JP3533046B2 - 半導体基板用研磨布のドレッサー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の平面
化研磨工程で、研磨布の目詰まりや異物除去を行う際に
使用されるドレッサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】集積回路を製造する所定の段階で、ウエ
ーハやウエーハ表面に導電体・誘電体層が形成された半
導体基板の表面を研磨することが必要である。一般に半
導体基板は研磨されて、高い隆起や結晶格子損傷、引っ
かき傷、粗さ等の表面欠陥、または埋もれた異物粒子を
研磨除去される。この研磨工程は、半導体装置の信頼性
及び品質を改良するために行われる。通常、この工程
は、ウエーハ上に種々の装置及び集積回路を形成する間
に行われる。この研磨工程ではまた、化学スラリーを導
入することにより、半導体表面のフィルム間に容易によ
り大きな研磨除去速度及び選択度を与えるようにする。
この研磨工程はしばしば、化学的かつ機械的平面化（Ｃ
ＭＰ；Chemical Mechanical Planarization)と呼ばれ
る。一般に、ＣＭＰ工程は、薄いかつ平坦の半導体材料
を制御された圧力及び温度下で湿った研磨表面に対して
保持しかつ回転させる工程を含む。

【０００３】ＣＭＰ工程では、例えば５〜３００nm程度
の粒径を有するＳｉＯ₂ 粒子を苛性ソーダ、アンモニヤ
およびエタノールアミン等のアルカリ溶液に懸濁させて
ＰＨ９〜１２程度にした、いわゆるコロイダルシリカか
らなる化学スラリーとポリウレタン樹脂等からなる研磨
布が用いられる。通常、研磨時には、化学スラリーを流
布しながら、半導体基板を研磨布に当接させて、研磨が
行われる。研磨布は、一定の弾性を備え、図１に示すよ
うに、研磨布マトリックス１の表面に空孔２が適度に施
されているため、化学スラリーを滞留させることがで
き、研磨効率を向上させている。一定時間研磨すると、
研磨布は、例えば図１に示すような断面が、図２のよう
に、切削屑等の異物により表面の目詰まり４が起こり研
磨速度が低下するので、ドレッシングを行う。

【０００４】研磨布のドレッシング法としては、研磨布
に水または、化学スラリーを流しながらダイヤモンド砥
石またはブラッシ等のドレッサーを用いて、研磨布の表
面切削や目詰まりを除去していた。従来のダイヤモンド
砥石は、例えば図３に示すように、ダイヤモンドａが施
された部分ＤＤと、ダイヤモンドが施されない部分Ｔと
で構成され、ダイヤモンドが施された部分ＤＤは、ダイ
ヤモンドが施されない部分Ｔより、０．１〜０．３mm高
低差があった。ダイヤモンドａは、接合材ｂでドレッサ
ー基材ｃに接合されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の研磨布のドレッ
シング法においては、ダイヤモンド砥石またはブラッシ
等を用いたドレッシングを行っていた。図３に示すよう
なダイヤモンド砥石を用いた場合は、研磨布の表面を切
削するのには効果的だが、研磨布表面から切削屑等の異
物の掻き出し除去が効率良く行われず、ダイヤモンドが
施された部分ＤＤにも滞留するため、切削屑を巻き込ん
だ切削となり、切削速度が不安定になったり、研磨布内
部の空孔の異物除去が不十分になることがあった。

【０００６】一方、ブラッシを用いた場合は研磨布の表
面の異物の掻き出し除去には有効であるが、研磨布内部
の目詰まりを確実に除去することが困難であった。その
ため、このような研磨布により研磨すると、半導体基板
の研磨速度が不安定になったり、半導体基板の表面にス
クラッチキズが生じたりし、半導体基板の品質にばらつ
きを生じ、歩留まりの低下を招く問題があった。高品質
の半導体基板を得るために、研磨布表面を新生面と同様
にするドレッシングは不可欠である。表面切削による研
磨布目詰まり除去、研磨布表面から切削屑等の異物の掻
き出し除去を効率良くできるドレッサーが求められてい
た。本発明はかかる要望を充足する半導体基板用研磨布
のドレッサーを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、超硬質粒子が
露出している突起部分と、中心部から外周にかけて連続
した溝とで構成され、該溝の少なくとも１つの中に、超
硬質粒子が無く中心部から外周にかけて連続した突起部
分を備えていることを特徴とする半導体基板の平面化研
磨工程で使用される研磨布のドレッサーである。好まし
くは前記超硬質粒子が、ダイヤモンドまたは立方晶窒化
硼素であること、あるいは超硬質粒子が露出している突
起部分の面積が、超硬質粒子が無い突起部分の面積より
大きいこと、あるいは超硬質粒子の露出部分と、超硬質
粒子が無い突起部分の高低差が０．５mm以下であること
を特徴とする半導体基板の平面化研磨工程で使用される
研磨布のドレッサーである。本発明のドレッサーを使用
することによって、表面切削による研磨布目詰まり除
去、研磨布表面から切削屑等の異物の掻き出し除去を効
率良くできる。

