(57)【要約】      （修正有）【課題】接着剤を用いない化学機械研磨装置の研磨パッド用の洗浄用ブラシを提供する。【解決手段】化学機械研磨装置の研磨パッドを液体を供給しながら洗浄するためのブラシ３０であって、植毛孔３８が設けられたブラシ本体３６と、植毛孔３８内に固定されたブラシ毛束３４と、を備え、ブラシ毛束３４が、埋込み部材４０を用いて２つ折り状態で植毛孔３８に圧入されて固定されており、ブラシ毛３２が液体により膨潤する材料で作られている。これによって研磨パッドの洗浄時に、液体によりブラシ毛３２が膨潤し所定の引っ張り強度が確保される。接着剤を使用しないため新たな塵埃の発生が防止され、ブラシ毛として機能するブラシ毛の有効丈を相対的に長く確保することができる。【選択図】  図２
2004306234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨装置の研磨パッドを液体を供給しながら洗浄するためのブラシであって、
植毛孔が設けられたブラシ本体と、
前記植毛孔内に固定されたブラシ毛束と、を備え、
前記ブラシ毛束が、埋込み部材を用いて２つ折り状態で前記植毛孔に圧入されて固定されており、
前記ブラシ毛が前記液体により膨潤する材料で作られている、化学機械研磨装置の研磨パッドの洗浄用ブラシ。
【請求項２】
前記材料がナイロンである請求項１に記載の化学機械研磨装置の研磨パッドの洗浄用ブラシ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造等に用いられる化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ。以下「ＣＭＰ」という）装置の研磨パッドを洗浄するために用いられるブラシに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりウェハ表面の凹凸を平坦化する装置としてはＣＭＰ装置が知られている。一般のＣＭＰ装置は、上面に研磨パッドが貼り付けられたプラテンと称される回転台と、下面にてウェハを支持する研磨パッドと、研磨ヘッドを回転可能に取り付けるスピンドルとを備えている（例えば、特許文献１参照）。このようなＣＭＰ装置を用いて半導体ウェハの表面を研磨する場合、プラテン上の研磨パッドに研磨液を供給しながらプラテンを回転させると共に、研磨ヘッドにより支持された半導体ウェハを研磨パッドに接触させて研磨ヘッドを回転させる。これによりウェハの表面は化学的に且つ機械的に研磨される。
【０００３】
上記のようにＣＭＰ装置でウェハを研磨すると、研磨終了後、研磨パッド、ウェハ表面部の磨耗片又は破片、並びに残留スラリ等の汚れが研磨パッド上に残留する。また、研磨パッドの表面は、研磨を繰り返すことによって磨耗して凹凸がなくなり、研磨面として機能しなくなる。このため、均一な研磨を維持するためには、これらの残留物を除去すること、及び研磨パッドの目立てをして再度凹凸を作り出すことが必要である。
【０００４】
このために、ＣＭＰ装置にはコンディショナが備えられており、リンス液（純水など）を流しつつ研磨パッド表面の洗浄及び研磨（以下コンディショニングという）が行われる。研磨パッド表面の洗浄及び研磨を行うために、コンディショナは回転可能なディスク状治具をその先端に備えており、このディスク状治具には、円板状のディスク本体の表面にダイヤモンド粒が電着されたダイヤモンドディスクと、ブラシ本体にブラシ毛が埋め込まれたディスク状ブラシとがある。平坦化やメタル配線形成プロセスにおいては、比較的硬質な研磨パッドが使用されるので、そのような研磨パッドをコンディショニングするためには、ダイヤモンドディスクが用いられる。また、ポリシリコン膜形成プロセスにおいては、比較的軟質な研磨パッドが使用されるので、そのような研磨パッドをコンディショニングするためには、ブラシが用いられる。
【０００５】
