(57)【要約】【課題】コンディショニング面に固着されたダイヤモンド砥粒の切れ味を鋭くして効率よく研磨パッドをコンディショニングし、ＣＭＰ装置におけるウェーハ研磨レートの向上を図る。【解決手段】ＣＭＰ装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショニング面２にダイヤモンド砥粒６が金属めっき相７によって固着されたＣＭＰコンディショナであって、ダイヤモンド砥粒６は、概略八面体形状をなしていて、その結晶面のうち研磨パッドと対向する側を向く｛１１１｝結晶面のなかで、金属めっき相７の表面に垂直な基準線Ｌに対して最も大きな角度θをなす｛１１１｝結晶面６ａの角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６の割合を９０％以上とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＭＰ装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショニング面にダイヤモンド砥粒が金属めっき相によって固着されたＣＭＰコンディショナであって、上記ダイヤモンド砥粒は、概略八面体形状をなしていて、その結晶面のうち上記研磨パッドと対向する側を向く｛１１１｝結晶面のなかで、上記金属めっき相の表面に垂直な基準線に対して最も大きな角度θをなす｛１１１｝結晶面の該角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒の割合が、９０％以上であることを特徴とするＣＭＰコンディショナ。
【請求項２】
上記ダイヤモンド砥粒は、その結晶面のうち上記研磨パッドと対向する側を向く｛１１１｝結晶面のなかで、上記金属めっき相の表面に垂直な基準線に対して最も大きな角度θをなす｛１１１｝結晶面の該角度θが４０°＜θ＜５０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒の割合が、９０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等の研磨を行うＣＭＰ（化学機械的研磨）装置の研磨パッドのコンディショニングに用いられるＣＭＰコンディショナ
に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このようなＣＭＰコンディショナとしては、例えば特許文献１に、ダイヤモンド砥粒として結晶構造が切頭八面体を基本とした砥粒と六・八面体を基本とした砥粒とを使用し、台金に固着させた砥粒の先端面が｛１００｝面であり、この｛１００｝面が台金の基準面と平行に固着されている砥粒の割合が全固着砥粒の５０％以上であり、切頭八面体を基本とした砥粒と六・八面体を基本とした砥粒の混合比が３０／７０〜７０／３０であるものが提案されている。
【０００３】
また、本発明の発明者等も、特許文献２において、ＣＭＰ装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショニング面にダイヤモンド砥粒が固着されたＣＭＰコンディショナであって、上記ダイヤモンド砥粒は、その結晶面のうち１１１面が上記コンディショニング面と略平行とされて該コンディショニング面が対向する方向に向けられるように固着されたものを提案している。
【０００４】
さらに、特許文献３には、基板表面に単層の超砥粒を固着したＣＭＰコンディショナにおいて、超砥粒が四面体または八面体の形状を有する超砥粒を合計量として３重量％以上含有するものが提案されている。
【特許文献１】特許第３７９７９４８号公報
【特許文献２】特開２００６−１１６６９２号公報
【特許文献３】特開２００２−１２７０１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このうちまず特許文献３のように四面体や八面体、特に概略正八面体の砥粒を多く用いたとしても、その向きがランダムに固着されていたのでは、所望の性能をＣＭＰコンディショナに与えることはできない。その一方で、特許文献１、２に記載のように特定の結晶面が台金の基準面やコンディショニング面に平行となるようにダイヤモンド砥粒が固着されたものでは、研磨パッドに切り込まれるのが主としてこの特定の結晶面とその周囲の結晶面との鈍角をなす交差稜線部となるため、ダイヤモンド砥粒の磨耗を抑えてＣＭＰコンディショナ寿命の延長を図ることはできるものの、砥粒の切れ味は鈍くなってしまうので研磨パッドを効率よくコンディショニングすることができず、これに伴いＣＭＰ装置における半導体ウェーハ等の研磨レートの向上を図ることも困難となるおそれがある。
【０００６】
