JP2006218577A - 研磨布用ドレッサー - Google Patents

Abstract

【課題】 研削性とスラリーの供給・排出性を向上させ、安定した研削性とスラリーの供給・排出性を維持し、研磨布表面に均一なドレッシング面を創出できる研磨布用ドレッサーを提供する。
【解決手段】 研磨布用ドレッサーを、台金１と該台金１上に固定された複数の構造体２とで構成する。上記構造体２は、平面状の保持材３と、該保持材３の表面に２次元的に規則性を持って配列、保持された多数の砥粒４とから成り、該複数の構造体２を上記台金１上の径が異なる２つ以上の同心円上にそれぞれ規則性を持って配列すると共に、隣り合う同心円上における構造体の円周方向の位置をずらす。
【選択図】 図１

Description

本発明は、化学的機械的平面化研磨（Chemical and Mechanical Polishing：以下、ＣＭＰと略記する。）の工程で、研磨布の目詰まりや異物除去を行い、研磨布表面の再生をして、研磨速度を回復させるための研磨布用ドレッサーに関するものである。

一般に、集積回路などの集積度の高い電子回路を製造する過程において、基板やウエハ表面上に形成された導電体層、誘電体層および絶縁膜層の高い隆起や結晶格子欠陥、引っ掻き傷、および粗さなどの表面欠陥を除去するために、ＣＭＰ加工が用いられる。このＣＭＰ加工においては、ウエハが円盤状の定盤に貼り付けた発泡ポリウレタンなどからなる研磨布に所定の荷重で押しつけられ、化学スラリーと呼ばれる研磨液を供給しながら、ウエハと研磨布の両方を回転させることにより研磨される。

上記ＣＭＰ加工における化学スラリーとしては、酸化鉄、炭酸バリウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、コロイダルシリカなどの研磨粒子を、水酸化カリウム、希塩酸、希硝酸、過酸化水素水、硝酸鉄などの研磨液に懸濁させたものが用いられ、それらが研磨速度およびウエハ上の前記被研磨物の種類などに応じて適宜選択される。

このＣＭＰ加工は、基板やウエハ上に種々の電子回路を積層する過程において幾度も繰り返されるために、ＣＭＰの回数の増加に伴い、研磨粒子や研磨屑などが研磨布の微細な穴に入り込んで目詰まりを起こし、研磨速度が低下する。このため研磨布の目詰まりを除去し、表面の面粗さを再生して研磨速度を回復させるところの、いわゆるドレッシングと呼ばれる操作を、常時あるいは定期的に行う必要があり、このような操作には、ＣＭＰ研磨布用ドレッサーと呼ばれる工具が使用される。

ダイヤモンド砥粒は、優れたドレッシング材料であるため、ダイヤモンド砥粒を利用したＣＭＰ研磨布用ドレッサーが検討され、例えば、ダイヤモンド砥粒をステンレス鋼上にニッケルメッキで電着する方法が提案され、実用化されている。また、特許文献１には、金属ろう材を用いてダイヤモンド砥粒をステンレス鋼上にろう付けする方法が、特許文献２には、略同心円上に略等間隔にダイヤモンド砥粒を配列する方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載された従来の研磨布用ドレッサーは、ダイヤモンド等の砥粒が無作為に配置され、また、特許文献２に記載された従来の研磨布用ドレッサーは、ダイヤモンド等の砥粒が略同心円上に略等間隔で配置されているものの、研磨布用ドレッサーの作用面全体では、砥粒の砥粒間の間隔は等間隔ではなく不均一である。
そのため、安定した研磨性能を発揮し、研磨布表の均一なドレッシング面を得ることは不可能であり、また、任意に研磨速度を調整することも不可能である。例えば、砥粒間隔の小さいところでは、研削によって発生した研磨布の切り屑や研磨粒子が排出されずに砥粒間に付着し、或いは研削時の摩擦熱により研磨布の一部が砥粒間に溶着して、目詰まりが発生し、ドレッサーの研削性能が低下して研磨布表面が半鏡面化し、研磨速度が低下する。

