(57)【要約】【課題】弾性のあるパッドを一定の加重を掛けながら研摩を行うコンディショニングにおいて、外周部、内周部の砥粒への負荷集中を軽減することにより、作用砥粒数が実質的に増加し、寿命を向上することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーを提供する。【解決手段】コンディショニングディスク１の外周側に研削部２が設けられ、研削部２は、台金３の外周側をリング状に盛り上げた領域に、砥粒４が電着によって固定されて形成されている。研削部２における台金３は、中央部に位置する平坦面５を有し、この平坦面５の外周側に第１の外周側曲面６が設けられ、平坦面５の内周側に第１の内周側曲面７が設けられている。また、第１の外周側曲面６の曲率半径ｃと第１の内周側曲面７の曲率半径ｄを、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としている。【選択図】  図１
2006190899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台金の外周側をリング状に盛り上げた領域に、砥粒が固着されて形成された研削部を有するＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、前記研削部における台金は、中央部に位置する平坦面を有し、この平坦面の外周側に第１の外周側曲面が設けられ、前記平坦面の内周側に第１の内周側曲面が設けられ、前記第１の外周側曲面の曲率半径と前記第１の内周側曲面の曲率半径を５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としたことを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２】
前記平坦面と前記第１の外周側曲面の外周端との高さの差、および、前記平坦面と前記第１の内周側曲面の内周端との高さの差を、０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３】
前記第１の外周側曲面の外周端に連続して、第２の外周側曲面が設けられ、前記第１の内周側曲面の内周端に連続して、第２の内周側曲面が設けられ、第２の外周側曲面の曲率半径と第２の内周側曲面の曲率半径を０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とし第１の内周側曲面の曲率半径より小さいことを特徴とする請求項１または２記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項４】
前記研削部の幅を１０ｍｍ以上１６ｍｍ以下とし、前記研削部の厚みを３ｍｍ以上５ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエハ等の表面を平坦化するために用いられるＣＭＰ装置において使用されるＣＭＰパッドコンディショナーに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハ等の表面を平坦化する方法として、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical  Polishing：以下「ＣＭＰ」と略記する）が近年よく用いられている。
図１０に、従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す。
【０００３】
図１０において、ＣＭＰ装置５１は、回転テーブル回転軸５２を中心として回転する回転テーブル５３上に設けられた研磨ヘッド５４とコンディショナー５５とを備えている。回転テーブル５３の上表面には、研磨パッド５６が形成されている。
【０００４】
研磨ヘッド５４は、研磨ヘッド回転軸５７と円板状のウエハキャリア５８とを備え、ウエハキャリア５８の下面にはウエハ５９が吸着されている。円板状のウエハキャリア５８は、研磨ヘッド回転軸５７を中心として回転する。
コンディショナー５５は、コンディショナー回転軸６０と円板状のコンディショニングディスク６１とを備える。コンディショニングディスク６１は、コンディショナー回転軸６０を中心として回転する。
【０００５】
スラリー供給部６２からは、弾性ウレタン性研磨パッド５６上に研磨剤であるスラリー６３が供給され、スラリー６３はウエハ５９と弾性ウレタン性研磨パッド５６との接触面に取り込まれる。ウエハ５９の表面は、回転テーブル５３表面の弾性ウレタン性研磨パッド５６に接触し、スラリー６３によって研磨される。
【０００６】
コンディショニングディスク６１の外周側下面には、ダイヤモンド等からなる砥粒が固着され、砥粒を弾性ウレタン性研磨パッド５６に擦りつけて弾性ウレタン性研磨パッド５６表面を研削する。これによって、弾性ウレタン性研磨パッド５６の表面を毛羽立たせた状態を持続させ、研磨状態を一定に保つことができる。
【０００７】
従来用いられているコンディショニングディスクの一例を図１１に示す。
これは、台金７１の外周側をリング状に平らに盛り上げ、このリング部７２の平らな部分に砥粒７３を規則配列したコンディショナーである。しかし、弾性のあるパッドのコンディショニングに使用すると、コンディショナーに一定の加重を掛けながら研摩を行う為、弾性パッド内にコンディショナーが沈み込みながらの研摩となり、外周の砥粒に大きな負荷が断続的にかかるため、外周の砥粒は摩滅してしまう。また最悪の場合砥粒が破砕することがある。外周の砥粒が摩滅してしまうとパッド表面のクリーニングや、パッドの除去が進まなくなりコンディッショナーの寿命が短くなる。また、砥粒が破砕すると、破砕した砥粒がパッドに残存して加工膜にビックスクラッチをつけてしまい継続使用ができなくなるという問題がある。
