JP2006026769A - Ｃｍｐパッドコンディショナー - Google Patents

Abstract

【課題】スクラッチの発生を抑制しつつ、ポリッシングパッドの目立てを促進することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーを提供する。
【解決手段】コンディショニングディスク１の外周側に研削部２が設けられ、研削部２は、基台３に砥粒４が電着によって固定されて形成されている。砥粒４は、結晶形状が整ったダイヤモンドが用いられている。基台３の表面には、凸部と凹部とが径方向に交互に形成され、凸部と凹部とは所定の曲率半径を有する滑らかな曲線によって形成されている。凸部の曲率半径Ｒ１と凹部の曲率半径Ｒ２とは、Ｒ２＝（１／１０〜１０）×Ｒ１を満たす範囲となるようにコントロールされている。また、凸部と凹部のピッチは０．１ｍｍ以上であり、凸部の最高点と凹部の最低点との段差Ｔは０．００５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲でコントロールされている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シリコンウエハ等の表面を平坦化するために用いられるＣＭＰ装置において使用されるＣＭＰパッドコンディショナーに関する。

シリコンウエハ等の表面を平坦化する方法として、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：以下「ＣＭＰ」と略記する）が近年よく用いられている。
図７に、ＣＭＰ装置の構成を示す。

図７において、ＣＭＰ装置５１は、回転テーブル回転軸５２を中心として回転する回転テーブル５３上に設けられた研磨ヘッド５４とコンディショナー５５とを備えている。回転テーブル５３の上表面には、研磨パッド５６が形成されている。

研磨ヘッド５４は、研磨ヘッド回転軸５７と円板状のウエハキャリア５８とを備え、ウエハキャリア５８の下面にはウエハ５９が吸着されている。円板状のウエハキャリア５８は、研磨ヘッド回転軸５７を中心として回転する。
コンディショナー５５は、コンディショナー回転軸６０と円板状のコンディショニングディスク６１とを備える。コンディショニングディスク６１は、コンディショナー回転軸６０を中心として回転する。

スラリー供給部６２からは、研磨パッド５６上に研磨剤であるスラリー６３が供給され、スラリー６３はウエハ５９と研磨パッド５６との接触面に取り込まれる。ウエハ５９の表面は、回転テーブル５３表面の研磨パッド５６に接触し、スラリー６３によって研磨される。

コンディショニングディスク６１の外周側下面には、ダイヤモンド等からなる砥粒が固着され、砥粒を研磨パッド５６に擦りつけて研磨パッド５６表面を研削する。これによって、研磨パッド５６の表面を毛羽立たせた状態を持続させ、研磨状態を一定に保つことができる。

このようなＣＭＰパッドコンディショナーは、シリコンデバイス等の超微細積層回路の高平坦性を確保する目的で使用されるため、コンディショニング面が平坦性、均質性、安定性を有することが重要となる。
ＣＭＰパッドコンディショナーの砥粒先端の切れ刃状態が鋭利であると、ポリッシングパッドの目立ては進行しやすいが、刃先が鋭利であるために、砥粒の微細破砕が発生しやすい。この砥粒の微細破砕や、砥粒脱落、砥粒欠損によってパッド上に硬質物質が付着すると、シリコンウエハ面にスクラッチを発生させる。

このようなスクラッチの発生を防止することを目的として、近年、ＣＭＰパッドコンディショナーには破砕強度が高い、整った形状の砥粒が用いられている。例えば、ダイヤモンドはその合成条件によって結晶形状が異なり、［１１１］面を主体とする八面体や［１００］面を主体とする六面体等が用いられている。ただし、これらの六面体、八面体についても、完璧な形状のものは稀であり、実際には砥粒の結晶形が揃ったものとして、切頭八面体、六・八面体の砥粒が使用されている。これらの砥粒の結晶形状の一例を図８に示す。（ａ）は八面体、（ｂ）は切頭八面体、（ｃ）は六・八面体である。

これらの整った形状の砥粒を用いると、スクラッチの発生を防止することは可能となるものの、砥粒先端部にフラットな結晶面が存在することになり、また［１１１］面と［１００］面が形成する稜辺が鈍角となるため、切れ刃として十分機能しなくなる。従って、ポリッシングパッドの目立てを進行させて、研磨スラリーの保持力を安定させ、ポリッシング能率を向上することが困難であった。
ダイヤモンド等の超砥粒を用いて、特定の砥粒だけが加工に関与するように砥粒を配置した電着砥石が、特許文献１に記載されている。
また、台金表面をサイン波状にしスラリーの排出を促進し、非研磨面の研磨によるダメージを小さくする電着砥石が、特許文献２に記載されている。

