(57)【要約】【課題】本発明の目的は、パッドの表面を削ることによりパッドの平坦性を維持するとともに、コンディショナの砥粒がパッドの変形に追従しつつ、長い製品寿命を有するパッドコンディショナを提供する。【解決手段】本発明に記載のパッドコンディショナは、パッドに当接して研磨するための砥粒面を有する砥粒基盤と、砥粒基盤を支持する円盤状の台金と、円盤状の台金と砥粒基盤との間の外周部に配置され、且つ環状に形成された外側弾性部材と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッドに当接して研磨するための砥粒面を有する砥粒基盤と、
前記砥粒基盤を支持する円盤状の台金と、
前記円盤状の台金と前記砥粒基盤との間の外周部に配置され、且つ環状に形成された外側弾性部材と、
を備えることを特徴とするパッドコンディショナ。
【請求項２】
請求項１記載のパッドコンディショナであって、
前記円盤状の台金と前記砥粒基盤とが直接接合されて形成された平坦な領域を含むことを特徴とするパッドコンディショナ。
【請求項３】
請求項２記載のパッドコンディショナであって、
前記外側弾性部材の厚さ寸法が、半径方向内側から外側に向けて大きくなっていることを特徴とするパッドコンディショナ。
【請求項４】
請求項１に記載のパッドコンディショナであって、
前記外側弾性部材の内側に配置された内側弾性部材を備え、
前記外側弾性部材の弾性率は、前記内側弾性部材の弾性率より低く設定されることを特徴とするパッドコンディショナ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のパッドコンディショナであって、
前記外側弾性部材の半径方向の幅寸法は、前記円盤状の台金の直径の１／６〜１／３の範囲であることを特徴とするパッドコンディショナ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のパッドコンディショナであって、
前記パッドコンディショナの最大変形量は、４０μｍ〜２００μｍの範囲であることを特徴とするパッドコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の研磨を行うＣＭＰ（化学機械研磨）装置における、パッドを研磨するためのパッドコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のＣＭＰ研磨装置におけるパッドコンディショナにおいては、砥粒をニッケル等の金属めっき結合層によりステンレス等の台金に固着したものが種々提案されている。このようなＣＭＰ研磨装置において、パッドを研磨する際には、このようなパッドコンディショナがパッドの表面に押し付けられる。パッドコンディショナがパッドの表面に押し付けられると、パッドの表面が、弾性変形するのに伴い、パッドコンディショナの中央部に配置された砥粒に比べて、パッドコンディショナの外周部近傍に配置された砥粒により大きな圧力が加わる状態で、パッドの表面を研磨する。すなわち、より大きな圧力がその外周部近傍に配置された砥粒に集中するので、外周部近傍の砥粒が局所的に磨耗されやすくなる。それによって、従来のパッドコンディショナは、製品寿命が短くなるという欠点を有している。
【０００３】
特許文献１には、その下面が凸状になるように形成され、且つ外周部に曲面を有するパッドコンディショナが開示されている。また、特許文献２には、砥粒基盤に配置された複数の砥粒の高さを該基盤中央部が最も高くなるように形成されたパッドコンディショナが開示されている。これらのパッドコンディショナは、パッドの表面を研磨する際に、圧力がパッドコンディショナの外周部近傍に配置された砥粒に集中することを防ぎ、外周部近傍の砥粒が短期間で磨耗することを防ぐことができる。
【０００４】
また、特許文献３には、砥粒面を有する砥粒基盤と、砥粒基盤を支持する台金と、砥粒基盤と台金との間の全面に亘って配置された弾性部材と、を備えるパッドコンディショナが開示されている。この構成によって、パッドコンディショナは、パッドの表面を研磨する際に、弾性変形することが可能になり、パッドの表面を自在に追従することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２６８７３７号公報
【特許文献２】特表２００８−５１５２３８号公報
