JP2007136650A - 研磨体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の表面平坦化を要求されるウエハー対応の研磨体として、ダイヤモンド砥粒の配列、形状、大きさ、密度の均一なダイヤモンド膜をＣＶＤ法で直接基材に成膜させることにより、基材に対し密着性を向上し、かつダイヤモンド砥粒の脱落問題を解消するとともに、ドレッシングおよび研磨の均一化の向上を図る。
【解決手段】研磨体はＣＶＤ法により、直接、基材１に砥粒層２としての粒子の大きさ、形状、配列、密度、膜厚等を制御してダイヤモンドを生成させて製作される。砥粒層２と基材１の密着度も高く、優れたドレッシング効果、研磨効果を発揮する手段を提供する。
【選択図】図１３

Description

発明の属する分野

本発明は、半導体用、平面パネル表示体用、通信用素子用、光学用素子用基板の研磨工程で使用される砥石、ドレッサー及びその製造方法に関するものである。
詳しくは、化学的機械的平面研磨装置（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下ＣＭＰと略記する）工程で基板を直接研磨する砥石と研磨パッドの目詰まりや異物処理を行い、研磨パッドを再生して研磨性能を回復させるための研磨パッド用ドレッサー及びその製造方法に関するものである。

前記基板類の研磨に使用される装置は、研磨パッドに研磨剤を撒きながら固定された基板を押し付けて研磨するものが一般的である。
ＣＭＰとは、被研磨体の特性に従って機械的研磨を行う研磨パッドに酸性またはアルカリ性の成分を有する液体を含浸させ、被研磨体をヘッドと呼ばれる可動式の固定具に設置し研磨パッドが設置されている回転体に圧力を調整しながら押し付けることにより任意の研磨量を制御する方法である。
また、研磨パッドを使わず、被研磨体をヘッドに固定し回転させながら、固定された砥石を移動させながら被研磨体に接触させ、その接触面に前記の溶液または純水を吹きかける方法もある。この方式に使用される砥石は、研磨剤を固形化したものが一般的である。
以下、ＣＭＰで使用されるドレッサーと前記した砥石を総称して研磨体として説明する。説明をわかり易くするためにドレッサーとしての研磨体の例で詳述する。
ＬＳＩデバイスの多層配線化、素子寸法の微細化、高性能化が進められている。ＬＳＩデバイス化途中のウエハー表面の平坦化手法として代表的なのがＣＭＰである。
ＣＭＰプロセスには酸化膜と金属配線の二種類があり、酸化膜にはアルカリスラリー、金属配線には酸性スラリーが用いられている。研磨パッドは発泡ポリウレタン、ポリエステル不織布等が用いられている。
この研磨パッドにウエハーを押し付けながら酸化膜、金属膜を平坦に研磨する、研磨中に研磨パッドをドレッシングして平面度の保持と目詰まりを防止する必要がある。ＣＭＰで使用されるドレッサーとしての研磨体（以下、研磨体と略記する）はリング状あるいは円盤状の基材の表面に砥粒であるダイヤモンドを電着、もしくは金属ろう材で溶着し製作されている。研磨体はＣＭＰの研磨パッドの目立てに用いられるだけでなく。かかる研磨体は前述した砥石としてパターンのついていない基板ウエハーの原材の直接研磨にも利用される。
従来の研磨体を図１３、図１４、図１５で説明する。図１３は例えばステンレス鋼で製作された基材１の表面にダイヤモンドの砥粒３を配列し、ニッケルメッキで電着して製作された研磨体の実施例の模式図である。図１４は基材１の表面に配列されたダイヤモンドの砥粒がニッケルメッキで電着されてなる砥粒層２、および基材１の断面図Ｚ部を示す。
図１５は図１４のＺ部の砥粒層の拡大図である。
他の実施例として特開平１０−１２５７９号公報で開示されているように基材１に前述したダイヤモンドの砥粒をニッケルメッキで電着する代わりに金属ろう材を用いて基材上にろう付けする方法が提案されている。砥粒層として基材１の表面に配列されたダイヤモンドの砥粒３をニッケルメッキ４で電着あるいは金属ろう材でろう付けして固着され形成される。
ダイヤモンドの砥粒３は無作為あるいは略同心円状に略等間隔で配列されているものの、研磨体の作用面全体ではダイヤモンドの砥粒３の砥粒間の間隔は不均一である。
研磨パッドに対し、ダイヤモンドの砥粒３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、ウエハーの平坦化に支障が生ずることになる。またダイヤモンドの砥粒３が無作為に配列されていると砥粒３の配列の少ない部分のニッケルメッキの電着層あるいは金属ろう材４が局所的に磨耗し、最悪の場合はダイヤモンドの砥粒３が脱落ししてしまうことになる。ダイヤモンドの砥粒３の脱落はウエハーのスクラッチの原因となる。またＣＭＰプロセスの金属配線の研磨作業に用いられるスラリーがニッケルと反応を起こし、ニッケルメッキの電着層を劣化させたり溶解させ、基板からダイヤモンドの砥粒３が脱落し、ウエハーに掻き傷をつける恐れがある。研磨体としては金属配線、酸化膜の両方のウエハー研磨に適したもの、ダイヤモンド砥粒層が基材に確実に固着され、ダイヤモンド砥粒の形状、粒子の大きさ、配列、密度、膜厚、等の均一性が要求される。また近年のウエハーの大口径化に伴い従来のダイヤモンドの砥粒を用いた研磨体では砥粒の配列の均一性等の点で問題があり、目的としたウエハーの平坦化研磨が不可能になりつつある。また前述した砥石としての研磨体の研磨効果にも難があった。

