JP3656475B2 - Ｃｍｐコンディショナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエーハ等の被研磨材の表面をＣＭＰ装置によって研磨する際に用いられる研磨用のパッドをコンディショニングするためのＣＭＰコンディショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンインゴットから切り出した半導体ウエーハ（以下、単にウエーハという）の表面を化学的且つ機械的に研磨するＣＭＰ装置（ケミカルメカニカルポリッシングマシン）の一例として、図７に示すような装置がある。
ウエーハはデバイスの微細化に伴って高精度かつ無欠陥表面となるように鏡面研磨することが要求されている。ＣＭＰによる研磨のメカニズムは、微粒子シリカ等によるメカニカルな要素（遊離砥粒）とアルカリ液や酸性液等によるエッチング要素とを複合したメカノ・ケミカル研磨法に基づいている。
このＣＭＰ装置１は、図７に示すように中心軸２に取り付けられた円板状の回転テーブル３上に例えば硬質ウレタンからなるポリッシング用のパッド４が設けられ、このパッド４に対向して且つパッド４の中心軸２から偏心した位置に自転可能なウエーハキャリア５が配設されている。このウエーハキャリア５はパッド４よりも小径の円板形状とされてウエーハ６を保持するものであり、このウエーハ６がウエーハキャリア５とパッド４間に配置されてパッド４側の表面の研磨に供され鏡面仕上げされる。
【０００３】
研磨に際して、例えば上述した微粒子シリカ等からなる遊離砥粒が研磨剤として用いられ、更にエッチング用のアルカリ液等が混合されたものが液状のスラリｓとしてパッド４上に供給されているため、このスラリｓがウエーハキャリア５に保持されたウエーハ６とパッド４との間に流動して、ウエーハキャリア５でウエーハ６が自転し、同時にパッド４が中心軸２を中心として回転するために、パッド４でウエーハ６の一面が研磨される。
ウエーハ６の研磨を行う硬質ウレタン製などのパッド４上にはスラリｓを保持する微細な発泡層が多数設けられており、これらの発泡層内に保持されたスラリｓでウエーハ６の研磨が行われる。
ところが、ウエーハ６の研磨を繰り返すことでパッド４の研磨面の平坦度が低下したり目詰まりするためにウエーハ６の研磨精度と研磨効率が低下するという問題が生じる。
【０００４】
そのため、従来からＣＭＰ装置１には図７に示すようにパッドコンディショナ８が設けられ、パッド４の表面を再研削（コンディショニング）するようになっている。
このパッドコンディショナ８は、回転テーブル３の外部に設けられた回転軸９にアーム１０を介して電着ホイール１１が自転可能に設けられ、回転軸９によってアーム１０を回動させることで、回転するパッド４上において自転する電着ホイール１１を往復揺動させてパッド４の表面を研削してパッド４の表面の平坦度等を回復または維持し目詰まりを解消するようになっている。
この電着ホイール１１は、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように円形板状の台金１２上に上面が平面状をなしていて一定幅でリング状の砥粒層１３が形成されており、この砥粒層１３は例えば図９に示すように台金１２上に電気めっきなどによりダイヤモンドやｃＢＮなどの超砥粒１４を金属めっき相１５で分散固定して構成されている。この金属めっき相１５は例えばニッケルなどで構成されている。
尚、砥粒層１３の表面には例えば４５°等の所定間隔で径方向に凹溝１７が形成されており、スラリｓや切り粉をこの凹溝１７を通して外部に排出することになる。
【０００５】
ところで、このような電着ホイール１１を用いてパッド４の研削を行う場合、電着ホイール１１はパッド４上を少なくともパッド４の半径に相当する距離に亘って往復揺動させる。砥粒層１３に分散配置された超砥粒１４で研磨するとパッド４の起毛をなぎ倒しつつ切断する。その際、超砥粒１４は砥粒層１３の表面から超砥粒１４の平均粒径の１／３程度しか突出していないために砥粒層１３全体がベタ当たりして研削圧力が分散して滑り、パッド４の起毛が切れずに倒されてしまい切れ味が悪く発泡層や超砥粒が目詰まりしやすいという欠点がある。
また他の電着ホイールとして例えば特開平９−１９８６８号公報に記載されてものがある。
この電着ホイールは２〜１０個の超砥粒を集合させて１つの島状に配設し、これら島状の超砥粒を研削面である砥粒層の表面に分散配置することで研削時の目詰まりを防ぎ、長期間に亘って研削加工できるようにしたものである。このような電着ホイールでは、台金上の下地メッキ部に２〜１０個の超砥粒を電気めっきで一層分仮固定し、その後に台金全体を電気めっきして超砥粒を砥粒層に固着するというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような電着ホイールでは、平坦な台金表面上に超砥粒を電着して固定してなるために、砥粒層の金属めっき相表面とこの表面から突出する超砥粒との高さの差が実質的に超砥粒の平均粒径の１／２以下程度しかない。
そのためにこの電着ホイールをパッドコンディショナとして用いると、被削材がＣＭＰ装置１のパッド４等のように発泡層を有する厚さ１．７ｍｍ等で軟質の起毛で構成され、その下側に厚さ３．５ｍｍ程度のクッション層が配設されているような軟質または柔軟性のある構成を有する場合、超砥粒の平均粒径の１／２以下程度の高低差では砥粒層表面全体がベタ当たりしてしまう。すると研削圧が超砥粒に集中せずに周囲に分散してしまって滑り、起毛が切れずに倒れてしまうために切れ味が悪く発泡層の開口が潰れてしまい、切り粉の排出が不十分になりパッド４が目詰まりし易いという欠点がある。
