(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製台金の作用面に、少なくとも単層の超砥粒がロウ材により固着されたＣＭＰ用コンディショナであって、該台金の作用面の少なくとも裏面にもロウ材を被覆したことを特徴とするＣＭＰ用コンディショナ。
【請求項２】
ロウ材が、Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系又はＮｉ−Ｃｒ系合金からなるものである請求項１記載のＣＭＰ用コンディショナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＰ用コンディショナに関し、さらに詳しくは、金属製台金の作用面に、超砥粒を高い保持力が発揮されるロウ材で固着してなり、しかも薄い台金を用いても、うねりが少なく、平坦度に優れるＣＭＰ用コンディショナ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。
このようなＣＭＰ用コンディショナにおいて、台金の作用面にダイヤモンド砥粒などの超砥粒を固着させる方法としては、一般に電着法やロウ付け法などが知られている。これらの方法の中で、電着法は、様々な利点を有し、幅広く使用されているが、砥粒とメッキとの間に化学的な反応がなく、機械的にのみ砥粒を保持することから、砥粒の保持力が比較的に低いという問題がある。
一方、ロウ付け法においては、通常Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ合金系やＮｉ−Ｃｒ系などのロウ材を用いて超砥粒を固着させる方法が用いられる。このようなロウ材を用いる場合、超砥粒表面とロウ材とが化学的に結合し、強い保持力が得られる。
ところで、近年、ＣＭＰ用コンディショナの軽量化などの要求により、薄い台金（例えば、厚さ５mm以下）を用いたＣＭＰ用コンディショナが多用されるようになってきた。しかしながら、ロウ付け法では、１０００℃前後の高温でロウ付けされるため、ロウ付け時のロウ材金属と台金との熱膨張差により、ロウ付け後のＣＭＰ用コンディショナにうねりが生じやすいという問題がある。ＣＭＰ用コンディショナにうねりが生じると、コンディショナの使用時にポリッシングパッド面に該コンディショナが均一に接触することができず、安定したコンディショニングができにくいなどの好ましくない事態を招来する。
【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、金属製台金の作用面に、超砥粒を高い保持力が発揮されるロウ材で固着してなり、しかも薄い台金を用いても、うねりが少なく、平坦度に優れるＣＭＰ用コンディショナ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】
本発明者は、前記の好ましい性質を有するＣＭＰ用コンディショナを開発すべく鋭意研究を重ねた結果、ロウ付け法により台金に超砥粒を固着させる際の台金に発生するうねりは、ロウ付け時におけるロウ材と台金の熱膨張差による歪みに起因することに着目し、台金の作用面に超砥粒をロウ材により固着すると共に、台金の裏面にもロウ材を被覆することにより、ロウ付け時におけるロウ材と台金の熱膨張差による歪みが相殺され、その目的を達成し得ることを見出し、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）金属製台金の作用面に、少なくとも単層の超砥粒がロウ材により固着されたＣＭＰ用コンディショナであって、該台金の作用面の少なくとも裏面にもロウ材を被覆したことを特徴とするＣＭＰ用コンディショナ、及び
（２）ロウ材が、Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系又はＮｉ−Ｃｒ系合金からなるものである第１項記載のＣＭＰ用コンディショナ、
を提供するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明のＣＭＰ用コンディショナにおいて、作用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♯３０／４０〜２００／２３０が好ましく、粒度♯４０／５０〜１４０／１７０がより好ましく、粒度♯８０／１００〜１２０／１４０の粒径を有するダイヤモンド砥粒が特に好ましい。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。
一方、前記超砥粒のロウ付けに使用するロウ材としては、特にダイヤモンド砥粒と強固に結合し得るロウ材として、活性な炭化物形成金属元素を含む合金ロウ材が好ましい。ここで、活性な炭化物形成金属元素とは、炭素に対して大きな化学的な親和力を有し、ロウ付け温度において、ダイヤモンドとロウ材の接触面で炭化物を形成しうる金属元素のことである。このような金属元素としては、例えばチタン、クロム、タンタル、ニオブ、バナジウム、ジルコニウムなどが挙げられるが、これらの中で、炭化物形成能の点からチタン及びクロムが好適である。
これらの活性な炭化物形成金属元素は、合金中に１種含まれていてもよいし、２種以上含まれていてもよいが、本発明で使用する合金ロウ材としては、性能の点から、Ａｇ−Ｃｕ−Ｔｉ系及びＮｉ−Ｃｒ系が好適である。
また、コンディショナ台金の材質については特に制限はなく、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。
本発明のＣＭＰ用コンディショナにおいては、前記金属製台金の作用面に、超砥粒を前記ロウ材を用いて固着すると共に、当該台金の作用面の裏面にもロウ材を被覆する。この際、台金の作用面に用いるロウ材とその裏面に用いるロウ材は同じものであることが好ましく、また裏面におけるロウ材を被覆する個所は、作用面のロウ付け個所と対応する位置であることが好ましい。
【０００６】
