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JP2003191165A - 半導体基板用研磨布のドレッサー - Google Patents

半導体基板用研磨布のドレッサー

Info

Publication number
JP2003191165A
JP2003191165A JP2003003886A JP2003003886A JP2003191165A JP 2003191165 A JP2003191165 A JP 2003191165A JP 2003003886 A JP2003003886 A JP 2003003886A JP 2003003886 A JP2003003886 A JP 2003003886A JP 2003191165 A JP2003191165 A JP 2003191165A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dresser
alloy
polishing
diamond
semiconductor substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003003886A
Other languages
English (en)
Inventor
Toshiya Kinoshita
俊哉 木下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2003003886A priority Critical patent/JP2003191165A/ja
Publication of JP2003191165A publication Critical patent/JP2003191165A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 酸性スラリーを使用したメタルCMPにおい
て、研磨布の目詰まりを除去し、研磨速度を安定化し、
長寿命であり、品質および歩留まりの高い半導体製造を
可能とする半導体基板用研磨布のドレッサーを提供す
る。 【解決手段】 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種を0.5wt%〜20wt
%含有し、かつ金、白金および銀の内より選ばれた少な
くとも1種を30wt%〜99.5wt%含有する融点
600℃〜1200℃の合金により、金属および/また
は合金からなる支持部材に、ダイヤモンド粒子が単層、
ろう付けされていることを特徴とする、半導体基板の平
坦化研磨工程で使用される研磨布のドレッサーである。
また、融点600℃〜1200℃の合金は、厚さが前記
ダイヤモンド粒子の粒径の0.2〜1.5倍であり、且
つ表面に耐酸性の高い厚さ0.1μm以上100μm以
下の薄膜を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸性スラリーを使
用したメタルCMP(Chemical Mechanical Planarizati
on)において、半導体基板の平坦化研磨工程で、研磨布
の目詰まりを解消するために使用される半導体基板用研
磨布のドレッサーに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体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困難であった。そこで、
化学的かつ機械的平坦化(CMP)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。近年、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、ウエーハ表面に導電体メタル層が形成
された半導体基板の表面をCMP研磨することが必要と
なってきた。
【0003】メタルCMP工程の1例としては、例えば
砥粒としてアルミナ粒子を、酸化剤として硝酸鉄を含有
し、硝酸によりpH=1.5程度に調整した化学スラリ
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。この際、研磨布の目づまりに起因した研磨速
度の低下が起こるため、研磨布のドレッシングが不可欠
となる。従来、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
砥粒をニッケル電着したドレッサーにより、研磨布の目
立てを行っていた。
【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ダイヤモンド工具とは、次
の点で本質的に異なっている。切削工具ではダイヤモン
ド砥粒が少量脱落しても、ダイヤモンド脱落後の新生面
に別のダイヤモンドが残っていれば、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
ダイヤモンド砥粒が研磨布や半導体基板表面を傷つける
ため、ダイヤモンド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大きな耐摩耗性は必要ない点で
ある。ダイヤモンド砥粒の脱落が問題になる従来のダイ
ヤモンド工具としては、単粒の比較的大きなダイヤモン
ドを金属保持材に接合したダイヤモンドバイトがある。
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。従来のダイヤモンドバイト
では、比較的大きなダイヤモンド(一般的には直径1m
m程度以上)を単粒で接合するのに対して、CMP工程
で使用されるドレッサーは、比較的小さい(直径50〜
300μm)ダイヤモンドを単層で面状に接合している
