(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一平面内に配置された複数の超砥粒（２）と、
前記一平面と平行な平坦部（３ａ）と、前記超砥粒（２）の配置位置に対応して前記一平面側に向かって起立する突起部（３ｂ）と、を有し、前記突起部（３ｂ）において、前記複数の超砥粒（２）の先端を露出させつつ、その周囲から保持する金属被膜（３）と、
前記超砥粒（２）の後端側に、この後端側を包みつつ前記金属被膜（３）に跨るように設けられた、前記超砥粒（２）と前記金属被膜（３）の両方に対して密着性を有する半田層（４）と、
前記金属被膜（３）の前記突起部（３ｂ）の起立方向とは反対側の面側に、前記半田層（４）を覆うように積層されたバックアップ層（５）と、
を備えたパッド用コンディショナ。
【請求項２】
前記超砥粒（２）の先端と前記平坦部（３ａ）との間の段差の大きさが、前記超砥粒（２）の平均粒径の１．０倍以上である請求項１に記載のパッド用コンディショナ。
【請求項３】
前記平坦部（３ａ）から測定した前記複数の超砥粒（２）の先端位置のばらつきが、前記超砥粒（２）の平均粒径の１／１０以下の範囲内である請求項１又は２に記載のパッド用コンディショナ。
【請求項４】
前記超砥粒（２）が、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素である請求項１から３のいずれか１項に記載のパッド用コンディショナ。
【請求項５】
表面側に複数の先細状の凹部（６ａ）を形成するとともに、この凹部（６ａ）の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔（６ｂ）を形成した型枠（６）の前記凹部（６ａ）内に、超砥粒（２）を一つずつ設置する工程と、
前記凹部（６ａ）内に前記超砥粒（２）が嵌り込んだ状態で、前記型枠（６）の表面側に、所定厚さの金属被膜（３）を形成する工程と、
前記金属被膜（３）の形成後に、前記超砥粒（２）の後端側に、この後端側を包みつつ前記金属被膜（３）に跨るように、前記超砥粒（２）と前記金属被膜（３）の両方に対して密着性を有する半田層（４）を形成する工程と、
前記半田層（４）を覆うように、前記金属被膜（３）の裏面側にバックアップ層（５）を積層する工程と、
前記金属被膜（３）から前記型枠（６）を剥離する工程と、
を備えたパッド用コンディショナの製造方法。
【請求項６】
表面側に複数の先細状の凹部（６ａ）を形成するとともに、この凹部（６ａ）の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔（６ｂ）を形成した型枠（６）の前記凹部（６ａ）内に、超砥粒（２）を一つずつ設置する工程と、
前記凹部（６ａ）内に前記超砥粒（２）が嵌り込んだ状態で、前記型枠（６）の表面側に、所定厚さの金属被膜（３）を形成する工程と、
前記金属被膜（３）の形成後に、前記超砥粒（２）の後端側に、この後端側を包みつつ前記金属被膜（３）に跨るように、前記超砥粒（２）と前記金属被膜（３）の両方に対して密着性を有する半田層（４）を形成する工程と、
前記金属被膜（３）を、前記超砥粒（２）がこの金属被膜（３）及び半田層（４）によって保持された状態のまま、前記型枠（６）から剥離する工程と、
前記半田層（４）を覆うように、前記金属被膜（３）の裏面側にバックアップ層（５）を積層する工程と、
を備えたパッド用コンディショナの製造方法。
【請求項７】
前記型枠（６）の素材に、樹脂材を採用した請求項５又は６に記載のパッド用コンディショナの製造方法。
【請求項８】
前記型枠（６）の表面に導電性被膜を形成した請求項５から７のいずれか１項に記載のパッド用コンディショナの製造方法。
【請求項９】
前記貫通孔（６ｂ）の直径が、前記超砥粒（２）の平均粒径の２０％以上７５％以下の範囲内である請求項５から８のいずれか１項に記載のパッド用コンディショナの製造方法。
【請求項１０】
前記超砥粒（２）が、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素である請求項５から９のいずれか１項に記載のパッド用コンディショナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウェーハ等の被研磨物の表面を研磨するパッドの表面状態を整えるためのパッド用コンディショナ、及びこのパッド用コンディショナの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の半導体マイクロデバイスにおいては、デバイス構造の高密度化のために、半導体ウェーハ（例えばシリコンウェーハ。以下、単にウェーハという。）の上に異なる複数の配線を多層形成し、層間絶縁膜にビアホールやコンタクトホールを形成して各層間を電気的に接続する、多層配線技術が多用されるようになってきている。この多層配線技術においては、下層側の回路パターンが、フォトリソグラフィ工程によって形成された後に、上層側の回路パターンが、下層側の回路パターンと位置ずれを起こさないようにしつつ、同様にフォトリソグラフィ工程によって形成される。
【０００３】
このとき、下層側表面に凹凸が生じていると、上層側の回路パターンを形成する際にデフォーカスに起因する位置ずれが生じやすい。このため、上層側の回路パターンを形成する前に、下層側表面を化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下、ＣＭＰという。）によって平坦化する工程が採用されるのが一般的である。このＣＭＰ工程においては、図２に示すように、例えば、回転定盤Ｔ上に張り付けた、独立気泡を有する硬質ウレタン樹脂製部材（以下、パッドＰという。）の表面に、ウェーハＷと化学的反応（ケミカル作用）を起こす薬液と、超微細な砥粒（主にＳｉＯ２）（メカニカル作用）とを混ぜたスラリーＳをかけ流しつつ、このパッドＰの表面にウェーハＷの表面を押し付けて、その表面を平坦化する。
【０００４】
