(57)【要約】【課題】ドレッシング後の研磨パッドの研磨面を精度良く平坦にする。【解決手段】ドレッシング工具１のドレッシング面は、円形領域Ｒ１と、円形領域Ｒ１に対して同心状の円環領域Ｒ２とから構成される。円形領域Ｒ１には、ダイヤモンド粒子１２が平均分布密度Ｄ１で分布される。円形領域Ｒ２には、ダイヤモンド粒子１２が平均分布密度Ｄ１より高い平均分布密度Ｄ２で分布される。円形領域Ｒ１の直径は、研磨パッドの半径内の有効使用幅より大きい。円環領域Ｒ２の外径は、研磨パッドの外径の略半分である。【選択図】　　　　図３
2004017207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形の外周を有する研磨パッドの研磨面をドレッシングするためのドレッシング工具であって、
第１の単位面積当たりの切削能力を持つ円形領域と、前記第１の単位面積当たりの切削能力より高い第２の単位面積あたりの切削能力を持つ、前記円形領域に対して同心状の円環領域と、から構成されたドレッシング面を備え、
前記ドレッシング面の前記円形領域の直径が、前記研磨パッドの半径内の有効使用幅より大きく、
前記ドレッシング面の前記円環領域の外径が、前記研磨パッドの外径の略半分である、ことを特徴とするドレッシング工具。
【請求項２】
円形の外周を有する研磨パッドの研磨面をドレッシングするためのドレッシング工具であって、
第１の平均分布密度で砥粒が分布された円形領域と、前記第１の平均分布密度より高い第２の平均分布密度で砥粒が分布された、前記円形領域に対して同心状の円環領域と、から構成されたドレッシング面を備え、
前記ドレッシング面の前記円形領域の直径が、前記研磨パッドの半径内の有効使用幅より大きく、
前記ドレッシング面の前記円環領域の外径が、前記研磨パッドの外径の略半分である、ことを特徴とするドレッシング工具。
【請求項３】
前記第１の平均分布密度は、前記第２の平均分布密度の１０％〜５０％であることを特徴とする請求項２記載のドレッシング工具。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のドレッシング工具と、該ドレッシング工具を回転させる回転機構と、を備えたことを特徴とするドレッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスウエハなどの被研磨物を研磨する研磨パッドの研磨面をドレッシングするためのドレッシング工具、及びこれを用いたドレッシング装置に関するものである。
【０００２】
なお、ドレッシングはコンディショニングと呼ばれる場合があるとともに、ドレッシング工具はコンディショナと呼ばれる場合もある。
【０００３】
【従来の技術】
例えば、半導体デバイスウエハ等の表面のグローバル平坦化などのための化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ又はＣｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ、以下ではＣＭＰと称す）を行う研磨装置において、研磨パッドが用いられている。
【０００４】
このような研磨パッドの研磨面は、研磨時間に応じて目詰まりが進行して劣化するため、定期的なドレッシングを行って良好な加工が継続されるようにメンテナンスされる。
【０００５】
このドレッシングは、基材に支持された研磨パッドの研磨面とドレッシング工具のドレッシング面とを当接させて、前記基材とドレッシング工具とを相対移動させることにより行われる。前記相対移動は、例えば、研磨パッドを支持する基材及びドレッシング工具を両方とも回転させることにより行われる。
【０００６】
従来のドレッシング工具では、ドレッシング面の全体に渡ってダイヤモンド粒子等の砥粒が一定の平均分布密度で分布されている。したがって、ドレッシング面の各部の単位面積あたりの研削能力は、全体に渡って一定である。また、従来のドレッシング面の形状は、円形又は円環とされている。