【特許文献３】特開２００３−１４５４２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載のパッドコンディショナは、その形状が一定である、すなわち弾性変形することがないので、パッドの表面を平坦に削ることはできるが、パッドコンディショナ及びパッドの回転速度又はパッドの表面におけるパッドコンディショナの位置等によって変化するパッドの表面の弾性変形に追従することはできない。
【０００７】
また、特許文献３に記載のパッドコンディショナは、砥粒基盤と台金との間の全面に亘って配置されている弾性部材を有しているので、弾性変形するパッドの表面に追従することはできるが、パッドの表面を平坦に削ることはできない。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、パッドの表面を削ることによりパッドの平坦性を維持するとともに、外周部の砥粒が早期に磨耗するのを防止して、長寿命化を図ることができるパッドコンディショナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係るパッドコンディショナは、パッドに当接して研磨するための砥粒面を有する砥粒基盤と、前記砥粒基盤を支持する円盤状の台金と、前記円盤状の台金と前記砥粒基盤との間の外周部に配置され、且つ環状に形成された外側弾性部材と、を備えることを特徴とする。
該パッドコンディショナが前記円盤状の台金と前記砥粒基盤との間の外周部に配置され、且つ環状に形成された外側弾性部材を備えることによって、パッドを研磨する際に、パッドコンディショナが上側に反るように変形し、パッドコンディショナの外周部近傍の砥粒がパッドの表面の弾性変形に追従する。
【００１０】
本発明に係るパッドコンディショナにおいて、前記円盤状の台金と前記砥粒基盤とが直接接合された平坦な領域を含んでいることとしてもよい。
前記円盤状の台金と前記砥粒基盤とが直接接合された平坦な領域を含んでいるので、パッドの表面を平坦に削ることができる。
【００１１】
本発明に係るパッドコンディショナにおいて、前記外側弾性部材の厚さ寸法が半径方向内側から外側に向けて大きくなっていることとしてもよい。
前記外側弾性部材の厚さ寸法が半径方向内側から外側に向けて大きくなっているので、パッドコンディショナがパッドの表面に押し付けられた場合に、最も圧力が集中する外縁部近傍においては、弾性部材による変形量が最も大きくなる。
【００１２】
本発明に係るパッドコンディショナにおいて、前記外側弾性部材の内側に配置された内側弾性部材を備え、前記外側弾性部材の弾性率は、前記内側弾性部材の弾性率より低く設定されることとしてもよい。
前記外側弾性部材の弾性率は、前記内側弾性部材の弾性率より低く設定されるので、パッドコンディショナは、弾性率の高い中央部と、弾性率の低い外周部とを備えることができ、該中央部においてパッドの表面を平坦に削りつつ、該外周部においてパッドの表面の弾性変形に追従することができる。
【００１３】
本発明に係るパッドコンディショナにおいて、前記外側弾性部材の半径方向の幅寸法は、前記円盤状の台金の直径の１／６〜１／３の範囲であることとしてもよい。
前記外側弾性部材の半径方向の幅寸法は、前記円盤状の台金の直径の１／６〜１／３の範囲であるので、パッドコンディショナは、適切な面積の平坦な中央部と、適切な面積の弾性変形可能な外周部とを備えることができる。
【００１４】
本発明に係るパッドコンディショナにおいて、前記パッドコンディショナの最大変形量は、４０μｍ〜２００μｍの範囲であることとしてもよい。
前記パッドコンディショナの最大変形量は、４０μｍ〜２００μｍの範囲であるので、比較的弾性変形しやすいパッドにも対応することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るパッドコンディショナによれば、パッドに当接して研磨するための砥粒面を有する砥粒基盤と、前記砥粒基盤を支持する円盤状の台金と、前記円盤状の台金と前記砥粒基盤との間の外周部に配置され、且つ環状に形成され外側弾性部材と、を備えているので、本発明のパッドコンディショナは、パッドの表面を平坦に削ることができる。