発明が解決しようとする課題

前述したような研磨体においては、ダイヤモンドの砥粒を無作為に配列しているため、ドレッシングの均一性を向上させるためには限界があった。また基材とダイヤモンドの砥粒層との密着性にも難がありニッケルメッキ電着、金属ろう材の磨耗や溶出によるダイヤモンドの砥粒の脱落等の問題があった。また研磨体に不具合が生じたとき研磨体の交換を短時間で行う必要がある。また基材に砥粒層が一体的に固着されているため、基材も廃棄することになり極めて不経済であった。本発明の第一の目的は高精度の表面平坦化を要求されるウエハー対応の研磨体として、ダイヤモンド砥粒の配列、形状、大きさ、密度の均一なダイヤモンド膜を前述したＣＶＤ法で直接基材に成膜させることにより、基材に対し密着性の向上した、かつダイヤモンド砥粒の脱落問題を解消するとともに、ドレッシングおよび研磨の均一化の向上を図ることにある。本発明の第二の目的は研磨体に不具合が生じたとき研磨体全体を廃棄し新規なものに交換するのではなく、基材からダイヤモンド砥粒層を分離し、容易に新規なダイヤモンド砥粒層を組替え使用できる等の経済効果のある研磨体を提供することにある。

課題を解決する為の手段

ダイヤモンドの基材に対する薄膜の生成法として、わが国では化学技術庁無機材質研究所の熱フィラメントＣＶＤ法によるダイヤモンド合成の報告以来、気相法によるダイヤモンド合成の研究が盛んになり、その他、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、ＥＡＣＶＤ法、プラズマジェットＣＶＤ法、燃焼炎法などの各種合成方法でのダイヤモンド合成が報告されている。本発明における研磨体は前述したＣＶＤ法により直接基材にダイヤモンド砥粒膜を生成させ製作、または研磨体としての所定の形状の基材に合わせた基材型に砥粒層としてのダイヤモンド膜を生成させ、基材型から熱衝撃や化学的処理または機械的処理にてダイヤモンド膜を分離させた、いわゆるダイヤモンドバルクを研磨体の砥粒層として基材の表面に金属ろう材でろう付けして製作、あるいはダイヤモンド膜でできた砥粒層を研磨体としての基材に固定具で固定して製作し、ダイヤモンド砥粒層を容易に交換できるように構成してなることを特徴としている。ＣＶＤ法で成膜されたダイヤモンド層が有効な砥粒層としてドレッシング効果、または研磨効果を発揮する。

