JP2006075922A

JP2006075922A - 研磨布用ドレッシング工具

Info

Publication number: JP2006075922A
Application number: JP2004259969A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Ikeda; 真俊池田
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-23

Abstract

【課題】研削砥粒の磨耗を減少させることができて長寿命化が図れ、研磨布の平坦性が向上し、研磨布の変形特性を安定させ、さらに、ドレッシング作業全体の時間を短縮することができる研磨布用ドレッシング工具を提供する。
【解決手段】円板形状の台座２と、前記台座に取り付けられ凹部が形成された研磨布押圧面３ｂを有する基板３と、前記凹部内に設けられ台座に固定されている砥粒用台座３ａ１と、前記砥粒用台座に固定されている研削砥粒を有し、前記研削砥粒の先端部が、前記研磨布押圧面の押圧表面より前記台座側に向けて凹部内側方向に配設されている研磨布用ドレッシング工具。
【選択図】図１

Description

本発明は研磨布用ドレッシング工具に係り、特に研削砥粒の先端部を研磨布押圧面の押圧表面より内側に配設した研磨布用ドレッシング工具に関する。

半導体ウェーハ等の鏡面仕上げを行う研磨装置にはポリウレタン製の研磨布が用いられている。このような研磨布の研磨面は、研磨時間に応じて目詰まりが進行するため、定期的にドレッシングを行う必要がある。

ドレッシングにはダイヤモンド等の研削砥粒を円盤に電着させて作製したドレッシング工具を用い、研磨パッドと相対的に回転させることで研磨パッド表面を切削する。また、研削砥粒以外にも、セラミックス製円盤の表面に鋭利な凹凸を作製し、その凹凸で研磨パッドを切削するドレッシング工具も使用されている。

なお、一般的に研磨布のドレッシングでは、ドレッシング工具自体の自重により、または、ドレッシング工具に荷重をかけることにより、研磨布に均一に圧力を加えながら切削する。このように、圧力を加えることで、切削能力が上がるためドレッシング時間の短縮になること、および圧力を均一に加えることで研磨布の形状を平坦に仕上げる効果が得られる。

しかし、研磨布の切削に寄与するのは、研削砥粒等刃物になる鋭利な部分であり、ドレッシング工具に加えた圧力が直接切削に寄与するわけではない。むしろ必要以上に圧力を大きくすると、研削砥粒の先端の刃部の鋭利さが急速に劣化し、ドレッシング工具としての寿命低下につながる。

さらに、圧力を研削砥粒で受けるため、研削砥粒の領域が制限を受ける。ドレッシング工具上の研削砥粒領域の配置方法によって、目立て後の研磨布の形状が影響を受けるが、上記の圧力による影響があるため、回転対称以外の配置は難しいなどの制限が発生する。

一方、研磨布は塑性変形するという特性を持っているため、研磨布の使用開始直後とある程度使用した後では、ウェーハの加工時に圧力を加えた場合の変形特性が異なる。この変形特性は加工後のウェーハ外周形状に大きく影響するため、変形特性の変化は研磨特性の安定化に大きな障害となる。

このため、研磨布の使用開始直後はダミーのウェーハを加工するか、または、前記ドレッシング工具等を用いて研磨布の表面を切削して、変形特性の変化が少ない安定した研磨布の表面状態に調整することが求められる。

しかし、ダミーとして使用するウェーハは必ずしも平坦性が高く、かつ、均一なものを用いている訳ではないため、ダミーウェーハの形状により、研磨布の表面形状にバラツキが生じてしまうため、研磨布の表面形状を安定化させるには、長時間によるダミーウェーハの加工が必要であった。

なお、研磨布の表面を切削するためのドレッシング工具としては、特許文献１には回転定盤に３つの研削ヘッドを回転定盤中心から外周部に向かって順に配設された研磨装置が開示されている。また、特許文献２には基材のドレッシング加工面から突出するように、表面にヤスリ状の凹凸が形成されたダイヤモンドペレットを基材に付着させたドレッシング工具が開示されている。さらに、特許文献３には基材のドレッシング加工面から突出する凸条を形成し、この凸条の先端に研削砥粒を付着させたドレッシング工具が開示されている。

