JPH10286757A

JPH10286757A - Ｃｍｐ用研磨布の再生仕上治具

Info

Publication number: JPH10286757A
Application number: JP10828597A
Authority: JP
Inventors: Noboru Igarashi; 昇五十嵐; Takashi Morita; 敬司森田; Sachiyuki Nagasaka; 幸行永坂; Naoto Miyashita; 直人宮下; Yoshihiro Minami; 良宏南; Masayasu Abe; 正泰安部
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Toshiba Corp
Priority date: 1997-04-10
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 1998-10-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＭＰ装置に使用しＣＭＰ研磨能の低下した
研磨布を、短時間でＣＭＰ研磨処理に最適な表面状態に
再生する。【解決手段】半導体製造プロセスのＣＭＰ工程の平坦
化処理に用いた使用済み研磨布をドレッシング後に仕上
処理するための再生仕上治具であって、純度が９９．５
％以上、かさ密度が３．９７ｇ／ｃｍ³ 以上の多結晶性
アルミナ焼結体からなり、該焼結体の少なくとも一表面
上に凸部及び／または凹部を複数有してなることを特徴
とするＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。このアルミナ焼
結体の任意断面での平均結晶径は１０〜４０μｍである
ことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＣＭＰ（Chemical M
echanical Polishing ）用研磨布の再生仕上治具に関
し、詳しくは半導体ウェーハ上に形成された膜を平坦化
するプロセスにおいて、ＣＭＰ装置に使用する研磨布の
低下したＣＭＰ用研磨布の研磨能を、特に、短時間で、
かつ良好な表面状態に再生するＣＭＰ用研磨布の再生仕
上治具に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置は、集積回
路を設計する設計工程、集積回路を形成するために用い
られる電子ビーム等を描画するためのマスク作成工程、
単結晶インゴットから所定の厚みのウェーハを形成する
ウェーハ製造工程、ウェーハに集積回路等の半導体素子
を形成するウェーハ処理工程、ウェーハを各半導体基板
に分離しパッケージングして半導体装置を形成する組立
工程及び検査工程等を経て形成される。従来、ウェーハ
処理工程においては、トレンチやコンタクトホール等の
溝部に金属、ポリシリコン、シリコン酸化膜（ＳｉＯ
₂ ）等の任意の材料を埋め込んだ後に、その表面を平坦
化することが行われている。平坦化する方法としては、
エッチバックＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法が従来
から知られている。エッチバックＲＩＥ方法は、エッチ
バックレジストの塗布等の工程が多くなること、ウェー
ハ表面にＲＩＥダメージが生じ易いこと、良好な平坦化
が難しいこと、また真空系の装置を用いるため構造が複
雑であり、更に、危険なエッチングガスを使用する等か
ら様々な問題点が生じ易いことが指摘されている。特
に、半導体装置に形成される集積回路が高集積化、微細
化するにつれてパターンの縮小と同時に表面形状も複雑
になる。そのため従来の平坦化技術では十分対応するこ
とができなくなりつつあり、近年、エッチバックＲＩＥ
に代わり、ＣＭＰ法が採用されるようになっている。

【０００３】ＣＭＰ法について、図６に示したＣＭＰ用
の研磨装置６０の概略説明図に基づき説明する。図６に
おいて、台６１上にベアリングを介して研磨盤受け６２
が配置される。研磨盤受け６２上には研磨盤６３が取り
付けられ、研磨盤６３上にはウェーハを研磨する研磨布
（研磨用バフとも呼ばれる）６４が張付けられる。研磨
盤受け６２及び研磨盤６３には、中心部分に駆動シャフ
ト６５が接続され、モータ（図示せず）により回転可能
となっている。ウェーハＳＷは、テンプレート６６及び
吸着布６７が配設された吸着盤６８により減圧吸引され
て吸着される。研磨布６４と対抗位置にある吸着盤６８
は、駆動シャフト６９に接続される。駆動シャフト６９
は、ギア７１及び７２を介しモータ７０により回転させ
られ、また、上下移動するシリンダ７３に連動して上下
する駆動台７４に固定される。上記のような構造のＣＭ
Ｐ用研磨装置は、シリンダ７３を上下移動させ、駆動台
７４と共に、吸着盤６８に固定されたウェーハＳＷが研
磨布６４に押しつけられたり離れたりする。そしてウェ
ーハＳＷ上のポリシリコン又は酸化膜をＣＭＰ研磨処理
する場合には、セリア（ＳｅＯ）、シリカ（ＳｉＯ₂ ）
等を研磨粒子としてアルカリ性の溶媒に混ぜたスラリー
研磨剤を研磨布上の加工点に注入しＣＭＰ研磨処理が行
われる。ポリシリコンは水酸化物イオンと反応してポリ
ッシングが促進されるため、例えばＮａＯＨ、ＫＯＨ、
ＮＨ₃ 等でｐＨ調整されたアルカリ性溶媒が用いられ
る。また、ウェーハＳＷ上のタングステン、アルミニウ
ム、銅等の金属膜をＣＭＰ研磨処理する場合には、アル
ミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）等の研磨粒子を酸性の溶媒に混ぜた
スラリー研磨剤を研磨布上の加工点に注入し、ＣＭＰ研
磨処理が行われる。このとき金属膜は、水素イオンと反
応しポリッシングが促進されるため、硝酸等でｐＨ調整
された酸性溶媒が用いられる。尚、図示していないが、
ウェーハは研磨処理の間に別の駆動系によりＸ−Ｙ方向
（水平方向）にも移動可能になっている。

