JP2008229820A - Cmp加工用のドレッサ及びcmp加工装置並びにcmp加工用の研磨パッドのドレッシング処理方法 - Google Patents

Cmp加工用のドレッサ及びcmp加工装置並びにcmp加工用の研磨パッドのドレッシング処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ドレッシング処理によって十分な毛羽立ちを可能とし、かつ研磨パッドに対する研削能力を長期間に渡って保持することが可能なCMP加工用加工用のドレッサを提供する。
【解決手段】CMP加工装置に備えられた研磨パッドをドレッシング処理するために用いられるドレッサ4であって、研磨パッドに対向する略円形の支持面4bと、支持面4bの中央部4cからほぼ放射状に延びる3以上の帯状の砥粒保持部41A〜41Hと、隣り合う砥粒保持部41A〜41H同士によって挟まれたほぼ扇形の領域Mにあって、いずれか一方の砥粒保持部41A〜41Hと平行に並んで配置される複数の砥粒保持平行部42と、扇形の領域Mにあって、一方の砥粒保持部41A〜41H及び前記複数の砥粒保持平行部42の間にそれぞれ設けられた帯状の砥粒非保持部43と、を具備してなることを特徴とするCMP加工用のドレッサ4を採用する。
【選択図】図2

Description

本発明は、CMP加工用のドレッサ及びCMP加工装置並びにCMP加工用の研磨パッドのドレッシング処理方法に関するものであって、研磨パッドの毛羽立ち性を向上してスラリーの保持性を高める技術に関するものである。
半導体ウェハの製造工程で使用される半導体製造装置の一例として、半導体ウェハの表面に形成された被研磨膜である層間絶縁膜や金属膜を研磨する化学的機械研磨装置いわゆるCMP(Chemical Mechanical Polishing)加工装置が用いられている。
CMP加工装置は、供給されたスラリー(研磨剤を含む研磨液)と被研磨膜とにおいて化学的結合(化学反応)を起こさせ、これに機械的な荷重を加えることによって被研磨膜を除去して研磨を行うものであり、被研磨膜の平坦化に用いられることが多い。すなわち、CMP加工装置は、化学反応作用と機械研磨作用とを利用して半導体ウェハの表面に形成された被研磨膜を研磨し、この被研磨膜を平坦化するものである。
このようなCMP加工装置により半導体ウェハを研磨する場合、研磨パッドとしては一定の弾性率、繊維形状、形状パターンを持ったポリウレタン製の研磨パッドが使用される。ところで、CMP加工工程において、安定した加工性能を維持するためには、研磨パッド表面の定期的な修正が必要であり、ドレッサを使用してCMP加工と同時に、または定期的に研磨布表面の劣化層を除去するとともに、適正な面状態を得るようにしている。このドレッサとしては、従来、ダイヤモンド砥粒などを母材に固着したドレッサが使用されている。例えば、下記特許文献1には、ダイヤモンド砥粒が結合材によって台金表面に固着されたポリッシングパッドの修正治具(ドレッサ)が開示されている。
図8に、特許文献1に記載されたドレッサの底面模式図を示す。図8に示すように、従来のドレッサ201は、ステンレス製の円板状台金202と、この円板状台金202の外周側に設けられた砥粒保持部203とから概略構成されている。砥粒保持部203は、円板状台金202の外周辺に沿って略円環状に形成されている。また、円板状台金202には、円板状台金の中央部202aと、この中央部202aから放射状に延びる放射部202bからなる砥粒非保持部204が設けられており、砥粒非保持部204を構成する放射部202bによって砥粒保持部203がブロック状に分断されている。分断された砥粒保持部(以下、分断砥粒部203aという)は、円板状台金の表面に形成されたニッケルメッキからなる結合材と、結合材によって固着されたダイヤモンド砥粒とから構成されている。
図9には、ドレッシング前の研磨パッド301の表面状態の断面模式図を示す。図9に示す研磨パッド301は、半導体ウェハのCMP加工が終了した状態であって、研磨パッド表面の劣化層Rを除去していない状態、即ちドレッシング処理前の状態を示している。図9に示す研磨パッド301は、その表面である研磨面301aが少なくとも発泡性ポリウレタンから構成されている。研磨面301aには、前回のドレッシング処理によって形成された毛羽Kが残存している。また、研磨面301aには、発泡性ポリウレタンの発泡部が開口しているが、この発泡部には、研磨剤や研磨屑等の残査物Nが充填された状態になっている。
