(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母型の表面に設けられ、母型の外部と連通する気体通路を有する穴に、気体通路を減圧にすることにより砥粒を嵌装し、母型に、金属粉末、セラミック粉末又は合成樹脂からなる結合剤を充填して焼結することにより、砥粒を固着して砥粒層を形成することを特徴とするコンディショナの製造方法。
【請求項２】
穴の深さが、砥粒の平均粒径の１０〜５０％である請求項１記載のコンディショナの製造方法。
【請求項３】
結合剤が、合成樹脂である請求項１記載の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、コンディショナ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、砥粒の先端がすべて外方を向き、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、研磨パッドを金属分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がない、コンディショニング効率の優れたコンディショナ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。さらに、石出し加工を行っても、コンディショニングに有効な砥粒の先端は必ずしも外方を向いているとは限らないので、さらにラップ加工を必要とする場合もあった。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、コンディショニング効率に優れ、しかも簡単かつ容易に製造することができる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、砥粒の先端がすべて外方を向き、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がない、コンディショニング効率の優れたコンディショナ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、母型に砥粒を嵌装するための穴と、穴に連通する気体通路を設け、気体通路を減圧にすると砥粒は先端が気体通路に向いた状態で嵌装され、この状態で結合剤を用いて砥粒を固着することにより、先端がすべて外方を向いたコンディショナを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）母型の表面に設けられ、母型の外部と連通する気体通路を有する穴に、気体通路を減圧にすることにより砥粒を嵌装し、母型に、金属粉末、セラミック粉末又は合成樹脂からなる結合剤を充填して焼結することにより、砥粒を固着して砥粒層を形成することを特徴とするコンディショナの製造方法、
（２）穴の深さが、砥粒の平均粒径の１０〜５０％である第(１)項記載のコンディショナの製造方法、及び、
（３）結合剤が、合成樹脂である第(１)項記載の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】
本発明のコンディショナの製造方法は、母型の表面に設けられ、母型の外部と連通する気体通路を有する穴に、気体通路を減圧にすることにより砥粒を嵌装し、母型に結合剤を充填して焼結することにより、砥粒を固着して砥粒層を形成するものである。図１(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１(ｂ)はその斜視図である。本態様の母型においては、母型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キャビティ２が設けられ、砥粒層キャビティは非連続状に６分割されている。砥粒層キャビティの底には、砥粒を嵌装するための穴３が設けられ、さらにそれぞれの穴から母型の裏面に連通する気体通路が設けられている。気体通路は、穴と接続し、砥粒の粒径より細い直径を有する細い通路と、母型の裏面に開口する太い通路から構成されている。穴の深さは、砥粒の平均粒径の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、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。穴の深さが砥粒の平均粒径の１０％未満であると、砥粒の突出量が少なく、コンディショニング効率が低下するおそれがある。穴の深さが砥粒の平均粒径の５０％を超えると、砥粒の保持力が小さくなって、コンディショニングの際に砥粒が脱落するおそれがある。穴の形状に特に制限はなく、例えば、球面の一部とした形状、円錐状、多角錐状、気体通路の面取りを兼ねる形状などとすることができる。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。
【０００６】
図２及び図３は、本発明の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個の穴を通り中心軸に平行な面で切断した部分断面図である。図２(ａ)に示すように、母型１の表面の砥粒層キャビティ２に砥粒を嵌装するための穴３が設けられ、さらにそれぞれの穴から母型の裏面に連通する気体通路４が設けられている。気体通路は、穴と接続し、砥粒の粒径より細い直径を有する細い通路と、母型の裏面に開口する太い通路から構成されている。図２(ｂ)に示すように、砥粒層キャビティに砥粒５を積載し、母型の裏面側から脱気して気体通路４を減圧にする。気体通路を減圧にすることにより、それぞれの穴に砥粒が引き込まれ、砥粒は先端を気体通路に向けて穴に嵌装される。減圧の程度に特に制限はないが、圧力１〜７０kPaであることが好ましく、５〜５０kPaであることがより好ましい。圧力が１kPa未満であると、砥粒が穴及び気体通路に強く引き込まれ過ぎて、母型に食い込むおそれがある。圧力が７０kPaを超えると、砥粒を穴に引き込む力が弱く、砥粒の先端が気体通路に向かないおそれがある。気体通路を減圧にして、砥粒を先端が気体通路に向いた状態で穴に嵌装したのち、穴に嵌装されなかった余分の砥粒を除去して、図２(ｃ)に示す状態とする。余分の砥粒を除去する方法に特に制限はなく、例えば、気体通路を減圧にしたまま母型を上下反転させて余分の砥粒を落下させることができ、気体通路に適用している減圧よりも弱い減圧で余分の砥粒を吸い上げることもでき、あるいは、砥粒層キャビティから余分の砥粒を拾い出すこともできる。本発明方法においては、図２(ｂ)に示すように砥粒層キャビティに砥粒を載置する代わりに、それぞれの穴に砥粒を１個ずつ置き、気体通路を減圧にして砥粒の先端を気体通路に向け、直ちに図２(ｃ)に示す状態とすることもできる。
