(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハのＣＭＰ平坦化加工に使用する研磨ホイールの製造方法であって、
所定の幅の繊維シート基材を操出し、粒子径が０．０１〜１０μｍの砥粒と結合材との混合溶液浴中を通過させることにより前記シート基材の表面に前記砥粒を塗布して砥粒層とシート基材層を形成し、
前記砥粒層を形成した後の厚みが０．０５〜０．３ｍｍの前記シート基材を巻取ることにより渦巻き状に巻装し、
巻装された前記シート基材の軸線方向と直交し、且つ前記シート基材の幅方向の端部が露出する端面には、研磨面が形成され、
前記研磨面には、前記シート基材と前記砥粒層との摩耗量の違いによって遊離砥粒を保持する隙間が形成されることを特徴とする研磨ホイールの製造方法。
【請求項２】
半導体ウエハのＣＭＰ平坦化加工のための研磨方法であって、
所定の幅の繊維シート基材を操出し、粒子径が０．０１〜１０μｍの砥粒と結合材との混合溶液浴中を通過させることにより前記シート基材の表面に前記砥粒を塗布して砥粒層とシート基材層を形成し、前記砥粒層を形成した後の厚みが０．０５〜０．３ｍｍの前記シート基材を巻取ることにより渦巻き状に巻装して成る研磨ホイールにおける前記シート基材の幅方向の側端部が露出する端面によって研磨面が構成され、
前記研磨ホイールの前記研磨面に、前記砥粒層を形成した後の前記シート基材の厚さより粗い溝を形成するドレッシングを行い、
前記ドレッシングを行った後に、前記研磨ホイールを回転させながら半導体ウエハと接触させ、遊離砥粒を含有する研磨液を供給しながら研磨を行なうことを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨ホイールの製造方法、および研磨方法に係り、とくに半導体ウエハの表面を研磨するのに用いて好適な研磨ホイールの製造方法、および研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路装置の小型化の要請に伴って、例えば特開２０００−１４１２１５号公報に開示されているように、半導体ベアチップの上に直接電子回路を形成することが試みられている。ここでは半導体チップの上に絶縁層と配線層を交互に形成することによって、複層に電子回路を形成することが可能になる。
【０００３】
このような電子回路の製造の際には、例えば特開平１１−２８８９０６号公報に開示されているように、半導体ウエハ上に形成された絶縁層を平坦化し、その上に次の層を形成するようにしている。ここで絶縁層の表面の平坦化のためにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）加工法が用いられる。この加工法は回転する研磨ホイールによって半導体ウエハの表面に形成された絶縁層を研磨して平坦化するものであって、高精度の平坦化加工を行なうものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような半導体ウエハの表面の絶縁層の平坦化加工のためのＣＭＰ加工法は、スラリーを供給しながら回転する半導体ウエハの表面に研磨ホイールを回転および摺動させながら研磨を行なうようにしている。ここで研磨材粒子を結合材で保持して砥粒を固定した研磨ホイールは、表面に多数の気孔が形成され、これらの気孔によって砥粒とともにホイールの表面の凹凸を大きくして研磨効率を高めるようにしている。
【０００５】
このような研磨方法は高い平坦性が得られるものの、ホイールの消耗に従って研磨能力が変化する欠点がある。また研磨ホイール間で研磨能力にばらつきを生じ、このために研磨能力が安定しない欠点がある。
【０００６】
これはホイールからの固定砥粒の脱落が容易に生ずることと、砥粒の脱落部や他の気孔部分に順次供給される脱落砥粒を保持して研磨能力を維持するために、ホイールの全体にわたって３次元的に多数の気孔を均一に分散して形成する必要があるが、実際には気孔の直径や密度を安定して形成することが技術的に極めて困難であるという問題がある。
