(57)【要約】【課題】パッドの表面をウエーハ研磨時と同じ状態でコンディショニングが行え、また、パッドが弾性変化する場合であっても、研磨量を一定に保ちながら均一な研磨が行えるパッドコンディショナを提供する。【解決手段】パッドＰに当接して研磨する砥粒面３２を表面に有する砥粒基盤３０と、砥粒基盤の裏面側を支持する円盤状の台金２２とを備える。台金の砥粒基盤を支持する側の外周部にはリング状に突出するパッド押さえ２３が第１の弾性体２４を介装されて設けられ、パッド押さえの内側の凹部２５には、砥粒基盤３０が台金の砥粒基盤支持面との間に第２の弾性体４０を介装されて収納されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッドに当接して研磨する砥粒面を表面に有する砥粒基盤と、前記砥粒基盤の裏面側を支持する円盤状の台金とを備え、
前記台金の前記砥粒基盤を支持する側の外周部にはリング状に突出するパッド押さえが第１の弾性体を介装されて設けられ、
前記パッド押さえの内側に、前記砥粒基盤が前記台金の砥粒基盤支持面との間に第２の弾性体を介装されて収納さ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】
請求項１記載のパッドコンディショナであって、
前記第１の弾性体の弾性率は、研磨対象となる前記パッドの弾性率よりも高く設定さ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３】
請求項１または２記載のパッドコンディショナであって、
前記第２の弾性体の弾性率は、前記第１の弾性体の弾性率よりも高く設定さ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４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のパッドコンディショナであって、
前記第２の弾性体と前記砥粒基盤とはそれぞれ同一半径の円盤状に形成されていることを特徴とするパッドコンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ等の研磨を行うＣＭＰ（化学機械研磨）装置における、パッドを研磨するためのパッドコンディショナに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ研磨装置を用いたウエーハの研磨方法について簡単に説明すると、図５に示すように、研磨ヘッド１００の下部にはリテーナリング１０１がセットされ、このリテーナリング１０１の内周側にウエーハＷを配置する。この配置したウエーハＷを、スラリが滴下されて回転されるパッドＰの表面に、研磨ヘッド１００に内蔵された加圧機構１０２を介して自転かつ揺動させながら押し付ける。これにより、ウエーハＷの表面を鏡面となるまで研磨することができる。
前記ウエーハ研磨工程において、パッドＰの表面は、リテーナリング１０１によって押しつぶされて変形された後、その内周側にあるウエーハＷに接する。また、ウエーハＷの研磨面には、加圧機構１０２によって研磨荷重がくわわっているから、パッド表面は、必然的に押しつぶされた状態のままウエーハＷの研磨面に接することとなる。
【０００３】
ここで、パッドＰは、研磨時間が長くなるにつれ、目詰まりや圧縮変形を生じ、その表面が次第に変化する。すると、研磨速度の低下や研磨面が不均一になるなどの不具合が生じる。このような不具合の発生を抑えるために、パッドコンディショナを用い、パッドＰの表面を定期的に加工・調整して荒らすことで、その表面状態を一定に保ち、良好な研磨状態を維持する工夫が行われている。
【０００４】
パッドコンディショナの一例として、下記の特許文献１には、次のものが提案されている。