実開平６−２４８６０号公報 特開２０００−１９８０７２号公報

しかし、特許文献１に記載のように砥粒を配置したものをＣＭＰパッドコンディショナーに適用したとしても、台金形状が四角錐状突起であることから、パッド上に作用する砥粒は先端部に位置するごく僅かの砥粒だけとなり、寿命が短くなってしまう。また、特許文献２に記載のように単に台金表面をサイン波状にするだけでは、スラリーの排出効果は期待できるが、ポリッシングパッドの目立てを促進させることは不可能である。
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、スクラッチの発生を抑制しつつ、台金表面の最適な曲率半径、ピッチ、段差条件を見出して、ポリッシングパッドの目立てを促進することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するために、本発明は、コンディショニングディスクの外周側に設けられた研削部の基台の表面には、凸部と凹部とが径方向に交互に形成され、前記凸部と前記凹部とは所定の曲率半径を有する滑らかな曲線によって形成されており、前記基台上に結晶形の揃った砥粒が電着固定されていることを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナーである。

研削部の基台の表面に同心状の凸部と凹部とを径方向に交互に形成することにより、基台に固着された砥粒先端部の平坦な結晶面を結ぶ線も、基台表面の形状と同じような形状となる。そのため、結晶形が揃った砥粒を用いても、砥粒結晶面の切れ刃部分をポリッシングパッドに押し当てることができ、切れ刃として十分機能させることができる。従って、スクラッチの発生を抑制しつつ、ポリッシングパッドの目立てを促進することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーを実現することができる。

本発明は、前記凸部の曲率半径Ｒ１と、前記凹部の曲率半径Ｒ２とが、Ｒ２＝（１／１０〜１０）×Ｒ１の関係を満たすことを特徴とする。凸部と凹部の曲率半径をこの範囲内とすることにより、基台に配置された砥粒の傾きを好適に制御することができる。
曲率半径Ｒ１と曲率半径Ｒ２とが、上記の関係を満たさない場合には、砥粒結晶面の切れ刃部分を最適な角度でパッドに押し当てる事ができず、目立てを促進することが出来ない為、好ましくない。

本発明は、前記凸部と前記凹部のピッチは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする。凸部と凹部のピッチを０．１ｍｍ以上とすることにより、有効に作用する砥粒の集中度を自在に変化させることができる。凸部と凹部のピッチが０．１ｍｍ未満であると、台金加工が困難となり、安定した精度、性能を確保することが出来ない。

本発明は、前記凸部の最高点と前記凹部の最低点との段差は、０．００５ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする。段差を上記の範囲内とすることにより、有効に作用する砥粒の集中度を自在に変化させることができる。
段差が０．００５ｍｍ未満であると、砥粒の最適な角度が確保できず、パッドの目立てを促進することができない。また、段差が０．０５ｍｍを超えると、凹部の砥粒が作用しなくなり、作用砥粒数が確保できなくなって、寿命が短くなるため好ましくない。
本発明では、砥粒の長径と短径との比が１．１以下であることを特徴とする。このような砥粒を用いることにより、砥粒の微少破砕によるスクラッチの発生を抑制することができる。砥粒の長径と短径との比が１．１を超えると、砥粒に微少破砕が発生する可能性が高くなり、スクラッチ発生の原因となって好ましくない。

本発明によると、スクラッチの発生を抑制しつつ、ポリッシングパッドの目立てを促進することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーを実現することができる。

以下、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーをその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーの構成を示す。図１（ａ）は、ＣＭＰパッドコンディショナーのコンディショニングディスクを示し、コンディショニングディスク１の外周側に研削部２が設けられている。研削部２の詳細を図１（ｂ）に示す。研削部２は、基台３に砥粒４が電着によって固定されており、砥粒４は、結晶形状が整ったダイヤモンドが用いられている。基台３の表面形状を図２に基づいて説明する。

基台３の表面５は、凸部６と凹部７とが径方向に交互に形成され、凸部６と凹部７とは所定の曲率半径を有する滑らかな曲線によって形成されている。図２（ａ）は、凸部６の曲率半径Ｒ１と凹部７の曲率半径Ｒ２とが等しい場合を示している。凸部６の最高点と凹部７の最低点との横方向の間隔をピッチＰとし、凸部６の最高点と凹部７の最低点との高さ方向の段差をＴとしている。ここでは、凸部６と凹部７のピッチは０．１ｍｍ以上であり、段差Ｔは０．００５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲でコントロールされている。

図２（ｂ）は、凸部６の曲率半径Ｒ１が凹部７の曲率半径Ｒ２より小さい場合を示し、図２（ｃ）は、凸部６の曲率半径Ｒ１が凹部７の曲率半径Ｒ２より大きい場合を示している。Ｒ１とＲ２の関係は、Ｒ２＝（１／１０〜１０）×Ｒ１を満たす範囲となるようにコントロールされている。

