JP2000061813A - Cmp用パッドコンディショナー - Google Patents

Cmp用パッドコンディショナー

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JP2000061813A
JP2000061813A JP10274208A JP27420898A JP2000061813A JP 2000061813 A JP2000061813 A JP 2000061813A JP 10274208 A JP10274208 A JP 10274208A JP 27420898 A JP27420898 A JP 27420898A JP 2000061813 A JP2000061813 A JP 2000061813A
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JP
Japan
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base metal
pad conditioner
diamond abrasive
abrasive grains
binder
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JP10274208A
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Sadao Date
貞夫 伊達
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Osaka Diamond Industrial Co Ltd
Original Assignee
Osaka Diamond Industrial Co Ltd
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  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体基板加工に用いるCMP装置のパッドコ
ンディショナーにおいて、ダイヤモンド砥粒の脱落がな
く、かつ結合材、台金の溶解によるシリコンウエハの汚
染がないものを提供する 【解決手段】金属製台金の表面に、平均粒径が30μm
〜1000μmのダイヤモンド砥粒がニッケルめっき又
はロウ材を主成分とする結合材により、単層固着された
CMP用パッドコンディショナーの金属製台金の露出表
面又は結合材露出表面の少なくとも一方を硬質粒子を2
容量%〜50容量%含有し、かつ厚みが2μm以上のフ
ッ素樹脂被膜により被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板加工に
用いるCMP(Chemical Mechanica
l Planarization)装置のパッドコンデ
ィショナーに関するものである。
【0002】
【従来の技術】CMPは、シリコンウエハ及びウエハ上
の多層配線部を加工変質層なしで平坦化する方法であ
る。CMPでは、酸性ないしアルカリ性水溶液にシリカ
等微粒子を混濁させたスラリーを用い、研磨パッドは発
泡ポリウレタン、ポリエステル不織布等が用いられてい
る。研磨が進行するに当たり、研磨パッドが目づまりを
生じ、あるいは、平面度が劣化するため、常時あるいは
定期的に研磨パッドをドレッシングして、平面度の精度
保持と目づまりの解消をする必要がでてくる。ここに使
われるドレッシング工具は、円板状あるいはリング状の
金属製台金の表面にダイヤモンド砥粒が単層固着された
ものでパッドコンディショナーと呼ばれている。
【0003】パッドコンディショナーはドレッシング
時、酸性あるいはアルカリ性のスラリーに接触するた
め、パッドコンディショナーのダイヤモンド砥粒を保持
している結合材が溶解し、ダイヤモンド砥粒が脱落を生
じるおそれがある。脱落したダイヤモンド砥粒が研磨パ
ッドに固着し、研磨時シリコンウエハにスクラッチ傷を
生じること問題があった。また、パッドコンディショナ
ーの結合材あるいは台金部が溶解するとシリコンウエハ
が汚染され、半導体ディバイスとして不良となる問題が
あった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】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ある。すなわち、半
導体基板加工に用いるCMP装置のパッドコンディショ
