JP3759399B2

JP3759399B2 - 研磨布用ドレッサーおよびその製造方法

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Publication number: JP3759399B2
Application number: JP2000327146A
Authority: JP
Inventors: 村健一木; 藤秀実佐
Original assignee: Read Co Ltd
Current assignee: Read Co Ltd
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2006-03-22
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: DE60129650D1; JP2002127017A; EP1201367B1; EP1201367A1; DE60129650T2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的機械的平面化研磨（Chemical and Mechanical Polishing：以下、ＣＭＰと略記する。）の工程で、研磨布の目詰まりや異物除去を行い、研磨布表面の再生をして、研磨速度を回復させるための研磨布用ドレッサーおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、集積回路などの集積度の高い電子回路を製造する過程において、基板やウエハ表面上に形成された導電体層、誘電体層および絶縁膜層の高い隆起や結晶格子欠陥、引っ掻ききず、および粗さなどの表面欠陥を除去するために、ＣＭＰ加工が用いられる。
このＣＭＰ加工においては、ウエハが円盤状の定盤に貼り付けた発泡ポリウレタンなどからなる研磨布に所定の荷重で押しつけられ、化学スラリーと呼ばれる研磨液を供給しながら、ウエハと研磨布の両方を回転させることにより研磨される。
【０００３】
上記ＣＭＰ加工における化学スラリーとしては、酸化鉄、炭酸バリウム、酸化セリウム、酸化アルミニウム、コロイダルシリカなどの研磨粒子を、水酸化カリウム、希塩酸、希硝酸、過酸化水素水、硝酸鉄などの研磨液に懸濁させたものが用いられ、それらが研磨速度およびウエハ上の前記被研磨物の種類などに応じて適宜選択される。
【０００４】
このＣＭＰ加工は、基板やウエハ上に種々の電子回路を積層する過程において幾度も繰り返されるために、ＣＭＰの回数の増加に伴い、研磨粒子や研磨屑などが研磨布の微細な穴に入り込んで目詰まりを起こし、研磨速度が低下する。このため研磨布の目詰まりを除去し、表面の面粗さを再生して研磨速度を回復させるところの、いわゆるドレッシングと呼ばれる操作を、常時あるいは定期的に行う必要があり、このような操作には、ＣＭＰ研磨布用ドレッサーと呼ばれる工具が使用される。
【０００５】
ダイヤモンド砥粒は、優れたドレッシング材料であるため、ダイヤモンド砥粒を利用したＣＭＰ研磨布用ドレッサーが検討され、例えば、ダイヤモンド砥粒をステンレス鋼上にニッケルメッキで電着する方法が提案され、実用化されている。
また、特開平１０−１２５７９号公報には、金属ろう材を用いてダイヤモンド砥粒をステンレス鋼上にろう付けする方法が、特開２０００−１４１２０４号公報には、略同心円上に略等間隔にダイヤモンド砥粒を配列する方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、上記のような従来の研磨布用ドレッサーは、ダイヤモンド等の砥粒が無作為に配置され、或いは略同心円上に略等間隔で配置されているものの、研磨布用ドレッサーの作用面全体では、砥粒の砥粒間の間隔は等間隔ではなく不均一である。
そのため、安定した研磨性能を発揮し、研磨布表の均一なドレッシング面を得ることは不可能であり、また、任意に研磨速度を調整することも不可能である。例えば、砥粒間隔の小さいところでは、研削によって発生した研磨布の切り屑や研磨粒子が排出されずに砥粒間に付着し、或いは研削時の摩擦熱により研磨布の一部が砥粒間に溶着して、目詰まりが発生し、ドレッサーの研削性能が低下して研磨布表面が半鏡面化し、研磨速度が低下する。
