(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の表面に砥粒をろう付けにより固着したドレッサのろう材層の表面に、ろう材中に含まれる金属の少なくとも１種の金属を含む金属または金属酸化物とガラスとを主成分とする中間層を介して、ガラスを主成分とするコーティング層を施したＣＭＰ加工用ドレッサ。
【請求項２】
前記中間層と前記コーティング層のガラス成分がほう珪酸ガラスである請求項１記載のＣＭＰ加工用ドレッサ。
【請求項３】
前記中間層と前記コーティング層の合計層厚が前記砥粒の粒径の１／２以下である請求項１または２記載のＣＭＰ加工用ドレッサ。
【請求項４】
前記コーティング層にガラスより高硬度の無機質粒子を含有する請求項１ないし３のいずれかに記載のＣＭＰ加工用ドレッサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ＬＳＩデバイスの平坦化に用いられるポリッシャのドレッシングに好適なＣＭＰ加工用ドレッサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品や光学部品の超精密、高品位仕上げのために行われるポリッシングは、ポリッシャの研磨布上に軟質砥粒を散布して被加工物を押し付けることにより実施され、軟質砥粒と被加工物間の化学的、機械的作用により材料除去が行われる。最近ではＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＆  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と称される技術が注目を浴びている。このＣＭＰ加工装置としては、たとえば特開平７−２９７１９５号公報や特開平９−１１１１１７号公報に記載の装置がある。
【０００３】
このようなＣＭＰ加工装置により半導体ウエハをポリッシングする場合、ポリッシャとしては一定の弾性率、繊維形状、形状パターンを持ったポリウレタン製の研磨布が使用される。ポリッシングは機械加工としては最終工程であり、平面度１μｍ前後、面粗度ＲＺ１０Åレベルが達成されなければならない。
【０００４】
このようなポリッシング工程において、安定した加工性能を維持するためには研磨布表面の定期的修正が必要であり、ドレッサを使用してＣＭＰ加工と同時に、または定期的に研磨布表面の劣化層を除去するとともに、適正な面状態を得るようにしている。このドレッサとしては、ダイヤモンド砥粒などを母材に固着したドレッサが使用されている。
【０００５】
このドレッサの母材への砥粒の固着方法には、ろう付けによる固着、電着による固着、無機質結合材による固着があり、それぞれ長所と短所を有している。ここで、砥石の切れ味の面からみると、電着による固着および無機質結合材による固着の場合は、砥粒の突き出し量が小さく、ろう付けによる固着の場合に比して切れ味に劣るので、切れ味を重視する場合はろう付けにより砥粒を固着した砥石が有利である。
【０００６】
図４は従来のドレッサの一例としてディスクタイプのドレッサを示す斜視図であり、ダイヤモンド砥粒をろう付けによって鉄製母材に固着させたプレート３０をフランジ４１に取り付け、裏面からネジで固定してドレッサ４０としたものである。このドレッサ４０を、図５に示すようなＣＭＰ加工装置のポリッシャ５０表面の研磨布５１に押し付けてドレッシングを行う。なお図中、６０はシリコンウエハなどの被研磨材の吸着盤であり、７０は研磨剤の供給装置である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体ウエハのＣＭＰ加工においては、被研磨物の材質に応じて強酸から強アルカリにわたる広い範囲のｐＨをもった研磨剤が用いられる。このため、研磨布表面のドレッシングの際に、研磨布表面に付着残留する強酸性あるいは強アルカリ性の研磨剤によりドレッサのろう材層および母材の金属が侵されて、金属成分が研磨布表面に溶出するという問題がある。また、ろう材層の浸食によりダイヤモンドなどの砥粒が脱落し、この脱落した砥粒が研磨布表面に付着して半導体ウエハの表面にスクラッチ傷などの損傷を与えるという問題がある。
