(57)【要約】【課題】  ドレッシング処理を比較的長期間、安定して実施する。【解決手段】  研磨パッド表面に摺接され、前記研磨パッド表面の目詰まりを除去するドレッシング工具であって、第１主面から第２主面に延びる複数の貫通孔を備えるプレートと、前記貫通孔内に配された砥粒と、を備え、前記貫通孔は、前記第２主面の側の開口径よりも小径の縮径部を有し、前記砥粒は、前記縮径部において前記貫通孔の内面と当接し、一部が前記第１主面から突出した状態で、前記貫通孔の内面に配された結合材を介して前記プレートと接合していることを特徴とするドレッシング工具を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッド表面に摺接され、前記研磨パッド表面の目詰まりを除去するドレッシング工具であって、
第１主面から第２主面に延びる複数の貫通孔を備えるプレートと、
前記貫通孔内に配された砥粒と、を備え、
前記貫通孔は、前記第２主面の側の開口径よりも小径の縮径部を有し、
前記砥粒は、前記縮径部において前記貫通孔の内面と当接し、一部が前記第１主面から突出した状態で、前記貫通孔の内面に配された結合材を介して前記プレートと接合していることを特徴とするドレッシング工具。
【請求項２】
前記結合材は、前記縮径部よりも前記第２主面の側、および前記縮径部よりも前記第１主面の側、のいずれにも配されていることを特徴とする請求項１記載のドレッシング工具。
【請求項３】
前記縮径部から前記第１主面に至る領域において、前記貫通孔の内面が、前記第１主面と略垂直とされていることを特徴とする請求項１または２記載のドレッシング工具。
【請求項４】
前記砥粒は、ダイヤモンドからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のドレッシング工具。
【請求項５】
前記結合材はガラスより形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のドレッシング工具
【請求項６】
上記樹脂材がエポキシ系樹脂にて形成されていることを特徴とする請求項５に記載のドレッシング工具
【請求項７】
上記プレートはジルコニアを主成分とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のドレッシング工具。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載のドレッシング工具を研磨パッド表面に摺接させ、前記研磨パッドをドレッシングすることを特徴とするドレッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨布表面を目立てするドレッシング工具およびドレッシング方法に関し、特に半導体装置の化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、以下「ＣＭＰ」と略記する）法に使用する研磨布の目立てに用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
近年半導体装置の高密度化に伴い、パターンを転写する露光装置のフォーカスマージンが狭くなり、従来の平坦化方法であるリフロー法やＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  ＯｎＧｌａｓｓ）等の塗布方法、エッチバック法では広い領域に渡る平坦化が困難となってきた。このため、半導体基板を機械的な作用と化学的な作用とで研磨するＣＭＰ法が使用されるようになってきている。
【０００３】
ＣＭＰ法では、一般的に、キャリアに被研磨物である半導体ウェハ等を装着し、キャリアを研磨布上に下降させ、研磨剤を供給しながら半導体ウェハに荷重を加えると同時に、テーブル及びキャリアも同一に回転運動させ、研磨を行う。研磨布は、一般的に、硬質発泡ポリウレタン等が用いられている。ＣＭＰ法により半導体ウェハの研磨を行っていくと、研磨布表面の開口に研磨材であるシリカが目詰りし、研磨速度が低下していくという現象が生じる。このため、ＣＭＰ法を用いる場合、半導体ウェハの研磨と同時、または一定の間隔で、研磨布表面の目詰まりを除去するドレッシングが行われる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
