JP3598062B2 - Ｃｍｐドレッサー、ｃｍｐドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法、及びｃｍｐドレッサーの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板用の研磨布の目詰まりを解消し、異物を除去するのに使用されるＣＭＰドレッサー、ＣＭＰドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法、及びＣＭＰドレッサーの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェハのポリッシングにおいては、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と呼ばれる研磨方法が提案されている。ＣＭＰ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り、シリコンウェハの仕上げポリッシング工程で広く使用されている。
【０００３】
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、ウェハ表面やウェハ表面に導電体・誘電体層が形成された半導体基板表面を研磨することが必要になってきた。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、又は埋もれた異物粒子が除去される。通常、この工程は、ウェハ上に種々の素子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、シリコンウェハの仕上げポリッシング工程と同様に、研磨速度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及び無欠陥性が与えられる化学的かつ機械的平坦化が行われる。
【０００４】
ＣＭＰ工程の一例としては、図８に示すように、例えば５〜３００ｎｍ程度の粒径を有するシリカ粒子を苛性ソーダ、アンモニア及びアミン等のアルカリ溶液に懸濁させてＰＨ９〜１２程度に化学スラリー１０１と、ポリウレタン樹脂等からなる研磨布１０２とが用いられる。研磨時には、化学スラリー１０１を流布しながら、半導体基板１０３を研磨布１０２に適当な圧力で当接させ、同図の矢印に示すように相対回転させることにより研磨が行われる。
【０００５】
そして、前記研磨布１０２のドレッシング法としては、研磨布１０２に水又は化学スラリーを流しながら、ドレッサーを用いたブラッシングを行って、研磨布１０２の目詰まりを解消し、異物を除去していた。ドレッサーを用いたブラッシングは、半導体基板１０３の研磨が終わった後に、ドレッサーを研磨布１０２に当接させるか、或いは、半導体基板１０３の研磨と同時に、半導体基板１０３が当接する位置とは別の位置でドレッサーを研磨布１０２に当接させるかして行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の研磨布のブラッシングに用いられるドレッサーでは、図９に示すように、円板状の支持部材２０１の表面に、硬質砥粒としてダイヤモンド粒２０２を人手で撒く等して適当に均一に分布させた後、これらダイヤモンド粒２０２を固着させていた。
【０００７】
しかし、この場合、いかに丁寧にダイヤモンド粒２０２を散布したとしても、その分布には粗密ができてしまう。このようにダイヤモンド粒２０２の分布に粗密ができたドレッサーを使用すると、ダイヤモンド粒２０２の集合部分（密部分）に化学スラリー中の砥粒が凝集しやすくなってしまう。そして、その砥粒の凝集が研磨布（図８中１０２）に付着し、半導体基板（図８中１０３）にミクロスクラッチ傷をつけてしまうといった深刻な問題を引き起こしていた。
【０００８】
また、ダイヤモンド粒２０２の不均一な分布は、ドレッサー固体間での相違の原因となり、安定したドレッサー特性の発現が妨げられていた。
【０００９】
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであり、半導体基板表面のミクロスクラッチ傷を抑えるとともに、安定したドレッサー特性が得られるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＭＰドレッサーは、支持部材と、前記支持部材の面上に設けられた複数の硬質砥粒とを備えたＣＭＰドレッサーであって、個々の前記硬質砥粒が前記支持部材の面上に単層で規則的に配列させられている点に特徴を有する。
【００１１】
また、本発明のＣＭＰドレッサーの他の特徴とするところは、前記硬質砥粒が、前記支持部材の面上で正方形で作られる単位格子の各頂点に配置される点にある。
