JP2005262341A - Ｃｍｐパッドコンディショナー - Google Patents

Abstract

【課題】外周部の砥粒の損傷が少なく、かつパッドに偏磨耗が生じないように均一に加工することが可能な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は、台金２の研削側の全面に砥粒３が固着されて形成されたものであり、台金２は、中央側の平坦部４と、外周側の傾斜部５とからなる。傾斜部５は、平坦部４から外周に向かって厚みが減少するように所定の曲率を持つ曲面によって形成されている。
【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３に、従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す。

図３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。

従来用いられているコンディショニングディスクの一例を図４に示す。
これは、台金７１の外周側をリング状に平らに盛り上げ、このリング部７２の平らな部分に砥粒７３を規則配列したコンディショナーである。しかし、コンディショナーを弾性のあるパッドのコンディショニングに使用すると、外周の砥粒に大きな負荷が断続的にかかるため、外周の砥粒は摩滅してしまう。また最悪の場合砥粒が破砕することがある。外周の砥粒が摩滅してしまうとパッド表面のクリーニングや、パッドの除去が進まなくなりコンディッショナーの寿命が短くなる。また、砥粒が破砕すると、破砕した砥粒がパッドに残存して加工膜にビックスクラッチをつけてしまい継続使用ができなくなるという問題がある。
これらの問題点に対する対策をとったものとして、特許文献１、特許文献２に記載されたものがある。

特開２００１−１１３４５６号公報 特開２００１−２８７１５０号公報

しかし、これらの文献に記載されたものはいずれも、台金の側面にリング状の盛り上がりを形成し、盛り上がり部分に曲率を設け、球面の一部として形成したものである。これによって、外周部の砥粒への負荷集中を軽減できるとしている。ところが、曲率が大きくかつ平坦部が狭いためにパッド加工能率が低下するという問題がある。また、使用が進むとパッド外周のみが早く磨耗してパッドに偏磨耗が生じるためパッドが早期に寿命になるという大きな問題がある。
パッド上の軌跡が密になるようにコンディショナーを往復、接触させ加工することもできるが、加工時間が長くなりすぎて実用的ではない。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、外周部の砥粒の損傷が少なく、かつパッドに偏磨耗が生じないように均一に加工することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーを提供することにある。

以上の課題を解決するために、本発明は、台金の研削側の全面に砥粒を単層規則配列し、活性金属を含有するろう材で固着したＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、外径が台金外径の６０％以上８５％以下で、かつ内径が台金外径の４５％以下の範囲で研削側の中心部分に平坦部を形成し、前記平坦部から外周に向かって厚みが減少するように傾斜する傾斜部が設けられたことを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナーである。

平坦部と傾斜部をこのように形成することにより、外周部の砥粒への集中負荷をなくすことができ、砥粒の磨耗や破砕などの損傷を防止することができ、ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命を向上することができる。また、パッドプロファイルが平坦になり、ポリッシュレートが増大するとともに、パッドの偏磨耗を防止し、パッド寿命を増大させることができる。更に、スラリー厚みを均一にすることができるため、マイクロスクラッチの大幅な低減が可能となる。

平坦部の外径が台金外径の６０％未満であると、作用する砥粒の数が小さくなってパッドカットレートが小さくなるとともに寿命が短くなる。また、平坦部の外径が台金外径の８５％を超えると、外周部の砥粒にかかる負荷を小さくする効果が小さくなって砥粒の損傷を改善することができない。なおここで、パッドカットレートとはＣＭＰパッドコンディショナーが加工時間当たりに削除することができるパッドの削れ量を意味する。また、ポリッシュレートとは、ＣＭＰパッドコンディショナーで加工したパッド面にスラリーを供給し、ウエハをポリッシュするときの単位時間あたりのウエハ削れ量を意味する。

本発明は、前記平坦部と最外周部との高さの差が砥粒の平均粒径の７０％以上１５０％以下であることを特徴とする。平坦部と最外周部との高さの差が砥粒平均径の７０％未満であると、外周部の砥粒にかかる負荷が大きくなって好ましくなく、１５０％を超えると加工に作用する砥粒数が少なくなって好ましくない。

本発明は、傾斜部から前記平坦部へと変化する領域に曲率半径が１ｍｍ以上の曲面を形成したことを特徴とする。傾斜部から平坦部へと変化する領域に形成される曲面の曲率半径が１ｍｍ未満であると、砥粒にかかる負担が大きくなって好ましくない。

本発明は、砥粒配列部に半径方向の溝と円周方向の溝を形成したことを特徴とする。これによりパッドの切粉の排出効率とコンディショナーへのスラリー供給が多くなるため、コンディショニング効果を高めることができる。

本発明は、前記半径方向の溝が回転方向に傾斜していることを特徴とする。これによりコンディショナーの回転に伴って排出される切粉の排出効果をより高めることができる。

本発明によると、外周部の砥粒への集中負荷をなくすことができ、砥粒の磨耗や破砕などの損傷を防止することができるため、コンディッショナーの寿命を向上することができ、パッドカットレートが大幅に高くなる。また、パッドプロファイルが平坦になり、パッドの偏磨耗を防止し、パッド寿命を増大させることができる。さらに、スラリー運搬能力が高まるため、マイクロスクラッチの大幅な低減が可能となる。