図４は、従来のドレッシング用工具を示す断面図である。ダイヤモンド砥粒１３は結合材１４に埋め込まれ、脱落しないように固定されている。図４のドレッシング工具は、被固着材の表面の全面に渡って、ダイヤモンド砥粒１３が固着されており、基体１７から浮いた状態のダイヤモンド砥粒１３が存在する。特許文献１では、ダイヤモンド砥粒１３を固定している結合材を、従来一般的に用いられてきたニッケルメッキ１４の代わりに、硼珪酸ガラスなどの無機結合に置き換えることで、被研磨部材であるウェハの汚損を防止する点が記載されている。
【非特許文献１】Solid  State  Technology,Ｏct.1994,p.66、左欄第２行〜右欄第９行
【特許文献１】特開２００１−２３９４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載のドレッシング工具でも、硼珪酸ガラスなどの無機結合材が侵食され、ダイヤモンド砥粒１３が脱落する虞が比較的高く、ドレッシング工具として使用できる製品寿命は比較的短いものであった。また、摩耗してドレッシング工具表面から脱落した結合材が、ウェハに傷をつける可能性もあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、砥粒や結合材やプレート等の、破損および脱落が抑制されたドレッシング工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者は上記課題を鑑み、研磨パッド表面に摺接され、前記研磨パッド表面の目詰まりを除去するドレッシング工具であって、第１主面から第２主面に延びる複数の貫通孔を備えるプレートと、前記貫通孔内に配された砥粒と、を備え、前記貫通孔は、前記第２主面の側の開口径よりも小径の縮径部を有し、前記砥粒は、前記縮径部において前記貫通孔の内面と当接し、一部が前記第１主面から突出した状態で、前記貫通孔の内面に配された結合材を介して前記プレートと接合していることを特徴とするドレッシング工具を提供する。
【０００８】
また、ドレッシング工具を研磨パッド表面に摺接させ、前記研磨パッドをドレッシングすることを特徴とするドレッシング方法を、併せて提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の構成によれば、基板と砥粒とが比較的強固に結合され、砥粒の脱落が抑制される。さらに、基板の開口部に応力が集中することが抑制され、基板自体の破損や脱落等も抑制される。本発明のドレッシング工具は、ドレッシング処理を比較的長期間、安定して実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１〜３は、本発明にかかるドレッシング工具の一実施例を示す概略断面図である。
【００１１】
図１に示すドレッシング工具１は、第１主面２ａから第２主面２ｂに延びた複数の貫通孔５を有するプレート２と、貫通孔５内に配されて、一部が第１主面２ａから突出したダイヤモンド砥粒３と、プレート２と接合した基体７と、を備えている。ダイヤモンド砥粒３は、貫通孔５の内面に配された結合材４を介して、プレート２と接合している。また、プレート２の第２主面２ｂが、例えばアクリル系接着剤等からなる結合材６を介して、基体７表面と接合されている。
【００１２】
基体７は、好ましくはセラミックスからなる平板状体に形成されたものでよく、セラミックスを用いる場合は、その材質としてアルミナまたはジルコニアであることが特に好ましい。特に、基体７の材質がアルミナまたはジルコニアより形成されている場合、金属成分の溶出を比較的少なくすることができる。また、基体７の材質がアルミナである場合、ドレッシング工具１の剛性は比較的高くされ、また同時に製作コストを安価にすることができる。一方、プレート２がジルコニアである場合、プレート２と基体７を同材質とし、熱膨張係数の差を比較的小さくすることができる。
【００１３】
なお、基体７の機械的特性としては、ヤング率が１９０ＧＰａ以上でありビッカース硬度が９ＧＰａ以上であることが好ましい。ヤング率が１９０ＧＰａよりも低い場合には、加工時または使用時の機械的な負荷に対する変形大きくなるので好ましくなく、また、ビッカース硬度が９ＧＰａよりも低い場合にはダイヤモンド砥粒３の基体７への食い込みが発生し、ダイヤモンド砥粒高さが変化するおそれがあるので好ましくない。
