JP2008006507A - ダイヤモンド研磨工具、ダイヤモンド研磨工具の作成方法、ダイヤモンド研磨工具の再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイヤモンド微粒（破片）の脱落がなく、金属汚染等の恐れがなく、使用後の凹凸形状が磨耗で変形しても再生して何度も使用できるダイヤモンド研磨工具、ダイヤモンド研磨工具の作成方法、ダイヤモンド研磨工具の再生方法を提供する。
【解決手段】ダイヤモンド製平板１の表面の少なくとも一部に切れ刃となる凹凸形状４を形成したダイヤモンド研磨工具であり、研磨使用後に磨耗により変形した凹凸形状４を追加工により再生することが可能であるダイヤモンド研磨工具。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイヤモンド製平板表面に凹凸形状を形成した構成のダイヤモンド研磨工具の作成方法、ダイヤモンド研磨工具、ダイヤモンド研磨工具の再生方法に関し、特に半導体ウエハ面を平坦化するポリッシング装置の定盤上面に貼り付けられた研磨クロスの経時変化の復元（目立て・再生）可能なダイヤモンド研磨工具、ダイヤモンド研磨工具の作成方法、ダイヤモンド研磨工具の再生方法に関するものである。

半導体ウエハ上面に形成されたデバイスパターン形成面を研磨して平坦化するポリッシング装置において、定盤上面に貼付けられた研磨クロスに、従来は不織布研磨クロスを用いていた。しかしながら、近年、ＩＣやＬＳＩの集積度が高くなるに従って、研磨後のデバイスパターン形成面の段差がより小さいことが要望されている。該段差の小さい研磨の要望に応えるため、研磨クロスに硬い材質のもの、例えば発砲ポリウレタン研磨クロスを用いるようになってきた。

このように硬い材質の研磨クロス表面のポリッシングによる経時変化を回復させるドレッシング方法として従来、基材の表面にダイヤモンドの微粒をＮｉコーティング（Ｎｉメッキ等）で固着してなるダイヤモンドドレッサーを用いる方法がある。このダイヤモンドドレッサーを用いると研磨クロス面の経時変化の復元（目立て・再生）が効果的で、ポリッシュレートの低下も少ないという利点があるが、下記のような欠点がある。

（１）ダイヤモンドドレッサーを構成するダイヤモンド微粒の落下により半導体ウエハのポリッシング（研磨）に際し、該半導体ウエハにスクラッチが発生し製品不良となるおそれがある。
（２）基材にダイヤモンド微粒がＮｉコーティング（Ｎｉメッキ等）で固着しているため、半導体ウエハがＮｉにより金属汚染される恐れがある。
（３）また、半導体ウエハ面に金属のデバイスパターンを形成している場合は、ポリッシング時に酸性のスラリーを用いた場合、ＮｉコーティングのＮｉが溶け出してしまう。

これに対するものとして、特許文献１に開示されるように、凹部を有する基板に、気相合成法により多結晶ダイヤモンドを堆積したのち基板を除去し、多結晶ダイヤモンド成長側面を台金に接合してなるドレッサーや、特許文献２に開示されるように、ドレッサー本体の下面にＳｉＣ帯を設けた構成のドレッサーや、特許文献３に開示されているように、凸部を有する合金の作用面に、多結晶ダイヤモンド薄膜を形成した構成のドレッサーがある。また、特許文献４には、石英板の表面に格子状に溝が形成され、該溝以外が突起部となっている研磨工具が開示されている。
特開平１０−４４０２３号公報 特開平９−１６８９６２号公報 特開平１０−７１５５９号公報 特開平７−２５４５７４号公報

