JP2000000753A - 研磨パッドのドレッサー及び研磨パッドのドレッシング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨パッドの研磨面が平坦でなくても、ドレ
ッサーが研磨パッドの研磨面を均一に押圧できるように
する。 【解決手段】 ドレッサー１０は、研磨パッド２の研磨
面に対して進退可能であると共に凹部１２を有するドレ
ッサー本体１１を備えている。ドレッサー本体１１の凹
部１２には第１の空間部１３が形成されるように支持部
材１４が固定されていると共に、支持部材１４には多数
の第２の空間部１５が設けられている。第２の空間部１
５には上下動可能な多数の上下動部材１８が挿入されて
おり、各上下動部材１８は、本体部１８ａとガイド部１
８ｂと本体部１８ａの下面に固着された微粒状のダイヤ
モンド１８ｃとからなる。ドレッサー本体１１の加圧流
体供給路１９の上端部から導入される加圧流体は第１の
空間部１３から貫通孔１７を通って第２の空間部１５に
供給されるので、各上下動部材１８に設けられたダイヤ
モンド１８ｃは均一な圧力で研磨パッド２の研磨面と摺
接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
プロセスにおいて半導体基板の表面に形成された被研磨
膜を研磨して平坦化する化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chem
ical MechanicalPolishing）に使用される研磨パッドの
ドレッサー及びドレッシング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１９９０年以降、半導体装置の製造プロ
セスにおけるＣＭＰ工程においては、シリコン等からな
る半導体基板の直径が１５０ｍｍ以上に大型化している
と共に研磨が枚葉処理化する傾向にある。また、半導体
基板上に形成されるパターンのデザインルールが０．５
μｍ以下と非常に微細化されてきたことに伴って、半導
体素子の形成工程で半導体基板上に形成された段差をよ
り一層平坦化することが要求されている。

【０００３】以下、半導体基板の研磨装置について図３
を参照しながら説明する。

【０００４】図３は、半導体基板の研磨装置の概略構成
を示しており、定盤１０１は、平坦な表面を持つ剛体よ
りなるパッド載置部１０１ａと、該パッド載置部１０１
ａの下面から垂直下方に延びる回転軸１０１ｂと、該回
転軸１０１ｂを回転させる図示しない回転手段とを有し
ている。定盤１０１のパッド載置部１０１ａの上面には
弾性を有する研磨パッド１０２が貼着されている。研磨
パッド１０２の上方には、半導体ウエハよりなる半導体
基板１０３を保持して回転する基板保持ヘッド１０４が
設けられており、半導体基板１０３は基板保持ヘッド１
０４により回転させられながら研磨パッド１０２に圧接
される。研磨液１０５は、研磨液供給管１０６から所定
量づつ研磨パッド１０２上に滴下されて半導体基板１０
３の研磨に供される。

【０００５】以上のように構成された半導体基板の研磨
装置においては、定盤１０１を回転して研磨パッド１０
２を回転させると共に研磨パッド１０２の上に研磨液１
０５を供給させながら、基板保持ヘッド１０４に保持さ
れた半導体基板１０３を研磨パッド１０２に押しつける
と、半導体基板１０３の被研磨膜は圧力及び相対速度を
受けて研磨される。

【０００６】このとき、半導体基板１０３の被研磨膜に
凹凸部があると、凸部においては研磨パッド１０２との
接触圧力が大きいため研磨が促進される一方、凹部にお
いては研磨パッド１０２との接触圧力が小さいために研
磨が抑制される。これにより、半導体基板１０３の被研
磨膜の凹凸が緩和されて半導体基板１０３の被研磨膜が
平坦になるというものである。この研磨技術は、例え
ば、「１９９４年１月号月刊Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏ
ｒ Ｗｏｒｌｄ」５８〜５９ページや、「Ｓｏｌｉｄ
Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」Ｊｕｌｙ．１９
９２／日本語版３２〜３７ページなどに紹介されてい
る。

【０００７】以下、半導体基板の研磨装置に用いられる
研磨パッド１０２について説明する。通常、研磨パッド
１０２は樹脂によって形成されており、スエードタイ
プ、不織布タイプ又は樹脂板タイプ等が広く用いられて
いる。これらのうち、スエードタイプ及び不織布タイプ
は、柔らかいために変形しやすいため、研磨パッド１０
２の研磨面が研磨中に半導体基板の被研磨膜の凹部に接
触し易いので、良好な平坦性が得られない。

【０００８】そこで、半導体基板の平坦化に使用される
研磨パッド１０２としては、樹脂板タイプのうち、材質
が硬い発泡樹脂からなる樹脂板タイプのものが多く用い
られ、特に、発泡ウレタンからなる研磨パッド１０２が
よく用いられる。