このＣＭＰ工程を行うと、ウェーハＷの切粉等の付着物がパッドＰの表面に付着して、この表面がフラットな状態となり、ウェーハＷ表面を研磨するメカニカル作用が低下するとともに、パッドＰの表面に開口する独立気泡内のスラリーＳが次第に劣化して、ケミカル作用も徐々に低下する。その結果、パッドＰの研磨能力（ウェーハＷの研磨レート）が著しく損なわれる問題が生じる。そこで、このパッドＰの表面に、後述するパッド用コンディショナ１を押し付けて、パッドＰ表面に付着した付着物を削ぎ落として目詰まりを解消し、その表面を粗化することによりメカニカル作用を回復させるとともに、独立気泡内のスラリーＳを掻き出して、新鮮なスラリーＳを改めて供給することによりケミカル作用を回復させ、パッドＰの表面を改質（コンディショニング）する技術が採用される。パッド用コンディショナ１を用いたパッドＰ表面の改質は、ウェーハＷの研磨とは別のタイミングで行ってもよいが、パッドＰの良好な研磨能力を常に維持するために、ウェーハＷの研磨と同時に（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）行うことが多い（図２参照）。
【０００５】
パッド用コンディショナ１には、パッドＰ表面の研磨材として作用するダイヤモンド等の高硬度の超砥粒２が固定されている。この超砥粒２は、パッド用コンディショナ１一個当たり、数百から数万個程度用いられる。一般的な用途（例えば、硬質部材の表面研削用等）に用いられるダイヤモンド砥石等の超砥粒工具においては、その表面に固定された多数の超砥粒２のうち一部が脱落しても、脱落した超砥粒２の数の分だけ研磨能力が低下するだけで、特に大きな問題は生じない。
【０００６】
ところが、ウェーハＷの研磨用として用いるパッド用コンディショナ１においては、超砥粒２が１個脱落しただけで、脱落した超砥粒２がウェーハＷとパッドＰ表面の間に噛み込まれて、完成間近のウェーハＷの表面を傷付け、非常に大きなコスト的ダメージを与えるという問題を生じ得る。このため、使用中に超砥粒２が１個たりとも脱落しないように、この超砥粒２を確実に固定する必要がある。このパッド用コンディショナ１への超砥粒２の固定方法として、主に電着法とロー付け法がある。
【０００７】
電着法は、図５に示すように、台金１０上に超砥粒１１を配置し、この台金１０の超砥粒１１を配置した面側に金属のメッキ層（例えば、ニッケルメッキ層）からなる金属被膜１２を所定厚さ形成し、超砥粒１１をこの金属被膜１２の中に埋め込んで保持する方法である。超砥粒１１と金属被膜１２との間の結合力は非常に小さいため、超砥粒１１の脱落を防止するためには、この超砥粒１１が金属被膜１２の中に、少なくとも６０％埋め込まれた状態とする必要がある。
【０００８】
この電着法を採用したものとして、例えば、特許文献１に示すパッド用コンディショナ（ＣＭＰコンディショナ）がある。このパッド用コンディショナは、導電性スペーサに複数のドーム状の穴と、このドーム状の穴と連通する超砥粒の平均粒径よりも小さい直径を有する円筒形の穴を形成し、この円筒形の穴に、超砥粒を１個ずつ、この超砥粒の先端が導電性スペーサの下面を向くように載置し、電気メッキによって導電性スペーサの上面にメッキ層（ボンド層）からなる金属被膜を形成することにより超砥粒を固着する。同じ大きさの穴に、同じように先端を下向きにして超砥粒を載置することにより、各超砥粒の先端位置が同一平面上にほぼ揃った状態となる。金属被膜の形成による固着後に、導電性スペーサを除去して得た超砥粒層を台金に接着して、パッド用コンディショナを完成させる。すなわち、このパッド用コンディショナは、図６に示すように、台金２０上に接着剤層２１を介して接着された金属被膜２２のドーム状の突起部２２ａの先端に超砥粒２３が１個ずつ配置され、かつ、この突起部２２ａの先端からの超砥粒２３の突出量ｇが、全ての超砥粒２３において、ほぼ揃った状態となっている。
【０００９】
ロー付け法は、図７に示すように、台金３０上に超砥粒３１を配置するとともに、この台金３０上に例えば、銅−銀−チタン系（Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系）、ニッケル−クロム−ホウ素系（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ系）等の活性ロー材３２の粉末を散布し、真空、アルゴンガス等の活性ロー材３２の種類に適した雰囲気中で８５０〜９５０℃程度に加熱する。この加熱によって活性ロー材３２が溶融し、活性成分であるチタンやクロムが超砥粒３１と化学的に結合し、この超砥粒を強固に固着することができる。このロー付け法は、電着法と比較すると、短時間で超砥粒３１の固着工程を完了することができるメリットがある。
【００１０】
上記の各方法においては、超砥粒として、パッドの独立気泡の大きさと同程度の粒径のものが選択される。このようにすれば、この超砥粒の先端部で、パッド表面に開口した独立気泡の内部のスラリーを効率的に掻き出して、その内部に新鮮なスラリーを容易に供給することができる。超砥粒の粒径が大きすぎると、その先端部が独立気泡内に入り込めず、スラリーの掻き出し作用が低下するため好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４５０８５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図５に示した一般的な電着法は、上述したように、台金１０上に超砥粒１１を配置した上で金属被膜１２（メッキ層）が形成される。この超砥粒１１は、予め分級がなされており、ある程度その大きさは揃っているが、多少の粒径のばらつきは避けられない。このように、粒径にばらつきがある場合、台金１０の表面が超砥粒１１の下端位置を決める基準面となることにより、この超砥粒１１の上端の高さにばらつきが生じる。その結果、粒径の異なる超砥粒１１ごとに金属被膜１２中への埋め込み深さが変わってしまい、平均粒径を基準として金属被膜１２を形成した場合に、粒径の小さな超砥粒１１（１１ａ）が、この金属被膜１２の中に完全に埋め込まれた状態となったり、逆に粒径の大きな超砥粒１１（１１ｂ）の埋め込み深さがこの超砥粒１１を安定的に保持できる基準（通常は６０％程度）を下回って、その保持状態が不安定となったりする問題がある。また、最大粒径の超砥粒１１を基準として金属被膜１２の厚さを決定した場合、この最大粒径の超砥粒１１を適切な埋め込み深さで保持できる一方で、その他の超砥粒１１は、金属被膜１２からの突出量が不十分、あるいは完全に埋め込まれた状態となって、これらの超砥粒１１によるパッドＰ表面の十分な改質作用が発揮されない問題が生じる。