しかしながら、上記特許文献１乃至３に記載のドレッサー、即ち研磨工具は、研磨工具の凹凸形成面が磨耗し、凹凸の高低差が小さくなって変形して研磨レートが低下した場合、新たなドレッサーに交換する以外になく、再生して何度も使用することができないため、コスト高になるという問題がある。特に母材にダイヤモンド粒子をコーティングにより固着してなる研磨工具では、固着されたダイヤモンド粒子の役割は、（１）母材保護の役割と、（２）切れ刃としての役割がある。しかし（１）においては、コーティングの損耗の際に再生が困難となる。（２）においては、使用環境（ｐＨ、温度、切削圧力等）により、ダイヤモンド粒子が母材から離脱することが問題となる。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ダイヤモンド微粒（破片）の脱落がなく、金属汚染等の恐れがなく、使用後の凹凸形状が磨耗で変形しても再生して何度も使用できるダイヤモンド研磨工具、ダイヤモンド研磨工具の作成方法、ダイヤモンド研磨工具の再生方法を提供することを目的とする。

上気課題を解決するため請求項１に記載の発明は、ダイヤモンド製平板表面の少なくとも一部に切れ刃となる凹凸形状を形成したダイヤモンド研磨工具であり、研磨使用後に磨耗により変形した前記凹凸形状を追加工により再生することが可能であることを特徴とするダイヤモンド研磨工具にある。

請求項２に記載の発明は、研磨に使用し前記凹凸形状形成面の凹凸形状が磨耗により変形した請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具の凹凸形状を再生するダイヤモンド研磨工具の再生方法であって、前記磨耗により変形した凹凸形状をエッチング加工又は機械加工で行うことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、研磨に使用し前記凹凸形状形成面の凹凸形状が磨耗により変形した請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具の凹凸形状を再生するダイヤモンド研磨工具の再生方法であって、前記変形した凹凸形状の形成面を一旦平坦化した後、凹凸形状をエッチング又は機械加工で行うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具を作成するダイヤモンド研磨工具の再生方法であって、研磨使用後に磨耗により変形した前記凹凸形状を前記ダイヤモンド製平板表面の前記凹凸形状形成部の一部にマスキングをした後、エッチングにて非マスキング部のダイヤモンドを除去して形成することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のダイヤモンド研磨工具の再生方法において、前記エッチングがプラズマエッチング又はＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のいずれかであることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具の凹凸形状を再生するダイヤモンド研磨工具の作成方法であって、前記磨耗により変形した凹凸形状をエッチング加工又は機械加工で行うことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具を作成するダイヤモンド研磨工具の作成方法であって、前記凹凸形状を前記ダイヤモンド製平板表面の前記凹凸形状形成部の一部にマスキングをした後、エッチングにて非マスキング部のダイヤモンドを除去して形成することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項６に記載のダイヤモンド研磨工具の作成方法において、前記エッチングがプラズマエッチング又はＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のいずれかであることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ダイヤモンド製平板表面の少なくとも一部に切れ刃となる凹凸形状を作成したので、ダイヤモンド自身は耐食性が高いため、研磨に際して使用環境（ｐＨ、温度、切削圧力等）によって、ダイヤモンド微粒（破片）が脱落することのない研磨工具を提供できる。この研磨工具を用いてポリッシング装置の定盤に貼り付けた研磨クロスを研磨（ドレッシング）した場合、研磨クロス面にダイヤモンド粒子の落下はなく、半導体ウエハのポリッシング（研磨）に際し、被研磨面にスクラッチが発生するおそれがない。研磨工具に金属を用いていないので、金属汚染等の恐れがない。また、研磨使用後に磨耗により変形した凹凸形状を追加工により再生することが可能であるから、凹凸形状を再生して何度も使用することができる。

請求項２及び３に記載の発明によれば、研磨に使用し凹凸形状形成面の凹凸形状が磨耗により変形した請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具の該変形した凹凸形状を初期の凹凸形状に再生するか又は磨耗により変形した凹凸形状形成面を一旦平坦化した後、該平坦面に凹凸形状を形成するので、ダイヤモンド製平板の厚さが使用に耐えられない厚さになるまで、何度も再生して使用することができる。

請求項４及び５記載の発明によれば、マスキング法により、ダイヤモンド製平板表面の少なくとも一部にプラズマエッチング又はＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のいずれかで切れ刃となる凹凸形状を形成するから、研磨に際してダイヤモンド微粒（破片）が脱落することのない研磨工具を容易に再生できる。

