JP3537300B2 - 半導体基板用研磨布のドレッサーおよびその製造方法 - 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】ウエーハのポリッシングにおいては、研
磨速度を確保しつつ、しかも機械的歪などの欠陥が入ら
ない研磨法が要求される。従来の機械的研磨法において
は、砥粒の粒径や研磨荷重を大きくすることにより、研
磨速度を確保することが可能である。しかし、研磨によ
り、種々の欠陥が入り、研磨速度の確保と被研磨材を無
欠陥に保つことの両立は不可能であった。そこで、化学
的かつ機械的平面化（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Pl
anarization ）と呼ばれる研磨法が考案された。この方
法は機械的研磨作用に化学的研磨作用を重畳して働かせ
ることにより、研磨速度の確保と被研磨材が無欠陥であ
ることの両立を可能としたものである。ＣＭＰは研磨速
度の確保と被研磨材が無欠陥であることの両立が必要で
ある、シリコンウエハーの仕上げポリッシング工程で広
く使用されている。また、近年では、デバイスの高集積
化に伴い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となってきた。通常、こ
の工程は、ウエーハ上に種々の装置および集積回路を形
成する間に行われる。この研磨工程では、シリコンウエ
ハーの仕上げポリッシング工程と同様に、研磨速度の確
保と無欠陥であることの両立が必要である。化学スラリ
ーを導入することにより、半導体表面に、より大きな研
磨除去速度および無欠陥性が与えられるＣＭＰが行われ
る。一般に、ＣＭＰ工程は、薄くかつ平坦な半導体材料
を制御された圧力および温度下で、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工程の１例としては、例えば５〜３
００ｎｍ程度の粒径を有するシリカ粒子を苛性ソーダ、
アンモニアおよびアミン等のアルカリ溶液に懸濁させて
ｐＨ９〜１２程度にした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。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
相対回転させることにより、研磨が行われる。そして研
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、ダイヤモンド電着砥石またはブ
ラッシ等を用いたブラッシングにより、研磨布の内部の
目詰まり、異物の除去を行っていた。

【０００４】ＣＭＰ工程で使用されるドレッサーは、切
削や研削で使用される従来の工具とは、次の点で本質的
に異なっている。切削工具では砥粒が少量脱落しても、
砥粒脱落後の新生面に別の砥粒が残っていれば、切削能
力の低下にはならないのに対して、ＣＭＰドレッサーで
は脱落した砥粒が研磨布や半導体基板表面を傷つけるた
め、砥粒の脱落が少量でも許されない点である。また、
湿式で低い回転数で使用されるので、切削工具で求めら
れる耐熱性や極端な耐摩耗性は必要ない点である。砥粒
の脱落が問題になる従来の工具としては、単粒の比較的
大きな砥粒（一般的には直径１ｍｍ程度以上）を金属保
持材に接合したバイトがある。しかし、ＣＭＰ工程で使
用されるドレッサーとは、次の点で本質的に異なってい
る。従来のバイトでは、比較的大きな砥粒（一般的には
直径１ｍｍ程度以上）を単粒で接合するのに対して、Ｃ
ＭＰ工程で使用されるドレッサーは、比較的小さい（直
径３０〜３００μｍ）砥粒を単層で面状に接合してい
る。また、ＣＭＰ工程で使用されるドレッサーは、湿式
で低い回転数で使用されるので、バイトで求められる耐
熱性や極端な耐摩耗性は必要ない点である。

【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、ダイヤモンド粒をニッケル電着し
た砥石を用いたドレッシングを行っていた。ニッケルの
電着は、比較的容易に金属支持部材に適用できるので広
く用いられてきた。しかし、ダイヤモンドとの接合強度
が充分ではなく、しばしばダイヤモンド粒の脱落や欠損
が起こり、研磨布や半導体基板にキズを付ける原因とな
っていた。このため、ダイヤモンド粒の脱落のないドレ
ッサーが求められていた。

【０００６】そこで、本発明は、研磨布のドレッシング
において、スクラッチ傷を最小限に抑え、歩留まりが高
く、安定した研磨速度が得られるドレッサーを提供する
ことを目的としている。また、砥粒としてはダイヤモン
ドを用いず、他のより安価な硬質砥粒を用いることによ
るコスト低減を目的にしている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、チタン、ジル
コニウムおよびクロムの内より選ばれた少なくとも１種
よりなる被膜を有する立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、
炭化珪素または酸化アルミニウムより選ばれた１種の硬
質砥粒を、融点６００℃〜１４００℃の合金を用いて、
金属および／または合金からなる支持部材に、単層、ろ
う付けされていることを特徴とする半導体基板用研磨布
のドレッサーである。