【０００７】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、ＣＭＰ加工法等において用いられる研磨ホイールの利点を維持しながらしかもその欠点を解消し、高い平坦性が得られかつ長期間にわたって安定した加工能力を発揮し、しかも研磨ホイール間にばらつきがなく安定した研磨性能を維持することができる研磨ホイールの製造方法、および研磨方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願の発明は、半導体ウエハのＣＭＰ平坦化加工に使用する研磨ホイールの製造方法であって、所定の幅の繊維シート基材を操出し、粒子径が０．０１〜１０μｍの砥粒と結合材との混合溶液浴中を通過させることによりシート基材の表面に砥粒を塗布して砥粒層とシート基材層を形成し、砥粒層を形成した後の厚みが０．０５〜０．３ｍｍのシート基材を巻取ることにより渦巻き状に巻装する。そして、巻装されたシート基材の軸線方向と直交し、且つシート基材の幅方向の端部が露出する端面には、研磨面が形成され、研磨面には、シート基材と砥粒層との摩耗量の違いによって遊離砥粒を保持する隙間が形成されることを特徴とする研磨ホイールの製造方法に関するものである。なおここで軸線方向に長く巻装し、巻装後に軸線方向の寸法が所定の長さになるようにスライスするようにしてもよい。
【０００９】
ここでシートが親水性繊維シートから構成され、結合材によってその表面に砥粒が結合塗布されてよい。また親水性繊維シートが織布、不織布、またはフェルト状繊維質シートであることが好適である。これに対してシートに塗布される砥粒が酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化亜鉛、炭化ケイ素、炭化ホウ素、合成ダイヤモンドの内の１種または２種以上であることが好適である。
【００１２】
研磨方法に関する主要な発明は、半導体ウエハのＣＭＰ平坦化加工のための研磨方法であって、所定の幅の繊維シート基材を操出し、粒子径が０．０１〜１０μｍの砥粒と結合材との混合溶液浴中を通過させることによりシート基材の表面に砥粒を塗布して砥粒層とシート基材層を形成し、砥粒層を形成した後の厚みが０．０５〜０．３ｍｍのシート基材を巻取ることにより渦巻き状に巻装して成る研磨ホイールにおけるシート基材の幅方向の側端部が露出する端面によって研磨面が構成されている。そして、研磨ホイールの研磨面に、砥粒層を形成した後のシート基材の厚さより粗い溝を形成するドレッシングを行い、ドレッシングを行った後に、研磨ホイールを回転させながら半導体ウエハと接触させ、遊離砥粒を含有する研磨液を供給しながら研磨を行なうことを特徴とする研磨方法に関するものである。
【００１３】
ここで研磨ホイールの研磨面にドレッサで溝を形成するとともに、前記ドレッサによる溝が研磨ホイールの渦巻き状のシートの厚さによって形成される溝よりも粗くすることが好ましい。またワークが半導体ウエハから成り、導体部を覆う絶縁層を研磨する研磨方法に用いて好適である。あるいはまたワークが半導体ウエハから成り、その表面に形成された導体層を研磨するようにしてもよい。
【００１４】
本願発明者等は、高い平坦度が得られるとともに長期にわたって安定した加工性能を維持するようにした研磨ホイールについて鋭意研究を重ねた結果、渦巻き状に巻装されたシートの幅方向の側端部が露出する端面を研磨ホイールの研磨面とすることによって、研磨面の微細構造を経時的にほぼ同一にすることができることから、安定した研磨性能が得られることを見出し、本発明に到達した。なお従来はシートの幅方向の側端部が露出する端面を研磨面とすることは行なわれていなかった。
【００１５】
すなわち本願の主要な発明の好ましい態様は、ワークの研磨すべき被研磨面に対してスラリーによって遊離砥粒を供給しながら、固定砥粒を保持する研磨ホイールを回転および摺動させる研磨方法であって、この研磨ホイールは１種類以上のシートの幅方向の側端部が露出する端面によって研磨面を構成するようにしたものであって、端面にはシートが渦巻き状に露出していることを特徴としている。そしてシートの幅方向の側端部が露出する端面を研磨面とすることによって、同じシートからは同じ研磨面が得られるとともに、研磨面が削られても内部も同じ研磨面であるから、研磨に伴って常に新しい研磨面が創生され、長期にわたって安定した研磨性能が得られる。
【００１６】
とくに本願の発明に係る研磨ホイールは、シートの幅方向の側端部が研磨面を構成する端面に渦巻き状あるいはスパイラル状に露出して配されており、このような構成によって上記端面で研磨を行なっても、研磨ホイールが研磨時に被研磨材から受ける研磨抵抗によって生ずるシート間の剥離、すなわち層間剥離を防止することができる。これに反して単に積層した切断面を研磨面とした場合には、研磨抵抗によって容易に層間剥離を生じ、研磨ホイールとして安定的に使用し得ない。
【００１７】
このような研磨ホイールにおいて、この研磨ホイールを構成するシートにほぼ均一に研磨砥粒を含有する溶液を塗布することによって、シートの表面と内部とで研磨含有量が異なっても、シートの幅方向の側端部およびシートの表面と内部との砥粒の含有パターンがほぼ同一になるために、研磨ホイールの表面が削られても常にほぼ一定の砥粒パターンを研磨面とすることができ、これによって安定した研磨性能が得られる。
