(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒層面から突出した砥粒からなる砥粒層を表面に有する基板が、金属からなる部分及び砥粒を有しない合成樹脂組成物を突出した砥粒からなる砥粒層とともに押圧加熱成形されてなる合成樹脂基板であり、該合成樹脂組成物を突出した砥粒からなる砥粒層とともに押圧加熱成形することによりＣＭＰコンディショナの基板の形状に成形するとともに、砥粒を成形合成樹脂基板の砥粒層の表面に突出させて固着させることを特徴とするＣＭＰコンディショナの製造方法。
【請求項２】
合成樹脂組成物中に、繊維状の非金属材料又はセラミック粉、炭酸カルシウム、カオリン若しくはマイカの粉末状の非金属材料が含有される請求項１記載のＣＭＰコンディショナの製造方法。
【請求項３】
砥粒が断面が方形の角柱状のダイヤモンドである請求項１又は２記載のＣＭＰコンディショナの製造方法。
【請求項４】
砥粒層を表面に有する基板が金属からなる部分を有しない合成樹脂組成物によって成形されてなる合成樹脂基板であり、該合成樹脂組成物が前記基板の形状に加熱押圧によって成形するとともに砥粒を成形合成樹脂基板の表面に突出させて固着させるＣＭＰコンディショナの製造方法であって、母型の表面に設けられた一定の深さの穴に砥粒を嵌装し、円筒形の外型を母型に嵌合することにより形成された空間に合成樹脂組成物を充填し、押しパンチを用いて押圧しつつ加熱することにより、合成樹脂組成物を基板の形状に成形するとともに、砥粒を穴の深さに相当する突出量に突出させて固着させることによって、砥粒の突出量を砥粒の粒径の１０〜５０％にして固定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のＣＭＰコンディショナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＰコンディショナ及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、砥粒の突出量を容易に調整することができ、半導体デバイスの層間絶縁膜、金属配線などのケミカルメカニカルポリッシング用の研磨パッドのコンディショニングに際して、研磨パッドを金属により汚染するおそれがなく、砥粒の脱落によりウェーハ表面を傷つけるおそれのないＣＭＰコンディショナ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超ＬＳＩの高集積化、高速化において多層配線はますます重要になり、この技術の中枢をなす層間絶縁膜及び金属配線の平坦化工程に対し、より一層の高度化が要求されつつある。一般に、半導体ウェーハの表面を研磨するウェーハ加工装置では、円盤状の定盤に研磨パッドを貼り付け、定盤上面に１枚又は複数枚のウェーハを載置し、これらのウェーハを研磨パッド上でキャリアにより強制回転させつつ、研磨パッドとウェーハの間に微細な研磨粒子を含む研磨液を供給して、界面の化学的及び機械的作用によるケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）が行われている。
研磨パッドとしては、ポリエステル不織布にポリウレタン樹脂を含浸させたベロアタイプパッド、ポリエステル不織布を基材としてその上に発泡ポリウレタン層を形成したスウェードタイプパッド、あるいは独立気泡を有する発泡ポリウレタンのパッドなどが使用されている。また、研磨粒子としては、フェライト粉末、アルミナ粉末、炭酸バリウム、コロイダルシリカ、酸化セリウムなどが用いられ、研磨液には水酸化カリウム溶液、希塩酸、希硝酸、過酸化水素水、硝酸鉄水溶液などが使用される。このようなウェーハの研磨を繰り返すうちに、被削材の切り屑や研磨粒子などが研磨パッドの微細な孔に入り込んで目詰まりを起こしたり、研磨粒子とウェーハの化学反応熱によって研磨パッドの表面が鏡面化して、研磨速度が低下してしまう。このために、研磨パッドのコンディショニングを常時又は定期的に行う必要がある。
