JPH106212A - 研磨パッドおよび研磨装置ならびに半導体装置の製造方 法 - Google Patents

研磨パッドおよび研磨装置ならびに半導体装置の製造方 法

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JPH106212A
JPH106212A JP16776196A JP16776196A JPH106212A JP H106212 A JPH106212 A JP H106212A JP 16776196 A JP16776196 A JP 16776196A JP 16776196 A JP16776196 A JP 16776196A JP H106212 A JPH106212 A JP H106212A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨装置の構成を複雑にすることなく、必要量
の研磨剤を研磨面に供給することを可能とする研磨パッ
ドもしくは研磨装置あるいは半導体装置の製造方法を提
供する。 【解決手段】被研磨部材１の研磨面に接する上面面と、
研磨プレート４１側に位置する下面との間を研磨剤だま
り用穴１４が貫通して多数設けられた化学的・機械的研
磨法用の研磨パッド１０において、研磨剤だまり用穴１
４の下面側の第２の穴１６の平面積を上面側の第１の穴
１５の平面積より大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨パッドおよび研
磨装置ならびに半導体装置の製造方法に係わり、特に半
導体集積回路等の複雑な段差を有する基板を均一性良く
平坦化する化学的・機械的研磨法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の微細化、超高集積化に
伴い半導体集積回路の多層化が進んでいる。この微細化
・多層化に伴い、パターンを転写する露光装置のフォー
カスマージンが狭くなるため、シリコン基板上の層間絶
縁膜などのグローバルな平坦化が必要となってきた。
【０００３】従来、層間絶縁膜の平坦化に関しては多く
の方法が開発されてきた。例えばリフロー法やＳＯＧ等
の塗布法、エッチバック法などである。ところが、これ
らの方法では、グローバルな平坦化は困難であった。
【０００４】そこで近年用いられてきている方法に、機
械的、化学的にシリコン基板上の層間絶縁膜等を研磨す
るＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法がある。
【０００５】この研磨方法は、例えば図５に示すよう
に、半導体基板の主面の絶縁膜２上に設けられたアルミ
配線３の上にＣＶＤ法で層間絶縁膜４を厚く形成した半
導体ウエハ１を化学的・機械的研磨装置に装着し、アル
ミ配線３の存在により凹凸表面５となった層間絶縁膜４
を研磨して平坦表面６とするものである。
【０００６】この研磨装置は図６（Ａ）に示すように、
研磨プレート回転軸４３により回転する研磨プレート４
１と、研磨プレート４１上に貼られたポリエステルフィ
ルム４２と、ポリエステルフィルム４２上に貼られた研
磨パッド４０と、ウエハ支持台回転軸４５により回転す
るウエハ支持台４４と、研磨剤４７の供給系４６を有し
て構成されている。
【０００７】半導体ウエハ１は表面を下にしてウエハ支
持台４４に固定されてウエハ支持台回転軸４５により回
転し、研磨剤４７が供給されながら研磨パッド４０に押
し当てられて研磨されている。
【０００８】研磨中はウエハ支持台回転軸４５から下方
向に圧力が加わっており、図６（Ｂ）に示すように、半
導体ウエハ１は研磨パッド４０にめり込んだような形状
になっている。
【０００９】このため研磨剤４７が半導体ウエハ１の中
心部に入り込まず半導体ウエハ中心部の研磨レートが下
がり、半導体ウエハの面内均一性が悪くなるという問題
がある。
【００１０】そこでこの問題を解決するために、図７
（Ａ），（Ｂ）に示すように、ポリエステルフィルム２
２上の研磨パッド２０に多数の貫通穴２１を形成しここ
に研磨剤がたまるようにされた研磨パッド製品がある
（ローデル製 ＩＣ−１０００パーフォレート加工
品）。この研磨剤だまり用穴２１は研磨パッド２０の上
面から下面に同じ直径で形成されたもの、すなわち同じ
平面積で形成されたもので、例えば図８に示すように、
直径２ｍｍの穴が厚さ２ｍｍの研磨パッド２０を貫通し
て形成されている。
【００１１】このようにすることで、ウエハ中心部にも
研磨剤が供給されるようになり、研磨のウエハ面内均一
性が向上する。
【００１２】また、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、
研磨剤の供給を、研磨パッド３０の上からではなく、研
磨パッド３０及び研磨プレート３２に穴３１を開け研磨
プレート３２の下から行い、研磨剤供給系３４を幾つか
設けて研磨剤３３の供給量をコントロール可能にし、研
磨が均一にするという技術が特開平５−１３３８９号公
報に開示されている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら研磨パッ
ドの断面形状が上から下まで同一平面形状である図７、
図８に示すような研磨だまり用穴では、研磨剤だまりに
たまる研磨剤が少なく半導体ウエハ表面に供給される研
磨剤の量が不十分であるという問題がある。