ナーにおいて、ダイヤモンド砥粒の脱落がなく、かつ結
合材、台金の溶解によるシリコンウエハの汚染がないも
のを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、金属製台金の
表面に平均粒径が30μm〜1000μmのダイヤモン
ド砥粒がニッケルめっき又はロウ材を主成分とする結合
材により単層固着されたCMP用パッドコンディショナ
ーであって、硬質粒子を2容量%〜50容量%含有し、
かつ厚みが2μm以上のフッ素樹脂被膜により、該金属
製台金の露出表面又は結合材露出表面の少なくとも一方
が被覆されていることを特徴とするものである。
【0006】ここでダイヤモンド砥粒の平均粒径を30
μm〜1000μmとしているのはパッドコンディショ
ナーに適用可能な平均粒径を限定したもので、一般的に
は、およそ50μm〜500μmのものが用いられてい
る。また、ダイヤモンド砥粒を金属製台金に固着するに
は、ニッケルめっきによって台金の表面に固着するポジ
めっきタイプと反転型材にダイヤモンド砥粒を仮付け
し、接着剤で固定した後台金に固着する反転めっきタイ
プがある。
【0007】結合材は、ニッケルめっきの他、ロウ材を
用いることができる。ロウ材はロウ付け温度が低く、流
動性の高いものが良好で、台金として用いられる鋼だけ
でなく、特に、ダイヤモンドとの濡れ性に優れ、高い固
着力が得られるAg−Cu−Ti系活性化ロウ材が最適
である。他に、Ni−Cr系ロウ材またはCo−Ni−
Cr系ロウ材も適用可能である。ロウ材を用いて製作す
るには、ペースト状のロウ材を用いるのがよい。ここ
で、ペースト状ロウ材は、一般にロウ材の粉末をバイン
ダーで練ったものであり、適度の粘性を有するため、ダ
イヤモンド砥粒をセッティングすることも容易である。
台金の作用面にペースト状のロウ材を塗布し、その上に
ダイヤモンド砥粒をハンドセットまたは機械により配列
し、ロウ材が乾燥してダイヤモンド砥粒がずれないよう
になった時点で炉に入れて加熱し、ロウ材を溶融後、冷
却してダイヤモンド砥粒を単層固着するものである。
【0008】本発明のポイントは、パッドコンディショ
ナーのスラリーに接触する台金露出表面又は結合材露出
表面の少なくとも一方に、スラリーに溶解しないフッ素
樹脂被膜により被覆して、結合材の溶解によるダイヤモ
ンド砥粒の脱落防止および結合材と台金の溶解によるシ
リコンウエハの汚染防止をするものである。さらに、フ
ッ素樹脂の非粘着性により、パッドのドレッシングによ
って生じたドレス屑が付着しない効果も期待できるもの
である。
【0009】フッ素樹脂とは、卓越した耐薬品性、耐熱
性及び表面特性を有する特異な高分子材料で、その特性
を活かして過酷な条件下で使用しうる工業材料として利
用されている。フッ素樹脂の中でもポリテトラフルオロ
エチレン樹脂(PTFE)は、耐熱性に関しては有機材
料中で最高の部類に属し、連続使用温度は約260℃と
極めて高い。また、表面の性質は非常に特異で、卓越し
た疎水性、疎油性及び非粘着性を示し、このため摩擦係
数は最も小さく、優れた摺動性を示すものである。
【0010】また本発明においては、特に、フッ素樹脂
被膜には耐磨耗性が要求されるため硬質粒子を含有する
としたものである。硬質粒子の含有率については、2容
量%未満では耐磨耗性が良好でないため前記作用に所望
の効果が得られず、一方、50容量%を越えると被膜の
固着力に支障が生ずることから、その含有率を2〜50
容量%と定めた。なお好ましくは5〜45容量%の範囲
である。フッ素樹脂被膜の厚みについては、2μm未満
では早期に被膜が消失して前記作用に所望の効果が得ら
れないので2μm以上と定めたが、好ましくは5μm以
上であり、より好ましくは、10〜100μmの厚みの
被膜とすれば良好な結果が得られる。
【0011】ただし、ダイヤモンド砥粒の先端部はフッ
素樹脂被膜で被覆後、シリカ等の研磨材の固定砥粒また
は遊離砥粒によって被覆を除去することが好ましい。そ
して、ダイヤモンド砥粒のフッ素樹脂被膜からの突出し
高さは、ダイヤモンド砥粒の平均粒径の1%〜50%の
範囲とし、より好ましくは10%〜40%の範囲とす
る。
【0012】また、フッ素樹脂に含有させる硬質粒子と
しては、ダイヤモンド、CBN、Al、SiC、
SiO、WC、TiN、TiCおよび雲母から選ばれ
た一種類以上のもので、かつ、平均粒径がフッ素樹脂被
膜の厚みの1%〜50%としたものである。硬質粒子の
種類としては、最も硬度の高いダイヤモンドが効果的で
