(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＭＰ装置に装着され、ポリッシングパッド面を押さえ付け、該パッドを平坦化させるとともに、ポリッシングパッドのコンディショニングを行う機能を有するコンディショナーであって、ポリッシングパッド面に接する端面の内周側にエッジを鈍化した超砥粒面を設け、かつそれより外周側に鋭利なエッジをもつ超砥粒面を設けたことを特徴とするＣＭＰ装置用コンディショナー。
【請求項２】
ポリッシングパッド面に接する端面の内周側の水平平坦部にエッジを鈍化した超砥粒面を設け、かつそれより外周側に向かって該パッド面から遠ざかる緩斜面に鋭利なエッジをもつ超砥粒面を設けた請求項１記載のＣＭＰ装置用コンディショナー。
【請求項３】
緩斜面の傾斜角度を自在に変えることができる構造をもつ請求項２記載のＣＭＰ装置用コンディショナー。
【請求項４】
外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥粒面を有する部分が交換可能な構造をもつ請求項１、請求項２又は請求項３記載のＣＭＰ装置用コンディショナー。
【請求項５】
外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥粒面を有する部分が、ポリッシングパッド面に対し、突き出し可能な構造をもつ請求項１、請求項２又は請求項３記載のＣＭＰ装置用コンディショナー。
【請求項６】
シリコンウェーハの保持具となっている請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５記載のＣＭＰ装置用コンディショナー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＭＰ装置用コンディショナーに関する。さらに詳しくは、本発明は、シリコンウェーハを保持し、かつＣＭＰ用ポリッシングパッド面を押さえ付け、該パッドの平坦性を向上させるとともに、該パッドのコンディショニングを効果的に行う機能を有し、しかもコンディショニング性能に優れ、その寿命の長いＣＭＰ装置用コンディショナーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
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、円盤状の定盤の上に研磨用ポリッシングパッドを貼り付け、定盤上面に１枚又は複数枚のウェーハを載置し、これらウェーハをポリッシングパッド上でキャリアにより強制回転させつつポリッシングパッドとウェーハの間に微細な研磨粒子と研磨液を供給して、界面の化学的機械的作用によりケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）を行っている。ポリッシングパッドとしては、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エードタイプパッド、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や、さらにこれらの多層構造体などが使用されている。また、研磨粒子としては、酸化鉄、アルミナ、炭酸バリウム、酸化セリウム、コロイダルシリカなどの中から、また、研磨液としては、水酸化カリウム溶液などのアルカリ性溶液、希塩酸などの酸性溶液、さらには過酸化水素水や硝酸鉄水溶液などの中から、被ポリッシング物の種類などに応じて適宜選択される。例えば、ケイ素の酸化膜をポリッシングする場合には、通常研磨粒子としてコロイダルシリカなどが用いられ、かつ研磨液としてアルカリ性溶液が用いられる。一方、タングステン、銅、アルミニウムなどの金属膜をポリッシングする場合には、通常、研磨液として酸性溶液が用いられる。
このようなウェーハの研磨を繰り返すうちに、研磨粒子や研磨屑などがポリッシング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ポリッシング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、ポリッシングパッドの表面を再生して研磨速度を回復させる、いわゆるコンディショニングと呼ばれる操作を常時又は定期的に行う必要があり、このような操作にはコンディショナーと呼ばれる工具が使用される。ダイヤモンド砥粒は優れたコンディショニング材料であり、ダイヤモンド砥粒を利用した半導体ウェーハ研磨用のポリッシングパッドのコンディショニングが実用化されている。このようなＣＭＰ用ポリッシングパッドのコンディショナーに対しては、ポリッシングパッドの摩耗をできるだけ抑えることができ、かつパッドの表面状態を常に所望の研磨速度が得られるように一定に保持しうること、及び砥粒の脱落がなく、パッドに目詰まりを起こさせないことなどが要求される。
