JP3052896B2 - 研磨布表面のドレス治具及びその製造方法 - Google Patents

研磨布表面のドレス治具及びその製造方法

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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
    • C25D15/02—Combined electrolytic and electrophoretic processes with charged materials

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、研磨布表面ドレス
治具に関し、特に半導体装置の機械化学研磨用研磨布表
面ドレス治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年半導体装置の高密度化に伴い、パタ
ーンを転写する露光装置のフォーカスマージンが狭くな
り、従来の平坦化方法であるリフロー法やＳＯＧ（Ｓpi
n ＯnＧlass）等の塗布方法、エッチバック法では広い
領域に渡る平坦化が困難となってきた。このため、半導
体基板を機械的な作用と化学的な作用とで研磨する方法
（Ｃhemical Ｍechanical Ｐolishing；化学機械研
磨、以下「ＣＭＰ」と略記する）が使用されるようにな
ってきている。
【０００３】以下に、ＣＭＰ法にて用いられている従来
の研磨装置について、図面を参照して説明する。図１３
は、研磨装置の要部側面図である。図１３を参照する
と、この研磨装置は、表面を平坦に加工された回転運動
が可能なテーブル１０を有している。このテーブル１０
は、直径５０〜１００ｃｍ程度の大きさで、剛性の高い
材質からなっており、このテーブル１０の表面には、厚
さ１〜３ｍｍ程度の研磨布１１が貼られている。また、
研磨装置は、テーブル１０の上方にテーブル１０の平面
と平行な面を有する半導体ウェハ１２の径に応じた大き
さのキャリア１３を備えており、キャリア１３はスピン
ドル１４により駆動される。更に、研磨装置は、テーブ
ル１０の近傍に、研磨布１１表面を回復させるためのド
レス機構１５を有する。
【０００４】このキャリア１３に、被研磨物である半導
体ウェハ１２を装着した後、キャリア１３を研磨布１１
上に下降させ、研磨剤１６を供給しながら半導体ウェハ
１２に、３００〜６００ｇ／ｃｍ2程度の荷重を加える
と同時に、テーブル１０及びキャリア１３に同一方向の
２０〜５０ｒｐｍ程度の回転運動を与えて研磨を行う。
【０００５】なお、一般的に、層間絶縁膜におけるＣＭ
Ｐ法では、研磨布１１として、例えば米国ロデール社の
ＩＣ１０００という硬質発泡ポリウレタンが用いられて
おり、また研磨材１６としては、フュームドシリカをベ
ースとした米国キャボット社製ＳＣ−１が用いられてい
る。
【０００６】これらの材料を用いて前述の如く半導体ウ
ェハの研磨を行っていくと、研磨布１１表面の発泡体に
研磨材であるシリカが目詰りし、研磨速度が低下してい
くという現象が生じる。
【０００７】従って、半導体ウェハ１２の研磨と同時、
または一定の間隔で、研磨布１１表面をドレス機構１５
により回復させる処理を行っている。例えば文献（Ｓol
idＳtate Ｔechnology, Ｏct. 1994, p.66、左欄第
２行〜右欄第９行）参照。
【０００８】ドレス機構１５は、一般的に、ダイヤモン
ド粒子がニッケルめっきにより固着された円盤状のドレ
ス治具と、ドレス治具を保持する部分と、更にドレス治
具を保持する部分に荷重を加えたり、ドレス治具を研磨
布上で移動させる駆動アームと、から成る。
【０００９】このドレス機構１５による研磨布１１表面
への作用は、ダイヤモンド粒子により目詰りを除去する
こと、研磨布１１の表面粗さを研磨前の初期状態に戻す
ことにある。
【００１０】図１６は、ドレスが不十分であった場合の
半導体ウェハの研磨速度の安定性への影響について示し
たものであり、横軸は処理枚数、縦軸は研磨速度（相対
比）を示している。ドレス条件が十分でない場合には、
半導体ウェハの研磨速度が処理枚数を重ねるにつれ低下
していく傾向が表われており、生産性を著しく低下させ
る要因となる。