これらのディスク状治具はプロセスに応じて交換して使用されるため、ブラシとダイヤモンドディスクは互換性が必要である。即ち、ブラシ全体の厚さとダイヤモンドディスク全体の厚さは、ほぼ同一でなくてはならない。ダイヤモンドヘッドの場合、全体の厚さは、ディスク本体だけの厚さであるが、ブラシ全体の厚さとは、ブラシ本体の厚さとブラシ毛の長さをあわせた長さである。この全体の厚さをダイヤモンドディスクのディスク本体の厚さと同じに作るには、ブラシ本体を薄くし、またブラシ毛の長さを短くする必要がある。一方、ブラシ毛が抜け落ちると当該ブラシ毛が異物となって、次のウェハ研磨を行う場合に研磨の不均一を生じさせ、歩留まりを低下させるため、ブラシ毛が所定の引っ張り強度を有することが必要である。
【０００６】
ブラシ本体へのブラシ毛の埋め込み方法は、一般に接着剤を用いる方法（例えば、特許文献２参照）と、ブラシ毛束を、埋込み部材を用いて２つ折り状態でブラシ本体の植毛孔に圧入して固定する方法がある（例えば、特許文献３参照）。
しかし、圧入して固定する方法は、植毛孔、即ちブラシ本体に、ある程度の深さがないと研磨パッドのコンディショニングに必要と考えられている約８０Ｎの引っ張り強度を備えるようなブラシを作成することはできないと考えられていた。
このため、従来、ディスク状ブラシのブラシ毛の埋込みは、接着剤によって埋め込む方法が用いられていた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−７９７５８号公報
【特許文献２】
特開２００２−３０７３０８号公報（段落番号「００２３」）
【特許文献３】
特開２００１−２８６３３９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、接着剤を用いる方法は、接着剤が、リンス溶液による膨潤及び乾燥を繰り返すことによって脆弱になって剥がれ落ち、新たな塵埃の発生又はブラシ毛の抜けを生じる恐れもあった。更に、接着剤は、ブラシ毛の根元に塗布する際に毛細管現象でブラシ毛に吸い上げられて、ブラシ毛として機能するブラシ毛の丈が更に短くなってしまうという問題もあった。
そこで、本発明の目的は、ブラシ本体厚さ及びブラシ毛の長さ等の所定範囲の制限下においても、接着剤を用いずに、所定の引っ張り強度を有する化学機械研磨装置の研磨パッド用の洗浄用ブラシを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ナイロン等のブラシ毛はコンディショニング中に水分によって膨潤することに気づき、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明は、化学機械研磨装置の研磨パッドを液体を供給しながら洗浄するためのブラシであって、植毛孔が設けられたブラシ本体と、植毛孔内に固定されたブラシ毛束と、を備え、ブラシ毛束が、埋込み部材を用いて２つ折り状態で植毛孔に圧入されて固定されており、ブラシ毛が液体により膨潤する材料で作られていることを特徴とする。
【００１１】
化学機械研磨装置の研磨パッドの洗浄用ブラシは、純水又は研磨液等の液体を流しながら研磨パッドを洗浄するので、本発明のブラシ毛が当該液体で膨潤する材料で作られている洗浄用ブラシによれば、埋込み部材を押し付ける方式でブラシ毛をブラシ本体に挿入しても、実際の使用時にはかなりの強度が確保される。
【００１２】
また、上記材料はナイロンであることが好ましい。ナイロンを用いることによって、純水などのリンス溶液で膨潤するブラシを安価に作成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による洗浄用ブラシの好適な実施形態について添付図面を参照しながら説明する。図１は、一般的なＣＭＰ装置を概略的に示した斜視分解図であり、本発明によるブラシはかかるＣＭＰ装置における研磨パッドを洗浄するためのものである。図２は、ブラシをより詳細に示す斜視図である。図３及び図４はブラシ本体の植毛孔にブラシ毛が埋め込まれた状態を示す、ブラシの部分断面図である。
【００１４】
図１に示すように、ＣＭＰ装置１０は、装置本体部１２に回転可能に設けられたプラテン１４と称される回転台と、プラテン１４の上面に貼り付けられた研磨パッド１６とを備えている。また、装置本体部１２には、研磨パッド１６の表面に研磨液（以下スラリという）を供給するためのスラリ供給装置１８と、研磨パッド１６の状態を良好に維持するためのコンディショナ２０も設けられている。コンディショナ２０は、プラテン１４の側方にて研磨テーブル２２に基端部が回転可能に支持された揺動アーム２４と、この揺動アーム２４の先端部に回転可能に取り付けられたコンディショナヘッド２６とを有している。装置本体部１２の上部には、下面にて半導体ウェハを保持する研磨ヘッド２８が備えられている。
