JP2002187065A - ドレッサー、ドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法、及びドレッサー製造方法 - Google Patents
ドレッサー、ドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法、及びドレッサー製造方法Info
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Abstract
るとともに、安定したドレッサー特性が得られるように
する。 【解決手段】 半導体基盤用研磨布のドレッサーは、支
持部材1と、支持部材1の面上にろう付けされた複数の
ダイヤモンド粒2とからなり、備支持部材1の表面にお
いて、正方形で作られる単位格子Aの各頂点にダイヤモ
ンド粒2を配置、或いは、正三角形で作られる単位格子
Bの各頂点にダイヤモンド粒2を配置している。ダイヤ
モンド粒2の配列方法としては、例えば、接着剤4を塗
布した支持部材1の表面上に、規則的に配列させられた
貫通穴6の形成された配列板5を載置した状態で、配列
板5上にダイヤモンド粒2を散布する。ダイヤモンド粒
2が全ての貫通穴6に入り込んだならば、余分なダイヤ
モンド粒2を取り除いた後、配列板5を支持部材1の表
面から取り外す。
Description
磨布の目詰まりを解消し、異物を除去するのに使用され
るドレッサー、ドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方
法、及びドレッサー製造方法に関する。
P(Chemical Mechanical Polishing)と呼ばれる研磨方
法が提案されている。CMP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
ものであり、シリコンウェハの仕上げポリッシング工程
で広く使用されている。
い、集積回路を製造する所定の段階で、ウェハ表面やウ
ェハ表面に導電体・誘電体層が形成された半導体基板表
面を研磨することが必要になってきた。半導体基板は、
研磨されて、高い隆起や結晶格子損傷、引っかき傷、粗
さ等の表面欠陥、又は埋もれた異物粒子が除去される。
通常、この工程は、ウェハ上に種々の素子及び集積回路
を形成する間に行われる。この研磨工程では、シリコン
ウェハの仕上げポリッシング工程と同様に、研磨速度と
無欠陥であることの両立が必要である。化学スラリーを
導入することにより、半導体表面により大きな研磨除去
速度及び無欠陥性が与えられる化学的かつ機械的平坦化
が行われる。
うに、例えば5〜300nm程度の粒径を有するシリカ
粒子を苛性ソーダ、アンモニア及びアミン等のアルカリ
溶液に懸濁させてPH9〜12程度に化学スラリー10
1と、ポリウレタン樹脂等からなる研磨布102とが用
いられる。研磨時には、化学スラリー101を流布しな
がら、半導体基板103を研磨布102に適当な圧力で
当接させ、同図の矢印に示すように相対回転させること
により研磨が行われる。
法としては、研磨布102に水又は化学スラリーを流し
ながら、ドレッサーを用いたブラッシングを行って、研
磨布102の目詰まりを解消し、異物を除去していた。
ドレッサーを用いたブラッシングは、半導体基板103
の研磨が終わった後に、ドレッサーを研磨布102に当
接させるか、或いは、半導体基板103の研磨と同時
に、半導体基板103が当接する位置とは別の位置でド
レッサーを研磨布102に当接させるかして行われる。
シングに用いられるドレッサーでは、図9に示すよう
に、円板状の支持部材201の表面に、硬質砥粒として
ダイヤモンド粒202を人手で撒く等して適当に均一に
分布させた後、これらダイヤモンド粒202を固着させ
ていた。
ンド粒202を散布したとしても、その分布には粗密が
できてしまう。このようにダイヤモンド粒202の分布
に粗密ができたドレッサーを使用すると、ダイヤモンド
粒202の集合部分(密部分)に化学スラリー中の砥粒
が凝集しやすくなってしまう。そして、その砥粒の凝集