点が異なる。
【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法を用いていた。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、ニッケルは酸により腐食さ
れやすい。従って、酸性スラリーを用いた際のドレッシ
ングにニッケル電着ドレッサーを使用すると、酸性スラ
リーによるニッケルの腐食が起こる。その結果、ドレッ
サーの寿命が極めて短くなり、短時間でダイヤモンド粒
の脱落に起因したスクラッチ傷が生成されたり、ドレッ
シング性能の劣化に起因した研磨速度の低下が起こった
りしていた。このため、酸性スラリーに対して高い耐久
性を有するダイヤモンド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、酸性スラリーに対して高い耐久性を有する半
導体基板用研磨布のドレッサーを提供することを目的と
している。
【0007】
【課題を解決するための手段および発明の実施の形態】
本発明は、半導体基板の平坦化研磨工程で使用される研
磨布のドレッサーであって、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種を0.5wt
%〜20wt%含有し、かつ金、白金および銀の内より
選ばれた少なくとも1種を30wt%〜99.5wt%
含有する融点600℃〜1200℃の合金により、金属
および/または合金からなる支持部材に、ダイヤモンド
粒子が単層、ろう付けされ、前記融点600℃〜120
0℃の合金は、厚さが前記ダイヤモンド粒子の粒径の
0.2〜1.5倍であり、且つ表面に耐酸性の高い厚さ
0.1μm以上100μm以下の薄膜を有することを特
徴とする半導体基板用研磨布のドレッサーである。
【0008】ここで、好ましくは、前記の耐酸性の高い
薄膜が有機物膜であり、より好ましくはフッ素樹脂から
なる膜である。また、前記の耐酸性の高い薄膜が金、金
合金、白金、白金合金、ロジウムおよびロジウム合金の
内より選ばれた少なくとも1種からなる膜である。有機
物膜は一般に耐酸性に優れ、特にフッ素樹脂からなる膜
は極めて良好な耐酸性を有する。また、金、金合金、白
金、白金合金、ロジウムおよびロジウム合金の内より選
ばれた少なくとも1種からなる膜は耐酸性に優れると同
時に上記ドレッサーの融点600℃〜1200℃の合金
との接着性も良好である。従って、有機物膜または金、
金合金、白金、白金合金、ロジウムおよびロジウム合金
の内より選ばれた少なくとも1種からなる膜を上記ドレ
ッサーの融点600℃〜1200℃の合金の表面に有す
ることにより、ドレッサーの耐酸性は向上し、ドレッサ
ーの長寿命化が実現できる。また、ダイヤモンド粒は、
その径が50μm以上300μm以下であることが好ま
しく、ドレッサーの前記合金がその表面に有する薄膜の
厚さは0.1μm以上100μm以下であることが好ま
しい。
【0009】本発明と同分野の公開技術としては、特開
平10−12579において、金、銀、銅およびチタン
から選ばれる1種以上を含有する融点700℃〜110
0℃の合金により、支持部材にダイヤモンド粒がろう付
けされた半導体基板用研磨布のドレッサーが開示されて
いる。しかし、特開平10−12579はダイヤモンド
粒の脱落を防ぐことを目的とした技術であるのに対し、
本発明は酸性スラリーに対する耐久性の向上を目的とし
た技術である。また、特開平10−12579には、合
金の構成組成については記載されていないが、本発明で
は、鋭意研究開発を進めた結果、合金の耐酸性を向上さ
せるためには、合金中に金、白金および銀などの貴金属
を少なくとも30wt%以上含有させることが必須であ
ることを明らかにした。すなわち、本発明は特開平10
−12579とは異なった効果を有している。
【0010】また、特開平10−175156には、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種を0.5〜20wt%含有する融点650
℃〜1200℃の合金により、支持部材にダイヤモンド
粒がろう付けされた半導体基板用研磨布のドレッサーが
開示されている。しかし、特開平10−175156も
また特開平10−12579と同じく、ダイヤモンド粒
の脱落を防ぐことを目的とした技術であるのに対し、本
発明は酸性スラリーに対する耐久性の向上を目的とした
技術である。また、特開平10−175156において
は、0.5〜20wt%含有されるチタン、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種以外の
合金の構成組成については記載されていないが、本発明
では、合金の耐酸性を向上させるためには、合金中に
金、白金および銀などの貴金属を少なくとも30wt%
以上含有させることが必須であることを明らかにした。
すなわち、本発明は特開平10−175156とは異な
った効果を有している。
【0011】本発明の半導体基板用研磨布のドレッサー
は、酸性スラリーに対する耐久性が改善された結果、寿
命が長くなり、研磨速度の低下やダイヤモンド粒の脱落
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低コストで可能となる。
【0012】発明者らは、ダイヤモンド粒子の接合用合
金中に、金、白金および銀の内より選ばれた、少なくと
も1種を30wt%以上含有することによって、酸性溶
液に対する耐食性が著しく向上することを見いだした。
【0013】一方、ダイヤモンドとろう付け合金との接
合は、両者の界面に炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭
化クロムなどからなる層が形成されることで著しく接合
強度が上昇する。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種を含有す
るろう付け合金を使用することにより、ダイヤモンドと
ろう付け合金との界面に金属炭化物層が形成されること
を確認した。界面に金属炭化物層が形成されるために
は、ろう付け合金には、0.5wt%以上のチタン、ジ
ルコニウム、クロムなどから選ばれた少なくとも1種が
必要となる。界面における金属炭化物層形成による接合
強度向上は、チタン、ジルコニウム、クロムなどの含有
量が20wt%あれば充分な効果がえられるので、20
wt%以下とする。
【0014】ろう付け合金を融点600℃〜1200℃
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、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。ろう付け合金の厚さは、ダイヤモンド粒径の
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おこりやすくなる。
【0015】ダイヤモンド粒の径は、50μm以上30
0μm以下とすることが好ましい。50μm未満のダイ
ヤモンド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、50μm未満
の微粒のダイヤモンドでは凝集し易い傾向があり、凝集
して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超の粗粒のダイヤモンド
では、研磨時の応力集中が大きく、脱落し易くなる。
【0016】ドレッサーの合金金属の表面に施した耐酸
性の高い薄膜の厚さは、0.1μm以上100μm以下
であることが好ましい。0.1μm未満の薄膜では充分
な耐酸性向上の効果が得られず、100μmの厚さがあ
れば充分な耐酸性向上の効果が得られるからである。
【0017】
【実施例】銀70wt%、チタン2wt%を含む融点8
20℃の合金と、平均粒径150μmのダイヤモンド粒
とを用いて、10−5Torrの真空中、880℃で、ステン
レス支持基盤へのダイヤモンドのろう付けを行った。作
成したドレッサーは4枚であり、その内の3枚に対し、
その接合合金の表面上に薄膜を形成した。すなわち、1
枚にはフッ素樹脂コーテイング、別の1枚には金コーテ
イング、最後の1枚にはロジウムコーテイングを施し
た。
【0018】上記の本発明によるドレッサー4枚(ろう
付け、ろう付け+フッ素樹脂薄膜、ろう付け+金薄膜、
ろう付け+ロジウム薄膜)と、比較例としてNi電着の
従来ドレッサーを用いて、表面にタングステン薄膜をC
VDで作成したシリコンウエーハの研磨実験を行った。
ウエーハの研磨枚数は各ドレッサーについて400枚で
ある。スラリーはアルミナを砥粒としたpH=1.5の
硝酸鉄/硝酸系スラリーを用いた。研磨時間は2分間、
ドレッシングは1回の研磨毎に、2分間行った。100
枚までは50枚毎、それ以降は100枚毎に研磨速度の
測定を行った。結果を表1に示す。比較例である従来ド
レッサーにおいては、ドレッシング性能の劣化が著し
く、50枚目の研磨時から研磨速度は低下し始めてお
り、研磨速度の低下が著しいため、100枚目の研磨
後、実験を中止した。一方、実施例である4種の本発明
ドレッサーにおいては、400枚目の研磨時も、研磨速
度の低下は見られなかった。従って、本発明によるドレ
ッサーは、従来のドレッサーに比べて、酸性スラリーに
対する耐久性が大幅に向上していることがわかった。
【0019】
【表1】
【0020】
【発明の効果】本発明によって、酸性スラリーに対する
耐久性が大幅に向上した半導体基板用研磨布のドレッサ
ーが得られた。本発明の半導体基板用研磨布のドレッサ
ーを用いることにより、ドレッサーの寿命が延び、コス
ト削減に有効であるのみならず、頻繁にドレッサーを交
換する必要がなくなるので、スループットが向上し、コ
スト削減が実現できた。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B24D 3/06 B24D 3/06 B H01L 21/304 622 H01L 21/304 622M

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の平坦化研磨工程で使用され
    る研磨布のドレッサーであって、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種を0.5
    wt%〜20wt%含有し、かつ金、白金および銀の内
    より選ばれた少なくとも1種を30wt%〜99.5w
    t%含有する融点600℃〜1200℃の合金により、
    金属および/または合金からなる支持部材に、ダイヤモ
    ンド粒子が単層、ろう付けされ、前記融点600℃〜1
    200℃の合金は、厚さが前記ダイヤモンド粒子の粒径
    の0.2〜1.5倍であり、且つ表面に耐酸性の高い厚
    さ0.1μm以上100μm以下の薄膜を有することを
    特徴とする半導体基板用研磨布のドレッサー。
  2. 【請求項2】 前記薄膜が金、金合金、白金、白金合
    金、ロジウムおよびロジウム合金の内より選ばれた少な
    くとも1種からなる膜であることを特徴とする請求項1
    記載の半導体基板用研磨布のドレッサー。
JP2003003886A 1998-07-31 2003-01-10 半導体基板用研磨布のドレッサー Pending JP2003191165A (ja)

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