このような研磨パッド301に対して、図8に示すドレッサを用いて、図9の点線で示すドレッシング完了面が露出するまで劣化層を除去するドレッシング処理を行うと、図10に示すような研磨面301bが新たに形成される。図10に示す研磨面301bには、新たな毛羽Kが形成されるとともに、発泡性ポリウレタンの発泡部Hが新たに開口されている。研磨面301bに形成された毛羽Kは、発泡性ポリウレタンがドレッサ201で研削されたことにより形成された研削屑が、研磨パッド301から未分離の状態で残存したものである。この毛羽Kの残存量が多いほど、CMP加工時に研磨パッド上に供給されるスラリーの保持能力が高くなり、CMP加工時の研磨レートが高くなる。
特開2003−393322号公報
上述のように、CMP加工における研磨レートは、研磨パッドの表面状態(毛羽立ち)に依存する。即ち、研磨面における毛羽立ちが多いほどスラリーの保持能力が高くなって研磨レートが向上する。スラリーの保持能力は、ドレッシング処理後の研磨面において毛羽立ちが多いほど、また、その毛羽立ち方向が乱雑であるほど高くなるが、研磨パッドに対するドレッサの押圧力(以下、ドレッサ圧力という)が高過ぎると毛羽立ちをつぶしてしまうため、逆効果となる。
図8に示す従来のドレッサは、ダイヤモンド砥粒の固定エリアである分断砥粒部203aがブロック状に形成されているため、ドレッシング処理の際には研磨パッドに対して常時ドレッサ圧力が印加され、研磨パッド上の毛羽Kが潰され易いという問題がある。
また、ドレッサの継続的な使用によって、その底面に固定されたダイヤモンド砥粒のエッジが徐々に鈍化し、研磨パッドの切削能力が低下するという問題もある。この場合、ドレッサ圧力を高めれば研磨パッドの切削能力はある程度改善されるが、ドレッサ圧力の上昇は上述のように毛羽立ち保持性とトレードオフの関係にあるため、毛羽立ちと研削能力の向上の両立が難しく、結果的に研磨パッドの切削能力の長寿命化が図れないという問題もある。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ドレッシング処理によって十分な毛羽立ちを可能とし、かつ研磨パッドに対する研削能力を長期間に渡って保持することが可能なCMP加工用加工用のドレッサ及びこのドレッサを備えたCMP加工装置並びに研磨パッドのドレッシング処理方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明のCMP加工用のドレッサは、CMP加工装置に備えられた研磨パッドをドレッシング処理するために用いられるドレッサであって、前記研磨パッドに対向する略円形の支持面と、前記支持面の中央部からほぼ放射状に延びる3以上の帯状の砥粒保持部と、隣り合う砥粒保持部同士によって挟まれたほぼ扇形の領域にあって、いずれか一方の前記砥粒保持部と平行に並んで配置される複数の砥粒保持平行部と、前記扇形の領域にあって、前記一方の砥粒保持部及び前記複数の砥粒保持平行部の間にそれぞれ設けられた帯状の砥粒非保持部と、を具備してなることを特徴とする。
また、本発明のCMP加工用のドレッサにおいては、前記複数の砥粒保持平行部が、前記一方の砥粒保持部から離れるに従ってその長さが順次短く形成されていることが好ましい。
更に、本発明のCMP加工用のドレッサにおいては、前記砥粒保持部が、前記支持面の中央部において相互に同一の角度をもって交差するように配置されていることが好ましい。
更にまた、本発明のCMP加工用のドレッサにおいては、前記砥粒保持部及び前記砥粒保持平行部が、前記支持面上に形成された結合材層と、前記結合材層によって保持された砥粒とから構成されることが好ましい。
次に、本発明のCMP加工装置は、先の何れかに記載のCMP加工用ドレッサが備えられていることを特徴とする。
また、本発明のCMP加工用の研磨パッドのドレッシング処理方法は、先の何れかに記載のCMP加工用ドレッサを用いて、CMP加工装置に備えられる研磨パッドをドレッシング処理することを特徴とする。