【００１４】また、図９のように研磨パッドの下からス
ラリーを供給する場合、研磨剤供給源が研磨プレート回
転軸方向から供給するようになっているため、研磨装置
の構成が非常に複雑になるという問題がある。
【００１５】したがって本発明の目的は、研磨装置の構
成を複雑にすることなく、必要量の研磨剤を研磨面に供
給することを可能とする研磨パッドもしくは研磨装置あ
るいは半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、被研磨
部材の研磨面に接する第１の主面と、研磨プレート側に
位置する第２の主面とを有し、研磨剤だまり用穴が前記
両主面間を貫通して多数設けられた化学的・機械的研磨
法用の研磨パッドにおいて、研磨剤だまり用穴の第２の
主面における平面積は第１の主面のおける平面積より大
きい研磨パッドにある。すなわち研磨剤だまり用穴の平
面形状が丸の場合、研磨剤だまり用穴の第２の主面にお
ける直径は第１の主面のおける直径より大きい研磨パッ
ドにある。ここで研磨パッドは、一定の平面積で貫通す
る第１の穴を多数形成した第１の研磨パッド層と、第１
の穴より大きな一定の平面積で貫通する第２の穴を多数
形成した第２の研磨パッド層とからなり、両研磨パッド
層を密着することによる第１の穴と第２の穴の結合によ
り研磨剤だまり用穴を構成することが好ましい。あるい
は研磨パッドは第１の主面から第２の主面まで同一の研
磨パッド層で構成され、第１の主面を上側に第２の主面
を下側にしたときに、研磨剤だまり用穴の断面形状を凸
型にすることができる。
【００１７】本発明の他の特徴は、上記の研磨パッドを
装着した研磨装置にある。
【００１８】本発明の別の特徴は、上記の研磨パッドを
用いて半導体ウエハ表面の凹凸を化学的・機械的研磨法
により平坦化する半導体装置の製造方法にある。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明を説明
する。
【００２０】図１は本発明の第１の実施の形態における
研磨パッドを示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は
（Ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。
【００２１】ポリエステルフィルム１３上に研磨パッド
１０が設けられている。研磨パッド１０は上層である第
１の研磨パッド層１１と下層である第２の研磨パッド層
１２とから構成されている。
【００２２】第１の研磨パッド層１１は発砲ポリウレタ
ンを例えば厚さ１ｍｍ程度にスライスされたシートであ
り、パンチングにより穴加工された直径ａの第１の穴１
５が多数形成されマトリックス状に配列されている。同
様に、第２の研磨パッド層１１も発砲ポリウレタンを例
えば厚さ１ｍｍ程度にスライスされたシートであり、パ
ンチングにより穴加工された，ａより大きい直径ｂ（ａ
＜ｂ）の第２の穴１６が多数形成されマトリックス状に
配列されている。
【００２３】そして第１の研磨パッド層１１と第２の研
磨パッド層１２の主面どうしを密着することにより、第
１の穴１５と第２の穴１６とから、図１（Ｂ）に示すよ
うに断面形状が凸型の研磨剤だまり用穴１４が構成さ
れ、この研磨剤だまり用穴１４が、図１（Ａ）に示すよ
うにマトリックス状に配列されている。
【００２４】図２に、本発明の第１の実施の形態の研磨
パッドを用いて実際に研磨しているときの様子を拡大し
て模式的に示す。
【００２５】研磨する表面を下方向にしてウエハ支持台
４４に支持された半導体ウエハ１は研磨中にウエハ支持
台回転軸４５から研磨圧力が加わっているため、図２に
示すように研磨パッド１０は圧縮される。
【００２６】半導体ウエハ１が存在しないところの研磨
パッド１０では研磨剤１７が研磨剤だまり用穴１４に供
給される。
【００２７】ここで研磨圧力による変形前の研磨剤だま
り用穴１４の体積をＶａとする。半導体ウエハ１が存在
する研磨パッドの箇所では、研磨圧力により研磨剤だま
り用穴１４が圧縮され、さらに研磨剤だまり用穴上部の
ヒダ１８により押し出されて、研磨剤だまり用穴１４の
下方部の大きな第２の穴１６にたまっていた研磨剤１７
が矢印で示すように、研磨を行う半導体ウエハ１の表面
に飛び出す。
【００２８】すなわち研磨圧力による変形後の研磨剤だ
まり用穴１４の体積をＶｂとすると、Ｖａ＞Ｖｂになる
ため穴の中にたまっていた研磨剤１７は外に飛び出し、
ウエハ表面に達する。
【００２９】ここで研磨剤だまり用穴が図７（Ｂ）や図
８の従来技術のように、同一面積で貫通する断面形状で
あると、研磨圧力による研磨剤だまり用穴の変形がほと
んど起こらず、充分な量の研磨剤をウエハ表面に供給す
ることができないが、本発明の研磨剤だまり用穴の形状
を用いることで、より多くの研磨剤をウエハ表面に供給
することができる。
【００３０】半導体ウエハ表面との接触面積を同じにす
るために研磨剤だまり用穴の上面積を同じにして比較す
ると、例えば従来技術の図８の場合の研磨剤だまり用穴
２１の体積は２πｍｍ3 となるが、本発明の第１の実施
の形態の図３の場合は１０πｍｍ3 となり、従来例に比
べ５倍の体積増加になり、５倍の量の研磨剤をため込む
ことができる。
【００３１】すなわち本発明によれば、多くの研磨剤を
ため込み、かつ上記した研磨剤だまり用穴の変形作用に
より、従来技術と比較して、より多くの研磨剤をウエハ
