(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの加工表面を研磨することによって、半導体を製造する半導体製造方法であって、
半導体ウエハを準備する工程と、
この半導体ウエハの表面に金属の線条を形成する工程と、
この金属の線条を形成した前記半導体ウエハの表面にコーティングを付着させ、加工表面を構成する工程と、
この加工表面を研磨する研磨パッドであって、
（ａ）底面と、該底面の反対側の外側面とを備え、４ｐｓｉ以上の所定の圧縮圧力を受けたとき６ミクロン／ｐｓｉ以上、１２ミクロン／ｐｓｉ以下の歪定数を有する第１の層と、
（ｂ）前記加工表面を研磨する研磨面と、該研磨面の反対側の、少なくとも一部が前記外側面に連結された下側面とを備え、前記所定の圧縮圧力を受けたとき、前記第１の層よりも小さい歪定数を有する第２の層と、
を有する研磨パッドを準備する工程と、
前記半導体ウエハの前記加工表面を、研磨装置を用いて、前記研磨パッドで研磨する工程と、
を有することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項２】
半導体ウエハの加工表面を研磨することによって、半導体を製造する半導体製造方法であって、
半導体ウエハを準備する工程と、
この半導体ウエハの表面に金属の線条を形成する工程と、
この金属の線条を形成した前記半導体ウエハの表面にコーティングを付着させ、加工表面を構成する工程と、
この加工表面を研磨する研磨パッドであって、
（ａ）底面と、該底面の反対側の外側面とを備え、４ｐｓｉ以上の所定の圧縮圧力を受けたとき６ミクロン／ｐｓｉ以上の歪定数を有する第１の層と、
（ｂ）前記加工表面を研磨する研磨面と、該研磨面の反対側の、少なくとも一部が前記外側面に連結された下側面とを備え、前記所定の圧縮圧力を受けたとき、３ミクロン／ｐｓｉ以下の歪定数を有する第２の層と、
を有する研磨パッドを準備する工程と、
前記半導体ウエハの前記加工表面を、研磨装置を用いて、前記研磨パッドで研磨する工程と、
を有することを特徴とする半導体製造方法。
【請求項３】
前記第２の層が、０．２５ミクロン／ｐｓｉ以上、３ミクロン／ｐｓｉ以下の歪定数を有する請求項２記載の半導体製造方法。
【請求項４】
前記第１の層が、前記所定の圧縮圧力を受けたとき、弾性的に変形する請求項１乃至３の何れか１項に記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨装置を使用して研磨パッドで半導体ウエハを研磨する半導体製造方法に係わるものである。さらに具体的には、本発明は半導体ウエハの内部及び表面の下に微視的な金属の線条を形成し巨視的に平坦な表面で覆って形成された半導体ウエハの巨視的に平坦な表面を研磨して前記金属の線条を“露出化”し且つ平坦にすることによって半導体を製造する半導体製造方法に係るものである。
【０００２】
さらにより具体的に云えば、本発明は、半導体ウエハの表面から硬い材質部をも柔らかい材質部をも均等なレートで除去する事ができるように半導体ウエハを研磨する半導体製造方法に係るものである。
【背景技術】
【０００３】
半導体材料を研磨して半導体を製造する際に使用される複合パッドは文献によって、例えば、ジェイコブセン他によるアメリカ合衆国特許第3504457号によってよく知られている。このジェイコブセン特許は、一つの弾性ポリウレタンより成る研磨層またはフィルム２３と、弾性コルファムより成る中間層２０と、化学的に不活性でより剛いニトリルゴムの層３５を有する複合または多層構造の研磨パッドを発表している。ジェイコブセンの複合研磨パッドにおいては、より弾力的な層が半導体に隣接し、剛いニトリルゴム層が研磨される半導体からより遠くに設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ジェイコブセンパッドのような弾性パッドは長い年月に亘って半導体の製造に使用され受け入れられてきたけれども、旧来の弾性パッド構造では巨視的な半導体表面の大部分の全体的な部分よりも高い（または低い）微視的な領域を含むか、あるいは軟質で、半導体の他のより硬い領域よりも速く摩耗して平坦化される領域を含む巨視的な半導体の表面を容易に均一に平坦化するものではなかった。