JP2001162539A

JP2001162539A - 半導体基板用研磨布のドレッサー

Info

Publication number: JP2001162539A
Application number: JP35178799A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Kinoshita; 俊哉木下
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエーハのCMPにおいて、研磨布の目
詰まりを除去し，研磨速度を安定化し、長寿命であり、
品質および歩留まりの高い半導体製造を可能とするドレ
ッサーを提供する。特に、メタルCMPにおいて長寿命で
あるドレッサーを提供する。【解決手段】チタン、ジルコニウム、クロム、タンタ
ルおよびニオブの内より選ばれた少なくとも1種を30質
量%超含有した合金により、支持部材に、立方晶窒化ホ
ウ素、炭化ホウ素、炭化珪素または酸化アルミニウムよ
り選ばれた1種の硬質砥粒粒子が単層、ろう付けされて
いることを特徴とする、半導体基板の平坦化研磨工程で
使用される研磨布のドレッサーである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエーハの
平坦化工程で行われるCMP (Chemical MechanicalPlanar
ization)において、研磨布の目詰まりを解消するために
使用されるドレッサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエーハのポリッシングにおいて
は、研磨速度を確保しつつ、しかも機械的歪などの欠陥
が入らない研磨法が要求される。従来の機械的研磨法に
おいては、砥粒の粒径や研磨荷重を大きくすることによ
り、研磨速度を確保することが可能である。しかし、研
磨により、種々の欠陥が入り、研磨速度の確保と被研磨
材を無欠陥に保つことの両立は困難であった。そこで、
化学的機械的平坦化(CMP)と呼ばれる研磨法が考案され
た。この方法は、機械的研磨作用に化学的研磨作用を重
畳して働かせることにより、研磨速度の確保と被研磨材
が無欠陥であることの両立を可能としたものである。近
年、デバイスの高集積化に伴い集積回路を製造する所定
の段階で、ウエーハ上に導電体メタル層が形成されたウ
エーハ表面をCMP研磨することが必要となってきた。

【０００３】メタルCMP工程の1例としては、例えば砥粒
としてシリカ粒子を、酸化剤として過酸化水素を含有
し、酸によりｐＨ＝2.5程度に調整したスラリーとポリ
ウレタン樹脂等からなる研磨布が用いられる。研磨時に
は、化学スラリーを流布しながら、半導体基板を研磨布
に当接させて相対回転させることにより、研磨が行われ
る。この際、研磨布の目づまりに起因した研磨速度の低
下が起こるため、研磨布のドレッシングが不可欠とな
る。従来、研磨布のドレッシング法としては、研磨布に
水またはスラリーを流しながら、ダイヤモンド砥粒をニ
ッケル電着したドレッサーにより、研磨布の目立てを行
っていた。

【０００４】CMP工程で使用されるドレッサーは、切削
や研磨で使用される従来のダイヤモンド工具とは、次の
点で本質的に異なっている。従来の工具ではダイヤモン
ド砥粒が少量脱落しても、ダイヤモンド脱落後の新生面
に別のダイヤモンドが残っていれば、加工能力の低下は
起こらず、問題にはならないのに対して、CMPドレッサ
ーでは脱落したダイヤモンド砥粒が半導体ウエーハ表面
を傷つけるため、ダイヤモンドの脱落が少量でも許され
ない点である。また、湿式で低い回転数で使用されるの
で、従来の工具で求められる耐熱性や大きな耐摩耗性は
必要ない点である。ダイヤモンド砥粒の脱落が問題にな
る従来のダイヤモンド工具としては、単粒の比較的大き
なダイヤモンドを金属保持材に接合したダイヤモンドバ
イトがある。しかし、ダイヤモンドバイトは、CMP工程
で使用されるドレッサーとは、優れた耐熱性や大きな耐
摩耗性が必要となる点で異なる他に、次の点で本質的に
異なっている。従来のダイヤモンドバイトでは、比較的
大きなダイヤモンド(一般的には直径1mm程度以上)を単
粒で接合するのに対して、CMP工程で使用されるドレッ
サーは、比較的小さい(直径300μm以下)ダイヤモンドを
単層で面状に接合しており、その構造と機能が全く異な
っている。