これらの問題点に対する対策をとったものとして、特許文献１、特許文献２に記載されたものがある。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１１３４５６号公報
【特許文献２】特開２００１−２８７１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
これらの文献に記載されたものはいずれも、台金の側面にリング状の盛り上がりを形成し、盛り上がり部分に曲率を設け、球面の一部として形成したものである。これによって、外周部の砥粒への負荷集中を軽減できるとしている。ところが、いずれも曲率の大きさと平坦面の広さについての検討がなされていないため、パッド加工能率が低下するという問題がある。また、使用が進むとパッド外周のみが早く磨耗してパッドに偏磨耗が生じるためパッドが早期に寿命を迎えるという大きな問題がある。
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、外周部の砥粒への負荷集中を軽減して、寿命を向上することが可能なＣＭＰパッドコンディショナー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】
【００１０】
以上の課題を解決するために、本発明は、台金の外周側をリング状に盛り上げた領域に、砥粒が固着されて形成された研削部を有するＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、前記研削部における台金は、中央部に位置する平坦面を有し、この平坦面の外周側に第１の外周側曲面が設けられ、前記平坦面の内周側に第１の内周側曲面が設けられ、前記第１の外周側曲面の曲率半径と前記第１の内周側曲面の曲率半径を５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としたことを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナーである。
【００１１】
弾性のあるパッドを一定の荷重を掛けながら研摩を行うコンディショニングでは、弾性パッド内にコンディショナーが沈み込みながらの研摩となるが、このような曲面を形成することにより、外周部や内周部の高負荷部に集中する加重を分散することが出来、外周部、内周部の砥粒への負荷集中を軽減することができる。その結果、作用砥粒数が実質的に増加し、寿命を向上することができる。
第１の外周側曲面の曲率半径と第１の内周側曲面の曲率半径が５ｍｍ未満であると、最外周の砥粒のみに負荷がかかり、１０ｍｍを超えても最外周の砥粒のみに負荷がかかるようになる。
【００１２】
本発明は、前記平坦面と前記第１の外周側曲面の外周端との高さの差、および、前記平坦面と前記第１の内周側曲面の内周端との高さの差を、０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下としたことを特徴とする。
前記平坦面と前記第１の外周側曲面の外周端との高さの差、および、前記平坦面と前記第１の内周側曲面の内周端との高さの差が、０．０５ｍｍ未満であると、最外周の砥粒のみに負荷がかかり、０．３ｍｍを超えると、曲面の作用砥粒数が減少し、加重負荷を分散することが出来ず好ましくない。
【００１３】
本発明は、前記第１の外周側曲面の外周端に連続して、第２の外周側曲面が設けられ、前記第１の内周側曲面の内周端に連続して、第２の内周側曲面が設けられ、第２の外周側曲面の曲率半径と第２の内周側曲面の曲率半径を０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とし第１の内周側曲面の曲率半径より小さいことを特徴とする。
このような第２の外周側曲面と第２の内周側曲面とを設けることにより、弾性のあるパッドを一定の加重を掛けながら研摩を行うコンディショニングでは、弾性パッド内にコンディショナーが沈み込みながらの研摩となる為、高負荷部となる外周部、内周部へ集中する加重を分散することが出来、外周部、内周部の砥粒への負荷集中を軽減することができる。その結果、作用砥粒数が実質的に増加し、寿命を向上することができる。
また、第２の外周側曲面と第２の内周側曲面の曲率半径が０．５ｍｍ未満であるとコーナー部がエッジ状になり、砥粒の固着状態が不安定になり脱落の危険性が発生する。一方、曲率半径が２ｍｍを超えると第１の曲面以上に負荷を受けることになるため好ましくない。
【００１４】
本発明は、前記研削部の幅を１０ｍｍ以上１６ｍｍ以下とし、前記研削部の厚みを３ｍｍ以上５ｍｍ以下としたことを特徴とする。
研削部の幅が１０ｍｍ未満であると、研削部に占める平坦部の幅が狭くならざるを得ず、パッド加工能率が低下する。一方、研削部の幅が１６ｍｍを超えると、研削部をリング状に形成したことによる特有の弾性変形が生じにくく、内周側の砥粒を有効に作用させることができない。その結果、最外周の砥粒のみに負荷が集中する。
また、研削部の厚みが３ｍｍ未満であると、台金の平面度、平行度を確保することが難しく、一方、５ｍｍを超えると、研削部をリング状に形成したことによる特有の弾性変形が生じにくく、内周側の砥粒を有効に作用させることができない。その結果、最外周の砥粒のみに負荷が集中する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によると、研削部の砥粒に均等に負荷がかかるようになり、外周部の砥粒への負荷集中を軽減することができる。その結果、作用砥粒数が実質的に増加し、寿命を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーをその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーの構成を示す。図１（ａ）は、ＣＭＰパッドコンディショナーのコンディショニングディスクを示し、コンディショニングディスク１の外周側に研削部２が設けられている。研削部２の詳細を図１（ｂ）に示す。研削部２は、台金３の外周側をリング状に盛り上げた領域に、砥粒４が電着によって固定されて形成されており、砥粒４として、ダイヤモンド等を用いることができる。
