JP3678993B2

JP3678993B2 - Ｃｍｐ加工用ドレッサ

Info

Publication number: JP3678993B2
Application number: JP2000327620A
Authority: JP
Inventors: 直樹峠; 哲也野々下
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP2002126997A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ＬＳＩデバイスの平坦化に用いられるポリッシャのドレッシングに好適なＣＭＰ加工用ドレッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品や光学部品の超精密、高品位仕上げのために行われるポリッシングは、とくに半導体ＬＳＩデバイスにおいては、素材加工をはじめ各種積層膜の平坦化において重要な加工技術であり、半導体の高記憶容量化に対応して、その加工精度（面粗度、平坦度）、加工品位（無欠陥、無歪み）、加工性能はより高いものが求められている。
【０００３】
ポリッシングは、ポリッシャの研磨布上に軟質砥粒を散布して被加工物を押しつけることにより実施され、軟質砥粒と被加工物間の化学的、機械的作用により材料除去が行われ、最近ではＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ＆ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）と称される技術が注目を浴びている。このＣＭＰ加工装置としては、たとえば特開平７−２９７１９５号公報や特開平９−１１１１１７号公報に記載の装置がある。
【０００４】
このようなＣＭＰ加工装置により半導体ウエハをポリッシングする場合、ポリッシャ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布が使用され、軟質砥粒としては、ＳｉＯ₂が一般的であり、その他、ＣａＣＯ₃、ＢａＣＯ₃などの有効性も議論されている。いずれにしても、ポリッシングは機械加工としては最終工程であり、平面度１μｍ前後、面粗度Ｒ_MAX１０Åレベルが達成されなければならない。
【０００５】
このようなポリッシング工程において、安定した加工性能を維持するためには研磨布表面の定期的修正が必要であり、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、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。
【０００６】
このドレッサの母材への砥粒の固着方法には、ろう付けによる固着、電着による固着、無機質結合材による固着があり、それぞれ長所と短所を有している。ここで、砥石の切れ味の面からみると、電着による固着および無機質結合材による固着の場合は、砥粒の突き出し量が小さく、ろう付けによる固着の場合に比して切れ味に劣るので、切れ味を重視する場合はろう付けにより砥粒を固着した砥石が有利である。
【０００７】
図７は従来のドレッサの一例としてディスクタイプのドレッサを示す斜視図であり、ダイヤモンド砥粒をろう付けによって鉄製母材に固着させたプレート３０をフランジ４１に取り付け、裏面からネジで固定してドレッサ４０としたものである。このドレッサ４０を、図８に示すようなＣＭＰ加工装置のポリッシャ５０表面の研磨布５１に押し付けてドレッシングを行う。なお図中、６０はシリコンウエハなどの被研磨材の吸着盤であり、７０は研磨剤の供給装置である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハのＣＭＰ加工においては、被研磨物の材質に応じて強酸から強アルカリにわたる広い範囲のｐＨをもった研磨剤が用いられる。このため、研磨布表面のドレッシングの際に、研磨布表面に付着残留する強酸性あるいは強アルカリ性の研磨剤によりドレッサのろう材層およびＦｅなどの母材の金属が侵されて研磨布表面に溶出してしまうという問題がある。また、ろう材層の侵食によりダイヤモンドなどの砥粒が脱落し、この脱落した砥粒が研磨布表面に付着して半導体ウエハの表面にスクラッチ傷などの損傷を与えるという問題がある。
【０００９】
