(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に湾曲した形状を形成する方法であって、
第１の支持層を用意するステップと、
前記第１の支持層上に第１の成形パターンを設けるステップと、
前記第１の成形パターン上に基板を設けるステップと、
前記第１の成形パターン上に配置された前記基板上に第１の化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを実行するステップと、
前記第１の成形パターンから１回研磨した前記基板を取り除くステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記基板が、シリコン系基板からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成形パターンが、少なくとも１つの空洞領域を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
第２の支持層を用意するステップと、
前記第２の支持層上に第２の成形パターンを設けるステップと、
前記第２の成形パターン上に前記１回研磨した基板を配置するステップと、
前記第２の成形パターン上に配置された前記１回研磨した基板上に第２のＣＭＰプロセスを実行するステップと、
前記第２の成形パターンから２回研磨した前記基板を取り除くステップと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板の第１の表面が、前記第１のＣＭＰプロセス中に研磨され、
前記基板の第２の表面が、前記第２のＣＭＰプロセス中に研磨される、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記基板上に第１のＣＭＰプロセスを実行するステップが、第１の基板部分から、該第１の基板部分とは異なる部分と比較して、より多くの量の基板材料を取り除くステップを含み、
前記第２の成形パターン上に前記１回研磨した基板を配置するステップが、
前記第２の成形パターンの正の形体と前記第１の基板部分との位置を合わせるステップと、
前記正の形体上に前記第１の基板部分を配置するステップと
を含み、
前記基板上に第２のＣＭＰプロセスを実行するステップが、第２の基板部分から、該第２の基板部分とは異なる部分と比較して、より多くの量の基板材料を取り除くステップであって、前記第２の基板部分が、前記第１の基板部分のちょうど反対側の前記基板の部分上に位置する、ステップを含む、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第１の正の形体と、
少なくとも１つの第１の負の形体と
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の正の形体であって、前記少なくとも１つの第１の正の形体が、前記少なくとも１つの第２の正の形体の形状とは異なる形状を有する、第２の正の形体
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の正の形体であって、前記少なくとも１つの第１の正の形体が、前記少なくとも１つの第２の正の形体の厚さとは異なる厚さを有する、第２の正の形体
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の負の形体であって、前記少なくとも１つの第１の負の形体が、前記少なくとも１つの第２の負の形体の形状とは異なる形状を有する、第２の負の形体
を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の負の形体であって、前記少なくとも１つの第１の負の形体が、前記少なくとも１つの第２の負の形体の厚さとは異なる厚さを有する、第２の負の形体
を含む、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１１年４月１４日出願の米国特許仮出願第６１／４７５，４２２号の利益を主張するものである。
