JP2007152493A - 研磨パッドのドレッサー及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が簡単で、半導体ウエハー等の被研磨物の表面にスクラッチ傷を付けることがなく、短時間で効果的にドレッシングができる研磨パッドのドレッサー及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】基材４１の表面の多数の凹部４６を形成し、凹部４６に核となるダイヤモンド粒子４７を配置し、基材４１の表面に、化学気相成長法（ＣＶＤ法）によりダイヤモンド粒子を析出させることで、核となるダイヤモンド粒子４７を結晶成長させて大きい粒子径のダイヤモンド粒子４３にすると同時に、該大きい粒子径のダイヤモンド粒子４３の間に、大きい粒子径のダイヤモンド粒子４３よりも小さい粒子径のダイヤモンド粒子４４を析出させて、基材４１の表面が粒子径の異なる多数のダイヤモンド粒子４３，４４で覆われたドレッサーを製造する。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体ウエハー等の被研磨物の表面研磨に用いられるポリッシング装置の研磨テーブルの上面に貼り付けられる研磨パッドをドレッシングする研磨パッドのドレッサー及びその製造方法に関する。

図１に、半導体ウエハー等の被研磨物の表面研磨に用いられるポリッシング装置の構成例を示す。同図に示すポリッシング装置１は、上面に研磨パッド１１を貼付した研磨テーブル１０と、被研磨物２１を保持するトップリング２０を具備している。このポリッシング装置１は、砥液供給ノズル１２から研磨パッド１１の上面に砥液（スラリー）を供給しつつ、回転する研磨パッド１１の上面に回転するトップリング２０の下面に保持された被研磨物２１の表面を当接させ、研磨パッド１１と被研磨物２１の相対運動により被研磨物２１の表面を研磨するようになっている。

上記構成のポリッシング装置１において、研磨が継続すると、研磨パッド１１に砥液の砥粒や被研磨物２１の研磨屑等が付着したり突き刺さったりする。また、研磨の継続により研磨パッド１１の表面が経時変化を起こす。そこで、所定時間研磨を継続したら、研磨パッド１１の表面をドレッサー３０でドレッシング（目立て）して、経時変化を修正する必要がある。このドレッサー３０は、ドレッサーヘッド３１から垂下する回転軸３２によって回転可能に支持された環状の平板部材である基材３３の表面（下面）に、研磨パッド１１に摺接させる摺接面３４を形成して構成されている。従来この種のドレッサーとして、セラミックス焼結体を用いたセラミックス焼結ドレッサーや、摺接面３４にダイヤモンド粒子（砥粒）を固着したダイヤモンドドレッサーが使われている（特許文献１等）。
特開２００４−１７４６５８号公報

上記従来のドレッサーにおいて、ＳｉＣ，Ｓｉ₃Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃等に代表されるセラミックス焼結体を用いたセラミックス焼結ドレッサーは、非常に脆く割れやすいため、加工方法が難しく、製造コストが高いという欠点を有している。

また、ダイヤモンドドレッサーは、例えば、図２にその断面を示すように、金属製の基材３３の表面に湿式電着法によるダイヤモンド分散メッキが施され、メッキ膜３５中に、粒子径が数十μｍ〜数百μｍのダイヤモンド粒子３６が多数埋め込まれた構成である。この種のダイヤモンドドレッサーは、研磨パッド１１のドレッシング中に、ダイヤモンド粒子３６が脱落するという欠点がある。

特に、被研磨物である半導体ウエハー２１の表面に形成されたデバイスパターンを研磨して平坦化するために用いられるポリッシング装置１の研磨パッド１１をドレッシングするドレッサー３０では、ドレッシングに際して、脱落したダイヤモンド粒子３６が研磨パッド１１の中に埋め込まれてしまい、半導体ウエハー２１の表面に深いスクラッチ傷を付けてしまうという致命的な欠点を有している。