【００１８】
またこのような研磨ホイールによると、その研磨面に硬度や空隙率等の物性の異なるシートの切断面と固定砥粒とを保持するシートの切断面とを規則的にかつ交互にスパイラル状に配列することができる。そして使用する各シートの厚みあるいは寸法を選択することによって、それぞれのシートの幅方向の側端部の物性による研磨機能部位の微細構造を一定にすることができるために、研磨能力にばらつきのない安定した研磨加工を行なうことが可能になる。
【００１９】
とくに本願発明の好ましい態様によれば、研磨ホイールの研磨面が１種類以上のシートの幅方向の側端部が露出する端面がスパイラル状に配置され、少なくともシートの１種類が固定砥粒を保持しているために、研磨ホイールの研磨面の微小部分に、固定砥粒の供給部や研磨部、あるいは遊離砥粒の保持部をそれぞれ機能させることができる。従って高い研磨速度を維持しながらしかもスクラッチが少なく、平坦に研磨を行なうことが可能になる。また研磨ホイールは均質なシートで構成することができるために、連続加工による研磨ホイールの消耗に対しても、高い研磨性能が維持できるとともに、研磨ホイール間の研磨性能のばらつきが少なく、安定した研磨加工が行なえる作用効果がもたらされる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本実施の形態の研磨ホイールおよび研磨方法は、半導体ウエハの表面に形成された絶縁膜をＣＭＰ加工法によって研磨するのに用いられるものである。すなわち半導体ウエハの表面に直接回路を形成する場合には、半導体ウエハの表面に絶縁層を形成し、その絶縁層の表面に配線パターンを施す。このような工程を階層数繰返すことによって半導体ウエハの表面に直接回路が形成される。
【００２１】
図１Ａに示すように半導体ウエハ１１の表面には配線パターンを構成する導体１２が例えばアルミニウムによって形成される。そしてこのような導体１２を覆うようにその表面に絶縁膜１３が形成される。ここで絶縁膜１３は導体１２が存在する部分においてはその表面が凸部になっており、これに対して導体１２が存在しない部分が凹部になっており、表面が凹凸を有している。従ってこのような絶縁膜１３の表面に次の階層の配線パターンを構成する導体を直接施すのは不適当である。すなわち図１Ｂに示すように、絶縁膜１３の表面を平坦化加工する必要があり、このためにＣＭＰ加工法が用いられる。
【００２２】
図２はＣＭＰ加工法を示すものであって、回転盤１７上に半導体ウエハ１１を保持しておく。そして回転盤１７の上部に設けられているスラリー供給手段１８から遊離砥粒を含む研磨液であるスラリーを供給する。これに対して取付け円板１９に研磨ホイール２０を取付け、回転盤１７と取付け円板１９とをそれぞれ別々に回転させる。
【００２３】
すなわちこでは回転盤１７上に搭載された半導体ウエハ１１を回転盤１７の軸線の周りに回転させながら、半導体ウエハ１１の表面に遊離砥粒を含む研磨液から成るスラリーをスラリー供給手段１８によって供給しながら、中空の円板状の研磨ホイール２０を取付け円板１９によってその軸線を中心に回転させ、半導体ウエハ１１の表面を研磨する。ここで研磨ホイール２０は回転とともに半導体ウエハ１１の表面に沿って摺動運動しながらしかも所定の押圧力で表面研磨を行なうようにしている。
【００２４】
図３〜図５はこのような半導体ウエハ１１のＣＭＰ加工に用いられる研磨ホイール２０を示している。図３は全体の外観を示し、図４は研磨ホイール２０の表面を示し、図５は研磨ホイール２０の底面を示している。すなわち研磨ホイール２０はシート２４の幅方向の端部が研磨面を構成する端面に渦巻き状に露出して配置されている。研磨ホイール２０に使用されるシートは、渦巻き状に巻装することができる機械的物性を有するものであれば何でもよく、とくに限定されない。また使用するシート２４の厚みは０．０５〜１ｍｍ程度、好ましくは０．１〜０．３ｍｍ程度の値である。
【００２５】
このような研磨ホイール２０のシート２４によって形成される渦巻き状の模様の方向は右巻きと左巻きの何れであってもよい。またこのような研磨ホイール２０の軸線方向の両方の端面の何れをも研磨面とすることができる。またこのような研磨ホイール２０を用いる際に、上記の渦巻き状の模様がスラリーを巻込む方向であってもよく、あるいはまたスラリーを排出する方向であってもよい。その選択はホイール２０に形成されるシート２４の巻き方向とホイール２０の回転方向とによって任意に選択される。
【００２６】