【０００７】
また、従来の研磨布用ドレッサーでは、研磨布のドレッシングとウエハの研磨を同一研磨定盤上で常時行う場合、研磨布の切り屑や研磨粒子の排出力が悪いため、ウエハ表面に傷が発生し、収率の減少となる。
研磨布用ドレッサーの目詰まりは、また、その目詰まり部に集中応力がかかる原因になり、砥粒が保持部より脱落して、ウエハ表面にスクラッチが発生し、致命的な損傷となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、研磨布用ドレッサーが安定した研削性を維持して、研磨布表面の均一なドレッシング面を創出し、常に一定な研磨速度となる研磨布用ドレッサーおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の他の課題は、規則性を持って配置した砥粒の砥粒間隔を適切に調整して、被加工物に応じた研磨布用ドレッサーの面状態を創出し、研磨能率を任意に調整出来るようにした研磨用ドレッサーおよびそのドレッサーを簡易に製造する方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のＣＭＰ研磨布用ドレッサーは、その作用面が、多数個のダイヤモンド砥粒と、それを保持するタングステンと珪素を主成分とする焼結体から成る平面状の保持材から形成されており、上記砥粒の各単粒子は保持材表面に２次元的に規則性をもって配列させて、上記砥粒の粒度が＃１００〜＃６０で、その配列により形成される最小の格子における隣接する砥粒間の距離が、１００μｍから２０００μｍの範囲内にあり、各砥粒が実質的に均等分布をなして配置され、それらの砥粒が保持材表面に焼結により固定されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、上記課題を解決するための本発明の研磨布用ドレッサーの製造方法は、
研磨布用ドレッサーの作用面に設ける平面状の保持材表面に多数個の砥粒を規則性をもって保持させ、請求項１に記載の研磨布用ドレッサーを製造する方法であって、タングステンと珪素を主成分とする混合粉末の平板状成形体の表面またはその上に載置するシートに、２次元的に規則性をもって配列させる各砥粒の保持位置に対応して、ほぼ砥粒径サイズの粘着部を設け、それらの粘着部にそれぞれ単粒子の砥粒を粘着させたうえで上記成形体に圧入し、それを焼結して焼結体から成る保持材を生成すると共に、該保持材表面にそれらの砥粒を焼結により固定することを特徴とするものである。
上記方法においては、ほぼ砥粒径サイズの粘着部を、マスキングした粘着性シートにおける非マスキング部によって形成するのが望ましい。
【００１１】
上記構成を有する研磨布用ドレッサーおよびその製造方法によれば、ダイヤモンド等の砥粒を適切な砥粒間隔に規則正しく配置しているため、研磨布用ドレッサーが安定した研削性を維持して、研磨布表面の面粗さが均一なドレッシング面を創出し、常に一定の研磨速度で安定的に研磨することが可能になり、また、規則性を持って配置するダイヤモンド等の砥粒間隔を適切に調整して、被加工物に応じた研磨布用ドレッサーの面状態を創出し、研磨能率を任意に調整することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本発明に係る研磨布用ドレッサーの実施例を示し、図１はそのドレッサーの全体的な構成を、図２は、図１のドレッサーを回転中心軸を通る平面で切断した断面を示している。
この研磨布用ドレッサーは、金属、セラミックスあるいはプラスチックス等からなるカップ型の台金１の周囲の回転軸線に直交する面１ａに、多数個の砥粒２を保持する平面状の保持材３を接着剤４によって固定することにより、ドレッサー作用面を形成している。
【００１３】
上記砥粒２としては、ダイヤモンドまたは立方晶窒化ホウ素が好適に用いられるが、必ずしもそれらに限るものではない。
ダイヤモンド等の砥粒２は一定範囲に分級したものを用いるが、その粒度には特に制限はない。しかしながら、一般的には、ＪＩＳＢ４１３０に規定する粒度＃３２５／＃４００〜＃３０／＃４０の砥粒であることが好ましい。砥粒の粒径が＃３２５／＃４００未満であると、砥粒のドレッシング面からの突き出し量が低く、十分な研磨布のドレッシングができないか、ドレッシングスピードが遅くなるおそれがある。砥粒の粒径が、＃３０／＃４０を超えると、ドレッシングの際に研磨布が粗面化するか、研磨布の除去スピードが極端に速く、使用に耐えなくなるおそれがある。