請求項６乃至８記載の発明によれば、マスキング法により、ダイヤモンド製平板表面の少なくとも一部にプラズマエッチング又はＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のいずれかで切れ刃となる凹凸形状を形成するから、研磨に際してダイヤモンド微粒（破片）が脱落することのない研磨工具を容易に作成できる。

以下、本願発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係るダイヤモンド研磨工具の一部断面を示す図である。図１において、１はダイヤモンド基板（ダイヤモンド製平板）であり、該ダイヤモンド基板１の上面に逆台形形状の凹部２を格子状に形成することにより断面台形状の凸部３を形成して全体として凹凸形状面４としている。凸部３はダイヤモンド研磨工具の切れ刃として作用する。ダイヤモンド基板１の該凹凸形状面４の反対側の面を上面が平坦な固定板５に固定している。ここで、ダイヤモンド基板１としては厚さＴ１＝５００μｍのものを用い、その上面に凸部３の高さＴ２がＴ２＝５０μｍとなる凹凸形状面４を形成している。

ダイヤモンド基板１としては、例えばＣＶＤ法で製造される多結晶ダイヤモンドウエハを用いる。このダイヤモンドウエハは、耐食性が高いため使用環境（ｐＨ、温度、切削圧力等）によってダイヤモンド微粒破片の脱落がなく、例えばＣＭＰ（化学機械的ポリッシング装置）の定盤上に貼り付けた研磨クロスの目立てを行うドレッサーに使用した場合、ダイヤモンドの微粒破片が研磨クロス上に脱落することがないから、半導体ウエハをポリッシングした際、研磨クロス面に残留するダイヤモンドの微粒破片により該半導体ウエハ被研磨面にスクラッチが発生するということはない。また、ダイヤモンド基板１には金属成分が含まれていないので、半導体ウエハの金属汚染の心配もない。

ダイヤモンド基板１の上面に逆台形状の凹部２を格子状に形成するには、図２に示すように加工治具６を用いて機械加工を行う。この加工治具６としてはバイト又はフライス又は研削具（砥石）を用い、バイト加工、フライス加工、研削加工を行う。また、図示は省略するがダイヤソーを用いて切削加工で凹部２を形成してもよい。

また、ダイヤモンド基板１の上面に、凹凸形状面４を形成する方法としては、図３に示すように、ダイヤモンド基板１の上面を凹凸形状面４に対応するパターンの開口６ａが形成されたマスク７で覆い、プラズマ８を照射することにより、ダイヤモンド基板１のマスク７の開口６ａに露出する部分（非マスキング部）のダイヤモンド材を除去し、凹部２を形成する。これによりマスク７で覆われた部分のダイヤモンド材には残り凸部３が形成される。また、プラズマエッチングに替え、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行ってもよい。

ダイヤモンド基板１の上面に形成される凹凸形状面４の凸部３の形状としては、図４に示すように円錐形状、図５に示すように４角錐状（三角錐状又は多角錐状でも可）、図６に示すように鋸刃状としてもよい。更に図示は省略するが、円錐台形状、角錐台形状、円柱状、角柱状でもよい。なお、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ断面、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）はＢ−Ｂ断面、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ断面である。上記凹部２及び凸部３、特に凸部３の配列は図示は省略するが、例えば千鳥足跡状、格子状、ランダム状のいずれでも良く、全体として均一に配置されていればよい。

上記のようにダイヤモンド基板１に凹凸形状面４を形成したダイヤモンド研磨工具で、例えばＣＭＰの定盤の研磨クロスの目立て（研磨）を行った場合、長い時間が経過すると凹凸形状面４の凸部３の外表面が磨耗し、その形状が図７（ａ）に示すように変形する。そこでダイヤモンド基板１の外表面を破線９で示す位置まで除去することにより、図７（ｂ）に示すように、初期の凹凸形状面４の凸部３の形状に再生することができる。凹凸形状の再生には、上記凹凸形状面４を形成するときの加工法を用いる。なお、図７（ａ）の磨耗により変形凸部３を有する凹凸形状面４を一旦平坦に除去加工した後、新たに上記加工法を用いて凹凸形状面４を形成してもよい。加工方法としては、機械加工やプラズマ加工が挙げられる。機械加工では、バイト又はフライス又は研削具（砥石）を用い、バイト加工、フライス加工、研削加工を行う。また、ダイヤソーを用いた切削加工でもよい。また、プラズマ加工では、プラズマエッチングやＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）を行なってもよい。

