(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状台金の作用面に渦巻き状の凹溝が設けられ、作用面の前記凹溝以外の部分に電着法により砥粒層が形成され、前記凹溝には台金裏面に達する間隙が連続的に形成されたＣＭＰ加工用パッドコンディショナー。
【請求項２】
前記凹溝の間隙に軟質樹脂が充填された請求項１記載のＣＭＰ加工用パッドコンディショナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ＬＳＩデバイスの平坦化に用いられるポリッシャのドレッシングに好適なＣＭＰ加工用パッドコンディショナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品や光学部品の超精密、高品位仕上げのために行われるポリッシングは、ポリッシャの研磨布上に軟質砥粒を散布して被加工物を押し付けることにより実施され、軟質砥粒と被加工物間の化学的、機械的作用により材料除去が行われる。最近ではＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＆  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）と称される技術が注目を浴びている。このＣＭＰ加工装置としては、たとえば特開平７−２９７１９５号公報や特開平９−１１１１１７号公報に記載の装置がある。
【０００３】
このようなＣＭＰ加工装置により半導体ウエハをポリッシングする場合、ポリッシャとしては一定の弾性率、繊維形状、形状パターンを持ったポリウレタン製の研磨布が使用される。ポリッシングは機械加工としては最終工程であり、平面度１μｍ前後、面粗度ＲＺ１０Åレベルが達成されなければならない。
【０００４】
このようなポリッシング工程において、安定した加工性能を維持するためには研磨布表面の定期的修正が必要であり、パッドコンディショナーを使用してＣＭＰ加工と同時に、または定期的に研磨布表面の劣化層を除去するとともに、適正な面状態を得るようにしている。このパッドコンディショナーとしては、ダイヤモンド砥粒などを母材に固着したパッドコンディショナーが使用されている。
【０００５】
図５の（ａ）は従来のパッドコンディショナーの一例としてホイールタイプのパッドコンディショナーを示す断面図であり、円盤状の台金４１の作用面（側面）の外周部４１ａを一段高く盛り上げ、この外周部４１ａにダイヤモンド砥粒などを固着させた砥粒層４２を形成したパッドコンディショナー４０である。このパッドコンディショナー４０を同図（ｂ）に示すように保持具４３で保持し、ＣＭＰ加工装置のポリッシャ４４表面の研磨布４５に押し付けてドレッシングを行う。
【０００６】
このようなパッドコンディショナー４０では、砥粒層４２の上面は平坦に形成されていたので、パッドコンディショナー４０の押圧による研磨布４５の変形により、砥粒層４２の最外周部は研磨布４５と線接触の状態となり、最外周部のみが早く摩耗してしまうという問題があった。この問題に対し、砥粒層の断面形状を凸型の円弧状曲面や山型としたパッドコンディショナーが提案されている。
【０００７】
図６は特開平１１−３００６００号公報で提案されているパッドコンディショナーであり、円盤状の台金５１の側面の外周部５１ａを上面が円弧状曲面５１ｂになるように盛り上げ、この円弧状曲面５１ｂの上に砥粒層５２を形成したものである。このような円弧状曲面５１ｂを形成したことにより、砥粒層５２の研磨布との接触が面接触となり、パッドコンディショナーの長寿命化をはかることができる、とされている。
【０００８】
図７は特開平１０−２７７９１９号公報で提案されているパッドコンディショナーであり、円盤状の台金６１の側面の外周部６１ａに、上面の外周側６１ｂおよび内周側６１ｃが傾斜面で中間部６１ｄが平坦面になるように砥粒層６２を形成したものである。このような山型の砥粒層６２としたことにより、縁部の砥粒の脱落を防止することができ、また研磨布を傷つけるおそれがない、とされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公開公報に記載のパッドコンディショナーは、ドレッシング時にパッドコンディショナーを研磨布に押し付けたときに、その押圧力で研磨布が弾性により沈んだ状態で変形することを利用して、砥粒層の断面形状を凸型の円弧状曲面や山型とし、砥粒層が研磨布と面接触となるようにしたものである。