【０００４】上記図６に示す研磨処理装置を用いたＣＭ
Ｐ法によるウェーハ表面の平坦化処理の一例を図７及び
図８を参照して説明する。図７及び図８において、シリ
コン等の半導体ウェーハＳＷ上にＣＶＤ法等によりＳｉ
₃ Ｎ₄ 膜Ｍ１を形成する（図７（ａ））。次に、パター
ニングを行ってＳｉ₃ Ｎ₄ 膜Ｍ１及び半導体基板ＳＷの
所定部分をエッチングし、そこに溝部Ｅを形成する（図
７（ｂ））。Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜Ｍ１上及び溝部Ｅ内に、Ｓｉ
Ｏ₂ 膜Ｍ２をＣＶＤ法により積層する（図８（ａ））。
続いて、上記ＣＭＰ装置の吸着盤６８に吸着させ、前記
スラリー研磨剤を用い研磨布６４によりＳｉＯ₂ 膜Ｍ２
を研磨し、ストッパー膜となるＳｉ₃ Ｎ₄ 膜Ｍ１の露出
を検出した段階でＳｉＯ₂ 膜Ｍ２の研磨処理を終了させ
る。これにより、溝部Ｅ内へのＳｉＯ₂ 膜Ｍ２の埋込み
が完了すると共に半導体ウェーハＳＷ表面の平坦化が行
われる（図８（ｂ））。このようなＣＭＰ法による半導
体ウェーハの平坦化処理では、半導体ウェーハを、同一
研磨布を用いてＣＭＰ研磨処理していくと、研磨処理枚
数が増加するに従い、研磨布の表面が硬化しＣＭＰ研磨
処理能力が低下し、良好な平坦化が行われなくなる。１
枚の研磨布で研磨処理できるウェーハは、ウェーハ２４
枚を１ロットとして、通常、０．５〜１ロットである。

【０００５】ＣＭＰ装置に用いられる研磨布は、通常、
所定の発泡ポリウレタン等の発泡層とポリエステル基材
等からなる不織布繊維層との２重構造を有する瞬間弾性
の大きい素材で形成されており、ＣＭＰ装置による研磨
処理においては、大きく固い異物を瞬間的に発泡層の空
孔に捕集し、更にポリエステル基材中に埋没させて、常
に、半導体ウェーハ表面を所定の圧力で研磨できるよう
になっている。この研磨布の研磨処理能力の低下は、長
期間の使用で表面発泡層の多孔質性が失われるものと推
定される。研磨理能力が低下した場合、一般に、研磨布
自体を交換したり、表面の研磨処理能力を回復させるド
レッシング処理が行われている。ドレッシング処理は、
従来から水洗とナイフエッジの掻き出しを併用する方法
やダイヤモンドやダイヤモンドコーティングしたセラミ
ックス等の極めて高硬度の材質素材の粒状物を配置した
ドレッサーを用いる方法で行われている。このドレッサ
ーを用いるドレッシング処理は、一種の目立て処理であ
り、通常、硬化し研磨処理能力の低下した研磨布表面を
所定厚さで研削して表面状態を回復再生するものであ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ドレッシング
処理後の研磨布は、表面が不均一にストレッチ状に毛羽
立ったような状態になり、膜を形成した半導体ウェーハ
を、ドレッシング後のそのままの研磨布を用いてＣＭＰ
研磨処理すると、処理された半導体ウェーハの表面がう
ねり、最終的に優れた特性を示す半導体素子が得られな
いことが多い。この原因は、ドレッシング処理により研
磨布の表面状態が荒れるためと推定されているが、特に
明確に解明されておらず、現時点では、ドレッシング処
理後の研磨布に対して、シリコン製のダミーウェーハを
用い、研磨処理とほぼ同様の処理を行い、得られる研磨
したウェーハ表面が良好になるまで大量に処理すること
で対処しているのが実状である。本発明は、上記したＣ
ＭＰ用研磨布の特にドレッシング処理後の現状に鑑み、
ドレッシング処理によるＣＭＰ用研磨布の表面荒れを、
従来から必須とされ、実際に採用されている大量のダミ
ーウェーハ処理を不要とし、研磨布表面状態を短時間で
半導体シリコンウェーハのＣＭＰ研磨処理に好適な表面
状態に回復再生させることを目的とする。また、それに
よりＣＭＰ処理工程における処理効率を向上させ、引い
ては半導体製造工程の生産効率を高めることを目的とす
る。発明者らは上記目的のため、ドレッシング直後の研
磨布の表面状態について詳細に観察し、ストレッチ状の
毛羽立った荒れた状態を確認すると共に、その荒れた状
態を短時間に調整する方法について鋭意検討した。その
結果、所定の高純度アルミナを用い所定形状に形成した
治具を用い、ドレッシング後の研磨布を研磨・仕上処理
することにより、従来のダミーウェーハの所要量の１／
１００〜１／２００の短時間で良好な表面状態が得られ
ることを見出し、本発明に到った。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
製造プロセスのＣＭＰ工程の平坦化処理に用いた使用済
み研磨布をドレッシング後に仕上処理するための再生仕
上治具であって、純度が９９．５％以上、かさ密度が
３．９７ｇ／ｃｍ³ 以上の多結晶性アルミナ焼結体から
なり、該焼結体の少なくとも一表面上に凸部及び／また
は凹部を複数有してなることを特徴とするＣＭＰ用研磨
布の再生仕上治具が提供される。上記本発明のＣＭＰ用
研磨布の再生仕上治具において、アルミナ焼結体が任意
断面での平均結晶径１０〜４０μｍであることが好まし
い。また、アルミナ焼結体が、ビッカース硬度１６〜１
９ＧＰａであること、曲げ強度２５０〜４００ＭＰａで
あることが好ましい。