【０００７】
ドレッシング工具は、前述したように研磨パッドの目立てのために用いるものであるため、砥粒の平均分布密度が高いほど良いというわけではなく、研磨パッドの研磨面を適度に荒れさせるために、程良い平均分布密度があり、したがって、ドレッシング面の全体に渡りそのような平均分布密度で砥粒を分布させるべきある。すなわち、ドレッシング面の全体に渡り一定の平均分布密度で砥粒を分布させるべきであるというのが、従来の技術常識であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のドレッシング工具では、研磨パッドの研磨面を高い精度で平坦にすることが困難であった。研磨パッドの平坦性が低くなることにより、当該研磨パッドを用いて半導体ウエハ等を高い精度で平坦に研磨することが困難となっていた。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ドレッシング後の研磨パッドの研磨面を精度良く平坦にすることができるドレッシング工具、及びこれを用いたドレッシング装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、研究の結果、前述した技術常識に反して、ドレッシング工具のドレッシング面の砥粒の平均分布密度を、ドレッシング面の中心部の円形領域とその外側の円環領域とで異ならせることなどによって、前記円環領域の単位面積当たりの切削能力を前記円形領域の単位面積当たりの切削能力より高めておき、前記円形領域の直径や前記円環領域の外径をドレッシングしようとする研磨パッドの大きさに合わせて適宜設定しておくことにより、研磨パッドの研磨面を高い精度で平坦にすることができることを見出した。
【００１１】
本発明は、このような本発明者により見出された新たな知見に基づいてなされたものである。すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第１の態様によるドレッシング工具は、円形の外周を有する研磨パッドの研磨面をドレッシングするためのドレッシング工具であって、第１の単位面積当たりの切削能力を持つ円形領域と、前記第１の単位面積当たりの切削能力より高い第２の単位面積あたりの切削能力を持つ、前記円形領域に対して同心状の円環領域と、から構成されたドレッシング面を備え、前記ドレッシング面の前記円形領域の直径が、前記研磨パッドの半径内の有効使用幅より大きく、前記ドレッシング面の前記円環領域の外径が、前記研磨パッドの外径の略半分であるものである。
【００１２】
本発明の第２の態様によるドレッシング工具は、円形の外周を有する研磨パッドの研磨面をドレッシングするためのドレッシング工具であって、第１の平均分布密度で砥粒が分布された円形領域と、前記第１の平均分布密度より高い第２の平均分布密度で砥粒が分布された、前記円形領域に対して同心状の円環領域と、から構成されたドレッシング面を備え、前記ドレッシング面の前記円形領域の直径が、前記研磨パッドの半径内の有効使用幅より大きく、前記ドレッシング面の前記円環領域の外径が、前記研磨パッドの外径の略半分であるものである。
【００１３】
本発明の第３の態様によるドレッシング工具は、前記第２の態様において、前記第１の平均分布密度は、前記第２の平均分布密度の１０％〜５０％であるものである。
【００１４】
本発明の第４の態様によるドレッシング装置は、前記第１乃至第３のいずれかの態様によるドレッシング工具と、該ドレッシング工具を回転させる回転機構と、を備えたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるドレッシング工具及びドレッシング装置について、図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態によるドレッシング装置を示す概略構成図である。図２は、研磨パッド５のドレッシング時の、ドレッシング工具１のドレッシング面と研磨パッド５との位置関係を模式的に示す概略平面図である。図３は、ドレッシング工具１を模式的に示す概略拡大断面図である。