上記のCMP加工用のドレッサによれば、扇形の領域において、砥粒保持部及び複数の砥粒保持平行部が相互に平行に配置されているため、各砥粒保持平行部が、円形の支持面の放射方向と非平行に配置されることになる。これにより、砥粒保持平行部の間隔が放射状に広がることがなく相互に一定に保たれるので、ドレッサの全面において均一な研磨レートを確保することが可能になる。
また、砥粒保持平行部の間隔が相互に一定に保たれることで、帯状の砥粒非保持部も同様に等間隔に保たれる。このため研磨パッドの表面においてドレッサを回転させることで、砥粒保持平行部と砥粒非保持部とが研磨パッド上で交互に摺動することになる。これにより、砥粒保持平行部の摺動によって研磨パッドの表面に形成される毛羽が、常に砥粒保持平行部によって押圧力を受けることがなく、砥粒非保持部が当たるときには押圧力が緩和される。これにより、研磨パッドに形成された毛羽が、研磨パッド表面から分断されたり潰されたりすることがなく、研磨パッド表面における毛羽立ちを多くすることができる。なお、毛羽とは、研磨パッドの切削屑が研磨パッドから分離せずにその表面に残留したものである。
更に、隣接する扇形の領域間での砥粒保持平行部の配置方向が相互に非平行になるので、研磨パッドの表面においてドレッサを回転させることによって、研磨パッドにおける毛羽立ちの方向をランダムな方向に配向させることができる。
このように、本発明のドレッサによってドレッシング処理された研磨パッドは、研磨パッド表面における毛羽立ちが多くなり、かつ毛羽立ちの方向が乱雑になるので、研磨パッドのスラリー保持能力を高めることができる。
更にまた、本発明のドレッサは、その回転方向に特に制限がなく、右回転、左回転のいずれの方向にも回転可能なので、砥粒保持部に保持される砥粒のエッジが偏って鈍化することがなく、ドレッサの研削能力を長期間に渡って保持することができる。
また、上記のCMP加工用のドレッサによれば、複数の砥粒保持平行部が、一方の砥粒保持部から離れるに従ってその長さが順次短く形成されるので、研磨パッドにおける毛羽立ちの方向をよりランダムな方向に配向させることができ、研磨パッドのスラリー保持能力を更に高めることができる。
更に、上記のCMP加工用のドレッサによれば、砥粒保持部が、支持面の中央部において相互に同一の角度をもって交差するように配置されているので、砥粒保持部同士によって挟まれた複数の扇形の領域をほぼ同じ形にすることができ、これにより、ドレッサの全面において均一な研磨レートを確保することができる。
更にまた、上記のCMP加工用のドレッサによれば、砥粒保持部及び砥粒保持平行部が、結合材層とこの結合材層によって保持された砥粒とから構成されるので、砥粒保持部及び砥粒保持平行部が砥粒を保持する分だけ研磨パッド側に突出する一方、砥粒非保持部は砥粒保持部及び砥粒保持平行部よりも後退することになる。これにより、研磨パッドの毛羽に対する押圧力が、砥粒非保持部が当たるときに確実に緩和され、研磨パッド表面からの毛羽の分断が防止され、毛羽立ちをより多くすることができる。
また、上記のCMP加工装置によれば、上記のドレッサを備えており、研磨パッドをこのドレッサによってドレッシング処理するように構成されているので、研磨パッド表面における毛羽立ちを多くし、かつ毛羽立ちの方向を乱雑することができ、これにより研磨パッドのスラリー保持能力が高められ、被研磨物に対する研磨能力を向上させることができる。
更に、上記のドレッシング処理方法によれば、研磨パッド表面における毛羽立ちを多くし、かつ毛羽立ちの方向を乱雑することができ、これにより研磨パッドのスラリー保持能力が高められ、被研磨物に対する研磨能力を向上させることができる。
以上のように、本発明によれば、ドレッシング処理によって十分な毛羽立ちを可能とし、かつ研磨パッドに対する研削能力を長期間に渡って保持することが可能なCMP加工用加工用のドレッサ及びこれを備えたCMP加工装置を提供できる。