【０００８】また、本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上
治具は、アルミナ燒結体の一表面が円形状に形成され、
前記凸部及び／または凹部が中心から所定径の円より外
周側に配置されることが好ましい。前記凸部及び／また
は凹部は、環状に配置されることが好ましい。更に、凸
部は上面に平坦面を有する柱状であり、前記円形状のア
ルミナ焼結体の中心と同心の複数円上に略等間隔で複数
配置されることが好ましく、また凸部はの高さが０．５
〜１０ｍｍであることが好ましく、更に、平坦面が、中
心線平均表面粗さＲａ（ＪＩＳＢ０６０１-1976 ）
０．５〜１．６μｍであることが好ましい。また、前記
同心の複数円の最内円の半径が、前記円形アルミナ焼結
体の半径の３０％以上であることが好ましく、また同心
円上に複数配置される柱状凸部の平坦面は、一の同心円
上と他の同心円上で、２以上の異なる相当径を有するこ
とが好ましい。同心円の同一円上に複数配置され隣接す
る２つの柱状凸部中心点の作る中心角が各々１０〜４５
°となることが好ましく、同心円上に複数配置される柱
状凸部が、一の同心円と径方向で隣接する他の同心円上
の柱状凸部中心点が、前記中心角の１／２の位置である
ことが好ましい。柱状凸部の平坦面と柱状凸部側壁のな
す角度が８５〜１２０°であることが好ましく、柱状凸
部のその高さ方向に垂直な断面形状が略円形であること
が好ましい。前記角度が９０°であり、前記柱状凸部の
直径が２．５〜１０ｍｍであるが好ましい。前記凸部が
一体成形される、または、着脱自在に装着されてなるこ
とが好ましい。

【０００９】更にまた、直径１０〜１００μｍの略球形
の孔を多数有する発泡性研磨布を再生するＣＭＰ用研磨
布の再生仕上治具において、前記円形平坦面の直径が、
前記孔の直径の２５０〜１００００倍であることが好ま
しい。また、本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具に
おいて、凹部が、深さ１〜１０ｍｍの溝部であり、該溝
部が前記アルミナ焼結体の中央を中心とする同心の複数
円上に略等間隔で複数配置することができ、また、この
溝部が貫通孔とすることもできる。更に、前記凹部が、
幅３〜１０ｍｍ、深さ１〜１０ｍｍの溝部であり、溝部
が前記所定径の同心円から外周縁にほぼ等間隔に放射状
に形成でき、また、前記凹部は幅１〜５ｍｍのスリット
であり、外周部から中心方向に所定の角度でほぼ等間隔
で放射状に１〜１０ｍｍ切込んで形成できる。

【００１０】本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具は
上記のように構成され、これを、研磨布表面をＣＭＰ研
磨処理と同様に回転させ擦るように、かつ極めて短時間
で接触処理することで、不純物による汚染もなく研磨布
表面状態をＣＭＰ研磨処理に最適な状態とすることがで
きる。従って、従来の大量のダミーウェーハを用いる表
面調整に比し、ＣＭＰ処理工程の処理効率が著しく向上
する。本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具が、ドレ
ッシング後の研磨布表面調整を短時間で行える理由は明
らかでないが、用いるアルミナ焼結体が高純度であるこ
とから接触による汚染がなく、また、所定の高密度で、
且つ、従来のドレッシング処理のダイヤモンド等の高硬
度粒子の尖鋭な先端部との接触と異なり、表面に形成す
る凹凸部の所定幅及び長さを有する縁部で接触させるこ
とから、研磨布表面の発泡ポリウレタンとの接触圧状態
が最適となるためと推定される。