とりたてて云えば、旧来のパッドは凹み易く高い領域の周囲部分の角をまるめる傾向があり高い部分が丸まった丘形となり易い。半導体材料表面の平坦性はフォトリソグラフ工程において極めて重要である。典型的なフォトリソグラフ工程においては、アルミニウム、タングステン、ポリシリコン、等の金属膜が半導体ウエハの表面に付着させられる。フォトレジストの層がスプレイ等によって金属膜にコートされる。フォトレジストは感光性である。フォトレジスト層の上にマスクが置かれ、光が照射される。フォトレジストのマスクで隠れなかった部分は露光されて硬化する。マスクが取り除かれて、フォトレジストの露光されず硬化しなかった部分が薬品によって溶解除去される。フォトレジストが溶解除去されたあとの保護されない金属膜を別の薬品で蝕刻する。さらにまた他の薬品で平坦な半導体ウエハの表面に残った金属の線または条の上から露光硬化したフォトレジストを除去する。こうして硬化したフォトレジストを除去したあとに残る金属の線条の幅は、一般的に０．３乃至２．０ミクロンであり、好ましくは０．５乃至１．０ミクロンである。金属線条の厚みもしくは高さは、やはり０．３乃至２．０ミクロンの範囲、好ましくは０．５乃至１．５ミクロンの範囲である。二酸化シリコンまたは他の金属酸化物または絶縁材料が、平坦な半導体材料の金属線条と残りの未架装領域の上にコーティング付着される。この金属酸化物コーティングの厚みもしくは深さは金属線条の高さ、例えば、０．３乃至２．０ミクロンよりも大きい。この金属酸化物層は金属線条の頂部が“露出化”するまで研磨される。この“露出化”は金属線条の上の金属酸化物を全て研磨し去るまで、或いは極く微小厚の金属酸化物層が残る程度にまで研磨し去ることをいう。金属線条はその間隙を埋めている絶縁コーティングよりも高い硬度をもつことがあるので、この様な場合には、層間の誘電層平坦化プロセスや金属線条と絶縁材の研磨プロセスにおいて、線条コーティングは金属線条の間隙部が削り込まれるために平坦な表面が得られない傾向がある。反対に金属線条が、その間隙を埋めている絶縁コーティング材料よりも低い硬度をもつこともあり、このような場合には金属線条の上の絶縁物質が研磨により全部除去された後も研磨を続けると、金属線条が削り込まれてしまう傾向がある。
【０００５】
半導体ウエハの表面に金属または金属様物質を付着させるのであるから、付着物質を研磨する主目的はこうした材料を平坦化或いは平面化する事であり、平滑化する事ではない。これに反して金属を研磨する主目的は基本的に金属の表面を平滑する事である。平滑な表面を目的とする研磨と平坦な面を目的とする研磨との区別は重要な事であり、選ばれる研磨パッドの特性に影響する。滑らかな表面を得るのに効果的な研磨パッドが必ずしも、半導体材料に要求される高精度に平坦な平面を得るのに有用ではないだろう。
【０００６】
従って、不同な被研磨性を持った複数種の物質を有する半導体の表面を精確に平坦化する事が出来るところの改良された研磨パッドを使用して半導体を製造する事が強く望まれている。
【０００７】
それが故に、本発明の第一の目的は、平坦な表面をつくり出すことの出来る改良された研磨パッドを使用した半導体製造方法を提供する事にある。
さらに本発明の第二の目的は、異なった硬度をもつ複合物から成る半導体材料の表面を効率的に高い精度に平坦化する事が出来るところの改良された研磨パッドを使用した半導体製造方法を提供する事にある。
【０００８】
本発明の第三の目的は、異なる歪定数と異なる弾性係数の材料層をもった複合材から成る改良された研磨パッドを使用した半導体製造方法を提供する事にある。
さらに本発明の第四の目的は、弾性圧縮と回復のヒステリシスの影響を小さくしたところの改良された研磨パッドを使用した半導体製造方法を提供する事にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、半導体ウエハを研磨する改良された研磨パッドを使用した半導体の製造方法を提供する。
