JP2004025418A - 研磨工具及びそのドレッシング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】輻射熱の低い低圧水銀ランプでも光ドレッシングが可能であり、且つ水を用いて溶解物を除去することができる研磨工具を提供する。
【解決手段】研磨に用いられる研磨工具であって、該研磨工具には、光崩壊性樹脂、又は光増感剤、又は光触媒を含むことを特徴とする。ここで、前記光崩壊性樹脂、又は光増感剤、又は光触媒は、前記研磨工具中に散在していることが好ましい。又、この研磨工具のドレッシング方法は、砥粒と、バインダ樹脂と、気孔とから構成される研磨工具において、光反応性部と非光反応性部とが存在し、前記工具の表面に光を照射することで、前記光反応性部が凹部を、非光反応性部が凸部を形成する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の被加工物の表面を鏡面状に研磨する研磨工具に係り、特に砥粒をバインダ樹脂で保持した固定砥粒研磨工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固定砥粒研磨工具は、被加工物を研磨するに従い、砥粒の目つぶれや研磨工具の目詰まりにより研磨速度が低下してしまうという問題がある。そこで従来は、研磨速度の低下を防止するため、目立てとしてダイヤモンドドレッサーを用い、表面に新たな凹凸を形成させていた。しかしながら、ダイヤモンドドレッサーを構成しているダイヤモンド粒子の脱落による被加工物へのスクラッチの発生という問題がある。又、ダイヤモンドドレッサーによって固定砥粒研磨工具上に形成される粗面である巨大凹凸の被加工物への転写等の問題がある。
【０００３】
これらの問題を除去するため、固定砥粒研磨工具の表面に物理的に直接接触することなく、光（紫外線）によって砥粒を保持するバインダ樹脂の崩壊を促進させ、固定砥粒研磨工具表面の目立てであるドレッシングを行い、微小凹凸を形成することが行われている。
【０００４】
光によるドレッシングに好適な固定砥粒研磨工具として、Ｗ０９９／１２７０５号公報に開示されたものがある。この公報には、光反応性砥石に対向して光照射装置を設け、砥石に光を照射させることにより化学反応を起こさせ、ドレッシングを行うことが開示されている。ここで、光反応性材料としてポジ型フォトレジストと過酸化ベンゾイルを用いることが開示されている。光反応性材料として、ポジ型のフォトレジストを用いる場合には、光反応した樹脂材を溶解除去するため、必然的にアルカリ溶液を選択せざるを得ない。しかしながら、アルカリ溶液はその後の反応性が高く、砥石の形状を損ねる虞がある。
【０００５】
又、過酸化ベンゾイルを光反応剤として用いる場合には、光照射によりＯ−Ｏ結合がラジカル開裂する反応であり、高圧水銀ランプ（波長３６５ｎｍ、４３６ｎｍ）を使用する必要があると推測される。しかしながら、高圧水銀ランプは発熱量が高いため、被加工物の内部を熱的に劣化させるという問題がある。このため、光照射によるドレッシングにおいては、より輻射熱の低い低圧水銀ランプ（波長２５４ｎｍ）でも使用できることが好ましい。
【０００６】
又、ポジ型フォトレジスト、過酸化ベンゾイルは共に研磨工具の深さ方向の化学反応制御性に乏しいと考えられる。何故ならポジ型フォトレジストは露光に伴い照射波長に吸収を持たなくなるブリーチングの性質を持ち、深部のレジストの反応を促進してしまい、過酸化ベンゾイルは発生したラジカルの連鎖反応で光照射のない内部まで反応を促進してしまう虞があるからである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために為されたもので、輻射熱の低い低圧水銀ランプでも光ドレッシングが可能であり、且つ水を用いて溶解物を除去することができる研磨工具を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の研磨工具は、研磨に用いられる研磨工具であって、該研磨工具には、光崩壊性樹脂、又は光増感剤、又は光触媒を含むことを特徴とする。ここで、前記光崩壊性樹脂、又は光増感剤、又は光触媒は、前記研磨工具中に散在していることが好ましい。
【０００９】