【００１１】また、本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上
治具は、前記のダイヤモンド等のドレッサーで、使用済
み研磨布表面をドレッシング処理して研削した後に使用
され、ドレッシングによりスクラッチ状に毛羽立った研
磨布表面の毛羽立ちを、短く均一にすることができるた
めと推定される。一般に、ドレッシング直後の表面がス
クラッチ状に毛羽立っている研磨布を用いてＣＭＰ研磨
処理した場合は、スラリー研磨剤中の砥粒粒子が毛羽立
ち部分に捕捉され易く研磨剤を均一に分散させることが
難しい。本発明の再生仕上治具を用いて接触処理し、毛
羽立ちが短く均一に調整することにより、スラリーの分
散が均一となり、結果として、ＣＭＰ研磨の均一性が向
上するものと推定される。更に、用いるアルミナ焼結体
の密度が、３．９７ｇ／ｃｍ³ 以上に達していることか
ら、吸水性及び気孔が皆無であり、表面が完全に緻密質
である。このため、研磨布表面をＣＭＰ研磨処理と同様
に回転させ擦るように接触処理する際に、アルミナ焼結
体からの粒子の脱落がなく、また、要すれば供給される
研磨剤スラリーからの吸水もなく、その含有砥粒が侵入
し、その後の接触処理での研磨布表面のキズや汚染を防
ぎ、常に良好な同一状態で継続的に研磨布と接触させる
ことができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具に用いる
アルミナ焼結体は、純度が９９．５％以上、かさ密度が
３．９７ｇ／ｃｍ³ 以上である。このようなアルミナ焼
結体は、例えば、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）９９．９％以
上、シリカ（ＳｉＯ₂）１００ｐｐｍ未満、アルカリ金
属酸化物１００ｐｐｍ以下の原料粉末を複数の柱状凸部
を有する所定の形状に成形し、水素雰囲気または真空中
で１７００℃以上で焼結し、または、ＨＩＰ（ホットア
イソスタティックプレス：hot isostatic press)やホッ
トプレスにより加圧焼結し、多結晶アルミナ質にするこ
とにより得ることができる。更に、機械加工を行うこと
によって、複数の柱状凸部の上端平坦面の平坦性調整や
その他の寸法精度を調整することで、最終的形状の再生
仕上治具とすることができる。この再生仕上治具は、研
磨布表面にアルカリ性または酸性溶媒及び研磨粒子から
なるスラリー研磨剤を供給しながら行うＣＭＰ処理後、
上記スラリー研磨剤の供給を停止後、純水を供給しなが
らドレッシングを行った後に、更に純水を供給しながら
使用されるものであるが、上記強アルカリ性または強酸
性溶媒は、該再生仕上治具の使用までの間に、研磨布表
面から完全になくなるものではなく、その寿命の観点か
ら耐薬品性が必要であり、アルミナ焼結体の純度が９
９．５％以上であることが好ましい。また、この多結晶
アルミナは、任意断面における光学顕微鏡写真から、そ
の断面積（Ｓ）における結晶数（Ｎ）を定法により計測
して（写真上、結晶が切れている場合にはその程度にか
かわらず、１／２個として数える）、前記断面積Ｓを前
記結晶数Ｎにて割算する。前記割算した面積を結晶１個
の平均面積と考え、結晶の断面が円形とした場合の直径
を算出する。このようにしてＳ／Ｎにより算出した平均
結晶径が１０〜４０μｍであることが好ましい。平均結
晶径が１０〜４０μｍのアルミナ焼結体を用いて形成し
た再生仕上治具は、その表面粗さがドレッシング後の研
磨布のスクラッチ毛羽立ちを、使用回数には無関係に、
常に、好適な状態を保持して短い均一な毛羽立ちに調整
できる平滑度を有するものと推定される。この平均結晶
粒径が１０μｍ未満であると、上記機械加工後及びドレ
ッシング時の焼結体表面が平滑になり過ぎ、一方、４０
μｍを超えると表面の平滑性が粗くなり、いずれもドレ
ッシング後のＣＭＰ用研磨布を好ましい均一な表面状態
に調整ができない。アルミナ焼結体が、アモルファスま
たは平均結晶粒径が１０μｍ未満の微小結晶の集合体で
あると、再生仕上治具表面が著しく平滑となるため、ド
レッシング後の研磨布をＣＭＰ研磨処理に適切な表面状
態とできない。

【００１３】また、本発明の多結晶のアルミナ焼結体
は、上記と同様に任意断面における光学顕微鏡での観察
において、ポアの存在が確認できず、かさ密度が３．９
７ｇ／ｃｍ³ 以上である。かさ密度が３．９７ｇ／ｃｍ
³ 未満、例えば３．９５ｇ／ｃｍ³ でも光学顕微鏡でポ
アが確認され、ポア部分が研磨布との接触部分に存在し
た場合には、粒子の欠落を生じたり、ポア部分に研磨砥
粒が侵入するおそれがあり、ドレッシング後の研磨布に
対し、常に安定的な再生仕上をすることができないため
好ましくない。また、密度３．８５ｇ／ｃｍ³ の通常の
アルミナ焼結体では、その多結晶の結晶間等に多数のポ
アを有することから、吸水性があり研磨剤スラリーを次
の研磨布再生仕上処理時に持ち込むおそれがある。ま
た、研磨剤スラリーの砥粒が、そのポアに侵入し表面に
尖鋭端が形成され、研磨布表面をスクラッチ状に毛羽立
たせるおそれがある。更に、乾燥によりポア中に吸入さ
れ侵入したスラリーが凝集してダストとなり、研磨布を
汚染するおそれも生じる。更に、本発明のアルミナ焼結
体は、ビッカース硬度１６〜１９ＧＰａで、密度３．８
５ｇ／ｃｍ³ の通常アルミナに比し約２０％以上高く、
また、曲げ強度２５０〜４００ＭＰａを有し、ドレッシ
ング後の研磨布の表面状態を、半導体ウェーハのＣＭＰ
研磨処理に好適な状態にすることができ、耐食性にも優
れ、密度３．８５ｇ／ｃｍ³ のアルミナを用いた場合に
比し、約１．５倍の耐久性を有するようになる。