しかし、特許文献１〜３に開示のドレッシング工具は、いずれも研削砥粒が基材のドレッシング加工面から突出しているため、ドレッシング工具に加えた圧力が、直接研削砥粒に加わり、研削砥粒の鋭利さを急速に劣化させ、ドレッシング工具の寿命が短くなるとともに、ドレッシング工具の繰り返し使用により研削砥石が磨耗、変形していくため、研磨布への圧力が不均一になり、ドレッシング後の研磨布の平坦性が悪化し、結果、製品流動時において、外周ダレ等の平坦度悪化を発生させる要因となる。
特開平９−７９８２号公報特開平９−２９６３３号公報特開２００３−３０５６４４号公報

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、研削砥粒の磨耗を減少させることができて長寿命化が図れ、さらに、ドレッシング工具の繰り返し使用による研磨布の平坦性悪化が抑制できる研磨布用ドレッシング工具を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、本発明に係る研磨パッド用ドレッシング工具は、円板形状の台座と、前記台座に取り付けられ凹部が形成された研磨布押圧面を有する基板と、前記凹部内に設けられ台座に固定されている砥粒用台座と、前記砥粒用台座に固定されている研削砥粒を有し、前記研削砥粒の先端部が前記研磨布押圧面の押圧表面より内側に配設されていることを特徴とする。

好適には、前記砥粒用台座は、前記凹部内に空間を設けて、台座に固定されている。

また、好適には、前記凹部はリング状をなし、前記基板の中心点を中心にして同心円状に複数設けられる。

また、好適には、前記凹部は平面視円形あるいは矩形状をなし前記ドレッシング加工面に規則性をもって多数設けられる。

本発明に係る研磨布用ドレッシング工具によれば、研削砥粒の磨耗を減少させることができて長寿命化が図れ、さらに、ドレッシング工具の繰り返し使用による研磨布の平坦性悪化が抑制できる研磨布用ドレッシング工具を提供することができる。

以下、本発明に係る研磨布用ドレッシング工具の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１実施形態に係る研磨布用ドレッシング工具の縦断面図、図２はその平面図である。

図１及び図２に示すように、本第１実施形態の研磨布ドレッシング工具１は、円板形状の台座２と、この台座２に取り付けられ凹部３ａが形成された研磨布押圧面３ｂを有する基板３と、凹部３ａ内に設けられ台座２に固定されている砥粒用台座３ａ_１と、砥粒用台座３ａ_１に固定されている研削砥粒４を有している。

上記基板３は、円板形状をなし、研磨パッドにより研磨されにくく、研磨工程で研磨布を介して半導体ウェーハを金属汚染させないように、Ａｌ_２Ｏ_３のようなセラミックス製、シリカガラス製あるいは合成樹脂製等で形成されている。なお、台座２と基板３は、固定させてもよく、また、所定部に係合部を設けて取り外し可能に構成しても良い。

また、凹部３ａは、例えば、図２に示すように、完全に連続したリング状をなし、基板３の中心点を中心にして同心円状に複数例えば２周設けられており、研削砥粒４も凹部３ａの砥粒用台座３ａ_１にリング状に配置されている。

研削砥粒４は、ダイヤモンド砥粒が好ましく、凹部３ａの砥粒用台座３ａ_１に電着により付着されている。この電着は砥粒用台座３ａ_１にニッケルメッキを施した後に行うのが一般的である。なお、台座の材質によっては、砥粒用台座３ａ_１を用いず台座の表面を底部とし、ここにニッケルメッキを施し、研削砥粒を電着させるようにしてもよい。

図３は、図１に示されているドレッシング工具の凹部３ａの近傍を拡大して示した概念図である。図３に示すように、研磨布押圧面３ｂの押圧表面３ｂ_１と研削砥粒４の先端（下端）部４ａは、台座２側に向けて例えば幅ａだけ内側に配設され、また、凹部３ａは幅ｂを有している。

