JP2008132573A

JP2008132573A - Ｃｍｐコンディショナ

Info

Publication number: JP2008132573A
Application number: JP2006321542A
Authority: JP
Inventors: Naoki Rikita; 直樹力田; Kasumi Senda; 香澄千田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-11-29
Filing date: 2006-11-29
Publication date: 2008-06-12
Also published as: TW200823011A; KR20080048947A; US20080132153A1; EP1927434A1

Abstract

【課題】砥粒の欠けや切れ味の鈍化を招くことなく、スラリーへの金属の溶出を抑えることが可能なＣＭＰコンディショナを提供する。
【解決手段】ＣＭＰ装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショナ本体１のコンディショニング面２に、砥粒３が分散されて固着された砥粒層５が形成されてなるＣＭＰコンディショナであって、コンディショナ本体１がセラミックス製であるとともに、砥粒層５において砥粒３を保持して固着する結合相４が低温焼結セラミックスにより形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の研磨を行うＣＭＰ（化学機械的研磨）装置の研磨パッドのコンディショニングに用いられるＣＭＰコンディショナに関するものである。

この種のＣＭＰコンディショナにおいては、砥粒をＮｉ等の金属めっき結合相によりステンレス等の台金に固着したものが種々提案されているが、ＣＭＰ装置においては腐食性の高い強酸性、強アルカリ性のスラリーが用いられたときには、結合相の金属が溶出してしまい、研磨される半導体ウェハがこのスラリーへの金属の溶出を嫌うことから、例えば特許文献１、２に記載されているように、結合相をセラミックスとしたものが提案されている。
特許第５２７４４８号公報特開２００５−２８８６８５号公報

ところが、これら特許文献１、２に記載のＣＭＰコンディショナでは、セラミックスよりなる上記結合相を焼結して砥粒を固着する際に１２００℃もの高温で焼結されるため、例えば砥粒がダイヤモンド超砥粒である場合には、そのままでは砥粒表面が熱により炭化して黒色化してしまうとともに欠け等が生じ易くなってしまう。その一方で、このような熱による炭化を防ぐため、例えば同特許文献１、２に記載のようにダイヤモンド超砥粒の表面にコーティングを施すと、この超砥粒による研磨パッドの切れ味が鈍化して、パッド研磨レートが損なわれる結果となる。

本発明は、このような背景の下になされたもので、砥粒の欠けや切れ味の鈍化を招くことなく、スラリーへの金属の溶出を抑えることが可能なＣＭＰコンディショナを提供することを目的としている。

上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、ＣＭＰ装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショナ本体のコンディショニング面に、砥粒が分散されて固着された砥粒層が形成されてなるＣＭＰコンディショナであって、上記コンディショナ本体がセラミックス製であるとともに、上記砥粒層において上記砥粒を保持して固着する結合相が低温焼結セラミックス（ＬＴＣＣ）により形成されていることを特徴とするものである。

このようなＣＭＰコンディショナにおいて砥粒を保持する結合相を形成する低温焼結セラミックスは、例えば半導体基板を形成するものとして知られており、１０００℃以下の比較的低温で焼結することが可能である。従って、砥粒が例えばダイヤモンド超砥粒であっても、表面にコーティングを施したりせずとも、焼結によって炭化して欠けを生じたりするのを防ぐことができる。そして、このような結合相により砥粒を保持した砥粒層が、同じセラミックス製のコンディショナ本体におけるコンディショニング面に形成されているので、上記構成のＣＭＰコンディショナによれば、強酸性や強アルカリ性のスラリーに対しての金属の溶出を極めて少なく抑えることができる。

ここで、上記コンディショナ本体を形成するセラミックスとしては、予め焼結させられたセラミックス基盤を用いてもよいが、結合相と同じく低温焼結セラミックスにより形成すれば、結合相と一体に焼結することができる。なお、このような結合相やコンディショナ本体を形成し得る低温焼結セラミックスとしては、例えばＭｇＯ−ＳｉＯ_２系セラミックスが挙げられる。また、焼結は放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）によるのが望ましい。ただし、このようなセラミックス製のコンディショナ本体に、当該ＣＭＰコンディショナをＣＭＰ装置に取り付けるためのネジ孔等を形成するのは困難であるので、コンディショナ本体の上記コンディショニング面以外の部分は、樹脂製のシャーシによって保持されるのが望ましい。

このように、本発明のＣＭＰコンディショナによれば、砥粒の欠けや切り味の鈍化を招くことなくスラリーへの金属の溶出を確実に防ぐことができ、これによりＣＭＰ装置において溶出金属による汚染や欠けた砥粒によるスクラッチなどの欠陥を生じることなく、研磨パッドを確実にコンディショニングして半導体ウェハ等を効率的に研磨することが可能となる。

