JP2000141204A

JP2000141204A - ドレッシング装置並びにこれを用いた研磨装置及びｃｍｐ装置

Info

Publication number: JP2000141204A
Application number: JP25726598A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shibuki; 俊一渋木; Yasuo Namikawa; 康夫南川
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-09-08
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2000-05-23

Abstract

(57)【要約】【目的】ドレッシングの均一性を向上させる。【構成】平板状の被処理部材（６８）に接触する複数
の砥粒（８４）と；砥粒（８４）を保持する保持部材
（８６）とを備える。そして、これら砥粒（８４）を、
径の異なる複数の略同心円上に略等間隔に配列する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体基板の表面研磨
等に用いられる研磨パッドの目立て装置（ドレッサー）
及びこれを用いた研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＭＰ（化学機械研磨）装置のように、
研磨スラリーを用いて半導体ウエハの表面を研磨する装
置では、円盤状の定盤にセットされた半導体ウエハと、
ポリッシングパッド（研磨パッド）を相対的に接触、回
転させることによって研磨作業を行う。通常このような
研磨作業を長時間行っていると、被研磨部材の削屑や研
磨スラリー等が研磨パッドの微細な穴に入り込んで目詰
まりを起こしたり、研磨パッドの表面（作用面）が平滑
化されてしまい、研磨レートが徐々に低下してしまう。

【０００３】このため、研磨パッドのドレッシング（目
立て）を定期的又は常時行うようにしている。一般
に、研磨パッド用のドレッサーは、複数のダイヤモンド
砥粒と、これらの砥粒を保持する固着層（メッキ層）と
を備えている。ダイヤモンド砥粒は、先端部分のみが研
磨パッド側に突出した状態でメッキ層に保持される。従
来の研磨パッド用ドレッサーにおいては、一般に粒径が
２００μｍ〜３００μｍ（＃１００〜＃６０）のダイヤ
モンド砥粒が使用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の研磨パッド用ドレッサーにおいては、ダイ
ヤモンド砥粒を無作為に配置しているため、ドレッシン
グの均一性を向上させるのにも限界があった。例えば、
円環状の台座のある位置において、放射方向に１つのダ
イヤモンド砥粒しか配置されていない場合には、メッキ
層のエッジ部分が局所的に摩耗してしまう。その結果、
ダイヤモンド砥粒が製造当初の位置状態を維持できず、
研磨パッドに対して一様に接触しなくなってしまう。ま
た、最悪の場合には、ダイヤモンド砥粒が脱落してしま
う。

【０００５】研磨パッドに対してダイヤモンド砥粒が一
様に接触しないと、ドレッシングの均一性が損なわれ、
その結果、半導体基板の研磨の均一性が悪化してしま
う。一般に、ＣＭＰ等の研磨においては、ウエハの研磨
量（膜厚）の管理は研磨時間によって行うため、初期段
階において研磨レートが高いことよりも、長時間研磨レ
ートが安定していることが望ましい。また、ダイヤモン
ド砥粒の脱落は、半導体基板のスクラッチの原因とな
る。

【０００６】従って、本発明の第１の目的は、ドレッシ
ング装置によるドレッシングの均一性を向上させること
にある。

【０００７】また、本発明の第２の目的は、研磨装置に
おいて、研磨パッドのドレッシング均一性を向上させる
ことにより、研磨レートの安定性を向上させることにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の態様に係るドレッシング装置は、平
板状の被処理部材に接触して目立て（ドレッシング）を
行う複数の砥粒と；砥粒を保持する保持部材とを備え
る。そして、これら砥粒を、径の異なる複数の略同心円
上に略等間隔に配列している。

【０００９】また、本発明の第２の態様に係る研磨装置
は、平板状の被研磨材との相対的な摩擦によって、当該
被研磨材を研磨する研磨パッドと；研磨パッドをドレッ
シングするドレッシング装置とを備える。そして、ドレ
ッシング装置は、研磨パッドに接触する複数の砥粒と、
当該砥粒を保持する保持部材とを備える。更に、砥粒を
径の異なる複数の略同心円上に略等間隔に配列してい
る。