【００１０】
しかし、砥粒層の断面形状を一定の凸型形状としたパッドコンディショナーでは、ドレッシング時にパッドコンディショナーを研磨布に押し付けたときに、常に砥粒層形成部分の全体が一定の力で研磨布に押し付けられ、一方研磨布はパッドコンディショナーと当接する面がすべて同じ沈んだ状態で変形するとは限らないので、研磨布の部分によってパッドコンディショナーの押圧力が異なり、パッドコンディショナーの砥粒層の摩耗や研磨布のドレッシングの程度にばらつきが生じる、という問題が残る。
【００１１】
また、台金の精度（平面度・平行度）の良し悪しで研磨布への当たり面積が大きく左右され研磨布の部分によってドレッサの押圧力が異なり、ドレッサの砥粒層の摩耗や研磨布のドレッシングの程度にばらつきが生じる、という問題がある。
【００１２】
本発明において解決すべき課題は、ＣＭＰ加工による半導体ウエハなどの表面仕上げに用いる研磨布をドレッシングするためのパッドコンディショナーにおいて、従来のパッドコンディショナーと同等以上の削れレートを維持したうえで、研磨布に対するパッドコンディショナーの押圧力の面内均一性を高めることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のＣＭＰ加工用パッドコンディショナーは、円盤状台金の作用面に渦巻き状の凹溝が設けられ、作用面の前記凹溝以外の部分に電着法により砥粒層が形成され、前記凹溝には台金裏面に達する間隙が連続的に形成されたパッドコンディショナーである。
【００１４】
台金の作用面に渦巻き状の凹溝および間隙を設けたことにより、台金が渦巻き状に分離された状態になり、パッドコンディショナーを研磨布に押圧したときに台金にばね作用が発生する。このばね作用により、研磨布に対する押圧力は作用面全体に均一に分散され、パッドコンディショナーの砥粒層の摩耗や研磨布のドレッシングの程度が均一になる。また、凹溝の渦巻きの方向を台金の中心部から外周部に向けてパッドコンディショナー回転方向と逆方向とすることで、ドレッシング時の切粉やスラリーの排出性が良くなる。さらに、砥粒層の局部的な摩耗が軽減するので、パッドコンディショナーの寿命が向上する。
【００１５】
ここで、前記凹溝の間隙に軟質樹脂を充填するのが望ましい。凹溝の間隙が開放されたままであると、この間隙に切粉が詰まって、間隙によって互いに分離した渦巻き状の作用面のばね作用が阻害されることになるので、間隙に切粉が詰まらないように軟質樹脂を充填する。充填する樹脂は、たとえばウレタン樹脂、合成ゴムのような弾性を有する軟質樹脂が適している。
【００１６】
また、台金としてばね特性に優れた鋼を使用するのが望ましい。ばね特性に優れた鋼としては、ＳＵＰ材やピアノ線などがあるが、台金の加工性や耐食性、防錆効果の点から、ＪＩＳ  Ｇ  ＳＵＳ６３０あるいはＳＵＳ６３１（析出硬化系ステンレス鋼）が最適である。ＳＵＳ６３０あるいはＳＵＳ６３１は耐力が約７５０〜１１７５Ｎ／ｍｍ２と高く、引っ張り強さ約９３０〜１３１０Ｎ／ｍｍ２と高く、ばね特性にも優れている。
【００１７】
本発明のパッドコンディショナーの製造は、円盤状台金の凹溝および間隙の形成工程以外は、従来公知のパッドコンディショナーの製造工程に準じて製造することができる。台金の凹溝および間隙は、台金の作用面に電着法により砥粒層を形成した後に、ワイヤー放電加工により砥粒層を含めた凹溝の加工および凹溝内の間隙加工を行う。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施形態におけるパッドコンディショナーの正面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図２の部分拡大図である。
【００１９】
本実施形態におけるパッドコンディショナー１０は、円盤状の台金１の作用面１ａに電着法により砥粒層２を形成した後、放電加工により渦巻き状の凹溝３を形成し、さらに凹溝２に台金裏面に達する間隙４を連続的に形成して軟質樹脂５を充填したものである。
【００２０】
台金１はＳＵＳ６３０製で、外径１００ｍｍ、厚さ８．２ｍｍである。台金１には、図１および図２に示すように、台金１の作用面１ａに、台金１の中心部に近いところを始点として外周部に向けパッドコンディショナー回転方向（図中、矢印で示す）と逆方向に、渦巻き状の凹溝３を設けている。
【００２１】
