(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ（３８，３９）の研磨方法であって：
研磨システム（３０）を用意する段階であって、該研磨システム（３０）はテーブル（３１）を有し、研磨パッド（２１）およびアンダー・パッド（２０）が前記テーブル（３１）の表面に隣接して配置され、前記アンダー・パッド（２０）は、前記テーブル（３１）に対して前記研磨パッド（２１）を支持し、前記アンダー・パッド（２０）は第１部分（２２）および第２部分（２４）を有し、該第１部分（２２）は第１圧縮性を有し前記アンダー・パッド（２０）の中央部分を含み、前記第２部分（２４）は第２圧縮性を有し、前記第１圧縮性は前記第２圧縮性よりも高く、前記第２部分（２４）は、前記アンダー・パッド（２０）の周辺部分を含む前記研磨システム（３０）を用意する段階；
前記半導体ウエハ（３８，３９）を、前記研磨パッド（２１）と接触させる段階；および
前記研磨パッド（２１）を用いて、前記半導体ウエハ（３８，３９）の表面から物質を研磨する段階；
から成ることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記アンダー・パッド（２０）の前記第１部分（２２）は第１多孔性を有し、前記アンダー・パッド（２０）の前記第２部分（２４）は第２多孔性を有し、前記第１多孔性は前記第２多孔性よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記アンダー・パッド（２０）の前記第１部分（２２）は第１硬度を有し、前記アンダー・パッド（２０）の前記第２部分（２４）は第２硬度を有し、前記第１硬度は前記第２硬度よりも低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
半導体ウエハ（３８，３９）の研磨方法であって：
研磨システム（３０）を用意する段階であって、前記研磨システム（３０）はテーブル（３１）を有し、研磨パッド（２１）およびアンダー・パッド（２０）が前記テーブル（３１）の表面に隣接して配置され、前記アンダー・パッド（２０）が前記研磨パッド（２１）を支持し、前記アンダー・パッド（２０）は第２部分（２４）および第１部分（２２）を有し、前記第１部分（２２）が第１多孔性を有し、前記第２部分（２４）が第２多孔性を有し、前記第１多孔性は前記第２多孔性とは異なる前記研磨システム（３０）を用意する段階；
前記半導体ウエハ（３８，３９）を前記研磨パッド（２１）に接触させる段階；および
前記研磨パッド（２１）を用いて、前記半導体ウエハ（３８，３９）の表面から物質を研磨する段階；
から成ることを特徴とする方法。
【請求項５】
前記第１多孔性は前記第２多孔性よりも高く、前記アンダー・パッド（２０）の前記第１部分（２２）は前記アンダー・パッド（２０）の中央部分を含み、前記アンダー・パッド（２０）の前記第２部分（２４）は前記アンダー・パッド（２０）の周辺部分を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記アンダー・パッド（２０）の前記第１部分（２２）は第１硬度を有し、前記アンダー・パッド（２０）の前記第２部分（２４）は第２硬度を有し、前記第１硬度は前記第２硬度よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
半導体ウエハ（３８，３９）の研磨方法であって：
研磨システム（３０）を用意する段階であって、該研磨システム（３０）はテーブル（３１）を有し、研磨パッド（２１）およびアンダー・パッド（２０）が前記テーブル（３１）の表面に隣接して配置され、前記アンダー・パッド（２０）が前記研磨パッド（２１）を支持し、前記アンダー・パッド（２０）は第２部分（２４）および第１部分（２２）を有し、前記第１部分（２２）は第１硬度を有し、前記第２部分（２４）は第２硬度を有し、前記第１硬度は前記第２硬度とは異なる前記研磨システム（３０）を用意する段階；
前記半導体ウエハ（３８，３９）を前記研磨パッド（２１）に接触させる段階；および
前記研磨パッド（２１）を用いて、前記半導体ウエハ（３８，３９）の表面から物質を研磨する段階；
