JPH091457A - ホイールドレッサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大粒径による高いツルーイング能力と小粒径
による良好なドレッシング効果を同時に得ることができ
るホイールドレッサを提供する。 【構成】 回転ホイール２の端面部分に設けられたリン
グ状の砥石部３が、第１のリング砥石３ａとその内側に
設けれた第２のリング砥石３ｂとから構成されている。
また、各々のリング砥石３ａ，３ｂの砥粒径は互いに異
なったものとなっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば化学的機械研磨
装置に具備される研磨パッドの目直し及び形直しを行う
際に用いられるホイールドレッサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩプロセスの多層配線工程では、層
間絶縁膜の平坦化技術として化学的機械研磨（ＣＭＰ）
法が注目されている。図４は化学的機械研磨装置の一例
を示す概略構成図である。図４に示す研磨装置３０にお
いては、研磨定盤３１の上面に研磨パッド３２が張設さ
れている。一方、研磨定盤３１の上方には、上記研磨パ
ッド３２に対向して研磨ヘッド３３が配置されている。
この研磨ヘッド３３の下面には基板吸着フィルム３４が
貼着されており、研磨時にはこの基板吸着フィルム３４
を介して被処理基板（ウエハ）３５が研磨ヘッド３４に
吸着保持される。また研磨ヘッド３４は、モータ３６を
駆動源として回転駆動される。さらに研磨ヘッド３４の
近傍には研磨剤供給用のノズル３７が配置され、研磨時
には研磨剤供給タンク３８から送出された研磨剤（不図
示）が上記ノズル３７を通して研磨パッド３２上に供給
される。

【０００３】研磨処理にあたっては、研磨定盤３１と研
磨ヘッド３４とをそれぞれ図中矢印方向に回転させた状
態で、ノズル３７から適量の研磨剤を供給しつつ、研磨
ヘッド３４で吸着保持した被処理基板３５を研磨パッド
３２に押し付ける。これにより、被処理基板３５の被研
磨面（図中下面）は、研磨剤中のアルカリによる化学的
研磨作用とシリカによる機械的研磨作用とによって研磨
される。

【０００４】ところで、こうした研磨処理を繰り返して
いると、図５（ａ），（ｂ）に示すように、研磨パッド
３２の表面に「目つぶれ」や「形くずれ」が起こり、こ
れが研磨後における層間膜の平坦性や面内均一性に悪影
響を及ぼすことになる。そこで従来においては、回転ホ
イールの端面部分にリング状の砥石部を備えたホイール
ドレッサを用いて、図５に示すように研磨パッド３２の
目直し（ドレッシング）及び形直し（ツルーイング）を
行っていた。

【０００５】ここで、多層配線工程における「平坦性」
とは、図６（ａ）に示すように、シリコン基板４１上の
配線部分４２を被覆した層間絶縁膜４３を平坦化研磨し
たときに、研磨後における層間絶縁膜４３の表面部分の
微小な凹凸（ローカル段差）をもって定義され、「面内
均一性」とは、図６（ｂ）に示すように、ウエハ面内に
おけるグローバルな研磨量分布をもって定義される。こ
のことから、「平坦性」を良くするには、研磨パッド３
２の表面粗さを小さくできるドレッサが適しており、
「面内均一性」を良くするには、研磨パッド３２の表面
形状を容易に修正できるツルーイング能力が高いドレッ
サが適していると言える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来のホ
イールドレッサの場合には、砥石部に採用する砥粒の大
きさ（粒度）によってそれぞれ一長一短があった。すな
わち、砥粒径が大きいドレッサを採用した場合は、パッ
ド面に対するツルーイング能力は十分に確保できる反
面、ドレス後のパッド面が粗くなって研磨時の平坦性が
悪くなってしまう。これに対し、砥粒径が小さいドレッ
サを採用した場合は、その分だけドレス後のパッド面が
細かくなるため研磨時の平坦性を向上させることはでき
るが、その反面、パッド面全体に対する形状補正能力、
つまりツルーイング能力が極端に低くなり、研磨時の面
内均一性が悪くなってしまう。また、砥粒径が小さくな
ると砥粒の脱落や磨滅が起こり易くなるため、ドレッサ
寿命が短くなるといったデメリットもある。さらに、大
粒径と小粒径の中間的な砥粒径のドレッサを採用した場
合は、性能的にも中間的なものとなり、大粒径による高
いツルーイング能力と小粒径による良好なドレッシング
効果を同時に得ることはできなかった。