しかも島状に分散された超砥粒は研削面全体で略格子状に分離配列されているために研削面の内外周部における周速差に起因する超砥粒切れ味の差によって研削抵抗がばらつき、そのため電着ホイールが上下方向に振動して平面バランスが悪いという欠点があった。そのために研削効率と研削精度を低下させるという不具合が生じていた。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みて、研削時の振動を抑制して切れ味を向上させたＣＭＰコンディショナを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＣＭＰコンディショナは、砥粒層が中央領域と周辺領域とを備え、中央領域では互いに間隔をおいて複数の略円柱形状の突起部が形成されていて該突起部にそれぞれ複数の超砥粒が金属結合相で装着されてなり、周辺領域ではリング状の凸平面部に超砥粒が金属結合相で装着されてなることを特徴とする。
研削時に、研削面は外周側領域の砥粒層で安定して被削材に接触するために平面バランスが良くて研削時の振動を抑制でき、しかも中央領域の突起部の超砥粒で研削圧が高くて切れ味の良い研削加工ができる。
また突起部に超砥粒を設けたことで突起部と隣接する突起部間の砥粒層底部との高低差が大きくＣＭＰ装置のパッド等、比較的軟質の被削材であってもベタ当たりすることなく突起部の超砥粒が被削材に接触して研削することで高い研削圧を維持できて切れ味がよい。
尚、外周側領域の超砥粒は金属結合相中に個別に分散配置されていてもよい。
【０００９】
突起部は隣接する突起部間の砥粒層底部からの高さが超砥粒の平均粒径以上としてもよい。
突起部と砥粒層底部とのギャップを超砥粒の平均粒径以上とすることでギャップを大きく確保できてベタ当たりすることなく突起部の超砥粒が高い研削圧を維持できて切れ味がよく、砥粒層底部で研削液等を保持できると共に切り粉の排出性がよく超砥粒の部分に切り粉が目詰まりせず排出性がよい。
また、各突起部に設けられてなる超砥粒は１１〜５００個とされ、平面視で前記砥粒層の全面積に対する超砥粒の占める割合は２０％〜８０％の範囲に設定されていてもよい。
超砥粒が１１個より少ないとパッドに対する粗研削と仕上げ研削とを連続して実行できず、５００個より多いと超砥粒の目詰まりを起こしやすいという欠点がある。また超砥粒の面積が２０％より少ないと研削時に超砥粒が脱落するおそれがあって寿命が短くなり、パッド等の被削材に超砥粒がささってウエーハ等を傷つけるおそれがあり、また８０％を越えると目詰まりを生じるおそれがある。
【００１０】
尚、突起部はコーナＲ部と頂部とを有する略円柱面状に形成され、これらコーナＲ部と頂部に超砥粒が配設されていてもよい。
研削時にコーナＲ部の超砥粒で粗研削を行い、次いで頂部の超砥粒で仕上げ研削を行う。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面により説明するが、上述の従来技術と同一の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図１は実施の形態による電着ホイールの研削面である砥粒層を示す平面図、図２は図１に示す電着ホイールの中央縦断面図、図３は図２に示す電着ホイールの部分拡大縦断面図である。
図１及び図２に示す実施の形態による電着ホイール２０（電着砥石）は、例えばステンレス等からなる円板形の台金２１の略円形をなす一面２１ａ上に砥粒層２２が形成されている。砥粒層２２は、例えばＮｉからなる金属めっき相（金属結合相）２３中にダイヤモンドやｃＢＮなどの超砥粒１４が配置されていて、例えば電気めっきによって製作されている。砥粒層２２はその表面が研削面２０ａであり、中央の略円形領域を中央領域２４とし、その外側のリング状領域を周辺領域２６とする。
台金２１の一面２１ａにおいて中央領域２４に複数の略円柱状の***部２５…が所定間隔で格子状または網目状に配列形成されており、周辺領域２６に例えば幅３ｍｍ程度の小幅をなすリング状平坦面の凸平面部２７が形成されている。***部２５…と凸平面部２７とは同一高さとされている。
【００１２】
中央領域２４において、砥粒層２２は各***部２５上にのみ複数の超砥粒１４が金属めっき相２３で固着され、***部２５と***部２５の間は金属めっき相２３のみからなる砥粒層底部２２ａとされ超砥粒１４は設けられていない。尚、砥粒層底部２２ａには金属めっき相２３が設けられていなくてもよく、この場合には台金２１の表面が露出して砥粒層底部２２ａを構成する。***部２５において砥粒層２２はその略円柱状の表面に沿って超砥粒１４及び金属めっき相２３が設けられており、この領域を突起部２８とする。
図３に示す突起部２８において、台金２１の各***部２５は全周に亘って形成された側壁２５ｃ及びコーナＲ部２５ａと頂部２５ｂとで形成され、その表面全体に例えば１１〜５００個の範囲の超砥粒１４が金属めっき相２３で固着されている。超砥粒１４が１１個より少ないとパッド４に対する粗研削と仕上げ研削とを連続して実行できず、５００個より多いと超砥粒の目詰まりを起こしやすいという欠点がある。
各突起部２８は最大直径Ｄがφ１〜１０ｍｍの範囲とし、砥粒層底部２２ａからの高さＨは超砥粒１４の平均粒径以上あり、好ましくは平均粒径の２倍以上あるものとし、超砥粒１４の平均粒径を１ｍｍ以下として例えば０．１ｍｍ〜０．７ｍｍ程度に設定する。高さＨを超砥粒１４の平均粒径以上にしたのは、パッド４の研削時に超砥粒１４のみがパッド４に接触して研削加工が行われて砥粒層底部２２ａがパッド４に接触しないようにするためである。尚、各突起部２８は同一高さにあるものとする。
【００１３】
周辺領域２６では、リング状の凸平面部２７上に超砥粒１４が金属めっき相２３で個々に分散固定されており、これらの超砥粒１４は突起部２８と同一高さＨにある。しかも周辺領域２６の超砥粒１４の集中度は中央領域２４の超砥粒１４の集中度より高いものとする。
電着ホイール２０の平面視で研削面２０ａの全面積に対する超砥粒１４の面積は２０％〜８０％の範囲に設定する。超砥粒１４の面積が２０％より少ないと研削時に超砥粒１４が脱落するおそれがあって寿命が短くなる上にパッド４に超砥粒１４がささってウエーハ等を傷つけるおそれがあり、また８０％を越えると電着ホイール２０が目詰まりを生じるおそれがある。
【００１４】