このように、ダイヤモンド研磨工具を研磨に使用し、ダイヤモンド基板１の凹凸形状面４の凸部３の外表面が磨耗により変形した場合、上記加工法を用いて、初期の上記凹凸形状面４に再生することにより、ダイヤモンド研磨工具を繰り返して使用することができる。例えば、図１に示すように、ダイヤモンド基板１の厚さＴ１＝５００μｍのものを用い、凸部３の高さＴ２＝５０μｍを形成した場合、磨耗により変形した凹凸形状面４を一旦平坦に除去加工した後、新たに凹凸形状面４を形成した場合でも６乃至７回程度繰り返して使用することができる。特に図７（ａ）で破線９より上のダイヤモンド材を除去して凹凸形状面４を再生する場合は、上記のように一旦平坦に除去加工した後に凹凸形状を形成するより切削代が小さくできるから、更に多くの回数繰り返して使用することができる。

図８は上記ダイヤモンド研磨工具をＣＭＰ装置の定盤上に貼り付けた研磨クロスの目立て（ドレッシング）を行うドレッサーの構成例を示す図である。図示するように、ダイヤモンド基板１は円板状でその上面に凹部２と凸部３からなる凹凸形状面４が全面に形成されている。このダイヤモンド基板１の凹凸形状面４の反対側面を該ダイヤモンド基板１と同径の円板状の固定板５に接着材で接着固定してドレッサー１０とする。なお、ダイヤモンド基板１と固定板５を互いに溶着により固定してもよい。なお、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。ここでは円板状の固定板５に１枚の円板状のダイヤモンド基板１を固着した例を示したが、固定板５に複数枚のダイヤモンド基板を固着してもよい、例えば複数枚の扇形状のダイヤモンド基板を固着してもよい。

図９はドレッサーの他の構成例を示す図である。図示するように、ダイヤモンド基板１は円環状で、その上面に凹部２と凸部３からなる凹凸形状面４が全面に形成されている。このダイヤモンド基板１の凹凸形状面４の反対側を該ダイヤモンド基板１と同一外径の円板状の固定板５に接着材で接着固定してドレッサー１０とする。なお、円環状のダイヤモンド基板１と固定板５を互いに溶着により固定してもよい。なお、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）はＥ−Ｅ断面図である。ここでは、円板状の固定板５に円環状の１枚のダイヤモンド基板１を固着した例を示したが、例えば、上面に凹部２と凸部３からなる凹凸形状面が形成された円弧状のダイヤモンド基板片を複数枚円環状に固着してもよい。

図８又は図９に示す構成のドレッサー１０を図１０に示すように、矢印Ｆに示す方向に回転するＣＭＰの定盤１１の研磨クロス１２の上面に、矢印Ｇ方向に回転するドレッサー１０を所定の圧力で当接して、該研磨クロス１２上面をドレッシングする。回転する研磨クロス１２の上面には、図示しないが回転するトップリングに保持された半導体ウエハが所定の圧力で当接され、両者の相対的運動により半導体ウエハ面が研磨される。この研磨により研磨クロス１２が経時変化し、研磨レートが低下する。この経時変化を回復させるため上記のように、ドレッサー１０のダイヤモンド基板１の凹凸形状面４を研磨クロス１２の上面に当接させてドレッシング（目立て）を行う。なお、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側面図である。

上記のようにダイヤモンド基板１は、耐食性が高いため、このドレッシングに際して、研磨クロス１２の上面にダイヤモンド微粒（微細破片）が脱落することがない。従って、ドレッシング後の半導体ウエハのポリッシングに際し、研磨クロス１２の上面に残留するダイヤモンド微粒により半導体ウエハの被研磨面にスクラッチが発生するという問題がなくなる。また、ドレッシングによりダイヤモンド基板１の凹部２及び凸部３、特に凸部３が変形してドレッシングレートが低下した場合、上記のように凹凸形状を再生することにより、一つのドレッサー１０を繰り返して何度も使用できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。上記実施形態例では、ダイヤモンド研磨工具をＣＭＰ装置の定盤上面に貼付けた研磨クロスの経時変化の目立て（再生）に使用する例を示したが、本願発明に係るダイヤモンド研磨工具はこれに限定されるものではなく、耐食性等が要求される広い分野の研磨工具として広く利用できる。