が研磨布(図8中102)に付着し、半導体基板(図8
中103)にミクロスクラッチ傷をつけてしまうといっ
た深刻な問題を引き起こしていた。
布は、ドレッサー固体間での相違の原因となり、安定し
たドレッサー特性の発現が妨げられていた。
ものであり、半導体基板表面のミクロスクラッチ傷を抑
えるとともに、安定したドレッサー特性が得られるよう
にすることを目的とする。
支持部材と、前記支持部材の面上に設けられた複数の硬
質砥粒とを備えたドレッサーであって、前記複数の硬質
砥粒が前記支持部材の面上に規則的に配列させられてい
る点に特徴を有する。
るところは、前記硬質砥粒が、前記支持部材の面上で正
方形で作られる単位格子の各頂点に配置される点にあ
る。
るところは、前記硬質砥粒が、前記支持部材の面上で正
三角形で作られる単位格子の各頂点に配置される点にあ
る。
材と、前記支持部材の面上に設けられた複数の硬質砥粒
とを備えたドレッサーであって、前記硬質砥粒が存在す
る一定面積の領域間で、前記硬質砥粒の密度のばらつき
が±50%以内である点に特徴を有する。
るところは、前記硬質砥粒はダイヤモンド粒である点に
ある。
るところは、チタン、クロム、又はジルコニウムより選
ばれた1種以上を0.5〜20wt%含む融点650℃
〜1200℃の合金を用いて、前記ダイヤモンド粒を金
属及び/又は合金からなる前記支持部材に、単層、ろう
付けし、前記ダイヤモンド粒と前記合金との界面にチタ
ン、クロム、又はジルコニウムより選ばれた金属の炭化
物層が形成されている点にある。
配列方法は、規則的に配列させられた複数の貫通穴が形
成された薄板状の配列部材を被配列面上に位置させる手
順と、前記配列部材の各貫通穴に硬質砥粒を入れ込む手
順とを有する点に特徴を有する。
砥粒の配列方法の他の特徴とするところは、前記被配列
面は、ドレッサーを構成する支持部材の表面である点に
ある。
硬質砥粒の配列方法は、複数の硬質砥粒を規則的に配列
させた状態で保持部材に保持する手順と、前記保持部材
により保持された硬質砥粒を、ドレッサーを構成する支
持部材の表面に転写する手順とを有する点に特徴を有す
る。
砥粒の配列方法の他の特徴とするところは、前記保持部
材には前記硬質砥粒を保持するための第1の接着手段を
設け、前記支持部材の表面には第2の接着手段を設け、
これら第1、2の接着手段の性質に差を持たせた点にあ
る。
ッサーに使用する硬質砥粒の配列方法を利用して前記硬
質砥粒を前記支持部材の表面上に配列させた後、前記硬
質砥粒を前記支持部材の表面に固着する点に特徴を有す
る。
砥粒の分布に粗密がなくなるので、当該ドレッサーを使
用しても、硬質砥粒の密部分にスラリー中の砥粒が凝集
してしまうようなことがない。
半導体基板用研磨布のドレッサー、半導体基板用研磨布
のドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法、及びドレ
ッサー製造方法の実施の形態について説明する。
る。同図に示すように、ステンレス鋼等からなる円板状
の支持部材1の表面には、硬質砥粒としてダイヤモンド
粒2が固着されている。なお、図1に示す外観は一例で
あり、支持部材1の表面全てにダイヤモンド粒2が存在
しなくてもよく、例えば、支持部材1の表面に化学スラ
リーを逃すための逃し溝を形成する等してもよい。
図であり、ダイヤモンド粒2の配列を示す。図2に示す
ものは、ダイヤモンド粒2を碁盤状に配列したものであ
り、支持部材1の表面において、正方形で作られる単位
格子Aの各頂点にダイヤモンド粒2を配置している。換
言すれば、同図において一点鎖線で示すように、一定の
間隔をおいて平行に並ぶ第1の直線群L1と、一定の間
隔をおいて平行に並び、前記第1の直線群L1と90度
の角度を持って交わる第2の直線群L2(図1中の横
線)とを考え、これら直線群L1、L2の交点にダイヤモ
ンド粒2を配置している。
ニカム状に配列したものであり、支持部材1の表面にお
いて、正三角形で作られる単位格子Bの各頂点にダイヤ
モンド粒2を配置している。換言すれば、同図において