[0001]本発明は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス、マイクロスケール光学デバイス、または半導体デバイスを形成する際に使用される基板などの基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]半導体基板は、多種多様な用途において使用される。１つのこのような用途は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの形成においてである。ＭＥＭＳデバイスの物理的構造の複雑性を高める必要性が増すにつれて、いくつかの異なる成形プロセスが開発されてきている。成形プロセスの３つの主要なカテゴリーは、シリコンのバルク微細加工、表面微細加工、およびディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）である。これらのプロセスの各々は、固有の利点および能力を有する。例えば、ＤＲＩＥプロセスにより、デバイスフットプリントを最小化する際に役立つ非常に急峻な側壁がもたらされる。
【０００３】
[0003]通常、基板を成形する際に使用するプロセスは、非常に複雑な形状が基板の面内に画定されることを可能にする。例えば、円、正方形、および線は、基板表面上のリソグラフィなどのプロセスによって画定されことが可能であり、その後、エッチングプロセスが、リソグラフィ層によって覆われていない材料を取り除くために使用され得る。切断平面内の基板の形状は、しかしながら、特定の材料除去プロセスによって制約される。このように、ＤＲＩＥは、実質的に垂直な側壁を形成し、一方で、化学機械研磨（ＣＭＰ）は、実質的に水平な表面を形成する。
【０００４】
[0004]しかしながら、切断平面内の湾曲した形状は、あまり確定的ではない。例えば、エッチングが、湾曲した形状を生成するために使用されることがある。しかしながらエッチングプロセスの制御は、難しい。このように、エッチングプロセスを使用する湾曲した側壁の正確な配置および形状は、問題をはらんでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[0005]必要とされるものは、これゆえ、基板の切断平面内の湾曲した形状を形成するための方法である。切断平面内に正確に配置されかつ寸法を決められた湾曲した形状を形成するために使用されることが可能な方法も、やはり必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[0006]一実施形態においては基板を成形する方法は、第１の支持層を用意するステップと、第１の支持層上に第１の成形パターンを設けるステップと、第１の成形パターン上に基板を設けるステップと、第１の成形パターン上に配置された基板上に第１の化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを実行するステップと、第１の成形パターンから１回研磨した基板を取り除くステップとを含む。
【０００７】
[0007]さらなる一実施形態では、基板を成形する方法は、第１の支持層上に第１の成形パターンを設けるステップと、第１の成形パターン上に基板を配置するステップと、第１の成形パターン上に配置された基板上に第１の化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを実行するステップと、第１の成形パターンの結果として基板の上側表面上の第１の位置のところに第１の圧力を発生させるステップと、第１の成形パターンの結果として基板の上側表面上の第２の位置のところに第２の圧力を発生させるステップであって、第１の圧力が第２の圧力よりも大きい、ステップと、第２の位置と比較して第１の位置からより多くの量の材料を取り除くステップと、第１の成形パターンから１回研磨した基板を取り除くステップとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】[0008]凸状部がその一方の側に形成された基板の横断面図である。
【図２】[0009]凸状部が平坦領域によって囲まれているのを示す図１の基板の上平面図である。
【図３】[0010]基板上に凸状部または凹状部を成形するために実行可能な手順の流れ図である。
【図４】[0011]図３の手順に従って設けられる支持層の垂直横断面図である。
【図５】[0012]成形パターン内に２つの負の形体を含む図４の基板上の成形パターンの上平面図である。
【図６】[0013]図５の成形パターンおよび支持層上に配置された基板の垂直横断面図である。
【図７】[0014]図６の基板の上方に配置された研磨パッドの図である。
【図８】[0015]図７の基板内に材料除去量を減少させた領域を設けるために図７の研磨パッドによって曲げられる図７の基板の部分垂直横断面図である。
【図９】[0016]ＣＭＰが基板内に２つの凸状部を設けるために使用された後の図７の基板の図である。