シート２４の材料は、織布、不織布、フェルト、ペーパーの状態でシート状に加工した化学合成繊維や無機繊維、弾性高分子シート、無機微粒子を含むシート等を使用することができる。またここで使用されるシートの種類は、１種類でもよいが、２種類以上を組合わせて使用するのが好ましい。とくに固定砥粒を保持した砥粒シートと親水性化学合成繊維シートを組合わせて使用するのが好適である。
【００２７】
とくに本実施の形態において使用する砥粒シート２４としては、砥粒を合成高分子から成る結合剤、すなわちバインダと一緒に化学合成繊維シート２４に含浸もしくは塗布し、加熱乾燥させて固定砥粒を保持したものであることが好ましい。シート上に含浸あるいは塗布される砥粒としては、研磨時のスラリーに使用する遊離砥粒と同質のものが好適である。固定砥粒および遊離砥粒の具体例としては、酸化物、炭化物、窒化物、ダイヤモンド等が用いられる。
【００２８】
この中でとくに酸化物は、酸化ケイ素、酸化セリウム、酸化アルミニウム、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化亜鉛等を挙げることができる。また炭化物の場合には、炭化ケイ素、炭化ホウ素等を挙げることができる。また窒化物の場合には、立方晶窒化ホウ素等が用いられる。この他に天然あるいは合成ダイヤモンド等が用いられる。また使用する砥粒自体は、この種の目的に使用する従来公知のものを使用すればよく、とくに限定されるものではない。
【００２９】
このような研磨砥粒材料の中から、被研磨材の材質や研磨条件および被研磨材との相性を考慮して砥粒材料を選定するのが好ましい。被研磨材との相性としては、被研磨材の硬度よりも幾分低い硬度の材料を砥粒として用いることが好ましい。例えばシリコン酸化膜の加工には酸化セリウムを砥粒として用い、シリコンの加工には酸化亜鉛を砥粒として用いることが好ましい。
【００３０】
また遊離砥粒を供給するスラリーとしては、遊離砥粒が酸化セリウム等沈降性のものである場合には、界面活性剤等の添加物を加えて砥粒を浮遊状態としたものを用いる。酸化ケイ素等の砥粒の場合には、コロイド状の状態のものを供給するとよい。
【００３１】
使用する砥粒の粒子径は、０．０１〜１０μｍの範囲内であることが好ましい。この範囲内の粒子径であれば、高密度かつ均一に分散させることができるが、粒子径が１０μｍを超えると、致命的なスクラッチの原因になる。
【００３２】
砥粒を分散させるバインダとしては、ポリアクリル系、エポキシ系、ポリウレタン系等の高分子重合体を水もしくはＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）、ＤＥＦ（ジエチルホルムアミド）等の有機溶媒で希釈したものが好適に使用できる。砥粒液中の砥粒の含有量は、好ましくは５０〜９０重量％である。
【００３３】
また研磨ホイール２０は、上記シート２４に好ましくは結着剤を塗布もしくは含浸させながら、スパイラル状に巻装して円筒状に成形することによって製造することができる。シート２４を巻付ける際に、シート間の結着を強めるために、結着剤として合成高分子液を塗布しながら巻付けるのがよい。
【００３４】
ここで用いられる結着剤としての合成高分子液としては、アクリル系、エポキシ系、ポリエステル系、ウレタン系等の熱硬化性樹脂の溶剤溶液もしくは水性エマルジョンを使用することができる。また熱可塑性樹脂を使用し、ヒートシールによって結着させてもよい。すなわちここで結着剤は、接着剤を含む概念で使用するものであって、シート２４を貼合わせることができるものなら、とくに限定されない。
【００３５】
上記結着剤は、シート間の結着としての機能の他に、塗布厚みを一定に制御し、研磨領域としての機能をもたせることも、またパッドの弾性圧縮率の調整材としての機能をもたせることもできる。
【００３６】
ここで研磨ホイール２０は、それぞれの研磨ホイール２０の寸法に合った状態にシート２４を巻装して成形することができる。あるいはまた円筒状に形成した成形物を、軸線方向と直角もしくはクロスする方向に切断し、切断端面を研磨面として本実施の形態の研磨ホイール２０とすることができる。またシート２４を研磨ホイール２０の厚さ方向の寸法にスリットしながら巻枠に巻付け、そのまま研磨ホイールとすることができる。
【００３７】
上記の構造によって、固定砥粒を保持した研磨ホイール２０の端面から成る研磨面が、図４および図５に示すように固定砥粒を保持した部分と化学合成繊維から成る研磨部分および化学合成繊維シート２４が有する気孔部分を渦巻き状に繰返し配置することができ、それぞれの部分に固定砥粒の供給、研磨、浮遊砥粒の保持の機能をもたせることによって、研磨速度、平坦性を所定の値に維持するとともに、表面のスクラッチを低減させて高い面精度を維持することが可能になる。
