(57)【要約】【課題】半導体素子製作工程の一部である化学機械研磨（ＣＭＰ）工程で使用されるＣＭＰパッド用コンディショナーを提供すること。【解決手段】本発明は、スラリーの種類およびコンディショナーの圧力の変化にも研磨パッドの摩耗量の変化があまり大きくない、切削チップ構造を持つＣＭＰパッドコンディショナーおよびその製造方法を提供する。【選択図】図１
2014514971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、および前記基板の表面上に互いに離隔して突設される複数の切削チップを含むＣＭＰパッドコンディショナーであって、
前記切削チップは、その上端面が前記基板の表面と平行な平面であり、コンディショニング作業の際に前記切削チップ１個当たり受ける平均圧力が０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａである構造を持つことを特徴とする、ＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２】
前記切削チップの上部は、前記切削チップの上端面から下方に５μｍ〜５０μｍの地点の端面外周縁と前記上端面の外周縁とを連結して形成された面が前記上端面に対して８７°〜９３°をなすように形成されることを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３】
前記切削チップは、突出部と、前記突出部から延長されて一体にまたはそれぞれ形成される切削部とを含んでなり、前記突出部と前記切削部がそれぞれ形成される場合、前記突出部の上部表面に形成された切削部は、前記突出部の上部表面にダイヤモンドがＣＶＤ法によって蒸着されて形成されたダイヤモンド層からなることを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項４】
前記ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命周期の間に、前記切削チップの上端面面積の変化率は、前記ＣＭＰパッドコンディショナーを用いる前の最初値と比較して前記ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命終了後まで１０％以内であることを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項５】
前記切削チップの上端面の面積が２５〜１００００μｍ２であることを特徴とする、請求項４に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項６】
前記コンディショニング作業時のパッド粗さが２〜１０μｍに維持されることを特徴とする、請求項１に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項のＣＭＰパッドコンディショナーを製造する方法であって、
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａの範囲で決定する段階と、
前記決定された平均圧力に応じて、基板の表面上に突設されるべき複数の切削チップのサイズおよび個数を決定する段階と、
前記決定された切削チップのサイズおよび個数だけ前記基板に切削チップを形成する段階とを含んでなる、ＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法。
【請求項８】
前記基板の表面上に突設されるべき複数の切削チップのサイズおよび個数が下記数式１によって決定されることを特徴とする、請求項７に記載のＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法。
【数１】
2014514971.tif 000008
Ｐｅ：切削チップ１個当たり印加される平均圧力
Ｄ：荷重
Ａｓ：全ての切削チップの上端面面積の和
Ｔ：切削チップの個数
【請求項９】
前記基板に切削チップを形成する段階は、
前記基板と、円柱、多角柱、円錐台および角錐台のいずれか一つの形状を持つ突出部とを一体にまたはそれぞれ形成する段階と、前記基板と突出部の表面にＣＶＤ法によりダイヤモンドを蒸着し、ダイヤモンド層からなる切削部を形成する段階とを含んでなることを特徴とする、請求項７に記載のＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法。
【請求項１０】
前記切削チップが完成した状態でその上端面から下方に５μｍ〜５０μｍの地点の端面外周縁と前記上端面の外周縁とを連結して形成された面が、前記上端面に対して８７°〜９３°をなすように形成され、前記切削チップの上部をなすことを特徴とする、請求項７に記載のＣＭＰコンディショナーの製造方法。
【請求項１１】
前記切削チップの上端面の面積が２５〜１００００μｍ２であることを特徴とする、請求項７に記載のＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法。
【請求項１２】
前記切削チップは円柱および多角柱を含む柱状に形成され、前記切削チップの表面はダイヤモンド薄膜コーティング層からなることを特徴とする、請求項１１に記載のＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法。