ところで、ＣＭＰ装置においては、ポリッシング中にウェーハが飛び出さないように、通常ステンレス鋼製の保持具によって該ウェーハが保持されている。そして、この保持具は、従来、その端面とポリッシングパッド面との間に若干の隙間ができるように配置されていた。しかしながら、この場合、ウェーハの中心部と外周部との間で研磨度に差が生じるという問題があった。この場合、保持具でパッドを押さえつけるようにすれば、パッドの平坦性が向上し、その結果、中心部と外周部との間の研磨度の差が小さくなるが、保持具とパッドとが接触するため、保持具の摩耗が激しくなるのを免れないという問題が生じる。
そこで、このような問題を解決するために、保持具のポリッシングパッドと接する端面にダイヤモンドなどの超砥粒を固着させ、保持具の摩耗を防止し、かつ該パッド面を押さえ付け、パッドの平坦性を向上させるとともに、パッド面のコンディショニングを行う機能をもつ保持具型コンディショナーが提案されている（特開平８−１４８４５３号公報）。
図１は、上記保持具型コンディショナーの１例の部分断面図であって、保持具台金１の端面に、パッドの平坦性を決める平坦部ａとパッドのコンディショニングに強く作用するＲ部ｂとからなる鋭利なエッジを持つ超砥粒面２が設けられた構造が示されている。各砥粒は電着などによる金属結合材３によって台金１の端面に固着されている。
しかしながら、このような従来の保持具型コンディショナーにおいては、パッドの平坦性を向上させるために、コンディショニングとしては過大な荷重がかけられ、その結果、砥粒のエッジ摩耗が速くて研磨レートの低下が著しく、コンディショナーとしての寿命が短い上、使用初期にはパッドが削れすぎるなどの問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情のもとで、ＣＭＰ用ポリッシングパッド面を押さえ付け、該パッドの平坦性を向上させるとともに、該パッドのコンディショニングを効果的に行う機能を有し、しかもコンディショニング性能に優れ、その寿命の長いＣＭＰ装置用コンディショナー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、前記の優れた機能をもつＣＭＰ装置用コンディショナーを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、コンディショナーのポリッシングパッド面に接する端面に設けられる超砥粒面は、主として、内周側のパッドの平坦化に寄与する部分と外周側のコンディショニングに寄与する部分に分けられることに着目し、(１)内周側にエッジを鈍化した超砥粒面を設けることにより、コンディショナー及びパッドの摩耗を抑制するとともに、砥粒の摩耗も少なく、かつパッドの平坦性を効果的に向上させうること、(２)外周側に鋭利なエッジをもつ砥粒面を設けることにより、パッドを効果的にコンディショニングすることができ、しかも該砥粒面を緩斜面にし、その傾斜角度や形状を変えることによって、砥粒に作用する荷重を分散させ、パッドの削れ具合を任意に変えることができ、また砥粒の摩耗も減少しうるので、長寿命化が図られること、(３)この外周側の砥粒面部を交換可能や突き出し可能にすることにより、切れ味が低下してもコンディショナー全体を取り換える必要がないので、工業的に極めて有利であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
（１）ＣＭＰ装置に装着され、ポリッシングパッド面を押さえ付け、該パッドを平坦化させるとともに、ポリッシングパッドのコンディショニングを行う機能を有するコンディショナーであって、ポリッシングパッド面に接する端面の内周側にエッジを鈍化した超砥粒面を設け、かつそれより外周側に鋭利なエッジをもつ超砥粒面を設けたことを特徴とするＣＭＰ装置用コンディショナー、
