JP4999337B2 - Ｃｍｐパッドコンディショナー - Google Patents

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２に、従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す。

図２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。

ＣＭＰパッドコンディショナーについては様々な改良がなされており、その技術の一例が特許文献１、特許文献２、特許文献３に記載されている。

特開２００３−３０５６４４号公報 特開２００５−１６１４４０号公報 特開２００１−１１３４５６号公報

特許文献１記載のＣＭＰ加工用ドレッサは、円盤状台金の側面の外周部に同心円状に複数列の凸条を形成し、前記複数列の凸条のうち外周側の凸条の高さを中間部の凸条の高さより低く形成し、これらの凸条の上面に一層の砥粒をろう付けにより固着したものである。また、特許文献２記載のパッドコンディショナーは、粒径が異なる２種類の超砥粒を用い、且つ頂部の超砥粒の粒径を大きくして、裾野部の粒径を小さくしたものである。
ＣＭＰパッドコンディショナーにおいては、研磨パッドを安定にかつ平坦に研削することが求められるが、この２つの性能は相反するものであり、両者を両立させることは困難であった。

また、特許文献３記載のＣＭＰ装置用コンディショナーは、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ものである。このＣＭＰ装置用コンディショナーは、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、パッドの平坦性を効果的に向上させるとともに、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るようにすることを狙ったものである。
しかし、外周側に設けられた鋭利なエッジをもつ砥粒面を形成しても、砥粒自体が鋭利なエッジを持つものではないため、研削に作用するのは最外周の砥粒のみとなってしまい、安定した研削を行うことはできない。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、研磨パッドを安定にかつ平坦に研削することが可能な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、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーは、台金に砥粒をろう付けにより固着して形成された研削部を有するＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、研削部は内周寄りの平坦部と外周寄りの傾斜部とからなり、前記平坦部には砥粒粒度が＃１００／１２０であって形状係数が１以上１．２未満の規則的な形状を有する砥粒が固着され、前記傾斜部には砥粒粒度が＃１００／１２０であって形状係数が１．２以上の尖鋭的な形状を有する砥粒がその長軸方向が前記傾斜部表面に対してほぼ垂直となるように固着されていることを特徴とする。
平坦部には規則的な形状を有する砥粒が固着されていることによって、研磨パッドを平坦に研削することができるとともに、傾斜部には尖鋭的な形状を有する砥粒が固着されていることによって、研磨パッドを安定に研削することができる。従って、研削の平坦性と安定性とを両立することができる。
また、電着によって尖鋭的形状の砥粒を固着すると、砥粒をメッキにより機械的にかしめるだけであるため、メッキを厚くしないと砥粒形状がいびつなため砥粒を保持することができず、逆にあまり厚くしてしまうと、尖鋭的形状の砥粒による安定した高い研削性が得られなくなるという問題が生じるが、ろう付けによって砥粒を固着すると、ろう材が薄くても強固に砥粒を保持することができ、尖鋭的形状の砥粒を有効に作用させることが可能である。

本発明のＣＭＰパッドコンディショナーでは、前記傾斜部は、外周側であるほど厚みが薄い形状であり、前記平坦部から前記傾斜部の最外周側の変化量が、砥粒の平均粒径の１０％以上５０％以下であることを特徴とする。
平坦部から傾斜部の最外周側の変化量が砥粒の平均粒径の１０％未満であると、砥粒の粒径のバラツキが一般的に砥粒平均粒径の１０％であるため、厚み差よりも砥粒の粒径のバラツキのほうが大きくなってしまうため、傾斜部の砥粒が均一に作用しなくなって好ましくない。一方、砥粒の平均粒径の５０％を超えると、最外周の砥粒が作用するまでの切り込み深さを大きくした場合に、内周側砥粒への負荷が大きくなって好ましくない。

本発明のＣＭＰパッドコンディショナーでは、前記平坦部に固着された砥粒の先端高さのばらつきは、砥粒の平均粒径の１０％以下であることを特徴とする。
砥粒の先端高さに適度のばらつきを持たせることによって、研削効果をある程度保持した状態で、平坦に加工することができる。
平坦部に固着された砥粒の先端高さのばらつきが、砥粒の平均粒径の１０％を超えると、砥粒が均一に作用しないためパッドの平滑性が得られなくなって好ましくない。

本発明によると、研磨パッドを安定にかつ平坦に研削することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーを実現することができる。