このような問題に対して、特開平１０−１１８９１４号公報には、電着法またはろう付け法により金属でダイヤモンド砥粒をドレッサ基板に固着した前記金属の面にセラミックコーティング膜を施したドレッサが記載されている。このドレッサによれば、砥粒の脱落による半導体ウエハや研磨布のスクラッチ傷を最小限に抑えることができる、とされている。
【００１０】
また、特開２０００−６１８１３号公報には、ダイヤモンド砥粒をニッケルめっきまたはろう材を主成分とする結合材により単層固着したドレッサの台金の露出表面または結合材の露出表面の少なくとも一方を硬質粒子を含有させた樹脂皮膜により被覆したドレッサが記載されている。このドレッサによれば、砥粒の脱落が少なくなるとともに、台金の熔解による半導体ウエハの汚染がなくなる、とされている。
【００１１】
しかしながら、ろう材層の表面にセラミックコーティング膜を施すには、イオンプレーティングやＣＶＤ法の手法を採用することになるが、砥石表面はダイヤモンド砥粒を含んでいるため三次元的に凹凸があり、イオンプレーティングやＣＶＤ法ではミクロ的に照射影が存在し、その部分から強酸性、強アルカリ性の研磨剤により浸食される危険性が高く、耐薬品性が充分とはいえない。
【００１２】
また、ろう材層の表面に施した樹脂皮膜は耐摩耗性が低い材料であるので、研削中に発生した切粉が樹脂皮膜を削り取ってしまい、皮膜がなくなった部分から侵食される、という問題がある。
【００１３】
本発明において解決すべき課題は、ＣＭＰ加工による半導体ウエハなどの表面仕上げに用いる研磨布をドレッシングするためのドレッサにおいて、従来のドレッサと同等以上の切れ味を維持したうえで、砥粒の保持力と耐薬品性を向上させることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、母材の表面に砥粒をろう付けにより固着したドレッサのろう材層の表面に熱膨張係数が８０×１０^-7〜９０×１０^-7／℃のガラスを主成分とするコーティング層を施すことによって達成できる。さらにこのコーティング層に、ガラスより高硬度の無機質粒子を含有させることもできる。
【００１５】
砥粒をろう付け法によって母材に固着したドレッサは、ダイヤモンド粒などの砥粒が活性金属含有銀ろう、Ｔｉろうなどのろう材によって鉄などの母材に保持されているものである。本発明のドレッサにおいては、ろう材層の表面にガラスを主成分とするコーティング層を施すことによって、ＣＭＰ加工などにおいて強酸性、強アルカリ性の研磨剤が使用されたときでも、ろう材層および母材の金属が研磨剤によって侵食されることがなく、金属の溶出や砥粒の脱落が防止される。そして、被覆するガラスとして熱膨張係数が８０×１０^-7〜９０×１０^-7／℃のガラスを用いることにより、コーティング層の熱膨張係数がろう材の熱膨張係数（９０×１０^-7〜１００×１０^-7／℃）に近いものとなり、コーティング層の割れや剥離が生じにくくなる。
【００１６】
ガラスを主成分とするコーティングは、フリットをろう材表面に散布して、軟化点以上に加熱することにより、ろう材表面にコーティングすることができるので、イオンプレーティングやＣＶＤ法などによるコーティングの場合のような、照射影により未被覆部分が形成されるという問題は発生しない。
【００１７】
ここで、コーティングの原料としてのガラスとしては、リン酸塩ガラス、珪酸塩ガラス、ほう珪酸ガラスなどを用いることができるが、とくに化学的耐久性、熱的性質の面から、ほう珪酸ガラスを用いるのが望ましい。ほう珪酸ガラスは、ガラス転移点が比較的低く、化学的性質に優れるという特性を有していることから、ろう材層のコーティングに用いると、ろう材の成形温度よりも低い温度でガラスがろう材層全体に広がり、均一に被覆することができる。
【００１８】
コーティング層の厚さは、砥粒の粒径の１／２以下とするのが望ましい。コーティング層厚が砥粒粒径の１／２より大きいと、砥粒の突出量およびチップポケットが小さくなるので、切れ味が低下したり切粉の溶着が生じたりするので好ましくない。層厚は少なくとも５μｍ以上とするのが望ましい。層厚が５μｍ未満であると、ろう材層表面の凹凸などによる膜欠陥が生じやすくなり耐薬品性が低下する。
【００１９】
さらに前記コーティング層を、ガラスより高硬度の無機質粒子を含有させたコーティング層とすることにより、コーティング層の磨耗を低減させることができる。使用する硬質粒子は、ガラスより硬質なものであればよく、たとえば炭化四硼素（Ｂ₄Ｃ）は密度が小さく強度に優れており、コーティング層の磨耗を低減させるのに好適である。
