JP2001239449A - 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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JP2001239449A
JP2001239449A JP2000052665A JP2000052665A JP2001239449A JP 2001239449 A JP2001239449 A JP 2001239449A JP 2000052665 A JP2000052665 A JP 2000052665A JP 2000052665 A JP2000052665 A JP 2000052665A JP 2001239449 A JP2001239449 A JP 2001239449A
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film
pad conditioner
binder
diamond abrasive
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Kazunori Kadomura
和徳 門村
Kenji Fukushima
健二 福島
Hajime Asahino
肇 旭野
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Allied Material Corp
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Allied Material Corp
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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、台金の溶出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】台金の表面に、平均粒径30μm 〜100
0μm 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、TiN膜とCrN膜とが交
互に積層された超薄膜積層膜によって、上記の結合材表
面、又は結合材表面と台金表面の両方を被覆する。

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 Mechanical 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、酸性又は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
生じて平面度が低下するため、常時又は定期的に研磨パ
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生じる。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、酸性又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
る結合材が溶出し、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
問題があった。さらに、パッドコンディショナーの結合
材あるいは台金部が溶出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、台金の溶出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、台金4の表面
に、平均粒径30μm 〜1000μm のダイヤモンド砥
粒2がニッケルめっき、又はロウ材を主成分とする結合
材3により単層固着されたCMP用パッドコンディショ
ナーWであって、TiN膜1aとCrN膜1bとが交互
に積層された超薄膜積層膜1によって、上記の結合材表
面が被覆されていることを特徴とするCMP用パッドコ
ンディショナーである。ここでダイヤモンド砥粒の平均
粒径を30μm 〜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
にダイヤモンド砥粒を直接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接着剤等により仮固
定後、ニッケルめっきで肉盛りしてダイヤモンド層を形
成する反転めっきタイプがある。
【0006】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系活性化ロウ材等が最
適である。他には、Ni−Cr系ロウ材またはCo−N
i−Cr系ロウ材も適用することができる。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。
【0007】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結合材表面を、スラリーに溶
解しずらく、しかも高硬度で高耐酸化性を備えた超薄膜
積層膜1により被覆して、結合材の溶出によるダイヤモ
ンド砥粒の脱落防止、および結合材の溶出によるシリコ
ンウエハの汚染防止を可能とするものである。なお、ス
ラリーの特性により、結合材表面だけでなく、台金4の
表面全体の両方を被覆することが好ましい。図1は、本
発明の概念的な断面図であり、TiN膜1a及びCrN
膜1bは超薄膜積層膜1を構成する各単位層を示してい
る。また、必要に応じて、図2に示す厚み0.1〜5μ
mの表面層5を設ける。表面層5として用いることがで
きる膜としては、例えば、CrN膜等が適当である。な
お、図1においては、超薄膜積層膜1を構成する各層T
iN膜1aとCrN膜1bの実際の厚みは、それぞれ、
0.1〜20nmであり、表面層5の概略千分の1であ
る。本発明の超薄膜積層膜は、スパッタリング法やイオ
ンプレーティング法等のPVD法によって形成すること
ができる。この超薄膜積層膜を作製するには非晶質成分
の少ない結晶性の高い共有結合性化合物の層が形成可能
なプロセスが必要であり、実際には、原料元素のイオン
化率が高いアーク式イオンプレーティング法が最適であ
る。反応性イオンプレーティング法、マグネトロンスパ
ッタリング法でも共有結合性化合物を形成できるが、非
晶質成分が混在するため特性が低下する。TiN膜及び
CrN膜の最大厚みは20nm以下であることが好まし
く、10nm以下であることがより好ましい。その理由
は、膜の厚みが20nmを超えると高硬度、高耐酸化性
などの特性が低下するためである。また膜の最小厚み
は、0.1nm以上であることが好ましく、0.2nm
以上であることが更に好ましい。0.1nm未満では、
相互拡散を主とする影響により、超薄膜積層膜全体が均
質な混合層となって上記の効果が期待できなくなるため
である。
【発明の実施の形態】
【0008】
【実施例】(実施例1)150D−10W−25T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で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0.1
A/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。更にその
後続けて48時間めっきした。
【0009】さらにそのダイヤモンド層表面及び台金表
面にTiN膜とCrN膜とが交互に積層された厚み3μ
m超薄膜積層膜により被覆した。その後、ダイヤモンド
砥粒表面の被膜を除去して、約30μm のダイヤモンド
砥粒の突出し高さを得て、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(超薄膜積層膜無し)を用いた。
【0010】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。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。
【0011】(実施例2)150D−10W−25T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。更にそ
の後続けて24時間めっきした。
【0012】さらにそのダイヤモンド層表面及び台金表
面に、TiN膜とCrN膜とが交互に積層された厚み5
μm超薄膜積層膜により被覆した。その後ダイヤモンド
砥粒先端部を覆っている樹脂被膜を除去して、約15μ
m のダイヤモンド砥粒の突出し高さを得て、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(超薄膜積層膜無
し)を用いた。
【0013】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5〜9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。
【0014】
【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層の結合材の溶出を防止する事に
より、ダイヤモンド砥粒の脱落が極めて少なくなる。こ
のことにより、CMP加工時にシリコンウエハにスクラ
ッチ傷が発生しないだけでなく、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。さ
らに、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部分断面模式図を示す。
【図2】本発明の別の実施例の部分断面模式図を示す。
【図3】本発明の一実施例の外観斜視図を示す。
【符号の説明】
1 超薄膜積層膜 1a TiN膜 1b CrN膜 2 ダイヤモンド砥粒 3 結合材 4 台金 5 表面のCrN膜 W CMP用パッドコンディショナー S 超砥粒層 S’ 超砥粒層の表面 P 積層ピッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B24D 3/02 B24D 3/02 A 3/06 3/06 B C H01L 21/304 622 H01L 21/304 622M Fターム(参考) 3C047 EE11 EE18 EE19 3C058 AA07 AA19 CA01 CB01 DA02 DA12 3C063 AA02 AB05 BB02 BB07 BC02 BG01 CC09 CC11 CC13 EE01 FF08 FF23 FF30

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】台金4の表面に、平均粒径30μm 〜10
    00μm のダイヤモンド砥粒2がニッケルめっき、又は
    ロウ材を主成分とする結合材3により単層固着されたC
    MP用パッドコンディショナーWであって、 TiN膜1aとCrN膜1bとが交互に積層された超薄
    膜積層膜1によって、上記の結合材表面が被覆されてい
    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】TiN膜1aとCrN膜1bとが交互に積
    層された超薄膜積層膜1によって、上記の台金4の表面
    全体又は一部が被覆されてい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TiN膜1a、及びCrN膜1bの
    厚みは、それぞれ、0.1〜20nm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。
  4. 【請求項4】上記の超薄膜積層膜1の表面に、更に、厚
    みが0.01〜20μmのCrN膜5が被覆されている
    ことを特徴とする請求項1、2又は3記載のCMP用パ
    ッドコンディショナー。
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