【０００８】
このような問題に対して、特開平１０−１１８９１４号公報には、電着法またはろう付け法により金属でダイヤモンド砥粒をドレッサ基板に固着した前記金属の面にセラミックコーティング膜を施したドレッサが記載されている。このドレッサによれば、砥粒の脱落による半導体ウエハや研磨布のスクラッチ傷を最小限に抑えることができる、とされている。
【０００９】
また、特開２０００−６１８１３号公報には、ダイヤモンド砥粒をニッケルめっきまたはろう材を主成分とする結合材により単層固着したドレッサの台金の露出表面または結合材の露出表面の少なくとも一方を、硬質粒子を含有させた樹脂皮膜により被覆したドレッサが記載されている。このドレッサによれば、砥粒の脱落が少なくなるとともに、台金の熔解による半導体ウエハの汚染がなくなる、とされている。
【００１０】
また、特開２０００−９４３２４号公報には、ダイヤモンド砥粒やｃＢＮ砥粒を台金の作用面に金属結合材を用いて固着したのち、電着塗装法により作用面の金属部分を樹脂層で被覆したドレッサが記載されている。このドレッサでは、樹脂層による被覆は金属部分のみに施され、砥粒が樹脂層によって被覆されることがないので、長時間を要する石出し作業を行う必要がないという利点がある、とされている。
【００１１】
しかしながら、ろう材層の表面にセラミックコーティング膜を施すには、イオンプレーティングやＣＶＤ法の手法を採用することになるが、砥石表面はダイヤモンド砥粒を含んでいるため三次元的に凹凸があり、イオンプレーティングやＣＶＤ法ではミクロ的に照射影が存在し、その部分から強酸性、強アルカリ性の研磨剤により浸食される危険性が高く、耐薬品性が充分とはいえない。
【００１２】
また、ろう材層の表面に施した樹脂皮膜は耐摩耗性が低い材料であるので、研削中に発生した切粉が樹脂皮膜を削り取ってしまい、皮膜がなくなった部分から浸蝕される、という問題がある。
【００１３】
本発明において解決すべき課題は、ＣＭＰ加工による半導体ウエハなどの表面仕上げに用いる研磨布をドレッシングするためのドレッサにおいて、従来のドレッサと同等以上の切れ味と加工精度を維持したうえで、砥粒の保持力と耐薬品性を向上させることにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＭＰ加工用ドレッサは、母材の表面に砥粒をろう付けにより固着したドレッサのろう材層の表面に、ろう材中に含まれる金属の少なくとも１種の金属を含む金属または金属酸化物とガラスとを主成分とする中間層を介して、ガラスを主成分とするコーティング層を施したことを特徴とする。
【００１５】
砥粒をろう付け法によって母材に固着したドレッサは、ダイヤモンド粒などの砥粒が活性金属含有銀ろう、Ｔｉろうなどのろう材によって鉄などの母材に保持されているものである。本発明のドレッサにおいては、ろう材層の最外面にガラスを主成分とするコーティング層を施すことにより、ＣＭＰ加工において強酸性、強アルカリ性の研磨剤が使用されたときでも、ろう材層および母材の金属が研磨剤によって浸食されることがなく、金属成分の溶出や砥粒の脱落が防止される。
【００１６】
さらに、ろう材層とコーティング層との間に、ろう材中に含まれる金属の少なくとも１種の金属を含む金属または金属酸化物とガラスとを主成分とする中間層を設けているので、ろう材層と中間層との密着性、および中間層とコーティング層との密着性が高い。上記のような中間層を設けることなくろう材層の表面に直接ガラス成分をコーティングした場合は、ろう材層とガラスとの間に高い密着性が得られにくく、ポリッシング中にコーティング層の一部が剥離するおそれがある。もしコーティング層の一部でも剥離すると、研磨剤によってろう材や母材が浸食されるだけでなく、半導体ウエハなどのＣＭＰ加工材にスクラッチなどの損傷を与えることになるので、剥離が生じないようにする必要がある。本発明のドレッサでは、中間層にろう材中の金属成分が含まれているので中間層とろう材層の密着性が高く、また中間層にコーティング層中のガラス成分が含まれているので中間層とコーティング層の密着性が高く、ポリッシング中にコーティング層および中間層が剥離するおそれがない。