本発明は、半導体ウエハの加工表面を研磨することによって、半導体を製造する半導体製造方法であって、半導体ウエハを準備する工程と、この半導体ウエハの表面に金属の線条を形成する工程と、この金属の線条を形成した半導体ウエハの表面にコーティングを付着させ、加工表面を構成する工程と、この加工表面を研磨する研磨パッドであって、（ａ）底面と、該底面の反対側の外側面とを備え、４ｐｓｉ以上の所定の圧縮圧力を受けたとき６ミクロン／ｐｓｉ以上、１２ミクロン／ｐｓｉ以下の歪定数を有する第１の層と、（ｂ）加工表面を研磨する研磨面と、該研磨面の反対側の、少なくとも一部が外側面に連結された下側面とを備え、所定の圧縮圧力を受けたとき、第１の層よりも小さい歪定数を有する第２の層と、を有する研磨パッドを準備する工程と、半導体ウエハの加工表面を、研磨装置を用いて、研磨パッドで研磨する工程と、を有することを特徴としている。
また、本発明は、半導体ウエハの加工表面を研磨することによって、半導体を製造する半導体製造方法であって、半導体ウエハを準備する工程と、この半導体ウエハの表面に金属の線条を形成する工程と、この金属の線条を形成した半導体ウエハの表面にコーティングを付着させ、加工表面を構成する工程と、この加工表面を研磨する研磨パッドであって、（ａ）底面と、該底面の反対側の外側面とを備え、４ｐｓｉ以上の所定の圧縮圧力を受けたとき６ミクロン／ｐｓｉ以上の歪定数を有する第１の層と、（ｂ）加工表面を研磨する研磨面と、該研磨面の反対側の、少なくとも一部が外側面に連結された下側面とを備え、所定の圧縮圧力を受けたとき、３ミクロン／ｐｓｉ以下の歪定数を有する第２の層と、を有する研磨パッドを準備する工程と、半導体ウエハの加工表面を、研磨装置を用いて、研磨パッドで研磨する工程と、を有することを特徴としている。
上記本発明の半導体製造方法において、上記の所定の歪定数を有する第２の層は、半導体ウエハの加工表面の、金属の線条等によって生じた凹凸の凸部の間を効果的に橋掛けし、中間部分が削り込まれるのを抑制する。これに対して、第２の層よりも大きい所定の歪定数を有する第１の層は、半導体ウエハの加工表面の巨視的な凹凸に従って弾性的に圧縮変形され、第２の層が巨視的な凹凸に倣うように第２の層を支持する。
本発明の半導体製造方法によれば、半導体ウエハの加工表面を、平坦に研磨することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
上記の本発明の目的および利点は、以下に記述する手段によって明らかである。以下これを図面に基づいて説明する。
ここで、図面に即して本発明の実施例について説明するが実施例は本来本発明の説明の目的のために示すもので、本発明をこれに限定するものでは無い。図中各要素を示す番号は全図を通して対応する同一要素を示している。
【００１１】
図１は、パッドにかかる圧力Ｐに対する弾性パッドの圧縮量Ｄの関係を示すグラフである。図１において、Ｐ２はＰ１より大きくＤ２はＤ１より大きい。ポリウレタン材料では、一般的にＤ２はＰ１が４ｐｓｉの時に約７０ミクロンである。グラフにおいて線１３は直線部１２と曲線部１１を含んでいる。グラフに見られるように多くの弾性材料はパッドにかかる圧力がある一定の値を超えると、圧縮量Ｄと圧力Ｐの関係はほぼ直線的なものとなる。直線部１２の傾斜は歪定数を示し、受けた圧力に応じた圧縮量を与える。曲線部１１は表面のけばが押しつぶされることによって現れるものであろう。
【００１２】
図２には、円筒状の研磨ヘッド２４に半導体材料その他の円筒状被加工物或いはウエハ２３が取り付けられている状態を示す。ヘッド２４は円形の支持面２４Ａがありウエハ２３の巨視的に平坦な底面２３Ａを受けている。ここにいう“巨視的に平坦" とは目視的に平面であることを意味し、“微視的に平坦" とは顕微鏡的に平面であることを意味する。ウエハの上側の加工表面２３Ｂは巨視的に平坦であり面２４Ａと概ね平行である。加工表面２３Ｂは顕微鏡的には凹凸があり、概して完全な平面は無い。加工表面２３Ｂの凹凸は小さく、加工表面２３Ｂの中央平面に対して0.1乃至4.0ミクロンの偏差の範囲内にある。例えば、図２のＤ５の寸法は一般的に2.0乃至3.0ミクロンのオーダーにある。