【００１０】上記のように、本発明においては、砥粒を
径の異なる複数の略同心円上に略等間隔に配列している
ため、砥粒の保持部材のエッジが局所的に摩耗するよう
なことがなく、砥粒を製造当初の良好な位置状態に維持
できる。その結果、砥粒と研磨パッド等の被処理部材と
が常に均一に接触する。

【００１１】また、均一なドレッシングを行うために必
要な砥粒の数を減らすことができる。すなわち、従来の
ように無作為に砥粒を配置した場合には、均一なドレッ
シングを行うためには多量の砥粒が必要になる。これに
対し、本発明のように規則性を持って砥粒を配置すれ
ば、必要最低限の量の砥粒で均一なドレッシングを行う
ことが可能となる。その結果、ダイヤモンド等の高価な
砥粒の数を減らすことができ、製造コストの削減に寄与
する。また、大きめの砥粒を用いてもドレッシングの均
一性がさほど低下せず、大粒径の砥粒を用いて砥粒の脱
落確率の低減を図ることが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、以
下に示す実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本実
施例はＣＭＰ（化学機械研磨）装置に本発明を適用した
ものである。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例に係るＣＭＰ装
置本体１２の構成を示す。ＣＭＰ装置本体１２は、研磨
定盤６２と、研磨定盤６２の下面に取り付けられた研磨
パッド６８と、研磨定盤６２と研磨パッド６８との間に
配置された弾性部材６６と、ウエハテーブル３２と、ウ
エハ保持部３４と、研磨パッド６８用のドレッサー７８
とを備えている。ドレッサー７８は、ウエハ８０をウエ
ハ保持部３４上で固定するリテーナの役目も果たしてい
る。図２は、ウエハテーブル３２上に配置されたウエハ
保持部３４及びドレッサー７８の設置状態を示す。な
お、ドレッサー７８の詳細については後述する。

【００１４】弾性部材６６はリング状に成形され、両面
テープ等によって研磨定盤６２に固定される。研磨パッ
ド６８も同様にリング状に成形され、内周リング７０
と、外周リング７４と、ボルト７２、７６によって研磨
定盤６２の底面に張り上げ固定される。ウエハ保持部３
４は、ウエハテーブル３２上に回転可能に取り付けられ
ている。

【００１５】研磨定盤６２と、ウエハテーブル３２と、
ウエハ保持部３４は、各々回転軸Ａ−Ａ’，Ｂ−Ｂ’，
Ｃ−Ｃ’を中心に回転するように構成されている。研磨
定盤６２の中心軸には、スラリー供給孔６４が形成され
ており、このスラリー供給孔６４を通って研磨スラリー
が研磨パッド６８とウエハ８０との間に供給されるよう
になっている。

【００１６】図３（Ａ）は研磨パッド用ドレッサー７８
を上方から見た様子を示し、図３（Ｂ）は研磨パッド用
ドレッサー７８の断面構造を示す。研磨パッド用ドレッ
サー７８は、台座９０（母材）と、台座９０上に配置さ
れた複数のダイヤモンド砥粒８４と、これらのダイヤモ
ンド砥粒８４を台座９０に対して固定するメッキ層（電
着層）８６とを備えている。固着層８６は接合層８８を
介して台座９０に固定されている。

【００１７】ダイヤモンド砥粒８４は、略正八面体に成
形されており、その上面が固着層８６の表面と平行にな
るように埋め込まれている。すなわち、各ダイヤモンド
砥粒８４の上面（ドレッシング面）は、研磨パッド６８
の下面（研磨面）と略平行になるように配置されてい
る。ダイヤモンド砥粒８４が略正八面体であるため、一
面を研磨パッド６８と平行にするのは容易である。ま
た、自然ダイヤの結晶は正八面体になり易いため、それ
自体入手しやすくなり、ダイヤモンドの加工のために余
分な費用を掛ける必要がない。