一点鎖線で示すように、一定の間隔をおいて平行に並ぶ
第3の直線群L3と、一定の間隔をおいて平行に並び、
前記第3の直線群L3と120度の角度を持って交わる
第4の直線群L4とを考え、これら直線群L3、L4の交
点にダイヤモンド粒2を配置している。
2に対して、上下左右方向に隣り合う4つのダイヤモン
ド粒2までの距離がrとなり、また、斜め方向に隣り合
う4つのダイヤモンド粒2までの距離が(√2)rとな
る。
2に対して、隣り合う6つのダイヤモンド粒2までの距
離が全てrとなる。したがって、図3に示す配列の方が
ダイヤモンド粒2の分布がより厳密な意味で均一とな
り、より優れたドレッサー特性を得ることができる。
粒2の配列方法について説明する。本実施の形態では、
次の2通りの方法により、ダイヤモンド粒2を配列させ
ている。
材3が設けられた支持部材1の表面に、接着剤4を塗布
しておく。そして、接着剤4を塗布した支持部材1の表
面上に配列板5を載置して、マスキングする。
ヤモンド粒2を配列させるための貫通穴6が形成されて
いる。すなわち、配列板5には、図2、3に示す配列と
同様に貫通穴6が配列させられている。貫通穴6の口径
Xは、ダイヤモンド粒2のサイズDに対して、1.0D
<X<2.0Dとなっており、1つの貫通穴6に1個以
上のダイヤモンド粒2が同時に入り込まないようにして
いる。なお、配列板5の周囲には、飛散防止用壁5aが
設けられている。
材1の表面に載置した状態で、配列板5上にダイヤモン
ド粒2を散布する。このとき、配列板5に適当な振動を
加える等して、ダイヤモンド粒2が全ての貫通穴6に入
り込むようにする。全ての貫通穴6にダイヤモンド粒2
が入り込んだならば、配列板5上の余分なダイヤモンド
粒2をはけ等を用いて取り除く。その後、配列板5を支
持部材1の表面から取り外せば、ダイヤモンド粒2は、
図2、3に示すように配列された状態で支持部材1の表
面上に残ることになる。
ダイヤモンド粒2を配列させたならば、単層、ろう付け
を行い、ダイヤモンド粒2を固定する。このろう付けの
際に、支持部材1の表面に塗布された接着剤4はろう材
3への加熱によって昇華し、支持部材1の表面上に残留
しない。
わりに、ワイヤで編まれたメッシュを用いてもよい。す
なわち、メッシュの各開口部分を配列板5でいう貫通穴
6として使用し、該開口部分にダイヤモンド粒2を入れ
込んで、支持部材1の表面に配列させる。
ダイヤモンド粒2を支持部材1の表面に直接的に配列す
るのではなく、粘着シート等の保持部材にいったん配列
させてから、支持部材1の表面に転写するようにしてい
る。
ダイヤモンド粒2を配列させるための凹部8が形成され
ている。すなわち、配列板7には、図2、3に示す配列
と同様に凹部8が配列させられている。なお、凹部8の
口径Xを、ダイヤモンド粒サイズDに対して、1.0D
<X<2.0Dとすることは、前記第1の方法で述べた
貫通穴6と同じである。
する。このときも、前記第1の方法で説明したように、
配列板7に適当な振動を加える等して、ダイヤモンド粒
2が全ての凹部8に入り込むようにする。全ての凹部8
にダイヤモンド粒2が入り込んだならば、配列板7上の
余分なダイヤモンド粒2をはけ9等を用いて取り除く。
着シート10を貼り付ける。そして、図6(b)に示す
ように、配列板7の上下を逆にする等して、粘着シート
10を剥がすと、粘着シート10にダイヤモンド粒2が
配列された状態で保持されることになる。
保持する粘着面を、接着剤4が塗布された支持部材1の
表面に貼り合わせるようにする。したがって、図7に示
すように、ダイヤモンド粒2は、一端が粘着シート10
側で、他端が支持部材1の表面側で支持された状態とな
る。その後、支持部材1の表面側にダイヤモンド粒2を
残し、粘着シート10だけを取り除けば、ダイヤモンド
粒2を支持部材1の表面上に配列させることができる。
は、例えば、粘着シート10の接着材の溶解性と、支持
部材1側の接着剤4の溶解性とに差を持たせておけばよ
い。この場合、図7に示す状態で粘着シート10の接着
剤が溶けるような環境にすれば、支持部材1側の接着剤