また一方、従来のダイヤモンドドレッサーは、摺接面３４に固着された多数のダイヤモンド粒子３６の粒子径がほぼ同一であり、各ダイヤモンド粒子３６間の粒子径の差が殆ど無く、ドレッサー３０の摺接面３４の表面粗さを所定の粗さ以上にすることができない。そのため、研磨パッド１１のドレッシングを短時間で効率的に行うことができなかった。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、上記問題点を除去し、製造が簡単で、半導体ウエハー等の被研磨物の表面にスクラッチ傷を付けることがなく、短時間で効果的にドレッシングができる研磨パッドのドレッサー及びその製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本願の請求項１に記載の発明は、被研磨物を研磨する研磨パッド表面をドレッシングする研磨パッドのドレッサーであって、基材の表面に、大きい粒子径のダイヤモンド粒子を付着配置すると共に、前記大きい粒子径のダイヤモンド粒子の間の前記基材の表面に、該大きい粒子径のダイヤモンド粒子よりも小さい粒子径のダイヤモンド粒子を付着配置することで、前記基材の表面を、前記粒子径の異なる多数のダイヤモンド粒子で覆ったことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨パッドのドレッサーにおいて、前記大きい粒子径のダイヤモンド粒子は、その平均粒子径が５０〜１５０μｍであり、前記小さい粒子径のダイヤモンド粒子は、その平均粒子径が１〜５０μｍであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、被研磨物を研磨する研磨パッドをドレッシングする研磨パッドのドレッサーの製造方法であって、基材の表面に多数の凹部を形成し、前記凹部に核となるダイヤモンド粒子を付着配置し、前記基材の表面に、化学気相成長法（ＣＶＤ法）によりダイヤモンド粒子を析出させることで、前記核となるダイヤモンド粒子を結晶成長させて大きい粒子径のダイヤモンド粒子にすると同時に、該大きい粒子径のダイヤモンド粒子の間の前記基材の表面に、前記大きい粒子径のダイヤモンド粒子よりも小さい粒子径のダイヤモンド粒子を析出させて、前記基材の表面を前記粒子径の異なる多数のダイヤモンド粒子で覆うことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の研磨パッドのドレッサーの製造方法において、前記ＣＶＤ法は、熱フィラメントＣＶＤ法又はマイクロ波プラズマＣＶＤ法であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の研磨パッドのドレッサーの製造方法において、前記ＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を析出させる前に、前記基材の表面及び／又は前記凹部の表面に微細な傷を形成することを特徴とする。

本願請求項１に記載の発明によれば、研磨パッドのドレッサーにおいて、基材の表面に、大きい粒子径のダイヤモンド粒子を付着配置すると共に、前記大きい粒子径のダイヤモンド粒子の間の基材の表面に、該大きい粒子径のダイヤモンド粒子よりも小さい粒子径のダイヤモンド粒子を付着配置することで、基材の表面を、粒子径の異なる多数のダイヤモンド粒子で覆ったので、研磨パッドのドレッシングに必要な表面粗さを備え、研磨パッドのドレッシングを短時間で効率良く行えるドレッサーとなる。

請求項２に記載の発明によれば、大きい粒子径のダイヤモンド粒子は、その平均粒子径が５０〜１５０μｍであり、小さい粒子径のダイヤモンド粒子は、その平均粒子径が１〜５０μｍであるので、研磨パッドのドレッシングに必要な表面粗さを備え、研磨パッドのドレッシングを短時間で効率良く行えるドレッサーとなる。

請求項３又は４に記載の発明によれば、基材の表面に多数の凹部を形成し、凹部に核となるダイヤモンド粒子を付着配置し、基材の表面に、化学気相成長法（ＣＶＤ法）によりダイヤモンド粒子を析出させることで、核となるダイヤモンド粒子を結晶成長させて大きい粒子径のダイヤモンド粒子にすると同時に、該大きい粒子径のダイヤモンド粒子の間の基材の表面に、大きい粒子径のダイヤモンド粒子よりも小さい粒子径のダイヤモンド粒子を析出させて、基材の表面を粒子径の異なる多数のダイヤモンド粒子で覆うので、簡単な工程で、所望の表面粗さを備えたドレッサーを製造できる。特に、大きい粒子径のダイヤモンド粒子と小さい粒子径のダイヤモンド粒子を同時に析出させることができるので、所望の表面粗さを備えたドレッサーを短時間で製造できる。