【００１１】ＣＭＰ法において研磨速度が安定している
ことは最も重要なことであり、この研磨の安定性を維持
する上で、ドレス機構による研磨布の表面処理は最も影
響が大きい。特にドレス治具のダイヤモンド粒子の密度
や粒子径などの表面凹凸形状の影響が著しい。
【００１２】以下に、従来のドレス治具について説明す
る。図１２に、従来のドレス治具の断面図を示す。先
ず、図１２（ａ）を参照すると、ダイヤモンド粒子３′
はニッケルめっき２に埋め込まれ、脱落しないように固
定されている。ＣＭＰ法において用いられているダイヤ
モンド粒子３′としては、平均粒子径が１２０μｍから
２４０μｍ程度がＣＭＰ用としては一般的であり、ニッ
ケルめっき２の厚さはダイヤモンド粒子３′の平均粒子
径の６０〜７０％程度に設定されている。
【００１３】ダイヤモンド粒子３′の固着方法には、沈
降固差方法と袋詰固着方法とがあるが、何れの方法であ
っても、被固着材の表面の全面に渡って、ダイヤモンド
粒子３′が固着されるために、基板１から浮いた状態の
ダイヤモンド粒子５が存在する。
【００１４】このような浮いた状態のダイヤモンド粒子
５は、うねりを持った研磨布１１表面の発泡体の中に容
易に接触することが可能なため、発泡体の中に目詰りし
た研磨材の凝集物を有効に除去することが可能である。
【００１５】しかしながら、浮いた状態のダイヤモンド
粒子５は、ニッケルめっき２による被覆率が５０％以下
であり、保持性が低いために、容易に研磨布１１表面に
脱落し、半導体ウェハ１２の表面に、深さ数十ミクロン
の致命的な損傷を引き起こすという問題があった。
【００１６】そこで最近では、例えば特開平４−３１８
１９８号公報等にも示されているように、浮いた状態の
ダイヤモンド粒子を製造過程にて除去することがなされ
ている。具体的には、ダイヤモンド粒子を充填した容器
の中で、一次的に薄いニッケルめっきを施した後に、そ
の容器から引き揚げて、浮いた状態のダイヤモンド粒子
を除去した後、ダイヤモンド粒子の拡散していない容器
にて所定の厚さのニッケルめっきを行う、という方法で
ある。
【００１７】このような方法では、図１２（ｂ）に示す
如く、浮いた状態のダイヤモンド粒子が殆どない、ほぼ
均一な表面を得ることができる。しかしながら、このよ
うな平滑な面を有するドレス治具では、研磨布表面の発
泡体の内部にダイヤモンド粒子が十分に接触することを
妨げ、研磨速度の低下現象となって現れる。
【００１８】図１５に、研磨布とドレス治具との接触状
態を断面図にて示す。研磨布１１表面にはうねりがあ
り、また、例えばロデール社のＩＣ１０００という研磨
布は、硬度６０程度（ｓｈｏｒｅＤ）であり、かなり硬
質であるため、図１５（ａ）に示すように、ダイヤモン
ド粒子３′がほぼ同様の高さで高密度に埋設されている
場合には、圧力が分散し、研磨布へのダイヤモンド粒子
の喰い込みが抑制される。
【００１９】従って、図１５（ｂ）に示すように、埋設
するダイヤモンド粒子の数を減らすことが望ましい。
【００２０】しかしながら、単純に固着するダイヤモン
ド粒子を減らすことによって、ドレス治具表面へのダイ
ヤモンド粒子の埋設数を減らすことは可能であるが、埋
設数の再現性に乏しく、また均一な密度とすることが非
常に困難であった。
【００２１】そこで、例えば上記特開平４−３１８１９
８号公報では、ダイヤモンド粒子を固着する際に、後に
選択的に除去することが可能なガラスビーズ等のダミー
粒子を混合することで、最終的にはダイヤモンド粒子の
埋設数を減らすことが提案されている。以下に製造方法
について説明する。図１４（ａ）は、上記特開平４−３
１８１９８号公報に記載される、ドレス治具を製造する
ためのめっき装置の構成を示す側断面図である。
【００２２】図１４（ａ）を参照すると、砥粒として直
径１００μｍ程度のダイヤモンド粒子３′と別の粒子で
ある直径１００μｍ程度のガラスビーズ２６を各々５０
％の割合で混合した。めっき液２２としては例えばワッ
ト型のニッケルめっき液を用いる。
【００２３】めっきする部分を限定した陰極面に対して
陽極２１′を設置する。砥粒とめっき液は予め混合して
おく。攪拌棒によって被めっき物表面近傍の砥粒を攪拌
することで被めっき物表面の脱泡を行う。
【００２４】続いてポンプを作動させてめっき液２２を
