(57)【要約】【課題】研磨不良を低減することが可能なドレッサを提供する。【解決手段】一実施形態に係るドレッサは、半導体基板を研磨する研磨パッドに対向する段差形状の表面を有する本体部と、各段の表面にそれぞれ設けられた超硬質粒子と、を備える。表面の面積が各段で異なっており、超硬質粒子の粒径は、研磨パッドから離れるにつれて段階的に大きくなっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を研磨する研磨パッドに対向する段差形状の表面を有する本体部と、
各段の前記表面にそれぞれ設けられた超硬質粒子と、を備え、
前記表面の面積が各段で異なっており、前記超硬質粒子の粒径は、前記研磨パッドから離れるにつれて段階的に大きくなっている、ドレッサ。
【請求項２】
前記本体部は、最上段に設けられた第１表面と、前記第１表面の次段に設けられた第２表面と、前記第２表面の次段に設けられ第３表面と、を有し、
前記粒径は、前記第１表面、前記第２表面、および前記第３表面の順に大きくなっている、請求項１に記載のドレッサ。
【請求項３】
平面視で、前記第１表面は円形であり、前記第２表面および前記第３表面は環状である、請求項２に記載のドレッサ。
【請求項４】
半導体基板を研磨する研磨パッドと、
前記研磨パッドに対向する段差形状の表面を有する本体部と、各段の前記表面にそれぞれ設けられた超硬質粒子と、を有するドレッサと、を備え、
前記表面の面積が各段で異なっており、前記超硬質粒子の粒径は、前記研磨パッドから離れるにつれて段階的に大きくなっている、研磨装置。
【請求項５】
前記ドレッサまたは前記研磨パッドの使用状況に応じて、前記ドレッサに加わる荷重を増加させる駆動機構をさらに備える、請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
請求項１から３のいずれか一項に記載のドレッサを用いて研磨パッドをドレッシングするときに、前記ドレッサまたは前記研磨パッドの使用状況に応じて、前記ドレッサに加わる荷重を増加させる、研磨パッドのドレッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ドレッサ、研磨装置、および研磨パッドのドレッシング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程には、研磨パッドで金属を研磨するＣＭＰ（Chemical mechanical polishing）工程がある。このＣＭＰ工程では、ドレッサで研磨パッドをドレッシングする場合がある。この場合、ドレッサの使用時間が長くなると、ドレッサは摩耗する。その結果、研磨パッドのドレッシングが不十分になり、研磨不良が起こり得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３００１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、研磨不良を低減することが可能なドレッサ、研磨装置、および研磨パッドのドレッシング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態に係るドレッサは、半導体基板を研磨する研磨パッドに対向する段差形状の表面を有する本体部と、各段の表面にそれぞれ設けられた超硬質粒子と、を備える。表面の面積が各段で異なっており、超硬質粒子の粒径は、研磨パッドから離れるにつれて段階的に大きくなっている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態に係る基板処理装置の構成を概略的に示す模式図である。
【図２】研磨パッド側から見たドレッサの平面図である。
【図３】研磨パッドの側面図である。
【図４】（ａ）は超硬質粒子で研磨パッドをドレッシングする様子を示す側面図であり、（ｂ）は別の超硬質粒子で研磨パッドをドレッシングする様子を示す側面図であり、（ｃ）はさらに別の超硬質粒子で研磨パッドをドレッシングする様子を示す側面図である。
【図５】ドレッサの使用時間と研磨パッドのカットレートとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。
【０００８】
図１は、一実施形態に係る研磨装置の概略的な構成を示す模式図である。図１に示す研磨装置１は、ヘッド１０と、研磨パッド２０と、ドレッサ３０と、駆動機構４１〜４３と、制御部５０と、を備える。
【０００９】
ヘッド１０は、研磨パッド２０の上方に配置されている。ヘッド１０は、研磨パッド２０と対向するヘッド１０の表面でウェハ状の半導体基板１００を保持する。この半導体基板１００には、例えば、データの読出しおよび書き込みが可能なメモリセルや、そのメモリセルを駆動する回路などが形成される。
【００１０】