以下に、本発明をその実施形態に基づいて説明する。
以下に、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、台金３に砥粒４がろう付けされることによって固着されて形成されており、砥粒４として、ダイヤモンド等を用いることができる。台金３は、内周寄りの平坦部３ａと、外周寄りの傾斜部３ｂとを有し、平坦部３ａには規則的な形状を有する砥粒４ａが固着され、傾斜部３ｂには尖鋭的な形状を有する砥粒４ｂが固着されている。

規則的な形状を有する砥粒４ａとは、形状係数が１以上１．２未満のものをいい、尖鋭的な形状を有する砥粒４ｂとは、形状係数が１．２以上のものをいう。特に、尖鋭的な形状を有する砥粒４ｂは形状係数が１．３以上のものが好ましい。ここで、形状係数とは、砥粒を平面でみた形状について、面積に対する周長の比に係数を掛けたものであり、形状係数が１のとき、真円（真球）となる。

傾斜部３ｂは、外周側であるほど厚みが薄い形状であり、傾斜部３ｂの最外周側と最内周側との厚みの差が、砥粒の平均粒径の１０％以上５０％以下となっている。また、平坦部３ａに固着された規則的な形状を有する砥粒４ａの先端高さのばらつきは、砥粒の平均粒径の１０％以下となるようにしている。

以下に、具体的な試験例を示す。
以下に示す仕様のドレッサを用いて、以下の試験条件で、研削試験を行った。
ドレッサ仕様
寸法：φ１００×１０Ｗ
砥粒粒度：＃１００／１２０
ろう材：Ｎｉ−Ｃｒ

試験条件
機械：琢磨機
パッド：発泡ポリウレタン φ３００
ドレッサ回転速度： ９０ｍｉｎ^-1
テーブル回転速度：１００ｍｉｎ^-1
加工圧：３０Ｎ
加工時間：３０Ｈｒ

表１に、研削試験の結果を示す。

表１において、比較例１は研削部に形状係数が１．２１である尖鋭的な形状を有する砥粒のみを配置したものであり、比較例２は研削部に形状係数が１．１５である規則的な形状を有する砥粒のみを配置したものであり、比較例３は、特許文献２に記載のように、形状係数が１．２５〜１．３の範囲内の砥粒を配置したものである。また、実施例１、２は、本発明の図１に示すように砥粒を配置したものであり、実施例１では、尖鋭的な砥粒として形状係数１．２１の砥粒を使用し、規則的な砥粒として形状係数が１．１５の砥粒を使用しており、実施例２では、尖鋭的な砥粒として形状係数１．３３の砥粒を使用し、規則的な砥粒として形状係数が１．１５の砥粒を使用している。表１における数値はいずれも比較例１における平均値を１００として表示している。パッド研削性とは、単位時間当たりに削除されるパッド量として定義される量であり、パッド平坦性とは、小さい値ほど平坦な面であるとして定義される量である。

比較例１に対して比較例２では、規則的な形状を有する砥粒のみを用いているため、パッド平坦性は向上するものの、パッド研削性は低下している。また、比較例３では、パッド研削性は向上するものの、パッド平坦性は低下している。
これに対し、実施例１では比較例１に比べて、パッド平坦性、パッド研削性のいずれについても向上しており、パッド平坦性とパッド研削性の両立を実現している。また、実施例２では、パッド研削性が実施例１よりもさらに向上している。

本発明は、研磨パッドを安定にかつ平坦に研削することが可能な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。 従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ コンディショニングディスク
２ 研削部
３ 台金
３ａ 平坦部
３ｂ 傾斜部
４ 砥粒
４ａ 規則的な形状を有する砥粒
４ｂ 尖鋭的な形状を有する砥粒

Claims (3)

1. 台金に砥粒をろう付けにより固着して形成された研削部を有するＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、研削部は内周寄りの平坦部と外周寄りの傾斜部とからなり、前記平坦部には砥粒粒度が＃１００／１２０であって形状係数が１以上１．２未満の規則的な形状を有する砥粒が固着され、前記傾斜部には砥粒粒度が＃１００／１２０であって形状係数が１．２以上の尖鋭的な形状を有する砥粒がその長軸方向が前記傾斜部表面に対してほぼ垂直となるように固着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. 前記傾斜部は、外周側であるほど厚みが薄い形状であり、前記平坦部から前記傾斜部の最外周側の変化量が、砥粒の平均粒径の１０％以上５０％以下である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. 前記平坦部に固着された砥粒の先端高さのばらつきは、砥粒の平均粒径の１０％以下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。

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