しかし、従来の電着法により砥粒を固着したコンディショナでは、砥粒は完全な一層ではなく、砥粒の間に挟まって浮き石となった砥粒が必ず存在し、これが脱落して研磨パッドに残存し、ウェーハ表面を傷つけるという問題があった。また、メタルボンドにより砥粒を固着したコンディショナでは銅などが、電着により砥粒を固着したコンディショナではニッケルなどが、反応性の高い研磨液によって溶出し、研磨パッドに残存し、最終的には被加工物であるウェーハ上に付着するために、ケミカルメカニカルポリッシング後のウェーハの洗浄工程に非常に手間がかかっていた。さらに、電着タイプ、メタルボンドタイプともに、ダイヤモンド砥粒の突出量の調整が非常に困難であり、ダイヤモンド砥粒の突出量を所望の値とするための加工時間が長くかかるという問題があった。
コンディショナからの砥粒の脱落や、金属の溶出を防止するために、さまざまな方法がとられている。例えば、特開平２−２２５８２７号公報には、反転型の内面に砥粒一層分を電着により仮固定し、仮固定した砥粒を金属又は樹脂で埋め込んで固着することにより砥粒層を形成し、砥粒層に台金を接合し、反転型を除去して製造される、砥粒の最突出部がすべて同一平面上にあって、砥粒の脱落のおそれのないコンディショナが提案されている。特開平１０−１５８１９号公報には、台金に砥粒一層分をメッキにより仮固定し、仮固定した砥粒の浮き石を砥石により除去し、さらに砥粒を埋め込むまでメッキを行ったのち、石出し加工を行うことにより砥粒の突出量が平均粒径の５〜３０％になるように最突出部を露出させた、砥粒の脱落のおそれのないコンディショナが提案されている。また、特開平１０−２４９７０８号公報には、砥粒を台金にロウ材より固着して砥粒層を形成したのち、砥粒層を合成樹脂層で覆って表面に金属が露出しないようにした、砥粒の脱落と金属の溶出のおそれのないコンディショナが提案されている。さらに、特開平１１−３３９１１号公報には、台金に砥粒をメッキにより固着して砥粒層を形成し、砥粒層を合成樹脂層で被覆したのち、合成樹脂層の表面部分を除去して砥粒の先端部が合成樹脂層より突出し、メッキされた金属が合成樹脂層に覆われて露出していない、砥粒の脱落と金属の溶出のおそれのないコンディショナが提案されている。しかし、これらのコンディショナは、いずれも製造工程が長いためにコスト高となることは避けられず、また、たとえ合成樹脂層で被覆しても、金属材料を用いるかぎり、金属の溶出に対する一抹の不安は拭いきれなかった。
特開平９−３２３２５５号公報には、グリットが基台から剥がれ落ちないケミカルマシンポリッシャ装置の研磨盤研磨グリット盤として、樹脂で形成された平坦な基台と、基台上に均一に分布した研磨用のグリットと、グリットを基台に接着する化学研磨剤に対する耐性を有した接着剤を備えた研磨グリット盤が提案されている。この研磨グリット盤は、構成材料として金属を有しないので、金属の溶出のおそれはないが、グリットを接着剤を用いて基台に接着しているので、研磨中にグリットが脱落するおそれがある。このために、砥粒の脱落と金属の溶出のおそれが全くなく、しかも簡単かつ容易に製造することができるＣＭＰコンディショナが求められていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、砥粒の突出量を容易に調整することができ、半導体デバイスの層間絶縁膜、金属配線などのケミカルメカニカルポリッシング用の研磨パッドのコンディショニングに際して、研磨パッドを金属により汚染するおそれがなく、砥粒の脱落によりウェーハ表面を傷つけるおそれのないＣＭＰコンディショナ及びその製造方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、基板が合成樹脂により形成されたＣＭＰコンディショナは、金属の溶出のおそれが全くなく、さらに、母型の表面に設けた穴に砥粒を嵌装し、母型に合成樹脂を充填して基板の形状に成形するとともに、砥粒を基板に固着させることにより、このようなＣＭＰコンディショナを容易に製造し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）砥粒層面から突出した砥粒からなる砥粒層を表面に有する基板が、金属からなる部分及び砥粒を有しない合成樹脂組成物を突出した砥粒からなる砥粒層とともに押圧加熱成形されてなる合成樹脂基板であり、該合成樹脂組成物を突出した砥粒からなる砥粒層とともに押圧加熱成形することによりＣＭＰコンディショナの基板の形状に成形するとともに、砥粒を成形合成樹脂基板の砥粒層の表面に突出させて固着させることを特徴とするＣＭＰコンディショナの製造方法、