図１はＣＶＤ法による成膜法の一実施例であるマイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド合成装置の模式図である。
本装置の構成は電源としてマイクロ波発振器５により２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用い、マイクロ波はアイソレータ６、電力モニター７、整合器８を介して導波管９より石英反応管１０に導かれる。石英反応管１０は上部の反応ガス入口１１から反応ガスを供給し、下部より図示していない真空ポンプにより排気され、減圧された石英反応管１０内にマイクロ波を導くことによりプラズマ１２を発生させる。このプラズマ１２の定在位置はプランジャー１３によって制御され、基材１４を石英製台１５に設置し、マイクロ波の出力により基材１４の温度は制御することができる。
反応ガスは通常メタン−水素系のガスが用いられるが、その他に一酸化炭素−水素系を用いたもの、酸素ガスを添加したもの、水蒸気を添加したものが報告されている。
その他、メタン−酸素系、アセチレン−水蒸気、アセチレン−酸素系の反応ガスを用いたダイヤモンド合成が報告されている。
また反応ガスを変えることによりダイヤモンドの粒子の大きさ、形状、密度、膜厚を自由に任意の位置に成長させることができると報告されている。最大１６０μｍ程度の粒子を有する多結晶のダイヤモンド膜が基材の表面に成膜され、このダイヤモンド膜が研磨体の砥粒層として有効なドレッシング効果および研磨効果を発揮する。本発明による研磨体はかかるＣＶＤ法による成膜法で基材の表面にダイヤモンド膜を成長させることにより製作することを特徴としている。
ＣＶＤ法の実施例として図１においてマイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド合成装置で説明したが前述した他のＣＶＤ法でも実施できる。
図２は図１の基材１４の表面上に直接ＣＶＤ法でダイヤモンド膜を成膜することにより基材１４にダイヤモンド砥粒層１６を有してなる研磨体の第一の実施例である。
図３は第２の実施例でＣＶＤ法により、成膜する際、基材１４の上方に複数の穴を有するマスク板１８を設け任意の位置に任意の配列、任意の密度、形状、膜厚にダイヤモンド粒子１９を成長させることができる。
研磨体に最も適した形状、粒子の大きさ、密度、配列、膜厚をマスク板１８のパターンによって選択的に成膜することができる。かかる成膜法で目的に合った研磨体が製作できる。図４は研磨体に用いる砥粒層としてのダイヤモンド膜２１を、予め、基材型２０の表面にＣＶＤ法で成膜した第３の実施例である。
図５は第４の実施例で図４の基材型２０から砥粒層としてのダイヤモンド膜２１を熱衝撃（基材型２０とダイヤモンド膜１８の膨脹率の差）や化学的処理あるいは機械的処理にて分離した、いわゆるダイヤモンドバルク２２の製作方法を示す。
図６は研磨体としての砥粒層になる図５で製作されたダイヤモンドバルク２２の形状に合った基材２３の表面に、金属ろう材２４でろう付けして固着して形成した研磨体の第５の実施例である。図７はダイヤモンドバルク２２を基材２３に固定具２５Ａ及び２５Ｂで押さえこみ、ネジ２６で固定して形成した研磨体の第６の実施例である。
研磨体の砥粒層としてのダイヤモンドバルク２２に不具合が生じたとき、ダイヤモンドバルク２２を取外し、容易に交換できるように構成したものである。
図８は図４と同様、補助基材２７に前述したＣＶＤ法により直接ダイヤモンド膜１８を生成させた実施例である。このときの補助基材２７は研磨体の砥粒層としてのダイヤモンド膜１８の強化材である。
図７で説明したようなダイヤモンドバルク２２を直接基材２３に交換可能に組付けるのではなく、補助基材２７と、補助基材２７の表面に生成させた砥粒層としてのダイヤモンド膜１８を、一体的に基材２８に図９に示すように交換可能に組み付けて構成した研磨体の第７の実施例である。
図１０は本発明における研磨体の第９の実施例である。図９の研磨体の砥粒層としての補助基材２７とダイヤモンド膜１８の代わりに、１８Ａ・１８Ｂ・１８Ｃ・１８Ｄ・１８Ｅ・１８Ｆ・１８Ｇ・１８Ｈとセグメント化してリング状、あるいは、図示してないが円盤状の基材２８に組み付けて構成したものである。また前述したようなダイヤモンドバルク２２をセグメント化して実施できることは勿論である。
図１１、図１２は、図９及び図１０で説明した研磨体と同様に、砥粒層を構成する固定用ネジ穴を有する補助基材２８をネジ部材３０で基板２９に交換可能に固定することによって製作した研磨体の第７の実施例である。