【００１２】
また、本発明のＣＭＰドレッサーの他の特徴とするところは、前記硬質砥粒が、前記支持部材の面上で正三角形で作られる単位格子の各頂点に配置される点にある。
【００１３】
また、本発明のＣＭＰドレッサーの他の特徴とするところは、前記硬質砥粒が存在する一定面積の領域間で、前記硬質砥粒の密度のばらつきが±５０％以内である点にある。
【００１４】
また、本発明のＣＭＰドレッサーの他の特徴とするところは、前記硬質砥粒はダイヤモンド粒である点にある。
【００１５】
また、本発明のＣＭＰドレッサーの他の特徴とするところは、チタン、クロム、又はジルコニウムより選ばれた１種以上を０．５〜２０ｗｔ％含む融点６５０℃〜１２００℃の合金を用いて、前記ダイヤモンド粒を金属及び／又は合金からなる前記支持部材に、単層、ろう付けし、前記ダイヤモンド粒と前記合金との界面にチタン、クロム、又はジルコニウムより選ばれた金属の炭化物層が形成されている点にある。
【００１６】
本発明の他のＣＭＰドレッサーは、複数の貫通穴を個々に規則的に配列した薄板状の配列部材を支持部材の面上に位置させる手順と、前記配列部材の各貫通穴に硬質砥粒を１つずつ入れ込む手順とにより前記個々の硬質砥粒が前記支持部材の面上に配列させられてなる点に特徴を有する。
【００１８】
本発明のＣＭＰドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法は、複数の硬質砥粒を単層で個々に規則的に配列させた状態で保持部材に保持する手順と、前記保持部材により保持された硬質砥粒を、ＣＭＰドレッサーを構成する支持部材の表面に転写する手順とを有する点に特徴を有する。
【００１９】
また、本発明のＣＭＰドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法の他の特徴とするところは、前記保持部材には前記硬質砥粒を保持するための第１の接着手段を設け、前記支持部材の表面には第２の接着手段を設け、これら第１、２の接着手段の性質に差を持たせた点にある。
【００２０】
本発明のＣＭＰドレッサーの製造方法は、上記本発明のＣＭＰドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法を利用して前記硬質砥粒を前記支持部材の表面上に配列させた後、前記硬質砥粒を前記支持部材の表面に固着する点に特徴を有する。
【００２１】
上記のようにした本発明においては、硬質砥粒の分布に粗密がなくなるので、当該ドレッサーを使用しても、硬質砥粒の密部分にスラリー中の砥粒が凝集してしまうようなことがない。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のＣＭＰドレッサー（以下、単に「ドレッサー」とも称する）、ＣＭＰドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法、及びＣＭＰドレッサーの製造方法の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１を用いて、ドレッサーについて説明する。同図に示すように、ステンレス鋼等からなる円板状の支持部材１の表面には、硬質砥粒としてダイヤモンド粒２が固着されている。なお、図１に示す外観は一例であり、支持部材１の表面全てにダイヤモンド粒２が存在しなくてもよく、例えば、支持部材１の表面に化学スラリーを逃すための逃し溝を形成する等してもよい。
【００２４】
図２、３は、支持部材１の表面を拡大した図であり、ダイヤモンド粒２の配列を示す。図２に示すものは、ダイヤモンド粒２を碁盤状に配列したものであり、支持部材１の表面において、正方形で作られる単位格子Ａの各頂点にダイヤモンド粒２を配置している。換言すれば、同図において一点鎖線で示すように、一定の間隔をおいて平行に並ぶ第１の直線群Ｌ_１と、一定の間隔をおいて平行に並び、前記第１の直線群Ｌ_１と９０度の角度を持って交わる第２の直線群Ｌ_２（図１中の横線）とを考え、これら直線群Ｌ_１、Ｌ_２の交点にダイヤモンド粒２を配置している。
【００２５】
図３に示すものは、ダイヤモンド粒２をハニカム状に配列したものであり、支持部材１の表面において、正三角形で作られる単位格子Ｂの各頂点にダイヤモンド粒２を配置している。換言すれば、同図において一点鎖線で示すように、一定の間隔をおいて平行に並ぶ第３の直線群Ｌ_３と、一定の間隔をおいて平行に並び、前記第３の直線群Ｌ_３と１２０度の角度を持って交わる第４の直線群Ｌ_４とを考え、これら直線群Ｌ_３、Ｌ_４の交点にダイヤモンド粒２を配置している。
【００２６】