本発明は、このような背景の下になされたもので、コンディショニング面に固着されたダイヤモンド砥粒の切れ味を鋭くして効率よく研磨パッドをコンディショニングし、ＣＭＰ装置におけるウェーハ研磨レートの向上を図ることが可能なＣＭＰコンディショナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、ＣＭＰ装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショニング面にダイヤモンド砥粒が金属めっき相によって固着されたＣＭＰコンディショナであって、上記ダイヤモンド砥粒は、概略八面体形状をなしていて、その結晶面のうち上記研磨パッドと対向する側を向く｛１１１｝結晶面のなかで、上記金属めっき相の表面に垂直な基準線に対して最も大きな角度θをなす｛１１１｝結晶面の該角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒の割合が、９０％以上であることを特徴とする。
【０００８】
このような構成のＣＭＰコンディショナにおいては、金属めっき相に固着された概略八面体形状をなすダイヤモンド砥粒のうちの９０％以上が、その該金属めっき相から突出して研磨パッドと対向する側を向く｛１１１｝結晶面のうちこの金属めっき相の表面に垂直な当該コンディショナの基準線に対して最も大きな角度θなす｛１１１｝結晶面の該角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内とされているため、これらのダイヤモンド砥粒ではこの｛１１１｝結晶面や、砥粒が切頭八面体や六・八面体であるときの｛１００｝結晶面が金属めっき相表面と平行となることがない。
【０００９】
そして、このような角度θで上記｛１１１｝結晶面が傾斜させられたダイヤモンド砥粒では、金属めっき相から突出して研磨パッドと対向する側を向く結晶面のうちこの｛１１１｝結晶面の反対側に位置する結晶面が金属めっき相表面側に傾いて、この結晶面と隣接する結晶面との交差稜線部がの上記基準線に対する角度が小さくなり、いわゆるエッジが起った状態となる。従って、このような結晶面の交差稜線部が研磨パッドに切り込まれるときには、その切れ味を鋭くすることができて研磨パッドを効率よくコンディショニングでき、これに伴いＣＭＰ装置におけるウェーハ研磨レートも向上させることができる。
【００１０】
ここで、上記角度θを３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒の割合が９０％以上であるか否かは、例えば公知のＥＢＳＤ（Electron Back Scatter Diffraction Patterns）法によって測定することができ、このようなダイヤモンド砥粒の割合が９０％よりも少ないと、上述のような効果が十分に得られないおそれがある。すなわち、角度θが３５°以下のダイヤモンド砥粒や７０°以上のダイヤモンド砥粒の占める割合が多いと、これらのダイヤモンド砥粒では研磨パッドに切り込まれる結晶面の上記交差稜線部の傾斜が従来と同様に緩やかになるため、ＣＭＰコンディショナ全体として鋭い切れ味を得ることができない。
【００１１】
なお、このような効果を一層確実に奏功するには、上記コンディショニング面に金属めっき相によって固着されたダイヤモンド砥粒は、その結晶面のうち上記研磨パッドと対向する側を向く｛１１１｝結晶面のなかで、上記金属めっき相の表面に垂直な基準線に対して最も大きな角度θをなす｛１１１｝結晶面の該角度θが４０°＜θ＜５０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒の割合が、９０％以上であることがより望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＭＰコンディショナに固着されたダイヤモンド砥粒に鋭い切れ味を与えて効率的な研磨パッドのコンディショニングを図ることができ、これによりＣＭＰ装置において研磨パッドを常に研磨に良好な状態に維持してウェーハ研磨レートを向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１ないし図３は、本発明のＣＭＰコンディショナの一実施形態を示すものである。本実施形態では、ステンレス等の金属材料よりなる軸線Ｏを中心とした略円板状の台金１において、その軸線Ｏに垂直な一方の円形面がコンディショニング面２とされて、このコンディショニング面２に砥粒層３が形成されている。このようなＣＭＰコンディショナは、このコンディショニング面２をＣＭＰ装置の研磨パッド表面に平行に対向させて接触させられ、該研磨パッドの回転軸線から離れた位置で上記軸線Ｏ回りに回転されつつ、台金１自体もパッド表面の内外周に揺動させられたりして、上記研磨パッドのコンディショニングに用いられる。