すなわち、特許文献１には図６に示すように、軸線回りに回転される円盤状の基材の表面に、パッドＰに当接して研磨加工する切刃凸部１１０と、この切刃凸部１１０よりも外周側に配置されかつ切刃凸部１１０の高さに対して２０〜９０％の高さに設定されたガイド凸部１１１とを備えるパッドコンディショナが提案されている。そして、このパッドコンディショナによれば、切刃凸部１１０の外周側に形成したガイド凸部１１１によって、基材の回転安定性を確保することができ、しかもガイド凸部１１０の高さを切刃凸部１１０の高さの２０〜９０％の高さに設定しているので、切刃凸部１１０への荷重集中を回避し、切刃凸部の切刃稜線によるパッド研削能力低下を抑えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２３８３６２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載のパッドコンディショナにあっては、パッド研磨時のパッドＰの状態が、ウエーハ研磨時のパッドＰの状態と大きく異なるため、結果的にパッドコンディショナによるパッド研磨性能を、パッドによるウエーハ研磨時に良好に反映することができないという問題があった。
すなわち、前述したように、パッドＰでウエーハＷを研磨するときには、パッドＰは表面がリテーナリング１０１によって押し潰され、この押し潰された状態のままウエーハＷに接触して研磨することになる。これに対し、引用文献１に記載のパッドコンディショナを用いたコンディショニング時では、パッドＰは表面全域を押し潰された状態ではなく、表面の一部分をガイド凸部１１１によって若干の押圧力（リテーナリング１０１による押圧力よりも小さい圧力）で押し付けられた後に、切刃凸部１１０に接触して研磨される。このように両者の間では、研磨する際あるいは研磨される際に、パッドＰの表面が押し潰されるか否かの点で全く異なっていた。
【０００７】
また、切刃凸部１１０とガイド凸部１１１との相対的高さが固定されていて、パッドＰに対する切刃凸部１１０の侵入作用が一様であるから、パッドＰの表面の吸水率変化やコンディショニング条件の変化に伴い、パッドＰの表面に局所的な弾性変化がある場合でも、そのような弾性変化に追従することができない。この結果、例えば、ウエーハ研磨時に相当するような比較的強い圧力で研磨する場合には、切刃凸部１１０がパッド表面に侵入し過ぎることとなり、必要以上に研磨してしまうおそれがあった。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであって、パッドの表面をウエーハ研磨時と同じ状態でコンディショニングが行え、また、パッドが弾性変化する場合であっても、研磨量を一定に保ちながら均一な研磨が行えるパッドコンディショナ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】
【０００９】
前記の課題を解決するために、本発明は、以下の手段を提案している。
すなわち、本発明に係るパッドコンディショナは、パッドに当接して研磨する砥粒面を表面に有する砥粒基盤と、前記砥粒基盤の裏面側を支持する円盤状の台金とを備え、前記台金の前記砥粒基盤を支持する側の外周部にはリング状に突出するパッド押さえが第１の弾性体を介装されて設けられ、前記パッド押さえの内側に、前記砥粒基盤が前記台金の砥粒基盤支持面との間に第２の弾性体を介装されて収納されていることを特徴とする。
【００１０】
前記のように構成されたパッドコンディショナによれば、台金の砥粒基盤を支持する側の外周部にリング状に突出するパッド押さえが設けられており、このパッド押さえが、あたかも、ＣＭＰ研磨装置のリテーナリングのように作用する。つまり、当該パッドコンディショナによってパッドを研削するときに、まず、パッド押さえがパッドに当接して該パッドの表面を押し潰し、その後、このように押し潰しされたパッドに対して砥粒基盤が当接する。このようにウエーハ研磨と略同じ状況下でのコンディショニングが行えるので、その後のパッドによるウエーハ研磨時において、パッドコンディショナによるパッド研磨性能を良好に反映することができる。
【００１１】