【００１８】本実施例においては、複数のダイヤモンド
砥粒８４を円環状の台座９０上において、ウエハ８０と
略同心円上に略等間隔に二重に配列している。ダイヤモ
ンド砥粒８４としては、例えば、粒径約１ｍｍのものを
用い、隣り合うダイヤモンド砥粒８４の中心間の距離を
３ｍｍに設定することができる。ダイヤモンド砥粒８４
により形成される同心円の位置は、できるだけ台座９０
（固着層８６）の内外両側に設定することにより、本発
明の効果が顕著に現れる。また、砥粒としてはダイヤモ
ンドの他に、ＳｉＣ、ＳｉＮ、セラミック、サファイヤ
等を用いることができる。

【００１９】上記のように本実施例においては、ダイヤ
モンド砥粒８４を径の異なる同心円上に等間隔に配列し
ているため、固着層８６のエッジが局所的に摩耗するよ
うなことがなく、ダイヤモンド砥粒８４が製造当初の良
好な位置状態に維持される。その結果、ダイヤモンド砥
粒８４と研磨パッド６８とが常に均一に接触する。

【００２０】また、均一なドレッシングを行うために必
要な砥粒の数を減らすことができる。すなわち、従来の
ように無作為に砥粒を配置した場合には、均一なドレッ
シングを行うためには多量の砥粒が必要になる。これに
対し、本実施例のように規則性を持って砥粒８４を配置
すれば、必要最低限の量の砥粒で均一なドレッシングを
行うことが可能となる。その結果、ダイヤモンド等の高
価な砥粒の数を減らすことができ、製造コストの削減に
寄与する。また、大きめの砥粒を用いてもドレッシング
の均一性がさほど低下せず、大粒径の砥粒を用いて砥粒
の脱落確率の低減を図ることが可能となる。

【００２１】従来のように無作為に砥粒を配置し、且つ
製造コスト削減のために砥粒数を減らすと、円環状の台
座（固着層）の上の各領域において、砥粒の配置数にむ
らが生じる。すなわち、ある領域には多数の砥粒が存在
し、別の領域には殆ど砥粒が存在しないような配置にな
ることもあり得る。図４はこのような状態の研磨パッド
用ドレッサーの使用時間に対する表面状態変化を示す。
なお、この図においては、円環状の台座（固着層１８
６）上において、放射方向に１つのダイヤモンド砥粒１
８４が配置されている部分を例にとって説明する。図
（Ａ）は、ドレッサーの製造当初の状態を示し、固着層
１８６が研磨パッド（図示せず）に対して平行になって
いる。図（Ｂ）は、ある程度ドレッシング動作を行った
後の状態を示し、固着層１８６のエッジ部分が研磨パッ
ドとの摩擦によって削れ（ダレて）始めている。更にド
レッシングを継続すると、図（Ｃ）に示すように、固着
層１８６のエッジ部分が大きく削れて（ダレて）しま
う。その結果、ダイヤモンド砥粒１８４が研磨パッドに
対して一様に接触しなくなり、最悪の場合には、ダイヤ
モンド砥粒１８４が脱落してしまう。研磨パッドに対し
てダイヤモンド砥粒１８４が一様に接触しないと、ドレ
ッシングの均一性が損なわれ、その結果、半導体ウエハ
の研磨の均一性が悪化してしまう。また、ダイヤモンド
砥粒１８４の脱落は、半導体ウエハのスクラッチの原因
となる。

【００２２】なお、前述したようなダレや砥粒の脱落を
防ぐためには、図５に示す固着層の外周側及び内周側の
エッジ部から砥粒外縁までの距離ａを２ｍｍ以下、また
隣り合う砥粒の砥粒外縁間の距離ｂ，ｃを５ｍｍ以下に
するほうが好ましい。