【００３８】
またこのような構成の研磨ホイール２０は、それぞれのシート２４の物性を２次元的に均質化することが既存の技術によって行なえる。そしてこのようなシート２４を渦巻き状に繰返して配置して３次元的な均質化が図られるとともに、研磨ホイール２０が摩耗しても同質の研磨面が得られるため、安定した研磨性能が得られる。
【００３９】
さらにシート２４は製造ロット間でも厚みと均質化が安定して供給されるために、研磨ホイール２０の製造ロット内でも、あるいはまた製造ロット間でもばらつきの少ない研磨面が得られ、安定した研磨性能が得られる。
【００４０】
このような研磨ホイール２０とすることによって、ホイール２０を構成する基材に充填する砥粒によって研磨性能を付与するとともに、ホイール２０の基材が適度の摩耗性を有するために、半導体ウエハ１１の研磨枚数によって順次ホイール２０の表面が僅かずつ削られ、新しい表面で研磨を行なうことができる。
【００４１】
またこのような研磨ホイールを使用すると、安定した品質の研磨面が得られる理由は、シート２４にほぼ均一に砥粒含有液を塗布すれば、シートの表面と内部とで砥粒含有量が異なっても、シート２４の切断端面およびシート２４の表面と内部とでの遊離砥粒の含有パターンがほぼ均一であることから、常に一定の研磨条件で研磨ができるようになる。
【００４２】
なおシート２４に付着される砥粒層２５の厚さを後述する製造装置において絞り率を変えることによって調整することができる。従って図６および図７に示すように、シート基材層となるシート２４と砥粒層２５との相対的な厚さの割合を任意に調整することができる。図６は厚いシート２４に比較的薄く砥粒層２５を形成したものである。これに対して図７は、薄いシート２４に厚い砥粒層２５を形成した場合の研磨ホイール２０を示している。
【００４３】
このような研磨ホイール２０は、上記の半導体ウエハ製造プロセスにおけるウエハ１１の平坦化プロセスにおいて用いるＣＭＰ加工プロセスや、ＣＤやＤＶＤ、レーザディスク等のマスターディスクから成る原盤を形成するガラス基板またはアルミ基板の表面加工に適用される。あるいはまた光学レンズや金型部品等の高精度な曲面加工に適用することができる。
【００４４】
例えば半導体ウエハ１１のＣＭＰ加工法に用いた場合に、とくに図８に示すように、この研磨ホイール２０のシート２４が合成繊維シートから構成され、砥粒層２５よりも軟らかくなっているために、シート２４の幅方向の側端部が露出する研磨面においてシート２４の下面において砥粒層２５間に微小な空間を生じ、このような空間でスラリー供給手段によって供給される遊離砥粒を保持することができる。このような遊離砥粒の保持によって、ＣＭＰ加工の安定化が図られるようになる。
【００４５】
研磨ホイール２０を構成するシート２４と砥粒層２５との積層構造は必ずしも図８に示すような構成に限らず、これらの間にさらに高分子フィルム２６や紙２７を加えるようにしてよい。すなわち図９に示すように、シート２４と砥粒層２５の他に、薄い高分子フィルム２６をさらに積層し、これによって３種類の積層構造とすることができる。あるいはまた図１０に示すようにシート２４と砥粒層２５と紙２７の積層構造としてもよい。あるいはまた図１１に示すように、シート２４と高分子フィルム２６と紙２７と砥粒層２５の積層構造とすることができる。その他各種のシート状の材料を適宜積層し、これによって研磨されるワークに応じた特性を出すようにすることが可能である。
【００４６】
次にこのような研磨ホイール２０を製造するための製造装置の一例について図１２〜図１４により説明する。図１２に示すようにシート基材であるシート２４はシート供給ローラ２９によって供給される。供給ローラ２９にはモータ３０と周波数発電機３１とが同軸状に取付けられている。そしてシート供給ローラ２９の下流側にテンションローラ３２が配されている。テンションローラ３２には周波数発電機３３が取付けられている。そしてテンションローラ３２の下流側に砥粒浴３４が配されている。砥粒浴３４は砥粒を、結合材を含む有機溶媒等に溶解分散させた浴であって、一対の浸漬ローラ３５を備えている。
【００４７】
砥粒浴３４の下流側の出口の部位に案内ローラ３６が設けられるとともに、案内ローラ３６の下流側には上下一対の絞りローラ３７、３８が配されている。なおこれら一対の絞りローラ３７、３８の内の一方、例えば上側の絞りローラ３７に周波数発電機３９が取付けられている。そして絞りローラ３７、３８の下流側に巻枠４０が設けられており、モータ４１と周波数発電機４２とがその軸に取付けられている。
