JPH11512977A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 シリコンウェーハが研磨される際のウェーハの表面状態の光学的検出の使用が可能なシリコンウェーハの研磨用装置に、パッドが設置される。これは、パッド全体あるいはパッドの一部を、スラリー粒子を吸収あるいはスラリー粒子を輸送するという本質的な能力を持たず、光学的方法でウェーハの表面状態を検出ために使用される光線が透過する硬質均一樹脂シートから作ることで達成できる。このパッドを作るには、１９０−３５００ナノメーターの範囲の波長を持つ光が透過する樹脂が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】 研磨パッド 発明の背景技術分野 本発明は、ガラス、半導体、誘電／金属複合体及び集積回路等に平滑な超平坦 面を形成するのに使用される研磨パッドに関するものである。特に、このような パッドのバルク構造と、研磨あるいは平坦化の工程中での光学的インシチュ(in- situ)終点検出を可能にする能力に関するものである。従来の技術 多層集積回路の製造中に、半導体ウェーハの形態において、集積回路構造の平 坦化をすることが望ましい。平坦化は非常に精密でなければならず、所定の面か らミクロンの何分の一をも違わないウェーハ面を作らなけれぼならない。平坦化 は、通常、ＣＭＰ、即ちケミカル−メカニカル ポリシングにより、大半は研磨 パッドを装着した通常円形の回転板と、研磨パッドの上にウェーハをぺったりと 押しつけるウェーハキャリアと、スラリーの形態で研磨パッドに化学薬品と研磨 剤を供給する手段からなる装置において行われる。薄くて平坦な半導体ウェーハ を研磨する装置は公知である。これら平坦化装置は、アイペック プレイナー(I PEC P1aner)、ストラスボー マニファクチャリング(Strausbaugh Manufac-turi ng)、 スピードファム コーポレイション(the Speedfam Corporation)等によっ て製造されている。これら装置で半導体ウェーハを平坦化する際におこる特筆す べき問題は、ウェーハが所望の平坦度に研磨されたことを測定することである。 従来技術に見られる大半の終点検出方法は、上部層の除去によるウェーハの表面 構造の変化に頼っている。従って、平坦度は測定されず、単に、上層が除去され たことによって二次的に平坦になったと見做されるだけである。アメリカ特許第 ５，０３６，０１５号では、研磨パッドとウェーハ間の摩擦の変化が終点を提示 するとしている。アメリカ特許第５，２４０，５２２号では、ウェーハの厚みが 反射音響波の分析により測定されている。アメリカ特許第５，３３７，０１５号 は、電気的にアースした研磨テーブルと研磨パッドの下に設けた特殊な電極を開 示し、導電性スラリーを利用する絶縁層の厚さの測定を可能にしている。こ れらインシチュ厚さ測定具は非常に複雑で、測定するためには特殊な電気回路を 要する。大抵の場合、複雑なインシチュ測定方法に代えて、ウェーハを研磨装置 から取り外し、酸化膜の厚みを測定する分光装置の使用によって平坦度が測定さ れている。通常ウェーハは、過研磨を防ぐため、所定の終点に達する前に研磨作 業から外される。その後、そのウェーハは所望の終点まで研磨するため研磨機に 再び装着される。 アメリカ特許第５，０８１，７９６号は、研磨機上において、研磨パッドの縁 を越えてウェーハを輸送することにより、レーザー干渉測定法等の酸化層を迅速 に測定する方法がウェーハの下側に使用できるウェーハ輸送用装置と方法を開示 している。本方法は、所定の時間にウェーハの一部分を研磨工程から外すので、 全工程においてウェーハが均一な研磨を受けられないという不利な点がある。こ れは、アメリカ特許第５，４１３，９４１号が開示している半導体平坦化研磨工 程中での光学的終点検出法にも当てはまる。ウェーハの継続的な全研磨状態にお いて、このようなレーザー光測定を採用できる装置が非常に好ましい。 