【００１４】
また、上記保持材３の素材としては、金属や、金属の酸化物、窒化物、炭化物およびそれらの複合化合物の１種または２種以上の焼結体、あるいは砥粒を保持するための電着したニッケルまたはクロム鍍金層など、砥粒２の保持に適するものであれば特に制限されることはない。即ち、砥粒２を焼結により保持材３に保持させることもできるが、ニッケルまたはクロム鍍金層の電着によって形成した保持材３に保持させることもできる。
【００１５】
上記砥粒２の各単粒子は、図３または図４の写真に例示するように、保持材３の表面に２次元的に規則性をもって配列、固定され、その配列により形成される最小の格子における隣接する砥粒２間の距離が、１０μｍから３０００μｍの範囲内、より好ましくは、砥粒２の粒度が＃１００〜＃６０で、砥粒間距離が１００μｍから２０００μｍの範囲内にあり、そして、各砥粒２が実質的に均等分布をなして配置される。上記砥粒２の間隔は、それを大きくすれば研磨速度が速くなり、研磨布の表面粗さも粗くなり、ウエハの研磨速度は速くなる。また、砥粒間隔を小さくすれば研磨速度は遅くなり、研磨布の表面粗さも細かくなり、ウエハの研磨速度は遅くなる。
【００１６】
上記砥粒２の間隔は、それが１０μｍ以下になると、ドレッサーに研磨布の研削層や研磨粒子の目詰まりが発生し、研磨布が均一に研削できなくなる。また、砥粒２の間隔が３０００μｍよりも大きくなると、十分な研削作用が得られなくなる。そのため、被研削物の種類や経済性に応じて砥粒間隔を適宜選択するのが望ましく、この間隔の調整により研磨布の面粗さや、研磨速度等を任意に調整することができる。
【００１７】
上記砥粒２の配列について更に具体的に説明すると、台金１（図１参照）上において円周方向と径方向に隣接する砥粒２がつくる最小の格子は、一般的には正方形または平行四辺形（これは三角形ということもできる。）であり、この最小の格子における隣接直近砥粒間の距離が、１０μｍから３０００μｍの範囲にあればよい。なお、上記格子の形状は上述したところに限るものではないが、各砥粒が２次元的に規則性を持って配列されることが必要である。
【００１８】
上記研磨布用ドレッサーの製造は、以下に説明するような方法によって簡易に行うことができる。
まず、上記研磨布用ドレッサーに取り付ける平面状の保持材３の表面に、多数個の砥粒２を２次元的に規則性をもって保持させるが、それらの砥粒２は、上記保持材３表面に直接的に、あるいはその上に載置するシートに、規則性をもって配列させる各砥粒２の保持位置に対応して、ほぼ砥粒径サイズの粘着部を設け、それらの粘着部にそれぞれ砥粒２を粘着、固定するのが望ましい。
【００１９】
上記粘着部は、マスキングした粘着性シートにおける非マスキング部によって形成することができ、この場合には、粘着剤を塗着した粘着性シートに、砥粒径サイズの多数の穴をあけることにより非マスキング部を形成したマスキングを施し、その非マスキング部により粘着部を形成させるのが望ましいが、印刷技術等を利用した粘着剤の部分的な塗着によってその粘着部を形成することもできる。上記粘着部の大きさは、砥粒２の単粒子を粘着、固定するために、ほぼ砥粒径サイズとし、それらの配列は、各砥粒２の保持位置に対応させた２次元的に等間隔なものとする必要がある。
【００２０】
上記砥粒２は保持材３の表面に焼結または電着等の手段により固定することができ、焼結による場合には、金属や、金属の酸化物、窒化物、炭化物およびそれらの複合化合物等からなる平板状の成形体上に、砥粒２を配列固定したシートを置き、平板を介して砥粒を成形体に押し込んだうえで、所要の温度、圧力、時間で焼結すればよい。
また、上記砥粒２を保持材３等に電着法で保持させる場合には、通常、上記砥粒２を固定する粘着性シートとして導電性のあるものを用い、そのシートを保持材３またはドレッサーの台金１に貼り付け、ニッケルまたはクロム鍍金により砥粒が約７０％埋まるように鍍金を施すことになる。
【００２１】
