具全
体が容易に変形しうるように工具表層側の2層を支持す
る。中間層3は、3層中最も硬質の層とし、ウレタン樹
脂などの硬質樹脂で構成し、最内層2の表面に両面接着
テープ等で接着されており、研磨加圧時に基板7の金属
配線9に対応して生じている絶縁膜10の凸部に強く作
用して部分的に接触面圧を高め、平坦化を促す機能をも
たせている。そして、中間層3の厚さは、その材料の硬
度によって異なるけれども、その機能から0.2〜2m
m程度が好ましい。表面層4は、微小孔を有する発泡多
孔質のウレタン樹脂シートあるいはウレタン繊維を加熱
プレス成形したシートで、その厚さは中間層3よりも薄
く構成したものである。また、研磨当接面に供給される
研磨液に異物が混入している場合であっても、その異物
を表面層4の微小孔内に取り込み、連続した擦過作用を
しないようにする。さらに、その表面硬度を中間層3よ
り柔らかくすれば、異物によるスクラッチは生じにく
い。また、表面層4を薄くすれば基板に作用する硬さは
中間層の硬度の影響を強く受け、基板7上の微小凸部1
1の選択的除去能力を維持できるため、なるべく薄いこ
とが好ましく、中間層3よりも薄い厚さとして、厚さ
0.6mm以下にすることが好ましい。さらに、平坦化
研磨能力をより向上させるには工具中間層3の硬度にで
きるだけ近いものが好ましい。
【0017】そして、本発明の研磨工具1においては、
少なくとも最も硬質の中間層3をセグメント状に分割す
ることにより、セグメント単位をそれぞれ分離独立して
各セグメント単位毎に個々の動きができるようになし、
さらに硬質層全体で基板の反りに倣って変形することを
可能とする。なお、図1および図2には、研磨工具1に
おいて中間層3および表面層4をともにセグメント状に
分割したものを図示する。
【0018】図2において、被研磨基板7は、図4に示
した従来の基板と同様に、表面に金属配線9、9…が形
成され、これらの金属配線9、9…を埋め込むように絶
縁膜10が全面に均一に付着されており、その表面には
金属配線9、9…に対応して生じている絶縁膜10の凸
部11、11…があり、さらに基板全面に反りのある形
状となっている。このような被研磨基板7を研磨工具1
に加圧して研磨する際に、研磨工具1は、柔らかい弾性
体で構成された最内層2の作用により、さらにセグメン
ト状に分割された硬質の中間層3および表面層4のセグ
メント単位が個々に移動し得ることから、硬質層全体で
基板の反りに倣って変形することが可能であり、基板7
の反りに倣って順応した形態で基板7の全面に圧接す
る。そして、研磨工具1の中間層3および表面層4の硬
質セグメントが絶縁膜10の凸部11の2箇所に橋渡し
されることにより、この硬質セグメントは2箇所の凸部
11、11に強く圧接して接触面圧が高くなり、それら
の凸部を優先的に研磨除去することができ、速やかな平
坦化を可能とする。また、そのセグメント幅を、隣接す
る凸部11間の凹部の幅より小さいすると、この凹部に
セグメントが入り込み、この凹部を研磨除去することと
なり、全体としての平坦化が進行しないこととなる。そ
のために、セグメント状に分割されたセグメントの寸法
は、研磨すべき基板7上の配線パターンの最大溝幅の2
倍以上の幅とすることが好ましく、一方、研磨工具1の
表面が基板7全体の反りに倣って変形するためには、セ
グメント寸法はできるだけ小さい方が好ましい。このよ
うに、セグメント寸法は、研磨シート工具の基板への倣
い変形のしやすさや基板の局部的な凸部の研磨除去効
率、さらに研磨シート工具への溝入れ加工のしやすさ等
を考慮すると、基板上の配線パターンの最大溝幅の2倍
以上の幅であって、幅5〜20mm単位のセグメント寸
法を用いることが好適である。図3は、本発明の研磨工
具の平面図であり、中間層3および表面層4を複数の切
断線13、13……によって多数のセグメントに分割し
たものであり、セグメント形状を正方形として形成して
いる。なお、セグメント形状は多角形あるいは円形等の
その他の形状とすることも可能である。
【0019】次に、本発明に基づく具体的な実施例につ
いてさらに説明する。
【0020】研磨定盤上に最内層として厚さ1.3mm
のスエードタイプの弾性シートを接着し、その表面に中
間層としての厚さ1.3mmで硬度(シェアA)95の
ウレタン樹脂シートを両面接着テープで接着し、さらに
その上に表面層としての厚さ0.6mmのウレタン繊維
プレスシートを同じく両面接着テープで積層接着した。
その後、表面層および中間層を縦横幅10mmの正方形
のセグメントに切断代1mmで分離切断した。研磨すべ
き基板として、ガラス基板上に形成された最大溝幅0.
1mm、ピッチ0.16mmのCr配線上にSiN絶縁
膜を均一に付着したものを用い、上記のように構成した
研磨工具に基板を加圧してSiN絶縁膜の研磨を行なっ
た。
【0021】研磨工具は、基板全面に沿って順応するよ
うに変形し、かつ基板の絶縁膜に生じている凸部を除去
して、基板表面を効率良く平坦化することができ、そし
て、スクラッチの発生もみられなかった。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
3層研磨工具の中間層に硬質セグメント体を挿入し、表
面層に厚さの薄い多孔質樹脂シートを配置することによ
り、かなり硬い研磨工具であっても基板全面の反りに倣
って変形し、しかも基板表面の微小凸部を選択的に除去
することができ、さらにスクラッチを発生させることな
く研磨を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく3層研磨工具を研磨装置に装着
して基板を研磨する態様を図示する模式図である。
【図2】研磨工具におけるセグメント状に分割された中
間層および表面層の各セグメントの作用を説明するため
の、3層研磨工具と基板を圧接させて研磨を行なう状態
を拡大して示す拡大断面模式図である。
【図3】本発明に基づく3層研磨工具の模式的平面図で
ある。
【図4】大面積のガラス基板の模式的な断面図である。
【符号の説明】
1 研磨工具 2 最内層(不織布等の弾性シート) 3 中間層(硬質ウレタン樹脂シート) 4 表面層(樹脂繊維プレスシート) 5 研磨定盤 6 基板加圧プレート 7 基板 8 ガラス基板 9 金属配線 10 絶縁膜 11 凸部 13 切断線

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研磨定盤上に3種類の材料を積層接着し
    て基板を平坦化するための平面弾性研磨工具において、
    最内層を3層中で最も柔らかい弾性体とし、中間層を最
    も硬質の弾性体とし、表面層を前記中間層より柔らかく
    前記最内層より硬い多孔質樹脂シートとするとともに、
    3層のうち少なくとも中間層をセグメント状に分割した
    ことを特徴とする研磨工具。
  2. 【請求項2】 セグメント状に分割された中間層のセグ
    メントの最小寸法が、研磨すべき基板上の配線パターン
    の最大溝幅の2倍以上であることを特徴とする請求項1
    記載の研磨工具。
  3. 【請求項3】 最内層が厚さ1mm以上のベロア状また
    はスエード状の不織布であり、中間層が0.2〜2mm
    の硬質ウレタン樹脂シートであり、表面層が前記中間層
    より薄い多孔質ウレタン樹脂シートまたは樹脂繊維プレ
    スシートであることを特徴とする請求項1または2記載
    の研磨工具。
  4. 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれか1項記載の
    研磨工具を用いて、基板の表面を平坦化することを特徴
    とする研磨方法。
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