【０００８】

【発明の実施の形態】ドレッサーに求められる機能は、
研磨布表面を新生面同様に再生することである。これを
効率的に行うには、目詰まりした表面の切削と、これに
よる切削屑の掻き出しを同時に行うことが必要である。
研磨布表面の切削が有効に行われても、切削屑が残って
いると、切削屑が研磨布表面との間に入り切削抵抗を増
加させ切削効率が落ちる。

【０００９】研磨布表面の切削には、超硬質粒子が露出
した表面が有効で、ダイヤモンドや立方晶窒化硼素が硬
度が高く、アルカリ溶液等にも反応しにくく好ましい。
超硬質粒子は、円盤状の基材に接合されていても良い
し、ＣＶＤ等のプロセスで基材表面に成長したものであ
っても良い。超硬質粒子の接合の場合には、Ｎｉ等の電
着やＡｇ，Ｃｕ，Ｔｉ等の活性金属を利用したろう付け
や、金属やレジンやビトリファイド等とそれぞれ超硬質
粒子を混合する粉末焼結法が適用できる。

【００１０】切削屑の掻き出しには、超硬質粒子は不必
要で、水溶液中に懸濁する切削屑がドレッサーの回転と
ともにドレッサーの周辺部へ流れ出るようにドレッサー
の外周につながる溝を設け、溝の中の突起部分が連続し
て同じ高さであると効果的である。つまり、超硬質粒子
が露出している突起部分と、中心部から外周にかけて連
続した直線または曲線で仕切られた溝とで構成され、該
溝の中に、超硬質粒子が無く中心部から外周にかけて連
続した突起部分を備えていることが重要である。

【００１１】ここで中心部とは、必ずしもドレッサーの
正確な中心点である必要はなく、例えば外径１００mm程
度のドレッサーの場合、中心径２０mm以内の部分であ
る。このような溝や溝に囲まれた部分は小面積でも効果
があるので、切削能を優先させ、表面に超硬質粒子が露
出している突起部分の面積が、超硬質粒子が無い突起部
分の面積より大きくすることができる。また超硬質粒子
が無く中心部から外周部にかけて連続した突起部分は、
全ての溝中に設けることが好ましいが、溝の形成形態に
よっては少なくとも１つ以上の溝の中に備えてあれば効
果を発揮できる。

【００１２】また、切削屑の掻き出し除去の効果を十分
に発揮するために、超硬質粒子の露出した突起部分と、
超硬質粒子が無い突起部分の高低差が０．５mm以下であ
ることが好ましい。高低差が大きくなると、研磨布表面
と超硬質粒子が接触し研磨布表面が切削されるドレッシ
ング中に、切削屑が溝の中に有効に入らずドレッサーの
周辺部に流れ出なくなる。

【００１３】

【実施例】

（実施例１）本実施例では、図４に示す突起表面にダイ
ヤモンドを施したドレッサーを用いた。図４においてａ
はダイヤモンド、ｂは接合材、ｃはドレッサー基材、Ｄ
はダイヤモンドが露出している突起部分、Ｆは溝の中に
設けられたダイヤモンドが施されていない突起部分、Ｔ
は外周につながる溝部分、表面は平坦である。Ｔの表面
は、Ｆの表面より０．５mm低く、Ｄのダイヤモンド頂部
は、Ｆの表面より０．１〜０．２mm高いドレッサーを使
用し、半導体ウエーハを２００枚研磨したポリウレタン
樹脂製研磨布の表面に、毎分３リットル水を流しながら
１分間ドレッシングを行った。その後、前記研磨布表面
を電子顕微鏡で観察した。研磨布表面に見られる空孔の
中で、研磨屑が入り目詰まりを起こしている割合を調査
した。図４に示すドレッサーの中心部は、表面の加工が
しやすいように直径１０mmの円形の溝Ｔを設けた。ドレ
ッサー外周は、φ１００mmとした。

【００１４】図３に示す従来型のドレッサーを前記条件
で使用した場合は、１０〜３０％の目詰まり率である。
これに対し、図４に示すようにダイヤモンドが施されて
いない突起部分Ｆを有するドレッサーを使用した場合、
０〜５％で目詰まりはほとんど無かった。高低差は、ド
レッサー基板の底面に対して表現している。本発明法に
よるドレッサーは、従来のドレッサーに比べて大幅にド
レッシング能を向上することができる。そのため、加工
精度の高い半導体基板を製造することが可能となる。

【００１５】（実施例２）本実施例では、図５に示すド
レッサーを使用した。図においてaaは立方晶窒化硼素
粒、ｂは接合材、ｃはドレッサー基材、Ｃは立方晶窒化
硼素粒が露出している突起部分、Ｆは溝の中に設けられ
た立方晶窒化硼素粒が施されていない突起部分、表面は
平坦である。Ｃの立方晶窒化硼素粒の頂部は、Ｆの表面
より０．１〜０．３mm高く、Ｔの表面は、Ｆの表面より
０．５mm低い。またＣの面積は、Ｆの面積より大きい。
このドレッサーを用い半導体ウエーハを３００枚研磨し
たポリウレタン樹脂製研磨布の表面に、毎分３リットル
水を流しながら３０秒間ドレッシングを行った。その
後、前記研磨布表面を電子顕微鏡で観察した。表面に見
られる空孔の中で、研磨屑が入り目詰まりを起こしてい
る割合を調査した。ドレッサー外周は、φ１００mmとし
た。