【００１７】
ここで、中間層およびコーティング層の原料のガラスとしては、リン酸塩ガラス、珪酸塩ガラス、ほう珪酸ガラスなどを用いることができるが、とくに化学的耐久性、熱的性質の面から、ほう珪酸ガラスを用いるのが望ましい。また、ほう珪酸ガラスはガラス転移点が比較的低く、ろう材の成形温度よりも低い温度でガラスが被覆面全体に広がり、均一に被覆することができる。
【００１８】
中間層の原料としての金属または金属酸化物は、ろう材中の金属のうちの１種以上の金属、たとえばＮｉ、Ｃｒ、Ｃｏなどの金属またはその酸化物を用いる。中間層にコーティング層とろう材層の成分がそれぞれ含まれているので、前記したように中間層とコーティング層との間、中間層とろう材層との間の密着性が高くなる。
【００１９】
また、前記ほう珪酸ガラスなどは、熱膨張係数が８０×１０−７〜９０×１０−７／℃程度であり、ろう材の熱膨張係数は９０×１０−７〜１００×１０−７／℃程度であるので、両者の成分を主成分とする中間層の熱膨張係数は両者の熱膨張係数の中間に位置することになり、ろう材層とガラスコーティング層との間に中間層を設けることによって、熱膨張係数の差に起因するコーティング層の割れや剥離を防止する効果もある。
【００２０】
中間層とコーティング層は、中間層用の塗材とコーティング層用の被覆材をろう材層の表面に二層に被覆して、軟化点以上に加熱することにより、ろう材層の表面に中間層とコーティング層を形成することができるので、イオンプレーティングやＣＶＤ法などによるコーティングの場合のような、照射影により未被覆部分が形成されるという問題は発生しない。
【００２１】
中間層とコーティング層の厚さは、両者の合計層厚を砥粒の粒径の１／２以下とするのが望ましい。この合計層厚が砥粒粒径の１／２より大きいと、砥粒の突出量およびチップポケットが小さくなるので、切れ味が低下したり切粉の溶着が生じたりするので好ましくない。層厚は少なくとも５μｍ以上とするのが望ましい。層厚が５μｍ未満であると、ろう材層表面の凹凸などによる膜欠陥が生じやすくなり耐薬品性が低下する。中間層とコーティング層の厚さの割合はとくに限定はされないが、ドレッサの寿命の点からは中間層の厚さよりもコーティング層の厚さを厚くするのが好ましい。
【００２２】
さらに前記コーティング層を、ガラスより高硬度の無機質粒子を含有させたコーティング層とすることにより、コーティング層の磨耗を低減させることができる。使用する硬質粒子は、ガラスより硬質なものであればよく、たとえば炭化四硼素（ＢＣ）４は密度が小さく強度に優れており、コーティング層の磨耗を低減させるのに好適である。
【００２３】
前記無機質粒子は、その粒径が砥粒粒径の１０〜３０％のものを用いるのがよい。無機質粒子の粒径が砥粒粒径の１０％より小さいと、切粉の大きさに対して粒子径が小さくなるので磨耗低減効果が少なく、３０％より大きくなると、砥粒の突き出し量が小さくなって切れ味が低下する。またコーティング層内の無機質粒子の含有量は１０〜５０体積％とするのがよい。含有量が１０体積％より少ないと磨耗低減効果が少なく、５０体積％より多くなるとコーティング層厚を砥粒粒径の１／２以下とするのが難しくなる。
【００２４】