本実施形態のディスク状のブラシ３０は、ＣＭＰ装置１０のコンディショナヘッド２６の下面に、下方にブラシ毛束３４の先端が向くように取り付けられている。
【００１５】
次に、ブラシ３０について詳細に説明する。図２に示すように、ブラシ３０は、ディスク状のブラシ本体３６を備える。ブラシ本体３６の材料はナイロン樹脂（ＭＣ９０１）であり、ブラシ本体３６の半径は、本実施形態では約５４ｍｍである。ブラシ本体３６表面には植毛孔３８が設けられており、その数は、ブラシ本体３６の中心から半径１５ｍｍの同心円上に等間隔で８個、半径２５ｍｍの同心円上に等間隔で１２個、半径３５ｍｍの同心円上に等間隔で１６個、半径４５ｍｍの同心円上に等間隔で２０個で、計５６個である。図３に示すように、植毛孔３８の径Ｗは３ｍｍ、深さＤは３．５ｍｍである。
【００１６】
本実施形態でブラシ毛束３４は、２２本のブラシ毛３２を、埋込み部材である金属製の板４０を用いて２つ折りにして、植毛孔３８に圧入したものである。圧入は、ブラシ毛束３４の中央部に板４０を押し当てて、ブラシ毛束３４を２つ折りにして曲折部分４１を形成し、当該曲折部分４１と板４０とを植毛孔３８に押し込むことにより行われる。板４０の幅は４ｍｍであり植毛孔３８の直径Ｗの３ｍｍより大きい。このため、板４０は、その両端で植毛孔３８の周壁を外方に押して弾性変形させ、且つその一部を削りながら植毛孔３８内部に入っていく。そして曲折部分４１の最下部が植毛孔３８の底面に到達すると、その位置に静止する。植毛孔３８の周壁の、板４０が通過した際に弾性変形した部分は復元し、板４０を押さえ付ける。この板４０によって、曲折部分４１も植毛孔３８の底面に押さえ付けられ、ブラシ毛３２は、植毛孔３８に確実且つ強固に植毛される。
【００１７】
一つの植毛孔３８から出ているブラシ毛３２の本数は４４本である。ブラシ毛３２の材料はナイロン、線径は０．４ｍｍ、植毛孔３８から出ているブラシ毛３２の長さＨは４．７ｍｍである。金属製の板の材料はステンレス（ＳＵＳ  ３０４）であり、板の高さは１．３ｍｍ、幅４ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍである。
【００１８】
このようなブラシ３０を有するコンディショナを用いて研磨パッド１６を洗浄する場合について説明する。まず、研磨パッド１６上へ、ウェハ研磨中は研磨パッド１６と離間するように保持されていたコンディショナヘッド２６を下降させ、ブラシ毛３２と研磨パッド１６とを接触させる。リンス液として純水を研磨パッド１６の表面に流しつつ、コンディショナヘッド２６を回転させ、更に揺動アーム２４によって研磨パッド１６上を揺動させる。これにより、研磨パッド１６の全面にわたって付着していた凝固スラリや異物を擦り取ることができ、研磨パッド１６表面を適度に粗くして目立てを行うことができ、ブラシ３０で擦り取られた凝固スラリや異物を表面に流れる水で研磨パッド１６表面から洗い流すことができる。
【００１９】
本実施形態のブラシ３０は、ブラシ毛３２がナイロンで作られているため、純水中で使用すると膨潤する。従って、純水を流しながら使用すると、水のない状態で使用するよりも抜けに対して強い引っ張り強度を得ることができる。このため、研磨パッド１６とブラシ３０とを擦り合わせてもブラシ毛３２の抜けが少ない。また、接着剤を使用していないので、ブラシ毛３２が接着剤を毛細管現象で吸い上げてその根元部分が固まりブラシ毛３２の有効丈が短くなることがない。
このため相対的に長い３０の毛丈が確保でき、有効な洗浄ができる。従って、研磨パッド１６の洗浄及び目立てを短時間且つ効果的に行うことができ、歩留まりを向上することができる。また、ナイロンを用いることによって対薬品性に優れ且つ安価なブラシ３０を作成することができる。また、接着剤による新たな塵埃が発生する恐れがない。