（２）合成樹脂組成物中に、繊維状の非金属材料又はセラミック粉、炭酸カルシウム、カオリン若しくはマイカの粉末状の非金属材料が含有される第(１)項記載のＣＭＰコンディショナの製造方法、
（３）砥粒が断面が方形の角柱状のダイヤモンドである第(１)項又は第(２)項記載のＣＭＰコンディショナの製造方法、及び、
（４）砥粒層を表面に有する基板が金属からなる部分を有しない合成樹脂組成物によって成形されてなる合成樹脂基板であり、該合成樹脂組成物が前記基板の形状に加熱押圧によって成形するとともに砥粒を成形合成樹脂基板の表面に突出させて固着させるＣＭＰコンディショナの製造方法であって、母型の表面に設けられた一定の深さの穴に砥粒を嵌装し、円筒形の外型を母型に嵌合することにより形成された空間に合成樹脂組成物を充填し、押しパンチを用いて押圧しつつ加熱することにより、合成樹脂組成物を基板の形状に成形するとともに、砥粒を穴の深さに相当する突出量に突出させて固着させることによって、砥粒の突出量を砥粒の粒径の１０〜５０％にして固定することを特徴とする第(１)〜(３)項のいずれか記載のＣＭＰコンディショナの製造方法、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のＣＭＰコンディショナは、基板が合成樹脂により形成され、砥粒が基板を形成する合成樹脂により基板に固着されてなるものである。図１(ａ)は、本発明のＣＭＰコンディショナの一態様の平面図であり、図１(ｂ)は、その斜視図である。本態様のＣＭＰコンディショナにおいては、合成樹脂により形成された基板１の外周近縁部に、２個の同心円に囲まれた環状部に砥粒層２が設けられ、環状部の砥粒層は非連続状に６分割されて、６個の溝３が設けられている。ＣＭＰコンディショナの砥粒層を非連続状に分割して溝を設けることにより、研磨パッドのコンディショニングの際に、研磨液の流出入や研磨屑の排出が容易になり、コンディショニングの速度と精度を高めることができる。
本発明に用いる合成樹脂に特に制限はなく、例えば、尿素樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリイミド樹脂、ポリキノキサリン樹脂、ポリキノリン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどの熱可塑性樹脂、さらに、これらの熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の混合樹脂などを挙げることができる。これらの中で、フェノール樹脂を特に好適に用いることができる。
本発明に用いる砥粒に特に制限はなく、例えば、ダイヤモンド砥粒、ＣＢＮ砥粒などを挙げることができる。これらの中で、ダイヤモンド砥粒を好適に用いることができる。ダイヤモンド砥粒の粒度は＃３５〜＃２００であることが好ましく、＃５０〜＃１２０であることがより好ましい。ダイヤモンド砥粒の粒度が＃３５を超えて粗くなると、天然ダイヤモンドが必要となってきわめて高価になる。ダイヤモンド砥粒の粒度が＃２００を超えて細かくなると、砥粒の十分な突出量を確保することが困難になるとともに、コンディショニング時間が長くなるおそれがある。
本発明においては、砥粒として角柱状ダイヤモンドを用いることもできる。使用する角柱状ダイヤモンドは、断面が１辺の長さ０.１〜１.５mmの方形であり、長さが１〜１０mmであることが好ましい。角柱状ダイヤモンドとしては、単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンドのいずれをも用いることができる。多結晶ダイヤモンドとしては、例えば、ＣＶＤダイヤモンドの厚膜を切り出した多結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド焼結体などを挙げることができる。角柱状の単結晶ダイヤモンドとして、市販されているデビアス社製モノドレス、住友電気工業(株)製スミクリスタルなどを使用することができる。あるいは、天然ダイヤモンド原石から角柱状に切り出したものを使用することができる。砥粒として角柱状ダイヤモンドを用いることにより、砥粒の保持力が向上して脱落を確実に防止することができ、断面積の変化がないので性能を安定させることができる。また、単結晶ダイヤモンドを用いた場合には、結晶方位をそろえて寿命を安定化することができる。