【０００７】
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先端が気体通路に向いた状態で嵌装したのち、母型に結合剤を充填して焼結し、砥粒を固着する。図３(ａ)に示す態様においては、円筒形の外型６を嵌合することにより形成された空間に、結合剤７を充填し、押しパンチ８を用いて押圧する。押圧しつつ加熱することにより、結合剤を焼結し、図３(ｂ)に示すように結合剤により形成された基板９に砥粒５を固着する。使用する結合剤に特に制限はなく、例えば、金属粉末、セラミック粉末、合成樹脂などを挙げることができる。焼結に際して、温度、圧力、時間などの条件は、使用する結合剤に応じて適宜選定することができる。結合剤の中で、合成樹脂を好適に用いることができ、熱硬化性樹脂を特に好適に用いることができる。合成樹脂は、焼結のための温度及び圧力が低いので、形状に歪みを生ずるおそれが少なく、コンディショニングに際して、金属が溶出するおそれが全くない。使用する熱硬化性樹脂としては、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を挙げることができる。これらの中で、フェノール樹脂を好適に用いることができる。
【０００８】
本発明方法に用いる砥粒に特に制限はなく、例えば、ダイヤモンド、ＣＢＮ、酸化セリウム、サファイア、ルビー、ガーネット、炭化ケイ素、アルミナなどを挙げることができる。コンディショナをケミカルメカニカルポリッシングの研磨パッドのコンディショニングに用いる場合は、ダイヤモンド砥粒を用いることが好ましい。ダイヤモンド砥粒の粒度は＃３５〜＃１２０であることが好ましく、＃５０〜＃１００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＃１２０を超えて細かくなると、穴と気体通路の工作が困難になるおそれがある。
図３(ｂ)に示すように、結合剤が焼結されて基板９が形成され、砥粒５が固着されたコンディショナが形成されたのち、母型をコンディショナとともに徐冷し、母型を外してコンディショナを取り出す。図４(ａ)は、図１に示す母型を用いて製造されたコンディショナの平面図であり、図４(ｂ)は、その斜視図である。本発明方法により製造されたコンディショナは、図３(ｃ)に示すように、砥粒の先端がすべて外方を向き、かつ、砥粒の突出量がすべて一定である。そのために、本発明方法により製造されたコンディショナは、石出し加工やラップ加工を行う必要がない。本発明方法により製造されたコンディショナを、ケミカルメカニカルポリッシングにおいて研磨パッドのコンディショニングに用いると、効率よく短時間でコンディショニングを行うことができ、かつ、コンディショニングされた研磨パッドの表面粗さが細かく、平坦性に優れている。
【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１に示す形状の黒鉛型を用いて、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。また、それぞれの穴から、黒鉛型の裏面に連通する直径１００μｍの細い通路と、直径１mmの太い通路で構成された気体通路が設けられている。
黒鉛型の砥粒層キャビティに粒度＃６０のダイヤモンド砥粒を載置し、黒鉛型の裏面に２０kPaの減圧をかけてダイヤモンド砥粒を穴に嵌装し、嵌装されない余分のダイヤモンド砥粒を除去した。
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。次いで、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、コンディショナを得た。
コンディショナのダイヤモンド砥粒を走査型電子顕微鏡を用いて観察すると、砥粒の先端はすべて砥粒層面に垂直に外方を向いており、かつ、その突出量は一定にそろっていた。
【００１０】
【発明の効果】
本発明方法により製造されたコンディショナは、砥粒の先端がすべて外方を向き、かつ、砥粒の突出量がすべて一定である。そのために、本発明方法により製造されたコンディショナは、石出し加工やラップ加工を行う必要がない。本発明方法により製造されたコンディショナを、ケミカルメカニカルポリッシングにおいて研磨パッドのコンディショニングに用いると、効率よく短時間でコンディショニングを行うことができ、かつ、コンディショニングされた研磨パッドの表面粗さが細かく、平坦性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１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２】図２は、本発明のコンディショナの製造方法の一態様の説明図である。
【図３】図３は、本発明の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、図１の母型を用いて製造されたコンディショナの平面図及び斜視図である。
【符号の説明】
１  母型
２  砥粒層キャビティ
３  穴
４  気体通路
５  砥粒
６  外型
７  結合剤
８  押しパンチ
９  基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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