【００１７】
研削部２における台金３は、中央部に位置する平坦面５を有し、この平坦面５の外周側に第１の外周側曲面６が設けられ、平坦面５の内周側に第１の内周側曲面７が設けられている。図において、平坦面５の幅をａとし、研削部２全体の幅をｂとしている。また、第１の外周側曲面６の曲率半径ｃと第１の内周側曲面７の曲率半径ｄを、５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としている。第１の外周側曲面６と第１の内周側曲面７とを形成したことによって、平坦面５と第１の外周側曲面６の外周端、および、平坦面５と第１の内周側曲面７の内周端に高さの差ｇを生じるが、この高さの差ｇを、０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下としている。
【００１８】
図２に、コンディショニングディスク１の研削部２に固着された砥粒４が、研磨パッド１０に沈み込む様子を示す。図２においては、砥粒４が研磨パッド１０に沈み込む深さをＤ、砥粒４が研磨パッド１０に沈み込む境界領域の幅をＷとしている。研磨パッド１０への沈み込み量Ｄは通常の研削においては２０〜３５μｍ程度であり、この沈み込み量に対して、第１の外周側曲面６の曲率半径ｃ、および第１の内周側曲面７の曲率半径ｄを５ｍｍ以上１０ｍｍ以下としたときに、境界領域であるＷの範囲内に存在する砥粒数が最適な数となり、砥粒４へ負荷が集中することを防止できる。この曲率半径が５ｍｍ未満となると、境界領域であるＷの幅が狭くなり、境界領域であるＷの範囲内に存在する砥粒数が減少して、砥粒４への負荷の分散を有効に行うことができない。また、この曲率半径が１０ｍｍを超えてしまうと、曲面の曲率半径が大きくなりすぎて平坦面に近くなり、曲面を形成したことの効果が発揮できず、最外周の砥粒のみに負荷が集中するようになる。
【００１９】
第１の外周側曲面６の外周端に連続して、第２の外周側曲面８が設けられ、第１の内周側曲面７の内周端に連続して、第２の内周側曲面９が設けられている。第２の外周側曲面８の曲率半径ｅは、第１の外周側曲面６の曲率半径ｃより小さく、第２の内周側曲面９の曲率半径ｆは、第１の内周側曲面７の曲率半径ｄより小さい。
平坦面５の幅をａと、研削部２全体の幅ｂとは、ａ／ｂが０．４以上０．７以下となるようにし、研削部２全体の幅ｂは１０ｍｍ以上１６ｍｍ以下としている。また、平坦面５から測った研削部２の厚みｈは、３ｍｍ以上５ｍｍ以下としている。
【００２０】
以下に、具体的な作製例と、試験例を示す。
平坦面５の外周側に第１の外周側曲面６を設け、平坦面５の内周側に第１の内周側曲面７を設け、第１の外周側曲面６の曲率半径を７ｍｍ、第１の内周側曲面７の曲率半径を７ｍｍとした発明品を作製し、研削部の研削面を平坦面とした従来品と、性能比較を行った。発明品、従来品のいずれも、仕様は１００Ｄ−４Ｔ−１２Ｗであり、電着法によって砥粒は粒径が２００μｍ程度であって、長径短径比が１．１以下であるものを用い単層に配列した。
ポリッシュ試験条件を表１に示す。
【００２１】
【表１】
2006190899.tif 000003
【００２２】
図３に、ポリッシュ試験の結果を示す。図３において、ウエハポリッシュレート指数は、従来品の初期ポリッシュレートを１００として定義される量である。図３からわかるように、従来品では、初期のウエハポリッシュレートが低いため、３０時間経過時点でウエハポリッシュレート指数が８０まで低下する。これに対し、発明品は、作用砥粒数が多く確保されているため、初期のポリッシング能率が高く、４５時間経過してもウエハポリッシュレート指数は１００であり、高いレベルで維持されており、寿命が向上している。
次に、パッド除去試験の条件を表２に示す。
【００２３】
【表２】
2006190899.tif 000004
【００２４】
図４に、パッド除去レート試験の結果を示す。図４において、パッド除去レート指数は、従来品の初期パッド除去レートを１００として定義される量である。図４からわかるように、初期のパッド除去レートは、発明品と従来品とで同等であるが、発明品は従来品に比べて、作用砥粒数が多いため、長期に亘ってパッド除去レートが低下せず、安定している。
【００２５】
図５に、第１の外周側曲面と第１の内周側曲面の曲率半径を変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す。
第１の外周側曲面の曲率半径と第１の内周側曲面の曲率半径が５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であるときは、ウエハポリッシュレート指数が良好であるのに対して、曲率半径が５ｍｍ未満のときは、最外周の砥粒のみに負荷がかかるようになるため、ウエハポリッシュレート指数が低下している。また、曲率半径が１０ｍｍを超えたときにも、最外周の砥粒のみに負荷がかかるようになるため、ウエハポリッシュレート指数が低下している。
【００２６】
図６に、平坦面と第１の外周側曲面の外周端との高さの差、および、平坦面と第１の内周側曲面の内周端との高さの差を変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す。
