JP2003309094A - Ｃｍｐ加工用ドレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＭＰ加工による半導体ウエハなどの表面仕
上げに用いる研磨布をドレッシングするためのドレッサ
において、従来のドレッサと同等以上の切れ味と加工精
度を維持したうえで、砥粒の保持力と耐薬品性を向上さ
せる。 【解決手段】 母材１１の表面に砥粒１３をろう付けに
より固着したドレッサのろう材層１４の表面に、ろう材
中に含まれる金属の少なくとも１種の金属を含む金属ま
たは金属酸化物とガラスとを主成分とする中間層１５を
介して、ガラスを主成分とするコーティング層１６を施
したことにより、強酸性、強アルカリ性の研磨剤が使用
されたときでも、ろう材層１４および母材１１の金属が
研磨剤によって浸食されることがなく、また、中間層１
５とろう材層１４、中間層１５とコーティング層１６の
密着性が高いので、ポリッシング中にコーティング層１
６および中間層１５が剥離するおそれがない。

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ＬＳＩデバ
イスの平坦化に用いられるポリッシャのドレッシングに
好適なＣＭＰ加工用ドレッサに関する。

【０００２】

【従来の技術】電子部品や光学部品の超精密、高品位仕
上げのために行われるポリッシングは、ポリッシャの研
磨布上に軟質砥粒を散布して被加工物を押し付けること
により実施され、軟質砥粒と被加工物間の化学的、機械
的作用により材料除去が行われる。最近ではＣＭＰ（Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ ＆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉ
ｓｈｉｎｇ）と称される技術が注目を浴びている。この
ＣＭＰ加工装置としては、たとえば特開平７−２９７１
９５号公報や特開平９−１１１１１７号公報に記載の装
置がある。

【０００３】このようなＣＭＰ加工装置により半導体ウ
エハをポリッシングする場合、ポリッシャとしては一定
の弾性率、繊維形状、形状パターンを持ったポリウレタ
ン製の研磨布が使用される。ポリッシングは機械加工と
しては最終工程であり、平面度１μｍ前後、面粗度Ｒ_Ｚ
１０Åレベルが達成されなければならない。

【０００４】このようなポリッシング工程において、安
定した加工性能を維持するためには研磨布表面の定期的
修正が必要であり、ドレッサを使用してＣＭＰ加工と同
時に、または定期的に研磨布表面の劣化層を除去すると
ともに、適正な面状態を得るようにしている。このドレ
ッサとしては、ダイヤモンド砥粒などを母材に固着した
ドレッサが使用されている。

【０００５】このドレッサの母材への砥粒の固着方法に
は、ろう付けによる固着、電着による固着、無機質結合
材による固着があり、それぞれ長所と短所を有してい
る。ここで、砥石の切れ味の面からみると、電着による
固着および無機質結合材による固着の場合は、砥粒の突
き出し量が小さく、ろう付けによる固着の場合に比して
切れ味に劣るので、切れ味を重視する場合はろう付けに
より砥粒を固着した砥石が有利である。

【０００６】図４は従来のドレッサの一例としてディス
クタイプのドレッサを示す斜視図であり、ダイヤモンド
砥粒をろう付けによって鉄製母材に固着させたプレート
３０をフランジ４１に取り付け、裏面からネジで固定し
てドレッサ４０としたものである。このドレッサ４０
を、図５に示すようなＣＭＰ加工装置のポリッシャ５０
表面の研磨布５１に押し付けてドレッシングを行う。な
お図中、６０はシリコンウエハなどの被研磨材の吸着盤
であり、７０は研磨剤の供給装置である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体ウエ
ハのＣＭＰ加工においては、被研磨物の材質に応じて強
酸から強アルカリにわたる広い範囲のｐＨをもった研磨
剤が用いられる。このため、研磨布表面のドレッシング
の際に、研磨布表面に付着残留する強酸性あるいは強ア
ルカリ性の研磨剤によりドレッサのろう材層および母材
の金属が侵されて、金属成分が研磨布表面に溶出すると
いう問題がある。また、ろう材層の浸食によりダイヤモ
ンドなどの砥粒が脱落し、この脱落した砥粒が研磨布表
面に付着して半導体ウエハの表面にスクラッチ傷などの
損傷を与えるという問題がある。