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施形態では、CMP加工装置を半導体製造装置として適用した例について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図1は、本実施形態のCMP加工装置の一例を示す断面模式図であり、図2は、図1に示すCMP加工装置に備えられたドレッサの一例を示す底面模式図であり、図3は、図2のA−A’線に対応する断面模式図である。尚、以下の説明において参照する図面は、CMP加工装置及びドレッサを説明する図面であり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の装置の寸法関係とは異なっている。
図1に示すCMP加工装置1は、半導体ウェハに形成された層間絶縁膜等の酸化膜や、配線等の金属層をCMP加工によって平坦化処理するものであり、研磨パッド2と、ウェハ保持ヘッド3と、本発明に係るCMP加工用のドレッサ4とから概略構成されている。このCMP加工装置1は、半導体ウェハが1枚ずつ供給されて処理される枚様式のCMP加工装置1である。
研磨パッド2は、少なくともその研磨面2aが例えばポリウレタンから構成される円盤状の部材であり、金属製の定盤2bの表面にポリウレタンからなる研磨布が貼り付けられて構成されている。定盤2bの下側には回転軸2cが取り付けられている。この回転軸2cには図示略の回転駆動手段が連結されており、回転駆動手段によって研磨パッド2自体を例えば30rpmの回転速度で回転できるように構成されている。
また、研磨面2aのほぼ中央には、研磨面2a上にスラリーを供給する図示略の供給ノズルが配置されている。スラリーは、例えばシリカ系の研磨剤が分散液に分散されてなるものであり、例えば300ml/分の流量で研磨面2a上に供給される。回転する研磨面2a上に供給されたスラリーは、遠心力によって研磨面2aの全面に広げられる。
次に、ウェハ保持ヘッド3は、ヘッド本体31と、ヘッド本体31の研磨面2a側に取り付けられたリテーナリング32と、リテーナリング32の貫通部32aに配置されたメンブランシート33と、リテーナリング32の貫通部32aに配置されてメンブランシート33に当接する周辺加圧部34と、から概略構成されている。被研磨対象である半導体ウェハWは、メンブランシート33の研磨面2a側に吸着保持されている。
また、ヘッド本体31の研磨面2aと反対側には、ウェハ保持ヘッド3と図示略のヘッド駆動部とを接続する接続部35が取り付けられている。ウェハ保持ヘッド3は、ヘッド駆動部によって研磨パッド2の研磨面2aに付勢されつつ、例えば29rpmの回転速度で回転駆動されるとともに研磨パッド2の半径方向に沿って揺動駆動される。
ヘッド本体31は、金属製の筐体であって、リテーナリング32を保持すると共に、その自重によって半導体ウェハWに対して押圧力を付与している。また、リテーナリング32は、ポリフェニレンスルフィド(Polyphenylene Sulfide)あるいはポリエーテルエーテルケトン(Polyetheretherketone)等の耐薬品性、耐摩耗性に優れた高分子材料から構成されている。
リテーナリング32の貫通部32aには、その厚み方向の中ほどに、例えばネオプレンゴムからなるメンブランシート33が取り付けられている。このメンブランシート33によって貫通部32aが2つに分断されている。メンブランシート33によって分断される貫通部32aのうち、研磨面2a側の空間は半導体ウェハWが保持される保持部36とされ、一方、メンブランシート33とヘッド本体31とによって挟まれる空間は加圧室37とされている。この加圧室37には、外部から加圧用の高圧空気を導入する図示略の配管が取り付けられており、加圧室37内の圧力を自在に調整できるようになっている。メンブランシート33は、ネオプレンゴム等の弾性部材で構成されるため、加圧室37内の圧力の上昇に伴ってメンブランシート33自体が研磨面2a側に付勢され、このメンブランシート33に押された半導体ウェハWが研磨面2aに押し付けられるようになっている。
