(57)【要約】【課題】  超砥粒の脱落を防止することが可能なパッドコンディショナを提供する。【解決手段】  パッドコンディショナ１００は、台金１０の表面に超砥粒２２を単層固着した超砥粒層２０を有し、超砥粒層２０では、複数の凸部１２が連続して設けられている。【選択図】        図１９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台金と、
前記台金の表面に、超砥粒を単層固着した超砥粒層とを備えたパッドコンディショナであって、
前記超砥粒層には、複数の凸部が連続して設けられていることを特徴とする、パッドコンディショナ。
【請求項２】
前記凸部の前記台金半径方向断面は円弧状であることを特徴とする、請求項１に記載のパッドコンディショナ。
【請求項３】
前記凸部の前記台金円周方向断面は所定のピッチを有する波状であることを特徴とする、請求項１または２に記載のパッドコンディショナ。
【請求項４】
前記超砥粒の平均粒径は３０μｍ以上３００μｍ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１項に記載のパッドコンディショナ。
【請求項５】
前記超砥粒の平均突き出し量は、平均粒径の３％以上５０％以下であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載のパッドコンディショナ。
【請求項６】
前記超砥粒を固着するための結合材は、金属メッキまたはロウ材であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載のパッドコンディショナ。
【請求項７】
ＣＭＰ（化学的機械的研磨法）の研磨パッドのコンディショニングに用いられることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載のパッドコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パッドコンディショナに関し、特に、半導体基板加工に用いるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）用の研磨パッドのパッドコンディショナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰは、シリコンウエハおよびウエハ上の多層配線部を加工変質層なしで平坦化する方法である。ＣＭＰでは、酸性またはアルカリ性水溶液にシリカ等の微粒子を混濁させたスラリーと、発泡ポリウレタン、ポリエステル不織布などからなる研磨パッドが用いられる。シリコンウエハなどを研磨するに従い、研磨パッドが目詰りを生じたり平面度が低下するため、常時または定期的に研磨パッドをコンディショニングして平面度の精度保持と目詰りの解消をする必要が生ずる。ここで使われるコンディショニング工具は、円板状あるいはリング状の金属製台金の表面にダイヤモンド砥粒あるいはＣＢＮ砥粒などの超砥粒が単層固着されたもので、パッドコンディショナと呼ばれている。
【０００３】
従来のパッドコンディショナは、その超砥粒が固着された砥面、すなわち作用面が、回転軸に対し垂直であるため、弾性体である研磨パッドをコンディショニングした際、コンディショナの最外周部付近の砥粒しか作用せず、寿命が短く、コンディショニング性能が不安定であった。また、コンディショニング時の応力が、最外周部に集中するため、超砥粒が超砥粒層から脱落したり、破砕したりする。その結果、脱落した超砥粒および破片が研磨パッドに固着し、研磨時シリコンウエハ表面にスクラッチ傷を生じるという問題があった（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、別のパッドコンディショナとしては、リンク状の超砥粒層について、縦断面視で頂部に平坦部を形成し、超砥粒層の外周側面に台金側から第１傾斜面と第２の傾斜面を設けて平坦部につなぎ、内周側面に第３傾斜面と第４傾斜面を設けて平面部につなげる。このように超砥粒層側面の傾斜面を複数段階にわたって形成することによって研磨パッドに対するコーティング代の程度によって、傾斜面の傾斜角を平坦部とは無関係に個別に設定できるものである。しかしながら、平坦部の幅および各傾斜面の傾斜面を研磨パッドに合わせて設定することがかなり困難であった。さらに、傾斜面と平坦部の境界がエッジとなるために、その部分の超砥粒に対してコンディショニング時の応力が集中しやすく、超砥粒が脱落したり破砕したりする。その結果、脱落した超砥粒および破片が研磨パッドに固着し、研磨時にシリコンウエハ表面にスクラッチ傷を生じさせるという問題があった（たとえば特許文献２）。
【特許文献１】特開平１０−１５８１９号公報
【特許文献２】特開２００１−３８６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述の問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明の目的は、パッドコンディショナにおいて、長寿命で、コンディショニング性能が初期から安定し、しかも超砥粒が脱落せず、かつ超砥粒が破砕を起こさないもの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】
【０００６】
この発明に従ったパッドコンディショナは、台金と、台金の表面に超砥粒を単層固着した超砥粒層とを備える。超砥粒層には、複数の凸部が連続して設けられている。
【０００７】
ここで、上記の凸部は連なった円環状設ける。そして、凸部はできるだけ滑らかに連なっていることが好ましい。
【０００８】
そして、凸部の台金半径方向断面は、円弧状であることが好ましい。ここで、円弧状とは、単一の半径を有する円弧でも、異なる半径を有する円弧が複数個連なった複合円弧であってもかわまない。
【０００９】
さらに詳しくは、凸部の台金円周方向断面は、所定のピッチを有する波状であることが好ましい。
【００１０】
超砥粒の平均粒径は３０μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。平均粒径が３０μｍ未満になると、研磨パッドに対するコンディショニング性能が極めて低下するため実用的ではない。また、平均粒径が３００μｍを超えると研磨パッドに対するコンディショニング能力が極めて高くなるが研磨パッドの表面を粗くし、ウエハの表面の加工品位が低下し、品質上実用的でない。
【００１１】