本実施の形態による電着ホイール２０は上述のように構成されており、次に電着ホイール２０の製造方法について図４により説明する。
図４（Ａ）において、例えばＳＵＳ３０４等からなる円板形状の台金２１の一面２１ａに関して外周側のリング状周辺領域２６を除く円形の中央領域２４について、エッチング等で除去して格子状に複数の略円柱状の***部２５Ａ…を残す。エッチングで除去された部分は底部２２Ａをなす。具体的には硫酸または硝酸等を高圧ジェットで一面２１ａに吹き付けたり、電解エッチングまたは放電加工などによって***部２５Ａ…を残して他の部分を彫り込んでも良い。このようにして図４（Ｂ）に示す凸平面部２７の内側に***部２５Ａ…が格子状に残る凹凸面を一面２１ａに形成する。各***部２５Ａは所定の外径Ｄと高さＨ′を備えた略円柱状になる。
次にこの一面２１ａについてショットブラストやバレル研磨等によって各***部２５Ａのエッジを研磨することで図４（Ｃ）に示すコーナＲ付きで略円柱状の***部２５を形成する。或いは型成形で図４（Ｃ）に示す台金２１を形成してもよい。
【００１５】
そして超砥粒１４の電気めっきに関して図３を参照して説明すれば、凸平面部２７と各***部２５…を除いてマスキングして凸平面部２７と各***部２５の全面に例えばＮｉ（Ｃｕ、Ｃｒ等でも良い）からなる薄層の下地めっきを下地めっき層２３ａ、２３ｂとして施す。次いで電気めっきによって下地めっき層２３ａ、２３ｂ上に複数の超砥粒１４を例えばＮｉ（Ｃｕ、Ｃｒ等でも良い）からなる第一金属めっき相２３ｃ，２３ｄによって固着する。そして、一面２１ａからマスキングシートを剥離して電気めっきによって全面に再度例えばＮｉ（Ｃｕ、Ｃｒ等でも良い）からなる第二金属めっき相２３ｅ、２３ｆを形成する。
或いはマスキングしたままで凸平面部２７と***部２５にのみ第二金属めっき相２３ｅ，２３ｆを形成してもよく、この場合凹部をなす砥粒層底部２２ａには金属めっき相２３は形成されない。
このようにして下地めっき層２３ａ、２３ｂ、第一及び第二金属めっき相２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆからなる金属めっき相２３でそれぞれ超砥粒１４が***部２５及び凸平面部２７に固着された図３及び図４（ｄ）に示す砥粒層２２が形成され、電着ホイール２０が形成される。
この場合、突起部２８の間隔を適当に設定することによって周辺領域２６の超砥粒１４の集中度を中央領域２４の超砥粒１４の集中度より高く設定できる。或いは別の製法として、***部２５…と凸平面部２７の一方を交互にマスキングすることで別々に電気めっきしてもよい。この場合にめっき液中の超砥粒１４の添加量を増減調整すれば、周辺領域２７と中央領域２４の集中度を異なるように調整できる。
また台金２１の***部２５及び凸平面部２７に下地めっき層を施すことなく電気めっきで直接砥粒層２３を形成し、これとは別にマスキングを除去して底部２２Ａに電気めっきを施して砥粒層底部２２ａを形成するようにしてもよい。
尚、電着ホイール２０の直径を例えば１０１ｍｍとして周辺領域２６の幅を例えば約３ｍｍ以下に設定する。
【００１６】
本実施の形態による電着ホイール２０は上述の構成を備えており、図７に示すＣＭＰ装置１のアーム１０に電着ホイール２０を装着した状態で、パッド４のコンディショニングを行うに際して、回転する回転テーブル３上のパッド４に対してアーム１０を揺動させることで自転する電着ホイール２０を往復揺動させ、パッド４を研削してその平坦度を回復または維持させる。
研削に際して電着ホイール２０の中央領域２４の各突起部２８ではまずコーナＲ部２５ａの超砥粒１４でパッド４の粗研削を行い、続いてコーナＲ部２５ａに続く頂部２５ｂの超砥粒１４で仕上げ研削を行うことができる。しかも研削に際して超砥粒１４は***部２５の側壁およびコーナＲ部２５ａから頂部２５ｂに沿って固着されており、砥粒層２２の研削面２０ａ全体がパッド４に接触してベタ当たりすることもなく突起部２８の超砥粒１４でのみ接触して研削が行われるために超砥粒１４にかかる研削圧力を高く維持できて切れ味が良い。
そのため、パッド４の発泡層の開口がきれいに切断され開口が潰れることがないので、スラリｓの保持能力を高く維持できる。しかも研削面２０ａの大部分を占める中央領域２４でベタ当たりしないために研削時に発泡層内部のスラリｓがはじき出されることがなく水分を含んだ状態で研削が行われる。
【００１７】
また突起部２８のコーナＲ部２５ａの一部の超砥粒１４が摩耗したとしても残りのコーナＲ部２５ａの超砥粒１４で研削を続けることができ電着ホイール２０の寿命を向上できる。
更に研削時に突起部２８の超砥粒１４でのみパッド４に接触して砥粒層底部２２ａはパッド４に接触しないから、突起部２８と突起部２８の間の砥粒層底部２２ａに研削液（例えば純水等）を留めることができ、しかも砥粒層底部２２ａを通して切り粉等を排出することができる。
そして研削面２０ａの周辺領域２６では中央領域２４より超砥粒１４の集中度が高いために研削時の電着ホイール２０の安定度が高く、電着ホイール２０が上下方向に揺動して振動することが少なく平面バランスがよくなる。また周辺領域２６に適宜設けた凹溝１７から切り粉等を外部に排出できる。
周辺領域２６は超砥粒１４と金属めっき相２３との高低差が超砥粒１４の平均粒径の約１／３程度であって集中度が高いから研削時にベタ当たりし易いが、周辺領域２６の幅を例えば約３ｍｍ以下に設定してあるから、超砥粒１４が目詰まりしたとしても切れ味に与える影響は小さく、中央領域２４での研削性能にはほとんど悪影響を与えない。
【００１８】
次に本発明の実施例による電着ホイール２０によってパッド４を研削した状態を図５に示す。図５はパッド４表面の５００倍の写真である。図において、パッド４の表面は発泡層の開口ｋがつぶれることなくきれいに切断されて平坦度を回復できている。これによれば、パッド４の発泡層内にスラリｓ等を十分滞留させることができる状態でパッド４の平坦度が回復されている。