上記砥粒２の規則的な２次元的配列あるいは非マスキング部の形成には、金属板に砥粒分布の最大値に相当するサイズの穴をエッチング法などにより所要配列で開けておき、この金属板を成形体やシート等の表面に載せ、必要に応じて実態顕微鏡で観察しながら、上記穴のサイズに対応する粒度分布を持った砥粒をそれらの穴に嵌入し、余分の砥粒を刷毛でふるい落とした後、砥粒上に載置した平板を介して砥粒を成形体に押し込み、その後、金属板を除去して、所要の温度、圧力、時間で焼結することもできる。
【００２２】
所定の配列で砥粒２を保持させた保持材３は、それを、図１および図２に示すように、エポキシ樹脂等でドレッサー台金１に接着し、その後、ドレッサー作用面をアルミナなどの遊離砥粒によるショットブラスト、ラッピング・エッチングなどにより平面化および目立て加工を施し、それによって所定の寸法に仕上げると共に、砥粒２を所定の高さに突き出させて研磨布用ドレッサーとする。
【００２３】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２４】
［実施例１］
重量比で１：４のタングステン−珪素粉末をボールミルで混合し、得られた混合粉末にパラフィンを体積で２０％添加して更に混合し、得られた混合粉末を金型に充填して、圧力５０ＭＰａで平板状の成形体を作製した。
一方、粘着剤を塗着した粘着性シートに、砥粒サイズの多数の穴を２次元的に等間隔にあけることにより形成した非マスキング部を有するマスキングを施した。上記非マスキング部により形成した粘着部の大きさは、それぞれ直径約２７０μｍであり、それらの配列は、台金（図１参照）上に固定する際の円周方向と径方向に隣接する砥粒がつくる最小の格子が平行四辺形で、その一辺の砥粒間隔を０．８ｍｍの等間隔に形成した。
【００２５】
次いで、１５０〜２５０μｍに分級したダイヤモンド砥粒を上記粘着性シートの非マスキング部に粘着、固定し、そのシートを前述したタングステン−珪素の混合粉成形体上に載せ、平板を介して砥粒を該成形体に圧入し、それを焼結温度１２００℃、圧力５０ＭＰａで１時間、ホットプレス焼結し、成形体に砥粒を固定してなる焼結体を得た。
【００２６】
得られた焼結体は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）製の直径１００ｍｍのカップ型台金（図１）の周囲にリング状に１０ｍｍ幅でエポキシ樹脂により接着した後、焼結体のドレッシング面に粒度＃２４０のアルミナ遊離砥粒によるショットブラスト処理を施し、ダイヤモンド砥粒のマトリックス（焼結体）からの突き出し高さが６０〜８０μｍになるように平面化および目立て加工し、研磨布用ドレッサーとした。図３の電子顕微鏡写真は、上記研磨布用ドレッサーにおけるドレッシング面の砥粒配列状態を示すものである。
【００２７】
作製したドレッサーは、１００ｒｐｍで回転する発泡ポリウレタン製研磨布に１９．６ｋＰａの圧力で押しつけ、５０ｒｐｍの回転でヒュームドシリカ２重量％を含むスラリー（キャボット製）を毎分約１５ｍｌ流布しながら、その研磨布を研削した。
１，２，３，５，１０，１５，２０，２５および３０時間毎に、１０個のドレッサーについて、研磨布の研磨速度および研磨布の面粗度（Ｒａ、Ｒｚ）を測定し、表１にその結果を示している。
【００２８】
［実施例２］
実施例１と同様にして、重量比で１：４のタングステン−珪素粉末を用いて平板状の成形体を作製した。
また、実施例１と同様にして、粘着性シートに非マスキング部を有するマスキングを施し、非マスキング部を形成する直径約２７０μｍの穴の配列を、円周方向と径方向に隣接する砥粒がつくる最小の格子が平行四辺形で、その一辺の砥粒間隔が１．５ｍｍである等間隔に形成し、この粘着性シートの非マスキング部に１５０〜２５０μｍに分級したダイヤモンド砥粒を粘着、固定し、そのシートをタングステン−珪素の混合粉成形体上に載せ、実施例１と同条件でホットプレス焼結し、成形体に砥粒を固定してなる焼結体を得た。
【００２９】
得られた焼結体は、実施例１と同じ台金上にエボキシ樹脂で接着した後、作用面を粒度＃２４０のアルミナ遊離砥粒によるショットブラスト処理を施し、ダイヤモンド砥粒のマトリックスからの突き出し高さを６０〜８０μｍになるように調整し、研磨布用ドレッサーとした。図４の電子顕微鏡写真は、上記研磨布用ドレッサーにおけるドレッシング面の砥粒配列状態を示すものである。