また、上記構成によって、本発明のパッドコンディショナは、パッドの表面における弾性変形に追従可能であり、圧力が局所的に集中することなく、砥粒基盤の砥粒面における砥粒を常にパッドの表面に接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のパッドコンディショナを備えるＣＭＰ研磨装置の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のパッドコンディショナの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のパッドコンディショナの断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のパッドコンディショナの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、ＣＭＰ研磨装置１は、回転テーブル３と、ウエーハキャリア５と、コンディショナ機構８とを主な構成要素とするものである。
回転テーブル３は、円盤状に形成され、その下面中央部には、中心軸２が取り付けられ、その上面には、例えば硬質ウレタンからなるポリッシング用のパッド４が設けられている。該回転テーブル３は、中心軸２を介して、例えばモータ（図示せず）などによって回転可能である。
ウエーハキャリア５は、このパッド４に対向して且つパッド４の中心軸２から偏心した位置に自転可能に配置されており、その下面には、パッド４よりも小径の円盤形状とされるウエーハ６が保持されている。このウエーハ６の下側表面は、パッド４の表面と接触している。
コンディショナ機構８は、回転軸９と、アーム１０と、パッドコンディショナ１１とを主な構成要素とするものである。回転軸９は、回転テーブル３の外部に回転可能に設けられ、アーム１０の一端に接続されている。該アーム１０の他端は、パッドコンディショナ１１に回転自在に接続されている。
また、図１には、ウエーハ６を研磨する際に、スラリｓがパッド４の上面に供給される。このスラリｓは、微粒子シリカ等からなる遊離砥粒が研磨剤として用いられ、更にエッチング用のアルカリ液等が混合されたものである。
【００１９】
図２に示すように、パッドコンディショナ１１は、円盤状の台金２０と、外側弾性部材３０と、砥粒基盤４０とを主な構成要素とするものである。
円盤状の台金２０は、略円盤状に形成されており、平坦な上面と、平坦領域２１及び傾斜領域２２を有する下面と、を備えている。前記平坦領域２１は、円盤状の台金２０の下面中央部に設けられており、前記傾斜領域２２は、該平坦領域２１とその外縁部との間に形成されている。
この円盤状の台金２０の上面中央部には、図１に示すように、アーム１０の他端が回転自在に接続されており、このアーム１０の他端は、パッドコンディショナ１１をパッド４の表面に押圧する押圧力Ｆ（図３に示す。）と、パッドコンディショナ１１を回転させるための回転力とを伝達するように構成されている。
また、円盤状の台金２０の下面における傾斜領域２２には、外側弾性部材３０が接着テープ又は接着剤等により固定されており、その下面中央部の平坦領域２１には、砥粒基盤４０が接着テープ又は接着剤等により固定されている。
この円盤状の台金２０は、ステンレス等の金属を削り出し加工されたものでもよく、樹脂を押し出し加工されたものでもよい。
【００２０】
外側弾性部材３０は、円盤状の台金２０と同一の直径を有して環状に形成されており、該外側弾性部材３０の半径方向の断面は、半径方向内側から外側に向けてその厚さ寸法が大きくなるように、略三角形状に形成されている。外側弾性部材３０の上面は、円盤状の台金２０の傾斜領域２２と一致するように形成されており、円盤状の台金２０の傾斜領域２２に接着テープ又は接着剤等により固定されている。また、外側弾性部材３０の下面は、平坦な形状であり、砥粒基盤４０の上面に接着テープ又は接着剤等により固定されている。
この外側弾性部材３０は、シリコンゴム等の弾性を有する材料から構成され、外側弾性部材３０の幅Ｌは、円盤状の台金２０における直径の１／６〜１／３の範囲であることが好ましい。外側弾性部材３０の幅Ｌが円盤状の台金２０における直径の１／６以下である場合、圧力が集中する外周部において、弾性変形するための領域を十分設けることができない。また、外側弾性部材３０の幅Ｌが円盤状の台金２０における直径の１／３以上である場合、パッドコンディショナ１１は、十分な面積の平坦な中央部を確保することができない。