これに対して上述の従来例の構成による電着ホイールでは、平坦な台金上の下地めっき層に超砥粒１４を電気めっきで島状に固着させ、砥粒層底面との高低差が超砥粒１４の平均粒径以下とされており、これでパッド４を研削した状態を図６に示す。図６はパッド４表面の５００倍の写真である。これによれば、砥粒層の研削面がほぼベタ当たりしているためにパッド４の表面の起毛がなぎ倒され、発泡層の開口ｋがかなり潰れて目詰まりしており、切れ味が悪く発泡層の状態も悪くスラリｓの保持能力が不十分となりパッド４の加工性が悪くなる。
またパッド４を４５rpmの周速度で回転させた状態で電着ホイールを５６rpmで自転させ速度２００ｍｍ／secで往復揺動させた場合の振動を、実施例によるものと超砥粒を全体に島状に配設した従来例によるものとについてそれぞれ５回測定した。これによれば、実施例による電着ホイール２０では、平均０．０５Ｇ程度の振動が測定できた。これに対して従来例による電着ホイールでは振動が０．１〜０．３Ｇであり、平均０．２Ｇであった。
【００１９】
上述のように本実施の形態によれば、電着ホイール２０の周辺領域２６でパッド４に接触して平面バランスを良好に保てるために研削時の振動を抑制できる。
しかも中央領域２４では砥粒層底部２２ａはパッド４に接触せず突起部２８の超砥粒１４のみがパッド４に接触して研削するために、超砥粒１４にかかる研削圧力が高く粗研削から仕上げ研削まで連続して行えて切れ味がよく、パッド４の発泡層の開口がつぶれることなくきれいに研削できる。また超砥粒１４に切り粉が残ることがなく目詰まりせず切り粉の排出性が良い。しかも突起部２８，２８間の砥粒層底部２２ａで研削液を保有できて、パッド４のコンディショニングを乾式にすることなく湿式研削のための良好な水分保有状態に維持して行える。
【００２０】
尚、電着ホイール２０によるコンディショニングに際しては、電着ホイール２０をコンディショナ８のアーム１０に代えてウエーハキャリア５に装着してもよく、この場合パッド４に対して偏心した位置で電着ホイール２０を回転させつつパッド４を研削することになる。この場合、電着ホイール２０の回転中心付近は周速が小さく研削能力が低いから回転中心付近の突起部２８を切除して形成してもよい。
【００２１】
また、中央領域２４における突起部２８の配列は格子状または網目状に代えて同心円状、螺旋状等適宜の配列形状を採用できる。
尚、金属結合相は金属めっき相２３等の電着によらずメタルボンドで超砥粒を保持させてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＣＭＰコンディショナは、砥粒層の表面が中央領域と周辺領域とからなり、中央領域では互いに間隔をおいて複数の略円柱形状の突起部が形成されていて該突起部にそれぞれ複数の超砥粒が金属結合相で装着されてなり、周辺領域ではリング状の凸平面部に超砥粒が金属結合相で装着されてなるので、研削面は外周側領域の超砥粒で安定して被削材に接触するために平面バランスが良くて研削時の振動を抑制でき、しかも中央領域では突起部と隣接する突起部間の砥粒層底部との高低差が大きくＣＭＰ装置のパッド等比較的軟質の被削材であってもベタ当たりすることなく突起部の超砥粒が被削材に接触して研削することで高い研削圧を維持できて切れ味がよい。
【００２３】
突起部は隣接する突起部間の砥粒層底部からの高さが超砥粒の平均粒径以上としたから、高低差を大きく確保できてベタ当たりすることなく突起部の超砥粒が高い研削圧を維持できて切れ味がよく、砥粒層底部でスラリ等の水分を保持できると共に切り粉の排出性がよく超砥粒の部分に切り粉が目詰まりせず排出性がよい。
また、各突起部に設けられてなる超砥粒は１１〜５００個とされ、平面視で前記砥粒層の全面積に対する超砥粒の占める割合は２０％〜８０％の範囲に設定されているから、パッドに対する粗研削と仕上げ研削とを連続して実行でき超砥粒の目詰まりや被削材の損傷を起こしにくいという利点があり、超砥粒が１１個より少ないとパッドに対する粗研削と仕上げ研削とを連続して実行できず、５００個より多いと超砥粒の目詰まりを起こしやすいという欠点がある。また超砥粒の面積が２０％より少ないと研削時に超砥粒が脱落するおそれがあって寿命が短くなり、パッド等の被削材に超砥粒がささるおそれがあり、また８０％を越えると目詰まりを生じるおそれがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態による電着ホイールの研削面の平面図である。
【図２】 図１に示す電着ホイールの中央縦断面図である。
【図３】 図２に示す電着ホイールの中央領域と周辺領域の部分拡大断面図である。
【図４】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は実施の形態による電着ホイールの製造工程を示すものである。
【図５】 実施の形態による電着ホイールで研削したパッドの一部分を示す５００倍の写真である。
【図６】 従来例の構成を有する電着ホイールで研削したパッドの一部分を示す５００倍の写真である。
【図７】 従来のＣＭＰ装置の要部斜視図である。
【図８】 図７に示す電着ホイールの（Ａ）は部分平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線縦断面図である。
【図９】 図８に示す砥粒層の部分縦断面図である。
【符号の説明】
１４ 超砥粒
２０ 電着ホイール
２１ 台金
２２ 砥粒層
２３ 金属めっき相
２４ 中央領域
２５ ***部
２５ａ コーナＲ部
２５ｂ 頂部
２６ 周辺領域
２８ 突起部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウエーハ等の被研磨材の表面をＣＭＰ装置によって研磨する際に用いられる研磨用のパッドをコンディショニングするためのＣＭＰコンディショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンインゴットから切り出した半導体ウエーハ（以下、単にウエーハという）の表面を化学的且つ機械的に研磨するＣＭＰ装置（ケミカルメカニカルポリッシングマシン）の一例として、図７に示すような装置がある。