また、特許文献２に記載された従来の研磨布用ドレッサーは、研磨布用ドレッサーがウエハを固定するリテーナの役目も果たしており、研磨布のドレッシングとウエハの研磨を同一研磨定盤上で同時に行うことができるが、ドレッサーの研削面にスラリー供給・排出用の通路が確保されていないため、研磨布の切り屑や研磨粒子の排出力が悪く、そのため、ウエハ表面に傷が発生し、収率の減少となる。
また、切り屑や研磨粒子の排出力が悪いと、研磨布用ドレッサーが目詰まりし、その目詰まり部に集中応力がかかる原因になるから、砥粒が保持部より脱落して、ウエハ表面にスクラッチが発生し、致命的な損傷となる。

特開平１０−１２５７９号公報 特開２０００−１４１２０４号公報

本発明が解決しようとする技術的課題は、研磨布用ドレッサーの研削性とスラリーの供給・排出性を向上させ、安定した研削性とスラリーの供給・排出性を維持でき、研磨布表面に均一なドレッシング面を創出できる研磨布用ドレッサーを提供することにある。
また、本発明の他の課題は、研削性やスラリーの供給・排出性を任意に調整できる研磨用ドレッサーを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明の研磨布用ドレッサーは、台金と、該台金上に固定され研磨布をドレッシングする複数の構造体とを有し、上記構造体が、平面状の保持材と、該保持材の表面に２次元的に規則性を持って配列、保持された多数の砥粒とから成り、該複数の構造体を上記台金上の径が異なる２つ以上の同心円上にそれぞれ規則性を持って配列すると共に隣り合う同心円上における構造体の円周方向の位置をずらし、該複数の構造体の間の空間をスラリー給排用の空間としたことを特徴とするものである。

本発明の好ましい実施形態においては、上記複数の構造体が、互いに接触しないように間隔をおいて上記取付面に固定されているのが適しており、また、上記台金がカップ型の台金であり、上記複数の構造体を該台金の回転軸線に直交する平らな取付面に固定するのが好ましい。

また、本発明の他の好ましい実施形態においては、上記砥粒の粒度が♯３２５／♯４００〜♯３０／♯４０であり、上記保持材に保持される隣接する砥粒間の距離が０．１〜１５．０ｍｍであるのが適しており、また、上記砥粒が、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素であり、上記保持材表面に焼結または電着またはロウ付けにより固定されているのが好ましい。

上記構成を有する研磨布用ドレッサーは、台金と、該台金上に固定され研磨布をドレッシングする複数の構造体とを有し、上記構造体が、平面状の保持材と、該保持材の表面に２次元的に規則性を持って配列、保持された多数の砥粒とから成るため、研磨布を均一の砥粒間隔を有する構造体でドレッシングすることができ、そのため、研磨布用ドレッサーの研削性が向上すると共に、研磨布表面の均一なドレッシング面を得ることができる。

また、上記構成を有する研磨布用ドレッサーは、該複数の構造体を上記台金上の径が異なる２つ以上の同心円上にそれぞれ規則性を持って配列すると共に隣り合う同心円上における構造体の円周方向の位置をずらし、該複数の構造体の間の空間をスラリー給排用の空間としたため、スラリーを研磨布用ドレッサーの研削箇所に安定して供給できると共に研磨布の切り屑や研磨粒子をスラリーと一緒に安定して排出でき、また、研磨布用ドレッサーを自転させながら研磨定盤の回転軸の周りに公転させて研磨布をドレッシングする際に、構造体の研磨布に対する作用履歴（トレース）の重なりを減少させることができる。

そして、上記構成を有する研磨布用ドレッサーは、スラリーが安定して研削箇所に供給され、研磨布の切り屑や研磨粒子がスラリーと一緒に安定して排出されるから、研磨布用ドレッサーの研削性やスラリーの供給・排出性が向上すると共に、安定した研削性とスラリーの供給・排出性を維持することができ、また、構造体の研磨布に対する作用履歴（トレース）の重なりを減少させたため、研磨布の同じ箇所が重複して研削されることがなくなり、研削性が向上する。

また、上記構成を有する研磨布用ドレッサーは、上記規則性を持って配列された砥粒や構造体の間隔を適切に調整することにより、研磨布用ドレッサーの研削性やスラリーの供給・排出性を任意に調整することができる。