【００４８】
なお巻枠４０は図１３および図１４に示すように、その両側にフランジ４６を備え、このようなフランジ４６によって巻装されるシート２４の側端の位置決めを行なうようにしている。そして巻枠４０のフランジ４６が駆動軸４７に連結されるとともに、駆動軸４７はスリーブ４８内に設けられている一対のベアリング４９によって回転可能に支持されている。
【００４９】
ここで図１２に示す周波数発電機３１、３３、３９、４２がコントローラ４３に接続されている。またコントローラ４３は、モータ３０、４１の回転制御を行なうようにしている。
【００５０】
このような装置において、シート供給ローラ２９から繰出されるシート２４は案内ローラ３２によって案内され、砥粒浴３４を通過する際にその表面に砥粒が塗布あるいは付着される。そして案内ローラ３６を通して絞りローラ３７に至り、ここで付着された砥粒液の量の調整を行なうようにしている。そして適正な量の砥粒液が塗布されたシート２４が巻枠４０によって渦巻き状に巻取られ、これによって研磨ホイール２０が製作される。
【００５１】
なおこの装置においては、図１４に示すようにシート２４は研磨ホイール２０の軸線方向の長さに等しい状態で巻装されるようになっているが、シート２４の幅が研磨ホイール２０の幅に比べて十分大きな値に設定し、渦巻き状にシート２４を巻装した後にスライスして複数の研磨ホイール２０を作成することができる。あるいはまたシート供給ローラ２９から供給されるシートを途中でスリットしてそれぞれのシート２４の幅を研磨ホイール２０の値とほぼ一致する幅にし、これによって同時に複数の研磨ホイール２０を巻取るようにしてもよい。
【００５２】
このような研磨ホイール２０は図８に示すように、軟らかなシート２４の部分と硬い砥粒層２５の部分とでワーク１１に接触するときの摩耗量が相違し、これによってシート２４の側端部において微小な隙間を生ずる。従ってこのような隙間によって遊離砥粒を保持することができる。
【００５３】
さらに好ましくは、図１５および図１６に示すように、研磨ホイール２０の研磨面をドレッサ５２によってドレッシングし、これによって図１５に示すように研磨ホイール２０の研磨面に綾目模様のドレッサ溝５３を形成するようにしてよい。このようなドレッサ溝５３の大きさはシート２４の側端部に形成される微小な凹部５４よりも大きな値に設定することが望ましく、これによって図１７に示すように微小な凹部５４を研磨面に備えるとともに、複数の凹部５４間に大きなドレッサ溝５３を形成することが可能になる。
【００５４】
次にこのような研磨ホイール２０を用いて半導体ウエハ１１に対するＣＭＰ加工を行なう装置について図１８により説明する。この装置は架台５７を備え、この架台５７上にベース５８を取付けるようにしている。そしてベース５８上にはＹ軸テーブル５９とＸ軸テーブル６０とが載置されている。Ｙ軸テーブル５９はＹ軸ボールねじ６１によってＹ軸方向に送られるようになっており、Ｙ軸ボールねじ６１を駆動するためのＹ軸アクチュエータ６２が設けられている。またＸ軸テーブル６０はＸ軸ボールねじ６３によって送られるようになっており、Ｘ軸アクチュエータ６４によってこのボールねじ６３が駆動されるようになっている。そしてＸ軸テーブル６０上にはさらに回転アクチュエータ６５を介して回転台６６が取付けられている。この回転台６６によって上記半導体ウエハ１１を載置するようにしている。
【００５５】
架台５７上にはコラム７０が立設されている。そしてコラム７０にはＺ軸ガイド７１が取付けられており、このＺ軸ガイド７１に設けられているアーム７２によってスピンドルモータ７３が支持されている。スピンドルモータ７３はその出力軸に取付け円板７４を支持している。そして上記Ｚ軸ガイド７１と平行にＺ軸ボールねじ７５を配しており、このボールねじ７５を駆動するためのＺ軸アクチュエータ７６を備えている。そしてＹ軸アクチュエータ６２、Ｘ軸アクチュエータ６４、回転アクチュエータ６５、スピンドルモータ７３、およびＺ軸アクチュエータ７６を駆動制御するためにコントローラ８０が設けられている。
【００５６】
以上のような構成において、回転台６６に半導体ウエハ１１が載置される。そして回転台６６はＸ軸アクチュエータ６４およびＸ軸ボールねじ６３によってＸ軸方向に移動され、Ｙ軸アクチュエータ６２およびＹ軸ボールねじ６１によってＹ軸方向に移動される。これに対してスピンドルモータ７３はＺ軸アクチュエータ７６およびＺ軸ボールねじ７５によってＺ軸ガイド７１によって昇降動作される。そしてこのスピンドルモータ７３の出力軸に取付けられる取付け円板７４がスピンドルモータ７３で回転される。従って取付け円板７４に研磨ホイール２０を取付けておくことにより、このような研磨ホイール２０によって回転台６６上の半導体ウエハ１１の研磨が行なわれる。