（２）ポリッシングパッド面に接する端面の内周側の水平平坦部にエッジを鈍化した超砥粒面を設け、かつそれより外周側に向かって該パッド面から遠ざかる緩斜面に鋭利なエッジをもつ超砥粒面を設けた第１項記載のＣＭＰ装置用コンディショナー、
（３）緩斜面の傾斜角度を自在に変えることができる構造をもつ第２項記載のＣＭＰ装置用コンディショナー、
（４）外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥粒面を有する部分が交換可能な構造をもつ第１項、第２項又は第３項記載のＣＭＰ装置用コンディショナー、
（５）外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥粒面を有する部分が、ポリッシングパッド面に対し、突き出し可能な構造をもつ第１項、第２項又は第３項記載のＣＭＰ装置用コンディショナー、及び
（６）シリコンウェーハの保持具となっている第１項、第２項、第３項、第４項又は第５項記載のＣＭＰ装置用コンディショナー、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のＣＭＰ装置用コンディショナーは、シリコンウェーハを保持し、ポリッシング中に該ウェーハがとび出すのを防止し、かつポリッシングパッド面を押さえ付け、該パッドの平坦性を向上させるとともに、ポリッシングパッドのコンディショニングを行う機能を有するものである。
このような機能をもつ本発明のコンディショナーのポリッシングパッド面に接する端面には、超砥粒面が設けられており、そして、この超砥粒面は、内周側に設けられたエッジを鈍化した超砥粒面と、それより外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥粒面から構成されている。
なお、ここでいうエッジを鈍化した超砥粒面とは、砥粒面を構成する各超砥粒のパッド面と接触する先端部分が平坦化及び／又は曲面化していることを意味する。また、鋭利なエッジをもつ超砥粒面とは、砥粒面を構成する各超砥粒のパッド面と接触する先端部分が鋭利なエッジを有することを意味する。
上記の内周側に設けられたエッジを鈍化した超砥粒面は、主としてパッドの平坦性を向上させる作用を有し、パッドの摩耗に関与する度合いが小さく、かつ砥粒の摩耗が少ないことから、パッド面とウェーハ面との段差の変化を極めて小さくすることができる。一方、外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥粒面は、主としてパッドのコンディショニングに作用する。
本発明においては、該砥粒面のこのような作用を考慮すると、特に、ポリッシング面に接する端面の内周側の水平平坦部にエッジを鈍化した超砥粒面を設け、かつそれより外周側に向かって該パッド面から遠ざかる緩斜面に鋭利なエッジをもつ超砥粒面を設けたものが好適である。
図２は、本発明のコンディショナーの１例の部分断面図であって、このコンディショナーは、コンディショナー台金１の端面における内周側の水平平坦部にエッジを鈍化した超砥粒面２ａが設けられ、かつそれより外周側に向かってパッド面から遠ざかる緩斜面に、鋭利なエッジをもつ超砥粒面２ｂが設けられた構造を有している。各砥粒は、金属結合材３によって、コンディショナー台金１の端面に固着されている。
この部分断面図において、水平平坦部に設けられた超砥粒面２ａの長さの作用面の幅Ｌに対する比率及び緩斜面に設けられた超砥粒面２ｂの傾斜角度については、特に制限はなく、コンディショナーの大きさや形状、ポリッシングパッドの弾性、コンディショナーにかかる荷重、その他条件に応じて適宜選定することができる。また、図においては、緩斜面は平面となっているが、この緩斜面の形状についても特に制限はなく、例えば適当なＲをもつ曲面であってもよい。
【０００６】
この緩斜面の傾斜角度を変えたり、形状を例えば曲面状などに変えることにより、砥粒に作用する荷重を分散させ、パッドの削れ具合を任意に調節し、砥粒の摩耗を減少させることができ、コンディショニング機能の長寿命化を図ることができる。
また、本発明においては、外周面に設けられた鋭利なエッジをもつ超砥粒面を有する部分を交換可能な構造にしてもよいし、また、該部分をパッド面に対し、突き出し可能な構造としてもよい。