また、メンブランシート33の加圧室37側の面には、周辺加圧部34が載置されている。この周辺加圧部34は、高分子材料からなる円環状の中空チューブであり、半導体ウェハWの外周部に対応する位置に配置されている。周辺加圧部34には、加圧室37と同様に、外部から加圧用の高圧空気を導入する図示略の配管が取り付けられており、周辺加圧部34の内部の圧力を自在に調整できるようになっている。周辺加圧部34は、高分子材料等の可撓性材料で構成されるため、周辺加圧部34内部の圧力の上昇に伴ってメンブランシート33の周辺部を研磨面2a側に付勢させ、このメンブランシート33の周辺部からの押圧力によって、半導体ウェハWの周辺部が研磨面2aに押し付けられるようになっている。
以上の構成によって、ウェハ保持ヘッド3に保持された半導体ウェハWは、半導体ウェハWの全体に渡ってほぼ均等に押圧力が付与されつつ、研磨面2a上で回転かつ揺動される。即ち、ウェハ保持ヘッド3を駆動する図示略のヘッド駆動部によって、半導体ウェハWを含むウェハ保持ヘッド3全体に例えば70N程度の押圧力Fが付与される。また、加圧室37に高圧空気が導入されることにより加圧室37の内圧が高められ、これによりメンブランシート33を介して半導体ウェハWの主に中央部に例えば50N程度の押圧力Fが付与される。更に、周辺加圧部34に高圧空気が導入されることにより周辺加圧部34の内圧が高められ、これによりメンブランシート33を介して半導体ウェハWの主に周辺部に例えば50N±5N程度の押圧力Fが付与される。これら押圧力F、F、Fの合成力によって、半導体ウェハWの全体に渡ってほぼ均等な押圧力が付与される。そして、スラリーが供給された研磨面2a上にて、半導体ウェハに対してCMP加工がなされる。
CMP加工時の半導体ウェハWに対する研磨レートは、上記の押圧力Fにほぼ比例するが、研磨レートの面内均一性は半導体ウェハWの周辺部で悪化する傾向にある。図1における周辺加圧部34は、メンブランシート33の内側でウェハの周辺部の直上に配置されるリング状の中空チューブなので、このチューブ内に高圧空気を導入して押圧力Fを発生させ、これを50±5N程度の範囲に調整して、ウェハ周辺部を加圧することが可能である。このようにして半導体ウェハWに対する押圧力を所望の面内プロファイルとなるようにすることが可能になる。
こうしてCMP加工された半導体ウェハWは、事前に決められた一定時間後に洗浄して回収され、次の半導体ウェハWが同様に研磨される。例えばこの半導体ウェハWの入れ替えの合間に、後述するようにドレッシング処理がなされて研磨パッド2の研磨面2aが再生される。
次に、CMP加工装置1に備えられたCMP加工用のドレッサ4は、図1及び図2に示すように、円盤状の台金4aの底面4b(支持面)に、複数の砥粒保持部が形成されてなるものである。このドレッサ4は、底面4bを下に向けた状態で研磨パッド2の研磨面2a上に載置されている。また、このドレッサ4には図示略のドレッサ駆動部が接続されており、このドレッサ駆動部によってドレッサ4は例えば、20Nの押圧力が印加されつつ40rpmの回転速度で回転駆動されながら研磨パッド2の半径方向に沿って揺動駆動される。
ドレッサ4の底面4bは、研磨パッド2に対向する略円形の面である。この底面4bには、その中央部4cからほぼ放射状に延びる8本の帯状の砥粒保持部41A〜41Hと、各砥粒保持部41A〜41Hとそれぞれ平行に並んで配置された複数の砥粒保持平行部42とが備えられている。また、各砥粒保持部41A〜41H及び砥粒保持平行部42の間には、帯状の砥粒非保持部43が設けられている。
砥粒保持部41A〜41H及び砥粒保持平行部42は、図3に示すように、底面4b上に形成された例えばニッケルメッキ層からなる結合材層44と、結合材層44によって固定された砥粒45とから構成されている。砥粒45には、例えばダイヤモンド砥粒を例示できる。また、砥粒非保持部43は、砥粒45が固定されていない結合材層44のみから構成されている。これにより砥粒保持部41A〜41H及び砥粒保持平行部42は、砥粒45が固定された分だけ砥粒非保持部43よりも研磨面2a側に突出した状態になっている。なお、図3に示す砥粒非保持部43は結合材層44のみから構成されるが、本発明はこれに限らす、結合材層の形成を省略することにより砥粒非保持部43を構成してもよい。
次に、砥粒保持部41A〜41H、砥粒保持平行部42及び砥粒非保持部43の配置関係について詳細に説明する。