【００１４】次に、本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上
治具の上記のアルミナ焼結体の表面に形成される凹凸部
について、図面を参照にしながら説明する。図１は、本
発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具の第１の実施例の
平面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面図（Ｂ）である。図
１において、再生仕上治具１０は、上記したアルミナ焼
結体によりほぼ円板形状に形成される。このアルミナ焼
結円板体は、通常、厚さ約５〜１５ｍｍで、直径約１５
０〜３００ｍｍに形成される。その上面には、アルミナ
焼結円板体１１の中心Ｃと同心状に所定半径（ｒ₁ 、ｒ
₂ 、ｒ₃ 、ｒ₄）の複数の同心円１２、１３、１４、１
５を設定し、各同心円上に上面平坦の円柱状凸部１６、
１６・・が配置される。この凸部１６、１６・・・を配
置する同心円は、アルミナ焼結円板体の半径（Ｒ）の１
／２以上の半径（ｒ₁ ）を有する同心円までを平板面と
して、それから外周縁側に設定することが好ましい。凸
部１６が配置される同心円の半径ｒが円板体の半径Ｒの
１／２未満、即ち、中心部に凸部があると、円板体の中
心を軸にして回転させながらドレッシング後の研磨布と
接触処理する場合に、接触圧が均等にならないおそれが
あるためである。複数の同心円の設定半径は、特に、制
限されないが、通常、各隣接する同心円がそれぞれ等距
離となるようにする。設定する同心円数も、特に制限さ
れるものでない。

【００１５】上記のように設定した同心円上の凸部１６
の配置の形式は、特に限定されるものでない。例えば、
上記半径ｒ₁ の同心円までの平板面外周側において、全
くランダムに配置してもよいし、いずれの同心円におい
ても、隣接する凸部１６、１６の中心点がほぼ等間隔と
なるように配置してもよい。好ましくは、同心円の同一
円上に隣接して配置される２つの凸部中心点の作る中心
角θ₁ が各々１０〜４５°となるようにする。また、中
心側の同心円上に配置される凸部中心点と、径方向で隣
接する他の同心円上の凸部中心点が作る中心角θ₂ が、
上記中心角θ₁の１／２、即ち、θ₂ ＝θ₁ ／２となる
ように配置することが好ましい。これは、円板体の回転
に伴う多数の凸部による研磨布の再生仕上を、研磨布全
面に渡って均質に行うためである。

【００１６】上記のように同心円上に配置する複数の凸
部１６、１６は、アルミナ焼結体の平板面より、例えば
半球状や半楕円球状で突出していてもよく、尖鋭部を有
さないものであれば特に制限されない。好ましくは、約
０．５〜１０ｍｍの高さで、上面相当直径が２．５〜１
０ｍｍの柱状で、その上面に少なくとも約５ｍｍ² の平
坦面を有し、ドレッシング後の研磨布との接触が所定の
長さの縁部でなされるものが好ましい。研磨布との接触
が尖鋭部でなされる場合は、前記したようにＣＭＰ研磨
処理に有効な短い均一な毛羽立ちの表面状態が得られな
いためであり、再生仕上接触による消耗が著しくなるお
それもある。また、特に上記高さは、上記凸部の作用を
確実にかつ長期にわたって可能せしめるために、重要な
ものである。凸部平坦面は、中心線平均表面粗さＲａ
（ＪＩＳＢ０６０１-1976 ）０．５〜１．６μｍにす
ることが好ましい。これは、特に、再生仕上処理の初期
段階における研磨布との良好の接触状態を与えるために
必要である。また、柱形状も特に制限されず、三角柱、
四角柱、円柱、多角形柱、錐台柱、逆錐台柱のいずれで
もよい。従って、柱形状の柱部分が垂直でも、角度を有
して傾斜してもよく、上面平坦面と柱部との角度が８５
〜１２０°の範囲とするのが好ましい。この角度が８５
°未満で下方に細くなると、ドレッシング後の被処理研
磨布の再生仕上が均一でなく面状態が荒れるためであ
る。一方、１２０°を超えると被処理研磨布との再生仕
上接触処理において、被処理研磨布凹部内にドレッサー
粒子が残存する場合や再生仕上処理時の研磨剤中の砥粒
が侵入した場合に、それら砥粒を除去できないおそれが
あり、良好な表面状態が得られない。