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は、本発明の実施形態に係る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の形状を示す。
図１において、コンディショニングディスク１は、台金２の研削側の全面に砥粒３が固着されて形成されたものであり、台金２は、中央側の平坦部４と、外周側の傾斜部５とからなる。傾斜部５は、平坦部４から外周に向かって厚みが減少するように所定の曲率を持つ曲面によって形成されている。この例では、台金２の外径Ｄ１が１００ｍｍ、平坦部４の外径が８０ｍｍ、傾斜部５の幅Ｌが１０ｍｍ、平坦部４と最外周部との高さの差Ｔが０．１５ｍｍであり、傾斜部５の曲率半径Ｒは３３３ｍｍである。また、傾斜部５から平坦部４へと変化する領域に曲面が形成されており、この曲面の曲率半径ｒは４ｍｍとしている。

図２は、上述したコンディショニングディスク１の研削面に、半径方向の溝と円周方向の溝を形成したものである。
コンディショニングディスク１は、円盤状基板（図示せず）の表面に砥粒層１３を形成したものであり、円周方向の溝１１と、中心孔１４から外周部に向かう半径方向の溝１２が回転方向に対して傾斜して形成されている。

コンディショニングディスク１は、このように半径方向の溝１２が回転方向に対して傾斜して形成され、円周方向の溝１１が形成されているので、コンディショニングディスク１を回転したときに切粉排出効果を高めることができる。

以下に、具体的な実施例を示す。
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２、比較例３、比較例４を以下のように作製した。
実施例１：図１に示す形状のものであって、平坦部の外径を台金外径の８０％、平坦部と最外周部の高さの差を砥粒平均粒径と同じにして形成した。
実施例２：実施例１の構成に付加して、半径方向にらせん溝と円周方向の溝を形成した。

比較例１：図４に示すように、台金７１の外周側をリング状に平らに盛り上げ、平らな分７２に砥粒７３を規則配列した。
比較例２：特開２００１−１１３４５６号公報において開示された構成のコンディショナーであり、図５に示すように、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７５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７６を設けた。
比較例３：図１に示す形状のものであって、平坦部の外径を台金外径の５５％、平坦部と最外周部の高さの差を砥粒平均粒径の１６０％として形成した。
比較例４：図１に示す形状のものであって、平坦部の外径を台金外径の９０％、平坦部と最外周部の高さの差を砥粒平均粒径の６０％として形成した。
比較例５：図１に示す形状のものであって、平坦部の外径を台金外径の８０％以上、平坦部と最外周部の高さの差を砥粒の平均粒径と同じとし、傾斜部から平坦部へ変化する領域の曲面の曲率半径を０．１１ｍｍとした。

上記の７つのコンディショナーを用いて、パッドコンディショニング試験を行った。今回使用したドレッサースペックは、Φ１００、♯１００／１２０である。
パッドコンディショニング試験条件を表１に示す。そこで得られたパッドを使用して、ウエハコンディショニング試験を行った。スラリーはＷ２０００を使用し、加工時間を１ｍinとし、他の条件は表１と同様とした。

試験結果を表２に示す。

表２においては、比較例１についてのデータを１００として表示している。
比較例１に対し、実施例１、２ともに外周部の砥粒損傷が顕著に小さくなった。比較例２、３では、最外周砥粒はパッドに接触しなかった。
また、比較例２から５に対し、実施例１、２は高いパッドカットレートを示した。また、パッドプロファイルも平坦でありパッドの偏磨耗は発生しなかった。パッドカットレートは、実施例２が最も高くなった。

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コンディショニングディスクの形状を示す図である。 研削面に半径方向の溝と円周方向の溝を形成したコンディショニングディスクを示す図である。 従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す図である。 従来のコンディショニングディスクを示す図である。 従来のコンディショニングディスクを示す図である。

符号の説明

１ コンディショニングディスク
２ 台金
３ 砥粒
４ 平坦部
５ 傾斜部
１１ 円周方向の溝
１２ 半径方向の溝
１３ 砥粒層
１４ 中心孔

Claims (5)

1. 台金の研削側の全面に砥粒を単層規則配列し、活性金属を含有するろう材で固着したＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、外径が台金外径の６０％以上８５％以下で、かつ内径が台金外径の４５％以下の範囲で研削側の中心部分に平坦部を形成し、前記平坦部から外周に向かって厚みが減少するように傾斜する傾斜部が設けられたことを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナー。
2. 前記平坦部と最外周部との高さの差が砥粒の平均粒径の７０％以上１５０％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. 前記傾斜部から前記平坦部へと変化する領域に曲率半径が１ｍｍ以上の曲面を形成した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. 砥粒配列部に半径方向の溝と円周方向の溝を形成した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. 前記半径方向の溝が回転方向に傾斜していることを特徴とする請求項４記載のＣＭＰパッドコンディショナー。

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