砥粒保持部41A〜41Hは、上述したように、底面4bの中央部4cからほぼ放射状に延びている。ここで、ほぼ放射状としたのは、砥粒保持部41A〜41Hを長手方向に延長したときに、底面の中心点から外れるように砥粒保持部41A〜41Hを形成する場合もあり、このような場合には厳密に放射状に形成されるとはいえないので、「ほぼ放射状」としたのである。
各砥粒保持部41A〜41Hは、底面4bの中央部4cにおいて相互に同一の角度をもって交差するように配置されている。図2に示す例では、砥粒保持部41A〜41Hが8本なので、これらの交差角度θはほぼ45°になる。このように、交差角度θは砥粒保持部の数によってほぼ一義的に決まる。本発明では、交差角度θは30〜120°の範囲が好ましい。従って砥粒保持部の数は、3〜12本の範囲が好ましい。
ここで、例えば砥粒保持部41C及び41Dに注目すると、隣り合う砥粒保持部41C及び41Dの間には、ほぼ扇形の領域Mが形成される。この扇状の領域Mには、図2に示すように、砥粒保持部41Cと平行に並ぶ複数の砥粒保持平行部42が配列される。また、砥粒保持部41C及び複数の砥粒保持平行部42の間には、帯状の砥粒非保持部43が配置される。
また、複数の砥粒保持平行部42は、略扇形の領域Mを区画する他方の砥粒保持部41Dの近傍から、底面4bの周縁部に至るまでの間に渡って形成されている。これにより、図2に示す砥粒保持平行部42は、砥粒保持部41Cから離れるに従ってその長さが順次短くなるように形成されている。
扇状の領域は、図示はしないが、砥粒保持部41C及び41Dの間のみならず、他の砥粒保持部同士の間にも同様に形成される。そして、他の扇状の領域においても、上記と同様に、砥粒保持部41A〜41Hと平行に並ぶ複数の砥粒保持平行部42が配列され、各砥粒保持平行部42は、砥粒保持部41A〜41Hからそれぞれ離れるに従ってその長さが順次短くなるように形成され、砥粒保持部41A〜41H及び砥粒保持平行部42の間には帯状の砥粒非保持部43が配置される。
扇状の領域に配置される砥粒保持平行部42の数は特に限定されるものではない。底面4bには複数の扇状の領域が形成されるが、各領域毎に砥粒保持平行部42の数が異なっていてもよい。砥粒保持平行部42の数は、実際には、砥粒保持部41A〜41H及び複数の砥粒保持平行部42の幅Xと、砥粒非保持部43の幅Xとの関係で決められる。これらX及びXは底面4bの直径の大きさにもよるが、底面4bの直径Yを110mm±5mm程度とすると、砥粒保持部41A〜41H及び複数の砥粒保持平行部42の幅Xとしては、例えば5〜9mmの範囲が好ましい。また、砥粒非保持部43の幅Xとしては、例えば6〜14mmの範囲が好ましい。更に、XとXの比(X/X)は、1.2〜1.4の範囲が好ましい。(X/X)が1.4を超えるとドレッシング処理後の研磨パッド2の切削効率が低下するので好ましくなく、(X/X)が1.2未満ではドレッシング処理後の研磨パッド2の毛羽が潰れてしまい、スラリーの保持力が低下するので好ましくない。また、砥粒保持部41A〜41Hの長さYは、50mm±5mm程度が好ましい。更に、複数の砥粒保持平行部42のうち、最も長さが短くなる砥粒保持平行部の長さYは、例えば14mm±5mmの範囲が好ましい。
以上のように、砥粒保持部41A〜41H及び複数の砥粒保持平行部42が各々相互に平行に配置されているため、各砥粒保持平行部42が、円形の底面4bの放射方向と非平行に配置されることになる。これにより、砥粒保持平行部42の間隔が放射状に広がることがなく相互に一定に保たれるので、ドレッサの底面4b全面において研磨面2aに対する均一な研磨レートが確保される。
また、砥粒保持平行部42の間隔が相互に一定に保たれることで、帯状の砥粒非保持部43も同様に等間隔に保たれる。このため研磨パッド2の研磨面2aにおいてドレッサ4を回転させることで、砥粒保持部41A〜41H及び砥粒保持平行部42と砥粒非保持部43とが研磨パッド2上で交互に摺動することになる。これにより、砥粒保持部41A〜41H及び砥粒保持平行部42の摺動によって研磨パッド2の研磨面2aに形成される毛羽が、常に砥粒保持部41A〜41H及び砥粒保持平行部42によって押圧力を受けることがなく、砥粒非保持部43が当たるときは押圧力が緩和される。これにより、研磨パッド2に形成された毛羽が、研磨面2aから分断されたり潰されることがなくなる。
