(57)【要約】【課題】  ドレスレートのバラツキ幅が小さなパッドコンディショナーを提供する。【解決手段】  本発明パッドコンディショナーは、円盤状台金1の所定の表面に超砥粒を固着したパッドコンディショナーである。円盤状台金1の外周部に環状に山形部12を有し、山形部12の頂部12Aには大きな超砥粒2Aが電着され、山形部12の裾野部12Bには小さな超砥粒5が電着されている。頂部12Aと裾野部12Bの研磨面は滑らかにつながっている。円盤状台金の中心を通る断面において、山形部12の頂部12Aが円弧とし、円弧の両側の裾野部12Bは頂部12Aより遠ざかるに従い低くなる傾斜を有する直線として、円盤状台金1の底面13に平行な直線と1°〜15°の斜面角度θをなすことが望ましい。【選択図】  図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状台金の所定の表面に超砥粒を固着したパッドコンディショナーであって、
前記円盤状台金の外周部に環状に山形部を有し、
前記山形部の頂部には大きな超砥粒が電着され、
前記山形部の裾野部には小さな超砥粒が電着され、
前記頂部と前記裾野部の研磨面が滑らかにつながっていることを特徴とするパッドコンディショナー。
【請求項２】
前記円盤状台金の中心を通る縦断面において、山形部の頂部は円弧で、円弧の両側の裾野部は頂部より遠ざかるに従い低くなる傾斜を有する直線であって、円盤状台金の底面に平行な直線と1°〜15°の斜面角度θをなすことを特徴とする請求項1に記載のパッドコンディショナー。
【請求項３】
前記大きな超砥粒の粒径が#60〜#170であり、小さな超砥粒の粒径が#200〜#800であることを特徴とする請求項1または2に記載のパッドコンディショナー。
【請求項４】
前記山形部の幅をW、頂部の幅をW1としたとき、W1/Wの値が0.05以上0.9以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のパッドコンディショナー。
【請求項５】
前記円弧の半径Rが5mm〜200mmであることを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載のパッドコンディショナー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエハやウエハ上の多層配線部の研磨に使用される研磨パッドをドレッシングするためのパッドコンディショナーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハードディスク用ガラス基板、ハードディスク用アルミ基板ならびにシリコンウエハの研磨は、通常、発砲ポリウレタンからなる研磨パッドが利用され、研磨用の微粒子を混濁させたスラリーを適用して行われている。この研磨を行なうに従い、研磨パッドが目詰まりしたり、平面度が低下するため、常時または定期的に研磨パッドをドレッシングして平面度の精度保持と目詰まりの解消をする必要が生じる。
【０００３】
このドレッシングには、従来よりパッドコンディショナーが用いられている（例えば特許文献１）。特許文献1の発明は、平盤状のベース部材の外周部を所定幅で盛り上げ、その盛り上げ部の表面に一様な粒径分布の研磨グリッドを略均一に分布させて固着したものである。この盛り上げ部は、凸形の円弧状曲面に形成されている。この構成によれば、研磨するときに研磨パッドとパッドコンディショナーとが面接触するので、パッドコンディショナーの長寿命化を図ることができる。
【０００４】
また、特許文献1に記載されているパッドコンディショナーのドレスレートは、円弧状曲面の半径を変えることで調整できる。ドレスレートとは、パッドコンディショナーが研磨パッドを単位時間当たりに除去できる厚みを表す数値であり、一般的には「μm/10分」という単位が使われている。
【０００５】
一方、直径300mmの大径シリコンウエハの実用化が進展するに従い、パッドコンディショナーへの要求も多様化してきた。最近では、研磨パッドの寿命を伸ばすために、ドレス圧力を下げて使用する傾向にある。これに伴い、ドレス性能をより精密にコントロールすることが要求されてきている。特に、設計値と実際のドレスレートとの乖離が小さいパッドコンディショナーが要求されるようになってきた。
【０００６】
【特許文献１】特開平11-300600号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、従来のパッドコンディショナーには、次のような問題があった。
【０００８】
(1)設計値に対してバラツキの小さいドレスレートを得ることが難しい。
特許文献1に記載されているパッドコンディショナーは、主として円弧状曲面の円弧の半径でドレスレートを調整している。しかし、この方法ではわずかな半径の相違によりドレスレートが大幅に変動する。一方、この円弧の半径精度を精密に制御することは簡単ではない。そのため、設計値に対してバラツキの小さいドレスレートを得ることが難しかった。
【０００９】
(2)ドレスレートの異なる製品を目視で区別することが難しい。