循環させると、ダイヤモンド粒子３′とガラスビース２
６がフィルター２４近傍に導かれて、フィルター２４下
部近傍、すなわち底面に、ダイヤモンド粒子３′とガラ
スビーズ２６が沈積し、被めっき物２３表面に押しつけ
られ固定されるようになる。この状態が安定した状態に
なった時点で、めっきを開始する。
【００２５】被めっき物２３は、電源２０のマイナス側
に、陽極はプラス側に接続することでめっきが行われ
る。これにより１次の固着が完了する。この時のめっき
の厚さは１０〜２０μｍである。
【００２６】その後、被めっき物２３の表面を水洗し、
固着していないダイヤモンド粒子３′及びガラスビーズ
２６を脱落させ、図１４（ｂ）の状態にする。
【００２７】続いて、ガラスビーズ２６を選択的に除去
し、図１４（ｃ）の状態にした後に、砥粒の含まれない
溶液の中でダイヤモンド粒子３′の粒径の約６０％まで
ニッケルめっきを行い、ダイヤモンド砥粒を固定する
（図１４（ｄ）参照）。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記した従来
技術は、下記記載の問題点を有している。
【００２９】第１の問題点は、ドレス治具の寿命が短い
ことにある。
【００３０】その理由は、研磨布は硬質ではあるが弾性
を示すために、ダイヤモンド粒子間の距離が広いし、研
磨布とニッケルめっきとが容易に接触して磨耗するため
である。
【００３１】第２の問題点は、ドレス治具からのニッケ
ル汚染が著しいことである。
【００３２】その理由は、上記第１の問題点と同様、研
磨布とニッケルめっきとが容易に接触するためである。
【００３３】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、所定の研磨速度
が安定して得られると共に、ダイヤモンド粒子の脱落の
抑制とニッケルめっき部分の磨耗の抑制と、高濃度のニ
ッケル汚染の抑制と、を両立でき、これにより、半導体
装置の信頼性及び生産性を向上させることができる研磨
布表面のドレス治具及びその製造方法を提供することに
ある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の研磨布表面ドレス治具は、半導体ウェハの
機械化学研磨法にて用いられる研磨布表面の発泡体に目
詰まりした研磨材を除去すると共に、研磨布表面荒さを
初期状態に戻すためのドレス治具において、ドレス作用
をもたらす一定以上の大きさの平均粒子径のダイヤモン
ド粒子と、前記ダイヤモンド粒子の周囲に、前記ダイヤ
モンドの平均粒子径の大きさよりも薄いプレートを有す
る研磨布表面ドレス治具であって、前記プレートが、立
方晶ボロンナイトライドまたはデルリンよりなる、こと
を特徴とする。
【００３５】また、本発明の研磨布表面ドレス治具の製
造方法は異なる平均粒子径のダイヤモンド粒子を混合し
て、基板に仮固着する工程と、基板に接することなく浮
いた状態のダイヤモンド粒子を除去する工程と、所定の
厚さのニッケルめっきを行う工程を有する。
【００３６】さらに、本発明の研磨布表面ドレス治具の
製造方法は、ダイヤモンド粒子と前記ダイヤモンド粒子
よりも平均粒子径の小さなダイヤモンド以外の材質から
なる粒子を混合した状態で、基板上にこれらの粒子を仮
固着する工程と、基板に接することなく浮いた状態のダ
イヤモンド粒子及び浮いた状態のダイヤモンド以外の材
質からなる粒子を除去する工程と、所定の厚さのニッケ
ルめっきを行う工程を有する。
【００３７】本発明の研磨布表面ドレス治具の製造方法
は、絶縁物からなるプレートに穴加工を行う工程と、プ
レートを基板に接着する工程と、プレートの穴部分に選
択的にニッケルめっきを行い、穴部分にのみダイヤモン
ド粒子を固着させる工程とを有し、前記絶縁物からなる
プレートを除去せずに残した半導体ウェハの機械化学研
磨用研磨布表面ドレス治具の製造方法であって、前記絶
縁物が、立方晶ボロンナイトライドまたはデルリンより
なる、ことを特徴とする。
【００３８】本発明の研磨布表面ドレス治具の製造方法
は、ダイヤモンドをニッケルめっきにより基板上に固着
する工程と、ニッケルめっき上に保護層を形成する工程
とを有する。
【００３９】［作用］本発明の原理・作用について説明