【請求項１３】
前記切削チップの上端面の面積が２５〜６２５μｍ２の範囲にある場合には２６８０〜１９００００個の切削チップが形成され、前記面積が６２５〜２５００μｍ２の範囲にある場合には１３４０〜３８０００個の切削チップが形成され、前記面積が２５００〜１００００μｍ２の範囲にある場合には６７０〜１９０００個の切削チップが形成されることを特徴とする、請求項１１に記載のＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法。
【請求項１４】
前記切削チップの上端面の面積に応じて切削チップへの臨界圧力範囲を調節し、パッド摩耗量を変化させることなく、前記切削チップ当たり印加される圧力を調節することにより、ＣＭＰパッドコンディショナーの使用寿命を調節することができることを特徴とする、請求項１１に記載のＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子製作工程の一部である化学機械研磨（ＣＭＰ）工程で使用されるＣＭＰパッド用コンディショナーに係り、より具体的には、スラリーの種類およびコンディショナーの圧力の変化にも研磨パッドの摩耗量の変化があまり大きくない、切削チップ構造を持つＣＭＰパッドコンディショナーおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置に適用されるＣＭＰ技術は、半導体ウエハー上に形成された絶縁膜や金属膜などの薄膜を平坦化するときに用いられる。
【０００３】
ＣＭＰ技術を用いた平坦化工程は、回転する定盤（Ｐｌａｔｅｎ）上に研磨パッドを取り付け、キャリア（Ｃａｒｒｉｅｒ）が研磨対象物体としてのウエハーを把持し、そのパッド上にスラリー（Ｓｌｕｒｒｙ、研磨液）を供給しながら、ウエハーを把持しているキャリアに圧力を加えた状態で定盤とキャリアを互いに相対運動させて研磨する加工方法である。
【０００４】
したがって、平坦化のためのＣＭＰ技術において、ウエハーなどの加工物の表面を横切る除去速度の均一性（研磨均一性）は重要な特性である。研磨均一性を向上させるための様々な要素のうち、研磨パッドの表面状態も、重要な定量的要素となれる。
【０００５】
研磨パッドの好適な表面状態は、研磨パッドの摩耗した或いは詰まった微孔、および壊れた研磨パッドの平坦化を元の状態に戻すために、コンディショナーを用いて、変形したパッドの表面を切削する作業を行う、研磨パッドのコンディショニング作業によって達成できる。
【０００６】
ここで、コンディショニングは、パッドコンディショナーが研磨パッドの表面をスクラッピングまたはラッピングするために、研磨パッドに接触するダイヤモンドなどのグラインダーを持たせて、新しい研磨パッドの表面状態が、スラリーの優れた維持能力を持つ初期状態に最適化されるか、或いは利用の際に研磨パッドのスラリー維持能力が研磨パッドの研磨能力を保つように回復する動作である。
【０００７】
一方、ＣＭＰ工程に用いられるスラリーは、オキサイドスラリー、タングステン（Ｗ）スラリー、銅（Ｃｕ）スラリーに大別される。それぞれのスラリーは、研磨粒子の種類、形状、サイズ、添加剤の種類および含量などがそれぞれ異なるため、ＣＭＰ工程中にパッドに及ぼす影響が異なる。また、パッドの材質、およびパッドに接触するＣＭＰパッドコンディショナーへの圧力が変わっても、ＣＭＰ工程中のパッドへの影響が変わる。
【０００８】
したがって、同一のＣＭＰパッドコンディショナーを使用しても、スラリーの種類、パッドの材質および圧力の変化によってパッド摩耗量がそれぞれ異なるから、コンディショニング作業の際に用いられるそれぞれのスラリー、パッドおよび圧力の変化に応じてコンディショナーを使用しなければならないので、これに適したＣＭＰパッドコンディショナーを導出するためには数多くの仕様の製品を評価しなければならないという困難さが伴われる。
【０００９】
特に、従来知られているＣＭＰパッドコンディショナーの中でも、ダイヤモンド電着型パッドコンディショナーは、次のような問題点がある。すなわち、使用されるダイヤモンド研磨粒子が製造の際に立方体（ｃｕｂｅ）、８面体（ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ）、立方８面体（ｃｕｂｅ−ｏｃｔａｈｅｄｒａｌ）などの様々な形状として含まれる。一定の形状のダイヤモンドを使用するとしても、ダイヤモンドが方向性なしに付着するため、ダイヤモンドの突出高さを制御することが難しくなり、これによりパッドに接触するダイヤモンドの面積を同一に制御することができなくて、パッドに接触するダイヤモンドの面積を計算することが難しい。これはコンディショナー内でパッドに接触するダイヤモンドそれぞれに付加される圧力を予測することができないことを意味し、これにより性能を予測することが難しいことを示唆する。
【００１０】