図２に示す配列では、あるダイヤモンド粒２に対して、上下左右方向に隣り合う４つのダイヤモンド粒２までの距離がｒとなり、また、斜め方向に隣り合う４つのダイヤモンド粒２までの距離が（√２）ｒとなる。
【００２７】
図３に示す配列では、あるダイヤモンド粒２に対して、隣り合う６つのダイヤモンド粒２までの距離が全てｒとなる。したがって、図３に示す配列の方がダイヤモンド粒２の分布がより厳密な意味で均一となり、より優れたドレッサー特性を得ることができる。
【００２８】
以下、図４〜７を参照して、ダイヤモンド粒２の配列方法について説明する。本実施の形態では、次の２通りの方法により、ダイヤモンド粒２を配列させている。
【００２９】
第１の方法では、図４に示すように、ろう材３が設けられた支持部材１の表面に、接着剤４を塗布しておく。そして、接着剤４を塗布した支持部材１の表面上に配列板５を載置して、マスキングする。
【００３０】
配列板５には、図５にも示すように、ダイヤモンド粒２を配列させるための貫通穴６が形成されている。すなわち、配列板５には、図２、３に示す配列と同様に貫通穴６が配列させられている。貫通穴６の口径Ｘは、ダイヤモンド粒２のサイズＤに対して、１．０Ｄ＜Ｘ＜２．０Ｄとなっており、１つの貫通穴６に１個以上のダイヤモンド粒２が同時に入り込まないようにしている。なお、配列板５の周囲には、飛散防止用壁５ａが設けられている。
【００３１】
図４に示すように、前記配列板５を支持部材１の表面に載置した状態で、配列板５上にダイヤモンド粒２を散布する。このとき、配列板５に適当な振動を加える等して、ダイヤモンド粒２が全ての貫通穴６に入り込むようにする。全ての貫通穴６にダイヤモンド粒２が入り込んだならば、配列板５上の余分なダイヤモンド粒２をはけ等を用いて取り除く。その後、配列板５を支持部材１の表面から取り外せば、ダイヤモンド粒２は、図２、３に示すように配列された状態で支持部材１の表面上に残ることになる。
【００３２】
以上述べたようにして支持部材１の表面にダイヤモンド粒２を配列させたならば、単層、ろう付けを行い、ダイヤモンド粒２を固定する。このろう付けの際に、支持部材１の表面に塗布された接着剤４はろう材３への加熱によって昇華し、支持部材１の表面上に残留しない。
【００３３】
なお、第１の方法において、配列板５の代わりに、ワイヤで編まれたメッシュを用いてもよい。すなわち、メッシュの各開口部分を配列板５でいう貫通穴６として使用し、該開口部分にダイヤモンド粒２を入れ込んで、支持部材１の表面に配列させる。
【００３４】
第２の方法では、前記第１の方法のようにダイヤモンド粒２を支持部材１の表面に直接的に配列するのではなく、粘着シート等の保持部材にいったん配列させてから、支持部材１の表面に転写するようにしている。
【００３５】
図６（ａ）に示すように、配列板７には、ダイヤモンド粒２を配列させるための凹部８が形成されている。すなわち、配列板７には、図２、３に示す配列と同様に凹部８が配列させられている。なお、凹部８の口径Ｘを、ダイヤモンド粒サイズＤに対して、１．０Ｄ＜Ｘ＜２．０Ｄとすることは、前記第１の方法で述べた貫通穴６と同じである。
【００３６】
前記配列板７上にダイヤモンド粒２を散布する。このときも、前記第１の方法で説明したように、配列板７に適当な振動を加える等して、ダイヤモンド粒２が全ての凹部８に入り込むようにする。全ての凹部８にダイヤモンド粒２が入り込んだならば、配列板７上の余分なダイヤモンド粒２をはけ９等を用いて取り除く。
【００３７】
次に、配列板７の凹部８が開口する面に粘着シート１０を貼り付ける。そして、図６（ｂ）に示すように、配列板７の上下を逆にする等して、粘着シート１０を剥がすと、粘着シート１０にダイヤモンド粒２が配列された状態で保持されることになる。
【００３８】
前記粘着シート１０のダイヤモンド粒２を保持する粘着面を、接着剤４が塗布された支持部材１の表面に貼り合わせるようにする。したがって、図７に示すように、ダイヤモンド粒２は、一端が粘着シート１０側で、他端が支持部材１の表面側で支持された状態となる。その後、支持部材１の表面側にダイヤモンド粒２を残し、粘着シート１０だけを取り除けば、ダイヤモンド粒２を支持部材１の表面上に配列させることができる。
【００３９】
粘着シート１０だけを取り除く手法としては、例えば、粘着シート１０の接着材の溶解性と、支持部材１側の接着剤４の溶解性とに差を持たせておけばよい。この場合、図７に示す状態で粘着シート１０の接着剤が溶けるような環境にすれば、支持部材１側の接着剤４は保持力を維持したまま、粘着シート１０の接着材だけを溶かし、粘着シート１０だけを取り除くことができる。
【００４０】