【図１０】[0017]図３の手順を使用して基板内に作ることが可能なさまざまな凹状部および凸状部の図である。
【図１１】図３の手順を使用して基板内に作ることが可能なさまざまな凹状部および凸状部の図である。
【図１２】[0018]基板内に凹状部および凸状部を作るために使用可能なさまざまな正の形体および負の形体を含む支持層上に一体として形成された成形パターンの図である。
【図１３】[0019]図１２の支持層の切断平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[0020]本発明の原理の理解を深める目的で、図面に示され下記の明細書に説明される実施形態をここで参照する。本発明の範囲に対する限定がこれによってないものとすることが、理解される。本発明は、図示した実施形態に対するすべての変更形態および変形形態を含み、本発明に関係する当業者なら普通に思い付くはずであるように本発明の原理のさらに多くの用途を含むことが、さらに理解される。
【００１０】
[0021]図１および図２は、この実施形態ではシリコン材料からなる基板１００を表す。基板１００は、概して平坦である下側表面１０２と、厚い部分１０８のまわりに位置する平坦表面部分１０６を含む上側表面１０４とを含む。厚い部分１０８は、断面（図１参照）で見たときに、中心に位置する頂点１１２を有する連続する湾曲したプロファイルを画定する。
【００１１】
[0022]厚い部分１０８は、図３に表したプロセス１３０を使用して形成される。プロセス１３０は、支持層を用意するステップにより始まる（ブロック１３２）。一実施形態では、支持層は、平坦な表面である。成形パターンが、次に支持層上に配置される（ブロック１３４）。成形パターン、これはリソグラフィなどの任意の所望のプロセスを使用して支持層上に堆積された成形層である場合があるが、下記により詳細に説明されるように、隣接する領域よりも厚い成形層材料の少なくとも１つの領域によって特徴付けられる。成形される基板が、次に成形層内に画定された成形パターン上に置かれる（ブロック１３６）。
【００１２】
[0023]組み立てられた基板、成形層、および支持層は、次に化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを受ける（ブロック１３８）。ＣＭＰ中には、支持層の下側表面が、ＣＭＰ装置によって完全に支持される一方で、圧力がＣＭＰ装置の研磨パッドによって基板の上側表面上にかけられる。成形層の厚い材料（正の形体）とＣＭＰ研磨パッドとのちょうど間の位置のところの基板の上側表面は、このように高い圧力を受けるが、成形層の薄い部分（負の形体）のちょうど間の位置のところの基板の上側表面は、小さな大きさの圧力を受ける。その結果、ＣＭＰが進行するにつれて、より多くの材料が正の形体の真上にある基板の上側表面から取り除かれ、より少ない量の材料が負の形体の真上にある基板の上側表面から取り除かれる。
【００１３】
[0024]一旦、所望の量の材料が基板の上側表面から取り除かれると、ＣＭＰは終わり（ブロック１４０）、基板は洗浄され、成形パターンから取り除かれる。より多くの基板が正の形体の真上の位置から取り除かれるという理由で、基板のこれらの部分は、成形層の負の形体の上方の基板の部分よりも薄い。したがって、厚い部分１０８などの基板の厚い部分は、ＣＭＰ研磨によって得られることが可能である。ある実施形態では、基板は、成形パターン上に留まることがあり、これによって、画定されたチャンバが基板の薄い部分の下に設置されることが可能になる。
【００１４】
[0025]図４〜図８は、図３のプロセス１３０に従って成形された基板を表す。図４では、支持層１５０が用意される（ブロック１３２）。成形層１５２が、次に図５に表されたように支持層上に堆積される（ブロック１３４）。成形層１５２のパターンは、２つの円１５４および１５６を画定し、これを通して支持層１５０が見える。円１５４および１５６は、このように成形層１５２の負の形体であり、一方で成形層１５２の残りは、正の形体である。
【００１５】
[0026]「正の形体」は、このように、断面で見たときに、成形パターン１５２の隣接する領域よりも（図６に表されたように）ｚ平面内で厚い厚さを有する成形層１５２の部分である。「負の形体」は、断面で見たときに、成形パターン１５２の隣接する領域よりも（図６に表されたように）ｚ平面内で薄い厚さを有する成形層１５２の部分である。負の形体は、このように、材料の空洞であるまたは隣接する領域よりも単純に薄い成形層１５２の領域であり得る。必要に応じて、パターンは、１つの成形層の内部でさまざまな厚さを含むことができ、ＣＭＰの後でさまざまな基板厚さを与える。したがって、１つの隣接する領域に対して「正」である形体は、別の１つの隣接する領域に対して「負」である場合がある。