すると、周辺よりも突出した高さのダイヤモンド粒子の
密度を低く抑えることによってダイヤモンド粒子が研磨
布表面に喰い込み、発泡体内に詰まった研磨剤凝集物を
除去することが可能となる。
【００４０】また、ダイヤモンド粒子の固着時に発生す
る浮いた状態のダイヤモンド粒子を除去しても、ある一
定以上の表面凹凸形状が得られるため、研磨布表面のド
レス効率とダイヤモンド粒子の脱落抑制とを両立でき
る。
【００４１】さらに、ドレスに直接寄与しない領域に
も、平均粒子径の小さいダイヤモンド粒子、または硬質
な別の粒子やプレートを埋設させることによって研磨布
表面とニッケルめっきとが直接接触することを防ぐため
に、ニッケルめっきの著しい磨耗、研磨布表面の高濃度
のニッケル汚染を防ぐことができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】次に本発明の好ましい実施の形態
について図面を参照して説明する。
【００４３】［実施の形態１］図１を参照すると、本発
明の第１の実施の形態は、異なる平均粒子径のダイヤモ
ンド粒子が２種類以上混合された状態で固着され、小粒
径のダイヤモンド粒子４の上端部はニッケルめっき２か
ら突出している。
【００４４】また、ダイヤモンド粒子の混合比は、大粒
径のダイヤモンド粒子３の数に対して小粒径のダイヤモ
ンド粒子４が相対比で１以上含まれていることが望まし
い。また、大粒径のダイヤモンド粒子３の砥粒は、好ま
しくは１００〜３００μｍとし、小粒径のダイヤモンド
粒子４の粒子径は大粒径のダイヤモンド粒子３の粒子径
の好ましくは６０〜８０％とする。
【００４５】ニッケルめっき２の厚さは、大粒径のダイ
ヤモンド粒子３の粒子径の好ましくは５０〜７０％とす
る。
【００４６】図２は、本発明の研磨布のドレス治具の製
造方法を実施するためのめっき装置の構成を示した図で
ある。
【００４７】予め所定の比率にて大粒径及び小粒径のダ
イヤモンド粒子を混合し、めっき液中に拡散させてめっ
き液中にて大小のダイヤモンド粒子が均一となる位まで
十分に攪拌させる。なお、ダイヤモンドは天然ダイヤモ
ンドでも合成ダイヤモンドでも良い。
【００４８】次いで、めっき装置の底面に被めっき物２
３を設置し、電源２０の陰極と接続する。被めっき物２
３の上方にはニッケル板２１を設置し、電源２０の陽極
と配線の接続をする。
【００４９】ダイヤモンド粒子をめっき装置の中に供給
し、被めっき物２３表面にダイヤモンド粒子を沈降さ
せ、被めっき物２３全面をダイヤモンド粒子により被覆
させる。めっき液２２は所定の水位まで供給する。な
お、めっき液としてはワット型のニッケルめっき液を用
いたが、これに限定するものではない。
【００５０】ここで、電源２０より電流を流して、ニッ
ケルめっきを、１０〜２０μｍ形成した後、被めっき物
２３を引き揚げて水洗する。なお、めっき中にはめっき
液を循環させフィルターにより十分にろ過する。
【００５１】図３に、以降の製造工程を示す。図３
（ａ）に示すように、一次固着の後には浮いた状態のダ
イヤモンド粒子５が散在する。従って砥石等を用いて機
械的な作用により浮いた状態のダイヤモンド粒子を除去
し、図３（ｂ）の状態とする。続いて、ダイヤモンド粒
子の含まれていないめっき浴にて、大きい粒径のダイヤ
モンド粒子の５０〜７０％程度の厚さまでニッケルめっ
きを形成する。
【００５２】次に、本発明の実施の形態の動作につい
て、図１３を参照して詳細に説明する。図１３は研磨装
置の概略図である。図１３に示した研磨装置の構成及び
働きについては、上記従来技術の説明で詳述しているた
め、ここでは説明を省略する。
【００５３】研磨装置のドレス治具の保持機構に、ドレ
ス治具を装着する。このドレス治具を用いた方法として
は大別して２通りあり、一つは、研磨と研磨の間にドレ
スを行う場合であり、他は、研磨と同時にドレスを行う
場合である。
【００５４】研磨と研磨の間にドレスを行う場合につい
て説明すると、研磨剤１６を供給しながらテーブル１０
を回転させ同時にキャリア１３に回転運動を与え、更に
キャリア１３に荷重を加えることにより研磨が進行す
る。この時の研磨速度の変化を図５に示した。
【００５５】図５は、研磨パッドとしてロデール社のＩ
Ｃ１０００、研磨材としてキャボット社のフェームドシ