また、韓国特許第１０−０３８７９５４号に開示されているように、基板の表面上に均一な高さで突出する複数の多角錐台が設けられ、その表面にダイヤモンド層がＣＶＤ法によって蒸着された構造を持つＣＶＤパッドコンディショナーが開発された。ところが、上述したような構造のＣＶＤパッドコンディショナーは一定の圧力で使用可能であるが、ＰＷＲ（Ｐａｄ  Ｗｅａｒ  Ｒａｔｅ）が不安定な状態では研磨パッドのコンディショニングがまともに行われないにも拘わらず、コンディショニングの圧力の変化に応じてパッド摩耗率、言い換えればＰＷＲが増加または減少する幅が非常に大きいという問題点があった。その結果、前記特許に開示された既存のＣＶＤコンディショナーの場合には、ディスクに付加される荷重の変化によってパッド摩耗量の変化幅が大きく、スラリーの変化に応じて使用できるディスク圧力の範囲が非常に大きいという問題点を持っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者は、上述したような従来の技術の諸般欠点および問題点を解決するために鋭意研究努力した結果、本発明の完成に至った。
【００１２】
したがって、本発明の目的は、いずれのコンディショニング作業条件においても安定的に使用できるように最適化された構造を持つので、スラリーの種類、パッドの材質および圧力の変化のうち少なくとも一つにより発生するパッド摩耗量の変化幅が小さいＣＭＰパッドコンディショナーを提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、数百回の実験を行うことなく、数回の実験のみでもＣＭＰパッドコンディショナーを、パッド摩耗量の予測が可能な構造に設計することができて、効率よくＣＭＰパッドコンディショナーを製造することができるので、生産性および製品品質に優れたＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法を提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、従来のＣＭＰパッドコンディショナーと比較して、製品寿命が延長されると共に、パッド粗さが一定に維持される時間が延長された構造のＣＭＰパッドコンディショナーおよびその製造方法を提供することにある。
【００１５】
本発明の別の目的は、切削チップに一定の圧力を加える範囲でパッド摩耗量を一定の値に維持することが可能なチップのサイズおよび個数を提示し、切削チップの摩耗速度を制御することにより、コンディショナーの使用寿命を極大化することができるうえ、コンディショナーの使用寿命を調節することができるＣＭＰパッドコンディショナーおよびその製造方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の目的は上述した目的に制限されず、上述していない別の目的は以降の記載から当業者に明らかに理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明は、基板、および前記基板の表面上に互いに離隔して突設される複数の切削チップを含むＣＭＰパッドコンディショナーであって、前記切削チップは、その上端面が前記基板の表面と平行な平面であり、コンディショニング作業の際に前記切削チップ１個当たり受ける平均圧力が０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａである構造を持つことを特徴とする、ＣＭＰパッドコンディショナーを提供する。
【００１８】
好適な実施例において、前記切削チップの上部は、前記切削チップの上端面から下方に５μｍ〜５０μｍの地点の端面外周縁と前記上端面の外周縁とを連結して形成された面が前記上端面に対して８７°〜９３°をなすように形成される。
【００１９】
好適な実施例において、前記切削チップは、突出部と、前記突出部から延長されて一体にまたはそれぞれ形成される切削部とを含んでなるが、前記突出部と前記切削部がそれぞれ形成される場合、前記突出部の表面に形成された切削部は、前記突出部の上部表面にダイヤモンドがＣＶＤ法により蒸着されて形成されたダイヤモンド層からなる。
【００２０】
好適な実施例において、前記ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命周期の間に、前記切削チップの上端面の面積の変化率は、前記ＣＭＰパッドコンディショナーを使用する前の最初値と比較して前記ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命終了後まで１０％以内である。
好適な実施例において、前記切削チップ１個の上端面の面積は２５〜１００００μｍ２である。
好適な実施例において、前記コンディショニング作業時のパッド粗さは２〜１０μｍに維持される。
また、本発明は、請求項１〜６のいずれか１項のＣＭＰパッドコンディショナーを製造する方法であって、コンディショニング作業時にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａの範囲で決定する段階と、前記決定された平均圧力に応じて、基板の表面上に突設されるべき複数の切削チップのサイズおよび個数を決定する段階と、前記決定された切削チップのサイズおよび個数だけ前記基板に切削チップを形成する段階とを含んでなる、ＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法を提供する。
好適な実施例において、前記基板の表面上に突設されるべき複数の切削チップのサイズおよび個数は、下記数式１によって決定される。
【００２１】
【数１】