ウエーハはデバイスの微細化に伴って高精度かつ無欠陥表面となるように鏡面研磨することが要求されている。ＣＭＰによる研磨のメカニズムは、微粒子シリカ等によるメカニカルな要素（遊離砥粒）とアルカリ液や酸性液等によるエッチング要素とを複合したメカノ・ケミカル研磨法に基づいている。
このＣＭＰ装置１は、図７に示すように中心軸２に取り付けられた円板状の回転テーブル３上に例えば硬質ウレタンからなるポリッシング用のパッド４が設けられ、このパッド４に対向して且つパッド４の中心軸２から偏心した位置に自転可能なウエーハキャリア５が配設されている。このウエーハキャリア５はパッド４よりも小径の円板形状とされてウエーハ６を保持するものであり、このウエーハ６がウエーハキャリア５とパッド４間に配置されてパッド４側の表面の研磨に供され鏡面仕上げされる。
【０００３】
研磨に際して、例えば上述した微粒子シリカ等からなる遊離砥粒が研磨剤として用いられ、更にエッチング用のアルカリ液等が混合されたものが液状のスラリｓとしてパッド４上に供給されているため、このスラリｓがウエーハキャリア５に保持されたウエーハ６とパッド４との間に流動して、ウエーハキャリア５でウエーハ６が自転し、同時にパッド４が中心軸２を中心として回転するために、パッド４でウエーハ６の一面が研磨される。
ウエーハ６の研磨を行う硬質ウレタン製などのパッド４上にはスラリｓを保持する微細な発泡層が多数設けられており、これらの発泡層内に保持されたスラリｓでウエーハ６の研磨が行われる。
ところが、ウエーハ６の研磨を繰り返すことでパッド４の研磨面の平坦度が低下したり目詰まりするためにウエーハ６の研磨精度と研磨効率が低下するという問題が生じる。
【０００４】
そのため、従来からＣＭＰ装置１には図７に示すようにパッドコンディショナ８が設けられ、パッド４の表面を再研削（コンディショニング）するようになっている。
このパッドコンディショナ８は、回転テーブル３の外部に設けられた回転軸９にアーム１０を介して電着ホイール１１が自転可能に設けられ、回転軸９によってアーム１０を回動させることで、回転するパッド４上において自転する電着ホイール１１を往復揺動させてパッド４の表面を研削してパッド４の表面の平坦度等を回復または維持し目詰まりを解消するようになっている。
この電着ホイール１１は、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように円形板状の台金１２上に上面が平面状をなしていて一定幅でリング状の砥粒層１３が形成されており、この砥粒層１３は例えば図９に示すように台金１２上に電気めっきなどによりダイヤモンドやｃＢＮなどの超砥粒１４を金属めっき相１５で分散固定して構成されている。この金属めっき相１５は例えばニッケルなどで構成されている。
尚、砥粒層１３の表面には例えば４５°等の所定間隔で径方向に凹溝１７が形成されており、スラリｓや切り粉をこの凹溝１７を通して外部に排出することになる。
【０００５】
ところで、このような電着ホイール１１を用いてパッド４の研削を行う場合、電着ホイール１１はパッド４上を少なくともパッド４の半径に相当する距離に亘って往復揺動させる。砥粒層１３に分散配置された超砥粒１４で研磨するとパッド４の起毛をなぎ倒しつつ切断する。その際、超砥粒１４は砥粒層１３の表面から超砥粒１４の平均粒径の１／３程度しか突出していないために砥粒層１３全体がベタ当たりして研削圧力が分散して滑り、パッド４の起毛が切れずに倒されてしまい切れ味が悪く発泡層や超砥粒が目詰まりしやすいという欠点がある。
また他の電着ホイールとして例えば特開平９−１９８６８号公報に記載されてものがある。
この電着ホイールは２〜１０個の超砥粒を集合させて１つの島状に配設し、これら島状の超砥粒を研削面である砥粒層の表面に分散配置することで研削時の目詰まりを防ぎ、長期間に亘って研削加工できるようにしたものである。このような電着ホイールでは、台金上の下地メッキ部に２〜１０個の超砥粒を電気めっきで一層分仮固定し、その後に台金全体を電気めっきして超砥粒を砥粒層に固着するというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような電着ホイールでは、平坦な台金表面上に超砥粒を電着して固定してなるために、砥粒層の金属めっき相表面とこの表面から突出する超砥粒との高さの差が実質的に超砥粒の平均粒径の１／２以下程度しかない。
そのためにこの電着ホイールをパッドコンディショナとして用いると、被削材がＣＭＰ装置１のパッド４等のように発泡層を有する厚さ１．７ｍｍ等で軟質の起毛で構成され、その下側に厚さ３．５ｍｍ程度のクッション層が配設されているような軟質または柔軟性のある構成を有する場合、超砥粒の平均粒径の１／２以下程度の高低差では砥粒層表面全体がベタ当たりしてしまう。すると研削圧が超砥粒に集中せずに周囲に分散してしまって滑り、起毛が切れずに倒れてしまうために切れ味が悪く発泡層の開口が潰れてしまい、切り粉の排出が不十分になりパッド４が目詰まりし易いという欠点がある。
しかも島状に分散された超砥粒は研削面全体で略格子状に分離配列されているために研削面の内外周部における周速差に起因する超砥粒切れ味の差によって研削抵抗がばらつき、そのため電着ホイールが上下方向に振動して平面バランスが悪いという欠点があった。そのために研削効率と研削精度を低下させるという不具合が生じていた。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みて、研削時の振動を抑制して切れ味を向上させたＣＭＰコンディショナを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によるＣＭＰコンディショナは、砥粒層が中央領域と周辺領域とを備え、中央領域では互いに間隔をおいて複数の略円柱形状の突起部が形成されていて該突起部にそれぞれ複数の超砥粒が金属結合相で装着されてなり、周辺領域ではリング状の凸平面部に超砥粒が金属結合相で装着されてなることを特徴とする。