【０００６】
本発明のＣＭＰコンディショナは、基板を形成する合成樹脂中に、非金属材料が含有されることが好ましい。含有させる非金属材料に特に制限はなく、例えば、ガラス繊維、セラミック繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維などの繊維材料、セラミック粉、炭酸カルシウム、カオリン、タルク、マイカ、ガラスパウダーなどの粉末状材料などを挙げることができる。合成樹脂中に非金属材料を含有させることにより、金属の溶出によるウェーハの汚染のおそれを生ずることなく、基板の強度、剛性、耐熱性などを向上することができる。
本発明のＣＭＰコンディショナの製造方法は、母型の表面に設けた穴に砥粒を嵌装し、母型に合成樹脂を充填し、押圧しつつ加熱して合成樹脂を基板の形状に成形するとともに、基板に砥粒を固着させるものである。図２(ａ)は、本発明方法に用いる母型の一態様の平面図であり、図２(ｂ)はその斜視図である。本態様の母型においては、環状部の６分割された砥粒層キャビティ４の底に、砥粒を嵌装するための穴５が設けられている。穴の深さは、砥粒の粒径の１０〜５０％であることが好ましく、１５〜３５％であることがより好ましい。本発明のＣＭＰコンディショナの砥粒の突出量は、穴の深さとほぼ等しくなるので、穴の深さを一定にすることにより、ＣＭＰコンディショナの砥粒の突出量をそろえることができる。本発明方法において、母型の材質に特に制限はなく、例えば、黒鉛型、金型などを用いることができる。
【０００７】
図３は、本発明のＣＭＰコンディショナの製造方法の一態様の説明図である。本図は、母型の表面に設けられた４個の穴を通る中心軸に平行な面で切断した部分断面図である。図３(ａ)に示すように、母型６の表面に設けられた穴５に砥粒７を嵌装する。必要に応じて、接着剤を用いて砥粒を母型に仮接着することができる。使用する接着剤は、合成樹脂の成形条件において劣化し、合成樹脂を基板の形状に成形したのち、得られたＣＭＰコンディショナを母型から容易に外すことができるものであることが好ましい。本発明方法においては、母型の表面に設けられた穴に砥粒を嵌装したのち、母型に合成樹脂を充填する。図３(ｂ)に示す態様においては、円筒形の外型８を嵌合することにより形成された空間に、合成樹脂９を充填し、押しパンチ１０を用いて押圧する。押圧しつつ加熱することにより、合成樹脂を基板の形状に成形し、図３(ｃ)に示すように合成樹脂により形成された基板１に砥粒７を固着する。母型を取り外すことにより、本発明の基板が合成樹脂により形成され、砥粒が基板を形成する合成樹脂により基板に固着されてなるＣＭＰコンディショナを得ることができる。
【０００８】
図４は、本発明のＣＭＰコンディショナの製造方法の他の態様の説明図である。本態様においては、砥粒として角柱状ダイヤモンドを使用する。本図は、母型の表面に設けられた４個の穴を通る中心軸に平行な面で切断した部分断面図である。図４(ａ)に示すように、母型６の表面に設けられた断面が円形の穴５に角柱状ダイヤモンド１１を嵌装する。本発明方法においては、母型の表面に設けられた穴に角柱状ダイヤモンドを嵌装したのち、母型に合成樹脂を充填する。図４(ｂ)に示す態様においては、円筒形の外型８を嵌合することにより形成された空間に、合成樹脂９を充填し、押しパンチ１０を用いて押圧する。押圧しつつ加熱することにより、合成樹脂を基板の形状に成形し、図４(ｃ)に示すように合成樹脂により形成された基板１に角柱状ダイヤモンド１１を固着する。母型を取り外すことにより、本発明の基板が合成樹脂により形成され、角柱状ダイヤモンドの砥粒が基板を形成する合成樹脂により基板に固着されてなるＣＭＰコンディショナを得ることができる。