【０００８】このような問題に対して、特開平１０−１
１８９１４号公報には、電着法またはろう付け法により
金属でダイヤモンド砥粒をドレッサ基板に固着した前記
金属の面にセラミックコーティング膜を施したドレッサ
が記載されている。このドレッサによれば、砥粒の脱落
による半導体ウエハや研磨布のスクラッチ傷を最小限に
抑えることができる、とされている。

【０００９】また、特開２０００−６１８１３号公報に
は、ダイヤモンド砥粒をニッケルめっきまたはろう材を
主成分とする結合材により単層固着したドレッサの台金
の露出表面または結合材の露出表面の少なくとも一方
を、硬質粒子を含有させた樹脂皮膜により被覆したドレ
ッサが記載されている。このドレッサによれば、砥粒の
脱落が少なくなるとともに、台金の熔解による半導体ウ
エハの汚染がなくなる、とされている。

【００１０】また、特開２０００−９４３２４号公報に
は、ダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒を台金の作用面に金
属結合材を用いて固着したのち、電着塗装法により作用
面の金属部分を樹脂層で被覆したドレッサが記載されて
いる。このドレッサでは、樹脂層による被覆は金属部分
のみに施され、砥粒が樹脂層によって被覆されることが
ないので、長時間を要する石出し作業を行う必要がない
という利点がある、とされている。

【００１１】しかしながら、ろう材層の表面にセラミッ
クコーティング膜を施すには、イオンプレーティングや
ＣＶＤ法の手法を採用することになるが、砥石表面はダ
イヤモンド砥粒を含んでいるため三次元的に凹凸があ
り、イオンプレーティングやＣＶＤ法ではミクロ的に照
射影が存在し、その部分から強酸性、強アルカリ性の研
磨剤により浸食される危険性が高く、耐薬品性が充分と
はいえない。

【００１２】また、ろう材層の表面に施した樹脂皮膜は
耐摩耗性が低い材料であるので、研削中に発生した切粉
が樹脂皮膜を削り取ってしまい、皮膜がなくなった部分
から浸蝕される、という問題がある。

【００１３】本発明において解決すべき課題は、ＣＭＰ
加工による半導体ウエハなどの表面仕上げに用いる研磨
布をドレッシングするためのドレッサにおいて、従来の
ドレッサと同等以上の切れ味と加工精度を維持したうえ
で、砥粒の保持力と耐薬品性を向上させることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のＣＭＰ加工用ド
レッサは、母材の表面に砥粒をろう付けにより固着した
ドレッサのろう材層の表面に、ろう材中に含まれる金属
の少なくとも１種の金属を含む金属または金属酸化物と
ガラスとを主成分とする中間層を介して、ガラスを主成
分とするコーティング層を施したことを特徴とする。

【００１５】砥粒をろう付け法によって母材に固着した
ドレッサは、ダイヤモンド粒などの砥粒が活性金属含有
銀ろう、Ｔｉろうなどのろう材によって鉄などの母材に
保持されているものである。本発明のドレッサにおいて
は、ろう材層の最外面にガラスを主成分とするコーティ
ング層を施すことにより、ＣＭＰ加工において強酸性、
強アルカリ性の研磨剤が使用されたときでも、ろう材層
および母材の金属が研磨剤によって浸食されることがな
く、金属成分の溶出や砥粒の脱落が防止される。

【００１６】さらに、ろう材層とコーティング層との間
に、ろう材中に含まれる金属の少なくとも１種の金属を
含む金属または金属酸化物とガラスとを主成分とする中
間層を設けているので、ろう材層と中間層との密着性、
および中間層とコーティング層との密着性が高い。上記
のような中間層を設けることなくろう材層の表面に直接
ガラス成分をコーティングした場合は、ろう材層とガラ
スとの間に高い密着性が得られにくく、ポリッシング中
にコーティング層の一部が剥離するおそれがある。もし
コーティング層の一部でも剥離すると、研磨剤によって
ろう材や母材が浸食されるだけでなく、半導体ウエハな
どのＣＭＰ加工材にスクラッチなどの損傷を与えること
になるので、剥離が生じないようにする必要がある。本
発明のドレッサでは、中間層にろう材中の金属成分が含
まれているので中間層とろう材層の密着性が高く、また
中間層にコーティング層中のガラス成分が含まれている
ので中間層とコーティング層の密着性が高く、ポリッシ
ング中にコーティング層および中間層が剥離するおそれ
がない。