【００５７】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。なお本発明はこのような実施例によって限定されるものではない。
【００５８】
実施例１
（研磨ホイール）
研磨ホイールを製造ロットに分けて、１ロット５個２ロット、合計１０個製造し、各ロットから任意に１個ずつ研磨ホイールを抜取って研磨結果を比較した。説明の便宜上各ロットから抜取った研磨ホイールを（１）と（２）とする。研磨ホイールの製作仕様と製作した研磨ホイールの硬度とを下記に示す。
【００５９】
（研磨ホイールの製作仕様）
メタクリル酸メチル水溶液に、砥粒として平均粒径が１．０μｍで、純度が９９．９％の酸化セリウムを均一に分散させて砥粒液を作成した。このような砥粒液を幅が２００ｍｍで坪量が２０ｇ／ｍ2 のスパンボンドＰＥＴ不織布２枚の間に塗布しながらロール成形し、加熱乾燥してメタクリル酸メチルを硬化させ、厚さが０．３ｍｍの無機微粒子を含むシートを作成した。得られたシートの坪量は、６００ｇ／ｍ2 で、シートに対する酸化セリウムの含有量は７９重量％であった。
【００６０】
上記微粒子を含むシートを、上記メタクリル酸メチル水溶液を転写ロールに塗布し、タッチロールで加圧しながら、直径２００ｍｍまでワインドし、加熱乾燥して硬化させた後にスライスし、これによって直径が２００ｍｍ×幅２０ｍｍ×厚さ２０ｍｍの研磨ホイール２０を作成した。
【００６１】
（研磨ホイールの硬度）
上記のようにして作成した研磨ホイール（１）および（２）の硬度は、次の通りであった。
【００６２】
研磨ホイール（１）の硬度：ＡＳＫＥＲ  Ｃ型硬度計９７度
研磨ホイール（２）の硬度：ＡＳＫＥＲ  Ｃ型硬度計９８度
上記研磨ホイール（１）および（２）を用い、図１に示すように直径が８インチの半導体ウエハ１１に１００００オングストロームの酸化シリコンから成る絶縁膜１３が形成された被研磨材を連続研磨した。
【００６３】
（スラリー）
遊離砥粒：ＣｅＯ2 （純度９０％、平均粒径０．５μｍ、嵩比重６．５ｇ、比表面積１〜２ｍ2 ）
添加剤：界面活性剤
容積混合比：水２対酸化セリウム粉末１対添加剤１
混合液供給量：４０ミリリットル／分
上記条件で連続研磨加工した結果、研磨ホイール（１）、（２）ともに、下記研磨性能の範囲内であり、ばらつきのない安定した研磨加工性能であることが確認された。
【００６４】
研磨速度：３５００±５％オングストローム／分
７０００オングストローム研磨後の残膜厚さ精度：±４００オングストローム
平坦性：初期段差の２倍の除去量で０オングストローム
本発明のさらに別の実施例として、研磨ホイール２０や砥粒の材質を変えて、２段階の研磨加工を行なうことができる。これは平坦性と同時に高い表面性を得る目的の場合に有効である。
【００６５】
すなわち１次加工は研磨量を大きくし、表面の段差や凹凸を除去して平坦性を高め、その後に微量研磨の２次加工によって表面性を高めるものである。１次加工では比較的高能率研磨できる硬度および粒径の砥粒とともにやや硬めの研磨ホイールを用い、２次加工では表面性を高めるために、マイクロスクラッチ等の発生が抑えられる硬度や粒径の砥粒および比較的軟質の研磨ホイールを用いるものである。
【００６６】
この場合に、１次加工および２次加工ともに、本発明の固定砥粒加工および遊離砥粒加工を併用した研磨方法を用いると極めて効果的である。このような２段階加工によって、極めて高い平坦性と表面性とを備えた研磨面が短時間で効率的に得られ、トータルタクトの短縮が図られる。
【００６７】
ここで使用される研磨ホイール２０は、シート２４の側端部を研磨面としているために、同じ研磨機能のシート２４からは同じ研磨面が得られるとともに、研磨面が削られても内部も同じ研磨面であるから、安定した研磨性能が得られる。またシートの表面を研磨面とすると、繊維の長さ方向に擦ることになるので、繊維が抜け易くなる。これに反してシートの幅方向の側端部が露出する端面を研磨面としているために、繊維の端面を擦ることがなくなり、繊維は擦り減っても抜けないために、安定しかつ優れた研磨性能が得られる。またここで使用する研磨ホイール２０は、シート２４の切断面がスパイラル状に配置されているが、このようにすることによって、研磨面を構成する端面を激しく研磨しても、シート２４の層間剥離が生じなくなる。
【００６８】