【０００７】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的は、大粒径による高いツルーイン
グ能力と小粒径による良好なドレッシング効果を同時に
得ることができるホイールドレッサを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、回転ホイールの端面部分
に設けられたリング状の砥石部を被ドレス面に押し当て
て、被ドレス面の目直し及び形直しを行うホイールドレ
ッサであって、砥石部は、第１のリング砥石とその内側
に設けれた第２のリング砥石とから構成され、しかも各
々のリング砥石の砥粒径が異なったものとなっている。

【０００９】また、第１のリング砥石の内側に設けられ
た第２のリング砥石に、第１のリング砥石よりも粒径が
小さい砥粒を用いたものとなっている。さらに、第１の
リング砥石と第２のリング砥石のうち、砥粒径が小さい
側のリング砥石を、砥粒径が大きい側のリング砥石より
も被ドレス面に対して所定量だけ突出させて形成したも
のとなっている。

【００１０】

【作用】本発明のホイールドレッサにおいては、互いに
砥粒径の異なる第１のリング砥石と第２のリング砥石と
によって砥石部を構成したので、いずれか一方のリング
砥石に大粒径を採用し、もう一方のリング砥石に小粒径
を採用することにより、双方の相乗効果によって、大粒
径による高いツルーイング能力と小粒径による良好なド
レッシング効果が同時に得られるようになる。

【００１１】また、第１のリング砥石よりも小径の砥粒
を第２のリング砥石に採用することにより、一旦、砥粒
径の大きい第１のリング砥石で研削した被ドレス面に第
２のリング砥石が当たるようになるため、砥粒径が小さ
い第２のリング砥石側での砥粒の脱落や磨滅が効果的に
抑制される。さらに、砥粒径が小さい側のリング砥石
を、砥粒径が大きい側のリング砥石よりも被ドレス面に
対して突出させることにより、砥粒径の大きい側のリン
グ砥石で研削した被ドレス面に、砥粒径が小さい側のリ
ング砥石を確実に押し付けることが可能となる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ詳細に説明する。図１は本発明に係わるホイールド
レッサの一実施例を説明する図であり、図中（ａ）はそ
の全体構造を示す断面図、（ｂ）はそのＡ部拡大図であ
る。図１に示すように、本実施例のホイールドレッサ１
は、回転ホイール２の端面部分にリング状の砥石部３を
備えた構造をなしている。

【００１３】回転ホイール２は、例えばステンレス鋼を
機械加工（旋盤加工等）によってリング状に成形したも
ので、これがドレッサのボディ部分となる。この回転ホ
イール２には図示せぬドレッサヘッドへの嵌合部分とし
て、例えば段付の凹部４が形成されており、この凹部４
に連通してホイール端面側よりドレッサ取付用のネジ穴
５が同心円上に一定のピッチで穿設されている。

【００１４】一方、砥石部３は、回転ホイール２の端面
部分にダイヤモンド砥粒を電着させたもので、本実施例
では、回転ホイール２の周縁部に沿って第１のリング砥
石３ａが設けられ、この第１のリング砥石３ａの内側に
第２のリング砥石３ｂが設けられている。つまり、砥石
部３は、二重の同心円状に配設された第１のリング砥石
３ａと第２のリング砥石３ｂとによって構成されてい
る。

【００１５】このうち、第１のリング砥石３ａは、例え
ば粒径が１５０μｍ以上の大粒径の砥粒によって構成さ
れており、第２のリング砥石３ｂは、上記第１のリング
砥石３ａよりも粒径が小さい砥粒、例えば粒径５０μｍ
以下の小粒径の砥粒によって構成されている。