2014514971.tif 000003
【００２２】
Ｐｅ：切削チップ１個当たり印加される平均圧力
Ｄ：荷重
Ａｓ：全ての切削チップの上端面面積の和
Ｔ：切削チップの個数
好適な実施例において、前記基板に切削チップを形成する段階は、前記基板と、円柱、多角柱、円錐台および角錐台のいずれか一つの形状を持つ突出部とを一体にまたはそれぞれ形成する段階と、前記基板と突出部の表面にＣＶＤ法によってダイヤモンドを蒸着し、ダイヤモンド層からなる切削部を形成する段階とを含んでなる。
【００２３】
好適な実施例において、前記切削チップが完成した状態でその上端面から下方に５μｍ〜５０μｍの地点の端面外周縁と前記上端面の外周縁とを連結して形成された面が、前記上端面に対して８７°〜９３°をなすように形成され、前記切削チップの上部をなす。
【００２４】
好適な実施例において、前記切削チップの上端面の面積は２５〜１００００μｍ２である。
【００２５】
好適な実施例において、前記切削チップは円柱および多角柱を含む柱状に形成され、前記切削チップの表面はダイヤモンド薄膜コーティング層からなる。
【００２６】
好適な実施例において、前記切削チップの上端面の面積が２５〜６２５μｍ２の範囲にある場合には、２６８０〜１９００００個の切削チップが形成され、前記面積が６２５〜２５００μｍ２の範囲にある場合には、切削チップは１３４０〜３８０００個が形成され、前記面積が２５００〜１００００μｍ２の範囲にある場合には、切削チップは６７０〜１９０００個が形成される。
【００２７】
好適な実施例において、前記切削チップの上端面の面積に応じて切削チップへの臨界圧力範囲を調節して、パッド摩耗量を変化させることなく、前記切削チップ当たり印加される圧力を調節することにより、ＣＭＰパッドコンディショナーの使用寿命を調節することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、以下の優れた効果を持つ。
【００２９】
まず、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーによれば、いずれのコンディショニング作業条件においても安定的に使用できるように最適化された構造を持つので、スラリーの種類、パッドの材質および圧力の変化のうちの少なくとも一つによって発生するパッド摩耗量の変化幅が小さい。
【００３０】
また、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法によれば、数百回の実験を行うことなく、数回の実験のみでもＣＭＰパッドコンディショナーをパッド摩耗量の予測が可能な構造に設計することができるため、効率よくＣＭＰパッドコンディショナーを製造することができるので、生産性および製品品質に優れる。
【００３１】
また、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーおよびその製造方法によれば、従来のＣＭＰパッドコンディショナーより製品寿命が延長され、パッド粗さが一定に維持される時間が延長できる。
また、本発明によれば、パッド研磨量を一定に維持しながら、切削チップの面積に応じて要求されるパッドの表面粗さおよび破片（ｄｅｂｒｉｓ）のサイズを変化させることができる。
また、スラリー別のパッド摩耗量を一定に維持することに必要なワーキング（ｗｏｒｋｉｎｇ）を行うチップの平均圧力の計算が可能であって、チップの面積が設定されると、必要なチップ個数の設計が可能である。
また、切削チップに印加される平均圧力０．００１〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａの範囲で、パッド摩耗量を変化させることなく、前記切削チップ当たり印加される圧力を調節することにより、切削チップの摩耗速度を変化させることができるため、一定のパッド摩耗量を保つときのコンディショナーの使用時間を増大させるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１〜１１によって製造されたＣＭＰパッドコンディショナー１〜１１と、比較例１および比較例２によって製造された比較例コンディショナー１および２のスラリーの種類によるＰＷＲ測定結果を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例１〜１１によって製造されたＣＭＰパッドコンディショナー１〜１１と、比較例１および比較例２によって製造された比較例コンディショナー１および２のスラリーの種類によるＰＷＲ測定結果を示すグラフである。
【図３】本発明の実施例１〜１１によって製造されたＣＭＰパッドコンディショナー１〜１１と、比較例１および比較例２によって製造された比較例コンディショナー１および２のスラリーの種類によるＰＷＲ測定結果を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例４によって製造されたＣＭＰパッドコンディショナー４のコンディショニング時間によるパッド摩耗量およびパッド粗さの測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明で使用される用語はできる限り現在広く用いられる一般な用語を選択したが、特定の場合は出願人が任意に選定した用語もあるが、この場合、単純な用語の名称ではなく、発明の詳細な説明部分に記載または使用された意味を考慮してその意味を把握すべきであろう。