【００１４】
ここで、アルミナとしては、以下の材質を用いることができる。
（１）アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）９９〜９９．９重量％に対し、焼結助剤としてシリカ（ＳｉＯ２）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）を合計で０．１〜１重量％添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中または真空雰囲気中にて１５００〜１８００℃の温度で焼成したもの
（２）アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）９３〜９９重量％に対し、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）またはセリア（ＣｅＯ２）等の安定化剤で安定化あるいは部分安定化されたジルコニア（ＺｒＯ２）を１〜７重量％添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中、水素雰囲気中または窒素雰囲気中にて１５００〜１７００℃の温度で焼成したもの
（３）アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）６０〜８０重量％に対し、炭化チタン（ＴｉＣ）を４０〜２０重量％添加して、所望の形状に成形した後、大気雰囲気中または減圧雰囲気下にて１３００〜２０００℃の温度で焼成したものなどを用いることができる。
【００１５】
また、ジルコニアとしては、３〜９ｍｏｌ％のイットリア（Ｙ２Ｏ３）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ２）や、１６〜２６ｍｏｌ％のマグネシア（ＭｇＯ）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ２）、あるいは８〜１２ｍｏｌ％のカルシア（ＣａＯ）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ２）や８〜１６ｍｏｌ％のセリア（ＣｅＯ２）で部分安定化したジルコニア（ＺｒＯ２）を所望の形状に成形した後、大気雰囲気中または真空雰囲気中にて１４００〜１７００℃の温度で焼成したものを用いることができる。
【００１６】
プレート２は、セラミックスであることが好ましく、特に材質としてはジルコニア（ＺｒＯ２）であることが好ましい。また、プレート２の機械的特性としては、靭性値が高いものが好ましくＫ１ｃが５以上であれば好ましい。さらにヤング率が１９０ＧＰａ以上、ビッカース硬度が９ＧＰａ以上であればより好ましい。プレート２は、第１主面２ａおよび第２主面２ｂが略円形の、円盤状部材である。本実施形態のプレート２は、各主面の径が約２５ｍｍ、厚みが約０．２〜０．３ｍｍとされている。
【００１７】
プレート２の材質をジルコニアを主成分とすることによって、結合材４が浸食されることを防ぐ効果が得られるとともに、耐摩耗性の向上やエッジ部からの破損を防止することが可能となる。また、ジルコニアは、強度と靭性値が高い為に薄肉の加工が容易である。このため、ダイヤモンド砥粒３が比較的小さい場合であっても、それに適した、比較的厚さの小さなプレート２を、比較的高い形状精度で安価に作製することができる。また、基体７をジルコニアにより形成したものと併せることにより、基体７とプレート２の熱膨張係数を略同一とし、熱によるドレッシング工具の精度変化を比較的低減することができる。
【００１８】
ドレッシング工具１では、プレート２には、所定の位置に貫通孔５が形成されており、貫通孔５には、ダイヤモンド砥粒３が挿入されている。プレート２の貫通孔５は、プレート２の第２主面２ｂの側の開口径よりも小径の縮径部５ａを有しており、ダイヤモンド砥粒３は、この縮径部５ａにおいて貫通孔５の内面と当接している。なお、貫通孔の径とは、プレートの主面に略平行な断面形状に内接する円の直径のことをいう。縮径部とは、第２主面の開口の内接円の直径に対し、上記断面形状の内接円が、例えば９０％以下の長さとなっている部分のことをいう。
【００１９】