発明の効果

以上説明してきたように、本発明による研磨体は高精度の表面研磨平坦化を要求されるＣＭＰ対応のドレッサーとしての研磨体、及び基板を直接研磨する砥石としての研磨体として使用される。
研磨体は砥粒層としてのダイヤモンド膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＤＣプラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、ＥＡＣＶＤ法、燃焼炎法等の各種合成法で直接基材の表面に目的に合ったダイヤモンド砥粒の配列、形状、大きさ、密度、膜厚等を均一に生成させることにより製作される。基材に対して密着性が向上したダイヤモンド砥粒の脱落の問題も解消でき効率的なドレッシング効果および研磨効果を発揮する。また、研磨体の形状に合った砥粒層としてのダイヤモンドバルクを製作し基材に対し金属ろう材でろう付けして固着、あるいはダイヤモンドバルクを基材に対して固定具で交換可能に組付けて研磨体を製作する。
補助基材にＣＶＤ法で研磨体の砥粒層として成膜したものを基材に交換容易に組付けて研磨体を製作する。また、かかるＣＶＤ法で成膜した前述したような研磨体の砥粒層をセグメント化して、交換容易に組付け製作できる等、研磨体として新規性のある有用技術を提供するものである。研磨体に不具合が生じたとき、研磨体全体を廃棄して新規なものに交換するのではなく、ダイヤモンド砥粒層を容易に組替え使用できる等経済効果大である。

マイクロ波プラズマＣＶＤ法によるダイヤモンド合成装置の模式図 本発明における基材表面に直接ＣＶＤ法で成膜して製作した研磨体の第一の実施例の断面図 本発明における基材上方にマスク板を設けて基材に直接ＣＶＤ法で成膜して製作する研磨体の第２の実施例の断面図 本発明における研磨体としての砥粒層をＣＶＤ法で基材型の表面に成膜して製作した第３の実施例の断面図 本発明における研磨体の砥粒層としてのダイヤモンドバルクの製法を示す第４の実施例の断面図 本発明におけるダイヤモンドバルクを基材に金属ろう材で固着して形成した第５の実施例の断面図 本発明におけるダイヤモンドバルクを交換容易に固定具で組付けた第６の実施例の断面図 本発明における補助基材に直接ＣＶＤ法でダイヤモンド膜を生成させて製作した研磨体の第７の実施例の断面図 本発明における第７の実施例を基材に交換容易に固定具で組付けた第８の実施例の断面図 本発明における第８の実施例の砥粒層をセグメント化した第９の実施例の断面図 本発明における研磨体の実施例である図８の別の実施例 本発明における研磨体の実施例である図９の別の実施例 従来の研磨体の実施例の模式図 従来の研磨体の実施例である図１３の砥粒層および基材の断面図 従来の研磨体の実施例である図１４のＺ部の砥粒層の拡大図