特許文献1に記載されているパッドコンディショナーは、ドレスレートが異なる製品であっても、円弧状曲面の円弧の半径にさほど大きな相違がないため、目視により製品の区分けができない。出荷検査などの際、円弧の半径を精密に測定すればドレスレートの異なる製品の区分けが可能であるが、非常に出荷検査が煩雑になる。そのため、ドレスレートの異なる製品を区分けするには、工程管理に格別の注意が必要になる。
【００１０】
したがって本発明の主目的は、ドレスレートのバラツキが小さく、設計値どおりのドレスレートを持つパッドコンディショナーを提供することにある。
【００１１】
また、本発明の別の目的は、目視でドレスレートの異なる製品の区分けができるパッドコンディショナーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、円盤状台金の所定の表面に超砥粒を固着したパッドコンディショナーであって、円盤状台金の外周部に環状に山形部を有し、山形部の頂部には大きな超砥粒が電着され、山形部の裾野部には小さな超砥粒が電着され、頂部と裾野部の研磨面が滑らかにつながっているパッドコンディショナーを提供するものである。
【００１３】
すなわち、本発明のパッドコンディショナーは、粒径が異なる2種類の超砥粒を用い、且つ頂部の超砥粒の粒径を大きくして、裾野部の粒径を小さくしたものである。粒径が異なる２種類の超砥粒を用いることで、ドレスレートの微妙な調整が可能になる。加えて、超砥粒の粒径の相違を目視あるいはルーペを用いた観察により容易に識別でき、ドレスレートの異なる製品を判別することができる。
径の大きな超砥粒を固着した頂部と径の小さな超砥粒を固着した裾野部の研磨面は滑らかにつながっていることが重要である。頂部と裾野部の研磨面を円滑に連続させることで、高精度にドレッシングを行うことができる。粒径の異なる超砥粒を同じ高さの台金の上に載せると、粒径の大きな方の研磨面が高くなる。したがって、小さな超砥粒で形成された研磨面は低くなり、実際の研磨に貢献することがない。本発明では、例えば、小さな超砥粒の載る台金面をメッキや機械加工により盛り上げて、その上に小さな超砥粒を載せ、大きな超砥粒と小さな超砥粒が形成する研磨面を同じ高さにすることができる。
【００１４】
本発明のパッドコンディショナーは、円盤状台金の中心を通る縦断面において、山形部の頂部が円弧で、円弧の両側の裾野部は頂部より遠ざかるに従い低くなる傾斜を有する直線で構成することが好ましい。頂部を円弧とすることにより、頂部全体が研磨に寄与することができる。また、裾野部を直線とすることにより、研磨の中心的役割を担う頂部の突出量を調整することができる。つまり、頂部の円弧の半径や頂部の幅を変更することでドレスレートを精密に調整し、設計値に対しするドレスレートのバラツキを小さくすることができる。特に、頂部の円弧の半径や頂部の幅の変更と超砥粒の粒径の相違との組み合わせにより、一層精密なドレスレートの調整が可能になる。また、頂部の円弧の半径や頂部の幅の相違は、容易に目視にて認識できるため、ドレスレートの異なる製品を容易に判別することができる。
【００１５】
裾野部の直線は円盤状台金の底面に平行な直線と1°〜15°の斜面角度θをなすことが望ましい。斜面角度が1°未満では、裾野部を直線で構成することにより頂部の突出量を調整することが難しい。逆に、斜面角度が15°を超えるとドレスレートが高くなりすぎる傾向がある。θのさらに望ましい範囲は3°〜7°である。
【００１６】
頂部の円弧の半径Rは、5mm〜200mmであることが望ましい。5mmより小さいとドレスレートが高くなりすぎ、200mmを超えるとドレスレートが低すぎる。さらに望ましい円弧半径Rの範囲は60mm〜100mmである。
【００１７】
本発明のパッドコンディショナーにおいて、山形部の幅をW、頂部の幅をW1としたとき、W1/Wの値が0.05以上0.9以下であることが望ましい。W1/Wの値が0.05未満または0.9を越える場合、小さな超砥粒と大きな超砥粒の2種類を使ってドレスレートを精密に調整する効果が低くなる。この値のさらに好ましい範囲は、0.2以上0.8以下である。
【００１８】
本発明のパッドコンディショナーにおいて、大きな超砥粒の粒径が#60〜#170であり、小さな超砥粒の粒径が#200〜#800であることが望ましい。ここで、例えば#60と記載したとき、これは一般的にJIS規格B  4130の表2に記載された60/80と同じ粒度範囲である粒径が127μm〜271μmの超砥粒を示す。同様に、#170は170/200と同じ粒度範囲であり、#200は200/230と同じ粒度範囲である。JIS規格には、325/400まで記載されていて、#800の記載はない。この場合は、#800の市販品を基準とすればよい。#800の市販品の粒径は20μm〜30μmである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、ドレスレートのバラツキが小さく、且つ設計値と乖離の少ないドレスレートをもつパッドコンディショナーを容易に製造することができる。したがって、ドレス圧力を下げて使用する最近の傾向に伴い、ドレス性能をより精密にコントロールしたパッドコンディショナーを提供することができる。その上、斜面角度などから製品の区分けが付き易く、目視又は簡単な検査により製品区分をすることができ品質管理が容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２１】