また、台金とパッド押さえとの間に第１の弾性体を介装するとともに砥粒基盤と台金の砥粒基盤支持面との間に第２の弾性体を介装しているので、パッドに対するパッド押さえの接触圧と砥粒基盤の接触圧の差は、第１、第２の弾性体の弾性率差によって定まる。このため、パッド表面の吸水率変化やパッド表面に性状並びにコンディショニング条件の変化に伴い、パッド表面が弾性変化する場合であっても、パッドに対するパッド押さえの接触圧と砥粒基盤の接触圧の差は変化しないため、結果的に、パッド押さえの接触圧と砥粒基盤の接触圧の差によって決定されるパッド研磨量を一定に保つことができ、しかも、均一な研磨が行える。
【００１２】
前記第１の弾性体の弾性率は、研磨対象となる前記パッドの弾性率よりも高く設定されていることが好ましい。
この場合、パッドに比べて第１の弾性体が変形しにくくなっており、したがって、コンディショニング時において例えパッドの弾性が局所的に変化する場合でも、第１の弾性体の弾性を利用して比較的強い押圧力でパッド押さえをパッドに押し付けることができ、結果的にパッドコンディショナの姿勢を安定させて良好な研磨が行える。
【００１３】
前記第２の弾性体の弾性率は、前記第１の弾性体の弾性率よりも高く設定されていることが好ましい。
この場合、第２の弾性体の弾性率と第１の弾性体の弾性率の差分だけ、パッドに対する砥粒基盤の接触圧をパッド押さえの接触圧より高めることができる。パッドに対する砥粒基盤の接触圧とパッド押さえの接触圧との差つまりコンディショニング圧が、直接コンディショニング量に寄与することとなり、このため、パッド表面が弾性変化する場合であっても、コンディショニング圧を常に一定に保ちつつ、パッド研磨量をより安定させることができる。
【００１４】
前記第２の弾性体と前記砥粒基盤とはそれぞれ同一半径の円盤状に形成されていることが好ましい。
この場合、第２の弾性体と砥粒基盤とは平面視同一の円盤形状であるため、第２の弾性体によって砥粒基盤の裏面側全域を略均一な押圧力で押圧することができ、この結果、砥粒面によってパッドを均一の接触圧で研磨することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るパッドコンディショナによれば、パッド表面をウエーハ研磨時と同じ状態でコンディショニングが行え、また、パッドが弾性変化する場合であっても、研磨量を一定に保ちながら均一な研磨を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るパッドコンディショナを備えるＣＭＰ研磨装置の概略図である。
【図２】本発明に係るパッドコンディショナの断面図である。
【図３】本発明に係るパッドコンディショナの変形例を示す台金の底面図である。
【図４】本発明に係るパッドコンディショナの変形例を示す要部の拡大断面図である。
【図５】ＣＭＰ研磨装置を用いたウエーハの研磨方法を説明する断面図である。
【図６】パッドコンディショナの従来例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るパッドコンディショナの実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明に係るパッドコンディショナを備えるＣＭＰ研磨装置の概略図、図２は、本発明に係るパッドコンディショナの断面図である。
【００１８】
図１に示すように、ＣＭＰ研磨装置１は、回転テーブル３と、ウエーハキャリア５と、コンディショナ機構８とを主な構成要素とするものである。
回転テーブル３は、円盤状に形成され、その下面中央部には、中心軸２が取り付けられ、その上面には、例えば硬質ウレタンからなるポリッシング用のパッドＰが取り付けられている。該回転テーブル３は、中心軸２を介して、例えばモータ（図示せず）などによって回転されるようになっている。
ウエーハキャリア５は、このパッドＰに対向して且つパッドＰの中心軸２から偏心した位置に自転可能に配置されており、その下面には、パッドＰよりも小径の円盤形状とされるウエーハＷが保持されている。このウエーハＷの下側表面は、パッドＰの表面と接触している。