以上本願に含まれる発明を実施の形態および実施例によって説明したが、本願の発明はこれらの実施例や実施の形態によって限定されるものではなく、本願発明の技術的思想の範囲内で各種の変更が可能である。
【００６９】
例えば上記実施例は、半導体ウエハの表面の導体部を覆う絶縁層の研磨に関するものであるが、絶縁層に代えて導体層を研磨することも可能である。
【００７０】
導体層を研磨する場合には、半導体ウエハの表面に形成された絶縁膜に配線用の溝を形成し、この溝を埋めるとともに絶縁層の表面を覆うように例えばメッキ等の方法によって導体層を形成する。そしてこの導体層の表面を上記実施例と同様に研磨することによって、配線用溝内の導体のみが残存し、これによって配線が形成されることになる。
【００７１】
【発明の効果】
研磨ホイールは、砥粒が塗布されたシートを渦巻き状に巻装して成り、シートの幅方向の側端部が露出する端面によって研磨面が構成されるようにしたものである。
【００７２】
従ってこのような研磨ホイールによれば、その研磨面が削られて摩耗しても、内部の同じ研磨面を次々に創生し、これによって安定した研磨性能を得ることが可能になる。しかもシートの幅方向の側端部が露出する端面を研磨面としているために、研磨の際にシートが層間剥離を起すことがなくなる。
【００７３】
研磨ホイールの製造方法に関する主要な発明は、半導体ウエハのＣＭＰ平坦化加工に使用する研磨ホイールの製造方法であって、所定の幅の繊維シート基材を操出し、粒子径が０．０１〜１０μｍの砥粒と結合材との混合溶液浴中を通過させることによりシート基材の表面に砥粒を塗布して砥粒層とシート基材層を形成し、砥粒層を形成した後の厚みが０．０５〜０．３ｍｍのシート基材を巻取ることにより渦巻き状に巻装するようにしたものである。
【００７４】
従ってこのような研磨ホイールの製造方法によれば、シートの幅方向の側端部が露出する端面によって研磨面を構成する研磨ホイールを効率的にかつ容易に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウエハの要部拡大縦断面図である。
【図２】半導体ウエハに対するＣＭＰ加工法を示す正面図である。
【図３】研磨ホイールの斜視図である。
【図４】同研磨ホイールの平面図である。
【図５】同研磨ホイールの底面図である。
【図６】砥粒層に対してシートの厚みを厚くした研磨ホイールの平面図である
【図７】砥粒層に対してシートの厚みを薄くした研磨ホイールの平面図である。
【図８】研磨ホイールの拡大縦断面図である。
【図９】別の実施の形態の研磨ホイールの要部拡大縦断面図である。
【図１０】さらに別の実施の形態の研磨ホイールの要部拡大縦断面図である。
【図１１】さらに別の実施の形態の研磨ホイールの要部拡大縦断面図である。
【図１２】研磨ホイールの製造方法を示すブロック図である。
【図１３】研磨ホイールの巻取り部の側断面図である。
【図１４】研磨ホイールの巻取り部の縦断面図である。
【図１５】研磨ホイールのドレッシングを示す底面図である。
【図１６】同研磨ホイールのドレッシングを示す縦断面図である。
【図１７】ドレッシングを行なった研磨ホイールの研磨面の要部拡大縦断面図である。
【図１８】半導体ウエハのＣＭＰ加工のための研磨装置のブロック図である。
【符号の説明】
１１‥‥半導体ウエハ、１２‥‥導体（配線パターン）、１３‥‥絶縁層、１７‥‥回転盤、１８‥‥スラリー供給手段、１９‥‥取付け円板、２０‥‥研磨ホイール、２４‥‥シート、２５‥‥砥粒層（塗布層）、２６‥‥高分子フィルム、２７‥‥紙、２９‥‥シート供給ローラ、３０‥‥モータ、３１‥‥周波数発電機、３２‥‥テンションローラ、３３‥‥周波数発電機、３４‥‥砥粒浴、３５‥‥浸漬ローラ、３６‥‥案内ローラ、３７、３８‥‥絞りローラ、３９‥‥周波数発電機、４０‥‥巻枠、４１‥‥モータ、４２‥‥周波数発電機、４３‥‥コントローラ、４６‥‥フランジ、４７‥‥駆動軸、４８‥‥スリーブ、４９‥‥ベアリング、５２‥‥ドレッサ、５３‥‥ドレッサ溝、５４‥‥凹部、５７‥‥架台、５８‥‥ベース、５９‥‥Ｙ軸テーブル、６０‥‥Ｘ軸テーブル、６１‥‥Ｙ軸ボールねじ、６２‥‥Ｙ軸アクチュエータ、６３‥‥Ｘ軸ボールねじ、６４‥‥Ｘ軸アクチュエータ、６５‥‥回転アクチュエータ、６６‥‥回転台、７０‥‥コラム、７１‥‥Ｚ軸ガイド、７２‥‥アーム、７３‥‥スピンドルモータ、７４‥‥取付け円板、７５‥‥Ｚ軸ボールねじ、７６‥‥Ｚ軸アクチュエータ、８０‥‥コントローラ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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