本発明に係るダイヤモンド研磨工具の一部断面を示す図である。 本発明に係るダイヤモンド研磨工具の凹凸形状面の加工例を示す一部断面図である。 本発明に係るダイヤモンド研磨工具の凹凸形状面の加工例を示す一部断面図である。 本発明に係るダイヤモンド研磨工具の凹凸形状面の例を示す図で、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。 本発明に係るダイヤモンド研磨工具の凹凸形状面の例を示す図で、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。 本発明に係るダイヤモンド研磨工具の凹凸形状面の例を示す図で、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）はＣ−Ｃ断面図である。 本発明に係るダイヤモンド研磨工具の凹凸形状面の再生例を示す図である。 本発明に係るダイヤモンド研磨工具を用いるドレッサーの構成例を示す図で、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。 本発明に係るダイヤモンド研磨工具を用いるドレッサーの構成例を示す図で、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）はＤ−Ｄ断面図である。 本発明に係るダイヤモンド研磨工具を用いるドレッサーでＣＭＰ装置の定盤をドレッシングする例を示す図で、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は側面図である。

符号の説明

１ ダイヤモンド基板（ダイヤモンド製平板）
２ 凹部
３ 凸部
４ 凹凸形状面
５ 固定板
６ 加工治具
７ マスク
８ プラズマ
９ 破線
１０ ドレッサー
１１ 定盤
１２ 研磨クロス

Claims (8)

1. ダイヤモンド製平板表面の少なくとも一部に切れ刃となる凹凸形状を形成したダイヤモンド研磨工具であり、研磨使用後に磨耗により変形した前記凹凸形状を追加工により再生することが可能であることを特徴とするダイヤモンド研磨工具。
2. 研磨に使用し前記凹凸形状形成面の凹凸形状が磨耗により変形した請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具の凹凸形状を再生するダイヤモンド研磨工具の再生方法であって、
   前記磨耗により変形した凹凸形状をエッチング加工又は機械加工で行うことを特徴とするダイヤモンド研磨工具の再生方法。
3. 研磨に使用し前記凹凸形状形成面の凹凸形状が磨耗により変形した請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具の凹凸形状を再生するダイヤモンド研磨工具の再生方法であって、
   前記変形した凹凸形状の形成面を一旦平坦化した後、凹凸形状をエッチング又は機械加工で行うことを特徴とするダイヤモンド研磨工具の再生方法。
4. 請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具を再生するダイヤモンド研磨工具の再生方法であって、
   研磨使用後に磨耗により変形した前記凹凸形状を前記ダイヤモンド製平板表面の前記凹凸形状形成部の一部にマスキングをした後、エッチングにて非マスキング部のダイヤモンドを除去して形成することを特徴とするダイヤモンド研磨工具の再生方法。
5. 請求項４に記載のダイヤモンド研磨工具の再生方法において、
   前記エッチングがプラズマエッチング又はＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のいずれかであることを特徴とするダイヤモンド研磨工具の再生方法。
6. 請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具の凹凸形状を再生するダイヤモンド研磨工具の作成方法であって、
   前記磨耗により変形した凹凸形状をエッチング加工又は機械加工で行うことを特徴とするダイヤモンド研磨工具の作成方法。
7. 請求項１に記載のダイヤモンド研磨工具を作成するダイヤモンド研磨工具の作成方法であって、
   前記凹凸形状を前記ダイヤモンド製平板表面の前記凹凸形状形成部の一部にマスキングをした後、エッチングにて非マスキング部のダイヤモンドを除去して形成することを特徴とするダイヤモンド研磨工具の作成方法。
8. 請求項７に記載のダイヤモンド研磨工具の作成方法において、
   前記エッチングがプラズマエッチング又はＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）のいずれかであることを特徴とするダイヤモンド研磨工具の作成方法。

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