超砥粒の平均突き出し量は、平均粒径の３％以上５０％以下であることが好ましい。超砥粒の突き出し量を測定するには、ダイヤルゲージを用いる方法などが提案されているが、最も正確に超砥粒の突出端から結合材までの段差を測定するにはｚｙｇｏ（３次元表面構造解析顕微鏡）を用いるのが適当である。平均突き出し量は、たとえば任意に選ばれた１００個の超砥粒の突き出し量を測定し、その平均値を超砥粒の平均粒径で割った値に１００を掛けた数字に％を付して定義する。超砥粒層には、数万から数十万個の超砥粒が固着されているため、全部の超砥粒の突き出し量を測定するには大変な手間がかかる。このために、１００個程度の超砥粒の平均値を採用するのが実用的である。平均突き出し量が、３％未満ではパッドコンディショナの切れ味が十分でなく加工能率の低下の原因となり、３０％を超える場合には、ダイヤモンド砥粒の保持力が低下して脱落の原因となるからである。ダイヤモンド砥粒の保持力を高めて脱落を防止し、十分な加工能率を得るためには、平均突き出し量が１０％以上４５％以下であることがより好ましく、１０％以上４０％以下であることが最も好ましい。
【００１２】
本発明のパッドコンディショナに用いる結合材は、超砥粒を台金に強固に固着できる結合材であれば特に限定されるものではない。脱石した超砥粒は、研磨パッドに付着し、研磨パッドでウエハを研磨するときにも残存し、被加工物にスクラッチを発生させる原因となる。したがって、結合材は、より強力な砥粒保持力が要求されるので、メッキされた金属またはロウ材が適している。ニッケルメッキが結合材として最も好ましい。ニッケルメッキにより超砥粒を台金に固着する方法は、（１）他の結合材に比較して超砥粒の保持力が優れる、（２）超砥粒の突き出し量が大きく、切り粉の排出がスムーズで、切れ味に優れる、（３）砥粒密度が高いために工具の摩耗が少なく加工精度に優れる、（４）超砥粒が摩耗して使用済みとなっても、台金に損傷、歪みがなければ台金を再利用できる等の特長がある。
【００１３】
もう１つの結合材として、ロウ材を用いることができる。本発明に用いられるロウ材は、ロウ付け温度が低く、流動性の高いものが良好である。台金として用いられるＴｉ金属だけでなく、特にダイヤモンドとの濡れ性に優れ、高い固着力が得られるＡｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系活性化ロウ材が適切である。他に、Ｎｉ−Ｃｒ系ロウ材またはＣｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系ロウ材も適用可能である。ロウ材により超砥粒を固着するには、ペースト状のロウ材を用いるのが適当である。ここで、ペースト状ロウ材は、一般にロウ材の粉末をバインダーで練ったものであり、適度の粘性を有するので作業がしやすい。実際の作業時には、まず台金の超砥粒の固着面にペースト状のロウ材を塗布し、その上に超砥粒をハンドセット法等により規則的に配列させる。ロウ材が乾燥して流動しなくなった時点で炉に入れて加熱し、ロウ材を溶融させる。その後、炉中で冷却して超砥粒の固着が完了する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、ドレッシング時の加工負荷が、作用面の一部分の砥粒に集中することを防止できるので、寿命が長く、パッドに対するコンディショニング性能が安定したパッドコンディショナが得られる。しかも、超砥粒の脱落をも防止できるので、砥粒脱落による加工歩留りの低下を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照符号を付し、その説明については繰返さない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１に従ったパッドコンディショナの斜視図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１に従ったパッドコンディショナ１００は台金１０と、台金１０の表面に設けられた超砥粒層２０とを有する。パッドコンディショナ１００の外径は１００ｍｍで凸部が４８個連なって形成されたものである。ステンレス製の台金１０を公知の方法で平均砥粒が１５０μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルメッキにより台金に固着したものである。凸部は円周方向に４８等分されて形成されており、平面図における凸部の最大幅は１０ｍｍである。
【００１７】
台金１０の中央部に表面１１が設けられ、その外周部に超砥粒層２０が設けられている。
【００１８】
図２は、図１中の矢印ＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの平面図である。図３は、図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。図４は、図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。図２から図４を参照して、台金１０の外周部には連続して凸部１２が設けられており、この凸部１２の表面に超砥粒層２０が設けられている。凸部１２は台金１０と一体的に設けられており台金１０の一部分を構成している。上方へ突出する凸部１２の表面を覆うようになだらかに湾曲して超砥粒層２０が形成されている。超砥粒層２０は台金１０の外周に連続するように設けられており、円環状に形成される。
【００１９】
図５は、図３中の矢印Ｖで示す方向から見たパッドコンディショナの底面図である。図６は、図５中の矢印ＶＩで示す方向から見たパッドコンディショナの側面図である。図５および図６を参照して、パッドコンディショナ１００を構成する台金１０は円板形状であり、その円板上に超砥粒層２０が設けられている。
【００２０】
本発明に従ったパッドコンディショナ１００は、台金１０と、台金１０の表面に超砥粒に単層固着した超砥粒層２０とを有する。超砥粒層は複数の凸部１２が連続して設けられている。
【００２１】
凸部１２の台金半径方向断面は図３で示すように円弧状である。また、凸部１２の円周方向断面は図４で示すように所定のピッチを有する波状である。
【００２２】
このように構成されたパッドコンディショナ１００ではなだらかな形状の凸部１２上に超砥粒層２０が設けられているため超砥粒層を構成する超砥粒の脱落を防止することができる。
【００２３】
（実施の形態２）