【００１３】
また、図２に示したパッドＰの改質は、超砥粒１１がパッドＰ表面に付着した付着物を削ぎ落とすとともに、独立気泡内の劣化したスラリーを掻き出すことによって行われるが、超砥粒１１ごとにその先端部の高さが異なると、先端部の高さが高い超砥粒１１（１１ｂ）がパッドＰ表面に届いて改質作用を発揮するのに対して、先端部の高さが低い超砥粒１１（１１ｃ）はパッドＰ表面に届かず、改質作用が発揮できない。すなわち、改質作用を発揮し得る超砥粒１１の個数の製品ごとのばらつきが生じやすいという問題もある。
【００１４】
また特許文献１に係る電着法（図６参照）は、超砥粒２３の先端位置はほぼ揃っているため、改質作用を発揮する超砥粒２３の数の製品ごとのばらつきは小さい。その一方で、超砥粒２３が、安定保持のためにドーム状の金属被膜２２中に深く（通常は６０％以上）埋め込まれて保持されているため、軟質部材であるパッドＰの表面にパッド用コンディショナを押し付けた際に、超砥粒２３のみならず、この超砥粒２３を支持する金属被膜２２のドーム状の突起部２２ａもパッドＰに接触した状態となることがある。すると、この突起部２２ａが次第に摩耗し、超砥粒２３を安定的に保持できなくなり、パッド用コンディショナ表面から、超砥粒２３が脱落する問題が生じ得る。
【００１５】
その一方で、ロー付け法は、活性ロー材と超砥粒との間の結合力により、両者の間の接触面積が小さくても高い結合強度が確保される。ところが、一般的な活性ロー材が金属系であるのに対して、超砥粒は活性ロー材よりも比重が小さい素材であるのが一般的であり、図７に示すように、活性ロー材３２を溶融したときに超砥粒３１（３１ａ）が浮き上がったり、超砥粒３１（３１ｂ）同士が凝集したりし易い。このため、超砥粒３１ごとにその先端部の高さが異なって、上記において説明した電着法の場合と同様にパッド用コンディショナの品質が安定しないという問題が生じ得る。
【００１６】
超砥粒３１の先端部の高さを揃えるために、活性ロー材３２を溶融させた際に、複数の超砥粒３１の上端部に、平板等の部材を押し付けることも考えられる。しかしながら、この場合、超砥粒３１の上端部の位置は揃うものの、前記部材の平坦部と、超砥粒３１の平坦部が安定的に当接し、活性ロー材３２の固化後に、超砥粒３１の尖った部分ではなく、改質作用の小さい平坦部がパッド用コンディショナの表面に揃った状態となる。このため、表面に尖った部分を揃えた場合と比較して、パッドＰの改質作用が大幅に低下する問題がある。
【００１７】
電着法やロー付け法以外にも、超砥粒を台金上に保持するために、メタルボンド（金属系ボンド材）、レジンボンド（樹脂系ボンド材）、ビトリファイドボンド（ガラス質系ボンド材）等を使用する方法もある。しかしながら、いずれも各ボンド材と超砥粒との間の結合力が小さいため、超砥粒周囲のボンド材が摩耗して超砥粒の保持力が低下すると、この超砥粒がボンド材から外れて脱落しやすいという問題があり、採用するのは難しい。
【００１８】
そこで、この発明は、超砥粒の脱落を確実に防止するとともに、安定的にパッドの改質作用を発揮させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため、この発明は、一平面内に配置された複数の超砥粒と、前記一平面と平行な平坦部と、前記超砥粒の配置位置に対応して前記一平面側に向かって起立する突起部と、を有し、前記突起部において、前記複数の超砥粒の先端を露出させつつ、その周囲から保持する金属被膜と、前記超砥粒の後端側に、この後端側を包みつつ前記金属被膜に跨るように設けられた、前記超砥粒と前記金属被膜の両方に対して密着性を有する半田層と、前記金属被膜の前記突起部の起立方向とは反対側の面側に、前記半田層を覆うように積層されたバックアップ層と、を備えたパッド用コンディショナを構成した。
【００２０】
この構成によると、超砥粒の後端側と金属被膜が、この超砥粒と金属被膜の両方に対して密着性を有する半田層によって強固に結合しているため、パッド用コンディショナの使用中に、その表面から超砥粒が脱落してウェーハの表面を傷付けるのを確実に防止することができる。また、半田層を覆うように積層されたバックアップ層によって、金属被膜の屈曲が防止されて超砥粒が一平面内に配置された状態が保たれ、パッドの表面に超砥粒を安定的に接触する。このため、安定的にパッドの改質作用を発揮させることができる。
【００２１】
前記各構成においては、前記超砥粒の先端と前記平坦部との間の段差の大きさが、前記超砥粒の平均粒径の１．０倍以上とするのが好ましい。このようにすれば、超砥粒の先端が、平坦部から十分突出した状態となる。このため、スラリーの供給をスムーズに行うことができるとともに、パッドの改質作業の際に、パッドに付着した付着物を効率的に削ぎ落とすことができる。さらに、パッド表面と平坦部が接触して、この平坦部が摩耗するのを極力防止することができる。
【００２２】
前記各構成においては、前記平坦部から測定した前記複数の超砥粒の先端位置のばらつきが、前記超砥粒の平均粒径の１／１０以下の範囲内とするのが好ましい。超砥粒の先端位置のばらつきをこの範囲内とすることにより、ほぼ全ての数の超砥粒をパッド表面の改質に寄与させることができる。このため、製品ごとのパッドの改質作用のばらつきを抑制することができ、パッド用コンディショナの安定した品質を確保することができる。