リカスラリーＳＣ−１を用いてシリコン酸化膜を研磨し
た場合であるが、時間の経過とともに研磨速度が急速に
低下していく。従来技術の説明でも述べたが、これは研
磨布表面の微発泡に研磨材が目詰まりしたために生じる
ものである。
【００５６】一枚の半導体ウェハの研磨が終了した後、
本発明の実施の形態のドレス治具を、研磨布表面に回転
させながら押し付ける。同時に、テーブルにも回転運動
を与え、研磨布表面のほぼ全面に渡り処理を行う。な
お、ドレスを行っている際は、水または研磨材を供給す
ることにより、発泡体から除去した異物を洗い流す作用
を生じさせる。このようにしてドレスを行うことで、本
発明の実施の形態では、図５の実線にて示すように、例
えば処理枚数を重ねても安定した研磨速度が得られた。
【００５７】一方、従来技術の中で単純に浮いた状態の
砥粒を除去するのみのドレス治具では、図５に破線にて
示すように、処理枚数とともに研磨速度が低下していく
傾向が見られる。
【００５８】図４に、ドレス治具と研磨布表面との接触
状態を示す。図４からも判るように、本発明の実施の形
態では、粒子径の異なるダイヤモンド粒子が混合されて
いるために、研磨布表面の凹部に到達し易く、目詰りを
除去することが容易である。
【００５９】また、ドレスに寄与しない小粒径のダイヤ
モンド粒子４は、ニッケルめっき２よりも突出してお
り、ニッケルめっき２が磨耗することを抑制するもので
ある。
【００６０】図６は、研磨と同時にドレスを行った場合
の研磨速度の変化を示したものである。研磨条件は、図
５の場合と同様である。研磨と同時にドレスを行ってい
るため、急激な研磨速度の低下は生じないが、処理枚数
を重ねていくにつれて、従来のドレス治具では研磨速度
が徐々に低下していく。一方、本発明の実施の形態のド
レス治具では、ほぼ一定の研磨速度を維持することが可
能となっている。
【００６１】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。
【００６２】図１を参照すると、本発明の一実施例は、
厚さ２ｍｍ、外径１００ｍｍのニッケル合金からなる基
板に平均粒子径が１８０μｍのダイヤモンド粒子と平均
粒子径が１３０μｍのダイヤモンド粒子とが１：１０の
割合で混合されている。ここではダイヤモンド粒子の混
合比を単位単積の容器にダイヤモンドを充填し、その体
積比をもって混合比を定着した。従って実際のダイヤモ
ンド粒子の混合比は更に高くなっている。なお、ニッケ
ルめっきの厚さは１１０μｍである。
【００６３】図２は、本発明の一実施例であるドレス治
具の製造方法を実施するためのめっき装置の構成を示す
図である。めっき液の中に平均粒子径が１８０μｍのダ
イヤモンドと平均粒子径が１３０μｍのダイヤモンドを
１：１０の割合で混合させる。混合の割合は例えば５０
ｍｌの容器にダイヤモンド粒子を充填して、その容器を
１と定義し、混合させる。めっき液としては、硫酸ニッ
ケル：２４０ｇ／ｌ、塩化ニッケル４５ｇ／ｌ、ホウ酸
３０ｇ／ｌから成るワット型のめっきを用いた。このと
きのｐＨは４．５に調整した。なお、スルファミン酸、
塩化ニッケル、ホウ酸からなるめっき液など他のめっき
液でも良い。
【００６４】めっき装置の底面に被めっき物２３を設置
し、電源２０の陰極と接続する。被めっき物２３の上方
にはニッケル板を設置し、電源２０の陽極と接続する
が、後に電圧を印加する。
【００６５】次いで、ダイヤモンド粒子とめっき液を混
合したものをめっき装置の中に供給し、充分に攪拌す
る。被めっき物２３表面には、沈降作用によりダイヤモ
ンド粒子が沈積する。続いて、浴温を４３℃に設定し、
５Ａ／ｄｍ2の電流密度で６０分間めっきを行った。な
お、めっき中にはめっき液を循環させた。被めっき物を
めっき装置から引き揚げて水洗し、浮いた状態のダイヤ
モンド粒子を研削砥石により除去した。続いて、ダイヤ
モンド粒子の含まれていないめっき浴にて、５Ａ／ｄｍ
2の電流密度でめっきを行い、めっき厚を１１０μｍと
した。
【００６６】次に、本発明の一実施例の動作について、
図１３を参照して詳細に説明する。図１３は研磨装置の
概略図である。
【００６７】ドレスは研磨と研磨との間に行う。研磨対
象は二酸化シリコン膜であり、研磨布として発泡ポリウ
レタンからなるロデール社ＩＣ１０００、研磨剤として