【００１７】
本実施の形態によるドレッシング装置は、図１に示すように、ドレッシング工具１と、ドレッシング工具１をベース２に対して回転させる回転機構３とを備え、基材４に支持されたＣＭＰ装置用の研磨パッド５の研磨面５ａをドレッシングするように構成されている。基材４及び研磨パッド５は、ＣＭＰ装置の研磨工具そのものであってもよいし、基材４が研磨工具とは別の部材であってもよい。前者の場合には、本実施の形態によるドレッシング装置は、ＣＭＰ装置のドレッシングステーション（ドレッシングゾーン）に配置される。
【００１８】
研磨パッド５の研磨面５ａは、図２に示すように、円形の外周を有している。本例では、研磨パッド５は円環状に構成され、中心部が除去されている。もっとも、本実施の形態によるドレッシング装置のドレッシング対象となる研磨パッドは、円環状の研磨パッドに限定されるものではなく、例えば、中心部が除去されていない円形状の研磨パッドであってもよい。本実施の形態では、研磨パッド５の円環状の研磨面５ａの全体が、半導体ウエハ等の被研磨物の研磨の際に有効に使用される有効使用領域となっており、研磨パッド５の半径内の有効使用幅は、外径と内径との差の半分となっている。
【００１９】
研磨パッド５及び基材４は、アクチュエータとして電動モータを用いた図示しない機構によって、図１中の矢印ａ，ｂで示すように、回転及び上下動できるようになっている。なお、基材４は、ジンバル機構（図示せず）を介して、回転軸６に機械的に連結されている。もっとも、必ずしもジンバル機構を設ける必要はない。なお、図２において、Ｏ１は研磨パッド５の中心を示しており、この中心Ｏ１を回転中心として回転するようになっている。
【００２０】
本実施の形態では、ドレッシング工具１は、図３に示すように、円板からなる基板１１と、基板１１の上面に分布された砥粒としてのダイヤモンド粒子１２と、ダイヤモンド粒子１２を基板１１に固着するニッケルめっき１３と、を有している。ドレッシング工具１の上面の中心部の円形領域Ｒ１では、ダイヤモンド粒子１２は、平均分布密度Ｄ１で分布されている。一方、ドレッシング工具１の上面の、円形領域Ｒ１に対して同心状の円環領域Ｒ２では、ダイヤモンド粒子１２は、平均分布密度Ｄ１より高い平均分布密度Ｄ２で分布されている。平均分布密度Ｄ１は、平均分布密度Ｄ２の１０％〜５０％であることが好ましい。
【００２１】
本実施の形態では、円形領域Ｒ１と円環領域Ｒ２との間において、基板１１に同心円状の溝１１ａが形成されているが、このような溝１１ａは必ずしも形成しておく必要はない。円形領域Ｒ１及び円環領域Ｒ２によって、ドレッシング工具１のドレッシング面が構成されている。図２において、Ｏ２は円形領域Ｒ１及び円環領域Ｒ２の中心を示しており、回転機構３は、この中心Ｏ２を回転中心としてドレッシング工具１を回転させるようになっている。
【００２２】
前述したように、平均分布密度Ｄ２が平均分布密度Ｄ１より高くなるように設定されているので、円環領域Ｒ２の単位面積当たりの切削能力は、円形領域Ｒ１の単位面積当たりの切削能力より高くなっている。なお、本実施の形態は、砥粒としてのダイヤモンド粒子１２を用いてドレッシング面を形成する例であるが、これに限定されるものではなく、例えば、砥粒を用いずに他の切削刃を用い、当該切削刃の分布密度を適宜設定するなどによっても、円環領域Ｒ２の単位面積当たりの切削能力を円形領域Ｒ１の単位面積当たりの切削能力より高くしておくことは、可能である。
【００２３】