図１は、本発明のＣＭＰコンディショナの一実施形態を示す断面図である。本実施形態のＣＭＰコンディショナは、概略円板状をなすコンディショナ本体１の一方の円板面がＣＭＰ装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショニング面２とされ、このコンディショニング面２に、砥粒３を結合相４に分散して固着した砥粒層５が形成されている。また、コンディショナ本体１の他方の円形面から、この他方の円形面に交差するコンディショナ本体１の周面のコンディショニング面２とは反対側の部分は、当該部分に嵌合する凹所が形成された樹脂製のシャーシ６に接着されて保持されている。

本実施形態では、上記砥粒３はダイヤモンド超砥粒とされ、平均粒径の略揃ったものがコンディショニング面２上に格子状などに概ね規則正しく配列されている。また、製造時の加圧調整により、砥粒３はこの結合相４から突出させられている。

そして、上記結合相４は低温焼結セラミックスにより形成されていて、本実施形態ではＭｇＯ−ＳｉＯ_２系セラミックスにより形成されており、また上記コンディショナ本体１もＭｇＯ−ＳｉＯ_２系もしくはＳｉＣ系等のセラミックス製とされている。

このようなＣＭＰコンディショナは、例えば予め焼結されて形成されたセラミックス製の円板状基盤の一方の円形面に、低温焼結セラミックス原料を介して砥粒３を分散配置し、これを１０００℃以下の温度で焼結することにより製造される。なお、この焼結は、被焼結物をカーボン製のダイとパンチで構成された型に収容して加圧しながら直流パレス電流を印加することにより放電プラズマを発生させて焼結する、放電プラズマ焼結によるのが望ましい。

図２は、このようにして本実施形態のＣＭＰコンディショナを製造する場合の、上記被焼結物としてのコンディショナ素材の一例を示すものである。この例の素材では、上述のように予め焼結されたＭｇＯ−ＳｉＯ_２系もしくはＳｉＣ系等のセラミックス製基盤１１のコンディショニング面２となる一面に、上記組成の原料から１ｍｍ以下の厚さのシート状（あるいは箔状）に成形された低温焼結セラミックス原料１２が載置され、その上にダイヤモンド超砥粒等の上記砥粒３がのり剤１３などによって貼着されており、さらにその上には離型剤１４としてアルミナまたはＳｉＣパウダー、もしくはこれらを造粒したシートが被せられている。

このような素材を用意するには、例えばまずセラミックス製基盤１１の上記一面に応じて裁断された上記シート状の低温焼結セラミックス原料１２の一面に液状の上記のり剤１３を噴霧し、次いでこの一面の上に、砥粒３の平均粒径に応じた目開き量を有する網体（メッシュ）を載せてから砥粒３を分散させて、この網体の目を通過した砥粒３をのり剤１３により接着し、余分な砥粒３を掃き取るなどして除去した後に網体を外す。従って、このように網体の目を通って固着した砥粒３は、この網目に沿って格子状等に規則正しく配列されるので、こうして砥粒３が接着させられたシート状の低温焼結セラミックス原料１２をセラミックス製基盤１１の上記一面に載せ、さらに上記離型剤１４を載せることで図２に示したようなコンディショナ素材を得ることができる。

このような素材を、例えば上述のような放電プラズマ焼結を行う放電プラズマ焼結装置の上記型にセットして加圧しながらプラズマ放電によって加熱すると、砥粒３が低温焼結セラミックス原料１２に食い込み、さらにこの低温焼結セラミックス原料１２が焼結して該砥粒３を固着しながらセラミックス製基盤１１と一体化し、これにより上記コンディショニング面２に砥粒３が単層で固着された砥粒層５を有する上記コンディショナ本体１を得ることができるので、これにシャーシ６を接着することにより本実施形態のＣＭＰコンディショナを製造することができる。

そして、このような構成のＣＭＰコンディショナでは、砥粒層５において砥粒３を固着して保持する結合剤４が、上述のように低温焼結セラミックス原料１２を焼結することにより形成されているので、その焼結温度を１０００℃以下と低く抑えることができる。例えば、上記実施形態においてコンディショニング面２の直径が３０ｍｍ、砥粒３がダイヤモンド超砥粒であってその平均粒径が２８０μｍ、シート状の低温焼結セラミックス原料１２が上記組成のＭｇＯ−ＳｉＯ_２系セラミックスであってその厚さが約０．４ｍｍの場合に、放電プラズマ焼結によって焼結するときには、上記素材をまず常温下で２０ｋＮの圧力で１分加圧した後、６５０℃まで５分かけて昇温し、次いで７５０℃まで１分かけて昇温し、さらに８００℃まで同じく１分かけて昇温した後、８００℃で１分保持し、しかる後３００℃まで１０分かけて冷却して、その後型から取り出して自然放冷することで、上述のようなコンディショナ本体１を得ることができる。