はフュームドシリカからなるキャボット社ＳＣ−１を用
いた。
【００６８】研磨条件は以下の通りである。キャリアに
加える荷重は５００ｇ／ｃｍ2、キャリアの回転数は２
７ｒｐｍ、テーブルの回転数は２５ｒｐｍ、研磨材供給
量は毎分２００ｍｌ、とした。研磨時間は５分である。
【００６９】研磨終了後、ドレス治具を研磨布表面に回
転させながら荷重を加える。テーブルの回転数は２５ｒ
ｐｍで良い。ドレス治具への荷重は５ｋｇｆとする。
【００７０】研磨布の半径方向にドレス治具を揺動させ
ることで研磨布全面に渡って処理を行う。
【００７１】図７及び図８は、本発明の実施例のドレス
治具と従来の種々のドレス治具を用いた場合の諸特性の
比較結果を示す。なお、図７及び図８は単に図面作成の
都合上、分図したものである。
【００７２】水準Ａは、平均粒子径が１８０μｍのダイ
ヤモンド粒子を直径１００ｍｍの円板基板に全面に固着
し、浮いた状態のダイヤモンド粒子を除去していないも
のである。なお、ニッケルめっきの厚さは１１０μｍで
ある。
【００７３】水準Ｂは、水準Ａの浮いた状態のダイヤモ
ンド粒子を砥石により除去する工程を加えたものであ
る。
【００７４】水準Ｃは、ダイヤモンド粒子を基板に固着
する際に、ダイヤモンド粒子の供給量を単純に減らし
て、基板表面に固着するダイヤモンド粒子の密度を抑え
たものである。
【００７５】水準Ｄは、上記従来技術で説明したダイヤ
モンド粒子とガラスビーズを混合して基板に仮固定し、
その後ガラスビーズのみを除去することによって基板表
面に固着するダイヤモンド粒子の密度を抑えたものであ
る。なお、ダイヤモンド粒子は平均粒子系１８０μｍと
し、ガラスビーズの平均粒子径は２００μｍとした。ダ
イヤモンド粒子とガラスビーズの混合比は１：１０とし
た。ニッケルめっきの厚さは１１０μｍである。
【００７６】水準Ｅは、本発明の実施例であり、平均粒
子系１８０μｍのダイヤモンド粒子と平均粒子径１３０
μｍのダイヤモンド粒子を１：１０の割合で混合したも
のである。ニッケルめっきの厚さは１１０μｍである。
【００７７】図７（ａ）は、本実施例にて記載した研磨
条件下で得られる研磨速度の比較結果である。水準Ｂの
ように浮いた状態のダイヤモンド粒子を単純に除去した
場合は十分な研磨速度が得られない。本発明の実施例で
ある水準Ｅでは十分な研磨速度が得られている。
【００７８】図７（ｂ）は、ダイヤモンド粒子が研磨布
上に脱落することによって引き起こされるスクラッチの
発生率の比較結果を示すものである。水準Ａのように浮
いた状態のダイヤモンド粒子を全く除去しない場合に
は、ダイヤモンド粒子起因のスクラッチ発生率が著しく
高くなる。本発明の実施例を含めて、浮いた状態のダイ
ヤモンド粒子を除去したものはスクラッチ発生率は低く
抑えることが可能である。
【００７９】図７（ｃ）は、ドレス時に研磨布表面に生
じるニッケル汚染の濃度の比較結果を示すものである。
水準Ｃ、Ｄのようにダイヤモンド粒子の周囲にニッケル
めっきが露出する率の高いものでは１０13ａｔｏｍｓ／
ｃｍ2以上の高い濃度のニッケル汚染が検出される。一
方、本発明の実施例である水準Ｅでは、研磨布とニッケ
ルめっきとが直接触れることが殆どないので、ニッケル
の汚染濃度を低く抑えることができる。但し、研磨液に
ニッケルが溶出することによってある程度の汚染は生じ
る。
【００８０】図８（ｄ）は、ドレス治具の寿命の比較結
果で示すもので、本発明の実施例の水準Ｅでは、ニッケ
ルめっきをダイヤモンド粒子が保護するため長い寿命が
得られている。なお、寿命の定義はある一定以上のスク
ラッチ発生率を超えた時の処理枚数とする。ここでは、
スクラッチ発生率を１％とした。
【００８１】図８（ｅ）は、各々の製造方法で得られた
ドレス治具の個体差を示すものである。各水準５枚ずつ
製造し、研磨試験をある一定条件下で行い、最も研磨速
度の速いドレス治具の研磨速度の値から最も研磨速度の
遅いドレス治具の研磨速度の値を引き、この値を５枚の
ドレス治具の研磨速度の平均値で割り算出した値であ
る。本発明の実施例ではドレス治具の個体差が少ない結
果となっている。
【００８２】以上説明したように、本発明のドレス治具
は、従来の種々のドレス治具の欠点を改善できるもので