【００２３】
前記各構成においては、前記超砥粒が、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素であるのが好ましい。これらを選択することにより、上述したように、使用中の超砥粒の脱落によってウェーハの表面を傷付けるのを防止するとともに、その高い硬度と角張った形状によって、パッドの高い改質作用を発揮し得る。
【００２４】
また、上記の課題を解決するため、この発明は、表面側に複数の先細状の凹部を形成するとともに、この凹部の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔を形成した型枠の前記凹部内に、超砥粒を一つずつ設置する工程と、前記凹部内に前記超砥粒が嵌り込んだ状態で、前記型枠の表面側に、所定厚さの金属被膜を形成する工程と、前記金属被膜の形成後に、前記超砥粒の後端側に、この後端側を包みつつ前記金属被膜に跨るように、前記超砥粒と前記金属被膜の両方に対して密着性を有する半田層を形成する工程と、前記半田層を覆うように、前記金属被膜の裏面側にバックアップ層を積層する工程と、前記金属被膜から前記型枠を剥離する工程と、を備えたパッド用コンディショナの製造方法を構成した。
【００２５】
この製造方法によれば、上述の電着法及びロー付け法の諸問題を解決しつつ、それぞれの方法の長所を活かすことができる。すなわち、型枠の凹部内に超砥粒を設置することにより、この超砥粒の先端の高さが揃った状態となる。この状態で金属被膜を形成することにより、超砥粒の先端の高さが揃った状態で、型枠に対して超砥粒を仮固定することができる。さらに、超砥粒の後端側と金属被膜の裏面側に跨るように半田層を形成することにより、金属被膜に対して超砥粒を確実に固定することができる。これにより、超砥粒の脱落に起因するウェーハの表面の傷付きを確実に防止するとともに、安定的にパッドの改質作用を発揮させることができる。
【００２６】
また、型枠（例えば樹脂材）の裏面側に形成した金属被膜とこの型枠との間の密着力が小さいことから、この金属被膜自体が離型剤として作用する。このため、製造工程の終了時においてこの型枠を容易に剥離することができ、剥離の際に型枠が損傷するのを防止できるとともに、その剥離工程をスムーズに進めることができる。この金属被膜の形成には、電気メッキ法が一般的に採用される。
【００２７】
上記の構成に代えて、表面側に複数の先細状の凹部を形成するとともに、この凹部の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔を形成した型枠の前記凹部内に、超砥粒を一つずつ設置する工程と、前記凹部内に前記超砥粒が嵌り込んだ状態で、前記型枠の表面側に、所定厚さの金属被膜を形成する工程と、前記金属被膜の形成後に、前記超砥粒の後端側に、この後端側を包みつつ前記金属被膜に跨るように、前記超砥粒と前記金属被膜の両方に対して密着性を有する半田層を形成する工程と、前記金属被膜を、前記超砥粒がこの金属被膜及び半田層によって保持された状態のまま、前記型枠から剥離する工程と、前記半田層を覆うように、前記金属被膜の裏面側にバックアップ層を積層する工程と、を備えたパッド用コンディショナの製造方法を構成した。
【００２８】
このように、バックアップ層を積層する工程の前に型枠から金属被膜を剥離すれば、この積層工程を経ることなく、この型枠を再使用することができるため、パッド用コンディショナの製造コストの削減を図ることができる。
【００２９】
前記各製造方法においては、前記型枠の素材に、樹脂材を採用するのが好ましい。これらの製造方法において、型枠に最も大きな熱的負荷が作用する可能性がある工程は、半田層の形成工程とバックアップ層の形成工程であるが、これらの工程において型枠に大きな熱的負荷が作用することは少なく、型枠の素材として樹脂材を用いても問題が生じる虞はない。しかも、樹脂材を用いることにより、型枠の製造コストの削減を図ることができる。
【００３０】
前記各製造方法においては、前記型枠の表面に導電性被膜を形成するのが好ましい。このように、導電性被膜を形成することにより、電気伝導性を有しない素材も型枠の素材として採用することができ、型枠のコスト削減につながる可能性がある。この導電性被膜の形成方法として、例えば、蒸着法、スパッタ法、化学メッキ法等を採用することができる。
【００３１】
前記各製造方法においては、前記貫通孔の直径が、前記超砥粒の平均粒径の２０％以上７５％以下の範囲内であるのが好ましい。貫通孔の直径をこの範囲内とすることにより、この貫通孔内に超砥粒の先端を適切な深さ嵌り込むようにすることができる。この貫通孔の直径が、超砥粒の平均粒径の２０％よりも小さいと、パッド用コンディショナ表面からの超砥粒の突出量が小さくなり、この超砥粒によるパッドの十分な改質作用が得られず、７５％よりも大きいと、貫通孔内への超砥粒の入り込み量が大きくなり、超砥粒と半田層との間の接触面積が小さくなって、超砥粒の保持状態が不安定になる問題がある。
【００３２】
前記各製造方法においては、前記超砥粒が、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）であるのが好ましい。これらの素材の表面は酸素終端されやすく、半田層との化学的な結合による高い保持信頼性を有している。このため、使用中に超砥粒が脱落してウェーハの表面を傷付ける恐れがない。しかも、高い硬度を有するとともに角張った形状をしているため、パッドの高い改質作用を発揮し得る。
【発明の効果】
【００３３】