発明の概要 シリコンウェーハが研磨される際のウェーハの表面状態の光学的検出の使用が 可能なシリコンウェーハの研磨用装置に、パッドが設置される。これは、パッド 全体あるいはパッドの一部を、スラリー粒子を吸収あるいはスラリー粒子を輸送 するという本質的な能力を持たず、光学的方法でウェーハの表面状態を検出ため に使用される光線が透過する硬質均一樹脂シートから作ることで達成できる。こ のパッドを作るには、１９０−３５００ナノメーターの範囲の波長を持つ光が透 過する樹脂が好ましい。 発明の詳細な説明 現在、シリコンウェーハの研磨に使用されている硬質均一樹脂シートからなる 研磨パッドがある。これらは、この明細書において参照されているアメリカ特許 第５，４８９，２３３号に記載されている。硬質均一樹脂シートはスラリー粒子 を吸収したり、輸送したりする本質的な能力を持たない。このスラリー粒子の吸 収あるいは輸送ができないというこの本質的な能力は、従来技術の研磨パッドの バルクの特性から、硬質均一樹脂シートからなる研磨パッドのバルクの特性を区 別するものである。全ての従来技術のパッドは、繊維からなり、マイクロバルー ンの充填あるいは製造中のエアー注入のいずれかの結果生じる小孔を含むバルク 構造を有するか、あるいは砥粒が充填されている。従来技術のパッドが硬質樹脂 でできているとしても、それらは均一構造ではなく、進入してくるどんな光線を もひどく散乱させるため、光線が透過しないバルク構造を有する。本発明に有用 な樹脂シートの表面には、硬質均一シートを良質の研磨パッドに変えるマクロ溝 とミクロ溝の両方を設けることができる。参照したアメリカ特許第５，４８９， ２３３号で指摘されているように、良質のパッドは、ポリウレタン、アクリル、 ポリカーボネート、ナイロン、ポリエステル等の硬質均一樹脂のいずれからも作 ることができる。これらは全部、１９０−３５００ナノメーターの範囲の波長の 光線が透過する樹脂からできうるため、干渉測定法等の光学的手法を使ってイン シチュ終点検出が可能なパッドが作成しうる。 透過パッドは、樹脂シート形成の技術分野の専門家に公知な注型、押出成形等 のいかなる方法によっても作られうる。樹脂は熱可塑性樹脂材とすることができ 、注型、押出成形等の工程によって、流動し、その後成形される温度にまで熱せ られる。パッド材料は熱硬化性樹脂でよく、この場合、反応成分が一緒に混ぜら れて、モールド中でその混合物が硬化する温度まで熱せられる。もし成形物であ るシートが所望の厚さに合えば、そのままで研磨工程に使用することができる。 あるいは、成形物である樹脂をスライスしてパッドシートを得ることもできる。 透過窓だけを透過ではない不透過パッドに取り付けたいのならば、取り得る製 造方法は、透過樹脂の棒やプラグから形成することである。つまり、不透過樹脂 がまだ液体である間に、透過プラグと不透過の樹脂の間が完全に接触しているの を確かめながら、この成形物をモールド中の不透過樹脂に挿入する。不透過樹脂 が硬化したのちモールドから取り出して、透過窓を有するパッド用シートをその 成形物からスライスする。 アメリカ特許第５，４８９，２３３号で見られるとおり、スラリー粒子を吸収 したり輸送したりするという本質的能力のない樹脂シートからなる集積回路搭載 ウェーハのケミカル−メカニカル ポリシングに有用なパッドは、使用に際して は、表面に大フロー溝と小フロー溝の両方を持つパターンやテクスチャーを持っ ていなくてはならない。従って、研磨パッドの透過部分を通してインシチュ光学 測定をする際、これらフロー溝には少量のスラリーによる干渉が生じる。この干 渉は補正できる。この溝中のスラリーは比較的均一なので、ウェーハ表面の変化 を測定する信号には影響ない。 集積回路搭載ウェーハのケミカル−メカニカル ポリシングに現在使われてい るどのタイプの研磨パッドにも窓を挿入することが可能である。これらパッドの タイプの例としては、ウレタン含浸ポリエステルフェルト、デラウエア州ニュー ワークのローデル インコーポレイテッド(Rodel，Inc.)