【００１７】ここで、中間層およびコーティング層の原
料のガラスとしては、リン酸塩ガラス、珪酸塩ガラス、
ほう珪酸ガラスなどを用いることができるが、とくに化
学的耐久性、熱的性質の面から、ほう珪酸ガラスを用い
るのが望ましい。また、ほう珪酸ガラスはガラス転移点
が比較的低く、ろう材の成形温度よりも低い温度でガラ
スが被覆面全体に広がり、均一に被覆することができ
る。

【００１８】中間層の原料としての金属または金属酸化
物は、ろう材中の金属のうちの１種以上の金属、たとえ
ばＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏなどの金属またはその酸化物を用い
る。中間層にコーティング層とろう材層の成分がそれぞ
れ含まれているので、前記したように中間層とコーティ
ング層との間、中間層とろう材層との間の密着性が高く
なる。

【００１９】また、前記ほう珪酸ガラスなどは、熱膨張
係数が８０×１０^−７〜９０×１０ ^−７／℃程度であ
り、ろう材の熱膨張係数は９０×１０^−７〜１００×１
０^−７／℃程度であるので、両者の成分を主成分とする
中間層の熱膨張係数は両者の熱膨張係数の中間に位置す
ることになり、ろう材層とガラスコーティング層との間
に中間層を設けることによって、熱膨張係数の差に起因
するコーティング層の割れや剥離を防止する効果もあ
る。

【００２０】中間層とコーティング層は、中間層用の塗
材とコーティング層用の被覆材をろう材層の表面に二層
に被覆して、軟化点以上に加熱することにより、ろう材
層の表面に中間層とコーティング層を形成することがで
きるので、イオンプレーティングやＣＶＤ法などによる
コーティングの場合のような、照射影により未被覆部分
が形成されるという問題は発生しない。

【００２１】中間層とコーティング層の厚さは、両者の
合計層厚を砥粒の粒径の１／２以下とするのが望まし
い。この合計層厚が砥粒粒径の１／２より大きいと、砥
粒の突出量およびチップポケットが小さくなるので、切
れ味が低下したり切粉の溶着が生じたりするので好まし
くない。層厚は少なくとも５μｍ以上とするのが望まし
い。層厚が５μｍ未満であると、ろう材層表面の凹凸な
どによる膜欠陥が生じやすくなり耐薬品性が低下する。
中間層とコーティング層の厚さの割合はとくに限定はさ
れないが、ドレッサの寿命の点からは中間層の厚さより
もコーティング層の厚さを厚くするのが好ましい。

【００２２】さらに前記コーティング層を、ガラスより
高硬度の無機質粒子を含有させたコーティング層とする
ことにより、コーティング層の磨耗を低減させることが
できる。使用する硬質粒子は、ガラスより硬質なもので
あればよく、たとえば炭化四硼素（ＢＣ）_４は密度が小
さく強度に優れており、コーティング層の磨耗を低減さ
せるのに好適である。

【００２３】前記無機質粒子は、その粒径が砥粒粒径の
１０〜３０％のものを用いるのがよい。無機質粒子の粒
径が砥粒粒径の１０％より小さいと、切粉の大きさに対
して粒子径が小さくなるので磨耗低減効果が少なく、３
０％より大きくなると、砥粒の突き出し量が小さくなっ
て切れ味が低下する。またコーティング層内の無機質粒
子の含有量は１０〜５０体積％とするのがよい。含有量
が１０体積％より少ないと磨耗低減効果が少なく、５０
体積％より多くなるとコーティング層厚を砥粒粒径の１
／２以下とするのが難しくなる。

【００２４】本発明に係るドレッサの形状や使用する砥
粒は、従来公知の形状および砥粒を採用することができ
る。図２は、図４に示したディスク状プレートを含むド
レッサの形状の例を示す図で、図２の（ａ）は母材に砥
材層を形成した複数個のセグメントをリング状の台金に
連続配置したリングタイプのドレッサであり、図２の
（ｂ）は母材に砥材層を形成した多数個のペレットをリ
ング状の台金に間隔をおいて配置したペレットタイプの
ドレッサであり、図２の（ｃ）は比較的小径の台金を母
材としてこの母材の全面に砥材層を形成したディスクタ
イプのドレッサである。