この発明では、一平面内に配置された複数の超砥粒と、前記一平面と平行な平坦部と、前記超砥粒の配置位置に対応して前記一平面側に向かって起立する突起部と、を有し、前記突起部において、前記複数の超砥粒の先端を露出させつつ、その周囲から保持する金属被膜と、前記超砥粒の後端側に、この後端側を包みつつ前記金属被膜に跨るように設けられた、前記超砥粒と前記金属被膜の両方に対して密着性を有する半田層と、前記金属被膜の前記突起部の起立方向とは反対側の面側に、前記半田層を覆うように積層されたバックアップ層と、を備えたパッド用コンディショナを構成し、あるいは、表面側に複数の先細状の凹部を形成するとともに、この凹部の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔を形成した型枠の前記凹部内に、超砥粒を一つずつ設置する工程と、前記凹部内に前記超砥粒が嵌り込んだ状態で、前記型枠の表面側に、所定厚さの金属被膜を形成する工程と、前記金属被膜の形成後に、前記超砥粒の後端側に、この後端側を包みつつ前記金属被膜に跨るように、前記超砥粒と前記金属被膜の両方に対して密着性を有する半田層を形成する工程と、前記半田層を覆うように、前記金属被膜の裏面側にバックアップ層を積層する工程と、前記金属被膜から前記型枠を剥離する工程と、を備えたパッド用コンディショナの製造方法を構成した。
【００３４】
上記のようにパッド用コンディショナを構成することにより、あるいは、上記の製造方法によりパッド用コンディショナを製造することにより、半田層を介して超砥粒が金属被膜に強固に固定される。このため、超砥粒の脱落に起因するウェーハの表面の傷付きを確実に防止するとともに、安定的にパッドの改質作用を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本願発明に係るパッド用コンディショナを示す縦断面図
【図２】図１に示すパッド用コンディショナの使用状態を模式的に示す側面図
【図３Ａ】本願発明に係るパッド用コンディショナの製造方法の工程を示す縦断面図であって、（ａ）は型枠に凹部等を形成した状態、（ｂ）は凹部内に超砥粒を入れた状態、（ｃ）は余分な超砥粒を脱落させた状態
【図３Ｂ】本願発明に係るパッド用コンディショナの製造方法の工程を示す縦断面図であって、（ｄ）は金属被膜を形成した状態、（ｅ）は半田層を形成した状態、（ｆ）はバックアップ層を形成した状態、（ｇ）は型枠を剥離した状態
【図４】本願発明に係るパッド用コンディショナの製造方法の工程を示す縦断面図であって、（ａ）は金属被膜を形成した状態、（ｂ）は半田層を形成した状態、（ｃ）は型枠から金属被膜を剥離しつつある状態、（ｄ）はバックアップ層を形成した状態
【図５】一般的な電着法で超砥粒を固定した状態を示す縦断面図
【図６】一般的な電着法の改善例を示す縦断面図
【図７】一般的なロー付け法で超砥粒を固定した状態を示す縦断面図
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本願発明に係るパッド用コンディショナ１の縦断面図を図１に示す。このパッド用コンディショナ１は、複数の超砥粒２と、金属被膜３と、半田層４と、バックアップ層５とを主な構成要素としている。
【００３７】
複数の超砥粒２は合成ダイヤモンドであって、その粒径は、ＪＩＳＢ４１３０で規定される粒度＃１００／１２０の粒径範囲内に管理されている。この合成ダイヤモンドは、尖った部分と平坦な面を有しており、このうち尖った部分（先端部）が一平面内に揃うように配置されている（図１中の破線参照）。また、この複数の超砥粒２の先端部の位置のばらつきは、この超砥粒２の平均粒径の１／１０以下の範囲内である。先端部の位置のばらつきをこの範囲内とすることにより、ほぼ全ての数の超砥粒２を一様にパッドＰ（後述する図２参照）の表面の改質に寄与させることができ、パッド用コンディショナ１の安定した品質を確保することができる。
【００３８】
この超砥粒２の表面は、通常は酸素終端されている。その表面が水素終端されている場合であっても、この超砥粒２を加熱したり、酸化剤で酸化したりする等の前処理を行うことによって、その表面を容易に酸素終端に変えることができる。このように、超砥粒２の表面を酸素終端することにより、後述するように、この超砥粒２と半田層４との間の高い密着性を確保することができる。
【００３９】
金属被膜３は、前記一平面と平行な平坦部３ａと、超砥粒２の配置位置に対応して前記一平面側に向かって起立する円錐状の突起部３ｂとを有する。この突起部３ｂにおいて、複数の超砥粒２は、その先端を露出しつつ、その周囲から金属被膜３によって保持されている。この金属被膜３は、電気メッキによって形成されたニッケル被膜であって、その膜厚は超砥粒２の平均粒径の１０／１００程度である。この金属被膜３の表面は、耐食性を有する薄い酸化被膜によって覆われている。
【００４０】
半田層４は、超砥粒２の後端側に、この後端側を包みつつ金属被膜３に跨るように設けられている。この半田層４として、亜鉛を含有する半田（例えば、商品名：セラソルザ（黒田テクノ株式会社製））を採用するのが好ましい。金属被膜３の表面は、上述したように酸化被膜によって覆われており、一般的にこの酸化被膜は、金属被膜３と半田層４との間に介在して、両者の密着性を低下させることが知られている。そこで、この密着性を確保するために、この酸化被膜をフラックスで除去するとともに、このフラックスを洗浄する煩雑な前処理が通常行われる。
【００４１】
これに対して、この実施形態において採用した亜鉛を含有する半田は、超砥粒２の表面を終端する酸素や、金属被膜３の表面に形成された酸化被膜中の酸素と高い親和性を有するため、金属被膜３の表面の酸化被膜を除去する必要がなく、簡便に半田作業を行うことができる。しかも、この高い親和性によって、超砥粒２が半田層４を介して金属被膜３に強固に固定され、この超砥粒２が金属被膜３から脱落するのを確実に防止することができる。この脱落防止作用を確実に発揮させるために、各超砥粒２の後端部側に設けられる半田の体積は、超砥粒２の体積の３倍以上とするのが好ましい。
【００４２】