台金がＳＵＳ４４０製の場合、台金の熱膨張率は１０.６×１０-6であるのに対し、ロウ材がＮｉ−Ｃｒ系合金である場合、熱膨張率は１３.０×１０-6である。したがって、台金の作用面に超砥粒をロウ材で固着し、その裏面にロウ材を被覆しない場合には、ロウ付け時の台金とロウ材の熱膨張率差による歪みによって、得られるＣＭＰ用コンディショナにうねりが生じる。しかし、前記のように、台金の作用面の裏側にもロウ材を被覆することにより、該熱膨張率差による歪みが相殺され、得られるＣＭＰ用コンディショナのうねりが抑制される。特に台金が５mm以下と薄い場合に、ＣＭＰコンディショナのうねりを抑制する効果が顕著に発揮される。
なお、超砥粒をロウ材により固着する場合、該超砥粒は、単層状態でロウ付けされてもよく、複数層状態でロウ付けされてもよい。また、台金の側面にもロウ材を被覆してもよい。
次に、本発明のＣＭＰ用コンディショナの製作における実施態様の好ましい例について説明するが、本発明は、この例によってなんら限定されるものではない。
【０００７】
まず、台金の作用面にマスキングテープを貼付し、該マスキングテープの穴に超砥粒を各１個ずつ載置し、台金の作用面に接着剤を用いて仮固定する。次いで、前記マスキングテープを剥離したのち、ロウ材粉末を超砥粒の間に充填すると共に、台金の裏側の前記作用面に対応する個所に、同じロウ材粉末をバインダーを介して塗布する。この際、作用面のロウ材は、ロウ付け処理後、超砥粒の４０体積％以上がロウ材合金に埋まり、かつ超砥粒表面の一部が露出するような量を用いることが好ましい。超砥粒のロウ材合金中に埋まる部分が４０体積％未満では、十分な保持力が得られないおそれがある。また、ロウ材合金で超砥粒の全表面が被覆され、超砥粒表面の露出がないと、ポリッシングパッドのコンディショニング速度が低下する。
次に、真空炉などを用い、７００〜１１００℃程度の温度で加熱処理し、台金の作用面に超砥粒をロウ付けすると共に、その裏面にロウ材を被覆することにより、本発明のＣＭＰ用コンディショナが得られる。なお、裏面側のロウ材被覆層の厚さは、台金の作用面のロウ材層の厚さ（ロウ材部分の厚さ）とほぼ同じであることが好ましい。
図１は、本発明のＣＭＰ用コンディショナの１例の断面図であって、ＣＭＰ用コンディショナ１０は、台金１の作用面２に、ロウ付けされた超砥粒層３を有すると共に、該台金１の作用面２の裏面にロウ材被覆層４が設けられた構造を有している。
図２は、本発明のＣＭＰ用コンディショナの１例の部分断面図であって、ＣＭＰ用コンディショナ１０'は、台金１の作用面側に、超砥粒５が、その表面の一部が露出するようにロウ材３'により固着されていると共に、該台金１の作用面の裏面側にロウ材被覆層４が設けられた構造を有している。
【０００８】
【実施例】
次に、実施例により、本発明を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１〜３
１００Ｄ−４Ｔの台金をステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）で製作し、この台金の作用面にマスキングテープを貼付したのち、径２５０μｍのマスキングテープの穴に、粒度♯１００のダイヤモンド砥粒を各１個ずつ載置し、台金の作用面に接着剤を用いて仮固定した。次いで、マスキングテープを剥離したのち、第１表に示す粒度のＮｉ−Ｃｒ系ロウ材粉末をダイヤモンド砥粒の間に充填し、台金の裏側にも、上記と同じロウ材粉末をバインダーを介して塗布した。
次に、このものを、真空炉中に１０５０℃で２０分間保持して、台金の作用面にダイヤモンド砥粒をロウ付けすると共に、該作用面の裏面にロウ材被覆層を設けることにより、図２に示す構造の各ＣＭＰ用コンディショナを製作した。
各ＣＭＰ用コンディショナについて、うねりを下記の条件で測定した。
＜うねり測定条件＞
ピックアップ  ：標準ピックアップ
算出規格      ：ＪＩＳ Ｂ ０６０１  ８２規格
測定種別      ：ろ波うねり測定
測定長さ      ：９０.０mm
カットオフ波長：０.８mm
測定倍率      ：×５００
測定速度      ：３.００mm／ｓ
カットオフ種別：２ＣＲ（位相補償）
傾斜補正      ：最小二垂直線補正
移動・戻り速度：３.００mm／ｓ
結果を第１表に示す。また、実施例２で得られたＣＭＰ用コンディショナの断面曲線を図３に示す。
比較例１
第１表に示す粒度のＮｉ−Ｃｒ系ロウ材粉末を用い、台金の作用面に、実施例１〜３と同様にしてダイヤモンド砥粒のロウ付けを行い、該作用面の裏面にはロウ材被覆層を設けることなく、ＣＭＰ用コンディショナを製作した。
このＣＭＰ用コンディショナについて、実施例１〜３と同様にしてうねりの測定を行った。結果を第１表に示す。また、該コンディショナの断面曲線を図４に示す。
【０００９】
【表１】
0004084944.tif 000002
【００１０】
第１表から分かるように、実施例１〜３のコンディショナは、いずれも比較例１のコンディショナに比べて、うねりの程度がはるかに小さい。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、金属製台金の作用面に、超砥粒を高い保持力が発揮されるロウ材で固着してなり、しかも薄い台金を用いても、うねりが少なく、平坦度に優れるＣＭＰ用コンディショナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明のＣＭＰ用コンディショナの１例の断面図である。
【図２】図２は、本発明のＣＭＰ用コンディショナの１例の部分断面図である。
【図３】図３は、実施例２で得られたＣＭＰ用コンディショナの断面曲線図である。
【図４】図４は、比較例１で得られたＣＭＰ用コンディショナの断面曲線図である。
【符号の説明】
１  台金
２  作用面
３  超砥粒層
３'  ロウ材
４  ロウ材被覆層
５  超砥粒
１０、１０'  ＣＭＰ用コンディショナ
【図１】
0004084944.tif 000003
【図２】
0004084944.tif 000004
【図３】
0004084944.tif 000005
【図４】
0004084944.tif 000006