JP2006324310A

JP2006324310A - 一体構造型ＳｉＣ―ＣＭＰドレッサーパッド

Info

Publication number: JP2006324310A
Application number: JP2005143921A
Authority: JP
Inventors: Tadatomo Sato; 忠朝佐藤; Akihito Iwai; 明仁岩井
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2005-05-17
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2006-11-30

Abstract

【課題】ドレッシング装置におけるドレッサーパッドを一体構造とし、ドレッシングの安定性を向上させた一体構造型ＳｉＣ―ＣＭＰドレッサーパッドを提供すること。
【解決手段】半導体ウェーハの研磨に用いられるＣＭＰ装置の研磨パッドをドレッシングするのに用いるドレッサーパッドであって、かつ砥粒と砥粒を保持する保持部材を一体化させたピン構造を有してなるＳｉＣ焼結体からなる一体構造型ＳｉＣ―ＣＭＰドレッサーパッド。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハの表面研磨等に用いられる研磨パッドの目立て装置（ドレッサーパッド）に関する。

ＬＳＩの高集積化は、多層配線化及び配線微細化により達成されている。多層化は表面段差を増大させ、微細化はフォトリソ工程での焦点深度を小さくする。こうした背景のもと、ウェーハ全面の均一な平坦化にはＣＭＰ（化学機械研磨）技術は必須となっている半導体プロセスの一つである。

ＣＭＰは研磨スラリーを用いて半導体ウェーハの表面を研磨するもので、円盤状の定盤にセットされた半導体ウェーハと、ポリッシングパッド（研磨パッド）を相対的に接触、回転させることによって研磨作業を行う。通常このような研磨作業を長時間行っていると、被研磨部材の削屑や研磨スラリー等が研磨パッドの微細な穴に入り込んで目詰りを起こす。また、研磨パッド表面が平坦化されて研磨速度が著しく低下する。

この研磨速度の安定化には研磨パッドのドレッシング（目立て）が必須である。一般に、研磨パッド用のドレッサーパッドは、複数のダイヤモンド砥粒と、これらの砥粒を保持する固着層（メッキ層）とを備えている。ダイヤモンド砥粒は、先端部分のみが研磨パッド側に突出した状態で固着層に保持される。従来の研磨パッド用ドレッサーパッドにおいては、一般に粒径が０．２〜０．３ｍｍのダイヤモンド砥粒が使用されている。

上記のような従来の研磨パッド用ドレッサーパッドにおいて、一般に、ダイヤモンド砥粒の固着にはニッケル電着法が用いられる。図１にニッケル電着法の模式図を示す。ニッケル電着法は、ニッケルの電解メッキに類似した方法であり、ダイヤモンド粒の間の隙間もニッケルで埋めて（図１Ｂ）、ダイヤモンド砥粒（図１Ａ）を保持している。しかしながら、ダイヤモンド砥粒とニッケルとの間のぬれはほとんど皆無であり、ダイヤモンド砥粒とニッケルとの間の接合強度は低い。ここで保持できず、脱落してしまったダイヤモンド砥粒はウェーハのスクラッチ傷の原因となる。（図１Ｃ：ダイヤモンド砥粒脱落部）

さらに、上記のような従来の研磨パッド用ドレッサーパッドにおいては、ダイヤモンド砥粒を無作為に配置しているため、ドレッシングの均一性を向上させるのにも限界があった。また、研磨パッドに対してダイヤモンド砥粒が一様に接触しないと、ドレッシングの均一性が損なわれ、その結果、ウェーハの研磨の均一性が悪化する。

さらに、ニッケル電着法を用いる従来の研磨パッド用ドレッサーパッドは、研磨パッド研磨時に研磨パッドに残留したＣＭＰスラリーに対してニッケルの溶出等の問題もある。

従って、本発明の目的は、ドレッシング装置におけるドレッサーパッドを一体構造とし、ドレッシングの安定性を向上させることにある。

本発明は、半導体ウェーハの研磨に用いられるＣＭＰ装置の研磨パッドをドレッシングするドレッシング装置において、従来、複数のダイヤモンド砥粒と、これらの砥粒を保持する固着層とを備えていた研磨パッド用ドレッサーパッドを一体構造型とするものである。このようなドレッサーパッドの一態様としては、一体構造型ドレッサーパッドにはＳｉＣを用い、研磨表面にはダイヤモンド砥粒に代替するＳｉＣピンをブラスト加工を用いて形成したものをあげることができる。