図３は、本発明のコンディショナーの別の例の部分断面図であって、このコンディショナーは、コンディショナー台金１の端面における内周側の水平平坦部にエッジを鈍化した超砥粒面２ａが設けられたＡ部分と、外周側に向かってパッド面から遠ざかる緩斜面に、鋭利なエッジをもつ超砥粒面２ｂが設けられたＢ部分が分割され、切れ味が低下した場合、Ｂ部分のみを交換又はパッド面に対して突き出すことができるような構造を有している。このような構造とすることにより、切れ味が低下しても、コンディショナー全体を取り換える必要がないので、工業的に極めて有利となる。
図４は、緩斜面の傾斜角度を自在に変えることができる構造をもつ本発明ＣＭＰ装置用コンディショナーの一例である。
図４の内周側に鈍化されたエッジを有する超砥粒面を有し、外側面に鋭いエッジを有する超砥粒面があり、該超砥粒面がテーパー付き若しくはＲ付き台金面となっていて、図４に示すテーパー金具ＫをボルトＧで押し込むと緩斜面の傾斜角度が変わり、鋭いエッジ部を上に持ち上げることができる。
本発明のＣＭＰ装置用コンディショナーにおいて、ポリッシングパッド面に接する端面に設けられる超砥粒面を構成する砥粒としては、従来ＣＭＰ用ポリッシングパッドのコンディショナーにおいて慣用されている超砥粒、例えばダイヤモンド砥粒及びｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）砥粒などが好ましく用いられる。特に、該端面の外周側に設けられる鋭利なエッジをもつ超砥粒面を構成する砥粒は、ダイヤモンド砥粒であることが好ましく、ＪＩＳ Ｂ ４１３０に規定する粒度１００／１２０〜３０／４０の粒径を有するダイヤモンド砥粒であることがより好ましい。砥粒の粒度が上記範囲にあれば、ＣＭＰ用ポリッシングパッドの表面の摩耗を抑え、該表面を好ましい状態に再生することができる。
本発明においては、前記砥粒を用い、コンディショナーのポリッシングパッド面に接する端面（以下、コンディショナー台金の作用面と称すことがある）に超砥粒面を設けるが、この際、通常金属結合材が用いられる。砥粒をコンディショナー台金の作用面に金属結合材を用いて固着する方法に特に制限はなく、例えば、電着法、反転電鋳法、焼結法、ロウ付け法などを挙げることができる。これらの中で、電着法は、比較的容易かつ確実に砥粒をコンディショナー台金の作用面に固着することができるので、好適に使用することができる。電着法により砥粒を固着する場合は、コンディショナー台金の作用面に砥粒をメッキにより仮固定し、次いで砥粒をメッキ層により固着して砥粒層を形成する。すなわち、先ずコンディショナー台金の作用面の砥粒固定面を残して、絶縁性のマスキング材で被覆する。台金をメッキ浴に浸漬し、砥粒固定面に砥粒を載置し、台金に陰極を接続し、メッキ液に陽極を接続して、電気メッキを行って砥粒を仮固定する。砥粒を仮固定したとき、大部分の砥粒はその一部が台金の砥粒固定面に接した状態で仮固定されるが、台金の砥粒固定面に接しない状態で付着し、浮き石となっている砥粒が存在する場合もあるので、仮固定を終了したのち、砥粒層面の表面をアルミナ砥石、シリコンカーバイド砥石などを用いて軽く研磨することにより、浮き石を除去することが好ましい。
【０００７】
浮き石を除去したのち、台金をふたたびメッキ浴に浸漬し、台金に陰極を接続し、メッキ液に陽極を接続して、砥粒固定面のメッキを行い、砥粒を固着して砥粒層を形成する。メッキする金属は、砥粒を固定することができるものであれば特に制限はなく、例えば、ニッケル、クロムなどを使用することができるが、ニッケルを特に好適に使用することができる。ニッケルメッキにより砥粒を固着する場合、添加剤を加えたスルファミン酸ニッケル浴を使用すると、ニッケルの硬度はＨＶ４００〜６００程度、伸び率は１〜５％程度となり、ニッケル固着層は十分な靭性を有する。砥粒を固着するメッキ層の厚さは、砥粒の粒径の４０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。メッキ層の厚さが砥粒の粒径の４０％未満であると、砥粒を保持する力が不足するおそれがある。砥粒層を形成したのち、マスキング材を剥離して除去する。
コンディショナー台金の材質については特に制限はないが、砥粒の固着を電着法で行う場合には、導電性材料からなるものの中から適宜選択して用いることができる。このようなコンディショナー台金としては、例えばステンレス鋼、タングステン、チタン、モリブデンなどの金属や合金からなるものが挙げられるが、これらの中で、経済性などの面から、ステンレス鋼が好適である。