以上に詳述した本発明の研磨用ドレッサーによれば、研磨布用ドレッサーの研削性とスラリーの供給・排出性を向上させ、安定した研削性とスラリーの供給・排出性を維持でき、研磨布表面に均一なドレッシング面を創出でき、また、研削性やスラリーの供給・排出性を任意に調整できる研磨用ドレッサーを提供することができる。

図１及び図２は、本発明に係る研磨布用ドレッサーの一実施例を示し、図１はそのドレッサーの全体的な構成を、図２は、図１のドレッサーを回転中心軸を通る平面で切断した断面を示している。
この研磨布用ドレッサーは、金属、セラミックスあるいはプラスチックス等からなるカップ型の台金１と、該台金１上に固定された複数の構造体２とを有し、上記構造体２は、平面状の保持材３と、該保持材３の表面に２次元的に規則性を持って配列（例えば、等間隔で配列）され保持された多数の砥粒４とから成る。

更に詳述すると、上記台金１は、図１〜図２に示すように、その周囲を軸方向に突出させた環状壁を有し、該環状壁の上面に回転軸線に直交する平らな環状の取付面１ａを設け、該取付面１ａ上の径が異なる２つの同心円上に上記複数の構造体２をそれぞれ規則性を持って配列（例えば、等間隔で配列）すると共に、隣り合う同心円上における構造体の円周方向の位置をずらして、一方の同心円上における構造体２の円周方向の位置が他方の同心円上における隣り合う構造体２の中間になるように配列し、エポキシ樹脂等の接着剤５で固定してドレッサー作用面を形成している。

上記同心円上における隣り合う構造体２の間の距離は、該構造体２の円周方向の長さよりも長く、該構造体２の幅（径方向の長さ）は上記環状の取付面１ａの径方向の長さのほぼ１／２で、該複数の構造体は互いに接触しない間隔をおいて上記取付面に固定されている。
また、上記取付面１ａ上における上記複数の構造体２の間の空間（即ち、上記取付面１ａ上における上記構造体２が設けられていない箇所の空間）は、構造体２の表面に比べ構造体２の厚さ分だけ低くなっており（窪んでおり）、該空間をスラリー給排用の空間としている。

上記砥粒４としては、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素が好適に用いられるが、必ずしもそれらに限るものではない。ダイヤモンド等の砥粒４は一定範囲に分級したものを用いるが、その粒度には特に制限はない。しかしながら、一般的には、ＪＩＳ Ｂ４１３０に規定する粒度＃３２５／＃４００〜＃３０／＃４０の砥粒であることが好ましい。
砥粒の粒径が＃３２５／＃４００未満であると、砥粒のドレッシング面からの突き出し量が低く、十分な研磨布のドレッシングができないか、ドレッシングスピードが遅くなるおそれがある。砥粒の粒径が、＃３０／＃４０を超えると、ドレッシングの際に研磨布が粗面化するか、研磨布の除去スピードが極端に速く、使用に耐えなくなるおそれがある。

また、上記保持材３の素材としては、金属や、金属の酸化物、窒化物、炭化物およびそれらの複合化合物の１種または２種以上の焼結体、あるいは砥粒を保持するための電着したニッケルまたはクロム鍍金層など、砥粒４の保持に適するものであれば特に制限されることはない。即ち、砥粒４を焼結または電着、ロウ付けにより保持材３に保持させることもできるが、ニッケルまたはクロム鍍金層の電着によって形成した保持材３に保持させることもできる。

上記砥粒４の各単粒子は、上述のように、保持材３の表面に２次元的に規則性をもって配列、固定され、その配列により形成される最小の格子における隣接する砥粒４間の距離が、０．１〜１５．０ｍｍの範囲内、より好ましくは、砥粒４の粒度が＃１００〜＃６０で、砥粒間距離が０．２〜７．０ｍｍの範囲内にあり、そして、各砥粒４が実質的に均等分布をなして配置される。上記砥粒４の間隔は、それを大きくすれば研磨速度が速くなり、研磨布の表面粗さも粗くなり、ウエハの研磨速度は速くなる。また、砥粒間隔を小さくすれば研磨速度は遅くなり、研磨布の表面粗さも細かくなり、ウエハの研磨速度は遅くなる。