研磨パッド２０は、半導体基板１００の表面を研磨する。研磨パッド２０の上面の材料は、ポリウレタン等の弾性部材である。本実施形態では、研磨パッド２０の上面の面積は、図１に示すように、半導体基板１００の表面積よりも大きく、かつドレッサ３０の表面よりも大きい。
【００１１】
ドレッサ３０は、ヘッド１０から離れて研磨パッド２０の上方に配置されている。ここで、図２および図３を参照してドレッサ３０の構造について説明する。
【００１２】
図２は、研磨パッド２０側から見たドレッサ３０の平面図である。また、図３は、研磨パッド２０の側面図である。図２および図３に示すように、ドレッサ３０は、本体部３１および超硬質粒子３２ａ〜３２ｃを備える。
【００１３】
本体部３１は、研磨パッド２０に対向する段差形状の表面を有する。本実施形態では、本体部３１は、３段の表面３１ａ〜３１ｃを有する。表面３１ａ(第１表面)は、最上段に設けられ、平面視で円形である。表面３１ｂ（第２表面）は、表面３１ａの次段に設けられ、平面視で環状である。表面３１ｃ（第３表面）は、表面３１ｂの次段に設けられ、平面視で環状である。各表面の面積は、表面３１ａ、表面３１ｃ、および表面３１ｂの順に小さくなっている。
【００１４】
超硬質粒子３２ａ〜３２ｃは、表面３１ａ〜３１ｃにそれぞれ設けられている。本実施形態では、超硬質粒子３２ａ〜３２ｃは、粒径がそれぞれ異なるダイヤモンドである。各粒子の粒径は、図３に示すように、超硬質粒子３２ａ、超硬質粒子３２ｂ、超硬質粒子３２ｃの順に大きくなっている。すなわち、各粒子の粒径は、研磨パッド２０から離れるにつれて段階的に大きくなっている。なお、図３では、超硬質粒子３２ａ〜３２ｃは、粒径の違いを明確にするために拡大して表示されている。
【００１５】
駆動機構４１は、研磨パッド２０上でヘッド１０を回転駆動する。駆動機構４１は、ヘッド１０に連結されるモータ(不図示)や、制御部５０の制御に基づいてこのモータを駆動する駆動回路(不図示)などを有する。
【００１６】
駆動機構４２は、研磨パッド２０を回転駆動する。駆動機構４２は、研磨パッド２０に連結されるモータ(不図示)や、制御部５０の制御に基づいてこのモータを駆動する駆動回路（不図示）などを有する。
【００１７】
駆動機構４３は、ドレッサ３０を回転駆動するとともに、ドレッサ３０に加える荷重を調整する。駆動機構４３は、ドレッサ３０に連結されるモータ（不図示）、制御部５０の制御に基づいてこのモータを駆動する駆動回路（不図示）、および制御部５０に基づいてドレッサ３０を押圧するコンプレッサ（不図示）などを有する。
【００１８】
制御部５０は、所定のプログラムに基づいて駆動機構４１〜駆動機構４３をそれぞれ制御する。例えば半導体基板１００を研磨するとき、制御部５０は、駆動機構４１および駆動機構４２を制御する。これにより、半導体基板１００と研磨パッド２０が同時に同じ方向に回転することによって、半導体基板１００の表面が研磨される。なお、制御部５０は、半導体基板１００と研磨パッド２０のいずれか一方を回転させるか、または回転方向が互いに反対になるように駆動機構４１および駆動機構４２を制御してもよい。
【００１９】
半導体基板１００を研磨が終了すると、研磨パッド２０のドレッシングを行う。ここで、図４（ａ）〜図４（ｃ）を参照して、本実施形態に係る研磨パッド２０のドレッシング方法を説明する。
【００２０】
まず、図４（ａ）に示すように、駆動機構４３が、制御部５０の制御に基づいてドレッサ３０に対して研磨パッド２０側に荷重Ｐ１を加える。これにより、ドレッサ３０の最上段の表面３１ａに設けられた超硬質粒子３２ａが、研磨パッド２０の表面に接触する。このとき、超硬質粒子３２ｂおよび超硬質粒子３２ｃは、研磨パッド２０の表面に非接触である。
【００２１】
超硬質粒子３２ａが研磨パッド２０の表面に接触した状態で、制御部５０が、駆動機構４２および駆動機構４３を制御すると、研磨パッド２０とドレッサ３０が同時に同じ方向に回転する。これにより、研磨パッド２０が超硬質粒子３２ａでドレッシングされる。なお、制御部５０は、研磨パッド２０とドレッサ３０のいずれか一方を回転させるか、または回転方向が互いに反対になるように駆動機構４２および駆動機構４３を制御してもよい。
【００２２】
超硬質粒子３２ａによる研磨パッド２０のドレッシング時間が、予め設定された第１時間を経過すると、駆動機構４３が、制御部５０の制御に基づいてドレッサ３０に対して研磨パッド２０側に荷重Ｐ２を加える。荷重Ｐ２は、荷重Ｐ１よりも大きいので、超硬質粒子３２ａだけでなく超硬質粒子３２ｂも研磨パッド２０の表面に接触する。これにより、研磨パッド２０が超硬質粒子３２ｂでドレッシングされる。
【００２３】
本実施形態では、超硬質粒子３２ｂが設けられた本体部３１の表面３１ｂの面積は、超硬質粒子３２ａが設けられた表面３１ａの面積よりも小さい一方で、超硬質粒子３２ｂの粒径は、超硬質粒子３２ａの粒径よりも大きい。そのため、超硬質粒子３２ｂで研磨パッド２０をドレッシングしても、超硬質粒子３２ａのドレッシング量と同等のドレッシング量を確保できる。