本発明における一体構造型ＳｉＣ−ＣＭＰドレッサーパッドは、従来のダイヤモンド砥粒に代替するピンをブラスト加工によって一体型として形成するため、従来問題であったダイヤモンド砥粒の脱落のような、ピンの脱落などはない。さらに、ピンはブラスト加工によって形成するため、規則的かつ正確に配置できる。無作為にしか配置できなかったダイヤモンド砥粒を用いた従来の研磨パッド用ドレッサーパッドとは違い、研磨パッドを均一にドレスすることが可能となる。

また、ニッケル電着法を用いた従来ドレッサーパッドは、ダイヤモンド砥粒を固着するニッケルがＣＭＰスラリーに溶出し、ウェーハを汚染するのに対して、ＳｉＣは金属成分を含有せず、ウェーハの汚染はない。

本発明は以下の実施の形態を図面を用いて説明するが、本発明はここで説明する実施の形態に限定されるものではない。下記実施の形態は発明の目的を逸脱しない限りにおいて多様に変形することができる。

図２に、本発明におけるＳｉＣドレッサーパッドの概略図を示す。図２に示すように、本発明のＳｉＣドレッサーパッドは円盤状のドレッサーパッドＤにＳｉＣピンＥを複数個（図では簡単のため６点のみ記載してある）形成した構造になっている。ピンの形成方法は、まず、ＳｉＣ焼結体のドレッサー面とする面に対して、平面研磨加工を行う。次にブラスト加工を行い、ＳｉＣピンを形成する。

ブラスト加工は、被加工物に対して研磨粒子を高圧で噴射して研磨する方法で、研磨しない箇所にはマスキングを施すことで多様なパターンを形成することができる。

以下に上記ブラスト加工の一例を説明する。まず、平面研磨加工を施した面に、直径φ０．２ｍｍ、同心円状、等間隔のマスクパターンを形成した。マスキングはマスクの直径、パターンとも自在に選択可能である。マスクパターン形成には露光法を用いる。露光法は、紫外線によって感光するフィルムを被加工物に貼り、パターンを形成したマスクを重ね合わせ、フィルムに感光させる。感光後、被加工物を現像液中に浸漬することによってネガフィルムによって感光しなかった箇所はブラストマスクとして被加工物に形成される。

次に、前記マスクパターンを形成したＳｉＣ焼結体のドレッサー面とする面に対して、ブラスト加工を行う。研磨粒子にはＳｉＣ粒子を用い、前記面に噴射することでマスクパターンの形成、すなわち、直径φ０．２ｍｍ、高さ０．０５ｍｍのＳｉＣピンの形成ができる。ピン寸法は、研磨粒子、加工圧力、加工時間、加工回数を変更することで調整することができる。たとえば研磨粒子径を小さくすればピン寸法はより精度の高いものが形成でき、加工圧力を高くすれば高いピンを形成することができる傾向がある。

従来のニッケル電着法を用いたドレッサーパッドでは、ダイヤモンド砥粒のバラツキの及び、ニッケルによる固着のため、ドレッサー面が研磨パッドに均一に接触せず、ドレッシングの均一性が損なわれてしまう。

これに対して、本発明によるドレッサーパッドは、ドレッサー面のＳｉＣピンの研磨面は、平面研磨によって形成されており、研磨パッドへの接触の均一性は高い。加えて、ＳｉＣピンの直径、高さとも均一に形成することができる。

さらに、従来のドレッサーパッドではドレッサー面のダイヤモンド砥粒の配置は無作為であったのに対し、本発明によるドレッサーパッドのＳｉＣピンは規則的かつ精密に配置することができる。