縮径部５ａの位置、特に縮径部５ａからプレート２の第１主面２ａまでの長さは、ダイヤモンド砥粒３の粒の長さに応じて設定されている。ドレッシング工具１では、ダイヤモンド砥粒３が、この縮径部５ａにおいて貫通孔５の内面と当接した状態で、ダイヤモンド砥粒３がプレート２の表面側の貫通孔５から２０〜４０％突出する厚さに設定されている。例えば、砥粒３として、ＪＩＳＢ４１３０（１９８２年）で規定された粒度８０／１００のダイヤモンド砥粒を用いる場合、第１主面２ａから縮径部５ａまでの長さを、例えば０．０１〜０．０４ｍｍとしておけばよい。また、この場合、第２主面２ｂにおける開口径を例えば０．７ｍｍとし、縮径部における径を例えば０．２ｍｍとしておけばよい。なお、第１主面２ａの開口径の大きさは特に限定されないが、縮径部における径と略同等であることが好ましい。
【００２０】
ドレッシング工具１では、貫通孔５が縮径部５ａを備えており、この縮径部においてダイヤモンド砥粒３を比較的強固に機械的に保持するとともに、ダイヤモンド砥粒３の、第１主面２ａからの突出長さを、比較的高精度に規定している。これにより、ダイヤモンド砥粒３の脱落が抑制され、ドレッシング性能の分布も低減している。
【００２１】
また、図１のように、貫通孔５の縮径部５ａにおける内面部分は、ダイヤモンド砥粒３を機械的に保持して支える支点となっており、ドレッシング処理の際に比較的大きな応力を受ける。ドレッシング工具１では、貫通孔５の内面の縮径部５ａにおける断面角度が鈍角とされており、この縮径部５ａにかかる応力は、プレート２の内面に広く分散される。このため、ドレッシング工具１では、プレート２の破損や脱落の発生も、比較的少なくされている。また、貫通孔５の内面に配された結合材４は、縮径部５ａを支点としたダイヤモンド砥粒３の運動を抑制する作用をなし、これによって、プレート２の破損や脱落の発生が、より効果的に抑制されている。
【００２２】
また、ドレッシング工具１では、縮径部５ａから第１主面２ａに至る領域において、貫通孔５の内面が第１主面５ａと略垂直とされており、貫通孔５ａとダイヤモンド砥粒３との距離は、この内面において比較的小さくされている。このため、ダイヤモンド砥粒が突出した第１主面２ａの側では、結合材４の露出は比較的少なく、ドレッシング処理時における結合材４の脱離や、研磨布などのドレッシング対象物の汚染も抑制されている。また、この縮径部５ａから第１主面２ａに至る領域にも、結合材４が配されており、上記ダイヤモンド砥粒３の運動も良好に抑制され、プレート２の破損や脱落の発生も、より効果的に抑制されている。
【００２３】
なお、貫通孔５は、縮径部５ａを備えておけばよく、その断面形状は特に限定されない。例えば図２に示すように、縮径部５ａの径が、第１主面２ａの開口径よりも小さくされていてもよい。ただし、上述のように、プレート２の破損や脱落を、より効果的に抑制するためには、径部５ａから第１主面２ａに至る領域において、貫通孔５の内面が第１主面５ａと略垂直とされていることが好ましい。また、縮径部５ａから第１主面２ａに至る領域において、貫通孔５の内面が第１主面５ａと略垂直とされている場合、貫通孔５を備えたプレート２を、プレス成型によって比較的低コストかつ容易に作製することが可能となり、この点でも好ましい。
【００２４】
貫通孔５の配列は自在であり、例えば、碁盤の目のように等位置関係で配置してもよく、放射状に配置した形状であってもよい。
【００２５】
いずれの実施形態であっても、貫通孔５の、縮径部５ａのサイズｄ１は、ダイヤモンド砥粒３の粒径および粒の長さによって決められ、ダイヤモンド砥粒３が貫通せずに保持でき、設定したダイヤモンド砥粒３の突出高さが確保出来るサイズに設定すればよい。
【００２６】
ダイヤモンド砥粒３は、合成ダイヤモンド、天然ダイヤモンドのいずれでも良く、結晶を成長させた、例えば略八面体形状または略十二面体形状を有する、いわゆるブロッキータイプであることが好ましい。ブロッキータイプのダイヤモンド粒石は長尺形状で、粒の長さや粒径が、比較的良好に制御されている。複数の貫通孔５に、ブロッキータイプのダイヤモンド砥粒３を配置することで、各貫通孔５からのダイヤモンド砥粒３の突出長さを、比較的良好に制御することができる。
【００２７】