【００１３】
さらに図４において半導体ウエハの加工表面のウエハ中央平面からの偏差について説明する。すなわち図４において、ウエハ２３０は円筒形のヘッド２４に装着されている、ヘッド２４の円形の受け座面２４Ａはウエハ２３０の円形の巨視的に平坦な底面２３０Ａを受けている。ウエハ２３０の上側の加工表面２３０Ｂもまた巨視的に平坦で概ね面２４Ａに平行である。加工表面２３０Ｂは顕微鏡的に見れば全面的に凹凸がある。この全面的にある凹凸は、図２の加工表面２３０Ｂにもあるように、図４において加工表面２３０Ｂに示されている。この図４の加工表面２３０Ｂ及び図２の加工表面２３Ｂの凹凸は明らかに説明の為に誇張して表している、図４の１点鎖線１５は中央平面を表している。図４の中央平面１５は、概ね面２４Ａに平行でありまた図の紙面に対して垂直である。中央平面１５は面２３０Ｂと交わり、加工表面２３０Ｂの中央平面１５の上下に存在する全ての点と中央平面１５との寸法の総和は零である。中央平面１５の下の点との寸法は負の値として扱われ、上方の点との寸法は正の値として扱われる。従って、図４において矢印Ｇで示される寸法は負の値となり、矢印Ｆで示される寸法は正の値となる。実際において、図４において矢印Ｆ及びＧで示される寸法は約 0.1ミクロン乃至 4.0ミクロンの範囲にあり、中央平面１５は完全に平面である。
【００１４】
図２に戻って、研磨パッド手段１９は、円形の表面２０Ａを有する円筒形の金属ベース２０を含んでおり、弾性パッド２１は巨視的に平坦な底面２１Ａでベースの表面２０Ａに一般に接着剤層を介して付けられている。上側の巨視的に平坦な表面２１Ｂは可撓性パッドの巨視的に平坦な下面２２Ａに接している。通常この面２１Ｂと２２Ａを接合するために接着剤が用いられる。可撓性パッド２２の上側の研磨面２２Ｂは巨視的に平坦であり、表面２０Ａ、２１Ａ、２１Ｂ、２２Ａ及び２２Ｂは任意の形状寸法を与えられる。
【００１５】
図３は、図２における研磨パッド手段１９と半導体ウエハ２３のより詳細な構造を示すものである。ウエハ２３は巨視的に平坦な埋設表面３５を包含している、金属の線条３１、３２、３３、３４、３６、及び３８が各々埋設表面３５に連結され、埋設表面から離れるように実質的に等しい距離だけ延びている。金属の線条３１−３４は、前に述べたフォトリソグラフ工程において埋設表面３５上に形成される金属線或いは条をあらわすものである。埋設表面３５に連結された金属の線条を形成する別の方法はトレンチ３６および３８を作るものである。図３において、コーティング３０が金属の線条３１から３４及び３６、３８、を覆い埋設表面３５を覆っている。コーティング３０の金属の線条３１から３４を覆っている盛り上がった領域は、金属の線条３１と３２、３２と３３のような中間領域とは異なる速度で研磨される。矢印Ｔで示すコーティング３０の最小厚みは、各金属の線条３１−３４が埋設表面３５からの寸法より大きい。各金属の線条３１−３４は概ね同様な形状と寸法であるから加工物表面２３Ｂはどの点においても埋設表面３５からの寸法は金属の線条３１−３４の最上点と埋設表面３５の寸法よりも大きい。トレンチ３６及び３８は一般に金属の線条３１−３４と同様な形状寸法である。ここで金属の線条３１−３４、３６、３８には任意の形状寸法を与え得るものである。本発明の研磨パッドは、金属の線条３１−３４の最上面の部分のみを“露出化" させるために、コーティング３０の充分な厚みを除去して加工表面２３Ｂを平坦化する必要がある場合において、特に有用である。このようにコーティング３０の部分を除去するに当たり望ましくは、研磨されたコーティング３０の表面が平坦化されており、巨視的に平坦な埋設表面３５に全般的に平行に倣うことである。図３には、説明のために埋設表面３５及び加工表面２３Ｂの凹凸を大きく誇張して描いてある。
【００１６】