また、砥粒３や低温焼結セラミックス原料１２が上記と同じで、コンディショニング面２の直径が９８ｍｍの場合に放電プラズマ焼結によって焼結するときには、上記と同様に素材を常温下で２０ｋＮの圧力で１分加圧した後に、まず１５０℃まで４分かけて昇温し、次いで７００℃まで５分、８００℃まで２分、さらに８５０℃まで同じく２分かけて順次昇温した後、８５０℃で１分保持し、しかる後３００℃まで１００分かけて冷却して、その後型から取り出して自然放冷すればよい。

このように製造された上記構成のＣＭＰコンディショナでは、まずコンディショナ本体１が砥粒層５の結合相４を含めてセラミックスにより形成されているので、金属めっき相を結合相としていたＣＭＰコンディショナにおけるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｕ等の金属の溶出が皆無あるいは１ｐｐｍ以下と極めて少なく、またＣＭＰ装置において強酸性や強アルカリ性のスラリーを用いたとしても、コンディショナ本体１が腐食して例えば砥粒３が脱落したりすることもない。しかも、このようにコンディショナ本体１がセラミックスにより形成されていても、樹脂製のシャーシ６により保持されているので、ネジ孔等のＣＭＰ装置への取付部はこのシャーシ６に形成すればよく、コンディショナ本体１への加工は不要とすることができる。

そして、さらに上記ＣＭＰコンディショナでは、上記結合相４がＭｇＯ−ＳｉＯ_２系セラミックス等の低温焼結セラミックス原料１２を焼結して形成されていて、焼結の際の温度が１０００℃以上となることがないので、砥粒３がダイヤモンド超砥粒であっても炭化して黒色化することがなく、これを防ぐために砥粒３の表面にコーティングを施したりする必要もなく、このため砥粒３に欠けが生じたり、コーティングによって砥粒３の切れ味が損なわれて研磨パッドの研磨レートが低下したりするのを防ぐことができる。従って、上記構成のＣＭＰコンディショナによれば、ＣＭＰ装置において溶出金属によるウェハの汚染や欠けた砥粒によるスクラッチなどが生じるのを防ぎつつも、研磨パッドを切れ味よく確実にコンディショニングすることができ、これに伴い半導体ウェハ等の効率的な研磨を図ることが可能となる。

また、このようなＣＭＰコンディショナを製造するのに際して、上述の製造方法では、上記一例のコンディショナ素材の低温焼結セラミックス原料１２を放電プラズマ焼結によって焼結しており、このような放電プラズマ焼結によれば、上述したように比較的短時間で被焼結物であるコンディショナ素材を加熱して昇温させることができるとともに、より低温での焼結も可能であり、砥粒３への損傷をさらに確実に防止することができる。そして、このように放電プラズマ焼結によって焼結させられた結合相４は、例えば一般的な電気炉によって加熱されて焼結させられたものに比べて、ポア（気孔）が少なくて緻密であり、しかもフィラーのＡｌ_２Ｏ_３粒子も十分に溶融していて球体のまま残されることが少なく、砥粒３を確実に保持することが可能であった。

なお、このようなＣＭＰコンディショナのコンディショナ本体１を製造する場合の上記コンディショナ素材の一例では、上述のように予め焼結されたセラミックス製基盤１１の一面にシート状の低温焼結セラミックス原料１２を載置して、その上に上記網体によりダイヤモンド超砥粒等の砥粒３を規則正しく配列するとともにのり剤１３によって貼着しているが、例えば図３に示すコンディショナ素材の他の一例のように、予め焼結したセラミックス製基盤１１の一面に応じて裁断したシート状の低温焼結セラミックス原料１２に、砥粒３の平均粒径と略同等あるいはこれより僅かに小さい孔１２ａを規則正しく所定の間隔で格子状等に多数開けておき、その上からダイヤモンド超砥粒等の砥粒３を分散して孔１２ａに保持し、孔１２ａに入らなかった余分な砥粒３を除去した後にこの低温焼結セラミックス原料１２を砥粒３ごと基盤１１の上記一面に載せて、さらにその上から離型剤１４としてのアルミナシートを載せた構成としてもよい。

このような素材を、望ましくは放電プラズマ焼結により焼結してなるＣＭＰコンディショナでも、上述した実施形態と同様の構成となるため、上記と同様の効果を得ることができる。なお、この場合の焼結条件も、上述したコンディショナ素材の一例を用いた場合と同様となる。