バックアップ層５は、金属被膜３の突起部３ｂの起立方向とは反対側の面側に、半田層４を覆うように積層されている。このバックアップ層５として、所定の剛性を備えるとともにコスト的にも安価な、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂（フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等）を採用するのが好ましい。このように、バックアップ層５を形成することによって、パッド用コンディショナ１をパッドＰ（図２参照）の表面に押し付けたときに、このパッド用コンディショナ１がこの押付力によって撓むのを防止することができ、パッドＰの表面に超砥粒２を安定的に接触させることができる。これにより、パッドＰの改質作用が安定的に発揮される。このバックアップ層５の剛性を高めるために、樹脂材に、金属粉、セラミック粉、ガラス繊維等のフィラーを添加することもできる。さらに、バックアップ層５の剛性を高めるために、このバックアップ層５に金属板等の台座を貼り付けてもよい。
【００４３】
バックアップ層５の形成後に、複数の超砥粒２の先端部の位置によって形成される面（図１中の破線参照）を基準面として、バックアップ層５の平坦加工を行うとともに、ＣＭＰ装置に取り付けるためのノックピンやボルト孔（図示せず）の加工を行う。このノックピンやボルト孔は、バックアップ層５を金型で加工する場合に、この金型による加工の段階で形成することもできる。これにより、ノックピンやボルト孔の加工コストを削減することができる。
【００４４】
上記のように構成されたパッド用コンディショナ１は、ウェーハＷの表面を研磨するＣＭＰ装置に、その表面が回転定盤Ｔに張り付けたパッドＰと接触するように取り付けられる。そして、ウェーハＷのＣＭＰ工程とともに（図２参照）、又は、ＣＭＰ工程とは別のタイミングで、パッドＰ表面の付着物を削ぎ落として目詰まりを解消し、その表面を粗化するとともに、パッドＰ表面の独立気泡内のスラリーＳを掻き出して、新鮮なスラリーＳを改めて供給することによる、パッドＰ表面の改質が行なわれる。本願発明に係るパッド用コンディショナ１は、超砥粒２が半田層４を介して金属被膜３に強固に固定されているため、金属被膜３からの超砥粒２の突出量ｇを大きめとしても（例えば、金属被膜３への超砥粒２の埋め込み深さを６０％よりも小さくしても）、使用中に超砥粒２が脱落して、完成直前の非常に高価なウェーハＷの表面を傷付ける問題は生じない。また、複数の超砥粒２の先端位置が揃っているため（図１中に示した破線参照）、安定的にパッドＰの改質作用を発揮させることができる。
【００４５】
本願発明に係るパッド用コンディショナ１の製造方法の第一実施形態について、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。
【００４６】
まず、このパッド用コンディショナ１を製造するための型枠６（例えば、外径Φ１００ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状）を準備する。この型枠６の素材として、例えば、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂等の熱可塑性樹脂を採用することができる。熱可塑性樹脂は、セラミックス等の耐熱性を有する他素材と比較すると安価であり、型枠６の製造コストを大幅に削減することができる。この製造方法において、型枠６に最も大きな熱的負荷が作用する可能性がある工程は、後述する半田層４の形成工程と、熱硬化性樹脂材を用いたときのバックアップ層５の形成工程であるが、これらの工程において型枠６に大きな熱的負荷が作用することは少なく、加熱に伴って軟化する可能性がある熱可塑性樹脂を型枠６の素材として用いても問題が生じる虞はない。
【００４７】
型枠６には、その表面側に、超砥粒２を設けたい箇所に対応するそれぞれの位置に、表面側から奥に向かうほど縮径する、深さが１ｍｍの総数３１０個の先細状（円錐状）の凹部６ａと、この凹部６ａの先端（円錐頂部）と連通し、この型枠６の裏面側に貫通する直径が０．１０ｍｍの貫通孔６ｂが形成されている（図３Ａ（ａ）参照）。この型枠６は、上記の凹部６ａ及び貫通孔６ｂに対応する突起部が形成された金型（図示せず）に、溶融した樹脂材を流し込むことによって、簡便かつ安価に製造することができる。あるいは、先端角が４５度程度の先細形状の工具を用いて、型枠６の表面側に凹部６ａを形成するとともに、レーザ加工装置又はドリルを用いて、凹部６ａと連通する貫通孔６ｂを形成することもできる。
【００４８】
凹部６ａ同士の間隔は適宜決めることができるが、超砥粒２の平均粒径の１倍以上２００倍以下とするのが、パッドＰ表面の改質作用を確保する上で好ましい。なお、凹部６ａの形状は先細状の先端に超砥粒２の先端部（尖った部分）が嵌り込むものであればよく、円錐状の代わりに角錐状とすることもできる。
【００４９】
さらに、この型枠６上に電気メッキを行うことができるように、その表面側に導電性被膜を形成する。この導電性被膜の形成には、例えば、スパッタリング装置等を用いることができるが、その方法はこれに限定されない。この導電性被膜の種類としては、ニッケル、タングステン等を採用することができる。なお、この導電性被膜は図３Ａ（ａ）中には図示されていない。
【００５０】
この凹部６ａ内に、ＪＩＳＢ４１３０で規定される粒度＃１００／１２０の粒径範囲内に管理された合成ダイヤモンドからなる超砥粒２を撒く。これにより、各凹部６ａ内に、複数の超砥粒２が入った状態となる。この状態で、型枠６の裏面側（貫通孔６ｂが開口している面側）から、真空ポンプ等を用いて貫通孔６ｂ内の空気を吸引する。すると、この貫通孔６ｂに最も近い超砥粒２のみが空気とともに貫通孔６ｂ側に吸引された状態となる（図３Ａ（ｂ）参照）。このとき、型枠６に適度な振動を加えると、超砥粒２は尖った箇所が貫通孔６ｂ内に向いた状態で安定する。空気を吸引しつつ、型枠６を逆さまにして軽く振動させると、貫通孔６ｂに最も近い超砥粒２以外の超砥粒２が脱落して、各凹部６ａ内に超砥粒２が１個ずつ設置された状態となる（図３Ａ（ｃ）参照）。
【００５１】
なお、空気を吸引しつつ各凹部６ａ内に超砥粒２を設置する代わりに、この凹部６ａ内に初めから１個ずつ超砥粒２を設置するようにしてもよい。
【００５２】