図２において、弾性パッド２２及び２１が矢印Ｓの方向に加工表面２３Ｂに対して(または互いに逆に)押し付けられるとき、パッド２２と２１は圧縮される。このときパッド２２と２１によってＢ位置において加工表面２３Ｂに対して発生する圧力はＡ位置においてパッド２２と２１によって加工表面２３Ｂに対して発生する圧力よりも小さい、それはパッド２２及び２１が加工表面２３Ｂに対してＡ位置において圧縮される量がＢ位置においてよりも大きく圧縮されることから明らかである。
【００１７】
同様に図３において、加工表面２３Ｂに対して作用する力Ｆ１及びＦ２はＦ３及びＦ４より大きい、これも同様にパッドが力Ｆ１、Ｆ２を発生する場所のほうが力Ｆ３、Ｆ４を発生する場所よりも多く圧縮されているからである。図３において、研磨パッドの研磨面２２Ｂは加工表面２３Ｂに対して摺動しながら回転する。シリカ、アルミナ、或いは他の研磨剤を懸濁させた水溶液が研磨面２２Ｂ上に供給され、加工表面２３Ｂを緩やかに研磨し平坦化する。研磨面２２Ｂの加工表面２３Ｂに対する回転の態様については図７に示す。図７において、円形の面２２Ｂは矢印Ｗの方向に回転する。静止しているヘッド２４が加工表面２３Ｂを研磨面２２Ｂに対して押し付ける。ヘッド２４はそれ自身回転したり面２２Ｂに対して移動したりする事が出来る。
【００１８】
研磨パッド手段１９の目的は埋設表面３５にほぼ平行な巨視的に平坦な面を作ることであり、さらにまたコーティング３０を研磨して得られる加工表面２３Ｂが、４ミリ角すなわち１６平方ミリメートルの方形のなかで、平面度偏差（以下ＴＩＲと略記する）が＋或いは−２００乃至５００オングストロームの範囲内にある微視的に実質的に平坦な研磨面を得ることである。ここでＴＩＲ２００オングストロームということは、加工表面２３Ｂの１６平方ミリメートルの範囲内が最高点と最低点の差が２００オングストロームあるということである。ＴＩＲが２００乃至５００オングストロームであるということは、１６平方ミリメートルの範囲内において中央平面からの＋または−の偏差が１００乃至２５０オングストロームの範囲内にあるということである。本発明の研磨パッドは１６平方ミリメートルの範囲でＴＩＲ２００−５００オングストロームをつくり出すとき、このパッドは、好ましくは加工表面２３Ｂの少なくとも４平方ミリメートルの範囲内でＴＩＲ２００−５００オングストロームを得るのに使用される。実際には本発明または改良された実施例では加工表面２３Ｂの２０ミリメートル角すなわち４００平方ミリメートルの範囲内でＴＩＲ２００−５００オングストロームを得ることが望まれる。コーティング３０を研磨する際に問題となるのは、金属の線条３１−３４がしばしばコーティング３０の材質とは異なる硬さと被研磨性を有するからである。例えば、もしコーティング３０が金属の線条３１、３２よりも被研磨性が大きければ金属の線条３１と３２の間のコーティング部分は削り込まれて３１と３２の間は凹状の領域となる。コーティング３０を研磨する上でもう一つの重大な問題は、コーティングが非常に薄く一般に２乃至３ミクロンであることで、重要なことはパッドの研磨面２２Ｂがコーティング３０の加工表面２３Ｂの全体的な凹凸に倣う性質が在るということである。その様な全体的な凹凸は図４の矢印Ｇで示すように中央平面１５から０．１−４．０ミクロンのオーダーにある。高い点は金属の線条３１−３４に起因し加工表面２３Ｂの全体的な凹凸のうちで極く小さい部分を占める。コーティング３０は概ね均等な厚みであるから、加工表面２３Ｂの全体的な凹凸は埋設表面３５の全体的な凹凸に概ね平行に倣う。もし表面２２Ｂが完全に平坦で且つ完全に剛体であれば、図３における金属の線条３１を覆っているコーティング３０は、金属の線条３３や３４の上のコーティングが全く除去されないでも金属の線条３１の辺りは埋設表面３５まで研磨し去られるだろう。本発明の研磨装置は半導体材料上の軟質部が削り込まれることを最小に防止するもので、重要な点は、半導体材料の加工表面内にある全体的凹凸面から高い（あるいは低い）点の材料を削りとることを防止或いは最小にとどめることにある。例えば、高い金属の線条３１および３２の間の距離が５００乃至６００ミクロンまでであり、３１と３２は金属線であり、コーティング３０が金属酸化物絶縁材料または他の金属であって金属の線条３１及び３２より硬い或いは柔らかい或いは同等の硬さであるとき、本発明の研磨パッドは金属の線条３１と３２の頂点の間に展開する表面にまで平坦化し、２００−３００オングストローム以内に平坦化する。