符号の説明

１：基材 ２：砥粒層 ３：砥粒 ４：ニッケルメッキ
５：マイクロ波発振器 ６：アイソレータ ７：電力モニター
８：整合器 ９：導波管 １０：石英反応管 １１：反応ガス入口
１２：プラズマ １３：プランジャー １４：基材 １５：石英製台
１６：ダイヤモンド砥粒層 １８：マスク板 １９：ダイヤモンド粒子
２０：基材型 ２１：ダイヤモンド膜 ２２：ダイヤモンドバルク
２３：基材 ２４：金属ろう材 ２５Ａ、２５Ｂ：固定具
２７：補助基材 ２８：補助基材 ２９：基材
３０：ネジ部材

Claims (18)

1. 基材表面に直接ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、粒子の大きさ、形状、配列、密度、膜厚を均一に生成してなるダイヤモンドを有することを特徴とするドレッサー
2. 基材型の表面にＣＶＤにより直接ダイヤモンドを生成させた後、該ダイヤモンドを前記基材型から分離してなるダイヤモンドバルクを砥粒層とすることを特徴とするドレッサー
3. 請求項２に記載のダイヤモンドバルクを砥粒層として基材に対し着脱自在に固定具で固定して形成してなることを特徴とするドレッサー
4. 請求項２に記載のダイヤモンドバルクを砥粒層として基材に金属ろう材で溶着して形成してなることを特徴とするドレッサー
5. 補助基材表面にＣＶＤにより直接ダイヤモンドを生成させてなる砥粒層を基材に着脱自在に固定具で固定して形成してなることを特徴とするドレッサー
6. ＣＶＤにより基材表面の上方に複数の穴を有するマスク板を設け、前記基材の表面にマスクパターンに合わせて任意の位置、粒子の大きさ形状、配列、密度を制御したダイヤモンドを生成してなるダイヤモンド砥粒層を有することを特徴とするドレッサー
7. 請求項２に記載のダイヤモンドバルクを基材にセグメント化して金属ろう材で溶着して形成してなることを特徴とするドレッサー
8. 請求項２に記載のダイヤモンドバルクを基材にセグメント化して金属ろう材で溶着して形成してなることを特徴とするドレッサー
9. 請求項５に記載のダイヤモンド砥粒層をセグメント化してなることを特徴とするドレッサー
10. 基材表面に直接ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により、粒子の大きさ、形状、配列、密度、膜厚を均一に生成してなるダイヤモンドを有することを特徴とする研磨砥石
11. 基材型の表面にＣＶＤにより直接ダイヤモンドを生成させた後、該ダイヤモンドを前記基材型から分離してなるダイヤモンドバルクを砥粒層とすることを特徴とする研磨砥石
12. 請求項２に記載のダイヤモンドバルクを砥粒層として基材に対し着脱自在に固定具で固定して形成してなることを特徴とする研磨砥石
13. 請求項２に記載のダイヤモンドバルクを砥粒層として基材に金属ろう材で溶着して形成してなることを特徴とする研磨砥石
14. 補助基材表面にＣＶＤにより直接ダイヤモンドを生成させてなる砥粒層を基材に着脱自在に固定具で固定して形成してなることを特徴とする研磨砥石
15. ＣＶＤにより基材表面の上方に複数の穴を有するマスク板を設け、前記基材の表面にマスクパターンに合わせて任意の位置、粒子の大きさ形状、配列、密度を制御したダイヤモンドを生成してなるダイヤモンド砥粒層を有することを特徴とする研磨砥石
16. 請求項２に記載のダイヤモンドバルクを基材にセグメント化して金属ろう材で溶着して形成してなることを特徴とする研磨砥石
17. 請求項２に記載のダイヤモンドバルクを基材にセグメント化して金属ろう材で溶着して形成してなることを特徴とする研磨砥石
18. 請求項５に記載のダイヤモンド砥粒層をセグメント化してなることを特徴とする研磨砥石

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