この状態で、型枠６をメッキ槽の中に静かに置き、各凹部内６ａに設置された超砥粒２が動かないように、このメッキ槽の中に少しずつメッキ液を充填する。好ましいメッキ液はニッケル電解メッキ液であり、その種類はワット浴、スルファミン酸浴のいずれでもよい。メッキ液の充填が完了したら、型枠６に形成した導電性被膜部分にメッキ電源装置の陰極を接続し、例えば、メッキ時間が１時間、電流密度が１Ａ／ｄｍ２の条件でメッキ処理を行う。このメッキ処理によって、平均で１２μｍの膜厚の金属被膜３（ニッケルメッキ層）が形成される（図３Ｂ（ｄ）参照）。なお、金属被膜３を形成したくない部分には、予めメッキ防止塗料等でマスキングしておくことによって、メッキ液が型枠６上のその部分に着液しないようにしておく。
【００５３】
なお、図３Ｂ（ｄ）〜（ｇ）においては、型枠６の表面に形成した金属被膜３を見やすくするために、その膜厚を誇張して描いているが、その膜厚は、実際には、超砥粒２の粒径（例えば０．１５〜０．３ｍｍ）の１／１００〜５０／１００程度の非常に薄い膜である。
【００５４】
このように、メッキ処理によって、ニッケルからなる金属被膜３を形成した後に、超砥粒２の後端側に、この後端側を包みつつ金属被膜３に跨るように、半田層４を形成する（図３Ｂ（ｅ）参照）。この半田層４として、亜鉛を含有する半田（例えば、商品名：セラソルザ（黒田テクノ株式会社製））を採用するのが好ましい。この半田に含有される亜鉛は、上述したように、超砥粒２の表面を終端する酸素や、金属被膜３の表面の酸化被膜中の酸素との間で高い親和性を有しており、この半田層４が、超砥粒２及び金属被膜３の双方と強固に固定される。このため、超砥粒２が金属被膜３から脱落するのを確実に防止することができる。この脱落防止作用を確実に発揮させるために、各超砥粒２の後端部側に設けられる半田層４の半田の体積は、超砥粒２の体積の３倍以上とするのが好ましい。
【００５５】
半田層４の形成に際しては、半田に熱を加える半田ごてに、超音波振動を付与するのが好ましい。このように、超音波を付与するとそのキャビテーション効果により、半田ごての熱によって溶融した半田の表面の酸化膜、及び、超砥粒２及び金属被膜３の表面に付着しているゴミ及び汚れや、超砥粒２及び金属被膜３と半田との間に介在して両者の密着性を阻害する気泡が除去される。これにより、超砥粒２及び金属被膜３の表面の酸素と、半田に含有された亜鉛との間の高い親和性によって、この半田層４を、超砥粒２及び金属被膜３の双方と強固に密着させることができる。
【００５６】
半田層４を形成した後に、この半田層４を覆うように、金属被膜３の裏面側にバックアップ層５を形成する（図３Ｂ（ｆ）参照）。このバックアップ層５として、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂（フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等）を採用するのがコストの面から好ましい。このように、バックアップ層５を形成することによって、上述したように、パッドＰの表面に超砥粒２を安定的に接触させることができ、安定的にパッドＰの改質作用を発揮させることができる。このパッド用コンディショナ１の剛性をさらに高めるために、バックアップ層５の形成工程の後に、このバックアップ層５の裏面側に、例えば、金属製の台座を設ける工程を付加することもできる。
【００５７】
バックアップ層５を形成した後に、金属被膜３をバックアップ層５とともに型枠６から剥離する（図３Ｂ（ｇ）参照）。この型枠６の表面に形成された金属被膜３は、型枠６との密着性が低く、この剥離の際に、離型剤としての作用も奏する。このため、この剥離作業をスムーズに行うことができる。
【００５８】
上記の第一実施形態においては、パッド用コンディショナ１と同形状（例えば、外径Φ１００ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状）の型枠６を用いたが、広い面積の樹脂板上に複数の型枠６を形成しておき、この複数の型枠６によって多数のパッド用コンディショナ１を一度に製造するバッチ方式又は連続方式（例えば、所定厚さのテープ状の樹脂板を型枠６として用いる方式等）を採用することもできる。これらの方式を採用することにより、製造工程のスループットが一段と向上し、製造コストを大幅に削減することができる。
【００５９】
本願発明に係るパッド用コンディショナ１の製造方法の第二実施形態について、図３Ａ及び図４を用いて説明する。
【００６０】
この第二実施形態に係る製造方法は、型枠６の素材として、特に軟質の樹脂材を使用した場合に主に採用される。まず、このパッド用コンディショナ１を製造するための型枠６（例えば、外径Φ１００ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状）を準備する。この型枠６は、上述したように、金型に溶融した樹脂材を流し込むことによって製造され、その表面側に、超砥粒２を設けたい箇所に対応するそれぞれの位置に、表面側から奥に向かうほど縮径する、深さが１ｍｍの総数３１０個の先細状（円錐状）の凹部６ａと、この凹部６ａの先端（円錐頂部）と連通し、この型枠６の裏面側に貫通する直径が０．１０ｍｍの貫通孔６ｂが形成されている（図３Ａ（ａ）参照）。この凹部６ａと貫通孔６ｂの形状は、第一実施形態に係る型枠６に形成したものと同じであるが、異なる形状とすることもできる。
【００６１】
この実施形態で用いた樹脂材は、ＡＢＳ樹脂にグラファイトを所定量練り込んだ導電性プラスチック樹脂材である。導電性のない樹脂材を用いる場合は、型枠６を所定形状に成形した後に、凹部６ａを形成した面側に導電性被膜を形成する。この導電性被膜の形成には、例えばスパッタリング装置等を用いることができるが、その方法はこれに限定されない。この導電性被膜の種類としては、ニッケル、タングステン等を採用することができる。なお、この導電性被膜は図３Ａ（ａ）中には図示されていない。
【００６２】