このようにして、コンディショナー台金の作用面上に設けられた超砥粒面は、例えば図２における超砥粒面２ａのように、内周側の超砥粒面のエッジを鈍化させることが必要である。この鈍化は、例えばビトリファイドボンドダイヤモンド砥石などで、エッジ部分を削ることにより、行うことができる。なお、エッジを鈍化した超砥粒面の形成は、反転電鋳法によって行うこともできる。
本発明のＣＭＰ装置用コンディショナーは、シリコンウェーハを保持するという保持具の機能を有するとともに、ポリッシングパッドの平坦性を向上させ、ウェーハに研磨の均一性をもたらし、かつポリッシングパッドのコンディショナーとしての機能を有している。
【０００８】
【実施例】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
実施例１
寸法が２４０Ｄ−１０Ｗ−２０Ｔ−１３２Ｈである台金を、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を旋盤加工することにより作製し、上端面（作用面）に内周側から５mmの位置より、外周に向かって下方へ１０度の角度をもつ緩斜面を形成した。
この台金の作用面に、粒度１００／１２０、平均粒径１４９μｍのダイヤモンド砥粒一層分をニッケルメッキにより仮固定したのち、クロム２０重量％を含有するニッケル−クロム合金粉末を、厚さが７０μｍになるようにニッケル電着を行い、ダイヤモンド砥粒を固着させ、ダイヤモンド砥粒層を形成させた。
その後、水平平坦部分の砥粒層における砥粒先端部を、ビトリファイドボンドダイヤモンド砥石を用い、平面研削盤で削り、粒径の約２０％相当分を除去して、エッジを鈍化し、図２に示すコンディショナーを作製した。
比較例１
実施例１において、台金に緩斜面を設けずに、同様にしてダイヤモンド砥粒層を形成させ、図１に示すような鋭利なエッジをもつ砥粒層を有するコンディショナーを作製した。
実施例１及び比較例１で得られたコンディショナーについて、被削材としてシリコンウエーハ１２５Ｄ（５”）を採用して、発泡ポリウレタン製パッドによって、「硝酸鉄（pH１.５）＋アルミナ」研磨液を用いて、ＣＭＰ装置で、コンディショニングと同時にＣＭＰを行って、性能評価を行った。結果を第１表に示す。なお、第１表のコンディショニング速度（μｍ／ｈ）は、使用初期の値である。使用に伴い、コンディショニング速度は低下し、５μｍ／ｈまで低下した時をコンディショナの寿命とした。
【０００９】
【表１】
0004142221.tif 000002
【００１０】
【発明の効果】
本発明のＣＭＰ装置用コンディショナーは、シリコンウェーハを保持するという保持具の機能を有するとともに、以下に示す効果を奏する。
（１）作用面の内周側にエッジを鈍化した超砥粒面を設けることにより、コンディショナー及びパッドの摩耗を抑制するとともに、砥粒の摩耗も少なく、かつパッドの平坦性を向上させることができる。
（２）作用面の外周側に鋭利なエッジをもつ砥粒面を設けることにより、パッドを効果的にコンディショニングすることができ、しかも該砥粒面を緩斜面にし、その傾斜角度や形状を変えることによって、砥粒に作用する荷重を分散させ、パッドの削れ具合を任意に変えることができ、また砥粒の摩耗も減少しうるので、長寿命化を図ることができる。
（３）上記外周側の砥粒面部を交換可能や突き出し可能にすることにより、切れ味が低下してもコンディショナー全体を取り換える必要がないので、工業的に極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来のコンディショナーの１例の部分断面図である。
【図２】図２は、本発明のコンディショナーの１例の部分断面図である。
【図３】図３は、本発明のコンディショナーの他の実施態様の部分断面図である。
【図４】図４は、本発明のコンディショナーの他の実施態様の部分断面図である。
【符号の説明】
１  コンディショナー台金
２  超砥粒面
２ａ  エッジを鈍化した超砥粒面
２ｂ  鋭利なエッジをもつ超砥粒面
３  金属結合材
ａ  平坦部
ｂ  Ｒ部
Ａ  エッジを鈍化した超砥粒面が設けられた部分
Ｂ  鋭利なエッジをもつ超砥粒面が設けられた部分
Ｌ  作用面の幅
Ｋ  テーパー金具
Ｇ  ボルト
【図１】
0004142221.tif 000003
【図２】
0004142221.tif 000004
【図３】
0004142221.tif 000005
【図４】
0004142221.tif 000006