のポリテックス(Poli-t ex)の名で販売されているタイプのマイクロポーラスウレタンパッド、そして、 同じくデラウエア州ニューワークのローデル インコーポレイテッドによって製 造されているＩＣシリーズやＭＨシリーズといったような充填あるいはエアー注 入合成ウレタンがある。このようなパッドは、スラリー粒子の吸収、輸送という 本質的能力のない硬質均一樹脂シートで構成されるものではない。これらは、小 孔を有するという特性により、本質的にスラリーの輸送ができるのである。これ らパッドのどれであってもそこに穴をあけて、そこに硬質透過樹脂のプラグを、 光学的終点検出用窓としての役割を果たすため挿入することができる。硬質樹脂 プラグの表面は、アメリカ特許第５，４８９，２３３号で記載されているような 表面テクスチャーやパターンを持つことが最適であり、そうすることによって、 研磨活動が研磨パッド全体に均一になることに近づく。 前述の樹脂（ポリウレタン、アクリル、ポリカーボネイト、ナイロン、ポリエ ステル）に加えて、ポリ塩化ビニル、ポリふっ化ビニリデン、ポリエーテルサル ホン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなども透過窓 を作ることができる。これら樹脂を注型あるいは押出形成し、所望のサイズや厚 さにカットすることによって、透過窓を作ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．集積回路搭載ウエーハの研磨に有用なパッドであって、少なくともその一部 分はスラリー粒子の吸収、輸送という本質的な能力を持たない硬質均一樹脂シー トからなり、この樹脂シートは１９０−３５００ナノメーターの範囲の波長の光 線が透過するものであることを特徴とするパッド。 ２．前記硬質均一樹脂シートが、大フロー溝と小フロー溝の両方がある表面テク スチャー又はパターンを持ち、これら溝が表面上を横切る粒子を含む研磨スラリ ーの輸送を可能にし、前記表面テクスチャー又はパターンは外部手段によっての み硬質均一樹脂シートの表面に作られることを特徴とする請求項１記載のパッド 。 ３．前記パッドが、光が透過する硬質均一樹脂シートからなる第一部分と、マイ クロポーラスポリウレタン構造からなる第二部分を有することを特徴とする請求 項１記載のパッド。 ４．前記パッドが、光が透過する硬質均一樹脂シートからなる第一部分と、マイ クロポーラスポリウレタン構造からなる第二部分を有することを特徴とする請求 項２記載のパッド。 ５．前記パッドが、光が透過する硬質均一樹脂シートからなる第一部分と、充填 またはエア注入合成ウレタン構造からなる第二部分を有することを特徴とする請 求項１記載のパッド。 ６．前記パッドが、光が透過する硬質均一樹脂シートからなる第一部分と、充填 またはエア注入合成ウレタン構造からなる第二部分を有することを特徴とする請 求項２記載のパッド。 ７．前記パッドが、光が透過する硬質均一樹脂シートからなる第一部分と、スラ リー粒子の吸収、輸送という本質的な能力を持たない硬質均一樹脂シートからな る第二部分を有し、この第二部分が大フロー溝と小フロー溝の両方がある表面テ クスチャー又はパターンをその表面に持ち、これら溝が表面を横切る粒子を含む 研磨スラリーの輸送を可能にし、前記表面テクスチャーは外部手段によってのみ 硬質均一樹脂シートの表面上に作られることを特徴とする請求項１記載のパッド 。 ８．前記パッドが、光が透過する硬質均一樹脂シートからなる第一部分と、スラ リー粒子の吸収、輸送という本質的な能力を持たない硬質均一樹脂シートからな る第二部分を有し、この第二部分が大フロー溝と小フロー溝の両方がある表面テ クスチャー又はパターンをその表面に持ち、これら溝が表面を横切る粒子を含む 研磨スラリーの輸送を可能にし、前記表面テクスチャーは外部手段によってのみ 硬質均一樹脂シートの表面上に作られることを特徴とする請求項２記載のパッド 。