【００２３】固着層８６を形成する際に注意するのは、
ダイヤモンド砥粒８４の埋め込み率である。すなわち、
ダイヤモンド砥粒８４の離脱を防止するために、ダイヤ
モンド砥粒８４の粒径制御に加え、埋め込み率を６０パ
ーセント以上に設定する。埋め込み率は、ダイヤモンド
砥粒８４の粒径から突き出し量を引いた値を粒径によっ
て除算することによって求められる。

【００２４】研磨パッド用ドレッサー７８の製造は、例
えば、特開平９−２２５８２７に記載されている反転法
によって行うことができる。すなわち、図６（Ａ）に示
すように、反転型１０８を作製し、ダイヤモンド砥粒固
定面１０９を囲んで、絶縁性材料からなるマスキング１
１０を施す。図示しないが、ダイヤモンド砥粒固定面１
０９以外の金属部分は、適当な絶縁性材料でコーティン
グする等の方法によりマスキングを施すことが好まし
い。

【００２５】反転型１０８をメッキ浴に浸漬し、マスキ
ングで囲まれたダイヤモンド砥粒固定面１０９に、ダイ
ヤモンド砥粒８４を所望の同心円上にピンセット等を用
いて載置し、反転型１０８に陰極を接続し、メッキ液に
陽極を接続して、電気メッキを行う。メッキする金属
は、ダイヤモンド砥粒８４を仮固定することができるも
のであれば特に制限はなく、例えば、ニッケル、クロム
などを使用することができる。ダイヤモンド砥粒８４の
一層分が仮固定され、ダイヤモンド砥粒固定面１０９か
ら脱落しない状態になったら、余剰のダイヤモンド砥粒
８４をダイヤモンド砥粒固定面１０９より除去する。図
５（Ｂ）はダイヤモンド砥粒８４が、ダイヤモンド砥粒
固定面１０９に仮固定された状態を示す。

【００２６】次に、ダイヤモンド砥粒固定面１０９に仮
固定されたダイヤモンド砥粒８４は、金属又は樹脂で埋
め込むことにより固着される。ダイヤモンド砥粒８４を
金属で埋め込んで固着する方法としては、電鋳法及び浸
透法を採用することができる。また、ダイヤモンド砥粒
８４を樹脂で埋め込んで固着する方法としては、樹脂成
形法を採用することができる。電鋳法による場合は、仮
固定された一層分のダイヤモンド砥粒８４を残して余剰
のダイヤモンド砥粒を除去した反転型１０８を再びメッ
キ浴に浸漬する。そして、反転型１０８に陰極を接続
し、メッキ液に陽極を接続して、固着層８６を形成す
る。その後、ダイヤモンド砥粒８４が完全に埋め込ま
れ、固着されるまで電気メッキを続ける。

【００２７】メッキする金属は、ダイヤモンド砥粒８４
を固着することができるものであれば特に制限はなく、
例えば、ニッケル、銅、クロムなどを使用することがで
きる。ダイヤモンド砥粒固定面１０９に仮固定されたダ
イヤモンド砥粒８４を、浸透法により埋め込んで固着す
る場合は、タングステンなどの粒子をダイヤモンド砥粒
８４の間隙に充填して圧粉体とし、さらに銅−錫系、銅
−銀系などの浸透用金属を圧粉体の間隙に浸み込ませて
緻密な焼結体とする。

【００２８】ダイヤモンド砥粒固定面１０９に仮固定さ
れたダイヤモンド砥粒８４を、樹脂成形法により埋め込
んで固着する場合は、仮固定された一層分のダイヤモン
ド砥粒８４を残して余剰のダイヤモンド砥粒を除去した
反転型１０８を洗浄し、乾燥させる。その後、マスキン
グにより囲まれたダイヤモンド砥粒固定面１０９上に、
三次元架橋型の樹脂を流し込み、ダイヤモンド砥粒８４
を埋め込み、樹脂を硬化して固着層８６を形成する。

