JP2018032745A

JP2018032745A - ドレッサー、ドレッサーの製造方法、及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2018032745A
Application number: JP2016164015A
Authority: JP
Inventors: 川崎　貴彦; Takahiko Kawasaki; 貴彦川崎; 松井　之輝; Yukiteru Matsui; 之輝松井; 聡文側瀬; Akifumi Kawase
Original assignee: Toshiba Memory Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-03-01
Also published as: US10195716B2; US20180056482A1

Abstract

【課題】生産性に優れた研磨パッドドレッサー及びその製造方法を提供する。【解決手段】ドレッサー１は、台金１０と、台金１０上に設けられ、上部に突起を有し面方位が（１１１）面であるＳｉ基板とＳｉ基板の突起上に、プラズマＣＶＤ法を用いて形成されたダイヤモンド薄膜層とを含むチップ部２０と、を有する。Ｓｉ基板状にダイヤモンド薄膜層を成膜しているため、金属系の基板にダイヤモンド薄膜層を成膜する場合と比較して高温環境に優れ、かつ生産性の高い。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、ドレッサー、ドレッサーの製造方法、及び半導体装置の製造方法

に関する。

半導体装置の製造プロセスにおいて、溝に埋め込まれた絶縁膜、金属膜、多結晶ケイ素
膜等を平坦化するための技術として化学機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃ
ａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）が知られている。ＣＭＰでは、繰り返しの研磨に伴
い研磨パッドの表面が変形し研磨能力が低下するため、この低下を抑制するために一定時
間毎にドレッサーを用いて研磨パッドをドレッシングする。

特開平１０−７１５５９号公報特表２０１４−５２２７３９号公報

本実施形態が解決しようとする課題は、高生産性に優れたドレッサー、ドレッサーの製
造方法、及び半導体装置の製造方法を提供する。

実施形態のドレッサーは、台金と、前記台金上に複数設けられ、上部に突起を有するＳ
ｉ基板と前記Ｓｉ基板の前記突起上に設けられたダイヤモンド薄膜層とを含むチップ部と
、を有する。

第１の実施形態に係るドレッサーを説明する図。図１のチップ部の詳細を説明する図。第１及び第２の実施形態のチップ部の製造方法を説明する図。第１及び第２の実施形態のチップ部の製造方法を説明する図。マスクの平面図。第１の実施形態に係るドレッサーの製造方法を説明する図。ドレッサー１を用いた具体例を示す図。第２の実施形態に係るドレッサーを説明する図。第２の実施形態に係るドレッサーの製造方法を説明する図。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態に係るドレッサーについて図１乃至図７を参照して説明する。なお、以
下の図面の記載において、同一な部分には同一の符号で表している。ただし、図面は厚さ
と平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なり、模式的なものである。

第1の実施形態に係るドレッサー１の構成を図１及び図２を用いて説明する。図１は本
実施形態のドレッサー１の作用面を示す平面模式図である。なお、作用面とは例えば研磨
パッド等のドレッシング対象物と対向する面のことである。

図１に示すように、ドレッサー１の作用面は台金１０上に複数のチップ部２０を有する
。台金１０は例えばステンレス（ＳＵＳ）や鉄を含むがその材料は特に限定されない。チ
ップ部２０はたとえばＳｉウエハ（Ｓｉ基板）より形成される。チップ部２０の大きさは
例えば、１ｍｍ〜５０ｍｍであるが、本実施形態においてチップ部２０の大きさは特に限
定されない。また、本実施形態のドレッサー１のチップ部２０の数も特に限定されないが
、チップ部２０が複数個あることで均一にドレッシングされやすくなる。

次にチップ部２０の詳細について説明する。図２（ａ）はチップ部２０の平面模式図、
図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ‘断面を示す断面模式図である。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、チップ部２０は基板２１と基板２１上の複数の突起
２２とを有する。突起２２は例えば半径０．１５ｍｍ程度の円錐形状を有する。チップ部
２０において、１つのチップ部２０内にできるだけ多くの突起２２を形成するために突起
２２は例えばハニカム状に並んでいる。突起２２は例えばＳｉを含み、基板２１と一体化
している。図２（ｂ）に示すように、突起２２上にはダイヤモンド薄膜層２３が形成され
ている。ダイヤモンド薄膜層２３は突起２２及び突起２２から露出した基板２１を含むチ
ップ部２０の全面に亘って形成される。また、ダイヤモンド薄膜層２３の厚みは略均一に
形成されている。なお、チップ部２０における突起２２の配置は図２のように限定されな
い。