【００１６】図３に示す従来型のドレッサーを前記条件
で使用した場合は、３０〜５０％の目詰まり率である。
これに対し、図５に示すドレッサーを使用した場合、０
〜１０％で目詰まりはかなり少なかった。本発明法によ
るドレッサーは、従来のドレッサーに比べて大幅にドレ
ッシング能を向上することができる。そのため、加工精
度の高い半導体基板を製造することが可能となる。

【００１７】（実施例３）本実施例では、図６に示すド
レッサーを使用した。図においてａはダイヤモンド、ｂ
は接合材、ｃはドレッサー基材、Ｄはダイヤモンドが露
出した突起部分、Ｆは溝の中に設けられたダイヤモンド
が施されていない突起部分、表面は平坦である。Ｄのダ
イヤモンド頂部は、Ｆの表面より０．６〜０．７mm高
い。Ｔの表面は、Ｆの表面より０．５mm低い。Ｄの表面
は、Ｆの面積より大きい。このドレッサーを用い半導体
ウエーハを３００枚研磨したポリウレタン樹脂製研磨布
の表面に、毎分３リットル水を流しながら１分間ドレッ
シングを行った。その後、前記研磨布表面を電子顕微鏡
で観察した。表面に見られる空孔の中で、研磨屑が入り
目詰まりを起こしている割合を調査した。図６に示すド
レッサーの中心部は、表面の加工がしやすいように直径
１０mmの円形の溝Ｔを設けた。ドレッサー外周は、φ１
００mmとした。

【００１８】図３に示す従来型のドレッサーを前記条件
で使用した場合は、３０〜４０％の目詰まり率である。
これに対し、図６に示すドレッサーを使用した場合、５
〜１５％で目詰まりは少なかった。本発明法によるドレ
ッサーは、従来のドレッサーに比べて大幅にドレッシン
グ能を向上することができる。そのため、加工精度の高
い半導体基板を製造することが可能となる。

【００１９】

【発明の効果】研磨布の目詰まりした表面の切削と、切
削屑の掻き出しを同時に効率的に行うことができる。研
磨布表面の切削は、超硬質粒子が露出している突起部分
で行う。切削屑の掻き出しには、ドレッサーの回転とと
もに周辺部へ流れ出るように溝を設け、該溝の中に、超
硬質粒子が無く連続した突起部分を設けることで効果が
発揮できる。本発明によれば、研磨布の目詰まりを除去
し、研磨布表面を常時新しい時と同様に保持することが
可能となり、加工精度の高い半導体基板を安定して製造
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】使用前の研磨布を説明する断面概略図。

【図２】目詰まりした研磨布を説明する断面概略図。

【図３】従来のドレッサーを示す模式図であり、（ａ）
は平面、（ｂ）はＡ−Ａ′断面を示す。

【図４】本発明のドレッサーを示す模式図であり、
（ａ）は平面、（ｂ）はＡ−Ａ′断面を示す。

【図５】本発明のドレッサーを示す模式図であり、
（ａ）は平面、（ｂ）はＡ−Ａ′断面を示す。

【図６】本発明のドレッサーを示す模式図であり、
（ａ）は平面、（ｂ）はＡ−Ａ′断面を示す。

【符号の説明】 １ 研磨布マトリックス ２ 研磨布表面の空孔 ３ 研磨布内部の空孔 ４ 研磨布表面の目詰まりした空孔 ａ ダイヤモンド aa 立方晶窒化硼素 ｂ 接合材 ｃ ドレッサー基材 ＤＤ ダイヤモンドが施された部分 Ｄ ダイヤモンドが露出している突起部分 Ｆ 溝の中に設けられた超硬質粒子が施されていない
突起部分 Ｔ 外周につながる溝部分 Ｃ 立方晶窒化硼素が露出している突起部分

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 37/00 B24B 53/00 B24B 53/12 H01L 21/304 622

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超硬質粒子が露出している突起部分と、
   中心部から外周にかけて連続した溝とで構成され、該溝
   の少なくとも１つの中に、超硬質粒子が無く中心部から
   外周にかけて連続した突起部分を備えていることを特徴
   とする半導体基板の平面化研磨工程で使用される研磨布
   のドレッサー。
2. 【請求項２】 超硬質粒子が、ダイヤモンドまたは立方
   晶窒化硼素であることを特徴とする請求項１に記載の半
   導体基板の平面化研磨工程で使用される研磨布のドレッ
   サー。
3. 【請求項３】 超硬質粒子が露出している突起部分の面
   積が、超硬質粒子が無い突起部分の面積より大きいこと
   を特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板の平
   面化研磨工程で使用される研磨布のドレッサー。
4. 【請求項４】 超硬質粒子の露出部分と、超硬質粒子が
   無い突起部分の高低差が０．５mm以下であることを特徴
   とする請求項１または３の何れかに記載の半導体基板の
   平面化研磨工程で使用される研磨布のドレッサー。