本発明方法においては、母型に充填する合成樹脂に、非金属材料を添加して混合し、合成樹脂中に非金属材料が含有されるＣＭＰコンディショナを得ることができる。
本発明のＣＭＰコンディショナは、基板が合成樹脂により形成され、金属からなる部分を有しないので、金属の溶出によるウェーハの汚染を生ずるおそれが全くない。また、砥粒が基板を形成する合成樹脂により基板に固着されているので、接着剤を用いる砥粒の固定と異なり、砥粒が脱落するおそれがない。本発明方法によれば、従来の砥粒層面に樹脂コーティングを施す方法に比べて、はるかに簡単にＣＭＰコンディショナを製造し、製造コストを抑えることができる。
【０００９】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例１
図２に示す形状の黒鉛型を用いて、ＣＭＰコンディショナを製造した。
黒鉛型は直径１００mmであり、外周近縁部に幅１０mmの環状で６分割された砥粒層キャビティを有し、分割されたそれぞれの砥粒層キャビティには、ダイヤモンド砥粒を嵌装するための穴が２７個ずつ設けられている。
粒度＃６０のダイヤモンド砥粒を穴に嵌装し、接着剤［セメダイン(株)、工業用セメダイン１１０］を用いて仮接着した。黒鉛型に、内径１００mm、外径１４０mm、高さ３０mmの円筒形の黒鉛製の外型を嵌合し、１００℃に予熱した。この母型にフェノール樹脂７０ｇを充填し、上部から押しパンチで１００kg／cm2の圧力をかけ、１７０℃に昇温して１０分間加熱し、フェノール樹脂を硬化させた。
室温まで徐冷したのち、押しパンチ、外型及び黒鉛型を取り外し、ＣＭＰコンディショナを得た。
実施例２
図２に示す形状の黒鉛型を用いて、ＣＭＰコンディショナを製造した。
黒鉛型は直径１００mmであり、外周近縁部に幅１０mmの環状で６分割された砥粒層キャビティを有し、分割されたそれぞれの砥粒層キャビティには、角柱状ダイヤモンドを嵌装するための穴が２７個ずつ設けられている。角柱状ダイヤモンドを嵌装するための穴は、断面が直径０.６mmの円形であり、深さは０.２mmである。
断面が１辺の長さ０.４mmの正方形、長さが２mmの角柱状ダイヤモンドを穴に嵌装した。次いで、黒鉛型に、内径１００mm、外径１４０mm、高さ３０mmの円筒形の黒鉛製の外型を嵌合し、１００℃に予熱した。この母型にフェノール樹脂７０ｇを充填し、上部から押しパンチで１００kg／cm2の圧力をかけ、１７０℃に昇温して１０分間加熱し、フェノール樹脂を硬化させた。
室温まで徐冷したのち、押しパンチ、外型及び黒鉛型を取り外し、角柱状ダイヤモンドの突き出し量０.２mmのＣＭＰコンディショナを得た。
【００１０】
【発明の効果】
本発明のＣＭＰコンディショナは、基板が合成樹脂により形成され、金属部分を有しないので、研磨パッドのコンディショニングに用いたとき、金属が溶出してウェーハを汚染するおそれがない。また、砥粒が基板を形成する合成樹脂により基板に固着されているので、接着剤を用いる砥粒の固定と異なり、砥粒が脱落するおそれがない。本発明の製造方法によれば、基板が合成樹脂により形成されてなるＣＭＰコンディショナを、簡単な工程により容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のＣＭＰコンディショナの一態様の平面図及び斜視図である。
【図２】図２は、本発明方法に用いる母型の一態様の平面図及び斜視図である。
【図３】図３は、本発明のＣＭＰコンディショナの製造方法の一態様の説明図である。
【図４】図４は、本発明のＣＭＰコンディショナの製造方法の他の態様の説明図である。
【符号の説明】
１  基板
２  砥粒層
３  溝
４  砥粒層キャビティ
５  穴
６  母型
７  砥粒
８  外型
９  合成樹脂
１０  押しパンチ
１１  角柱状ダイヤモンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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