次に、図３乃至図６を用いて、本実施形態のチップ部及びドレッサーの製造方法につい
て説明する。

図３及び図４はＳｉウエハの一部の領域を示す断面模式図である。なお、以下の製造方
法においてＳｉウエハ内の位置による偏り等は無く、ウエハ全面に亘り略均一な構造に形
成されるものとする。

図３(ａ)に示すように、まずＳｉウエハを用意する。Ｓｉウエハ上に下地膜３０をＣＶ
Ｄ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成する。下地
膜３０は、例えば５００ｎｍ程度のＴＥＯＳ膜である。本実施形態では、Ｓｉウエハは半
導体製造プロセスにおいて一般的に用いられ、低価格で一定の硬度を有するため適してい
る。特に面方位が（１１１）面のＳｉウエハ（Ｓｉ（１１１））は、結晶面方位が揃って
いるためビッカーズ硬度（Ｇｐａ）が高く（例えば、１０．６Ｇｐａ以上）、より適して
いる。さらには、他の高硬度材料と比較して熱膨張係数がダイヤモンドと同程度（例えば
２.５６×１０‐６／Ｋ以下）なため適している。なお、Ｓｉ（１１１）とは結晶内でＳ
ｉ間の距離が等しくなるような原子配列を有する構造のことを言う。

次に、図３（ｂ）に示すように下地膜３０上にレジスト膜４０を形成する。レジスト膜
４０は例えばｉ線用レジスト膜である。その後例えば図５に示すようなマスクを介して例
えばｉ線によってレジスト膜を露光する。ただし、波長等は特に限定されない。

次に、図３（ｃ）に示すように、露光されたレジスト膜４０を現像した後、ドライエッ
チングによってレジスト膜４０をマスクに下地膜３０を略垂直にエッチングする。この時
、例えばＣＦ_４ガス等を用いる。

次に、図３（ｄ）に示すように、Ｓｉウエハのエッチングを行う。例えば、ＳＦ_６=７
０ｓｅｃｍ、Ｃ４Ｆ８=２００ｓｃｃｍ、Ｏ_２=５００ｓｃｃｍの混合ガスを用いてエッチ
ングを行う。同条件下でさらにエッチングを進めると、図４（ａ）に示すように、Ｓｉウ
エハの上端が角の円錐形状に近づく。同時に、レジスト膜４０及び下地膜３０の大きさも
縮小していく。最終的には、Ｓｉウエハに複数の円錐状の突起２２が形成される（図４（
ｂ））。縮小したレジスト膜４０及び下地膜３０は突起２２間に落下する。

次に、アッシャー又はＮＨ４ＯＨ洗浄等によって縮小したレジスト膜４０及び下地膜３
０を除去する。以上の工程により、例えば円錐形状等の所望の形状の突起が形成されたＳ
ｉウエハが得られる。

次に、上述した複数の円錐形状の突起２２が形成されたＳｉウエハを個片化するため、
所望のサイズにダイシングし、ベースプレートとなるチップ部２０を得る(図６（ａ）)。
チップ部２０は例えば、３００ｍｍウエハの場合１６０チップ以上、２００ｍｍウエハの
場合７０チップ以上取得可能であるが、チップ数は特に限定されない。

次に、チップ部２０上にダイヤモンド薄膜層２３を形成する。ダイヤモンド薄膜層２３
は、例えばプラズマＣＶＤ法を用い、減圧容器の中に設けられる接地した陽極上にチップ
部２０を置いて８００度に加熱する。その後メタンと水素の混合気体を減圧下に流入させ
、陰極に直流１０００Ｖ程度をかけ、異常グロー放電を行うことにより形成される。なお
、上記の形成方法は一例である。上記のようにして、ダイヤモンド薄膜層２３が形成され
た突起２２を有するチップ部２０を得る。