表面に供給することができる。
【００３２】図４は本発明の第２の実施の形態における
研磨パッド１０を示す断面図である。この研磨パッドは
一層のみの研磨パッド層から構成され、この研磨パッド
層に形成された凸型形状の穴をそのまま研磨剤だまり用
穴１４としたものである。
【００３３】この第２の実施の形態でも先の第１の実施
の同様な効果が得られる。第２の実施の形態では上記効
果を研磨パッド層１枚で実現できるので、穴加工は第１
の実施の形態より多少煩雑となるが、材料費の点から低
コスト化が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、研磨装置
を複雑にすることなく、研磨パッドにより多くの研磨剤
を保持し、研磨時により多くの研磨剤をウエハ表面に供
給できるようになるため、ウエハ面内均一に研磨でき、
更に無駄な研磨剤の使用を抑制することができるから研
磨剤の流量（使用量）の低減ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の研磨パッドを示す
図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ部
の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の研磨パッドを用い
て実際に研磨しているときの様子を拡大して模式的に示
す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の研磨パッドの研磨
剤だまり用穴およびその近傍を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の研磨パッドの研磨
剤だまり用穴およびその近傍を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態が対象とする半導体ウエハ
を示す断面図である。
【図６】ＣＭＰ法の一般的技術を示す図であり、（Ａ）
は研磨装置の概略図、（Ｂ）は研磨中の半導体ウエハお
よび研磨パッドの拡大図である。
【図７】従来技術の研磨パッドを示す図であり、（Ａ）
は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。
【図８】従来技術の形態の研磨パッドの研磨剤だまり用
穴およびその近傍を示す断面図である。
【図９】他の研磨装置を示す図であり、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ部の断面図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウエハ ２ 絶縁膜 ３ アルミ配線 ４ 層間絶縁膜 ５ 凹凸表面 ６ 平坦表面 １０ 研磨パッド １１ 第１の研磨パッド層 １２ 第２の研磨パッド層 １３ ポリエステルフィルム １４ 研磨剤だまり用穴 １５ 第１の穴 １６ 第２の穴 １７ 研磨剤 １８ 研磨剤だまり用穴上部のヒダ ２０ 研磨パッド ２１ 研磨剤だまり用穴 ２２ ポリエステルフィルム ３０ 研磨パッド ３１ 穴 ３２ 研磨プレート ３３ 研磨剤 ３４ 研磨剤供給系 ４０ 研磨パッド ４１ 研磨プレート ４２ ポリエステルフィルム ４３ 研磨プレート回転軸 ４４ ウエハ支持台 ４５ ウエハ支持台回転軸 ４６ 研磨剤の供給系 ４７ 研磨剤

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被研磨部材の研磨面に接する第１の主面
    と、研磨プレート側に位置する第２の主面とを有し、研
    磨剤だまり用穴が前記両主面間を貫通して多数設けられ
    た化学的・機械的研磨法用の研磨パッドにおいて、前記
    研磨剤だまり用穴の前記第２の主面における平面積は前
    記第１の主面のおける平面積より大きいことを特徴とす
    る研磨パッド。
  2. 【請求項２】 前記研磨パッドは、一定の平面積で貫通
    する第１の穴を多数形成した第１の研磨パッド層と、前
    記第１の穴より大きな一定の平面積で貫通する第２の穴
    を多数形成した第２の研磨パッド層とからなり、両研磨
    パッド層を密着することによる前記第１の穴と前記第２
    の穴の結合により前記研磨剤だまり用穴を構成したこと
    を特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
  3. 【請求項３】 前記研磨パッドは前記第１の主面から前
    記第２の主面まで同一の研磨パッド層で構成され、前記
    第１の主面を上側に前記第２の主面を下側にしたとき
    に、前記研磨剤だまり用穴の断面形状は凸型であること
    を特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
  4. 【請求項４】 前記請求項１、請求項２もしくは請求項
    ３記載の研磨パッドを装着したことを特徴とする研磨装
    置。
  5. 【請求項５】 前記請求項１、請求項２もしくは請求項
    ３記載の研磨パッドを用いて半導体ウエハ表面の凹凸を
    化学的・機械的研磨法により平坦化することを特徴とす
    る半導体装置の製造方法。
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