ダイヤモンド砥粒３は、貫通孔５の内面に配された結合材４を介して前記プレートと接合している。また、プレート２は、第２主面２ｂが、例えばアクリル系接着剤等からなる結合材６を介して基体７表面と接合されている。
【００２８】
結合材４としては、十分な接合強度と靭性を有する材質が好ましく、硼素珪酸ガラス、または石英ガラスなどＳｉＯ２を主成分する無機結合材が好ましい。また、結合材４は樹脂材であっても構わない。樹脂材としては、ポリイミド系樹脂、ウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂が好ましく、その中でも特にエポキシ系樹脂は、接合強度、耐薬品性、硬度、経時変化の点で好適である。無機材質または樹脂材を結合材４として使用することで、ドレッシング工程における金属汚染を抑制することができる。
【００２９】
次に、本実施形態のドレッシング工具１の製造方法について説明しておく。
【００３０】
まず、ダイヤモンド砥粒３を準備する。ダイヤモンド砥粒３としては、例えば、ＪＩＳＢ４１３０（１９８２年）で規定された粒度８０／１００のダイヤモンド砥粒を多数用意し、大きさおよび形状を基準に選定したものを用いる。例えば、貫通孔５の縮径部５ａの径ｄ１よりも僅かに大きい穴径をもつ篩を用い、多数のダイヤモンド砥粒の中からこの篩の穴を通過した砥石を除去し、篩に残った砥粒をダイヤモンド砥粒３として使用する。
【００３１】
プレート２は、セラミックス好ましくはジルコニア原料粉末をＣＩＰ、メカプレスまたはドクターブレードで成形し生成形体を得る。次いで得られた生成形体を、切削により所望のサイズに加工した後に大気雰囲気中にて焼成し焼結体を得る。さらに、焼成後に平面研削盤にてダイヤモンド砥石による研削加工を行い所定のサイズにする。
【００３２】
例えば、ジルコニア原料粉末を所定形状に成形後、大気雰囲気中で焼成し、図３（ａ）に示す形状の成型体を得る。その後、この成型体を、図３（ａ）に示す面１５の側から研磨加工し、第１主面２ａから第２主面２ｂに向かう貫通孔５が複数形成されたプレート２を得る（図３（ｂ）。なお、プレート２に形成する貫通孔５は、生成形体を得た後に切削工程で形成しても良く、焼結体を得た後に研削工程で形成してもよい。
【００３３】
次に、図３（ｃ）に示すように、作製したプレート２を減圧冶具１８にセットした状態で、第２主面２ｂの側から、ダイヤモンド砥粒３を貫通孔５内に挿入する。貫通孔５は縮径部５ａを有しており、ダイヤモンド砥粒３は、この縮径部５aで貫通孔５の内面と当接して、プレート２に保持される。この状態で、第２主面２ｂの側から、組成がＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＲＯ系（ＲＯはアルカリ土類元素の酸化物）のガラスペーストを塗布し、大気雰囲気中で充分に乾燥させ、その後、真空雰囲気中で９００℃で焼成を行い接合する。
【００３４】
この後、ダイヤモンド砥粒３が接合されたプレート２と、例えばアルミナからなる基体３とを、例えばアクリル系接着剤を介して接合し、ドレッシング工具１が得られる。
【００３５】
本発明は上述した実施形態だけに限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良したものや変更したものにも適用できることは言う迄もない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るドレッシング工具の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】本発明に係るドレッシング工具の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図３】本発明に係るドレッシング工具の製造方法の一例を示す概略断面図である。
【図４】従来のドレッシング工具の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１０  ドレッシング工具
２  プレート
３、１３  ダイヤモンド砥粒
４  結合材
７、１７  基体
１４  ニッケルメッキ
ｄ１  開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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