【００２５】本発明のドレッサの製造は、ろう材層表面
への中間層およびコーティング層の形成以前の製造工程
は従来公知のドレッサの製造工程に準じて製造すること
ができる。ろう材層表面への中間層およびコーティング
層の形成方法は、たとえば、中間層の材料であるガラス
粉末と金属粉末の混合物にバインダーを加えてペースト
状とした被覆材とコーティング層の材料であるガラス粉
末にバインダーを加えてペースト状とした被覆材をろう
材層の表面に二層に被覆し、この被覆材中のバインダー
を加熱により揮発させ、ガラスの軟化点まで加熱するこ
とにより、所定の層厚の中間層およびコーティング層を
形成することができる。加熱により軟化したガラスは砥
粒と砥粒の間に広がり、砥粒の突出部分には中間層とコ
ーティング層は形成されず、ろう材層の表面のみに中間
層とコーティング層が形成されるので、切れ味が低下す
ることはない。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態における
ドレッサのプレートを模式的に示す図であり、（ａ）は
平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【００２７】本実施形態のドレッサのプレート１０は、
円盤状の母材１１と、母材１１の一面側に形成された砥
材層１２とで構成されており、母材１１の直径は約１０
０ｍｍ、厚さは約１０ｍｍである。

【００２８】砥材層１２は、砥粒１３とろう材層１４お
よびろう材層１４の上に形成された中間層１５とコーテ
ィング層１６とにより構成されている。中間層１５とコ
ーティング層１６は、それぞれ厚さ約１５μｍに形成さ
れ、中間層１５は７：３の割合のほう珪酸ガラスとＣｏ
とからなり、コーティング層１６は８：２の割合のほう
珪酸ガラスと炭化四硼素（Ｂ_４Ｃ）とからなる。

【００２９】このプレート１０は、以下の手順により製
造される。 ・粒度＃１００／１２０（平均粒径１００μｍ）のダイ
ヤモンド砥粒を準備する。 ・Ｎｉ粉末、Ｃｒ粉末、Ｃｏ粉末からなるＮｉ−Ｃｒ−
Ｃｏ系ろう材の原料を準備する。 ・粒径４０〜５０μｍのほう珪酸ガラスと粒径５〜１０
μｍのＣｏ粉末を７：３の割合で混合し、バインダーと
ともに撹拌してペースト状の中間層用被覆材を準備す
る。 ・粒径４０〜５０μｍのほう珪酸ガラスと粒径２０〜３
０μｍの炭化四硼素（Ｂ _４Ｃ）を８：２の割合で混合
し、バインダーとともに撹拌してペースト状のコーティ
ング層用被覆材を準備する。 ・母材表面にプレートを用いてダイヤモンド砥粒を２０
０〜３００μｍの砥粒間隔で配置する。 ・母材表面に配置した砥粒の間にろう材原料を塗布し、
非酸化性雰囲気のもと約９００℃の温度で約１時間焼成
する。 ・焼成後のろう材層表面に中間層用被覆材およびコーテ
ィング用被覆材をそれぞれ約１５μｍの層厚で二層に被
覆し、加熱することによってバインダーを揮発させると
ともにろう材層表面にガラスと金属を主成分とする中間
層とガラスを主成分とするコーティング層を二層に形成
し、図１に示すプレート１０とする。 ・このプレート１０を図４に示すようにフランジに固定
してドレッサとする。

【００３０】〔試験例〕上記製造手順により製造したプ
レート１０をフランジに固定した本発明の実施形態のド
レッサ（発明品１）と、コーティング層に硬質粒子を含
まない別の実施形態のドレッサ（発明品２）と、ろう材
層にセラミックコーティング膜を施したドレッサ（従来
品１）と、ろう材層に樹脂コーティング層を施したドレ
ッサ（従来品２）と、コーティング層のないドレッサ
（従来品３）を用いてドレッシング試験を行った。試験
条件は以下の通りである。 使用機械：タクマ機 研磨パッド：発泡ポリウレタン 外径３００ｍｍ ドレッサ回転速度：２０ｍｉｎ^−１ テーブル回転速度：３０ｍｉｎ^−１ 加工圧：２００Ｎ 加工時間：２０時間