【０００８】好ましくは、前記金属被膜はイオンプレー
テイング法、真空蒸着法、スパッタリング法、およびＣ
ＶＤ法などの気相法により作製され、厚さ０．１〜１０
μｍであることを特徴とする。あるいは、立方晶窒化ホ
ウ素、炭化ホウ素、炭化珪素または酸化アルミニウムの
硬質砥粒が、径３０μｍ以上３００μｍ以下であること
を特徴とする半導体基板用研磨布のドレッサーである。

【０００９】また、チタン、ジルコニウムおよびクロム
の内より選ばれた、少なくとも１種よりなり、気相法に
より作製され、厚さが０．１〜１０μｍの被膜を有する
立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化珪素または酸化ア
ルミニウムより選ばれた１種の硬質砥粒を、融点６００
℃〜１４００℃の合金を用いて、金属および／または合
金からなる支持部材に、単層、真空中でろう付けするこ
とにより、半導体基板の平面化研磨工程で使用される研
磨布のドレッサーが製造できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明によって製作された半導体
基板用研磨布のドレッサーは、硬質砥粒の脱落によるス
クラッチ傷を最小限に抑えることができる。その結果、
加工精度が高く、歩留まりの高い半導体基板および半導
体の製造が可能となる。硬質砥粒とろう付け合金との接
合は、硬質砥粒とろう付け合金との界面にチタン、ジル
コニウム、クロムなどの富裕層が形成され、富裕層が砥
粒と反応することにより、著しく接合強度が上昇する。
本発明者らは、チタン、ジルコニウムおよびクロムの内
より選ばれた、少なくとも１種よりなる被膜を有する硬
質砥粒を使用することにより、砥粒とろう付け合金との
界面にチタン、ジルコニウムおよびクロムなどの金属の
富裕層が形成され、著しく接合強度が上昇することを確
認した。なお、砥粒とろう付け合金との界面でのチタ
ン、ジルコニウムおよびクロムなどの金属の富裕層の形
成は、ドレッサー断面に存在する砥粒の走査型電子顕微
鏡観察を行い、走査型電子顕微鏡に付属するエネルギー
分散型Ｘ線分光法による元素分析を行い確認した。

【００１１】界面に金属反応層が形成されるためには、
硬質砥粒には、厚さ０．１μｍ以上のチタン、ジルコニ
ウム、クロムなどからなる被膜が必要となる。界面にお
ける金属反応層形成による接合強度向上は、チタン、ジ
ルコニウム、クロムなどからなる被覆層の厚さが１０μ
ｍあれば充分な効果がえられるので、１０μｍ以内とす
る。

【００１２】ろう付け合金を融点６００℃〜１４００℃
の合金とするのは、６００℃未満のろう付け温度では、
接合強度が得られず、１４００℃超のろう付け温度で
は、砥粒または支持部材の劣化が起こるので好ましくな
いからである。ろう付け合金の厚さは、砥粒の粒径の
０．２〜１．５倍の厚さが適当である。薄すぎると砥粒
とろう付け合金との接合強度が低くなり、厚すぎるとろ
う材と支持部材との剥離がおこりやすくなる。

【００１３】砥粒の径は、３０μｍ以上３００μｍ以下
とすることが好ましい。３０μｍ未満の砥粒では充分な
研磨速度が得られず、３００μｍであれば充分な研磨速
度が得られる。また、３０μｍ未満の微粒の砥粒では凝
集し易い傾向があり、凝集しクラスターを形成すると脱
落し易くなり、スクラッチ傷の原因となる。３００μｍ
超の粗粒の砥粒では、研磨時の応力集中が大きく脱落し
易くなる。

【００１４】ろう付け条件を真空中とするのは、チタ
ン、ジルコニウム、クロムなどからなる被膜の酸化を防
ぐためであり、ろう付け温度を６００℃〜１４００℃と
するのは、６００℃未満のろう付け温度では、ろう付け
合金が溶融せず、ろう付けできないためであり、１４０
０℃超のろう付け温度では、砥粒または支持部材の劣化
が起こるので好ましくないからである。

【００１５】

【実施例１】イオンプレーテイング法を用いて、図１及
び図２の表１に示した砥粒上に厚さ２μｍのチタン、ジ
ルコニウムおよびクロムの内の一種を被覆した。この金
属を被覆した砥粒を用いて、フェライト系ステンレス鋼
を支持部材として、１０^-5Torrの真空中、表１に示した
ろう付け温度で３０分間保持し、ろう付けを行いドレッ
サーを作製した。