【００２４】
超硬質粒子３２ｂによる研磨パッド２０のドレッシング時間が、予め設定された第２時間を経過すると、駆動機構４３が、制御部５０の制御に基づいてドレッサ３０に対して研磨パッド２０側に荷重Ｐ３を加える。荷重Ｐ３は、荷重Ｐ２よりもさらに大きいので、超硬質粒子３２ａ、３２ｂだけでなく超硬質粒子３２ｃも研磨パッド２０の表面に接触する。これにより、研磨パッド２０が超硬質粒子３２ｃでドレッシングされる。
【００２５】
本実施形態では、超硬質粒子３２ｃが設けられた本体部３１の表面３１ｃの面積は、超硬質粒子３２ｂが設けられた表面３１ｂの面積よりも大きく、かつ超硬質粒子３２ｃの粒径は、超硬質粒子３２ｂの粒径よりも大きい。そのため、超硬質粒子３２ｃで研磨パッド２０をドレッシングすると、超硬質粒子３２ｂのドレッシング量よりも多くドレッシングすることができる。
【００２６】
図５は、ドレッサ３０の使用時間と研磨パッド２０のカットレートとの関係を示すグラフである。図５では、横軸がドレッサ３０の使用時間を示し、縦軸が研磨パッド２０のカットレートを示す。カットレートは、研磨パッド２０の単位時間当たりの研磨量を示す。
【００２７】
仮に、駆動機構４３がドレッサ３０に加える荷重Ｐ１を一定に保ったまま研磨パッド２０のドレッシングが継続されると、図５に示す点線のように、研磨パッド２０のカットレートは、ドレッサ３０の使用時間の経過ととともに低下する。この場合、半導体基板１００の研磨不良によって、膜残りが形成され、例えばビットラインのような金属配線間にリーク電流が流れるといった不具合が起こり得る。
【００２８】
しかし、本実施形態では、上述したように、ドレッサ３０の使用時間が予め設定された第１時間ｔ１になったときに、駆動機構４３は、ドレッサ３０に対して荷重Ｐ１よりも大きな荷重Ｐ２を加える。これにより、超硬質粒子３２ａによるドレッシングから超硬質粒子３２ｂによるドレッシングに切り替わる。そのため、超硬質粒子３２ａが摩耗しても、研磨パッド２０のカットレートの低下を抑制できる。
【００２９】
その後、ドレッサ３０の使用時間が予め設定された第１時間ｔ２になると、駆動機構４３は、ドレッサ３０に対して荷重Ｐ２よりもさらに大きな荷重Ｐ３を加える。これにより、超硬質粒子３２ｂによるドレッシングから超硬質粒子３２ｃによるドレッシングに切り替わる。そのため、超硬質粒子３２ｂが超硬質粒子３２ａに続いて摩耗しても、研磨パッド２０のカットレートの低下を抑制できる。
【００３０】
以上説明した本実施形態によれば、ドレッサ３０の本体部３１の表面に段差が形成され、各段の表面には、粒径が異なる超硬質粒子が設けられている。また、駆動機構４３が、ドレッサ３０の使用時間の経過に伴って、ドレッサ３０に加える荷重を増加させる。
【００３１】
これにより、摩耗してないフレッシュな超硬質粒子で研磨パッド２０を研磨できるので、研磨パッド２０のカットレートが安定する。研磨不良を低減することが可能となる。なお、本実施形態では、半導体基板１００の研磨後に研磨パッド２０のドレッシングを行っているが、これらを並行して行ってもよい。
【００３２】
なお、ドレッサ３０に加える荷重を変化させるタイミングは、予め設定された使用時間の経過に限定されない。例えば、制御部５０は、カメラ等の撮像装置(不図示)で撮像されたドレッサ３０の画像に基づいて駆動機構４３に対して上記タイミングを指示してもよい。
【００３３】
上記画像がドレッサ３０の表面を表示する場合、制御部５０は、超硬質粒子の摩耗具合を判断して上記タイミングを決定する。また、上記画像がドレッサ３０の表面の段差を表示する場合、制御部５０は、段差の高さに基づいて超硬質粒子の摩耗具合を判断して上記タイミングを決定する。
【００３４】
また、ドレッサ３０の状態は、研磨パッド２０の使用状況を介して間接的に判断できるので、制御部５０は、研磨パッド２０の使用状況に応じてドレッサ３０に加える荷重を変化させるタイミングを決定してもよい。例えば、研磨パッド２０が研磨した半導体基板１００の枚数が所定枚数より多くなると、制御部５０が、駆動機構４３に対して上記タイミングを指示してもよい。この場合も、上記タイミングを適切に設定できる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１：研磨装置、２０：研磨パッド、３０：ドレッサ、３１：本体部、３１ａ〜３１ｃ：表面、３２ａ〜３２ｃ：超硬質粒子、４１，４２，４３：駆動機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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