基台３の表面形状について、凸部６と凹部７の曲率半径の関係、ピッチ、および段差が以上の範囲となるようにコントロールすることは、超精密旋盤を使用して表面形状を加工することによって実現できる。但しＣＭＰパッドコンディショナーの台金として必要な精度である、平面、平行度を精密に加工、確保する為には、専用のワーク保持クランプ治具が必要となる。

以下に、具体的な実施例を示す。
砥粒は、粒径が２００μｍ程度であって、長径短径比が１．１以下であるものを用い、Ｒ１とＲ２の関係をＲ２＝（１／５×Ｒ１）とし、ピッチを０．３ｍｍとし、段差を０．０３ｍｍとしたＣＭＰパッドコンディショナー（以下、「発明品」という）を作製し、以下の試験条件で試験を行った。ポリッシュ試験条件を表１に示し、パッド除去条件を表２に示す。発明品との性能比較を行うために、研削面を平坦にしたＣＭＰパッドコンディショナー（以下、「従来品」という）を作製した。発明品、従来品のいずれも、型式は１００Ｄ−４Ｔ−１０Ｗであり、電着による単層配列とした。

図３に、時間の経過に伴うウエハポリッシュレートの変化を示す。図３において、ウエハポリッシュレート指数は、従来品の初期ポリッシュレートを１００として定義される指数である。従来品は初期のウエハポリッシュレートが低いため、３０時間経過時点で指数が８０まで低下する。これに対し、発明品は初期のウエハポリッシュレートが高く、ポリッシング能率が良いため、４５時間経過しても指数が１００を上回っており、寿命が向上している。

図４に、時間の経過に伴うパッド除去レートの変化を示す。図４において、パッド除去レート指数は、従来品の初期パッド除去レートを１００として定義される指数である。図４からわかるように、発明品は従来品に比べて、パッド除去レートを約２０％以上向上することができた。

次に、凸部６の曲率半径Ｒ１と凹部７の曲率半径Ｒ２との関係を変化させたときの、パッド除去レートを図５に示す。ここでは、ピッチを０．３ｍｍとし、段差を０．０３ｍｍとしている。図５からわかるように、Ｒ１とＲ２の関係が、Ｒ２＝（１／１０〜１０）×Ｒ１を満たすときに、パッド除去レート指数が良好である。

次に、凸部６の最高点と凹部７の最低点との高さ方向の段差Ｔを変化させたときの、パッド除去レートの時間変化を図６に示す。ここでは、ピッチを０．３ｍｍとし、Ｒ１とＲ２の関係を、Ｒ２＝１／５×Ｒ１としている。図６からわかるように、凸部の最高点と凹部の最低点との段差が、０．００５ｍｍ〜０．０５ｍｍの範囲であるときに、初期のウエハポリッシュレートが高く、ポリッシング能率が良いため、４５時間経過しても指数が高いレベルで維持されており、寿命が向上している。

本発明は、スクラッチの発生を抑制しつつ、ポリッシングパッドの目立てを促進することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーとして利用することができる。

本発明の実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーの構成を示す図である。 ＣＭＰパッドコンディショナーの研削部の基台の表面形状を示す図である。 時間の経過に伴うウエハポリッシュレートの変化を示す図である。 時間の経過に伴うパッド除去レートの変化を示す図である。 凸部の曲率半径Ｒ１と凹部の曲率半径Ｒ２との関係を変化させたときの、パッド除去レートを示す図である。 凸部の最高点と凹部の最低点との高さ方向の段差Ｔを変化させたときの、パッド除去レートの時間変化を示す図である。 ＣＭＰ装置の構成を示す図である。 砥粒の結晶形状の一例を示す図である。

符号の説明

１ コンディショニングディスク
２ 研削部
３ 基台
４ 砥粒
５ 基台の表面
６ 凸部
７ 凹部

Claims (5)

1. コンディショニングディスクの外周側に設けられた研削部の基台の表面には、凸部と凹部とが径方向に交互に形成され、前記凸部と前記凹部とは所定の曲率半径を有する滑らかな曲線によって形成されており、前記基台上に結晶形の揃った砥粒が電着固定されていることを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナー。
2. 前記凸部の曲率半径Ｒ１と、前記凹部の曲率半径Ｒ２とが、Ｒ２＝（１／１０〜１０）×Ｒ１の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
3. 前記凸部と前記凹部のピッチは、０．１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
4. 前記凸部の最高点と前記凹部の最低点との段差は、０．００５ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
5. 前記砥粒の長径と短径との比が１．１以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のＣＭＰパッドコンディショナー。

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