【００１６】上記の本発明によるドレッサーおよびＮｉ
電着の従来ドレッサー（比較例）について、４００枚の
半導体ウエーハの研磨実験を行った。ドレッシングは１
回の研磨毎に、２分間ドレッシングを行った。４００枚
研磨後に、脱落した砥粒によるスクラッチ傷が発生した
ウエーハ数を調査した。また、５時間の研磨毎のウエー
ハ研磨速度を調査した。４００枚のウエーハの研磨には
約２０時間を要した。ウエーハ表面傷および砥粒の粒径
は電子顕微鏡により観察した。結果を表１に示した。

【００１７】本発明によるドレッサーは、従来のドレッ
サー（比較例）に比べて大幅にウエーハ表面のスクラッ
チ傷発生が低下し、スクラッチ傷の発生したウエハーは
従来ドレッサー９枚に対して、本発明品では０枚であっ
た。また、本発明品において、４００枚研磨後の研磨速
度の低下は見られなかった。これにより、高いスループ
ットと高い歩留まりの半導体基板製造が実現できた。

【００１８】

【実施例２】イオンプレーテイング法を用いて、図３の
表２に示した砥粒上に厚さ２μｍのチタン、ジルコニウ
ムおよびクロムの内の一種を被覆した。この金属を被覆
した砥粒を用いて、フェライト系ステンレス鋼を支持部
材として、１０^-5Torrの真空中、表２に示した温度で３
０分間保持し、ろう付けを行いドレッサーを作製した。

【００１９】上記の本発明によるドレッサーおよびＮｉ
電着の従来ドレッサー（比較例）について、４００枚の
シリコンウエーハの研磨実験を行った。ドレッシングは
１０回の研磨毎に、２分間ドレッシングを行った。４０
０枚研磨後に、脱落した砥粒によるスクラッチ傷が発生
したウエーハ数を調査した。また、５時間の研磨毎のウ
エーハ研磨速度を調査した。４００枚のウエーハの研磨
には約３０時間を要した。ウエーハ表面傷およびダイヤ
モンド粒径は電子顕微鏡により観察した。結果を表２に
示した。

【００２０】本発明によるドレッサーは、従来のドレッ
サー（比較例）に比べて大幅にウエーハ表面のスクラッ
チ傷発生が低下し、スクラッチ傷の発生したウエハーは
従来ドレッサー４枚に対して、本発明品では０枚であっ
た。また、本発明品において、４００枚研磨後の研磨速
度の低下は見られなかった。これにより、高いスループ
ットと高い歩留まりの半導体基板製造が実現できた。

【００２１】

【発明の効果】本発明により、硬質砥粒の脱落による半
導体基板のスクラッチ傷を最小限に抑えることが可能に
なった。また、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できるため、研磨布の使用
時間に伴う研磨速度の低下もなく、加工精度の高い半導
体基板を高い歩留まりで製造できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の試験結果を示す表である。

【図２】実施例１の試験結果を示す表である。

【図３】実施例２の試験結果を示す表である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 53/12 B24D 3/06 H01L 21/304

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 チタン、ジルコニウムおよびクロムの内
   より選ばれた、少なくとも１種よりなる被膜を有する立
   方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化珪素または酸化アル
   ミニウムより選ばれた１種の硬質砥粒を、融点６００℃
   〜１４００℃の合金を用いて、金属および／または合金
   からなる支持部材に、単層、ろう付けされていることを
   特徴とする半導体基板用研磨布のドレッサー。
2. 【請求項２】 立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化珪
   素または酸化アルミニウムの硬質砥粒が、径３０μｍ以
   上３００μｍ以下であることを特徴とする請求項第１項
   に記載の半導体基板用研磨布のドレッサー。
3. 【請求項３】 チタン、ジルコニウムおよびクロムの内
   より選ばれた、少なくとも１種よりなり、気相法により
   作製され、厚さが０．１〜１０μｍの被膜を有する立方
   晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化珪素または酸化アルミ
   ニウムより選ばれた１種の硬質砥粒を、融点６００℃〜
   １４００℃の合金を用いて、金属および／または合金か
   らなる支持部材に、単層で、真空中、６００℃〜１４０
   ０℃でろう付けすることを特徴とする半導体基板用研磨
   布のドレッサーの製造方法。