又、本発明の研磨工具のドレッシング方法は、砥粒と、バインダ樹脂と、気孔とから構成される研磨工具において、光反応性部と非光反応性部とが存在し、前記工具の表面に光を照射することで、前記光反応性部が凹部を、非光反応性部が凸部を形成することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の研磨工具及びそのドレッシング方法についての実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００１１】
本発明の第一の実施形態の固定砥粒研磨工具は、砥粒と、この砥粒を保持するバインダ樹脂と、砥粒及び樹脂との間に存在する気孔とから構成されている。図１又は図２に示すように、固定砥粒研磨工具１を構成するバインダ樹脂２には光崩壊性樹脂３が含まれている。この光崩壊性樹脂３は、固定砥粒研磨工具１中に相分離等により散在して配置されている。即ち、光崩壊性樹脂３はマクロ的には一様に相分離等によりバインダ樹脂２中に分散しているが、ミクロ的に見ると光崩壊性樹脂３が存在する部分と存在しない部分とが相分離により散在して配置されている。又、塊状の光崩壊性樹脂をバインダ樹脂中に分散して配置するようにしてもよい。
【００１２】
ここで、砥粒として酸化ケイ素・酸化アルミニウム・酸化セリウム・酸化マンガン・微粒ダイヤモンド・酸化チタン等が用いられる。バインダ樹脂としては、熱可塑性樹脂としてポリエチレン・ポリプロピレン・ポリ塩化ビニル・ポリメチルメタクリレート・ナイロン等のエンジニアリングプラスチック等が用いられる。又、熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂・フェノール樹脂・メラミン樹脂・ユリア樹脂・不飽和ポリエステル等が用いられる。また、エラストマーとしてスチレンブタジエンゴム・ブタジエンゴム・イソプレンゴム・ニトリルゴム・クロロプレンゴム・ブチルゴム・エチレンプロピレンゴム・アクリルゴム等が挙げられる。更に又、バインダ樹脂として、光崩壊性樹脂を１００％用いるようにしてもよい。
【００１３】
光崩壊性樹脂とは、光の照射によってその物理的な結合強度が弱まる樹脂である。容易に光分解する光崩壊性樹脂として、ビニルケトン共重合体、エチレンと一酸化炭素の共重合体、ポリブタジエン、ポリブテン−１等の炭素間二重結合やケトン基を有する化合物が挙げられる。
【００１４】
固定砥粒研磨工具中に光崩壊性樹脂が含まれることで、高圧水銀ランプ（波長３６５ｎｍ、４３６ｎｍ）のみならず、より輻射熱の低い低圧水銀ランプ（波長２５４ｎｍ）の光（紫外線）照射により、光崩壊性樹脂を反応させることができる。これにより、光崩壊性樹脂の化学的な結合強度が弱まり、樹脂が保持している砥粒を遊離砥粒として放出し、ドレッシング効果をもたらすことができる。本発明による光ドレッシングにおいては、純水をドレッシング液として用いることができる。そして、結合が弱められた樹脂部分は研磨の際の摩擦と純水等の流体の存在によって研磨工具表面から除去される。従って、光照射によるドレッシングに際して反応性の高いアルカリ溶液を使用する必要がなくなり、砥石の形状を損ねることがなくなる。
【００１５】
本発明の第二の実施形態は、砥粒と、バインダ樹脂と、気孔とから構成される固定砥粒研磨工具において、前記バインダ樹脂に光増感剤が含まれることを特徴としている。光増感剤は、図１又は図２に示す光崩壊性樹脂３と同様に、散在させてもよく、又マクロ的には一様に、ミクロ的には相分離により散在して分布するようにしてもよい。
【００１６】
光増感剤は、触媒的作用により、光が照射されると樹脂の結合基を切断することで、上記汎用性バインダ樹脂や光崩壊性樹脂などのあらゆる樹脂を光崩壊することができる。例えばベンゾフェノン・アントラキノン・２−エチルアントラキノン・２−メチルアントラキノン・２−アセチルナフタレン・キサントン・カルバゾール・フルオレン・トリフェニルアミン・ベンゾイン・ジベンゾチオキサン・チオキサンテン−９−オン・９−フルオレノン・１，２−ベンゾアントラキノン・アントラセン・ピレン・ベンジル・フルオレセイン等で、遷移金属化合物としてＣｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｖ等の有機酸塩、ジチオカルバメート錯体等が挙げられる。
【００１７】
これらの多くは三重項増感剤であるため、その三重項エネルギー（Ｅｔ）が高いほどバインダ樹脂を崩壊しやすいことが期待できる。
【００１８】
又、樹脂を光崩壊するための光触媒としての役割と同時に、砥粒としても使用できる酸化チタンも使用できる。酸化チタンはモース硬度６〜８であり、酸化セリウムのモース硬度７とほぼ同等である。酸化チタンの場合は、通常の非光崩壊性樹脂の中に、砥粒の代わりに単体で酸化チタンを加えても良いし、通常の砥粒や光崩壊性樹脂、光増感剤と併用しても良い。