なお、図２に示す本実施形態において、外側弾性部材３０の上面は、傾斜面である傾斜領域２２に一致するように傾斜面で形成されているが、円盤状の台金２０における傾斜領域２２が曲面である場合には、該曲面に一致するように曲面で形成されてもよい。また、図２に示す本実施形態において、外側弾性部材３０は、略三角形状の断面を有しているが、外側弾性部材３０の断面は、テーパ状に形成されてもよく、階段状に形成されてもよい。その場合には、円盤状の台金２０における傾斜領域２２は、該外側弾性部材３０の上面に一致するように形成されている。
さらに、円盤状の台金２０と外側弾性部材３０との接合強度を向上させ、且つ位置合わせを行うために、円盤状の台金２０の下面及び外側弾性部材３０の上面の一方には、径方向に形成された溝が設けられていてもよく、他方には、該溝に係合するための凸部が設けられていてもよい。
【００２１】
砥粒基盤４０は、円盤状の台金２０及び外側弾性部材３０に固定されるベース部４１と、該ベース部４１に配置された複数の砥粒４２と、該砥粒４２をベース部４１に接着するための接着層４３と、から構成される。
ベース部４１は、略円盤状の形状を有し、ニッケルめっき等の金属めっきによって形成されたものである。ベース部４１の上面は、円盤状の台金２０の平坦領域２１及び外側弾性部材３０の下面に、接着テープ又は接着剤等により固定されており、ベース部４１の下面には、接着層４１を介して複数の砥粒４２が接着されている。
複数の砥粒４２は、ダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒とされている。この複数の砥粒４２は、所定のパターンに従って、ベース部４１に分散して配置されている。この所定のパターンは、均一な分散パターン又は格子状のパターンでもよく、密な領域及び粗な領域をランダムに形成したパターンでもよい。
接着層４３は、複数の砥粒４２とベース部４１とを固定するものであって、ベース部４１と同様に、ニッケルめっき等の金属めっきによって形成されるものである。
【００２２】
以下に、本発明の実施される寸法の一例について記載する。
パッドコンディショナ１１の直径を１０８ｍｍとした場合に、ベース部４１の厚さは、約８０μｍ〜約１００μｍの範囲とされる。また、その場合、複数の砥粒４２の粒度は＃１００とされ、接着層４３の厚さ寸法は約１１０μｍとされる。
上記の構成において、外側弾性部材３０における最大変位は、４０μｍ〜２００μｍの範囲であることが好ましい。外側弾性部材３０における最大変位が、４０μｍ以下である場合に、外側弾性部材３０は、パッドの表面における弾性変形に追従することが難しくなる。
【００２３】
次に、本実施形態のパッドコンディショナ１１によってパッド４を研磨する方法について説明する。
図１に示すＣＭＰ研磨装置１において、ウエーハ６の研磨を繰り返すことにより、パッド４の研磨面、すなわちパッド４の表面における平坦度が低下したり、目詰まりしたりするためにウエーハ６の研磨精度及び研磨効率が低下する。パッド４がそのような状態になった場合に、パッドコンディショナ１１によってパッド４の表面を再研削（コンディショニング）する必要がある。
そこで、図３に示すように、パッド４の表面には、パッドコンディショナ１１が押圧力Ｆで押圧されており、この押圧力Ｆによって、パッド４の表面は、図３に示すように弾性変形する。
【００２４】
パッドコンディショナ１１の下面中央部は、砥粒基盤４０が円盤状の台金２０の平坦領域２１に直接接合されているために、弾性変形することはない。従って、砥粒基盤４０の下面中央部に配置された複数の砥粒４２をパッド４の表面に押圧させることにより、パッド４の表面は、平坦に研削され、パッド４の表面の平坦度を回復することができる。
【００２５】
このように再研削されることによって、パッド４は、その平坦度が回復し、ウエーハ６を再び研磨することが可能になる。ウエーハ６の研磨には、例えば上述した微粒子シリカ等からなる遊離砥粒が研磨剤として用いられ、更にエッチング用のアルカリ液等が混合されたものが液状のスラリｓとしてパッド４上に供給されているため、このスラリｓがウエーハキャリア５に保持されたウエーハ６とパッド４との間に流動して、ウエーハキャリア５でウエーハ６が自転し、同時にパッド４が中心軸２を中心として回転するために、パッド４でウエーハ６の一面が研磨される。
【００２６】