【００２０】
前記無機質粒子は、その粒径が砥粒粒径の１０〜３０％のものを用いるのがよい。無機質粒子の粒径が砥粒粒径の１０％より小さいと、切粉の大きさに対して粒子径が小さくなるので磨耗低減効果が少なく、３０％より大きくなると、砥粒の突き出し量が小さくなって切れ味が低下する。またコーティング層内の無機質粒子の含有量は１０〜５０体積％とするのがよい。含有量が１０体積％より少ないと磨耗低減効果が少なく、５０体積％より多くなるとコーティング層厚を砥粒粒径の１／２以下とするのが難しくなる。
【００２１】
本発明に係るドレッサの形状や使用する砥粒は、従来公知の形状および砥粒を採用することができる。図２は、図７に示したディスク状プレートを含むドレッサの形状の例を示す図で、図２の（ａ）は母材に砥材層を形成した複数個のセグメントをリング状の台金に連続配置したリングタイプのドレッサであり、図２の（ｂ）は母材に砥材層を形成した多数個のペレットをリング状の台金に間隔をおいて配置したペレットタイプのドレッサであり、図２の（ｃ）は比較的小径の台金を母材としてこの母材の全面に砥材層を形成したディスクタイプのドレッサである。
【００２２】
本発明のドレッサの製造は、ろう材層へのコーティング層の形成以前の製造工程は従来公知のドレッサの製造工程に準じて製造することができる。ろう材層へのコーティングの方法は、たとえば、ガラス粉末とバインダーを撹拌しペースト状として塗布し、このペースト中のバインダーを加熱により揮発させ、ガラスの軟化点まで加熱することにより、所定の層厚のコーティング層を形成することができる。加熱により軟化したガラスは砥粒と砥粒の間に広がり、砥粒の突出部分にはコーティング層は形成されず、ろう材の表面のみにコーティング層が形成されるので、切れ味が低下することはない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態におけるドレッサのプレートを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２４】
本実施形態のドレッサのプレート１０は、円盤状の母材１１と、母材１１の一面側に形成された砥材層１２とで構成されており、母材１１の直径は約１００ｍｍ、厚さは約７ｍｍである。
【００２５】
砥材層１２は、砥粒１３とろう材層１４およびろう材層１４の上に形成されたコーティング層１５とにより構成されている。コーティング層１５は、塗布法により厚さ５０μｍに形成されたコーティング層であり、８０体積％のほう珪酸ガラスと２０体積％の炭化四硼素（Ｂ₄Ｃ）とからなる。
【００２６】
このプレート１０は、以下の手順により製造される。
・粒径１００〜２００μｍのダイヤモンド砥粒（ＳＤ１００）を準備する。
・Ｃｕ粉末、Ａｇ粉末、Ｔｉ粉末からなるＣｕ−Ａｇ−Ｔｉ系ろう材の原料を準備する。
・粒径４０〜５０μｍのほう珪酸ガラスと粒径２０〜３０μｍの炭化四硼素（Ｂ₄Ｃ）を８：２の割合で混合し、バインダーとともに撹拌してペースト状のコーティング材料を準備する。
・母材表面にプレートを用いてダイヤモンド砥粒を２００〜３００μｍの砥粒間隔で配置する。
・母材表面に配置した砥粒の間にろう材原料を塗布し、非酸化性雰囲気のもと約９００℃の温度で約１時間焼成する。
・焼成後のろう材層表面にコーティング材料を約１００μｍの層厚（砥粒の高さと同じ程度）で塗布し、加熱することによってバインダーを揮発させるとともにろう材表面にガラスを主成分とするコーティング層を形成し、図１に示すプレート１０とする。
・このプレート１０を図７に示すようにフランジに固定してドレッサとする。
【００２７】
〔試験例１〕
上記製造手順により製造したプレート１０をフランジに固定した本発明の実施形態のドレッサ（発明品１）と、コーティング層に硬質粒子を含まない別の実施形態のドレッサ（発明品２）と、ろう材層にセラミックコーティング膜を施したドレッサ（比較品１）と、ろう材層に樹脂コーティング層を施したドレッサ（比較品２）と、コーティング層のないドレッサ（従来品）を用いて加工試験を行った。加工条件は以下の通りである。
使用機械：タクマ機
研磨パッド：発泡ポリウレタン外径３００ｍｍ
ドレッサ：直径１００ｍｍ、厚さ７ｍｍのプレート
ドレッサ回転速度：２０ｍｉｎ^-1