【０００９】ところで、発泡ウレタンからなる樹脂板タ
イプの研磨パッド１０２を使用する場合においては、研
磨に伴って研磨パッド１０２の研磨面が劣化つまり磨耗
して平坦になるので、研磨パッド１０２の研磨面が研磨
液１０５を保持する能力が低下する。このため、研磨パ
ッド１０２の研磨面と半導体基板１０３の被研磨膜とが
接触する研磨領域に供給される研磨液１０５の量が減少
するので、半導体基板１０３の被研磨膜が研磨される研
磨速度つまり研磨効率が低下する。

【００１０】このため、劣化した研磨パッド１０２の研
磨面をドレッシングによって再活性化して、研磨速度の
向上及び安定化を図る必要がある。ドレッシングとは、
ダイヤモンドの微粉が付着された研磨板等を使用し、研
磨パッド１０２の研磨面を削ったり、研磨パッド１０２
の研磨面に微細な傷をつけたりして、研磨パッド１０２
の研磨面を粗くすることである。ドレッシングによっ
て、研磨パッド１０２の研磨面が研磨液１０５を保持す
る能力が向上するので、研磨速度が維持されたり回復し
たりする。

【００１１】図４は、従来のドレッシング装置の概略構
成を示しており、剛体からなるドレッサー１１０は、基
部（図４における左側の端部）を中心に揺動するドレッ
サー支持アーム１１１の先端部（図４における右側の端
部）に保持されている。ドレッサー１１０の下面（研磨
パッド１０２の研磨面と対向する面）には微粒状のダイ
ヤモンド１１２が固着されている。純水１１３を研磨剤
供給管１０６から研磨パッド１０２の上に供給すると共
に研磨パッド１０２を回転させながら、ドレッサー１１
０の下面を研磨パッド１０２に接触させると、ドレッサ
ー１１０は自転しながら揺動する。これによって、ドレ
ッサー１１０の下面に固着されているダイヤモンド１１
２が相対速度を受けて研磨パッド１０２の研磨面を削る
と共に、研磨パッド１０２の研磨面の微細な凹部に詰ま
っている研磨剤や切削屑等の異物を除去するので、研磨
パッド１０２が再活性化される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ドレッサー１１０を用いて研磨パッド１０２のドレッシ
ングを行なうと、次のような問題が発生する。すなわ
ち、ドレッサー１１０は剛体からなるため、ドレッサー
１１０の下面に固着されているダイヤモンド１１２の表
面又は研磨パッド１０２の研磨面が平坦でない場合に
は、ダイヤモンド１１２が研磨パッド１０２と均一に接
触しない。また、図５に示すように、研磨パッド１０２
の回転に伴って該研磨パッド１０２の研磨面と最初に接
触するダイヤモンド１１２の図５の左側部分１１２ａの
摩擦力が大きくなるので、その反動を受けて、ダイヤモ
ンド１１２の図５の右側部分１１２ｂが浮き上がってし
まう。これらの理由によって、研磨パッド１０２の研磨
面がドレッサー１１０のダイヤモンド１１２から受ける
圧力が均一にならないため、研磨パッド１０２の研磨面
における活性化率が不均一になるので、研磨パッド１０
２の研磨性能が不均一になり、これに伴って、半導体基
板１０３の被研磨膜における研磨速度が不均一になると
いう問題がある。

【００１３】前記に鑑み、本発明は、研磨パッドの研磨
面が平坦でなくても、ドレッサーが研磨パッドの研磨面
を均一に押圧できるようにして、研磨パッドの研磨面を
均一に活性化することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る研磨パッドのドレッサーは、半導体基
板の被研磨膜を研磨する研磨パッドの研磨面を活性化さ
せる研磨パッドのドレッサーを対象とし、研磨パッドの
研磨面に対して進退可能に設けられたドレッサー本体
と、ドレッサー本体に互いに独立して上下動可能に保持
された多数の上下動部材と、多数の上下動部材における
研磨パッドの研磨面と対向する各対向面に設けられ研磨
パッドの研磨面と摺接して該研磨面を活性化する摺接部
材と、ドレッサー本体に設けられており、多数の上下動
部材を均一な圧力で研磨パッドに対して押圧する加圧流
体を供給する加圧流体供給手段とを備えている。