【００１４】
ここで、本実施形態においては、上記コンディショニング面２の外周側に、該コンディショニング面２と平行な円環状の端面４ｆを有して上記軸線Ｏを中心とした一定幅の環状に突出するリング部４が形成されるとともに、このリング部４の内周側には、やはりコンディショニング面２と平行でリング部４と等しい突出高さの円形の端面５ｆを有する略円柱状の複数の突起５が間隔をあけて形成されており、これらのリング部４と突起５とに上記砥粒層３が形成されている。
【００１５】
なお、これら複数の突起５は、図１に示すようにリング部４内周のうちでも外周側の部分のみに、軸線Ｏを中心とした複数（図１では３つ）の同心円をなすようにして、各円ごとに等間隔に、かつ隣接する円同士では千鳥状となるように配設されている。また、リング部４の上記端面４ｆよりも外周側は、外周側に向かうに従い漸次後退するテーパ面４ｔとされて、このテーパ面４ｔは軸線Ｏを中心とする円形の稜線を介して上記端面４ｆと鈍角に交差させられており、このテーパ面４ｔ上にも砥粒層３が形成されている一方、リング部４の端面４ｆの内周側はコンディショニング面２に垂直に屹立する軸線Ｏを中心とした円筒面状とされている。
【００１６】
さらに、上記砥粒層３は、図２に示すように複数（多数）のダイヤモンド砥粒６をＮｉめっき等の金属めっき相７に分散することによってコンディショニング面２の上記リング部４および突起５の表面に単層に固着したものであり、これらのダイヤモンド砥粒６は、図３に示すように概略八面体（正八面体）形状をなしていて、すなわちその八面を構成する｛１１１｝結晶面６ａを有しており、この｛１１１｝結晶面６ａを上記研磨パッドと対向するように金属めっき相７から突出させて固着されている。ただし、このダイヤモンド砥粒６は厳密に正八面体形状でなくともよく、図３に示したように八面のうち四面が交差する交点部分に｛１００｝結晶面６ｂが配置された切頭八面体や六・八面体であってもよい。
【００１７】
そして、このようなダイヤモンド砥粒６は、コンディショニング面２の全体に固着されたもののうちの９０％以上が、その結晶面のうち研磨パッドと対向する側を向ように金属めっき相７から突出した上記｛１１１｝結晶面６ａが、金属めっき相７の表面に垂直な基準線Ｌに対して３５°＜θ＜７０°の範囲内の角度θをなすように固着されている。すなわち、この基準線Ｌに対して最も大きな角度をなす｛１１１｝結晶面６ａの該角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６の割合が、固着されたダイヤモンド砥粒６全体の９０％以上となるようにされている。なお、本実施形態では金属めっき相７は、その表面が台金１の軸線Ｏに略垂直となるように均一な厚さに形成され、従って基準線Ｌは上記軸線Ｏと平行とされる。
【００１８】
このようなＣＭＰコンディショナにおいて、こうして金属めっき相７から突出した｛１１１｝結晶面６ａの基準線Ｌに対する角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６では、この｛１１１｝結晶面６ａが基準線Ｌに垂直になったり、あるいは図２の右側に示されたダイヤモンド砥粒６のように上記｛１００｝結晶面６ｂが基準線Ｌに垂直すなわち金属めっき相７の表面に平行となることがなくなり、図２の中央や左側に示されたダイヤモンド砥粒６のように、この角度θをなす｛１１１｝結晶面６ａとは反対側の金属めっき相７から突出した結晶面６ｃが、金属めっき相７の表面側に傾いて、この結晶面６ｃとこれに隣接する結晶面６ｄとの交差稜線部の基準線Ｌに対する角度αが小さくなる。
【００１９】
従って、当該ＣＭＰコンディショナの軸線Ｏ回りの回転やＣＭＰ装置の研磨パッドの回転により上記交差稜線部が切刃として研磨パッドに切り込まれる際には、こうして基準線Ｌに対する角度αが小さくなることによって該ダイヤモンド砥粒６による切れ味が鋭くなり、研磨パッドを効率よく切り込んでコンディショニングすることができる。このため、半導体ウェーハ等の研磨によって目潰れなどが生じた研磨パッド表面を適度に荒らすように除去して、研磨の際のスラリーを保持するとともに研磨屑を収容する気孔をこの研磨パッド表面に効果的に形成し、これにより研磨されるウェーハ等の研磨レートの向上を図ることが可能となる。
【００２０】