あり、一定以上の研磨速度の確保、スクラッチ及び高濃
度のニッケル汚染の防止、長い寿命、ドレス治具間のば
らつきの抑制を両立できるという利点がある。
【００８３】［実施の形態２］次に本発明の第２の実施
の形態について図面を参照して説明する。
【００８４】図９は、本発明の第２の実施の形態を示す
ものである。所定の平均粒子径のダイヤモンド粒子３′
とその他の材質であって、ダイヤモンド粒子の粒子径よ
りも小さい粒子６を混合した状態で固着され、その他の
材料の上端部がニッケルめっき２から突出していること
を特徴とする。
【００８５】その他の材質としては、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ
3、Ｓｉ3Ｎ4、立方晶ボロンナイトライド、デルリンな
どの硬質プラスチックなどがある。
【００８６】本発明の第２の実施の形態のドレス治具の
製造方法は、前記した本発明の第１の実施の形態の製造
方法と同様である。粒子を所定の割合で混合し、薄い一
次めっきを施した後に、浮いた状態の粒子を除去し、二
次めっきを行って所定の厚さのニッケルめっきを形成す
る。粒子の混合比等の条件は本発明の第１の実施の形態
と同様で良い。
【００８７】さらに本発明の第２の実施の形態の変形例
としては、図１０や図１１に示したものがある。
【００８８】図１０は、所定の粒子径のダイヤモンド粒
子３′の周囲にプレート７を設置した例である。
【００８９】プレート７の材料としては、ＺｒＯ2、Ａ
ｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、立方晶ボロンナイトライド、デルリ
ンなどの硬質プラスチックなどがある。
【００９０】ダイヤモンド粒子３′は、このプレート７
によって一定間隔をあけて、局所的な領域にニッケルめ
っき２により固着されている。なお、ニッケルめっき２
の厚さはダイヤモンド粒子３′の粒径の５０〜７０％と
し、プレート７の厚さはニッケルめっき２よりも厚いも
のとする。プレート７に設けられた穴径は、ダイヤモン
ド粒子３′の平均粒径の１．５〜２倍程度とし、穴と穴
のピッチはダイヤモンド粒子の平均粒径の２〜３倍以上
とする。
【００９１】本発明の第２の実施の形態の変形例の製造
方法は、プレートに機械加工やレーザ加工により穴を明
ける。穴の配置は上述した通りである。
【００９２】ニッケル合金またはステンレススチールか
らなる基板１に前記プレート７を貼り付ける。ダイヤモ
ンド粒子３′を一次めっきにより仮固定する。なお、本
変形例においては一種類のダイヤモンド粒子で良い。万
一浮いた状態のダイヤモンド粒子が存在する場合には、
これを除去し、二次めっきにより所望の厚さまでニッケ
ルめっき２を形成する。プレート７は絶縁体であるため
にプレート上にはニッケルめっきが成長しないため、プ
レートの穴内部にのみダイヤモンド粒子が固着された構
造となる。
【００９３】図１１は、第２の変形例を示す断面図であ
り、ニッケルめっき２表面に保護層８が付加されたもの
である。保護層８の種類としては、ＺｒＯ2、Ａｌ
2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、立方晶ボロンナイトライド、ダイヤモ
ンド状カーボン、ダイヤモンドなどがある。保護膜８の
厚さは５〜３０μｍ程度とする。
【００９４】本発明の第２の実施の形態の第２の変形例
の製造方法は、従来のドレス治具の製造方法と同様に、
ダイヤモンド粒子と他の材質の粒子を混合して一次めっ
きにより仮固定した後に、他の材質の粒子を選択的に除
去する。続いて二次めっきを行い、所定の厚さまでニッ
ケルめっきを形成する。続いて保護膜、例えばＡｌ2Ｏ3
膜をイオンプレーティング法にて１０μｍ以上形成す
る。他の保護膜であってもＣＶＤ法またはＰＶＤ法によ
って形成可能である。
【００９５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
一定以上の研磨速度を安定して得られると同時に、ダイ
ヤモンド粒子の脱落の抑制とニッケルめっき部分の磨耗
の抑制、ニッケルの研磨布への汚染の抑制とを両立で
き、これにより半導体装置の生産性及び信頼性の向上を
図るという効果を奏する。
【００９６】その理由は、本発明においては、ドレスに