なお、前述したようなドレッシング工具１は、基本的には、砥粒としてダイヤモンド粒子を用いた従来のドレッシング工具と同様の電着による方法で製造することができるが、各領域Ｒ１，Ｒ２でダイヤモンド粒子１２の平均分布密度を変えるためには、例えば、円形領域Ｒ１にダイヤモンド粒子１２を分布させる際に円環領域Ｒ２をマスク板等でマスクするとともに、円環領域Ｒ２にダイヤモンド粒子１２を分布させる際に円形領域Ｒ１をマスク板等でマスクし、両者の領域Ｒ１，Ｒ２に別々にダイヤモンド粒子１２を分布させればよい。もっとも、ドレッシング工具１の製造方法としては、種々の手法を採用し得ることは、言うまでもない。
【００２４】
図２に示すように、ドレッシング面の円形領域Ｒ１の直径は、研磨パッド５の半径内の前記有効使用幅より若干大きく設定されている。ドレッシング面の円環領域Ｒ２の外径は、研磨パッド５の外径の略半分に設定されている。
【００２５】
このドレッシング装置によれば、図１及び図２に示すように、研磨パッド５の研磨面（本実施の形態では、下面）がドレッシング工具１のドレッシング面に所定の圧力（荷重）で押し付けられた状態で、研磨パッド５及びドレッシング工具１がそれぞれ矢印ａ，ｃで示すように回転されることにより、研磨パッド５の研磨面５ａのドレッシングが行われる。
【００２６】
本実施の形態によれば、ドレッシング工具１のドレッシング面が、相対的に単位面積当たりの切削能力の低い円形領域Ｒ１と相対的に単位面積当たりの切削能力の高い円環領域Ｒ２とで構成されているので、これらの切削能力を適切に設定しておくことにより、研磨パッドの研磨面を高い精度で平坦にすることができる。
【００２７】
この効果を確認するため、本発明者は、前述した実施の形態によるドレッシング装置と同様のドレッシング装置又はこれを変形したドレッシング装置により、初期においては完全に平坦であった研磨パッド５を所定時間ドレッシングした後の、研磨パッド５の半径方向の厚さ分布を、プレストンの式に従ったシミュレーションにより得た。そのシミュレーション結果を図４及び図５に示す。
【００２８】
図４中のシミュレーション結果Ａを得たときのシミュレーション条件は、次の通りとした。すなわち、前記実施の形態において、円環状の研磨パッド５の内径を６０ｍｍ、研磨パッド５の外径を１７０ｍｍ、研磨パッド５とドレッシング工具１との間の荷重を３ｋｇ、研磨パッド５の回転速度を３９５ｒｐｍ、ドレッシング工具１の回転速度を１７５ｒｐｍ、研磨パッド５及びドレッシング工具１の回転方向を同方向、ドレッシング工具１の円形領域Ｒ１の直径を７０ｍｍ、ドレッシング工具１の円環領域Ｒ２の内径を８０ｍｍ、円環領域Ｒ２の外径を１００ｍｍ、研磨パッド５の中心Ｏ１とドレッシング工具１の中心Ｏ２との間の距離を５２．５ｍｍ、円環領域Ｒ２の平均分布密度Ｄ２を１に規格化したときの円形領域Ｒ１の平均分布密度Ｄ１を０．２５（すなわち、Ｄ１／Ｄ２＝０．２５）とした。
【００２９】
図４中のシミュレーション結果Ｂを得たときのシミュレーション条件は、Ｄ１／Ｄ２＝０．５とし、他の条件をシミュレーション結果Ａの場合の条件と同一とした。図４中のシミュレーション結果Ｃを得たときのシミュレーション条件は、Ｄ１／Ｄ２＝０．７５とし、他の条件をシミュレーション結果Ａの場合の条件と同一とした。図４中のシミュレーション結果Ｄを得たときのシミュレーション条件は、Ｄ１／Ｄ２＝１とし、他の条件をシミュレーション結果Ａの場合の条件と同一とした。
【００３０】
シミュレーション結果Ａ，Ｂ，Ｃが本発明の各実施例のシミュレーション結果Ａであるのに対し、シミュレーション結果Ｄは比較例のシミュレーション結果である。
【００３１】
図５中のシミュレーション結果Ｅを得たときのシミュレーション条件は、ドレッシング工具１のドレッシング面を円形領域Ｒ１を取り除いて円環領域Ｒ２のみで構成し、円環領域Ｒ２の内径を８０ｍｍ、円環領域Ｒ２の外径を１００ｍｍとし、他の条件をシミュレーション結果Ａの場合の条件と同一とした。
【００３２】
図５中のシミュレーション結果Ｆを得たときのシミュレーション条件は、ドレッシング工具１のドレッシング面を円環領域Ｒ２を取り除いて円形領域Ｒ１のみで構成し、円形領域Ｒ１直径を７０ｍｍとし、他の条件をシミュレーション結果Ａの場合の条件と同一とした。