あるが、工具コスト、必要とされるフッ素樹脂被膜の耐
磨耗性を考慮して適宜決定する。平均粒径を限定した理
由は、1%未満では耐磨耗性向上にほとんど寄与しない
ため前記作用に所望の効果が得られず、50%を越える
とフッ素樹脂被膜からの硬質粒子の突出量が大きくなり
過ぎ、かえって切り粉の溶着の原因となるためである。
なお、硬質粒子の平均粒径はフッ素樹脂被膜の厚みの1
%〜40%であることが好ましい。
【0013】また、フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロ
エチレン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂又
はポリビニリデンフルオライド樹脂のいずれかであるこ
ととしたものである。これら3種類のフッ素樹脂はいず
れも適用可能である。しかしながら、フッ素樹脂被膜
は、工作物および切り粉と高速度で接触するため高い耐
熱性および摺動性が要求され、これらの物性について
は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂が特に優れてお
り、3種類のフッ素樹脂の中では最適である。
【0014】
【発明の実施の形態】発明実施の形態については、実施
例の項で説明する。
【0015】
【実施例】(実施例1)120D−10W−20Tの台
金をステンレス鋼で製作し、ダイヤモンド砥粒層以外の
部分を絶縁テープ及び絶縁塗料でマスキングした。次
に、水酸化ナトリウム50g/リットル、炭酸ナトリウ
ム50g/リットルの脱脂液で液温80℃とし、10A
/dmで陰極電解脱脂及び陽極電解脱脂を行った。そ
の後純水で洗浄後、塩酸に3分間侵漬し、再度純水で洗
浄後、ストライクめっきを5分間行った。次にニッケル
めっき浴中で電流密度1A/dm、10分間の下地め
っき完了後、ダイヤモンド砥粒#80/#100(平均
粒径180μm)を台金の上へ乗せ、電流密度0.1A
/dmで6時間めっきした。この時台金に接している
ダイヤモンド砥粒のみが台金に固着され、台金に接して
いないダイヤモンド砥粒は、めっき浴中で1回/秒のサ
イクルで5分間台金を揺動すると脱落した。その後続け
て48時間めっきした。
【0016】さらにそのダイヤモンド層露出表面及び台
金露出表面に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と硬質
粒子としてSiC粒子を容積比で75:25に混合した
混合物をスプレーによって塗装し、乾燥炉にて溶剤を揮
発させて完全に消失させた。その後、焼成炉に入れ、3
80℃で焼成して被膜を形成し、ダイヤモンド砥粒先端
部を覆っている樹脂被膜を除去して、約30μmのダイ
ヤモンド砥粒の突出し高さとし、本発明のパッドコンデ
ィショナーを完成させた。そして本発明の効果を確認す
るために、研磨パッドをドレッシングして、従来例のパ
ッドコンディショナーと比較検討した。なお従来例とし
ては、めっき完了後のもの(フッ素樹脂被膜無し)を用
いた。
【0017】研磨パッドのドレッシング試験の結果、本
発明品は従来例に比較し、寿命が5〜10倍に伸び、し
かも研磨パッドのドレス屑及びスラリーの微粒子がダイ
ヤモンド層に付着することが極めて少なく、長期間に渡
って安定したドレッシングを行うことができた。従来例
は、結合材の溶解による砥粒の脱落が多く、スクラッチ
傷不良が発生しただけでなく、短寿命であった。
【0018】(実施例2)120D−10W−20Tの
台金をステンレス鋼で製作し、ダイヤモンド砥粒層以外
の部分を絶縁テープ及び絶縁塗料でマスキングした。次
に、水酸化ナトリウム50g/リットル、炭酸ナトリウ
ム50g/リットルの脱脂液で液温80℃とし、10A
/dmで陰極電解脱脂及び陽極電解脱脂を行った。そ
の後純水で洗浄後、塩酸に3分間侵漬し、再度純水で洗
浄後、ストライクめっきを5分間行った。次にニッケル
めっき浴中で電流密度1A/dm、10分間の下地め
っき完了後、ダイヤモンド砥粒#170/#200(平
均粒径90μm)を台金の上へ乗せ、電流密度0.1A
/dmで3時間めっきした。この時台金に接している
ダイヤモンド砥粒のみが台金に固着され、台金に接して
いないダイヤモンド砥粒は、めっき浴中で1回/秒のサ
イクルで5分間台金を揺動すると脱落した。その後続け
て24時間めっきした。
【0019】さらにそのダイヤモンド層露出表面及び台
金露出表面に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と硬質