【００１９】
コンディショナ機構８は、回転軸９と、アーム１０と、パッドコンディショナ１１とを主な構成要素とするものである。回転軸９は、回転テーブル３の外部に回転可能に設けられ、アーム１０の一端に接続されている。該アーム１０の他端は、パッドコンディショナ１１に回転自在に接続されている。
また、図１には、ウエーハＷを研磨する際に、スラリｓがパッドＰの上面に供給される。このスラリｓは、微粒子シリカ等からなる遊離砥粒が研磨剤として用いられ、更にエッチング用のアルカリ液等が混合されたものである。
【００２０】
図２に示すように、パッドコンディショナ１１は、固定ヘッド２１を介して前記アーム１０に支持される円盤状の台金２２と、該台金２２によって支持される砥粒基盤３０とを備える。
円盤状の台金２２は、略円盤状に形成されており、砥粒基盤３０を支持する側（図２では下面）の外周部にはリング状に突出するパッド押さえ２３が配設されている。パッド押さえ２３の外周は、下方に向かうに従い暫時縮径するようにテーパー状に形成されている。これは、研磨対象であるパッドＰの表面に滑らかに当接するためである。パッド押さえ２３は、幅Ｍが２．０ｍｍ〜８．０ｍｍ程度に設定されている。これは、リテーナリングの寸法に対応させたものである。
【００２１】
台金２２とパッド押さえ２３との間には、第１の弾性体２４が介装されている。第１の弾性体２４は、パッド押さえ２３の上面部とほぼ同じ径とされかつ所定厚さに設定されたリング状のものである。第１の弾性体２４は、適宜弾性を有する材料、例えばパッドＰと同様に発泡ポリウレタンで形成されてもよく、それとは別の合成樹脂材料あるいはゴム材によって形成されてもよい。ただし、第１の弾性体２４の弾性率は、研磨対象となるパッドＰの弾性率よりも高く設定されているのが好ましい。これは、コンディショニング時に、当該第１の弾性体２４の弾性を利用して比較的強い押圧力でパッド押さえ２３をパッドＰに押し付けることができ、パッドコンディショナ１１の姿勢を安定させて良好な研磨が行えるからである。また、第１の弾性体２４は、上面を台金２２に接着固定されるとともに、下面をパッド押さえ２３に接着固定されている。
【００２２】
パッド押さえ２３の内周側には、円盤状の凹部２５が形成されている。凹部２５には、砥粒基盤３０と第２の弾性体４０が重ねられて、砥粒基盤３０が開口に至るように（図２において下方に位置するように）収納されている。つまり、凹部２５には、砥粒基盤３０が台金２２の砥粒基盤支持面２２ａとの間に第２の弾性体４０を介装された状態で収納されている。なお、ここでは、砥粒基盤３０の図２における上側を裏面、下側を表面とする。
【００２３】
円盤状の台金２２の上面中央部には、図１に示すように、アーム１０の他端が回転自在に接続されており、このアーム１０の他端は、パッドコンディショナ１１をパッドＰの表面に押圧する押圧力Ｆ（図２に示す）と、パッドコンディショナ１１を回転させるための回転力とを伝達するように構成されている。また、円盤状の台金２２は、例えばステンレス等の金属を削り出し加工されたものでもよく、樹脂を押し出し加工されたものでもよく、材料は問わない。
【００２４】
砥粒基盤３０は、第２の弾性体４０を介して前記円盤状の台金２２に支持されるベース部３１と、該ベース部３１上に配置された複数の砥粒を有する砥粒面３２と、砥粒をベース部３１に接着するための接着層（図示略）とを備える。
ベース部３１は、略円盤状の形状を有し、ニッケルめっき等の金属めっきによって形成される。砥粒面を構成する複数の砥粒は、ダイヤモンドやｃＢＮ等の超砥粒からなっている。これら複数の砥粒は、所定のパターンに従って、ベース部３１に分散して配置されている。所定のパターンは、均一な分散パターン又は格子状のパターンでもよく、密な領域及び粗な領域をランダムに形成したパターンでもよい。