【００１５】本発明の研磨パッドのドレッサーによる
と、研磨パッドの研磨面に対して進退可能に設けられた
ドレッサー本体には、互いに独立して上下動可能に保持
された多数の上下動部材が設けられ、各上下動部材にお
ける研磨パッドの研磨面と対向する各対向面には研磨面
と摺接して該研磨面を活性化する摺接部材が設けられ、
各上下動部材は加圧流体により均一な圧力で研磨パッド
に対して押圧されるため、各上下動部材に設けられた摺
接部材は均一な圧力によって研磨パッドの研磨面と摺接
する。

【００１６】本発明に係る研磨パッドのドレッシング方
法は、半導体基板の被研磨膜を研磨する研磨パッドの研
磨面を活性化させる研磨パッドのドレッシング方法を対
象とし、研磨パッドの研磨面に対して進退可能に設けら
れたドレッサー本体に互いに独立して上下動可能に保持
されている多数の上下動部材を加圧流体により均一な圧
力で研磨パッドに対して押圧することによって、多数の
上下動部材の研磨パッドの研磨面と対向する各対向面に
設けられた摺接部材により研磨パッドの研磨面を活性化
する工程を備えている。

【００１７】本発明の研磨パッドのドレッシング方法に
よると、研磨パッドの研磨面に対して進退可能に設けら
れたドレッサー本体に互いに独立して上下動可能に保持
された多数の上下動部材は、加圧流体により均一な圧力
で研磨パッドに対して押圧されるので、各上下動部材に
設けられた摺接部材は均一な圧力によって研磨パッドの
研磨面と摺接する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
半導体基板用研磨パッドのドレッサーについて図１
（ａ）、（ｂ）及び図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら
説明する。

【００１９】図１（ａ）は、回転する定盤のパッド載置
部１の上に設けられており、半導体基板の被研磨膜を研
磨する研磨パッド２の研磨面を活性化させる研磨パッド
のドレッサー１０の断面構造を示している。

【００２０】図１（ａ）に示すように、ドレッサー１０
は、研磨パッド２の研磨面に対して進退可能であると共
に自転可能に設けられたドレッサー本体１１を備えてお
り、該ドレッサー本体１１における研磨パッド２の研磨
面と対向する部分には凹部１２が形成されている。

【００２１】ドレッサー本体１１の凹部１２には、凹部
１２の上底面との間に第１の空間部１３が形成されるよ
うに円板状の支持部材１４が固定されていると共に、該
支持部材１４には断面円形状の多数の第２の空間部１５
が設けられている。図１（ｂ）に示すように、支持部材
１４における第２の空間部１５の下側には第２の空間部
１５の断面形状よりも小さい断面形状を有する開口部１
６が形成されていると共に、支持部材１４における第２
の空間部１５の上側には貫通孔１７が形成されており、
第２の空間部１５は貫通孔１７を介して第１の空間部１
３と連通している。第２の空間部１５には、開口部１６
よりも若干小さい断面形状を有する短円柱状の本体部１
８ａと、本体部１８ａの上部と一体に設けられ第２の空
間部１５の断面形状よりも若干小さい断面形状を有する
円板状のガイド部１８ｂと、本体部１８ａの下面（研磨
パッド２の研磨面との対向面）に固着された摺接部材と
しての微粒状のダイヤモンド１８ｃとからなる上下動部
材１８が挿入されており、本体部１８ａが開口部１６の
周壁と摺接すると共にガイド部１８ｂが第２の空間部１
５の周壁と摺接することにより、上下動部材１８は支持
部材１４に対して垂直方向つまり上下方向に移動可能で
ある。尚、第２の空間部１５の配置ひいては上下動部材
１８の配置は、特に限定されず、図２（ａ）に示すよう
に、縦横にそれぞれ等間隔に配置されていてもよいし、
図２（ｂ）に示すように、同心円上に等間隔に配置され
ていてもよいし、図２（ｃ）に示すように、周縁部に等
間隔に配置されていてもよい。

【００２２】ドレッサー本体１１には、上下方向に貫通
すると共に下端部が第１の空間部１３と連通する加圧流
体供給路１９が設けられており、該加圧流体供給路１９
の上端部から導入される加圧流体例えば加圧空気は加圧
流体供給路１９の下端部から第１の空間部１３に供給さ
れる。これによって、各上下動部材１８は均一な圧力で
研磨パッド２に対して押圧される。

【００２３】以下、前記の構成を有するドレッサー１０
を用いて研磨パッド２の研磨面を削って活性化するドレ
ッシング方法について説明する。

【００２４】まず、ドレッサー本体１１を、上下動部材
１８のダイヤモンド１８ｃが回転する研磨パッド２の研
磨面と軽く接触するように下動させると共に、研磨パッ
ド２の研磨面に研磨剤供給管から純水を供給する（図４
を参照）。