研削時に、研削面は外周側領域の砥粒層で安定して被削材に接触するために平面バランスが良くて研削時の振動を抑制でき、しかも中央領域の突起部の超砥粒で研削圧が高くて切れ味の良い研削加工ができる。
また突起部に超砥粒を設けたことで突起部と隣接する突起部間の砥粒層底部との高低差が大きくＣＭＰ装置のパッド等、比較的軟質の被削材であってもベタ当たりすることなく突起部の超砥粒が被削材に接触して研削することで高い研削圧を維持できて切れ味がよい。
尚、外周側領域の超砥粒は金属結合相中に個別に分散配置されていてもよい。
【０００９】
突起部は隣接する突起部間の砥粒層底部からの高さが超砥粒の平均粒径以上としてもよい。
突起部と砥粒層底部とのギャップを超砥粒の平均粒径以上とすることでギャップを大きく確保できてベタ当たりすることなく突起部の超砥粒が高い研削圧を維持できて切れ味がよく、砥粒層底部で研削液等を保持できると共に切り粉の排出性がよく超砥粒の部分に切り粉が目詰まりせず排出性がよい。
また、各突起部に設けられてなる超砥粒は１１〜５００個とされ、平面視で前記砥粒層の全面積に対する超砥粒の占める割合は２０％〜８０％の範囲に設定されていてもよい。
超砥粒が１１個より少ないとパッドに対する粗研削と仕上げ研削とを連続して実行できず、５００個より多いと超砥粒の目詰まりを起こしやすいという欠点がある。また超砥粒の面積が２０％より少ないと研削時に超砥粒が脱落するおそれがあって寿命が短くなり、パッド等の被削材に超砥粒がささってウエーハ等を傷つけるおそれがあり、また８０％を越えると目詰まりを生じるおそれがある。
【００１０】
尚、突起部はコーナＲ部と頂部とを有する略円柱面状に形成され、これらコーナＲ部と頂部に超砥粒が配設されていてもよい。
研削時にコーナＲ部の超砥粒で粗研削を行い、次いで頂部の超砥粒で仕上げ研削を行う。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面により説明するが、上述の従来技術と同一の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。図１は実施の形態による電着ホイールの研削面である砥粒層を示す平面図、図２は図１に示す電着ホイールの中央縦断面図、図３は図２に示す電着ホイールの部分拡大縦断面図である。
図１及び図２に示す実施の形態による電着ホイール２０（電着砥石）は、例えばステンレス等からなる円板形の台金２１の略円形をなす一面２１ａ上に砥粒層２２が形成されている。砥粒層２２は、例えばＮｉからなる金属めっき相（金属結合相）２３中にダイヤモンドやｃＢＮなどの超砥粒１４が配置されていて、例えば電気めっきによって製作されている。砥粒層２２はその表面が研削面２０ａであり、中央の略円形領域を中央領域２４とし、その外側のリング状領域を周辺領域２６とする。
台金２１の一面２１ａにおいて中央領域２４に複数の略円柱状の***部２５…が所定間隔で格子状または網目状に配列形成されており、周辺領域２６に例えば幅３ｍｍ程度の小幅をなすリング状平坦面の凸平面部２７が形成されている。***部２５…と凸平面部２７とは同一高さとされている。
【００１２】
中央領域２４において、砥粒層２２は各***部２５上にのみ複数の超砥粒１４が金属めっき相２３で固着され、***部２５と***部２５の間は金属めっき相２３のみからなる砥粒層底部２２ａとされ超砥粒１４は設けられていない。尚、砥粒層底部２２ａには金属めっき相２３が設けられていなくてもよく、この場合には台金２１の表面が露出して砥粒層底部２２ａを構成する。***部２５において砥粒層２２はその略円柱状の表面に沿って超砥粒１４及び金属めっき相２３が設けられており、この領域を突起部２８とする。
図３に示す突起部２８において、台金２１の各***部２５は全周に亘って形成された側壁２５ｃ及びコーナＲ部２５ａと頂部２５ｂとで形成され、その表面全体に例えば１１〜５００個の範囲の超砥粒１４が金属めっき相２３で固着されている。超砥粒１４が１１個より少ないとパッド４に対する粗研削と仕上げ研削とを連続して実行できず、５００個より多いと超砥粒の目詰まりを起こしやすいという欠点がある。
各突起部２８は最大直径Ｄがφ１〜１０ｍｍの範囲とし、砥粒層底部２２ａからの高さＨは超砥粒１４の平均粒径以上あり、好ましくは平均粒径の２倍以上あるものとし、超砥粒１４の平均粒径を１ｍｍ以下として例えば０．１ｍｍ〜０．７ｍｍ程度に設定する。高さＨを超砥粒１４の平均粒径以上にしたのは、パッド４の研削時に超砥粒１４のみがパッド４に接触して研削加工が行われて砥粒層底部２２ａがパッド４に接触しないようにするためである。尚、各突起部２８は同一高さにあるものとする。
【００１３】
周辺領域２６では、リング状の凸平面部２７上に超砥粒１４が金属めっき相２３で個々に分散固定されており、これらの超砥粒１４は突起部２８と同一高さＨにある。しかも周辺領域２６の超砥粒１４の集中度は中央領域２４の超砥粒１４の集中度より高いものとする。
電着ホイール２０の平面視で研削面２０ａの全面積に対する超砥粒１４の面積は２０％〜８０％の範囲に設定する。超砥粒１４の面積が２０％より少ないと研削時に超砥粒１４が脱落するおそれがあって寿命が短くなる上にパッド４に超砥粒１４がささってウエーハ等を傷つけるおそれがあり、また８０％を越えると電着ホイール２０が目詰まりを生じるおそれがある。
【００１４】
本実施の形態による電着ホイール２０は上述のように構成されており、次に電着ホイール２０の製造方法について図４により説明する。
図４（Ａ）において、例えばＳＵＳ３０４等からなる円板形状の台金２１の一面２１ａに関して外周側のリング状周辺領域２６を除く円形の中央領域２４について、エッチング等で除去して格子状に複数の略円柱状の***部２５Ａ…を残す。エッチングで除去された部分は底部２２Ａをなす。具体的には硫酸または硝酸等を高圧ジェットで一面２１ａに吹き付けたり、電解エッチングまたは放電加工などによって***部２５Ａ…を残して他の部分を彫り込んでも良い。このようにして図４（Ｂ）に示す凸平面部２７の内側に***部２５Ａ…が格子状に残る凹凸面を一面２１ａに形成する。各***部２５Ａは所定の外径Ｄと高さＨ′を備えた略円柱状になる。