から成ることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記第１硬度は前記第２硬度よりも低く、前記アンダー・パッド（２０）の前記第１部分（２２）は前記アンダー・パッド（２０）の中央部分を含み、前記アンダー・パッド（２０）の前記第２部分（２４）は前記アンダー・パッド（２０）の周辺部分を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記研磨システム（３０）を用意する前記段階は：
前記研磨パッド（２１）を用意する段階であって、前記研磨パッド（２１）が、当該研磨パッド（２１）の上面に開口を有し、前記開口が前記研磨パッド（２１）の上面から前記研磨パッド（２１）の底面まで延在するように前記開口を形成する段階；および
スラリを用意する段階から成り、前記スラリは前記アンダー・パッド（２０）の前記第２部分（２４）上に位置する孔を第１速度で通過し、前記スラリは前記アンダー・パッド（２０）の前記第１部分（２２）上に位置する開口を第２速度で通過することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
半導体ウエハ（３８，３９）の研磨方法であって：
研磨システム（３０）を用意する段階であって、該研磨システム（３０）は、複合アンダー・パッド（２０）および研磨パッド（２１）を有し、前記複合アンダー・パッド（２０）が、互いに異なる材料特性を有する第１領域および第２領域を有する前記研磨システム（３０）を用意する段階；
前記半導体ウエハ（３８，３９）を前記研磨パッド（２１）に接触させる段階；および
前記研磨パッド（２１）を用いて、前記第１領域上において前記半導体ウエハ（３８，３９）の表面を第１速度で研磨し、前記第２領域上において第２速度で研磨し、前記第１速度が前記第２速度とは異なる段階；
から成ることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的に、半導体の製造に関し、更に特定すれば、圧縮性が異なる領域を有するアンダー・パッドおよび上側パッドを用いる、半導体ウエハの化学機械式研磨（ＣＭＰ：chemical mechanical polishing)に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路（ＩＣ）業界では、化学機械式研磨（ＣＭＰ）を用いて、金属層および誘電体層双方の研磨を行っている。ウエハを化学機械的に研磨する（ＣＭＰ）ためには、プラテン／テーブルを用意し、研磨パッドをプラテンの上に配置する。次に、化学的スラリを研磨パッド上に分与し、研磨パッドを回転させる。研磨パッドを回転させている間、ウエハ・キャリアに取り付けられている半導体ウエハを、スラリに覆われたウエハ・パッドに接触させる。スラリ，研磨パッド，およびウエハの上面間の化学および機械的相互作用の結果、ウエハの上面から物質が除去されることにより、所定の研磨時間期間の後、ウエハには平坦な上面トポロジ(top surface topology)が得られる。
【０００３】
化学機械式プロセス・エンジニアが直面する問題の１つに、半導体ウエハの中心における研磨速度が、ウエハの縁部における研磨速度よりも大幅に遅い、即ち、異なるという事実がある。これらの研磨速度の差は、均一なスラリ移送(transport) の欠如，ウエハの半径方向面における回転速度のばらつき等によって発生するのであるが、その結果ウエハの研磨面はかなり不均一となる。この不均一ＣＭＰの問題は、図１の従来技術に明確に示されている。図１は、半導体ウエハ１０を示す。図１における半導体ウエハ１０の上面は、研磨された後である。図１は、ウエハ１０の中央部分１２およびウエハ１０の縁部分１４を示す。図１から明確にわかるように、ウエハ１０の中心部分１２は、ウエハ１０の縁部分１４よりも研磨がかなり遅く、その結果ウエハ１０の中央部分は厚くなっている。化学機械式研磨処理の完了後に、ウエハ基準物質(wafer-scale material)の厚さに差があると、縁部１４の過剰研磨または中央部１２の研磨不足による歩留まりの低下を招く。
【０００４】