第一実施形態に係る製造方法と同様に、型枠６の凹部６ａ内に、ＪＩＳＢ４１３０で規定される粒度＃１００／１２０の粒径範囲内に管理された合成ダイヤモンドからなる超砥粒２を撒く。これにより、各凹部６ａ内に、複数の超砥粒２が入った状態となる。この状態で、型枠６の裏面側（貫通孔６ｂが開口している面側）から、真空ポンプ等を用いて貫通孔６ｂ内の空気を吸引する。すると、この貫通孔６ｂに最も近い超砥粒２のみが空気とともに貫通孔６ｂ側に吸引された状態となる（図３Ａ（ｂ）参照）。このとき、型枠６に適度な振動を加えると、超砥粒２は尖った箇所が貫通孔６ｂ内に向いた状態で安定する。空気を吸引しつつ、型枠６を逆さまにすると、貫通孔６ｂに最も近い超砥粒２以外の超砥粒２が脱落して、各凹部６ａ内に超砥粒２が１個ずつ設置された状態となる（図３Ａ（ｃ）参照）。
【００６３】
この状態で、型枠６をメッキ槽の中に静かに置き、各凹部６ａ内に設置された超砥粒２が動かないように、このメッキ槽の中に少しずつメッキ液を充填する。好ましいメッキ液はニッケル電解メッキ液であり、その種類はワット浴、スルファミン酸浴のいずれでもよい。メッキ液の充填が完了したら、型枠６にメッキ電源装置の陰極を接続し、例えば、メッキ時間が１時間、電流密度が１Ａ／ｄｍ２の条件でメッキ処理を行う。このメッキ処理によって、平均で１２μｍの膜厚の金属被膜３（ニッケルメッキ層）が形成される（図４（ａ）参照）。なお、金属被膜３を形成したくない部分には、予めメッキ防止塗料等でマスキングしておくことによって、メッキ液が型枠６上のその部分に着液しないようにしておく。
【００６４】
なお、図４（ａ）〜（ｄ）においては、型枠６の表面に形成した金属被膜３を見やすくするために、その膜厚を誇張して描いているが、その膜厚は、実際には、超砥粒２の粒径（例えば０．１５〜０．３ｍｍ）の１／１００〜５０／１００程度の非常に薄い膜である。
【００６５】
このように、メッキ処理によって、ニッケルからなる金属被膜３を形成した後に、超砥粒２の後端側に、この後端側を包みつつ金属被膜３に跨るように、半田層４を形成する（図４（ｂ）参照）。この半田層４として、亜鉛を含有する半田（例えば、商品名：セラソルザ（黒田テクノ株式会社製））を採用するのが好ましい。この半田に含有される亜鉛は、上述したように、超砥粒２の表面を終端する酸素や、金属被膜３の表面の酸化被膜中の酸素と高い親和性を有しており、この半田層４が、超砥粒２及び金属被膜３の双方と強固に固定される。このため、超砥粒２が金属被膜３から脱落するのを確実に防止することができる。この脱落防止作用を確実に発揮させるために、各超砥粒２の後端部側に設けられる半田層４の半田の体積は、超砥粒２の体積の３倍以上とするのが好ましい。
【００６６】
半田層４の形成に際しては、上述したように、半田ごてに超音波振動を付与するのが好ましい。このように、超音波を付与するとそのキャビテーション効果により、半田ごての熱によって溶融した半田の表面の酸化膜、及び、超砥粒２及び金属被膜３の表面に付着しているゴミや汚れが除去される。すると、超砥粒２及び金属被膜３の表面の酸素と、半田に含有された亜鉛との間の高い親和性によって、この半田層４を、超砥粒２及び金属被膜３の双方と強固に密着させることができる。
【００６７】
半田層４を形成した後に、超砥粒２とともに金属被膜３を型枠６から剥離する（図４（ｃ）参照）。この型枠６の表面に形成された金属被膜３は、型枠６との密着性が低く、この剥離の際に、離型剤としての作用も奏する。このため、この剥離作業をスムーズに行うことができる。この金属被膜３は、剥離した型枠６の表面に沿う平坦部３ａと、この平坦部３ａから起立する円錐状の突起部３ｂとを有している。
【００６８】
この剥離作業後に、この半田層４を覆うように、金属被膜３の裏面側にバックアップ層５を形成する（図４（ｄ）参照）。このバックアップ層５として、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂（フェノール樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂等）を採用するのがコストの面から好ましい。このように、バックアップ層５を形成することによって、上述したように、パッドＰの表面に超砥粒２を安定的に接触させることができ、安定的にパッドＰの改質作用を発揮させることができる。このパッド用コンディショナ１の剛性をさらに高めるために、バックアップ層５の樹脂材に上記と同様にフィラーを添加したり、バックアップ層５の形成工程の後に、このバックアップ層５の裏面側に、例えば、金属製の台座を設ける工程を付加したりすることもできる。
【００６９】
上記の第二実施形態においても、第一実施形態と同様に、型枠６をバッチ方式又は連続方式で供給し、製造コストの大幅な削減を図ることができる。
【００７０】
上記において説明したパッド用コンディショナ１及びその製造方法はあくまでも一例である。超砥粒２の脱落を確実に防止するとともに、安定的にパッドＰの改質作用を発揮させるという本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、その構成を適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１  パッド用コンディショナ
２  超砥粒
３  金属被膜
３ａ  平坦部
３ｂ  突起部
４  半田層
５  バックアップ層
６  型枠
６ａ  凹部
６ｂ  貫通孔
Ｗ  ウェーハ
Ｔ  回転定盤
Ｐ  パッド
Ｓ  スラリー
【図１】
0006616221.tif 000002
【図２】
0006616221.tif 000003
【図３Ａ】
0006616221.tif 000004
【図３Ｂ】
0006616221.tif 000005
【図４】
0006616221.tif 000006
【図５】
0006616221.tif 000007
【図６】
0006616221.tif 000008
【図７】
0006616221.tif 000009