【００３４】
以下、添付図面に示された好適な実施例を参照して本発明の技術的構成を詳細に説明する。
【００３５】
ところが、本発明は、ここで説明される実施例に限定されず、様々な形態に具体化されることも可能である。明細書全体にわたって、本発明を説明するために使用される同一の参照符号は同一の構成要素を示す。
【００３６】
本発明の技術的特徴は、基板と、基板の表面上に互いに離隔して突設される複数の切削チップを含む構造のＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、切削チップの上端面が基板の表面と平行に形成されると、コンディショニング作業の際に切削チップ１個当たり受ける平均圧力を計算することができ、実験的にスラリーの種類、パッドの材質および圧力の変化のうちの少なくとも一つにより発生するパッド摩耗量の変化幅が小さい最適の平均圧力範囲を決定することにより、いずれのコンディショニング作業条件においても安定的に使用できるように最適化された構造を持つＣＭＰパッドコンディショナーおよびその製造方法を提供することにある。
【００３７】
すなわち、ＣＭＰパッドコンディショナーに形成された切削チップ１個あたり受ける圧力が０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａである構造を持つと、スラリーの種類、パッドの材質および圧力の変化のうち少なくとも一つが相当な幅で変化しても、ＰＷＲの変化幅を著しく減少させることができることを実験的に確認したためである。
【００３８】
したがって、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーは、基板、および前記基板の表面上に互いに離隔して突設される複数の切削チップを含むＣＭＰパッドコンディショナーであって、前記切削チップは、その上端面が前記基板と平行な平面であり、コンディショニング作業時に前記切削チップ１個当たり受ける平均圧力が０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａである構造を持つ。
【００３９】
ここで、一旦ＣＭＰパッドコンディショナー切削チップ１個当たり受ける平均圧力が決定されると、コンディショニング作業中に切削チップが摩耗しても、切削チップ１個あたり受ける平均圧力がほぼ一定に維持できるように切削チップが形成されなければならない。その結果、切削チップの上部が切削チップの上端面から下方に５μｍ〜５０μｍの地点の端面外周縁と上端面の外周縁とを連結して形成された面が上端面に対して８７°〜９３°をなすように形成されることが好ましい。
【００４０】
実験的にＣＭＰパッドコンディショナーの寿命周期の間に、切削チップの上端面の面積の変換率が、ＣＭＰパッドコンディショナーを使用する前の最初値と比較してＣＭＰパッドコンディショナーの寿命終了後まで１０％以内である構造を持つとき、ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命延長およびＰＷＲ変化幅の最小化の観点から好ましい結果を得ることができた。
【００４１】
本発明で完成したＣＭＰパッドコンディショナーに含まれた切削チップ１個の上端面の面積は２５〜１０００μｍ２であることが好ましく、切削チップの全体高さは１００μｍ以下であってもよい。
【００４２】
本発明の構造を持つＣＭＰパッドコンディショナーは、コンディショニング作業の際に、ＰＷＲが、使用されるスラリーの種類を問わずに、既存のダイヤモンド粒子を用いるコンディショナーと比較して２倍〜１０倍も一定に維持された。さらに、コンディショニング作業の際にパッド粗さ（ｐａｄ  ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）も２〜１０μｍに維持されて優れた製品特性を示した。
【００４３】
また、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーの製造方法は、コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり印加される平均圧力を０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａの範囲で決定する段階と、前記決定された平均圧力に応じて基板の表面上に突設されるべき複数の切削チップのサイズおよび個数を決定する段階と、前記決定された切削チップのサイズおよび個数だけ前記基板に切削チップを形成する段階とを含んでなる。
【００４４】
ここで、基板の表面上に突設されるべき複数の切削チップのサイズおよび個数は、下記数式１によって決定される。
【００４５】
【数２】
2014514971.tif 000004
【００４６】
Ｐｅ：切削チップ１個当たり印加される平均圧力
Ｄ：荷重（ＣＭＰパッドコンディショナーが受ける全体圧力）
Ａｓ：全ての切削チップの上端面面積の和
Ｔ：切削チップの個数
この際、切削チップのサイズは、切削チップの上端面の面積および高さによって決定されるが、高さは切削チップの平均圧力に影響を与えないので、一般に知られているＣＭＰパッドコンディショナーの公知の高さであってもよく、たとえば切削チップの全体高さは１００μｍ以下でありうる。