粒子として雲母粒子を容積比で80:20に混合した混
合物をスプレーによって塗装し、乾燥炉にて溶剤を揮発
させて完全に消失させた。その後、焼成炉に入れ、38
0℃で焼成して被膜を形成し、ダイヤモンド砥粒先端部
を覆っている樹脂被膜を除去して、約15μmのダイヤ
モンド砥粒の突出し高さとし、本発明のパッドコンディ
ショナーを完成させた。そして本発明の効果を確認する
ために、研磨パッドをドレッシングして、従来例のパッ
ドコンディショナーと比較検討した。なお従来例として
は、めっき完了後のもの(フッ素樹脂被膜無し)を用い
た。
【0020】研磨パッドのドレッシング試験の結果、本
発明品は従来例に比較し、寿命が5〜8倍に伸び、しか
も研磨パッドのドレス屑及びスラリーの微粒子がダイヤ
モンド層に付着することが極めて少なく、長期間に渡っ
て安定したドレッシングを行うことができた。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、パッドコンディシ
ョナーのダイヤモンド砥粒層の結合材の溶解が少なくな
る事により、ダイヤモンド砥粒の脱落が極めて少なくな
り、CMP加工時にシリコンウエハにスクラッチ傷の発
生が延期され、寿命を大幅に伸ばすことができる。特
に、酸性スラリーを使用する場合のパッドコンディショ
ナーの寿命は極端に短く、本発明品は従来品と比べ寿命
を5〜10倍に伸ばすことができる。また、研磨パッド
のドレス屑及びスラリーの微粒子がパッドコンディショ
ナーの結合材に付着することが少なくなり、ドレッシン
グの安定性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の斜視図
【図2】(a)、(b)および(c)他の実施例の斜視
【図3】ダイヤモンド砥粒層の部分断面模式図
【符号の説明】
1 ダイヤモンド砥粒層 2 台金 3 ダイヤモンド砥粒 4 フッ素樹脂被膜 5 結合材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属製台金の表面に平均粒径が30μm〜
    1000μmのダイヤモンド砥粒がニッケルめっき又は
    ロウ材を主成分とする結合材により単層固着されたCM
    P用パッドコンディショナーであって、 硬質粒子を2容量%〜50容量%含有し、かつ厚みが2
    μm以上のフッ素樹脂被膜により、該金属製台金の露出
    表面又は結合材露出表面の少なくとも一方が被覆されて
    いることを特徴とするCMP用パッドコンディショナ
    ー。
  2. 【請求項2】上記の硬質粒子は、ダイヤモンド、CB
    N、Al、SiC、SiO、WC、TiN、T
    iC、および雲母から選ばれた一種類以上のものであっ
    て、かつ平均粒径がフッ素樹脂被膜の厚みの1%〜50
    %であることを特徴とする請求項1記載のCMP用パッ
    ドコンディショナー。
  3. 【請求項3】上記のフッ素樹脂は、ポリテトラフルオロ
    エチレン樹脂、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂又
    はポリビニリデンフルオライド樹脂のいずれかであるこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載のCMP用パッドコ
    ンディショナー。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006327073A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Azuma Denkosha:Kk 他物体との接触摩擦により表面が摩耗することを考慮した物品
JP2007109767A (ja) * 2005-10-12 2007-04-26 Mitsubishi Materials Corp Cmpコンディショナおよびその製造方法

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JP2006327073A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Azuma Denkosha:Kk 他物体との接触摩擦により表面が摩耗することを考慮した物品
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