平坦面と第１の外周側曲面の外周端との高さの差、および、平坦面と第１の内周側曲面の内周端との高さの差が、０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下のときはウエハポリッシュレート指数が良好であるのに対して、この高さの差が、０．０４ｍｍのときは、最外周の砥粒のみに負荷がかかるため、ウエハポリッシュレート指数が低下する。また、０．３ｍｍを超えると、曲面の作用砥粒数が減少し、加重負荷を分散することができないため、ウエハポリッシュレート指数が低下する。
【００２７】
図７に、第２の外周側曲面の曲率半径と第２の内周側曲面の曲率半径を変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す。
第２の外周側曲面の曲率半径と第２の内周側曲面の曲率半径が０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下のときはウエハポリッシュレート指数が良好であるのに対して、この曲率半径が０．４ｍｍのときは、コーナー部がエッジ状になり、砥粒の固着状態が不安定となっている。また、３ｍｍのときは、第１の曲面以上に負荷を受けることになり、その結果ウエハポリッシュレート指数が低下している。
【００２８】
図８に、研削部の幅を変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す。
研削部の幅が１０ｍｍ以上１６ｍｍ以下のときは、ウエハポリッシュレート指数が良好であるのに対して、研削部の幅が１０ｍｍ未満のときは、研削部に占める平坦部の幅が狭くなるため、ウエハポリッシュレート指数が低下している。また、研削部の幅が１６ｍｍを超えると、研削部をリング状に形成したことによる特有の弾性変形が生じにくく、内周側の砥粒を有効に作用させることができなくなるため、最外周の砥粒のみに負荷が集中し、ウエハポリッシュレート指数が低下している。
【００２９】
図９に、研削部の厚みを変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す。
研削部の厚みが３ｍｍ以上５ｍｍ以下のときは、ウエハポリッシュレート指数が良好であるのに対して、研削部の厚みが３ｍｍ未満のときは、台金の平面度、平行度を確保することが難しく、高精度の加工ができない。また、研削部の厚みが５ｍｍを超えると、研削部をリング状に形成したことによる特有の弾性変形が生じにくく、内周側の砥粒を有効に作用させることができなくなるため、最外周の砥粒のみに負荷が集中し、ウエハポリッシュレート指数が低下している。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、弾性のあるパッドを一定の加重を掛けながら研摩を行うコンディショニングでは、弾性パッド内にコンディショナーが沈み込みながらの研摩となる為、高負荷部となる外周部、内周部へ集中する加重を分散することが出来、外周部、内周部の砥粒への負荷集中を軽減することができる。その結果、作用砥粒数が実質的に増加し、寿命を向上することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーとして利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーの構成を示す図である。
【図２】コンディショニングディスクの研削部に固着された砥粒が、研磨パッドに沈み込む様子を示す図である。
【図３】ポリッシュ試験の結果を示す図である。
【図４】パッド除去レート試験の結果を示す図である。
【図５】第１の外周側曲面と第１の内周側曲面の曲率半径を変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す図である。
【図６】平坦面と第１の外周側曲面の外周端との高さの差、および、平坦面と第１の内周側曲面の内周端との高さの差を変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す図である。
【図７】第２の外周側曲面の曲率半径と第２の内周側曲面の曲率半径を変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す図である。
【図８】研削部の幅を変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す図である。
【図９】研削部の厚みを変化させたときのポリッシュ試験の結果を示す図である。
【図１０】従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す図である。
【図１１】従来用いられているコンディショニングディスクの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  コンディショニングディスク
２  研削部
３  台金
４  砥粒
５  平坦面
６  第１の外周側曲面
７  第１の内周側曲面
８  第２の外周側曲面
９  第２の内周側曲面
１０  研磨パッド
【図１】
2006190899.tif 000005
【図２】
2006190899.tif 000006
【図３】
2006190899.tif 000007
【図４】
2006190899.tif 000008
【図５】
2006190899.tif 000009
【図６】
2006190899.tif 000010
【図７】
2006190899.tif 000011
【図８】
2006190899.tif 000012
【図９】
2006190899.tif 000013
【図１０】
2006190899.tif 000014
【図１１】
2006190899.tif 000015