図７は、この発明の実施の形態２に従ったパッドコンディショナの斜視図である。図８は、図７中の矢印ＶＩＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの平面図である。図９は、図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。図１０は、図８中のＸ−Ｘ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。図１１は、図９中の矢印ＸＩで示す方向から見たパッドコンディショナの底面図である。図１２は、図１１中の矢印ＸＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの側面図である。図７から図１２を参照して、この発明の実施の形態２に従ったパッドコンディショナ１００では、凸部１２の数が実施の形態１と異なる。すなわち、凸部１２は２４個設けられ、これらの凸部は連なって形成される。ステンレス製の台金を準備して公知の方法で平均粒径１５０μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルメッキによる台金に固着する。凸部は円周方向に２８等分で形成されており、平面図における半径方向の最大幅は１０ｍｍである。
【００２４】
このように構成された、実施の形態２に従ったパッドコンディショナ１００で、実施の形態１に従ったパッドコンディショナ１００と同様の効果がある。
【００２５】
（実施の形態３）
図１３は、この発明の実施の形態３に従ったパッドコンディショナの斜視図である。図１４は、図１３中の矢印ＸＩＶで示す方向から見たパッドコンディショナの平面図である。図１５は、図１４中のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図である。図１６は、図１４中のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った断面図である。図１７は、図１５中の矢印ＸＶＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの底面図である。図１８は、図１７中の矢印ＸＶＩＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの側面図である。図１３から図１８を参照し、この発明の実施の形態３に従ったパッドコンディショナでは、外径が２５０ｍｍで凸部１２の数が１１８個である点で、実施の形態１および２に従ったパッドコンディショナと異なる。凸部１２は連なって形成されている。ステンレス鋼の台金１０を準備して公知の方法で平均粒径１０μｍのダイヤモンド砥粒をニッケルメッキにより台金１０に固着する。凸部１２は円周方向に１１８等分で形成されており、平面図における半径方向の最大幅は１０ｍｍである。
【００２６】
このように構成された、実施の形態３に従ったパッドコンディショナ１００でも、実施の形態１に従ったパッドコンディショナ１００と同様の効果がある。
【００２７】
（実施の形態４）
図１９は、この発明の実施の形態４に従ったパッドコンディショナの断面図である。図１９を参照して、実施の形態４では、パッドコンディショナ１００の表面１１にまで超砥粒層２０が形成されている点で、実施の形態１に従ったパッドコンディショナと異なる。台金１０の表面にニッケルメッキにより構成されるニッケル層２１が設けられ、この上に超砥粒２２が固着されている。端部２３まで超砥粒２２が固着されている。本発明では、凸部１２の端部２３がラウンド形状となり、ニッケル層２１を形成する場合にこの部分での電流密度が高くならない。その結果、端部２３のみでニッケル層２１の厚みが厚くなることがなくなり、端部２３での超砥粒２２がニッケル層２１に埋まり過ぎるのを防止することができる。
【００２８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１に従ったパッドコンディショナの斜視図である。
【図２】図１中の矢印ＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの平面図である。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。
【図５】図３中の矢印Ｖで示す方向から見たパッドコンディショナの底面図である。
【図６】図５中の矢印ＶＩで示す方向から見たパッドコンディショナの側面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に従ったパッドコンディショナの斜視図である。
【図８】図７中の矢印ＶＩＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの平面図である。
【図９】図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。
【図１０】図８中のＸ−Ｘ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。
【図１１】図９中の矢印ＸＩで示す方向から見たパッドコンディショナの底面図である。
【図１２】図１１中の矢印ＸＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの側面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３に従ったパッドコンディショナの斜視図である。
【図１４】図１３中の矢印ＸＩＶで示す方向から見たパッドコンディショナの平面図である。
【図１５】図１４中の矢印ＸＶ−ＸＶ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。
【図１６】図１４中の矢印ＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿ったパッドコンディショナの断面図である。
【図１７】図１５中の矢印ＸＶＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの底面図である。
【図１８】図１７中の矢印ＸＶＩＩＩで示す方向から見たパッドコンディショナの側面図である。
【図１９】この発明の実施の形態４に従ったパッドコンディショナの断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１０  台金、１１  表面、１２  凸部、２０  超砥粒層、２１  ニッケル層、２２  超砥粒、２３  端部、１００  パッドコンディショナ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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