JP2001162532A - ドレッサ、研磨装置ならびに物品の製造方法 - Google Patents

ドレッサ、研磨装置ならびに物品の製造方法

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JP2001162532A JP2000218299A JP2000218299A JP2001162532A JP 2001162532 A JP2001162532 A JP 2001162532A JP 2000218299 A JP2000218299 A JP 2000218299A JP 2000218299 A JP2000218299 A JP 2000218299A JP 2001162532 A JP2001162532 A JP 2001162532A
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Eijiro Koike
栄二郎 小池
Katsutoshi Higuchi
勝敏 樋口
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泰忠 中川
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  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドレッシングにおける加工量のばらつきを
抑えたドレッサ、およびこのドレッサを用いた研磨装置
や被研磨物の製造方法を提供すること。 【解決手段】 砥石１１の外側周面の包絡面ｐがなす
形状が三角形に設けられており、研磨液通過用の凹部１
２がその三角形の頂点に相当する部位および砥石内周面
の包絡面の内接円ｑとの接点に設けられている、中空の
三角形状の研磨面を有するドレッサである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物の研磨処
理を行なう研磨方法に関し、特に研磨作用面のドレッシ
ングを行なう際に用いるドレッサに関わる。
【０００２】
【従来の技術】物品の製造においては、その物品を構成
する材料、例えばシリコンウェハやセラミック板あるい
はSOI基板（Silicon On Insulator）などウェハ状の
被研磨物、磁気記録装置に用いる磁気ヘッドやプリズム
などの光学装置など部品状の被研磨物を、研磨作用面を
構成する面たとえば研磨布の表面で高精度かつ大量に研
磨処理する工程が必要となる場合がある。この工程にお
いては、被研磨物から生じる研磨屑による目詰まりなど
が要因となり、バッチ毎に研磨布表面の状態が変わるた
め、何も処置をしなければ、同じ加工時間による研磨で
も、研磨量や平坦性に差が出てくる。したがって、研磨
布表面で形成される研磨作用面をバッチ毎に一様な状態
に保つために、研磨作用面のドレッシング処理を行なう
必要がある。図５にドレッシングのための研磨材が備え
られたドレッサを示す。ドレッサの研磨材２１は筒状で
あり、外周の直径２８ｃｍ、内周の直径２６ｃｍ、高さ
２ｃｍほどの円筒形状をなすようにベース基板２０上に
配置されている。ドレッサはベース基板２０に設けられ
たネジ孔を介して、治具２３にネジ止めされている。さ
らにこの研磨材２１上には、研磨液を流通させるための
凹部２２がほぼ等間隔に形成されている。上記の構成の
ドレッサが、回転駆動されている研磨布に対して円筒の
中心Oを軸にして回転駆動されながら当接されてドレッ
シング処理が行なわれていた。
【０００３】ドレッシング処理においては、物品の形状
精度の確保および加工状態の安定性の確保の観点から、
研磨処理を一回行なうごとに研磨布表面を１μｍ以上削
る必要がある。また研磨布は、初期状態から累計して１
ｍｍ程度削りこまれた時点で寿命となり、交換される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】さて、従来は、ウェハ
の研磨に直接的に寄与している部分がまだ使用可能な状
態であるにもかかわらず、研磨作用面の外周部や内周部
が過度に薄くなってしまっていた。研磨布は、直接研磨
に関与する部分がまだ研磨可能な状態にあっても、直接
研磨に関与しない外周近傍や内周近傍が所定量以上擦り
減ると、研磨布にかかる張力のバランスなどが崩れて研
磨状態が不安定になるため高精度な研磨が困難になるか
ら、交換しなければならない。本発明では、ドレッシン
グにおける加工量のばらつきを抑えたドレッサ、および
このドレッサを用いた物品の製造方法や研磨装置を提供
することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、回転軸方向に進退し研磨材が研磨装置の
研磨作用面に接離可能に配設可能なドレッサであって、
前記研磨材の研磨作用面に接する面の形状が中空な略三
角形状もしくは略楕円形状であるドレッサ、または、所
定の回転軸により回動かつ進退され研磨装置の研磨作用
面に接離可能に配設されるドレッサであって、前記研磨
作用面が前記研磨材と接触している時間ならびに前記研
磨作用面と前記研磨材とが接触した際の相対速度の積で
示される関数のドレッシング時間による積分値が、前記
研磨作用面が実際に被研磨物を研磨する領域について前
記研磨作用面の外周及び内周と同じかまたはより高い値
となるよう研磨装置上に配置可能なドレッサを提供す
る。このとき、上記ドレッサは、研磨材の少なくとも回
転軸から最も近い位置に、さらには最も遠い位置に凹部
が設けられていることが好ましい。また本発明は、研磨
作用面に対して上記いずれかのドレッサを当接させるド
レッシング工程と、前記ドレッシング工程の後、前記研
磨作用面に被研磨物を当接させることにより研磨処理を
行なう研磨工程とを具備することを特徴とする物品の製
造方法を提供する。
【０００６】また本発明は、被研磨物を研磨可能な研磨
作用面を有し回転可能に設けられる下定盤と、この下定
盤に対して被研磨物を押圧可能に設けられる上定盤と、
前記研磨作用面をドレッシング可能に設けられる上記い
ずれかのドレッサとを具備することを特徴とする研磨装
置を提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を参照しながら説明を行なう。図１に示す研磨装置
は、回転軸を中心に回転駆動可能に設けられた下定盤１
と、この下定盤１に貼着される研磨布２と、下定盤１の
回転軸と平行な回転軸において回転駆動可能に設けられ
この研磨布２上に載置された被加工物３の全面を均一に
押圧して保持する上定盤４と、研磨布２上に研磨液を供
給するノズル５と、前記上定盤と異なる位置に前記下定
盤１の回転軸と平行な回転軸において回転駆動可能に設
けられ研磨面を研磨布２に対して接離可能に配置された
ドレッサ６とを備える。上記のように構成された研磨装
置によって、以下のように研磨加工を行なう。ドレッサ
６および研磨布２が貼着されて研磨作用面が形成された
下定盤１および被加工物３を保持した上定盤４を、それ
ぞれの回転軸において同じ方向に数１０〜１００ｒｐｍ
で回転駆動させる。ノズル５から研磨布２上に純水を、
必要に応じて界面活性剤を混合して下定盤１の回転中心
近傍に供給する。この純水はドレッサ６の表面に電着さ
れたダイヤモンド砥粒の熱による変質を抑制させるため
のものであり、下定盤１の回転により生じる遠心力で研
磨布２上に拡布される。
【０００８】ついでドレッサ６のドレッシング作用面を
回転状態のまま研磨布２に所定時間だけ数１００Ｎで押
付けて研磨布２の表面を削る。この際、ドレッサ６と研
磨布２の回転が同期しないように、ドレッサ６と下定盤
１の回転数を数ｒｐｍ異ならせている。回転数を異なら
せることより、研磨布２が非軸対称なドレッシング作用
を受けることを防ぐ。所定時間経過後、ドレッサ６を研
磨布２から離間させてその回転動作を停止させる。つい
でノズル５から研磨液を下定盤１上に供給し、上定盤４
を回転状態のまま研磨布２に被加工物３を当接させて押
圧し研磨処理を開始する。この被加工物３が例えばＤＲ
ＡＭ(Dynamic Random Access Memory)製造用の半導
体ウエハの場合では、上定盤４と下定盤１とを１００ｒ
ｐｍ前後に回転させ、かつウエハを研磨布２表面に数１
００Ｎで押付けて研磨を行う。ここで、上定盤４と下定
盤１との回転が同期しないように、通常は上定盤４と下
定盤１の回転数を数ｒｐｍ異ならせて研磨を行う。な
お、研磨液は、例えば加工対象が酸化膜の場合は、サブ
ミクロンオーダーの粒径を有するアルミナやＣｅＯ２ま
たはＳｉＯ２砥粒を界面活性剤を含んだ純水に混合した
懸濁液を用いるが、被加工物の材質や要求仕様に応じ
て、純水やダイヤモンドスラリー溶液などを適宜用いる
ことが可能である。所定時間経過後、下定盤１および上
定盤４の回転を停止させるとともに、被加工物３を研磨
布２から離間させ、被加工物３を上定盤４から取り外し
て研磨加工が終了する。連続して研磨加工を行なう場合
は、さらに別の被加工物を上定盤４に保持させて上記工
程を繰り返す。
【０００９】さて、ドレッサ６に用いられる研磨材につ
いて説明する。例えばウェハの研磨においては、超砥粒
の電着砥石やろうつけ砥石などを高さ２ｃｍほどの筒様
に成形または配置して研磨材となす。具体的には、例え