集積回路（ＩＣ）業界は、図１に示す非均一な研磨表面を減少させるための試みにおいて、多くの異なる方法を試してきた。第１の方法は、パッドの表面全体にわたり細孔の密度が異なる研磨パッドを作成しようとした。一形態では、研磨パッドの縁部の細孔密度を、ウエハの中心付近のパッドの細孔密度と比較して高くした。この細孔密度の差によって、パッドの研磨面に晒されるウエハの縁部が減少し、晒されるウエハの中心部が増加する。この縁部１４から中心部１２までの研磨面の差によって、ある状況では、化学機械式研磨の均一性が改善される。しかしながら、パッド全体にわたって細孔密度を変化させたことによって、不利な効果も生じた。第１に、化学機械式研磨パッドの細孔密度を変化させても、ＣＭＰの不均一性に伴うスラリ移送の問題は減少しない。実際には、縁部の方が細孔が多いことが、この移送の問題を悪化させ、処理条件によっては、以前よりも不均一性がこれまで以上に増加する場合もある。したがって、細孔密度を変化させたパッドを使用することによって得られる均一性の改善は、自己限定的であり、完全な制御は不可能である。
【０００５】
第２の方法では、集積回路業界は、研磨パッドの表面上に幾何学的形状を与え、スラリの移送を改善しようとした。例えば、幾何学的形状の溝を研磨パッドの上面内に形成し、スラリ移送の均一性を高め、研磨の均一性を得るのに役立てようとした。しかしながら、研磨パッドの表面上で溝を用いても、研磨面の不均一性はなくならず、しかもパッドの寿命の間再現可能に制御するのは困難であることがわかった。
【０００６】
更に、集積回路業界は、オーバーハング研磨(overhang polishing)を用いて、ウエハ中央の研磨速度およびウエハ縁部の研磨速度の均一性を高めようとした。オーバーハング研磨とは、ウエハの縁部を研磨パッドの縁部から外れるように移動させ、ウエハの一部が研磨パッド上に残り、ウエハの縁部分は研磨パッドには接触しないようにするプロセスのことである。言い換えると、ウエハの縁部分は周期的に研磨面には全く晒されない。縁部に晒される研磨面積を減らすことによって、理論的には、縁部分の研磨速度が低下するはずである。ウエハの破壊や重大なウエハの損傷を回避するためには、研磨パッドに対するウエハのオーバーハングはわずかしかできないので、オーバーハング研磨には限界がある。したがって、オーバーハング研磨の均一補正としての本質は、元来限られており、通常は均一性にわずかな改善が得られるに過ぎず、非均一性の問題を完全に解消するものではない。
【０００７】
集積回路（ＩＣ）業界は、ウエハの中心部に背面側空気圧を加えて、機械的にウエハを反らせ、ウエハの中央部分の研磨速度を、ウエハの縁部分に対して高めようとした。しかしながら、背面側空気圧はウエハの背面側に加えられるが、ウエハ・キャリアによってウエハに加えられる機械的圧力を超えることはできない。この背面側空気の使用に制限を設ける必要があるのは、背面側空気圧をウエハの機械的限界圧力(mechanical down pressure)を超えて増大した場合、ウエハはもはや研磨機器上の適正な位置に留まっていられないからである。したがって、背面側空気圧を唯一の不均一性補正機構として用いる場合、背面側空気圧は、業界に適切なウエハ研磨均一性を得させることができず、本質的な限界がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、研磨対象の半導体ウエハの中央部−縁部間均一性を改善し、縁部−中央部間研磨速度の制御可能度を高める、研磨方法および／または研磨システムが必要とされている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明による化学機械式研磨（ＣＭＰ）方法は、研磨パッドおよびアンダー・パッドを用いる。アンダー・パッドは縁部分および中央部分を有する。中央部分は、部分のショアＤ硬度よりも低いショアＤ硬度，縁部分よりも高いスラリ吸収性，または縁部分よりも高い圧縮性のいずれかを有する。この複合材アンダー・パッドは、半導体ウエハの研磨均一性を改善する。加えて、研磨パッドの使用により、当技術において以前に得ることができたよりも、高い最終ウエハ断面制御性を達成することができる。
【００１０】