【００１９】
本発明の実施において、研磨パッド手段１９の弾性層２２は層２１より剛いもので、歪定数Ｄは層２１に対して４乃至２０ｐｓｉの圧力が加えられたとき０．２５−３．０ミクロン／ｐｓｉの範囲にあるもので、層２１の歪定数は６．０ミクロン／ｐｓｉまたはそれ以上のものである。層２１の歪定数はここでは４−２０ｐｓｉの圧力の時好ましくは６．０−１２．０ミクロン／ｐｓｉである。普通は、歪定数は図１における線１３の概ね直線となる部分１２の傾斜角を示す。層２１の大きい歪定数はコーティング３０の高低に従って弾性的に圧縮変形することを可能ならしめる。
【００２０】
層２２の低い歪定数は、加工表面２３Ｂから軟質の部分例えば金属の線条３１と３２の中間の部分を削り込むのを防止する。層２２の低い歪定数Ｄは金属の線条３１と３２の間の様な領域を層２２によって橋掛けするような作用をする。さきに述べたように、パッド２２は図３において矢印Ｅで示す距離が約５００乃至６００ミクロンまでのとき効果的に橋掛けを行う。本発明の実施にあたっては、望ましい歪定数を得られる限りにおいて、発泡ポリウレタンその他の発泡或いは弾性体材料を使用することができる。
【００２１】
複合研磨パッドを使用した本発明の半導体製造方法において、達成されるべき研磨の態様とパッドに使用される材料が重要である。第１に、コーティング３０を研磨する第１の目的は平坦化である。これは多くの研磨作業が面を平滑にする事を第１目的としているのとは対照的である。第２に、本発明の半導体製造方法は、加工物の巨視的に平坦な表面の全て、もしくは大部分の点に同時に接触して表面を研磨し平坦化する。このタイプの研磨は、他の加工物の限定された範囲のみを研磨する。従って、点接触型研磨と言われるものとは異なるものである。第３に、本発明の半導体製造方法において重要な特性は、パッドに用いられる弾性層材料の歪定数Ｄである。しばしば材料の歪定数は融点、密度、柔軟性、硬さ、その他の物性に依存するとされるけれども、こうした仮定は正しく無い。以下に表１に物性比較表によって示す。
【表１】
0003660933.tif 000002
【００２２】
上の表においてフェノールホルムアルデヒドはフルフリルアルコールと硬さが同じであるのに弾性係数ははっきりと差がある。また、塩化ビニールはフルフリルアルコールよりも比重が小さいのに硬さが高い。
弾性係数とは、歪と応力の比であり、物体がそれを歪ませようとする力に抵抗する度合いである。
【００２３】
図７において、パッド２２の運動経路Ｐ１は経路Ｐ２に比してパッドの１回転中にウエハ２３の下で圧接されている時間が長い。しかしながらパッド２２の経路のＰ１、Ｐ２に関係なくパッド２１及び２２（図３及び図４をも参照）がウエハ２３の下で圧縮される時間はおおよそ同じである。これは図５にさらに詳細に示される、すなわち、研磨パッド手段１９を構成する弾性パッドが圧縮されるに要する時間はパッド２１および２２がＤ４の距離を移動するに要する時間で示される。研磨面２２Ｂがウエハ２３の丸みを帯びた縁５０に接触してからウエハの下を矢印Ｄ４で示す距離を移動することにより研磨パッド手段１９は矢印Ｄ３で示す寸法だけ圧縮される。表面２２ＢがＤ３の寸法だけ圧縮されるに要する時間は一般的に０.００１乃至０.００３秒で標準的には０.００２秒である。しかしながらその様な時間は０.００３秒程度以下である。現在は、距離Ｄ３は約７０ミクロンである。０.００２秒の間に７０ミクロンを圧縮することは圧縮変形速度が約１インチ毎秒ということになる。材料を早い速度で圧縮変形させれば材料は剛さを増すので圧縮に要する力も増加する。図６のグラフはこの現象を説明するものである。図６において、時間軸の０秒において図５の点６０がウェハ２３の加工表面２３Ｂの下に進入しようとして丁度ウエハ２３の外縁の位置に来ている。時間軸の０.００２秒の位置ではパッド手段１９の点６０がウエハ２３の下へ距離Ｄ４だけ移動し寸法Ｄ３だけ圧縮されている。