【００１９】
光崩壊性樹脂、又は光増感剤を固定砥粒研磨工具を構成するバインダ樹脂中に散在させるのに、光崩壊性樹脂、又は光増感剤を粒状に形成し、研磨工具を構成するバインダ樹脂中に散在させることができる。この粒径の制御は、例えばスプレードライヤーを用いて行うことができ、粒径は０．０１μｍから５０μｍ程度までに制御が可能である。光崩壊性樹脂、又は光増感剤は、バインダ樹脂と砥粒を混合する時に一緒に混合できる。タイミングはこれに限られず、研磨工具の成形前に混ぜれば良い。
【００２０】
２種類以上の樹脂が物理的に混合されている状態をポリマーブレンドと言い、各樹脂は微視的には分離して存在している（相分離）。その高次構造の大きさはおよそ１００ｎｍから１ｍｍであるため、一方を光崩壊性樹脂にすることで、光照射により優先的に崩壊・除去が起こり凹部を形成することができる。凹部を形成する光崩壊性樹脂は、例えば、上記ビニルケトン共重合体、エチレンと一酸化炭素の共重合体、ポリブタジエン、ポリブテン−１等の炭素間二重結合やケトン基を有するものやその他の樹脂との共重合体がある。凹部を形成せず、光崩壊しない周囲の樹脂としては、ポリエチレン・ポリプロピレン・ポリ塩化ビニル・ポリメチルメタクリレート・ナイロン等のエンジニアリングプラスチック等があり、熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂・フェノール樹脂・メラミン樹脂・ユリア樹脂・不飽和ポリエステル等、エラストマーとしてスチレンブタジエンゴム・ブタジエンゴム・イソプレンゴム・ニトリルゴム・クロロプレンゴム・ブチルゴム・エチレンプロピレンゴム・アクリルゴム等が挙げられる。相分離は図１のように柱状、図２のように球状にすることが可能である。尚、光崩壊性樹脂と光増感剤の両方を、研磨工具に加えても良い。
【００２１】
尚、本発明の研磨工具には、異なる２種類以上の光崩壊性樹脂や、異なる２種類以上の光増感剤を加えても良い。２種類以上の光増感剤を加える場合、エネルギー移動が、１種類の時よりもスムーズに行く場合がある。三重項エネルギーが、光増感剤１＞光増感剤２のものを用いた場合、エネルギーは、光増感剤１→光増感剤２→バインダ樹脂と伝達され、樹脂の光崩壊性がよりスムーズに起こる。
【００２２】
次に、この固定砥粒研磨工具を用いた光照射ドレッシング及び研磨について説明する。図３は研磨装置の概要を示す図であり、光崩壊性樹脂又は／及び光増感剤を含む固定砥粒研磨工具１１がターンテーブル１２に固着されている。研磨対象である半導体ウエハ１３を保持するトップリング１４が研磨工具１１上に配置され、半導体ウエハ１３の被研磨面と固定砥粒研磨工具１１の研磨面とが摺動することで半導体ウエハ１３の被研磨面が鏡面状に研磨される。ターンテーブル１２の略中央部上方には純水の供給部１５が配置され、研磨工具１１の表面上に純水を供給する。そして、同様に固定砥粒研磨工具１１の上方に低圧水銀ランプ（波長２５４ｎｍ）が配置され、そのランプによる紫外線を固定砥粒研磨工具１１の表面に照射することで光ドレッシングが進行するようになっている。
【００２３】
上述したように、この固定砥粒研磨工具１１は図１又は図２に示すように光反応性部と非光反応性部とが存在し、この工具１１の表面に光を照射することで、光反応性部が化学的二重結合が切断された状態となり、非光反応性部は特に反応しない。そして、ターンテーブル１２の回転に伴い、固定砥粒研磨工具１１の光照射部分が半導体ウエハ１３の被研磨面と摺動することで、純水供給口１５から供給される純水との相互作用により光反応性部が除去され、その部分に凹部が形成される。これにより遊離砥粒が自生し、研磨の進行を促進する。光反応により除去された樹脂部分は純水により摺動面から排出される。従って、この光ドレッシングによれば、固定砥粒研磨工具の光反応性部に凹部が形成され、非光反応性部には凸部が形成され、これによりマイルドなドレッシングが行われ、この削り取られた樹脂部分は純水により洗い流されるので、アルカリ溶液等を用いることなく、ドレッシングを行うことができる。
【００２４】
図４は、この固定砥粒研磨工具を用いた研磨装置における研磨速度の一例を示す。光照射源として低圧水銀ランプ（波長２５４ｎｍ）を用い、固定砥粒研磨工具から数ｃｍの距離から光線（紫外線）を照射したものである。初期状態１では、研磨速度が平均で毎分１３０Å程度のものが、１０分程度研磨を進行させると、研磨速度が状態２に示すように平均で毎分６０Å程度に低下する。そして、数１０秒光照射を行い、光ドレッシングを行った後は、状態３に示すように研磨速度が向上し、ほぼ初期の状態１の研磨速度に戻る。