以上述べたようにして支持部材１の表面にダイヤモンド粒２を配列させたならば、単層、ろう付けを行い、ダイヤモンド粒２を固定する。このろう付けの際に、支持部材１の表面に塗布された接着剤４はろう材３への加熱によって昇華し、支持部材１の表面上に残留しない。
【００４１】
なお、第２の方法では、配列板７に凹部８を形成するようにしたが、貫通穴としてよい。この場合、図４に示す支持部材１を粘着シート１０に変更すれば、粘着シート１０にダイヤモンド粒を配列させることができるので、それを支持部材１の表面に転写すればよい。
【００４２】
以上述べたように本実施の形態によれば、ダイヤモンド粒を規則的に配列させているので、ダイヤモンド粒の分布に粗密がなく、当該ドレッサーを使用しても、ダイヤモンド粒の密部分にスラリー中の砥粒が凝集することがなくなり、半導体基板表面のミクロスクラッチ傷を最小限に抑えることができる。また、ドレッサー間での固体差がなくなり、安定したドレッサー特性を得ることができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、図２、３に示すようにダイヤモンド粒を配列させたが、ダイヤモンド粒の分布に粗密ができないようにするといった点からいえば、図２、３に示す以外の配列でも、ダイヤモンド粒の密度について一定の規則を有するようにすればよい。例えば、支持部材１の表面のうちダイヤモンド粒２が存在するエリアにおいて、ダイヤモンド粒２が平均数個〜数十個、例えば２０個存在するある一定面積の領域間で、ダイヤモンド粒２の密度のばらつきが±５０％以内に収まっていればよい。
【００４４】
また、本実施の形態では、本発明でいう硬質砥粒としてダイヤモンド粒２を用いたが、その他の材質、例えば立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化珪素又は酸化アルミニウム等からなるものであってもよい。
【００４５】
また、ダイヤモンド粒２の支持部材１への固着方法としては、ろう付け以外の方法、例えばニッケル電着等により固着させてもよい。
【００４６】
ここで、好適な一例として、ダイヤモンド粒をろう付けにより固着する方法について説明すると、ろう材として、チタン、クロム、又はジルコニウムより選ばれた１種以上を０．５〜２０ｗｔ％含む融点６５０℃〜１２００℃の合金を用いることにより、ダイヤモンド粒とろう付け合金との界面に当該金属の炭化物層が形成される。ろう材に含まれるチタン、クロム、又はジルコニウムより選ばれた１種以上を０．５〜２０ｗｔ％とするのは、０．５ｗｔ％より少ない含有量ではダイヤモンド−ろう付け合金の界面に当該金属の炭化物層が形成されないためであり、２０ｗｔ％添加すれば十分な接合強度を示す炭化物層が形成されるためである。
【００４７】
ろう付け合金を融点６５０℃〜１２００℃の合金とするのは、６５０℃未満のろう付け温度では、接合強度が得られず、１２００℃超のろう付け温度では、ダイヤモンドの劣化が起こるので好ましくないからである。
【００４８】
ろう付け合金の厚さは、ダイヤモンド粒の０．２〜１．５倍の厚さが適当である。薄すぎると、ダイヤモンド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起こりやすくなるためである。
【００４９】
ダイヤモンド粒の径は、５０μｍ〜３００μｍとすることが好ましい。５０μｍ未満の微粒ダイヤモンド粒では、十分な研磨速度が得られず、また、凝集しやすい傾向があり、脱落しやすくなるためである。また、３００μｍ超の粗粒のダイヤモンド粒では、研磨時の応力集中が大きくなり、脱落しやすくなるためである。
【００５０】
【実施例】
ダイヤモンド粒径を１５０〜２１０μｍとし、フェライト系ステンレス製の支持部材にＡｇ−Ｃｕ−３Ｚｒ（融点：８００℃）のろう付け金属を用いて、１０^−５Ｔｏｒｒの真空中、ろう付け温度８５０℃で３０分間保持し、単層、ろう付けした。ドレッサーは、従来タイプＡ（ダイヤモンド粒を人手で撒いたもの）、タイプＢ（図２示す碁盤状配列）、タイプＣ（図３に示すハニカム状配列）の３つのタイプについて、それぞれ１０枚づつ準備した。
【００５１】
そして、各ドレッサーについて、１０枚のＴＥＯＳ膜付き半導体ウェハについて研磨実験を行った。すなわち、Ａ、Ｂ、Ｃの各タイプについて、１００枚づつ研磨を行った。ドレッシングは、１回の研磨ごとに２分間行った。
【００５２】
その後、１００枚の研磨したウェハから１０枚ごとに１枚づつ、計１０枚のウェハについてミクロスクラッチの数を計測した。タイプＡのドレッサーを使用した場合におけるミクロスクラッチ傷の数を１００とすると、タイプＢ、Ｃのドレッサーを使用した場合におけるミクロスクラッチ傷の数の相対値は、それぞれ２６、１７となった。
【００５３】