【００４７】
また、本発明は、一定のパッドの摩耗量（μｍ／ｈｒ）を維持しながら、パッドの粗さ状態とパッドの破片（ｄｅｂｒｉｓ）サイズを変化させるために、切削チップのサイズを選定することができる。実験的に切削チップ１個の上端面の面積は２５〜１００００μｍ２であることが好ましかった。これは、上端面の面積が２５μｍ２未満の場合には、切削チップ１個あたり受ける負荷量が大きくなって使用中にチップが折れてウエハースクラッチを生じさせるおそれがあり、１００００μｍ２を超える場合には、パッドの気孔サイズより大きくなってパッドを削ることができず、パッドの気孔を塞いで円滑なコンディショニングが行われなくなるためである。
【００４８】
一方、本発明において、切削チップの高さおよび形状が一定なコンディショナーでパッドを一定量研磨するための変数は、下記数式２で表わすことができる。
【００４９】
【数３】
2014514971.tif 000005
【００５０】
Ｐｗ：パッド摩耗量
Ｐｅ：チップ当たり印加される平均圧力
Ｔ：切削チップの個数
したがって、切削チップの上端面の面積が小さい２５〜６２５μｍ２の場合には、平均圧力０．００１〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａの範囲で、数式２によって計算される一定のパッド摩耗量を示すために必要な切削チップの個数は２６８０〜１９００００個である。同様の方法で、切削チップの面積が６２５〜２５００μｍ２の場合には１３４０〜３８０００個のチップから構成し、２５００〜１００００μｍ２の場合には６７０〜１９０００個のチップから構成すると、一定のパッド摩耗量を得ることができる。
すなわち、切削チップの面積に応じて、パッドを研磨させたときの表面粗さおよび破片サイズは変わるので、ＣＭＰ工程毎に要求される条件に応じて切削チップの面積を変化させることができる。この際、切削チップの面積が決定されると、切削チップの個数を決定することができるためである。
このように、基板に形成された切削チップのサイズおよび個数が決定されると、公知のＣＭＰコンディショナーの材質を用いて、基板と円柱、多角柱、円錐台および角錐台のいずれか一つの形状を持つ突出部とを一体にまたはそれぞれ形成した後、基板と突出部の表面にＣＶＤ法によってダイヤモンドを蒸着し、ダイヤモンド層からなる切削部を形成することが好ましい。
【実施例】
【００５１】
実施例１
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．００１と決定し、９ポンドの荷重で上記
【００５２】
【数４】
2014514971.tif 000006
【００５３】
を用いて切削チップのサイズおよび個数を決定して、ＣＭＰパッドコンディショナー１を次のとおり製造した。
【００５４】
まず、直径４インチのディスク型基板を設け、該基板の表面にその上部面の横および縦がそれぞれ５０μｍ、高さが７０μｍの四角錐台状の複数の突出部を１９０００ｅａだけ基板と一体に形成した。
【００５５】
その後、形成された基板と突出部の表面にＣＶＤ法によってダイヤモンドを蒸着し、ダイヤモンド層からなる切削部を形成するが、特に、突出部の上部に形成される切削部は、突出部と切削部からなる切削チップが完成した状態でその上端面から下方に１０μｍの地点の端面外周縁と上端面の外周縁とを連結して形成された面が、上端面に対してほぼ９０°をなすように形成され、切削チップの上部をなす構造であった。
【００５６】
実施例２
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．０３と決定し、切削チップの上部角度、すなわち上端面から下方に１０μｍの地点の端面外周縁と上端面の外周縁とを連結して形成された面が上端面に対してなす角度がほぼ８９°である以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー２を製造した。
【００５７】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー２に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は３４５０ｅａであった。
【００５８】
実施例３
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．０５と決定し、切削チップの上部角度、すなわち上端面から下方に１０μｍの地点の端面外周縁と上端面の外周縁とを連結して形成された面が上端面に対してなす角度がほぼ９１°である以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー３を製造した。
【００５９】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー３に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は２７００ｅａであった。
【００６０】
実施例４
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．０７と決定した以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー４を製造した。