更に、図2に示すように、隣接する扇形の領域間での砥粒保持平行部42の配置方向が相互に非平行になるので、研磨面2aにおいてドレッサ4を回転させることによって、研磨パッド2における毛羽立ちの方向をランダムな方向に配向させることが可能になる。
なお、上記のドレッサ4は、その回転方向に特に制限がなく、図4に示すように、右回転、左回転のいずれの方向にも回転可能なので、砥粒保持部41A〜41H及び砥粒保持平行部42に保持される砥粒45のエッジが偏って鈍化することがなく、ドレッサ4の研削能力が長期間に渡って維持される。
また、複数の砥粒保持平行部42が、砥粒保持部から離れるに従ってその長さが順次短く形成されるので、研磨パッド2における毛羽立ちの方向をよりランダムな方向に配向させることが可能になる。
更に、砥粒保持部41A〜41Hが、底面4bの中央部4cにおいて相互に同一の角度をもって交差するので、複数の扇形の領域がほぼ同じ形になり、ドレッサの全面において研磨面2aに対する均一な研磨レートが確保される。
更にまた、砥粒保持部41A〜41H及び砥粒保持平行部42が砥粒45を保持する分だけ研磨パッド2側に突出する一方、砥粒非保持部43は相対的に後退することになるので、研磨パッド2の毛羽に対する押圧力が、砥粒非保持部43が当たるときに確実に緩和され、研磨面2aからの毛羽の分断が防止され、毛羽立ちがより多くなる。
上記のドレッサ4を用いた研磨パッド2のドレッシング方法について説明する。
上述したように、本実施形態のCMP加工装置1は枚様式の装置であり、複数の半導体ウェハWが入れ替わり供給されてCMP加工が順次施される。本実施形態のドレッシング方法は、この半導体ウェハWの入れ替えの合間に実施されてもよく、半導体ウェハWがCMP加工用のドレッサ加工されるのと同時に実施されてもよい。
図5に、ドレッシング処理前の研磨パッド2の研磨面2aの状態を断面模式図で示している。図5に示す研磨パッド2は、半導体ウェハWのCMP加工が終了した状態であって、研磨パッド2表面に形成された劣化層Rが除去されていない状態である。図5に示す研磨パッド2の研磨面2aには、前回のドレッシング処理によって形成された毛羽Kが残存している。毛羽Kは、半導体ウェハWが押し付けられたことによって潰された状態になっている。また、半導体ウェハWが摺動されたことによって毛羽Kの大部分が研磨面2aから分断されて消失した状態になっている。更に研磨面2aには、発泡性ポリウレタンの発泡部が開口しているが、この発泡部には、研磨剤や研磨屑等の残査物Nが充填された状態になっている。
このような研磨パッド2に対して、図2に示すドレッサ4を用いて、図5の点線で示すドレッシング完了面が露出するまで劣化層Rを除去するドレッシング処理を行う。
例えば、研磨パッド2を30rpmの回転速度で回転させ、ドレッサ4には20Nの押圧力を印加させつつ40rpmの回転速度で回転駆動させながら研磨パッド2の半径方向に沿って揺動駆動させる。
上記のようにしてドレッシング処理を行うことにより、図6に示すような研磨面2aが新たに形成される。図6に示す研磨面2aには、新たな毛羽Kが形成されるとともに、発泡性ポリウレタンの発泡部Hが新たに開口される。研磨面2aに形成された新たな毛羽Kは、潰されることなくほぼ起立した状態になり、また毛羽の起立方向がランダムな方向を向き、更に毛羽Kの数も、従来に比べて格段に増加したものとなる。
このように、本実施形態のドレッサ4によってドレッシング処理される研磨パッド2は、研磨面2aにおける毛羽立ちが多くなり、かつ毛羽立ちの方向が乱雑になるので、研磨パッド2のスラリー保持能力を大幅に高めることができる。
また、上記のCMP加工装置1によれば、研磨パッド2をドレッサ4によってドレッシング処理するように構成されているので、研磨面2aにおける毛羽立ちを多くし、かつ毛羽立ちの方向を乱雑することができ、これにより研磨パッド2のスラリー保持能力が高められ、被研磨物に対する研磨能力を向上させることができる。
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明のドレッサは、図2に示すものに限らず、例えば図7に示すものでもよい。