【００２９】マスキング工程においては、必要に応じて
電着の際に用いたマスキングを廃棄し、樹脂との離型性
のよいマスキングなどを新しく使用することができる。
三次元架橋型の樹脂は、十分な強度をもってダイヤモン
ド砥粒８４を固着することができる樹脂であれば特に制
限はなく、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フ
ェノール樹脂などを使用することができる。図５（Ｃ）
は、固着層８６によりダイヤモンド砥粒８４を埋め込ん
で固着した状態を示す。

【００３０】固着層８６を形成することにより、ダイヤ
モンド砥粒８４を埋め込んで固着し、ダイヤモンド砥粒
層を形成したのち、反転型１０８からマスキングを除去
する。図６（Ｄ）は、ダイヤモンド砥粒８４を埋め込ん
で固着し、マスキングを除去した状態の反転型１０８を
示す。

【００３１】図７は、固着層８６を台金９０に接合する
一態様を示す。反転型１０８上の固着層８６若しくは台
座９０の固着層との接合面又はその双方に接着剤を塗付
し、固着層８６と台座９０の固着層との接合面を合わせ
て固定し、接合層８８を形成する。これにより、固着層
８６が台座９０に接合される。使用する接着剤は、ドレ
ッサの使用に十分な強度を有するものであれば特に制限
はなく、例えば、エポキシ接着剤などを使用することが
できる。必要に応じて、接着剤に無機充填材、例えば、
アルミニウム粉末などを配合することができる。

【００３２】図７（Ａ）は、固着層８６を台座９０に接
合した状態を示す。固着層８６を台座９０に接合したの
ち、反転型１０８を除去する。反転型１０８を除去する
方法には特に制限はない。例えば、旋盤加工、フライス
盤加工などを挙げることができるが、旋盤加工法を採用
することが望ましい。

【００３３】台座９０に接合した固着層８６に対して
は、必要に応じて石出し加工を施す。石出し加工によ
り、ダイヤモンド砥粒８４の最突出部を露出させる。石
出し加工は、例えば、一般砥石などによるドレッシン
グ、鋳鉄などの定盤上でのシリコンカーバイドやアルミ
ナなどの遊離砥粒によるドレッシング、ショットブラス
ト、金属剥離材による化学エッチング、電解エッチング
などにより行うことができる。

【００３４】化学エッチング処理は、固着層８６のみを
溶解する薬剤に浸漬することにより行うものである。こ
のような薬剤としては、固着層がニッケルである場合は
エンストリップＮＰ［メルテックス(株)製］、固着層が
クロムである場合はエンストリップＣＲ−５［メルテッ
クス(株)製］などの市販されている薬剤を使用すること
ができる。図７（Ｂ）は、固着層８６を台座９０に接合
し、反転型１０８を除去した後、石出し加工を施した状
態を示す。

【００３５】ダイヤモンド砥粒８４の突出部は反転型１
０８のダイヤモンド砥粒固定面１０９に接した部分であ
るので、ドレッサにおいて、各ダイヤモンド砥粒８４の
突出部は同一平面上に存在する構造となる。

【００３６】ＣＭＰ装置１２（図２参照）によってウエ
ハ８０の研磨を開始すると、ウエハ８０の外周部に配置
された研磨パッド用ドレッサー７８の作用により、ウエ
ハ８０の研磨動作と並行して、研磨パッド６８の目立て
が行われる。

【００３７】図８は、本発明の他の実施例に係る研磨パ
ッド用ドレッサーの構成を示す。図３に示した先の実施
例では、ダイヤモンド砥粒８４を同心円上に二重に配列
しているが、本実施例においては、四重に配列してい
る。ダイヤモンド砥粒８４を四重に配列することによ
り、二重に配列した場合に比べて、更に均一なドレッシ
ングを行うことが期待できる。このように、本発明にお
いては、ダイヤモンド砥粒の同心円上の配列数は二重、
四重に限らず、必要に応じて変更可能である。なお、い
ずれの場合も、前述のように固着層の外周側及び内周側
のエッジ部から砥粒外縁までの距離を２ｍｍ以下とし、
隣り合う砥粒の砥粒外縁間の距離を５ｍｍ以下にするこ
とが好ましい。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、研
磨パッドのドレッシング均一性が向上し、その結果、当
該研磨パッドによる半導体ウエハ等の被研磨材の研磨レ
ートの安定性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施例に係るＣＭＰ装置の構
成を示す側面図（一部断面）である。