【００１７】本発明のＣＭＰ用研磨布再生仕上治具の柱
状凸部は、通常、円柱状に形成する。形成も容易であ
り、仕上接触処理による表面状態も良好となるためであ
る。前記複数の同心円上に配置する上記凸部は、通常、
同一形状、同一径の平坦面の凸部を配置する。しかし、
いずれの同心円上においても同一形状としなくてもよ
く、例えば、一の同心円上と他の同心円上に配置する凸
部の形状及びその平坦面径が異なるように配置してもよ
い。この場合、外周側の同心円上に配置する凸部の平坦
面を、順次、大きくなるようにすることができる。ま
た、特に、再生仕上処理するドレッシング後の被処理研
磨布が、直径１０〜１００μｍの略球形の孔を多数有す
る発泡性研磨パッドである場合は、柱状凸部の平坦面の
直径が、発泡性研磨パッドのその球形孔の直径の２５０
〜１００００倍となるようにするのが好ましい。例え
ば、円柱状凸部でその平坦面の直径を２．５〜１０ｍｍ
とすることが好ましい。上記凸部平坦面の直径が、パッ
ドの球形孔直径の２５０倍未満、例えば２．５ｍｍ未満
の平坦面の円柱であると、被再生仕上処理時にパッドに
引掻的傷を与えるおそれがあり、一方、１００００倍を
超え、例えば１０ｍｍを超えるとパッド凹部内の砥粒等
の挟雑物を除去することができず、ＣＭＰ研磨処理に好
適な表面状態を得ることができない。本発明の凸部は、
アルミナ焼結体を適宜加工して円板体と一体に形成され
ていてもよいし、螺合等所定の嵌合手段により着脱自在
に装着して形成してもよい。

【００１８】図２は、本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕
上治具の第２の実施例の平面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ線
断面図（Ｂ）である。図２において、再生仕上治具２０
は、アルミナ円板体２１の中心Ｃから所定径で平板面を
保持させることなく、中心Ｃと同心状にほぼ等間隔でそ
れぞれ半径ｒ₁ 、ｒ₂ 、ｒ₃ 、ｒ₄ 、ｒ₅ を有する複数
の同心円２２、２３、２４、２５、２６を設定し、その
各同心円上に凸部とは逆に凹部２７が配置される以外
は、図１と同様である。また、凹部の形状は、特に、制
限されるものでなく、図２のように円形でもよく、三角
形、四角形、多角形、異形、楕円形のいずれでもよい。
その深さはアルミナ焼結体２１の厚さに応じて適宜選択
することができる。通常、その厚さの１／２以上で、
２．５〜１０ｍｍであり、また、図２のように貫通孔と
してもよい。凹部の大きさや同心円上の配置等は、上記
凸部の平坦面と同様に適宜選択することができる。

【００１９】図３は、本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕
上治具の第３の実施例の平面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ線
断面図（Ｂ）である。図３において、再生仕上治具３０
は、アルミナ円板体３１の中心Ｃから所定半径、通常、
アルミナ円板体３１の半径Ｒの１／３以上の半径ｒ₁ の
同心円３２内を平板面に保持させ、それより外周縁方向
に、中心Ｃから放射線上に深さ１〜５ｍｍの複数の溝３
３を、ほぼ等間隔で配置する。放射線の角度θ₁ は適宜
選択でき、通常、５〜１５°である。また、中心の平板
面保持領域を逆に、放射状の溝部より深く研削して平坦
面としてもよい。また、上記溝部を底部まで切込んだス
リット状としてもよい。

【００２０】図４は、本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕
上治具の第４の実施例の平面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ線
断面図（Ｂ）である。図４において、再生仕上治具４０
は、アルミナ円板体４１の中心Ｃから所定径、通常、ア
ルミナ円板体４１の半径Ｒの１／２以上の半径ｒ₁ の同
心円４２を平板面を保持させ、それより外周縁方向に、
中心Ｃから放射線上に厚さ０．５〜３ｍｍの複数の凸部
４３を、ほぼ等間隔で配置する。放射線の角度θ₁ は適
宜選択でき、通常、１０〜４５°である。また、中心の
平板面保持領域を逆に研削し平坦凹面としてもよい。

【００２１】尚、本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治
具は、上述の再生仕上げのみならず、ＣＭＰ処理を開始
する前の市販研磨布の初期表面仕上げにおいても、表面
状態の最適化及び所要時間の短縮化の観点から極めて有
効なものであった。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説
明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるも
のでない。実施例１〜４及び比較例１（ＣＭＰ用研磨布再生仕上治具の調製）純度９９．９
％、かさ密度３．９９ｇ／ｃｍ³ のアルミナ焼結体を用
い、厚さ７．５ｍｍ、直径φ２２０ｍｍ（半径Ｒ１１０
ｍｍ）の円板体に、前記図１〜４に示したように、表１
に示した半径（ｒｍｍ）に設定された各同心円上に、そ
れぞれ表１に示した凸部または凹部を配置した再生仕上
治具を作製した。

【００２３】（再生仕上装置）図５は、本発明のＣＭＰ
用再生仕上治具を使用するドレッシング後の研磨布を再
生仕上処理するための再生仕上装置の部分断面説明図で
あり、装置は前記図６に示した従来のＣＭＰ研磨装置を
適用することができる。図５において、ドレッシング後
の研磨布６４を張り付ける研磨盤６３は、前記図６に示
した従来のＣＭＰ研磨装置とほぼ同様に構成されてお
り、同一部材に同一符号を付して説明を省略する。ま
た、この再生仕上装置５０には、ドレッシング処理を行
う器具を具備すると共に、研磨盤６３上に張り付けられ
た研磨布６４の上方に、再生仕上治具５１が配置され
る。再生仕上治具５１は、回転シャフト５２にこれを支
持する吸着盤５３を介して接続される。研磨盤６３の上
方には、更に、弗酸等の研磨粒子を溶解させるドレッシ
ング液を研磨布に供給するパイプ５４と、研磨布６４に
純水を供給するパイプ５５を備えている。また、再生仕
上装置５０は、駆動シャフト６５を囲むように外囲器５
６が設けられており、外囲器５６の底部には、使用した
純水やドレッシング液等の廃液を排出する排出口５７が
形成されている。また、再生仕治具の代わりに、ドレッ
サーを配置することができ、ドレッシング処理と再生仕
上処理を連続して行うことができる。なお、ドレッサー
は、金属基体の表面にダイヤモンド粒子をニッケル電着
により貼着した構造のものを用いた。