4は保持力を維持したまま、粘着シート10の接着材だ
けを溶かし、粘着シート10だけを取り除くことができ
る。
ダイヤモンド粒2を配列させたならば、単層、ろう付け
を行い、ダイヤモンド粒2を固定する。このろう付けの
際に、支持部材1の表面に塗布された接着剤4はろう材
3への加熱によって昇華し、支持部材1の表面上に残留
しない。
を形成するようにしたが、貫通穴としてよい。この場
合、図4に示す支持部材1を粘着シート10に変更すれ
ば、粘着シート10にダイヤモンド粒を配列させること
ができるので、それを支持部材1の表面に転写すればよ
い。
ダイヤモンド粒を規則的に配列させているので、ダイヤ
モンド粒の分布に粗密がなく、当該ドレッサーを使用し
ても、ダイヤモンド粒の密部分にスラリー中の砥粒が凝
集することがなくなり、半導体基板表面のミクロスクラ
ッチ傷を最小限に抑えることができる。また、ドレッサ
ー間での固体差がなくなり、安定したドレッサー特性を
得ることができる。
ようにダイヤモンド粒を配列させたが、ダイヤモンド粒
の分布に粗密ができないようにするといった点からいえ
ば、図2、3に示す以外の配列でも、ダイヤモンド粒の
密度について一定の規則を有するようにすればよい。例
えば、支持部材1の表面のうちダイヤモンド粒2が存在
するエリアにおいて、ダイヤモンド粒2が平均数個〜数
十個、例えば20個存在するある一定面積の領域間で、
ダイヤモンド粒2の密度のばらつきが±50%以内に収
まっていればよい。
質砥粒としてダイヤモンド粒2を用いたが、その他の材
質、例えば立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化珪素又
は酸化アルミニウム等からなるものであってもよい。
固着方法としては、ろう付け以外の方法、例えばニッケ
ル電着等により固着させてもよい。
粒をろう付けにより固着する方法について説明すると、
ろう材として、チタン、クロム、又はジルコニウムより
選ばれた1種以上を0.5〜20wt%含む融点650
℃〜1200℃の合金を用いることにより、ダイヤモン
ド粒とろう付け合金との界面に当該金属の炭化物層が形
成される。ろう材に含まれるチタン、クロム、又はジル
コニウムより選ばれた1種以上を0.5〜20wt%と
するのは、0.5wt%より少ない含有量ではダイヤモ
ンド−ろう付け合金の界面に当該金属の炭化物層が形成
されないためであり、20wt%添加すれば十分な接合
強度を示す炭化物層が形成されるためである。
の合金とするのは、650℃未満のろう付け温度では、
接合強度が得られず、1200℃超のろう付け温度で
は、ダイヤモンドの劣化が起こるので好ましくないから
である。
0.2〜1.5倍の厚さが適当である。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り、厚
すぎると、ろう材と支持部材との剥離が起こりやすくな
るためである。
μmとすることが好ましい。50μm未満の微粒ダイヤ
モンド粒では、十分な研磨速度が得られず、また、凝集
しやすい傾向があり、脱落しやすくなるためである。ま
た、300μm超の粗粒のダイヤモンド粒では、研磨時
の応力集中が大きくなり、脱落しやすくなるためであ
る。
し、フェライト系ステンレス製の支持部材にAg−Cu
−3Zr(融点:800℃)のろう付け金属を用いて、
10 -5Torrの真空中、ろう付け温度850℃で30
分間保持し、単層、ろう付けした。ドレッサーは、従来
タイプA(ダイヤモンド粒を人手で撒いたもの)、タイ
プB(図2示す碁盤状配列)、タイプC(図3に示すハ
ニカム状配列)の3つのタイプについて、それぞれ10
枚づつ準備した。
TEOS膜付き半導体ウェハについて研磨実験を行っ
た。すなわち、A、B、Cの各タイプについて、100
枚づつ研磨を行った。ドレッシングは、1回の研磨ごと
に2分間行った。
0枚ごとに1枚づつ、計10枚のウェハについてミクロ
スクラッチの数を計測した。タイプAのドレッサーを使
用した場合におけるミクロスクラッチ傷の数を100と
すると、タイプB、Cのドレッサーを使用した場合にお