また、図３に示すように、パッドコンディショナ１１が押付力Ｆでパッド４に押し付けられるので、パッド４の表面は、弾性変形する。それにより、パッドコンディショナ１１の外周部に配置された複数の砥粒４２は、パッド４の表面における弾性変形によって、集中された圧力を受けている。この圧力を分散させるために、パッドコンディショナ１１は、環状に形成された外側弾性部材３０を備えている。集中した圧力が、外周部に配置された複数の砥粒４２に付加されると、外側弾性部材３０は、弾性変形して、図３に示すように、パッドコンディショナ１１の外周部が上側に反るように変形している。このパッドコンディショナ１１の弾性変形によって、パッドコンディショナ１１の外周部に配置された複数の砥粒４２には、圧力が集中することはなく、且つ弾性変形しているパッド４の表面に当接することができる。
従って、砥粒基盤４０の下面外周部に配置された複数の砥粒４２には、圧力が集中することなく、パッドコンディショナ１１の全体に配置された複数の砥粒４２に加わる圧力が略均一になり、外周部に配置された砥粒４２の局所的な磨耗を防止することができ、砥粒４２が短期間で磨耗されることを防ぐことができる。
【００２７】
パッドコンディショナ１１は、円盤状の台金２０における平坦領域２１と砥粒基盤４０とが直接接合されているので、パッドコンディショナ１１の下面中央部は、高い弾性率を有しており、それによって、パッド４の表面を平坦に削ることができ、パッド４の表面における平坦性を回復又は維持することができる。
また、パッドコンディショナ１１は、環状に形成された外側弾性部材３０を備えているので、パッドコンディショナ１１の下面外周部は、低い弾性率を有しており、パッドコンディショナ１１が弾性変形し、上側に反るように変形することができる。それによって、パッドコンディショナ１１は、外周部に配置された砥粒４２に加わる圧力を低減し、パッドコンディショナ１１の全体に配置された砥粒４２に略均一な圧力を付加させることができる。従って、パッドコンディショナ１１は、その砥粒４２における局所的な磨耗を防ぐことができ、その製品寿命を長くすることができる。
【００２８】
図４は、本発明の別の実施形態を示す図である。
なお、この図において、上述した実施形態における図２に示す構成要素と同一部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する。
この実施の形態が、図２に示す一の実施形態におけるパッドコンディショナ１１と異なる点は、図４に示すように、円盤状の台金２０及び外側弾性部材３０の形状の変更、及び外側弾性部材３０の内側に内側弾性部材５０を追加した点である。
すなわち、図４に示すように、円盤状の台金２０は、平坦な上面及び下面を有する円盤形状に形成され、その下面外周部には、外側弾性部材３０が接着テープ又は接着剤等により固定され、その下面中央部には、内側弾性部材５０が接着テープ又は接着剤等により固定されている。この外側弾性部材３０は、円盤状の台金２０の直径と同一な直径を有し、断面矩形状の環状部材として形成されている。外側弾性部材３０の厚さは一定の厚さ寸法を有している。
内側弾性部材５０は、外側弾性部材３０の内径と同一の外径を有し、且つ外側弾性部材３０と同一の厚さ寸法を有するように、円盤状に形成されている。そのため、外側弾性部材３０の内側には、内側弾性部材５０が位置して固定されている。
また、内側弾性部材５０の弾性率は、外側弾性部材３０の弾性率より低く設定されている。それによって、図４に示す構成において、パッドコンディショナ１１は、低い弾性率を有する外周部と、高い弾性率を有し、且つ該外周部の内側に存在する中央部と、を有することが可能になる。
従って、この図４に示す実施形態においても、図２及び図３に示す実施形態と同様に、パッドコンディショナ１１がパッド４の表面を平坦に削りながら、パッドの弾性変形に追従することができる。従って、パッドコンディショナ１１の寿命化を図ることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  ＣＭＰ研磨装置
２  回転軸
３  回転テーブル
４  パッド
５  ウエーハキャリア
６  ウエーハ
８  コンディショナ機構
９  回転軸
１０  アーム
１１  パッドコンディショナ
２０  円盤状の台金
２１  平坦領域
２２  傾斜領域
３０  外側弾性部材
４０  砥粒基盤
４１  ベース部
４２  複数の砥粒
４３  接着層
５０  内側弾性部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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