図示の簡略化および明確化のために、図面に示す素子は必ずしも同一拡縮率で描かれている訳ではないことは認められよう。例えば、素子のあるものは、明確化のために、その寸法が他の素子に対して誇張されている場合がある。更に、適切であると思われる場合には、図面間で参照番号を繰り返し、対応する素子または類似する素子を示すこととした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
概して言えば、本発明は、半導体ウエハの上面の化学機械式研磨（ＣＭＰ）を行うための改善された方法に関する。この改善された化学機械式研磨プロセスは、異なる材料特性を有する２つの別個の領域を有するアンダー・パッドを利用する。このアンダー・パッドの縁部即ち半径方向外側領域は、（１）アンダー・パッドの中央部分よりも堅い材料，（２）アンダー・パッドの中央部分よりも圧縮性が低い材料，および／または（３）スラリ・パッドの中央部分よりもスラリ吸収性が低い（即ち、細孔が少ない）材料のいずれか１つ以上で作られる。したがって、このアンダー・パッドの中央部分は、（１）アンダー・パッドの縁部分よりも圧縮性が高く、および／または硬度が低い材料，（２）アンダー・パッドの縁部分よりもスラリ吸収性が高い材料，および／または（３）アンダー・パッドの縁部分よりも硬度が低い材料のいずれかの少なくとも１つである材料で作る。このように、半径方向領域および中央領域から成り、各々異なる硬度，異なるスラリ吸収率，および／または異なる圧縮性を有する分離状アンダー・パッドは、研磨の変更を必要とせずに、半導体ウエハの上面のウエハ研磨均一性を改善することが示されている。
【００１２】
しかしながら、ここで論ずるアンダー・パッド上に特定の研磨パッドを備えることによって、ウエハの中央−縁間研磨均一性は、なお一層改善され、その上制御が可能となった。新しいアンダー・パッドを備えることに加えて、アンダー・パッドの上に位置する研磨パッドを用いることができる。この研磨パッドは、その全体に開口即ち孔が形成されている。これらの開口は、アンダー・パッド内の異なる材料と共に、化学機械式研磨スラリの移送を改善し、これによって研磨均一性が向上する。言い換えると、アンダー・パッドの圧縮性が高い部分の下に位置するウエハの中心部付近の開口は、アンダー・パッドの圧縮性が低い縁部分の上に位置する縁部分よりも、スラリ吸収性がよく，流れが早く、または速度が高い。このパッド表面を横切る垂直方向のスラリの流れの差が、均一性を改善する。つまり、アンダー・パッドの縁部およびアンダー・パッドの中央部で吸収性が異なるために、スラリ移送特性が変化し、これによって、アンダー・パッドを単に分離して用いるシステムよりも、ウエハ研磨均一性は更に一層改善される。
【００１３】
更に、下に位置するアンダー・パッドの硬度および／または圧縮性が異なるために、上に位置する研磨パッドは重点研磨領域(critical polishing area) において柔軟性を有するができる。この柔軟性によって、エネルギを選択的に移送し、ウエハの部分を選択することによって、研磨均一性を改善する。
【００１４】
図２ないし図７を参照することによって、本発明の理解を一層深めることができる。
【００１５】
図２は、化学機械式研磨（ＣＭＰ）システムにおいて用いられるアンダー・パッド２０を示す。アンダー・パッド２０は、研磨パッドの下に位置し、これを支持する。研磨パッドは、典型的に、図２のアンダー・パッド２０の上に位置する。アンダー・パッド２０は、中央部分２２および縁部分２４を有する。アンダー・パッド２０の中央部分２２は、典型的に、厚さＸを有して形成される。アンダー・パッド２０の縁部分２４は、典型的に厚さＹを有して形成され、ＹはＸよりも小さい。代替実施例では、パッド部分２２，２４は、ほぼ等しい厚さ（Ｘ≒Ｙ）を有して形成される場合もあり、あるいは代替実施例のパッド部分２２，２４はＸ≦Ｙとなるように形成される場合もあることを注記しておくのは重要である。しかしながら、好適実施例は、図２に示すように、距離Ｘが距離Ｙよりも大きい実施例である。
【００１６】