また、上記角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６の割合が９０％以上であるか否かは、公知のＥＢＳＤ（Electron Back Scatter Diffraction Patterns）法によって測定することができる。さらに、このように３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６の割合が９０％以上となるようにダイヤモンド砥粒６を固着するには、例えばダイヤモンド砥粒６を１つ１つハンドセットにより、その｛１１１｝結晶面６ａの向きを基準線Ｌに対して上述のような角度θとなるように揃えてコンディショニング面２上に配列、仮固定した後、金属めっき相７を析出させて固着するようにすればよい。
【００２１】
ここで、上述のように角度αが小さくされて研磨パッドに鋭く切り込まれるダイヤモンド砥粒６の数は、ＣＭＰコンディショナと研磨パッドとの相対的な回転方向の変化によって変わるため、角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６の割合が９０％よりも少なくなると、上述の効果が十分に奏功されなくなるおそれが生じる。このような効果を一層確実に奏功するには、角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６の割合は９５％以上であるのが、より望ましい。
【００２２】
また、上記角度θが３５°以下となると、この角度θをなす｛１１１｝結晶面６ａと、これとは反対側に位置する結晶面６ｃやこれと隣接する結晶面６ｄの基準線Ｌに対する角度とが変わらなくなり、上述の効果を奏することができない。その一方で、角度θが７０°以上となると、上記｛１１１｝結晶面６ａの反対側に位置する結晶面６ｃが金属めっき相７の表面に対して垂直に近くなりすぎて、この結晶面６ｃが研磨パッドに切り込まれた際の抵抗が大きくなり過ぎ、当該ダイヤモンド砥粒６の磨耗が顕著となるが、３５°＜θ＜７０°の範囲内であれば、磨耗を抑えつつ鋭い切れ味を確保することができる。なお、このような効果を一層確実に奏功するには、角度θが４０°＜θ＜５０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６の割合が９０％以上であることがより望ましい。
【実施例】
【００２３】
次に、上記実施形態に基づいた本発明の実施例を挙げてその効果を実証する。本実施例においては、まず、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）をエッチングおよび旋盤加工することにより、外径１０８ｍｍ、厚さ６．３５ｍｍの台金１を作製するとともに、そのコンディショニング面２にリング部４と突起５とを形成した。なお、このリング部４の内径は９０ｍｍ、端面４ｆの外径は９４ｍｍ、テーパ面４ｔも含めたリング部４の外径は９７ｍｍ、コンディショニング面２の底面２ｆからのリング部４、突起５の突出高さ（上記端面４ｆ，５ｆの高さ）は０．３ｍｍ、突起５の外径は２ｍｍで、内径６７ｍｍ、外径８５ｍｍの軸線Ｏを中心とした円環面の範囲に、軸線Ｏを中心として略等間隔をあけた同心円上に図１に示す通りに配列されている。
【００２４】
次に、このようなコンディショニング面２の砥粒層３を形成する部分を残して、台金１の表面に絶縁テープおよび液状マスキング剤によりマスキングを施し、この台金１をアルカリ脱脂洗浄して水洗後、酸洗浄、水洗処理を行った後、ストライクめっきを施し、さらにスルファミン酸Ｎｉめっき浴で１時間めっきを行って、上記砥粒層３を形成する部分に下地めっき層を形成した。そして、この下地めっき層上に、粒度＃１００の概略正八面体形状を有するダイヤモンド砥粒６を、ハンドセットにより上記角度θが３５°＜θ＜７０°となるように配列した後、スルファン酸Ｎｉめっき浴中で２時間めっきをしてダイヤモンド砥粒６を仮固定した。
【００２５】
さらに、こうして仮固定したダイヤモンド砥粒６のうち余剰の砥粒を払い落としてから、Ｎｉ無電解めっき槽中に台金１を浸漬して５時間Ｎｉ無電解めっきを行い、次いで浮き石となっているダイヤモンド砥粒６を除去した後、アルカリ脱脂洗浄、水洗、酸洗浄、水洗を行った後、ストライクめっきを行い、さらにスルファミン酸Ｎｉめっき浴中で１．５時間めっきを行い、しかる後にマスキングを除去して洗浄、乾燥することにより、実施例のＣＭＰコンディショナを複数作製した。なお、砥粒集中度は、砥粒層３において単位面積（１ｍｍ２）当たりに固着されたダイヤモンド砥粒の数として、平均３５個／ｍｍ２であった。
【００２６】
こうして作製した実施例のＣＭＰコンディショナにおけるダイヤモンド砥粒６の金属めっき相７から突出した｛１１１｝結晶面６ａと基準線Ｌとの角度θを、固着されたダイヤモンド砥粒６のうち１００個についてＥＢＳＤ法により測定したところ、１つの実施例のＣＭＰコンディショナでは角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるものが９５個であった。そこで、これを実施例１とする。また、他の１つの実施例のＣＭＰコンディショナでは、角度θが４０°＜θ＜５０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６が１００個のうち９５個であった。そこで、これを実施例２とする。