【００２４】

【表１】

【００２５】上記構造の再生仕上装置を用いて、ドレッ
シング及び再生仕上処理を行った。ドレッシング／再生
仕上処理プロセスは、次のような手順で行った。即ち、
図５の再生仕上装置５０の吸着盤５３にダイヤモンドド
レッサー吸着させ、研磨盤６３に新品の発泡ポリウレタ
ン製研磨布６４を貼りドレッシング後、吸着盤５３にド
レッサーに替えて上記で作製した各再生仕上治具を吸着
させ、ドレッシング後の発泡ポリウレタン製研磨布を再
生仕上処理した。ドレッシング及び再生仕上処理は、い
ずれも吸着盤５３に吸着させた再生仕上治具又はドレッ
サーを回転する研磨盤６３上の研磨布６４に押しつけて
行われた。研磨盤６３の回転数は、２０〜２００ｒｐｍ
の範囲で適宜調整し、加工圧は５０〜５００ｇ／ｃｍ³
の範囲で調整し、約１分間処理した。また、このドレッ
シング時にはＳｉＯ₂ の研磨粒子を含有するスラリー研
磨剤を研磨布６４に供給した。

【００２６】次いで、上記のように再生仕上処理により
表面状態を調整した各発泡ポリウレタン製研磨布を用
い、ポリシリコン膜を形成した８インチウェーハを各２
００枚ずつ前記図６と同様の従来のＣＭＰ装置でＣＭＰ
研磨処理した。その結果、各再生仕上治具で、それぞれ
研磨処理されたウェーハのうち、面内特性が良好な枚数
を表１に示した。上記結果から明らかなように、本発明
のＣＭＰ用研磨布再生仕上治具で、ドレッシング後の研
磨布を再生仕上処理してＣＭＰ研磨処理する場合は、殆
どのウェーハが優れた面内特性を有することが分かる。
一方、ドレッシング後、そのままウェーハをＣＭＰ研磨
処理した場合は、大量のウェーハが優れた面内特性を示
さず、良好になるまでダミーウェーハを要することが分
かる。また、上記実施例１の再生仕上治具を用いた場合
と、従来のダミーウェハを用いた場合での研磨布の良好
な表面状態が得られるまでの所要時間を測定したとこ
ろ、実施例１では従来の１／１００〜１／２００の時間
短縮化が確認された。

【００２７】

【発明の効果】本発明のＣＭＰ用再生仕上治具は、所定
の高純度で高かさ密度のアルミナ焼結体の表面に所定に
凹凸部を形成したものであり、ＣＭＰ研磨処理に用いた
使用済みの研磨布をドレッシングした後に、ドレッサー
と同様に用いてドレッシング後の研磨布表面を処理する
ことにより、研磨布の表面状態をＣＭＰ研磨処理に最適
なものに再生することができる。従って、本発明のＣＭ
Ｐ用再生仕上治具で再生仕上処理したＣＭＰ用研磨布を
用いて、シリコンウェーハをＣＭＰ研磨処理した場合
は、従来の処理に要するダミーウェーハを不要とするこ
とができ、また、所要時間を大幅に短縮化でき、ひいて
は、ＣＭＰ研磨処理効率が著しく向上する。また、それ
により半導体製造工程の生産性の向上も顕著となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具の第１
の実施例の平面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面図（Ｂ）

【図２】図２は、本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治
具の第２の実施例の平面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面
図（Ｂ）

【図３】本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具の第３
の実施例の平面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面図（Ｂ）

【図４】本発明のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具の第４
の実施例の平面図（Ａ）及びそのＢ−Ｂ線断面図（Ｂ）

【図５】本発明の実施例で用いた再生仕上装置の部分断
面説明図

【図６】ＣＭＰ用の研磨装置の概略説明図

【符号の説明】

ＳＷ半導体ウェーハ１０、２０、３０、４０ＣＭＰ用研磨布再生仕上治具１１、２１、３１、４１アルミナ焼結円板体１２、１３、１４、２２、２３、２４、２５、２６、３
２、４２同心円１５円柱凸部２７円形貫通孔３３放射状溝４３放射状凸部５０再生仕上装置５１再生仕上治具５２、６５、６９回転軸５３、６８吸着盤６０ＣＭＰ用の研磨装置６３研磨盤６４研磨布

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年５月２６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図６】ＣＭＰ用の研磨装置の概略説明図