この結果からも、Ｂ、Ｃタイプのドレッサーでは、Ａタイプの従来のドレッサに比べて、ウェハ表面のミクロスクラッチ傷を大幅に減少させられることがわかった。また、ドレッサー間でのドレッサー特定の差が小さいので、安定した量産ＣＭＰプロセスを実現することが可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、当該ドレッサーを使用しても硬質砥粒の密部分にスラリー中の砥粒が凝集してしまうことがなくなり、半導体基板表面のミクロスクラッチ傷を最小限に抑えることができる。また、ドレッサー間での固体差がなくなり、安定したドレッサー特性を得ることができるので、安定した量産ＣＭＰプロセスを実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ドレッサーについて説明するため図である。
【図２】ダイヤモンド粒２の配列の一例を示す図である。
【図３】ダイヤモンド粒２の配列の一例を示す図である。
【図４】第１の方法によるダイヤモンド粒２の配列方法を説明するための図である。
【図５】配列板５を説明するための図である。
【図６】第２の方法によるダイヤモンド粒２の配列方法を説明するための図である。
【図７】第２の方法によるダイヤモンド粒２の配列方法を説明するための図である。
【図８】ＣＭＰ工程を説明するための図である。
【図９】従来のドレッサーについて説明するための図である。
【符号の説明】
１ 支持部材
２ ダイヤモンド粒
３ ろう材
４ 接着剤
５ 配列板
５ａ 飛散防止用壁
６ 貫通穴
７ 配列板
８ 凹部
９ はけ
１０ 粘着シート
１０１ 化学スラリー
１０２ 研磨布
１０３ 半導体基板

Claims (10)

1. 支持部材と、前記支持部材の面上に設けられた複数の硬質砥粒とを備えたＣＭＰドレッサーであって、
   個々の前記硬質砥粒が前記支持部材の面上に単層で規則的に配列させられていることを特徴とするＣＭＰドレッサー。
2. 前記硬質砥粒が、前記支持部材の面上で正方形で作られる単位格子の各頂点に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰドレッサー。
3. 前記硬質砥粒が、前記支持部材の面上で正三角形で作られる単位格子の各頂点に配置されることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰドレッサー。
4. 前記硬質砥粒が存在する一定面積の領域間で、前記硬質砥粒の密度のばらつきが±５０％以内であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＣＭＰドレッサー。
5. 前記硬質砥粒はダイヤモンド粒であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＣＭＰドレッサー。
6. チタン、クロム、又はジルコニウムより選ばれた１種以上を０．５〜２０ｗｔ％含む融点６５０℃〜１２００℃の合金を用いて、前記ダイヤモンド粒を金属及び／又は合金からなる前記支持部材に、単層、ろう付けし、前記ダイヤモンド粒と前記合金との界面にチタン、クロム、又はジルコニウムより選ばれた金属の炭化物層が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のＣＭＰドレッサー。
7. 複数の貫通穴を個々に規則的に配列した薄板状の配列部材を支持部材の面上に位置させる手順と、
   前記配列部材の各貫通穴に硬質砥粒を１つずつ入れ込む手順とにより前記個々の硬質砥粒が前記支持部材の面上に配列させられてなることを特徴とするＣＭＰドレッサー。
8. 複数の硬質砥粒を単層で個々に規則的に配列させた状態で保持部材に保持する手順と、
   前記保持部材により保持された硬質砥粒を、ＣＭＰドレッサーを構成する支持部材の表面に転写する手順とを有することを特徴とするＣＭＰドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法。
9. 前記保持部材には前記硬質砥粒を保持するための第１の接着手段を設け、前記支持部材の表面には第２の接着手段を設け、これら第１、２の接着手段の性質に差を持たせたことを特徴とする請求項８に記載のＣＭＰドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法。
10. 請求項８又は９に記載のＣＭＰドレッサーに使用する硬質砥粒の配列方法を利用して前記硬質砥粒を前記支持部材の表面上に配列させた後、前記硬質砥粒を前記支持部材の表面に固着することを特徴とするＣＭＰドレッサーの製造方法。

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