請求項５に記載の発明によれば、ＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を析出させる前に、基材の表面及び／又は凹部の表面に微細な傷を形成するので、核となるダイヤモンド粒子の結晶成長がスムーズになる。また、ＣＶＤ法により析出したダイヤモンド粒子の基材表面に対する結着が強固になる。したがって、ダイヤモンド粒子の基材に対する結着が強固になり、ドレッシングの際にダイヤモンド粒子が容易に脱落することのないドレッサーを製造できる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。以下の図面において、図示する以外の部分は、図１に示す従来例と共通とする。図３は本発明の一実施形態にかかる研磨パッドのドレッサー４０の一部を示す図である。ドレッサー４０は、図１に示す従来のドレッサー３０の基材３３にかえて基材４１を設置したもので、基材４１は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、セラミックス焼結体からなるリング状の部材で、その表面（下面）に研磨パッド１１に摺接させる摺接面４２を設けた構成である。同図（ａ）に示すドレッサー４０は、基材４１表面の全面に一体型の摺接面４２を設けた一体型ドレッサーであり、同図（ｂ）に示すドレッサー４０は、基材４１の表面に複数に分割された摺接面４２を設けた分割固定型のドレッサーである。

図４は、基材４１の表面状態を模式的に示した概略断面図である。同図に示すように、ドレッサー４０は、基材４１の摺接面４２に、大きい粒子径のダイヤモンド粒子４３を多数付着配置すると共に、該大きい粒子径のダイヤモンド粒子４３間の基材４１の表面に、該大きい粒子径のダイヤモンド粒子４３よりも小さい粒子径のダイヤモンド粒子４４を多数付着配置することで、摺接面４２をこれらダイヤモンド粒子４３とダイヤモンド粒子４４で覆っている。なお、図４及び以下の各図では、ダイヤモンド粒子４４の図示を実際の粒子形状に記載せずに簡略化して示しているが、実際は、ダイヤモンド粒子４４は、ダイヤモンド粒子４３よりも粒子径の小さい多数の粒子である。

ここで、上記のダイヤモンド粒子４３は、その平均粒子径が５０〜１５０μｍであり、ダイヤモンド粒子４４は、その平均粒子径が１〜５０μｍである。また、ダイヤモンド粒子４３は、摺接面４２に略一定の間隔で配列されており、ダイヤモンド粒子４４は、ダイヤモンド粒子４３の間の摺接面４２に所定の粒子密度で敷き詰められた状態で配置されている。これにより、摺接面４２の全面が、粒子径の異なる多数のダイヤモンド粒子４３，４４で覆われた状態になっている。

このように、摺接面４２に大きい粒子径のダイヤモンド粒子４３と該ダイヤモンド粒子４３よりも小さな粒子径のダイヤモンド粒子４４が配置されているので、摺接面４２の表面粗さを確保することができ、研磨パッド１１のドレッシングを短時間で効率良く行えるドレッサー４０となる。なお、ダイヤモンド粒子４３とダイヤモンド粒子４４の粒子径をそれぞれ上記の範囲内における所定の粒子径にすることで、摺接面４２の表面粗さを所望の表面粗さに調節することが可能である。

また、研磨パッド１１に接する摺接面４２がダイヤモンド粒子４３，４４で覆われているので、従来のドレッサーのように、ダイヤモンド粒子を基材に固定している金属層が露出して研磨パッドや砥液と接触することがなく、ドレッシングの際にプロセスのコンタミネーションが起こらずに済む。

次に、上記構成のドレッサーの製造方法を説明する。図５は、本発明の一実施形態にかかるドレッサーの製造方法を示す図である。まず、同図（ａ）に示すように、表面に山谷型の多数の凹凸を有するＳｉＣ等のセラミックス焼結体からなる基材４１を用意する。そして、同図（ｂ）に示すように基材４１の表面をダイヤモンド砥粒で研磨して平坦化（鏡面化）加工を施す。この研磨の際には、表面を完全に平坦化せずに、基材４１表面の谷部（凹部）の一部を残存させた状態で研磨を終了する。これにより、基材４１の表面に多数の凹部４６が形成された状態となる。