けるミクロスクラッチ傷の数の相対値は、それぞれ2
6、17となった。
ーでは、Aタイプの従来のドレッサに比べて、ウェハ表
面のミクロスクラッチ傷を大幅に減少させられることが
わかった。また、ドレッサー間でのドレッサー特定の差
が小さいので、安定した量産CMPプロセスを実現する
ことが可能となる。
ドレッサーを使用しても硬質砥粒の密部分にスラリー中
の砥粒が凝集してしまうことがなくなり、半導体基板表
面のミクロスクラッチ傷を最小限に抑えることができ
る。また、ドレッサー間での固体差がなくなり、安定し
たドレッサー特性を得ることができるので、安定した量
産CMPプロセスを実現することが可能となる。
る。
る。
を説明するための図である。
を説明するための図である。
を説明するための図である。
ある。
Claims (11)
- 【請求項1】 支持部材と、前記支持部材の面上に設け
られた複数の硬質砥粒とを備えたドレッサーであって、 前記複数の硬質砥粒が前記支持部材の面上に規則的に配
列させられていることを特徴とするドレッサー。 - 【請求項2】 前記硬質砥粒が、前記支持部材の面上で
正方形で作られる単位格子の各頂点に配置されることを
特徴とする請求項1に記載のドレッサー。 - 【請求項3】 前記硬質砥粒が、前記支持部材の面上で
正三角形で作られる単位格子の各頂点に配置されること
を特徴とする請求項1に記載のドレッサー。 - 【請求項4】 支持部材と、前記支持部材の面上に設け
られた複数の硬質砥粒とを備えたドレッサーであって、 前記硬質砥粒が存在する一定面積の領域間で、前記硬質
砥粒の密度のばらつきが±50%以内であることを特徴
とするドレッサー。 - 【請求項5】 前記硬質砥粒はダイヤモンド粒であるこ
とを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のド
レッサー。 - 【請求項6】 チタン、クロム、又はジルコニウムより
選ばれた1種以上を0.5〜20wt%含む融点650
℃〜1200℃の合金を用いて、前記ダイヤモンド粒を
金属及び/又は合金からなる前記支持部材に、単層、ろ
う付けし、前記ダイヤモンド粒と前記合金との界面にチ
タン、クロム、又はジルコニウムより選ばれた金属の炭
化物層が形成されていることを特徴とする請求項5に記
載のドレッサー。 - 【請求項7】 規則的に配列させられた複数の貫通穴が
形成された薄板状の配列部材を被配列面上に位置させる
手順と、 前記配列部材の各貫通穴に硬質砥粒を入れ込む手順とを
有することを特徴とするドレッサーに使用する硬質砥粒
の配列方法。 - 【請求項8】 前記被配列面は、ドレッサーを構成する
支持部材の表面であることを特徴とする請求項7に記載
のドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法。 - 【請求項9】 複数の硬質砥粒を規則的に配列させた状
態で保持部材に保持する手順と、 前記保持部材により保持された硬質砥粒を、ドレッサー
を構成する支持部材の表面に転写する手順とを有するこ
とを特徴とするドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方
法。 - 【請求項10】 前記保持部材には前記硬質砥粒を保持
するための第1の接着手段を設け、前記支持部材の表面
には第2の接着手段を設け、これら第1、2の接着手段
の性質に差を持たせたことを特徴とする請求項9に記載
のドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法。 - 【請求項11】 請求項7〜10のいずれか1項に記載
のドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法を利用して
前記硬質砥粒を前記支持部材の表面上に配列させた後、
前記硬質砥粒を前記支持部材の表面に固着することを特
徴とするドレッサー製造方法。
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