【図７】図６に示された研磨処理装置を用いたＣＭＰ法
によるウェーハ表面の平坦化処理の一例を説明するため
の図

【図８】図６に示された研磨処理装置を用いたＣＭＰ法
によるウェーハ表面の平坦化処理の一例を説明するため
の図

【符号の説明】ＳＷ半導体ウェーハ１０、２０、３０、４０ＣＭＰ用研磨布再生仕上治具１１、２１、３１、４１アルミナ焼結円板体１２、１３、１４、２２、２３、２４、２５、２６、３
２、４２同心円１５円柱凸部２７円形貫通孔３３放射状溝４３放射状凸部５０再生仕上装置５１再生仕上治具５２、６５、６９回転軸５３、６８吸着盤６０ＣＭＰ用の研磨装置６３研磨盤６４研磨布

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永坂幸行千葉県東金市小沼田字戌開1573−８東芝セラミックス株式会社東金工場内 (72)発明者宮下直人神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者南良宏神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者安部正泰神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝多摩川工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体製造プロセスのＣＭＰ工程の平坦
化処理に用いた使用済み研磨布をドレッシング後に仕上
処理するための再生仕上治具であって、純度が９９．５
％以上、かさ密度が３．９７ｇ／ｃｍ³ 以上の多結晶性
アルミナ焼結体からなり、該焼結体の少なくとも一表面
上に凸部及び／または凹部を複数有してなることを特徴
とするＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項２】前記アルミナ焼結体が、任意断面での平
均結晶径１０〜４０μｍである請求項１記載のＣＭＰ用
研磨布の再生仕上治具。
【請求項３】前記アルミナ焼結体が、ビッカース硬度
１６〜１９ＧＰａである請求項１または２記載のＣＭＰ
用研磨布の再生仕上治具。
【請求項４】前記アルミナ焼結体が、曲げ強度２５０
〜４００ＭＰａである請求項１〜３のいずれか記載のＣ
ＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項５】前記アルミナ焼結体の一表面が円形状に
形成され、前記凸部及び／または凹部が中心から所定径
の円より外周側に配置される請求項１〜４のいずれか記
載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項６】前記凸部及び／または凹部が、環状に配
置されている請求項５記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上
治具。
【請求項７】前記凸部は、上面に平坦面を有する柱状
であり、前記アルミナ焼結体の中心と同心の複数円上に
略等間隔で複数配置される請求項１〜６のいずれか記載
のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項８】前記柱状凸部の高さが０．５〜１０ｍｍ
であることを特徴とする請求項５〜７のいずれか記載の
ＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項９】前記平坦面が、中心線平均表面粗さＲａ
（ＪＩＳＢ０６０１-1976 ）０．５〜１．６μｍであ
る請求項７または８記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治
具。
【請求項１０】前記同心の複数円の最内円の半径が、
前記円形アルミナ焼結体の半径の３０％以上である請求
項７〜９のいずれか記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治
具。
【請求項１１】前記同心円上に複数配置される柱状凸
部の平坦面が、一の同心円上と他の同心円上で、２以上
の異なる相当径を有する請求項７〜１０のいずれか記載
のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項１２】前記同心円の同一円上に複数配置され
隣接する２つの柱状凸部中心点の作る中心角が各々１０
〜４５°となる請求項７〜１１のいずれか記載のＣＭＰ
用研磨布の再生仕上治具。
【請求項１３】前記同心円上に複数配置される柱状凸
部が、一の同心円と径方向で隣接する他の同心円上の柱
状凸部中心点が、前記中心角の１／２の位置である請求
項１２記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項１４】前記柱状凸部の平坦面と柱状凸部側壁
のなす角度が８５〜１２０°である請求項７〜１３のい
ずれか記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項１５】前記柱状凸部のその高さ方向に垂直な
断面形状が略円形である請求項７〜１４のいずれか記載
のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項１６】前記角度が９０°であり、前記柱状凸
部の直径が２．５〜１０ｍｍである請求項１５記載のＣ
ＭＰ研磨布の再生仕上治具。
【請求項１７】前記凸部が一体成形される請求項７〜
１６のいずれか記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項１８】前記凸部が着脱自在に装着されてなる
請求項７〜１７のいずれか記載のＣＭＰ用研磨布の再生
仕上治具。
【請求項１９】前記直径１０〜１００μｍの略球形の
孔を多数有する発泡性研磨布を再生するＣＭＰ用研磨布
の再生仕上治具において、前記円形平坦面の直径が、前
記孔の直径の２５０〜１００００倍である請求項１〜１
８のいずれか記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項２０】前記凹部が、深さ１〜１０ｍｍの溝部
であり、該溝部が前記アルミナ焼結体の中央を中心とす
る同心の複数円上に略等間隔で複数配置される請求項１
〜５のいずれか記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項２１】前記溝部が貫通孔である請求項２０記
載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項２２】前記凹部が、幅３〜１０ｍｍ、深さ１
〜１０ｍｍの溝部であり、該溝部が前記所定径の同心円
から外周縁にほぼ等間隔に放射状に形成される請求項１
〜５のいずれか記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。
【請求項２３】前記凹部が、幅１〜５ｍｍのスリット
であり、外周部から中心方向に所定の角度でほぼ等間隔
で放射状に１〜１０ｍｍ切込んで形成される請求項１〜
６のいずれか記載のＣＭＰ用研磨布の再生仕上治具。