【００２５】
尚、この実験で用いた固定砥粒研磨工具は、砥粒として酸化セリウム粒子を用い、バインダ樹脂としてアクリル系樹脂を用いている。そして、光増感剤として２−エチルアントラキノンを上記アクリル系樹脂中に５％程度分散させている。尚、この固定砥粒研磨工具の構成比は、砥粒が概略１０〜６０容積％であり、バインダ樹脂が３０〜６０％であり、気孔が１０〜４０％を占めている（境界値含む）。そのうち、光崩壊性樹脂又は／及び光増感剤又は／及び酸化チタンを重量％で０．１〜４０％含む。
【００２６】
本発明においては高圧水銀ランプのみならず、より輻射熱の低い低圧水銀ランプでも使用可能なため、加工物内部を熱的に劣化させることがない。従来技術に開示された過酸化ベンゾイルは励起一重項状態を経て光分解する機構であるが、本発明における光崩壊性樹脂又は／及び光増感剤では、特に三重項増感剤の励起状態である励起三重項状態は励起一重項状態に比べて、寿命が長く反応の機会が多いため、バインダ樹脂の崩壊促進に有利である。
【００２７】
実施例では、内部に砥粒を含有する固定砥粒研磨工具を例に示したが、本発明は砥粒を含まない研磨パッドにも適用可能である。
尚、本発明の研磨工具及びそのドレッシング方法は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、固定砥粒研磨工具に光崩壊性樹脂又は光増感剤を含むことにより、輻射熱の低い低圧水銀ランプを用い、且つ砥石形状を損ねない純水を用いて光ドレッシングを行うことができる。この光ドレッシングは上述したようにマイルドなものであるので、ダイヤモンドドレッサーによる巨大な凹凸等の形成が防止され、スクラッチの少ないドレッシングを行うことができる。又、輻射熱の大きい高圧水銀ランプ及びアルカリ溶液を使用することなくドレッシングを行えるので、比較的低温でアルカリ溶液の使用に伴う化学的な変化を受けることなく安定な光ドレッシングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の固定砥粒研磨工具の構成例を示した図であり、光崩壊性樹脂が柱状に相分離した状態を示す（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図２】本発明の実施形態の固定砥粒研磨工具の構成例を示した図であり、光崩壊性樹脂が球状に相分離した状態を示す（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。
【図３】図１又は図２に示す固定砥粒研磨工具を用いた研磨装置の構成例を示す断面図である。
【図４】光ドレッシングの効果を示すための図であり、状態１は初期状態の研磨速度を示し、状態２は研磨が進行した状態の研磨速度を示し、状態３は光ドレッシングにより回復した研磨速度をそれぞれ示している。
【符号の説明】
１，１１　　固定砥粒研磨工具
２　　バインダ樹脂
３　　光崩壊性樹脂
１２　　ターンテーブル
１３　　半導体ウエハ（被加工物）
１４　　トップリング
１５　　純水供給口
１６　　光照射源（低圧水銀ランプ）

Claims (5)

1. 研磨に用いられる研磨工具であって、該研磨工具には、光崩壊性樹脂、又は光増感剤、又は光触媒を含むことを特徴とする研磨工具。
2. 前記光崩壊性樹脂、又は光増感剤、又は光触媒は、前記研磨工具中に散在していることを特徴とする請求項１記載の研磨工具。
3. 前記研磨工具は、内部に砥粒を含有する固定砥粒研磨工具であることを特徴とする請求項１記載の研磨工具。
4. 前記研磨工具に含まれる物質は、前記光崩壊性樹脂、及び光増感剤、及び光触媒の３種類から、少なくとも２種類を組み合わせるか、異なる２種類以上の光崩壊性樹脂、又は異なる２種類以上の光増感剤、又は異なる２種類以上の光触媒を有することを特徴とする請求項１記載の研磨工具。
5. 砥粒と、バインダ樹脂と、気孔とから構成される研磨工具において、光反応性部と非光反応性部とが存在し、前記工具の表面に光を照射することで、前記光反応性部が凹部を、非光反応性部が凸部を形成することを特徴とする研磨工具のドレッシング方法。

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