アンダー・パッド２０の中央部分２２は、軟性の合成フェルト材料で形成すればよい。具体的には、アンダー・パッド２０のパッド部分２２は、大きな研磨面（回転研磨機では直径２０ないし３０インチの円形パッド、また直線研磨機では幅１２ないし２０インチのベルト）に形成されたポリウレタン・ファイバで作成する。したがって、アンダー・パッド１０の部分２２は、RODEL, Inc. によって製造されＩＣ業界において入手可能なSuba IV 材料を用いて作成すればよい。一般的には、図２の部分２２は、パッド縁領域２４の垂直圧縮性よりも高い垂直圧縮性を有する材料であれば、いずれでもよい。別の形態では、領域２２は、図２の領域２４よりもスラリ吸収性が高い材料である。更に別の形態では、領域２２のショアＤ硬度は、層２４のショアＤ硬度よりも低くなければならない。ウエハ研磨の均一性改善および最終研磨ウエハ面プロファイルの制御性向上をもたらすのは、アンダー・パッド２０のスラリ吸収性，圧縮性，および／またはショアＤ硬度の内１つ以上の特性の段階的変化即ち段階的関数シフトである。制御性向上という面は、ウエハの往復運動制御(oscillation control) によって得られるものであり、図４ないし図６において詳細に論ずる。尚、業界では、アンダー・パッドの吸収性（多孔性），アンダー・パッドの圧縮性等のパラメータは、均一性とはほとんど無関係であると教示していたことを注記するのは重要である。ここに教示する均一性向上および均一制御性改善は、予期された以上のものであった。
【００１７】
図２の領域２４は、典型的に、回路ボードの製造に用いられるプラスチック材料と同様のプラスチック材料で作成する。図２の層２４は、当業界ではRODEL, Inc. から入手可能なＦＲ４材料とすることができる。好適な形態では、領域２４は、領域２２よりも、垂直方向の圧縮性が低い。また、領域２４は、アンダー・パッド２０の領域２２よりもＣＭＰスラリを吸収する速度が低い。加えて、領域２４のショアＤ硬度が、パッド２０の領域２２のショアＤ硬度よりも大きいことは有利である。上に位置する研磨パッド２１と共にアンダー・パッド２０を含ませることによって、研磨パッドの寿命が延び，ウエハ全体の均一性が改善され，更に半導体ウエハへの損傷が減少することが示されている。図２に示す複合パッドは、更に、ウエハの中央−縁間研磨均一性（全体的なウエハ均一性）が改善するという更に別の利点も有する。更にまた、図２のアンダー・パッドの使用によって、当業界において以前に可能であったよりも、格段に優れた均一制御性が、半導体ウエハの縁部および中央部間において可能となることが示された。実際に、図２のアンダー・パッド２０を使用しながら、往復運動速度およびウエハ往復運動距離を変化させることによって、中央部分に重点をおいた研磨から縁部分に重点をおいた研磨までに及ぶ表面制御、およびその中間のいずれの研磨レベルの表面制御も可能であることが示された。この中央−縁間の研磨速度差における選択性は、以前には当業界では得られなかった。
【００１８】
領域２４の典型的な硬度は、４０ショアＤ以上である。領域２２の典型的な硬度は約５ないし３０ショアＤであり、パッド２１の典型的な硬度は約２５ないし５０ショアＤである。
【００１９】
図３は、化学機械式研磨（ＣＭＰ）システム３０を示す。システム３０は、プラテン即ちテーブル３１を含む。プラテン即ちテーブル３１は、１つ以上の研磨パッド２０，２１を支持するために用いられる。研磨パッド２０，２１は、２つの区分された別々の研磨パッドとしてもよいし、あるいは研磨パッド２０，２１は単一の融着パッド(fused pad) とすることにより、パッド２０，２１が単一の分離不可能な研磨パッドを形成してもよい。研磨パッド２０は、図２に関して既に論じたように、中央領域２２および縁領域２４を含む。アンダー・パッド２０の上には、上側研磨パッド２１が位置している。好適な形態では、研磨パッド２１は、領域２２，２４の硬度および／または圧縮性の間の硬度および／または圧縮性を有する。他の実施例では、研磨パッド２１は、アンダー・パッド２０を形成するために用いられる材料のいずれよりも柔らかくてもまたは堅くてもよい。好適な形態では、パッド２１は、商業的に入手可能なＩＣ１０００またはＩＣ１４００研磨パッドとすればよい。ＩＣ１０００およびＩＣ１４００パッドは、RODEL,Inc.から商業的に入手可能である。
【００２０】