【００１６】
[0027]成形層１５２が、図４〜図８の実施形態では支持層とは別々に設けられるが、ある実施形態では、成形パターンは、支持層を用いて内在的に形成されてもよい。例として、基板は、一体となったパターンを有する支持層を形成するためにエッチングされてもよい。
【００１７】
[0028]図６を続けると、一旦、成形層１５２が支持層１５０上に設けられると、基板１５８は、成形層１５２上に配置される（ブロック１３６）。ＣＭＰ装置は、次に基板１５８の上側面１６０を研磨するために使用される（ブロック１３８）。このように、図７に表されたように、研磨スラリー１６２は、研磨パッド１６４を使用して上側面１６０に対して押される。一代替実施形態では、研磨スラリー１６２が、省略されることがある。
【００１８】
[0029]研磨パッド１６４が圧力を加えるので、基板１５８の支持されていない領域、すなわち、成形層１５２の負の形体の真上の部分は、研磨パッド１６４から遠くなり、一方で、成形層１５２の正の形体の真上の基板１５８の部分は、図８に表されたようにパッド１６４から遠くなることができない。したがって、ＣＭＰプロセスが続くので、より多くの材料が、正の形体の真上の基板１５８の部分のところで基板１５８から取り除かれ、少ない材料が、基板１５８の支持されていない領域内で基板１５８から取り除かれる。
【００１９】
[0030]基板１５８のたわみの大きさは、さまざまな設計パラメータに依存することになる。このようなパラメータは、基板１５８を形成する際に使用する材料のタイプ、基板の厚さ、プロセスの温度、パッドによって加えられる圧力、等を含む。これらのパラメータは、基板の所望の最終形状に基づいて選択されることが可能である。
【００２０】
[0031]一旦、所望の量のＣＭＰが行われると、ＣＭＰは終わり（ブロック１４０）、図９に表された基板構成をもたらす。図９に表されたように基板１５８は、ＣＭＰ前の基板１５８の厚さよりも薄い、薄い平坦部分１６６内のｚ軸に沿った厚さを有する。図９に表されたような基板１５８はまた、ＣＭＰ前の基板１５８の厚さよりも薄い、厚い領域１６６内のｚ軸に沿った厚さを有する。基板１５８の支持されていない領域内では、少ない材料しか基板１５８から取り除かれなかったという理由で、しかしながら、成形層１５２内の負の形体に対応する場所のところに位置する厚い領域１６８は、平坦部分１６６の最大厚さよりも厚いｚ軸に沿った最大厚さを有する。
【００２１】
[0032]正の形体１５４および負の形体１５６の形状および厚さの変更によって、多数の違ったように成形された領域が、基板上に形成されてもよい。加えて、基板の両面が、多数の追加の形状を形成するために研磨されてもよい。例えば、図１０は、凹状部１８２、１８４、および１８６を含む基板１８０を表す。基板１８０は、凸状部１８８、１９０、および１９２をさらに含む。
【００２２】
[0033]凹状部１８２および１８４ならびに凸状部１８８は、基板１８０の上側面１９４上に実行されるＣＭＰプロセス中に形成されることがあり、凹状部１８６ならびに凸状部１９０および１９２は、基板１８０の下側面１９６上に実行される第２のＣＭＰプロセス中に形成されることがある。上側表面１９４および下側表面１９６の両方の上に成形された基板１８０を得る際には、１つの成形パターン上で基板１８０を単純に反転させることは、典型的には十分ではないことになる。例えば、凹状部１８２は、凹状部１８２が形成される位置のところで圧力の増加をもたらす成形層上の正の形体の結果として得られる。基板が反転され、凹状部１８２が同じ正の形体に位置を合わせられる場合には、正の形体は、凹状部１８２内に「ぴったりと一致し」、凹状部１８２を形成するために使用した同じ圧力の増加が生じないことになる。このように、凹状部１８６を得るために必要な圧力の増加を得るためには、より大きな正の形体が必要である。
【００２３】