寄与するダイヤモンド粒子を間引くことによって、研磨
布表面の凹部の深部にもダイヤモンド粒子が接触し易く
なるためである。また、ドレスに寄与しない部分には、
ニッケルめっきに直接研磨布が触れないような保護物を
形成したためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す要部断面図で
ある。
【図２】本発明の実施の形態で用いるめっき装置の概略
を示す側断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の製造工程を説明す
るための要部断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態での動作を説明する
ための要部断面図である。
【図５】本発明の実施の形態の効果を表すグラフであ
る。
【図６】本発明の実施の形態の効果を表すグラフであ
る。
【図７】本発明の実施例の効果を表すグラフである。
【図８】本発明の実施例の効果を表すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態を示す要部断面図で
ある。
【図１０】本発明の第２の実施の形態の変形例を示す要
部断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態の変形例を示す要
部断面図である。
【図１２】従来のドレス治具の構成を示す要部断面図で
ある。
【図１３】研磨装置の概略構成を示す図である。
【図１４】従来のドレス治具の形態の製造方法及び工程
を説明するための要部断面図である。
【図１５】従来のドレス治具の形態での動作を説明する
ための要部断面図である。
【図１６】従来のドレス治具の形態での課題を示すグラ
フである。
【符号の説明】
１ 基板 ２ ニッケルめっき ３ 大粒径のダイヤモンド粒子 ３′ ダイヤモンド粒子 ４ 小粒径のダイヤモンド粒子 ５ 浮いた状態のダイヤモンド粒子 ６ ダイヤモンド以外の粒子 ７ プレート ８ 保護層 ９ 凝集物 １０ テーブル １１ 研磨布 １２ 半導体ウェハ １３ キャリア １４ スピンドル １５ ドレス機構 １６ 研磨剤 ２０ 電極 ２１ ニッケル板 ２１′ 陽極 ２２ めっき液 ２３ 被めっき物 ２４ フィルター ２５ 分割部材 ２６ ガラスビーズ ２７ 槽
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２４Ｄ 3/06 Ｂ２４Ｄ 3/06 Ｂ Ｃ２５Ｄ 15/02 Ｃ２５Ｄ 15/02 Ｆ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24D 3/00 320 B24D 3/00 310 B24D 3/00 330 B24D 3/06 C25D 15/02

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体ウェハの機械化学研磨法にて用いら
    れる研磨布表面の発泡体に目詰まりした研磨材を除去す
    ると共に、研磨布表面荒さを初期状態に戻すためのドレ
    ス治具において、ドレス作用をもたらす一定以上の大き
    さの平均粒子径のダイヤモンド粒子と、前記ダイヤモン
    ド粒子の周囲に、前記ダイヤモンドの平均粒子径の大き
    さよりも薄いプレートを有する研磨布表面ドレス治具で
    あって、 前記プレートが、立方晶ボロンナイトライドまたはデル
    リンよりなる、ことを特徴とする研磨布表面ドレス治
    具。
  2. 【請求項２】絶縁物からなるプレートに穴加工を行う工
    程と、 プレートを基板に接着する工程と、 プレートの穴部分に選択的にニッケルめっきを行い、穴
    部分にのみダイヤモンド粒子を固着させる工程と、を有
    し、 前記絶縁物からなるプレートを除去せずに残した半導体
    ウェハの機械化学研磨用研磨布表面ドレス治具の製造方
    法であって、 前記絶縁物が、立方晶ボロンナイトライドまたはデルリ
    ンよりなる、ことを特徴とする研磨布表面ドレス治具の
    製造方法。
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