【０００５】本発明者らは、本技術に関して、次の提案
をしている。特開平11-138417号公報において、チタ
ン、クロムおよびジルコニウムより選ばれた1種以上を
0.1〜30質量%含有する融点600〜1400℃の合金により、
立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化珪素または酸化ア
ルミニウムより選ばれた1種の硬質砥粒が、支持部材に
ろう付けされた半導体基板用研磨布のドレッサーを提案
している。これは硬質砥粒の脱落を防ぐことを目的とし
た技術である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の研磨布のドレッ
シングにおいては、ダイヤモンド粒をニッケル電着した
ドレッサーを用いていた。ニッケル電着は、比較的容易
に金属支持部材に適用できるので広く用いられてきた。
しかし、ニッケルは酸化剤を含む酸により腐食されやす
い。従って、酸化剤を含む酸性スラリーを使用した際の
ドレッシングに対し、ニッケル電着ドレッサーを使用す
ると、酸性スラリーによるニッケルの腐食が起こる。そ
の結果、短時間でダイヤモンド粒の脱落に起因したスク
ラッチ傷が生成したり、ドレッシング性能の劣化に起因
した研磨速度の低下が起こったりして、ドレッサーの寿
命が極めて短くなっていた。このため、酸化剤を含む酸
性スラリーに対して高い耐久性を有するドレッサーが求
められていた。

【０００７】そこで、本発明は、研磨布のドレッシング
において、酸化剤を含む酸性スラリーに対して高い耐久
性を有するドレッサーを提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を鑑み、鋭意
研究開発を進めた結果、接合合金中にチタン、ジルコニ
ウム、クロム、タンタルおよびニオブなどを成分として
規定量以上含有することにより、接合合金の表面に強固
な不動態被膜が生成するため、この不動態被膜が耐酸化
性および耐酸性を向上させ、ドレッサーの長寿命化を実
現することを発明者は見いだし、本発明を完成させた。

【０００９】本発明は、チタン、ジルコニウム、クロ
ム、タンタルおよびニオブから選ばれた少なくとも1種
を30質量%超含有した合金により、支持部材に、硬質砥
粒が単層、ろう付けされてなることを特徴とする、半導
体ウエーハの平坦化研磨工程で使用される研磨布のドレ
ッサーである。

【００１０】また、前記硬質砥粒が、立方晶窒化ホウ
素、炭化ホウ素、炭化珪素または酸化アルミニウムより
選ばれた1種からなる硬質砥粒であることが望ましい。

【００１１】ここで、好ましくは、硬質粒は、その径が
10μm以上300μm以下であることが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の半導体基板用研磨布のド
レッサーは、酸性スラリーに対する耐久性が改善された
結果、寿命が長くなり、研磨速度の低下や硬質粒の脱落
によるスクラッチ傷を最小限に抑えることができる。そ
の結果、加工精度が高く、歩留まりの高い半導体基板お
よび半導体の製造が低コストで可能となる。

【００１３】発明者らは、接合合金中に、チタン、ジル
コニウム、クロム、タンタルおよびニオブの内より選ば
れた、少なくとも1種を30質量%超含有することによっ
て、メタルCMPスラリー中で接合合金表面に強固な不動
態被膜が形成され、メタルCMPスラリーに対する耐食性
が著しく向上することを見いだした。また、硬質砥粒と
接合合金との界面にチタン、ジルコニウム、クロム、タ
ンタルおよびニオブなどの金属の富裕層が形成され、著
しく接合強度が上昇するすることも見いだした。

【００１４】ろう付け合金の厚さは，硬質砥粒径の0.1
倍以上、1.5倍以下の厚さが適当である。0.1倍より薄す
ぎると硬質砥粒とろう付け合金との接合強度が低くな
る。また、1.5倍より厚すぎると、硬質砥粒が接合合金
中に埋没してしまい、十分なドレッシングができない。