ば直径２８ｃｍほどの円柱形状のステンレス材やＳＵＳ
材の表面から、筒様の研磨材の外形形状を筒様の凸部と
して削り出す。凸部の一端は開放されているが、多端は
基となったステンレス材やＳＵＳ材がベース基板として
残されるため、閉じている。ベース基板上に削り出され
た筒様の凸部の開放側端面に、粒径５０〜２００μｍの
ダイヤモンド砥粒を電着し、この電着された砥粒をエポ
キシ樹脂により凸部上に定着させる。従って、凸部の突
端がなす面が研磨布に当接させるドレッシング作用面と
して用いられることとなる。このドレッシング作用面に
はノズル５から供給される研磨液の通過を促進させるた
めに、研磨材を分断するように凹部がいくつか設けられ
ている。この凹部と研磨布との間に形成された隙間を流
通することによって液体がドレッサの内外に移動する。
このように、研磨材や研磨布から発生する研磨屑が研磨
材と研磨布との間に残留しないようにする観点から、ド
レッサの回転軸直下に研磨材が配置されない筒様に構成
し、また、この筒様の研磨材にはその一部に研磨液の通
過を促す凹部が設けられていることが好ましい。凹部は
研磨材の基部を削り出す際に、形成しておく。凹部は、
ドレッサを回転させて用いる場合には、その回転軸から
最も遠い研磨材上の部位及び最も近い研磨材上の部位に
それぞれ配置することが好ましい。
【００１０】図２にドレッサの研磨寄与長さＬの研磨時
間による積分値のグラフを示す。このグラフを用いて、
ドレッサのドレッシング作用について具体的に説明す
る。研磨作用面上の任意の点における研磨加工量ｈは、
Prestonの経験則に基づき、加工圧力Ｐ、被研磨物と研
磨剤とが当接しているときの相対速度Ｖ、加工時間ｔに
比例する。圧縮応力Ｐはこれを保持する定盤を調整する
ことによりある程度均一化することが可能であり、ほぼ
定数とみなせる場合が多い。したがって、研磨加工量ｈ
は簡易的に（１）式で示される。 ｈ ∝ V ・ t … （１） この（１）式を用いて、研磨布の被ドレッシング処理量
を考える。まず、半径３００ｍｍの研磨布上の任意の点
と、この点に対して接触しているドレッサ上の点との相
対速度ベクトルＶ[m/sec]、ならびに接触している時間
ｔ[sec]との積を研磨寄与長さＬ[m]とおく。ドレッサと
下定盤とが同じ方向に回転している場合、研磨布の径方
向の距離と図５に示す円環状ドレッサの所定ドレッシン
グ時間における研磨寄与長さＬの積分値との関係は、図
２に示すグラフのデータαで示される傾向を有する。こ
のデータαの傾向から、ドレッサの研磨材の最外周部を
幅とするドレッシング作用領域の中において、研磨布の
外周部および研磨布の回転中心近傍の内周部における研
磨寄与長さＬが、実際に被研磨物を研磨加工する際に被
研磨物に当接する面である研磨寄与領域の極小値に比し
て２〜４倍の値であることが理解される。研磨寄与長さ
Ｌのばらつきは、ドレッシング作用量のばらつきとほぼ
同義であり、ばらつきの程度も実測値とほぼ一致する。
【００１１】なお、ドレッサや研磨布の回転速度や回転
方向も数値の高低に影響するが、ばらつきの傾向につい
ては特徴的変動はない。また、回転方向を正にとってい
るため積分値は負の数となっているが、ドレッシングに
より研磨される量は、絶対値が大きいほど多くなる。こ
れに対して、本発明のドレッサが有するドレッシング作
用面の形状は、研磨作用面における研磨寄与長さの分布
を（１）式を用いて評価したことにより、要求仕様に合
わせて適正化されたものとなっている、この場合は、研
磨作用面における研磨寄与長さがなるべく平坦となるよ
うにし、かつ研磨材の設計や加工がしやすい形状にした
ものとなっている。図３(a)に中空の三角形状のドレッ
シング作用面を有するドレッサの模式図を示す。研磨材
である砥石１１の外側周面の包絡面ｐの回転軸に垂直な
断面がなす形状が中空な三角形に設けられており、研磨
液流通用の凹部１２がその三角形の頂点に相当する部位
の近傍および砥石内周面の包絡面の内接円ｑとの接点近
傍に設けられている。凹部１２は研磨液の筒外への排出
を容易にするように回転中心から遠く離間する位置に、
あるいは研磨液の筒内への進入を容易にするために回転
中心から最も近い位置に、それぞれ設けることが好まし
いものとなる。
【００１２】図３(a)に示すドレッサの研磨寄与長さＬ
は、図２に示すグラフのデータβのような傾向を示す。
円環状ドレッサのデータαが有する傾向に比して、研磨
布の周縁部に対するドレッシング作用量が低減している
ことが分かる。さらには、研磨布周縁部におけるドレッ
シング作用量を研磨寄与領域におけるドレッシング作用
量よりも小さくした構成のドレッサとすることで、研磨
