[发明专利]抛光垫及抛光装置

说明书

技术区域

本发明涉及半导体基板的抛光装置及抛光垫，特别涉及机械性地使形成于硅等半导体基板上的绝缘层表面及金属布线的表面平坦化的抛光装置和抛光垫。

背景技术

伴随着以半导体存储器所代表的大规模集成电路(LSI)年复一年集成化的发展，随之大规模集成电路的制造技术也正在向高密度化发展。而且，伴随着这种高密度化，半导体装置的层积数也正在增加。随着该层积数的增加，以前不是问题的层积产生的半导体基板主面的凹凸成为了问题。例如《日经微装置》(日经マイクロデバイス)1994年7月号50-57页所记述，讨论了为了弥补由层合产生的凹凸引起的曝光时的焦点深度不足，或者为了通过通孔部的平整提高布线密度，而利用化学性机械抛光(CMP：Chemical Mechanical Polishing)技术的半导体基板的平坦化。

一般地，CMP装置由保持被处理物半导体基板的抛光头、用于进行被处理物的抛光处理的抛光垫、保持所述抛光垫的抛光平台构成。半导体基板的抛光处理按如下进行，即使用由抛光剂和药液组成的浆液，通过使半导体基板和抛光垫进行相对运动，而使半导体基板表面层光滑。该半导体基板抛光加工时的抛光速度，例如在半导体基板的一主面上成膜的二氧化硅(SiO₂)膜的情况下，与半导体基板和抛光垫的相对速度及负载大致成正比。因此，为了将半导体基板的各部分均匀地进行抛光加工，需要使半导体基板受到的负载均匀。

但是，保持于抛光头的半导体基板的表面由于例如半导体基板的原来的翘曲等变形，往往整体弯曲。为此，为了使半导体基板的各部分上均匀地受到负荷，希望使用柔软的抛光垫。但是使用柔软的抛光垫进行抛光加工时，半导体基板表面的局部的凹凸的平坦性就会变差。例如所述半导体基板表面层的局部凹凸形成抛光圆角，也就是带来了抛光面圆滑而非平坦的问题。对此，使用硬的抛光垫同样地进行半导体基板的抛光加工时，和所述的使用柔软的抛光垫时相反可以提高半导体基板表面的局部凹凸的平坦性，但是从相对于半导体基板表面的整体弯曲的跟踪性的观点来看不好。例如半导体基板表面的弯曲的突出的部分的凹凸被较多地抛光，而弯曲凹入的部分的凹凸几乎没有抛光而残留下来。这样的不均匀的抛光加工会使铝布线露出，或带来抛光加工后的二氧化硅绝缘膜面的厚度的局部不均匀，例如不能使通孔径的不一致或层合引起的凹凸平坦，成为曝光时的焦点深度不够的原因。

用于满足提高该局部平坦性和整体跟踪性的相反的要求的抛光垫，相关的现有技术尝试了如特开平6-21028号公报中所示的二层垫。特开平6-21028号公报所示的二层垫为以下结构：与由体积弹性模量在4psi～20psi的应力范围内为250psi/psi以下的缓冲层支承的与半导体基板直接接触的抛光层具有比其更大的体积弹性模量。其目的在于一方面使缓冲层吸收半导体基板的整体弯曲，另一方面使抛光层可承受一定程度的面积以上(例如模的间隔以上)的弯曲。遗憾的是这种现有的二层垫在下面的抛光性能方面依然存在着问题。首先第一，即使是抛光层的体积弹性模量比缓冲层的体积弹性模量大，有时半导体基板表面的局部凹凸的平坦性也差，局部的平坦性不一定与抛光层的体积弹性模量有关系。第二，由于缓冲层的体积弹性模量在4psi～20psi的应力范围内为250psi/psi，所以半导体基板整面的弯曲跟踪性差，结果不能充分得到半导体基板全面的平坦性的均匀(均一性)。而且，如(株)科学研究论坛(サイエンスフオ-ラム)出版的《CMP的科学》p177～p183所述，在晶片面内在何种程度上接近边缘要进行必要的平坦化，这一问题也没有充分解决。第三，当抛光平台的旋转速度变为高速时，平坦性好，但半导体基板整面的弯曲跟踪性变差。因此，要求改进并提供克服上述缺点的抛光装置或抛光垫。

发明的概述

本发明的目的在于，在抛光装置或抛光垫中提供一种使半导体基板整面均匀平坦化的技术，所述抛光装置或抛光垫在通过抛光使半导体基板之上形成的绝缘层或金属布线的表面平滑的机械性平坦化工序中使用。

也就是说，本发明提供：“一种抛光垫，其特征在于，具有微橡胶A硬度80度以上的抛光层和体积弹性模量40Mpa以上且拉伸弹性模量为0.1Mpa以上20Mpa以下的缓冲层。”及