【００２０】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、ブラシ本体３６及び金属製の板４０の材料は、ＣＭＰ装置１０で使用される薬品に対して耐性を有していればよい。また、ブラシ本体３６の大きさも上記した大きさに限定されず、ＣＭＰ装置１０でダイヤモンドディスクと交換して使用できる大きさであればよい。また、植毛孔３８の配置も同心円上に限定されず、格子状であってもよく、また、植毛孔３８の数も上記の個数に限定されない。また、ブラシ毛３２の材料はナイロンに限定されず、研磨パッド２８の洗浄に用いるリンス溶液で膨潤する材料であればよい。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明者らがブラシ毛３２の引っ張り強度を測定した実験結果について説明する。図５は、各植毛孔３８に植えたブラシ毛３２の本数だけを変えて、耐久実験をした結果を示したグラフである。横軸が引っ張り強度、縦軸が孔に埋め込んだブラシ毛３２の本数である。植毛孔３８から出ているブラシ毛３２は、４０、４２及び４４本（即ち２０、２１及び２２本のブラシ毛３２を半分に折ったもの）の３種類である。なお、４６本（即ち２３本のブラシ毛３２を半分に折ったもの）は植毛孔３８に入れることができなかった。植毛は、上記したようにブラシ毛３２中央部を金属板の板４０で押して２つ折りにしてブラシ本体３６の植毛孔３８に圧入した。耐久実験は、浸水２０時間後、４５分間ブラシで研磨パッド１６を研磨して５分間中断するサイクルを１２サイクル行った後にブラシ３０の毛を引っ張る試験を行った。なお、これは、ブラシ３０で洗浄している時間は約９時間であり、これは、５０秒のウェハ研磨の後３０秒ブラシ３０で洗浄するという通常の研磨プロセスの約１５時間に相当する。その結果、ブラシ毛３２が４０本の場合約４０Ｎ、４２本では約６０Ｎ、４４本では約８０Ｎまでブラシ毛３２が抜けなかった。これによって４４本植毛することによって所望の強度、８０Ｎを確保することができることが分かる。
【００２２】
図６はブラシ毛３２の線径のみを変えて耐久試験をした結果を示したグラフである。線径は、０．２ｍｍ及び０．４ｍｍの２種類である。植毛孔３８から出ているブラシ毛３２の本数は４４本で、植毛方法は、実験内容は図４の場合と同じである。線径が０．２ｍｍのときは引っ張り強度４０Ｎであるが０．４ｍｍでは８０Ｎまでブラシ毛３２の抜けが生じなかった。これによって線径０．４ｍｍにすることによって所望の強度８０Ｎを確保することができることが分かる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の化学機械研磨装置用の研磨パッド洗浄用ブラシによれば、接着剤を用いることなく、浅い植毛孔にもブラシ毛を確実に固定することができる。従って、接着剤による新たな塵埃の発生もなく、研磨されるウェハに対するパーティクル防止効果も期待できる。また、接着剤をブラシ毛が吸い上げることによって、ブラシ毛として機能するブラシ毛の有効丈を相対的に短くなるという弊害もない。従って、研磨パッドの洗浄及び目立てを短時間且つ効果的に行うことができ、且つ歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態のブラシが使用されるＣＭＰ装置を概略的に示した斜視分解図である。
【図２】ブラシの斜視図である。
【図３】ブラシ本体の植毛孔にブラシ毛が圧入された状態を、板の長手方向と垂直な方向から見た、ブラシの部分断面図である。
【図４】ブラシ本体の植毛孔にブラシ毛が圧入された状態を、板の長手方向に沿って見た、ブラシの部分断面図である。
【図５】各植毛孔に植えるブラシ毛の本数だけを変えて、耐久実験をした結果を示したグラフである。
【図６】ブラシ毛の線径のみを変えて耐久試験をした結果を示したグラフである。
【符号の説明】
１６…研磨パッド、３０…ブラシ、３２…ブラシ毛、３６…ブラシ本体、３８…植毛孔、４０…埋込み部材。
【図１】
2004306234.tif 000003
【図２】
2004306234.tif 000004
【図３】
2004306234.tif 000005
【図４】
2004306234.tif 000006
【図５】
2004306234.tif 000007
【図６】
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