次に、各凹部４６内に核となるダイヤモンド粒子４７を配置する。そして、基材４１の表面に、化学気相成長法（ＣＶＤ法）によりダイヤモンド粒子を析出させる。これにより、同図（ｃ）に示すように、凹部４６に配置された核となるダイヤモンド粒子４７に、ＣＶＤ法により析出したダイヤモンド粒子が結合して、核となるダイヤモンド粒子４７が所定の粒子径のダイヤモンド粒子４３に結晶成長する。それと同時に、ダイヤモンド粒子４３の間の基材４１の表面には、ダイヤモンド粒子４３よりも小さな粒子径のダイヤモンド粒子４４が多数析出し、基材４１の表面が、これら多数の大きな粒子径のダイヤモンド粒子４３と多数の小さな粒子径のダイヤモンド粒子４４とで覆われる。

上記の製造方法において、ＣＶＤ法により基材４１の表面にダイヤモンド粒子を析出させる工程の前に、図示は省略するが、基材４１の表面や凹部４６の表面に微細な傷（スクラッチ）を形成しておき、この微細な傷を形成した表面にＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を析出させると、核となるダイヤモンド粒子４７とＣＶＤ法によって析出したダイヤモンド粒子との結合が促進されて、核となるダイヤモンド粒子４７の結晶成長がスムーズになる。また、ＣＶＤ法により析出したダイヤモンド粒子の基材４１表面に対する結着が強固になる。したがって、ドレッサー４０の摺接面４２に形成されるダイヤモンド粒子４３，４４の基材４１に対する結着が強固になり、ドレッシングの際にダイヤモンド粒子４３，４４が脱落することのないドレッサー４０を製造することが可能となる。この微細な傷は、他のダイヤモンド粒子などを用いて形成する。

ここで、上記の製造工程で用いられるＣＶＤ法には、熱フィラメントＣＶＤ法やマイクロ波プラズマＣＶＤ法などがある。以下の他の製造方法におけるＣＶＤ法も、これら熱フィラメントＣＶＤ法やマイクロ波プラズマＣＶＤ法などが用いられる。

次に図６を用いて、本発明の他の実施形態にかかるドレッサーの製造方法を説明する。同図に示す方法は、まず、同図（ａ）に示すように、ＳｉＣ焼結体からなる基材４１を用意し、該基材の表面に耐熱性材料の膜（例えば金属Ｎｉ膜）５０を形成して基材４１の表面を被覆する。この金属Ｎｉ膜５０の被覆は、湿式メッキ或いはドライプロセスにより行なう。金属Ｎｉ膜５０の被覆後に、同図（ｂ）に示すように、金属Ｎｉ膜５０に、直径数μｍ程度の微小な貫通穴５１を等間隔に多数形成する。貫通穴５１の形成は、レーザーまたは電子ビームなどによる。そして金属Ｎｉ膜５０の上から、ＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を析出させる。すると、金属Ｎｉ膜５０の表面にはダイヤモンド粒子が堆積し難く、貫通穴５１から露出している基材４１の表面にはダイヤモンド粒子が堆積し易いため、同図（ｃ）に示すように、貫通穴５１の部分に優先的にダイヤモンド粒子４３が析出する。このダイヤモンド粒子４３を、平均粒子径が５０〜１００μｍの大きさになるまで成長させる。

その後、同図（ｄ）に示すように、金属Ｎｉ膜５０を除去してダイヤモンド粒子４３の周囲の基材４１の表面を露出させる。そして、露出した基材４１の表面及びダイヤモンド粒子４３の表面に、ＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を析出させる。これにより、同図（ｅ）に示すように、ダイヤモンド粒子４３は大きい粒子径のダイヤモンド粒子４３に結晶成長すると共に、ダイヤモンド粒子４３の間の基材４１の表面に、ダイヤモンド粒子４３よりも粒子径の小さいダイヤモンド粒子４４が配置されて、基材４１の表面がこれら粒子径の異なる多数のダイヤモンド粒子４３，４４で覆われる。