次に、図６（ｂ）に示すように、チップ部２０の突起２２形成面の裏面に樹脂を塗布し
、例えばステンレス（ＳＵＳ）等を含む台金１０に貼付する。樹脂は、例えばエポキシ樹
脂とアミン系接着剤との混合剤又はエポキシ樹脂とポリアミドアミン系接着剤との混合剤
を用いる。台金１０は例えば、リング状構造を有するが特に限定されない。

以上のようにして、本実施形態のドレッサー１が完成する。

次に、本実施形態に係るドレッサー１を用いた具体例について説明する。

図７はドレッサー１を用いた具体例である研磨装置１００の構成示す模式図である。図
７に示すように、研磨装置１００はドレッシング機構２、研磨ヘッド３、ノズル４、研磨
パッド５、回転テーブル６を有する。また、この他に一部図示しない構成があっても良い
。

回転テーブル６は、図示しない回転軸に下から支承され、回転軸が外部の駆動装置によ
り回転駆動されることによって所定速度で回転する。

研磨ヘッド３の下部には半導体ウエハが位置する。ウエハは、研磨対象面を研磨パッド
５に対向するように設置され、研磨ヘッド３に保持される。研磨ヘッド３は、ウエハを回
転テーブル６に押圧可能な機構等が備えられている。

回転テーブル６の上方にはスラリーを吐出するノズル４が配置されている。スラリーは
、例えば二酸化セリウムを砥粒としたものである。

研磨処理時には、ノズル４から研磨パッド５上にスラリーを供給し、研磨ヘッド３を降
下させることによってウエハを研磨パッド５に接触させる。そして、回転テーブル６およ
び研磨ヘッド３を同一方向に回転させる。このようにして、ウエハ上に設けられた所定の
研磨対象材料を研磨することで半導体装置を製造する。

また、ドレッシング機構２には研磨パッド５側にドレッサー１が設けられている。ドレ
ッサー１は研磨パッド５と対向する面（作用面）にチップ部２０の複数の突起２２が位置
するように配置されている。ドレッシング機構２は、ウエハの研磨中または研磨前後にド
レッサー１を回転させ、ドレッサー１を揺動させながら研磨パッド５の目立てを行う。ド
レッシング機構２が設けられることで、ウエハの通過領域の表面を万遍なく目立てするこ
とが可能になる。

以上、本実施形態に係るドレッサー１によれば、Ｓｉ基板上にダイヤモンド薄膜層を成
膜するため、金属系の基板にダイヤモンド薄膜層を成膜する場合と比較して高温環境に強
いドレッサーを形成することが可能になる。例えば、ダイヤモンド薄膜層の成膜時に８０
０度の高温環境下に晒した時に金属が溶出し、金属中の炭素が成長してすす状になると言
う問題を回避できる。また、Ｓｉ基板とダイヤモンドの熱膨張係数が同程度のため、高温
環境下においてダイヤモンドとの熱膨張係数の差が大きいことによりダイヤモンド薄膜層
にクラックが発生してしまう虞を回避できる。

さらには、Ｓｉ基板を円錐形状に加工し突起を形成するため、より効率的に研磨パッド
のドレッシングが可能になり、また、四角錐や他の突起形状と比較して、突起間に研磨パ
ッドの屑が溜まりにくくなる。

本実施形態に係るドレッサー１の製造方法によれば、Ｓｉウエハに突起を形成した後に
ダイシング工程により複数のチップ状にダイシングし、得たチップ部を台金に取り付ける
。そのため、一枚のウエハから製造できるドレッサーの数が多くなり、コストの削減が可
能になる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係るドレッサーについて図８を用いて説明する。第２の実施形
態に係るドレッサーは第１の実施形態と比較して、台金とチップ部との間にチップ保持台
を用いるという点が異なる。

図８に第２の実施形態に係るドレッサー１の構成を示す。なお、チップ部２０の構造は
第１の実施形態と同様なためその説明は省略する。図８に示すように、本実施形態のドレ
ッサー１は台金１０と、台金１０上に設けられた複数のチップ保持台５０を有し、各チッ
プ保持台５０上にはそれぞれチップ部２０を有する。

チップ保持台５０は例えばステンレス（ＳＵＳ）等を含むがその材料は特に限定されな
い。台金１０と同材料で構成され、台金１０の一部分として一体化していても良い。また
、チップ保持台５０の数は特に限定されず、少なくとも１つあればよい。なお、本実施形
態において、チップ保持台５０を台金１０の一部に含めても良い。