【００３０】
作製したドレッサーは、１００ｒｐｍで回転する発泡ポリウレタン製研磨布に１９．６ｋＰａの圧力で押しつけ、５０ｒｐｍの回転でヒュームドシリカ２重量％を含むスラリー（キャボット製）を毎分約１５ｍｌ流布しながら、その研磨布を研削した。
１，２，３，５，１０，１５，２０，２５および３０時間毎に、１０個のドレッサーについて、研磨布の研磨速度および研磨布の面粗度（Ｒａ、Ｒｚ）を測定し、表１にその結果を併記している。
【００３１】
［比較例１］
実施例１および２と同じサイズのダイヤモンド砥粒を図５に示すようなランダムの多配列状態で電着により固定してなる従来の研磨布用ドレッサーを用いて、実例１，２と同じ条件で発泡ポリウレタン製研磨布を研削した。図５の電子顕微鏡写真は、上記従来の研磨布用ドレッサーにおけるドレッシング面の砥粒配列状態を示すものである。研削の結果を実施例１，２の結果と共に表１に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
表１によれば、ダイヤモンド砥粒を等間隔に規則正しく配置した上記実施例の研磨布用ドレッサーでは、研磨布の表面の面粗さが、従来の砥粒がランダム配列のドレッサーよりも十分に均一になり、研磨布の摩耗速度も非常に安定していることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
以上に詳述した本発明の研磨布用ドレッサーおよびその製造方法によれば、研磨布用ドレッサーが安定した研削性を維持して、研磨布表面の均一なドレッシング面を創出し、常に一定な研磨速度とすることができ、また、規則性を持って配置した砥粒の砥粒間隔を適切に調整して、被加工物に応じた研磨布用ドレッサーの面状態を創出し、研磨能率を任意に調整できるようにした研磨用ドレッサー、およびそのドレッサーを簡易に製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨布用ドレッサーの実施例を示す斜視図である。
【図２】上記ドレッサーの回転中心に平行な平面で切断した要部断面図である。
【図３】本発明に係る研磨布用ドレッサーのダイヤモンド砥粒間隔を０．８ｍｍとした実施例１のドレッシング面における砥粒配列状態を示す図面代用電子顕微鏡写真である。
【図４】本発明に係る研磨布用ドレッサーのダイヤモンド砥粒間隔を１．５ｍｍとした実施例２のドレッシング面における砥粒配列状態を示す図面代用電子顕微鏡写真である。
【図５】比較例１に示す従来の研磨布用ドレッシング面における砥粒配列状態を示す図面代用電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１台金
２砥粒
３保持材
４接着剤

Claims

化学的機械的平面化研磨のための研磨布用ドレッサーの作用面が、多数個のダイヤモンド砥粒と、それを保持するタングステンと珪素を主成分とする焼結体から成る平面状の保持材から形成されており、
上記砥粒の各単粒子は保持材表面に２次元的に規則性をもって配列させて、上記砥粒の粒度が＃１００〜＃６０で、その配列により形成される最小の格子における隣接する砥粒間の距離が、１００μｍから２０００μｍの範囲内にあり、各砥粒が実質的に均等分布をなして配置され、それらの砥粒が保持材表面に焼結により固定されている、
ことを特徴とする研磨布用ドレッサー。
研磨布用ドレッサーの作用面に設ける平面状の保持材表面に多数個の砥粒を規則性をもって保持させ、請求項１に記載の研磨布用ドレッサーを製造する方法であって、
タングステンと珪素を主成分とする混合粉末の平板状成形体の表面またはその上に載置するシートに、２次元的に規則性をもって配列させる各砥粒の保持位置に対応して、ほぼ砥粒径サイズの粘着部を設け、
それらの粘着部にそれぞれ単粒子の砥粒を粘着させたうえで上記成形体に圧入し、それを焼結して焼結体から成る保持材を生成すると共に、該保持材表面にそれらの砥粒を焼結により固定する、
ことを特徴とする研磨布用ドレッサーの製造方法。
ほぼ砥粒径サイズの粘着部を、マスキングした粘着性シートにおける非マスキング部によって形成した、
ことを特徴とする請求項２に記載の研磨布用ドレッサーの製造方法。