本発明に係るドレッサの形状や使用する砥粒は、従来公知の形状および砥粒を採用することができる。図２は、図４に示したディスク状プレートを含むドレッサの形状の例を示す図で、図２の（ａ）は母材に砥材層を形成した複数個のセグメントをリング状の台金に連続配置したリングタイプのドレッサであり、図２の（ｂ）は母材に砥材層を形成した多数個のペレットをリング状の台金に間隔をおいて配置したペレットタイプのドレッサであり、図２の（ｃ）は比較的小径の台金を母材としてこの母材の全面に砥材層を形成したディスクタイプのドレッサである。
【００２５】
本発明のドレッサの製造は、ろう材層表面への中間層およびコーティング層の形成以前の製造工程は従来公知のドレッサの製造工程に準じて製造することができる。ろう材層表面への中間層およびコーティング層の形成方法は、たとえば、中間層の材料であるガラス粉末と金属粉末の混合物にバインダーを加えてペースト状とした被覆材とコーティング層の材料であるガラス粉末にバインダーを加えてペースト状とした被覆材をろう材層の表面に二層に被覆し、この被覆材中のバインダーを加熱により揮発させ、ガラスの軟化点まで加熱することにより、所定の層厚の中間層およびコーティング層を形成することができる。加熱により軟化したガラスは砥粒と砥粒の間に広がり、砥粒の突出部分には中間層とコーティング層は形成されず、ろう材層の表面のみに中間層とコーティング層が形成されるので、切れ味が低下することはない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態におけるドレッサのプレートを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２７】
本実施形態のドレッサのプレート１０は、円盤状の母材１１と、母材１１の一面側に形成された砥材層１２とで構成されており、母材１１の直径は約１００ｍｍ、厚さは約１０ｍｍである。
【００２８】
砥材層１２は、砥粒１３とろう材層１４およびろう材層１４の上に形成された中間層１５とコーティング層１６とにより構成されている。中間層１５とコーティング層１６は、それぞれ厚さ約１５μｍに形成され、中間層１５は７：３の割合のほう珪酸ガラスとＣｏとからなり、コーティング層１６は８：２の割合のほう珪酸ガラスと炭化四硼素（Ｂ４Ｃ）とからなる。
【００２９】
このプレート１０は、以下の手順により製造される。
・粒度＃１００／１２０（平均粒径１００μｍ）のダイヤモンド砥粒を準備する。
・Ｎｉ粉末、Ｃｒ粉末、Ｃｏ粉末からなるＮｉ−Ｃｒ−Ｃｏ系ろう材の原料を準備する。
・粒径４０〜５０μｍのほう珪酸ガラスと粒径５〜１０μｍのＣｏ粉末を７：３の割合で混合し、バインダーとともに撹拌してペースト状の中間層用被覆材を準備する。
・粒径４０〜５０μｍのほう珪酸ガラスと粒径２０〜３０μｍの炭化四硼素（Ｂ４Ｃ）を８：２の割合で混合し、バインダーとともに撹拌してペースト状のコーティング層用被覆材を準備する。
・母材表面にプレートを用いてダイヤモンド砥粒を２００〜３００μｍの砥粒間隔で配置する。
・母材表面に配置した砥粒の間にろう材原料を塗布し、非酸化性雰囲気のもと約９００℃の温度で約１時間焼成する。
・焼成後のろう材層表面に中間層用被覆材およびコーティング用被覆材をそれぞれ約１５μｍの層厚で二層に被覆し、加熱することによってバインダーを揮発させるとともにろう材層表面にガラスと金属を主成分とする中間層とガラスを主成分とするコーティング層を二層に形成し、図１に示すプレート１０とする。
・このプレート１０を図４に示すようにフランジに固定してドレッサとする。
【００３０】
〔試験例〕
上記製造手順により製造したプレート１０をフランジに固定した本発明の実施形態のドレッサ（発明品１）と、コーティング層に硬質粒子を含まない別の実施形態のドレッサ（発明品２）と、ろう材層にセラミックコーティング膜を施したドレッサ（従来品１）と、ろう材層に樹脂コーティング層を施したドレッサ（従来品２）と、コーティング層のないドレッサ（従来品３）を用いてドレッシング試験を行った。試験条件は以下の通りである。
使用機械：タクマ機
研磨パッド：発泡ポリウレタン  外径３００ｍｍ