布の寿命を延ばすことが出来るようになっている。すな
わち、ドレッサのドレッシング作用面が有するドレッシ
ング作用領域のうち、被研磨物が当接する領域すなわち
研磨布の研磨寄与領域に、研磨寄与長さの最大値を設定
したドレッシング作用面とすることにより、研磨布の長
寿命化が図られた。図３(b)に、楕円筒形状の研磨材を
有するドレッサの模式図を示す。砥石１１の外周面の包
絡面がなす形状が楕円形状に設けられており、長径およ
び短径を示す線分の交点を軸にして回転駆動される。さ
らに砥石１１には、研磨液通過用の凹部１２が楕円の長
径および短径それぞれとの交点に設けられている。この
ような楕円形状を有するドレッシング作用面において
も、図２のデータβが示すように主として研磨寄与領域
においてドレッシング作用を有し、研磨布周縁部におい
ては研磨寄与領域におけるドレッシング作用よりも低い
ドレッシング作用を呈する。
【００１３】図４に、ドレッサの研磨材の形状の変形例
を示す。三角筒形状を基調にした研磨材においては、三
角形の頂点や溝部の端面に相当する部位が尖鋭化してい
ると、この尖鋭化している部分によって研磨布が傷つく
場合があるため、角部は丸めるか、内側と連通する溝を
形成することによって切り欠いておくことが好ましい。
図４(a)に示す変形例のように、三角形の頂点に関して
は、たとえば半径３０ｍｍ程度の半径を有する弧によっ
て形成してよい。三角筒の頂点の内角についても、辺に
挟まれて形成される隙間が尖鋭化していると、鋭角の隙
間が形成されている場合に、この隙間に研磨布が挟まれ
ることが想定されるので、頂点と同様に曲線で形成して
おくことが好ましい。また、図４(b)に示す変形例のよ
うに、楕円筒形状の長軸と短軸の長さの比、すなわち扁
平率については、都合に応じて適宜変更して設定するこ
とが可能である。また、研磨寄与長さのばらつきを研磨
寄与領域内について最適化した場合、三角形状を構成す
る辺は、三角形中心から外方に膨らんだ弧によって形成
されるが、これも三角形状に含まれるものとする。辺を
直線によって形成するか、図４(c)に示す変形例のよう
に、弧によって形成するかは、基部を削り出す際の加工
法や、ドレッサに求める性能に応じて適宜選択可能な範
囲である。すなわち、本発明においては、３つの辺をな
す弧を、この辺をなす弧の曲率半径（無限大を含む）よ
りも小さな半径（例えば数ｃｍ程度）を有する曲線によ
り結合した形状は、実質的に三角形状であり、さらに
は、この三角形状は、溝部によって分断されていてもよ
い構成となる。
【００１４】また、ドレッシング作用面の外側側面の包
絡面と内側側面の包絡面とは、必ずしも相似な形状であ
る必要は無い。さらに積極的にドレッシング作用量の分
布を制御したい場合は、楕円筒または三角筒を基調とし
た形状を、自由曲線または複数の直線で構成してよい。
また、ドレッシング作用面の幅についても、適宜変更す
ることが可能である。以上に説明したように、本発明の
ドレッサを用いた研磨方法を用いることにより、ドレッ
シングの際のドレッシング作用量のばらつきが低減され
るので、１枚の研磨布で研磨可能な被研磨物の数を増大
させることが可能となる。また、研磨寄与長さが調整さ
れたドレッサを用いてドレッシングした研磨布の表面
は、ドレッシング後の研磨作用面の凹凸が少なく平坦化
された状態でドレッシングされているため、この形状が
転写される被加工物、例えばウエハ表面も数十ｎｍオー
ダーの平坦性を示す超平坦化の実現を可能とする。ま
た、ドレッシング後の研磨作用面の凹凸が少なく平坦化
された領域を広く取ることができるように設定可能にな
るため、より大きな被研磨物を比較的小さな定盤によっ
て平坦に研磨することを可能とする。
【００１５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明のドレッサ
および研磨装置ならびに物品の製造方法は、研磨作用面
を長寿命化することを可能とするので、実質的に研磨布
の張り替えの段取りが減少するから、物品の製造にかか
るリードタイムの短縮を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の研磨装置の実施態様を示す模式図。
【図２】 本発明のドレッサの研磨布の径方向における
研磨寄与長さを示すグラフ。
【図３】 （ａ）は三角形状の研磨面を有するドレッサ
の実施形態を、(b)は楕円形状の研磨面を有するドレッ
サの実施形態を、それぞれ示す模式図。
【図４】 本発明のドレッサの変形例を示す模式図。
【図５】 従来のドレッサおよび治具の構造を示す模式
図。
【符号の説明】
１…下定盤、２…研磨布、３…被加工物、４…上定盤、