図３は、ＣＭＰシステム３０がウエハ・キャリア３３を有することを示している。図３は、具体的に、単一のパッド構成を用いて、２枚のウエハを同時に処理可能であることを示す。しかしながら、ここに教示するパッド技術を用いると、１枚のウエハ（即ち、単一ウエハ・システム）から複数のウエハ（即ち、バッチ５−ウエハ・システム）まで、あらゆる数のウエハを実装可能であることを注記しておく。図３は具体的に二重ウエハＣＭＰシステムを示しているので、２枚のウエハ３８，３９がキャリア３３に取り付けられ、研磨パッド２１と接触状態に置かれている。研磨する場合、パッド２１，２０は第１方向に回転し、ウエハ３９，３８は第２方向に回転する。一実施例では、パッド２０，２１は、ウエハ３９，３８と同一方向に回転することができる。別の実施例では、研磨パッド２０，２１は、ウエハ３９，３８の回転とは、半径方向に対して逆方向に回転することも可能である。加えて、キャリア３３は、所定の往復運動速度で、所定の往復運動距離にわたって、研磨パッド２１の表面を横切って横方向に往復運動するように制御することができる。典型的に、往復運動距離は、パッドの表面を横切って、約０インチ（無往復運動）から６インチまでである。ウエハの直径の５０％までの往復運動が通常用いられる。典型的なウエハの往復運動速度は、１ｍｍ／秒から１０ｍｍ／秒までの速度を含む。アンダー・パッド２０を利用する場合、ウエハ３８，３９双方の表面領域全体が常に研磨パッド２１と接触し、図３のシステムでは、均一性の改善を得るためにはオーバーハング研磨は不要である。
【００２１】
研磨均一性を更に改善するためには、研磨パッド２１を貫通する開口３５を形成することができる。アンダー・パッド２０の領域２２，２４のスラリ吸収性の速度が異なるために、研磨パッド２１の開口３５を通過するスラリの移送には、研磨パッド２１の側面に沿って段階的変化が生じ、これによって、ウエハの重点領域へのスラリ移送を改善する。言い換えると、スラリの移送は、領域２２の上に位置するパッド２１の開口３５を通じた場合の方が、領域２４の上に位置するパッド２１の開口３５を通じた場合よりも効率が高い。このパッド２１の半径方向に段階的に変化するスラリ移送によって、改良されたアンダー・パッド２０の使用以上に、更に均一性を改善することが示された。
【００２２】
加えて、領域２２，２４の圧縮性が異なることによって、パッド部分２２からのリバウンド効果(rebound effect)が得られ、このリバウンド効果によって、半導体ウエハ３９，３８の研磨面の均一性が改善される。尚、化学機械的処理の間および往復運動の間、ウエハの直径の０％ないし５０％の間のいずれかの値が、部分２４の上に位置するように設計することを注記するのは重要である。例えば、実施例によっては、パッド２０／２１の中心に向かうピーク往復運動距離が、領域２４とのウエハの重複が０％の位置で得られ、パッド２０／２１の縁に向かうピーク往復運動距離が、領域２４とのウエハの重複が５０％の位置で得られるように、使用するウエハの往復運動を適用する場合がある。別の例として、他の実施例では、往復運動を必要とせず、領域２４と２０％重複する固定位置に、キャリア３３によってウエハを横方向に配置する。
【００２３】
図４ないし図６は、図３のキャリア３３の横方向往復運動距離および／または図３のウエハ・キャリア３３の横方向往復運動速度を変化させることによって得ることができる、多くの異なるウエハ表面の形状図および断面図を示す。図４ないし図６において研磨された構造は、浅いトレンチ分離（ＳＴＩ：shallow trench isolation）構造であり、研磨均一性に関しては最も制御が難しい構造の１つとして、当技術分野において一般的に知られているものである。
【００２４】
図４は、図３のシステムを利用して、縁部に重点をおいた研磨プロセスを行い、凸状面の形成が可能であることを示す。この場合、ウエハ４０の縁部４４は、ウエハ４０の中央部分４２よりも高い速度で研磨される。図４のウエハ面断面図は、図２に示した研磨パッドを、集積回路（ＩＣ）業界において公に入手可能なIPEC472 研磨システムと共に用いて得たものである。図４の断面図は、平方インチ（ｐｓｉ）当たり約３．０ポンドの下方力即ち研磨力をキャリア３３（図３参照）に加えることによって得たものである。図４において、キャリア３３の内部を通過してウエハ３９の背面側部分に達する背面側空気圧はほぼ０ｐｓｉである。研磨パッド２０，２１は、毎分約５０回転（ＲＰＭ）で回転させた。