【００２５】次に、加圧流体供給路１９から第１の空間
部１３に加圧流体例えば加圧空気を供給すると、供給さ
れた加圧流体は貫通孔１７から第２の空間部１５に導入
されるので、各上下動部材１８は均一な圧力を受けて互
いに独立して下動する。このため、各上下動部材１８の
ダイヤモンド１８ｃは均一な圧力で研磨パッド２の研磨
面を押圧するので、研磨パッド２の研磨面が平坦でなく
ても、上下動部材１８のダイヤモンド１８ｃは均一な圧
力で研磨パッド２の研磨面を研削すると共に、支持部材
１４ひいてはドレッサー本体１１は研磨パッド２の研磨
面に対して平行状態を維持する。

【００２６】尚、前記の実施形態においては、ドレッサ
ー本体１１は自転可能であったが、ドレッサー本体１１
は自転運動をしなくてもよい。ドレッサー本体１１が自
転運動しないときには、上下動部材１８を保持する支持
部材１４は円形状でなくて多角形状でもよい。また、上
下動部材１８の断面形状は円形でなくて、多角形であっ
てもよい。

【００２７】また、前記の実施形態においては、上下動
部材１８には摺接部材としてダイヤモンド１８ｃが固着
されていたが、このようにすると、研磨パッド２の研磨
面を研削すると共に研磨面に存在する研磨砥粒等を除去
することができる。もっとも、研磨パッド２の研磨面に
存在する研磨砥粒等の異物を除去するのみでよい場合に
は、摺接部材としてはダイヤモンド１８ｃに代えてナイ
ロン等からなるブラシを用いてもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係る研磨パッドのドレッサー又
は研磨パッドのドレッシング方法によると、互いに独立
に上下動可能な多数の上下動部材は加圧流体により均一
な圧力で研磨パッドの研磨面に押圧されるため、研磨パ
ッドの研磨面が平坦でなくても、各上下動部材に設けら
れている摺接部材は均一な圧力で研磨パッドの研磨面と
摺接するので、研磨パッドの研磨面は均一に活性化され
る。このため、本発明に係る研磨パッドのドレッサー又
は研磨パッドのドレッシング方法によって活性化された
研磨パッドを用いて半導体基板の被研磨膜を研磨する
と、半導体基板の被研磨膜における研磨速度は均一にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る研磨パッド
のドレッサーの断面図であり、（ｂ）は本発明の一実施
形態に係る研磨パッドのドレッサーの部分拡大断面図で
ある。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る研
磨パッドのドレッサーの支持部材に形成された第２の空
間部の配置を示す平面図である。

【図３】従来の半導体基板の研磨装置を示す概略斜視図
である。

【図４】従来の研磨パッドのドレッサーを示す概略斜視
図である。

【図５】従来の研磨パッドのドレッサーを用いて研磨パ
ッドを活性化する場合の問題点を説明する断面図であ
る。

【符号の説明】 １０ ドレッサー １１ ドレッサー本体 １２ 凹部 １３ 第１の空間部 １４ 支持部材 １５ 第２の空間部 １６ 開口部 １７ 貫通孔 １８ 上下動部材 １８ａ 本体部 １８ｂ ガイド部 １８ｃ ダイヤモンド １９ 加圧流体供給路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の被研磨膜を研磨する研磨パ
   ッドの研磨面を活性化させる研磨パッドのドレッサーで
   あって、 前記研磨パッドの研磨面に対して進退可能に設けられた
   ドレッサー本体と、 前記ドレッサー本体に互いに独立して上下動可能に保持
   された多数の上下動部材と、 前記多数の上下動部材における前記研磨パッドの研磨面
   と対向する各対向面に設けられ前記研磨パッドの研磨面
   と摺接して該研磨面を活性化する摺接部材と、 前記ドレッサー本体に設けられており、前記多数の上下
   動部材を均一な圧力で前記研磨パッドに対して押圧する
   加圧流体を供給する加圧流体供給手段とを備えているこ
   とを特徴とする研磨パッドのドレッサー。
2. 【請求項２】 半導体基板の被研磨膜を研磨する研磨パ
   ッドの研磨面を活性化させる研磨パッドのドレッシング
   方法であって、 前記研磨パッドの研磨面に対して進退可能に設けられた
   ドレッサー本体に互いに独立して上下動可能に保持され
   ている多数の上下動部材を加圧流体により均一な圧力で
   研磨パッドに対して押圧することによって、前記多数の
   上下動部材の前記研磨パッドの研磨面と対向する各対向
   面に設けられた摺接部材により前記研磨パッドの研磨面
   を活性化する工程を備えていることを特徴とする研磨パ
   ッドのドレッシング方法。