図1は、本発明のパッドコンディショナー全体の上面図である。このパッドコンディショナーは、ドーナツ状の円盤状台金1を有している。この台金１は、底面がパッドコンディショナーの回転軸に直交した平面で構成され、中央にパッドコンディショナーを装置に組み込むための穴11を有する。さらに、台金１の外周側には、上方に突き出た山形部12を有している。
【００２２】
図2は、図1の円盤状台金の中心を通る線で切断したX-X断面図、図3は超砥粒を電着する前の台金の断面図である。山形部12は、高い部分を円弧状の頂部12Aとし、低い部分を直線状の裾野部12Bとする。この図において、Wは山形部12の幅を示し、W1は山形部12の頂部12Aを構成する円弧の幅を示す。台金1は、頂部12Aの円弧に裾野部12Bの直線がつながっている。そして、底面13に対して斜面角度θで裾野部12Bの直線が円弧と点Aで交わっている。点Aの部分を丸く加工しておく方が、研磨面が滑らかにつながり易い。
【００２３】
この頂部12Aには大きな超砥粒2Aを電着し、裾野部12Bは小さな超砥粒2Bを電着する。小さな超砥粒2Bは、例えばニッケルメッキ層3などの上に固着されることで、頂部12Aに載せられた大きな超砥粒2Aと滑らかにつながる研磨面を提供できる。小さな砥粒2Bは、円盤状台金1の外周面にも電着されることで、外周面に当たる研磨パッドを研磨することができる。
【００２４】
大きな超砥粒2Aと小さな超砥粒2Bのそれぞれの粒子径分布は、できるだけ狭いことが望ましい。図2からも明らかなように、もし粒子径の分布幅が大きいと、大きな超砥粒2Aのみが研磨に作用し、小さな超砥粒2Bは研磨に作用しないので、効率よく超砥粒を使用したことにならないからである。そこで、市販の超砥粒をさらに篩い分けて利用する場合もある。超砥粒2A、2Bにはダイヤモンド砥粒を用いる。
【００２５】
さらに、環状の山形部12には、図１に示すように、研磨液や研磨されたパッドなどを外周部へ逃がすための溝4が設けられている。本例では、等間隔で４箇所に溝4を設けている。
【００２６】
以上の実施例では、穴11のある台金を例として説明したが、穴のない台金を有するパッドコンディショナーでも本発明を適用できる。
【実施例２】
【００２７】
図4は、超砥粒を電着する前の別の円盤状台金の部分断面図である。この円盤状台金1は、円弧のみで構成された山形部12を有する。この場合も、実施例1と同様に、山形部を頂部12A(図4のW1で示す範囲)と裾野部12B(図4のWにおけるW1を除く範囲)とに区分し、頂部12Aに径の大きい超砥粒2Aを、裾野部12Bに径の小さい超砥粒2Bを固着する。円盤状台金1の他の構成は、実施例1と同様である。
【００２８】
（試験例１）
外径が100mm、内径が40mm、山形部の幅Wが7mm、山形部の頂部と底面の距離が3.1mmの円盤状台金を準備した。円盤状台金の材質は、ステンレス鋼SUS304である。台金の形状のうち、円弧をなす部分の半径と斜面角度を表1に示すように変動させて円盤状台金を準備した。ただし、WとW1はそれぞれ、7mmと3mmに固定してある。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上記の円盤状台金の山形部以外の部分を第一マスクでマスキングして、水酸化ナトリウム50g／リットルで液温45℃の脱脂液に浸漬し、電流密度5A/dm2で陰極電解脱脂および陽極電解脱脂を行った。その台金を純水で洗浄後、塩化ニッケル150g/リットル、塩酸100g/リットルのニッケルメッキ浴中で、ニッケルストライクメッキを電流密度5A/dm2で5分間行った。次に、硫酸ニッケル250g/リットル、塩化ニッケル45g/リットル、硼酸30g/リットルのニッケル浴中で電流密度1A/dm2で15分間の下地メッキした。
【００３１】
次に、山形部のうち裾野部を第二マスクでマスキングし、＃100のダイヤモンド砥粒を台金の山形部の頂部に載せ、ニッケル浴中でダイヤモンド砥粒をメッキにより仮止めした。続いて、円盤状台金をメッキ浴から引き出し、余剰のダイヤモンド砥粒を水洗で除去した。次に、第二マスクを取り外し、円盤状台金をメッキ浴に入れ、#100のダイヤモンド砥粒を電着すると共に、裾野部にもメッキした。裾野部へのメッキの厚さは、その上に載せる砥粒の大きさにより決定される。すなわち、#100の超砥粒の平均粒子径は146μmである。裾野部に載せる超砥粒は#325なので、平均粒径は49μmとなる。従って、メッキ層の厚さは粒子径の差である97μmと計算される。こうすることにより、裾野部の研磨面と頂部の研磨面が滑らかにつながった。
【００３２】