上記砥粒４の間隔は、それが０．１ｍｍ以下になると、ドレッサーに研磨布の研削層や研磨粒子の目詰まりが発生し、研磨布が均一に研削できなくなる。また、砥粒４の間隔が１５．０ｍｍよりも大きくなると、十分な研削作用が得られなくなる。そのため、被研削物の種類や経済性に応じて砥粒間隔を適宜選択するのが望ましく、この間隔の調整により研磨布の面粗さや、研磨速度等を任意に調整することができる。

上記砥粒４の配列について更に具体的に説明すると、台金１（図１参照）上に固定された構造体２において円周方向と径方向に隣接する砥粒４がつくる最小の格子は、一般的には正方形または平行四辺形（これは三角形ということもできる。）であり、この最小の格子における隣接直近砥粒間の距離が、０．１〜１５．０ｍｍの範囲にあればよい。
なお、上記格子の形状は上述したところに限るものではないが、各砥粒が２次元的に規則性を持って配列されることが必要である。

所定の配列で砥粒４を保持させた保持材３は、それを、図１および図２に示すように、エポキシ樹脂等でドレッサー台金１に接着し、その後、ドレッサー作用面をアルミナなどの遊離砥粒によるショットブラスト、ラッピング・エッチングなどにより平面化および目立て加工を施し、それによって所定の寸法に仕上げると共に、砥粒４を所定の高さに突き出させて研磨布用ドレッサーとする。

図３は、本発明に係る研磨布用ドレッサーの別の実施例を示す要部拡大平面図であり、この実施例は、同心円上における隣り合う構造体２の間の距離が該構造体２の円周方向の長さよりも短い点、及び該構造体２の幅（径方向の長さ）が上記環状の取付面１ａの径方向の長さの１／２よりも短い点で、図１に示す実施例と相違するが、その他の構成は図１に示す実施例と同じである。

図４は、本発明に係る研磨布用ドレッサーの更に別の実施例を示す要部拡大平面図であり、この実施例は、複数の構造体２を上記台金１の環状の取付面１ａ上の径が異なる３つの同心円上にそれぞれ等間隔で配列した点、及び該構造体２の幅（径方向の長さ）が上記環状の取付面１ａの径方向の長さの１／３よりも短い点で、図１に示す実施例と相違するが、その他の構成は図１に示す実施例と同じである。

上記研磨布用ドレッサーは、台金１と該台金１上に固定され研磨布をドレッシングする複数の構造体２とを有し、上記構造体２が、平面状の保持材３と、該保持材３の表面に２次元的に規則性を持って配列、保持された多数の砥粒４とから成るため、研磨布を均一の砥粒間隔を有する構造体でドレッシングすることができ、そのため、研磨布用ドレッサーの研削性が向上すると共に、研磨布表面の均一なドレッシング面を得ることができる。

また、上記研磨布用ドレッサーは、上記複数の構造体２を上記台金１上の径が異なる２つ以上の同心円上にそれぞれ規則性を持って配列すると共に隣り合う同心円上における構造体２の円周方向の位置をずらし、該複数の構造体２の間の空間をスラリー給排用の空間としたため、図１〜図４に示すように、該複数の構造体２の間のスラリーが通る空間を台金１の環状の取付面１ａの外周側及び内周側に大きく開口させることができ、スラリーを安定して研磨布用ドレッサーの研削箇所に供給できると共に、研磨布の切り屑や研磨粒子をスラリーと一緒に安定して排出させることができるから、研磨布用ドレッサーの研削性やスラリーの供給・排出性が向上すると共に、安定した研削性とスラリーの供給・排出性を維持することができる。

また、研磨布用ドレッサーを自転させながら研磨定盤の回転軸の周りに公転させて研磨布をドレッシングする際に、構造体の研磨布に対する作用履歴（トレース）の重なりを減少させることができるため、研磨布の同じ箇所が重複して研削されることがなくなり、研削性が向上する。
また、上記研磨布用ドレッサーは、研磨布用ドレッサーを製作する際に、上記規則性を持って配列された砥粒４や構造体２の間隔を適切に調整することにより、研磨布用ドレッサーの研削性やスラリーの供給・排出性を任意に調整することができる。