【００１６】また、図示せぬ被ドレス面に対しては、第
１のリング砥石３ａよりも第２のリング砥石３ｂが所定
量ｔだけ突出した状態で形成されている。その理由は、
第１のリング砥石３ａと第２のリング砥石３ｂとを面一
に形成すると、砥粒径の大きい（研削力が強い）第１の
リング砥石３ａ側だけが被ドレス面に当たり、砥粒径の
小さい（研削力が弱い）第２のリング砥石３ｂ側が十分
に被ドレス面に当たらなくなる虞れがあるためである。
そこで本実施例においては、第２のリング砥石３ｂの突
出量ｔを設定するにあたり、第１のリング砥石３ａ（大
粒径）による被ドレス面の表面粗さの範囲内で上記突出
量ｔを適宜設定するようにした。

【００１７】上記構成からなるホイールドレッサ１を用
いて被ドレス面（例えば、研磨パッド面）の目直し及び
形直しを行う場合は、図２に示すように、ドレスヘッド
（不図示）に装着されたホイールドレッサ１をモータ等
の駆動源をもって回転させるとともに、ドレス対象とな
る研磨パッド３２を図示せぬ研磨定盤と一体に回転さ
せ、この状態で研磨パッド３２の表面（被ドレス面）に
ホイールドレッサ１の砥石部３を押し当てる。また、研
磨パッド３２の全域が研削されるように、パッド半径方
向に対してホイールドレッサ１を適宜走査させる。

【００１８】このとき、大粒径の砥粒で構成された第１
のリング砥石３ａによる被ドレス面（パッド面）の表面
状態は、図３（ａ）に示すように、その砥粒径に対応し
て凹凸が大きく、かなり粗いものとなる。これに対し
て、小粒径の砥粒で構成された第２のリング砥石３ｂに
よる被ドレス面の表面状態は、図３（ｂ）に示すよう
に、第１のリング砥石３ａの場合よりも凹凸が小さく、
きめ細かなものとなる。

【００１９】本実施例の場合は、図２に示す研磨パッド
３２の回転方向に依存するパッド入り込み側Ｆで，先
ず、外側に形成された砥粒径の大きい第１のリング砥石
３ａによって被ドレス面（パッド表面）が研削され、そ
の直後に、第１のリング砥石３ａの内側に形成された砥
粒径の小さい第２のリング砥石３ｂによって被ドレス面
が研削される。そして、パッド抜け側Ｒでは、先程と逆
の順序で被ドレス面が研削される。

【００２０】したがって、ホイールドレッサ１を用いた
場合の被ドレス面の状態としては、砥石部３の構成とし
て、第１のリング砥石３ａに大粒径が採用され、第２の
リング砥石３ｂに小粒径が採用されていることから、図
３（ａ）で示した大粒径による表面形状と、図３（ｂ）
で示した小粒径による表面形状とを併せ持った形状、つ
まり図３（ｃ）に示すような形状となる。

【００２１】これにより、第１のリング砥石３ａの研削
作用によって被ドレス面全体の形状修正がなされるた
め、きわめて高いツルーイング能力が得られると同時
に、第２のリング砥石３ｂの研削作用によって被ドレス
面の表面粗さが小さく抑えられるため、良好なドレッシ
ング効果も得られる。

【００２２】また、被ドレス面の表面状態として、図３
（ｃ）に示すように大粒径による大きな溝が形成される
ため、化学的機械研磨装置では研磨パッド３２上に供給
される研磨剤（スラリー）の廻り込みがスムーズにな
り、ウエハ面内での均一性をより一層向上させることが
できる。

【００２３】なお、本実施例においては、砥石部３の構
成として、砥粒径が小さい第２のリング砥石３ｂを第１
のリング砥石３ａの内側に形成するようにしたが、これ
と反対に、第１のリング砥石３ａに粒径の小さい砥粒を
採用し、その内側の第２のリング砥石３ｂに粒径の大き
い砥粒を採用しても、被ドレス面としては先の図３
（ｃ）と同様の表面状態となり、大粒径による高いツル
ーイング能力と小粒径による良好なドレッシング効果を
同時に得ることができる。