ドレッサ回転速度：２０ｍｉｎ−１
テーブル回転速度：３０ｍｉｎ−１
加工圧：２００Ｎ
加工時間：２０時間
【００３１】
図３はドレッサの試験方法を示す概略図であり、同図の（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。図に示すように、タクマ機の回転テーブルＴ上に研磨パッドＷを固定し、ドレッサＫを回転させながら研磨パッドＷに押し付ける試験である。ここで、メタルＣＭＰ加工の場合に使用する強酸性の研磨剤に相当するｐＨ２のアルミナ系の研磨剤を研磨パッドＷに１リットル／ｍｉｎ供給した。
【００３２】
試験結果を表１に示す。
【表１】
0003609059.tif 000002
【００３３】
表１において、表中の各特性値は従来品３（コーティングなし）の測定値を１００としたときの指数で表している。ここで、切れ味はドレッシング時の電力消費量を指標とし、耐用は砥粒の脱落や欠損が生じて被加工材（ウエハ）にスクラッチが入ってしまったときのドレッサの使用時間を指標とし、加工精度は被加工材の加工精度を指標とした。金属溶出量は、ドレッサをｐＨ２の酸液（研磨剤）に一週間浸漬したときの酸液中へのろう材および母材の金属成分の溶出量を測定した。表１からわかるように、中間層とガラスコーティング層を形成した発明品１，２は、従来品１〜３に対し切れ味と加工精度を維持したうえで耐用が大幅に向上し、金属溶出量が大幅に減少している。従来品１，２はコーティング層のない従来品３に比べると耐用および耐酸性は向上しているが、ガラスコーティング層を形成した発明品１，２に比べると耐用が低い。
【００３４】
【発明の効果】
（１）ろう材層の最外面にガラスを主成分とするコーティング層を施すことにより、ＣＭＰ加工において強酸性、強アルカリ性の研磨剤が使用されたときでも、ろう材層および母材の金属が研磨剤によって浸食されることがなく、金属成分の溶出や砥粒の脱落が防止される。さらに、ろう材層とコーティング層との間に、ろう材中に含まれる金属の少なくとも１種の金属を含む金属または金属酸化物とガラスとを主成分とする中間層を設けているので、ろう材層と中間層との密着性、および中間層とコーティング層との密着性が高くなり、ポリッシング中にコーティング層および中間層が剥離するおそれがない。
【００３５】
（２）中間層とコーティング層のガラス成分としてほう珪酸ガラスを使用することにより、被覆材を均一に被覆することができるとともに、熱膨張係数の差に起因するコーティング層の割れや剥離を防止することができる。
【００３６】
（３）中間層とコーティング層の合計層厚を砥粒粒径の１／２以下とすることにより、ドレッサの切れ味を低下させることなく、研磨剤による浸食を防止することができる。
【００３７】
（４）コーティング層にガラスより高硬度の無機質粒子を含有させることにより、ドレッサの切れ味を低下させることなく、コーティング層の磨耗を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるドレッサのプレートを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】ドレッサの形状の例を示す斜視図である。
【図３】ドレッサの試験方法を示す概略図である。
【図４】ドレッサの形状の例を示す斜視図である。
【図５】ドレッサの使用状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０  プレート
１１  母材
１２  砥材層
１３  砥粒
１４  ろう材層
１５  中間層
１６  コーティング層
【図１】
0003609059.tif 000003
【図２】
0003609059.tif 000004
【図３】
0003609059.tif 000005
【図４】
0003609059.tif 000006
【図５】
0003609059.tif 000007