次にこの一面２１ａについてショットブラストやバレル研磨等によって各***部２５Ａのエッジを研磨することで図４（Ｃ）に示すコーナＲ付きで略円柱状の***部２５を形成する。或いは型成形で図４（Ｃ）に示す台金２１を形成してもよい。
【００１５】
そして超砥粒１４の電気めっきに関して図３を参照して説明すれば、凸平面部２７と各***部２５…を除いてマスキングして凸平面部２７と各***部２５の全面に例えばＮｉ（Ｃｕ、Ｃｒ等でも良い）からなる薄層の下地めっきを下地めっき層２３ａ、２３ｂとして施す。次いで電気めっきによって下地めっき層２３ａ、２３ｂ上に複数の超砥粒１４を例えばＮｉ（Ｃｕ、Ｃｒ等でも良い）からなる第一金属めっき相２３ｃ，２３ｄによって固着する。そして、一面２１ａからマスキングシートを剥離して電気めっきによって全面に再度例えばＮｉ（Ｃｕ、Ｃｒ等でも良い）からなる第二金属めっき相２３ｅ、２３ｆを形成する。
或いはマスキングしたままで凸平面部２７と***部２５にのみ第二金属めっき相２３ｅ，２３ｆを形成してもよく、この場合凹部をなす砥粒層底部２２ａには金属めっき相２３は形成されない。
このようにして下地めっき層２３ａ、２３ｂ、第一及び第二金属めっき相２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆからなる金属めっき相２３でそれぞれ超砥粒１４が***部２５及び凸平面部２７に固着された図３及び図４（ｄ）に示す砥粒層２２が形成され、電着ホイール２０が形成される。
この場合、突起部２８の間隔を適当に設定することによって周辺領域２６の超砥粒１４の集中度を中央領域２４の超砥粒１４の集中度より高く設定できる。或いは別の製法として、***部２５…と凸平面部２７の一方を交互にマスキングすることで別々に電気めっきしてもよい。この場合にめっき液中の超砥粒１４の添加量を増減調整すれば、周辺領域２７と中央領域２４の集中度を異なるように調整できる。
また台金２１の***部２５及び凸平面部２７に下地めっき層を施すことなく電気めっきで直接砥粒層２３を形成し、これとは別にマスキングを除去して底部２２Ａに電気めっきを施して砥粒層底部２２ａを形成するようにしてもよい。
尚、電着ホイール２０の直径を例えば１０１ｍｍとして周辺領域２６の幅を例えば約３ｍｍ以下に設定する。
【００１６】
本実施の形態による電着ホイール２０は上述の構成を備えており、図７に示すＣＭＰ装置１のアーム１０に電着ホイール２０を装着した状態で、パッド４のコンディショニングを行うに際して、回転する回転テーブル３上のパッド４に対してアーム１０を揺動させることで自転する電着ホイール２０を往復揺動させ、パッド４を研削してその平坦度を回復または維持させる。
研削に際して電着ホイール２０の中央領域２４の各突起部２８ではまずコーナＲ部２５ａの超砥粒１４でパッド４の粗研削を行い、続いてコーナＲ部２５ａに続く頂部２５ｂの超砥粒１４で仕上げ研削を行うことができる。しかも研削に際して超砥粒１４は***部２５の側壁およびコーナＲ部２５ａから頂部２５ｂに沿って固着されており、砥粒層２２の研削面２０ａ全体がパッド４に接触してベタ当たりすることもなく突起部２８の超砥粒１４でのみ接触して研削が行われるために超砥粒１４にかかる研削圧力を高く維持できて切れ味が良い。
そのため、パッド４の発泡層の開口がきれいに切断され開口が潰れることがないので、スラリｓの保持能力を高く維持できる。しかも研削面２０ａの大部分を占める中央領域２４でベタ当たりしないために研削時に発泡層内部のスラリｓがはじき出されることがなく水分を含んだ状態で研削が行われる。
【００１７】
また突起部２８のコーナＲ部２５ａの一部の超砥粒１４が摩耗したとしても残りのコーナＲ部２５ａの超砥粒１４で研削を続けることができ電着ホイール２０の寿命を向上できる。
更に研削時に突起部２８の超砥粒１４でのみパッド４に接触して砥粒層底部２２ａはパッド４に接触しないから、突起部２８と突起部２８の間の砥粒層底部２２ａに研削液（例えば純水等）を留めることができ、しかも砥粒層底部２２ａを通して切り粉等を排出することができる。
そして研削面２０ａの周辺領域２６では中央領域２４より超砥粒１４の集中度が高いために研削時の電着ホイール２０の安定度が高く、電着ホイール２０が上下方向に揺動して振動することが少なく平面バランスがよくなる。また周辺領域２６に適宜設けた凹溝１７から切り粉等を外部に排出できる。
周辺領域２６は超砥粒１４と金属めっき相２３との高低差が超砥粒１４の平均粒径の約１／３程度であって集中度が高いから研削時にベタ当たりし易いが、周辺領域２６の幅を例えば約３ｍｍ以下に設定してあるから、超砥粒１４が目詰まりしたとしても切れ味に与える影響は小さく、中央領域２４での研削性能にはほとんど悪影響を与えない。
【００１８】
次に本発明の実施例による電着ホイール２０によってパッド４を研削した状態を図５に示す。図５はパッド４表面の５００倍の写真である。図において、パッド４の表面は発泡層の開口ｋがつぶれることなくきれいに切断されて平坦度を回復できている。これによれば、パッド４の発泡層内にスラリｓ等を十分滞留させることができる状態でパッド４の平坦度が回復されている。
これに対して上述の従来例の構成による電着ホイールでは、平坦な台金上の下地めっき層に超砥粒１４を電気めっきで島状に固着させ、砥粒層底面との高低差が超砥粒１４の平均粒径以下とされており、これでパッド４を研削した状態を図６に示す。図６はパッド４表面の５００倍の写真である。これによれば、砥粒層の研削面がほぼベタ当たりしているためにパッド４の表面の起毛がなぎ倒され、発泡層の開口ｋがかなり潰れて目詰まりしており、切れ味が悪く発泡層の状態も悪くスラリｓの保持能力が不十分となりパッド４の加工性が悪くなる。