以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
［実施例１］
重量比で１：４のタングステン−珪素粉末をボールミルで混合し、得られた混合粉末にパラフィンを体積で２０％添加して更に混合し、得られた混合粉末を金型に充填して、圧力５０ＭＰａで平板状の成形体を作製した。一方、粘着剤を塗着した粘着性シートに、砥粒サイズの多数の穴を２次元的に等間隔にあけることにより形成した非マスキング部を有するマスキングを施した。上記非マスキング部により形成した粘着部の大きさは、それぞれ直径約２７０μｍであり、それらの配列は、台金（図１参照）上に固定する際の円周方向と径方向に隣接する砥粒がつくる最小の格子が平行四辺形で、その一辺の砥粒間隔を１．５ｍｍの等間隔に形成した。

次いで、１５０〜２５０μｍに分級したダイヤモンド砥粒を上記粘着性シートの非マスキング部に粘着、固定し、そのシートを前述したタングステン−珪素の混合粉成形体上に載せ、平板を介して砥粒を該成形体に圧入して、それを焼結温度１２００℃、圧力５０ＭＰａで１時間、ホットプレス焼結し、成形体に砥粒を固定してなる構造体を得た。

得られた複数の構造体２は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製の直径２５０ｍｍのカップ型台金１の環状の取付面１ａ上の径が異なる２つの同心円上に１０ｍｍ幅で交互に配列させ（図１参照）、固定するためにエポキシ樹脂で接着した後、構造体２のドレッシング面に粒度＃２４０のアルミナ遊離砥粒によるショットブラスト処理を施し、ダイヤモンド砥粒のマトリックス（構造体）からの突き出し高さが６０〜８０μｍになるように平面化および目立て加工し、研磨布用ドレッサーとした。

作製したドレッサーは、２０ｒｐｍで回転する発泡ポリウレタン製研磨布に押しつけ、２０ｒｐｍの回転でセリア２重量％を含むスラリーを毎分約１５ｍｌ流布しながら、その研磨布を研削した。１００，１５０，２００Ｎで研磨布の研磨速度および研磨布の表面粗さを測定し、表１にその結果を示している。

［比較例１］
実施例１と同じ構造体を図５に示すようなリング状配列してなる研磨布用ドレッサーを用いて、実例１と同じ条件で発泡ポリウレタン製研磨布を研削した。研削の結果を実施例１の結果と共に表１に示す。

表１によれば、本発明の研磨布用ドレッサーでは、研磨布の研磨速度が比較例における研磨布用ドレッサーよりも十分に高く、かつ、表面粗さも高くなることがわかる。

本発明に係る研磨布用ドレッサーの一実施例を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 本発明に係る研磨布用ドレッサーの別の実施例を示す要部拡大平面図である。 本発明に係る研磨布用ドレッサーの更に別の実施例を示す要部拡大平面図である。 比較例における研磨布用ドレッサーの平面図である。

符号の説明

１ 台金
１ａ 取付面
２ 構造体
３ 保持材
４ 砥粒
５ 接着剤

Claims (5)

1. 台金と、該台金上に固定され研磨布をドレッシングする複数の構造体とを有し、
   上記構造体が、平面状の保持材と、該保持材の表面に２次元的に規則性を持って配列、保持された多数の砥粒とから成り、
   該複数の構造体を上記台金上の径が異なる２つ以上の同心円上にそれぞれ規則性を持って配列すると共に隣り合う同心円上における構造体の円周方向の位置をずらし、該複数の構造体の間の空間をスラリー給排用の空間とした、
   ことを特徴とする研磨布用ドレッサー。
2. 上記複数の構造体が、互いに接触しないように間隔をおいて上記取付面に固定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の研磨布用ドレッサー。
3. 上記台金がカップ型の台金であり、上記複数の構造体を該台金の回転軸線に直交する平らな取付面に固定した、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨布用ドレッサー。
4. 上記砥粒の粒度が♯３２５／♯４００〜♯３０／♯４０であり、上記保持材に保持される隣接する砥粒間の距離が０．１〜１５．０ｍｍである、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の研磨布用ドレッサー。
5. 上記砥粒が、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素であり、上記保持材表面に焼結または電着またはロウ付けにより固定されている、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の研磨布用ドレッサー。

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