凹溝３は、溝幅５ｍｍ、深さ０．５ｍｍで、溝幅の中心部に台金１の裏面に達する間隙４を形成している。間隙４の幅は０．３ｍｍで、凹溝３の始点から終点まで連続的に形成され、間隙４内には軟質樹脂５としてウレタン樹脂が充填されている。
【００２２】
砥粒層２は、図３に示すように、台金１の作用面１ａの凹溝３を除く部分に、平均粒径０．１５ｍｍのダイヤモンド砥粒６が電着により一層固着されている。図３中の符号７はメッキ金属（Ｎｉ）層である。
【００２３】
本実施形態のパッドコンディショナー１０は以上のように構成されているので、台金１のばね作用により、ドレッシング時の研磨布に対する押圧力は作用面全体に均一に分散され、砥粒層２の摩耗や研磨布のドレッシングの程度が均一になる。また、ドレッシング時の切粉やスラリーの排出性が良くなる。さらに、砥粒層２の局部的な摩耗が軽減し、パッドコンディショナー１０の寿命が向上する。
【００２４】
〔試験例〕
図１に示した実施形態のパッドコンディショナー（発明品）と、凹溝と間隙を設けていない点を除いて図１に示したと同じ砥粒層を形成したパッドコンディショナー（比較品）と、外周部断面形状を特開平１０−２７７９１９号公報に記載の形状（図７参照）としたパッドコンディショナー（従来品１）と、外周部断面形状を特開平１１−３００６００号公報に記載の形状（図６参照）としたパッドコンディショナー（従来品２）を用いてドレッシング試験を行った。試験条件は以下の通りである。
使用機械：超精密片面ポリッシングマシン
研磨パッド：ＩＣ１００ＳＵＢＡ４００（発泡ポリウレタン）
パッドコンディショナー回転速度：４０ｍｉｎ−１
テーブル回転速度：３０ｍｉｎ−１
荷重：５０Ｎ
加工時間：４５時間
【００２５】
試験結果を表１および図４に示す。
【表１】
0003609067.tif 000002
【００２６】
表１において、表中の各特性値は従来品１の測定値を１００としたときの指数で表している。ここで、削れレートはドレッシング時の１時間あたりの研磨布の削除量を指標とし、寿命は削れレートが下限値を下回ったときのパッドコンディショナーの使用時間を指標とし、加工精度は被加工材の加工精度を指標とした。表１からわかるように、台金にばね特性をもたせた発明品は、削れレートを維持したうえで、加工精度と寿命が大幅に向上している。
【００２７】
図４は発明品と比較品について、ポリッシングマシンにおけるウエハのポリッシュレート（削れレートに同じ）、および研磨布に対するパッドコンディショナーの押圧力の面内均一性を示す図である。比較品は初期からウエハポリッシュレートが低下し始め、３０時間経過時点で指数８０に到達したが、発明品は初期からのウエハポリッシュレート低下が少なく徐々に低下し、４５時間までウエハを加工することができた。押圧力の面内均一性は、発明品は比較品の２倍以上に向上している。
【００２８】
【発明の効果】
台金の作用面に渦巻き状の凹溝および間隙を設けたことにより、台金にばね作用が発生し、このばね作用により、研磨布に対する押圧力は作用面全体に均一に分散され、パッドコンディショナーの砥粒層の摩耗や研磨布のドレッシングの程度が均一になる。また、ドレッシング時の切粉やスラリーの排出性が良くなり、さらに、砥粒層の局部的な摩耗が軽減するので、パッドコンディショナーの寿命が向上する。凹溝の間隙には、軟質樹脂を充填することによって、間隙に切粉が詰まらないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるパッドコンディショナーの正面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示すパッドコンディショナーの凹溝近傍の部分拡大図である。
【図４】試験結果を示す図である。
【図５】従来のパッドコンディショナーの一例とその使用状態を示す図である。
【図６】従来のパッドコンディショナーの改良例を示す図である。
【図７】従来のパッドコンディショナーの別の改良例を示す図である。
【符号の説明】
１  台金
１ａ  台金の作用面
２  砥粒層
３  凹溝
４  間隙
５  軟質樹脂
６  ダイヤモンド砥粒
７  メッキ金属層
１０  パッドコンディショナー
【図１】
0003609067.tif 000003
【図２】
0003609067.tif 000004
【図３】
0003609067.tif 000005
【図４】
0003609067.tif 000006
【図５】
0003609067.tif 000007
【図６】
0003609067.tif 000008
【図７】
0003609067.tif 000009