【００１５】硬質砥粒の径は、10μm以上300μm以下と
することが好ましい。10μm未満の硬質砥粒では充分な
研磨速度が得られず、300μmであれば充分な研磨速度が
得られる。また、10μm未満の微粒の硬質砥粒では凝集
し易い傾向があり、凝集してクラスターを形成すると脱
落し易くなり、スクラッチ傷の原因となる。300μm超の
粗粒の硬質砥粒では、ドレッシングの実施時に研磨布へ
の傷が導入され易くなる。

【００１６】この硬質砥粒は、立方晶窒化ホウ素、炭化
ホウ素、炭化珪素または酸化アルミニウムより選ばれた
1種からなる硬質砥粒であることが望ましい。

【００１７】支持部材の材質は、数百℃から千数百℃の
熱処理に耐える材質でなければならない。例えば、各種
金属、合金やセラミックスなどが適当である。

【００１８】ドレッサーの表面に酸化性および耐酸性の
高い被膜を被覆すれば、より一層のメタルCMPにおける
長寿命化を実現できる。酸化性および耐酸性の高い薄膜
としては、フッ素樹脂などの有機物膜、金、白金、ロジ
ウムなどの貴金属膜、窒化クロム、炭化クロムなどのセ
ラミックス膜および酸化物ガラスからなるガラス膜など
である。

【００１９】また、本発明によって製作されたドレッサ
ーは酸化膜CMPにも適用可能であることは明らかであ
る。

【００２０】

【実施例】平均粒径150μmの硬質砥粒および表1に示し
た組成の合金を用いて、10-5Torrの真空中でろう付けを
行い、ドレッサーを作製した。

【００２１】上記の発明したドレッサー及び比較例とし
てNi電着の従来ドレッサーを用いて、表面にタングステ
ン薄膜をCVDで作成したシリコンウエーハの研磨実験を
行った。研磨枚数は100枚である。スラリーはシリカを
砥粒としたpH=2.3の過酸化水素系スラリーを用いた。研
磨時間は2分間、ドレッシングは1回の研磨毎に、1分間
行った。50枚毎に研磨速度の測定を行い、100枚研磨後
に、脱落した硬質粒によるスクラッチ傷が発生したウエ
ーハ数を調査した。結果を図１の表１に示す。

【００２２】スクラッチ傷の発生したウエハーは、従来
ドレッサーが8枚に対して、発明品では0枚であった。本
発明によるドレッサーは、従来のNi電着ドレッサーに比
べて大幅にウエーハ表面のスクラッチ傷発生が低下し
た。また、使用後のドレッサーの表面状態を目視および
走査型電子顕微鏡で観察したところ、従来ドレッサーで
はスラリーによる腐食のため、ニッケルの表面は変色し
ており、凸凹が激しく、脱落しかけた多くのダイヤモン
ドが観察された。一方、本発明によるドレッサーでは、
スラリーによる腐食はなく、接合金属の変色は見られ
ず、その表面は使用前と変わらずスムーズであり、脱落
しそうな硬質砥粒もない。このため，本発明のドレッサ
ーを使用することにより、高い歩留まりの半導体基板製
造が実現できる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によって，メタルCMP用スラリー
に対する耐久性が大幅に向上したドレッサーが得られ
た。本発明のドレッサーを用いることにより、ドレッサ
ーの寿命が延び、ドレッサーに関するコスト削減に有効
であるのみならず、頻繁にドレッサーを交換する必要が
なくなるので、スループットが向上し、CMP工程全体に
対するコスト削減が実現できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】測定結果を示す表である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チタン、ジルコニウム、クロム、タンタ
ルおよびニオブから選ばれた少なくとも1種を30質量%超
含有した接合合金により、支持部材に硬質砥粒が単層、
ろう付けされてなることを特徴とする半導体基板用研磨
布のドレッサー。
【請求項２】前記硬質砥粒が立方晶窒化ホウ素、炭化
ホウ素、炭化珪素または酸化アルミニウムより選ばれた
1種からなる硬質砥粒であることを特徴とする請求項1記
載の半導体基板用研磨布のドレッサー。