(57)【要約】【課題】研磨パッドのパッド面におけるスラリーの保持力を高めて、ポリッシング能率と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に砥粒４が電着によってメッキ層が形成されること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、結晶形状の整った六・八面体の砥粒であることが好ましい。メッキ層の厚みを厚くした凸部７が所定の割合で形成され、この凸部７と、凸部７以外の領域である平坦部８とに砥粒４が固着されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台金に電着によりメッキ層を形成して砥粒を固着したＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、メッキ層の厚みを厚くした凸部を所定の割合で形成し、この凸部と、凸部以外の領域である平坦部とに砥粒を固着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】
前記凸部と前記平坦部との厚みの差は、前記砥粒の平均粒径の１０％以上３０％以下である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】
前記メッキ層の凸部に固定される砥粒の占める面積は、砥粒の全固定面積の２０％以上５０％以下である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】
前記メッキ層の凸部の間隔は、前記砥粒の平均粒径の５倍以上１５倍以下である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７に、従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す。
【０００３】
図７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、弾性ウレタン研磨パッド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、砥粒を研磨パッド５６に擦りつけて弾性ウレタン研磨パッド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８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。
【０００８】
ＣＭＰパッドコンディショナーを用いたコンディショニングにおいては、スラリーの保持と、スラリーによるスクラッチの抑制、および加工面の平坦性が重要となる。ＣＭＰパッドコンディショナーの砥粒先端の切れ刃状態が鋭利でないと、弾性ウレタン研磨パッドの目立てが不十分となり、スラリーの保持力が悪く、ポリッシング能率、平坦性、均質性が低下する。さらに、スラリーを十分に分散させることができないと、マイクロスクラッチを誘発することとなる。
一方、ＣＭＰパッドコンディショナーの砥粒先端の切れ刃状態が鋭利であると、弾性ウレタン研磨パッドの目立ては進行するが、高価な弾性ウレタン研磨パッドを必要以上に消費し、加工コストが増え、頻繁にパッドの張り替えを行うことが必要となる。
【０００９】
ＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、スラリーの保持力を高めウエハを高能率に研摩できる弾性ウレタン研磨パッドの技術が、特許文献１に記載されている。また、切れ味を持続させるために、台金に段差を設けたＣＭＰパッドコンディショナーが、特許文献２に記載されている。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１５４０５１号公報
【特許文献２】特開２００４−１３０４７５号公報
【００１１】
しかし、特許文献１に記載された技術によると、もともとパッド自体にスラリー保持機能を持たせているが為に、コンディショニングの良否によっては所望の研摩能力が発揮できないという問題点がある。また、特許文献２に記載されたＣＭＰパッドコンディショナーでは、コンディショナー自体の切れ味持続効果は発揮されるが、パッド面にスラリーポケットが形成されない為パッド面におけるスラリーの保持効果は期待できない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
このように、ＣＭＰパッドコンディショナーを用いたコンディショニングにおいては、砥粒先端の切れ刃状態がどの程度鋭利であるのが妥当であるかを判断するのが難しく、弾性ウレタン研磨パッドの目立てを十分に行うために、スラリーの保持力を高めることを、砥粒先端の切れ刃状態だけに依存していると、良好なコンディショニングを有するＣＭＰパッドコンディショナーを実現することはできない。
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、コンディショニング時に、弾性ウレタン研磨パッドの表面にスラリーポケットとして機能する溝を形成し、パッド面におけるスラリーの保持力を高めて、ポリッシング能率と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】
【００１３】
以上の課題を解決するために、本発明は、台金に電着によりメッキ層を形成して砥粒を固着したＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、メッキ層の厚みを厚くした凸部を所定の割合で形成し、この凸部と、凸部以外の領域である平坦部とに砥粒を固着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。
メッキ層の厚みを厚くした領域である凸部に固着された砥粒は、研磨パッドのパッド面に作用してパッド面上に溝を形成する。この溝が形成されることによって、スラリーが溝内に十分に保持され、安定したポリッシング能率を得ることができる。研磨パッドは弾性ウレタンのように、弾力性のある素材によって形成されており、砥粒は摩滅しにくい状況にあるため、メッキ層の厚みを厚くした領域に固着された砥粒によって、パッド面にスラリー保持のための溝を効果的に形成することができる。
【００１４】
本発明においては、前記凸部と前記平坦部との厚みの差は、前記砥粒の平均粒径の１０％以上３０％以下であることが好ましい。この厚みの差が、前記砥粒の平均粒径の１０％未満であると、パッド面に強制的にスラリーを保持できるほどの溝を形成することができず、３０％を超えると、パッド面の形状を崩し、面の均一性が損なわれる。
【００１５】
本発明においては、前記メッキ層の凸部に固定される砥粒の占める面積は、砥粒の全固定面積の２０％以上５０％以下であることが好ましい。メッキ層の凸部に固定される砥粒の占める面積が、砥粒の全固定面積の２０％未満であると、パッド面に強制的にスラリーを保持できるほどの溝を形成することができず、５０％を超えると、パッド面の形状を崩し、面の均一性が損なわれる。
【００１６】
本発明においては、前記メッキ層の凸部の間隔は、前記砥粒の平均粒径の５倍以上１５倍以下であることが好ましい。メッキ層の凸部の間隔が、前記砥粒の平均粒径の５倍未満であると、スラリーの排出能力が低下し、凝縮したスラリーがスクラッチを発生させる原因となる。一方、１５倍を超えると、パッド面に強制的にスラリーを保持できるほどの溝を形成することができない。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、研磨パッドのパッド面におけるスラリーの保持力を高めて、ポリッシング能率と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実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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に砥粒４が電着によってメッキ層が形成されること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、粒径が２００μｍ程度であって、長径短径比が１．１以下である結晶形状の整った六・八面体の砥粒であることが好ましい。