[0034]基板の両側を成形する能力は、一面を単純に成形するよりももっと複雑であるが、さまざまな構成を実現することを可能にする。図１０に表されたように、２つの凹状部１８２および１８６が位置を合わせられ、２つの凸状部１８８および１９０が位置を合わせられ、凹状部１８４が凸状部１９２と位置を合わせられる。さらなる構成が、やはり得られることがある。図１１に表されたように、基板２００は、凸状部２０４とはオフセットされた凹状部２０２を含む。基板２００は、凸状部２０８と位置を合わせられた凹状部２０６をさらに含む。しかしながら、凸状部２０８は、凹状部２０６の半径よりも大きな半径を有する。このように、基板の反対側は、相補的な凸状部と、または相補的な凹状部と対をなす凹状部を有するように成形されることが可能である。反対面上の凹状部および／または凸状部は、同じ直径のものであっても、または異なる直径のものであってもよい。凹状部／凸状部のうちの１つまたは複数は、違ったように成形されてもよい、例えば、細長くてもよい。
【００２４】
[0035]ある実施形態では位置を合わせられるが、別の実施形態ではオフセットされる、図１０〜図１１に表されたものを含む凹状部および凸状部は、さまざまな方法で形成されることが可能である。例えば、図１２〜図１３は、円柱状突物２２２および２３２、長方形空洞２２４および２３０、ならびに円柱状空洞２２６および２２８を含む一体として形成された成形パターンを有する支持基板２２０を表す。支持基板２２０内の正の形体および負の形体は、図１２に示されるよりも大きな間隔を典型的には有することになる。
【００２５】
[0036]支持基板２２０内のさまざまな正の形体および負の形体の形状および構成は、さまざまな成形能力を与えることになる。円柱状突物２３２と比較して円柱状突物２２２の大きな高さは、より深い凹状部をもたらすことになる。円柱状空洞２２６および２２８の異なる幅は、異なる半径の凸状部をもたらすことになる。浅い円柱状空洞２２８は、基板のたわみを制限し、より抑えられた凹状部をもたらすことになる。長方形空洞２２４および２３０は、細長い凸状部をもたらすことになる。これらの形状およびその他の形状が、所望の形状に応じて使用されることが可能である。
【００２６】
[0037]加えて、図３のプロセスは、後続の基板用の成形層としてその後に使用されることが可能である基板をパターニングするために使用されてもよい。例えば、図１３の円柱２２２などの円柱は、基板内に凹状部を形成するために、パターニングされ使用されることがある。凹状部は、次に、凸状部を形成するために、成形層内の負の形体として使用されることがある。したがって、切断平面内の湾曲している側壁は、最終的な構成としてか、または成形層内の負の形体もしくは正の形体としてかのいずれかで得られることが可能である。
【００２７】
[0038]本発明が図面および上述の説明において詳細に図示され記載されてきたが、これ
らは、例示であり、特性を制限するものではないと考えるべきである。好ましい実施形態
だけが、提示されてきており、すべての変更形態、変形形態、および本発明の精神内にな
るさらに多くの適用例が、保護されるべきものであることが理解される。
以下に本明細書が開示する形態のいくつかを記載しておく。
[形態１]
基板を成形する方法であって、
第１の支持層を用意するステップと、
前記第１の支持層上に第１の成形パターンを設けるステップと、
前記第１の成形パターン上に基板を設けるステップと、
前記第１の成形パターン上に配置された前記基板上に第１の化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを実行するステップと、
前記第１の成形パターンから前記１回研磨した基板を取り除くステップと
を含む方法。
[形態２]
前記基板が、シリコン系基板からなる、形態１に記載の方法。
[形態３]
前記成形パターンが、少なくとも１つの空洞領域を含む、形態１に記載の方法。
[形態４]
第２の支持層を用意するステップと、
前記第２の支持層上に第２の成形パターンを設けるステップと、
前記第２の成形パターン上に前記１回研磨した基板を配置するステップと、
前記第２の成形パターン上に配置された前記１回研磨した基板上に第２のＣＭＰプロセスを実行するステップと、
前記第２の成形パターンから前記２回研磨した基板を取り除くステップと
をさらに含む、形態１に記載の方法。
[形態５]
前記基板の第１の表面が、前記第１のＣＭＰプロセス中に研磨され、
前記基板の第２の表面が、前記第２のＣＭＰプロセス中に研磨される、
形態４に記載の方法。
[形態６]
前記基板上に第１のＣＭＰプロセスを実行するステップが、第１の基板部分からより多くの量の基板材料を取り除くステップを含み、
前記第２の成形パターン上に前記１回研磨した基板を配置するステップが、
前記第２の成形パターンの正の形体と前記第１の基板部分との位置を合わせるステップと、
前記正の形体上に前記第１の基板部分を配置するステップと