また、ウエハ・キャリア３３は、パッド２０／２１と同じ時計方向に、毎分約４１回転（ＲＰＭ）で回転させた。キャリア３３の横方向往復運動範囲／距離は、IPEC472 （即ち、２０ｍｍの全往復運動範囲）上で、１３０ミリメートル（ｍｍ）ないし１５０ミリメートル（ｍｍ）の間であった。往復運動の速度は毎秒約１ミリメートル（ｍｍ／ｓ）である。また、図４の断面図は、２００ミリメートルのウエハについて得られたものであることを注記しておくのも重要である。尚、ここに教示するパッド２０，２１は、特定の往復運動設定において用い、縁部にかなり重点をおいた研磨プロセスを得ることが可能であることを注記しておく。
【００２５】
図５は、図３の研磨システムを用いて、半導体ウエハ５０にほぼ平坦な研磨トポグラフィ(polished topography) が得られることを示す。図５は、中央部分５２および縁部分５４を有するウエハ５０を示す。図５における研磨は、IPEC472 研磨システムを用いて、２００ミリメートルのウエハ５０上で行った。約３．０ｐｓｉの下方力を用いた。この場合も、０ｐｓｉの背面側空気圧を用いた。研磨パッド２０，２１のプラテン／テーブル回転速度は、約５０ＲＰＭであった。キャリア回転速度は、約４１ＰＲＭであった。しかしながら、図５における往復運動範囲は、図４において先に論じた範囲とは異なる。図４および図５間において激しい予期しなかった変化がトポグラフィに生じたのは、この範囲の変化によるものであった。図５の素子では、毎秒１ミリメートルの往復運動速度を、図４におけると同様に維持し続けたが、図５の往復運動範囲については、IPEC472 上で１３０ミリメートル（ｍｍ）から１５８ミリメートル（ｍｍ）まで往復運動するように変化させた。したがって、図４の２０ミリメートルの距離に対して、図５では２８ミリメートルの往復運動距離が得られた。この見かけ上小さな変化は重要である。何故なら、図５を図４と比較することによって容易に解るように、図３のシステムを用いる場合、研磨ウエハのトポグラフィは、比較的小さな往復運動距離の変化によって非常に大きな影響を受ける可能性があるからである。したがって、図３における研磨パッド２０，２１の表面を横切るウエハ３９の往復運動の変化の結果、研磨された半導体ウエハの最終的な表面の断面には大きな相違が生ずる。処理においてこのように細かく制御可能な変化をもたらすこの種の断面制御は、ＩＣ業界では以前には得ることができなかったものである。
【００２６】
図６は、同じ図３のシステムを用いて、往復運動および／または背面側空気パラメータをわずかに変化させ、中央に重点をおいた研磨を行って、凹状面が得られることを示す。この場合、ウエハ６０の中央部６２は、ウエハ６０の縁部６４よりも大幅に高い速度で研磨される。この場合も、２００ミリメートルのウエハを用い、研磨はIPEC472 研磨システム上で行った。約３．０ｐｓｉの下方力を用い、背面側空気圧は約１．０ｐｓｉとした。ここで注記すべき重要なことは、図５からは背面側空気圧のみを変化させたに過ぎないが、この見かけ上小さな背面側空気圧の変化によって、半導体ウエハ６０上面の最終的な断面に大きな変化が得られたことを、図６における結果が示すということである。図６からのプラテンＲＰＭは約５０ＲＰＭに維持し、図３のキャリア回転３３は約４１ＲＰＭに維持した。図６において用いた往復運動は、図５において用いた往復運動と同一であり、１３０ミリメートルないし１５８ミリメートルの往復運動を用いた。往復運動の速度も、図６においては、毎秒１ミリメートルの往復運動速度を維持した。小さな背面側圧力変化のみならず、小さなウエハ往復運動変化も併用することも可能であり、単独であるいは相乗効果によって、半導体ウエハの研磨面の断面／トポグラフィを根底から変化させ得ることは明白である。
【００２７】
以上のように、図４ないし図６は、図２のアンダー・パッドを図３の研磨システムと共に用いることによって、比較的軽微で単純な処理の調節によって、半導体ウエハ上面の最終断面を精度高く制御可能とすることを、明確に示すものである。この制御は、往復運動速度，背面側空気圧，および／または図３に示した研磨システムの往復運動距離のいずれかを変化させることによって得られる。この往復運動速度および／または往復運動距離の変化によって、あらゆる特定の処理条件(processing scenario) に対しても、必要に応じて、縁部に重点をおいた研磨，中央に重点をおいた研磨，またはほぼ均一な研磨速度を結果的に得ることができる。これらのプロセス変更は、ウエハ・ロット毎に動的に実施し、所望の断面を個別に形成したり、あるいは時間的なパッドまたは機器のばらつきを補償することが可能である。