砥粒をベース部３１に接着する接着層は、ベース部３１と同様に、ニッケルめっき等の金属めっきによって形成される。
【００２５】
前記第２の弾性体４０は、砥粒基盤３０と同様に円盤状でかつ砥粒基盤３０と同じ半径となるように形成されている。また、第２の弾性体４０の厚さは、材料等によっても変わるが、砥粒基盤３０とともに台金２２の凹部に収納されたときに、砥粒基盤３０の下面が、パッド押さえ２３の下面と同じ高さ位置になるか、あるいは同高さ位置より若干外方へ出っ張るような値に設定されている。また、第２の弾性体４０は、適宜弾性を有する材料、例えばパッドＰと同様に発泡ポリウレタンで形成されてもよく、それとは別の合成樹脂材料あるいはゴム材によって形成されてもよい。ただし、第２の弾性体４０の弾性率は、前記第１の弾性体２４の弾性率よりも高く設定されているのが好ましい。これは、パッド表面が弾性変化する場合であっても、コンディショニング圧を常に一定に保ちつつ、パッド研磨量をより安定させることができるからである。
また、第２の弾性体４０は、台金２２や砥粒基盤３０に対して接着固定していてもよく、あるいは取り扱いが容易なように、接着することなく単に台金２２と砥粒基盤３０との間に配置されたままでも良く、さらに、台金２２の下面にのみ、あるいは砥粒基盤３０の上面にのみ接着固定されていてもよい。要は、当該第２の弾性体４０によって直接支持している砥粒基盤３０を、パッド押さえ２３に対して相対的に上下動可能に支持できればよい。
【００２６】
次に、本実施形態のパッドコンディショナ１１によってパッドＰを研磨する方法について説明する。
図１に示すＣＭＰ研磨装置１において、ウエーハＷの研磨を繰り返すことにより、パッドＰの研磨面、すなわちパッドＰの表面における平坦度が低下したり、目詰まりしたりするためにウエーハＷの研磨精度及び研磨効率が低下する。パッドＰがそのような状態になった場合に、パッドコンディショナ１１によってパッドＰの表面を再研削（コンディショニング）する。
パッドコンディショナ１１によるパッドＰの再研削は、アーム１０の先端に取り付けられたパッドコンディショナ１１が、自転かつ揺動しながらパッドＰの表面に所定の押圧力Ｆをもって押圧されることで行われる。
【００２７】
このとき、まず、台金２２の外周部に設けられたパッド押さえ２３がパッドＰの表面を押圧して押し潰ぶす。その後、押し潰しされたパッド表面は、パッドコンディショナ１１の揺動に伴ってパッドコンディショナ１１の径方向へ相対移動し、砥粒基盤３０側に至る。そして、パッドＰの表面は、砥粒基盤３０の砥粒面３２を構成する砥粒によって研磨される。
【００２８】
このように前記構成のパッドコンディショナ１１によれば、砥粒基盤３０による研磨を行う前にパッドＰの表面を押圧して押し潰すので、パッド押さえ２３があたかもウエーハ研磨時のリテーナリングのように作用する。つまり、当該パッドコンディショナ１１によってパッドＰを研削するときに、まず、パッド押さえ２３がパッドＰに当接して該パッドＰの表面を押し潰し、その後、このように押し潰しされたパッドＰに対して砥粒基盤３０が当接する。このようにウエーハ研磨と略同じ状況下でのコンディショニングが行えるので、その後のパッドによるウエーハ研磨時において、パッドコンディショナ１１によるパッド研磨性能を良好に反映することができる。
【００２９】
加えて、通常、パッドコンディショナ１１の押圧力Ｆを微小荷重に設定した場合、固定ヘッド２１の動きを制御することが難しくなり、いわゆる「踊り」が生じ、このため、パッドＰを平坦に研磨することが困難になったり、パッドＰの弾性変形に伴い研磨代が一定となる研磨が行えなかったりする問題が生じがちである。
ところが、前記構成のパッドコンディショナ１１によれば、コンディショニング時に、パッド押さえ２３によりパッドＰを加圧するとき、該パッドＰからパッド押さえ２３が一様な反力を受けることとなり、台金２２自体の動きが安定していわゆる「踊り」は生じにくく、結果的に、安定した研磨が行える。
【００３０】