【００２７】
一方、これら実施例１、２との比較のために、実施例１、２と同様の台金に対して下地めっき層を形成した後にダイヤモンド砥粒６を固着する際、｛１１１｝結晶面６ａの方位には留意をせずに、粒度＃１００の概略正八面体形状を有するダイヤモンド砥粒６をスルファン酸Ｎｉめっき浴中に分散して砥粒層３を形成する部分に仮固定し、その後は実施例１、２と同様の方法によって実施例１、２と同じ集中度のＣＭＰコンディショナを作製した。これを比較例１とする。ここで、この比較例１のダイヤモンド砥粒６の金属めっき相７から突出した｛１１１｝結晶面６ａと基準線Ｌとの角度θを、やはり固着されたダイヤモンド砥粒６のうち１００個についてＥＢＳＤ法により測定したところ、角度θが３５°＜θ＜７０°の範囲内にあるものは５０個であった。
【００２８】
さらに、この比較例１に対して、砥粒として概略正八面体形状を有するダイヤモンド砥粒６を用いずに、結晶性が悪くて形状の不揃いなダイヤモンド砥粒をスルファン酸Ｎｉめっき浴中に分散して固着したものも作製した。これを比較例２とする。なお、この比較例２でも、ダイヤモンド砥粒の粒度や集中度は実施例１、２と同じであったが、固着したダイヤモンド砥粒の｛１１１｝結晶面と基準線Ｌとの角度θをＥＢＳＤ法により測定しようとしても、結晶性が悪くて｛１１１｝結晶面を検出することができず、測定を行うことはできなかった。
【００２９】
そして、このように作製した実施例１、２および比較例１、２のＣＭＰコンディショナを用いて、ＣＭＰ装置によりウェーハ研磨試験を行い、その際のパッド除去量（μｍ／ｈ）とウェーハ研磨レート（Å／ｍｉｎ）を測定するとともに、研磨したウェーハについて集光投下で目視により研磨面のスクラッチ数を観察した。その結果を次表１に示す。なお、ウェーハは表面に熱酸化膜を形成したシリコンウェーハであり、研磨パッドはロデールニッタ社製ＩＣ−１０００（パッド外径３６０ｍｍ、パッド材質はポリウレタン）、パッド回転数８０ｒｐｍ、ＣＭＰコンディショナ回転数８０ｒｐｍ、揺動速度３０００ｍｍ／ｍｉｎ、荷重４９Ｎ、スラリーはキャボット社製ＳＳ２５（シリカ粒子を含有するアルカリ性スラリー）であった。
【００３０】
【表１】
2010052080.tif 000003
【００３１】
この表１の結果より、まず不揃いな形状のダイヤモンド砥粒を用いた比較例２のＣＭＰコンディショナでは、砥粒に凹凸があって研磨パッドに切り込まれ易いためパッド除去量、ウェーハ研磨レートともに最も高い数値を得ることができたが、同時に凹凸したダイヤモンド砥粒が欠け易いために欠けた砥粒によってウェーハ研磨においては致命的なスクラッチが５つも発生しており、ＣＭＰ装置に用いるコンディショナとしては不適合と言わざるを得ない。また、比較例１のＣＭＰコンディショナでは、スクラッチの発生はないものの、パッド除去量、ウェーハ研磨レートともに数値が低く、効率的なコンディショニングは期待できない。
【００３２】
これらに対して、実施例１、２のＣＭＰコンディショナでは、スクラッチの発生がないのは勿論、パッド除去量、ウェーハ研磨レートがともに高く、特に角度θが４０°＜θ＜５０°の範囲内にあるダイヤモンド砥粒６が１００個のうち９５個であった実施例２ではより高い結果が得られている。これは、ダイヤモンド砥粒６の鋭い切れ味によってパッド除去量が向上するのに伴い、パッド表面にスラリーを保持する気孔が形成されやすくなり、これによってウェーハ研磨レートも向上した結果と考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のＣＭＰコンディショナの一実施形態を示すコンディショニング面２に対向した平面図である。
【図２】図１に示す実施形態の砥粒層３を示す概略図である。
【図３】図１に示す実施形態に用いるダイヤモンド砥粒６の概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  台金
２  コンディショニング面
３  砥粒層
６  ダイヤモンド砥粒
６ａ  ダイヤモンド砥粒６の｛１１１｝結晶面
６ｂ  ダイヤモンド砥粒６の｛１００｝結晶面
７  金属めっき相
Ｌ  金属めっき相７の表面に垂直な基準線
θ  ダイヤモンド砥粒６の金属めっき相７から突出した｛１１１｝結晶面のなかで基準線Ｌに対して最も大きな角度θをなす｛１１１｝結晶面６ａの該角度
【図１】
2010052080.tif 000004
【図２】
2010052080.tif 000005
【図３】
2010052080.tif 000006