【００２８】
図７は、複合アンダー・パッド７０を示す。図７において、領域７４ａ，７４ｂは、図２の領域２４に類似したものである。図７の領域７２は、図２の領域２２に類似したものである。したがって、領域７４ａ，７４ｂの硬度は、典型的に、領域７２の硬度よりも高く、あるいは、領域７４ａ，７４ｂのスラリ吸収性は、領域７２のスラリ吸収性よりも低く、あるいは、層７２の圧縮性は、図７の領域７４ａ，７４ｂの圧縮性よりも高い。したがって、図７は、アンダー・パッド構造全体にわたって半径方向に、圧縮性が高い材料およびほぼ圧縮性がない材料を交互に配置することにより、ＣＭＰウエハ表面の均一性改善が可能であることを明確に示すものである。
【００２９】
図２ないし図７では、回転式研磨システムに関連付けた説明を行った。しかしながら、円形研磨パッドを用いる代わりに、研磨用ベルトを用いる直線研磨システムも、集積回路（ＩＣ）業界における使用に提案されている。図８は、ベルトが周辺部分２４および中央部分２０で構成可能であることを示す。これらは、図２および図３に示した円形研磨パッドの縁部分２４および中央部分２２に類似したものである。図８の複合ベルトは、本発明にしたがって半導体ウエハ３８，３９を研磨するために使用することができ、同様の均一性の成果が得られる。
【００３０】
以上、特定の実施例を参照しながら、本発明について説明しかつ図示したが、本発明はこれら例示の実施例に限定されることを意図したものではない。本発明の精神および範囲から逸脱することなく、変更や変形が可能であることを当業者は認めよう。したがって、本発明は、特許請求の範囲に該当する変形や変更を全て含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の研磨方法の１つを用いて、不均一に研磨された半導体ウエハを示す断面図。
【図２】本発明による研磨システムに用いて高い研磨均一性を得た、改良されたアンダー・パッドを示す断面図。
【図３】本発明にしたがって、図２のアンダー・パッドを用い、化学機械式研磨のウエハ縁部−中央部間均一性を一層高めた、回転ウエハ研磨システムを示す断面図。
【図４】本発明による図２の研磨用アンダー・パッドを用いた場合に、制御可能に得ることができるウエハ表面プロファイルの範囲を示す断面図。
【図５】本発明による図２の研磨用アンダー・パッドを用いた場合に、制御可能に得ることができるウエハ表面プロファイルの範囲を示す断面図。
【図６】本発明による図２の研磨用アンダー・パッドを用いた場合に、制御可能に得ることができるウエハ表面プロファイルの範囲を示す断面図。
【図７】本発明にしたがって、研磨システムにおいて用いることにより、改善されたウエハ表面均一性が得られる、複合材アンダー・パッドを示す断面図。
【図８】本発明にしたがって、図２のアンダー・パッドを用い、ウエハの縁部−中央部間において、一層均一性を高めた化学機械式研磨が得られる直線ウエハ研磨システムを示す断面図。
【符号の説明】
２０    アンダー・パッド
２１    研磨パッド
２２    パッド中央部分
２４    パッド縁部分
３０    化学機械式研磨（ＣＭＰ）システム
３１    プラテン
３３    ウエハ・キャリア
３５    開口
３８，３９    ウエハ
４０    ウエハ
４２    ウエハ中央部分
４４    ウエハ縁部
５０    半導体ウエハ
５２    ウエハ中央部分
５４    ウエハ縁部分
６０    ウエハ
６２    ウエハ中央部
６４    ウエハ縁部
７０    複合アンダー・パッド
７２，７４ａ，７４ｂ    領域
【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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