図7に示すドレッサ104は、図2の場合と同様に、円盤状の台金104aの底面104b(支持面)に、複数の砥粒保持部が形成されてなるものである。このドレッサ104の底面104bには、ほぼ放射状に延びる4本の帯状の砥粒保持部141A〜141Dと、各砥粒保持部141A〜41Dと平行に並んで配置された複数の砥粒保持平行部142とが備えられている。また、各砥粒保持部141A〜41D及び砥粒保持平行部142の間には、帯状の砥粒非保持部143が設けられている。砥粒保持部141A〜141D及び砥粒保持平行部142は、先のドレッサ4と同様に、結合材層及び砥粒とから構成される。また、砥粒非保持部143は、結合材層のみから構成される。また、図7に示す砥粒保持部141A〜141Dの数は4本なので、これらの交差角度はほぼ90°になる。
これら以外の構成は、先のドレッサ4の場合とほぼ同じ構成である。
図7に示すドレッサ104によってドレッシング処理される研磨パッドは、先のドレッサ4の場合と同様に、研磨面における毛羽立ちが多くなり、かつ毛羽立ちの方向が乱雑になるので、研磨パッドのスラリー保持能力を大幅に高めることができる。
図1は、本発明の実施形態であるCMP加工装置の一例を示す断面模式図である。 図2は、図1に示すCMP加工装置に備えられたドレッサの一例を示す底面模式図である。 図3は、ドレッサの要部を示す図であって、図2のA−A’線に対応する断面模式図である。 図4は、ドレッサの回転方向を示す底面模式図である。 図5は、ドレッシング処理前の研磨パッドの表面状態を示す断面模式図である。 図6は、図2に示す本実施形態のドレッサによってドレッシング処理された研磨パッドの表面状態を示す断面模式図である。 図7は、図1に示すCMP加工装置に備えられたドレッサの別の例を示す底面模式図である。 図8は、従来のCMP加工装置に備えられたドレッサを示す底面模式図である。 図9は、ドレッシング処理前の研磨パッドの表面状態を示す断面模式図である。 図10は、従来のドレッサによってドレッシング処理された研磨パッドの表面状態を示す断面模式図である。
符号の説明
1…CMP加工装置、2…研磨パッド、4…ドレッサ(CMP加工用のドレッサ)、4b…底面(支持面)、4c…中央部、41A〜41H…砥粒保持部、42…砥粒保持平行部、43…砥粒非保持部、44…結合材層、45…砥粒、M…扇形の領域

Claims (6)

  1. CMP加工装置に備えられた研磨パッドをドレッシング処理するために用いられるドレッサであって、
    前記研磨パッドに対向する略円形の支持面と、
    前記支持面の中央部からほぼ放射状に延びる3以上の帯状の砥粒保持部と、
    隣り合う砥粒保持部同士によって挟まれたほぼ扇形の領域にあって、いずれか一方の前記砥粒保持部と平行に並んで配置される複数の砥粒保持平行部と、
    前記扇形の領域にあって、前記一方の砥粒保持部及び前記複数の砥粒保持平行部の間にそれぞれ設けられた帯状の砥粒非保持部と、を具備してなることを特徴とするCMP加工用のドレッサ。
  2. 前記複数の砥粒保持平行部が、前記一方の砥粒保持部から離れるに従ってその長さが順次短く形成されていることを特徴とする請求項1に記載のCMP加工用のドレッサ。
  3. 前記砥粒保持部は、前記支持面の中央部において相互に同一の角度をもって交差するように配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のCMP加工用のドレッサ。
  4. 前記砥粒保持部及び前記砥粒保持平行部は、前記支持面上に形成された結合材層と、前記結合材層によって保持された砥粒とから構成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載のCMP加工用のドレッサ。
  5. 請求項1乃至請求項4の何れかに記載のCMP加工用ドレッサが備えられていることを特徴とするCMP加工装置。
  6. 請求項1乃至請求項4の何れかに記載のCMP加工用ドレッサを用いて、CMP加工装置に備えられる研磨パッドをドレッシング処理することを特徴とするCMP加工用の研磨パッドのドレッシング処理方法。
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