【００６１】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー４に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は２２７５ｅａであった。
【００６２】
実施例５
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．０９と決定し、切削チップの上部角度、すなわち上端面から下方に１０μｍの地点の端面外周縁と上端面の外周縁とを連結して形成された面が上端面に対してなす角度がほぼ８９°である以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー５を製造した。
【００６３】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー５に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は２０００ｅａであった。
【００６４】
実施例６
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．１１と決定し、切削チップの上部角度、すなわち上端面から下方に１０μｍの地点の端面外周縁と上端面の外周縁とを連結して形成された面が上端面に対してなす角度がほぼ９１°である以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー６を製造した。
【００６５】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー６に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は１８００ｅａであった。
【００６６】
実施例７
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．１３と決定した以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー７を製造した。
【００６７】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー７に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は１６７０ｅａであった。
【００６８】
実施例８
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．１５と決定し、切削チップの上部角度、すなわち上端面から下方に１０μｍの地点の端面外周縁と上端面の外周縁とを連結して形成された面が上端面に対してなす角度がほぼ８９°である以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー８を製造した。
【００６９】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー８に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は１５５０ｅａであった。
【００７０】
実施例９
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．１６５と決定し、切削チップの上部角度、すなわち上端面から下方に１０μｍの地点の端面外周縁と上端面の外周縁とを連結して形成された面が上端面に対してなす角度がほぼ９１°である以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー９を製造した。
【００７１】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー９に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は１４７５ｅａであった。
【００７２】
実施例１０
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．１８と決定した以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー１０を製造した。
【００７３】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー１０に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は１４１５ｅａであった。
実施例１１
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり受ける平均圧力を０．２と決定し、切削チップの上部角度、すなわち上端面から下方に１０μｍの地点の端面外周縁と上端面の外周縁とを連結して形成された面が上端面に対してなす角度がほぼ８９°である以外は、実施例１と同様の条件および方法でＣＭＰパッドコンディショナー１１を製造した。
【００７４】
製造されたＣＭＰパッドコンディショナー１１に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は１３４０ｅａであった。