次に本実施形態のドレッサー１の製造方法について図９を用いて説明する。

まずチップ部２０を作製する。なお、チップ部２０の形成方法は第１の実施形態と同様
であるためその説明は省略する（図３、図４及び図６（ａ）図参照）。

次に、上記の方法で得たダイヤモンド薄膜層２３が成膜されたチップ部２０を突起２２
形成面の裏面に樹脂を塗布し、チップ部２０をチップ保持台５０上に貼付する（図９（ａ
））。樹脂は例えばエポキシ樹脂とアミン系接着剤との混合剤を用いる。

最後に、チップ部２０が貼付されたチップ保持台５０を例えばネジ等を用いて台金１０
に固定する。以上のようにして第２の実施形態のドレッサー１完成する。なお、固定方法
は特に限定されない。

本実施形態に係るドレッサー１によれば、第１の実施形態と同様な効果を有し、かつチ
ップ部と台金との間にチップ保持台を有することによって、チップ部のみを研磨パッドに
作用させやすくなる。具体的には、研磨パッドが軟質な場合に台金からのチップ部の突出
量が小さいと台金にも研磨パッドが接触してしまい、研磨パッドに対するチップ部からの
圧力が台金に逃げる可能性がある。上記を回避するために、厚いＳｉウエハを用いてチッ
プ部の厚さを厚くする方法があるが、本実施形態では金属のチップ保持台を用いるためコ
ストを削減できる。

以上、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。これら新規な実施形態は
、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ともに、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。

１ドレッサー
２ドレッシング機構
３研磨ヘッド
４ノズル
５研磨パッド
６回転テーブル
１０台金
２０チップ部
２１基板
２２突起
２３ダイヤモンド薄膜層
３０下地膜
４０レジスト膜
５０チップ保持台
１００研磨装置

Claims

台金と、
前記台金上に設けられ、上部に突起を有し面方位が（１１１）面であるＳｉ基板と前記
Ｓｉ基板の前記突起上に設けられたダイヤモンド薄膜層とを含むチップ部と、
を有するドレッサー。
台金と、
前記台金上に複数設けられ、上部に突起を有するＳｉ基板と前記Ｓｉ基板の前記突起上
に設けられたダイヤモンド薄膜層とを含むチップ部と、
を有するドレッサー。
前記Ｓｉ基板は面方位が（１１１）面であることを特徴とする請求項２に記載のドレッ
サー。
前記台金は、前記チップ部との接合部が部分的に突出することを特徴とする請求項１乃
至３のいずれか１項に記載のドレッサー。
前記突起の形状は、円錐形状であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に
記載のドレッサー。
表面に複数の突起を有するＳｉ基板が個片化されたチップ部を用意し、
前記チップ部の前記突起上にダイヤモンド薄膜層を形成し、
台金上に前記ダイヤモンド薄膜層が形成された前記チップ部を設けるドレッサーの製造方
法。
前記個片化されたチップ部は複数用意され、前記複数のチップ部の前記突起上にダイヤモ
ンド薄膜層を形成した後、前記複数の前記チップ部を前記台金上に設けることを特徴とす
る請求項６に記載のドレッサーの製造方法。
前記Ｓｉ基板は面方位が（１１１）面であることを特徴とする請求項６または７に記載
のドレッサーの製造方法。
前記Ｓｉ基板はＳｉウエハであることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記
載のドレッサーの製造方法。
前記突起の形状は、円錐形状であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に
記載のドレッサーの製造方法。
前記チップ部は、前記台金上に部分的に形成されたチップ保持台上に設けられることを
特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載のドレッサーの製造方法。
前記Ｓｉ基板表面の複数の突起は、エッチングによりそれぞれ同時に形成されることを特
徴とする請求項６乃至１１のいずれか１項に記載のドレッサーの製造方法。
表面に複数の突起を有するＳｉ基板が個片化された個々のチップ部の前記突起上にダイ
ヤモンド薄膜層が設けられ、前記個々のチップ部が台金上に設けられたドレッサーを用い
て、研磨パッドを目立てし、目立てされた研磨パッドを用いて半導体ウエハを研磨する半
導体装置の製造方法。