なお、砥粒用台座３ａ_１は、図４に示すように、凹部３ａ内に、空間ｍを設けて、台座２に固定させることがより好ましい。このように空間ｍを設けることで、ドレッシング中に供給する純水が空間ｍに流れ込むため、ドレッシング中、砥粒用台座３ａ_１が熱変形することが抑制される。

次に研磨布用ドレッシング工具を用いた研磨布のドレッシング方法について説明する。

図５に示すように、本発明のドレッシング工具１を、研磨装置３１に設けられた研磨布３２に対向して配置されている研磨ヘッド３３に取り付ける。次に、研磨ヘッド３３を下降させてドレッシング工具１の研磨布押圧面３ｂを、研磨布３２に押圧する。

しかる後、研磨布３２に純水３４を供給し、ドレッシング工具１と研磨布３２を回転させて相対運動させる。

このとき、ドレッシング工具１は、図６に示すように、研磨布３２を押圧表面３ｂ_１で押圧させた状態で滑りながら移動する。この時、研磨布が押圧表面３ｂ_１以外の凹部３ａ上を通過する場合は、研削砥粒４の先端部４ａが、押圧表面３ｂ_１より距離ａだけ凹部３ａ内側に引っ込んだ状態であるため、研磨布３２自らの弾性が働いて押圧表面３ｂ_１で圧縮された状態から元に戻ろうとして研磨布３２が隆起する。この部分を、研削砥粒４が切削する。

なお、研磨パッド３２は圧縮された状態から復元して隆起しているため、研削砥粒４にかかる垂直方向の力は、ドレッシング工具１に加えた圧力より小さくなる。これにより、研削砥粒４が研磨布３２を切削する効率がよく、研削砥粒４の寿命が長くなり、ドレッシング工具の寿命が改善される。

また、押圧表面３ｂ_１の存在により、研磨布３２にかかる圧力が均一になり、また、押圧表面３ｂ_１が研磨パッド３２の変形特性を安定化させて、さらには、ダミーウェーハを使用してドレッシングを行う効果も有している。これらの効果により、ドレッシング時間を大きく短縮することが可能である。

上記のように本第１実施形態の研磨布用ドレッシング工具によれば、研削砥粒の磨耗を減少させて、その長寿命化が図れ、また、研磨布には面内均一に圧力が加わるため、研磨布の変形特性を安定させて、ドレッシング時間の短縮を図ることができる。

また、本発明に係る研磨布用ドレッシング工具の第２実施形態について添付図面を参照して説明する。

上記第１実施形態は、凹部がリング状に複数条設けられるのに対して、本第２実施形態は多数の凹部が規則性を持って設けられる。

例えば、図７に示すように、本第２実施形態の研磨布用ドレッシング工具１１は、凹部１３ａが形成された研磨布押圧面１３ｂを有する基板１３と、凹部１３ａの底部に付着された研削砥粒１４を有している。

凹部１３ａは各々独立し、平面視円形あるいは矩形状をなし、かつ断面形状が矩形をなし、研磨布押圧面１３ｂに規則性をもって多数設けられている。凹部１３ａの規則性ある配設として、例えば円板状の基板１３の中心点を中心にして同心円状に複数のリング状に配設されている。

なお、図８に示すように、各々独立した凹部２３ａを研磨布押圧面２３ｂの全域に渡って配設してもよく、あるいは適宜非研削面を設けて部分的に配設してもよい。

図１に示す本発明の第１実施形態のドレッシング工具を図５に示すような研磨装置に装着し、ドレッシングを行い、研磨布のドレッシング状態を調べた。

ドレッシング条件：
図９に示すように、使用するドレッシング工具１は、Ｒ_１の外径を２２０ｍｍ、内径を２１５ｍｍとし、Ｒ_２の外径を２０５ｍｍ、Ｒ_２の内径を１８５ｍｍ、Ｒ_３の外径を１７５ｍｍとして、凹部の幅を１０ｍｍとした。研削砥粒には♯８０のダイヤモンド砥粒をニッケルメッキにより円板状の基板３に付着させ、押圧表面と研削砥粒の先端部との幅は、０．２ｍｍ、とした。基板は石英ガラス板を用いた。