理論上、点６０がウエハの下へ距離Ｄ４だけ移動した時点において、パッド手段１９がウエハ２３に対して及ぼす力が第６図のグラフの点６１で示す最大値をとる。パッド手段１９上の点６０がウエハ２３の下をさらに進んで行くと、圧縮されたパッド２１及び２２がウエハ２３に及ぼす力は次第に減少して行き、力の大きさは点６０がウエハ２３の下に移動して０.１秒の後になって図６のグラフの点６２で示す大きさにまで減少する。このパッド２１及び２２の圧縮変形速度に基づいて、パッド手段１９がウエハ２３に対して及ぼす力が増加する現象は高い歪定数を持つ、従って、厚みの大きい弾性材料の効用を減殺する。また一方、高い歪定数は、それがウエハ２３の加工表面２３Ｂの凹凸に対して迅速に反応しそしてウエハ２３に対してより均一な圧力を維持しながらウエハ２３の加工面２３Ｂの凹凸に対して良く順応するパッド２１の性能を高めるのに望ましいのである。
【００２４】
発泡体その他を使用した弾性パッドに生ずるもう一つの問題はヒステリシスである。ヒステリシスとは、パッドの圧縮圧力を除いた後も元の形状に弾性的に回復しない傾向をいうものである。
【００２５】
ヒステリシスの問題を軽減するために、そして弾性材料の圧縮応力の圧縮速度による増加の問題を軽減するために、発明者は図８に示す複合パッドを発見した。このパッドは、弾性発泡材料２２を含み、弾性発泡材料２２は、その下に配置したガスを内包した気泡状中空体よりも非常に小さい歪定数を有する。空気、窒素、その他任意のガスが個々の気泡状中空体７０に充填される。気泡状中空体７０は相互に連結されても良いしまた１個ずつ積み重ね、あるいは詰め込まれても良いし、１個、或いはもっと多くの気泡状中空体が使用されても良い。個々の気泡状中空体７０はガスまたは他の流体を完全に密封してある。またもし望むならば、一つの気泡状中空体は隣の気泡状中空体と連通しておりガスが相互に流通し得るようになってどの気泡状中空体も単独に密封はされていないようにする事もできる、したがって一つの気泡状中空体が圧縮されるとき、ガスは隣の気泡状中空体のほうへ圧入される。このように気泡状中空体７０の中のガスは圧縮変形速度に起因する圧力の増加及びヒステリシスの影響を最小にすることが出来る。本発明の実施技術の態様の一つとして、気泡状中空体７０を円筒状の室７１から取り除き、パッド２２を室７１の上部に気密的に且つ摺動可能にピストンのようにはめ込み、室７１をガスで満たしパッド２２が矢印Ｘの方向に圧縮されたとき、室７１内の空気が圧縮されてパッドの研磨面２２Ｂをウエハ表面の全体的凹凸に実質的に平行に倣う力を及ぼすようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】研磨パッドに作用する圧力と歪の関係を示すグラフである。
【図２】凹凸のある微視的表面を有する半導体材料と半導体材料表面を平坦化するために使用される複合研磨パッドの側面を示す図である。
【図３】図２に示した半導体材料及び研磨パッドの詳細な構造を示す部分断面側面図である。
【図４】半導体材料の巨視的に平坦な中央平面の状態を示す断面図である。
【図５】本発明に使用される複合研磨パッドが半導体材料の下に移動して来たときの圧縮状態を示す断面図である。
【図６】弾性研磨パッドが半導体材料の下に移動してきた最初からの時間経過と、パッドが半導体材料に及ぼす圧力の関係を示すグラフである。
【図７】図２及び図５における研磨パッドとウエハ保持具を上から見た平面図である。
【図８】研磨パッドの他の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１９    研磨パッド手段
２０    金属ベース
２１    弾性パッド
２２    可撓性パッド
２３    ウエハ
２４    研磨ヘッド
３０    コーティング
３１、３２、３３、３４    金属の線条
３５    埋設表面
３６、３８    トレンチ
７０    気泡状中空体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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