【図２】図２は、実施例の要部の構成を示す平面図であ
る。

【図３】図３（Ａ）は、実施例の要部である研磨パッド
用ドレッサーの構成を示す平面図であり、同図（Ｂ）は
（Ａ）図のＡ−Ａ方向の断面図である。

【図４】図４（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、従来の研磨パ
ッド用ドレッサーの状態変化を示す拡大断面図である。

【図５】図５は、実施例にかかるドレッサーのダイヤモ
ンド砥粒の配置を示す説明図である。

【図６】図６（Ａ）〜（Ｄ）は、実施例に係るドレッサ
ーの製造工程を示す説明図（断面図）である。

【図７】図７（Ａ）、（Ｂ）は、実施例に係るドレッサ
ーの製造工程を示す説明図（断面図）である。

【図８】図８は、本発明の他の実施例に係る研磨パッド
用ドレッサーの構成を示す平面図である。

【符号の説明】

１２ＣＭＰ装置本体６８研磨パッド７８研磨パッド用ドレッサー８０ウエハ８４ダイヤモンド砥粒８６メッキ層（固着層）９０台座

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状の被処理部材をドレッシングするド
レッシング装置において、前記被処理部材との相対的な摩擦によって目立て（ドレ
ッシング）を行う複数の砥粒と；前記砥粒を保持する保
持部材とを備えるとともに、前記砥粒を、径の異なる複数の略同心円上に略等間隔に
配列したことを特徴とするドレッシング装置。
【請求項２】前記砥粒がダイヤモンドであることを特徴
とする請求項１に記載のドレッシング装置。
【請求項３】半導体ウエハの研磨に用いられるＣＭＰ装
置の研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置に
おいて、前記半導体ウエハの周囲に配置された円環状の台座と；
前記研磨パッドとの相対的な摩擦によって目立て（ドレ
ッシング）を行う複数のダイヤモンド砥粒と；前記台座
上において前記ダイヤモンド砥粒を保持する保持部材と
を備えるとともに、前記ダイヤモンド砥粒は、径の異なる複数の略同心円上
に略等間隔に配列されていることを特徴とするドレッシ
ング装置。
【請求項４】平板状の被研磨材を研磨する研磨装置にお
いて、前記被研磨材との相対的な摩擦によって、当該被研磨材
を研磨する研磨パッドと；前記研磨パッドをドレッシン
グするドレッシング装置とを備え、前記ドレッシング装置は、前記研磨パッドに接触する複
数の砥粒と、当該砥粒を保持する保持部材とを備えると
ともに、前記砥粒を径の異なる複数の略同心円上に略等間隔に配
列したことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】研磨スラリーを用いて半導体ウエハの表面
を研磨するＣＭＰ装置において、前記半導体ウエハとの相対的な摩擦によって当該ウエハ
の表面を研磨する研磨パッドと；研磨作業中に前記研磨
パッドのドレッシングを行うように前記半導体ウエハの
外周部に配置された円環状のドレッシング装置とを備
え、前記ドレッシング装置は、前記半導体ウエハの外周に配
置された円環状の台座と；前記研磨パッドに接触する複
数のダイヤモンド砥粒と；前記台座上において、前記ダ
イヤモンド砥粒を保持する保持部材とを備えるととも
に、前記ダイヤモンド砥粒は、径の異なる複数の略同心円上
に略等間隔に配列されていることを特徴とするＣＭＰ装
置。