使用した研磨装置において、定盤の直径は５５０ｍｍで、ドレッシング中の定盤およびドレッシング工具の回転数は共に５０ｒｐｍとし、ドレッシング工具には５０ｇ／ｃｍ^２の圧力を加えてドレッシングを行い、ドレッシング時間は２分とした（実施例１）。

また、ドレッシング工具の回転数を４１ｒｐｍに変更し、目立て時間を３分として、ドレッシングを行った（実施例２）。なお、研磨布と接触するドレッシング加工面の全面が研削砥粒部分になっているドレッシング工具を用いて、その他は実施例１、２と同様な条件で２分間のドレッシングを行った（比較例）。

この条件でドレッシングを実施したときの研磨布半径方向に対する研磨布の厚さを測定した。

結果を図１０に示す。図１０の横軸は研磨布の半径方向位置で、縦軸はその位置での研磨布の厚さをそれぞれ示している。なお、研磨布の厚さは相対値である。

図１０からもわかるように、比較例では、研磨布の厚さにムラが生じた。

これに対して、実施例１は、ほぼ全面に渡り平坦に近い形状が得られて、研磨布の平坦性が改善されていることが確認され、さらに、ドレッシング工具に加えた圧力によって研磨布が圧縮されたため、研磨布の厚さ自体もやや薄くなっている。

また、実施例２はほぼ平坦に近い形状となっており、研磨布の平坦性が改善されていることが確認され、さらに、研磨布の厚さ自体もさらに薄くなっている。

なお、上述した各実施形態の研磨布用ドレッシング工具を台座の一面に設ける例で説明したが、本発明に係る研磨布用ドレッシング工具を台座の両面に設けることにより、両面研磨装置用のドレッシング工具としても用いることが可能であり、この場合にも本発明の効果は得られる。

本発明の第１の実施形態に係る研磨布用ドレッシング工具の縦断面図。本発明の第１の実施形態に係る研磨布用ドレッシング工具の平面図。本発明の第１の実施形態に係る研磨布用ドレッシング工具の凹部近傍を拡大して示す概念図。本発明の第１の実施形態の他の実施例に係る研磨布用ドレッシング工具の凹部近傍を拡大して示す概念図。本発明の研磨布用ドレッシング工具を用いた研磨装置の概念図。本発明の一実施形態に係る研磨布用ドレッシング工具を用いたドレッシング状態を示す概念図。本発明の第２の実施形態に係る研磨布用ドレッシング工具の平面図。本発明の第２の実施形態の他の実施例に係る研磨布用ドレッシング工具の平面図。実施例１、２で使用したドレッシング工具の概念図。実施例、及び、比較例の結果図。

符号の説明

１研磨布用ドレッシング工具
２台座
３基板
３ａ凹部
３ａ_１砥粒用台座
３ｂ研磨布押圧面
３ｂ_１押圧表面
４研削砥粒
４ａ先端（下端）部

Claims

円板形状の台座と、前記台座に取り付けられ凹部が形成された研磨布押圧面を有する基板と、前記凹部内に設けられ台座に固定されている砥粒用台座と、前記砥粒用台座に固定されている研削砥粒を有し、
前記研削砥粒の先端部が前記研磨布押圧面の押圧表面より内側に配設されていることを特徴とする研磨布用ドレッシング工具。
前記砥粒用台座は、前記凹部内に空間を設けて、台座に固定されていることを特徴とする請求項１記載の研磨布用ドレッシング工具。
前記凹部はリング状をなし、前記基板の中心点を中心にして同心円状に複数設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨パッド用ドレッシング工具。
前記凹部は平面視円形あるいは矩形状をなし前記ドレッシング加工面に規則性をもって多数設けられたことを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の研磨パッド用ドレッシング工具。