次に、本発明のドレッサーパッドの一実施態様についてさらに詳しく説明する。まずピン部分の大きさ（以下ピン径という）としては、半導体ウェーハ用研磨パッド用という点でφ０．１〜０．３ｍｍが好ましく、ピンの研磨パッドとの接触面積とピンの数の最適条件からφ０．１〜０．２ｍｍがより好ましい。なお、本発明においてピン径とは、ドレッサーパッドを光学顕微鏡で観察したときの写真から、図２においてＦで表される部分を測定することで定義する。

次にピン部分の高さについては、研磨パッドのドレッシング能力とピン強度の点で０．０５〜０．１ｍｍが好ましい。ピン高さが高すぎると、研磨パッド研磨時に、強度不足となりピンが破損してしまう。なお、本発明においてピン高さとは、ドレッサーパッドを光学顕微鏡で観察したときの写真から、図２においてＧで表される部分を測定することで定義する。

次にドレッサーパッドの形状については、ウェーハ研磨に使用する研磨パッドサイズに依存し、外径φ８０〜１２０ｍｍ、内径φ５０〜６０ｍｍ、厚み２〜１０ｍｍが好ましい。また、研磨時に回転することと、研磨屑が発生することとから、研磨屑を逃がすため、円盤リング状が好ましい。

本発明のドレッサーパッドの材質としては、ＣＭＰスラリーに耐食性のある材料、ある程度の強度、硬度、耐摩耗性を有する材料を選択することが好ましく、具体的にはたとえば、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＳＵＳ、ＷＣなどをあげることができる。中でも、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４が好ましく、特にＳｉＣが好ましい。

なお本発明のドレッサーパッドの一態様として、図２Ｈに示すように、ドレッサーパッド部の下に補強部材を設けた構造であってもよい。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。
実施例１
外径φ１００ｍｍ、内径φ６０ｍｍ、厚さ２ｍｍのＳｉＣ焼結体リングの表面に平面研磨加工を施した後、ブラスト加工によって、高さ０．０５ｍｍのピンを同心円上に形成し一体構造型ＳｉＣ―ＣＭＰドレッサーパッドを得た。露光条件は露光量３５０ｍＪ／ｃｍ^２である。ブラスト加工条件は、研磨粒子ＳｉＣ粒子（＃２２０）、加工圧力０．３４ＭＰａである。

次に上記、一体構造型ＳｉＣ−ＣＭＰドレッサーパッドの研磨後の面状態について評価した。

表１に示されるように、本発明による一体構造型ＳｉＣ−ＣＭＰドレッサーパッドは、従来のニッケル電着法を用いたドレッサーパッドのようなダイヤモンド砥粒の脱落、といった問題はなく、かつ、ＳｉＣピン径、ピン高さも自由に選択・制御可能であり、研磨の安定性が向上する。

次に上記、一体構造型ＳｉＣ−ＣＭＰドレッサーパッドの耐食性について評価した。

表２に示されるように、本発明による一体構造型ＳｉＣ−ＣＭＰドレッサーパッドは、アルカリスラリー、及び酸性スラリーに対しても不溶であり、極めて耐食性が高くウェーハへの汚染がないことがわかる。これに対して従来のニッケル電着法を用いたドレッサーパッドは、酸性スラリーに対してニッケル成分を溶出した。

従来ドレッサーパッドの先端を拡大した部分を示す断面図である。本発明のＳｉＣドレッサーパッドである。

符号の説明

Ａ・・・ダイヤモンド砥粒
Ｂ・・・ニッケル層
Ｃ・・・ダイヤモンド砥粒脱落箇所
Ｄ・・・ドレッサーパッド
Ｅ・・・ＳｉＣピン
Ｆ・・・ピン径
Ｇ・・・ピン高さ

Claims

半導体ウェーハの研磨に用いられるＣＭＰ装置の研磨パッドをドレッシングするのに用いるドレッサーパッドであって、砥粒と砥粒を保持する保持部材を一体化させたピン構造を有してなるドレッサーパッド。
ＳｉＣ焼結体からなる請求項１記載の一体構造型ＳｉＣ―ＣＭＰドレッサーパッド。