【００３３】
シミュレーション結果Ｅ，Ｆは、それぞれ従来技術に相当するドレッシング装置例のシミュレーション結果である。なお、図５中のＧは、研磨パッド５のドレッシング前の初期の厚さ分布を示す。
【００３４】
図４に示すシミュレーション結果Ａ〜Ｄから、Ｄ１＜Ｄ２とすることにより、Ｄ１＝Ｄ２とする場合に比べて、ドレッシング後の研磨パッド５の厚さを平坦にすることができることがわかる。特に、図４に示すシミュレーションの例では、シミュレーション結果Ａのように、Ｄ１／Ｄ２＝０．２５とすると、研磨パッド５はほぼ完全に平坦になる。
【００３５】
ドレッシング工具１のドレッシング面を円環領域Ｒ２のみで構成した場合には、図５中のシミュレーション結果Ｅのように、上に凸の厚み分布が得られる。一方、ドレッシング工具１のドレッシング面を円形領域Ｒ１のみで構成した場合には、図５中のシミュレーション結果Ｆのように、下に凸の厚み分布が得られる。本発明の実施例のシミュレーション結果Ａ〜Ｃでは、円環領域Ｒ２による上に凸の厚み分布となる傾向と円形領域Ｒ１による下に凸の厚み分布となる傾向とが、合成された厚み分布特性が得られ、その両者の寄与の度合いがＤ１／Ｄ２により決定されているものと考えられる。図４に示すシミュレーションの例では、Ｄ１／Ｄ２＝０．２５の場合に、両者の傾向が互いにほぼ完全に相殺されることにより、ほぼ完全に平坦な厚さ分布が得られるものと考えられる。
【００３６】
以上は、シミュレーションによる理論計算に基づくものであるため、現実の結果に、シミュレーション結果から多少ずれる。しかしながら、本発明者が実際に実験をしたところ、条件の数値は必要に応じて適宜変更する必要があったものの、シミュレーションの場合と同様の傾向を示す実験結果が得られた。実際の条件は、研磨パッド５がドレッシング後に最も平坦になるように、例えば、Ｄ１／Ｄ２などを適宜定めればよい。なお、平均分布密度Ｄ１，Ｄ２の値自体は、このような比を満たし、かつ、ドレッシング後に研磨パッド５の研磨面が所望の程度に荒れるように、ダイヤモンド粒子１２の粒径等を考慮して適宜定めればよい。
【００３７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこの実施の形態に限定されるものではない。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ドレッシング後の研磨パッドの研磨面を精度良く平坦にすることができるドレッシング工具、及びこれを用いたドレッシング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるドレッシング装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示すドレッシング装置による研磨パッドのドレッシング時の、ドレッシング工具のドレッシング面と研磨パッドとの位置関係を模式的に示す概略平面図である。
【図３】図３は、図１に示すドレッシング装置で用いられているドレッシング工具を模式的に示す概略拡大断面図である。
【図４】ドレッシング後の研磨パッドの厚さ分布のシミュレーション結果を示す図である。
【図５】ドレッシング後の研磨パッドの厚さ分布の他のシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
１　ドレッシング工具
３　回転機構
５　研磨パッド
５ａ　研磨面
１１　基板
１２　ダイヤモンド粒子（砥粒）
１３　ニッケルめっき
Ｒ１　円形領域
Ｒ２　円環領域
【図１】
2004017207.tif 000003
【図２】
2004017207.tif 000004
【図３】
2004017207.tif 000005
【図４】
2004017207.tif 000006
【図５】
2004017207.tif 000007