【００３１】図３はドレッサの試験方法を示す概略図で
あり、同図の（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
図に示すように、タクマ機の回転テーブルＴ上に研磨パ
ッドＷを固定し、ドレッサＫを回転させながら研磨パッ
ドＷに押し付ける試験である。ここで、メタルＣＭＰ加
工の場合に使用する強酸性の研磨剤に相当するｐＨ２の
アルミナ系の研磨剤を研磨パッドＷに１リットル／ｍｉ
ｎ供給した。

【００３２】試験結果を表１に示す。

【表１】

【００３３】表１において、表中の各特性値は従来品３
（コーティングなし）の測定値を１００としたときの指
数で表している。ここで、切れ味はドレッシング時の電
力消費量を指標とし、耐用は砥粒の脱落や欠損が生じて
被加工材（ウエハ）にスクラッチが入ってしまったとき
のドレッサの使用時間を指標とし、加工精度は被加工材
の加工精度を指標とした。金属溶出量は、ドレッサをｐ
Ｈ２の酸液（研磨剤）に一週間浸漬したときの酸液中へ
のろう材および母材の金属成分の溶出量を測定した。表
１からわかるように、中間層とガラスコーティング層を
形成した発明品１，２は、従来品１〜３に対し切れ味と
加工精度を維持したうえで耐用が大幅に向上し、金属溶
出量が大幅に減少している。従来品１，２はコーティン
グ層のない従来品３に比べると耐用および耐酸性は向上
しているが、ガラスコーティング層を形成した発明品
１，２に比べると耐用が低い。

【００３４】

【発明の効果】（１）ろう材層の最外面にガラスを主成
分とするコーティング層を施すことにより、ＣＭＰ加工
において強酸性、強アルカリ性の研磨剤が使用されたと
きでも、ろう材層および母材の金属が研磨剤によって浸
食されることがなく、金属成分の溶出や砥粒の脱落が防
止される。さらに、ろう材層とコーティング層との間
に、ろう材中に含まれる金属の少なくとも１種の金属を
含む金属または金属酸化物とガラスとを主成分とする中
間層を設けているので、ろう材層と中間層との密着性、
および中間層とコーティング層との密着性が高くなり、
ポリッシング中にコーティング層および中間層が剥離す
るおそれがない。

【００３５】（２）中間層とコーティング層のガラス成
分としてほう珪酸ガラスを使用することにより、被覆材
を均一に被覆することができるとともに、熱膨張係数の
差に起因するコーティング層の割れや剥離を防止するこ
とができる。

【００３６】（３）中間層とコーティング層の合計層厚
を砥粒粒径の１／２以下とすることにより、ドレッサの
切れ味を低下させることなく、研磨剤による浸食を防止
することができる。

【００３７】（４）コーティング層にガラスより高硬度
の無機質粒子を含有させることにより、ドレッサの切れ
味を低下させることなく、コーティング層の磨耗を低減
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態におけるドレッサのプレー
トを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図２】 ドレッサの形状の例を示す斜視図である。

【図３】 ドレッサの試験方法を示す概略図である。

【図４】 ドレッサの形状の例を示す斜視図である。

【図５】 ドレッサの使用状態を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０ プレート １１ 母材 １２ 砥材層 １３ 砥粒 １４ ろう材層 １５ 中間層 １６ コーティング層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 靖章 福岡県浮羽郡田主丸町大字竹野210番地 株式会社ノリタケスーパーアブレーシブ内 Ｆターム(参考） 3C047 EE02 EE11 EE18 3C063 AA02 AB05 BA37 BB02 BB24 BC02 BF02 CC09 EE26

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母材の表面に砥粒をろう付けにより固着
   したドレッサのろう材層の表面に、ろう材中に含まれる
   金属の少なくとも１種の金属を含む金属または金属酸化
   物とガラスとを主成分とする中間層を介して、ガラスを
   主成分とするコーティング層を施したＣＭＰ加工用ドレ
   ッサ。
2. 【請求項２】 前記中間層と前記コーティング層のガラ
   ス成分がほう珪酸ガラスである請求項１記載のＣＭＰ加
   工用ドレッサ。
3. 【請求項３】 前記中間層と前記コーティング層の合計
   層厚が前記砥粒の粒径の１／２以下である請求項１また
   は２記載のＣＭＰ加工用ドレッサ。
4. 【請求項４】 前記コーティング層にガラスより高硬度
   の無機質粒子を含有する請求項１ないし３のいずれかに
   記載のＣＭＰ加工用ドレッサ。