また、これらの例のように、予め焼結されたセラミックス製基盤１１に低温焼結セラミックス原料１２を配置して低温焼結することにより砥粒層５と一体化したコンディショナ本体１を得るのに代えて、図４に示すその他の例のコンディショナ素材のように、セラミックス原料素材１５を例えば粉末のまま、望ましくは放電プラズマ焼結装置の型に離型剤１６としてセラミックスコート剤を配した上に敷き詰めて、さらにその上に、上記一例でセラミックス製基盤１１の一面に載置したのと同じシート状の低温焼結セラミックス原料１２の上に砥粒３を貼着したものや、あるいは上記他の一例と同じシート状の低温焼結セラミックス原料１２に孔１２ａを開けて砥粒３を保持したものを載置して、その上に離型剤１４としてアルミナシートを配置して低温焼結を行うようにしてもよい。

そして、このようにセラミックスの原料素材１５上に低温焼結セラミックス原料１２を載置して焼結する場合には、この原料素材１５も同じ低温焼結セラミックスの原料素材とするのが望ましく、これにより砥粒層５の結合相４も含めたコンディショナ本体１全体を一度の低温焼結で形成することが可能となって効率的であるとともに、結合相４の低温焼結セラミックス原料１２が原料素材１５と一体焼結されるので、砥粒層５における砥粒３の保持力が高いＣＭＰコンディショナを得ることができる。これは、特に原料素材１５が低温焼結セラミックス原料１２と同じ組成の例えばＭｇＯ−ＳｉＯ_２系セラミックスである場合に、一層効果的である。

さらに、これらその他の例のコンディショナ素材のように低温焼結セラミックスの原料素材１５を型に敷き詰めて焼結することによりコンディショナ本体１全体を一体成形する場合には、図５に示すさらに他の一例のように、この型に敷き詰められる被焼結物としての素材として、離型剤１６上に敷き詰められたこの原料素材１５の上に直接ダイヤモンド超砥粒等の砥粒３を規則正しく配列し、その上に離型剤１４としてアルミナシートを配置して低温焼結を行うようにしてもよい。この場合には、砥粒層５において砥粒３を固着する結合相４から連続してコンディショナ本体１全体が低温焼結セラミックスにより一体焼結されて形成されることになるので、砥粒３の保持力の一層の向上を図ることが可能となる。

なお、これら図４および図５に示したコンディショナ素材のように粉末状の原料素材１５を型に敷き詰めて結合相４と一体に低温焼結する場合において、砥粒３や低温焼結セラミックス原料１２が上記一例と同じで、粉末状の原料素材１５もこの低温セラミックス原料１２と同じ組成であるときに、コンディショニング面２の直径が３０ｍｍのコンディショナ本体１を放電プラズマ焼結によって焼結するには、上記一例の場合と同様に素材を常温下で２０ｋＮの圧力で１分加圧し、次いで６５０℃まで５分、７５０℃まで１分、８００℃まで１分かけて順次昇温した後、上記一例とは異なって原料素材１５部分を含めたコンディショナ本体１全体を焼結するために８００℃で５分保持し、その後は再び上記一例と同様に３００℃まで１０分かけて冷却して型から取り出し、自然放冷すればよい。

本発明のＣＭＰコンディショナの一実施形態を示す断面図である。図１に示す実施形態のＣＭＰコンディショナを製造する際に低温焼結させられるコンディショナ素材の一例を示す断面図である。図１に示す実施形態のＣＭＰコンディショナを製造する際に低温焼結させられるコンディショナ素材の他の一例を示す断面図である。図１に示す実施形態のＣＭＰコンディショナを製造する際に低温焼結させられるコンディショナ素材のその他の一例を示す断面図である。図１に示す実施形態のＣＭＰコンディショナを製造する際に低温焼結させられるコンディショナ素材のさらに他の一例を示す断面図である。

符号の説明

１コンディショナ本体
２コンディショニング面
３砥粒
４結合相
５砥粒層
６シャーシ
１１セラミックス製基盤
１２シート状の低温焼結セラミックス原料
１３のり剤
１５セラミックス原料素材
１４，１６離型剤

Claims

ＣＭＰ装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショナ本体のコンディショニング面に、砥粒が分散されて固着された砥粒層が形成されてなるＣＭＰコンディショナであって、上記コンディショナ本体がセラミックス製であるとともに、上記砥粒層において上記砥粒を保持して固着する結合相が低温焼結セラミックスにより形成されていることを特徴とするＣＭＰコンディショナ。
上記コンディショナ本体が低温焼結セラミックスにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰコンディショナ。
上記低温焼結セラミックスが、ＭｇＯ−ＳｉＯ_２系セラミックスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＣＭＰコンディショナ。
上記コンディショナ本体の上記コンディショニング面以外の部分が、樹脂製のシャーシによって保持されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のＣＭＰコンディショナ。