【００１９】
メッキ層の厚みを厚くした凸部７が所定の割合で形成され、この凸部７と、凸部７以外の領域である平坦部８とに砥粒４が固着されている。凸部７の厚みと平坦部８の厚みとの差である段差高さＨは、砥粒４の平均粒径の１０％以上３０％以下としている。また、凸部７に配置される砥粒４の占める面積は、砥粒４の全固定面積の２０％以上５０％以下としている。また、段差を形成する間隔は、砥粒４の平均粒径の５倍以上１５倍以下としている。
【００２０】
ここで、砥粒４の固定面積の意味について、図１（ｃ）に基づいて説明する。図１（ｃ）において黒丸で表示しているのは、凸部７に配置される砥粒４の占める面積であり、白丸で表示しているのは、凸部７以外の領域に配置される砥粒４の占める面積である。凸部７に配置される砥粒４の占める面積が、砥粒４の全固定面積の２０％以上であるとは、黒丸で表示される面積が、黒丸で表示される面積と白丸で表示される面積の合計の２０％以上であることを意味する。また、凸部７に配置される砥粒４の占める面積が、砥粒４の全固定面積の５０％以下であるとは、黒丸で表示される面積が、黒丸で表示される面積と白丸で表示される面積の合計の５０％以下であることを意味する。
【００２１】
図１（ｄ）に、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーを用いてコンディショニングを行う様子を示す。コンディショニングディスク１のメッキ層５に設けられた凸部７に配置された砥粒４によって、研磨パッド６にスラリー保持のための溝９が形成される。
【００２２】
このようなＣＭＰパッドコンディショナーを製造することは、以下の工程を経ることによって可能である。まず、台金の非電着部をマスキングし、砥粒を固定する部分が露出するよう絶縁シートを装着する。次にこの露出部に、必要とする段差が形成されるように、Ｎｉめっきを析出させる。その後、絶縁シート取り外し、砥粒を散布して、Ｎｉめっきで砥粒を仮固定した後、Ｎｉめっきで砥粒を本固定し、マスキングを除去する。
【００２３】
以下に、具体的な作製例と、試験例を示す。
図１（ｂ）に示す形状の砥粒層を有するＣＭＰパッドコンディショナーを作製した。段差寸法は砥粒の平均粒径の１５％であり、段差を形成する面積は、砥粒の固定面積の３５％であり、段差を形成する間隔は、砥粒の平均粒径の５倍である。この発明品と、段差を設けない従来品とについて、性能比較を行った。発明品、従来品のいずれも、仕様は１００Ｄ−４Ｔ−１０Ｗ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。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
図２に、ポリッシュ試験の結果を示す。図２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２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、ポリッシュ面に溝を形成してスラリーを保持することができるため、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。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
図３に、パッド除去レート試験の結果を示す。図３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３からわかるように、発明品は従来品と比較して初期から常に高いパッド除去レートを示し、長期に亘ってパッド除去レートの低下が少なく、安定している。
【００２８】
次に、メッキ層の段差の高さを変化させてポリッシュ試験を行ったときの試験結果を図４に示す。図４においても、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り、以下の図５、図６においても同様である。
段差の高さが砥粒の平均粒径の１０％以上３０％以下であるときは、ウエハポリッシュレート指数は従来品よりも優れているのに対して、５％のときはスラリーを保持できるほどの溝を形成することができないため、従来品と同程度のウエハポリッシュレートとなっている。一方、３０％を超えると、パッド面の形状を崩すこととなり、面の均一性の不良が発生した。
【００２９】
図５に、メッキ層の凸部に固定される砥粒の占める面積を変化させてポリッシュ試験を行ったときの試験結果を示す。
メッキ層の凸部に固定される砥粒の占める面積が、砥粒の全固定面積の２０％以上５０％以下であるときには、ウエハポリッシュレート指数は従来品よりも優れているのに対して、１０％のときは、パッド面に強制的にスラリーを保持できるほどの溝を形成することができないためウエハポリッシュレートが低下している。一方、５０％を超えると、パッド面の形状を崩すこととなり、面の均一性の不良が発生した。
【００３０】
図６に、メッキ層の凸部の間隔を変化させてポリッシュ試験を行ったときの試験結果を示す。
メッキ層の凸部の間隔が、砥粒の平均粒径の５倍以上１５倍以下であるときには、ウエハポリッシュレート指数は従来品よりも優れているのに対して、メッキ層の凸部の間隔が砥粒の平均粒径の５倍未満であると、スラリーの排出能力が低下して、凝縮したスラリーがスクラッチを発生する。一方、１７倍のときは、パッド面に強制的にスラリーを保持できるほどの溝を形成することができず、ウエハポリッシュレートが低下している。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、研磨パッドのパッド面におけるスラリーの保持力を高めて、ポリッシング能率と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】
【００３２】
【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】ポリッシュ試験の結果を示す図である。
【図３】パッド除去レート試験の結果を示す図である。
【図４】メッキ層の段差の高さを変化させてポリッシュ試験を行ったときの試験結果を示す図である。
【図５】メッキ層の凸部に固定される砥粒の占める面積を変化させてポリッシュ試験を行ったときの試験結果を示す図である。
【図６】メッキ層の凸部の間隔を変化させてポリッシュ試験を行ったときの試験結果を示す図である。
【図７】従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す図である。
【図８】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】
【００３３】
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  メッキ層
６  研磨パッド
７  凸部
８  平坦部
９  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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