テーブル回転速度：３０ｍｉｎ^-1
加工圧：２００Ｎ
加工時間：２時間
【００２８】
図３はドレッサの加工試験方法を示す概略図であり、同図の（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。図に示すように、タクマ機の回転テーブルＴ上に研磨パッドＷを固定し、ドレッサＫを回転させながら研磨パッドＷに押し付ける加工試験である。ここで、メタルＣＭＰ加工の場合に使用する強酸性の研磨剤に相当するｐＨ２のアルミナ系の研磨剤を研磨パッドＷに１リットル／ｍｉｎ供給した。
【００２９】
加工試験結果を図４および図５に示す。図４は砥粒の脱落程度を示す図で、縦軸に示す砥粒脱落個数は、ドレッサ表面の３箇所の２０ｍｍ×２０ｍｍの面積内の砥粒の脱落個数を顕微鏡を用いて測定したものである。同図に示すように、従来品は１７個、比較品１は８個、比較品２は５個の砥粒脱落があったが、発明品１は脱落個数１個、発明品２は砥粒の脱落は皆無であり、良好な結果となった。
【００３０】
図５は各ドレッサの切れ味、耐用、加工精度を示す図で、縦軸は各特性について従来品を１００としたときの指数で表している。ここで、切れ味は加工時の電力消費量を指標とし、耐用は砥粒の脱落や欠損が生じて被加工材（ウエハ）にスクラッチが入ってしまったときのドレッサの使用時間を指標とし、加工精度は被加工材の加工精度を指標とした。図５からわかるように、ガラスを主成分とするコーティング層を形成することによって、切れ味と加工精度を維持したうえで耐用が向上した。
【００３１】
〔試験例２〕
図６は試験例１に用いたドレッサと同じドレッサについて耐薬品性を調査した結果の一例を示す図である。調査は、ｐＨ２の強酸性研磨剤に１週間浸漬させ、加工液中への金属成分の溶出量を測定した。図６の縦軸は従来品を１００としたときの指数で表している。同図に示すように、ガラスを主成分とするコーティング層を形成することによって金属の溶出は激減している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によって以下の効果を奏することができる。
【００３３】
（１）母材の表面に砥粒をろう付けにより固着したドレッサのろう材層の表面にほう珪酸ガラスなどのガラスを主成分とするコーティング層を施すことにより、ＣＭＰ加工などにおいて強酸性、強アルカリ性の研磨剤が使用されたときでも、ろう材層および母材の金属が研磨剤によって侵食されることがなく、金属の溶出や砥粒の脱落が防止される。
【００３４】
（２）コーティング層の厚さを砥粒粒径の１／２以下とすることにより、ドレッサの切れ味を低下させることなく、研磨剤による侵食を防止することができる。
【００３５】
（３）コーティング層にガラスより高硬度の無機質粒子を特定条件で含有させることにより、ドレッサの切れ味を低下させることなく、コーティング層の磨耗を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるドレッサのプレートを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】ドレッサの形状の例を示す斜視図である。
【図３】ドレッサの加工試験方法を示す概略図である。
【図４】ドレッサの試験結果を示す図である。
【図５】ドレッサの試験結果を示す図である。
【図６】ドレッサの試験結果を示す図である。
【図７】ドレッサの形状の例を示す斜視図である。
【図８】ドレッサの使用状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０プレート
１１母材
１２砥材層
１３砥粒
１４ろう材層
１５コーティング層

Claims

母材の表面に砥粒をろう付けにより固着したドレッサのろう材層の表面に熱膨張係数が８０×１０^-7〜９０×１０^-7／℃のほう珪酸ガラスを主成分とするコーティング層を施したＣＭＰ加工用ドレッサ。
前記コーティング層の厚さが前記砥粒の粒径の１／２以下である請求項１記載のＣＭＰ加工用ドレッサ。
前記コーティング層にガラスより高硬度の無機質粒子を含有する請求項１または２記載のＣＭＰ加工用ドレッサ。
前記無機質粒子の粒径が前記砥粒の粒径の１０〜３０％である請求項３記載のＣＭＰ加工用ドレッサ。
前記コーティング層内の無機質粒子の含有量が１０〜５０体積％である請求項３または４記載のＣＭＰ加工用ドレッサ。