５…ノズル、６…ドレッサ、１１，２１…研磨材、１
２，２２…凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 泰忠 神奈川県横浜市磯子区新磯子町33番地 株 式会社東芝生産技術センター内 Ｆターム(参考） 3C047 AA15 AA34 EE11 EE18 3C058 AA06 AA07 AA19

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨材を有し、前記研磨材が研磨装置の
    研磨作用面に接離可能に配設されるドレッサであって、
    前記研磨材の研磨作用面に接する面が中空な略三角形状
    であることを特徴とするドレッサ。
  2. 【請求項２】 研磨装置の研磨作用面に接離可能に配設
    されるドレッサであって、ベース基板と、このベース基
    板上に中空な略三角形状に配設される凸部と、この凸部
    表面に被着される研磨砥粒と、を具備することを特徴と
    するドレッサ。
  3. 【請求項３】 三角形状を構成する少なくともひとつの
    辺は、前記三角形状の中心に対して外方に湾曲する弧で
    あることを特徴とする請求項１または２記載のドレッ
    サ。
  4. 【請求項４】 三角形状は、３つの辺が、これらの辺が
    有する曲率半径よりも小さな半径を有する曲線によって
    結合されて構成されていることを特徴とする請求項１ま
    たは２記載のドレッサ。
  5. 【請求項５】 研磨材を有し、前記研磨材が研磨装置の
    研磨作用面に接離可能に配設されるドレッサであって、
    前記研磨材の研磨作用面に接する面の形状が中空な略楕
    円形状であることを特徴とするドレッサ。
  6. 【請求項６】 研磨装置の研磨作用面に接離可能に配設
    されるドレッサであって、ベース基板と、このベース基
    板上に中空な略楕円形状に配設される凸部と、この凸部
    表面に被着される研磨砥粒とを具備することを特徴とす
    るドレッサ。
  7. 【請求項７】 所定の回転軸により回動かつ進退され研
    磨装置の研磨作用面に接離可能に配設されるドレッサで
    あって、前記研磨作用面が前記研磨材と接触している時
    間ならびに前記研磨作用面と前記研磨材とが接触した際
    の相対速度の積で示される関数のドレッシング時間によ
    る積分値が、前記研磨作用面が実際に被研磨物を研磨す
    る領域について前記研磨作用面の外周及び内周と同じか
    またはより高い値となるよう研磨装置上に配置可能なこ
    とを特徴とするドレッサ。
  8. 【請求項８】 所定の回転軸により回動させる際に、前
    記回転軸から最も遠い研磨材上の部位に、研磨材を分断
    するように凹部が設けられたことを特徴とする請求項１
    乃至７いずれか記載のドレッサ。
  9. 【請求項９】 所定の回転軸により回動させる際に、前
    記回転軸から最も近い研磨材上の部位に、研磨材を分断
    するように凹部が設けられたことを特徴とする請求項１
    乃至８いずれか記載のドレッサ。
  10. 【請求項１０】 研磨作用面に対して請求項１乃至９い
    ずれか記載のドレッサを当接させるドレッシング工程
    と、 前記ドレッシング工程の後、前記研磨作用面に被研磨物
    を当接させることにより研磨処理を行なう研磨工程と、
    を具備することを特徴とする物品の製造方法。
  11. 【請求項１１】 研磨作用面に対して研磨材を当接させ
    る際に、前記研磨作用面が前記研磨材と接触する時間な
    らびに前記研磨作用面と前記研磨材とが接触する際の相
    対速度の積で示される関数のドレッシング時間による積
    分値の絶対値の極大値が、前記研磨作用面のうち被研磨
    物と接する領域内に配置されるよう、当接させるドレッ
    シング工程と、 前記ドレッシング工程の後、前記研磨作用面に被研磨物
    を当接させることにより研磨処理を行なう研磨工程と、
    を具備することを特徴とする物品の製造方法。
  12. 【請求項１２】 被研磨物を研磨可能な研磨作用面を有
    し回転可能に設けられる下定盤と、 この下定盤に対して前記被研磨物を押圧可能に設けられ
    る上定盤と、 前記研磨作用面をドレッシング可能に設けられる請求項
    １乃至９いずれか記載のドレッサと、を具備することを
    特徴とする研磨装置。
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