上記各実施形態では、ＳｉＣ焼結体からなる基材４１を用いた場合を説明したが、基材４１はこれに限定されず、表面にダイヤモンド粒子を析出させることができるものであればどのような炭化物或いは化合物からなる基材でも良く、例えば、ＳｉＣの他にも、Ｓｉ₃Ｎ₄，Ａｌ₂Ｏ₃等に代表されるセラミックス焼結体からなる基材を用いることができる。

以上説明したように、本発明にかかる研磨パッドのドレッサーの製造方法によれば、簡単な工程で、所望の表面粗さを備えたドレッサー４０を製造できる。特に、粒子径の異なるダイヤモンド粒子４３とダイヤモンド粒子４４を同時に析出させることができるので、短時間でドレッサー４０を製造できる。また、ダイヤモンド粒子４３，４４の基材４１に対する結着を強固にでき、ドレッシングの際にダイヤモンド粒子４３，４４が容易に脱落することのないドレッサーを製造できる。

以上本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。

ポリッシング装置の構成例を示す図である。 従来のドレッサーの基材の表面状態を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかるドレッサーの一部を示す図である。 ドレッサーの基材の表面状態を模式的に示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかるドレッサーの製造方法を説明するための図である。 本発明の他の実施形態にかかるドレッサーの製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１ ポリッシング装置
１０ 研磨テーブル
１１ 研磨パッド
１２ 砥液供給ノズル
２０ トップリング
２１ 被研磨物（半導体ウエハー）
３１ ドレッサーヘッド
３２ 回転軸
４０ ドレッサー
４１ 基材
４２ 摺接面
４３ ダイヤモンド粒子
４４ ダイヤモンド粒子
４６ 凹部
４７ 核となるダイヤモンド粒子
５０ 耐熱性材料の膜（金属Ｎｉ膜）
５１ 貫通穴

Claims (5)

1. 被研磨物を研磨する研磨パッドの表面をドレッシングする研磨パッドのドレッサーであって、
   基材の表面に、大きい粒子径のダイヤモンド粒子を付着配置すると共に、前記大きい粒子径のダイヤモンド粒子の間の前記基材の表面に、該大きい粒子径のダイヤモンド粒子よりも小さい粒子径のダイヤモンド粒子を付着配置することで、前記基材の表面を、前記粒子径の異なる多数のダイヤモンド粒子で覆ったことを特徴とする研磨パッドのドレッサー。
2. 請求項１に記載の研磨パッドのドレッサーにおいて、
   前記大きい粒子径のダイヤモンド粒子は、その平均粒子径が５０〜１５０μｍであり、前記小さい粒子径のダイヤモンド粒子は、その平均粒子径が１〜５０μｍであることを特徴とする研磨パッドのドレッサー。
3. 被研磨物を研磨する研磨パッドをドレッシングする研磨パッドのドレッサーの製造方法であって、
   基材の表面に多数の凹部を形成し、
   前記凹部に核となるダイヤモンド粒子を付着配置し、
   前記基材の表面に、化学気相成長法（ＣＶＤ法）によりダイヤモンド粒子を析出させることで、前記核となるダイヤモンド粒子を結晶成長させて大きい粒子径のダイヤモンド粒子にすると同時に、該大きい粒子径のダイヤモンド粒子の間の前記基材の表面に、前記大きい粒子径のダイヤモンド粒子よりも小さい粒子径のダイヤモンド粒子を析出させて、前記基材の表面を前記粒子径の異なる多数のダイヤモンド粒子で覆うことを特徴とする研磨パッドのドレッサーの製造方法。
4. 請求項３に記載の研磨パッドのドレッサーの製造方法において、
   前記ＣＶＤ法は、熱フィラメントＣＶＤ法又はマイクロ波プラズマＣＶＤ法であることを特徴とする研磨パッドのドレッサーの製造方法。
5. 請求項３又は４に記載の研磨パッドのドレッサーの製造方法において、
   前記ＣＶＤ法によりダイヤモンド粒子を析出させる前に、前記基材の表面及び／又は前記凹部の表面に微細な傷を形成することを特徴とする研磨パッドのドレッサーの製造方法。

Images