試料番号1〜10では、頂部を第三マスクでマスキングし、その台金をメッキ浴中に浸漬して、＃325の砥粒を裾野部に仮止めする。この円盤状台金をメッキ浴から引き出し、余剰のダイヤモンド砥粒を水洗で除去した。次に、円盤状台金をメッキ浴に入れ、#325のダイヤモンド砥粒を電着する。その後、第一マスクおよび第三マスクを取り外して、本発明のパッドコンディショナーを作製した。なお、試料番号10は、半径60mmの円弧のみで山形部を形成したが、幅W1の頂部には径の大きいダイヤモンド砥粒を電着し、裾野部には径の小さなダイヤモンド砥粒を電着した。試料番号11および12は、半径21mmと63ｍｍの円弧のみで山形部を形成し、その山形部全体に＃100の超砥粒を電着した特許文献1に記載の製品に対応するものである。
【００３３】
このようにして得られたパッドコンディショナーを用いて研磨パッドを以下の条件で研磨した。使用した研磨パッドはロデールニッタ社製IC1000で、パッドの回転数100rpm、コンディショナーの回転数100rpm、ドレッシング圧力196hPa（200gf/cm2）であった。
【００３４】
パッドコンディショナーは、パッドコンディショナーが研磨パッドを単位時間当たりに除去できる厚みをあらわすドレスレート(μm/10分)により評価された。この試験例では、試料番号1のドレスレートを基準（100）とし、他の試料番号のドレスレートを基準に対する相対値で表した。これらの結果も表1に示す。
【００３５】
試料番号1〜9においては円弧の半径と斜面角度を変えることにより、相対ドレスレートを5から10の微細な範囲で調整できることがわかった。概略的には、半径を小さくするとドレスレートが高くなり、斜面角度を大きくするとドレスレートが高くなる傾向にある。裾野部が直線か円弧かが相違点である試料番号7と試料番号10のドレスレートを比較すれば、裾野部が円弧であっても2種類の超砥粒を用いることで、精密にドレスレートの調整ができることがわかる。
【００３６】
比較例の試料番号11、12の相対的ドレスレートは、140と84であり、半径が少し変化するだけでドレスレートは大きく変動していることを示している。ドレスレートと半径が一次関数の関係にあると仮定すると、ドレスレート100と105のものは半径が51mmと47mmとなり、その差は4ｍｍしかなく目視で判別できなかった。これに対して、試料番号1と4のように半径だけでも20mmもの差があり、明確に区別することができた。
【００３７】
（試験例２）
試験例1と同様にして、表2に示すパッドコンディショナーを作製した。この試験例では、頂部と裾野部のダイヤモンド砥粒の粒径を変えてドレスレートを調べた。頂部の円弧の半径Rを100mmとし、斜面角度3°とし、その他の形状は試験例1と同じとした。性能の調査は試験例1と同様に行った。得られた結果を表2に示す。
【００３８】
【表２】
2005161440.tif 000004
【００３９】
この試験例では、試料番号21のものをドレスレート100とし、他の試料のドレスレートを相対値で性能評価した。頂部で使用された砥粒径＃80から＃100に微粒化すると試料番号21、22および23、24を比較して、ドレスレートは20〜25％程度減少した。裾野部の砥粒径のみを＃325から＃600へと細粒化すると、試料番号21と23および22と24を比較して、ドレスレートは10〜15％程度減少する。このように大きな超砥粒と小さな超砥粒の組み合わせを利用することにより、ドレスレートを微細にコントロールできる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明によれば、ドレスレートを精密に調整したパッドコンディショナーを提供することができ、シリコンウエハやウエハ上の多層配線部の研磨パッドを精密に研磨する分野での有効利用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のパッドコンディショナーの上面図である。
【図２】本発明のパッドコンディショナーの部分縦断面図である。
【図３】図２のパッドコンディショナーの台金の部分縦断面図である。
【図４】図２とは別の本発明パッドコンディショナーの部分縦断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
1    円盤状台金
11    穴                        12    山形部
12A    頂部                    12B    裾野部
13    底面
2A    大きな超砥粒              2B小さな超砥粒
3    ニッケルメッキ層
4    溝
A    円弧と直線の境界点        R    円弧の半径
W    山形の幅                  W1  円弧の幅
θ    斜面角度
【図１】
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【図２】
2005161440.tif 000006
【図３】
2005161440.tif 000007
【図４】
2005161440.tif 000008