【００７５】
比較例１
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり平均圧力を０．０００５と決定した以外は、実施例１と同様の条件および方法で比較例コンディショナー１を製造した。
【００７６】
製造された比較例コンディショナー１に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は２６８００ｅａであった。
比較例２
コンディショニング作業の際にパッドに接触する切削チップ１個当たり平均圧力を０．２２と決定した以外は、実施例１と同様の条件および方法で比較例コンディショナー２を製造した。
【００７７】
製造された比較例コンディショナー２に形成された切削チップの上部面は横および縦がそれぞれ５０μｍであり、形成された切削チップの全体個数は１２８０ｅａであった。
【００７８】
実験例１
実施例１〜実施例１１で製造されたＣＭＰパッドコンディショナー１〜１１と比較例コンディショナー１および２のスラリーによるＰＷＲを測定する実験を行った。すなわち、タングステンスラリーを用いて９ポンドの荷重を加えてコンディショニング作業を行う間に、ＣＭＰパッドコンディショナーに形成された切削チップ１個当たり受ける平均圧力によるＰＷＲの変化幅を観察した。その結果を図１に示した。
【００７９】
実験例２
スラリーとしてオキサイドスラリーを用いる以外は実験例１と同様の実験を行い、その結果を図２に示した。
【００８０】
実験例３
スラリーとして銅スラリーを用いる以外は実験例１と同様の実験を行い、その結果を図３に示した。
【００８１】
実験例１〜３の結果が示されている図１〜図３より、スラリーの種類が変わっても、ＣＭＰパッドコンディショナーに形成された切削チップ１個当たり受ける平均圧力が０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａの範囲にある場合には、ＰＷＲ、すなわちパッド摩耗量が１００以下に位置し、コンディショニング作業が有効に行われることが分かる。特に、平均圧力が０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ未満の場合にはパッド摩耗量がほぼ０に近いことが分かり、平均圧力が０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａを超える場合にはパッド摩耗量が１００μｍ／ｈｒを超えて非常に高くなるので、コンディショニング作業に適用不可能であることを確認することができる。
【００８２】
したがって、スラリーの種類によるＰＷＲの変化幅を最小化するためには、本発明のようにＣＭＰパッドコンディショナーに形成された切削チップ１個当たり受ける平均圧力が０．００１ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａ〜０．２ｌｂｆ／ｃｍ２／ｅａの範囲にあるべきであることが分かる。
【００８３】
実験例４
コンディショニング時間によるパッド摩耗量とパッド粗さの変化を、実施例４で製造されたＣＭＰパッドコンディショナー４を対象として実験例１と同様の条件でコンディショニング作業を５０時間行いながら測定した。その測定結果を下記表１および図４に示した。
【００８４】
実験例４の結果が示されている表１および図４より、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーを一定の時間以上使用しながらパッド摩耗量およびパッド粗さの変化を確認した結果、ほぼ最初と同程度のパッド摩耗量およびパッド粗さを維持して一定の値を保つことが分かる。
【００８５】
【表１】
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【００８６】
図４では３０時間しか記録していないが、表１に示すように、ダイヤモンドの摩耗が速いタングステンスラリーであるものの、５０時間が経過した時点でも一定の値を保つことが確認できる。
【００８７】
また、表１および図４ではＣＭＰパッドコンディショナー４を対象とした結果のみを示したが、ＣＭＰパッドコンディショナー１〜３および５〜１１の場合もＣＭＰパッドコンディショナー４とほぼ同様に一定の値を保つことが確認できる。
【００８８】
以上の実験結果は、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーがスラリーの種類および圧力の変化によるパッド摩耗量の変化幅が相当小さいため、いずれのコンディショニング作業条件においても安定的に使用できるように最適化された構造を提供することができることが分かる。
【００８９】
本発明は、上述した好適な実施例を挙げて図示および説明したが、これらの実施例に限定されるものではなく、本発明の精神か逸脱することなく、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって様々な変更と修正が可能であろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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