を含み、
前記基板上に第２のＣＭＰプロセスを実行するステップが、第２の基板部分からより多くの量の基板材料を取り除くステップであって、前記第２の基板部分が、前記第１の基板部分のちょうど反対側の前記基板の部分上に位置する、ステップを含む、
形態５に記載の方法。
[形態７]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第１の正の形体と、
少なくとも１つの第１の負の形体と
を含む、形態１に記載の方法。
[形態８]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の正の形体であって、前記少なくとも１つの第１の正の形体が、前記少なくとも１つの第２の正の形体の形状とは異なる形状を有する、第２の正の形体
を含む、形態７に記載の方法。
[形態９]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の正の形体であって、前記少なくとも１つの第１の正の形体が、前記少なくとも１つの第２の正の形体の厚さとは異なる厚さを有する、第２の正の形体
を含む、形態７に記載の方法。
[形態１０]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の負の形体であって、前記少なくとも１つの第１の負の形体が、前記少なくとも１つの第２の負の形体の形状とは異なる形状を有する、第２の負の形体
を含む、形態７に記載の方法。
[形態１１]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の負の形体であって、前記少なくとも１つの第１の負の形体が、前記少なくとも１つの第２の負の形体の厚さとは異なる厚さを有する、第２の負の形体
を含む、形態７に記載の方法。
[形態１２]
基板を成形する方法であって、
第１の支持層上に第１の成形パターンを設けるステップと、
前記第１の成形パターン上に基板を配置するステップと、
前記第１の成形パターン上に配置された前記基板上に第１の化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを実行するステップと、
前記第１の成形パターンの結果として前記基板の上側表面上の第１の位置のところに第１の圧力を発生させるステップと、
前記第１の成形パターンの結果として前記基板の前記上側表面上の第２の位置のところに第２の圧力を発生させるステップであり、前記第１の圧力が前記第２の圧力よりも大きい、ステップと、
前記第２の位置と比較して前記第１の位置からより多くの量の材料を取り除くステップと、
前記第１の成形パターンから前記１回研磨した基板を取り除くステップと
を含む方法。
[形態１３]
前記基板が、シリコン系基板からなる、形態１２に記載の方法。
[形態１４]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第１の正の形体と、
少なくとも１つの第１の負の形体と
を含む、形態１２に記載の方法。
[形態１５]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の正の形体であって、前記少なくとも１つの第１の正の形体が、前記少なくとも１つの第２の正の形体の形状とは異なる形状を有する、第２の正の形体
を含む、形態１４に記載の方法。
[形態１６]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の正の形体であって、前記少なくとも１つの第１の正の形体が、前記少なくとも１つの第２の正の形体の厚さとは異なる厚さを有する、第２の正の形体
を含む、形態１４に記載の方法。
[形態１７]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の負の形体であって、前記少なくとも１つの第１の負の形体が、前記少なくとも１つの第２の負の形体の形状とは異なる形状を有する、第２の負の形体
を含む、形態１４に記載の方法。
[形態１８]
前記第１の成形パターンが、
少なくとも１つの第２の負の形体であって、前記少なくとも１つの第１の負の形体が、前記少なくとも１つの第２の負の形体の厚さとは異なる厚さを有する、第２の負の形体
を含む、形態１４に記載の方法。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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