またパッド４を４５rpmの周速度で回転させた状態で電着ホイールを５６rpmで自転させ速度２００ｍｍ／secで往復揺動させた場合の振動を、実施例によるものと超砥粒を全体に島状に配設した従来例によるものとについてそれぞれ５回測定した。これによれば、実施例による電着ホイール２０では、平均０．０５Ｇ程度の振動が測定できた。これに対して従来例による電着ホイールでは振動が０．１〜０．３Ｇであり、平均０．２Ｇであった。
【００１９】
上述のように本実施の形態によれば、電着ホイール２０の周辺領域２６でパッド４に接触して平面バランスを良好に保てるために研削時の振動を抑制できる。
しかも中央領域２４では砥粒層底部２２ａはパッド４に接触せず突起部２８の超砥粒１４のみがパッド４に接触して研削するために、超砥粒１４にかかる研削圧力が高く粗研削から仕上げ研削まで連続して行えて切れ味がよく、パッド４の発泡層の開口がつぶれることなくきれいに研削できる。また超砥粒１４に切り粉が残ることがなく目詰まりせず切り粉の排出性が良い。しかも突起部２８，２８間の砥粒層底部２２ａで研削液を保有できて、パッド４のコンディショニングを乾式にすることなく湿式研削のための良好な水分保有状態に維持して行える。
【００２０】
尚、電着ホイール２０によるコンディショニングに際しては、電着ホイール２０をコンディショナ８のアーム１０に代えてウエーハキャリア５に装着してもよく、この場合パッド４に対して偏心した位置で電着ホイール２０を回転させつつパッド４を研削することになる。この場合、電着ホイール２０の回転中心付近は周速が小さく研削能力が低いから回転中心付近の突起部２８を切除して形成してもよい。
【００２１】
また、中央領域２４における突起部２８の配列は格子状または網目状に代えて同心円状、螺旋状等適宜の配列形状を採用できる。
尚、金属結合相は金属めっき相２３等の電着によらずメタルボンドで超砥粒を保持させてもよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るＣＭＰコンディショナは、砥粒層の表面が中央領域と周辺領域とからなり、中央領域では互いに間隔をおいて複数の略円柱形状の突起部が形成されていて該突起部にそれぞれ複数の超砥粒が金属結合相で装着されてなり、周辺領域ではリング状の凸平面部に超砥粒が金属結合相で装着されてなるので、研削面は外周側領域の超砥粒で安定して被削材に接触するために平面バランスが良くて研削時の振動を抑制でき、しかも中央領域では突起部と隣接する突起部間の砥粒層底部との高低差が大きくＣＭＰ装置のパッド等比較的軟質の被削材であってもベタ当たりすることなく突起部の超砥粒が被削材に接触して研削することで高い研削圧を維持できて切れ味がよい。
【００２３】
突起部は隣接する突起部間の砥粒層底部からの高さが超砥粒の平均粒径以上としたから、高低差を大きく確保できてベタ当たりすることなく突起部の超砥粒が高い研削圧を維持できて切れ味がよく、砥粒層底部でスラリ等の水分を保持できると共に切り粉の排出性がよく超砥粒の部分に切り粉が目詰まりせず排出性がよい。
また、各突起部に設けられてなる超砥粒は１１〜５００個とされ、平面視で前記砥粒層の全面積に対する超砥粒の占める割合は２０％〜８０％の範囲に設定されているから、パッドに対する粗研削と仕上げ研削とを連続して実行でき超砥粒の目詰まりや被削材の損傷を起こしにくいという利点があり、超砥粒が１１個より少ないとパッドに対する粗研削と仕上げ研削とを連続して実行できず、５００個より多いと超砥粒の目詰まりを起こしやすいという欠点がある。また超砥粒の面積が２０％より少ないと研削時に超砥粒が脱落するおそれがあって寿命が短くなり、パッド等の被削材に超砥粒がささるおそれがあり、また８０％を越えると目詰まりを生じるおそれがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態による電着ホイールの研削面の平面図である。
【図２】 図１に示す電着ホイールの中央縦断面図である。
【図３】 図２に示す電着ホイールの中央領域と周辺領域の部分拡大断面図である。
【図４】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は実施の形態による電着ホイールの製造工程を示すものである。
【図５】 実施の形態による電着ホイールで研削したパッドの一部分を示す５００倍の写真である。
【図６】 従来例の構成を有する電着ホイールで研削したパッドの一部分を示す５００倍の写真である。
【図７】 従来のＣＭＰ装置の要部斜視図である。
【図８】 図７に示す電着ホイールの（Ａ）は部分平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線縦断面図である。
【図９】 図８に示す砥粒層の部分縦断面図である。
【符号の説明】
１４ 超砥粒
２０ 電着ホイール
２１ 台金
２２ 砥粒層
２３ 金属めっき相
２４ 中央領域
２５ ***部
２５ａ コーナＲ部
２５ｂ 頂部
２６ 周辺領域
２８ 突起部
Claims (3)
- 砥粒層が中央領域とその外周側の周辺領域とを備え、前記中央領域では互いに間隔をおいて複数の略円柱形状の突起部が形成されていて該突起部にそれぞれ複数の超砥粒が金属結合相で装着されてなり、前記周辺領域ではリング状の凸平面部に超砥粒が金属結合相で固定されてなることを特徴とするＣＭＰコンディショナ。
- 前記突起部は隣接する突起部間の砥粒層底部からの高さが超砥粒の平均粒径以上とされていることを特徴とする請求項１記載のＣＭＰコンディショナ。
- 前記各突起部に設けられてなる超砥粒は１１〜５００個とされ、平面視で前記砥粒層の全面積に対する超砥粒の占める割合は２０％〜８０％の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１または２記載のＣＭＰコンディショナ。
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