また、台金２２とパッド押さえ２３との間に第１の弾性体２４を介装するとともに砥粒基盤３０と台金の砥粒基盤支持面２２ａとの間に第２の弾性体４０を介装し、しかも第２の弾性体４０の弾性率を、第１の弾性体２４の弾性率よりも高く設定している。ここで、パッドＰに対するパッド押さえ２３の接触圧と砥粒基盤３０の接触圧の差は、第１、第２の弾性体２４，４０の弾性率差によって定まる。このため、パッド表面の吸水率変化やパッド表面に性状並びにコンディショニング条件の変化に伴い、パッドＰの表面が弾性変化する場合であっても、パッドＰに対するパッド押さえ２３の接触圧と砥粒基盤３０の接触圧の差は変化せず常に一定であるため、結果的に、パッド押さえ２３の接触圧と砥粒基盤３０の接触圧の差によって決定されるパッド研磨量を一定に保つことができ、しかも、均一な研磨が行える。
また、第１、第２の弾性体２４，４０の弾性率差を適宜値に設定することによって、パッドＰに対するパッド押さえ２３の接触圧と砥粒基盤３０の接触圧の差を微小な値に設定可能であり、これにより、パッド研磨量を微小に任意に設定することができ、例えば、パッドＰの表面に細かな毛羽立ちを残しながらの研磨が行える。
【００３１】
また、前記第１の弾性体２４の弾性率を研磨対象となるパッドＰの弾性率より高く設定した場合、パッドＰに比べて第１の弾性体２４が変形しにくくなっており、したがって、コンディショニング時に、第１の弾性体２４の弾性を利用して比較的強い押圧力で砥粒基盤３０をパッドＰに押圧することができ、結果的にパッドコンディショナ１１の姿勢を安定させて良好な研磨が行える。
【００３２】
加えて、第２の弾性体４０と砥粒基盤３０とはそれぞれ同一半径の円盤状に形成されていて、平面視同一の円盤形状であるため、第２の弾性体４０によって砥粒基盤３０の裏面側全域を略均一な押圧力で押圧することができる。この結果、砥粒面によってパッドを均一の接触圧で研磨することができる。
【００３３】
なお、本発明は前記した実施形態に限定されることなく、必要に応じて適宜設計変更可能である。
例えば、図２に示すパッド押さえ２３では、底面が平坦に形成されているが、これに限られることなく、図３に示すように、底面に放射状に延びるスリット５０を有するパッド押さえ５１であっても良い。この場合、スリット５０を利用することで、パッド押さえ５１の内周側の凹部から研磨屑をスラリとともに良好に排出することができる。
【００３４】
また、図４に示すように、底面に小さな突起６１を有するパッド押さえ６２を用いても良い。この場合、パッド表面にある微細な毛羽立ちを全て押しつぶすことなく、その一部を毛羽立たせた状態のまま、研磨することが可能となる。
なお、突起６１は耐摩耗性を考慮すると、ダイヤモンド等の硬質な材料によって形成するのが好ましい。
【００３５】
また、図２に示すパッド押さえ２３は、台金２２に対して一体に形成していたが、これに限られることなく、台金２２に対して別々に製作することも可能である。
さらに、前記実施形態では円盤状の第２の弾性体４０を用いていたが、これに限られることなく、弾性変形時の変化を多様にするために、表面にストライプ状や格子状のリブを設けた弾性体を用いても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１  ＣＭＰ研磨装置
２  中心軸
３  回転テーブル
５  ウエーハキャリア
８  コンディショナ機構
９  回転軸
１０  アーム
１１  パッドコンディショナ
２１  固定ヘッド
２２  台金
２２ａ  砥粒基盤支持面
２３  パッド押さえ
２４  第１の弾性体
２５  円盤状の凹部
３０  砥粒基盤
３２  砥粒面
４０  第２の弾性体
５０  スリット
５１  パッド押さえ
６１  突起
６２  パッド押さえ
Ｐ  パッド
Ｗ  ウエーハ
【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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