【００２４】しかしながら本実施例のごとく、第１のリ
ング砥石３ａの内側に形成される第２のリング砥石３ｂ
に粒径の小さい砥粒を採用すれば、第１のリング砥石３
ａで一旦均した面（被ドレス面）を、第２のリング砥石
３ｂが研削することになるため、砥粒径が小さい第２の
リング砥石３ｂ側での砥粒の脱落や磨滅が起こり難くな
り、これによってドレッサ自身の長寿命化を図ることが
できる。さらに、砥粒の脱落防止効果によって、化学的
機械研磨装置では基板（ウエハ）への引っ掻き傷の発生
を未然に回避することができる。

【００２５】また、上記実施例のホイールドレッサ１で
は、砥石部３を構成する第１のリング砥石３ａと第２の
リング砥石３ｂとにダイヤモンド砥粒を用いるようにし
たが、砥粒材料としてはダイヤモンド砥粒に限定される
ことなく、ドレス対象となる相手材料に対応して適宜選
択することができる。加えて、本実施例においては、砥
粒径の異なる二つのリング砥石３ａ，３ｂをもって砥石
部３を構成するようにしたが、これ以外にも、砥粒径を
回転ホイール２の外側から内側に向けて段階的に変化さ
せた３つ又はそれ以上のリング砥石で砥石部３を構成し
たものであってもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のホイール
ドレッサによれば、互いに砥粒径の異なる第１のリング
砥石と第２のリング砥石とによって砥石部が構成されて
いるため、いずれか一方のリング砥石に大粒径を採用
し、もう一方のリング砥石に小粒径を採用すれば、双方
の相乗効果によって、大粒径による高いツルーイング能
力と小粒径による良好なドレッシング効果を同時に得る
ことができる。その結果、被ドレス面の修正に要する作
業時間を大幅に短縮することができるとともに、所望す
る被ドレス面の表面状態を容易に得ることができる。さ
らに、ＬＳＩプロセス中の層間絶縁膜の平坦化加工に用
いられる化学的機械研磨装置に対して、研磨パッドの修
正作業に本発明のホイールドレッサを用いた場合には、
大粒径によるツルーイング能力によって面内均一性の向
上が図られると同時に、小粒径によるドレッシング効果
によって平坦性の向上も図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるホイールドレッサの一実施例を
説明する図である。

【図２】実施例におけるホイールドレッサの動作説明図
である。

【図３】被ドレス面の表面状態を示す模式図である。

【図４】化学的機械研磨装置の一例を示す概略構成図で
ある。

【図５】ドレス前後のパッド表面の変化を示す図であ
る。

【図６】多層配線工程における平坦性と面内均一性の概
念図である。

【符号の説明】

１ ホイールドレッサ ２ 回転ホイール ３ 砥石部 ３ａ 第１のリング砥石 ３ｂ 第２のリング砥石

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転ホイールの端面部分に設けられたリ
   ング状の砥石部を被ドレス面に押し当てて、前記被ドレ
   ス面の目直し及び形直しを行うホイールドレッサにおい
   て、 前記砥石部は、第１のリング砥石とその内側に設けられ
   且つ前記第１のリング砥石とは砥粒径が異なる第２のリ
   ング砥石とから構成されていることを特徴とするホイー
   ルドレッサ。
2. 【請求項２】 前記第１のリング砥石の内側に設けられ
   た前記第２のリング砥石に、前記第１のリング砥石より
   も粒径が小さい砥粒を用いてなることを特徴とする請求
   項１記載のホイールドレッサ。
3. 【請求項３】 前記第１のリング砥石と前記第２のリン
   グ砥石のうち、砥粒径が小さい側のリング砥石を、砥粒
   径が大きい側のリング砥石よりも前記被ドレス面に対し
   て所定量だけ突出させて形成してなることを特徴とする
   請求項１記載のホイールドレッサ。
4. 【請求項４】 前記第１のリング砥石と前記第２のリン
   グ砥石のうち、砥粒径が小さい第２のリング砥石を、砥
   粒径が大きい第１のリング砥石よりも前記被ドレス面に
   対して所定量だけ突出させて形成してなることを特徴と
   する請求項２記載のホイールドレッサ。