JP2001162540A

JP2001162540A - 半導体基板用研磨布のドレッサー

Info

Publication number: JP2001162540A
Application number: JP35178699A
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20質
量%超含有した合金により、支持部材に、ダイヤモンド
砥粒が単層、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、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】本技術に関して、これまで本出願人は以下
の提案を行っている。即ち、特開平10-12579号公報にお
いて、金、銀、銅およびチタンから選ばれる1種以上を
含有する融点700〜1100℃の合金により、支持部材にダ
イヤモンド粒がろう付けされた半導体基板用研磨布のド
レッサーを提案した。これはダイヤモンド粒の脱落を防
ぐことを目的とした技術である。

【０００６】次に、特開平10-175156号公報で、チタ
ン、ジルコニウムおよびクロムの内より選ばれた少なく
とも1種を0.5〜20質量%含有する融点650〜1200℃の合金
により、支持部材にダイヤモンド粒がろう付けされた半
導体基板用研磨布のドレッサーを提案した。これもまた
特開平10-12579号公報と同じく、ダイヤモンド粒の脱落
を防ぐことを目的とした技術である。

【０００７】さらに、特願平11-138513号においては、
接合合金の耐酸化性および耐酸性を向上させるために
は、0.5〜20質量%含有されるチタン，ジルコニウムおよ
びクロムの内より選ばれた少なくとも１種を含む合金中
に金、白金および銀などの貴金属を少なくとも30質量%
以上含有させることが必須であることを明らかにした。
つまり、特願平11-138513号においては、接合合金に貴
金属を規定量以上含有させることにより、その耐酸化性
および耐酸性を向上させた。

【０００８】

【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。

【０００９】出願人が提案した特開平10-12579号公報及
び特開平10-175156号公報のドレッサーは、ダイヤモン
ド粒の脱落を防ぐことを主目的としており、酸化剤を含
む酸性スラリーに対する耐久性が必ずしも十分ではない
場合があった。

【００１０】また、特願平11-138513号においては、接
合合金に貴金属を規定量以上含有させることにより、そ
の耐酸化性および耐酸性を向上させたドレッサーを提案
した。しかし、多量に貴金属を含有する接合合金は高価
であるため、ドレッサー製造コストが高くなる。そこ
で、耐酸化性および耐酸性に優れた、より安価な接合合
金を使用したドレッサーの開発が望まれていた。

【００１１】したがって、本発明はダイヤモンド粒の保
持能力を有すると共に、耐酸化性および耐酸性にも優れ
た安価なドレッサーを提供することを目的としている。

【００１２】

【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。

【００１３】即ち、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20質量%以上含有した合金により、支持部材に、ダ
イヤモンド砥粒が単層、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。

【００１４】ここで、好ましくは、ダイヤモンド粒は、
その径が10μm以上300μm以下であることが好ましい。

【００１５】

【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、研磨速度の低下やダイヤモンド
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。

【００１６】発明者は、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20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、チタン、ジルコ
ニウム、クロム、タンタルおよびニオブなどは、炭化チ
タン、炭化ジルコニウム、炭化クロム、炭化タンタルお
よび炭化ニオブなどの炭化物を生成しやすく、これらの
炭化物がダイヤモンドと接合合金との界面に生成するこ
とにより、ダイヤモンドの接合に有効な金属である。

【００１７】ろう付け合金の厚さは、ダイヤモンド粒径
の0.1倍以上、1.5倍以下の厚さが適当である。0.1倍よ
り薄すぎるとダイヤモンド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、ダイヤモン
ド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。

【００１８】ダイヤモンド粒の径は、10μm以上300μm
以下とすることが好ましい。10μm未満のダイヤモンド
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未満の微粒のダイヤ
モンド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超の粗粒のダイヤモンドでは、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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】

【実施例】平均粒径150μmのダイアモンド砥粒及び表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。

【００２３】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、脱落したダイヤモンド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。

【００２４】スクラッチ傷の発生したウエハーは従来ド
レッサー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
なダイヤモンドもない。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。

【００２５】

【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安価なドレッサーが得
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20質量%超
含有した接合合金により、支持部材にダイヤモンド砥粒
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。